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特開2022-147324繊維間空隙測定装置、繊維間空隙測定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】P2022147324
(43)【公開日】2022-10-06
(54)【発明の名称】繊維間空隙測定装置、繊維間空隙測定方法及びプログラム
(51)【国際特許分類】
G01B 21/00 20060101AFI20220929BHJP
G06T 7/62 20170101ALI20220929BHJP
G01B 21/20 20060101ALI20220929BHJP
D04H 13/00 20060101ALI20220929BHJP
D06H 3/08 20060101ALI20220929BHJP
【ＦＩ】
G01B21/00 E
G06T7/62
G01B21/20 101
D04H13/00
D06H3/08
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021048517
(22)【出願日】2021-03-23
(71)【出願人】
【識別番号】504136568
【氏名又は名称】国立大学法人広島大学
(71)【出願人】
【識別番号】000003137
【氏名又は名称】マツダ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100196380
【弁理士】
【氏名又は名称】森 匡輝
(72)【発明者】
【氏名】泉 宏明
(72)【発明者】
【氏名】桂 大詞
【テーマコード（参考）】
2F069
3B154
4L047
5L096
【Ｆターム（参考）】
2F069AA04
2F069AA61
2F069DD19
2F069GG04
2F069GG07
2F069GG08
2F069NN09
2F069NN10
2F069NN26
3B154AB22
3B154BA53
3B154BC42
3B154CA02
3B154CA22
3B154DA24
4L047EA22
5L096AA09
5L096EA43
5L096FA32
5L096FA66
5L096FA69
(57)【要約】
【課題】繊維材料及び繊維複合材料を構成する繊維群に関して繊維間空隙の特性をより正確に演算することができる繊維間空隙測定装置、繊維間空隙測定方法及びプログラムを提供する。
【解決手段】繊維間空隙測定装置は、繊維基材の三次元画像の測定対象領域に関していずれかの領域端面を終了面とし、終了面と反対側の領域端面に接する測定対象領域外の面を開始面として選択し、開始面の各点を着目点として順次設定し、終了面側の層の着目点に隣接する点の周囲の探索領域から次層着目点を順次選択して空隙パスを生成するルーチンにおいて、次層着目点として各繊維から最も離れた点を選択する。また、生成された空隙パス中の各点と各繊維との距離の極大値の２倍の値を空隙径として演算し、前記空隙パスごとの前記空隙径の平均値を平均空隙径として演算する。
【選択図】図２
【解決手段】繊維間空隙測定装置は、繊維基材の三次元画像の測定対象領域に関していずれかの領域端面を終了面とし、終了面と反対側の領域端面に接する測定対象領域外の面を開始面として選択し、開始面の各点を着目点として順次設定し、終了面側の層の着目点に隣接する点の周囲の探索領域から次層着目点を順次選択して空隙パスを生成するルーチンにおいて、次層着目点として各繊維から最も離れた点を選択する。また、生成された空隙パス中の各点と各繊維との距離の極大値の２倍の値を空隙径として演算し、前記空隙パスごとの前記空隙径の平均値を平均空隙径として演算する。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
繊維基材の三次元画像を生成する三次元画像生成手段と、
前記三次元画像に基づいて、前記繊維基材に含まれる繊維群の繊維間の空隙に関して前記空隙を構成する各点の座標情報及び各点の前記各繊維からの距離を取得する繊維情報取得手段と、
前記三次元画像の測定対象領域に関していずれかの領域端面を終了面とし、終了面と反対側の領域端面に接する測定対象領域外の面を開始面として設定し、前記開始面の各点を着目点として順次設定し、終了面側の層の前記着目点に隣接する点の近傍の探索領域から次層着目点を順次選択して空隙パスを生成するルーチンにおいて、前記次層着目点として前記各繊維からの距離が最も大きい点を選択する空隙パス生成手段と、
前記空隙パス生成手段で生成された空隙パスの各点の前記各繊維からの距離の極大値の２倍の値を空隙径として演算し、前記空隙パスごとの前記空隙径の平均値を平均空隙径として演算する空隙径演算手段と、を備える、
ことを特徴とする繊維間空隙測定装置。
前記三次元画像に基づいて、前記繊維基材に含まれる繊維群の繊維間の空隙に関して前記空隙を構成する各点の座標情報及び各点の前記各繊維からの距離を取得する繊維情報取得手段と、
前記三次元画像の測定対象領域に関していずれかの領域端面を終了面とし、終了面と反対側の領域端面に接する測定対象領域外の面を開始面として設定し、前記開始面の各点を着目点として順次設定し、終了面側の層の前記着目点に隣接する点の近傍の探索領域から次層着目点を順次選択して空隙パスを生成するルーチンにおいて、前記次層着目点として前記各繊維からの距離が最も大きい点を選択する空隙パス生成手段と、
前記空隙パス生成手段で生成された空隙パスの各点の前記各繊維からの距離の極大値の２倍の値を空隙径として演算し、前記空隙パスごとの前記空隙径の平均値を平均空隙径として演算する空隙径演算手段と、を備える、
ことを特徴とする繊維間空隙測定装置。
【請求項2】
前記空隙パス生成手段は、
前記探索領域に、前記各繊維からの距離が最も大きい点が複数存在する場合、前記着目点を挟んで、前記着目点の直前の着目点である前層着目点に対向する対向点により近い点を、前記次層着目点として選択する、
ことを特徴とする請求項１に記載の繊維間空隙測定装置。
前記探索領域に、前記各繊維からの距離が最も大きい点が複数存在する場合、前記着目点を挟んで、前記着目点の直前の着目点である前層着目点に対向する対向点により近い点を、前記次層着目点として選択する、
ことを特徴とする請求項１に記載の繊維間空隙測定装置。
【請求項3】
前記繊維基材に含まれる前記繊維群の各繊維が等間隔に配置された理想状態の空隙径を演算する理想空隙径演算手段と、
前記理想空隙径に対する前記平均空隙径の乖離度を演算する乖離度演算手段と、を備える、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の繊維間空隙測定装置。
前記理想空隙径に対する前記平均空隙径の乖離度を演算する乖離度演算手段と、を備える、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の繊維間空隙測定装置。
【請求項4】
前記空隙パス生成手段で生成された空隙パスの各点の前記各繊維からの距離の極小値の２倍の値を繊維間距離として演算する繊維間距離演算手段を備える、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の繊維間空隙測定装置。
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の繊維間空隙測定装置。
【請求項5】
前記空隙パスの長さを、前記開始面と前記終了面との間の距離で除した値を迂回度として演算する迂回度演算手段を備える、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の繊維間空隙測定装置。
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の繊維間空隙測定装置。
【請求項6】
繊維基材の三次元画像を生成し、
前記三次元画像に基づいて、前記繊維基材に含まれる繊維群の繊維外の空隙に関して前記空隙を構成する各点の座標情報及び各点の前記各繊維からの距離を取得し、
前記三次元画像の測定対象領域に関していずれかの領域端面を終了面とし、終了面と反対側の領域端面に接する測定対象領域外の面を開始面として設定し、前記開始面の各点を着目点として順次設定し、終了面側の層の前記着目点に隣接する点の近傍の探索領域から次層着目点を順次選択して空隙パスを生成するルーチンにおいて、前記次層着目点として前記各繊維からの距離が最も大きい点を選択し、
前記空隙パスの各点の前記各繊維からの距離の極大値の２倍の値を空隙径として演算し、前記空隙パスごとの前記空隙径の平均値を平均空隙径として演算する、
ことを特徴とする繊維間空隙測定方法。
前記三次元画像に基づいて、前記繊維基材に含まれる繊維群の繊維外の空隙に関して前記空隙を構成する各点の座標情報及び各点の前記各繊維からの距離を取得し、
前記三次元画像の測定対象領域に関していずれかの領域端面を終了面とし、終了面と反対側の領域端面に接する測定対象領域外の面を開始面として設定し、前記開始面の各点を着目点として順次設定し、終了面側の層の前記着目点に隣接する点の近傍の探索領域から次層着目点を順次選択して空隙パスを生成するルーチンにおいて、前記次層着目点として前記各繊維からの距離が最も大きい点を選択し、
前記空隙パスの各点の前記各繊維からの距離の極大値の２倍の値を空隙径として演算し、前記空隙パスごとの前記空隙径の平均値を平均空隙径として演算する、
ことを特徴とする繊維間空隙測定方法。
【請求項7】
ａ）繊維基材の三次元画像を生成するステップと、
ｂ）前記三次元画像に基づいて、前記繊維基材に含まれる繊維群の繊維外の空隙に関して前記空隙を構成する各点の座標情報及び各点の前記各繊維からの距離を取得するステップと、
ｃ）前記三次元画像の測定対象領域に関していずれかの領域端面を終了面とし、終了面と反対側の領域端面に接する測定対象領域外の面を開始面として設定し、前記開始面の各点を着目点として順次設定し、終了面側の層の前記着目点に隣接する点の近傍の探索領域から次層着目点を順次選択して空隙パスを生成するルーチンにおいて、前記次層着目点として前記各繊維からの距離が最も大きい点を選択するステップと、
ｄ）前記ステップｃ）で生成された空隙パスの各点の前記各繊維からの距離の極大値の２倍の値を空隙径として演算し、前記空隙パスごとの前記空隙径の平均値を平均空隙径として演算するステップと、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
ｂ）前記三次元画像に基づいて、前記繊維基材に含まれる繊維群の繊維外の空隙に関して前記空隙を構成する各点の座標情報及び各点の前記各繊維からの距離を取得するステップと、
ｃ）前記三次元画像の測定対象領域に関していずれかの領域端面を終了面とし、終了面と反対側の領域端面に接する測定対象領域外の面を開始面として設定し、前記開始面の各点を着目点として順次設定し、終了面側の層の前記着目点に隣接する点の近傍の探索領域から次層着目点を順次選択して空隙パスを生成するルーチンにおいて、前記次層着目点として前記各繊維からの距離が最も大きい点を選択するステップと、
ｄ）前記ステップｃ）で生成された空隙パスの各点の前記各繊維からの距離の極大値の２倍の値を空隙径として演算し、前記空隙パスごとの前記空隙径の平均値を平均空隙径として演算するステップと、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、繊維材料又は繊維複合材料の繊維間空隙測定装置、繊維間空隙測定方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、不織布等の繊維材料に関し、繊維材料を構成する繊維群の各繊維の平均繊維間距離を求める方法が知られている。
【0003】
例えば、特許文献１では、測定対象の不織布の厚みの測定値を用いて、Ｗｒｏｔｎｏｗｓｋｉの仮定に基づく式により、当該不織布の厚み平均繊維間距離を求める手法が開示されている。Ｗｒｏｔｎｏｗｓｋｉの仮定に基づく式によれば、繊維間距離Ａ（μｍ）、不織布の厚みｈ（ｍｍ）、坪量ｅ（ｇ／ｍ２）、不織布を構成する繊維の繊維径ｄ（μｍ）、繊維密度ρ（ｇ／ｃｍ３）に基づいて、不織布の厚み平均繊維間距離が求められる。
【0004】
また、特許文献２では、３層構造からなるウエットシートの特定層の平均繊維間距離を算出する手法が開示されている。
【0005】
上述した特許文献１、２は、いずれも繊維材料を構成する繊維群の各繊維が等間隔に並んで配置されている理想状態にあることを前提に平均繊維間距離を求める手法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２０２０－０４８７１９号公報
【特許文献2】特開２００６－２２３４５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献１、２では、繊維材料を構成する繊維群の各繊維が等間隔、すなわち、各繊維間距離がばらつきを有しない理想状態であることを前提として平均繊維間距離を算出している。したがって、繊維間距離にばらつきが大きい場合、特許文献１、２に記載の技術によって算出された平均繊維間距離は、現実の平均繊維間距離と大きく乖離する場合がある。
【0008】
また、特許文献１、２に記載の技術では、繊維間の空隙の経路（空隙パス）、特に繊維間距離にばらつきがある場合の空隙パスは考慮されていない。したがって、繊維材料を通過する音、空気の流れ、繊維複合材料において繊維間に浸透する樹脂の流れ等に係る特性を評価することは難しい。
【0009】
本発明は、繊維材料及び繊維複合材料を構成する繊維群に関して繊維間空隙の特性をより正確に演算することができる繊維間空隙測定装置、繊維間空隙測定方法及びプログラム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】
【0010】
上記目的を達成するために、この発明の第１の観点に係る繊維間空隙測定装置は、
繊維基材の三次元画像を生成する三次元画像生成手段と、
前記三次元画像に基づいて、前記繊維基材に含まれる繊維群の繊維間の空隙に関して前記空隙を構成する各点の座標情報及び各点の前記各繊維からの距離を取得する繊維情報取得手段と、
前記三次元画像の測定対象領域に関していずれかの領域端面を終了面とし、終了面と反対側の領域端面に接する測定対象領域外の面を開始面として設定し、前記開始面の各点を着目点として順次設定し、終了面側の層の前記着目点に隣接する点の近傍の探索領域から次層着目点を順次選択して空隙パスを生成するルーチンにおいて、前記次層着目点として前記各繊維からの距離が最も大きい点を選択する空隙パス生成手段と、
前記空隙パス生成手段で生成された空隙パスの各点の前記各繊維からの距離の極大値の２倍の値を空隙径として演算し、前記空隙パスごとの前記空隙径の平均値を平均空隙径として演算する空隙径演算手段と、を備える。
繊維基材の三次元画像を生成する三次元画像生成手段と、
前記三次元画像に基づいて、前記繊維基材に含まれる繊維群の繊維間の空隙に関して前記空隙を構成する各点の座標情報及び各点の前記各繊維からの距離を取得する繊維情報取得手段と、
前記三次元画像の測定対象領域に関していずれかの領域端面を終了面とし、終了面と反対側の領域端面に接する測定対象領域外の面を開始面として設定し、前記開始面の各点を着目点として順次設定し、終了面側の層の前記着目点に隣接する点の近傍の探索領域から次層着目点を順次選択して空隙パスを生成するルーチンにおいて、前記次層着目点として前記各繊維からの距離が最も大きい点を選択する空隙パス生成手段と、
前記空隙パス生成手段で生成された空隙パスの各点の前記各繊維からの距離の極大値の２倍の値を空隙径として演算し、前記空隙パスごとの前記空隙径の平均値を平均空隙径として演算する空隙径演算手段と、を備える。
【0011】
また、前記空隙パス生成手段は、
前記探索領域に、前記各繊維からの距離が最も大きい点が複数存在する場合、前記着目点を挟んで、前記着目点の直前の着目点である前層着目点に対向する対向点により近い点を、前記次層着目点として選択する、
こととしてもよい。
前記探索領域に、前記各繊維からの距離が最も大きい点が複数存在する場合、前記着目点を挟んで、前記着目点の直前の着目点である前層着目点に対向する対向点により近い点を、前記次層着目点として選択する、
こととしてもよい。
【0012】
また、繊維間空隙測定装置は、
前記繊維基材に含まれる前記繊維群の各繊維が等間隔に配置された理想状態の空隙径を演算する理想空隙径演算手段と、
前記理想空隙径に対する前記平均空隙径の乖離度を演算する乖離度演算手段と、を備える、
こととしてもよい。
前記繊維基材に含まれる前記繊維群の各繊維が等間隔に配置された理想状態の空隙径を演算する理想空隙径演算手段と、
前記理想空隙径に対する前記平均空隙径の乖離度を演算する乖離度演算手段と、を備える、
こととしてもよい。
【0013】
また、繊維間空隙測定装置は、
前記空隙パス生成手段で生成された空隙パスの各点の前記各繊維からの距離の極小値の２倍の値を繊維間距離として演算する繊維間距離演算手段を備える、
こととしてもよい。
前記空隙パス生成手段で生成された空隙パスの各点の前記各繊維からの距離の極小値の２倍の値を繊維間距離として演算する繊維間距離演算手段を備える、
こととしてもよい。
【0014】
また、繊維間空隙測定装置は、
前記空隙パスの長さを、前記開始面と前記終了面との間の距離で除した値を迂回度として演算する迂回度演算手段を備える、
こととしてもよい。
前記空隙パスの長さを、前記開始面と前記終了面との間の距離で除した値を迂回度として演算する迂回度演算手段を備える、
こととしてもよい。
【0015】
また、本発明の第２の観点に係る繊維間空隙測定方法では、
繊維基材の三次元画像を生成し、
前記三次元画像に基づいて、前記繊維基材に含まれる繊維群の繊維外の空隙に関して前記空隙を構成する各点の座標情報及び各点の前記各繊維からの距離を取得し、
前記三次元画像の測定対象領域に関していずれかの領域端面を終了面とし、終了面と反対側の領域端面に接する測定対象領域外の面を開始面として設定し、前記開始面の各点を着目点として順次設定し、終了面側の層の前記着目点に隣接する点の近傍の探索領域から次層着目点を順次選択して空隙パスを生成するルーチンにおいて、前記次層着目点として前記各繊維からの距離が最も大きい点を選択し、
前記空隙パスの各点の前記各繊維からの距離の極大値の２倍の値を空隙径として演算し、前記空隙パスごとの前記空隙径の平均値を平均空隙径として演算する。
繊維基材の三次元画像を生成し、
前記三次元画像に基づいて、前記繊維基材に含まれる繊維群の繊維外の空隙に関して前記空隙を構成する各点の座標情報及び各点の前記各繊維からの距離を取得し、
前記三次元画像の測定対象領域に関していずれかの領域端面を終了面とし、終了面と反対側の領域端面に接する測定対象領域外の面を開始面として設定し、前記開始面の各点を着目点として順次設定し、終了面側の層の前記着目点に隣接する点の近傍の探索領域から次層着目点を順次選択して空隙パスを生成するルーチンにおいて、前記次層着目点として前記各繊維からの距離が最も大きい点を選択し、
前記空隙パスの各点の前記各繊維からの距離の極大値の２倍の値を空隙径として演算し、前記空隙パスごとの前記空隙径の平均値を平均空隙径として演算する。
【0016】
また、本発明の第３の観点に係るプログラムは、
ａ）繊維基材の三次元画像を生成するステップと、
ｂ）前記三次元画像に基づいて、前記繊維基材に含まれる繊維群の繊維外の空隙に関して前記空隙を構成する各点の座標情報及び各点の前記各繊維からの距離を取得するステップと、
ｃ）前記三次元画像の測定対象領域に関していずれかの領域端面を終了面とし、終了面と反対側の領域端面に接する測定対象領域外の面を開始面として設定し、前記開始面の各点を着目点として順次設定し、終了面側の層の前記着目点に隣接する点の近傍の探索領域から次層着目点を順次選択して空隙パスを生成するルーチンにおいて、前記次層着目点として前記各繊維からの距離が最も大きい点を選択するステップと、
ｄ）前記ステップｃ）で生成された空隙パスの各点の前記各繊維からの距離の極大値の２倍の値を空隙径として演算し、前記空隙パスごとの前記空隙径の平均値を平均空隙径として演算するステップと、
をコンピュータに実行させる。
ａ）繊維基材の三次元画像を生成するステップと、
ｂ）前記三次元画像に基づいて、前記繊維基材に含まれる繊維群の繊維外の空隙に関して前記空隙を構成する各点の座標情報及び各点の前記各繊維からの距離を取得するステップと、
ｃ）前記三次元画像の測定対象領域に関していずれかの領域端面を終了面とし、終了面と反対側の領域端面に接する測定対象領域外の面を開始面として設定し、前記開始面の各点を着目点として順次設定し、終了面側の層の前記着目点に隣接する点の近傍の探索領域から次層着目点を順次選択して空隙パスを生成するルーチンにおいて、前記次層着目点として前記各繊維からの距離が最も大きい点を選択するステップと、
ｄ）前記ステップｃ）で生成された空隙パスの各点の前記各繊維からの距離の極大値の２倍の値を空隙径として演算し、前記空隙パスごとの前記空隙径の平均値を平均空隙径として演算するステップと、
をコンピュータに実行させる。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、三次元画像の測定対象領域に関して開始面、終了面を設定し、前記開始面の各点を着目点として順次設定し、終了面側の層の前記着目点に隣接する点の近傍の探索領域から次層着目点を順次選択して空隙パスを生成するルーチンにおいて、前記各繊維からの距離が最も大きい点を次層着目点として選択する。また、生成された空隙パスの各点の各繊維からの距離の極大値の２倍の値を空隙径として演算し、空隙パスごとの空隙径の平均値を平均空隙径として演算する。したがって、繊維間の空隙パスを考慮した、より正確な繊維間空隙の特性を演算することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明の実施の形態に係る繊維間空隙測定装置を示す機能ブロック図である。
【図2】コンピュータプログラムによる繊維間空隙演算処理（メインルーチン）を示すフローチャートである。
【図4】三次元画像に含まれる繊維群を二次元座標に模式的に示した図である。
【図5】解析対象領域の繊維群及び空隙を説明するための模式図である。
【図6】着目点、次層着目点及び探索領域を説明するための模式図であり、（Ａ）は開始面及び終了面を含む図、（Ｂ）は対向点である次層着目点を含む図、（Ｃ）は複数の次層着目点を含む図である。
【図7】実施の形態に係る空隙パスの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
本発明の実施の形態に係る繊維間空隙測定装置について図を参照しながら説明する。以下では、本発明に係る繊維間空隙測定装置の一例として、図１に示す繊維間空隙測定装置１を例示する。
【0020】
繊維間空隙測定装置１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３、ＲＡＭ（Random Access Memory）等で構成される揮発性記憶装置５と、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＳＳＤ（Solid State Drive）等で構成される不揮発性記憶装置７とを備える。
【0021】
不揮発性記憶装置７には、後に詳述する繊維間空隙演算処理を実行するためのコンピュータプログラムＰＧがインストールされている。コンピュータプログラムＰＧには、三次元画像生成プログラムＰＧ１、繊維情報取得プログラムＰＧ２等のモジュールが含まれている。
【0022】
なお、三次元画像生成プログラムＰＧ１、繊維情報取得プログラムＰＧ２については後に詳述する。
【0023】
また、不揮発性記憶装置７には、繊維基材をコンピュータ断層撮影（ＣＴ（Computed Tomography）撮影）した断層画像（ＣＴ画像）に関するＣＴ画像データＤＴが記憶されている。
【0024】
【0025】
まず、ステップＳ１において、繊維間空隙測定装置１は、三次元画像生成プログラムＰＧ１を実行し、ＣＴ画像データＤＴをボリュームレンダリングすることで三次元画像ＴＤを生成する。
【0026】
なお、本実施の形態では、三次元画像生成プログラムＰＧ１として、日本ビジュアルサイエンス株式会社によって提供されているＥｘＦａｃｔ（登録商標）ＶＲが用いられている。
【0027】
図４に示すように、繊維間空隙測定装置１は、三次元画像を二値化することによって繊維基材に含まれる繊維群ＦＢと、繊維群ＦＢの各繊維間に形成される空隙ＶＤとを識別する。
【0028】
図５に示すように、任意の繊維ＦＢｉ（ｉは１～ｎの任意の整数）及び空隙ＶＤは、ボクセル法を用いた複数のボクセル（ｖｏｘｅｌ）の集合によって表現される。なお、説明簡略化のため、図５においては、繊維ＦＢｉ及び空隙ＶＤが二次元座標で示されているが、実際にはボクセルの集合（三次元座標）である。
【0029】
任意の空隙ＶＤを構成する各ボクセルに記載されている数値（１、２、３、４、５、６）は、繊維群ＦＢ（空隙ＶＤ以外の部分）から何ボクセルだけ離れているかを示すものである。繊維群ＦＢの任意の繊維ＦＢｉに接する空隙領域の最外のボクセルには「１」が記載され、最外のボクセルの１つ内側のボクセルには「２」が記載され、更にその内側のボクセルには「３」が記載されている。
【0030】
図２のステップＳ２において、繊維間空隙測定装置１は、繊維情報取得プログラムＰＧ２を実行し、繊維間の空隙ＶＤに関して、空隙ＶＤを構成する各点の座標情報及び各点の各繊維からの距離を取得する。
【0031】
上述したように、各ボクセルに記載された数値は、各繊維ＦＢｉから何ボクセルだけ離れているかを示している。換言すれば、任意の空隙パスの空隙ＶＤの各ボクセルに記載の数値の極大値は、当該空隙パスにおける繊維ＦＢｉ間の空隙のおよその半径を示していると言え、空隙パスを通る音、空気、樹脂等の流体の流れ（例えば、空気のミクロな対流のしやすさ）に影響を与える特性値である。
【0032】
また、任意の空隙パスの空隙ＶＤの各ボクセルに記載の数値の極小値の２倍の値は、当該空隙パスにおけるおよその繊維間距離を示していると言え、空隙パスを通る音、空気、樹脂等の流体の流れ（例えば、流れにくさ）に影響を与える特性値である。
【0033】
図２のステップＳ３において、繊維間空隙測定装置１は、三次元画像ＴＤから測定対象領域ＴＡを設定する（図５）。測定対象領域ＴＡは、任意のボクセル数の三次元空間モデルであり、繊維材料の厚み方向、幅方向等、各軸方向での特性評価を行い易いように立方体又は直方体の領域とすることが好ましい。
【0034】
【0035】
まず、図３のステップＳ４１において、繊維間空隙測定装置１は、測定対象領域ＴＡについて開始面ＳＳ、終了面ＦＳを設定する。より具体的には、図６（Ａ）に二次元で簡易的に示すように、繊維間空隙測定装置１は、立方体又は直方体状のボクセルの集合である三次元画像の測定対象領域ＴＡに関していずれかの領域端面を終了面ＦＳとし、終了面ＦＳと反対側の領域端面に接する測定対象領域ＴＡ外の面を開始面ＳＳとして設定する。
【0036】
ステップＳ４２において、繊維間空隙測定装置１は、開始面ＳＳの点（ボクセル）を空隙パスＶＰｊ（ｊ＝１～ｋ、ｋは開始面ＳＳのボクセル数）の開始点ＳＰｊとして順次設定する。ステップＳ４２～Ｓ４８の処理（ループ１）は、開始面ＳＳの各点の全てが開始点ＳＰｊに設定されるまで繰り返される。
【0037】
ステップＳ４３において、繊維間空隙測定装置１は、設定された開始点ＳＰｊを着目点ＦＰｎ（ｎ＝１～ｍ、ｍは開始面ＳＳから終了面ＦＳの１つ前の層までの層数）として、空隙パスＶＰｊの次の点となる次層着目点ＦＰｎ＋１を選択する。
【0038】
繊維間空隙測定装置１は、開始面ＳＳに接する終了面ＦＳ側の層（次層）において、着目点ＦＰｎに隣接する点（ボクセル）の近傍の点を探索領域ＳＡとして設定する（ステップＳ４４）。本実施の形態では、着目点ＦＰｎに隣接する次層の点（ボクセル）の周囲の３×３ボクセルの範囲を探索領域ＳＡとして、次層着目点ＦＰｎ＋１を選択する。
【0039】
繊維間空隙測定装置１は、探索領域ＳＡのうち各繊維からの距離が最も大きい点を次層着目点ＦＰｎ＋１として選択する（ステップＳ４５）。
【0040】
図６（Ｂ）に示すように、探索領域ＳＡ内に繊維から最も離れた点（図中３と示されたボクセル）が複数ある場合、繊維間空隙測定装置１は、開始面ＳＳ側に接する層（前層）の着目点ＦＰｎに隣接する点の近傍の探索領域ＳＡに対応する対応領域ＣＡ（３×３ボクセル）に存在する直前の着目点（前層着目点ＦＰｎ－１）に基づいて、次層着目点ＦＰｎ＋１を決定する。具体的には、繊維間空隙測定装置１は、着目点ＦＰｎを挟んで、前層着目点ＦＰｎ－１に対向する対向点ＯＰにより近い点を次層着目点ＦＰｎ＋１として選択する。これにより、例えば、繊維材料を空気が通過する際の空気の流れを考慮した空隙パスＶＰｊを生成することができる。
【0041】
図６（Ｃ）に示すように、各繊維から最も離れており且つ対向点ＯＰに最も近い点が、探索領域ＳＡに複数存在する場合、当該点のいずれかを選択することとしてもよいし、空隙パスＶＰｊを分割して、空隙パスＶＰ－１ｊ，ＶＰ－２ｊ等とすることとしてもよい。
【0042】
なお、着目点ＦＰｎが開始面ＳＳの点である場合、より開始面ＳＳ側の前層が存在しない。この場合で且つ探索領域ＳＡ内に繊維から最も離れた点が複数ある場合、着目点ＦＰｎに接している点を次層着目点ＦＰｎ＋１として優先的に選択するなど、予め設定された所定の優先順位にしたがって次層着目点ＦＰｎ＋１を選択すればよい。
【0043】
ステップＳ４６では、繊維間空隙測定装置１は、選択された次層着目点ＦＰｎ＋１を、空隙パスＶＰｊを構成する点として追加し、不揮発性記憶手段に座標情報を記憶させる。また、繊維間空隙測定装置１は、空隙パスＶＰｊを構成する次層着目点ＦＰｎ＋１と最も近い繊維ＦＢｉとの距離を記憶する。次層着目点ＦＰｎ＋１と繊維ＦＢｉとの距離は、図２のステップＳ２で取得した空隙の情報を用いて演算される。
【0044】
ステップＳ４３～Ｓ４７（ループ２）の処理は、ステップＳ４５で選択される次層着目点ＦＰｎ＋１が終了面ＦＳの点となるまで、次層着目点ＦＰｎ＋１を新たな着目点ＦＰｎとして更新（ｎをインクリメント）して、繰り返される。
【0045】
繊維間空隙測定装置１は、上述した処理をループ１（ステップＳ４２～Ｓ４８）及びループ２（ステップＳ４３～Ｓ４７）の各終了条件が満たされるまで繰り返し実行する。
【0046】
図２のステップＳ５において、繊維間空隙測定装置１は、上述した空隙パス生成処理（ステップＳ４、図３のフローチャート）で演算された各空隙パスＶＰｊについて、空隙パスＶＰｊを構成する各点と最近の繊維ＦＢｉとの距離の極大値を空隙半径、空隙半径の２倍の値を空隙直径（空隙径）として演算する。また、繊維間空隙測定装置１は、演算された空隙パスＶＰｊごとの空隙径の平均値を現実の平均空隙径（Ａ）として演算する。
【0047】
図７は、上述した空隙パス生成処理によって生成された空隙パスＶＰｊの例を示す図である。本例では、隣り合うボクセル間の距離を１としている。図７に示すように、この空隙パスＶＰｊでは、途中で分岐した空隙パスＶＰ－１ｊ～ＶＰ－４ｊが生成される。また、図８は、空隙パスＶＰ－１ｊ～ＶＰ－４ｊの各点と繊維ＦＢｉとの距離を示したグラフである。例えば空隙パスＶＰ－１ｊにおける極大値は、図８に示すように極大値１（＝５）及び極大値２（＝４）の２つである。したがって、空隙径は、極大値１（＝５）の２倍の１０（調整値の０．５を１０から引いて９．５としてもよい。）及び極大値２（＝４）の２倍の８（調整値の０．５を８から引いて７．５としてもよい。）となる。また、このようにして演算される各空隙パスＶＰｊの空隙径を平均したものが、平均空隙径となる。
【0048】
また、ステップＳ６において、繊維間空隙測定装置１は、理想状態の平均空隙径である理想空隙径（Ｂ）を演算する。理想状態は、三次元画像ＴＤに含まれる繊維群が等間隔に配置されたと仮定した状態であり、理想空隙径は、空隙が球形状であることを前提とした場合の理想状態における最大空隙径である。
【0049】
本実施の形態では、三次元画像ＴＤに含まれる繊維群が同一繊維径であると仮定したとき、以下の式で演算される理想状態におけるｄｆを理想空隙径とする。例えば、繊維径ｄ＝２μｍ（マイクロメートル）、空隙率φ＝０．９２を下記の式に代入すると、理想空隙径ｄｆ＝６．８６２μｍが得られる。
【数1】
【0050】
そして、ステップＳ７において、繊維間空隙測定装置１は、ステップＳ６で演算した理想空隙径（Ｂ）で、ステップＳ５で演算した平均空隙径（Ａ）を割って（Ａ÷Ｂ）、理想空隙径（Ｂ）に対する現実の平均空隙径（Ａ）の乖離度（空隙径乖離度）を演算する。
【0051】
ここで、三次元画像ＴＤに含まれる繊維群が等間隔で配置されていたとすると、現実の平均空隙径（Ａ）と理想空隙径（Ｂ）とが等しくなり（Ａ＝Ｂ）、乖離度は「１」（繊維の分布が最も良い状態）になる。
【0052】
他方、三次元画像ＴＤに含まれる繊維群の各繊維が全て接した状態であるとすると、現実の平均空隙径（Ａ）を表す繊維以外の空隙部分の大きさが、理想状態の平均空隙径よりも大きくなるため、理想空隙径（Ｂ）に対する現実の平均空隙径（Ａ）の乖離度（Ａ÷Ｂ）は１よりも大きく（繊維の分布が悪い状態に）なる。
【0053】
すなわち、乖離度は、１以上の値で示され、１に近くづくほど繊維の分布が良くなる（理想状態に近くなる）一方、１から離れて大きくなるほど繊維の分布が悪くなる（理想状態から離れる）。
【0054】
また、ステップＳ８において、繊維間空隙測定装置１は、各空隙パスＶＰｊについて、空隙パスＶＰｊを構成する各点と最近の繊維ＦＢｉとの距離の極小値の２倍の値を繊維間距離として演算する。また、繊維間空隙測定装置１は、演算された空隙パスＶＰｊごとの繊維間距離の平均値を平均繊維間距離として演算する。
【0055】
具体的には、図７及び図８に示す例の空隙パスＶＰ－１ｊの場合、空隙パスＶＰ－１ｊの各点と繊維ＦＢｉとの距離の極小値は、極小値１（＝２）、極小値２（＝２）及び極小値３（＝２）の３つである。したがって、算出される３つの繊維間距離は、それぞれ極小値１～３（＝２）の２倍の４（調整値の０．５を４から引いて３．５としてもよい。）となる。また、このようにして演算される各空隙パスＶＰｊの繊維間距離を平均したものが、平均繊維間距離となる。
【0056】
また、ステップＳ９において、繊維間空隙測定装置１は、各空隙パスＶＰｊの長さ、すなわち、空隙パスＶＰｊを構成する各点をつないだ距離を、開始面ＳＳと終了面ＦＳとの距離で除した値を迂回度として演算する。また、繊維間空隙測定装置１は、空隙パスＶＰｊごとの迂回度の平均値を平均迂回度として演算する。
【0057】
具体的には、図７に示す例の空隙パスＶＰ－１ｊの場合、空隙パスＶＰ－１ｊの長さは、２２．９となる。また、開始面ＳＳと終了面ＦＳとの間の距離は２０である。よって、この場合の迂回度は、１．１４５（２２．９÷２０）となる。また、このようにして演算される各空隙パスＶＰｊの迂回度を平均したものが、平均迂回度となる。
【0058】
以上説明したように、本実施の形態によれば、図３のループ１（ステップＳ４２～Ｓ４８）において、開始面ＳＳの各点が空隙パスＶＰｊの開始点である着目点ＦＰｎとして順次設定される。また、図３のループ２（ステップＳ４３～Ｓ４７）において、終了面ＦＳ側の層の着目点ＦＰｎに隣接する点の近傍の探索領域ＳＡから次層着目点ＦＰｎ＋１が順次選択されて空隙パスＶＰｊを生成する。
【0059】
上述したループ１、２において、探索領域ＳＡの各点のうち、各繊維から最も離れた点を次層着目点ＦＰｎ＋１として選択する。そして、次層着目点ＦＰｎ＋１が終了面ＦＳに達するまで順次次層着目点ＦＰｎ＋１を演算し、空隙パスＶＰｊを構成する点として記憶される。
【0060】
さらに、繊維間空隙測定装置１は、上述した空隙パス生成処理（ステップＳ４、図３のフローチャート）で生成された各空隙パスＶＰｊについて、空隙パスＶＰｊを構成する各点と最近の繊維ＦＢｉとの距離の極大値の２倍の値を空隙径として演算する。また、繊維間空隙測定装置１は、演算された空隙パスＶＰｊごとの空隙径の平均値を現実の平均空隙径（Ａ）として演算する。また、繊維間空隙測定装置１は、理想状態の平均空隙径である理想空隙径（Ｂ）と現実の平均空隙径（Ａ）との乖離度を演算する。
【0061】
また、ステップＳ８において、繊維間空隙測定装置１は、各空隙パスＶＰｊについて、空隙パスＶＰｊを構成する各点と最近の繊維ＦＢｉとの距離の極小値の２倍の値を繊維間距離として演算する。また、繊維間空隙測定装置１は、演算された空隙パスＶＰｊごとの繊維間距離の平均値を平均繊維間距離として演算する。
【0062】
また、ステップＳ９において、繊維間空隙測定装置１は、各空隙パスＶＰｊの長さ、すなわち、空隙パスＶＰｊを構成する各点をつないだ距離を、開始面ＳＳと終了面ＦＳとの距離で除した値を迂回度として演算する。また、繊維間空隙測定装置１は、空隙パスＶＰｊごとの迂回度の平均値を平均迂回度として演算する。
【0063】
そのため、繊維材料及び繊維複合材料を構成する繊維群に関して繊維間空隙の特性をより正確に演算することが可能である。特に、繊維群の各繊維が密着している場合、理想状態を前提として演算した繊維間空隙の特性を表す繊維間距離は、現実の平均繊維間距離に対して大きく乖離する。このような場合も、上述した手法を用いることで平均空隙径、平均繊維間距離、平均迂回度等の繊維間空隙の特性を正確に演算することができるので、繊維材料、繊維複合材料等の性能評価を精度よく行うことが可能である。
【0064】
さらに、理想状態の繊維配置では演算できない、空隙パスＶＰｊの迂回度を演算することができるので、繊維間の流体の流れを考慮した性能評価を行うことが可能である。特に、測定対象領域ＴＡの各軸方向の評価をすることができるので、繊維の配置方向に偏りがある場合、例えば厚み方向に配置される繊維が少ない平板状の繊維材料等の場合においても、各軸方向で精度よく空隙測定を行うことができる。
【0065】
本発明による繊維間空隙測定装置、繊維間空隙測方法及びプログラムは、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。
【0066】
上述した実施の形態では、１つの開始面ＳＳから終了面ＦＳに向けて生成された空隙パスＶＰｊのみに基づいて繊維間空隙の特性値を演算することとしたが、これに限られない。例えば、いずれかの開始面ＳＳから終了面ＦＳへの空隙パスＶＰｊを生成した後、開始面ＳＳ側と終了面ＦＳ側とを入れ替えて、逆方向の空隙パスＶＰｒｊを生成する。そして、空隙パスＶＰｊと逆方向の空隙パスＶＰｒｊとの空隙径、繊維間距離、迂回度等を平均して、繊維間空隙の特性値として演算することとしてもよい。また、測定対象領域ＴＡの各軸方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向）の特性値を平均化するなどにより、解析対象の繊維材料の特性値を総合的に評価することとしてもよい。この場合、各軸方向での特性値の偏りを評価して、繊維系材料の異方性を評価することとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0067】
本発明は、不織布などの繊維基材に含まれる繊維群の繊維間空隙の特性評価に好適である。
【符号の説明】
【0068】
１ 繊維間空隙測定装置、３ ＣＰＵ、５ 揮発性記憶装置、７ 不揮発性記憶装置、ＣＡ 対応領域、ＤＴ ＣＴ画像データ、ＦＢ 繊維群、ＦＰｎ 着目点、ＦＰｎ＋１ 次層着目点、ＦＰｎ－１ 前層着目点、ＯＰ 対向点、ＰＧ コンピュータプログラム、ＰＧ１ 三次元画像生成プログラム、ＰＧ２ 繊維情報取得プログラム、ＳＡ 探索領域、ＴＡ 測定対象領域、ＴＤ 三次元画像、ＶＤ 空隙
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
