特許 7538517 密度情報取得装置、含侵情報取得装置、密度情報取得方法、およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-14

(45)【発行日】2024-08-22

(54)【発明の名称】密度情報取得装置、含侵情報取得装置、密度情報取得方法、およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   G01N 25/18 20060101AFI20240815BHJP

   G01J 5/48 20220101ALI20240815BHJP

   G01J 5/00 20220101ALN20240815BHJP

【ＦＩ】

G01N25/18 H

G01N25/18 J

G01J5/48 A

G01J5/00 101Z

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020087427

(22)【出願日】2020-05-19

(65)【公開番号】P2021181924

(43)【公開日】2021-11-25

【審査請求日】2023-04-04

(73)【特許権者】

【識別番号】504139662

【氏名又は名称】国立大学法人東海国立大学機構

(74)【代理人】

【識別番号】100128886

【弁理士】

【氏名又は名称】横田 裕弘

(72)【発明者】

【氏名】長野 方星

(72)【発明者】

【氏名】宮地 耕平

(72)【発明者】

【氏名】野中 眞一

(72)【発明者】

【氏名】柴本 直紀

(72)【発明者】

【氏名】村中 泰之

【審査官】前田 敏行

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１７８９７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－１８９５４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１８５８５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５５８６８２４（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２５／１８

Ｇ０１Ｊ ５／４８

Ｇ０１Ｊ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料の表面における一方向に延びる領域に光を照射し当該試料を加熱する加熱部と、
前記試料の裏面側から前記領域の温度分布を検知する検知部と、
前記検知部によって検知された温度分布に基づいて、前記一方向における前記試料の密度の分布に関する情報を取得する取得部と
を備える密度情報取得装置。

【請求項2】

前記加熱部は、
光源と、
前記光源から照射される光を透過させシート光に変形する変形部と
を有する請求項１記載の密度情報取得装置。

【請求項3】

前記変形部および前記試料を相対移動させ、前記試料における前記領域の位置を前記一方向と交差する向きに移動させる移動体を有する請求項２記載の密度情報取得装置。

【請求項4】

前記試料は繊維を含む複合材料であり、
前記取得部は、前記密度に関する情報として、前記試料における前記繊維の状態を示す情報を前記一方向に沿う予め定めた位置において取得する
請求項１記載の密度情報取得装置。

【請求項5】

前記複合材料は、前記繊維に含侵される樹脂を含み、
前記取得部は、前記繊維の状態を示す情報として、前記樹脂の含侵度を示す情報を取得する
請求項４記載の密度情報取得装置。

【請求項6】

前記検知部によって検知された温度分布に基づいて、前記試料の厚み方向熱拡散率を取得する熱拡散率取得部を備える
請求項１乃至５のいずれか１項記載の密度情報取得装置。

【請求項7】

前記加熱部は、前記試料の前記表面と直交する向きに沿って当該試料に光を照射する請求項１乃至６のいずれか１項記載の密度情報取得装置。

【請求項8】

光源と、
繊維および当該繊維に含侵される樹脂を含む試料の表面における一方向に延びる領域に、前記光源からの光を周期的に照射し当該試料を加熱する加熱体と、
前記試料の裏面側から前記領域における温度分布の変化の応答の遅れを検知する検知体と、
前記加熱体および前記試料を相対移動させ、当該試料における前記領域の位置を前記一方向と交差する向きに変位させる変位体と、
前記検知体によって検知された応答の遅れに基づいて、前記一方向における前記繊維の含侵度の分布を示す情報を取得する取得体と
を備える含侵情報取得装置。

【請求項9】

試料の表面における一方向に延びる領域に光を照射し当該試料を加熱するステップと、
前記試料の裏面側から前記領域の温度分布を検知するステップと、
検知された温度分布に基づいて、前記一方向における前記試料の密度の分布に関する情報を取得するステップと
を備える密度情報取得方法。

【請求項10】

コンピュータに、
試料の表面における一方向に延びる領域に光を照射することで加熱された当該試料の裏面側から、当該領域の温度分布を検知する機能と、
検知された温度分布に基づいて、前記一方向における前記試料の密度の分布に関する情報を取得する機能と
を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、密度情報取得装置、含侵情報取得装置、密度情報取得方法、およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、繊維を含む複合材料に対して光を照射し複合材料を加熱する加熱部と、複合材料において加熱部によって加熱された領域の温度分布を検知する検知部と、検知部によって検知された温度分布に基づいて、複合材料における繊維の含有率に関する情報を取得する取得部とを備える含有率情報取得装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－１７８９７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、例えば、複合材料などの製品の製造工程において、品質管理のため製品の密度に関する情報を非接触で取得することが求められることがあった。

【0005】

本明細書に開示される技術は、上記課題を解決するためになされたものであり、試料の密度に関する情報を非接触で取得することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

かかる目的のもと、本明細書に開示される技術は、試料の表面における一方向に延びる領域に光を照射し当該試料を加熱する加熱部と、前記試料の裏面側から前記領域の温度分布を検知する検知部と、前記検知部によって検知された温度分布に基づいて、前記一方向に沿う予め定めた位置における前記試料の密度に関する情報を取得する取得部とを備える密度情報取得装置である。
ここで、前記加熱部は、光源と、前記光源から照射される光を透過させシート光に変形する変形部とを有するとよい。
また、前記変形部および前記試料を相対移動させ、前記試料における前記領域の位置を前記一方向と交差する向きに移動させる移動体を有するとよい。
また、前記試料は繊維を含む複合材料であり、前記取得部は、前記密度に関する情報として、前記試料における前記繊維の状態を示す情報を前記一方向に沿う前記予め定めた位置において取得するとよい。
また、前記複合材料は、前記繊維に含侵される樹脂を含み、前記取得部は、前記繊維の状態を示す情報として、前記樹脂の含侵度を示す情報を取得するとよい。
また、前記検知部によって検知された温度分布に基づいて、前記試料の厚み方向熱拡散率を取得する熱拡散率取得部を備えるとよい。
また、前記加熱部は、前記試料の前記表面と直交する向きに沿って当該試料に光を照射するとよい。

【0007】

他の観点から捉えると、本明細書に開示される技術は、光源と、繊維および当該繊維に含侵される樹脂を含む試料の表面における一方向に延びる領域に、前記光源からの光を周期的に照射し当該試料を加熱する加熱体と、前記試料の裏面側から前記領域における温度分布の変化の応答の遅れを検知する検知体と、前記加熱体および前記試料を相対移動させ、当該試料における前記領域の位置を前記一方向と交差する向きに変位させる変位体と、前記検知部によって検知された応答の遅れに基づいて、前記一方向に沿う複数の位置における前記繊維の含侵度を示す情報を取得する取得体とを備える含侵情報取得装置である。

【0008】

他の観点から捉えると、本明細書に開示される技術は、試料の表面における一方向に延びる領域に光を照射し当該試料を加熱するステップと、前記試料の裏面側から前記領域の温度分布を検知するステップと、検知された温度分布に基づいて、前記一方向に沿う予め定めた位置における前記試料の密度に関する情報を取得するステップとを備える密度情報取得方法である。

【0009】

他の観点から捉えると、本明細書に開示される技術は、コンピュータに、試料の表面における一方向に延びる領域に光を照射することで加熱された当該試料の裏面側から、当該領域の温度分布を検知する機能と、検知された温度分布に基づいて、前記一方向に沿う予め定めた位置における前記試料の密度に関する情報を取得する機能とを実行させるプログラムである。

【発明の効果】

【0010】

本明細書に開示される技術によれば、試料の密度に関する情報を非接触で取得することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本実施の形態に係る繊維状態評価装置を示す概略構成図である。

【図2】コンピュータの機能構成図である。

【図3】繊維状態評価装置における測定試料周辺の構成を示す図である。

【図4】厚み方向熱拡散率の測定原理を示す説明図である。

【図5】測定試料の試料評価について説明するための図である。

【図6】繊維状態評価装置の動作を説明するフローチャートである。

【図7】測定試料の測定結果を示す図である。

【図8】コンピュータのハードウェア構成例を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、添付図面を参照して、本実施の形態について詳細に説明する。
＜繊維状態評価装置１００の構成＞
図１は、本実施の形態に係る繊維状態評価装置１００を示す概略構成図である。
まず、図１を参照して、本実施の形態が適用される繊維状態評価装置１００の構成を説明する。

【0013】

図１に示すように、本実施の形態が適用される繊維状態評価装置１００は、測定試料１を加熱する光源として機能するダイオードレーザ１０と、ダイオードレーザ１０のレーザ光を測定試料１へと導く導光部２０と、測定試料１に対向して設けられる赤外線サーモグラフィ（ロックインサーモグラフィ）３０と、赤外線サーモグラフィ３０からの信号を受けるコンピュータ５０と、周期的信号を発生させダイオードレーザ１０およびコンピュータ５０へと出力する周期的信号発生器７０とを備える。

【0014】

ここで、導光部２０は、ダイオードレーザ１０から出射されたレーザ光を反射するミラー２１と、ミラー２１からのレーザ光のビーム径を拡大するビームエキスパンダ２３と、ビームエキスパンダ２３からのレーザ光をシート光に変化させるシリンダリカルレンズ２５と、測定試料１を変位可能に支持するＸＹＺステージ２７とを有する。

【0015】

このように構成された繊維状態評価装置１００においては、ダイオードレーザ１０から出射されたレーザ光は、ミラー２１、ビームエキスパンダ２３、およびシリンダリカルレンズ２５を経て測定試料１に照射される。この測定試料１においては、レーザ光が照射される箇所（領域）が周期的に加熱される。すなわち、測定試料１の表面における特定の領域が、スポット周期加熱される。

【0016】

また、ダイオードレーザ１０のレーザ光により周期的に加熱された測定試料１の温度は、測定試料１の裏面から赤外線サーモグラフィ３０によって測定される。なお、赤外線サーモグラフィ３０は、ダイオードレーザ１０によりスポット周期加熱される領域を含む予め定めた範囲を、赤外線画像として撮像（測定）する。この赤外線サーモグラフィ３０には、周期的信号発生器７０から周期的信号が入力される。また、赤外線サーモグラフィ３０で測定された温度のデータである温度分布データは、コンピュータ５０へと出力される。

【0017】

コンピュータ５０は、赤外線サーモグラフィ３０とあわせて、所定間隔のフレームレートに基づいて、赤外線画像の取り込みと演算とを連続的に実行し、時間の経過とともに変化する温度変化量から平均化した画像を作成する（ロックイン方式）。さらに説明をすると、赤外線サーモグラフィ３０で得られたデータがコンピュータ５０により演算処理され、測定試料１における繊維状態の評価を行う。

【0018】

なお、以下の説明においては、図１における測定試料１の表面に沿う一方向、すなわち図中左右方向をｘ方向ということがある。また、図１における図中上下方向をｚ方向ということがある。また、図１における紙面奥行方向をｙ方向ということがある。

【0019】

＜コンピュータ５０の機能構成＞
図２は、コンピュータ５０の機能構成図である。
次に、図１および図２を参照して、本実施の形態が適用されるコンピュータ５０の機能構成を説明する。
図２に示すように、本実施の形態が適用されるコンピュータ５０は、赤外線サーモグラフィ３０（図１参照）から入力される温度分布データおよび周期的信号に基づいて位相遅れ分布を測定する位相遅れ分布測定部５１と、測定された位相遅れに基づいて熱拡散率分布を算出する熱拡散率分布算出部５３と、算出された熱拡散率分布に基づいて測定試料１（図１参照）の試料評価（後述）を算出する試料評価算出部５５と、算出された試料評価などを液晶ディスプレイ（不図示）に表示する算出結果表示部５９とを備える。なお、熱拡散率分布算出部５３は、後述する式（３）に基づいて熱拡散率を算出する。

【0020】

本実施の形態のコンピュータ５０は、赤外線サーモグラフィ３０により検出された測定試料１（図１参照）の温度分布に基づいて、測定試料１の評価、さらに説明をすると測定試料１における繊維状態の評価を行う。ここで、繊維状態とは、測定試料１に含まれる繊維の状態をいう。付言すると、コンピュータ５０は、測定試料１の試料評価（繊維状態の評価）として、含侵度（後述）および繊維分布（後述）を算出する。図示の試料評価算出部５５は、測定試料１における含侵度を算出する含侵度算出部５６と、測定試料１における繊維分布を算出する繊維分布算出５８とを有する。含侵度および繊維分布は、繊維状態の状態を示す指標の一例である。

【0021】

＜測定試料１周辺の構成＞
図３は、繊維状態評価装置１００における測定試料１周辺の構成を示す図である。
次に、図３を参照して、測定試料１の構成および繊維状態評価装置１００における測定試料１周辺の構成を説明する。

【0022】

まず、測定試料１の構成について説明をする。図３に示すように、測定試料１は、平板状の部材である。測定試料１の材質は、特に限定されないが、例えば炭素繊維強化樹脂（Carbon Fiber Reinforced Plastics（ＣＦＲＰ）、炭素繊維強化プラスチック）などの複合材料で構成される。測定試料１は、ダイオードレーザ１０によってレーザ光が照射される側、すなわち図中上側の面である上面１１と、ダイオードレーザ１０によってレーザ光が照射される側とは反対側、すなわち図中下側の面である下面１３とを有する。この下面１３は、赤外線サーモグラフィ３０と対向する面である。付言すると、赤外線サーモグラフィ３０は、測定試料１の下面１３における熱分布を測定する。

【0023】

次に、繊維状態評価装置１００における測定試料１周辺の構成を説明する。
まず、シリンダリカルレンズ２５は、測定試料１の上面１１と対向する位置に設けられる。シリンダリカルレンズ２５は、ダイオードレーザ１０からのレーザ光を変形する光学部材である。さらに説明をすると、シリンダリカルレンズ２５は、ダイオードレーザ１０からのレーザ光と直交する仮想面において、一方向（図中ｘ方向）にレーザ光を拡散させつつ、一方向と交差する方向（図中ｙ方向）ではレーザ光の寸法を維持する。このことにより、シリンダリカルレンズ２５は、レーザ光の光路をシート状（平面状）に変形する。

【0024】

このシリンダリカルレンズ２５により、測定試料１の上面１１に光照射領域ＨＡが形成される。この光照射領域ＨＡは、例えば光強度が最大強度となる加熱中心ＨＰと所定の関係の光強度（例えば加熱中心ＨＰの１/ｅ^２）となる領域である。図示の光照射領域ＨＡは、長軸がｘ方向に沿う略楕円形状あるいは略長方形状）である。付言すると、光照射領域ＨＡは、測定試料１の上面１１において一方向に長い形状である。この光照射領域ＨＡにより、測定試料１の上面１１においてライン加熱が可能となる。

【0025】

ＸＹＺステージ２７は、測定試料１を支持するとともに、光照射領域ＨＡの長手方向と交差する向きにおいて、測定試料１の位置を変更可能である。図示の例においては、ＸＹＺステージ２７は、ｙ方向に測定試料１を移動可能である（図中矢印Ｄ１参照）。この測定試料１の移動により、測定試料１における光照射領域ＨＡの位置が変更される。すなわち、ＸＹＺステージ２７が測定試料１を移動させることにより、測定試料１における異なる領域が測定可能となる。

【0026】

なお、ダイオードレーザ１０から出射するレーザ光は、断面略円形であり、例えば直径が０．１μｍ～１ｍｍである。また、光照射領域ＨＡのｘ方向の長さは、例えば１０ｍｍ～１０００ｍｍである。なお、光照射領域ＨＡのｙ方向の長さは、ｘ方向の長さよりも短ければよく、例えば０．１μｍ～１００ｍｍである。また、赤外線サーモグラフィ３０により撮像される領域（略長方形）の寸法（一辺）は、１０ｍｍ～１０００ｍｍである。この撮像される領域は、光照射領域ＨＡの全体を含む寸法、すなわち光照射領域ＨＡよりも大きくてもよいし、光照射領域ＨＡの一部を含む寸法、すなわち光照射領域ＨＡよりも小さくてもよい。

【0027】

なお、例えば測定試料１が、加熱／加圧などによる成形（硬化）前の未硬化物である場合、すなわち中間基材である場合などにおいて、測定試料１の上面１１に凹凸が存在する場合がある。このように凹凸がある上面１１に対して斜めにダイオードレーザ１０の光を照射すると、凸部によってレーザ光の一部が遮蔽され、凹部にレーザ光が照射されないことがある。そこで図示の例においては、ダイオードレーザ１０からシリンダリカルレンズ２５に向かうレーザ光が、測定試料１の上面１１に対して直交する向きである。付言すると、上記構成により、光照射領域ＨＡにおける光強度のばらつきが低減され得る。

【0028】

＜測定原理＞
次に、本実施の形態における測定方法の原理を説明する。本実施の形態においては、測定試料１の厚み方向熱拡散率の分布から、測定試料１の試料評価を算出する。以下では、測定試料１の厚み方向熱拡散率の測定原理について説明をした後、測定試料１の試料評価の測定原理について具体的に説明をする。

【0029】

＜厚み方向熱拡散率＞
図４は、厚み方向熱拡散率の測定原理を示す説明図である。具体的には、図４（ａ）は測定試料１および加熱光を示す概略図であり、図４（ｂ）は位相遅れの周波数依存性を示す図である。
まず、図４（ａ）および（ｂ）を参照しながら、測定試料１の熱拡散率の測定原理について説明する。

【0030】

図４（ａ）に示すように、本実施の形態においては、厚みｄ（ｍｍ）が一定の測定試料１に対して、周波数を変化させながら加熱光を照射し、測定試料１の裏面側から赤外線サーモグラフィ３０により温度分布を測定する。付言すると、ここでは位相遅れの周波数依存性を検知する。

【0031】

以下、具体的に説明をする。薄型試料である測定試料１が周期的な点熱源によって加熱される場合、温度波は測定試料１内を球状に伝搬する。ここで、加熱される測定試料１のサイズを無限大とし境界面での反射を無視すると、熱源から距離ｒ離れた点での交流温度Ｔ_ａｃは、以下に示す式（１）で表わされる。

【0032】

【数1】

【0033】

ここで、Ｔ_０は定数（Ｋｍ）、ｆは加熱周波数（Ｈｚ）、ｔは時間（ｓ）、Ｄは熱拡散率（ｍｍ^２／ｓ）、μは熱拡散長（ｍ）である。また、温度応答との位相遅れθの関係は式（２）で表わされる。

【0034】

【数2】

【0035】

式（１）および式（２）により厚み方向の熱拡散率Ｄ_ｄは、以下に示す式（３）で表わされる。

【0036】

【数3】

【0037】

本実施の形態においては、測定試料１における複数点をライン加熱によって同時に周期加熱し、各点での厚み方向熱拡散率を算出することで厚み方向熱拡散率分布を算出する。言い替えると、測定試料１における一方向に長い領域を周期加熱し、一方向における位置に応じた厚み方向熱拡散率を算出することで、測定試料１を評価する。なお、測定試料１における複数点の同時計測を行うことにより、計測時間が短縮され、装置の簡略化が可能となる。

【0038】

＜試料評価＞
次に、測定試料１の試料評価について説明をする。以下ではまず測定試料１の構成について説明をした後、測定試料１の試料評価について詳細に説明をする。
まず、測定試料１の構成について説明をする。測定試料１は、上記のように炭素繊維強化樹脂により構成される。この測定試料１は、炭素繊維（強化材）にエポキシ樹脂等の樹脂（母材）を含浸させて構成される。さらに説明をすると、図示の例における測定試料１は、従来のＣＦＲＰのように繊維長が相対的に長い連続繊維ではなく、相対的に繊維長の短い不連続繊維を用いた不連続繊維ＣＦＲＰにより構成されている。

【0039】

この不連続繊維ＣＦＲＰは、短時間で複雑な形状を成形可能であるため、量産化に適している。一方で、不連続繊維ＣＦＲＰの製造工程においては、例えば加圧（プレス）前の中間基材の段階で、炭素繊維に樹脂が充分に含侵していない未含侵部が現れることがある。ここで、製造工程におけるプレス成形時には、繊維は樹脂とともに流動する。そのため未含侵部があると、繊維の流動が十分でない箇所が現れ、結果として成形品に空隙を形成したり、プレス機器に負荷を与えたりすることとなる。

【0040】

そこで、本実施の形態の測定試料１の評価においては、測定試料１の厚み方向熱拡散率分布測定を行い、含侵度を算出する。さらに説明をすると、図示の例の測定試料１の評価においては、厚み方向熱拡散率分布の測定を行うことで、含侵度とともに炭素繊維分布量を算出する。

【0041】

ここで、含侵度は、測定試料１に含まれる一の材質（母材、樹脂）の含侵の程度を示す。以下の説明においては、含侵度を良／不良で表す。すなわち、含侵度が良好であることは、測定試料１における対象とする材質（樹脂）が相対的に多く含まれることを示す。さらに説明をすると、含侵度が良好であることは、測定試料１における樹脂の体積分率が高く、空隙が小さいことを示す。一方、含侵度が不良であるとは、測定試料１における対象とする材質が相対的に少なく含まれることを示す。さらに説明をすると、含侵度が不良であることは、測定試料１における樹脂の体積分率が低く、空隙が大きいことを示す。なお、含侵度は、定量的に数値で算出されてもよい。また、含侵度は、測定試料１の密度に関する情報として捉えることができる。

【0042】

また、炭素繊維分布量は、測定試料１に含まれる一の材質（強化材、炭素繊維）の量を示す。以下の説明においては、炭素繊維分布量を多い／少ないで表す。すなわち、炭素繊維分布量が多いことは、測定試料１における対象とする材質（炭素繊維）が相対的に多く含まれる（密に分布する）ことを示す。さらに説明をすると、炭素繊維分布量が多いことは、測定試料１における炭素繊維の体積分率が高いことを示す。また、炭素繊維分布量が少ないことは、測定試料１における対象とする材質が相対的に少なく含まれる（疎らに分布する）ことを示す。さらに説明をすると、炭素繊維分布量が少ないことは、測定試料１における炭素繊維の体積分率が低いことを示す。なお、炭素繊維分布量は、定量的に数値で算出されてもよい。

【0043】

図５は、測定試料１の試料評価について説明するための図である。具体的には、図５（ａ）は含侵ＣＦＲＰ１１０の概略断面図であり、図５（ｂ）は未含侵ＣＦＲＰ１３０の概略断面図である。

【0044】

図５（ａ）に示すように、含侵ＣＦＲＰ１１０、すなわち含侵度が良好な測定試料１においては、炭素繊維１０１の周囲を樹脂１０３が満たした材料構造となる。一方、図５（ｂ）に示すように、未含浸ＣＦＲＰ１３０、すなわち含侵度が不良な測定試料１においては、炭素繊維１０１の周囲の樹脂１０３が少なく、空隙１０５が存在する材料構造となる。なお、炭素繊維１０１は、含侵ＣＦＲＰ１１０および未含浸ＣＦＲＰ１３０の各々の内でランダムに分布しているため、炭素繊維１０１の重なりや厚み方向での分布量は、含侵ＣＦＲＰ１１０および未含浸ＣＦＲＰ１３０における位置によって変化する。付言すると、空隙１０５の体積分率は、１から炭素繊維の体積分率および樹脂の体積分率を減算した数値として表すことができる。また、空隙１０５は空気層として捉えることができる。

【0045】

上記のような含侵ＣＦＲＰ１１０および未含浸ＣＦＲＰ１３０において、ダイオードレーザ１０によって上面１１を加熱するときの熱伝導について検討する。
まず、図５（ａ）に示す含浸ＣＦＲＰ１１０においては、上面１１が加熱されることにともなう熱伝導は、主に炭素繊維１０１および樹脂１０３で行われる。そのため、含浸ＣＦＲＰ１１０を測定試料１として測定される熱拡散率は、炭素繊維１０１単体と樹脂１０３単体の間の数値となる。また、炭素繊維１０１の分布により、炭素繊維１０１が相対的に多く、密に分布している箇所では、測定される熱拡散率は炭素繊維１０１単体に近づく。一方、炭素繊維１０１の分布量が相対的に少なく、疎らに分布している箇所では、熱拡散率は樹脂１０３単体に近づく。さらに、図５（ｂ）に示す未含浸ＣＦＲＰ１３０においては、空隙１０５で熱伝導が阻害される。そのため、未含浸ＣＦＲＰ１３０で測定される熱拡散率は低くなり、樹脂１０３単体以下の数値となる。

【0046】

本実施の形態においては、上記のような熱伝導の特性を利用し、成形前ＣＦＲＰである測定試料１の厚み方向熱拡散率分布を測定し、厚み方向熱拡散率の分布領域により含浸度を評価する。また、本実施の形態においては、測定試料１内の厚み方向熱熱拡散率分布の高低により、厚み方向の炭素繊維分布量を評価する。

【0047】

＜動作＞
図６は、繊維状態評価装置１００（図１参照）の動作を説明するフローチャートである。
次に、図１および図６を参照して、本実施の形態における繊維状態評価装置１００の動作を説明する。

【0048】

まず、繊維状態評価装置１００におけるダイオードレーザ１０から出射されたレーザ光により、測定試料１の表面が周期的にライン加熱される（ステップ６０１）。
そして、赤外線サーモグラフィ３０により測定される温度分布により、位相遅れ分布測定部５１が位相遅れ分布を測定する（ステップ６０２）。
そして、この測定された位相遅れ分布に基づき、熱拡散率分布算出部５３が厚み方向の熱拡散率分布を算出する（ステップ６０３）。

【0049】

そして、この算出された厚み方向の熱拡散率分布に基づき、試料評価算出部５５が、測定試料１の試料評価を算出する（ステップ６０４）。
そして、算出結果表示部５９が、測定試料１の算出結果を液晶ディスプレイなどの表示手段（不図示）に表示する（ステップ６０５）。

【0050】

＜測定結果＞
図７は、測定試料１の測定結果を示す図である。より具体的には、図７（ａ）は含浸ＣＦＲＰ１１０の厚み方向熱拡散率分布を示す図であり、図７（ｂ）は未含浸ＣＦＲＰ１３０の厚み方向熱拡散率分布を示す図である。
次に、図７（ａ）および（ｂ）を参照して、測定試料１として含浸ＣＦＲＰ１１０および未含浸ＣＦＲＰ１３０を用いた測定結果を説明する。

【0051】

なお、本測定においては、測定試料１における炭素繊維の量を固定し、樹脂の量を変化させることで、含浸ＣＦＲＰ１１０および未含浸ＣＦＲＰ１３０を作成した。測定試料１の寸法は、１００ｍｍ×１００ｍｍである。また、含浸ＣＦＲＰ１１０および未含浸ＣＦＲＰ１３０をそれぞれ２つずつ作製した。また、各測定試料１につき、ｙ方向において１０ｍｍ間隔で５箇所の測定を行った。また、光照射領域ＨＡのｘ方向長さは６８ｍｍとした。赤外線サーモグラフィ３０の撮影領域の寸法は、３７ｍｍ×４４ｍｍである。また、撮影領域のｘ方向における複数の点（５１１点）で、厚み方向熱拡散率をそれぞれ算出した。

【0052】

また、含浸ＣＦＲＰ１１０および未含浸ＣＦＲＰ１３０は、プレス成形前であり厚みのばらつきが存在する。含浸ＣＦＲＰ１１０および未含浸ＣＦＲＰ１３０各々における測定箇所の両端から３回ずつ測定し，その平均値を測定箇所の厚みとし解析に用いた。測定された厚みは１．２４～１．６２ｍｍの間で分布していた。

【0053】

図７（ａ）に示す含浸ＣＦＲＰ１１０においては、測定される厚み方向熱拡散率が、樹脂の熱拡散率と炭素繊維の熱拡散率間の値で分布することが確認される。これは、主な熱伝導が、炭素繊維および樹脂の部分で行われているためと考えられる。また、測定される厚み方向熱拡散率も一定ではなく分布が確認される。この厚み方向拡散率の位置依存性は、炭素繊維の分布量によるものと考えられる。

【0054】

次に、図７（ｂ）に示す未含浸ＣＦＲＰ１３０においては、測定される厚み方向熱拡散率が、樹脂の熱拡散率以下の値で分布することが確認される。これは、未含浸ＣＦＲＰ１３０内に空隙が存在することで熱伝導が阻害されるためと考えられる。また、測定される厚み方向熱拡散率は、常に樹脂の熱拡散率以下ではなく、局所的に厚み方向熱拡散率の高い箇所が存在することが確認される。この厚み方向熱拡散率が局所的に高い部分は、炭素繊維が重なっている部分と考えられる。

【0055】

上記の測定結果から、広域厚み方向熱拡散率測定より含浸・未含浸ＣＦＲＰの繊維状態が評価可能であることが確認された。なお、上述のように試料評価算出部５５の試料評価は、含侵度および繊維分布によって行う。そして、試料評価算出部５５は、測定される厚み方向熱拡散が、樹脂の熱拡散率と炭素繊維の熱拡散率間の値との間に含まれる場合には含侵度が良好であり、樹脂の熱拡散率以下である場合には不良であると判断する。また、試料評価算出部５５は、測定される厚み方向熱拡散が高いほど炭素繊維の分布が多いと判断する。したがって、試料評価算出部５５は、図７（ａ）に示す含浸ＣＦＲＰ１１０においては、含侵度が良好であり、炭素繊維の分布が多い箇所があると判断する。また、試料評価算出部５５は、図７（ｂ）に示す未含浸ＣＦＲＰ１３０においては、含侵度が不良であり、炭素繊維の分布が多い箇所があると判断する。

【0056】

＜コンピュータ５０のハードウェア構成＞
図８は、コンピュータ５０のハードウェア構成例を示した図である。
図８に示すように、コンピュータ５０は、演算手段であるＣＰＵ（Central Processing Unit）５０１と、記憶手段であるメインメモリ５０３およびＨＤＤ（Hard Disk Drive）５０５とを備える。ここで、ＣＰＵ５０１は、ＯＳ（Operating System）やアプリケーションソフトウェア等の各種プログラムを実行する。また、メインメモリ５０３は、各種プログラムやその実行に用いるデータ等を記憶する記憶領域である。ＨＤＤ５０５は、各種プログラムに対する入力データや各種プログラムからの出力データ等を記憶する記憶領域である。そして、コンピュータ５０が備えるこれらの構成部材により、上記図２などで説明した各機能構成が実行される。

【0057】

なお、コンピュータ５０は、赤外線サーモグラフィ３０など外部との通信を行うための通信インターフェイス（通信Ｉ／Ｆ）５０７を備えている。また、ＣＰＵ５０１が実行するプログラム（例えば、上記試料評価を算出するプログラム）は、予めメインメモリ５０３に記憶させておく形態の他、例えばＣＤ－ＲＯＭ等の記憶媒体に格納してＣＰＵ５０１に提供したり、あるいは、ネットワーク（不図示）を介してＣＰＵ５０１に提供したりすることも可能である。

【0058】

＜変形例＞
上記の実施の形態においては、ダイオードレーザ１０からシリンダリカルレンズ２５に向かうレーザ光が、測定試料１の上面１１に対して直交することを説明したが、これに限定されない。すなわち、測定試料１の上面１１において光照射領域ＨＡが一方向に長い形状であれば、ダイオードレーザ１０からのレーザ光が、測定試料１の上面１１に対して斜めの向きに照射されてもよい。

【0059】

また、上記の実施の形態においては、シリンダリカルレンズ２５を用いて光照射領域ＨＡを一方向に長い形状とすることを説明したが、これに限定されない。例えば、シリンダリカルレンズ２５に替えて、マスキング部材を設けることで、レーザ光の一部を遮蔽して光照射領域ＨＡを一方向に長い形状としてもよい。また、光源として、ダイオードレーザ１０に替えて、シート光を出射するシートレーザを用いてもよい。また、シリンダリカルレンズ２５などを介さずに、測定試料１の上面１１に対して斜めの向きに照射することで、光照射領域ＨＡを一方向に長い形状としてもよい。

【0060】

上記の説明においては、算出結果表示部５９が、試料評価として含侵度および繊維分布の算出結果をディスプレイ（不図示）に表示（出力）することを説明したがこれに限定されない。例えば、含侵度および繊維分布の算出結果を、コンピュータ５０以外の他装置に送信する態様や、自装置で保存する態様であってもよい。
また、試料評価の算出結果を算出する過程で得られる、厚み方向熱拡散率についての情報を、試料評価の算出結果とともに、表示、送信、記憶する態様であってもよい。あるいは、試料評価の算出結果のうちの一部に関する情報を、表示、送信、記憶する態様であってもよい。

【0061】

また、上記の説明においては、未硬化物である測定試料１の試料評価として、含侵度および繊維分布を出力することを説明した。ここで、測定試料１は、未硬化物であっても、加熱／加圧などによる成形（硬化）後の硬化物であってもよい。ここで、測定試料１が硬化物である場合、測定試料１内に亀裂（割れ、クラック）が形成されている場合がある。この亀裂が形成されている領域においては、熱的に不連続となる。そして、この領域における上記の測定結果は、上記の空隙が形成されている場合と同様に、樹脂単体の熱拡散率よりも小さくなる。そこで、硬化物である測定試料１の試料評価において、上記測原理を用いた測定を行い、その測定結果を樹脂の熱拡散率と比較することにより、樹脂の割れ、あるいは不連続領域を検知することができる。

【0062】

また、例えば、含侵度および繊維分布を直接示さずに、得られた含侵度および繊維分布を、各々の閾値と比較して、各閾値を超えた場合に、含侵度および繊維分布のいずれが閾値を超えたことを示す情報を出力する態様であってもよい。また、図７で示すように熱拡散率分布を示す情報をグラフなどにより出力してもよい。

【0063】

また、上記の説明においては、測定試料１として、炭素繊維強化樹脂を用いることを説明したが、これに限定されない。すなわち、互いに熱伝導率が異なる複数の種類の材料から構成される試料であればよい。また、測定試料１を、複合材料以外に用いてもよい。さらに、例えば、測定試料１としてガラス、半導体、高分子フィルム、液晶などを用いてもよい。このようにガラスなどを測定試料１とした場合には、測定試料１の内部に形成されたボイドやクラックの検知を行うことができる。言い替えると、測定試料１の試料評価として、測定試料１の密度に関する情報を取得することができる。なお、密度に関する情報とは、測定試料１の密度を把握可能な情報である。この密度に関する情報とは、測定試料１の密度の値以外に、密度の相対的な評価（例えば、粗密）や、測定試料１内部における空隙の有無なども含む。

【0064】

また、ダイオードレーザ１０により実行される測定試料１の加熱は、レーザに限定されない。測定試料１を局所的に加熱することが可能であれば、誘導加熱や抵抗加熱など他の加熱方法を用いてもよい。

【0065】

なお、測定試料１は、試料の一例である。光照射領域ＨＡは、領域の一例である。レーザ１０は、加熱部および光源の一例である。赤外線サーモグラフィ３０は、検知部および検知体の一例である。試料評価算出部５５は、取得部および取得体の一例である。繊維状態評価装置１００は、密度情報取得装置および含侵情報取得装置の一例である。シリンダリカルレンズ２５は、変形部および加熱体の一例である。ＸＹＺステージ２７は、移動体および変位体の一例である。熱拡散率分布算出部５３は、熱拡散率取得部の一例である。

【0066】

さて、上記では種々の実施形態および変形例を説明したが、これらの実施形態や変形例同士を組み合わせて構成してももちろんよい。
また、本開示は上記の実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施することができる。

【符号の説明】

【0067】

１…測定試料、１０…ダイオードレーザ、２５…シリンダリカルレンズ、３０…赤外線サーモグラフィ、２０…コンピュータ、５０…コンピュータ、５５…試料評価部、５６…含侵度算出部、５８…繊維分布算出

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】