JPH0546496B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜発明の背景＞ 本発明は液体測定装置に関し、より詳しくはイ
ンクと水の液体混合物、特にリトグラフインクと
水の混合物内の水の濃度測定装置に関する。

インク混合物内の水または水溶液（aqueous
dampening solution）とインクの相対量が最適
レベルに保たれれば印刷のできあがりがより良く
なる。これは印刷機の運転を開始する際には水ま
たは水溶液を最初に正しい割合で混合することに
よつて達成できる。しかしながらある時間が過ぎ
ると、再循環しているインク混合物内のインクと
水の割合が印刷の進行につれて変化し得る。最近
まで、印刷に従事する印刷業者は再循環するイン
ク−水混合物内の水の濃度を自動的かつ継続的に
監視する手段を何も持つておらず水溶液の濃度を
見積もるために経験と印刷のできあがりの吟味に
頼らねばならなかつた。

インク−水混合物内の水の濃度を測定するため
の自動計量器が1984年６月１日付でGoldberg等
によつて提出された米国特許出願第616106号に開
示されている。この装置ではインク−水混合物が
容量性感知装置を通つて流れ、その装置は適当な
回路と共に用いるとその混合物の誘電率の変化を
検出する能力を有する。この装置ではセンサを通
してインクはポンピングしなければならず、従つ
て比較的多量のインクが要求される。このポンピ
ングと流れの要求の故に、センサはインクの容易
な流れを許し、なおかつ高い電気容量を保持する
ために物理的に大きくなければならない。より小
さく、より簡易で携帯可能な装置であつて実験室
での利用にも、またインク製造もしくは印刷工場
における高速度多位置測定にも両方に役立つ装置
を得ることが望まれる。

＜発明の要約＞ 従来技術に伴う上述の困難および限界を考慮し
て、本発明の１つの目的は小型で安価でありまた
インクポンプやインク供給装置のような周辺装置
または付属物を必要としない、インクの水分また
は水湿成分測定用の新しくかつ進歩した装置を提
供することである。

もう１つの目的は印刷機の運転中に印刷機のロ
ーラから集めたサンプル、あるいはインク製造工
場の生産操業中の様々な位置から集めたサンプル
のような少量の流れていないインクサンプルの水
分を測定し得る新しくかつ進歩した装置を提供す
ることである。

本発明のこれらの目的および他の目的は誘電体
としてインクサンプルを用いる、特別に設計され
た小型コンデンサセルを含む測定装置によつて達
成される。コンデンサセルを含む発振器回路がサ
ンプルインクの誘電率と共に既知の態様で変化す
る出力信号周波数を与え、一方出力手段が出力信
号周波数と共に変化する出力表示を与え、それに
よつてインクサンプル内の水の濃度を示す。コン
デンサセルは複数の電極から成り、各々がかなり
の表面領域と、電極をそれらの各々の表面を互い
に向かい合わせてあらかじめ定められたギヤツプ
によつて隔てて配置するための手段と、電極間の
間隙内に静止インクサンプルを包含するための手
段とを有する。所望される誘電体領域に達するの
に要求されるインクの量は少量であつて全機構を
コンンパクトで携帯可能にすることとなる。

好ましい実施例ではおおよそ円筒形で共軸な２
つの電極が用いられ、内側の電極の外表面と外側
の電極の内表面との間にインクギヤツプが形成さ
れる。繰返して可能な測定を行なえるように内部
電極を外部電極内に正確に位置づけるための機構
が設けられる。内部電極はインクサンプルを導入
するために外部電極から除去することができ、そ
の後、インクが２つの電極間のギヤツプ内に転置
されるように再配置される。漂遊電界を包含すべ
く電極の両側に導電性キヤツプが設けられ、一方
絶縁性基部がインクを包含して電極間の電気的接
続を阻む。電気分解と二層容量効果を妨ぐために
薄い絶縁層が向かい合う電極表面上に設けられ、
またそれらは本測定装置の清浄を容易にすべく取
りはずしできるよう好都合に作成される。１つの
実施例では内部電極が外部電極の底部にある絶縁
性ブロツク内にねじ止めされる伸張部を有し、ま
た導電性キヤツプは外側の電極の上に定位置にね
じ止めされる。もう１つの実施例ではフレームア
ツセンブリが外部電極を定位置に保ち、一方内部
電極はフレームアツセンプリに巻き上げ機構によ
つてかみ合わせられている電極上の軸によつて上
げられたり動作位置に降ろされたりする。各々の
実施例は構造が極めて単純であつて小型で利用の
容易な装置として実現可能である。

本発明の他の特徴および利点は好ましい実施例
に関する以下の詳細な記述を添付図面と共に読む
ことにより当業者には明きらかとなろう。

＜好ましい実施例の説明＞ Goldbergによる米国特許出願第616106号に記
されているように、インク−水混合物内の水の濃
度に関して誘電率の実数成分の対数が線形である
とが発見されいる。さらに、この関係が多くの異
なる種類のリトグラフインクに当てはまりまた温
度には少ししか依存しないことも発見されてい
る。インク−水混合物内の水の濃度に関し線形な
読み出し情報を得るためにGoldberg等の出願に
おいて開示された容量性測定装置のブロツク線図
が第１図に示されている。（ここで用いる述語
「水」はインクと共に用いられる何らかの水溶液
のことである。水は水湿溶液原料のうち量も多い
が、典型的な特有の水湿混合物には緩衝性を有す
る塩、酸、塩基、ガム、殺菌剤、およ着色剤が含
まれ得る。）第１図または本発明を実現するのに
好都合な装置を表しており、それは主として
Goldberg等の装置に要求される比較的大きな構
成部分や周辺のインクポンピングおよび供給装置
なしにインク混合物の少量の静止サンプルに関す
る検査を可能にする特別に設計された容量性セル
を提供することに帰する。

インク−水混合物のサンプルはコンデンサ２の
誘電体として作用する。このコンデンサの設計は
以下に論ずるごとく本発明の重要な部分を成す。
その容量は水−インク混合物の誘電率に依存し、
次いでそれは混合物内の水の濃度に依存する。

コンデンサセル２は可聴周波数発振器４を形成
する回路の一部である。発振器は方形波出力信号
を出力線６上に与え、出力信号の周波数はコンデ
ンサ２内の混合物の誘電率に反比例する。周波数
電圧変換器８が発振器４からの出力信号を線１０
上の電圧に変換し、電圧の大きさはセル２の容量
値の指数関数に比例する。この電圧信号が対数増
幅器１２によつて１０を底とする対数に変換され
る。限定された対数領域のみが必要なので増幅器
１２は安価な演算増幅器と適当なnpnトランジス
タから構成可能であり、あるいはモジユールのユ
ニツトとして購入することができる。水の濃度が
低い場合（例えば水が０％ないし20％）には、水
の濃度と誘電率との間の関係が対数増幅器なしに
＋１％の正確さを与えるに十分線形である。従つ
て、水20％より小さい濃度を測定するためのみに
用いられる計量器に関しては、対数増幅器１２を
除くことができる。

水の濃度が十分に低いサンプルに関して対数増
幅器１２により線１４上にもしくは直接的には線
１０より生成される出力電圧は水の濃度に比例
し、任意の定数によつてオフセツトされる。この
信号が信号調整増幅器１６に与えられ、それは調
整可能オフセツト電圧と0.95ないし20の調整可能
な利得を有する。増幅器１６はインク−水混合物
内の水の濃度がゼロである場合、ゼロの電圧出力
を与え、またその濃度が50％である場合に例えば
５ボルトの値を与える。信号コンデイシヨナ１６
の出力が表示装置１８に与えられ、それがインク
−水混合物中の水分を信号コンデンシヨナ１６か
らの出力の値によつて指示されるように表示す
る。

本発明の好ましい態様では容量性素子としての
環状誘電体ギヤツプにより隔てられる同心共軸の
電極を用いる。２つまたはそれ以上の平行なプレ
ート等、他の形状を用いることもできる。しかし
ながら、同心電極は他の形状に対しセル全体の単
位体積当たりでより大きなキヤパシタンスを達成
し、表面積のより有効な利用を与え、またより再
使用可能な電極配置を与える。また、平行プレー
トキヤパシタンスセルはドリフトする可能性があ
り、また２つ以上のプレートを用いることは装置
のコストをかなり増大させ得る。

同心セルの内部電極２０が第２図に示されてい
る。電極２０はおおよそ円筒形である側壁２２
と、側壁２２の端部からその中心に向かつてやや
下方に張り出ている閉じた底壁２４を有する。電
極は中空でないアルミニウムのような導電性物質
から形成され、またその円筒形周囲に薄い絶縁性
コーテイング２６を含む。絶縁性コーテイング２
６は厚さが0.0025cmないし0.013cm（0.001インチ
ないし0.005インチ）のテフロン（登録商標）の
ような重合体から好都合に形成される。コーテイ
ングの厚さは添付図面においてわかりやすさのた
めにいくらか誇張されている。電極を容量性セル
全体の中に配置するためにねじ山をつけられた位
置調整柱２８が電極の底部から軸状に下方に伸び
ている。プラスチツクまたは他の絶縁性物質から
形成されるスペーサリング３０が電極の上面と側
壁上方に亘つて設置されている。柱３２は電極と
一体に形成されるかまたはそこに電気的に接続さ
れ、容量性セルの組み立ておよび分解中のその扱
いを容易にし、かつ発振器回路の残りの部分のた
めに便利な電気コネクタ３３を包含すべく電極か
ら上方に軸状に伸びている。

さて第３図を参照すると、外部電極３４の好ま
しい形態が示されている。この電極はアルミニウ
ムのような導電性物質から中空円筒の形に形成さ
れ、その内径が内部電極の外径よりいくらか大き
くなつている。電極３４の内表面には内部電極の
ために用いられる0.0051cm（0.002インチ）のテ
フロンコーテイングのような薄い絶縁性コーテイ
ング３６が設けられる。プラスチツクプラグ４０
の形の絶縁性基部部材を収容すべく内部凹所３８
が電極の下端部に形成される。この素子が電極の
底部をふさいで液体が漏れ出すのを防ぐために凹
所３８にきつちりと嵌合されている。それはまた
プラスチツクプラグ４０が定位置にある場合に内
部電極２０の位置調整柱２８を収容するため外部
電極３４の内部に開くねじ山をつけられた中心孔
４２を含む。

外部電極３４の下部外表面上のねじ山に螺合す
る内部ねじ山が下部キヤツプ４４に施され、キヤ
ツプを電極の底部にねじ止めしてプラスチツクプ
ラグ４０を定位置に保つことを可能にする。下部
キヤツプ４４は金属または他の導電性物質から形
成され、プラスチツクプラグ４０を定位置に締め
るのに加えて本装置が用いられる際に存在する電
界を包含し、それによつて漂遊電界が本装置によ
つて得られる測定を乱すのを実質的に防ぐ。同様
な導電性の上部キヤツプ４６が外部電極３４の外
側上端部のまわりにねじ止めされている。上部キ
ヤツプ４６は電界の包含において下部キヤツプ４
４と同様の機能を果たす。絶縁性中心ブツシング
４８が上部キヤツプを通じて伸び、セルの外側の
位置から内部電極コネクタ３３に電気接続を行な
うことを可能にする。外電電極３４に対しその上
部キヤツプ４６との電気接点を通じて電気接続を
なすためにねじ等の接続手段５０も上部キヤツプ
４６内に設けられる。

組み立てられた装置が第４図に示されており、
内部電極２０が外部電極３４の内側に共軸的に配
置される。内部電極２０から伸びる位置調整柱２
８がプラスチツクプラグ４０内のねじ山をつけら
れた中心孔４２内にねじ止めされ、内部電極２０
をその定位置に固定する。下部キヤツプ４４は外
部電極３４の底部をおおつてねじ止めされ、それ
によつてプラスチツクプラグ４０が定位置に保持
される一方、電気的しやへいを完全にするために
上部キヤツプ４６が外部電極の最上部のまわりに
ねじ止めされる。内部電極２０が万一に外部電極
３４に接触するのを防ぐために絶縁性のスペーサ
リング３０が内部電極２０の上部表面のまわりに
設けられている。導線５２，５４が各々内部電極
と外部電極と接触する（外部電極との接触は上部
キヤツプ４６を経てなされる）。

インクと水の液体混合物５６を内部電極と外部
電極との間のギヤツプに入れることができる。か
くて本装置はコンデンサセルを含み、そのキヤパ
シタンスはインク−水混合物の誘導率と様々な構
成部分の寸法とから決定される。繰り返し可能で
ありかつ正確な測定のためには、セルが空の場合
に約100ピコフアラドの領域の比較的高いキヤパ
シタンスを有することが所望される。便宜上、要
求されるインク−水サンプルの体積が約50c.c.を超
えないものとすることが望ましい。第２図ないし
第４図に示される実施例では、これらの仕様書が
6.033cm（2.375インチ）の直径と8.9cm（3.5イン
チ）の円筒高さを有する内部電極２０、および
6.4cm（2.5インチ）の直径と内部凹所３８の上に
10.2cm（4.0インチ）の高さを有する外部電極３
４によつて達成される。

本測定装置の動作に関して好ましい比較的低い
動作周波数、代表的には約9kHzでは、多くの水
分を含む液体サンプルにおいて電気分解が生じ
る。電気分解は装置によつて得られる読みをそこ
なうので回避すべきである。２つの電極の向かい
あう表面上に薄い絶縁性コーテイング２６と３６
を設けることが電気分解を有効に防止する。コー
テイングは0.0025cmないし0.013cm（0.001インチ
ないし0.005インチ）の範囲内が好都合であり、
それはコーテイングがセルの全キヤパシタンスに
対し何らかの重大な影響を与えるのを防ぐに十分
薄くなつている。コーテイングの存在はまた各々
の電極上に極性が交互になつた連続するイオン層
構造により特徴づけられ、コンデンサセルの再生
可能性とキヤパシタンスに大きな誤差をもたらし
得る二層効果によるキヤパシタンスの増大をも防
止する。

使用に際し、組み立てられてはいるがインクの
入つていない容量性セルについて第１図に描かれ
ている感知回路が「ゼロにあわせられる」
（“zeroed”）。インク混合物サンプルの水分を測
定するために、内部電極２０が除去されて密度の
高いインク混合物サンプルが外部電極３４とプラ
スチツクプラグ４０により形成される室内に置か
れる。次に位置調整柱２８を中心孔４２の中にね
じこむことによつて内部電極が再配置され、イン
ク混合物を室の底から押し出して、向かい合う電
極表面の間のギヤツプを均一に満たすように変位
させる。余分のインクは組み立てられた本装置の
上部に設けられる空洞４１内に単純にためられ
て、組み立てを完了すべく上部キヤツプ４６が外
部電極３４の上にねじ止めされる。このあふれだ
め構造の故に、本装置の共軸部分のみがインクの
存在を電気的に感知する部分となるのでインクサ
ンプルを前もつて正確に測る必要はない。本装置
は小型で携帯可能であり、またインクポンプやイ
ンク供給装置のような周辺装置や付属物を何ら要
求しない。これらの理由によりそれはまた極めて
安価でもある。本装置は実験室、またはインク製
造工場や印刷所の様々な場所で用いることができ
る。小量のインクサンプルは多くの異なる位置、
例えば印刷機ローラから運転中に好都合に集へる
ことができる。

本発明の代替的な実施例により迅速でまたより
便利でもある水分測定を促進するもので、第５図
に示されている。フレームアツセンブリ５８は装
置エレクトロニクスを含みまた外部電極６２を支
持する下部基部６０と、内部電極６６を上げ下げ
するためのクランク装置６４を含む上部構造とを
含む。電極６２と６６の寸法は第２図なしい第４
図に示される内部電極および外部電極のそれと同
様である。内部電極６６は外部電極６２の内側に
適合し、またそれからその周囲に沿つてギヤツプ
により隔てられている。ギヤツプは第２図ないし
第４図の実施例のそれに等価なキヤパシタンスを
伴う容量性セルを生成すべくインク−水混合物で
満たすことができる。外部電極６２は基本的に円
筒形金属カツプの形でありフレームアツセンブリ
基部６０に対し所定位置に固定される。内部電極
６６は上方に垂直に伸びてクランクアツセンブリ
６４にかみあわせられる細長い軸６８を含み、ク
ランクアツセンブリ６４を動作させることによつ
て軸６８と内部電極６６とを所望に応じて上げ下
げできるようになつている。内部電極６６がその
最低位置に移動さてられる際に上部キヤツプ７０
が外部電極６２の最上部に適合され、それにより
コンデンサセルを電気的に封印する。

内部電極６６の外表面と外部電極６２の内部電
極は前出の実施例のごとくどちらも絶縁性重合体
のコーテイングまたは層を備えている。しかしな
がら、好都合なことに絶縁性のコーテイングは各
各外部電極６２の内表面、内部電極６６の外表面
と境を接するように形作られた薄いプラスチツク
ライナの形になつている。ライナ７２と７４はそ
れらの各電極から容易に取りはずし得るので、そ
れによつて電極自体を清浄することなくしてサン
プルから残つたインクを迅速に除去することを可
能にする。ライナ７２，７４は使い捨てで、別の
インクサンプルを検査する前に新しい対が定位置
に取付けられる。

電子回路はフレームアツセンブリの基部６０内
に好都合に収容される。適当な電気的接続（第５
図には示されていない）が回路と２つの電極との
間に設けられている。

上述のいずれの実施例に関しても用いることの
できる電気回路の機能的概略図が第６図に示され
ている。第１図の発振器（マルチバイブレータ）
４が第６図の左上すみに示されており、増幅器Ａ
１を含んでいる。周波数を特定の基準点、例えば
容量性セルが空であるかまたは既知のインク−水
混合物で満たされている場合に生成される周波数
に対して設定するために適当なフイードバツクコ
ンデンサを選択すべく３位スイツチが用いられ
る。発振器からの出力はｘを50キロオームポテン
シヨメータの摺接片と大地との間の抵抗として正
の利得設定（50＋２）／ｘによつて定められる量
にて増幅器Ａ２で増幅される。これは重要な設定
事項ではなく、図の右下すみに示されている周波
数電圧変換器をトリガすべき適当な信号振幅を保
証するためにのみ必要とされる。後者の集積回路
は、Burr−Brown VF32であつてもよく、入力
周波数に正比例する電圧を与える。入力１への基
準電圧が対数の零点に対する基準を与える。

この定電圧が第６図の下方中央に示されている
対数増幅器、例えばBurr−Brown Log100モジ
ユールに送られる。この増幅器は10ボルト当たり
３組の電子部品単位で維持される。ピン１４への
基準電流は対数増幅器の下に示されている簡単な
電流調整回路によつて給電される。このユニツト
の出力は１ボルトの入力（log1＝０）について正
であり、ゼロから−１の利得を有する増幅器Ａ４
によつて反転させられる。利得の設定は点線によ
つて示されるごとくマルチバイブレータ回路のた
めの適当なフイードバツク抵抗を用いてスイツチ
ングされる。増幅器Ａ４は２つの機能を果たす。
第１は上述のような適当な利得設定を用いて出力
電圧と水分との間の比例定数を確立することであ
る。第２は電圧と水分との間の関係におけるオフ
セツトを補正するためにゼロ基準電圧を確立する
ことである。

Ａ４の出力はもう１つの増幅器Ａ３に送られ、
それが０ボルトないし５ボルトの出力用に設定さ
れたデイジタルパネル計量器DM3100Lのための
バツフアとして作用する。このユニツトは例えば
水の濃度10％に対して１ボルトの読みを生じるよ
うに調整することができる。第６図に示されてい
る４つの増幅器（Ａ１からＡ４）を結合して
National Semiconductor LF457のような「４重
演算増幅器」（“quad op−amp”）となる。

本回路はインク混合物の誘電率に線形に応答す
るいかなる周波数においても動作するようにわず
かな修正によつて調整できる。様々なインクに対
して用いることのできる周波数は4kHzより低い
所から300kHz以上までにわたる。しかしながら
本測定装置の構成においては漂遊キヤパシタンス
を最小化し、また十分な利得帯域出力を持ち位相
のずれが3MHzより小さくて無視できる増幅器を
用いるべく注意が払われねばならない。

かくてインク混合物の少量のサンプルに関する
静的測定を行なうための安価の装置の代替的な実
施例を示しかつ説明した。当業者においては多く
の修正および付加的な実施例が考えられようが、
本発明は本特許請求の範囲によつてのみ限定され
るよう意図されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従つて静止インクサンプルの
水分を測定するために利用される回路のブロツク
線図、第２図は本発明の１つの実施例のための容
量性サンプルセル内に使用される内部電極の断面
図、第３図は同実施例の外部電極および関連部品
の分解断面図、第４図は動作中の容量性セル内に
組み立てられた内部電極と外部電極の断面図、第
５図は本発明のもう１つの実施例に関する断面
図、第６図は本発明と共に用い得る回路系の概略
図である。 符号の説明 ２……コンデンサセル、４……発
振器、８……周波数電圧変換器、１２……対数増
幅器、１６……信号調整器、１８……表示装置、
２０……内部電極、２６……絶縁性コーテイン
グ、２８……位置調整柱、３０……絶縁性スペー
サリング、３４……外部電極、３６……絶縁性コ
ーテイング、４０……プラスチツクプラグ、４２
……中心孔、４４……下部キヤツプ、４６……上
部キヤツプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ａ １）外部電極と当該外部電極に取り外し
   自在に収容される取り外し可能な内部電極であ
   つて前記外部電極は前記内部電極に面する内側
   表面を備え、かつ前記内部電極は前記外部電極
   に面する外側表面を備えた外部電極及び内部電
   極と、２）上記外部電極及び内部電極を位置決
   めし、それぞれの対応する内側表面及び外側表
   面を所定のギヤツプで対向させて当該内側表面
   及び外側表面との間に液体混合物を収容する空
   間を規定する手段と、からなる２分割コンデン
   サセルと、 ｂ 上記コンデンサセルを含み、上記液体混合物
   の比誘電率によつて変化する周波数の出力信号
   を出力する発振回路と、 ｃ 上記出力信号の周波数によつて変化する出力
   表示を供給して上記液体混合物中の水分濃度を
   表示する出力手段と、 を有し、インクと水とからなり含有水分量により
   誘電率が変化する非流動液体混合物の水分含有量
   を測定する水分測定装置。 ２ 特許請求の範囲第１項の記載において、前記
   内部電極の外側表面と前記外部電極の内側表面が
   実質的に円筒形であり共軸である液体混合物の水
   分測定装置。 ３ 特許請求の範囲第１項の記載において、さら
   に前記内部および外部の電極のために絶縁性基部
   を有し、前記内部電極は液体混合物を該基部と前
   記外部電極によつて定められる空間内に導入する
   ことを可能にすべく該基部からとり除くことがで
   き、また前記液体混合物の少なくとも一部が前記
   の内部電極と外部電極との間のギヤツプ内に転置
   されるように再び定位置に移し戻すことができる
   液体混合物の水分測定装置。 ４ 特許請求の範囲第１項の記載において、さら
   に電気分解と二層容量効果を防ぐために、互いに
   向かい合う前記電極表面上に絶縁性物質から成る
   薄い層を含み、該層は本測定装置の清浄を容易に
   すべくそれらの各電極からとりはずし可能である
   液体混合物の水分測定装置。