残留応力算出方法及び残留応力分布導出方法
【課題】使用する樹脂材料の種類によらず、簡便に行うことが可能な、樹脂成形品内部の残留応力分布及び、所定の位置での残留応力算出手法を提供する。
【解決手段】樹脂成形品を穿孔することで生じる、成形品表面のひずみ変化を測定する。例えば、樹脂成形品の厚み方向に、所定の第一穿孔深さまで穿孔したときの、上記樹脂成形品に発生する第一の応力を求め、上記穿孔前に樹脂成形品に発生する応力を０として、上記第一の応力から０を差し引くことにより、上記穿孔部と上記第一穿孔深さとの中間の位置でのおよその残留応力の値を得る。
【解決手段】樹脂成形品を穿孔することで生じる、成形品表面のひずみ変化を測定する。例えば、樹脂成形品の厚み方向に、所定の第一穿孔深さまで穿孔したときの、上記樹脂成形品に発生する第一の応力を求め、上記穿孔前に樹脂成形品に発生する応力を０として、上記第一の応力から０を差し引くことにより、上記穿孔部と上記第一穿孔深さとの中間の位置でのおよその残留応力の値を得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の厚みを有する樹脂成形品の厚み方向における上記樹脂成形品の内部の残留応力を算出する残留応力算出方法及び残留応力分布導出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、樹脂成形品内部の残留応力を測定する方法としては、樹脂成形品を破壊しながら測定する方法である孔あけ法や表層逐次除去法等、また、樹脂成形品を破壊しない光弾性法等が知られている。
【０００３】
孔あけ法は、樹脂成形品における歪量測定部分の周辺に予め歪みゲージを貼り付け、樹脂成形品を厚み方向に穿孔した際の歪みの変化を測定して残留応力を測定する方法である。板状製品もしくは３次元立体形状製品の平面部分の残留応力測定に主に用いられている。しかし、穴あけ部分と歪みを測定する歪みゲージとの間に距離が生じるため、成形加工時に発生する残留応力を正確に測定できない。
【０００４】
表層逐次除去法は、板状の樹脂成形品の一方の面に歪みゲージを貼り付け、他方の面を薄く層状に除去しながら歪みを測定して、残留応力を求める方法である。樹脂成形品の面内だけでなく、肉厚方向の残留応力が測定できる。しかし、測定対象となる樹脂成形品は板状、パイプ状等の簡単な形状に限定される。また、歪みゲージが樹脂成形品に完全に接着しない場合には適用できないこと、測定に手間と時間がかかること等の欠点がある。
【０００５】
光弾性法は偏光板にて偏光させた光を透明な樹脂成形品にあて、透過光の縞模様から残留応力を評価する方法であり、面内の残留応力が簡単に測定できる。しかし、肉厚方向の残留応力が測定できないこと、不透明な樹脂成形品には適用できないこと等の欠点がある。
【０００６】
このように、樹脂成形品内部の残留尾応力を測定する方法は、改善が求められている。そこで、特許文献１には、簡便な方法で複雑な形状の樹脂成形品に生じる残留応力を測定できる方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１９４０５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
残留応力が存在すると製品寿命の低下や成形後の変形等の不具合が生じるため、残留応力の評価は重要であるが樹脂成形品の残留応力分布を算出する有効な手法はない。
【０００９】
特許文献１に記載の残留応力の測定方法では、成形品内部に残留応力のない樹脂成形品を用意する必要がある。しかし、このような残留応力のない樹脂成形品を得ることは困難であり、特に最も一般的に用いられている射出成形品の場合は極めて困難である。一般に、液状もしくは溶融状の樹脂を賦形後、樹脂が固化する際の不均一な収縮が、残留応力を生む。熱可塑性樹脂成形品は溶融状態から冷却する際、表層から急冷されるため、表層の樹脂はほとんど縮まないが、内部の樹脂はゆっくり冷却されるため大きく縮む。その結果、内部では表層に引っ張られるため引張応力が発生し、表層では内部に引っ張られるため圧縮応力が発生するからである。
【００１０】
また、特許文献１に記載の残留応力の測定方法も含めて、従来の残留応力の測定方法では、樹脂成形品内の所定の方向での全体の平均もしくは総和としての残留応力を求めることはできるが、所定の方向での残留応力分布を求めることはできない。即ち、所定の方向での各位置での残留応力を求めることができない。このため、樹脂成形品内部の所定の位置での残留応力を求める方法が望まれている。
【００１１】
また、従来の残留応力を導出する方法は、樹脂材料の種類によって、ストレスクラックを用いる方法、光を用いる方法等異なる。その結果、樹脂材料の種類による残留応力の程度の差を適切に評価することができない。
【００１２】
また、現在、樹脂成形品の成形条件は、経験的に決められる場合が多い。樹脂成形品の内部の残留応力分布を求めることができれば、樹脂成形品を成形する際の成形条件を容易に決定することができる。このため、樹脂成形品の内部の残留応力分布を求める方法が望まれている。
【００１３】
さらに、樹脂成形品内部の残留応力の分布を求める方法は、容易且つ迅速に実施できるものが望まれる。特に、射出成形の成形条件を決定するために残留応力分布を求める場合には、様々な成形条件で得られた樹脂成形品それぞれについて、残留応力分布を求める必要があるからである。
【００１４】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、使用する樹脂材料の種類によらず、簡便に行うことが可能な、樹脂成形品内部の残留応力分布及び、所定の位置での残留応力算出手法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者らは、樹脂成形品を破壊しながら測定する方法である孔あけ法に着目し、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、樹脂成形品を穿孔することで生じる、成形品表面のひずみ変化を測定することで上記課題を解決できることを見出し、さらに、樹脂成形品内部の所定の位置での残留応力算出手法として好ましい方法として、先ず、穿孔部を有する樹脂成形品の厚み方向に、上記穿孔部を所定の第一穿孔深さまで穿孔したときの、上記樹脂成形品の歪み量を測定し、得られた歪み量から穿孔により樹脂成形品に発生する第一の応力を求め、次いで、穿孔部を上記厚み方向に、所定の第二穿孔深さまで、さらに穿孔したときの、上記樹脂成形品の歪み量を測定し、得られた歪み量からこの穿孔により上記樹脂成形品に発生する第二の応力を求め、最後に、第二の応力から第一の応力を差し引くことにより得られる差分が、第一穿孔深さと第二穿孔深さとの中間深さにおける、およその残留応力の値として得られることを見出し、本発明を完成するに至った。より具体的には本発明は以下のものを提供する。
【００１６】
（１） 樹脂成形品を所定の方向に穿孔したときの、前記樹脂成形品の表面の歪み量の変化を測定することで、前記樹脂成形品の内部の前記所定の方向における所定の位置での残留応力を算出することを特徴とする樹脂成形品の残留応力算出方法。
【００１７】
（２） 樹脂成形品において厚み方向における前記樹脂成形品の内部の所定の位置での残留応力を算出する残留応力算出方法であって、前記樹脂成形品には、前記厚み方向に垂直な面に、前記樹脂成形品を厚み方向に穿孔するための穿孔部と、前記穿孔したときに前記垂直な面に発生する歪を測定するための歪測定部とを設け、前記穿孔部を前記厚み方向に、所定の第一穿孔深さまで穿孔したときの、前記樹脂成形品の歪み量を前記歪測定部で測定し、得られた歪み量から前記穿孔により前記樹脂成形品に発生する第一の応力を測定する第一応力測定工程と、前記穿孔部を前記厚み方向に、所定の第二穿孔深さまで穿孔したときの、前記樹脂成形品の歪み量を前記歪測定部で測定し、得られた歪み量から前記穿孔により前記樹脂成形品に発生する第二の応力を測定する第二応力測定工程と、前記第二の応力から前記第一の応力を差し引くことにより得られる差分を、第一穿孔深さと第二穿孔深さとの中間深さにおける残留応力として算出する残留応力算出工程と、を備えることを特徴とする残留応力算出方法。
【００１８】
（３） 前記樹脂成形品の前記所定の厚みが１．２×穿孔径以下であることを特徴とする（２）に記載の残留応力算出方法。
【００１９】
（４） 前記樹脂成形品が前記厚み方向に対称な形状であることを特徴とする（２）又は（３）に記載の残留応力算出方法。
【００２０】
（５） 前記歪み量の測定を、前記樹脂成形品の表面の変形をもとにした画像解析により行うことを特徴とする（２）から（４）のいずれかに記載の残留応力算出方法。
【００２１】
（６） 前記樹脂成形品が前記歪み量を測定する位置が平坦でない樹脂成形品であり、
前記歪み量の測定を三次元画像解析により行うことを特徴とする（２）から（５）のいずれかに記載の残留応力算出方法。
【００２２】
（７） 前記樹脂成形品は穿孔することが困難な形状であり、前記第一応力測定工程の前に、該樹脂成形品を穿孔可能な状態に加工する加工工程を備え、前記加工工程の際の樹脂成形品の表面の歪み量を測定し、前記第一応力測定工程で測定する歪み量に前記加工工程の際の歪み量を加算したものを前記得られた歪み量とすることを特徴とする（２）から（６）のいずれかに記載の残留応力算出方法。
【００２３】
（８） 所定の厚みを有する樹脂成形品の厚み方向における前記樹脂成形品の内部の残留応力分布を導出する残留応力分布導出方法であって、（２）から（７）のいずれかに記載の方法で残留応力を算出した後に、前記第二穿孔深さから所定の第三穿孔深さまでさらに穿孔し、前記第一応力測定工程と同様にして、前記樹脂成形品に発生する第三の応力を測定する第三応力測定工程と、前記第三の応力から前記第二の応力を差し引くことにより得られる差分を、前記第二穿孔深さと前記第三穿孔深さとの中間深さにおける第二の残留応力として算出する第二残留応力算出工程と、を備えることを特徴とする残留応力分布導出方法。
【００２４】
（９） （８）に記載の残留応力分布導出方法後に行う残留応力分布導出方法であって、第三の残留応力以降は、符号ｎを４以上の自然数として、第（ｎ−１）穿孔深さから所定の第ｎ穿孔深さまでさらに穿孔し、前記第一応力測定工程と同様にして、前記樹脂成形品に発生する第ｎの応力を測定する第ｎ応力測定工程と、前記第ｎの応力から第（ｎ−１）の応力を差し引くことにより得られる差分を、前記第（ｎ−１）穿孔深さと前記第ｎ穿孔深さとの中間深さにおける第（ｎ−１）の残留応力として算出する第（ｎ−１）残留応力算出工程と、を備え、第一残留応力算出工程から第（ｎ−１）残留応力算出工程を順次行うことを特徴とする残留応力分布導出方法。
【００２５】
（１０） 第一残留応力算出工程から第ｎ残留応力算出工程において、各工程の前記穿孔の際の前記厚み方向の穿孔長さが等しいことを特徴とする（８）又は（９）に記載の残留応力分布導出方法。
【００２６】
（１１） （１）から（７）に記載の残留応力算出方法により算出された残留応力が所望の値以下となるように製品設計を行うことを特長とする樹脂成形品設計法。
【００２７】
（１２） （１）から（７）に記載の残留応力算出方法により算出された残留応力をもとに短期もしくは長期破壊解析を行うことを特徴とする故障解析法。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、樹脂成形品内部の所定の位置での残留応力を容易に求めることができる。そして、所定の位置毎に残留応力を求めることで樹脂成形品内部の応力分布を容易に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、ｚ方向に延びる所定の厚みを有する樹脂成形品において、残留応力を測定する方向に垂直な面を示す平面図である。
【図２】図２は、第一残留応力を導出するまでを示す樹脂成形品の側面断面図である。
【図３】図３は、第二残留応力測定後から第三残留応力導出までを示す樹脂成形品の側面断面図である。
【図４】図４は、第（ｎ−１）残留応力測定後から第（ｎ−１）残留応力導出までを示す樹脂成形品の側面断面図である。
【図５】図５は、第一の残留応力から第（ｎ−１）の残留応力までの測定結果をもとに作成した残留応力分布を示す図である。
【図６】図６は、実施例で用いた樹脂成形品を示す図である。
【図７】図７は、孔あけ法により得られる残留応力と穿孔により樹脂成形品から開放された応力との関係を示す図である。
【図８】図８は、成形条件が残留応力分布に与える影響を示す図である。
【図９】図９は、成形品の形状が残留応力分布に与える影響を示す図である。
【図１０】図１０は、アニーリング処理が残留応力分布に与える影響を示す図である。
【図１１】図１１はガラス充填材料での残留応力分布を示す図である。
【図１２】図１２は非結晶性樹脂での残留応力分布を示す図である。
【図１３】図１３は実施例１２で用いた金属製の角ピンをインサートした成形品を示す図である。
【図１４】図１４は実施例１２で用いた金属製の角ピンをインサートした成形品の残留応力分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の一実施形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。
【００３１】
本発明の残留応力算出方法は、樹脂成形品を穿孔することで生じる、成形品表面のひずみ変化を測定することで、樹脂成形品内部の所定の位置での残留応力を算出する。
【００３２】
穿孔することで生じる成形品表面の歪み量を、後述するような従来公知の方法で応力に変換すると、得られた応力の値は、穿孔深さの中間の位置（中間の深さ）での残留応力になる。このように得られる応力が、穿孔深さの中間の位置での残留応力になることを見出した点が本発明の特徴である。
【００３３】
また、複数の位置での残留応力を算出することで残留応力分布を導出することができる。例えば、以下のような方法で樹脂成形品内部の所定の位置での残留応力を算出し、さらに、複数の位置での残留応力を算出することで残留応力分布を導出することができる。以下の説明では、先ず、本発明の対象となる樹脂成形品について説明する。また、以下の説明は、本発明の残留応力算出方法及び残留応力分布導出方法の好ましい一例であり、本発明は以下の方法に限定されない。
【００３４】
＜樹脂成形品＞
本発明に用いる樹脂成形品は、所定の厚みを有し、上記厚み方向に垂直な面に樹脂成形品を厚み方向に穿孔するための穿孔部と、この穿孔によって樹脂成形品内部の応力が開放されることにより生じる歪を測定するための歪測定部とを設ける。
【００３５】
本発明は、本発明に用いる樹脂成形品が結晶性熱可塑性樹脂の射出成形品の場合において特に効果的である。射出成形品の成形の際には、一般に成形品表面付近では冷却が速く進み、内部では比較的冷却がゆっくり進むため、金型内に注入された溶融樹脂の固化が不均一に進行する。その結果、内部では表層に引っ張られるため引張応力が発生し、表層では内部に引っ張られるため圧縮応力が発生する。実際の樹脂成形品における応力分布は、成形品の形状や成形条件等によって応力分布は必ずしもはっきりした圧縮−引張の関係になるわけではない。本発明では、応力の種類や分布状態がどのようになっているのか、樹脂成形品内部の所定の領域での残留応力分布、ならびに樹脂成形品内部の所定の位置での残留応力を求めることができる。
【００３６】
本発明に用いる樹脂成形品は、所定の厚みを有する。本発明の残留応力算出方法、残留応力分布導出方法は、樹脂成形品内部の上記所定の厚みの方向での所定の位置での残留応力、及び厚み方向での所定の領域での残留応力分布を求める。どのような樹脂成形品であっても、全ての方向に所定の厚みを持つが、厚みの方向の決め方は特に限定されず、樹脂成形品内の所望の方向を上記厚み方向に設定することができる。
【００３７】
図１は、ｚ方向に延びる所定の厚みを有する樹脂成形品の、残留応力を測定する方向に垂直な面を示す平面図である。本発明に用いる樹脂成形品は、図１（ａ）に示すように、厚み方向に垂直な面に、樹脂成形品を厚み方向に穿孔するための穿孔部と、穿孔したときにこの厚み方向に垂直な面に発生する歪を測定するための歪測定部とを設ける。
【００３８】
穿孔部は、上記垂直な面の中央部に設けられている。穿孔部は、穿孔部を有する上記垂直な面から厚み方向（ｚ方向）に穿孔される。穿孔部は、図１に円で表しているが、特に目印となるような模様等をつける必要はない。また、穿孔部は、上記垂直な面の中央部に設ける必要はなく、所望の位置に設けることができる。
【００３９】
歪測定部は、上記穿孔部の周囲に三箇所設けられている。上記穿孔部が、厚み方向に穿孔された際に、穿孔によって開放される応力により発生する歪の量を測定する。また、歪測定部の数は特に限定されず、単数の歪測定部であってもよいし、複数の歪測定部を設けてもよい。穿孔部と歪測定部との位置関係は、特に限定されないが異方的な残留応力を定量的に、最大主応力の値と方向、及び最小主応力の値と方向を評価できるという理由から、穿孔部を３箇所の歪測定部で囲うことが好ましい。
【００４０】
樹脂成形品の所定の厚みは後述する通り、穿孔径の１．２倍以下であることが好ましい。得られる残留応力がより正確になるからである。また、従来の方法では、厚みが３軸ロゼットタイプひずみゲージ半径の１．２倍以下のような薄い樹脂成形品の厚み方向の残留応力を測定することはＡＳＴＭでの保障範囲外であり、実質上困難であった。本発明の算出方法を用いれば、上記のような非常に薄い厚みの樹脂成形品であっても、厚み方向の残留応力を算出できる点も特徴の一つである。
【００４１】
後述する通り、樹脂成形品の厚みを所定の厚み以下にすることで、得られる残留応力の値は、より正確なものになる。厚み方向（ｚ方向）に対称な形状を有し、厚み方向の長さがＬｚの樹脂成形品であれば、（１／２）Ｌｚまでの残留応力分布を求めれば、Ｌｚまでの残留応力分布を求めることができる。樹脂成形品が厚み方向（ｚ方向）に対称な形状であれば、残留応力分布もｚ方向に対称になるためである。
【００４２】
本発明に使用する樹脂成形品に含まれる樹脂は、特に限定されず、従来公知の一般的な樹脂を用いることができる。また、樹脂成形品には、複数の樹脂が含まれていてもよい。また、樹脂成形品には、ガラスファイバー等の強化材、タルク等の無機フィラー、核剤、カーボンブラック、無機焼成顔料等の顔料、酸化防止剤、安定剤、可塑剤、滑剤、離型剤及び難燃剤等の添加剤を添加して、所望の特性を付与した組成物を成形してなる樹脂成形品も含まれる。このように、本発明は、樹脂材料の種類によらず適用することができるため、候補となる複数の樹脂材料の中から適切な材料を選択する場合に好ましく用いることができる。また、樹脂材料によらず同じ方法で残留応力を算出し比較することで、残留応力の使用材料による程度の差をより正確に評価することができる。
【００４３】
樹脂成形品は、どのような成形法で成形されていても、どのような使用履歴のものであっても良いが、残留応力が発生しやすい射出成形法により成形されたものにおいて、特に効果的である。また、本発明に用いる樹脂成形品は、所望の条件で成形することができる。
【００４４】
表面に穿孔部と歪を測定できるところがあれば、単一の樹脂で作成されたものでも、複数の樹脂もしくは樹脂と他材質とで積層されていても複合化されていても構わない。平面状、湾曲状、屈折状等が組み合わさったどのような形状であっても構わない。
【００４５】
穿孔することが困難な形状の樹脂成形品であっても、穿孔可能な状態に加工することができるものであれば、本発明を適用することができる。具体的な方法については後述する。「穿孔することが困難な形状」とは、例えば成形品が箱型で高い壁がある場合等では、底面表層付近の残留応力を精度良く求めるために、底面に対し垂直に穿孔しようとすると、底面の壁とのＬ字コーナー部付近では、穿孔器具が成形品の壁と当たり、穿孔が困難となる、このような形状が挙げられる。
【００４６】
＜残留応力算出方法＞
本発明の残留応力算出方法は、穿孔部を厚み方向に、所定の第一穿孔深さまで穿孔したときの、樹脂成形品の歪み量を測定し、得られた歪み量から上記穿孔により樹脂成形品に発生する第一の応力を測定する第一応力測定工程と、穿孔部を厚み方向に、所定の第二穿孔深さまで穿孔したときの、樹脂成形品の歪み量を測定し、得られた歪み量からこの穿孔により樹脂成形品に発生する第二の応力を測定する第二応力測定工程と、第二の応力から第一の応力を差し引くことにより得られる差分を、第一穿孔深さと第二穿孔深さとの中間深さにおける残留応力として算出する残留応力算出工程と、を備えることを特徴とする。以下、本発明の残留応力算出方法の一例について説明する。
【００４７】
［第一応力測定工程］
第一応力測定工程は、全く穿孔しない場合も含む。全く穿孔しない場合には、第一穿孔深さは０になる。また、全く穿孔しないため、歪み量（δｒ１）も０になり、穿孔により樹脂成形品から開放される応力も０になるので、第一の応力は０になる。以下、第一穿孔深さｚ１が０の場合について説明する。なお、第一穿孔深さｚ１が０でない場合には、以下の第二応力測定工程のようにして得られる応力が第一の応力になる。
【００４８】
なお、穿孔することが困難な形状の樹脂成形品の場合には、先ず、穿孔可能な状態に加工してから以下の穿孔を行う。加工方法は特に限定されず従来公知の加工方法を用いることができる。従来公知の加工方法としては、切削や研磨等が挙げられる。加工の際には、後述するような方法でこの加工により生じる樹脂成形品表面の歪み量を測定しておく。
【００４９】
［第二応力測定工程］
第二応力測定工程とは、穿孔部を厚み方向に、所定の第二穿孔深さまで穿孔したときの、樹脂成形品の歪み量を歪測定部で測定し、得られた歪み量から上記穿孔により樹脂成形品に発生する第二の応力を測定する工程である。以下、図を用いて第二応力測定工程を詳細に説明する。
【００５０】
図２（ａ）には、穿孔前の樹脂成形品を示す。樹脂成形品１はｚ方向に長さＬｚ、ｘ−ｙ断面が半径Ｒの円柱状の場合である。樹脂成形品１の上端面１１は、図１（ｂ）に示すようになっている。上端面１１は、図１に示すように半径Ｒの円形になっている。また、上端面１１には穿孔部１１１と歪ゲージ１１２、１１２、１１２が設けられている。
【００５１】
穿孔部１１１は、図１（ｂ）に示すように、半径ｒの円形であり、上端面１１の中央部に設けられる。穿孔部１１１は、後述する通り、厚み方向（ｚ方向）に穿孔される部分である。なお、穿孔部１１１の形状、大きさ等は特に限定されず、所望の形状、大きさに適宜変更して実施することができる。
【００５２】
歪ゲージ１１２、１１２、１１２は、図１（ｂ）に示すように、穿孔部１１１の周囲に９０°、１３５°、１３５°の間隔で設けられる。歪ゲージ１１２、１１２、１１２は、上記穿孔部１１１を厚み方向（ｚ方向）に穿孔した際に生じる、上端面１１の穿孔部１１１を除いた部分（（Ｒ−ｒ）の部分）の歪み量を測定するための部位である（（Ｒ−ｒ）を「歪み量を測定する部分」という場合がある）。歪ゲージ１１２、１１２、１１２は、本発明において歪測定部にあたる。歪測定部は、上記のような歪ゲージに限定されず、穿孔部１１１を穿孔した際に生じる上端面１１の歪み量を測定できるものであればよい。例えば、樹脂成形品表面の変形を画像解析することにより歪み量を算出するコリレーションシステム等を用いる間接的に歪み量を測定する方法であってもよい。また、歪み量を測定する位置が平坦でない場合には、歪み量の測定を従来公知の三次元画像解析方法により行うことができる。例えばコリレーションシステムでは、２台の撮像装置を組み合わせることで、３次元測定が可能である。
【００５３】
図２（ｂ）には、所定の第二穿孔深さまで穿孔したときの樹脂成形品の断面図を示す。図２（ｂ）に示すように穿孔部１１１を厚み方向（ｚ方向）に深さｚ２だけ穿孔する。穿孔する方法は、特に限定されず従来公知の加工方法で穿孔することができる。例えば、ドリル加工等により穿孔部１１１を穿孔することができる。
【００５４】
この穿孔により、歪み量を測定する部分（Ｒ−ｒ）は、図２（ｂ）に示すように（Ｒ−ｒ＋δｒ２）になりδｒ２だけ歪む。この歪み量は、上記歪ゲージ１１２、１１２、１１２を用いて測定する。ここで、測定した歪み量は従来公知の方法で応力に変換することができる。例えば、歪ゲージ１１２、１１２、１１２を電気抵抗線歪み計に接続して、上記穿孔の際に発生する応力に変換することができる。即ち、穿孔部１１１を厚み方向（ｚ方向）に深さｚ２穿孔した際に、樹脂成形品から開放される樹脂成形品の内部応力を求めることができる。ここで得られる応力が第二の応力である。なお、穿孔することができない樹脂成形品を予め加工した場合には、上記δｒ２に上記加工の際に生じた歪み量を加算して応力を測定する。
【００５５】
［残留応力算出工程］
残留応力算出工程とは、上記第二の応力から０（上記第一の応力）を差し引くことにより得られる差分を、上記穿孔部と上記第一穿孔深さとの中間深さにおける残留応力として算出する工程である。本発明の大きな特徴の一つは、樹脂成形品を所定の厚み方向に第一穿孔深さ穿孔し、第一の応力を求め、さらに第二穿孔深さまで穿孔し第二の応力を求め、第二の応力から第一の応力を差し引くことにより得られる差分が、第一穿孔深さと第二穿孔深さの中間深さにおける残留応力として得られることを見出した点にある。ここでの残留応力を第一の残留応力という場合がある。
【００５６】
本発明によれば、第一穿孔深さと第二穿孔深さとを調整することで所望の深さにおける残留応力を求めることができる。即ち、樹脂成形品内の所望の位置での残留応力を求めることができる。また、同じ深さにおける残留応力を求める場合であっても、第一穿孔深さと第二穿孔深さとの間の距離を調整することで、求まる残留応力の精度を調整することができる。また、第一穿孔深さと第二穿孔深さとの距離が短い方が、求まる残留応力の正確性が高まる。例えば、ｚ２を調整することで、所望の位置での残留応力を求めることができる。また、ｚ２が短い方が、第二穿孔深さと第一穿孔深さの差が小さくなり、求まる残留応力の正確性が高まる。特に本発明の残留応力算出方法は、樹脂成形品１の厚み方向の長さＬｚが短い方が、厚み方向（ｚ方向）全ての位置で、より正確に残留応力を測定することができる。厚みが薄ければ、穿孔される部分と歪量測定部との位置が近く、正確に歪み量を測定でき、その歪み量から得られる応力もより正確になるからである。即ち、本発明の残留応力算出方法は、残留応力の測定方向の厚みが薄いものに適用することが好ましい。具体的には、厚み方向（ｚ方向）の長さＬｚは、穿孔する孔径の１．２倍以下であることが好ましい。
【００５７】
また、厚みが、大きいものであっても樹脂成形品が厚み方向（ｚ方向）に対称な形状であれば、得られる残留応力の算出結果は、より正確な結果になる。上述の通り、樹脂成形品が厚み方向（ｚ方向）に対称な形状であれば、残留応力分布も厚み方向（ｚ方向）に対称になるためである。
【００５８】
＜残留応力分布導出方法＞
本発明の残留応力分布導出方法は、上記残留応力算出方法に続けて行う発明である。そこで、本発明の残留応力分布導出方法について、上記残留応力算出方法での説明に続けて、以下詳細に説明する。
【００５９】
本発明の残留応力分布導出方法は、上記残留応力算出方法により得られる第一の残留応力を算出した後に、上記第二穿孔深さｚ２から所定の第三穿孔深さｚ３までさらに穿孔し、上記残留応力算出方法での第二応力測定工程と同様にして、上記樹脂成形品に発生する第三の応力を測定する第三応力測定工程と、上記第三の応力から上記第二の応力を差し引くことにより得られる差分を、第二穿孔深さｚ２と第三穿孔深さｚ３との中間深さにおける第二の残留応力として算出する第二残留応力算出工程と、を備えることを特徴とする。さらに、第三の残留応力以降は、符号ｎを４以上の自然数として、第（ｎ−１）穿孔深さから所定の第ｎ穿孔深さｚｎまでさらに穿孔し、上記第二応力測定工程と同様にして、上記樹脂成形品に発生する第ｎの応力を測定する第ｎ応力測定工程と、第ｎの応力から第（ｎ−１）の応力を差し引くことにより得られる差分を、第（ｎ−１）穿孔深さｚ（ｎ−１）と前記第ｎ穿孔深さｚｎとの中間深さにおける第（ｎ−１）の残留応力として算出する第ｎ残留応力算出工程を備える方法で導出する。なお、第一残留応力算出工程から第（ｎ−１）残留応力算出工程を順次行う。
【００６０】
［第三応力測定工程］
第三応力測定工程とは、上記第二応力測定工程後に、上記第二穿孔深さｚ２から所定の第三穿孔深さまでさらに穿孔し、第二応力測定工程と同様にして、樹脂成形品に発生する第三の応力を測定する工程である。以下に図を用いて第三応力測定工程について詳細に説明する。
【００６１】
第三応力測定工程では、図３（ａ）に示すように深さｚ２まで穿孔した部分をさらに厚み方向（ｚ方向）に所定の深さまで穿孔する。穿孔後の穿孔深さが第三穿孔深さであり、図３（ａ）に示すように、第三穿孔深さをｚ３とする。穿孔する方法は、第二応力測定方法と同様に、その方法は特に限定されず従来公知の方法を用いることができる。
【００６２】
図３（ａ）に示すように、この第三応力測定工程における穿孔により、第二の応力を測定する際の歪み量δｒ２に加えて、さらにδｒ３だけ歪む。歪み量の測定は、第二応力測定工程と同様の方法で行うことができる。さらに、第二応力測定工程と同様の方法で、この第三応力測定工程での穿孔によって樹脂成形品から開放される応力を測定することができる。ここで得られる応力が第三の応力である。
【００６３】
［第二残留応力算出工程］
第二残留応力算出工程とは、上記第三の応力から上記第二の応力を差し引くことにより得られる差分を、第二穿孔深さｚ２と第三穿孔深さｚ３との中間深さにおける残留応力（第二の残留応力）として算出する工程である。上記第一の残留応力は、厚み方向（ｚ方向）の深さｚ２／２での残留応力であり、第二の残留応力は、厚み方向（ｚ方向）の深さ（ｚ２＋（ｚ３−ｚ２）／２）での残留応力である。第二の残留応力は、上記残留応力と同様にｚ２、ｚ３の深さを調整することにより所望の位置での残留応力として求めることができる。このように、本発明の残留応力算出方法を用いることで、樹脂成形品１の厚み方向（ｚ方向）の所望の２箇所での残留応力が求まる結果、厚み方向の残留応力の分布を得ることができる。後述するように二箇所以上の点で残留応力を求めることにより、さらに詳細な残留応力分布を導出することができる。
【００６４】
［第ｎ応力測定工程］
第ｎ応力測定工程とは、第四の応力以降を測定する工程であり、符号ｎを４以上の自然数として、第（ｎ−１）穿孔深さｚ（ｎ−１）から所定の第ｎ穿孔深さｚｎまでさらに穿孔し、上記第二応力測定工程と同様にして、上記樹脂成形品から開放される第ｎの応力を測定する工程である。
【００６５】
第ｎ応力測定工程について、具体例を用いて説明する。符号ｎ＝４の場合を考えると、第ｎ応力測定工程は、第四応力測定工程になる。この場合、第（ｎ−１）穿孔深さｚ（ｎ−１）は、第三穿孔深さｚ３になり、第ｎ穿孔深さｚｎは第四穿孔深さｚ４になる。即ち、第四応力測定工程とは、上記残留応力算出方法により得られる第二の残留応力を算出した後に、上記第三穿孔深さｚ３から所定の第四穿孔深さｚ４までさらに穿孔し、上記残留応力算出方法での第二応力測定工程と同様にして、上記樹脂成形品から開放される第四の応力を測定する工程である。第二の残留応力の算出の後、樹脂成形品１は図３（ａ）に示すようになっている。図３（ｂ）に示すように、深さｚ３まで穿孔した部分をさらに厚み方向（ｚ方向）に所定の深さまで穿孔する。穿孔後の穿孔深さが第四穿孔深さであり、図３（ｂ）に示すように、第四穿孔深さをｚ４とする。穿孔する方法は、第二応力測定方法と同様に、その方法は特に限定されず従来公知の方法を用いることができる。
【００６６】
図３（ｂ）に示すように、この第四応力測定工程における穿孔により、第三の応力を測定する際の歪量δｒ２＋δｒ３に加えて、さらにδｒ４だけ歪む。この歪量の測定は、第二応力測定工程と同様の方法で行うことができる。さらに、第二応力測定工程と同様の方法で、この第四応力測定工程での穿孔によって樹脂成形品１に発生する応力を測定することができる。ここで得られる応力が第四の応力である。
【００６７】
次いで、第ｎ応力測定工程について、自然数ｎの場合について説明する。図４（ａ）には、樹脂成形品１を厚み方向に第（ｎ−１）穿孔深さｚ（ｎ−１）まで穿孔し、第（ｎ−２）の残留応力を求めたときの樹脂成形品１の断面図を示す。本工程では、図４（ａ）に示す深さｚ（ｎ−１）まで穿孔した部分をさらに厚み方向（ｚ方向）に所定の深さまで穿孔する。図４（ｂ）に示すように、穿孔後の穿孔深さが第ｎ穿孔深さｚｎである。穿孔する方法は、第二応力測定方法と同様に、その方法は特に限定されず従来公知の方法を用いることができる。
【００６８】
図４（ｂ）に示すように、この第 ｎ応力測定工程における穿孔により、第（ｎ−１）の応力を測定後の図４（ａ）に示す総歪み量に加えて、さらにδｒｎだけ歪む。この歪み量の測定は、第二応力測定工程と同様の方法で行うことができる。さらに、第二応力測定工程と同様の方法で、この第ｎ応力測定工程での穿孔によって樹脂成形品１に発生する応力を測定することができる。ここで得られる応力が第ｎの応力である。
【００６９】
［第（ｎ−１）残留応力算出工程］
第（ｎ−１）残留応力算出工程とは、第三の残留応力以降の残留応力を求める工程である。より具体的には、符号ｎを４以上の自然数として、第ｎの応力から第（ｎ−１）の応力を差し引くことにより得られる差分を、第（ｎ−１）穿孔深さｚ（ｎ−１）と第ｎ穿孔深さｚｎとの間の中間深さにおける残留応力として第（ｎ−１）の残留応力を算出する工程である。
【００７０】
第（ｎ−１）残留応力算出工程について、具体例を用いて説明する。符号ｎが４の場合を考えると、第（ｎ−１）残留応力算出工程は、第三残留応力算出工程になる。この場合、第（ｎ−１）の応力は第三の応力になり、第ｎの応力は第四の応力になる。また、第（ｎ−１）穿孔深さｚ（ｎ−１）は第三穿孔深さｚ３になり、第ｎ穿孔深さｚｎは第四穿孔深さｚ４になる。したがって、第四の応力から第三の応力を差し引くことにより得られる差分を、第三穿孔深さｚ３と第四穿孔深さｚ４との間の中間深さにおける第三の残留応力として算出することができる。
【００７１】
次いで、第（ｎ−１）残留応力算出工程について、符号ｎが自然数ｎの場合について説明する。本工程で算出される第（ｎ−１）の残留応力は、第ｎの応力と第（ｎ−１）の応力を差し引くことにより得られる差分として求めることができる。この差分が、第（ｎ−１）穿孔深さｚ（ｎ−１）と第ｎ穿孔深さｚｎとの間の中間深さにおける残留応力である。図４（ｂ）に示すように、「第（ｎ−１）穿孔深さｚ（ｎ−１）と第ｎ穿孔深さｚｎとの間の中間の位置」とは、（（ｚｎ−ｚ（ｎ−１））／２＋ｚ（ｎ−１））である。このように最初の残留応力算出工程から第（ｎ−１）残留応力算出工程までを順次行うことで、樹脂成形品の厚み方向（ｚ方向）の詳細な残留応力分布を得ることができる。
【００７２】
図５に第一の残留応力から第（ｎ−１）の残留応力までの測定結果をもとに作成した残留応力分布を示す。図５中において、第一の応力を０第二の応力をＦ２、第三の応力をＦ３、第（ｎ−１）の応力をＦ（ｎ−１）、第ｎの応力をＦｎとし、最初の残留応力をσ１、第二の残留応力をσ２、第三の残留応力をσ３、第（ｎ−１）の残留応力をσ（ｎ−１）とする。
【００７３】
図５に示すように、樹脂成形品１が射出成形品の場合には、表層付近の残留応力σ１は、圧縮応力になり、樹脂成形品の内部の残留応力であるσ２、σ３、σ（ｎ−１）は、引張応力である。より適切な残留応力分布をより容易に得るためには残留応力を、厚み方向に等しい間隔で導出することが好ましい。また、適切な残留応力分布を求めるために必要となる残留応力の数は、特に限定されず、樹脂成形品の形状、使用材料等により異なるが、一般的には、所定の厚み方向に５箇所以上の残留応力を求めることで、正確な所定の厚み方向の残留応力分布を得ることができる。
【００７４】
樹脂成形品の形状が厚み方向に対称な形状であれば、Ｌｚ／２までの残留応力分布を導出することで、厚み方向（ｚ方向）全体の残留応力分布を導出することができる。樹脂成形品が厚み方向（ｚ方向）に対称な形状であれば、残留応力分布もｚ方向に対称になるためである。
【００７５】
＜成形材料の検討＞
本発明の残留応力分布算出方法により導出される残留応力分布を用いれば、任意の樹脂材料を成形してなる樹脂成形品において、樹脂成形品内の所定の領域での残留応力分布を導出できる。さらに異方性のある材料を成形してなる樹脂成形品においても３方向のひずみを算出することで、残留応力の異方性を定量的に評価できる。
【００７６】
＜成形条件の検討＞
本発明の残留応力分布導出方法により導出される残留応力分布を用いれば、好ましい射出成形の条件を容易に決定することができる。即ち、本発明を用いることで残留応力の少ない成形条件を容易に決定することができる。検討する成形条件は、樹脂成形品内部の残留応力に影響を与えるものが好ましい。樹脂成形品内部の残留応力に影響を与える成形条件としては、射出速度、金型温度等が挙げられる。
【００７７】
＜成形品の形状の検討＞
射出成形は、複雑な形状の成形品を作製する際に好適な成形方法である。このため、複雑な形状の射出成形品は多く存在する。複雑な形状を持つ場合、複雑な形状の部分は、他の部分と残留応力分布が異なる。本発明は、残留応力分布の測定方向を様々な方向に設定することができるため、複雑な形状の部分と、それ以外の部分とを分けて残留応力分布を導出したり、成形品厚みによる残留応力分布の差を求めたりすることができる。したがって、本発明は成形品の設計等の形状を検討する段階でも有用で、上記射出成形条件の検討と併せて、所望の材料のデータを組み合わせることで残留応力の予測技術としての利用が可能である。既存の成形品に関しても、残留応力の小さい樹脂成形品を容易に作製することができるとともに、成形品の故障解析における活用も可能である。
【００７８】
＜二次加工の影響＞
二次加工とは、樹脂成形品内部の残留応力を緩和するための加工である。樹脂成形品内部の残留応力を緩和するための方法として、アニーリング処理が挙げられる。従来、このアニーリング処理の効果の有用性を定量的に評価することができなかった。しかし、本発明を用いて、アニーリング処理前後の樹脂成形品内部の残留応力分布を導出することで、アニーリング処理による残留応力の変化を確認することができる。その結果、本発明によれば、アニーリング処理の効果の有用性を定量的に評価することができ、さらに、アニーリング処理の際の好ましい処理条件も容易に決定することができる。このように本発明によれば、二次加工の有用性を定量的に評価することができる。
【００７９】
残留応力が、樹脂成形品を使用するにあたり問題にならない、もしくは極力小さくなるように、使用する材料、形状、成形条件、成形品の二次加工等の樹脂成形品にかかわる設定を行うといった製品設計を精度良く行うことが可能となる。また、製品を使用するにあたり、製品の残留応力をもとに短期もしくは長期破壊解析を行うことにより、精度良く故障を未然に防ぐことが可能となる。
【実施例】
【００８０】
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００８１】
＜材料＞
ポリアセタール樹脂１：ＤＵＲＡＣＯＮ Ｍ９０−４４（ポリプラスチックス社製）
ポリアセタール樹脂２：ＤＵＲＡＣＯＮ Ｍ２５−４４（ポリプラスチックス社製）
ポリフェニレンサルファイド樹脂；ＦＯＲＴＲＯＮ ６５６５Ａ７（ポリプラスチックス社製）
シクロオレフィンコポリマー樹脂；ＴＯＰＡＳ ５０１３Ｓ−０４（ポリプラスチックス社製）
【００８２】
〔実施例１〕
上記ポリアセタール樹脂１、射出成形機ＳＥ１００Ｄ（住友重機械工業社製）を用いて、標準的な成形条件にて金型温度８０℃にて射出成形を行い、図６に示すような、樹脂成形品を作製した。図６（ａ）は斜視図であり、図６（ｂ）は底面図である。成形品の形状は上面が開放された直方体状であり、長さ８０ｍｍ、幅４０ｍｍ、高さ２０ｍｍ、厚み２ｍｍであった。
【００８３】
＜第一応力測定工程＞
第一応力測定工程は、第一穿孔深さを０に設定したため、歪み量が０になり、穿孔の際に樹脂成形品内部から開放される応力も０になる。
【００８４】
＜第二応力測定工程＞
図６（ｂ）に示すように、樹脂成形品底面のコーナー部には、図６（ｃ）に示すような、ドリル（「ＲＳ−２００」、Ｖｉｓｈａｙ社製）で穿孔するための穿孔部（図６（ｃ）中の中央部）を設け、穿孔部を囲むように設けられた三つの歪みゲージを一枚の基盤上に設置したゲージ（ひとつのゲージ長２ｍｍ（ひずみゲージ全体の半径Ｄ＝５．１３ｍｍ）、「ＦＲＳ−２−１１」、東京測器研究所社製）を設置する。歪みゲージをデータロガー（「ＵＣＡＭ−６０Ｂ」、共和電業社製）に接続し、厚み方向に０．２ｍｍ穿孔した際に樹脂成形品から開放される応力を測定した。開放される応力は、−７．２ＭＰａであった。なお、穿孔径は１．７ｍｍであった。
【００８５】
＜残留応力算出工程＞
樹脂成形品を穿孔することにより応力が開放される。したがって、穿孔前は、樹脂成形品から開放される応力がゼロである。−７．２ＭＰａ−０ＭＰａ＝−７．２ＭＰａが、厚み方向に０．１ｍｍ位置での残留応力として得られる。
【００８６】
＜第三応力測定工程＞
第二応力測定工程に続いて、第二応力測定工程と同様の方法で、さらに厚み方向に０．２ｍｍ穿孔した。この穿孔により樹脂成形品から開放される応力は、−９．７ＭＰａであった。
【００８７】
＜第二残留応力算出工程＞
−９．７ＭＰａ−（−７．２ＭＰａ）＝−２．５ＭＰａが、厚み方向に０．３ｍｍの位置での残留応力として得られる。
【００８８】
＜第四応力測定工程＞
第三応力測定工程に続いて、第二応力測定工程と同様の方法で、さらに厚み方向に０．２ｍｍ穿孔した。この穿孔により樹脂成形品から開放される応力は、−１０．９ＭＰａであった。
【００８９】
＜第三残留応力算出工程＞
−１０．９ＭＰａ−（−９．７ＭＰａ）＝−１．２ＭＰａが、厚み方向に０．５ｍｍの位置での残留応力として得られる。
【００９０】
＜第五応力測定工程＞
第四応力測定工程に続いて、第二応力測定工程と同様の方法で、さらに厚み方向に０．２ｍｍ穿孔した。この穿孔により樹脂成形品から開放される応力は、−９．７ＭＰａであった。
【００９１】
＜第四残留応力算出工程＞
−９．７ＭＰａ−（−１０．９ＭＰａ）＝１．２ＭＰａが、厚み方向に０．７ｍｍの位置での残留応力として得られる。
【００９２】
＜第六応力測定工程＞
第四応力測定工程に続いて、第二応力測定工程と同様の方法で、さらに厚み方向に０．２ｍｍ穿孔した。この穿孔により樹脂成形品から開放される応力は、−８．０ＭＰａであった。
【００９３】
＜第五残留応力算出工程＞
−８．０ＭＰａ−（−９．７ＭＰａ）＝１．７ＭＰａが、厚み方向に０．９ｍｍの位置での残留応力として得られる。
【００９４】
＜第七応力測定工程＞
第五応力測定工程に続いて、第二応力測定工程と同様の方法で、さらに厚み方向に０．２ｍｍ穿孔した。この穿孔により樹脂成形品から開放される応力は、−６．９ＭＰａであった。
【００９５】
＜第六残留応力算出工程＞
−６．９ＭＰａ−（−８．０ＭＰａ）＝１．１ＭＰａが、厚み方向に１．１ｍｍの位置での残留応力として得られる。
【００９６】
＜第八応力測定工程＞
第四応力測定工程に続いて、第二応力測定工程と同様の方法で、さらに厚み方向に０．２ｍｍ穿孔した。この穿孔により樹脂成形品から開放される応力は、−５．２ＭＰａであった。
【００９７】
＜第七残留応力算出工程＞
−５．２ＭＰａ−（−６．９ＭＰａ）＝１．７ＭＰａが、厚み方向に１．３ｍｍの位置での残留応力として得られる。
【００９８】
＜第九応力測定工程＞
第四応力測定工程に続いて、第二応力測定工程と同様の方法で、さらに厚み方向に０．２ｍｍ穿孔した。この穿孔により樹脂成形品から開放される応力は、−３．５ＭＰａであった。
【００９９】
＜第八残留応力算出工程＞
−３．５ＭＰａ−（−５．２ＭＰａ）＝１．７ＭＰａが、厚み方向に１．５ｍｍの位置での残留応力として得られる。
【０１００】
＜第十応力測定工程＞
第四応力測定工程に続いて、第二応力測定工程と同様の方法で、さらに厚み方向に０．２ｍｍ穿孔した。この穿孔により樹脂成形品から開放される応力は、−１．７ＭＰａであった。
【０１０１】
＜第九残留応力算出工程＞
−１．７ＭＰａ−（−３．５ＭＰａ）＝１．８ＭＰａが、厚み方向に１．７ｍｍの位置での残留応力として得られる。
【０１０２】
＜第十一応力測定工程＞
第四応力測定工程に続いて、第二応力測定工程と同様の方法で、さらに厚み方向に０．２ｍｍ穿孔した。この穿孔により樹脂成形品から開放される応力は、−４．８ＭＰａであった。
【０１０３】
＜第十残留応力算出工程＞
−４．８ＭＰａ−（−１．７ＭＰａ）＝−３．１ＭＰａが、厚み方向に１．９ｍｍの位置での残留応力として得られる。
【０１０４】
以上の孔あけ法により得られる残留応力、穿孔により樹脂成形品から開放された応力の結果を図７に示した。残留応力を四角で表し、穿孔により樹脂成形品から開放される応力を菱形で表した。
【０１０５】
また、図７に示された残留応力分布が適切な残留応力分布であるか否かを評価するために、上記残留応力分布の導出の際に用いた樹脂成形品と同じ樹脂成形品を用いて、塩酸クラック法による残留応力の測定を行った。成形品の内側コーナー部から底面上を長辺中心方向およそ２ｍｍの箇所（図６（ａ）のＡ部）にクラックが入り、クラック位置での残留応力はおよそ１２ＭＰａと判定された。この結果は、これまでに他の方法で求められた値と比較して、上記残留応力分布の厚み方向に０．１ｍｍの位置での残留応力と比較的近い値である。したがって、本発明を用いることで、既存残留応力算出法との整合性が得られるとともに、本発明では、樹脂成形品内部の残留応力の分布まで容易に導出できることが確認された。
【０１０６】
〔実施例２〕
金型温度を５０℃に変更した以外は、実施例１と同様の条件（成形品形状、測定位置、手法を同様とする）で、厚み方向に１ｍｍまでの残留応力分布を導出した。測定個数を３とした平均値を求め、導出結果を図８に示した（図８中の実線）。
【０１０７】
〔実施例３〕
実施例１と同様の条件（金型温度、成形品形状、測定位置、手法を同様とする）で残留応力分布を導出した。測定個数を３とした平均値を求め、導出結果を図８に示した（図８中の点線）。
【０１０８】
〔実施例４〕
金型温度を１２０℃に変更した以外は、実施例２と同様の条件（成形品形状、測定位置、手法を同様とする）で残留応力分布を導出した。測定個数を３とした平均値を求め、導出結果を図８に示した（図８中の二点鎖線）。
【０１０９】
実施例２から４の結果から明らかなように、金型温度の条件毎に残留応力分布が得られる。本発明を用いて、上記のように成形条件による残留応力分布の違いを評価することで、適切な成形条件を容易に決定できることが確認された。
【０１１０】
〔実施例５〕
測定する樹脂成形品を平板（縦８０ｍｍ、横８０ｍｍ、厚み２ｍｍ）の中央部（縦４０ｍｍ、横４０ｍｍの地点）に変更した以外は、実施例１と同様の方法で、厚み方向に１ｍｍまでの残留応力分布を導出した。導出結果を図９に示した（図９中の実線）。
【０１１１】
実施例１の結果（図９中の点線）と実施例５の結果（図９中の実線）との比較から明らかなように本発明を用いれば、成形品の穿孔位置による残留応力分布の違いも適切に評価できることが確認された。
【０１１２】
〔実施例６〕
実施例５で用いた平板形状の樹脂成形品を１２０℃の条件でアニーリング処理を施した後に穿孔した以外は、実施例５と同様の方法で残留応力分布を導出した。導出結果を図１０に示した（図１０中の点線）。なお、図１０には参考のために実施例７の結果についても示した（図１０中の実線）。
【０１１３】
これらの結果から明らかなように、本発明によりアニーリング処理の前後で残留応力分布を導出することでアニーリング処理の効果を定量的に評価できることが確認された。
【０１１４】
〔実施例７〕
実施例５で用いた平板形状の樹脂成形品をポリフェニレンサルファイド樹脂に変更した以外は、実施例５と同様の方法で残留応力分布を導出した。導出結果を図１１に示した。なお、残留応力が異方性を有しているため、最大主応力（図１１中の実線）と最小主応力（図１１中の点線）を図１１に示した。
【０１１５】
〔実施例８〕
実施例５で用いた平板形状の樹脂成形品をシクロオレフィンコポリマー樹脂に変更した以外は、実施例５と同様の方法で残留応力分布を導出した。導出結果を図１２に示した。
【０１１６】
〔実施例９〕
ポリアセタール樹脂２を用いて、金属製角ピンをインサートして射出成形を行い、図１３に示すような、樹脂成形品を作製した。図１３中の網掛け部分には図６（ｃ）に示したゲージを設置した。成形品の形状は縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、高さ２５ｍｍであった。成形品形状、成形品の材料を変更した以外は実施例１と同様の方法で残留応力分布を導出した。導出結果を図１４に示した。図１４中の四角のプロットは最大主応力を表し、菱形のプロットは最小主応力を表す。
【０１１７】
実施例７から９の結果から明らかなように、本発明はガラスファイバー等の強化材や無機フィラー、その他各種添加剤の有無や材料樹脂を問わず、任意の残留応力分布の様式で、異方性を持つ残留応力分布を定量的に評価できることが確認された。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の厚みを有する樹脂成形品の厚み方向における上記樹脂成形品の内部の残留応力を算出する残留応力算出方法及び残留応力分布導出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、樹脂成形品内部の残留応力を測定する方法としては、樹脂成形品を破壊しながら測定する方法である孔あけ法や表層逐次除去法等、また、樹脂成形品を破壊しない光弾性法等が知られている。
【０００３】
孔あけ法は、樹脂成形品における歪量測定部分の周辺に予め歪みゲージを貼り付け、樹脂成形品を厚み方向に穿孔した際の歪みの変化を測定して残留応力を測定する方法である。板状製品もしくは３次元立体形状製品の平面部分の残留応力測定に主に用いられている。しかし、穴あけ部分と歪みを測定する歪みゲージとの間に距離が生じるため、成形加工時に発生する残留応力を正確に測定できない。
【０００４】
表層逐次除去法は、板状の樹脂成形品の一方の面に歪みゲージを貼り付け、他方の面を薄く層状に除去しながら歪みを測定して、残留応力を求める方法である。樹脂成形品の面内だけでなく、肉厚方向の残留応力が測定できる。しかし、測定対象となる樹脂成形品は板状、パイプ状等の簡単な形状に限定される。また、歪みゲージが樹脂成形品に完全に接着しない場合には適用できないこと、測定に手間と時間がかかること等の欠点がある。
【０００５】
光弾性法は偏光板にて偏光させた光を透明な樹脂成形品にあて、透過光の縞模様から残留応力を評価する方法であり、面内の残留応力が簡単に測定できる。しかし、肉厚方向の残留応力が測定できないこと、不透明な樹脂成形品には適用できないこと等の欠点がある。
【０００６】
このように、樹脂成形品内部の残留尾応力を測定する方法は、改善が求められている。そこで、特許文献１には、簡便な方法で複雑な形状の樹脂成形品に生じる残留応力を測定できる方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１９４０５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
残留応力が存在すると製品寿命の低下や成形後の変形等の不具合が生じるため、残留応力の評価は重要であるが樹脂成形品の残留応力分布を算出する有効な手法はない。
【０００９】
特許文献１に記載の残留応力の測定方法では、成形品内部に残留応力のない樹脂成形品を用意する必要がある。しかし、このような残留応力のない樹脂成形品を得ることは困難であり、特に最も一般的に用いられている射出成形品の場合は極めて困難である。一般に、液状もしくは溶融状の樹脂を賦形後、樹脂が固化する際の不均一な収縮が、残留応力を生む。熱可塑性樹脂成形品は溶融状態から冷却する際、表層から急冷されるため、表層の樹脂はほとんど縮まないが、内部の樹脂はゆっくり冷却されるため大きく縮む。その結果、内部では表層に引っ張られるため引張応力が発生し、表層では内部に引っ張られるため圧縮応力が発生するからである。
【００１０】
また、特許文献１に記載の残留応力の測定方法も含めて、従来の残留応力の測定方法では、樹脂成形品内の所定の方向での全体の平均もしくは総和としての残留応力を求めることはできるが、所定の方向での残留応力分布を求めることはできない。即ち、所定の方向での各位置での残留応力を求めることができない。このため、樹脂成形品内部の所定の位置での残留応力を求める方法が望まれている。
【００１１】
また、従来の残留応力を導出する方法は、樹脂材料の種類によって、ストレスクラックを用いる方法、光を用いる方法等異なる。その結果、樹脂材料の種類による残留応力の程度の差を適切に評価することができない。
【００１２】
また、現在、樹脂成形品の成形条件は、経験的に決められる場合が多い。樹脂成形品の内部の残留応力分布を求めることができれば、樹脂成形品を成形する際の成形条件を容易に決定することができる。このため、樹脂成形品の内部の残留応力分布を求める方法が望まれている。
【００１３】
さらに、樹脂成形品内部の残留応力の分布を求める方法は、容易且つ迅速に実施できるものが望まれる。特に、射出成形の成形条件を決定するために残留応力分布を求める場合には、様々な成形条件で得られた樹脂成形品それぞれについて、残留応力分布を求める必要があるからである。
【００１４】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、使用する樹脂材料の種類によらず、簡便に行うことが可能な、樹脂成形品内部の残留応力分布及び、所定の位置での残留応力算出手法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者らは、樹脂成形品を破壊しながら測定する方法である孔あけ法に着目し、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、樹脂成形品を穿孔することで生じる、成形品表面のひずみ変化を測定することで上記課題を解決できることを見出し、さらに、樹脂成形品内部の所定の位置での残留応力算出手法として好ましい方法として、先ず、穿孔部を有する樹脂成形品の厚み方向に、上記穿孔部を所定の第一穿孔深さまで穿孔したときの、上記樹脂成形品の歪み量を測定し、得られた歪み量から穿孔により樹脂成形品に発生する第一の応力を求め、次いで、穿孔部を上記厚み方向に、所定の第二穿孔深さまで、さらに穿孔したときの、上記樹脂成形品の歪み量を測定し、得られた歪み量からこの穿孔により上記樹脂成形品に発生する第二の応力を求め、最後に、第二の応力から第一の応力を差し引くことにより得られる差分が、第一穿孔深さと第二穿孔深さとの中間深さにおける、およその残留応力の値として得られることを見出し、本発明を完成するに至った。より具体的には本発明は以下のものを提供する。
【００１６】
（１） 樹脂成形品を所定の方向に穿孔したときの、前記樹脂成形品の表面の歪み量の変化を測定することで、前記樹脂成形品の内部の前記所定の方向における所定の位置での残留応力を算出することを特徴とする樹脂成形品の残留応力算出方法。
【００１７】
（２） 樹脂成形品において厚み方向における前記樹脂成形品の内部の所定の位置での残留応力を算出する残留応力算出方法であって、前記樹脂成形品には、前記厚み方向に垂直な面に、前記樹脂成形品を厚み方向に穿孔するための穿孔部と、前記穿孔したときに前記垂直な面に発生する歪を測定するための歪測定部とを設け、前記穿孔部を前記厚み方向に、所定の第一穿孔深さまで穿孔したときの、前記樹脂成形品の歪み量を前記歪測定部で測定し、得られた歪み量から前記穿孔により前記樹脂成形品に発生する第一の応力を測定する第一応力測定工程と、前記穿孔部を前記厚み方向に、所定の第二穿孔深さまで穿孔したときの、前記樹脂成形品の歪み量を前記歪測定部で測定し、得られた歪み量から前記穿孔により前記樹脂成形品に発生する第二の応力を測定する第二応力測定工程と、前記第二の応力から前記第一の応力を差し引くことにより得られる差分を、第一穿孔深さと第二穿孔深さとの中間深さにおける残留応力として算出する残留応力算出工程と、を備えることを特徴とする残留応力算出方法。
【００１８】
（３） 前記樹脂成形品の前記所定の厚みが１．２×穿孔径以下であることを特徴とする（２）に記載の残留応力算出方法。
【００１９】
（４） 前記樹脂成形品が前記厚み方向に対称な形状であることを特徴とする（２）又は（３）に記載の残留応力算出方法。
【００２０】
（５） 前記歪み量の測定を、前記樹脂成形品の表面の変形をもとにした画像解析により行うことを特徴とする（２）から（４）のいずれかに記載の残留応力算出方法。
【００２１】
（６） 前記樹脂成形品が前記歪み量を測定する位置が平坦でない樹脂成形品であり、
前記歪み量の測定を三次元画像解析により行うことを特徴とする（２）から（５）のいずれかに記載の残留応力算出方法。
【００２２】
（７） 前記樹脂成形品は穿孔することが困難な形状であり、前記第一応力測定工程の前に、該樹脂成形品を穿孔可能な状態に加工する加工工程を備え、前記加工工程の際の樹脂成形品の表面の歪み量を測定し、前記第一応力測定工程で測定する歪み量に前記加工工程の際の歪み量を加算したものを前記得られた歪み量とすることを特徴とする（２）から（６）のいずれかに記載の残留応力算出方法。
【００２３】
（８） 所定の厚みを有する樹脂成形品の厚み方向における前記樹脂成形品の内部の残留応力分布を導出する残留応力分布導出方法であって、（２）から（７）のいずれかに記載の方法で残留応力を算出した後に、前記第二穿孔深さから所定の第三穿孔深さまでさらに穿孔し、前記第一応力測定工程と同様にして、前記樹脂成形品に発生する第三の応力を測定する第三応力測定工程と、前記第三の応力から前記第二の応力を差し引くことにより得られる差分を、前記第二穿孔深さと前記第三穿孔深さとの中間深さにおける第二の残留応力として算出する第二残留応力算出工程と、を備えることを特徴とする残留応力分布導出方法。
【００２４】
（９） （８）に記載の残留応力分布導出方法後に行う残留応力分布導出方法であって、第三の残留応力以降は、符号ｎを４以上の自然数として、第（ｎ−１）穿孔深さから所定の第ｎ穿孔深さまでさらに穿孔し、前記第一応力測定工程と同様にして、前記樹脂成形品に発生する第ｎの応力を測定する第ｎ応力測定工程と、前記第ｎの応力から第（ｎ−１）の応力を差し引くことにより得られる差分を、前記第（ｎ−１）穿孔深さと前記第ｎ穿孔深さとの中間深さにおける第（ｎ−１）の残留応力として算出する第（ｎ−１）残留応力算出工程と、を備え、第一残留応力算出工程から第（ｎ−１）残留応力算出工程を順次行うことを特徴とする残留応力分布導出方法。
【００２５】
（１０） 第一残留応力算出工程から第ｎ残留応力算出工程において、各工程の前記穿孔の際の前記厚み方向の穿孔長さが等しいことを特徴とする（８）又は（９）に記載の残留応力分布導出方法。
【００２６】
（１１） （１）から（７）に記載の残留応力算出方法により算出された残留応力が所望の値以下となるように製品設計を行うことを特長とする樹脂成形品設計法。
【００２７】
（１２） （１）から（７）に記載の残留応力算出方法により算出された残留応力をもとに短期もしくは長期破壊解析を行うことを特徴とする故障解析法。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、樹脂成形品内部の所定の位置での残留応力を容易に求めることができる。そして、所定の位置毎に残留応力を求めることで樹脂成形品内部の応力分布を容易に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、ｚ方向に延びる所定の厚みを有する樹脂成形品において、残留応力を測定する方向に垂直な面を示す平面図である。
【図２】図２は、第一残留応力を導出するまでを示す樹脂成形品の側面断面図である。
【図３】図３は、第二残留応力測定後から第三残留応力導出までを示す樹脂成形品の側面断面図である。
【図４】図４は、第（ｎ−１）残留応力測定後から第（ｎ−１）残留応力導出までを示す樹脂成形品の側面断面図である。
【図５】図５は、第一の残留応力から第（ｎ−１）の残留応力までの測定結果をもとに作成した残留応力分布を示す図である。
【図６】図６は、実施例で用いた樹脂成形品を示す図である。
【図７】図７は、孔あけ法により得られる残留応力と穿孔により樹脂成形品から開放された応力との関係を示す図である。
【図８】図８は、成形条件が残留応力分布に与える影響を示す図である。
【図９】図９は、成形品の形状が残留応力分布に与える影響を示す図である。
【図１０】図１０は、アニーリング処理が残留応力分布に与える影響を示す図である。
【図１１】図１１はガラス充填材料での残留応力分布を示す図である。
【図１２】図１２は非結晶性樹脂での残留応力分布を示す図である。
【図１３】図１３は実施例１２で用いた金属製の角ピンをインサートした成形品を示す図である。
【図１４】図１４は実施例１２で用いた金属製の角ピンをインサートした成形品の残留応力分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の一実施形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。
【００３１】
本発明の残留応力算出方法は、樹脂成形品を穿孔することで生じる、成形品表面のひずみ変化を測定することで、樹脂成形品内部の所定の位置での残留応力を算出する。
【００３２】
穿孔することで生じる成形品表面の歪み量を、後述するような従来公知の方法で応力に変換すると、得られた応力の値は、穿孔深さの中間の位置（中間の深さ）での残留応力になる。このように得られる応力が、穿孔深さの中間の位置での残留応力になることを見出した点が本発明の特徴である。
【００３３】
また、複数の位置での残留応力を算出することで残留応力分布を導出することができる。例えば、以下のような方法で樹脂成形品内部の所定の位置での残留応力を算出し、さらに、複数の位置での残留応力を算出することで残留応力分布を導出することができる。以下の説明では、先ず、本発明の対象となる樹脂成形品について説明する。また、以下の説明は、本発明の残留応力算出方法及び残留応力分布導出方法の好ましい一例であり、本発明は以下の方法に限定されない。
【００３４】
＜樹脂成形品＞
本発明に用いる樹脂成形品は、所定の厚みを有し、上記厚み方向に垂直な面に樹脂成形品を厚み方向に穿孔するための穿孔部と、この穿孔によって樹脂成形品内部の応力が開放されることにより生じる歪を測定するための歪測定部とを設ける。
【００３５】
本発明は、本発明に用いる樹脂成形品が結晶性熱可塑性樹脂の射出成形品の場合において特に効果的である。射出成形品の成形の際には、一般に成形品表面付近では冷却が速く進み、内部では比較的冷却がゆっくり進むため、金型内に注入された溶融樹脂の固化が不均一に進行する。その結果、内部では表層に引っ張られるため引張応力が発生し、表層では内部に引っ張られるため圧縮応力が発生する。実際の樹脂成形品における応力分布は、成形品の形状や成形条件等によって応力分布は必ずしもはっきりした圧縮−引張の関係になるわけではない。本発明では、応力の種類や分布状態がどのようになっているのか、樹脂成形品内部の所定の領域での残留応力分布、ならびに樹脂成形品内部の所定の位置での残留応力を求めることができる。
【００３６】
本発明に用いる樹脂成形品は、所定の厚みを有する。本発明の残留応力算出方法、残留応力分布導出方法は、樹脂成形品内部の上記所定の厚みの方向での所定の位置での残留応力、及び厚み方向での所定の領域での残留応力分布を求める。どのような樹脂成形品であっても、全ての方向に所定の厚みを持つが、厚みの方向の決め方は特に限定されず、樹脂成形品内の所望の方向を上記厚み方向に設定することができる。
【００３７】
図１は、ｚ方向に延びる所定の厚みを有する樹脂成形品の、残留応力を測定する方向に垂直な面を示す平面図である。本発明に用いる樹脂成形品は、図１（ａ）に示すように、厚み方向に垂直な面に、樹脂成形品を厚み方向に穿孔するための穿孔部と、穿孔したときにこの厚み方向に垂直な面に発生する歪を測定するための歪測定部とを設ける。
【００３８】
穿孔部は、上記垂直な面の中央部に設けられている。穿孔部は、穿孔部を有する上記垂直な面から厚み方向（ｚ方向）に穿孔される。穿孔部は、図１に円で表しているが、特に目印となるような模様等をつける必要はない。また、穿孔部は、上記垂直な面の中央部に設ける必要はなく、所望の位置に設けることができる。
【００３９】
歪測定部は、上記穿孔部の周囲に三箇所設けられている。上記穿孔部が、厚み方向に穿孔された際に、穿孔によって開放される応力により発生する歪の量を測定する。また、歪測定部の数は特に限定されず、単数の歪測定部であってもよいし、複数の歪測定部を設けてもよい。穿孔部と歪測定部との位置関係は、特に限定されないが異方的な残留応力を定量的に、最大主応力の値と方向、及び最小主応力の値と方向を評価できるという理由から、穿孔部を３箇所の歪測定部で囲うことが好ましい。
【００４０】
樹脂成形品の所定の厚みは後述する通り、穿孔径の１．２倍以下であることが好ましい。得られる残留応力がより正確になるからである。また、従来の方法では、厚みが３軸ロゼットタイプひずみゲージ半径の１．２倍以下のような薄い樹脂成形品の厚み方向の残留応力を測定することはＡＳＴＭでの保障範囲外であり、実質上困難であった。本発明の算出方法を用いれば、上記のような非常に薄い厚みの樹脂成形品であっても、厚み方向の残留応力を算出できる点も特徴の一つである。
【００４１】
後述する通り、樹脂成形品の厚みを所定の厚み以下にすることで、得られる残留応力の値は、より正確なものになる。厚み方向（ｚ方向）に対称な形状を有し、厚み方向の長さがＬｚの樹脂成形品であれば、（１／２）Ｌｚまでの残留応力分布を求めれば、Ｌｚまでの残留応力分布を求めることができる。樹脂成形品が厚み方向（ｚ方向）に対称な形状であれば、残留応力分布もｚ方向に対称になるためである。
【００４２】
本発明に使用する樹脂成形品に含まれる樹脂は、特に限定されず、従来公知の一般的な樹脂を用いることができる。また、樹脂成形品には、複数の樹脂が含まれていてもよい。また、樹脂成形品には、ガラスファイバー等の強化材、タルク等の無機フィラー、核剤、カーボンブラック、無機焼成顔料等の顔料、酸化防止剤、安定剤、可塑剤、滑剤、離型剤及び難燃剤等の添加剤を添加して、所望の特性を付与した組成物を成形してなる樹脂成形品も含まれる。このように、本発明は、樹脂材料の種類によらず適用することができるため、候補となる複数の樹脂材料の中から適切な材料を選択する場合に好ましく用いることができる。また、樹脂材料によらず同じ方法で残留応力を算出し比較することで、残留応力の使用材料による程度の差をより正確に評価することができる。
【００４３】
樹脂成形品は、どのような成形法で成形されていても、どのような使用履歴のものであっても良いが、残留応力が発生しやすい射出成形法により成形されたものにおいて、特に効果的である。また、本発明に用いる樹脂成形品は、所望の条件で成形することができる。
【００４４】
表面に穿孔部と歪を測定できるところがあれば、単一の樹脂で作成されたものでも、複数の樹脂もしくは樹脂と他材質とで積層されていても複合化されていても構わない。平面状、湾曲状、屈折状等が組み合わさったどのような形状であっても構わない。
【００４５】
穿孔することが困難な形状の樹脂成形品であっても、穿孔可能な状態に加工することができるものであれば、本発明を適用することができる。具体的な方法については後述する。「穿孔することが困難な形状」とは、例えば成形品が箱型で高い壁がある場合等では、底面表層付近の残留応力を精度良く求めるために、底面に対し垂直に穿孔しようとすると、底面の壁とのＬ字コーナー部付近では、穿孔器具が成形品の壁と当たり、穿孔が困難となる、このような形状が挙げられる。
【００４６】
＜残留応力算出方法＞
本発明の残留応力算出方法は、穿孔部を厚み方向に、所定の第一穿孔深さまで穿孔したときの、樹脂成形品の歪み量を測定し、得られた歪み量から上記穿孔により樹脂成形品に発生する第一の応力を測定する第一応力測定工程と、穿孔部を厚み方向に、所定の第二穿孔深さまで穿孔したときの、樹脂成形品の歪み量を測定し、得られた歪み量からこの穿孔により樹脂成形品に発生する第二の応力を測定する第二応力測定工程と、第二の応力から第一の応力を差し引くことにより得られる差分を、第一穿孔深さと第二穿孔深さとの中間深さにおける残留応力として算出する残留応力算出工程と、を備えることを特徴とする。以下、本発明の残留応力算出方法の一例について説明する。
【００４７】
［第一応力測定工程］
第一応力測定工程は、全く穿孔しない場合も含む。全く穿孔しない場合には、第一穿孔深さは０になる。また、全く穿孔しないため、歪み量（δｒ１）も０になり、穿孔により樹脂成形品から開放される応力も０になるので、第一の応力は０になる。以下、第一穿孔深さｚ１が０の場合について説明する。なお、第一穿孔深さｚ１が０でない場合には、以下の第二応力測定工程のようにして得られる応力が第一の応力になる。
【００４８】
なお、穿孔することが困難な形状の樹脂成形品の場合には、先ず、穿孔可能な状態に加工してから以下の穿孔を行う。加工方法は特に限定されず従来公知の加工方法を用いることができる。従来公知の加工方法としては、切削や研磨等が挙げられる。加工の際には、後述するような方法でこの加工により生じる樹脂成形品表面の歪み量を測定しておく。
【００４９】
［第二応力測定工程］
第二応力測定工程とは、穿孔部を厚み方向に、所定の第二穿孔深さまで穿孔したときの、樹脂成形品の歪み量を歪測定部で測定し、得られた歪み量から上記穿孔により樹脂成形品に発生する第二の応力を測定する工程である。以下、図を用いて第二応力測定工程を詳細に説明する。
【００５０】
図２（ａ）には、穿孔前の樹脂成形品を示す。樹脂成形品１はｚ方向に長さＬｚ、ｘ−ｙ断面が半径Ｒの円柱状の場合である。樹脂成形品１の上端面１１は、図１（ｂ）に示すようになっている。上端面１１は、図１に示すように半径Ｒの円形になっている。また、上端面１１には穿孔部１１１と歪ゲージ１１２、１１２、１１２が設けられている。
【００５１】
穿孔部１１１は、図１（ｂ）に示すように、半径ｒの円形であり、上端面１１の中央部に設けられる。穿孔部１１１は、後述する通り、厚み方向（ｚ方向）に穿孔される部分である。なお、穿孔部１１１の形状、大きさ等は特に限定されず、所望の形状、大きさに適宜変更して実施することができる。
【００５２】
歪ゲージ１１２、１１２、１１２は、図１（ｂ）に示すように、穿孔部１１１の周囲に９０°、１３５°、１３５°の間隔で設けられる。歪ゲージ１１２、１１２、１１２は、上記穿孔部１１１を厚み方向（ｚ方向）に穿孔した際に生じる、上端面１１の穿孔部１１１を除いた部分（（Ｒ−ｒ）の部分）の歪み量を測定するための部位である（（Ｒ−ｒ）を「歪み量を測定する部分」という場合がある）。歪ゲージ１１２、１１２、１１２は、本発明において歪測定部にあたる。歪測定部は、上記のような歪ゲージに限定されず、穿孔部１１１を穿孔した際に生じる上端面１１の歪み量を測定できるものであればよい。例えば、樹脂成形品表面の変形を画像解析することにより歪み量を算出するコリレーションシステム等を用いる間接的に歪み量を測定する方法であってもよい。また、歪み量を測定する位置が平坦でない場合には、歪み量の測定を従来公知の三次元画像解析方法により行うことができる。例えばコリレーションシステムでは、２台の撮像装置を組み合わせることで、３次元測定が可能である。
【００５３】
図２（ｂ）には、所定の第二穿孔深さまで穿孔したときの樹脂成形品の断面図を示す。図２（ｂ）に示すように穿孔部１１１を厚み方向（ｚ方向）に深さｚ２だけ穿孔する。穿孔する方法は、特に限定されず従来公知の加工方法で穿孔することができる。例えば、ドリル加工等により穿孔部１１１を穿孔することができる。
【００５４】
この穿孔により、歪み量を測定する部分（Ｒ−ｒ）は、図２（ｂ）に示すように（Ｒ−ｒ＋δｒ２）になりδｒ２だけ歪む。この歪み量は、上記歪ゲージ１１２、１１２、１１２を用いて測定する。ここで、測定した歪み量は従来公知の方法で応力に変換することができる。例えば、歪ゲージ１１２、１１２、１１２を電気抵抗線歪み計に接続して、上記穿孔の際に発生する応力に変換することができる。即ち、穿孔部１１１を厚み方向（ｚ方向）に深さｚ２穿孔した際に、樹脂成形品から開放される樹脂成形品の内部応力を求めることができる。ここで得られる応力が第二の応力である。なお、穿孔することができない樹脂成形品を予め加工した場合には、上記δｒ２に上記加工の際に生じた歪み量を加算して応力を測定する。
【００５５】
［残留応力算出工程］
残留応力算出工程とは、上記第二の応力から０（上記第一の応力）を差し引くことにより得られる差分を、上記穿孔部と上記第一穿孔深さとの中間深さにおける残留応力として算出する工程である。本発明の大きな特徴の一つは、樹脂成形品を所定の厚み方向に第一穿孔深さ穿孔し、第一の応力を求め、さらに第二穿孔深さまで穿孔し第二の応力を求め、第二の応力から第一の応力を差し引くことにより得られる差分が、第一穿孔深さと第二穿孔深さの中間深さにおける残留応力として得られることを見出した点にある。ここでの残留応力を第一の残留応力という場合がある。
【００５６】
本発明によれば、第一穿孔深さと第二穿孔深さとを調整することで所望の深さにおける残留応力を求めることができる。即ち、樹脂成形品内の所望の位置での残留応力を求めることができる。また、同じ深さにおける残留応力を求める場合であっても、第一穿孔深さと第二穿孔深さとの間の距離を調整することで、求まる残留応力の精度を調整することができる。また、第一穿孔深さと第二穿孔深さとの距離が短い方が、求まる残留応力の正確性が高まる。例えば、ｚ２を調整することで、所望の位置での残留応力を求めることができる。また、ｚ２が短い方が、第二穿孔深さと第一穿孔深さの差が小さくなり、求まる残留応力の正確性が高まる。特に本発明の残留応力算出方法は、樹脂成形品１の厚み方向の長さＬｚが短い方が、厚み方向（ｚ方向）全ての位置で、より正確に残留応力を測定することができる。厚みが薄ければ、穿孔される部分と歪量測定部との位置が近く、正確に歪み量を測定でき、その歪み量から得られる応力もより正確になるからである。即ち、本発明の残留応力算出方法は、残留応力の測定方向の厚みが薄いものに適用することが好ましい。具体的には、厚み方向（ｚ方向）の長さＬｚは、穿孔する孔径の１．２倍以下であることが好ましい。
【００５７】
また、厚みが、大きいものであっても樹脂成形品が厚み方向（ｚ方向）に対称な形状であれば、得られる残留応力の算出結果は、より正確な結果になる。上述の通り、樹脂成形品が厚み方向（ｚ方向）に対称な形状であれば、残留応力分布も厚み方向（ｚ方向）に対称になるためである。
【００５８】
＜残留応力分布導出方法＞
本発明の残留応力分布導出方法は、上記残留応力算出方法に続けて行う発明である。そこで、本発明の残留応力分布導出方法について、上記残留応力算出方法での説明に続けて、以下詳細に説明する。
【００５９】
本発明の残留応力分布導出方法は、上記残留応力算出方法により得られる第一の残留応力を算出した後に、上記第二穿孔深さｚ２から所定の第三穿孔深さｚ３までさらに穿孔し、上記残留応力算出方法での第二応力測定工程と同様にして、上記樹脂成形品に発生する第三の応力を測定する第三応力測定工程と、上記第三の応力から上記第二の応力を差し引くことにより得られる差分を、第二穿孔深さｚ２と第三穿孔深さｚ３との中間深さにおける第二の残留応力として算出する第二残留応力算出工程と、を備えることを特徴とする。さらに、第三の残留応力以降は、符号ｎを４以上の自然数として、第（ｎ−１）穿孔深さから所定の第ｎ穿孔深さｚｎまでさらに穿孔し、上記第二応力測定工程と同様にして、上記樹脂成形品に発生する第ｎの応力を測定する第ｎ応力測定工程と、第ｎの応力から第（ｎ−１）の応力を差し引くことにより得られる差分を、第（ｎ−１）穿孔深さｚ（ｎ−１）と前記第ｎ穿孔深さｚｎとの中間深さにおける第（ｎ−１）の残留応力として算出する第ｎ残留応力算出工程を備える方法で導出する。なお、第一残留応力算出工程から第（ｎ−１）残留応力算出工程を順次行う。
【００６０】
［第三応力測定工程］
第三応力測定工程とは、上記第二応力測定工程後に、上記第二穿孔深さｚ２から所定の第三穿孔深さまでさらに穿孔し、第二応力測定工程と同様にして、樹脂成形品に発生する第三の応力を測定する工程である。以下に図を用いて第三応力測定工程について詳細に説明する。
【００６１】
第三応力測定工程では、図３（ａ）に示すように深さｚ２まで穿孔した部分をさらに厚み方向（ｚ方向）に所定の深さまで穿孔する。穿孔後の穿孔深さが第三穿孔深さであり、図３（ａ）に示すように、第三穿孔深さをｚ３とする。穿孔する方法は、第二応力測定方法と同様に、その方法は特に限定されず従来公知の方法を用いることができる。
【００６２】
図３（ａ）に示すように、この第三応力測定工程における穿孔により、第二の応力を測定する際の歪み量δｒ２に加えて、さらにδｒ３だけ歪む。歪み量の測定は、第二応力測定工程と同様の方法で行うことができる。さらに、第二応力測定工程と同様の方法で、この第三応力測定工程での穿孔によって樹脂成形品から開放される応力を測定することができる。ここで得られる応力が第三の応力である。
【００６３】
［第二残留応力算出工程］
第二残留応力算出工程とは、上記第三の応力から上記第二の応力を差し引くことにより得られる差分を、第二穿孔深さｚ２と第三穿孔深さｚ３との中間深さにおける残留応力（第二の残留応力）として算出する工程である。上記第一の残留応力は、厚み方向（ｚ方向）の深さｚ２／２での残留応力であり、第二の残留応力は、厚み方向（ｚ方向）の深さ（ｚ２＋（ｚ３−ｚ２）／２）での残留応力である。第二の残留応力は、上記残留応力と同様にｚ２、ｚ３の深さを調整することにより所望の位置での残留応力として求めることができる。このように、本発明の残留応力算出方法を用いることで、樹脂成形品１の厚み方向（ｚ方向）の所望の２箇所での残留応力が求まる結果、厚み方向の残留応力の分布を得ることができる。後述するように二箇所以上の点で残留応力を求めることにより、さらに詳細な残留応力分布を導出することができる。
【００６４】
［第ｎ応力測定工程］
第ｎ応力測定工程とは、第四の応力以降を測定する工程であり、符号ｎを４以上の自然数として、第（ｎ−１）穿孔深さｚ（ｎ−１）から所定の第ｎ穿孔深さｚｎまでさらに穿孔し、上記第二応力測定工程と同様にして、上記樹脂成形品から開放される第ｎの応力を測定する工程である。
【００６５】
第ｎ応力測定工程について、具体例を用いて説明する。符号ｎ＝４の場合を考えると、第ｎ応力測定工程は、第四応力測定工程になる。この場合、第（ｎ−１）穿孔深さｚ（ｎ−１）は、第三穿孔深さｚ３になり、第ｎ穿孔深さｚｎは第四穿孔深さｚ４になる。即ち、第四応力測定工程とは、上記残留応力算出方法により得られる第二の残留応力を算出した後に、上記第三穿孔深さｚ３から所定の第四穿孔深さｚ４までさらに穿孔し、上記残留応力算出方法での第二応力測定工程と同様にして、上記樹脂成形品から開放される第四の応力を測定する工程である。第二の残留応力の算出の後、樹脂成形品１は図３（ａ）に示すようになっている。図３（ｂ）に示すように、深さｚ３まで穿孔した部分をさらに厚み方向（ｚ方向）に所定の深さまで穿孔する。穿孔後の穿孔深さが第四穿孔深さであり、図３（ｂ）に示すように、第四穿孔深さをｚ４とする。穿孔する方法は、第二応力測定方法と同様に、その方法は特に限定されず従来公知の方法を用いることができる。
【００６６】
図３（ｂ）に示すように、この第四応力測定工程における穿孔により、第三の応力を測定する際の歪量δｒ２＋δｒ３に加えて、さらにδｒ４だけ歪む。この歪量の測定は、第二応力測定工程と同様の方法で行うことができる。さらに、第二応力測定工程と同様の方法で、この第四応力測定工程での穿孔によって樹脂成形品１に発生する応力を測定することができる。ここで得られる応力が第四の応力である。
【００６７】
次いで、第ｎ応力測定工程について、自然数ｎの場合について説明する。図４（ａ）には、樹脂成形品１を厚み方向に第（ｎ−１）穿孔深さｚ（ｎ−１）まで穿孔し、第（ｎ−２）の残留応力を求めたときの樹脂成形品１の断面図を示す。本工程では、図４（ａ）に示す深さｚ（ｎ−１）まで穿孔した部分をさらに厚み方向（ｚ方向）に所定の深さまで穿孔する。図４（ｂ）に示すように、穿孔後の穿孔深さが第ｎ穿孔深さｚｎである。穿孔する方法は、第二応力測定方法と同様に、その方法は特に限定されず従来公知の方法を用いることができる。
【００６８】
図４（ｂ）に示すように、この第 ｎ応力測定工程における穿孔により、第（ｎ−１）の応力を測定後の図４（ａ）に示す総歪み量に加えて、さらにδｒｎだけ歪む。この歪み量の測定は、第二応力測定工程と同様の方法で行うことができる。さらに、第二応力測定工程と同様の方法で、この第ｎ応力測定工程での穿孔によって樹脂成形品１に発生する応力を測定することができる。ここで得られる応力が第ｎの応力である。
【００６９】
［第（ｎ−１）残留応力算出工程］
第（ｎ−１）残留応力算出工程とは、第三の残留応力以降の残留応力を求める工程である。より具体的には、符号ｎを４以上の自然数として、第ｎの応力から第（ｎ−１）の応力を差し引くことにより得られる差分を、第（ｎ−１）穿孔深さｚ（ｎ−１）と第ｎ穿孔深さｚｎとの間の中間深さにおける残留応力として第（ｎ−１）の残留応力を算出する工程である。
【００７０】
第（ｎ−１）残留応力算出工程について、具体例を用いて説明する。符号ｎが４の場合を考えると、第（ｎ−１）残留応力算出工程は、第三残留応力算出工程になる。この場合、第（ｎ−１）の応力は第三の応力になり、第ｎの応力は第四の応力になる。また、第（ｎ−１）穿孔深さｚ（ｎ−１）は第三穿孔深さｚ３になり、第ｎ穿孔深さｚｎは第四穿孔深さｚ４になる。したがって、第四の応力から第三の応力を差し引くことにより得られる差分を、第三穿孔深さｚ３と第四穿孔深さｚ４との間の中間深さにおける第三の残留応力として算出することができる。
【００７１】
次いで、第（ｎ−１）残留応力算出工程について、符号ｎが自然数ｎの場合について説明する。本工程で算出される第（ｎ−１）の残留応力は、第ｎの応力と第（ｎ−１）の応力を差し引くことにより得られる差分として求めることができる。この差分が、第（ｎ−１）穿孔深さｚ（ｎ−１）と第ｎ穿孔深さｚｎとの間の中間深さにおける残留応力である。図４（ｂ）に示すように、「第（ｎ−１）穿孔深さｚ（ｎ−１）と第ｎ穿孔深さｚｎとの間の中間の位置」とは、（（ｚｎ−ｚ（ｎ−１））／２＋ｚ（ｎ−１））である。このように最初の残留応力算出工程から第（ｎ−１）残留応力算出工程までを順次行うことで、樹脂成形品の厚み方向（ｚ方向）の詳細な残留応力分布を得ることができる。
【００７２】
図５に第一の残留応力から第（ｎ−１）の残留応力までの測定結果をもとに作成した残留応力分布を示す。図５中において、第一の応力を０第二の応力をＦ２、第三の応力をＦ３、第（ｎ−１）の応力をＦ（ｎ−１）、第ｎの応力をＦｎとし、最初の残留応力をσ１、第二の残留応力をσ２、第三の残留応力をσ３、第（ｎ−１）の残留応力をσ（ｎ−１）とする。
【００７３】
図５に示すように、樹脂成形品１が射出成形品の場合には、表層付近の残留応力σ１は、圧縮応力になり、樹脂成形品の内部の残留応力であるσ２、σ３、σ（ｎ−１）は、引張応力である。より適切な残留応力分布をより容易に得るためには残留応力を、厚み方向に等しい間隔で導出することが好ましい。また、適切な残留応力分布を求めるために必要となる残留応力の数は、特に限定されず、樹脂成形品の形状、使用材料等により異なるが、一般的には、所定の厚み方向に５箇所以上の残留応力を求めることで、正確な所定の厚み方向の残留応力分布を得ることができる。
【００７４】
樹脂成形品の形状が厚み方向に対称な形状であれば、Ｌｚ／２までの残留応力分布を導出することで、厚み方向（ｚ方向）全体の残留応力分布を導出することができる。樹脂成形品が厚み方向（ｚ方向）に対称な形状であれば、残留応力分布もｚ方向に対称になるためである。
【００７５】
＜成形材料の検討＞
本発明の残留応力分布算出方法により導出される残留応力分布を用いれば、任意の樹脂材料を成形してなる樹脂成形品において、樹脂成形品内の所定の領域での残留応力分布を導出できる。さらに異方性のある材料を成形してなる樹脂成形品においても３方向のひずみを算出することで、残留応力の異方性を定量的に評価できる。
【００７６】
＜成形条件の検討＞
本発明の残留応力分布導出方法により導出される残留応力分布を用いれば、好ましい射出成形の条件を容易に決定することができる。即ち、本発明を用いることで残留応力の少ない成形条件を容易に決定することができる。検討する成形条件は、樹脂成形品内部の残留応力に影響を与えるものが好ましい。樹脂成形品内部の残留応力に影響を与える成形条件としては、射出速度、金型温度等が挙げられる。
【００７７】
＜成形品の形状の検討＞
射出成形は、複雑な形状の成形品を作製する際に好適な成形方法である。このため、複雑な形状の射出成形品は多く存在する。複雑な形状を持つ場合、複雑な形状の部分は、他の部分と残留応力分布が異なる。本発明は、残留応力分布の測定方向を様々な方向に設定することができるため、複雑な形状の部分と、それ以外の部分とを分けて残留応力分布を導出したり、成形品厚みによる残留応力分布の差を求めたりすることができる。したがって、本発明は成形品の設計等の形状を検討する段階でも有用で、上記射出成形条件の検討と併せて、所望の材料のデータを組み合わせることで残留応力の予測技術としての利用が可能である。既存の成形品に関しても、残留応力の小さい樹脂成形品を容易に作製することができるとともに、成形品の故障解析における活用も可能である。
【００７８】
＜二次加工の影響＞
二次加工とは、樹脂成形品内部の残留応力を緩和するための加工である。樹脂成形品内部の残留応力を緩和するための方法として、アニーリング処理が挙げられる。従来、このアニーリング処理の効果の有用性を定量的に評価することができなかった。しかし、本発明を用いて、アニーリング処理前後の樹脂成形品内部の残留応力分布を導出することで、アニーリング処理による残留応力の変化を確認することができる。その結果、本発明によれば、アニーリング処理の効果の有用性を定量的に評価することができ、さらに、アニーリング処理の際の好ましい処理条件も容易に決定することができる。このように本発明によれば、二次加工の有用性を定量的に評価することができる。
【００７９】
残留応力が、樹脂成形品を使用するにあたり問題にならない、もしくは極力小さくなるように、使用する材料、形状、成形条件、成形品の二次加工等の樹脂成形品にかかわる設定を行うといった製品設計を精度良く行うことが可能となる。また、製品を使用するにあたり、製品の残留応力をもとに短期もしくは長期破壊解析を行うことにより、精度良く故障を未然に防ぐことが可能となる。
【実施例】
【００８０】
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００８１】
＜材料＞
ポリアセタール樹脂１：ＤＵＲＡＣＯＮ Ｍ９０−４４（ポリプラスチックス社製）
ポリアセタール樹脂２：ＤＵＲＡＣＯＮ Ｍ２５−４４（ポリプラスチックス社製）
ポリフェニレンサルファイド樹脂；ＦＯＲＴＲＯＮ ６５６５Ａ７（ポリプラスチックス社製）
シクロオレフィンコポリマー樹脂；ＴＯＰＡＳ ５０１３Ｓ−０４（ポリプラスチックス社製）
【００８２】
〔実施例１〕
上記ポリアセタール樹脂１、射出成形機ＳＥ１００Ｄ（住友重機械工業社製）を用いて、標準的な成形条件にて金型温度８０℃にて射出成形を行い、図６に示すような、樹脂成形品を作製した。図６（ａ）は斜視図であり、図６（ｂ）は底面図である。成形品の形状は上面が開放された直方体状であり、長さ８０ｍｍ、幅４０ｍｍ、高さ２０ｍｍ、厚み２ｍｍであった。
【００８３】
＜第一応力測定工程＞
第一応力測定工程は、第一穿孔深さを０に設定したため、歪み量が０になり、穿孔の際に樹脂成形品内部から開放される応力も０になる。
【００８４】
＜第二応力測定工程＞
図６（ｂ）に示すように、樹脂成形品底面のコーナー部には、図６（ｃ）に示すような、ドリル（「ＲＳ−２００」、Ｖｉｓｈａｙ社製）で穿孔するための穿孔部（図６（ｃ）中の中央部）を設け、穿孔部を囲むように設けられた三つの歪みゲージを一枚の基盤上に設置したゲージ（ひとつのゲージ長２ｍｍ（ひずみゲージ全体の半径Ｄ＝５．１３ｍｍ）、「ＦＲＳ−２−１１」、東京測器研究所社製）を設置する。歪みゲージをデータロガー（「ＵＣＡＭ−６０Ｂ」、共和電業社製）に接続し、厚み方向に０．２ｍｍ穿孔した際に樹脂成形品から開放される応力を測定した。開放される応力は、−７．２ＭＰａであった。なお、穿孔径は１．７ｍｍであった。
【００８５】
＜残留応力算出工程＞
樹脂成形品を穿孔することにより応力が開放される。したがって、穿孔前は、樹脂成形品から開放される応力がゼロである。−７．２ＭＰａ−０ＭＰａ＝−７．２ＭＰａが、厚み方向に０．１ｍｍ位置での残留応力として得られる。
【００８６】
＜第三応力測定工程＞
第二応力測定工程に続いて、第二応力測定工程と同様の方法で、さらに厚み方向に０．２ｍｍ穿孔した。この穿孔により樹脂成形品から開放される応力は、−９．７ＭＰａであった。
【００８７】
＜第二残留応力算出工程＞
−９．７ＭＰａ−（−７．２ＭＰａ）＝−２．５ＭＰａが、厚み方向に０．３ｍｍの位置での残留応力として得られる。
【００８８】
＜第四応力測定工程＞
第三応力測定工程に続いて、第二応力測定工程と同様の方法で、さらに厚み方向に０．２ｍｍ穿孔した。この穿孔により樹脂成形品から開放される応力は、−１０．９ＭＰａであった。
【００８９】
＜第三残留応力算出工程＞
−１０．９ＭＰａ−（−９．７ＭＰａ）＝−１．２ＭＰａが、厚み方向に０．５ｍｍの位置での残留応力として得られる。
【００９０】
＜第五応力測定工程＞
第四応力測定工程に続いて、第二応力測定工程と同様の方法で、さらに厚み方向に０．２ｍｍ穿孔した。この穿孔により樹脂成形品から開放される応力は、−９．７ＭＰａであった。
【００９１】
＜第四残留応力算出工程＞
−９．７ＭＰａ−（−１０．９ＭＰａ）＝１．２ＭＰａが、厚み方向に０．７ｍｍの位置での残留応力として得られる。
【００９２】
＜第六応力測定工程＞
第四応力測定工程に続いて、第二応力測定工程と同様の方法で、さらに厚み方向に０．２ｍｍ穿孔した。この穿孔により樹脂成形品から開放される応力は、−８．０ＭＰａであった。
【００９３】
＜第五残留応力算出工程＞
−８．０ＭＰａ−（−９．７ＭＰａ）＝１．７ＭＰａが、厚み方向に０．９ｍｍの位置での残留応力として得られる。
【００９４】
＜第七応力測定工程＞
第五応力測定工程に続いて、第二応力測定工程と同様の方法で、さらに厚み方向に０．２ｍｍ穿孔した。この穿孔により樹脂成形品から開放される応力は、−６．９ＭＰａであった。
【００９５】
＜第六残留応力算出工程＞
−６．９ＭＰａ−（−８．０ＭＰａ）＝１．１ＭＰａが、厚み方向に１．１ｍｍの位置での残留応力として得られる。
【００９６】
＜第八応力測定工程＞
第四応力測定工程に続いて、第二応力測定工程と同様の方法で、さらに厚み方向に０．２ｍｍ穿孔した。この穿孔により樹脂成形品から開放される応力は、−５．２ＭＰａであった。
【００９７】
＜第七残留応力算出工程＞
−５．２ＭＰａ−（−６．９ＭＰａ）＝１．７ＭＰａが、厚み方向に１．３ｍｍの位置での残留応力として得られる。
【００９８】
＜第九応力測定工程＞
第四応力測定工程に続いて、第二応力測定工程と同様の方法で、さらに厚み方向に０．２ｍｍ穿孔した。この穿孔により樹脂成形品から開放される応力は、−３．５ＭＰａであった。
【００９９】
＜第八残留応力算出工程＞
−３．５ＭＰａ−（−５．２ＭＰａ）＝１．７ＭＰａが、厚み方向に１．５ｍｍの位置での残留応力として得られる。
【０１００】
＜第十応力測定工程＞
第四応力測定工程に続いて、第二応力測定工程と同様の方法で、さらに厚み方向に０．２ｍｍ穿孔した。この穿孔により樹脂成形品から開放される応力は、−１．７ＭＰａであった。
【０１０１】
＜第九残留応力算出工程＞
−１．７ＭＰａ−（−３．５ＭＰａ）＝１．８ＭＰａが、厚み方向に１．７ｍｍの位置での残留応力として得られる。
【０１０２】
＜第十一応力測定工程＞
第四応力測定工程に続いて、第二応力測定工程と同様の方法で、さらに厚み方向に０．２ｍｍ穿孔した。この穿孔により樹脂成形品から開放される応力は、−４．８ＭＰａであった。
【０１０３】
＜第十残留応力算出工程＞
−４．８ＭＰａ−（−１．７ＭＰａ）＝−３．１ＭＰａが、厚み方向に１．９ｍｍの位置での残留応力として得られる。
【０１０４】
以上の孔あけ法により得られる残留応力、穿孔により樹脂成形品から開放された応力の結果を図７に示した。残留応力を四角で表し、穿孔により樹脂成形品から開放される応力を菱形で表した。
【０１０５】
また、図７に示された残留応力分布が適切な残留応力分布であるか否かを評価するために、上記残留応力分布の導出の際に用いた樹脂成形品と同じ樹脂成形品を用いて、塩酸クラック法による残留応力の測定を行った。成形品の内側コーナー部から底面上を長辺中心方向およそ２ｍｍの箇所（図６（ａ）のＡ部）にクラックが入り、クラック位置での残留応力はおよそ１２ＭＰａと判定された。この結果は、これまでに他の方法で求められた値と比較して、上記残留応力分布の厚み方向に０．１ｍｍの位置での残留応力と比較的近い値である。したがって、本発明を用いることで、既存残留応力算出法との整合性が得られるとともに、本発明では、樹脂成形品内部の残留応力の分布まで容易に導出できることが確認された。
【０１０６】
〔実施例２〕
金型温度を５０℃に変更した以外は、実施例１と同様の条件（成形品形状、測定位置、手法を同様とする）で、厚み方向に１ｍｍまでの残留応力分布を導出した。測定個数を３とした平均値を求め、導出結果を図８に示した（図８中の実線）。
【０１０７】
〔実施例３〕
実施例１と同様の条件（金型温度、成形品形状、測定位置、手法を同様とする）で残留応力分布を導出した。測定個数を３とした平均値を求め、導出結果を図８に示した（図８中の点線）。
【０１０８】
〔実施例４〕
金型温度を１２０℃に変更した以外は、実施例２と同様の条件（成形品形状、測定位置、手法を同様とする）で残留応力分布を導出した。測定個数を３とした平均値を求め、導出結果を図８に示した（図８中の二点鎖線）。
【０１０９】
実施例２から４の結果から明らかなように、金型温度の条件毎に残留応力分布が得られる。本発明を用いて、上記のように成形条件による残留応力分布の違いを評価することで、適切な成形条件を容易に決定できることが確認された。
【０１１０】
〔実施例５〕
測定する樹脂成形品を平板（縦８０ｍｍ、横８０ｍｍ、厚み２ｍｍ）の中央部（縦４０ｍｍ、横４０ｍｍの地点）に変更した以外は、実施例１と同様の方法で、厚み方向に１ｍｍまでの残留応力分布を導出した。導出結果を図９に示した（図９中の実線）。
【０１１１】
実施例１の結果（図９中の点線）と実施例５の結果（図９中の実線）との比較から明らかなように本発明を用いれば、成形品の穿孔位置による残留応力分布の違いも適切に評価できることが確認された。
【０１１２】
〔実施例６〕
実施例５で用いた平板形状の樹脂成形品を１２０℃の条件でアニーリング処理を施した後に穿孔した以外は、実施例５と同様の方法で残留応力分布を導出した。導出結果を図１０に示した（図１０中の点線）。なお、図１０には参考のために実施例７の結果についても示した（図１０中の実線）。
【０１１３】
これらの結果から明らかなように、本発明によりアニーリング処理の前後で残留応力分布を導出することでアニーリング処理の効果を定量的に評価できることが確認された。
【０１１４】
〔実施例７〕
実施例５で用いた平板形状の樹脂成形品をポリフェニレンサルファイド樹脂に変更した以外は、実施例５と同様の方法で残留応力分布を導出した。導出結果を図１１に示した。なお、残留応力が異方性を有しているため、最大主応力（図１１中の実線）と最小主応力（図１１中の点線）を図１１に示した。
【０１１５】
〔実施例８〕
実施例５で用いた平板形状の樹脂成形品をシクロオレフィンコポリマー樹脂に変更した以外は、実施例５と同様の方法で残留応力分布を導出した。導出結果を図１２に示した。
【０１１６】
〔実施例９〕
ポリアセタール樹脂２を用いて、金属製角ピンをインサートして射出成形を行い、図１３に示すような、樹脂成形品を作製した。図１３中の網掛け部分には図６（ｃ）に示したゲージを設置した。成形品の形状は縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、高さ２５ｍｍであった。成形品形状、成形品の材料を変更した以外は実施例１と同様の方法で残留応力分布を導出した。導出結果を図１４に示した。図１４中の四角のプロットは最大主応力を表し、菱形のプロットは最小主応力を表す。
【０１１７】
実施例７から９の結果から明らかなように、本発明はガラスファイバー等の強化材や無機フィラー、その他各種添加剤の有無や材料樹脂を問わず、任意の残留応力分布の様式で、異方性を持つ残留応力分布を定量的に評価できることが確認された。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂成形品を所定の方向に穿孔したときの、前記樹脂成形品の表面の歪み量の変化を測定することで、前記樹脂成形品の内部の前記所定の方向における所定の位置での残留応力を算出することを特徴とする樹脂成形品の残留応力算出方法。
【請求項２】
樹脂成形品において厚み方向における前記樹脂成形品の内部の所定の位置での残留応力を算出する残留応力算出方法であって、
前記樹脂成形品には、前記厚み方向に垂直な面に、前記樹脂成形品を厚み方向に穿孔するための穿孔部と、前記穿孔したときに前記垂直な面に発生する歪を測定するための歪測定部とを設け、
前記穿孔部を前記厚み方向に、所定の第一穿孔深さまで穿孔したときの、前記樹脂成形品の歪み量を前記歪測定部で測定し、得られた歪み量から前記穿孔により前記樹脂成形品に発生する第一の応力を測定する第一応力測定工程と、
前記穿孔部を前記厚み方向に、所定の第二穿孔深さまで穿孔したときの、前記樹脂成形品の歪み量を前記歪測定部で測定し、得られた歪み量から前記穿孔により前記樹脂成形品に発生する第二の応力を測定する第二応力測定工程と、
前記第二の応力から前記第一の応力を差し引くことにより得られる差分を、第一穿孔深さと第二穿孔深さとの中間深さにおける残留応力として算出する残留応力算出工程と、を備えることを特徴とする残留応力算出方法。
【請求項３】
前記樹脂成形品の前記所定の厚みが１．２×穿孔径以下であることを特徴とする請求項２に記載の残留応力算出方法。
【請求項４】
前記樹脂成形品が前記厚み方向に対称な形状であることを特徴とする請求項２又は３に記載の残留応力算出方法。
【請求項５】
前記歪み量の測定を、前記樹脂成形品の表面の変形をもとにした画像解析により行うことを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の残留応力算出方法。
【請求項６】
前記樹脂成形品が前記歪み量を測定する位置が平坦でない樹脂成形品であり、
前記歪み量の測定を三次元画像解析により行うことを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の残留応力算出方法。
【請求項７】
前記樹脂成形品は穿孔することが困難な形状であり、
前記樹脂成形品を穿孔する前に、該樹脂成形品を穿孔可能な状態に加工する加工工程を備え、
前記加工工程の際の樹脂成形品の表面の歪み量を測定し、
前記樹脂成形品を穿孔したときに測定する歪み量に前記加工工程の際の歪み量を加算したものを、前記樹脂成形品の内部の前記所定の方向における所定の位置での残留応力を求めるのに用いることを特徴とする請求項２から６のいずれかに記載の残留応力算出方法。
【請求項８】
所定の厚みを有する樹脂成形品の厚み方向における前記樹脂成形品の内部の残留応力分布を導出する残留応力分布導出方法であって、
請求項２から７のいずれかに記載の方法で残留応力を算出した後に、前記第二穿孔深さから所定の第三穿孔深さまでさらに穿孔し、前記第一応力測定工程と同様にして、前記樹脂成形品に発生する第三の応力を測定する第三応力測定工程と、
前記第三の応力から前記第二の応力を差し引くことにより得られる差分を、前記第二穿孔深さと前記第三穿孔深さとの中間深さにおける第二の残留応力として算出する第二残留応力算出工程と、を備えることを特徴とする残留応力分布導出方法。
【請求項９】
請求項８に記載の残留応力分布導出方法後に行う残留応力分布導出方法であって、
第三の残留応力以降は、符号ｎを４以上の自然数として、第（ｎ−１）穿孔深さから所定の第ｎ穿孔深さまでさらに穿孔し、前記第一応力測定工程と同様にして、前記樹脂成形品に発生する第ｎの応力を測定する第ｎ応力測定工程と、
前記第ｎの応力から第（ｎ−１）の応力を差し引くことにより得られる差分を、前記第（ｎ−１）穿孔深さと前記第ｎ穿孔深さとの中間深さにおける第（ｎ−１）の残留応力として算出する第（ｎ−１）残留応力算出工程と、を備え、第一残留応力算出工程から第（ｎ−１）残留応力算出工程を順次行うことを特徴とする残留応力分布導出方法。
【請求項１０】
第一残留応力算出工程から第ｎ残留応力算出工程において、各々の第ｎ応力測定工程（符号ｎは１からｎの自然数）の前記穿孔の際の前記厚み方向の穿孔長さが等しいことを特徴とする請求項８又は９に記載の残留応力分布導出方法。
【請求項１１】
請求項１から７に記載の残留応力算出方法により算出された残留応力が所望の値以下となるように製品設計を行うことを特長とする樹脂成形品設計法。
【請求項１２】
請求項１から７に記載の残留応力算出方法により算出された残留応力をもとに短期もしくは長期破壊解析を行うことを特徴とする故障解析法。
【請求項１】
樹脂成形品を所定の方向に穿孔したときの、前記樹脂成形品の表面の歪み量の変化を測定することで、前記樹脂成形品の内部の前記所定の方向における所定の位置での残留応力を算出することを特徴とする樹脂成形品の残留応力算出方法。
【請求項２】
樹脂成形品において厚み方向における前記樹脂成形品の内部の所定の位置での残留応力を算出する残留応力算出方法であって、
前記樹脂成形品には、前記厚み方向に垂直な面に、前記樹脂成形品を厚み方向に穿孔するための穿孔部と、前記穿孔したときに前記垂直な面に発生する歪を測定するための歪測定部とを設け、
前記穿孔部を前記厚み方向に、所定の第一穿孔深さまで穿孔したときの、前記樹脂成形品の歪み量を前記歪測定部で測定し、得られた歪み量から前記穿孔により前記樹脂成形品に発生する第一の応力を測定する第一応力測定工程と、
前記穿孔部を前記厚み方向に、所定の第二穿孔深さまで穿孔したときの、前記樹脂成形品の歪み量を前記歪測定部で測定し、得られた歪み量から前記穿孔により前記樹脂成形品に発生する第二の応力を測定する第二応力測定工程と、
前記第二の応力から前記第一の応力を差し引くことにより得られる差分を、第一穿孔深さと第二穿孔深さとの中間深さにおける残留応力として算出する残留応力算出工程と、を備えることを特徴とする残留応力算出方法。
【請求項３】
前記樹脂成形品の前記所定の厚みが１．２×穿孔径以下であることを特徴とする請求項２に記載の残留応力算出方法。
【請求項４】
前記樹脂成形品が前記厚み方向に対称な形状であることを特徴とする請求項２又は３に記載の残留応力算出方法。
【請求項５】
前記歪み量の測定を、前記樹脂成形品の表面の変形をもとにした画像解析により行うことを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の残留応力算出方法。
【請求項６】
前記樹脂成形品が前記歪み量を測定する位置が平坦でない樹脂成形品であり、
前記歪み量の測定を三次元画像解析により行うことを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の残留応力算出方法。
【請求項７】
前記樹脂成形品は穿孔することが困難な形状であり、
前記樹脂成形品を穿孔する前に、該樹脂成形品を穿孔可能な状態に加工する加工工程を備え、
前記加工工程の際の樹脂成形品の表面の歪み量を測定し、
前記樹脂成形品を穿孔したときに測定する歪み量に前記加工工程の際の歪み量を加算したものを、前記樹脂成形品の内部の前記所定の方向における所定の位置での残留応力を求めるのに用いることを特徴とする請求項２から６のいずれかに記載の残留応力算出方法。
【請求項８】
所定の厚みを有する樹脂成形品の厚み方向における前記樹脂成形品の内部の残留応力分布を導出する残留応力分布導出方法であって、
請求項２から７のいずれかに記載の方法で残留応力を算出した後に、前記第二穿孔深さから所定の第三穿孔深さまでさらに穿孔し、前記第一応力測定工程と同様にして、前記樹脂成形品に発生する第三の応力を測定する第三応力測定工程と、
前記第三の応力から前記第二の応力を差し引くことにより得られる差分を、前記第二穿孔深さと前記第三穿孔深さとの中間深さにおける第二の残留応力として算出する第二残留応力算出工程と、を備えることを特徴とする残留応力分布導出方法。
【請求項９】
請求項８に記載の残留応力分布導出方法後に行う残留応力分布導出方法であって、
第三の残留応力以降は、符号ｎを４以上の自然数として、第（ｎ−１）穿孔深さから所定の第ｎ穿孔深さまでさらに穿孔し、前記第一応力測定工程と同様にして、前記樹脂成形品に発生する第ｎの応力を測定する第ｎ応力測定工程と、
前記第ｎの応力から第（ｎ−１）の応力を差し引くことにより得られる差分を、前記第（ｎ−１）穿孔深さと前記第ｎ穿孔深さとの中間深さにおける第（ｎ−１）の残留応力として算出する第（ｎ−１）残留応力算出工程と、を備え、第一残留応力算出工程から第（ｎ−１）残留応力算出工程を順次行うことを特徴とする残留応力分布導出方法。
【請求項１０】
第一残留応力算出工程から第ｎ残留応力算出工程において、各々の第ｎ応力測定工程（符号ｎは１からｎの自然数）の前記穿孔の際の前記厚み方向の穿孔長さが等しいことを特徴とする請求項８又は９に記載の残留応力分布導出方法。
【請求項１１】
請求項１から７に記載の残留応力算出方法により算出された残留応力が所望の値以下となるように製品設計を行うことを特長とする樹脂成形品設計法。
【請求項１２】
請求項１から７に記載の残留応力算出方法により算出された残留応力をもとに短期もしくは長期破壊解析を行うことを特徴とする故障解析法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
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【公開番号】特開２０１０−２４３３３５（Ｐ２０１０−２４３３３５Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９２５１０（Ｐ２００９−９２５１０）
【出願日】平成２１年４月６日（２００９．４．６）
【出願人】（３９０００６３２３）ポリプラスチックス株式会社 (302)
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月６日（２００９．４．６）
【出願人】（３９０００６３２３）ポリプラスチックス株式会社 (302)
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