JPS587504A - 非磁性膜の膜厚測定方法およびその測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属表面の塗装膜厚等を非接触で測定する非磁
性膜の膜厚測定方法およびその測定装置に関するもので
ある。

従来、移動する紙や金属薄板の厚さを非接触で連続的に
測定する時は空気ノズルを用いたエアマイクロメータが
用いられているが、これは基板上を移動する被測定物に
ノズルより空気を噴射させた時の背圧の変化を検出して
その厚さを比較測定するものである。また、金属表面の
塗装膜厚を測定する方法としては検出器（以後プローブ
と記す）を被測定膜表面に載置して電磁気的に又は高周
波を用いて測定する方法があり、既に非破壊膜厚測定器
として市販されている。しかしそのプローブは塗装膜面
に接触させて測定しているので、非破壊測定は可能でも
その表（３）に傷を付は易く、特に被測定物が移動して
いる場合は傷を付けることなく＃ｊ定することは不可能
であるという欠点をもっている。

本発明はプローブを被測定物に接触させることなく金属
板上の非磁性膜の膜厚を連続的に測定することができる
非磁性膜の膜厚測定方法およびその測定装置を提供する
ことを目的とし、その第１の特徴とするところは、一定
の正圧に加圧され圧空気を流通させる４本の空気路に夫
々絞りを設けてその後流にブリッジ型エアマイクロメー
タｔ−ｚ重に構成し、その１つのブリッジ製・エアマイ
クロメータの背圧の差を増幅して測定用ノズルと電磁式
又は高周波式のプローブを取り付は九検出部の位置を制
御し、測定用ノズルと金属板上の非磁性膜との間隙が一
定となるごとく移動させた時の電磁式又は高周波式のプ
ローブの出力の変化を検知し、非磁性膜厚を非接触で測
定する方法である。

また、第２の＊＊とするところは、一定の正圧に加圧さ
れた清浄な空気を供給する空気源と、この空気源に接続
して夫々絞りを設けた４本の空気路と、この第１の空気
路の絞りの下流に設けた開口面積の調節可能な開口端お
よび第１のベローズと、第２の空気路の絞り一の下流に
設は九第１０増幅用ノズルおよび第３のベローズと、第
３の空気路の数秒の下流に接続した第２の増幅用ノズル
および第４のベローズと、第４の空気路の絞りの下流に
接続した測定用ノズルおよび第２のベローズと、第１、
第２のベローズの対向する自由端間に一端を固定し、他
端部の両側面に第１、第２の増幅用ノズルの先端を近接
対向させた移動アームと、第３、第４の′ベローズの対
向する自由端間に一端を係止し、他端に近い所管回動可
能な固定支点に支持され九回動アームとを有するブリッ
ジ型エアマイクロメータ部と、回動アームの先端に常時
接触している。！！触棒と、測定ノズルおよびプローブ
をブロックに取り付けた検出部と、プローブに接続した
膜厚測定器と、この膜厚測定器の信号を電圧に変換して
記録する記録部とを有し、測定用ノズルと対向する金属
板上の非磁性膜の膜厚が変化し九時は、測定用ノズルの
背圧の変化を増幅用ノズルで増幅してその背圧を大きく
変化させることにより、ブロックを移動させて測定用ノ
ズルと非磁性膜との間隙を一定にするごとくフィードバ
ック制御し、プローブと金属板との距離を示す信号値か
ら測定用ノズルと非磁性膜との間隙に相当する信号値を
差引いて記録させるごとく構成し九装置にある。

第１図は本発明の一実施例である非磁性膜の膜厚測定装
置の系統図である。この装置は大別してベース１６の上
に設置されているブリッジ型エアマイクロメータ部（イ
）と、このベース１６に平行ばね板２Ｃ，２ｄを介して
取り付けられている検出部（ロ）と、検出部■の出力信
号を記録する記録部０とで構成されている。

まずブリッジ聾エアマイクロメータ部囚の構成と作用に
ついて述べる。ペース１６は平行ばね板２ａ、２ｂを介
して本体基板ｌの上に移動可能に設置され、同じく本体
基板１の上に設置されたマイクロメータ３によって前後
に微動させることができる。このペース１６の上にはポ
ンプ４よりフィルタ５を通って圧送安定化された清浄な
空気を流通させる４本の空気路があり、６Ｊ１，６ｂ、
６Ｃおよび６ｄの絞りを夫々の空気路に設けてブリッジ
製エアマイクロメータを構成している。即ち、絞り６ｍ
を通った空気は第１のベローズ７ａ内に導かれると共に
調整ねじ８で開口面積が調節される開口端９へ供給され
、絞り６ｂを通った空気は増幅用ノズル１０ａと第３の
ベローズ７Ｃに導入され、数秒６Ｃを通った空気は増幅
用ノズル１０ｂと第４のベローズ７ｄとに供給され、絞
り６ｄを通った空気紘第２のベローズ７ｂと測定用ノズ
ルＩＯＣとに供給される。

また、ベローズ７ａ、７ｂの外側はペース１６に固定さ
れたコの字金具１１ａで保持され、その自由端間に固定
した移動アーム１２はノズル１゜ａ＊　ＩＱｂ間に挿入
されている。なお、この増幅用ノズル１０ａ、１０ｂは
コの字金具１１ｂの平行辺に固定され、その開口漏は移
動アーム１２の両側面に正対している。また、コの字金
具１１Ｃの平行辺でベローズ７Ｃ，７ｄの外ＩＩｔ固定
し、このべａ−ズ７Ｃ，７ｄの自由端間に固定した可動
支点１３に回動アーム１４の右端を係止している。回動
アーム１４の左側はベース１６上の固定台に取り付けた
固定支点１５によって回転可能に支持されている。即ち
、回動アーム１４は固定支点１５を支点とする「てこ」
を形成してお９、ベローズ７Ｃ，７ｄが伸縮すると回動
アーム１４の左趨が接触棒１８を押してブロック１９を
移動させる。なお、ベローズ７の下の所のペース１６は
四角に切除してベローズ７の設置位ｔを低くしている。

検出部（６）は平行ばね板２Ｃ，２ｄによってペース１
６に支持され、ペース１６に一端を固定した　・押ばね
１７によってブロック１９を押している。

ブロック１９には測定用ノズルＩＯＣとプローブ２０を
装着し、その先端を金属板２２上の非磁性膜２１の表面
に接近させている。しかし測定用ノズルＩＯＣとプロー
ブ１９は非磁性膜２１には接触しない程度の間隙を設け
て設置されている。

記録部っけプローブ２０に接続しである電磁式又は高周
波を利用し九金属板上の非磁性膜２１の厚さを測定する
膜厚測定器２３と、これに接続した電圧変換器２４およ
び逆電圧電源２５と記録計２６とより構成されている。

グローブ２０ど膜厚測定器２３は市販されて−おり、測
定時にはプローブ２０の先端を非磁性膜２１に密着させ
るのが従来の一般的な使用法であるが、本実施例におい
ては測定用ノズルＩＯＣと非磁性膜２１との間隔ｇ３を
１００ミクロンｍｍに設定し、とのｇ３の寸法と非磁性
膜２１の厚さｄを加えた寸法を膜厚測定器２３に指示さ
・とている。

しかるに膜厚測定器２３の指針の振れ角はｇ３＋ｄ）の
間隔に比例せず、単位目盛幅は間隔が大となる程減少し
ている。このために本発明では、このような出力電流を
電圧変換器２４で電圧に変換すると共に、間隔（ｇ３＋
ｄ）に比例した電圧信号に変換して補正処理した後、間
隙ｇ３に相当する逆符号の電圧を逆電圧電源２５より供
給してペン書きオツシロスコープ製記録計２６に入力し
、記録紙２７に記録させるようにしている。

したがって、記録＠２８と基準線２９との間の記録幅が
非磁性膜２１の厚さを示すことになる。

このように構成された空気式の非磁性膜の膜厚測定装置
の調整法と作動について次に説明する。

まず、塗装していない金属板２２を所定の位置に設置し
、膜厚測定器２３の指針が零を示すようにマイクロメー
タ３によってペース１６の位置を調節する。との時はグ
ローブ２０の先端と測定用ノズル１０Ｃの先端とを金属
板２２の表面に接触させる。次に、マイクロメータ３を
逆回転させて１００ンクロンだけペース１６を移動させ
るとプローブ２０と測定用ノズルＩＯＣは金属板２２の
表面から１００ミクロン離れ、膜厚測定器２３の指針は
１００ミクロンの目盛を示すことによる。

次にブリッジ型エアマイクロメータに空気を送り込むと
、ブロック１９の位置が変動するので、調整ねじ８によ
って開口熾９の開口面積を調節し、膜厚測定器２３が１
００Ｓクロンの目Ｉ＆を指示するようにする。この時は
各ベローズ７の自由熾は空気を送り込む前と全く同じ状
態となり、プローブ２０および測定用ノズルＩＯＣと金
属板２２との間隙は同時に１００ミクロンとなる。また
、記録計２６の記録ペンが零を示すように逆電圧電源２
５より逆電圧會与える。これによって塗装していない金
属板２２による基礎調整を終了する。

その後は塗装を施した金属板２２を所定の測定位置に設
置し実際の塗装膜厚の測定を開始する。

第１図はこの状・態を示してＩす、増幅用ノズル１０ａ
、１０ｂと移動７−ム１２との間隙をｇｌ、ｇ２とし、
測定用ノズルＩＯＣと非磁性膜２１との間隙をｇｓとす
る。また、測定用ノズルＩＯＣの背圧を夫々Ｉ）２．　
ｐ３とすると、金属板２２の塗装膜厚がｄであるので、
測定ノズルＩＯＣの先端と塗装膜の表面との間隙ｇ３は
１００ミクｒＪ７からｄだけ減少した状態となっている
。その結果として背圧ｐ１が上昇してベローズ７ｂを僅
かに伸張させてｇ２を増しｇｌを減少させる。したがっ
て、増幅用ノズル１０ｂの背圧ｐ３は低下し、増幅用ノ
ズル１０５１の背圧ｐ２は上昇してその背圧１１Ｌｔ拡
大し、ベローズ７ｃを大きく伸張させると共に、ベロー
ズ７ｄを収縮させ、回動アーム１４を固定支点１５を中
心として時計方向に回動させる。その結果、ブロック１
９は押ばね１７に押されて関１［ｇｓを１００ミクロン
まで拡大させ、自動的にＭｌおよびｇ２が元の状態にバ
ランスする。

このような動作は極めて迅速に行われると共に、ｇｓの
変化が１０００〜２０００倍にも拡大されて可動支点１
３を移動させる。また、可動支点１３の移動は回動アー
ム１４の「てこ」によって縮少されるので、ブロック１
９を容易に移動させてとのエアマイクロメータ制御系を
速やかに均衡させ、ｇｓが最初の設定値１００ミクロン
になっ死所で静止する。なお、このとき膜厚測定器２３
はグローブ２０と金属ＩＥ２２の間隔である１００ミク
ロンに非磁性膜２１の厚さｄを加えた値を指示するが、
記録紙２７上に拡膜厚ｄを記碌暢とする記録だけ行う。

ここでエアマイクロメータの測定用ノズルと物体との関
ｍｇと背圧ｐとの関係を検討する。第２図は横軸に間＊
ｇを、縦軸に背圧ｐを示した線図であるが、ｇが小さい
時社背圧ｐａ大きく、ｇが大きくなると背圧は減少する
。一般にエアマイクロメータはこのような特性を示し、
関１１ｇ１〜ｇ２０間は背圧ＰＫ反比例し、この間を使
用すればｇとｐの関係は直線的関係となる。本実施例に
おいては実験によってこの特性線を求め、比例性と感度
が喪好なｇ１〜ｇ２区間に相当する２０〜４０ミクロン
で増幅用ノズル１０１．１０ｂｔ作動させている。

一方、測定用ノズルＩＯＣと非磁性膜２１との関１１ｇ
３は上記のごとく１００ミクロンＳｍとしている。これ
を第２図に示すと比例性が得られないｇｓの位置となる
が、これは測定対象物を移動又拡回転させてｄの変化を
測定する実際の測定の場合、非磁性膜２１にプローブ２
０と測定用ノズルＩＯＣが接触して傷を付けないように
する九めに要求される寸法である。このようにしてｇ３
０変化が非常に小さいので、増幅用エアマイクロメータ
を採用して感度を上昇させ、所期の目的の達成を可能に
したものである。

第３図は金属板上の非磁性膜の状態を示ｆａｒ面図で、
第３図（ａ）は金属板２２０面は平坦でその上に施した
非磁性ｌ［２１の厚さが一様でない場合であや、第３図
Φ）は非磁性膜２１０厚さは一様であるが金属板２２面
が波打っている場合、第３図（Ｃ）娘両者の厚さが一様
でない場合である。いずれの場合においても非磁性膜２
１０表面と測定用ノズル１０Ｇおよびプローブ２０Ｃ）
先端との閲１１ｇ３は１００ミクロンに維持され、グロ
ーブ２０の出力信号を表示する膜厚測定Ｉ！２３の指示
値は金属板２２からプローブ２０の先端までの寸法を示
すことになる。したがって、指示値から１００（りロン
を差引けば非磁性膜２１の厚さを知ることができる。

更に、前記のごとく記録紙２７にはｇ３の隙間１００ミ
クロン分を除いた値が記録されるので、基準線２９と記
録１１２８との配録幅が非磁性膜２１の厚さを示すこと
になる。なお、被測定物である金属板２２の送り機構（
波打ち現象が生じた場合は、第３図の）、第３図（Ｃ）
と同じような状態となるので、上記と同様に自動的に補
正され、非磁性膜厚ｄのみを記録させることが可能とな
る。

次に、膜厚測定ＳＺａについて説明する。この６１１定
器に社２１！１類あって、その１つは鉄勢の磁性金属表
面の塗料や非磁性金属のメッキ層の厚さを測定するもの
で、この場合のプローブ２０は電磁式の検出亀を用いて
いる。他の種類は、アル１　＝ラム勢の非磁性金属表面
の塗料や非磁性金属のメッキ層の厚さを測定するもので
、この場合のプローブ２０は高周波によって金属中に渦
電流を発生させて検出する高周波式の検出端を用いてい
る。

なお、膜厚測定器２３０指針の振れ角は前記のごと＜（
ｇ３＋ｄ）の変化に対して必ずしも比例していないので
、電圧変換器２４でｄの変化に比例する様な電圧に補正
して記録計２６に供給している。

上記本実施例の説明において稼、金属板２２上の非磁性
膜２１の厚さを測定する場合べついて述べているが、静
電転写方式の複写機用転写ドラムであるアルミニウム円
筒上に真空蒸着したセレン膜の膜厚を非接触で測定する
ことが可能とな９、転写性能と密接な関係にあるセレノ
膜Ｏ膜厚を正確に知ることができる。

なお、第１図においては図示の都合上測定用ノズルｌ０
ＣＩＣ接続し九空気路を長く画いであるが、実際上はで
きるだけ長さを短縮して容積を縮少させ応答性を高めて
いる。また、ブロック１９を常時回動アーム１４の方に
押している押ばね１７の代りに、ブロン２１９０反対側
に引はねを接続しても同様な作用を得ることでできる。

本実施例の非磁性膜の膜厚測定装置は、１個の安定し九
空気圧源より分流させた複数本の、空気路の各々に計量
用絞りを設けてブリッジ型エアマイクロメータを２重に
構成し、測定用ノズルと膜厚測定器のプローブとを同時
に移動させて非磁性膜と測定用ノズルとの関ｌ！ｄＩｔ
設定値に維持するごとくフィードバック制御することに
よって、次のような効果が得られる。

（１）　　応答性曳く非接触で非磁性膜厚を高精度に測
定し、記録紙上に膜厚のみを記録することが可能である
。

（２）　　電磁式と高周波式のプローブと膜厚測定器を
交換すれば金属面上の広範囲な種類の非磁性膜の膜厚を
測定できる。

（３）金属板の表面状態や被検試料を送る送り機構に波
打ち現象があっても正確な測定値が得られ＋ る。例えば送り機構が一４０ミクロン上下動して移動す
る場合でも±０・５ミクロン以内の＃ｊ定静誤差実ＩＩ
Ｉすることができた。

本発明の非磁性膜の膜厚測定方法およびその測定装置は
、金属面上の非磁性膜の厚さｔ−接触することなく高精
度で迅速にＩＩＩ定できるという効果をもっている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である非磁性膜の膜厚測定装
置の系統図、第２図は測定用ノズルと非磁性膜との間隙
と背圧との関係を示す線図、第３゛図は金属板上の非磁
性膜の状態を示す断面図である。 １・・・本体基板、２・・・平行ばね板、３・・・マイ
クロメータ、４・・・ボ／プ、５・・・フィルタ、６・
・・絞り、７・・・ベローズ、８・・・調整ねじ、９・
・・開口端、１０・・ツズル、１１・・・コの字金具、
１２・・・移動アーム、１３・・・可動支点、１４・・
・回動アーム、１５・・・固定支点、１６・・・ベース
、１７・・・押ばね、１８・・・接触棒、１９・・・ブ
ロック、２０・・・グローブ、２１・・・非磁性膜、ｚ
２・・・金属板、２３・・・膜厚測定器、２４・・・電
圧変換器、２５・・・逆電圧電源、２６・・・記録計、
２７・・・記録紙、２８・・・記録線、２９・・・基準
線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一定の正圧に加圧された空気を流通させる４本の空
   気路に夫々絞りを設けてその後流にブリッジ型エアマイ
   クロメータを２重に構成し、その１つのブリッジ型エア
   マイクロメータの背圧の差を増幅して測定用ノズルと電
   磁式又は高周波式プローブを取り付けた検出部の位置を
   制御し、上記測定用ノズルと金属板上の非磁性膜との間
   隙が一定となるごとく移動させた時の上記電磁式又は高
   周波式プローブの出力の変化を検知して上記非磁性膜の
   厚さを非接触で測定することを特徴とする非磁性膜の膜
   厚測定方法。 ２、一定の正圧に加圧された清浄な空気を供給する空気
   源と、この空気源に接続して夫々絞抄を設けた４本の空
   気路と、この第１の空気路の上記絞りの下流に設けた開
   口面積の調節可能な開口端および第１のベローズと、第
   ２の空気路の上記絞りの下流に設けた第１の増幅用ノズ
   ルおよび第３のベローズと、第３の空気路の上記絞りの
   下流に接続した第２の増幅用ノズルおよび第４のベロー
   ズと、第４の空気路の上記絞りの下流に接続した測定用
   ノズルおよび第２のベローズと、上記第１、第２のベロ
   ーズの対向する自由端間に一端を固定し、他端部の両側
   面に上記第１、第２の増−用ノズルの先端を近接対向さ
   せ九移動アームと、上記第３、第４のベローズの対向す
   る自由端間に一端を係止し、他端に近い所を回動可能な
   固定支点に支持された回動アームとを有するブリッジ渥
   エアマイク費メータ部と、上記回動アームの先端に常時
   接触している接触棒と、上記測定用ノズルおよびプロー
   ブをブロックに取り付けた検出部と、上記グローブに接
   続した膜厚測定器と、この膜厚Ｉｌｌ定儀の信号を電圧
   に変換して記鍮する記鍮郁とを有し、上記測定用ノズル
   と対向する金属板上の非磁性膜の腰犀が変化した時は、
   上記測定用ノズルの背圧の変化を上記増幅用ノズルで増
   幅してその背圧を大きく変化させるととにより、上記ブ
   ロツクを移動させて上記＃ｊ定用ノズルと上記非磁性膜
   との間隙を一定にするごとくフィードバック制御し、上
   記プローブと上記金属板との距離を示す信号値から上記
   測定用ノズルと上記非磁性膜との間隙に相当する信号値
   を差引いて記録させるごとく構成し九ことｔ−特徴とす
   る非磁性膜の膜厚測定装置。 ３、上記記録部が、上記非磁性膜を付着させている上記
   金属板表面の位置を記録紙の基準線位置とし、上記非磁
   性膜の膜厚を記録幅で直接表示させる記録部である特許
   請求の範囲第２項記載の非磁性膜の膜厚測定装置。