フィルムの厚さ測定方法

フィルムの厚さ測定は、光学フィルム・包装フィルム・多層バリアフィルム・電池セパレータなどの製造・加工において、品質や工程を管理するための重要な検査項目です。しかしフィルムは薄く、柔らかく、高速で搬送されるうえ、透明・黒色・金属蒸着など光学特性も多様です。そのため、対象物や測定条件に応じて適した方法を選ぶ必要があります。

この記事では、フィルムの厚さ測定に用いられる接触式・非接触式の方法を整理し、フィルムの特性や測定環境に応じた方式の選び方を解説します。

フィルムの厚さ測定が難しい3つの理由

フィルムの厚さを適切に測定するには、フィルム特有の性質を考慮する必要があります。ここでは、方式選定に関わる代表的なポイントを紹介します。

薄く、測定圧で変形しやすい

包装フィルムや電池セパレータなどには、μmオーダーの薄いフィルムがあります。柔らかいフィルムでは、マイクロメータなどで挟んだ際の測定圧によって変形し、測定値に影響する場合があります。フィルムの材質や厚さに応じて、測定圧の影響を考慮することが重要です。

高速搬送で連続測定が必要になる場合がある

フィルム製造ラインでは高速搬送が行われるため、走行中の厚さを連続的に測定し、厚さのばらつきを管理したいケースがあります。抜き取り検査だけでは把握しにくい面内や流れ方向の変動を確認するには、インライン測定に対応した測定方法が選択肢になります。

透明・黒色・多層など特性が多様

フィルムには透明・半透明・黒色・金属蒸着など、さまざまな光学特性を持つものがあります。レーザーなどの光を利用する方式では、対象物の反射や透過の特性によって測定のしやすさが変わります。また、多層フィルムでは総厚だけでなく各層の厚さを管理する必要がある場合もあります。

【接触式】フィルムの厚さ測定方法

接触式は、測定子をフィルムに接触させて厚さを測る方法です。抜き取り検査や工程確認などに利用できますが、フィルムの変形や測定位置などに注意が必要です。

マイクロメータ・シックネスゲージ

マイクロメータやダイヤルシックネスゲージは、フィルムの厚さを確認する方法の一つです。測定器の種類や仕様に応じて、フィルムやシートなどの厚さを測定できます。抜き取り検査や工程間の確認など、手動で厚さを確認する用途に適しています。

一方、柔らかいフィルムでは測定圧によって変形する場合があります。また、手動で測定するタイプは、走行中のフィルムを連続的に測定する用途には適していません。

触針式膜厚計・段差計

触針式の測定器は、触針を表面に接触させて段差を測定する方法です。成膜部とマスキング部などの段差から、薄膜やコーティングの厚さを評価する用途に利用されます。微細な段差を高い精度で評価できる一方、触針の接触による影響や走査時間を考慮する必要があります。

【非接触式】フィルムの厚さ測定方法

非接触式は、フィルムに測定子を接触させず、光や放射線などを利用して厚さを測定する方法です。フィルムの変形を抑えやすく、方式や装置構成によっては走行中の連続測定にも対応できます。

分光干渉方式

フィルムの表面や層の界面で反射した光の干渉を利用して、厚さを測定する方式です。透明・半透明フィルムや多層膜など、光学特性を利用して測定できる対象に用いられます。製品によっては、透明フィルムや多層膜の各層を分けて測定できるものもあります。

一方、光を利用するため、対象物の光学特性や表面状態などが測定結果に影響する場合があります。実際に使用するフィルムで測定できるか、事前に確認することが重要です。

レーザー式

フィルムの表面にレーザーを照射し、表面までの距離を測定して厚さを算出する方式です。上下に2台のレーザーセンサを配置する構成では、それぞれの表面までの距離からフィルムの厚さを求めます。

不透明で反射が安定した樹脂フィルムや紙などでは、比較的高速な厚さ測定に利用できます。一方、透明フィルムでは表裏の反射を分離しにくい場合があり、黒色や金属蒸着フィルムでも測定条件によっては適さない場合があります。

放射線式（X線・β線）

X線やβ線がフィルムを透過するときの減衰量を利用して、厚さを測定する方式です。フィルムの色や表面状態の影響を受けにくいことが特徴で、フィルムや薄い金属箔などの連続生産ラインでの厚さ管理にも利用されています。

光を利用する方式では測定が難しい対象でも、放射線式が候補になる場合があります。ただし、測定対象の材質や厚さ、装置仕様によって適性が異なるため、実際のフィルムを用いた測定評価が必要です。

放射線式を導入する場合は、線源の種類や装置の仕様、設置条件などに応じて、法令上の手続きや安全管理が必要になる場合があります。導入前にメーカーなどへ確認しましょう。

赤外線式

フィルムを構成する素材が特定波長の赤外線を吸収する特性を利用して、厚さを測定する方式です。多層フィルムや樹脂コーティングなど、素材ごとの吸収特性を利用できる対象では、層別の厚さ測定に対応できる場合があります。

一方、材料によって赤外線の吸収特性が異なるため、すべてのフィルムを同じ条件で測定できるわけではありません。事前に材料の分光特性を確認し、測定可能か評価する必要があります。

フィルムの厚さ測定で非接触式が適するケース

フィルムの性質や製造工程によっては、接触式よりも非接触式が適する場合があります。代表的なケースは次のとおりです。

走行中のフィルムを連続測定したい

生産ラインを流れるフィルムの厚さを連続的に測定したい場合は、インライン測定に対応した非接触式が選択肢になります。測定データを工程管理に活用することで、厚さの変動を継続的に確認できます。

接触による変形や傷を避けたい

薄く柔らかいフィルムや、表面状態を維持する必要があるフィルムでは、測定子を接触させることが測定結果や製品に影響する場合があります。非接触式なら、測定子による接触を避けながら厚さを測定できます。

多層フィルムの各層を管理したい

多層フィルムでは、製品全体の総厚だけでなく、構成する各層の厚さが管理対象になる場合があります。その場合は、分光干渉方式や赤外線式など、層別測定に対応した方式を検討します。対応できる層構成や材質は方式・製品によって異なるため、事前の評価が必要です。

フィルムの非接触厚さ計を選ぶ3つのポイント

フィルムの材質・光学特性を確認する

透明・半透明・黒色・金属蒸着など、対象フィルムの材質や光学特性によって適した方式が変わります。メーカーにサンプルを提供し、実際のフィルムで測定評価を行うと、方式の適合性を確認しやすくなります。

搬送速度・設置環境を確認する

インライン測定では、搬送速度やフィルム幅に加えて、パスラインのスペース、振動、温度、粉塵などを確認する必要があります。必要な測定範囲や設置条件を整理したうえで、装置構成を検討しましょう。

総厚・層厚・ばらつきなど管理項目を明確にする

厚さの絶対値を管理したいのか、面内や流れ方向のばらつきを確認したいのか、各層の厚さを管理したいのかによって、適した測定方式は異なります。「何を測定し、どのように品質管理へ活用するか」を先に整理しておくことが、機種選定のポイントです。