(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラリー状の原料を互いにある間隔だけ離して配置された一対の塗工具を通してシート状に成形するシート成形機であって、上記一対の塗工具のうちの第１の塗工具上にシートが成形され、第２の塗工具をシートの膜厚方向に変位させることでシートの膜厚を調整可能としたものにおいて、
第１の塗工具上に成形されたウエット状態のシートの膜厚を２光束の干渉を利用して非接触で測定する測定手段と、
第２の塗工具を第１の塗工具との対向方向に変位させ、シートの膜厚を調整する膜厚調整用アクチュエータと、
上記測定手段により測定されたシートの膜厚と目標値とを比較し、その偏差に応じた指令信号を上記アクチュエータに供給する制御手段と、を備え、
上記測定手段は、
白色光を発する１つの光源と、
光源からの光をフィルタを通して単色光と複色光とに光学的に分ける手段と、
単色光と複色光とが並行して入力され、それぞれ二光束に分割して、一方をシート表面で反射させるとともに、他方を参照面で反射させる二光束干渉光学系と、
上記シート表面で反射した光と参照面で反射した光との干渉縞画像を、同時刻に撮像された単色光画像と複色光画像とで個別に得る手段と、
上記複色光画像の最大輝度位置から０次干渉縞の位置を検出する手段と、
上記単色光画像のシート測定点における干渉縞の位置と上記０次干渉縞に対応する位置とから、シート測定点の変位を測定する手段と、
を備えたことを特徴とする膜厚制御装置。
【請求項２】
第１の塗工具は塗工ロールであり、第２の塗工具はドクターブレードであり、上記塗工ロール上に成形されたシートは連続体ウエブに転写されることを特徴とする請求項１に記載のシート成形機における膜厚制御装置。
【請求項３】
第１の塗工具は塗工ロールであり、第２の塗工具は塗工ロールに対して逆方向に回転するメタリングロールであり、塗工ロール上に成形されたシートは連続体ウエブに転写されることを特徴とする請求項１に記載のシート成形機における膜厚制御装置。
【請求項４】
シート表面で反射した光と測定手段の参照面で反射した光との干渉縞画像が撮影画面内に入るように、上記測定手段を第１の塗工具に対して移動させる測定手段駆動用アクチュエータが設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のシート成形機における膜厚制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシート成形機における膜厚制御装置、例えばセラミックグリーンシートなどのシートの膜厚を制御する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、積層セラミックコンデンサやセラミック多層基板などを製造する際、セラミックグリーンシートが用いられる。セラミックグリーンシートを作成するには、所要組成に調整されたセラミック原料粉末と、バインダ溶液とを互いに混合することによってセラミックスラリを得た後、ブレードコータやリバースロールコータと呼ばれる転写式シート成形機などを用いてセラミックスラリをシート成形し、セラミックグリーンシートを得ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなグリーンシートの膜厚を制御する場合、乾燥した後のシート厚みを測定し、その厚みを元にして成形条件をコントロールする方法が一般的である。しかしながら、このような方法では、乾燥後でないとシートの厚みが測定できないので、厚み制御の効率が悪い。
【０００４】
一方、レーザ変位計を用いることによって、成形直後のスラリー状のグリーンシートをウエット状態で測定する方法もある。しかしながら、レーザ変位計（幾何測定）はスラリーの内部の粒子の散乱光の影響を強く受けるので、シート表面の正確な測定ができないという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、成形直後のウエット状態のシートの厚みを測定でき、かつスラリーの表面変位を正確に測定できるシート成形機における膜厚制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、スラリー状の原料を互いにある間隔だけ離して配置された一対の塗工具を通してシート状に成形するシート成形機であって、上記一対の塗工具のうちの第１の塗工具上にシートが成形され、第２の塗工具をシートの膜厚方向に変位させることでシートの膜厚を調整可能としたものにおいて、第１の塗工具上に成形されたウエット状態のシートの膜厚を２光束の干渉を利用して非接触で測定する測定手段と、第２の塗工具を第１の塗工具との対向方向に変位させ、シートの膜厚を調整する膜厚調整用アクチュエータと、上記測定手段により測定されたシートの膜厚と目標値とを比較し、その偏差に応じた指令信号を上記アクチュエータに供給する制御手段と、を備え、上記測定手段は、白色光を発する１つの光源と、光源からの光をフィルタを通して単色光と複色光とに光学的に分ける手段と、単色光と複色光とが並行して入力され、それぞれ二光束に分割して、一方をシート表面で反射させるとともに、他方を参照面で反射させる二光束干渉光学系と、上記シート表面で反射した光と参照面で反射した光との干渉縞画像を、同時刻に撮像された単色光画像と複色光画像とで個別に得る手段と、上記複色光画像の最大輝度位置から０次干渉縞の位置を検出する手段と、上記単色光画像のシート測定点における干渉縞の位置と上記０次干渉縞に対応する位置とから、シート測定点の変位を測定する手段と、を備えたことを特徴とする膜厚制御装置である。
【０００７】
本発明装置によれば、２光束干渉を利用した測定手段によって成形直後のウエット状態のシートの膜厚を測定するので、乾燥後のシートの厚みを測定する場合に比べて、シートの膜厚制御を即座に開始することができる。また、膜厚測定に白色光の干渉を用いているので、レーザによる幾何測定の場合のようにスラリー内部の粒子の散乱光の影響を強く受けず、シートの表面変位を正確に測定できる。しかも、レーザ（単波長）の干渉を用いた場合とは異なり、絶対的な距離指標（参照光路長）を利用できるので、液面のような不安定な面の測定に適しているという特徴がある。
上記測定手段により測定されたシートの膜厚と目標値とを比較し、その偏差に応じた指令信号をアクチュエータに供給し、第２の塗工具を第１の塗工具との対向方向に変位させてシートの膜厚を調整することにより、シートの膜厚を目標値に正確に制御できる。
具体的な膜厚測定方法としては、第１の塗工具がロールである場合、塗工前にロール回転角とロールの表面変位の関係を測定しておき、塗工中のスラリーの表面位置とその回転角でのロール表面位置との差を求めることで、膜厚とすればよい。
なお、本発明において、スラリー状とは液体の中に固体粒子が分散している状態をいう。
【０００８】
本発明のシート成形機としては、第１の塗工具が塗工ロール、第２の塗工具がドクターブレードよりなり、塗工ロール上に成形されたシートを連続体ウエブに転写する所謂ブレードコータであってもよいし、第１の塗工具が塗工ロール、第２の塗工具が塗工ロールに対して逆方向に回転するメタリングロールよりなり、塗工ロール上に成形されたシートを連続体ウエブに転写するリバースロールコータであってもよい。いずれの場合も、塗工ロールの表面凹凸が小さいので、高精度な膜厚制御が可能である。
【０００９】
一般に、二光束の干渉光学系の測定手段は、測定範囲が狭い（例えば２μｍ程度）と言われている。そのため、干渉縞が測定範囲内に入るように、干渉光学系をアクチュエータにより第１の塗工具に対して移動させることで、変位の測定範囲を広げることが可能である。
【００１０】
測定手段としては、白色光を発する１つの光源と、光源からの光をフィルタを通して単色光と複色光とに光学的に分ける手段と、単色光と複色光とが並行して入力され、それぞれ二光束に分割して、一方をシート表面で反射させるとともに、他方を参照面で反射させる二光束干渉光学系と、上記シート表面で反射した光と参照面で反射した光との干渉縞画像を、同時刻に撮像された単色光画像と複色光画像とで個別に得る手段と、上記複色光画像の最大輝度位置から０次干渉縞の位置を検出する手段と、上記単色光画像のシート測定点における干渉縞の位置と上記０次干渉縞に対応する位置とから、シート測定点の変位を測定する手段と、を備えたものを用いる。
すなわち、単色光および複色光をそれぞれ二光束に分割し、一方をシート表面で反射させるとともに、他方を干渉光学系内の参照面で反射させる。単色光と複色光とは重畳され、シート表面で反射した光と参照面で反射した光との干渉縞画像がＣＣＤ等の撮像装置により複数の単色光画像に分解されて例えばカラー画像として得られる。このカラー画像の中で、参照面までの距離ｄｒとシート表面までの距離ｄｓとが等しい部分で全ての光の波長が強め合うため、最大輝度位置、つまり０次干渉縞となって現れる。
一方、単色光による干渉縞画像は、上記カラー画像の構成要素の１つとして得られる。カラー画像では、入力している光が単波長ではないので、０次干渉縞付近しか干渉縞が観察されないが、単色光による干渉縞画像は単一波長であるため、広い範囲で明瞭な縞模様が得られる。この縞画像の中で、上記カラー画像によって得られた０次干渉縞の位置から、変位を測定すべき点の干渉縞の位置までの縞の本数を数えることで、測定点の変位（参照面までの距離ｄｒと測定点までの距離ｄｓとの差）を測定できる。
このように、複色光画像による干渉縞と単色光画像による干渉縞とを同時に得ることにより、シート表面の変位を検出するようにしたので、従来では不可能であった動的なシートの厚み測定が可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明にかかる膜厚制御装置を適用したシート成形機の一例であるブレードロールコータを示す。
ブレードロールコータは周知のように、スラリー溜め１内に貯留されたセラミックスラリー２に対して塗工ロール３の一部を浸漬し、塗工ロール３上に塗布されたスラリー２の一部をドクターブレード４で掻き取ることにより、薄膜状にシート成形し、このシート５を塗工ロール３上を走行するキャリアフィルム（連続体ウエブ）６に転写するものである。キャリアフィルム６に転写されたシート５は図示しない乾燥工程へ搬送され、乾燥処理される。塗工ロール３上にシート成形され、かつキャリアフィルム６に転写される直前のウエット状態のシート５の厚みを測定器１０で測定している。
【００１２】
図２は上記ブレードロールコータにおける膜厚制御システム図を示す。
測定器１０は例えば白色光を発するハロゲン光源１１を備える。光源１１からの光はフィルタ１２，１３を通って干渉光学系１４に入力される。このうち、フィルタ１２は例えば緑色の光（波長５４８ｎｍ，半値幅２ｎｍ）のみを通す干渉フィルタであり、フィルタ１３は緑色の光（例えば波長５００〜６００ｎｍの光）をカットするマゼンタフィルタである。フィルタ１２，１３を通った光は、例えば光ファイバー１４によって干渉光学系１５に送られる。
【００１３】
干渉光学系１５の内部には、ビームスプリッタ１６と参照面１７とが設けられ、この干渉光学系１５は第１アクチュエータ１８によって塗工ロール３に対して接近離間方向（Ｚ方向）に移動可能である。フィルタ１２，１３を通った光はビームスプリッタ１６によってそれぞれ強度が等しい二光束に分割され、一方の光は参照面１７で反射し、他方の光は被測定面であるシート５の表面で反射する。これらの反射光が干渉し、その干渉縞画像が干渉光学系１５の上部に配置されたカラーＣＣＤカメラ１９によって撮像される。ＣＣＤカメラ１９はＲ，Ｇ，Ｂ各波長域の光の画像（強度情報）を得るものであり、その撮像データはパソコンなどの画像処理装置２０に送られる。
【００１４】
一般に、ＲＧＢのＣＣＤカメラ１９の受光特性は、図３のように単色度が低い（Ｒ，Ｇ，Ｂの各受光範囲が広い）。そこで、上記のようにフィルタ１２，１３を通すことで、入力側の光を図４のような特性とすることができ、ＣＣＤカメラ１９が受光する緑色の光の画像を、非常に単色度の高いものとしている。したがって、カラー画像の中から緑色の鮮明な画像を容易に取り出すことができる。
【００１５】
画像処理装置２０はＣＣＤカメラ１９の撮像データを処理し、アクチュエータのコントローラ２１に指令信号を出力する。画像処理装置２０には、塗工ロール３の回転角度を検出する検出器２２の検出信号が入力され、コントローラ２１を介して干渉光学系１５をＺ方向に移動させるための第１アクチュエータ１８と、ドクターブレード４を水平方向（Ｘ方向）に移動させるための第２アクチュエータ２３とに、それぞれ制御信号を出力している。
【００１６】
ここで、上記干渉光学系１５を用いた被測定面Ｓ（シート表面またはロール表面）の変位測定方法を図５，図６を参照しながら説明する。図５はある時刻ｔ＝ｔ0 におけるＲＧＢカラー画像と緑色画像とを示し、図６は時刻ｔ0 からｔ1 秒後のＲＧＢカラー画像と緑色画像とを示す。緑色画像の中で、白い線は緑色を表し、黒い線は黒色を表している。
ビームスプリッタ１６から被測定面Ｓまでの距離をｄｓ、ビームスプリッタ１６から参照面１７までの距離をｄｒ（＝一定）とすると、ＣＣＤカメラ１９によって撮像されたカラー画像は入光した光が単波長ではないので、ｄｓ＝ｄｒ付近でしか干渉縞は観察されない。また、被測定面Ｓ内のｄｓ＝ｄｒとなる位置では、赤色，緑色，青色の３つの波長で強め合う干渉（センターバースト）が起こるので、この最大輝度位置を０次干渉縞Ｃ0 の位置として検出する。
一方、緑色の画像は、カラー画像とは異なり、光が単波長であるため、ｄｓ＝ｄｒ付近だけでなく、その周辺でも明瞭な干渉縞画像を得ることができる。そして、干渉縞間隔は緑色の光の半波長分、つまり２７４ｎｍとなる。
ここで、時刻ｔ0 における緑色画像の０次干渉縞Ｃ0 の位置と測定点Ａの干渉縞ＣA の位置とから、被測定面Ｓと参照面８との変位（段差）δ0 を測定する。図５では、０次干渉縞の位置と測定点Ａとの間に２本の干渉縞が存在しているので、変位δ0 ＝２×２７４ｎｍ＝５４８ｎｍとなる。
次に、ｔ1 秒後におけるＲＧＢカラー画像と緑色画像とから、同様に被測定面Ｓと参照面１７との変位（段差）δ1 を求める。すなわち、図６では、緑色画像の０次干渉縞Ｃ0 の位置と測定点Ａの干渉縞ＣA との間に４本の干渉縞が存在しているので、変位δ1 ＝４×２７４ｎｍ＝１０９６ｎｍとなる。
したがって、測定点Ａのｔ1 秒間の変位は、δ1 −δ0 ＝５４８ｎｍとなる。つまり、測定点Ａはｔ1 秒後にビームスプリッタ１６側に５４８ｎｍだけ変位したことになる。
このように、ＣＣＤカメラ１９で干渉縞画像を連続的に撮影し、上記のような解析を行なうことにより、被測定面の任意の測定点Ａにおける時間的変位を追跡することができる。
【００１７】
次に、上記変位測定方法を用いて、本発明にかかるシートの膜厚を制御する方法を説明する。
最初に、まず塗工ロール３の表面の凹凸を測定する。そのため、スラリーのない状態で塗工ロール３を回転させ、第１アクチュエータ１８を駆動してロール表面の０次干渉縞が見える位置まで干渉光学系１５をＺ方向に移動させる。そして、光源１１より光を入射し、ＣＣＤカメラ１９で撮像することで、ロール角度とロール表面の高さとの関係を測定する。
次に、スラリー溜め１にセラミックスラリー２を投入してシート成形を開始する。このとき、第１アクチュエータ１８を駆動してスラリー表面の０次干渉縞が見える位置まで干渉光学系１５をＺ方向に移動させる。そして、光源１１より光を入射し、ＣＣＤカメラ１９で撮像することで、ロール角度とシート表面の高さとの関係を測定する。
次に、同一ロール角度におけるロール表面の高さとシート表面の高さの差、つまりシートの膜厚を求め、このシートの膜厚と目標値とを比較し、その偏差に応じた指令信号を第２アクチュエータ２３に供給し、ドクターブレード４を塗工ロール３との接近離間方向に変位させる。具体的には、偏差が０に近づくように第２アクチュエータ２３をフィードバック制御する。このように、ドクターブレード４を塗工ロール３との対向方向に変位させることで、シートの膜厚を目標値に正確に制御できる。
また、ロール表面の高さとシート表面の高さの差によってシートの膜厚を求めているので、塗工ロール３に波状の凹凸があっても、それに応じてドクターブレード４を微細制御することで、シートの膜厚の変動を抑制することができる。
【００１８】
図７は本発明をリバースロールコータに適用した例を示す。
図において、３０はスラリー溜め、３１は塗工ロール、３２はメタリングロール、３３はバックアップロールであり、塗工ロール３１上に塗布されたセラミックスラリー３４の一部をメタリングロール３２で掻き取ることにより、薄膜状にシート成形し、このシート３５をバックアップロール３３によって走行するキャリアフィルム（連続体ウエブ）３６に転写する。キャリアフィルム３６に転写されたシート３５は図示しない乾燥工程へ搬送され、乾燥処理される。塗工ロール３１上にシート成形され、かつキャリアフィルム３６に転写される直前のウエット状態のシート３５の厚みを測定器４０で測定している。
【００１９】
図８は上記リバースロールコータにおける膜厚制御システム図を示す。図８において、図２と同一部品には同一符号を付して重複説明を省略する。
この場合も、まず塗工ロール３１の表面の凹凸を二光束干渉系を利用した測定器４０で測定し、ロール角度とロール表面の高さとの関係を測定する。
次に、スラリー溜め３０にセラミックスラリー３４を投入してシート成形を開始し、シート３５の表面変位を測定器４０で測定することで、ロール角度とシート表面の高さとの関係を測定する。
次に、同一ロール角度におけるロール表面の高さとシート表面の高さの差、つまりシートの膜厚を求め、このシートの膜厚が目標値に近づくように第２アクチュエータ２３をフィードバック制御する。このように、メタリングロール３２を塗工ロール３１との対向方向に変位させることで、シート３５の膜厚を目標値に正確に制御できる。
【００２０】
上記実施例では、干渉光学系としてはミロー型、ワトソン型、リンニク型などの公知の装置を用いればよい。
また、単色光として緑色の光を用いたが、これに限らず、赤色や青色の光を用いてもよいことは勿論である。
さらに、本発明のシート成形機は、ブレードロールコータやリバースロールコータに限るものではなく、その他の公知のシート成形機を用いることができることは勿論である。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、２光束干渉を利用した測定手段によって成形直後のウエット状態のシートの膜厚を測定するので、乾燥後のシートの厚みを測定する場合に比べて、シートの膜厚制御を即座に開始することができ、膜厚制御の効率を高めることができる。
また、膜厚測定に白色光の干渉を用いているので、レーザによる幾何測定の場合のようにスラリー内部の粒子の散乱光の影響を強く受けず、シートの表面変位を正確に測定できる。また、レーザ（単波長）の干渉を用いた場合とは異なり、絶対的な距離指標（参照光路長）を利用できるので、液面のような不安定な面の測定に適しているし、膜厚の計測も行なうことができる。したがって、シートの膜厚を目標値に正確に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる膜厚制御装置を適用したブレードロールコータの構造図である。
【図２】図１における膜厚制御装置のシステム図である。
【図３】ＲＧＢのＣＣＤカメラの受光特性図である。
【図４】入力側の光のスペクトル図である。
【図５】ある時点のカラー干渉縞画像と緑色干渉縞画像である。
【図６】ある時点からｔ1 秒後のカラー干渉縞画像と緑色干渉縞画像である。
【図７】本発明を適用したリバースロールコータの構造図である。
【図８】図７における膜厚制御装置のシステム図である。
【符号の説明】
１          スラリー溜め
２          セラミックスラリー
３          塗工ロール
４          ドクターブレード
５          シート
６          キャリアフィルム（連続体ウエブ）
１０        測定器
１１        光源
１２，１３  フィルタ
１５        干渉光学系
１８        干渉光学系駆動用アクチュエータ
２０        画像処理装置
２１        コントローラ
２２        角度検出器
２３        膜厚調整用アクチュエータ
【図１】
0003769902.tif 000002
【図７】
0003769902.tif 000003
【図２】
0003769902.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
0003769902.tif 000007
【図６】
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【図８】
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