JP7094513B2

JP7094513B2 - 厚み測定装置

Info

Publication number: JP7094513B2
Application number: JP2018107387A
Authority: JP
Inventors: 篤嶋本
Original assignee: ユニパルス株式会社
Priority date: 2017-06-19
Filing date: 2018-06-05
Publication date: 2022-07-04
Anticipated expiration: 2038-06-05
Also published as: JP2019002918A

Description

本願は、平成２９年６月１９日付けの出願を基礎とする国内優先権主張の出願である。本発明は、フィルム等の被測定物を連続的に非接触で測定を可能にする静電容量式の厚み測定装置に関するものである。

物体の厚みを非接触で測定する静電容量方式の測定装置は、測定プローブ電極間に被測定物を挿入し、被測定物の厚みを測定するものである。例えば静電容量方式を用いて厚み測定を行う装置が特許文献１にて開示されている。

特開平８―２９１１１号公報特開２００８－２３２７９３号公報

ところでロールで連続して送られるフィルムの厚みを非接触で測定する手段として、ロール片側よりフィルムを繰り出し、反対側でロールにてフィルムを巻き取る構造で、この中間部にフィルムの厚みを測定する装置を設置することが公知である。この場合、測定箇所付近のフィルムが波を打ったりせずフラットな状態にしておかないと高い精度で測定することが困難であることが知られている。そこで測定対象のフィルムの部分的な反りや撓みを矯正する手法として、中空円筒型のエアノズルを静電容量計の外周に設けたり、扁平型エアノズルをフィルム斜め方向に設けたりするなどして、測定箇所において連続して送られるフィルムをフラットにする方法が特許文献２にて開示されている。

しかしながらこの方法では、ノズルの形状を最適なものとする条件出しに時間を要するという課題があった。またノズルはフィルムの厚みを測定する箇所近傍に設けるのが望ましいが、静電容量式の厚み測定装置ではこのノズルを静電容量計の近傍に配置するとノズルの影響を受けやすいという課題があった。

そして被測定物のフィルムは、誘電体のみで構成されているもの、誘電体の片面若しくは両面に導電箔や導電層を積層して構成されているもの等があり、それぞれの測定に対応したものが要望されている。

このような問題に鑑みて本発明は、連続して送られる種々のタイプのフィルムの厚みを安定して高精度に非接触で測定可能にする厚み測定装置を提供することを目的としている。

本発明の一態様に係る厚み測定装置は、上記の目的を達成するために、
平面端部を有する略柱状の第１の電極、及び第１の電極の平面端部と同一平面上の端面を有して第１の電極を囲みかつ第１の電極と絶縁されて配置される第２の電極、を含む電極ヘッドと、
露出した第１の平面を有する多孔質の第１の多孔質部材と、
第１の多孔質部材を支持固定して第１の多孔質部材へエアを導入する第１の支持固定部材と、
露出した第２の平面を有する導電性かつ多孔質の第２の多孔質部材と、
第２の多孔質部材を支持固定して第２の多孔質部材へエアを導入する第２の支持固定部材と、
電極ヘッドに対向した位置にある被測定物の厚みを測定する測定部と、を備え、
電極ヘッドは、第１の多孔質部材によって柱側面を囲まれ、電極ヘッドの第１の電極の平面端部が第２の平面と平行で所定の距離で対向するように配置され、
測定部は、
電極ヘッドと第２の多孔質部材との間に交流電流を印加する交流電流発生手段と、
第２の電極と交流電流発生手段との間に挿入されて、第１の電極と第２の電極を交流的に同電位にするインピーダンス変換手段と、
電極ヘッドの第２の電極と第２の多孔質部材との間の電圧値を測定する電圧測定手段と、
電圧測定手段から得られた電圧値を基に被測定物の厚みを演算する演算手段と、を備えて構成されている。

本発明の一態様に係る厚み測定装置は、上記の目的を達成するために、
平面端部を有する略柱状の第１の電極、及び第１の電極の平面端部と同一平面上の端面を有して第１の電極を囲みかつ第１の電極と絶縁されて配置される第２の電極、を含む電極ヘッドと、
露出した第１の平面を有する導電性かつ多孔質の第１の多孔質部材と、
第１の多孔質部材を支持固定して第１の多孔質部材へエアを導入する第１の支持固定部材と、
露出した第２の平面を有する導電性かつ多孔質の第２の多孔質部材と、
第２の多孔質部材を支持固定して第２の多孔質部材へエアを導入する第２の支持固定部
材と、
電極ヘッドに対向した位置にある被測定物の厚みを測定する測定部と、を備え、
電極ヘッドは、第１の電極ヘッドと、第２の電極ヘッドとを含み、
第１の電極ヘッドは、第１の電極ヘッドの第１の電極の平面端部が第１の多孔質部材の第１の平面と同一平面で、第１の多孔質部材によって柱側面を囲まれ、かつ第２の多孔質部材の第２の平面に平行に対向するように配置され、
第２の電極ヘッドは、第２の電極ヘッドの第１の電極の平面端部が第２の多孔質部材の第２の平面と同一平面で、第２の多孔質部材によって柱側面を囲まれ、かつ第１の多孔質部材の第１の平面に平行に対向するように配置され、
測定部は、
第１の電極ヘッドと第１の多孔質部材との間及び第２の電極ヘッドと第２の多孔質部材との間にそれぞれ交流電流を印加する交流電流発生手段と、
第２の電極と交流電流発生手段との間に挿入されて、第１の電極と第２の電極を交流的に同電位にするインピーダンス変換手段と、
第１の電極ヘッドの第２の電極と第１の多孔質部材との間及び第２の電極ヘッドの第２の電極と第２の多孔質部材との間の電圧値をそれぞれ測定する電圧測定手段と、
電圧測定手段から得られた電圧値を基に被測定物の厚みを演算する演算手段と、を備えて構成されている。

また、向かい合う一対の電極ヘッドそれぞれの第１の電極の平面端部及び第２の電極の端面を、第１の平面に平行な仮想平面へ投影した領域が、それぞれ一致するように電極ヘッドが配置されて構成されている。

また、向かい合う電極ヘッドそれぞれの第１の電極の平面端部及び第２の電極の端面を、第１の平面に平行な仮想平面へ投影した領域が、それぞれ独立するように電極ヘッドが配置されて構成されている。

そして、第１の多孔質部材及び第２の多孔質部材が多孔質カーボンを含んで構成されている。

本発明の厚み測定装置によれば、
第１の支持固定部材及び第２の支持固定部材から第１の多孔質部材及び第２の多孔質部材へそれぞれエアを供給して、対向する第１の多孔質部材と第２の多孔質部材からエアを吹き出し、第１の多孔質部材と第２の多孔質部材の間に位置する被測定物をフラットな形状に保って釣り合わせることができると共に、
電極ヘッドが対を成して複数設けられ、電極ヘッドと導電性の第１の多孔質部材及び導電性の第２の多孔質部材間に交流電流を印加して第２の電極と第１の多孔質部材及び導電性の第２の多孔質部材間の電圧値を測定することで、連続的に移動する導電箔や導電層を積層しているフィルムの全体の厚みを容易に測定することができる。

また、対向する電極ヘッドは被測定物の同じ位置を測定しており、特に両面に導電箔若しくは導電層を積層しているフィルムの全体厚みを高精度に測定することができる。

また、各電極ヘッドは他の電極ヘッドから出力される電気力線の影響を受けにくいので、特に片面に導電箔や導電層を積層しているフィルムの誘電体の厚みを高精度に測定することができる。

そして、第１の多孔質部材及び第２の多孔質部材が多孔質カーボンであることから、通気性に優れて、被測定物をフラットな形状に保って釣り合わせることが容易であってなおかつ加工性にも優れた厚み測定装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る厚み測定装置の測定部の斜視外観図である。本発明の第１の実施形態に係る厚み測定装置の測定部を平面Ｂ１で切断した断面図である。本発明の第１の実施形態に係る厚み測定装置の模式図である。本発明の第２の実施形態に係る厚み測定装置の測定部の斜視外観図である。本発明の第２の実施形態に係る厚み測定装置の測定部を平面Ｂ２で切断した断面図である。本発明の第２の実施形態に係る厚み測定装置の模式図である。本発明の第３の実施形態に係る厚み測定装置の測定部の斜視外観図である。本発明の第３の実施形態に係る厚み測定装置の測定部を平面Ｂ３で切断した断面図である。本発明の第３の実施形態に係る厚み測定装置の模式図である。

以下、本発明の実施形態に係る厚み測定装置について、図面を基に詳細な説明を行う。図１は本発明の第１の実施形態に係る厚み測定装置の測定部の斜視外観図である。

第１の電極ヘッド１ａは、被測定物１００の厚みを測定するために後述の第１の電極１１ａと第２の電極１２ａが組み込まれたものである。

第１の支持固定部材２ａは例えば金属製であって、第１の多孔質部材５ａを固定支持すると同時に、挿入された第１の電極ヘッド１ａを固定している。第１の支持固定部材２ａは継ぎ手で構成されるエア取入口３ａから導かれるエア流路４ａをその内部に有しており、このエア流路４ａは第１の多孔質部材５ａとの接合面に繋がっている。なお本実施形態では第１の電極ヘッド１ａは１個であるが、これに限らず第１の支持固定部材２ａ側であって、被測定物１００の平面上で進行方向Ａに対して垂直な方向Ｗすなわち被測定物１００の幅方向に複数個設けても良い。

第１の多孔質部材５ａは例えば多孔質カーボンであって、多孔質形状によって通気性のある部材である。第１の多孔質部材５ａは多孔質カーボンに限らず多孔質の焼結金属材料等であっても良い。第１の多孔質部材５ａは第１の支持固定部材２ａにシール材及び接着剤によって接着固定されている。そして第１の多孔質部材５ａは第１の支持固定部材２ａから露出している第１の平面８ａを有している。この構成でエア取入口３ａから導かれたエアは、エア流路４ａを経て第１の多孔質部材５ａへ送られ、第１の多孔質部材５ａの露出した第１の平面８ａから吹き出される。

第２の多孔質部材５ｂは導電性の部材であって例えば多孔質カーボンである。そして第２の多孔質部材５ｂの露出した第２の平面８ｂが第１の多孔質部材５ａと平行に所定の距離で対向するように、第２の多孔質部材５ｂが配置されている。

第２の支持固定部材２ｂは、第１の支持固定部材２ａと同様に、第２の多孔質部材５ｂを支持固定し、継ぎ手で構成されるエア取入口３ｂから導かれたエア流路４ｂをその内部に有しており、このエア流路４ｂは第２の多孔質部材５ｂとの接合面に繋がっている。よってエア取入口３ｂから導かれたエアは、エア流路４ｂを経て第２の多孔質部材５ｂへ送られ、第２の多孔質部材５ｂの露出した第２の平面８ｂから吹き出される。

そしてこの第１の多孔質部材５ａと第２の多孔質部材５ｂの間に被測定物１００が挿入され、進行方向Ａへ連続して送られる。本発明の第１の実施形態は、例えば誘電体１０１からなる被測定物１００の厚みを離間して測定するのに有用である。

図２は本発明の第１の実施形態に係る厚み測定装置の測定部を、図１で示す平面Ｂ１にて切断した断面図である。第１の電極ヘッド１ａは、本実施形態では円柱状の金属で導電性の第１の電極１１ａと、第１の電極１１ａを囲う絶縁部材と、この絶縁部材によって第１の電極１１ａと絶縁される円筒形状の導電性金属からなる第２の電極１２ａとを含んでいる。なお第１の電極ヘッド１ａ内にある、第１の電極１１ａの平面端部７ａと、第２の電極１２ａの端面とは、同一平面となるように配置されている。そして第１の電極ヘッド１ａは、さらに第２の電極１２ａの円筒側面に絶縁部材を介して、筐体をなす筒状の部材と、第１の電極１１ａ及び第２の電極１２ａにそれぞれ独立して接続している電線と、この電線を固定する固定部材等を含んでいる。なお第１の電極１１ａは円柱状に限らず、断面が楕円や多角形などの、略柱状のものであっても良い。

第１の支持固定部材２ａ及び第２の支持固定部材２ｂ内に設けられたエア流路４ａ及びエア流路４ｂは、それぞれ第１の支持固定部材２ａ及び第２の支持固定部材２ｂ内で分岐して配置されている。エア取入口３ａ及びエア取入口３ｂから導入されたエアは第１の多孔質部材５ａ及び第２の多孔質部材５ｂへ送られる。そして第１の電極ヘッド１ａは、第１の支持固定部材２ａに設けられた固定用穴に挿嵌されて固定されていて、その柱側面が第１の多孔質部材５ａによって囲まれている。

第１の多孔質部材５ａ及び第２の多孔質部材５ｂは、第１の支持固定部材２ａ及び第２の支持固定部材２ｂそれぞれから供給されたエアを第１の平面８ａ及び第２の平面８ｂそれぞれから対向して吹き出し、両者の中間に置かれた被測定物１００はこのエアを釣り合わせることでフラットに浮遊しつつ送ることができる。吹き出されるエアは第１の多孔質部材５ａ及び第２の多孔質部材５ｂによって面状に広がり、円筒形ノズルや扁平ノズルよりも被測定物１００を容易にフラットな状態にすることが可能となる。

なお本実施形態において第１の多孔質部材５ａ及び第２の多孔質部材５ｂは、上下垂直方向に対向して配置されているがこれに限らず、例えば垂直方向に移動する被測定物を挟んで、第１の多孔質部材５ａ及び第２の多孔質部材５ｂが水平方向に対向して配置されていても良い。

図３は本発明の第１の実施形態に係る厚み測定装置の模式図である。交流電流発生手段１３ａは交流定電流を発生させるものであって、一方がグランド側の第２の多孔質部材５ｂに接続され他方が途中で分岐され、分岐された線は第１の電極１１ａと、インピーダンス変換手段１５ａを介して第２の電極１２ａとにそれぞれ接続されている。インピーダンス変換手段１５ａによって、第１の電極１１ａと第２の電極１２ａは交流的に同電位になるので、第１の電極１１ａから第２の電極１２ａへ電流が流れることがない。それゆえ第１の電極１１ａと第２の電極１２ａ間の静電容量の影響をキャンセルすることができる。本発明ではインピーダンス変換手段１５ａはバッファーアンプを用いている。そして電圧測定手段１４ａは、第２の多孔質部材５ｂと第２の電極１２ａとの間の電圧値を測定するように配置されている。測定部１６ａは、交流電流発生手段１３ａ、電圧測定手段１４ａ、インピーダンス変換手段１５ａを有し、電圧測定手段１４ａにて測定した電圧値から被測定物の厚みを演算する演算手段１７ａを含むものである。

なお第２の電極１２ａは第１の電極１１ａとグランド側の第２の多孔質部材５ｂとの間の電気力線６が均一になるように第１の電極１１ａの周囲に同電位を加えて電極端部の効果を取り除くものである。そして測定部１６ａにおいて、電圧測定手段１４ａが第２の電極１２ａの電圧値を測るように配置されているのは、第１の電極１１ａに比べて第２の電極１２ａのインピーダンスが小さいことからより正確に電圧値を測定できるからである。

第１の電極１１ａの平面端部７ａと第２の多孔質部材５ｂとの距離ｇは予め定めたものであって、被測定物１００（誘電体１０１）の厚みや誘電体１０１の誘電率等を勘案して決定される。本実施形態ではこの距離は固定としているが、可変にできる構成であっても良い。

以下、本発明の第１の実施形態において、誘電体からなる被測定物１００の厚み測定を行う測定部の１６ａの演算手段１７ａの演算の詳細について説明する。被測定物１００は厚みｔ_１（未知）、比誘電率εｓ（既知）の誘電体のフィルムである。第１の電極１１ａと被測定物１００間の距離をｇ_１、第２の多孔質部材５ｂと被測定物１００間の距離をｇ_２、それぞれの空間の静電容量をＣ_１、Ｃ_２、誘電体１０１の静電容量をＣ_Ｆとすると、これらの静電容量は、直列に接続されていると見なせるので、電極間の合成静電容量Ｃは式（１）で表される。

なおε_０は真空誘電率、Ａは第２の電極１２ａの円筒端部の面積である。したがって、電圧測定手段１４ａの出力電圧は、式（２）で表される。但し、Ｉは交流電流、ωは角周波数である。

一方被測定物１００がない場合は、式（３）となる。

よって被測定物１００の有無での電圧の差Ｖ_ａ-Ｖ_０は、式（４）で表される。

ゆえに電圧の差は被測定物１００の厚みｔ１に比例する。したがって被測定物１００の厚みｔ_１はＶ_ａを測定して得て式（５）を演算することで求めることができる。

すなわち厚みが既知の物を用意して、被測定物が無い時に零点を調整し、既知の厚さの被測定物を挿入した時の出力で校正を行えば、被測定物の厚みｔ_１を測定することができる。

図４は本発明の第２の実施形態に係る厚み測定装置の測定部の斜視外観図である。そして図５は本発明の第２の実施形態に係る厚み測定装置の測定部を図４で示す平面Ｂ２にて切断した断面図である。基本は第１の実施形態と同じであるので、相違点のみ説明する。

本発明の第２の実施形態の厚み測定装置の測定部は、同じ寸法の電極ヘッドが対を成して複数設けられていて、第１の多孔質部材５ａがある上側の第１の電極ヘッド１ａ、第１の支持固定部材２ａ、第１の多孔質部材５ａ等は第１の実施形態と同じである。一方下側の第２の多孔質部材５ｂ側にも第２の電極ヘッド１ｂが設けられていて、第１の電極ヘッド１ａと第２の電極ヘッド１ｂは対向するように配置されている。そして第１の電極ヘッド１ａは、第１の支持固定部材２ａに設けられた固定用穴に挿嵌されて固定されていて、その柱側面が第１の多孔質部材５ａによって囲まれている。一方、第２の電極ヘッド１ｂは、第２の支持固定部材２ｂに設けられた固定用穴に挿嵌されて固定されていて、その柱側面が第２の多孔質部材５ｂによって囲まれている。また第１の電極ヘッド１ａの第１の電極１１ａの平面端部７ａ及び第２の電極１２ａの端面と、第２の電極ヘッド１ｂの第１の電極１１ｂの平面端部７ｂ及び第２の電極１２ａの端面とを、第１の平面８ａに平行な仮想平面へ投影した領域が一致するように一対の電極ヘッドが配置されている。なお本実施形態では第１の電極ヘッド１ａと第２の電極ヘッド１ｂはそれぞれ１個であるが、これに限らず第１の支持固定部材２ａ側、第２の支持固定部材２ｂ側にそれぞれ複数個設けることができる。

本発明の第２の実施形態の厚み測定装置では、特に誘電体１０１の両面に導電体１０２及び導電体１０３が積層されている被測定物１００全体の厚みを測定するのに有用である。

図６は本発明の第２の実施形態に係る厚み測定装置の模式図である。交流電流発生手段１３ａは交流定電流を発生させるものである。上側の第１の電極ヘッド１ａにおいては、交流電流発生手段１３ａの一方がグランド側の第１の多孔質部材５ａに接続され、他方が途中で分岐され、分岐された線は第１の電極１１ａと、インピーダンス変換手段１５ａを介して第２の電極１２ａとにそれぞれ接続されている。第１の実施形態同様に、インピーダンス変換手段１５ａによって、第１の電極１１ａと第２の電極１２ａは交流的に同電位になるので、第１の電極１１ａから第２の電極１２ａへ電流が流れることがない。それゆえ第１の電極１１ａと第２の電極１２ａ間の静電容量の影響をキャンセルすることができる。そして電圧測定手段１４ａは第１の多孔質部材５ａと第２の電極１２ａとの間の電圧値を測定するように配置されている。測定部１６ａは、交流電流発生手段１３ａ、電圧測定手段１４ａ、インピーダンス変換手段１５ａを有し、電圧測定手段１４ａにて測定した電圧値から被測定物の厚みを演算する演算手段１７ａを含むものである。

一方下側の第２の電極ヘッド１ｂにおいては、交流電流発生手段１３ｂの一方がグランド側の第２の多孔質部材５ｂに接続され、他方が途中で分岐され、分岐された線は第１の電極１１ｂとインピーダンス変換手段１５ｂを介して第２の電極１２ｂにそれぞれ接続されている。インピーダンス変換手段１５ｂによって、第１の電極１１ｂと第２の電極１２ｂは交流的に同電位になるので、第１の電極１１ｂから第２の電極１２ｂへ電流が流れることがない。それゆえ第１の電極１１ｂと第２の電極１２ｂ間の静電容量の影響をキャンセルすることができる。そして電圧測定手段１４ｂは第２の多孔質部材５ｂと第２の電極１２ｂとの間の電圧値を測定するように配置されている。測定部１６ｂは、測定部１６ａと同様に、交流電流発生手段１３ｂ、電圧測定手段１４ｂ、インピーダンス変換手段１５ｂを有し、電圧測定手段１４ｂにて測定した電圧値から被測定物の厚みを演算する演算手段１７ｂを含むものである。そして測定部１６ａと測定部１６ｂ両方の測定によって被測定物の厚みを得ることができる。なお交流電流発生手段１３ａのグランド側と交流電流発生手段１３ｂのグランド側は必ずしも同じ共通のグランドである必要はないが、共通であっても良い。

本発明の第２の実施形態において、誘電体１０１の両面に導電体１０２と導電体１０３が積層された被測定物１００の厚み測定の詳細について説明する。被測定物１００は厚みｔ_２（未知）、比誘電率εｓ（既知）の積層フィルムであって、第１の電極１１ａと被測定物１００間の距離をｇ_１、第１の電極１１ａと導電体１０２間の空間の静電容量をＣ_１、導電体１０２と第１の多孔質部材５ａ間の静電容量をＣ_０１とすると、これらの静電容量は、直列に接続されていると見なせるので、第２の電極１２ａと第１の多孔質部材５ａ間の合成静電容量Ｃａは式（６）で表される。

なおε_０は真空誘電率、Ａは第２の電極１２ａの円筒端部の面積である。

ここで第１の多孔質部材５ａはグランドに接続されていて静電容量Ｃ_０１はＣ_１と比較して充分大きいことから合成静電容量Ｃ_ａに与える影響は小さく無視できる。したがって、電圧測定手段１４ａの出力電圧Ｖ_ａは、式（７）で表される。

一方下側において、第１の電極１１ｂと被測定物１００間の距離をｇ_２、第１の電極１１ｂと導電体１０３間の空間の静電容量をＣ_２、導電体１０３と第２の多孔質部材５ｂ間の静電容量をＣ_０２とすると、これらの静電容量は、直列に接続されていると見なせるので、第２の電極１２ｂと第２の多孔質部材５ｂ間の合成静電容量Ｃ_ｂは式（８）で表される。

ここで第２の多孔質部材５ｂはグランドに接続されていて静電容量Ｃ_０２はＣ_２と比較して充分大きいことから合成静電容量Ｃ_ｂに与える影響は小さく無視できる。したがって、電圧測定手段１４ｂの出力電圧Ｖ_ｂは式（９）で表される。

なおε_０は真空誘電率、Ａは第２の電極１２ｂの円筒端部の面積である。

第１の電極１１ａと第１の電極１１ｂ間の距離ｇは既知であることから、被測定物１００の厚みｔ_２はＶ_ａ、Ｖ_ｂを測定してこれを用いて式（１０）を計算することで得ることができる。

図７は本発明の第３の実施形態に係る厚み測定装置の測定部の斜視外観図である。そして図８は本発明の第３の実施形態に係る厚み測定装置の測定部を図７で示す平面Ｂ３にて切断した断面図である。基本は第１の実施形態及び第２の実施形態と同じであるので、相違点のみ説明する。

本発明の第３の実施形態の厚み測定装置は、上側の第１の電極ヘッド１ａ、第１の支持固定部材２ａ、第１の多孔質部材５ａ等は第１の実施形態、第２の実施形態と同じである。第３の実施形態では、下側の第２の支持固定部材２ｂ側に設けられた第２の電極ヘッド１ｂは、第１の電極ヘッド１ａと直接対向しない位置に配置されている。すなわち、第１の電極ヘッド１ａの第１の電極１１ａの平面端部７ａ及び第２の電極１２ａの円筒端面を第１の電極１１ａの平面端部７ａに平行な仮想平面へ投影した領域と、第２の電極ヘッド１ｂの第１の電極１１ｂの平面端部７ｂ及び第２の電極１２ｂの円筒端面を上記仮想平面に投影した領域と、が独立するようにそれぞれ配置されている。なお本実施形態では第１の電極ヘッド１ａと第２の電極ヘッド１ｂはそれぞれ１個であるが、これに限らず第１の支持固定部材２ａ側、第２の支持固定部材２ｂ側にそれぞれ複数個設けても良い。

そして本発明の第３の実施形態の厚み測定装置では、誘電体１０１の片面に導電体１０２が積層されている誘電体１０１の厚みを測定するのに有用である。

図９は本発明の第３の実施形態に係る厚み測定装置の模式図である。下側の第２の電極ヘッド１ｂ（第１の電極１１ｂ、第２の電極１２ｂ）の配置位置が異なること、第１の多孔質部材５ａ側のグランドと第２の多孔質部材５ｂ側のグランドとが共通であること、を除けば構成及び配線は第２の実施形態と同じである。

本発明の第３の実施形態において、誘電体１０１の片面に導電体１０２が積層された誘電体１０１の厚み測定の詳細について説明する。誘電体１０１は厚みｔ_４（未知）、比誘電率εｓ（既知）、導電体１０２は厚みｔ_３（既知）の積層フィルムであって、第１の電極１１ａと導電体１０２間の距離をｇ_１、第１の電極１１ａと導電体１０２間の空間の静電容量をＣ_１、導電体１０２と第１の多孔質部材５ａ間の静電容量をＣ_０１とすると、これらの静電容量は、直列に接続されていると見なせるので、第２の電極１２ａと第１の多孔質部材５ａ間の合成静電容量Ｃ_ａは式（１１）で表される。

ここで第１の多孔質部材５ａはグランドに接続されていて静電容量Ｃ_０１はＣ_１と比較して充分大きいことから合成静電容量Ｃ_ａに与える影響は小さく無視できる。したがって、電圧測定手段１４ａの出力電圧Ｖ_ａは式（１２）で表される。

一方下側では第１の電極１１ｂと誘電体１０１間の距離をｇ_２、第１の電極１１ｂと誘電体１０１間の空間の静電容量をＣ_２、誘電体の静電容量をＣ_Ｆ１、導電体１０２と第２の多孔質部材５ｂ間のうち、誘電体１０１部の静電容量をＣ_Ｆ２、空間部の静電電容量をＣ_０２とすると、これらの静電容量は、直列に接続されていると見なせるので、第２の電極１２ｂと第２の多孔質部材５ｂ間の合成静電容量Ｃ_ｂは式（１３）で表される。

ここで第２の多孔質部材５ｂはグランドに接続されていて静電容量Ｃ_Ｆ２及び静電容量Ｃ_０２は静電容量Ｃ_Ｆ１.及び静電容量Ｃ_２と比較して充分大きいことから合成静電容量Ｃ_ｂに与える影響は小さく無視できる。したがって、電圧測定手段１４ｂの出力電圧Ｖ_ｂは、式（１４）で表される。

一方、予め被測定物がない状態にて、上下いずれかの交流電流発生手段で交流を印加して電圧測定手段にて測定することで電圧Ｖ_０を式（１５）で得ておくことができる。

Ｖ_ｂとＶ_０の差をとって、

整理すると、式（１７）となる。

ｇ_１は式（１２）から得られるのでこれを代入してｔ_４を求める式にすると式（１８）となる。

導電体１０２の厚みｔ_３は既知であり、予めＶ_０は測定済であり、Ｖ_ａ、Ｖ_ｂを測定してこれを用いて式（１８）で計算することで誘電体１０１の厚みｔ_４を得ることができる。

本発明の第３の実施形態では下側の第２の支持固定部材２ｂ側に設けられた第２の電極ヘッド１ｂを上側の第１の電極ヘッド１ａと直接対向しない独立した位置に配置することで、導電体１０２に両方から加わる交流電流の相互干渉を防止し、片面に導電箔若しくは導電層が積層された被測定物の誘電体の厚みを精度良く測定することを可能にしている。

以上、本発明を好ましい実施形態に基づいて説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。以上の説明における「平面」「同一平面」とは、厳密な意味ではない。すなわち、「平面」「同一平面」とは、設計上、製造上の公差、誤差が許容され、「実質的に平面である」「実質的に同一平面である」という意味である。

本発明の活用例として、金属箔に誘電体を積層形成するフィルム等の製造装置、両面銅張基板などの厚み測定装置、金属フィルムの厚み測定装置への適用が可能である。

１ａ：第１の電極ヘッド
１ｂ：第２の電極ヘッド
２ａ：第１の支持固定部材
２ｂ：第２の支持固定部材
３ａ、３ｂ：エア取入口
４ａ、４ｂ：エア流路
５ａ：第１の多孔質部材
５ｂ：第２の多孔質部材
６：電気力線
７ａ、７ｂ：平面端部
８ａ：第１の平面
８ｂ：第２の平面
１１ａ、１１ｂ：第１の電極
１２ａ、１２ｂ：第２の電極
１３ａ、１３ｂ：交流電流発生手段
１４ａ、１４ｂ：電圧測定手段
１５ａ、１５ｂ：インピーダンス変換手段
１６ａ、１６ｂ：測定部
１７ａ、１７ｂ：演算手段
１００：被測定物
１０１：誘電体
１０２、１０３：導電体

Claims

平面端部を有する略柱状の第１の電極、及び前記第１の電極の前記平面端部と同一平面上の端面を有して前記第１の電極を囲みかつ前記第１の電極と絶縁されて配置される第２の電極、を含む電極ヘッドと、
露出した第１の平面を有する導電性かつ多孔質の第１の多孔質部材と、
前記第１の多孔質部材を支持固定して前記第１の多孔質部材へエアを導入する第１の支持固定部材と、
露出した第２の平面を有する導電性かつ多孔質の第２の多孔質部材と、
前記第２の多孔質部材を支持固定して前記第２の多孔質部材へエアを導入する第２の支持固定部材と、
前記電極ヘッドに対向した位置にある被測定物の厚みを測定する測定部と、を備え、
前記電極ヘッドは、第１の電極ヘッドと、第２の電極ヘッドとを含み、
前記第１の電極ヘッドは、前記第１の電極ヘッドの前記第１の電極の前記平面端部が前記第１の多孔質部材の前記第１の平面と同一平面で、前記第１の多孔質部材によって柱側面を囲まれ、かつ前記第２の多孔質部材の前記第２の平面に平行に対向するように配置され、
前記第２の電極ヘッドは、前記第２の電極ヘッドの前記第１の電極の前記平面端部が前記第２の多孔質部材の前記第２の平面と同一平面で、前記第２の多孔質部材によって柱側面を囲まれ、かつ前記第１の多孔質部材の前記第１の平面に平行に対向するように配置され、
前記測定部は、
前記第１の電極ヘッドと前記第１の多孔質部材との間及び前記第２の電極ヘッドと前記第２の多孔質部材との間にそれぞれ交流電流を印加する交流電流発生手段と、
前記第２の電極と前記交流電流発生手段との間に挿入されて、前記第１の電極と前記第２の電極を交流的に同電位にするインピーダンス変換手段と、
前記第１の電極ヘッドの前記第２の電極と前記第１の多孔質部材との間及び前記第２の電極ヘッドの前記第２の電極と前記第２の多孔質部材との間の電圧値をそれぞれ測定する電圧測定手段と、
前記電圧測定手段から得られた前記電圧値を基に前記被測定物の厚みを演算する演算手段と、を備えることを特徴とする厚み測定装置。
向かい合う一対の前記電極ヘッドそれぞれの前記第１の電極の前記平面端部及び前記第２の電極の前記端面を、前記第１の平面に平行な仮想平面へ投影した領域が、それぞれ一致するように前記電極ヘッドが配置されることを特徴とする請求項１に記載の厚み測定装置。
向かい合う前記電極ヘッドそれぞれの前記第１の電極の前記平面端部及び前記第２の電極の前記端面を、前記第１の平面に平行な仮想平面へ投影した領域が、それぞれ独立するように前記電極ヘッドが配置されることを特徴とする請求項１に記載の厚み測定装置。
前記第１の多孔質部材及び前記第２の多孔質部材が多孔質カーボンを含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の厚み測定装置。