JP2006200938A - ゴム材料の形態表示装置及びゴム材料の形態表示方法 - Google Patents

Abstract

【解決課題】 充填剤とゴムとが吸着している高密度のポリマー層の形態を可視化する。
【解決手段】 コンピュータ１２は、ゴム材料の複数のスライス画像データをケーブル２０を介して外部Ｉ／Ｏ制御部６０から取得し、キーボード１５によってスライス画像における画像濃度のしきい値ｈが調整され、ＣＰＵ４０において、３次元モデル生成処理が実行されると、スライス画像の各画素の濃度値としいき値ｈとに基づいて各スライス画像を２値化画像に変換し、変換した複数の２値化画像を各スライス画像のスライス位置の順序でかつ所定間隔で積層し、各２値化画像間で同一値の画素の領域を統合した３次元モデルを生成し、ディスプレイ１４において、生成した前記３次元モデルの高密度のポリマー層領域と高密度のポリマー層以外の領域との濃度値を異なるものとした画像を表示する。
【選択図】図２

Description

この発明は、ゴムに充填剤を配合したゴム材料におけるゴムと充填剤とが吸着した高密度のポリマー層の形態を表示するゴム材料の形態表示装置及びゴム材料の形態表示方法に関するものである。

従来からゴムにカーボンブラックやシリカ等の充填剤を配合すると補強効果があるが知られており、特に、ゴムにカーボンブラックを配合したゴム材料がタイヤ等のゴム製品に広く用いられている。

この充填剤を配合したゴム材料では、配合された充填剤のゴム材料内部での分散状態によって変形挙動に変化を生じるため、ゴム材料の内部の充填剤の状態を観察する技術が各種提案されている。非特許文献１には、ＣＴスキャナ（コンピュータ・トモグラフィ・スキャナ）により透過型電子線トモグラフィー法（Transmission Electron Microtomography、ＴＥＭＴ）を用いて撮影した複数枚の画像からゴム材料の内部の３次元基本モデルを生成して充填剤を観察する技術が示されている。この非特許文献１の技術によりゴム材料の内部の良好なスライス画像を得ることができた。
Shinbori.Y,Jinnai.K,Nishikawa.Y,Kaneko.T,Niihara.K,and Nishi.T、Polymer Preprints,Japan Vol.53,NO.1(2004)873

ところで、充填剤としてカーボンブラックを配合したゴム材料では、当該カーボンブラックのまわりにカーボンブックとゴムとが物理的あるいは化学的に吸着した高密度のポリマー層（所謂、カーボンゲル）が形成されているといわれている。

しかしながら、このカーボンブックとゴムとが吸着している高密度のポリマー層を特定して形態を可視化することができていない、という問題点があった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、充填剤とゴムとが吸着している高密度のポリマー層の形態を可視化することができるゴム材料の形態表示装置及びゴム材料の形態表示方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、ゴムに充填剤を配合して前記ゴムと前記充填剤とが吸着した高密度のポリマー層が形成された所定形状のゴム材料を透過型電子線トモグラフィー法を用いて撮影した複数枚の画像を計算機トモグラフィー法により３次元基本モデルに再構築し、当該３次元基本モデルを所定平面によりスライスしたときの内部構造を含む断面形状を表すスライス画像を取得する取得手段と、前記ゴム材料に含まれる前記高密度のポリマー層とゴム部分及び充填剤部分とを判別するための前記スライス画像における画像濃度のしきい値を調整する調整手段と、前記スライス画像を縦横所定数で分割した各画素の濃度値と前記調整手段により調整された前記しきい値とに基づいて前記スライス画像を、前記しきい値に該当する画素を他の画素と異なる濃度値とする変換画像に変換する変換手段と、前記変換手段により変換された変換画像を表示する表示手段と、を備えている。

請求項１記載の発明によれば、透過型電子線トモグラフィー法を用いてゴム材料を撮影した複数枚の画像を３次元基本モデルに再構築し、３次元基本モデルをスライスしたスライス画像を生成する。取得手段は、生成されたスライス画像を取得する。調整手段は、このスライス画像について、ゴムと充填剤とが吸着した高密度のポリマー層と、ゴム及び充填剤と、を判別するための画像濃度のしきい値を調整する。なお、高密度のポリマー層とは、充填剤のまわりに充填剤とゴムとが物理的あるいは化学的に吸着して充填剤表面にゴムが拘束された結果、高密度に凝縮しているポリマー層である。ここで、本願発明では、変換手段は、スライス画像のしきい値に該当する画素を他の画素と異なる濃度値とする変換画像に変換する。従って、変換画像の高密度のポリマー層の領域はゴム部分又は充填剤部分の領域と異なる濃度値となる。そして、表示手段は、変換された変換画像を表示する。これによって、充填剤とゴムとが吸着している高密度のポリマー層の形態を可視化することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記取得手段は、前記３次元基本モデルを所定平面により所定間隔でスライスした複数のスライス画像を取得し、前記変換手段は、前記変換画像として２値化画像に変換し、前記変換手段により変換された複数の２値化画像を各スライス画像のスライス位置の順序でかつ前記所定間隔で積層し、各２値化画像間で同一値の画素を同一の要素として統合した領域を形成することにより３次元モデルを生成する生成手段をさらに有し、前記表示手段は、前記生成手段により生成された前記３次元モデルに基づいて少なくとも前記高密度のポリマー層領域と前記ゴム部分及び前記充填剤部分の領域との濃度値を異なるものとした当該前記３次元モデルのスライス画像を表示することを特徴とする。

請求項２記載の発明によれば、取得手段は、ゴム材料を所定間隔でスライスしたスライス画像を取得する。変換手段は、各スライス画像の各画素を調整されたしきい値に基づいて２値化画像に変換する。生成手段は、変換した複数の２値化画像を各スライス画像のスライス位置の順序でかつ前記所定間隔で積層し、２値化画像間で同一値の画素を同一の要素として統合した領域を形成して３次元モデルを生成する。従って、この３次元モデルは、高密度のポリマー層領域とゴム及び充填剤の領域とに分かれている。表示手段は、３次元モデルの高密度のポリマー層領域と当該高密度のポリマー層以外の領域との濃度値を異なるものとした３次元モデルのスライス画像を表示する。これによって、充填剤とゴムとが吸着している高密度のポリマー層の形態を可視化することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の発明において、前記調整手段により調整された前記しきい値を記憶する記憶手段をさらに有し、前記変換手段は、前記スライス画像の各画素の濃度値と前記記憶手段に記憶された前記しきい値とに基づいて前記各スライス画像を変換画像に変換することを特徴とする。

請求項３記載の発明によれば、調整手段により調整されたしきい値を記憶手段に記憶する。これにより、一旦適正に調整が行われるとしいき値を再度調整する必要がなく、変換手段によって取得したスライス画像をすみやかに変換画像に変換することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３記載の何れか１項記載の発明において、前記ゴム材料は、前記ゴムに充填剤としてカーボンブラックが配合されて前記ゴムと前記カーボンブラックとが吸着した高密度のポリマー層が形成されており、前記画像濃度のしきい値を、ゴム材料に含まれる前記高密度のポリマー層とゴム部分及びカーボンブラック部分とを判別するための濃度値とすることを特徴とする。

請求項４記載の発明によれば、ゴムに充填剤としてカーボンブラックを配合したゴム材料において、ゴムとカーボンブラックとが吸着した高密度のポリマー層の形態を可視化することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記ゴム材料は、前記ゴムに充填剤としてシリカがさらに配合されており、前記画像濃度のしきい値を、ゴム材料に含まれる前記高密度のポリマー層及びシリカ部分とゴム部分及びカーボンブラック部分とを判別する濃度値とし、前記表示手段は、前記３次元モデルに基づいて少なくとも前記高密度のポリマー層及びシリカ部分の領域と前記ゴム部分及び前記カーボンブラック部分の領域との濃度値を異なるものとした当該前記３次元モデルのスライス画像を表示することを特徴とする。

請求項５記載の発明によれば、シリカはゴムと吸着しないため高密度のポリマー層が形成されない。一方、カーボンブラックは、ゴムと吸着してカーボンブラックとゴムの界面に高密度のポリマー層が形成される。従って、表示手段に３次元モデルに基づくスライス画像を表示すると、高密度のポリマー層の領域は内部がカーボンブラックであるため異なる濃度値の中空画像となり、シリカの領域は内部が同一濃度値の画像となる。よって、表示されたスライス画像がら高密度のポリマー層とシリカとを判別することができる。

請求項６に記載の発明のゴム材料の形態表示方法は、ゴムに充填剤を配合して前記ゴムと前記充填剤とが吸着した高密度のポリマー層が形成された所定形状のゴム材料を透過型電子線トモグラフィー法を用いて撮影した複数枚の画像を計算機トモグラフィー法により３次元基本モデルに再構築し、当該３次元基本モデルを所定平面によりスライスしたときの内部構造を含む断面形状を表すスライス画像を取得し、前記ゴム材料に含まれる前記高密度のポリマー層とゴム部分及び充填剤部分とを判別するための前記スライス画像における画像濃度のしきい値を調整し、前記スライス画像を縦横所定数で分割した各画素の濃度値と調整された前記しきい値とに基づいて前記スライス画像を、前記しきい値に該当する画素を他の画素と異なる濃度値とする変換画像に変換し、変換された前記変換画像を表示手段に表示する。

請求項６記載の発明によれば、透過型電子線トモグラフィー法を用いて生成されたゴム材料の３次元基本モデルをスライスしたスライス画像を取得する。そして、取得したスライス画像を高密度のポリマー層部分とゴム部分及び充填剤部分とを判別するように調整した画像濃度のしきい値に基づいて変換画像に変換し、変換した変換画像を表示手段に表示する。これによって、充填剤とゴムとが吸着している高密度のポリマー層の形態を可視化することができる。

以上説明したように、本発明によれば、透過型電子線トモグラフィー法を用いて生成されたゴム材料の３次元基本モデルをスライスしたスライス画像を取得し、取得したスライス画像を高密度のポリマー層部分とゴム部分及び充填剤部分とを判別するように調整された画像濃度のしきい値に基づいて変換画像に変換し、変換した変換画像を表示しているので、充填剤とゴムとが吸着している高密度のポリマー層の形態を可視化することができる、という優れた効果を有する。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１には本発明に係るゴム材料の形態表示システム１０の構成が示されている。

ゴム材料の形態表示システム１０は、ＣＴスキャナ（コンピュータ・トモグラフィ・スキャナ）１１と、コンピュータ１２と、から構成されている。ＣＴスキャナ１１とコンピュータ１２とはケーブル２０により接続されている。

ＣＴスキャナ１１は、透過型電子顕微鏡と試料台とを内蔵している。ＣＴスキャナ１１は、試料台に載置された解析対象ゴム材料を前記透過型電子顕微鏡により撮影し、撮影により得られたデータを計算機トモグラフィー法（ＣＴ法）により３次元基本モデルに再構成する。ＣＴスキャナ１１は、再構成した当該３次元基本モデルを所定平面により所定間隔でスライスした複数枚のスライス画像データを生成する。

コンピュータ１２は、解析を行う際の各種条件を入力するためのキーボード１５と、予め記憶された処理プログラムに従って画像を解析するコンピュータ本体１３と、及びコンピュータ本体１３の演算結果等を表示するディスプレイ１４と、から構成されている。コンピュータ１２は、ＣＴスキャナ１１により生成されたスライス画像データを用いてゴム材料に含まれる充填剤とゴムとが吸着した高密度のポリマー層の形態の解析を実施する。

また、コンピュータ本体１３には、記録媒体としてのフレキシブルディスク（以下、ＦＤという。）１６が挿抜可能なフレキシブルディスクドライブユニット（以下、ＦＤＵという。）１８を備えている。

次に、図２を参照して、コンピュータ１２の電気系の要部構成を説明する。

コンピュータ１２は、装置全体の動作を司るＣＰＵ（中央処理装置）４０と、コンピュータ１２を制御する制御プログラムを含む各種プログラムや各種パラメータ等が予め記憶されたＲＯＭ４２と、各種データを一時的に記憶するＲＡＭ４８と、ケーブル２０に接続されたコネクタ５９に接続され、コネクタ５９を介してＣＴスキャナ１１からスライス画像データを取得する外部Ｉ／Ｏ制御部６０と、取得したスライス画像データ及び後述するしきい値保持データを記憶するＨＤＤ（ハードディスクドライブ）５６と、ＦＤＵ１８に装着されたＦＤ１６とのデータの入出力を行うフレキシブルディスクＩ／Ｆ部５２と、ディスプレイ１４への各種情報の表示を制御するディスプレイドライバ４４と、キーボード１５へのキー操作を検出する操作入力検出部４６と、を備えている。

ＣＰＵ４０、ＲＡＭ４８、ＲＯＭ４２、ＨＤＤ５６、外部Ｉ／Ｏ制御部６０、フレキシブルディスクＩ／Ｆ部５２、ディスプレイドライバ４４、及び操作入力検出部４６は、システムバスＢＵＳを介して相互に接続されている。従って、ＣＰＵ４０は、ＲＡＭ４８、ＲＯＭ４２、ＨＤＤ５６へのアクセス、フレキシブルディスクＩ／Ｆ部５２を介してのＦＤＵ１８に装着されたＦＤ１６へのアクセス、外部Ｉ／Ｏ制御部６０を介したデータの送受信の制御、ディスプレイドライバ４４を介したディスプレイ１４への各種情報の表示、を各々行うことができる。また、ＣＰＵ４０は、キーボード１５に対するキー操作を常時把握できる。

なお、後述する３次元モデル生成処理プログラムは、ＦＤＵ１８を用いてＦＤ１６に対して読み書き可能である。従って、後述する３次元モデル生成処理プログラムはを予めＦＤ１６に記録しておき、ＦＤＵ１８を介してＦＤ１６に記録された３次元モデル生成処理プログラムを実行してもよい。また、ＦＤ１６に記録された３次元モデル生成処理プログラムをＨＤＤ５６へ格納（インストール）して実行するようにしてもよい。また、記録媒体としては、記録テープ、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ等の光ディスクや、ＭＤ，ＭＯ等の光磁気ディスクがあり、これらを用いるときには、上記ＦＤＵ１８に代えてまたはさらに対応する読み書き装置を用いればよい。

次に、本実施の形態の係る高密度のポリマー層の形態の表示を行う際の動作を簡単に説明する。

本実施の形態では、ユーザよってカーボンブラックを充填剤として配合した所定形状のゴム材料に対して金コロイドでマーキングが行われ、ＣＴスキャナ１１に設けられた試料台に載置され、ＣＴスキャナ１１に対して処理開始の所定操作が行われると後述するスライス画像生成処理が実行される。

本実施の形態に係るＣＴスキャナ１１は、透過型電子線トモグラフィー法（ＴＥＭＴ）を用いたコンピュータ構成を含む計測装置として構成されている。ＣＴスキャナ１１は、透過型電子顕微鏡とゴム材料が載置された試料台とを所定の角度範囲（本実施の形態では、−６０度から＋６０度の範囲）で所定角度（例えば、２度間隔）ずつ相対的に回転移動させつつスキャンすることによりゴム材料の連続傾斜画像を撮影する。ＣＴスキャナ１１は、撮影した６１枚の傾斜画像の画像データを用い、各画像間の回転軸を求め、計算機トモグラフィー法により３次元基本モデルに再構成する。そして、ＣＴスキャナ１１は、再構成した３次元基本モデルを各面に平行な所定間隔でスライスしたスライス画像を生成する。この生成されたスライス画像データはケーブル２０を介してコンピュータ１２へ出力される。

コンピュータ１２は、ケーブル２０を介して取得したスライス画像データをＨＤＤ５６に記憶する。

コンピュータ１２は、ユーザによりキーボード１５を介して３次元モデルの生成開始の所定操作が行われると後述する３次元モデル生成処理を実行する。後述する３次元モデル生成処理では、ＨＤＤ５６に記憶されたスライス画像データにより示される３次元モデルを生成し、生成した３次元モデルの立体像及びスライス画像をディスプレイ１４に表示する。

次に、図３を参照しつつ、ＣＴスキャナ１１により実行されるスライス画像生成処理の作用を詳細に説明する。なお、図３は、スライス画像生成処理プログラムの流れを示すフローチャ−トである。

同図のステップ１００では、初期処理として所定形状のゴム材料が載置された試料台と透過型電子顕微鏡とを相対的に移動させて位置関係を初期位置（本実施の形態では−６０度の位置）とする。次のステップ１０２では、透過型電子顕微鏡によりゴム材料の撮影を行いゴム材料の傾斜画像を取得する。

次のステップ１０４では、透過型電子顕微鏡と試料台と位置関係が所定の角度範囲の終了位置（本実施の形態では、＋６０度）であるか否かから、所定の角度範囲（本実施の形態では、−６０度から＋６０度まで）での撮影が完了したか否かを判定しており、肯定判定の場合はステップ１０８へ移行し、否定判定の場合はステップ１０６へ移行する。ステップ１０６では、透過型電子顕微鏡と試料台とを相対的に所定角度（例えば、２度）だけ回転移動させてステップ１０２へ移行し、再度ゴム材料の撮影を行う。

一方、ステップ１０８では、上述した所定の角度範囲での撮影が完了しているので、撮影によって得られた各傾斜画像からゴム材料にマーキングされた金コロイドの位置を特定し、各傾斜像の金コロイドの位置の変化（軌跡）からゴム材料の回転軸を特定する。そして、この特定した回転軸と複数の傾斜画像の画像データからＣＴ法により３次元基本モデルを生成する。

次のステップ１１０では、生成した３次元基本モデルを所定平面によりこの所定平面に平行な面で所定間隔（本実施の形態では、４［ｎｍ］間隔）毎にスライスしたときの内部構造を含む断面形状を表す複数枚（本実施の形態では、６７枚）のスライス画像を生成する。このスライス画像のスライス画像データは、ケーブル２０を介してコンピュータ１２へ出力される。なお、この所定間隔は、ゴム材料に配合される充填剤により変更可能あり、予め実験的に求めた値を用いることができる。

ここで、図５には、本実施の形態に係るＣＴスキャナ１１により生成されたスライス画像の１例が示されている。

図５に示されるスライス画像は、ゴム材料を構成するゴム、カーボンブラック、及びゴムとカーボンブラックとが吸着した高密度のポリマー層、とでそれぞれ物質的に透過率が異なるため、階調画像となっている。よって、スライス画像の各画素の濃度に基づいて高密度のポリマー層を判別することができる。すなわち、図１１に示すように、スライス画像では、ゴム部分、カーボンブラック部分、高密度のポリマー層で濃度値が異なっている。
よって、後述する３次元モデル生成処理プログラムでは、このスライス画像の濃度のしきい値を調整することにより、このスライス画像から高密度のポリマー層とゴム部分及びカーボンブラック部分とを判別している。この調整したしきい値はＨＤＤ５６に記憶させておくことができる。また、ＨＤＤ５８からしきい値を読み出して再度調整を行った後にＨＤＤ５８に再度記憶させることもできる。

次に、図４を参照しつつ、コンピュータ１２により実行される３次元モデル生成処理の作用を詳細に説明する。なお、図４は、３次元モデル生成処理プログラムの流れを示すフローチャ−トである。

同図のステップ１５０では、ＨＤＤ５８に記憶されているしきい値保持データから値を読み出す。読み出した値をディスプレイ１４にしきい値として表示する。ユーザはキーボード１５からの操作によってディスプレイ１４に表示されたしきい値を調整する。次のステップ１５１では、ユーザによりキーボード１５を介してしきい値を確定する所定操作が行われると、ディスプレイ１４に表示しているしきい値をゴム及びカーボンブラックを判別するための濃度値をしきい値ｈとして設定する。なお、本実施の形態に係る３次元モデル生成処理では、しきい値ｈとして図１１に示されるＢよりも大きく且つＤ以下の値が設定されたとする。
次のステップ１５２では、カウンタｎに１を設定する。次のステップ１５４では、ＨＤＤ５８からｎ枚目のスライス画像を示すスライス画像データを読み込みを行う。次のステップ１５５では、カウンタｎが１であるか否かを判別し、肯定判定の場合はステップ１５６へ移行し、否定判定の場合はステップ１５７へ移行する。

ステップ１５６では、カウンタｎが１であり最初のスライス画像に対する処理であるため、スライス画像を２値化するしきい値をしきい値ｈを基準としてキーボード１５により変更可能する。そして、変更されたしきい値ｈによりスライス画像を２値化した２値化画像をディスプレイ１４に表示する。また、しきい値ｈを基準として所定の範囲で微調整したしきい値（ｈ±Δｈ）でスライス画像を２値化した２値化画像をディスプレイ１４に表示する。なお、この表示は、ディスプレイ１４の表示領域を分割して表示してもよい。また、一定期間毎に各スライス画像を切替えて表示してもよい。ユーザがキーボード１５を用いて適切な表示となっている２値化画像を選択すると、選択さられた２値化画像に用いたしきい値をしきい値ｈとして再設定する。また、再設定したしきい値ｈの値をしきい値保持データとしてＨＤＤ５８に記憶させる。

図６には、図５に示されるスライス画像の各画素の濃度値を再設定したしきい値ｈと比較し、しきい値ｈ以上の画素を黒、しきい値ｈ未満の画素を白として２値化した２値化画像が示されている。図６では、黒の部分が高密度のポリマー層部分、白の部分がゴム部分及びカーボンブラック部分となっている。

なお、スライス画像の各画素の濃度値が変更されたしきい値ｈとなる画素を他の画素と異なる濃度値とする変換画像をディスプレイ１４に表示してもよい。図１２には、図５に示されるスライス画像の各画素の濃度値を再設定したしきい値ｈと比較し、しきい値ｈの画素を黒として変換した変換画像が示されている。

ステップ１５７では、読み込んだスライス画像データにより示されるスライス画像の各画素の濃度値をしきい値ｈと比較して各画素を２値化した２値化画像の２値化画像データを生成する。次のステップ１５８では、２値化画像データに対して２値化画像の黒の部分の画素の値を「１」、その他の画素の値を「０」とした２値化画像データにフォーマット変換する。図７には、図６に示される２値化画像の各画素を数値に変換した２値化画像データがその配列を含めたイメージとして示されている。図７では、画素の値が「１」の部分が高密度のポリマー層部分、画素の値が「０」の部分はゴム部分及びカーボンブラック部分となっている。

次のステップ１６０では、全てのスライス画像データ（本実施の形態では、６７枚のスライス画像の各スライス画像データ）に対して読み込みからフォーマット変換までの処理が終了したか否かを判定しており、肯定判定の場合はステップ１６４へ移行し、否定判定の場合はステップ１６２へ移行する。ステップ１６２では、カウンタｎを１カウントアップしてステップ１５４へ移行し、次のスライス画像データの読み込みを行う。

一方、ステップ１６４では、フォーマット変換した各２値化画像データに基づき、２値化画像を各スライス画像のスライス位置の順序でかつ上述した所定間隔で積層して３次元の構造とする。そして、各２値化画像の間で同一値の画素を同一の要素として統合した３次元領域を形成する画像処理を行い、３次元モデルを生成し、当該３次元モデルの立体像をディスプレイ１４に表示する。また、ユーザからのキーボード１５を介して指示に応じて生成した３次元モデルを指定された面でスライスした内部構造を含む断面形状を表すスライス画像をディスプレイ１４に表示する。

ここで、図８には、ディスプレイ１４に表示される３次元モデルの立体像の１例が示されている。この例では、３次元モデル生成処理でのしきい値を高密度のポリマー層とゴム部分及びカーボンブラックとを判別する濃度値（図１１に示されるＢよりも大きく且つＤ以下）に調整している。よって、図８には、高密度のポリマー層の立体像が示されている。カーボンブラックはゴム材料の内部でネットワーク構造を形成しているので、図８に示されるように、ゴムとカーボンブラックとが吸着した高密度のポリマー層も複雑な３次元構造となっている。なお、図８に示す３次元モデルの立体像は、スライス画像として取得したゴム材料の範囲内で再構築を行っているので、取得したスライス画像の境界までのゴム材料が表示される。このため、高密度のポリマー層がスライス画像をまたいで連続する場合、境界部分は、所定の平面で切断されたようになる。

図９には、図８に示された３次元モデルの立体像を所定の平面においてスライスした内部構造を含む断面形状を表すスライス画像が示されている。高密度のポリマー層はゴムとカーボンブラックとの界面部分に生じるため、高密度のポリマー層の中空となっている内側がカーボンブラック部分であると特定することができる。また、図９に示されるスライス画像から高密度のポリマー層の厚さを測定することもできる。

一方、図１０には、充填剤としてシリカとカーボンブラックとを共に配合したゴム材料に対して、本実施の形態に係るゴム材料の形態表示システム１０を用いて３次元モデルを生成し、当該３次元モデルの立体像を所定の平面においてスライスしたスライス画像の1例が示されている。この例では、３次元モデル生成処理でのしきい値を高密度のポリマー層及びシリカとゴム部分及びカーボンブラック部分とを判別する濃度値（図１１に示されるＢよりも大きく且つＣ以下）に調整している。このしきい値を用いることによりスライス画像を２値化した２値化画像では、シリカ部分が高密度のポリマー層と同様にの黒の部分となる。しかし、シリカは、ゴムに配合されてもシリカの回りに高密度のポリマー層が生じないことが実験的に分かっている。従って、図１０に示される画像から高密度のポリマー層は内側がカーボンブラックであるため中空となっている。よって、３次元モデルをスライスしたスライス画像からカーボンブラックとシリカを区別することができる。

以上のように本実施の形態によれば、コンピュータ１２は、ゴム材料の複数のスライス画像データをケーブル２０を介して外部Ｉ／Ｏ制御部６０から取得する。スライス画像における画像濃度のしきい値ｈは、ユーザによりキーボード１５を介して調整される。ＣＰＵ４０は、３次元モデル生成処理が実行されると、スライス画像の各画素の濃度値としいき値ｈとに基づいて各スライス画像を２値化画像に変換する。また、ＣＰＵ４０は、３次元モデル生成処理において、変換した複数の２値化画像を各スライス画像のスライス位置の順序でかつ所定間隔で積層し、各２値化画像間で同一値の画素の領域を統合した３次元モデルを生成する。ディスプレイ１４は、生成した前記３次元モデルの高密度のポリマー層領域と高密度のポリマー層以外の領域との濃度値を異なるものとしたスライス画像を表示する。これにより、カーボンブラックとゴムとが吸着している高密度のポリマー層の形態を可視化することができる。

また、濃度のしきい値ｈをＨＤＤ５８に記憶することにより調整したしきい値を用いることができ、調整の手間を軽減することができる。

また、本実施の形態では、３次元モデル生成処理においてＨＤＤ５８に記憶されているしきい値保持データから値をしきち値をディスプレイ１４に表示し、調整を行ったしきい値をしきい値ｈとして設定して処理を行っている場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、３次元モデル生成処理とは別の処理においてＨＤＤ５８に記憶しているしきい値保持データの値を調整し、３次元モデル生成処理においてＨＤＤ５８に記憶しているしきい値保持データの値を用いてスライス画像の各画素を２値化してもよい。これにより、一旦適正に調整が行われるとしいき値を再度調整する必要がなく、取得したスライス画像をすみやかに２値化画像に変換することができる。

また、実験等によって高密度のポリマー層とゴム部分及びカーボンブラック部分とを判別する適正なしきい値、並びに高密度のポリマー層及びシリカ部分とゴム部分及びカーボンブラック部分とを判別する適正なしきい値を予め求めてＨＤＤ５８に記憶させておいてもよい。これにより、しきい値を調整する手間を省くことができる。

また、本実施の形態では、スライス画像を調整された画像濃度のしきい値に基づいて２値化画像へ変換する場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、スライス画像の画像濃度が所定の範囲（例えば、画像濃度が図１１に示すＢ以上且つＣ未満）の画素とその他の画素とで２値化画像としてもよい。これにより、ゴム部分のみやカーボンブラック部分のみの形態を可視化することができる。

また、本実施の形態では、コンピュータ１２はケーブル２０でＣＴスキャナ１１と接続してスライス画像データを取得する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、記録テープ、ＭＯ、メモリーカード、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体を介して取得する構成としてもよい。これらを用いるときには、コンピュータ１２に対応する読み書き装置を備えるようにすればよい。

なお、本実施の形態で説明したＣＴスキャナ１１及びコンピュータ１２の構成は、一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。

また、本実施の形態で説明したスライス画像生成処理、３次元モデル生成処理の処理の流れ（図３、図４参照。）も一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。

本実施の形態に係るゴム材料変形挙動予測システムの全体構成図である。 本実施の形態に係るコンピュータの電気系の構成図である。 本実施の形態に係るスライス画像生成処理の処理の流れを示すフローである。 本実施の形態に係る３次元モデル生成処理の処理の流れを示すフローである。 本実施の形態に係るスライス画像の１例を示す図である。 本実施の形態に係る図５のスライス画像を２値化した２値化画像を示す図である。 本実施の形態に係る図６に示される２値化画像の各画素を数値に変換した２値化画像データの配列を含めたイメージを示す図である。 本実施の形態に係るディスプレイに表示される３次元モデルの立体像を１例を示す図である。 本実施の形態に係るディスプレイに表示される図８に示す３次元モデルの立体像を所定の平面においてスライスしたスライス画像の１例を示す図である。 本実施の形態に係るディスプレイに表示されるシリカとカーボンブラックとを配合したゴム材料について３次元モデルを生成し、当該３次元モデルの立体像を所定の平面においてスライスしたスライス画像の１例を示す図である。 本実施の形態に係るスライス画像のゴム部分、カーボンブラック部分、シリカ部分、及び高密度のポリマー層部分の濃度値の関係を示す図である。 本実施の形態に係る図５のスライス画像を変換した変換画像を示す図である。

符号の説明

１０ ゴム材料の形態表示システム
１２ コンピュータ（変形挙動予測装置）
１４ ディスプレイ（表示手段）
１５ キーボード（調整手段）
４０ ＣＰＵ（変換手段、生成手段）
６０ 外部Ｉ／Ｏ制御部（取得手段）

Claims (6)

1. ゴムに充填剤を配合して前記ゴムと前記充填剤とが吸着した高密度のポリマー層が形成された所定形状のゴム材料を透過型電子線トモグラフィー法を用いて撮影した複数枚の画像を計算機トモグラフィー法により３次元基本モデルに再構築し、当該３次元基本モデルを所定平面によりスライスしたときの内部構造を含む断面形状を表すスライス画像を取得する取得手段と、
   前記ゴム材料に含まれる前記高密度のポリマー層とゴム部分及び充填剤部分とを判別するための前記スライス画像における画像濃度のしきい値を調整する調整手段と、
   前記スライス画像を縦横所定数で分割した各画素の濃度値と前記調整手段により調整された前記しきい値とに基づいて前記スライス画像を、前記しきい値に該当する画素を他の画素と異なる濃度値とする変換画像に変換する変換手段と、
   前記変換手段により変換された変換画像を表示する表示手段と、
   を備えたゴム材料の形態表示装置。
2. 前記取得手段は、前記３次元基本モデルを所定平面により所定間隔でスライスした複数のスライス画像を取得し、
   前記変換手段は、前記変換画像として２値化画像に変換し、
   前記変換手段により変換された複数の２値化画像を各スライス画像のスライス位置の順序でかつ前記所定間隔で積層し、各２値化画像間で同一値の画素を同一の要素として統合した領域を形成することにより３次元モデルを生成する生成手段をさらに有し、
   前記表示手段は、前記生成手段により生成された前記３次元モデルに基づいて少なくとも前記高密度のポリマー層領域と前記ゴム部分及び前記充填剤部分の領域との濃度値を異なるものとした当該前記３次元モデルのスライス画像を表示する
   ことを特徴とする請求項１記載のゴム材料の形態表示装置。
3. 前記調整手段により調整された前記しきい値を記憶する記憶手段をさらに有し、
   前記変換手段は、前記スライス画像の各画素の濃度値と前記記憶手段に記憶された前記しきい値とに基づいて前記各スライス画像を変換画像に変換する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のゴム材料の形態表示装置。
4. 前記ゴム材料は、前記ゴムに充填剤としてカーボンブラックが配合されて前記ゴムと前記カーボンブラックとが吸着した高密度のポリマー層が形成されており、
   前記画像濃度のしきい値を、ゴム材料に含まれる前記高密度のポリマー層とゴム部分及びカーボンブラック部分とを判別するための濃度値とする
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項記載のゴム材料の形態表示装置。
5. 前記ゴム材料は、前記ゴムに充填剤としてシリカがさらに配合されており、
   前記画像濃度のしきい値を、ゴム材料に含まれる前記高密度のポリマー層及びシリカ部分とゴム部分及びカーボンブラック部分とを判別する濃度値とし、
   前記表示手段は、前記３次元モデルに基づいて少なくとも前記高密度のポリマー層及びシリカ部分の領域と前記ゴム部分及び前記カーボンブラック部分の領域との濃度値を異なるものとした当該前記３次元モデルのスライス画像を表示する
   ことを特徴とする請求項４記載のゴム材料の形態表示装置。
6. ゴムに充填剤を配合して前記ゴムと前記充填剤とが吸着した高密度のポリマー層が形成された所定形状のゴム材料を透過型電子線トモグラフィー法を用いて撮影した複数枚の画像を計算機トモグラフィー法により３次元基本モデルに再構築し、当該３次元基本モデルを所定平面によりスライスしたときの内部構造を含む断面形状を表すスライス画像を取得し、
   前記ゴム材料に含まれる前記高密度のポリマー層とゴム部分及び充填剤部分とを判別するための前記スライス画像における画像濃度のしきい値を調整し、
   前記スライス画像を縦横所定数で分割した各画素の濃度値と調整された前記しきい値とに基づいて前記スライス画像を、前記しきい値に該当する画素を他の画素と異なる濃度値とする変換画像に変換し、
   変換された前記変換画像を表示手段に表示する
   ゴム材料の形態表示方法。

Images