JP7804985B2 - Stress recording material, stress recording structure, stress recording method, stress recording system, and method of use as a stress recording material - Google Patents
Stress recording material, stress recording structure, stress recording method, stress recording system, and method of use as a stress recording materialInfo
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Description
本発明は、応力記録材料、応力記録構造、応力記録方法、応力記録システム及び応力記録材料としての使用方法に関する。 The present invention relates to a stress recording material, a stress recording structure , a stress recording method , a stress recording system and a method of use as a stress recording material .
従来、力学的な刺激により、そのエネルギーに相関したルミネッセンスを放出する材料として応力発光材料が知られている。 Conventionally, mechanoluminescent materials have been known as materials that emit luminescence correlated with the energy of a mechanical stimulus.
このような性質を有する応力発光材料は、センサ、非破壊検査、応力分布の可視化、ストレスセンシング、および構造物の異常・危険検知など実に様々な分野で応用されている。 Mechanoluminescent materials with these properties are being applied in a wide variety of fields, including sensors, non-destructive testing, visualization of stress distribution, stress sensing, and detection of abnormalities and dangers in structures.
応力発光材料は、例えば塗料化したり樹脂シート中に散在させ、これを応力の計測対象物の表面に塗着乃至貼着して検知領域を形成すれば、この検知領域に付与された応力を観察することが可能である。 Stress-luminescent materials can be made into paint or dispersed in a resin sheet, which can then be applied or stuck to the surface of the object being measured to form a detection area, making it possible to observe the stress applied to this detection area.
ただ、応力発光材料は、応力が付与された瞬間に光を発する材料であるため、応力が付与された瞬間を観察すること、すなわちリアルタイムで応力が付与された事実を知ることは可能であるが、事後的に知ることはできない。 However, because mechanoluminescent materials emit light the moment stress is applied, it is possible to observe the moment stress is applied, i.e., to know in real time that stress has been applied, but it is not possible to know after the fact.
そこで従来、付与された応力を事後的に知得できるよう、応力発光材料に感光体の如き光反応機能材料を組み合わせた応力記録体が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 In order to enable the applied stress to be known after the fact, a stress recorder has been proposed that combines a mechanoluminescent material with a photoreactive functional material such as a photosensitive material (see, for example, Patent Document 1).
このような応力の記録システムによれば、光反応機能材料に記録された応力発光光による感光痕跡の有無や感光強度を調べることで、付与された応力を事後的に知ることができる。 With this type of stress recording system, the applied stress can be determined after the fact by examining the presence or absence of photosensitive traces from mechanoluminescent light recorded on the photoreactive functional material and the intensity of the photosensitive traces.
しかしながら、上記従来の光反応機能材料との組み合わせによる応力記録体は、構造が複雑な上に、光反応層の暗反応の問題や定量性、長期記録保持性の観点において十分とは言い難いものである。 However, stress recording media combined with the above-mentioned conventional photoreactive functional materials have a complex structure and are not satisfactory in terms of the dark reaction of the photoreactive layer, quantitativeness, and long-term record retention.
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、化学反応による暗反応の影響が無く、定量性や長期記録保持性に優れ、また、残光を観察するのみで応力の付与を事後的に知ることのできる応力記録材料を提供する。 The present invention was made in consideration of these circumstances, and provides a stress recording material that is not affected by dark reactions due to chemical reactions, has excellent quantitative properties and long-term record retention, and allows the application of stress to be determined after the fact simply by observing the afterglow.
また本発明では、上記応力記録材料を用いた応力記録構造、応力記録体、応力記録体形成剤、応力記録塗膜形成塗料、応力記録方法及び応力記録システムについても提供する。 The present invention also provides a stress recording structure, stress recording body, stress recording body forming agent, stress recording coating film forming paint, stress recording method, and stress recording system using the above stress recording material.
上記従来の課題を解決するために、本発明に係る応力記録材料の態様の1つは、(1)一般式LixNayNbO3+(x+y-1)/2+Σ(zk*Lk/2):M1z1,M2z2,M3z3(ただし、M1はレアアースイオン及び遷移金属イオンから選ばれるいずれか1種の金属イオンであり、M2又はM3はnone又はレアアースイオン及び遷移金属イオンから選ばれるいずれか1種の金属イオンであり、zkはz1~z3を一般化した表現であり、LkはM1のイオンの価数L1、M2のイオンの価数L2、M3のイオンの価数L3を一般化した表現であり、M2がnoneの場合はz2は0であり、M3がnoneの場合はz3は0である。)で表される組成を有し、x=0.02~2であり、y=0.01~1であり、z1+z2+z3=0.0001~0.2であり、計測対象となる物体の所定領域に形成する記録可能領域に存在させることで、同記録可能領域に波長が200-480nmの読出光を照射して観測された応力印加前の500-1100nm帯にピークを有する残光と、応力印加後に過去の前記計測対象に対する負荷履歴に依存して変化した500-1100nm帯にピークを有する残光との差により前記計測対象が受けた応力の情報を事後的に知ることが可能であり、しかも、前記読出光と略同波長で当該読出光の100~1000倍の強度のリセット光の照射により記録された応力の痕跡が消去可能である、前記残光の放射のための応力記録材料とした。
また、(2)一般式Li
x
Na
y
NbO
3+(x+y-1)/2+Σ(zk*Lk/2)
:M1
z1
,M2
z2
,M3
z3
(ただし、M1はレアアースイオン及び遷移金属イオンから選ばれるいずれか1種の金属イオンであり、M2又はM3はnone又はレアアースイオン及び遷移金属イオンから選ばれるいずれか1種の金属イオンであり、zkはz1~z3を一般化した表現であり、LkはM1のイオンの価数L1、M2のイオンの価数L2、M3のイオンの価数L3を一般化した表現であり、M2がnoneの場合はz2は0であり、M3がnoneの場合はz3は0である。)で表される組成を有し、x=0.02~2であり、y=0.01~1であり、z1+z2+z3=0.0001~0.2である応力記録材料(ただし、一般式Li
(1-P)(1+α)
Na
P
NbO
3
:Q
R
(ただし、Qは、遷移金属イオンから選ばれる少なくとも1種の金属イオン)で表され、Pの値が0.10以上で0.98以下の範囲で、Rの値が0.0001以上で0.2以下の範囲で、αが0以上の範囲にある材料を除く。)とした。
In order to solve the above-mentioned conventional problems, one embodiment of the stress recording material according to the present invention is (1) a composition represented by the general formula Li x Na y NbO 3+(x+y-1)/2+Σ(zk*Lk/2) : M1 z1 , M2 z2 , M3 z3 (where M1 is any one metal ion selected from rare earth ions and transition metal ions, M2 or M3 is none or any one metal ion selected from rare earth ions and transition metal ions, zk is a generalized expression of z1 to z3, Lk is a generalized expression of the valence L1 of the ion M1, the valence L2 of the ion M2, and the valence L3 of the ion M3, and when M2 is none, z2 is 0, and when M3 is none, z3 is 0), wherein x=0.02 to 2, y=0.01 to 1, and z1+z2+z3=0.0001 to 0.2 , By placing the material in a recordable area formed in a predetermined region of the object to be measured, it is possible to know after the fact information about the stress that the object to be measured has received by irradiating the recordable area with readout light of a wavelength of 200-480 nm and observing the difference between the afterglow observed before the application of stress, which has a peak in the 500-1100 nm band, and the afterglow observed after the application of stress, which has a peak in the 500-1100 nm band that changes depending on the past load history of the object to be measured.Furthermore, the stress recording material for emitting afterglow can erase the recorded traces of stress by irradiating reset light of approximately the same wavelength as the readout light and 100 to 1000 times the intensity of the readout light .
(2) A stress recording material having a composition represented by the general formula Li x Na y NbO 3+ (x+y-1)/2 + Σ(zk*Lk/2) : M1 z1 , M2 z2 , M3 z3 (where M1 is any one metal ion selected from rare earth ions and transition metal ions, M2 or M3 is none or any one metal ion selected from rare earth ions and transition metal ions, zk is a generalized expression of z1 to z3, Lk is a generalized expression of the valence L1 of the ion M1, the valence L2 of the ion M2, and the valence L3 of the ion M3, and when M2 is none, z2 is 0, and when M3 is none, z3 is 0), where x=0.02 to 2, y=0.01 to 1, and z1+z2+z3=0.0001 to 0.2 (wherein, in the general formula Li (1-P)(1+α) NaPNbO3 : QR ( where Q is at least one metal ion selected from transition metal ions), excluding materials where the value of P is in the range of 0.10 to 0.98, the value of R is in the range of 0.0001 to 0.2, and α is in the range of 0 or more) .
また、本発明に係る応力記録構造の態様の1つは、(3)計測対象となる物体の所定領域にて応力記録材料の粉末を光透過性の樹脂マトリクス中に分散し存在させてなる塗膜層又はシート層として形成された記録可能領域を備え、同記録可能領域は、応力付与後に照射された読出光により残光が発現して前記計測対象に応力が付与されたことを事後的に知得可能に構成した。 Furthermore, one aspect of the stress recording structure according to the present invention is ( 3 ) a recordable area formed as a coating layer or sheet layer in a predetermined area of an object to be measured, in which powder of a stress recording material is dispersed in a light-transmitting resin matrix , and the recordable area is configured so that after the stress is applied, an afterglow appears due to the irradiated readout light, making it possible to know after the fact that stress has been applied to the object to be measured .
また、本発明に係る応力記録システムの態様の1つは、(4)計測対象物に形成された応力の記録可能領域と、残光発光のための励起光を前記記録可能領域に対して照射する読出光照射部と、前記記録可能領域の残光強度の情報を取得する残光強度取得部と、前記残光強度の情報を報知する残光強度報知部と、を備え、前記記録可能領域は、一般式Li x Na y NbO 3+(x+y-1)/2+Σ(zk*Lk/2) :M1 z1 ,M2 z2 ,M3 z3 (ただし、M1はレアアースイオン及び遷移金属イオンから選ばれるいずれか1種の金属イオンであり、M2又はM3はnone又はレアアースイオン及び遷移金属イオンから選ばれるいずれか1種の金属イオンであり、zkはz1~z3を一般化した表現であり、LkはM1のイオンの価数L1、M2のイオンの価数L2、M3のイオンの価数L3を一般化した表現であり、M2がnoneの場合はz2は0であり、M3がnoneの場合はz3は0である。)で表される組成を有し、x=0.02~2であり、y=0.01~1であり、z1+z2+z3=0.0001~0.2である応力記録材料を前記計測対象物の所定領域に存在させることで形成した応力記録システムであって、前記記録可能領域に対して前記残光発光のための励起光と略同波長で高強度のリセット光を照射するリセット光照射部を備えることとした。 Furthermore, one aspect of the stress recording system according to the present invention is ( 4 ) a stress recording system including: a recordable area for stress formed in a measurement object; a readout light irradiating unit that irradiates the recordable area with excitation light for afterglow emission; an afterglow intensity acquiring unit that acquires information on the afterglow intensity of the recordable area; and an afterglow intensity reporting unit that reports the information on the afterglow intensity, wherein the recordable area is represented by a general formula Li x Na y NbO 3+ (x+y-1)/2 + Σ(zk*Lk/2) : M1 z1 , M2 z2 , M3 z3 (wherein M1 is any one kind of metal ion selected from rare earth ions and transition metal ions, M2 or M3 is none or any one kind of metal ion selected from rare earth ions and transition metal ions, zk is a generalized expression of z1 to z3, Lk is a generalized expression of the valence L1 of the M1 ion, the valence L2 of the M2 ion, and the valence L3 of the M3 ion, and when M2 is none, z2 is 0, and when M3 is none, z3 is 0), and x = 0.02 to 2, y = 0.01 to 1, and z1 + z2 + z3 = 0.0001 to 0.2 is present in a predetermined region of the measurement object, and the stress recording system is formed by placing a stress recording material having a composition represented by the formula: (wherein M1 is any one kind of metal ion selected from rare earth ions and transition metal ions, M2 or M3 is none or any one kind of metal ion selected from rare earth ions and transition metal ions, zk is a generalized expression of z1 to z3, Lk is a generalized expression of the valence L1 of the M1 ion, the valence L2 of the M2 ion, and the valence L3 of the M3 ion, and when M2 is none, z2 is 0, and when M3 is none, z3 is 0), and the stress recording material has a composition represented by the formula :
また、本発明に係る応力記録システムの選択的な態様として、以下の点にも特徴を有する。
(5)前記残光強度取得部より得た前記記録可能領域における計測対象の応力を受ける前の残光強度の情報と、計測対象の応力を受けた後の残光強度の情報とを記憶する記憶部と、前記計測対象の応力を受ける前の残光強度の情報と、前記計測対象の応力を受けた後の残光強度の情報との差の情報を生成する差分情報生成部と、を備え、前記残光強度報知部は、前記差の情報を報知可能としたこと。
(6)前記記憶部は前記差の情報を記憶可能であり、前記残光強度報知部は、前記記憶部に記憶された所定の残光強度の情報又は差の情報を報知可能としたこと。
(7)前記残光強度の情報は、残光の画像情報であること。
また、応力記録材料としての使用方法の態様の1つは、(8)一般式Li
x
Na
y
NbO
3+(x+y-1)/2+Σ(zk*Lk/2)
:M1
z1
,M2
z2
,M3
z3
(ただし、M1はレアアースイオン及び遷移金属イオンから選ばれるいずれか1種の金属イオンであり、M2又はM3はnone又はレアアースイオン及び遷移金属イオンから選ばれるいずれか1種の金属イオンであり、zkはz1~z3を一般化した表現であり、LkはM1のイオンの価数L1、M2のイオンの価数L2、M3のイオンの価数L3を一般化した表現であり、M2がnoneの場合はz2は0であり、M3がnoneの場合はz3は0である。)で表される組成を有し、x=0.02~2であり、y=0.01~1であり、z1+z2+z3=0.0001~0.2である材料を、計測対象となる物体の所定領域に形成する記録可能領域に存在させ、同記録可能領域に所定波長の読出光を照射して観測された応力印加前の残光画像と応力印加後の残光画像との差により前記計測対象が受けた応力の情報を事後的に知る前記残光の放射のための応力記録材料として使用することとした。
In addition, as an optional aspect of the stress recording system according to the present invention, it is also characterized in the following respects.
( 5 ) The recording device is provided with a memory unit that stores information on the afterglow intensity of the measurement object in the recordable area before it is subjected to stress and information on the afterglow intensity of the measurement object after it is subjected to stress, which information is obtained from the afterglow intensity acquisition unit, and a difference information generation unit that generates information on the difference between the information on the afterglow intensity of the measurement object before it is subjected to stress and the information on the afterglow intensity of the measurement object after it is subjected to stress, and the afterglow intensity notification unit is capable of notifying the information on the difference.
( 6 ) The memory unit is capable of storing information on the difference, and the afterglow intensity notification unit is capable of notifying information on the difference or predetermined afterglow intensity stored in the memory unit.
( 7 ) The information on the afterglow intensity is image information on the afterglow.
One embodiment of the method of use as a stress recording material is (8) a compound of the general formula Li x Na y NbO 3+(x+y-1)/2+Σ(zk*Lk/2) : M1 z1 , M2 z2 , M3 z3 (where M1 is any one metal ion selected from rare earth ions and transition metal ions, M2 or M3 is none or any one metal ion selected from rare earth ions and transition metal ions, zk is a generalized expression of z1 to z3, Lk is a generalized expression of the valence L1 of the ion of M1, the valence L2 of the ion of M2, and the valence L3 of the ion of M3, and when M2 is none, z2 is 0, and when M3 is none, z3 is 0.) where x = 0.02 to 2, y = 0.01 to 1, and z1 + z2 + z3 = 0.0001 to 0.2 is placed in a recordable area formed in a predetermined area of an object to be measured, and the material is used as a stress recording material for emitting afterglow, which allows information about the stress received by the object to be measured to be known after the fact based on the difference between an afterglow image before stress application and an afterglow image after stress application, observed by irradiating the recordable area with readout light of a predetermined wavelength.
本発明に係る応力記録材料によれば、一般式LixNayNbO3+(x+y-1)/2+Σ(zk*Lk/2):M1z1,M2z2,M3z3(ただし、M1はレアアースイオン及び遷移金属イオンから選ばれるいずれか1種の金属イオンであり、M2又はM3はnone又はレアアースイオン及び遷移金属イオンから選ばれるいずれか1種の金属イオンであり、zkはz1~z3を一般化した表現であり、LkはM1のイオンの価数L1、M2のイオンの価数L2、M3のイオンの価数L3を一般化した表現であり、M2がnoneの場合はz2は0であり、M3がnoneの場合はz3は0である。)で表される組成を有し、x=0.02~2であり、y=0.01~1であり、z1+z2+z3=0.0001~0.2であり、計測対象となる物体の所定領域に形成する記録可能領域に存在させることで、同記録可能領域に波長が200-480nmの読出光を照射して観測された応力印加前の500-1100nm帯にピークを有する残光と、応力印加後に過去の前記計測対象に対する負荷履歴に依存して変化した500-1100nm帯にピークを有する残光との差により前記計測対象が受けた応力の情報を事後的に知ることが可能であり、しかも、前記読出光と略同波長で当該読出光の100~1000倍の強度のリセット光の照射により記録された応力の痕跡が消去可能である、前記残光の放射のための応力記録材料としたり、また、一般式Li x Na y NbO 3+(x+y-1)/2+Σ(zk*Lk/2) :M1 z1 ,M2 z2 ,M3 z3 (ただし、M1はレアアースイオン及び遷移金属イオンから選ばれるいずれか1種の金属イオンであり、M2又はM3はnone又はレアアースイオン及び遷移金属イオンから選ばれるいずれか1種の金属イオンであり、zkはz1~z3を一般化した表現であり、LkはM1のイオンの価数L1、M2のイオンの価数L2、M3のイオンの価数L3を一般化した表現であり、M2がnoneの場合はz2は0であり、M3がnoneの場合はz3は0である。)で表される組成を有し、x=0.02~2であり、y=0.01~1であり、z1+z2+z3=0.0001~0.2である応力記録材料(ただし、一般式Li (1-P)(1+α) Na P NbO 3 :Q R (ただし、Qは、遷移金属イオンから選ばれる少なくとも1種の金属イオン)で表され、Pの値が0.10以上で0.98以下の範囲で、Rの値が0.0001以上で0.2以下の範囲で、αが0以上の範囲にある材料を除く。)としたため、化学反応による暗反応の影響が無く、定量性や長期記録保持性に優れ、また、残光を観察するのみで応力の付与を事後的に知ることのできる応力記録材料を提供することができる。 The stress recording material according to the present invention has a composition represented by the general formula Li x Na y NbO 3+ (x+y-1)/2 + Σ(zk*Lk/2) : M1 z1 , M2 z2 , M3 z3 (wherein M1 is any one metal ion selected from rare earth ions and transition metal ions, M2 or M3 is none or any one metal ion selected from rare earth ions and transition metal ions, zk is a generalized expression of z1 to z3, Lk is a generalized expression of the valence L1 of the ion M1, the valence L2 of the ion M2, and the valence L3 of the ion M3, and when M2 is none, z2 is 0, and when M3 is none, z3 is 0), wherein x=0.02 to 2, y=0.01 to 1, and z1+z2+z3=0.0001 to 0.2 , and the object to be measured By irradiating the recordable area with readout light of wavelength 200-480 nm, the recordable area is observed to have an afterglow having a peak in the 500-1100 nm band before the stress is applied, and by observing the difference between the afterglow having a peak in the 500-1100 nm band after the stress is applied and the afterglow having a peak in the 500-1100 nm band that changes depending on the past load history of the measurement object, it is possible to know after the fact information on the stress that the measurement object has received. Moreover, the recorded trace of stress can be erased by irradiating reset light of approximately the same wavelength as the readout light and 100 to 1000 times the intensity of the readout light. A stress recording material having a composition represented by x Na y NbO 3+ (x+y-1)/2 + Σ(zk*Lk/2) : M1 z1 , M2 z2 , M3 z3 (wherein M1 is any one metal ion selected from rare earth ions and transition metal ions, M2 or M3 is none or any one metal ion selected from rare earth ions and transition metal ions, zk is a generalized expression of z1 to z3, Lk is a generalized expression of the valence L1 of the ion M1, the valence L2 of the ion M2, and the valence L3 of the ion M3, and when M2 is none, z2 is 0, and when M3 is none, z3 is 0), where x=0.02 to 2, y=0.01 to 1, and z1+z2+z3=0.0001 to 0.2 (wherein the general formula is Li (1-P)(1+α) Na P NbO 3 : Q R (where Q is at least one metal ion selected from transition metal ions), excluding materials where the value of P is in the range of 0.10 to 0.98, the value of R is in the range of 0.0001 to 0.2, and α is in the range of 0 or more.) This makes it possible to provide a stress recording material that is not affected by dark reactions due to chemical reactions, has excellent quantitative properties and long-term record retention, and allows the application of stress to be known after the fact simply by observing the afterglow.
また、本発明に係る応力記録構造によれば、計測対象となる物体の所定領域にて応力記録材料の粉末を光透過性の樹脂マトリクス中に分散し存在させてなる塗膜層又はシート層として形成された記録可能領域を備え、同記録可能領域は、応力付与後に照射された読出光により残光が発現して前記計測対象に応力が付与されたことを事後的に知得可能に構成したため、化学反応による暗反応の影響が無く、定量性や長期記録保持性に優れ、また、残光を観察するのみで応力の付与を事後的に知ることのできる応力記録構造を提供することができる。 Furthermore, the stress recording structure of the present invention has a recordable area formed as a coating layer or sheet layer in which powder of a stress recording material is dispersed in a light-transmitting resin matrix in a predetermined area of the object to be measured, and the recordable area is configured so that after stress is applied, an afterglow is generated by irradiating a readout light, making it possible to know retrospectively that stress has been applied to the object to be measured.Therefore , it is not affected by dark reactions due to chemical reactions, and has excellent quantitativeness and long-term record retention properties, and a stress recording structure can be provided that allows the application of stress to be known retrospectively simply by observing the afterglow.
また、本発明に係る応力記録システムによれば、計測対象物に形成された応力の記録可能領域と、残光発光のための励起光を前記記録可能領域に対して照射する読出光照射部と、前記記録可能領域の残光強度の情報を取得する残光強度取得部と、前記残光強度の情報を報知する残光強度報知部と、を備え、前記記録可能領域は、一般式Li x Na y NbO 3+(x+y-1)/2+Σ(zk*Lk/2) :M1 z1 ,M2 z2 ,M3 z3 (ただし、M1はレアアースイオン及び遷移金属イオンから選ばれるいずれか1種の金属イオンであり、M2又はM3はnone又はレアアースイオン及び遷移金属イオンから選ばれるいずれか1種の金属イオンであり、zkはz1~z3を一般化した表現であり、LkはM1のイオンの価数L1、M2のイオンの価数L2、M3のイオンの価数L3を一般化した表現であり、M2がnoneの場合はz2は0であり、M3がnoneの場合はz3は0である。)で表される組成を有し、x=0.02~2であり、y=0.01~1であり、z1+z2+z3=0.0001~0.2である応力記録材料を前記計測対象物の所定領域に存在させることで形成した応力記録システムであって、前記記録可能領域に対して前記残光発光のための励起光と略同波長で高強度のリセット光を照射するリセット光照射部を備えることとしたため、化学反応による暗反応の影響が無く、定量性や長期記録保持性に優れ、また、残光を観察するのみで応力の付与を事後的に知ることのできる応力記録システムを提供することができる。 Furthermore, a stress recording system according to the present invention includes a recordable area for stress formed in a measurement object, a readout light irradiation unit that irradiates the recordable area with excitation light for afterglow emission, an afterglow intensity acquisition unit that acquires information on the afterglow intensity of the recordable area, and an afterglow intensity notification unit that notifies the information on the afterglow intensity, wherein the recordable area is a compound represented by the general formula Li x Na y NbO 3+ (x+y-1)/2 + Σ(zk*Lk/2) : M1 z1 , M2 z2 , M3 z3 (wherein M1 is any one metal ion selected from rare earth ions and transition metal ions, M2 or M3 is none or any one metal ion selected from rare earth ions and transition metal ions, zk is a generalized expression of z1 to z3, Lk is a generalized expression of the valence L1 of the ion of M1, the valence L2 of the ion of M2, and the valence L3 of the ion of M3, and when M2 is none, z2 is 0, and when M3 is none, z3 is 0), and x=0.02 to 2. The stress recording system is formed by placing a stress recording material in a predetermined region of the object to be measured , where y=0.01 to 1 and z1+z2+z3=0.0001 to 0.2, and the stress recording material is provided with a reset light irradiation unit that irradiates the recordable region with high-intensity reset light at approximately the same wavelength as the excitation light for the afterglow emission. This makes it possible to provide a stress recording system that is not affected by dark reactions due to chemical reactions, has excellent quantitativeness and long-term record retention, and allows the application of stress to be known after the fact simply by observing the afterglow.
また、前記残光強度取得部より得た前記記録可能領域における計測対象の応力を受ける前の残光強度の情報と、計測対象の応力を受けた後の残光強度の情報とを記憶する記憶部と、前記計測対象の応力を受ける前の残光強度の情報と、前記計測対象の応力を受けた後の残光強度の情報との差の情報を生成する差分情報生成部と、を備え、前記残光強度報知部は、前記差の情報を報知可能とすれば、応力の付与前後を通じて存在するノイズやバックグラウンドを除去して、応力に応答して生起した分の残光強度の情報を知得することができる。 The recording device also includes a storage unit that stores information on the afterglow intensity of the object to be measured in the recordable area before it is subjected to stress, which information is obtained from the afterglow intensity acquisition unit, and information on the afterglow intensity of the object to be measured after it is subjected to stress; and a difference information generation unit that generates information on the difference between the information on the afterglow intensity of the object to be measured before it is subjected to stress and the information on the afterglow intensity of the object to be measured after it is subjected to stress. If the afterglow intensity notification unit is capable of reporting this difference information, it can remove noise and background that exist both before and after the application of stress and obtain information on the afterglow intensity that occurs in response to the stress.
また、前記記憶部は前記差の情報を記憶可能であり、前記残光強度報知部は、前記記憶部に記憶された所定の残光強度の情報又は差の情報を報知可能とすれば、応力を受けた履歴を記憶し、またこれを表示することができる。 Furthermore, if the memory unit is capable of storing information about the difference, and the afterglow intensity notification unit is capable of reporting information about the difference or predetermined afterglow intensity stored in the memory unit, it is possible to store and display the history of stress exposure.
また、前記残光強度の情報は、残光の画像情報であることとすれば、残光強度の情報を一覧性に優れた態様にて報知することができる。 Furthermore, if the afterglow intensity information is image information of the afterglow, the afterglow intensity information can be notified in a manner that is easy to view.
また、前記記録可能領域に対して前記残光発光のための励起光と略同波長で高強度のリセット光を照射するリセット光照射部を備えることとすれば、記録された応力の痕跡を消去することができる。 Furthermore, by providing a reset light irradiation unit that irradiates the recordable area with high-intensity reset light of approximately the same wavelength as the excitation light for the afterglow emission, it is possible to erase the recorded traces of stress.
本発明は、付与された応力を記録することのできる応力記録材料であって、特に、化学反応による暗反応の影響が無く、定量性や長期記録保持性に優れ、また、残光を観察するのみで応力の付与を事後的に知ることのできる応力記録材料を提供するものである。 The present invention provides a stress recording material that can record applied stress. In particular, it is not affected by dark reactions due to chemical reactions, has excellent quantitative properties and long-term record retention, and allows the application of stress to be known after the fact simply by observing the afterglow.
先述の如く、従来、付与された応力を事後的に知得できるよう構成された応力の記録手段は幾つか存在していた。 As mentioned above, there have been several stress recording methods in the past that allow the applied stress to be known after the fact.
具体的には、特許文献1の如き応力発光材料に光反応機能材料を組み合わせた応力記録体の他、応力の記録特性を有するシリコンジェルに筆記圧力を加えると、その後熱ルミネッセンスカメラにより応力記録を知得(以下、読出ともいう。)可能としたもの(Zhuang et al. Light: Science & Applications 9:182 (2020))や、所定の芯物質を収容したマイクロカプセルを応力の検知手段とし、これを散在させた塗膜や樹脂シートを計測対象物の表面に形成して、応力の付与で粉砕されたマイクロカプセルより放出された芯物質の観察により応力記録を知得可能としたものが存在している。 Specific examples include stress recorders that combine a mechanoluminescent material with a photoreactive functional material, as in Patent Document 1, as well as devices that apply writing pressure to silicone gel with stress recording properties, allowing the stress record to be obtained (hereinafter also referred to as readout) using a thermoluminescence camera (Zhuang et al. Light: Science & Applications 9:182 (2020)). Other devices also include microcapsules containing a specific core substance as a stress detection means, which are scattered on a coating or resin sheet formed on the surface of the measurement object, allowing the stress record to be obtained by observing the core substance released from the microcapsules that are crushed by the application of stress.
しかし、上述のシリコンジェルを利用した応力の記録手段は、読出を行う際に加熱が必要となるため、常温での読出はできない。また、マイクロカプセルを利用した応力の記録手段は、マイクロカプセルの破壊が不可逆的なものであることから、その性質上繰り返し使用できるものではない。 However, stress recording means using the above-mentioned silicone gel require heating to read data, so reading is not possible at room temperature. Furthermore, stress recording means using microcapsules cannot be reused by their nature, as the destruction of the microcapsules is irreversible.
この点、本実施形態に係る応力記録材料は、応力が付与された記録(痕跡)を常温にて読み出すこと(以下、常温読出ともいう。)ができ、しかも記録と読出を繰り返し行うこと(以下、反復記録読出ともいう。)ができる。また、これを応力の検知手段として使用することにより、常温読出や反復記録読出が可能な応力記録構造や応力記録体、応力記録体形成剤、応力記録塗膜形成塗料、応力記録方法及び応力記録システムを実現することができる。 In this regard, the stress recording material according to this embodiment allows for the recording (traces) of applied stress to be read at room temperature (hereinafter also referred to as room temperature readout), and also allows for repeated recording and reading (hereinafter also referred to as repeated recording and reading). Furthermore, by using this as a means of detecting stress, it is possible to realize a stress recording structure, stress recording body, stress recording body forming agent, stress recording coating film forming paint, stress recording method, and stress recording system that are capable of room temperature readout and repeated recording and reading.
また付言すれば、これまでの応力発光体は応力の記録を残光により読み出すことができるものではなかった。すなわち、これまでの応力発光体は、応力発光特性 (mechanoluminescence, ML)を有し、リアルタイムでのみ力学情報を計測できるものであって、別個に記録のための手段を要し複合的な応力記録システムを構築する必要があった。また、構造が複雑である上に、光反応層の暗反応の問題や安定性・定量性・長期記録保持性等に問題が残っており、更には読み出すシステムでは、加熱が必要であり、システムは煩雑である等の課題があった。これは、これまでの応力発光材料自体には付与された応力の記録ができないからである。 It should also be noted that previous mechanoluminescent materials were not capable of reading out recorded stress through afterglow. In other words, previous mechanoluminescent materials possessed mechanoluminescence (ML) properties and could only measure mechanical information in real time, requiring a separate recording means and the construction of a complex stress recording system. Furthermore, in addition to their complex structure, there were issues with the dark reaction of the photoreactive layer, as well as issues with stability, quantitation, and long-term record retention. Furthermore, the readout system required heating, making the system cumbersome. This is because previous mechanoluminescent materials themselves were not capable of recording applied stress.
これに対し、本願では、所定波長の読出光の照射後の残光を観測するのみで、応力履歴を定量的に記録でき、容易に読み出したり、表示することができる材料を提供する。すなわち、応力記録(mechanical recording、MR)、応力履歴表示(mechanical report)機能材料を提供するもの、付与された応力について材料自体が記録できる応力記録材料を提供するものと言える。 In contrast, this application provides a material that can quantitatively record stress history and easily read and display it simply by observing the afterglow after irradiation with readout light of a specified wavelength. In other words, it can be said that this application provides a material with stress recording (mechanical recording, MR) and stress history display (mechanical report) functions, and a stress recording material that can record the applied stress itself.
これは、本発明者が、新たにLiNaNbO3(LNNO)について、応力記録 (mechanical recording, MR)機能を発現できたこと、すなわち、いつでも光で過去の荷重印加情報や応力履歴を記録したり、読み出すことができる材料を発見し、完成させた発明である。付言すると、残光のみで発光強度と相関する応力記録(MR)を読み出すことができるという応力記録の新たな発見に基づくものである。 This invention was completed after the inventors discovered that LiNaNbO 3 (LNNO) can exhibit a new stress recording (mechanical recording, MR) function, i.e., a material that can record and read out past load application information and stress history at any time using light. In addition, this invention is based on the new discovery of stress recording, that is, it is possible to read out stress records (MR) that correlate with luminescence intensity using only afterglow.
特に、これまでの応力発光体はリアルタイムでのみ力学情報を計測できるが、MR機能を持つ応力発光体はリアルタイム計測に加え、過去の荷重印加情報も応力分布の履歴を取出すことができる点で極めて有用である。 In particular, whereas previous mechanoluminescent materials could only measure mechanical information in real time, mechanoluminescent materials with MR functionality are extremely useful in that they can not only measure in real time, but also extract information on past load application and the history of stress distribution.
具体的な実験や結果は後述するが、マルチピエゾ体としてLiNaNbO3(LNNO)の粉末を固相法より合成し、この合成粉末とエポキシ樹脂と混合し、作成した樹脂ペレットをも用いてML/MR特性を材料試験機、LED照射付きカメラシステムにて評価を行い、MR機能は、応力印加前後の光照射後の光読み出し画像(残光画像)により評価した。 The specific experiments and results will be described later, but as a multi-piezo element, LiNaNbO 3 (LNNO) powder was synthesized using a solid-phase method, and this synthesized powder was mixed with epoxy resin. The resin pellets created were also used to evaluate the ML/MR characteristics using a material testing machine and a camera system with LED illumination, and the MR function was evaluated using optical readout images (afterglow images) after light irradiation before and after stress application.
その結果、荷重を加えると、動的な応力分布に比例した発光画像を示した。また荷重後、応力発光は消失するが、LED照射してその残光画像を観測することで応力付与の記録を読み出すことができ、荷重試験前後のMR写真を比較すると、応力分布の履歴に比例した記録画像になっていることが分かった。 As a result, when a load was applied, a luminescence image proportional to the dynamic stress distribution was displayed. After the load was applied, the mechanoluminescence disappeared, but by irradiating it with an LED and observing the afterglow image, it was possible to read out the record of the applied stress. Comparing the MR images before and after the load test, it was found that the recorded image was proportional to the history of the stress distribution.
このように、これまでの応力発光体では応力履歴の前後では残光の差異がなく、残光による応力履歴の記録を読み出すことができなかったのに対し、本願発明によれば、LED照射後の残光を観測するのみで、応力履歴を定量的に記録し、また読み出すことができる。また、MRはいつでも光で過去の荷重印加情報や応力履歴を記録したり読み出すことができる。これまでになかった不揮発メモリ機能を有する新原理・新材料であると言え、電気や熱のエネルギー不要で長期に記録できる安定性・保持性に優れている。また応力分布の定量記録性に定量性に優れている。さらに、MR機能を持つ応力発光体はリアルタイム計測に加え、過去の荷重印加情報も応力分布の履歴を取出ことができる。 In this way, previous mechanoluminescent materials showed no difference in afterglow before and after stress history, making it impossible to read out the recorded stress history using afterglow. However, with the present invention, stress history can be quantitatively recorded and read out simply by observing the afterglow after LED irradiation. MR can also record and read out past load application information and stress history at any time using light. It can be said to be a new principle and material with a non-volatile memory function that has never been seen before, and is highly stable and retains data, allowing for long-term recording without the need for electrical or thermal energy. It also excels in quantitatively recording stress distribution. Furthermore, mechanoluminescent materials with MR functionality can not only measure in real time, but also extract past load application information and stress distribution history.
そして、本実施形態に係る応力記録材料の構成としては、1種類以上の金属イオンを添加したリチウムナトリウムニオブの複合酸化物であると言え、特徴的には、一般式LixNayNbO3+(x+y-1)/2+Σ(zk*Lk/2):M1z1,M2z2,M3z3(ただし、M1はレアアースイオン及び遷移金属イオンから選ばれるいずれか1種の金属イオンであり、M2又はM3はnone又はレアアースイオン及び遷移金属イオンから選ばれるいずれか1種の金属イオンであり、zkはz1~z3を一般化した表現であり、LkはM1のイオンの価数L1、M2のイオンの価数L2、M3のイオンの価数L3を一般化した表現であり、M2がnoneの場合はz2は0であり、M3がnoneの場合はz3は0である。)で表される組成を有し、x=0.02~2、好ましくはx=0.1~0.9であり、y=0.01~1、好ましくはy=0.1~0.95であり、z1+z2+z3=0.0001~0.2、好ましくはz1+z2+z3=0.0001~0.1である点が挙げられる。 The stress recording material according to this embodiment can be said to be a lithium sodium niobium composite oxide to which one or more types of metal ions are added, and is characterized by the general formula Li x Na y NbO 3+ (x+y-1)/2 + Σ(zk*Lk/2) : M1 z1 , M2 z2 , M3 z3 (wherein M1 is any one metal ion selected from rare earth ions and transition metal ions; M2 or M3 is none or any one metal ion selected from rare earth ions and transition metal ions; zk is a generalized expression of z1 to z3; Lk is a generalized expression of the valence L1 of the M1 ion, the valence L2 of the M2 ion, and the valence L3 of the M3 ion; when M2 is none, z2 is 0; and when M3 is none, z3 is 0), and x = 0.02 to 2, preferably x = 0.1 to 0.9; y = 0.01 to 1, preferably y = 0.1 to 0.95; and z1 + z2 + z3 = 0.0001 to 0.2, preferably z1 + z2 + z3 = 0.0001 to 0.1.
ここでレアアースイオンはレアアース(希土類金属元素)のイオンであり、例えば、Sc(スカンジウム)、Y(イットリウム)、La(ランタン)、Ce(セリウム)、Pr(プラセオジム)、Nd(ネオジム)、Pm(プロメチウム)、Sm(サマリウム)、Eu(ユウロピウム)、Gd(ガドリニウム)、Tb(テルビウム)、Dy(ジスプロシウム)、Ho(ホルミウム)、Er(エルビウム)、Tm(ツリウム)、Yb(イッテルビウム)、Lu(ルテチウム)のイオンと解することができる。 Here, rare earth ions refer to ions of rare earths (rare earth metal elements), and can be understood as ions of, for example, Sc (scandium), Y (yttrium), La (lanthanum), Ce (cerium), Pr (praseodymium), Nd (neodymium), Pm (promethium), Sm (samarium), Eu (europium), Gd (gadolinium), Tb (terbium), Dy (dysprosium), Ho (holmium), Er (erbium), Tm (thulium), Yb (ytterbium), and Lu (lutetium).
遷移金属イオンは遷移金属元素のイオンであり、第3族元素から第11族元素の間に存在する遷移金属元素のイオンと解することができる。 Transition metal ions are ions of transition metal elements, and can be understood as ions of transition metal elements that exist between Group 3 and Group 11 elements.
そして、このような応力記録材料を物体の所定領域に存在させることで、前記領域に応力が付与されたことを事後的に知ることが可能となる。換言すれば、本実施形態に係る応力記録材料は、物体の所定領域に存在させることで、前記領域に応力が付与されたことを事後的に知ることのできる材料であると言える。 By placing such a stress recording material in a specified area of an object, it becomes possible to know after the fact that stress has been applied to that area. In other words, the stress recording material of this embodiment can be said to be a material that, by placing it in a specified area of an object, makes it possible to know after the fact that stress has been applied to that area.
ここで、「所定領域に存在させる」とは、物体に付与された応力が伝搬可能な状態で物体の所定領域に応力記録材料が存在していれば良く、存在の仕方は特に限定されるものではない。例えば、応力記録材料を含む塗膜を物体の表面に形成したり、物体の全部又は一部に応力発光材料を分布させた状態で形成するなど、塗着や噴霧、混在など存在のさせ方は限定されない。 Here, "presence in a predetermined region" means that the stress recording material is present in a predetermined region of the object in a state where stress applied to the object can be transmitted, and there are no particular limitations on how it is present. For example, a coating containing the stress recording material may be formed on the surface of the object, or a stress-luminescent material may be distributed over all or part of the object. There are no limitations on how it is present, and it can be applied, sprayed, mixed, or otherwise.
また、本実施形態に係る応力記録材料の理解に供すべく、応力記録材料の使用態様の一例について更に説明すると、応力記録材料を存在させる対象となる物体は、付与される応力の計測対象となる物体であれば特に限定されるものではなく、例えば車両や家具の如き構造物であったり、トンネルや橋梁の如き建築物であったり、更には骨や歯、インプラントの如き生体に適用される器具であってもよい。 Furthermore, to aid in understanding the stress recording material according to this embodiment, an example of how the stress recording material can be used will be further explained. The object in which the stress recording material is placed is not particularly limited as long as it is an object for measuring the applied stress, and may be, for example, a structure such as a vehicle or furniture, a building such as a tunnel or bridge, or even an instrument applied to a living body such as a bone, tooth, or implant.
また、応力記録材料を存在させる物体の所定領域は特に限定されるものではなく、物体の全部でも良いし、一部であってもよい。なお、以下の説明において、応力記録材料を存在させた物体の所定領域を(応力の)記録可能領域ともいう。 Furthermore, the predetermined area of an object in which the stress recording material is present is not particularly limited, and may be the entire object or only a portion of the object. In the following description, the predetermined area of an object in which the stress recording material is present is also referred to as the recordable area (of stress).
記録可能領域は点状(ドット状)や線状、面状の領域であっても良く、また立体的な領域であっても良い。 The recordable area may be a dot-like, linear, or planar area, or it may be a three-dimensional area.
点状の記録可能領域は、応力の分布の記録の読み出しを行うことは困難ながら、応力の付与の有無の記録の読み出しは可能であるから、有用である。なお、ここで点状とは、当然ながら面積や体積を有しない厳密な意味での点ではなく、ドット状程度の意味であり、次に述べる線状についても同様である。 Although it is difficult to read the recorded stress distribution in a point-like recordable area, it is useful because it is possible to read the recorded presence or absence of stress. Note that point-like here does not, of course, mean a point in the strict sense, which has no area or volume, but rather something roughly like a dot; the same applies to the line-like shape described below.
また線状の領域についても、応力の付与の有無の記録や、線方向への応力伝搬の記録の読出が行える点で有用である。 It is also useful for linear areas, as it allows recording of whether or not stress is applied, and reading out records of stress propagation in the linear direction.
面状の領域は、物体の表面に限らず、物体を切断する方向の面でも良い。また、面は平面に限らず曲面でも良いし、連続、不連続を問わない。なお、面状は凹凸のあるような物体表面のほか、塗膜やシート、フィルムなど、現実的に曲面や平面として取り扱われる領域程度の意味であり、厳密な二次元に限定されるものではない。 A planar area is not limited to the surface of an object, but can also be a surface in the direction of cutting the object. Furthermore, a surface is not limited to a flat surface, but can also be a curved surface, and can be continuous or discontinuous. Note that planar refers to an area that is realistically treated as a curved or flat surface, such as an uneven surface of an object, as well as a coating, sheet, or film, and is not limited to being strictly two-dimensional.
立体的な領域は、物体の表面に露出する部分を有する立体的な領域であっても良いし、記録可能領域の全体が物体内に形成されていても良い。ただし、読出を容易に行うためには、記録可能領域うち少なくとも応力の記録を観察すべき部分に対して後述する読出光照射部からの読出光を照射でき、残光強度取得部によりその残光強度の情報を取得できるような構成、より簡単な例で表現するならば、読出光や残光に対して十分な(残光光放射のための励起や、読出が可能な程度の)透過性を有する記録可能領域や物体の構成であるのが望ましい。 The three-dimensional region may be a three-dimensional region having a portion exposed on the surface of the object, or the entire recordable region may be formed within the object. However, to facilitate readout, it is desirable that the recordable region and object be configured so that at least the portion of the recordable region where stress recording is to be observed can be irradiated with readout light from the readout light irradiating unit described below, and that information on the afterglow intensity can be acquired by the afterglow intensity acquiring unit. In simpler terms, it is desirable that the recordable region and object be configured to be sufficiently transparent to the readout light and afterglow (enough to allow excitation for afterglow emission and to enable reading).
また、記録可能領域は、物体の単一箇所にのみ設けられていても良いし、複数箇所に設けられていても良い。 Furthermore, the recordable area may be located in only one place on the object, or in multiple places.
このように本願は、計測対象となる物体の所定領域にて本実施形態に係る応力記録材料を存在させてなる記録可能領域を備え、同記録可能領域に応力が付与されたことを事後的に知得可能に構成したことを特徴とする応力記録構造についても提供するものと言える。 In this way, the present application can be said to provide a stress recording structure that is characterized by having a recordable area in a predetermined area of an object to be measured, where the stress recording material according to this embodiment is present, and is configured to enable subsequent detection of the application of stress to the recordable area.
また本願は、本実施形態に係る応力記録材料を所定のマトリクス材料中に存在、例えば分散させてなる応力記録体についても提供する。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記録材料を分散させ硬化させることにより、付与された応力を記録できる所望の形状の応力記録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記録材料の残光発光を生起させるための読出光や、応力記録材料から放射される残光が透過可能なものが用いられる。 The present application also provides a stress recording medium in which the stress recording material according to this embodiment is present, for example, dispersed, in a predetermined matrix material. For example, by using a curable resin as the matrix material and dispersing powdered stress recording material in the resin before hardening and then hardening it, a stress recording medium of the desired shape capable of recording applied stress can be easily formed. The matrix material used is one that is at least transmissive to the readout light used to induce afterglow emission from the stress recording material mixed in the matrix material, and the afterglow emitted from the stress recording material.
また本願は、本実施形態に係る応力記録材料を液体、粘性体又は粘弾性体であるベース中に含有してなり、同ベースを固化させることにより応力記録体を形成するための応力記録体形成剤についても提供する。 The present application also provides a stress recording medium forming agent that contains the stress recording material according to this embodiment in a liquid, viscous, or viscoelastic base, and that forms a stress recording medium by solidifying the base.
ここで、液体のベースは例えば固化前の塗料や接着剤、紫外線硬化樹脂の如きであり、粘性体のベースはパテや粘土の如きであり、粘弾性体のベースはスライムの如きベースと解することができる。 Here, a liquid base can be understood as, for example, paint, adhesive, or UV-curable resin before solidification, a viscous base as putty or clay, and a viscoelastic base as slime.
また、固化は計測対象物体や記録可能領域に付与された応力が応力記録材料に伝搬可能な程度の固化出あれば限定されるものではなく、例えば溶媒(分散媒)の揮発や架橋などによる固化反応なども含まれる。 In addition, the solidification is not limited to a degree that allows the stress applied to the measurement object or recordable area to be transmitted to the stress recording material, and includes solidification reactions such as evaporation of the solvent (dispersion medium) or crosslinking.
すなわち、上述した例でいえば、応力記録材料を分散させた固化前のマトリクス材料が、本実施形態に係る応力記録体形成剤にあたる。 In other words, in the example above, the matrix material with the stress recording material dispersed therein before solidification corresponds to the stress recording material forming agent according to this embodiment.
また、更なる応力記録体形成剤の具体的態様として、本願では、応力記録材料をベースとなる塗料中に含有してなる応力記録塗膜形成塗料についても提供する。なお、塗料の使用形態は特に限定されるものではなく、塗着させるものでも、噴霧するものであっても良い。 As a further specific embodiment of the stress recording material forming agent, the present application also provides a stress recording coating film forming paint that contains a stress recording material in a base paint. The manner in which the paint is used is not particularly limited, and it may be applied or sprayed.
そして、このような応力記録塗膜形成塗料によれば、計測対象物の表面に応力記録塗膜を形成して容易に記録可能領域を形成することができる。この応力記録塗膜は、応力記録体と解することもできる。 Furthermore, with this type of stress-recording coating paint, a stress-recording coating can be formed on the surface of the object to be measured, making it easy to create a recordable area. This stress-recording coating can also be considered a stress recording medium.
また本願は、物体の所定領域に付与された応力を記録する方法であって、本実施形態に係る応力記録材料を前記所定領域に存在させておくこと、換言すれば、応力の付与の有無や強度を記録したい物体の所定領域を応力記録材料を存在させることで記録可能領域とする応力記録方法についても提供する。 The present application also provides a method for recording stress applied to a predetermined region of an object, in which the stress recording material according to this embodiment is present in the predetermined region; in other words, a predetermined region of an object in which it is desired to record the presence or absence and strength of stress is made a recordable region by having the stress recording material present.
特に、本実施形態に係る応力記録方法の場合、応力が複数回付与されるものであると、読み出される記録は繰り返し付与された応力の積算記録であり、付与された応力の総計的な把握において有用である。 In particular, in the case of the stress recording method according to this embodiment, if stress is applied multiple times, the record that is read out is an accumulated record of the repeatedly applied stress, which is useful for understanding the total amount of applied stress.
また本願は、応力の記録と応力の読出が可能な応力記録システムについても提供する。本実施形態に係る応力記録システムの特徴としては、記録可能領域と、読出光照射部と、残光強度取得部と、残光強度報知部とを備えている。 The present application also provides a stress recording system capable of recording and reading stress. The stress recording system according to this embodiment is characterized by including a recordable area, a readout light irradiation unit, an afterglow intensity acquisition unit, and an afterglow intensity notification unit.
記録可能領域はこれまで説明してきたように、本実施形態に係る応力発光材料を計測対象となる物体の所定領域に存在させた領域である。なお、本実施形態に係る応力記録システムにおいて記録可能領域は、応力を受けうる環境下に配された記録可能領域であっても良いし、応力を受け得ない環境下に配された記録可能領域でも良い。例えば、橋梁のある部位の応力を記録する場合、橋梁が健全で記録可能領域に対する負荷がなく応力付与の記録が結果的に残されなかった場合、すなわち、記録可能領域が応力を受け得ない環境下に配されていたものであっても、本実施形態に係る応力記録システムは橋梁の健全性を示す上で有用であり、このような態様も本実施形態に係る応力記録システムに含まれる。 As explained above, the recordable area is a predetermined area of the object to be measured in which the mechanoluminescent material according to this embodiment is present. In the stress recording system according to this embodiment, the recordable area may be a recordable area located in an environment where stress can be applied, or a recordable area located in an environment where stress cannot be applied. For example, when recording stress at a certain part of a bridge, even if the bridge is sound and there is no load on the recordable area, and no record of stress application is ultimately left behind, that is, even if the recordable area is located in an environment where stress cannot be applied, the stress recording system according to this embodiment is still useful in indicating the soundness of the bridge, and such an aspect is also included in the stress recording system according to this embodiment.
読出光照射部は、残光発光のための励起光を前記記録可能領域に対して照射する部位である。照射する励起光は、記録可能領域に存在する応力記録材料に残光発光させることが可能な波長や強度であれば特に限定されるものではなく、また光源の種類も目的に反しない限り適宜選択することができる。 The read light irradiation unit is a part that irradiates the recordable area with excitation light for afterglow emission. The excitation light to be irradiated is not particularly limited as long as it has a wavelength and intensity that can cause the stress recording material present in the recordable area to emit afterglow, and the type of light source can be selected appropriately as long as it does not conflict with the purpose.
残光強度取得部は、記録可能領域の残光強度の情報を取得する部位である。具体的な一例を挙げるならば、撮像素子を備えた撮像部と、撮像部にて得られた画像信号から残光強度の情報を生成する残光強度情報生成部によって構成することができる。撮像部と残光強度情報生成部は、撮像カメラの如く一体化された構成であっても良いし、撮像部は画像信号の生成に特化した構成とする一方、残光強度情報生成部は残光強度の情報を生成可能な所定の回路やコンピュータによって構成したものであっても良い。 The afterglow intensity acquisition unit is a component that acquires information about the afterglow intensity of the recordable area. To cite a specific example, it can be configured with an imaging unit equipped with an image sensor and an afterglow intensity information generation unit that generates afterglow intensity information from the image signal obtained by the imaging unit. The imaging unit and afterglow intensity information generation unit may be integrated into one unit like an imaging camera, or the imaging unit may be configured specifically for generating image signals while the afterglow intensity information generation unit is configured with a specific circuit or computer capable of generating afterglow intensity information.
またよりシンプルな例、例えば記録可能領域をドット状として応力付与の有無やその強度のみ確認できれば良く、応力分布の記録までは要しない場合などは、ドット状の記録可能領域に対向配置された受光素子と、受光により生じた信号に基いて残光強度の情報を生成する所定の回路やコンピュータによって構成することも可能である。なお、上述の撮像素子や撮像カメラ等の撮像部であったり、受光素子等は残光波長に反応できるものを採用するのは勿論である。 In a simpler example, for example, where the recordable area is in the form of a dot and it is only necessary to confirm the presence or absence of stress and its intensity, without needing to record the stress distribution, it is possible to configure it with a light-receiving element placed opposite the dot-shaped recordable area, and a specific circuit or computer that generates information on the afterglow intensity based on the signal generated by the received light. Of course, the image sensor or imaging unit of the imaging camera mentioned above, or the light-receiving element, etc., that can respond to afterglow wavelengths, should be used.
残光強度報知部は、残光強度取得部にて取得(生成)された残光強度の情報を報知するための部位である。この報知態様は、上述の如く応力付与の有無のみ知得できれば良い場合や、その強度も知得したい場合、更には応力分布まで知得したい場合など、状況に合わせて適宜選択することができる。 The afterglow intensity notification unit is a component for reporting information about the afterglow intensity acquired (generated) by the afterglow intensity acquisition unit. This reporting mode can be selected appropriately according to the situation, such as when it is sufficient to know only whether or not stress is being applied, as described above, when it is also desired to know the intensity of the stress, or even when it is desired to know the stress distribution.
すなわち、応力付与の有無のみ知得できれば良い場合なら、LEDの点灯の有無や音の有無、印字の有無、ディスプレイ上の表示の有無などヒトが五感で感知可能なあらゆる手段を利用できる。また、応力付与の有無と併せて強度も知得したい場合は、光の強弱や音の強弱、印字された値の大きさ、ディスプレイ上に表示された値や色の違いなどあらゆる手段を利用できる。また、応力分布まで知得したい場合は、表示画像により明暗や色の違いで表現したり、印刷したり、場合によっては数値的に表現することも可能である。 In other words, if you only need to know whether or not stress is being applied, you can use any means that humans can perceive with their five senses, such as whether or not an LED is lit, whether or not there is sound, whether or not there is printing, or whether or not there is a display on a screen. If you also want to know the strength of stress in addition to whether or not it is being applied, you can use any means, such as the intensity of light or sound, the magnitude of the printed value, or differences in the values or colors displayed on a screen. If you also want to know the stress distribution, you can express it using differences in brightness or color on a displayed image, print it, or in some cases express it numerically.
このような応力記録システムによれば、化学反応による暗反応の影響が無く、定量性や長期記録保持性に優れ、また、残光を観察するのみで応力の付与を事後的に知ることのできる応力記録システムを提供することができる。 This type of stress recording system is not affected by dark reactions caused by chemical reactions, has excellent quantitative properties and long-term record retention, and allows the application of stress to be determined after the fact simply by observing the afterglow.
また、本実施形態に係る応力記録システムでは、更に記憶部と、差分情報生成部とを備えるように構成し、応力付与前と付与後のデータを記憶し、差分を生成して報知可能としても良い。応力が複数回に亘り付与される場合は、第1の応力の付与前と第1の応力の付与後(第2の応力の付与前)のデータを記憶し差分を生成して報知し、また、第2の応力の付与前と第2の応力の付与後(第3の応力の付与前)のデータを記憶して差分を生成して報知し、更にこれを繰り返すような構成としても良い。このような構成とすれば、応力の付与前後を通じて存在するノイズやバックグラウンドを除去して、応力に応答して生起した分の残光強度の情報を知得することができる。 The stress recording system according to this embodiment may further include a storage unit and a difference information generation unit, which may store data before and after the application of stress and generate and report the difference. If stress is applied multiple times, the system may store data before and after the application of the first stress (before the application of the second stress) and generate and report the difference, or may store data before and after the application of the second stress (before the application of the third stress) and generate and report the difference, and this process may be repeated. With this configuration, noise and background data present before and after the application of stress can be removed, making it possible to obtain information on the afterglow intensity that occurs in response to the stress.
ここで記憶部は、上述の残光強度取得部より得た記録可能領域における計測対象の応力を受ける前の残光強度の情報と、計測対象の応力を受けた後の残光強度の情報とを記憶する部位である。「計測対象の応力を受ける前の残光強度の情報」とは、応力が1回のみ付与される場合のほか、応力が複数回に亘り付与される場合において、計測対象の応力が第1の応力であれば第1の応力を受ける前の残光強度の情報、すなわち、後述するリセット光の照射から未だ実質的な(計測対象とすべき)応力を受けていない状態(以下、リセット状態ともいう。)での残光強度の情報を意味するが、計測対象の応力が2回目に付与されたとき(第2の応力であるとき)なら、リセット状態の残光強度の情報を意味するのではなく、第1の応力の付与後(第2の応力の付与前)の残光強度の情報を意味する。「計測対象の応力を受けた後の残光強度の情報」についても同様である。 The storage unit stores information about the afterglow intensity in the recordable area before and after the stress to be measured, both of which are obtained from the afterglow intensity acquisition unit. "Information about the afterglow intensity before the stress to be measured" refers to cases where stress is applied only once, as well as cases where stress is applied multiple times. If the stress to be measured is the first stress, this refers to information about the afterglow intensity before the first stress, i.e., information about the afterglow intensity in a state where no substantial stress (to be measured) has yet been applied since the irradiation of the reset light described below (hereinafter also referred to as the reset state). However, if the stress to be measured is applied a second time (when it is the second stress), this does not refer to information about the afterglow intensity in the reset state, but rather information about the afterglow intensity after the application of the first stress (before the application of the second stress). The same applies to "information about the afterglow intensity after the stress to be measured."
記憶部は、計測対象の応力を受ける前の残光強度の情報や、計測対象の応力を受けた後の残光強度の情報が、次に述べる差分情報生成部により差の情報を生成可能な形式にて記憶できれば特に限定されるものではない。一例としてはRAM(Random Access Memory)やEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、光ディスクや磁気ディスクなど、あらゆる記憶媒体を利用することができる。 The storage unit is not particularly limited as long as it can store information on the afterglow intensity before and after the measurement target is subjected to stress in a format that allows the difference information generation unit, described below, to generate difference information. For example, any storage medium can be used, including RAM (Random Access Memory), EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), HDD (Hard Disk Drive), SSD (Solid State Drive), optical disk, or magnetic disk.
差分情報生成部は、計測対象の応力を受ける前の残光強度の情報と、計測対象の応力を受けた後の残光強度の情報との差の情報を生成する部位である。差の情報の生成にあたっては、数値情報であれば減算により算出したり、画像情報であれば輝度情報の値の減算によるなど、残光強度の情報の態様に応じた公知の方法により算出することができる。 The difference information generation unit generates information on the difference between information on the afterglow intensity before the measurement target is subjected to stress and information on the afterglow intensity after the measurement target is subjected to stress. The difference information can be generated using a known method depending on the type of afterglow intensity information, such as by subtraction if the information is numerical, or by subtracting brightness information if the information is image information.
そして、このような記憶部と差分情報生成部とを更に備えた構成において、前述した残光強度報知部は、差分情報生成部にて生成された差の情報を報知可能とすれば、応力の付与前後を通じて存在するノイズやバックグラウンドを除去して、応力に応答して生起した分の残光強度の情報を知得させることが可能となる。 In a configuration further comprising such a memory unit and a difference information generation unit, if the afterglow intensity notification unit can report the difference information generated by the difference information generation unit, it will be possible to remove noise and background that exist before and after the application of stress, and provide information on the afterglow intensity that occurs in response to the stress.
また、本実施形態に係る応力記録システムでは、更なる構成として、差分情報生成部にて生成した差の情報を記憶部にて記憶可能とし、残光強度報知部は、記憶部に記憶された所定の残光強度の情報又は差の情報を報知可能に構成しても良い。 Furthermore, the stress recording system according to this embodiment may be further configured so that the difference information generated by the difference information generation unit can be stored in the memory unit, and the afterglow intensity notification unit can be configured to notify the predetermined afterglow intensity information or difference information stored in the memory unit.
このような構成とすれば、残光強度の情報や差の情報を履歴として蓄積し、更にこの履歴から情報を表示することができる。特に、応力が複数回に亘り付与される場合は、所定の応力の残光強度の情報や差の情報を参照することが可能となる。なお必要に応じて、記憶された応力の残光強度の情報や差の情報の中から所望の情報を検索して抽出する検索抽出部がプログラム等によって実現されていても良い。 With this configuration, afterglow intensity information and difference information can be stored as a history, and information can be displayed from this history. In particular, when stress is applied multiple times, it becomes possible to refer to afterglow intensity information and difference information for a specific stress. If necessary, a search and extraction unit can be implemented by a program or the like to search for and extract desired information from the stored afterglow intensity information and difference information for stress.
また、先に触れたように、上述してきた残光強度の情報は、残光の画像情報であることとすれば、残光強度の情報を一覧性に優れた態様にて報知することができる。 Furthermore, as mentioned above, if the afterglow intensity information described above is image information of the afterglow, the afterglow intensity information can be reported in a manner that is easy to view.
また、本実施形態に係る応力記録システムでは、更なる構成として、記録可能領域に対して残光発光のための励起光と略同波長で高強度のリセット光を照射するリセット光照射部を備えることとしても良い。 Furthermore, the stress recording system according to this embodiment may be further configured to include a reset light irradiation unit that irradiates the recordable area with high-intensity reset light having approximately the same wavelength as the excitation light for afterglow emission.
本実施形態に係る応力記録材料の興味深い特徴の1つとして、記録された応力の痕跡は、残光発光のための励起光と略同波長で高強度の光(リセット光)を照射することで消去することができる。従って、記録可能領域をリセット状態とすることが可能となる。なお、リセット光の強度は、応力記録材料の組成やリセット光照射部と記録可能領域との距離など各種条件に合わせて調整する必要があるが、読出光の100倍~1000倍程度が概ねの目安である。 One interesting feature of the stress recording material according to this embodiment is that the recorded stress traces can be erased by irradiating it with high-intensity light (reset light) at approximately the same wavelength as the excitation light used for afterglow. This makes it possible to reset the recordable area. The intensity of the reset light must be adjusted to suit various conditions, such as the composition of the stress recording material and the distance between the reset light irradiation area and the recordable area, but a rough guideline is approximately 100 to 1,000 times that of the read light.
以下、本実施形態に係る応力記録材料、応力記録構造、応力記録体、応力記録体形成剤、応力記録塗膜形成塗料、応力記録方法及び応力記録システムについて、図面を参照しながら更に説明する。 The stress recording material, stress recording structure, stress recording body, stress recording body forming agent, stress recording coating film forming paint, stress recording method, and stress recording system according to this embodiment will be further described below with reference to the drawings.
〔1.応力記録材料の調製〕
固相反応法により本実施形態に係る応力記録材料であるLi0.35Na0.80NbO4.168:Pr0.01,Nd0.005,Cr0.003の調製を行った。
1. Preparation of stress recording material
The stress recording material according to this embodiment, Li 0.35 Na 0.80 NbO 4.168 :Pr 0.01 , Nd 0.005 , Cr 0.003 , was prepared by a solid-state reaction method.
まず、母体材料構成原料としてのNa2CO3、Li2CO3及びNb2O5と、母体材料に添加される金属イオン供給化合物としてのPr2O3、Nd2O3及びCr2O3とを上記組成に従って(非化学量論比に基づいて)秤量後、メノウ乳鉢で十分に混合・粉砕を行った。 First, Na2CO3 , Li2CO3 , and Nb2O5 as the raw materials for the base material , and Pr2O3 , Nd2O3 , and Cr2O3 as metal ion supply compounds to be added to the base material were weighed according to the above composition (based on a non-stoichiometric ratio) , and then thoroughly mixed and crushed in an agate mortar.
次に、電気炉を使用し、粉砕混合物を850℃にて所定時間(例えば3~10時間、より具体的には4~6時間)にわたり大気雰囲気下にて仮焼成し、仮焼成物を粉砕した。 Next, the crushed mixture was pre-fired in an electric furnace at 850°C in an air atmosphere for a predetermined time (for example, 3 to 10 hours, more specifically, 4 to 6 hours), and the pre-fired product was crushed.
次に、仮焼成粉砕物を1100℃にて所定時間(例えば3~100時間、より具体的には20時間)にわたりO2雰囲気下(100% O2)で本焼成を行い、本焼成物を粉砕した。この本焼成粉砕物は、必要に応じて再度(場合によっては2回以上)本焼成と粉砕を行うことで、より堅実な応力記録材料の調製が行える。 The calcined and pulverized material was then sintered at 1100°C for a predetermined time (for example, 3 to 100 hours, more specifically, 20 hours) in an O2 atmosphere (100% O2 ), and the sintered material was pulverized. The sintered and pulverized material can be sintered and pulverized again (sometimes more than once) as needed to prepare a more stable stress recording material.
次に、1回又は複数回の本焼成と粉砕の工程を経た本焼成粉砕物を必要に応じて整粒し、本実施形態に係る応力記録材料としてのLi0.35Na0.80NbO3.102:Pr0.01,Nd0.005,Cr0.003の粉末試料(以下、応力記録材料A1という。)を得た。図1に調製した応力記録材料A1のSEM像を示す。 Next, the sintered and pulverized product that had undergone one or more sintering and pulverization steps was sized as necessary to obtain a powder sample of Li0.35Na0.80NbO3.102 : Pr0.01 , Nd0.005 , Cr0.003 (hereinafter referred to as stress recording material A1) as the stress recording material according to this embodiment . Figure 1 shows an SEM image of the prepared stress recording material A1.
〔2.応力記録体の作成〕
次に、応力記録材料A1を用いて、応力記録体としての応力記録ペレットB1を作成した。
2. Creation of stress recorder
Next, a stress recording pellet B1 was prepared as a stress recording medium using the stress recording material A1.
ベースとしてのエポキシ樹脂4.5gに対し、0.5gの応力記録材料A1を混合し、エポキシ樹脂を固化させることにより応力記録ペレットB1を形成するための応力記録体形成剤C1を調製した。 0.5 g of stress recording material A1 was mixed with 4.5 g of epoxy resin as a base, and the epoxy resin was solidified to prepare stress recording material forming agent C1 for forming stress recording pellets B1.
次いで、応力記録体形成剤C1を所定の型枠に収容して固化させることにより、複合樹脂ペレット(直径25mm、厚さ10mm)として、本実施形態に係る応力記録ペレットB1を作成した。図2に作成した応力記録ペレットB1を示す。なお、この応力記録ペレットB1は、その全体に応力の記録可能領域が形成されたものであり、応力記録ペレットB1自体を計測対象物として、後述の試験に供される。 Next, the stress recording material forming agent C1 was placed in a specified mold and allowed to solidify, creating a composite resin pellet (25 mm in diameter, 10 mm in thickness) called the stress recording pellet B1 of this embodiment. Figure 2 shows the created stress recording pellet B1. Note that this stress recording pellet B1 has a stress recordable area formed throughout its entirety, and the stress recording pellet B1 itself was used as the measurement object in the tests described below.
〔3.試験装置の構築〕
次に、応力記録ペレットB1を用いて応力記録の試験を行うための試験装置Dの構築を行った。図3は、構築した試験装置Dの構成を示した概念図である。
3. Construction of the test equipment
Next, a test device D was constructed to perform stress recording tests using the stress recording pellet B1. Figure 3 is a conceptual diagram showing the configuration of the constructed test device D.
図3に示すように試験装置Dは、荷重試験機10と光源部11と撮像部12とコンピュータ13とを備えている。 As shown in Figure 3, the test device D includes a load tester 10, a light source unit 11, an imaging unit 12, and a computer 13.
荷重試験機10は、試験ステージ10aに載置された計測対象物である応力記録ペレットB1に対して所定の応力を付与するための装置である。荷重試験機10は、図示しないケーブルによりコンピュータ13と電気的に接続されており、荷重の制御や各種データを取得可能としている。 The load testing machine 10 is a device for applying a predetermined stress to a stress recording pellet B1, which is the measurement object placed on the testing stage 10a. The load testing machine 10 is electrically connected to a computer 13 via a cable (not shown), enabling it to control the load and acquire various data.
光源部11は、応力記録ペレットB1、より具体的には応力記録ペレットB1の記録可能領域E1に対して残光発光のための励起光やリセット光を照射するための部位である。光源部11は、例えば通信ケーブル14やその他有線や無線手段を介してコンピュータ13と電気的に接続されており、コンピュータ13の制御により光源部11より出射される光の強度を変更して励起光やリセット光を出射できるよう構成している。すなわち、光源部11はコンピュータ13と協動して、読出光照射部やリセット光照射部の一部として機能する。 The light source unit 11 is a component for irradiating the stress recording pellet B1, or more specifically, the recordable area E1 of the stress recording pellet B1, with excitation light and reset light for afterglow emission. The light source unit 11 is electrically connected to the computer 13, for example, via a communication cable 14 or other wired or wireless means, and is configured to emit excitation light and reset light by changing the intensity of the light emitted from the light source unit 11 under the control of the computer 13. In other words, the light source unit 11 functions as part of the read light irradiation unit and reset light irradiation unit in cooperation with the computer 13.
撮像部12は、応力記録ペレットB1(記録可能領域E1)より発せられる残光を撮影する部位であり、残光を捉えるための光学系と、光学系を介して入射した光を電気的に変換する撮像素子と、撮像素子による電気信号に基づいて画像情報を生成する画像情報生成部を備えている。 The imaging unit 12 is a component that captures the afterglow emitted from the stress recording pellet B1 (recordable area E1), and is equipped with an optical system for capturing the afterglow, an imaging element that electrically converts the light incident through the optical system, and an image information generation unit that generates image information based on the electrical signal from the imaging element.
また光学系は、光源部11の間隙11aを介して応力記録ペレットB1(記録可能領域E1)へ指向させている。撮像部12もまた、通信ケーブル14等を介してコンピュータ13と電気的に接続されており、撮像部12の制御や情報の取得を可能としている。なお撮像部12は、少なくとも記録可能領域E1より発せられる残光に対して感度を有する必要があるが、必要に応じて応力発光に対しても感度を有する構成としても良い。 The optical system is also directed toward the stress recording pellet B1 (recordable area E1) through the gap 11a of the light source unit 11. The imaging unit 12 is also electrically connected to the computer 13 via a communication cable 14, etc., making it possible to control the imaging unit 12 and obtain information. The imaging unit 12 must be sensitive to at least the afterglow emitted from the recordable area E1, but may also be configured to be sensitive to mechanoluminescence if necessary.
コンピュータ13は、荷重試験機10や光源部11、撮像部12との間でデータ等の送受信を行って、制御や情報の取得を行ったり、情報の表示を行うための部位であり、コンピュータ本体部13aとディスプレイ13bで構成している。 The computer 13 is a component that transmits and receives data between the load testing machine 10, light source unit 11, and imaging unit 12, performs control, acquires information, and displays information, and is composed of a computer main unit 13a and a display 13b.
コンピュータ本体部13aは、CPUやROM、RAM等を内蔵しており、所定のプログラムに従って前述の制御や情報の取得、表示を可能としている。またコンピュータ本体部13aには、記憶部としてのHDDが内蔵されており、接続周辺機器より供給された残光強度の情報、例えば、計測対象の応力を受ける前の残光強度の情報や、計測対象の応力を受けた後の残光強度の情報、これらの差の情報を(必要に応じて残光強度取得日時や差の情報の生成日時などの経時的な情報と共に)記憶可能としている。なお、差の情報は、上述のCPU等がプログラムに従って所定の処理を実行することにより、計測対象の応力を受ける前の残光強度の情報と、前記計測対象の応力を受けた後の残光強度の情報との差分を取得することで生成される。本実施形態ではこれら残光強度の情報や差の情報は画像情報であるが、前述の通り必ずしもこれに限定されるものではない。 The computer main unit 13a has a built-in CPU, ROM, RAM, etc., and is capable of performing the aforementioned control and acquiring and displaying information in accordance with a predetermined program. The computer main unit 13a also has a built-in HDD as a storage unit, which is capable of storing afterglow intensity information supplied from connected peripheral devices, such as information about the afterglow intensity before the stress to be measured is applied, information about the afterglow intensity after the stress to be measured is applied, and information about the difference between these (along with chronological information such as the date and time when the afterglow intensity was obtained and the date and time when the difference information was generated, as necessary). The difference information is generated by the CPU, etc., executing predetermined processing in accordance with a program to obtain the difference between the afterglow intensity information before the stress to be measured is applied and the afterglow intensity information after the stress to be measured is applied. In this embodiment, the afterglow intensity information and difference information are image information, but as mentioned above, this is not necessarily limited to this.
またコンピュータ本体部13aは、記憶部に記憶された残光強度の情報や差の情報の中からユーザが所望する情報をキーボードやマウスなど所定の入力手段を介して選択することにより必要に応じて経時的な情報と共に抽出可能に構成している。 The computer main unit 13a is also configured so that the user can select the desired information from the afterglow intensity information and difference information stored in the memory unit via a specified input means such as a keyboard or mouse, allowing the information to be extracted along with time-series information as needed.
ディスプレイ13bは残光強度の情報や差の情報を必要に応じて経時的な情報と共に表示により報知するための部位であり、本実施形態では撮像部12から供給されたり、コンピュータ本体部13aの記憶部に保存されていた画像情報に基づいて残光の画像を表示することで報知するよう構成している。 The display 13b is a component for displaying information on afterglow intensity and difference information, along with time-series information as needed. In this embodiment, the display is configured to display an image of the afterglow based on image information supplied from the imaging unit 12 or stored in the memory of the computer main unit 13a.
このように、試験装置Dは、計測対象物である応力記録ペレットB1に形成された応力の記録可能領域E1と、残光発光のための励起光を記録可能領域E1に対して照射すべくコンピュータ13と光源部11により構成された読出光照射部と、記録可能領域E1の残光強度の情報を取得すべくコンピュータ13と撮像部12により構成された残光強度取得部と、残光強度の情報を報知すべくコンピュータ13(特に、ディスプレイ13b)により構成された残光強度報知部とを備えた本実施形態に係る応力記録システムF1を含んでいる。 As such, the testing device D includes a stress recording system F1 according to this embodiment, which includes a stress recordable area E1 formed in the stress recording pellet B1, which is the measurement object; a readout light irradiation unit constituted by a computer 13 and a light source unit 11 for irradiating the recordable area E1 with excitation light for afterglow emission; an afterglow intensity acquisition unit constituted by a computer 13 and an imaging unit 12 for acquiring information on the afterglow intensity of the recordable area E1; and an afterglow intensity notification unit constituted by a computer 13 (particularly, a display 13b) for reporting the afterglow intensity information.
〔4.応力記録の検証〕
次に、上述の試験装置Dを用いて、応力記録の検証を行った。すなわち、図4に示すように、ML/MR特性を材料試験機、LED照射付きカメラシステムにて評価を行った。また、MR機能は、応力印加前後の光照射後の光読み出し画像(残光画像)により評価した。なお、読出光とリセット光の波長は200~480nmとし、読出光の場合は0.1~3mW/cm2、リセット光の場合は100~1000mW/cm2にて照射した。
4. Verification of stress records
Next, stress recording was verified using the above-mentioned test device D. Specifically, as shown in Figure 4, the ML/MR characteristics were evaluated using a materials testing machine and a camera system with LED illumination. The MR function was also evaluated using optical readout images (afterglow images) taken after light irradiation before and after stress application. The wavelengths of the readout and reset lights were 200 to 480 nm, with the readout light irradiated at 0.1 to 3 mW/ cm² and the reset light irradiated at 100 to 1000 mW/ cm² .
その結果、荷重を加えることで図5に示すように動的な応力分布に比例した発光画像を示した。また荷重後、応力発光は消失するが、光源部11より読出光を照射してその残光画像を観測することで応力履歴の記録を読み出すことができ、荷重試験前後のMR画像を比較すると、応力分布の履歴に比例した記録画像になっていることが分かる。図6(a)は計測対象の応力を受ける前の残光強度の情報(画像の情報)に基づいて生成された画像であり、図6(b)は計測対象の応力を受ける前の残光強度の情報と、前記計測対象の応力を受けた後の残光強度の情報との差の情報に基いて生成された画像を示している。 As a result, applying a load produced a luminescence image proportional to the dynamic stress distribution, as shown in Figure 5. After the load was applied, the mechanoluminescence disappeared, but by irradiating the light source 11 with readout light and observing the afterglow image, the record of the stress history could be read out. Comparing the MR images before and after the load test, it can be seen that the recorded image is proportional to the history of the stress distribution. Figure 6(a) shows an image generated based on the afterglow intensity information (image information) before the measurement target was subjected to stress, and Figure 6(b) shows an image generated based on the difference between the afterglow intensity information before the measurement target was subjected to stress and the afterglow intensity information after the measurement target was subjected to stress.
このように、本実施形態に係る応力記録材料は、応力記録可能であることが示された。また、本実施形態に係る応力記録材料や応力記録構造、応力記録体、応力記録方法、応力記録システムは、残光を観察するのみで応力の付与を事後的に知ることが可能であることが示された。また、本実施形態に係る応力記録体は、受けた応力の有無やその強弱を残光強度の違いとして発現可能な応力記録体であることが示された。更に、本実施形態に係る応力記録体形成剤は、上述のような応力記録体を形成することのできる応力記録体形成剤であることが示された。 In this way, it has been demonstrated that the stress recording material according to this embodiment is capable of recording stress. Furthermore, it has been demonstrated that the stress recording material, stress recording structure, stress recording body, stress recording method, and stress recording system according to this embodiment make it possible to know after the fact that stress has been applied simply by observing afterglow. Furthermore, it has been demonstrated that the stress recording body according to this embodiment is a stress recording body that can express the presence or absence of stress and its strength as differences in afterglow intensity. Furthermore, it has been demonstrated that the stress recording body forming agent according to this embodiment is a stress recording body forming agent that can form the stress recording body described above.
〔5.応力分布とMR強度分布の検証〕
次に、応力分布とMR強度分布の検証を行った。図7は、FEM解析の結果を示す図である。図5と図7を比較すると分かるように、FEM解析の結果は、応力発光の観測結果と良く一致している。
[5. Verification of stress distribution and MR strength distribution]
Next, we examined the stress distribution and MR intensity distribution. Figure 7 shows the results of FEM analysis. As can be seen from comparing Figures 5 and 7, the results of FEM analysis are in good agreement with the observed results of mechanoluminescence.
また、図6(b)と図7とを比較すると分かるように、応力記録画像が示すMR強度分布は、FEM解析結果が示す応力分布と良く一致する。 Furthermore, as can be seen by comparing Figure 6(b) and Figure 7, the MR intensity distribution shown in the stress recording image closely matches the stress distribution shown in the FEM analysis results.
図8は、図6(b)の黒矢印間における応力分布と応力記録分布強度の関係を示すグラフである。なお、応力記録分布は絶対値で示していることに留意されたい。図8からも分かるように、応力分布とMR強度分布は良く一致している。 Figure 8 is a graph showing the relationship between the stress distribution and the stress recording distribution intensity between the black arrows in Figure 6(b). Note that the stress recording distribution is shown in absolute values. As can be seen from Figure 8, the stress distribution and the MR intensity distribution are in good agreement.
これらの結果から、本実施形態に係る応力記録材料や応力記録構造、応力記録体、応力記録体形成剤、応力記録塗膜形成塗料、応力記録方法及び応力記録システムは、定量的な応力の記録や読み出し、特に応力分布に一致する応力記録や読み出しが可能であることが示された。 These results demonstrate that the stress recording material, stress recording structure, stress recording body, stress recording body forming agent, stress recording coating film forming paint, stress recording method, and stress recording system according to this embodiment are capable of quantitatively recording and reading out stress, in particular, recording and reading out stress that corresponds to the stress distribution.
〔6.応力記録の長期保持性の検証〕
次に、どの程度の期間に亘り応力記録が保持されるのかについて検討を行った。その結果、図9に示すように、少なくとも6ヶ月間は応力の記録を保持できることが示された。このことは、本実施形態に係る応力記録材料は応力記録を少なくとも半年以上の長期に亘って保持できることを示している。
[6. Verification of long-term retention of stress records]
Next, we investigated how long the stress record could be maintained. As a result, as shown in Figure 9, it was shown that the stress record could be maintained for at least six months. This indicates that the stress recording material according to this embodiment can maintain the stress record for a long period of at least six months or more.
〔7.加重回数とMRの関係についての検討〕
次に、荷重回数とMRの関係について検討を行った。具体的には、図10(a)に示すように、応力記録ペレットB1を軸回りに動かしつつ、12時から6時の方向へ1度、10~11時から4~5時方向へ5度、9時から3時方向へ10度に渡り同じ荷重を加え、荷重前との差である残光記録強度を計測した。
[7. Examination of the relationship between the number of weightings and MR]
Next, we investigated the relationship between the number of loads and MR. Specifically, as shown in Figure 10(a), we applied the same load to the stress-recording pellet B1 around its axis by 1 degree from 12 o'clock to 6 o'clock, 5 degrees from 10-11 o'clock to 4-5 o'clock, and 10 degrees from 9 o'clock to 3 o'clock, and measured the afterglow intensity, which is the difference from the intensity before and after the load.
図10(b)に三方向からの荷重後の残光像を示し、図10(c)に残光記録強度を示す。図10(b)や図10(c)からも分かるように、積算応力はMR強度に影響がないことが示された。 Figure 10(b) shows the afterglow image after loading from three directions, and Figure 10(c) shows the afterglow recording intensity. As can be seen from Figures 10(b) and 10(c), it was shown that the cumulative stress has no effect on the MR intensity.
〔8.最大荷重による応力記録強度についての検討〕
次に、最大荷重による応力記録強度について検討を行った。具体的には、荷重とMR強度の関係を検討するため、図11(a)に示すように1~2時から7~8時方向へ500N、12時から6時の方向へ750N、9時から3時方向へ1000Nの荷重を応力記録ペレットB1を軸回りに動かしつつそれぞれ印加し、残光画像からMR強度の評価を行った。その際、荷重印加された後の残光強度をIとし、荷重印加前の残光強度をI0とした。応力記録の強度(MRI)は、MRI=|I-I0|で計算した。
[8. Examination of stress record strength under maximum load]
Next, we investigated the stress recording intensity under maximum load. Specifically, to examine the relationship between load and MR intensity, loads of 500 N were applied from 1-2 o'clock to 7-8 o'clock, 750 N from 12 o'clock to 6 o'clock, and 1000 N from 9 o'clock to 3 o'clock, as shown in Figure 11(a), while moving the stress recording pellet B1 around its axis. MR intensity was evaluated from the afterglow images. The afterglow intensity after load application was defined as I, and the afterglow intensity before load application was defined as I0. The stress recording intensity (MRI) was calculated as MRI = |I - I0|.
図11(b)に三方向からの荷重後の残光像を示し、図11(c)に残光記録強度の計算した結果を示す。図11(b)や図11(c)からも分かるように、荷重の増加につれて、MR強度の増加が確認でき、MR広範囲に渡って定量性があることが示された。 Figure 11(b) shows the afterglow image after load application from three directions, and Figure 11(c) shows the calculated results of the afterglow recording intensity. As can be seen from Figures 11(b) and 11(c), an increase in MR intensity was confirmed as the load increased, demonstrating that MR is quantitative over a wide range.
また図11(d)は、応力発光強度と応力記録強度との関係を示すグラフである。図11(d)にて破線で示すように、これまでの応力発光材料は、応力に応じた発光を示すものの応力記録を行うことはできず、当然に応力記録強度は確認されない。これに対し、本実施形態に係る応力記録材料A1(応力記録ペレットB1)は、応力発光との相関性に優れた応力記録強度を示すことが確認された。 Figure 11(d) is a graph showing the relationship between stress-induced luminescence intensity and stress-recording intensity. As shown by the dashed line in Figure 11(d), previous stress-induced luminescent materials exhibited luminescence in response to stress, but were unable to perform stress recording, and naturally no stress-recording intensity was observed. In contrast, it was confirmed that the stress-recording material A1 (stress-recording pellet B1) according to this embodiment exhibited stress-recording intensity that had an excellent correlation with stress-induced luminescence.
〔9.応力記録の分解能の検討〕
次に、応力記録ペレットB1を用いて、どの程度細かい領域に記録が可能であるか、すなわち、応力記録の分解能について検討を行った。
9. Consideration of the resolution of stress records
Next, using the stress recording pellet B1, we investigated how fine an area recording is possible, that is, the resolution of stress recording.
図12に荷重印加治具と、これを用いた応力履歴の空間分解能検討実験の様子を示す。図12(a)に示す各種治具を使用し試験を行ったが、ここでは代表例として図12(a)において3番で示す治具30(図12(b)参照)を使用した試験について説明する。 Figure 12 shows a load application jig and the experiment using it to examine the spatial resolution of stress history. Tests were conducted using various jigs shown in Figure 12(a), but here we will explain the test using jig 30, numbered 3 in Figure 12(a) (see Figure 12(b)), as a representative example.
試験は、図12(c)に示すように、応力記録ペレットB1の平面部分を天地状態に配置し、応力記録ペレットB1の天面部31aに治具30の突起形成面30aを対向させて配置し、治具30の上から荷重を印加した。 As shown in Figure 12(c), the test was performed by placing the flat surface of the stress recording pellet B1 upside down, with the protrusion-forming surface 30a of the jig 30 facing the top surface 31a of the stress recording pellet B1, and applying a load from above the jig 30.
荷重印加後のMR画像を図13(a)及び図13(b)に示す。治具30には6つの円柱状突起を成形しており、エリア1~6とした。 The MR images after load application are shown in Figures 13(a) and 13(b). Six cylindrical protrusions were molded on the jig 30, designated areas 1 to 6.
図13(b)に示すMR画像から、エリア6までの応力履歴の記録を確認することができる。空間分解能を検討するため、画素サイズの計算を行った。ペレットの直径は一定であるため、MR画像に占めるペレットの割合から算出した。計算結果を踏まえ、エリア6を中心に3D曲面解析を行った。 The MR image shown in Figure 13(b) confirms the record of stress history up to area 6. To examine spatial resolution, pixel size was calculated. Since the pellet diameter is constant, it was calculated from the proportion of the pellet in the MR image. Based on the calculation results, 3D surface analysis was performed centered on area 6.
フィット曲面の解析結果を図13(c)に示す。解析結果から約600μmの荷重印加情報が高い空間分解能で検出できた。また、ライン分布解析の結果を図14に示す。 The analysis results of the fitted surface are shown in Figure 13(c). The analysis results indicated that load application information of approximately 600 μm could be detected with high spatial resolution. The results of the line distribution analysis are shown in Figure 14.
材料試験機を使用した圧縮試験では、LNNOの応力履歴の記録が可能であることを発見した。それを起点にMRの定量性、強度および分解能の検討を試みた。MRの強度はFEM解析で得た応力分布と一致しており、残光から過去の履歴を読み出すことに成功した。また、治具を用いた実験から直径がサブmmサイズの応力履歴の記録の空間分布を読み出すことができ、本検討では約600μmに履歴を観測できた。 In compression tests using a materials testing machine, it was discovered that it was possible to record the stress history of LNNO. Using this as a starting point, we attempted to examine the quantitativeness, strength, and resolution of MR. The strength of MR matched the stress distribution obtained from FEM analysis, and we were able to successfully read out the past history from the afterglow. Furthermore, experiments using a jig enabled us to read out the spatial distribution of the stress history record with a diameter of sub-mm, and in this study, we were able to observe the history at approximately 600 μm.
〔10.他の応力記録材料〕
これまで、本実施形態に係る応力記録材料A1、すなわち、Li0.35Na0.80NbO3.102:Pr0.01,Nd0.005,Cr0.003や、これを使用した応力記録構造、応力記録体、応力記録体形成剤、応力記録方法及び応力記録システムについて述べてきたが、本発明は同組成に限定されるものではないのは勿論である。そこでここでは、更なる応力記録材料について言及する。
10. Other stress recording materials
So far, we have described the stress recording material A1 of this embodiment, i.e., Li0.35Na0.80NbO3.102 : Pr0.01 , Nd0.005 , Cr0.003 , and the stress recording structure, stress recording body, stress recording body forming agent, stress recording method, and stress recording system using this material. However, the present invention is not limited to this composition. Therefore, here we will mention other stress recording materials.
〔1.応力記録材料の調製〕にて説明した固相反応法と同様にして、他の実施形態に係る2つの応力記録材料A2,A3の調製を行った。応力記録材料A2は、Li0.14Na0.89NbO3.017:Pr0.002であり、応力記録材料A3はLi0.21Na0.80NbO3.095:Nd0.05,Cr0.01である。 Two stress recording materials A2 and A3 according to other embodiments were prepared using the same solid-state reaction method as described in [1. Preparation of Stress Recording Materials]. Stress recording material A2 has a composition of Li0.14Na0.89NbO3.017 : Pr0.002 , and stress recording material A3 has a composition of Li0.21Na0.80NbO3.095 : Nd0.05 , Cr0.01 .
また、〔2.応力記録体の作成〕にて説明した手法により、応力記録材料A2を含有する応力記録ペレットB2、及び応力記録材料A3を含有する応力記録ペレットB3を作成した。 Furthermore, using the method described in [2. Preparation of stress recording medium], stress recording pellet B2 containing stress recording material A2 and stress recording pellet B3 containing stress recording material A3 were prepared.
そして、〔4.応力記録の検証〕と同様にして応力記録が可能か否かについて確認を行った。なお、応力記録ペレットB2の試験において読出光とリセット光の波長は250~400nmとし、読出光の場合は0.1~1mW/cm2、リセット光の場合は100~500mW/cm2にて照射した。また、応力記録ペレットB3の試験において読出光とリセット光の波長は200~300nmとし、読出光の場合は0.8~3mW/cm2、リセット光の場合は300~800mW/cm2にて照射した。 Then, in the same manner as in [4. Verification of stress recording], it was confirmed whether stress recording was possible. In the test of stress-recorded pellet B2, the wavelengths of the read light and reset light were 250 to 400 nm, and the read light was irradiated at 0.1 to 1 mW/ cm2 and the reset light was irradiated at 100 to 500 mW/ cm2 . In the test of stress-recorded pellet B3, the wavelengths of the read light and reset light were 200 to 300 nm, and the read light was irradiated at 0.8 to 3 mW/ cm2 and the reset light was irradiated at 300 to 800 mW/ cm2 .
その結果、応力記録ペレットB1と同様に、応力記録ペレットB2及び応力記録ペレットB3のいずれについても、応力の記録と読み出しが可能であることが確認された。なお応力記録ペレットB2の残光は605nmを中心とした赤色の可視光と1050nmを中心波長とした近赤外光であり、応力記録ペレットB3の残光は500nmを中心とした緑色の可視光と1100nmを中心とした近赤外光であった。 As a result, it was confirmed that stress could be recorded and read out in both stress recording pellets B2 and B3, just as it was in stress recording pellet B1. The afterglow of stress recording pellet B2 was red visible light centered at 605 nm and near-infrared light with a central wavelength of 1050 nm, while the afterglow of stress recording pellet B3 was green visible light centered at 500 nm and near-infrared light centered at 1100 nm.
上述してきたように、本実施形態に係る応力記録材料によれば、一般式LixNayNbO3+(x+y-1)/2+Σ(zk*Lk/2):M1z1,M2z2,M3z3(ただし、M1はレアアースイオン及び遷移金属イオンから選ばれるいずれか1種の金属イオンであり、M2又はM3はnone又はレアアースイオン及び遷移金属イオンから選ばれるいずれか1種の金属イオンであり、zkはz1~z3を一般化した表現であり、LkはM1のイオンの価数L1、M2のイオンの価数L2、M3のイオンの価数L3を一般化した表現であり、M2がnoneの場合はz2は0であり、M3がnoneの場合はz3は0である。)で表される組成を有し、x=0.02~2であり、y=0.01~1であり、z1+z2+z3=0.0001~0.2であることとしたため、化学反応による暗反応の影響が無く、定量性や長期記録保持性に優れ、また、残光を観察するのみで応力の付与を事後的に知ることのできる応力記録材料を提供することができる。 As described above, the stress recording material according to this embodiment has the general formula Li x Na y NbO 3+ (x+y-1)/2 + Σ(zk*Lk/2) : M1 z1 , M2 z2 , M3 z3 (wherein M1 is any one metal ion selected from rare earth ions and transition metal ions, M2 or M3 is none or any one metal ion selected from rare earth ions and transition metal ions, zk is a generalized expression for z1 to z3, Lk is a generalized expression for the valence L1 of the M1 ion, the valence L2 of the M2 ion, and the valence L3 of the M3 ion, and when M2 is none, z2 is 0, and when M3 is none, z3 is 0), and x = 0.02 to 2, y = 0.01 to 1, and z1 + z2 + z3 = 0.0001 to 0.2, it is possible to provide a stress recording material that is not affected by dark reactions due to chemical reactions, has excellent quantitative properties and long-term record retention, and allows the application of stress to be known after the fact simply by observing the afterglow.
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。 Finally, the above-mentioned embodiments are merely examples of the present invention, and the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments. Therefore, it goes without saying that various modifications can be made to the design, etc., even in the above-mentioned embodiments, as long as they do not deviate from the technical concept of the present invention.
10 荷重試験機
11 光源部
12 撮像部
13 コンピュータ
13a コンピュータ本体部
13b ディスプレイ
A1,A2,A3 応力記録材料
B1,B2,B3 応力記録ペレット
C1 応力記録体形成剤
D 試験装置
E1 記録可能領域
F1 応力記録システム
REFERENCE SIGNS LIST 10 Load tester 11 Light source unit 12 Imaging unit 13 Computer 13a Computer main body 13b Display A1, A2, A3 Stress recording material B1, B2, B3 Stress recording pellet C1 Stress recording body forming agent D Test device E1 Recordable area F1 Stress recording system
Claims (8)
残光発光のための励起光を前記記録可能領域に対して照射する読出光照射部と、
前記記録可能領域の残光強度の情報を取得する残光強度取得部と、
前記残光強度の情報を報知する残光強度報知部と、を備え、
前記記録可能領域は、一般式Li x Na y NbO 3+(x+y-1)/2+Σ(zk*Lk/2) :M1 z1 ,M2 z2 ,M3 z3 (ただし、M1はレアアースイオン及び遷移金属イオンから選ばれるいずれか1種の金属イオンであり、M2又はM3はnone又はレアアースイオン及び遷移金属イオンから選ばれるいずれか1種の金属イオンであり、zkはz1~z3を一般化した表現であり、LkはM1のイオンの価数L1、M2のイオンの価数L2、M3のイオンの価数L3を一般化した表現であり、M2がnoneの場合はz2は0であり、M3がnoneの場合はz3は0である。)で表される組成を有し、x=0.02~2であり、y=0.01~1であり、z1+z2+z3=0.0001~0.2である応力記録材料を前記計測対象物の所定領域に存在させることで形成した応力記録システムであって、
前記記録可能領域に対して前記残光発光のための励起光と略同波長で高強度のリセット光を照射するリセット光照射部を備えることを特徴とする応力記録システム。 a region where stress formed on the measurement object can be recorded;
a read light irradiation unit that irradiates the recordable area with excitation light for afterglow emission;
an afterglow intensity acquisition unit that acquires information about the afterglow intensity of the recordable area;
an afterglow intensity reporting unit that reports information about the afterglow intensity,
The recordable area has a general formula Li x Na y NbO 3+ (x+y-1)/2 + Σ(zk*Lk/2) : M1 z1 , M2 z2 , M3 z3 (wherein M1 is any one metal ion selected from rare earth ions and transition metal ions, M2 or M3 is none or any one metal ion selected from rare earth ions and transition metal ions, zk is a generalized expression of z1 to z3, Lk is a generalized expression of the valence L1 of the M1 ion, the valence L2 of the M2 ion, and the valence L3 of the M3 ion, and when M2 is none, z2 is 0, and when M3 is none, z3 is 0), and x=0.02 to 2, y=0.01 to 1, and z1+z2+z3=0.0001 to 0.2, is present in a predetermined region of the measurement object,
A stress recording system comprising a reset light irradiation unit that irradiates the recordable area with high-intensity reset light having substantially the same wavelength as the excitation light for afterglow emission .
前記計測対象の応力を受ける前の残光強度の情報と、前記計測対象の応力を受けた後の残光強度の情報との差の情報を生成する差分情報生成部と、を備え、
前記残光強度報知部は、前記差の情報を報知可能としたことを特徴とする請求項4に記載の応力記録システム。 a storage unit that stores information on the afterglow intensity in the recordable area before the stress to be measured is applied and information on the afterglow intensity after the stress to be measured, the information being obtained from the afterglow intensity acquisition unit;
a difference information generating unit that generates difference information between information on afterglow intensity before the measurement object is subjected to stress and information on afterglow intensity after the measurement object is subjected to stress,
5. The stress recording system according to claim 4 , wherein the afterglow intensity notifying unit is capable of notifying information on the difference.
前記残光強度報知部は、前記記憶部に記憶された所定の残光強度の情報又は差の情報を報知可能としたことを特徴とする請求項5に記載の応力記録システム。 the storage unit is capable of storing information about the difference;
6. The stress recording system according to claim 5 , wherein the afterglow intensity notifying unit is capable of notifying information on a predetermined afterglow intensity or information on a difference stored in the storage unit.
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