JP3772603B2

JP3772603B2 - 配向測定装置

Info

Publication number: JP3772603B2
Application number: JP26566399A
Authority: JP
Inventors: 紳一永田; 誠一宮本
Original assignee: Oji Holdings Corp; Oji Paper Co Ltd
Current assignee: New Oji Paper Co Ltd; Oji Holdings Corp
Priority date: 1999-09-20
Filing date: 1999-09-20
Publication date: 2006-05-10
Anticipated expiration: 2019-09-20
Also published as: JP2001091476A

Description

【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、
且つ、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た場合に、前記誘電体共振器の試料測定面以外の面との間隙のうち、該試料測定面に対向する底面とシールド容器との間隙が０ . ２から０ . ８ｍｍであり、該対向する底面とシールド容器間に誘電損失率がポリエチレンテレフタレートの誘電損失率以下の物質を挟んで離間する構造としたことにより、Ｑ値が誘電体共振器の該対向する底面とシールド容器が接触している時に較べて向上していることを特徴とする。また、更に前記誘電損失率がポリエチレンテレフタレートの誘電損失率以下の物質が平板または円盤状のスペーサおよび該スペーサ周囲の空気であることが好ましい。
また、前記測定平面及びその面に対向する底面以外の前記誘電体共振器の面と前記シールド容器との間隙を２から５ｍｍ離すように構成することが感度向上の上で好ましい。また、スペーサが該スペ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ＴＭ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２０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ＴＥ０１δ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ＴＭ２０１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ＨＥＭ１１δ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0.6ｍｍ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（20mm）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。つまりスペーサや空気を誘電損失率が小さい物質として誘電体共振器の底面（測定面と対向する面）とシールド容器間に挟んで離間するような構造であることが好ましい。
【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））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、４ＧＨｚ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。
本図からスペーサが無い、すなわち誘電体共振器の該対向する底面とシールド容器が接触している時からある範囲のスペーサの厚さまでの間はＱ値がスペーサの無い時に較べてＱ値の最大値をも含みながら向上している範囲があり、
この範囲が測定上好ましい。
スペーサや空気を誘電損失率が小さい物質として誘電体共振器の底面（測定面と対向する面）とシールド容器間に挟んで離間するような構造としているが、誘電損失率の小さい物質として挙げた上記ポリテトラフルオロエチレン、石英、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、空気の中ではポリエチレンテレフタレートが誘電損失率が最大であるので、ポリエチレンテフタレートより誘電損失率が低い物質が好ましいことになる。
【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２０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ｍｍ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０．５ｍｍ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４２、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１９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ＰＥＴ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ＭＯＡ３００１Ａ）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

Claims

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、
且つ、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た場合に、前記誘電体共振器の試料測定面以外の面との間隙のうち、該試料測定面に対向する底面とシールド容器との間隙が０ . ２から０ . ８ｍｍであり、該対向する底面とシールド容器間に誘電損失率がポリエチレンテレフタレートの誘電損失率以下の物質を挟んで離間する構造としたことにより、Ｑ値が誘電体共振器の該対向する底面とシールド容器が接触している時に較べて向上していることを特徴とする配向測定装置。
前記誘電損失率がポリエチレンテレフタレートの誘電損失率以下の物質が平板または円盤状のスペーサおよび該スペーサ周囲の空気である請求項１記載の配向測定装置。
前記測定平面及びその面に対向する底面以外の前記誘電体共振器の面と前記シールド容器との間隙を２から５ｍｍ離すように構成した請求項１または２項に記載の配向測定装置。
前記スペーサが該スペ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から３のいずれか一項に記載の配向測定装置。
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失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。
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。
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。