(57)【要約】【課題】高分子材料から成る構造体の広い範囲での変形、又はその変形をさせる原因となった外力を、センサにより検出可能であり、また、その検出のために用いる電力を発生させる。【解決手段】センシング高分子構造体１０は、高分子材料から成る構造体１１と、構造体１１に埋設されていて、外力により構造体１１と共に変形し、当該変形に応じて信号を出力するセンサ１２と、構造体１１に埋設されていて、外力により構造体１１と共に変形し、当該変形に基づいて電気エネルギを生じさせる発電部１３とを備える。センサ１２は、構造体１１中に線方向又は面方向に沿って設けられている。センサ１２と発電部１３とは、構造体１１の変形に基づいてセンサ１２及び発電部１３が変形可能な配置になっている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子材料から成る構造体と、
前記構造体に埋設されていて、外力により前記構造体と共に変形し、当該変形に応じて信号を出力するセンサと、
前記構造体に埋設されていて、外力により前記構造体と共に変形し、当該変形に基づいて電気エネルギを生じさせる発電部と、
を備え、
前記センサは、前記構造体中に線方向又は面方向に沿って設けられていて、
前記センサと前記発電部とは、前記構造体の変形に基づいて当該センサ及び当該発電部が変形可能な配置になっている、センシング高分子構造体。
【請求項２】
前記センサと前記発電部とが、前記外力の方向について、重なって配置されている、請求項１に記載のセンシング高分子構造体。
【請求項３】
前記センサ及び前記発電部それぞれは面に沿って広がった構成を有していて、
前記外力の作用方向の仮想線が、前記センサ及び前記発電部を貫くように、前記センサ及び前記発電部は配置されている、請求項１又は２に記載のセンシング高分子構造体。
【請求項４】
前記センサは線に沿って広がった構成を有し、前記発電部は面に沿って広がった構成を有していて、
前記外力の作用方向の仮想線が、前記センサを含む仮想面及び前記発電部を貫くように、前記センサ及び前記発電部は配置されている、請求項１又は２に記載のセンシング高分子構造体。
【請求項５】
前記発電部は、前記センサよりも、前記外力が作用する前記構造体の特定部位の表面から離れた位置に設けられている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のセンシング高分子構造体。
【請求項６】
前記発電部は、前記センサよりも、前記外力が作用する前記構造体の特定部位の表面から近い位置に設けられている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のセンシング高分子構造体。
【請求項７】
前記表面から近い前記発電部を第一の発電部として備えると共に、前記センサよりも前記表面から離れた位置に設けられている第二の発電部を更に備える、請求項６に記載のセンシング高分子構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子材料から成る構造体と、その構造体に埋設されているセンサとを備えるセンシング高分子構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボティクスの分野、又は、ＭａａＳ（Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  ａｓ  ａ  ｓｅｒｖｉｃｅ）、空飛ぶ車等の新しいモビリティ社会では、利用者の感情や意思を認識したり、その構造部品の異常等の状態を検出したりすることが行われる。そのために、現在よりも多くの情報が必要とされる。
【０００３】
前記のような技術では、外装材、内装材、又は駆動部品等に、高分子材料（ゴム、樹脂、エラストマー）が用いられる。そこで、各種情報を取得するために、例えばエラストマーから成る内装材の表面に、ソフトマテリアルセンサが貼り付けられる。ソフトマテリアルセンサは、内装材の変形に追従し、その変形に応じて信号を出力する。特許文献１には、フレキシブルプリント配線板上に圧力感知センサが設けられた技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１７８２４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示の技術の場合、弾性変形が可能である構造体の表面に、圧力感知センサが点状に散らばって配置されている。このため、圧力感知センサに外力が作用した場合は、その外力及びその外力による構造体の変形の検出が可能である。しかし、他の位置に外力が作用した場合、その外力及び構造体の変形の検出が困難となる可能性がある。そこで、広い範囲の変形を検出するためには、従来、多くの圧力感知センサが必要となる。圧力感知センサが多くなると配線が複雑化しコストが高くなる。
【０００６】
構造体の表面に圧力感知センサが貼り付けられる場合、構造体の変形及び振動等によって剥がれることがあり耐久性に問題がある。また、従来技術では、センサによる検出を行うためには、その検出のための電力を全て外部から導入する必要がある。
【０００７】
そこで、本発明は、高分子材料から成る構造体の広い範囲での変形、又はその変形をさせる原因となった外力を、センサにより検出可能であり、また、その検出のために用いる電力を発生させることのできるセンシング高分子構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示のセンシング高分子構造体は、高分子材料から成る構造体と、前記構造体に埋設されていて、外力により前記構造体と共に変形し、当該変形に応じて信号を出力するセンサと、前記構造体に埋設されていて、外力により前記構造体と共に変形し、当該変形に基づいて電気エネルギを生じさせる発電部と、を備え、前記センサは、前記構造体中に線方向又は面方向に沿って設けられていて、前記センサと前記発電部とは、前記構造体の変形に基づいて当該センサ及び当該発電部が変形可能な配置になっている。
【０００９】
前記センシング高分子構造体によれば、それ自体が、外力に基づく変形又はその外力を検出する手段として機能する。センサは、構造体中に線方向又は面方向に沿って設けられている。このため、構造体において、点のように狭い範囲で生じる変形のみならず、センサが多く配置されていなくても、線方向又は面方向に広がった範囲の変形又は外力を検出可能となる。例えば、前記センシング高分子構造体の曲げ又はこの曲げの原因となった外力が検出される。このように、外力によって構造体が変形すると、センサによってその変形又はその変形をさせる原因となった外力を検出できると共に、発電部によってその変形のエネルギを電気エネルギとして生じさせることができる。
【００１０】
また、前記センサと前記発電部とが、前記外力の方向について、重なって配置されているのが好ましい。この構成により、構造体の変形に基づいてセンサ及び発電部の双方が変形可能となるように、センサと発電部とが配置される。
【００１１】
また、前記センサ及び前記発電部それぞれは面に沿って広がった構成を有していて、前記外力の作用方向の仮想線が、前記センサ及び前記発電部を貫くように、前記センサ及び前記発電部は配置されていてもよい。この構成により、構造体の変形に基づいてセンサ及び発電部の双方が変形可能となるように、センサと発電部とが配置される。
【００１２】
または、前記センサは線に沿って広がった構成を有し、前記発電部は面に沿って広がった構成を有していて、前記外力の作用方向の仮想線が、前記センサを含む仮想面及び前記発電部を貫くように、前記センサ及び前記発電部は配置されていてもよい。この構成により、構造体の変形に基づいてセンサ及び発電部の双方が変形可能となるように、センサと発電部とが配置される。
【００１３】
前記構造体の特定部位（一部分）に外力が作用し、その外力によって当該特定部位が凹み構造体が全体として曲がる場合、その外力が作用する表面から遠い側において変形量が大きくなることがある。そこで、このような場合、好ましくは、前記発電部は、前記センサよりも、前記外力が作用する前記構造体の特定部位の表面から離れた位置に設けられている。この場合、発電部は効率よく電気エネルギを生じさせる。
【００１４】
前記構造体の特定部位（一部分）の表面に外力が作用すると、先ず、その表面を含む領域で構造体は変形する。そこで、好ましくは、前記発電部は、前記センサよりも、前記外力が作用する前記構造体の特定部位の表面から近い位置に設けられている。この場合、発電部によって先ず電気エネルギを発生させ、この電気エネルギにより、センサを用いた構造体の変形を検出する機能を備えることができる。
【００１５】
また、この場合において、前記センシング高分子構造体は、前記表面から近い前記発電部を第一の発電部として備えると共に、前記センサよりも前記表面から離れた位置に設けられている第二の発電部を更に備える。
この構成によれば、構造体の特定部材の表面に外力が作用し、構造体が変形すると、まず、第一の発電部が電気エネルギを発生させる。この電気エネルギを用いてセンサを機能させることができる。つまり、第一の発電部によって電気エネルギが生じるまでは、センサを用いた構造体の変形等の検出を行わない。そして、第一の発電部によって電気エネルギが生じると、センサを用いた前記検出が行われる。構造体の特定部位（一部分）に外力が作用し、その外力によって当該特定部位が凹み構造体が全体として曲がる場合、その外力が作用する表面から遠い側において変形量が大きくなることがある。このため、表面から遠い側にある第二の発電部によって効率よく電気エネルギを生じさせ、前記検出を安定させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本開示の発明によれば、高分子材料から成る構造体の広い範囲での変形、又はその変形をさせる原因となった外力をセンサにより検出可能であり、また、その検出のために要する電力を生じさせることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】センシング高分子構造体の一例を示す斜視図である。
【図２】センシング高分子構造体の他の例を示す斜視図である。
【図３】コイルにより構成されるセンサの説明図である。
【図４】発電部の説明図である。
【図５】センシング高分子構造体のブロック図である。
【図６】センシング高分子構造体の変形例を示す斜視図である。
【図７】センシング高分子構造体の変形例を示す斜視図である。
【図８】センシング高分子構造体の変形例を示す斜視図である。
【図９】センシング高分子構造体の変形例を示す説明図であり、側方から視た図である。
【図１０】図９に示す形態を備えるセンシング高分子構造体の動作を説明するフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、センシング高分子構造体の一例を示す斜視図である。図２は、センシング高分子構造体の他の例を示す斜視図である。センシング高分子構造体１０は、高分子材料から成る構造体１１により構成されていて、その構造体１１の変形又はその変形の原因となった外力Ｆをセンサ１２によって検出可能とする装置である。センシング高分子構造体１０は、例えば、自動車のハンドル、肘掛け又はシート等の内装材、各種機械装置の駆動部材等に適用される。
【００１９】
センシング高分子構造体１０が、自動車のハンドルに適用される場合、ハンドルの一部となり、図１に示すように、円柱形状を有する。つまり、センシング高分子構造体１０は、円柱形状の高分子材料から成る構造体１１を備える。
センシング高分子構造体１０が、肘掛け又はシート等の内装材に適用される場合、内装材の一部となり、図２に示すように、角柱形状（角柱ブロック形状）を有する。つまり、センシング高分子構造体１０は、角柱形状の高分子材料から成る構造体１１を備える。なお、構造体１１の形状は、円柱形状及び角柱形状以外であってもよく、適用対象に応じて様々である。
【００２０】
図１及び図２それぞれに示すように、センシング高分子構造体１０は、高分子材料から成り弾性変形可能である構造体１１と、センサ１２と、発電部１３とを備える。センシング高分子構造体１０は、更に演算部１４及び電源部１５を備える。本開示の構造体１１は、エラストマーである。構造体１１はゴムであってもよい。構造体１１は、外力Ｆを受けることで弾性変形する。図１及び図２の形態では、構造体１１の長手方向の中央に外力Ｆが作用する。このため、図１及び図２それぞれにおいて二点鎖線で示すように、構造体１１は、その中央の領域が凹み全体として曲がるように変形する。
【００２１】
図１に示す形態では、構造体１１が円柱形状であることから、外力（荷重）Ｆが作用する方向は径方向であると言える。図２に示す形態では、構造体１１が角柱形状であり、その上部から外力Ｆが作用する。つまり、構造体１１の一面１１ａの中央領域で、かつ、当該一面１１ａに対して垂直な方向から外力Ｆが作用する。なお、外力Ｆは、一面１１ａの垂直線に対して傾斜する方向から作用してもよい。
【００２２】
センサ１２は、構造体１１内に埋められた状態で設けられている。センサ１２は、外力Ｆにより構造体１１と共に変形するソフトマテリアルセンサである。図１に示す形態では、センサ１２は、フィルム状である誘電エラストマー１６と、一対のフィルム状であり弾性を有する電極１７，１８とを含む。誘電エラストマー１６は電極１７，１８に挟まれている。構造体１１が外力を受けて変形すると、その変形に追従して誘電エラストマー１６及び電極１７，１８（センサ１２）は変形する。この変形により、センサ１２における静電容量が変化する。この静電容量の変化が、センサ１２の出力信号の変化となる。センサ１２の出力信号は演算部１４に入力される。演算部１４は、前記出力信号の変化に基づいて、構造体１１に作用した外力Ｆの大きさ、及び（又は）、構造体１１の変形（変形量）等の各種データを取得する。
【００２３】
図２に示す形態の場合、センサ１２は金属繊維のコイルにより構成されている。このコイルには、交流信号が入力される。構造体１１が外力を受けて変形すると、その変形に追従してコイル（センサ１２）は変形する。この変形により、センサ１２におけるインダクタンスが変化する。このインダクタンスの変化が、センサ１２の出力信号の変化となる。センサ１２がコイルの場合、図３に示すように、センシング高分子構造体１０は更に、検出部としてＬＣＲメータ２０を有する。ＬＣＲメータ２０は、コイルから成るセンサ１２のインダクタンスを検出する。ＬＣＲメータ２０は、検出したインダクタンスを信号として、演算部１４に出力する。演算部１４は、その信号に基づいて、インダクタンスの変化（時間的変化）を検出する。演算部１４は、インダクタンスの変化に基づいて、構造体１１に作用した外力Ｆの大きさ、及び（又は）、構造体１１の変形（変形量）等の各種データを取得する。演算部１４がＬＣＲ２０を有する構成であってもよい。
【００２４】
センサ１２の形式は、他であってもよく、イオン導電性高分子金属接合体（ＩＰＭＣ）、又は、フッ素系圧電素子であってもよい。この場合も、センサ１２は、図１に示す形態と同様に、面状の構成を有する。センサ１２の形式は、構造体１１のひずみ量、熱環境等に応じて選択される。
【００２５】
以上のように、センサ１２は、構造体１１と共に変形し、その変形に応じて信号を出力する。図１に示すセンサ１２は、面に沿って広がった構成を有する。つまり、センサ１２は、フィルム状（シート状）であり、構造体１１中に面方向に沿って広がって連続的に設けられている。図２に示すセンサ１２は、線に沿って広がった構成を有する。つまり、センサ１２は、構造体１１中に線方向に沿って広がって連続的に設けられている。
【００２６】
発電部１３は、センサ１２と共に、構造体１１内に埋められた状態で設けられている。発電部１３は、外力により構造体１１と共に変形するソフトマテリアル素子により構成される。図１及び図２それぞれに示す形態では、発電部１３は圧電素子（フッ素系圧電素子１９）により構成されている。図４は、発電部１３の説明図である。発電部１３は、フィルム状であるフッ素系圧電素子１９に、一対の電極２１，２２が接続されて構成されている。図１及び図２において、構造体１１が外力Ｆを受けて変形すると、その変形に追従してフッ素系圧電素子１９（発電部１３）は変形する。この変形により、フッ素系圧電素子１９の圧電効果により電気エネルギが得られる。この電気エネルギは電源部１５に供給される。
【００２７】
発電部１３の形式は、他であってもよく、誘電エラストマー及び当該誘電エラストマーを挟む一対の電極を含む構成（センサ１２と同様の構成）であってもよい。この場合、電源部１５からの電力に基づいて予め電極に電荷が付与される。誘電エラストマーが変形することで静電容量が変化し、電荷が得られる。フッ素系圧電素子１９、電極２１，２２はフィルム状（シート状）である。このため、図１及び図２に示す発電部１３は、面に沿って広がった構成を有する。フィルム状である発電部１３（フッ素系圧電素子１９）の面に交差（直交）する方向に、発電部１３が変形することで、発電量が大きくなる。発電部１３の面に直交する方向を、発電部１３の主発電方向と称する。
【００２８】
以上のように、発電部１３は、センサ１２及び構造体１１と共に変形し、その変形に基づいて電気エネルギを生じさせる。図１及び図２それぞれに示す発電部１３は、面に沿って広がった構成を有する。つまり、発電部１３は、構造体１１中に面方向に沿って広がって連続的に設けられている。
【００２９】
センサ１２及び発電部１３はそれぞれ弾性変形可能である。発電部１３の剛性はセンサ１２の剛性よりも低いのが好ましい。つまり、発電部１３の方がセンサ１２よりも弾性変形しやすい。これにより、発電部１３による発電が優先的に行われる。これに対して、センサ１２はアンプ等の設定により感度を高くすることが可能である。このため、センサ１２は、発電部１３よりも変形し難くても、精度の高い検出が可能である。
【００３０】
図５は、センシング高分子構造体１０のブロック図である。電源部１５は、スイッチ素子等を含む回路部１５ａ及びキャパシタ１５ｂ等を有する。発電部１３から供給される電力（電気エネルギ）は、電源部１５に蓄積（充電）される。電源部１５は演算部１４に電力を供給可能である。また、電源部１５から演算部１４を介してセンサ１２へ電力が供給される。電源部１５も、センサ１２及び発電部１３と共に構造体１１に埋設されている。
【００３１】
演算部１４は、マイコンにより構成されている。センサ１２からの信号を取得し、各種の演算処理を実行し、所定のデータを生成し、出力する機能を有する。前記演算処理のために、演算部１４には各種のプログラム及び演算式が記憶されている。センサ１２（ＬＣＲメータ２０）からの信号を、構造体１１の変形（変形量）等の各種データに変換する演算式（数式モデル）が、演算部１４に記憶されている。演算部１４から各種データが有線又は無線で外部へ出力される。演算部１４も、センサ１２及び発電部１３と共に構造体１１に埋設されている。
【００３２】
図１に示す形態では、前記のとおり、センサ１２及び発電部１３それぞれは面に沿って広がった構成を有する。構造体１１に埋設されているセンサ１２及び発電部１３の配置は、次のとおりである。すなわち、外力Ｆの作用方向の（一点鎖線で示す）仮想線Ｌが、面状であるセンサ１２及び面状である発電部１３を貫くように、センサ１２及び発電部１３は配置されている。センサ１２と発電部１３とは、外力Ｆの方向について、重なって配置されている。以上より、本開示のセンシング高分子構造体１０では、構造体１１の変形に基づいてセンサ１２及び発電部１３の双方が変形可能となるように、センサ１２と発電部１３とが配置されていると言える。
【００３３】
前記のとおり、センサ１２を構成する誘電エラストマー１６及び電極１７，１８はフィルム状（シート状）である。このため、図１に示すセンサ１２は、面に沿って広がった構成を有する。センサ１２の面に交差（直交）する方向に、センサ１２が変形することで、静電容量が大きく変化する。センサ１２の面に直交する方向を、センサ１２の主センシング方向と称する。本開示では、センサ１２の主センシング方向が、外力Ｆの作用方向の仮想線Ｌと平行となっている（又は一致している）。主センシング方向と発電部１３の主発電方向とが平行となっている（又は一致している）。発電部１３の主発電方向が、外力Ｆの作用方向の仮想線Ｌと平行となる（又は一致する）。
【００３４】
外力Ｆは、センシング高分子構造体１０に主として作用する外力である。センシング高分子構造体１０が自動車のハンドルの一部に適用される場合、運転者（利用者）がハンドルを握る力が、主として作用する外力Ｆとなる。この外力Ｆは、円柱状であるセンシング高分子構造体１０に対して、その直径方向に作用する。つまり、主として作用する外力Ｆの方向は直径方向となる。直径方向が、センシング高分子構造体１０の主変形方向となる。直径方向について、センサ１２と発電部１３とは重なって配置されている。なお、外力Ｆの方向は、直径方向に対して傾斜していてもよく、この場合であっても、その外力Ｆの方向について、センサ１２と発電部１３とは重なって配置されている。
【００３５】
図１に示す形態では、面状であるセンサ１２と面状である発電部１３とは、平行の配置にあるが、両者の面が傾いていてもよい。面状であるセンサ１２と面状である発電部１３とは大きさが同じであってもよく、異なっていてもよい。図１の形態では、面状であるセンサ１２と面状である発電部１３とは、相互で全体的に対向するようにして、配置されている。しかし、外力Ｆが作用する方向から視た場合に、図６に示すように、センサ１２と発電部１３とが少なくとも一部において重なっていればよい（一部において対向していればよい）。また、別の形態として、図７に示すように、構造体１１における外力Ｆの作用点Ｐから距離Ｑ１，Ｑ２が同じとなる二つの位置に、センサ１２と発電部１３とが配置されていてもよい。
【００３６】
図２に示す形態では、前記のとおり、センサ１２は線に沿って広がった構成を有し、発電部１３は面に沿って広がった構成を有する。構造体１１に埋設されているセンサ１２及び発電部１３の配置は、次のとおりである。すなわち、外力Ｆの作用方向の仮想線Ｌが、線状であるセンサ１２を含む仮想面Ｋ、及び、面状である発電部１３を貫くように、センサ１２及び発電部１３は配置されている。センサ１２（センサ１２を含む仮想面Ｋ）と発電部１３とは、外力Ｆの方向について、重なって配置されている。以上より、本開示のセンシング高分子構造体１０では、構造体１１の変形に基づいてセンサ１２及び発電部１３の双方が変形可能となるように、センサ１２と発電部１３とが配置されていると言える。
【００３７】
センサ１２は、一方向に長い直線的な線状であることから、この一方向に直交する方向が、インダクタンスが大きく変化する方向となる。前記一方向（長手方向）に直交する方向を、センサ１２の主センシング方向と称する。本開示では、センサ１２の前記主センシング方向が、外力Ｆの作用方向の仮想線Ｌと平行となっている（又は一致している）。主センシング方向と発電部１３の前記主発電方向とが平行となっている（又は一致している）。発電部１３の主発電方向が、外力Ｆの作用方向の仮想線Ｌと平行となる（又は一致する）。
【００３８】
外力Ｆは、センシング高分子構造体１０に主として作用する外力である。センシング高分子構造体１０が自動車の内装材に適用される場合、利用者の身体の一部が接触することによる力が、主として作用する外力Ｆとなる。この外力Ｆは、角柱状であるセンシング高分子構造体１０に対して、構造体１１の一面１１ａに交差（直交）する方向に作用する。つまり、主として作用する外力Ｆの方向は一面１１ａに交差（直交）する方向（以下、「交差方向」と称する。）となる。交差方向が、センシング高分子構造体１０の主変形方向となる。交差方向について、センサ１２（センサ１２を含む仮想面Ｋ）と発電部１３とは重なって配置されている。なお、外力Ｆの方向は、前記一面１１ａの直交線に対して傾斜していてもよく、この場合であっても、その外力Ｆの方向について、センサ１２（センサ１２を含む仮想面Ｋ）と発電部１３とは重なって配置されている。
【００３９】
図２の形態では、センサ１２を含む仮想面Ｋは、面状である発電部１３と平行である。線状であるセンサ１２と面状である発電部１３との長手方向は、同じであってもよく、異なっていてもよい。図２の形態では、線状であるセンサ１２と、面状である発電部１３とが相互で全体的に対向するように、センサ１２と発電部１３とが配置されている。しかし、外力Ｆが作用する方向から視た場合に、図６に示す形態と同様、センサ１２と発電部１３とが少なくとも一部において重なっていればよい。また、別の形態として、図７に示す形態と同様、構造体１１における外力Ｆの作用点Ｐから距離Ｑ１，Ｑ２が同じとなる二つの位置に、センサ１２を含む仮想面Ｋと発電部１３とが配置されていてもよい。
【００４０】
演算部１４及び電源部１５は、図１及び図２に示すように、センサ１２と発電部１３との間に配置されている。その他の形態として、図８に示すように、演算部１４及び電源部１５は、センサ１２及び発電部１３から、構造体１１の長手方向に離れた位置に設けられていてもよい。この場合、演算部１４及び電源部１５の剛性によって、センサ１２及び発電部１３の変形が妨げられにくい。
【００４１】
図１に示す円柱状の構造体１１に、図２に示す面状のセンサ１２及び面状の発電部１３が埋め込まれていてもよく、また、図２に示す角柱状の構造体１１に、図１に示す線状のセンサ１２及び面状の発電部１３が埋め込まれていてもよい。
【００４２】
以上のように、前記各形態のセンシング高分子構造体１０は、高分子材料から成る構造体１１、センサ１２、及び、発電部１３を備える。センサ１２は、構造体１１に埋設されていて、外力Ｆにより構造体１１と共に変形し、その変形に応じて信号を出力する。発電部１３は、構造体１１に埋設されていて、外力Ｆにより構造体１１と共に変形し、その変形に基づいて電気エネルギを生じさせる。センサ１２は、構造体１１中に線方向又は面方向に沿って設けられている。そして、センサ１２と発電部１３とは、構造体１１の変形に基づいてセンサ１２及び発電部１３の双方が変形可能な配置になっている。つまり、センサ１２と発電部１３とは、センサ１２を変形させる構造体１１の変形に基づいて発電部１３が電気エネルギを生じさせ得る配置になっている。
【００４３】
このセンシング高分子構造体１０によれば、それ自体が、外力Ｆに基づく変形又はその外力Ｆを検出する手段として機能する。センサ１２は、構造体１１中に線方向又は面方向に沿って設けられている。このため、構造体１１において、点のように狭い範囲で生じる変形のみならず、線方向又は面方向に広がった範囲の変形又は外力Ｆを検出可能となる。例えば、図１及び図２により説明したように、センシング高分子構造体１０の曲げ又はその曲げの原因となった外力Ｆが検出される。また、センサ１２が検出可能である外力Ｆによって発電部１３は発電を行う。つまり、発電部１３は、センサ１２を変形させる外力Ｆで電気エネルギを生じさせる。このように、外力Ｆによって構造体１１が変形すると、センサ１２によってその変形又はその変形をさせる原因となった外力Ｆを検出できると共に、発電部１３によってその変形のエネルギを電気エネルギとして生じさせることができる。
【００４４】
図１及び図２それぞれに示されるように、構造体１１の特定部位（一部分）Ｊに外力Ｆが作用している。その外力Ｆによって特定部位Ｊが凹み構造体１１が全体として曲がる場合、その外力Ｆが作用する表面から遠い側において変形量が大きくなることがある。そこで、このような場合、図１及び図２それぞれの形態に示されるように、発電部１３は、センサ１２よりも、外力Ｆが直接的に作用する構造体１１の特定部位Ｊの表面から離れた位置に設けられているのが好ましい。この構成によれば、発電部１３は効率よく電気エネルギを生じさせる。
【００４５】
図９は、変形例を示す説明図であり、センシング高分子構造体１０を側方から視た図である。なお、図９では演算部１４及び電源部１５の記載が省略されているが、これらは前記の各形態と同様、構造体１１に埋設されている。図９に示すセンシング高分子構造体１０の場合、発電部１３は、センサ１２よりも、外力Ｆが直接的に作用する構造体１１の特定部位Ｊの表面から近い位置に設けられている。これは、構造体１１の特定部位Ｊの表面に外力Ｆが作用すると、先ず、その表面を含む領域で構造体１１は変形するためである。
【００４６】
発電部１３が、センサ１２よりも、特定部位Ｊの表面から近い位置に設けられている場合、発電部１３によって先ず電気エネルギを発生させ、この電気エネルギにより、センサ１２を用いた構造体１１の変形を検出する機能を備えることができる。なお、この構成は、センサ１２がコイルにより構成される形態（図２参照）のように、センサ１２が機能するために電力（交流信号）を要する場合に、好適である。また、センサ１２が誘電エラストマー１６を含む形態（図１参照）等のように、センサ１２自体が機能するために電力が不要であっても、そのセンサ１２の信号に基づいて演算部１４が各種処理を実行するために電力を要する。このため、センサ１２が誘電エラストマー１６を含む形態であっても、図９に示す構成は好ましい。
【００４７】
更に、図９に示す形態では、センシング高分子構造体１０は、第二の発電部２３を更に備える。外力Ｆが作用する構造体１１の特定部位Ｊの表面から近い発電部１３を、第一の発電部１３と称する。第二の発電部２３は、センサ１２よりも特定部位Ｊの表面から離れた位置に設けられている。第二の発電部２３は第一の発電部１３と構成が同じである。センサ１２を変形させる構造体１１の変形に基づいて、第一の発電部１３及び第二の発電部２３が電気エネルギを生じさせるように、センサ１２と第一の発電部１３と第二の発電部２３とは配置されている。第二の発電部２３も、第一の発電部１３と同様、電源部１５に電力を供給する。図１０は、図９に示すセンシング高分子構造体１０の動作を説明するフロー図である。以下、図９に示すセンシング高分子構造体１０の動作を順に説明する。
【００４８】
構造体１１の特定部材Ｊの表面に外力Ｆが作用すると、構造体１１が変形する（図１０のステップＳ１）。すると、まず、第一の発電部１３が電気エネルギを発生させる（ステップＳ２）。この電気エネルギが発電トリガとなる。この電気エネルギを用いてセンサ１２を機能させる。つまり、前記発電トリガにより、電源部１５が起動し（ステップＳ３）、演算部１４が起動する（ステップＳ４）。外力Ｆによる構造体１１の変形に併せてセンサ１２は変形している。このため、演算部１４は、センサ１２からの信号（信号の変化）を取得する。このように、外力Ｆが構造体１１に作用し、第一の発電部１３によって電気エネルギが生じると、センサ１２を用いた前記検出が行われる（ステップＳ５）。外力Ｆにより、第二の発電部２３も変形し、電気エネルギを発生させる（ステップＳ６）。図９の想像線（二点鎖線）で示すように、構造体１１の特定部位Ｊに外力Ｆが作用し、その外力Ｆによって特定部位Ｊが凹み、構造体１１が全体として曲がる。すると、前記のとおり、その外力Ｆが作用する特定部位Ｊの表面から遠い側において変形量が大きくなる場合がある。このため、第二の発電部２３が発生させる電気エネルギは大きくなって、電源部１５における充電が開始される（ステップＳ７）。
【００４９】
構造体１１の変形が終了すると（ステップＳ８）、センサ１２からの信号に変化が生じず、これにより、センサ１２を用いた前記検出が終了する（ステップＳ９）。すると、第一の発電部１３及び第二の発電部２３による充電も終了する（ステップＳ１０）。センサ１２からの信号に変化が生じなくなることで、演算部１４が行う処理（前記検出）、及び電源部１５の機能が終了する（ステップＳ１１、Ｓ１２）。これにより、センシング高分子構造体１０はシャットダウン状態となる（ステップＳ１３）。ステップＳ７により、電源部１５において、充電された状態が維持される。シャットダウン状態から、再び、構造体１１の特定部材Ｊの表面に外力Ｆが作用すると、構造体１１が変形する（ステップＳ１）。以下、ステップＳ２からの処理が繰り返し実行される。つまり、シャットダウン状態から自動的にスタートアップ状態となる。
【００５０】
以上のように、図９に示す形態によれば、第一の発電部１３が電気エネルギを生じさせるまでは、センサ１２を用いた構造体１１の変形等の検出を行わない。つまり、外力Ｆが作用するまでは、シャットダウン状態にあり、センシング高分子構造体１０は電力を消費しない。第一の発電部１３の電気エネルギによってセンサ１２を用いた前記検出が可能になると、特定部材Ｊの表面から遠い側にある第二の発電部２３によって効率よく電気エネルギを生じさせることができる。この結果、前記検出を安定させることが可能となる。
【００５１】
センシング高分子構造体１０は、自動車のハンドル、肘掛け又はシート等の内装材以外にも適用可能であり、オイルシール等の密封装置、又は、ギア若しくは軸等の駆動部品にも適用可能である。
また、前記各形態では、構造体１１にセンサ１２が一つ設けられる場合について説明したが、センサ１２は複数設けられていてもよい。
図１に示す面状であるセンサ１２を筒状に巻くことで、線状のセンサ１２が構成されてもよい。この場合、一方向に長い筒状（線状）であるセンサ１２の主センシング方向は、その一方向（長手方向）に直交する方向となる。
【００５２】
今回開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の権利範囲は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲に記載された構成と均等の範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００５３】
１０：センシング高分子構造体    １１：構造体                １２：センサ
１３：発電部（第一の発電部）    ２３：第二の発電部          Ｆ：外力
Ｊ：特定部位                    Ｋ：センサを含む仮想面
Ｌ：外力の作用方向の仮想線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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