(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Cuイオンが固溶したCaZnOSの結晶体を含有する応力消光材料。
【請求項２】
前記Cuイオンは、母体材料としてのCaZnOS中に含まれるZnの0.005〜8mol%に相当する濃度で固溶していることを特徴とする請求項１に記載の応力消光材料。
【請求項３】
前記Cuイオンは、前記Znの少なくとも一部を置換していることを特徴とする請求項２に記載の応力消光材料。
【請求項４】
第１のトラップ準位に捕捉された励起状態のキャリアが前記第１のトラップ準位よりも低い安定準位へ遷移する際の差分のエネルギーにより発光を示す材料において、
応力の付与により前記第１のトラップ準位のキャリアが遷移する第２のトラップ準位有し、付与された応力に応じて前記第１のトラップ準位から前記安定準位へ遷移可能なキャリア数を減ずることにより消光を示すべく構成したことを特徴とする応力消光材料。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか１項に記載の応力消光材料を所定のマトリクス材料中に分散させて形成した応力消光体。
【請求項６】
請求項１〜４いずれか１項に記載の応力消光材料の消光による応力検出のための使用。
【請求項７】
1〜3モル部のカルシウムを含有するカルシウム化合物の粉末と、1±0.1モル部の亜鉛を含有する亜鉛化合物の粉末と、1±0.1モル部の硫黄を含有する硫黄化合物の粉末と、前記亜鉛化合物に含まれる亜鉛量の0.005〜8mol%に相当する銅を含有する銅化合物の粉末とを混合して混合物を得る工程と、
前記混合物を焼成することによりCuイオンが固溶したCaZnOSの結晶体を含む焼成物を生成する工程と、
前記焼成物を冷却して応力消光材料を生成する冷却工程と、
を有することを特徴とする応力消光材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械的な外力が加えられることにより消光する応力消光材料及び応力消光体、並びに応力消光材料の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、物質が外部から刺激を与えられることによって、室温付近で発光する現象は、いわゆる蛍光現象としてよく知られている。
【０００３】
このような蛍光現象を生じる物質、すなわち蛍光体は、蛍光ランプなどの照明灯や、CRT(Cathode Ray Tube)いわゆるブラウン管などのディスプレイなどとして用いられている。
【０００４】
この蛍光現象を生じさせる外部からの刺激は、通常、紫外線、電子線、Ｘ線、放射線、電界、化学反応などによって与えられているが、機械的な外力などの刺激を加えて変形させることによって強く発光する材料については、長らく知られていなかった。
【０００５】
そこで、本発明者が所属する研究機関において鋭意研究が行われた結果、機械的な外力により生じる変形によって発光する、これまでに知られていない新規な発光材料が提案された（例えば、特許文献１〜６参照。）。
【０００６】
このような発光材料は、その後応力発光材料と称され、現在では、新規な計測技術として、既設土木構造物の維持管理における非破壊検査技術や構造物の部材の応力分布の可視化技術などの応用研究が盛んに行われている（例えば、特許文献７参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−０４９２５１号公報
【特許文献２】特開２００７−２８４２７５号公報
【特許文献３】特開２００６−１５２０８９号公報
【特許文献４】特開２００９−２８６９２７号公報
【特許文献５】国際公開第２００５／０９７９４６号
【特許文献６】特開２００４−４３６５６号公報
【特許文献７】特開２００９−０９２６４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の通り、従来の応力発光材料は応力を受けることで発光を示すものであるが、蛍光を発している状態で応力を受けると消光する材料（以下、応力消光材料ともいう。）については、今日に至るまで未だ知られていない。
【０００９】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、応力を受けることにより蛍光が減衰または消光する応力消光材料を提供する。また本発明では、応力消光材料を含有する応力消光体や、応力消光材料の製造方法についても提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記従来の課題を解決するために、本発明では、Cuイオンが固溶したCaZnOSの結晶体を含有する応力消光材料を提供する。
【００１１】
また、本発明の更なる具体的態様として、前記Cuイオンは、母体材料としてのCaZnOS中に含まれるZnの0.005〜8mol%に相当する濃度で固溶していることとしても良い。
【００１２】
また、本発明の更なる具体的態様として、前記Cuイオンは、前記Znの少なくとも一部を置換していることとしても良い。
【００１３】
また、本発明では、第１のトラップ準位に捕捉された励起状態のキャリアが前記第１のトラップ準位よりも低い安定準位へ遷移する際の差分のエネルギーにより発光を示す材料において、応力の付与により前記第１のトラップ準位のキャリアが遷移する第２のトラップ準位有し、付与された応力に応じて前記第１のトラップ準位から前記安定準位へ遷移可能なキャリア数を減ずることにより消光を示すべく構成したことを特徴とする応力消光材料についても提供する。
【００１４】
また、本発明では、更に別の形態として、上述の応力消光材料を所定のマトリクス材料中に分散させて形成した応力消光体を提供する。
【００１５】
また、本発明では、更に別の形態として、上述の応力消光材料の消光による応力検出のための使用を提供する。
【００１６】
また、本発明では、更に別の形態として、1〜3モル部のカルシウムを含有するカルシウム化合物の粉末と、1±0.1モル部の亜鉛を含有する亜鉛化合物の粉末と、1±0.1モル部の硫黄を含有する硫黄化合物の粉末と、前記亜鉛化合物に含まれる亜鉛量の0.005〜8mol%に相当する銅を含有する銅化合物の粉末とを混合して混合物を得る工程と、前記混合物を焼成することによりCuイオンが固溶したCaZnOSの結晶体を含む焼成物を生成する工程と、前記焼成物を冷却して応力消光材料を生成する冷却工程と、を有することを特徴とする応力消光材料の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る応力消光材料では、Cuイオンが固溶したCaZnOSの結晶体を含有することとしたため、応力を受けることにより蛍光が減衰または消光する応力消光材料を提供することができる。
【００１８】
また、前記Cuイオンは、母体材料としてのCaZnOS中に含まれるZnの0.005〜8mol%に相当する濃度で固溶させることで、消光をより堅実に行わせることができる。
【００１９】
また、前記Cuイオンは、前記Znの少なくとも一部を置換していることとすれば、消光をより堅実に行わせることができる。
【００２０】
また、本発明に係る応力消光材料では、第１のトラップ準位に捕捉された励起状態のキャリアが前記第１のトラップ準位よりも低い安定準位へ遷移する際の差分のエネルギーにより発光を示す材料において、応力の付与により前記第１のトラップ準位のキャリアが遷移する第２のトラップ準位有し、付与された応力に応じて前記第１のトラップ準位から前記安定準位へ遷移可能なキャリア数を減ずることにより消光を示すべく構成したため、応力を受けることにより蛍光が減衰または消光する応力消光材料を提供することができる。
【００２１】
また、本発明に係る応力消光体では、上述の応力消光材料を所定のマトリクス材料中に分散させて形成することで、応力を受けることにより蛍光が減衰または消光する応力消光体を提供することができる。
【００２２】
また、本発明では、上述の応力消光材料を消光による応力検出のために使用することとしたため、消光によって応力を検出することができる。
【００２３】
また、本発明に係る応力消光材料の製造方法では、1〜3モル部のカルシウムを含有するカルシウム化合物の粉末と、1±0.1モル部の亜鉛を含有する亜鉛化合物の粉末と、1±0.1モル部の硫黄を含有する硫黄化合物の粉末と、前記亜鉛化合物に含まれる亜鉛量の0.005〜8mol%に相当する銅を含有する銅化合物の粉末とを混合して混合物を得る工程と、前記混合物を焼成することによりCuイオンが固溶したCaZnOSの結晶体を含む焼成物を生成する工程と、前記焼成物を冷却して応力消光材料を生成する冷却工程と、を有することとしたため、応力を受けることにより蛍光が減衰または消光する応力消光材料の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施形態に係る応力消光材料のメカニズムを示す説明図である。
【図２】本実施形態に係る応力消光材料の製造工程を示すフローである。
【図３】荷重印加試験における蛍光強度の経時変化を示したグラフである。
【図４】荷重印加試験における応力と消光強度との関係を示したグラフである。
【図５】引張試験における試験材料の伸びと消光強度との関係を示したグラフである。
【図６】応力消光材料中のCuの濃度と消光強度との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明は、Cuイオンが固溶したCaZnOSの結晶体を含有する応力消光材料を提供するものである。ここで応力消光材料とは、応力の増加に対して発光強度が減少するというMechanical quenching(MQ)現象を示すものである。
【００２６】
Cuイオンは、後に試験データを参照しつつ説明するが、母体材料としてのCaZnOS中に含まれるZnの0.005〜8mol%に相当する濃度で固溶させるのが望ましい。0.005mol%を下回るとMQ現象が生起されなくなるため好ましくない。また、8mol%を上回っても顕著なMQ現象が生起されなくなるため好ましくない。CuイオンをCaZnOS中に含まれるZnの0.005mol%以上、8mol%以下に相当する濃度範囲で固溶させることにより、MQ現象を堅実に生起させることができる。また、濃度範囲を0.005mol%以上、6mol%以下、好ましくは0.005mol%以上、4mol%以下、より好ましくは0.005mol%以上、2mol%以下、更に好ましくは0.005mol%以上、0.4mol%以下、更に好ましくは0.005mol%以上、0.2mol%以下、更に好ましくは0.005mol%以上、0.1mol%以下、更に好ましくは0.005mol%以上、0.05mol%以下とすることで、より効果的にMQ現象を生起できる応力消光材料を提供することができる。なお、Cuイオンは、１価(Cu+)又は２価(Cu2+)のいずれであっても良い。
【００２７】
また、このような濃度で添加したCuイオンは、母体材料を構成するCaZnOS中のZnの少なくとも一部を置換する状態で固溶していても良い。より具体的には、本実施形態に係る応力消光材料の一形態として非化学量論的組成（化学量論的化学組成式から逸脱する化学組成式を有する組成）で表すならば、CaZn1-xCuxOS(0.00005≦x≦0.08)とすることができる。
【００２８】
本発明の理解に供すべく、本実施形態に係る応力消光材料の一例として敢えて限定的に表現するならば、CaZnOS結晶中に含まれるZnの0.005mol%以上8mol%以下をCuイオンで置換することにより、この置換された結晶体の蛍光放射時に応力を付与することで前記蛍光の放射を減衰又は消光させるべく構成した応力消光材料であるとも言える。また、母体材料であるCaZnOS結晶を構成するZnのうち0.005mol%以上8mol%以下がCuイオンに置換された結晶体を含むものであるとも言える。
【００２９】
ところで、本実施形態に係る応力消光材料の消光に係るメカニズムについてであるが、本発明者らは以下のようなメカニズムで現象が生起しているものと考えている。
【００３０】
図１中において(1)で示すように、まず、安定準位にある銅のキャリアが励起光の照射により伝導帯(CB)に励起される（励起過程）。
【００３１】
次に、(2)で示すように、励起されたキャリアは母体材料中に存在する欠陥準位（第１のトラップ準位）にトラップされる（トラップ過程）。
【００３２】
ここで、応力が付与されていない場合には、(3)で示すように、環境中の熱エネルギーにより第１のトラップ準位より離脱し（離脱過程）、一旦酸素や硫黄の欠陥準位にトラップされて元の安定準位に戻ることとなる（再結合過程）。
【００３３】
ところが、応力消光材料に応力が付与されると、前述のトラップ過程(2)を経て母体材料中の第１のトラップ準位にトラップされたキャリアが、(5)で示すように亜鉛の欠陥により生じたトラップ準位（第２のトラップ準位）に遷移することとなり（消光過程）、前述の離脱過程(3)や再結合過程(4)へ供給されるキャリア量が減少し、減光や消光現象が生起することとなる。
【００３４】
このように、本実施形態に係る応力消光材料は、第１のトラップ準位に捕捉された励起状態のキャリアが前記第１のトラップ準位よりも低い安定準位へ遷移する際の差分のエネルギーにより発光を示す材料において、応力の付与により前記第１のトラップ準位のキャリアが遷移する第２のトラップ準位有し、付与された応力に応じて前記第１のトラップ準位から前記安定準位へ遷移可能なキャリア数を減ずることにより消光を示すべく構成したものであるとも言える。
【００３５】
すなわち、本明細書では母体材料をCaZnOSとしてCuをドープすることにより上述のメカニズムを実現してMQ現象を生起する応力消光材料を中心に説明するが、母体材料やドープする物質は必ずしもこれらに限定されるものではなく、上述のメカニズムを実現可能な物質であれば本発明の概念に含まれると解するべきである。但し、本発明において母体材料やドープする物質を特定の物質に限定することも妨げない。
【００３６】
また、上述した本実施形態に係る応力消光材料は、所定のマトリクス材料中に分散させて応力消光体を形成させても良い。例えば、硬化性を有する樹脂をマトリクス材料とし、硬化前の樹脂中に粉末状の応力消光材料を分散させ硬化させることにより、応力を付与することで消光や減光を示す所望の形状の応力消光体を容易に形成することができる。なお、マトリクス材料は少なくとも、同マトリクス材料中に混在させた応力消光材料を励起させるための励起光や、応力消光材料から放射される蛍光が透過可能なものが用いられる。
【００３７】
また、本発明は、前述のような応力消光材料の製造方法を提供するものでもある。
【００３８】
具体的には、本実施形態に係る応力消光材料の製造方法では、1〜3モル部のカルシウムを含有する量のカルシウム化合物の粉末と、1±0.1モル部の亜鉛を含有する量の亜鉛化合物の粉末と、1±0.1モル部の硫黄を含有する量の硫黄化合物の粉末と、前記亜鉛化合物の粉末中に含まれる亜鉛量の0.005〜8mol%に相当する銅を含有する量の銅化合物の粉末とを混合して混合物を得る工程と、前記混合物を焼成することによりCuイオンが固溶したCaZnOSの結晶体を含む焼成物を生成する工程と、前記焼成物を冷却して応力消光材料を生成する冷却工程と、を有することを特徴としている。
【００３９】
混合工程にて使用するカルシウム化合物や、亜鉛化合物、硫黄化合物、銅化合物は、応力消光材料の組成比率に影響を及ぼすものでなければ特に限定されるものではなく、例えば、炭酸塩、硝酸塩、塩化物、硫化物、酸化物、シュウ酸塩、酢酸塩、水酸化物などを用いることができる。また、硫化亜鉛(ZnS)のように、亜鉛化合物でもあり硫黄化合物でもある化合物を使用することもできる。
【００４０】
本実施形態に係る応力消光材料の製造方法においてカルシウム化合物は、好ましくは1〜3モル部使用する。母体材料としてのCaZnOSを調製するためには、化学量論比（Ca:Zn:S=1:1:1）に従い、各化合物中のCaやZn、Sがそれぞれ略１モル部ずつとなる大凡等しい割合で調合すべきと考えられるが、本発明者らの研究過程における経験上、このよううな比率で調合して焼成過程に供しても、Zn系の副生成物が多く生成してしまい、CaZnOSの単相も得られるものの効率的ではないことが分かっている。
【００４１】
そこで、本実施形態に係る応力消光材料の製造方法では、ZnやSがそれぞれ略１モル部ずつとなるように亜鉛化合物や硫黄化合物を用いた場合、カルシウム化合物の量は、同カルシウム化合物中に含まれるカルシウムが１モル部を越えるように過剰量を添加しても良いこととしている。過剰量となるカルシウムの量は、１モル部を超える量であって、CaZnOSの単相が得られる量であれば特に限定されるものではない。
【００４２】
しかしながら、本発明者らの研究によれば、カルシウムの量が１モル部を超える量であっても、１モル部に近い量であれば前述のZn系の副生成物としてのZnS等やその他の副生成物としてCaOの生成が認められ、1.5モル部に近づくほどZnSの生成は抑制される。また、1.5モル部を越えると徐々に副製するCaOの増加が認められることとなる。
【００４３】
ただし、焼成物中に含まれるCaOについては、例えば酸液等によって焼成物を洗浄することにより除去することができ、焼成物中におけるCaZnOS相の量を高めることも可能である。
【００４４】
これらのような経験上、カルシウム化合物の量は１モル部以上の量が良く、好ましくは１モル部を超える量、より好ましくは１モル部を超え3モル部以下の量、更に好ましくは1.5±0.3モル部の範囲内の量とすることができる。特に、3モル部を越える量であっても酸液等による焼成物の洗浄を行うことでCaZnOS相の量を高めることはできるものの、過度に余剰な場合には洗浄効率の問題や洗浄コスト等の問題も生じるおそれがあるため、製造上においてはやや不利であるかもしれない。
【００４５】
このようにカルシウムを過剰量添加することで、前述のZn系の副産物についてもCaと十分に反応させてCaZnOSを形成させることができるため、CaZnOSの生成効率を飛躍的に向上させることができる。なお、カルシウムの過剰量添加や、カルシウムを過剰量添加した場合の酸液等による焼成物の洗浄は必要に応じて行われるものであり、応力消光材料としての本来の機能を発揮可能であれば、これら不純物（副生成物）の濃度等に拘わらず、本発明の概念に含まれるものと解釈すべきである。ただし、上述のカルシウム添加量等の点で本発明を限定することを妨げるものではない。
【００４６】
また、本実施形態に係る応力消光材料の製造方法において亜鉛化合物は、好ましくは１モル部使用する。このときの許容される誤差は、±10mol%、すなわち、1±0.1モル部である。
【００４７】
また、本実施形態に係る応力消光材料の製造方法において硫黄化合物は、好ましくは１モル部使用する。このときの許容される誤差は、±10mol%、すなわち、1±0.1モル部である。
【００４８】
また、本実施形態に係る応力消光材料の製造方法において銅化合物は、前記亜鉛化合物に含まれる亜鉛量の0.005〜8mol%に相当する銅を含有する量を使用する。具体的には、0.00005モル部以上、0.08モル部以下の量の銅を含有する銅化合物を使用する。
【００４９】
そして、これらの各化合物を混合し、混合物を得る。混合の方法としては、例えば小規模の製造であれば、少量のエタノールなどの溶媒の存在下で、乳鉢などを用いて湿式混合し、その後溶媒を揮発させて乾燥させることにより混合物を得ることができる。また、大規模な製造であっても、これに準じた方法で公知の製造装置等を用いて製造することができる。
【００５０】
焼成工程では、このように調製した混合物を焼成する。焼成の方法としては、例えば小規模の製造であれば、得られた混合物をるつぼ等に収容し、加熱炉にて不活性ガス雰囲気下で加熱することで行うことができる。なお、このときの加熱温度は、1100±100℃であるのが好ましい。また、加熱時間としては、例えば、0.1〜100時間、好ましくは１〜12時間、より好ましくは５±３時間とすることができる。
【００５１】
こうして得られた焼成物は、Cuイオンが固溶したCaZnOSの結晶体を含んでおり、加熱炉から取り出して冷却することにより（冷却工程）、応力消光材料となる。
【００５２】
このように、本実施形態に係る応力消光材料の製造方法によれば、応力を付与することにより消光や減光を示す応力消光材料を製造可能な方法を提供することができる。
【００５３】
付言すれば、本実施形態に係る応力消光材料の製造方法は、カルシウムを含有するカルシウム化合物の粉末と、亜鉛を含有する亜鉛化合物の粉末と、硫黄を含有する硫黄化合物の粉末と、銅を含有する銅化合物の粉末とを混合して混合物を得る工程と、前記混合物を焼成することにより、Cuイオンが固溶したCaZnOSの結晶体であって前記Cuイオンが前記CaZnOS中に含まれるZnの0.005〜8mol%に相当する濃度で固溶した結晶体を含む焼成物を生成する工程と、前記焼成物を冷却して応力消光材料を生成する冷却工程と、を有することを特徴とする応力消光材料の製造方法であるとも言える。また、Cuイオンが固溶したCaZnOSの結晶体においてCuイオンは、CaZnOS中に含まれるZnの0.005〜8mol%を置換する濃度で固溶していても良い。
【００５４】
また、本実施形態に係る応力消光材料は、応力を付与することにより消光や減光を示すものであることから、この消光や減光を検出することにより、所定の部材に付与された応力の検出に使用することができる。
【００５５】
以下、本実施形態に係る応力消光材料、及び応力消光体、並びに応力消光材料の製造方法について、各種試験データ等を参照しながら詳説する。
【００５６】
〔１．応力消光材料の作製〕
ここではまず、本実施形態に係る応力消光材料の製造方法について説明する。図２は本実施形態に係る応力消光材料の製造方法を示したフローである。
【００５７】
図２に示すように、本実施形態に係る応力消光材料の製造方法では、まず、カルシウム化合物の粉末と、亜鉛化合物の粉末と、硫黄化合物の粉末と、銅化合物の粉末とを混合して混合物を得る混合工程を行う（ステップＳ１０）。
【００５８】
具体的には、カルシウム化合物としてCaCO3を用い、1.5モル部に相当するカルシウムが含まれる量を量り取った。また、亜鉛化合物及び硫黄化合物としてはZnSを用い、１モル部に相当する亜鉛及び硫黄が含まれる量を量り取った。また、銅化合物としてはCu2Oを用い、0.0005モル部に相当する銅が含まれる量を量り取った。
【００５９】
そして、それぞれ所定量ずつ秤量した粉体に少量のエタノールを加えてメノウ乳鉢で湿式混合し、エタノールを揮発させて乾燥した混合物を得ることで混合工程を行った。
【００６０】
次に、得られた混合物をアルミナ製のるつぼに収容し、加熱炉でアルゴン雰囲気下にて1100℃で５時間加熱する焼成工程を行い、焼成物を得た（ステップＳ２０）。
【００６１】
そして、得られた焼成物を加熱炉より取出し、大気中にて放冷することで（冷却工程・ステップＳ３０）、本実施形態に係る応力消光材料を得た。なお、必要に応じて、酢酸水溶液等により洗浄を行い、余剰のカルシウム分を除去するようにしても良い。
【００６２】
〔２．応力消光体の調製〕
次に、後述する応力付与試験に供すべく、本実施形態に係る応力消光材料を用いて、応力消光体の調製を行った。
【００６３】
具体的には、応力消光材料（CaZn0.9995Cu0.0005OS）をマトリクス材料としてのエポキシ樹脂に添加し、硬化させて円柱状（直径25mm、厚み15mm）のペレットを形成した。
【００６４】
また、同様に応力消光材料（CaZn0.9995Cu0.0005OS）をマトリクス材料としてのエポキシ樹脂に添加し、硬化させてシート体（縦10mm×横10mm×厚さ0.08mm）を形成した。これらはいずれも、本実施形態に係る応力消光体として以下の実験に用いた。
【００６５】
〔３．荷重印加試験〕
次に、前述のペレットを用い、荷重を付与してMQ現象を確認する試験を行った。具体的には、ペレットをテンシロン万能材料試験機（株式会社オリエンテック製 RTC-1310A）に供し0〜1000Nまでの圧縮応力を付与することで、ペレットから放射される蛍光の強度を測定した。
【００６６】
なお、ペレットは試験前に紫外線ランプを用いて365nmの紫外光を励起光として１分間照射し、照射終了１分後から試験を開始した。また、蛍光強度は、光電子増倍管（浜松ホトニクス株式会社製 R585S）と、フォトン計数器（浜松ホトニクス株式会社製 C5410-51）と、コンピュータとにより構成されたフォトン計数システムにより測定した。その結果を図３及び図４に示す。
【００６７】
図３は蛍光強度の経時変化を示したグラフであり、左縦軸は蛍光強度、右縦軸は荷重、横軸は時間を示しており、また、白丸は荷重を付与しない場合の蛍光強度、黒丸は荷重を付与した場合の蛍光強度、実線は荷重の経時変化を示している。
【００６８】
図３からも分かるように、本実施形態に係る応力消光体（応力消光材料）は、応力の付与に応じて蛍光強度が減衰（消光）することが示された。
【００６９】
図４は、応力と消光強度との関係を示したグラフであり、縦軸に消光強度、横軸に荷重を示している。図４からも分かるように、本実施形態に係る応力消光体（応力消光材料）は、応力の大きさに応じて消光強度が高まることが確認された。
【００７０】
〔４．引張試験〕
次に、前述のシート体を用い、引張荷重を付与してMQ現象を確認する試験を行った。具体的には、長さ150mm×幅20mm×厚さ3mmのアルミニウム合金製のプレート表面にシート体を貼着すると共に、裏面にひずみゲージ（株式会社共和電業製 KFG-2-120-C1-11L1M2R）を取付け、テンシロン万能材料試験機（株式会社オリエンテック製 RTC-1310A）に供して引張応力を付与することで、シート体から放射される蛍光の強度を測定した。
【００７１】
なお、シート体は試験前に紫外線ランプを用いて365nmの紫外光を励起光として１分間照射し、照射終了１分後から試験を開始した。また、蛍光は、CCDカメラにて撮像した画像を解析することにより強度の算出を行った。その結果を図５に示す。
【００７２】
図５は試験材料の伸びと消光強度との関係を示したグラフであり、縦軸が消光強度、横軸が伸びを示している。図５からも分かるように、本実施形態に係る応力消光体（応力消光材料）は、変形割合に応じた減光（消光）を示すことが確認された。
【００７３】
上述した〔３．荷重印加試験〕や〔４．引張試験〕の試験結果から、本実施形態に係る応力消光材料や応力消光体は、応力を受けることにより蛍光が減衰または消光することが示された。
【００７４】
〔５．Cuの濃度依存性の検証〕
次に、母体材料中に存在するCuの濃度を変えることにより、消光強度がどのように変化するかについて検討を行った。
【００７５】
具体的には、CaZnOS中に含まれるZnの0.005mol%に相当する濃度でCuイオンを固溶させたCaZn0.99995Cu0.00005OS、0.01mol%に相当する濃度で固溶させたCaZn0.9999Cu0.0001OS、0.05mol%に相当する濃度で固溶させたCaZn0.9995Cu0.0005OS、0.1mol%に相当する濃度で固溶させたCaZn0.999Cu0.001OS、0.2mol%に相当する濃度で固溶させたCaZn0.998Cu0.002OS、0.4mol%に相当する濃度で固溶させたCaZn0.996Cu0.004OS、2mol%に相当する濃度で固溶させたCaZn0.98Cu0.02OS、4mol%に相当する濃度で固溶させたCaZn0.96Cu0.04OS、6mol%に相当する濃度で固溶させたCaZn0.94Cu0.06OS、8mol%に相当する濃度で固溶させたCaZn0.92Cu0.08OSを調製し、前述の〔２．応力消光体の調製〕で述べた方法と同様の方法でペレットをそれぞれ作成した。
【００７６】
次いで、作成した10種類のペレットについて、前述の〔３．荷重印加試験〕と同様の試験を行い、1000N印加時の消光強度を測定した。その結果を図６に示す。
【００７７】
図６は、応力消光材料中のCuの濃度と消光強度との関係を示したグラフであり、縦軸に消光強度、横軸にCu濃度を示している。図６からも分かるように、CaZn0.99995Cu0.00005OSで17276であった消光強度は、CaZn0.9999Cu0.0001OSで85473とピークに達し、CaZn0.9995Cu0.0005OSで55708、CaZn0.999Cu0.001OSで21949、CaZn0.998Cu0.002OSで19079、CaZn0.996Cu0.004OSで14757と順次低下傾向を見せた。
【００７８】
また、Cu濃度を更に増加させると、CaZn0.98Cu0.02OSで2684、CaZn0.96Cu0.04OSで2256、CaZn0.94Cu0.06OSで1194となり、CaZn0.92Cu0.08OSで1004と消光強度は更に低下した。なお、図示は割愛するが、CaZnOS中に含まれるZnの0.001mol%に相当する濃度でCuイオンを固溶させたCaZn0.99999Cu0.00001OSや、Cuイオンを固溶させていない母体材料であるCaZnOSではMQ現象は観察されず、mechanoluminescence（発光現象、応力発光）だけが観察された。また、CaZnOS中に含まれるZnの12mol%に相当する濃度でCuイオンを固溶させたCaZn0.88Cu0.12OSにおいても、MQ現象は観察されなかった。
【００７９】
これらの結果から、母体材料であるCaZnOS中に固溶させるCuイオンの濃度は、CaZnOS中に含まれるZnの0.005〜8mol%とすることで、特に顕著なMQ現象を生起可能な応力消光材料が得られることが示された。
【００８０】
上述してきたように、本実施形態に係る応力消光材料によれば、Cuイオンが固溶したCaZnOSの結晶体を含有することとしたため、応力を受けることにより蛍光が減衰または消光する応力消光材料を提供することができる。
【００８１】
最後に、上述した各実施の形態の説明は本発明の一例であり、本発明は上述の実施の形態に限定されることはない。このため、上述した各実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【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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