厚さ連続測定器、厚さ連続測定装置及び厚さ連続測定方法
【課題】 厚さ１ｍｍ以下の長尺シートの厚さを連続的に測定する。
【解決手段】 装置基体１０と、上下方向に揺動自在に前記基体１０に取付けられた回転自在の上部球２６と、上部球２６の上方に取付けられ前記上部球２６の上下揺動に連動して上下揺動するレーザー光反射体１６と、前記レーザー光反射体１６の上方において装置基体１０に固定されたレーザー厚さ測定器１４とからなる上部球支持装置６と、前記上部球支持装置６の上部球２６と対向して上部球２６の下方に回転自在に下部球３２を配設してなる下部球支持装置８とからなる連続走行シートの厚さ連続測定器。
【解決手段】 装置基体１０と、上下方向に揺動自在に前記基体１０に取付けられた回転自在の上部球２６と、上部球２６の上方に取付けられ前記上部球２６の上下揺動に連動して上下揺動するレーザー光反射体１６と、前記レーザー光反射体１６の上方において装置基体１０に固定されたレーザー厚さ測定器１４とからなる上部球支持装置６と、前記上部球支持装置６の上部球２６と対向して上部球２６の下方に回転自在に下部球３２を配設してなる下部球支持装置８とからなる連続走行シートの厚さ連続測定器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート長尺体の厚さ連続測定器、厚さ連続測定装置及び厚さ連続測定方法に関する。特に、本測定器、測定装置及び測定方法は、厚さが１ｍｍ以下の炭素繊維シートの厚さの連続測定に適する。
【背景技術】
【０００２】
従来のシート長尺体の厚さの測定は、ダイヤルシックネスゲージ等の機械的な厚さ測定器を用いる用手法により、行っている(非特許文献１)。
【０００３】
機械的な厚さ測定器を用いるシート厚さ測定は、信頼性、耐久性の面で優れている。しかし、連続的に測定できないため、測定に手間が掛かり、検査効率が悪くなる。
【０００４】
機械的な厚さ測定器を用いない厚さの測定方法として、レーザー測定法がある(特許文献１)。このレーザー測定法による厚さの測定は比較的簡便な方法であるため、各方面で応用されている。
【０００５】
しかし、このレーザー測定法は、炭素繊維シートのように黒色若しくは濃色のシートである場合、レーザー光の反射効率が悪くなり、厚さ測定が困難になる。また、表面の凹凸があるシートの場合、レーザー光が乱反射し、計測が困難になる。
【０００６】
比較的厚い炭素繊維フェルトの厚さを測定する場合は、図６に示すようにフェルト４２上面に沿って平板４４を摺動させ、平板の上下動をレーザー厚さ測定装置４６の放射するレーザー光４８で測定する厚み測定装置が提案されている(特許文献２)。しかし、炭素繊維シートのような１ｍｍ程度の薄いシート厚さを連続的に測定する場合に前記平板を用いる測定装置を使用すると、図７に示すように平板５４ａ、５４ｂの動きがシート５２の上面に存在する皺、うねりなどの影響を受け、レーザーの反射光５６ａ、５６ｂの反射方向が変動し、その結果測定精度が悪くなる。更に、シート上面を摺動する平板５４ａ、５４ｂがシート５２に擦り傷をつける問題もある。
【０００７】
比較的厚い炭素繊維フェルトの厚さを測定する場合、平板の上下動による厚さ測定ではなく、ローラーの上下動による厚さ測定も提案されている(特許文献３)。しかし、特許文献３は、下部ローラーによってフェルトを持ち上げてフェルト上面に存在する皺、うねりなどを均してから厚さを測定するものであり、柔軟なフェルトには、ある程度の測定精度は得られたものの、炭素繊維ペーパーなどの皺、うねりなどを均すことが容易ではないシートには、それ程の測定精度は得られなかった。
【０００８】
その他、光を用いる非接触式の厚み測定装置に関する特許出願もある(特許文献４)。この場合、検体装置本体以外の付帯設備が大規模になるため、かなりの設置スペースを必要とする。更に、織物などのように表面に凹凸のあるシートや、孔のあるシート、黒色のシート等を測定する場合、光を用いる非接触式の測定方法の場合は、光が乱反射するため、測定誤差が生じ易い。加えて、測定精度を維持するためのメンテナンスコストが高くなり、コスト上も不利である。
【非特許文献１】ＪＩＳ Ｌ １０８６-1983 (６．試験方法 ６．４厚さ)
【特許文献１】特開平５−２０９７２３号公報 (特許請求の範囲)
【特許文献２】特開２００４−３２５０８８号公報 (特許請求の範囲)
【特許文献３】特開平１１−１４８８１６号公報 (特許請求の範囲)
【特許文献４】特開２００１−２４５９８９号公報 (特許請求の範囲)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明者等は、厚さが１ｍｍ程度の薄いシートの厚さを連続的に測定する方法について、種々検討してきた。その結果、シートの上面に倣って上下方向に揺動する車輪と、前記揺動する車輪と連動して上下方向に揺動するレーザー反射体と、レーザー厚さ測定器とからなり、レーザー厚さ測定器とレーザー反射体との間の距離を前記レーザー厚さ測定器により連続的に測定することで、シートの厚さを連続的に測定する方法を見出し、先に出願した(特願２００８−２６５３１９)。
【００１０】
特願２００８−２６５３１９の測定方法は、特開２００４−３２５０８８の測定方法よりも、シートの上面に存在する皺、うねりなどの影響を受けにくいものであった。しかし、特願２００８−２６５３１９の測定方法を以てしても、厚さが１ｍｍ以下の薄いシートであって、且つ、シートが進行方向に対して、若干蛇行する現象(目曲がり)で幅方向にうねりなどが発生するシートについて、幅方向のうねりなどの影響を除去し、精度良く厚みを連続的に測定するまでには至らなかった。
【００１１】
そこで、厚さが１ｍｍ以下の薄いシートで、且つ、シートの幅方向に対して、若干のうねり等のある(目曲がり等のある)シート、例えば抄紙したシート、炭素繊維織物、プリプレグなどに対しても、安定した精度で厚さを連続的に測定する方法について、本発明者等は更に種々検討を重ねた。その結果、球をシート上面及び下面に配設し、シートを挟みこむように点接触でシートを保持し、シートを移動させながら厚みを連続的に測定することにより、上記問題が解決できることを知得した。この方法によれば、表面に凹凸がある薄いシートであって、且つ、目曲がり等によって、幅方向にうねり等があるシートの場合でも、精度良く、しかもシートを傷つけることなくシートの厚さを連続的に測定できる。
【００１２】
本発明は上記知見に基づき完成するに至った。従って、本発明は、厚さが１ｍｍ以下の厚みのシートで且つ、幅方向に若干のうねりや皺等がある(目曲がり等のある)場合にも厚さを正確に測定可能なシート、好ましくは抄紙した炭素繊維シート(炭素繊維ペーパー)、炭素繊維織物、炭素繊維プリプレグ等、特に炭素繊維ペーパーの厚み測定装置及びその測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成する本発明は、以下に記載のものである。
【００１４】
〔１〕 装置基体と、上下方向に揺動自在に前記基体に取付けられた回転自在の上部球と、上部球の上方に取付けられ前記上部球の上下揺動に連動して上下揺動するレーザー光反射体と、前記レーザー光反射体の上方において装置基体に固定されたレーザー厚さ測定器とからなる上部球支持装置と、前記上部球支持装置の上部球と対向して上部球の下方に回転自在に配設する下部球を有する下部球支持装置とからなる連続走行シートの厚さ連続測定器。
【００１５】
〔２〕 連続走行シートの走行方向に沿って所定間隔離れて配設する１対の〔１〕に記載の厚さ連続測定器と、前記１対の厚さ連続測定器の有する各レーザー厚さ測定器の測定データを取り込み演算処理する演算部とを有する連続走行シートの厚さ連続測定装置。
【００１６】
〔３〕 上部球の直径が、同一である〔２〕に記載の連続走行シートの厚さ連続測定装置。
【００１７】
〔４〕 連続走行シートの下流側の厚さ連続測定器の上部球の直径よりも、上流側の厚さ連続測定器の上部球の直径が大きい〔２〕に記載の連続走行シートの厚さ連続測定装置。
【００１８】
〔５〕 連続走行シートの下流側の厚さ連続測定器の上部球の直径よりも、上流側の厚さ連続測定器の上部球の直径が小さい〔２〕に記載の連続走行シートの厚さ連続測定装置。
【００１９】
〔６〕 連続走行シートの厚さが０．１〜１ｍｍである〔１〕に記載の連続走行シートの厚さ連続測定器。
【００２０】
〔７〕 〔１〕に記載の厚さ連続測定器の上部球と下部球との間に連続走行するシートを挟み、走行する前記シートの上面に倣って上下方向に前記上部球を揺動させると共に、前記揺動に連動して変化するレーザー厚さ測定器とレーザー反射体との間の距離をレーザー厚さ測定器により連続的に測定する連続走行シートの厚さ連続測定方法。
【００２１】
〔８〕 〔２〕に記載の厚さ連続測定装置における各厚さ連続測定器の上部球と下部球との間に連続走行するシートを挟み、走行する前記シートの上面に倣って上下方向に前記上部球を揺動させると共に、前記揺動に連動して変化するレーザー厚さ測定器とレーザー反射体との間の距離をレーザー厚さ測定器により連続的に測定し、１対の厚さ連続測定器から送出する測定データを演算部で演算処理して１対の測定データの平均値を算出し、その平均値を演算処理後の厚さデータとする連続走行シートの厚さ連続測定方法。
【００２２】
〔９〕 〔２〕に記載の厚さ連続測定装置における各厚さ連続測定器の上部球と下部球との間に連続走行するシートを挟み、走行する前記シートの上面に倣って上下方向に前記上部球を揺動させると共に、前記揺動に連動して変化するレーザー厚さ測定器とレーザー反射体との間の距離をレーザー厚さ測定器により連続的に測定し、１対の厚さ連続測定器から送出する測定データの差異が所定割合以上の場合、演算部で異常値として削除する演算処理をして演算処理後の厚さデータとする連続走行シートの厚さ連続測定方法。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の厚さ連続測定器は、走行するシート長尺体の上面及び下面を上部球と下部球とで挟み込みながら、シート長尺体の表面をなぞらせているので、広い面積ではなく、点の厚さが正確に測定できる。
【００２４】
また、本発明の厚さ連続測定装置は、シート長尺体の進行方向に対して所定の間隔離して２つの厚さ連続測定器を配置しているので、２つの厚さ連続測定器の測定値間の差異が大きい場合に、これを異常値として検出できる機構を付与することができる。この場合は、厚さ計算時に異常値を削除する補正ができる。その結果、従来の厚さ連続測定装置でこれまで検出していた、炭素繊維シートの剛直性から発生するシートの跳ね返りなどで生ずる誤差を、異常値として処理することができ、各点の厚さを更に正確に測定できる。
【００２５】
更に、走行するシート長尺体の進行方向に対して２つの厚さ連続測定器を配置し、上流側上部球の球径を、下流側の上部球の球径よりも大きくする場合は、上流側の上部球が通過した時に発生する跳ね返りを、上部球の自重で抑制できる。なお、若干シートが跳ね返ったとしても、下流側上部球が正確に厚さを測定でき、測定誤差を補正できるため、測定速度を大幅に向上できる。
【００２６】
また更に、走行するシート長尺体の進行方向に対して上流側上部球の球径を、下流側の上部球の球径よりも小さくする場合は、上流側上部球が通過する時に発生する跳ね返りを、最小限に抑制できる。また、若干シートが跳ね返ったとしても、下流側上部球の自重により、シートの跳ね返りを、効率よく抑制できるため、厚さの測定誤差を大幅に小さくできる。
【００２７】
本発明の厚さの連続測定器は、レーザー光反射体で反射されるレーザー光を測定するので、シート長尺体の色が黒色若しくは濃色である場合でも、シート長尺体の表面にレーザー光を乱反射させる凹凸があっても、正確に厚さの測定ができる。
【００２８】
更に、本発明の厚さ連続測定器は、上部球支持装置に配設した上部球及び下部球支持装置に配設した下部球で、シート長尺体の上面及び下面を挟み込み、各球が転がりながらシートを移動させるので、シート長尺体を破損する虞が少ない。
【００２９】
また、レーザー光反射体上面を白色に形成する場合は、レーザー光の乱反射を防止でき、測定精度を向上できる。
【００３０】
また更に、本発明は、実施形態を厚み測定装置及びその測定方法としているが、異物がシート長尺体上に付着している場合には、厚みの異常値として測定検出が可能であるので、異物検出装置としての利用も兼ねることができる。従来の装置及び方法と比べると、異常値の発生率が格段に小さいため、精度よく、異物を検出できる。
【００３１】
また更に、本発明における厚さ連続測定装置は、上部球支持装置に配設した上部球及び下部球支持装置に配設した下部球で、シート長尺体の上面及び下面を挟み込み、各球が転がりながら移動する機構を有するため、測定装置固定部材を個々の測定器に対して個別に設置できる。また、取付け位置の自由度も大きいため、個々の入射角の異なる、繊維が束ねられたストランドやストランドが束ねられたパス等の厚さ連続測定装置及び異物発見装置としても応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の厚さ連続測定装置の使用例を示す概略斜視図である。
【図２】本発明の厚さ連続測定器の一例を示す部分拡大図で、(A)は上面図、(B)は側面図である。
【図３】本発明の厚さ連続測定器の他の例を示す部分拡大側面図である。
【図４】本発明の厚さ連続測定装置の演算部を含む構成を示す説明図である。
【図５】本発明の厚さ連続測定器における上部球支持装置及び下部球支持装置とシート長尺体との係合状態を示す、シート走行の上流側から観察した説明図である。
【図６】従来の厚さ測定装置の構成を示す説明図である。
【図７】比較例２の平板とシート長尺体との係合状態を示す説明図である。
【図８】比較例３の車輪とシート長尺体との係合状態を示す説明図である。
【図９】ストランドで形成された長尺シートに対して、本発明の厚さ連続測定装置を適用した場合の概略構成を示す説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の厚さ連続測定装置の一例について図面を参照して詳細に説明する。
【００３４】
図１は、本発明の厚さ連続測定装置の一例を示す概略斜視図である。
【００３５】
図１中、２は厚さ０．１ｍｍ〜１ｍｍの長尺シートで、矢印Ｘの方向に所定速度で搬送されている。前記シート２の上方には、シート２を跨いで、２つのゲート状の測定装置固定部材(上流側４ｊ、下流側４ｋ)が、所定の距離(本例に於いては３０ｃｍ、好ましくは２０〜４０ｃｍ)離れて設けられている。測定装置固定部材(上流側４ｊ、下流側４ｋ)における両側の柱(上流側３ｊａ、３ｊｂ、下流側３ｋａ、３ｋｂ)の上端側には支持部材(上流側５ｊ、下流側５ｋ)が架け渡され、支持部材(上流側５ｊ、下流側５ｋ)の下端側には、所定数(本例に於いては、測定装置固定部材１つにつき各３箇)の上部球支持装置(上流側６ｊ、下流側６ｋ)が取付けられている。
【００３６】
長尺シート２の下方には、６箇の上部球支持装置(上流側６ｊ、下流側６ｋ)の下方に、それぞれ、下部球支持装置(上流側８ｊ、下流側８ｋ)が配設されている。長尺シート２は、前記上部球支持装置と下部球支持装置とに挟まれている。
【００３７】
図２は、厚さ連続測定器の部分拡大図の一例を示す。６箇の上部球支持装置及び６箇の下部球支持装置は何れも、後述する球の直径、質量等を除けば実質的に同一の構造をしているので、図２においては、６箇の上部球支持装置、下部球支持装置のうち任意の上部球支持装置、下部球支持装置について説明する。上部球支持装置及び下部球支持装置を符号を付けて表示する場合は、添字の符号ｊ、ｋを省略して、上部球支持装置６及び下部球支持装置８と表示する。同様に、上部球支持装置６及び下部球支持装置８を構成する各部材、並びに、測定装置固定部材４の符号についても、添字の符号ｊ、ｋを省略して表示する。
【００３８】
図２(Ｂ)中、ゲート状の測定装置固定部材における支持部材５の下端側には、平板状の装置基体１０が取付けられている。
【００３９】
装置基体１０の上端側には、水平方向に突出してレーザー厚さ測定器取付け部材１２が取付けられ、先端側には、レーザー厚さ測定器１４が取付けられている。このレーザー厚さ測定器１４のレーザー投射面１５から、レーザー光がほぼ垂直方向に投射され、後述するレーザー光反射体１６を照射するように取付けられている。
【００４０】
前記レーザー厚さ測定器取付け部材１２よりも下方において、装置基体１０には、Ｚ字状の可動部材取付け腕１８が、その一端側１８ａで固定され、その他端側１８ｂは下方に向けて垂下されている。
【００４１】
２０は可動部材で、前記可動部材取付け腕１８の他端側１８ｂに上下方向に摺動自在に取付けられている。
【００４２】
前記可動部材２０の上部側は水平方向に突出された上部球支持部２２が形成されており、この上部球支持部２２の上面にはレーザー反射体１６が、レーザー投射面１５と平行、かつ互いに対向して形成されている。
【００４３】
レーザー反射体１６及び後述する上部球２６は、白色に形成されていることが好ましい。後述する下部球３２は白色でなくとも良いが、より好ましくは白色がよい。
【００４４】
これらの白度はＪＩＳ Ｚ ８７２９に規定するＬ＊ａ＊ｂ＊表色系でＬ＊＝６０以上の白色系が好ましい。
【００４５】
前記上部球支持部２２の下面には、上部球支持椀２４が取付けられている。この上部球支持椀２４の下部は、上部球２６の１／２以上を覆うように部分球状の凹部２４ａが、開口部を下方に向けて形成され、この凹部２４ａには、上部球２６が、全周方向に沿って回転自在に取付けられている。なお、上部球支持椀２４が上部球２６を覆う凹部２４ａが、上部球２６の１／２より小さい場合、上部球を安定的に固定できず、上部球が上部球支持椀から外れやすくなるため、上部球支持椀２４が上部球２６を覆う凹部２４ａが、上部球２６の１／２以上を覆うように形成することが好ましい。図２は、その例を示している。
【００４６】
なお、図２(Ａ)において、前記上部球支持部２２の幅α及び上部球支持椀２４の直径βの関係は、α＞β、α＝β、α＜βのいずれでも構わない。図２の例は、α＜βのものを示す。
【００４７】
シート長尺体２の下方には、下部球支持装置８が設けられれている。互いに対向する下部球支持装置８の下部球３２と、上部球支持装置６の上部球２６とは１対になり、上部球２６が重力の作用を利用して下方向にシート長尺体２を挟むように設けられれている。この下部球支持装置８の上部には、下部球支持部２８が形成されている。この下部球支持部２８の上面には、下部球支持椀３０が取付けられている。この下部球支持椀３０の上部は、下部球３２の１／２以上を覆うように凹部３０ａが、その開口部を下方に向けて形成され、この凹部３０ａには、球３２が、全周方向に沿って回転自在に収納されている。
【００４８】
即ち、シート長尺体２の下方の球支持椀３０の凹部３０ａは、下部球３２の１／２以上を覆うように形成することが好ましい。下部球支持椀３０が球３２を覆う凹部３０ａが、下部球３２の１／２より小さい場合は、下部球が下部球支持椀から外れやすくなる。
【００４９】
上部球２６と上部球支持椀２４の凹部２４ａとの隙間には、摩擦低減用にボールベアリング３４を配設し、上部球が円滑に回転できるようにすることが好ましい。同様に、下部球支持装置８における下部球３２と下部球支持椀３０の凹部３０ａとの隙間にも、摩擦低減用にボールベアリング３６を配設し、下部球が円滑に回転できるようにすることが好ましい。
【００５０】
なお、下部球支持椀３０は、上部球支持椀２４の下方に固定する必要がある。固定方法としては、前述のゲート状の測定装置固定部材４に固定することが好ましい。具体的には、図３のように、シート長尺体２の下方において、測定装置固定部材４の両側柱間に支持部材３８を架け渡し、この支持部材３８に下部球支持部４０を固定しても良い。
【００５１】
また、図２のように、測定装置固定部材４とは別の土台部から、上部球２６と対向して上部球２６の下方に下部球３２が来るように下部球支持部２８及び下部球支持椀３０を配設して固定しても良い。
【００５２】
以上の構成からなる本発明の厚さの連続測定器は、図５に示すように、紙面上方から紙面下方に走行するシート長尺体２の上面及び下面をそれぞれ上部球[２６ａ(シート走行方向の左側)、２６ｂ(シート走行方向の右側)]及び下部球[３２ａ(シート走行方向の左側)、３２ｂ(シート走行方向の右側)]に接触させてシート長尺体２を挟み込みながら、シート長尺体２の表面をなぞらせ、上部球２６ａ、２６ｂの上下動を起こさせている。
【００５３】
上部球２６ａ及び２６ｂの上方それぞれに配設したレーザー厚さ測定器のレーザー光３８ａ及び３８ｂを用いて、レーザー投射面１５ａ及び１５ｂと、前記上部球２６ａ及び２６ｂの上下動に連動して上下動するレーザー反射体１６ａ及び１６ｂとの距離を測定することにより、シート長尺体２の厚さが測定される。
【００５４】
特開２００４−３２５０８８の厚さの連続測定装置の場合は、図７に示すように、シートと接触している面積が大きいので、シート長尺体５２と平板５４ａ、５４ｂとの間に隙間Ａができやすく、異常値が発生しやすいものである。また更に、シート長尺体の凹凸に応じて平板の傾斜が変動するので、レーザー光５８ａ、５８ｂの反射方向が変動し、正確な厚さの測定ができがたい。
【００５５】
これに対し、本発明では、図５に示すように、走行するシート長尺体２の上面及び下面をそれぞれ上部球(２６ａ、２６ｂ)及び下部球(３２ａ、３２ｂ)に接触させてシート長尺体２を挟み込みながら、シート長尺体２の表面をなぞらせ、上部球２６ａ、２６ｂの上下動を測定値に変換しているので、シートと接触している面積は特開２００４−３２５０８８と比べて、非常に小さい。
【００５６】
更に具体的には、シート長尺体２がシート走行方向に対して、若干蛇行する現象(目曲がり)で発生する幅方向のうねり等があるような場合は、上部球２６ｂのように、上部球２６ｂがなぞるシート長尺体６２の上面が水平面の場合ばかりでなく、上部球２６ａのように、上部球２６ａがなぞるシート長尺体２の上面が斜面の場合もかなり多い。
【００５７】
しかし、上部球２６ａ、２６ｂがなぞるシート長尺体２の上面が、水平面、斜面の如何に拘らず、検知体[上部球(２６ａ、２６ｂ)及び下部球(３２ａ、３２ｂ)]とシート長尺体２との間の隙間が発生しにくく、結果として、各点の厚さを正確に測定できる。即ち、本発明によれば、検知体とシート長尺体との接触は、二つの球による点接触であるため、シート長尺体の凹凸の影響、特にシート長尺体の幅方向の凹凸の影響を受けにくい。そのため、異常値と思われるバラツキが少なくなり、結果として標準偏差が小さくなる。
【００５８】
特願２００８−２６５３１９の測定方法は、特開２００４−３２５０８８の測定方法よりも、シートの上面に存在する皺、うねりなどの影響を受けにくいものである。しかし、特願２００８−２６５３１９の測定方法を以てしても、シートが進行方向に対して、若干蛇行する現象(目曲がり)で発生する幅方向のうねりなどの影響を除去し、精度良く厚みを連続的に測定するまでには至らない。
【００５９】
これに対し、本発明の厚さ連続測定器によれば、厚さが１ｍｍ程度の薄いシートで、且つ、シートの幅方向に対して、若干のうねりや皺等のある(目曲がり等のある)シート長尺体などに対しても、安定した精度で厚さを連続的に測定することができる。即ち、上部球及び下部球をシート上面及び下面に配設し、シートを挟みこむように点接触で保持し、シートを移動させながら厚みを連続的に測定することができる。この方法によれば、表面に凹凸がある薄いシートで且つ、目曲がり等によって、幅方向にうねりや皺等がある場合でも精度良く、しかもシートを傷つけることなくシートの厚さを連続的に測定できる。
【００６０】
本発明の連続走行シートの厚さ連続測定装置は、図４に示すように、連続走行シート２の走行方向Ｘに沿って所定間隔離れて配設する１対の上記厚さ連続測定器(上流側７ｊ、下流側７ｋ)と、この１対の厚さ連続測定器(上流側７ｊ、下流側７ｋ)におけるレーザー厚さ測定器から送出する測定データを演算処理する演算部９とを有する。ここで用いる厚さ連続測定器は、上記測定器である。
【００６１】
本発明の連続走行シートの厚さ連続測定方法は、上記厚さ連続測定装置の上流側及び下流側で対をなす厚さ連続測定器(上流側７ｊ、下流側７ｋ)それぞれにおいて、上部球と下部球との間に連続走行するシート２を挟み、走行する前記シートの上面に倣って上下方向に前記上部球を揺動させると共に、前記揺動に連動して変化するレーザー厚さ測定器とレーザー反射体との間の距離をレーザー厚さ測定器により連続的に又は間歇的に測定し、１対の厚さ連続測定器(上流側７ｊ、下流側７ｋ)それぞれから送出する測定データを演算部９で演算処理して不図示の表示部に表示する方法である。
【００６２】
演算内容としては、１対の厚さ連続測定器におけるそれぞれの測定データの平均値を算出し、その平均値を演算処理後の補正厚さデータとして出力するものがある。
【００６３】
以下、この方法を更に詳述する。
【００６４】
前述の図１に示す本発明の一例の厚さ連続測定装置では、測定装置固定部材１つにつき３つの上部球支持装置、下部球支持装置を取付けている。ここで、３つの上部球支持装置、下部球支持装置を取付けた１つの測定装置固定部材を１ユニットとすると、図１に示す厚さ連続測定装置は、前記ユニットをシート長尺体２の進行方向に対して２ユニット取り付けた厚さ連続測定装置となる。
【００６５】
ユニット間の距離は、シートの材質により任意に調整できる。この２ユニットにおけるそれぞれの測定装置間で測定した厚みの差異を、うねり又は皺として演算装置等を取付けた演算部で補正し、補正後の厚みが出力される。演算部での補正は、上述のように、２ユニット間で対をなす厚さ連続測定器それぞれから送出する測定データを演算部で演算処理して１対の測定データの平均値を算出し、その平均値を演算処理後の補正厚さデータとすることによって行われる。
【００６６】
炭素繊維シートの場合、弾性率が高いため、他の繊維に比べ、剛軟度が高く、剛直性がある。この炭素繊維シートに、うねりや皺がある場合、上部球が通過した時に、跳ね返りやすく、これが誤差の原因になる。
【００６７】
対策として、上部球の質量を増加させ、跳ね返りを防止する方法を試みても、シートが沈み込んでしまい、やはり誤差の原因になる。
【００６８】
これに対し、上述の、連続走行シートの走行方向に沿って所定間隔離れて配設する１対の厚さ連続測定器と、前記厚さ連続測定器のレーザー厚さ測定器の測定データを演算処理する演算部とを有する連続走行シートの厚さ連続測定装置を用い、１対の上部球を定点通過させ、この定点における測定値を補正することによって、うねり又は皺による誤差を小さく出来る。
【００６９】
また、他の演算内容としては、１対の厚さ連続測定器間で検出する測定値の差異が所定割合(例えば１０％)以上の場合は、異常値として削除することにより、厚さ計算時に異常値を削除する補正をできるようにしても良い。この場合、従来の厚さ連続測定装置でこれまで検出していた、炭素繊維シートの剛直性から発生するシートの跳ね返りなどで生ずる誤差を、本発明の厚さ連続測定装置が検出したとしても、この検出誤差は異常値として処理することができるので、シート厚さの測定誤差を更に少なくできる。
【００７０】
なお、３ユニット以上を有する厚さ連続測定装置において、３つ以上の上部球を定点通過させ、この定点における３つ以上の測定値についての平均値を算出し、その平均値を演算処理後の補正厚さデータとすることによって、うねり又は皺による誤差を更に小さく出来る。また、ユニットの数を更に多くすることによって、うねり又は皺による誤差を限りなく小さく出来る。
【００７１】
図１に示す厚さ連続測定装置において、ユニット間の上部球支持装置に配設した球の直径(球径)は、連続走行シートの進行方向に対して上流側と下流側とで同一であっても良いし、上流側の球径が下流側の球径よりも大きいものであっても良いし、上流側の球径が下流側の球径よりも小さいものであっても良いものである。
【００７２】
上流側の球径が下流側の球径よりも大きいものである場合、上流側の上部球は球径が大きいのに伴って重いので、通過した時に発生するシートの跳ね返りを、上流側の上部球の自重で抑制する効果がある。このシート跳ね返り抑制効果は、測定速度を大幅に上げた場合にも有効である。なお、上流側の上部球が通過した時に若干シートが跳ね返ったとしても、下流側の上部球は球径が小さいのに伴って軽いので、上流側の上部球の上下動に対する追従性が優れている。そのため、上流側の球径が下流側の球径よりも大きいものである場合、シート厚さの測定誤差を少なくできる。
【００７３】
その結果、本発明は、特開２００４−３２５０８８、特願２００８−２６５３１９による測定よりも、測定速度を大幅に上げること、具体的にはシートの搬送速度を大幅に上げることができるため、所定の長さのシートについて厚さの測定を行う場合、測定時間の短縮が可能となる。
【００７４】
上述のように、上流側の上部球の球径は、下流側の上部球の球径よりも小さくしても良い。この場合、上流側の上部球が通過した時に若干シートが跳ね返ったとしても、下流側の上部球は球径が大きいのに伴って重いので、シートの跳ね返りを効率的に押さえることができる。そのため、上流側の球径が下流側の球径よりも大きいものである場合、シート厚さの測定誤差を少なくでき、シート厚さの測定精度を上げることができる。
【００７５】
上部球について、球径は２０〜５０ｍｍ(質量は１０〜４０ｇ)が好ましく、より好ましくは球径は２５〜４５ｍｍ(質量は２０〜３５ｇ)の範囲である。
【００７６】
球径が２０ｍｍ未満(質量が１０ｇ未満)の場合は、軽すぎてシートの跳ね返りを吸収できず、厚みの測定誤差が大きくなる。一方、球径が５０ｍｍを超える(質量が４０ｇを超える)場合は、重すぎて、シートを押さえつけてしまうため、シートに測定後のスジのような跡ができてしまう。また、上部球が大きくなりすぎてしまい、測定装置が大型になってしまう。
【００７７】
下部球について、球径、質量は特に限定されるものではないが、その下部球と対をなす上部球と同じ球径、質量にすることが、正確な厚さ測定のためには好ましいものである。
【００７８】
レーザー厚さ測定器１４は市販の測定装置を利用できる。
【００７９】
上記厚さの連続測定器６を用いて、シート長尺体２の厚さの連続測定を行う本発明の方法の一例を、図２を用いて以下説明する。
【００８０】
本発明で測定されるシート長尺体の厚さは、特に制限がない。しかし、破損しやすい１ｍｍ以下の厚みのシート長尺体の厚さの測定に特に適している。特に、０．８〜０．１ｍｍの厚さのシート長尺体の測定に適しており、特に、シートが進行方向に対して、若干蛇行する現象(目曲がり)で発生する幅方向のうねりがあるようなシート長尺体の厚さ測定に適している。
【００８１】
先ず、シート長尺体２が上部球２６と下部球３２との間に挿入されていない状態の時のレーザー厚さ測定器１４の値を読み取り、この値を基準値とする。次に、図２に示されるように、ベルトコンベヤ等の運搬手段(不図示)により搬送されるシート長尺体２は、上部球支持装置６の上部球２６と、下部球支持装置８の下部球３２との間に挿入される。上部球２６は、シート長尺体２の移動に対応してシート長尺体２の上面の形状に倣って微少に上下しながら回転する。この際、可動部材取付け腕１８と、上部球支持部２２とは、摺動自在に取付けられているので、上部球は自由に上下できる。
【００８２】
上部球２６の上下運動はレーザー反射体１６の上下動になる。レーザー厚さ測定器１４はこの上下動を読取り、この値を測定値とする。前記基準値から測定値を減算し、この値をシート長尺体２の厚さとする。なお、厚さの連続測定器６に演算部を設けることもできる。この場合は、演算部に測定値を送出して、ここでシート厚さを演算し、不図示の表示部に表示する。この時、より好ましくは、上部球２６の下方に配設される、下部球３２の下部球支持部２８及び／又は下部球支持椀３０に、幅方向のうねり等による微振動を吸収できるように、スプリング等による緩衝機構を持たせ、この下部球支持部２８及び／又は下部球支持椀３０が上下動を検出装置で検出し、この検出値を、厚み算出時に相殺できるように演算部に送出して、表示部に表示させてやると、更に精度よく、連続的に厚み測定ができる。
【００８３】
なお、本発明における厚さ連続測定装置は、前述したように、図９に示すような個々の入射角の異なる、繊維が束ねられたストランドで形成された長尺シート等の厚さ連続測定装置及び異物発見装置にも応用できる。
【００８４】
図９中、８２は繊維が束ねられたストランドで、矢印Ｘの方向に所定速度で長尺シートを形成して搬送されている。前記ストランド８２の上方には、ストランド８２を跨いで、２つのゲート状の測定装置固定部材(上流側８４ｊ、下流側８４ｋ)が設けられている。
【００８５】
測定装置固定部材(上流側８４ｊ、下流側８４ｋ)における両側の柱(上流側８３ｊａ、８３ｊｂ、下流側８３ｋａ、８３ｋｂ)の上端側には支持部材(上流側８５ｊ、下流側８５ｋ)が架け渡され、支持部材(上流側８５ｊ、下流側８５ｋ)の下端側には、所定数(本例に於いては、測定装置固定部材１つにつき各３箇)の上部球支持装置(上流側８６ｊ、下流側８６ｋ)が取付けられている。
【００８６】
長尺シート２の下方には、６箇の上部球支持装置(上流側６ｊ、下流側６ｋ)の下方に、それぞれ、下部球支持装置(上流側８ｊ、下流側８ｋ)が配設されている。長尺シート２は、前記上部球支持装置と下部球支持装置とに挟まれている。
【００８７】
ストランド８２の下方には、６箇の上部球支持装置(上流側８６ｊ、下流側８６ｋ)の下方に、それぞれ、下部球支持装置(上流側８８ｊ、下流側８８ｋ)がストランド８２を挟んで設けられている。
【実施例】
【００８８】
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。
【００８９】
実施例１
図１及び２に示す厚さ連続測定装置を製造し、炭素繊維シート[弾性率２３５ＧＰａ(２４ｔｆ／ｍｍ2)、目付：１５０ｍ2／ｇの繊維長６ｍｍの炭素繊維を一般的な方法で抄紙をしたシート長尺体]の厚さを測定した。上部及び下部球支持装置の球は、白色の合成樹脂製で、上流側ユニットが球径４０ｍｍ、下流側ユニットが球径３０ｍｍ、質量は、上流側ユニットの球が３０ｇ、下流側ユニットの球が２５ｇであった。
【００９０】
レーザー投射面１５とレーザー反射体１６との距離は３０ｍｍであった。レーザー厚さ測定器１４は、キーエンス社製ＣＣＤレーザー変位計(ＬＫ−Ｇ３０)を用いた。また、図１に示すように、３つの上部球支持装置-下部球支持装置を取付けた１つの測定装置固定部材を１ユニットとし、このユニットをシート長尺体２の進行方向に対して上流側ユニット、下流側ユニットとして２ユニット取り付けて厚さ連続測定装置を構成した。ユニット間の距離は３０ｃｍとした。
【００９１】
厚さ連続測定装置の厚さ出力部に、ユニット間の厚さの差異が１０％以上の場合は、異常値として検出できる機構を付与し、厚さ計算時に補正できるようにした。
【００９２】
なお、上部球支持装置６における球２６と球支持椀２４の凹部２４ａとの隙間には、摩擦低減用にボールベアリング３４を配設し、球が潤滑に回転できるようにした。同様に、下部球支持装置８における球３２と球支持椀３０の凹部３０ａとの隙間にも、摩擦低減用にボールベアリング３６を配設し、球が潤滑に回転できるようにした。
【００９３】
以上の装置を用いて、厚さ約０．３ｍｍの炭素繊維シートを０．０５ｍ／秒で搬送した。厚さの測定は、６秒間隔で測定回数３０回行った。測定結果を表１に記載した。
【００９４】
実施例２
厚さ連続測定装置に用いた白色の合成樹脂製の球について、上流側ユニットを球径３０ｍｍ、質量２５ｇ、下流側ユニットを球径４０ｍｍ、質量３０ｇとし、炭素繊維シートの搬送速度を０．０３ｍ／秒とし、厚さの測定を６秒間隔で測定回数５０回行った以外は、実施例１と同様に、実施例１で測定したシート長尺体の厚さを測定した。
【００９５】
比較例１
機械的厚さ測定装置(ミツトヨダイヤルシックネスゲージＮｏ．２０５０Ｆ)を用いて、ＪＩＳ Ｌ １０８６−１９８３に基づいた用手法で、０．３ｍ間隔で、実施例１で測定したシート長尺体の厚さを５０回測定した。結果を表１に示した。
【００９６】
比較例２
特開２００４−３２５０８８に示される装置を用いて実施例１で測定したシート長尺体の厚さを測定した。この測定装置は、図６に示すように、シート長尺体４２の上面を舟形の反射体４４を摺動させ、舟形の反射体４４の上下動を反射体の上方に配設したレーザー光４８を用いる厚さ測定装置４６で測定することにより、シート長尺体の厚さを測定するものである。反射体の摺動面の寸法は４０ｍｍ×１２０ｍｍであった。厚さの測定は、６秒間隔で測定回数５０回行った。測定結果を表１に記載した。
【００９７】
比較例３
特願２００８−２６５３１９号に示される厚さ連続測定装置に下部車輪支持装置を取付けた改良測定装置を製造した。この改良測定装置は、図８に示すように、紙面上方から紙面下方に走行するシート長尺体６２の上面を車輪６４ａ(シート走行方向の左側)、６４ｂ(シート走行方向の右側)及び６４ｃ(不図示。添字ｃが付された部材は、構造、機能とも添字ａ、ｂが付された部材と基本的に同じであり、以下、添字ｃが付された部材については説明を省略)、下面を車輪６６ａ(シート走行方向の左側)及び６６ｂ(シート走行方向の右側)を摺動させ、車輪６４ａ及び６４ｂの上下動を車輪６４ａ及び６４ｂの上方それぞれに配設したレーザー光７２ａ及び７２ｂを用いてレーザー投射面７０ａ(シート走行方向の左側)及び７０ｂ(シート走行方向の右側)とレーザー反射体６８ａ(シート走行方向の左側)及び６８ｂ(シート走行方向の右側)とで測定することにより、シート長尺体６２の厚さを測定するものである。
【００９８】
車輪６４ａ、６４ｂ、６６ａ、６６ｂは白色の合成樹脂製で、車輪の径４０ｍｍ、車輪の厚み２ｍｍで、質量は３０ｇであった。レーザー投射面７０ａとレーザー反射体６８ａとの距離、及び、レーザー投射面７０ｂとレーザー反射体６８ｂとの距離は何れもシート長尺体６２を挟み込む前の距離で３０ｍｍであった。レーザー厚さ測定器は、キーエンス社製ＣＣＤレーザー変位計(ＬＫ−Ｇ３０)を用いた。厚さ約０．３ｍｍの炭素繊維シートを０．０３ｍ／秒で搬送した。厚さの測定は、６秒間隔で測定回数５０回行った。測定結果を表１に記載した。
【００９９】
【表１】
【０１００】
表１における実施例１のデータに示すように、走行するシート長尺体の進行方向に対して上流側のユニットにおける上部及び下部球支持装置の球径を４０ｍｍ(質量３０ｇ)と、下流側上部及び下部球支持装置の球径３０ｍｍ(質量２５ｇ)よりも大きくしており、上流側の上部球が通過する時に発生する跳ね返りを、上流側の上部球の自重で抑制する効果があり、若干シートが跳ね返ったとしても、下流側の上部球の追従性が優れ、誤差を標準偏差で０．０１８ｍｍと少なくでき、更には測定時間３分と測定速度を大幅に向上できた。
【０１０１】
表１における実施例２のデータに示すように、走行するシート長尺体の進行方向に対して上流側のユニットにおける厚さ連続測定装装置６ｊの球径を３０ｍｍ(質量２５ｇ)と、下流側６ｋの球径４０ｍｍ(質量３０ｇ)よりも小さくすることで、上流側の上部球が通過する時に発生する跳ね返りを、最小限に抑制でき、若干シートが跳ね返ったとしても、下流側の上部球の自重により、シートの跳ね返りを、効率よく抑制でき、厚さの測定誤差を標準偏差で０．００９ｍｍと大幅に小さくできた。
【０１０２】
なお、この厚さ連続測定装置の厚さ出力部に、ユニット間の厚さの差異が１０％以上の場合は、異常値として検出できる機構を付与し、厚さ計算時に補正できるようにした。このため、比較例でこれまで検出していた、炭素繊維シートの剛直性から発生するシートの跳ね返りなどで生ずる誤差を検出し、異常値として処理することができるようになった。
【０１０３】
また、比較例に示す従来技術では、シートと接触している面積が大きく(比較例１、２は面接触、比較例３は線接触)、検知体とシート長尺体との間に隙間ができやすく、異常値が発生しやすかった。これに対し、実施例１、２は、シートと接触している面積が、比較例と比べて非常に小さくなるため、検知体(上部及び下部球支持装置の球)とシート長尺体との間の隙間が発生しにくく、結果として、各点の厚さを正確に測定できた。具体的には、実施例１、２は、二つの球による点接触であるため、シート長尺体の凹凸の影響、特にシート長尺体の幅方向の凹凸の影響を受けにくい。そのため、異常値と思われるバラツキが少なくなり、結果として標準偏差が小さくなった。
【０１０４】
表１における比較例２のデータに示すように、シート上面を平板で摺動する特開２００４−３２５０８８号の場合は、平板に有限の長さがあるので、図７に示すようにシート長尺体５２と平板５４ａ、５４ｂとの間に隙間Ａができ、その結果、正確にシート長尺体の表面をなぞることができず、正確な厚さを測定できなかった。更に、シート長尺体５２の凹凸に応じて平板５４ａ、５４ｂの傾斜が変動するので、レーザー光５８ａ、５８ｂの反射方向が変動し、標準偏差０．０７２ｍｍと、正確な厚さの測定ができなかった。
【０１０５】
この欠点を補うことを目的とする特願２００８−２６５３１９号の改良測定装置の場合は、比較例３に示すように、走行するシート長尺体の上面を車輪にてなぞらせ、それを上下動に変換する装置であり、シート長尺体の長さ方向については、その長さ方向の凹凸に応じて、各点の厚さをかなり正確に測定できるものである。
【０１０６】
しかし、図８に示すように、シート長尺体６２が進行方向に対して、若干蛇行する現象(目曲がり)で発生する幅方向のうねり等があるような場合は、車輪６４ｂのように、車輪６４ｂがなぞるシート長尺体６２の上面が水平面の場合ばかりでなく、車輪６４ａのように、車輪６４ａがなぞるシート長尺体６２の上面が斜面の場合もかなり多い。
【０１０７】
そのため、車輪６４ａ及び６６ａとシート長尺体６２の間の若干の隙間によって発生する幅方向に対する高低差Ｂを生じ、実施例１、２に比べると、異常値を検出しやすく、結果として、標準偏差０．０２８ｍｍと、厚みのバラツキが大きくなりやすく、正確さの点で、実施例１、２に劣るものであった。
【符号の説明】
【０１０８】
２、４２、５２、６２ 長尺シート
３ｊａ、３ｊｂ、８３ｊａ、８３ｊｂ 上流側測定装置固定部材における両側の柱
３ｋａ、３ｋｂ、８３ｋａ、８３ｋｂ 下流側測定装置固定部材における両側の柱
４、８４ 測定装置固定部材
４ｊ、８４ｊ 上流側
４ｋ、８４ｋ 下流側
５、８５ 測定装置固定部材の上端側に架け渡された支持部材
５ｊ、８５ｊ 上流側
５ｋ、８５ｋ 下流側
６、８６ 上部球支持装置
６ｊ、８６ｊ 上流側
６ｋ、８６ｋ 下流側
７ｊ 上流側連続厚さ測定器
７ｋ 下流側連続厚さ測定器
８、８８ 下部球支持装置
８ｊ、８８ｊ 上流側
８ｋ、８８ｋ 下流側
９ 演算部
１０ 装置基体
１２ レーザー厚さ測定器取付け部材
１４ レーザー厚さ測定器
１５、１５ａ、１５ｂ、５６ａ、５６ｂ、７０ａ、７０ｂ レーザー投射面
１６、１６ａ、１６ｂ、６８ａ、６８ｂ レーザー反射体
１８ 可動部材取付け腕
１８ａ 一端側
１８ｂ 他端側
２０ 可動部材
２２、２８ 球支持部
２４、３０ 球支持椀
２４ａ、３０ａ 球支持椀の凹部
２６、２６ａ、２６ｂ 上部球
３２、３２ａ、３２ｂ 下部球
３４、３６ ボールベアリング
３８ａ、３８ｂ、４８、５８ａ、５８ｂ、７２ａ、７２ｂ レーザー光
４４、５４ａ、５４ｂ 平板
４６ レーザー厚さ測定装置
６４ａ、６４ｂ、６６ａ、６６ｂ 車輪
８２ ストランド
Ａ 長尺シートと平板との隙間
Ｂ 高低差
Ｘ 矢印
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート長尺体の厚さ連続測定器、厚さ連続測定装置及び厚さ連続測定方法に関する。特に、本測定器、測定装置及び測定方法は、厚さが１ｍｍ以下の炭素繊維シートの厚さの連続測定に適する。
【背景技術】
【０００２】
従来のシート長尺体の厚さの測定は、ダイヤルシックネスゲージ等の機械的な厚さ測定器を用いる用手法により、行っている(非特許文献１)。
【０００３】
機械的な厚さ測定器を用いるシート厚さ測定は、信頼性、耐久性の面で優れている。しかし、連続的に測定できないため、測定に手間が掛かり、検査効率が悪くなる。
【０００４】
機械的な厚さ測定器を用いない厚さの測定方法として、レーザー測定法がある(特許文献１)。このレーザー測定法による厚さの測定は比較的簡便な方法であるため、各方面で応用されている。
【０００５】
しかし、このレーザー測定法は、炭素繊維シートのように黒色若しくは濃色のシートである場合、レーザー光の反射効率が悪くなり、厚さ測定が困難になる。また、表面の凹凸があるシートの場合、レーザー光が乱反射し、計測が困難になる。
【０００６】
比較的厚い炭素繊維フェルトの厚さを測定する場合は、図６に示すようにフェルト４２上面に沿って平板４４を摺動させ、平板の上下動をレーザー厚さ測定装置４６の放射するレーザー光４８で測定する厚み測定装置が提案されている(特許文献２)。しかし、炭素繊維シートのような１ｍｍ程度の薄いシート厚さを連続的に測定する場合に前記平板を用いる測定装置を使用すると、図７に示すように平板５４ａ、５４ｂの動きがシート５２の上面に存在する皺、うねりなどの影響を受け、レーザーの反射光５６ａ、５６ｂの反射方向が変動し、その結果測定精度が悪くなる。更に、シート上面を摺動する平板５４ａ、５４ｂがシート５２に擦り傷をつける問題もある。
【０００７】
比較的厚い炭素繊維フェルトの厚さを測定する場合、平板の上下動による厚さ測定ではなく、ローラーの上下動による厚さ測定も提案されている(特許文献３)。しかし、特許文献３は、下部ローラーによってフェルトを持ち上げてフェルト上面に存在する皺、うねりなどを均してから厚さを測定するものであり、柔軟なフェルトには、ある程度の測定精度は得られたものの、炭素繊維ペーパーなどの皺、うねりなどを均すことが容易ではないシートには、それ程の測定精度は得られなかった。
【０００８】
その他、光を用いる非接触式の厚み測定装置に関する特許出願もある(特許文献４)。この場合、検体装置本体以外の付帯設備が大規模になるため、かなりの設置スペースを必要とする。更に、織物などのように表面に凹凸のあるシートや、孔のあるシート、黒色のシート等を測定する場合、光を用いる非接触式の測定方法の場合は、光が乱反射するため、測定誤差が生じ易い。加えて、測定精度を維持するためのメンテナンスコストが高くなり、コスト上も不利である。
【非特許文献１】ＪＩＳ Ｌ １０８６-1983 (６．試験方法 ６．４厚さ)
【特許文献１】特開平５−２０９７２３号公報 (特許請求の範囲)
【特許文献２】特開２００４−３２５０８８号公報 (特許請求の範囲)
【特許文献３】特開平１１−１４８８１６号公報 (特許請求の範囲)
【特許文献４】特開２００１−２４５９８９号公報 (特許請求の範囲)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明者等は、厚さが１ｍｍ程度の薄いシートの厚さを連続的に測定する方法について、種々検討してきた。その結果、シートの上面に倣って上下方向に揺動する車輪と、前記揺動する車輪と連動して上下方向に揺動するレーザー反射体と、レーザー厚さ測定器とからなり、レーザー厚さ測定器とレーザー反射体との間の距離を前記レーザー厚さ測定器により連続的に測定することで、シートの厚さを連続的に測定する方法を見出し、先に出願した(特願２００８−２６５３１９)。
【００１０】
特願２００８−２６５３１９の測定方法は、特開２００４−３２５０８８の測定方法よりも、シートの上面に存在する皺、うねりなどの影響を受けにくいものであった。しかし、特願２００８−２６５３１９の測定方法を以てしても、厚さが１ｍｍ以下の薄いシートであって、且つ、シートが進行方向に対して、若干蛇行する現象(目曲がり)で幅方向にうねりなどが発生するシートについて、幅方向のうねりなどの影響を除去し、精度良く厚みを連続的に測定するまでには至らなかった。
【００１１】
そこで、厚さが１ｍｍ以下の薄いシートで、且つ、シートの幅方向に対して、若干のうねり等のある(目曲がり等のある)シート、例えば抄紙したシート、炭素繊維織物、プリプレグなどに対しても、安定した精度で厚さを連続的に測定する方法について、本発明者等は更に種々検討を重ねた。その結果、球をシート上面及び下面に配設し、シートを挟みこむように点接触でシートを保持し、シートを移動させながら厚みを連続的に測定することにより、上記問題が解決できることを知得した。この方法によれば、表面に凹凸がある薄いシートであって、且つ、目曲がり等によって、幅方向にうねり等があるシートの場合でも、精度良く、しかもシートを傷つけることなくシートの厚さを連続的に測定できる。
【００１２】
本発明は上記知見に基づき完成するに至った。従って、本発明は、厚さが１ｍｍ以下の厚みのシートで且つ、幅方向に若干のうねりや皺等がある(目曲がり等のある)場合にも厚さを正確に測定可能なシート、好ましくは抄紙した炭素繊維シート(炭素繊維ペーパー)、炭素繊維織物、炭素繊維プリプレグ等、特に炭素繊維ペーパーの厚み測定装置及びその測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成する本発明は、以下に記載のものである。
【００１４】
〔１〕 装置基体と、上下方向に揺動自在に前記基体に取付けられた回転自在の上部球と、上部球の上方に取付けられ前記上部球の上下揺動に連動して上下揺動するレーザー光反射体と、前記レーザー光反射体の上方において装置基体に固定されたレーザー厚さ測定器とからなる上部球支持装置と、前記上部球支持装置の上部球と対向して上部球の下方に回転自在に配設する下部球を有する下部球支持装置とからなる連続走行シートの厚さ連続測定器。
【００１５】
〔２〕 連続走行シートの走行方向に沿って所定間隔離れて配設する１対の〔１〕に記載の厚さ連続測定器と、前記１対の厚さ連続測定器の有する各レーザー厚さ測定器の測定データを取り込み演算処理する演算部とを有する連続走行シートの厚さ連続測定装置。
【００１６】
〔３〕 上部球の直径が、同一である〔２〕に記載の連続走行シートの厚さ連続測定装置。
【００１７】
〔４〕 連続走行シートの下流側の厚さ連続測定器の上部球の直径よりも、上流側の厚さ連続測定器の上部球の直径が大きい〔２〕に記載の連続走行シートの厚さ連続測定装置。
【００１８】
〔５〕 連続走行シートの下流側の厚さ連続測定器の上部球の直径よりも、上流側の厚さ連続測定器の上部球の直径が小さい〔２〕に記載の連続走行シートの厚さ連続測定装置。
【００１９】
〔６〕 連続走行シートの厚さが０．１〜１ｍｍである〔１〕に記載の連続走行シートの厚さ連続測定器。
【００２０】
〔７〕 〔１〕に記載の厚さ連続測定器の上部球と下部球との間に連続走行するシートを挟み、走行する前記シートの上面に倣って上下方向に前記上部球を揺動させると共に、前記揺動に連動して変化するレーザー厚さ測定器とレーザー反射体との間の距離をレーザー厚さ測定器により連続的に測定する連続走行シートの厚さ連続測定方法。
【００２１】
〔８〕 〔２〕に記載の厚さ連続測定装置における各厚さ連続測定器の上部球と下部球との間に連続走行するシートを挟み、走行する前記シートの上面に倣って上下方向に前記上部球を揺動させると共に、前記揺動に連動して変化するレーザー厚さ測定器とレーザー反射体との間の距離をレーザー厚さ測定器により連続的に測定し、１対の厚さ連続測定器から送出する測定データを演算部で演算処理して１対の測定データの平均値を算出し、その平均値を演算処理後の厚さデータとする連続走行シートの厚さ連続測定方法。
【００２２】
〔９〕 〔２〕に記載の厚さ連続測定装置における各厚さ連続測定器の上部球と下部球との間に連続走行するシートを挟み、走行する前記シートの上面に倣って上下方向に前記上部球を揺動させると共に、前記揺動に連動して変化するレーザー厚さ測定器とレーザー反射体との間の距離をレーザー厚さ測定器により連続的に測定し、１対の厚さ連続測定器から送出する測定データの差異が所定割合以上の場合、演算部で異常値として削除する演算処理をして演算処理後の厚さデータとする連続走行シートの厚さ連続測定方法。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の厚さ連続測定器は、走行するシート長尺体の上面及び下面を上部球と下部球とで挟み込みながら、シート長尺体の表面をなぞらせているので、広い面積ではなく、点の厚さが正確に測定できる。
【００２４】
また、本発明の厚さ連続測定装置は、シート長尺体の進行方向に対して所定の間隔離して２つの厚さ連続測定器を配置しているので、２つの厚さ連続測定器の測定値間の差異が大きい場合に、これを異常値として検出できる機構を付与することができる。この場合は、厚さ計算時に異常値を削除する補正ができる。その結果、従来の厚さ連続測定装置でこれまで検出していた、炭素繊維シートの剛直性から発生するシートの跳ね返りなどで生ずる誤差を、異常値として処理することができ、各点の厚さを更に正確に測定できる。
【００２５】
更に、走行するシート長尺体の進行方向に対して２つの厚さ連続測定器を配置し、上流側上部球の球径を、下流側の上部球の球径よりも大きくする場合は、上流側の上部球が通過した時に発生する跳ね返りを、上部球の自重で抑制できる。なお、若干シートが跳ね返ったとしても、下流側上部球が正確に厚さを測定でき、測定誤差を補正できるため、測定速度を大幅に向上できる。
【００２６】
また更に、走行するシート長尺体の進行方向に対して上流側上部球の球径を、下流側の上部球の球径よりも小さくする場合は、上流側上部球が通過する時に発生する跳ね返りを、最小限に抑制できる。また、若干シートが跳ね返ったとしても、下流側上部球の自重により、シートの跳ね返りを、効率よく抑制できるため、厚さの測定誤差を大幅に小さくできる。
【００２７】
本発明の厚さの連続測定器は、レーザー光反射体で反射されるレーザー光を測定するので、シート長尺体の色が黒色若しくは濃色である場合でも、シート長尺体の表面にレーザー光を乱反射させる凹凸があっても、正確に厚さの測定ができる。
【００２８】
更に、本発明の厚さ連続測定器は、上部球支持装置に配設した上部球及び下部球支持装置に配設した下部球で、シート長尺体の上面及び下面を挟み込み、各球が転がりながらシートを移動させるので、シート長尺体を破損する虞が少ない。
【００２９】
また、レーザー光反射体上面を白色に形成する場合は、レーザー光の乱反射を防止でき、測定精度を向上できる。
【００３０】
また更に、本発明は、実施形態を厚み測定装置及びその測定方法としているが、異物がシート長尺体上に付着している場合には、厚みの異常値として測定検出が可能であるので、異物検出装置としての利用も兼ねることができる。従来の装置及び方法と比べると、異常値の発生率が格段に小さいため、精度よく、異物を検出できる。
【００３１】
また更に、本発明における厚さ連続測定装置は、上部球支持装置に配設した上部球及び下部球支持装置に配設した下部球で、シート長尺体の上面及び下面を挟み込み、各球が転がりながら移動する機構を有するため、測定装置固定部材を個々の測定器に対して個別に設置できる。また、取付け位置の自由度も大きいため、個々の入射角の異なる、繊維が束ねられたストランドやストランドが束ねられたパス等の厚さ連続測定装置及び異物発見装置としても応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の厚さ連続測定装置の使用例を示す概略斜視図である。
【図２】本発明の厚さ連続測定器の一例を示す部分拡大図で、(A)は上面図、(B)は側面図である。
【図３】本発明の厚さ連続測定器の他の例を示す部分拡大側面図である。
【図４】本発明の厚さ連続測定装置の演算部を含む構成を示す説明図である。
【図５】本発明の厚さ連続測定器における上部球支持装置及び下部球支持装置とシート長尺体との係合状態を示す、シート走行の上流側から観察した説明図である。
【図６】従来の厚さ測定装置の構成を示す説明図である。
【図７】比較例２の平板とシート長尺体との係合状態を示す説明図である。
【図８】比較例３の車輪とシート長尺体との係合状態を示す説明図である。
【図９】ストランドで形成された長尺シートに対して、本発明の厚さ連続測定装置を適用した場合の概略構成を示す説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の厚さ連続測定装置の一例について図面を参照して詳細に説明する。
【００３４】
図１は、本発明の厚さ連続測定装置の一例を示す概略斜視図である。
【００３５】
図１中、２は厚さ０．１ｍｍ〜１ｍｍの長尺シートで、矢印Ｘの方向に所定速度で搬送されている。前記シート２の上方には、シート２を跨いで、２つのゲート状の測定装置固定部材(上流側４ｊ、下流側４ｋ)が、所定の距離(本例に於いては３０ｃｍ、好ましくは２０〜４０ｃｍ)離れて設けられている。測定装置固定部材(上流側４ｊ、下流側４ｋ)における両側の柱(上流側３ｊａ、３ｊｂ、下流側３ｋａ、３ｋｂ)の上端側には支持部材(上流側５ｊ、下流側５ｋ)が架け渡され、支持部材(上流側５ｊ、下流側５ｋ)の下端側には、所定数(本例に於いては、測定装置固定部材１つにつき各３箇)の上部球支持装置(上流側６ｊ、下流側６ｋ)が取付けられている。
【００３６】
長尺シート２の下方には、６箇の上部球支持装置(上流側６ｊ、下流側６ｋ)の下方に、それぞれ、下部球支持装置(上流側８ｊ、下流側８ｋ)が配設されている。長尺シート２は、前記上部球支持装置と下部球支持装置とに挟まれている。
【００３７】
図２は、厚さ連続測定器の部分拡大図の一例を示す。６箇の上部球支持装置及び６箇の下部球支持装置は何れも、後述する球の直径、質量等を除けば実質的に同一の構造をしているので、図２においては、６箇の上部球支持装置、下部球支持装置のうち任意の上部球支持装置、下部球支持装置について説明する。上部球支持装置及び下部球支持装置を符号を付けて表示する場合は、添字の符号ｊ、ｋを省略して、上部球支持装置６及び下部球支持装置８と表示する。同様に、上部球支持装置６及び下部球支持装置８を構成する各部材、並びに、測定装置固定部材４の符号についても、添字の符号ｊ、ｋを省略して表示する。
【００３８】
図２(Ｂ)中、ゲート状の測定装置固定部材における支持部材５の下端側には、平板状の装置基体１０が取付けられている。
【００３９】
装置基体１０の上端側には、水平方向に突出してレーザー厚さ測定器取付け部材１２が取付けられ、先端側には、レーザー厚さ測定器１４が取付けられている。このレーザー厚さ測定器１４のレーザー投射面１５から、レーザー光がほぼ垂直方向に投射され、後述するレーザー光反射体１６を照射するように取付けられている。
【００４０】
前記レーザー厚さ測定器取付け部材１２よりも下方において、装置基体１０には、Ｚ字状の可動部材取付け腕１８が、その一端側１８ａで固定され、その他端側１８ｂは下方に向けて垂下されている。
【００４１】
２０は可動部材で、前記可動部材取付け腕１８の他端側１８ｂに上下方向に摺動自在に取付けられている。
【００４２】
前記可動部材２０の上部側は水平方向に突出された上部球支持部２２が形成されており、この上部球支持部２２の上面にはレーザー反射体１６が、レーザー投射面１５と平行、かつ互いに対向して形成されている。
【００４３】
レーザー反射体１６及び後述する上部球２６は、白色に形成されていることが好ましい。後述する下部球３２は白色でなくとも良いが、より好ましくは白色がよい。
【００４４】
これらの白度はＪＩＳ Ｚ ８７２９に規定するＬ＊ａ＊ｂ＊表色系でＬ＊＝６０以上の白色系が好ましい。
【００４５】
前記上部球支持部２２の下面には、上部球支持椀２４が取付けられている。この上部球支持椀２４の下部は、上部球２６の１／２以上を覆うように部分球状の凹部２４ａが、開口部を下方に向けて形成され、この凹部２４ａには、上部球２６が、全周方向に沿って回転自在に取付けられている。なお、上部球支持椀２４が上部球２６を覆う凹部２４ａが、上部球２６の１／２より小さい場合、上部球を安定的に固定できず、上部球が上部球支持椀から外れやすくなるため、上部球支持椀２４が上部球２６を覆う凹部２４ａが、上部球２６の１／２以上を覆うように形成することが好ましい。図２は、その例を示している。
【００４６】
なお、図２(Ａ)において、前記上部球支持部２２の幅α及び上部球支持椀２４の直径βの関係は、α＞β、α＝β、α＜βのいずれでも構わない。図２の例は、α＜βのものを示す。
【００４７】
シート長尺体２の下方には、下部球支持装置８が設けられれている。互いに対向する下部球支持装置８の下部球３２と、上部球支持装置６の上部球２６とは１対になり、上部球２６が重力の作用を利用して下方向にシート長尺体２を挟むように設けられれている。この下部球支持装置８の上部には、下部球支持部２８が形成されている。この下部球支持部２８の上面には、下部球支持椀３０が取付けられている。この下部球支持椀３０の上部は、下部球３２の１／２以上を覆うように凹部３０ａが、その開口部を下方に向けて形成され、この凹部３０ａには、球３２が、全周方向に沿って回転自在に収納されている。
【００４８】
即ち、シート長尺体２の下方の球支持椀３０の凹部３０ａは、下部球３２の１／２以上を覆うように形成することが好ましい。下部球支持椀３０が球３２を覆う凹部３０ａが、下部球３２の１／２より小さい場合は、下部球が下部球支持椀から外れやすくなる。
【００４９】
上部球２６と上部球支持椀２４の凹部２４ａとの隙間には、摩擦低減用にボールベアリング３４を配設し、上部球が円滑に回転できるようにすることが好ましい。同様に、下部球支持装置８における下部球３２と下部球支持椀３０の凹部３０ａとの隙間にも、摩擦低減用にボールベアリング３６を配設し、下部球が円滑に回転できるようにすることが好ましい。
【００５０】
なお、下部球支持椀３０は、上部球支持椀２４の下方に固定する必要がある。固定方法としては、前述のゲート状の測定装置固定部材４に固定することが好ましい。具体的には、図３のように、シート長尺体２の下方において、測定装置固定部材４の両側柱間に支持部材３８を架け渡し、この支持部材３８に下部球支持部４０を固定しても良い。
【００５１】
また、図２のように、測定装置固定部材４とは別の土台部から、上部球２６と対向して上部球２６の下方に下部球３２が来るように下部球支持部２８及び下部球支持椀３０を配設して固定しても良い。
【００５２】
以上の構成からなる本発明の厚さの連続測定器は、図５に示すように、紙面上方から紙面下方に走行するシート長尺体２の上面及び下面をそれぞれ上部球[２６ａ(シート走行方向の左側)、２６ｂ(シート走行方向の右側)]及び下部球[３２ａ(シート走行方向の左側)、３２ｂ(シート走行方向の右側)]に接触させてシート長尺体２を挟み込みながら、シート長尺体２の表面をなぞらせ、上部球２６ａ、２６ｂの上下動を起こさせている。
【００５３】
上部球２６ａ及び２６ｂの上方それぞれに配設したレーザー厚さ測定器のレーザー光３８ａ及び３８ｂを用いて、レーザー投射面１５ａ及び１５ｂと、前記上部球２６ａ及び２６ｂの上下動に連動して上下動するレーザー反射体１６ａ及び１６ｂとの距離を測定することにより、シート長尺体２の厚さが測定される。
【００５４】
特開２００４−３２５０８８の厚さの連続測定装置の場合は、図７に示すように、シートと接触している面積が大きいので、シート長尺体５２と平板５４ａ、５４ｂとの間に隙間Ａができやすく、異常値が発生しやすいものである。また更に、シート長尺体の凹凸に応じて平板の傾斜が変動するので、レーザー光５８ａ、５８ｂの反射方向が変動し、正確な厚さの測定ができがたい。
【００５５】
これに対し、本発明では、図５に示すように、走行するシート長尺体２の上面及び下面をそれぞれ上部球(２６ａ、２６ｂ)及び下部球(３２ａ、３２ｂ)に接触させてシート長尺体２を挟み込みながら、シート長尺体２の表面をなぞらせ、上部球２６ａ、２６ｂの上下動を測定値に変換しているので、シートと接触している面積は特開２００４−３２５０８８と比べて、非常に小さい。
【００５６】
更に具体的には、シート長尺体２がシート走行方向に対して、若干蛇行する現象(目曲がり)で発生する幅方向のうねり等があるような場合は、上部球２６ｂのように、上部球２６ｂがなぞるシート長尺体６２の上面が水平面の場合ばかりでなく、上部球２６ａのように、上部球２６ａがなぞるシート長尺体２の上面が斜面の場合もかなり多い。
【００５７】
しかし、上部球２６ａ、２６ｂがなぞるシート長尺体２の上面が、水平面、斜面の如何に拘らず、検知体[上部球(２６ａ、２６ｂ)及び下部球(３２ａ、３２ｂ)]とシート長尺体２との間の隙間が発生しにくく、結果として、各点の厚さを正確に測定できる。即ち、本発明によれば、検知体とシート長尺体との接触は、二つの球による点接触であるため、シート長尺体の凹凸の影響、特にシート長尺体の幅方向の凹凸の影響を受けにくい。そのため、異常値と思われるバラツキが少なくなり、結果として標準偏差が小さくなる。
【００５８】
特願２００８−２６５３１９の測定方法は、特開２００４−３２５０８８の測定方法よりも、シートの上面に存在する皺、うねりなどの影響を受けにくいものである。しかし、特願２００８−２６５３１９の測定方法を以てしても、シートが進行方向に対して、若干蛇行する現象(目曲がり)で発生する幅方向のうねりなどの影響を除去し、精度良く厚みを連続的に測定するまでには至らない。
【００５９】
これに対し、本発明の厚さ連続測定器によれば、厚さが１ｍｍ程度の薄いシートで、且つ、シートの幅方向に対して、若干のうねりや皺等のある(目曲がり等のある)シート長尺体などに対しても、安定した精度で厚さを連続的に測定することができる。即ち、上部球及び下部球をシート上面及び下面に配設し、シートを挟みこむように点接触で保持し、シートを移動させながら厚みを連続的に測定することができる。この方法によれば、表面に凹凸がある薄いシートで且つ、目曲がり等によって、幅方向にうねりや皺等がある場合でも精度良く、しかもシートを傷つけることなくシートの厚さを連続的に測定できる。
【００６０】
本発明の連続走行シートの厚さ連続測定装置は、図４に示すように、連続走行シート２の走行方向Ｘに沿って所定間隔離れて配設する１対の上記厚さ連続測定器(上流側７ｊ、下流側７ｋ)と、この１対の厚さ連続測定器(上流側７ｊ、下流側７ｋ)におけるレーザー厚さ測定器から送出する測定データを演算処理する演算部９とを有する。ここで用いる厚さ連続測定器は、上記測定器である。
【００６１】
本発明の連続走行シートの厚さ連続測定方法は、上記厚さ連続測定装置の上流側及び下流側で対をなす厚さ連続測定器(上流側７ｊ、下流側７ｋ)それぞれにおいて、上部球と下部球との間に連続走行するシート２を挟み、走行する前記シートの上面に倣って上下方向に前記上部球を揺動させると共に、前記揺動に連動して変化するレーザー厚さ測定器とレーザー反射体との間の距離をレーザー厚さ測定器により連続的に又は間歇的に測定し、１対の厚さ連続測定器(上流側７ｊ、下流側７ｋ)それぞれから送出する測定データを演算部９で演算処理して不図示の表示部に表示する方法である。
【００６２】
演算内容としては、１対の厚さ連続測定器におけるそれぞれの測定データの平均値を算出し、その平均値を演算処理後の補正厚さデータとして出力するものがある。
【００６３】
以下、この方法を更に詳述する。
【００６４】
前述の図１に示す本発明の一例の厚さ連続測定装置では、測定装置固定部材１つにつき３つの上部球支持装置、下部球支持装置を取付けている。ここで、３つの上部球支持装置、下部球支持装置を取付けた１つの測定装置固定部材を１ユニットとすると、図１に示す厚さ連続測定装置は、前記ユニットをシート長尺体２の進行方向に対して２ユニット取り付けた厚さ連続測定装置となる。
【００６５】
ユニット間の距離は、シートの材質により任意に調整できる。この２ユニットにおけるそれぞれの測定装置間で測定した厚みの差異を、うねり又は皺として演算装置等を取付けた演算部で補正し、補正後の厚みが出力される。演算部での補正は、上述のように、２ユニット間で対をなす厚さ連続測定器それぞれから送出する測定データを演算部で演算処理して１対の測定データの平均値を算出し、その平均値を演算処理後の補正厚さデータとすることによって行われる。
【００６６】
炭素繊維シートの場合、弾性率が高いため、他の繊維に比べ、剛軟度が高く、剛直性がある。この炭素繊維シートに、うねりや皺がある場合、上部球が通過した時に、跳ね返りやすく、これが誤差の原因になる。
【００６７】
対策として、上部球の質量を増加させ、跳ね返りを防止する方法を試みても、シートが沈み込んでしまい、やはり誤差の原因になる。
【００６８】
これに対し、上述の、連続走行シートの走行方向に沿って所定間隔離れて配設する１対の厚さ連続測定器と、前記厚さ連続測定器のレーザー厚さ測定器の測定データを演算処理する演算部とを有する連続走行シートの厚さ連続測定装置を用い、１対の上部球を定点通過させ、この定点における測定値を補正することによって、うねり又は皺による誤差を小さく出来る。
【００６９】
また、他の演算内容としては、１対の厚さ連続測定器間で検出する測定値の差異が所定割合(例えば１０％)以上の場合は、異常値として削除することにより、厚さ計算時に異常値を削除する補正をできるようにしても良い。この場合、従来の厚さ連続測定装置でこれまで検出していた、炭素繊維シートの剛直性から発生するシートの跳ね返りなどで生ずる誤差を、本発明の厚さ連続測定装置が検出したとしても、この検出誤差は異常値として処理することができるので、シート厚さの測定誤差を更に少なくできる。
【００７０】
なお、３ユニット以上を有する厚さ連続測定装置において、３つ以上の上部球を定点通過させ、この定点における３つ以上の測定値についての平均値を算出し、その平均値を演算処理後の補正厚さデータとすることによって、うねり又は皺による誤差を更に小さく出来る。また、ユニットの数を更に多くすることによって、うねり又は皺による誤差を限りなく小さく出来る。
【００７１】
図１に示す厚さ連続測定装置において、ユニット間の上部球支持装置に配設した球の直径(球径)は、連続走行シートの進行方向に対して上流側と下流側とで同一であっても良いし、上流側の球径が下流側の球径よりも大きいものであっても良いし、上流側の球径が下流側の球径よりも小さいものであっても良いものである。
【００７２】
上流側の球径が下流側の球径よりも大きいものである場合、上流側の上部球は球径が大きいのに伴って重いので、通過した時に発生するシートの跳ね返りを、上流側の上部球の自重で抑制する効果がある。このシート跳ね返り抑制効果は、測定速度を大幅に上げた場合にも有効である。なお、上流側の上部球が通過した時に若干シートが跳ね返ったとしても、下流側の上部球は球径が小さいのに伴って軽いので、上流側の上部球の上下動に対する追従性が優れている。そのため、上流側の球径が下流側の球径よりも大きいものである場合、シート厚さの測定誤差を少なくできる。
【００７３】
その結果、本発明は、特開２００４−３２５０８８、特願２００８−２６５３１９による測定よりも、測定速度を大幅に上げること、具体的にはシートの搬送速度を大幅に上げることができるため、所定の長さのシートについて厚さの測定を行う場合、測定時間の短縮が可能となる。
【００７４】
上述のように、上流側の上部球の球径は、下流側の上部球の球径よりも小さくしても良い。この場合、上流側の上部球が通過した時に若干シートが跳ね返ったとしても、下流側の上部球は球径が大きいのに伴って重いので、シートの跳ね返りを効率的に押さえることができる。そのため、上流側の球径が下流側の球径よりも大きいものである場合、シート厚さの測定誤差を少なくでき、シート厚さの測定精度を上げることができる。
【００７５】
上部球について、球径は２０〜５０ｍｍ(質量は１０〜４０ｇ)が好ましく、より好ましくは球径は２５〜４５ｍｍ(質量は２０〜３５ｇ)の範囲である。
【００７６】
球径が２０ｍｍ未満(質量が１０ｇ未満)の場合は、軽すぎてシートの跳ね返りを吸収できず、厚みの測定誤差が大きくなる。一方、球径が５０ｍｍを超える(質量が４０ｇを超える)場合は、重すぎて、シートを押さえつけてしまうため、シートに測定後のスジのような跡ができてしまう。また、上部球が大きくなりすぎてしまい、測定装置が大型になってしまう。
【００７７】
下部球について、球径、質量は特に限定されるものではないが、その下部球と対をなす上部球と同じ球径、質量にすることが、正確な厚さ測定のためには好ましいものである。
【００７８】
レーザー厚さ測定器１４は市販の測定装置を利用できる。
【００７９】
上記厚さの連続測定器６を用いて、シート長尺体２の厚さの連続測定を行う本発明の方法の一例を、図２を用いて以下説明する。
【００８０】
本発明で測定されるシート長尺体の厚さは、特に制限がない。しかし、破損しやすい１ｍｍ以下の厚みのシート長尺体の厚さの測定に特に適している。特に、０．８〜０．１ｍｍの厚さのシート長尺体の測定に適しており、特に、シートが進行方向に対して、若干蛇行する現象(目曲がり)で発生する幅方向のうねりがあるようなシート長尺体の厚さ測定に適している。
【００８１】
先ず、シート長尺体２が上部球２６と下部球３２との間に挿入されていない状態の時のレーザー厚さ測定器１４の値を読み取り、この値を基準値とする。次に、図２に示されるように、ベルトコンベヤ等の運搬手段(不図示)により搬送されるシート長尺体２は、上部球支持装置６の上部球２６と、下部球支持装置８の下部球３２との間に挿入される。上部球２６は、シート長尺体２の移動に対応してシート長尺体２の上面の形状に倣って微少に上下しながら回転する。この際、可動部材取付け腕１８と、上部球支持部２２とは、摺動自在に取付けられているので、上部球は自由に上下できる。
【００８２】
上部球２６の上下運動はレーザー反射体１６の上下動になる。レーザー厚さ測定器１４はこの上下動を読取り、この値を測定値とする。前記基準値から測定値を減算し、この値をシート長尺体２の厚さとする。なお、厚さの連続測定器６に演算部を設けることもできる。この場合は、演算部に測定値を送出して、ここでシート厚さを演算し、不図示の表示部に表示する。この時、より好ましくは、上部球２６の下方に配設される、下部球３２の下部球支持部２８及び／又は下部球支持椀３０に、幅方向のうねり等による微振動を吸収できるように、スプリング等による緩衝機構を持たせ、この下部球支持部２８及び／又は下部球支持椀３０が上下動を検出装置で検出し、この検出値を、厚み算出時に相殺できるように演算部に送出して、表示部に表示させてやると、更に精度よく、連続的に厚み測定ができる。
【００８３】
なお、本発明における厚さ連続測定装置は、前述したように、図９に示すような個々の入射角の異なる、繊維が束ねられたストランドで形成された長尺シート等の厚さ連続測定装置及び異物発見装置にも応用できる。
【００８４】
図９中、８２は繊維が束ねられたストランドで、矢印Ｘの方向に所定速度で長尺シートを形成して搬送されている。前記ストランド８２の上方には、ストランド８２を跨いで、２つのゲート状の測定装置固定部材(上流側８４ｊ、下流側８４ｋ)が設けられている。
【００８５】
測定装置固定部材(上流側８４ｊ、下流側８４ｋ)における両側の柱(上流側８３ｊａ、８３ｊｂ、下流側８３ｋａ、８３ｋｂ)の上端側には支持部材(上流側８５ｊ、下流側８５ｋ)が架け渡され、支持部材(上流側８５ｊ、下流側８５ｋ)の下端側には、所定数(本例に於いては、測定装置固定部材１つにつき各３箇)の上部球支持装置(上流側８６ｊ、下流側８６ｋ)が取付けられている。
【００８６】
長尺シート２の下方には、６箇の上部球支持装置(上流側６ｊ、下流側６ｋ)の下方に、それぞれ、下部球支持装置(上流側８ｊ、下流側８ｋ)が配設されている。長尺シート２は、前記上部球支持装置と下部球支持装置とに挟まれている。
【００８７】
ストランド８２の下方には、６箇の上部球支持装置(上流側８６ｊ、下流側８６ｋ)の下方に、それぞれ、下部球支持装置(上流側８８ｊ、下流側８８ｋ)がストランド８２を挟んで設けられている。
【実施例】
【００８８】
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。
【００８９】
実施例１
図１及び２に示す厚さ連続測定装置を製造し、炭素繊維シート[弾性率２３５ＧＰａ(２４ｔｆ／ｍｍ2)、目付：１５０ｍ2／ｇの繊維長６ｍｍの炭素繊維を一般的な方法で抄紙をしたシート長尺体]の厚さを測定した。上部及び下部球支持装置の球は、白色の合成樹脂製で、上流側ユニットが球径４０ｍｍ、下流側ユニットが球径３０ｍｍ、質量は、上流側ユニットの球が３０ｇ、下流側ユニットの球が２５ｇであった。
【００９０】
レーザー投射面１５とレーザー反射体１６との距離は３０ｍｍであった。レーザー厚さ測定器１４は、キーエンス社製ＣＣＤレーザー変位計(ＬＫ−Ｇ３０)を用いた。また、図１に示すように、３つの上部球支持装置-下部球支持装置を取付けた１つの測定装置固定部材を１ユニットとし、このユニットをシート長尺体２の進行方向に対して上流側ユニット、下流側ユニットとして２ユニット取り付けて厚さ連続測定装置を構成した。ユニット間の距離は３０ｃｍとした。
【００９１】
厚さ連続測定装置の厚さ出力部に、ユニット間の厚さの差異が１０％以上の場合は、異常値として検出できる機構を付与し、厚さ計算時に補正できるようにした。
【００９２】
なお、上部球支持装置６における球２６と球支持椀２４の凹部２４ａとの隙間には、摩擦低減用にボールベアリング３４を配設し、球が潤滑に回転できるようにした。同様に、下部球支持装置８における球３２と球支持椀３０の凹部３０ａとの隙間にも、摩擦低減用にボールベアリング３６を配設し、球が潤滑に回転できるようにした。
【００９３】
以上の装置を用いて、厚さ約０．３ｍｍの炭素繊維シートを０．０５ｍ／秒で搬送した。厚さの測定は、６秒間隔で測定回数３０回行った。測定結果を表１に記載した。
【００９４】
実施例２
厚さ連続測定装置に用いた白色の合成樹脂製の球について、上流側ユニットを球径３０ｍｍ、質量２５ｇ、下流側ユニットを球径４０ｍｍ、質量３０ｇとし、炭素繊維シートの搬送速度を０．０３ｍ／秒とし、厚さの測定を６秒間隔で測定回数５０回行った以外は、実施例１と同様に、実施例１で測定したシート長尺体の厚さを測定した。
【００９５】
比較例１
機械的厚さ測定装置(ミツトヨダイヤルシックネスゲージＮｏ．２０５０Ｆ)を用いて、ＪＩＳ Ｌ １０８６−１９８３に基づいた用手法で、０．３ｍ間隔で、実施例１で測定したシート長尺体の厚さを５０回測定した。結果を表１に示した。
【００９６】
比較例２
特開２００４−３２５０８８に示される装置を用いて実施例１で測定したシート長尺体の厚さを測定した。この測定装置は、図６に示すように、シート長尺体４２の上面を舟形の反射体４４を摺動させ、舟形の反射体４４の上下動を反射体の上方に配設したレーザー光４８を用いる厚さ測定装置４６で測定することにより、シート長尺体の厚さを測定するものである。反射体の摺動面の寸法は４０ｍｍ×１２０ｍｍであった。厚さの測定は、６秒間隔で測定回数５０回行った。測定結果を表１に記載した。
【００９７】
比較例３
特願２００８−２６５３１９号に示される厚さ連続測定装置に下部車輪支持装置を取付けた改良測定装置を製造した。この改良測定装置は、図８に示すように、紙面上方から紙面下方に走行するシート長尺体６２の上面を車輪６４ａ(シート走行方向の左側)、６４ｂ(シート走行方向の右側)及び６４ｃ(不図示。添字ｃが付された部材は、構造、機能とも添字ａ、ｂが付された部材と基本的に同じであり、以下、添字ｃが付された部材については説明を省略)、下面を車輪６６ａ(シート走行方向の左側)及び６６ｂ(シート走行方向の右側)を摺動させ、車輪６４ａ及び６４ｂの上下動を車輪６４ａ及び６４ｂの上方それぞれに配設したレーザー光７２ａ及び７２ｂを用いてレーザー投射面７０ａ(シート走行方向の左側)及び７０ｂ(シート走行方向の右側)とレーザー反射体６８ａ(シート走行方向の左側)及び６８ｂ(シート走行方向の右側)とで測定することにより、シート長尺体６２の厚さを測定するものである。
【００９８】
車輪６４ａ、６４ｂ、６６ａ、６６ｂは白色の合成樹脂製で、車輪の径４０ｍｍ、車輪の厚み２ｍｍで、質量は３０ｇであった。レーザー投射面７０ａとレーザー反射体６８ａとの距離、及び、レーザー投射面７０ｂとレーザー反射体６８ｂとの距離は何れもシート長尺体６２を挟み込む前の距離で３０ｍｍであった。レーザー厚さ測定器は、キーエンス社製ＣＣＤレーザー変位計(ＬＫ−Ｇ３０)を用いた。厚さ約０．３ｍｍの炭素繊維シートを０．０３ｍ／秒で搬送した。厚さの測定は、６秒間隔で測定回数５０回行った。測定結果を表１に記載した。
【００９９】
【表１】
【０１００】
表１における実施例１のデータに示すように、走行するシート長尺体の進行方向に対して上流側のユニットにおける上部及び下部球支持装置の球径を４０ｍｍ(質量３０ｇ)と、下流側上部及び下部球支持装置の球径３０ｍｍ(質量２５ｇ)よりも大きくしており、上流側の上部球が通過する時に発生する跳ね返りを、上流側の上部球の自重で抑制する効果があり、若干シートが跳ね返ったとしても、下流側の上部球の追従性が優れ、誤差を標準偏差で０．０１８ｍｍと少なくでき、更には測定時間３分と測定速度を大幅に向上できた。
【０１０１】
表１における実施例２のデータに示すように、走行するシート長尺体の進行方向に対して上流側のユニットにおける厚さ連続測定装装置６ｊの球径を３０ｍｍ(質量２５ｇ)と、下流側６ｋの球径４０ｍｍ(質量３０ｇ)よりも小さくすることで、上流側の上部球が通過する時に発生する跳ね返りを、最小限に抑制でき、若干シートが跳ね返ったとしても、下流側の上部球の自重により、シートの跳ね返りを、効率よく抑制でき、厚さの測定誤差を標準偏差で０．００９ｍｍと大幅に小さくできた。
【０１０２】
なお、この厚さ連続測定装置の厚さ出力部に、ユニット間の厚さの差異が１０％以上の場合は、異常値として検出できる機構を付与し、厚さ計算時に補正できるようにした。このため、比較例でこれまで検出していた、炭素繊維シートの剛直性から発生するシートの跳ね返りなどで生ずる誤差を検出し、異常値として処理することができるようになった。
【０１０３】
また、比較例に示す従来技術では、シートと接触している面積が大きく(比較例１、２は面接触、比較例３は線接触)、検知体とシート長尺体との間に隙間ができやすく、異常値が発生しやすかった。これに対し、実施例１、２は、シートと接触している面積が、比較例と比べて非常に小さくなるため、検知体(上部及び下部球支持装置の球)とシート長尺体との間の隙間が発生しにくく、結果として、各点の厚さを正確に測定できた。具体的には、実施例１、２は、二つの球による点接触であるため、シート長尺体の凹凸の影響、特にシート長尺体の幅方向の凹凸の影響を受けにくい。そのため、異常値と思われるバラツキが少なくなり、結果として標準偏差が小さくなった。
【０１０４】
表１における比較例２のデータに示すように、シート上面を平板で摺動する特開２００４−３２５０８８号の場合は、平板に有限の長さがあるので、図７に示すようにシート長尺体５２と平板５４ａ、５４ｂとの間に隙間Ａができ、その結果、正確にシート長尺体の表面をなぞることができず、正確な厚さを測定できなかった。更に、シート長尺体５２の凹凸に応じて平板５４ａ、５４ｂの傾斜が変動するので、レーザー光５８ａ、５８ｂの反射方向が変動し、標準偏差０．０７２ｍｍと、正確な厚さの測定ができなかった。
【０１０５】
この欠点を補うことを目的とする特願２００８−２６５３１９号の改良測定装置の場合は、比較例３に示すように、走行するシート長尺体の上面を車輪にてなぞらせ、それを上下動に変換する装置であり、シート長尺体の長さ方向については、その長さ方向の凹凸に応じて、各点の厚さをかなり正確に測定できるものである。
【０１０６】
しかし、図８に示すように、シート長尺体６２が進行方向に対して、若干蛇行する現象(目曲がり)で発生する幅方向のうねり等があるような場合は、車輪６４ｂのように、車輪６４ｂがなぞるシート長尺体６２の上面が水平面の場合ばかりでなく、車輪６４ａのように、車輪６４ａがなぞるシート長尺体６２の上面が斜面の場合もかなり多い。
【０１０７】
そのため、車輪６４ａ及び６６ａとシート長尺体６２の間の若干の隙間によって発生する幅方向に対する高低差Ｂを生じ、実施例１、２に比べると、異常値を検出しやすく、結果として、標準偏差０．０２８ｍｍと、厚みのバラツキが大きくなりやすく、正確さの点で、実施例１、２に劣るものであった。
【符号の説明】
【０１０８】
２、４２、５２、６２ 長尺シート
３ｊａ、３ｊｂ、８３ｊａ、８３ｊｂ 上流側測定装置固定部材における両側の柱
３ｋａ、３ｋｂ、８３ｋａ、８３ｋｂ 下流側測定装置固定部材における両側の柱
４、８４ 測定装置固定部材
４ｊ、８４ｊ 上流側
４ｋ、８４ｋ 下流側
５、８５ 測定装置固定部材の上端側に架け渡された支持部材
５ｊ、８５ｊ 上流側
５ｋ、８５ｋ 下流側
６、８６ 上部球支持装置
６ｊ、８６ｊ 上流側
６ｋ、８６ｋ 下流側
７ｊ 上流側連続厚さ測定器
７ｋ 下流側連続厚さ測定器
８、８８ 下部球支持装置
８ｊ、８８ｊ 上流側
８ｋ、８８ｋ 下流側
９ 演算部
１０ 装置基体
１２ レーザー厚さ測定器取付け部材
１４ レーザー厚さ測定器
１５、１５ａ、１５ｂ、５６ａ、５６ｂ、７０ａ、７０ｂ レーザー投射面
１６、１６ａ、１６ｂ、６８ａ、６８ｂ レーザー反射体
１８ 可動部材取付け腕
１８ａ 一端側
１８ｂ 他端側
２０ 可動部材
２２、２８ 球支持部
２４、３０ 球支持椀
２４ａ、３０ａ 球支持椀の凹部
２６、２６ａ、２６ｂ 上部球
３２、３２ａ、３２ｂ 下部球
３４、３６ ボールベアリング
３８ａ、３８ｂ、４８、５８ａ、５８ｂ、７２ａ、７２ｂ レーザー光
４４、５４ａ、５４ｂ 平板
４６ レーザー厚さ測定装置
６４ａ、６４ｂ、６６ａ、６６ｂ 車輪
８２ ストランド
Ａ 長尺シートと平板との隙間
Ｂ 高低差
Ｘ 矢印
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置基体と、上下方向に揺動自在に前記基体に取付けられた回転自在の上部球と、上部球の上方に取付けられ前記上部球の上下揺動に連動して上下揺動するレーザー光反射体と、前記レーザー光反射体の上方において装置基体に固定されたレーザー厚さ測定器とからなる上部球支持装置と、前記上部球支持装置の上部球と対向して上部球の下方に回転自在に配設する下部球を有する下部球支持装置とからなる連続走行シートの厚さ連続測定器。
【請求項２】
連続走行シートの走行方向に沿って所定間隔離れて配設する１対の請求項１に記載の厚さ連続測定器と、前記１対の厚さ連続測定器の有する各レーザー厚さ測定器の測定データを取り込み演算処理する演算部とを有する連続走行シートの厚さ連続測定装置。
【請求項３】
上部球の直径が、同一である請求項２に記載の連続走行シートの厚さ連続測定装置。
【請求項４】
連続走行シートの下流側の厚さ連続測定器の上部球の直径よりも、上流側の厚さ連続測定器の上部球の直径が大きい請求項２に記載の連続走行シートの厚さ連続測定装置。
【請求項５】
連続走行シートの下流側の厚さ連続測定器の上部球の直径よりも、上流側の厚さ連続測定器の上部球の直径が小さい請求項２に記載の連続走行シートの厚さ連続測定装置。
【請求項６】
連続走行シートの厚さが０．１〜１ｍｍである請求項１に記載の連続走行シートの厚さ連続測定器。
【請求項７】
請求項１に記載の厚さ連続測定器の上部球と下部球との間に連続走行するシートを挟み、走行する前記シートの上面に倣って上下方向に前記上部球を揺動させると共に、前記揺動に連動して変化するレーザー厚さ測定器とレーザー反射体との間の距離をレーザー厚さ測定器により連続的に測定する連続走行シートの厚さ連続測定方法。
【請求項８】
請求項２に記載の厚さ連続測定装置における各厚さ連続測定器の上部球と下部球との間に連続走行するシートを挟み、走行する前記シートの上面に倣って上下方向に前記上部球を揺動させると共に、前記揺動に連動して変化するレーザー厚さ測定器とレーザー反射体との間の距離をレーザー厚さ測定器により連続的に測定し、１対の厚さ連続測定器から送出する測定データを演算部で演算処理して１対の測定データの平均値を算出し、その平均値を演算処理後の厚さデータとする連続走行シートの厚さ連続測定方法。
【請求項９】
請求項２に記載の厚さ連続測定装置における各厚さ連続測定器の上部球と下部球との間に連続走行するシートを挟み、走行する前記シートの上面に倣って上下方向に前記上部球を揺動させると共に、前記揺動に連動して変化するレーザー厚さ測定器とレーザー反射体との間の距離をレーザー厚さ測定器により連続的に測定し、１対の厚さ連続測定器から送出する測定データの差異が所定割合以上の場合、演算部で異常値として削除する演算処理をして演算処理後の厚さデータとする連続走行シートの厚さ連続測定方法。
【請求項１】
装置基体と、上下方向に揺動自在に前記基体に取付けられた回転自在の上部球と、上部球の上方に取付けられ前記上部球の上下揺動に連動して上下揺動するレーザー光反射体と、前記レーザー光反射体の上方において装置基体に固定されたレーザー厚さ測定器とからなる上部球支持装置と、前記上部球支持装置の上部球と対向して上部球の下方に回転自在に配設する下部球を有する下部球支持装置とからなる連続走行シートの厚さ連続測定器。
【請求項２】
連続走行シートの走行方向に沿って所定間隔離れて配設する１対の請求項１に記載の厚さ連続測定器と、前記１対の厚さ連続測定器の有する各レーザー厚さ測定器の測定データを取り込み演算処理する演算部とを有する連続走行シートの厚さ連続測定装置。
【請求項３】
上部球の直径が、同一である請求項２に記載の連続走行シートの厚さ連続測定装置。
【請求項４】
連続走行シートの下流側の厚さ連続測定器の上部球の直径よりも、上流側の厚さ連続測定器の上部球の直径が大きい請求項２に記載の連続走行シートの厚さ連続測定装置。
【請求項５】
連続走行シートの下流側の厚さ連続測定器の上部球の直径よりも、上流側の厚さ連続測定器の上部球の直径が小さい請求項２に記載の連続走行シートの厚さ連続測定装置。
【請求項６】
連続走行シートの厚さが０．１〜１ｍｍである請求項１に記載の連続走行シートの厚さ連続測定器。
【請求項７】
請求項１に記載の厚さ連続測定器の上部球と下部球との間に連続走行するシートを挟み、走行する前記シートの上面に倣って上下方向に前記上部球を揺動させると共に、前記揺動に連動して変化するレーザー厚さ測定器とレーザー反射体との間の距離をレーザー厚さ測定器により連続的に測定する連続走行シートの厚さ連続測定方法。
【請求項８】
請求項２に記載の厚さ連続測定装置における各厚さ連続測定器の上部球と下部球との間に連続走行するシートを挟み、走行する前記シートの上面に倣って上下方向に前記上部球を揺動させると共に、前記揺動に連動して変化するレーザー厚さ測定器とレーザー反射体との間の距離をレーザー厚さ測定器により連続的に測定し、１対の厚さ連続測定器から送出する測定データを演算部で演算処理して１対の測定データの平均値を算出し、その平均値を演算処理後の厚さデータとする連続走行シートの厚さ連続測定方法。
【請求項９】
請求項２に記載の厚さ連続測定装置における各厚さ連続測定器の上部球と下部球との間に連続走行するシートを挟み、走行する前記シートの上面に倣って上下方向に前記上部球を揺動させると共に、前記揺動に連動して変化するレーザー厚さ測定器とレーザー反射体との間の距離をレーザー厚さ測定器により連続的に測定し、１対の厚さ連続測定器から送出する測定データの差異が所定割合以上の場合、演算部で異常値として削除する演算処理をして演算処理後の厚さデータとする連続走行シートの厚さ連続測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１７４８３５（Ｐ２０１１−１７４８３５Ａ）
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３９６２１（Ｐ２０１０−３９６２１）
【出願日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【出願人】（０００００３０９０）東邦テナックス株式会社 (246)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【出願人】（０００００３０９０）東邦テナックス株式会社 (246)
【Ｆターム（参考）】
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