JP5875087B2 - 膜厚測定方法および膜厚測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、両面に膜が形成された被膜板材の表面被膜および裏面被膜の厚さを測定する膜厚測定方法および膜厚測定装置に関する。

ある物質表面に形成された薄い層を超音波が通過するとき、その薄い層の両表面からのエコーが重畳する状況下において、音響共鳴現象が生じることが知られている。また、その場合、薄い層での超音波透過率および反射率は、周波数に依存することも知られている。この超音波透過率や反射率は、薄い層の厚さや音響インピーダンス、密度、音速、弾性率などの特性に依存するため、音響共鳴現象を薄い層の評価に利用することができる。

音響共鳴現象を利用して、板材の外面または内面に形成された被膜の膜厚を測定する方法として、板材の外面側から超音波を入射し、入射した超音波の被膜に対する共鳴周波数ｆ_R（Ｈｚ）を求め、被膜の膜厚ｄ（ｍ）を、ｄ＝（１／４）・（Ｃ／ｆ_R）により求めるものが、本発明者等により開発されている（例えば、特許文献１参照）。なお、ここで、Ｃは、測定対象の被膜における膜内音速（ｍ／ｓ）である。

特許文献１の膜厚測定方法は、入射した超音波の音圧反射率または音圧透過率の変化を調べ、調べられた音圧反射率または音圧透過率の変化から共鳴周波数を求めるようになっている。このため、袋内構造の内面の、通常では手が届かない影部となる箇所の被膜の厚さを求める場合には、袋内構造の内面からの超音波エコーを利用して音圧反射率の変化を調べ、その音圧反射率の変化の様子から共鳴周波数を求めることができ、袋内構造の外側から非破壊的に測定可能である。

特開２０１０−２４３１７６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の膜厚測定方法では、音圧反射率か音圧透過率の変化のいずれか一方しか利用できないため、一度に片面の被膜の厚さしか測定することができない。このため、両面に被膜が形成された構造では、両面の被膜の厚さを同時に測定することができないという課題があった。

本発明は、このような課題に着目してなされたもので、両面の被膜の厚さを同時に測定することができる膜厚測定方法および膜厚測定装置を提供することを目的としている。

本発明に係る膜厚測定方法は、両面に膜が形成された被膜板材の表面被膜および裏面被膜の厚さを測定する膜厚測定方法であって、両面に膜が形成されていない膜無し板材の表面側から超音波を入射し、前記膜無し板材の裏面側で反射した前記超音波のエコーを測定し、前記被膜板材の表面側から超音波を入射し、前記被膜板材の裏面側で反射した前記超音波のエコーを測定し、測定された前記被膜板材のエコーの振幅スペクトルと、測定された前記膜無し板材のエコーの振幅スペクトルとのスペクトル比を求め、前記表面被膜の共鳴周波数を前記スペクトル比の最大値をとる周波数とし、前記裏面被膜の共鳴周波数を前記スペクトル比の極小値をとる周波数として求め、求められた各共鳴周波数から前記表面被膜および前記裏面被膜の厚さを求めることを特徴とする。

本発明に係る膜厚測定装置は、両面に膜が形成された被膜板材の表面被膜および裏面被膜の厚さを測定する膜厚測定装置であって、あらかじめ、両面に膜が形成されていない膜無し板材の表面側から超音波を入射し、前記膜無し板材の裏面側で反射した前記超音波のエコーを測定しておく比較エコー測定手段と、前記被膜板材の表面側から超音波を入射する超音波入射手段と、前記被膜板材の裏面側で反射した、前記超音波入射手段から入射された前記超音波のエコーを測定する超音波エコー測定手段と、前記超音波エコー測定手段で測定された前記被膜板材のエコーの振幅スペクトルと、前記比較エコー測定手段で測定された前記膜無し板材のエコーの振幅スペクトルとのスペクトル比を求め、前記表面被膜の共鳴周波数を前記スペクトル比の最大値をとる周波数とし、前記裏面被膜の共鳴周波数を前記スペクトル比の極小値をとる周波数として求め、求められた各共鳴周波数から前記表面被膜および前記裏面被膜の厚さを求める演算手段とを、有することを特徴とする。

本発明に係る膜厚測定方法および膜厚測定装置は、好適には以下の原理により、両面に膜が形成された被膜板材の表面被膜および裏面被膜の厚さを測定することができる。
図１（ａ）に示すように、両面に膜１ａ，１ｂが形成された被膜板材１と、被膜板材１の表面側に水、被膜板材１の裏面側に空気が接している超音波伝達系を考える。被膜板材１の表面被膜１ａおよび裏面被膜１ｂの膜厚をそれぞれ、ｄ_Ｓ、ｄ_Ｂとする。また、水、被膜１ａ，１ｂ、板材１ｃ、空気の音響インピーダンスをそれぞれＺ_Ｗ、Ｚ_Ｌ（＝ρ_Ｌ・ｃ_Ｌ）、Ｚ_Ｐ、Ｚ_Ａとする。ここでρ_Ｌおよびｃ_Ｌは、それぞれ被膜１ａ，１ｂの密度および音速である。

図１（ａ）に示すように、被膜板材１の表面側に配置された超音波探触子（音響探触子）１１から発せられた超音波は、水を介して被膜板材１に到達し、被膜板材１の裏面側で反射し、再び超音波探触子１１で受信される。このとき、被膜板材１の裏面側で反射した超音波エコーのフーリエ変換Φ_Ｂは、次式で与えられる。

ここで、ｆは周波数、ｔは時間、ｉ^２＝−１である。Ｐ_０およびＰ_Ｂは、それぞれ送信波および受信波の音圧である。Ｄは回折効果を表し、αは伝達系の超音波減衰を表す。Ｔ_Ｓは水、被膜１ａ，１ｂ、板材１ｃの音圧往復透過率であり、ｒ_Ｂは被膜板材１の裏面側での反射係数である。Ｔ_Ｓおよびｒ_Ｂは、それぞれ次式で与えられる。

ここで、ｋ_Ｃ（＝２πｆ／ｃ_Ｌ）は被膜１ａ，１ｂ内での波数である。

図１（ｂ）に示すように、被膜板材１の両面に膜１ａ，１ｂが無い、膜無し板材１ｃの場合（ｄ_Ｓ，ｄ_Ｂ＝０）の、裏面側で反射した超音波エコーのフーリエ変換Φ_Ｂ’は、α、Ｔ_Ｓ、ｒ_Ｂ、Ｄを、α’、Ｔ_Ｓ’、ｒ_Ｂ’、Ｄ’に置き換えて得られる。ここで、Ｔ_Ｓ’＝４Ｚ_ＷＺ_Ｓ／（Ｚ_Ｗ＋Ｚ_Ｓ）^２、ｒ_Ｂ’＝（Ｚ_Ａ−Ｚ_Ｓ）／（Ｚ_Ｓ＋Ｚ_Ａ）となる。表面被膜１ａは非常に薄いため、αとα’はほぼ等しく、ＤとＤ’はほぼ等しいと仮定できる。この場合、スペクトルの振幅比は、次式で与えられる。

ここで、ψ_Ｂ［＝｜Φ_Ｂ｜］およびψ_Ｂ’［＝｜Φ_Ｂ’｜］は、それぞれΦ_ＢおよびΦ_Ｂ’の振幅スペクトルである。なお、Ｔ_Ｓ’およびｒ_Ｂ’が、周波数に依存する点に注意を要する。

図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に、それぞれｄ_Ｓ＝１５μｍ、ｄ_Ｂ＝２０μｍ（ｄ_Ｓ＜ｄ_Ｂ）の場合の、｜Ｔ_Ｓ｜／Ｔ_Ｓ’、｜ｒ_Ｂ｜／ｒ_Ｂ’、ψ_Ｂ／ψ_Ｂ’と周波数ｆとの関係を示す。ここで、Ｚ_Ｗ＝１．５ＭＮｍ^−３ｓ、Ｚ_Ｐ＝１００ＭＮｍ^−３ｓ、Ｚ_Ａ＝０．０１ＭＮｍ^−３ｓと仮定した。また、Ｚ_Ｃ＝２ＭＮｍ^−３ｓ、ｃ_Ｌ＝３２００ｍ／ｓとした。図２（ａ）に示すように、｜Ｔ_Ｓ｜／Ｔ_Ｓ’の最大値は、ｆ_ｍａｘ＝５３．３ＭＨｚで現れた。また、図２（ｂ）に示すように、｜ｒ_Ｂ｜／ｒ_Ｂ’の最小値は、ｆ_ｍｉｎ＝４０．０ＭＨｚで現れた。ｆ_ｍａｘおよびｆ_ｍｉｎは、次式で与えられることが確認できる。

図１に示すように、表面被膜１ａでの音響共鳴は、透過率に反映されており、式（４）の項（｜Ｔ_Ｓ｜／Ｔ_Ｓ’）に現れる。表面被膜１ａでの音響共鳴は、図２（ａ）に示す裏面側からのエコーにおいて、ｆ_ｍａｘ付近の周波数成分を増加させる。一方、図１に示すように、裏面被膜１ｂでの音響共鳴は、反射率に反映されており、式（４）の項（｜ｒ_Ｂ｜／ｒ_Ｂ’）に現れる。裏面被膜１ｂでの音響共鳴は、図２（ｂ）に示す裏面側からのエコーにおいて、ｆ_ｍｉｎ付近の周波数成分を減少させる。このため、表面被膜１ａおよび裏面被膜１ｂで起こる音響共鳴現象は、図２（ｃ）に示すψ_Ｂ／ψ_Ｂ’において、ｆ_ｍａｘおよびｆ_ｍｉｎとして同時に観察可能である。なお、図２（ｄ）に示すように、ｄ_Ｓとｄ_Ｂが入れ替われば（ｄ_Ｓ＞ｄ_Ｂ）、ｆ_ｍａｘとｆ_ｍｉｎも入れ替わる。

求められたｆ_ｍａｘおよびｆ_ｍｉｎから、式（５）および式（６）を用いて、表面被膜１ａの厚さｄ_Ｓおよび裏面被膜１ｂの厚さｄ_Ｂを求めることができる。こうして、本発明に係る膜厚測定方法および膜厚測定装置は、両面の被膜の厚さを同時に測定することができる。なお、図２（ｃ）および（ｄ）に示すように、ｆ_ｍａｘ付近では、周波数に対して比較的幅が広い、なだらかな形状を成し、ｆ_ｍｉｎ付近では、周波数に対して比較的幅が狭い、針状の形状を成している。例えば、−６ｄＢ帯域幅は、ｆ_ｍａｘに対しては３０．４ＭＨｚ、ｆ_ｍｉｎに対しては１．５ＭＨｚであり、振幅スペクトル比は裏面の共鳴周波数近傍でより際立った変化を示す。このため、ｆ_ｍａｘとｆ_ｍｉｎとがほぼ同じ位置に現れる場合、すなわち表面被膜１ａの厚さｄ_Ｓと裏面被膜１ｂの厚さｄ_Ｂとがほぼ等しい場合であっても、両者を識別して観察することができ、両面の被膜の厚さを同時に求めることができる。

本発明に係る膜厚測定方法および膜厚測定装置は、振幅スペクトル比を得るための膜無し板材の試料として、両面に膜を形成する前の板材をそのまま使用することができるため、特別に試料を作製する必要がなく、被膜の厚さ測定を容易に行うことができる。

本発明に係る膜厚測定方法で、前記被膜板材の表面側から入射する前記超音波の周波数帯域は、２０〜２００ＭＨｚであることが好ましい。本発明に係る膜厚測定装置で、前記超音波入射手段は、２０〜２００ＭＨｚの周波数帯域の超音波を、前記被膜板材の表面側から入射することが好ましい。この場合、厚さが数μｍ程度の被膜であっても、その厚さを正確に測定することができる。

本発明によれば、両面の被膜の厚さを同時に測定することができる膜厚測定方法および膜厚測定装置を提供することができる。

本発明に係る膜厚測定方法および膜厚測定装置の測定原理を示す（ａ）被膜板材、（ｂ）膜無し板材に対する側面図である。 本発明に係る膜厚測定方法および膜厚測定装置の測定原理を示す（ａ）ｄ_Ｓ＜ｄ_Ｂのときの音圧往復透過率比｜Ｔ_Ｓ｜／Ｔ_Ｓ’と周波数との関係、（ｂ）反射係数比｜ｒ_Ｂ｜／ｒ_Ｂ’と周波数との関係、（ｃ）振幅スペクトル比ψ_Ｂ／ψ_Ｂ’、（ｄ）ｄ_Ｓ＞ｄ_Ｂのときの振幅スペクトル比ψ_Ｂ／ψ_Ｂ’を示すグラフである。 本発明の実施の形態の膜厚測定装置を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態の膜厚測定方法および膜厚測定装置による、（ａ）表面被膜および裏面被膜の膜厚が異なる被膜板材の振幅スペクトルψ_Ｂ、ψ_Ｂ’、（ｂ）その振幅スペクトル比ψ_Ｂ／ψ_Ｂ’、（ｃ）表面被膜および裏面被膜の膜厚がほぼ同じ被膜板材の振幅スペクトルψ_Ｂ、ψ_Ｂ’、（ｂ）その振幅スペクトル比ψ_Ｂ／ψ_Ｂ’を示すグラフである。 本発明の実施の形態の膜厚測定方法および膜厚測定装置により測定された被膜板材の膜厚ｄ_Ｓ ^Ｅ、ｄ_Ｂ ^Ｅと、実測による膜厚ｄ_Ｓ ^Ｏ、ｄ_Ｂ ^Ｏとの関係を示す（ａ）ｄ_Ｓ ^Ｏ＞ｄ_Ｂ ^Ｏの被膜板材、（ｂ）ｄ_Ｓ ^Ｏとｄ_Ｂ ^Ｏとがほぼ等しい被膜板材、（ｃ）ｄ_Ｓ ^Ｏ＜ｄ_Ｂ ^Ｏの被膜板材のグラフ、（ｄ）ｄ_Ｂ ^Ｅ／ｄ_Ｂ ^Ｏとｄ_Ｓ ^Ｏ／ｄ_Ｂ ^Ｏとの関係を示すグラフである。

以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図３乃至図５は、本発明の実施の形態の膜厚測定方法および膜厚測定装置を示している。
図３に示すように、膜厚測定装置１０は、超音波探触子１１とコンピュータ１２とを有している。

超音波探触子１１は、超音波を発信可能に構成されている。また、超音波探触子１１は、超音波エコーなどの超音波振動を測定可能な圧電素子を有している。超音波探触子１１は、超音波入射手段および超音波エコー測定手段を一体的に構成している。なお、具体的な一例では、超音波探触子１１は、公称周波数１００ＭＨｚ、振動子径３．２ｍｍであり、また、超音波探触子１１は、圧電素子の前面に、７．５ｍｍの石英ガラス遅延材（音速５６８４ｍ／ｓ）が取り付けられている。

コンピュータ１２は、受信手段２１と記憶手段２２と演算手段２３とを有している。受信手段２１は、超音波探触子１１に接続され、超音波探触子１１で測定された超音波エコーなどの超音波振動を受信可能になっている。記憶手段２２は、受信手段２１で受信された超音波振動などを記憶可能になっている。演算手段２３は、受信手段２１で受信された超音波振動や、記憶手段２２に記憶された超音波振動のデータを使用して各種解析が可能に構成されている。なお、コンピュータ１２には、モニタやプリンタなどから成る出力手段が接続されて、受信手段２１で受信した超音波振動や、演算手段２３による解析結果等を出力可能になっていてもよい。

本発明の実施の形態の膜厚測定方法は、膜厚測定装置１０を使用して、両面に膜が形成された被膜板材１の表面被膜１ａおよび裏面被膜１ｂの厚さを測定可能になっている。まず、図１（ｂ）に示すように、あらかじめ超音波探触子１１により、両面に膜が形成されていない膜無し板材１ｃの表面側から、超音波を入射し、膜無し板材１ｃの裏面側で反射した超音波エコーを測定する。このとき、超音波を効率的に伝搬させるために、超音波探触子１１と膜無し板材１ｃの表面とのすき間に、水を介在させることが好ましい。測定した膜無し板材１ｃの超音波エコーを、受信手段２１で受信して記憶手段２２に記憶しておく。

次に、図１（ａ）に示すように、超音波探触子１１により、測定対象の被膜板材１の表面側から超音波を入射し、被膜板材１の裏面側で反射した超音波のエコーを測定する。このとき、超音波を効率的に伝搬させるために、超音波探触子１１と被膜板材１の表面とのすき間に、水を介在させることが好ましい。測定された被膜板材１の超音波エコーを、受信手段２１で受信する。

演算手段２３により、受信手段２１で受信された被膜板材１の超音波エコーの振幅スペクトル、および、記憶手段２２に記憶された膜無し板材１ｃの超音波エコーの振幅スペクトルを、式（１）〜式（３）等を利用して計算する。また、演算手段２３により、計算した被膜板材１の振幅スペクトルと膜無し板材１ｃの振幅スペクトルとのスペクトル比を、式（４）から求める。さらに、演算手段２３により、スペクトル比の最大値をとる周波数を表面被膜１ａの共鳴周波数ｆ_ｍａｘとし、スペクトル比の極小値をとる周波数を裏面被膜１ｂの共鳴周波数ｆ_ｍｉｎとして、式（５）および式（６）から、被膜板材１の表面被膜１ａおよび裏面被膜１ｂの厚さを求める。

こうして、本発明の実施の形態の膜厚測定方法および膜厚測定装置１０は、両面に膜が形成された被膜板材１の表面被膜１ａおよび裏面被膜１ｂの厚さを同時に測定することができる。なお、記憶手段２２は、被膜板材１の超音波エコー、被膜板材１および膜無し板材１ｃの振幅スペクトル、それらのスペクトル比、表面被膜１ａおよび裏面被膜１ｂの共鳴周波数や厚さを記憶可能であってもよい。

本発明の実施の形態の膜厚測定方法および膜厚測定装置１０は、膜無し板材１ｃでの測定結果を利用して、被膜板材１の両面の被膜の厚さを求めることができる。これに対し、特許文献１に記載の膜厚測定方法では、被膜の厚さを求める際に、厚さを求める被膜を取り除いた試料を作製してデータを取得する必要がある。このため、両面に被膜が形成された構造では、片面のみに被膜が形成された試料をわざわざ作製する必要があり、また、正確に厚さを測定するためには、その被膜を高精度で形成しなければならず、試料の作製にかなりの労力を要していた。本発明の実施の形態の膜厚測定方法および膜厚測定装置１０は、振幅スペクトル比を得るための試料として、両面に膜を形成する前の膜無し板材１ｃをそのまま使用することができるため、特別に試料を作製する必要がなく、被膜の厚さ測定を容易に行うことができる。

本発明の実施の形態の膜厚測定方法および膜厚測定装置１０を用いて、鋼板の両面が塗膜で覆われた、２０ｍｍの正方形形状の被膜板材１の、振幅スペクトルの測定を行った。鋼板の厚さは０．７ｍｍであり、両面が陰極電着塗装されている。塗膜の主成分は、エポキシ樹脂である。被膜板材１、および、両面に塗膜がない鋼板のみの膜無し板材１ｃについて超音波エコーの測定を行い、測定データから計算された振幅スペクトルψ_Ｂ、ψ_Ｂ’を、図４（ａ）に示す。なお、測定時には、被膜板材１および膜無し板材１ｃの裏面が常に空気と接するよう、被膜板材１および膜無し板材１ｃの裏面に防水治具を取り付けている。

図４（ａ）中の＃１の曲線が、被膜板材１の振幅スペクトルψ_Ｂであり、Ｒｅｆの曲線が、膜無し板材１ｃの振幅スペクトルψ_Ｂ’である。また、＃Ｒ１の曲線は、被膜板材１を裏返して測定したときの振幅スペクトルψ_Ｂである。図４（ａ）に示すように、２０〜９０ＭＨｚの有効な周波数帯域において、それぞれの周波数スペクトルが異なっていることが確認できる。

図４（ｂ）に、被膜板材１の＃１とＲｅｆとの振幅スペクトル比ψ_Ｂ／ψ_Ｂ’（図中の＃１の曲線）、および、＃Ｒ１とＲｅｆとの振幅スペクトル比ψ_Ｂ／ψ_Ｂ’（図中の＃Ｒ１の曲線）をそれぞれ示す。図４（ｂ）に示すように、各振幅スペクトル比において、最大値ｆ_ｍａｘおよび極小値ｆ_ｍｉｎを明瞭に確認することができる。被膜板材１の＃１の振幅スペクトル比では、ｆ_ｍａｘ＝３８．０±０．２ＭＨｚ、ｆ_ｍｉｎ＝８６．２±１．８ＭＨｚであり、被膜板材１を裏返した＃Ｒ１の振幅スペクトル比では、ｆ_ｍａｘ＝８５．４±１．１ＭＨｚ、ｆ_ｍｉｎ＝３８．６±０．１ＭＨｚである。被膜板材１の＃１のｆ_ｍａｘおよびｆ_ｍｉｎが、被膜板材１を裏返した＃Ｒ１のｆ_ｍｉｎおよびｆ_ｍａｘに非常に近いことから、振幅スペクトル比ψ_Ｂ／ψ_Ｂ’において、被膜板材１の表面被膜１ａおよび裏面被膜１ｂの音響共鳴現象が同時に測定できたことが確認できる。

表面被膜１ａと裏面被膜１ｂとがほぼ同じ厚さを有する被膜板材１についても、同様の測定を行った。図４（ｃ）に、被膜板材１および膜無し板材１ｃの振幅スペクトルψ_Ｂ、ψ_Ｂ’を示す。図４（ｃ）中の＃２の曲線が、被膜板材１の振幅スペクトルψ_Ｂであり、Ｒｅｆの曲線が、膜無し板材１ｃの振幅スペクトルψ_Ｂ’である。また、＃Ｒ２の曲線は、被膜板材１を裏返して測定したときの振幅スペクトルψ_Ｂである。図４（ｄ）に、被膜板材１の振幅スペクトル比ψ_Ｂ／ψ_Ｂ’を示す。

図４（ｄ）に示すように、＃２および＃Ｒ２の振幅スペクトル比ψ_Ｂ／ψ_Ｂ’が一致することが明瞭に確認された。このことから、被膜板材１の表面被膜１ａの膜厚ｄ_Ｓが、裏面被膜１ｂの膜厚ｄ_Ｂに近いことがわかる。図４（ｄ）に示すように、被膜板材１の＃２および＃Ｒ２のψ_Ｂ／ψ_Ｂ’の最大値ｆ_ｍａｘは、音響共鳴現象のオーバーラップにより識別が難しいが、最小値ｆ_ｍｉｎは明瞭に観察できることが確認された。

本測定では、表面被膜１ａは水と鋼板とに接し、裏面塗膜は鋼板と空気とに接している。音響共鳴は、音響インピーダンスのミスマッチの大きな系でより明瞭に観察でき、透過率および反射率の周波数依存性は、ミスマッチの大きな系でより顕著となる。本測定では、裏面での音響インピーダンスのミスマッチが表面より大きいため、ψ_Ｂ／ψ_Ｂ’の減少がより顕著となる。このため、振幅スペクトル比ψ_Ｂ／ψ_Ｂ’は、裏面の共鳴周波数近傍でより際立った減少を示し、裏面被膜１ｂに対する音響共鳴現象をより顕著に観察することができる。このため、表面被膜１ａの膜厚ｄ_Ｓと裏面被膜１ｂの膜厚ｄ_Ｂとがほぼ等しい場合であっても、表面の共鳴周波数と裏面の共鳴周波数とを識別して観察することができ、両面の被膜の厚さを同時に求めることができる。

本発明の実施の形態の膜厚測定方法および膜厚測定装置１０を用いて、１２個の異なる被膜板材１の表面被膜１ａおよび裏面被膜１ｂの同時膜厚測定を行った。測定されたｆ_ｍａｘおよびｆ_ｍｉｎから、式（５）および式（６）より表面被膜１ａおよび裏面被膜１ｂの膜厚を求め、それぞれｄ_Ｓ ^Ｅおよびｄ_Ｂ ^Ｅとする。各被膜内での音速ｃ_Ｌは、３２００ｍ／ｓとした。なお、各被膜板材１を反転した場合にも測定を行っている。また、表面被膜１ａおよび裏面被膜１ｂの膜厚を同じと判定した場合には、ｆ_ｍｉｎを読み取り、これとｆ_ｍａｘが等しいとした。超音波による膜厚測定後、各被膜板材１を切断して横断面を顕微鏡観察し、表面被膜１ａおよび裏面被膜１ｂの膜厚を実測した。直接観察により実測した表面被膜１ａおよび裏面被膜１ｂの膜厚を、それぞれｄ_Ｓ ^Ｏおよびｄ_Ｂ ^Ｏとする。

１２個の被膜板材１の測定結果を、表１および図５に示す。表１では、各被膜板材１を、Ｓａｍｐｌｅ ＃１〜１２とし、反転して測定した結果を「Ｒ」で示している。例えば、図４（ａ）および（ｂ）に示す実施例１の＃１の被膜板材１は、表１中の＃３に該当し、ｄ_Ｓ ^Ｅ＝２１．１±０．１μｍ、ｄ_Ｂ ^Ｅ＝９．３±０．２μｍであった。図４（ｃ）および（ｄ）に示す実施例１の＃２の被膜板材１は、表１中の＃４に該当し、ｄ_Ｓ ^Ｅ（＝ｄ_Ｂ ^Ｅ）＝１５．２±０．１μｍであった。

図５（ａ）はｄ_Ｓ ^Ｏ＞ｄ_Ｂ ^Ｏの被膜板材１、（ｂ）はｄ_Ｓ ^Ｏとｄ_Ｂ ^Ｏがほぼ等しい被膜板材１、（ｃ）はｄ_Ｓ ^Ｏ＜ｄ_Ｂ ^Ｏの被膜板材１のグラフを示す。図５（ａ）乃至（ｃ）に示すように、本発明の実施の形態の膜厚測定方法および膜厚測定装置１０を用いて測定された表面被膜１ａおよび裏面被膜１ｂは、いずれの場合も１０％以内の誤差で実測値と良く一致していることが確認された。

図５（ｄ）に、ｄ_Ｂ ^Ｅ／ｄ_Ｂ ^Ｏをｄ_Ｓ ^Ｏ／ｄ_Ｂ ^Ｏの関数として表したグラフを示す。図５（ｄ）に示すように、ｄ_Ｓ ^Ｏ／ｄ_Ｂ ^Ｏが変化しても、ｄ_Ｂ ^Ｅ／ｄ_Ｂ ^Ｏの値が１近傍に集まっていることから、表面被膜１ａの膜厚の影響を受けずに、裏面被膜１ｂの膜厚が精度良く測定できていることがわかる。これは、裏面被膜１ｂに対する音響共鳴現象が、表面被膜１ａに対する音響共鳴現象とは独立に観察できるためである。

１ 被膜板材
１ａ 表面被膜
１ｂ 裏面被膜
１ｃ 膜無し板材
１０ 膜厚測定装置
１１ 超音波探触子
１２ コンピュータ
２１ 受信手段
２２ 記憶手段
２３ 演算手段

Claims (6)

1. 両面に膜が形成された被膜板材の表面被膜および裏面被膜の厚さを測定する膜厚測定方法であって、
   両面に膜が形成されていない膜無し板材の表面側から超音波を入射し、
   前記膜無し板材の裏面側で反射した前記超音波のエコーを測定し、
   前記被膜板材の表面側から超音波を入射し、
   前記被膜板材の裏面側で反射した前記超音波のエコーを測定し、
   測定された前記被膜板材のエコーの振幅スペクトルと、測定された前記膜無し板材のエコーの振幅スペクトルとのスペクトル比を求め、
   前記表面被膜の共鳴周波数を前記スペクトル比の最大値をとる周波数とし、前記裏面被膜の共鳴周波数を前記スペクトル比の極小値をとる周波数として求め、
   求められた各共鳴周波数から前記表面被膜および前記裏面被膜の厚さを求めることを
   特徴とする膜厚測定方法。
2. 前記表面被膜の共鳴周波数をｆ_ｍａｘ、前記裏面被膜の共鳴周波数をｆ_ｍｉｎ、前記表面被膜および前記裏面被膜の膜内音速をｃ_Ｌとすると、前記表面被膜の厚さｄ_Ｓおよび前記裏面被膜の厚さｄ_Ｂをそれぞれ
   から求めることを特徴とする請求項１記載の膜厚測定方法。
3. 前記被膜板材の表面側から入射する前記超音波の周波数帯域は、２０〜２００ＭＨｚであることを特徴とする請求項１または２記載の膜厚測定方法。
4. 両面に膜が形成された被膜板材の表面被膜および裏面被膜の厚さを測定する膜厚測定装置であって、
   あらかじめ、両面に膜が形成されていない膜無し板材の表面側から超音波を入射し、前記膜無し板材の裏面側で反射した前記超音波のエコーを測定しておく比較エコー測定手段と、
   前記被膜板材の表面側から超音波を入射する超音波入射手段と、
   前記被膜板材の裏面側で反射した、前記超音波入射手段から入射された前記超音波のエコーを測定する超音波エコー測定手段と、
   前記超音波エコー測定手段で測定された前記被膜板材のエコーの振幅スペクトルと、前記比較エコー測定手段で測定された前記膜無し板材のエコーの振幅スペクトルとのスペクトル比を求め、前記表面被膜の共鳴周波数を前記スペクトル比の最大値をとる周波数とし、前記裏面被膜の共鳴周波数を前記スペクトル比の極小値をとる周波数として求め、求められた各共鳴周波数から前記表面被膜および前記裏面被膜の厚さを求める演算手段とを、
   有することを特徴とする膜厚測定装置。
5. 前記演算手段は、前記表面被膜の共鳴周波数をｆ_ｍａｘ、前記裏面被膜の共鳴周波数をｆ_ｍｉｎ、前記表面被膜および前記裏面被膜の膜内音速をｃ_Ｌとすると、前記表面被膜の厚さｄ_Ｓおよび前記裏面被膜の厚さｄ_Ｂをそれぞれ
   から求めることを特徴とする請求項４記載の膜厚測定装置。
6. 前記超音波入射手段は、２０〜２００ＭＨｚの周波数帯域の超音波を、前記被膜板材の表面側から入射することを特徴とする請求項４または５記載の膜厚測定装置。