(57)【要約】      （修正有）【課題】衝撃によっても破壊されにくい活動量測定装置を提供する。【解決手段】動物の活動量を測定する活動量測定装置であって、動物に取り付けられ、動物の動きにより発電する、可撓性を有する圧電フィルム１０と、圧電フィルム１０の発電電圧が、所定の閾値電圧を超えたときにその超えた回数をカウントするマイクロコントロールユニット１１と、マイクロコントロールユニット１１のカウント数が所定の閾値カウント数に達したときに電波を送信する送信手段１２と、を備えた活動量測定装置。【選択図】図１
2015100415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動物の活動量を測定する活動量測定装置であって、
前記動物に取り付けられ、前記動物の動きにより発電する、可撓性を有する圧電フィルムと、
前記圧電フィルムの発電電圧が、所定の閾値電圧を超えたときにその超えた回数をカウントするマイクロコントロールユニットと、
前記マイクロコントロールユニットのカウント数が所定の閾値カウント数に達したときに電波を送信する送信手段と、
を備えた活動量測定装置。
【請求項２】
前記動物の体の一部に巻き付けて固定するためのベルトを更に備え、
前記圧電フィルムの少なくとも一部が、前記ベルトに固定されていることにより、前記動物の動きによって前記ベルトが曲げられたとき前記圧電フィルムも曲げられて前記圧電フィルムが発電する請求項１に記載の活動量測定装置。
【請求項３】
前記圧電フィルムと、前記マイクロコントロールユニットと、前記送信手段とを収納するためのケースと、
前記マイクロコントロールユニットと、前記送信手段と、のうち少なくともいずれか一方が搭載される基板と、
を更に備え、
前記圧電フィルムの一方の端部が前記ケースに固定され、他方の端部が前記基板に固定された請求項１に記載の活動量測定装置。
【請求項４】
体温測定手段を更に備え、
前記送信手段は、前記電波を送信する際に、前記体温測定手段が測定した体温のデータも送信する請求項１〜３のいずれか１項に記載の活動量測定装置。
【請求項５】
前記圧電フィルムが、ポリフッ化ビニリデンである請求項１〜４のいずれか１項に記載の活動量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動物の活動量を測定する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、動物にセンサを取り付け、動物の稼働量を測定することによりリアルタイムで動物の健康管理を行う方法が研究されている。このようにリアルタイムで動物の健康管理を行うことにより、家畜の飼育において伝染病の発生を早期に知り、被害を最小限に食い止めることができるのではないかと期待されている。例えば、養鶏場において、鳥インフルエンザの発生を早期に知ることができれば、甚大な被害の発生を食い止めることができる可能性が大きくなる。
【０００３】
このような動物の活動量を測定できる装置として、特許文献１には、振動子と、圧電材料部と、前記圧電材料部で発生した電荷量に応じて得られる電圧が印加され、印加された前記電圧が予め定めた設定電圧を超えたときに信号を発するスイッチ回路を有した信号処理部と、を有する加速度センサと、無線送信するセンサと、鳥の健康状態に異常が生じているか否かの判定を行う判定装置と、を備えた鳥インフルエンザ監視システムについて開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２４２２５０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、特許文献１に記載されたような従来の動物の活動量測定装置は、動物の動きの加速度に応じて振動・変形する振動子として、脆性物質であるシリコン材料等を使用しているため、破損しやすいという問題があった。実際、本発明者等が鶏に取り付けて実験を行ったところ、鶏が、加速度センサが入った筐体をつつくことにより、その衝撃で加速度センサの振動子が破壊されてしまった。
【０００６】
本発明は、かかる実情に鑑みて成されたものであり、動物の様々な動作において破壊されにくい活動量測定装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題は、以下の発明において解決することができる。即ち、本発明の活動量測定装置は、動物の活動量を測定する活動量測定装置であって、前記動物に取り付けられ、前記動物の動きにより発電する、可撓性を有する圧電フィルムと、前記圧電フィルムの発電電圧が、所定の閾値電圧を超えたときにその超えた回数をカウントするマイクロコントロールユニットと、前記マイクロコントロールユニットのカウント数が所定の閾値カウント数に達したときに電波を送信する送信手段と、を備えたことを主要な特徴としている。
本発明の活動量測定装置は、加速度センサの振動子部分が可撓性を有する圧電フィルムで構成されているので、大きな衝撃が加わっても破壊されることがない。
【０００８】
また、本発明の活動量測定装置は、前記動物の体の一部に巻き付けて固定するためのベルトを更に備え、前記圧電フィルムの少なくとも一部が、前記ベルトに固定されていることにより、前記動物の動きによって前記ベルトが曲げられたとき前記圧電フィルムも曲げられて前記圧電フィルムが発電することを主要な特徴としている。
これにより、動物の体の動きを、ベルトを通して確実に検知することができ、特に、ベルト取り付け部位の筋肉を動かす動き、ベルト取り付け部位を曲げる等の変形させる動きなどを精度良く検知することができる。
【０００９】
更に、本発明の活動量測定装置は、前記圧電フィルムと、前記マイクロコントロールユニットと、前記送信手段とを収納するためのケースと、前記マイクロコントロールユニットと、前記送信手段と、のうち少なくともいずれか一方が搭載される基板と、を更に備え、前記圧電フィルムの一方の端部が前記ケースに固定され、他方の端部が前記基板に固定されたことを主要な特徴としている。
これにより、マイクロコントロールユニットと送信手段とのうち少なくともいずれか一方が搭載される基板を重りとし、可撓性を有する圧電フィルムを変形により発電する部分として加速度センサの振動子が構成されているので、コンパクトであり、かつ、衝撃によっても破壊されにくいものとすることができる。
【００１０】
更にまた、本発明の活動量測定装置は、体温測定手段を更に備え、前記送信手段は、前記電波を送信する際に、前記体温測定手段が測定した体温のデータも送信することを主要な特徴としている。
これにより、体温と活動量の相関的なデータを取得することができるので、動物の健康状態、特に、鳥インフルエンザ等の病気の早期発見をより精度よく行うことができる。
【００１１】
また、本発明の活動量測定装置は、前記圧電フィルムが、ポリフッ化ビニリデンであることを主要な特徴としている。これにより、衝撃に強く、耐熱性、耐薬品性に優れ、圧電フィルムをいろいろな形状に加工することが容易となる。
【発明の効果】
【００１２】
衝撃によっても破壊されにくい活動量測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態の活動量測定装置の断面概略図である。
【図２】圧電フィルムとＭＣＵの回路構成を示す回路図である。
【図３】鶏に活動量測定装置を取り付けた状態を示す説明図である。
【図４】本発明の第２実施形態の活動量測定装置の断面概略図である。
【図５】従来の活動量測定装置の構成を示す分解斜視図である。
【図６】加速器とオシロスコープとFunction Generatorとで構成された評価装置を示す説明図である。
【図７】振動周波数を変化させたときの発生電圧(peak to peak)を測定したグラフである。
【図８】図７のグラフを４−１５Ｈｚの範囲で拡大したグラフである。
【図９】第２実施形態の活動量測定装置を鶏に取り付けたときの電波受信回数と体温を時系列に示したグラフである。
【図１０】第１実施形態の活動量測定装置を鶏に取り付けたときの電波受信回数と体温を時系列に示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜第１実施形態＞
本発明の活動量測定装置の第１実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態の活動量測定装置の断面概略図である。図１に示すように、本発明の第１実施形態に掛かる活動量測定装置は、圧電フィルム１０と、ＭＣＵ(マイクロコントロールユニット)１１と、送信手段１２と、電池１３と、基板１４と、ケース１５と、フレキシブル基板１６と、温度センサ１７と、ベルト１８と、を主に備えて構成される。
【００１５】
圧電フィルム１０は、可撓性を有する圧電フィルムであり、ポリフッ化ビニリデン(PVDF：PolyVinylidene DiFluoride)等を好適に使用することができる。圧電フィルム１０は、一方の端部がベルト１８に例えば接着などで固定されており、ベルトの撓みにより圧電フィルム１０も撓んで発電する。圧電フィルム１０のもう一方の端部は基板１４に固定されることができる。
【００１６】
ＭＣＵ(マイクロコントロールユニット)１１は、圧電フィルム１０の発電電圧が所定の閾値電圧を超えた回数をカウントするデバイスであり、半導体のマイクロチップにより構成することができる。
送信手段１２は、ＭＣＵ１１のカウント数が所定の閾値カウント数に達したときに電波を送信する送信装置であり、これも半導体チップにより構成することができる。
【００１７】
電池１３は、ＭＣＵ１１と送信手段１２とを駆動するための電池であり、ボタン電池を用いることができる。基板１４は、ＭＣＵ１１、送信手段１２、電池１３を搭載するための基板であり、この基板１４は、ケース１５に収納されている。
【００１８】
フレキシブル基板１６は、圧電フィルム１０の端部またはケースの端部に固定され、その先端部には温度センサ１７が設置されている。フレキシブル基板１６は、圧電フィルム１０と同じ材料を使用してもよいし、圧電フィルム１０を延長させてそれをフレキシブル基板１６としてもよい。また、圧電フィルム１０の一方の面の全体に渡ってフレキシブル基板１６が接着され、かつ、図１に示すようにフレキシブル基板１６が圧電フィルム１０の端部から延出していてもよい。図１に示すように、フレキシブル基板１６は、ケース内に収容されずケース外に設置される。
フレキシブル基板１６に圧電フィルム１０が接着されていることにより、圧電フィルム１０の長さ方向の歪みが大きくなり発生する電荷が大きくなるという効果がある。
【００１９】
温度センサ１７としては、サーミスタを使用することができる。ベルト１８は、帯状の部材であり、輪を形成しているか、あるいは、輪を形成可能に構成されている。このベルト１８には、ケース１５が固定されており、このベルト１８を用いて動物に活動量測定装置を装着する。
【００２０】
よって、ベルト１８は、輪状の場合は、伸縮性部材で構成されていることが好ましく、帯状の場合は、動物に巻き付けて固定するための固定手段を備えていることが好ましい。固定手段は、面ファスナーや、ボタン、金具等固定対象の動物に適した手段を用いることができる。
【００２１】
ケース１５は、ベルト１８の内側、即ち、動物に取り付けたときの動物の体側に配置されることが好ましい。これにより、フレキシブル基板１６に設置された温度センサ１７が、直接動物の体に接触するので、動物の体温を正確に測定することができる。
【００２２】
また、温度センサ１７は、フレキシブル基板１６に設置されているので、動物が体を動かしても、動きに応じてフレキシブル基板１６がしなるので、動物も異物感を感じにくく、温度センサ１７も一定圧力で動物の体に押圧される。
【００２３】
このように、本発明の第１実施形態の活動量測定装置は、動物の体に巻き付けて固定するベルトに、可撓性の圧電フィルム１０が固定されているので、動物の活動によりベルト１８が曲がったとき、圧電フィルム１０も曲げられて発電する。
【００２４】
この発電電圧のうち、所定の閾値電圧以上であったものの回数をＭＣＵ１１でカウントし、所定の閾値カウント数に達したときに送信手段１２が電波を送信するので、送信手段１２からの電波を受信し、時系列でログを取ることによって、時系列での動物の活動量を知ることができる。
【００２５】
次に、図２を参照して圧電フィルム１０からＭＣＵ１１にかけての電子回路の構成例について説明する。図２は、圧電フィルムとＭＣＵの回路構成を示す回路図である。
図２に示すように、圧電フィルム１０は、コンパレータ２０に接続されている。コンパレータ２０では、任意の閾値電圧Ｖthを設定可能であり、検出したい動作の大きさに応じた閾値電圧Ｖthを設定する。圧電フィルムの出力電圧がこの閾値電圧Ｖthを超えたときに、コンパレータ回路がＯＮとなりＭＣＵ１１を起動させる。
【００２６】
ＭＣＵ１１は、通常スリープモードである(ステップＳ１)。この活動量測定装置を装着した動物が動いた場合において、圧電フィルム出力電圧＞Ｖth(コンパレータ２０に設定されている閾値電圧)となったことを検出すると(ステップＳ２)、ＭＣＵ１１は起動して検出回数をカウントする(ステップＳ３)。
【００２７】
ＭＣＵ１１は、カウント数ｎがＭＣＵ１１に設定されている閾値回数ｎthを超えた否か判断し(ステップＳ４)、超えている場合は、送信手段１２に信号を送り(ステップＳ５)、送信手段１２は、電波を発信する。超えていない場合は、ＭＣＵ１１はスリープモード(Ｓ１)に戻る。
このように、ＭＣＵ１１は、通常スリープモードなので電力をあまり使用せず、電池のみでの長時間の使用が可能になる。
【００２８】
次に、図３を参照して鶏への本発明の活動量測定装置を取り付ける例を説明する。図３は、鶏に活動量測定装置を取り付けた状態を示す説明図である。図３に示すように、本発明の第１実施形態の活動量測定装置は、ベルト１８で固定するタイプなので、鶏３０の羽３２の付け根のあたりにベルト１８を巻き付けて固定することができる。
【００２９】
この際、ケース１５がベルト１８と鶏３０とに挟まれるように取り付けることが好ましい。これにより、ケース１５がぶらぶらすることなく、確実に固定でき、温度センサ１７を鶏３０の体に押しつけて固定することができる。また、鶏が羽３２や体を動かしたとき、ベルト１８が撓み、それに伴って圧電フィルム１０も撓んで圧電フィルム１０が発電するので、鶏３０の動き、即ち活動量を確実に測定することができる。
【００３０】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態について図面を参照して説明する。図４は、本発明の第２実施形態の活動量測定装置の断面概略図である。この第２実施形態は、第１実施形態と一部が異なるだけなので、この異なる部分のみを説明し、同じ部分の説明は省略する。
【００３１】
本発明の第２実施形態の活動量測定装置は、圧電フィルム１０の一端が基板１４に固定され、もう一端がケース１５に固定される。これにより、圧電フィルム１０の基板１４側端部は、自由端となり基板１４を重りとして図面視上下方向に(記号４０の矢印で示す方向)揺動可能となる。
【００３２】
よって、ケース１５を動物に装着することにより、動物が動くと基板１４を重りとして圧電フィルム１０が揺動し、圧電フィルム１０は、発電をすることになる。このように、動物に動きがあると圧電フィルム１０が発電するので、本発明の第１実施形態と同様に動物の活動量を測定することができる。
【００３３】
これ以外の部分は第１実施形態と同じなので説明を省略する。まとめると、本発明の第１実施形態が、圧電フィルム１０がベルト１８の曲がりに伴って曲がって発電するのに対して、第２実施形態は、基板１４が重りとなり圧電フィルム１０が揺動することにより発電するものである。
【００３４】
＜評価１＞
動物として鶏を選択し、鶏の動作領域である１５Ｈｚ以下の低周波、低加速度０.５ｍ／ｓ2において十分な圧電出力を得られるかどうかの評価を行った。評価対象装置として、第２実施形態の活動量測定装置と、図５に示されるような圧電材料としてＰＺＴを用いた従来の装置とを用いて比較評価を行った。
【００３５】
図５を参照して従来の装置を説明する。図５は、従来の活動量測定装置の構成を示す分解斜視図である。従来の装置は、支持体５０と、ビーム５１と、重り５２と、ビーム５１上に形成された圧電材料(ＰＺＴ)とを備えたカンチレバー式の加速度センサを用いて構成されている。
【００３６】
支持体５０、ビーム５１、重り５２は、シリコンをＭＥＭＳ技術により加工形成されている。このカンチレバー式の加速度センサは、基板５３上に設置されてカバー５４で覆われ、更に、電子部品を基板５３上に備えて従来の装置は構成されている。
【００３７】
次に評価装置の構成、評価方法について図６を参照して説明する。図６は、加速器６０とオシロスコープ６２とFunction Generator６４とで構成された評価装置を示す説明図である。図６に示すように、評価対象装置６６は、オシロスコープとFunction Generatorとに接続された状態で加振器(Shaker)にセットされる。
【００３８】
加振器６０の加振により圧電フィルム１０で発電された電圧は、オシロスコープ６２を用いて計測される。また、加振器６０は、Function Generatorを利用して任意の加速度と周波数を有する振動を発生することができる。本評価においては、加振器６０を用いて、鶏の動作領域である１５Ｈｚ以下の低周波、低加速度０.５ｍ／ｓ2で評価対象装置６６を振動させ、発生電圧を測定した。
【００３９】
測定結果を図７、図８に示す。図７は、振動周波数を変化させたときの発生電圧(peak to peak)を測定したグラフである。図８は、図７のグラフを４−１５Ｈｚの範囲で拡大したグラフである。図７，図８において、黒丸が本発明の活動量測定装置を示し、白抜き四角が従来装置を示す。
【００４０】
図７に示すように、本発明の活動量測定装置は、従来のＰＺＴを用いた活動量測定装置よりも周波数の全域にわたって高い出力電圧を発生させた。図７のResonanceで示されたところは、活動量測定装置の構造体が共振した時の圧電出力を示しており最も大きな圧電出力を示す。図８の2nd superharmonic resonance，3rd superharmonic resonance，4th superharmonic resonanceで示されたところは、高調波共振時の圧電出力を示しており近傍の周波数よりも比較的高い圧電出力を示す。
【００４１】
図８に示すように、鶏の動作領域において、本発明の活動量測定装置は、従来のＰＺＴを用いた装置と同様に５ｍＶ以上の圧電出力を発生させることが分かった。
【００４２】
＜評価２＞
次に、本発明の第１実施形態の活動量測定装置と、第２実施形態の活動量測定装置とを実際に鶏に取り付けて鶏の活動量を測定した。この評価は、鶏に活動量測定装置を取り付けて、鶏の動きにより活動量測定装置から発信された電波を受信し、時系列に受信回数を測定していくとともに、そのときに送信された鶏の体温データも時系列にまとめることによって行った。
【００４３】
図９と図１０とに測定結果を示す。図９は、第２実施形態の活動量測定装置を鶏に取り付けたときの電波受信回数と体温を時系列に示したグラフである。図１０は、第１実施形態の活動量測定装置を鶏に取り付けたときの電波受信回数と体温を時系列に示したグラフである。
【００４４】
図９、図１０において、横軸は、時刻を示し、左縦軸は鶏の体温、右縦軸は１時間あたりのデータを受信した回数を示す。ここでの１時間あたりのデータの受信した回数とは、データを受信した時刻から過去６０分間の間の受信回数を示している。また、記号９０で示す時刻の範囲は、鶏舎の電灯をつけ昼間とし、記号９１、９２で示す時刻の範囲は、鶏舎の電灯を消して夜として評価を行った。
【００４５】
図９、図１０に示されるように、時刻の変化による鶏の活動量が良好に測定できている。また、鶏舎の電灯を消した夜の時間は、鶏の活動量が極端に低下し、鶏舎の電灯をつけた昼の時間は、鶏の活動量が極端に高くなっていることからも、鶏の活動量を正確に測定できていることが分かる。また、この時間中測定ができていることから、鶏がつっつく等の激しい振動を与えられても、破壊、故障することなく長時間測定が可能であることも分かった。
【００４６】
このように、本発明の活動量測定装置は、動物に取り付けることにより、動物の活動量を正確に長時間測定することが可能になる。また、鶏のつっつき等の激しい振動が加えられても破壊、故障することなく測定を続けることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１０       圧電フィルム
１２       送信手段
１３       電池
１４       基板
１５       ケース
１６       フレキシブル基板
１７       温度センサ
１８       ベルト
２０       コンパレータ
３０       鶏
３２       羽
４０       記号
５０       支持体
５１       ビーム
５３       基板
５４       カバー
６０       加速器
６０       加振器
６２       オシロスコープ
６６       評価対象装置
【図１】
2015100415.tif 000003
【図２】
2015100415.tif 000004
【図３】
2015100415.tif 000005
【図４】
2015100415.tif 000006
【図５】
2015100415.tif 000007
【図６】
2015100415.tif 000008
【図７】
2015100415.tif 000009
【図８】
2015100415.tif 000010
【図９】
2015100415.tif 000011
【図１０】
2015100415.tif 000012