難燃性プラスチック材料の劣化検査方法
【課題】難燃性プラスチック材料の内部にわたる劣化状況を非破壊で定量的に検査する。
【解決手段】分析対象（難燃性プラスチック材料）６にテラヘルツ波Ｗ１を照査する。分析対象６に照射されたテラヘルツ波Ｗ１は、分析対象６を透過し、レンズ１８を通して、テラヘルツ波Ｗ２として検出部９に至り、計算・制御部１０へ送られる。計算・制御部１０は、テラヘルツ波Ｗ２のスペクトルデータを取得し、この取得したスペクトルデータに基づいて分析対象６の内部を含む劣化状況を検査する。この場合、難燃剤が化学変化することにより２．４ＴＨｚに吸収ピークが現れるので、この吸収ピークの高さや吸収ピークの面積から分析対象６の内部を含む劣化状況を検査する。透過波のスペクトルデータではなく、反射波のスペクトルデータを取得し、同様の検査を行うようにしてもよい。
【解決手段】分析対象（難燃性プラスチック材料）６にテラヘルツ波Ｗ１を照査する。分析対象６に照射されたテラヘルツ波Ｗ１は、分析対象６を透過し、レンズ１８を通して、テラヘルツ波Ｗ２として検出部９に至り、計算・制御部１０へ送られる。計算・制御部１０は、テラヘルツ波Ｗ２のスペクトルデータを取得し、この取得したスペクトルデータに基づいて分析対象６の内部を含む劣化状況を検査する。この場合、難燃剤が化学変化することにより２．４ＴＨｚに吸収ピークが現れるので、この吸収ピークの高さや吸収ピークの面積から分析対象６の内部を含む劣化状況を検査する。透過波のスペクトルデータではなく、反射波のスペクトルデータを取得し、同様の検査を行うようにしてもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、難燃性プラスチック材料の内部を含む劣化状況を検査する難燃性プラスチック材料の劣化検査方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラスチック材料は、石油を原料とし、一般に燃え易い物質である。一方、家庭内の情報通信機器や設備内や構内の通信設備類には、軽量化や操作性を付与するために、プラスチック材料が使用されている。しかしながら、そのプラスチック材料が燃え易い場合、火災などの災害に結びつく恐れがある。
【０００３】
そこで、燃えにくいプラスチックを使うことが必要であり、 不燃性、難燃性、自己消火性、遅燃性などの特性をもつプラスチックが開発され、使用されている。ここではそれらを総称して、難燃性プラスチック材料と呼ぶ。難燃性プラスチックは、その分子骨格に芳香族環構造、あるいは塩素や窒素などのいわゆるヘテロ原子を導入したり、また、難燃化効果を有するハロゲン化合物、リン化合物、あるいは無機化合物などをプラスチックに添加されている。
【０００４】
難燃性のプラスチック材料は、高価でかつ、難燃性であるため、熱回収リサイクルよりもリユースやマテリアルリサイクルが有効であるが、収集した難燃性プラスチック材料は、長年に亘り使用されたものが多く、その劣化がリユースやリサイクルの妨げとなっている。
【０００５】
例えば、通信用資材等には、設備内での延焼を防ぐため、難燃化が行われている。難燃剤には、火災時の有害ガス発生を抑制するためにノンハロゲン系の難燃剤が使用されており、現在、主に水酸化マグネシウムが使用されている。すなわち、燃焼時に有害ガスを発生するハロゲン系難燃剤の代わりに、水酸化マグネシウムなどのノンハロゲン系難燃剤が使用されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】K. Yamamoto, M. Yamaguchi, M. Tani, M. Hangyo, Appl. Phys. Lett. , 85, No22, pp.5194-5199 (2004)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、水酸化マグネシウムは、二酸化炭素と水の存在下で、炭酸マグネシウムへ化学変化を起こし、表面に白い結晶を生じ、またひび割れなどを起こすことが知られている（白化現象）。この白化現象（以下、白化という）が深さ方向にも進行すると、機械的な強度が低下することが報告されており、劣化の原因となる。そこで、白化を防ぐため、難燃剤の表面をコートした難燃剤が開発されており、白化の抑制に有る程度、成功してはいるが、完全に防ぐことはできていない。
【０００８】
一方、白化が表面で止まっていれば、外見の問題だけで、機械強度などに影響はなく、この難燃性プラスチックを含む通信設備の廃棄後、難燃性プラスチックをマテリアルリサイクルに供することが可能である。このためには、それが再利用に適するかどうかを知る必要がある。すなわち、難燃性プラスチックにおいて白化が起こっている場合、それが表面だけであるかどうかを検査する必要がある。
【０００９】
ところが、この白化がどの程度進行しているかは、目視による観察だけでは不明であるが、従来は、目視でしか白化を検査しなかったため、表面が少しでも白化したものは、リユースやリサイクルには不向きとされていた。すなわち、従来においては、内部の白化を検査する適切な方法がなかったため、表面が少しでも白化したものは、リユースやリサイクルには不向きとして廃棄され、リユースやリサイクルが進まなかった。
【００１０】
なお、劣化状況を化学的に分析する手法として、反射赤外分析があるが、白化が表面で起こると、表面の結晶析出やひび割れなどの物理的劣化を伴い、乱反射を起こすために反射赤外分析法では分析できなかった。
【００１１】
また、本出願人は、サンプルを薄く剥離し、内部を観察することも検討したが、実際に起こる白化は０．１−１ｍｍ程度であり、適切なサンプルを作成するのは困難であった。
【００１２】
一方、ガンマ線によるポリエチレンの劣化を分析する手法として、テラヘルツ波を使った分析方法が提案されている（非特許文献１参照）。これは、プラスチックがテラヘルツ波をよく透過することを利用しており、ポリエチレンのアモルファス部分に対応するバックグラウンド吸収の変化から劣化を検出することが可能であるとしている。しかしながら、白化のようにプラスチックの添加剤の化学変化とそれに伴うひび割れなどの物理変化を伴う劣化がテラヘルツ波で分析できるかどうかは未知であった。
【００１３】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、難燃性プラスチック材料の内部にわたる劣化状況を非破壊で定量的に検査することが可能な難燃性プラスチック材料の劣化検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このような目的を達成するために本発明は、分析対象の難燃性プラスチック材料にテラヘルツ波を照射し、この分析対象から戻されてくるテラヘルツ波のスペクトルデータを取得し、この取得したスペクトルデータに基づいて分析対象の内部を含む劣化状況を検査するようにしたものである。
【００１５】
テラヘルツ波は、ベースポリマー、カーボンブラック、ノンハロゲン系の難燃剤、難燃助剤などを含む暗黒色の難燃性プラスチック材料に対しても透過する。ここで、難燃性プラスチック材料でのテラヘルツ波の吸収の度合いは濃度に比例するため、劣化による生成物が増えることは、テラヘルツ波の吸収の度合いによって検知することが可能である。
【００１６】
そこで、本発明では、分析対象（難燃性プラスチック材料）から戻されてくるテラヘルツ波のスペクトルデータを取得し、この取得したスペクトルデータに基づいて分析対象の内部を含む劣化状況を検査する。例えば、スペクトルデータにおける所定の周波数に現れる吸収ピークに基づいて、分析対象の内部を含む劣化状況を検査する。例えば、その吸収ピークの高さに基づいて分析対象の内部を含む劣化の度合いを検査したり、その吸収ピークの面積に基づいて分析対象の内部を含む劣化の度合いを検査したりする。
【００１７】
また、本発明において、分析対象の難燃性プラスチック材料を冷却し、この冷却された分析対象にテラヘルツ波を照射するようにすれば、分析対象に付着した水分や分析雰囲気に存在する水分を除外し、検査の精度を向上させることが可能となる。
【００１８】
また、本発明では、分析対象から戻されてくるテラヘルツ波のスペクトルデータを取得するが、分析対象から戻されてくるテラヘルツ波の透過波のスペクトルデータを取得するようにしてもよいし、分析対象から戻されてくるテラヘルツ波の反射波のスペクトルデータを取得するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、分析対象の難燃性プラスチック材料にテラヘルツ波を照射し、この分析対象から戻されてくるテラヘルツ波のスペクトルデータを取得し、この取得したスペクトルデータに基づいて分析対象の内部を含む劣化状況を検査するようにしたので、例えば、スペクトルデータにおける所定の周波数に現れる吸収ピークに基づき、その吸収ピークの高さに基づいて分析対象の内部を含む劣化の度合いを検査したり、その吸収ピークの面積に基づいて分析対象の内部を含む劣化の度合いを検査したりするなどして、白化に限らず、難燃性プラスチック材料の内部にわたる劣化状況を非破壊で定量的に検査することが可能となる。これにより、リユースまたはリサイクルに有益な情報が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】難燃性通信用ケーブル（光ケーブル）の一例を示す略図である。
【図２】本発明の実施に用いる透過型の劣化分析装置（テラヘルツ分光分析装置）の一例を示す構成図である。
【図３】この透過型の劣化分析装置における計算・制御部で取得されたスペクトルデータ（テラヘルツ波の吸収特性）の一例を示す図である。
【図４】炭酸マグネシウム標準サンプルおよび水酸化マグネシウムの標準サンプルのテラヘルツ波の吸収特性を例示する図である。
【図５】室温および冷却時のテラヘルツ波の吸収特性を例示する図である。
【図６】吸収ピークの面積の求め方の一例を説明する図である。
【図７】本発明の実施に用いる反射型の劣化分析装置（テラヘルツ分光分析装置）の一例を示す構成図である。
【図８】この反射型の劣化分析装置における計算・制御部で取得されたスペクトルデータ（テラヘルツ波の吸収特性）の一例を示す図である
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
〔分析対象〕
図１は難燃性通信用ケーブル（光ケーブル）の一例を示す略図である。同図において、１は光ファイバ心線、２はスペーサ、３は押さえ巻きテープ、４は外被、５はテンションメンバである。
【００２３】
この難燃性通信用ケーブル１００において、外被４は、暗黒色の難燃性ブラスチック材料であり、ノンハロゲン系の水酸化マグネシウムを難燃剤として含み、難燃剤以外にベースポリマーとしてポリオレフィン系ポリマー、カーボンブラック、難燃助剤としてリンを含有している。本実施の形態では、この難燃性通信用ケーブル１００における外被４を分析対象とする。
【００２４】
〔実施の形態１：透過型〕
図２は本発明の実施に用いる透過型の劣化分析装置（テラヘルツ分光分析装置）の一例を示す構成図である。同図において、７は載置部、８は照射部、９は検出部、１０は計算・制御部、１１は移動体機構、１２は冷却部、１６はチャンバ、１７よび１８はレンズ、２２は温度センサである。
【００２５】
照射部８は光源１３とパルス発生器１４とから構成されている。移動体機構１１は面内移動機構１９と昇降機構２０と駆動部２１とから構成されている。チャンバ１６は載置部７に設けられている。温度センサ２２はチャンバ１６内の温度を検出する。計算・制御部１０は、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して各種機能を実現させるプログラムとによって実現される。
【００２６】
この透過型の劣化分析装置２００では、チャンバ１６内に難燃性通信用ケーブル１００の外被４を分析対象６としてセットし、この分析対象６を−１９６℃まで冷却させた状態で、０．１−３ＴＨｚのテラヘルツ波Ｗ１を分析対象６に照射する。
【００２７】
なお、分析対象６の冷却は、計算・制御部１０からの制御により、冷却部１２によって行われる。この場合、計算・制御部１０は、温度センサ２２が検出する温度に基づき、分析対象６の温度が−１９６℃となるように、冷却部１２の冷却能力を制御する。
【００２８】
また、分析対象６へのテラヘルツ波の照射は、計算・制御部１０からの制御により、照射部８によって行われる。この場合、計算・制御部１０は、パルス発生器１４の動作を制御することによって、光源１３からの光を０．１−３ＴＨｚのテラヘルツ波Ｗ１とする。この照射部１８からのテラヘルツ波Ｗ１は、レンズ１７を通して、チャンバ１６内の分析対象６に照射される。
【００２９】
また、計算・制御部１０は、チャンバ１６内の分析対象６にテラヘルツ波Ｗ１が効果的に照射されるように、駆動部２１による面内移動機構１９および昇降機構２０の動きを制御し、載置部７の上下方向および左右方向の位置を調整する。
【００３０】
分析対象６に照射されたテラヘルツ波Ｗ１は、分析対象６を透過し、レンズ１８を通して、テラヘルツ波Ｗ２として検出部９に至り、計算・制御部１０へ送られる。この際、照射されたテラヘルツ波Ｗ１の一部は、分析対象６を透過する際に吸収される。
【００３１】
計算・制御部１０は、検出部９を介して送られてくるテラヘルツ波Ｗ２のスペクトルデータを取得し、この取得したスペクトルデータに基づいて分析対象６の内部を含む劣化状況を検査する。
【００３２】
図３に計算・制御部１０で取得されたスペクトルデータの一例を示す。同図において、点線で示す特性Ｉは劣化前の分析対象６でのテラヘルツ波の吸収特性を示し、実線で示す特性IIは劣化後の分析対象６でのテラヘルツ波の吸収特性を示す。劣化前の吸収特性Ｉと劣化後の吸収特性IIとを比較して分かるように、劣化後の吸収特性IIでは、劣化前に存在しなかったピークが多数現れている。
【００３３】
一方、水酸化マグネシウム難燃剤は水と二酸化炭素の存在下で劣化し、炭酸マグネシウムに化学変化を起こすが、テラヘルツ波を用いた分析により、炭酸マグネシウム標準サンプルにおいて２．４ＴＨｚに吸収ピークを生じ（図４：実線で示す特性III参照）、水酸化マグネシウムの標準サンプルにはそのような吸収はないことが確認された（図４：点線で示す特性IV参照）。さらに、両者が混合されたものは、その中間に位置することが確認された（図４：一点鎖線で示す特性Ｖ参照）。
【００３４】
このことから、図３における２．４ＴＨｚに現れるピークは水酸化マグネシウムから炭酸マグネシウムに化学変化を起こしたために生じた吸収ピークであることが分かる。計算・制御部１０は、この２．４ＴＨｚに現れる吸収ピークの有無、吸収強度により、分析対象６の内部を含む劣化の度合いを検査する。例えば、２．４ＴＨｚに現れる吸収ピークの高さを求め、この吸収ピークの高さから分析対象６の内部を含む劣化の度合いを定量的に検査する。
【００３５】
このようにして、本実施の形態では、白化に限らず、分析対象６の内部にわたる劣化状況を非破壊で検査することができ、分析対象６のリユースまたはリサイクルに有益な情報が提供される。
【００３６】
図５に室温でのテラヘルツ波の吸収特性VI（点線）と冷却時のテラヘルツ波の吸収特性VII（実線）を示す。この結果を比較すると、２．５ＴＨｚ以上の水による妨害ピークが抑制され、明瞭なスペクトルを得ることができることが分かる。この比較結果からも分かるように、本実施の形態では、分析対象６を冷却させた状態で分析対象６にテラヘルツ波Ｗ１を照射することにより、分析対象に付着した水分や分析雰囲気に存在する水分が除外され、検査の精度を向上させることができる。
【００３７】
なお、上述においては、２．４ＴＨｚに現れる吸収ピークの高さから分析対象６の内部を含む劣化の度合いを定量的に検査する例を示したが、２．４ＴＨｚに現れる吸収ピークの面積から分析対象６の内部を含む劣化の度合いを定量的に検査するようにすることも考えられる。
【００３８】
この場合、例えば、図６に示すように、図３に示した劣化後の分析対象６でのテラヘルツ波の吸収特性IIにおいて、２．４ＴＨｚに対してベースラインＢＬを定め、このベースラインＢＬを超えた面積（図示斜線で示す領域の面積）を吸収ピークの面積として求め、この吸収ピークの面積と劣化前の吸収ピークの面積との差を吸収ピークの面積の増加量として求め、この吸収ピークの面積の増加量から分析対象６の内部を含む劣化の度合いを定量的に検査するようにする。
【００３９】
〔実施の形態２：反射型〕
図７は本発明の実施に用いる反射型の劣化分析装置（テラヘルツ分光分析装置）の一例を示す構成図である。同図において、図２と同一符号は図２を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。
【００４０】
同図において、２４は反射ユニット２４であり、載置部７の下部に設けられている。反射ユニット２４は、送光側の反射鏡２５ａ，２５ｂ，２５ｃと、受光側の反射鏡２６ａ，２６ｂ，２６ｃと、メイン反射鏡２７とを備えている。
【００４１】
この反射型の劣化分析装置３００でも、実施の形態１と同様、チャンバ１６内に難燃性通信用ケーブル１００の外被４を分析対象６としてセットし、この分析対象６を−１９６℃まで冷却させた状態で、０．１−３ＴＨｚのテラヘルツ波Ｗ１を分析対象６に照射する。
【００４２】
この場合、照射部１８からのテラヘルツ波Ｗ１は、反射鏡２５ａ，２５ｂ，２５ｃによって次々に反射されてメイン反射鏡２７へ至り、チャンバ１６内の分析対象６に照射される。
【００４３】
分析対象６に照射されたテラヘルツ波Ｗ１は、分析対象６で反射してメイン反射鏡２７へ戻され、反射鏡２６ａ，２６ｂ，２６ｃによって次々に反射され、テラヘルツ波Ｗ２として検出部９に至り、計算・制御部１０へ送られる。この際、照射されたテラヘルツ波Ｗ１の一部は、分析対象６で反射される際に吸収される。
【００４４】
計算・制御部１０は、検出部９を介して送られてくるテラヘルツ波Ｗ２のスペクトルデータを取得し、この取得したスペクトルデータに基づいて分析対象６の内部を含む劣化状況を検査する。
【００４５】
図８に計算・制御部１０で取得されたスペクトルデータの一例を示す。この場合も、実施の形態１と同様、水酸化マグネシウムが炭酸マグネシウムに化学変化を起こすことによって生じる吸収ピークが２．４ＴＨｚに現れる。計算・制御部１０は、この２．４ＴＨｚに現れる吸収ピークの有無、吸収強度により、分析対象６の内部を含む劣化の度合いを検査する。
【００４６】
この場合も、実施の形態１と同様、例えば、２．４ＴＨｚに現れる吸収ピークの高さを求めたり、２．４ＴＨｚに現れる吸収ピークの面積を求めたりして、分析対象６の内部を含む劣化の度合いを定量的に検査する。このようにして、実施の形態２でも、白化に限らず、分析対象６の内部にわたる劣化状況を非破壊で検査することができ、分析対象６のリユースまたはリサイクルに有益な情報が提供される。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の難燃性プラスチック材料の劣化検査方法は、難燃性プラスチック材料の内部を含む劣化状況を検査する難燃性プラスチック材料の劣化検査方法として、不燃性、難燃性、自己消火性、遅燃性などの特性をもつ各種のプラスチックの検査に利用することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１…光ファイバ心線、２…スペーサ、３…押さえ巻きテープ、４…外被、５…テンションメンバ、６…分析対象、７…載置部、８…照射部、９…検出部、１０…計算・制御部、１１…移動体機構、１２…冷却部、１３…光源、１４…パルス発生器、１６…チャンバ、１７，１８…レンズ、１９…面内移動機構、２０…昇降機構、２１…駆動部、２２…温度センサ、２４…反射ユニット、２５ａ，２５ｂ，２５ｃ…送光側の反射鏡、２６ａ，２６ｂ，２６ｃ…送光側の反射鏡、２７…メイン反射鏡、１００…難燃性通信用ケーブル、２００…透過型の劣化分析装置、３００…反射型の劣化分析装置。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、難燃性プラスチック材料の内部を含む劣化状況を検査する難燃性プラスチック材料の劣化検査方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラスチック材料は、石油を原料とし、一般に燃え易い物質である。一方、家庭内の情報通信機器や設備内や構内の通信設備類には、軽量化や操作性を付与するために、プラスチック材料が使用されている。しかしながら、そのプラスチック材料が燃え易い場合、火災などの災害に結びつく恐れがある。
【０００３】
そこで、燃えにくいプラスチックを使うことが必要であり、 不燃性、難燃性、自己消火性、遅燃性などの特性をもつプラスチックが開発され、使用されている。ここではそれらを総称して、難燃性プラスチック材料と呼ぶ。難燃性プラスチックは、その分子骨格に芳香族環構造、あるいは塩素や窒素などのいわゆるヘテロ原子を導入したり、また、難燃化効果を有するハロゲン化合物、リン化合物、あるいは無機化合物などをプラスチックに添加されている。
【０００４】
難燃性のプラスチック材料は、高価でかつ、難燃性であるため、熱回収リサイクルよりもリユースやマテリアルリサイクルが有効であるが、収集した難燃性プラスチック材料は、長年に亘り使用されたものが多く、その劣化がリユースやリサイクルの妨げとなっている。
【０００５】
例えば、通信用資材等には、設備内での延焼を防ぐため、難燃化が行われている。難燃剤には、火災時の有害ガス発生を抑制するためにノンハロゲン系の難燃剤が使用されており、現在、主に水酸化マグネシウムが使用されている。すなわち、燃焼時に有害ガスを発生するハロゲン系難燃剤の代わりに、水酸化マグネシウムなどのノンハロゲン系難燃剤が使用されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】K. Yamamoto, M. Yamaguchi, M. Tani, M. Hangyo, Appl. Phys. Lett. , 85, No22, pp.5194-5199 (2004)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、水酸化マグネシウムは、二酸化炭素と水の存在下で、炭酸マグネシウムへ化学変化を起こし、表面に白い結晶を生じ、またひび割れなどを起こすことが知られている（白化現象）。この白化現象（以下、白化という）が深さ方向にも進行すると、機械的な強度が低下することが報告されており、劣化の原因となる。そこで、白化を防ぐため、難燃剤の表面をコートした難燃剤が開発されており、白化の抑制に有る程度、成功してはいるが、完全に防ぐことはできていない。
【０００８】
一方、白化が表面で止まっていれば、外見の問題だけで、機械強度などに影響はなく、この難燃性プラスチックを含む通信設備の廃棄後、難燃性プラスチックをマテリアルリサイクルに供することが可能である。このためには、それが再利用に適するかどうかを知る必要がある。すなわち、難燃性プラスチックにおいて白化が起こっている場合、それが表面だけであるかどうかを検査する必要がある。
【０００９】
ところが、この白化がどの程度進行しているかは、目視による観察だけでは不明であるが、従来は、目視でしか白化を検査しなかったため、表面が少しでも白化したものは、リユースやリサイクルには不向きとされていた。すなわち、従来においては、内部の白化を検査する適切な方法がなかったため、表面が少しでも白化したものは、リユースやリサイクルには不向きとして廃棄され、リユースやリサイクルが進まなかった。
【００１０】
なお、劣化状況を化学的に分析する手法として、反射赤外分析があるが、白化が表面で起こると、表面の結晶析出やひび割れなどの物理的劣化を伴い、乱反射を起こすために反射赤外分析法では分析できなかった。
【００１１】
また、本出願人は、サンプルを薄く剥離し、内部を観察することも検討したが、実際に起こる白化は０．１−１ｍｍ程度であり、適切なサンプルを作成するのは困難であった。
【００１２】
一方、ガンマ線によるポリエチレンの劣化を分析する手法として、テラヘルツ波を使った分析方法が提案されている（非特許文献１参照）。これは、プラスチックがテラヘルツ波をよく透過することを利用しており、ポリエチレンのアモルファス部分に対応するバックグラウンド吸収の変化から劣化を検出することが可能であるとしている。しかしながら、白化のようにプラスチックの添加剤の化学変化とそれに伴うひび割れなどの物理変化を伴う劣化がテラヘルツ波で分析できるかどうかは未知であった。
【００１３】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、難燃性プラスチック材料の内部にわたる劣化状況を非破壊で定量的に検査することが可能な難燃性プラスチック材料の劣化検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このような目的を達成するために本発明は、分析対象の難燃性プラスチック材料にテラヘルツ波を照射し、この分析対象から戻されてくるテラヘルツ波のスペクトルデータを取得し、この取得したスペクトルデータに基づいて分析対象の内部を含む劣化状況を検査するようにしたものである。
【００１５】
テラヘルツ波は、ベースポリマー、カーボンブラック、ノンハロゲン系の難燃剤、難燃助剤などを含む暗黒色の難燃性プラスチック材料に対しても透過する。ここで、難燃性プラスチック材料でのテラヘルツ波の吸収の度合いは濃度に比例するため、劣化による生成物が増えることは、テラヘルツ波の吸収の度合いによって検知することが可能である。
【００１６】
そこで、本発明では、分析対象（難燃性プラスチック材料）から戻されてくるテラヘルツ波のスペクトルデータを取得し、この取得したスペクトルデータに基づいて分析対象の内部を含む劣化状況を検査する。例えば、スペクトルデータにおける所定の周波数に現れる吸収ピークに基づいて、分析対象の内部を含む劣化状況を検査する。例えば、その吸収ピークの高さに基づいて分析対象の内部を含む劣化の度合いを検査したり、その吸収ピークの面積に基づいて分析対象の内部を含む劣化の度合いを検査したりする。
【００１７】
また、本発明において、分析対象の難燃性プラスチック材料を冷却し、この冷却された分析対象にテラヘルツ波を照射するようにすれば、分析対象に付着した水分や分析雰囲気に存在する水分を除外し、検査の精度を向上させることが可能となる。
【００１８】
また、本発明では、分析対象から戻されてくるテラヘルツ波のスペクトルデータを取得するが、分析対象から戻されてくるテラヘルツ波の透過波のスペクトルデータを取得するようにしてもよいし、分析対象から戻されてくるテラヘルツ波の反射波のスペクトルデータを取得するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、分析対象の難燃性プラスチック材料にテラヘルツ波を照射し、この分析対象から戻されてくるテラヘルツ波のスペクトルデータを取得し、この取得したスペクトルデータに基づいて分析対象の内部を含む劣化状況を検査するようにしたので、例えば、スペクトルデータにおける所定の周波数に現れる吸収ピークに基づき、その吸収ピークの高さに基づいて分析対象の内部を含む劣化の度合いを検査したり、その吸収ピークの面積に基づいて分析対象の内部を含む劣化の度合いを検査したりするなどして、白化に限らず、難燃性プラスチック材料の内部にわたる劣化状況を非破壊で定量的に検査することが可能となる。これにより、リユースまたはリサイクルに有益な情報が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】難燃性通信用ケーブル（光ケーブル）の一例を示す略図である。
【図２】本発明の実施に用いる透過型の劣化分析装置（テラヘルツ分光分析装置）の一例を示す構成図である。
【図３】この透過型の劣化分析装置における計算・制御部で取得されたスペクトルデータ（テラヘルツ波の吸収特性）の一例を示す図である。
【図４】炭酸マグネシウム標準サンプルおよび水酸化マグネシウムの標準サンプルのテラヘルツ波の吸収特性を例示する図である。
【図５】室温および冷却時のテラヘルツ波の吸収特性を例示する図である。
【図６】吸収ピークの面積の求め方の一例を説明する図である。
【図７】本発明の実施に用いる反射型の劣化分析装置（テラヘルツ分光分析装置）の一例を示す構成図である。
【図８】この反射型の劣化分析装置における計算・制御部で取得されたスペクトルデータ（テラヘルツ波の吸収特性）の一例を示す図である
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
〔分析対象〕
図１は難燃性通信用ケーブル（光ケーブル）の一例を示す略図である。同図において、１は光ファイバ心線、２はスペーサ、３は押さえ巻きテープ、４は外被、５はテンションメンバである。
【００２３】
この難燃性通信用ケーブル１００において、外被４は、暗黒色の難燃性ブラスチック材料であり、ノンハロゲン系の水酸化マグネシウムを難燃剤として含み、難燃剤以外にベースポリマーとしてポリオレフィン系ポリマー、カーボンブラック、難燃助剤としてリンを含有している。本実施の形態では、この難燃性通信用ケーブル１００における外被４を分析対象とする。
【００２４】
〔実施の形態１：透過型〕
図２は本発明の実施に用いる透過型の劣化分析装置（テラヘルツ分光分析装置）の一例を示す構成図である。同図において、７は載置部、８は照射部、９は検出部、１０は計算・制御部、１１は移動体機構、１２は冷却部、１６はチャンバ、１７よび１８はレンズ、２２は温度センサである。
【００２５】
照射部８は光源１３とパルス発生器１４とから構成されている。移動体機構１１は面内移動機構１９と昇降機構２０と駆動部２１とから構成されている。チャンバ１６は載置部７に設けられている。温度センサ２２はチャンバ１６内の温度を検出する。計算・制御部１０は、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して各種機能を実現させるプログラムとによって実現される。
【００２６】
この透過型の劣化分析装置２００では、チャンバ１６内に難燃性通信用ケーブル１００の外被４を分析対象６としてセットし、この分析対象６を−１９６℃まで冷却させた状態で、０．１−３ＴＨｚのテラヘルツ波Ｗ１を分析対象６に照射する。
【００２７】
なお、分析対象６の冷却は、計算・制御部１０からの制御により、冷却部１２によって行われる。この場合、計算・制御部１０は、温度センサ２２が検出する温度に基づき、分析対象６の温度が−１９６℃となるように、冷却部１２の冷却能力を制御する。
【００２８】
また、分析対象６へのテラヘルツ波の照射は、計算・制御部１０からの制御により、照射部８によって行われる。この場合、計算・制御部１０は、パルス発生器１４の動作を制御することによって、光源１３からの光を０．１−３ＴＨｚのテラヘルツ波Ｗ１とする。この照射部１８からのテラヘルツ波Ｗ１は、レンズ１７を通して、チャンバ１６内の分析対象６に照射される。
【００２９】
また、計算・制御部１０は、チャンバ１６内の分析対象６にテラヘルツ波Ｗ１が効果的に照射されるように、駆動部２１による面内移動機構１９および昇降機構２０の動きを制御し、載置部７の上下方向および左右方向の位置を調整する。
【００３０】
分析対象６に照射されたテラヘルツ波Ｗ１は、分析対象６を透過し、レンズ１８を通して、テラヘルツ波Ｗ２として検出部９に至り、計算・制御部１０へ送られる。この際、照射されたテラヘルツ波Ｗ１の一部は、分析対象６を透過する際に吸収される。
【００３１】
計算・制御部１０は、検出部９を介して送られてくるテラヘルツ波Ｗ２のスペクトルデータを取得し、この取得したスペクトルデータに基づいて分析対象６の内部を含む劣化状況を検査する。
【００３２】
図３に計算・制御部１０で取得されたスペクトルデータの一例を示す。同図において、点線で示す特性Ｉは劣化前の分析対象６でのテラヘルツ波の吸収特性を示し、実線で示す特性IIは劣化後の分析対象６でのテラヘルツ波の吸収特性を示す。劣化前の吸収特性Ｉと劣化後の吸収特性IIとを比較して分かるように、劣化後の吸収特性IIでは、劣化前に存在しなかったピークが多数現れている。
【００３３】
一方、水酸化マグネシウム難燃剤は水と二酸化炭素の存在下で劣化し、炭酸マグネシウムに化学変化を起こすが、テラヘルツ波を用いた分析により、炭酸マグネシウム標準サンプルにおいて２．４ＴＨｚに吸収ピークを生じ（図４：実線で示す特性III参照）、水酸化マグネシウムの標準サンプルにはそのような吸収はないことが確認された（図４：点線で示す特性IV参照）。さらに、両者が混合されたものは、その中間に位置することが確認された（図４：一点鎖線で示す特性Ｖ参照）。
【００３４】
このことから、図３における２．４ＴＨｚに現れるピークは水酸化マグネシウムから炭酸マグネシウムに化学変化を起こしたために生じた吸収ピークであることが分かる。計算・制御部１０は、この２．４ＴＨｚに現れる吸収ピークの有無、吸収強度により、分析対象６の内部を含む劣化の度合いを検査する。例えば、２．４ＴＨｚに現れる吸収ピークの高さを求め、この吸収ピークの高さから分析対象６の内部を含む劣化の度合いを定量的に検査する。
【００３５】
このようにして、本実施の形態では、白化に限らず、分析対象６の内部にわたる劣化状況を非破壊で検査することができ、分析対象６のリユースまたはリサイクルに有益な情報が提供される。
【００３６】
図５に室温でのテラヘルツ波の吸収特性VI（点線）と冷却時のテラヘルツ波の吸収特性VII（実線）を示す。この結果を比較すると、２．５ＴＨｚ以上の水による妨害ピークが抑制され、明瞭なスペクトルを得ることができることが分かる。この比較結果からも分かるように、本実施の形態では、分析対象６を冷却させた状態で分析対象６にテラヘルツ波Ｗ１を照射することにより、分析対象に付着した水分や分析雰囲気に存在する水分が除外され、検査の精度を向上させることができる。
【００３７】
なお、上述においては、２．４ＴＨｚに現れる吸収ピークの高さから分析対象６の内部を含む劣化の度合いを定量的に検査する例を示したが、２．４ＴＨｚに現れる吸収ピークの面積から分析対象６の内部を含む劣化の度合いを定量的に検査するようにすることも考えられる。
【００３８】
この場合、例えば、図６に示すように、図３に示した劣化後の分析対象６でのテラヘルツ波の吸収特性IIにおいて、２．４ＴＨｚに対してベースラインＢＬを定め、このベースラインＢＬを超えた面積（図示斜線で示す領域の面積）を吸収ピークの面積として求め、この吸収ピークの面積と劣化前の吸収ピークの面積との差を吸収ピークの面積の増加量として求め、この吸収ピークの面積の増加量から分析対象６の内部を含む劣化の度合いを定量的に検査するようにする。
【００３９】
〔実施の形態２：反射型〕
図７は本発明の実施に用いる反射型の劣化分析装置（テラヘルツ分光分析装置）の一例を示す構成図である。同図において、図２と同一符号は図２を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。
【００４０】
同図において、２４は反射ユニット２４であり、載置部７の下部に設けられている。反射ユニット２４は、送光側の反射鏡２５ａ，２５ｂ，２５ｃと、受光側の反射鏡２６ａ，２６ｂ，２６ｃと、メイン反射鏡２７とを備えている。
【００４１】
この反射型の劣化分析装置３００でも、実施の形態１と同様、チャンバ１６内に難燃性通信用ケーブル１００の外被４を分析対象６としてセットし、この分析対象６を−１９６℃まで冷却させた状態で、０．１−３ＴＨｚのテラヘルツ波Ｗ１を分析対象６に照射する。
【００４２】
この場合、照射部１８からのテラヘルツ波Ｗ１は、反射鏡２５ａ，２５ｂ，２５ｃによって次々に反射されてメイン反射鏡２７へ至り、チャンバ１６内の分析対象６に照射される。
【００４３】
分析対象６に照射されたテラヘルツ波Ｗ１は、分析対象６で反射してメイン反射鏡２７へ戻され、反射鏡２６ａ，２６ｂ，２６ｃによって次々に反射され、テラヘルツ波Ｗ２として検出部９に至り、計算・制御部１０へ送られる。この際、照射されたテラヘルツ波Ｗ１の一部は、分析対象６で反射される際に吸収される。
【００４４】
計算・制御部１０は、検出部９を介して送られてくるテラヘルツ波Ｗ２のスペクトルデータを取得し、この取得したスペクトルデータに基づいて分析対象６の内部を含む劣化状況を検査する。
【００４５】
図８に計算・制御部１０で取得されたスペクトルデータの一例を示す。この場合も、実施の形態１と同様、水酸化マグネシウムが炭酸マグネシウムに化学変化を起こすことによって生じる吸収ピークが２．４ＴＨｚに現れる。計算・制御部１０は、この２．４ＴＨｚに現れる吸収ピークの有無、吸収強度により、分析対象６の内部を含む劣化の度合いを検査する。
【００４６】
この場合も、実施の形態１と同様、例えば、２．４ＴＨｚに現れる吸収ピークの高さを求めたり、２．４ＴＨｚに現れる吸収ピークの面積を求めたりして、分析対象６の内部を含む劣化の度合いを定量的に検査する。このようにして、実施の形態２でも、白化に限らず、分析対象６の内部にわたる劣化状況を非破壊で検査することができ、分析対象６のリユースまたはリサイクルに有益な情報が提供される。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の難燃性プラスチック材料の劣化検査方法は、難燃性プラスチック材料の内部を含む劣化状況を検査する難燃性プラスチック材料の劣化検査方法として、不燃性、難燃性、自己消火性、遅燃性などの特性をもつ各種のプラスチックの検査に利用することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１…光ファイバ心線、２…スペーサ、３…押さえ巻きテープ、４…外被、５…テンションメンバ、６…分析対象、７…載置部、８…照射部、９…検出部、１０…計算・制御部、１１…移動体機構、１２…冷却部、１３…光源、１４…パルス発生器、１６…チャンバ、１７，１８…レンズ、１９…面内移動機構、２０…昇降機構、２１…駆動部、２２…温度センサ、２４…反射ユニット、２５ａ，２５ｂ，２５ｃ…送光側の反射鏡、２６ａ，２６ｂ，２６ｃ…送光側の反射鏡、２７…メイン反射鏡、１００…難燃性通信用ケーブル、２００…透過型の劣化分析装置、３００…反射型の劣化分析装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分析対象の難燃性プラスチック材料にテラヘルツ波を照射するテラヘルツ波照射ステップと、
前記分析対象から戻されてくる前記テラヘルツ波のスペクトルデータを取得するスペクトルデータ取得ステップと、
前記取得したスペクトルデータに基づいて前記分析対象の内部を含む劣化状況を検査する劣化状況検査ステップと
を備えることを特徴とする難燃性プラスチック材料の劣化検査方法。
【請求項２】
請求項１に記載された難燃性プラスチック材料の劣化検査方法において、
前記劣化状況検査ステップは、
前記スペクトルデータにおける所定の周波数に現れる吸収ピークに基づいて前記分析対象の内部を含む劣化状況を検査する
ことを特徴とする難燃性プラスチック材料の劣化検査方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された難燃性プラスチック材料の劣化検査方法において、
前記テラヘルツ波照射ステップは、
冷却された前記分析対象にテラヘルツ波を照射する
ことを特徴とする難燃性プラスチック材料の劣化検査方法。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載された難燃性プラスチック材料の劣化検査方法において、
前記スペクトルデータ取得ステップは、
前記分析対象から戻されてくる前記テラヘルツ波の透過波のスペクトルデータを取得する
ことを特徴とする難燃性プラスチック材料の劣化検査方法。
【請求項５】
請求項１〜３の何れか１項に記載された難燃性プラスチック材料の劣化検査方法において、
前記スペクトルデータ取得ステップは、
前記分析対象から戻されてくる前記テラヘルツ波の反射波のスペクトルデータを取得する
ことを特徴とする難燃性プラスチック材料の劣化検査方法。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載された難燃性プラスチック材料の劣化検査方法において、
前記分析対象の難燃性プラスチック材料は、
ベースポリマー、カーボンブラック、ノンハロゲン系の難燃剤、難燃助剤などを含み、暗黒色である
ことを特徴とする難燃性プラスチック材料の劣化検査方法。
【請求項１】
分析対象の難燃性プラスチック材料にテラヘルツ波を照射するテラヘルツ波照射ステップと、
前記分析対象から戻されてくる前記テラヘルツ波のスペクトルデータを取得するスペクトルデータ取得ステップと、
前記取得したスペクトルデータに基づいて前記分析対象の内部を含む劣化状況を検査する劣化状況検査ステップと
を備えることを特徴とする難燃性プラスチック材料の劣化検査方法。
【請求項２】
請求項１に記載された難燃性プラスチック材料の劣化検査方法において、
前記劣化状況検査ステップは、
前記スペクトルデータにおける所定の周波数に現れる吸収ピークに基づいて前記分析対象の内部を含む劣化状況を検査する
ことを特徴とする難燃性プラスチック材料の劣化検査方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された難燃性プラスチック材料の劣化検査方法において、
前記テラヘルツ波照射ステップは、
冷却された前記分析対象にテラヘルツ波を照射する
ことを特徴とする難燃性プラスチック材料の劣化検査方法。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載された難燃性プラスチック材料の劣化検査方法において、
前記スペクトルデータ取得ステップは、
前記分析対象から戻されてくる前記テラヘルツ波の透過波のスペクトルデータを取得する
ことを特徴とする難燃性プラスチック材料の劣化検査方法。
【請求項５】
請求項１〜３の何れか１項に記載された難燃性プラスチック材料の劣化検査方法において、
前記スペクトルデータ取得ステップは、
前記分析対象から戻されてくる前記テラヘルツ波の反射波のスペクトルデータを取得する
ことを特徴とする難燃性プラスチック材料の劣化検査方法。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載された難燃性プラスチック材料の劣化検査方法において、
前記分析対象の難燃性プラスチック材料は、
ベースポリマー、カーボンブラック、ノンハロゲン系の難燃剤、難燃助剤などを含み、暗黒色である
ことを特徴とする難燃性プラスチック材料の劣化検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２４７７１２（Ｐ２０１１−２４７７１２Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２０２５４（Ｐ２０１０−１２０２５４）
【出願日】平成２２年５月２６日（２０１０．５．２６）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２６日（２０１０．５．２６）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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