(57)【要約】【課題】衝撃を受けた履歴を記録でき、電源が不要であり、繰り返し利用可能な衝撃検知ユニット、衝撃検知システム、記録読取装置および衝撃検知方法を提供する。【解決手段】電源無しで衝撃の有無を記録する衝撃記録ユニット１であって、分極された圧電体および電極により形成され、衝撃を受けたときの収縮により電圧を発生させる発電素子１０１と、発生した電圧を特定の方向に整流する整流回路１０２と、未分極の圧電体および電極により形成され、整流された電圧が所定値を超えたときに、圧電体が分極されることで衝撃を記録する記録素子１０３とを備える。これにより、衝撃を受けた履歴を記憶しておくことができ、そのための電源が不要である。また、例えば梱包内部の衝撃を測定でき、何度も繰り返し使用できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源無しで衝撃の有無を記録する衝撃記録ユニットであって、
分極された圧電体および電極により形成され、衝撃を受けたときの収縮により電圧を発生させる発電素子と、
前記発生した電圧を特定の方向に整流する整流回路と、
未分極の圧電体および電極により形成され、前記整流された電圧が所定値を超えたときに、前記圧電体が分極されることで前記衝撃を記録する記録素子と、を備えることを特徴とする衝撃記録ユニット。
【請求項２】
請求項１記載の衝撃記録ユニットを複数備える衝撃記録システムであって、
前記複数の衝撃記録ユニットのうちの一つのユニットにおける前記記録素子で分極が生じる電圧の所定値と、他のユニットにおける前記記録素子で分極が生じる電圧の所定値とが異なることを特徴とする衝撃記録システム。
【請求項３】
請求項１記載の衝撃記録ユニットを複数備える衝撃記録システムであって、
前記複数の衝撃記録ユニットのうちの一つのユニットにおける前記発電素子の収縮方向と、他のユニットにおける前記発電素子の収縮方向とが異なるように、前記複数の衝撃記録ユニットが配置されていることを特徴とする衝撃記録システム。
【請求項４】
請求項１記載の衝撃記録ユニットが受けた衝撃の記録を読み取る記録読取装置であって、
前記記録素子の容量を測定する容量測定部と、
前記測定された容量から、前記記録素子の分極の有無を判定する判定部と、を備えることを特徴とする記録読取装置。
【請求項５】
請求項１記載の衝撃記録ユニットを利用した衝撃検知方法であって、
前記衝撃記録ユニットを準備し、衝撃管理対象物に設置するステップと、
前記衝撃記録ユニットから取り出した前記記録素子の分極の有無を判定するステップと、を含むことを特徴とする衝撃検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源無しで衝撃の有無を検知する衝撃記録ユニット、衝撃記録システム、記録読取装置および衝撃検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
流通の現場では、運送される製品が衝撃などを受けずに運送されているかを監視する必要があり、従来、様々な監視方法が知られている。例えば、非特許文献１記載の方法では、電池等の電源を有する加速度センサを使ってリアルタイムで運送時の衝撃履歴をモニタしている。また、非特許文献２、３記載のように簡便なものでは、衝撃を受けたときに色の変化する紙を荷物に貼り付けたり、衝撃を受けたときに充填されたインクが流れ出す管を配置したりしている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】ＡＲ−ＢＲＯＷＮ、“輸送振動・衝撃レコーダ”、［online］、［平成２５年３月６日］、インターネット<URL:http://www.arbrown.com/em/products/category#transport/>
【非特許文献２】富士フィルム、“圧力測定フィルム（プレスケール）”、［online］、［平成２５年３月６日］、インターネット<http://fujifilm.jp/business/material/prescale/index.html>
【非特許文献３】ＫＫ荒古組、“衝撃検知＜SHOCK WATCH（ショックウォッチ）＞を使ってみる”、［online］、［平成２５年３月６日］、インターネット<http://arakogumi.com/media#recovery/index.html#MENU>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、加速度センサを使う方法では、電池の定期的な交換が必要となり、装置が高価になりやすい。また、衝撃により色が変化する紙を用いる方法は、梱包箱などに貼り付け、使いきりとなり、コストがかさむ。そして、衝撃を受けた箇所だけが色が変化し、内部の衝撃を測定できない。また、衝撃により管の中のインクが流れ出し、色をつけることで検知する方法は、１度衝撃を受けた装置はもう再生できない。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、衝撃を受けた履歴を記録でき、電源が不要であり、繰り返し利用可能な衝撃検知ユニット、衝撃検知システム、記録読取装置および衝撃検知方法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】
【０００６】
（１）上記の目的を達成するため、本発明の衝撃記録ユニットは、電源無しで衝撃の有無を記録する衝撃記録ユニットであって、分極された圧電体および電極により形成され、衝撃を受けたときの収縮により電圧を発生させる発電素子と、前記発生した電圧を特定の方向に整流する整流回路と、未分極の圧電体および電極により形成され、前記整流された電圧が所定値を超えたときに、前記圧電体が分極されることで前記衝撃を記録する記録素子と、を備えることを特徴としている。
【０００７】
これにより、衝撃を受けた履歴を記憶しておくことができ、そのための電源が不要である。また、例えば梱包内部の衝撃を測定でき、何度も繰り返し使用できる。
【０００８】
（２）また、本発明の衝撃記録システムは、上記の衝撃記録ユニットを複数備える衝撃記録システムであって、前記複数の衝撃記録ユニットのうちの一つのユニットにおける前記記録素子で分極が生じる電圧の所定値と、他のユニットにおける前記記録素子で分極が生じる電圧の所定値とが異なることを特徴としている。
【０００９】
これにより、単にどの程度以上の衝撃が加えられたかだけでなく、どの範囲の衝撃が加えられたかを知ることができる。例えば、１Ｇで分極される装置と５Ｇで分極される装置を同梱したときに、１Ｇのセンサが分極していて５Ｇのセンサが分極していなければ、受けた衝撃の履歴は１〜５Ｇの間ということが分かる。
【００１０】
（３）また、本発明の衝撃記録システムは、上記の衝撃記録ユニットを複数備える衝撃記録システムであって、前記複数の衝撃記録ユニットのうちの一つのユニットにおける前記発電素子の収縮方向と、他のユニットにおける前記発電素子の収縮方向とが異なるように、前記複数の衝撃記録ユニットが配置されていることを特徴としている。これにより、複数の方向の衝撃を安定的に検知することができる。
【００１１】
（４）また、本発明の記録読取装置は、上記の衝撃記録ユニットが受けた衝撃の記録を読み取る記録読取装置であって、前記記録素子の容量を測定する容量測定部と、前記測定された容量から、前記記録素子の分極の有無を判定する判定部と、を備えることを特徴としている。これにより、取り出した分極用圧電素子の履歴を判定することができる。
【００１２】
（５）また、本発明の衝撃検知方法は、上記の衝撃記録ユニットを利用した衝撃検知方法であって、前記衝撃記録ユニットを準備し、衝撃管理対象物に設置するステップと、前記衝撃記録ユニットから取り出した前記記録素子の分極の有無を判定するステップと、を含むことを特徴としている。これにより、衝撃を受けた履歴を記憶しておくことができ、そのための電源が不要である。また、例えば梱包内部の衝撃を測定でき、何度も繰り返し使用できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、衝撃を受けた履歴を記憶しておくことができ、そのための電源が不要である。また、例えば梱包内部の衝撃を測定でき、何度も繰り返し使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態に係る衝撃記録ユニットの構成を示す概略図である。
【図２】本発明に係る記録読取装置の構成を示す概略図である。
【図３】第２の実施形態に係る衝撃記録システムの構成を示す概略図である。
【図４】第３の実施形態に係る衝撃記録システムの構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１６】
［第１の実施形態］
（衝撃記録ユニット）
図１は、衝撃記録ユニット１の構成を示す概略図である。図１に示すように、衝撃記録ユニット１は、発電素子１０１、整流回路１０２および記録素子１０３を備えている。衝撃記録ユニット１は、発電素子１０１が衝撃を受けたときに発電することで、衝撃がある一定の大きさを超えたときに、記録素子１０３が分極されることによって、電源無しで衝撃の有無を記録する。その後、記録素子１０３の容量の変化を検知することによって、衝撃を受けたという履歴を読み取ることができる。
【００１７】
衝撃記録ユニット１は、衝撃管理対象物（荷物）とともに設置される。例えば梱包内部に設置でき、その内部の衝撃を測定できる。なお、衝撃管理対象物は、例えば精密装置等の運搬時の衝撃履歴管理が必要な物である。
【００１８】
発電素子１０１は、圧電体層と電極とが積層されている。圧電体は、例えばＰＺＴのような圧電セラミックスで構成され、分極されており、衝撃を受けたときの変位により電圧を発生させる。なお、発電素子１０１は、屈曲型の圧電素子であってもよい。積層型の圧電素子は、比較的大きい衝撃の検知に向いており、屈曲型の圧電素子は、小さい衝撃の検知に向いている。
【００１９】
整流回路１０２は、発電素子１０１により発生した電圧を特定の方向の直流に整流する。これにより、発電素子１０１の伸縮で、記録素子１０３の分極が解消されることがなくなり、受けた衝撃を確実に記録することができる。
【００２０】
記録素子１０３は、未分極の圧電体および電極により形成され、整流された直流電圧が所定値を超えたときに、圧電体が分極されることで衝撃を記録する。これにより、衝撃を受けた履歴を記憶しておくことができる。また、記憶素子１０３の記憶を消去するために、圧電体を脱分極させれば何度も繰り返し使用できる。
【００２１】
記録素子１０３には、通常流通で使用される温度域（例えば室温）で所定の電圧値以上の電圧が印加されたときに分極し、そのような温度域より十分に高い温度で分極が外れる材料が用いられている。このような分極、脱分極特性を示す圧電材料には、例えば、以下の（１）または（２）に示すような材料などが挙げられる。これらの材料のうち（１）の脱分極温度（１８０℃）の方が、（２）の脱分極温度（３１０℃）より低いため、（１）の材料の方が記録素子１０３には好ましい。なお、所定の電圧値は、材料と記録素子１０３の構造上の設計に応じて制御できる。
【００２２】
（１）ＰｂaＳｒb（Ｍｇ1/3Ｎｂ2/3）cＺｒdＴｉeＯ3
０．９２≦ａ≦０．９４、０．０４≦ｂ≦０．０６、０．３６≦ｃ≦０．３９、０．２４≦ｄ≦０．２７、０．３６≦ｅ≦０．３８、ｃ＋ｄ＋ｅ＝１
（２）ＰｂfＳｒgＮｂhＺｒjＴｉkＯ3
０．９５≦ｆ≦０．９８、０．０４≦ｇ≦０．０６、０．１５≦ｈ≦０．２５、０．５２≦ｊ≦０．５５、０．４５≦ｋ≦０．４８、ｈ＋ｊ＋ｋ＝１
【００２３】
衝撃記録ユニット１は、上記のような構成を有し、荷物に同梱される。そうすることで、運送中に衝撃を受けた場合には、荷受人が後述の記録読取装置で記録素子１０３の容量の変化を検知して、輸送中に衝撃を受けたことを知ることができる。また、一旦、記録素子１０３が分極されても、これを脱分極温度以上に加熱することにより、分極が解除されるので、繰り返し使用できる。また、電池を使用しないため、電池切れなどの心配が無い。
【００２４】
（記録読取装置）
図２は、記録読取装置２を示す概略回路図である。記録読取装置２は、記録素子１０３から衝撃記録ユニット１が受けた衝撃の記録を読み取る。図２に示すように、記録読取装置２は、容量測定部２０１および判定部２０２を備える。
【００２５】
容量測定部２０１は、記録素子の容量を測定する。圧電素子は、分極前に比べて分極後の静電容量が一般的に数１０％程度上昇することが知られている。この特性を利用し、測定された容量により分極の有無を判定できる。
【００２６】
判定部２０２は、測定された容量から記録素子１０３の分極の有無を判定する。このように、記録読取装置２は、取り出した記録素子１０３の容量に基づいて衝撃記録ユニット１が衝撃を受けたかを判定することができる。このようにして、回収された記録素子１０３に対する分極の判定により衝撃の履歴を検出できる。
【００２７】
以上の構成により、衝撃記録ユニット１では、記録素子１０３が、所定の分極の電圧値を超える電圧を受けたかが記録され、設置回収後の衝撃記録ユニット１における記録素子１０３の分極の有無が測定可能になる。その結果、衝撃により発電素子１０１で発生した電圧が所定の電圧値に達したか否か、すなわち所定以上の衝撃を受けたかの履歴を検出することができる。
【００２８】
（衝撃検知方法）
上記の衝撃記録ユニットを利用して衝撃を検知する方法を説明する。例えば精密機器の運送にあたり衝撃履歴を管理する場合に適用できる。衝撃記録ユニット１には、発電素子１０１として想定する衝撃の種類や大きさに応じた圧電素子と、記録素子１０３として未分極の圧電素子を用いる。
【００２９】
このような衝撃記録ユニット１を準備し、衝撃の管理対象である荷物に同梱し設置する。衝撃記録ユニット１は、矩形の箱の特定の面上に配置してもよいし、箱の内部に配置してもよい。
【００３０】
運送中、配置箇所に衝撃がかかった場合には、記録素子１０３に衝撃が記録される。衝撃記録ユニット１の回収後に荷受人が衝撃記録ユニット１から取り出した記録素子１０３の分極の有無を判定する。そして、容量の上昇を検知できれば、輸送中に衝撃があったことを知ることができる。
【００３１】
［第２の実施形態］
上記の実施形態では、１つの衝撃記録ユニット１を用いているが、それぞれ分極される所定の電圧値の異なる記録素子を有する複数の衝撃記録ユニットを同梱し、衝撃記録システムとして用いることもできる。図３は、衝撃記録システム３の構成を示す概略図である。
【００３２】
図３に示すように、衝撃記録システム３は、衝撃記録ユニット３−１、３−２を備えている。衝撃記録ユニット３−１、３−２は、それぞれ発電素子３１１、３２１、整流回路３１２、３２２および記録素子３１３、３２３を備えている。発電素子３１１、３２１、整流回路３１２、３２２および記録素子３１３、３２３の機能は、発電素子１０１、整流回路１０２および記録素子１０３と同様であるが、記録素子が分極される衝撃の閾値がそれぞれ異なっている。
【００３３】
上記のように、衝撃記録ユニット３−１、３−２は、それぞれ記録素子が分極される衝撃の閾値が異なる。このように、分極される衝撃の閾値が異なる複数の衝撃記録ユニットを同じ方向の衝撃を検知するように同梱することによって、単に何Ｇ以上の衝撃が加えられたかだけでなく、どの範囲の大きさで衝撃が加えられたかを知ることができる。
【００３４】
図３に示すように、１Ｇで衝撃が記録される衝撃記録ユニット３−１と５Ｇで衝撃が記録される衝撃記録ユニット３−２を同梱した場合に、１Ｇを記録するための衝撃記録ユニット３−１の記録素子３１３が分極していて、５Ｇを記録するための衝撃記録ユニット３−２の記録素子３２３が分極していなければ、衝撃管理物が受けた衝撃の大きさは１〜５Ｇの間ということが分かる。このような複数の衝撃記録ユニットを有する衝撃記録システムにおいては、各衝撃記録ユニットのうちの発電素子、整流回路、記録素子の１つ以上が、検知したい衝撃力、発生電圧にあわせて、適宜、調整される。
【００３５】
衝撃記録システム３を構成する際には、まず、分極される所定の電圧値のそれぞれ異なる複数の衝撃記録ユニット３−１、３−２を準備し、これらを衝撃管理対象物とともに同一方向向きの衝撃を発電素子３１１、３２１で検知できるように設置し、衝撃記録システム３を構成する。そして、衝撃記録システム３とともに衝撃管理対象物が運送された後、各衝撃記録ユニット３−１、３−２を取り出し、各衝撃記録ユニット３−１、３−２に対して衝撃があったか否かを判定する。これにより、所定値以上の衝撃があったかだけではなくて、衝撃が所定範囲にあったか否かを知ることができる。なお、上記の衝撃記録システムの例では、衝撃記録ユニットを２つ用いているが、衝撃記録ユニットを３個以上用いてもよく、それによりさらに衝撃の範囲を細かく設けることもできる。
【００３６】
［第３の実施形態］
上記の実施形態の他に、複数の衝撃記録ユニットごとに発電素子の配置方向を変えておき、受けた衝撃の方向を検知することもできる。図４は、発電素子の配置方向を変えた複数の衝撃記録ユニットを有する衝撃記録システム４を示す概略図である。
【００３７】
図４に示すように、衝撃記録システム４は、衝撃記録ユニット１を複数備える。複数の衝撃記録ユニット１のうちの一つのユニットにおける発電素子１０１の変位方向と、他のユニットにおける発電素子１０１の変位方向とが異なるように、複数の衝撃記録ユニット１が配置され、衝撃記録システム４が構成されている。なお、衝撃記録ユニット１の各部の機能は、同様であり、発電素子１０１の配置のみが異なる。
【００３８】
衝撃を受けて発電する発電素子１０１には、元々方向性がある。この方向性を利用し、例えば、意図的に、Ｘ，Ｙ，Ｚの直交座標軸各々の方向に発電素子１０１をそれぞれセットすることにより、３次元のいかなる方向からの衝撃についても、検知することができる。このようにして、衝撃管理対象物が受けた複数の方向の衝撃を安定的に検知することができる。
【００３９】
以上の実施形態のように、衝撃履歴を記憶する衝撃記録ユニットおよび衝撃記録システムは、電池が不要で、かつ再生が可能なため、価格を劇的に下げることができ、より安価な輸送品にも使うことができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  衝撃記録ユニット
１０１  発電素子
１０２  整流回路
１０３  記録素子
２  記録読取装置
２０１  容量測定部
２０２  判定部
３  衝撃記録システム
３−１、３−２  衝撃記録ユニット
３１１、３２１  発電素子
３１２、３２２  整流回路
３１３、３２３  記録素子
４  衝撃記録システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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