JP2752425B2 - オンライン式ウェブ内部抵抗率測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明はシート材料のウェブの内部抵抗率をこの材
料がローラ上で移動されるときに連続的に測定するため
の装置に向けられている。

シート材料の絶縁層間にはさまれた導電層の内部抵抗
率をこのシートが比較的高速で機械を通過して移動して
いるときに正確に測定することが望ましい。

内部抵抗率が既知の場合には、所与のシート製品、例
えば感光紙、が感光性付与、仕上げ、又は顧客の操作中
に静電的な問題に遭遇するかどうかをあらかじめ決定す
ることができる。用紙材料抵抗率は移動するウェブと関
連した重大な静電的効果に影響を与え、従って内部抵抗
率を限定された範囲内に維持することは多くの静電的問
題を防止する。例えば、低抵抗率の用紙材料は移動する
ウェブの表面における正味電荷の形成を防止する。電荷
が形成されたならば、その結果として生じる電界が空気
破壊を生じさせて火花又はコロナを発生させ、そしてこ
れが感光紙上の乳剤層を露出させることになるであろ
う。更に、低抵抗率の用紙材料は、製品に対してだけで
なく人員に対しても有害であり得る外部電界を生じるこ
とのある高電位をらせん状のロールが獲得しないように
する手段を与える。しかしながら、用紙材料抵抗率が低
すぎる場合には、移動するウェブが高電圧源で処理され
る、例えばコロナ放電（CDT）において使用されるとき
には問題が生じることがある。過大な電流が導電性移動
ウェブに沿って伝搬し、この電流がやはり人員及び製品
に対して有害なことがある。極めて高い用紙抵抗率の場
合には、ウェブ面を処理するために使用された装置が無
効になることがある。

樹脂被覆シートの内部抵抗率を測定するための計装が
現在利用可能であるが、この測定はオフラインで行わ
れ、通常標本が取られてから数時間後に行われる。この
時間中に内部抵抗率が湿度条件のために変化することが
あり、従ってこれが人を誤らせる結果になることがあ
る。更に、内部抵抗率が高すぎるか又は低すぎることが
判明している場合には、ストックロールが既に感光性に
されているので状況を補正するために何も行うことがで
きない。

移動するウェブ材料における抵抗率を測定することに
ついての教示のゆえに関心のある従来技術の特許は、ラ
イト（R.A.Wright）外による「ウェブ被覆における水分
を測定するための装置（Apparatus For Measuring Mois
ture in Web Coatings）」という名称の米国特許第2870
405号である。この特許は、この出願の譲受人であるイ
ーストマン・コダック社（Eastman Kodak Co.）に譲渡
された。この特許の装置はローラを利用ており、このロ
ーラにはその長軸に平行に延びた複数の半径方向に突出
したリブがある。リブの一つおきものが電気的に接続さ
れて、スリップリング及び測定装置、例えば電流計を通
して接地されている。リブの一つおきのものが第２のス
リップリングを通して直流源に接続されている。この直
流源から接地までの回路経路はウェブ材料によって完成
されている。結果として生じる回路を流れる電流はウェ
ブ材料の抵抗率の関数である。このような装置は、ウェ
ブ全体が導電性の場合に測定ウェブ材料である面のある
ときには十分であるが、電気絶縁材料の層間にはさまれ
た導電層のある材料に対しては機能しない。

関心のある別の特許は、ハギンズ（W.H.Huggins）に
よる「誘電体シート材料における突然変化を検出するた
めの装置及び方法（Apparatus and Method For Detecti
ng Abrupt Changes in Dielectric Sheet Material）」
という名称の米国特許第2942243号である。この特許の
装置においては、誘電体材料のシートが二つの電極の間
を通され、電極の一方が誘電体材料に屈伏可能に接触す
る複数の滑材で形成されている。この装置は、ある形式
の警報器又は表示装置に交流結合される電圧を発生する
ことによって、抵抗値を測定するためにではなく、誘電
体シート材料におけるこぶ，ひだ又はその他の厚さの突
然の変化を検出するために機能する。

この特許の装置は、監視されている材料の表面と滑り
接触をする電極を使用しているので、この滑材が感光性
にされた外側層を物理的に傷つけるためこの感光性の層
を備えた材料のウェブを監視するために使用されること
はできない。更に、この特許の装置は、二つの電極間の
間隔における迅速な又は過渡的な変化によって電圧パル
スを発生するので、材料の厚さにおけるゆっくりした変
化には応答しない。

発明の要約 この発明の装置は、ローラの長軸に平行に延びたロー
ラの外面に二つの接近して隔置された電極が配置されて
いる絶縁ローラを利用している。スリップリングが各電
極と外部計装装置との間の個個の電気的接続を与えてい
る。光検出器であり得るような位置検出器は、両電極が
ローラ上で送られているウェブ材料と接触していること
を示す信号を与える。パルス発生器はスリップリングを
通して一方の電極に電圧パルスを与える。増幅器を備え
たセンサがスリップリングを通して他方の電極に接続さ
れていて、この第２電極における発生パルスを検出す
る。受信パルスの大きさはウェブを形成する内部用紙の
抵抗率の関数である。

この発明の装置は、感光性化ウェブ材料に損傷を生じ
させず且つ装置を操作する人及び監視過程後ウェブを処
理する人に対して安全である、5V程度の、低電圧パルス
を使用している。

前述の事項からわかることであるが、絶縁材料の層の
間にはさまれた導電材料のウェブについて使用可能な測
定装置を提供することがこの発明の主な目的である。

低電位を用いた抵抗率測定装置を提供することがこの
発明の別の目的である。

ウェブ材料が高速度で装置上を移動させられるときに
この材料の抵抗率を測定することのできる装置を提供す
ることがこの発明の更なる目的である。

この発明のこれら及びその他の目的は、同様の符号が
同様の部品を示している添付の図面及び次の説明から一
層明らかになるであろう。

採択実施例の説明 図１に言及すると、装置10はローラ20,23及び24上で
ウェブ材料40のシートに接触して示されている。この発
明の採択実施例においては、ウェブ材料をローラ20の表
面に約180度の間接触させることが望ましい。これに対
する理由は、必要条件ではないけれども、この発明のこ
の説明において後程記述される。ローラ20は線Ａ−Ａに
よって規定された長軸の周りにおいて軸30上で回転する
ように設計されている。ローラ20の表面上には長軸と平
行に且つ互いに隔置されて第１電極70及び第２電極組立
体72が配置されている。これらの電極はローラ20の表面
から且つ互いに絶縁されている。電極への及び電極から
の電気的接続はブラシ組60に動作上結合された一組のス
リップリング50を介している。採択実施例においては、
三つのスリップリング52,54及び56が使用されていて、
これらのスリップリングと外部計器との間をそれぞれブ
ラシ62,64及び64経由で信号が通過している。光電装置8
0はランプ84に電力を与えて光のビームをローラ20の回
転軸30上へ投影させる。この光のビームは軸30上の指標
標識86（図３に示されている）を照明する。この指標標
識は、電極70及び72がウェブ材料40と接触しているとき
には、光検出器82が指標標識を検出して光電装置80に入
力信号を与える。光電装置80は次にそれぞれブラシ及び
スリップリング組立体62及び52を介して電極70に出力パ
ルスを与える。光電装置80の出力は導電率表示・記録装
置12を可能化するためにも使用されるが、これの入力は
ブラシ及びスリップリング組立体、明確にはスリップリ
ング54,56及びブラシ64,66を介して電極組立体72に接続
されている。パルス検出器100はパルス発生器80によっ
て発生されて電極70と電極組立体72との間のウェブ材料
40を横断した後電極72において受信されたパルスの発生
を検出する。パルス検出器の出力は電圧V_Pである。パル
ス検出器100からの出力電圧V_Pは操作員及び／又は制御
計算機にウェブ材料40の抵抗率を表示するために導電率
表示・記録装置120へ導かれることができる。

ローラ20の各回転はウェブ材料の同様の移動に対応す
るので、動作の際ウェブ材料はローラ20の円周に等しい
距離だけ隔置された位置においてその全長に沿って抵抗
率を試験される。

今度は図２に言及すると、この図は電極70及び72を含
むローラの一部分を、この発明の装置で試験されるべき
ウェブ材料の一部分と共に図示した拡大断面図である
う。ローラ20にはその外面に少なくとも二つの隔置され
た絶縁体22及び25が設けられている。この区域における
材料の厚さを増大するために絶縁体22上に第２の絶縁体
26が配置されている。電圧電極70は絶縁体26に取り付け
られている。電圧電極70は説明の目的のために厚さが誇
張されて示されているが、実際にはわずか１ミル（0.00
1インチ）の厚さである。電圧電極70から隔置されて電
極組立体72があるが、これは絶縁体25に取り付けられた
１ミルの厚さの保護電極74、１ミルの厚さの検出電極7
8、及びこれら二つの電極を分離する絶縁層76からなっ
ている。電極70と電極組立体72との間の距離は、この発
明の採択実施例においては、２ミリメートルであった。
ローラ20は性質上導電性であって接地電位に接続されて
いる。この発明の採択実施例においてはローラ20は直径
が４インチで長さが54インチであった。

材料40のウェブは絶縁樹脂被覆層42及び46間にはさま
れた紙中心部分44からなっている。紙中心部分44は電極
70及び72間で測定されるべき抵抗率を持っている。更
に、ウェブ材料40の一方の面には静電気防止層48を付着
させることができる。静電気防止層48及び樹脂被覆層46
は紙層44を電極70及び72との直接の電気的接触から分離
する。やはり図２において電極の高さはその幅と共に著
しく誇張されており、ウェブ材料は、回転して電極と接
触するときには、ローラの表面からいかなる有意の量も
変形させられない。

この発明の採択実施例はローラ20の表面から突出して
いる電極を備えているけれども、電極がローラの外面と
面一にくぼめられ得るであろうこと、且つ又各ローラ回
転に対して多数の測定値を与えるためにローラ上に多数
組の電極が配置され得るであろうことは出願人の教示に
照らして明白であろう。

今度は図３に言及すると、この図にはスリップリング
配列体50がブラシ組立体60と共に詳細に示されている。
ローラ20の一端から軸30が突出していて、この軸上にス
リップリング組立体50が取り付けられている。スリップ
リング組立体は、軸30に堅く固定されているが技術上周
知の方法でこれから電気的に絶縁されている三つの導電
性スリップリング52,54及び56からなっている。ブラシ
組立体60はスリップリング組立体50に近接した静止位置
において装置に取り付けられている。ブラシ組立体は一
組の炭素ブラシ62,64及び66をそれぞれスリップリング5
2,54及び56と電気的に接触するように正確に配置してい
る。電極組立体72は電極78がスリップリング54に接続さ
れ且つ電極74がスリップリング56に接続されている。前
に説明されたように、電極74及び78は絶縁層76及び絶縁
層22によって互いに且つローラ20の面から絶縁されてい
る。第３のスリップリング52は電極74及び78の接続と同
じ方法で電極70に接続されている。軸30にはスリップリ
ング54及び56の中間に高反射性材料88のリングが取り付
けられ、そしてこれに非反射材料86のスポットが取り付
けられている。非反射材料86はウェブ材料40と接触して
いる電極の位置を示す光電装置80のための指標を提供す
る。

図４に言及すると、この図にはウェブ40の電気的等価
回路が図１の電気的装置に接続されて示されており、コ
ンデンサC₁は電極70と用紙44との間のキャパシタンスを
表している。コンデンサC₂は用紙44と電極78との間のキ
ャパシタンスを表している。直列配列のR₁…R_Nは電極間
の内部用紙抵抗値（R_P）を表しており、方程式１に示さ
れている。この用紙抵抗値に沿ってC_A…C_Nにより表され
た分布キャパシタンスが存在する。これは両電極を横切
っている樹脂被覆46に起因するものであり、存在する場
合には内部用紙抵抗値と、静電気防止層48と関連した表
面抵抗値（r_s）との間にある。又静電気防止層とc_a…c_n
で表された接地されたローラとの間には分布空気ギャッ
プキャパシタンスが存在する。内部用紙抵抗値と表面抵
抗値とは二つの別個の特徴であって、それなりに別個に
処理される。電極70と78との間の表面抵抗値は方程式２
によって与えられる。

R_P＝R₁＋R₂＋……＋R_N （１） r_s＝r₁＋r₂＋……r_n （２） 第３の電極74はセンサ電極72と接地されたローラ20と
の間のキャパシタンスを低減し又は除去するための保護
電極として使用されている。低レベル直流パルス信号は
前に説明されたように電極70に送られて、R_Pの値に依存
して大体１ミリ秒ないし数十ミリ秒続く電極78における
過渡信号を発生する。電極78から接地までの実効キャパ
シタンスにおける低減を達成するために、演算増幅器10
2を組み込んだ電圧ホロワ回路を使用して、技術上周知
の手順で信号を保護電極74に帰還させている。

この測定の独得さは、材料40のウェブが約180度の間
ローラの周りに巻かれていて、電極がローラ円周の約90
度の間材料のウェブと接触してしまうまで測定が行われ
ないことである。これは外来の過渡信号に通過する時間
を与え、この信号が干渉して誤った結果を生じさせるこ
とを許さない。

光電装置80によって与えられるタイミングパルスは二
つの異なった機能を提供する。まずそれは電極70に送ら
れるパルス信号として使用され、次に電子回路100がセ
ンサ電極78に生じる過渡応答を捕え且つ保持することが
できるようにするために使用される。

過渡応答のピーク電圧（V_P）は内部用紙抵抗値、表面
静電気防止抵抗値、及びC₁,C₂,C_A…C_N、及びc_a…c_nの関
数である。

R_Pは関心のある主パラメータであり、ピーク過渡電圧
における優勢な因子である。Rinは演算増幅器102への正
入力における接地に対する抵抗値であって、やはりV_Pに
強い影響を持っている。表面抵抗値は、抵抗率の大きさ
が通常１ないし２けた高いので、最初電圧に影響を及ぼ
さない。それゆえ、直流パルスが最初に装置に加えられ
たときには、コンデンサC₁及びC₂が充電されるまで電流
のすべてが用紙を通る。次に電流は表面抵抗を流れる。

図５の図表に言及すると、この図表はピーク過渡電圧
対対数オーム／スクエアにおける用紙抵抗率の図表であ
る。この単位「対数オーム／スクエア」は単に抵抗率
（R_P）の常用対数（底10）である。対数オーム／スクエ
アの単位は、抵抗率値が非常に大きいので、一般に使用
される。これは、５ボルト方形パルスが電極70に加えら
れたときの、電極78及び74に接続された検出回路部から
の出力である。用紙の厚さは９ミル（0.009インチ）で
あり、両面に樹脂被覆されていた。ピーク過渡電圧がわ
かれば、対応する用紙抵抗率を計算することができる。
図表を両端において補外することによって、少なくとも
２けたの範囲にわたって内部抵抗率を測定することがで
きる可能性のあることがわかる。オーム／スクエアにお
ける内部用紙抵抗率（Ｐ）は、ｗは電極を横切る用紙の
幅に等しく且つｄが電極間の離隔距離に等しい場合、方
程式４に示されたように内部用紙抵抗率R_Pに関係してい
る。定数w/dは電極係数と呼ばれる。Ｐの単位はスクエ
ア当りのオームである。

Ｐ＝R_P×（w/d） （４） Ｐは用紙材料に依存して７対数オーム／スクエアから
11対数オーム／スクエアまでに及ぶ４けたにわたって変
化することができる。内部抵抗率も又単一のストックロ
ールを通して幅又は長さの方向に相当に変化することが
できる。それゆえ、１ローラ回転（ローラの円周の距離
に等しい）で内部抵抗率における変化を調べることがで
きるであろう。ここで与えられた測定値は実際には移動
するウェブの幅方向における内部抵抗率の平均値であ
り、ローラの１回転ごとに更新される。

今度は図６に言及すると、この図にはホトダイオード
82と照明ランプ84とに結合された光電装置80のブロック
回路図が開示されている。この光電装置はスカンアマチ
ック社（Skan−Amatic Corporation）から部品番号T413
00により市販で入手可能な形式のものでよい。このよう
な光電装置は１及び２の標識のある入力において交流電
源によって給電され、ホトダイオード82により照明にお
ける変化が受信されると、10の標識のある端子にタイミ
ングパルス信号を出力する。この信号は約５ボルトの大
きさであって、用紙ウェブを通っての電極組立体72への
伝送のために電極70に向けられる。

この発明の特定の実施例がこの発明の最良の方法を開
示する目的のために詳細に示されたけれども、この発明
の精神及び範囲から離れることなく開示の装置に種種の
変更を行い得ることは技術に通じた者には明らかであろ
う。それゆえ、この発明は特許請求の範囲の各請求項に
よってのみ限定されるものと解釈される。

【図面の簡単な説明】

図１はこの発明に従って構成された装置を示した一部分
透視図且つ一部分概略図による図である。 図２は図１の装置に使用されたローラの一部分の拡大断
面図であって、ウェブ材料の電極上への配置及び電極の
ローラ面への取付けを図解したものである。 図３はスリップリング組立体を図解したローラの一部分
の拡大切除図である。 図４は図１の電気的装置に接続されて示された、電極と
接触した、測定されているウェブに電気的に等価である
回路を図示した電気図である。 図５は図１の電気的装置によって受信されたピーク電圧
と用紙ウェブの抵抗率との間の関係を例示した図表であ
る。 図６は図１の装置と共に使用され得る光電装置のブロッ
ク回路図である。

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外面を備え且つ長手軸の周りに回転可能に
   取り付けられたローラ、 前記のローラの外面に取り付けられた第１絶縁体、 前記の第１絶縁体に取り付けられた第１電極、 前記のローラの外面に取り付けられた第２絶縁体、 前記の第１電極に平行に前記の第２絶縁体に取り付けら
   れた第２電極、この第２電極に取り付けられた絶縁層、
   及びこの絶縁層に取り付けられた第３電極からなる電極
   組立体、 ウェブが前記の第１電極及び前記の第３電極と接触して
   いるときに前記の第１電極にパルスを供給するために前
   記の第１電極に電気的に結合されたパルスの源、並びに 前記の第１電極から前記のウェブを通って進むパルスを
   受信して導電性シート材料の導電率を示す信号を与える
   ために前記の第２電極及び前記の第３電極に電気的に接
   続された装置、 を備えている、絶縁材料の層間にはさまれた導電性シー
   ト材料からなる材料のウェブの抵抗率を測定するための
   装置。
2. 【請求項２】材料のウェブを前記のローラと約180゜の
   間接触させて維持するための装置、並びに 前記のウェブが前記の第１電極及び前記の第３電極と約
   90゜の間接触した後に前記の第１電極にパルスを与える
   ように前記のパルスの源を制御するための装置、 を更に備えている、請求項１に記載の装置。
3. 【請求項３】絶縁材料の層間にはさまれた導電性シート
   の抵抗率を測定するための装置であって、 絶縁材料の層に一つの位置において電気的パルスを加え
   るための装置、 前記の絶縁材料の層から別の位置において前記の電気的
   パルスを受信するための装置、及び 前記のパルスの振幅における損失を前記の導電性シート
   の抵抗率の関数として測定するための装置、 を備えている前記の抵抗率を測定するための装置。
4. 【請求項４】絶縁材料の層間にはさまれた導電性シート
   から形成されている層状材料の移動するシートの抵抗率
   を測定するための装置であって、 前記の移動するシートと接触可能な、表面に電極を備え
   たローラ装置、 電圧パルスを発生するためのパルス装置、 電圧パルスを受信して増幅するための装置、 及び 受信パルスの振幅が前記の導電性シートの導電率の関数
   であるように前記のパルス装置及び前記の増幅装置を前
   記のローラ装置上の前記の電極に電気的に接続するため
   の装置、 を備えている前記の抵抗率を測定するための装置。
5. 【請求項５】前記の電極が前記のローラを横切って平行
   に延びている、請求項４に記載の装置。
6. 【請求項６】前記の電極の一つが、 前記のローラに取り付けられた絶縁層、 前記の絶縁層に取り付けられた保護電極、 前記の保護電極に取り付けられた絶縁層、 前記の絶縁層に取り付けられた信号電極 からなる組立体であり、且つ 前記の増幅装置が二つの入力を備えていて、その一方が
   前記の保護電極及びこの増幅装置の出力に接続され且つ
   他方の入力が前記の信号電極に接続されている、 請求項４に記載の装置。
7. 【請求項７】電気的に接続するための前記の装置がスリ
   ップリング組立体からなっている、請求項４に記載の装
   置。
8. 【請求項８】前記の増幅装置が受信電圧パルスの振幅を
   送信電圧パルスと比較して前記の導電性シートの導電率
   を決定する、請求項６に記載の装置。