特許 7424567 繊維系材料評価装置、繊維系材料評価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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-22

(45)【発行日】2024-01-30

(54)【発明の名称】繊維系材料評価装置、繊維系材料評価方法及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   D06H 3/10 20060101AFI20240123BHJP

   D06H 3/08 20060101ALI20240123BHJP

【ＦＩ】

D06H3/10

D06H3/08

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021048489

(22)【出願日】2021-03-23

(65)【公開番号】P2022147307

(43)【公開日】2022-10-06

【審査請求日】2023-02-17

(73)【特許権者】

【識別番号】504136568

【氏名又は名称】国立大学法人広島大学

(73)【特許権者】

【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

【審査官】河内 浩志

(56)【参考文献】

【文献】特表２０２０－５２３１４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０９９８６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０６５３４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２２－５３００３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０７０５１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１７７５６０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｄ０６Ｈ１／００－ ７／２４

Ｄ０４Ｈ１／００－１８／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

繊維基材をコンピュータ断層撮影した断層画像に基づいて前記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各繊維に関して前記各繊維の中心線を構成する各中心点の座標情報及び繊維径を取得する繊維情報取得手段と、
前記繊維群を構成する各繊維を着目繊維に順次設定し、前記着目繊維の中心線を構成する各中心点を着目中心点に順次設定するルーチンにおいて、前記着目繊維以外の非着目繊維の中心線を構成する各中心点の中から前記着目中心点に最も近い最近中心点を特定し、前記着目中心点と前記最近中心点との距離を最短中心間距離として逐次演算する最短中心間距離演算手段と、
前記最短中心間距離演算手段で演算した全ての前記最短中心間距離の平均値を平均中心間距離として演算する平均中心間距離演算手段と、
前記繊維情報取得手段で取得した全ての前記繊維径の平均値を平均繊維径として演算する平均繊維径演算手段と、
前記平均中心間距離から前記平均繊維径を引いた現実の平均繊維間距離を第一平均繊維間距離として演算する第一平均繊維間距離演算手段と、
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且つ前記各繊維の繊維径が同一であると仮定した理想状態の平均繊維間距離を第二平均繊維間距離として演算する第二平均繊維間距離演算手段と、
前記第二平均繊維間距離に対する前記第一平均繊維間距離の乖離度を演算する乖離度演算手段と、を備える、
ことを特徴とする繊維系材料評価装置。

【請求項2】

前記三次元画像を複数のブロックに分割するブロック化手段を更に備え、
前記最短中心間距離演算手段は、前記着目繊維以外の非着目繊維群の各繊維の中心線を構成する各中心点のうち、前記着目中心点が属する中心ブロックと前記中心ブロックに隣接する任意数の隣接ブロックとを含む探索領域に存在する各中心点の中から前記最近中心点を特定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の繊維系材料評価装置。

【請求項3】

前記探索領域は、前記繊維群の前記各繊維が等間隔に配置され且つ前記各繊維の繊維径が同一であると仮定した理想状態の繊維径及び空隙率に基づいて前記着目繊維以外の非着目繊維が存在する可能性の高いと判断された領域であり、
前記任意数の隣接ブロックは、前記探索領域を充足するブロック数に設定される、
ことを特徴とする請求項２に記載の繊維系材料評価装置。

【請求項4】

繊維基材をコンピュータ断層撮影した断層画像に基づいて前記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各繊維に関して前記各繊維の中心線を構成する各中心点の座標情報及び繊維径を取得し、
前記繊維群を構成する各繊維を着目繊維に順次設定し、前記着目繊維の中心線を構成する各中心点を着目中心点に順次設定するルーチンにおいて、前記着目繊維以外の非着目繊維の中心線を構成する各中心点の中から前記着目中心点に最も近い最近中心点を特定し、前記着目中心点と前記最近中心点との距離を最短中心間距離として逐次演算し、
全ての前記最短中心間距離の平均値を平均中心間距離として演算し、
全ての前記繊維径の平均値を平均繊維径として演算し、
前記平均中心間距離から前記平均繊維径を引いた現実の平均繊維間距離を第一平均繊維間距離として演算し、
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且つ前記各繊維の繊維径が同一であると仮定した理想状態の平均繊維間距離を第二平均繊維間距離として演算し、
前記第二平均繊維間距離に対する前記第一平均繊維間距離の乖離度を演算する、
ことを特徴とする繊維系材料評価方法。

【請求項5】

ａ）繊維基材をコンピュータ断層撮影した断層画像に基づいて前記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各繊維に関して前記各繊維の中心線を構成する各中心点の座標情報及び繊維径を取得するステップと、
ｃ）前記繊維群を構成する各繊維を着目繊維に順次設定し、前記着目繊維の中心線を構成する各中心点を着目中心点に順次設定するルーチンにおいて、前記着目繊維以外の非着目繊維の中心線を構成する各中心点の中から前記着目中心点に最も近い最近中心点を特定し、前記着目中心点と前記最近中心点との距離を最短中心間距離として逐次演算するステップと、
ｄ）前記ステップｃ）で演算した全ての前記最短中心間距離の平均値を平均中心間距離として演算するステップと、
ｅ）前記ステップｂ）で取得した全ての前記繊維径の平均値を平均繊維径として演算するステップと、
ｆ）前記平均中心間距離から前記平均繊維径を引いた現実の平均繊維間距離を第一平均繊維間距離として演算するステップと、
ｇ）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且つ前記各繊維の繊維径が同一であると仮定した理想状態の平均繊維間距離を第二平均繊維間距離として演算するステップと、
ｆ）前記第二平均繊維間距離に対する前記第一平均繊維間距離の乖離度を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、繊維系材料評価装置、繊維系材料評価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間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。なお、平均繊維間距離は、繊維系材料の性能（例えば、弾性性能や音響性能）を評価するのに用いられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０２０－０４８７１９号公報

【文献】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】

しかしながら、現実には、繊維材料を構成する繊維群の各繊維は等間隔に配置されておらず、繊維群における各繊維間距離はばらつきを有する。したがって、理想状態を前提として演算した平均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場合がある。その結果、上述した特許文献１、２に記載の理想状態を前提として演算した平均繊維間距離では、繊維系材料の性能を正確に評価できない可能性がある。

【0008】

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、繊維系材料の性能をより正確に把握することができる繊維系材料評価装置、繊維系材料評価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】

【0009】

上記目的を達成するために、この発明の第１の観点に係る繊維系材料評価装置は、
繊維基材をコンピュータ断層撮影した断層画像に基づいて前記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各繊維に関して前記各繊維の中心線を構成する各中心点の座標情報及び繊維径を取得する繊維情報取得手段と、
前記繊維群を構成する各繊維を着目繊維に順次設定し、前記着目繊維の中心線を構成する各中心点を着目中心点に順次設定するルーチンにおいて、前記着目繊維以外の非着目繊維の中心線を構成する各中心点の中から前記着目中心点に最も近い最近中心点を特定し、前記着目中心点と前記最近中心点との距離を最短中心間距離として逐次演算する最短中心間距離演算手段と、
前記最短中心間距離演算手段で演算した全ての前記最短中心間距離の平均値を平均中心間距離として演算する平均中心間距離演算手段と、
前記繊維情報取得手段で取得した全ての前記繊維径の平均値を平均繊維径として演算する平均繊維径演算手段と、
前記平均中心間距離から前記平均繊維径を引いた現実の平均繊維間距離を第一平均繊維間距離として演算する第一平均繊維間距離演算手段と、
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且つ前記各繊維の繊維径が同一であると仮定した理想状態の平均繊維間距離を第二平均繊維間距離として演算する第二平均繊維間距離演算手段と、
前記第二平均繊維間距離に対する前記第一平均繊維間距離の乖離度を演算する乖離度演算手段と、を備える。

【0010】

また、繊維系材料評価装置は、
前記三次元画像を複数のブロックに分割するブロック化手段を更に備え、
前記最短中心間距離演算手段は、前記着目繊維以外の非着目繊維群の各繊維の中心線を構成する各中心点のうち、前記着目中心点が属する中心ブロックと前記中心ブロックに隣接する任意数の隣接ブロックとを含む探索領域に存在する各中心点の中から前記最近中心点を特定する、
こととしてもよい。

【0011】

また、前記探索領域は、前記繊維群の前記各繊維が等間隔に配置され且つ前記各繊維の繊維径が同一であると仮定した理想状態の繊維径及び空隙率に基づいて前記着目繊維以外の非着目繊維が存在する可能性の高いと判断された領域であり、
前記任意数の隣接ブロックは、前記探索領域を充足するブロック数に設定される、
こととしてもよい。

【0012】

また、本発明の第２の観点に係る繊維系材料評価方法では、
繊維基材をコンピュータ断層撮影した断層画像に基づいて前記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各繊維に関して前記各繊維の中心線を構成する各中心点の座標情報及び繊維径を取得し、
前記繊維群を構成する各繊維を着目繊維に順次設定し、前記着目繊維の中心線を構成する各中心点を着目中心点に順次設定するルーチンにおいて、前記着目繊維以外の非着目繊維の中心線を構成する各中心点の中から前記着目中心点に最も近い最近中心点を特定し、前記着目中心点と前記最近中心点との距離を最短中心間距離として逐次演算し、
全ての前記最短中心間距離の平均値を平均中心間距離として演算し、
全ての前記繊維径の平均値を平均繊維径として演算し、
前記平均中心間距離から前記平均繊維径を引いた現実の平均繊維間距離を第一平均繊維間距離として演算し、
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且つ前記各繊維の繊維径が同一であると仮定した理想状態の平均繊維間距離を第二平均繊維間距離として演算し、
前記第二平均繊維間距離に対する前記第一平均繊維間距離の乖離度を演算する。

【0013】

また、本発明の第３の観点に係るプログラムは、
ａ）繊維基材をコンピュータ断層撮影した断層画像に基づいて前記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各繊維に関して前記各繊維の中心線を構成する各中心点の座標情報及び繊維径を取得するステップと、
ｃ）前記繊維群を構成する各繊維を着目繊維に順次設定し、前記着目繊維の中心線を構成する各中心点を着目中心点に順次設定するルーチンにおいて、前記着目繊維以外の非着目繊維の中心線を構成する各中心点の中から前記着目中心点に最も近い最近中心点を特定し、前記着目中心点と前記最近中心点との距離を最短中心間距離として逐次演算するステップと、
ｄ）前記ステップｃ）で演算した全ての前記最短中心間距離の平均値を平均中心間距離として演算するステップと、
ｅ）前記ステップｂ）で取得した全ての前記繊維径の平均値を平均繊維径として演算するステップと、
ｆ）前記平均中心間距離から前記平均繊維径を引いた現実の平均繊維間距離を第一平均繊維間距離として演算するステップと、
ｇ）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且つ前記各繊維の繊維径が同一であると仮定した理想状態の平均繊維間距離を第二平均繊維間距離として演算するステップと、
ｆ）前記第二平均繊維間距離に対する前記第一平均繊維間距離の乖離度を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】

【0014】

本発明によれば、平均中心間距離から平均繊維径を引いた現実の平均繊維間距離が第一平均繊維間距離として演算される。また、繊維基材に含まれる繊維群の各繊維が等間隔に配置され且つ各繊維の繊維径が同一であると仮定した理想状態の平均繊維間距離が第二平均繊維間距離として演算される。そして、第二平均繊維間距離に対する第一平均繊維間距離の乖離度が演算される。したがって、繊維系材料の性能をより正確に把握することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施の形態に係る繊維系材料評価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平均繊維間距離演算処理（メインルーチン）を示すフローチャートである。

【図3】図２のステップＳ５に対応する最短中心間距離演算処理（サブルーチン）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】繊維群の任意の繊維の中心線を構成する各中心点を説明するための模式図である。

【図6】着目繊維、着目中心点及び探索領域を説明するための模式図である。

【図7】着目中心点に最も近い最近中心点を説明するための模式図である。

【図8】二次元座標における３本の繊維の配置例を示す図である。

【図9】図８の３本の繊維に関して各中心線を構成する各中心点間の距離を示す表である。

【図10】二次元座標に繊維群の各繊維が等間隔に配置された理想状態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明の実施の形態に係る繊維系材料評価装置について図を参照しつつ説明する。以下では、本発明に係る繊維系材料評価装置の一例として、図１に示す繊維系材料評価装置１を例示する。

【0017】

繊維系材料評価装置１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３と、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とを備えて構成される。

【0018】

不揮発性記憶装置７には、後に詳述する平均繊維間距離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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

次に、図２及び図３のフローチャートを参照しながら、コンピュータプログラムＰＧによる平均繊維間距離演算処理について詳細に説明する。

【0022】

まず、ステップＳ１において、繊維系材料評価装置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。

【0023】

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。

【0024】

図４に示すように、繊維系材料評価装置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。

【0025】

図２のステップＳ２において、繊維系材料評価装置１は、三次元画像ＴＤ（図４参照）に基づいて、繊維基材に含まれる繊維群ＦＢの各繊維ＦＢ１，ＦＢ２，…，ＦＢｎにＩＤ番号（１，２，…，ｎ）を設定する。

【0026】

図５に示すように、任意の繊維ＦＢｉ（ｉは１～ｎの任意の整数）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、任意の繊維ＦＢｉ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。

【0027】

任意の繊維ＦＢｉを構成する各ボクセルに記載されている数値（１，２，３）は、空隙ＶＤ（繊維群ＦＢ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。空隙ＶＤに接する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。

【0028】

図２のステップＳ３において、繊維系材料評価装置１は、繊維情報取得プログラムＰＧ２を実行し、各繊維ＦＢｉの中心線ＣＬｉを構成する各中心点ＣＰｉｊ（図５の例では繊維内側の濃いグレーで示されたボクセル）を特定する。

【0029】

ステップＳ４では、繊維系材料評価装置１は、繊維情報取得プログラムＰＧ２を実行し、ステップＳ３で特定した各中心点ＣＰｉｊの各座標情報（三次元座標Ｘ，Ｙ，Ｚ）を演算すると共に、各中心点ＣＰｉｊの各繊維径を演算する。

【0030】

上述したように、各ボクセルに記載された数値は、空隙ＶＤ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、各中心点ＣＰｉｊの各ボクセルに記載の数値は、特定繊維ＦＢｉのおよその半径を示していると言える。

【0031】

よって、各中心点ＣＰｉｊの各ボクセルに記載の数値を２倍にすれば、特定繊維ＦＢｉのおよその直径が得られることになる。ただし、各ボクセルに記載の数値を単純に２倍にすると、若干の誤差が生ずる。そこで、本実施の形態では、各中心点ＣＰｉｊの各ボクセルに記載の数値を２倍にして調整値（０．５）を引いたものを特定繊維ＦＢｉの直径とする。

【0032】

その結果、「１」が記載された中心点ＣＰｉｊの直径は、「１」を２倍して０．５を引いた値「１．５（ボクセル）」になる。また、「２」が記載された中心点ＣＰｉｊの直径は、「２」を２倍して０．５を引いた値「３．５（ボクセル）」になる。更に、「３」が記載された中心点ＣＰｉｊの直径は、「３」を２倍して０．５を引いた値「５．５（ボクセル）」になる。

【0033】

例えば、１ボクセル＝２．５μｍ（マイクロメートル）であった場合、１．５ボクセルは、３．７５（＝１．５×２．５）μｍである。また、３．５ボクセルは、８．７５（＝３．５×２．５）μｍである。更に、５．５ボクセルは、１３．７５（＝５．５×２．５）μｍである。

【0034】

なお、本実施の形態では、繊維情報取得プログラムＰＧ２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）Ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ Ｆｉｂｅｒが用いられている。ＥｘＦａｃｔ（登録商標）Ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ Ｆｉｂｅｒは、繊維、燃料電池、ワイヤなど細長いファイバーの構造が連続する材料をＸ線ＣＴなどで撮像した際、その三次元構造や形態を評価する市販のソフトウェアである。

【0035】

次に、図２のステップＳ５において、繊維系材料評価装置１は、最短中心間距離演算処理（図３のフローチャート）を実行する。

【0036】

まず、図３のステップＳ５１において、繊維系材料評価装置１は、三次元画像ＴＤを複数のブロックＢＬ（図４参照）に分割する。

【0037】

ステップＳ５２において、繊維系材料評価装置１は、ＩＤ番号（１，２，…，ｎ）に基づいて三次元画像ＴＤに含まれる繊維群の各繊維ＦＢ１，ＦＢ２，…，ＦＢｎを着目繊維ＴＦ（図６参照）に順次設定する。ステップＳ５２～Ｓ５８の処理（ループ１）は、三次元画像ＴＤに含まれる繊維群の各繊維ＦＢ１，ＦＢ２，…，ＦＢｎの全てが着目繊維に設定されるまで繰り返される。

【0038】

ステップＳ５３において、繊維系材料評価装置１は、ステップＳ５２で設定された着目繊維ＴＦの中心線ＣＬを構成する各中心点ＣＰを着目中心点ＴＰ（図６参照）に順次設定する。なお、ステップＳ５３～Ｓ５７（ループ２）の処理は、ステップＳ５２で設定された着目繊維ＴＦの中心線ＣＬを構成する各中心点ＣＰの全てが着目中心点ＴＰに設定されるまで繰り返される。

【0039】

ステップＳ５４では、図６に示すように、繊維系材料評価装置１は、ステップＳ５３で設定された着目中心点ＴＰが属する中心ブロックＢＬと中心ブロックＢＬに隣接する任意数の隣接ブロックＢＬを探索領域ＳＡ（図６の例では５×５×５ブロック）に設定する。

【0040】

上述した探索領域ＳＡのブロック数は、理想状態における繊維径及び空隙率に基づいて着目繊維ＴＦ以外の他の繊維が存在する可能性が高い範囲に設定される。ここで、理想状態とは、三次元画像ＴＤに含まれる繊維群の各繊維が等間隔に並んで配置され且つ各繊維の繊維径が同一であると仮定された状態をいう。

【0041】

例えば、１ボクセル＝１μｍ×１μｍ×１μｍとし、三次元画像が５００×５００×５００ボクセルで構成され、繊維径ｄ＝２μｍ、空隙率φ＝０．９２の場合、探索領域ＳＡは以下の手順で設定される。ここで、繊維系ｄ及び空隙率φの値は、繊維材料のカタログデータ、ＣＴ画像解析による測定値等に基づいて設定することができる。

【0042】

まず、下記の式に基づいて、理想状態における平均繊維間距離ｄｆが演算される。繊維径ｄ＝２μｍ、空隙率φ＝０．９２を下記の式に代入すると、平均繊維間距離ｄｆ＝４．２６７μｍが得られる。

【数1】

【0043】

平均繊維間距離ｄｆ＝４．２６７μｍは、三次元画像において４．２６７μｍ毎に繊維が等間隔に配置されていることを意味する。よって、４．２６７μｍの１０倍（４２．６７μｍ）より大きな５０×５０×５０ボクセルの中には着目繊維ＴＦ以外の他の繊維が存在する可能性が極めて高い。

【0044】

そこで、５００×５００×５００ボクセルを５０×５０×５０ボクセル毎に分割する計算に基づき、三次元画像を１０×１０×１０の１０００ブロックＢＬに分割する。この場合、着目中心点ＴＰが存在するブロックＢＬを中心とする３×３×３の２７ブロックが探索領域ＳＡに設定される。そうすると、探索領域ＳＡの境界は、着目中心点ＴＰから少なくとも５０ボクセル（５０μｍ）は離れているため、着目繊維ＴＦ以外の他の繊維が存在する可能性が極めて高い。

【0045】

上述した例において、計算範囲を探索領域ＳＡ（３×３×３の２７ブロック）に限定すれば、計算範囲は、（５０×３）×（５０×３）×（５０×３）＝３３７５０００ボクセルに限定される。

【0046】

一方、計算範囲を探索領域ＳＡに限定しなければ、計算範囲は、５００×５００×５００＝１２５００００００ボクセルに広がる。この場合、探索領域ＳＡに上記のように限定する場合に比べて、計算量が約３７倍になる。

【0047】

図３のステップＳ５５において、繊維系材料評価装置１は、図７に示すように、ステップＳ５２で設定された着目繊維ＴＦ以外の非着目繊維群（着目繊維のＩＤ番号以外の複数の繊維）の各繊維を構成する各中心点のうち探索領域ＳＡに存在する各中心点（図７の破線で示される繊維を構成する各中心点）の中から、着目中心点ＴＰに最も近い最近中心点ＮＰを特定する。

【0048】

そして、ステップＳ５６において、繊維系材料評価装置１は、着目中心点ＴＰと最近中心点ＮＰとの距離を最短中心間距離として演算して記憶する。なお、最短中心間距離は、図２のステップＳ４で演算した三次元座標情報を用いて演算される。

【0049】

繊維系材料評価装置１は、上述した処理をループ１（ステップＳ５２～Ｓ５８）及びループ２（ステップＳ５３～Ｓ５７）の各終了条件が満たされるまで繰り返し実行する。

【0050】

図２のステップＳ６において、繊維系材料評価装置１は、上述した最短中心間距離演算処理（ステップＳ５、図３のフローチャート）で演算された全ての最短中心間距離の平均値を平均中心間距離（Ａ１）として演算する。

【0051】

また、ステップＳ７において、繊維系材料評価装置１は、上述したステップＳ４で演算した全ての繊維径の平均値を平均繊維径（Ａ２）として演算する。

【0052】

そして、ステップＳ８において、繊維系材料評価装置１は、上述した平均中心間距離（Ａ１）から上述した平均繊維径（Ａ２）を引いて平均繊維間距離（Ａ＝Ａ１－Ａ２）を演算する。

【0053】

次に、ステップＳ９において、繊維系材料評価装置１は、理想状態の平均繊維間距離（Ｂ）を上述した数式１に基づいて演算する。上述したように、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且つ各繊維の繊維径が同一の状態である。

【0054】

最後に、ステップＳ１０において、繊維系材料評価装置１は、ステップＳ８で演算した平均繊維間距離（Ａ）をステップＳ９で演算した平均繊維間距離（Ｂ）で割って（Ａ÷Ｂ）、理想状態の平均繊維間距離（Ｂ）に対する現実の平均繊維間距離（Ａ）の乖離度を演算する。

【0055】

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、現実の平均繊維間距離（Ａ）と理想状態の平均繊維間距離（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。

【0056】

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ていたとすると、現実の平均繊維間距離（Ａ）が「０」になるため、平均繊維間距離（Ｂ）に対する現実の平均繊維間距離（Ａ）の乖離度（Ａ÷Ｂ）が「０」（繊維の分布が最も悪い状態）になる。

【0057】

つまり、乖離度は、１～０の値で示され、１に近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、０に近くづくほど繊維の分布が悪くなる（理想状態から離れる）。

【0058】

続いて、図８及び図９を参照しつつ、３本の繊維ＦＢ１～ＦＢ３に関して平均繊維間距離を計算する演算例について説明する。なお、図８及び図９の演算例では、説明を簡単化するため、本来は３次元で表現される３本の繊維ＦＢ１～ＦＢ３を意図的に２次元で表現している。

【0059】

図８において、２次元座標に繊維群を構成する３本の繊維ＦＢ１，ＦＢ２，ＦＢ３が示されている。なお、繊維ＦＢ１～ＦＢ３以外の部分（白い部分）は空隙ＶＤである。繊維ＦＢ１の中心線ＣＬ１は、太線によって囲まれた７つの中心点によって構成されている。また、繊維ＦＢ２の中心線ＣＬ２は、太線によって囲まれた６つの中心点によって構成されている。更に、繊維ＦＢ３の中心線ＣＬ３は、太線によって囲まれた５つの中心点によって構成されている。

【0060】

中心線ＣＬ１～ＣＬ３の各中心点に記載されている数値（１、２、３）は、空隙ＶＤから何ピクセル（ｐｉｘｅｌ）だけ離れているかを示している。なお、ここでは、１ピクセル＝１μｍ×１μｍであるものとする。

【0061】

上述した３本の繊維ＦＢ１～ＦＢ３に関して平均繊維間距離を計算する手順は、以下のとおりである。

【0062】

（１）繊維ＦＢ１の中心線ＣＬ１を構成する各中心点の座標を演算する。また、繊維ＦＢ２の中心線ＣＬ２を構成する各中心点の座標を演算する。さらに、繊維ＦＢ３の中心線ＣＬ３を構成する各中心点の座標を演算する。

【0063】

（２）繊維ＦＢ１の中心線ＣＬ１を構成する各中心点と、繊維ＦＢ２の中心線ＣＬ２を構成する各中心点との距離をすべて演算する。また、繊維ＦＢ１の中心線ＣＬ１を構成する各中心点と、繊維ＦＢ３の中心線ＣＬ３を構成する各中心点との距離もすべて演算する。そして、繊維ＦＢ１の中心線ＣＬ１を構成する各中心点に関して最短距離（図９のＭＤ１）を演算して記憶する。

【0064】

（３）繊維ＦＢ２の中心線ＣＬ２を構成する各中心点と、繊維ＦＢ１の中心線ＣＬ１を構成する各中心点との距離をすべて演算する。また、繊維ＦＢ２の中心線ＣＬ２を構成する各中心点と、繊維ＦＢ３の中心線ＣＬ３を構成する各中心点との距離もすべて演算する。そして、繊維ＦＢ２の中心線ＣＬ２を構成する各中心点に関して最短距離（図９のＭＤ２）を演算して記憶する。

【0065】

（４）繊維ＦＢ３の中心線ＣＬ３を構成する各中心点と、繊維ＦＢ１の中心線ＣＬ１を構成する各中心点との距離をすべて演算する。また、繊維ＦＢ３の中心線ＣＬ３を構成する各中心点と、繊維ＦＢ２の中心線ＣＬ２を構成する各中心点との距離もすべて演算する。そして、繊維ＦＢ３の中心線ＣＬ３を構成する各中心点に関して最短距離（図９のＭＤ３）を演算して記憶する。

【0066】

（５）図９に示す最短距離ＭＤ１，ＭＤ２，ＭＤ３の平均値を平均中心点間距離として演算する。ここでは、平均中心点間距離は５．２８ピクセルになる。

【0067】

（６）繊維ＦＢ１の中心線ＣＬ１を構成する各中心点、繊維ＦＢ２の中心線ＣＬ２を構成する各中心点及び繊維ＦＢ３の中心線ＣＬ３を構成する各中心点の繊維径（繊維の太さ）の平均を演算する。図８に示すように、中心線ＣＬ１～ＣＬ３の各中心点に記載されている数値のうち、「１」が１個、「２」が１５個、「３」が２個である。

【0068】

中心線ＣＬ１～ＣＬ３の各中心点に記載された数値は、空隙ＶＤから何ピクセルだけ離れているかを示している。換言すれば、各中心点に記載された数値は、繊維ＦＢ１～ＦＢ３のおよその半径を示している。よって、各中心点に記載された数値を２倍にすれば、繊維ＦＢ１～ＦＢ３のおよその直径が得られることになる。ただし、各中心点に記載の数値を単純に２倍にすると、若干の誤差が生ずる。そこで、各中心点に記載の数値を２倍にして調整値（０．５）を引いたものを繊維ＦＢ１～ＦＢ３の直径とする。

【0069】

したがって、この例では、「１」が記載された中心点の直径は、「１」を２倍して０．５を引いた値「１．５（ピクセル）」である。また、「２」が記載された中心点の直径は、「２」を２倍して０．５を引いた値「３．５（ピクセル）」である。更に、「３」が記載された中心点の直径は、「３」を２倍して０．５を引いた値「５．５（ピクセル）」である。

【0070】

その結果、繊維径（繊維の太さ）の平均は、１．５×１＋３．５×１５＋５．５×２を１８で割った３．６１ピクセルとなる。

【0071】

（７）上記（５）で演算した平均中心点間距離（５．２８ピクセル）から上記（６）で演算した繊維径の平均（３．６１ピクセル）を引いて平均繊維間距離を演算する。この例では、平均繊維間距離は１．６７ピクセル（５．２８ピクセル－３．６１ピクセル）となる。

【0072】

続いて、図１０を参照しつつ、２次元における理想状態（各繊維が等間隔に配置され且つ各繊維の繊維径が同一である状態）の平均繊維間距離の計算例について説明する。

【0073】

図１０の例では、ｍ×ｎ（ピクセル）の２次元において、繊維径ｄを有する縦方向に長尺な複数の繊維が平均繊維間距離ｄｆをもって等間隔に配置されている。

【0074】

図１０の例において、繊維の面積は演算式「ｄｍｎ／（ｄ＋ｄｆ）」によって演算することができる。また、空隙率φは演算式「１－繊維の面積／全体面積」で演算できる。つまり、空隙率φ＝（１－（ｄｍｎ／（ｄ＋ｄｆ）））／ｍｎ＝１－（ｄ／（ｄ＋ｄｆ））となる。その結果、平均繊維間距離の演算式は「ｄｆ＝ｄ／（１－φ）－ｄ」となる。

【0075】

上記のような関係を前提として、図８に示す２次元座標の繊維群について理想状態の平均繊維間距離を演算すると以下のようになる。

【0076】

まず、全体の面積は、１８ピクセル×１４ピクセルであるから２５２ピクセルである。全体２５２ピクセルのうち、繊維ＦＢ１～ＦＢ３は６６ピクセルである。これを上述した空隙率φの演算式「１－繊維の面積／全体面積」に代入すると、空隙率φは０．７４（＝１－６６／２５２）になる。

【0077】

平均繊維間距離ｄｆの演算式「ｄ／（１－φ）－ｄ」において、繊維径（繊維の太さ）の平均は上述したように３．６１ピクセルであるから、ｄ＝３．６１である。よって、ｄｆ＝３．６１／（１－０．７４）－３．６１＝１０．２７ピクセルとなる。

【0078】

したがって、理想状態の平均繊維間距離に対する現実の平均繊維間距離の乖離度（規格化された平均繊維間距離度とも称する）は、０．１６（＝１．６７／１０．２７）となる。

【0079】

上述した実施の形態によれば、図３のループ１（ステップＳ５２～Ｓ５８）において、繊維群を構成する各繊維ＦＢ１，ＦＢ２，…，ＦＢｎが着目繊維ＴＦに順次設定される。また、図３のループ２（ステップＳ５３～Ｓ５７）において、着目繊維ＴＦの中心線を構成する各中心点ＣＰが着目中心点ＴＰに順次設定される。

【0080】

そして、上述したループ１、２において、着目繊維ＴＦ以外の非着目繊維の中心線を構成する各中心点のうち探索領域ＳＡに存在する各中心点の中から着目中心点ＴＰに最も近い最近中心点ＮＰが特定される（ステップＳ５５）。そして、着目中心点ＴＰと最近中心点ＮＰとの距離が最短中心間距離として演算され記憶される（ステップＳ５６）。

【0081】

更に、図２のステップＳ６～Ｓ８において、全ての最短中心間距離の平均値である平均中心間距離（Ａ１）から全ての繊維径の平均値である平均繊維径（Ａ２）を引いた値（Ａ１－Ａ２）が平均繊維間距離（Ａ）として演算される。

【0082】

したがって、繊維材料を構成する繊維群に関して各繊維間距離の平均繊維間距離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平均繊維間距離は、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繊維間距離を正確に演算することができ、当該平均繊維間距離を用いた性能評価を正しく行うことが可能である。

【0083】

特に、上述した実施の形態によれば、現実の平均繊維間距離（Ａ）が演算されると共に（ステップＳ８）、理想状態の平均繊維間距離（Ｂ）が演算される（ステップＳ９）。そして、平均繊維間距離（Ｂ）に対する平均繊維間距離（Ａ）の乖離度（規格化（正規化）された平均繊維間距離度）が演算される。

【0084】

ここで、乖離度の値が大きいほど理想状態に近く（繊維系材料の性能が高く）、乖離度の値が小さいほど理想状態から遠い（繊維系材料の性能が低い）と評価することができる。そのため、平均繊維間距離（Ｂ）に対する平均繊維間距離（Ａ）の乖離度に基づいて繊維系材料の性能（弾性性能、吸音率や流れ抵抗などの音響性能）をより正確に把握することが可能である。

【0085】

また、上述した実施の形態によれば、着目繊維ＴＦ以外の非着目繊維を構成する各中心点のうち探索領域ＳＡに存在する各中心点の中から最近中心点ＮＰが特定される。したがって、着目繊維ＴＦ以外の非着目繊維を構成する各中心点の全ての中から最近中心点ＮＰを特定する場合に比べて、計算量を大幅に低減することが可能である。なお、計算量が低減される理由は上述したとおりである。

【0086】

本発明による繊維系材料評価装置、繊維系材料評価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。

【0087】

例えば、上述した実施の形態では、図３に示す最短中心間距離演算処理（ステップＳ５）において、三次元画像が複数のブロックに分割され（ステップＳ５１）、探索領域ＳＡの中から最近中心点が特定される（ステップＳ５５）場合を例示したが、これに限定されない。

【0088】

最近中心点を特定する各中心点の対象を探索領域ＳＡに限定せず、三次元画像の全領域の中から最近中心点を特定するようにしてもよい。具体的には、三次元画像を複数のブロックに分割せず、三次元画像に含まれる繊維群から着目繊維を除く各繊維を構成する各中心点から最近中心点を特定するようにしてもよい。

【0089】

上述した変形例によれば、探索ブロックに限定する上記実施の形態に比べて計算コストは増加するものの、より正確な平均繊維間距離を演算することが可能になる。

【産業上の利用可能性】

【0090】

本発明は、不織布などの繊維系材料の性能評価に好適である。

【符号の説明】

【0091】

１ 繊維系材料評価装置、３ ＣＰＵ、５ 揮発性記憶装置、７ 不揮発性記憶装置、ＢＬ ブロック、ＣＬ 中心線、ＣＰ 中心点、ＤＴ ＣＴ画像データ、ＦＢ 繊維群、ＮＰ 最近中心点、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、ＴＤ 三次元画像、ＴＦ 着目繊維、ＴＰ 着目中心点、ＶＤ 空隙

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】