JP7039277B2 - デバイス及びデバイスシステム - Google Patents

Description

本発明は、デバイス及びデバイスシステムに関する。

外力が加えられることで電気エネルギーを発生する圧電素子を用いた各種のデバイスが提案されている。

例えば、特許文献１には、圧電素子の発電エネルギーを大きくできて、発光素子の発光量を大きくできる圧電発光うちわとして、筒状の取っ手内にプラスチック製の柄が揺動可能に収容されていると共に、柄に機械エネルギーを電気エネルギーに変換する圧電素子が設けられて、扇いだときに柄が大きく撓んで変形する圧電発光うちわが提案されている。

また、特許文献２及び特許文献３には、軽量小型であり、災害非常時の手元の照明として便利な懐中電灯として、圧電素子の長手方向の一端が第１の保持部材に保持されると共に、他端が第２の保持部材に保持されて、第２の保持部材に外力が加えられて圧電素子に変形が生じることにより発生されて取り出される電気エネルギーによって発光ダイオードが発光され懐中電灯が提案されている。

さらに、特許文献４には、異物が浸入することにより動作不良が生じるのを抑制できる電子ペンとして、先端部の押圧力が間接的に印加されることで押圧力を検出する振動センサとして圧電部材が用いられたスイッチ部を備え、スイッチ部で検出した押圧力に対応して発光部を発光させる電子ペンが提案されている。

ところで、圧電素子などが設けられた圧電部材の出力をそのまま負荷の動作に用いた場合、負荷の動作が不安定となることが考えられる。

特許第４１６８８４１号 特許第３８０６７２４号 特開２００７－２４２４３９号公報 特開２０１６－０１８４６５号公報

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、圧電部材の検出結果に応じた動作を安定にできるデバイス、及びデバイスを用いたデバイスシステムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の具体的手段は、以下の通りである。

＜１＞ 各々が外力によって変位する可撓性を有する一対の電極を備えると共に、前記一対の電極の少なくとも一方の電極の変位に応じて前記一対の電極の間の電位差に変化を生じさせる圧電体を備える圧電部材と、
前記圧電部材の電位差の変化が所定状態となった際に前記電位差に応じた電流を出力する検出部と、
前記検出部から出力される電流によって蓄電されると共に、前記検出部が出力を停止することで放電される蓄電部と、
前記蓄電部の蓄電電圧が所定値を超えた際に、前記蓄電電圧に応じて定められた動作を行う動作部と、
を含むデバイス。

＜２＞ 前記圧電部材は、前記一対の電極の一方としての筒状の外周導体、及び前記一対の電極の他方としての線状の内部導体を備え、前記内部導体は、長手方向が前記外周導体の軸方向とされて前記外周導体の内部に設けられた＜１＞のデバイス。
＜３＞ 前記圧電体は、長尺の有機圧電材料であり、前記外周導体の内面側において前記内部導体に対して一方向に螺旋状に巻回されている＜２＞のデバイス。
有機圧電材料が用いられた前記圧電体としては、光学活性を有するヘリカルキラル高分子（Ａ）を適用できる。また、ヘリカルキラル高分子（Ａ）は、ポリ乳酸を用いることができる。
また、前記長尺の有機圧電材料の一方の面に導体を設け（前記導体は帯状となる）、前記導体が前記内部導体に対して一方向に螺旋状に巻回され筒状の前記外周導体が形成されることで、前記外周導体の内面に配置されてもよい。

＜４＞ 前記動作部は、光を射出する発光部を含む＜１＞から＜３＞の何れかのデバイス。
＜５＞ 外力によって弾性変形されることで撓む可動部を含み、前記圧電部材が前記可動部に設けられた＜１＞から＜４＞の何れかのデバイス。

＜６＞ 前記可動部は、柄の一端に設けられた要部及び一端が前記要部に連結されて前記要部と共に揺動される扇部を含む＜５＞のデバイス。
＜７＞ 前記可動部は、一端側がグリップ部とされた長尺筒状体の他端側に設けられ、長手方向と交差する方向に可撓性を有する＜５＞のデバイス。
＜８＞ 前記動作部は、光を射出する発光部を含み、前記発光部が前記可動部を発光させる＜６＞又は＜７＞のデバイス。
＜９＞ 前記発光部は、長尺筒状体の長手方向一端側から長手方向外側に向けて光を照射する＜４＞のデバイス。

＜１０＞ 前記動作部は、前記蓄電電圧に応じた信号を送出する伝送部を含む＜１＞から＜９＞の何れかのデバイス。

＜１１＞ ＜１０＞のデバイスと、
前記デバイスの前記伝送部との間で通信を行うことで前記蓄電電圧に応じた信号を取得する通信部と、
前記通信部で取得された前記蓄電電圧に応じた信号から前記デバイスの動作状態を解析する解析部と、
前記解析部の解析結果を記憶して出力可能とする出力部と、
を含むデバイスシステム。

本発明によれば、圧電部材を用いた際に、安定した動作状態が得られるデバイス、及びデバイスシステムを提供することができる。

第１の実施の形態に係る発光うちわを示す斜視図である。 第１の実施の形態に係るセンサモジュールの主要部を示す回路図である。 （Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）の各々は、第１の実施の形態に適用可能な圧電センサの概略構成図である。 第２の実施の形態に係る集計システムの概略構成図である。 第３の実施の形態に係るスティックライトを示す外観図である。 第４の実施の形態に係る懐中電灯を示す外観図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１には、本発明の第１の実施の形態に係るデバイスとしての発光うちわ１０が斜視図にて示されている。

図１に示すように、発光うちわ１０は、例えば、樹脂製とされており、発光うちわ１０は、可動部及び発光部を構成する略円形平板状の扇部１２、略棒状の柄（把手）１４、及び可動部を構成する要部１６によって形成されている。発光うちわ１０は、柄１４の長手方向の一端部に要部１６が形成されており、要部１６には、扇部１２の基部側が一体的に連結されている。扇部１２は、略扇子形状であってもよく、円形であってもよい。扇部１２は、複数の骨１２Ａが要部１６を中心に放射状に延設されていると共に、骨１２Ａの間が薄肉のフィン１２Ｂによって連結されている。

これにより、発光うちわ１０は、柄１４が握られて扇部１２側が振られることで、柄１４の握られた位置よりも要部１６側が弾性変形して、要部１６及び扇部１２側が揺動する（扇がれる）。この際、発光うちわ１０は、骨１２Ａ及びフィン１２Ｂが弾性変形することで、扇部１２の先端側（要部１６とは反対側）が大きく揺動する。

扇部１２を形成する樹脂には、透明樹脂が用いられており、当該透明樹脂には、蛍光色素（図示省略）が混入されている。蛍光色素は、所定の波長の光（励起光）が照射されることで、当該光によって励起されて所定色（所定の波長）の光を放出（発光）する。扇部１２は、蛍光色素が光を放出することで発光される。なお、扇部１２は、透明樹脂の表面が蛍光色素によってコーティングされていてもよい。

一方、発光うちわ１０には、センサモジュール２０が設けられている。図２には、センサモジュール２０の概略構成が主要部の回路図にて示されている。
図２に示すように、センサモジュール２０には、圧電部材及び圧電ラインとしての圧電センサ２２が設けられている。また、センサモジュール２０には、動作回路部１８が設けられており、動作回路部１８には、図示しない基板（回路基板）上に検出部２４、補正部としての出力調整部２６及び動作部２８が形成されている。

圧電センサ２２は、一対の電極として互いに対向された第１の導体及び第２の導体を備え、第１の導体及び第２の導体が外力によって変位（変形）可能にされている。第１の導体及び第２の導体の間には、絶縁体として、印加された張力によって変位することにより分極を発生する圧電体が設けられている。圧電センサ２２は、外力によって第１の導体及び第２の導体が変位されることで、変位に応じた分極及びその分極によって導体に電荷が誘起して、第１の導体と第２の導体との間に電位差が生じる構成とされている。圧電センサ２２が受ける外力には、引張、加圧及び屈曲が含まれ、変位には、これらの外力に応じた部分的又は全体的な伸長、圧縮などの復帰可能な変形（非塑性変形）が含まれる。

第１の導体及び第２の導体としては、平板状の導体又は帯板状の導体を適用できる。また、第１の導体及び第２の導体としては、一方が筒形状にされると共に、他方が棒状又は糸状（線状）にされて、一方の導体の同軸上に他方の導体が配置された構成とされてもよい。本実施の形態の圧電センサ２２は、一例として第１の導体及び第２の導体の一方が筒形状にされて、他方が糸状又は棒状とされている。

図３（Ａ）には、第１の実施の形態に係る圧電センサ２２の概略構成が示されている。
圧電センサ２２は、第１の導体及び第２の導体（一対の電極）の一方としての長尺状の内部導体３０を備えると共に、第１の導体及び第２の導体の他方としての略筒形状の外周導体３２を備えている。圧電センサ２２は、外周導体３２と略同軸上に内部導体３０が配置されてライン状（同軸ケーブル状）に形成されている。圧電センサ２２では、入力された外力に応じて内部導体３０及び外周導体３２の間に絶縁体として配置されている圧電体に変位が生じて分極が生じ、内部導体３０と外周導体３２との間に電位差が生じる共に、電位差が変位に応じて変化する。

圧電センサ２２の内部導体３０としては、任意の導体を用いることができるが、錦糸線であることがより好ましい。錦糸線の形態は、繊維に対して、圧延銅箔が螺旋状に巻回された構造を有するが、電気伝導度の高い銅が用いられていることにより出力インピーダンスを低下させることが可能となり、電圧信号の検出が容易となると共に、圧電感度、及び圧電出力の安定性をより向上できる。

圧電センサ２２には、有機物（有機化合物、有機圧電材料）であり、光学活性を有するヘリカルキラル高分子（Ａ）を含む長尺状の圧電体３４が用いられている。なお、圧電センサ２２は、第１の導体及び第２の導体の一方に圧電体３４が設けられればよい。

圧電体３４に含まれるヘリカルキラル高分子（Ａ）としては、圧電性をより向上させる観点から、下記式（１）で表される繰り返し単位を含む主鎖を有するポリ乳酸（polylactic acid：ＰＬＡ）系高分子であることが好ましく、また、Ｄ体又はＬ体からなることが好ましい。圧電体３４は、長さ方向とヘリカルキラル高分子（Ａ）の主配向とが略平行とされており、圧電体３４は、配向度Ｆが、０．５以上、１．０未満とされている。なお、ヘリカルキラル高分子（Ａ）の主配向方向とは、ヘリカルキラル高分子（Ａ）の主たる配向方向を意味する。また、配向度Ｆは、圧電体に含まれるヘリカルキラル高分子（Ａ）の配向の度合いを示す指標であり、例えば、広角Ｘ線回折装置（リガク社製 ＲＩＮＴ２５５０、付属装置：回転試料台、Ｘ線源：ＣｕＫα、出力：４０ｋＶ ３７０ｍＡ、検出器：シンチレーションカウンター）により測定されるｃ軸配向度である。圧電体３４のヘリカルキラル高分子（Ａ）の主配向方向は、圧電体３４の配向度Ｆを測定することによって確認できる。

外周導体３２には、内部導体３０の外周面に沿いかつ隙間がないようにされて、圧電体３４が一方向に螺旋状に巻回されて形成されている。外周導体３２は、帯状の導体の少なくとも一方の面に圧電体３４が設けられ、圧電体３４と共に内部導体に対して一方向に螺旋状に巻回されることで、筒状に形成されてもよい。圧電体３４は、一方向に螺旋状に巻回されていることで、外周導体３２に加圧（例えば、径方向外側からの押圧）、引張、屈曲等を生じさせる外力を受けた際に、長さ方向に張力（応力）が印加される。圧電体３４は、長さ方向に張力（応力）が印加されることで変位し、ヘリカルキラル高分子（Ａ）にずり力が加わり、外周導体３２の径方向にヘリカルキラル高分子（Ａ）の分極が生じる。その分極方向は、螺旋状に巻回された圧電体３４を、その長さ方向に対して平面と見做せる程度の微小領域の集合体とみなした場合、その構成する微小領域の平面に、張力（応力）に起因したずり力がヘリカルキラル高分子（Ａ）に印加された際の、圧電応力定数に起因して発生する電界の方向と略一致する。

具体的には、例えばポリ乳酸（ＰＬＡ）において分子構造が左巻き螺旋構造からなるＬ－乳酸のホモポリマー（ＰＬＬＡ）の場合、ＰＬＬＡの主配向方向と長さ方向が略平行な圧電体３４を、内部導体３０に対して左巻きに螺旋状に巻回した構造体に張力（応力）が印加されると、径方向に平行に、張力と垂直な円状断面の中心から外側方向への電界（分極）が発生する。また、これとは逆にＰＬＬＡの主配向方向と長さ方向が略平行な圧電体３４を、内部導体３０に対して右巻きに螺旋状に巻回した構造体に張力（応力）が印加された場合、径方向に平行に、張力と垂直な円状断面の外側から中心方向への電界（分極）が発生する。

また、例えば分子構造が右巻き螺旋構造からなるＤ－乳酸のホモポリマー（ＰＤＬＡ）の場合、ＰＤＬＡの主配向方向と長さ方向が略平行な圧電体３４を、内部導体３０に対して左巻きに螺旋状に巻回した構造体に張力（応力）が印加されると、径方向に平行に、張力と垂直な円状断面の外側から中心方向への電界（分極）が発生する。また、これとは逆にＰＤＬＡの主配向方向と長さ方向が略平行な圧電体３４を、内部導体３０に対して右巻きに螺旋状に巻回した構造体に張力（応力）が印加されると、径方向に平行に、張力と垂直な円状断面の中心から外側方向への電界（分極）が発生する。

これにより、圧電センサ２２の長さ方向に張力が印加された際には、螺旋状に配置された圧電体３４の各部位において、張力に比例した電位差が位相の揃った状態で発生するため、圧電センサ２２は、効果的に張力に比例した電圧信号を出力できる。

圧電センサ２２は、内部導体３０と外周導体３２との間において、内部導体３０の外周面に沿って螺旋状に巻回された絶縁体（図示省略）を備えることが好ましい。絶縁体は、外周導体３２の圧電体３４と交互に交差された組紐構造をなすことがより好ましく、圧電体３４に張力がかかりやすくなる観点から、圧電体３４と絶縁体との隙間が無い方がより好ましい。

内部導体３０と外周導体３２との間に絶縁体を配置することで、圧電センサ２２が弾性変形可能になると共に、繰り返し屈曲されたり、小さい曲率半径で屈曲されたりした際に隙間が生じるのを抑制でき、かつ内部導体３０と外周導体３２とを電気的により確実に遮蔽することが可能となり、内部導体３０と外周導体３２とが電気的に短絡するのを防止できる。このため、圧電センサ２２が屈曲して使用される用途においても高い信頼性を確保可能となる。また、絶縁体と圧電体３４とは、交互に交差された組紐構造とされてもよく、組紐構造とされること、圧電センサ２２の屈曲変形時において、圧電体３４が内部導体３０に対して一方向に巻回した状態を保持しやすくできる。

圧電センサ２２は、外周導体３２（圧電体３４）の外周に絶縁体（図示省略）を備えることが好ましい。外周導体３２の外周に絶縁体を備えることにより、外部からの水や汗等の液体やほこり等の侵入などを抑制できて、浸入物に起因する内部導体３０と外周導体３２との間の漏れ電流の発生を抑制できる。

また、圧電センサ２２は、圧電体３４が長尺平板形状を有する場合、圧電感度、及び圧電出力の安定性を向上する観点から、圧電体３４の少なくとも一方の主面の側に機能層が配置されていることが好ましい。機能層は、接着層、ハードコート層、帯電防止層、アンチブロック層、保護層、及び電極層のうちの少なくとも一つを含むことが好ましい。これにより、例えば、圧電デバイス（圧電織物、圧電編物等）、力センサ、アクチュエータ、生体情報取得デバイスへの適用がより容易になる。また、機能層として電極層を含むことで、圧電センサ２２を、例えば、圧電デバイス（圧電織物、圧電編物等）、力センサ、アクチュエータ、生体情報取得デバイスの構成要素の一つとして用いた場合に、外周導体３２又は内部導体３０と、他の積層体との接続をより簡易に行うことができるので、本実施の形態の圧電基材（圧電体３４）に張力が印加されたときに、張力に応じた電圧信号が検出されやすくなる。

また、接着層を含むことで内部導体３０と外周導体３２（圧電体３４）との相対位置がずれにくくなるため、圧電体３４に張力がかかりやすくなり、圧電体３４に含まれるヘリカルキラル高分子（Ａ）にずり応力が印加されやすくなる。これにより、効果的に張力に比例した電圧出力を内部導体３０と外周導体３２との間から検出することが可能となる。また、接着層を備えることで、単位引張力当たりの発生電荷量の絶対値がより増加する。

図３（Ｂ）には、圧電センサ２２の変形例として、外周導体３２が二層構造とされた圧電センサ２２Ａが示されている。外周導体３２を二層構造とする際には、一方向に巻回された内側の圧電体３４（３４Ａ）の外周に、もう一つの圧電体３４（３４Ｂ）を一方向とは交差する他方向に螺旋状に巻回されることが好ましい。この際、圧電体３４Ａに含まれるヘリカルキラル高分子（Ａ）のキラティと、圧電体３４Ｂに含まれるヘリカルキラル高分子（Ａ）のキラティとが互いに異なることが好ましい。

これにより、例えば、外周導体３２の長さ方向に張力が印加されたときに、圧電体３４Ａに含まれるヘリカルキラル高分子（Ａ）、及び圧電体３４Ｂに含まれるヘリカルキラル高分子（Ａ）の両方に分極が生じる。分極方向は、いずれも外周導体３２の径方向であるので、より効果的に張力に比例した電圧信号（電荷信号）を検出でき、圧電感度、及び圧電出力の安定性をより向上できる。また、圧電体３４を二層構造とすることで、内部導体３０に対して、圧電体３４Ａ及び圧電体３４Ｂの空隙を少なくして密着させることが可能となり、張力によって発生した電界が効率よく伝達されやすくなり、高感度化を実現できる。

図３（Ｃ）には、圧電センサ２２の圧電センサ２２Ａとは別の変形例として、外周導体３２を形成する圧電体３４Ａと圧電体３４Ｂとが交互に交差された組紐構造とされた圧電センサ２２Ｂが示されている。圧電センサ２２Ｂは、圧電体３４Ａと圧電体３４Ｂとが組紐構造とされることで、外周導体３２の長さ方向に張力が印加された際に、圧電体３４Ａに含まれるヘリカルキラル高分子（Ａ）、及び圧電体３４Ｂに含まれるヘリカルキラル高分子（Ａ）の両方に、外周導体３２の径方向に分極が生じるので、圧電感度及び出力電圧の安定性がより向上される。しかも、二層構造とした圧電体３４Ａ、３４Ｂの間に適度な空隙が生じるため、屈曲変形するような力が働いた際にも、空隙が変形を吸収して、しなやかに屈曲変形しやすくなる。

一方、図２に示すように、センサモジュール２０には、検出部２４を構成する能動素子及びスイッチング素子としてのトランジスタ（ＴＲ１）３６、及び動作部２８を構成する能動素子及びスイッチング素子としてのトランジスタ（ＴＲ２）３８が設けられている。トランジスタ３６、３８には、例えば、Ｎチャネル（Ｎ型）・エンハンスメント型（エンハンスモード）のＭＯＳＦＥＴが用いられている。

また、センサモジュール２０には、出力調整部２６を構成する抵抗値（電気抵抗）Ｒ１の抵抗４０、抵抗値Ｒ２の抵抗４２及び蓄電部としての電気容量（静電容量）Ｃのコンデンサ４４が設けられていると共に、動作電源としてのバッテリ４６が設けられている。さらに、動作部２８には、抵抗値Ｒ３の抵抗（電流制限抵抗）４８、及び動作部及び発光部を構成する発光素子としての発光ダイオード（ＬＥＤ）５０が設けられている。

トランジスタ３６のドレインＤには、バッテリ４６（バッテリ４６の正側電極）が接続されている。また、トランジスタ３６のゲートＧとソースＳとの間には、圧電センサ２２が接続されており、圧電センサ２２は、内部導体３０がトランジスタ３６のゲートＧに接続されていると共に、外周導体３２がトランジスタ３６のソースＳに接続されている。これにより、圧電センサ２２の内部導体３０と外周導体３２との間に生じる電位差（センサ電圧Ｖｓ）が、トランジスタ３６のゲートＧに入力される。

抵抗４２及びコンデンサ４４の各々は、一端側が抵抗４０を介してトランジスタ３６のソースＳに接続されていると共に、他端側が接地（バッテリ４６の負側電極に接続）されている。即ち、出力調整部２６は、抵抗４２及びコンデンサ４４が並列接続されてトランジスタ３６のソースＳに接続されている。

これにより、検出部２４には、ソース接地スイッチング回路が形成されている。トランジスタ３６は、圧電センサ２２から入力されるセンサ電圧Ｖｓによってオン・オフされる。この際、トランジスタ３６は、センサ電圧Ｖｓがトランジスタ３６のしきい値電圧（ゲートしきい値）Ｖｔｈを超えることでオンされ、センサ電圧Ｖｓがトランジスタ３６のしきい値電圧Ｖｔｈより下がることでオフされる。また、トランジスタ３６がオンされた際には、センサ電圧Ｖｓに応じた電流Ｉｄ１が流れる。

出力調整部２６は、トランジスタ３６がオンされることによりコンデンサ４４が充電され、トランジスタ３６がオフすることによりコンデンサ４４が放電される。この際、コンデンサ４４の充電時の時定数が抵抗４０の抵抗値Ｒ１及びコンデンサ４４の静電容量Ｃによって定まり、コンデンサ４４の放電時の時定数が抵抗４２の抵抗値Ｒ２及びコンデンサ４４の静電容量Ｃによって定まる。また、コンデンサ４４が充電された状態における端子電圧（蓄電電圧Ｖｃ）は、抵抗値Ｒ１、Ｒ２及び電流Ｉｄ１によって定まる。

第１の実施の形態では、センサ電圧Ｖｓが０Ｖ～１０Ｖ程度となっている圧電センサ２２に対して、トランジスタ３６、３８を２ＳＫ４１５０（型番）、抵抗値Ｒ１を１００ＭΩ、抵抗値Ｒ２を１０ＭΩ、静電容量Ｃを０．１μＦ、抵抗値Ｒ３を２００Ω、及びバッテリ４６として電圧３Ｖの乾電池を用いている。これにより、コンデンサ４４に対する充電時間より放電時間が短くされている。

動作部２８は、ＬＥＤ５０のアノードＡが抵抗４８の一端に接続されると共に、ＬＥＤ５０のカソードＫがトランジスタ３８のドレインＤに接続されており、トランジスタ３８は、ドレインＤが抵抗４８及びＬＥＤ５０を介してバッテリ４６（バッテリ４６の正側電極）に接続されている。また、トランジスタ３８は、ソースＳが接地されていると共に、ゲートＧが抵抗４０と抵抗４２（及びコンデンサ４４）との間に接続されている。これにより、動作部２８では、ソースフォロアスイッチング回路が形成されており、動作部２８のトランジスタ３８は、ゲートＧに入力される蓄電電圧Ｖｃによってオン・オフされる。この際、トランジスタ３８は、蓄電電圧Ｖｃがしきい値電圧（ゲートしきい値電圧）Ｖｔｈを超えることでオンされ、蓄電電圧Ｖｃがしきい値電圧Ｖｔｈより下がることでオフされる。

動作部２８では、トランジスタ３８がオンされた際には、蓄電電圧Ｖｃに応じた電流Ｉｄ２が流れ、電流Ｉｄ２に応じた明るさ（発光強度）でＬＥＤ５０が点灯（発光）動作される。

第１の実施の形態に係るＬＥＤ５０は、発光うちわ１０の扇部１２に混入された蛍光色素に対して励起光となる波長の光（例えば、紫外光）を発する。なお、発光素子としては、ＬＥＤ５０に限らず、動作されることで光を発する発光素子を用いることができる。

また、動作部２８には、出力端子５２が設けられており、出力端子５２は、例えば、抵抗４８とＬＥＤ５０の間（ＬＥＤ５０のアノードＡ側）に接続されている。これにより、トランジスタ３８が動作された際には、トランジスタ３８の電流Ｉｄ２に応じた出力電圧（電圧信号）Ｖｏが出力端子５２から出力可能となっており、出力電圧Ｖｏは、コンデンサ４４の蓄電電圧Ｖｃに応じた電圧となっている。

図１に示すように、発光うちわ１０には、柄１４内にセンサモジュール２０の動作回路部１８が収容されていると共に、要部１６内にＬＥＤ５０が収容されている。ＬＥＤ５０は、要部１６の内部において発光方向（光の照射方向）が扇部１２側に向けられており、ＬＥＤ５０は、扇部１２内に向けて光を発する。これにより、ＬＥＤ５０から発せられた光は、扇部１２内を伝播して、扇部１２内に混入されている蛍光色素に励起光として照射される。

センサモジュール２０の圧電センサ２２は、長手方向の一端側が扇部１２側とされると共に、長手方向の他端側が柄１４側とされて要部１６に配置されており、圧電センサ２２は、要部１６において扇部１２と柄１４とに跨って配置されている。このため、発光うちわ１０が扇がれて（振られて）要部１６及び扇部１２が揺動されることで、圧電センサ２２に加速度が加えられたり、圧電センサ２２が屈曲されたりする。これにより、発光うちわ１０が振られた際には、圧電センサ２２の内部導体３０及び外周導体３２に変位が生じて、センサ電圧Ｖｓが変化する。

次に、第１の実施の形態に係る発光うちわ１０の作用を説明する。
発光うちわ１０は、柄１４が握られて振られることで、要部１６側及び扇部１２側が揺動される。これにより、発光うちわ１０を用いて風を送る（扇ぐ）ことができる。また、発光うちわ１０を大きなモーションで振ったり強く（速く）振ったりすることで、要部１６側及び扇部１２側を大きく揺動させて、合図や感情表現等を行うことができる。

発光うちわ１０には、センサモジュール２０の圧電センサ２２が設けられており、圧電センサ２２は、発光うちわ１０の要部１６近傍に配置されている。このため、圧電センサ２２は、発光うちは１０が振られることで、内部導体３０及び外周導体３２（圧電体３４）に引張等の変位（特に圧電体３４の引張方向の変位）が生じて、変位に応じたセンサ電圧Ｖｓを出力する。この際、発光うちわ１０の要部１６が揺動されることで、圧電センサ２２は、変位及び変位からの復帰が繰り返される。発光うちわ１０が軽く（緩やかに）振られた際には、圧電センサ２２の変位幅が小さく、センサ電圧Ｖｓが低くかつ変化が小さくなり、発光うちわ１０が強く（速く）振られたり大きく振られたりした際には、圧電センサ２２が高くかつ変化が大きくなる。

センサモジュール２０では、センサ電圧Ｖｓがトランジスタ３６のしきい値電圧Ｖｔｈを超えた際に、トランジスタ３６がオンして、コンデンサ４４が充電され、センサ電圧Ｖｓがトランジスタ３６のしきい値電圧Ｖｔｈよりも下がった際には、トランジスタ３６がオフして、コンデンサ４４が放電する。このため、発光うちわ１０が振られている間は、コンデンサ４４の充電が繰り返される。これにより、発光うちわ１０が緩やかにかつ弱く振られている場合には、蓄電電圧Ｖｃの上昇が抑えられ、発光うちわ１０が比較的速く振られたり大きく振られたりしている場合には、蓄電電圧Ｖｃが上昇する。

センサモジュール２０は、蓄電電圧Ｖｃが上昇されてトランジスタ３８のしきい値電圧Ｖｔｈを超えることで、トランジスタ３８がオンされる。トランジスタ３８がオンされることで、トランジスタ３８の電流Ｉｄ２によってＬＥＤ５０が駆動されて、ＬＥＤ５０が発光する。さらに、センサ電圧Ｖｓが上昇して、蓄電電圧Ｖｃが上昇した際には、トランジスタ３８の電流Ｉｄ２が上昇して、ＬＥＤ５０の発光強度が高くなる（明るくなる）。

さらに、発光うちわ１０を振るのを止めることでセンサ電圧Ｖｓが低下すると、トランジスタ３６がオフしてコンデンサ４４が放電される。これにより、蓄電電圧Ｖｃが低下すると、トランジスタ３８がオフして、ＬＥＤ５０の発光が停止される。

一方、発光うちわ１０では、ＬＥＤ５０が点灯されることで、ＬＥＤ５０から発せられた光が、扇部１２の骨１２Ａ及びフィン１２Ｂの内部を伝播される。この扇部１２には、透明樹脂内に蛍光色素が混入されており、扇部１２内を伝播した光が蛍光色素に照射されることで、蛍光色素が励起されて発光する。これにおり、発光うちは１０では、扇部１２内の蛍光色素から発せられた光が扇部１２の周囲に放射（放出）される（発光される）。この際、扇部１２では、ＬＥＤ５０の発光強度が高くなるほど、扇部１２から放射される光が強くなり（明るくなり）、扇部１２がより明るく見える。

ここで、圧電センサ２２は、外周導体３２の圧電体３４の変位によってセンサ電圧Ｖｓが変化し、変位が少ないとセンサ電圧Ｖｓが低く、変位が断続的になると、センサ電圧Ｖｓが断続的に変化する。また、外周導体３２の圧電体３４の変位は、発光うちわ１０の振られ方によって変位し、発光うちわの振られ方が弱いと変位が少なくなる。

このため、圧電センサ２２のセンサ電圧ＶｓによってＬＥＤ５０をオン・オフするようにした場合、発光うちわ１０が振られることで、ＬＥＤ５０が短い周期で点滅して、発光うちわ１０が明滅してしまう。

これに対して、センサモジュール２０には、検出部２４及び出力調整部２６が設けられており、出力調整部２６は、コンデンサ４４の蓄電電圧Ｖｃが所定値（トランジスタ３８のゲートしきい値電圧Ｖｔｈ）に達した際に、トランジスタ３８がオンして、ＬＥＤ５０が点灯されるようにしている。このため、発光うちわ１０が一振りする間にＬＥＤ５０が点灯及び消灯してしまうのを抑制でき、発光うちわ１０が振られている間、ＬＥＤ５０が点滅し続けるのを抑制できる。

また、発光うちわ１０が断続的に弱く振られている場合、強く振られた場合であっても振りが瞬間的であった場合、ＬＥＤ５０が点灯されないので、扇部１２を発光停止状態に保持できる。さらに、センサモジュール２０は、発光うちわ１０が強く振られるほど扇部１２を明るくでき、発光うちわ１０の振られ方が弱くなると扇部１２の明るさが低下させることができる。

また、圧電センサ２２は、動作のための電力が不要であり、センサモジュール２０は、圧電センサ２２が動作することで、オン状態（動作状態）となる。このため、センサモジュール２０は、圧電センサ２２を用いることで、待機電力を不要にできて、省電力化を図ることができる。なお、圧電センサ２２が受ける変位とＬＥＤ５０の点灯及び明るさは、圧電センサ２２から出力されるセンサ電圧Ｖｓ、抵抗４０の抵抗値Ｒ１、抵抗４２の抵抗値Ｒ２、及びコンデンサ４４の静電容量Ｃによって設定されればよい。

このような発光うちわ１０をコンサートなどのイベント会場において観衆（聴衆）が用い、会場の雰囲気（盛り上がり状態）に応じて発光うちわ１０が振られるようにした場合、会場内が盛り上がることで発光うちわ１０が明るく発光され、会場内が落ち着く（盛り上がり状態が収まる）ことで発光うちわ１０の明るさが低下する。このため、会場内の雰囲気を発光うちわ１０の明るさで知ることができると共に、発光うちわ１０を発光させることで、会場内の雰囲気を盛り上げる演出効果が得られる。

なお、第１の実施の形態では、扇部１２を形成する透明樹脂に蛍光色素を混入して、ＬＥＤ５０の光によって蛍光色素を励起することで、扇部１２が発光するようにした。しかしながら、扇部１２の表面を有色透過性の色素（塗料）によってコーティングして、ＬＥＤ５０から発せられた扇部１２内を伝播された光が、扇部１２の内部から外側に射出される際に、扇部１２が有色の光を発するようにしてもよい。

また、扇部１２を透明樹脂によって形成して、ＬＥＤ５０などの発光素子が赤色、緑色などの予め設定された波長の光を発するようにしてもよい。

さらに、動作部２８は、各々が異なる色を発する発光素子を備えると共に、動作部が、蓄電電圧Ｖｃに応じて異なる色の発光素子を動作させるようにしてもよい。これにより、発光うちわ１０の振られ方に応じて扇部１２から発せられる光を変化させることができて、イベント会場において用いられた際、演出効果をより高めることができる。

また、第１の実施の形態では、圧電センサ２２を発光うちわ１０の要部１６に設けた。しかしながら、圧電センサ２２は、発光うちわ１０内であれば任意の部分に設けてもよい。発光うちわ１０において扇部１２に圧電センサ２２を設ける場合、扇部１２の外周部分の骨１２Ａに圧電センサ２２を設けることがより好ましい。扇部１２は、発光うちわ１０が振られた際に大きく揺動される部分であるので、発光うちわ１０が振られているか否か及び大きく振られたか否かを容易に検出できる。

また、圧電センサ２２は、発光うちわ１０の柄１４内に設けて、柄１４が握られる際の圧力（握力）を圧電センサ２２によって検出して、発光うちわ１０の扇部１２が発光されるようにしてもよい。また、発光うちわ１０を強く振る際には、柄１４が強く握られることから、柄１４が受ける圧力によって圧電センサ２２が変位されて、扇部１２が発光されるようにしてもよい。

〔第２の実施の形態〕
次に本発明の第２の実施の形態を説明する。
図４には、第２の実施の形態に係るデバイスを用いたデバイスシステムとしての集計システム６０の概略構成が示されている。

集計システム６０には、デバイとして複数の発光うちわ１０Ａが用いられていると共に、集計装置６２が用いられている。発光うちわ１０Ａは、センサモジュール２０Ａを備えており、センサモジュール２０Ａは、動作部及び通信部を構成する伝送部６４が設けられている点で第１の実施の形態のセンサモジュール２０と相違する。

伝送部６４は、動作部２８の出力端子５２に接続されており、伝送部６４には、トランジスタ３８がオンした際に、蓄電電圧Ｖｃに応じた出力電圧Ｖｏが入力される。また、伝送部６４は、入力された出力電圧Ｖｏに応じた信号（電圧信号）を伝送する。

発光うちわ１０は、振られ方によって変化する蓄電電圧Ｖｃによってトランジスタ３８がオン・オフされ、トランジスタ３８がオンした場合に、トランジスタ３８の電流Ｉｄ２に応じた出力電圧Ｖｏが出力される。また、出力電圧Ｖｏは、発光うちわ１０Ａの振られ方に応じて変化する。このため、伝送部６４には、発光うちわ１０Ａの振られ方に応じた出力電圧Ｖｏが入力され、伝送部６４は、発光うちわ１０Ａの振られ方に応じた電圧信号を出力する。電圧信号は、電流Ｉｄ２（蓄電電圧Ｖｃ）に応じた信号となっており、電圧信号は、ＬＥＤ５０が動作しているか否か、及びＬＥＤ５０の明るさ（発光強度）を認識できる信号となっている。

集計装置６２は、伝送部６４との間で通信する通信部６６、解析部としての集計部６８及び集計部６８の集計結果を出力する出力部としての集計出力部７０を備えている。通信部６６は、予め設定されている通信方式によって複数の発光うちわ１０Ａの各々の伝送部６４と無線接続されて、伝送部６４から伝送される電圧信号を受信する。

通信部６６の通信方式としては、ワイヤレスＰＡＮ（Personal Area Network）、ワイヤレスＨＡＮ（Home Area Network）又はワイヤレスＬＡＮ（Local Area Network）などの無線通信手段を用いた通信方式を適用できる。また、通信方式としては、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）が用いられてもよい。

通信部６６は、各発光うちわ１０Ａの振られ方に応じた電圧信号を受信する。集計部６８は、通信部６６が受信した各発光うちわ１０Ａの電圧信号（振られ方）を集計する。集計される振られ方には、発光うちわ１０Ａが振られているか否か、発光うちわ１０Ａが振られている場合には、振られ方が強いか弱いかなどが含まれる。また、集計部６８の集計結果には、各発光うちわ１０Ａにおける出力電圧Ｖｏの変化が含まれる。集計部６８は、電圧信号を集計することで、発光うちわ１０Ａの振られ方、及び振られ方の時間変化を解析する。

集計出力部７０は、集計部６８における集計結果を、例えば、ディスプレ（図示省略）に視認可能に表示したり、印刷出力したりする構成を適用できる。また、集計出力部７０は、集計サーバ等にネットワーク接続されて、集計結果を格納してもよい。

このように構成された集計システム６０は、例えば、コンサートなどの各種のイベント会場に用いることができる。この際、イベント参加者に発光うちわ１０Ａを配布又は貸与して、イベント中において、発光うちわ１０Ａから出力される電圧信号を集計することで、発光うちわ１０Ａの振られ方を集計する。発光うちわ１０Ａの振られ方には、発光うちわ１０Ａが振られているとみなせるか否か、振られているとみなせる場合に強く振られているか否かなどが含まれる。

ここで、イベント参加者がイベント会場内の雰囲気（盛り上がり状態）に応じて発光うちわ１０Ａを振ることで、発光うちわ１０がイベント会場内の雰囲気に応じて発光される。これにより、イベントの演出効果を向上できる。

また、各発光うちわ１０Ａから出力される電圧信号を集計装置６２によって集計することで、イベント会場内の雰囲気（盛り上がり状態）及びイベント会場の雰囲気の変化を解析できる。また、集計装置６２は、イベント会場内の雰囲気を数値化できると共に、時間経過に伴うイベント会場内の雰囲気の変化を解析できる。

このような集計結果を用いることで、次回のイベントにおける演出の参考にしたり、音楽配信や音楽を録音したコンパクトディスク（ＣＤ）等の販売のマーケティングの参考にしたり、さらには、イベントを盛り上げる参考にしたりできる。

〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態を説明する。
図５には、第３の実施の形態に係るデバイスとしてのスティックライト８０が示されている。第３の実施の形態では、デバイスとして発光うちわ１０に替えてスティックライト８０を適用しており、スティックライト８０にセンサモジュール２０を設けている。

スティックライト８０は、長尺略棒状とされており、長手方向の一端側にグリップ部８２が形成されていると共に、長手方向の他端側に発光部８４が形成されている。グリップ部８２は、例えば、樹脂製の筒状とされており、内部にセンサモジュール２０が収容されている。

発光部８４は、例えば、蛍光色素が混入された透明樹脂製とされている。また、発光部８４に設けられる透明樹脂は、弾性変形可能な軟質性を有してもよい。これにより、スティックライト８０は、グリップ部８２が握られて振られることで、発光部８４の先端側に撓みが生じるようになっている。なお、発光部８４は、硬質樹脂製とされて、撓みが生じ難くされていてもよい。また、発光部８４は、透明筒体状に形成されたケーシングを有し、ケーシング内に蛍光色素が混入された透明樹脂液又は蛍光色素が含有された蛍光樹脂液等が封入されて構成されてもよい。

一方、センサモジュール２０のＬＥＤ５０は、グリップ部８２の発光部８４側に設けられており、ＬＥＤ５０は、発光部８４の内部に向けて光を発する。また、センサモジュール２０の圧電センサ２２は、スティックライト８０内の外周側部分において、長手方向がスティックライト８０の長手方向とされて、グリップ部８２と発光部８４とに跨って設けられている。

これにより、スティックライト８０が振られることで、圧電センサ２２には、部分的に異なる加速度が加わって変位が生じる。また、スティックライト８０が振られて、発光部８４が揺動されることで、圧電センサ２２が曲げられる。なお、スティックライト８０には、圧電センサ２２が周方向に複数配置されてもよく、これにより、発光部８４に変位が生じない構成であっても、スティックライト８０が振られたことを容易に検出できる。

このように構成されているスティックライト８０は、グリップ部８２が握られて振られることで、ＬＥＤ５０が点灯される。これにより、ＬＥＤ５０から発せられた光によって発光部８４内の蛍光色素が励起されることで、発光部８４が発光される。また、発光部８４は、スティックライト８０が強く振られたり大きく振られたりすることで、明るく発光する。

また、スティックライト８０の弱く振られたりしたために、トランジスタ３６がオン・オフされる際のオフ時間が長かったり、オンした際の電流Ｉｄ１が小さかった場合、トランジスタ３８がオフ状態となる。これにより、スティックライト８０は、弱く振られたりした際に、ＬＥＤ５０が点滅するのを抑制できて、発光部８４が不安定に明滅してしまうのを抑制できる。

このようなスティックライト８０は、コンサートなどのイベント会場に用いられることで、会場内を盛り上げることができて、イベントの演出効果を向上できる。また、会場内におけるスティックライト８０の明るさや明るさの変化によってイベントの盛り上がり状態を把握できる。従って、スティックライト８０は、発光うちわ１０Ａに変えて集計システム６０に用いることもできる。

〔第４の実施の形態〕
次に、第４の実施の形態を説明する。
図６には、第４の実施の形態に係るデバイスとしての懐中電灯９０が示されている。第４の実施の形態では、デバイスとして発光うちわ１０に替えて懐中電灯９０を適用しており、懐中電灯９０にセンサモジュール２０Ｂが設けられている。

センサモジュール２０Ｂは、ＬＥＤ５０に替えてＬＥＤランプ９２が設けられている点で、センサモジュール２０と相違する。ＬＥＤランプ９２は、ＬＥＤを用いて白色光を発するように構成されている。なお、白色光は、赤色から紫色までの各色成分の波長の光を含む可視光（照明光）とされている。また、第４の実施の形態では、ＬＥＤランプ９２を適用しているが、懐中電灯９０には、可視光を発する任意の光源を適用できる。

懐中電灯９０は、長尺の略筒体状に形成されており、長手方向の一端側に発光部９４が設けられており、発光部９４は、拡径されている。また、懐中電灯９０は、発光部９４よりも長手方向の他端側がグリップ部９６とされており、グリップ部９６は、発光部９４とは反対側の端部（グリップエンド）が拡径されている。これにより、懐中電灯９０が平面上に載置された際に、グリップ部９６の外周部分が載置面に接触するのを防止できる。

発光部９４には、レンズ９８が設けられており、レンズ９８は、懐中電灯９０の発光部９４側の端面に取り付けられている。また、発光部９４の内部には、ＬＥＤランプ９２が配置されており、ＬＥＤランプ９２が点灯されることで、ＬＥＤランプ９２から発せられた光（白色光）がレンズ９８を透過して、懐中電灯９０の軸方向先端側へ向けて照射される。

グリップ部９６内には、ＬＥＤランプ９２を点灯駆動するための乾電池などの図示しないバッテリが収容されていると共に、センサモジュール２０Ｂが収容されている。また、グリップ部９６の外周部分は、弾性樹脂材料によって被覆されていると共に、弾性樹脂材料内に圧電センサ２２が埋め込まれている。圧電センサ２２は、グリップ部９６の外周に沿って螺旋状に巻回されている。これにより、懐中電灯９０のグリップ部９６が握られることで、圧電センサ２２が加圧されて変位される。

このように構成されている懐中電灯９０では、グリップ部９６が握られることで、ＬＥＤランプ９２が点灯される。また、懐中電灯９０では、グリップ部９６を握る力が強くされることで、圧電センサ２２の変位が大きくなって、ＬＥＤランプ９２から発せられる光が強くなる。

また、懐中電灯９０では、グリップ部９６を握った際に震えていても、振るえに合せてＬＥＤランプ９２が発する光の強さが変化するのを抑えることができるので、安定した強さの光を発するようにできる。しかも、グリップ部９６を軽く握った際には、ＬＥＤランプ９２を消灯状態にすることができる。

なお、第４の実施の形態では、グリップ部９６に圧電センサ２２を螺旋状に巻回したが、長手方向を懐中電灯９０の長手方向とした複数本の圧電センサ２２を、グリップ部９６の周方向に並べて設けてもよい。また、グリップ部９６を弾性樹脂によって被覆せずに、グリップ部９６を握った際の所定の指（例えば、親指）が接する位置に弾性樹脂を配置すると共に、弾性樹脂内に圧電センサ２２を埋め込むようにして設けてもよい。これにより、圧電センサ２２をＬＥＤ５０の明るさを調整可能なスイッチとして用いることができる。

また、懐中電灯９０は、発光うちわ１０Ａに変えて集計システム６０に用いることもでき、これにより、懐中電灯９０が点灯されたか否かを確認できる。この際、懐中電灯９０に位置情報を送出する機能を備えることで、懐中電灯９０が点灯された際に、点灯位置を把握できて、懐中電灯９０の使用管理や、懐中電灯９０を使用している人の遭難監視を行うことができる。例えば、遭難している場合などでは、懐中電灯９０を強く把持したり大きく振ったりすることが考えられることから、圧電センサ２２によって把持する力を検出し、検出された力に応じて変化する明るさから懐中電灯９０の使用者の状況を判断でき、例えば通常より明るく見える場合（強く把持している場合）は、遭難している可能性があるなどと判断できる。
また、釣竿の先端部に集魚用の発光素子と共に圧電センサ２２を設けて、釣竿の先端部分を振るなどして動かすことで、発光素子の明るさ（点滅を含む）を制御するように用いてもよい。また、圧電センサ２２を釣竿の柄の部分（握り部分）に設けて、握る強さを変えることで、釣竿の先端部の発光素子の明るさを制御することもできる。

１０、１０Ａ 発光うちわ
１２ 扇部
２０、２０Ａ、２０Ｂ センサモジュール
２２ 圧電センサ
２４ 検出部
２６ 出力調整部
２８ 動作部
３０ 内部導体
３２ 外周導体
３４ 圧電体
３６、３８ トランジスタ
４４ コンデンサ
６０ 集計システム
６４ 伝送部
６６ 通信部
６８ 集計部
７０ 集計出力部
８０ スティックライト
８２ グリップ部
８４ 発光部
９０ 懐中電灯
９２ ＬＥＤランプ

Claims (10)

1. 各々が外力によって変位する可撓性を有する一対の電極を備えると共に、前記一対の電極の少なくとも一方の電極の変位に応じて前記一対の電極の間の電位差に変化を生じさせる圧電体を備える圧電部材と、
   前記圧電部材の電位差の変化が所定状態となった際に前記電位差に応じた電流を出力する検出部と、
   前記検出部から出力される電流によって蓄電されると共に、前記検出部が出力を停止することで放電される蓄電部と、
   前記蓄電部の蓄電電圧が所定値を超えた際に、前記蓄電電圧に応じて定められた動作を行う動作部と、
   を有し、前記動作部は、動作電源により動作し、前記蓄電部の前記蓄電電圧が前記所定値を超えている間、前記蓄電電圧に応じた前記動作部の出力電圧が入力されることで、入力される前記出力電圧に応じた信号を送出する伝送部を含むデバイス。
2. 前記圧電部材は、前記一対の電極の一方としての筒状の外周導体、及び前記一対の電極の他方としての線状の内部導体を備え、前記内部導体は、長手方向が前記外周導体の軸方向とされて前記外周導体の内部に設けられた請求項１に記載のデバイス。
3. 前記圧電体は、長尺の有機圧電材料であり、前記外周導体の内面側において前記内部導体に対して一方向に螺旋状に巻回されている請求項２に記載のデバイス。
4. 前記動作部は、光を射出する発光部を含む請求項１から請求項３の何れか１項に記載のデバイス。
5. 外力によって弾性変形されることで撓む可動部を含み、前記圧電部材が前記可動部に設けられた請求項１から請求項４の何れか１項に記載のデバイス。
6. 前記可動部は、柄の一端に設けられた要部及び一端が前記要部に連結されて前記要部と共に揺動される扇部を含む請求項５に記載のデバイス。
7. 前記可動部は、一端側がグリップ部とされた長尺筒状体の他端側に設けられ、長手方向と交差する方向に可撓性を有する請求項５に記載のデバイス。
8. 前記動作部は、光を射出する発光部を含み、前記発光部が前記可動部を発光させる請求項６又は請求項７に記載のデバイス。
9. 前記発光部は、長尺筒状体の長手方向一端側から長手方向外側に向けて光を照射する請求項４に記載のデバイス。
10. 請求項１から請求項９の何れか１項に記載のデバイスと、
    前記デバイスの前記伝送部との間で通信を行うことで前記蓄電電圧に応じた信号を取得する通信部と、
    前記通信部で取得された前記蓄電電圧に応じた信号から前記デバイスの動作状態を解析する解析部と、
    前記解析部の解析結果を記憶して出力可能とする出力部と、
    を含むデバイスシステム。

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