JP2008510173A - 薄い板状の物品の厚さ測定器 - Google Patents

Abstract

【課題】 薄い板状の物品、特に金属の薄片またはフィルム等の厚さを測定する装置を提供する。
【解決手段】
この測定装置はセンサと、空気を供給する手段と、センサのための開口を具備、もしくは具備しない空気閉塞板とから構成してある。空気を供給する手段の空気を放出する方向は測定をしようとする物品の表面に対して接線方向で、その空気閉塞板の端縁の部位は閉塞されており、その反対側の端縁は開口および／または空気吸引通路にしてある。
【選択図】図１

Description

この発明は金属薄板やフィルムなどの薄い板状の物品の厚さを測定するための装置に関するものであって、１個ないし複数個のセンサと、１個または複数個の空気供給手段と、開口を具備するか、或は開口を具備することのない空気閉塞板とから構成してある。

従来のこの種の測定器としては、押出し成型装置によってフィルムを製造してから、そのフィルムの厚さを測定する幾種類かの装置（米国特許第４，４５０，４０４号、欧州特許０８０ １２９ ０８２号、ＷＯ９２／２０９８９、米国特許第６，３１８，１５３Ｂ１号）がある。ベンチュリ効果を利用して、金属薄板と測定センサとの間隔は、金属薄板に垂直に吹き付けられる空気の噴射によって、一定の距離に保たれる。この測定をすべき物とセンサとの間隔が一定であることと、さらに、測定を精確に行うための条件としては、移動すると同時に、柔らかであって変形をするおそれがある対称物と、センサのヘッドとの間隔を、微調節することで、空気の吹き付け方を変化させることにより、調節をすることができる。しかし、従来周知の装置の場合には、測定しなければならない対称物に、空気を垂直に吹き付けることによって、行っている。

また、先行文献の米国特許第６，３８１，１５３号によって明示されている内容は、測定を行う物品に対して垂直方向に吹き付ける空気を、センサ、或はそのセンサの周辺の領域において、前記空気の吸引作用で測定物品をセンサの方へと移動させ、空気を噴出するノズルに対して、直接に向かい合っている領域においては、空気の流れの圧力により、測定を行う対象物とセンサとの間隔が大きく開くということである。

測定を行なわなければならない対称物に対して、垂直をなす空気の流れによって、その対称物を引きつける場合には、比較的小さな対称物が安定した状態を保てるか、否かという問題が生ずる。空気は対称物に対して垂直の方向に流れていながら、渦を生ずることがある。このような場合には、測定をしなければならない対称物とセンサのヘッドとの間隔が、一定でなければならないのに反して、それを維持することが出来ず、測定の結果に誤りを招くというおそれがある。

以上に述べたような数多くの問題について、この発明は測定精度を保証するために、測定すべき対象物とセンサヘッドとの間隔が常に一定を保てるようにし、そのために、厚さを測定すべき金属薄板やフィルムなどの薄い板状の物品との間隔を常時一定にするようにし、そのために、空気供給手段を出来るだけ大きく、少くともセンサヘッドを囲繞する領域においては、測定すべき対象物を安定した状態にすることの出来る薄い板状の物品の厚さ測定器を提供する。

この課題を解決する手段として、この発明は、次に述べるような特長を有する薄い板状の物品の厚さ測定器を提供する。すなわち、
・実質的に層を形成する気流を構成するために、空気閉塞板の周辺において空気の放射される方向を測定しようとする金属薄板の表面に対して接線になるようにしてある。
・気流に対面する空気閉塞板の周辺が開放されており、空気を吸い込む手段を具備している。

空気閉塞板に対して空気が完全に平行に流れるようにすることが出来るので、気流と測定をしようとする物品との間に、正しく層流が形成できる。例えば、斜めに切断した端縁を具備していない、完全に平坦な板の場合においては、これに対して接線となって流れる気流は、平行な流れとなる。空気を板の表面に対して平行に吹き込むのではなくて、ノズルを介して空気閉塞板の斜めに切断した端部の領域へ送り込むことによって、空気閉塞板に対して層流が形成されるのである。

この発明の主目的は、測定をしようとする対象物とセンサ或はセンサを囲繞する空気閉塞板との間に、吹き込まれる空気が的確に接線を形成して、空気の層流になるようにすることにある。このようにして形成された空気の層流は、空気閉塞板の周辺においては、空気の流れを乱して、部分的に渦流を発生することもあるが、気流の本質的部分では層流を乱すことがない。なお、空気閉塞板の寸法、つまり大きさは自由に変更することができ、寸法の大きなものの場合には、空気を噴射するノズルの数を増やしたり、その長さを長くすることができる。また、この発明においては、従来周知の垂直型に配列する手段に対して、空気の流れを対称物と平行に流すことによって、より高速に流すことができる。

この空気の流れは、測定をしようとする対称物との間に生ずる吸い込み作用に関連がある。空気閉塞板と、センサのホルダーと、センサとから成る手段は、移動することができ、しかもこれに力が付加することがないように吊り下げてあるので、測定をしようとする対象物が僅かに動いても、空気吸い込み作用によって、センサは測定をしようとする対象物に対して一定の間隔を保持する。空気閉塞板とセンサとによって構成されている装置に、外部から力がかからないように吊り下げて、それ自体で制御するようにすることが出来るが、また、その操作を自動制御によって行うことも可能である。

この発明による空気の流れを層流に形成する方式を、空気を垂直に流すようにした場合と比較すると、層流に形成する場合の方が、吸引作用が大きく、したがって測定対象物が安定した状態を保つことができ、特に、測定対象物が硬質の場合は、安定度が一段とすぐれている。

この発明による測定器で形成される空気の流れは、閉塞板の幅に対して一定の前端縁を形成することができるために、この空気の流れを垂直に切断した面で観察すると、いわば棒状の形体を呈する。

この発明によれば、本質的に空気が層をなして流れ、さらに空気の流れは閉塞板に取付けてあるセンサと共に、傾斜をすることが出来るように保持されている。したがって、空気の流れを傾斜するようにすることが出来るだけでなく、測定をしようとする対象物の表面が傾斜していたり、伸長していたりする場合にも用いることができる。

空気閉塞板と機能的に一体になっているセンサは空気閉塞板で調節をすることができるように取付けてあるが、測定しようとする薄い板状の物品と空気閉塞板のセンサに至る距離も変更することができるようにしてある。その設定に設定用のネジで行い、また、サーボ機構を利用しても設定することができる。

センサと空気閉塞板とを測定すべき薄い板状の物品に対して、垂直に、または平行になるように取付けることもできる。この場合には、センサと空気閉塞板とを特定の半径において移動するようにする。このようにすることによって、例えば同一ではない物質の薄い板状の物品の場合には、センサと空気閉塞板とを測定可能な部位へ移動させる。この場合においては、空気閉塞板に対するセンサ取付け用の開口部をセンサの外形よりも大きくして、センサを自由に移動することができるようにすれば、何等の問題はない。

なお、空気閉塞板は、必要に応じて単数でなく、複数枚から構成することも可能である。

また、空気閉塞板にホルダーを固定して、それにセンサを固定しても良い。この場合には、センサのヘッドが空気閉塞板の開口部分で、三次元の方向のすべてに移動することができるようにする。特に空気閉塞板の表面に対して、測定しようとする物品に対してセンサを垂直な方向に移動できるようにする。ただし、渦流が生ずることがないよう、その開口の寸度を考慮することが肝要である。

また、例えば複数枚からなる空気閉塞板の場合には、センサを中央の空気閉塞板の開口部に取り付けることが望ましい。このような場合には、空気の流れを最良の条件にするために、空気閉塞板の中央に設ける開口部を、これに隣り合う両側の開口部とは異なるようにする。

この発明においては、空気を送り出すノズルには、各種のものを利用することができる。すなわち、ノズルの開口部が細くなっているもの、或はスリット状のものも使用できる。スリット状の開口部だけで層をなして空気を送り出すようにするためには、多くのノズルを必要とする。しかし、小さな開口を備えたノズルにすると、同一の空気量でも空気の流れを高速にすることができる。

これら開口部の数と、それらを設置する部位とを適当に選択することによって、この発明の測定器の使用態様が多様化する。空気を送り出すノズルは空気閉塞板に隣接する両側縁に配置することができ、また、ノズルを空気閉塞板の縦方向の端縁にのみ配列するならば、この端縁に沿って多数の同一方向に向けたノズルで、層をなす気流を発生させることができる。また、開口の幅を広げることによって、片側の端縁にだけノズルを設置することもできる。なお、一方の端縁に多数のノズルを設けることも可能である。

ノズルを前述したように、互に隣接する両側縁に配置する場合に、空気閉塞板が四角形を構成するものであれば、２本の並行な線上に四角形に配列することができ、それぞれのノズルから噴射される気流に渦巻が発生しなければ、実質的に層をなして噴射される。

さらに、ノズルを設ける位置と、種類とによっても、この発明の測定器は変更態様として特徴づけられる。すなわち、ノズルを空気閉塞板の隣接する端縁に、分離して配置することもでき、また分離して適当な間隔をとって設けることもできる。閉塞板に適当な間隔をとって設ければ、ノズルを閉塞板に対するエア・クッションとして役立たせることができる。

また、空気閉塞板に設けたノズルに斜めに切った端縁を形成すると、噴射される空気が斜めの端縁の部位で跳ね上って、最初から空気閉塞板の表面に粘着するようになる。

ノズルを空気閉塞板の斜めに切断した面に向けると、ノズルは測定をしようとする薄い板状の物品の表面に対して斜めの位置にくる。その部位は空気閉塞板の斜めに切断した端縁と平行にする。そうすることによって、ノズルは空気閉塞板の表面に沿って層流を形成するように配置される。

空気閉塞板の表面に凹みを設けて、それにノズルを組み込むことも考慮できる。その凹みの断面はプラットフォーム状をなすものとし、空気閉塞板の中央に向けて緩やかに上昇する形とする。すると、このプラットフォームの上側に沿って流れる空気が、空気閉塞板の表面に付着する状態を呈する。

この発明の別個の実施態様においては、ノズルに圧縮空気装置を機種の如何を問うことなく、つまり同じ機種でも、異なる機種でも、その数台を使用する。その理由とするところは層状のエアー・クッションを形成するためである。この場合において、両側辺のノズルから放出する圧縮空気を高圧のものにしてその周辺領域で静止している空気に強く当るために、エアー・クッションの内部に渦流が発生しないようにする。なお、すべてのノズルから放出させる空気の代りに、保護ガスを用いて加圧することも考慮される。

この発明の更に別の実施の態様においては、空気閉塞板の空気供給側に向い合った側面に、空気吸入用の手段、或は開口部を設けることができる。さらに空気閉塞板内に吸い込み用の導管を設けることも考慮することができる。空気の吸い込みは、その吸い込む間隔を一定に保つのに好都合なエアー・クッション吸引作用を強め、渦流が発生するのを阻止する。渦流の発生を回避するには、特に送風する空気を集中させて送り込むことが望ましい。

それぞれのノズルから放出される空気の流量と速度とは、それぞれ調節するように構成するが、空気の供給量と空気の流れる速度との間には関係がない。空気を供給するノズルに対向して設けた空気吸入手段を制御することによって、実質的に層を形成するエアー・クッションを測定対象物と空気閉塞板との間に発生させることができる。

薄い板状の物品の厚さを測定するためのセンサとしては、当業者において周知な、あらゆる形式のセンサを使用することができる。例えば、ガンマ線の放射を基礎として作動される放射分析用のセンサも利用することが可能である。人工樹脂が誘電体としてコンデンサの配列の容量に影響を及ぼす場合には、静電容量式のセンサを使用することが好ましい。これに対して、金属の薄片、すなわち「ホイル」が電導性のものであれば、インダクタンス式のセンサを用いる。原則として、一つの測定器に多くの同種類または種類の異なるセンサを使用することが出来る。

この発明においては、測定器の制御と、その調節について、通常に知られているマイクロエレクトロニクス方式を利用する。特に、メモリー・ユニットと電気的に接続されていて、測定をしようとする物品、すなわち薄い板状の物品に対して移動する関係を保つ、測定器に固定してあるセンサとの間隔を記録し、その測定値をメモリー装置に記入する手段を具備させることもできて、空気閉塞板とセンサとの位置を算出させることができる。

また、この発明においては、測定をしようとする薄い板状の物品が、正弦曲線の波形の振動をするのを知るために、空気閉塞板の片側の端部に、その振動を探知するセンサを可動的に配置し、それと対向して、その振動を受信する手段を、これまた可動的に配置する。なお、センサとしてはＬＥＤ、或はレーザー等が適当で、受信手段には、各センサに適応する検出器、或はカメラを利用することができる。

この発明は前述した測定器を使用する方法も対象となるものであって、物品の厚さを測定するに当って、測定しようとする薄い板状の物品と、空気閉塞板との間隔、および測定対象物である薄い板状の物と空気閉塞板に移動することが出来るように取付けてあるセンサとの間隔が、設定目標値よりずれた場合には、その値は記録されないようにしてある。

この発明の方法によって測定対象物を軸方向に移動する金属の薄片に気泡が生じた場合には、その気泡はネジの形状に回転する。その状態を取り入れたデータは、以後の参考のためにメモリー装置に記入することができる。

図１はセンサ１に、このセンサ１を囲繞して、ホルダー２を構成する、この発明の好ましい実施態様の装置の側面図である。空気閉塞板３の開口は測定物４に向けられてあるセンサのヘッドが開口部内で移動することができるように構成してある。測定物４と空気閉塞板３との距離ｘは、測定物４と通風口との間の一定にされている間隔ｙから、その移動行程ｚを差し引くこと、つまり（ｙ−ｚ＝ｘ）によって計算することができる。ホルダー２に移動できるように取付けてあるセンサ１は、空気閉塞板３の前面から移動行程ｚの距離だけ測定物４の面に向けて進むことができる。

図２は、この発明の測定器を三方の側面図によって示す図であって、通風口に対して、それぞれ異なる位置にセンサ１が存在することを示すものである。下方の上から見た断面では、空気閉塞板３に対して、センサ１の位置を示し、上から見た下方の断面では、センサ１は空気閉塞板３と一体になっている。図２の上方の空気閉塞板３のそれぞれには矢印ｖで空気の流れる方向が示してある。中央のノズル５から出る空気の流れは、中央のホルダー２に向けられていて、その流れは上下両側のノズルから流出する空気の流れにくらべて弱い流れになっている。それぞれの空気の流れの強弱を矢印の大きさで示している。

図３ａ、図３ｂ、図３ｃのそれぞれは、通風口に対するノズル５の位置を断面で示して、それぞれ、その配置する場所を変えることができることを示している。図３ａでは、ノズル５が通風口の縦側の周辺に沿って配してあるが、通風口の上面の角が斜めにしてあって、ノズル５も傾斜して配置されている。ノズル５が後方に配置してあるために、空気閉塞板３のところで一緒になり、測定物４を自由に搬送することができる。ノズル５が傾斜しているために、空気閉塞板３の斜面に沿って空気を流すことができる。

図３ｂに示すものは、ノズル５を通風口の端縁と離れた場所に配してある。この形式であると、測定物４と空気閉塞板３との間隔を何度も変える必要のない場合に、測定器を同一の場所にしたままで、同じ測定物４を用いることができる。

図３ｃに示すものは、ノズル５を空気閉塞板３と一体とする場合を示す。そのために、ノズル５と一体になっている空気閉塞板３に沿って、溝のような窪み６が形成してある。ノズル５から流れ出る空気は空気閉塞板３に沿って広がり、吸引作用を生じ、その作用で、前述の図３ａと図３ｂとの場合と同様に、空気閉塞板３と測定物４との間隔を一定にすることができる。

図４はノズル５と空気閉塞板３とを一体にしたものと、測定物４の関係を示す。矢印で空気の流れの方向を示している。

空気の流量は、その流速を高めることによって、測定物４と空気閉塞板３との間隔をｙ１に示すように短縮することができる。また、同一の流速で、空気の供給量を増加させるために、測定物４と空気閉塞板３との間隔をｙ２に示すように広げることができる。空気の流量が多いことを太い矢印で、しかも高速で流れることを図示している（図４ｃ）。図４ｄは空気を、通風口で一部、吸いとるようにした構成を示すもので、このように、中途で吸いとるために、測定物４と空気閉塞板３との間隔をｙ３にするように極めて短縮することができる。

図４ｅには、最初の基本の形式のものであるが、通風口に多くの傾斜部分が形成してある。これらの傾斜のために、測定物４と空気閉塞板３との間隔ｙ４が短かくなっている。

測定器の側面図である。 測定器の３種類（３ａ，３ｂ，３ｃ）を示す断面図である。 測定器のノズルの３種類の配列方式を示す略図である。 空気の流速と流量の変化を示す線図である。

符号の説明

１ センサ
２ ホルダー
３ 空気閉塞板
４ 測定物
５ ノズル
６ 窪み
ｖ 空気の流れる方向
ｘ 測定物と空気閉塞板との距離
ｙ 測定物と空気閉塞板との間隔
ｚ 移動行程

Claims (25)

1. 空気閉塞板（３）の周辺の領域に空気を放出するノズル（５）を放射方向に配置して層状をなして気流を送り、測定物（４）の表面に接線方向に指向したことと、前記ノズル（５）から空気を放出する方向によって空気の流れが層を形成するように、前記測定物（４）の表面に接線方向に指向させ、前記ノズル（５）に向い合っている空気閉塞板（３）の周辺の領域を開放させるか、或はその領域に空気を吸い込む手段を設けたことを特徴とし、センサ（１）と、空気放出用の１個ないし複数個のノズル（５）と、前記センサ（１）についての開口部を具備するか、それを具備することのない空気閉塞板（３）とから成る薄い板状の物品の厚さ測定器。
2. 前記空気閉塞板（３）を前記測定物（４）に実質的に層をなす空気の流れを発生させるように傾斜して固定したことを特徴とする請求項１に記載の測定器。
3. 前記センサ（１）を手動または機械的に調節することのできるように、前記空気閉塞板（３）に固定し、前記センサ（１）と前記測定物（４）との間隔を変更することが出来るようにしたことを特徴とする前記請求項１または２に記載の測定器。
4. 前記センサ（１）と前記空気閉塞板（３）とを前記測定物（４）に対して垂直の方向、および／または平行する方向に移動できるように配設したことを特徴とする前記請求項の各項の一つに記載の測定器。
5. 前記空気閉塞板（３）を一つの部材または複数の部材から構成したことを特徴とする前記請求項のいずれかの一項に記載の測定器。
6. 前記センサ（１）のそれぞれを前記空気閉塞板（３）に固定してある保持部材で固定し、前記空気閉塞板（３）に配設してある前記センサ（１）のための開口部を、前記センサ（１）、または前記開口部内にあるセンサのヘッドを、三次元をなす総ての方向に移動することが出来るようにしたことを特徴とする前記請求項のいずれかの一項に記載の測定器。
7. 前記空気閉塞板（３）を三部分から成るものとし、前記センサ（１）を前記空気閉塞板（３）の開口部に取り付けたことを特徴とする前記請求項のいずれかの一項に記載の測定器。
8. 前記ノズル（５）を点状またはスリット状の開口部から構成したことを特徴とする前記請求項のいずれかの一項に記載の測定器。
9. 前記ノズル（５）を前記空気閉塞板（３）の一方の側縁に沿うようにするか、または前記空気閉塞板（３）の隣接する端縁に沿って配列するようにしたことを特徴とする前記請求項のいずれかの一項に記載の測定器。
10. 前記ノズル（５）を前記空気閉塞板の一方の端縁または隣接する両端縁に間隔をとって設けるようにしたことを特徴とする前記請求項のいずれかの一項に記載の測定器。
11. 前記空気閉塞板（３）を前記ノズル（５）の領域において斜めに切断した端縁を具備するものとし、前記ノズル（５）の空気排出口を前記斜めに切断した端縁に指向するようにしたことを特徴とする前記請求項のいずれかの一項に記載の測定器。
12. 前記空気閉塞板（３）の前記斜めに切断した端縁に指向されたノズル（５）を傾斜した部位に配列したことを特徴とする前記請求項のいずれかの一項に記載の測定器。
13. 前記ノズル（５）を前記空気閉塞板（３）の前記斜めに切断された端縁の一方の端縁または両端縁に沿って、前記空気閉塞板（３）の表面に設け、前記空気閉塞板（３）の表面に設けた１個または複数個のノズル（５）が１本の窪み、または複数本のプラットホーム状の圧縮空気発生装置に接続するようにしたことを特徴とする前記請求項のいずれかの一項に記載の測定器。
14. 本質的に層状を形成する気流を発生するために、１個または複数個の前記ノズル（５）を同一または異なる型式の圧縮空気発生装置に接続することを特徴とする前記請求項のいずれかの一項に記載の測定器。
15. 前記ノズル（５）に対向する側面、または前記空気閉塞板（３）の表面に、空気を吸入するための開口を設けたことを特徴とする前記請求項のいずれかの一項に記載の測定器。
16. 前記複数のノズル（５）のそれぞれから流出する空気の流れの空気量、速度または吸引作用を変更することによって、前記測定物（４）と前記空気閉塞板（３）とについて、実質的に層状を形成する空気の流れと、それが一定の間隔をとるように調節され、同調できるようにしたことを特徴とする前記請求項のいずれかの一項に記載の測定器。
17. 前記センサ（１）を薄い板状の物品の測定用として、静電容量型、インダクタンス型、光学型、放射分析型および／または超音波型のいずれかとすることを特徴とする前記請求項のいずれかの一項に記載の測定器。
18. 前記センサ（１）を同一の型式のもの、或は型式の異なるものの、いずれかとする前記請求項のいずれかの一項に記載の測定器。
19. 前記測定器に１個もしくは複数個の電気的距離測定器を接続し、前記測定物（４）と空気閉塞板（３）と、さらに測定物（４）に対して移動することができるように前記空気閉塞板（３）に固定した複数のセンサ（１）との間隔を測定することができ、その結果をメモリーユニットに記入することが出来るようにしたことを特徴とする前記請求項のいずれかの一項に記載の測定器。
20. 前記空気閉塞板（３）に対する前記測定物（４）の往復移動を送信器とその受信器とによって検出することができるようにし、前記送信器を前記空気閉塞板（３）の一方の側面において移動および固定するようにしたことと、前記受信器を前記空気閉塞板（３）の一方の側面に固定するようにしたことを特徴とする前記請求項のいずれかの一項に記載の測定器。
21. 前記送信器の光源をＬＥＤ或はレーザーとすることを特徴とする請求項２０に記載の測定器。
22. 前記受信器を検出器またはカメラとすることを特徴とする請求項２０に記載の測定器。
23. 前記測定物（４）と前記空気閉塞板（３）および／または前記測定物（４）と移動可能に前記空気閉塞板（３）に固定してある前記センサ（１）との間隔が、メモリーユニットにおいて予定された値と異なる場合に、前記測定物の厚さを記録することがないようにしたことを特徴とする前記請求項のいずれかの一項に記載の測定器。
24. 前記測定器を主として押出し成形法によって製造された中空でシリンダ状であって、その軸線方向に移動する薄い板状の物品の周囲を回転するようにし、その測定データを後の測定の参考とするためにメモリー装置に記録するようにしたことを特徴とする前記請求項のいずれかの一項に記載の測定器。
25. 前記押出し成形法によって製造された薄い板状の物品を前記測定器に平らに載置し、前記測定器を移動することのできる状態で固定して、前記測定データを後に行う測定と比較検討するためにメモリー装置に記入するようにしたことを特徴とする前記請求項のいずれかの一項に記載の測定器。

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