JP5880803B1 - 固定器具および金属メッシュデバイス - Google Patents
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Abstract
空隙配置構造体を、挟み込んで固定するための第１枠部材（２）および第２枠部材（３）を備える固定器具。第１基準面（２２ａ）と第１内周側嵌合面（２１ａ）との距離をＡ１、第１基準面（２２ａ）と第１外周側嵌合面（２１ｂ）との距離をＡ２、第２基準面（３２ａ）と第２内周側嵌合面（３１ａ）との距離をＢ１、第２基準面（３２ａ）と第２外周側嵌合面（３１ｂ）との距離をＢ２、空隙配置構造体１の外周部（１０２）の厚みをＣとしたときに、以下の式１：Ａ１＋Ｃ＞Ｂ１および式２：Ａ２＋Ｃ＞Ｂ２の少なくともいずれかの条件を満たす。
Description
本発明は、固定器具、および、固定器具と空隙配置構造体とを備える金属メッシュデバイスに関する。
従来から、空隙配置構造体に被測定物を保持して、その被測定物が保持された空隙配置構造体に電磁波を照射し、その透過率スペクトルなどを解析して被測定物の特性を測定する分光測定法が用いられている。具体的には、例えば、タンパク質（被測定物）が付着した金属メッシュ（空隙配置構造体）にテラヘルツ波を照射し、その透過率スペクトルを解析してタンパク質の特性を測定する方法が挙げられる。
このような分光測定では、測定感度を向上させるため、使用する電磁波の周波数を高くし、それに応じて空隙の開口面積を小さくすることが一般的である。この場合、加工上の制限から、空隙配置構造体の厚みは照射する電磁波の波長程度かそれ以下とする必要がある。特に、テラヘルツ波のような高周波（短波長）の電磁波を照射する際に用いる空隙配置構造体の厚みは、非常に薄くなる。このため、空隙配置構造体を分光器のステージに保持した場合、空隙配置構造体に撓みが生じる場合があり、測定誤差に影響を与える恐れがあった。
この点について、特許文献１（国際公開第２０１１／０７０８１７号）では、枠部材で空隙配置構造体を挟持してなる金属メッシュデバイスが提案されている。この金属メッシュデバイスにおいては、空隙配置構造体を張力を保った状態で保持することができるため、上記の撓みの発生を抑制することができる。
しかしながら、特許文献１に開示されるような金属メッシュデバイスにおいては、枠部材（例えば、樹脂製）の成型精度のばらつきによって、枠部材による空隙配置構造体の固定が不十分となる場合があり、この場合に空隙配置構造体の主面に皺や撓みが発生するという問題があった。空隙配置構造体の主面に皺や撓みが発生すると、空隙配置構造体の周波数特性が変化してしまい、測定誤差が生じることにより、感度および再現性の高い分光測定を行うことが困難になる。
特に、枠部材の嵌合部分のみ（通常は、リング状）では、嵌合のための押圧時に求められる十分な強度や取扱い性が不足する場合が多いため、強度や取扱い性を高めるため、嵌合部分（固定部分）の周囲にはフランジ部（輪縁部）が設けられている。この場合、一方の枠部材のフランジが他方の枠部材のフランジ部に当接することで、枠部材の嵌合（埋入）の深さの上限は決まってしまう。このため、成型精度のばらつきによって枠部材の固定部分での厚みが不足したような場合に、空隙配置構造体の固定（挟み込み）を十分に行うことができなくなる。
本発明は上記の事情に鑑み、空隙配置構造体の皺や撓みによる周波数特性の変化を抑制し、感度および再現性の高い分光測定を行うことを可能とする固定器具およびそれを備える金属メッシュデバイスを提供することを目的とする。
本発明は、互いに対向する一対の主面を有し、前記主面の両方を貫通する複数の空隙が配置された空隙配置部と、該空隙配置部の周囲の外周部とからなる空隙配置構造体を、挟み込んで固定するための第１枠部材および第２枠部材を備える固定器具であって、
前記第１枠部材は、第１開口部と、前記第１開口部の周囲を取り囲む枠状の第１固定部と、前記第１固定部の外周に接する第１フランジ部とを含み、
前記第２枠部材は、第２開口部と、前記第２開口部の周囲を取り囲む枠状の第２固定部と、前記第２固定部の外周に接する第２フランジ部とを含み、
前記第１固定部と前記第２固定部とを前記空隙配置構造体の前記外周部を挟んだ状態で嵌合させることにより、前記空隙配置構造体を固定することができ、
前記空隙配置構造体を固定した状態で前記第１フランジ部と前記第２フランジ部とが対向し、
前記第１固定部の嵌合面は、前記第１フランジ部の前記第２フランジ部に対向する面である第１基準面に対する凸部であり、前記第１基準面との距離が異なる第１内周側嵌合面および第１外周側嵌合面を有し、
前記第２固定部の嵌合面は、前記第２フランジ部の前記第１フランジ部に対向する面である第２基準面に対する凹部であり、前記第２基準面との距離が異なる第２内周側嵌合面および第２外周側嵌合面を有し、
前記第１基準面と前記第１内周側嵌合面との距離をＡ１とし、前記第１基準面と前記第１外周側嵌合面との距離をＡ２とし、前記第２基準面と前記第２内周側嵌合面との距離をＢ１とし、前記第２基準面と前記第２外周側嵌合面との距離をＢ２とし、前記空隙配置構造体の前記外周部の厚みをＣとしたときに、以下の式１および式２：
Ａ１＋Ｃ＞Ｂ１ ・・・（式１）
Ａ２＋Ｃ＞Ｂ２ ・・・（式２）
の少なくともいずれかの条件を満たすことを特徴とする、固定器具である。
前記第１枠部材は、第１開口部と、前記第１開口部の周囲を取り囲む枠状の第１固定部と、前記第１固定部の外周に接する第１フランジ部とを含み、
前記第２枠部材は、第２開口部と、前記第２開口部の周囲を取り囲む枠状の第２固定部と、前記第２固定部の外周に接する第２フランジ部とを含み、
前記第１固定部と前記第２固定部とを前記空隙配置構造体の前記外周部を挟んだ状態で嵌合させることにより、前記空隙配置構造体を固定することができ、
前記空隙配置構造体を固定した状態で前記第１フランジ部と前記第２フランジ部とが対向し、
前記第１固定部の嵌合面は、前記第１フランジ部の前記第２フランジ部に対向する面である第１基準面に対する凸部であり、前記第１基準面との距離が異なる第１内周側嵌合面および第１外周側嵌合面を有し、
前記第２固定部の嵌合面は、前記第２フランジ部の前記第１フランジ部に対向する面である第２基準面に対する凹部であり、前記第２基準面との距離が異なる第２内周側嵌合面および第２外周側嵌合面を有し、
前記第１基準面と前記第１内周側嵌合面との距離をＡ１とし、前記第１基準面と前記第１外周側嵌合面との距離をＡ２とし、前記第２基準面と前記第２内周側嵌合面との距離をＢ１とし、前記第２基準面と前記第２外周側嵌合面との距離をＢ２とし、前記空隙配置構造体の前記外周部の厚みをＣとしたときに、以下の式１および式２：
Ａ１＋Ｃ＞Ｂ１ ・・・（式１）
Ａ２＋Ｃ＞Ｂ２ ・・・（式２）
の少なくともいずれかの条件を満たすことを特徴とする、固定器具である。
上記固定器具は、さらに、以下の式３：
Ａ１−Ｂ１＞Ａ２−Ｂ２ ・・・（式３）
の条件を満たすことが好ましい。
Ａ１−Ｂ１＞Ａ２−Ｂ２ ・・・（式３）
の条件を満たすことが好ましい。
また、本発明は、上記の固定器具、および、前記空隙配置構造体を備える金属メッシュデバイスにも関する。
前記金属メッシュデバイスは、前記空隙配置構造体に被測定物を保持した状態で、前記空隙配置構造体に電磁波を照射して、前記空隙配置構造体で散乱された電磁波の周波数特性を検出することにより、前記被測定物の特性を測定する分光測定に用いられるものであり、
前記空隙配置部の厚みは、前記電磁波の波長の１０分の１以上、１０倍以下であることが好ましい。
前記空隙配置部の厚みは、前記電磁波の波長の１０分の１以上、１０倍以下であることが好ましい。
本発明によれば、空隙配置構造体の皺や撓みが抑制されるので、周波数特性の変化が抑制され、感度および再現性の高い分光測定を行うことを可能とする固定器具およびそれを備える金属メッシュデバイスを提供することができる。
以下、本発明の固定器具および金属メッシュデバイスの実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。
＜固定器具＞
［実施形態１］
本実施形態の固定器具は、互いに対向する一対の主面を有し、主面の両方を貫通する複数の空隙が配置された空隙配置部と、該空隙配置部の周囲の外周部とからなる空隙配置構造体を、挟み込んで固定するための第１枠部材および第２枠部材を備える固定器具である。なお、空隙配置構造体の詳細については、後述するためここでは説明を省略する。
［実施形態１］
本実施形態の固定器具は、互いに対向する一対の主面を有し、主面の両方を貫通する複数の空隙が配置された空隙配置部と、該空隙配置部の周囲の外周部とからなる空隙配置構造体を、挟み込んで固定するための第１枠部材および第２枠部材を備える固定器具である。なお、空隙配置構造体の詳細については、後述するためここでは説明を省略する。
図１を参照して、第１枠部材２は、第１開口部２０と、第１開口部２０の周囲を取り囲む枠状の第１固定部２１と、第１固定部２１の外周に接する第１フランジ部２２とを含む。なお、第１フランジ部２２は、ガイド部材２３を有しており（図１（ａ），（ｂ））、また孔２４を有している（図１（ａ），（ｃ））。
図２を参照して、第２枠部材３は、第２開口部３０と、第２開口部３０の周囲を取り囲む枠状の第２固定部３１と、第２固定部３１の外周に接する第２フランジ部３２とを含む。なお、第２フランジ部３２は、ガイド孔３３を有しており（図２（ａ），（ｂ））、また突起部３４（図２（ａ），（ｃ））を有している。
図３を参照して、第１固定部２１と第２固定部３１とを空隙配置構造体１の外周部を挟んだ状態で嵌合させることにより、空隙配置構造体１を固定することができる。空隙配置構造体を固定した状態で第１フランジ部２２と第２フランジ部３２とは対向する。なお、空隙配置構造体１を挟み込む際は、まず、第１枠部材２のガイド部材２３（図１）を第２枠部材３のガイド孔３３（図２）に嵌合し、その後に、第２枠部材３の突起部３４（図２）を第１枠部材２の孔２４（図１）に嵌合させるようにして、第１枠部材２と第２枠部材３とで空隙配置構造体１を挟み込む。
第１固定部２１の嵌合面は、第１フランジ部２２の第２フランジ部３２に対向する面である第１基準面２２ａに対する凸部であり、第１基準面２２ａとの距離が異なる第１内周側嵌合面２１ａおよび第１外周側嵌合面２１ｂを有している。
第２固定部３１の嵌合面は、第２フランジ部３２の第１フランジ部２２に対向する面である第２基準面３２ａに対する凹部であり、第２基準面３２ａとの距離が異なる第２内周側嵌合面３１ａおよび第２外周側嵌合面３１ｂを有している。
本実施形態の固定器具は、第１基準面２２ａと第１内周側嵌合面２１ａとの距離をＡ１とし、第１基準面２２ａと第１外周側嵌合面２１ｂとの距離をＡ２とし、第２基準面３２ａと第２内周側嵌合面３１ａとの距離をＢ１とし、第２基準面３２ａと第２外周側嵌合面３１ｂとの距離をＢ２とし、空隙配置構造体１の外周部１０２（図１２参照）の厚みをＣとしたときに、以下の式１および式２：
Ａ１＋Ｃ＞Ｂ１ ・・・（式１）
Ａ２＋Ｃ＞Ｂ２ ・・・（式２）
の少なくともいずれかの条件を満たすことを特徴とする。
Ａ１＋Ｃ＞Ｂ１ ・・・（式１）
Ａ２＋Ｃ＞Ｂ２ ・・・（式２）
の少なくともいずれかの条件を満たすことを特徴とする。
この点について、図４および図１５を参照して、さらに詳細に説明する。まず枠部材（第１枠部材２および第２枠部材３）の成型精度を考慮せず、設計通りの寸法の枠部材を作製できるとすれば、図１５（ａ）に示すように、Ａ１＋Ｃ＝Ｂ１およびＡ２＋Ｃ＝Ｂ２を満たすように、各部材の寸法を設計すれば、空隙配置構造体１の外周部を第１枠部材２の第１固定部２１および第２枠部材３の第２固定部３１の嵌合面側で挟持することができる。しかし、実際には、樹脂製などの枠部材は成型精度のばらつきがあり、仮にＡ１およびＡ２の両方の長さが設計値より不足したり、Ｂ１およびＢ２の両方の長さが設計値より不足した場合、図１５（ｂ）に示すように、空隙配置構造体１の外周部が第１枠部材２の第１固定部２１および第２枠部材３の第２固定部３１で十分に挟み込まれず、空隙配置構造体１の固定が不十分となってしまう。
そこで、本実施形態の固定部材においては、枠部材の成型精度にある程度のばらつきが生じた場合でも、図４（ａ）に示すように、第１固定部２１の第１内周側嵌合面２１ａと第２固定部３１の第２内周側嵌合面３１ａとで、空隙配置構造体１を確実に挟持できるようにするか、あるいは、図４（ｂ）に示すように、第１固定部２１の第１外周側嵌合面２１ｂと第２固定部３１の第２外周側嵌合面３１ｂとで、空隙配置構造体１を確実に挟持できるように、Ａ１とＢ１、および、Ａ２とＢ２の寸法関係を設計している。
すなわち、本実施形態の固定部材に用いられる枠部材は、以下の式１および式２：
Ａ１＋Ｃ＞Ｂ１ ・・・（式１）
Ａ２＋Ｃ＞Ｂ２ ・・・（式２）
の少なくともいずれかの条件を満たすように、寸法設計されている。なお、図３において、Ａ２はＡ１より大きくＢ２はＢ１より大きい形態が示されているが、式１、式２を満たす限り、Ａ１がＡ２より大きく、Ｂ１がＢ２より大きい形態としてもよい。
Ａ１＋Ｃ＞Ｂ１ ・・・（式１）
Ａ２＋Ｃ＞Ｂ２ ・・・（式２）
の少なくともいずれかの条件を満たすように、寸法設計されている。なお、図３において、Ａ２はＡ１より大きくＢ２はＢ１より大きい形態が示されているが、式１、式２を満たす限り、Ａ１がＡ２より大きく、Ｂ１がＢ２より大きい形態としてもよい。
このような枠部材の寸法設計によって、枠部材の寸法精度にばらつきが生じた場合でも、空隙配置構造体１を確実に固定することができる。これにより、空隙配置構造体の皺や撓みによる周波数特性の変化を抑制し、感度および再現性の高い分光測定を行うことを可能とする固定器具およびそれを備える金属メッシュデバイスを提供することができる。
ただし、図４（ａ）に示すように、第１固定部２１の第１内周側嵌合面２１ａと第２固定部３１の第２内周側嵌合面３１ａとで、空隙配置構造体１を確実に挟持することが、空隙配置構造体１の皺や撓みを抑制する上でより重要であるため、以下の式３：
Ａ１−Ｂ１＞Ａ２−Ｂ２ ・・・（式３）
の条件を満たすように枠部材の寸法を設計することがより好ましい。これにより、空隙配置構造体１をさらに確実に固定することができる。
Ａ１−Ｂ１＞Ａ２−Ｂ２ ・・・（式３）
の条件を満たすように枠部材の寸法を設計することがより好ましい。これにより、空隙配置構造体１をさらに確実に固定することができる。
枠部材（第１枠部材２および第２枠部材３）の材質としては、特に限定されないが、分光測定への影響が少なく、加工が容易である観点から、例えば、樹脂材料を用いることが好ましい。樹脂材料としては、例えば、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、（ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）などのエンジニアリング・プラスチックや、テフロン（登録商標）、ポリエチレンまたはポリプロピレンが挙げられる。このような樹脂材料などの成型精度がばらつき易い材料を用いて枠部材を成型する場合において、本発明によって得られる効果は特に有益である。
なお、第１枠部材２の第１固定部２１および第２枠部材３の第２固定部３１において、空隙配置構造体１の外周部と接する側の表面（第１内周側嵌合面２１ａ、第１外周側嵌合面２１ｂ、第２内周側嵌合面３１ａおよび第２外周側嵌合面３１ｂ）は、粗面化されていることが好ましい。粗面化することで、空隙配置構造体１の外周部と接する側の表面の表面抵抗（摩擦係数）が上がるため、より強固に空隙配置構造体１を保持することが可能となる。また、嵌合時の摩擦動作によって、より確実に空隙配置部を張力が保たれた状態で保持することが可能となる。
また、図１〜図３に示されるような圧入ガイド部（ピン）２３とガイド孔３３の代わりに、例えば、図８に示すような、半円柱状の圧入ガイド部２８およびガイド溝３８を設けてもよい。
また、本実施形態の説明に用いた図では、全体の形状が円盤（円環）を平行な直線で切り取ったような形状（両側Ｄカット）である固定器具を示したが、このような形状とすることによって、円盤状の固定器具よりも、分光器等に設置される際の回転方向の位置決めが容易になる。なお、固定器具の形状はこのような形状に限定されるものではなく、例えば、図９に示すような全体の形状が長方形である固定器具（第１枠部材２および第２枠部材３）や、図１０に示すような１箇所に切欠部Ｄを有する固定器具を用いた場合でも、分光器等に設置される際の位置決めが容易になる。
また、本実施形態では、第１枠部材２の第１固定部２１の嵌合面側が第１内周側嵌合面２１ａと第２外周側嵌合面２１ｂからなり、第２枠部材３の第２固定部３１の嵌合面側が第２内周側嵌合面３１ａと第２外周側嵌合面３１ｂからなる形態について説明した。すなわち、本実施形態では、第１固定部２１および第２固定部は、それぞれ基準面（第１基準面２２ａまたは第２基準面３２ａ）からの距離が異なる２つの嵌合面を有しているが、第１固定部２１および第２固定部の各々は、さらに、基準面からの距離が異なる３つ以上の嵌合面を有していてもよい。この場合、空隙配置構造体１を挟持した際の空隙配置構造体１の折り曲げ回数を増加させることができ、より強固に空隙配置構造体１を固定することが可能になる。
［実施形態２］
図５を参照して、本実施形態の固定部材は、第１枠部材２の第１固定部２１（第１フランジ部２２に対する凸部）が第２枠部材３の第２固定部３１（第２フランジ部３２に対する凹部）に圧入されることで、第１枠部材２と第２枠部材３との嵌合状態が保持されるよう設計されている点で、実施形態１とは異なる。すなわち、第１固定部２１の外径が第２固定部３１の外径（第２フランジ部３２の内径）よりも若干大きくなるように設計されている。それ以外の点は実施形態１と同様であるため、重複する説明は省略する。
図５を参照して、本実施形態の固定部材は、第１枠部材２の第１固定部２１（第１フランジ部２２に対する凸部）が第２枠部材３の第２固定部３１（第２フランジ部３２に対する凹部）に圧入されることで、第１枠部材２と第２枠部材３との嵌合状態が保持されるよう設計されている点で、実施形態１とは異なる。すなわち、第１固定部２１の外径が第２固定部３１の外径（第２フランジ部３２の内径）よりも若干大きくなるように設計されている。それ以外の点は実施形態１と同様であるため、重複する説明は省略する。
［実施形態３］
図６を参照して、本実施形態の固定部材は、第１枠部材２の第１フランジ部２２にはネジを通すためのネジ孔２５が設けられており、第２枠部材３の第２フランジ部３２にもネジ孔２５に対応する位置にネジ孔３５が設けられている点で、実施形態１とは異なる。それ以外の点は実施形態１と同様であるため、重複する説明は省略する。
図６を参照して、本実施形態の固定部材は、第１枠部材２の第１フランジ部２２にはネジを通すためのネジ孔２５が設けられており、第２枠部材３の第２フランジ部３２にもネジ孔２５に対応する位置にネジ孔３５が設けられている点で、実施形態１とは異なる。それ以外の点は実施形態１と同様であるため、重複する説明は省略する。
［実施形態４］
図７を参照して、本実施形態の金属メッシュデバイスは、スクリューキャップ４の内周側のネジ溝４７を、第２枠部材の外周に設けられたネジ溝３７に螺合させることで、第１枠部材２と第２枠部材３とで空隙配置構造体１を締め付けて固定する点で、実施形態１とは異なる。なお、スクリューキャップ４を螺合する際に、第１枠部材２が第２枠部材３に対して回転してしまわないように、第１枠部材２に切欠部２６、第２枠部材３の突起部３６を設け、両者を嵌合させている。それ以外の点は実施形態１と同様であるため、重複する説明は省略する。
図７を参照して、本実施形態の金属メッシュデバイスは、スクリューキャップ４の内周側のネジ溝４７を、第２枠部材の外周に設けられたネジ溝３７に螺合させることで、第１枠部材２と第２枠部材３とで空隙配置構造体１を締め付けて固定する点で、実施形態１とは異なる。なお、スクリューキャップ４を螺合する際に、第１枠部材２が第２枠部材３に対して回転してしまわないように、第１枠部材２に切欠部２６、第２枠部材３の突起部３６を設け、両者を嵌合させている。それ以外の点は実施形態１と同様であるため、重複する説明は省略する。
＜金属メッシュデバイス＞
［実施形態５］
本実施形態は、本発明の金属メッシュデバイスの一実施形態である。実施形態１〜４のいずれかの固定器具、および、空隙配置構造体を含む。
［実施形態５］
本実施形態は、本発明の金属メッシュデバイスの一実施形態である。実施形態１〜４のいずれかの固定器具、および、空隙配置構造体を含む。
（空隙配置構造体）
主に図１２および図１３を参照して、空隙配置構造体１は、主面１０１ａに垂直な方向に貫通した複数の空隙１１と、空隙配置部１０１の周囲の外周部１０２とからなる（図１４（ａ））。なお、空隙配置構造体１は、全体の形状が円盤状であり、全体に複数の空隙１１が配置された空隙配置部１０１（内周側の円盤状部分）と、それを囲む外周部１０２（外周側の円環状部分）とから構成されている。
主に図１２および図１３を参照して、空隙配置構造体１は、主面１０１ａに垂直な方向に貫通した複数の空隙１１と、空隙配置部１０１の周囲の外周部１０２とからなる（図１４（ａ））。なお、空隙配置構造体１は、全体の形状が円盤状であり、全体に複数の空隙１１が配置された空隙配置部１０１（内周側の円盤状部分）と、それを囲む外周部１０２（外周側の円環状部分）とから構成されている。
本実施形態で用いられる空隙配置構造体の空隙配置部では、例えば、主面に垂直な方向に貫通した複数の空隙が上記主面上の少なくとも一方向に周期的に配置されている。ただし、空隙配置部の全体にわたって空隙が周期的に配置されている必要はなく、少なくとも一部において空隙が周期的に配置されていればよい。空隙配置部は、好ましくは準周期構造体や周期構造体からなる。準周期構造体とは、並進対称性は持たないが配列には秩序性が保たれている構造体のことである。準周期構造体としては、例えば、１次元準周期構造体としてフィボナッチ構造、２次元準周期構造体としてペンローズ構造が挙げられる。周期構造体とは、並進対称性に代表される様な空間対称性を持つ構造体のことであり、その対称の次元に応じて１次元周期構造体、２次元周期構造体、３次元周期構造体に分類される。１次元周期構造体は、例えば、ワイヤーグリッド構造、１次元回折格子などが挙げられる。２次元周期構造体は、例えば、メッシュフィルタ、２次元回折格子などが挙げられる。これらの周期構造体のうちでも、２次元周期構造体が好適に用いられ、より好ましくは空隙が縦方向および横方向に規則的に配列（方形配列）された２次元周期構造体が用いられる。
空隙が方形配列された２次元周期構造体としては、例えば、図１４（ａ），（ｂ）に示すようなマトリックス状に一定の間隔で空隙が配置された板状構造体（格子状構造体）が挙げられる。図１４（ａ）に示す空隙配置部１０１は、その主面１０１ａ側からみて正方形の空隙１１が、該正方形の各辺と平行な２つの配列方向（図１４（ｂ）中の縦方向と横方向）に等しい間隔で設けられた板状構造体から構成される。空隙は正方形に限定されず、例えば長方形や円や楕円などでもよい。また方形配列であれば、２つの配列方向の間隔は等しくなくてもよく、例えば長方形配列でもよい。また、空隙配置部および空隙配置構造体の全体形状も同様に限定されるものではない。
空隙の形状や寸法等は、測定方法や、空隙配置構造体（空隙配置部および外周部）の材質特性、使用する電磁波の周波数等に応じて適宜設計されるものであり、その範囲を一般化するのは難しいが、図１４（ａ）に示す空隙配置部１０１では、図１４（ｂ）にｓで示される空隙の格子間隔が、図１４（ｂ）にｄで示される空隙の孔サイズより大きく、測定に用いる電磁波の波長の１０倍以下であることが好ましい。一般に、空隙の格子間隔を使用する電磁波の波長に応じた範囲内で設定することで、測定感度を向上できるが、格子間隔の下限は加工上の制限を受ける。
また、空隙の孔サイズとしては、図１４（ｂ）にｄで示される空隙の孔サイズが、測定に用いる電磁波の波長の１０分の１以上であり、空隙の格子間隔より小さいことが好ましい。空隙の孔サイズは、使用する電磁波の波長に応じて設定することで、測定感度を向上できるが、孔サイズの下限は加工上の制限を受ける。
また、空隙配置構造体の空隙配置部の厚みは、測定方法や、空隙配置構造体の材質特性、使用する電磁波の周波数等に応じて適宜設計されるものであり、その範囲を一般化するのは難しいが、測定に用いる（照射される）電磁波の波長の１０分の１以上、１０倍以下であることが好ましい。空隙配置部の厚みがこの範囲よりも厚くなると、散乱する電磁波の強度が弱くなって信号を検出することが難しくなる場合がある。また、空隙配置部の厚みがこの範囲よりも薄くなると、機械的強度の面で問題が生じ、破れやすくなるため、自立膜として使用するのが困難になる。
空隙配置構造体は、好ましくは金属からなる。該金属は、卑金属を含むことが好ましく、例えば、卑金属からなるか、卑金属と他の金属との合金からなることが好ましい。また、表面にヒドロキシ基を形成することが可能な金属であることが好ましい。このような卑金属としては、例えば、ニッケル、ステンレス鋼、チタン、タングステン、鉄、クロム、白金、金、が挙げられ、好ましくはニッケル、ステンレス鋼、チタン、白金、金、である。
なお、本実施形態では、全体の形状が円盤状（円環状）である空隙配置構造体を示したが、空隙配置構造体の形状はこのような形状に限定されるものではない。
本実施形態の金属メッシュデバイスは、分光器等に設置される際、通常は、電磁波が照射される部位に取り付けられるステージと呼ばれる金属板等に固定される。このため、空隙配置構造体の主面に対して電磁波を垂直に入射させるときは、例えば、第１枠部材の嵌合面と反対側の面と、第２枠部材の嵌合面と反対側の面とが平行であるように設計すればよい。また、空隙配置構造体に入射角（電磁波の進行方向と空隙配置構造体の主面とのなす角度）を有する状態で電磁波が斜め入射する場合は、第１枠部材の嵌合面と反対側の面と、第２枠部材の嵌合面と反対側の面とが所望の角度で傾斜するように設計すれば、測定の準備を容易に行うことができる。
金属メッシュデバイスを分光器のステージへ固定する方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、圧接部材や接着剤を用いて金属メッシュデバイスの固定器具をステージに固定する方法や、ねじ止めやピン圧入によって金属メッシュデバイスの固定器具をステージに固定する方法を用いることができる。後者の場合、枠部材には、ねじやピンを通すための孔が設けられる。また、バネ板を利用した押しつけ力を利用して、金属メッシュデバイスをステージに固定してもよい。
（分光測定）
本発明の分光測定デバイスは、分光測定に用いられるものである。分光測定の具体的方法としては、例えば、空隙配置構造体に被測定物を保持した状態で、空隙配置構造体に電磁波を照射して、空隙配置構造体で散乱された電磁波の周波数特性を検出することにより、被測定物の特性を測定する方法があげられる。まず、このような分光測定の一例について、図１１を参照して説明する。
本発明の分光測定デバイスは、分光測定に用いられるものである。分光測定の具体的方法としては、例えば、空隙配置構造体に被測定物を保持した状態で、空隙配置構造体に電磁波を照射して、空隙配置構造体で散乱された電磁波の周波数特性を検出することにより、被測定物の特性を測定する方法があげられる。まず、このような分光測定の一例について、図１１を参照して説明する。
図１１は、分光測定の一例において周波数特性の検出に用いられる検出装置の概略を示す模式図である。この検出装置は、レーザ８２から照射されるレーザ光を半導体材料に照射することで発生する電磁波パルスを利用するものである。
図１１の構成において、レーザ８２から出射したレーザ光を、ハーフミラー９０で２つの経路に分岐する。一方は、電磁波発生側の光伝導素子８７ａに照射され、もう一方は、複数のミラー９１（同様の機能のものは付番を省略）を用いることで、時間遅延ステージ９６を経て受信側の光伝導素子８７ｂに照射される。光伝導素子８７ａ、８７ｂとしては、ＬＴ−ＧａＡｓ（低温成長ＧａＡｓ）にギャップ部をもつダイポールアンテナを形成した一般的なものを用いることができる。また、レーザ８２としては、ファイバー型レーザやチタンサファイアなどの固体を用いたレーザなどを使用できる。さらに、電磁波の発生、検出には、半導体表面をアンテナなしで用いたり、ＺｎＴｅ結晶の様な電気光学結晶を用いたりしてもよい。ここで、発生側となる光伝導素子８７ａのギャップ部には、電源８３により適切なバイアス電圧が印加されている。
発生した電磁波は放物面ミラー９２で平行ビームにされ、放物面ミラー９３によって、空隙配置構造体１に照射される。空隙配置構造体１を透過したテラヘルツ波は、放物面ミラー９４，９５を経由して光伝導素子８７ｂで受信される。光伝導素子８７ｂで受信された電磁波信号は、アンプ８６で増幅されたのちロックインアンプ８４で時間波形として取得される。そして、算出手段を含むＰＣ（パーソナルコンピュータ）８５でフーリエ変換などの信号処理された後に、空隙配置構造体１の透過率スペクトルなどが算出される。ロックインアンプ８４で取得するために、発振器８８の信号で発生側の光伝導素子８７ａのギャップに印加する電源８３からのバイアス電圧を変調（振幅５Ｖ〜３０Ｖ）している。これにより同期検波を行うことでＳ／Ｎ比を向上させることができる。
以上で説明した分光測定法（周波数特性の検出方法）は、一般にテラヘルツ時間領域分光法（ＴＨｚ−ＴＤＳ）と呼ばれる方法である。ＴＨｚ−ＴＤＳの他に、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴ−ＩＲ）などを用いることもできる。
図１１では、散乱が透過である場合、すなわち電磁波の透過率を検出する場合を示しているが、本発明において「散乱」とは、前方散乱の一形態である透過や、後方散乱の一形態である反射などを含む広義の概念を意味し、好ましくは透過または反射である。さらに好ましくは、０次方向の透過または０次方向の反射である。
なお、一般的に、回折格子の格子間隔をｓ、入射角をｉ、回折角をθ、波長をλとしたとき、回折格子によって回折されたスペクトルは、
ｓ（ｓｉｎ ｉ −ｓｉｎ θ）＝ｎλ ・・・（１）
と表すことができる。上記「０次方向」の０次とは、上記式（１）のｎが０の場合を指す。ｓおよびλは０となり得ないため、ｎ＝０が成立するのは、ｓｉｎ ｉ− ｓｉｎ θ＝０の場合のみである。従って、上記「０次方向」とは、入射角と回折角が等しいとき、つまり電磁波の進行方向が変わらないような方向を意味する。
ｓ（ｓｉｎ ｉ −ｓｉｎ θ）＝ｎλ ・・・（１）
と表すことができる。上記「０次方向」の０次とは、上記式（１）のｎが０の場合を指す。ｓおよびλは０となり得ないため、ｎ＝０が成立するのは、ｓｉｎ ｉ− ｓｉｎ θ＝０の場合のみである。従って、上記「０次方向」とは、入射角と回折角が等しいとき、つまり電磁波の進行方向が変わらないような方向を意味する。
周波数特性の検出に用いられる電磁波は、空隙配置構造体の構造に応じて散乱を生じさせることのできる電磁波であれば特に限定されず、電波、赤外線、可視光線、紫外線、Ｘ線、ガンマ線等のいずれも使用することができ、その周波数も特に限定されるものではないが、好ましくは周波数１ＧＨｚ〜１ＰＨｚの電磁波であり、より好ましくは周波数２０ＧＨｚ〜２４０ＴＨｚの電磁波（テラヘルツ波）であり、さらに好ましくは周波数２０ＴＨｚから２４０ＴＨｚの電磁波である。一般に使用する電磁波の周波数を高くすれば測定感度を向上させることができるが、それに応じて空隙の大きさを小さくする必要があるため、電磁波の周波数の上限には加工上の制限がある。
電磁波としては、例えば、所定の偏波方向を有する直線偏光の電磁波（直線偏波）や無偏光の電磁波（無偏波）を用いることができる。直線偏光の電磁波としては、例えば、短光パルスレーザを光源としてＺｎＴｅ等の電気光学結晶の光整流効果により発生するテラヘルツ波や、半導体レーザから出射される可視光や、光伝導アンテナから放射される電磁波等が挙げられる。無偏光の電磁波としては、高圧水銀ランプやセラミックランプから放射される赤外光等が挙げられる。
本発明の金属メッシュデバイスは、流体中の目的物を濾過することにより、目的物を捕集する用途にも適用可能である。金属メッシュデバイスをこのような濾過用途に用いる場合、金属メッシュデバイスに皺や撓みがあると空隙の大きさが小さくなることがある。その結果、本来通過させたい物質を捕集してしまうことがある。また、金属メッシュに皺や撓みがあると、流体を通過させる際の金属メッシュの強度が低下して、破れや破壊を生じる場合がある。これに対して、本発明の金属メッシュデバイスは、皺や撓みを抑制することができるため、上記の濾過用途に用いる場合の不具合を防止することができる。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１ 空隙配置構造体、１１ 空隙、１０１ 空隙配置部、１０１ａ 主面、１０２ 外周部、２ 第１枠部材、２０ 第１開口部、２１ 第１固定部、２２ 第１フランジ部、２３ ガイド部材、２４ 孔、３ 第２枠部材、３０ 第２開口部、３１ 第２固定部、３２ 第２フランジ部、３３ ガイド孔、３４ 突起部、３７ ネジ溝、３８ ガイド溝、４ スクリューキャップ、４７ ネジ溝、８２ レーザ、８３ 電源、８４ ロックインアンプ、８５ ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、８６ アンプ、８７ａ，８７ｂ 光電導素子、８８ 発振器、９０ ハーフミラー、９１ ミラー、９２，９３，９４，９５ 放物面ミラー、９６ 時間遅延ステージ。
Claims (4)
- 互いに対向する一対の主面を有し、前記主面の両方を貫通する複数の空隙が配置された空隙配置部と、該空隙配置部の周囲の外周部とからなる空隙配置構造体を、挟み込んで固定するための第１枠部材および第２枠部材を備える固定器具であって、
前記第１枠部材は、第１開口部と、前記第１開口部の周囲を取り囲む枠状の第１固定部と、前記第１固定部の外周に接する第１フランジ部とを含み、
前記第２枠部材は、第２開口部と、前記第２開口部の周囲を取り囲む枠状の第２固定部と、前記第２固定部の外周に接する第２フランジ部とを含み、
前記第１固定部と前記第２固定部とを前記空隙配置構造体の前記外周部を挟んだ状態で嵌合させることにより、前記空隙配置構造体を固定することができ、
前記空隙配置構造体を固定した状態で前記第１フランジ部と前記第２フランジ部とが対向し、
前記第１固定部の嵌合面は、前記第１フランジ部の前記第２フランジ部に対向する面である第１基準面に対する凸部であり、前記第１基準面との距離が異なる第１内周側嵌合面および第１外周側嵌合面を有し、
前記第２固定部の嵌合面は、前記第２フランジ部の前記第１フランジ部に対向する面である第２基準面に対する凹部であり、前記第２基準面との距離が異なる第２内周側嵌合面および第２外周側嵌合面を有し、
前記第１基準面と前記第１内周側嵌合面との距離をＡ１とし、前記第１基準面と前記第１外周側嵌合面との距離をＡ２とし、前記第２基準面と前記第２内周側嵌合面との距離をＢ１とし、前記第２基準面と前記第２外周側嵌合面との距離をＢ２とし、前記空隙配置構造体の前記外周部の厚みをＣとしたときに、以下の式１および式２：
Ａ１＋Ｃ＞Ｂ１ ・・・（式１）
Ａ２＋Ｃ＞Ｂ２ ・・・（式２）
の少なくともいずれかの条件を満たすことを特徴とする、固定器具。 - さらに、以下の式３：
Ａ１−Ｂ１＞Ａ２−Ｂ２ ・・・（式３）
の条件を満たす、請求項１に記載の固定器具。 - 請求項１または２に記載の固定器具、および、前記空隙配置構造体を備える金属メッシュデバイス。
- 前記金属メッシュデバイスは、前記空隙配置構造体に被測定物を保持した状態で、前記空隙配置構造体に電磁波を照射して、前記空隙配置構造体で散乱された電磁波の周波数特性を検出することにより、前記被測定物の特性を測定する分光測定に用いられるものであり、
前記空隙配置部の厚みは、前記電磁波の波長の１０分の１以上、１０倍以下である、請求項３に記載の金属メッシュデバイス。
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| JPH04331349A (ja) * | 1991-05-03 | 1992-11-19 | Horiba Ltd | 蛍光ｘ線分析装置 |
| JP2000046702A (ja) * | 1998-07-31 | 2000-02-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 試料捕集用フィルタ |
| JP2005221317A (ja) * | 2004-02-04 | 2005-08-18 | Seiko Epson Corp | 蛍光ｘ線分析装置の試料ホルダ、及びこれを用いた蛍光ｘ線分析装置 |
| JP2011013029A (ja) * | 2009-06-30 | 2011-01-20 | Horiba Ltd | 蛍光ｘ線分析装置 |
| WO2011070817A1 (ja) * | 2009-12-09 | 2011-06-16 | 株式会社村田製作所 | 空隙配置構造体が保持された分光測定用デバイス、それに用いられる枠部材、および、分光器 |
-
2015
- 2015-06-25 WO PCT/JP2015/068324 patent/WO2016009806A1/ja active Application Filing
- 2015-06-25 JP JP2015555309A patent/JP5880803B1/ja active Active
-
2016
- 2016-01-13 US US14/994,287 patent/US10215947B2/en active Active
Patent Citations (5)
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