(57)【要約】【課題】基材上に膜が形成された計測対象に対し、膜の目付量と厚さとを、簡易な構成で正確に得られるようにする。【解決手段】膜計測装置１２は、基材１６の表面の法線ＮＬに対し傾斜した方向から基材のはみ出し部分１６Ｈと塗工膜１８（膜）とにレーザＬＬを照射して加熱するレーザ加熱源２２（加熱部材）と、レーザＬＬが照射された照射領域における温度の二次元分布を計測するサーモグラフィカメラ２４（温度計測部材）と、計測された塗工膜１８の温度上昇特性から目付量を導出する目付量導出部材と、はみ出し部分１６Ｈと塗工膜１８とにおける昇温位置の相対位置から塗工膜１８の厚みを導出する膜厚導出部材と、を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の表面上に前記基材の一部がはみ出すように膜が形成された計測対象に対し用いられる膜計測装置であって、
前記基材の表面の法線に対し傾斜した方向から、前記基材のはみ出し部分と前記膜とにレーザを照射して加熱する加熱部材と、
前記レーザが照射された照射領域における温度の二次元分布を計測する温度計測部材と、
前記温度計測部材で計測された前記膜の温度上昇特性から目付量を導出する目付量導出部材と、
前記はみ出し部分と前記膜とにおける昇温位置の相対位置から前記膜の厚みを導出する膜厚導出部材と、
を有する膜計測装置。
【請求項２】
前記レーザが前記膜から前記はみ出し部分までライン状に連続するライン状レーザである請求項１に記載の膜計測装置。
【請求項３】
前記基材の法線方向で見て前記膜の端辺に対し前記ライン状レーザを直交する向きで照射する請求項２に記載の膜計測装置。
【請求項４】
前記計測対象を前記加熱部材及び前記温度計測部材に対し、前記ライン状レーザのライン方向と交差する方向に相対移動させる移動部材を有する請求項３に記載の膜計測装置。
【請求項５】
前記ライン状レーザが前記計測対象の移動方向と直交する方向での前記基材の一端から他端まで達している請求項４に記載の膜計測装置。
【請求項６】
基材の表面上に前記基材の一部がはみ出すように膜が形成された計測対象に対し、
前記基材の表面の法線に対し傾斜した方向から、前記基材のはみ出し部分と前記膜とにレーザを照射して加熱し、
前記レーザが照射された照射領域における温度の二次元分布を計測し、
計測された前記膜の温度上昇特性から目付量を導出し、
前記はみ出し部分と前記膜とにおける昇温位置の相対位置から前記膜の厚みを導出する、膜計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、膜計測装置及び膜計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、Ｘ線源とＸ線検出器を用い、塗工膜を測定する際、塗工シートの透過Ｘ線量を測定したデータを演算部で処理して塗工シートの塗工膜の単位面積あたり重量および／または厚みをほぼ連続的に算出する技術が記載されている。
【０００３】
特許文献２には、電極合剤の所定箇所における単位面積あたりの質量を計測する超音波センサと、電極合剤の所定箇所における厚みを計測するレーザ変位計と、を備えた検査装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】２００７−５１９７８号公報
【特許文献２】２０１１−２９０８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術では、まず塗工膜の単位面積あたり重量（目付量）を算出し、得られた目付量を基に塗工膜の厚さを算出する。したがって、目付量の算出値に誤差があると、この誤差が、塗工膜の厚さの算出にも影響してしまう。
【０００６】
特許文献２に記載の技術では、電極合剤の単位面積あたりの質量を計測する超音波センサと、電極合剤の厚みを計測するレーザ変位計がそれぞれ必要である。
【０００７】
本発明では、基材上に膜が形成された計測対象に対し、膜の目付量と厚さとを、簡易な構成で正確に得られるようにすることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第一態様では、基材の表面上に前記基材の一部がはみ出すように膜が形成された計測対象に対し用いられる膜計測装置であって、前記基材の表面の法線に対し傾斜した方向から、前記基材のはみ出し部分と前記膜とにレーザを照射して加熱する加熱部材と、前記レーザが照射された照射領域における温度の二次元分布を計測する温度計測部材と、前記温度計測部材で計測された前記膜の温度上昇特性から目付量を導出する目付量導出部材と、前記はみ出し部分と前記膜とにおける昇温位置の相対位置から前記膜の厚みを導出する膜厚導出部材と、を有する。
【０００９】
この膜計測装置では、加熱部材により、基材の表面の法線に対し傾斜した方向から、基材のはみ出し部分と膜とにレーザを照射して加熱する。そして、温度計測部材により、レーザが照射された照射領域における温度の二次元分布を計測する。
【００１０】
レーザが照射された膜における温度上昇特性は、膜の目付量（単位面積当たりの質量）に応じて異なる特性となる。たとえば、目付量が大きいほど熱容量も大きいため、所定時間内における温度の上昇値は小さくなる。このように膜の目付量の違いによって温度上昇特性が相違することを利用して、膜の目付量を目付量導出部材により導出することができる。
【００１１】
また、この膜計測装置では、加熱部材によるレーザの照射方向が、基材の表面の法線に対し傾斜した方向である。したがって、温度計測部材によって得られた温度の二次元分布において、基材の表面と膜の表面とで、温度の上昇位置にズレが生じる。このズレと、加熱部材の傾斜角度とから、膜厚導出部材により、膜の厚みを導出できる。
【００１２】
このように、膜計測装置では、膜の目付量の導出と膜厚の導出とに共通で加熱部材及び温度計測部材を用いており、それぞれの導出のための計測部材は不要である。このため、膜計測装置の構造を簡素化できる。しかも、膜の目付量と膜厚とをそれぞれ独立して導出しており、一方の値が他方の値に影響しない。このため、膜の目付量と膜厚とを正確に得ることが可能である。
【００１３】
第二態様では、第一態様において、前記レーザが前記膜から前記はみ出し部分までライン状に連続するライン状レーザである。
【００１４】
ライン状レーザが膜からはみ出し部分までライン状に連続するので、膜の端辺（膜と基材のはみ出し部分との境界部分）にもライン状レーザが照射される。これにより、膜厚をより正確に導出することが可能となる。
【００１５】
第三態様では、第二態様において、前記基材の法線方向で見て前記膜の端辺に対し前記ライン状レーザを直交する向きで照射する。
【００１６】
これにより、基材の表面と膜の表面とで、温度の上昇位置のズレの補正が不要であり、簡易に膜の厚みを導出できる。
【００１７】
第四態様では、第三態様において、前記計測対象を前記加熱部材及び前記温度計測部材に対し、前記ライン状レーザのライン方向と交差する方向に相対移動させる移動部材を有する。
【００１８】
このように、移動部材により、計測対象を加熱部材及び温度計測部材に対し相対移動させることで、計測対象の所定範囲で、膜の目付量と膜厚とを導出することができる。
【００１９】
第五態様では、第四態様において、前記ライン状レーザが前記計測対象の移動方向と直交する方向での前記基材の一端から他端まで達している。
【００２０】
したがって、基材の一端から他端までの全範囲で、膜の目付量と膜厚とを導出することが可能となる。
【００２１】
第六態様では、基材の表面上に前記基材の一部がはみ出すように膜が形成された計測対象に対し、前記基材の表面の法線に対し傾斜した方向から、前記基材のはみ出し部分と前記膜とにレーザを照射して加熱し、前記レーザが照射された照射領域における温度の二次元分布を計測し、計測された前記膜の温度上昇特性から目付量を導出し、前記はみ出し部分と前記膜とにおける昇温位置の相対位置から前記膜の厚みを導出する。
【００２２】
この膜計測装置では、基材の表面の法線に対し傾斜した方向から、基材のはみ出し部分と膜とにレーザを照射して加熱する。そして、レーザが照射された照射領域における温度の二次元分布を計測する。
【００２３】
レーザが照射された膜における温度上昇特性は、膜の目付量（単位面積当たりの質量）に応じて異なる特性となる。たとえば、目付量が大きいほど熱容量も大きいため、所定時間内における温度の上昇値は小さくなる。このような目付量の違いによる温度上昇特性が相違することを利用して、膜の目付量を導出することができる。
【００２４】
また、この膜計測方法では、レーザの照射方向が、基材の表面の法線に対し傾斜した方向である。したがって、得られた温度の二次元分布において、基材の表面と膜の表面とで、温度の上昇位置がズレる。このズレと、加熱部材の傾斜角度とから、膜の厚みを導出できる。
【００２５】
この膜計測方法では、膜の目付量の導出と膜厚の導出とに共通で、加熱のための部材及び温度計測のための部材を用いることが可能であり、それぞれの導出のために別々の部材を用意する必要がない。このため、膜計測方法を簡素に実行できる。しかも、膜の目付量と膜厚とをそれぞれ独立して導出しており、一方の値が他方の値に影響しない。このため、膜の目付量と膜厚とを正確に得ることが可能である。
【発明の効果】
【００２６】
本願では、基材上に膜が形成された計測対象に対し、膜の目付量と厚さとを、簡易な構成で正確に得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は第一実施形態の膜計測装置の斜視図（膜厚が厚い場合）である。
【図２】図２は第一実施形態の膜計測装置における計測状態を示す平面図（膜厚が厚い場合）である。
【図３】図３は第一実施形態の膜計測装置における計測状態を示す正面図（膜厚が厚い場合）である。
【図４】図４は第一実施形態の膜計測装置の斜視図（膜厚が薄い場合）である。
【図５】図５は第一実施形態の膜計測装置における計測状態を示す平面図（膜厚が薄い場合）である。
【図６】図６は第一実施形態の膜計測装置における計測状態を示す正面図（膜厚が薄い場合）である。
【図７】図７は塗工膜の目付量と加熱部の温度上昇値の関係を示すグラフである。
【図８】図８は変形例の膜計測装置における計測状態を示す平面図（膜厚が厚い場合）である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照して第一実施形態の膜計測装置１２を説明する。
【００２９】
図１〜図６には、第一実施形態の膜計測装置１２が、計測対象１４と共に示されている。
【００３０】
計測対象１４は、平坦な基板１６の板表面１６Ａ上に、所定の厚みで塗工膜１８が形成された構造の部材である。基板１６は基材の一例であり、塗工膜１８は膜の一例である。塗工膜１８としては、たとえば、リチウムイオン二次電池を構成する電極層を挙げることができる。以下、図面において、基板１６の長手方向、幅方向及び厚み方向を、それぞれ矢印Ｌ、矢印Ｗ及び矢印Ｔで示す。
【００３１】
塗工膜１８の厚みｔは、所望の厚みに設定することが可能である。図１〜３は、塗工膜１８の厚みｔが相対的に厚い場合（膜厚ｔＡとする）であり、図４〜図６は、厚みｔが相対的に薄い場合（膜厚ｔＢとする）である。
【００３２】
図２に示すように、塗工膜１８の幅Ｗ２は、基板１６の幅Ｗ１よりも短くなっており、基板１６の幅方向の両側にはみ出し部分１６Ｈが生じている。また、基板１６及び塗工膜１８は長手方向には連続している。そして、搬送部材２０（図３及び図６参照）により、長手方向に搬送されるようになっている。塗工膜１８における幅方向の端辺１８Ｓは基板１６の長手方向に沿って直線状に連続しており、基板１６の幅方向の端辺１６Ｓと平行である。
【００３３】
膜計測装置１２は、レーザ加熱源２２及びサーモグラフィカメラ２４を有している。レーザ加熱源２２及びサーモグラフィカメラ２４はいずれも、計測対象１４に対し、塗工膜１８が形成された側（図１、図３、図４及び図６における上側）に配置されている。
【００３４】
レーザ加熱源２２は、ライン状のレーザＬＬを、計測対象１４に対し照射する部材である。レーザＬＬのライン方向（広がり方向）は、基板１６の幅方向（矢印Ｗ方向）と一致しており、このライン方向におけるレーザＬＬの幅は、基板１６の幅Ｗ１よりも長い。したがって、レーザＬＬは、基板１６の幅方向の一方の端辺１６Ｓから他方の端辺１６Ｓまで連続する。
【００３５】
図３及び図６に詳細に示すように、レーザ加熱源２２は、レーザＬＬを、基板１６の法線ＮＬに対し所定の入射角αで入射させる。照射されたレーザＬＬは、塗工膜１８が存在している範囲では塗工膜１８の膜表面１８Ａに入射角αで入射し、塗工膜１８が存在していないはみ出し部分１６Ｈでは、はみ出し部分１６Ｈの板表面１６Ａに、同じ入射角αで入射する。塗工膜１８は厚みｔを有しているので、塗工膜１８の膜表面１８Ａの入射位置と、はみ出し部分１６Ｈの板表面１６Ａの入射位置とには、長手方向にズレ量ΔＹの位置のズレが生じている。はみ出し部分１６Ｈの板表面１６Ａ及び塗工膜１８の膜表面１８Ａのそれぞれにおいて、レーザＬＬの入射位置は、温度上昇のピークである加熱部１６Ｔ、１８Ｔである。
【００３６】
サーモグラフィカメラ２４は、計測対象１４において、レーザＬＬが照射された範囲を撮像し、撮像範囲の温度の二次元分布を計測可能な部材である。
【００３７】
レーザ加熱源２２及びサーモグラフィカメラ２４には、制御装置２６が接続されている。制御装置２６は、計測対象１４に所定のレーザＬＬが照射されるようにレーザ加熱源２２を制御する。
【００３８】
さらに、制御装置２６は、サーモグラフィカメラ２４で得られた温度の二次元分布の情報から、加熱部１６Ｔ、１８Ｔの位置と、加熱部１６Ｔにおける温度上昇値を特定する。すなわち、制御装置２６は、目付量導出部材の一例である。加熱部１６Ｔ、１８Ｔの位置は、塗工膜１８の膜表面１８Ａ及びはみ出し部分１６Ｈの板表面１６Ａにおいて、それぞれのレーザＬＬの入射位置である。
【００３９】
加えて、制御装置２６は、はみ出し部分１６Ｈの板表面１６Ａと、塗工膜１８の膜表面１８Ａとで、温度上昇のピークの位置に生じた位置ズレのズレ量ΔＹから、塗工膜１８の厚みｔを算出する。すなわち制御装置２６は、膜厚導出部材の一例でもある。
【００４０】
したがって、本実施形態では、制御装置２６が、目付量導出部材と膜厚導出部材とを兼ねる構成である。
【００４１】
なお、本実施形態では、搬送部材２０により、基板１６（計測対象１４）が矢印Ｍ１方向に搬送される構成であり、制御装置２６は、搬送部材２０を制御することも可能である。
【００４２】
次に、本実施形態の作用、及び膜計測方法について説明する。
【００４３】
本実施形態では、塗工膜１８の目付量と膜厚とを１つの膜計測装置１２で計測（導出）することが可能である。
【００４４】
具体的には、図３及び図６に示すように、レーザ加熱源２２から計測対象１４に対しレーザＬＬを照射する。このレーザＬＬは、基板１６の法線ＮＬに対し所定の入射角αで入射する。なお、図１及び図４にも示すように、計測対象１４に対するレーザ加熱源２２及びサーモグラフィカメラ２４の相対位置は、塗工膜１８の厚みｔに関わらず一定である。
【００４５】
そして、サーモグラフィカメラ２４により、レーザＬＬが照射された位置、すなわち加熱部１６Ｔ、１８Ｔを含む範囲で計測対象１４を撮像し、撮像範囲の温度の二次元分布を得る。
【００４６】
目付量導出部材を兼ねる制御装置２６では、塗工膜１８の温度上昇値から、塗工膜１８の目付量を導出する。導出にあたっては、図７に示すように、塗工膜１８の目付量が大きいほど、熱容量も大きいため、加熱時における温度上昇値が小さくなることを利用する。
【００４７】
レーザ加熱源２２によって、単位面積当たりに熱量Ｑを与えられた場合の、加熱部１６Ｔの温度上昇値ΔＴは、
【００４８】
【数１】
2020071208.tif 000003
である。
【００４９】
ここで、ｃｐは塗工膜１８の比熱、Ｗは塗工膜１８の目付量、Ｄは基板１６の単位面積当たりの熱容量である。
【００５０】
式（１）から、塗工膜１８の目付量Ｗは、
【００５１】
【数２】
2020071208.tif 000004
となる。熱量Ｑ、塗工膜１８の比熱ｃｐ、基板１６の単位面積当たりの熱容量Ｄはわかっているので、式（２）から、サーモグラフィカメラ２４で計測された温度上昇値ΔＴより、塗工膜１８の目付量Ｗを算出することが可能である。
【００５２】
また、制御装置２６では、塗工膜１８の加熱部１８Ｔと、基板１６のはみ出し部分１６Ｈの加熱部１６Ｔとの位置ズレから、塗工膜１８の膜厚を導出する。
【００５３】
図３及び図６に示すように、ライン状のレーザＬＬは、基板１６の法線ＮＬに対し所定の入射角αで入射する。この場合、塗工膜１８の膜厚ｔにより、加熱部１６Ｔと加熱部１８Ｔとには、矢印Ｌ方向にズレ量ΔＹで位置ズレが生じる。これから、塗工膜１８の膜厚ｔは、
【００５４】
【数３】
2020071208.tif 000005
となる。入射角αは既知であるので、計測したズレ量ΔＹから、塗工膜１８の膜厚ｔを算出できる。なお、入射角αが大きくなるほど、位置ズレのズレ量ΔＹも大きくなるため、膜厚ｔを計測する際の分解能も高くなる。
【００５５】
このように、本実施形態では、塗工膜１８の目付量は、レーザＬＬを照射した際の加熱部１８Ｔの温度上昇値から得ており、塗工膜１８の厚みｔは、塗工膜１８の加熱部１８Ｔとはみ出し部分１６Ｈの加熱部１６Ｔとの位置のズレから得ている。目付量と厚みｔの一方を用いて他方を得ておらず、これらを独立に得るので、一方の値が他方に影響せず、目付量及び厚みｔを高精度で得ることが可能である。
【００５６】
しかも、サーモグラフィカメラ２４で計測対象１４を撮像し、撮像により得られたデータから塗工膜１８の目付量と厚みｔとを得ている。すなわち、塗工膜１８の目付量を計測するための部材と、厚みｔを計測するための部材を別々に用いていない。このように、１つのサーモグラフィカメラ２４で撮像することで、塗工膜１８の目付量と厚みｔとを得ることができ、膜計測装置１２として、構造を簡素化できる。そしてこれにより、膜計測装置１２の小型化（省スペースでの設置）や低コスト化を図ることも可能となる。
【００５７】
上記実施形態では、計測対象１４が、搬送部材２０によって矢印Ｍ１方向に搬送されるので、計測対象１４と、レーザ加熱源２２及びサーモグラフィカメラ２４との相対位置が変化する。また、ライン状のレーザＬＬの幅Ｗ２は、基板１６の幅Ｗ１よりも長い。これにより、計測対象１４の全面に渡って、塗工膜１８の目付量と厚みｔを計測することが可能である。なお、計測対象１４を固定し、レーザ加熱源２２及びサーモグラフィカメラ２４を計測対象１４の長手方向（矢印Ｌ方向）に移動させる構造でもよい。要するに、レーザ加熱源２２とサーモグラフィカメラ２４とが、矢印Ｌ方向に計測対象１４に対し相対移動する構造であればよい。さらに、レーザＬＬは、幅方向の両方のはみ出し部分１６Ｈに照射される必要はなく、一方のはみ出し部分１６Ｈと塗工膜１８とに照射されるようになっていてもよい。
【００５８】
また、上記実施形態では、図２及び図５に示すように、基板１６の法線方向で見て、レーザＬＬのライン方向が、塗工膜１８の端辺１８Ｓに対し直交する向きで照射される。これに対し、図８に示す変形例のように、法線方向で見てレーザのライン方向、すなわち加熱部１６Ｔ、１８Ｔの延在方向が塗工膜１８の端辺１８Ｓに対し斜め（傾斜角γ）であってもよい。ただし、このように斜めである場合は、幅方向（矢印Ｗ方向）に沿って見たとき（図３及び図６参照）のレーザの入射角が、実際の入射角αと異なる値となるため、式（３）の適用に当たって補正が必要である。これに対し、本実施形態では、基板１６の法線方向で見て、レーザＬＬのライン方向、すなわち加熱部１６Ｔ、１８Ｔの延在方向が、塗工膜１８の端辺１８Ｓに対し直交しているので、上記の補正は不要であり、塗工膜１８の厚みｔの算出が容易である。
【００５９】
本実施形態において、レーザＬＬはライン状であり、塗工膜１８から基板１６のはみ出し部分１６Ｈまで連続している。これに代えて、たとえば、２つのスポット状のレーザを、一方のレーザは塗工膜１８の膜表面１８Ａに、他方のレーザＬＬははみ出し部分１６Ｈの板表面１６Ａに照射してもよい。ただし、この場合には、塗工膜１８の膜表面１８Ａの加熱位置と、はみ出し部分１６Ｈの板表面１６Ａの加熱位置とが、幅方向に離れることがある。本実施形態のように、ライン状のレーザＬＬを塗工膜１８から基板１６のはみ出し部分１６Ｈまで連続させると、レーザＬＬが塗工膜１８の端辺１８Ｓを通過する。塗工膜１８の膜表面１８Ａの加熱位置と、はみ出し部分１６Ｈの板表面１６Ａの加熱位置とが隣接するので、この端辺１８Ｓの位置で位置ズレのズレ量ΔＹを容易に計測できる。
【００６０】
上記では、膜が形成される基材の一例として基板１６、すなわち板状の部材を挙げたが、基材は板状である必要はない。たとえば、直方体状や円柱状の部材を基材とし、この基材の表面に膜を形成した構造でもよい。
【００６１】
さらに、基材の表面上に形成される膜の一例として、上記では塗工膜を挙げたが、膜は塗工膜、すなわち基材に対し材料の塗布によって形成された膜に限定されない。たとえば、蒸着やスパッタリング等によって形成された膜でもよい。
【００６２】
膜の厚み（図３及び図６に示す塗工膜１８の厚みｔ参照）が薄い場合でも、サーモグラフィカメラ２４の撮像時の空間分解能を高くすることで、加熱部１６Ｔ、１８Ｔの位置のズレ量ΔＹを高精度に測定することが可能である。
【００６３】
上記では、制御装置２６が、目付量導出部材と膜厚導出部材とを兼ねる構成を例示したが、目付量導出部材と膜厚導出部材とが別々の部材であってもよい。制御装置２６が、目付量導出部材と膜厚導出部材とを兼ねる構成では、別々の部材である構成と比較して、構成を簡素化できる。
【００６４】
目付量及び膜厚を導出する具体的方法も、上記した数式による算出に限定されない。たとえば、サーモグラフィカメラ２４で得られた温度上昇値ΔＴや、加熱部１６Ｔ、１８Ｔの位置ズレのズレ量ΔＹと、それぞれ目付量及び膜厚とを対応付けたテーブルに基づいて、目付量及び膜厚を得る構成でもよい。
【００６５】
上記各実施形態における計測対象は、リチウムイオン二次電池の電極層に限定されない。たとえば、反射防止フィルムの表面層や、粘着テープの粘着層、太陽電池（光電池）の表面、各種ディスプレイの表面等を挙げることができる。
【符号の説明】
【００６６】
１２  膜計測装置
１４  計測対象
１６  基板
１６Ａ      板表面
１６Ｈ      はみ出し部分
１６Ｓ      端辺
１６Ｔ      加熱部
１８  塗工膜
１８Ａ      膜表面
１８Ｔ      加熱部
２０  搬送部材
２２  レーザ加熱源（加熱部材の一例）
２４  サーモグラフィカメラ（温度計測部材の一例）
２６  制御装置（目付量導出部材及び膜厚導出部材の一例）
【図１】
2020071208.tif 000006
【図２】
2020071208.tif 000007
【図３】
2020071208.tif 000008
【図４】
2020071208.tif 000009
【図５】
2020071208.tif 000010
【図６】
2020071208.tif 000011
【図７】
2020071208.tif 000012
【図８】
2020071208.tif 000013