2017 Fiscal Year Research-status Report
THz分光分析方法を利用した新規の繊維製品品質評価方法の提案
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17K00785
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
児山 祥平 信州大学, 学術研究院繊維学系, 助教 (30777818)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | THzスペクトル / 繊維状試料 / 繊維直径 / 干渉縞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は繊維状試料での物理的要因によるＴＨｚスペクトルのＳ/Ｎ比の検証を行った．材質による吸収ピークがＴＨｚ測定波長帯に存在しないことを確認した同一材質のナイロンフィラメントを使用して，繊維直径が165, 217, 338, 532, 749, 1163, 1563μmの7種類で実験した．その結果，直径500μm以上の試料では干渉縞の影響がＴＨｚスペクトルに出現したため，500μm以下では高Ｓ/Ｎで計測可能と実証された．500μm以下の試料では繊維試料の本数と設置間隔には大きな影響を及ぼさず，設置間隔が広くなるにつれてＴＨｚ光の透過率が上昇したため試料による吸収が少なくなり結果的にはＴＨｚ吸収スペクトルのＳ/Ｎ比が減少することも確認した．本結果は14th Asian Textile Conferenceにおいて報告した．
繊維の表面構造の影響を調査するため表面が均一に平らで厚さが異なるナイロンフィルムを計測したところ，厚さが大きくなるにつれてＴＨｚスペクトルの強度が減少したが，干渉縞の影響は出現しなかった．よって，干渉縞が発生する影響は繊維の直径そのものではなく繊維を並行にした際に隣接する繊維間で出現する凹凸部による試料の表面形状が影響していることが考察された．繊維直径が500μm以上で干渉縞が発生したことから凹凸部が250μm以上出現すると高Ｓ/Ｎ比のＴＨｚスペクトルが計測不可となる．
以上より，本年度における当初計画していた繊維状試料測定時の物理的要因の影響については，繊維状試料を並列した際の表面形状がＴＨｚスペクトルのS/N比へ影響し，波長以上の凹凸部が出現するような繊維状試料では干渉縞が発生する．一方で表面形状が上記条件をクリアしていると設置間隔を狭めて並べることで高Ｓ/Ｎ比のＴＨｚスペクトルは測定可能であった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度予定していた繊維状試料の物理的要因の影響についての検討事項は順調に行うことができ，様々な条件におけるＴＨｚスペクトル計測の実験を行った．その結果，ＴＨｚスペクトルに干渉縞が出現する要因を特定することができ，さらにはその数値的条件まで実験的に明確になった．これらの実験結果より高Ｓ/Ｎ比でのＴＨｚスペクトルを計測可能な繊維状試料の条件が明らかになり，従来の凍結粉砕を使用する前処理を行う必要が無くなった．特にパラメーターごとに切り分けて実験を行ったことで，各物理的要因の因果関係が明らかになったことは予想を越えた収穫であった．
一方で，本年度にＴＨｚ分光分析装置のメンテナンスを行ったが，経年劣化に伴い信号強度が弱冠減少してきていることが明らかになった．復帰させるためには高額な費用や多くの時間がかかるため，早期の復旧は困難である．そのため，よりシビアな光軸調整が求められるため，今後の実験のペースが減少する懸念がある．しかし，これを回避すべく他機関との連携を強めてサンプル計測の依頼や出張実験回数を増加させるなどの対応を行っていく．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は29年度に得られた結果を踏まえて，ＴＨｚ測定周波数帯に吸収ピークが存在するであろう天然繊維や化学繊維を計測していく．そのためには現在保有しているＴＨｚ分光分析装置では測定波長範囲が0.5～4ＴＨｚと狭いため，測定波長範囲の広い装置での実験が必要となる．その必要性を把握していたため，29年度内に秋田大学倉林研究室と共同研究契約を10月から締結した．今後は秋田大学へ出張し，様々な繊維状試料での計測を行い，特徴的な吸収ピークを検証すると共にＴＨｚスペクトルデータベースの構築に取り組んでいく．
一方で，従来方法である凍結粉砕処理で粉砕した繊維試料をペレット状に作製した試料での計測も行い，凍結粉砕処理による繊維へのダメージの影響を検証する．さらに，計測されたＴＨｚスペクトル状の吸収ピーク波長帯を参照にしながら繊維状試料で計測されたＴＨｚスペクトルの吸収ピークの一致性や再現性を検証していく．
繊維状試料では表面の凹凸部が影響することが示されたため，繊維直径の細い試料を設置する際には高い技術が必要となる．そこで繊維試料固定用アタッチメントを活用して凹凸部が発生しないように並べた試料を計測していく．また，ＴＨｚスペクトルのＳ／Ｎ比を検証する際，透過率が３６．８％で誤差が最少になることがランバートベールの法則により示されているため，透過率が３０～５０％範囲内に来ることを新たな条件として設定して今後の計測結果の検証を行っていく．
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