(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象となる樹脂成形品に穿孔部を設け、前記穿孔部をドリルで穿孔する本穿孔工程の際に解放される解放歪量を測定し、得られる前記解放歪量から前記樹脂成形品の内部における残留応力を求める、穿孔法による残留応力測定方法であって、
前記本穿孔工程の前に、
前記樹脂成形品の表面に歪測定手段を設けた状態で、前記樹脂成形品の前記穿孔部を、前記表面から予備穿孔深さ位置まで前記ドリルを前進させて穿孔した後、前記ドリルを後退させて前記樹脂成形品から抜去する予備穿孔工程と、
前記予備穿孔工程が完了した時点で検出される第一歪量ε１と、前記予備穿孔工程が完了した後に歪量が安定するまで静置した時点またはそれ以降に検出される第二歪量ε２との差の絶対値である歪量差Δεが、５０μｓｔ以下となるように、前記本穿孔工程における前記ドリルの回転数および送り速度のうち少なくとも一方を設定する穿孔条件設定工程と、
を少なくとも行う、残留応力測定方法。
【請求項２】
前記穿孔条件設定工程は、２軸以上の多軸ゲージを用い、前記第一歪量ε１、前記第二歪量ε２および前記歪量差Δεを、前記多軸ゲージの軸ごとに求め、前記軸ごとに求められる歪量差Δεが、すべて５０μｓｔ以下となるように、前記本穿孔工程における前記ドリルの回転数および送り速度のうち少なくとも一方を設定する、請求項１に記載の残留応力測定方法。
【請求項３】
前記予備穿孔工程を行う間、前記穿孔部の温度を計測し、
前記穿孔条件設定工程では、前記温度が前記樹脂成形品を構成する樹脂のガラス転移温度以下となるように、前記本穿孔工程における前記ドリルの回転数および送り速度のうち少なくとも一方を設定する、請求項１または２に記載の残留応力測定方法。
【請求項４】
前記穿孔条件設定工程は、前記ドリルの回転数が１００ｒｐｍ以下となるように設定する、請求項１から３のいずれか１項に記載の残留応力測定方法。
【請求項５】
前記穿孔条件設定工程は、前記ドリルの送り速度が４．０ｍｍ／ｍｉｎ以下となるように設定する、請求項１から４のいずれか１項に記載の残留応力測定方法。
【請求項６】
前記穿孔部および前記歪測定手段は、前記樹脂成形品の厚さ方向に対して垂直な面に設け、
前記穿孔部は、前記予備穿孔工程で前記樹脂成形品を厚さ方向に穿孔するように構成し、かつ、
前記歪測定部は、前記穿孔条件設定工程で、前記厚さ方向に対して垂直に発生する、前記第一歪量ε１および前記第二歪量ε２を測定するように構成する、請求項１から５のいずれか１項に記載の残留応力測定方法。
【請求項７】
前記残留応力測定方法は、前記樹脂成形品の厚さ方向における内部残留応力を求める方法であり、
前記本穿孔工程は、
前記穿孔部を、前記厚さ方向に第一穿孔深さまで穿孔したときの、前記樹脂成形品における歪量を測定し、得られた歪量を用いて、前記第一穿孔深さまでの穿孔によって前記樹脂成形品に発生する第一応力を測定する第一応力測定工程と、
前記穿孔部を、前記厚さ方向に、前記第一穿孔深さと異なる第二穿孔深さまで穿孔したときの、前記樹脂成形品における歪量を前記歪測定部で測定し、得られた歪量を用いて、前記第二穿孔深さまでの穿孔によって前記樹脂成形品に発生する第二応力を測定する第二応力測定工程と、
前記第二応力から前記第一応力を差し引くことにより得られる差分を、前記第一穿孔深さと前記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、
を有する、請求項６に記載の残留応力測定方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の残留応力測定方法に用いられる残留応力測定装置であり、
前記残留応力測定装置は、前記ドリルを回動させて前記樹脂成形品を穿孔する穿孔手段と、前記樹脂成形品の歪量を検出する歪測定手段と、前記歪測定手段により検出された歪量を記録する記録手段と、を有し、
前記穿孔手段は、前記ドリルと、前記ドリルの中心軸を中心に回動させる回動部と、前記中心軸に前記穿孔部が位置するように前記樹脂成形品を固定する保持部と、前記回動部および前記保持部のうち少なくとも一方を前記ドリルの中心軸に沿って前進または後退させる駆動部と、を備える、残留応力測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂成形品の内部の残留応力を測定する、残留応力測定方法および残留応力測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、樹脂成形品の内部における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穿孔法や表層逐次除去法のほか、樹脂成形品を破壊しない方法である光弾性法などが知られている。【０００３】
このうち、穿孔法は、測定対象である樹脂成形品のうち、歪量を測定する部分の周辺に予め歪ゲージを貼り付け、樹脂成形品を厚さ方向に沿って穿孔した際の歪量の変化を測定して残留応力を測定する方法であり、板状製品もしくは３次元立体形状製品の平面部分における残留応力の測定に主に用いられている。しかし、穿孔部と歪量を測定する歪ゲージとの間には距離が生じるため、成形加工時に発生する残留応力を正確に測定することができない。【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量を測定して、残留応力を求める方法である。この方法では、樹脂成形品の面内だけでなく、肉厚方向の残留応力を測定することができる。【０００５】
しかし、表層逐次除去法では、測定対象となる樹脂成形品が、板状、パイプ状などの簡単な形状に限定される。また、表層逐次除去法は、歪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が、欠点として挙げられる。【０００６】
光弾性法は、偏光板で偏光させた光を透明な樹脂成形品に当てて、透過光の縞模様から残留応力を評価する方法であり、面内の残留応力を簡単に測定することができる。しかし、光弾性法は、肉厚方向についての残留応力を測定できないこと、不透明な樹脂成形品には適用できないことが、欠点として挙げられる。【０００７】
このように、樹脂成形品の内部の残留応力を測定する方法には、さらなる改善が求められている。そこで、特許文献１には、穿孔法を改良し、穿孔部を有する樹脂成形品の厚さ方向に、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って樹脂成形品に発生する第一応力を求め、次いで、穿孔部を上記厚さ方向に、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応力を求め、その後、第二応力から第一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、およその残留応力の値として算出する残留応力算出手法が開示されている。この残留応力算出手法では、使用する樹脂材料の種類によらず、より簡便に、所定の位置での残留応力を算出し、樹脂成形品内部の残留応力分布を求めることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−２４３３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載される穿孔法においても、測定誤差やバラつきを低減させて、測定精度を高める点において、さらに改善の余地がある。特に、同じ材料と同じ成形条件で製造された複数の樹脂成形品について、同じ個所の歪や残留応力の測定結果へのバラつきを低減させる点に、改善の余地があった。また、測定結果に基づき残留応力を低減させるための設計変更などを行った際の樹脂成形品の残留応力の測定値に、設計変更による影響が正しく反映されるようにする点でも、改善の余地があった。【００１０】
ここで、樹脂成形品に残留応力が存在すると、製品寿命の低下や成形後の変形などの不具合が生じるため、残留応力を正確に把握し、適切な設計変更などの対策を施す必要がある。しかし、精度の高い測定を行うことができない場合には、適切な対策を行うことが困難となる。【００１１】
本発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、樹脂成形品の所定の位置における内部の残留応力を、より精度よく測定することができるような残留応力測定方法、およびそのための測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、上述の課題を解決すべく検討したところ、穿孔法により、ドリルやエンドミルなどの工具を用いた切削加工によって穿孔を行う際に、工具の回転に伴う摩擦熱が生じることで、残留応力の測定精度が低下することを見出した。より具体的には、工具の回転に伴う摩擦熱によって、穿孔部周囲の樹脂が加熱もしくは溶融されることで樹脂成形品内の歪が解放されて残留応力が減少すること、または、樹脂の（再）結晶化もしくは架橋が促進されることで樹脂成形品内に歪が発生して残留応力が増加することにより、残留応力の測定精度が低下することを見出した。すなわち、上述した残留応力の測定結果のバラつきは、このような穿孔時の発熱および冷却の過程、ひいては歪の発生状態およびその変化が必ずしも一定ではないことに起因するものと考えられる。そこで本発明者は、下記によって穿孔法の穿孔時における発熱を抑制することで、上記課題を解決した。【００１３】
［１］測定対象となる樹脂成形品に穿孔部を設け、前記穿孔部をドリルで穿孔する本穿孔工程の際に解放される解放歪量を測定し、得られる前記解放歪量から前記樹脂成形品の内部における残留応力を求める、穿孔法による残留応力測定方法であって、前記本穿孔工程の前に、前記樹脂成形品の表面に歪測定手段を設けた状態で、前記樹脂成形品の前記穿孔部を、前記表面から予備穿孔深さ位置まで前記ドリルを前進させて穿孔した後、前記ドリルを後退させて前記樹脂成形品から抜去する予備穿孔工程と、前記予備穿孔工程が完了した時点で検出される第一歪量ε１と、前記予備穿孔工程が完了した後に歪量が安定するまで静置した時点またはそれ以降に検出される第二歪量ε２との差の絶対値である歪量差Δεが、５０μｓｔ以下となるように、前記本穿孔工程における前記ドリルの回転数および送り速度のうち少なくとも一方を設定する穿孔条件設定工程と、を少なくとも行う、残留応力測定方法。
［２］前記穿孔条件設定工程は、２軸以上の多軸ゲージを用い、前記第一歪量ε１、前記第二歪量ε２および前記歪量差Δεを、前記多軸ゲージの軸ごとに求め、前記軸ごとに求められる歪量差Δεが、すべて５０μｓｔ以下となるように、前記本穿孔工程における前記ドリルの回転数および送り速度のうち少なくとも一方を設定する、前記［１］に記載の残留応力測定方法。
［３］前記予備穿孔工程を行う間、前記穿孔部の温度を計測し、前記穿孔条件設定工程では、前記温度が前記樹脂成形品を構成する樹脂のガラス転移温度以下となるように、前記本穿孔工程における前記ドリルの回転数および送り速度のうち少なくとも一方を設定する、前記［１］または［２］に記載の残留応力測定方法。
［４］前記穿孔条件設定工程は、前記ドリルの回転数が１００ｒｐｍ以下となるように設定する、前記［１］から［３］のいずれか１項に記載の残留応力測定方法。
［５］前記穿孔条件設定工程は、前記ドリルの送り速度が４．０ｍｍ／ｍｉｎ以下となるように設定する、前記［１］から［４］のいずれか１項に記載の残留応力測定方法。
［６］前記穿孔部および前記歪測定部は、前記厚さ方向に対して垂直な面に設け、前記穿孔部は、前記予備穿孔工程で前記樹脂成形品を厚さ方向に穿孔するように構成し、かつ、前記歪測定部は、前記穿孔条件設定工程で、前記厚さ方向に対して垂直に発生する、前記第一歪量ε１および前記第二歪量ε２を測定するように構成する、前記［１］から［５］のいずれか１項に記載の残留応力測定方法。
［７］前記残留応力測定方法は、前記樹脂成形品の厚さ方向における内部残留応力を求める方法であり、前記本穿孔工程は、前記穿孔部を、前記厚さ方向に第一穿孔深さまで穿孔したときの、前記樹脂成形品における歪量を測定し、得られた歪量を用いて、前記第一穿孔深さまでの穿孔によって前記樹脂成形品に発生する第一応力を測定する第一応力測定工程と、前記穿孔部を、前記厚さ方向に、前記第一穿孔深さと異なる第二穿孔深さまで穿孔したときの、前記樹脂成形品における歪量を前記歪測定部で測定し、得られた歪量を用いて、前記第二穿孔深さまでの穿孔によって前記樹脂成形品に発生する第二応力を測定する第二応力測定工程と、前記第二応力から前記第一応力を差し引くことにより得られる差分を、前記第一穿孔深さと前記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、を有する、前記［６］に記載の残留応力測定方法。
［８］前記［１］から［７］のいずれか１項に記載の残留応力測定方法に用いられる残留応力測定装置であり、前記残留応力測定装置は、前記ドリルを回動させて前記樹脂成形品を穿孔する穿孔手段と、前記樹脂成形品の歪量を検出する歪測定手段と、前記歪測定手段により検出された歪量を記録する記録手段と、を有し、前記穿孔手段は、前記ドリルと、前記ドリルの中心軸を中心に回動させる回動部と、前記中心軸に前記穿孔部が位置するように前記樹脂成形品を固定する保持部と、前記回動部および前記保持部のうち少なくとも一方を前記ドリルの中心軸に沿って前進または後退させる駆動部と、を備える、残留応力測定装置。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、樹脂成形品の所定の位置における残留応力を、より精度よく測定することができる。このため、その影響を考慮した製品設計の変更を施すことが可能になり、それにより樹脂成形品の内部における残留応力の効果的な低減に繋げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、樹脂成形品における、残留応力を測定する方向に垂直な面を示す平面図であって、図１（ａ）は歪測定部および穿孔部の位置関係を示す図であり、図１（ｂ）は歪測定手段および穿孔部の位置関係を示す図である。
【図２】図２は、歪量の測定に用いられる各数値の位置関係を示す樹脂成形品の側面断面図であって、図２（ａ）は穿孔前の樹脂成形品を示す図であり、図２（ｂ）は穿孔後の樹脂成形品を示す図である。
【図３】図３は、実施例１における３軸歪ゲージの各軸についての歪量を測定した結果を示すグラフである。
【図４】図４は、実施例２における３軸歪ゲージの各軸についての歪量を測定した結果を示すグラフである。
【図５】図５は、比較例１における３軸歪ゲージの各軸についての歪量を測定した結果を示すグラフである。
【図６】図６は、比較例２における３軸歪ゲージの各軸についての歪量を測定した結果を示すグラフである。
【図７】図７（ａ）および図７（ｂ）は、実施例２における樹脂成形品の穿孔部の断面における微細構造を撮影した偏光顕微鏡写真であり、このうち、図７（ｂ）は、図７（ａ）の枠囲い部を拡大した写真である。
【図８】図８（ａ）および図８（ｂ）は、比較例３における樹脂成形品の穿孔部の断面における微細構造微細構造を撮影した偏光顕微鏡写真であり、このうち、図８（ｂ）は、図８（ａ）の枠囲い部を拡大した写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
本実施の形態では、測定対象となる樹脂成形品に穿孔部を設け、穿孔部をドリルで穿孔した際に歪が解放されることで生じる、樹脂成形品の表面における歪量の変化（穿孔によって解放される歪量）を歪測定手段で測定し、この歪量の変化を応力に換算することで、樹脂成形品の内部における所定の位置での残留応力を求める。ここで、残留応力を測定する前に、樹脂成形品を表面から予備穿孔深さ位置までドリルを前進させて穿孔した後、ドリルを後退させて樹脂成形品から抜去する予備穿孔工程と、予備穿孔工程が完了した時点で検出された第一歪量ε１と、予備穿孔工程が完了した後に第一歪量ε１が安定するまで静置した時点またはそれ以降に検出された第二歪量ε２との差の絶対値である歪量差Δεが、５０μｓｔ以下となるように、ドリルの回転数およびドリルの送り速度を設定する穿孔条件設定工程を、少なくとも行うことを特徴としている。これにより、ドリルの発熱による、穿孔部周辺にある樹脂の歪の発生状態や、その変化への影響が抑制されるため、樹脂成形品の残留応力を精度よく測定することができる。以下では、先ず、樹脂成形品について説明する。
【００１８】
＜樹脂成形品＞
本実施の形態の樹脂成形品（以下、単に「成形品」ともいう）は、残留応力の測定対象となるものであり、所定の厚さを有する。この樹脂成形品には、歪測定部および穿孔部を設ける。好ましくは、穿孔部および歪測定部は、それぞれ樹脂成形品の厚さ方向に対して垂直な面に設け、穿孔部は、樹脂成形品を厚さ方向に穿孔するように構成され、かつ、歪測定部は、この穿孔によって樹脂成形品内部の応力が解放されることにより生じる歪量（以下、「解放歪量」ともいう）を測定するように構成される。また、歪測定部は、後述する穿孔条件設定工程において、厚さ方向に対して垂直に発生する、第一歪量ε１および第二歪量ε２を測定するように構成される。
【００１９】
本実施の形態は、樹脂成形品が結晶性熱可塑性樹脂の射出成形品である場合に、特に効果的である。射出成形により熱可塑性樹脂を成形する際には、一般に成形品の表面付近では冷却が速く進み、成形品の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、成形品の内部では、溶融樹脂が先に固化した成形品の表面付近の樹脂の収縮により引っ張られながら固化するため、引張応力が発生する。一方、成形品の表面付近では、固化した後の樹脂が、成形品の内部にある溶融樹脂が固化する際の収縮により引っ張られるため圧縮応力が発生する。
【００２０】
実際の樹脂成形品においては、その形状や成形条件など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が、応力の種類や分布状態がどのようになっているのか、樹脂成形品の内部について、所定の領域での残留応力分布を正確に把握し、また、所定の位置での残留応力を正確に把握することができれば、それに起因する成形品の変形や破壊をより正確に予測することで、その対策に繋げることができる。
【００２１】
本実施の形態に用いる樹脂成形品は、所定の厚さを有する。ここで、本実施の形態は、樹脂成形品の内部における、上記厚さ方向に関する所定の位置（便宜的には、後述する穿孔部と歪測定部により特定される領域を指す。すなわち、厚さ方向の位置は穿孔部における孔の底部により特定され、表面方向の位置は歪測定部、例えば歪測定手段の中心部により特定される）での残留応力と、厚さ方向に関する所定の領域での残留応力分布を求める。
【００２２】
どのような樹脂成形品であっても、全ての方向について厚さを持つが、厚さ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さ方向に設定することができる。
【００２３】
図１は、ｚ方向に延びる所定の厚さを有する樹脂成形品の、残留応力を測定する方向と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としては、図１（ａ）に示すように、厚さ方向と垂直な面に、樹脂成形品を厚さ方向に穿孔するための穿孔部と、穿孔したときにこの厚さ方向に垂直な面に発生する歪量を測定するための歪測定部とを備えたものを例示することができる。
【００２４】
図１では、穿孔部は、上記厚さ方向と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厚さ方向と垂直な面から、厚さ方向（図１の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などをつける必要はない。また、穿孔部は、上記厚さ方向と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。
【００２５】
図１では、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、厚さ方向に沿って穿孔された際に、穿孔によって解放される応力により発生する歪の量を測定する。ここで、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、上述のとおり穿孔によって解放される応力により発生する歪量を測定するものであるため、測定感度の面から、できるだけ穿孔部と歪測定部を近接させつつ、樹脂成形品の形状や穿孔に用いる装置や工具のサイズなどを考慮して、穿孔時の作業性を損なわない範囲で、穿孔部の周囲に歪測定部を配置すればよい。また、歪測定部の異方的な残留応力を定量的に評価でき、特に、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２箇所以上の歪測定部で囲うことが好ましく、歪測定の精度およびデータ処理の簡便さの点から、３箇所の歪測定部で囲うことがより好ましい。
【００２６】
樹脂成形品の厚さは、穿孔径（孔の直径）の１．２倍以下であることが好ましい。これにより、測定される残留応力を、より正確にすることができる。また、従来の方法では、厚さが穿孔径の１．２倍以下（３軸ロゼットタイプ歪ゲージにおける穿孔部の孔径の１．２倍以下）のような薄い樹脂成形品の厚さ方向の残留応力を測定することはＡＳＴＭでの保証範囲外であり、実質上正確に求めることが困難であった。これに関し、本実施の形態によれば、上記のような非常に薄い厚さの樹脂成形品であっても、厚さ方向の残留応力を正確に求めることができる。
【００２７】
樹脂成形品の厚さを所定の厚さ以下にすることで、得られる残留応力の値は、より正確なものになる。なお、厚さ方向（ｚ方向）の中央を対象軸とする線対称な形状を有し、厚さ方向の長さがＬｚの樹脂成形品であれば、表面から（１／２）Ｌｚの厚さ位置までの残留応力分布を求めることで、厚さ方向の長さＬｚの全体についての残留応力分布を求めてもよい。これは、樹脂成形品が厚さ方向（ｚ方向）の中央を対象軸とする線対称な形状を有していれば、残留応力分布も同様に線対称になるためである。
【００２８】
本実施の形態で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、核剤、カーボンブラック、無機焼成顔料などの顔料や、ガラスファイバーなどの強化材、タルクなどの無機フィラー、酸化防止剤、安定剤、可塑剤、滑剤、離型剤及び難燃剤など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。
【００２９】
このように、本実施の形態は、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、複数の樹脂材料で同じ方法で残留応力を求めて比較することで、樹脂材料による残留応力の差をより正確に評価することができる。
【００３０】
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よいが、残留応力が発生しやすい射出成形法により成形された樹脂成形品が、特に効果的である。また、本発明に用いる樹脂成形品は、所望の条件で成形されたものを用いることができる。
【００３１】
樹脂成形品は、表面に穿孔部と歪測定部を設けられるものであればよく、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たり複合化されていたりしてもよい。また、樹脂成形品は、平面状、湾曲状、屈折状などの形状が組み合わさった形状であってもよく、どのような形状であってもよい。
【００３２】
樹脂成形品は、歪測定手段によって、樹脂成形品の歪量を検出できるようにした後、後述する残留応力の測定において、穿孔部をドリルで穿孔するように構成される。その一例として、樹脂成形品の歪測定部の表面に歪測定手段である歪ゲージを貼り付けることで設けた後、後述する残留応力の測定において、穿孔部をドリルで穿孔するように構成される。ここで、歪測定手段としては、歪ゲージを用いることが好ましく、２軸以上の多軸ゲージ（例えばロゼットタイプの３軸歪ゲージなど）を用いることがより好ましい。歪測定手段は、樹脂成形品の歪測定部のそれぞれの表面に貼り付けることが好ましい。
【００３３】
＜樹脂成形品に対する残留応力の測定＞
本発明の残留応力測定方法は、解放歪量を測定するために穿孔部をドリルで穿孔する本穿孔工程の前に、樹脂成形品の表面に歪測定手段を設けた状態で、樹脂成形品の穿孔部を、樹脂成形品の表面から予備穿孔深さ位置までドリルを前進させて穿孔した後、ドリルを後退させて樹脂成形品から抜去する予備穿孔工程と、予備穿孔工程が完了した時点で検出される第一歪量ε１と、予備穿孔工程が完了した後に歪量が安定するまで静置した時点またはそれ以降に検出された第二歪量ε２との差の絶対値である歪量差Δεが、５０μｓｔ以下となるように、前記本穿孔工程におけるドリルの回転数および送り速度のうち少なくとも一方を穿孔条件として設定する穿孔条件設定工程と、を少なくとも有する。このように設定される穿孔条件で本穿孔工程における穿孔を行うことで、穿孔時の発熱による樹脂の結晶化や歪の状態への影響が抑制されるため、樹脂成形品の内部における残留応力を精度よく測定することができる。
【００３４】
本発明で用いられるドリルは、一般的な穿孔に用いるいわゆるドリルのみを指すものではなく、エンドミルなどのフライスであってもよく、ボール盤やフライス盤、マシニングセンタなどを用いて、樹脂成形品の穿孔に用いられる工具であれば、特に限定されない。ドリルは、樹脂成形品に対する刃の回動による切削や研削によって穿孔する工具であることから、穿孔する際に発熱や加圧が生じやすい。上述のとおり、この穿孔時の発熱や加圧が、樹脂成形品の結晶化や歪の状態、ひいては残留応力に影響を及ぼすことで、残留応力の測定精度を低下させうるため、本発明ではそのような残留応力への影響を抑える観点から、予備穿孔工程および穿孔条件設定工程を行う。
【００３５】
以下、本発明の残留応力測定方法における予備穿孔工程および穿孔条件設定工程について説明する。
【００３６】
［予備穿孔工程］
予備穿孔工程は、樹脂成形品の穿孔部を、ドリルを所定の回転数と送り速度にて回転および前進させて、樹脂成形品の表面から予備穿孔深さ位置まで穿孔してから、ドリルを後退させて、ドリルを孔から抜去する工程である。ここで、予備穿孔工程でドリルを前進させて穿孔する際、ドリルを一定の送り速度で前進させて穿孔することが好ましい。また、予備穿孔工程で穿孔する予備穿孔深さ位置は、樹脂成形品の表面から０．０１ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下の範囲の深さ位置にあることが好ましく、樹脂成形品の表面から０．０５ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下の深さ位置にあることが更に好ましく、樹脂成形品の表面から０．１０ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下の深さ位置にあることが特に好ましい。また、ドリルを孔から抜去する際、ドリルは穿孔時と同じ回転方向に回転させてもよく、逆回転させてもよく、停止させていてもよい。その中でも、樹脂に余計な荷重が加わることによる歪量への影響を最小化する観点では、ドリルを孔から抜去する際は、穿孔する際の送り速度と同じ速度でドリルを後退させることが好ましい。このとき、穿孔時とは逆方向に、穿孔時と同じ回転数と同じ送り速度で回転させながら後退させることがより好ましい。
【００３７】
以下、図を用いて、予備穿孔工程の一例について詳細に説明する。
【００３８】
図２（ａ）には、穿孔前の樹脂成形品を示す。ここで、樹脂成形品１は、ｚ方向に沿った長さＬｚを有し、ｘ−ｙ断面が半径Ｒの円となる円柱の形状を有する。樹脂成形品１の上端面１１は、図１（ｂ）に示すように、半径Ｒの円形になっている。この上端面１１には、穿孔部１１１と歪測定手段１１２、１１２、１１２が設けられている。
【００３９】
穿孔部１１１は、図２（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、後述するとおり、厚さ方向（ｚ方向）に沿って穿孔される部分である。なお、穿孔部１１１の形状、大きさなどは特に限定されず、所望の形状、大きさに適宜変更することができる。
【００４０】
ここで、歪測定手段として３軸ロゼットタイプの歪ゲージを用いる場合、各軸について歪を測定する歪測定手段１１２、１１２、１１２は、図１（ｂ）に示すように、穿孔部１１１の周囲に、例えば９０°、１３５°、１３５°の間隔で設けられる。ここで、歪測定手段１１２、１１２、１１２は、上記穿孔部１１１を厚さ方向（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（長さ（Ｒ−ｒ）の部分）の歪量を測定することが可能なように構成される（以下、長さ（Ｒ−ｒ）の部分を「歪量を測定する部分」という場合がある）。本実施形態において、歪測定手段１１２、１１２、１１２は、歪測定部に設けられる。歪測定部は、上記のような歪測定手段に限定されず、穿孔部１１１を穿孔した際に生じる上端面１１の歪量を測定することが可能な、他の歪測定手段であってもよい。
【００４１】
他の歪測定手段としては、例えば、樹脂成形品の表面の変形を画像解析することにより歪量を算出するコリレーションシステムなどを用いて、間接的に歪量を測定する方法であってもよい。また、歪量を測定する位置が平坦でない場合には、従来公知の三次元画像解析手段を歪測定手段として用いてもよい。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次元の測定を行うことが可能である。
【００４２】
図２（ｂ）は、予備穿孔工程において穿孔した後の樹脂成形品の断面図を示す。図２（ｂ）では、予備穿孔工程で、穿孔部１１１を厚さ方向（ｚ方向）に穿孔深さｚ２まで穿孔した例を示す。
【００４３】
ここで、一定の送り速度でドリルを前進させて穿孔し、かつ、穿孔する際の送り速度と同じ速度でドリルを後退させて孔から抜去する場合、予備穿孔工程が完了する時点（ドリルが成形品の孔から脱離して抜去される時点）は、穿孔深さをドリルの送り速度で除してドリルの前進時間を算出し、これを２倍することでドリルの後退時間を含めた穿孔時間を求め、予備穿孔工程における穿孔を開始する時点から、当該穿孔時間が経過する時点を、予備穿孔工程の完了時点として把握することができる。また、ドリルで穿孔を行う場合、穿孔中はドリルの振動などの影響によって歪測定手段の検出値が大きく変動することが多いため、歪測定手段の検出値を経時的に記録した結果から、データの変動幅が大きく不安定となっている領域の開始時点と終了時点をもとに、穿孔開始時点と穿孔完了時点を読み取ることでこれらを把握してもよい。
【００４４】
上記の穿孔を行うには、ドリルと、当該ドリルの中心軸を中心に回動させる回動部と、ドリルの中心軸に穿孔部が位置するように、樹脂成形品を固定する保持部と、回動部および保持部のうち少なくとも一方を、ドリルの中心軸に沿って前進または後退させる駆動部とを備える穿孔装置を用いることができ、後述する残留応力測定装置と同じ装置を用いることが好ましい。
【００４５】
［穿孔条件設定工程］
穿孔条件設定工程は、予備穿孔工程が完了した時点で歪測定手段により検出される第一歪量ε１を求めた後、歪測定手段による歪量の測定を継続したまま樹脂成形品を静置し、検出される歪量が安定した時点またはそれ以降に検出される第二歪量ε２を求めて、これら第一歪量ε１および第二歪量ε２の差の絶対値である歪量差Δεを算出し、この歪量差Δεが５０μｓｔ以下となるように、後述する本穿孔工程におけるドリルの回転数および送り速度のうち少なくとも一方を設定する工程である。これにより、樹脂成形品の結晶化や歪の状態に影響を及ぼしうる発熱や加圧を抑えた穿孔条件にて穿孔を行うことが可能になるため、後述する本穿孔工程において、残留応力を精度よく測定することができる。
【００４６】
ここで、樹脂成形品の表面から予備穿孔深さ位置までの間に残留していた樹脂成形品の内部歪は、穿孔条件設定工程で当該穿孔深さまで穿孔した時点で解放され、予備穿孔穿孔工程が完了した時点の第一歪量ε１として検出される。そして、穿孔後の樹脂成形品に付加的に熱や荷重を与えなければ、穿孔後の樹脂成形品の歪量は安定するはずなので、本来ならば穿孔完了時点で測定される第一歪量ε１は、穿孔完了後に静置してから測定される第二歪量ε２と同等になる（歪量差Δεはゼロに近くなる）ものと考えられる。しかし、ドリルの回転数が過剰に高かったり、ドリルの送り速度が過剰に速かったりすると、樹脂成形品の穿孔部にドリルとの摩擦による発熱が生じたり、樹脂成形品がドリルにより加圧されたりするため、樹脂成形品の結晶化や歪の状態がその影響を受けることとなる。特に、発熱により穿孔部の樹脂が溶融する場合、その冷却固化の過程で歪量が大きく変化するため、穿孔完了時点の第一歪量ε１と静置後の第二歪量ε２の差の絶対値である歪量差Δεが大きくなりうる。
【００４７】
このような場合、穿孔部における歪量の変化によって残留応力の測定に誤差が生じるため、本穿孔工程における穿孔によって上述のような発熱や加圧が生じないように、すなわち歪量差Δεが小さくなるように、より具体的には歪量差Δεが５０μｓｔ以下になるように、穿孔条件（ドリルの回転数および送り速度のうち少なくとも一方）を設定する必要がある。ここで、歪量差Δεは、好ましくは４０μｓｔ以下であり、より好ましくは３０μｓｔ以下であり、さらに好ましくは２０μｓｔ以下である。
【００４８】
穿孔条件設定工程における第一歪量ε１および第二歪量ε２の測定は、歪測定手段によって行われる。歪測定手段としては、穿孔条件を設定した後、樹脂成形品の内部における残留応力を測定する際に用いられるものと同じ歪測定手段を用いてもよい。
【００４９】
図２（ｂ）を一例に説明すると、上述の予備穿孔工程における穿孔によって、歪量を測定する部分における長さ（Ｒ−ｒ）は、実際には（Ｒ−ｒ＋δｒ２）になるため、歪量δｒ２の歪みが生じる。この歪量δｒ２を、上記歪測定手段１１２、１１２、１１２を用いて測定する。ここで、歪量δｒ２の測定は、予備穿孔工程が完了した時点で第一歪量ε１の測定を行い、その後、検出される歪量が安定した時点またはそれ以降に第二歪量ε２の測定を行う。そして、これら第一歪量ε１および第二歪量ε２の差の絶対値である、歪量差Δεを求めることができる。
【００５０】
このとき、上述したように、歪測定手段としては、２軸以上の多軸ゲージを用いるなど、穿孔部の周囲に歪ゲージを複数設置することが好ましく、この場合、穿孔条件設定工程は、上記の第一歪量ε１、第二歪量ε２、およびそれらの差の絶対値である歪量差Δεを、歪ゲージごとに（多軸ゲージの場合は軸ごとに）それぞれを求め、歪ゲージごとに（多軸ゲージの場合は軸ごとに）求められる歪量差Δεが、すべて５０μｓｔ以下になるように、本穿孔工程における穿孔条件（ドリルの回転数および／またはドリルの送り速度）を設定することが好ましい。また、歪ゲージ以外の歪測定手段を用いる場合も、測定方向についての歪量差Δεが、すべて５０μｓｔ以下になるように、本穿孔工程における穿孔条件（ドリルの回転数および／またはドリルの送り速度）を設定することが好ましい。これにより、設定される歪量差Δεの精度が高められるため、本穿孔工程での穿孔による発熱や加圧を、より生じ難くすることができる。
【００５１】
また、穿孔条件設定工程において第二歪量ε２を測定するタイミングは、予備穿孔工程が完了して第一歪量ε１を測定した後、歪量が安定するまで静置した時点で行う。このとき、測定環境や歪測定手段の感度の影響などにより、静置後も歪量の微小な変動（例えば、±５μｓｔ以下の変動）が継続的に発生することで、検出値の変動が完全にはゼロにならない場合もあり得る。この場合、当該微小な変動に移行した時点で歪量が安定したものとし、その時点における変動幅の中央値を第二歪量ε２としてもよい。また、歪測定手段による歪量の測定を継続したまま樹脂成形品を静置し、歪量の変動幅が±５μｓｔ以下の状態を初めて１分間にわたって継続した時点（すなわち、歪量の最大値と最小値の差の絶対値が１０μｓｔ以下となってから、当該差の絶対値が１０μｓｔを超えない状態のままで、初めて１分間が経過した時点）を基準に、その３０秒前に歪量が安定したものとし、その時間における歪量を、第二歪量ε２としてもよい。このとき、歪量が安定した時点から、少なくとも前後３０秒ずつの計１分間は、歪量の変動幅が±５μｓｔ以下になる。この計１分間の歪量の平均値を、第二歪量ε２としてもよい。なお、このような検出値の微小な変動の影響を抑制するには、樹脂成形品を静置する際、回動部と駆動部を停止させることが好ましい。
【００５２】
通常、ドリルの回転数やドリルの送り速度は、高くする方が穿孔に要する時間を短縮できるため、穿孔法を用いて樹脂成形品の残留応力の測定を行おうとする当業者は、それらの穿孔条件を作業性の許す範囲で高く設定する傾向にある。これに対し、本発明においては、ドリルの回転数および送り速度のうち少なくとも一方を下げることによって、歪量差Δεを小さくして残留応力の測定精度を高められる傾向にある。したがって、本発明の効果を確実に得るためには、通常とは反対に、穿孔に時間を要する条件に近付ける方向となるため、残留応力の測定に時間が掛かり得る。そのため、特に残留応力の測定時間を短くする観点では、歪量差Δεを５０μｓｔ以下に抑えられる範囲で、可能な限りドリルの回転数および送り速度のうち少なくとも一方を高めることが好ましい。あるいは、開発段階の試行における設計の最適化といった場面で、本発明を適用することも好ましい。
【００５３】
ここで、歪量差Δεが５０μｓｔ以下になるように設定するための穿孔条件（ドリルの回転数および／またはドリルの送り速度）は、樹脂成形品の形状や用いる樹脂の種類によって異なるが、上述の傾向から、当業者であれば有限回数の試行により歪量差Δεが５０以下となる穿孔条件を適宜設定することが可能である。歪量差Δεを小さくする観点で好ましい穿孔条件の具体例としては、ドリルの回転数が、１００ｒｐｍ以下であることが好ましく、７５ｒｐｍ以下であることがより好ましく、５０ｒｐｍであることがさらに好ましく、３０ｒｐｍ以下であることが特に好ましく、２０ｒｐｍ以下であることが最も好ましい。また、ドリルの送り速度が、４．０ｍｍ／ｍｉｎ以下であることが好ましく、３．０ｍｍ／ｍｉｎ以下であることがより好ましく、２．０ｍｍ／ｍｉｎ以下であることがさらに好ましく、１．０ｍｍ／ｍｉｎ以下であることが特に好ましく、０．５ｍｍ／ｍｉｎ以下であることが最も好ましい。
【００５４】
また、上記の穿孔条件は、歪量差Δεが５０μｓｔ以下になるように設定されていれば、一定の穿孔条件に固定しなくてもよい。例えば、外気温や、ドリルおよび穿孔装置における蓄熱（特に連続処理時など）などを考慮して、ドリルの回転数および送り速度のうち少なくとも一方を変動させてもよい。
【００５５】
本実施形態では、穿孔条件の設定をより効率的に行う観点から、上述の予備穿孔工程を行っている間、ドリルや穿孔装置に内蔵あるいは別途用意したセンサなどを用いて穿孔部の温度を計測し、その後の穿孔条件設定工程では、この温度が樹脂成形品を構成する樹脂のガラス転移温度以下になるように、ドリルの回転数および送り速度のうち少なくとも一方を低くして、穿孔条件を変更することも好ましい。ここで、樹脂として複数の樹脂成分を含む組成物を用いる場合、それらのうち最も含有量の多い樹脂（含有量が同程度である場合は、ガラス転移温度がより低い方の樹脂）のガラス転移温度をもとに、穿孔条件を設定すればよい。
【００５６】
［本穿孔工程］
本実施形態は、穿孔法によって残留応力の測定を行うものであり、本穿孔工程として、上述の穿孔条件設定工程によって設定されるドリルの回転数および送り速度のうち少なくとも一方の穿孔条件を用いて、予備穿孔工程で設けた孔をさらに穿孔する。予備穿孔工程と同じ孔をさらに穿孔して残留応力を測定することで、予備穿孔工程で設けた孔について求めた好適な穿孔条件で本穿孔工程が行われるため、より高精度に残留応力を測定することができる。
【００５７】
本穿孔工程は、ドリルと、当該ドリルの中心軸を中心に回動させる回動部と、中心軸に穿孔部が位置するように樹脂成形品を固定する保持部と、回動部および保持部のうち少なくとも一方をドリルの中心軸に沿って前進または後退させる駆動部と、を穿孔手段として備える装置を用いることができる。この装置は、本穿孔工程と後述する残留応力測定工程を１台の装置で行う観点から、ドリルを回動させて樹脂成形品を穿孔する上述の穿孔手段と、樹脂成形品の歪量を検出する歪測定手段と、歪測定手段により検出された歪量を記録する記録手段と、を有する残留応力測定装置を構成することが好ましい。ここで、穿孔手段としては、いわゆるボール盤やフライス盤、マシニングセンタなどを用いることができる。特に、上述のとおり、本発明における穿孔条件は、当業者が通常設定しない傾向にある条件であるため、必要に応じて、回動部および駆動部のうち少なくとも一方に、減速機構を備えた穿孔装置を用いることも好ましい。
【００５８】
［残留応力測定工程］
残留応力測定工程は、上述の本穿孔工程を行う際に解放される歪量（解放歪量）を、歪測定手段により測定し、得られる解放歪量から前記樹脂成形品の内部における残留応力を求める工程である。
【００５９】
ここで、穿孔法によって残留応力を測定する際、樹脂成形品の厚さ方向における内部残留応力を求めることが好ましい。その一例として、穿孔部を、厚さ方向に第一穿孔深さまで穿孔したときの樹脂成形品における歪量を歪測定手段で測定し、得られた歪量を用いて、第一穿孔深さまでの穿孔によって樹脂成形品に発生する第一応力を測定する第一応力測定工程と、穿孔部を厚さ方向に、第一穿孔深さと異なる第二穿孔深さまで穿孔したときの、樹脂成形品における歪量を測定し、得られた歪量を用いて、第二穿孔深さまでの穿孔によって樹脂成形品に発生する第二応力を測定する第二応力測定工程と、第二応力から第一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行うことにより、樹脂成形品の所定の位置における残留応力の測定を行うものである。上記各工程について、さらなる具体例を示す。
【００６０】
（第一応力測定工程）
このうち、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、第一穿孔深さは０になる。すなわち、第一穿孔深さは０以上である。特に、全く穿孔しない場合、歪量（δｒ１）は０になり、穿孔により樹脂成形品から解放される応力も０になるため、第一応力は０になる。
【００６１】
以下、樹脂成形品を用い、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と同じ要領によって得られる応力が、第一応力になる。
【００６２】
（第二応力測定工程）
第二応力測定工程では、第一応力測定工程で穿孔した穿孔部を、さらに厚さ方向に、所定の第二穿孔深さまで穿孔したときの、樹脂成形品の歪量を歪測定部で測定し、得られた歪量を用いて、第二穿孔深さまでの穿孔によって、樹脂成形品に発生する第二応力を測定する。
【００６３】
第二応力測定工程における歪量の測定は、穿孔用の工具の振動などによる誤検出を避けるため、工具が樹脂成形品から脱離してから、あるいは工具が完全に停止してから、樹脂成形品の状態が安定するのを待って行う。すなわち、第二応力測定工程において測定される歪量は、上述の穿孔条件設定工程における第二歪量ε２と同じ要領で測定することができる。
【００６４】
測定により得られる歪量は、従来公知の方法で応力に変換することができる。例えば、樹脂成形品１の上端面１１に設けた歪測定手段１１２、１１２、１１２を、電気抵抗線歪計に接続して、上記穿孔の際に発生する応力に変換することができる。すなわち、穿孔部を厚さ方向に穿孔した際に、樹脂成形品から解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を第二応力とする。
【００６５】
（残留応力算出工程）
残留応力算出工程では、樹脂成形品の第一応力および第二応力の差分を算出する。例えば、上記第二応力から上記第一応力（本実施形態では０を含む）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間の深さにおける残留応力として算出する。以下、ここでの残留応力を第一残留応力、また第一残留応力を算出する工程を第一残留応力算出工程という場合がある。
【００６６】
本実施の形態によれば、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。すなわち、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、求められる残留応力の精度を調整することができる。その中でも、求められる残留応力の正確性を高められる観点では、第一穿孔深さと第二穿孔深さとの距離が短い方が好ましい。
【００６７】
また、本実施の形態における残留応力測定方法は、樹脂成形品の厚さが小さいことが好ましい。樹脂成形品の厚さを小さくすることで、必然的に第一穿孔深さと第二穿孔深さとの厚さ方向の距離が短くなるため、正確に歪量を測定することができ、その歪量から得られる応力の測定精度も高めることができる。より具体的には、樹脂成形品の穿孔部における厚さは、穿孔する孔径の１．２倍以下であることが好ましい。
【００６８】
他方で、厚さが大きいものであっても、樹脂成形品が厚さ方向（ｚ方向）に対称な形状であれば、残留応力も厚さ方向（ｚ方向）に対称になるため、樹脂成形品が厚さ方向（ｚ方向）の中央を対象軸とする線対称な形状を有していれば、厚さ方向の長さ（Ｌｚ）の半分（Ｌｚ／２）までの残留応力を測定することで、対象軸の反対側にある、より深い位置の残留応力を推定することができる。
【００６９】
上記残留応力測定方法に続けて、より深い第三穿孔深さｚ３まで穿孔し、上記残留応力測定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応力を測定する第三応力測定工程と、上記第三応力から上記第二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残留応力として算出することもでき、これを繰り返すことで樹脂成形品の厚さ方向（ｚ方向）における残留応力分布を導出することもできる。
【００７０】
＜成形材料の検討＞
本実施の形態の残留応力測定方法により導出される残留応力を用いれば、任意の樹脂材料を成形してなる樹脂成形品において、樹脂成形品の内部にある所定の位置での残留応力を導出できる。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方向の歪量を算出することで、残留応力の異方性を、より高い精度で定量的に評価できる。ここで、樹脂成形品は、着色剤を含む着色品であっても、着色剤を含まない無着色品であってもよい。異なる樹脂材料からなる樹脂成形品の残留応力を比較することで、樹脂材料の違いによる残留応力の発生しやすさを比較することができるため、樹脂材料（成形材料）の変更による残留応力の低減の検討に繋げることができる。
【００７１】
＜成形条件の検討における効果＞
本実施の形態の残留応力測定方法によって導出される残留応力の分布を用いれば、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。本発明の残留応力測定方法を用いて決定される成形条件は、樹脂成形品の内部の残留応力に影響を与えるものが好ましい。ここで、樹脂成形品の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、金型温度などが挙げられる。
【００７２】
＜成形品の形状の検討における効果＞
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。特に、偏肉部やウェルド部などがある樹脂成形品では、その形状によって成形収縮が促進あるいは抑制されるため、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。
【００７３】
このような複雑な形状（歪測定部に対し形状が変化する部位）を除去した切削片を用いる場合であっても、厚さ方向の収縮による残留応力と成形品形状による残留応力とを区別して測定することができ、かつ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。そのため、本発明の方法によることで、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、成形品厚さによる残留応力分布の差を求めたりすることができる。
【００７４】
したがって、本実施の形態は、成形品の設計などにおいて形状を検討する段階でも有用であり、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用いることも可能である。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いて活用することも可能である。
【００７５】
ここでいう二次加工とは、樹脂成形品の内部における残留応力を緩和するための加工である。樹脂成形品の内部における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。アニーリング処理の効果の有用性は、従来は定量的に評価することができなかった。しかしながら、本発明の残留応力測定方法によることで、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できるため、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可能になる。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、本発明の残留応力測定方法によることで、樹脂成形品の二次加工の有用性についても、定量的に評価することができる。
【００７６】
また、本発明の残留応力測定方法によることで、樹脂成形品を使用するにあたり、残留応力が問題にならない、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、成形品の二次加工など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的または長期的な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】
【００７７】
以下、実施例を示し、本実施の形態を具体的に説明するが、この実施例に限定されるものではない。【００７８】
＜樹脂成形品の準備＞
樹脂成形品としては、ポリプラスチックス社製のポリアセタール樹脂ＤＵＲＡＣＯＮ（登録商標）Ｍ９０−４４を材料として、標準的な成形条件にて射出成形を行い、１００ｍｍ×１００ｍｍ×３ｍｍの平板状の樹脂成形品（６ｍｍ×３ｍｍのサイドゲート）を作製し、これを測定対象として用いた。【００７９】
＜予備穿孔と、それに基づく穿孔条件の設定＞
この樹脂成形品の１００ｍｍ×１００ｍｍの片面の中央部に、ドリル（型番「ＲＳ−２００」、Ｖｉｓｈａｙ社製）で穿孔するための穿孔部を設け、歪測定手段として、穿孔部を中心に囲むように設けられた三つの歪ゲージを一枚の基材に設けた３軸歪ゲージ（ひとつのゲージ長２ｍｍ（歪ゲージ全体の半径Ｄ＝５．１３ｍｍ）、型番「ＦＲＳ−２−１１」、東京測器研究所社製）を貼付した。【００８０】
次いで、ドリルの中心軸を中心に回動させる回動部と、中心軸に穿孔部が位置するように樹脂成形品を固定する保持部と、回動部をドリルの中心軸に沿って前進または後退させる駆動部と、を有する穿孔手段を備えたマシニングセンタの保持部に、上記樹脂成形品を固定するとともに、回動部に上記ドリルを装着した。それとともに、樹脂成形品に貼付した歪ゲージを、歪ゲージにより検出された歪量を記録する記録手段である、データロガー（「ＵＣＡＭ−６０Ｂ」、共和電業社製）に接続した。【００８１】
続いて、ドリルの回転数とドリルの送り速度を、後述の各穿孔条件に設定した上で、ドリルを回動させつつ前進させて、樹脂成形品の穿孔部を、表面から０．２ｍｍの予備穿孔深さ位置まで穿孔した。このとき、穿孔径（孔の直径）は、１．７ｍｍであった。すなわち、ドリルの先端が成形品表面から厚さ方向に０．２ｍｍまで達したところで、歪ゲージによる歪量の測定を行いながら、ドリルを上記と同じ回転数で逆向きに回動させつつ、上記と同じ送り速度で後退させて、ドリルを穿孔部の孔から脱離させ、歪ゲージによる歪量の測定を継続したまま、樹脂成形品を静置した。データロガーに記録されたデータから、ドリルを穿孔部の孔から脱離させた時点での歪量である第一歪量ε１と、歪量の変動幅が±５μｓｔ以下の状態を初めて１分間にわたって維持した時点を基準に、その３０秒前にある歪量が安定したものと判断される時点での歪量である第二歪量ε２と、を測定した。このとき、データロガーとしては、３軸歪ゲージの各軸（それぞれｃｈ１、ｃｈ２、およびｃｈ３）の歪量を経時的に記録できるものを用い、軸（ｃｈ）ごとの歪量をリアルタイムで把握した。そして、上記各軸の歪量がすべて安定するまで、測定を継続しながら樹脂成形品を静置し、上記歪量が安定した時点での歪量の値を、第二歪量ε２とした。また、得られた第一歪量ε１と第二歪量ε２との差の絶対値を求め、これを歪量差Δεとした。【００８２】
本実施例では、ドリルの回転数とドリルの送り速度を表１に示すようにそれぞれ設定し、データロガーに記録された各データ（図３から図６）から、各条件での第一歪量ε１および第二歪量ε２を求め、各軸における歪量差Δεを算出した。結果を表１に示す。ここで、図３から図６において、縦軸は３軸歪ゲージで測定された各軸（ｃｈ１〜３）の歪量であり、横軸は穿孔開始からの経過時間である。また、各図に下向き矢印（↓印）で示した時間が穿孔完了時点であり、上向き矢印（↑印）で示した時間が静置後に歪量が安定した時点であり、これらの時点での歪量を、それぞれ第一歪量ε１および第二歪量ε２となる。なお、上向き矢印で示した時間の後も、歪量の変動が完全にゼロにならない例については、当該上向き矢印で示した時間から前後３０秒間（計１分間）の歪量の平均値を、第二歪量ε２とした。【００８３】
【表１】
0006944090.tif 000002
【００８４】
そして、上記の歪量差Δεがすべて５０μｓｔ以下になるように、ドリルの回転数および送り速度を設定することで、穿孔後の歪量の変動による誤差が生じ難くなるため、残留応力を精度よく測定することが可能になる。【００８５】
＜穿孔部の微細構造観察＞
上記の実施例２で穿孔された樹脂成形品について、樹脂成形品の穿孔部の断面を、ミクロトーム（ライカ社製「ＲＭ２２６５」）を用いて厚さ１０μｍの剥片状にサンプルを切り出し、このサンプルにおける穿孔部の微細構造を、偏光顕微鏡（オリンパス社製「ＢＨ−２」）を用いて観察した。また、比較例３として、ドリルの回転数を４０００ｒｐｍ、ドリルの送り速度を１．２ｍｍ／ｍｉｎとした以外は、実施例１と同じ条件で高速回転で穿孔した樹脂成形品についても、同様に穿孔部の微細構造を観察した。実施例２の穿孔部の断面における微細構造を撮影した偏光顕微鏡写真を図７に、比較例３の穿孔部の断面における微細構造を撮影した偏光顕微鏡写真を図８に、それぞれ示す。【００８６】
その結果、実施例２の樹脂成形品では、図７（ａ）に示すように、穿孔部の底部の両端に、ドリルのエッジのＣ面に沿った形状が明確に観察されていた。他方で、比較例３の樹脂成形品では、図８（ａ）に示すように、穿孔部の底面の両端が、緩やかな曲線の形状を有していた。さらに、これらを拡大して観察したところ、比較例３の樹脂成形品では、図８（ｂ）に示すように、穿孔部の底面に再溶融層とみられる層構造が観察されたが、実施例２の樹脂成形品では、図７（ｂ）に示すように、穿孔部の底面に層構造は観察されなかった。したがって、比較例の穿孔条件では、穿孔時の摩擦による発熱で穿孔部の樹脂が再溶融して結晶化や歪の状態に変化が生じる一方、実施例の穿孔条件ではそのような変化が生じていないことが分かり、この違いが表１の歪量差Δεに見られる穿孔直後の歪量の変動に繋がっていると考えられる。よって、この歪量差Δεが小さくなるような条件に穿孔条件を設定する穿孔条件設定工程を行い、この穿孔条件を用いて本穿孔工程を行って歪量の測定を行うことで、測定される残留応力には、穿孔直後の歪量の変動による誤差が生じ難くなるため、残留応力を精度よく測定できることは明らかである。【００８７】
以上の結果から、本発明の方法により、予備穿孔工程を行ってΔεが５０μｓｔ以下になるように穿孔条件を設定する穿孔条件設定工程を行い、この穿孔条件を用いて本穿孔工程を行って歪量の測定を行うことで、穿孔時の発熱などの影響が抑制されるため、残留応力を精度よく測定することができる。
【符号の説明】
【００８８】
１      樹脂成形品
１１    樹脂成形品の上端面
１１１  穿孔部
１１２  歪測定手段
【要約】
穿孔法によって樹脂成形品の所定の位置における内部の残留応力を測定する際に、穿孔時の発熱などによる影響を抑制し、精度よく残留応力を測定する方法を提供する。
残留応力測定方法は、樹脂成形品に穿孔部を設け、穿孔部をドリルで穿孔する本穿孔工程の際に解放される解放歪量を測定し、樹脂成形品の内部における残留応力を求める方法であって、解放歪量の測定は、本穿孔工程の前に、樹脂成形品の穿孔部を予備穿孔深さ位置までドリルを前進させて穿孔した後、ドリルを後退させて樹脂成形品から抜去する予備穿孔工程と、予備穿孔工程が完了した時点で検出される第一歪量ε１と、予備穿孔工程が完了した後に歪量が安定するまで静置した時点またはそれ以降に検出される第二歪量ε２との差の絶対値である歪量差Δεが５０μｓｔ以下となるように、本穿孔工程におけるドリルの回転数および送り速度のうち少なくとも一方を設定する穿孔条件設定工程を少なくとも行う。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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