(57)【要約】【課題】本発明は、消費電力を低減し小型化した衝撃を検出できる電子機器を提供することを目的とするものである。【解決手段】この目的を達成するために本発明の電子機器は、記憶抵抗素子２１と、記憶抵抗素子２１に接続されて、物理量に応じて電圧を発生し記憶抵抗素子２１に印加するエネルギー変換器２２を備え、記憶抵抗素子２１はエネルギー変換器２２によって印加された電圧に応じて抵抗が変化し、その値が固定される構成とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
記憶抵抗素子と、
前記記憶抵抗素子に接続されて、物理量に応じて電圧を発生し前記記憶抵抗素子に印加するエネルギー変換器を備え、
前記記憶抵抗素子は前記エネルギー変換器によって印加された電圧に応じて抵抗が変化し、その値が固定されることを特徴とする電子機器。
【請求項２】
前記エネルギー変換器と複数の前記記憶抵抗素子が、前記エネルギー変換器によって印加される電圧が夫々異なるように並列に接続されることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項３】
前記エネルギー変換器と複数の前記記憶抵抗素子が並列に接続され、
複数の前記記憶抵抗素子は夫々、前記エネルギー変換器によって印加された電圧に対する抵抗の変化量が異なることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量を検出するエネルギー変換器を備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
物品を運送する途中に衝撃を受けると物品が劣化する可能性があるため、物流の管理において物品がどの程度の衝撃を受けたのか測定をする要求が高まっている。この物流において物品に加わった衝撃を測定するために衝撃検出装置が用いられている。
【０００３】
従来、物流において物品に加わった衝撃の検出に用いられている衝撃検出装置１としては、図８に示すように衝撃検出部２と、加速度センサ３Ａとアンプ３Ｂと全波整流回路３Ｃとから構成される衝撃検出部３と、遅延制御部５と、スイッチ６と、抵抗７と、コンデンサ８と、コンパレータ９と、記録回路１０と、ＲＴＣ部１１と、電池１２から構成されている。この衝撃検出装置１では、衝撃を検出したときに所定時間以上遅延してから休止状態から起動し、コンパレータ９の出力信号に基づいて処理を行うことにより衝撃検出装置１の省電力化を図っている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−９９７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の衝撃検出装置では、衝撃検出装置で検出した衝撃を記憶するために電池を必要としているため、衝撃検出時以外は休止状態としていても衝撃検出時には衝撃を記憶するために電池を消費するという課題があった。また、衝撃検出装置を省電力化するために遅延制御部、スイッチ、コンパレータ等を設ける必要が有り、衝撃検出装置が大型化するといった課題があった。
【０００６】
そこで本発明は、衝撃を記憶するための消費電力をさらに低減し、さらに小型化した衝撃を検出できる電子機器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】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明は、記憶抵抗素子と、前記記憶抵抗素子に接続されて、物理量に応じて電圧を発生し前記記憶抵抗素子に印加するエネルギー変換器を備え、前記記憶抵抗素子は前記エネルギー変換器によって印加された電圧に応じて抵抗が変化し、その値が固定される構成とした。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成により本発明は、電子機器に衝撃が加えられたときにエネルギー変換器によって印加された電圧に応じて記憶抵抗素子の抵抗が変化し固定されるため、電子機器に加えられた衝撃を記憶するのに電池を必要としないため省電力化することができる。また、電子機器で衝撃を記憶するのに電池や記録回路を必要としないことにより、電子機器を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１の電子機器の構成を示す図
【図２】公知論文に記載のＲｅＲＡＭの電圧と抵抗の関係を示したグラフ
【図３】（ａ）本発明の実施の形態１の電子機器の上面図、（ｂ）同電子機器の側面図
【図４】本発明の実施の形態２の記憶抵抗素子の電圧抵抗の関係を示す図
【図５】（ａ）本発明の実施の形態２の電子機器の上面図、（ｂ）同電子機器の側面図
【図６】同電子機器の等価回路図
【図７】同電子機器に衝撃が加わったときの合成抵抗の変化を示すグラフ
【図８】従来の衝撃センサの構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１について図面を用いながら説明する。
【００１１】
図１は本発明の実施の形態１における電子機器２０の構成を示す図である。本発明の実施の形態１の電子機器２０は、印加された電圧に応じて抵抗が変化する記憶抵抗素子２１と、記憶抵抗素子２１と接続され検出した物理量に応じて電圧を発生し記憶抵抗素子２１に印加するエネルギー変換器２２を備えている。
【００１２】
エネルギー変換器２２は上下に電極が設けられたチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電定数の高い圧電体で構成されている。電子機器２０に衝撃が加えられると、電子機器２０に加えられた衝撃がエネルギー変換器２２に衝撃が伝わることによりエネルギー変換器２２の圧電体が歪み、圧電効果により電荷が発生しエネルギー変換器２２に接続された記憶抵抗素子２１に電圧が印加される。
【００１３】
記憶抵抗素子２１は下部電極と、下部電極上に形成された金属酸化物と、金属酸化物上に形成された上部電極で構成されており、下部電極と上部電極は白金、金、チタン等の金属膜で形成され、金属酸化物は酸化チタン、酸化ニッケル、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化銅等で形成されている。エネルギー変換器２２により記憶抵抗素子２１に電圧が印加されると、記憶抵抗素子２１を構成する金属酸化物の状態変化により抵抗が変化し、変化した抵抗値で固定される。ここで、変化した値で抵抗が固定された金属酸化物は先に印加された電圧以上の電圧が印加された場合のみ抵抗が変化し、先に印加された電圧以下の電圧が印加されても固定された抵抗からは変化しない。また、この抵抗の固定は例えば＋電圧を印加した後に＋電圧を印加した場合であり、抵抗が固定された後に一定以上の逆電圧を印加すると記憶抵抗素子２１の抵抗は変化する場合など、整流素子を使うこともある。
【００１４】
ここで、図２に記憶抵抗素子２１に電圧を印加したときの金属酸化物の抵抗の変化の一例を示す。図２は公知論文「“Ｈｉｇｈｌｙ  Ｒｅｌｉａｂｌｅ  ＴａＯX  ＲｅＲＡＭ  ａｎｄ  Ｄｉｒｅｃｔ  Ｅｖｉｄｅｎｃｅ  ｏｆ  Ｒｅｄｏｘ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ  Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ”  Ｄｉｇ．  −  Ｉｎｔ．  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  Ｍｅｅｔ  （ＩＥＥＥ）  ２００８，  ２９３  （２００８）．」に記載のＴａＯXを用いたＲｅＲＡＭの電圧と抵抗の関係を示したグラフである。公知論文に記載のＴａＯXを用いた記憶抵抗素子２１は電圧を印加することにより金属酸化物の抵抗が図２に示すように変化し、変化した値で抵抗が固定されるため、金属酸化物の抵抗を測定することにより、電子機器２０に加えられた衝撃を測定することができる。このとき、図２に示す特性の金属酸化物においては、１Ｖ〜２Ｖの電圧が印加されたときに抵抗が大きく変化するため、所望の環境下で電子機器２０に衝撃が加えられたときに記憶抵抗素子２１に印加される電圧が１Ｖ〜２Ｖとなるようにエネルギー変換器２２を調整しておけば、電子機器２０に加えられた衝撃の大きさを詳細に測定することが可能となる。また、電子機器２０に複数回衝撃が加えられた場合、金属酸化物の抵抗は印加された電圧のうち最も大きい電圧に応じた抵抗に変化し固定されるため、電子機器２０に加えられた衝撃のピーク値を測定することが可能になる。
【００１５】
次に、図３を用いて本発明の実施の形態１における電子機器２０の具体的な構造を説明する。図３（ａ）は本発明の実施の形態１の電子機器２０の上面図、図３（ｂ）は本発明の実施の形態１の電子機器２０の側面図である。図３（ａ）、（ｂ）に示すように、電子機器２０は基板２３上にグランド電極２４が形成され、グランド電極２４上に金属酸化物膜２５と圧電膜２６が形成され、金属酸化物膜２５と圧電膜２６の上には上部電極２７が形成されている。基板には切欠き部２８ａ、２８ｂが平行して設けられており、圧電膜２６は切欠き部２８ａ、２８ｂの間に形成されている。電子機器２０に衝撃が加わると切欠き部２８ａ、２８ｂに挟まれ圧電膜２６が形成された部分が振動し、圧電効果により金属酸化物膜２５に電圧が印加される。このように形成することにより、図１に示す記憶抵抗素子２１とエネルギー変換器２２を同一の素子に形成することが可能となるため、電子機器２０を小型化することができる。また、エネルギー変換器２２として圧電体を用い、記憶抵抗素子２１の抵抗変化により電子機器２０に加えられた衝撃を検出することができるため、電子機器２０に加えられた衝撃の測定に電源を必要としないため、消費電力を低減することが可能である。
【００１６】
なお、エネルギー変換器２２として、本発明の実施の形態１においては圧電体を用いて説明をしたが、エネルギー変換器２２はこれに限らず、静電容量の変化により衝撃を検出しても良いし、角速度センサ等のセンサによりエネルギーを変換する構成としても、所望の電圧が発生する素子を用いても良い。
【００１７】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２について、図面を用いながら説明する。
【００１８】
本発明の実施の形態２は記憶抵抗素子に用いる金属酸化物の材料と、電子機器の構造が本発明の実施の形態１と異なるため、本発明の実施の形態１と異なる点のみについて説明する。
【００１９】
図４に本発明の実施の形態２における記憶抵抗素子に電圧を印加したときの金属酸化物の抵抗の変化を示す。本発明の実施の形態２の金属酸化物は酸化銅であり、図４に示すように２Ｖの電圧を印加したときに抵抗が約１０ｋΩから約２００ｋΩへと急峻に変化する特性となるように記憶抵抗素子を形成している。
【００２０】
図５（ａ）に電子機器３０の上面図、図５（ｂ）に電子機器３０の側面図を示す。図５（ａ）、（ｂ）に示すように、電子機器３０は基板３１上にグランド電極３２が形成され、グランド電極３２上に圧電膜３３と、絶縁膜３５と、金属酸化物膜３６ａ〜３６ｅとが形成され、絶縁膜３５上に抵抗膜３４が形成されている。圧電膜３３と抵抗膜３４の上に上部電極３７が形成され、金属酸化物膜３６ａ〜３６ｅと抵抗膜３４の上に記憶抵抗素子電極３８ａ〜３８ｅが夫々形成されている。抵抗膜３４の上部電極３７が形成されていない側の端に穴３９が設けられており、グランド電極３２と接続されている。本発明の実施の形態１と同様に基板３１には切欠き部４０ａ、４０ｂが設けられており、圧電膜３３を切欠き部４０ａ、４０ｂの間に設けることにより、電子機器３０に衝撃が加わると基板３１の切欠き部４０ａ、４０ｂの間の部分が振動することにより圧電膜３３が撓み、圧電効果で金属酸化物膜３６ａ〜３６ｅに電圧が印加される。
【００２１】
図６に電子機器３０の等価回路図を示す。図６に示すようにグランド電極３２と金属酸化物膜３６ａ〜３６ｅと記憶抵抗素子電極３８ａ〜３８ｅから構成される記憶抵抗素子４１ａ〜４１ｅが夫々１０ｋΩの抵抗４２ａ〜４２ｆを介して電気的に接続されているため、電子機器３０に衝撃が加わったときに記憶抵抗素子４１ａ〜４１ｅには夫々異なった電圧が印加される。このため、電子機器３０に加えられた衝撃の大きさに応じて抵抗が変化する記憶抵抗素子４１ａ〜４１ｅの個数が変化するため、電子機器３０に加えられた衝撃の大きさに応じて記憶抵抗素子４１ａ〜４１ｅの合成抵抗が変化する。図７に電子機器３０に衝撃が加えられたときにエネルギー変換器４３に発生する電圧の大きさと、その電圧が印加されたときの記憶抵抗素子４１ａ〜４１ｅのエネルギー変換器４３から見た合成抵抗の変化を示す。図７に示すように、エネルギー変換器４３に電圧が発生し、記憶抵抗素子４１ａに印加された電圧が２Ｖのとき記憶抵抗素子４１ａの抵抗のみが２００ｋΩに変化し、合成抵抗が１６ｋΩから２５ｋΩに変化している。また、エネルギー変換器４３に発生する電圧が５Ｖになると記憶抵抗素子４１ａ、４１ｂの抵抗が２００ｋΩに変化し、合成抵抗が２５ｋΩから３２ｋΩに変化している。このように、エネルギー変換器４３に発生した電圧に応じて記憶抵抗素子４１ａ〜４１ｅの合成抵抗が変化するため、記憶抵抗素子４１ａ〜４１ｅの合成抵抗を測定することにより電子機器３０に加えられた衝撃の大きさを測定することが可能となる。
【００２２】
なお、本発明の実施の形態２では記憶抵抗素子を基板上に５個形成し、夫々の異なる電圧が印加されるように形成したが、記憶抵抗素子の個数は５個に限るものではなく、少なくとも２個形成すれば本発明の実施の形態２の効果を得ることができ、記憶抵抗素子の個数を５個よりも多く形成すればより詳細に電子機器に加えられた衝撃の大きさを測定することが可能になる。
【００２３】
また、本発明の実施の形態２では圧電体と記憶抵抗素子とを抵抗を介して接続することにより、記憶抵抗素子に印加される電圧が異なる構成としたが、記憶抵抗素子の抵抗が急峻に変化する電圧が異なっていても本発明の実施の形態２と同様の効果を得ることができる。本発明の実施の形態２では約２Ｖの電圧が印加されたときに抵抗が急峻に変化する特性となるように記憶抵抗素子を形成しているが、金属酸化物の成膜条件や材料を変えるなどにより記憶抵抗素子の抵抗が急峻に変化する電圧が異なる金属酸化物を複数圧電体と接続する構成としてもよい。例えば、１Ｖで抵抗が急峻に変化する記憶抵抗素子と、２Ｖで抵抗が急峻に変化する記憶抵抗素子を用いて電子機器を構成することにより、電子機器に加えられた衝撃が記憶抵抗素子に１Ｖの電圧が印加される大きさだったのか、２Ｖ以上の大きさの電圧が印加される大きさだったのかを測定することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明の電子機器は、記憶抵抗素子を用いて電子機器に加わった衝撃に応じて変化した抵抗を記憶することにより、衝撃の記憶に電池を必要とせず回路を簡略化することができるため、電子機器の消費電力を低減し小型化することが可能となっている。このため、物流への適用に適しており、さらに、携帯電話、ＰＤＡ等の携帯情報機器、また、工作機械等の衝撃を検出することが要求される用途に有効である。
【符号の説明】
【００２５】
２０、３０  電子機器
２１、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ  記憶抵抗素子
２２  エネルギー変換器
２３、３１  基板
２４、３２  グランド電極
２５、３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３６ｅ  金属酸化物膜
２６、３３  圧電膜
２７、３７  上部電極
２８ａ、２８ｂ、４０ａ、４０ｂ  切欠き部
３４  抵抗膜
３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄ、３８ｅ  記憶抵抗素子電極
３９  穴
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ、４２ｅ、４２ｆ  抵抗
【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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