JPH10311803A - 異方性分布の測定方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 マイクロ波検出器Ｄ１〜Ｄ６を備えた導波
管Ｗ１〜Ｗ６を設け、導波管に設けたギャップ内をシー
ト０１を通過させる。シートの長手方向での位置を変え
た２個の導波管で対を構成し、この対をシートの幅方向
に３対設ける。また供給するマイクロ波の電界方向を、
シートの長手方向に沿って変化させる。シートの長手方
向に沿った透過マイクロ波強度の比から異方性の強弱を
求め、異方性の強弱のシートの幅方向に沿った分布か
ら、異方性分布を求める。 【効果】 長尺状のシートに対して、連続的にかつ非
破壊で、異方性の分布を求めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の利用分野】この発明はフィルム，紙，セラミッ
クス等のシートの異方性分布の測定に関し、特にフィル
ム原反や延伸後のフィルム等のシートについて、シート
の幅方向に沿った異方性分布を測定することに関する。

【０００２】

【従来技術】発明者は、マイクロ波吸収を用いて、フィ
ルム等の配向方向を検出することを提案した（特開平１
−１６３６４５号他）。即ちプラスチックフィルムや紙
等のシートにマイクロ波を照射すると、マイクロ波の吸
収はシートの配向方向とマイクロ波の電界方向との相対
角に依存する。導波管で電界方向を揃えたマイクロ波を
供給し、導波管にギャップを設けてシートを挿入する。
ここでシートを回転させると、マイクロ波吸収が変化
し、これは電界方向に対するシートの回転により生じた
ものである。そしてシートの回転に伴う吸収の変化か
ら、配向方向を決定する。マイクロ波の吸収は例えば透
過マイクロ波強度から求め、マイクロ波の波数は透過マ
イクロ波のピークが生じる波数よりもやや高波数側とす
る。

【０００３】

【発明の課題】この発明の課題は、長手方向に沿って連
続的に送られるシートについて、シートの幅方向の異方
性分布を、サンプルをシートからカットすることなく、
測定することにある。この発明での副次的課題は、シー
トの異方性に対する検出感度を極大化することにある
（請求項４）。この発明での副次的課題はまた、大きく
かつ感度が高い検出信号を取り出すことにある（請求項
５）。

【０００４】

【発明の構成】この発明では、長手方向に沿って送られ
るシートの幅方向に沿って、少なくとも２個のマイクロ
波吸収検出部からなる対を複数対設け、各対での少なく
とも２個のマイクロ波吸収検出部を、シートの長手方向
に沿った位置を互いにシフトさせて、かつマイクロ波の
電界方向を変えて配置し、各対で求めた少なくとも２個
のマイクロ波吸収検出信号のシートの幅方向に沿った変
化、即ち対毎の変化から、シートの異方性分布を測定す
る。

【０００５】前記の複数の対は、シートの幅方向に沿っ
てほぼ平行に配置することが好ましいが、これに限るも
のではない。さらに上記の対は、例えばシートの中央部
付近と両端付近とに合計３対設けることが好ましい。広
幅のシートではもちろん３対以上設けることが好まし
い。各マイクロ波吸収検出部には、共通のマイクロ波発
振器（マイクロ波ジェネレータ）からマイクロ波を供給
してもよく、あるいは個々のマイクロ波吸収検出部毎に
マイクロ波ジェネレータを設けても良い。用いるマイク
ロ波の波長は、マイクロ波吸収検出部毎に異なっても良
いが、好ましくは共通とする。また各対でのマイクロ波
の電界方向は、例えば２個のマイクロ波吸収検出部の間
で好ましくは直角にする。なおマイクロ波吸収検出部
は、例えばマイクロ波の導波管の一方にマイクロ波ジェ
ネレータを接続し、他方にマイクロ波の検出器を配置し
たもので、単純のためこれらを総称して導波管と呼ぶこ
とがある。

【０００６】この発明において重要な概念は、各対での
例えば２個のマイクロ波吸収検出信号間での相対的な変
化であり、マイクロ波吸収検出信号は例えばシートを透
過したマイクロ波の強度となる。そして前記の相対的変
化としては、例えば比や差、あるいは２つのマイクロ波
吸収検出信号を方向の異なるベクトルとして扱った際の
合成ベクトルの向き等がある。これらの内で最も扱い易
いものは、２つのマイクロ波吸収検出信号の比である。
前記の比等の信号の表示形態は任意で、単純に例えば３
箇所の比を表示する、あるいは統計学で用いられる星座
グラフ等の形に変形して表示する。

【０００７】これらのマイクロ波吸収検出信号の相対的
変化は、シートの幅方向に複数対配置したマイクロ波吸
収検出部の対毎に求めることができ、シートの異方性が
均一でない場合、シートの幅方向に沿って変化する。言
い替えれば前記の相対的変化がシートの幅方向に沿って
均一な場合、シートの幅方向には異方性にがなく、不均
一な場合、幅方向に分布がある。そして長尺状のシート
の場合、問題なのは主として幅方向の異方性分布であ
る。

【０００８】マイクロ波の電界方向として、第１方向
と、これにほぼ直角な第２方向の２つの方向を設けるこ
とが好ましく、前記各対での一方のマイクロ波吸収検出
部に電界が第１方向のマイクロ波を供給し、他方のマイ
クロ波吸収検出部に電界が第２方向のマイクロ波を供給
する。

【０００９】好ましくは、各マイクロ波吸収検出部の向
きをシートに対して例えば±３０度、あるいは±１０度
程度の範囲で調整可能にする。１つの対について、前記
少なくとも２個のマイクロ波吸収検出部間での検出信号
の変化が最大となるように、マイクロ波吸収検出部の向
きを調整し、向きを調整した対と向きが平行になるよう
に、他の対のマイクロ波吸収検出部の向きを調整する。

【００１０】また好ましくは、マイクロ波の周波数を、
少なくとも１つの対について、前記少なくとも２個のマ
イクロ波吸収検出部での検出信号の和がピークとなるよ
うに定める。

【００１１】この発明はまた、シートを通過させるため
のギャップを備えて、ギャップから見た一方を発振器に
接続し、他方に透過マイクロ波の検出器を設けたマイク
ロ波の導波管を、シートの長手方向に沿って少なくとも
２個配置して導波管の対とし、かつ前記少なくとも２個
の導波管の間でマイクロ波の電界方向を異ならしめ、該
対をシートの幅方向に沿って複数対配置し、前記少なく
とも２個のマイクロ波検出器間の信号の変化を、シート
の幅方向に沿って求めることができるように構成する。

【００１２】

【発明の作用と効果】この発明では、シートの長手方向
に沿って配置した例えば２個のマイクロ波吸収検出部
に、電界方向の異なるマイクロ波を供給する。２個のマ
イクロ波吸収検出部間でのシートの配向の向きはほぼ同
じで、電界方向を変えれば、シートや検出部を回転させ
ずに、異方性を検出できる。そして前記の例えば２個の
マイクロ波吸収検出部を、シートの幅方向に複数対例え
ば３対設ければ、シートの異方性の程度と向きとが幅方
向にどのように変化するかを求めることができる。

【００１３】この発明では、マイクロ波検出器を備えた
導波管を設け、導波管に設けたギャップ内をシートを通
過させる。シートの長手方向での位置を変えて少なくと
も２個の導波管を配置して導波管の対とし、この対をシ
ートの幅方向に複数対、例えば３対設ける。また供給す
るマイクロ波の電界方向を、シートの長手方向に沿って
変化させる。シートの長手方向に沿った透過マイクロ波
強度の比等から異方性の強弱を求め、シートの幅方向に
沿った異方性の強弱の分布を求める。

【００１４】シートの場合、必要なのは均質なシートが
生産されているかであり、実際の配向の向きはこの発明
とは別にシートからサンプルを切りだして求めれば良
く、重要なのは異方性の分布が許容範囲内かどうかであ
る。これらのことは、シートの幅方向にマイクロ波吸収
検出部の対を複数対設けることで実現され、異方性に分
布がなければ各対での少なくとも２個の検出信号は同じ
であり、各対での信号が異なれば異方性に分布がある。

【００１５】そしてこの発明ではシートからサンプルを
切り出す必要が無いので、実質上連続的にかつ非破壊
で、シートの異方性分布を測定し、シートの品質管理等
を行うことができる。

【００１６】

【実施例】図１〜図７に、実施例とその変形とを示す。
図１に実施例のブロック構成を示すと、０１はシート
で、例えばプラスチックフィルム、プラスチックシー
ト、紙あるいはセラミックスの薄板等である。これらの
ものは延伸や抄紙等により配向しており、配向方向はフ
ィルム０１の流れ方向（図１の白抜き矢印）が基準とな
り、１軸延伸か２軸延伸か等で異なる。そして周知のよ
うに、シート０１を均一に配向させて延伸することは難
しく、シート０１には幅方向に沿った配向方向の分布
と、幅方向よりも弱いものの長手方向に沿った配向方向
の分布が存在する。ただしこの発明では、配向方向自体
を測定するのではなく、配向方向の分布を異方性分布と
呼ぶことにする。

【００１７】既存の技術でもシート０１から切り出した
サンプルについて、配向方向を測定することは可能であ
る。しかしながらシート０１をライン上で連続的に長手
方向に送りながら、異方性の分布を測定することは不可
能である。そしてライン上で連続的に流れるシート０１
に対して、幅方向の異方性分布を測定できれば、シート
０１の配向の乱れを検出できる。

【００１８】Ｗ１〜Ｗ６は導波管で、図２に示すように
各導波管ＷｎにはギャップＧがあり、ここをシート０１
が通過する。そして各導波管Ｗｎには、ギャップＧの両
側にオリフィス１０，１１があり、例えばオリフィス１
０側からマイクロ波を供給し、オリフィス１１側にマイ
クロ波検出器Ｄ１〜Ｄ６を配置して、シート０１を透過
したマイクロ波強度を検出する。図２の鎖線は電界強度
の分布を示し、オリフィス１０，１１で最小となる。導
波管Ｗｎの断面形状は、アスペクト比が２の長方形で、
断面長軸側に電界方向がある。

【００１９】導波管Ｗ１〜Ｗ６は例えば±３０度あるい
は±１０度程度の範囲でシート０１に対して角度を調整
可能で、Ｒ１〜Ｒ６は導波管をシート０１に対して相対
回転させるための調整器である。なお導波管Ｗ１〜Ｗ３
とＷ４〜Ｗ６は向きがほぼ直角で、これはマイクロ波の
電界方向がほぼ直角に異なることを意味する。また導波
管Ｗ１に対してシート０１の流れ方向に沿った後方に他
の導波管Ｗ４を設け、導波管Ｗ１，Ｗ４で左端付近の導
波管の対を構成する。同様に導波管Ｗ２，Ｗ５でシート
０１の中央部の対を構成し、導波管Ｗ３，Ｗ６でシート
０１の右端付近の対を構成する。このようにシート０１
の中央部付近と両端付近に合計３つの導波管の対を配置
する。図１のシート０１の下部に示したものは、シート
０１の異方性を示す信号で、例えばここでは同じ対につ
いて検出器Ｄ１／Ｄ４あるいは検出器Ｄ２／Ｄ５等の信
号の合成ベクトルの向きを示している。そしてこの信号
の向きはシート０１の配向方向によって変化する。

【００２０】図１の２，４は発振回路で、マイクロ波を
導波管Ｗ１〜Ｗ６に供給し、個々の導波管毎に発振回路
を設けてもよく、あるいは図１の発振回路２，４を一体
にしても良い。６はマイクロ波検出器Ｄ１〜Ｄ６に接続
した検出部で、８は測定装置全体の制御部である。

【００２１】図２にシート０１に対する導波管Ｗｎの配
置を示すと、１０，１１は前記のオリフィスで、オリフ
ィス１０側からマイクロ波を供給し、シート０１で吸収
されずに透過したマイクロ波をオリフィス１１から取り
出し、検出器Ｄｎで検出する。前記の調整器Ｒ１〜Ｒ６
は、図の上側の調整器Ｒｎｕと下側の調整器Ｒｎｌの２
つの部分からなり、調整器Ｒｎｕ，Ｒｎｌは導波管Ｗｎ
に取り付けられ、同期して回転する。そして調整器Ｒｎ
ｕ，Ｒｎｌはダイ１２，１３に取り付けられ、例えば図
１の３つの導波管は共通のダイに取り付けられる。従っ
てダイ１２，１３は図１の場合２組設ける。１４，１５
はステッピングモータで、制御部８の信号で動作し、上
側のステッピングモータ１４と下側のステッピングモー
タ１５とは同じ回転角だけ回転し、かつ各調整器Ｒ１〜
Ｒ６は原則として同期して回転する。この結果、各対に
おいて２つの導波管の向きは常にほぼ直角に保たれる。
また図１の流れ方向に沿って上流側の３つの導波管Ｗ
１，Ｗ２，Ｗ３（これらの導波管を第１列の導波管と呼
ぶ）は同じ向きを保ちながら共通の角度だけ向きを調整
される。同様に導波管Ｗ４，Ｗ５，Ｗ６（これらを第２
列の導波管と呼ぶ）も共通の向きを保ちながら同じ角度
だけ回転する。調整器Ｒ１〜Ｒ６による導波管Ｗ１〜Ｗ
６の回転範囲は例えば±３０度、あるいは±１０度であ
り、回転角は同じ対での２つの透過マイクロ波強度の比
が最大となるように設定される。そしてこの設定は測定
装置の調整時に行い、調整と調整の間では導波管Ｗ１〜
Ｗ６の向きは固定とする。なお１６，１７は減速用のギ
アで、ステッピングモータ１４，１５の回転数を落とし
て調整器Ｒｎを回転させるためのものである。

【００２２】図３に検出部６の構造を示すと、１８は除
算器で、各対の２つの検出器からの信号の比を出力す
る。なお比に変えて各対の検出器からの信号の差や合成
ベクトルの向き等を出力しても良いことは当然である。

【００２３】図１の発振回路２，４の発振周波数は固定
でも良いが、シート０１の種類の変更等に応じて、実施
例では発振周波数が可変であるものとして取り扱う。図
４は、シート０１からサンプルを切り出して、導波管Ｗ
ｎに対してサンプルの向きを回転させた際の、透過マイ
クロ波強度の変化を示している。図のθはサンプルの回
転角で、３６０度周期で透過マイクロ波強度が定まる。

【００２４】図４から明らかなように、透過マイクロ波
強度には稜線に相当するピークがあり、図１のように一
対の導波管を用いて各対の２つの検出器の信号を加算す
ると、稜線上の部分で透過マイクロ波強度がピークとな
る。そしてこのピークの範囲（図の下向き矢印間の範
囲）が測定周波数に適している。

【００２５】図４の右端のカットオフは、稜線の外側の
測定周波数を用いた場合を示している。そして図４の右
端の周波数を用いた場合、サンプルの回転に伴う透過マ
イクロ波強度の変化は図５のようになる。これに対して
図４の稜線中央位置の周波数を用いると、サンプルの回
転に伴う透過マイクロ波強度は図６のようになる。図５
と図６との相違は、稜線上では透過マイクロ波強度が大
きく、より高い信号が得られることである。また今一つ
の違いは、図６では透過マイクロ波強度に４つのピーク
が得られ、図５よりもより複雑な信号となっていること
である。即ち図６の信号は図５の信号よりもより大き
く、より波形が複雑なため、より情報量が大きい。この
ため図４の稜線の範囲を測定周波数とすることが好まし
い。なお図４の稜線の両端を用いると、サンプルの３６
０度回転に対するピークは２箇所となり、波形の形自体
は図５のものに近づく。

【００２６】図１の実施例では、シート０１の流れ方向
に沿って導波管を２列配置したが、図７では３列の導波
管を配置し、導波管Ｗ１〜Ｗ９の９個を用いている。こ
こで例えば、図６の波形に対して導波管Ｗ１〜Ｗ３を０
度の向きに配置し、導波管Ｗ４〜Ｗ６を１２０度の向き
に配置し、導波管Ｗ７〜Ｗ９を２４０度の向きに配置す
ると、図６の波形の特徴をほぼサンプリングできる。こ
れに対して図１の実施例の場合、例えば仮に導波管Ｗ１
〜Ｗ３が０度の方向を向き、導波管Ｗ４〜Ｗ６が９０度
の方向を向くと、図６の波形が円形に見える可能性があ
るので、図７の実施例の方が好ましい場合がある。

【００２７】図６の波形に対して円形の等方性の波形と
混同しないため、調整器Ｒ１〜Ｒ６が存在する。そして
調整器Ｒ１〜Ｒ６は、各対での２つの導波管が向きが９
０度異なる、即ち電界方向が９０度異なるように保った
まま回転する。このことは図６において、第１の導波管
の電界方向と第２の導波管の電界方向を９０度に保った
まま、回転させることを意味する。すると適当な角度で
２つの検出器の信号の比が最大を示し、この位置で導波
管の向きを固定する。３対の導波管の対の内、１対につ
いて上記の調整を行い、他の対は調整した対と平行とす
る。このようにすれば図６の波形に対しても、等方性の
波形と混同することが無く、しかも得られる信号を最大
にできる。

【００２８】実施例の動作を説明すると、発振回路２，
４からのマイクロ波は導波管Ｗ１〜Ｗ６に供給され、シ
ート０１で吸収された後、透過マイクロ波が検出器Ｄ１
〜Ｄｎで検出される。ここで各対での２つの検出器の信
号の比は、その位置でのシート０１の配向方向で定ま
り、仮にシート０１が幅方向に沿って均一であれば、３
つの対での比の検出信号は一定である。これに対してシ
ート０１の幅方向に沿って配向方向に分布があれば、３
つの対での比の検出信号は変動する。そして３つの比の
検出信号は検出部６で除算器１８により求められ、これ
からシート０１の異方性分布を求めることができる。

【００２９】図１の実施例を用いて、膜厚３７０μｍの
ポリプロピレンの原反シートの異方性分布を測定した。
シートの中央部と両端での比の検出信号の値を検出し
た。比の検出信号は、図１での左側から０.９１４，３.
２６０，０.４６８の順となり、シート０１に幅方向に
沿って大きな異方性の分布があることが検出できた。測
定周波数は４.０３２８６ＧＨｚで、測定した部分をカ
ットしてサンプルを回転させると、いずれも図６と同様
に４つのピークが見られた。

【００３０】同じシート０１について、長手方向での位
置を変えて比の検出信号を求めると、図１の左側から同
じ測定周波数で０.４４５，４.１１５，１.５９７とな
り、かつカットしたサンプルを回転させると、３６０度
回転の間に４つのピークがみられた。長手方向位置によ
り各対での比の検出信号の値が異なることから、幅方向
よりも小さいものの流れ方向の異方性の分布があること
が検出できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の異方性分布の測定装置のブロック
図

【図２】 実施例で用いた導波管のシートに対する配
置を示す断面図

【図３】 シートの流れ方向に配置したマイクロ波検
出器の対に対する信号処理方法を示す回路図

【図４】 マイクロ波の波数と透過マイクロ波強度と
の関係を示す図

【図５】 図４の右端の波数でのシートの回転角と透
過マイクロ波強度との関係を示す図

【図６】 図４の中央部稜線上の波数でのシートの回
転角と透過マイクロ波強度との関係を示す図

【図７】 変形例の異方性分布の測定装置のブロック
図

【符号の説明】

０１ フィルム Ｗ１〜Ｗ９ 導波管 Ｇ ギャップ Ｄ１〜Ｄ６ マイクロ波検出器 Ｒ１〜Ｒ６ 導波管の調整器 ２，４ 発振回路 ６ 検出部 ８ 制御部 １０，１１ オリフィス １２，１３ ダイ １４，１５ ステッピングモータ １６，１７ 減速ギア １８ 除算器

フロントページの続き (72)発明者 村田 邦夫 兵庫県西宮市甲陽園目神山町33―30

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 長手方向に沿って送られるシートの幅方
   向に沿って、少なくとも２個のマイクロ波吸収検出部か
   らなる対を複数対設け、 各対での前記少なくとも２個のマイクロ波吸収検出部
   を、シートの長手方向に沿った位置を互いにシフトさせ
   かつマイクロ波の電界方向を変えて配置し、 前記少なくとも２個のマイクロ波吸収検出部の信号の対
   毎の変化から、シートの異方性分布を測定する、異方性
   分布の測定方法。
2. 【請求項２】 前記少なくとも２個のマイクロ波吸収検
   出部の信号の比の対毎の変化から、シートの異方性分布
   を測定することを特徴とする、請求項１の異方性分布の
   測定方法。
3. 【請求項３】 マイクロ波の電界方向として、第１方向
   と、これにほぼ直角な第２方向の２つの方向を設け、前
   記各対での一方のマイクロ波吸収検出部に電界が第１方
   向のマイクロ波を供給し、他方のマイクロ波吸収検出部
   に電界が第２方向のマイクロ波を供給することを特徴と
   する、請求項１の異方性分布の測定方向。
4. 【請求項４】 各マイクロ波吸収検出部の向きをシート
   に対して調整可能にし、 １つの対について、前記少なくとも２個のマイクロ波吸
   収検出部での検出信号の変化が最大となるように、マイ
   クロ波吸収検出部の向きを調整し、 前記向きを調整した対と向きが平行になるように、他の
   対のマイクロ波吸収検出部の向きを調整することを特徴
   とする、請求項１の異方性分布の測定方法。
5. 【請求項５】 少なくとも１つの対について、前記少な
   くとも２個のマイクロ波吸収検出部での信号の和がピー
   クとなるように、前記マイクロ波の周波数を定めること
   を特徴とする、請求項４の異方性分布の測定方法。
6. 【請求項６】 シートを通過させるためのギャップを備
   えて、ギャップから見た一方を発振器に接続し、他方に
   透過マイクロ波の検出器を設けたマイクロ波の導波管
   を、 シートの長手方向に沿って少なくとも２個配置して導波
   管の対とすると共に、前記少なくとも２個の導波管の間
   でマイクロ波の電界方向を異ならしめ、 かつ前記導波管の対をシートの幅方向に沿って複数対配
   置することにより、前記少なくとも２個のマイクロ波検
   出器間の信号の変化を、シートの幅方向に沿って求める
   ことができるように構成した、異方性分布の測定装置。