KR20220093375A - 가속도 센서 및 그것을 사용한 가속도의 평가 방법 그리고 가속도 센서가 설치된 하물 - Google Patents

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KR20220093375A
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야스나오 미야무라
야스시 가도와키
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시게루 야마키
히데키 오하타
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쇼와 덴코 가부시키가이샤
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Abstract

이 가속도 센서는, 크로스니콜로 배치한 2매의 편광판 사이에 예민색판이 배치되고, 또한 어느 것의 상기 편광판과 상기 예민색판 사이에 은 나노와이어 분산액이 배치되어 있다.

Description

가속도 센서 및 그것을 사용한 가속도의 평가 방법 그리고 가속도 센서가 설치된 하물
본 발명은 가속도 센서 및 그것을 사용한 가속도의 평가 방법 그리고 가속도 센서가 설치된 하물에 관한 것이다.
본원은 2019년 12월 20일에 출원된 일본 특허 출원 제2019-230498호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
일반적으로 가속도 센서에는, 정전 용량 방식이나 피에조 저항 방식 등이 사용되고 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에서는, 센서 내부에서의 커패시터의 한쪽의 전극을 가동 부위로 하여, 그 가속도에 응답한 변화를 정전 용량의 변화로부터 전기적으로 판독하는 정전 용량 방식이 사용되고 있다. 또한, 특허문헌 2에서는, 변형 게이지의 저항 변화를 전기적으로 판독하여 가속도를 산출하는 피에조 저항 방식이 사용되고 있다.
일본 특허 공개 제2014-106082호 공보 일본 특허 공개 제2015-010955호 공보
종래의 가속도 센서는, 가속도의 정보가 전자 정보로 얻어진다. 그 때문에, 종래의 가속도 센서로 가속도를 확인하기 위해서는 가속도의 정보의 전자적 해석이 필수이고, 전력 소비도 필수였다.
본 발명은 전력 소비를 필수로 하지 않고, 시각적으로 가속도를 평가할 수 있는 가속도 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명의 제1 내지 제3 양태는 이하에 나타내는 구성을 구비하는 것이다.
[1] 크로스니콜로 배치한 2매의 편광판과, 예민색판과, 은 나노와이어 분산액을 갖고,
상기 예민색판과 상기 은 나노와이어 분산액은, 상기 2매의 편광판 사이에 배치되어 있는,
가속도 센서.
본 발명의 제1 양태는 이하의 [2] 내지 [5]의 특징을 바람직하게 포함한다. 이들 특징은 2개 이상을 바람직하게 조합할 수 있다.
[2] 상기 은 나노와이어 분산액의 용매가 물인, 전항 [1]에 기재된 가속도 센서.
[3] 상기 은 나노와이어 분산액의 두께가 0.2 내지 5mm인, 전항 [1] 또는 [2]에 기재된 가속도 센서.
[4] 상기 은 나노와이어 분산액 중의 은 나노와이어의 농도(질량％)와 상기 은 나노와이어 분산액의 두께(mm)의 곱이, 0.01 내지 1질량％·mm인, 전항 [1] 내지 [3] 중 어느 것에 기재된 가속도 센서.
[5] 상기 예민색판의 위상차가 530 내지 580nm인, 전항 [1] 내지 [4] 중 어느 것에 기재된 가속도 센서.
본 발명의 제2 양태는, 이하의 가속도의 평가 방법이다.
[6] 전항 [1] 내지 [5] 중 어느 것에 기재된 가속도 센서를 사용하는 가속도의 평가 방법이며, 상기 2매의 편광판 중 한쪽의 편광판의 외측으로부터 백색광을 입사시키고, 다른 쪽의 편광판의 외측으로부터 사출되는 광의 색을 관찰하는, 가속도의 평가 방법.
본 발명의 제1 양태는 이하의 [7]과 [8] 중 적어도 한쪽의 특징을 바람직하게 포함한다.
[7] 전항 [5]에 기재된 가속도 센서를 사용하는 가속도의 평가 방법이며, 상기 2매의 편광판 중 한쪽의 편광판의 외측으로부터 백색광을 입사시키고, 다른 쪽의 편광판의 외측으로부터 사출되는 광의 색을 관찰하고, 상기 광의 색이 청록색 내지 녹색 내지 황록색인 경우, 가속도의 방향이 상기 예민색판의 속축 방향이라고 평가하는 가속도의 평가 방법.
[8] 전항 [5]에 기재된 가속도 센서를 사용하는 가속도의 평가 방법이며, 상기 2매의 편광판 중 한쪽의 편광판의 외측으로부터 백색광을 입사시키고, 다른 쪽의 편광판의 외측으로부터 사출되는 광의 색을 관찰하고, 상기 광의 색이 적색 내지 오렌지색인 경우, 가속도의 방향이 상기 예민색판의 지축 방향이라고 평가하는 가속도의 평가 방법.
본 발명의 제3 양태는, 이하의 가속도 센서가 설치된 하물이다.
[9] 전항 [1] 내지 [5] 중 어느 것에 기재된 가속도 센서가 설치되어 있는 하물.
전력 소비를 필수로 하지 않고, 시각적으로 가속도를 평가할 수 있다.
도 1은 2매의 편광판, 예민색판 및 은 나노와이어 분산액의 배치를 모식적으로 도시하는 도면이다. 도면 중의 화살표는 광축 방향을 나타낸다.
이하에, 본 발명의 실시 형태를 들어 설명하지만, 본 발명은 그 요지를 변경하지 않는 범위에서 적절히 변경하여 실시하는 것이 가능하다.
본 실시 형태는, 발명의 취지를 보다 잘 이해시키기 위해 구체적으로 설명하는 것이고, 특별히 지정이 없는 한, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 위치, 각도, 수, 재료, 양, 구성 등에 대하여 변경, 부가, 생략, 치환 등이 가능하다.
(가속도 센서)
본 실시 형태의 가속도 센서는, 예를 들어 도 1에 도시한 바와 같이, 크로스니콜로 배치한 2매의 편광판(1, 4) 사이에 예민색판(2)이 배치되고, 또한 편광판(4)과 예민색판(2) 사이에 은 나노와이어 분산액(3)이 배치되어 있다.
즉, 편광판(1)과 편광판(4)은, 투과축이 직교하도록 배치되어 있다.
은 나노와이어 분산액(3)은 편광판(1)과 예민색판(2) 사이에 배치되어도 된다. 은 나노와이어 분산액(3)과 예민색판(2)의 배열순은 임의로 선택된다.
예민색판(2)은 예를 들어 위상차판이다.
은 나노와이어 분산액은, 은 나노와이어가 용매에 분산된 분산액이다. 도 1에서는, 은 나노와이어 분산액이 투명 용기에 수용되어 있는 예를 나타낸다. 이하, 은 나노와이어 분산액(3)을 분산액(3)이라고 호칭하는 경우가 있다.
분산액(3) 중의 은 나노와이어는 가속도의 방향을 따라 배향되는 성질을 갖고 있다. 본 실시 형태의 가속도 센서는, 이 성질을 이용하여, 은 나노와이어의 배향을 예민색판법으로 검출한다.
예민색판법에서는, 백색광원으로부터 입사되는 백색광의 광축(이하, 단순히 「광축」이라고 하는 경우가 있음)에 대하여 수직으로 2매의 편광판 및 위상차판(예민색판)을 배치한다. 즉, 편광판 및 위상차판은, 평행하게 배치된다. 상기 편광판을 크로스니콜로 배치한 경우, 상기 위상차판은, 1파장판을 사용한다. 위상차판은, 광축 방향으로부터 보아 편광판의 편광축에 대하여 위상차판의 속축(또는 지축)을 45° 기울여 배치됨으로써 예민색판(2)으로서 사용된다.
예민색판(2)은 육안으로 색의 변화를 알기 쉬운 위상차 530 내지 580nm의 것이 바람직하다. 이하, 특별히 언급이 없는 한, 예민색판(2)으로서 이러한 예민색판을 사용한 것으로 하여 설명한다. 또한, 색명의 표현은, 일본 공업 규격 JIS Z 8102:2001에 맞추었다.
또한 크로스니콜의 상태에서는, 2매의 편광판만으로 관찰되었을 경우, 광선이 차단되어 암흑으로 관찰된다. 또한 예민색판은, 속축 방향과 지축 방향을 갖고, 직교위로 조합된 2매의 편광판 사이에 배치된 경우, 간섭색으로서 선명한 색을 나타내고, 위상차가 약간이라도 바뀌면 간섭색이 민감하게 변화한다.
상기 은 나노와이어 분산액(3)의 매체(용매)로서는, 에탄올 등의 유기 용매나 물 등을 들 수 있고, 취급하기 쉬운 점에서 물이 바람직하다. 은 나노와이어 분산액(3)에는, 안정적인 분산을 얻기 위해 계면 활성제 등이 첨가되어 있어도 된다.
상기 은 나노와이어 분산액(3)은 투명 용기에 수용해 두면 취급하기 쉬워 바람직하다. 투명 용기는 독립적으로 은 나노와이어 분산액(3)을 수용하는 것이어도 되고, 그 밖의 부재와 조합하여 은 나노와이어 분산액(3)을 수용하는 것이어도 된다. 예를 들어, 은 나노와이어 분산액(3)을 수용하는 용기의 벽의 일부로서, 편광판(1, 4) 중 한쪽의 편광판 및 예민색판(2)을 사용해도 된다. 통상, 은 나노와이어 분산액의 형상은 그 용기의 내측의 형상이 된다.
상기 분산액(3)의 두께(광이 분산액 중을 통과하는 거리)는 얇은 편이 가속도 센서를 소형화할 수 있고, 두꺼운 편이 후술하는 바와 같이 상기 분산액(3)을 희박하게 할 수 있으므로 안정적으로 분산시키기 쉬워진다. 이들 관점에서, 은 나노와이어 분산액(3)의 두께는, 0.2 내지 5mm인 것이 바람직하고, 0.3 내지 3mm인 것이 보다 바람직하고, 0.5 내지 2mm인 것이 더욱 바람직하다.
상기 분산액(3) 중의 은 나노와이어의 농도는, 상기 분산액(3)의 두께에 의존한다. 가속도 센서로서 동일한 감도(색의 변화 상태)를 얻기 위해서는, 상기 분산액(3) 중의 은 나노와이어의 농도는, 상기 분산액(3)의 두께가 얇으면 보다 고농도가 되고, 상기 분산액(3)의 두께가 두꺼우면 보다 저농도여도 된다. 그 때문에, 상기 분산액(3) 중의 은 나노와이어의 농도(질량％)와 분산액(3)의 두께(mm)의 곱을 지표로 하면 된다. 상기 곱은, 바람직하게는 0.01 내지 1질량％·mm, 보다 바람직하게는 0.03 내지 0.5질량％·mm, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 0.3질량％·mm이다.
(가속도의 평가 방법)
본 실시 형태의 가속도의 평가 방법은, 상기 가속도 센서를 사용하여, 한쪽의 편광판의 외측으로부터 백색광을 입사시키고, 다른 쪽의 편광판의 외측으로부터 사출되는 광의 색을 관찰한다. 즉, 본 실시 형태의 가속도의 평가 방법은, 예를 들어 편광판(1)에 대하여 수직으로 백색광을 입사했을 때는, 편광판(4) 측으로부터 관찰한 가속도 센서의 색, 보다 구체적으로는 편광판(4)을 통해 은 나노와이어 분산액(3)의 색을 평가한다.
상기 백색광의 광원은, 사용하는 예민색판(2)으로 구별하기 쉬운 색의 광이 포함되어 있으면 되고, 예를 들어, 태양광 등의 자연광, 백열등, 형광등 및 LED 램프 등의 인공광을 들 수 있다. 상기 백색광의 광원은 자연광이어도 되므로, 본 실시 형태의 가속도 센서는 전력을 필수로 하지 않는다. 또한, 상기 백색광의 광원이 인공광이어도, 원래 구비되어 있는 실내의 조명을 이용할 수 있고, 이러한 관점에서 본 실시 형태의 가속도 센서는 새로운 전력을 필수로 하지 않는다.
관찰되는 광의 색이, 청록색 내지 황록색, 즉 청록색 내지 녹색의 범위 또는 녹색 내지 황록색의 범위에 포함되는 색인 경우에는 가속도의 방향이 상기 예민색판의 속축 방향이라고 평가한다. 또한, 관찰되는 광의 색이 적색 내지 오렌지색의 범위에 포함되는 색인 경우에는 가속도의 방향이 상기 예민색판의 지축 방향이라고 평가하고, 부분적으로 마젠타색 등의 자홍색을 포함하고 있어도 된다.
또한, 관찰되는 색이, 청색 내지 청자색의 범위에 포함되는 색인 경우, 광축 방향(편광판이나 예민색판에 대하여 수직 방향)으로 가속하고 있을 가능성은 있지만, 본 실시 형태에 있어서, 가속은 없다고 평가해도 된다. 이는, 본 실시 형태에 있어서 검출되는 가속도의 방향은, 특별히 언급이 없는 한 광축에 수직인 면내의 2차원으로 표시되는 방향이기 때문이다.
또한, 본 실시 형태의 가속도 센서는, 사용하는 은 나노와이어 분산액의 점도가 높으면, 가속도에 대한 응답이 느려지고, 반대로 점도가 낮으면 빨라진다. 가속도 센서의 응답 시간은, 예를 들어 3분 내지 10분 정도이다. 후술하는 실시예 1의 가속도 센서(0.2질량％ 은 나노와이어 수분산액)의 경우, 응답 시간이 약 3분이다. 그 때문에, 본 실시 형태의 가속도 센서는, 직전의 수분간의 가속도의 상태를 기억할 수 있다. 예를 들어, 하물에 본 실시 형태의 가속도 센서를 태그로서 설치했을 경우, 자동 창고로부터의 출고나, 수송 차량으로부터의 하물의 하역 등, 수분간의 반송 중에 하물이 전도되어 도착했는지 여부의 판별을 할 수 있다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예에 의해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에만 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
0.2질량％ 은 나노와이어 수분산액을, 내측 치수가 세로 20mm 가로 10mm 두께 1mm인 투명 용기 중에 봉입하였다. 이하, 투명 용기 중 한 변이 20mm인 방향을 세로 방향, 한 변이 10mm인 방향을 가로 방향, 한 변이 1mm인 방향을 두께 방향이라고 하는 경우가 있다. 0.2질량％ 은 나노와이어 수분산액은, 은 나노와이어가 0.2질량％가 되도록 물에 분산시킨 액체이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 편광판(1)(미드타운제 BSP-200), 예민색판(2)(MeCan제 MGR570), 상기 은 나노와이어 수분산액(3)을 수용 및 봉입한 투명 용기, 편광판(4)(미드타운제 BSP-200)의 순으로 배치하고, 각각을 간극 없이 중첩하여 고정하고, 이를 가속도 센서로 하였다. 또한, 2매의 편광판은, 크로스니콜로 배치하였다. 또한, 편광판의 편광축이 상기 투명 용기의 세로 방향에 대하여 각각 경사 45°가 되도록 배치하였다.
또한, 예민색판은, 그 속축을 상기 투명 용기의 세로 방향이 되도록 배치하였다.
광원으로서 창으로부터의 자연광을 이용하여, 제작한 가속도 센서를 투과하는 광의 색을 관찰하였다. 여기서, 광의 색의 관찰로서는, 한쪽의 편광판의 외측으로부터 백색광을 입사시키고, 다른 쪽의 편광판의 외측으로부터 사출되는 광의 색을 관찰하였다. 상기 투명 용기의 세로 방향이 연직 방향이 되도록 상기 가속도 센서를 둔 바 약 3분 후에 황녹색이 되었다. 다음으로 상기 투명 용기의 가로 방향이 연직 방향이 되도록 상기 가속도 센서를 둔 바, 즉각 센서는 오렌지색이 되고 약 1분 후까지는 오렌지색이었지만, 약 3분 후에는 황녹색이 되었다.
다음으로, 광원으로서 실내광(LED 조명)을 이용하여, 상기 투명 용기의 두께 방향이 연직 방향이 되도록 상기 가속도 센서를 설치하고, 상방으로부터 오는 광을 하측으로부터 관찰한 바, 약 1분 후까지는 황녹색이었지만, 약 3분 후에는 청색이 되었다. 즉, 두께 방향이 연직 방향이 됨으로써, 가속하고 있지 않거나, 혹은 광축 방향(편광판이나 예민색판에 대하여 수직 방향)으로 가속하고 있는 것이 확인되었다.
이들 결과는, 가속도의 방향이 연직 방향인 것을 나타내고 있다. 또한, 수분 정도, 과거의 가속도의 방향이 기억되고 있었다는 것을 알 수 있었다.
상기 가속도 센서의 응답 속도(응답 시간)에 대하여 육안으로도 측정 가능하지만, 보다 정확하게 평가하기 위해, JASCO제 UV-VIS 분광 광도계 V-670을 사용하여 색조 평가를 행하였다. 그 결과, 가시광 영역(400 내지 800nm)에 있어서, λmax=530nm에서 투과율 극대 Tmax=7％, λmin=790nm에서 투과율 극소 Tmin=1％를 취한다는 것을 알 수 있었다.
다음으로 가속도 센서의 투명 용기의 두께 방향을 연직 방향으로 하여 정치한 상태로부터 투명 용기의 세로 방향이 연직 방향이 되도록 상기 가속도 센서를 세워, λmax에서의 투과율 상승을 추적하고, 투과율 극대 Tmax에 이르기까지의 응답 시간을 평가한 바, 2.8분이었다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(실시예 2 내지 4)
0.2질량％ 은 나노와이어 수분산액 대신에 0.15질량％(실시예 2), 0.10질량％(실시예 3), 0.05질량％(실시예 4)의 은 나노와이어 수분산액을 사용하였다. 실시예 2 내지 4에 있어서, 그 밖의 조건은 실시예 1과 마찬가지로 가속도 센서의 제작 및 측정을 행하였다. 투명 용기의 세로 방향이 연직 방향이 되도록 상기 가속도 센서를 둔 바 약 3분 후에 가속도 센서는 황록색 내지 녹색(실시예 2), 녹색(실시예 3), 녹청색(실시예 4)이 되었다.
다음으로 가속도 센서의 투명 용기의 가로 방향이 연직 방향이 되도록 상기 가속도 센서를 둔 바, 즉각 가속도 센서는 오렌지색 내지 적색(실시예 2), 적색(실시예 3), 적색 내지 마젠타색(실시예 4)이 되고 약 1분 후까지는 상기 색이었지만, 약 3분 후에 가속도 센서는 각각 황록색 내지 녹색(실시예 2), 녹색(실시예 3), 녹청색(실시예 4)이 되었다.
다음으로, 광원으로서 실내광(LED 조명)을 이용하여, 상기 투명 용기의 두께 방향이 연직 방향이 되도록 상기 가속도 센서를 설치하고, 상방으로부터 오는 광을 하측으로부터 관찰한 바, 약 1분 후까지는 황록색 내지 녹색의 범위에 포함되는 색(실시예 2), 녹색(실시예 3), 녹청색(실시예 4)이었지만, 약 3분 후에는 모든 실시예에서 청색이 되었다. 즉, 두께 방향이 연직 방향이 됨으로써, 가속하고 있지 않거나, 혹은 광축 방향(편광판이나 예민색판에 대하여 수직 방향)으로 가속하고 있는 것이 확인되었다.
실시예 2 내지 4에서 얻은 가속도 센서에 대하여 실시예 1과 마찬가지로 UV-VIS 측정을 행하여 응답 시간을 평가하였다. 그 결과, 응답 시간은, 2.8분(실시예 2), 3.2분(실시예 3), 4.8분(실시예 4)이었다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(비교예 1)
은 나노와이어 분산액 대신에 물을 넣은 셀에서 실시예 1과 마찬가지로 행한 바, 색조의 변화는 보이지 않고, 가속도 센서는 얻어지지 않았다. 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure pct00001
하물의 반송 관리 등에 유용하게 이용할 수 있다.
1: 편광판
2: 예민색판
3: 은 나노와이어 분산액
4: 편광판

Claims (9)

  1. 크로스니콜로 배치한 2매의 편광판과, 예민색판과, 은 나노와이어 분산액을 갖고,
    상기 예민색판과 상기 은 나노와이어 분산액은, 상기 2매의 편광판 사이에 배치되어 있는, 가속도 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 은 나노와이어 분산액의 용매가 물인, 가속도 센서.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 은 나노와이어 분산액의 두께가 0.2 내지 5mm인, 가속도 센서.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 은 나노와이어 분산액 중의 은 나노와이어의 농도(질량％)와 상기 은 나노와이어 분산액의 두께(mm)의 곱이, 0.01 내지 1질량％·mm인, 가속도 센서.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 예민색판의 위상차가 530 내지 580nm인, 가속도 센서.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 가속도 센서를 사용하는 가속도의 평가 방법이며,
    상기 2매의 편광판 중 한쪽의 편광판의 외측으로부터 백색광을 입사시키고, 다른 쪽의 편광판의 외측으로부터 사출되는 광의 색을 관찰하는, 가속도의 평가 방법.
  7. 제5항에 기재된 가속도 센서를 사용하는 가속도의 평가 방법이며,
    상기 2매의 편광판 중 한쪽의 편광판의 외측으로부터 백색광을 입사시키고, 다른 쪽의 편광판의 외측으로부터 사출되는 광의 색을 관찰하고,
    상기 광의 색이 청록색 내지 황록색인 경우, 가속도의 방향이 상기 예민색판의 속축 방향이라고 평가하는 가속도의 평가 방법.
  8. 제5항에 기재된 가속도 센서를 사용하는 가속도의 평가 방법이며,
    상기 2매의 편광판 중 한쪽의 편광판의 외측으로부터 백색광을 입사시키고, 다른 쪽의 편광판의 외측으로부터 사출되는 광의 색을 관찰하고, 상기 광의 색이 적색 내지 오렌지색인 경우, 가속도의 방향이 상기 예민색판의 지축 방향이라고 평가하는 가속도의 평가 방법.
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 가속도 센서가 설치되어 있는 하물.
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