JP2001091476A

JP2001091476A - 配向測定装置

Info

Publication number: JP2001091476A
Application number: JP26566399A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Nagata; 紳一永田; Seiichi Miyamoto; 誠一宮本
Original assignee: Oji Paper Co Ltd
Current assignee: New Oji Paper Co Ltd
Priority date: 1999-09-20
Filing date: 1999-09-20
Publication date: 2001-04-06
Anticipated expiration: 2019-09-20
Also published as: JP3772603B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高精度にかつ安定して測定でき、測定対象も紙
に代表されるように比較的異方性の小さいものに対して
も高い感度を得られる配向測定装置を提供すること。【解決手段】試料の一面側のみに配置された１個の誘電
体共振器２０と、前記誘電体共振器をその試料測定面を
除いて実質的に覆い、前記誘電体共振器の試料測定面以
外の面と間隙を有するように配置される導電性材料から
なるシールド容器４０と、マイクロ波用励振装置と、そ
の誘電体共振器による透過エネルギー又は反射エネルギ
ーを検出する検出装置と、前記試料又は前記誘電体共振
器を前記平面に平行な面内で回転させる回転機構と、前
記回転機構による回転にともなう前記検出装置の検出出
力の変化から試料の誘電的異方性を求めるデータ処理装
置とを備えたことを特徴とする配向測定装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、紙、不織布、フィ
ルムをはじめとするシート状物質のみならず、プラスチ
ック、ゴム、セラミックなどの成型品のような立体的物
品も含めて、それらの配向性あるいは誘電的異方性をマ
イクロ波により測定する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】シート状物質の配向を測定する方法とし
ては、従来からＸ線回折、赤外二色性、力学的破断強
度、超音波伝搬速度、複屈折、偏光蛍光法、マイクロ波
法などが用いられてきている。これらの中で、試料が走
行中に測定できる、いわゆるオンライン測定装置として
実用化されている方法は、複屈折による方法のみであ
る。これは、屈折率の異方性つまりシート面内での複屈
折率あるいはレターデーション（複屈折率×厚さ）を求
める方法であり、特開平４−８９５５３号公報などに紹
介されている。しかし、この複屈折を用いる方法は、可
視光（偏光）を透過させて測定する必要があるため、透
明フィルムのようにある程度、光を透過する物質でない
と測定できないという問題があった。そこで、発明者ら
はマイクロ波誘電体共振器を用いて、試料の片側から検
出部を接触もしくは近接させることにより、配向を測定
する装置を考案した（特開平１０−３２５８１１号公報
参照）。この方法は、基本的に誘電体共振器が試料の片
側から接触あるいは近接したときの共振周波数の変化を
利用するものであり、ＰＥＴフィルムなどのシート状物
質をオンラインで測定する事が可能な方法である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ＰＥＴフィルムなどの
延伸された高分子フィルムに比べて、比較的誘電的異方
性が小さいもの、例えば、紙、不織布などに適用するた
めには、実用上わずかな共振周波数の変化をより正確に
捉える必要があることがわかってきた。本発明は以上の
ような課題を解決し、従来の方法よりさらに高精度にか
つ安定して測定でき、測定対象も紙に代表されるように
比較的異方性の小さいものに対しても高い感度を得られ
る配向測定装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る配向測定装
置は、試料に接近又は接触する測定平面を備え、試料の
一面側のみに配置された１個の誘電体共振器と、前記誘
電体共振器をその試料測定面を除いて実質的に覆い、前
記誘電体共振器の試料測定面以外の面と間隙を有するよ
うに配置される導電性材料からなるシールド容器と、試
料が存在するときの前記誘電体共振器の共振周波数近傍
の周波数で、かつ前記平面に平行な試料内平面において
一方向成分をもつ電界ベクトルをその誘電体共振器に発
生させるマイクロ波用励振装置と、その誘電体共振器に
よる透過エネルギー又は反射エネルギーを検出する検出
装置と、前記試料又は前記誘電体共振器を前記平面に平
行な面内で回転させる回転機構と、前記回転機構による
回転にともなう前記検出装置の検出出力の変化から試料
の誘電的異方性を求めるデータ処理装置と、を備えたこ
とを特徴とする。また、更に誘電体共振器が角柱状また
は円柱状であって、その柱の片側の底面を試料測定面と
し、その面に対向する底面とシールド容器の間にスぺー
サを設けることが感度向上の上で好ましい。また、誘電
体共振器が角柱状または円柱状であって、その柱の片側
の底面を試料測定面とし、その柱の側面とシールド容器
の間にスぺーサを設けることが感度向上の上で好まし
い。また、スぺーサが該スぺーサの支持する柱の面の略
中央部を一点支持することが感度向上の上で好ましい。
また誘電体共振器の試料測定面以外の面と前記シールド
容器との間隙の少なくとも一部を、試料測定面の外縁部
分を全て含むように誘電率および誘電損率の小さい物質
によって塞ぐように構成することにより、ごみ等が測定
部に入ることを防ぎ、感度向上の上でも好ましい。また
励振装置と前記検出装置の端子は、前記誘電体共振器の
試料に接近又は接触する平面に垂直な方向に配置された
棒状のロッドアンテナにすることが感度向上の上で好ま
しい。また複数の誘電体共振器をその発生する電界ベク
トル方向を変えて配置することにより上記のような回転
機構を使用せずに誘電的異方性を求めることもできる。

【０００５】

【発明の実施の形態】図１（Ａ）に一実施形態を概略的
に示す。誘電体共振器２０に対し、適当なマイクロ波用
ロッドアンテナ２２ａ，２２ｂを誘電体共振器２０に対
して適当な位置に適当な方向で配置することにより、誘
電体共振器２０を共振させ、かつ誘電体共振器２０から
外部にしみだした電界ベクトルが存在するような共振モ
ードを作ることができる。尚、本図ではシールド容器を
簡単のために図示を省略している。その共振モードとし
ては、誘電体共振器２０が角柱状（方形）の場合にはＴ
ＭモードやＴＥモード、円柱形の場合にはＨＥＭモード
などがある。電界ベクトル２４の強度は誘電体共振器２
０から離れるにつれてほぼ指数関数的に減少していく
が、誘電体共振器２０から僅かな距離を離して、又は誘
電体共振器２０に接触させて試料２５を置くことによ
り、電磁的結合により試料の誘電率に応じて共振周波数
がシフトする。

【０００６】発振器２６から出たマイクロ波はロッドア
ンテナ２２ａにより誘電体共振器２０と電磁的に結合
し、誘電体共振器２０は共振状態となることができる。
誘電体共振器２０の電界ベクトルは試料２５の面にほぼ
平行な形で現われ、試料２５のもつ双極子モーメントと
の相互作用が起こる。ここで、試料２５又は誘電体共振
器２０を試料２５と誘電体共振器２０との平行面内で回
転させながら、検出器２８に現われるマイクロ波強度を
その回転角度に対応して検出することにより、その強度
の角度依存性から配向状態を求めることができる。コン
トローラ３０は発振器２６から発生するマイクロ波の周
波数を制御し、検出器２８によるマイクロ波強度を取り
込む。３２はその検出されたマイクロ波強度の角度依存
性から配向状態を求めるデータ処理装置としてのコンピ
ュータである。

【０００７】次に配向測定の原理を説明する。誘電体共
振器２０において、透過マイクロ波強度と周波数との間
には図２（Ａ）に示されるような関係がある。この共振
カーブをＱカーブと呼ぶ。Ｑカーブは、試料２５が置か
れることによって、以下の関係により変化する。

【０００８】

【数１】

【０００９】その変化を示したのが図２（Ｂ）である。
試料２５が誘電体共振器２０と対向する平面内に異方性
をもつ場合、試料２５又は誘電体共振器２０をその平面
に平行な面内で回転させると、例えば図３（Ａ）のよう
に、誘電体共振器２０に対する試料２５の相対的な回転
角度位置（Ｓ）ごとにＱカーブのピーク周波数（共振周
波数）が変化する。この回転の中で、例えば最も高周波
側にシフトしたＱカーブにおいて、そのピーク周波数で
の透過マイクロ波検出強度をＩとし、高周波側での検出
強度がＩ／２となる周波数をｆ1とする。周波数ｆ1での
各回転角度の透過マイクロ波検出強度は、図３（Ｂ）の
断面として示されるものである。それを回転角度Ｓを横
軸にして書き直すと、図４（Ａ）に示されるようにな
る。さらにそれを極座標系に書き直すと、図４（Ｂ）の
ように楕円となり、この結果から配向角度（φ：基準方
向と誘電率最大の方向とのなす角度）及び配向度（ａ／
ｂ）を求めることができる。ａはその楕円の長軸長さ、
ｂは単軸長さである。ここで、長軸ａと短軸ｂの差は異
方性の程度を表す。

【００１０】上記のような、誘電体共振器の感度をより
向上させるためには、まず共振の鋭さ（Ｑ値）をさらに
大きくして、共振曲線をシャープにすることが有効であ
ると考えた。そこで本発明者等は誘電体共振器の形状、
シールド容器の形状、それらの関係等について種々の試
行を重ねた。その結果、誘電体共振器の形状について
は、角柱状（方形状）が円柱状（円筒形状）より好まし
いことが分かった。円柱状（円筒形状）誘電体共振器で
は、円柱の底面を試料測定平面とした場合、その共振モ
ードがＨＥＭ１１δモードの場合、試料が存在する平面
における電界ベクトル群がほぼ同一方向を向いているた
め配向測定に向いているが、ＨＥＭ２１δモードやＴＥ
０１δモードでは、電界ベクトルが四方に向いたり、円
を描くように分布するため、配向測定には好ましくな
い。

【００１１】一方、角柱状（方形状）誘電体共振器で
は、角柱の底面を試料測定平面とした場合、その形状か
ら電界ベクトルが平行になり、たとえばＴＭ１０１やＴ
Ｍ２０１モードなど、ほとんどのＴＭモードが異方性測
定に好ましい。また、角柱状の方は電界ベクトルが完全
に平行になるのに比べて、円形の方はたとえＨＥＭ１１
δモードであっても完全には平行にならず、端部分は円
に沿って曲線になるため、異方性検出の感度は角柱状
（方形）に比べて低いと思われる。これらの各モードに
おける電界が誘電体共振器の外部にもエバネセント波と
してしみ出しており、このしみ出した電界ベクトルの方
向とロッドアンテナの方向を合致させることにより、電
磁的に結合されるため、共振エネルギーを供給したり、
反対側に同様のアンテナを置けば、そこから共振エネル
ギーを取り出すことができる。

【００１２】また、試料測定面以外の面とシールド容器
との距離を適度に離すことが有効であることを見出し
た。また、その最適値を見いだした。この値は具体的に
は、誘電体共振器の底面（測定面と対向する面）とシー
ルド容器の間は0.2から0.8ｍｍ好ましくは0.3から0.6ｍ
ｍが好適であった。また、誘電体共振器の側面とシール
ド容器の間はロッドアンテナのない側面では2から5ｍｍ
好ましくは1から3ｍｍが好適であった。また、ロッドア
ンテナのある側面であってもほぼ同様であった。ただ
し、こちらのロッドアンテナのある側面の間隔の方が先
の間隔より、より狭い方がより好適であった。なお以上
の数値は使用周波数や誘電体共振器の寸法にも依存して
おり、現在の寸法である底面（30mm*20mm）、高さ（20m
m）程度では先ほどの値程度が好ましいと考えられる。
この寸法がより小さくなった場合や使用周波数が現在使
用しているギガヘルツ程度より上がれば間隔をより短距
離にすることが好ましいと考えられる。いずれにしても
誘電体共振器とシールド容器が接触しないことが好まし
い。

【００１３】また、測定面に対向する誘電体共振器の底
面（測定面と対向する面）とシールド容器とが接触する
面の間に、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）や
石英等の誘電損失率の小さい物質をスペーサとして挿入
することで、Ｑ値が大幅に向上し、正確な共振周波数の
測定が可能となることがわかった。スペーサはできるだ
け小さい、できれば無い状態で間隔を保てれば良いが、
実用的には数ｍｍ角の平板または直径数ｍｍの円盤等を
使用した。

【００１４】さらに、ロッドアンテナの長さや太さつい
ても最適にすることでＱ値が向上することもわかった。
また、紙、不織布などの製造ラインで実際に使用する場
合には、紙粉やゴミなどの微細な異物が誘電体共振器と
シールド容器との間隙部に入りこれらが堆積し、これに
よって測定値が少しずつずれることもわかってきた。こ
のため、紙粉などの異物が混入しないようにすることが
必要であることが分かった。この紙粉や更には液体など
の混入防止については、誘電体共振器とシールド容器と
の間隙の一部または全部を誘電率が小さくかつ誘電損失
率が小さい物質（例えばポリテトラフルオロエチレン
（テフロン（登録商標）））で埋めることにより、Ｑ値
をほとんど落とすことなく、異物混入を防ぐことができ
ることがわかった。とくに好ましくは、前記誘電体共振
器の試料測定面以外の面と前記シールド容器との間隙
を、少なくとも試料測定面の外縁部分を含むように埋め
ることが良かった。またこのように間隙を埋めた場合、
先に説明したような測定面に対向する誘電体共振器の底
面（測定面と対向する面）とシールド容器とが接触する
面の間にスペーサとして挿入した誘電損失率の小さい物
質を挿入せずにすみ、一層の高いＱ値を確保できる。あ
るいは、同様に誘電率が小さくかつ誘電損失率が小さい
物質（例えばポリテトラフルオロエチレン（テフロ
ン））の薄いシートで検出部全体を覆うことによっても
同様の目的が達成できることもわかった。

【００１５】また、以上のような測定を試料と検出部の
相対位置を回転させて行う代わりに複数個の測定部をそ
れぞれの電界ベクトルの方向が異なるように配置して迅
速に測定することができる。以上に説明したような複数
個の測定部を用いて試料の誘電的異方性、つまり分子配
向あるいは繊維配向を測定する１つの方法としては、図
５に示したように例えば３０度毎に６個の誘電体共振器
の発生する電界ベクトル方向を変えて配備し、各誘電体
共振器での周波数シフト量（ブランク時の共振周波数−
試料が有る時の共振周波数）を求める。図５は６個の誘
電体共振器を発生する電界ベクトル方向を変えて配置し
た状態を示す平面図である。このように配置した６個の
誘電体共振器から得られる周波数シフト量を極座標上に
プロットし、この６ポイントで楕円近似すれば、配向パ
ターンと呼ぶ楕円が図６に示されるように計算により得
られる。図６は６個の誘電体共振器から得られた配向パ
ターンの一例を示す図である。図６中の楕円上の点が図
５のそれぞれの誘電体共振器から得られたデータを示
す。

【００１６】また、複数個の検出部の個体差（同一試料
を接触させても同一の共振周波数シフトをしないで、わ
ずかに差異が生ずること）をできるだけ小さくする必要
があり、そのために測定部が試料と接触または近接する
面をできるだけフラットにすることが好ましい。この場
合複数個の測定部の面をフラットにする方法として、一
枚のフラットな金属塊から誘電体共振器を埋める部分の
みを削り出して、その中に誘電体共振器を埋め込む方法
を考案した。これによって、非測定物であるシート状物
質のたわみによる悪影響を無くすことができた。その一
例を図７に示した。図７は６個の誘電体共振器を一つの
金属ケースに３０度毎に方向を変えて配置した一例を示
すものである。この図のように配置することにより、非
常に小さな面積の中に３０度毎に６個の誘電体共振器を
方向を変えて配置することが可能になった。

【００１７】以上の説明の中で、繊維配向を測定する場
合、何故誘電率の異方性を測るのが妥当なのかの説明を
省いたが、平均的かつマクロ的に見た場合の繊維の配向
角度（繊維が並んでいる方向）と、シート面内における
巨視的な誘電率の最大方向とが一致することは周知の事
実であるので、ここでの説明は省略する。

【００１８】このような複数の測定部を使用した場合、
信号処理的には、図８のようにマイクロ波掃引発振器か
ら出た信号を６個の誘電体共振器に分配し、透過強度を
検波ダイオードで電圧に変換する。これを増幅、Ａ／Ｄ
変換し、ピーク検出回路によってピーク位置が検出され
る。周波数の掃引は一定の周期で繰り返され、かつ掃引
中のみハイレベルとなる同期信号が同時にマイクロ波掃
引発振器から出ているため、この同期信号がハイレベル
になる瞬間から透過強度が最大値をとるまでの時間を測
定すれば、共振周波数が求められる。図８は６個の誘電
体共振器からの信号を処理する回路のブロック図であ
る。例えば、２５０ＭＨｚを１０ｍｓｅｃで掃引する場
合のタイムチャートを図９に示す。図９は図８に示した
ブロック図における信号の処理を示すタイムチャートで
ある。

【００１９】

【実施例】誘電体共振器のＱ値（共振の鋭さ）を向上さ
せるために、図１０に示すように誘電体共振器２０の底
面とシールド容器４０の間にスペーサ４１を介在させ
た。図１０（ａ）は誘電体共振器をシールド容器に入れ
た状態を示す平面図であり、図１０（ｂ）は同図の横断
面図である。スペーサ４１の厚さとＱ値との関係は、４
ＧＨｚでＴＭ２０１モードの共振をさせた場合、図１１
のように変化した。図１１はスペーサの厚さとＱ値の関
係を示す図であり、（Ａ）はスぺーサ４１が金属シート
の場合、（Ｂ）はスぺーサ４１がＰＥＴ（ポリエチレン
テレフタレート）フィルムの場合である。この結果から
スペーサ４１の厚みは０．５ｍｍ前後がＱ値向上には最
適な厚さであることがわかった。

【００２０】図１２及び図１３に、スペーサの有無によ
るＱ値の違いを測定した結果を示す。横軸は周波数、縦
軸はマイクロ波透過強度を示す。図１２はスぺーサを使
用せずに誘電体共振器２０の底面をシールド容器に直接
接触させた場合である。図１３はスペーサ４１を介在さ
せた場合である。それぞれの図において下側に示したス
ペクトル（Ｂ）はそれぞれのスペクトル（Ａ）における
同じ周波数位置のピークを、横軸を１００倍に拡大して
示したものである。図１２と１３を比較すると、スペー
サ４１を付けることでＱ値が３６０から１０５０に上昇
している。これによって、ピーク検出つまり共振周波数
の測定精度が大幅に向上した。

【００２１】スペーサに用いる材料としては、金属、高
分子フィルムなどがあるが、誘電的ロスの少ない石英板
などが好ましい。また、スペーサ４０は誘電体共振器２
０の底面の複数個所、例えば誘電体共振器２０が角柱状
（方形）である場合にはその底面の４隅に小さく分けて
配置することもできるが、そのように複数個所に配置す
るよりも、図１０に示したように中央部に１枚置く方が
Ｑ値が高くなることもわかった。結局スペーサはできる
だけ小さい方が好ましい。発明者等は試行の結果、数ｍ
ｍ角の平板状または数ｍｍの直径の円盤状のスペーサを
使用した。

【００２２】ロッドアンテナ２２ａ、２２ｂは、図１０
に示したように誘電体共振器２０とシールド容器４０の
金属壁のほぼ中央に配置させるのが好ましく、長さは長
くすると受信マイクロ波強度は大きくなるがＱ値は下が
る傾向があり、誘電体共振器２０の高さの１／２から２
／３程度にするのが好ましい。また太さは、細いほどＱ
値が高いが、強度との関係から直径０．１から０．５ｍ
ｍ程度が好ましい。

【００２３】誘電体共振器２０を図１０に示したように
配置して、誘電体共振器とシールド容器とのギャップを
上述したように適当に開けることで、例えば図１４に示
すように、誘電体共振器２０表面で電界ベクトルがすべ
て長軸方向に平行になる共振モード（ＴＭ２０１）を作
ることができる。（Ａ）は平面図における誘電体共振器
２０表面での電界ベクトルを示したもの。（Ｂ）はスペ
ーサ４１を通るように垂直方向に切断した位置における
誘電体共振器２０の内部の電界ベクトルを示したもので
ある。図１４ではロッドアンテナの図示を略している
が、図１０と同様に配置されている。このような共振モ
ードが、試料の誘電率の異方性を測定する上で最適なモ
ードの一つである。

【００２４】誘電体共振器２０とシールド容器４０との
ギャップを図１５のように、ポリテトラフルオロエチレ
ンのような低誘電率、低誘電損失率の物質４２で埋める
ことで、Ｑ値をほとんど落とすことなく異物混入を防ぐ
ことができる。図１５で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は垂
直断面図である。

【００２５】また、図１６に示したように、シールド容
器の高さを低くし、代わりに上述のような低誘電率、低
誘電損失率の物質４３を取り付けることによりＱ値をほ
とんど落とすことなく、かつ共振モードを変えることな
く異物混入を防ぐことができる。図１６で、（Ａ）は平
面図、（Ｂ）は垂直断面図である。

【００２６】また、図１７に示すように、誘電体共振器
２０はその上面がシールド容器４０の開口縁及び誘電体
共振器２０とシルールド容器４０とのギャップを含むセ
ンサ全体を、ポリテトラフルオロエチレンのシート４４
で覆うことによっても異物混入を防ぐことができる。図
１７で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は垂直断面図である。

【００２７】図１８（Ａ）は厚さ５０μｍのポリテトラ
フルオロエチレンシートを被せた場合（左側）と、被せ
なかった場合（右側）のマイクロ波透過強度スペクトル
の同じピークを示したものである。誘電率の変化により
共振周波数のシフトは見られるが、ピークの形状はほと
んど変化していないのでＱ値も下がっていない。図１８
（Ｂ）はセンサ全体をポリテトラフルオロエチレンのシ
ート４４で覆った状態で、ポリテトラフルオロエチレン
のシート４４上に試料としてのＰＥＴフィルムを載せて
共振周波数のシフトを測定した結果を示したものであ
る。右側のピークは試料を載せていない場合、左側のピ
ークは試料を載せた場合であり、このように誘電体共振
器２０とシールド容器４０とのギャップに異物が混入す
るのを防ぎながら、試料の誘電率の異方性を測定するこ
とができる。以上の図１５、１６、１７に示したような
測定系では測定面を上向きにした例を説明したが、測定
面が鉛直方向や斜め方向になるように使用しても良い。
以上の図１５、１６、１７に示したような測定系では４
２、４３、４４の部材によって挟むことや、接着剤を使
用することにより誘電体共振器２０を機械的に保持させ
ればスペーサ４１を使用せずに済み、よりＱ値を向上さ
せることもできる。

【００２８】また図１０に示したような測定系において
底面のスペーサの代わりにスペーサを円柱または角柱状
誘電体共振器の側面を両側から挟んで支持するように配
置することもできる。この場合スペーサによって誘電体
共振器を支える必要があるので接着剤を使用したり、ス
ペーサに弾性力を持たせて支えたりすることが必要にな
る。またこのような場合の特殊な場合として測定面を略
鉛直方向にするとスペーサは下方から支えるだけで良
く、誘電体共振器を挟む必要はなくなる。いずれにして
も角柱の場合は側面側からスペーサを使用する場合はそ
の場合スペーサによって支える側面にはアンテナがない
ほうがより好ましい。

【００２９】また、６個の誘電体共振器を入れたシール
ド容器を３０度毎に方向を変えて配備する場合、従来は
６個のシールド容器を個別に平面上に配備していたが、
試料のたわみによる測定値の変動を防ぐ意味でも、図１
９に示すように、表面がフラットな金属塊４５に直方体
の穴Ｈを６個所開けて、その中に誘電体共振器２０・・
・を埋め込む方が、試料のたわみが無くなり、結果とし
て安定してかつ精度良く測定できることがわかった。図
１９で、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図である。

【００３０】この測定ヘッドを用いて実際に２軸延伸Ｐ
ＥＴを測定した例を図２０に示す。図２０は配向角を測
定した状態のディスプレイを示す図である。ディスプレ
イ上の上側の折れ線グラフの前半部（左側）は配向角度
が６０度で安定して測定できていることが分かる。次
に、巻き取りを反転させて裏側を測定すると、上側の折
れ線グラフの後半部（右側）が相当するが、配向角度も
−６０度前後となり、理論通り（絶対値が同じで符号が
反対）の結果となった。また、この配向角度は、ラボ用
の配向測定装置である分子配向計（王子計測機器社製Ｍ
ＯＡ３００１Ａ）による配向角度と一致した。

【００３１】また、王子製紙社製アラミド紙を測定した
結果を図２１に示す。配向角度はほぼ０度を示してお
り、これは繊維の配向方向が平均的に見てＭＤ（マシン
の流れ方向）を向いていることを意味し、この値は前述
の王子計測機器社製の分子配向計で測定した結果と一致
した。

【００３２】

【発明の効果】誘電体共振器をその試料測定面を除いて
実質的に覆い、前記誘電体共振器の試料測定面以外の面
と間隙を有するように導電性材料からなるシールド容器
を配置することによってＱ値を上げ、感度を向上させる
ことができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明の原理を説明する一実施形態の
概略斜視図、（Ｂ）はその等価回路図である。

【図２】（Ａ）は誘電体共振器における透過マイクロ波
強度と周波数の関係を示すＱカーブの図であり、（Ｂ）
は誘電率変化に伴う共振周波数シフトを示す図である。

【図３】（Ａ）は試料又は誘電体共振器を回転させたと
きのＱカーブの変化を示す図であり、（Ｂ）は特定の周
波数での断面を示す図である。

【図４】（Ａ）は図３の（Ｂ）の断面を回転角度Ｓを横
軸にして書き直した図であり、（Ｂ）はさらにそれを極
座標系に書き直した図である。

【図５】６個の誘電体共振器を発生する電界ベクトル方
向を変えて配置した状態を示す平面図である。

【図６】図５に示した６個の誘電体共振器から得られた
配向パターンの一例を示す図である。

【図７】６個の誘電体共振器を一つの金属ケースに３０
度毎に方向を変えて配置した一例を示す平面図である。

【図８】６個の誘電体共振器からの信号を処理する回路
のブロック図である。

【図９】図８に示したブロック図における信号の処理を
示すタイムチャートである。

【図１０】（ａ）は誘電体共振器をシールド容器に入れ
た状態を示す平面図であり、（ｂ）は同図の横断面図で
ある。

【図１１】スペーサの厚さとＱ値の関係を示す図であ
り、（Ａ）はスぺーサ４１が金属シートの場合、（Ｂ）
はスぺーサ４１がＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレー
ト）フィルムの場合である。

【図１２】スペーサの有無によるＱ値の違いを測定した
結果を示し、横軸は周波数、縦軸はマイクロ波透過強度
を示す。スぺーサを使用せずに誘電体共振器２０の底面
をシールド容器に直接接触させた場合である。

【図１３】スペーサの有無によるＱ値の違いを測定した
結果を示し、横軸は周波数、縦軸はマイクロ波透過強度
を示す。スペーサ４１を介在させた場合である。

【図１４】（Ａ）は平面図における誘電体共振器２０表
面での電界ベクトルを示したもの。（Ｂ）はスペーサ４
１を通るように垂直方向に切断した位置における誘電体
共振器２０の内部の電界ベクトルを示したものである。

【図１５】誘電体共振器２０とシールド容器４０とのギ
ャップを物質４２で埋めた状態を示し、（Ａ）は平面
図、（Ｂ）は垂直断面図である。

【図１６】シールド容器の高さを低くし、代わりに物質
４３を取り付けた状態を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）
は垂直断面図である。

【図１７】誘電体共振器２０の上面でシールド容器４０
の開口縁及び誘電体共振器２０とシルールド容器４０と
のギャップを含むセンサ全体を、シート４４で覆った状
態を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は垂直断面図であ
る。

【図１８】図１８（Ａ）は厚さ５０μｍのポリテトラフ
ルオロエチレンシートを被せた場合（左側）と、被せな
かった場合（右側）のマイクロ波透過強度スペクトルの
同じピークを示したものであり、（Ｂ）はセンサ全体を
ポリテトラフルオロエチレンのシート４４で覆った状態
で、ポリテトラフルオロエチレンのシート４４上に試料
としてのＰＥＴフィルムを載せて共振周波数のシフトを
測定した結果を示したものであり、右側のピークは試料
を載せていない場合、左側のピークは試料を載せた場合
である。

【図１９】金属塊４５に直方体の穴Ｈを６個所開けて、
その中に誘電体共振器２０・・・を埋め込んだ状態を示
し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図である。

【図２０】２軸延伸ＰＥＴの配向角を測定した状態のデ
ィスプレイを示す図である。

【図２１】アラミド紙の配向角を測定した状態のディス
プレイを示す図である。

【符号の説明】

２０：誘電体共振器２２ａ、２２ｂ：ロッドアンテナ４０：シールド容器４１：スペーサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０１Ｎ 33/38 Ｇ０１Ｎ 33/38

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料に接近又は接触する測定平面を備え、
試料の一面側のみに配置された１個の誘電体共振器と、
前記誘電体共振器をその試料測定面を除いて実質的に覆
い、前記誘電体共振器の試料測定面以外の面と間隙を有
するように配置される導電性材料からなるシールド容器
と、試料が存在するときの前記誘電体共振器の共振周波
数近傍の周波数で、かつ前記平面に平行な試料内平面に
おいて一方向成分をもつ電界ベクトルをその誘電体共振
器に発生させるマイクロ波用励振装置と、その誘電体共
振器による透過エネルギー又は反射エネルギーを検出す
る検出装置と、前記試料又は前記誘電体共振器を前記平
面に平行な面内で回転させる回転機構と、前記回転機構
による回転にともなう前記検出装置の検出出力の変化か
ら試料の誘電的異方性を求めるデータ処理装置と、を備
えたことを特徴とする配向測定装置。
【請求項２】前記誘電体共振器が角柱状または円柱状で
あって、その柱の片側の底面を試料測定面とし、その面
に対向する底面とシールド容器の間にスぺーサを設けた
請求項１記載の配向測定装置。
【請求項３】前記誘電体共振器が角柱状または円柱状で
あって、場合にその柱の片側の底面を試料測定面とし、
その柱の側面とシールド容器の間にスぺーサを設けた請
求項１記載の配向測定装置。
【請求項４】前記スぺーサが該スぺーサの支持する柱の
面の略中央部を一点支持する請求項２または３記載の配
向測定装置。
【請求項５】前記誘電体共振器の試料測定面以外の面と
前記シールド容器との間隙の少なくとも一部を、試料測
定面の外縁部分を全て含むように誘電率および誘電損率
の小さい物質によって塞ぐように構成した請求項１から
４のいずれか一項に記載の配向測定装置。
【請求項６】前記励振装置と前記検出装置の端子は、前
記誘電体共振器の試料に接近又は接触する平面に垂直な
方向に配置された棒状のロッドアンテナである請求項１
から５のいずれか一項に記載の配向測定装置。
【請求項７】前記回転機構の代わりに前記誘電体共振器
をその発生する電界ベクトル方向を変えて複数個有する
請求項１から６のいずれか一項に記載の配向測定装置。