(57)【要約】【課題】回転ロール全般における膜厚を正確に測定することのできる膜厚測定装置及び方法を提供する。【解決手段】膜厚測定装置１は、回転ロール２表面の変位量を面にて検出する変位量検出手段４と、回転ロール２表面の回転速度を検出する回転速度検出手段５と、回転ロール２表面の変位量及び回転ロール２表面の回転速度に基づいて膜厚の変化量を算出する膜厚算出手段６とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転ロール表面の膜厚を測定する膜厚測定装置であって、
前記回転ロール表面の変位量を面にて検出する変位量検出手段と、
前記回転ロール表面の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記回転ロール表面の変位量及び前記回転ロール表面の回転速度に基づいて前記膜厚の変化量を算出する膜厚算出手段と、
を備えることを特徴とする膜厚測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の膜厚測定装置において、
前記変位量検出手段は、電気メッキ中の回転ロールにおける版面に面で当接する当接部材と、前記当接部材を介して版面の変位量を検出する変位センサとを備えることを特徴とする膜厚測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の膜厚測定装置において、
前記当接部材と前記変位センサとが一体に構成されていることを特徴とする膜厚測定装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の膜厚測定装置において、
前記変位センサは、前記版面の局部における変位量を検出し、前記膜厚算出手段は、前記変位量に基づいてメッキ膜厚の変化量を算出することを特徴とする膜厚測定装置。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の膜厚測定装置において、
前記変位センサは、前記版面の周方向の複数箇所における変位量を検出し、前記膜厚算出手段は、前記複数箇所における変位量の平均値に基づいてメッキ膜厚の変化量を算出することを特徴とする膜厚測定装置。
【請求項６】
回転ロール表面の膜厚を測定する膜厚測定方法であって、
前記回転ロール表面の変位量を面にて検出する変位量検出工程と、
前記回転ロール表面の回転速度を検出する回転速度検出工程と、
前記回転ロール表面の変位量及び前記回転ロール表面の回転速度に基づいて前記膜厚の変化量を算出する膜厚算出工程と、
を備えることを特徴とする膜厚測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばグラビア印刷ロール等の回転ロールにおいて、電気メッキ中のメッキ膜厚をインラインで測定するための膜厚測定装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、グラビア印刷ロールの版表面は、耐摩耗性を向上させるため、電気メッキ法によるクロムメッキ膜を形成している。このクロムメッキ膜の厚さは、以下の式（１）により決定される。
【０００３】
【数１】
2008051549.tif 000003
なお、式（１）において、ａは電流効率等で決定される定数である。
【０００４】
したがって、版表面に所望のクロムメッキ厚を得るには、クロムメッキ装置に投入する印刷ロールの大きさ（ロール表面積）に応じた電流密度及びメッキ時間を設定すればよいことになる。
【０００５】
また、印刷ロールの膜厚を測定する装置ではないものの、シート上に塗工する皮膜厚さが常に一定であるか否かを監視するための皮膜厚さ測定モニター装置が特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開２０００−２９２１０６公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した式（１）に示すロール表面積［ｍｍ２］は、ロール母材の大きさから求めた概算であり、実際の印刷ロール表面には、無数の微小の凹凸（セル）により形成された絵柄を有しているものの、この絵柄によって増加した表面積が考慮されていない。
【０００７】
したがって、同一面長、同一周長の印刷ロールでも絵柄面積が異なると、同一の電流密度［Ａ／ｄｍ２］及び同一のメッキ時間［分］に設定したとしても同じクロムメッキ厚を得ることができないという問題がある。
【０００８】
また、上記式（１）が成立するには、メッキ装置における製造条件が常に同じ状態で維持されていることを前提としているが、メッキ液の組成、液温の変動、あるいは陽極、陰極のメタル部分の劣化による電流抵抗値の変化等、常に一定の製造条件になっているとは限らない。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、回転ロール全般における膜厚を正確に測定することのできる膜厚測定装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、回転ロール表面の膜厚を測定する膜厚測定装置であって、前記回転ロール表面の変位量を面にて検出する変位量検出手段と、前記回転ロール表面の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記回転ロール表面の変位量及び前記回転ロール表面の回転速度に基づいて前記膜厚の変化量を算出する膜厚算出手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の膜厚測定装置において、前記変位量検出手段は、電気メッキ中の回転ロールにおける版面に面で当接する当接部材と、前記当接部材を介して版面の変位量を検出する変位センサとを備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の膜厚測定装置において、前記当接部材と前記変位センサとが一体に構成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の膜厚測定装置において、前記変位センサは、前記版面の局部における変位量を検出し、前記膜厚算出手段は、前記変位量に基づいてメッキ膜厚の変化量を算出することを特徴とする。
【００１４】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の膜厚測定装置において、前記変位センサは、前記版面の周方向の複数箇所における変位量を検出し、前記膜厚算出手段は、前記複数箇所における変位量の平均値に基づいてメッキ膜厚の変化量を算出することを特徴とする。
【００１５】
請求項６に係る発明は、回転ロール表面の膜厚を測定する膜厚測定方法であって、前記回転ロール表面の変位量を面にて検出する変位量検出工程と、前記回転ロール表面の回転速度を検出する回転速度検出工程と、前記回転ロール表面の変位量及び前記回転ロール表面の回転速度に基づいて前記膜厚の変化量を算出する膜厚算出工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に係る発明によれば、回転ロール表面の変位量を面にて変位量検出手段により検出し、回転ロール表面の回転速度を回転速度検出手段により検出し、回転ロール表面の変位量及び回転ロール表面の回転速度に基づいて膜厚の変化量を膜厚算出手段により算出することにより、回転ロール全般における膜厚を正確に測定することができる。
【００１７】
請求項２に係る発明によれば、請求項１に記載の膜厚測定装置において、変位量検出手段は、電気メッキ中の回転ロールにおける版面に面で当接する当接部材と、前記当接部材を介して版面の変位量を検出する変位センサとを備えることにより、電気メッキ中の回転ロールにおける版面のメッキ膜厚を正確に測定することができる。
【００１８】
請求項３に係る発明によれば、請求項２に記載の膜厚測定装置において、当接部材と変位センサとが一体に構成されていることで、測定装置の部品点数を削減することができる。
【００１９】
請求項４に係る発明によれば、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の膜厚測定装置において、変位センサは、版面の局部における変位量を検出し、膜厚算出手段は、変位量に基づいてメッキ膜厚の変化量を算出することにより、電気メッキ中の回転ロールにおける版面のメッキ膜厚を一段と正確に測定することができる。
【００２０】
請求項５に係る発明によれば、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の膜厚測定装置において、変位センサは、版面の周方向の複数箇所における変位量を検出し、膜厚算出手段は、複数箇所における変位量の平均値に基づいてメッキ膜厚の変化量を算出することにより、電気メッキ中の回転ロールにおける版面のメッキ膜厚を一段と正確に測定することができる。
【００２１】
請求項６に係る発明によれば、回転ロール表面の変位量を面にて変位量検出工程で検出し、回転ロール表面の回転速度を回転速度検出工程により検出し、回転ロール表面の変位量及び回転ロール表面の回転速度に基づいて膜厚の変化量を膜厚算出工程により算出することにより、回転ロール全般における膜厚を正確に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００２３】
なお、以下の実施形態では、グラビア印刷ロールにクロムメッキ膜厚を測定する場合について説明する。
【００２４】
図１は本発明の一実施形態の電気メッキ膜厚測定装置を示す概略構成図、図２は図１のスキージを示す拡大斜視図、図３〜図６はそれぞれ図１のスキージと接触式変位センサとの位置関係を示す説明図である。
【００２５】
図１に示すように、本実施形態の電気メッキ膜厚測定装置１は、メッキ中のグラビア印刷ロール（以下、単に印刷ロールという。）２の版表面に面で当接する当接部材としてのスキージ３と、このスキージ３に接触しスキージ３の幅方向の平均変位を定量的に検出する変位量検出手段としての接触式変位センサ（以下、単に変位センサという。）４と、メッキ中の印刷ロール２の版回転速度を検出する回転速度検出手段としての回転計５と、変位センサ４にて得られた変位量と、回転計５から得られたメッキ中の印刷ロール２の回転数に基づいてメッキ厚の変化量を算出する膜厚算出手段としての膜厚演算部６、この膜厚演算部６によりメッキ厚の変化量をモニター表示するモニター７とを備えて構成されている。
【００２６】
次に、上記各部の構成を具体的に説明する。
【００２７】
スキージ３は、図２に示すように印刷ロール２の版表面に一側面が当接する矩形の当接板１１と、この当接板１１の他側面に互い略直角に固着され当接板１１を保持する保持板１２と、この保持板１２の略中央に固着され保持板１２を支持する円柱状の支持部材１３と、この支持部材１３が摺動可能に挿通し円筒状に形成された固定治具１４とを備えている。
【００２８】
また、スキージ３は、固定治具１４に対して支持部材１３が摺動することで、当接板１１が印刷ロール２の版表面に対して接近又は離隔する方向に移動可能となり、印刷ロール２の版表面のメッキ膜厚変化に対して直接的に追従することができるように構成されている。
【００２９】
なお、印刷ロール２の版表面上は通電していることから、スキージ３の各構成部材の材質は、プラスチック等の絶縁体であることが条件である。また、スキージ３の印刷ロール２の版表面に当接する当接板１１の当接幅は、可及的に広い方が平均的な版面変位を捉えることができる。
【００３０】
変位センサ４としては、例えばリニアセンサが用いられ、その測定精度（分解能）は１μｍ以下のものが好ましい。そして、スキージ３と変位センサ４との設置位置の関係によってセンサ変位量からメッキ膜厚を求める換算式を選択する必要がある。
【００３１】
すなわち、図３に示すケース１は、スキージ３が印刷ロール２の中心軸Ｏに向いており、変位センサ４も同様に印刷ロール２の中心軸Ｏに向いている場合であり、その場合のメッキ厚Ｔとｔ１分後のメッキ厚ｍ１との関係は、Ｔ＝ｍ１となる。
【００３２】
また、図４に示すケース２は、スキージ３が印刷ロール２の中心軸Ｏに向いており、変位センサ４が印刷ロール２の中心軸Ｏに対して角度α傾いている場合であり、その場合のメッキ厚Ｔとｔ１分後のメッキ厚ｍ１との関係は、Ｔ＝ｍ１×ＣＯＳαとなる。
【００３３】
さらに、図５に示すケース３は、スキージ３が印刷ロール２の中心軸Ｏに対して角度θ傾いており、変位センサ４が印刷ロール２の中心軸Ｏに向いている場合であり、その場合のメッキ厚Ｔとｔ１分後のメッキ厚ｍ１との関係は、Ｔ＝ｍ１×ＣＯＳθとなる。
【００３４】
そして、図６に示すケース４は、スキージ３が印刷ロール２の中心軸Ｏに対して角度θ傾いており、変位センサ４が印刷ロール２の中心軸Ｏに対して角度α傾いている場合であり、その場合のメッキ厚Ｔとｔ１分後のメッキ厚ｍ１との関係は、Ｔ＝ｍ２×ＣＯＳθＣＯＳαとなる。
【００３５】
なお、変位センサ４は、その先端に印刷ロール２の版表面に面で当接するような機能を持たせて一体に構成してもよい。
【００３６】
回転計５は、接触式又は非接触式のいずれの方式であってもよい。但し、非接触式の場合は、版側に基準位置を認識させる反射板を設ける必要がある。そして、回転計５の分解能は、１ｒｐｍ以下のものが好ましい。
【００３７】
膜厚演算部６は、変位センサ４から得られた変位量と、回転計５により得られたメッキ中の印刷ロール２の回転数とに基づいてメッキ膜厚の変化量を算出する。その具体的な演算方法としては、２通りある。第１の演算方法は、局所部分における変位量からメッキ膜厚を算出する方法であり、第２の演算方法は、複数箇所における移動平均の変位量からメッキ膜厚を算出する方法である。
【００３８】
まず、図７及び図８に基づいて第１の演算方法である局所部分における変位量からメッキ膜厚を算出する方法について説明する。
【００３９】
メッキ中の印刷ロール２の回転は、図７（Ａ）に示すように周方向のメッキ膜厚のむらが生じないように定速で行っている。そのときの印刷ロール２の回転数がａ１［ｒｐｍ］の場合、変位センサ４のサンプリング周期を１／ａ１［ｍｉｎ］に設定すると、円周方向の、ある箇所Ｐにおける変位を測定することができる。
【００４０】
したがって、図７（Ｂ）に示すようにある箇所Ｐのメッキ開始時（ｔ０＝０）からｔ１分後のメッキ膜厚ｍ１は、
【００４１】
【数２】
2008051549.tif 000004
次に、図９及び図１０に基づいて第２の演算方法である移動平均の変位量からメッキ膜厚を算出する方法について説明する。
【００４２】
この第２の演算方法では、印刷ロール２の円周方向のメッキむらを考慮する場合、印刷ロール２の円周方向に複数箇所の変位量を変位センサ４により検出し、１回転中のメッキ膜厚の平均値変化によりメッキ膜厚を算出する。
【００４３】
具体的には、図９（Ａ）に示すように印刷ロール２の円周方向に等間隔でＱ箇所の変位を検出する場合、ロール回転数がａ２［ｒｐｍ］の場合、変位センサ４のサンプリング周期は、１／（ａ２×Ｑ）［ｍｉｎ］に設定することが望ましい。
【００４４】
１回転中のＱ箇所の平均変位量は、式（３）により求められる。
【００４５】
【数３】
2008051549.tif 000005
ここで、ｒｎは、円周方向のＱ箇所における各箇所の変位量である。
【００４６】
したがって、図９（Ｂ）に示すようにメッキ開始時（ｔ０＝０）からｔ１分後の円周方向にＱ箇所における平均メッキ厚ｍ２［μｍ］は、図１０に示すようにメッキ開始時（ｔ０＝０）の平均変位ｎ０−ａｖｅとｔ１分後の変位ｎ１−ａｖｅとの差の絶対値から求めることができる（後述の式（４）参照）。
【００４７】
【数４】
2008051549.tif 000006
ここで、ｎ０−ａｖｅは、（ｒ０−１＋ｒ０−２＋…＋ｒ０−Ｑ）／Ｑであり、ｎ１−ａｖｅは、（ｒ１−１＋ｒ１−２＋…＋ｒ１−Ｑ）／Ｑである。
【００４８】
なお、検出箇所が円周方向に等間隔でない場合は、それに応じたサンプリング周期に設定する必要がある。
【００４９】
モニター７は、スキージ３の変位をモニターすることで、膜厚演算部６によりメッキ厚の変化量をモニター表示する。
【００５０】
次に、本発明の一実施形態の電気メッキ膜厚測定手順を図１１及び図１２に示すフローチャートに基づいて説明する。なお、図１１のステップＳ４ａ以降の処理は、局所部分における変位量からメッキ膜厚を算出する処理であり、図１２のステップＳ４ｂ以降の処理は、複数箇所における移動平均の変位量からメッキ膜厚を算出する処理である。そして、図１１及び図１２では、ステップＳ１〜Ｓ３が同一の処理であるため、同一のステップ番号を付して説明する。
【００５１】
まず、局所部分における変位量からメッキ膜厚を算出する処理について説明する。
【００５２】
図１１に示すように、まずステップＳ１では、スキージ３の変位量を変位センサ４により検出して記録する。
【００５３】
次いで、ステップＳ２では、回転計５により印刷ロール２の回転数を検出して記録する。
【００５４】
さらに、ステップＳ３では、変位センサ４により検出されたスキージ３の変位量データと、回転計５により検出されたロール回転数のデータを膜厚演算部６に出力する。以上、ステップＳ１〜Ｓ３は、物理量の測定手順である。
【００５５】
そして、ステップＳ４ａでは、印刷ロール２の回転数がａ１［ｒｐｍ］の場合、変位センサ４のサンプリング周期を１／ａ１［ｍｉｎ］毎のスキージ変位量を抽出する。
【００５６】
ステップＳ５ａでは、図７及び図８に示すように測定開始時（ｔ０＝０）の変位量をｎ０とし、ｔ１分後（１／ａ１×ｎ［ｍｉｎ］）の変位量をｎ１とすると、ｔ１分後のメッキ膜厚は、ｍ１＝｜ｎ１−ｎ０｜と算出することができる。
【００５７】
ステップＳ６ａでは、ステップＳ５ａで算出したメッキ膜厚に対して図３〜図６に示すようにスキージ３と変位センサ４との設置関係に応じて補正する。そして、その測定結果をモニター７に表示して全体の処理を終了する。以上、ステップＳ４ａ〜Ｓ６ａは、膜厚演算部６での演算手順である。
【００５８】
次に、複数箇所における移動平均の変位量からメッキ膜厚を算出する処理について説明する。
【００５９】
図１２に示すように、まずステップＳ１では、スキージ３の変位量を変位センサ４により検出して記録する。
【００６０】
次いで、ステップＳ２では、回転計５により印刷ロール２の回転数を検出して記録する。
【００６１】
さらに、ステップＳ３では、変位センサ４により検出されたスキージ３の変位量データと、回転計５により検出されたロール回転数のデータを膜厚演算部６に出力する。
【００６２】
そして、ステップＳ４ｂでは、円周方向に等間隔でＱ箇所の変位について測定する場合、ロール回転数をａ２［ｒｐｍ］とすると、サンプリング周期１／（ａ２×Ｑ）［ｍｉｎ］毎のスキージ変位量を抽出する。
【００６３】
ステップＳ５ｂでは、ある１回転中のＱ箇所の平均変位量は、ｎａｖｅ＝（ｒ１＋ｒ２＋…＋ｒＱ）／Ｑであり、ｒｎは、円周方向のＱ箇所における各箇所の変位量として算出する。
【００６４】
ステップＳ６ｂでは、測定開始時（ｔ０＝０）の１回転中（０〜１／ａ２）［ｍｉｎ］）のＱ箇所平均変位量をｎ０−ａｖｅ、測定開始時からＮ回転目の１回転中（１／ａ２×Ｎ〜１／ａ２×（Ｎ＋１）［ｍｉｎ］）におけるＱ箇所平均変位量をｎ１−ａｖｅとすると、測定開始時からｔ分後（Ｎ回転目）の平均膜厚ｍ２は、ｍ２＝｜ｎ１−ａｖｅ−ｎ０−ａｖｅ｜と算出することができる。ここで、ｎ０−ａｖｅは、上述したように（ｒ０−１＋ｒ０−２＋…＋ｒ０−Ｑ）／Ｑであり、ｎ１−ａｖｅは、（ｒ１−１＋ｒ１−２＋…＋ｒ１−Ｑ）／Ｑである。
【００６５】
ステップＳ７ａでは、ステップＳ６ａで算出したメッキ膜厚に対して図３〜図６に示すようにスキージ３と変位センサ４との設置関係に応じて補正する。そして、その測定結果をモニター７に表示して全体の処理を終了する。以上、ステップＳ４ｂ〜Ｓ７ｂは、膜厚演算部６での演算手順である。
【００６６】
このように本実施形態によれば、印刷ロール２における版面にスキージ３の面で当接し、このスキージ３を介して印刷ロール２の版面の変位量を変位センサ４により検出し、印刷ロール２表面の回転速度を回転計５により検出し、印刷ロール２の版面の変位量及び印刷ロール２の版面の回転速度に基づいて電気メッキ膜厚の変化量を膜厚演算部６により算出することにより、印刷ロール２における版面全般における電気メッキ膜厚を正確に測定することができる。
【００６７】
また、本実施形態によれば、変位センサ４は、印刷ロール２の版面の局部における変位量を検出し、膜厚演算部６は、その変位量に基づいてメッキ膜厚の変化量を算出することにより、電気メッキ中の回転ロール２における版面のメッキ膜厚を一段と正確に測定することができる。
【００６８】
さらに、本実施形態によれば、変位センサ４は、印刷ロール２の版面周方向の複数箇所における変位量を検出し、膜厚演算部６は、複数箇所における変位量の平均値に基づいてメッキ膜厚の変化量を算出することにより、電気メッキ中の印刷ロール２における版面のメッキ膜厚を一段と正確に測定することができる。
【００６９】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、グラビア印刷ロールにクロムメッキ膜厚を測定する場合について説明したが、本発明に係る膜厚測定装置は、それ以外に例えば印刷ロールに銅メッキする工程において、銅メッキ膜厚を測定する場合等、メッキさせる対象物がロール状のものであって、回転させながら電気メッキを行う場合のメッキ膜厚を測定するものであれば、いかなるメッキでも適用可能である。
【００７０】
また、上記実施形態では、スキージ３と変位センサ４とを別々に構成したが、これに限らず変位センサ４の先端にスキージ３の機能を設け、スキージ３と変位センサ４とを一体に構成すれば、測定装置の部品点数を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の一実施形態の電気メッキ膜厚測定装置を示す概略構成図である。
【図２】図１のスキージを示す拡大斜視図である。
【図３】図１のスキージと接触式変位センサとの位置関係（ケース１）を示す説明図である。
【図４】図１のスキージと接触式変位センサとの位置関係（ケース２）を示す説明図である。
【図５】図１のスキージと接触式変位センサとの位置関係（ケース３）を示す説明図である。
【図６】図１のスキージと接触式変位センサとの位置関係（ケース４）を示す説明図である。
【図７】（Ａ），（Ｂ）は局所部分における変位量からメッキ膜厚を算出する方法を示す説明図である。
【図８】図７においてメッキ時間と局所部の厚みとの関係を示す図である。
【図９】（Ａ），（Ｂ）は複数箇所における移動平均変位量からメッキ膜厚を算出する方法を示す説明図である。
【図１０】図９においてメッキ時間と平均値の厚みとの関係を示す図である。
【図１１】局所部分における変位量からメッキ膜厚を算出する処理を示すフローチャートである。
【図１２】複数箇所における移動平均変位量からメッキ膜厚を算出する処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７２】
１…電気メッキ膜厚測定装置
２…印刷ロール
３…スキージ（当接部材）
４…変位センサ（変位量検出手段）
５…回転計（回転速度検出手段）
６…膜厚演算部（膜厚算出手段）
７…モニター
【図１】
2008051549.tif 000007
【図２】
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【図３】
2008051549.tif 000009
【図４】
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【図５】
2008051549.tif 000011
【図６】
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【図７】
2008051549.tif 000013
【図８】
2008051549.tif 000014
【図９】
2008051549.tif 000015
【図１０】
2008051549.tif 000016
【図１１】
2008051549.tif 000017
【図１２】
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