JP2010101656A - 膜厚計測方法および膜厚計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水中での計測やプローブによる計測が適さない場合であっても、インラインで十分な計測精度を得ることができる膜厚計測方法を提供すること。
【解決手段】円筒状のローラ１０の外周面（ローラ外周面１１）に接触した状態で移動する膜状またはシート状の部材（シート電極２０）を計測対象とする膜厚計測方法であって、超音波を送受信する超音波センサ３０を、ローラ１０の内部に、超音波を送受信する側がローラ１０の径方向の外側を向く姿勢で設け、超音波センサ３０によるシート電極２０に対する超音波の送受信をローラ外周面１１を形成する周壁部１２を介して行うことで得られる検出信号に基づいて、シート電極２０についての膜厚の計測を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばシート状の電極用として好適な膜厚計測方法および膜厚計測装置に関する。

従来、ローラ等によって搬送される膜状またはシート状の部材（以下「シート状部材」という。）に関し、シート状部材によって構成される製品の品質管理等の観点から、シート状部材やシート状部材の表面に形成される塗膜等の厚さ（以下「膜厚」という。）の計測が行われている。膜厚を計測する方法の一つに、超音波センサを用いる方法がある。この方法では、超音波センサにより、シート状部材の表面に対する超音波の送信および反射波の受信が行われ、非接触で膜厚の計測が行われる。

超音波センサを用いる方法によれば、超音波が空気中を伝達する場合、空気層で超音波が減衰するため、用いられる超音波の周波数が所定の高さ以上になると、膜厚の計測が困難となる。一方、空気層による減衰の影響が小さい周波数領域の超音波によれば、分解能が低く、十分な計測精度が得られない場合がある。

そこで、従来、超音波センサによる膜厚の計測を水中で行う方法がある。かかる方法としては、例えば、ローラ等によって搬送されるシート状部材が水槽内等に浸けられた状態で、水中にて超音波の送受信が行われる。しかし、膜厚の計測を水中で行う方法は、適用の範囲が限定される。例えば、計測対象としてのシート状部材が、リチウムイオン二次電池等に用いられるシート状の電極（以下「シート電極」）である場合、シート電極は水分を嫌うため、膜厚の計測を水中で行う方法の適用が困難となる。

具体的には、シート電極は、一般的に、電極活物質や導電剤等が溶媒に分散等されたペースト状の電極合剤が電極基材（金属箔等）に塗布され乾燥させられること等によって製造される。このため、シート電極が水中に浸けられると、電極合剤により形成された塗膜が電極基材から剥がれる場合がある。

また、超音波センサを用いる方法として、超音波センサを有するプローブを用いる方法がある（例えば、特許文献１参照）。かかる方法においては、プローブが計測対象面に押し当てられた状態で、超音波の送受信が行われる。しかし、プローブを用いる方法も、前述したようなシート電極への適用が困難である。すなわち、プローブを用いる方法によれば、計測対象面にプローブが押し当てられるため、電極合剤により形成された塗膜が電極基材から剥離する場合がある。

このように、例えばシート電極等の、水中での計測やプローブによる計測が適さないシート状部材についての膜厚の計測は、抜き取り検査によりオフラインで実施されているのが現状である。
特開平１０−１９７２３３号公報

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、水中での計測やプローブによる計測が適さない場合であっても、インラインで十分な計測精度を得ることができる膜厚計測方法および膜厚計測装置を提供することにある。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

すなわち、請求項１においては、円筒状のローラの外周面に接触した状態で移動する膜状またはシート状の部材を計測対象とする膜厚計測方法であって、超音波を送受信する超音波センサを、前記ローラの内部に、超音波を送受信する側が前記ローラの径方向の外側を向く姿勢で設け、前記超音波センサによる前記計測対象に対する超音波の送受信を前記ローラの外周面を形成する周壁部を介して行うことで得られる検出信号に基づいて、前記計測対象についての膜厚の計測を行うものである。

請求項２においては、前記超音波センサを、前記ローラの円周方向に等間隔を隔てるとともに、前記ローラの回転軸方向に所定の間隔を隔てて複数設けるものである。

請求項３においては、前記ローラは、該ローラの外周面に対向するように設けられる押圧面とともに前記膜状またはシート状の部材を挟み、前記ローラの外周面と前記押圧面との間隔の調整によって前記膜状またはシート状の部材の膜厚を調整するプレスローラであり、前記計測対象についての膜厚の計測結果が、前記間隔の調整に用いられるものである。

請求項４においては、円筒状のローラの外周面に接触した状態で移動する膜状またはシート状の部材を計測対象とする膜厚計測装置であって、円筒軸方向を回転軸方向として回転可能に設けられる円筒状の周壁部と、超音波を送受信する超音波センサが、前記周壁部の内部に、超音波を送受信する側が前記周壁部の径方向外側を向く姿勢で設けられることで構成されるセンサ部とを有し、前記周壁部の外周面を前記膜状またはシート状の部材に接触させることで前記ローラとして用いられる検出回転体を備え、該検出回転体の回転についての所定のタイミングで前記超音波センサによる前記計測対象に対する超音波の送受信を前記周壁部を介して行うことで得られる検出信号に基づいて、前記計測対象についての膜厚の計測を行うものである。

請求項５においては、前記センサ部が、前記周壁部の円周方向に等間隔を隔てるとともに、前記周壁部の回転軸方向に所定の間隔を隔てて複数設けられているものである。

請求項６においては、前記検出回転体は、前記周壁部の外周面に対向するように設けられる押圧面とともに前記膜状またはシート状の部材を挟み、前記周壁部の外周面と前記押圧面との間隔の調整によって前記膜状またはシート状の部材の膜厚を調整するプレスローラであり、前記計測対象についての膜厚の計測結果に基づき、前記間隔の調整を行うプレス制御部をさらに備えるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
すなわち、本発明によれば、水中での計測やプローブによる計測が適さない場合であっても、インラインで十分な計測精度を得ることができる。

本発明は、シート状部材の搬送やプレス等を行うために用いられるローラの内部にコードレスの超音波センサが設けられる構成により、ローラ上を通過するシート状部材に対してローラの壁部を介して超音波の送受信を行うことで、シート状部材についての膜厚の計測を行おうとするものである。以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、本実施の形態では、計測対象であるシート状部材（膜状またはシート状の部材）がリチウムイオン二次電池に用いられるシート電極である場合を例に説明する。

図１および図２に示すように、本実施形態に係る膜厚計測方法は、円筒状のローラ１０の外周面（以下「ローラ外周面」という。）１１に接触した状態で移動するシート電極２０を計測対象とするものである。ローラ１０は、円筒状の周壁部１２と、センサ部１３とを有する。

周壁部１２は、円筒軸方向を回転軸方向として回転可能に設けられる。周壁部１２により、ローラ外周面１１が形成される。つまり、周壁部１２の外周面が、ローラ外周面１１である。ローラ外周面１１は、円筒面である。周壁部１２は、均一な厚さを有する円筒状の壁部である。したがって、周壁部１２は、円筒状の内周面（以下「ローラ内周面」という。）１２ａを有する。周壁部１２は、回転軸１４により回転可能に支持される。回転軸１４は、その回転軸心が周壁部１２の円筒軸（中心軸）の位置に一致するように設けられる。つまり、ローラ１０は、回転軸１４により回転可能に設けられる。

センサ部１３は、超音波を送受信する超音波センサ３０が、周壁部１２の内部に、超音波を送受信する側（以下「送受信側」という。）が周壁部１２の径方向外側を向く姿勢で設けられることで構成される。

すなわち、超音波センサ３０は、略円筒状の外形を有し、その円筒軸方向の一側が送受信側となる。そして、超音波センサ３０は、送受信側が周壁部１２の径方向外側を向く姿勢、つまり送受信側がローラ内周面１２ａに対向する姿勢で設けられる。詳細には、超音波センサ３０は、超音波の送受信方向が、周壁部１２の径方向に略一致する姿勢で設けられる。

本実施形態では、センサ部１３（超音波センサ３０）は、ローラ１０の円周方向に等間隔を隔てるとともに、ローラ１０の回転軸方向（図２において左右方向）に所定の間隔を隔てて複数設けられている。

具体的には、ローラ１０の円周方向については、センサ部１３（超音波センサ３０）は、等角度間隔（４５°間隔）で八箇所（八個）設けられている（図１参照）。これら八箇所のセンサ部１３は、ローラ１０の回転軸方向において略同じ位置に配置される。言い換えると、これら八箇所のセンサ部１３は、図２に示す正面視で、同一直線上（図２においては上下方向の直線上）に位置する。このようにローラ１０の円周方向に八箇所設けられるセンサ部１３が、ローラ１０の回転軸方向について所定の間隔を隔てて五列設けられる。したがって、ローラ１０は、合計で四十箇所（四十個）のセンサ部１３（超音波センサ３０）を有する。

以上のように、本実施形態の膜厚計測方法においては、超音波を送受信する超音波センサ３０が、ローラ１０の内部に、送受信側がローラ１０の径方向の外側を向く姿勢で設けられる。そして、超音波センサ３０による計測対象であるシート電極２０に対する超音波の送受信がローラ外周面１１を形成する周壁部１２を介して行われることで得られる検出信号に基づいて、シート電極２０についての膜厚（以下「電極膜厚」という。）の計測が行われる。

ここで、計測対象であるシート電極２０について、図３を用いて説明する。図３（ａ）に示すように、シート電極２０は、電極基材としての金属箔２１の両面側に、電極材２２が形成されることにより製造される。金属箔２１および電極材２２は、いずれも数十μｍ程度の厚さを有する。

金属箔２１としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属箔が用いられる。金属箔２１は、図３（ｂ）に示すように、例えば長さ数ｋｍ、幅数十ｃｍで巻かれた状態から、ローラ等により搬送されながら、電極材２２を形成するための処理を受ける。

電極材２２は、ペースト状の電極合剤が金属箔２１に塗布された後に乾燥させられること等により形成される。電極合剤は、電極活物質、導電剤、結着剤等が、溶媒により混練された組成物である。電極合剤については、シート電極２０が電池の正極である場合は正極用の電極合剤であり、シート電極２０が電池の負極である場合は負極用の電極合剤である。

このようなシート電極２０の製造工程の概要としては、ローラ等により搬送される金属箔２１に対する電極合剤が塗布される工程と、金属箔２１に塗布された電極合剤が乾燥させられる工程とが行われる。また、電極合剤が乾燥させられることで金属箔２１に対する塗膜としての電極材２２が形成された後、シート電極２０が所定の幅で切り出される切断工程が行われる。

そして、これらの工程等を経たシート電極２０が、製品を構成するのに必要な所定の長さに切断されることで、シート状の正極または負極が得られる。シート状の正極および負極は、セパレータと呼ばれる絶縁性の部材を挟み込むことで三層構造とされ、円筒形に巻かれる等して所定の形状に成形される。成形された電極は、電解液を含浸させられ、金属の缶ケースで密閉される。このようにして、リチウムイオン二次電池が構成される。

本実施形態の膜厚計測においては、前述したように切断工程によって所定の幅で切り出されたシート電極２０が計測対象となる。すなわち、シート電極２０の膜厚、詳細には金属箔２１に形成される電極材２２の膜厚は、電池の性能に大きく影響を及ぼす。そこで、電池の品質管理の観点から、電極膜厚の計測が行われる。

センサ部１３の構成、および電極膜厚の計測原理について、図４および図５を用いて説明する。図４に示すように、センサ部１３を構成する超音波センサ３０は、超音波の発信および受信を行う振動子（超音波振動子）３１を有する。振動子３１は、例えば圧電セラミック等により構成される。振動子３１に電圧が印加されることにより、振動子３１において電圧に応じた機械的変位が生じ、振動子３１から固有の周波数の超音波が発振される。また、振動子３１が受信する超音波によって振動子３１に機械的な力が加わることで、その力に応じた起電力が発生する。このように、超音波センサ３０は、振動子３１によって超音波を送受信する。

超音波センサ３０は、前記のとおり送受信側がローラ内周面１２ａに対向する姿勢で設けられる。つまり、超音波センサ３０は、ローラ内周面１２ａに対向する姿勢で周壁部１２に対して固定される。具体的には、超音波センサ３０は、振動子３１や吸音材（図示略）等を収容し略円筒形状の外形をなすハウジング３２を有する。ハウジング３２が、キャップ体３３が用いられてローラ内周面１２ａに固定されることで、超音波センサ３０が周壁部１２に対して固定される。

キャップ体３３は、一端側に開口部を有し、その開口部から超音波センサ３０のハウジング３２を嵌め込んだ状態で、ローラ内周面１２ａに固定される。つまり、キャップ体３３の開口部側が超音波センサ３０の送受信側となるように、ハウジング３２がキャップ体３３に嵌め込まれる。ハウジング３２が嵌め込まれた状態のキャップ体３３がローラ内周面１２ａに固定されることで、超音波センサ３０がローラ内周面１２ａ側から周壁部１２に固定される。キャップ体３３は、例えば開口部の周縁に形成されるフランジ部３３ａの部分が用いられてボルト等の締結具３４によってローラ内周面１２ａに固定される。

なお、超音波センサ３０の周壁部１２に対する固定方法は、本実施形態に限定されず、適宜の方法を用いることができる。例えば、超音波センサ３０のハウジング３２に、フランジ部等の、周壁部１２に対する超音波センサ３０固定用の突部が形成されてもよい。

超音波センサ３０が周壁部１２に固定された状態においては、ハウジング３２とローラ内周面１２ａとの間に隙間が存在する。具体的には、図４に示すように、ハウジング３２の送受信側の端面である先端面３２ａとローラ内周面１２ａとの間に隙間空間が形成される。ハウジング３２と周壁部１２との間の隙間空間には、グリス等の充填剤３５が充填される。

このように構成されるセンサ部１３により、シート電極２０について、ローラ外周面１１に対する接触部分についての膜厚の計測が行われる。つまり、ローラ１０の回転にともなって移動する、ローラ１０の円周方向の八箇所のセンサ部１３のうち、超音波の送受信方向にシート電極２０のローラ外周面１１に対する接触部が位置するセンサ部１３（図４参照）から得られる検出信号に基づいて、電極膜厚の計測が行われる。

なお、以下では、説明の便宜上、金属箔２１の両面に形成される電極材２２のうち、内側（ローラ外周面１１に接触する側、図４において下側）に形成される電極材２２を「内側電極材２２ａ」とし、外側（図４において上側）に形成される電極材２２を「外側電極材２２ｂ」とする。

センサ部１３において、超音波センサ３０の振動子３１にパルス電圧が印加されると、振動子３１は固有の周波数の超音波を発振する。超音波は、異なる物質の境界面で反射する性質を有する。このため、本実施形態のセンサ部１３によれば、超音波センサ３０から、ローラ外周面１１に接触するシート電極２０に向けて発信された超音波は、次の各境界面で一部が反射する。

すなわち、振動子３１に近い順に、超音波センサ３０のハウジング３２と充填剤３５との境界面（先端面３２ａと充填剤３５との接触面）がある。次に、充填剤３５と周壁部１２との境界面（充填剤３５とローラ内周面１２ａとの接触面）がある。次に、周壁部１２とシート電極２０の内側電極材２２ａとの境界面（ローラ外周面１１とシート電極２０との接触面）がある。次に、内側電極材２２ａと金属箔２１との境界面がある。次に、金属箔２１と外側電極材２２ｂとの境界面がある。そして、外側電極材２２ｂの空気に対する境界面（外側電極材２２ｂの外側面）がある。

したがって、超音波センサ３０は、超音波を発信することで、前記各境界面からの反射波を受信する。すなわち、超音波センサ３０による計測信号（検出信号、以下同じ。）には、前記各境界面からの反射波に対応する受信信号が含まれる。そして、超音波センサ３０が受信する信号のうち、シート電極２０に関係する境界面からの反射波に対応する受信信号に基づいて、信号を受信するタイミングや各物質中を伝達する超音波の速度等から、電極膜厚が計測される。

図５に、超音波センサ３０による計測信号の一例を示す。図５に示すグラフにおいて、横軸は時間であり、縦軸は信号強度である。なお、超音波センサ３０による計測信号は、反射波によって振動子３１で発生する起電力による電圧信号である。図５に示すように、本実施形態において、超音波センサ３０による計測信号としては、前記各境界面からの反射波に対応する受信信号Ｓ１〜Ｓ６が得られる。

すなわち、図５に示すように、受信信号Ｓ１は、ハウジング３２と充填剤３５との境界面からの反射波（図４矢印Ｄ１参照）に対応する受信信号である。同様に、受信信号Ｓ２は、充填剤３５と周壁部１２との境界面からの反射波（矢印Ｄ２参照）に対応する信号である。また、受信信号Ｓ３は、周壁部１２と内側電極材２２ａとの境界面からの反射波（矢印Ｄ３参照）に対応する信号である。また、受信信号Ｓ４は、内側電極材２２ａと金属箔２１との境界面からの反射波（矢印Ｄ４参照）に対応する信号である。また、受信信号Ｓ５は、金属箔２１と外側電極材２２ｂとの境界面からの反射波（矢印Ｄ５参照）に対応する信号である。そして、受信信号Ｓ６は、外側電極材２２ｂと空気との境界面からの反射波（矢印Ｄ６参照）に対応する信号である。

このように、超音波センサ３０によって得られる計測信号から、前記各境界間の距離を導くことができる。具体的には、例えば、受信信号Ｓ２と受信信号Ｓ３との間（例えば各受信信号のピーク間、以下他の受信信号間について同じ。）の時間Ｔ１から、周壁部１２中を伝達する超音波の速度等に基づいて導かれる距離は、周壁部１２の壁厚に対応する。

同様に、受信信号Ｓ３と受信信号Ｓ４との間の時間Ｔ２から、内側電極材２２ａ中を伝達する超音波の速度等に基づいて導かれる距離は、内側電極材２２ａの厚さに対応する。また、受信信号Ｓ４と受信信号Ｓ５との間の時間Ｔ３から、金属箔２１中を伝達する超音波の速度等に基づいて導かれる距離は、金属箔２１の厚さに対応する。また、受信信号Ｓ５と受信信号Ｓ６との間の時間Ｔ４から、外側電極材２２ｂ中を伝達する超音波の速度等に基づいて導かれる距離は、外側電極材２２ｂの厚さに対応する。

つまり、図５に示す超音波センサ３０による計測信号において、時間の経過にともなって変化する、振動子３１から発振される超音波の伝達経路における位置に関し、例えば受信信号Ｓ２（のピーク）の時刻は、ローラ内周面１２ａの位置に対応する。同じく受信信号Ｓ３（のピーク）の時刻は、ローラ外周面１１の位置に対応する。

以上のような超音波センサ３０による計測信号から、電極膜厚が計測される。すなわち、電極膜厚として、内側電極材２２ａの膜厚は、受信信号Ｓ３と受信信号Ｓ４との間の時間Ｔ２に基づいて計測される。また、金属箔２１の膜厚は、受信信号Ｓ４と受信信号Ｓ５との間の時間Ｔ３に基づいて計測される。また、外側電極材２２ｂの膜厚は、受信信号Ｓ５と受信信号Ｓ６との間の時間Ｔ４に基づいて計測される。

したがって、内側電極材２２ａの膜厚、金属箔２１の膜厚、および外側電極材２２ｂの膜厚の合計値から、シート電極２０全体としての膜厚が計測される。言い換えると、シート電極２０全体の膜厚は、受信信号Ｓ３と受信信号Ｓ６との間の時間（時間Ｔ２＋時間Ｔ３＋時間Ｔ４）に基づいて計測される。このように、本実施形態の膜厚計測において計測される電極膜厚には、金属箔２１に対して形成される電極材２２の膜厚（内側電極材２２ａ、外側電極材２２ｂの膜厚）、あるいはシート電極２０全体の膜厚が含まれる。

また、超音波センサ３０による計測信号に基づく電極膜厚の計測に際しては、適宜超音波センサ３０の校正があらかじめ行われる。具体的には、ローラ１０が備える各超音波センサ３０について、超音波の反射時間（受信信号が得られる時間間隔）と膜厚（距離）との関係が、あらかじめ実験等により明らかにされる。そして、明らかにされた超音波の反射時間と膜厚との関係に基づいて、各超音波センサ３０についての校正が行われる。

以上のように、本実施形態に係る膜厚計測装置は、円筒状のローラ１０のローラ外周面１１に接触した状態で移動するシート電極２０を計測対象とするものであり、周壁部１２の外周面（ローラ外周面１１）をシート電極２０に接触させることでローラ１０として用いられる検出回転体４０を備える。つまり、本実施形態では、ローラ１０が、周壁部１２とセンサ部１３とを有する検出回転体４０として機能する。言い換えると、本実施形態に係る膜厚計測装置が備える検出回転体４０は、シート電極２０の搬送等を行うためのローラ１０として用いられる。

そして、本実施形態に係る膜厚計測装置は、検出回転体４０の回転についての所定のタイミングで超音波センサ３０による計測対象であるシート電極２０に対する超音波の送受信を周壁部１２を介して行うことで得られる検出信号に基づいて、電極膜厚の計測を行う。

ここで、検出回転体４０の回転についての所定のタイミングとは、検出回転体４０の回転にともなって移動する、検出回転体４０の円周方向の八箇所（八個）の各センサ部１３（超音波センサ３０）が、超音波の送受信方向にシート電極２０のローラ外周面１１に対する接触部が位置する状態となるタイミングである。つまり、かかるタイミングで得られる超音波センサ３０による検出信号に基づいて、電極膜厚の計測が行われる。

以下では、本実施形態に係るローラ１０（検出回転体４０、以下同じ。）が、シート電極２０の膜厚を調整するプレスローラ（以下単に「プレスローラ」という。）として用いられる場合について説明する。ローラ１０がプレスローラとして用いられる場合、例えば図６に示すように、ローラ１０と、ローラ１０に対向するように設けられる対向ローラ５０とにより、プレスローラ機構５５が構成される。

図６に示すように、対向ローラ５０は、円筒状の外形を有し、例えばローラ１０と略同じ大きさに構成される。対向ローラ５０は、回転軸心が円筒軸（中心軸）に一致するように設けられる回転軸５４を有する。つまり、対向ローラ５０は、回転軸５４により回転可能に設けられる。対向ローラ５０は、回転軸５４の軸方向がローラ１０の回転軸１４の軸方向と平行になるように設けられる。

対向ローラ５０は、ローラ１０に対して、ローラ外周面１１との間にシート電極２０を挟み込むように設けられる。つまり、対向ローラ５０の外周面（符号５１参照）は、ローラ外周面１１とともにシート電極２０をプレスする押圧面として機能する。以下では、対向ローラ５０の外周面を「押圧面５１」とする。

対向ローラ５０は、図示せぬ移動機構により、ローラ１０に対して相対的に近接離間方向（図６において上下方向）に移動可能に設けられる（矢印Ａ１参照）。言い換えると、対向ローラ５０は、ローラ１０とともにシート電極２０をプレスする方向（図６において上方向）およびその反対方向（同図において下方向）に移動可能に設けられる。

すなわち、プレスローラ機構５５においては、対向ローラ５０の移動により、ローラ外周面１１と押圧面５１との間隔（以下「プレス面間隔」という。）が変化する。そして、プレス面間隔の調整により、プレスローラ機構５５によってプレスされるシート電極２０の膜厚（詳細には電極材２２の膜厚）の調整が行われる。

シート電極２０の膜厚の調整を行うためのプレスローラ機構５５は、前述したシート電極２０の製造工程のラインにおいて、切断工程の後に設けられる。すなわち、シート電極２０の製造工程において、切断工程の後に、切断工程により所定の幅で切り出されたシート電極２０がプレスローラ機構５５によってプレスされるプレス工程が行われる。プレス工程では、プレスローラ機構５５によってシート電極２０の膜厚（電極材２２の膜厚）の調整が行われる。ここで、プレスローラ機構５５によってプレスされるシート電極２０は、例えば数十ｍ〜数百ｍ／分の速度で移動する（矢印Ａ２参照）。

このように、プレスローラとして用いられるローラ１０は、ローラ外周面１１に対向するように設けられる押圧面５１とともにシート電極２０を挟み、プレス面間隔の調整によってシート電極２０の膜厚を調整する。そして、電極膜厚の計測結果が、プレス面間隔の調整に用いられる。

すなわち、シート電極２０の製造工程において、シート電極２０の膜厚が決定されるプレス工程中に、電極膜厚が計測される。そして、電極膜厚の計測結果に基づいて、プレス面間隔の調整が行われる。電極膜厚の計測およびその計測結果に基づくプレス面間隔の調整は、例えば次のような構成により行われる。

センサ部１３を構成する超音波センサ３０の駆動および計測データの取得は、テレメータによりコードレスで行われる。具体的には、図７に示すように、本実施形態の構成では、ローラ１０の内部に設けられるテレメータ送受信器（以下「第一テレメータ送受信器」という。）４１と、ローラ１０に対して遠隔配置されるテレメータ送受信器（以下「第二テレメータ送受信器」という。）６１とが備えられる。第一テレメータ送受信器４１および第二テレメータ送受信器６１は、互いの間のコードレスでの信号の送受信や、それぞれ入力された信号の変換等を行う。

第一テレメータ送受信器４１は、超音波センサ３０にパルス信号（電気パルス）を出力するパルス発生器４２に対して制御信号を送る。パルス発生器４２によるパルス信号としては、例えば１００ＭＨｚの超音波に対応する信号が用いられる。超音波センサ３０による計測信号、つまり超音波の反射波が振動子３１によって変換された電圧信号は、プリアンプ３６によって増幅された後、第一テレメータ送受信器４１に入力される。

ここで、プリアンプ３６は、ローラ１０が複数備える各超音波センサ３０に対して設けられる。つまり、プリアンプ３６は、超音波センサ３０により構成される各センサ部１３に設けられる。したがって、プリアンプ３６は、例えば、超音波センサ３０のハウジング３２（図４参照）の内部やハウジング３２の外側に設けられることで、超音波センサ３０と一体的に構成される。

また、第一テレメータ送受信器４１およびパルス発生器４２は、ローラ１０内に設けられる。第一テレメータ送受信器４１は、例えば８チャンネルの構成を備えるものが用いられることで、ローラ１０の円周方向に設けられる八個の超音波センサ３０に対して一個設けられる。第一テレメータ送受信器４１およびパルス発生器４２は、例えばセンサ送受信部１５として一体的に構成される。第一テレメータ送受信器４１およびパルス発生器４２を含むセンサ送受信部１５は、図１に示すように、例えばローラ１０の回転軸１４に固定されることで設けられる。

超音波センサ３０から第一テレメータ送受信器４１に入力された信号は、第二テレメータ送受信器６１により受信され、ゲインコントロール６４に送られる。ゲインコントロール６４においては、信号の出力が調整される。ここで、第二テレメータ送受信器６１からゲインコントロール６４に送られる信号については、タイミング発生器６２により、所定のタイミングで出力される。つまり、ゲインコントロール６４に対する信号は、前述したように超音波センサ３０が超音波の送受信方向にシート電極２０のローラ外周面１１に対する接触部が位置する状態となるタイミングで一定周期ごとに出力される。

したがって、タイミング発生器６２は、第二テレメータ送受信器６１からゲインコントロール６４に対する信号が、前記のような所定のタイミングで出力されるように、第二テレメータ送受信器６１対して信号の出力タイミングを指示する。タイミング発生器６２は、エンコーダ６３からの検出信号に基づいて出力タイミングを指示する。エンコーダ６３は、例えば、ローラ１０の回転軸１４において超音波センサ３０の角度位置（ローラ１０の円周方向における位置）に対応して設けられる検出部（例えば超音波センサ３０の角度位置に対応する突起を有するセンサプレート等）の角度位置を検出することで、タイミング発生器６２に対して超音波センサ３０の角度位置に対応するタイミングで検出信号を出力する。

また、タイミング発生器６２からの出力信号は、第二テレメータ送受信器６１および第一テレメータ送受信器４１を介してパルス発生器４２に入力される。これにより、パルス発生器４２からの出力信号について、ローラ１０の回転による超音波センサ３０の角度位置との関係における同期が図られる。

そして、ゲインコントロール６４からの出力信号は、Ａ／Ｄ変換器６５によってアナログ信号からデジタル信号に変換された後、演算処理部６８に入力される。演算処理部６８においては、電極膜厚に係る所定の演算が行われる。演算処理部６８に入力された信号や演算結果等は、計測データとしてメモリ６７に蓄積される。

演算処理部６８による演算結果、つまり電極膜厚の計測結果は、プレス制御器７０に送信されることで、プレス面間隔の調整に用いられる。すなわち、プレス制御器７０は、プレスローラ機構５５における対向ローラ５０のローラ１０に対する位置を制御する。そして、プレス制御器７０は、演算処理部６８による演算結果に基づき、対向ローラ５０のローラ１０に対する位置、つまりプレス面間隔の調整を、対向ローラ５０の移動機構を介して行う。

プレス面間隔の調整に際しては、例えば、演算処理部６８において得られる計測結果について、電極膜厚に関する規格値等に基づき、上限値および下限値があらかじめ設定される。そして、演算処理部６８において得られた計測結果が上限値を上回る場合、プレス面間隔が小さく（狭く）される。つまりこの場合、プレス制御器７０により、プレスローラ機構５５において、対向ローラ５０が、ローラ１０に対して近接する方向（図６において上方向）に移動させられる。一方、演算処理部６８において得られた計測結果が下限値を下回る場合、プレス面間隔が大きく（広く）される。つまりこの場合、プレス制御器７０により、プレスローラ機構５５において、対向ローラ５０が、ローラ１０に対して離間する方向（図６において下方向）に移動させられる。

このように、本実施形態の膜厚計測装置は、電極膜厚の計測結果に基づき、プレス面間隔の調整を行うプレス制御部として、プレス制御器７０を含む構成を備える。

以上の本実施形態の膜厚計測方法および膜厚計測装置によれば、電極膜厚の計測において、水中での計測やプローブによる計測が適さない場合であっても、インラインで十分な計測精度を得ることができる。すなわち、シート電極２０の搬送やプレス等を行うためのローラ１０の内部にコードレスの超音波センサ３０が設けられる構成が用いられることから、計測対象であるシート電極２０に対する超音波の伝達経路に空気層が形成されることを容易に回避することができる。これにより、電極膜厚の計測を水中で行うことなく、ローラ１０により構成されるラインにおいて十分な計測精度が得られる。

また、本実施形態の膜厚計測によれば、シート電極２０の電極膜厚の計測に際して、ローラ１０によるシート電極２０の搬送やプレス等のために必然的に生じるシート電極２０のローラ外周面１１に対する接触が用いられる。このため、プローブによる計測が行われる場合のシート電極２０に対するプローブの押し当てによる電極材２２の剥離等の不具合が生じることもない。

また、従来のように抜き取り検査による電極膜厚の保証が行われる場合、シート電極２０の一部についての検査のみによって全長の保証とされることとなるが、本実施形態の膜厚計測によれば、電極膜厚について所定の間隔における保証が可能となる。つまり、シート電極２０の長さ方向については、ローラ１０の円周方向に複数設けられるセンサ部１３（超音波センサ３０）の設置間隔に対応する間隔で、電極膜厚が保証される。これにより、シート電極２０によって構成される電池の性能のバラツキが大幅に縮小される。

また、本実施形態の膜厚計測によれば、電極膜厚を計測するための超音波センサ３０が、シート電極２０の搬送やプレス等を行うためのローラ１０の内部に設置される構成であることから、電極膜厚の計測のためにライン（工程）の長さが変化しない。このため、本構成は、省スペースの観点からも有効であり、また、本構成によれば、電極膜厚の計測に際し、ライン（工程）の追加による手間を省くことができる。

なお、ローラ１０内に設けられるセンサ部１３（超音波センサ３０）について、ローラ１０の円周方向および幅方向（回転軸方向）の設置間隔や数は、本実施形態に限定されない。すなわち、センサ部１３（超音波センサ３０）の設置間隔等は、計測対象であるシート電極２０の搬送速度（ローラ１０の回転速度）や、シート電極２０について定められる膜厚保証規格値（電極膜厚の計測が行われる間隔についての規格値）等に応じて適宜設定される。そして、センサ部１３（超音波センサ３０）がローラ１０の円周方向および幅方向に適宜の間隔や数で複数設置されることで、シート電極２０の面方向についての電極膜厚の分布を計測することができる。

本発明の一実施形態に係るローラ（検出回転体）の構成を示す側面断面図。 同じく正面図。 シート電極の構成を示す図。 センサ部の構成を示す図。 超音波センサによる計測信号の一例を示す図。 プレスローラ機構の構成を示す図。 本発明の一実施形態に係る制御ブロック図。

符号の説明

１０ ローラ
１１ ローラ外周面
１２ 周壁部
１２ａ ローラ内周面
１３ センサ部
２０ シート電極
３０ 超音波センサ
４０ 検出回転体
５０ 対向ローラ
５１ 押圧面
７０ プレス制御器

Claims (6)

1. 円筒状のローラの外周面に接触した状態で移動する膜状またはシート状の部材を計測対象とする膜厚計測方法であって、
   超音波を送受信する超音波センサを、前記ローラの内部に、超音波を送受信する側が前記ローラの径方向の外側を向く姿勢で設け、
   前記超音波センサによる前記計測対象に対する超音波の送受信を前記ローラの外周面を形成する周壁部を介して行うことで得られる検出信号に基づいて、前記計測対象についての膜厚の計測を行うことを特徴とする膜厚計測方法。
2. 前記超音波センサを、前記ローラの円周方向に等間隔を隔てるとともに、前記ローラの回転軸方向に所定の間隔を隔てて複数設けることを特徴とする請求項１に記載の膜厚計測方法。
3. 前記ローラは、
   該ローラの外周面に対向するように設けられる押圧面とともに前記膜状またはシート状の部材を挟み、前記ローラの外周面と前記押圧面との間隔の調整によって前記膜状またはシート状の部材の膜厚を調整するプレスローラであり、
   前記計測対象についての膜厚の計測結果が、前記間隔の調整に用いられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の膜厚計測方法。
4. 円筒状のローラの外周面に接触した状態で移動する膜状またはシート状の部材を計測対象とする膜厚計測装置であって、
   円筒軸方向を回転軸方向として回転可能に設けられる円筒状の周壁部と、超音波を送受信する超音波センサが、前記周壁部の内部に、超音波を送受信する側が前記周壁部の径方向外側を向く姿勢で設けられることで構成されるセンサ部とを有し、前記周壁部の外周面を前記膜状またはシート状の部材に接触させることで前記ローラとして用いられる検出回転体を備え、
   該検出回転体の回転についての所定のタイミングで前記超音波センサによる前記計測対象に対する超音波の送受信を前記周壁部を介して行うことで得られる検出信号に基づいて、前記計測対象についての膜厚の計測を行うことを特徴とする膜厚計測装置。
5. 前記センサ部が、前記周壁部の円周方向に等間隔を隔てるとともに、前記周壁部の回転軸方向に所定の間隔を隔てて複数設けられていることを特徴とする請求項４に記載の膜厚計測装置。
6. 前記検出回転体は、
   前記周壁部の外周面に対向するように設けられる押圧面とともに前記膜状またはシート状の部材を挟み、前記周壁部の外周面と前記押圧面との間隔の調整によって前記膜状またはシート状の部材の膜厚を調整するプレスローラであり、
   前記計測対象についての膜厚の計測結果に基づき、前記間隔の調整を行うプレス制御部をさらに備えることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の膜厚計測装置。

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