JP3968426B2

JP3968426B2 - Elastic body and power transmission device using the same

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Publication number: JP3968426B2
Application number: JP2002365637A
Authority: JP
Inventors: 直広上野; 超男徐
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2002-12-17
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2007-08-29
Anticipated expiration: 2022-12-17
Also published as: JP2004196916A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力や張力などの応力によって光を放出する弾性体、及びそれを用いた動力伝達装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
外部からの刺激によって発光する物質として、これまでにも様々なものが開発されている。このような物質として、例えば、紫外線を吸収して可視光を放出する蛍光体が挙げられる。また、機械的な圧力（圧縮力）や張力（引張力）などの応力によって発光する物質もある。このような物質として、例えば、特許文献１〜７に開示されている応力発光物質が挙げられる。また特許文献８には、応力発光物質を微粒子にするとともにこれを透明樹脂に混入したものを被験体とし、その被験体の側面における応力分布測定を光学的に行なう測定システムが開示されている。
【０００３】
一方、送風機などは、モーターなどの動力発生装置によって発生した動力によって作動するものであるが、この際、上記動力は動力伝達装置を介して伝達されている。このような動力伝達装置では、その簡便性から、ベルトを用いて動力を伝達することが多い。この際、ベルトの素材としては、取り付け時の調整機能を付与するため、ゴムなど有機系の材料で、柔軟性・伸縮性を有するものが用いられる。
【０００４】
しかしながら、ゴムなどからなるベルトであれば、使用環境によるダメージや経年変化による劣化によって、ベルトが破断してしまうこともある。そこで、ベルトの破断を未然に防ぐために、ベルトの状態、すなわちベルトが劣化しているか否かに関わらず、一定の期間が経過する毎にベルトを一律に交換している。
【０００５】
けれども、ベルトの破断の原因は、ベルトのダメージなどに限られるものではない。外部から与えられた何らかの負荷によってベルトに傷がつき、これによってベルトが破断してしまうこともある。上述のベルトを一律に交換する方法では、このような予期せぬ原因によるベルトの破断には対応できなくなってしまう。例えば冷却機構用の送風機で、動力発生装置によって発生した動力を伝達しているような場合には、ベルトの破断が大きな事故につながってしまうということもある。
【０００６】
そこで、動力の送り側と受け側との両方に回転センサを取り付けて動力の伝達を監視し、動力の伝達の停止によって、動力伝達装置が作動しないようにすれば、上述したような大きな事故を防ぐことは可能である。しかしこの場合には、ベルトが破断して初めて動力の伝達が停止することになるので、ベルトの破断を未然に防ぐことはできないという問題がある。この問題を回避する方法として、ベルトを取り付けたプーリ（ベルト車）にベルトの張力を計測するためのセンサを取り付け、何らかの原因で発生したベルトの傷による張力の変動から、ベルトの状態を推定する方法が、非特許文献１に提案されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２２０５８７号公報（公開日２００２年８月９日）
【０００８】
【特許文献２】
特開２００２−１９４３４９号公報（公開日２００２年７月１０日）
【０００９】
【特許文献３】
特開２００１−６４６３８号公報（公開日２００１年３月１３日）
【００１０】
【特許文献４】
特開２００１−４９２５１号公報（公開日２００１年２月２０日）
【００１１】
【特許文献５】
特開２０００−６３８２４号公報（公開日２０００年２月２９日）
【００１２】
【特許文献６】
特開２０００−３１３８７８号公報（公開日２０００年１１月１４日）
【００１３】
【特許文献７】
特開２０００−１１９６４７号公報（公開日２０００年４月２５日）
【００１４】
【特許文献８】
特開２００１−２１５１５７号公報（公開日２００１年８月１０日）
【００１５】
【非特許文献１】
計測自動制御学会論文集２９巻４号３８５/３９４頁（発行日１９９３年４月３０日）
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献８の測定システムでは、透明樹脂を用いているために、被験体が大きな変形を伴うような柔軟体の場合には、透明樹脂に割れやはがれが生じてしまい、その結果、応力分布測定を行なうことができなくなってしまう。
【００１７】
一方、非特許文献１の方法では、張力を計測するためのセンサを取り付けなければならないために、ベルトの配置が制限されてしまう。
【００１８】
そこで本発明は、大変形を伴う柔軟体の応力分布測定にも用いることのできる弾性体を提供することを目的としている。また、本発明はこの弾性体を、例えばベルトとして用いることで、ベルトの破断を未然に防ぐことが可能で、しかもベルトの配置が何ら制限されることのない動力伝達装置を提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、物質自体が圧力や張力などの応力により発光する発光物質をゴムに混合してなる弾性体であれば、弾性体の変形によって、この弾性体から光が放出されることから、このような弾性体を、被験体の表面に塗布すれば、大変形を伴う柔軟体であっても応力分布を光学的に測定することができることを見出した。さらに、動力伝達装置で使用されるベルトが破断しないよう、動力伝達装置に破断予知機能を付与する方法について鋭意研究を重ねた結果、上記弾性体からなるベルト、あるいは、既存のベルトの表面に上記弾性体を設けるとともに、ベルトとプーリ（ベルト車）との接触位置に、たとえば光センサを設置して、弾性体から放出される光の強度を計測すれば、ベルトの配置が制限されることなく、ベルトの傷や劣化を調べられることをも見出した。本発明者等は、これらの知見に基づいて、本発明を完成するに至った。
【００２０】
即ち、本発明にかかる新規な弾性体は、外力が加えられると発光する発光物質及びゴムを含んでなることを特徴としている。
【００２１】
また、本発明にかかる弾性体は、上記ゴムが、シリコーンゴム、アクリルゴム、あるいはフッ素ゴムのいずれかであることを特徴としている。
【００２２】
また、本発明にかかる弾性体は、上記発光物質が、アルミン酸塩の少なくとも１種を母体物質とし、その中に希土類金属イオン及び遷移金属イオンの中から選ばれる少なくとも１種の金属イオンを発光中心の中心イオンとして含むものであることを特徴としている。
【００２３】
上記発光物質は、一般に、摩擦力、せん断力、衝撃力、圧力、張力などの機械的な外力の刺激に応じて物質自体が発光するという性質を有するとともに、その外力の強度に比例して発光強度を変化させるという性質をも有している。そのため、圧力や張力といった応力や、ねじりなど、機械的な外力が与えられることによって弾性体が変形すると、この弾性体に与えられた外力に応じて、発光物質が発光する。このとき、発光物質は、外力の強度に比例して発光強度が変化する。そこで、弾性体に対して均一な外力を与えれば、弾性体全体から光は均一に放出される。しかしながら、例えば切り込みなどの傷や、ひび割れの生じた弾性体に対して均一な外力が与えられると、傷やひび割れの部分に応力集中が生じる。そして、それらの部分からは、他の部分よりも大きな光が放出されるために、結果として弾性体全体から放出される光の強度分布が不均一となる。
【００２４】
そこで、本発明者等は、このような性質を備える弾性体を、従来の動力伝達装置で使用されているベルトの代わりに用いることを発案した。
【００２５】
即ち、本発明にかかる動力伝達装置は、動力発生装置によって発生した動力を伝達するためのベルト及びベルト車を備えた動力伝達装置において、上記いずれかの弾性体からなるベルトを備えるとともに、さらに上記ベルトから放出される光の強度を検知する検知手段を備えることを特徴としている。
【００２６】
このように、本実施の形態にかかる弾性体をベルトとして用いれば、ベルトに傷などが発生したときには、応力集中により、傷などの生じた部分からはより大きな光が放出されることになるので、検知手段で検知される光の強度に変化が生じる。これによれば、弾性体から放出される光の強度に基づいて、ベルトに傷などが発生したことを知ることができるので、ベルトの破断を未然に防ぐことができる。また、上記の構成によれば、ベルトの配置される場所は何ら制限を受けることはない。これによれば、好適に使用される動力伝達装置を提供することができる。
【００２７】
また、本発明にかかる動力伝達装置は、上記弾性体からなるベルトの代わりに、弾性体を表面に有するベルトとして構成してもよい。したがって、従来の動力伝達装置で使用されている既存のベルトの表面に弾性体を設けることで、従来の動力伝達装置を、ベルトの破断を未然に防ぐことの可能な装置とすることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について、以下に説明する。本発明にかかる弾性体は、外力が加えられると発光する発光物質及びゴムを含んでなるものである。
【００２９】
上記発光物質とは、応力によって発光する物質である。即ち、発光物質は、機械的な外力の刺激に応じて物質自体が発光するという性質を有するとともに、その外力の強度に比例して発光強度を変化させるという性質をも有している。本実施の形態では、発光物質として、従来公知の発光物質を用いることができる。
【００３０】
したがって、上記発光物質としては、例えば、アルミン酸塩の少なくとも１種を母体物質とし、その中に希土類金属イオン及び遷移金属イオンの中から選ばれる、少なくとも１種の金属イオンを、発光中心の中心イオンとして含んだものが挙げられる。
【００３１】
上記アルミン酸塩としては、具体的には、例えば、一般式Ｍ_xＡｌ_yＯ_2x+3y/2（ただし、Ｍはアルカリ土類金属、遷移金属、または希土類金属を示し、ｘ、ｙは整数を示す）で表わされるものが挙げられる。このとき、Ｍがアルカリ土類金属の場合には、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒのいずれかであることが好ましく、遷移金属の場合には、Ｚｎであることが好ましく、希土類金属の場合には、Ｙであることが好ましい。
【００３２】
また、発光中心の中心イオンとしての希土類金属イオンは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのいずれかのイオンであることが好ましく、Ｙ、Ｃｅ、Ｅｕ、Ｔｂのいずれかのイオンであることがより好ましい。
【００３３】
また、発光中心の中心イオンとしての遷移金属イオンは、Ｓｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗのいずれかのイオンであることが好ましく、Ｓｂ、Ｍｎ、Ｍｏのいずれかのイオンであることがより好ましい。
【００３４】
とりわけ、上記一般式におけるアルカリ土類金属が、化学量論的に、０．０１モル％〜２０モル％外れた格子欠陥をもつアルミン酸塩を母体物質とし、これに希土類金属イオン、または、遷移金属イオン０．０１モル％〜１０モル％を発光中心の中心イオンとして含むものは、高輝度を有しているので、本実施の形態において好ましい発光物質となる。
【００３５】
また例えば、発光物質としては、ＭＮ₂Ｏ₄で表される化合物（Ｍ及びＮは、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎの群、及びＧａ、Ａｌの群からそれぞれ選ばれる少なくとも１つ以上の金属元素）で構成される酸化物を母体物質とし、その中に機械的エネルギーによって励起されたキャリアーが基底状態に戻る場合に発光するところの希土類金属イオンまたは遷移金属イオンから選ばれる１種以上の元素を、発光中心として含んだものも挙げられる。この際、Ｍで表される金属元素に対する発光中心元素のモル％を、０．００１％〜２０％とする。
【００３６】
このとき、母体物質が、ＭｇＧａ₂Ｏ₄、ＺｎＧａ₂Ｏ₄、ＺｎＡｌ₂Ｏ₄、ＳｎＺｎ₂Ｏ₄、ＢａＡｌ₂Ｏ₄またはＭｇＡｌ₂Ｏ₄で表される酸化物であることが好ましい。さらにこれらの酸化物を母体物質とし、上記ＭまたはＮに対して０．０００１モル％〜２０モル％の格子欠陥を有するもの、あるいは、母体物質がスピネル構造を有する化合物で構成されるものにおいては、擬スピネル構造、または逆スピネル構造を含んでいてもよい。
【００３７】
発光中心として希土類金属イオンを含む場合には、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのいずれかのイオンを用いればよい。また発光中心として遷移金属イオンを含む場合には、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗのいずれかののイオンを用いればよい。なお、これら希土類金属イオンや遷移金属イオンを、１種、またはそれ以上用いることが好ましいが、母体物質の結晶構造によって、最適な発光中心は異なる。一般には、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｎｄ、Ｍｎ、Ｓｎから選ばれる１種以上のイオンを発光中心とすればよいが、例えば、母体物質がＺｎＡｌ₂Ｏ₄の場合には、発光中心がＭｎであることが好ましい。また、母体物質がＢａＡｌ₂Ｏ₄の場合には、発光中心が、Ｃｅ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｍｎから選ばれるいずれかのイオンであることが好ましい。
【００３８】
あるいはまた、上記発光物質は、メリライト型構造の酸化物のうちの１種以上からなる母体物質が、機械的エネルギーによって励起された電子が基底状態に戻る場合に発光する希土類イオンまたは遷移金属イオンの１種以上からなる発光中心を含んでなるものであってもよい。
【００３９】
このとき、メリライト型構造の酸化物としては、ＣａＹＡｌ₃Ｏ₇、Ｃａ₂Ａｌ₂ＳｉＯ₇、Ｃａ₂（Ｍｇ,Ｆｅ）Ｓｉ₂Ｏ₇、Ｃａ₂Ｂ₂ＳｉＯ₇、Ｃａ₂ＢｅＳｉＯ₇、Ｃａ₂ＢｅＳｉ₂Ｏ₇、ＣａＮａＡｌＳｉ₂Ｏ₇、Ｃａ₂Ａｌ（Ａｌ,Ｓｉ）₂Ｏ₇、Ｃａ₂ＭｇＳｉ₂Ｏ₇、（Ａｌ,Ｍｇ）（Ｓｉ,Ａｌ）₂Ｏ₇、Ｃａ₂（Ｍｇ,Ａｌ）（Ａｌ,Ｓｉ）ＳｉＯ₇を主成分としたものが好ましく、Ｃａ₂Ａｌ₂ＳｉＯ₇、またはＣａ₂ＭｇＳｉ₂Ｏ₇がより好ましい。
【００４０】
この際、発光中心としての希土類イオンは、Ｓｃ、Ｙ，Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕから選ばれる１種、またはそれ以上の元素のイオンとすればよいが、母体物質によって最適な発光中心は異なる。例えば、母体物質がＣａ₂Ａｌ₂ＳｉＯ₇、またはＣａ₂ＭｇＳｉ₂Ｏ₇の場合には、発光中心がＣｅイオンであることが好ましい。また、発光中心は、発光物質に対して０．００１重量％〜２０重量％とすればよい。
【００４１】
あるいはまた、上記発光物質は、非化学量論的組成を有するアルミン酸塩の少なくとも１種からなり、かつ機械的エネルギーによって励起されたキャリアーが基底状態に戻る際に発光する格子欠陥をもつ物質であってもよい。あるいは、上記発光物質は、非化学量論的組成を有するアルミン酸塩の少なくとも１種からなり、かつ機械的エネルギーによって励起されたキャリアーが基底状態に戻る際に発光する格子欠陥をもつ物質を母体物質とし、この母体物質中に希土類金属イオン及び遷移金属イオンの中から選ばれる、少なくとも１種の金属イオンを、発光中心の中心イオンとして含むものであってもよい。
【００４２】
このとき、上記非化学的量論組成を有するアルミン酸塩としては、アルカリ土類金属酸化物とアルミニウム酸化物とから構成され、かつこの中のアルカリ金属土類イオンの組成比を欠損させたアルカリ土類金属欠陥型のものが好ましく、具体的には、Ｍ_xＡｌ₂Ｏ_3+x、Ｍ_xＱＡｌ₁₀Ｏ_16+x、Ｍ_x ¹Ｑ_x ²Ａｌ₂Ｏ_3+x ¹ _+x ²、または、Ｍ_x ¹Ｑ_x ²ＬＡｌ₁₀Ｏ_16+x ¹ _+x ²｛なお、Ｍ、Ｑ及びＬは、それぞれ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、またはＢａを示し、ｘは０．８＜ｘ＜１、ｘ¹及びｘ²は、０．８＜（ｘ¹＋ｘ²）＜１を満たす数である｝で表されるものを主成分とするものが挙げられる。これらの中で、Ｓｒ_xＡｌ₂Ｏ_3+x、または、Ｓｒ_xＭｇＡｌ₁₀Ｏ_16+xが好ましい。
【００４３】
欠損濃度、すなわち、上記化合物における（１−ｘ）または[１−（ｘ¹＋ｘ²）]の値を制御することにより、発光中心の中心イオンとして、他の金属イオンを含有させなくても、発光物質の強度を著しく向上させることができる。
【００４４】
また上記発光中心の中心イオンとしては、希土類金属イオンであれば、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕなどのイオンが挙げられる。また遷移金属イオンであれば、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗなどのイオンが挙げられる。
【００４５】
これらの金属イオンは、発光中心のイオンとして、１種含んでいてもよく、２種以上を含んでいてもよいが、母体物質の結晶構造に応じて最適な発光中心の中心イオンが異なる。例えば、母体物質がＭ_xＡｌ₂Ｏ_3+xの場合には、ＥｕやＣｅイオンを発光中心の中心イオンとすることが好ましく、Ｍ_xＱＡｌ₁₀Ｏ_16+xの場合には、Ｅｕを発光中心の中心イオンとすることが好ましい。このとき、発光中心の中心として、上記金属イオンを０．０１モル％〜１０モル％の範囲内で含むことが好ましい。
【００４６】
あるいはまた、上記発光物質は、ＦｅＳ₂構造の酸化物、硫化物、炭化物、及び窒化物の１種以上からなる母体物質が、機械的エネルギーによって励起された電子が基底状態に戻る場合に発光する希土類イオンまたは遷移金属イオンの１種以上の発光中心を含んでなるものであってもよい。
【００４７】
ＦｅＳ₂構造としては、具体的には、Ｓｒ₃Ａｌ₂Ｏ₆、Ｃａ₃Ａｌ₂Ｏ₆、ＣａＣ₂、ＣｏＳ₂、ＭｎＳ₂、ＮｉＳ₂、ＲｕＳ₂、ＮｉＳｅ₂を主成分とするものが好ましく、中でも、Ｓｒ₃Ａｌ₂Ｏ₆、またはＣａ₃Ａｌ₂Ｏ₆が好ましい。
【００４８】
このとき、発光中心としては、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕから選ばれる希土類イオン、及び、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ，Ｗから選ばれる遷移金属イオンから選ばれる、１種またはそれ以上のイオンを含んでいることが好ましいが、母体物質の結晶構造によって最適な発光中心は異なる。例えば、母体物質がＳｒ₃Ａｌ₂Ｏ₆の場合には、Ｅｕが発光中心として好ましく、母体物質がＣａ₃Ａｌ₂Ｏ₆の場合には、Ｎｄが発光中心として好ましい。発光中心は、母体物質に対して、０．０１重量％〜２０重量％の範囲内で含まれていることが好ましい。
【００４９】
あるいは上記発光物質を、Ｙ、Ｂａ、及びＭｇの中から選ばれる、少なくとも１種の金属の酸化物と、Ｓｉの酸化物との複合体を少なくとも主成分とする母体物質に、機械的エネルギーによって励起された電子が基底状態に戻る際に発光する希土類金属及び遷移金属の中から選ばれる、少なくとも１種の発光中心を含んでなるものでもよい。この複合体としては、例えば、Ｙ₂ＳｉＯ₅、ＢａＳｉ₂Ｏ₅、及びＢａ₃ＭｇＳｉ₂Ｏ₈の中から選ばれる、少なくとも１種の複合酸化物が挙げられ、中でも、Ｙ₂ＳｉＯ₅、Ｂａ₃ＭｇＳｉ₂Ｏ₈が好ましい。
【００５０】
このような母体物質が発光中心として、希土類金属や遷移金属としては、第一イオン化エネルギーが８ｅＶ以下のものが好ましく、６ｅＶ以下のものがより好ましい。
【００５１】
この希土類金属や遷移金属は、不安定な３ｄ、４ｄ、５ｄ、または４ｆ電子殻を有するものである。希土類金属としては、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕが挙げられる。また、遷移金属としては、例えば、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗが挙げられる。
【００５２】
また、不安定な３ｄ電子殻を有する遷移金属の中で好ましいのは、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕなどであり、不安定な４ｄ電子殻をもつ遷移金属の中で好ましいのは、Ｎｂ、Ｍｏであり、不安定な５ｄ電子殻をもつ遷移金属の中で好ましいのは、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙなどである。他方、不安定な４ｆ電子殻をもつ希土類金属の中で好ましいのは、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙなどである。
【００５３】
これらの希土類金属や遷移金属は、母体物質に１種または２種以上含まれるものとする。なお、母体物質の種類によって、最適な発光中心は異なる。例えば、母体物質がＹ₂ＳｉＯ₅の場合には、発光中心としてＥｕやＣｅが好ましい。また母体物質がＢａＳｉ₂Ｏ₅の場合には、発光中心としてＰｄが好ましい。また母体物質がＢａ₃ＭｇＳｉ₂Ｏ₈の場合には、発光物質としてＥｕが好ましい。
【００５４】
また、希土類金属や遷移金属の化合物としては、例えば、酸化物、硝酸塩などが挙げられる。また、原料として母体物質を形成しうる化合物を用いる場合には、その化合物として、例えば酸化イットリウム、酸化ケイ素、酸化バリウム、酸化マグネシウムなどの酸化物や、炭酸バリウム、炭酸マグネシウムなどの炭酸塩や、塩化ケイ素、塩化イットリウム、塩化マグネシウムなどのハロゲン化物や、例えばテトラエトキシシリコンのようなアルコキシ置換化合物などの有機ケイ素化合物が挙げられる。この際、発光中心となる材料を、０．０１モル％〜２０モル％含んでいればよい。
【００５５】
また上記発光物質としては、（Ａ）スピネル構造のＭｇＡｌ₂Ｏ₄やＣａＡｌ₂Ｏ₄、コランダム構造のＡｌ₂Ｏ₃、β−アルミナ構造のＳｒＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇の中から選ばれる少なくとも１種の金属酸化物または複合酸化物の母体結晶中に、（Ｂ）不安定な３ｄ、４ｄ、５ｄまたは４ｆ電子殻を有し、この電子殻内で輻射転移を生起し得る希土類金属イオン及び遷移金属イオンの中から選ばれる少なくとも１種の金属イオンを発光中心の中心イオンとして含むものでもよい。
【００５６】
発光中心の中心イオンとして含有される希土類金属イオンや遷移金属イオンとしては、第一イオン化エネルギーが８ｅＶ以下、特に６ｅＶ以下のものが好ましい。
【００５７】
また不安定な３ｄ電子殻を有する遷移金属イオンの中では、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎなどが好ましい。また不安定な４ｄ電子殻をもつ遷移金属イオンの中では、ＮｂやＭｏが好ましい。また不安定な５ｄ電子殻をもつ遷移金属の中では、ＴａやＷが好ましい。他方、不安定な４ｆ電子殻をもつ希土類金属イオンの中では、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙなどが好ましい。これらの希土類金属イオンや遷移金属イオンは、母体の金属酸化物、または複合酸化物の結晶構造などに応じて、１種、または２種以上含んでいるものとする。
【００５８】
また、本実施の形態において、上記ゴムとは、天然ゴム及び合成ゴムを含む弾性を備えたゴムである。したがって、上記ゴムとして、例えば、オレフィン系ゴムを用いることができる。
【００５９】
上記オレフィン系ゴムとしては、具体的には、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ブチルゴム、エチレン−プロピレンゴム、アクリルゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、ウレタンゴムが挙げられる。
【００６０】
さらに、本実施の形態では、発光物質やゴム以外の成分として、例えば、ある程度弾性があり、透明性を有する高分子系の物質を含んでいてもよく、具体的には、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）や、ウレタンなどを含んでいても構わない。
【００６１】
さらに本実施の形態にかかるゴムは、例えば、信越化学工業株式会社製のＲＴＶゴムのように透明性を有するゴムでもよく、あるいは、一般に広く用いられている半透明性を有するゴム（つまり、完全に透明ではなく、多少の白濁があるゴム）であっても構わない。しかしながら、本実施形態にかかる弾性体は、発光物質がゴムに分散してなるものである。そのため半透明のゴムであると、弾性体内部に存在する発光物質からの光の一部が半透明のゴムに吸収されてしまい、これによって弾性体から放射される光の強度が劣ってしまう虞がある。このようなことから、本実施の形態では、上記ゴムが透明性を有していることが好ましい。
【００６２】
本実施形態にかかる弾性体は、ゴムに発光物質が分散されていればよく、その分散方法については特に限定されるものではない。したがって例えば、硬化する前の液体状態のゴムを型枠に入れた後、さらに、型枠に発光物質を加えてこれらを攪拌すれば、ゴム中に発光物質を均一に分散することができる。その後ゴムを硬化させれば、本実施の形態にかかる弾性体を得ることができる。なお、このときのゴムの硬化方法についても、特に限定されるものではないので、ゴムの種類に応じて、加熱や化学的変化による硬化を施せばよいものとする。
【００６３】
例えば、熱硬化型のシリコーンゴムを硬化させる場合には、１００℃〜１５０℃の範囲内で加熱をすれば、効率よく硬化を行なうことができる。なお、加熱によって、本実施形態にかかる発光物質の性質が変わることはない。
【００６４】
また、上述したＲＴＶゴムを用いた場合には、脱酢酸反応や脱アルコール反応、あるいは縮合反応によって硬化を行なえばよい。このような反応によって硬化させることで、本実施の形態にかかる弾性体を効率よく得ることができる。
【００６５】
また、特に限定されるものではないが、発光物質をゴムに分散させるときには、発光物質を微粒子にすることが好ましい。微粒子の発光物質であれば、ゴムの中により均一に分散されることになる。
【００６６】
本実施の形態によれば、発光物質の表面から発光された光のみが、弾性体から放出される光として観測されるため、弾性体から放出される光の発光効率は、発光物質の表面積に相関する。そのため、同じ体積の弾性体から、より効率よく光が放出されるためには、微粒子の直径を小さくするとともに、弾性体に含まれる微粒子の数を増やせばよい。
【００６７】
したがって、上記微粒子の直径の平均値は特に限定されるものではないが、その上限値が１０μｍであることが好ましい。微粒子の直径の平均値が１０μｍを上回ると、同じ体積の弾性体に含まれる発光物質の数が少なくなってしまうために、弾性体から放出される光の発光効率が低下してしまう。なお、微粒子の直径の下限値は、特に限定されるものではなく、２ｎｍ程度とすればよい。
【００６８】
また、本弾性体に含まれる発光物質とゴムとの比率（混合比率）は、特に限定されるものではない。したがって、本弾性体の使用目的などに応じて、上記比率を適宜調整すればよい。しかしながら、ゴムに対する発光物質の比率が大きくなってしまうと、弾性体が脆くなってしまうため好ましくない。また、ゴムに対する発光物質の比率が小さくなってしまうと、弾性体から好適に光が放出されなくなってしまうため好ましくない。このようなことから、本実施の形態では、弾性体に含まれる「発光物質：ゴム」の比を、体積比率で５：１００とすることが好ましい。また、本弾性体を、後述する動力伝達装置のベルトとして用いる場合には、上記の体積比を１０：１００とすることが好ましい。また、本弾性体を、従来の動力伝達装置で使用されている既存のベルトの表面に設ける構成とする場合には、上記の体積比を２０：１００としても構わない。
【００６９】
本実施の形態にかかる弾性体は、圧力や張力といった応力や、ねじりなどの機械的な外力が加えられることによって弾性体が変形すると、この弾性体に加えられた外力に応じて、発光物質が発光する。このとき、発光物質は、外力の強度に比例して発光強度が変化する。そこで、弾性体に対して均一な外力を与えれば、弾性体全体から、光が均一に放出されるが、例えば切り込みやひび割れなどの傷の生じた弾性体に対して均一な外力を与えると、それら傷の部分に応力集中が生じる。そして、傷の部分からは、より大きな光が放出されることになるので、弾性体全体から放出される光の強度分布は不均一となる。
【００７０】
このように、本実施の形態の弾性体は、外力によって形や体積が変化するだけではなく、外力に応じて光を放出するという機能性をも備えているため、その応用性は幅広い。なお、本弾性体は、１００Ｐａ程度の負荷によって効率よく光が放出されるという性質を備えていることから、本弾性体を、例えば、動力発生装置（原動機）によって発生した動力を、送風機や圧縮機などに伝達する際に使用される動力伝達装置のベルトとして用いることができる。以下に、本実施の形態にかかる弾性体を用いた動力伝達装置について、図１に基づいて説明する。
【００７１】
本実施の形態にかかる動力伝達装置は、図１に示すように、主として、ベルト１と、プーリ（ベルト車）２と、検知手段３と、励起手段４とを備えて構成されている。本動力伝達装置は、図示しない動力発生装置によって発生した動力を、ベルト１及びプーリ２により、図示しない送風機や圧縮機へ伝達するものである。なお、図示しないが、本発明にかかる動力伝達装置には、２個以上の複数のプーリ２が設けられているものとする。
【００７２】
検知手段３は、ベルト１から放出される光の強度を検知するためのものである。検知手段３として、例えば、フォトトランジスタを用いることができる。
【００７３】
本実施形態にかかる動力伝達装置では、プーリ２に掛かった（プーリ２と接触した）ベルト１からは、プール２による外力（曲げ力）の負荷によって光が放出される。検知手段３は、このときに放出される光を検知できるように配置されている。
【００７４】
このような構成の動力伝達装置において、ベルト１に傷やひび割れが発生していると、それらの部分で応力集中が発生する。そして、それらの部分から放出される光の強度は、傷やひび割れのない部分から放出される光の強度よりも大きくなる。光の強度は、傷やひび割れのある部分がプーリ２に掛かる度に生じるため、検知手段３では、周期的に大きな強度の光が検知されるようになる。これによれば、検知手段３で検知される光の強度に基づいて、ベルト１に傷やひび割れが発生したことを知ることができるので、傷やひび割れの原因によるベルト１の破断を未然に防ぐことができる。また、これによれば、ベルト１の配置される位置が制限を受けることがないので、好適に使用される動力伝達装置を提供することができる。
【００７５】
このとき、外乱による雑音の影響によって、検知手段３で検知される光の強度が大きくなることもある。そこで、検知手段３で検知される光の強度の増加が、外乱によるものか、あるいはベルト１の傷などによるものかを明確に判断するために、以下のようにすることが好ましい。
【００７６】
まず、ベルト１から放出される光の強度に対して、適当なしきい値を設定する。そして、ベルト１がプーリ間を一周する時間を周期として、ベルト１から放出される光がしきい値を超えた場合に、そのときの発光強度を積算していく。このようにすれば、外乱による雑音は周期性を持たないために周期を重ねても積算した発光強度は大きくなりにくいのに対し、ベルト１に傷が発生しているときには、積算した発光強度は周期を重ねる度に大きな値になるので、ベルト１に傷が発生していることを容易に知ることができる。
【００７７】
また、動力伝達装置の使用を繰り返すことで、ベルト１から放出される光は徐々に減衰していく。そこで、ベルト１を構成する弾性体に含まれる発光物質が、機械的エネルギーによって励起されたキャリアーが基底状態に戻る場合に発光する希土類金属イオンや遷移金属イオンを発光中心イオンとして含んでいるときには、さらに、図１に示すように、検知手段３の下流側に、励起手段４を設けることが好ましい。そしてベルト１から放出される光の強度が弱まったときには、この励起手段４を介して、弾性体内部に含まれる発光物質の含む発光中心を励起すれば、発光物質から発光される光の強度が減衰するのを防ぐことができる。なお、励起手段４は特に限定されるものではなく、例えば、該励起手段４としてレーザーを使用することができる。
【００７８】
また、本実施の形態では、弾性体からなるベルトの代わりに、弾性体を表面に有するベルトを用いて、動力伝達装置を構成してもよい。したがって、従来の動力伝達装置で使用されている既存のベルトの表面に弾性体を設けるとともに、さらに検知装置を備えることで、従来の動力伝達装置を、ベルト１の破断を未然に防ぐことのできる装置とすることもできる。
【００７９】
【実施例】
以下、実施例により、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらにより何ら限定されるものではない。
【００８０】
〔実施例１〕
脱酢酸型の透明なシリコーンゴムを１ｃｍ×１ｃｍ×１ｍｍのアルミニウム製の型枠に流し込み、これに発光物質として、微粒子状のアルミン酸ストロンチウム２８ｍｇを投入し、攪拌によりアルミン酸ストロンチウムをシリコーンゴム中に分散させた。その後、シリコーンゴム中に分散されたアルミン酸ストロンチウムを１８時間放置することによりシリコーンゴムを硬化させ、これによりシート状の弾性体を得た。
【００８１】
次に、上記弾性体を固定台に貼り付け、この弾性体の上部からロッドによって圧力を負荷し、圧力を負荷させたままの状態でロッドを水平方向にずらしてズレ応力を負荷したところ、弾性体からは光が放出された。
【００８２】
【発明の効果】
本発明にかかる弾性体は、以上のように、外力が加えられると発光する発光物質及びゴムを含んでなる構成である。
【００８３】
また本発明にかかる弾性体は、以上のように、上記ゴムが、シリコーンゴム、アクリルゴム、あるいはフッ素ゴムのいずれかである構成である。
【００８４】
また本発明にかかる弾性体は、以上のように、上記発光物質が、アルミン酸塩の少なくとも１種を母体物質とし、その中に希土類金属イオン及び遷移金属イオンの中から選ばれる少なくとも１種の金属イオンを発光中心の中心イオンとして含むものである構成である。
【００８５】
それゆえ、圧力や張力といった応力や、ねじりなどの機械的な外力が加えられることによって弾性体が変形すると、この弾性体に加えられた外力に応じて光を放出する弾性体を提供することができるという効果を奏する。
【００８６】
本発明にかかる動力伝達装置は、以上のように、上記いずれかの弾性体からなるベルトを備えるとともに、さらに上記ベルトから放出される光の強度を検知する検知手段を備える構成である。
【００８７】
それゆえ、ベルトに傷が発生したときには、応力集中により、傷のある箇所からはより大きな光が放出されることになるので、検知手段で検知される光の強度に変化が生じる。これによれば、光の強度に基づいて、ベルトに傷が発生したことを知ることで、ベルトの破断を未然に防ぐことができる。また、これによれば、ベルトの配置される場所が何ら制限を受けることはないので、好適に使用される動力伝達装置を提供することができるという効果を奏する。
【００８８】
本発明にかかる動力伝達装置は、以上のように、上記いずれかの弾性体を表面に有するベルトを備えるとともに、さらに上記ベルトから放出される光の強度を検知する検知手段を備える構成である。
【００８９】
それゆえ、従来の動力伝達装置を、ベルトの破断を未然に防ぐことの可能な装置とすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態にかかる動力伝達装置の概略の構成を示す正面図である。
【符号の説明】
１ベルト
２プーリ（ベルト車）
３検知手段
４励起手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an elastic body that emits light by a stress such as pressure and tension, and a power transmission device using the elastic body.
[0002]
[Prior art]
Various substances have been developed so far that emit light by external stimuli. An example of such a substance is a phosphor that absorbs ultraviolet rays and emits visible light. Some substances emit light by stress such as mechanical pressure (compression force) and tension (tensile force). Examples of such a substance include stress-stimulated luminescent substances disclosed in Patent Documents 1 to 7. Patent Document 8 discloses a measurement system that optically measures stress distribution on the side surface of a subject that is obtained by making a stress luminescent substance into fine particles and mixing it with a transparent resin.
[0003]
On the other hand, a blower or the like is operated by power generated by a power generation device such as a motor. At this time, the power is transmitted via a power transmission device. Such a power transmission device often transmits power using a belt because of its simplicity. At this time, as a material for the belt, an organic material such as rubber and having flexibility and stretchability is used in order to provide an adjustment function at the time of attachment.
[0004]
However, in the case of a belt made of rubber or the like, the belt may break due to damage due to the use environment or deterioration due to aging. Therefore, in order to prevent the belt from being broken, the belt is uniformly replaced every time a certain period of time elapses regardless of the state of the belt, that is, whether or not the belt is deteriorated.
[0005]
However, the cause of belt breakage is not limited to belt damage. The belt may be damaged by some externally applied load, and the belt may be broken. The above-described method for uniformly replacing the belt cannot cope with the belt breakage due to such an unexpected cause. For example, when a fan for a cooling mechanism transmits power generated by a power generation device, the belt breakage may lead to a major accident.
[0006]
Therefore, if a rotation sensor is attached to both the power transmission side and the power reception side to monitor the power transmission, and the power transmission device is not activated by stopping the power transmission, the above-mentioned major accident will occur. It is possible to prevent. However, in this case, the transmission of power stops only after the belt breaks, so that there is a problem that the belt cannot be prevented from breaking. As a method of avoiding this problem, a sensor for measuring the belt tension is attached to a pulley (belt wheel) to which the belt is attached, and the state of the belt is estimated from fluctuations in tension due to a scratch on the belt caused by some cause. A method is proposed in Non-Patent Document 1.
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-220877 (Publication Date: August 9, 2002)
[0008]
[Patent Document 2]
JP 2002-194349 A (publication date: July 10, 2002)
[0009]
[Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-64638 (Publication date: March 13, 2001)
[0010]
[Patent Document 4]
JP 2001-49251 A (publication date February 20, 2001)
[0011]
[Patent Document 5]
JP 2000-63824 A (publication date February 29, 2000)
[0012]
[Patent Document 6]
JP 2000-313878 A (publication date November 14, 2000)
[0013]
[Patent Document 7]
JP 2000-119647 A (publication date April 25, 2000)
[0014]
[Patent Document 8]
JP 2001-215157 A (publication date August 10, 2001)
[0015]
[Non-Patent Document 1]
Proceedings of the Society of Instrument and Control Engineers Vol. 29, No. 4, 385/394 (issue date: April 30, 1993)
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the measurement system of Patent Document 8, since a transparent resin is used, when the subject is a flexible body with large deformation, the transparent resin is cracked or peeled, resulting in stress. Distribution measurement cannot be performed.
[0017]
On the other hand, in the method of Non-Patent Document 1, since a sensor for measuring tension must be attached, the arrangement of the belt is limited.
[0018]
Therefore, an object of the present invention is to provide an elastic body that can also be used for measuring the stress distribution of a flexible body with large deformation. Another object of the present invention is to provide a power transmission device that can prevent the belt from being broken by using this elastic body as a belt, for example, and that does not restrict the arrangement of the belt. It is said.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
If the substance itself is an elastic body formed by mixing a luminescent substance that emits light by stress such as pressure and tension with rubber, light is emitted from the elastic body due to deformation of the elastic body. It has been found that if such an elastic body is applied to the surface of a subject, the stress distribution can be optically measured even for a flexible body with large deformation. Furthermore, as a result of earnest research on a method for giving a fracture prediction function to the power transmission device so that the belt used in the power transmission device does not break, the above-mentioned belt is formed on the surface of the elastic belt or the existing belt. If an elastic body is provided and an optical sensor is installed at the contact position between the belt and the pulley (belt wheel) to measure the intensity of light emitted from the elastic body, the arrangement of the belt is not limited. It was also found that the scratches and deterioration of the belt can be examined. The present inventors have completed the present invention based on these findings.
[0020]
That is, the novel elastic body according to the present invention is characterized by comprising a luminescent material and rubber that emit light when an external force is applied.
[0021]
The elastic body according to the present invention is characterized in that the rubber is any one of silicone rubber, acrylic rubber, and fluororubber.
[0022]
In the elastic body according to the present invention, the light emitting material emits at least one metal ion selected from a rare earth metal ion and a transition metal ion in which at least one aluminate is used as a base material. It is characterized by being included as a central ion at the center.
[0023]
In general, the luminescent substance has a property that the substance itself emits light in response to a stimulus of a mechanical external force such as frictional force, shearing force, impact force, pressure, and tension, and emits light in proportion to the strength of the external force. It also has the property of changing strength. Therefore, when the elastic body is deformed by applying mechanical external force such as stress such as pressure or tension, or twisting, the luminescent material emits light according to the external force applied to the elastic body. At this time, the luminous intensity of the luminescent material changes in proportion to the strength of the external force. Therefore, if a uniform external force is applied to the elastic body, light is uniformly emitted from the entire elastic body. However, when a uniform external force is applied to an elastic body having a scratch such as a cut or a crack, for example, stress concentration occurs at the scratch or the crack. Then, since light larger than that of other portions is emitted from these portions, the intensity distribution of light emitted from the entire elastic body becomes non-uniform as a result.
[0024]
Therefore, the present inventors have proposed to use an elastic body having such properties in place of a belt used in a conventional power transmission device.
[0025]
That is, a power transmission device according to the present invention is a power transmission device including a belt and a belt wheel for transmitting power generated by the power generation device, and includes a belt made of any one of the above elastic bodies, and further A detection means for detecting the intensity of light emitted from the belt is provided.
[0026]
As described above, when the elastic body according to the present embodiment is used as a belt, when a scratch or the like occurs in the belt, a greater amount of light is emitted from the damaged portion due to stress concentration. The light intensity detected by the detecting means changes. According to this, since it is possible to know that a scratch or the like has occurred on the belt based on the intensity of light emitted from the elastic body, it is possible to prevent the belt from being broken. Moreover, according to said structure, the place where a belt is arrange | positioned does not receive a restriction | limiting at all. According to this, the power transmission device used suitably can be provided.
[0027]
Moreover, you may comprise the power transmission device concerning this invention as a belt which has an elastic body on the surface instead of the belt which consists of the said elastic body. Therefore, by providing an elastic body on the surface of an existing belt used in a conventional power transmission device, the conventional power transmission device can be a device that can prevent the belt from being broken.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
One embodiment of the present invention will be described below. The elastic body according to the present invention comprises a luminescent material and rubber that emit light when an external force is applied.
[0029]
The luminescent substance is a substance that emits light by stress. That is, the luminescent substance has a property that the substance itself emits light in response to a stimulus of a mechanical external force, and also has a property that the luminescence intensity is changed in proportion to the intensity of the external force. In this embodiment mode, a conventionally known light-emitting substance can be used as the light-emitting substance.
[0030]
Therefore, as the luminescent substance, for example, at least one kind of aluminate is used as a base substance, and at least one kind of metal ion selected from rare earth metal ions and transition metal ions is contained in the center of the luminescent center. What was included as an ion is mentioned.
[0031]
Specific examples of the aluminate include, for example, the general formula M_xAl_yO_{2x + 3y / 2}(Wherein M represents an alkaline earth metal, a transition metal, or a rare earth metal, and x and y represent integers). At this time, when M is an alkaline earth metal, it is preferably any of Mg, Ca, Ba, and Sr. When M is a transition metal, it is preferably Zn. Y is preferred.
[0032]
The rare earth metal ion as the central ion of the emission center is any one of Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu. It is preferable that it is an ion of Y, Ce, Eu, or Tb.
[0033]
The transition metal ion as the central ion of the emission center is any one of Sb, Ti, Zr, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Nb, Mo, Ta, and W. It is preferably an ion of Sb, Mn or Mo.
[0034]
In particular, the alkaline earth metal in the above general formula is based on an aluminate having a lattice defect that is stoichiometrically deviated from 0.01 mol% to 20 mol%. A substance containing 0.01 mol% to 10 mol% of metal ions as the central ion of the luminescent center has high luminance, and thus is a preferable luminescent substance in this embodiment.
[0035]
Also, for example, as the luminescent material, MN₂O_FourAn oxide composed of a compound represented by the formula (M and N are at least one metal element selected from the group of Mg, Sr, Ba, Zn, and the group of Ga, Al), Among them, one containing one or more elements selected from rare earth metal ions or transition metal ions, which emit light when carriers excited by mechanical energy return to the ground state, is used as the emission center. At this time, the mol% of the luminescent center element with respect to the metal element represented by M is set to 0.001% to 20%.
[0036]
At this time, the base material is MgGa₂O_FourZnGa₂O_FourZnAl₂O_Four, SnZn₂O_Four, BaAl₂O_FourOr MgAl₂O_FourIt is preferable that it is an oxide represented by these. Furthermore, in the case where these oxides are used as a base material, and those having a lattice defect of 0.0001 mol% to 20 mol% with respect to M or N, or the base material is composed of a compound having a spinel structure, , A pseudo spinel structure, or an inverse spinel structure may be included.
[0037]
When a rare earth metal ion is included as the emission center, any one of Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu may be used. When transition metal ions are included as the emission center, any one of Ti, Zr, V, Cr, Mn, Sn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Nb, Mo, Ta, and W can be used. That's fine. Note that it is preferable to use one or more of these rare earth metal ions and transition metal ions, but the optimum emission center varies depending on the crystal structure of the base material. In general, one or more ions selected from Eu, Ce, Sm, Tb, Dy, Nd, Mn, and Sn may be used as the emission center. For example, the base material is ZnAl.₂O_FourIn this case, the emission center is preferably Mn. In addition, the base material is BaAl₂O_FourIn this case, the emission center is preferably any ion selected from Ce, Sm, Eu, and Mn.
[0038]
Alternatively, the light-emitting substance is a rare-earth ion or transition metal ion that emits light when a host substance composed of one or more of the oxides of melilite structure returns to the ground state when excited by mechanical energy. It may include one or more luminescent centers.
[0039]
At this time, as the oxide of the melilite structure, CaYAl_ThreeO₇, Ca₂Al₂SiO₇, Ca₂(Mg, Fe) Si₂O₇, Ca₂B₂SiO₇, Ca₂BeSiO₇, Ca₂BeSi₂O₇, CaNaAlSi₂O₇, Ca₂Al (Al, Si)₂O₇, Ca₂MgSi₂O₇, (Al, Mg) (Si, Al)₂O₇, Ca₂(Mg, Al) (Al, Si) SiO₇Is preferred as the main component, Ca₂Al₂SiO₇Or Ca₂MgSi₂O₇Is more preferable.
[0040]
At this time, the rare earth ion as the emission center is one selected from Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu, Alternatively, an ion of an element higher than that may be used, but the optimum emission center varies depending on the host material. For example, the base material is Ca₂Al₂SiO₇Or Ca₂MgSi₂O₇In this case, it is preferable that the emission center is Ce ion. The emission center may be 0.001% by weight to 20% by weight with respect to the light emitting substance.
[0041]
Alternatively, the light-emitting substance is a substance that includes at least one kind of aluminate having a non-stoichiometric composition and has a lattice defect that emits light when carriers excited by mechanical energy return to the ground state. There may be. Alternatively, the light-emitting substance is composed of at least one kind of aluminate having a non-stoichiometric composition, and a substance having a lattice defect that emits light when carriers excited by mechanical energy return to the ground state. The base material may include at least one metal ion selected from rare earth metal ions and transition metal ions as a central ion of the emission center.
[0042]
At this time, the aluminate having the above non-stoichiometric composition is composed of an alkaline earth metal oxide and an aluminum oxide, and an alkali having a composition ratio of alkali metal earth ions therein is lost. An earth metal defect type is preferable, specifically, M_xAl₂O_{3 + x}, M_xQAl_TenO_{16 + x}, M_x ¹Q_x ²Al₂O_{3 + x} ¹ _{+ x} ²Or M_x ¹Q_x ²LAl_TenO_{16 + x} ¹ _{+ x} ²{Note that M, Q, and L represent Mg, Ca, Sr, or Ba, respectively, and x is 0.8 <x <1, x¹And x²Is 0.8 <(x¹+ X²) <A number satisfying 1} is the main component. Among these, Sr_xAl₂O_{3 + x}Or Sr_xMgAl_TenO_{16 + x}Is preferred.
[0043]
Defect concentration, ie, (1-x) or [1- (x¹+ X²By controlling the value of)], the intensity of the luminescent material can be significantly improved without containing other metal ions as the central ion of the luminescent center.
[0044]
In addition, as the central ion of the emission center, if it is a rare earth metal ion, Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu Ions. Examples of transition metal ions include Ti, Zr, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Nb, Mo, Ta, and W ions.
[0045]
These metal ions may include one kind or two or more kinds as luminescent center ions, but the optimum central ion of the luminescent center differs depending on the crystal structure of the base material. For example, the base material is M_xAl₂O_{3 + x}In this case, Eu or Ce ions are preferably used as the central ions of the emission center, and M_xQAl_TenO_{16 + x}In this case, Eu is preferably the central ion of the emission center. At this time, it is preferable that the metal ion is contained in the range of 0.01 mol% to 10 mol% as the center of the emission center.
[0046]
Alternatively, the luminescent material is FeS.₂One or more rare earth ions or transition metal ions that emit light when an electron excited by mechanical energy returns to a ground state in a base material composed of one or more oxides, sulfides, carbides, and nitrides having a structure The light emission center may be included.
[0047]
FeS₂Specifically, as the structure, Sr_ThreeAl₂O₆, Ca_ThreeAl₂O₆, CaC₂, CoS₂, MnS₂, NiS₂, RuS₂, NiSe₂Is preferred, and among them, Sr_ThreeAl₂O₆Or Ca_ThreeAl₂O₆Is preferred.
[0048]
At this time, the emission center is selected from Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, and Ti. It preferably contains one or more ions selected from transition metal ions selected from Zr, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Nb, Mo, Ta, and W. However, the optimum emission center differs depending on the crystal structure of the host material. For example, the host substance is Sr_ThreeAl₂O₆In this case, Eu is preferable as the luminescent center, and the base material is Ca._ThreeAl₂O₆In this case, Nd is preferable as the emission center. The emission center is preferably contained within a range of 0.01 wt% to 20 wt% with respect to the base material.
[0049]
Alternatively, the light-emitting substance is converted into a base material mainly composed of a complex of at least one metal oxide and Si oxide selected from Y, Ba, and Mg by mechanical energy. It may comprise at least one kind of emission center selected from rare earth metals and transition metals that emit light when excited electrons return to the ground state. As this complex, for example, Y₂SiO_Five, BaSi₂O_FiveAnd Ba_ThreeMgSi₂O₈And at least one complex oxide selected from the group consisting of Y,₂SiO_Five, Ba_ThreeMgSi₂O₈Is preferred.
[0050]
Such a base material has a luminescent center, and the rare earth metal or transition metal preferably has a first ionization energy of 8 eV or less, more preferably 6 eV or less.
[0051]
This rare earth metal or transition metal has an unstable 3d, 4d, 5d, or 4f electron shell. Examples of the rare earth metal include Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu. Examples of the transition metal include Ti, Zr, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Nb, Mo, Ta, and W.
[0052]
Preferred among transition metals having an unstable 3d electron shell are V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, etc., and preferred among transition metals having an unstable 4d electron shell. Are Nb and Mo. Among transition metals having an unstable 5d electron shell, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy and the like are preferable. On the other hand, among the rare earth metals having an unstable 4f electron shell, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy and the like are preferable.
[0053]
One or more of these rare earth metals and transition metals are included in the base material. Note that the optimum emission center varies depending on the type of the host material. For example, the parent substance is Y₂SiO_FiveIn this case, Eu or Ce is preferable as the emission center. The base material is BaSi₂O_FiveIn this case, Pd is preferable as the emission center. The parent material is Ba_ThreeMgSi₂O₈In this case, Eu is preferable as the luminescent material.
[0054]
Examples of the rare earth metal and transition metal compounds include oxides and nitrates. Further, when a compound capable of forming a base material is used as a raw material, examples of the compound include oxides such as yttrium oxide, silicon oxide, barium oxide, and magnesium oxide, carbonates such as barium carbonate and magnesium carbonate, Examples thereof include halides such as silicon chloride, yttrium chloride, and magnesium chloride, and organic silicon compounds such as alkoxy-substituted compounds such as tetraethoxy silicon. At this time, it is only necessary to contain 0.01 mol% to 20 mol% of the material that becomes the emission center.
[0055]
Further, as the light emitting substance, (A) MgAl having a spinel structure₂O_FourAnd CaAl₂O_FourCorundum structure Al₂O_ThreeSrMgAl with β-alumina structure_TenO₁₇(B) An unstable 3d, 4d, 5d, or 4f electron shell is present in the base crystal of at least one metal oxide or composite oxide selected from the group consisting of radiative transitions in the electron shell. It is also possible to include at least one metal ion selected from among possible rare earth metal ions and transition metal ions as the central ion of the emission center.
[0056]
As the rare earth metal ion or transition metal ion contained as the central ion of the emission center, those having a first ionization energy of 8 eV or less, particularly 6 eV or less are preferable.
[0057]
Among transition metal ions having an unstable 3d electron shell, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, and the like are preferable. Among transition metal ions having an unstable 4d electron shell, Nb and Mo are preferable. Among transition metals having an unstable 5d electron shell, Ta and W are preferable. On the other hand, among rare earth metal ions having an unstable 4f electron shell, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy and the like are preferable. These rare earth metal ions and transition metal ions are included in one kind or two or more kinds according to the crystal structure of the base metal oxide or composite oxide.
[0058]
In the present embodiment, the rubber is rubber having elasticity including natural rubber and synthetic rubber. Therefore, for example, olefin rubber can be used as the rubber.
[0059]
Specific examples of the olefin rubber include silicone rubber, fluorine rubber, butyl rubber, ethylene-propylene rubber, acrylic rubber, chlorosulfonated polyethylene rubber, and urethane rubber.
[0060]
Further, in the present embodiment, as a component other than the luminescent material and rubber, for example, a polymer material having elasticity to some extent and transparency may be included. Specifically, PVC (polyvinyl chloride) may be included. ) Or urethane or the like.
[0061]
Furthermore, the rubber according to the present embodiment may be a rubber having transparency such as RTV rubber manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., or a rubber having translucency that is generally widely used (that is, a complete rubber) It is also possible to use a rubber that is not transparent but has some cloudiness. However, the elastic body according to the present embodiment is formed by dispersing a luminescent material in rubber. Therefore, if the rubber is semi-transparent, a part of light from the light emitting substance existing inside the elastic body is absorbed by the semi-transparent rubber, which may deteriorate the intensity of light emitted from the elastic body. There is. For this reason, in the present embodiment, it is preferable that the rubber has transparency.
[0062]
The elastic body according to the present embodiment is not particularly limited as long as the light emitting material is dispersed in the rubber. Therefore, for example, after putting a rubber in a liquid state before curing into a mold, and further adding a luminescent substance to the mold and stirring them, the luminescent substance can be uniformly dispersed in the rubber. If the rubber is then cured, the elastic body according to the present embodiment can be obtained. The method for curing the rubber at this time is also not particularly limited, and it is sufficient to perform curing by heating or chemical change according to the type of rubber.
[0063]
For example, when thermosetting silicone rubber is cured, it can be efficiently cured by heating within a range of 100 ° C to 150 ° C. In addition, the property of the luminescent material according to the present embodiment is not changed by heating.
[0064]
In addition, when the RTV rubber described above is used, curing may be performed by a deacetic acid reaction, a dealcoholization reaction, or a condensation reaction. By curing by such a reaction, the elastic body according to the present embodiment can be obtained efficiently.
[0065]
Further, although not particularly limited, when the luminescent substance is dispersed in the rubber, it is preferable that the luminescent substance is made into fine particles. If it is a fine luminescent substance, it will be more uniformly dispersed in the rubber.
[0066]
According to the present embodiment, only light emitted from the surface of the luminescent material is observed as light emitted from the elastic body, and thus the luminous efficiency of the light emitted from the elastic body is equal to the surface area of the luminescent material. Correlate. Therefore, in order to emit light more efficiently from an elastic body having the same volume, it is only necessary to reduce the diameter of the fine particles and increase the number of fine particles contained in the elastic body.
[0067]
Therefore, the average value of the diameter of the fine particles is not particularly limited, but the upper limit is preferably 10 μm. When the average value of the diameters of the fine particles exceeds 10 μm, the number of light-emitting substances contained in the elastic body having the same volume is reduced, so that the light emission efficiency of light emitted from the elastic body is lowered. The lower limit of the diameter of the fine particles is not particularly limited, and may be about 2 nm.
[0068]
Moreover, the ratio (mixing ratio) between the luminescent material and the rubber contained in the elastic body is not particularly limited. Therefore, the ratio may be appropriately adjusted according to the purpose of use of the elastic body. However, an increase in the ratio of the luminescent material to the rubber is not preferable because the elastic body becomes brittle. Further, if the ratio of the luminescent substance to the rubber is reduced, it is not preferable because light is not suitably emitted from the elastic body. For this reason, in the present embodiment, it is preferable that the ratio of “luminescent material: rubber” contained in the elastic body is 5: 100 in volume ratio. Moreover, when using this elastic body as a belt of the power transmission device mentioned later, it is preferable that said volume ratio shall be 10: 100. Further, when the elastic body is provided on the surface of an existing belt used in a conventional power transmission device, the volume ratio may be set to 20: 100.
[0069]
In the elastic body according to the present embodiment, when the elastic body is deformed by applying a stress such as pressure or tension or a mechanical external force such as torsion, the luminescent substance is changed according to the external force applied to the elastic body. Emits light. At this time, the luminous intensity of the luminescent material changes in proportion to the strength of the external force. Therefore, if a uniform external force is applied to the elastic body, light is uniformly emitted from the entire elastic body, but if a uniform external force is applied to the elastic body in which scratches such as cuts and cracks have occurred, Stress concentration occurs in these scratches. Since larger light is emitted from the scratched portion, the intensity distribution of the light emitted from the entire elastic body becomes non-uniform.
[0070]
As described above, the elastic body according to the present embodiment has not only a change in shape and volume due to an external force, but also a function of emitting light in accordance with the external force, so that its applicability is wide. In addition, since this elastic body has a property that light is efficiently emitted by a load of about 100 Pa, the elastic body can be used for, for example, power generated by a power generation device (prime motor) with a blower or a compression. It can be used as a belt of a power transmission device used when transmitting to a machine or the like. Below, the power transmission device using the elastic body concerning this Embodiment is demonstrated based on FIG.
[0071]
As shown in FIG. 1, the power transmission device according to the present embodiment mainly includes a belt 1, a pulley (belt wheel) 2, a detection unit 3, and an excitation unit 4. This power transmission device transmits power generated by a power generation device (not shown) to a blower or a compressor (not shown) by means of a belt 1 and a pulley 2. Although not shown, the power transmission device according to the present invention is provided with two or more pulleys 2.
[0072]
The detection means 3 is for detecting the intensity of light emitted from the belt 1. As the detecting means 3, for example, a phototransistor can be used.
[0073]
In the power transmission device according to the present embodiment, light is emitted from the belt 1 applied to the pulley 2 (in contact with the pulley 2) by an external force (bending force) applied by the pool 2. The detection means 3 is arranged so as to detect the light emitted at this time.
[0074]
In the power transmission device having such a configuration, if the belt 1 is scratched or cracked, stress concentration occurs at those portions. And the intensity | strength of the light discharge | released from those parts becomes larger than the intensity | strength of the light discharge | released from the part without a crack and a crack. Since the intensity of light is generated every time a part with scratches or cracks is applied to the pulley 2, the detection means 3 periodically detects light of high intensity. According to this, since it is possible to know that the belt 1 has been scratched or cracked based on the intensity of light detected by the detecting means 3, it is possible to prevent the belt 1 from being broken due to the scratch or crack. be able to. Moreover, according to this, since the position where the belt 1 is arranged is not restricted, it is possible to provide a suitably used power transmission device.
[0075]
At this time, the intensity of light detected by the detection means 3 may increase due to the influence of noise due to disturbance. Therefore, in order to clearly determine whether the increase in the intensity of the light detected by the detection means 3 is due to a disturbance or a scratch on the belt 1, it is preferable to do the following.
[0076]
First, an appropriate threshold value is set for the intensity of light emitted from the belt 1. Then, when the light emitted from the belt 1 exceeds a threshold value with a period of time for the belt 1 to make a round between the pulleys, the light emission intensity at that time is integrated. In this way, since the noise due to the disturbance does not have periodicity, the accumulated light emission intensity does not easily increase even if the period is repeated. On the other hand, when the belt 1 is scratched, the accumulated light emission intensity is Since the value increases each time the period is repeated, it can be easily known that the belt 1 is scratched.
[0077]
Further, by repeatedly using the power transmission device, the light emitted from the belt 1 gradually attenuates. Therefore, when the luminescent material included in the elastic body constituting the belt 1 contains rare earth metal ions or transition metal ions that emit light when carriers excited by mechanical energy return to the ground state, as luminescent center ions, Furthermore, as shown in FIG. 1, it is preferable to provide the excitation means 4 on the downstream side of the detection means 3. When the intensity of the light emitted from the belt 1 is weakened, the intensity of the light emitted from the luminescent substance can be increased by exciting the luminescent center included in the luminescent substance contained in the elastic body via the excitation means 4. Attenuation can be prevented. The excitation unit 4 is not particularly limited. For example, a laser can be used as the excitation unit 4.
[0078]
Moreover, in this Embodiment, you may comprise a power transmission device using the belt which has an elastic body on the surface instead of the belt which consists of an elastic body. Therefore, by providing an elastic body on the surface of an existing belt used in a conventional power transmission device and further including a detection device, the conventional power transmission device can prevent the belt 1 from being broken. It can also be a device.
[0079]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited at all by these.
[0080]
[Example 1]
Deacetic acid-type transparent silicone rubber is poured into a 1 cm × 1 cm × 1 mm aluminum mold, and 28 mg of particulate strontium aluminate is added as a luminescent material to the silicone rubber by stirring. Dispersed. Thereafter, the strontium aluminate dispersed in the silicone rubber was allowed to stand for 18 hours to cure the silicone rubber, thereby obtaining a sheet-like elastic body.
[0081]
Next, the elastic body is attached to a fixed base, pressure is applied by the rod from the upper part of the elastic body, and when the pressure is applied and the rod is shifted in the horizontal direction, a displacement stress is applied. Light was emitted from the body.
[0082]
【The invention's effect】
As described above, the elastic body according to the present invention has a configuration including a luminescent material and rubber that emit light when an external force is applied.
[0083]
The elastic body according to the present invention has a configuration in which the rubber is any one of silicone rubber, acrylic rubber, and fluororubber as described above.
[0084]
In the elastic body according to the present invention, as described above, the light-emitting substance has at least one kind of aluminate as a base substance, and includes at least one kind selected from rare earth metal ions and transition metal ions. In this configuration, the metal ion is included as the central ion of the emission center.
[0085]
Therefore, it is possible to provide an elastic body that emits light according to an external force applied to the elastic body when the elastic body is deformed by applying a stress such as pressure or tension or a mechanical external force such as torsion. There is an effect that can be done.
[0086]
As described above, the power transmission device according to the present invention includes the belt made of any one of the elastic bodies, and further includes detection means for detecting the intensity of light emitted from the belt.
[0087]
Therefore, when a damage is generated on the belt, a greater amount of light is emitted from the damaged portion due to stress concentration, so that the intensity of the light detected by the detection means changes. According to this, it is possible to prevent the belt from breaking by knowing that the belt has been damaged based on the light intensity. Moreover, according to this, since the place where a belt is arrange | positioned is not restrict | limited at all, there exists an effect that the power transmission device used suitably can be provided.
[0088]
As described above, the power transmission device according to the present invention includes a belt having one of the elastic bodies on the surface thereof, and further includes a detection unit that detects the intensity of light emitted from the belt.
[0089]
Therefore, there is an effect that the conventional power transmission device can be a device that can prevent the belt from being broken.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing a schematic configuration of a power transmission device according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 belt
2 Pulley (belt car)
3 Detection means
4 Excitation means

Claims

An elastic body comprising a luminescent material and rubber for measuring stress distribution in a belt constituting a power transmission device for transmitting power generated by a power generation device,
The light-emitting substance includes at least one of magnesium aluminate, calcium aluminate, barium aluminate, strontium aluminate, zinc aluminate, and yttrium aluminate as a base material, and includes rare earth metal ions and transition metal ions. Including at least one metal ion selected from among the central ions of the emission center;
The elastic body, wherein the rubber is any one of silicone rubber, acrylic rubber, or fluororubber.

A belt for a power transmission device comprising an elastic body containing a luminescent material and rubber for measuring a stress distribution in a power transmission device for transmitting power generated by the power generation device,
The light-emitting substance includes at least one of magnesium aluminate, calcium aluminate, barium aluminate, strontium aluminate, zinc aluminate, and yttrium aluminate as a base material, and includes rare earth metal ions and transition metal ions. Including at least one metal ion selected from among the central ions of the emission center;
The belt is characterized in that the rubber is one of silicone rubber, acrylic rubber, or fluorine rubber.

A belt for a power transmission device for measuring a stress distribution in a power transmission device that transmits power generated by the power generation device,
An elastic body comprising a luminescent material and rubber is applied to the surface;
The light-emitting substance includes at least one of magnesium aluminate, calcium aluminate, barium aluminate, strontium aluminate, zinc aluminate, and yttrium aluminate as a base material, and includes rare earth metal ions and transition metal ions. Including at least one metal ion selected from among the central ions of the emission center;
The belt is characterized in that the rubber is one of silicone rubber, acrylic rubber, or fluorine rubber.

In a power transmission device including a belt and a belt wheel for transmitting power generated by the power generation device,
A belt comprising the elastic body according to claim 1,
Furthermore, it has a detecting means for detecting the intensity of light emitted from the belt,
The light-emitting substance includes at least one of magnesium aluminate, calcium aluminate, barium aluminate, strontium aluminate, zinc aluminate, and yttrium aluminate as a base material, and includes rare earth metal ions and transition metal ions. Including at least one metal ion selected from among the central ions of the emission center;
The power transmission device according to claim 1, wherein the rubber is any one of silicone rubber, acrylic rubber, and fluorine rubber.

In a power transmission device including a belt and a belt wheel for transmitting power generated by the power generation device,
While comprising the belt according to claim 2 or 3,
Furthermore, it has a detecting means for detecting the intensity of light emitted from the belt,
The light-emitting substance includes at least one of magnesium aluminate, calcium aluminate, barium aluminate, strontium aluminate, zinc aluminate, and yttrium aluminate as a base material, and includes rare earth metal ions and transition metal ions. Including at least one metal ion selected from among the central ions of the emission center;
The power transmission device, wherein the rubber is any one of silicone rubber, acrylic rubber, and fluorine rubber.