特開 2024-165338 発泡樹脂成形品の試験方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024165338

(43)【公開日】2024-11-28

(54)【発明の名称】発泡樹脂成形品の試験方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 3/20 20060101AFI20241121BHJP

   G01N 3/24 20060101ALI20241121BHJP

   G01N 33/44 20060101ALI20241121BHJP

【ＦＩ】

G01N3/20

G01N3/24

G01N33/44

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023081454

(22)【出願日】2023-05-17

(71)【出願人】

【識別番号】000241500

【氏名又は名称】トヨタ紡織株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001036

【氏名又は名称】弁理士法人暁合同特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石塚 将智

【テーマコード（参考）】

2G061

【Ｆターム（参考）】

2G061AA07

2G061AA11

2G061AB03

2G061BA04

2G061CA10

2G061CB01

2G061CC11

2G061DA01

2G061EA01

2G061EA04

2G061EB07

(57)【要約】

【課題】荷重を作用させた際のひずみ分布を取得することが可能な発泡樹脂成形品の試験方法を提供する。
【解決手段】発泡層１１と、発泡層１１の表面を覆うスキン層１２と、を備えた発泡樹脂成形品１０の試験方法であって、発泡樹脂成形品１０を切断して発泡層１１の断面１１Ａを露出させる切断工程と、切断工程の後に行われ、断面１１Ａの画像をカメラ３１で撮影しつつ、断面１１Ａを有する試験片１６に対して荷重を作用させることで、試験片１６を変形させる変形工程と、カメラ３１で撮影した断面１１Ａの画像の輝度分布に基づいて、断面１１Ａのひずみ分布をデジタル画像相関法を用いて算出する算出工程と、を備える。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

発泡層と、前記発泡層の表面を覆うスキン層と、を備えた発泡樹脂成形品の試験方法であって、
前記発泡樹脂成形品を切断して前記発泡層の断面を露出させる切断工程と、
前記切断工程の後に行われ、前記断面の画像をカメラで撮影しつつ、前記断面を有する前記発泡樹脂成形品の一部に対して荷重を作用させることで、前記発泡樹脂成形品の前記一部を変形させる変形工程と、
前記カメラで撮影した前記断面の画像の輝度分布に基づいて、前記断面のひずみ分布をデジタル画像相関法を用いて算出する算出工程と、を備える、発泡樹脂成形品の試験方法。

【請求項2】

前記変形工程では、光源からの光を前記断面に向けて出射すると共に、前記発泡樹脂成形品の前記一部を光反射を抑制する光反射抑制部材によって前記光源とは反対側から覆いつつ、前記断面の画像をカメラで撮影する、請求項１に記載の発泡樹脂成形品の試験方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書で開示される技術は、発泡樹脂成形品の試験方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、材料の力学的な特性を試験する方法として、下記特許文献１に記載のものが知られている。この特許文献１には、支持された試験片を圧子で押圧して破壊すると共に試験片が破壊された時の押圧荷重を計測する試験方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１９６１８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記試験方法では、試験片が破壊する際の押圧荷重（試験片の強度）を求めることができるが、力学的な特性をより詳しく評価するためには、試験片に荷重を作用させた際のひずみ分布を得ることが求められる。また、上記試験方法では、試験片内部の状態を確認することはできない。特に、発泡樹脂成形品の力学的な特性は、内部の発泡状態に影響を受ける。このため、発泡樹脂成形品の力学的な特性を評価するためには、発泡状態を確認しつつ、荷重を作用させた際のひずみ分布を取得したいという要望がある。

【0005】

本明細書で開示される技術は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、発泡状態を確認しつつ、荷重を作用させた際のひずみ分布を取得することが可能な発泡樹脂成形品の試験方法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】

【0006】

上記課題を解決するための手段として、本明細書で開示される発泡樹脂成形品の試験方法は、発泡層と、前記発泡層の表面を覆うスキン層と、を備えた発泡樹脂成形品の試験方法であって、前記発泡樹脂成形品を切断して前記発泡層の断面を露出させる切断工程と、 前記切断工程の後に行われ、前記断面の画像をカメラで撮影しつつ、前記断面を有する前記発泡樹脂成形品の一部に対して荷重を作用させることで、前記発泡樹脂成形品の前記一部を変形させる変形工程と、前記カメラで撮影した前記断面の画像の輝度分布に基づいて、前記断面のひずみ分布をデジタル画像相関法を用いて算出する算出工程と、を備えることを特徴とする。

【0007】

発泡層の断面を露出させて、カメラで撮影することで発泡状態を確認することができる。そして、発泡層は、複数の発泡セルを有しており、発泡セルにおける空隙は、壁部に囲まれているため、光が届き難く暗部になり易い。つまり、発泡セルにおける空隙と壁部との間には、輝度の差が生じる。このため、発泡層の断面を撮影した画像の輝度分布に基づいて、各発泡セルの変位の時間変化を推定することが可能となる。つまり、断面を構成する複数の発泡セルをランダムなドットパターンとして、デジタル画像相関法を用いることができる。これにより、デジタル画像相関法を用いる際に必要となるドットパターンを形成することなく、発泡層の断面のひずみ分布を得ることが可能となる。以上のことから、上記方法では、発泡樹脂成形品について、発泡層の断面を撮影した画像を得ることで発泡状態を確認しつつ、荷重を作用させた際のひずみ分布を取得することができる。

【0008】

また、前記変形工程では、光源からの光を前記断面に向けて出射すると共に、前記発泡樹脂成形品の前記一部を光反射を抑制する光反射抑制部材によって前記光源とは反対側から覆いつつ、前記断面の画像をカメラで撮影するものとすることができる。

【0009】

発泡樹脂成形品の断面に光を出射することで、発泡セルにおける空隙と壁部の間に生じる輝度の差をより大きくすることができる。これにより、この断面を撮影した画像に基づいて、より確実に断面のひずみ分布を算出することができる。しかしながら、断面に光を出射することで、断面の背景の輝度が高くなると、画像解析において断面とその背景とを区別できず、ひずみ分布を算出する際の妨げになる事態が懸念される。このため、発泡樹脂成形品の一部を光源とは反対側から光反射抑制部材で覆うことで、断面の背景の輝度が高くなる事態を抑制できる。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、発泡状態を確認しつつ、荷重を作用させた際のひずみ分布を取得することが可能な発泡樹脂成形品の試験方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態に係る試験方法で用いる発泡樹脂成形品を示す斜視図

【図2】発泡樹脂成形品の断面を示す写真

【図3】試験装置のうち固定台及び押圧部を示す正面図

【図4】変形工程を示す正面図

【図5】試験装置を示す概略図（図３のＶ－Ｖ線で切断した図に対応）

【図6】好ましい発泡状態の試験片について断面のひずみ分布の算出結果の一例を示す図

【図7】試験片の断面のひずみ分布の算出結果の一例を示す図

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の一実施形態を図１から図７によって説明する。本実施形態では、発泡樹脂成形品の試験方法として、車両用内装材（例えば車両用ドアトリム等）に用いられる発泡樹脂成形品の試験方法を例示する。発泡樹脂成形品１０は、図１に示すように、板状をなしている。発泡樹脂成形品１０は、図２に示すように、発泡層１１と、発泡層１１の表面を覆うスキン層１２と、を備える。発泡層１１は、複数の発泡セル１３によって構成されている。発泡セル１３は、空隙１４と、空隙１４を取り囲む樹脂製の壁部１５によって構成されている。また、各発泡セル１３は、それぞれ異なる形状を有している。スキン層１２は、微発泡ないし未発泡の樹脂からなる。なお、発泡樹脂成形品１０の形状は板状に限定されず適宜変更可能である。

【0013】

発泡樹脂成形品１０は、成形型（図示せず）のキャビティに樹脂材と発泡剤を混合した発泡性樹脂を充填し、成形時に溶融状態の樹脂材を発泡させることにより製造することができる。成形時には、キャビティ内の樹脂材は、成形型との接触面が冷えて固化することでスキン層１２となり、その後、成形型のうち、可動型を固定型より離間（コアバック）させ、キャビティを広げることで、スキン層１２の内側にある溶融状態の樹脂材に含まれる発泡剤が発泡することで発泡層１１となる。このため、発泡樹脂成形品１０の外面はスキン層１２によって構成されており、その内部にある発泡層１１は、外側から目視することができない。

【0014】

次に、発泡樹脂成形品１０の試験方法を実行するための試験装置について説明する。試験装置２０は、図３及び図５に示すように、発泡樹脂成形品１０を切断することで製造された試験片１６を固定する固定台２１と、試験片１６を押圧する押圧部３０と、試験片１６を撮影するカメラ３１と、制御部３２と、記憶部３３と、試験片１６に光を出射する光源３４と、試験片１６を光源３４と反対側から覆う光反射抑制部材３５と、押圧部３０を駆動させる駆動部３６と、表示部３７と、を備える。

【0015】

固定台２１は、図３に示すように、長手板状をなす試験片１６の両端部を固定するもので、試験片１６の両端部をそれぞれ挟持する左右一対の挟持部２２，２２を備える。挟持部２２は、試験片１６を支持する支持台２３と、支持台２３の上面との間で、試験片１６を挟持する押え板２４と、複数のボルト２５と、を備える。ボルト２５は、押え板２４に形成された貫通孔２４Ａ及び、試験片１６に形成された貫通孔１６Ａの双方に挿通された後、支持台２３の上面に形成された取付孔２３Ａにねじ止めによって取り付けられている。なお、試験片１６の形状は長手板状に限定されず適宜変更可能である。

【0016】

押圧部３０は、ブロック状をなし、その下面が試験片１６に押し当てられる押圧面３０Ａとされる。また、押圧部３０においては、試験片１６側の角部３０ＢがＲ形状をなしている。押圧部３０は、駆動部３６（例えば、電動モータ、エアシリンダ、油圧シリンダ等、図５参照）に取り付けられており、駆動部３６によって上下方向へ移動することが可能な構成とされる。また、制御部３２は駆動部３６を制御することで、押圧部３０の移動速度や移動量を調整することが可能となっている。

【0017】

制御部３２は、例えば、ＣＰＵを主体に構成されている。制御部３２は、図５に示すように、カメラ３１、記憶部３３、光源３４、駆動部３６及び表示部３７と電気的に接続されており、接続された各機器の動作を制御することが可能となっている。記憶部３３は、例えば、ＲＯＭやＲＡＭなどによって構成されている。制御部３２は記憶部３３に記憶されているプログラムを実行することによって後述するひずみ分布を算出することが可能となっている。記憶部３３は、カメラ３１で撮影された画像データや制御部３２で算出されたひずみ分布の算出結果を記憶する。

【0018】

光源３４は、例えばＬＥＤによって構成されており、試験片１６に向けて光を出射することが可能な構成となっている。また、光源３４は、出射光の輝度を調整することが可能となっている。

【0019】

光反射抑制部材３５は、その表面（試験片１６側の面）に対して光の反射を抑制する処理が施されている。その処理として、メッキ（例えばクロムメッキ）、粗面加工、着色（例えば黄色）等が挙げられる。なお、光反射抑制部材３５は、光の反射を抑制する材料で構成されていてもよい。

【0020】

表示部３７は、例えば液晶ディスプレイなどの表示装置によって構成されている。表示部３７には、カメラによって撮影された画像や制御部３２で算出されたひずみ分布の算出結果が表示される。

【0021】

次に、本実施形態の発泡樹脂成形品の試験方法について説明する。本実施形態の発泡樹脂成形品の試験方法は、発泡樹脂成形品１０を切断して発泡層１１の断面１１Ａを露出させる切断工程と、断面１１Ａの画像をカメラ３１で撮影しつつ、断面１１Ａを有する試験片１６（発泡樹脂成形品の一部）に対して荷重を作用させることで、試験片１６を変形させる変形工程と、断面１１Ａのひずみ分布をデジタル画像相関法を用いて算出する算出工程と、を備える。

【0022】

（切断工程）
切断工程では、図１の一点鎖線に示すように、発泡樹脂成形品１０を切断用の刃物や打ち抜き加工等によって切断し、複数の試験片１６とする。試験片１６は、例えば、長手板状をなしている。試験片１６においては、発泡樹脂成形品１０の内部にある発泡層１１の断面１１Ａが露出した状態となっている。

【0023】

（変形工程）
切断工程の後に行われる変形工程では、図３に示すように、試験片１６の両端部を固定台２１に取り付け、図５に示すように、試験片１６の断面１１Ａをカメラ３１と対向配置させる。その状態で、図５に示すように、光源３４からの光を断面１１Ａに向けて出射すると共に、断面１１Ａの画像をカメラ３１で撮影する。また、試験片１６は光反射抑制部材３５によって光源３４とは反対側から覆われている。これにより、カメラ３１で撮影した画像においては、光反射抑制部材３５が、断面１１Ａの背景となる。

【0024】

そして、断面１１Ａの画像をカメラ３１で撮影しつつ、図４に示すように、押圧部３０を下降させ、試験片１６の中間部を押圧することで、例えば試験片１６が破断するまで変形させる。これにより、押圧部３０で押圧した際の断面１１Ａの状態（変形過程）を示す画像（動画）が撮影され、その画像データが記憶部３３に記憶される。なお、押圧部３０による試験片１６の押圧荷重は、例えば、車両における側突時の荷重を模擬した値で設定されている。また、図３に示すように、試験片１６には、押圧部３０と反対側から支持台２３の角部２３Ｂが当接する構成となっている。これにより、試験片１６にせん断力を作用させることができ、ドアトリムにおいて機能部品（例えば、ドアポケット等）が配置されている箇所に作用する荷重を模擬することができる。

【0025】

（算出工程）
変形工程の後に行われる算出工程では、制御部３２は、カメラ３１で撮影した断面１１Ａの画像の輝度分布に基づいて、断面１１Ａのひずみ分布をデジタル画像相関法を用いて算出し、その算出結果を表示部３７に表示する。デジタル画像相関法は、ＤＩＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｉｍａｇｅ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）ともいい、試験対象の変形の前後に試験対象の表面を撮影し、得られた画像データの輝度分布から対象物の表面に生じた変位量及び変位方向を求めることでひずみ分布を算出する方法である。デジタル画像相関法においては、対象物の表面に設けられたランダムなドットパターンを画像解析によって検出する必要がある。本実施形態では、断面１１Ａにおける複数の発泡セル１３をドットパターンとすることで、デジタル画像相関法を適用することが可能となっている。

【0026】

表示部３７に表示される断面１１Ａのひずみ分布の算出結果の一例を図６及び図７に示す。図６及び図７においては、発泡状態の異なる２種類の試験片１６について試験を行った場合のひずみ分布の各算出結果を示している。なお、図６及び図７においては、試験片１６が破断する前の状態のひずみ分布を示している。また、図６及び図７においては、試験片１６のうち、押圧部３０における右側の角部３０Ｂで押圧された屈曲部１６Ｂのひずみ分布を拡大して図示している。図６及び図７においては、ひずみの大小をドットの濃淡で示しており、ドットの密度が濃い程、ひずみが大きくなっている。図６で示す試験片１６のひずみ分布によれば、図７で示す試験片１６のひずみ分布に比べて、ひずみが大きい箇所が広範囲に広がっている。言い換えると、図７に示す試験片１６においては、応力集中が生じやすく、より破断し易いものとなっている。つまり、図６で示す試験片１６は、図７で示す試験片１６に比べて、より好ましい力学的特性を有していると判断することができる。

【0027】

次に本実施形態の効果について説明する。本実施形態では、発泡層１１の断面１１Ａを露出させて、カメラ３１で撮影することで発泡状態を確認することができる。そして、発泡層１１は、複数の発泡セル１３を有しており、発泡セル１３における空隙１４は、壁部１５に囲まれているため、光が届き難く暗部になり易い。つまり、発泡セル１３における空隙１４と壁部１５との間には、輝度の差が生じる。このため、発泡層１１の断面１１Ａを撮影した画像の輝度分布に基づいて、各発泡セル１３の変位の時間変化を推定することが可能となる。つまり、断面１１Ａを構成する複数の発泡セル１３をランダムなドットパターンとして、デジタル画像相関法を用いることができる。これにより、デジタル画像相関法を用いる際に必要となるドットパターンを形成することなく、発泡層１１の断面１１Ａのひずみ分布を得ることが可能となる。以上のことから、上記方法では、発泡樹脂成形品１０について、発泡状態を確認しつつ、荷重を作用させた際のひずみ分布を取得することができる。このため、発泡層１１の発泡状態とひずみ分布の相関関係を取得することができ、発泡状態を適宜調整することで、より好ましい力学的特性を有する発泡樹脂成形品１０を製造することが可能となる。

【0028】

また、本実施形態に係る試験方法では、発泡樹脂成形品１０を切断して複数の試験片１６を作ることで、断面１１Ａの発泡状態を確認して試験する試験片１６を選ぶことも可能となる。つまり、何らかの不具合が生じた試験片１６を排除して試験を実施することができより確実な試験データを取得することができる。

【0029】

また、変形工程では、光源３４からの光を断面１１Ａに向けて出射すると共に、試験片１６を光反射を抑制する光反射抑制部材３５によって光源３４とは反対側から覆いつつ、断面１１Ａの画像をカメラ３１で撮影する。試験片１６の断面１１Ａに光を出射することで、発泡セル１３における空隙１４と壁部１５の間に生じる輝度の差をより大きくすることができる。これにより、この断面１１Ａを撮影した画像に基づいて、より確実に断面１１Ａのひずみ分布を算出することができる。しかしながら、断面１１Ａに光を出射することで、断面１１Ａの背景の輝度が高くなると、画像解析において断面１１Ａとその背景とを区別できず、ひずみ分布を算出する際の妨げになる事態が懸念される。このため、試験片１６を光源３４とは反対側から光反射抑制部材３５で覆うことで、断面１１Ａの背景の輝度が高くなる事態を抑制できる。

【0030】

＜他の実施形態＞
本明細書に開示される技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態で例示した発泡樹脂成形品１０は、車両用内装材で用いるものに限定されない。例えば、地上の乗物としての列車や遊戯用車両、飛行用乗物としての飛行機やヘリコプター、海上や海中用乗物としての船舶や潜水艇などの乗物に用いる内装材についても発泡樹脂成形品１０を適用することができ、乗物以外の用途で発泡樹脂成形品１０を用いてもよい。
（２）上記実施形態では、変形工程の後に算出工程を実行したが、これに限定されない。例えば、変形工程と同時に算出工程を実行してもよい。
（３）上記実施形態では、変形工程において、試験片を押圧するものを例示したが、これに限定されない。例えば、変形工程において、試験片に引張荷重を作用させてもよい。

【符号の説明】

【0031】

１０…発泡樹脂成形品、１１…発泡層、１１Ａ…発泡層の断面、１２…スキン層、
１６…試験片（発泡樹脂成形品の一部）、３１…カメラ、３４…光源、３５…光反射抑制部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】