JP2009288188A

JP2009288188A - 衝撃センサ

Info

Publication number: JP2009288188A
Application number: JP2008143589A
Authority: JP
Inventors: Akira Hirasawa; 朗平澤; Makoto Kitsunai; 誠橘内; Tatsuya Mizoguchi; 達也溝口; Hisami Hirose; 久美廣瀬
Original assignee: Toppan Forms Co Ltd
Current assignee: Toppan Edge Inc
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2008-05-30
Publication date: 2009-12-10
Anticipated expiration: 2028-05-30
Also published as: JP4939485B2

Abstract

【課題】外力を受けたことを視覚的かつ簡便に確認することができるとともに、繰り返し使用することができる衝撃センサを提供する。
【解決手段】本発明の衝撃センサ１０は、使用温度範囲内にて過飽和状態となる溶液１１と、溶液１１を収容する容器１２とを備え、溶液１１は、無機塩、四級アンモニウム塩、アセトアニリド類、サリチル酸、フェノール類の群から選択される１種または２種以上の溶質と、使用温度を超える温度にて溶質を易溶または可溶であり、かつ、使用温度範囲内にて溶質を難溶または不溶である溶媒とからなり、容器１２は、溶液１１を収容する部分の少なくとも一部が透明性を有し、溶液１１が目視可能であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、衝撃センサに関し、さらに詳しくは、使用温度範囲内にて過飽和状態の溶液と、この溶液を収容する容器とを備え、衝撃や振動などの外力を受けると、溶液の状態が視覚的に変化して、外力を受けたことを視覚的に確認することができる衝撃センサに関するものである。

従来、衝撃や振動に弱い電子機器や医療機器の運送において、これらの機器が外力を受けずに管理されて運送されたか否かを簡便に確認することができる方法がなかった。そのため、配達後の機器が故障していた場合、その故障の原因が機器の製造時に発生したものか、あるいは、運送時に発生したものか判断することが難しく、故障に対する責任の所在を明確にすることが難しかった。そこで、このような問題を解決するために、衝撃や振動などの外力を受けたことを視覚的かつ簡便に確認することができる衝撃センサが望まれていた。

衝撃センサとしては、ノート型パーソナルコンピュータなどの携帯型機器のＨＤＤ装置に搭載される衝撃検知回路が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
また、外力を受けると、二つの素材が混じり合って色調が変化することにより、外力を受けたことを視覚的に確認することができる衝撃インジケータが開示されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００３−１４７７６号公報特表２００５−５３０１６０号公報

しかしながら、上記の衝撃検知回路は、複雑な回路や、その制御が必要であり、製造コストが高いだけでなく、外力を受けたことを視覚的に確認することができるものではなかった。
また、上記の衝撃インジケータは、一旦外力を受けたことを検知すると、再び、衝撃を検知する目的に使用することができなかった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、外力を受けたことを視覚的かつ簡便に確認することができるとともに、繰り返し使用することができる衝撃センサを提供することを目的とする。

本発明の衝撃センサは、使用温度範囲内にて過飽和状態となる溶液と、該溶液を収容する容器とを備えた衝撃センサであって、前記溶液は、無機塩、四級アンモニウム塩、アセトアニリド類、サリチル酸、フェノール類の群から選択される１種または２種以上の溶質と、前記使用温度を超える温度にて前記溶質を易溶または可溶であり、かつ、前記使用温度範囲内にて前記溶質を難溶または不溶である溶媒とからなり、前記容器は、前記溶液を収容する部分の少なくとも一部が透明性を有し、前記溶液が目視可能であることを特徴とする。

本発明の衝撃センサによれば、使用温度範囲内にて過飽和状態となる溶液と、該溶液を収容する容器とを備えた衝撃センサであって、前記溶液は、無機塩、四級アンモニウム塩、アセトアニリド類、サリチル酸、フェノール類の群から選択される１種または２種以上の溶質と、前記使用温度を超える温度にて前記溶質を易溶または可溶であり、かつ、前記使用温度範囲内にて前記溶質を難溶または不溶である溶媒とからなり、前記容器は、前記溶液を収容する部分の少なくとも一部が透明性を有し、前記溶液が目視可能であるので、外力を受けると、溶液に含まれる溶質の結晶が一気に析出して、溶液の色調がこの結晶の色調に変化するので、衝撃センサが取り付けられた対象物が衝撃や振動などの外力を受けたことを視覚的かつ簡便に確認することができる。また、一旦外力を受けて結晶が析出しても、衝撃センサを加温すれば、再び使用できる状態に回復させることができるので、使用後の衝撃センサが廃棄物として処理される量を抑えることができる。

本発明の衝撃センサの最良の形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。

図１は、本発明の衝撃センサの一実施形態を示す概略正面図である。
この実施形態の衝撃センサ１０は、溶液１１と、容器１２とから概略構成されており、溶液１１が容器１２内に収容され、この容器１２が密閉されてなるものである。

溶液１１は、衝撃センサ１０の使用温度範囲内にて過飽和状態となる溶液であり、無機塩、四級アンモニウム塩、アセトアニリド類、サリチル酸、フェノール類の群から選択される１種または２種以上の溶質と、溶媒とから構成されている。
ここで、衝撃センサ１０の使用温度を０〜５０℃とする。

無機塩としては、下記のカチオンと、下記のアニオンとからなるものが用いられる。
カチオンとしては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウムおよびセシウムなどのアルカリ金属類のイオン；カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウムなどのアルカリ土類金属類のイオン；マグネシウムイオン；スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、テクネチウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、カドミウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、金などの遷移金属類のイオン；オキソニウムイオン、アンモニウムイオンなどの多原子イオン；ジアンミン銀イオン、ビオレオ、テトラアンミン亜鉛(II) イオン、テトラアンミン銅(II) イオン、テトラアクア銅(II) イオン、チオシアノ鉄(III) イオン、ヘキサアンミンニッケル(II) イオン、プルプレオ、ヘキサアンミンコバルト(III) イオン、ヘキサアクアコバルト(III) イオン、ヘキサアンミンクロム(III) イオン、ローゼオなどの錯イオンなどが挙げられる。

アニオンとしては、水素化物イオン、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン、酸化物イオン、硫化物イオンなどの単原子イオン；水酸化物イオン、シアン化物イオン、硝酸イオン、亜硝酸イオン、次亜塩素酸イオン、亜塩素酸イオン、塩素酸イオン、過塩素酸イオン、過マンガン酸イオン、酢酸イオン、炭酸水素イオン、リン酸二水素イオン、硫酸水素イオン、硫化水素イオン、チオシアン酸イオン、過酸化物イオン、硫酸イオン、亜硫酸イオン、チオ硫酸イオン、炭酸イオン、クロム酸イオン、二クロム酸イオン、リン酸一水素イオン、リン酸イオンなどの多原子イオン；テトラヒドロキソアルミン酸イオン、ジシアノ銀(I) 酸イオン、テトラヒドロキソクロム(III) 酸イオン、テトラクロロ金(III) 酸イオン、テトラヒドロキソ亜鉛(II) 酸イオン、テトラシアノ亜鉛(II) 酸イオン、テトラクロロ銅(II) 酸イオン、ヘキサシアノ鉄(III) 酸イオン、ビス（チオスルファト）銀(I) 酸イオン、ヘキサシアノ鉄(II) 酸イオンなどの錯イオンなどが挙げられる。

四級アンモニウム塩としては、テトラブチルアンモニウムクロリド、トリオクチルメチルアンモニウムクロリド、ベンジルジメチルオクタデシルアンモニウムクロリド、テトラブチルアンモニウムブロミド、トリオクチルメチルアンモニウムブロミド、ベンジルジメチルオクタデシルアンモニウムブロミドなどが挙げられる。

アセトアニリド類としては、アセトアニリド、４−メトキシ−２−ニトロアセトアニリドなどが挙げられる。

フェノール類としては、フェノール構造を有しており、炭素数（芳香環の炭素数を含む）が６以上、２０以下の炭化水素類が用いられ、例えば、３，５−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシトルエン（ＢＨＴ）、パラメトキシフェノールなどが挙げられる。

溶媒としては、使用温度を超える温度にて上記の溶質を易溶または可溶であり、かつ、使用温度範囲内にて上記の溶質を難溶または不溶であるものが用いられる。
このような溶媒としては、水、エタノール、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）などの極性溶媒、ヘキサン、シクロヘキサン、ベンゼンなどの非極性溶媒、イオン性液体などが挙げられる。

本発明では、例えば、以下のような溶質と溶媒の組み合わせによって溶液が調製される。
溶質が無機塩、四級アンモニウム塩、アセトアニリド類、サリチル酸の場合、溶媒としては水が用いられる。
溶質がフェノール類の場合、溶媒としてはエタノール、シクロヘキサンが用いられる。

なお、衝撃センサ１０が外力を受けた際に、溶質が結晶化するのを促進するためには、飽和状態の溶液１１に、この溶液１１を構成する溶質と同じ物質の粒子を、核形成物質として添加しておいてもよい。また、この核形成物質の粒子径や添加量を調整することにより、結晶が析出する原因となる外力の大きさを制御することができる。すなわち、衝撃センサ１０が取り付けられた対象物に許容される外力の大きさ（閾値）に応じて、核形成物質の粒子径や添加量を調整することにより、衝撃センサ１０の感度を調整することができる。

容器１２としては、溶液１１を収容する部分（空間）を有し、溶液１１の状態を光学的に確認できる材質からなるものが好ましく、ガラスやプラスチック、あるいは食して無害な材料が好適に用いられる。食して無害な材料としては、例えば、プルラン、オブラート、ガム、アメなどが挙げられる。
容器１２の形態としては、例えば、管状、板状、フィルム状、球状などが挙げられるが、溶液１１を収容した状態で、密閉可能なものが好ましい。また、容器１２の形態は、溶液１１の状態を確認するために少なくとも一部が透明な材質からなり、他は不透明な金属などからなる構成であってもよい。

特に、容器１２として可撓性のフィルム状のものを用いた場合、荷物の外形に沿って衝撃センサ１０を貼付することができるので望ましい。
また、容器１２を容易に荷物に貼付するために、容器１２の表面に粘着剤からなる粘着シートが設けられていてもよい。

次に、衝撃センサ１０の製造方法を説明する。
まず、溶媒を加熱するなどして、その温度を、目的とする衝撃センサ１０の使用温度（０〜５０℃）よりも１℃以上高い温度に調節する。
次いで、この溶媒に溶質を加え、攪拌、混合して、溶媒に溶質を溶解させ、この溶質の飽和溶液を調製する。
その後、攪拌を止め、溶媒に溶解しきれない溶質を沈殿させて、上記の温度を保ったまま、飽和溶液の上澄み液を採取して、この上澄み液を容器１２内に注入し、容器１２を封止して、衝撃センサ１０を得る。
次いで、衝撃センサ１０を、目的とする使用温度まで冷却させ、溶液１１を過飽和状態とする。

次に、衝撃センサ１０の使用方法を説明するとともに、その作用を説明する。
まず、衝撃センサ１０を加温して、その温度を、使用温度（０〜５０℃）よりも１℃以上高い温度に調整する。
ここで、衝撃センサ１０を使用温度よりも１℃以上高い温度まで加温するのは、過飽和状態の溶液１１の温度が、これを調製した時の温度よりも大幅に低下して、溶液１１の溶質が再結晶により析出してしまうと、衝撃センサ１０の衝撃感知機能が低下するからである。

次いで、衝撃センサ１０を使用温度まで冷却した後、衝撃や振動を加えてはならない電子機器や医療機器などの対象物に、衝撃センサ１０を取り付ける。
対象物に対する衝撃センサ１０の取付方法は特に限定されず、例えば、粘着剤や接着剤を介して貼付する方法が用いられるが、衝撃センサ１０に不要な外力を加えることのない取付方法が好ましい。

そして、衝撃センサ１０が取り付けられた対象物が衝撃や振動などの外力を受けると、この外力が衝撃センサ１０にも加えられ、これにより溶液１１に含まれる溶質の結晶が一気に析出して、溶液１１の色調がこの結晶の色調に変化する。
これにより、衝撃センサ１０が取り付けられた対象物が外力を受けたことを視覚的に確認することができる。

なお、溶液１１の温度が、これを調製した時の温度よりも大幅に低下するか、あるいは、溶液１１を調製してから長時間が経過すると、溶液１１の溶質の結晶が再結晶により析出するが、このようにして析出した結晶と、衝撃センサ１０が外力を受けたことによって析出した結晶とでは、その粒子径や形状が異なる。すなわち、衝撃センサ１０が外力を受けたことによって析出した結晶は、その粒子径が小さく、球形状をなしている。一方、再結晶により析出した結晶は、ゆっくり温度が下がりながら形成されるため、その粒子径が大きく、針状をなしている。このように、結晶の粒子径や形状によって、衝撃センサ１０が外力を受けたか否かを確認することもできる。

また、衝撃センサ１０が外力を受けるか、あるいは、再結晶により溶質の結晶が析出してしまっても、衝撃センサ１０を加温して、その温度を、使用温度（０〜５０℃）よりも１℃以上高い温度に調節し、溶液１１を飽和状態に戻せば、この衝撃センサ１０を再び使用することができる。

この衝撃センサ１０は、外力を受けると、溶液１１に含まれる溶質の結晶が一気に析出して、溶液１１の色調がこの結晶の色調に変化するので、衝撃センサ１０が取り付けられた対象物が衝撃や振動などの外力を受けたことを視覚的かつ簡便に確認することができる。また、一旦外力を受けて結晶が析出しても、衝撃センサ１０を加温すれば、再び使用できる状態に回復することができるので、使用後の衝撃センサ１０が廃棄物として処理される量を抑えることができる。また、溶液１１は、一般的な無機塩、有機物、溶媒などから構成されるので、衝撃センサ１０を安価に製造することができる。

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

「実施例１」
溶媒として水１００ｍｌを用意し、この水を６０℃に加温した。
次いで、この水に硝酸カリウム６０ｇを加え、攪拌、混合して、水に硝酸カリウムを溶解させ、硝酸カリウムの飽和溶液を調製した。
その後、攪拌を止め、水に溶解しきれない硝酸カリウムを沈殿させて、温度を６０℃に保ったまま、飽和溶液の上澄み液を２ｍｌ採取して、この上澄み液を透明フィルムからなる軟包材に充填し、この軟包材を密封して、衝撃センサを得た。
次いで、温度を６０℃に保ったまま、衝撃センサを対象物に貼付した後、温度を室温まで下げた。
この状態で対象物に衝撃を加えたところ、軟包材に充填した溶液中に硝酸カリウムの結晶が析出し、溶液の色調が変化した。

「実施例２」
溶媒としてエタノール１００ｍｌを用意し、このエタノールを６０℃に加温した。
次いで、このエタノールに３，５−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシトルエン（ＢＨＴ）５０ｇを加え、攪拌、混合して、エタノールに３，５−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシトルエンを溶解させ、３，５−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシトルエンの飽和溶液を調製した。
その後、攪拌を止め、エタノールに溶解しきれない３，５−ブチル−４−ヒドロキシトルエンを沈殿させて、温度を６０℃に保ったまま、飽和溶液の上澄み液を２ｍｌ採取して、この上澄み液を透明フィルムからなる軟包材に充填し、この軟包材を密封して、衝撃センサを得た。
次いで、温度を６０℃に保ったまま、衝撃センサを対象物に貼付した後、温度を室温まで下げた。
この状態で対象物に衝撃を加えたところ、軟包材に充填した溶液中に３，５−ブチル−４−ヒドロキシトルエンの結晶が析出し、溶液の色調が変化した。

「実施例３」
溶媒として水１００ｍｌを用意し、この水を６０℃に加温した。
次いで、この水に酢酸ナトリウム５０ｇを加え、攪拌、混合して、水に酢酸ナトリウムを溶解させ、酢酸ナトリウムの飽和溶液を調製した。
その後、攪拌を止め、水に溶解しきれない酢酸ナトリウムを沈殿させて、温度を６０℃に保ったまま、飽和溶液の上澄み液を２ｍｌ採取して、この上澄み液を透明フィルムからなる軟包材に充填し、この軟包材を密封して、衝撃センサを得た。
次いで、温度を６０℃に保ったまま、衝撃センサを対象物に貼付した後、温度を室温まで下げた。
この状態で対象物に衝撃を加えたところ、軟包材に充填した溶液中に酢酸ナトリウムの結晶が析出し、溶液の色調が変化した。

「実施例４」
溶媒としてシクロヘキサン１００ｍｌを用意し、このシクロヘキサンを６０℃に加温した。
次いで、このシクロヘキサンにパラメトキシフェノール５０ｇを加え、攪拌、混合して、シクロヘキサンにパラメトキシフェノールを溶解させ、パラメトキシフェノールの飽和溶液を調製した。
その後、攪拌を止め、シクロヘキサンに溶解しきれないパラメトキシフェノールを沈殿させて、温度を６０℃に保ったまま、飽和溶液の上澄み液を２ｍｌ採取して、この上澄み液を透明フィルムからなる軟包材に充填し、この軟包材を密封して、衝撃センサを得た。
次いで、温度を６０℃に保ったまま、衝撃センサを対象物に貼付した後、温度を室温まで下げた。
この状態で対象物に衝撃を加えたところ、軟包材に充填した溶液中にパラメトキシフェノールの結晶が析出し、溶液の色調が変化した。

「実施例５」
溶媒として水１００ｍｌを用意し、この水を６０℃に加温した。
次いで、この水に硫酸鉄（ＩＩ）５０ｇを加え、攪拌、混合して、水に硫酸鉄（ＩＩ）を溶解させ、硫酸鉄（ＩＩ）の飽和溶液を調製した。
その後、攪拌を止め、水に溶解しきれない硫酸鉄（ＩＩ）を沈殿させて、温度を６０℃に保ったまま、飽和溶液の上澄み液を２ｍｌ採取して、この上澄み液を透明フィルムからなる軟包材に充填し、この軟包材を密封して、衝撃センサを得た。
次いで、温度を６０℃に保ったまま、衝撃センサを対象物に貼付した後、温度を室温まで下げた。
この状態で対象物に衝撃を加えたところ、軟包材に充填した溶液中に硫酸鉄（ＩＩ）の結晶が析出し、溶液の色調が変化した。

「比較例１」
溶媒としてシクロヘキサン１００ｍｌを用意し、このシクロヘキサンを６０℃に加温した。
次いで、このシクロヘキサンに塩化ナトリウムを加え、攪拌、混合したが、シクロヘキサンに塩化ナトリウムを溶解させることができなかった。
その後、温度を６０℃に保ったまま、シクロヘキサンと塩化ナトリウムの混合液の上澄み液を２ｍｌ採取して、この上澄み液を透明フィルムからなる軟包材に充填し、この軟包材を密封した。
次いで、温度を６０℃に保ったまま、上記の上澄み液を充填した軟包材を対象物に貼付した後、温度を室温まで下げた。
この状態で対象物に衝撃を加えても、軟包材に充填した液中に塩化ナトリウムの結晶が析出しなかった。

本発明の衝撃センサの一実施形態を示す概略正面図である。

符号の説明

１０・・・衝撃センサ、１１・・・溶液、１２・・・容器。

Claims

使用温度範囲内にて過飽和状態となる溶液と、該溶液を収容する容器とを備えた衝撃センサであって、
前記溶液は、無機塩、四級アンモニウム塩、アセトアニリド類、サリチル酸、フェノール類の群から選択される１種または２種以上の溶質と、前記使用温度を超える温度にて前記溶質を易溶または可溶であり、かつ、前記使用温度範囲内にて前記溶質を難溶または不溶である溶媒とからなり、
前記容器は、前記溶液を収容する部分の少なくとも一部が透明性を有し、前記溶液が目視可能であることを特徴とする衝撃センサ。