JP7420320B2 - 試験用シートおよび計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、対象物における応力またはひずみの計測に利用される試験用シートおよび計測方法に関する。

応力発光材料の輝度を計測することにより、応力発光材料を塗布された対象物の応力またはひずみを試験する技術が知られている（例えば、特開２０１５－７５４７７号公報（特許文献１）参照）。

応力発光材料は、エネルギー状態が高められるとエネルギーを放出して発光する材料である。応力発光材料は、外部から機械的な力が与えられると、内部に生じる応力に応じて発光する。その発光強度は、生じた応力と相関がある。

このことから、上記試験では、対象物に荷重を印加し、対象物に塗布された応力発光材料を撮像装置で撮像し、撮像された画像から応力発光材料の発光強度を計測し、計測された発光強度から応力発光材料の応力が特定される。

応力発光材料に含有される応力発光材料は、それ自体では接着能を持たない。このため、上述試験に用いるためには、応力発光材料を接着性を有する母材と混合したうえでサンプルに固定する必要がある。このような応力発光材料の固定方法としては、たとえば、特許文献１に記載されるように、スプレー缶に充填された応力発光材料をサンプルに吹き付けて塗装する方法がある。

特開２０１５－７５４７７号公報

上記試験において、応答性を向上させるための技術、すなわち、同じ応力に対してより高い輝度の光を得るための技術が求められている。

本発明は、係る実情に鑑み考え出されたものであり、その目的は、対象物の応力またはひずみの計測において応答性を高めるための技術を提供することである。

本開示のある局面に従う試験用シートは、応力またはひずみの計測において荷重が印加される対象物に貼付される試験用シートであって、高分子材料を含む基材層と、基材層上に形成された、応力発光材料を含む応力発光層と、を備え、基材層は、応力発光層より厚い。

本開示の他の局面に従う試験用シートは、応力またはひずみの計測において荷重が印加される対象物に貼付される試験用シートであって、帯電防止層と、帯電防止層上に形成された、高分子材料を含む基材層と、基材層上に形成された、応力発光材料を含む応力発光層と、を備える。

本開示のさらに他の局面に従う試験用シートは、応力またはひずみの計測において荷重が印加される対象物に貼付される試験用シートであって、試験用シートを対象物に接着させる粘着層と、粘着層上に形成された、高分子材料を含む基材層と、基材層上に形成された、応力発光材料を含む応力発光層と、を備える。

本開示の別の局面に従う計測方法は、対象物における応力またはひずみを計測する方法であって、部材に貼付された１以上の試験用シートに励起光を照射するステップを備え、１以上の試験用シートのそれぞれは、高分子材料を含む基材層と、基材層上に形成された、応力発光材料を有する応力発光層と、を含み、励起光を照射された１以上の試験用シートのそれぞれの撮像画像を取得するステップと、１以上の試験用シートのそれぞれの撮像画像から、１以上の試験用シートについての発光強度を特定するステップと、を備える。

本開示のある局面に従うと、基材層が応力発光層より厚いことにより、応力発光層の応力に対する発光の応答性が高められる。

本開示の他の局面に従うと、基材層と対象物との間に帯電防止層が位置することにより、応力発光層の応力に対する発光の応答性が高められる。

本開示のさらに他の局面に従うと、試験用シートを対象物に貼付する際に、別途接着剤を準備する必要がなくなる。

本開示の別の局面に従うと、応力に対する発光の応答性が高められた応力発光層を有する試験用シートが利用され、これにより、対象物における応力がより正確に計測され得る。

本実施の形態において利用される計測装置１００の構成例を示す図である。 試験用シート９０の構成の一例を示す図である。 サンプル１の素材としてＳＵＳ３０４が採用されたときの光量の計測結果の一例を示す図である。 サンプル１の素材としてＡ１０５０が採用されたときの光量の計測結果の一例を示す図である。 サンプル１の素材としてＡ６０６１が採用されたときの光量の計測結果の一例を示す図である。 サンプル１の素材としてＳＵＳ４３０が採用されたときの光量の計測結果の一例を示す図である。 計測装置１００において、サンプル１の応力またはひずみの計測のために実行される処理（計測工程）のフローチャートである。 計測においてサンプルの複数箇所に試験用シートが貼付される場面を模式的に示す図である。 図８の３枚の試験用シート９０Ｘ，９０Ｙ，９０Ｚを準備する工程の一例を示す図である。 ＦＥＭによる応力解析の結果の一例を示す図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。また、本開示の実施の形態について、試薬などの分量、温度、および濃度などの数値が開示されているが、この数値は、開示されている値のみならず、該開示されている値の近傍も含むものとする。

＜計測装置＞
図１は、本実施の形態において利用される計測装置１００の構成例を示す図である。図１の例では、サンプル１には、応力発光材料を含む試験用シート９０が貼付され、計測装置１００は、サンプル１に引張荷重を加えたときの応力発光材料の発光を計測する。サンプル１は、応力またはひずみの計測対象である「対象物」の一例である。なお、図１の例は、サンプル１に関する応力またはひずみの計測の一例である。応力またはひずみの計測方法は、図１に示された計測装置１００によるものに限定されない。

計測装置１００は、ホルダ４０と、光源５０と、カメラ６０と、第１ドライバ４５と、第２ドライバ６２と、第３ドライバ５２と、コントローラ７０とを備える。

ホルダ４０は、サンプル１の少なくとも２点に接触することにより、サンプル１を支持するように構成される。図１の例では、ホルダ４０は、サンプル１の互いに対向する２つの端部（第１の端部１ｃおよび第２の端部１ｄ）を支持するように構成される。具体的には、ホルダ４０は、固定壁４２と、移動壁４１と、接続部材４３，４４とを有する。図１では、ホルダ４０を載置した状態において、幅方向をＸ軸方向とし、奥行き方向をＹ軸方向とし、高さ方向をＺ軸方向とする。

固定壁４２および移動壁４１は、Ｘ軸方向に互いに対向するように設置される。固定壁４２はホルダ４０の底面に固定される。一方、移動壁４１は、第１ドライバ４５から外力を受けて、Ｚ軸方向（紙面上下方向）に移動することが可能に構成される。

サンプル１の第１の端部１ｃは、接続部材４４によって固定壁４２に接続されている。サンプル１の第２の端部１ｄは、接続部材４３によって移動壁４１に接続されている。計測装置１００では、固定壁４２と移動壁４１の間のＺ軸方向における距離を長くすることにより、サンプル１に引張荷重が印加される。第１ドライバ４５は、ホルダ４０に接続され、移動壁４１を移動させることにより、第１の端部１ｃおよび第２の端部１ｄの相対位置を変更可能に構成される。

サンプル１には、カメラ６０と対向する面に、試験用シート９０が貼付されている。光源５０は、サンプル１のＺ軸方向の上方に配置されており、試験用シート９０に対して励起光を照射するように構成される。

励起光を受けて、試験用シート９０の応力発光材料は発光状態に遷移する。励起光は、たとえば、紫外線または近赤外線である。図１では、サンプル１（試験用シート９０）に対して２方向から励起光を照射する構成が例示されているが、光源５０は、１方向または３方向以上から、サンプル１（試験用シート９０）に対して励起光を照射する構成としてもよい。

第３ドライバ５２は、光源５０を駆動するための電力を供給する。第３ドライバ５２は、コントローラ７０から受ける指令に応じて光源５０に供給する電力を制御することにより、光源５０から照射される励起光の光量および励起光の照射時間などの条件を制御することができる。

カメラ６０は、サンプル１のＺ軸方向の上方に、サンプル１上の試験用シート９０の少なくとも一部を撮像視野に含むように配置される。具体的には、カメラ６０は、フォーカス位置がサンプル１上の試験用シート９０の少なくとも１点に位置するように配置される。

カメラ６０は、レンズなどの光学系および撮像素子を含む。撮像素子は、たとえばＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサ、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサなどにより実現される。撮像素子は、光学系を介して、撮像対象から入射される光を電気信号に変換することによって撮像画像を生成する。撮像画像のデータ（画像データ）はコントローラ７０へ送信される。

第２ドライバ６２は、コントローラ７０から受ける指令に応じて、カメラ６０のフォーカス位置を変更させる。第２ドライバ６２は、カメラ６０をＺ軸方向に沿って移動させることにより、カメラ６０のフォーカス位置を調整してもよい。一実現例では、第２ドライバ６２は、カメラ６０をＺ軸方向に移動させる送りねじを回転させるモータと、モータを駆動するモータドライバとを有する。送りねじがモータによって回転駆動されることにより、カメラ６０は、Ｚ軸向の所定範囲内の指定された位置に位置決めされる。また、第２ドライバ６２は、カメラ６０の位置を示す位置情報をコントローラ７０へ送信する。

コントローラ７０は、計測装置１００全体を制御する。コントローラ７０は、主な構成要素として、プロセッサ７０１と、メモリ７０２と、入出力インターフェイス（Ｉ／Ｆ）７０３と、通信Ｉ／Ｆ７０４とを有する。これらの各部は、図示しないバスを介して互いに通信可能に接続される。

プロセッサ７０１は、１以上の、ＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＭＰＵ（Micro Processing Unit）などの演算処理装置によって実現されてもよい。プロセッサ７０１は、メモリ７０２に記憶されたプログラムを読み出して実行することで、計測装置１００の各部の動作を制御する。具体的には、プロセッサ７０１は、当該プログラムを実行することによって、後述する計測装置１００の処理の各々を実現する。

メモリ７０２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびフラッシュメモリなどの不揮発性メモリによって実現される。メモリ７０２は、プロセッサ７０１によって実行されるプログラム、またはプロセッサ７０１によって用いられるデータなどを記憶する。

入出力Ｉ／Ｆ７０３は、プロセッサ７０１が、第１ドライバ４５、第３ドライバ５２、カメラ６０、および第２ドライバ６２との間で各種データをやり取りするためのインターフェイスである。

通信Ｉ／Ｆ７０４は、計測装置１００と他の装置との間で各種データをやり取りするための通信インターフェイスであり、アダプタまたはコネクタなどによって実現される。なお、通信方式は、無線ＬＡＮ（Local Area Network）などによる無線通信方式であってもよいし、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）などを利用した有線通信方式であってもよい。

コントローラ７０には、ディスプレイ７１および操作部７２が接続される。ディスプレイ７１は、画像を表示可能な液晶パネルなどで構成される。操作部７２は、計測装置１００に対するユーザの操作入力を受け付ける。操作部７２は、典型的には、タッチパネル、キーボード、マウスなどで構成される。

コントローラ７０は、第１ドライバ４５、第３ドライバ５２、カメラ６０および第２ドライバ６２と通信接続されている。コントローラ７０と、第１ドライバ４５、第３ドライバ５２、カメラ６０および第２ドライバ６２との間の通信は、無線通信で実現されてもよいし、有線通信で実現されてもよい。

＜試験用シート＞
図２は、試験用シート９０の構成の一例を示す図である。図２の例では、試験用シート９０は、粘着層９４と、粘着層９４上に形成された帯電防止層９３と、帯電防止層９３上に形成された基材層９２と、基材層９２上に形成された応力発光層９１とを含む。試験用シート９０は、粘着層９４によって、サンプル１上に貼付される。試験用シート９０は、たとえば、光学フィルム用表面保護材（日東電工株式会社製「Ｅ－ＭＡＳＫ＿ＲＰ３０１」）におけるポリエステル系フィルムの表面に応力発光層９１がスクリーン印刷されることによって作製される。

図２には、図１に示されたのと同じ３軸（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）が示される。図２の例では、粘着層９４、帯電防止層９３、基材層９２、および、応力発光層９１は、ＸＺ平面において同じ寸法を有し、互いに密着するように、Ｙ軸方向に重ねられている。

なお、本明細書において「第１の層の上に形成された第２の層」との記載は、第１の層と第２の層との間の位置関係として広義に解釈されてもよい。すなわち、当該記載は、第１の層と第２の層とが、Ｚ軸方向において、少なくとも互いの一部が重なるように配置されていることを含み得る。また、当該記載は、第１の層と第２の層との間の少なくとも一部に、他の物質が配置されることも含み得る。さらには、当該記載は、第１の層と第２の層との間に、第３の層が配置されることも含み得る。すなわち、図２の例は、基材層９２は、粘着層９４上に形成されているとも解釈され得る。

（１）粘着層
粘着層９４は、試験用シート９０をサンプル１に接着させるあらゆる材料によって構成され得る。粘着層９４が再剥離性粘着剤によって構成された場合、試験用シート９０は、試験においてサンプル１に貼付された後、跡を残すことなくサンプル１から剥がされ得る。これにより、試験後のサンプル１に汚れを残さないだけでなく、試験中に試験用シート９０の貼付位置を変更する際にも、試験中のサンプル１に汚れを残すことなく貼付位置が変更され得る。再剥離性粘着剤は、たとえばポリウレタンからなる粘着剤であってもよいが、これに限定されない。

試験用シート９０が粘着層９４を含むことにより、試験用シート９０をサンプル１に貼付するために別途接着剤を準備する必要がなくなる。ただし、試験用シート９０は、粘着層９４を含むことを必須としない。試験用シート９０が粘着層９４を含まない場合、試験用シート９０は、別途準備された接着剤によって、サンプル１に貼付され得る。

（２）帯電防止層
帯電防止層９３は、試験用シート９０における帯電防止の目的で配置され、帯電防止剤として一般的に利用される材料によっても構成され得る。

試験用シート９０が帯電防止層９３を含むことにより、基材層９２の帯電が抑制され、これにより、同じ応力を加えられたときの応力発光層９１の発光強度が高められ得る。ただし、試験用シート９０は、帯電防止層９３を含むことを必須としない。すなわち、試験用シート９０は、基材層９２がサンプルに接着されることによってサンプル１に接着されることもあり得る。また、試験用シート９０は、粘着層９４が基材層９２と密着するように構成される場合もあり得る。

（３）基材層
基材層９２は、種々の高分子材料（ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）、ポリエステル、等）によって構成される。基材層９２は、応力発光層９１より厚いことが好ましい。基材層９２の厚みは、たとえば１０～７０μｍであることが好ましく、３０～６０μｍがさらに好ましい。本明細書において「厚み」とは、サンプルの表面に垂直な方向における寸法をいう。

（４）応力発光層
応力発光層９１は、応力発光材料を含む。応力発光層９１の厚みは、発光が、応力発光層９１自体の応力ではなくサンプル１の応力を反映するために、１０μｍ以下が好ましく、３～７μｍ程度がさらに好ましい。

応力発光材料は、無機結晶（母材）の骨格中に発光中心となる元素を固溶したものであり、代表的なものに、ユーロピウムをドープしたアルミン酸ストロンチウムがある。その他、遷移金属または希土類をドープした硫化亜鉛、チタン酸バリウム・カルシウム、アルミン酸カルシウム・イットリウムなどがある。本実施の形態では、応力発光材料は公知のものを用いることができる。

応力発光材料は、例えば、アルミン酸ストロンチウム、硫化亜鉛、スズ酸ストロンチウム、ニオブ酸リチウムからなる群から選択された物質を母体材料とする。母体材料は、Ｅｕ，Ｎｄ，Ｚｒ，Ｈｏ，Ｓｃ，Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｒ，Ｄｙ，Ｇｄ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｔｂからなる群から選ばれた少なくともいずれか１つの元素のイオンで賦活される。

一実現例では、応力発光層９１は、基材層９２表面に、応力発光材料を印刷することによって形成される。一実現例では、印刷には、まず、固体粒子である顔料（応力発光材料）をビヒクルと称する粘着性マトリックスと溶媒の混合物に分散させることによって、素材を準備する。

より具体的には、当該素材を、メッシュなどのスクリーン上でスクイーズし、スクリーン空隙に当該素材を充填させることで、一種のステッカーが仮形成させる。そして、再度スクリーンを介し被印刷物上で上記素材をスクイーズすることで、上記ステッカーを被印刷物に転写される。この手法は塗装に対して、規定厚のスクリーンに充填されたペイントが転写されるので、簡便に均一な膜厚形成が可能であるし、スクリーンの厚さを変えることで印刷物の膜厚が制御され得る。

応力発光層９１の形成において、応力発光材料（固体粒子）は、サブミクロンオーダーの粒子径になるまで細粒化されていてもよい。応力発光材料の粉砕は、公知の粉砕装置を用いて行なうことができ、その種類は特に限定されるものではない。ただし、応力発光材料は耐水性が低く、かつ加熱により変質して応力発光強度が低下する可能性がある。そのため、粒子同士を高速で衝突させてサブミクロンオーダーに粉砕することができる粉砕装置を用いることが好ましい。

例えば、湿式微粉砕機（装置名：ラボスター、アシザワ・ファインテック株式会社製）が用いられ得る。この湿式微粉砕機は、ビーズ状の粉砕メディアが収容されたチャンバ内でロータを回転させ、チャンバ内でスラリー状のサンプルを循環させてメディアと衝突させることにより、サンプルを粉砕するものである。

あるいは、微粉砕機（装置名：ナノジェットマイザー、株式会社アイシンナノテクノロジーズ製）が用いられ得る。この微粉砕機は、ミル内部に高圧ジェット気流による同心円の旋回渦を形成することにより粒子を加速する。加速された粒子同士の衝突によって粒子をナノレベルに粉砕することができる。このとき、ジュールトムソン効果（気圧自由膨張時の温度低下効果）により、被粉砕物の温度上昇を抑制することができる。

なお、粉砕の条件は特に限定されることなく、粉砕前の応力発光材料の粒径および粒度分布などが考慮されて設定されればよい。

溶媒は、被膜形成性樹脂を含有する。被膜形成性樹脂としては、熱硬化性樹脂、常温硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、放射線効果性樹脂などを用いることができる。例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、アミノ樹脂、オルガノシリケート、オルガノチネタートなどが挙げられる。溶媒は少なくとも、応力発光材料を励起させるための励起光および、応力発光材料から放射される蛍光を透過可能なものが用いられる。

なお、溶媒には、必要に応じて、溶剤、分散剤、充填剤、増粘剤、レベリング剤、硬化剤、顔料、消泡剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤を含む光安定剤、難燃剤、硬化用触媒、殺菌剤および抗菌剤などの塗料添加剤を含有させることができる。

一実現例では、応力発光材料を溶媒に分散させたスラリー状態で解砕することにより、応力発光材料と溶媒とが混合される。解砕の方法には特に制限はないが、例えば、ローラミル、ボールミルなどを用いたものが採用され得る。

応力発光層９１における応力発光材料の含有量は、応力発光体に求められる可撓性を阻害しない範囲で適宜調整され得る。例えば、被膜形成樹脂を主成分とする溶媒に対して、応力発光材料を１５０ＰＨＲ（溶媒１００部に対して応力発光材料１５０部、すなわち６０重量％）とすることができる。

応力発光層９１における応力発光材料の配合率は２０重量％以上が好ましく、４０重量％以上がより好ましく、５０重量％以上がさらにより好ましい。応力発光材料の配合率が２０重量％未満になると、応力発光層９１における応力発光材料の粒子の粒間隔が大きくなり、応力発光層９１に加えられた応力が溶媒中に逃げ、これにより、応力発光能が低下することが懸念されるからである。

＜サンプルの素材の変化への対応＞
本実施の形態の試験用シート９０は、複数種類の素材のサンプルに対して、応力発光層がサンプル上に直接形成される場合よりも優れた応答性を有する。このことを、図３～図６を参照して以下に説明する。

図３～図６には、ＪＩＳ規格に従った４種類の素材（ＳＵＳ３０４，Ａ１０５０，Ａ６０６１，および，ＳＵＳ４３０）のそれぞれについての光量の計測結果が示される。より具体的には、図３は、サンプル１の素材としてＳＵＳ３０４が採用されたときの光量の計測結果の一例を示す図である。図４は、サンプル１の素材としてＡ１０５０が採用されたときの光量の計測結果の一例を示す図である。図５は、サンプル１の素材としてＡ６０６１が採用されたときの光量の計測結果の一例を示す図である。図６は、サンプル１の素材としてＳＵＳ４３０が採用されたときの光量の計測結果の一例を示す図である。

（１）図３
図３では、線Ｌ１１～Ｌ１３のそれぞれは、本実施の形態に従った試験用シート９０の光量の計測結果を表す。図３において、線Ｌ１４～Ｌ１６のそれぞれは、比較例を表す。縦軸は、検出された光量を表し、横軸は、時間を表す。

より具体的には、線Ｌ１１～Ｌ１３は、応力発光層９１と基材層９２とを含む試験用シート９０がサンプル１に固定された状態で計測された。線Ｌ１１～Ｌ１３は、同一の試験用シート９０について３回行われた計測の結果を表す。

試験用シート９０として、応力発光層９１と基材層９２とを含むフィルムから切り出された、８０．０ｍｍ×１２．５ｍｍの短冊状のシートが準備された。試験用シート９０は、基材層９２として、厚み１００μｍのＰＥＮフィルムを含んでいた。試験用シート９０は、また、応力発光層９１として、堺化学工業製ML-032に追加の粉砕加工を加えることによって得られた微細粒子が応力発光材料として含まれる、厚み５μｍの応力発光膜を有していた。試験用シート９０の基材層９２は、瞬間接着剤（株式会社共和電業製ＣＣ－３３Ａ）で、サンプル１に接着された。これにより、試験用シート９０は、サンプル１の一面に貼付された。

線Ｌ１４～Ｌ１６は、サンプル１において試験用シート９０が貼付された面とは反対の面に直接形成された、応力発光層について計測された。線Ｌ１４～Ｌ１６は、同一の応力発光層について３回行われた計測の結果を表す。

比較例である応力発光層は、スクリーン印刷により形成された。応力発光層の厚みは５μｍであった。

線Ｌ１１～Ｌ１３および線Ｌ１４～Ｌ１６のそれぞれは、サンプル１に対して、５ｍｍ／ｍｉｎで、最大１．６ｋＮまで引張強度を上昇させたときの結果である。サンプル１は、ＳＵＳ３０４の試験片（JIS Z2241 金属材料引張試験方法 13B号試験片、厚み０．５ｍｍ）であった。

線Ｌ１３で示される計測結果は、最大１５０ユニット程度の光量を含む。また、線Ｌ１１，Ｌ１２のそれぞれで示される計測結果も、線Ｌ１３と同程度の最大光量を含む。

一方、線Ｌ１６で示される計測結果は、最大２０ユニット程度の光量を含む。また、線Ｌ１４，Ｌ１５のそれぞれで示される計測結果も、線Ｌ１６と同程度の最大光量を含む。

すなわち、線Ｌ１１～Ｌ１３で示される計測結果は、線Ｌ１４～Ｌ１６で示される計測結果に対して、７倍程度の最大光量を有すると言える。したがって、線Ｌ１１～Ｌ１３で示された本実施の形態に従った応力発光層は、線Ｌ１４～線１６で示された比較例の応力発光層よりも、発光の応答性が高いと言える。

（２）図４
図４では、線Ｌ２１，Ｌ２２のそれぞれは、本実施の形態に従った試験用シート９０の光量の計測結果を表す。図４において、線Ｌ２４は、比較例を表す。図３の計測結果に対して、図４の計測結果は、サンプル１としてＡ１０５０の試験片（JIS Z2241 金属材料引張試験方法 13B号試験片、厚み１．０ｍｍ）が利用されたこと、および、最大引張強度が１．４ｋＮであったこと以外は、同じ条件で取得された。

線Ｌ２１で示される計測結果は、最大１１０ユニット程度の光量を含む。また、線Ｌ２２で示される計測結果も、線Ｌ２１と同程度の最大光量を含む。

一方、線Ｌ２４で示される計測結果は、最大８０ユニット程度の光量を含む。
すなわち、線Ｌ２１，Ｌ２２で示される計測結果は、線Ｌ２４で示される計測結果に対して、１．５倍程度の最大光量を有すると言える。したがって、線Ｌ２１，２２で示された本実施の形態に従った応力発光層は、線Ｌ２４で示された比較例の応力発光層よりも、発光の応答性が高いと言える。

（３）図５
図５では、線Ｌ３１～Ｌ３３のそれぞれは、本実施の形態に従った試験用シート９０の光量の計測結果を表す。図５において、線Ｌ３４は、比較例を表す。図３の計測結果に対して、図５の計測結果は、サンプル１としてＡ６０６１の試験片（JIS Z2241 金属材料引張試験方法 13B号試験片、厚み１．０ｍｍ）が利用されたこと、および、最大引張強度の値以外は、同じ条件で取得された。なお、図５の例では、線Ｌ３１～Ｌ３３については、最大１．６ｋＮの引張強度が印加された。線Ｌ３４については、最大３．５ｋＮの引張強度が印加された。

線Ｌ３３で示される計測結果は、最大３５０ユニット程度の光量を含む。また、線Ｌ３１，３２のそれぞれで示される計測結果も、線Ｌ３３と同程度の最大光量を含む。

一方、線Ｌ３４で示される計測結果は、最大２００ユニット程度の光量を含む。
すなわち、線Ｌ３１～Ｌ３３で示される計測結果は、線Ｌ３４で示される計測結果に対して、１．７５倍程度の最大光量を有すると言える。したがって、線Ｌ３１～３３で示された本実施の形態に従った応力発光層は、線Ｌ３４で示された比較例の応力発光層よりも、発光の応答性が高いと言える。

（４）図６
図６では、線Ｌ３１～Ｌ３３のそれぞれは、本実施の形態に従った試験用シート９０の光量の計測結果を表す。図６において、線Ｌ３４は、比較例を表す。図３の計測結果に対して、図６の計測結果は、サンプル１としてＳＵＳ４３０の試験片（JIS Z2241 金属材料引張試験方法 13B号試験片、厚み０．５ｍｍ）が利用されたこと、および、最大引張強度の値以外は、同じ条件で取得された。なお、図６の例では、線Ｌ４１～Ｌ４３については、最大１．６ｋＮの引張強度が印加された。線Ｌ３４については、最大１．６５ｋＮの引張強度が印加された。

線Ｌ４３で示される計測結果は、最大１４０ユニット程度の光量を含む。また、線Ｌ４２で示される計測結果も、線Ｌ４３と同程度の最大光量を含む。線Ｌ４１で示される計測結果は、線Ｌ４２，Ｌ４３よりも大きい最大光量（１９０ユニット程度）を有する。

一方、線Ｌ４４で示される計測結果は、最大４０ユニット程度の光量を含む。
すなわち、線Ｌ４２，４３で示される計測結果は、線Ｌ４４で示される計測結果に対して、３．５倍程度の最大光量を有すると言える。また、線Ｌ４１で示される計測結果は、線Ｌ４４で示される計測結果に対して、４．７５倍程度の最大光量を有すると言える。したがって、線Ｌ４１～４３で示された本実施の形態に従った応力発光層は、線Ｌ４４で示された比較例の応力発光層よりも、発光の応答性が高いと言える。

（５）図３～図６のまとめ
図３～図６を参照して説明されたように、本実施の形態に従った試験用シート９０は、比較例として示されたサンプル１に直接応力発光層を形成する場合よりも、発光の応答性が高いと言える。なお、本実施の形態の試験用シート９０が比較例に対して高い応答性を有するのは、図３～図６を参照して説明された種類のサンプルに限定されない。

＜計測処理＞
（１）処理の流れ
図７は、計測装置１００において、サンプル１の応力またはひずみの計測のために実行される処理（計測工程）のフローチャートである。図７に示すように、計測工程（Ｓ７０）は、サンプルをセットする工程（Ｓ７１）と、励起光を照射する工程（Ｓ７２）と、荷重を印加する工程（Ｓ７３）と、応力発光を撮像する工程（Ｓ７４）と、発光強度を特定する工程（Ｓ７５）と、結果を出力する工程（Ｓ７６）とを主に含む。

まず、サンプルをセットする工程（Ｓ７１）が実施される。この工程（Ｓ７１）では、サンプル１がホルダ４０にセットされる。サンプル１は、試験用シート９０が貼付された面が光源５０およびカメラ６０に対向するように、セットされる。

次に、励起光を照射する工程（Ｓ７２）が実施される。この工程（Ｓ７２）では、コントローラ７０は、サンプル１に貼付された試験用シート９０に対して、光源５０から励起光を照射する。これにより、試験用シート９０の応力発光層９１における応力発光材料が、励起状態に移行する。

ユーザは、Ｓ７１において、サンプル１をセットし、所与のスイッチを操作してもよい。コントローラ７０は、上記所与のスイッチを操作されたことに応じて、Ｓ７２を実行してもよい。

次に、荷重を印加する工程（Ｓ７３）が実施される。この工程（Ｓ７３）では、コントローラ７０は、第１ドライバ４５が有するアクチュエータ４６を駆動してホルダ４０の移動壁４１を移動させて、サンプル１に引張荷重を印加する。

次に、応力発光を撮像する工程（Ｓ７４）が実施される。この工程（Ｓ７４）では、コントローラ７０は、カメラ６０に、サンプル１上の試験用シート９０を撮像させる。

工程（Ｓ７４）では、コントローラ７０は、カメラ６０のフォーカス位置がサンプル１上の試験用シート９０の少なくとも１点に維持されるように、第１ドライバ４５および第２ドライバ６２の少なくとも一方を制御してもよい。このような制御の一態様として、コントローラ７０は、カメラ６０のフォーカス位置を試験用シート９０の少なくとも１点に維持するように、第２ドライバ６２を制御してもよい。具体的には、第２ドライバ６２は、コントローラ７０から受ける指令に従って、サンプル１の所定領域の移動に応じて、カメラ６０を移動させることにより、カメラ６０のフォーカス位置を試験用シート９０の少なくとも１点に維持するように構成されていてもよい。

次に、発光強度を特定する工程（Ｓ７５）が実施される。この工程（Ｓ７５）では、コントローラ７０は、カメラ６０の撮像による画像データに公知の画像処理を施すことにより、サンプル１の試験用シート９０における発光強度の分布を特定する。一例では、試験用シート９０の各部分において、引張荷重の印加において計測された最大光量の分布が特定される。

次に、結果を出力する工程（Ｓ７６）が実施される。この工程（Ｓ７６）では、コントローラ７０は、ステップＳ７５において特定された発光強度の分布を、計測結果として、他の機器に向けて出力する。一実現例では、コントローラ７０は、当該分布をディスプレイ７１に向けて出力する。これにより、ユーザは、ディスプレイ７１に表示される発光強度の分布を視認し得る。

（２）複数箇所についての計測
図８は、計測においてサンプルの複数箇所に試験用シートが貼付される場面を模式的に示す図である。図８の例では、サンプル１Ａは、その表面において３次元構造を有する。図８の例では、サンプル１Ａの表面の３箇所のそれぞれに試験用シート（試験用シート９０Ｘ，９０Ｙ，９０Ｚ）が貼付されている。

計測装置１００は、試験用シート９０Ｘ，９０Ｙ，９０Ｚのそれぞれに対し、励起光を照射し、撮像し、発光強度の分布を出力することができる。

図９は、図８の３枚の試験用シート９０Ｘ，９０Ｙ，９０Ｚを準備する工程の一例を示す図である。図９では、１枚のシート９０Ａから３枚の試験用シート９０Ｘ，９０Ｙ，９０Ｚが切り出されている。すなわち、図９の例では、図８において単一のサンプル１Ａの複数の箇所のそれぞれの貼付される複数の試験用シート９０Ｘ，９０Ｙ，９０Ｚとして、単一のシート９０Ａから切り出されたものが利用される。単一のシートから切り出された複数の試験用シート９０Ｘ，９０Ｙ，９０Ｚでは、それらの光学的特性が均一化されている可能性が高い。したがって、図９の例では、単一のサンプル１Ａの複数箇所のそれぞれについての計測が、光学的特性が均一化された複数の試験用シート９０Ｘ，９０Ｙ，９０Ｚを利用して実施されることになる。

なお、サンプル１Ａにおいて試験用シート９０Ｘ，９０Ｙ，９０Ｚを貼付する位置を予測するために、ＦＥＭ（有限要素法）等の手法が利用されてもよい。

図１０は、ＦＥＭによる応力解析の結果の一例を示す図である。図１０では、左側に、サンプル１が示され、領域ＡＲ１０として、サンプル１の一部が示されている。図１０では、右側に、画像ＡＲ２０として、領域ＡＲ１０に対するＦＥＭによる応力解析の結果が示されている。なお、領域ＡＲ１０には穴１Ｘが形成されている。画像ＡＲ２０は、穴１Ｘに対応する円ＡＲ２００を含む。

画像ＡＲ２０は、領域ＡＲ１０のそれぞれの部分に対して生じることが予測される応力の大きさを、ハッチングの種類によって示す。図１０の例では、画像ＡＲ２０は、４つの領域ＡＲ２１１～２１４と２つの領域ＡＲ２２１とでは、互いに異なる種類のハッチングを含み、これにより、４つの領域ＡＲ２１１～２１４と２つの領域ＡＲ２２１とでは、互いに異なる大きさの応力が生じることが予測されることを示されている。

ユーザは、あるサンプルについて計測装置１００を利用して応力またはひずみに関する計測を実施しようとする前に、当該サンプルについて、ＦＥＭ解析を実施してもよい。そして、ユーザは、当該ＦＥＭ解析を利用して、当該サンプルのどの場所を計測対象とするかを、すなわち、当該サンプルのどの場所に試験用シートを貼付するかを、決定してもよい。

一実現例では、ユーザは、大きい応力が生じると予測された位置に、試験用シートを貼付して計測を実施してもよい。他の実現例では、ユーザは、生じると予測された応力の大きさが互いに同じ（または近い）とされた複数の場所のそれぞれに試験用シートを貼付してもよい。

［態様］
上述した複数の例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

（第１項） 一態様に係る試験用シートは、応力またはひずみの計測において荷重が印加される対象物に貼付される試験用シートであって、高分子材料を含む基材層と、基材層上に形成された、応力発光材料を含む応力発光層と、を備え、基材層は、応力発光層より厚い、試験用シートであってもよい。

第１項に記載の試験用シートによれば、基材層が応力発光層より厚いことにより、応力発光層の応力に対する発光の応答性が高められる。

（第２項） 一態様に係る試験用シートは、応力またはひずみの計測において荷重が印加される対象物に貼付される試験用シートであって、帯電防止層と、帯電防止層上に形成された、高分子材料を含む基材層と、基材層上に形成された、応力発光材料を含む応力発光層と、を備える、試験用シートであってもよい。

第２項に記載の試験用シートによれば、基材層と対象物との間に帯電防止層が位置することにより、応力発光層の応力に対する発光の応答性が高められる。

（第３項） 一態様に係る試験用シートは、応力またはひずみの計測において荷重が印加される対象物に貼付される試験用シートであって、試験用シートを対象物に接着させる粘着層と、粘着層上に形成された、高分子材料を含む基材層と、基材層上に形成された、応力発光材料を含む応力発光層と、を備える、試験用シートであってもよい。

第３項に記載の試験用シートによれば、試験用シートを対象物に貼付する際に、別途接着剤を準備する必要がなくなる。

（第４項） 第３項に記載の試験用シートにおいて、粘着層と基材層との間に形成された、帯電防止層をさらに備えてもよい。

第４項に記載の試験用シートによれば、基材層と対象物との間に帯電防止層が位置することにより、応力発光層の応力に対する発光の応答性が高められる。

（第５項） 第３項または第４項に記載の試験用シートにおいて、粘着層は、再剥離性粘着剤によって構成されてもよい。

第５項に記載の試験用シートによれば、試験用シートは、跡を残すことなく、対象物から剥がされ得る。

（第６項） 第１項～第５項のいずれか１項に記載の試験用シートにおいて、応力発光層は、１０μｍ以下の厚みを有していてもよい。

第６項に記載の試験用シートによれば、応力発光層の発光がより確実に対象物における応力またはひずみを反映する。

（第７項） 一態様に係る計測方法は、対象物における応力またはひずみを計測する方法であって、対象物に貼付された１以上の試験用シートに励起光を照射するステップを備え、１以上の試験用シートのそれぞれは、高分子材料を含む基材層と、基材層上に形成された、応力発光材料を有する応力発光層と、を含み、励起光を照射された１以上の試験用シートのそれぞれの撮像画像を取得するステップと、１以上の試験用シートのそれぞれの撮像画像から、１以上の試験用シートについての発光強度を特定するステップと、を備える計測方法であってもよい。

第７項に記載の計測方法によれば、応力に対する発光の応答性が高められた応力発光層を有する試験用シートが利用され、これにより、対象物における応力がより正確に計測され得る。

（第８項） 第７項に記載の計測方法において、基材層は、応力発光層より厚くてもよい。

第８項に記載の計測方法によれば、基材層が応力発光層より厚いことにより、応力発光層の応力に対する発光の応答性が高められる。

（第９項） 第７項または第８項に記載の計測方法において、１以上の試験用シートのそれぞれは、基材層に対して、応力発光層を形成された側とは反対側に配置された帯電防止層をさらに含んでいてもよい。

第９項に記載の計測方法によれば、基材層と対象物との間に帯電防止層が位置することにより、応力発光層の応力に対する発光の応答性が高められる。

（第１０項） 第７項～第９項のいずれか１項に記載の計測方法において、１以上の試験用シートのそれぞれは、基材層に対して、応力発光層を形成された側とは反対側に配置された、粘着層をさらに備えていてもよい。

第１０項に記載の計測方法によれば、試験用シートを対象物に貼付する際に、別途接着剤を準備する必要がなくなる。

（第１１項） 第１０項に記載の計測方法において、粘着層は、再剥離性粘着剤によって構成されてもよい。

第１１項に記載の計測方法によれば、試験用シートは、跡を残すことなく、対象物から剥がされ得る。

（第１２項） 第７項～第１１項のいずれか１項に記載の計測方法において、応力発光層は、１０μｍ以下の厚みを有していてもよい。

第１２項に記載の計測方法によれば、応力発光層の発光がより確実に対象物における応力またはひずみを反映する。

（第１３項） 第７項～第１２項のいずれか１項に記載の計測方法において、１以上の試験用シートは、同一のシートから分離された複数の試験用シートを含んでいてもよく、複数の試験用シートは、対象物の複数の場所のそれぞれに貼付されてもよい。

第１３項に記載の計測方法によれば、対象物の複数の場所の応力またはひずみが、同一のシートから分離されることによって均一した光学特性を有する複数の試験用シートを利用して計測され得る。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。また、実施の形態中の各技術は、単独でも、また、必要に応じて実施の形態中の他の技術と可能な限り組み合わされても、実施され得ることが意図される。

１，１Ａ サンプル、１Ｘ 穴、１ｃ 第１の端部、１ｄ 第２の端部、４０ ホルダ、４１ 移動壁、４２ 固定壁、４３，４４ 接続部材、４６ アクチュエータ、５０ 光源、６０ カメラ、９０，９０Ｘ，９０Ｙ，９０Ｚ 試験用シート、９０Ａ シート、９１ 応力発光層、９２ 基材層、９３ 帯電防止層、９４ 粘着層、１００ 計測装置。

Claims (15)

1. 応力またはひずみの計測において荷重が印加される対象物に貼付される試験用シートであって、
   高分子材料を含む基材層と、
   前記基材層上に形成された、応力発光材料を含む応力発光層と、を備え、
   前記基材層は、前記応力発光層より厚い、試験用シート。
2. 前記試験用シートを前記対象物に接着させる粘着層をさらに備え、
   前記基材層は、前記粘着層上に形成されている、請求項１に記載の試験用シート。
3. 前記粘着層と前記基材層との間に形成された、帯電防止層をさらに備える、請求項２に記載の試験用シート。
4. 応力またはひずみの計測において荷重が印加される対象物に貼付される試験用シートであって、
   帯電防止層と、
   前記帯電防止層上に形成された、高分子材料を含む基材層と、
   前記基材層上に形成された、応力発光材料を含む応力発光層と、を備える、試験用シート。
5. 前記試験用シートを前記対象物に接着させる粘着層をさらに備え、
   前記基材層は、前記粘着層上に形成されている、請求項４に記載の試験用シート。
6. 前記帯電防止層は、前記粘着層と前記基材層との間に形成されている、請求項５に記載の試験用シート。
7. 前記粘着層は、再剥離性粘着剤によって構成される、請求項２、請求項３、請求項５、または請求項６に記載の試験用シート。
8. 前記応力発光層は、１０μｍ以下の厚みを有する、請求項１～請求項７のいずれか１項に記載の試験用シート。
9. 対象物における応力またはひずみを計測する方法であって、
   前記対象物に貼付された１以上の試験用シートに励起光を照射するステップを備え、
   前記１以上の試験用シートのそれぞれは、
   高分子材料を含む基材層と、
   前記基材層上に形成された、応力発光材料を有する応力発光層と、を含み、
   励起光を照射された前記１以上の試験用シートのそれぞれの撮像画像を取得するステップと、
   前記１以上の試験用シートのそれぞれの撮像画像から、前記１以上の試験用シートについての発光強度を特定するステップと、を備える計測方法。
10. 前記基材層は、前記応力発光層より厚い、請求項９に記載の計測方法。
11. 前記１以上の試験用シートのそれぞれは、前記基材層に対して、前記応力発光層を形成された側とは反対側に配置された帯電防止層をさらに含む、請求項９または請求項１０に記載の計測方法。
12. 前記１以上の試験用シートのそれぞれは、前記基材層に対して、前記応力発光層を形成された側とは反対側に配置された、粘着層をさらに備える、請求項９～請求項１１のいずれか１項に記載の計測方法。
13. 前記粘着層は、再剥離性粘着剤によって構成される、請求項１２に記載の計測方法。
14. 前記応力発光層は、１０μｍ以下の厚みを有する、請求項９～請求項１３のいずれか１項に記載の計測方法。
15. 前記１以上の試験用シートは、同一のシートから分離された複数の試験用シートを含み、
    前記複数の試験用シートは、前記対象物の複数の場所のそれぞれに貼付される、請求項９～請求項１３のいずれか１項に記載の計測方法。

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