(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体に照射するマイクロ波の半波長のＮ倍の長さをもつマイクロ波共振導波管に物体を挿入して、物体を構成する分子の配向を測定するマイクロ波共振系におけるマイクロ波固有振動数ｖmax を求める方法であって、
前記物体に振動数ｖ，振幅Ａ0 のマイクロ波を照射したときのマイクロ波電場強度Ｉv を検出し、Ｈをホワイトノイズ強度として、前記マイクロ波固有振動数ｖmax を、次式（１）により求めるマイクロ波共振系の固有振動数演算方法。
【数１】
0003691659.tif 000006
【請求項２】
物体に照射するマイクロ波の半波長のＮ倍の長さをもつマイクロ波共振導波管に物体を挿入して、物体を構成する分子の配向を測定するマイクロ波共振系におけるマイクロ波固有振動数ｖmax を求める装置であって、
前記物体に振動数ｖ，振幅Ａ0 のマイクロ波を照射したときのマイクロ波電場強度Ｉv を検出する電場強度検出手段と、
上記のデータおよびホワイトノイズ強度Ｈに基づいて、次式（１）の演算を行って、前記マイクロ波固有振動数ｖmax を求める固有振動数演算手段とを備えたマイクロ波共振系の固有振動数演算装置。
【数１】
0003691659.tif 000007
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
フィルム、繊維織物、不織布、板、紙などポリマー分子などで構成される成形体は、ポリマー分子配向（すなわち配向の向き）によって、力学的、電気的、光学的性質が変わることはよく知られている。したがって、これら成形体の製造においては分子配向は製品の品質を左右する重要な検査項目の一つである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記分子配向を表わす数値として、分子配向度〔大崎茂芳「化学技術誌ＭＯＬ」Vol.26,No.1,pp92-100,(1988) 〕、屈折率などがあるが、いずれにおいてもマイクロ波による分子配向の測定においては、被測定試料をマイクロ波共振導波管に挿入したときに最大マイクロ波電場強度を与えるマイクロ波振動数、すなわちマイクロ波共振系のマイクロ波固有振動数を見出すことが必須である。また、マイクロ波を利用した分子配向測定だけでなく、あらゆるマイクロ波利用技術（高周波利用技術）、例えばマイクロ波による加熱技術において、マイクロ波発生の能力を最大にするためにマイクロ波固有振動数を見出すことが必須である。
【０００３】
図２は、マイクロ波共振系におけるマイクロ波電場強度のマイクロ波振動数依存性を示す特性図である。横軸はマイクロ波振動数ｖ，縦軸はマイクロ波電場強度を示す。図２のように、マイクロ波共振系においては、マイクロ波固有振動数近傍におけるマイクロ波電場強度が特に大きく、このマイクロ波固有振動数から離れた振動数においてはマイクロ波電場強度は非常に小さいので、特性曲線は鋭いピーク形状を示すものとなる。ピークのボトムに相当する非常に小さいマイクロ波電場強度はホワイトノイズ強度である。
【０００４】
上記マイクロ波固有振動数を求めるために、従来技術においては、マイクロ波共振系において、先ず固有振動数値の大まかな見当をつけておいて、例えば、以下の方法により行われていた。
第１の方法は、マイクロ波固有振動数の付近でマイクロ波振動数を細かく次々に変化させてマイクロ波電場強度を検出し、マイクロ波電場強度を最も大きくするマイクロ波振動数すなわち固有振動数を求める方法である。
また、第２の方法は、マイクロ波振動数を１０〜２０段階変化させて、その段階ごとにマイクロ波電場強度を検出し、図２の最大マイクロ波電場強度（ピーク）の両側の直線部に２直線をあてはめ、該２直線の交点の横座標からマイクロ波固有振動数を求める処理を行う方法である。すなわち、この第２の方法では、少なくともピークの両側で２点、計４点を測定する必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、第１の方法では、マイクロ波振動数を細かく、例えば、１０００〜１００００段階に変化させ、その段階ごとにマイクロ波電場強度を検出する必要があり、さらに、マイクロ波振動数とマイクロ波電場強度との関係におけるピーク両側の直線部の直線の延長の交点を求める必要があるので、マイクロ波固有振動数を求めるためには少なからぬ時間を要していた。
【０００６】
また、第２の方法では、１０〜２０段階ごとにマイクロ波電場強度を検出し、ピークの両側の直線部に２直線をあてはめ、該２直線の交点の横座標からマイクロ波固有振動数を求める処理を行う必要があるので、やはり、マイクロ波固有振動数を求めるためには少なからぬ時間を要していた。また、この方法ではマイクロ波電場強度の最大点を精度よく求めることが難しいという問題もあった。
【０００７】
このために、例えば、マイクロ波共振系において、系に挿入された物体の時間的な変化に追従してマイクロ波固有振動数を見出すことは不可能であった。ここでいう時間的な変化とは、該物体自体の変化の他に、物体の位置や回転角度の変化も含まれるものである。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決し、迅速かつ精度よくマイクロ波固有振動数を求めることができるマイクロ波共振系の固有振動数演算方法および装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係るマイクロ波共振系の固有振動数演算方法は、物体に照射するマイクロ波の半波長のＮ倍の長さをもつマイクロ波共振導波管に物体を挿入して、物体を構成する分子の配向を測定するマイクロ波共振系におけるマイクロ波固有振動数ｖmax を求める方法であって、前記物体に振動数ｖ，振幅Ａ0 のマイクロ波を照射したときのマイクロ波電場強度Ｉv を測定し、Ｈをホワイトノイズ強度として、前記マイクロ波固有振動数ｖmax を、次式（１）により求める方法である。
【００１０】
【数１】
0003691659.tif 000002
【００１１】
請求項２に係るマイクロ波共振系の固有振動数演算装置は、物体に照射するマイクロ波の半波長のＮ倍の長さをもつマイクロ波共振導波管に物体を挿入して、物体を構成する分子の配向を測定するマイクロ波共振系におけるマイクロ波固有振動数ｖmax を求める装置であって、前記物体に振動数ｖ，振幅Ａ0 のマイクロ波を照射したときのマイクロ波電場強度Ｉv を検出する電場強度検出手段と、上記のデータおよびホワイトノイズ強度Ｈに基づいて、次式（１）の演算を行って、前記マイクロ波固有振動数ｖmax を求める固有振動数演算手段とを備えている。
【００１２】
【数１】
0003691659.tif 000003
【００１３】
一般に、マイクロ波共振導波管内のｋ次定常波の電場Ｅk は次式（２）で示される。
ただし、ｉを虚数，Ａ0 を入力マイクロ波の振幅，ωを角速度，ｔを時間，ｎ1 を物体の屈折率虚数項，ｎ2 を物体の屈折率実数項，αを導波管反射面の反射率，ｃを光速度，ｚ0 をマイクロ波共振導波管の長さ，ｄｚを物体厚さとする。
【００１４】
【数２】
0003691659.tif 000004
【００１５】
本発明において、マイクロ波共振導波管内のマイクロ波の強度式は、この式（２）の電場Ｅk をｋ＝１〜∞の範囲で重ね合わせて導かれたものである。すなわち、上記電場Ｅk の２乗は電場のエネルギー、つまりマイクロ波の電場強度Ｉv を与えるので、Ｉv ∝Ｅk 2 の関係にあり、この式からマイクロ波電場強度Ｉv が導かれる。
こうして導かれたマイクロ波電場強度Ｉv は、マイクロ波固有振動数ｖmax とマイクロ波振動数ｖの関数である。このマイクロ波電場強度Ｉv の関係式は図２の特性曲線と高い精度で合致するものである。
【００１６】
上記式（１）における数式群Γv ，Ｐv ，Ａv およびＧv は、このマイクロ波電場強度Ｉv の関係式を、マイクロ波固有振動数ｖmax に対するマイクロ波振動数ｖおよびマイクロ波電場強度Ｉv の関係式に置き換えて整理したものである。式（１）における数式Ｐv のホワイトノイズＨは、図２の特性曲線におけるピークのボトムに相当する両端の低いマイクロ波電場強度の平均値から求められるもので、実際の演算では一定値としている。また、マイクロ波電場強度Ｉv の関係式には、上記式（２）におけるマイクロ波共振導波管内の物体厚さｄｚも含まれている。
【００１７】
したがって、この式（１）における数式群に基づいて、マイクロ波振動数ｖにおけるマイクロ波電場強度Ｉv を検出することにより、物体の影響を加味したマイクロ波共振系のマイクロ波固有振動数ｖmax を求めることができる。
【００１８】
ここで示された式（１）における数式群は、ただ１個のマイクロ波振動数ｖに対するただ１個のマイクロ波電場強度Ｉv を検出し与えるだけでマイクロ波固有振動数ｖmax が得られることを示している。これにより、従来技術では長時間を要していたマイクロ波固有振動数を求める処理が、本発明により提供される手段を用いれば、目的とするマイクロ波固有振動数が、ただ１個のマイクロ波電場強度を検出するだけで、迅速かつ精度よく得られる。
上記数式群はコンピュータ等を用いて簡単に計算できることはいうまでもない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るマイクロ波共振系の固有振動数演算装置を示す構成図である。本装置は、例えば、厚さｄｚをもつフィルムのような物体５を挿入するマイクロ波共振導波管４を有し、この物体５の分子配向度を測定するマイクロ波分子配向度測定装置（例えば、KSシステムズ社製分子配向度測定機MOA-2001A ）２を用いて、物体５の分子配向度を求めるのに必須なマイクロ波共振系のマイクロ波固有振動数を求めるものである。
【００２０】
上記マイクロ波分子配向度測定装置２は、上記物体５に照射する所定波長のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置３、上記マイクロ波の半波長のＮ倍の長さをもつマイクロ波共振導波管４および電場強度（透過強度）検出手段８とを備えている。上記マイクロ波共振導波管４は、その中央部に、マイクロ波の進行方向にフィルム面が垂直になるようにフィルム５を配置し、このフィルム５を、図示しない回転機構により、マイクロ波の進行方向と垂直な面内でＲ方向に回転可能な状態にして保持するとともに、物体５を透過するマイクロ波を、両端部に設けられた一対の反射鏡７，７で反射させることにより共振させるものである。上記マイクロ波が物体５を透過した後の電場強度（透過強度）は、電場強度（透過強度）検出手段８により検出される。
【００２１】
上記電場強度検出手段８は、上記マイクロ波共振導波管４内の後方の所定位置に挿入した検出素子８ａでマイクロ波電場強度を検出するものであり、物体５にマイクロ波振動数ｖ，振幅Ａ0 のマイクロ波を照射したときのマイクロ波電場強度Ｉv を検出する。上記検出素子８ａには、例えばフォトダイオード等が用いられる。データ入力手段１２は、上記マイクロ波共振導波管４の長さを示すＮ，マイクロ波の振幅Ａ0 ，ホワイトノイズ強度Ｈ等のデータを固有振動数演算手段１０に入力する。
【００２２】
固有振動数演算手段１０は、上記電場強度検出手段８により検出されたマイクロ波振動数ｖのマイクロ波を照射したときのマイクロ波電場強度Ｉv および上記の入力データに基づいて、上記式（１）の演算を行って、マイクロ波固有振動数ｖmax を求める。
【００２３】
これにより、従来技術では長時間を要していたマイクロ波固有振動数を求める処理が、本発明により提供される手段を用いれば、目的とするマイクロ波固有振動数がただ1 個のマイクロ波電場強度を検出するだけで、迅速かつ精度よく得られる。
【００２４】
上記マイクロ波共振系のマイクロ波固有振動数ｖmax は、物体５の屈折率を求める場合に必要となり、さらに、マイクロ波による加熱技術のようなマイクロ波利用技術（高周波利用技術）において求められる重要な数値である。
【００２５】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。
〔参考例〕
６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸単位２７モル％及びｐ−ヒドロキシ安息香酸単位７３モル％からなるサーモトロピック液晶ポリエステルをＴダイから溶融押出しすることにより厚み５０μｍのフィルムを得た。得られた液晶ポリマーフィルムの融点（Ｔｍ）は２８０°Ｃであり、熱変形温度は２２０°Ｃであった。
【００２６】
〔実施例１〕
図１のマイクロ波分子配向度測定装置２を用いて、厚さ５０μｍの液晶ポリマーフィルムを１枚から１０枚重ねまで種々の枚数を重ねて、マイクロ波共振導波管４に、マイクロ波進行方向に対してフィルム面が垂直になるように挿入し、マイクロ波振動数を3.986229GHz に設定し、電場強度検出手段８によりマイクロ波電場強度Ｉv を検出し、固有振動数演算手段１０によりマイクロ波固有振動数ｖmax を得た。
また、同様に液晶ポリマーフィルムを用いて、上記従来技術に記載された第２の方法を用いてマイクロ波固有振動数ｖmax を得た。表１はこれらの結果をまとめて示すものである。なお、表１中、フィルム厚さ５００μｍとは、厚さ５０μｍのフィルムを１０枚重ねたことを意味している。
【００２７】
【表１】
0003691659.tif 000005
【００２８】
表１により、フィルムの厚さにかかわらず、本発明によりマイクロ波固有振動数ｖmax を得る所要時間は７０ｍｓｅｃであり、従来方法による所要時間の１５００ｍｓｅｃと比較して、２５倍速くなっており、本発明の効果が明らかである。また、本発明において、マイクロ波固有振動数ｖmax の精度も確保されている。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明はマイクロ波固有振動数を迅速に求める手段を提供するものである。これにより、マイクロ波を用いるフィルムなどの分子配向の測定がすばやくできるようになり、またマイクロ波共振系におけるマイクロ波電場強度を最大に設定することも迅速にできるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るマイクロ波共振系の固有振動数演算装置を示す構成図である。
【図２】マイクロ波電場強度のマイクロ波振動数依存性を示す特性図である。
【符号の説明】
４…マイクロ波共振導波管、５…物体、８…電場強度検出手段、１０…固有振動数演算手段。
【図１】
0003691659.tif 000008
【図２】
0003691659.tif 000009