(57)【要約】【課題】作業者に負担をかけることなく、比較的安価な構成で透明で且つ膜厚が薄い紙材料からなる印刷物の膜厚測定を正確に行うことができる膜厚測定装置を提供する。【解決手段】膜厚測定装置１は、大略、光源２、受光サンサ３及び受光センサ３と電気的に接続された演算処理部４を備えてなり、紙材料からなる基材６上に形成された塗布膜８の表面に所定波長の光を出射し、該塗布膜８から反射した反射光の光量、すなわち電圧を測定し、塗布膜８の厚みに対応する電圧と塗布材の膜厚とが関連付けられた検量線に基づき膜厚を演算する。光源２として波長が５７０ｎｍ〜５９２ｎｍにピークを有する光を用いると共に、塗布膜８に入射する入射光と該入射光の入射点における塗布膜８に垂直な仮想垂線１４とでなす角度を０度〜１０度としたので、透明で且つ膜厚が０．５μｍ〜２．０μｍ以下の印刷物を測定した場合でも、正確な膜厚の値を得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
紙材料からなる基材に塗布された塗布膜の厚みを測定する膜厚測定装置であって、
前記塗布膜に向けて所定の波長の光を所定の角度をもって出射する投光手段と、
前記塗布膜から所定の角度で反射される前記光を受光する受光手段と、
前記投光手段から出射され、前記塗布膜で反射した光以外の光が前記受光手段に入射することを遮断する遮光手段と、
前記反射光の光量を電圧に変化する変換手段と、
前記変換手段により得られた電圧と前記塗布材の膜厚との予め定められた関係に基づき、前記電圧から膜厚を演算する演算手段が備えられていることを特徴とする膜厚測定装置。
【請求項２】
前記予め定められた関係が、前記塗布膜に対応する前記電圧と前記塗布材の膜厚とが関連付けられた検量線である請求項１に記載の膜厚測定装置。
【請求項３】
前記塗布膜の材質が紫外線吸収剤入りの透明の塗料のほか、透明な導電性インキ、ニス、メジウムインクのいずれか或いは、それらの複数を含んでなる請求項１又は請求項２に記載の膜厚測定装置。
【請求項４】
前記光は、波長が５７０ｎｍ〜５９２ｎｍにピークを有する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の膜厚測定装置。
【請求項５】
前記光は、波長が５３２ｎｍのレーザ光である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の膜厚測定装置。
【請求項６】
前記光は、波長が６５０ｎｍのレーザ光である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の膜厚測定装置。
【請求項７】
前記塗布膜に入射する入射光と該入射光の入射点における塗布膜に垂直な仮想垂線とでなす角度が０度〜１０度である請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の膜厚測定装置。
【請求項８】
前記塗布膜上の投光手段による光照射点から垂直方向に伸びる仮想垂線に対する前記投光手段の出射角度が０度である請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の膜厚測定装置。
【請求項９】
前記塗布膜の厚みが０．５μｍ以上２．０μｍ以下である請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の膜厚測定装置。
【請求項１０】
前記紙材料は、塗工印刷用紙、非塗工印刷用紙、微塗工印刷用紙、特殊印刷用紙、情報用紙、包装用紙、合成紙、紙器用板紙のほか、紙にアルミホイルを張り合わせたアルミホイル紙、アルミ蒸着紙を含むものである請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の膜厚測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紙材料からなる基材の表面に塗布された透明な塗布膜の厚み（膜厚と同義）を測定する膜厚測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
紙材料からなる印刷物のうち、特に光沢や艶消し、耐候性、耐水性、耐油性、耐擦傷性等が要求されるものがある。この種の印刷物の一例として、食品、薬品、化粧品等のパッケージに使用される化粧箱、紙器、ラベル、カタログ、ショッピングバッグ、書籍の表紙、ポスター等が知られている。
【０００３】
これらの印刷物は、多くの場合、印刷機本体やコーター（以下、「コーター」と総称する。）で印刷面にニスや紫外線吸収剤入りの透明の塗料を塗布して表面皮膜を形成させ、光沢、耐候性、耐水性、耐油性、耐擦傷性等の機能を付与している。
【０００４】
また、印刷物への表面皮膜の形成は、物性によって表面平滑性がそれぞれ異なる紙に対し、該表面平滑性を改善させることも目的としている。このような印刷物に塗布される透明な塗布材の膜厚は、印刷物の用途目的、印刷物の材質や大きさ等によっても異なるが、具体的には、０．５μｍ〜２．０μｍ以下の膜厚がある。印刷現場では、印刷物に塗布された塗布膜の厚みを測定し、得られた膜厚をコーターにフィードバックして該コーターからの塗布材の供給量を制御し、印刷物に塗布される塗布材の膜厚が所定の範囲内となるよう管理している。
【０００５】
従来、このような印刷物の膜厚測定は、選択的に試験体を抜き取り、作業者が膜厚を目視で測定していた。しかし、人的に膜厚測定を行う場合、作業者に負担がかかるという問題に加え、例えば紙材料の種類や照明の状態によって見え方が異なる等、測定結果にばらつきが生じて安定した測定が困難であるという問題を有する。
【０００６】
そこで、近年、非破壊・非接触で且つ定量的に塗布材の膜厚を測定する方法又は装置が提案されている。それらの一例として、特許文献１には、光源からの光が薄膜上で反射した反射光を光電変換素子によって少なくとも２色の電気信号に変換後、その電気信号を膜厚に換算することにより薄膜の膜厚を測定する膜厚測定装置が開示されている。
【０００７】
特許文献２には、紫外線吸収剤を混入した透明な塗膜が形成された標準試験体の表面に照射した紫外線の反射率と、塗膜の膜厚とから膜厚の検量線図を予め作成し、標準試験体と同一組成の透明な塗料を基材表面に塗布して製造した被試験体の表面に紫外線を照射し、該紫外線の反射率から検量線図を基にして被試験体の膜厚を算出する膜厚測定方法が開示されている。この方法によれば、１５μｍ〜４５μｍの膜厚範囲を測定できる。
【０００８】
特許文献３には、白色導電材、又は、導電材及び白色微粉末を表面層中に含有する帯電器の当該表面層の膜厚を測定する方法であって、表面層に光を照射し、その反射濃度から膜厚を算出する膜厚測定方法が開示されている。
【０００９】
特許文献４には、ライン照明器により、基材上に成膜された透明導電膜又は透明光学膜にライン照明光を照射し、透明導電膜又は透明光学膜で反射されたライン反射光をカメラで検出し、検出した反射光の色評価値を計測し、色評価値と膜厚とが関連付けられている膜厚特性を用いて、計測した色評価値に対応する膜厚を求める膜厚計測方法及び装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平７−３１１０２０号公報
【特許文献２】特開２００３−００４４１９号公報
【特許文献３】特開２００６−０９１５５９号公報
【特許文献４】特開２００８−２０５１８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１に開示されている膜厚測定装置は、結晶による光の散乱がない非結晶性の含フッ素重合体からなる膜厚の測定に適しているが、表面の乱反射が大きく且つ膜厚の均一性も低い上述の印刷物の膜厚測定に適用できないという問題がある。
【００１２】
特許文献２に開示されている膜厚測定方法は、測定可能膜厚範囲が１５μｍ〜４５μｍであるため、膜厚が０．５μｍ〜２．０μｍ以下である上述の印刷物の膜厚測定には適さないという問題がある。
【００１３】
特許文献３に開示されている膜厚測定方法は、表面層中に白色導電材、又は、導電材及び白色微粉末を含有させて反射濃度の測定を行うので、表面層が透明の場合と比較して高い反射濃度（１．１５Ｄ〜１．３Ｄ）が得られる結果、２μｍ〜８μｍの膜厚範囲を測定できる。反射濃度の測定は市販の反射濃度計が用いられている。
【００１４】
しかし、特許文献３の方法では、表面層中に白色導電材又は白色微粉末を基材に含有させる工程を必要とし、コストが非常にかかるものとなっている。更に、上述の印刷物に形成されている透明な塗料の膜厚は０．５μｍ〜２．０μｍ以下が一般的であり、この膜厚範囲に対応する反射濃度は０．１Ｄ前後である。この値は市販の反射濃度計の測定可能範囲の下限値であり、測定値の信頼性が低い。このため、特許文献３に開示の技術では、上述の印刷物の膜厚を測定するのが困難であるという問題を有する。
【００１５】
ところで、反射濃度計は、試料に対し、０度若しくは４５度の角度方向から照明光を照射し、４５度若しくは０度の角度方向に反射する光量を受光して反射濃度換算を行うことがＪＩＳ Ｂ ９６２３：２００２等に定められており、特許文献３はこの規格に則っている。この場合、受光側には拡散反射光を含む乱反射光のみが反射光として入射する。しかしながら、このような乱反射光のみを受光する反射濃度計では、光源の照射光量が一定であれば、反射光の光量が少なくなる傾向がある。このため、白色導電材又は白色微粉末を表面層に含有させた基材や表面層が厚い基材等の乱反射光の光量が少ない測定対象には適用可能であるが、膜厚が２．０μｍ以下の透明な薄膜の表面層が形成され、且つ表面状態が物性によって大きく変動する紙材料を測定対象とする場合には、乱反射成分が非常に多く、表面層の厚さを測定することが困難である。
【００１６】
すなわち、市販の反射濃度計を用いて透明で且つ膜厚が０．５μｍ〜２．０μｍ以下の印刷物を測定した場合、乱反射成分が非常に多く、市販の反射濃度計では正確な膜厚の値を得ることが困難である。
【００１７】
特許文献４に開示されている膜厚計測方法及び装置は、色評価値（色味）として、例えばＣＩＥ−Ｌ*ａ*ｂ*表示系におけるＬ*ａ*ｂ*の値を用いている。このＬ*ａ*ｂ*とは、ＪＩＳ Ｚ ８７２９において規定されるＬ*ａ*ｂ*（エルスター・エイスター・ビースター）表示系であり、Ｌ*は明度（輝度）、ａ*は赤−緑領域の測色値、ｂ*は黄−緑領域の測色値を示す。しかしながら、ＣＩＥ−Ｌ*ａ*ｂ*表示系におけるＬ*ａ*ｂ*の値を計測するには、分光測色計、画像処理を行うコンピュータ等の高額な機器の導入が必要であるという問題があった。
【００１８】
したがって、本発明は、このような問題点を解決することを課題としてなされたものであり、その目的とするところは、作業者に負担をかけることなく、比較的安価な構成で透明で且つ膜厚が薄い紙材料からなる印刷物の膜厚測定を正確に行うことができる膜厚測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の膜厚測定装置は、紙材料からなる基材に塗布された塗布膜の厚みを測定する膜厚測定装置である。この膜厚測定装置は、塗布膜に向けて所定の波長の光を所定の角度をもって出射する投光手段と、塗布膜から所定の角度で反射される前記光を受光する受光手段と、投光手段から出射され、前記塗布膜で反射した光以外の光が前記受光手段に入射することを遮断する遮光手段と、反射光の光量を電圧に変化する変換手段と、変換手段により得られた電圧と前記塗布材の膜厚との予め定められた関係に基づき、前記電圧から膜厚を演算する演算手段が備えられている。
【００２０】
前記予め定められた関係としては、塗布膜の厚みに対応する前記電圧と前記塗布材の膜厚とが関連付けられた検量線を用いることができる。
【００２１】
前記塗布膜の材質としては、紫外線吸収剤入りの透明の塗料のほか、透明な導電性インキ、ニス、メジウムインクのいずれか或いは、それらの複数を含んでなるものが考えられる。
【００２２】
さらに前記所定波長の光としては、波長が５７０ｎｍ〜５９２ｎｍにピークを有する光を用いることができる。
【００２３】
場合により、波長が５３２ｎｍのレーザ光を用いることができる。
【００２４】
必要に応じて前記光は、波長が６５０ｎｍのレーザ光を用いることができる。
【００２５】
前記塗布膜に入射する入射光は、該入射光と該入射光の入射点における塗布膜に垂直な仮想垂線とでなす角度が０度〜１０度の入射光とすることができる。
【００２６】
塗布膜上の投光手段による光照射点から垂直方向に伸びる仮想垂線に対する前記投光手段の出射角度を０度とすることもできる。
【００２７】
本発明に係る膜厚測定装置が適用される塗布膜の厚みの範囲は、０．５μｍ以上２．０μｍ以下である。
【００２８】
本発明に係る膜厚測定装置は、塗工印刷用紙、非塗工印刷用紙、微塗工印刷用紙、特殊印刷用紙、情報用紙、合成紙、包装用紙、紙器用板紙のほか、紙にアルミホイルを張り合わせたアルミホイル紙、アルミ蒸着紙を含む紙に適用可能である。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、作業者に負担をかけることなく、透明で且つ膜厚が薄い紙材料からなる印刷物の膜厚測定を正確に行うことができる膜厚測定装置を提供できる。このような膜厚測定装置は、反射濃度計や分光測色計、及び画像処理を行うコンピュータ等の高価な機器を必要としないので、膜厚測定装置本体を比較的安価に構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施の形態に係る膜厚測定装置の概略構成を示す図である。
【図２】３種類の塗工印刷用紙について、透明ニスインキ供給量とＣＩＥ−Ｌ*ａ*ｂ*表示系におけるＬ*ａ*ｂ*の値との関係を説明する図である。
【図３】受光センサの等価回路を示す図である。
【図４】各印刷物（基材）について、黄色ＬＥＤ光源又は赤色レーザ光源から光を照射したときの反射光の光量に基づく電圧をそれぞれ測定し、測定された電圧と当該塗布材の平均膜厚とが関連付けられた第１の検量線データを示す図である。
【図５】３種類の塗工印刷用紙について、黄色ＬＥＤ光を照射したときの反射光の光量に応じた電圧をそれぞれ測定し、測定された電圧と塗布装置から供給される塗布材の供給量とが関連付けられた第２の検量線データを示す図である。
【図６】アルミホイル紙について、赤色レーザ光を照射したときの反射光の光量に応じた電圧をそれぞれ測定し、測定された電圧と塗布装置から供給される塗布材の供給量とが関連付けられた第２の検量線データを示す図である。
【図７】本発明に係る膜厚測定装置の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態に係る膜厚測定装置について、添付図面に従って説明する。以下の実施の形態では、主として紙材料からなる印刷物（基材）に塗布される透明な塗布膜の厚みを測定する例を説明する。
【００３２】
なお、以下の説明では、方向や位置を表す用語（例えば、「下方」や「下端部」等）を便宜上用いるが、これらは発明の理解を容易にするためであり、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。また、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００３３】
なお、本発明の「紙材料からなる基材」の概念は、塗工印刷用紙（例えばコート紙、マットコート紙、コートボール紙）、非塗工印刷用紙（例えば上質紙）、微塗工印刷用紙、特殊印刷用紙（例えば色上質紙）、情報用紙（例えばコピー用紙、インクジェット用紙）や、包装用紙（例えばショッピングバッグ、袋用紙）、合成紙、紙器用板紙（例えば絵葉書、カード類、紙器、化粧箱）、その他、紙にアルミホイルを張り合わせたアルミホイル紙、アルミ蒸着紙を含む。
【００３４】
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る膜厚測定装置１（以下、単に「測定装置１」と称する。）は、大略、光源２（投光手段）、受光サンサ３（受光手段）及び受光センサ３と電気的に接続された演算処理部４（演算手段）を備えてなり、紙からなる基材６（印刷物）上に形成された透明薄膜８（以下、「塗布膜８」と称する。）の表面に所定波長の光を出射し、該塗布膜８から反射した反射光の光量、すなわち電圧を測定し、塗布膜８の厚みに対応する電圧と塗布材の膜厚とが関連付けられた検量線に基づき膜厚を演算するものである。本実施の形態では、演算された膜厚に基づいてコーターから供給される塗布材の供給量を管理する例を説明する。
【００３５】
図示するように、光源２と受光センサ３は内筒１０（遮光手段の一部）の中に組み込まれている。光源２と受光センサ３は遮光壁１１（遮光手段の一部）により隔絶されている。図において、内筒１０の下端部であって光源２と対向する位置には、集光レンズ１２ａが設けられている。同様に、内筒１０の下端部であって受光センサ３と対向する位置には、集光レンズ１２ｂが設けられている。
【００３６】
さらに、内筒１０は、外筒１６の内部空間に適切な形式で固定されている。外筒１６も遮光手段の一部を構成する。つまり、内筒１０、遮光壁１１及び外筒１６は、塗布膜８で反射した光以外の光が受光センサ３に入射することを防止している。外筒１６の下端部にはアパーチャー１６０が取り付けられている。アパーチャー１６０の基材６表面に対向する位置には孔１６１が形成されており、この孔１６１を通して光源２からの光が基材６表面に形成された塗布膜８に照射され、塗布膜８からの反射光の光量が測定される。反射光の光量を測定する範囲は孔１６１の口径で決定される。安定した測定を行うためには、基材６の表面の位置にかかわらず、均一な反射光の光量が得られるようにする（以下、「均一性」と称する。）ことが望ましい。紙材料は自然の産物で構成されているため、比較的に均一性が低い。このような均一性は、孔１６１の口径とも関連しており、基材６の表面の均一性が低くなるほど口径の大きいアパーチャー１６０で測定する必要がある。本実施の形態では、アパーチャー１６０の孔１６１の口径は例えば、５ｍｍ〜１０ｍｍ程度が好ましい。
【００３７】
このように、測定装置１は、光源２から出射された光は集光レンズ１２ａで集光され、該光が基材６上の光照射点１３から垂直方向に伸びる仮想垂線１４に対し角度θで入射する一方、上記角度θと同じ角度で反射し、該反射光が集光レンズ１２ｂを介して受光センサ３に入射する光のみを検出するように構成されている。すなわち、測定装置１では、従来の反射濃度計とは異なり、光照射点１３における正反射光と拡散反射光を含む光を検出する。この角度θについては後述する。
【００３８】
なお、図１において、測定部１６５で反射した反射光の光量は下記［数１］により算出される。
【００３９】
【数１】
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上式から、測定部１６５における反射光の光量Ｌｉは、光源光の種類、基材である紙の表面状態、光源光の強度及び光源２からの距離が一定であれば角度θが限りなくゼロに近いほど大きくなるということが理解できる。更に、測定装置１では、入射角θと反射角θが等しく、測定部１６５での正反射光を含む光量を測定するので、反射光の光量Ｌｉを大きくできる。
【００４０】
上述の理由から、本実施の形態の測定装置１においては、測定部１６５に入射する入射光と該入射光の光照射点１３から垂直方向に伸びる仮想垂線１４とでなす角度は、０度〜１０度であることが好ましい。更に、光源２や受光センサ３の大きさ等の制約を考慮した場合、上記角度は５度〜１０度がより好ましい。この構成によれば、測定部１６５から反射した正反射光の大部分が受光センサ３に入射する。そして、外筒１６及び遮光壁１１が塗布膜８で反射した光以外の光が受光センサ３に入射することを防止する。その結果、透明で且つ膜厚が０．５μｍ〜２．０μｍ以下の紙材料からなる印刷物のように、表面層による影響の少ない測定対象を測定した場合でも、正確な膜厚の値を得ることができる。なお、上記角度が０度の場合の測定装置１については後述する。
【００４１】
次に、本実施の形態の管理装置１の各部の構成について説明する。発明者らは、コート紙、コートボール紙及びマットコート紙の３種類の塗工印刷用紙について、用紙の表面に塗布する塗布膜の膜厚を、「Ｗ：塗布なし（膜厚ゼロ）」、「ＶＬ：極薄」、「Ｌ：薄」、「Ｓ：標準」、「Ｄ：濃」、「ＶＤ：極濃」の５段階に変化させ、それらに所定波長の光を照射したときの膜厚と反射光の色評価値との相関関係を得るための実験を行った。塗布材としては透明ニスインキを使用した。色評価値のパラメータとしては、ＣＩＥ−Ｌ*ａ*ｂ*表示系におけるＬ*ａ*ｂ*の値を用いた。その実験結果を図２に示す。
【００４２】
図示するように、第１点目として、いずれの塗工印刷用紙においても膜厚が厚くなるに従ってほぼ同じ傾きでｂ*側（黄−緑領域の測色値のほぼ黄色側）に反射スペクトルが変化することを知見した。第２点目として、実験に用いたコート紙、コートボール紙及びマットコート紙の平滑性（表面粗さ）は、粗さの大きいものから順に、マットコート紙＞コートボール紙＞コート紙という関係にある。通常、光の反射状態は基材の平滑性に応じて正反射と拡散反射の混ざり具合が変化するが、本実験により、発明者らは基材の平滑性にかかわらず色評価値がｂ*側（黄−緑色相のほぼ黄色側）に反射スペクトルが変化することを知見した。すなわち、発明者らは、光源として黄色光を用いると、用紙の表面粗さの変化に対して、反射光のｂ*値が大きく変化することを見出したのである。
【００４３】
上述の知見により、表面粗さの異なる上記３種類の塗工印刷用紙上に形成された塗布膜の膜厚測定には、例えば、波長が５７０ｎｍ〜５９２ｎｍにピークを有する光（純黄色）を照射する光源が好適であることが判った。そこで、本実施の形態では、光源２として黄色ＬＥＤからなる固体発光素子が用いることとした。
【００４４】
黄色ＬＥＤのように純黄色の光を照射する光源を用いると共に、入射角θと反射角θを同一とし、且つθを０度〜１０度のように狭角に設定し、光源として白色光を用いた濃度計のように、光源側又は受光側に青色光をよく通すブルーフィルタ（ＲＧＢ光のうちＲ＋Ｇ＝Ｙを吸収）を設けて黄色系の検出能力を向上させる機構や、イエローダイクロイックミラー等の機構を用いることなく、精度よく黄色光を検出して膜厚を測定できる。このことは、受光センサ３の受光感度が向上することを意味する。
【００４５】
なお、図２の実験では、表面粗さの異なる３種類の塗工印刷用紙の表面に透明ニスインキを塗布し、塗布面に波長が５７０ｎｍ〜５９２ｎｍにピークを有する光（純黄色）を照射し、塗布面から反射する黄色光を検出して膜厚を測定した例を説明したが、この透明ニスインキとは、ＵＶニス、油性ニス、水性ニスを含むものである。本発明に適用できる他の塗布材としては、上記ニス以外に例えば、透明な導電性インキ、メジウムインク又はそれらを複数含んでなる透明の塗布材のほか、紫外線吸収剤入りの透明の塗料であっても、塗布面から反射する黄色光を検出して膜厚を好適に測定できることはいうまでもない。
【００４６】
なお、紙にアルミホイルを張り合わせたアルミホイル紙や、アルミ蒸着紙等の表面に透明な塗布材が形成されていると、基材自体が銀色であるため純黄色を照射する光源では膜厚の検出は困難である。この場合、光源２を黄色ＬＥＤに代えて、例えば、波長が５３２ｎｍの緑色レーザ光又は６５０ｎｍの赤色レーザ光からなる可視光半導体レーザ素子を用いると良好に膜厚を検出できることが発明者らの実験で確認されている。
【００４７】
次に、受光センサ３について説明する。受光センサ３は、公知のＮＰＮフォトトランジスタ（以下、「フォトトランジスタ３０」と称する。）で構成されている。
【００４８】
図３に示すように、フォトトランジスタ３０のコレクタとベースの間にはフォトダイオード３２が並列接続されている。また、フォトトランジスタ３０のエミッタ側と抵抗３４との間には、例えばオペアンプ等の増幅器３６（変換手段）、ディジタルボルトメータ３８、及び演算処理装置４が直列接続されている。なお、演算処理装置４については後述する。
【００４９】
このように構成された受光センサ３において、直列接続された黄色ＬＥＤ２０、抵抗２１からなる光源２からフォトトランジスタ３０の受光面（図示せず）に光が照射されると、フォトトランジスタ３０のベース層にベース電流ＩＢが注入され、該フォトトランジスタ３０が動作してコレクタ電流ＩＣが流れる。
【００５０】
光源２から光が出射され、測定部１６５で反射した反射光の強度がフォトダイオード３２で電流値として検出されると、該電流が増幅器３６で増幅・電圧変換された後、ディジタルボルトメータ３８にて電圧測定が行われ、測定された反射光の光量に基づく電圧データが演算処理部４に取り込まれる。
【００５１】
演算処理装置４は、受光センサ３から取り込まれた反射光の光量に対応する電圧データと塗布材の膜厚との予め定められた関係に基づき、該電圧データから膜厚を演算するものである。予め定められた関係としては、塗布膜の厚みに対応する電圧データと塗布材の膜厚とが関連付けられた検量線を用いることができる。本実施の形態の演算処理装置４は、膜厚の演算に用いた電圧データを基に、図示しないコーターから供給される管理すべき塗布材の供給量を演算するよう構成されている。具体的に、演算処理装置４は、例えばパーソナルコンピュータで構成されている。ここに、受光センサ３で生成された電圧データと塗布膜８の厚さとの関係には所定の関係が知られているから、当該電圧データに基づいて塗布材の供給量を演算、制御するということは、測定された膜厚に基づいて塗布材の供給量を演算、制御するということと同義である。
【００５２】
演算処理装置４には、図４（ａ），図４（ｂ）に示すように、互いに異なる既知の塗布材の膜厚を有する複数のサンプル（各種印刷用紙［基材６］）について、所定波長の光を照射したときの反射光の光量に基づく電圧をそれぞれ測定し、測定された電圧と当該塗布材の平均膜厚とが関連付けられた第１の検量線データが予め設定されている。
【００５３】
第１の検量線データの縦軸に示す「平均膜厚」は、各サンプルの表面を例えば、レーザ顕微鏡で走査し、実際の膜厚の平均値を測定して得たものである。これに代えて、各サンプルを切断し、各サンプルの表面に形成されている膜厚を電子顕微鏡で所定回数測定して平均膜厚を得てもよい。
【００５４】
図４（ａ）は、表面に透明の塗布材が形成されたマットコート紙について、黄色ＬＥＤの光を照射したときの第１の検量線データである。図４（ｂ）は、表面に透明の塗布材が形成されたアルミホイル紙について、赤色レーザ光を照射したときの第１の検量線データである。
【００５５】
さらに、図５、図６に示すように、演算処理装置４には、互いに異なる既知の塗布材の膜厚を有する複数のサンプル（各種印刷用紙［基材６］）について、所定波長の光を照射したときの反射光の光量に対応する電圧をそれぞれ測定し、測定された電圧と図示しないコーターから供給される塗布材の供給量とが関連付けられた第２の検量線データが予め設定されている。図において、第２の検量線の縦軸は電圧、横軸はコーターから供給される塗布材の供給量を示す。横軸に示す１〜５の数値は供給量が「少ない」、「標準」、「多い」という指標値である。
【００５６】
図５は、表面に透明の塗布材が形成された３種類の塗工印刷用紙（コート紙、コートボール紙及びマットコート紙）について、黄色ＬＥＤの光を照射したときの第２の検量線データである。図６は、表面に透明の塗布材が形成されたアルミホイル紙について、赤色レーザ光を照射したときの第２の検量線データである。
【００５７】
実際の膜厚の測定においては、第１の検量線データと、受光センサ３から取り込まれた反射光の光量に基づく電圧データ（以下、「実測データ」と称する。）とを比較・参照することにより、測定対象の基材６上に形成された塗布膜の平均膜厚が例えば２．２５μｍ（実測データが２５０ｍＶ時）であると演算される。次に、第２の検量線データと上記実測データとを比較・参照する。例えば、図５に示すマットコート紙の場合、実測データ２５０ｍＶに対応する塗布材（透明ニスインキ）の供給量は、指標値が３から４の間であると演算される。つまり、塗布材の供給量は標準よりもやや多いことが理解できる。該演算結果は別途設けられた図示しないディスプレィ等の表示手段に表示させてもよい。なお、上述の処理は演算処理装置４内に組み込まれたプログラムにより実行されるようにしてある。
【００５８】
ここでは、マットコート紙に黄色ＬＥＤ光を照射し、コーターから供給される管理すべき塗布材の供給量を演算する例を説明したが、図４（ｂ）、図６に示したアルミホイル紙（この場合、光源は赤色レーザ光）についても同様に演算できる。
【００５９】
演算処理装置４内で膜厚が演算され、該膜厚に基づく塗布材の供給量に係る演算結果は、コーターにフィードバックし、該コーターの供給機構によって塗布材の供給量を管理してもよいし、例えば、演算処理装置４とコーターとを電気的に接続し、上記演算結果を電気的にフィードバックさせて該コーターの供給機構を制御して塗布材の供給量を管理することも可能である。
【００６０】
本実施の形態では、塗工印刷用紙やアルミホイル紙等、特定の基材６に関する第１、第２の検量線データを例示しているが、これに限らず、例えば上質紙等の非塗工印刷用紙、ショッピングバッグ、袋用紙等の包装用紙、絵葉書、カード類、紙器、化粧箱の紙器用板紙等に関する第１、第２の検量線データがさらに設定されていてもよい。このように、複数の基材６に関する第１、第２の検量線データが演算処理装置４内に設定されている場合、実際に膜厚の測定を実施する時にいずれの種類の基材６について測定を実施するかを選択する選択手段を演算処理装置４内に備えることが好ましい。
【００６１】
本実施の形態では、第１、第２の検量線データを演算処理装置４内に予め設定した形態を例示しているが、別途設けられた記録媒体（例えば、作業手順書等の紙媒体や、作業現場に設置された看板等の記録媒体。）に記録しておき、膜厚測定の度にコーターから供給される管理すべき塗布材の供給量を演算してもよい。
【００６２】
次に、上述の構成からなる測定装置１の動作について、図１、図３〜図５を参照して説明する。本動作説明では、表面に透明の塗布材（透明ニスインキ）が形成されたマットコート紙の膜厚測定、及び塗布材の供給量の管理について説明する。先ず、測定装置１の図示しない電源をオンして測定装置１を起動する。そして、演算処理装置４に備えられている図示しない選択手段を操作し、測定対象となる基材６の種類について「マットコート紙」を選択する。次いで、外筒１６の先端のアパーチャー１６０をマットコート紙の塗布材が形成されていない面に当接し、塗布材が形成されていない面における反射光の光量に基づく電圧データを取得し、得られた「膜厚ゼロ」の電圧データを例えば１００ｍＶに調整する（ゼロ点調整）。
【００６３】
次に、図１に示すように、アパーチャー１６０をマットコート紙の塗布材が形成されている面に当てると、光源２から波長が５７０ｎｍ〜５９２ｎｍにピークを有する光が集光レンズ１２ａを介して出射される。該光は、光照射点１３から垂直方向に伸びる仮想垂線１４に対して５度の角度をもってマットコート紙上の塗布膜８の表面に入射する。塗布膜８の表面（測定部１６５）で反射した反射光は、入射光の入射角度と同じ５度で反射し、該反射光が集光レンズ１２ｂを介して受光センサ３に入射する。この場合、受光センサ８に入射する光は黄色光であるので、受光センサ３の受光感度が向上する。これに加えて、塗布膜８の表面から反射した正反射光の大部分と拡散反射光の一部が受光センサ３に入射する。正反射光の光量は大きいので、塗布膜８が透明で且つ薄い場合にも、塗布膜８の膜厚の変動を正確に測定できる。そして、外筒１６及び遮光壁１１が塗布膜８で反射した光以外の光が受光センサ３に入射することを防止する。
【００６４】
図３に示すように、光源２からフォトトランジスタ３０の受光面（図示せず）に光が照射されると、フォトトランジスタ３０のベース層にベース電流ＩＢが注入され、該フォトトランジスタ３０が動作してコレクタ電流ＩＣが流れる。光源２から光が出射され、測定部１６５で反射した反射光の強度がフォトダイオード３２で電流値として検出されると、該電流が増幅器３６で増幅・電圧変換された後、ディジタルボルトメータ３８にて電圧測定が行われ、その電圧値が例えば２５０ｍＶであると計測される。その後、測定された反射光の光量に基づく電圧データは演算処理部４に取り込まれる。
【００６５】
電圧データ、つまり実測データ２５０ｍＶが受光センサ３から演算処理装置４内に取り込まれると、該演算処理装置４内で図４（ａ）に示す第１の検量線データと、実測データとが比較参照される。この時、測定対象の基材６上に形成された塗布膜の平均膜厚は例えば２．２５μｍであると演算される。続いて、演算処理装置４内において図５に示す第２の検量線データと上記実測データ２５０ｍＶがとが比較・参照される。この時、実測データ２５０ｍＶに対応する塗布材の供給量は、指標値が３から４の間、つまり、標準よりも供給量がやや多いと演算され、該演算結果が別途設けられた図示しないディスプレィ等の表示手段に表示される。
【００６６】
演算処理装置４内で膜厚が演算され、該膜厚に基づく塗布材の供給量に係る演算結果は、コーターにフィードバックされ、該コーターの供給機構によって塗布材の供給量が管理される。この形態に代えて、例えば、演算処理装置４とコーターとを電気的に接続し、上記判定結果を電気的にフィードバックさせて該コーターの供給機構を制御して塗布材の供給量を管理することもできる。
【００６７】
このように、本発明の実施の形態に係る測定装置１によれば、光の入射角θと光の反射角θを同一とし、且つ角度θが０度〜１０度のように狭角に設定されていること、また、光源として検出感度の高い、波長が５７０ｎｍ〜５９２ｎｍにピークを有する光（純黄色）を用いていることにより、極めて高い反射光の受光強度が得られる。その結果、透明で且つ膜厚が０．５μｍ〜２．０μｍ以下の印刷物を測定した場合でも、正確な膜厚の値を得ることができる。また、膜厚の検出が困難であるアルミホイル紙や、アルミ蒸着紙に対しても波長が５３２ｎｍの緑色レーザ光又は６５０ｎｍの赤色レーザ光からなる可視光半導体レーザ素子を用いることにより、正確な膜厚の値を得ることができる。また、本実施の形態の測定装置１は、印刷現場において透明で且つ膜厚が薄い印刷物の膜厚測定を正確に行うことができるので、作業者に負担がかからず、且つ膜厚の測定結果にばらつきが生じないので、印刷物の製造効率が向上する。
【００６８】
更に、この測定装置１は実施の形態のように、コーターから供給される塗布材の供給量を管理する管理装置としても用いることができる。管理装置として用いる場合、各種印刷用紙（基材６）への塗布膜８の塗布工程において塗布材の供給量を各種印刷用紙毎に適切に管理できる。このため、塗布材の供給量過大による塗布材のロス、或いは供給量過少による基材６への塗布不足を防止できる。
【００６９】
上述の実施の形態では、測定部１６５に入射する入射光と該入射光の光照射点１３から垂直方向に伸びる仮想垂線１４とでなす角度が０度〜１０度である測定装置１を説明したが、本発明に係る膜厚測定装置はこの形態に限定されない。上記角度が０度の場合の測定装置１について図７を参照して説明する。なお、図７においては内筒１０、外筒１６アパーチャー１６０は省略している。
【００７０】
この測定装置１は、光源２と基材６との間であって光源２と対向する位置にハーフミラー１８を介在させている。ハーフミラー１８の作用により、ハーフミラー１８を透過した光源２からの光が基材６によって垂直方向に反射され、該反射光がハーフミラー１８で直角に反射されて受光センサ３に入射する構成としてある。この構成によれば、測定部１６５から反射した正反射光のほぼ全て及び拡散反射光の一部が受光センサ３に入射するので、反射光の受光強度が上述の実施の形態の測定装置１と比べて更に高くなる。
【００７１】
ここで、ハーフミラー１８は、所定の波長域の光を任意の反射率と透過率に分けてその光量を調整するミラーであり、その代表例として、金属ミラータイプのハーフミラーや誘電体ミラータイプのハーフミラーが用いられる。金属ミラータイプのハーフミラーは、光の損失は大きくなるが入射角や偏光の変化による透過率及び反射率の変化が殆どないという特徴を有する。一方、誘電体ミラータイプのハーフミラーは、光の損失が殆どないが入射角や偏光の変化により透過率及び反射率が大きく変わるという特徴を有する。なお、その他の構成については上述した測定装置１と同一の構成であるので説明を省略する。
【符号の説明】
【００７２】
１  膜厚測定装置
２  光源
３  受光センサ
４  演算処理装置
６  基材
８塗布膜
１０  内筒
１１  遮光壁
１２ａ，１２ｂ  集光レンズ
１３  照射点
１４  仮想垂線
３０  フォトトランジスタ
３２  フォトダイオード
３６  増幅器
３８  ディジタルボルトメータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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