(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
外部から送信された信号を受信する受信手段と、
前記受信手段によって受信された信号を前記基板上における弾性表面波に変換する第１の変換手段と、
前記基板を伝播した弾性表面波を信号に変換する第２の変換手段と、
前記第２の変換手段から出力された信号を送信する送信手段と、
前記基板における前記弾性表面波の伝播経路に取り付けられ、環境の変化に応じて形状又は前記基板との位置関係が不可逆に変化し、この変化によって前記基板における前記弾性表面波の伝播特性を変化させる付加物と
を有することを特徴とするセンサ。
【請求項２】
前記付加物は、所定の温度に達すると融解する物質からなり、融解すると形状が不可逆に変化するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記付加物は、所定の湿度に達すると潮解する物質からなり、潮解すると形状が不可逆に変化するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項４】
前記付加物は、所定の大きさを上回る外力が働いた場合に前記基板から外れるように設けられていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項５】
前記付加物は、所定の大きさを上回る外力が働いた場合に前記基板に対する位置が変化するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
物品の搬送中または保管中にその物品が置かれた環境の温度の履歴を遠隔にて取得するセンサが知られている。このセンサは、例えば、冷凍食品等が小売店や消費者の元に届くまで凍結した状態が保たれていたか否かを知るために利用される。
この種のセンサとしては、温度センサが内蔵されたＩＣタグ、温度変化によって共振周波数が変化するＩＣタグ等が知られている。このセンサに対して一定の時間間隔で質問器を用いて問い合わせ、温度を表すデータを取得する。しかし、この方式では、温度の履歴を表すデータは電子データとして保存されるため、履歴を表すデータが改ざんされるおそれがある。
【０００３】
このようなデータの改ざんを防止するために、環境の変化に応じて不可逆に変化する物体を利用した技術が提案されている。例えば、特許文献１で開示された技術では、固体の物質と染料が容器に封入されている。固体の物質が融解するとこの物質と染料とが混合されるから、これを目視で確認することによって固体の融点を超える温度上昇があったことを知ることができる。特許文献２で開示された技術では、互いに溶け合わず、かつ、比重の異なる２種類の液体が容器に封入され、凍結されている。この容器を比重の重い物質が上になるようにして物品に取り付けておく。両方の物質が融解すると、比重の重い液体が下側になるように位置関係が変化するから、これを目視で確認することによって両方の物質の融点を超える温度上昇があったことを知ることができる。
【特許文献１】特開２００３−２３２６８７号公報
【特許文献２】特開２００６−４７０３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、物体の状態変化を目視確認する方法では、物品の１つ１つに取り付けられた物体の状態を１つ１つ目視確認しなければならないため、手間がかかる。目視確認する代わりに光センサ等を用いて変化を検知する方法も考えられるが、コストが高くなる。
本発明は、上述した背景の下になされたものであり、環境の変化を表す情報の改ざんを防ぎ、この情報を取得することのできる技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の課題を解決するために、本発明は、基板と、外部から送信された信号を受信する受信手段と、前記受信手段によって受信された信号を前記基板上における弾性表面波に変換する第１の変換手段と、前記基板を伝播した弾性表面波を信号に変換する第２の変換手段と、前記第２の変換手段から出力された信号を送信する送信手段と、前記基板における前記弾性表面波の伝播経路に取り付けられ、環境の変化に応じて形状又は前記基板との位置関係が不可逆に変化し、この変化によって前記基板における前記弾性表面波の伝播特性を変化させる付加物とを有することを特徴とするセンサを提供する。
【０００６】
前記付加物は、所定の温度に達すると融解する物質からなり、融解すると形状が不可逆に変化するように設けられていてもよい。
前記付加物は、所定の湿度に達すると潮解する物質からなり、潮解すると形状が不可逆に変化するように設けられていてもよい。
前記付加物は、所定の大きさを上回る外力が働いた場合に前記基板から外れるように設けられていてもよい。
前記付加物は、所定の大きさを上回る外力が働いた場合に前記基板に対する位置が変化するように設けられていてもよい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、環境の変化を表す情報の改ざんを防ぎ、この情報を取得することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
＜構成＞
図１は、センサ１０１の構成を示す図である。（ａ）はセンサ１０１の平面図、（ｂ）はセンサ１０１のＡ−Ａ’断面図である。
基板１の表面には、強誘電体薄膜２が形成されている。強誘電体薄膜２上には、ＩＤＴ（Inter-digital Transducer）３、アンテナ４、グランド５、反射器７、蝋の塊（付加物）８が設けられている。アンテナ４はＩＤＴ３の一端に接続され、グランド５はＩＤＴ３の他端に接続されている。基板１の裏面にはグランド電極６が形成されており、グランド５はスルーホールを介してグランド電極６に接続されている。
【０００９】
強誘電体薄膜２は、例えばＬｉＴａＯ３を用いて形成されている。この強誘電体薄膜２は、ＩＤＴ３における電気機械結合係数／圧電係数、あるいはアンテナ４の誘電損失等の観点から、エピタキシャルまたは単一配向性を有することが好ましい。また、強誘電体薄膜２上にＧａＡｓ等のIII−Ｖ族半導体あるいはダイヤモンド等の炭素を含有する薄膜を形成してもよい。これにより、弾性表面波の表面速度、結合係数、圧電定数等を向上させることができる。
なお、基板１および強誘電体薄膜２の代わりに、強誘電体で形成された板状の部材を基板として用いてもよい。
【００１０】
ＩＤＴ３、アンテナ４およびグランド５は、導電パターンにより一体的に形成される。この導電パターンの材料としては、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｗ、Ｎｉ，Ｔａ，Ｇａ，Ｉｎ，Ａｌ、Ｐｂ，Ｐｔ、Ａｕ，Ａｇ等の金属、またはＴｉ−Ａｌ，Ａｌ−Ｃｕ，Ｔｉ−Ｎ、Ｎｉ−Ｃｒ等の合金を、単層または２層以上の多層構造に積層することが好ましく、特に金属としては、Ａｕ，Ｔｉ，Ｗ，Ａｌ，Ｃｕが好ましい。また、この金属層の薄膜は、１ｎｍ以上１０μｍ未満とすることが好ましい。
【００１１】
蝋の塊８は、強誘電体薄膜２上のＩＤＴ３と反射器７とで挟まれた領域に予め定められた形状で形成されている。本実施形態では、図１に示すように、平面図において長円形、Ａ−Ａ’断面図において矩形となるように形成されている。蝋の塊８は、蝋の融点に達すると融解し、強誘電体薄膜２上に薄く拡がり、融解前よりも広い面積を強誘電体薄膜２上で占めるようになる。蝋の塊８は、温度が融点を下回ると、融解によって薄く拡がった状態で固化する。つまり、その形状は融解の前後で異なっており、融解したものを単に放置しただけでは元の形状に戻らないため、形状に関して不可逆な変化を示す。このように、本願で言う不可逆な変化とは、必ずしも状態変化が不可逆という意味ではなく、環境の変化で起こった変化が、その環境の変化の変遷に関わらず、元の状態や形体に戻らないものや、環境の変化以外の外力を加えなければ元の状態や形体に戻らないものを意味する。
【００１２】
図２は、質問器２００の構成を示す図である。
送受信部２０１はアンテナを備え、センサ１０１との間で電波信号の送受信を行う。
信号処理部２０２は、所定の振幅および周波数を有する信号を生成し、送受信部２０１に供給する。また、信号処理部２０２は、受信された信号に所定の処理を施して信号の物理量（振幅、位相速度等）を求める。
テーブル２０３は、信号の物理量とセンサが置かれた環境との対応を表すテーブルである。
判定部２０４は、受信された信号の物理量とテーブル２０３の内容とを比較することによって、センサ１０１の周囲の温度が蝋の融点に達したか否かを判定する。テーブル２０３の内容および判定部２０４で行われる処理の内容については後述する。
表示部２０５は、判定部２０４による判定結果を表す画像を表示する。
スイッチ２０６は、例えば押しボタン式のスイッチであり、このスイッチが押し下げられると送受信部２０１が電波信号をセンサ１０１に送信する。
【００１３】
次に、センサ１０１と質問器２００の動作について説明する。
図３は、センサ１０１と質問器２００の動作のフローを示す図である。
まず、ステップＡ０１でスイッチ２０６が押し下げられると、送受信部２０１は所定の周波数と振幅を有する電波信号をセンサ１０１に送信する。
ステップＢ０１では、センサ１０１のアンテナ４がこの電波信号を受信する。電波信号が受信されると、アンテナ４はこの電波信号を電気信号に変換し、この電気信号がＩＤＴ３に供給される。
【００１４】
ステップＢ０２では、ＩＤＴ３がこの電気信号に応じて強誘電体薄膜２の表面に弾性表面波を発生させる。この弾性表面波は、強誘電体薄膜２上を伝播し、反射器７に到達する。
ステップＢ０３では、反射器７が、到達した弾性表面波を反射する。反射された弾性表面波は強誘電体薄膜２上を伝播し、ＩＤＴ３に到達する。
ステップＢ０４では、ＩＤＴ３がこの弾性表面波を電気信号に変換し、アンテナ４に供給する。アンテナ４は、この電気信号を電波信号に変換して送信する。
【００１５】
ステップＡ０２では、質問器２００が、センサ１０１から送信された電波信号を受信し、信号の物理量（振幅、位相速度等）を求める。そして、判定部２０４は、テーブル２０３の内容を参照して、センサ１０１の周囲の温度が融点に達したか否かを判定する。
図４は、テーブル２０３の内容を示す図である。テーブル２０３には、センサ１０１の周囲の温度が蝋の融点に達した場合、すなわち蝋の塊８が融解した場合にセンサ１０１から送信された信号が示す物理量（振幅、位相速度等）の範囲が記憶されている。
【００１６】
ここで、弾性表面波の伝播について説明する。ＩＤＴ３によって発生させられた弾性表面波が強誘電体薄膜２上を伝播する際、その伝播特性は、強誘電体薄膜２、基板１および蝋の塊８の材質、形状、温度等に依存する。センサ１０１の周囲の温度が蝋の融点に達した場合、蝋が強誘電体薄膜２上に薄く拡がる。その後、融点を下回った場合には、蝋は固化するがその形状は元には戻らない。すると、強誘電体薄膜２上における弾性表面波の伝播特性が変化し、その結果、弾性表面波の物理量（振幅、位相速度等）が変化する。従って、センサ１０１の周囲の温度が蝋の融点に達した場合の出力信号の物理量を実験によって予め求めてテーブル２０３に記憶しておき、この記憶内容と実際の出力信号の物理量とを比較することによって、センサ１０１の周囲の温度が蝋の融点に達したか否かを判定することができるというわけである。
【００１７】
判定部２０４はこのようにして、センサ１０１の周囲の温度が蝋の融点に達したか否かを判定し、融点に達した場合には、例えば「融点に達しました」というメッセージを表示部２０５に表示させる。
なお、センサ１０１の周囲の温度が蝋の融点に達していない場合、すなわち蝋の塊８が融解していない場合に出力信号が示す物理量の範囲をテーブル２０３に記憶させておき、判定部２０４がこの記憶内容と実際の出力信号の物理量とを比較するようにしてもよい。
【００１８】
＜変形例＞
以上説明した形態に限らず、本発明は種々の形態で実施可能である。例えば、上述の実施形態を以下のように変形した形態でも実施可能である。
＜変形例１＞
図５は、センサ１０２を示す図である。この例では、付加物として、上記の実施形態における蝋の塊８の代わりに塩の塊８１が設けられている。塩の塊８１は、例えば、塩化カルシウムである。この塩の塊８１を例えば空気中の水の分子を通過させる透湿膜によって覆い、強誘電体薄膜２上に取り付けておく。このようにすれば、センサ１０２の周囲の湿度が所定の湿度に達した場合、塩の塊８１が潮解する。塩の塊８１が潮解すると、その形状は元には戻らない。すると、上記の実施形態と同様に、弾性表面波の伝播特性が変化し、これによって出力信号の物理量も変化するから、センサ１０２の周囲の湿度が所定値に達したか否かを、出力信号の物理量に基づいて判定することができる。
【００１９】
＜変形例２＞
図６は、センサ１０３を示す図である。この例では、付加物として、上記の実施形態における蝋の塊８の代わりに、特定の波長の光、例えば、紫外線等にさらされた場合に硬化する光硬化樹脂８２が設けられている。この光硬化樹脂８２を例えば透明な容器８２１に収容し、この容器８２１を強誘電体薄膜２上に取り付けておく。このようにすれば、センサ１０３が光にさらされた場合、光硬化樹脂８２が硬化する。光硬化樹脂８２が硬化すると機械的特性が変化し、それらは元には戻らない。すると、上記の実施形態と同様に、弾性表面波の伝播特性が変化し、これによって出力信号の物理量も変化するから、センサ１０３が光にさらされたか否かを、出力信号の物理量に基づいて判定することができる。
【００２０】
＜変形例３＞
上述の実施形態を以下に示すように変形してもよい。例えば、付加物として、細菌等の抗原が侵入した場合に抗体を作り出す物質を容器に収容し、この容器を強誘電体薄膜２上に取り付けておく。この容器に抗原が侵入した場合、抗原抗体反応を示し、容器内の物質の機械的特性が変化し、それは元には戻らない。すると、上記の実施形態と同様に出力信号の物理量が抗原抗体反応前に対して変化するから、センサに抗原が侵入したか否かを、出力信号の物理量に基づいて判定することができる。
【００２１】
＜変形例４＞
また、上述の実施形態を以下に示すように変形してもよい。例えば、付加物として、金属ナトリウム等の還元剤を容器に収容し、この容器を強誘電体薄膜２上に取り付けておく。この容器に酸素が侵入した場合、酸化還元反応を示し、容器内の物質の機械的特性が変化し、それは元には戻らない。すると、上記の実施形態と同様に出力信号の物理量が酸化還元反応前に対して変化するから、センサに酸素が侵入したか否かを、出力信号の物理量に基づいて判定することができる。還元剤の代わりに酸化剤を用いてもよい。
【００２２】
＜変形例５＞
また、上述の実施形態を以下に示すように変形してもよい。
図７は、強誘電体薄膜２上に永久磁石８３を付加物として取り付けたセンサ１０４を示す図である。（ａ）は平面図、（ｂ）はＢ−Ｂ’断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ’断面図である。（ａ）に示すように、留め具８４は平面図において矩形の頂部８４１を有し、（ｂ）に示すように、頂部８４１の両脇から下方向に向かって２本の脚部８４２が延びており、脚部８４２の下端は強誘電体薄膜２上に固定されている。また、（ｃ）に示すように、頂部８４１の四辺のうち、脚部８４２の設けられていない辺から斜め下方向に向かって２つの傾斜部８４３が設けられている。２つの傾斜部８４３は、互いの上端間の距離よりも下端間の距離が長くなるように設けられており、ハの字を形成している。留め具８４は、金属、プラスチック等で作成されており、傾斜部８４３に外力が働いて変形した場合にその形状を元に戻す方向に弾性力が働くようになっている。永久磁石８３は直方体であり、２つの傾斜部８４３によって強誘電体薄膜２に対して押し付けられている。また、図７（ｂ）における永久磁石８３の幅は２つの脚部８４２間の距離と同じか若干小さくなっており、同図において永久磁石８３が横方向に移動できないようになっている。この構成により、強誘電体薄膜２上に弾性表面波が発生すると永久磁石８３は強誘電体薄膜２と一体となって振動する。
【００２３】
センサ１０４に磁力が働いた場合、以下に示す作用が生じる。例えば図７（ｄ）に示すように、永久磁石８３のＳ極に別の永久磁石９０のＳ極が近付けられた場合、永久磁石８３と永久磁石９０との間に斥力が働く。この斥力が所定の強さを上回った場合、永久磁石８３が留め具８４の傾斜部８４３を押し上げて左方向に飛び出す。永久磁石８３が飛び出すと傾斜部８４３が元の形状に戻るから、永久磁石８３は元の位置には戻らない。すると、永久磁石８３は強誘電体薄膜２と一体ではなくなるから、強誘電体薄膜２上の弾性表面波の伝播特性が変化し、これによって出力信号の物理量も変化する。よって、センサ１０４に所定の強さを上回る磁力が働いたか否かを、出力信号の物理量に基づいて判定することができる。また、２つの脚部８４２によって永久磁石８３の移動が規制されているから、センサ１０４に所定の方向（図７（ｄ）に示した方向）に所定の強さを上回る磁力が働いたか否かを判定することができる。
なお、永久磁石８３の形状は直方体に限らず、いかなる形状でもよい。また、留め具８４から飛び出した永久磁石８３を保持するための永久磁石、磁性体、粘着物等を強誘電体薄膜２上に設けてもよい。
【００２４】
＜変形例６＞
また、上述の実施形態を以下に示すように変形してもよい。
図８は、強誘電体薄膜２上に球体８６を付加物として取り付けたセンサ１０５を示す図である。（ａ）は平面図、（ｂ）はＢ−Ｂ’断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ’断面図である。留め具８４は図７に示したものと同じである。球体８６は金属等で作成されており、２つの傾斜部８４３によって強誘電体薄膜２に対して押し付けられている。また、図８（ｂ）における球体８６の幅は２つの脚部８４２間の距離と同じか若干小さくなっており、同図において球体８６が横方向に移動できないようになっている。この構成により、強誘電体薄膜２上に弾性表面波が発生すると球体８６は強誘電体薄膜２と一体となって振動する。
【００２５】
センサ１０５に慣性力が働いた場合、以下に示す作用が生じる。例えば図８（ｄ）に示すように、所定の大きさを上回る慣性力が左方向に働いた場合、球体８６が留め具８４の傾斜部８４３を押し上げて左方向に飛び出す。球体８６が飛び出すと傾斜部８４３が元の形状に戻るから、球体８６は元の位置には戻らない。すると、球体８６は強誘電体薄膜２と一体ではなくなるから、強誘電体薄膜２上の弾性表面波の伝播特性が変化し、これによって出力信号の物理量も変化する。よって、センサ１０５に所定の大きさを上回る慣性力が働いたか否かを、出力信号の物理量に基づいて判定することができる。また、２つの脚部８４２によって球体８６の移動が規制されているから、センサ１０５に所定の方向（図８（ｄ）に示した方向）に所定の大きさを上回る慣性力が働いたか否かを判定することができる。
なお、本変形例における付加物は球体に限らず、いかなる形状のものを用いてもよい。また、留め具８４から飛び出した球体８６を保持するための永久磁石（球体８６が磁性体の場合）、粘着物等を強誘電体薄膜２上に設けてもよい。
【００２６】
＜変形例７＞
また、上述の実施形態を以下に示すように変形してもよい。
図９は、センサ１０６を示す図である。この例では、上記の実施形態の構成に加えて、ＩＤＴ３に対して反射器７と反対側にもう１つの反射器７１が設けられている。上述したとおり、ＩＤＴ３によって発生させられた弾性表面波が強誘電体薄膜２上を伝播する際、強誘電体薄膜２および基板１の材質、形状および温度に依存して弾性表面波の物理量（振幅、位相速度等）が変化する。この例では、反射器７１は蝋の塊８のない側に設けられているから、反射器７１によって反射される弾性表面波の物理量は蝋の融解の影響は受けない。従って、反射器７１によって反射される弾性表面波の物理量は、温度に依存したセンサ１０６固有の値を示す。このことを利用して、上述の実施形態で示した作用とともに、センサ１０６を一意に識別するためのＩＤおよび温度を求めることができる。
図１０は、センサ１０７を示す図である。このセンサ１０７は、反射器７、反射器７１に対してそれぞれ別個のＩＤＴ３、ＩＤＴ３が設けられている。この構成でもセンサ１０６と同様の作用が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】センサ１０１の構成を示す図である。
【図２】質問器２００の構成を示す図である。
【図３】センサ１０１と質問器２００の動作のフローを示す図である。
【図４】テーブル２０３の構成を示す図である。
【図５】センサ１０２を示す図である。
【図６】センサ１０３を示す図である。
【図７】センサ１０４を示す図である。
【図８】センサ１０５を示す図である。
【図９】センサ１０６を示す図である。
【図１０】センサ１０７を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０１…センサ、１…基板、２…強誘電体薄膜、３…ＩＤＴ、４…アンテナ、５…グランド、７…反射器、８…蝋の塊、６…グランド電極、２００…質問器、２０１…送受信部、２０２…信号処理部、２０３…テーブル、２０４…判定部、２０５…表示部、２０６…スイッチ。
【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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【図９】
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【図１０】
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