JP2007298387A - 厚さ測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シート状部材の厚さ測定精度を向上させると共に、放射線源を含む測定構成機器の耐圧防爆構造を実現する。
【解決手段】放射線を発生する放射線源と、この放射線源からの放射線の照射によって励起されて固有のエネルギーを持つ特性Ｘ線を発生する特性Ｘ線発生部材と、この特性Ｘ線発生部材から発生した特性Ｘ線の強度を検出する放射線検出器とからなる。被測定部材は前記特性Ｘ線発生部材と放射線検出器の間を走行させ、前記被測定部材を透過して前記放射線検出器に入射される特性Ｘ線強度の減衰量に基づいて上記被測定部材の厚さを演算する。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射線を被測定部材に透過させることにより、その厚さを測定する技術に関し、特に、放射線源から出射された放射線が照射された際に所定の部材から二次的に発生する特性Ｘ線の強度の減衰量に着目して厚さ測定を行う装置に関するものである。

半導体デバイス、セラミックシート（セラミックグリーンシート）、電極板、研磨シート、磁気テープ、セラミック繊維等からなる建材用の無機質ボード、多孔金属シート、プラスチックフィルム、樹脂シート、シール材等のシート状部材を代表とする被測定部材の厚さを測定する装置として、前記シート状部材を透過する放射線の強度の減衰量を検出することにより、その厚さを測定する透過型測定装置Ｚ（図８参照）と、シート状部材に照射された後に該シート状部材の表面で反射された放射線の強度に基づいてシート状部材の厚さを測定する反射型測定装置（図示せず）が知られている。これらの測定装置を比較すると、一般に、前者の透過型測定装置Ｚの方が後者の反射型測定装置より厚さ測定精度及び測定値の安定度という点において優れているため、従来、前者の透過型測定装置Ｚが広く普及している。なお、前記強度とは、単位時間当たりに計数される（又は通過する）放射線の光量子の数、あるいはその計数率を意味する。

透過型測定装置Ｚは図８に示すように、シート状部材Ｓを挟んで一方側に放射線（主としてＸ線、γ線、電子線、若しくはイオンビーム）を発生させる放射線源１が配置され、他方側に放射線源１から出射された放射線の強度を検出する放射線検出器２が配置されている。図中の符号５は放射線源１や放射線検出器２等の測定構成機器を支持する支持フレームである。このように構成された透過型測定装置Ｚでは、シート状部材Ｓを挟んで双方側に放射線源１や放射線検出器２等の測定構成機器を配置するためのスペースを確保する必要がある。また、各測定構成機器へ電力を供給する電源線や、制御信号線等の配線を、シート状部材Ｓを避けて接続する必要もある。そのため、従来、シート状部材の製造あるいは成形プロセスにおいて、シート状部材を挟んで一方側だけにしか放射線源１又は放射線検出器２等の測定構成機器の配置スペースを確保することができないような場合には、透過型測定装置Ｚを用いることができず、測定精度及び測定安定度の劣る反射型測定装置が用いられている。

ところで、シート状部材を挟んで一方側だけにしか配置スペースを確保することができない成形プロセスの具体例としては、インフレーション成形装置を用いた成形プロセスが挙げられる。このインフレーション成形装置により成形されるシートは筒形状をしているため、その内部に放射線源又は放射線検出器を配置することは困難である。また、仮に放射線源又は放射線検出器のいずれかを配置させたとしても、配置された測定構成機器に必要な配線を接続することは容易ではない。更に、筒状シートの内部、特にダイ（口金）近傍は高温状態であるため、測定構成機器を配置するのに好ましい環境とはいえない。
一方、インフレーション成形装置に透過型測定装置を適用した例が特許文献１に開示されている。この特許文献１に記載のインフレーション形成装置では、筒状シートが冷却され、その後ピンチロールにより折り畳まれた状態におけるシートの厚さを測定するよう構成されている。
他方、特許文献２には、筒状シートの内部に放射線源又は放射線検出器等の測定構成機器を配設することなく筒状シートの厚さを測定する厚さ測定装置が開示されている。

特開２００４−１３７９号公報 特開平１１−１４３３５号公報

しかしながら、これら従来の透過型測定装置では、電源電圧が変動した場合には、放射線源から出射される放射線のエネルギーが不安定となり、その結果、測定されるシート厚さに誤差が生じるおそれがあり得る。そのため、精度の高い厚さ測定をすることができないという問題がある。もちろん、かかる問題は、定電圧装置等の新たな装置や設備を設けることで解消することができるが、装置の複雑化、装置規模の拡大化を招くことになる。
また、特許文献１のインフレーション成形装置では、折り畳まれた状態のシートの厚さを測定するものであるため、二重に折り畳まれた二重シートのうち一枚のシート厚さに異常があっても、二枚で正常厚さと判定されれば、成形された筒状シートに実質的な不良が生じていても誤って正常と判定されるという問題がある。そのため、従来は、高い厚み精度が要求される分野ではインフレーション成形装置を用いることができず、包装用フィルムや家庭用或いは農業用フィルムといった厚み精度の要求が厳しくない分野におけるフィルム製造に限られていた。
更に、冷却され、その後に折り畳まれた後にシート厚さが測定されるため、シート状部材が成形されてからその良否の判定結果を得るまでに相当の待ち時間を要するという問題もある。
また、測定されたシート厚さに基づきシート状部材が不良と判定された場合は、待ち時間中に成形されたシート状部材までもが不良とみなされて廃棄されるため、シート状部材の原料を無駄に消費するという問題がある。もちろん、この場合は、インフレーション成形装置のダイの調整が必要となるが、この調整作業の着手に遅れが生じることとなり、シート状部材の製造効率の悪化を招いていた。

一方、特許文献２の厚さ測定装置によれば、ダイから押し出された直後のシート状部材の厚さを測定することができるが、これにより測定されるシート厚さは結局のところ折り畳まれた状態のシート厚さに相当するため、筒状シートの良否を正確に判定することができないという問題がある。また、放射線源と放射線検出器との離間距離が長い上、広角度の放射線源においては広範囲の出射口の全ての位置において安定的なエネルギーや強度を有する放射線を供給することは困難であるため、特許文献２の厚さ測定装置の測定精度は低いということができる。
また、放射線源の出射口の窓部材には、主としてベリリウムが用いられるが、放射線の透過性を向上させるため窓部材の厚さは約０．２ｍｍ程度の薄膜状に形成されている。そのため、爆発性ガスや可燃性ガス等が充満する悪質環境において放射線源を用いる場合には、放射線源を防爆構造とする必要がある。しかし、上述したように窓部材は薄膜状であるため、放射線源を内圧防爆構造とするしか手法はなく、それ以外の防爆構造とすることが困難であった。なお、内圧防爆構造とは、容器（筐体）の内部に保護気体（清浄空気又は不活性ガス）を圧入して内圧を保持することにより、爆発性ガス等の内部への進入を防止する構造のことをいう。このような内圧防爆構造は、常時保護気体を供給する装置や保護気体の供給が停止した際のインターロック機構等が必要であるため、他の防爆構造（例えば耐圧防爆構造）と比較して構造の複雑化、配線数の増加を招くという問題がある。
さらに、シート状の連続構造体を放射線源として放射性同位元素を用いていない従来の透過型測定装置で測定する場合には、例え測定対象箇所が幅方向に１点であっても、放射線源及び放射線検出器を移動させる機器移動手段が必要であった。なぜなら、放射性同位元素の強度はゆらぎの範囲でほぼ一定となるが、その他の放射線源は強度を一定に保つのが困難であり、そのため、時々被測定部材が無い場所に移動して、厚さの判っている部材で校正することが必須であるためである。そのため、移動手段がコスト上昇を招いたり、移動中はデータが得られないことが問題となっていた。
本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、シート状部材の厚さ測定精度を向上させると共に、放射線源を含む測定構成機器の耐圧防爆構造を実現することにある。

前記目的を達成するために本発明の厚さ測定装置は、Ｘ線、γ線等の放射線を発生させる放射線源と、入射された放射線の強度を検出する放射線検出器と、放射線が照射された際に固有のエネルギーを持つ特性Ｘ線を発生する特性Ｘ線発生部材とが適宜配置されてなり、前記放射線源から出射された放射線が前記特性Ｘ線発生部材に照射され、該照射により前記特性Ｘ線発生部材で発生し前記被測定部材を透過して前記放射線検出器に入射した特性Ｘ線の強度の減衰量に基づいて前記被測定部材の厚さを演算、算出するように構成されている。即ち、本発明では、放射線を発生する放射線源と、この放射線源からの放射線の照射によって励起されて固有のエネルギーを持つ特性Ｘ線を発生する特性Ｘ線発生部材と、この特性Ｘ線発生部材から発生した特性Ｘ線の強度を検出する放射線検出器とからなり、被測定部材は前記特性Ｘ線発生部材と放射線検出器の間を走行させ、前記被測定部材を透過して前記放射線検出器に入射される特性Ｘ線強度の減衰量に基づいて上記被測定部材の厚さを演算するという技術的手段を採用した。
前記特性Ｘ線は、放射線が照射された際に、原子を構成する軌道電子が励起され、その軌道に外郭電子が補われる際に放出するエネルギーによるものである。そのため、軌道電子を励起させる程度の放射線を照射さえすれば特性Ｘ線発生部材からは常に固有のエネルギーを有する特性Ｘ線が発生することになる。したがって、照射される放射線が軌道電子を励起させ得るエネルギー以上であれば、仮にそのエネルギーが一定でなく、不安定なものであっても、該放射線を前記特性Ｘ線発生部材に照射させることで、安定した固有のエネルギーを持つ前記特性Ｘ線が発生する。したがって、エネルギー安定度の高い放射線源を用いることなく測定精度の高い厚さ測定装置を実現することが可能となる。
また、放射線源としては、少なくとも前記特性Ｘ線が発生し得るエネルギー以上であれば比較的高いエネルギーの放射線を出射するものを用いることができるため、放射線源の出射口の窓部材による減衰量を考慮せずに前記窓部材の厚さを設定することができる。したがって、窓部材を厚くし強固にすることができ、その結果、放射線源を内圧防爆構造以外の例えば耐圧防爆構造等の防爆構造とすることが可能となる。
本発明において、特性Ｘ線発生部材から発生しシート部材を透過したＸ線が計測に有効なＸ線である。ところが、実際にはＸ線源から散乱Ｘ線が発生し、それが直接検出器に入射してしまう。これは、計測上ノイズとなってＳ／Ｎ比が悪化することになるので、除去することが望ましい。この散乱Ｘ線の除去は、例えば、Ｘ線源の出射口に筒状のコリメータを設けることで達成が可能となる。
また、Ｘ線源の出射口に設けた筒状のコリメータの形状によっては、Ｘ線が特性Ｘ線発生部材の広い範囲に渡って照射され、それぞれの部分から特性Ｘ線が発生するため、検出器に様々な方向から発生した特性Ｘ線が入射することになる。そのため、特性Ｘ線発生部材から進んできた距離や、被測定物質を通過する角度が異なる特性Ｘ線が、すべて放射線検出器に入ってしまう。これは測定精度を低下させる原因となるので、必要があれば、放射線検出器の前にもコリメータを設けてもよい。
なお、被測定部材は種々のものが可能であるが、特にシート状部材に対して好適に厚さを測定することができる。

ここで、前記被測定部材を挟んで一方側に少なくとも放射線源と放射線検出器と含む測定構成機器が配置され、他方側に特性Ｘ線発生部材が配置されてなることが望ましい。例えば、一方側に測定構成機器が配置され、他方側には特性Ｘ線発生部材のみが配置された構成が考えられる。これにより、放射線源や放射線検出器等の測定構成機器を一方側にしか配置することができないようなフィルム等の成形プロセスであっても、反射型よりも測定精度の高い透過型の測定装置を適用することが可能となる。
また、放射線検出器が特性Ｘ線発生部材に近いほど強い特性Ｘ線が得られるから、具体的手段としては、特性Ｘ線発生部材の照射面と放射線検出器の検出面が対向するような配置とすることによって、特性Ｘ線の入射効率を高くすることができ、測定精度を高めることが可能となる。
また、本発明のさらなる構成を採用することで、被測定部材が特性Ｘ線発生部材と放射線検出器の間にある時にも校正をすることが可能となる。例えば、放射線源及び放射線検出器と被測定部材の間に別の特性Ｘ線発生部材とその間に厚みの判った校正板を挿入することにより、被測定部材の厚みの影響なしに、校正をすることが可能になる。
そして、成形プロセスとしては、例えば、インフレーション成形プロセス等が挙げられる。この場合、本発明の厚さ測定装置は、インフレーション成形装置により成形された筒状シート（被測定部材の一例）の外側に測定構成機器が配置され、筒状シートの内側に特性Ｘ線発生部材が配置された構成となる。これにより、インフレーション成形装置等により成形された筒状シートのシート厚さを高精度に測定することが可能となる。
成形装置に本発明の厚さ計を設置する場合、Ｘ線が通過する経路上に樹脂など異物が付着・残存した場合に誤差の要因となる。それを防止する方法としては、図１にあるように特性Ｘ線発生部材、放射線検出器の検知部、放射線源の出射口に張出部を設けるなどの方法が挙げられる。張出部を設けることにより、Ｘ線発生部材、放射線検出器、放射線源に直接異物が付着するのを防ぐことができる。さらに、非付着性の素材からなる張出部としたり、張出部を非付着性の素材で覆うことで、異物の除去が容易になる。
張出部の素材としては、成形温度に耐えられる耐熱性と樹脂などの異物が付着しにくい素材が望ましい。例えば、張出部の構造体は、ステンレスなどの金属でつくり、その表面をテフロン（登録商標）などで覆ったり、フッ素樹脂を分散させた無電解ニッケルめっきなどを施すなどの方法がある。

また、被測定部材の幅方向に沿って放射線源及び放射線検出器若しくは測定構成機器を移動させる移動機構（機器移動手段）を設ければ、例えばシート状部材の幅方向全域に渡る走査が可能となる。特に、移動機構は、シート状部材がインフレーション成形装置等により成形された筒状シートである場合には、筒状シートの外周面に沿って測定構成機器等をその円周方向へ移動させるものであることが望ましい。このように構成されることにより、筒状シートの円周方向全域にわたる厚さ測定が可能となる。移動機構としては、外周面に沿って円状のベアリング（例えば、THK（株）製のクロスローラリング）上のガイドに測定構成機器等を積載し、ベアリングをベルトを介してモータなどで回転させるなどの方法が挙げられる。
この場合、精度の高い測定をするためには、数十Ｗ以上のＸ線源を用いることが好ましい。しかし、このようなＸ線源は、水冷式であるために重量が重く、回転させるのに困難な場合がある。従って、米国特許6075839に開示されているようなボロンナイトライドなどを主成分とするセラミック製などの外筒を用いた強制空冷式のＸ線源は数十Ｗの出力がありかつ軽量であるので、この思想を本発明に適用することも可能である。
この場合、移動機構による移動経路上に測定構成機器を校正するための校正部材を設けてもよい。これにより、成形プロセスを停止させることなく放射線検出器の自動校正が可能となる。 また、上記放射線検出器と上記被測定部材との間にコリメータを設けることにより、放射線発生器からの散乱放射線が検出器に入ることを防ぐことができ、これによって高精度の厚さ測定が実現され得る。
さらに、移動機構の経年劣化や使用環境により、Ｘ線源−特性Ｘ線発生部材の離間距離、特性Ｘ線発生部材−検出器の離間距離など３者の相対的な位置関係が変化してくることがある。その対策としては筒状シートが無い状態で、検出器の前に校正用のフィルムを取り付け、その時点における周方向の位置依存性を算出し、その補正を反映させることで、より高精度の厚さ測定が実現される。
また、放射線検出器と被測定部材との間に、特性Ｘ線発生部材で発生した特性Ｘ線のみを放射線検出器に導く単色化手段を設けることにより、特性Ｘ線以外の放射線を除去することが可能となる。これにより、他の放射線の影響を低減して高精度の厚さ測定が実現され得る。

本発明は、厚さ測定装置の機能を具備する筒状シート成形装置の発明として捉えることも可能である。即ち、環状ダイ（環状口金）から加熱溶融した溶融材を押し出すことにより筒状シートを成形する筒状シート成形装置であって、前記筒状シートの外側に放射線を発生させる放射線源と入射された放射線の強度を検出する放射線検出器とを少なくとも含む測定構成機器が配置され、前記筒状シートの内側に放射線が照射された際に固有のエネルギーを持つ特性Ｘ線を発生する特性Ｘ線発生部材が配置されてなり、前記放射線源から出射された放射線が前記筒状シートを透過して前記特性Ｘ線発生部材に照射され、該照射により前記特性Ｘ線発生部材で発生し前記筒状シートを透過して前記放射線検出器に入射した特性Ｘ線の強度の減衰量に基づいて前記筒状シートの厚さを演算するよう構成されたものとして捉えることもできる。このとき、前記測定構成機器及び前記特性Ｘ線発生部材が、前記口金近傍に配置されていることが望ましい。このような筒状シート成形装置であっても、前記透過型厚さ測定装置と同様の効果が奏され、且つ、環状ダイから押し出されて成形された直後の筒状シートの厚さ測定も可能となる。
前記筒状シートとしては、通常プラスチックシートであり、その測定に好適な特性Ｘ線を発生する特性Ｘ線発生部材は、チタン板あるいはカルシウムを主成分とする部材例えばライムストーンなどが挙げられる。

本発明の前記厚さ測定装置及び同筒状シート成形装置によれば、放射線源から不安定なエネルギーの放射線が放射され、特性Ｘ線発生部材に照射されたとしても、特性Ｘ線発生部材からは安定した固有エネルギーを持つ特性Ｘ線が発生するため、測定精度の高い厚さ測定装置を実現することが可能となる。また、放射線源の出射口の窓部材による減衰量を考慮せずに窓部材の厚さを設定することができるため、窓部材を厚く強固にすることができ、その結果、放射線源を内圧防爆構造以外の例えば耐圧防爆構造等の防爆構造とすることが可能となる。
また、一方側にしか放射線源や放射線検出器等の測定構成機器を配置できないインフレーション成形プロセス等の成形プロセスであっても、反射型より測定精度の高い透過型の厚さ測定装置を用いることが可能となる。さらに、インフレーション成形プロセス等に用いられる環状ダイから押し出されて成形された直後のシート状部材の厚さ測定も可能となる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を添付した図面に従って説明する。図１は本発明の実施の形態に係る厚さ測定器Ｘの構成の概略を示す構成図である。厚さ測定器Ｘは、プラスチックフィルムからなるシート状部材Ｓ（被測定部材の一例、以下、シートＳという）を透過するＸ線（放射線の一例）の強度の減衰量を検出することにより、シートＳの厚さを測定する透過型の厚さ測定装置であって、Ｘ線源１（放射線源の一例）と、Ｘ線検出器２（放射線検出器の一例）と、Ｘ線源１及びＸ線検出器２をシートＳの幅方向へ移動可能に支持すると共に、シートＳの幅方向へＸ線源１及びＸ線検出器２等の測定構成機器を移動させるサーボモータ等を有する駆動部５ａ（図２参照）を備えた支持フレーム５（機器移動手段の一例）と、チタン板６（特性Ｘ線発生部材の一例）、Ｘ線源１及びＸ線検出器２それぞれと配線接続された測定制御装置２０（図２参照）とを備えている。

Ｘ線源１は、設定されたエネルギーのＸ線を生成して出射するものであり、シートＳを挟んで一方側（本実施例形態では上方側）に配置されている。このＸ線源１は特に限定されるものではなく、チタン板６へＸ線を照射してチタン板６において特性Ｘ線を発生させるのに十分なエネルギーと強度とを有するＸ線を生成するものであればよい。本実施形態ではＸ線源１を放射線源の一例として説明するが、γ線や電子線、イオンビーム等の他の放射線を生成するものであっても本発明の対象である。
また、Ｘ線検出器２は、入射されたＸ線の強度を検出するものであり、例えば、電離箱、ＧＭ計数管、シンチーション検出器、半導体検出器などＸ線を用いた一般的な測定装置に用いられる周知の検出器である。このＸ線検出器２は、シートＳを挟んで一方側（本実施例形態では上方側）にシートＳの幅方向にＸ線源１と並列配置されている。即ち、Ｘ線源１と同じ側に配置されている。なお、Ｘ線検出器２の配置位置は特性Ｘ線を検出し得る位置であれば特に限定されることはなく、例えば、図３（ａ）に示すように、Ｘ線源１と同じ側であって、シートＳの幅方向に直交する方向（即ちシートＳの搬送方向）に並列配置されていてもかまわない。
本発明では、チタン板６から発生し、シートＳを透過したＸ線が計測に有効なＸ線である。ところが、実際にはＸ線源１から散乱Ｘ線が発生し、それが直接検出器２に入射してしまう。これは、計測上ノイズとなってＳ／Ｎ比が悪化することになるので、除去することが望ましい。この散乱Ｘ線を除去する手法については図３（ｂ）に示すように、筒状のコリメータＡを用いて散乱を抑制することが好ましい。コリメータの材質に特に制約はないが、アルミニウム、鉄、ステンレス、マグネシウム、鉛などが挙げられる。

チタン板６は、Ｘ線源１から出射されたＸ線が照射された際にチタン板６のチタン固有の波長、換言すれば固有のエネルギー（チタン元素の特性Ｘ線のエネルギーは、約４．５ＫｅＶ）を持つ特性Ｘ線を発生する部材であり、シートＳの幅方向に沿って長い板状に設置されている。
チタン板６は、Ｘ線源１及びＸ線検出器２とはシートＳを挟んで反対側（他方側）、即ち、シートＳの下方側に配置されている。また、チタン板６は、Ｘ線源１から出射されたＸ線を受けることができ、且つ、発生した特性Ｘ線がＸ線検出器２により検出され得るように、Ｘ線源１及びＸ線検出器２に略対向して配置されている。本実施形態では、特性Ｘ線発生部材としてチタン板６を使用するという実施形態を開示しているが、これは、チタン板６がプラスチックフィルムからなるシートＳの測定に最適な約４．５ＫｅＶの特性Ｘ線を発生するからである。したがって、被測定部材の材質や種類等に応じて最適なエネルギーの特性Ｘ線を発生させる元素からなる部材を前記特性Ｘ線発生部材に選定すればよい。チタン板とは別の採用可能な構成としては、例えばライムストーン板（カルシウム元素の特性Ｘ線のエネルギーは、約３．７ＫｅＶ）であっても、被測定部材との相性によって採用することはもちろん可能である。その意味において、本実施形態におけるチタン板は、説明のための例示として考える必要がある。なお、一般に、特性Ｘ線を顕著に発生する元素番号１１（Ｎａ）以上の元素を含む化合物からなる部材、あるいは該元素単体からなる部材の中から最適な特性Ｘ線発生部材が選定される。
Ｘ線源１及びＸ線検出器２は、後述するようにシートＳの幅方向を走査しながら移動する。そのため、移動の際に、Ｘ線源１とチタン板６との離間距離、及びＸ線検出器２とチタン板６と離間距離が変化しないようにＸ線源１、Ｘ線検出器及びチタン板６が配置されている。なお、シートＳは、チタン板６とＸ線源１及びＸ線検出器２との間にあるが、測定中シートＳとチタン板６の離間距離、シートＳとＸ線源１及びＸ線検出器２の離間距離に多少の変化があっても、その変化は厚さ測定値に影響を与えることはなく、与えたとしても微差である。即ち、パスライン誤差は無視できる程度のものである。
測定制御装置２０は、図２のブロック図に示すように、Ｘ線源１が備えるＸ線管１ａへ電力を供給するための電源供給回路２７と、Ｘ線検出器２へ電力を供給するための電源供給回路２５と、前記Ｘ線検出器２からの検出信号（例えば、０〜１０〔Ｖ〕のアナログ信号）をデジタル信号に変換するＡＤ変換回路２６と、駆動部５ａを駆動制御する駆動制御回路２３と、ＥＥＰＲＯＭ等の半導体メモリ２２（以下「メモリ」と称す）と、液晶パネル等の表示器２４と、これらの各部を統括的に制御するＣＰＵ２１とを備えて構成されている。Ｘ線源１、Ｘ線検出器２及び駆動部５ａは上述したように全てシートＳの上方側に配置されているため、測定制御装置２０記Ｘ線源１、Ｘ線検出器２及び駆動部５ａとの配線は従来のようにシートＳを避けて引き回す必要がなく、結果として簡素化される。
メモリ２２には、シートＳにより減衰される前のチタン板６の特性Ｘ線の強度に関するデータや、強度の減衰量（又は減衰率）とシートＳの厚さとの相関関係を示すテーブルデータ等が記憶されている。これらのデータは後述するシートＳの厚さ測定に供される。
成形装置に本発明の厚さ計を設置する場合、Ｘ線が通過する経路上に樹脂など異物が付着・残存すれば誤差の要因となる。これを防止する方法としては、図１０のように特性Ｘ線発生部材、放射線検出器の検知部、放射線源の出射口に張出部を設けるなどの方法が挙げられる。張出部を設けることにより、Ｘ線発生部材、放射線検出器、放射線源に直接異物が付着するのを防ぐことができる。さらに、非付着性の素材からなる張出部としたり、張出部を非付着性の素材で覆うことで、異物の除去が容易になる。具体的には張出部は、成形温度に耐えられる耐熱性と樹脂などの異物が付着しにくい素材が望ましい。例えば、張出部の構造体を、ステンレスなどの金属とし、その表面をテフロン（登録商標）などで覆ったり、フッ素樹脂を分散させた無電解ニッケルめっき（カニゼンめっき）などを施すことがある。さらに、Ｘ線源からのＸ線がこの張出部に照射されると張出部での散乱や上記特性Ｘ線発生部材からのＸ線とは異なるエネルギーの特性Ｘ線が発生する要因となる。これらは検出の際のノイズとなるので、コリメータＡの寸法を工夫してＸ線源からのＸ線が直接張出部に照射されないように設計するのが望ましい。

次に、上述のように構成された厚さ測定器Ｘにおける測定動作について説明する。シートＳの厚さ測定の開始指示がなされると、ＣＰＵ２１によって駆動制御装置２３に駆動部５ａに対する駆動指令が出力され、駆動部５ａが駆動される。これにより、Ｘ線源１及びＸ線検出器２がシートＳの幅方向へ移動する。このとき、Ｘ線源１からはピークが約１０〜６０ＫｅＶの高エネルギーのＸ線が前記シートＳに向けて出射され、この出射されたＸ線がシートＳを透過してチタン板６に照射される。
出射されたＸ線はまず、Ｘ線源１の出射口の窓部材（図示せず）においてその強度が減衰され、その後、シートＳを透過することによりさらに減衰される。図８に示したような従来の透過型測定装置Ｚでは、シートＳの厚さを測定する場合には約３〜５ＫｅＶという低エネルギーのＸ線を用いるしかないため、窓部材における減衰量は厚さ測定に大きな影響を与えていた。そのため、従来は、減衰量の極めて少ない薄膜ベリリウム板（厚さ０．２mm）が窓部材に用いられていたが、本発明の厚さ測定器Ｘでは、約１０〜６０ＫｅＶという高エネルギーのＸ線を使用するため、窓部材においてシートＳの厚さ測定に影響を及ぼすほどの減衰は生じない。したがって、本発明の厚さ測定器Ｘでは、従来とは異なり、例えばピークが約２５ｋｅＶのＸ線源を使用した場合、窓部材に厚さ数mm程度のベリリウム板といった比較的厚い部材を用いることが可能となる。もちろん、Ｘ線のエネルギーをより高く設定すれば、窓部材を更に厚くすることが可能である。なお、Ｘ線源１から出射されたＸ線は、一度、シートＳを透過するため、これにより放射線の強度はある程度減衰するが、上述と同様の理由により厚さ測定に影響するものではない。

Ｘ線がチタン板６に照射されると、チタン板６では、チタン原子の所定の軌道電子が照射されたＸ線により励起される。即ち、チタン板原子核の周囲を回る電子が放射線のエネルギーを受けてエネルギー準位の高い外側の軌道に移る。このとき、チタン板原子では、自身の安定化のために電子が欠けた軌道に外郭軌道から外郭電子が補われるが、その際にチタン板素固有のエネルギーを有する特性Ｘ線が放出される。本発明はこの特性Ｘ線を用いてシートＳの厚さ測定を行うものである。特性Ｘ線は、チタン板６に照射されるＸ線がある一定以上のエネルギーを有してさえいれば発生する放射線であり、また、そのエネルギー以上であれば照射されるＸ線のエネルギー分布に左右されずに一定エネルギー（約４．５ＫｅＶ）を有する放射線である。本発明の厚さ測定器Ｘでは、この特性Ｘ線の強度がシートＳにより減衰される減衰量に基づいてシートＳの厚さが測定される点で、従来の透過型測定装置Ｚとは異なる。

チタン板６で発生した特性Ｘ線のうち、Ｘ線検出器２の方向に向かって放射された特性Ｘ線は、シートＳを透過した後にＸ線検出器２によって捕捉され、そして、この捕捉された特性Ｘ線の強度が検出される。このように検出された特性Ｘ線の強度（以下「検出強度」という）と、シートＳがない状態で予め検出され、メモリ２２等に記憶された特性Ｘ線の強度（以下「基準強度」という）との差分、即ち特性Ｘ線の強度の減衰量がＣＰＵ２１による演算（減算）により算出される。続いて、メモリ２２に予め記憶された「減衰量とシートＳとの相関関係を示すテーブルデータ」が参照され、算出された減衰量に対応するシート厚さがテーブルデータから抽出される。即ち、算出された強度の減衰量に基づいてシートＳの厚さが演算される。このように、本発明の厚さ測定器Ｘによれば、特性Ｘ線の強度の減衰量に基づいてシートＳの厚さが求められるため、高い厚さ測定精度が達成される。また、測定制御装置２０と接続されるＸ線源１及びＸ線検出器２等の測定構成機器が一方側に集約されて配置されているため、配線の引き回しが簡素化される。更にまた、上述したようにＸ線源１の出射口の窓部材に比較的厚い素材を用いることができるため、Ｘ線源１の筐体が強固となり、Ｘ線源１を内圧防爆構造以外の例えば耐圧防爆構造等の防爆構造とすることが可能となる。

続いて、Ｘ線検出器２において特性Ｘ線以外の放射線を除去して特性Ｘ線のみを検出する手法について図４（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。ここに、図４（ａ）は単色化手段としてフィルタ３を用いた構成を示し、（ｂ）はモノクロメータ４を用いて構成を示す。 Ｘ線源１からのＸ線がチタン板６に照射されると、上述した原理により特性Ｘ線が放射されるが、このときに同時に、チタン板６からは連続Ｘ線Ｑも放射される。このような放射線はシートＳの厚さ測定には不要なものであり、測定精度を高めるためにも放射線を除去して、特性Ｘ線のみを検出することが望まれる。このような放射線を除去する手法として、Ｘ線検出器２と前記シートＳとの間に、チタン板６で発生した特性Ｘ線のみをＸ線検出器２に導く単色化手段を設ける手法がある。単色化手段の一例としては、例えば図４（ａ）に示すように、Ｘ線検出器２の検出面に取り付けられた特性Ｘ線のみを通すフィルタ３が挙げられる。このフィルタ３は、特性Ｘ線発生部材と同元素からなる薄膜からなるものであり、本実施形態では、約２０μｍのチタン箔を一例として開示する。このようなフィルタ３を用いることにより、図５に示すように、特性Ｘ線の強度はフィルタ３によって４０％程度減衰される。また、４．５ＫｅＶを超える連続Ｘ線の強度は多いところで１／１０以下に減衰される。これにより、特性Ｘ線のスペクトルと連続Ｘ線のスペクトルとの強度差（強度比）が顕著となり、結果的に測定精度が向上されることになる。なお、このようなフィルタ３は、Ｘ線検出器２に例えば直流型シンチレーション検出器等の直流型検出器を用いる場合に効果が発揮される。一方、フィルタ３を用いることなく、例えば、波高分析機能をもつ半導体型検出器、比例計数管型検出器或いは減衰定数の短いシンチレーション検出器などのパルス型検出器を使用することによって、特定の特性Ｘ線のエネルギーにだけ感度を持たせることも可能である。これらはいずれもＸ線の強度が弱い場合には特に有効である。

また、単色化手段の他の例として、Ｘ線検出器２に直流型検出器を用いるとともに、図４（ｂ）に示すように、Ｘ線検出器２の入射側に配設されたＸ線モノクロメータ４を利用することもある。このＸ線モノクロメータ４としては、公知のソーラースリット４ａと単結晶４ｂとが組み合わされたものや、多層膜或いは全反射ミラー等を利用したもの等がある。もちろん、Ｘ線モノクロメータ４と共にフィルタ３を併用してもかまわない。なお、特性Ｘ線発生部材としてチタン板６を用いた場合は、特性Ｘ線には、Ｋα（電子がＬ殻からＫ殻に移動したときに発生する放射線）とＫβ（電子がＭ殻からＫ殻に移動したときに発生する放射線）とが存在することになるが、これらはほぼ等しいエネルギー（Ｋα：約４．５ｋｅＶ、Ｋβ：４．９ｋｅＶ）を有するため、必ずしも分別する必要はない。そのため、Ｘ線モノクロメータ４には高精度の高価なものを必要とせず、比較的安価なもので対応することができる。このような点において、特性Ｘ線発生部材としてチタン板６を使用する利点がある。

上述した実施形態では、図１に示すように、Ｘ線源１とＸ線検出器２とが、シートＳを挟んで同じ側に配置された構成の厚さ測定器Ｘについて説明したが、別の実施形態として、例えば図９に示すように構成された厚さ測定器Ｘ１であってもかまわない。
厚さ測定器Ｘ１は、図９に示すように、Ｘ線源１及びＸ線検出器２の位置関係については、基本的に前記した従来の透過型測定装置Ｚと変わるところはないが、Ｘ線源１と同じ側（図９の上方側）にチタン板６が配置されており、Ｘ線源１から出射されたＸ線がチタン板６に照射され、これによりチタン板６で発生した特性Ｘ線がシートＳを透過してＸ線検出器２に入射するように構成されている点は、従来の透過型測定装置とは異なる。
このように構成された厚さ測定器Ｘ１であっても、同様に測定精度の向上が達成される。また、放射線源の出射口の窓部材を強固にして、Ｘ線源１を内圧防爆構造以外の防爆構造とすることが可能となる。

次に、図６を用いて、本発明の実施形態を採用した筒状シート成形装置の一例であるインフレーション成形装置Ｙの主要構成の概略について説明する。インフレーション成形装置Ｙが備える構成要素のうち、先の実施形態に係る厚さ測定器Ｘの構成要素と同じ構成要素については、図中に同一符号を示してその詳細な説明を省略する。図６に示すように、インフレーション成形装置Ｙは、環状ダイ３１から加熱溶融した溶融材３２を押し出すことにより筒状のインフレーションフィルムＳ１（筒状シートに相当、以下、シートＳ１と称す）を成形するよう構成された周知の成形装置に、Ｘ線源１とＸ線検出器２と、これらを支持すると共にシートＳ１の円周方向へ移動させる環状フレーム３５（機器移動手段の一例）と、環状のチタン板３６とを備えて構成されている。Ｘ線源１とＸ線検出器２とはそれぞれユニット化されており、Ｘ線源１にはコリメータＡ及び張出部４０が設けられており、Ｘ線検出器２には、張出部４０が設けられている。これらがシートＳ１の外周面に沿って環状に配設された環状フレーム３５にシートＳ１の円周方向へ移動可能に支持されている。即ち、Ｘ線源１とＸ線検出器２とは、シートＳ１を挟んで外側に配置されている。なお、環状フレーム３５は、その形状が環状に構成されている点で支持フレーム５と異なるが、特にそれ以外に相違点はない。
シートＳ１の内側には、環状のチタン板３６がＸ線源１とＸ線検出器２による走査が可能な位置に配置されている。チタン板には、フッ素樹脂を分散させた無電解ニッケルめっきが施されたステンレス製の張出部４０が設けられる。
なお、環状のチタン板３６は、その形状がシートＳ１の内面に沿って環状に構成されている点で先の実施形態とは異なるが、特にそれ以外に相違点はない。
従来のインフレーション成形装置では、筒状のフィルムの円周面の厚さをＸ線透過方式で測定することは困難であったが、本実施形態のインフレーション成形装置Ｙでは、配線が必要な測定構成機器（Ｘ線源１、Ｘ線検出器２等）がシートＳ１の外側に配置され、内側には配線の不要な環状のチタン板３６だけが配置されているため、Ｘ線透過方式による厚さ測定が可能となる。なお、具体的な測定手法については上述の実施の形態と異なるところはないため、説明は省略する。
このようにインフレーション成形装置Ｙが構成されることにより、一方側（シートＳ１の外側）にしかＸ線源１やＸ線検出器２等の測定構成機器を配置できないインフレーション成形プロセスにおいても、反射型よりも測定精度の高い透過型の測定手法によりシートＳ１の厚さ測定が可能となる。また、Ｘ線源１、Ｘ線検出器２及び環状のチタン板３６をダイ３１の近傍に配置することにより、成形直後のシートＳ１の厚さ測定も可能となる。その結果、例えばシートＳ１の厚さ不良が生じた場合でもその厚さ不良を迅速に判定することが可能となり、前記ダイ３１の間隙の調整処理を迅速に行うことができる。

また、図７に示すように、環状フレーム３５により移動されるＸ線源１やＸ線検出器２等の測定構成機器の移動経路上に、Ｘ線検出器２を校正するための校正部材を設けることで、これらの測定構成機器が筒状のシートＳ１を少なくとも一周毎に前記Ｘ線検出器２を校正することが可能となる。なお、校正部材の具体例としては、例えば図のように、Ｘ線検出器２の入射口とシートＳ１との間に設けられた環状のチタン板３６と同材質の小片のチタン板３７と、このチタン板３７とＸ線検出器２の入射口との間に設けられたシートＳ１と同材質であって正常厚さに近い均一厚さのシート片３７（サンプルシート）とからなるものが考えられる。ただし、サンプルシートの材質及び成型条件（特に温度）によって、形状を保てない場合があるので、該サンプルより耐熱性の高いエンジアリングプラスチックからなる正常厚さに近い均一厚さのシートを用いてもよい。エンジニアリングプラスチックの例としては、ポリエーテルエーテルケトン、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリカーボネートなどが挙げられる。これにより、構成部材の設置箇所を測定構成機器が通る度に前記シート片３７からの特性Ｘ線の強度を測定し、その測定値でシートＳ１からの特性Ｘ線の強度を除することで、測定値のドリフトを回避することができる。

本発明は、半導体デバイス、セラミックシート（セラミックグリーンシート）、電極板、研磨シート、磁気テープ、セラミック繊維等からなる建材用の無機質ボード、多孔金属シート、プラスチックフィルム、樹脂シート、シール材等のシート状部材の厚さを測定する装置に適用することが可能である。また、各シート状部材を成形する成形装置或いは成形工程においてシート状部材の厚さ測定にも適用することが可能である。

本発明の実施の形態に係る厚さ測定器Ｘの構成の概略を示す構成図。 前記厚さ測定器Ｘのシステム構成の概要を説明するブロック図。 前記厚さ測定器Ｘの変形例の構成の概略を示す構成図。 特性Ｘ線以外の放射線を除去する手法を説明する模式図。 フィルター３による特性Ｘ線以外の放射線の除去効果を説明する図。 本発明の実施例に係るインフレーション成形装置Ｙの主要構成の概略を示す部分構成図。 前記インフレーション成形装置Ｙの変形例の主要構成の概略を示す部分構成図。 従来の透過型測定装置Ｚの構成の概略を示す構成図。 本発明の実施例に係る厚さ測定器Ｘ１の構成の概略を示す構成図。 張出部の一例を示した概略斜視図

符号の説明

Ｘ 厚さ測定器（厚さ測定装置の一例）
Ｙ インフレーション成形装置（筒状シート成形装置の一例）
Ｚ 従来の透過型測定装置
１ Ｘ線源（放射線源の一例）
２ Ｘ線検出器（放射線検出器の一例）
３ フィルタ（単一化手段の一例）
４ Ｘ線モノクロメータ（単一化手段の一例）
５ 支持フレーム（機器移動手段の一例）
６ チタン板（特性Ｘ線発生部材の一例）
２０ 測定制御装置
３５ 環状フレーム（機器移動手段の一例）
３６ 環状のチタン板（特性Ｘ線発生部材の一例）
４０ 張出部

Claims (9)

1. 放射線を発生する放射線源と、この放射線源からの放射線の照射によって励起されて固有のエネルギーを持つ特性Ｘ線を発生する特性Ｘ線発生部材と、この特性Ｘ線発生部材から発生した特性Ｘ線の強度を検出する放射線検出器とからなり、被測定部材は前記特性Ｘ線発生部材と放射線検出器の間を走行させ、前記被測定部材を透過して前記放射線検出器に入射される特性Ｘ線強度の減衰量に基づいて上記被測定部材の厚さを演算することを特徴とする厚さ測定装置。
2. 被測定部材を挟んで、一方側に放射線源と放射線検出器を設け、他方に特性Ｘ線発生部材を設けた請求項１記載の厚さ測定装置。
3. 特性Ｘ線発生部材の照射面と放射線検出器の検出面を対向させて配置した請求項２記載の厚さ測定装置。
4. 放射線源及び放射線検出器と、被測定部材の間に、移動機構を有する校正用の特性Ｘ線発生部材をさらに１つ設けた請求項２記載の厚さ測定装置
5. 放射線源と被測定部材との間には筒状のコリメータを設けた請求項１〜４のいずれか記載の厚さ測定装置。
6. 被測定部材は、インフレーション成形装置により成形された筒状シートであって、この筒状シートの外側に放射線源と放射線検出器とを設け、上記筒状シートを挟んだ内側に特性Ｘ線発生部材を設けた請求項１〜５記載の厚さ測定装置。
7. 被測定部材の走行方向と直交する幅方向に沿って、少なくとも放射線源及び放射線検出器を移動させる機器移動手段をさらに設けた請求項１〜６のいずれか記載の厚さ測定装置。
8. 特性Ｘ線発生部材は、チタン板である請求項１〜７のいずれか記載の厚さ測定装置。
9. 特性Ｘ線発生部材は、ライムストーンである請求項１〜７のいずれか記載の厚さ測定装置。