JP2024064667A - Acting load calculation system - Google Patents

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JP2024064667A
JP2024064667A JP2022173426A JP2022173426A JP2024064667A JP 2024064667 A JP2024064667 A JP 2024064667A JP 2022173426 A JP2022173426 A JP 2022173426A JP 2022173426 A JP2022173426 A JP 2022173426A JP 2024064667 A JP2024064667 A JP 2024064667A
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明彦 近藤
英司 小濱
大樹 高野
拓郎 芦田
七重 緒方
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Sakai Chemical Industry Co Ltd
National Institute of Maritime Port and Aviation Technology
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Sakai Chemical Industry Co Ltd
National Institute of Maritime Port and Aviation Technology
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Abstract

【課題】応力発光材料を用いて、測定時点で物体に既に加わっている既作用荷重を従来の方法よりも簡便に算出することができる既作用荷重の算出方法を提供する。
【解決手段】応力発光材料を用いて測定時点で物体に既に加わっている既作用荷重を算出する方法であって、該算出方法は、応力発光材料が設置され、所定の既作用荷重が加えられた試験物体に動的荷重を加え、その際の動的荷重に対する発光の程度と該試験物体に加えられた所定の既作用荷重との関係を確認するキャリブレーション工程と、
応力発光材料を設置した測定対象物体に動的荷重を加え、動的荷重に対する発光の程度を測定する測定工程と、該キャリブレーション工程で得られた動的荷重に対する発光の程度と該試験物体に加えられた所定の既作用荷重との関係と、該測定工程で測定された動的荷重に対する発光の程度から、測定対象物体に測定時点で既に加わっている既作用荷重を算出する工程とを含むことを特徴とする既作用荷重の算出方法。
【選択図】なし

The present invention provides a method for calculating a previously applied load that can calculate a previously applied load that is already applied to an object at the time of measurement more easily than conventional methods by using a stress-luminescent material.
[Solution] A method for calculating a previously applied load that has already been applied to an object at the time of measurement using a stress-stimulated luminescent material, the calculation method includes a calibration step of applying a dynamic load to a test object to which a stress-stimulated luminescent material is installed and a predetermined previously applied load has been applied, and confirming the relationship between the degree of luminescence in response to the dynamic load and the predetermined previously applied load applied to the test object;
A method for calculating a previously applied load, comprising: a measurement step of applying a dynamic load to a measurement object having a stress-stimulated luminescent material placed thereon, and measuring the degree of luminescence in response to the dynamic load; and a step of calculating a previously applied load that is already applied to the measurement object at the time of measurement, from the relationship between the degree of luminescence in response to the dynamic load obtained in the calibration step and a predetermined previously applied load applied to the test object, and the degree of luminescence in response to the dynamic load measured in the measurement step.
[Selection diagram] None

Description

本発明は、既作用荷重算出システムに関する。 The present invention relates to a system for calculating applied loads.

従来、構造物等の各種物体の応力状態を計測する方法として、ひずみゲージを用いて測定したひずみ量と材料のヤング率と掛け合わせることで応力を算出する方法、微小な繰り返し荷重による温度変化を赤外線で撮影することで応力分布を解析する方法、透明で均一な光弾性材料を用いて複屈折から解析する方法が知られている。これらの方法に加え、近年、外部からの力学的刺激を受けると発光する応力発光材料を用いて構造物等の物体の応力状態を評価する方法が検討されており、応力発光材料を用いてリアルタイムに応力分布を可視化する測定方法(特許文献1参照)、幅広い材料の応力状態の把握に適用できるよう、エポキシ樹脂等の樹脂と応力発光材料を混合して塗料組成物にしたもの(特許文献2参照)、応力発光性塗料組成物を構造物に塗布して発光の輝度及び模様から構造物に加わっている負荷の程度を判定する負荷測定方法(特許文献3参照)、応力発光体に荷重を加えた状態及び荷重を解放した状態での発光の様子を撮影して残留応力等を算出する方法(特許文献4参照)、光を透過可能で可撓性を有する第1材料、外力が付加されると光を発生する第2材料、光を透過せず可撓性を有する第3材料を組み合わせた外力応答手段を用いた構造物外力検知装置(特許文献5参照)等が提案されている。 Traditionally, known methods for measuring the stress state of various objects such as structures include calculating the stress by multiplying the amount of strain measured using a strain gauge by the Young's modulus of the material, analyzing the stress distribution by photographing temperature changes caused by small repeated loads with infrared light, and analyzing the stress state from birefringence using a transparent, uniform photoelastic material. In addition to these methods, in recent years, methods have been considered for evaluating the stress state of objects such as structures using mechanoluminescent materials that emit light when subjected to external mechanical stimuli. Proposed methods include a measurement method that uses mechanoluminescent materials to visualize stress distribution in real time (see Patent Document 1), a paint composition made by mixing a resin such as an epoxy resin with a mechanoluminescent material so that it can be used to grasp the stress state of a wide range of materials (see Patent Document 2), a load measurement method that applies a mechanoluminescent paint composition to a structure and determines the level of load applied to the structure from the brightness and pattern of the light emitted (see Patent Document 3), a method of calculating residual stress, etc. by photographing the light emission state of the mechanoluminescent material when a load is applied and when the load is released (see Patent Document 4), and a structure external force detection device that uses an external force response means that combines a first material that is light-transmitting and flexible, a second material that emits light when an external force is applied, and a third material that is not light-transmitting and flexible (see Patent Document 5).

特開2001-215157号公報JP 2001-215157 A 国際公開第2018/135106号International Publication No. 2018/135106 特開2017-044634号公報JP 2017-044634 A 特開2019-158437号公報JP 2019-158437 A 特開2003-262558号公報JP 2003-262558 A

上述のとおり応力発光材料を用いて構造物等の物体の応力状態を計測、把握する方法が種々提案されているが、従来の測定方法では、既に荷重が加わっている測定対象物体の荷重状態を測定するには、無載荷状態から測定時点までの全ての励起状態と載荷による発光プロセスを計測しておく必要があり、複雑な荷重履歴を受ける場合には、既に加わっている荷重状態を測定することが困難であった。 As mentioned above, various methods have been proposed for measuring and understanding the stress state of objects such as structures using mechanoluminescent materials. However, with conventional measurement methods, in order to measure the load state of an object to be measured that is already under load, it is necessary to measure all of the excitation states and the light emission process due to loading from the unloaded state to the time of measurement. In cases where a complex load history is applied, it is difficult to measure the already-applied load state.

本発明は、上記現状に鑑み、応力発光材料を用いて、測定時点で物体に既に加わっている既作用荷重を従来の方法よりも簡便に算出することができる既作用荷重の算出方法を提供することを目的とする。 In view of the above-mentioned current situation, the present invention aims to provide a method for calculating a pre-applied load that uses a stress-luminescent material and can more easily calculate the pre-applied load that is already applied to an object at the time of measurement than conventional methods.

本発明者らは、測定時点で物体に既に加わっている既作用荷重を従来の方法よりも簡便に算出することができる方法について検討し、応力発光材料が設置され、既作用荷重が加わっている物体に対して動的荷重を加えた場合に、既作用荷重の大きさに応じて発光の程度が変化することを見出した。そして、応力発光材料が設置された試験物体に加えられた所定の既作用荷重の大きさと、該試験物体に対して動的荷重を加えた場合の動的荷重に対する発光の程度との関係を確認するキャリブレーション工程を行った後、応力発光材料が設置された測定対象物体に動的荷重を加えて発光の程度を測定する測定工程を行い、得られた動的荷重に対する発光の程度とキャリブレーション工程で得られた動的荷重に対する発光の程度と該試験物体に加えられた所定の既作用荷重との関係とを用いることで、測定対象物体に測定時点で既に加わっている既作用荷重を算出することができることを見出し、本発明を完成するに至った。 The inventors have investigated a method for calculating the applied load already applied to an object at the time of measurement more easily than conventional methods, and have found that when a dynamic load is applied to an object on which a stress-stimulated luminescent material is installed and to which a stress-stimulated luminescent load is applied, the degree of luminescence changes depending on the magnitude of the applied load. Then, after performing a calibration process to confirm the relationship between the magnitude of a predetermined applied load applied to a test object on which a stress-stimulated luminescent material is installed and the degree of luminescence in response to a dynamic load when the dynamic load is applied to the test object, a measurement process is performed to apply a dynamic load to a measurement object on which a stress-stimulated luminescent material is installed and measure the degree of luminescence, and the degree of luminescence in response to the obtained dynamic load and the relationship between the degree of luminescence in response to the dynamic load obtained in the calibration process and the predetermined applied load applied to the test object, and have found that the applied load already applied to the measurement object at the time of measurement can be calculated, thereby completing the present invention.

すなわち本発明は、応力発光材料を用いて測定時点で物体に既に加わっている既作用荷重を算出する方法であって、該算出方法は、応力発光材料が設置され、所定の既作用荷重が加えられた試験物体に動的荷重を加え、その際の動的荷重に対する発光の程度と該試験物体に加わっている所定の既作用荷重との関係を確認するキャリブレーション工程と、応力発光材料を設置した測定対象物体に動的荷重を加え、動的荷重に対する発光の程度を測定する測定工程と、該キャリブレーション工程で得られた動的荷重に対する発光の程度と該試験物体に加えられた所定の既作用荷重との関係と、該測定工程で測定された動的荷重に対する発光の程度から、測定対象物体に測定時点で既に加わっている既作用荷重を算出する工程とを含むことを特徴とする既作用荷重の算出方法である。 In other words, the present invention is a method for calculating a previously applied load that is already applied to an object at the time of measurement using a stress-stimulated luminescent material, the calculation method being characterized by including a calibration step of applying a dynamic load to a test object to which a stress-stimulated luminescent material is installed and a predetermined previously applied load is applied, and confirming the relationship between the degree of luminescence in response to the dynamic load and the predetermined previously applied load applied to the test object; a measurement step of applying a dynamic load to a measurement object to which a stress-stimulated luminescent material is installed, and measuring the degree of luminescence in response to the dynamic load; and a step of calculating the previously applied load that is already applied to the measurement object at the time of measurement from the relationship between the degree of luminescence in response to the dynamic load obtained in the calibration step and the predetermined previously applied load applied to the test object, and the degree of luminescence in response to the dynamic load measured in the measurement step.

上記応力発光材料の設置は、応力発光材料を物体中に設置すること又は物体の表面に応力発光性塗料組成物を塗布することにより行われることが好ましい。 The above-mentioned stress-stimulated luminescent material is preferably placed in an object or by applying a stress-stimulated luminescent coating composition to the surface of the object.

上記応力発光材料の設置は、内部又は表面に応力発光材料又は応力発光性塗料組成物を設置した応力発光材料片を物体に設置することにより行われることもまた好ましい。 It is also preferable that the above-mentioned stress-stimulated luminescent material is placed on the object by placing a piece of stress-stimulated luminescent material having a stress-stimulated luminescent material or a stress-stimulated luminescent coating composition on the inside or surface of the piece.

上記測定対象物体に測定時点で既に加わっている既作用荷重は、圧縮荷重、引張荷重、ねじり荷重又はせん断荷重であることが好ましい。 The load already applied to the object to be measured at the time of measurement is preferably a compressive load, a tensile load, a torsional load or a shear load.

上記キャリブレーション工程における動的荷重及び前記測定工程における動的荷重は、圧縮荷重、引張荷重、ねじり荷重又はせん断荷重のいずれかの荷重で共通していることもまた好ましい。 It is also preferable that the dynamic load in the calibration process and the dynamic load in the measurement process are either a compressive load, a tensile load, a torsional load or a shear load.

上記測定工程における動的荷重の特徴量(荷重指標)は、上記キャリブレーション工程における動的荷重の特徴量と同一又は異なることもまた好ましい。 It is also preferable that the characteristic quantity (load index) of the dynamic load in the measurement process is the same as or different from the characteristic quantity of the dynamic load in the calibration process.

本発明はまた、応力発光材料を設置した物体に加わっている既作用荷重と動的荷重に対する発光の程度との関係を確認する方法であって、該方法は、応力発光材料が設置され、既作用荷重が加えられた物体に動的荷重を加え、その際の動的荷重に対する発光の程度を確認することを特徴とする既作用荷重と発光との関係を確認する方法でもある。 The present invention also provides a method for confirming the relationship between a previously applied load and the degree of luminescence in response to a dynamic load applied to an object on which a stress-stimulated luminescent material is installed, the method being characterized in that a dynamic load is applied to an object on which a stress-stimulated luminescent material is installed and to which a previously applied load is applied, and the degree of luminescence in response to the dynamic load at that time is confirmed.

上記既作用荷重と発光との関係を確認する方法における応力発光材料を設置した物体に加わっている既作用荷重は、圧縮荷重、引張荷重、ねじり荷重又はせん断荷重であることが好ましい。 In the above-mentioned method for confirming the relationship between the applied load and luminescence, the applied load applied to the object in which the stress-luminescent material is placed is preferably a compressive load, a tensile load, a torsional load, or a shear load.

上記既作用荷重と発光との関係を確認する方法における既作用荷重が加えられた物体に加えられる動的荷重は、圧縮荷重、引張荷重、ねじり荷重又はせん断荷重であることもまた好ましい。 It is also preferable that the dynamic load applied to the object to which the applied load has been applied in the method for confirming the relationship between the applied load and luminescence is a compressive load, a tensile load, a torsional load, or a shear load.

本発明の既作用荷重の算出方法は、測定対象物体に作用する荷重の履歴を確認することなく測定時点で測定対象物体に既に加わっている既作用荷重を算出することができる方法であることから、様々な物体の荷重状態を確認する方法として好適に使用することができる。 The method for calculating the previously applied load of the present invention is a method that can calculate the previously applied load that is already applied to the object to be measured at the time of measurement without checking the history of the load acting on the object to be measured, and therefore can be suitably used as a method for checking the load state of various objects.

応力発光材料を設置した物体に動的荷重を加えた場合の荷重指標と応力発光材料の発光強度との関係を示した概念図である。1 is a conceptual diagram showing the relationship between the load index and the luminescence intensity of a stress-stimulated luminescent material when a dynamic load is applied to an object in which the stress-stimulated luminescent material is placed. FIG. 図1の荷重指標-発光強度の直線の傾きと軸ひずみ速度との関係を示した概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram showing the relationship between the slope of the load index-luminescence intensity line in FIG. 1 and the axial strain rate. 既に荷重が加わっている応力発光材料を設置した物体に動的荷重を加えた場合の応力発光材料の荷重指標と発光強度との関係を示した概念図である。1 is a conceptual diagram showing the relationship between the load index and luminescence intensity of a stress-stimulated luminescent material when a dynamic load is applied to an object in which a stress-stimulated luminescent material is placed and to which a load has already been applied. FIG. 図3の荷重指標-発光強度の直線の傾きにおける既作用荷重の寄与部分と既作用荷重との関係を示した概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram showing the relationship between the previously applied load and the contribution of the previously applied load in the slope of the line of the load index vs. luminous intensity in FIG. 3. 実施例1において、ペレットA1を用いて既作用荷重10Nで載荷した際の荷重測定値と平均発光強度を時間軸に対してプロットしたグラフと、測定中の発光の様子を示す撮影画像である。1 is a graph plotting the load measurement value and average luminescence intensity against time when a load of 10 N was applied using pellet A1 in Example 1, and photographed images showing the luminescence during measurement. 実施例1において、ペレットA1を用いて保持のための既作用荷重10N、軸ひずみ速度を4種類で載荷した条件における既作用荷重に付加して作用した荷重(既作用荷重は含まない)と平均発光強度の関係を示した図であり、各プロットについて回帰直線と相関係数も示している(図1に相当)。FIG. 1 shows the relationship between the load (excluding the previously applied load) applied in addition to the previously applied load and the average luminescence intensity under conditions where a previously applied load of 10 N for holding was applied using pellet A1 in Example 1 and four types of axial strain rate were applied, and the regression line and correlation coefficient for each plot are also shown (corresponding to FIG. 1 ). 実施例1において、既作用荷重10Nにおける荷重-平均発光強度の関係における回帰直線の傾き(図1のαに相当)と軸ひずみ速度の関係を示した図であり、このプロットにおける回帰直線と相関係数も示している(図2に相当)。FIG. 2 shows the relationship between the slope of the regression line (corresponding to α in FIG. 1 ) in the load-average luminescence intensity relationship at an applied load of 10 N in Example 1 and the axial strain rate, and also shows the regression line and correlation coefficient in this plot (corresponding to FIG. 2 ). 実施例1において、10N、100N、200N、300Nの既作用荷重時における、付加して作用した荷重(既作用荷重は含まない)と平均発光強度の関係を示した図であり、各プロットについて回帰直線と相関係数も示している。FIG. 1 shows the relationship between the additional load (not including the previously applied load) and the average luminescence intensity at previously applied loads of 10 N, 100 N, 200 N, and 300 N in Example 1, and also shows the regression line and correlation coefficient for each plot. 実施例1において、図8の軸ひずみ速度1.67% strain・s-1における付加された荷重-平均発光強度の関係における回帰直線の傾きと既作用荷重の関係を3個のペレットについてプロットした図であり、その平均値をグラフにしたものである。FIG. 9 is a graph showing the relationship between the slope of the regression line in the relationship between the applied load and the average luminescence intensity at an axial strain rate of 1.67% strain s in FIG. 8 and the applied load for three pellets in Example 1, and the average value is plotted. 実施例1において、図9の付加された荷重-平均発光強度の関係における回帰直線の傾き平均と既作用荷重の関係の関係を軸ひずみ速度ごとに示した図である。FIG. 10 is a graph showing the relationship between the average slope of the regression line in the applied load-average luminescence intensity relationship in FIG. 9 and the applied load for each axial strain rate in Example 1. 実施例1を参考にした、既作用荷重を算出する工程の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a process for calculating a pre-applied load with reference to Example 1. 実施例2において、ペレットA2を用いて既作用荷重1Nで載荷した際の荷重測定値と平均発光強度を時間軸に対してプロットしたグラフと、測定中の発光の様子を示す撮影画像である。1 is a graph plotting the load measurement value and average luminescence intensity against time when a load of 1 N was applied using pellet A2 in Example 2, and photographed images showing the luminescence during measurement. 実施例2において、付加された荷重-平均発光強度の関係における回帰直線の傾き平均と既作用荷重の関係の関係を軸ひずみ速度ごとに示した図(実施例1の図10に相当する図)である。FIG. 13 is a graph (corresponding to FIG. 10 in Example 1) showing the relationship between the average slope of the regression line in the applied load-average luminescence intensity relationship and the applied load for each axial strain rate in Example 2.

以下、本発明の好ましい形態について具体的に説明するが、本発明は以下の記載のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。 The following describes in detail preferred embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to the following description, and can be modified as appropriate without departing from the spirit of the present invention.

1.既作用荷重の算出方法
本発明の既作用荷重の算出方法は、応力発光材料が設置された試験物体に加わっている所定の既作用荷重と動的荷重に対する発光の程度との関係を確認するキャリブレーション工程と、応力発光材料を設置した測定対象物体に動的荷重を加え、発光の程度を測定する測定工程と、キャリブレーション工程で得られた動的荷重に対する発光の程度と該試験物体に加えられた所定の既作用荷重との関係と、該測定工程で測定された動的荷重に対する発光の程度から、測定対象物体に測定時点で既に加わっている既作用荷重を算出する工程とを含む。
以下にこれらの工程について順に説明する。
The method for calculating the previously applied load of the present invention includes a calibration step of confirming the relationship between a predetermined previously applied load applied to a test object on which a stress-stimulated luminescent material is placed and the degree of luminescence in response to a dynamic load, a measurement step of applying a dynamic load to a measurement object on which a stress-stimulated luminescent material is placed and measuring the degree of luminescence, and a step of calculating the previously applied load already applied to the measurement object at the time of measurement from the relationship between the degree of luminescence in response to the dynamic load obtained in the calibration step and the predetermined previously applied load applied to the test object and the degree of luminescence in response to the dynamic load measured in the measurement step.
These steps will be described in order below.

(1)キャリブレーション工程
本発明におけるキャリブレーション工程は、応力発光材料が設置され、様々な所定の既作用荷重が加えられた試験物体に動的荷重を加え、その際の動的荷重に対する発光の程度と該試験物体に加わっている既作用荷重との関係を確認する工程である。
応力発光材料が設置された物体に動的荷重を加えた場合、その作用の大きさに応じて発光強度は大きくなり、荷重や荷重増分などを基にした荷重指標に対する発光強度は物体に加わる軸ひずみ速度(載荷による単位時間当たりの軸方向の物体のひずみ。縦ひずみ速度ともいう。ねじり荷重においては、ねじれ角速度が相当する。)が大きいほど大きくなる。この関係を概念的に図示したものが図1、2である。なお、図1、2では発光強度-荷重指標の関係、及び、α(荷重指標-発光強度の傾き)-軸ひずみ速度の関係はいずれも線形関係として記載しているが、これらは必ずしも線形関係になるとは限らず、曲線になる場合もある。
本発明者は応力発光材料が設置され、既作用荷重が加わっている物体に動的荷重を加えた場合の荷重指標と発光強度との関係について検討し、荷重指標に対する発光強度が、物体に加わる軸ひずみ速度と既作用荷重の大きさに応じて大きくなること、及び、軸ひずみ速度が一定の場合、荷重指標に対する発光強度は物体への既作用荷重に応じて大きくなることを見出した。この関係を概念的に図示したものが図3、4である。なお、図3、4では荷重指標-荷重増分の関係、及び、β(既作用荷重の影響を含んだ荷重指標-発光強度の傾き)-軸ひずみ速度の関係はいずれも線形関係として記載しているが、これらは必ずしも線形関係になるとは限らず、曲線になる場合もある。また、βの値によっては、例えばα1を基にした荷重指標-発光強度の傾きと既作用荷重に対する関係がα2を基にした関係よりも小さくなる等して、発光強度-荷重増分の線の位置関係は図3とは異なる場合がある。
本発明者はこの知見を利用し、測定対象物体に設置した応力発光材料と同じ応力発光材料が設置され、2種類以上の既作用荷重状態(無荷重の状態と所定の既作用荷重が加わっている状態又は2種類以上の既作用荷重が加わっている状態)の試験物体に対して、いずれか1種類以上の所定の軸ひずみ速度で動的荷重を加えた場合の荷重指標と発光強度との関係を確認することで、軸ひずみ速度と、物体への既作用荷重の大きさと、発光強度との関係を確認することができ、この関係を用いることで、応力発光材料が設置された測定対象物体に後述する「(2)測定工程」において説明する所定の軸ひずみ速度で動的荷重を加えた際の発光強度から、測定対象物体への既作用荷重の大きさを算出することが可能となることを見出した。この方法であれば、測定対象物体に作用する荷重の履歴を確認することなく、測定時点で測定対象物体に加わっている既作用荷重を算出することが可能である。
なお、上記においては、発光の程度として荷重や荷重増分などを基にした荷重指標に対する発光強度を用いて説明したが、発光の程度の大きさとの校正可能な対応関係が確認できればよいため、本発明の既作用荷重の算出方法では、荷重や荷重増分などを基にした荷重指標について、応力に換算したり,ひずみエネルギーやひずみエネルギー増分、力積などの指標や、それらの累積値、増分値、正規化した指標、ピーク値などの特徴量を用いてもよい。発光強度に関する指標についても、発光強度の累積値、発光強度の増分値、正規化した指標、ピーク値などの特徴量を用いてもよい。また、既作用荷重についても荷重が作用する面積を考慮した既作用応力としたり、軸ひずみ速度について、ひずみエネルギー増分を代わりに用いることが可能である。
(1) Calibration Step The calibration step in the present invention is a step of applying a dynamic load to a test object having a stress-stimulated luminescent material placed thereon and having various predetermined pre-applied loads applied thereto, and confirming the relationship between the degree of luminescence in response to the dynamic load and the pre-applied loads applied to the test object.
When a dynamic load is applied to an object on which a stress-luminescent material is placed, the luminescence intensity increases according to the magnitude of the load, and the luminescence intensity relative to the load index based on the load and load increment increases as the axial strain rate (the strain of an object in the axial direction per unit time due to loading; also known as the longitudinal strain rate; in the case of a torsional load, this corresponds to the torsional angular velocity) applied to the object increases. Figures 1 and 2 conceptually illustrate this relationship. Note that in Figures 1 and 2, the relationship between luminescence intensity and load index, and the relationship between α (slope of load index - luminescence intensity) and axial strain rate are both shown as linear relationships, but these are not necessarily linear and may be curved.
The present inventors have studied the relationship between the load index and the luminescence intensity when a dynamic load is applied to an object on which a stress-luminescent material is installed and to which a previously applied load is applied, and have found that the luminescence intensity for the load index increases according to the axial strain rate and the magnitude of the previously applied load applied to the object, and that when the axial strain rate is constant, the luminescence intensity for the load index increases according to the previously applied load applied to the object. Figures 3 and 4 conceptually illustrate this relationship. Note that in Figures 3 and 4, the relationship between the load index and the load increment, and the relationship between β (the slope of the load index-luminescence intensity including the influence of the previously applied load) and the axial strain rate are both shown as linear relationships, but these are not necessarily linear relationships and may be curved. In addition, depending on the value of β, for example, the relationship between the slope of the load index-luminescence intensity based on α1 and the previously applied load may be smaller than the relationship based on α2, and the positional relationship between the luminescence intensity-load increment line may differ from that shown in Figure 3.
The inventors have utilized this knowledge and found that by confirming the relationship between the load index and the luminescence intensity when a dynamic load is applied at one or more predetermined axial strain rates to a test object in which the same mechanoluminescent material as that installed in the measurement object is installed and which is in two or more previously applied load states (a no-load state, a state in which a predetermined previously applied load is applied, or a state in which two or more previously applied loads are applied), it is possible to confirm the relationship between the axial strain rate, the magnitude of the previously applied load on the object, and the luminescence intensity, and by using this relationship, it is possible to calculate the magnitude of the previously applied load on the measurement object from the luminescence intensity when a dynamic load is applied at a predetermined axial strain rate to the measurement object in which the mechanoluminescent material is installed, as described later in "(2) Measurement step". With this method, it is possible to calculate the previously applied load applied to the measurement object at the time of measurement without confirming the history of the load acting on the measurement object.
In the above description, the degree of light emission is explained using the light emission intensity for the load index based on the load, the load increment, etc. However, since it is sufficient to confirm a calibrable correspondence with the magnitude of the degree of light emission, in the calculation method of the applied load of the present invention, the load index based on the load, the load increment, etc. may be converted to stress, or indexes such as strain energy, strain energy increment, impulse, or feature values such as their cumulative value, increment value, normalized index, peak value, etc. may be used. As for the index related to the light emission intensity, feature values such as the cumulative value of the light emission intensity, the increment value of the light emission intensity, the normalized index, peak value, etc. may be used. In addition, the applied load may be the applied stress considering the area on which the load acts, or the strain energy increment may be used instead of the axial strain rate.

上記キャリブレーション工程では、試験物体に対して少なくとも1種類の所定の軸ひずみ速度で動的荷重を加えて発光の程度を確認すればよいが、算出の精度を高める点からは、2種類以上の所定の軸ひずみ速度で動的荷重を加えて発光の程度を確認することが好ましい。より好ましくは、3種類以上の所定の軸ひずみ速度で動的荷重に対する発光の程度を確認することである。
また、キャリブレーション工程では、少なくとも2種類の既作用荷重が加えられた状態の試験物体に対して所定の軸ひずみ速度で動的荷重を加えて発光の程度を確認すればよいが、算出の精度を高める点からは、3種類以上の既作用荷重が加えられた状態の試験物体に対して所定の軸ひずみ速度で動的荷重を加えて発光の程度を確認することが好ましい。より好ましくは、4種類以上の既作用荷重が加えられた状態の試験物体に対して所定の軸ひずみ速度で動的荷重に対する発光の程度を確認することである。
また、軸ひずみ速度と既作用荷重が同一の載荷条件で複数回の載荷を行い、その結果を平均することによっても算出の精度を高めることができる。
キャリブレーション工程では単一の試験物体を用いてもよく、複数の試験物体を用いてもよい。
In the calibration step, it is sufficient to confirm the degree of luminescence by applying a dynamic load to the test object at least at one predetermined axial strain rate, but from the viewpoint of improving the accuracy of the calculation, it is preferable to confirm the degree of luminescence by applying a dynamic load at two or more predetermined axial strain rates, and more preferably, to confirm the degree of luminescence in response to a dynamic load at three or more predetermined axial strain rates.
In the calibration step, a dynamic load is applied at a predetermined axial strain rate to a test object to which at least two types of previously applied loads have been applied, and the degree of luminescence is confirmed, but in terms of improving the accuracy of calculation, it is preferable to apply a dynamic load at a predetermined axial strain rate to a test object to which three or more types of previously applied loads have been applied, and the degree of luminescence is confirmed. More preferably, it is preferable to confirm the degree of luminescence in response to a dynamic load at a predetermined axial strain rate to a test object to which four or more types of previously applied loads have been applied.
In addition, the accuracy of the calculation can be improved by carrying out loading several times under the same loading conditions of axial strain rate and applied load and averaging the results.
The calibration process may use a single test object or may use multiple test objects.

上記キャリブレーション工程においては、応力発光材料を設置した試験物体に対して所定の軸ひずみ速度で動的荷重を加えて発光の程度を確認する。この場合、発光の程度を十分に確認するため、応力発光材料を設置した試験物体に励起光を照射した後に、所定の時間を待機して動的荷重を加えることが好ましい。 In the above calibration process, a dynamic load is applied at a predetermined axial strain rate to the test object on which the stress-stimulated luminescent material is placed, and the degree of luminescence is confirmed. In this case, in order to fully confirm the degree of luminescence, it is preferable to wait a predetermined time after irradiating the test object on which the stress-stimulated luminescent material is placed with excitation light before applying the dynamic load.

(2)測定工程
本発明における測定工程は、応力発光材料を設置した測定対象物体に動的荷重を加え、発光の程度を測定する工程である。
測定工程では、一定の軸ひずみ速度(ねじり荷重においては、ねじれ角速度)で動的荷重を加えることになる。
キャリブレーション工程で1種類の所定の軸ひずみ速度で動的荷重を加えて発光の程度を確認した場合、測定工程ではキャリブレーション工程と同じ軸ひずみ速度で測定対象物体に動的荷重を加える必要がある。
一方、キャリブレーション工程で2種類以上の所定の軸ひずみ速度で動的荷重を加えて発光の程度を確認した場合、測定工程で測定対象物体に動的荷重を加える際にいずれの軸ひずみ速度を採用した場合でも発光強度-荷重指標の関係を求めることができる。このため、この場合には測定工程で採用する軸ひずみ速度はキャリブレーション工程で使用したものと同じであってもよく、異なっていてもよい。
測定工程においても、発光の程度を十分に確認するため、応力発光材料を設置した測定対象物体に励起光を照射した後に、所定の時間を待機して動的荷重を加えることが好ましい。
(2) Measuring Step The measuring step in the present invention is a step of applying a dynamic load to the measurement object on which the stress-stimulated luminescent material is placed, and measuring the degree of luminescence.
The measurement process involves applying a dynamic load at a constant axial strain rate (or, in the case of torsional loading, torsional angular rate).
If the degree of luminescence is confirmed by applying a dynamic load at one specific axial strain rate in the calibration process, then in the measurement process, it is necessary to apply a dynamic load to the object to be measured at the same axial strain rate as in the calibration process.
On the other hand, if the degree of luminescence is confirmed by applying dynamic loads at two or more predetermined axial strain rates in the calibration step, the relationship between the luminescence intensity and the load index can be obtained regardless of which axial strain rate is used when applying a dynamic load to the measurement object in the measurement step. Therefore, in this case, the axial strain rate used in the measurement step may be the same as or different from that used in the calibration step.
In the measurement step, in order to thoroughly check the degree of luminescence, it is preferable to irradiate the measurement object on which the stress-stimulated luminescent material is placed with excitation light, wait a predetermined time, and then apply a dynamic load.

(3)既作用荷重を算出する工程
本発明における既作用荷重を算出する工程は、キャリブレーション工程で得られた動的荷重に対する発光の程度と試験物体に既に加わっている既作用荷重との関係と、測定工程で測定された動的荷重に対する発光の程度から、測定対象物体に測定時点で既に加わっている既作用荷重を算出する工程である。
上述したとおり、キャリブレーション工程で得られた軸ひずみ速度と、試験物体に既に加わっている既作用荷重の大きさと、荷重や荷重増分などを基にした荷重指標に対する発光強度との関係を用いることで、測定工程で測定された動的荷重に対する発光の程度から、測定対象物体に測定時点で既に加わっている既作用荷重を求めることができる。
本発明の既作用荷重の算出方法では、測定対象物体への既作用荷重を連続的に観察する必要がなく、また従来のひずみゲージやロードセルのような電源供給や配線が必要な機材を使用する必要がないため、計測に必要なコストやセンサーのメンテナンスコストを削減することができる。更に応力発光材料を励起する場合でも必要な電力は乾電池等のポータブルなバッテリー程度のため、測定対象物体の測定工程はドローン等を用いた遠隔や無人でも行うことが可能である。
(3) Step of calculating the applied load The step of calculating the applied load in the present invention is a step of calculating the applied load already applied to the object to be measured at the time of measurement from the relationship between the degree of light emission in response to the dynamic load obtained in the calibration step and the applied load already applied to the test object, and the degree of light emission in response to the dynamic load measured in the measurement step.
As described above, by using the relationship between the axial strain rate obtained in the calibration process, the magnitude of the load already applied to the test object, and the light emission intensity for a load index based on the load, load increment, etc., the load already applied to the object being measured at the time of measurement can be determined from the degree of light emission for the dynamic load measured in the measurement process.
In the method of calculating the applied load of the present invention, it is not necessary to continuously observe the applied load on the object to be measured, and it is also not necessary to use equipment that requires a power supply and wiring, such as conventional strain gauges and load cells, so that it is possible to reduce the costs required for measurement and the maintenance costs of sensors. Furthermore, since the power required to excite the mechanoluminescent material is about that of a portable battery such as a dry cell, the measurement process of the object to be measured can be performed remotely or unmanned using a drone or the like.

本発明の既作用荷重の算出方法において、上記測定工程、既作用荷重を算出する工程の具体的な手順は特に制限されないが、以下に具体的な手順の一例を示す。
(1)応力発光材料を設置した測定対象物体に測定対象物体の既作用荷重を伝達して微小なひずみが発生した状態にする。
(2)暗室枠の中で励起用照明により応力発光材料を励起する。
(3)予め定めた所定の時間を待機した後で応力発光材料に動的荷重を加える。
(4)動的荷重の載荷による応力発光材料の発光強度と動的荷重もしくはその特徴量(荷重や荷重増分などを基にした荷重指標)の推移をセンサーで計測する。
(5)計測した発光強度と荷重指標の推移をデータ記録装置に保存する。
(6)荷重指標に対する発光強度とキャリブレーション工程で得られた校正データベースとを比較して測定対象物体の既作用荷重を算出する。
上記(3)工程の所定の時間を待機することについて、励起によって応力発光材料は燐光し、その燐光強度は時間の経過とともに減少するため、測定工程における載荷時の発光強度を一定条件下とするための待機である。
上記(3)工程で加える動的荷重は、軸ひずみ速度が一定になるように載荷するか、荷重や荷重増分などを基にした荷重指標を算出することで行うことができる。
上記工程(6)の校正データベースは、キャリブレーション工程によって得るものであり、既作用荷重、待機時間と動的荷重の荷重指標に対する発光強度を事前に調査して作成した校正係数の関数である。測定工程における載荷の待機時間や軸ひずみ速度を予め定めることで応力発光材料に作用する荷重指標が同程度と考えられる場合は、既作用荷重と発光強度の関係のみを調査した校正データベースでよい。
In the method for calculating the applied load of the present invention, the specific procedures of the measuring step and the step of calculating the applied load are not particularly limited, but an example of the specific procedures is shown below.
(1) A load applied to a measurement object on which a stress-stimulated luminescent material is placed is transmitted to generate a minute strain.
(2) The stress-stimulated luminescent material is excited by an excitation light in a darkroom frame.
(3) After waiting for a predetermined time, a dynamic load is applied to the stress-stimulated luminescent material.
(4) The luminescence intensity of the mechanoluminescent material due to the application of a dynamic load and the change in the dynamic load or its characteristic quantity (load index based on load, load increment, etc.) are measured using a sensor.
(5) The measured emission intensity and the changes in the load index are stored in a data recording device.
(6) The emission intensity for the load index is compared with the calibration database obtained in the calibration process to calculate the applied load of the object to be measured.
The waiting for a predetermined time in the above step (3) is for keeping the luminescence intensity under constant conditions during loading in the measurement step, since the stress-stimulated luminescent material phosphoresses upon excitation and the phosphorescence intensity decreases over time.
The dynamic load applied in the above step (3) can be applied so that the axial strain rate is constant, or can be calculated as a load index based on the load, load increment, etc.
The calibration database in the above step (6) is obtained by a calibration step, and is a function of a calibration coefficient created by investigating in advance the luminescence intensity versus load index of the applied load, waiting time, and dynamic load. If the load index acting on the mechanoluminescent material is considered to be approximately the same by predetermining the waiting time for loading and the axial strain rate in the measurement step, a calibration database in which only the relationship between the applied load and the luminescence intensity is investigated will suffice.

本発明の既作用荷重の算出方法では、測定対象物体と応力発光材料の間で荷重が伝達するように設置する必要があり、物体の中に応力発光材料を設置することにより行ってもよく、塗布型の応力発光材料を用いて、物体の表面に応力発光性塗料組成物を塗布することにより行ってもよい。もしくは、物体の内部又は表面に応力発光材料を設置した応力発光材料片をセンサーとして測定対象物体に設置することにより行ってもよい。 In the method of calculating the applied load of the present invention, the object to be measured and the stress-luminescent material must be placed so that the load is transmitted between them. This may be done by placing the stress-luminescent material inside the object, or by using a coating-type stress-luminescent material and applying a stress-luminescent paint composition to the surface of the object. Alternatively, it may be done by placing a piece of stress-luminescent material with a stress-luminescent material placed inside or on the surface of the object as a sensor on the object to be measured.

上記センサーとして測定対象物体に設置する場合、応力発光材料片には、荷重を伝達する治具を用いて直接荷重が作用してもよく、上記治具と剛性が明らかな枠を介して荷重が作用してもよい。
センサー式の計測システムは、応力発光材料片、励起用照明、既作用荷重伝達治具、測定工程の載荷を行う載荷装置、暗室枠、発光強度計測センサー、データ記録装置、及びデータ処理装置から構成される。励起用照明、測定工程の載荷を行う載荷装置、暗室枠、発光強度計測センサー、データ記録装置、データ処理装置はセンサーを物体に設置した後に取り付けてもよい。またデータ記録装置を外部通信装置として、外部の情報処理端末でデータを記録してもよく、センサー内にデータ処理装置(荷重指標算出、特徴量抽出、校正処理)を持たせてもよい。
上記センサー式を用いれば、物体に後から応力発光材料を設置することができるため、より多くの物体に対して本発明の既作用荷重の算出方法を使用することが可能となる。枠を用いたセンサー式を用いると、枠の剛性を選択することで計測可能な荷重を調整することができる。
When the stress-stimulated luminescent material piece is installed as a sensor on an object to be measured, a load may be applied directly to the stress-stimulated luminescent material piece using a jig that transmits the load, or the load may be applied via the jig and a frame with known rigidity.
The sensor-type measurement system is composed of a piece of mechanoluminescent material, an excitation illuminator, a previously applied load transmission jig, a loading device for applying the load in the measurement process, a darkroom frame, a luminescence intensity measurement sensor, a data recording device, and a data processing device. The excitation illuminator, the loading device for applying the load in the measurement process, the darkroom frame, the luminescence intensity measurement sensor, the data recording device, and the data processing device may be attached after the sensor is placed on the object. The data recording device may be an external communication device, and data may be recorded on an external information processing terminal, or a data processing device (load index calculation, feature extraction, calibration processing) may be provided within the sensor.
By using the sensor type, it is possible to install a stress-stimulated luminescent material on an object later, and therefore it is possible to use the method of calculating the applied load of the present invention for a larger number of objects. By using the sensor type using a frame, it is possible to adjust the measurable load by selecting the rigidity of the frame.

測定対象物体の内部もしくは表面に応力発光材料を設置した場合、計測システムは、応力発光材料、励起用照明、測定工程の載荷を行う載荷装置、暗室枠、発光強度計測センサー、データ記録装置、及びデータ処理装置から構成される。励起用照明、測定工程の載荷を行う載荷装置、暗室枠、発光強度計測センサー、データ記録装置、データ処理装置はセンサーに後から取り付けてもよい。またデータ記録装置を外部通信装置として、外部の情報処理端末でデータを記録してもよく、センサー内にデータ処理装置(荷重指標算出、特徴量抽出、校正処理)を持たせてもよい。
なお、塗布型の応力発光材料を用いる場合、物体に後から応力発光材料を配置することができるため、より多くの物体に対して本発明の既作用荷重の算出方法を使用することが可能となり、塗布前に物体に作用している荷重を計測するには、塗装後に除荷を行って発光を計測する必要がある。
When a mechanoluminescent material is placed inside or on the surface of a measurement object, the measurement system is composed of the mechanoluminescent material, an excitation illuminator, a loading device for applying load in the measurement process, a darkroom frame, a luminescence intensity measuring sensor, a data recording device, and a data processing device. The excitation illuminator, the loading device for applying load in the measurement process, the darkroom frame, the luminescence intensity measuring sensor, the data recording device, and the data processing device may be attached to the sensor later. The data recording device may be an external communication device, and data may be recorded on an external information processing terminal, or a data processing device (load index calculation, feature extraction, calibration processing) may be provided inside the sensor.
In addition, when a coating type stress-stimulated luminescent material is used, the stress-stimulated luminescent material can be placed on the object later, making it possible to use the method of calculating the previously applied load of the present invention on a larger number of objects. In order to measure the load acting on the object before coating, it is necessary to remove the load after coating and measure the luminescence.

本発明の既作用荷重の算出方法では、測定対象物体に加わっている既作用荷重が静的荷重であっても、動的荷重であっても測定することができる(ただし、既作用荷重が動的荷重である場合、キャリブレーション工程や測定工程で加える動的荷重は既作用荷重よりも十分に短時間で作用する荷重を使用することが必要となる)。また、測定対象物体の複数の計測地点データから測定対象物体の全体の荷重分布などを算出することも可能である。
また、キャリブレーション工程で試験物体に加わっている既作用荷重、及び測定工程で測定対象物体に加わっている既作用荷重は、圧縮荷重、引張荷重、ねじり荷重、せん断荷重のいずれであってもよい。
キャリブレーション工程で試験物体に加わっている既作用荷重と試験物体に加えられる動的荷重の方向が異なる場合、既作用荷重に対する発光強度が低下するなどの影響が生じる。この性質を利用すれば、測定対象物体に既作用荷重と同じ方向に動的荷重を加えられない場合であっても本発明の既作用荷重の算出方法を用いて測定対象物体に測定時点で既に加わっている既作用荷重を算出することができる。
In the method of calculating the applied load of the present invention, the applied load applied to the object to be measured can be measured whether it is a static load or a dynamic load (however, if the applied load is a dynamic load, the dynamic load applied in the calibration process or the measurement process must be a load that acts in a sufficiently shorter time than the applied load). It is also possible to calculate the overall load distribution of the object to be measured from the data of a plurality of measurement points on the object to be measured.
Furthermore, the applied load applied to the test object in the calibration process and the applied load applied to the measurement object in the measurement process may be any of a compressive load, a tensile load, a torsional load, and a shear load.
If the direction of the applied load applied to the test object in the calibration process differs from the direction of the dynamic load applied to the test object, effects such as a decrease in the emission intensity for the applied load will occur. By utilizing this property, even if a dynamic load cannot be applied to the measurement object in the same direction as the applied load, it is possible to calculate the applied load that is already applied to the measurement object at the time of measurement using the calculation method of the applied load of the present invention.

本発明の既作用荷重の算出方法では、キャリブレーション工程で試験物体に加える動的荷重、及び、測定工程で測定対象物体に加える動的荷重は、圧縮荷重、引張荷重、ねじり荷重、せん断荷重のいずれであってもよい。校正が可能であれば、キャリブレーション工程で試験物体に加える動的荷重の種類と測定工程で測定対象物体に加える動的荷重の種類とが異なっていてもよいが、通常はキャリブレーション工程で試験物体に加える動的荷重の種類と測定工程で測定対象物体に加える動的荷重の種類とは共通のものを用いる。 In the method of calculating the applied load of the present invention, the dynamic load applied to the test object in the calibration process and the dynamic load applied to the measured object in the measurement process may be any of a compressive load, a tensile load, a torsional load, and a shear load. If calibration is possible, the type of dynamic load applied to the test object in the calibration process and the type of dynamic load applied to the measured object in the measurement process may be different, but usually the type of dynamic load applied to the test object in the calibration process and the type of dynamic load applied to the measured object in the measurement process are the same.

2.既作用荷重と発光の程度との関係を確認する方法
上述したとおり、本発明者は、応力発光材料が設置され、既作用荷重が加わっている物体に、同じ荷重方向の動的荷重を加えた場合、荷重や荷重増分などを基にした荷重指標に対する発光強度は、物体に加わる軸ひずみ速度と物体に既に加わっている既作用荷重の大きさに応じて大きくなり、また、軸ひずみ速度が一定の場合、荷重や荷重増分などを基にした荷重指標に対する発光強度は物体への既作用荷重に応じて大きくなる関係があることを見出した。この関係を利用することで、物体の既作用荷重を簡便に算出することができる。この算出のために、物体に加わっている荷重と発光との関係を確認する方法、すなわち、応力発光材料を設置した物体に加わっている荷重と動的荷重に対する発光の程度との関係を確認する方法であって、該方法は、応力発光材料が設置され、様々な所定の既作用荷重が加えられた試験物体に動的荷重を加え、その際の動的荷重に対する発光の程度を確認することを特徴とする既作用荷重と発光の程度との関係を確認する方法もまた、本発明の1つである。
2. Method for confirming the relationship between the previously applied load and the degree of luminescence As described above, the present inventor has found that when a dynamic load in the same load direction is applied to an object on which a mechanoluminescent material is installed and on which a previously applied load is applied, the luminescence intensity for a load index based on the load and load increment increases according to the axial strain rate applied to the object and the magnitude of the previously applied load already applied to the object, and when the axial strain rate is constant, the luminescence intensity for a load index based on the load and load increment increases according to the previously applied load on the object. By utilizing this relationship, the previously applied load of the object can be calculated easily. For this calculation, a method for confirming the relationship between the load applied to the object and the luminescence, that is, a method for confirming the relationship between the load applied to the object on which a mechanoluminescent material is installed and the degree of luminescence for a dynamic load, which method is characterized in that a dynamic load is applied to a test object on which a mechanoluminescent material is installed and on which various predetermined previously applied loads are applied, and the degree of luminescence for the dynamic load at that time is confirmed, is also one of the present inventions.

3.応力発光材料
以下に、本発明において使用する応力発光材料について説明する。
本発明において用いる応力発光材料は、外部からの力学的刺激を受けると発光する特性を有するものである限り特に制限されないが、elastico-luminescenceに分類される、物質の弾性領域における力学的刺激の大きさに応じて発光する材料が望ましい。より望ましくは、ユーロピウム賦活アルミン酸ストロンチウム系応力発光材料等の、アルミン酸ストロンチウムを母体とする応力発光材料である。
3. Stimuli-luminescent Material The following describes the stress-luminescent material used in the present invention.
The mechanoluminescent material used in the present invention is not particularly limited as long as it has the property of emitting light when subjected to an external mechanical stimulus, but a material classified as elastico-luminescence that emits light according to the magnitude of a mechanical stimulus in the elastic region of the substance is preferable, and more preferably a mechanoluminescent material based on strontium aluminate, such as a europium-activated strontium aluminate-based mechanoluminescent material.

アルミン酸ストロンチウムは、一般的にSrAl(0<x、0<y、0<z)で表される化合物である。特に限定されないが、アルミン酸ストロンチウムの具体例としては、SrAl、SrAl、SrAl1425、SrAl1219、SrAl等の種々の化合物が知られている。 Strontium aluminate is a compound generally represented by SrxAlyOz (0<x, 0< y , 0<z). Although not particularly limited , various compounds such as SrAl2O4 , SrAl4O7 , Sr4Al14O25 , SrAl12O19 , and Sr3Al2O6 are known as specific examples of strontium aluminate .

上記アルミン酸ストロンチウムは、θアルミナ、κアルミナ、δアルミナ、ηアルミナ、χアルミナ、γアルミナ、及びρアルミナから選択される少なくとも1種のアルミナを含有するアルミナ原料又は水酸化アルミニウムと、ストロンチウム源とから合成されたものであるのが好ましい。通常「アルミナ」といえば安価で汎用のαアルミナを指す場合が多いが、θアルミナなどのいわゆる活性アルミナ、又は水酸化アルミニウムを原料として用いれば、αアルミナを用いた場合よりも高い発光強度を達成できるためである。 The above strontium aluminate is preferably synthesized from an alumina raw material or aluminum hydroxide containing at least one type of alumina selected from θ-alumina, κ-alumina, δ-alumina, η-alumina, χ-alumina, γ-alumina, and ρ-alumina, and a strontium source. Although "alumina" usually refers to inexpensive and general-purpose α-alumina, if so-called activated alumina such as θ-alumina or aluminum hydroxide is used as a raw material, a higher luminescence intensity can be achieved than when α-alumina is used.

賦活剤としては、ユーロピウム(Eu)イオンを含有することが望ましい。上記応力発光材料中に含まれるEuイオンの量は特に限定されないが、アルミン酸ストロンチウム1モル当たり、0.0001~0.01モル、好ましくは0.0005~0.01モル、より好ましくは0.0005~0.005モルである。Euイオンの量が少なすぎると十分な発光強度を達成することができず、また多すぎても発光強度は飽和する一方で、別の物性にも影響をおよぼすことがある。 As an activator, it is desirable to contain europium (Eu) ions. The amount of Eu ions contained in the above-mentioned stress-stimulated luminescent material is not particularly limited, but is 0.0001 to 0.01 mol, preferably 0.0005 to 0.01 mol, and more preferably 0.0005 to 0.005 mol per mol of strontium aluminate. If the amount of Eu ions is too small, sufficient luminescence intensity cannot be achieved, and if the amount is too large, the luminescence intensity will saturate, but other physical properties may also be affected.

応力発光材料は、さらに共賦活剤を含んでもよい。共賦活剤としては、特に限定されないが、Eu以外の希土類元素の化合物又はイオンが挙げられる。上記Eu以外の希土類元素の例としては、Sc、Y、Zr、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu等から選択される1種以上の元素が挙げられる。これらはイオン半径や価数の異なる元素で置換することにより格子欠陥が形成され、結晶構造がより歪みやすくなる結果、応力発光能が向上するため好ましい。中でも特にNd、Dy、Hoを共賦活剤とした場合には高い発光輝度が得られる点で好ましい。
また、上記希土類元素の化合物としては、上記元素の炭酸塩、酸化物、水酸化物、塩化物、硫酸塩、硝酸塩、酢酸塩等が挙げられる。
The stress-stimulated luminescent material may further include a co-activator. The co-activator is not particularly limited, but may be a compound or ion of a rare earth element other than Eu. Examples of the rare earth element other than Eu include one or more elements selected from Sc, Y, Zr, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, etc. These are preferable because lattice defects are formed by replacing them with elements having different ionic radii or valences, making the crystal structure more likely to be distorted, thereby improving the stress-stimulated luminescent ability. Among them, Nd, Dy, and Ho are particularly preferable as co-activators in that they provide high luminescence brightness.
Furthermore, examples of the compounds of the rare earth elements include carbonates, oxides, hydroxides, chlorides, sulfates, nitrates, acetates, and the like of the elements.

応力発光材料には、さらに、粒子の分散性を高めるための分散剤が添加されていてもよい。分散剤の例としては、特に限定されないが、アニオン系界面活性剤やノニオン系界面活性剤が用いられる。アニオン系界面活性剤としては、ポリカルボン酸アンモニウム、ポリカルボン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム等が挙げられ、ノニオン系界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油、ポリオキシエチレンモノ脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタンモノ脂肪酸エステル等が挙げられる。これらは単独で使用してもよく、また2種以上を組み合わせて使用してもよい。 The stress-luminescent material may further contain a dispersant to enhance the dispersibility of the particles. Examples of dispersants include, but are not limited to, anionic surfactants and nonionic surfactants. Examples of anionic surfactants include ammonium polycarboxylate, sodium polycarboxylate, and sodium hexametaphosphate, while examples of nonionic surfactants include polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene hydrogenated castor oil, polyoxyethylene mono fatty acid ester, and polyoxyethylene sorbitan mono fatty acid ester. These may be used alone or in combination of two or more.

応力発光材料には、さらに、粒子の結晶性を高めるためにフラックス成分が添加されていても良い。上記フラックス成分としては、特に限定されないが、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化アルミニウム、フッ化アンモニウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化リチウム、臭化アンモニウム、ヨウ化アンモニウム、ヨウ化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、硫酸アンモニウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硝酸ナトリウム、硝酸アンモニウム、ホウ酸、ホウ酸ナトリウム等の化合物が挙げられる。これらは単独で使用してもよく、また2種以上を組み合わせて使用してもよい。 The stress-luminescent material may further contain a flux component to enhance the crystallinity of the particles. The flux component is not particularly limited, but may include compounds such as calcium fluoride, magnesium fluoride, aluminum fluoride, ammonium fluoride, sodium chloride, potassium chloride, lithium chloride, ammonium bromide, ammonium iodide, potassium iodide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonium sulfate, sodium sulfate, potassium sulfate, sodium nitrate, ammonium nitrate, boric acid, and sodium borate. These may be used alone or in combination of two or more.

また、応力発光材料の表面をシランカップリング剤で被覆して、熱処理を行うことによって、耐水性を高めた応力発光材料であってもよい。
上記シランカップリング剤は、トリアルコキシシランを含むことが望ましい。
また、上記トリアルコキシシランのアルコキシ基以外の置換基は、炭素数3以上の炭化水素基であることが望ましい。
上記のようなシランカップリング剤によると、アルコキシ基以外の置換基の構造により疎水性を高めることができるため、さらに耐水性に優れた応力発光材料として使用することができる。
Alternatively, the surface of the stress-stimulated luminescent material may be coated with a silane coupling agent and heat-treated to increase the water resistance of the stress-stimulated luminescent material.
The silane coupling agent preferably contains a trialkoxysilane.
Moreover, it is preferable that the substituent other than the alkoxy group of the above trialkoxysilane is a hydrocarbon group having 3 or more carbon atoms.
The above-mentioned silane coupling agent can enhance hydrophobicity due to the structure of the substituent other than the alkoxy group, and can therefore be used as a stress-stimulated luminescent material with even better water resistance.

また、上記シランカップリング剤は、フルオロアルキル基を有するシランカップリング剤であることが望ましい。
シランカップリング剤がフルオロアルキル基を有すると、疎水性を高めることができるため、さらに耐水性に優れた応力発光材料として使用することができる。
The silane coupling agent is preferably a silane coupling agent having a fluoroalkyl group.
When the silane coupling agent has a fluoroalkyl group, the hydrophobicity can be increased, and therefore the material can be used as a stress-stimulated luminescent material having even better water resistance.

また、上記シランカップリング剤は、3,3,3-トリフルオロプロピルトリメトキシシランであることが望ましい。
3,3,3-トリフルオロプロピルトリメトキシシランを用いると、特に耐水性に優れた応力発光材料として使用することができる。
The silane coupling agent is preferably 3,3,3-trifluoropropyltrimethoxysilane.
When 3,3,3-trifluoropropyltrimethoxysilane is used, it can be used as a stress-stimulated luminescent material having particularly excellent water resistance.

また、応力発光材料とリン酸化合物を乾式や湿式で混合することにより、応力発光材料の表面をリン酸化合物により改質してなる、表面処理層を有する応力発光材料であってもよい。
このような表面処理層を有する応力発光材料も、充分な耐水性を有する応力発光材料になるため望ましい。
Alternatively, the stress-stimulated luminescent material may have a surface-treated layer formed by mixing the stress-stimulated luminescent material with a phosphate compound in a dry or wet manner to modify the surface of the stress-stimulated luminescent material with the phosphate compound.
A stress-stimulated luminescent material having such a surface treatment layer is also desirable because it has sufficient water resistance.

リン酸化合物は特に規定されず、無機リン酸塩、有機リン酸塩ともに使用が可能である。その中では水溶性塩(リン酸も含む)が望ましく、具体的には、リン酸アンモニウム、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、ポリリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム、及びリン酸からなる群から選択された少なくとも1種であることが望ましい。 The phosphate compound is not particularly specified, and both inorganic and organic phosphates can be used. Among them, water-soluble salts (including phosphoric acid) are preferable, and specifically, at least one selected from the group consisting of ammonium phosphate, sodium phosphate, potassium phosphate, sodium polyphosphate, sodium hexametaphosphate, and phosphoric acid is preferable.

応力発光材料の製造方法は特に限定されるものではないが、特開2017-044634号公報に記載の方法等により製造することができる。 The method for producing the stress-stimulated luminescent material is not particularly limited, but it can be produced by the method described in JP 2017-044634 A, for example.

本発明の既作用荷重の算出方法を、応力発光材料を物体中に設置することにより行う場合、上述した応力発光材料の粒子とセラミックス材料と混練し、焼結して得た硬化物や、応力発光材料の粒子と硬化性樹脂とを混合し、硬化させて得た硬化物を物体中に設置することにより行うことができる。硬化性樹脂としては後述するものを用いることができる。 When the method of calculating the applied load of the present invention is carried out by placing a stress-stimulated luminescent material in an object, the method can be carried out by kneading particles of the stress-stimulated luminescent material with a ceramic material and sintering the mixture to obtain a hardened product, or by mixing particles of the stress-stimulated luminescent material with a hardening resin and hardening the mixture to obtain a hardened product, and placing the hardened product in the object. The hardening resin that can be used is as described below.

上記応力発光材料の粒子とセラミックス材料と混練し、焼結して得た硬化物や応力発光材料の粒子と硬化性樹脂とを混合し、硬化させて得た硬化物100質量%中の応力発光材料の粒子の割合は1~90質量%であることが好ましい。このような割合であると、本発明の既作用荷重の算出方法に使用した場合に、発光の程度をより十分に確認することができる。より好ましくは、5~80質量%である。 The particles of the stress-luminescent material are preferably mixed with a ceramic material and sintered to obtain a hardened product, or the particles of the stress-luminescent material are mixed with a curable resin and hardened to obtain a hardened product (100% by mass), and the proportion of the particles of the stress-luminescent material in this 100% by mass hardened product is preferably 1 to 90% by mass. With such a proportion, the degree of luminescence can be more fully confirmed when used in the method of calculating the applied load of the present invention. More preferably, it is 5 to 80% by mass.

本発明の既作用荷重の算出方法において応力発光性塗料組成物を用いる場合、塗料組成物として、樹脂を含有する塗料組成物が使用される。塗料組成物には、樹脂の他に、必要に応じて、溶剤、分散剤、充填剤、増粘剤、表面調整剤あるいはレベリング剤、硬化剤、架橋剤、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、及び抗菌剤、密着性付与、等の塗料用添加剤を含有することができる。 When a stress-luminescent coating composition is used in the method of calculating the applied load of the present invention, a coating composition containing a resin is used as the coating composition. In addition to the resin, the coating composition may contain, as necessary, coating additives such as solvents, dispersants, fillers, thickeners, surface conditioners or leveling agents, curing agents, crosslinking agents, pigments, defoamers, antioxidants, light stabilizers including ultraviolet absorbers, flame retardants, curing catalysts, bactericides, antibacterial agents, and adhesion enhancers.

塗料組成物に用いる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、放射線硬化性樹脂等各種のものを用いることができ、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アミノ樹脂等や、オルガノシリケート、オルガノチタネート等が挙げられる。インキ膜形成材料としては、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂、塩化ビニル-酢酸ビニル樹脂、及び塩素化プロピレン樹脂等が挙げられる。これらの樹脂の中ではエポキシ樹脂又はポリウレタン樹脂を含むことが望ましい。塗料組成物がエポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂系塗料又はポリウレタン樹脂を含むポリウレタン樹脂系塗料であると、物体に加わっている負荷の大きさと発光の輝度の対応関係が明確であり、物体に加わっている負荷の程度の判定が容易である。 The resins used in the paint composition can be various types such as thermosetting resins, room temperature curing resins, ultraviolet curing resins, and radiation curing resins, and examples thereof include epoxy resins, acrylic resins, fluororesins, alkyd resins, polyurethane resins, unsaturated polyester resins, amino resins, organosilicates, and organotitanates. Ink film forming materials include urethane resins, acrylic resins, polyamide resins, vinyl chloride-vinyl acetate resins, and chlorinated propylene resins. Among these resins, it is preferable to include epoxy resins or polyurethane resins. When the paint composition is an epoxy resin-based paint containing an epoxy resin or a polyurethane resin-based paint containing a polyurethane resin, the correspondence between the magnitude of the load applied to the object and the brightness of the emitted light is clear, and it is easy to determine the degree of the load applied to the object.

溶剤としては、脂肪族炭化水素類や、芳香族炭化水素(C7~10、例えばトルエン、キシレンおよびエチルベンゼン)、エステルまたはエーテルエステル(C4~10、例えばメトキシブチルアセテート)、エーテル(C4~10、例えば、テトラヒドロフラン、EGのモノエチルエーテル、EGのモノブチルエーテル、PGのモノメチルエーテルおよびDEGのモノエチルエーテル)、ケトン(C3~10、例えば、メチルイソブチルケトン、ジ-n-ブチルケトン)、アルコール(C1~10、例えばメタノール、エタノール、n-およびi-プロパノール、n-、i-、sec-およびt-ブタノール、2-エチルヘキシルアルコール)、アミド(C3~6、例えばジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン等)、スルホキシド(C2~4、例えばジメチルスルホキシド)、およびこれらの2種以上の混合溶剤や、水又は前述の混合溶媒等が挙げられる。 Solvents include aliphatic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons (C7-10, e.g., toluene, xylene, and ethylbenzene), esters or ether esters (C4-10, e.g., methoxybutyl acetate), ethers (C4-10, e.g., tetrahydrofuran, monoethyl ether of EG, monobutyl ether of EG, monomethyl ether of PG, and monoethyl ether of DEG), ketones (C3-10, e.g., methyl isobutyl ketone, di-n-butyl ketone), alcohols (C1-10, e.g., methanol, ethanol, n- and i-propanol, n-, i-, sec-, and t-butanol, 2-ethylhexyl alcohol), amides (C3-6, e.g., dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, etc.), sulfoxides (C2-4, e.g., dimethylsulfoxide), and mixed solvents of two or more of these, water, or the above-mentioned mixed solvents.

応力発光性塗料組成物が含んでいてもよい分散剤、充填剤、増粘剤、レベリング剤、硬化剤、架橋剤、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、殺菌剤としては特開2017-044634号公報に記載のもの等を用いることができる。 The stress-luminescent coating composition may contain dispersants, fillers, thickeners, leveling agents, curing agents, crosslinking agents, pigments, defoamers, antioxidants, light stabilizers including ultraviolet absorbers, flame retardants, curing catalysts, and bactericides, such as those described in JP 2017-044634 A.

上記応力発光性塗料組成物100質量%中(乾燥後)の応力発光材料の粒子の割合は40~95質量%であることが好ましい。このような割合であると、本発明の既作用荷重の算出方法に使用した場合に、発光の程度をより十分に確認することができる。より好ましくは、50~90質量%である。 The proportion of particles of the stress-luminescent material in 100% by mass of the stress-luminescent coating composition (after drying) is preferably 40 to 95% by mass. With such a proportion, the degree of luminescence can be more fully confirmed when used in the method of calculating the applied load of the present invention. More preferably, it is 50 to 90% by mass.

本発明の既作用荷重の算出方法において応力発光材料を樹脂に混練した応力発光性混練樹脂組成物を用いる事もできる。その場合の樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリアクリル樹脂、ウレタン樹脂、スチレン樹脂、アクリロニトリルスチレン、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリロニトリルスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリアセタール、ポリカーボネート、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、アルキド樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル系樹脂、不飽和ポリエステル、フラン樹脂、ニトロセルロース、プロピオン酸セルロース、エチルセルロース、ポリメチルペンテン、ポリフェニレンエーテル、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレン-アクリル酸エチル共重合体、ポリフェニレンオキサイドなどを使用する事ができる。応力発光を確認する為には、透明性のある樹脂が好ましく、上記応力発光性混練樹脂組成物100質量%試料中の応力発光材料の粒子の割合は1~50質量%であることが好ましい。このような割合であると、本発明の既作用荷重の算出方法に使用した場合に、発光の程度をより十分に確認することができる。より好ましくは、3~30質量%である。 In the method for calculating the applied load of the present invention, a stress-luminescent kneaded resin composition in which a stress-luminescent material is kneaded into a resin can also be used. In this case, the resin can be a polyolefin such as polyethylene or polypropylene, a polyacrylic resin, a urethane resin, a styrene resin, an acrylonitrile styrene, an acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer, a polyamide resin, a polyimide resin, an epoxy resin, an acrylonitrile styrene, a polyvinyl chloride, a polyvinylidene fluoride, a polyacetal, a polycarbonate, a phenolic resin, a urea resin, a melamine resin, an alkyd resin, a silicone resin, a fluororesin, a polyester resin, an unsaturated polyester, a furan resin, nitrocellulose, a cellulose propionate, an ethyl cellulose, a polymethylpentene, a polyphenylene ether, an ethylene-vinyl acetate copolymer, an ethylene-ethyl acrylate copolymer, or a polyphenylene oxide. In order to confirm the stress-luminescence, a transparent resin is preferable, and the ratio of particles of the stress-luminescent material in a sample of 100% by mass of the stress-luminescent kneaded resin composition is preferably 1 to 50% by mass. With such a ratio, the degree of luminescence can be confirmed more sufficiently when used in the calculation method of the applied load of the present invention. More preferably, it is 3 to 30 mass%.

上記応力発光性混練樹脂組成物は、必要に応じて、分散剤、増粘剤、表面調整剤あるいはレベリング剤、硬化剤、架橋剤、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、及び、密着性付与剤、等の添加剤を含有することができる。
これらの各添加剤の具体例としては、特開2017-165947号に記載のものと同様のものが挙げられる。
The above-mentioned stress-luminescent kneaded resin composition may contain additives such as dispersants, thickeners, surface conditioners or leveling agents, curing agents, crosslinking agents, defoamers, antioxidants, light stabilizers including ultraviolet absorbers, flame retardants, curing catalysts, bactericides, and adhesion promoters, as necessary.
Specific examples of these additives include those described in JP-A-2017-165947.

本発明の既作用荷重の算出方法は、物体に加わっている荷重を簡便に算出することができる方法であるため、種々の物体に対して用いることが可能であり、例えば、ビル建物、高架橋、橋梁、道路、鉄道レール、支柱、塔、パイプライン及びトンネル等の構造物;床材、タイル、壁材、ブロック材、舗装材、木材、鉄鋼、コンクリート等の建材;歯車、カム等の動力伝達部材;自転車、自動車、電車、船、飛行機等に使用される外装用部品又は内蔵部品(エンジン部品、タイヤ、ベルト等)、軸受部品、軸受用保持器、および、光センサ付軸受、ネジ、ボルト、ナット、ワッシャ等の締結用部品;樹木、岩石等の自然物等に使用することができる。 The method for calculating applied loads of the present invention is a method that can easily calculate the loads applied to an object, and can be used for a variety of objects, including structures such as buildings, viaducts, bridges, roads, railway rails, pillars, towers, pipelines, and tunnels; building materials such as flooring, tiles, wall materials, block materials, paving materials, wood, steel, and concrete; power transmission components such as gears and cams; exterior and internal parts (engine parts, tires, belts, etc.) used in bicycles, automobiles, trains, ships, airplanes, etc., bearing parts, bearing retainers, and fastening parts such as bearings with optical sensors, screws, bolts, nuts, and washers; and natural objects such as trees and rocks.

本発明を詳細に説明するために以下に具体例を挙げるが、本発明はこれらの例のみに限定されるものではない。特に断りのない限り、「%」及び「wt%」とは「重量%(質量%)」を意味する。 Specific examples are given below to explain the present invention in detail, but the present invention is not limited to these examples. Unless otherwise specified, "%" and "wt%" mean "weight % (mass %)."

(製造例1)
応力発光材料1の作成
応力発光材料としてSrAl:Euで表される希土類賦活アルミン酸ストロンチウムを準備し、ポリメタクリル酸メチル樹脂に重量比8%で混合して、熱間埋め込み装置(丸本ストルアス製)を用いて直径25mm、厚さ10mm成形したペレットを切削加工して所定の形状(JIS K 7181:2011に規定するプラスチック-圧縮特性の求め方に従って作製したもので長さ10mm×幅10mm×厚さ4mmのB型試験片の形状)の応力発光材料1を作成した。
(Production Example 1)
Preparation of Stress-Stimulated Luminescent Material 1 Rare earth-activated strontium aluminate represented by SrAl 2 O 4 :Eu was prepared as the stress-stimulated luminescent material. This was mixed with polymethyl methacrylate resin at a weight ratio of 8%, and molded into pellets of 25 mm in diameter and 10 mm in thickness using a hot embedding device (manufactured by Marumoto Struers). The pellets were then cut to prepare stress-stimulated luminescent material 1 of a specified shape (prepared in accordance with the method for determining the compression characteristics of plastics specified in JIS K 7181:2011, in the shape of a B-type test piece measuring 10 mm in length x 10 mm in width x 4 mm in thickness).

(実施例1)
応力発光材料が設置された試験物体に予め加えた荷重の大きさ(既作用荷重)と、該試験物体に対して動的荷重を加えた場合の発光の程度との関係を確認するキャリブレーション工程について、圧縮方向の荷重を対象として、製造例1で製造した応力発光材料1を用いて実施した。
また、既作用荷重の算出の精度を高める観点から、このキャリブレーション工程では3個のペレット(ペレットA1、B1、C1)を用いて、同一の載荷条件における発光の程度を確認し、その結果を平均している。
Example 1
A calibration process for confirming the relationship between the magnitude of a load (pre-applied load) previously applied to a test object on which a stress-stimulated luminescent material was placed and the degree of luminescence when a dynamic load was applied to the test object was carried out using the stress-stimulated luminescent material 1 produced in Production Example 1, with a load in the compressive direction as the target.
In addition, from the viewpoint of improving the accuracy of calculation of the applied load, in this calibration process, three pellets (pellets A1, B1, and C1) are used to confirm the degree of luminescence under the same loading conditions, and the results are averaged.

応力発光材料を混合したアクリル樹脂ペレットを、暗室で微小強度評価試験機(島津製作所製マイクロオートグラフMST-I type-HR)に設置し、既作用荷重を与え、365nmの紫外線を1分間照射し、1分間待機させた後、JIS K 7181:2011に規定するプラスチック-圧縮特性の求め方に従い、圧縮荷重を加えて応力発光ペレットの発光強度と軸変形量の経時変化を測定した。算出の精度を高める観点から、10N(供試体保持のための荷重)、100N、200N、300Nの既作用荷重において、載荷速度を20mm/min、10mm/min、5mm/min、2mm/min(軸ひずみ速度に換算して、3.33% strain・s-1、1.67% strain・s-1、0.833% strain・s-1、及び、0.333% strain・s-1)に変更して圧縮試験を行い、応力発光ペレットの発光強度と軸変形量の経時変化を測定した。
発光挙動の観察条件として、カメラ(Black magic design社製)とレンズ(SIGMA社製、撮影時F値1.8)を用いて、解像度6144×3456ピクセル、ISO感度6400、撮影速度50fps、撮影データRGB16bitで撮影した。
発光強度を表す指標として、応力発光ペレットの観察面(長さ10mm×幅10mm)における各画素の緑色成分の輝度値の平均値(以下、平均発光強度)を用いた。荷重指標には、荷重を用いた。
図5は、ペレットA1を用いて既作用荷重10Nで載荷した際の荷重測定値と平均発光強度を時間軸に対してプロットしたグラフと、測定中の発光の様子を示す撮影画像である。図5より、構造物に加わる荷重が増し、経過時間とともに軸ひずみ量(軸変形量)が大きくなるのに伴い発光輝度が増していることが明確にわかる。
図6は、ペレットA1を用いて既作用荷重10N、軸ひずみ速度を上述の4種類で載荷した条件における既作用荷重に付加して作用した荷重(既作用荷重は含まない)と平均発光強度の関係を示しており、各プロットについて回帰直線と相関係数も示している。(図1に相当)図6より、いずれの軸ひずみ速度でも荷重と平均発光強度の間には高い相関関係がみられ、軸ひずみ速度が大きいほど同じ荷重に対して発光強度が高いことが確認できる。
図7は、既作用荷重10Nにおける荷重-平均発光強度の関係における回帰直線の傾き(図1のαに相当)と軸ひずみ速度の関係を示しており、このプロットにおける回帰直線と相関係数も示している(図2に相当)。図7より、荷重-平均発光強度の関係における回帰直線の傾きと軸ひずみ速度には、高い相関関係があることが分かる。よって、試験物体に与えられる軸ひずみ速度に応じて荷重-平均発光強度の関係における回帰直線の傾きが算出できることがわかる。
The acrylic resin pellets mixed with the stress-luminescent material were placed in a micro strength evaluation tester (Shimadzu Micro Autograph MST-I type-HR) in a dark room, a pre-applied load was applied, and the pellets were irradiated with 365 nm ultraviolet light for one minute. After waiting for one minute, a compressive load was applied in accordance with the method for determining compressive properties of plastics specified in JIS K 7181:2011 to measure the changes over time in the luminescence intensity and axial deformation of the stress-luminescent pellets. In order to improve the accuracy of the calculations, compression tests were performed with applied loads of 10 N (load for holding the specimen), 100 N, 200 N, and 300 N, and the loading rates were changed to 20 mm/min, 10 mm/min, 5 mm/min, and 2 mm/min (converted to axial strain rates of 3.33% strain·s -1 , 1.67% strain·s -1 , 0.833% strain·s -1 , and 0.333% strain·s -1 ), and the luminescence intensity and axial deformation of the stress-induced luminescent pellets were measured over time.
The observation conditions for the luminescence behavior were as follows: a camera (manufactured by Black magic design) and a lens (manufactured by SIGMA, F value at time of shooting: 1.8), with a resolution of 6144 x 3456 pixels, ISO sensitivity of 6400, shooting speed of 50 fps, and shooting data of RGB 16 bit.
The average luminance value of the green component of each pixel on the observation surface (length 10 mm×width 10 mm) of the stress-stimulated luminescent pellet was used as an index of luminescence intensity (hereinafter, average luminescence intensity).
Figure 5 shows a graph plotting the load measurement value and the average luminescence intensity against the time axis when a load of 10 N was applied using pellet A1, and a photographed image showing the luminescence during the measurement. It can be clearly seen from Figure 5 that the luminescence brightness increases as the load applied to the structure increases and the axial strain (axial deformation) increases over time.
Figure 6 shows the relationship between the load (excluding the previously applied load) and the average emission intensity when pellet A1 is used and the previously applied load is 10N and the axial strain rate is set at the four types mentioned above, and also shows the regression line and correlation coefficient for each plot. (Equivalent to Figure 1) Figure 6 shows that there is a high correlation between the load and the average emission intensity at any axial strain rate, and that the emission intensity is higher for the same load as the axial strain rate is higher.
Figure 7 shows the relationship between the slope of the regression line in the load-average luminescence intensity relationship at a previously applied load of 10N (corresponding to α in Figure 1) and the axial strain rate, and also shows the regression line and correlation coefficient in this plot (corresponding to Figure 2). Figure 7 shows that there is a high correlation between the slope of the regression line in the load-average luminescence intensity relationship and the axial strain rate. Therefore, it is clear that the slope of the regression line in the load-average luminescence intensity relationship can be calculated according to the axial strain rate applied to the test object.

上記の関係をもとに、図6の軸ひずみ速度1.67% strain・s-1における荷重-平均発光強度の関係を代表として、図8に10N、100N、200N、300Nの既作用荷重時における、付加して作用した荷重(既作用荷重は含まない)と平均発光強度の関係を示しており、各プロットについて回帰直線と相関係数も示している。図8より、いずれの既作用荷重でも荷重と平均発光強度の間には高い相関関係がみられ、既作用荷重が大きいほど同じ付加された荷重に対して発光強度が高いことが確認できる。
図9に、図8の軸ひずみ速度1.67% strain・s-1における付加された荷重-平均発光強度の関係における回帰直線の傾きと既作用荷重の関係を3個のペレットについてプロットしており、その平均値をグラフにしている。図9より、既作用荷重が大きくなるほど、付加された荷重-平均発光強度の関係における回帰直線の傾きは単調に低下する傾向を示していることがわかる。
図10に、図9の付加された荷重-平均発光強度の関係における回帰直線の傾き平均と既作用荷重の関係の関係を軸ひずみ速度ごとに示している。図9より、付加された荷重-平均発光強度の関係における回帰直線の傾き平均と既作用荷重の関係は、軸ひずみ速度の増加に伴って単調に低下することがわかる。この軸ひずみ速度と既作用荷重に対する荷重-平均発光強度の関係における回帰直線の傾きを関数で表現することによりキャリブレーション工程を実施した。
以上より、測定工程において、所定の軸ひずみ速度(載荷速度)において、荷重-平均発光強度の関係における回帰直線の傾きを求め、キャリブレーション工程で得られた軸ひずみ速度と既作用荷重に対する荷重-平均発光強度の関係における回帰直線の傾きを表す関数に代入することで、既作用荷重を算出することができる。この一連の工程の一例を図11に示す。
Based on the above relationship, the relationship between the load and average emission intensity at the previously applied loads of 10N, 100N, 200N, and 300N is shown in Figure 8, with the load-average emission intensity at the axial strain rate of 1.67% strain·s -1 shown as a representative example, and the regression line and correlation coefficient are also shown for each plot. From Figure 8, it can be seen that there is a high correlation between the load and the average emission intensity at all previously applied loads, and that the emission intensity is higher for the same applied load as the previously applied load is larger.
In Fig. 9, the relationship between the slope of the regression line in the relationship between the applied load and the average luminescence intensity at an axial strain rate of 1.67% strain·s - 1 in Fig. 8 and the previous load is plotted for three pellets, and the average value is graphed. From Fig. 9, it can be seen that the slope of the regression line in the relationship between the applied load and the average luminescence intensity tends to monotonically decrease as the previous load increases.
Figure 10 shows the relationship between the average slope of the regression line in the applied load-average luminescence intensity relationship in Figure 9 and the previously applied load for each axial strain rate. From Figure 9, it can be seen that the relationship between the average slope of the regression line in the applied load-average luminescence intensity relationship and the previously applied load monotonically decreases with an increase in axial strain rate. The calibration process was carried out by expressing the slope of the regression line in the load-average luminescence intensity relationship for the axial strain rate and the previously applied load as a function.
From the above, in the measurement step, the slope of the regression line in the relationship between load and average emission intensity is obtained at a predetermined axial strain rate (loading rate), and the previously applied load can be calculated by substituting the slope of the regression line in the relationship between the load and average emission intensity for the axial strain rate obtained in the calibration step and the previously applied load. An example of this series of steps is shown in Figure 11.

(製造例2)
応力発光材料2の作成
応力発光材料としてSrAl:Euで表される希土類賦活アルミン酸ストロンチウムを準備し、ポリメタクリル酸メチル樹脂に重量比8%で混合して、熱間埋め込み装置(丸本ストルアス製)を用いて直径50mm、厚さ2mm成形したペレットを切削加工して所定の形状(JIS K 7161-2:2014に規定するプラスチック-引張特性の求め方-第2部:型成形に従って作製した1BB型試験片の形状)の応力発光材料2を作成した。
(Production Example 2)
Preparation of Stress-Stimulated Luminescent Material 2 Rare earth-activated strontium aluminate represented by SrAl 2 O 4 :Eu was prepared as the stress-stimulated luminescent material. This was mixed with polymethyl methacrylate resin at a weight ratio of 8%, and molded into pellets 50 mm in diameter and 2 mm in thickness using a hot embedding device (manufactured by Marumoto Struers). The pellets were then machined to prepare stress-stimulated luminescent material 2 of a specified shape (shape of 1BB type test specimens prepared in accordance with JIS K 7161-2:2014 Plastics - Determination of tensile properties - Part 2: Mold molding).

(実施例2)
実施例1において、載荷方向を圧縮方向から引張方向に変更した荷重を対象として、製造例2で製造した応力発光材料2を用いて実施した。
また、既作用荷重の算出の精度を高める観点から、このキャリブレーション工程では同様に3個のペレット(ペレットA2、B2、C2)を用いて、同一の載荷条件における発光の程度を確認し、その結果を平均している。
Example 2
In Example 1, the load direction was changed from the compressive direction to the tensile direction, and the stress-stimulated luminescent material 2 produced in Production Example 2 was used.
In addition, from the viewpoint of improving the accuracy of calculation of the applied load, in this calibration process, three pellets (pellets A2, B2, and C2) are similarly used to confirm the degree of luminescence under the same loading conditions, and the results are averaged.

応力発光材料を混合したアクリル樹脂ペレット(引張荷重用)は、暗室で微小強度評価試験機(島津製作所製マイクロオートグラフMST-I type-HR)に設置し、既作用荷重を与え、365nmの紫外線を1分間照射し、30秒待機させた後、JIS K 7161-1:2014に規定するプラスチック-引張特性の求め方-第1部:通則に従い、引張荷重を加えて応力発光ペレットの発光強度と軸変形量の経時変化を測定した。算出の精度を高める観点から1N(供試体保持のための荷重)、10N、20N、30Nの既作用荷重において、載荷速度を20mm/min、10mm/min、5mm/min、2mm/min(軸ひずみ速度に換算して、3.33% strain・s-1、1.67% strain・s-1、0.833% strain・s-1、0.333% strain・s-1)に変更して引張試験を行い、応力発光ペレットの発光強度と軸変形量の経時変化を測定した。
なお、既作用荷重は、ペレットの断面積を考慮すると0.25N/mm、2.5N/mm、5.0N/mm、7.5N/mmと、実施例1の圧縮試験と同一である。軸ひずみ速度についても、標線間距離は圧縮試験のペレットと同様に10mmであるため同一である。
発光挙動の観察条件、発光強度を表す指標は実施例1と同様とした。荷重指標には荷重を用いた。なお、平均発光強度は、標線間距離の位置における発光強度の平均値としている。
ペレットA2を用いて既作用荷重1Nで載荷した際の荷重測定値と平均発光強度を時間軸に対してプロットしたグラフと、測定中の発光の様子を示す撮影画像を図12に示す。
The acrylic resin pellets (for tensile load) mixed with the mechanoluminescent material were placed in a micro strength evaluation tester (Shimadzu Corporation Micro Autograph MST-I Type-HR) in a dark room, and a pre-applied load was applied. The pellets were irradiated with 365 nm ultraviolet light for 1 minute and then allowed to stand for 30 seconds. After that, a tensile load was applied in accordance with JIS K 7161-1:2014, Plastics - Determination of tensile properties - Part 1: General rules, to measure the changes over time in the luminescence intensity and axial deformation of the mechanoluminescent pellets. In order to improve the accuracy of the calculations, tensile tests were performed with applied loads of 1 N (load for holding the specimen), 10 N, 20 N, and 30 N, and the loading rates were changed to 20 mm/min, 10 mm/min, 5 mm/min, and 2 mm/min (converted to axial strain rates of 3.33% strain·s -1 , 1.67% strain·s -1 , 0.833% strain·s -1 , and 0.333% strain·s -1 ), and the luminescence intensity and axial deformation of the stress-induced luminescent pellets were measured over time.
Taking into account the cross-sectional area of the pellets, the applied loads were 0.25 N/ mm2 , 2.5 N/ mm2 , 5.0 N/ mm2 , and 7.5 N/ mm2 , which were the same as those in the compression test of Example 1. The axial strain rate was also the same because the gauge length was 10 mm, the same as that of the pellets in the compression test.
The observation conditions for the luminescence behavior and the index representing the luminescence intensity were the same as those in Example 1. The load was used as the load index. The average luminescence intensity was the average value of the luminescence intensity at the position of the gauge length.
FIG. 12 shows a graph plotting the load measurements and average luminescence intensity against time when a load of 1 N was applied using pellet A2, and also shows photographed images showing the luminescence during the measurement.

得られた測定結果から、実施例1と同様の手順により、実施例1の図10に相当する、付加された荷重-平均発光強度の関係における回帰直線の傾き平均と既作用荷重の関係の関係を軸ひずみ速度ごとに示した図(図13)を作成することで、キャリブレーション工程を実施した。
以降は実施例1と同様に、測定工程において、所定の軸ひずみ速度において、荷重-平均発光強度の関係における回帰直線の傾きを求め、キャリブレーション工程で得られた軸ひずみ速度と既作用荷重に対する荷重-平均発光強度の関係における回帰直線の傾きを表す関数に代入することで、既作用荷重を算出することができる。
From the obtained measurement results, a calibration process was performed by creating a graph ( FIG. 13 ) showing the relationship between the average slope of the regression line in the applied load-average luminescence intensity relationship and the applied load for each axial strain rate, which corresponds to FIG. 10 in Example 1, using the same procedure as in Example 1.
Thereafter, in the same manner as in Example 1, in the measurement process, the slope of the regression line in the load-average luminescence intensity relationship at a predetermined axial strain rate is obtained, and the previously applied load can be calculated by substituting the slope of the regression line in the load-average luminescence intensity relationship for the axial strain rate obtained in the calibration process and the previously applied load.

Claims (9)

応力発光材料を用いて測定時点で物体に既に加わっている既作用荷重を算出する方法であって、
該算出方法は、応力発光材料が設置され、所定の既作用荷重が加えられた試験物体に動的荷重を加え、その際の動的荷重に対する発光の程度と該試験物体に加えられた所定の既作用荷重との関係を確認するキャリブレーション工程と、
応力発光材料を設置した測定対象物体に動的荷重を加え、動的荷重に対する発光の程度を測定する測定工程と、
該キャリブレーション工程で得られた動的荷重に対する発光の程度と該試験物体に加えられた所定の既作用荷重との関係と、該測定工程で測定された動的荷重に対する発光の程度から、測定対象物体に測定時点で既に加わっている既作用荷重を算出する工程とを含む
ことを特徴とする既作用荷重の算出方法。
A method for calculating a load already applied to an object at the time of measurement using a stress-luminescent material, comprising:
The calculation method includes a calibration step of applying a dynamic load to a test object to which a stress-stimulated luminescent material is placed and to which a predetermined applied load is applied, and confirming a relationship between the degree of luminescence in response to the dynamic load and the predetermined applied load applied to the test object;
a measuring step of applying a dynamic load to the measurement object on which the mechanoluminescent material is placed and measuring the degree of luminescence in response to the dynamic load;
a step of calculating a pre-applied load that is already applied to the object to be measured at the time of measurement from the relationship between the degree of light emission in response to the dynamic load obtained in the calibration step and a predetermined pre-applied load applied to the test object, and from the degree of light emission in response to the dynamic load measured in the measurement step.
前記応力発光材料の設置は、応力発光材料を物体中に設置すること又は物体の表面に応力発光性塗料組成物を塗布することにより行われることを特徴とする請求項1に記載の既作用荷重の算出方法。 The method for calculating the applied load according to claim 1, characterized in that the stress-stimulated luminescent material is placed in the object or by applying a stress-stimulated luminescent paint composition to the surface of the object. 前記応力発光材料の設置は、内部又は表面に応力発光材料又は応力発光性塗料組成物を設置した応力発光材料片を物体に設置することにより行われることを特徴とする請求項1に記載の既作用荷重の算出方法。 The method for calculating the applied load according to claim 1, characterized in that the stress-luminescent material is installed by installing a piece of stress-luminescent material having a stress-luminescent material or a stress-luminescent paint composition installed inside or on the surface of the object. 前記測定対象物体に測定時点で既に加わっている既作用荷重は、圧縮荷重、引張荷重、ねじり荷重又はせん断荷重であることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の既作用荷重の算出方法。 A method for calculating a pre-applied load according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the pre-applied load already applied to the object to be measured at the time of measurement is a compressive load, a tensile load, a torsional load or a shear load. 前記キャリブレーション工程における動的荷重及び前記測定工程における動的荷重は、圧縮荷重、引張荷重、ねじり荷重又はせん断荷重のいずれかの荷重で共通していることを特徴とする請求項1に記載の既作用荷重の算出方法。 The method for calculating the applied load according to claim 1, characterized in that the dynamic load in the calibration process and the dynamic load in the measurement process are either a compressive load, a tensile load, a torsional load or a shear load. 前記測定工程における動的荷重の特徴量は、前記キャリブレーション工程における動的荷重の特徴量と同一又は異なることを特徴とする請求項5に記載の既作用荷重の算出方法。 The method for calculating the applied load according to claim 5, characterized in that the characteristic quantity of the dynamic load in the measurement process is the same as or different from the characteristic quantity of the dynamic load in the calibration process. 応力発光材料を設置した物体に既に加わっている既作用荷重と動的荷重に対する発光の程度との関係を確認する方法であって、
該方法は、応力発光材料が設置され、既作用荷重が加えられた物体に動的荷重を加え、その際の動的荷重に対する発光の程度を確認することを特徴とする既作用荷重と発光との関係を確認する方法。
A method for confirming the relationship between a load already applied to an object in which a stress-stimulated luminescent material is installed and a degree of luminescence in response to a dynamic load, comprising:
This method is a method for confirming the relationship between a previously applied load and luminescence, characterized in that a dynamic load is applied to an object to which a stress-luminescent material is installed and a previously applied load is applied, and the degree of luminescence in response to the dynamic load is confirmed.
前記応力発光材料を設置した物体に加わっている既作用荷重は、圧縮荷重、引張荷重、ねじり荷重又はせん断荷重であることを特徴とする請求項7に記載の既作用荷重と発光との関係を確認する方法。 The method for confirming the relationship between applied load and luminescence described in claim 7, characterized in that the applied load applied to the object in which the stress-luminescent material is installed is a compressive load, a tensile load, a torsional load, or a shear load. 前記既作用荷重が加えられた物体に加えられる動的荷重は、圧縮荷重、引張荷重、ねじり荷重又はせん断荷重であることを特徴とする請求項7に記載の既作用荷重と発光との関係を確認する方法。 The method for confirming the relationship between a previously applied load and luminescence described in claim 7, characterized in that the dynamic load applied to the object to which the previously applied load has been applied is a compressive load, a tensile load, a torsional load or a shear load.
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