JPS5839283B2 - シ−ト状物体の測定用厚さ計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、シート状物の厚さを測定する装置、更に詳細
には、相互インダクタンスの原理を利用して非磁性体シ
ート状物の厚さを測定する装置に関する。

紙などシート状物の厚さを測定するための厚さ計はよく
知られているが（例えば米国特許２．６６５，３３３号
明細書参照）、従来の電磁厚さ計は自己インダクタンス
型である（例えば米国特許３，５２８，００２号明細書
参照）。

自己インダクタン・ス型厚さ計では、一般に、帯磁性物
質でできたＵ字型部材にワイヤコイルを巻付けたものを
被測定シート状物の一方の側に設定し、このコイルに電
流を通して磁界を作る。

シート状物の他方の側には同じく帯磁性の棒状部材があ
り、このコイルと棒状部材とは、エアベアリングなど周
知の方法によりシート状物から一定の距離に保たれる。

コイルと棒状部材がシート状物から一定の距離に保たれ
るため、コイルと棒状部材との間隔はシート状物の厚さ
によって決まり、シート状物の厚さが変動するとコイル
と棒状部材との間隔も変化する。

この間隔測定は、自己インダクタンスの原理に基づいて
行なわれる。

コイルは誘導子として作用し、コイルに直列にコンデン
サを設ける。

回路理論上周知のように、誘導子に直列のコンデンサは
１／ＪＴ７できまる周波数で共振する。

しかし、コイルはインダクタンスの一定した誘導子では
なく、コイルと棒状部材との間隔が変わればコイルのイ
ンダクタンスも変わる。

こうして、コイルに直列に設けたコンデンサの共振周波
数は、コイルと棒状部材との間隔で決まるコイルインダ
クタンスで決定される。

共振周波数を測定すればコイルと棒状部材との間隔が測
定される。

したがって、回路の共振周波数がシート状物の厚さの尺
度となる。

このように共振周波数を利用する自己インダクタンス型
が厚さ計として適当な場合もあるが、厚さの大きいシー
ト状物の測定には不向きである。

磁界の振幅をシート状物の厚さ測定に利用することにつ
いては米国特許３，６９６，２９０号があるが、この特
許ではＵ字型永久磁石と磁気抵抗とが用いられる。

Ｕ字型磁石は軸を中心として対称でなく、このため整列
誤差が生じるという欠点がある。

また、振幅を変えることのできる電磁石と違って、厚さ
計の使用中、永久磁石の振幅は各種シート状物の厚さ変
動に伴って調節することができない。

第１図にシート状物１２の厚さを測定する先行技術の厚
さ計１０の断面図を掲げる。

シート状物１２は一般に紙、プラスチック、ゴム等であ
る。

厚さ計１０は第一の部分１０ａと第二の部分１０ｂを備
えて成る。

第一の部分１０ａはシート状物１２の一方の側にあり、
第二の部分１０ｂは他方の側にある。

第一の部分１０ａは、鉄など帯磁性物質のＵ字型部材１
４に電線１６を巻付けたものである。

第二の部分１０ｂは帯磁性棒状部材１７である。

厚さ計１０の動作中、第一の部分１０ａと第二の部分１
０ｂとはシート状物１２から一定の距離に保たれる。

第一の部分１０ａはエアベアリング（図示せず）などよ
く知られた方法でシート状物１２から一定の距離に保た
れる。

第二の部分１０ｂもよく知られた方法でシート状物１２
から一定の距離に保たれる。

第一の部分１０ａと第二の部分１０ｂとの間隔は、間隔
ａ２間隔す、シート状物１２の厚さｔの和である。

厚さ計１０ではコンデンサ（図示せず）が電線１６と直
列に接続されており、Ｕ字型部材１４に巻付けた電線１
６が誘導子として作用する。

よく知られているように、誘導子とコンデンサは、１／
ｍで決まる周波数で共振する。

ここでＬはインダクタンス、Ｃは容量である。

先行技術の厚さ計１０において、Ｕ字型部材１４に巻付
けた電線１６のインダクタンスは、Ｕ字型部材１４と棒
状部材１γとの距離（すなわちａ＋ｔ＋ｂ）で決まる。

第一の部分１０ａと第二の部分１０ｂとの距離がひろが
るにつれて、共振周波数も大きくなる。

第２図は、先行技術の厚さ計１０の間隔と共振周波数と
の関係を示したグラフである。

本発明による非磁性体シート状物厚さ計は、シート状物
の一方の側に配される磁界発生器を含んでいる。

この磁界発生器には帯磁性物質の円柱があり、この円柱
に電線が複数回巻付けられている。

発生器は、円柱の軸がシート状物に実質的に垂直になる
ようにしながら、シート状物から一定の距離に保たれる
。

シート状物の反対側には検出器を配する。

検出器も帯磁性物質の円柱でできており、これに電線が
複数回巻付けられている。

検出器は、円柱の軸が発生器の軸と実質的に一直線に整
列するように配する。

第３図には、シート状物２２の厚さを測定する本発明の
厚さ計２０の断面図を掲げる。

シート状物２２は一般に紙、プラスチック、ゴム等であ
る。

厚さ計２０は磁界発生器２０ａおよび検出器２０ｂを含
んで成る。

発生器２０ａはシート状物２２の一方の側にあり、検出
器２０ｂは他方の側にある。

発生器２０ａは、鉄など帯磁性物質からなる実質的に円
柱形の第一の部材２４でできており、これに第一の電線
２６が巻付けられている。

発生器２０ａは、第一の部材２４の軸がシート状物２２
に実質的に垂直となるように配置する。

検出器２０ｂも、帯磁性物質の実質的に円柱形の第二の
部材２８でできており、これに第二の電線３０が巻付け
られている。

検出器２０ｂは、第二の部材２８の軸が第一の部材２４
の軸と実質的に一直線に整列するように配する。

厚さ計２０の動作中、発生器２０ａはシート状物２２か
ら一定の距離ａに保たれ、検出器２０ｂはシート状物２
２から一定の距離すに保たれる。

第３図に示した実施例では、このために発生器２０ａを
第一１体３２に収容する。

第一の筐体３２には入口３４と、複数の小さな孔より成
る出口３６がある。

第一の筐体３２には、入口３４から加圧空気のような流
体が入る。

この空気は筐体出口３６から出る。

第一の筐体３２から出た加圧空気はシート状物２２の片
面に噴射される。

これを一定の流れとして導くことにより、発生器２０２
を収容した第一の筐体３２はシート状物２２から一定の
距離ａに保たれる。

同様に検出器２０ｂは第二の筐体３８に収容される。

第二の筐体３８には入口４０と、複数の小さな孔より成
る出口４２がある。

第二の筐体３８には入口４０から加圧空気のような流体
が入る。

第二の筐体３８から出口４２を経て出る加圧空気は、シ
ート状物２２の他面に噴射される。

これを一定の流れとして導くことにより、検出器２０ｂ
を収容した第二の筐体３８はシート状物２２から一定の
距離すに保たれる。

磁界発生器２０ａと検出器２０ｂとの間隔は、間隔ａ１
間間隔１シート状物２２の厚さｔの和である。

第一の電線２６に電流を通すと、発生器２０ａからある
振幅の磁界が生じ、この磁界の振幅は検出器２０ｂで検
出される。

検出器２０ｂに達する磁界の強さすなわち振幅は、発生
器２０ａと検出器２０ｂとの間隔で決まる。

すなわち、この間隔が大きくなるにつれて、検出器２０
ｂで検出される磁界振幅が小さくなる。

間隔と振幅の関係を示す一般的プロットを第４図に掲げ
る。

第２図と第４図を比較すると、本発明の厚さ計２０の長
所のひとつがわかる。

在来の厚さ計１０と本発明の厚さ計２０において間隔に
僅かな変化が生じたとき（例えばＤｌからＤ２へ、但し
第２図と第４図でＤｌおよびＤ２は同じとする。

）、信号の増分ＪＦおよび４ ）も小さい。

しかし、厚さ計２０では、信号量に対する増分の割合（
Ａ、Ａ／Ａ）が厚さ計１０における割合（ＪＦ／Ｆ）よ
り大きく、こうしてＳＮ比が大きくなるため測定精度が
高い。

第１図を参煕すると、本発明の厚さ計２０のもうひとつ
の長所が明らかとなる。

磁束は磁気抵抗の小さい径路に沿って流れることはよく
知られている。

第１図にこうしたひとつの径路を破線でもうひとつの径
路を鎖線で示す。

この径路が帯磁性物質（棒状部材１７など）を通るとき
は、磁気抵抗は事実上ゼロであるが、空気中の磁気抵抗
はゼロでない。

Ｕ字型部材１４と棒状部材１７との間隔が大きく、それ
に比して破線径路が短いと、磁束は破線に沿って流れや
すい。

しかし、厚さ計１０を動作させるためには、磁束は鎖線
に沿って流れなければならない。

こうして、被測定間隔が太きいときは、Ｕ字型部材１４
の寸法も太きくしなければならない。

本発明の厚さ計２０では、被測定間隔が太きいときも厚
さ計２０の寸法を大きくする必要はない。

厚さ計２０は磁界振幅測定によってシート状物の厚さを
求める方式であるため、厚手のシート状物を測定する場
合には厚さ計２０の磁界振幅を大きくする。

これには、磁界発生器２０ａの電線を流れる電流量を多
くするだけでよい。

米国特許３，６９６，２９０号に開示されている厚さ計
と比較した本発明の厚さ計２０の長所として、厚さの異
なるシート状物の測定に使用した場合に磁界振幅を変動
できることがあげられる。

また、厚さ計２０はその軸対称特性により、アラインメ
ントが容易である。

第５図は本発明のもうひとつの厚さ計５０を図示したも
のである。

厚さ計５０を構成する発生器は５０ａ１検出器は５０ｂ
であり、発生器５０ａと検出器５０ｂはシート状物５２
をはさんでその両側（こ配置される。

発生器５０ａは、鉄など帯磁性物質を実質的に円柱形に
製作した第一の部材５４に第一の電線５６を巻きつけた
ものである。

発生器５０ａは、第一の部材５４の軸がシート状物５２
に実質的に垂直となるように配置する。

発生器５０ａは第３図の発生器２０ａと同じである。

検出器５０ｂは、同じく円柱形の帯磁性物質である第二
の部材５８に第二の電線６０を巻きつけたものである。

第二の部材５８は、その軸が第一の部材５４の軸と実質
的に一直線に整列する配置とする。

検出器５０ｂには、帯磁性物質の円板状部材６２も具備
されている。

円板状部材６２は、その中心が第二の部材５８の軸と実
質的に一直線になるように第二の部材５８に取付けられ
る。

第二の部材５８は、シート状物５２と円板状部材６２と
の間の位置を占める。

後述するように、円板６２の直径は第一の部材５４の直
径にほぼ等しく、第二の部材５８の直径は円板６２の直
径より小さいことが望ましい。

円板６２が追加される以外は、検出器５０ｂは第３図の
検出器２０ｂと同じである。

第５図に示した実施例では、センサ６４ａおよび６４ｂ
より成る第一のセンサ対６４が用いられ、両センサとも
磁界振幅を検出することができる。

センサ６４ａおよび５４ｂは電線コイルからなっている
。

第一のセンサ対６４は第二の部材５８をはさんで対向す
る。

同様に、磁界振幅を検出できる第二のセンサ対（図示せ
ず）も、第二の部材５８をはさんで対向する。

対向する第二のセンサ対を結ぶ線は、第一のセンサ対６
４を結ぶ線にほぼ垂直である。

第一のセンサ対６４と第二のセンサ対とを使用するのは
アラインメントのため、すなわち第一の部材５４と第二
の部材５８の直線関係に乱れが生じて信号偏差が発生し
たときにこれを補正するためである。

第３図の実施例と同様、発生器５０ａと検出器５０ｂは
筐体中に収容され、この筐体から出る空気など流体がシ
ート状物５２に噴射されて、発生器５０ａと検出器５０
ｂとはシート状物５２から一定の距離に保たれる。

第３図の厚さ計２０について考察した前記長所は、すべ
て第５図の厚さ計５０にも備わっており、軸対称性、厚
手シート状物の測定適性、厚さの異なるシート状物を測
定するときの磁界強さ可変性など同様である。

第５図の厚さ計５０には、このほか、微小間隔における
測定感度が大きいという長所があり、第６図Ａと第６図
Ｂにこれが示されている。

第６図Ａは第３図の厚さ計２０の概略図であり、発生器
２４と検出器２８を示す。

破線で示したのは磁界である。

第６図Ａでは検出器２８が遮断するのは磁界線の一部に
すぎないのに対して、第６図Ｂでは部材５８と円板６２
とを具備する検出器が発生器５４から出る磁界線の大半
を遮断する。

部材５８に円板６２を加えることにより、磁界線の大部
分が遮断され、こうして微小間隔測定の場合にも大きな
信号が得られる。

理論的には、微小間隔測定に関して厚さ計２０にも厚さ
計５０と同様の性能を持たせることが可能である。

そのためには、検出器２８の直径を発生器２４の直径く
らいまで大きくするとよい。

しかし、こうすると間隔が大きい場合にも磁界の大部分
が遮断されるという不都合が生じる。

これは遮断角度が小さいためである。

これに対して、部材５８に円板６２を加えると、検出器
５０ｂは大きな円柱を使用しなくても広い被測定間隔範
囲にわたって高感度とすることができる。

また、直径の大きな円柱を備えた検出器は第５図の検出
器５０ｂより重くなる。

検出器２０ｂもしくは５０ｂはエアベアリングで支えら
れているため、感度を低下させずに軽くすることが大切
である。

本発明は次に示す態様で実施することができる。

■、非磁性シート状物の厚さを非接触方式で測定する装
置であって次の要素を備えて成るもの、すなわち 該シート状物の一方の側において軸が該シート状物に実
質的に垂直になるように配した、帯磁性物質でできた第
一の円柱状物、 該第−の円柱状物に複数回巻つけた第一の電線、 該第−の円柱状物を該シート状物から一定の距離に保つ
第一の保持手段、 該シート状物の他方の側において軸が該第−の円柱状物
の軸と一直線に整列するように配した、帯磁性物質でで
きた第二の円柱状物、該第二の円柱状物に複数回巻つけ
た第二の電線、 該第二の円柱状物を該シート状物から一定の距離に保つ
第二の保持手段を備えて成る測定装置。

２、前記第１項の装置に、さらに帯磁性物質でできた円
板状物を加えたものであって、 該円板状物はその中心が前記第二の円柱状物の軸と実質
的に一直線になるように該第二の円柱状物に取付け、 該第二の円柱状物の位置は該円板状物と前記シート状物
との間となる ことを特徴とする測定装置。

３、前記第２項の装置であって、前記円板状物の直径が
前記第一の円柱状物の直径と同じであり、かつ前記第二
の円柱状物の直径が該円板状物の直径より小さいことを
特徴とする測定装置。

４、前記第３項の装置にさらに次の要素を加えて成るも
の、すなわち おのおの磁界の振幅を検出できる２個のセンサより成る
第一のセンサ対であって、両センサが間に前記第二の円
柱状物をはさんで一直線に対向とすることを特徴とする
もの、 おのおの磁界の振幅を検出できる２個のセンサより成る
第二のセンサ対であって、両センサが間に該第二の円柱
状物をはさんで一直線に対向することを特徴とするもの を加えて成る測定装置。

５、前記第４項の装置であって、前記第二のセンサ対を
結ぶ直線が前記第一のセンサ対を結ぶ直線に実質的に垂
直に交わるようにこれらセンサ対を配置した測定装置。

６．更に、第２筐体及び該第２筐体内の前記第２の物体
から構成される前記特許請求の範囲第２項記載の装置。

７、前記保持手段は、前記第１筐体から噴射され、前記
シートに衝突する一定の流れの流体を具える前記第６項
記載の装置。

８、前記保持手段は、前記第２筐体から噴射され、前記
シートと衝突する一定の流れの流体を具える前記第７項
記載の装置。

【図面の簡単な説明】

第１図は先行技術の厚さ計の断面図であり、第２図は先
行技術の厚さ計における間隔と周波数の関係を示すグラ
フであり、第３図は本発明の厚さ計のひとつの実施例の
断面図であり、第４図は本発明の厚さ計における間隔と
振幅の関係を示すグラフであり、第５図は本発明の厚さ
計のもうひとつの実施例の断面図であり、第６図Ａは第
３図の厚さ計の動作状態を示す概略図であり、第６図Ｂ
は第５図の厚さ計の動作状態を示す概略図である。 図に於いて、２０は厚さ計、２０ａは磁界発生器、２０
ｂは検出器、２２はシート状物、２４は第一の部材、２
６は第一の電線、２８は第二の部材、３０は第二の電線
、３２は第一の筐体、３４は入口、３６は出口、３８は
第二の筐体、４０は入口、４２は出口である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 非磁性材料のシートの一方の側に対して、帯磁性物
   質の形状が殆ど円柱状であり、その円柱状物体の軸が前
   記シートに略々垂直になるように配列される第１物体、
   前記第１の物体のまわりに多数回巻回し、磁界を発生す
   るように附勢されることを可能とする第１の電線、前記
   シートからの一定距離において前記第１の物体を保持す
   る手段、前記シートの他の側に対し、第１の物体の直径
   より小さい直径を有し、帯磁性物質からなる形状が殆ど
   円柱状であり、その円柱状物体の軸が第１物体の軸と殆
   ど一線になるように配列される第２物体、殆ど円柱状で
   あり、前記第２物体に取り付けられる帯磁性物質の部材
   、を具え、前記第２物体は、前記帯磁性物質の部材とシ
   ートとの間にあり、前記部材は、その中心が前記第２物
   体の軸と殆ど一直線に配列され、第２物体の直径よりも
   大きい直径を有するものであり、前記第２の物体のまわ
   りに多数回巻回され前記シートの厚さを決定するように
   検出された磁界の振幅を検出することを可能とする第２
   の電線、前記シートから一定の距離において前記第２物
   体を保持する手段、を具備することを特徴とする非磁性
   物質のシートの厚さを非接触的に測定する装置。