JPH0465974B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明はメータの分野に関し、より特定的に
は、水−インクの混合物における水の濃度を測定
するためのメータの分野に関する。

リソグラフイツク印刷プレスは、インクおよび
水性湿し溶液の混合物を用いている。この湿し溶
液は、版面の水による湿り気を増大するために少
量の専用添加剤を含む水である。インクおよび湿
し溶液の連続的な流れはプレスに供給される。こ
れらは、インクおよび湿し溶液の混合物として；
またはプレスの形状に従つてインクおよび湿し溶
液の別々の流れとして供給され得る。いずれにせ
よ、プレス上の有用な印刷混合物は、インクおよ
び水の双方を含んでいる。インク混合物のわずか
数分の１が常に印刷工程によつて消費されるの
で、キーのないインクシステムにおいては、経済
的な動作のために、インク−水混合物は再循環さ
れるべきである。

最良の印刷の結果を得るために、混合物におけ
る水およびインクの適正な量が維持されなければ
ならない。これは、混合物を製造するための適正
な比率を用いることによつて新鮮な水−インク混
合物が加えられる始動時に行なうことができる。
しかしながら、印刷期間中にわたつて、インクお
よび水の比率は再循環している混合物内において
変化する。現在は、プレスに伴うプリンタは、再
循環している水−インク混合物における水の濃度
を自動的かつ連続的にモニタする手段を有してい
ない。使用者は、混合物における水の濃度を評価
するために彼の経験および印刷の結果に頼らなけ
ればならない。

混合物の誘電率を測定して物質の水分含有量ま
たは混合物の濃度を決定するメータが知られてい
る。これらの先行技術のメータのいくつかは、誘
電特性を測定するためにホイートストーンブリツ
ジタイプの回路を使用している（たとえば、米国
特許第3696299号）。他のものは、テストされてい
る物質の誘電特性に関連する周波数の差を得るた
めに２つの発振器を用いている（たとえば、米国
特許第4048844号）。さらに他のメータは、ピーク
検出器を備えた発振器を用いており（たとえば、
米国特許第4399404号）または論理回路を用いて
いる（たとえば、米国特許第4130796号）。しかし
ながら、プリンタが必要としているのものは、イ
ンクにおける水の濃度の直読を自動的にもたらす
簡単なメータである。

発明の概要 この発明の目的は、水およびインクからなる混
合物における水の濃度を都合よく測定するための
メータを提供することである。

この発明に従うと、測定されるべき混合物は、
特殊なコンデンサセルにおけるコンデンサのプレ
ート間で誘電体を形成する。このセルは、可聴周
波発振器にキヤパシタンスを与える。混合物の水
の含有量の変化のために混合物の誘導率が変化す
るときに、発振器の出力周波数が変化する。発振
器の出力周波数は、発振器の出力周波数に比例す
る電圧に変換される。この電圧はその後、第１の
上述の電圧の対数に比例する第２の電圧に変換さ
れる。この第２の電圧は、表示装置において読取
られる。水−インク混合物における水の濃度は、
混合物の誘電率の対数に比例しているので、表示
装置は、水−インク混合物における水の比率の直
読をもたらすように設定され得る。

好ましい実施例において、特殊なコンデンサ
は、入口および出口を有しておりかつ適当な管状
に形成することによつてプレスにおける再循環水
−インク混合物システムに直列に結合される。こ
のメータはその後、混合物における水の連続的な
読取を与えることができる。

この発明のこれらのおよび他の目的および特徴
は、添付図面を参照して以下の詳細な説明から明
白となるであろう。

好ましい実施例の説明 水およびリソグラフイツクインク混合物の誘電
特性およびマイクロ波吸収を研究するためにマイ
クロ波キヤビテイが用いられた。これらの研究中
に、誘電率ε＝ε′＋iε″の実部ε′の対数が水−イ
ン
ク混合物における水の濃度に対して線形の関係に
あるということが発見された。この関係は以下の
方程式によつて規定される。

logε＝logε₀′＋kC、ここでε′は、（上述の）複
素数の誘電率εの実部であり、ε₀′は、水が加え
られていないインクに対するε′の値であり、Ｃ
は、水（または湿し溶液を含む水）の重量による
濃度であり、さらにｋは、比例定数である。

追加のテストは、この関係が再現可能であり、
かつ多くの異なるタイプのリソグラフイツクイン
クに適用されるということを示した。第１図は、
デトロイトMIのFlint Ink Co.、によつて供給さ
れた３つの異なる新聞紙用のインクに対するこの
対数の関係、すなわち、黒インクに対する曲線
２、黄色インクに対する曲線４、およびマゼンタ
インクに対する曲線６に示している。これらの曲
線は、23℃においてテストされた混合物に関して
得られた。10℃から40℃の範囲の温度におけるテ
ストは、インク−水混合物が変則的に小さい温度
依存性を有しているということを示した。水自身
は多きな温度依存性を示しているので、この結果
は驚くべきものであつた。明らかに、この変則的
な反応は、水−インク乳剤の微細構造に関連して
いる。いずれにしても、小さな温度依存性および
再現可能な現象学的反応（第１図）は、以下に説
明するように水−インク混合物の水の濃度を測定
するためのメータに対する理論的な基礎を与えて
いる。

第２図は、インク−水混合物における水（また
は湿し溶液）の濃度Ｃの線形の読取値を得るため
のこの発明に従うキヤパシタンス型メータのブロ
ツク図である。このメータにおいて、混合物はコ
ンデンサ８に対する誘電物質として作用する。コ
ンデンサ８のキヤパシタンスは、混合物の誘電率
ε′を依存しかつ（上述のようにかつ第１図に示さ
れたように）これはさらに、混合物における水の
濃度Ｃに依存している。

コンデンセサル８は、可聴周波発振器１０の回
路の一部分である。発振器１０は、コンデンサ８
の混合物の誘電率に逆比例する方形波周波数を
与えている。これは次の方程式によつて表わされ
る。

ｆ＝１／2R_fC_pε′・１／1n［（１＋β）／（１−β
）］ ここで、Rfは、測定されているインクの種類
によつて決定されるフイードバツク抵抗であり、
βは、発振器の正のフイードバツクループの抵抗
値であり、C₀は、混合物が存在しない場合のセ
ル８のキヤパシタンスである。

方形波信号ｆが一旦発生すると、信号を
10^-kc／ε₀′に比例する電圧Ｅに変換するために周
波数−電圧変換器１２が用いられる。第１図に示
されるように、誘電率の対数は貯蔵容器の溶液Ｃ
の濃度に対して線形の関係にある。それゆえに、
E₁は、対数増幅器１４によつて10を底とする対
数に変換される。限定された対数の範囲が要求さ
れているので、ユニツト１４は、安価な演算増幅
器および適当なNPNトランジスタから構成する
ことができ、または後で概略図で示されるような
モジユラユニツトとして購入することもできる。
実際、水の低い濃度（たとえば、０−20％の水）
において、水の濃度と誘電率ε′との間の関係は、
対数増幅器なしで±１％の精度をもたらすのに十
分なだけ線形である。したがつて、約20％以下の
水の濃度を測定するためにのみ用いられるメータ
に対して、対数増幅器１４は除去することができ
る。出力電圧E₂は、E₂∝kC＋logε₀′の関係によ
つて示される或る任意の電圧によつてオフセツト
された、水の濃度Ｃに比例している。logε′は、
テストされている特定のタイプのインクに対して
定数である。

水−インク混合物メータの最終段階は、対数増
幅器１４からの信号を調整するための増幅器１６
およびこの信号を読出すための表示装置１８であ
る。増幅器１６は、水−インク混合物における水
の濃度が０（Ｃ＝０）であるときに0Vの電圧出力
を与えかつその濃度が50％（Ｃ＝50％）のときに
5Vの電圧出力を与えるために、調整可能なオフ
セツト電圧および0.95ないし20の間で調整可能な
利得を有している。

メータの機能的な概略図は第３図に示されてい
る。このユニツトは、上部左手の隅に示された増
幅器Ａ１を用いる発振器（マルチバイブレータ）
から構成されている。３つの位置スイツチは、い
くつかの基準点（たとえば、空のセルまたは知ら
れたインク−水システム）に基づく周波数を設定
するために適当なフイードバツクコンデンサを選
択するために用いられる。発振器からの出力は、
正の利得設定によつて設定された大きさ（50＋
２）／ｘだけ増幅され（増幅器Ａ２）、ここでｘ
は、50KΩのポテンシヨメータのワイパとアース
電位との間の抵抗値（KΩ）である。これは、非
臨界的な設定でありかつ図面の低部右隅に示され
た周波数−電圧変換器（Burr−Brown VF32）
をトリガする適正な信号振幅が存在することを保
証することだけを必要としている。この集積回路
は、周波数に正比例した重圧を与える。入力１に
対する基準電圧は、対数ゼロポイントに対する基
準電圧を与える。

この一定電圧はその後、第３図の底部中央に示
された定数増幅器（Burr−Brown Log100モジ
ユール）に与えられる。これは、10Vごとに３−
10進（decade）スパン（span）が維持させるよ
うに接続される。ピン１４への基準電流は、対数
増幅器の下に示された簡単な電流調整回路によつ
て供給さる。このユニツトの出力は、1V入力
（log1＝０）を越える正の値であり、０対−１利
得増幅器Ａ４によつて反転される。利得の設定
は、破線によつて示されたマルチバイブレータ回
路に対する適当なフイードバツク抵抗によつて切
換えられる。この増幅器は２つの機能を果たす。
その第１の機能は、上述の部分において説明され
たように適当な利得設定を用いて比例定数Ｋを確
立することであり、第２の機能は、logε₀′を訂正
するためにゼロポイント電圧を確立することであ
る。

Ａ４の出力は、０ないし5Vの出力に対して設
定されたデイジタルパネルメータDM３100Lに対
するバツフアとして機能するＡ３に与えられる。
このユニツトは、たとえば10％の水の濃度に対し
て1Vを読取るように調節され得る。第３図に示
された４つの増幅器（Ａ１ないしＡ４）は、ナシ
ヨナルセミコンダクタLF457のような“カツド演
算増幅器（quad op−amp）”集積回路に結合さ
れ得る。

わずかの修正によつて、この回路は、インクの
誘電率に線形に応答するどの周波数においても作
動するように調整され得る。種々のインクに用い
られている周波数は、4KHz以下から300KHz以上
までの範囲である。しかしながら、メータを構成
する際には、ストレイキヤパシタンスを最小限に
しかつ十分な利得−帯域幅の積および3MHz以下
の無視することができる位相シフトを伴なう増幅
器を用いるように注意すべきである。

第４図は、この発明のメータに用いるコンデン
サセル８の設計図である。このセルは、たとえ
ば、大規模な印刷プレスの水−インク混合物を運
ぶ3/4インチの直径のパイプ１９に対して直列に
配置されるように設計される。内部部材２０は、
たとえばナイロンのねじ２４およびナイロンのス
ペーサ２６によつて外部部材２２の中で支持され
かつ外部部材２２から電気的に絶縁される。内側
の部材２０は、その端部が閉じられた管であり、
かつコンデンサ８のプレートの一方として機能す
る。発振器１０は、金属のねじ２８およびコネク
タ３０によつて内部部材２０に接続されている。
それは、スペーサ２６および絶縁ブツシユ３２に
よつて外部部材２２から絶縁されている。

外部部材２２は、コンデンサセル８の他方のプ
レートとして機能する。それは、コネクタ３４を
介して発振器１０に電気的に接続される。この設
計において、約0.2インチの間隔が、コンデンサ
セルの誘導体となる流れる水インク混合物のため
に与えられる。

部材２２および２０の対向する表面は、薄い
（0.005−0.010インチ）の非導通ポリマー層（た
とえば、テフロン（登録商標名）またはポリ塩化
ビニル）でコーテイングされて電気的な導電性を
取除いて腐蝕を防止している。

この発明から離れることなく多くの変形および
修正が可能である。たとえば、コンデンサセル８
は、第４図に描かれたような同心円の管状の設計
よりもむしろ１対の平坦な平行板として設計され
てもよい。測定されている混合物は、誘電率と混
合物の水の濃度との間の関係がリソグラフイツク
インクを含む混合物に対する関係と類似している
ならば、リソグラフイツクインク以外のインクを
含んでもよい。この測定は、流れている流体また
は単に一群の混合物によつて形成される。したが
つて、上述の発明の特定の形態は例示的なもので
ありこの発明の範囲を限定しようとするものでは
ないということが理解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、水の濃度（均等目盛上）と、３つの
異なるタイプのインクからなる水−インク混合物
に対する誘導率（対数目盛上）との間の関係を示
すグラフを表わす図である。第２図は、この発明
に従うインクメータ回路のブロツク図である。第
３図は、この発明に従うインクメータ回路の概略
図である。第４図は、この発明に用いるコンデン
サセルの好ましい実施例を示す図である。 図において、８はコンデンサセル、１０は可聴
周波発振器、１２は周波数−電圧変換器、１４は
対数増幅器、１６は信号調整器、１８は表示装置
を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ インクおよび水からなる流体混合物における
   水の濃度を測定するためのメータであつて、 流体混合物を含むコンデンサセルと、 可聴周波発振器回路とを備え、前記可聴周波発
   振器回路は、前記コンデンサセルを利用して前記
   発振器回路にキヤパシタンスを与え、これによ
   り、前記発振器回路は、前記流体の誘電率に逆比
   例する出力周波数を与え、 前記発振器回路の前記出力周波数を受取りかつ
   前記出力周波数を前記出力周波数に正比例する第
   １の電圧出力に変換する周波数−電圧変換器と、 前記周波数−電圧変換器の前記第１の電圧電力
   を受取りかつ前記第１の電圧出力を前記第１の電
   圧出力の対数に比例しかつ前記コンデンサセルの
   前記流体混合物の前記水の濃度に正比例する第２
   の電圧出力に変換する対数増幅器と、 前記対数増幅器の前記第２の電圧出力を受取り
   かつ表示する表示手段とをさらに備え、これによ
   り、前記コンデンサセルにおける前記流体混合物
   における前記水の濃度が測定され得る、インクお
   よび水からなる流体混合物における水の濃度を測
   定するためのメータ。 ２ 前記流体混合物は流れる流体混合物でありか
   つ前記コンデンサセルは前記流れる流体混合物を
   受取りかつ放出するための入口および出口を有す
   る、特許請求の範囲第１項記載のメータ。 ３ 前記発振器回路と前記周波数−電圧変換器と
   の間に設けられて前記周波数−電圧変換器に適正
   な振幅の信号を与える第１の増幅器を含む、特許
   請求の範囲第１項記載のメータ。 ４ 前記対数増幅器からの出力を受取りかつ測定
   されている混合物に対する適正なゼロポイント電
   圧を確立する第２の増幅器と、前記第２の増幅器
   の出力を受取りかつ前記表示手段に対するバツフ
   アとして機能する第３の増幅器とを含む、特許請
   求の範囲第１項記載のメータ。 ５ 前記発振器回路は、特定の混合物に対する周
   波数を設定するために適当なフイードバツクを選
   択する選択可能な抵抗およびキヤパシタンス手段
   を含む、特許請求の範囲第１項記載のメータ。 ６ 前記コンデンサセルは、端部の開放された外
   側の円筒内に同軸的に一定間隔を保つて配置され
   た端部が閉じられた内側の円筒と、前記内側およ
   び前記外側の円筒に対する別々の電気的コネクタ
   とを備え、前記同軸的に一定間隔を保つて配置さ
   れた円筒の間の間隔は、前記流れる流体混合物を
   含むように与えられている、特許請求の範囲第２
   項記載のメータ。 ７ インクおよび水からなる流れる流体混合物に
   おける水の濃度を測定するためのメータであつ
   て、 流体混合物を受取りかつ放出するための入口お
   よび出口を有するコンデンサセルと、 可聴周波発振器回路とを備え、前記可聴周波発
   振器回路は、前記コンデンサセルを利用して前記
   発振器回路にキヤパシタンスを与え、これによ
   り、前記発振器回路は、前記流体の誘電率に逆比
   例する出力周波数を与え、前記発振器回路は、特
   定の混合物に対する周波数を設定するために適当
   なフイードバツクを選択する選択可能な抵抗およ
   びキヤパシタンス手段を有し、 前記発振器回路の出力を増幅する第１の増幅器
   と、 前記発振器回路の前記増幅された出力周波数を
   受取りかつ前記出力周波数を前記出力周波数に正
   比例する第１の電圧出力に変換する周波数−電圧
   変換器と、 前記周波数−電圧変換器の前記第１の電圧出力
   を受取りかつ前記第１の電圧出力を前記第１の電
   圧出力の対数に比例しかつ前記コンデンサセルの
   前記流体混合物の前記水の濃度に正比例する第２
   の電圧出力に変換する対数増幅器と、 前記対数増幅器からの出力を受取りかつ測定さ
   れている混合物に対する適正なゼロポイント電圧
   を確立する第２の増幅器と、 前記第２の増幅器の出力を受取るバツフア増幅
   器と、 前記バツフア増幅器の出力を受取りかつ表示す
   る表示手段とをさらに備え、これにより、前記コ
   ンデンサセルにおける前記流体混合物における前
   記水の濃度が測定され得る、メータ。