(57)【要約】【課題】アルミニウム又はアルミニウム合金を基材に用いることで強度、耐久性に優れた応力発光性材料及び、その製造方法の提供を目的とする。【解決手段】応力が印加されると発光する粒子を、アルミニウム又はアルミニウム合金の基材中に分散させてあることを特徴とする。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
応力が印加されると発光する粒子を、アルミニウム又はアルミニウム合金の基材中に分散させてあることを特徴とする応力発光性材料。
【請求項２】
前記応力が印加されると発光する粒子は、平均粒子径が１５〜４０μｍであることを特徴とする請求項１記載の応力発光性材料。
【請求項３】
応力が印加されると発光する粒子を加圧成形することでプリフォームを成形し、前記プリフォームに、アルミニウム又はアルミニウム合金の溶融又は半溶融溶湯を加圧浸透させることを特徴とする応力発光性材料の製造方法。
【請求項４】
前記プリフォームの周囲に金網等の湯道形成材を配置した状態で金型内に配置し、前記アルミニウム又はアルミニウム合金の溶融又は半溶融湯を加圧浸透させることを特徴とする請求項３記載の応力発光性材料の製造方法。
【請求項５】
前記応力が印加されると発光する粒子は、平均粒子径が１５〜４０μｍであることを特徴とする請求項３又は４記載の応力発光性材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は変位を受け、応力が印加されると発光する材料に関し、特にマトリックス基材としてアルミニウム又はアルミニウム合金を用いた複合材料に係る。
【背景技術】
【０００２】
橋梁、高層建築物等、メンテナンスが困難な高所、狭い場所、危険な場所等においては自然災害等による予期せぬ過負荷が発生したり、倒壊等の危険度が高まった場合に、それらを離れた位置からセンシングできる技術が切望されている。
本発明者らは、このようなセンシング技術の要素となるセンサー素子として、応力を感知して発光する応力発光素子の開発を検討した。
この場合に構造部材の耐用年数が長く、高強度であることを考慮し、劣化の速い樹脂材ではなく軽金属材を基材に用いることができないか検討した結果、本発明に至った。
【０００３】
特許文献１には、発光顔料とアルミニウム基材との複合材料を開示するが、本技術はブラックライト下の発光が目的であって、応力の印加をセンシングすることを目的としたものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２２５７５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明はアルミニウム又はアルミニウム合金を基材に用いることで強度、耐久性に優れた応力発光性材料及び、その製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る応力発光性材料は、応力が印加されると発光する粒子を、アルミニウム又はアルミニウム合金の基材中に分散させてあることを特徴とする。
【０００７】
ここで応力が印加されると、発光する性質を有する粒子であれば各種粒子を適用でき、粒子としては応力発光性材料を破砕したものであってもよい。
また、アルミニウム又はアルミニウム合金（以下、単にアルミニウムと称する）の溶融又は半溶融状態の温度に耐えられることが必要であることから無機材料からなるものが好ましい。
例えば、発光中心となる元素してユウロピウムを添加したアルミン酸ストロンチウム、マンガンを発光中心として添加した硫化亜鉛等が例として挙げられる。
【０００８】
本発明において、前記応力が印加されると発光する粒子は、平均粒子径が１５〜４０μｍであるのが好ましい。
この点、特許文献１に開示する顔料は粒子径が１〜２０μｍであって、実施例では平均粒子径が３〜１２μｍのものが使用されているのと相違する。
【０００９】
このような応力発光性材料は、応力が印加されると発光する粒子を加圧成形することでプリフォームを成形し、前記プリフォームに、アルミニウム又はアルミニウム合金の溶融又は半溶融溶湯を加圧浸透させることで製造できる。
また、前記プリフォームの周囲に金網等の湯道形成材を配置した状態で金型内に配置し、前記アルミニウム又はアルミニウム合金の溶融又は半溶融湯を加圧浸透させるのが好ましく、更には、前記応力が印加されると発光する粒子は、平均粒子径が１５〜４０μｍであるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る応力発光性材料は、アルミニウムを基材としているので、押出加工等により異形形状や三次元形状に加工することも容易であり、耐久性に優れ、構造部材又はその一部として組み込むこともできる。
【００１１】
これにより、メンテナンスが困難な高所や狭い場所に設置された構造部材の接合部分等において、本発明に係る材料を貼り付けておくことで、予期せぬ過負荷が発生した場合、本材料が発光することで、それをセンシングして、異常を警告するシステムを構成することが可能となる。
この場合に構造部材の一部として、本材料を使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】プリフォーム成形型の例を示す。
【図２】複合材料の成形金型の例を示す。
【図３】複合材料の成形例を示す。
【図４】発光粒子Ａ，Ｂの蛍光灯点灯下とブラックライト点灯下の写真（グレースケール）を示す。
【図５】発光粒子Ａ，Ｂを用いたプリフォームの蛍光灯点灯下とブラックライト点灯下の写真（グレースケール）を示す。
【図６】複合材ビレットの外観写真を示す。
【図７】Ａ，Ｂの発光粒子を用いたビレットの縦断面写真を示す。
【図８】ブラックライト照射断面を示す。
【図９】発光粒子Ａを用いた複合材料の引っ掻き試験結果を示す。
【図１０】発光粒子Ｂを用いた複合材料の引っ掻き試験結果を示す。
【図１１】観測実験装置を示す。
【図１２】（ａ）はＣＤＳの抵抗値の時間変化を示し、（ｂ）は照度の時間変化を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る材料の構造及び製造例について説明する。
基材となる母相合金には、純度９９．９９％のアルミニウムを用い、応力発光粒子には平均粒子径の異なるＡ、Ｂの２種類を用いた。
Ａは、平均粒子径が１〜３μｍ，Ｂは平均粒子径が２０〜４０μｍであった。
プリフォームの成形には、図１に示すように底部２が取り外しできるような円筒状のプリフォーム成形金型１を使用した。
金型の内壁を包むように薬包紙４を敷き、その中に粒子を少量入れ、図１の押棒を金型に入れ６０秒間押棒自身の重み（約６０Ｎ）で加圧する工程を繰り返して約３３ｇの粒子を充填し、最後に押棒を３分間乗せて圧粉体プリフォームを作製した。
薬包紙はプリフォームが崩れるのを防ぐために使用した。
複合材料は、図２に示す金型１１，絞り１４，黒鉛の蓋１３，黒鉛のパンチ１２を用いて三次元溶湯浸透法（３ＤＰＣ）にて作製した。
図３に三次元溶湯浸透法の概念図を示す。
まず、金型１１の下部の穴に圧粉体プリフォームの周りを金網で巻くようにした圧粉体プリフォームと金網、その上に円盤状の黒鉛の蓋１３、絞り１４を入れる。
金網は溶湯が下部に流れてくる際の湯道を作るための物であり、それによって溶湯がプリフォームの周りから三次元的に浸透していく。
円盤状の黒鉛蓋は加圧の際にアルミニウムの溶湯の流れによってプリフォームが崩れることを防ぎ、絞りは径の小さい孔１４ａを有し、加圧前にアルミニウムの溶湯とプリフォームが接触しないようにするためである。
その後金型を炉２０中にて７５０℃まで昇温し、絞りの上部に８００℃のアルミニウム溶湯Ｍを流し入れ、その上部に黒鉛のパンチ１２を乗せて油圧プレスにて２分間加圧することによってプリフォームＰにアルミニウムを加圧浸透させて複合化した。
図４は、使用した２種類の応力発光粒子Ａ，Ｂを蛍光灯または紫外線ブラックライト照射下に置いた状態での外観を示し、図５にはそれらの粒子で作製したプリフォームを示す。
上記製造条件にて作製した応力発光粒子複合材料ビレットの外観を図６に示す。
鋳巣などの欠陥は見られない。
図７は２種類の応力発光粒子Ａ，Ｂで作製した複合材料ビレットを縦断面で切断して撮影した写真を示す。
ビレット上部で、一部、冷却時の収縮で発生したと考えられる割れが観察されたが、ビレットの内部は健全であった。
この切断ビレットの上部３００ｍｍの位置に６０Ｗの紫外線ブラックライトを設置して照射したときの写真を図８に示す。
粒子の存在している領域では、緑または青緑の発光を確認することができた。
次に、市販の鉄釘での引っ掻き試験を行った。
試験の要領は、以下のとおりである。
得られた複合材料ビレットから、約２０ｍｍ×１０ｍｍ×２ｍｍの板材を切り出す。
６０Ｗの紫外線ブラックライトを６０秒、照射し、その後、消灯する。
市販の鉄釘を板材表面に強く当て、左右方向に数回ひっかく。
その間をビデオ撮影する。
図９と１０にビデオ撮影した画像からコマ落としした図を示す。
（ａ）は引っ掻き前、（ｂ）は引っ掻き後である。
応力発光粒子Ａでは弱い発光が確認され、応力発光粒子Ｂでは強い発光が確認された。
応力発光粒子Ｂは、平均粒径がＡに比較して大きいことが発光の程度を左右していると考えられる。
【００１４】
次に複合材料の発光特性を純アルミニウムと比較した。
観測に際し、図１１に示す実験装置を作製した。
光源として蛍光灯型のブラックライト（１０Ｗ）を用い、約１センチ離れた位置に複合材料と純アルミニウムを置いて、それらの５ｍｍ上方にＣＤＳ（硫化カドニウム）セルを取り付けて、照度を測定した。
ＣＤＳセルやアルミニウムの抵抗値の測定には、高精度な抵抗値の測定が可能な抵抗計（ＲＭ３５４５−０２、ＨＩＯＫＩ）を用いた。
測定時は、黒いカバーで装置を覆って、外部の光を遮断した。
図１１（ｂ）に照射時の発光状態を示す。
【００１５】
（１）抵抗値の変化
ブラックライトから紫外線を照射して蓄光した後に消灯し、複合材料から発せられる光が徐々に弱まっていくときの抵抗値の変化を１時間計測した。
開始時の抵抗値は０．３５８［ｍΩ］であり、１時間経過後は、０．３５２［ｍΩ］であった。
減光後を基準にしたときの変動率は１．７％であり、発光状態に関わらず抵抗値は殆ど変化しないことが確認された。
なお、純アルミニウムの抵抗値は、０．１０６［ｍΩ］であり、複合材料の約１／３．３であった。
（２）残光の時間変化の測定
ブラックライトで紫外線を照射し十分に蓄光した後に、ブラックライトを消灯した瞬間からの残光の時間変化をＣＤＳセルを用いて約１時間測定した。
その結果を図１２（ａ）に示す。
純アルミニウムは、ブラックライトを消灯後、ＣＤＳの抵抗値が増加し、光が急激に消滅していく状況が確認された。
これに対して複合材料は、ブラックライトを消灯後、ＣＤＳの抵抗値が緩やかに増加しており、発光が持続している様子が確認された。
次に、図１２（ｂ）に照度の時間変化を示す。
このグラフは、図１２（ａ）のＣＤＳの抵抗値の変化を照度に変換してプロットしたものである。
このグラフを見ると、純アルミニウムは、ブラックライト消灯後、直ちに照度が１０−２以下に低下しており、発光していないと判断できる。
これに対して複合材料は、消灯直後に０．６７５［Ｌｕｘ］であったが、指数関数的に減光し４秒後に１／１０の０．０６８０［Ｌｕｘ］、３５秒後に１／１００の６．７２×１０−３まで減光している。
ＣＤＳのデータシートに記載された暗抵抗０．５ＭΩを滅光と判断すると、点灯時間は２５秒と読み取れる。
なお、プロット点が欠落しているのは、抵抗計のレンジ切換による影響である。
【符号の説明】
【００１６】
１        プリフォーム成形金型
２        底部
３        押棒
１１      金型
１２      パンチ
１３      蓋
１４      絞り
２０      炉
【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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【図１１】
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【図１２】
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