(57)【要約】【課題】応力発光体から得られる発光を一定期間積算記録する時に、所定値以上の応力によって発生した応力発光を選択的に記録することのできる応力履歴記録システムを提供する。【解決手段】応力履歴記録媒体１０は、機械的な外力に応じて発光する応力発光材料を含む発光部１、発光部１からの発光によって生じた光反応の履歴を記録する記録部２を備えている。さらに、発光部１における応力発光の光強度は、上記第一の工程の前に行われる応力発光調整処理によって、上記記録部が相反則不軌を示す感光閾値のレベルに一致させられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
応力履歴を記録するための応力履歴記録方法であって、
機械的な外力に応じて発光する応力発光材料を含む発光部、および上記発光部からの発光によって生じた光反応の履歴を記録する記録部を備えた応力履歴記録媒体を計測対象物に貼り付ける第一の工程と、
計測期間中に上記計測対象物において応力及び歪みが生じた場合に、上記発光部において生じる応力発光の履歴を上記記録部にて記録する第二の工程とを含み、
ある応力閾値に一致する応力が与えられた時の上記発光部の応力発光の強度が、上記第一の工程の前に行われる応力発光調整処理によって、それ以下の光強度に対して上記記録部が相反則不軌を示すようになる感光閾値に一致させられていることを特徴とする応力履歴記録方法。
【請求項２】
上記応力発光調整処理は、上記発光部に対して、加熱、荷重、および光の少なくとも一つを与える処理であることを特徴とする請求項１に記載の応力履歴記録方法。
【請求項３】
上記計測対象物における応力集中箇所を記録することを特徴とする請求項１または２に記載の応力履歴記録方法。
【請求項４】
応力履歴を記録するための応力履歴記録システムであって、
機械的な外力に応じて発光する応力発光材料を含む発光部、および
上記発光部からの発光によって生じた光反応の履歴を記録する記録部を備えており、
ある応力閾値以上の応力によって生じる応力発光を選択的に記録するために、上記応力閾値に一致する応力が与えられた時の上記発光部の応力発光の強度が、それ以下の光強度に対して上記記録部が相反則不軌を示すようになる感光閾値に一致させられていることを特徴とする応力履歴記録システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、応力履歴を記録するための応力履歴記録方法及び応力履歴記録システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特定の物質が、外部からの様々な刺激（外部刺激）によって可視光を発する現象は、いわゆる蛍光現象として従来から知られている。このような蛍光現象を示す物質（蛍光体）は、ランプ、照明灯、ブラウン管、プラズマディスプレイパネルなどの各種ディスプレイ、および顔料等の様々な分野で用いられている。紫外線、電子線、Ｘ線、放射線、電界または化学反応などの外部刺激によって発光する物質（発光体）もまた、数多く知られている。
【０００３】
一方、本発明者らは、機械的な外力によって生じた歪みにより発光する応力発光材料を見出しており、その評価方法および利用方法を開発している。
【０００４】
具体的には、本発明者らは、このような応力発光材料として、スピネル構造、コランダム構造またはβアルミナ構造の応力発光体（特許文献１参照）、ケイ酸塩の応力発光体（特許文献２、３参照）、欠陥制御型アルミン酸塩の高輝度応力発光体（特許文献４参照）、エポキシ樹脂を含む複合材料および当該複合材料の塗布膜により作製した試験片に、圧縮、引張、摩擦、ねじりなどの機械的な力を加えることによって応力分布を可視化評価する方法（特許文献４、５参照）、ウルツ鉱型構造と閃亜鉛鉱型構造とが共存する構造を有し、酸化物、硫化物、セレン化物またはテルル化物を主成分として構成される高輝度メカノルミネッセンス材料（特許文献６参照）等を、開発している。
【０００５】
このような応力発光体は、肉眼で確認し得る程度の輝度を有しており、半永久的に繰り返し発光し得るものである。これらの応力発光体を用いれば、応力発光体を含む構造体の応力分布を測定することが可能となる。このような応力分布の測定方法としては、例えば、特許文献７および８を参照のこと。
【０００６】
さらに、本発明者らは、応力発光体の利用分野および／または応用分野を広げるために、応力履歴を記録するための応力履歴記録システムを開発し、これを特許文献９において開示している。この応力履歴記録システムで使用される応力履歴記録媒体は、機械的な外力に応じて発光する応力発光材料を含む発光部（応力発光体）、発光部からの発光によって生じた光反応の履歴を記録する記録部、および発光部と記録部とを固定している固定部を備えている。記録部は、発光部からの発光によって光反応を生じる光反応部を有している。
【０００７】
上記応力履歴記録媒体は、上述した構成を有することにより、機械的な外力が付与された場合に、外力に応じて発光部が発光し、その発光によって光反応部が光反応を生じて感光（変色または脱色）し、光反応部での感光の結果を応力履歴の記録として利用する。すなわち、上記応力履歴記録媒体は、機械的なエネルギーにより発光する応力発光体と光反応により感光する物質とを組み合わせることにより、付与された機械エネルギーの情報を記録することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−１１９６４７号公報（２０００年４月２５日公開）
【特許文献２】特開２０００−３１３８７８号公報（２０００年１１月１４日公開）
【特許文献３】特開２００３−１６５９７３号公報（２００３年６月１０日公開）
【特許文献４】特開２００１−４９２５１号公報（２００１年２月２０日公開）
【特許文献５】特開２００３−２９２９４９号公報（２００３年１０月１５日公開）
【特許文献６】特開２００４−４３６５６号公報（２００４年２月１２日公開）
【特許文献７】特開２００１−２１５１５７号公報（２００１年８月１０日公開）
【特許文献８】特開２００４−７７３９６号公報（２００４年３月１１日公開）
【特許文献９】国際公開特許２００７／１０５５３９号公報（２００７年９月２０日国際公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献９に示すような応力履歴記録システムの応用として、例えば、地震や予期しない事故などの際、破壊などの危険に繋がる応力・ひずみが発生しているかどうかの確認に用いることが考えられる。上記応用においては、そのような応力・ひずみが発生していないことが確認できれば、構造物等がその後も安全に使用可能であることが把握できる。
【００１０】
但し、建物等の構造物では、温度等の環境変動や、周囲で発生する振動などによる応力・ひずみは恒常的に発生している。これらの応力・ひずみの殆どは、破壊などの危険に繋がることのない微小なものである。しかしながら、このような微小な応力・ひずみまでが応力履歴として記録されると、全ての応力履歴の記録の中から破壊などの危険に繋がる応力・ひずみを分離することが困難になるといった問題がある。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、応力発光体から得られる発光を一定期間積算記録する時に、所定値以上の応力によって発生した応力発光を選択的に記録することのできる応力履歴記録システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の応力履歴記録方法は、上記の課題を解決するために、応力履歴を記録するための応力履歴記録方法であって、機械的な外力に応じて発光する応力発光材料を含む発光部、および上記発光部からの発光によって生じた光反応の履歴を記録する記録部を備えた応力履歴記録媒体を計測対象物に貼り付ける第一の工程と、計測期間中に上記計測対象物において応力及び歪みが生じた場合に、上記発光部において生じる応力発光の履歴を上記記録部にて記録する第二の工程とを含み、ある応力閾値に一致する応力が与えられた時の上記発光部の応力発光の強度が、上記第一の工程の前に行われる応力発光調整処理によって、それ以下の光強度に対して上記記録部が相反則不軌を示すようになる感光閾値に一致させられていることを特徴としている。
【００１３】
上記の構成によれば、上記発光部が機械的な外力に応じて発光した場合、その応力発光は上記記録部において記録される。また、上記記録部は、上記発光部からの発光によって生じた光反応の履歴を記録するものであるため、一定時間内に発生した応力の総和を応力履歴として記録することができる。さらに、上記応力閾値に一致する応力が与えられた時の上記発光部の応力発光の強度が、上記記録部が相反則不軌を示すようになる感光閾値に一致させられている。このため、上記記録部においては、上記応力閾値以上の応力に対応する応力発光のみを選択的に記録することができる。
【００１４】
また、上記応力履歴記録方法では、上記応力発光調整処理は、上記発光部に対して、加熱、荷重、および光の少なくとも一つを与える処理である構成とすることができる。
【００１５】
上記の方法によって、上記応力閾値に一致する応力が与えられた時の上記発光部の応力発光の強度を、上記記録部が相反則不軌を示すようになる感光閾値に一致させることが可能となる。
【００１６】
また、上記応力履歴記録方法は、上記計測対象物における応力集中箇所を記録する構成とすることができる。
【００１７】
また、本発明の応力履歴記録システムは、上記の課題を解決するために、応力履歴を記録するための応力履歴記録システムであって、機械的な外力に応じて発光する応力発光材料を含む発光部、および上記発光部からの発光によって生じた光反応の履歴を記録する記録部を備えており、ある応力閾値以上の応力によって生じる応力発光を選択的に記録するために、上記応力閾値に一致する応力が与えられた時の上記発光部の応力発光の強度が、それ以下の光強度に対して上記記録部が相反則不軌を示すようになる感光閾値に一致させられていることを特徴としている。
【００１８】
上記システムの構成においても、上記記録部において、上記応力閾値以上の応力に対応する応力発光のみを選択的に記録することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の応力履歴記録方法および応力履歴記録システムでは、ある応力閾値以上の応力に対応する応力発光のみを選択的に記録することができるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態を示すものであり、応力履歴記録システムの要部構成を示す断面図である。
【図２】本発明の応力履歴記録システムにおいて用いられる感光材料の照射光子数−記録率曲線を示すグラフである。
【図３】本発明の実施例１に係る応力履歴記録結果を示す図であり、（ａ）は本実施例１におけるシステム外観、（ｂ）は荷重処理時と同程度の荷重を与えた場合の結果、（ｃ）は荷重処理時より大きな荷重を与えた場合の結果である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
本実施形態に係る応力履歴記録媒体（応力履歴記録システム）１０は、基本的な構造は特許文献９に示す応力履歴記録媒体と同じである。応力履歴記録媒体１０は、機械的な外力に応じて発光する応力発光材料を含む発光部１、発光部１からの発光によって生じた光反応の履歴を記録する記録部２を備えている。また、発光部１と記録部２とは固定部３に固定されている。記録部２は、発光部１からの発光によって光反応を生じる光反応部を有している。本実施形態において、発光部１は固定部３上に固定されており、固定された発光部１を記録部２が被覆することにより、記録部２もまた固定部３に固定されている。尚、固定部３は、応力履歴記録媒体１０によって応力履歴が計測される計測対象物であって良い。但し、上記構造は一例に過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２３】
発光部１に含まれている応力発光材料は、特に限定されず、機械エネルギーにより発光するものであればよく、発光が歪みエネルギーに比例する特性を有する応力発光体は、定量性がよいのでより好ましい。
【００２４】
記録部２において使用される光反応部を構成する材料は、発光部１からの発光の波長に応じて感光するものが適宜選択される。光反応により感光する物質としては、色素、無機フォトクロミック材料、有機フォトクロミック材料、写真用感光フィルムが挙げられるが、これらに限定されない。本明細書中で使用される場合、「感光」は、光や放射線（Ｘ線など）の作用を受けて物質が物理的変化および／または化学的変化を起こすことが意図される。
【００２５】
色素は、発光の強度に比例して光反応を生じるものが好ましく、加えた応力の総和、歪み、エネルギーの総和を容易に記録するためには、色の変化が不可逆的である色素を用いることがより好ましい。好ましい色素としては、アゾベンゼン類、スピロピラン類、スピロオキサジン類、ジアリールエテン類、フルギド類、クロメン類、銀ナノ粒子（銀イオン）、金ナノ粒子（球状、ロッド状、ナノプリズム（三角系）など）、レチナール（天然のフォトクロミック色素）、および光退色性色素（アゾ類、フルオレセイン類など）が挙げられるが、これらに限定されない。
【００２６】
固定部３は、応力履歴記録媒体１０を適用する局面に応じて適宜選択され得るが、発光部１および記録部２を容易に固定し得る材料からなることが好ましい。
【００２７】
応力履歴を記録することは、例えば、大型建造物の安全管理の場合、安全性の観点から非常に重要である。本実施形態に係る応力履歴記録媒体１０は、上述した構成を有することにより、機械的な外力が付与された場合に、外力に応じて発光部１が発光し、その発光によって光反応部が光反応を生じて感光（変色または脱色）し、光反応部での感光の結果を応力履歴の記録として利用する。すなわち、応力履歴記録媒体１０は、機械的なエネルギーにより発光する応力発光体と光反応により感光する物質とを組み合わせることにより、付与された機械エネルギーの情報を記録することができる。また、本発明を用いれば、応力履歴の記録を、記録手段における吸収スペクトルの変化として容易に検出することができる。なお、本明細書を読んだ当業者は、上記吸収スペクトルが可視領域に限定されず、検出すべき吸収スペクトルに応じて公知の検出器を採用すればよいことを、容易に理解する。
【００２８】
本実施形態に係る応力履歴記録媒体１０は、ある閾値（以下、応力閾値）以上の応力によって生じる応力発光を選択的に記録するために、以下の特徴点を有している。
【００２９】
発光部１として使用される応力発光体には応力発光調整処理が施され、感光材料における低照度相反則不軌の領域を利用して応力発光の選択的記録を行う。すなわち、感光材料においては、ある強度以上の光が照射される場合には低照度相反則が成立し、該強度未満の光が照射される場合には低照度相反則不軌となるような光強度の閾値（以下、感光閾値）が存在する。低照度相反則が成立する領域では、感光材料への記録は照射された光子数（光強度×照射時間）に依存する（照射された光子数が同じであれば、同じ記録状態となる）。一方、低照度相反則不軌の領域では、その光は感光材料において記録されない、もしくは記録されにくい。
【００３０】
図２は、感光材料への照射光子量を横軸とし、感光材料における記録率を縦軸として、照射光子数−記録率曲線を示したグラフである。図２における各種条件は以下の通りである。
【００３１】
記録対象：緑 平面光源（フィルター：０．０１＋３２  ％）
感光材料：Fujiインスタントフィルム：ＥＩ３０００
評価方法：ＵＳＢ４０００（Ｓ−１）、積算時間３０ｍｓ、５５５ｎｍの値を読む。
【００３２】
例えば、図２において、照射輝度（光強度）２．９ｍｃｄ／ｍ２の場合と、０．７７ｍｃｄ／ｍ２の場合とを比較すると、照射光子数−記録率曲線が互いにほぼ重なっている。すなわち、上記感光材料は、光強度が２．９〜０．７７ｍｃｄ／ｍ２の領域の照射光に対して相反則が成立していることがわかる。したがって、この領域の強度を有する光が応力発光体から照射されれば、感光材料はその発光を記録することになる。
【００３３】
一方、本発明では、通常ではあまり使用しない、相反則が成立しない微弱光領域（低照度相反則不軌の領域）をも利用する。具体的には、０．１２ｍｃｄ／ｍ２の光強度において、照射光子数−記録率曲線が右方向へ移動していることが確認できる。従って、上記応力閾値に一致する応力が与えられた時の応力発光の強度をこの程度まで減少・制御すれば、相反則不軌による記録の抑制が可能である。
【００３４】
上記応力発光調整処理では、上記応力閾値に一致する応力が与えられた時の応力発光の強度を、上記感光閾値にまで抑制する処理が行われる。これにより、応力閾値以下の応力は記録されず（もしくは記録されにくく）、応力閾値を超える応力のみを選択的に記録することができる。
【００３５】
応力発光体における応力発光の強度は、応力発光体を暗所で待機させることで減少する。あるいは、応力発光体に対して、荷重（ひずみ）・熱・光等を与えることにより、加速的に減らすこともできる。尚、この時、上記応力発光体に対して、荷重、熱、および光の少なくとも一つを与えることで、応力発光の強度を減少させられると考えられる。
【００３６】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこの実施例によって何ら限定されるものではない。
【実施例１】
【００３７】
本実施例１では、荷重により、予め応力発光調整（応力発光強度の抑制）を行った応力発光体を、応力履歴記録システムに組み入れることで、ある応力閾値以上の応力を選択的に記録できるシステムを作製した。
【００３８】
具体的には、応力発光調整を行った応力発光体（ＳＵＳ４３０基板上に、応力発光シートを接着）と、感光材料（Ｆｕｊｉ、インスタント写真用フィルム、ＦＢ−３０００Ｂ）により、応力履歴システムを作製した。上記応力発光調整としては、ＵＶ光（０．７ｍＷ、３５５ｎｍ）を１分照射した後、８０度で１．５時間加熱処理、さらにその間に荷重処理（０．４ｋＮ，１Ｈｚ，２０秒間隔，３００ｕＳＴ）を施した。ここで、１Ｈｚは印加する荷重の周波数であり、３００ｕＳＴは荷重により上記応力履歴システムの長さが０．０３％変形した事を意味している。ちなみに、上記ひずみは、十分、弾性変形範囲内で生じるものとなっている。尚、上記荷重は、直接的にはＳＵＳ４３０基板に与えられるものであり、ＳＵＳ４３０基板のひずみを介して応力発光シートに応力を作用させる。また、ＳＵＳ４３０基板には、上記荷重による応力集中を起こしやすくするため、予め亀裂の生じているものを用いた（図３（ａ）参照）。さらに、ここでのＵＶ照射は、実験上、応力発光体の残光を最大状態にリセットするための処理であり、これ自体は応力発光の閾値に影響を与えるものではない。
【００３９】
上記システムにおいて、応力発光体による応力発光を感光材料に３０分間露光させて積算記録を行った。また、その際、荷重処理と同程度の荷重印加（０．４ｋＮ，１Ｈｚ，２０秒間隔、９０回，３００ｕＳＴ）を行った。しかしながら、この露光においては、亀裂への応力集中に由来する応力発光パターンは、全く記録されなかった（図３（ｂ）参照）。尚、図３（ｂ）において、中央部分に記録されているのは、応力発光体の残光による記録である。残光とは、応力発光体において応力が作用していない状態で生じる発光であり、応力発光体には多少の相違はあるが残光が生じる。
【００４０】
その後、さらに３０分の露光を行い、その際、上記応力発光調整における荷重処理を上回る荷重（１．４ｋＮ，１Ｈｚ，１１４０ｕＳＴ）を１度だけ印加した。その結果、初めて亀裂部への応力集中に由来する発光パターンが記録された（図３（ｃ）参照）。
【００４１】
従って、本実施例１では、熱や荷重処理を施した応力履歴記録システムは、小さな応力・ひずみには反応せず全く記録されないが、ある閾値を越える大きな応力・ひずみが一度でもあれば、その履歴が記録される閾値効果を有する事を証明した。尚、本発明は、閾値を越えたひずみ・変形を記録するものであるが、実質的には材料が全体としてこの値を越えることは考えにくく、亀裂先端や金属疲労部等への応力集中箇所を記録するシステムであると言える。
【００４２】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
応力履歴を記録することは、例えば、大型建造物の安全管理の場合、安全性の観点から非常に重要であるので、本発明は種々の産業において幅広く用いられ得る。
【符号の説明】
【００４４】
１    発光部
２    記録部
３    固定部
１０    応力履歴記録媒体（応力履歴記録システム）
【図１】
2012229935.tif 000003
【図２】
2012229935.tif 000004
【図３】
2012229935.tif 000005