(57)【要約】【課題】試料曲面における接触角をより正確に測定する。【解決手段】接触角測定方法は、試料曲面１０４に供給された液滴２と、試料曲面１０４との接触角γを測定する接触角測定方法である。この方法は、液滴２の見かけの接触角αを、試料曲面１０４に供給された液滴２および試料曲面１０４の撮影画像を用いて算出する、見かけの接触角算出ステップと、撮影画像を用いて、液滴２と試料曲面１０４との接触部における外周縁部２ａでの試料曲面１０４の傾斜角βを算出する、傾斜角算出ステップと、傾斜角βを用いて見かけの接触角αを補正することで接触角γを算出する、接触角算出ステップと、を含んでいる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料曲面に供給された液滴と、前記試料曲面との接触角γを測定する接触角測定方法であって、
前記液滴の見かけの接触角αを、前記試料曲面に供給された前記液滴および前記試料曲面の撮影画像を用いて算出する、見かけの接触角算出ステップと、
前記撮影画像を用いて、前記液滴と前記試料曲面との接触部における外周縁部での前記試料曲面の傾斜角βを算出する、傾斜角算出ステップと、
前記傾斜角βを用いて前記見かけの接触角αを補正することで前記接触角γを算出する、接触角算出ステップと、
を含んでいることを特徴とする、接触角測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の接触角測定方法であって、
前記見かけの接触角αは、前記外周縁部の任意の一点における前記液滴の外表面の接線を含み且つ前記外表面と接する平面と、前記外周縁部を含む平面とがなす角度であることを特徴とする、接触角測定方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の接触角測定方法であって、
前記傾斜角βは、前記外周縁部の任意の一点における前記試料曲面の接線を含み且つ前記試料曲面と接する平面と、前記外周縁部を含む平面とがなす角度であることを特徴とする、接触角測定方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の接触角測定方法であって、
前記見かけの接触角算出ステップに先立つステップとして、
前記外周縁部の曲率半径Ｃ、前記液滴の体積Ｖ０、および、前記試料曲面の曲率半径Ｒｂを用いて、前記液滴の外表面の曲率半径Ｒａを算出するステップを含み、
前記見かけの接触角算出ステップは、前記曲率半径Ｒａ、および、前記曲率半径Ｃを用いて前記見かけの接触角αを算出することを特徴とする、接触角測定方法。
【請求項５】
請求項４に記載の接触角測定方法であって、
下記式（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を用いて前記外表面の曲率半径Ｒａが算出されることを特徴とする、接触角測定方法。
（ａ）Ｖａ＝（４π／３）Ｒａ３−（π／３）｛（Ｒａ２−Ｃ２）（１／２）＋Ｒａ｝２｛３Ｒａ−（Ｒａ２−Ｃ２）（１／２）−Ｒａ｝
（ｂ）Ｖｂ＝（４π／３）Ｒｂ３−（π／３）｛（Ｒｂ２−Ｃ２）（１／２）＋Ｒｂ｝２｛３Ｒｂ−（Ｒｂ２−Ｃ２）（１／２）−Ｒｂ｝
（ｃ）Ｖ０＝Ｖａ＋Ｖｂ（試料曲面が凹部の場合）、または、Ｖ０＝Ｖａ−Ｖｂ（試料曲面が凸部の場合）
但し、Ｖａ：前記外周縁部を含む平面と前記液滴の外表面とで囲まれた第１領域の体積、Ｖｂ：前記外周縁部を含む平面と前記試料曲面とで囲まれた第２領域の体積。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５の何れか１項に記載の接触角測定方法であって、
前記傾斜角算出ステップは、
前記外周縁部の曲率半径Ｃ、および、前記試料曲面の曲率半径Ｒｂを用いて前記傾斜角βを算出することを特徴とする、接触角測定方法。
【請求項７】
請求項４ないし請求項６の何れか１項に記載の接触角測定方法であって、
前記外周縁部の前記曲率半径Ｃは、前記撮影画像を用いて算出されることを特徴とする、接触角測定方法。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７の何れか１項に記載の接触角測定方法であって、
前記試料曲面は、所定の曲率半径Ｒｂを有する凹状の曲面であり、前記接触角算出ステップは、前記見かけの接触角αに前記傾斜角βを加算した値を前記接触角γとして算出することを特徴とする、接触角測定方法。
【請求項９】
請求項１ないし請求項７の何れか１項に記載の接触角測定方法であって、
前記試料曲面は、所定の曲率半径Ｒｂを有する凸状の曲面であり、前記接触角算出ステップは、前記見かけの接触角αから前記傾斜角βを減じた値を前記接触角γとして算出することを特徴とする、接触角測定方法。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９の何れか１項に記載の接触角測定方法であって、
前記液滴の体積Ｖ０は、０．５μリットル〜３．０μリットルに設定されていることを特徴とする、接触角測定方法。
【請求項１１】
試料曲面に供給された液滴と、前記試料曲面との接触角γを測定する接触角測定装置であって、
前記液滴の見かけの接触角αを、前記試料曲面に供給された前記液滴および前記試料曲面の撮影画像を用いて算出する、見かけの接触角算出部と、
前記撮影画像を用いて、前記液滴と前記試料曲面との接触部における外周縁部での前記試料曲面の傾斜角βを算出する、傾斜角算出部と、
前記傾斜角βを用いて前記見かけの接触角αを補正することで前記接触角γを算出する、接触角算出部と、
を含んでいることを特徴とする、接触角測定装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の接触角測定装置と、
前記接触角測定装置で測定された前記接触角γを用いて、前記試料曲面としての生体補綴部材の曲面における濡れ性を検査する、検査部と、
を備えていることを特徴とする、生体補綴部材検査装置。
【請求項１３】
試料曲面に供給された液滴と、前記試料曲面との接触角γを測定するプログラムであって、
前記液滴の見かけの接触角αを、前記試料曲面に供給された前記液滴および前記試料曲面の撮影画像を用いて算出する、見かけの接触角算出ステップと、
前記撮影画像を用いて、前記液滴と前記試料曲面との接触部における外周縁部での前記試料曲面の傾斜角βを算出する、傾斜角算出ステップと、
前記傾斜角βを用いて前記見かけの接触角αを補正することで前記接触角γを算出する、接触角算出ステップと、
をコンピュータに実行させることを特徴とする、プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接触角測定方法、接触角測定装置、生体補綴部材検査装置、および、プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
試料表面に与えられた液滴の接触角を測定するための接触角測定法が知られている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の接触角測定方法は、試料表面（３）と、気体環境と、試料表面（３）上に配置され、曲面（７）、対称軸（ＡSy−ＡSy）および規定の体積（ＶI）を有する液滴（５）とから接触角（φ）を求める方法である。この接触角測定方法は、ステップ（ａ）〜（ｄ）を有している。ステップ（ａ）は、液滴（５）の表面（７）の反射特性と、いずれも既知の光学的測定システムの光軸（Ａ−Ａ）に対する被写体の位置および試料表面（３）に対する被写体の位置と、光軸（Ａ−Ａ）の上または近傍に配置された液滴（５）の対称軸（ＡSy−ＡSy）とに基づいて、被写体を結像する。ステップ（ｂ）は、被写体の像と、液滴（５）の対称軸（ＡSy−ＡSy）との間の距離を測定する。ステップ（ｃ）は、測定距離によって液滴（５）の曲面半径を求める。ステップ（ｄ）は、曲面半径によって接触角（φ）を求める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５２６５３８８号明細書（請求項１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
接触角測定方法は、人工股関節の部材などの表面における親水性（濡れ性）を測定するために用いられる場合がある。人工股関節は、骨頭ボールと、窪みが形成されたライナーとを有しており、ライナーに骨頭ボールが嵌められる。そして、骨頭ボールとライナーとがすべり接触する。この構成において、耐摩耗性向上を目的として、ライナーにコーティング層が形成される場合がある。この場合、ライナーの製造時において、ライナーのコーティング層が所望の性能を発揮できるか否かを検査するために、コーティング層の濡れ性が検査されることが好ましい。この濡れ性の検査において、接触角測定方法が用いられる。すなわち、コーティング層の表面に付与された液滴とコーティング層との接触角が測定され、この接触角を基に、濡れ性が判定される。
【０００５】
ライナーの窪み面は曲面形状であり、接触角測定法においては、当該曲面に付与された液滴の接触角が測定される。しかしながら、特許文献１では、図２、および付録１の式から明らかなように、試料表面が曲面である場合が考慮されていない。すなわち、特許文献１に記載の構成では、試料表面が曲面である場合の補正が行われないため、試料表面が曲面である場合の接触角を正確に測定することができないおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みることにより、試料曲面における接触角をより正確に測定することのできる、接触角測定方法、接触角測定装置、生体補綴部材検査装置、および、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】
【０００７】
（１）上記目的を達成するための本発明に係る接触角測定方法は、試料曲面に供給された液滴と、前記試料曲面との接触角γ（真の接触角）を測定する接触角測定方法であって、前記液滴の見かけの接触角αを、前記試料曲面に供給された前記液滴および前記試料曲面の撮影画像を用いて算出する、見かけの接触角算出ステップと、前記撮影画像を用いて、前記液滴と前記試料曲面との接触部における外周縁部での前記試料曲面の傾斜角βを算出する、傾斜角算出ステップと、前記傾斜角βを用いて前記見かけの接触角αを補正することで前記接触角γを算出する、接触角算出ステップと、を含んでいる。
【０００８】
この構成によると、見かけの接触角は、試料曲面の傾斜角によって補正される。すなわち、試料曲面の形状を考慮した真の接触角が、算出される。これにより、接触角測定方法は、試料曲面における接触角をより正確に測定することができる。
【０００９】
（２）好ましくは、前記見かけの接触角αは、前記外周縁部の任意の一点における前記液滴の外表面の接線を含み且つ前記外表面と接する平面と、前記外周縁部を含む平面とがなす角度である。
【００１０】
このような構成によると、液滴の外周縁部を基準とする角度が、見かけの接触角として設定される。
【００１１】
（３）好ましくは、前記傾斜角βは、前記外周縁部の任意の一点における前記試料曲面の接線を含み且つ前記試料曲面と接する平面と、前記外周縁部を含む平面とがなす角度である。
【００１２】
このような構成によると、液滴の外周縁部を基準とする角度が、傾斜角として設定される。
【００１３】
（４）好ましくは、前記見かけの接触角算出ステップに先立つステップとして、前記外周縁部の曲率半径Ｃ、前記液滴の体積Ｖ０、および、前記試料曲面の曲率半径Ｒｂを用いて、前記液滴の外表面の曲率半径Ｒａを算出するステップを含み、前記見かけの接触角算出ステップは、前記曲率半径Ｒａ、および、前記曲率半径Ｃを用いて前記見かけの接触角αを算出する。
【００１４】
この構成によると、平坦ではない試料曲面に供給された液滴に関して、液滴の外表面の曲率半径Ｒａは、撮影画像から直接測定することが比較的困難である。これに対して、液滴の外周縁部の曲率半径Ｃは、たとえば、撮影画像から比較的容易に測定される。また、液滴の体積Ｖ０は、たとえば、ノズルから出た液滴を測定することで、比較的容易に測定される。また、試料曲面の曲率半径Ｒｂは、試料の設計データなどから、比較的容易に得られる。よって、比較的容易に得られるデータとしての外周縁部の曲率半径Ｃと、液滴の体積Ｖ０と、試料曲面の曲率半径Ｒｂと、を用いて、液滴の外表面の曲率半径Ｒａを容易に算出することができる。そして、たとえば、外表面の曲率半径Ｒａ、および、外周縁部の曲率半径Ｃを三角関数に適用することで、見かけの接触角αを算出することができる。
【００１５】
（５）好ましくは、下記式（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を用いて前記外表面の曲率半径Ｒａが算出される。
（ａ）Ｖａ＝（４π／３）Ｒａ３−（π／３）｛（Ｒａ２−Ｃ２）（１／２）＋Ｒａ｝２｛３Ｒａ−（Ｒａ２−Ｃ２）（１／２）−Ｒａ｝
（ｂ）Ｖｂ＝（４π／３）Ｒｂ３−（π／３）｛（Ｒｂ２−Ｃ２）（１／２）＋Ｒｂ｝２｛３Ｒｂ−（Ｒｂ２−Ｃ２）（１／２）−Ｒｂ｝
（ｃ）Ｖ０＝Ｖａ＋Ｖｂ（試料曲面が凹部の場合）、または、Ｖ０＝Ｖａ−Ｖｂ（試料曲面が凸部の場合）
但し、Ｖａ：前記外周縁部を含む平面と前記液滴の外表面とで囲まれた第１領域の体積、Ｖｂ：前記外周縁部を含む平面と前記試料曲面とで囲まれた第２領域の体積。
【００１６】
この構成によると、第１領域の体積Ｖａを、球の一部の体積を算出する式（ａ）を用いて算出することができる。また、第２領域の体積Ｖｂを、球の一部の体積を算出する式（ｂ）を用いて算出することができる。そして、液滴の体積Ｖ０と、第１領域の体積Ｖａと、第２領域の体積Ｖｂの関係式（ｃ）とから、曲率半径Ｒａを算出することができる。
【００１７】
（６）好ましくは、前記傾斜角算出ステップは、前記外周縁部の曲率半径Ｃ、および、前記試料曲面の曲率半径Ｒｂを用いて前記傾斜角βを算出する。
【００１８】
この構成によると、液滴の外周縁部の曲率半径Ｃは、たとえば、撮影画像から比較的容易に測定される。また、試料曲面の曲率半径Ｒｂは、試料の設計データなどから、比較的容易に得られる。よって、傾斜角を、容易に算出することができる。
【００１９】
（７）より好ましくは、前記外周縁部の前記曲率半径Ｃは、前記撮影画像を用いて算出される。
【００２０】
この構成によると外周縁部は、液滴の外部から容易に視認できる。よって、撮影画像を基に、外周縁部の曲率半径を容易に算出することができる。
【００２１】
（８）好ましくは、前記試料曲面は、所定の曲率半径Ｒｂを有する凹状の曲面であり、前記接触角算出ステップは、前記見かけの接触角αに前記傾斜角βを加算した値を前記接触角γとして算出する。
【００２２】
この構成によると、凹状の試料曲面における真の接触角を、算出することができる。また、凹状の試料曲面内の液滴は、試料に囲まれており、接触角を試料の側方から視覚的に測定することが困難である。しかしながら、このような場合でも、試料曲面の真の接触角を、正確に算出することができる。
【００２３】
（９）好ましくは、前記試料曲面は、所定の曲率半径Ｒｂを有する凸状の曲面であり、前記接触角算出ステップは、前記見かけの接触角αから前記傾斜角βを減じた値を前記接触角γとして算出する。
【００２４】
この構成によると、凸状の試料曲面における真の接触角を算出することができる。
【００２５】
（１０）好ましくは、前記液滴の体積Ｖ０は、０．５μリットル〜３．０μリットルに設定されている。
【００２６】
この構成によると、液滴の体積を０．５μリットル以上に設定することで、たとえばノズルから液滴を滴下したときの、ノズルに残る液の量を小さくできる。これにより、ノズルから供給された液滴の体積のうち、このノズルに残った液滴の体積の割合を十分に小さくできる。よって、試料曲面の液滴に対するノズルに残った液滴の影響を十分に小さくでき、液滴を用いた接触角の算出を、より正確に行える。また、液滴の体積を３．０μリットル以下に設定することで、試料曲面に落下した液滴の体積が大きくなり過ぎずに済む。このため、試料曲面上における液滴が受ける重力の影響を小さくできる。その結果、液滴の外表面を、実質的に真球の一部として扱うことができ、液滴を用いた接触角の算出を、より正確に行える。
【００２７】
（１１）上記目的を達成するための本発明に係る接触角測定装置は、試料曲面に供給された液滴と、前記試料曲面との接触角γを測定する接触角測定装置であって、前記液滴の見かけの接触角αを、前記試料曲面に供給された前記液滴および前記試料曲面の撮影画像を用いて算出する、見かけの接触角算出部と、前記撮影画像を用いて、前記液滴と前記試料曲面との接触部における外周縁部での前記試料曲面の傾斜角βを算出する、傾斜角算出部と、前記傾斜角βを用いて前記見かけの接触角αを補正することで前記接触角γを算出する、接触角算出部と、を含んでいる。
【００２８】
この構成によると、見かけの接触角は、試料曲面の傾斜角によって補正される。すなわち、試料曲面の形状を考慮した真の接触角が、算出される。これにより、接触角測定装置は、試料曲面における接触角をより正確に測定することができる。
【００２９】
（１２）上記目的を達成するための本発明に係る生体補綴部材検査装置は、前記接触角測定装置と、前記接触角測定装置で測定された前記接触角γを用いて、前記試料曲面としての生体補綴部材の曲面における濡れ性を検査する、検査部と、を備えている。
【００３０】
この構成によると、見かけの接触角は、試料曲面の傾斜角によって補正される。すなわち、試料曲面の形状を考慮した真の接触角が、算出される。これにより、生体補綴部材検査装置は、試料曲面における接触角をより正確に測定することができる。
【００３１】
（１３）上記目的を達成するための本発明に係るプログラムは、試料曲面に供給された液滴と、前記試料曲面との接触角γを測定するプログラムであって、前記液滴の見かけの接触角αを、前記試料曲面に供給された前記液滴および前記試料曲面の撮影画像を用いて算出する、見かけの接触角算出ステップと、前記撮影画像を用いて、前記液滴と前記試料曲面との接触部における外周縁部での前記試料曲面の傾斜角βを算出する、傾斜角算出ステップと、前記傾斜角βを用いて前記見かけの接触角αを補正することで前記接触角γを算出する、接触角算出ステップと、をコンピュータに実行させる。
【００３２】
この構成によると、見かけの接触角は、試料曲面の傾斜角によって補正される。すなわち、試料曲面の形状を考慮した真の接触角が、算出される。これにより、試料曲面における接触角をより正確に測定することができるプログラムを実現できる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によると、試料曲面における接触角をより正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態にかかる生体補綴部材検査装置、および、試料の模式的な側面図である。
【図２】試料、および、液滴を拡大して示す断面図である。
【図３】滴下部を拡大して示す側面図である。
【図４】体積Ｖａ，Ｖｂについて説明するための模式図である。
【図５】接触角測定装置における処理の流れの一例を説明するためのフローチャートである。
【図６】図５のステップＳ７における、液滴の外表面の曲率半径算出の流れを説明するためのフローチャートである。
【図７】本発明の変形例における、試料、および、液滴を拡大して示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。尚、本発明は、接触角測定方法、接触角測定装置、生体補綴部材検査装置、および、プログラムとして広く適用することができる。
【００３６】
図１は、本発明の一実施形態にかかる生体補綴部材検査装置１、および、試料１００の模式的な側面図である。図２は、試料１００、および、液滴２を拡大して示す断面図である。
【００３７】
図１および図２を参照して、生体補綴部材検査装置１は、生体補綴部材からなる試料１００を検査するように構成されている。
【００３８】
生体補綴部材検査装置１は、接触角測定装置３と、検査部４と、を有している。
【００３９】
接触角測定装置３は、試料１００に関する液滴２の接触角γを測定するように構成されている。
【００４０】
試料１００は、たとえば、人工股関節に用いられる生体補綴部材としてのライナーである。試料１００は、患者の臼蓋に設置される窪み状の部材である。試料１００は、患者の大腿骨に固定されたステムの先端の骨頭ボールとすべり接触可能に構成されている。試料１００は、患者の体内に実際に設置されるライナーであり、患者に設置されるライナーの全品が、試料１００として、接触角測定装置３によって接触角γを測定される。本実施形態では、接触角測定装置３は、患者の健康に悪影響を与える物質を用いることなく、試料１００の接触角γを測定する。
【００４１】
本実施形態では、試料１００は、カップ状に形成された、窪みを有する略半球状の部材である。試料１００の直径は、たとえば、３５ｍｍ〜６５ｍｍ程度に設定されている。
【００４２】
試料１００は、母材１０１と、高分子層１０２と、を有している。母材１０１の材料として、合成樹脂、金属材料、および、セラミック材料の少なくとも１つを例示することができる。合成樹脂として、超高分子量ポリエチレン（以下、ＵＨＭＷＰＥともいう。）を例示することができる。ＵＨＭＷＰＥは、高分子材料のうちでも耐摩耗性、耐変形性等の機械的特性に優れており、母材１０１として適している。母材１０１として、ＵＨＭＷＰＥを架橋処理したクロスリンクポリエチレンが用いられてもよい。
【００４３】
前述したように、母材１０１は、カップ状に形成されており、窪み部１０３が形成されている。窪み部１０３は、凹湾曲状に形成されており、本実施形態では、半球状に形成されている。窪み部１０３の内側面に、高分子層１０２が形成されている。
【００４４】
高分子層１０２は、薄膜（コーティング層）として設けられており、母材１０１と一体に形成されている。高分子層１０２の厚みは、数ｎｍ〜数百μｍ程度である。高分子層１０２は、窪み部１０３の内側面の全域に亘って形成されている。高分子層１０２の表面は、曲面形状を有しており、本実施形態では、半球状に形成されている。高分子層１０２の表面は、試料曲面１０４を構成している。試料曲面１０４は、所定の曲率半径Ｒｂを有する凹状の半球状に形成されている。この曲率半径Ｒｂは、試料１００の設計時に定められた値である。すなわち、試料曲面１０４は、所定の曲率半径Ｒｂを有する凹状の曲面である。本実施形態では、高分子層１０２は、たとえば、ホスホリルコリン基を有するモノマー溶液を、窪み部１０３に接触させた状態で、当該溶液に、紫外線を照射することにより形成される。
【００４５】
次に、接触角測定装置３のより具体的な構成を説明する。
【００４６】
前述したように、接触角測定装置３は、試料曲面１０４に供給された液滴２と、試料曲面１０４との接触角γを測定するように構成されている。液滴２は、たとえば、透明な水である。なお、液滴２は、試料曲面１０４上において、試料曲面１０４と視覚的に識別可能な構成であればよく、透明な水以外の液体であってもよい。
【００４７】
接触角γは、試料曲面１０４に関する平面Ｌ１と、液滴２に関する平面Ｌ２とがなす角度（液滴２内部を向く側の角度）をいう。接触角γは、液滴２の外周縁部２ａに関連して規定される。外周縁部２ａは、試料１００および液滴２を上方から見た場合の、液滴２の外周縁部をいい、本実施形態では、線であって、円である。外周縁部２ａは、液滴２と試料曲面１０４との接触部における液滴２の外周縁部である。
【００４８】
平面Ｌ１は、外周縁部２ａの任意の一点における試料曲面１０４の接線を含み且つ試料曲面１０４と接する平面である。平面Ｌ１は、外周縁部２ａの任意の一点における試料曲面１０４の接線を複数含んでいる。また、平面Ｌ２は、外周縁部２ａの任意の一点における液滴２の外表面２ｂの接線を含み且つ外表面２ｂと接する平面である。平面Ｌ２は、外周縁部２ａの任意の一点における外表面２ｂの接線を複数含んでいる。
【００４９】
接触角測定装置３は、試料１００および液滴２を撮影し、当該撮影によって得られた画撮影画像を用いて、接触角γを算出する。
【００５０】
接触角測定装置３は、台座５と、滴下部６と、撮影部７と、画像処理部８と、を有している。
【００５１】
台座５は、試料１００が載せられる台である。台座５の上方に、滴下部６が配置されている。
【００５２】
図３は、滴下部６を拡大して示す側面図である。図１〜図３を参照して、滴下部６は、試料曲面１０４に液滴２を供給するために設けられている。滴下部６は、ノズル９を有しており、このノズル９から、所定の体積Ｖ０を有する液滴２を、試料曲面１０４に落下させる。滴下部６は、ノズル９から落下する液滴２の容量を、正確に設定することが可能に構成されている。本実施形態では、滴下部６から滴下され試料曲面１０４に付着する液滴２の体積Ｖ０は、０．５μリットル〜３．０μリットルの範囲に設定されている。
【００５３】
液滴２の体積Ｖ０が０．５μリットル未満である場合、ノズル９から液滴２が落下する際において、ノズル９に残ったままとなる液滴２の体積の割合が大きくなる。このため、滴下部６で設定される、液滴２の体積Ｖ０と、試料曲面１０４に実際に付着する液滴２の体積Ｖ０との誤差が大きくなってしまう。
【００５４】
一方、液滴２の体積Ｖ０が３．０μリットルを超えている場合、試料曲面１０４に落下した液滴２の体積Ｖ０が大きくなり過ぎる。このため、試料曲面１０４上における液滴２が受ける重力の影響が大きくなる。その結果、試料曲面１０４上の液滴２の外表面２ｂは、単一の曲率半径を有する形状であるとみなせる形状から外れてしまい、液滴２の後述する曲率半径Ｃを測定したときの測定誤差が、大きくなってしまう。なお、液滴２の体積Ｖ０の上限は、より好ましくは、２．０μリットルである。
【００５５】
図１および図２を参照して、滴下部６から試料曲面１０４に落下した液滴２、および、試料曲面１０４は、撮影部７によって撮影される。撮影部７は、液滴２、および、試料曲面１０４を、試料１００の上方から撮影するために設けられている。撮影部７は、たとえば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラである。撮影部７は、滴下部６に隣接して配置されており、ノズル９から落下する直前の液滴２を撮影可能に構成されている。
【００５６】
撮影部７のレンズは、液滴２の上方に配置されており、液滴２の頂点２ｃを向いている。撮影部７で得られる平面画像は、丸状の液滴２と、平坦状の試料曲面１０４とが含まれる。撮影部７は、液滴２および試料曲面１０４を撮影することで得られた撮影画像の画像データを、画像処理部８へ出力する。
【００５７】
画像処理部８は、液滴２、および、試料曲面１０４を撮影して得られた画像データなどを基に、接触角γを算出するように構成されている。画像処理部８は、本発明の「見かけの接触角算出部」の一例であり、「傾斜角算出部」の一例であり、「接触角算出部」の一例である。画像処理部８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、および、ＲＯＭ（Read Only Memory）などを有するコンピュータである。
【００５８】
次に、画像処理部８において接触角γを算出するための原理（計算式）などを説明する。
【００５９】
接触角γの算出に際しては、まず、液滴２および試料１００に関する体積Ｖａ，Ｖｂが算出される。体積Ｖａは、外周縁部２ａを含む平面Ｐ０（本実施形態では、水平面）と、液滴２の外表面２ｂ（液滴２のうち試料曲面１０４上に露呈している部分の面）とで囲まれた領域としての第１領域１１の体積である。体積Ｖｂは、平面Ｐ０と、試料曲面１０４とで囲まれた領域としての第２領域１２の体積である。
【００６０】
図４は、体積Ｖａ，Ｖｂについて説明するための模式図である。図２および図４を参照して、第１領域１１の体積Ｖａは、曲率半径がＲａの球Ｓａの一部である第１領域１１の体積である。ここで、球Ｓａの中心から第１領域１１までの距離をｈａ’とした場合、距離ｈａ’＜曲率半径Ｒａである。
【００６１】
ここで、ｈａ＝ｈａ’＋Ｒａとした場合、球Ｓａのうち第１領域１１以外の領域である第３領域１３の体積Ｖ３は、球Ｓａの一部を積分することにより得られる次式（１）で表される。
Ｖ３＝πｈａ×（３Ｃ２＋ｈａ２）／６…（１）
但し、Ｃ：液滴２の外周縁部２ａの曲率半径。この曲率半径Ｃは、次式（２）で表わされる。
Ｃ＝｛ｈａ（２Ｒａ−ｈａ）｝（１／２）…（２）
上記（１）、（２）式より、
Ｖ３＝πｈａ２×（３Ｒａ−ｈａ）／３
よって、第１領域１１の体積Ｖａは、球Ｓａの体積から第３領域１３の体積Ｖ３を減じた値となる。すなわち、
Ｖａ＝（４π／３）Ｒａ３−（π／３）ｈａ２×（３Ｒａ−ｈａ）…（４）
【００６２】
第２領域１２の体積Ｖｂは、曲率半径がＲｂの球Ｓｂの一部である第２領域１２の体積である。ここで、球Ｓｂの中心から第２領域１２までの距離をｈｂ’とした場合、距離ｈｂ’＜曲率半径Ｒｂである。
【００６３】
ここで、ｈｂ＝ｈｂ’＋Ｒｂとした場合、第２領域１２の体積Ｖｂは、上記と同様にして、球Ｓｂの体積から第４領域１４の体積Ｖ４を減じた値となる。すなわち、第２領域１２の体積Ｖｂは、次式で表わされる。
Ｖｂ＝（４π／３）Ｒｂ３−（π／３）ｈｂ２×（３Ｒｂ−ｈｂ）…（５）
【００６４】
そして、三平方の定理から、下記式の関係が成立する。
Ｒａ２＝Ｃ２＋ｈａ’２…（６）
よって、ｈａ’＝（Ｒａ２−Ｃ２）（１／２）…（７）
また、ｈａ＝ｈａ’＋Ｒａ…（８）
【００６５】
上記（６）〜（８）式と同様に、
Ｒｂ２＝Ｃ２＋ｈｂ’２…（９）
よって、ｈｂ’＝（Ｒｂ２−Ｃ２）（１／２）…（１０）
また、ｈｂ＝ｈｂ’＋Ｒｂ…（１１）
【００６６】
以上から、下記式（１２）、（１３）が導かれる。
Ｖａ＝（４π／３）Ｒａ３−（π／３）｛（Ｒａ２−Ｃ２）（１／２）＋Ｒａ｝２｛３Ｒａ−（Ｒａ２−Ｃ２）（１／２）−Ｒａ｝…（１２）
Ｖｂ＝（４π／３）Ｒｂ３−（π／３）｛（Ｒｂ２−Ｃ２）（１／２）＋Ｒｂ｝２｛３Ｒｂ−（Ｒｂ２−Ｃ２）（１／２）−Ｒｂ｝…（１３）
【００６７】
また、第１領域１１および第２領域１２は、液滴２によって形成されている。すなわち、第１領域１１の体積Ｖａと第２領域１２の体積Ｖｂの和が、液滴２の体積Ｖ０であり、式で表わすと、Ｖ０＝Ｖａ＋Ｖｂ…（１４）となる。
【００６８】
なお、式（１２）、（１３）、（１４）は、それぞれ、本発明の「式（ａ）、（ｂ）、（ｃ）」の一例である。
【００６９】
図１および図２を参照して、画像処理部８は、外周縁部２ａの曲率半径Ｃを、撮影部７で得られた撮影画像（平面画像）から計測することができる。また、画像処理部８は、試料曲面１０４の曲率半径Ｒｂを、試料１００の設計データなどから得ることができる。また、画像処理部８は、液滴２の体積Ｖ０を、ノズル９から落下する直前の液滴２を撮影した画像のデータから測定（算出）することができる。すなわち、画像処理部８は、既知の値としての曲率半径Ｃ、曲率半径Ｒｂ、および、液滴２の体積Ｖ０を用いて、式（１２）〜（１４）から、第１領域１１の曲率半径Ｒａを算出することができる。
【００７０】
そして、液滴２に関する平面Ｌ２と、外周縁部２ａを含む平面Ｐ０とがなす角度（液滴２の頂点２ｃを向く側の角度）が、第１領域１１についての接触角であって、液滴２の見かけの接触角αとして規定される。
【００７１】
また、試料曲面１０４に関する平面Ｌ１と、平面Ｐ０とがなす角度が、第２領域１２についての接触角であって、試料曲面１０４の傾斜角βとして規定される。
【００７２】
見かけの接触角α、および、傾斜角βについては、図４から明らかなように、下記式の関係が成立する。
ｓｉｎ（α）＝Ｃ／Ｒａ…（１５）
ｓｉｎ（β）＝Ｃ／Ｒｂ…（１６）
すなわち、下記式の関係が成立する。
α＝ａｒｃｓｉｎ（Ｃ／Ｒａ）…（１７）
β＝ａｒｃｓｉｎ（Ｃ／Ｒｂ）…（１８）
よって、接触角γは、下記式となる。
γ＝α＋β＝ａｒｃｓｉｎ（Ｃ／Ｒａ）＋ａｒｃｓｉｎ（Ｃ／Ｒｂ）…（１９）
【００７３】
図５は、接触角測定装置３における処理の流れの一例を説明するためのフローチャートである。なお、以下では、接触角測定装置３における処理の流れを説明する際には、図５以外の図も適宜参照する。
【００７４】
接触角測定装置３は、以下に示すフローチャートの各ステップを、図示しないメモリから読み出して実行する。このプログラムは、外部からインストールできる。このインストールされるプログラムは、たとえば記録媒体に格納された状態で流通する。
【００７５】
接触角測定装置３の画像処理部８は、まず、試料曲面１０４の曲率半径Ｒｂの値を読み込む（ステップＳ１）。具体的には、たとえば、接触角測定装置３のオペレータが、接触角測定装置３に備えられる図示しない操作部を操作することなどにより、曲率半径Ｒｂの値が、画像処理部８に与えられる。
【００７６】
次に、滴下部６は、所定の体積Ｖ０の液滴２を試料曲面１０４に供給する（ステップＳ２）。次に、画像処理部８は、滴下部６から供給される液滴２の体積Ｖ０を、ノズル９を撮影した撮影画像を用いて算出する（ステップＳ３）。この場合、画像処理部８は、ノズル９を撮影した撮影画像において、ノズル９の先端から出た液滴２を適宜積分などすることで、液滴２の体積Ｖ０を算出する。
【００７７】
次に、撮影部７は、試料曲面１０４上の液滴２、および、試料曲面１０４を撮影し、この撮影によって得られたデータを、画像処理部８に与える（ステップＳ４）。
【００７８】
画像処理部８は、与えられた画像データを用いて、試料曲面１０４上の液滴２の曲率半径Ｃ（平面視における外周縁部２ａの曲率半径）を算出する（ステップＳ５）。これにより、画像処理部８は、試料曲面１０４の曲率半径Ｒｂと、液滴２の曲率半径Ｃとを取得したこととなる。そして、画像処理部８は、式（１３）を基に、第２領域１２の体積Ｖｂを算出する（ステップＳ６）。
【００７９】
次に、画像処理部８は、上記のステップで得られたデータとしての、試料曲面１０４の曲率半径Ｒｂ、液滴２の体積Ｖ０、液滴２の曲率半径Ｃ、および、第２領域１２の体積Ｖｂを用いて、液滴２の外表面２ｂの曲率半径Ｒａを算出する（ステップＳ７）。
【００８０】
曲率半径Ｒａを算出するステップ（ステップＳ７）は、見かけの接触角αを算出するステップ（ステップＳ９）に先だって実行されるステップである。このステップＳ７では、外周縁部２ａの曲率半径Ｃと、液滴２の体積Ｖ０と、試料曲面１０４の曲率半径Ｒｂと、を用いて、曲率半径Ｒａが算出される。ステップＳ７の処理の詳細は、後述する。
【００８１】
次に、画像処理部８は、ステップＳ７で、曲率半径Ｒａの算出に際してエラー判定が行われたか否かを判定する（ステップＳ８）。画像処理部８は、エラー判定が行われなかった場合（ステップＳ８でＮＯ）、見かけの接触角αを算出する（ステップＳ９）。具体的には、画像処理部８は、上述のステップで得られた、液滴２の外表面２ｂの曲率半径Ｒａと、液滴２の外周縁部２ａの曲率半径Ｃを、式（１７）に代入することで、見かけの接触角αを算出する。すなわち、画像処理部８は、見かけの接触角αを、試料曲面１０４に供給された液滴２および試料曲面１０４の撮影画像を用いて算出する。このステップＳ９は、本発明の「見かけの接触角算出ステップ」の一例である。
【００８２】
次に、画像処理部８は、傾斜角βを算出する（ステップＳ１０）。具体的には、画像処理部８は、上述のステップで得られた、試料曲面１０４の曲率半径Ｒｂと、液滴２の外周縁部２ａの曲率半径Ｃを、式（１８）に代入することで、傾斜角βを算出する。すなわち、画像処理部８は、上記の撮影画像を用いて、外周縁部２ａでの試料曲面１０４の傾斜角βを算出する。このステップＳ１０は、本発明の「傾斜角算出ステップ」の一例である。
【００８３】
次に、画像処理部８は、式（１９）を用いて接触角γを算出する（ステップＳ１１）。具体的には、画像処理部８は、上述のステップで得られた見かけの接触角αに、傾斜角βを加算することで、接触角γ（＝α＋β）を算出する。すなわち、画像処理部８は、傾斜角βを用いて見かけの接触角αを補正する。このステップＳ１１は、本発明の「接触角算出ステップ」の一例である。
【００８４】
次に、画像処理部８は、接触角γを特定するデータを、接触角測定装置３の図示しない表示部に出力する（ステップＳ１２）。その結果、上述の表示部は、接触角γを表示する。
【００８５】
一方、ステップＳ８において、エラー判定が行われた場合（ステップＳ８でＹＥＳ）、エラー判定が行われたことを示すデータを、表示部に出力する（ステップＳ１３）。これにより、表示部には、測定エラーが生じたことが表示される。
【００８６】
次に、液滴２の外表面２ｂにおける曲率半径Ｒａの算出（ステップＳ７）の一例を説明する。
【００８７】
図６は、図５のステップＳ７における、曲率半径Ｒａの算出の流れを説明するためのフローチャートである。ステップＳ７の処理においては、画像処理部８は、まず、初期値を設定する（ステップＴ１）。
【００８８】
具体的には、画像処理部８は、理論上、接触角γが最大になるときの曲率半径Ｒａとして、Ｒａ_ｍａｘ＝Ｃ（α＝９０°）を設定する。また、画像処理部８は、実質的に、接触角γが最小になるときの曲率半径Ｒａとして、Ｒａ_ｍｉｎ＝１０Ｃ（α＝約５．７°）を設定する。また、画像処理部８は、カウンターｉの初期値をゼロに設定する。
【００８９】
次に、画像処理部８は、カウンターｉをインクリメントする（ステップＴ２）。すなわち、カウンターｉ＝ｉ＋１の処理が行われる。
【００９０】
次に、画像処理部８は、仮の曲率半径Ｒａとしての仮半径Ｒａ_ｃを設定する（ステップＴ３）。具体的には、画像処理部８は、次式で表わされる仮半径Ｒａ_ｃを算出する。
Ｒａ_ｃ＝（Ｒａ_ｍａｘ＋Ｒａ_ｍｉｎ）／２…（２０）
すなわち、仮半径Ｒａ_ｃは、Ｒａ_ｍａｘとＲａ_ｍｉｎの平均値である。
【００９１】
次に、画像処理部８は、第１領域１１の体積Ｖａの仮値としての仮体積Ｖａ_ｃを算出する（ステップＴ４）。仮体積Ｖａ_ｃは、前述の式（１２）のＶａを算出する式において、体積Ｖａを仮体積Ｖａ_ｃとし、半径Ｒａを仮半径Ｒａ_ｃとすることで算出される。
【００９２】
次に、画像処理部８は、液滴２の体積Ｖ０の仮値としての仮体積Ｖ０_ｃを算出する（ステップＴ５）。仮体積Ｖ０_ｃは、次式で表わされる。
Ｖ０_ｃ＝Ｖａ_ｃ＋Ｖｂ…（２１）
【００９３】
次に、画像処理部８は、撮影画像から測定された液滴２の実際の体積Ｖ０と、ステップＴ５で算出された仮体積Ｖ０_ｃとの差ΔＶ０を算出する（ステップＴ６）。差ΔＶ０は、次式で表わされる。
ΔＶ０＝Ｖ０−Ｖ０_ｃ…（２２）
【００９４】
次に、画像処理部８は、ΔＶ０がゼロまたは実質的にゼロであるか否かを判定する（ステップＴ７）。すなわち、画像処理部８は、仮半径Ｒａ_ｃを基に算出した仮体積Ｖ０_ｃが、液滴２の実際の体積Ｖ０と実質的に等しいか否かを判定する。すなわち、画像処理部８は、仮半径Ｒａ_ｃが実際の半径Ｒａと実質的に等しいか否かを判定する。
【００９５】
画像処理部８は、たとえば、−０．００００００１＜差ΔＶ０＜０．００００００１である場合に、差ΔＶ０がゼロまたは実質的にゼロであると判定する。一方、画像処理部８は、差ΔＶ０が上記の範囲外であれば、差ΔＶ０は、ゼロでなく、且つ実質的にゼロでもないと判定する。
【００９６】
差ΔＶ０がゼロまたは実質的にゼロである場合（ステップＴ７でＹＥＳ）、画像処理部８は、仮半径Ｒａ_ｃを半径Ｒａとして設定する（ステップＴ８）。これにより、曲率半径Ｒａが算出される。
【００９７】
一方、差ΔＶ０がゼロでなく、且つ、実質的にゼロでもない場合（ステップＴ７でＮＯ）、画像処理部８は、カウンターｉの値を判定する（ステップＴ９）。カウンターｉの値が、所定の上限値ｉｍａｘ（たとえば、ｉｍａｘ＝５０）に達していないとき（ステップＴ９でＮＯ）、画像処理部８は、設定値Ｒａ_ｍａｘまたは設定値Ｒａ_ｍｉｎを補正する（ステップＴ１０，Ｔ１１，Ｔ１２）。
【００９８】
具体的には、差ΔＶ０が負の値である場合（ステップＴ１０で負）、すなわち、仮体積Ｖ０_ｃが実際の体積Ｖ０よりも大きい場合、画像処理部８は、Ｒａ_ｍａｘの値を、直前のステップＴ３で算出された仮半径Ｒａ_ｃの値に設定する（ステップＴ１１）。すなわち、画像処理部８は、次のステップＴ５で算出される仮体積Ｖ０_ｃをより小さな値にするための処理を行う。
【００９９】
一方、差ΔＶが正の値である場合（ステップＴ１０で正）、すなわち、仮体積Ｖ０_ｃが実際の体積Ｖ０よりも小さい場合、画像処理部８は、Ｒａ_ｍｉｎの値を、直前のステップＴ３で算出された仮半径Ｒａ_ｃの値に設定する（ステップＴ１２）。すなわち、画像処理部８は、次のステップＴ５で算出される仮体積Ｖ０_ｃをより大きな値にするための処理を行う。
【０１００】
画像処理部８は、ステップＴ１１でＲａ_ｍａｘの値を補正するか、または、ステップＴ１２でＲａ_ｍｉｎの値を補正した後、ステップＴ２〜ステップＴ７の処理を再度繰り返す。
【０１０１】
そして、再度のステップＴ７の処理において、差ΔＶ０がゼロまたは実質的にゼロである場合（ステップＴ７でＹＥＳ）、画像処理部８は、仮半径Ｒａ_ｃを半径Ｒａとして設定する（ステップＴ８）。
【０１０２】
一方、再度のステップＴ７の処理においても、差ΔＶ０がゼロでなく、且つ、実質的にゼロでもない場合（ステップＴ７でＮＯ）、画像処理部８は、カウンターｉの値を判定する（ステップＴ９）。この場合、画像処理部８は、ΔＶ０の値がゼロまたは実質的にゼロになるか、または、カウンターｉの値が、所定の上限値ｉｍａｘに達するまで、ステップステップＴ２〜Ｔ７の処理と、ステップＴ９〜Ｔ１０の処理と、ステップＴ１１またはステップＴ１２の処理と、を繰り返す。
【０１０３】
一方、ステップＴ９において、画像処理部８は、カウンターｉの値がｉｍａｘに達したと判定した場合（ステップＴ９でＹＥＳ）、エラーフラグを設定する（ステップＴ１３）。すなわち、画像処理部８は、仮半径Ｒａ_ｃの計算が収束しなかったと判定する。
【０１０４】
図１および図２を参照して、上記の構成によって算出された接触角γの値は、検査部４に出力される。
【０１０５】
検査部４は、たとえば、ＣＰＵ、ＲＡＭ、および、ＲＯＭなどを有している。検査部４は、接触角測定装置３で測定された接触角γを用いて、試料曲面１０４における濡れ性を検査する。具体的には、検査部４は、接触角γが所定のしきい値以下である場合、接触角γが十分に小さく、試料曲面１０４の濡れ性は合格レベルであると判定する。
【０１０６】
一方、検査部４は、接触角γが上記しきい値を超えている場合、接触角γが大きく、試料曲面１０４の濡れ性は不合格レベルにあると判定する。検査部４は、図示しない表示部に、検査結果を表示する。
【０１０７】
［プログラム］
本実施形態の生体補綴部材検査装置１に係るプログラムは、コンピュータに、生体補綴部材検査装置１の処理を実行させるプログラムであればよい。このプログラムをコンピュータにインストールし、実行することによって、本実施形態における生体補綴部材検査装置１と、接触角測定装置３と、接触角測定方法と、を実現することができる。この場合、コンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit）は、画像処理部８、および、検査部４として機能し、処理を行う。なお、生体補綴部材検査装置１は、本実施形態のように、ソフトウェアとハードウェアとの協働によって実現されてもよいし、ハードウェアによって実現されてもよい。
【０１０８】
以上説明したように、本実施形態に係る生体補綴部材検査装置１によると、画像処理部８は、見かけの接触角αを、試料曲面１０４の傾斜角βによって補正する。すなわち、画像処理部８は、試料曲面１０４の形状を考慮した真の接触角γを算出する。これにより、生体補綴部材検査装置１は、試料曲面１０４における接触角γをより正確に測定することができる。
【０１０９】
また、生体補綴部材検査装置１によると、見かけの接触角αは、外周縁部２ａを含む平面Ｐ０と、液滴２に関する平面Ｌ２とがなす角度である。このような構成によると、液滴２の外周縁部２ａを基準とする角度が、見かけの接触角αとして設定される。
【０１１０】
また、生体補綴部材検査装置１によると、傾斜角βは、外周縁部２ａを含む平面Ｐ０と、試料曲面１０４に関する接線Ｌ１とがなす角度である。このような構成によると、液滴２の外周縁部２ａを基準とする角度が、傾斜角βとして設定される。
【０１１１】
また、生体補綴部材検査装置１によると、画像処理部８は、外周縁部２ａの曲率半径Ｃ、液滴２の体積Ｖ０、および、試料曲面１０４の曲率半径Ｒｂを用いて、液滴２の外表面２ｂの曲率半径Ｒａを算出する（ステップＳ７）。そして、画像処理部８は、曲率半径Ｒａ、および、曲率半径Ｃを用いて見かけの接触角αを算出する（ステップＳ９）。この構成によると、平坦ではない試料曲面１０４の窪み部１０３に供給された液滴２に関して、液滴２の外表面２ｂの曲率半径Ｒａは、撮影画像から直接測定することが比較的困難である。これに対して、液滴２の外周縁部２ａの曲率半径Ｃは、撮影部７で得られた撮影画像（平面画像）から比較的容易に測定される。また、液滴２の体積Ｖ０は、ノズル９から出された液滴２を撮影画像から測定することで、比較的容易に測定される。また、試料曲面１０４の曲率半径Ｒｂは、試料１００の設計データなどから、比較的容易に得られる。よって、比較的容易に得られるデータとしての外周縁部２ａの曲率半径Ｃ、液滴２の体積Ｖ０、および、試料曲面１０４の曲率半径Ｒｂを用いて、画像処理部８が液滴２の外表面２ｂの曲率半径Ｒａを容易に算出することができる。そして、画像処理部８は、外表面２ｂの曲率半径Ｒａ、および、外周縁部２ａの曲率半径Ｃを三角関数に適用することで、見かけの接触角αを算出することができる。
【０１１２】
また、生体補綴部材検査装置１によると、式（１２）、（１３）、（１４）を用いて外表面２ｂの曲率半径Ｒａが算出される。この構成によると、第１領域１１の体積Ｖａを、球Ｓａの一部の体積を算出する式（１２）を用いて算出することができる。また、第２領域１２の体積Ｖｂを、球Ｓｂの一部の体積を算出する式（１３）を用いて算出することができる。そして、液滴２の体積Ｖ０と、第１領域１１の体積Ｖａと、第２領域１２の体積Ｖｂとの関係式（１４）とから、曲率半径Ｒａを算出することができる。
【０１１３】
また、生体補綴部材検査装置１によると、画像処理部８は、外周縁部２ａの曲率半径Ｃ、および、試料曲面１０４の曲率半径Ｒｂを用いて傾斜角βを算出する（ステップＳ１０）。この構成によると、液滴２の外周縁部２ａの曲率半径Ｃは、撮影部７で得られた撮影画像から比較的容易に測定される。また、試料曲面１０４の曲率半径Ｒｂは、試料１００の設計データなどから、比較的容易に得られる。よって、画像処理部８は、傾斜角βを、容易に算出することができる。
【０１１４】
また、生体補綴部材検査装置１によると、外周縁部２ａの曲率半径Ｃは、撮影部７で得られた撮影画像を用いて算出される。この構成によると、外周縁部２ａは、液滴２の外部から容易に視認できる。よって、撮影画像を基に、外周縁部２ａの曲率半径Ｃを容易に算出することができる。
【０１１５】
また、生体補綴部材検査装置１によると、試料曲面１０４は、所定の曲率半径Ｒｂを有する凹状の曲面であり、画像処理部８は、見かけの接触角αに傾斜角βを加算した値を接触角γとして算出する（ステップＳ１１）。この構成によると、画像処理部８は、凹状の試料曲面１０４における真の接触角γを、算出することができる。また、凹状の試料曲面１０４内の液滴２は、試料１００に囲まれており、接触角γを試料１００の側方から視覚的に測定することが困難である。しかしながら、このような場合でも、画像処理部８は、試料曲面１０４の真の接触角γを、正確に算出することができる。
【０１１６】
また、生体補綴部材検査装置１によると、液滴２の体積Ｖ０は、０．５μリットル〜３．０μリットルに設定されている。このように、液滴２の体積Ｖ０を０．５μリットル以上に設定することで、ノズル９から液滴２を滴下したときの、ノズル９に残る液の量を小さくできる。これにより、ノズル９から供給された液滴２の体積のうち、このノズル９に残った液の体積の割合を十分に小さくできる。よって、試料曲面１０４の液滴２に対するノズル９に残った液の影響を十分に小さくでき、液滴２を用いた接触角γの算出を、より正確に行える。また、液滴２の体積Ｖ０を３．０μリットル以下に設定することで、試料曲面１０４に落下した液滴２の体積Ｖ０が大きくなり過ぎずに済む。このため、試料曲面１０４上における液滴２が受ける重力の影響を小さくできる。その結果、液滴２の外表面２ｂを実質的に真球の一部として扱うことができ、液滴２を用いた接触角γの算出を、より正確に行える。
【０１１７】
［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したけれども、本発明は上述の実施の形態に限られず、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能である。たとえば、次のように変更して実施してもよい。
【０１１８】
（１）上述の実施形態では、画像処理部８は、液滴２の外表面２ｂの曲率半径Ｒａと、外周縁部２ａの曲率半径Ｃとを用いて見かけの接触角αを算出し、試料曲面１０４の曲率半径Ｒｂと、曲率半径Ｃとを用いて傾斜角βを算出した。しかしながら、この通りでなくてもよい。画像処理部８は、たとえば、θ／２法を用いて見かけの接触角αと、傾斜角βを算出してもよい。
【０１１９】
具体的には、図２を参照して、外周縁部２ａの任意の一点における外周縁部２ａの接線を中心として、平面Ｐ０を回転させて頂点２ｃを通るように配置された平面Ｌ３と、平面Ｐ０とがなす角度α’は、見かけの接触角αの１／２の大きさ、すなわち、α’＝α／２である。よって、この角度α’を２倍することで、見かけの接触角αを算出できる。
【０１２０】
また、外周縁部２ａの任意の一点における外周縁部２ａの接線を中心として、平面Ｐ０を回転させて液滴２の底面の中心２ｄを通るように配置された平面Ｌ４と、平面Ｐ０とがなす角度β’は、傾斜角βの１／２の大きさ、すなわち、β’＝β／２である。よって、この角度β’を２倍することで、傾斜角βを算出できる。
【０１２１】
（２）また、上述の実施形態では、試料曲面１０４が凹状の曲面である形態を例に説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。たとえば、図７に示すように、凸状の試料曲面１０４Ａについて、接触角γが算出されてもよい。
【０１２２】
なお、以下では、主に、上述の実施形態の構成と異なる点について説明し、上述の実施形態と同様の構成には、図に同一の符号を付して説明を省略する。
【０１２３】
この場合、試料１００Ａは、たとえば、人工股関節における、骨頭ボールである。試料１００Ａは、患者の大腿骨の遠位部に埋設されたステム（図示せず）の先端に固定される球状の部材である。試料１００Ａは、上述の試料１００（ライナー）の試料曲面１０４とすべり接触するように構成されている。試料１００Ａの試料曲面１０４Ａは、試料曲面１０４と同様のコーティング層によって構成されている。
【０１２４】
試料曲面１０４Ａは、所定の曲率半径Ｒｂを有する球状に形成されている。この変形例では、試料曲面１０４Ａは、所定の曲率半径Ｒｂを有する凸状の曲面である。また、液滴２の外表面２ｂは、所定の曲率半径Ｒａを有している。また、外周縁部２ａの曲率半径は、曲率半径Ｃである。
【０１２５】
接触角γは、試料曲面１０４Ａに関する平面Ｌ１Ａと、液滴２に関する平面Ｌ２とがなす角度をいう。平面Ｌ１Ａは、外周縁部２ａの任意の一点における試料曲面１０４Ａの接線を含み且つ試料曲面１０４Ａと接する平面である。平面Ｌ１Ａは、外周縁部２ａの任意の一点における試料曲面１０４Ａの接線を複数含んでいる。また、平面Ｌ２は、外周縁部２ａの任意の一点における液滴２の外表面２ｂの接線を含み且つ外表面２ｂと接する平面である。平面Ｌ２は、外周縁部２ａの任意の一点における外表面２ｂの接線を複数含んでいる。
【０１２６】
画像処理部８は、液滴２、および、試料曲面１０４Ａを撮影して得られた画像データなどを基に、接触角γを算出する。
【０１２７】
次に、画像処理部８において試料曲面１０４Ａについての接触角γを算出するための原理（計算式）などを説明する。
【０１２８】
接触角γの算出に際しては、まず、液滴２および試料１００Ａに関する体積Ｖａ，Ｖｂが算出される。体積Ｖａは、外周縁部２ａを含む平面Ｐ０（本実施形態では、水平面）と、液滴２の外表面２ｂ（液滴２のうち試料曲面１０４上に露呈している部分の面）とで囲まれた領域としての第１領域１１の体積である。体積Ｖｂは、平面Ｐ０と、試料曲面１０４Ａとで囲まれた領域としての第２領域１２の体積である。
【０１２９】
この場合の第１領域１１の体積Ｖａを算出する式、および、第２領域１２の体積Ｖｂを算出する式は、それぞれ、前述の式（１２）および式（１３）と同じである。この場合、第１領域１１の体積Ｖａから第２領域１２の体積Ｖｂを減じた値が、液滴２の体積Ｖ０であり、式で表わすと、Ｖ０＝Ｖａ−Ｖｂ…（２３）となる。式（２３）は、本発明の「式（ｃ）」の一例である。
【０１３０】
ここで、画像処理部８は、外周縁部２ａの曲率半径Ｃを、撮影部７で得られた撮影画像（平面画像）から計測することができる。また、画像処理部８は、試料曲面１０４Ａの曲率半径Ｒｂを、試料１００Ａの設計データなどから得ることができる。また、画像処理部８は、液滴２の体積Ｖ０を、ノズル９から落下する直前の液滴２を撮影した画像のデータから測定することができる。すなわち、画像処理部８は、既知の値としての曲率半径Ｃ、曲率半径Ｒｂ、および、液滴２の体積Ｖ０を用いて、式（１２）、（１３）、（２３）から、第１領域１１の曲率半径Ｒａを算出することができる。
【０１３１】
そして、液滴２に関する平面Ｌ２と、外周縁部２ａを含む平面Ｐ０とがなす角度（頂点２ｃを向く側の角度）が、第１領域１１についての接触角であって、液滴２の見かけの接触角αとして規定される。
【０１３２】
また、側面視において、試料曲面１０４Ａに関する平面Ｌ１Ａと、平面Ｐ０とがなす角度が、第２領域１２についての接触角であって、試料曲面１０４Ａの傾斜角βとして規定される。
【０１３３】
見かけの接触角α、および、傾斜角βについては、前記式（１５）、（１６）の関係が成立する。
【０１３４】
すなわち、この変形例においても、見かけの接触角αについての上記式（１７）が成立し、且つ、傾斜角βについての上記式（１８）が成立する。そして、本実施形態では、図７から明らかなように、接触角γ＝α−β…（２４）が成立する。
【０１３５】
なお、接触角測定装置３における、試料１００Ａの接触角γの算出の流れについては、Ｖ０＝Ｖａ−Ｖｂ（Ｖ０_ｃ＝Ｖａ_ｃ−Ｖｂ）である点と、見かけの接触角αから傾斜角βを減算することで接触角γ（＝α−β）を算出する点以外は、図５および図６に示す流れ（ステップＳ１〜Ｓ１３、Ｔ１〜Ｔ１３）と同様である。よって、試料１００Ａに関する接触角γの算出の流れの詳細な説明は、省略する。
【０１３６】
以上説明したように、この変形例によると、試料曲面１０４Ａは、所定の曲率半径Ｒｂを有する凸状の曲面であり、画像処理部８は、見かけの接触角αから傾斜角βを減じた値を接触角γ（α−β）として算出する。この構成によると、凸状の試料曲面１０４Ａにおける真の接触角γを算出することができる。
【０１３７】
なお、試料曲面１０４Ａの接触角γの測定において、画像処理部８は、たとえば、θ／２法を用いて見かけの接触角αと、傾斜角βを算出してもよい。
【０１３８】
具体的には、図７を参照して、外周縁部２ａの任意の一点における外周縁部２ａの接線を中心として、平面Ｐ０を回転させて頂点２ｃを通るように配置された平面Ｌ３と、平面Ｐ０とがなす角度α’は、見かけの接触角αの１／２の大きさ、すなわち、α’＝α／２である。よって、この角度α’を２倍することで、見かけの接触角αを算出できる。
【０１３９】
また、外周縁部２ａの任意の一点における外周縁部２ａの接線を中心として、平面Ｐ０を回転させて液滴２の底面の中心２ｄを通るように配置された平面Ｌ４と、平面Ｐ０とがなす角度β’は、傾斜角βの１／２の大きさ、すなわち、β’＝β／２である。よって、この角度β’を２倍することで、傾斜角βを算出できる。
【０１４０】
（３）なお、上述の実施形態および変形例では、生体補綴部材として、人工股関節のライナーおよび骨頭ボールのそれぞれの接触角測定について説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。生体補綴部材として、人工膝関節の大腿骨インプラントおよび脛骨インプラントが検査されてもよい。また、生体補綴部材以外の部材について、本発明の接触角測定装置を用いて接触角が検査されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
本発明は、接触角測定方法、接触角測定装置、生体補綴部材検査装置、および、プログラムとして、広く適用することができる。
【符号の説明】
【０１４２】
１                生体補綴部材検査装置
２                液滴
２ａ              外周縁部
２ｂ              液滴の外表面
３                接触角測定装置
４                検査部
８                画像処理部（見かけの接触角算出部、傾斜角算出部、接触角算出部）
１０４，１０４Ａ  試料曲面
Ｃ                外周縁部の曲率半径
Ｌ１，Ｌ１Ａ      試料曲面と接する平面
Ｌ２              液滴の外表面と接する平面
Ｐ０              外周縁部を含む平面
Ｒａ              液滴の外表面の曲率半径
Ｒｂ              試料曲面の曲率半径
Ｖ０              液滴の体積
Ｖａ              外周縁部を含む平面と液滴の外表面とで囲まれた第１領域の体積
Ｖｂ              外周縁部を含む平面と試料曲面とで囲まれた第２領域の体積
α                見かけの接触角
β                傾斜角
γ                接触角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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