JP2013130532A

JP2013130532A - 落下衝撃検知装置

Info

Publication number: JP2013130532A
Application number: JP2011281743A
Authority: JP
Inventors: Hidetaka Hashimoto; 英卓橋本; Yoshiyuki Shikata; 嘉行四方
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2013-07-04

Abstract

【課題】落下衝撃を受けた機器の加速度変化に基づき、当該落下衝撃の程度を判定する落下衝撃検知装置を提供する。
【解決手段】
機器に備え付けられ、直交する３軸の加速度を検出する加速度センサと、前記３軸の加速度変化の大きさを算出する加速度変化算出部と、前記加速度変化の大きさに基づき前記機器の落下衝撃を検知する落下衝撃検知部とを備え、前記加速度変化算出部は、単位時間ごとの前記加速度の差分をとることによって前記加速度変化の大きさを算出し、前記落下衝撃検知部は、前記加速度変化の大きさが予め定められた第１閾値以上になった場合、前記機器が落下衝撃を受けたと判定する落下衝撃検知装置。
【選択図】図１

Description

この発明は、落下衝撃検知装置に関する。

近年、携帯端末は、営業・流通・小売などの接客支援、配送業務や保守・点検サービスなど多様な用途に用いられ、様々な環境での運用が想定されるため、従来よりも一層高い耐衝撃性能が求められている。それゆえ、ユーザーが携帯端末を万一落とすようなことがあった場合でも、本体の破損やメモリの故障等によるデータ消去が最小限に抑えられるよう、堅牢な構造により高い耐衝撃性能を実現している。

ところで、メーカーによって保証された耐衝撃性能は、適切な取扱いの範囲において端末の破損等が生じた場合を想定しており、適切な範囲を超えたユーザーの誤った使用によって端末の破損等が生じた場合は、ユーザーの責任と考えられ、保証の対象外となる。ところが実際には、端末の破損等が生じたとき、ユーザーが誤った使用をしていたかどうかを端末の破損状況から立証することは極めて困難であり、ユーザーに責任があったとしても、結局メーカーが端末の修理費等を受け持つ場合が少なくなかった。

このような問題を解決すべく、３軸加速度センサを用いて機器の落下を検知し、落下衝突に至るまでの加速度の履歴を不揮発性半導体メモリに記録する機能を備えることにより、落下の事実を事後に証明可能にした落下検知装置の発明が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００５−３７３００号公報

ところで、機器が落下衝突時に受ける最大衝撃力は、数千Ｇ程度（１Ｇは、重力加速度であり、約９．８ｍ／ｓ²）に達することもあるため、従来の落下検知装置を用いてこのような加速度を検出するには、少なくとも数千Ｇ程度の検出可能範囲（ダイナミックレンジ）を有する加速度センサが必要である。しかしながら、数千Ｇ程度もの高いダイナミックレンジを有する加速度センサは、サイズが大きく高価であり、携帯端末等の小型機器に搭載するには困難であった。

一方、機器に搭載可能な小型で安価な加速度センサを用いた場合、そのダイナミックレンジはせいぜい数Ｇ〜数十Ｇ程度であり、加速度センサのダイナミックレンジを超える加速度を検出できない。それゆえ、落下衝突時に機器が受けた衝撃が、メーカーによって予め想定された許容範囲内の衝撃かどうかを知ることができないという問題があった。

このような事情に鑑み、数Ｇ〜数十Ｇ程度のダイナミックレンジを有する加速度センサを用いた場合でも、数千Ｇもの加速度に達するような落下衝撃の判定が可能となる落下衝撃検知装置が求められていた。

この発明は、機器に備え付けられ、直交する３軸の加速度を検出する加速度センサと、前記３軸の加速度変化の大きさを算出する加速度変化算出部と、前記加速度変化の大きさに基づき前記機器の落下衝撃を検知する落下衝撃検知部とを備え、前記加速度変化算出部は、単位時間ごとの前記加速度の差分をとることによって前記加速度変化の大きさを算出し、前記落下衝撃検知部は、前記加速度変化の大きさが予め定められた第１閾値以上になった場合、前記機器が落下衝撃を受けたと判定する落下衝撃検知装置を提供するものである。

この発明によれば、加速度センサのダイナミックレンジを超える落下衝撃があった場合でも、落下衝突時に機器が受ける加速度変化の大きさに基づいて、落下衝撃が許容範囲内にあるか否かを判定できる。それゆえ、ダイナミックレンジの狭い小型で安価な加速度センサを用いた場合でも、数千Ｇもの加速度に達するような落下衝撃の判定が可能となる。

また、判定に必要な加速度変化は衝突直後に生じるため、落下衝撃時の加速度の大きさのピークが来る前に判定を完了することができる。それゆえ、数千Ｇもの落下衝撃を受けて機器の故障が生じる前に判定を行い、その結果を保存することによって、落下衝撃力の影響を最小限に抑えることが可能となる。

さらに、落下時に機器の回転が生じていた場合、機器の回転による加速度の変化が問題となるが、判定に必要な加速度変化は衝突直後の極めて短い期間に生じるため、その影響は小さい。

この発明の第１実施形態に係る落下衝撃検知装置の構成を示す断面図である。落下衝突時に機器が受ける加速度の時間変化の例を示す説明図である。この発明の第１実施形態に係る落下衝撃検知装置の処理を示すフローチャートである。この発明の第２実施形態に係る落下衝撃検知装置の処理を示すフローチャートである。

「単位時間」とは、機器の落下衝突後、落下衝撃によって機器の加速度が加速度センサのダイナミックレンジを超える前に、当該加速度の変化を検出するのに十分に短い時間である。単位時間の具体的な設定例については後述する。
「単位時間の差分をとる」ことは、単位時間をサンプリングの間隔として、サンプリングされた加速度の前後の差分を計算することで実現できる。
「第１閾値」とは、耐衝撃試験によって得られたデータに基づき予め定められた値であり、落下衝突時に機器が衝撃に耐えうるものとして許容される衝撃かどうかを判定する基準である。なお、第１閾値の具体的な算出方法については後述する。
「落下衝撃を受けた」とは、落下衝突時に機器が故障あるいは変形するおそれがある程度を超えた強度の落下衝撃を受けたことをいう。

この発明による落下衝撃検知装置において、衝突時間判定部と落下衝撃強度推定部とをさらに備え、前記衝突時間検知部は、前記加速度の大きさが予め定められた第２閾値以上になったときの持続時間を衝突時間とし、前記落下衝撃強度推定部は、前記加速度変化の大きさと前記衝突時間とに基づき、前記機器の落下衝撃強度を推定するものであってもよい。
このようにすれば、加速度センサのダイナミックレンジを超える落下衝撃があった場合でも、落下衝突時に機器が受ける加速度変化の大きさと落下衝撃の持続時間とに基づいて、機器の落下衝撃強度を推定できる。それゆえ、小型かつ安価な加速度センサを用いて、落下衝撃が許容範囲内にあるかどうかを判定できる。

「第２閾値」とは、地面との衝突時に機器が地面から受ける衝撃加速度と、機器が地面から衝撃を受けていない場合に機器に作用する加速度（重力加速度）とを区別する基準値である。第２閾値は、衝突時間の判定に用いる。
「衝突時間」とは、機器と地面との衝突の持続時間であり、落下衝突時に機器が地面から連続して衝撃力を受けることにより、その加速度の変化を生じる時間である。なお、衝突後に機器がバウンドする場合、加速度の測定波形は複数の山を示すが、そのうち最初の山、すなわち最初の衝突の持続時間を指す。
「落下衝撃強度」とは、落下衝突時に機器が受ける衝撃力または加速度の最大値である。

この発明による落下衝撃検知装置において、前記落下衝撃検知部は、前記加速度変化の大きさと前記衝突時間とに基づき、前記機器が落下衝撃を受けたか否かを判定するものであってもよい。
このようにすれば、加速度変化に加えて実際の衝突時間も判定に用いることができるため、実際の落下状況に応じた正確な判定が実現できる。

この発明による落下衝撃検知装置が、落下衝撃記録部をさらに備え、前記落下衝撃記録部は、不揮発性メモリであり、前記落下衝撃検知部が、前記機器が落下衝撃を受けたと判定を行った場合、前記判定の結果を格納するものであってもよい。
このようにすれば、落下衝突時に大きな衝撃を受けて機器が故障を生じた場合でも、保存されたデータを保持することができる。

「判定の結果」は、機器が落下衝撃を受けたか否かの判定結果の他に、判定の基礎となったデータ、すなわち、加速度の大きさ、加速度変化の大きさ、衝突時間、落下衝撃強度等を有していてもよい。

〔第１実施形態〕
図１〜図３に基づき、この発明の第１実施形態に係る落下衝撃検知装置について説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係る落下衝撃検知装置１の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、落下衝撃検知装置１は、ＣＰＵ１０、加速度センサ１１、不揮発性メモリ１２、ＲＡＭ１３、タイマ１４、電源回路１５およびバッテリ１６を備える。

この発明の加速度変化算出部、落下衝撃検知部、落下衝撃強度推定部は、ＣＰＵ１０によって実現される。この発明の衝突時間判定部は、ＣＰＵ１０とタイマ１４との協働によって実現される。この発明の落下衝撃記録部は、不揮発性メモリ１２によって実現される。

ＣＰＵ１０は、マイクロプロセッサ(Microprocessor)を主体とする回路である。なお、周辺回路として、特定の用途のために設計、製造される集積回路であるＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、その他の演算機能を有する回路を含んでいてもよい。

加速度センサ１１は、Ｘ，Ｙ，Ｚ３軸の測定値を検出し、シリアルインターフェースを経由して、測定データをＣＰＵ１０に渡す。加速度センサ１１としては、ピエゾ抵抗型、静電容量型など各種形式の加速度センサ１１を用いることができる。加速度センサ１１の例としては、±８Ｇのダイナミックレンジを有する３×３ｍｍパッケージのＬＩＳ３３１ＤＬＳＴＭＩＣＲＯ社製の３軸加速度センサが挙げられる。

不揮発性メモリ１２は、ＣＰＵ１０がアクセス可能なメモリであり、ＣＰＵ１０のプログラム制御のために必要なデータが格納される。また、不揮発性メモリ１２は、落下情報等の測定データを格納する。落下情報としては、落下日時Ｄａｔｅ、最大加速度変化量Ａｖｍａｘ、衝突時間Ｔｃ、最大加速度Ａｍａｘ等が挙げられる。表１に落下情報の一例を示す。

落下日時Ｄａｔｅは、機器が落下衝撃を受けたときの日時である。
最大加速度変化量Ａｖｍａｘは、落下衝突時に機器が受けた衝撃加速度の単位時間あたりの変化量の最大値である。
衝突時間Ｔｃは、機器が地面から１Ｇより大きな衝撃加速度を受けている時間である。
最大加速度Ａｍａｘは、落下衝突時に機器が受けた加速度の最大値である。

また、不揮発性メモリ１２は、落下衝撃の判定に必要なデータも格納する。落下衝撃判定に必要なデータは事前に設定しておく。表２に落下衝撃判定用データの一例を示す。

基準衝突時間Ｔｃｎｏｒｍは、機器と地面との衝突時間Ｔｃの基準値である。基準衝突時間Ｔｃｎｏｒｍの設定の詳細については後述する。
許容加速度Ａｌｉｍは、機器の衝突時に許容できる衝撃加速度の最大値である。許容加速度Ａｌｉｍの詳細については後述する。

ＲＡＭ１３は、ＣＰＵ１０がアクセス可能であって、一時的にデータを記憶しておくワークメモリを提供する。

電源回路１５およびバッテリ１６は、ＣＰＵ１０および周辺回路へ電力を供給する。

以下、図２に基づき、衝撃加速度の時間変化から機器が受ける衝撃が許容範囲内にあるかどうかを判定する具体的な基準の設定方法について説明する。
図２は、落下衝突時に機器が受ける衝撃加速度の時間変化の例を示す説明図である。

図２（Ａ）は、ユーザーに保持されていた機器が落下して地面に衝突したときの機器の重心が受ける加速度の時間変化を示す説明図である。横軸は時間（単位はミリ秒（ｍｓ））を示し、縦軸は機器の重心の加速度（単位はＧ）を示す。太線のグラフは、加速度センサ１１によって検出される加速度の変化を示し、破線のグラフは、実際に機器が有する加速度の変化を示す。衝突時以外の太線のグラフと破線のグラフは一致している。なお、説明の便宜のため、図２においては、垂直方向の加速度変化のみを考慮しており、水平方向の加速度変化や機器の回転等による角速度の変化を考慮しないものとする。

図２（Ａ）に示すように、ユーザーに保持されている状態において、機器は下向きの重力加速度（１Ｇ）を受けている（期間(i)）。このとき、機器そのものは静止状態にあるが、機器に作用する１Ｇの重力加速度が検出される。これは加速度センサ１１の検出原理を考えると、次のように理解される。ピエゾ抵抗型加速度センサの場合、センサを構成する錘が下向きの重力を受けて、錘を支える可撓部（薄い金属部）が変位する。この可撓部の位置変化をピエゾ抵抗素子によって検出することにより、錘に作用する重力加速度が検出される。なお、他のタイプの加速度センサ１１を用いた場合も同様である。

次に、ユーザーの手を離れて機器が落下を始めると、その加速度は落下により無重力状態となるため０Ｇとなる（期間(ii)）。このとき、加速度センサ１１を構成する錘と、錘を支える可撓部が同じ重力加速度を受けて変位するため、錘と可撓部との相対的な位置変化が生じない。それゆえ、検出される加速度は原理的には０Ｇとなるが、実際には、加速度センサ１１個々のばらつきやノイズレベルによって微小な加速度が検出されることがある。したがって、ばらつき等による変動を考慮して基準値を設定する必要がある。

自由落下の後、機器は地面に衝突し、機器の急激な加速度変化となって現れる（期間(iii)）。落下衝突時に機器が受ける衝撃加速度は通常、急激に上昇してピークに達した後、急激に減少する。図２（Ａ）においては、１度目の衝突後、機器がバウンドし、再び無重力状態となる（期間(iv)）。その後、２度目の衝突を起こし（期間(v)）、地面に着地する（期間(vi)）。一方、図２（Ｂ）においては、１度目の衝突まで（期間(i)〜(iii)）は図２（Ａ）と同じだが、１度目の衝突後、機器がバウンドせずにそのまま地面に着地して加速度が一定になる（期間(iv)）点で異なる。

ところで、耐衝撃試験においては、通常数メートルの高さからコンクリート等の堅い表面に機器を自由落下させ、衝突時に機器が受ける衝撃力に対する機器の耐衝撃性能を検査する。このような試験を行うことで、落下衝突時に機器が故障あるいは変形するおそれのある程度を超えた強度の衝撃力が決定される。このような衝撃力を許容衝撃力Ｆｌｉｍとすると、Ｆ（力）、ｍ（質量）、Ａ（加速度）として、運動方程式Ｆ＝ｍ・Ａの関係から、衝突時に機器が受ける許容加速度Ａｌｉｍが求められる。

図２（Ａ）に示すように、衝突時に機器が受ける最大加速度Ａｍａｘがその許容加速度Ａｌｉｍよりも大きい場合、当該落下衝撃は許容範囲を超えた衝撃であったと考えられる。一方、図２（Ｂ）に示すように衝突時に機器が受ける最大加速度Ａｍａｘがその許容加速度Ａｌｉｍよりも小さい場合、当該落下衝撃は許容範囲内の衝撃であったと考えられる。
このように、落下衝突時に機器が受ける衝撃加速度を検出できれば、その履歴を参照することにより、機器が受けた落下衝撃が許容範囲内の衝撃であったかどうかが判明する。

ところで、ダイナミックレンジの狭い加速度センサ１１を用いて衝撃加速度を検出する場合、図２（Ａ）（Ｂ）の太線グラフに示すように、加速度センサ１１のダイナミックレンジを超える加速度は一定となって検出される。それゆえ、加速度の大きさを検知する従来の落下検知装置にダイナミックレンジの狭い加速度センサ１１を適用すると、以下のような問題が生じる。すなわち、機器が落下衝突時に加速度センサ１１のダイナミックレンジを超える衝撃加速度を受けた場合、その最大加速度Ａｍａｘが許容加速度Ａｌｉｍを超えたかどうかを知ることができないため、機器が受けた落下衝撃が許容範囲内の衝撃であったかどうかを判定することができない。

それゆえ、本発明に係る落下衝撃検知装置は、衝突時に機器が受ける加速度の大きさではなく、加速度の変化が予め定められた第１閾値以上であるかどうかを検出することにより、機器が受けた落下衝撃が許容範囲内の衝撃かどうかを判定する。

次に、落下衝撃判定の基準となる第１閾値の設定の一例について説明する。

水平な地面に機器が落下した場合、落下による衝撃は様々な要因により決定されるが、衝撃力を決定する主な要因としては、落下衝突時に機器が受ける運動量の変化の大きさと衝突時間の２つがある。

機器の落下衝撃は、実際には、落下開始時の機器の高さ（位置エネルギー）、落下開始時の初速、角度等により様々であるが、ここでは説明の便宜のため、機器が垂直落下して地面と衝突することにより、地面に対する相対速度がＶｐだけ変化した場合を想定する。例えば、地面に向かって速度Ｖｐで落下していた機器が地面との衝突後に速度が０になった場合などがあげられる。このとき、機器の質量をｍとすると、その運動量の変化ｍＶｐは、衝突時に機器が地面から受ける力積に等しい。

ここで、Ｆ（ｔ）は、衝突時に機器が受ける衝撃力の時間変化を表す関数である。上式は、衝突開始時（ｔ＝０）から衝突時間Ｔｃの間、機器が受けた衝撃力Ｆ（ｔ）を積分したものが衝突による機器の運動量変化ｍＶｐに等しいことを示す。なお、衝突時に機器が受ける加速度をＡ（ｔ）とすると、運動方程式Ｆ（ｔ）＝ｍＡ（ｔ）の関係から、加速度Ａ（ｔ）を用いて上式を書き換えると、次式のようになる。

ｔ＝０で機器が地面と衝突を開始し、その加速度Ａ（ｔ）がｔ＝ｔ₀で最大加速度Ａｍａｘに達するものとして、加速度Ａ（ｔ）をｓｉｎ関数で近似すると、次式のようにかける。

ここで、πは円周率であり、約３．１４である。式（２）に式（３）を代入し、加速度Ａ（ｔ）がピークに達するまでの時間ｔ₀が衝突時間Ｔｃの半分（ｔ₀＝Ｔｃ／２）であるとして変形すると、次式が得られる。

上式は、衝突によって生じる機器の速度の変化Ｖｐが同じ場合、衝突時間Ｔｃが長いほど、衝突時の機器の最大加速度Ａｍａｘが小さいことを示す。これは、例えば、機器が柔らかいクッションに衝突した場合に相当し、機器の運動エネルギーの一部がクッションの変形のために用いられ、このクッションの変形によって機器との衝突時間Ｔｃが長くなるため、加速度の変化Ａ（ｔ）が比較的緩やかになり、最大加速度Ａｍａｘが小さくなる。

加速度Ａ（ｔ）の時間変化は、その時間微分ｄＡ（ｔ）／ｄｔで表すことができる。

上式は余弦関数であり、ｔ＝０で最大値をとる。そこで、式（６）にｔ＝０を代入してＴｃ＝２ｔ₀の関係を用いると、最大加速度変化量Ａｖｍａｘと最大加速度Ａｍａｘとの関係が求められる。

Ａｍａｘについての式になおすと、次式が得られる。

ここで、落下衝突時に機器が故障を生じない条件は、衝突時に機器が受ける最大加速度が許容加速度以下のとき（すなわち、Ａｍａｘ≦Ａｌｉｍ）であるため、上式をこの条件に代入すると、次式が導ける。

上式は、加速度変化から落下衝撃が許容範囲内にあるかどうかを判定する式である。加速度変化の最大値である最大加速度変化量Ａｖｍａｘを式（９）の右辺の値と比較することにより、落下衝撃が許容範囲内かどうかを判定できる。それゆえ、衝突時の加速度の大きさＡ（ｔ）の最大値Ａｍａｘの値が不明であっても、衝突開始時の加速度の変化ｄＡ（ｔ）／ｄｔを検出し、式（９）の関係に基づく判定を行うことにより、機器の落下が適正な条件下で行われたかどうかを判断することが可能となる。

ここで、衝突時間Ｔｃは、機器および衝突対象の材質、衝突時の機器および衝突対象の変形の程度、衝突部位などにより様々な値をとりうる。しかしながら、落下時の衝撃によって故障が生じる範囲に限定すれば、衝突対象としてクッション等の柔らかい材質を考慮に入れる必要はない。すなわち、コンクリートやアスファルトなどある程度の堅さをもった材質に限定できるので、Ｔｃの範囲も限られたものとなる。それゆえ、耐衝撃試験において機器が故障あるいは変形するおそれが生じうるＴｃの範囲を測定し、その平均値を基準衝突時間Ｔｃｎｏｒｍとして採用する。

また、許容加速度Ａｌｉｍは、落下衝撃試験において機器が故障を生じる衝撃加速度の範囲を測定し、その範囲の最小値を許容加速度Ａｌｉｍとして採用する。

なお、第１実施形態において、判定式を算出するのに、加速度Ａ（ｔ）をｓｉｎ関数で近似した場合を紹介したが、他の関数を用いて近似を行った場合でも、加速度の変化ｄＡ（ｔ）／ｄｔと、許容加速度Ａｌｉｍおよび衝突時間Ｔｃとの関係式を得ることができれば、本発明の効果が得られる点で同様である。

図３は、この発明の第１実施形態に係る落下衝撃検知装置の処理を示すフローチャートである。

図３において、最初に、加速度センサ１１は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の加速度の測定値（それぞれ、Ａｘ（ｎ），Ａｙ（ｎ），Ａｚ（ｎ）とする）を検知する（ステップＳ１０１）。ｎは、整数値（ｎ＝１，２，…）であり、サンプリングの回数を表す。

ここで、サンプリングの単位時間としては、機器が地面に衝突後、機器の加速度Ａ（ｔ）が、加速度センサ１１のダイナミックレンジの上限である限界加速度Ａｓｈに到達するまでの時間をＴｓｈとすると、Ｔｓｈよりも十分に短くなければならない。なぜなら、限界加速度Ａｓｈの近傍においては、加速度センサ１１のダイナミックレンジを超える加速度Ａ（ｔ）の検出値が飽和するため、その加速度の変化量ｄＡ（ｔ）／ｄｔも機器が受ける実際の加速度変化を反映したものではないからである。

また、式（６）に示すように、加速度Ａ（ｔ）の変化量ｄＡ（ｔ）／ｄｔは、衝突の開始時に最大値（πＡｍａｘ）／２ｔ₀をとり、時間の経過とともに減少していく。例えば、衝突開始から加速度Ａ（ｔ）が最大値Ａｍａｘをとるまでの時間をｔ₀としたとき、加速度の変化量はｔ＝０．１ｔ₀で最大値の０．９９であるが、ｔ＝０．２ｔ₀で最大値の０．９５に、ｔ＝０．３ｔ₀で最大値の０．８９となる。それゆえ、判定に必要な衝突直後の最大加速度変化量Ａｖｍａｘを精度良く検知するためには、時間の経過による加速度変化量の減少が大きくならない程度に十分に短く単位時間を設定する必要がある。

したがって、サンプリングの単位時間としては、Ｔｓｈおよびｔ₀より十分に短く設定しなければならない。例えば、Ｔｓｈおよびｔ₀の時間のオーダーが数十ｍｓ程度なら、測定の単位時間は、少なくとも数ｍｓ程度のオーダーにとる必要がある。

次に、ステップＳ１０２において、ＣＰＵ１０は、加速度の大きさＡ（ｎ）²を計算する（ステップＳ１０２）。

加速度の大きさＡ（ｎ）²が一定時間の間、ほぼ０Ｇの場合（ステップＳ１０３の判定がＹｅｓの場合）、ＣＰＵ１０は、機器が自由落下状態にあるものと判断し、ステップＳ１０４へ進む。

落下時間の判定の基準値は、想定される落下の状況に基づいて決定する。例えば、１ｍの自由落下に要する時間は、約４５０ｍｓであり、２ｍの自由落下に要する時間は、約６４０ｍｓである。例えば、２ｍ以内の自由落下を判定の対象とする場合、落下時間の基準値を６４０ｍｓに設定する。しかしながら、実際の落下状況は自由落下に限られず多様であり、例えば、歩きながら機器を落としたり、角度をつけて機器を地面に放り投げたりする場合があるため、これらの状況を考慮して基準値を設定する。

一方、加速度の大きさＡ（ｎ）²が一定時間ほぼゼロにならない場合（ステップＳ１０３の判定がＮｏの場合）、ＣＰＵ１０は、ステップＳ１０１〜Ｓ１０３の処理を反復する。

ステップＳ１０４において、加速度センサ１１は、３軸の加速度の測定値を検出する（ステップＳ１０４）。続いて、ステップＳ１０５において、ＣＰＵ１０は、１つ前の加速度の測定値（Ａｘ（ｎ―１），Ａｙ（ｎ―１），Ａｚ（ｎ―１））を不揮発性メモリ１２に保持しておき、現在の測定値（Ａｘ（ｎ），Ａｙ（ｎ），Ａｚ（ｎ））との加速度の変化量を計算する（ステップＳ１０５）。

具体的には、Ｘ，Ｙ，Ｚ３軸の測定値から、単位時間あたりの加速度の変化量を計算する。加速度の変化量としては、式（１１）に示すように、各軸において単位時間ごとの加速度の差の２乗をとった値Ａ（ｎ，ｎ−１）を計算する。本体の落下による衝撃を加速度のベクトル変化としても計算する。

ステップＳ１０６において、ＣＰＵ１０は、加速度の変化量と不揮発性メモリ１２に格納された第１閾値とを比較する。Ａ（ｎ，ｎ−１）は、加速度変化の大きさの２乗に等しいため、判定には式（９）の両辺を２乗した判定式を用いる。加速度の変化量が第１閾値よりも大きい場合（ステップＳ１０６の判定がＹｅｓの場合）、ＣＰＵ１０は、機器が許容範囲を超えた落下衝撃を受けたと判定し（ステップＳ１０７）、加速度の変化量と判定結果を不揮発性メモリに格納する（ステップＳ１０８）。その後、ステップＳ１０９へ進む。

一方、加速度の変化量が第１閾値以下の場合（ステップＳ１０６の判定がＮｏの場合）、ＣＰＵ１０は、一定時間を経過したか否かを判定する（ステップＳ１１０）。

ステップＳ１１０の判定時間は、想定される機器の落下時間に基づいて決定する。式（６）に示すように、加速度Ａ（ｔ）の変化量ｄＡ（ｔ）／ｄｔは、衝突の開始時に最大値（πＡｍａｘ）／２ｔ₀をとり、時間の経過とともに減少していく。それゆえ、衝突直後の加速度の変化量が第１閾値を超えていない場合、その後の加速度の変化量が第１閾値を超える可能性は極めて低い。そこで、ステップＳ１１０の判定時間としては衝突直後まででよく、その最大判定時間を機器の想定される落下時間の最大値を超えた値に設定する。

ステップＳ１１０において、一定期間を経過していない場合（ステップＳ１１０の判定がＮｏの場合）、ＣＰＵ１０は、ステップＳ１０４〜Ｓ１０６の処理を反復する。一方、一定期間を経過していない場合（ステップＳ１１０の判定がＹｅｓの場合）、ＣＰＵ１０は、機器が許容範囲を超えた落下衝撃を受けなかったものと判定し（ステップＳ１１１）、ステップＳ１０９へ進む。

ステップＳ１０９において、ＣＰＵ１０は、ＲＡＭに格納されたデータをクリアして、Ｓ１０１の処理に戻る。

〔第２実施形態〕
次に、図４に基づき、この発明の第２実施形態に係る落下衝撃検知装置の処理について説明する。
図４は、この発明の第２実施形態に係る落下衝撃検知装置の処理を示すフローチャートである。

図４の処理は、衝突の持続時間を計算して落下衝撃の程度を算出する点で図３の処理と異なる。
図４におけるステップＳ２０１〜Ｓ２０８の処理は、それぞれ図３におけるステップＳ１０１〜Ｓ１０８の処理と同様であり、また、図４におけるステップＳ２１４〜Ｓ２１６の処理は、それぞれ図３におけるステップＳ１１９〜Ｓ１１１の処理と同様であるため、これらの説明を省略する。

図４のステップＳ２０９において、加速度センサ１１は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の測定値を検知する（ステップＳ２０９）。続いて、ＣＰＵ１０は、加速度の大きさを計算し（ステップＳ２１０）、加速度の大きさＡ（ｎ）²が第２閾値以下になったか否かを判定する（ステップＳ２１１）。なお、Ａ（ｎ）²は、加速度の大きさの２乗であるため、それを考慮して第２閾値を設定する。

ステップＳ２１１において、加速度の大きさＡ（ｎ）²が第２閾値以下になった場合（ステップＳ２１１の判定がＹｅｓの場合）、ＣＰＵ１０は、衝突開始時から加速度の大きさがピーク値を経て所定値以下になるまでの時間を衝突時間Ｔｃとする。このようにして得られた衝突時間Ｔｃを用いて、式（９）に基づき、さらに落下衝撃の判定を行うこともできる。

次に、ＣＰＵ１０は、式（８）の関係に基づき、最大加速度変化量Ａｖｍａｘと衝突時間Ｔｃとから機器が受ける最大加速度Ａｍａｘを計算する（ステップＳ２１２）。続くステップＳ２１３において、ＣＰＵ１０は、衝突時間Ｔｃと最大加速度Ａｍａｘを不揮発性メモリ１２に格納する（ステップＳ２１３）。

１：落下衝撃検知装置
１０：ＣＰＵ
１１：加速度センサ
１２：不揮発性メモリ
１３：ＲＡＭ
１４：タイマ
１５：電源回路
１６：バッテリ
Ａｌｉｍ：許容加速度
Ａｍａｘ：最大加速度
Ａｖｍａｘ：最大加速度変化量
Ｆｌｉｍ：許容衝撃力
Ｔｃ：衝突時間
Ｔｃｎｏｒｍ：基準衝突時間

Claims

機器に備え付けられ、
直交する３軸の加速度を検出する加速度センサと、前記３軸の加速度変化の大きさを算出する加速度変化算出部と、前記加速度変化の大きさに基づき前記機器の落下衝撃を検知する落下衝撃検知部とを備え、
前記加速度変化算出部は、単位時間ごとの前記加速度の差分をとることによって前記加速度変化の大きさを算出し、
前記落下衝撃検知部は、前記加速度変化の大きさが予め定められた第１閾値以上になった場合、前記機器が落下衝撃を受けたと判定する落下衝撃検知装置。
衝突時間判定部と落下衝撃強度推定部とをさらに備え、
前記衝突時間検知部は、前記加速度の大きさが予め定められた第２閾値以上になったときの持続時間を衝突時間とし、
前記落下衝撃強度推定部は、前記加速度変化の大きさと前記衝突時間とに基づき、前記機器の落下衝撃強度を推定する請求項１に記載の落下衝撃検知装置。
前記落下衝撃検知部は、前記加速度変化の大きさと前記衝突時間とに基づき、前記機器が落下衝撃を受けたか否かを判定する請求項２に記載の落下衝撃検知装置。
落下衝撃記録部をさらに備え、
前記落下衝撃記録部は、不揮発性メモリであり、前記落下衝撃検知部が、前記機器が落下衝撃を受けたと判定を行った場合、前記判定の結果を格納する請求項２または３に記載の落下衝撃検知装置。