JP2007139551A - 危険物探知装置及び危険物探知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
危険物探知の信頼性が高い危険物探知技術を提供する。
【解決手段】
検査試料を加熱する加熱部の加熱面と、検査試料の被加熱面との間の距離を変化させることで該検査試料の温度を変化させ、複数通りの温度下で該検査試料の付着物質を気化させ、イオン化することにより、危険物を探知する構成とする。
【選択図】 図６

Description

本発明は、拭取りシート等の検査試料の付着物質を気化させ、その気体分子をイオン化して物質の同定（同じか否かを見分けること）を行い、検査試料中に爆発物、禁制薬物など（以下、危険物という）の危険物質が含まれているか否かを判定する危険物探知技術に関する。

米国における同時多発テロを大きな契機として、空港など各種重要施設におけるセキュリティ強化が図られている。
従来、手荷物等に付着した危険物の痕跡を探知する危険物探知は、手荷物等を拭き取りシートなどの検査試料で拭き取って付着物質を採取し、該検査試料を危険物探知装置内に導入し、加熱して付着物質を気化させ、さらに、その気体分子をイオン化した後、質量分析法などによって危険物探知を行うようにしている。かかる従来の危険物探知装置としては、例えば、特開２００４‐１２５５７６号公報（特許文献１）、特開２００４‐３６１２９７号公報（特許文献２）及び特開２００４‐２１２０７３号公報（特許文献３）に記載されたものがある。特開２００４−１２５５７６号公報及び特開２００４−３６１２９７号公報には、検査試料の周りに熱源を配し、熱源からの対流熱伝達や熱伝導によって試料を加熱するとした技術が記載され、特開２００４−２１２０７３号公報には、手荷物等を拭取った検査試料をハロゲンランプからの輻射電熱とヒータによる熱伝導、熱伝達により加熱し、試料分子を気化させるとした技術が記載され、また、ハロゲンランプに供給する電力を段階的に制御することにより、物質を同定する能力（選択性）を高める方法についても言及されている。

特開２００４−１２５５７６号公報 特開２００４−３６１２９７号公報 特開２００４−２１２０７３号公報

一般に、手荷物等を拭き取った検査試料には、探知すべき危険物のほかにも手脂や日用品等に起因する不特定多数の物質（以下、夾雑物という）が比較的多量に付着する。一般に、従来の技術においては、検査試料の付着物質の気化により発生する気体の濃度を高めるために、短時間のうちに検査試料に大きな熱エネルギーを与え、付着物質を気化させることが多い。この場合、信号のピーク値は高くなるが、夾雑物と探知すべき危険物とがほぼ同時に気化するため、危険物の信号が夾雑物の信号中に隠れてしまい、夾雑物と探知すべき危険物との区別が困難となる。

夾雑物と探知すべき危険物とを区別するための対策技術としては、例えば、ガスクロマトグラフィーのように物質の吸着性の差を利用するものや、特開２００４−２１２０７３号公報（特許文献３）記載の技術のように、ハロゲンランプに対する電力供給を段階的に行って加熱温度を多段階に変え、各温度段階での物質蒸発速度差を利用するものがあるが、それぞれ、特に、使い勝手性の点でさらに改善が望まれる技術であると考えられる。すなわち、ガスクロマトグラフィーなど物質の吸着性の差を利用する技術では、探知すべき物質に合う適切な吸着剤の選択が難しい上、吸着剤の交換も定期的に行う必要があり、また、特開２００４−２１２０７３号公報記載のハロゲンランプの加熱温度を変えることによる技術では、赤外線の焦点にエネルギーが集中するため、検査試料面内における加熱温度のばらつきが大きくなり、検査試料上で赤外線の焦点から外れた位置にＲＤＸ（Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ， ｈｅｘｏｇｅｎ）やＨＭＸ（Ｈｉｇｈ Ｍｅｌｔｉｎｇ Ｐｏｉｎｔ Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ， ｏｃｔｏｇｅｎ）など低蒸気圧の物質がある場合には、該物質に対して測定のばらつきが大きくなり、その探知が難しくなる。また、該ハロゲンランプ加熱方式では、温度を一定に保つことが難しく、温度管理が困難である。

検査試料の付着物質の気化を、加熱温度を変えて行うことには、危険物と夾雑物の分離を可能にすること以外にも次のような利点が考えられる。
爆発物の中には、非常に気化・熱分解しやすい物質から、反対に気化しにくい物質まで様々なものがある。図１は、主要爆発物の室温における平衡蒸気圧を示したものである。最も蒸気圧の高いＴＡＴＰ（Ｔｒｉａｃｅｔｏｎｅ Ｔｒｉｐｅｒｏｘｉｄｅ）から、最も蒸気圧の低いＨＭＸまで、平衡蒸気圧に１３桁もの差がある。このうち、ＴＡＴＰのように高蒸気圧を示す物質に対し短時間に大きな熱エネルギーを与えてしまうと、分子が急速に気化し、さらには熱分解してしまい、探知が困難となる。従って、このような高蒸気圧・熱分解性の物質に対しては、加熱温度を適度に低く保ち、急速な蒸発・熱分解を抑制しつつ測定を行わなくてはならない。一方、ＲＤＸ、ＨＭＸのような低蒸気圧物質を、探知に十分な濃度で気化させるためには、ＴＡＴＰが熱分解する以上の高温で加熱を行う必要がある。従って、測定時間中に低温から高温まで加熱温度を変化させることは、１回の検査でこれら広範の物性の爆発物の全てを探知することを可能にする。

しかしながら、一般的な危険物探知装置の運用条件、例えば空港などで連続して手荷物等を検査するような条件では、１回の検査に許される時間はせいぜい約１０秒である。従って、検査試料の低温から高温までの昇温は約１０秒以内の短時間で行わなければならないし、また、測定終了後も、再び温度を低温状態まで戻すのを、次の検査開始までの約１０秒以内のうちに行わなければならない。
また、加熱温度の検査試料面内のばらつきを抑えるべく加熱源にカートリッジヒータや平板ヒータなど金属加熱用ヒータを用いた場合には、ヒータの熱容量が大きいために、入力電力の変化に対する温度変化の時間応答が遅く、現状では上記危険物探知装置の運用条件を満たさない。

本発明の課題点は、上記従来技術の状況に鑑み、危険物探知技術において、加熱温度の検査試料面内のばらつきを抑えられる試料加熱手段を用いた構成下で、該検査試料の温度を短時間内で段階的に変化可能にし、該検査試料の付着物質を精度良く、夾雑物と探知すべき危険物とに区別できるようにすることである。
本発明の目的は、上記課題点を解決し、危険物探知の信頼性が高くかつ使い勝手の良い危険物探知技術を提供することにある。

上記課題点を解決するために、本発明では、危険物探知技術として、検査試料を加熱して該検査試料の付着物質を気化させ、イオン化して危険物を探知する危険物探知技術として、検査試料加熱用の加熱手段の加熱部の加熱面と、検査試料との間の距離を変化させることで該検査試料の温度を変化させ、複数通りの温度下で付着物質を気化させ、イオン化させることにより、危険物を探知する構成とする。加熱部は、例えばヒータからの熱が伝導されて温度上昇する金属ブロックなどで構成される。

本発明によれば、危険物探知技術において、検査試料の付着物質を精度良く、夾雑物と探知すべき危険物とに区別することができる。また、低温でのみ測定可能な熱分解性物質や、高温でなければ蒸発しない低蒸気圧物質も安定的に探知することができる。この結果、危険物探知の信頼性が高くかつ使い勝手の良い危険物探知技術の提供が可能となる。

以下、本発明の実施形態につき、図面を用いて説明する。
図２〜図９は、本発明の実施例の説明図である。図２は、本発明の危険物探知装置の運用状況の説明図、図３は、本発明の実施例としての危険物探知装置のブロック構成図、図４は、図３の危険物探知装置における試料導入部の構成の説明図、図５は、図３の危険物探知装置における加熱手段の構成例図、図６は、図３の危険物探知装置における加熱手段の動作説明図、図７は、検査試料表面の温度分布のシミュレーション結果を示す図、図８は、図３の危険物探知装置の動作フローを示す図、図９は、図３の危険物探知装置による物質測定結果の例を示す図である。

図２において、１は、空港等で危険物探知装置により危険物の探知を行う検査官、２は、検査試料としての拭き取りシートであって拭き取りを行う前の状態のもの、３は、危険物の探知が行われる対象物品である手荷物等、４は、拭き取りを行った後の拭き取りシート、３０は危険物探知装置、３０１は、拭き取りシート４が投入される危険物探知装置３０の試料投入口、３０２は、危険物探知の結果を音声で報知する音声報知部としてのスピーカ、３０３は、危険物探知の結果を絵や文字などの画像で表示する画像表示部である。検査官１は、拭き取りシート２を用いて手荷物等３の一部（例えば取っ手）を拭き取る。該拭き取り行為によって拭き取りシート２の表面に検査物質が転写されて付着する。検査物質が付着した拭き取りシート４を試料投入口３０１から危険物探知装置３０内に投入する。危険物探知装置３０内では、拭き取りシート４を、時間帯を変えて複数の異なる温度で加熱し、該拭き取りシート４に付着した検査物質（付着物質）を各温度下で気化させかつイオン化させ、イオンが探知対象の危険物質のイオンか否かを識別する。該イオンが、探知対象の危険物質のイオンであるとき、該イオンをイオン電流に変換し、該イオン電流のレベルを基準値レベルと比較して、該比較結果に基づいて探知対象の危険物質の有無を判定する。判定の結果、危険物質があるとされる場合には、拭き取りシート４に付着した物質の中に探知すべき危険物の成分が検出されたとして、スピーカ３０２から警告音を発するとともに、画像表示部３０３に表示して、検査官１にその旨を知らせる。検査官１はこれに基づき適切な処置をとる。
以下、説明中で用いる図２の構成要素には、図２の場合と同じ符号を付して用いるとする。

図３は、図２の危険物探知装置２０５の構成図である。
図３において、３０４は、試料投入口３０１から投入された拭き取りシート４を装置内で加熱手段のある所定位置にまで移動させ、加熱する試料導入部、３０５は、加熱によって発生した気体の分子をコロナ放電などによってイオン化させるイオン化部、３０６は、質量分析法やイオンモビリティスペクトロメトリー（Ｉｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）（イオン化された気体分子を大気圧下の電界内を移動させ、そのイオン特有の移動時間を測定することによってその分子を検出する方法。本明細書では、これをＩＭＳ手法と称することとする。）などを用いて、上記発生したイオンの種類の識別と、そのイオンの種類やイオン量をイオン電流に信号として反映させる物質検知部、３０７は、コンピュータで構成され、該イオン電流を解析し、該解析結果に基づいて探知対象の危険物質の有無を判定する演算処理部、３１１は、物質検知部３０６を真空状態にするために該物質検知部３０６の排気を行う真空ポンプ、３１２は、試料導入部３０４及びイオン化部３０５の吸気を行う吸気手段としての吸入ポンプ、３０８は、装置全体の制御を行う制御手段としての制御部である。試料導入部３０４は、試料投入口３０１から投入された拭き取りシート４を支持する支持部（図示なし）と、該支持された拭き取りシート４を加熱する加熱手段（図示なし）と、該加熱手段の加熱面と拭き取りシート４との間の距離を変化させる加熱部移動機構（図示なし）とを備えて構成される。該加熱手段は、拭き取りシート４をその一方の面（第１の面）側から加熱する第１の加熱部（図示なし）と、該拭き取りシート４を他方の面（第２の面）側から加熱する第２の加熱部（図示なし）とを備えて構成され、該加熱部移動機構は、加熱手段の上記第１、第２の加熱部のうちのいずれか一方または両方を移動させ、拭き取りシート４と該加熱部の加熱面との間の距離を変化させる構成を備える。また、上記支持部は、試料投入口３０１から投入された拭き取りシート４を支持した状態で、加熱手段の上記第１、第２の加熱部間の所定位置に移動させる構成を備える。３５１〜３５７は、装置内で気体の流路を構成するダクトである。

図３の構成において、試料導入部３０４とイオン化部３０５と吸入ポンプ３１２との間、及び、イオン化部３０５と物質検知部３０６と真空ポンプ３１１との間にはそれぞれ、ダクト３５２、３５３、３５５、３５６による気体流路が形成される。制御部３０８は、上記試料導入部３０４内の加熱部移動機構、上記イオン化部３０５、上記物質検知部３０６、上記演算処理部３０７のうち一部のものまたは全部を制御するようになっている。検査官１が試料投入口３０１からから投入した拭き取りシート４は、試料導入部３０４内で、支持部により、支持された状態で、加熱手段の第１、第２の加熱部間の所定位置に移動され、該位置において、第１、第２の加熱部からの対流熱伝達や熱伝導によって、低温から高温へと段階的に加熱され、該拭き取りシート４に付着している物質が気化する。気化によって発生した気体分子は、吸入ポンプ３１２によって吸気され、イオン化部３０５に運ばれ、コロナ放電などによって一部がイオン化される。該イオンはさらに、電界によって後段の物質検知部３０６に移動し、該物質検知部３０６で物質の同定が行われる。すなわち該物質検知部３０６では、質量分析法やイオンモビリティスペクトロメトリーなどによって、上記イオンの種類を識別し、該イオンの種類やイオン量をイオン電流に信号として反映させる。該物質検知部３０６は、真空ポンプ３１１で減圧状態にされ、高真空状態に保たれる。物質検知部３０６で生成されたイオン電流は、演算処理部３０７に入力される。該演算処理部３０７では、イオン電流を解析し、該解析結果に基づき、探知対象の危険物質の有無を判定する。判定の結果、危険物質があるとされる場合には、該演算処理部３０７から該判定結果の信号が制御部３０８に入力される。制御部３０８はこれを受け、拭き取りシート４の付着物質中には探知すべき危険物の成分が検出されたとして、スピーカ３０２が警告音を発するようにするとともに、画像表示部３０３に表示されるようにする。
以下、説明中で用いる図３の構成要素には、図３の場合と同じ符号を付して用いるとする。

図４は、図３の危険物探知装置３０における試料導入部３０４の構成の説明図である。
図４において、３０４１は、試料投入口３０１（図１）から投入された拭き取りシート４を支持した状態で所定位置に移動させる支持部としてのトレイ、３０４１ａは、トレイ３０４１の平面内に設けられた貫通孔、３０４２は、加熱手段のうち、拭き取りシート４の上面側から該拭き取りシート４を加熱する円板状の第１の加熱部、３０４３は、加熱手段のうち、拭き取りシート４下面側から該拭き取りシート４を加熱する円板状の第２の加熱部、３０４４ａは、第１の加熱部３０４２を熱伝導によって熱する平板状ヒータ、３０４４ｂは、第２の加熱部３０４３を熱伝導によって熱する平板状ヒータ、３０４５は、第２の加熱部３０４３及び平板状ヒータ３０４４ｂを支える支柱、３０４６は、加熱手段の加熱面と拭き取りシート４との間の距離を変化させる加熱部移動機構である。該加熱部移動機構３０４６は、第１の加熱部３０４２と拭き取りシート４の上面との間の距離、第２の加熱部３０４３と拭き取りシート４の下面との間の距離のいずれか一方の距離または両方の距離を変化させる。また、３０４６ａは、該加熱部移動機構３０４６を構成する送りねじ部、３０４６ｂは、該加熱部移動機構３０４６を構成するモータである。送りねじ部３０４６ａは、支柱３０４５上に設けられ、モータ３０４６ｂの回転軸上に固定された駆動用ねじと係合している。モータ３０４６ｂが回転すると駆動用ねじを回転させ、送りねじ部３０４６ａを送り駆動して支柱３０４５をＺ軸方向に上下に移動させる。トレイ３０４１の貫通孔３０４１ａは、拭き取りシート４の外形寸法よりも小さく、第１の加熱部３０４２及び第２の加熱部３０４３のそれそれの外形寸法よりも大きくされている。また、第１の加熱部３０４２には、加熱により発生した気体を周囲の空気とともに吸込んで移動させるダクト３５２が結合されている。

図４の構成において、試料投入口３０１（図１）から危険物探知装置３０内に投入（矢印Ｄ）された拭き取りシート４は、トレイ３０４１上に、物質付着面を上方（Ｚ軸方向）にして貫通孔３０４１ａを覆った状態で載置される。拭き取りシート４の物質付着面を上方にすることで、加熱時における物質の気化が円滑に行われる。拭き取りシート４が載置されたトレイ３０４１は、モータ（図示なし）によって駆動され矢印Ｅ方向（Ｙ軸方向）にＡ位置からＢ位置に移動し、該Ｂ位置において、貫通孔３０４１ａの位置が、加熱手段の第１の加熱部３０４２と第２の加熱部３０４３との間の位置にくるようにして、該拭き取りシート４の上下面をそれぞれ、第１の加熱部３０４２の加熱面と第２の加熱部３０４３の加熱面とに対向した状態にする。該状態で、第１の加熱部３０４２の加熱面と該拭き取りシート４の上面との間の距離は、該加熱面と該上面とが離間状態にある所定の第１の距離（ａ_１とする）となるようにされる。また、該状態または該状態になる前の状態すなわちトレイ３０４１が移動動作中の状態で、加熱部移動機構３０４６のモータ３０４６ｂは、回転により送りねじ部３０４６ａを送り駆動して支柱３０４５をＺ軸方向に移動させて第２の加熱部３０４３をＺ軸方向に移動させ、該第２の加熱部３０４３の加熱面と該拭き取りシート４の下面との間の距離が、該加熱面と該下面とが離間状態にある所定の第１の距離（ｂ_１とする）となるようにする。ヒータ３０４４ａ、３０４４ｂはそれぞれ、第１の加熱部３０４２、第２の加熱部３０４３を所定の温度に加熱した状態にあるものとする。

上記状態で、第１の加熱部３０４２は、拭き取りシート４の上面から第１の距離ａ_１にある加熱面により、該拭き取りシート４を上面側から加熱し、一方、第２の加熱部３０４３は、拭き取りシート４の下面から第１の距離ｂ_１にある加熱面により、該拭き取りシート４を上面側から加熱する。このとき、拭き取りシート４の温度は、該第１の加熱部３０４２、該第２の加熱部３０４３それぞれから、第１の距離ａ_１、ｂ_１を隔てて伝達される熱量に対応した温度になる。該温度下で拭き取りシート４の付着物質の一部を気化させる。

さらに、予め設定された所定時間の後、加熱部移動機構３０４６のモータ３０４６ｂは、回転により送りねじ部３０４６ａを送り駆動して支柱３０４５をさらにＺ軸方向に移動させて第２の加熱部３０４３をＺ軸方向にさらに移動させ、該第２の加熱部３０４３の加熱面と拭き取りシート４の下面との間を、上記第１の距離ｂ_１よりも短い第２の距離ｂ_２とするとともに、第１の加熱部３０４２の加熱面と拭き取りシート４の上面との間も第１の距離ａ_１よりも短い第２の距離ａ_２となるようにする。該状態では、拭き取りシート４の温度は、該第１の加熱部３０４２、該第２の加熱部３０４３それぞれから、第２の距離ａ_２、ｂ_２を隔てて伝達される熱量に対応した温度になる。該温度下で拭き取りシート４の付着物質の一部を気化させる。
以下、説明中で用いる図４の構成要素には、図４の場合と同じ符号を付して用いるとする。

図５は、図３の危険物探知装置３０における加熱手段のうちの第１の熱伝導式加熱部３０４２の構成例図である。
図５において、３０４２ａは、第１の加熱部３０４２の平面部、３０４２ｂは、平面部３０４２ａの周囲に形成される凹凸部の凸部、３０４２ｃは同凹部、３０４２ｄは、加熱により発生した気体を吸入するための吸気口である。凸部３０４２ｂと凹部３０４２ｃによって形成される凹凸部は、拭き取りシート４の上面と第１の加熱部３０４２が接触した状態にあっても、凹部３０４２ｃと拭き取りシート４の上面との間に隙間が形成されるようにして、該隙間から空気が吸気口３０４２ｄ側に向かって吸込まれるようにするためのものである。このように、第１の加熱部３０４２の外周側から空気が吸込まれることで、拭き取りシート４の表面の空気の流れを均一化の方向にすることができる。凹凸部の寸法は、例えば、高さ寸法ｈすなわち凸部３０４２ｂと凹部３０４２ｃの高さの差も、幅寸法ｋも、ともに約１×１０^−３ｍとされる。
以下、説明中で用いる図５の構成要素にも、図５の場合と同じ符号を付して用いるとする。

図６は、図３の危険物探知装置３０における加熱手段の動作説明図である。
図６において、（ａ）は、加熱手段の第１の加熱部３０４２、第２の加熱部３０４３のそれぞれの加熱面と拭き取りシート４の面との間の距離を第１の距離とした場合を示し、（ｂ）は、上記両加熱部３０４２、３０４３それぞれの加熱面と拭き取りシート４の面との間の距離を第２の距離とした場合を示す。
拭き取りシート４が試料投入口３０１（図１）から危険物探知装置３０内に投入され、トレイ３０４１によって移動され、第２の加熱部３０４３が加熱部移動機構３０４６によって支柱３０４５を介しＺ軸方向に移動されると、試料導入部３０４は（ａ）の状態とされる。該（ａ）の状態では、第１の加熱部３０４２の加熱面と拭き取りシート４の上面との間に形成される第１の距離ａ_１は約５×１０^−３ｍ〜６×１０^−３ｍ、第２の加熱部３０４３の加熱面と拭き取りシート４の下面との間に形成される第１の距離ｂ_１は約２０×１０^−３ｍ、第１の加熱部３０４２の設定温度は約１００℃、第２の加熱部３０４３の設定温度は約２８０℃とされている。このとき、拭き取りシート４の平面中央部とその周辺領域の温度は約１３５℃の定常温度（以下、低温という）となる（実測結果）。該拭き取りシート４の温度は、該シート面からの離間距離が大きい第２の加熱部３０４３よりも、同離間距離が短い第１の加熱部３０４２の温度によって強く支配される。かかる低温状態を４〜５秒継続し、該低温状態時に、拭き取りシート４の付着物質の一部が気化する。該気化で発生した気体は、その周囲の空気とともに、吸入ポンプ３１２によって吸気口３０４２ｄから吸込まれ、ダクト３５２を通って、次段のイオン化部３０５に流入される。吸気口３０４２ｄから吸込まれる該気体と空気との合計流量は約０．５〜１．０ｌ／ｍｉｎである。

（ａ）の状態による低温状態を４〜５秒継続した後、第２の加熱部３０４３が、加熱部移動機構３０４６によって支柱３０４５を介しさらにＺ軸方向に移動され、該第２の加熱部３０４３が拭き取りシート４の下面に当接して該第２の加熱部３０４３の加熱面と該拭き取りシート４の下面との間の距離がゼロ（０）になった後も、さらに貫通孔３０４１ａを通り過ぎてＺ軸方向に移動され、停止位置で試料導入部３０４は（ｂ）の状態とされる。上記（ａ）の状態から該（ｂ）の状態となるまでにかかる時間は約１秒である。該（ｂ）の状態では、第１の加熱部３０４２の凹凸部の凸部３０４２ｂの先端面が拭き取りシート４の上面に当接されかつ第２の加熱部３０４３の加熱面と拭き取りシート４の下面も当接状態にあるため、第１の加熱部３０４２の加熱面と拭き取りシート４の上面との間に形成される第２の距離ａ_２は、第１の距離ａ_１よりも短い距離となり、また、第２の加熱部３０４３の加熱面と拭き取りシート４の下面との間に形成される第２の距離ｂ_２はゼロ（０）となる。また、該（ｂ）の状態では、第１の加熱部３０４２の設定温度は約１００℃、第２の加熱部３０４３の設定温度は約２８０℃とされ、拭き取りシート４の平面中央部とその周辺領域の温度は約２００℃の定常温度（以下、高温という）となる（実測結果）。かかる高温状態を４〜５秒継続し、該高温状態時に、拭き取りシート４の付着物質の一部が気化する。該気化で発生した気体は、その周囲の空気とともに、第１の加熱部３０４２の凹部３０４２ｃ（図５）を通り、吸気口３０４２ｄから吸込まれ、ダクト３５２を通って、次段のイオン化部３０５に流入される。この場合も、吸気口３０４２ｄから吸込まれる該気体と空気との合計流量は約０．５〜１．０ｌ／ｍｉｎである。該（ｂ）の状態では、第１の加熱部３０４２、第２の加熱部３０４３とも、温度の高い部分が拭き取りシート４の面のみにしか触れない構成のため、熱が試料導入部３０４のトレイ３０４１などを伝導して外部へ逃げることが少なく、加熱効率の向上が図れるとともに、使用者の火傷などの事故を防止することができる。

図７は、拭き取りシート４の表面の温度分布のシミュレーション結果を示す図である。
図７の特性において、横軸には、第１、第２の加熱部３０４２、３０４３の中心を原点とした半径方向位置ｒをとっている。本実施例では、第１の加熱部３０４２、第２の加熱部３０４３はそれぞれ、直径が約５０×１０^−３ｍの円板状であり、ｒ＝−２５×１０^−３ｍ及びｒ＝２５ ×１０^−３ｍの位置は、第１、第２の加熱部３０４２、３０４３の外周部にあたる。また、縦軸には、拭き取りシート４上の定常温度（単位℃）である。周囲の空気温度は２５℃としている。図中、特性Ｐは低温段階における温度分布特性であり、特性Ｑは高温段階における温度分布特性である。実際の運用では、拭き取りシート４の面上で、直径３０×１０^−３ｍ程度の領域内で探知を行えれば十分であり、この領域を危険物探知の有効領域Ｍと考えることができる。低温段階における温度分布特性Ｐでは、有効領域Ｍの中心部と端部（r＝−１５×１０^−３ｍ及びｒ＝１５ ×１０^−３ｍ）とで約５０℃の温度差がある。一方、高温段階における温度分布特性Ｑでは、第１、第２の加熱部３０４２、３０４３の外周部（r ＝−２５×１０^−３ｍ及びｒ＝２５ ×１０^−３ｍ）から２５℃の外気が入り込むため、温度が局所的に下がるものの、有効領域Ｍ内では、ほぼ２１０℃一定の温度分布となる。中心部（r ＝０×１０^−３ｍ）における温度は、前記実測値に近い。一般に、高温段階における温度分布特性において面内温度ばらつきが小さいことは好ましく、ＲＤＸやＨＭＸなどの低蒸気圧物質の安定した測定が可能となる。一方、本実施例のように低温段階における温度分布特性において５０℃程度の面内ばらつきがあることも、実際上はあまり問題とならない。なぜならば、低温段階で探知対象としているＴＡＴＰやＮＧ（Ｎｉｔｒｏｇｌｙｃｅｒｉｎ）などの高蒸気圧物質に対して、１２０℃〜７０℃程度の範囲で温度がばらついたとしても、蒸発にかかる時間が、理論計算上、約０．５秒〜約４秒の間でばらつくという程度であり、低温段階の測定時間内に十分吸収される時間長であるからである。

図８は、図３の危険物探知装置３０の動作フローを示す図である。
図８において、
（１）危険物の探知を行う対象物品である手荷物等の取っ手などから拭き取りを行った検査試料としての拭き取りシート４が、試料投入口３０１から危険物探知装置３０内に投入されると、制御部３０８は、該拭き取りシート４を、トレイ３０４１によって加熱手段内の所定位置に移動させるとともに、加熱部移動機構３０４６によって加熱手段をＺ軸方向に移動させ、該加熱手段の加熱面が第１の距離位置から、該拭き取りシート４の面に対向するようにする（ステップＳ８０１）。
（２）加熱手段は、第１の距離位置の加熱面により、検査試料としての拭き取りシート４を所定の低温状態にして加熱し、付着物質の一部を気化させる（ステップＳ８０２）。
（３）制御部３０８は、吸入ポンプ３１２を制御し、上記気化により発生した気体を、その周囲の空気とともに吸気口３０４２ｄからダクト３５２内に吸込ませ、イオン化部３０５に流入させる（ステップＳ８０３）。
（４）制御部３０８は、イオン化部３０５を制御し、該イオン化部３０５において、コロナ放電などにより気体の分子をイオン化させる（ステップＳ８０４）。
（５）制御部３０８は、イオンを物質検知部３０６に移動させ、該物質検知部３０６で、質量分析法やイオンモビリティスペクトロメトリーなどにより、該イオンの種類を識別させる（ステップＳ８０５）。

（６）制御部３０８はさらに、物質検知部３０６で、質量分析法やイオンモビリティスペクトロメトリーなどにより、上記識別したイオンの種類やイオン量をイオン電流に反映させる（ステップＳ８０６）。
（７）演算処理部３０７において、上記イオン電流を解析し、該解析結果に基づいて探知対象の危険物質の有無を判定する（ステップＳ８０７）。判定の結果、危険物質があるとされる場合には、演算処理部３０７がその旨を制御部３０８に信号を送って連絡し、制御部３０８が、スピーカ３０２に警告音を出させ、画像表示部３０３に表示させる。
（８）さらに、制御部３０８は、加熱部移動機構３０４６を制御し、該加熱部移動機構３０４６によって加熱手段をＺ軸方向に移動させ、該加熱手段の加熱面が、上記第１の距離よりも短い第２の距離の位置から、該拭き取りシート４の面に対向するようにする（ステップＳ８０８）。
（９）加熱手段は、第２の距離位置の加熱面により、拭き取りシート４を所定の高温状態にして加熱し、付着物質の一部を気化させる（ステップＳ８０９）。
（１０）制御部３０８は、吸入ポンプ３１２を制御し、上記気化により発生した気体を、その周囲の空気とともに吸気口３０４２ｄからダクト３５２内に吸込ませ、イオン化部３０５に流入させる（ステップＳ８１０）。

（１１）制御部３０８は、イオン化部３０５を制御し、該イオン化部３０５において、コロナ放電などにより気体の分子をイオン化させる（ステップＳ８１１）。
（１２）制御部３０８は、イオンを物質検知部３０６に移動させ、該物質検知部３０６で、質量分析法やイオンモビリティスペクトロメトリーなどにより、該イオンの種類を識別させる（ステップＳ８１２）。
（１３）制御部３０８はさらに、物質検知部３０６で、質量分析法やイオンモビリティスペクトロメトリーなどにより、上記識別したイオンの種類やイオン量をイオン電流に反映させる（ステップＳ８１３）。
（１４）演算処理部３０７において、演算処理部３０７において、上記イオン電流を解析し、該解析結果に基づいて探知対象の危険物質の有無を判定する（ステップＳ８１４）。
（１５）上記判定の結果、危険物質があるとされる場合には、演算処理部３０７がその旨を制御部３０８に信号を送って連絡し、制御部３０８は、スピーカ３０２に警告音を出させて報知させ、画像表示部３０３に表示させる（ステップＳ８１５）。
なお、上記ステップＳ８０７においては判定結果の表示や報知は行わずに、上記ステップＳ８１５において該ステップＳ８１５における判定結果を報知・表示するときに、上記ステップＳ８０７における判定結果も併せて報知・表示するようにしてもよい。
（１６）上記動作の終了後は、制御部３０８は、加熱部移動機構３０４６を制御し、該加熱部移動機構３０４６により加熱手段を−Ｚ軸方向に移動させ、該加熱手段の加熱面を、第２の距離の位置から再び第１の距離の位置に戻すとともに、トレイ３０４１の駆動を制御して、該トレイ３０４１を図４のＡ位置に戻す（ステップＳ８１６）。この後、拭き取りシート４は、制御部３０８による制御により装置外に排出される。

なお、上記ステップＳ８０９〜ステップＳ８１５の動作を、上記第２の距離を変えることで繰り返し行ってもよい。
上記ステップＳ８０１〜ステップＳ８１６の一連の動作は、例えば、制御部３０８内のマイコンなどが、予め設定されたプログラムに従って作動することにより、危険物探知装置３０において自動的に実行される。

図９は、図３の危険物探知装置３０による物質測定結果の例を示す図である。
図９において、（ａ）は、高蒸気圧性爆発物であるＴＡＴＰの場合の信号値特性、（ｂ）は、同じく高蒸気圧性爆発物であるＮＧの場合の信号値特性、（ｃ）は、低蒸気圧性爆発物であるＲＤＸの場合の信号値特性、（ｄ）は、同じく低蒸気圧性爆発物であるＨＭＸの場合の信号値特性である。
図９において、いずれの特性も、測定時間に対し、イオン電流による信号レベルを、ピーク値を１．０とした相対値（規格信号値）で示している。時間ｔは、拭き取りシート４が、危険物探知装置３０内の所定位置に移動され、第１の距離位置にある加熱手段の加熱面によって加熱が開始される時点をｔ＝０としている。ｔが０〜約５秒の期間Ｓ_１では、拭き取りシート４は低温の加熱状態すなわち図６（ａ）における加熱状態とされ、ｔが約５秒〜約６秒の期間Ｓ_２では、拭き取りシート４は低温の加熱状態から高温の加熱状態すなわち図６（ｂ）における加熱状態へと遷移され、ｔが約６秒〜約１０秒の期間Ｓ_３では、拭き取りシート４は該高温の加熱状態とされる。拭き取りシート４が低温の加熱状態にある低温段階では、蒸気圧の高い危険物質のみが検知され、蒸気圧の低い物質は検知されにくい。このため、蒸気圧の高いＴＡＴＰとＮＧの場合に、信号にピークが現れる。また、拭き取りシート４が高温の加熱状態にある高温段階では、蒸気圧の低い物質と高い物質との両方が蒸発されるが、ＴＡＴＰやＮＧなど高温によって容易に分解するような危険物は既に低温段階で蒸発もしくは分解してしまっている場合が多い。このため、蒸気圧の低いＲＤＸとＨＭＸの場合に、信号にピークが現れる。これらのピーク位置はそれぞれ安定しているため、該ピーク位置を利用してこれら危険物と夾雑物の安定した分離が可能となる。また、低温段階ではＴＡＴＰやＮＧなど、高蒸気圧性危険物の信号のみを測定し、高温段階ではＲＤＸやＨＭＸなど、低蒸気圧性危険物の信号のみを測定するという探知方式も可能である。このように、各温度段階で探知対象を限定した場合には、全測定時間を通して全ての危険物成分を測定する場合よりも、各危険物に対する相対的な測定時間割合（デューティ時間）を長くすることができ、危険物識別のＳＮ比を高めることが可能となる。

上記実施例によれば、危険物探知技術において、拭き取りシート４の付着物質を精度良く、夾雑物と探知すべき危険物とに区別（識別）することができる。また、低温でのみ測定可能な熱分解性物質や、高温でなければ蒸発しない低蒸気圧物質も安定的に探知することができる。この結果、危険物探知の信頼性が高くかつ使い勝手の良い危険物探知技術を提供することが可能となる。

なお、上記実施例では、検査試料の温度を低温段階と高温段階の２通りに変化させる構成としたが、本発明はこれに限定されず、３通り以上の複数段階に変化させる構成としてもよい。また、上記実施例では、低温段階と高温段階でそれぞれ、検査試料としての拭き取りシート４の温度を略一定に保持しておく構成としたが、本発明はこれにも限定されない。例えば、低温段階において、加熱手段の加熱面を、拭き取りシート４の面から第１の距離だけ離間した位置とした状態で、該加熱手段における温度を変化させ、これに付随して拭き取りシート４の温度を変化させるようにしてもよい。高温段階についても同様で、高温段階において、加熱手段の加熱面を、拭き取りシート４の面から第２の距離だけ離間した位置とした状態で、該加熱手段における温度を変化させ、これに付随して拭き取りシート４の温度を変化させるようにしてもよい。また、上記実施例では、拭き取りシート４と加熱手段との距離を変えるために、加熱手段の第１の加熱部３０４２、第２の加熱部３０４３のうち、第２の加熱部３０４３の方を移動させる構成としたが、本発明はこれに限定されず、第１の加熱部３０４２の方を移動させてもよいし、または、第１の加熱部３０４２、第２の加熱部３０４３の両方を移動させてもよい。さらには、拭き取りシート４の高さ位置をトレイ３０４１によって第１の加熱部３０４２、第２の加熱部３０４３間で変化させ、該第１の加熱部３０４２、第２の加熱部３０４３との距離を変えるようにしてもよい。また、さらには、拭き取りシート４の高さ位置を変えることと、第１の加熱部３０４２、第２の加熱部３０４３のうちのいずれか一方または両方を移動させることとを併せ行う構成としてもよい。またさらに、上記実施例では、加熱手段を、第１の加熱部３０４２と第２の加熱部３０４３とから成る構成としたが、この他、該加熱手段は、さらに、単数または複数の加熱部を備える構成のものであってもよい。また、第１の加熱部３０４２、第２の加熱部３０４３のうちのいずれか一方または両方が、それ自体複数の加熱部から成るものであってもよい。

主要な爆発物成分の室温２５℃における平衡蒸気圧を示す図である。 本発明の危険物探知装置の運用状況の説明図である。 本発明の実施例としての危険物探知装置のブロック構成図である。 図３の危険物探知装置における試料導入部の構成の説明図である。 図３の危険物探知装置における加熱手段の構成例図である。 図３の危険物探知装置における加熱手段の動作説明図である。 検査試料表面の温度分布のシミュレーション結果を示す図である。 図３の危険物探知装置の動作フローを示す図である。 図３の危険物探知装置による物質測定結果例を示す図である。

符号の説明

２、４…拭き取りシート、
３…手荷物等、
３０…危険物探知装置、
３０１…試料投入口、
３０２…スピーカ、
３０３…画像表示部、
３０４…試料導入部、
３０４１…トレイ、
３０４１ａ…貫通孔、
３０４２…第１の加熱部、
３０４２ａ…平面部、
３０４２ｂ…凸部、
３０４２ｃ…凹部、
３０４２ｄ…吸気口、
３０４３…第２の加熱部、
３０４４ａ、３０４４ｂ…平板状ヒータ、
３０４５…支柱、
３０４６…加熱部移動機構、
３０４６ａ…送りねじ部、
３０４６ｂ…モータ、
３０５…イオン化部、
３０６…物質検知部、
３０７…演算処理部、
３１１…真空ポンプ、
３１２…吸入ポンプ、
３０８…制御部。

Claims (10)

1. 検査試料を加熱し該試料の付着物質を気化させ、気体分子をイオン化して該付着物質中の危険物を探知する危険物探知装置であって、
   上記検査試料を支持する支持部と、
   上記検査試料の第１の面側から該検査試料を加熱する第１の加熱部と、該検査試料の第２の面側から該検査試料を加熱する第２の加熱部とを備えた加熱手段と、
   上記加熱手段の上記第１、第２の加熱部のうちのいずれか一方または両方を移動させ、上記検査試料と該加熱部の加熱面との間の距離を変化させる加熱部移動機構と、
   上記加熱により発生した気体の気体分子をイオン化するイオン化部と、
   上記イオンの種類を識別し、その種類やイオン量をイオン電流に信号として反映させる物質検知部と、
   上記イオン電流を解析し、該解析結果に基づいて探知対象物質の有無を判定する演算処理部と、
   上記加熱部移動機構、上記イオン化部、上記物質検知部、上記演算処理部のうち一部のものまたは全部を制御する制御手段と、
   を備え、上記加熱手段の加熱部の加熱面と上記検査試料との間の距離を変化させることで該検査試料の温度を変化させ、複数通りの温度下で付着物質を気化させ、イオン化させることにより、危険物を探知する構成としたことを特徴とする危険物探知装置。
2. 上記物質検知部は、上記識別と、上記イオンのイオン電流への変換を、質量分析法またはイオンモビリティスペクトロメトリーにより行う構成である請求項１に記載の危険物探知装置。
3. 上記加熱手段は、上記第１、第２の加熱部がそれぞれ、上記検査試料の被加熱面に対向する加熱面を有する加熱部材と、該加熱部材を熱するヒータとを備えて成る構成である請求項１に記載の危険物探知装置。
4. 上記加熱手段は、上記第１の加熱部が上記検査試料の上面側に配され、上記第２の加熱部が該検査試料の下面側に配され、該第１の加熱部に吸気手段が結合された構成である請求項１に記載の危険物探知装置。
5. 上記制御手段は、上記加熱部移動機構を、上記加熱手段と上記検査試料との距離が段階的に変化するように制御する構成である請求項１に記載の危険物探知装置。
6. 上記加熱手段は、上記第１、第２の加熱部がそれぞれ、上記検査試料の被加熱面に対向する加熱面を有する加熱部材と、該加熱部を熱するヒータとを備えて成り、該第１、第２の加熱部の加熱部材のうちのいずれか一方または両方は、該検査試料の被加熱面に対向する加熱面が、平面部とその周囲の凹凸部とを有しかつ該平面部内に吸気口を備えた構成である請求項１に記載の危険物探知装置。
7. 上記支持部は、検査試料を支持した状態で、上記加熱手段の上記第１、第２の加熱部間位置に移動可能な構成である請求項１に記載の危険物探知装置。
8. 検査試料を加熱手段で加熱して該試料の付着物質を気化させ、気体分子をイオン化して該付着物質中の危険物を探知する危険物探知方法であって、
   検査試料を所定位置に移動させる第１のステップと、
   上記移動された検査試料の両面を、加熱手段により第１の距離の位置から加熱し、該検査試料を第１の温度にして上記付着物質を気化させる第２のステップと、
   上記気化により得られた気体を吸気し所定位置に移動させる第３のステップと、
   上記所定位置で上記気体の気体分子をイオン化する第４のステップと、
   上記イオンの種類やイオン量を識別する第５のステップと、
   上記識別したイオンの種類やイオン量をイオン電流に信号として反映する第６のステップと、
   上記イオン電流を解析し、該解析結果に基づいて探知対象物質の有無を判定する第７のステップと、
   加熱手段を移動させ、上記検査試料に対し第２の距離の位置にする第８のステップと、
   上記検査試料の両面を、加熱手段により第２の距離の位置から加熱し、該検査試料を第２の温度にして上記付着物質を気化させる第９のステップと、
   上記気化により得られた気体を吸気し所定位置に移動させる第１０のステップと、
   上記所定位置で上記気体の気体分子をイオン化する第１１のステップと、
   上記イオンの種類やイオン量を識別する第１２のステップと、
   上記識別したイオンの種類やイオン量をイオン電流に信号として反映する第１３のステップと、
   上記イオン電流を解析し、該解析結果に基づいて探知対象物質の有無を判定する第１４のステップと、
   を備え、上記加熱手段により上記検査試料を複数通りの距離の位置から加熱し、検査試料の温度を複数通りに変え、各温度で上記付着物質を気化させて、該付着物質中の危険物を探知することを特徴とする危険物探知方法。
9. 上記第５のステップと上記第１２のステップにおけるイオンの識別と、上記第６のステップと上記第１３のステップにおけるイオンの種類やイオン量のイオン電流への信号としての反映は、質量分析法またはイオンモビリティスペクトロメトリーにより行われる請求項８に記載の危険物探知方法。
10. 上記第８のステップにおいて、上記第２の距離は、上記第２のステップにおける上記第１の距離よりも短くされる請求項８に記載の危険物探知方法。
    

Images