(57)【要約】  振動センサユニット（１００）は、金属製の筐体（１１）と、筐体（１１）内に配置された振動センサ（１２）と、電池（１５）と、制御部（１３）と、を有する。制御部（１３）は、電池（１５）から供給される電力を筐体（１１）に印加することにより筐体（１１）に電荷を付与し、且つ、筐体（１１）に印加する電力量の制御を行う。
2014050348.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の筐体と、
前記筐体内に配置された振動センサと、
電池と、
制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記電池から供給される電力を前記筐体に印加することにより前記筐体に電荷を付与し、且つ、前記筐体に印加する電力量の制御を行う振動センサユニット。
【請求項２】
前記制御部は、前記筐体に対して間欠的に電荷を付与する請求項１に記載の振動センサユニット。
【請求項３】
前記制御部は、一定時間ごとに前記筐体に対して電荷を付与する請求項２に記載の振動センサユニット。
【請求項４】
前記筐体の電位を検出する電位検出部を有し、
前記制御部は、前記電位検出部による検出結果に応じて、前記筐体の電位が一定範囲内に維持されるように前記筐体に電荷を付与する請求項２に記載の振動センサユニット。
【請求項５】
振動を電力に変換する発電器を有し、
前記制御部は、前記発電器により発電された電力を、前記筐体への電荷の付与、又は、当該制御部の動作に用いる請求項１乃至４の何れか一項に記載の振動センサユニット。
【請求項６】
前記振動センサは、前記発電器としての機能を兼ねる請求項５に記載の振動センサユニット。
【請求項７】
前記振動センサの出力を電力として蓄電する蓄電部と、
前記振動センサの出力を前記制御部に入力する状態と、前記振動センサの出力を前記蓄電部に入力する状態と、に切り替える切替スイッチと、
を有する請求項６に記載の振動センサユニット。
【請求項８】
前記発電器により発電された電力を蓄電する蓄電部を更に有し、
前記発電器により発電された電力を、前記蓄電部を経由して、前記制御部に供給する請求項５又は６に記載の振動センサユニット。
【請求項９】
前記発電器により発電された電力を蓄電する蓄電部を更に有し、
前記蓄電部に蓄電された電力を前記電池に充電する請求項５乃至８の何れか一項に記載の振動センサユニット。
【請求項１０】
前記蓄電部はコンデンサからなる請求項７乃至９の何れか一項に記載の振動センサユニット。
【請求項１１】
前記コンデンサは、
前記筐体と、
前記筐体の内面又は外面に形成された誘電体と、
前記誘電体上に形成された金属材料と、
により構成されている請求項１０に記載の振動センサユニット。
【請求項１２】
前記筐体の外表面を被覆する絶縁体を更に有する請求項１乃至１１の何れか一項に記載の振動センサユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上水道網における漏水検知、ガス管におけるガス漏れ検知、化学プラントにおける各種配管の漏洩検知や、建物や橋梁などの構造物の劣化の診断に好適な振動センサユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
種々のセンサによる診断技術が提案され実用化がなされている。例えば水道管などの配管の劣化や破壊による流体の漏洩診断には、流体漏洩により発生した配管を伝わる振動を振動センサユニットで検知する方法が一般的におこなわれている（特許文献１、２）。配管は地下に埋没されていたり、高所の建造物に設置されていたりするため、振動センサユニットを長期間設置して無線通信で検査をおこなう方法は人手による検査と比較して効率性が飛躍的に高まる。【０００３】
特許文献３には、振動検出装置が振動発電機を有し、その振動発電機により発電した電力を用いて振動検出装置を動作させることが記載されている。特許文献４には、外部の振動に応じて発電する交流電流発生器と、交流電流発生器により発生した電荷を蓄積しセンサ素子信号検出回路に電源を供給する蓄電回路と、を有するセンサノードチップについて記載されている。【０００４】
なお、特許文献５には、密閉した筐体内にセンサを設けたセンサユニットについて記載されている。特許文献６には、金属ケース外面に耐食性及び電気絶縁性の良好な表面処理層を設けた温度検出装置が記載されている。【０００５】
特許文献７に記載されているように、船体の腐食を防止するための技術として、流電陽極方式、外部電源方式のカソード防食法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−３４４７８号公報
【特許文献２】特開平８−１６６３１５号公報
【特許文献３】特開２０１１−２２１００２号公報
【特許文献４】特開２０１１−０５９９９１号公報
【特許文献５】特開２００８−２０３２６７号公報
【特許文献６】特開昭６３−１８４０３０号公報
【特許文献７】特開２０１１−８８５４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
配管における流体漏洩や、建物や橋梁などの構造物の劣化の検査には、振動センサユニットを長期間にわたり設置する必要がある。このため、振動センサユニットには長期間の設置で使用可能な環境耐久性が求められる。【０００８】
一般に振動センサユニットの筐体には、屋外での作業で生じる衝撃力による形状維持が容易な強度の高い金属材料が用いられる。しかし、降雨による水滴や、砂塵、風塵など異物の付着により電気化学作用が生じて筐体の材料の溶出が進み、その結果、腐食による孔の形成で筐体内への異物侵入が進行し、部品の故障が生じて耐久性が低下するため長期間の設置には不向きであるという課題があった。【０００９】
流電陽極方式カソード防食法は、電気化学的に卑となる別の金属を犠牲電極として装着することにより、犠牲電極を溶出させ、金属の腐食を防止するものである。しかし犠牲電極から溶出する成分は電気接点などの短絡など電気的不具合の原因となる。このため、流電陽極方式カソード防食法を振動センサユニットに適用することは困難である。【００１０】
外部電源方式カソード法は、金属に強制的に電流を流しその電位を保つことにより腐食を防止する技術であるが、その作用には大きな電力を必要とする。長期間設置するために低電力動作が必要な振動センサユニットには、大きな電力を必要とする外部電源方式カソード法の適用は困難である。【００１１】
本発明の目的は、長期間の設置及び動作が可能な振動センサユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、金属製の筐体と、
前記筐体内に配置された振動センサと、
電池と、
制御部と、
無線通信用のアンテナと、
を有し、
前記制御部は、前記電池から供給される電力を前記筐体に印加することにより前記筐体に電荷を付与し、且つ、前記筐体に付与する電力量の制御を行う振動センサユニットを提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、長期間の設置及び動作が可能な振動センサユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。【００１５】
【図１】第１の実施形態に係る振動センサユニットの構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態に係る振動センサユニットの構成を示す模式的な斜視図である。
【図３】第１の実施形態に係る振動センサユニットの動作の一例を示すタイムチャートである。
【図４】第２の実施形態に係る振動センサユニットの構成を示すブロック図である。
【図５】第２の実施形態に係る振動センサユニットの構成を示す模式的な斜視図である。
【図６】第３の実施形態に係る振動センサユニットの構成を示すブロック図である。
【図７】第３の実施形態に係る振動センサユニットの構成を示す模式的な斜視図である。
【図８】第３の実施形態に係る振動センサユニットの動作の一例を示すタイムチャートである。
【図９】第４の実施形態に係る振動センサユニットの構成を示すブロック図である。
【図１０】第５の実施形態に係る振動センサユニットの構成を示すブロック図である。
【図１１】第５の実施形態に係る振動センサユニットの構成を示す模式的な斜視図である。
【図１２】第５の実施形態に係る振動センサユニットの筐体の構成を示す模式的な断面図である。
【図１３】実施例及び比較例の振動センサユニットの耐久性能の評価方法を説明するための模式的な斜視図である。
【図１４】実施例及び比較例の振動センサユニットの耐久性能を示す図である。
【図１５】比較例に係る振動センサユニットの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜に説明を省略する。
【００１７】
〔第１の実施形態〕
図１は第１の実施形態に係る振動センサユニット１００の構成を示すブロック図である。図２は振動センサユニット１００の構成を示す模式的な斜視図である。なお、図２においては、筐体１１を一点鎖線で示している。図３は振動センサユニット１００の動作の一例を示すタイムチャートである。
【００１８】
本実施形態に係る振動センサユニット１００は、金属製の筐体１１と、振動センサ１２と、電源としての電池１５と、制御部１３と、を有する。制御部１３は、電池１５から供給される電力を筐体１１に印加することにより筐体に電荷を付与し、且つ、筐体１１に印加する電力量の制御を行う。振動センサ１２、電池１５及び制御部１３は、筐体１１内に配置されている。以下、詳細に説明する。
【００１９】
筐体１１は、筐体１１の内部空間を外気から遮断するために密閉されている。すなわち、筐体１１の内部空間は密閉空間とされている。
【００２０】
振動センサユニット１００は、当該振動センサユニット１００の外部の機器との間で無線通信を行うためのアンテナ１４を更に有している。アンテナ１４は、例えば、筐体１１に外付けされている。ただし、アンテナ１４は、筐体１１の壁面を通して制御部１３と電気的に接続されており、制御部１３の制御下で外部と無線通信を行う。
【００２１】
振動センサ１２は、振動センサユニット１００が振動した場合に、その振動を検出する。振動センサ１２による検出結果は、制御部１３に入力される。制御部１３は、振動センサ１２による検出結果を、アンテナ１４を介して外部の機器へ送信する。
【００２２】
具体的には、振動センサ１２は、圧電素子を含んで構成されており、振動センサユニット１００の機械的振動を交流の電気信号に変換し、該電気信号を制御部１３へ出力する。
【００２３】
制御部１３は、振動センサ１２から入力される電気信号に基づいて、振動センサユニット１００の振動の大きさを判定し、その判定結果を、アンテナ１４を介して外部の機器へ送信する。
【００２４】
筐体１１は、例えば、円筒形状に形成されている。例えば、筐体１１の円形の底部１１ａ（図２）が水道配管などの設置対象物に固定される。振動センサユニット１００は、例えば、強力な磁力により底部１１ａを水道配管などに吸着固定するための図示しない固定部（永久磁石など）を有している。
【００２５】
振動センサ１２は、筐体１１内において、例えば、底部１１ａ上に配置されており、水道配管などから振動センサユニット１００に伝達する微小な振動を検出可能となっている。
【００２６】
電池１５の電力は、振動センサ１２と制御部１３の動作及びアンテナ１４の動作に消費される他、筐体１１に電荷を供給することにより消費される（後述）。
【００２７】
振動センサユニット１００は、更に、制御部１３と筐体１１とを電気的に結線する配線４１を有している。
【００２８】
制御部１３は、電池１５に蓄えられた電荷を、配線４１を介して筐体１１に付与する。これにより、金属製の筐体１１が電気化学的な作用により腐食してしまうことを抑制できるようになっている。これにより、振動センサユニット１００を長期に亘り設置することができる。
【００２９】
制御部１３から筐体１１への給電は、水道配管などの設置対象物に近く、電気化学的な腐食が発生しやすい底部１１ａに対して行うことが好ましい。すなわち、配線４１の一端は、筐体１１において、水道配管などの設置対象物に対して接する部位に対して接続されていることが好ましい。
【００３０】
制御部１３は、筐体１１に対して常時電荷を付与するのではなく、間欠的に電荷を付与する。これにより、電池１５の長寿命化を図ることでき、振動センサユニット１００を長期にわたり動作させることができる。筐体１１に電荷を付与する頻度は、特に限定されない。
【００３１】
制御部１３は、例えば、タイマーを用いた制御により、一定時間ごとに筐体１１に電荷を付与する。
【００３２】
或いは、制御部１３は、筐体１１の電位を常時或いは定期的にモニター（監視）し、その電位が所定範囲の下限を下回った場合に、筐体１１に電荷を付与しても良い。すなわち、この場合、制御部１３は、筐体１１の電位を検出する電位検出部を有しており、電位検出部による検出結果に応じて、筐体１１の電位が一定範囲内に維持されるように筐体１１に電力を印加する。この場合、電位検出部は、例えば、配線４１を通じて、制御部１３に入力される筐体１１の電位を検出する。
図３はこの場合の動作の一例を示すタイムチャートであり、このうち（ａ）の横軸は時間、縦軸は筐体１１の電位であり、（ｂ）の横軸は時間、縦軸は筐体１１に供給される電流の大きさ（充電電流）を示す。例えば、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、筐体１１の電位が所定の電位の９０％を下回った場合に、制御部１３は、筐体１１への電荷の付与を開始する（充電開始）。そして、筐体１１の電位が所定の電位まで回復したら、制御部１３は、筐体１１への電荷の付与を終了する（充電終了）。
【００３３】
これらの何れかの動作により、筐体１１の電位を、常にある程度の範囲内に維持できるため、金属製の筐体１１が電気化学的な作用により腐食してしまうことを常に抑制することができる。
【００３４】
以上のような第１の実施形態によれば、制御部１３は、電池１５から供給される電力を筐体１１に印加することにより筐体１１に電荷を付与し、且つ、筐体１１に印加する電力量の制御を行う。これにより、筐体１１の電位を適切に維持し、筐体１１が電気化学的な作用により腐食してしまうことを抑制することができる。すなわち、電気化学的な作用によって筐体１１を構成する金属材料が溶出してしまうことを抑制し、筐体１１の腐食を抑制することができる。
よって、振動センサユニット１００を長期間に亘り設置し、且つ、動作させることが可能となる。
【００３５】
また、制御部１３は、筐体１１に対して間欠的に電荷を付与するので、電池１５の寿命を長くすることができ、振動センサユニット１００を長期に亘り設置及び動作させることができる。
【００３６】
制御部１３が、一定時間ごとに筐体１１に対して電荷を付与する場合、簡易な制御により、確実に、筐体１１の電位を適切に維持することができる。
【００３７】
また、振動センサユニット１００は、筐体１１の電位を検出する電位検出部を有し、制御部１３は、電位検出部による検出結果に応じて、筐体１１の電位が一定範囲内に維持されるように筐体１１に電力を印加しても良い。この場合、より適切なタイミングで筐体１１に電荷を付与できるので、筐体１１の電位をより適切に維持することができる。
【００３８】
〔第２の実施形態〕
図４は第２の実施形態に係る振動センサユニット２００の構成を示すブロック図である。図５は振動センサユニット２００の構成を示す模式的な斜視図である。なお、図５においては、筐体１１を一点鎖線で示している。
【００３９】
本実施形態に係る振動センサユニット２００は、第１の実施形態に係る振動センサユニット１００（図１、図２）の構成の他に、振動を電力に変換する発電器（発電部）１６と、整流器１７と、コンデンサ（蓄電部）１８と、を有している。制御部１３は、発電器１６により発電された電力を、筐体１１への電荷の付与、又は、制御部１３及びアンテナ１４の動作に用いる。
【００４０】
本実施形態の場合、電池１５は、放電及び充電が可能な二次電池である。
【００４１】
発電器１６は、例えば、振動センサユニット２００の機械的振動を交流の電気エネルギーに変換して電荷を出力する。すなわち、発電器１６は、振動センサユニット２００の機械的振動（振動）を交流の電力に変換し、当該電力を出力する。発電器１６は、例えば、振動センサ１２を構成する圧電素子と同様の圧電素子により構成することができる。なお、発電器１６による発電量は、振動センサユニット２００の機械的振動量に依存するため、時間変動する（一定ではない）。
【００４２】
整流器１７は、発電器１６から出力される電荷（電力）を整流することにより直流に変換（整流）し、当該直流の電荷（電力）を出力する。
【００４３】
コンデンサ１８は、整流器１７から出力される電荷（電力）を一時的に蓄電する。そして、コンデンサ１８に蓄電された電荷（電力）を電池１５に充電する。
【００４４】
ここで、電池１５の充電速度は遅いため、整流器１７から出力される電荷を直接的に電池１５に蓄電させるのは効率が悪い。このため、整流器１７から出力される電荷を一旦コンデンサ１８に蓄電し、コンデンサ１８から電池１５にゆっくりと充電することにより、電荷を効率よく電池１５に蓄電できるようにしている。すなわち、整流器１７からコンデンサ１８への蓄電の速度よりも、コンデンサ１８から電池１５への蓄電の速度を緩やかにする。
【００４５】
コンデンサ１８に蓄電された電荷は、制御部１３を介して電池１５に供給されて電池１５に蓄電されるようになっていても良いし、コンデンサ１８から電池１５に対して直接的に供給されて電池１５に蓄電されるようになっていても良い。
【００４６】
また、コンデンサ１８に蓄電された電荷は、電池１５に蓄電せず、直接、制御部１３及びアンテナ１４による消費に用いても良い。すなわち、発電器１６により発電された電力を、コンデンサ１８を経由して、制御部１３に供給しても良い。
【００４７】
以上のような第２の実施形態によれば、振動センサユニット２００は、振動を電力に変換する発電器１６を有し、発電器１６により発電された電力を、筐体１１への電荷の付与、又は、制御部１３及びアンテナ１４の動作に用いる。よって、電池１５を更に長寿命化することができる。
【００４８】
ここで、一般に、振動センサユニットの振動センサとしては、微小な振動を高精度に検出することが可能な（検出精度が高い）圧電素子が用いられる。そして、検出精度が高いということは、振動を電力に変換する効率（以下、単に変換効率）が高いことを意味する。従って、振動センサ１２を構成する圧電素子と同様の圧電素子を発電器１６として用いることにより、その発電により十分な電力量をまかなうことができる。
【００４９】
また、振動センサユニット２００は、発電器１６により発電された電力を蓄電する蓄電部としてのコンデンサ１８を有し、その電力をコンデンサ１８を経由して、制御部１３に供給する。コンデンサ１８を用いることにより、発電器１６により発電された電力の消失を抑制し、当該電力を極力無駄なく有効活用することができる。
【００５０】
また、振動センサユニット２００は、発電器１６により発電された電力を電池１５に充電するので、発電器１６により次々と発電される電力のうち余剰の電力を電池１５に蓄えて用いることができる。
【００５１】
なお、第２の実施形態では、圧電方式の発電器１６を用いる例を説明したが、発電器１６は、その他の方式のものであっても良い。例えば、磁気を利用した振動電気変換方式の発電器１６を用いても構わない。
【００５２】
〔第３の実施形態〕
図６は第３の実施形態に係る振動センサユニット３００の構成を示すブロック図である。図７は第３の実施形態に係る振動センサユニット３００の構成を示す模式的な斜視図である。なお、図７においては、筐体１１を一点鎖線で示している。
【００５３】
本実施形態の場合、振動センサ１２は、振動を電力に変換する発電器としての機能を兼ねる。すなわち、同一の振動センサ１２が、第２の実施形態（図４、図５）における振動センサ１２及び発電器１６の機能を兼ねる。
【００５４】
本実施形態の場合、電池１５は、放電及び充電が可能な二次電池である。
【００５５】
本実施形態に係る振動センサユニット３００は、第１の実施形態に係る振動センサユニット１００（図１、図２）の構成の他に、整流器１７と、コンデンサ１８と、切替スイッチ１９と、を有している。
【００５６】
切替スイッチ１９は、制御部１３の制御下で動作する。切替スイッチ１９は、振動センサ１２の出力を制御部１３に入力する状態、又は、振動センサ１２の出力を整流器１７を介してコンデンサ１８に入力する状態への切替を択一的に行う。
制御部１３は、振動の検出動作を行うときには、振動センサ１２からの出力が制御部１３に入力されるように切替スイッチ１９を制御し、その他のときには、振動センサ１２からの出力が整流器１７を介してコンデンサ１８に入力されるように切替スイッチ１９を制御する。
【００５７】
振動センサ１２は、振動センサユニット３００の機械的振動を交流の電気信号に変換し、該電気信号を出力する。
切替スイッチ１９が振動センサ１２と制御部１３とを接続している状態では、この電気信号は、切替スイッチ１９を介して制御部１３に入力され、振動センサユニット３００の振動の大きさの判定に用いられる。
また、この電気信号は、それ自体が交流の電気エネルギー（電力）である。従って、切替スイッチ１９が振動センサ１２と整流器１７とを接続している状態では、この電気信号すなわち交流の電力は、第２の実施形態と同様に整流器１７により直流の電力に整流され、コンデンサ１８に出力される。
【００５８】
コンデンサ１８は、第２の実施形態と同様に、整流器１７から出力される電力（電荷）を一時的に蓄電する。すなわち、コンデンサ１８は、振動センサ１２の出力を電力として蓄電する。
【００５９】
第２の実施形態と同様に、コンデンサ１８に蓄電された電荷は、制御部１３を介して電池１５に供給されて電池１５に蓄電されるようになっていても良いし、コンデンサ１８から電池１５に対して直接的に供給されて電池１５に蓄電されるようになっていても良い。
また、コンデンサ１８に蓄電された電荷は、電池１５に蓄電せず、制御部１３及びアンテナ１４による消費に用いても良い。
【００６０】
図８は第３の実施形態に係る振動センサユニット３００の動作の一例を示すタイムチャートである。このうち図８（ａ）は漏水が検出されていない状態のときにおける振動の検出動作を示し、図８（ｂ）は漏水が検出されていない状態のときにおける発電動作を示す。また、図８（ｃ）は漏水が検出された状態のときにおける振動の検出動作を示し、図８（ｄ）は漏水が検出された状態のときにおける発電動作を示す。
【００６１】
漏水が検出されていない状態では、図８（ａ）に示すように、間欠的に期間Ｔ１において振動の検出動作を行う。すなわち、振動センサ１２からの出力を制御部１３に入力する状態にする。また、図８（ｂ）に示すように、期間Ｔ１以外の期間Ｔ２において発電動作を行う。
【００６２】
ここで、漏水が検出されていない状態では、期間Ｔ１の長さは、例えば、期間Ｔ１と期間Ｔ２とを足しあわせた時間の長さの１０％以下程度であり、期間Ｔ２は、期間Ｔ１と期間Ｔ２とを足しあわせた時間の長さの９０％以上程度である。一例としては、例えば、５秒間の期間Ｔ１と、５０秒間の期間Ｔ２とを交互に切り替えることが挙げられる。
【００６３】
一方、漏水が検出された状態では、図８（ｃ）及び図８（ｄ）に示すように、期間Ｔ１の長さと期間Ｔ２の長さとを同等の長さに設定し、期間Ｔ１と期間Ｔ２とを交互に繰り返す。一例としては、例えば、５秒間の期間Ｔ１と、５秒間の期間Ｔ２とを交互に切り替えることが挙げられる。
【００６４】
以上のような第３の実施形態によれば、振動センサ１２が発電器としての機能を兼ねるので、第２の実施形態と比べて、振動センサユニット３００が有する機器の点数を低減でき、振動センサユニット３００をより小型化することも可能である。
【００６５】
また、振動センサユニット３００は、振動センサ１２の出力を電力として蓄電するコンデンサ１８と、振動センサ１２の出力を制御部１３に入力する状態と振動センサ１２の出力をコンデンサ１８に入力する状態とに切り替える切替スイッチ１９と、を備える。よって、振動センサ１２を発電器として機能させる状態と、振動センサ１２が本来の振動検出動作を行う状態と、を切り替えることができる。
【００６６】
〔第４の実施形態〕
図９は第４の実施形態に係る振動センサユニット４００の構成を示すブロック図である。
【００６７】
振動センサユニット３００を、金属材料などの導電材料で作られた水道管などの設置対象物に対して直接設置する場合、筐体１１と設置対象物との間に電気的な短絡が生じるため、金属製の筐体１１に供給した電荷は、設置対象物に漏洩するため即座に消失してしまう。このため、筐体１１に電荷を補充するために多くの電力が消費されてしまう。
【００６８】
そこで、本実施形態に係る振動センサユニット４００は、第３の実施形態に係る振動センサユニット３００（図６、図７）の構成の他に、筐体１１の外表面を被覆する絶縁膜（絶縁体）２０を有している。
【００６９】
振動センサユニット４００は、絶縁膜２０を有しているため、筐体１１と、導電材料で作られた設置対象物との間の絶縁が図られる。よって、絶縁膜２０は、筐体１１に供給した電荷の漏洩を抑制して、電力消費を低減する効果を奏する。
【００７０】
絶縁膜２０の材質としては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン ）などのフッ素系樹脂材料が好ましいが、その他の絶縁材料（樹脂等）を用いても良い。
【００７１】
以上のような第４の実施形態によれば、振動センサユニット４００は、筐体１１の外表面を被覆する絶縁膜２０を更に有する。よって、筐体１１から外部への電荷の漏洩を抑制でき、振動センサユニット４００の消費電力を低減しつつ、筐体１１の腐食を抑制することができる。
【００７２】
なお、第４の実施形態では、第３の実施形態の構成に絶縁膜２０を付加した構成を例示したが、第１の実施形態又は第２の実施形態の構成に絶縁膜２０を付加しても良い。
【００７３】
〔第５の実施形態〕
図１０は第５の実施形態に係る振動センサユニット５００の構成を示すブロック図である。図１１は振動センサユニット５００の構成を示す模式的な斜視図である。なお、図１１においては、筐体１１を一点鎖線で示している。図１２は振動センサユニット５００の筐体１１の構成を示す模式的な断面図であり、このうち（ａ）は図１１のＡ部を示し、（ｂ）は図１１のＢ部を示す。
【００７４】
本実施形態に係る振動センサユニット５００は、第３の実施形態に係る振動センサユニット３００（図６、図７）の構成のうち、コンデンサ１８を有していない。
【００７５】
振動センサユニット５００は、第３の実施形態に係る振動センサユニット３００の構成に加えて、誘電体層（誘電体）２１と、金属層（金属材料）２２と、を有している。
【００７６】
誘電体層２１は、筐体１１の内面に形成されている。金属層２２は、誘電体層２１上に形成されており、金属層２２と筐体１１とにより、それらの間の誘電体層２１を挟んでいる。本実施形態の場合、金属製の筐体１１と、誘電体層２１と、金属層２２と、によりコンデンサ２３が構成されている。すなわち、振動センサユニット５００は、３層構造の蓄電部を有している。
【００７７】
誘電体層２１の材質としては、ＰＴＦＥなどのフッ素系樹脂材料や、その他の絶縁材料（樹脂等）を用いることができる。
【００７８】
金属層２２の材質としては、ステンレスやアルミニウム（アルミ箔など）等を用いることができる。
【００７９】
本実施形態の場合、整流器１７から出力される直流の電荷（電力）は、配線５１を介して筐体１１に入力され、コンデンサ２３を構成する筐体１１に蓄電される。ここで、図１２（ａ）に示すように、金属層２２及び誘電体層２１には、金属層２２及び誘電体層２１を貫通する開口５３が形成されており、開口５３を介して、配線５１が筐体１１に対して電気的に接続されている。また、コンデンサ２３を構成する金属層２２と制御部１３とは、配線５２を介して相互に電気的に接続されている。また、金属層２２から（つまりコンデンサ２３から）、配線５２を介して、電荷（電力）が制御部１３に供給されるようになっている。
【００８０】
コンデンサ２３から制御部１３に供給される電力は、筐体１１への電荷の付与、又は、制御部１３及びアンテナ１４の動作に用いられる。
【００８１】
図１２（ｂ）に示すように、本実施形態の場合、配線４１は、金属層２２及び誘電体層２１に形成された開口５４を介して、筐体１１に対して電気的に接続されている。これにより、上記の各実施形態と同様に、制御部１３は、配線４１を介して、筐体１１に電荷を付与することができるようになっている。
【００８２】
以上のような第５の実施形態によれば、筐体１１がコンデンサ２３の一部分を構成するようにできるため、振動センサユニット５００が別途コンデンサ１８を備える必要がない。
【００８３】
なお、第５の実施形態では、第３の実施形態の構成に誘電体層２１及び金属層２２を付加し、且つ、その構成からコンデンサ１８を除いた構成を例示したが、第２の実施形態又は第４の実施形態の構成に誘電体層２１及び金属層２２を付加し、且つ、その構成からコンデンサ１８を除いた構成であっても良い。特に、第５の実施形態においても、第４の実施形態と同様に、筐体１１の外表面を被覆する絶縁膜２０を有することが好ましい。
【００８４】
また、第５の実施形態では、筐体１１の内面に誘電体層２１を形成した例を説明したが、筐体１１の外面（外表面）に誘電体層２１を形成し、更にその上に金属層２２を形成しても良い。
【００８５】
（実施例１）
実施例１として、図１及び図２に示される構成の振動センサユニット１００を作製した。筐体１１としては、厚さが２ｍｍのステンレス材料を用いて、外径２０ｍｍ、高さ４０ｍｍの円筒形状のものを作製した。
振動センサ１２としては、圧電セラミックスを用いた外径１５ｍｍ、厚さ５ｍｍの圧電素子を用い、振動センサ１２を筐体１１の底部１１ａ上に設置した。
振動センサ１２から得られたデータ（検出結果）をデータ処理し、アンテナ１４を通じて外部にデータ送信をおこなうとともに、電池１５からの給電による電荷を制御して配線４１を介して筐体１１に一定電位を与える制御部１３を、筐体１１の内部に設置した。
筐体１１には、電荷を与える前と比較して２００ｍＶの電位を与えた。
【００８６】
（比較例）
比較のために、図１５に示す構成の振動センサユニット１０００を作製した。この振動センサユニット１０００は、配線４１を有しておらず、制御部１３から筐体１１への電荷の付与を行わない点で、振動センサユニット１００と相違しており、その他の点では、振動センサユニット１００と同様に構成されている。
振動センサ１２から得られたデータ（検出結果）をデータ処理し、アンテナ１４を通じて外部にデータ送信をおこなった。
【００８７】
図１３は各実施例及び比較例の振動センサユニットの耐久性能の評価方法を説明するための模式的な斜視図である。
実施例１及び比較例の振動センサユニット１００、１０００に筐体１１の腐食を加速するため塩水を噴霧し、水道管などを模擬した鋳鉄製の支持台３１（図１３）上に設置した。その後、支持台３１に周波数１ｋＨｚ、力１Ｎの振動を印加しながら、振動センサユニット１００、１０００を５秒間隔で動作させ、アンテナ１４から発せられる電波により、振動データを外部に送信し、外部の受信器でそのデータを受信した。ここで、振動センサユニット１００、１０００を動作させるとは、振動センサ１２による検出結果のデータ処理と外部送信を行うことを意味する。また、振動センサユニット１００、１０００を５秒間隔で動作させるとは、動作を５秒間行う状態と、動作を５秒間休止する状態と、を交互に切り替えることを意味する。
【００８８】
（耐久性能の評価）
筐体１１の腐食により塩水が筐体１１内に侵入して、振動センサユニット１００、１０００の機能が停止する時間、すなわちアンテナ１４からのデータ送信が停止するまでの時間を耐久時間とした。さらに実施例１の振動センサユニット１００の耐久時間を、比較例の振動センサユニット１０００の耐久時間で除した値を耐久性能と定義して比較をおこなった。その結果を図１４に示す。
【００８９】
図１４に示すように、比較例に係る振動センサユニット１０００と比較して、実施例１に係る振動センサユニット１００の耐久性能は１００倍であった。このように、実施例１によれば、比較例と比べて、振動センサユニット１００の耐久性能が飛躍的に向上した。
【００９０】
なお、実施例１の振動センサユニット１００の防食に消費された電力は１ｍＷであり、極めて小さな消費電力であった。ここで、消費電力の評価は、耐久性能の評価後の電池１５を使い切るまでの消費電力を計測し、その消費電力と、電池１５の定格の電力量との差分を求めることにより行った。
【００９１】
（実施例２）
実施例２として、図４及び図５に示される構成の振動センサユニット２００を作製した。実施例２の振動センサユニット２００は、実施例１の振動センサユニット１００の構成に加えて、筐体１１内に、圧電方式の発電器１６と、整流器１７と、蓄電部としてのコンデンサ１８と、を有する。
【００９２】
（耐久性能の評価）
実施例１と同様の方法で、実施例２に係る振動センサユニット２００の耐久性能を評価した。その結果を図１４に示す。
【００９３】
図１４に示すように、比較例に係る振動センサユニット１０００と比較して、実施例２に係る振動センサユニット２００の耐久性能は１００倍であった。このように、実施例２によれば、比較例と比べて、振動センサユニット２００の耐久性能が飛躍的に向上した。
【００９４】
また、実施例２の振動センサユニット２００の防食に消費された電力は０ｍＷであり、発電器１６による発電によって、振動センサユニット２００の動作に必要な電力をすべてまかなうことができることが分かった。
【００９５】
（実施例３）
実施例３として、図６及び図７に示される構成の振動センサユニット３００を作製した。実施例３の振動センサユニット３００は、実施例１の振動センサユニット１００の構成に加えて、筐体１１内に、整流器１７と、蓄電部としてのコンデンサ１８と、切替スイッチ１９と、を有する。また、電池１５は充電及び放電が可能な二次電池であり、振動センサ１２は発電器としての機能を兼ねる。
制御部１３の制御下で切替スイッチ１９を切り替えることにより、振動センサユニット３００を動作させる状態と、発電動作を行う状態とを、図８（ｃ）及び図８（ｄ）に示すように５秒間隔で切り替えた。発電動作を行うときには、振動センサ１２により発電した電荷を、整流器１７を介してコンデンサ１８に蓄電し、更に、コンデンサ１８に蓄電された電荷を電池１５に蓄電した。
【００９６】
（耐久性能の評価）
実施例１と同様の方法で、実施例３に係る振動センサユニット３００の耐久性能を評価した。その結果を図１４に示す。
【００９７】
図１４に示すように、比較例に係る振動センサユニット１０００と比較して、実施例３に係る振動センサユニット３００の耐久性能は１００倍であった。このように、実施例３によれば、比較例と比べて、振動センサユニット３００の耐久性能が飛躍的に向上した。
【００９８】
また、実施例３の振動センサユニット３００の防食に消費された電力は０ｍＷであり、振動センサ１２による発電によって、振動センサユニット３００の動作に必要な電力をすべてまかなうことができることが分かった。
【００９９】
（実施例４）
実施例４として、図９に示される構成の振動センサユニット４００を作製した。実施例４の振動センサユニット４００は、実施例３の振動センサユニット３００の構成に加えて、筐体１１の外表面を被覆する絶縁膜２０を有する。絶縁膜２０は、厚さ１ｍｍのＰＴＦＥ膜とした。
【０１００】
（耐久性能の評価）
実施例１と同様の方法で、実施例４に係る振動センサユニット４００の耐久性能を評価した。その結果を図１４に示す。
【０１０１】
図１４に示すように、比較例に係る振動センサユニット１０００と比較して、実施例４に係る振動センサユニット４００の耐久性能は５００倍であった。このように、実施例４によれば、比較例と比べて、振動センサユニット４００の耐久性能が飛躍的に向上した。
これは、筐体１１が鋳鉄製の支持台３１に接触することにより筐体１１の電荷が支持台３１に漏洩してしまうことを、絶縁膜２０の存在によって十分に抑制できていることを示していると考えられる。
【０１０２】
また、実施例４の振動センサユニット４００の防食に消費された電力は０ｍＷであり、振動センサ１２による発電によって、振動センサユニット４００の動作に必要な電力をすべてまかなうことができることが分かった。
【０１０３】
なお、実施例４では筐体１１の被覆に厚さ１ｍｍのＰＴＦＥ製の絶縁膜２０を用いたが、第４の実施形態における絶縁膜２０は、筐体１１の表面に絶縁性を与えるものであればよく、その他の材料やその他の厚みにしても良い。また、絶縁膜２０の膜厚は、筐体１１の外表面の全面において均一に設定しても良いし、部分的に厚くしても良い。例えば、筐体１１において配管等の設置対象物との接触部位（つまり底部１１ａ）の絶縁膜２０の膜厚を、その他の部位の絶縁膜２０の膜厚よりも厚くすることにより、筐体１１における設置対象物との接触部位と、設置対象物との絶縁をより確実に行うことができる。
【０１０４】
（実施例５）
実施例５として、図１０乃至図１２に示される構成の振動センサユニット５００を作製した。実施例５の振動センサユニット５００は、実施例３の振動センサユニット３００の構成に加えて、誘電体層２１と金属層２２とを有しており、筐体１１、誘電体層２１及び金属層２２によりコンデンサ２３が構成されている。ただし、コンデンサ１８は有していない。誘電体層２１は、筐体１１の内面に形成された厚さ１ｍｍのＰＴＦＥ層である。金属層２２は、誘電体層２１上に形成された厚さ１ｍｍのステンレス層である。
【０１０５】
（耐久性能の評価）
実施例１と同様の方法で、実施例５に係る振動センサユニット５００の耐久性能を評価した。その結果を図１４に示す。
【０１０６】
図１４に示すように、比較例に係る振動センサユニット１０００と比較して、実施例５に係る振動センサユニット５００の耐久性能は１００倍であった。このように、実施例５によれば、比較例と比べて、振動センサユニット５００の耐久性能が飛躍的に向上した。
【０１０７】
また、実施例５の振動センサユニット５００の防食に消費された電力は０ｍＷであり、振動センサ１２による発電によって、振動センサユニット５００の動作に必要な電力をすべてまかなうことができることが分かった。
【０１０８】
なお、実施例５では誘電体層２１として厚さ１ｍｍのＰＴＦＥ層を用い、金属層２２として厚さ１ｍｍのステンレス層を用いたが、第５の実施形態における誘電体層２１及び金属層２２の厚さ及び材質は、これらの例に限らない。
【０１０９】
この出願は、２０１２年９月２７日に出願された日本出願特願２０１２−２１５１３０を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【図１】
2014050348.tif 000003
【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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【図１１】
2014050348.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2014050348.tif 000015
【図１４】
2014050348.tif 000016
【図１５】
2014050348.tif 000017
【国際調査報告】
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