総 括

本 研 究 に お い て は 、フ ィ ル ム や ク ロ ス に 含 ま れ る 可 能 性 の あ る 100m以 下 の 大 き さ の 導 電 性 粒 子 を そ の 製 造 プ ロ セ ス 中 で 全 量 検 出 で き る 検 査 装 置 の 実 現 す る た め に 、 マ イ ク ロ 波 の キ ャ ビ テ ィ 法 に よ る 検 出 の 性 能 確 認 と 、 そ の 実 現 に 向 け た 課 題 の 解 決 方 法 を 考 案 し 提 案 し た 。 具 体 的 に は 、 検 出 タ ー ゲ ッ ト を 50mm 幅 の フ ィ ル ム と し 、 WRJ-10 導 波 管 を 用 い て 、70mm の ス リ ッ ト を 設 け た 長 さ 90 mm の キ ャ ビ テ ィ を 対 象 と し て 研 究 を 行 っ た 。

以 下 に 本 研 究 で 得 ら れ た 主 要 成 果 を 記 述 し 、 今 後 の 展 望 に つ い て 言 及 を 行 い 総 括 と す る 。

(1) Slater の 摂 動 に 関 す る 法 則 を 元 に 、共 振 周 波 数 の シ フ ト 量 を 解 析 的 に 求 め た 。シ フ ト 量 は 粒 子 の 体 積 に 比 例 し 、 シ フ ト 量 と 共 振 周 波 数 の 比 は 粒 子 の 体 積 と キ ャ ビ テ ィ の 体 積 の 比 と 等 し い こ と を 示 し た 。

(2) キ ャ ビ テ ィ と 異 物 の 寸 法 比 が 10^{- 7}で あ る よ う な 対 象 が 同 時 に 存 在 す る モ デ ル に お い て 、 数 値 演 算 に よ る シ ミ ュ レ ー シ ョ ン が 有 効 で あ る か ど う か の 確 認 を 行 っ た 。 共 振 周 波 数 の シ フ ト 量 と 共 振 周 波 数 の 比 は 粒 子 の 体 積 と キ ャ ビ テ ィ の 体 積 の 比 に 等 し く 、こ れ ら の 数 値 演 算 の 結 果 は Slater の 摂 動 に 関 す る 法 則 か ら 導 い た 結 果 と 一 致 し た 。 ま た 、 キ ャ ビ テ ィ 内 部 の 感 度 分 布 の 検 討 に 用 い る た め 、 有 限 要 素 法 に 基 づ い て キ ャ ビ テ ィ 内 部 の 電 界 強 度 分 布 を 計 算 し た 。 そ の 結 果 、 被 検 体 の 幅 方 向 に 共 振 モ ー ド 毎 の 定 在 波 の 腹 と 節 に 相 当 す る 感 度 分 布 が あ る が 、 通 過 方 向 に は 電 界 強 度 が 一 定 で あ り 、 通 過 時 の 時 系 列 信 号 は 単 発 の 矩 形 波 と な る こ と を 示 し た 。

(3) 本 研 究 で 提 案 し た 検 出 方 法 は 、キ ャ ビ テ ィ の S2 1と 呼 ば れ る 透 過 特 性 を 測 定 し こ の 時 系 列 信 号 か ら 検 出 す る も の で 、 検 出 可 否 の 評 価 は そ の S/N 比 に よ っ て 行 っ た 。 S2 1は S パ ラ メ ー タ ー と 呼 ば れ る 高 周 波 回 路 の 特 性 の 表 現 方 法 の 1 つ で 、ネ ッ ト ワ ー ク ア ナ ラ イ ザ ー に よ り 連 続 的 に 測 定 す る こ と が で き る 。 周 波 数 安 定 度

1  10

ト ワ ー ク ア ナ ラ イ ザ ー に よ っ て 粒 子 通 過 時 の S21 を 測 定 し 矩 形 波 状 の 変 化 が 得 ら れ る こ と を 確 認 し た 。 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の 検 証 と し て 、 100m 近 辺 の 粒 子 と 500m 近 辺 の 粒 子 の 共 振 周 波 数 シ フ ト 量 を 実 測 し 、 こ れ に 温 度 補 正 を 行 っ た 結 果 と シ ミ ュ レ

ー シ ョ ン 結 果 を 比 較 す る こ と に よ り 、 +30～ -20kHz の ば ら つ き は 残 る も の の 、 よ く 一 致 す る こ と を 示 し た 。

(4) 提 案 し た 方 式 に よ る 導 電 性 粒 子 の 検 知 性 能 を 確 認 し 、 そ の 性 能 を 装 置 と し て 実 現 す る た め の 方 法 を 考 案 し 実 証 し た 。45～ 500m の ス テ ン レ ス 粒 子 を 直 径 90m の ナ イ ロ ン 単 糸 に 固 定 し て 作 成 し た 模 擬 サ ン プ ル を 用 い て 、50m の 粒 子 で S/N 比 と し て 2 が 得 ら れ る こ と を 確 認 し た 。ま た こ の 矩 形 波 状 の 信 号 を 自 動 的 に 検 出 す る た め に 、 角 型 フ ィ ル タ ー と メ キ シ カ ン ハ ッ ト 型 フ ィ ル タ ー の 2 種 類 の フ ィ ル タ ー を 考 案 し た 。 そ の 出 力 信 号 の 強 度 の レ ベ ル と 時 間 幅 の 2 つ の パ ラ メ ー タ ー に 閾 値 を 設 定 す る こ と に よ り 、 自 動 検 出 が 可 能 と な る こ と を 、 47m と 106ｍ の 2 つ サ イ ズ の 粒 子 検 出 実 験 に よ り 実 証 し た 。

(5) こ の 方 法 を 実 用 化 す る た め の 検 出 性 能 以 外 の 課 題 に つ い て 対 応 方 法 を 示 し た 。 被 検 体 幅 方 向 に は 共 振 モ ー ド に 応 じ た 定 在 波 に あ わ せ た 感 度 分 布 が 存 在 す る が 、 こ の 感 度 分 布 に 関 し て 2 つ の 共 振 点（ モ ー ド ）を 用 い て 重 ね あ わ せ る と 、幅 50mm に わ た っ て 感 度 0 の 部 分 が な く な る こ と を TE1 0 5と TE1 0 6を 用 い た 実 デ ー タ で 示 し た 。 次 に 被 検 体 を 導 入 す る た め に 2 分 割 キ ャ ビ テ ィ を 検 討 し 、 締 結 を 十 分 な 力 で 行 え ば 性 能 低 下 な し に 導 入 を 簡 便 化 す る こ と が で き る こ と を 明 ら か に し た 。 最 後 に 被 検 体 幅 方 向 の 位 置 同 定 に つ い て 、 2 つ の キ ャ ビ テ ィ を 非 平 行 に 設 置 し 検 出 時 間 差 か ら 位 置 を 計 算 す る 方 法 と 、 そ の 範 囲 内 に 複 数 の 粒 子 が 入 っ た 場 合 に 3 本 以 上 の キ ャ ビ テ ィ を 設 置 す る 方 法 を 示 し た 。

今 後 の 技 術 の 展 開 と し て 、 本 研 究 の 成 果 を 実 際 の フ ィ ル ム や ク ロ ス の サ ン プ ル を 用 い て 検 出 性 能 を 確 認 す る こ と と 、 提 案 し た 方 法 を 組 み 合 わ せ て 50 mm幅 対 応 の 検 査 機 を 構 成 し 専 用 の 巻 き 返 し 装 置 と あ わ せ て オ フ ラ イ ン で は あ る が 連 続 フ ィ ル ム の 検 査 装 置 と し て 実 績 を 積 ん で い く こ と を 考 え て い る 。 提 案 し た ア ル ゴ リ ズ ム を 全 て リ ア ル タ イ ム で 実 施 す る た め の 技 術 的 ハ ー ド ル は あ る 程 度 想 定 さ れ る が 、 適 切 な ハ ー ド ウ エ ア を 選 定 す る こ と で 実 現 は 可 能 と 想 定 し て い る 。

ま た 、 今 回 は 50m の 粒 子 を 50 mm の 幅 で 検 出 す る こ と を 目 標 と し た が 、 今 後 は 更 に 小 さ な 粒 子 を 見 つ け る こ と 、 更 に 幅 広 の 被 検 体 へ の 適 用 方 法 に つ い て の 研 究 を 進 め て い く こ と が 必 要 で あ る と 考 え て い る 。

な お 、十 分 な 周 波 数 測 定 精 度 が 確 保 で き る 場 合 は 、S2 1の 測 定 に 替 え て 、キ ャ ビ テ ィ の 2 つ の モ ー ド に 対 し て 自 励 発 振 回 路 を 構 成 す る こ と で 今 回 提 案 の 検 出 方 式 と 同 等 の 検 査 を 行 う 方 法 に つ い て も 提 案^{( 3 0)}し て い る こ と を 付 記 す る 。

参 考文献

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(2) 木 村 康 之 、 松 出 大 祐 、 吉 川 真 士:エ レ ク ト ロ ニ ク ス 実 装 学 会 誌 10(2007)120 (3) 鳶 島 真 一: 次 世 代 自 動 車 用 リ チ ウ ム イ オ ン 電 池 の 設 計 法 (科 学 技 術 出 版 、2013)

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(4) 鳶 島 真 一: 次 世 代 自 動 車 用 リ チ ウ ム イ オ ン 電 池 の 設 計 法 (科 学 技 術 出 版 、2013) 141-145

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(19) 池 田 誠 人 、 屋 比 久 直 也 、 間 瀬 淳:日 本 国 特 許 特 開 2010-276416 (20) 池 田 誠 人 、 屋 比 久 直 也: 日 本 国 特 許 特 開 2011-220684

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(22) 柴 田 長 吉 郎 、 柳 沢 和 介 ： 小 電 力 マ イ ク ロ 波 応 用 技 術 と 装 置 （ 電 気 書 院 、2005） (23) L. Maier: Technical report No.143 (MIT, 1949)

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