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特開2024-39215フィラー含有樹脂成形品内の流体浸透挙動の予測方法及びプログラム
(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】P2024039215
(43)【公開日】2024-03-22
(54)【発明の名称】フィラー含有樹脂成形品内の流体浸透挙動の予測方法及びプログラム
(51)【国際特許分類】
G01N 23/046 20180101AFI20240314BHJP
B29C 45/76 20060101ALI20240314BHJP
【ＦＩ】
G01N23/046
B29C45/76
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022143598
(22)【出願日】2022-09-09
(71)【出願人】
【識別番号】390006323
【氏名又は名称】ポリプラスチックス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100083806
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和
(74)【代理人】
【識別番号】100101247
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 俊一
(74)【代理人】
【識別番号】100095500
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 正和
(74)【代理人】
【識別番号】100098327
【弁理士】
【氏名又は名称】高松 俊雄
(72)【発明者】
【氏名】青木 現
(72)【発明者】
【氏名】八木 敦史
【テーマコード（参考）】
2G001
4F206
【Ｆターム（参考）】
2G001AA01
2G001BA11
2G001CA01
2G001DA09
2G001HA08
2G001HA13
2G001HA14
2G001LA02
2G001LA05
2G001LA06
2G001MA10
4F206AM23
4F206AP05
4F206AR06
4F206JA07
4F206JL02
4F206JL09
(57)【要約】
【課題】フィラー含有樹脂成形品内の流体浸透時の挙動を簡単に予測することができる方法を提供する。
【解決手段】フィラー含有樹脂成形品のＣＴ画像を取得するステップ、要素数を削減した編集画像を複数得るステップ、所定の編集画像において所定フィラー割合の画像濃度閾値を決定するステップ、画像濃度閾値と、画像の各画素の画素濃度とに基づいて、編集画像を三値化画像に変換するステップ、所定の有限要素モデルを作成するステップ、有限要素モデルの属性を設定するステップ、計算に要する物性値を設定するステップ、境界条件を設定するステップ、及び熱伝導解析用モデルに基づいて、フィラー部及び空隙部の配置状態と拡散係数と、境界条件にて構造解析ソフトウェアのプログラムを実行して熱伝導解析を行い、樹脂成形品の濃度分布を算出するステップ、を有する予測方法である。
【選択図】なし
【解決手段】フィラー含有樹脂成形品のＣＴ画像を取得するステップ、要素数を削減した編集画像を複数得るステップ、所定の編集画像において所定フィラー割合の画像濃度閾値を決定するステップ、画像濃度閾値と、画像の各画素の画素濃度とに基づいて、編集画像を三値化画像に変換するステップ、所定の有限要素モデルを作成するステップ、有限要素モデルの属性を設定するステップ、計算に要する物性値を設定するステップ、境界条件を設定するステップ、及び熱伝導解析用モデルに基づいて、フィラー部及び空隙部の配置状態と拡散係数と、境界条件にて構造解析ソフトウェアのプログラムを実行して熱伝導解析を行い、樹脂成形品の濃度分布を算出するステップ、を有する予測方法である。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
フィラーを所定の割合Ａで含む樹脂組成物を成形してなる樹脂成形品の少なくとも一部について所定の方向に所定の間隔で複数のＸ線ＣＴ画像を取得するＸ線ＣＴ画像取得ステップＳ１と、
前記Ｘ線ＣＴ画像を編集して、下記ステップＳ９における計算に要する要素数を削減した編集画像を複数得るＸ線ＣＴ画像編集ステップＳ２と、
前記複数の編集画像から１又は２以上の編集画像を選択し、選択した編集画像において前記フィラーの割合が前記所定の割合Ａになるように、前記フィラーと樹脂部分と外形部分と空隙部分とを判別するための画像濃度閾値を決定する閾値決定ステップＳ３と、
前記画像濃度閾値と、前記１又は２以上の編集画像の各画素の画素濃度とに基づいて、前記１又は２以上の編集画像を複数の三値化画像に変換する画像変換ステップＳ４と、
前記複数の三値化画像を順次積層し前記樹脂成形品のＸ線ＣＴ画像取得部分の有限要素モデルを再構成する有限要素モデル作成ステップＳ５と、
前記有限要素モデルにおける、樹脂部、フィラー部、空隙部、及び外形部のうちのいずれかの属性を、前記三値化画像から得られるフィラーと樹脂部分と外形部分と空隙部分との情報を元に設定し、少なくともフィラー部及び空隙部の配置状態を取得する要素属性設定ステップＳ６と、
前記有限要素モデルの属性に応じて計算に要する物性値を設定する要素物性設定ステップＳ７と、
前記有限要素モデルに対して計算に要する境界条件を設定する境界条件設定ステップＳ８と、
前記有限要素モデル作成ステップＳ５で得られる熱伝導解析用モデルに基づいて、前記要素属性設定ステップＳ６で得られるフィラー部及び空隙部の配置状態と、前記要素物性設定ステップＳ７で設定した拡散係数と、前記境界条件設定ステップＳ８で設定した境界条件とにより構造解析ソフトウェアのプログラムを実行して熱伝導解析を行い、前記樹脂成形品における濃度分布を算出する浸透状態計算ステップＳ９と、を有し、
前記閾値決定ステップＳ３における閾値の決定は、所定の階調数を閾値に設定する第１ステップと、設定した閾値から前記閾値決定ステップＳ３で選択した編集画像を三値化する第２ステップと、前記三値化した編集画像中において、樹脂部分とフィラー部分との含有割合を計算する第３ステップと、前記第３ステップで得られた樹脂部分又はフィラー部分の含有割合と、前記樹脂成形品の現物内のフィラーの割合又は樹脂の割合とを比較し、前記第１ステップで設定した閾値が適切か否かを判断する第４ステップと、前記第４ステップにおいて、前記第１ステップで設定した閾値が適切であると判断する場合は、前記第１ステップで設定した閾値を樹脂部分とフィラー部分とを判別するための画像濃度閾値として決定し、前記第４ステップにおいて、前記第１ステップで設定した閾値が適切でないと判断する場合は、閾値を変更して前記第２ステップに戻る第５ステップとを含む過程で行われる、フィラー含有樹脂成形品内の流体浸透挙動の予測方法。
前記Ｘ線ＣＴ画像を編集して、下記ステップＳ９における計算に要する要素数を削減した編集画像を複数得るＸ線ＣＴ画像編集ステップＳ２と、
前記複数の編集画像から１又は２以上の編集画像を選択し、選択した編集画像において前記フィラーの割合が前記所定の割合Ａになるように、前記フィラーと樹脂部分と外形部分と空隙部分とを判別するための画像濃度閾値を決定する閾値決定ステップＳ３と、
前記画像濃度閾値と、前記１又は２以上の編集画像の各画素の画素濃度とに基づいて、前記１又は２以上の編集画像を複数の三値化画像に変換する画像変換ステップＳ４と、
前記複数の三値化画像を順次積層し前記樹脂成形品のＸ線ＣＴ画像取得部分の有限要素モデルを再構成する有限要素モデル作成ステップＳ５と、
前記有限要素モデルにおける、樹脂部、フィラー部、空隙部、及び外形部のうちのいずれかの属性を、前記三値化画像から得られるフィラーと樹脂部分と外形部分と空隙部分との情報を元に設定し、少なくともフィラー部及び空隙部の配置状態を取得する要素属性設定ステップＳ６と、
前記有限要素モデルの属性に応じて計算に要する物性値を設定する要素物性設定ステップＳ７と、
前記有限要素モデルに対して計算に要する境界条件を設定する境界条件設定ステップＳ８と、
前記有限要素モデル作成ステップＳ５で得られる熱伝導解析用モデルに基づいて、前記要素属性設定ステップＳ６で得られるフィラー部及び空隙部の配置状態と、前記要素物性設定ステップＳ７で設定した拡散係数と、前記境界条件設定ステップＳ８で設定した境界条件とにより構造解析ソフトウェアのプログラムを実行して熱伝導解析を行い、前記樹脂成形品における濃度分布を算出する浸透状態計算ステップＳ９と、を有し、
前記閾値決定ステップＳ３における閾値の決定は、所定の階調数を閾値に設定する第１ステップと、設定した閾値から前記閾値決定ステップＳ３で選択した編集画像を三値化する第２ステップと、前記三値化した編集画像中において、樹脂部分とフィラー部分との含有割合を計算する第３ステップと、前記第３ステップで得られた樹脂部分又はフィラー部分の含有割合と、前記樹脂成形品の現物内のフィラーの割合又は樹脂の割合とを比較し、前記第１ステップで設定した閾値が適切か否かを判断する第４ステップと、前記第４ステップにおいて、前記第１ステップで設定した閾値が適切であると判断する場合は、前記第１ステップで設定した閾値を樹脂部分とフィラー部分とを判別するための画像濃度閾値として決定し、前記第４ステップにおいて、前記第１ステップで設定した閾値が適切でないと判断する場合は、閾値を変更して前記第２ステップに戻る第５ステップとを含む過程で行われる、フィラー含有樹脂成形品内の流体浸透挙動の予測方法。
【請求項2】
前記要素物性設定ステップＳ７において、比熱を１（Ｊ／ｋｇ・ｓ）及び密度を１（ｋｇ／ｍｍ３）とし、熱伝導率に拡散係数値を設定し、前記境界条件設定ステップＳ８における境界条件として、初期条件温度を０℃、外表面部に固定温度１００℃を設定する、請求項１に記載のフィラー含有樹脂成形品内の流体浸透挙動の予測方法。
【請求項3】
前記要素物性設定ステップＳ７における物性値を、弾性率、ポアソン比、せん断弾性率及び線膨張率のうちの少なくとも１つを異方性を考慮した値に設定し、前記境界条件設定ステップＳ８における境界条件として、製品全体に温度荷重を与える、請求項１に記載のフィラー含有樹脂成形品内の流体浸透挙動の予測方法。
【請求項4】
前記樹脂成形品内の薬液浸透による拡散係数を算出する、請求項２に記載のフィラー含有樹脂成形品内の流体浸透挙動の予測方法。
【請求項5】
前記樹脂成形品内の体積膨張率を算出する、請求項３に記載のフィラー含有樹脂成形品内の流体浸透挙動の予測方法。
【請求項6】
前記所定の割合Ａを、前記樹脂組成物を調製する際における樹脂及びフィラーの仕込み比から計算する、請求項１～５のいずれか１項に記載のフィラー含有樹脂成形品内の流体浸透挙動の予測方法。
【請求項7】
請求項１～５のいずれか１項に記載のフィラー含有樹脂成形品内の流体浸透挙動の予測方法の各ステップを計算機に実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、フィラー含有樹脂成形品内の流体浸透挙動の予測方法及びそれを計算機に実行させるプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来から自動車の分野では、車体の軽量化のために、熱可塑性樹脂の射出成形体からなる樹脂成形品によって、金属部品を代替する動きが進められている。熱可塑性樹脂の中でも、耐薬品性、特に耐燃料性に優れる組成物は、燃料油と直接接触する部品、例えば燃料ポンプモジュール、燃料ポンプインペラー等に代表される燃料搬送ユニット等の大型部品にも用いられている。
【0003】
しかし、それらの樹脂成形品を、自動車のように長期間にわたって用いられる製品に用いた場合、特に長期間にわたって樹脂成形品が燃料に浸漬したとき、燃料が内部に浸透して膨潤が発生することで、樹脂成形品の寸法が変化する。そして、場合によっては部品間のクリアランスが消失することにより、燃料供給に不具合が生じる原因になることが懸念される。そのため、燃料等の液体の膨潤挙動の予測及び解析の手法や、対策が求められている。
【0004】
また、昨今では、バイオディーゼル燃料のように燃料成分が多様化しており、自動車部品用の樹脂成形品では、耐薬品性、寸法安定性のさらなる向上が求められている。
【0005】
以上のような観点から、例えば特許文献１には、樹脂成形品の薬品浸漬による破壊箇所の予測方法が提案されている。
また、特許文献２には、異方性樹脂成形体の構造解析方法が提案されている。この方法ではフィラーを含有する樹脂成形体の熱膨張挙動、弾性率異方性について考慮して、荷重や強制変位に対する発生応力、発生ひずみの評価、熱による変形などを計算にて予測することが可能である。
更に、特許文献３には、樹脂成形品のＸ線ＣＴ画像などから得られたＸ線ＣＴ画像を用いて有限要素モデルを作成し、フィラーの配向状態、変形挙動、構造解析用の均質化された物性値を得る方法が記載されている。
また、特許文献２には、異方性樹脂成形体の構造解析方法が提案されている。この方法ではフィラーを含有する樹脂成形体の熱膨張挙動、弾性率異方性について考慮して、荷重や強制変位に対する発生応力、発生ひずみの評価、熱による変形などを計算にて予測することが可能である。
更に、特許文献３には、樹脂成形品のＸ線ＣＴ画像などから得られたＸ線ＣＴ画像を用いて有限要素モデルを作成し、フィラーの配向状態、変形挙動、構造解析用の均質化された物性値を得る方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２０１９－０５９１１６号公報
【特許文献2】特開２０１６－２０３５８４号公報
【特許文献3】特開２０１１－０００７５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では薬品の膨潤挙動は求められておらず、同文献には、膨潤挙動の予測にまで踏み込んでの記載はなされていない。
また、特許文献２に記載の方法は、拡散係数自体の取得に関しては実測方法以外にないため、燃料等の薬品の浸漬による飽和膨潤に達する時間の予測は困難であり、飽和膨潤に達する時間も場合により数千時間かかる場合があった。
更に、特許文献３に示されている方法では、樹脂成形品内部の空隙の影響、外形の影響は考慮できず、十分な解析を行うことができなかった。
また、特許文献２に記載の方法は、拡散係数自体の取得に関しては実測方法以外にないため、燃料等の薬品の浸漬による飽和膨潤に達する時間の予測は困難であり、飽和膨潤に達する時間も場合により数千時間かかる場合があった。
更に、特許文献３に示されている方法では、樹脂成形品内部の空隙の影響、外形の影響は考慮できず、十分な解析を行うことができなかった。
【0008】
また、樹脂成形品がフィラーを含有する場合、フィラーの変形、フィラーの配向、外形部の変形などを考慮する方法も知られていない。これらの理由により、燃料等の液体が浸透する部品において、計算によっても液体の浸透挙動を事前に予測することが困難であった。そのため、材料の選定、材料処方の最適化、製品形状の設計などは試作、実機による試験などが必要となり、製品開発において膨大な時間を要していた。
以上は、液体の浸透挙動について述べたが、液体ではなく、気体の場合であっても同様の問題が起こり得る。流体（液体又は気体）の浸透挙動について簡単に予測することができれば有用である。
以上は、液体の浸透挙動について述べたが、液体ではなく、気体の場合であっても同様の問題が起こり得る。流体（液体又は気体）の浸透挙動について簡単に予測することができれば有用である。
【0009】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、その課題は、フィラーを含む樹脂組成物を成形してなる樹脂成形品内の流体浸透時の挙動を簡単に予測することができる方法及びそれを計算機に実行させるプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、以下の知見を得て上記の課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、先ず、フィラーを含む樹脂成形品内のＸ線ＣＴによる３次元画像からフィラーの配置、形状を取得する。そして、その３次元画像を処理して、計算機支援工学（ＣＡＥ）による構造解析用計算モデルを作成し、流体浸漬に伴う浸透挙動を予測する。その結果、製品形状の設計を変更したり、拡散係数が小さく、浸漬時間にともなう質量増加、膨潤による寸法変化が抑制される樹脂組成物を作製したりすることができる。
前記課題を解決する本発明の一態様は以下の通りである。
前記課題を解決する本発明の一態様は以下の通りである。
【0011】
（１）フィラーを所定の割合Ａで含む樹脂組成物を成形してなる樹脂成形品の少なくとも一部について所定の方向に所定の間隔で複数のＸ線ＣＴ画像を取得するＸ線ＣＴ画像取得ステップＳ１と、
前記Ｘ線ＣＴ画像を編集して、下記ステップＳ９における計算に要する要素数を削減した編集画像を複数得るＸ線ＣＴ画像編集ステップＳ２と、
前記複数の編集画像から１又は２以上の編集画像を選択し、選択した編集画像において前記フィラーの割合が前記所定の割合Ａになるように、前記フィラーと樹脂部分と外形部分と空隙部分とを判別するための画像濃度閾値を決定する閾値決定ステップＳ３と、
前記画像濃度閾値と、前記１又は２以上の編集画像の各画素の画素濃度とに基づいて、前記１又は２以上の編集画像を複数の三値化画像に変換する画像変換ステップＳ４と、
前記複数の三値化画像を順次積層し前記樹脂成形品のＸ線ＣＴ画像取得部分の有限要素モデルを再構成する有限要素モデル作成ステップＳ５と、
前記有限要素モデルにおける、樹脂部、フィラー部、空隙部、及び外形部のうちのいずれかの属性を、前記三値化画像から得られるフィラーと樹脂部分と外形部分と空隙部分との情報を元に設定し、少なくともフィラー部及び空隙部の配置状態を取得する要素属性設定ステップＳ６と、
前記有限要素モデルの属性に応じて計算に要する物性値を設定する要素物性設定ステップＳ７と、
前記有限要素モデルに対して計算に要する境界条件を設定する境界条件設定ステップＳ８と、
前記有限要素モデル作成ステップＳ５で得られる熱伝導解析用モデルに基づいて、前記要素属性設定ステップＳ６で得られるフィラー部及び空隙部の配置状態と、前記要素物性設定ステップＳ７で設定した拡散係数と、前記境界条件設定ステップＳ８で設定した境界条件とにより構造解析ソフトウェアのプログラムを実行して熱伝導解析を行い、前記樹脂成形品における濃度分布を算出する浸透状態計算ステップＳ９と、を有し、
前記閾値決定ステップＳ３における閾値の決定は、所定の階調数を閾値に設定する第１ステップと、設定した閾値から前記閾値決定ステップＳ３で選択した編集画像を三値化する第２ステップと、前記三値化した編集画像中において、樹脂部分とフィラー部分との含有割合を計算する第３ステップと、前記第３ステップで得られた樹脂部分又はフィラー部分の含有割合と、前記樹脂成形品の現物内のフィラーの割合又は樹脂の割合とを比較し、前記第１ステップで設定した閾値が適切か否かを判断する第４ステップと、前記第４ステップにおいて、前記第１ステップで設定した閾値が適切であると判断する場合は、前記第１ステップで設定した閾値を樹脂部分とフィラー部分とを判別するための画像濃度閾値として決定し、前記第４ステップにおいて、前記第１ステップで設定した閾値が適切でないと判断する場合は、閾値を変更して前記第２ステップに戻る第５ステップとを含む過程で行われる、フィラー含有樹脂成形品内の流体浸透挙動の予測方法。
前記Ｘ線ＣＴ画像を編集して、下記ステップＳ９における計算に要する要素数を削減した編集画像を複数得るＸ線ＣＴ画像編集ステップＳ２と、
前記複数の編集画像から１又は２以上の編集画像を選択し、選択した編集画像において前記フィラーの割合が前記所定の割合Ａになるように、前記フィラーと樹脂部分と外形部分と空隙部分とを判別するための画像濃度閾値を決定する閾値決定ステップＳ３と、
前記画像濃度閾値と、前記１又は２以上の編集画像の各画素の画素濃度とに基づいて、前記１又は２以上の編集画像を複数の三値化画像に変換する画像変換ステップＳ４と、
前記複数の三値化画像を順次積層し前記樹脂成形品のＸ線ＣＴ画像取得部分の有限要素モデルを再構成する有限要素モデル作成ステップＳ５と、
前記有限要素モデルにおける、樹脂部、フィラー部、空隙部、及び外形部のうちのいずれかの属性を、前記三値化画像から得られるフィラーと樹脂部分と外形部分と空隙部分との情報を元に設定し、少なくともフィラー部及び空隙部の配置状態を取得する要素属性設定ステップＳ６と、
前記有限要素モデルの属性に応じて計算に要する物性値を設定する要素物性設定ステップＳ７と、
前記有限要素モデルに対して計算に要する境界条件を設定する境界条件設定ステップＳ８と、
前記有限要素モデル作成ステップＳ５で得られる熱伝導解析用モデルに基づいて、前記要素属性設定ステップＳ６で得られるフィラー部及び空隙部の配置状態と、前記要素物性設定ステップＳ７で設定した拡散係数と、前記境界条件設定ステップＳ８で設定した境界条件とにより構造解析ソフトウェアのプログラムを実行して熱伝導解析を行い、前記樹脂成形品における濃度分布を算出する浸透状態計算ステップＳ９と、を有し、
前記閾値決定ステップＳ３における閾値の決定は、所定の階調数を閾値に設定する第１ステップと、設定した閾値から前記閾値決定ステップＳ３で選択した編集画像を三値化する第２ステップと、前記三値化した編集画像中において、樹脂部分とフィラー部分との含有割合を計算する第３ステップと、前記第３ステップで得られた樹脂部分又はフィラー部分の含有割合と、前記樹脂成形品の現物内のフィラーの割合又は樹脂の割合とを比較し、前記第１ステップで設定した閾値が適切か否かを判断する第４ステップと、前記第４ステップにおいて、前記第１ステップで設定した閾値が適切であると判断する場合は、前記第１ステップで設定した閾値を樹脂部分とフィラー部分とを判別するための画像濃度閾値として決定し、前記第４ステップにおいて、前記第１ステップで設定した閾値が適切でないと判断する場合は、閾値を変更して前記第２ステップに戻る第５ステップとを含む過程で行われる、フィラー含有樹脂成形品内の流体浸透挙動の予測方法。
【0012】
（２）前記要素物性設定ステップＳ７において、比熱を１（Ｊ／ｋｇ・ｓ）及び密度を１（ｋｇ／ｍｍ３）とし、熱伝導率に拡散係数値を設定し、前記境界条件設定ステップＳ８における境界条件として、初期条件温度を０℃、外表面部に固定温度１００℃を設定する、前記（１）に記載のフィラー含有樹脂成形品内の流体浸透挙動の予測方法。
【0013】
（３）前記要素物性設定ステップＳ７における物性値を、弾性率、ポアソン比、せん断弾性率及び線膨張率のうちの少なくとも１つを異方性を考慮した値に設定し、前記境界条件設定ステップＳ８における境界条件として、製品全体に温度荷重を与える、前記（１）に記載のフィラー含有樹脂成形品内の流体浸透挙動の予測方法。
【0014】
（４）前記樹脂成形品内の薬液浸透による拡散係数を算出する、前記（２）に記載のフィラー含有樹脂成形品内の流体浸透挙動の予測方法。
【0015】
（５）前記樹脂成形品内の体積膨張率を算出する、前記（３）に記載のフィラー含有樹脂成形品内の流体浸透挙動の予測方法。
【0016】
（６）前記所定の割合Ａを、前記樹脂組成物を調製する際における樹脂及びフィラーの仕込み比から計算する、前記（１）～（５）のいずれかに記載のフィラー含有樹脂成形品内の流体浸透挙動の予測方法。
【0017】
（７）前記（１）～（５）のいずれかに記載のフィラー含有樹脂成形品内の流体浸透挙動の予測方法の各ステップを計算機に実行させるプログラム。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、フィラーを含む樹脂組成物を成形してなる樹脂成形品内の流体浸透時の挙動を簡単に予測することができる方法及びそれを計算機に実行させるプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本実施形態の樹脂成形品内の流体浸透挙動の予測方法のフローを示すフローチャートである。
【図2】Ｘ線ＣＴ測定装置の模式図である。
【図3】Ｘ線ＣＴ装置により撮影された画像の一例を示す図である。
【図4】閾値決定ステップＳ３におけるフローを示すフローチャートである。
【図5】図（ａ）は、画像編集後、閾値設定に基づき、樹脂部、フィラー部、外形部、空隙部に領域分けした画像を示すであり、図（ｂ）は領域Ｘを拡大して示す図である。
【図6】画像処理して、樹脂部、フィラー部、空隙部に領域を分けて物性値を設定した有限要素モデルを示す図であり、図（ａ）は樹脂部及びフィラー部を、図（ｂ）はモデル内部にある空隙部を示している。
【図7】一連の解析プログラムを実現するためのハードウェア資源の一例を示す図である。
【図8】流体浸透による重量変化率、体積膨張率の測定に用いた試験片とＸ線ＣＴ撮影領域を示す図である。
【図9】図（ａ）は、画像編集によって樹脂部、フィラー部、空隙部の混在した領域と外形部に領域分けした画像を示す図であり、図（ｂ）は領域Ｙを拡大して示す図であり、図（ｃ）は領域Ｚを拡大して示す図である。
【図10】浸透解析時の固定温度を設定する領域を示す図である。
【図11】重量変化率から算出した流体濃度の浸透時間依存性の解析値を示すグラフである。
【図12】図（ａ）は実施例３、図（ｂ）は実施例１による流体浸透状態を示す図である。
【図13】膨潤解析時の拘束条件を設定する領域を示す図である。
【図14】実施例４における膨潤解析時の変形状態を示す図である。
【図15】拡散係数のガラス含有率依存性の実測値と解析値を示すグラフである。
【図16】体積膨張率のガラス含有率依存性の実測値と解析値を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0020】
＜フィラー含有樹脂成形品内の流体浸透挙動の予測方法＞
本実施形態のフィラー含有樹脂成形品内の流体浸透挙動の予測方法は、以下のステップＳ１～ステップＳ９を有する。
Ｘ線ＣＴ画像取得ステップＳ１：フィラーを所定の割合Ａで含む樹脂組成物を成形してなる樹脂成形品の少なくとも一部について所定の方向に所定の間隔で複数のＸ線ＣＴ画像を取得する。
Ｘ線ＣＴ画像編集ステップＳ２：Ｘ線ＣＴ画像を編集して、下記ステップＳ９における計算に要する要素数を削減した編集画像を複数得る。
閾値決定ステップＳ３：複数の編集画像から１又は２以上の編集画像を選択し、選択した編集画像においてフィラーの割合が所定の割合Ａになるように、フィラーと樹脂部分と外形部分と空隙部分とを判別するための画像濃度閾値を決定する。
画像変換ステップＳ４：画像濃度閾値と、１又は２以上の編集画像の各画素の画素濃度とに基づいて、１又は２以上の編集画像を複数の三値化画像に変換する。
有限要素モデル作成ステップＳ５：複数の三値化画像を順次積層し樹脂成形品のＸ線ＣＴ画像取得部分の有限要素モデルを再構成する。
要素属性設定ステップＳ６：有限要素モデルにおける、樹脂部、フィラー部、空隙部、及び外形部のうちのいずれかの属性を、三値化画像から得られるフィラーと樹脂部分と外形部分と空隙部分との情報を元に設定し、少なくともフィラー部及び空隙部の配置状態を取得する。
要素物性設定ステップＳ７：有限要素モデルの属性に応じて計算に要する物性値を設定する。
境界条件設定ステップＳ８：有限要素モデルに対して計算に要する境界条件を設定する。
浸透状態計算ステップＳ９：有限要素モデル作成ステップＳ５で得られる熱伝導解析用モデルに基づいて、要素属性設定ステップＳ６で得られるフィラー部及び空隙部の配置状態と、要素物性設定ステップＳ７で設定した拡散係数と、境界条件設定ステップＳ８で設定した境界条件とにより構造解析ソフトウェアのプログラムを実行して熱伝導解析を行い、樹脂成形品における濃度分布を算出する。
そして、閾値決定ステップＳ３における閾値の決定は、以下の第１ステップ～第５ステップを含む過程で行われる。
第１ステップ：所定の階調数を閾値に設定する。
第２ステップ：設定した閾値から閾値決定ステップＳ３で選択した編集画像を三値化する。
第３ステップ：三値化した編集画像中において、樹脂部分とフィラー部分との含有割合を計算する。
第４ステップ：第３ステップで得られた樹脂部分又はフィラー部分の含有割合と、樹脂成形品の現物内のフィラーの割合又は樹脂の割合とを比較し、第１ステップで設定した閾値が適切か否かを判断する。
第５ステップ：第４ステップにおいて、第１ステップで設定した閾値が適切であると判断する場合は、第１ステップで設定した閾値を樹脂部分とフィラー部分とを判別するための画像濃度閾値として決定し、第４ステップにおいて、第１ステップで設定した閾値が適切でないと判断する場合は、閾値を変更して第２ステップに戻る。
本実施形態において、流体は液体及び気体を含む。液体とは、常温で液体のもののみならず、高温（例えば８０～１５０℃）で液体となるものも含み、具体的には、燃料、水分、トルエン、エタノール、燃料、不凍液、グリース等が挙げられる。すなわち、常温では固体のものであっても、高温時に液体となって樹脂成形品に浸透し得るものをも含む。
同様に、気体とは、常温で気体のもののみならず、高温（例えば８０～２００℃）で気体となるものも含み、具体的には、燃料、水分、トルエン、エタノール、燃料、不凍液、グリース、水素等が挙げられる。すなわち、常温では固体又は液体のものであっても、高温時に気体となって樹脂成形品に浸透し得るものをも含む。
本実施形態のフィラー含有樹脂成形品内の流体浸透挙動の予測方法は、以下のステップＳ１～ステップＳ９を有する。
Ｘ線ＣＴ画像取得ステップＳ１：フィラーを所定の割合Ａで含む樹脂組成物を成形してなる樹脂成形品の少なくとも一部について所定の方向に所定の間隔で複数のＸ線ＣＴ画像を取得する。
Ｘ線ＣＴ画像編集ステップＳ２：Ｘ線ＣＴ画像を編集して、下記ステップＳ９における計算に要する要素数を削減した編集画像を複数得る。
閾値決定ステップＳ３：複数の編集画像から１又は２以上の編集画像を選択し、選択した編集画像においてフィラーの割合が所定の割合Ａになるように、フィラーと樹脂部分と外形部分と空隙部分とを判別するための画像濃度閾値を決定する。
画像変換ステップＳ４：画像濃度閾値と、１又は２以上の編集画像の各画素の画素濃度とに基づいて、１又は２以上の編集画像を複数の三値化画像に変換する。
有限要素モデル作成ステップＳ５：複数の三値化画像を順次積層し樹脂成形品のＸ線ＣＴ画像取得部分の有限要素モデルを再構成する。
要素属性設定ステップＳ６：有限要素モデルにおける、樹脂部、フィラー部、空隙部、及び外形部のうちのいずれかの属性を、三値化画像から得られるフィラーと樹脂部分と外形部分と空隙部分との情報を元に設定し、少なくともフィラー部及び空隙部の配置状態を取得する。
要素物性設定ステップＳ７：有限要素モデルの属性に応じて計算に要する物性値を設定する。
境界条件設定ステップＳ８：有限要素モデルに対して計算に要する境界条件を設定する。
浸透状態計算ステップＳ９：有限要素モデル作成ステップＳ５で得られる熱伝導解析用モデルに基づいて、要素属性設定ステップＳ６で得られるフィラー部及び空隙部の配置状態と、要素物性設定ステップＳ７で設定した拡散係数と、境界条件設定ステップＳ８で設定した境界条件とにより構造解析ソフトウェアのプログラムを実行して熱伝導解析を行い、樹脂成形品における濃度分布を算出する。
そして、閾値決定ステップＳ３における閾値の決定は、以下の第１ステップ～第５ステップを含む過程で行われる。
第１ステップ：所定の階調数を閾値に設定する。
第２ステップ：設定した閾値から閾値決定ステップＳ３で選択した編集画像を三値化する。
第３ステップ：三値化した編集画像中において、樹脂部分とフィラー部分との含有割合を計算する。
第４ステップ：第３ステップで得られた樹脂部分又はフィラー部分の含有割合と、樹脂成形品の現物内のフィラーの割合又は樹脂の割合とを比較し、第１ステップで設定した閾値が適切か否かを判断する。
第５ステップ：第４ステップにおいて、第１ステップで設定した閾値が適切であると判断する場合は、第１ステップで設定した閾値を樹脂部分とフィラー部分とを判別するための画像濃度閾値として決定し、第４ステップにおいて、第１ステップで設定した閾値が適切でないと判断する場合は、閾値を変更して第２ステップに戻る。
本実施形態において、流体は液体及び気体を含む。液体とは、常温で液体のもののみならず、高温（例えば８０～１５０℃）で液体となるものも含み、具体的には、燃料、水分、トルエン、エタノール、燃料、不凍液、グリース等が挙げられる。すなわち、常温では固体のものであっても、高温時に液体となって樹脂成形品に浸透し得るものをも含む。
同様に、気体とは、常温で気体のもののみならず、高温（例えば８０～２００℃）で気体となるものも含み、具体的には、燃料、水分、トルエン、エタノール、燃料、不凍液、グリース、水素等が挙げられる。すなわち、常温では固体又は液体のものであっても、高温時に気体となって樹脂成形品に浸透し得るものをも含む。
【0021】
【0022】
［Ｘ線ＣＴ画像取得ステップＳ１］
Ｘ線ＣＴ画像取得ステップＳ１（以下、「ステップＳ１」とも呼ぶ。ステップＳ２以降も同様である。）は、フィラーを所定の割合Ａで含む樹脂組成物を成形してなる樹脂成形品の少なくとも一部について所定の方向に所定の間隔で複数のＸ線ＣＴ画像を取得するステップである。
Ｘ線ＣＴ画像取得ステップＳ１（以下、「ステップＳ１」とも呼ぶ。ステップＳ２以降も同様である。）は、フィラーを所定の割合Ａで含む樹脂組成物を成形してなる樹脂成形品の少なくとも一部について所定の方向に所定の間隔で複数のＸ線ＣＴ画像を取得するステップである。
【0023】
先ず、Ｘ線ＣＴ画像を取得する対象となる樹脂成形品を決定する。本実施形態において、予測対象となる樹脂成形品は、フィラーを所定の割合Ａで含む樹脂組成物を成形してなる。割合Ａとしては任意であり特に限定はない。
【0024】
本実施形態の流体浸透挙動の予測方法は、従来公知の様々な樹脂を予測対象とすることができる。また、複数の樹脂をブレンドした樹脂混合物も上記樹脂組成物に含まれる。
【0025】
上記樹脂組成物はフィラーを所定の割合Ａで含む。フィラーの種類は、樹脂とフィラーの境界がはっきりと判り易くＸ線透過率が低い無機系のフィラーが好ましい。従来公知の無機フィラーとして、繊維状フィラー、粉粒状フィラー、板状フィラー等が挙げられる。好ましい繊維状フィラーとして、例えば、ガラス繊維、アスベスト繊維、シリカ繊維、シリカ・アルミナ繊維、アルミナ繊維、ジルコニア繊維、窒化硼素繊維、窒化珪素繊維、硼素繊維、チタン酸カリウム繊維、さらにステンレス、アルミニウム、チタン、銅、真鍮等の金属の繊維状物等の無機質繊維状物質が挙げられる。また、粉粒状フィラーとしては、シリカ、石英粉末、ガラスビーズ、ミルドガラスファイバー、ガラスバルーン、ガラス粉、珪酸カルシウム、珪酸アルミニウム、カオリン、タルク、クレー、珪藻土、ウォラストナイトの如き珪酸塩、酸化鉄、酸化チタン、酸化亜鉛、三酸化アンチモン、アルミナの如き金属の酸化物、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムの如き金属の炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸バリウムの如き金属の硫酸塩、その他フェライト、炭化珪素、窒化珪素、窒化硼素、各種金属粉末等が挙げられる。また、板状フィラーとしては、マイカ、ガラスフレーク、各種の金属箔等が挙げられる。
【0026】
上記樹脂組成物には、核剤、着色剤、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樹脂組成物も含まれる。
【0027】
上記樹脂成形品は、従来公知の成形方法で得ることができる。従来公知の成形方法としては、例えば、圧縮成形、トランスファー成形、射出成形、押出成形、ブロー成形等種々の成形方法を挙げることができる。
【0028】
ステップＳ１は、上記のようにして得られた樹脂成形品の少なくとも一部について、所定の方向に所定の間隔で複数のＸ線ＣＴ画像を取得する。「少なくとも一部」とは、得られた樹脂成形品全体を予測する対象としてもよいし、樹脂成形品の一部を予測する対象としてもよいことを指す。例えば、樹脂成形品内のフィラー配向、配置状態が一様な場合には、一部のみを予測すれば、他の部分もその予測した一部と同様のフィラー配向、配置状態であると予測することができる。従って、樹脂成形品内の一部のみで予測しても樹脂成形品全体としての変形挙動の解析に好ましく用いることができるが、フィラー配向、配置状態は一般的に一様ではないため、画像取得領域は広い範囲が望ましい。
【0029】
樹脂成形品の一部をＸ線ＣＴ画像取得の対象とする場合には、Ｘ線ＣＴ画像を取得する対象となる樹脂成形品から必要に応じて樹脂成形品を切り出し、Ｘ線ＣＴ画像を取得するための樹脂試験片を作製する。樹脂成形品全体をＸ線ＣＴ画像取得の対象とする場合には、樹脂成形品全体が樹脂試験片となる。
【0030】
Ｘ線ＣＴ画像の取得方法は特に限定されないが、例えば、図２に示すようなＸ線ＣＴ装置１を用いて取得することができる。Ｘ線ＣＴ装置１は、樹脂試験片２にＸ線を照射するためのＸ線照射部１１と、樹脂試験片２を透過したＸ線を投影データとして検出するＸ線検出部１２と、樹脂試験片２を保持する試料台１３と、試料台１３を上下移動（図２中の矢印方向の移動）及び回転移動（図２中の白抜き矢印方向の移動）させるための回転駆動部１４と、複数の角度方向の投影データをＸ線ＣＴ画像として再構成する画像処理部１５とを備える。
【0031】
Ｘ線照射部１１は、樹脂試験片２にＸ線を照射させるための部位である。Ｘ線を照射できるものであれば特に限定されず、従来公知のＸ線照射装置を使用することができる。例えば、Ｘ線管等が挙げられる。Ｘ線照射部１１では、樹脂試験片２に照射するＸ線の照射条件を調整することができる。Ｘ線の照射条件としては、例えば、管電流、Ｘ線照射時間等がある。本実施形態においては、Ｘ線の照射条件は特に限定されず、予測の対象となる樹脂試験片の形状、含まれる樹脂の種類等に応じて適宜変更できる。
【0032】
Ｘ線検出部１２は、樹脂試験片２を透過したＸ線を電気信号に変換した後、投影データとして検出する部位である。Ｘ線検出部１２は、樹脂試験片２を間に挟んでＸ線照射部１１に対向するように配置される。
【0033】
試料台１３は、樹脂試験片２にＸ線が照射されるように樹脂試験片２を保持するための部位である。試料台はＸ線照射部１１とＸ線検出部１２との間に配置される。
【0034】
回転駆動部１４は、試料台１３を上下移動及び回転移動させて、樹脂試験片２に複数の角度方向からＸ線を照射させるための部位である。回転駆動部１４は、試料台１３に接続されている。回転駆動部１４により、樹脂試験片２内の様々な位置に対して複数の方向からＸ線を照射できる。その結果、様々な角度から樹脂試験片２を透過したＸ線について、それぞれの投影データを得ることができる。
【0035】
画像処理部１５は、複数の角度方向の投影データをＸ線ＣＴ画像として再構成する部位である。画像処理部１５はＸ線検出部１２に接続されている。Ｘ線検出部１２で検出された投影データが画像処理部１５に送られ、従来公知の画像処理を行うことでＸ線ＣＴ画像が得られる。従来公知の画像処理方法とは、例えば、各方向の投影データを一次元フーリエ変換し、これらを合成して二次元フーリエ変換像を作成してこれを逆フーリエ変換して再構成画像を得る方法が挙げられる。
【0036】
Ｘ線ＣＴ画像は、樹脂成形品内での所定の方向における所定の間隔でのＸ線ＣＴ画像である。従って、本ステップでは複数のＸ線ＣＴ画像が得られる。「所定の間隔」とは、Ｘ線ＣＴ画像を得る際に濃淡を平均化する範囲である。Ｘ線ＣＴ画像の間隔は特に限定されず、測定対象によって適宜変更して実施することができるが、繊維状フィラーを含む樹脂成形品内の薬液浸透挙動の予測方法を適切に予測するためには、Ｘ線ＣＴ画像の間隔はフィラーの平均直径以下、平均直径が不明な場合には２０μｍ以下であることが好ましい。また、「所定の方向」はＸ線ＣＴ画像の画像面に垂直な方向であり、所定の方向は所望の方向に設定することができる。
【0037】
上記のようにして得られるＸ線ＣＴ画像の一例を図３に示す。図３にはモノトーンのＸ線ＣＴ画像が示されている。より黒い部分は樹脂成形品内でＸ線を透過しやすい部分であり、より白い部分は樹脂成形品内でＸ線を透過し難い部分である。Ｘ線ＣＴ画像には樹脂部分とフィラー部分と外形部、空隙部が含まれている。通常、樹脂部分はフィラー部分と比較してＸ線を透過しやすい。従って、図３では、黒色部分が樹脂を表す傾向にあり、白色部分がフィラーを表す傾向にある。なお、下記の通り、Ｘ線ＣＴ画像にはノイズパターンも含まれることから、単純に黒色で表される部分が樹脂部分、白色で表される部分がフィラー部分であるとはいえない。
【0038】
樹脂部分とフィラー部分とはＸ線吸収率が異なるため濃淡のある画像が得られる。さらに、このようにＸ線吸収率の異なる複数の材料から構成されている樹脂試験片２のＸ線ＣＴ画像を得る場合、樹脂部分とフィラー部分との境界を挟んでＸ線吸収率が不連続的に変化する。このため、Ｘ線検出部１２で得られる投影データにも不連続的（急峻）な変化が現れる。その結果、その一次元フーリエ変換像には不連続的な変化に起因する高周波成分が大きく現れる。この高周波成分に起因する数値計算誤差により、画像処理部１５から得られる再構成画像にはアーチファクトと呼ばれる虚像（ノイズパターン）が出現する。このノイズパターンもＸ線ＣＴ画像に含まれる。このノイズパターンはＸ線ＣＴ画像を用いて流体浸透挙動を予測する上で大きな障害となっている。
【0039】
本実施形態においては、特許文献３に示されている樹脂部、フィラー部のみを特定の狭い画素数範囲で解析するのではなく、さらに外形部、空隙部も計算に加える。そのため、要素数が膨大になりやすく、計算に長時間要する傾向にある。そこで、以下のステップＳ２において、得られたＸ線ＣＴ画像を編集して要素数を削減する。
【0040】
［Ｘ線ＣＴ画像編集ステップＳ２］
Ｘ線ＣＴ画像編集ステップＳ２は、ステップＳ１で取得したＸ線ＣＴ画像を編集して、ステップＳ９における計算に要する要素数を削減した編集画像を複数得るＸ線ＣＴ画像編集ステップである。すなわち、ステップ２においては、後に示す浸透状態計算ステップＳ９にて計算可能な要素数に制限するため、得られたＸ線ＣＴ画像を編集し、なるべく外形部分が少なくなるように画像を回転、トリミングなどを行う。
Ｘ線ＣＴ画像編集ステップＳ２は、ステップＳ１で取得したＸ線ＣＴ画像を編集して、ステップＳ９における計算に要する要素数を削減した編集画像を複数得るＸ線ＣＴ画像編集ステップである。すなわち、ステップ２においては、後に示す浸透状態計算ステップＳ９にて計算可能な要素数に制限するため、得られたＸ線ＣＴ画像を編集し、なるべく外形部分が少なくなるように画像を回転、トリミングなどを行う。
【0041】
必要に応じて、対称的な形状の場合、形状の対称性に応じて２分の１モデル、４分の１モデルを用いる。そのため、不要な部分を画像の段階で削減することが望ましい。
【0042】
更に、外形部に対しては、要素作成しないが、空隙部と外形部は画素の明暗度が同じレベルとなる。外形部と空隙部の区別のため、画面の段階で編集し、手動で色分けすることで、後のステップにおける作業時間を短縮することが望ましい。
【0043】
［閾値決定ステップＳ３］
閾値決定ステップＳ３は、複数の編集画像から１又は２以上の編集画像を選択し、選択した編集画像においてフィラーの割合が所定の割合Ａになるように、フィラーと樹脂部分と外形部分と空隙部分とを判別するための画像濃度閾値を決定するステップである。すなわち、ステップ３は、Ｘ線ＣＴ画像編集ステップＳ２で得られた編集画像の画像濃度において、どの程度の濃さの部分（どの程度黒い部分）までを樹脂部分と予測し、どの程度の薄さの部分（どの程度白い部分）までをフィラー部分、空隙部分と予測するための画像濃度の閾値を決定するステップである。
閾値決定ステップＳ３は、複数の編集画像から１又は２以上の編集画像を選択し、選択した編集画像においてフィラーの割合が所定の割合Ａになるように、フィラーと樹脂部分と外形部分と空隙部分とを判別するための画像濃度閾値を決定するステップである。すなわち、ステップ３は、Ｘ線ＣＴ画像編集ステップＳ２で得られた編集画像の画像濃度において、どの程度の濃さの部分（どの程度黒い部分）までを樹脂部分と予測し、どの程度の薄さの部分（どの程度白い部分）までをフィラー部分、空隙部分と予測するための画像濃度の閾値を決定するステップである。
【0044】
ステップ３では、先ず、閾値を決定するための編集画像を選択する。選択する編集画像は、一又は二以上の編集画像である。先ず、一枚の編集画像から閾値を決定する過程を、具体的に図４のフローチャートを用いて説明する。なお、閾値決定方法は下記の方法に限定されるものではない。
【0045】
Ｘ線ＣＴ画像は、上記の通り図３に示されるような画像であり、白色の部分、黒色の部分、灰色の部分が含まれている。このＸ線ＣＴ画像は、上記閾値決定ステップＳ３で画像濃度を明度についての階調数（２５６階調）で表したものである。閾値となる階調数を境に樹脂部分として予測する部分と、フィラー部分として予測する部分、および外形部分と空隙部分に分ける。
【0046】
なお、外形部分と空隙部分は同一閾値となるため、Ｘ線ＣＴ画像を手動で編集することで外形部分を色分けする。
【0047】
先ず、図４に示すように所定の階調数を閾値に設定する（第１ステップＳＳ１）。次いで、第１ステップで設定した閾値から、上記のように選択した編集画像を三値化する（第２ステップＳＳ２）。三値化した編集画像中に樹脂部分とフィラー部分との含有割合を計算する（第３ステップＳＳ３）。第３ステップで得られた樹脂部分又はフィラー部分の含有割合と、実際の樹脂成形品内のフィラーの割合（所定の割合）又は樹脂の割合とを比較し、第１ステップで設定した閾値が適切か否かを判断する（第４ステップＳＳ４）。第４ステップの結果から、第１ステップで設定した閾値が適切な閾値と判断できるものであれば、第１ステップで設定した閾値を樹脂部分とフィラー部分と外形部分と空隙部分を判別するための画像濃度閾値として決定する（ＳＳ６）。第１ステップで設定した閾値が適切な閾値であると判断できない場合には、閾値を変更する（第５ステップＳＳ５）。第５ステップで閾値を変更後、再び第２ステップに戻る。第４ステップで適切な閾値と判断できるまで、第５ステップ、第２ステップ、第３ステップ、及び第４ステップを繰り返し行う。
【0048】
第１ステップでは、所定の階調数を閾値に設定する。第４ステップで適切な閾値であるか否かを判断するため、第１ステップではどのような値を閾値と設定しても問題がない。このため、この閾値を設定する際の設定方法は特に限定されず、例えば、目視等により閾値になりそうなおよその値を閾値として設定することができる。
【0049】
第２ステップでは、第１ステップで設定した閾値から、選択した一枚の編集画像を三値化する。例えば、後述する画像変換ステップと同様の方法で編集画像を三値化したスライス画像（三値化画像）に変換する。三値化画像を図５に示した。図５の詳細については後述する。
【0050】
第３ステップでは、三値化した編集画像中に樹脂部分とフィラー部分との含有割合を計算する。例えば、三値化した編集画像から、樹脂部分とフィラー部分との面積比を計算する方法で樹脂部分の含有割合とフィラー部分との含有割合とを計算することができる。含有割合は量比等で表すこともできるが、本実施形態では、このような面積比を用いる計算方法で上記含有割合を算出することが好ましい。
【0051】
第４ステップでは、第３ステップで得られた樹脂部分又はフィラー部分の含有割合と、実際の樹脂成形品内のフィラーの割合（所定の割合）又は樹脂の割合とを比較し、ステップ１で設定した閾値が適切か否かを判断する。「樹脂成形品内のフィラーの割合（所定の割合）又は樹脂の割合」とは、量から決定される割合、体積から決定される割合等であり、どのような割合であるかは特に限定されないが、樹脂組成物を調製する際における樹脂及びフィラーの仕込み比から計算した体積比を用いて各成分の割合を表すことが好ましい。樹脂成形品内の樹脂部分の体積とフィラー部分の体積との比が予め分かっていない場合には、樹脂成形品の比重を計測し、樹脂の比重、フィラーの比重より計算する方法で求めることができる。
【0052】
特に、第４ステップでは、第３ステップで樹脂部分又はフィラー部分の割合を面積比で表したものと、実際の樹脂成形品内の樹脂部分又はフィラー部分の割合を体積比で表したものとを比較することが好ましい。実際の樹脂成形品内の樹脂部分の占有体積、フィラー部分の占有体積との比と、三値化した編集画像内での樹脂部分の占有面積とフィラー部分の占有面積との比を比較することで、より適切な閾値を求めることができる。
【0053】
さらに、第３ステップで得られた各成分の含有割合と、樹脂成形品内のフィラーの割合（所定の割合）又は樹脂部分の割合との比較からステップ１で設定した閾値が適切な値であるか否かを判断する。本実施形態の特徴の一つは、「Ｘ線ＣＴ画像においてフィラーの割合が実際の樹脂成形品に含まれるフィラーの所定の割合Ａになるように、フィラーと樹脂部分とを判別する閾値を決定すること」であり、この第４ステップがこの具体的な閾値を決定するステップに当たる。即ち、三値化した編集画像から計算した樹脂部分又はフィラー部分の含有割合と、実際の樹脂成形品内のフィラーの割合（所定の割合）又は樹脂の割合とを比較し、閾値が適切か否かを判断する点が本実施形態の特徴の一つである。例えば、第３ステップで各成分の割合を面積比で表し、樹脂成形品内のフィラーの割合（所定の割合）及び樹脂の割合を体積比で表したとすると、この面積比と体積比とが一致すれば閾値は適切な値であると判断できる。また、面積比と体積比とが異なる場合であっても、その差が微差であると判断できる場合には、第１ステップで設定した閾値は適切であると判断することがきる。どの程度の差が「微差」に当たるかは、対象となる樹脂成形品の種類等によって異なるものの、樹脂部分又はフィラー部分の割合同士を比較した場合に差が０．５％以内であれば適切な閾値と判断できる。
【0054】
第１ステップで設定した閾値が、適切な閾値と判断された場合には、この閾値を画像濃度閾値として次の画像変換ステップに進む。一方、第１ステップで設定した閾値が、適切な閾値と判断されなかった場合には、第５ステップに進み閾値を変更する。
【0055】
第５ステップでは、第４ステップにおいて設定した閾値が適切でないと判断された場合に閾値を変更する。第４ステップで樹脂部分が多くなりすぎるために適切な閾値でないと判断された場合には、樹脂部分が少なくなるように閾値を変更し、第４ステップでフィラー部分が多くなりすぎるために適切な閾値でないと判断された場合には、フィラー部分が少なくなるように閾値を変更する。通常、樹脂部分はフィラー部分と比較して、Ｘ線を透過しやすいため白色（明るい色）になる。従って、ステップ１で設定した閾値では樹脂部分が多くなり過ぎる場合には、より暗い階調数が閾値になるように変更する。一方、第１ステップで設定した閾値ではフィラー部分が多くなり過ぎる場合には、より明るい階調数が閾値になるように変更する。
【0056】
閾値を変更し、その閾値を用いて、さらに第２ステップから第４ステップを行う。変更した閾値が第４ステップで適切な閾値と判断された場合には、この変更した閾値を画像濃度閾値として次の画像変換ステップに進む。一方、適切な閾値と判断されなかった場合には、さらに閾値を変更し、適切な閾値が得られるまで第５ステップ（閾値の変更）、第２ステップ（変更した閾値を用いて編集画像を三値化画像に変換）、第３ステップ（三値化した編集画像から各成分の割合を計算）、第４ステップ（閾値が適切か否かの判断）を繰り返し行う。
【0057】
ステップ３では、例えば、上記のようにして画像濃度閾値を決定する。また、以下、複数の編集画像を用いて画像濃度閾値を決定する方法について説明する。
【0058】
複数の編集画像のそれぞれについて、画像濃度閾値を決定する。例えば、図４に示すような上記第１ステップＳＳ１から第５ステップＳＳ５の方法で各編集画像について画像濃度閾値を決定することができる。このように複数の編集画像のそれぞれについて画像濃度閾値を求め、これらの画像濃度閾値の値から次の画像変換ステップに用いる画像濃度閾値を決定することでより適切な画像濃度閾値を決定することができる。
【0059】
上記複数の編集画像それぞれについての画像濃度閾値から画像変換ステップＳ４に用いる画像濃度閾値を決定する方法は特に限定されないが、求めた全ての画像濃度閾値を平均した値（画像濃度閾値の平均値）を画像変換ステップＳ４に用いる画像濃度閾値とする方法が好ましい。
【0060】
上記の通り、Ｘ線ＣＴ画像には樹脂部分、フィラー部分、空隙部分、外形部分、ノイズパターンが含まれる。本実施形態の流体浸透挙動の予測方法の大きな特徴の一つは、Ｘ線ＣＴ画像に含まれるノイズパターンも含めて樹脂部分とフィラー部分、外形部分、空隙部分とを分ける閾値を、編集画像において上記フィラーの割合が実際に樹脂成形品に含まれるフィラーの割合（所定の割合）になるように、フィラー部分と樹脂部分とを判別するための画像濃度閾値を決定することで、適切に樹脂成形品内でのフィラーの配向、配置状態を予測することができる点である。
【0061】
また、空隙部の周囲あるいは内部には微小な樹脂部、フィラー部が含まれる場合があり、適切な境界条件を与えないと計算がエラーとなる場合がある。このような微小な樹脂部、フィラー部数が多い場合には拘束条件を与える場合に多大な時間がかかる。また、空隙部を樹脂部に設定した場合、フィラー含有率が異なり、計算精度が悪くなる。本実施形態の流体浸透挙動の予測方法の特徴として、解析精度が良くなることが挙げられる。
【0062】
また、編集画像により、外形部をモデル化することにより、不均一な肉厚を有する場合でも外形の影響を精度良く考慮が可能となることで、解析精度が良くなることが挙げられる。
【0063】
［画像変換ステップＳ４］
画像変換ステップＳ４は、画像濃度閾値と、１又は２以上の編集画像の各画素の画素濃度とに基づいて、１又は２以上の編集画像を複数の三値化画像に変換するステップである。編集画像を三値化画像に変換する方法は特に限定されないが、上記閾値決定ステップで求めた閾値にて３色以上にて表示する方法等が挙げられる。
画像変換ステップＳ４は、画像濃度閾値と、１又は２以上の編集画像の各画素の画素濃度とに基づいて、１又は２以上の編集画像を複数の三値化画像に変換するステップである。編集画像を三値化画像に変換する方法は特に限定されないが、上記閾値決定ステップで求めた閾値にて３色以上にて表示する方法等が挙げられる。
【0064】
より具体的には、閾値決定ステップＳ３で決定した各画素での画像濃度と上記画像濃度閾値とを比較して、それぞれの画素について、画素の画像濃度が画像濃度閾値以上の場合には白色を、画素の画像濃度が画像濃度閾値未満の場合には黒色を表示した三値化画像を図５に示した。図５に示す三値化画像は樹脂部分が黒色、フィラー部分が白色で、外形部分が斜線、空隙部分は市松模様で表されている。図５において、（ａ）図内の領域Ｘを拡大したのが（ｂ）図である。（ｂ）図において、外表面２０と市松模様部２２が確認できる。
【0065】
上記Ｘ線ＣＴ画像取得ステップＳ１で説明した通り、Ｘ線ＣＴ画像は、所定の方向に所定の間隔で取得する。従って、Ｘ線ＣＴ画像及び編集画像は所定の厚みを有する。上記の三値化画像から編集画像表面での樹脂部分とフィラー部分との予測はできているが、三次元モデルを再構成するためには、編集画像の厚み方向の各位置で樹脂部分又はフィラー部分を予測する必要がある。厚み方向の各位置での予測方法は特に限定されないが、例えば、各編集画像において、表面で樹脂部分と予測した場合には、厚み方向は全て樹脂部分と予測し、表面でフィラー部分と予測した場合には、厚み方向は全てフィラー部分と予測する方法が好ましい。特に、この予測方法と、Ｘ線ＣＴ画像取得ステップで説明した通りＸ線ＣＴ画像（編集画像）の間隔を２０μｍ以下に設定することとを組み合わせることで、より正確な三次元モデルを容易に得ることができる。
【0066】
［有限要素モデル作成ステップＳ５］
有限要素モデル作成ステップＳ５は、複数の三値化画像を順次積層し樹脂成形品のＸ線ＣＴ画像取得部分の有限要素モデルを再構成するステップである。上述のＸ線ＣＴ画像取得ステップＳ１から閾値決定ステップＳ３までを行った後、流体浸透解析の対象となる樹脂成形品の形状定義を行う。
有限要素モデル作成ステップＳ５は、複数の三値化画像を順次積層し樹脂成形品のＸ線ＣＴ画像取得部分の有限要素モデルを再構成するステップである。上述のＸ線ＣＴ画像取得ステップＳ１から閾値決定ステップＳ３までを行った後、流体浸透解析の対象となる樹脂成形品の形状定義を行う。
【0067】
あらかじめ、外形部を除く樹脂部、フィラー部、空隙部の最大画素数幅、最大画素数長さ、Ｘ線ＣＴ画像（編集画像）の枚数を計測しておく。また、測定時の画素数間隔を記録しておく。
【0068】
画素数幅、長さ、枚数、およびその間隔に応じて節点を作成し、節点を８点組み合わせ、六面体一次要素を作成する。
【0069】
［要素属性設定ステップＳ６］
要素属性設定ステップＳ６は、有限要素モデルにおける、樹脂部、フィラー部、空隙部、及び外形部のうちのいずれかの属性を、三値化画像から得られるフィラーと樹脂部分と外形部分と空隙部分との情報を元に設定し、少なくともフィラー部及び空隙部の配置状態を取得するステップである。要素はそれぞれのＸ線ＣＴ画像（編集画像）内と１対１に対応しているため、Ｘ線ＣＴ画像にて決定された画素における樹脂部、フィラー部、空隙部、外形部を読み取り、位置関係が対応している要素にそれぞれ属性として樹脂部、フィラー部、空隙部、外形部を与える。なお、外形部は解析には用いないので、属性を与えず要素を削除してもよい。外形部を除いた有限要素モデルを図６に示した。（ａ）図において、樹脂部が黒色、フィラー部は灰色で示している。空隙部はモデル内部にあるため、別途（ｂ）図に示した。
要素属性設定ステップＳ６は、有限要素モデルにおける、樹脂部、フィラー部、空隙部、及び外形部のうちのいずれかの属性を、三値化画像から得られるフィラーと樹脂部分と外形部分と空隙部分との情報を元に設定し、少なくともフィラー部及び空隙部の配置状態を取得するステップである。要素はそれぞれのＸ線ＣＴ画像（編集画像）内と１対１に対応しているため、Ｘ線ＣＴ画像にて決定された画素における樹脂部、フィラー部、空隙部、外形部を読み取り、位置関係が対応している要素にそれぞれ属性として樹脂部、フィラー部、空隙部、外形部を与える。なお、外形部は解析には用いないので、属性を与えず要素を削除してもよい。外形部を除いた有限要素モデルを図６に示した。（ａ）図において、樹脂部が黒色、フィラー部は灰色で示している。空隙部はモデル内部にあるため、別途（ｂ）図に示した。
【0070】
ここで、拡散挙動の解析には要素のそれぞれの属性に応じて物性値を与えるとともに、境界条件が必要となる。薬液浸透の挙動は、下記式（ａ）に示されるＦｉｃｋの拡散方程式に従うものとする。
【0071】
【数1】
【0072】
Ｆｉｃｋの拡散方程式は、ポアソン方程式とも呼ばれ、非定常熱伝導方程式と同形であるため、例えば伝熱解析を行うことで、流体の拡散に関する挙動を予測することができる。より具体的には、流体の濃度を温度に置き換え、伝熱解析に用いられる比熱と密度の積と熱伝導率間の比率を拡散係数Ｄに置き換えることにより、簡単な実験と計算によって予測することができる。さらに、樹脂の結晶化度が高いほど拡散係数Ｄは小さくなるため、Ｆｉｃｋの拡散方程式を用いることで、樹脂の結晶化度による影響も考慮することができる。
【0073】
流体浸透状態の計算は、濃度を熱に置き換えることにより、公知の構造解析用計算プログラムを用いることができる。より具体的には、Ａｎｓｙｓ Ｉｎｃ．社製のＡＮＳＹＳ、Ｄａｓｓａｕｌｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｓ．Ｅ社製のＡＢＡＱＵＳ等を用いることができる。
【0074】
次の２つのステップ（ステップＳ７、Ｓ８）において、属性に応じた要素の物性値の設定及び境界条件の設定を行う。
【0075】
［要素物性設定ステップＳ７］
要素物性設定ステップＳ７は、有限要素モデルの属性に応じて計算に要する物性値を設定するステップである。すなわち、要素のそれぞれの属性に応じて物性値を与える。
要素物性設定ステップＳ７は、有限要素モデルの属性に応じて計算に要する物性値を設定するステップである。すなわち、要素のそれぞれの属性に応じて物性値を与える。
【0076】
本実施形態において、拡散係数を算出するには、有限要素モデルの属性に応じて計算に要する物性値として、比熱、熱伝導率、密度が必要であるが、比熱を１（Ｊ／ｋｇ・ｓ）及び密度を１（ｋｇ／ｍｍ３）として、熱伝導率に拡散係数値を入力することができる。
【0077】
一方、体積膨張率を算出するには、異方性弾性率、ポアソン比、せん断弾性率及び異方性線膨張率のうちの少なくとも１つを設定する。そして、構造解析を行い、温度荷重を与え、フィラー長手方向に沿った方向、フィラー長手方向に垂直となる方向の寸法変化から飽和膨潤時の膨潤量を得る。樹脂部においては、弾性率、せん断弾性率、ポアソン比、線膨張率それぞれについては、等方性としても計算可能であるが、より解析精度を高めるためには異方性物性値を入力することが望ましい。
【0078】
［境界条件設定ステップＳ８］
境界条件設定ステップＳ８は、有限要素モデルに対して計算に要する境界条件を設定するステップである。
境界条件設定ステップＳ８は、有限要素モデルに対して計算に要する境界条件を設定するステップである。
【0079】
本実施形態において、拡散係数を算出するには、計算に必要な境界条件として初期条件温度を０℃、外表面部に対して固定温度１００℃を与える。そして有限要素法に基づく計算により、従来公知の方法で所望の浸漬時間における温度分布を得ることができる。
【0080】
一方、体積膨張率を算出するには、計算に必要な境界条件としてＳ７にて作成した有限要素モデル全体に温度荷重１００℃を与える。また、自由膨張を仮定した境界条件として、各方向の切断面にて面に垂直になる方向に拘束する。そして有限要素法に基づく計算により、従来公知の構造解析用計算プログラムを用いることができる。より具体的には、Ａｎｓｙｓ Ｉｎｃ．社製のＡＮＳＹＳ、Ｄａｓｓａｕｌｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｓ．Ｅ社製のＡＢＡＱＵＳ等を用いることができる。
【0081】
なお、Ｘ線ＣＴ装置の解像度によっては、要素分割数が多大となり、用いる有限要素法のソフトの仕様によっては解析自体が不可、あるいは多大な時間を要する場合がある。有限要素法ソフトの仕様、計算するコンピュータシステムの仕様、計算コストに応じてモデル化範囲を小さくする必要がある。
【0082】
［要素物性設定ステップＳ７及び境界条件設定ステップＳ８のまとめ］
以上のステップＳ７及びステップＳ８は、上記の通り、拡散係数を算出する場合と、体積膨張率を算出する場合とで、それぞれ与える条件が異なる。そこで、それぞれの場合について以下にまとめて記す。
拡散係数を算出する場合、ステップＳ７において比熱および密度を１とし、熱伝導率に拡散係数値を設定し、ステップＳ８における境界条件として、初期条件温度を０℃、外表面部に固定温度１００℃を設定する。
また、体積膨張率を算出する場合、ステップＳ７における物性値を、異方性弾性率、ポアソン比、せん断弾性率及び異方性線膨張率のうちの少なくとも１つとし、ステップＳ８における境界条件として、製品全体に温度荷重を与える。
以上のステップＳ７及びステップＳ８は、上記の通り、拡散係数を算出する場合と、体積膨張率を算出する場合とで、それぞれ与える条件が異なる。そこで、それぞれの場合について以下にまとめて記す。
拡散係数を算出する場合、ステップＳ７において比熱および密度を１とし、熱伝導率に拡散係数値を設定し、ステップＳ８における境界条件として、初期条件温度を０℃、外表面部に固定温度１００℃を設定する。
また、体積膨張率を算出する場合、ステップＳ７における物性値を、異方性弾性率、ポアソン比、せん断弾性率及び異方性線膨張率のうちの少なくとも１つとし、ステップＳ８における境界条件として、製品全体に温度荷重を与える。
【0083】
［浸透状態計算ステップＳ９］
浸透状態計算ステップＳ９は、有限要素モデル作成ステップＳ５で得られる熱伝導解析用モデルに基づいて、要素属性設定ステップＳ６で得られるフィラー部、空隙部の配置状態と、要素物性設定ステップＳ７で設定した拡散係数と、境界条件設定ステップＳ８で設定した境界条件とにより構造解析ソフトウェアのプログラムを実行して熱伝導解析を行い、樹脂成形品における濃度分布を算出するステップである。
浸透状態計算ステップＳ９の計算結果から、フィラー含有樹脂成形品の濃度分布又はフィラー含有樹脂成形品の膨潤による変形をシミュレートすることができる。
浸透状態計算ステップＳ９は、有限要素モデル作成ステップＳ５で得られる熱伝導解析用モデルに基づいて、要素属性設定ステップＳ６で得られるフィラー部、空隙部の配置状態と、要素物性設定ステップＳ７で設定した拡散係数と、境界条件設定ステップＳ８で設定した境界条件とにより構造解析ソフトウェアのプログラムを実行して熱伝導解析を行い、樹脂成形品における濃度分布を算出するステップである。
浸透状態計算ステップＳ９の計算結果から、フィラー含有樹脂成形品の濃度分布又はフィラー含有樹脂成形品の膨潤による変形をシミュレートすることができる。
【0084】
以下では異方性を有する膨潤状態の計算方法について示す。
【0085】
本実施形態における流動解析用モデル及び構造解析用モデルの要素分割や、流体浸透量、膨潤状態の計算は、ソフトウェアとハードウェア資源（計算機）とが協働することによって実現されることが好ましい。
【0086】
図７は、一連の解析プログラムを実現するためのハードウェア資源の一例を示す。図７に示すハードウェア資源は、情報処理装置３０と、設計者からの各種要求を受け付ける入力装置６０と、情報処理装置３０が行った解析結果を出力する出力装置６２とを備えている。また、情報処理装置３０は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等のネットワークインターフェイス６４を介して、Ｘ線ＣＴ出力装置６６に接続されている。
【0087】
情報処理装置３０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３２と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等により構成される主記憶装置３３と、入力装置６０及び出力装置６２との間でデータ授受を行うＩ／Ｏインタフェース５８と、ハードディスク等により構成される補助記憶装置４０と、ネットワークＮＷに接続されている装置との間で行うデータ授受の制御を行うネットワークインターフェイス（ＮＷインタフェース）６４と、を備える。
【0088】
補助記憶装置４０には、上述した一連のステップを情報処理装置３０に実行させるための解析プログラム４２が格納されている。解析プログラム４２は、Ｘ線ＣＴ画像編集プログラム４４と、閾値設定プログラム４６と、画像変換プログラム４８と、有限要素モデル作成プログラム５０と、要素物性設定プログラム５２と、境界条件設定プログラム５４と、浸透状態計算プログラム５６とを含んで構成される。本実施形態に係る構造解析方法は、ＣＰＵ３２が補助記憶装置４０に格納されている解析プログラム４２を主記憶装置３３にロードして実行することにより実現される。
【0089】
上記の実施形態では、Ｘ線ＣＴ画像取得ステップＳ１から浸透状態計算ステップＳ９に至るまでの各ステップは、複数のプログラムが組み合わせられて実行されることで行われているが、これに限られることなく、最初から一体として構築されたプログラムでもよく、また、実行されるコンピュータの形態や規模、設置場所等も限定されるものではない。
【0090】
＜プログラム＞
本実施形態のプログラムは、以上の本実施形態のフィラー含有樹脂成形品内の流体浸透挙動の予測方法の各ステップを計算機に実行させるプログラムである。すなわち、図７において説明した解析プログラムが、本実施形態のプログラムに相当する。従って、本実施形態のプログラムについては既に説明したので、ここでは説明を省略する。
本実施形態のプログラムは、以上の本実施形態のフィラー含有樹脂成形品内の流体浸透挙動の予測方法の各ステップを計算機に実行させるプログラムである。すなわち、図７において説明した解析プログラムが、本実施形態のプログラムに相当する。従って、本実施形態のプログラムについては既に説明したので、ここでは説明を省略する。
【実施例0091】
以下に、実施例により本実施形態をさらに具体的に説明するが、本実施形態は以下の実施例に限定されるものではない。
【0092】
［実施例１～２］
《Ｘ線ＣＴ画像取得ステップＳ１》
実施例１及び２において、それぞれ、ガラス繊維の含有率が１０質量％、４０質量％の樹脂成形品を準備した。具体的には、ガラス繊維１０質量％、４０質量％含有する強化ポリフェニレンサルファイド樹脂組成物を、射出成形により、ＩＳＯ ５２７－１，２に準拠したダンベル状の試験片に成形した。当該試験片の形状を図８に示す。
以下に、樹脂成形品の形状及び射出成形の際の成形条件を示す。
形状：ＩＳＯ ５２７－１，２準拠 ダンベル状試験片 厚み ４ｍｍ 幅 １０ｍｍ
長さ：１７０ｍｍ
金型温度：１４０℃
樹脂温度：３２０℃
充填率：２８．５ｃｍ３／ｓ
保圧：５０ＭＰａ／１５ｓｅｃ
冷却時間：３０ｓｅｃ
《Ｘ線ＣＴ画像取得ステップＳ１》
実施例１及び２において、それぞれ、ガラス繊維の含有率が１０質量％、４０質量％の樹脂成形品を準備した。具体的には、ガラス繊維１０質量％、４０質量％含有する強化ポリフェニレンサルファイド樹脂組成物を、射出成形により、ＩＳＯ ５２７－１，２に準拠したダンベル状の試験片に成形した。当該試験片の形状を図８に示す。
以下に、樹脂成形品の形状及び射出成形の際の成形条件を示す。
形状：ＩＳＯ ５２７－１，２準拠 ダンベル状試験片 厚み ４ｍｍ 幅 １０ｍｍ
長さ：１７０ｍｍ
金型温度：１４０℃
樹脂温度：３２０℃
充填率：２８．５ｃｍ３／ｓ
保圧：５０ＭＰａ／１５ｓｅｃ
冷却時間：３０ｓｅｃ
【0093】
〔重量変化率、体積膨張率の測定〕
先ず、試験片を１８０℃乾燥機中に２時間放置後、放冷した。次いで、１００℃に保ったオートクレーブ上にて試験片をヨードベンゼン中に一定期間浸漬させた時の重量及び縦横幅の寸法変化率を測定した。試験片をヨードベンゼン中に浸漬させ取り出した後、２３℃／５０％Ｒｈに２４時間放置し、重量変化率および寸法変化率から計算した体積膨張率の浸漬時間依存性を測定した。
先ず、試験片を１８０℃乾燥機中に２時間放置後、放冷した。次いで、１００℃に保ったオートクレーブ上にて試験片をヨードベンゼン中に一定期間浸漬させた時の重量及び縦横幅の寸法変化率を測定した。試験片をヨードベンゼン中に浸漬させ取り出した後、２３℃／５０％Ｒｈに２４時間放置し、重量変化率および寸法変化率から計算した体積膨張率の浸漬時間依存性を測定した。
【0094】
〔拡散係数計算〕
重量変化率の浸漬時間依存性より、浸漬初期における重量変化率の時間依存性から重量変化率の時間に対する傾きｍを求め式（ｂ）から拡散係数を求めた。
［式（ｂ）中、Ｄは拡散係数［ｍｍ２／ｓ］、ｍは重量変化率の時間の平方根に対する傾き［１／√ｓ］、ｌは距離［ｍｍ］であり、肉厚の半分の長さである。］
重量変化率の浸漬時間依存性より、浸漬初期における重量変化率の時間依存性から重量変化率の時間に対する傾きｍを求め式（ｂ）から拡散係数を求めた。
【数2】
【0095】
次に、図８に示すように、射出成形にて得られた樹脂成形品７０を長さ２０ｍｍほどにて切り出し樹脂試験片７０Ａを作製し、Ｘ線ＣＴ装置による撮影により樹脂試験片のＸ線ＣＴ画像を取得した。樹脂試験片７０ＡをＸ線ＣＴ装置の試料台に載せて撮影した。なお、撮影装置には市販のＸ線ＣＴ装置（（株）コムスキャンテクノ社製 ＳｃａｎＸｍａｔｅ Ｄ０９０ＳＳ２７０）を用いた。撮影条件を以下に示す。
電圧：４５ｋＶ
管電流：１６０ｍＡ
解像度：１１μｍ
電圧：４５ｋＶ
管電流：１６０ｍＡ
解像度：１１μｍ
【0096】
《Ｘ線ＣＴ画像編集ステップＳ２》
次に、ステップＳ１で得られたＸ線ＣＴ画像の編集を行い、編集画像を得た。図８に示すように樹脂試験片７０Ａは直方体状であり、計算する要素数を制限するため、外形部分が少なくなるように画像を回転、トリミングなどを行った。また、樹脂試験片７０Ａの形状は対称であるため、４分の１モデルを用いた。編集に際しては、画像処理ソフトＩｍａｇｅＪ（開発元 Ｗａｙｎｅ Ｒａｓｈａｎｄ）を用いた。
次に、ステップＳ１で得られたＸ線ＣＴ画像の編集を行い、編集画像を得た。図８に示すように樹脂試験片７０Ａは直方体状であり、計算する要素数を制限するため、外形部分が少なくなるように画像を回転、トリミングなどを行った。また、樹脂試験片７０Ａの形状は対称であるため、４分の１モデルを用いた。編集に際しては、画像処理ソフトＩｍａｇｅＪ（開発元 Ｗａｙｎｅ Ｒａｓｈａｎｄ）を用いた。
【0097】
外形部と空隙部の区別のため、画面の段階で編集し、手動で色分けした。図９に樹脂部、フィラー部は白黒２５６諧調、外形部は灰色（斜線）で示した。この段階では質量分率が決まっていないため、樹脂部、フィラー部、空隙部は明確に分かれていない。また、図９に１／４モデルにおける画像使用領域を示す。
【0098】
《閾値決定ステップＳ３》
実施例１におけるガラス繊維の質量分率は１０質量％であり、体積分率は５．５７体積％である。また、実施例２におけるガラス繊維の質量分率は４０質量％であり、体積分率は２６．２体積％である。それぞれ、材料調製時の樹脂とフィラーの仕込み比から計算した。具体的には、以下の第１ステップ～第５ステップを行い、閾値を決定した。
第１ステップでは、暫定値にて閾値を設定し、第２ステップでは、第１ステップで設定した閾値から選択した一枚の編集画像を三値化した。第３ステップでは、第２ステップにて三値化した編集画像中の樹脂部分とフィラー部分との含有割合を計算し、第４ステップでは、第３ステップで得た樹脂部分又はフィラー部分の含有割合と、樹脂成形品の現物内の樹脂部分又はフィラー部分の含有割合、すなわち実施例１では体積分率５．５７体積％、実施例２では体積分率２６．２体積％とを比較し、第１ステップで設定した閾値が適切か否かを判断した。そして、適切な閾値と判断されなかった場合には、第５ステップに進み、各閾値（空隙と樹脂間、樹脂とフィラー間）を変更し、再び第２ステップに戻り、第４ステップで適切な閾値と判断できるまで（本ステップからの計算値と仕込み比から計算した値との差が０．５％以内になるまで）、第５ステップ、第２ステップ、第３ステップ、及び第４ステップを繰り返し行った。
実施例１におけるガラス繊維の質量分率は１０質量％であり、体積分率は５．５７体積％である。また、実施例２におけるガラス繊維の質量分率は４０質量％であり、体積分率は２６．２体積％である。それぞれ、材料調製時の樹脂とフィラーの仕込み比から計算した。具体的には、以下の第１ステップ～第５ステップを行い、閾値を決定した。
第１ステップでは、暫定値にて閾値を設定し、第２ステップでは、第１ステップで設定した閾値から選択した一枚の編集画像を三値化した。第３ステップでは、第２ステップにて三値化した編集画像中の樹脂部分とフィラー部分との含有割合を計算し、第４ステップでは、第３ステップで得た樹脂部分又はフィラー部分の含有割合と、樹脂成形品の現物内の樹脂部分又はフィラー部分の含有割合、すなわち実施例１では体積分率５．５７体積％、実施例２では体積分率２６．２体積％とを比較し、第１ステップで設定した閾値が適切か否かを判断した。そして、適切な閾値と判断されなかった場合には、第５ステップに進み、各閾値（空隙と樹脂間、樹脂とフィラー間）を変更し、再び第２ステップに戻り、第４ステップで適切な閾値と判断できるまで（本ステップからの計算値と仕込み比から計算した値との差が０．５％以内になるまで）、第５ステップ、第２ステップ、第３ステップ、及び第４ステップを繰り返し行った。
【0099】
《画像変換ステップＳ４》
編集画像を三値化するために、画像を構成する各画素に対し、設定した画像濃度に関して、樹脂部とフィラー部を分ける閾値以上の明度を持つ場合に対してはフィラー部の物性を与え、樹脂部と外形部、空隙部を分ける閾値以上の明度を持つ場合に対しては樹脂部の物性を与え、それ未満を外形部、空隙部とし、各画素に色を割り当てた。
編集画像を三値化するために、画像を構成する各画素に対し、設定した画像濃度に関して、樹脂部とフィラー部を分ける閾値以上の明度を持つ場合に対してはフィラー部の物性を与え、樹脂部と外形部、空隙部を分ける閾値以上の明度を持つ場合に対しては樹脂部の物性を与え、それ未満を外形部、空隙部とし、各画素に色を割り当てた。
【0100】
《有限要素モデル作成ステップＳ５》
実施例１の場合、外形部を除く樹脂部、フィラー部、空隙部の最大画素数幅は１９５、最大画素数長さは３６０、編集画像の枚数は２００であった。間隔は編集画像取得時の解像度を用いた。画素数及びその間隔に応じて節点を作成し、節点を８点組み合わせ、六面体一次要素を作成した。
実施例１の場合、外形部を除く樹脂部、フィラー部、空隙部の最大画素数幅は１９５、最大画素数長さは３６０、編集画像の枚数は２００であった。間隔は編集画像取得時の解像度を用いた。画素数及びその間隔に応じて節点を作成し、節点を８点組み合わせ、六面体一次要素を作成した。
【0101】
《要素属性設定ステップＳ６》
閾値決定ステップＳ３、画像変換ステップＳ４にて決定された画素における樹脂部、フィラー部、空隙部、外形部を読み取り、位置関係が対応している要素にそれぞれ属性として樹脂部、フィラー部、空隙部、外形部を与えた。以上の操作により得られた三値化した有限要素モデルを図６に示した。
要素：六面体１次要素（要素数１３８５８７２４）
閾値決定ステップＳ３、画像変換ステップＳ４にて決定された画素における樹脂部、フィラー部、空隙部、外形部を読み取り、位置関係が対応している要素にそれぞれ属性として樹脂部、フィラー部、空隙部、外形部を与えた。以上の操作により得られた三値化した有限要素モデルを図６に示した。
要素：六面体１次要素（要素数１３８５８７２４）
【0102】
《要素物性設定ステップＳ７》
そして、三値化画像の一画素分の材料データを各要素に入力した。実施例１、２においては、等方性として、拡散係数５．０×１０－６（ｍｍ２／ｓ）を設定した。フィラー部、空隙部に対しては薬液が浸透しないと仮定して、樹脂部よりも十分小さい値１．０×１０－３０（ｍｍ２／ｓ）を設定した。
物性値 比熱：１（Ｊ／ｋｇ・ｓ）、熱伝導率：５．０×１０－６（Ｗ／（ｍｍ・ｋ））、密度：１（ｋｇ／ｍｍ３）
そして、三値化画像の一画素分の材料データを各要素に入力した。実施例１、２においては、等方性として、拡散係数５．０×１０－６（ｍｍ２／ｓ）を設定した。フィラー部、空隙部に対しては薬液が浸透しないと仮定して、樹脂部よりも十分小さい値１．０×１０－３０（ｍｍ２／ｓ）を設定した。
物性値 比熱：１（Ｊ／ｋｇ・ｓ）、熱伝導率：５．０×１０－６（Ｗ／（ｍｍ・ｋ））、密度：１（ｋｇ／ｍｍ３）
【0103】
《境界条件設定ステップＳ８》
境界条件として図１０にて斜線部で示す外表面部に対して固定温度１００℃を与え、初期条件温度を０℃に設定した。
境界条件として図１０にて斜線部で示す外表面部に対して固定温度１００℃を与え、初期条件温度を０℃に設定した。
【0104】
《浸透状態計算ステップＳ９》
要素属性設定ステップＳ６で得たフィラー部、空隙部の配置状態と、要素物性設定ステップＳ７で得た拡散係数と、境界条件設定ステップＳ８で得た境界条件にて構造解析ソフトウェアのプログラムを実行して熱伝導解析を行い、フィラー含有樹脂成形品における流体の濃度分布を算出した。算出した流体の濃度分布からモデル全体の流体平均濃度を浸漬時間毎に計算した。計算結果を図１１に示す。
要素属性設定ステップＳ６で得たフィラー部、空隙部の配置状態と、要素物性設定ステップＳ７で得た拡散係数と、境界条件設定ステップＳ８で得た境界条件にて構造解析ソフトウェアのプログラムを実行して熱伝導解析を行い、フィラー含有樹脂成形品における流体の濃度分布を算出した。算出した流体の濃度分布からモデル全体の流体平均濃度を浸漬時間毎に計算した。計算結果を図１１に示す。
【0105】
上記の熱伝導解析における詳細な計算方法はＶｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃによる数値解析プログラム、黒田英夫著、ＣＱ出版、２００２年４月２０日、ｐ１１８－１４９等にて周知であり、市販されている構造解析用計算プログラムで計算可能であるので、詳細説明は省略する。実施例１、２においては市販の構造解析用計算プログラムとして、（株）アライドエンジニアリング製のＡＤＶＥＮＴＵＲＥ ＣＬＵＳＴＥＲを用いた。
【0106】
実施例１の場合、計算時間は９０７２０００秒の段階にて４３分であった。
【0107】
［実施例３］
境界条件のみを変更したこと以外は、実施例１と同様にして図１０に示す有限要素モデル７２を作成した。境界条件としては、図１０に示す外表面部に対して熱放射境界として、熱放射率を１に設定し、外気温度１００℃、初期条件温度を０℃とした。
境界条件のみを変更したこと以外は、実施例１と同様にして図１０に示す有限要素モデル７２を作成した。境界条件としては、図１０に示す外表面部に対して熱放射境界として、熱放射率を１に設定し、外気温度１００℃、初期条件温度を０℃とした。
【0108】
計算時間は９０７２０００秒の段階にて２９時間であった。従って、境界条件として外表面を固定温度とした場合（実施例１）、計算時間が短縮されることが分かる。浸透状態の解析結果を図１２に示す。図１２に示す浸透状態の図は実施例１（図１２（ｂ））も実施例３（図１２（ａ））も同様であるが、境界条件が異なるが故に浸透時間が異なる。
【0109】
［実施例４～５］
実施例４～５においては、ステップＳ１～Ｓ６までは実施例１と同様にして有限要素モデルを作成した。実施例４はガラス繊維の質量分率は１０質量％、実施例５はガラス繊維の質量分率は４０質量％である。次いで、樹脂部、フィラー部、空隙部それぞれに下記表１に示す弾性率、ポアソン比、線膨張率を入力した。樹脂部に対しては異方性物性を入力した。
実施例４～５においては、ステップＳ１～Ｓ６までは実施例１と同様にして有限要素モデルを作成した。実施例４はガラス繊維の質量分率は１０質量％、実施例５はガラス繊維の質量分率は４０質量％である。次いで、樹脂部、フィラー部、空隙部それぞれに下記表１に示す弾性率、ポアソン比、線膨張率を入力した。樹脂部に対しては異方性物性を入力した。
【0110】
【表1】
【0111】
境界条件として図１３に示す有限要素モデル７４のようにモデル切断面に対し垂直な方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）を拘束した。有限要素モデル全体に温度荷重１００℃を与えた。
【0112】
評価として、拘束していない面の角部の寸法変化から体積膨張率を算出して、飽和膨潤時における体積膨張率実測値と比較した。実施例４の場合の変形量分布図を図１４に示す。
【0113】
＜実測値との比較＞
図１５に、測定した重量変化率の時間依存性から算出した拡散係数と、実施例１，２で得られた拡散係数とをグラフで示す。図１５に示す通り、実施例１、２において予測された流体の浸漬に伴うフィラー含有樹脂成形品の流体浸透時の拡散係数のフィラー質量依存性の傾向は、実測値とほぼ一致した。
図１５に、測定した重量変化率の時間依存性から算出した拡散係数と、実施例１，２で得られた拡散係数とをグラフで示す。図１５に示す通り、実施例１、２において予測された流体の浸漬に伴うフィラー含有樹脂成形品の流体浸透時の拡散係数のフィラー質量依存性の傾向は、実測値とほぼ一致した。
【0114】
図１６に、飽和膨潤時の体積膨張率の測定値と、実施例４、５で得られた体積膨張率とをグラフで示す。図１６に示す通り、実施例４、５において予測された流体の浸漬に伴うフィラー含有樹脂成形品の流体浸透時の体積膨張率のフィラー質量依存性の傾向は、実測値と同様であった。
【0115】
以上より、本実施形態の樹脂成形品内の流体浸透挙動の予測方法によれば、流体浸漬に伴うフィラー含有樹脂成形品の拡散係数の予測、及び、膨潤に伴う体積膨張率の予測が可能であることが分かる。
【符号の説明】
【0116】
１ Ｘ線ＣＴ装置
２ 樹脂試験片
１１ Ｘ線照射部
１２ Ｘ線検出部
１５ 画像処理部
２０ 外表面
２２ 市松模様部
３０ 情報処理装置
７０ 樹脂成形品
７２ 有限要素モデル
２ 樹脂試験片
１１ Ｘ線照射部
１２ Ｘ線検出部
１５ 画像処理部
２０ 外表面
２２ 市松模様部
３０ 情報処理装置
７０ 樹脂成形品
７２ 有限要素モデル
【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】
【図15】
【図16】