技術 流体量検知装置及びインク量検知装置

0001

本発明は、画像形成装置等におけるインクなどの流体の量を検知する流体量検知装置及びインク量検知装置に係り、特に、インク等の流体量の変化に伴う静電容量の変化によって当該流体量を検知する流体量検知装置及びインク量検知装置に関する。

0002

一般に、印刷機や複写機をはじめとする画像形成装置などでは、印刷に必要な印刷用インクを常に安定して供給するために、またインクに余剰分が生じるとインクが漏れて印刷用紙を汚す恐れなどがあるため、供給するインク量を適切に維持するためのインク量検知装置（インクセンサー）が用いられている。

0003

その一例として本出願人は、特開昭５８−６２５２０号に於いて、インク溜り部を挟んで対向する検出電極部材と接地電極部材との間のインク量変化に伴う当該両電極部材間の静電容量変化により、インク溜り部に於けるインク量を検出するインク量検知装置を提案している。このインク量検知装置を孔版印刷装置に組み込んだ例を図９に示す。

0004

図９に於いて、版胴８は印刷インクの通過を許す多孔性構造を有しており、この版胴８の外周には図示しない感熱製版された孔版原紙が巻装される。版胴８の内部には中押しロール１が配設されており、また、この中押しロール１の外周面に対し所定の間隙をおいてインク量制御要素としてドクターロール２が配置されている。インク溜り部３には、図示しないインク供給機構により供給された印刷用インクが、中押しロール１の回転によって「渦」を形成して集められるとともに、中押しロール１とドクターロール２との間の僅かな間隙（ギャップ）から中押しロール１の表面を被膜として伝わり、版胴８の内側に一定量の印刷用インクが供給される。更に、版胴８の内側に供給された印刷用インクは、中押しロール１により押圧されて版胴８を通過し、更に孔版原紙の穿孔部を通過して、図示しない印刷用紙に転移する。

0005

インク溜り部３のインク量は、インクセンサ４によって検知され、検知結果に基づいて、インク供給機構からのインク溜り部３へのインク供給量が制御される。つまり、印刷処理により印刷用インクが使用され、インク溜り部３のインク量が減少してインク有無センサ針５がインク溜り部３のインクから離れると、インク有無センサ針５がインク溜り部３に触れるまで、インク供給機構により印刷用インクが供給される。また、オーバーフローセンサ針６により、インク溜り部３のインク量のオーバーフローを確認し、オーバーフロー発生時にはインク供給機構はインクの供給を停止する。

0006

このインクセンサ４は、コイルとコンデンサを有するＬＣの電気的発振回路と、この発振回路が発振する周波数の変化を検知する検知回路からなる。発振回路はコイルのインダクタンスとコンデンサの静電容量とにより決まる周波数にて発振する。印刷用インクは空気より誘電率が大きいため、コンデンサの静電容量はインク溜り部３のインク量が多いほど大きく、インク量が少ないほど小さい。従って、発振する周波数は、インク量が多いほど低く、インク量が少ないほど高くなる。この発振周波数の変化を検知回路で検知し、これによりインク量の変化が電気量の変化として取り出される。

0007

しかしながら、上記の如き従来のインク量検知装置では、静電容量が低い印刷用インク（例えば、静電容量が１０ｐＦ以下のインク）を検知することが非常に困難である。このような低い静電容量を検知するためには、例えば以下のような方法がある。

0008

第１の方法は、発振する周波数を上げることによって低い静電容量を検知できるようにする方法である。しかし、発振周波数が高くなる（例えば、数ｐＦの静電容量の変化を検知するためには１００ＭＨｚ程度の周波数が必要）と、回路や基板の浮遊容量等の影響を受けて周波数が不安定になってしまうという問題がある。更に、このような高周波帯域を使用すると、周辺の回路などにも影響を及ぼす恐れもある。

0009

また、検知しようとする印刷用インクの静電容量値と、トランジスタなどの浮遊容量を押さえるためのコンデンサの容量値とが変わらない値になってきており、そのためこのような低い静電容量を検知することが難しいという問題もある。

0010

第２の方法は、検出電極、すなわち、インク有無センサ針５やオーバーフローセンサ針６を太くする、あるいは長くするという方法である。しかし、検出電極の径を太くすると、印刷用インクの渦がこわれて印刷する画像に悪影響を及ぼすという問題がある。つまり、検出電極が触れている部分の画像が薄くなったり、擦れたりする恐れがある。また、検出電極の長さを長くして検知するという方法も、印刷装置の構造上限界がある。

0011

従って、検出しようとする印刷用インクの静電容量が低い場合には、従来のインク量検知装置では検知することが非常に困難であった。

0012

本発明は、以上に述べた状況を鑑みて成されたものであり、インク等の流体量の変化に伴う静電容量の変化によって当該流体量を検知する検知装置であって、数ｐＦ以下の低い静電容量の変化を検知することができる流体量検知装置及びインク量検知装置を提供することを目的とする。

0013

上記課題を解決するために、本発明は、抵抗と基準容量とを発振時定数として、基準周波数信号を発振する基準発振手段と、前記基準発振器の抵抗と同等の抵抗と、前記基準容量に相当する容量に流体量に相当する静電容量を加算した測定容量とを発振時定数として、測定周波数信号を発振する測定発振手段とを有し、前記基準周波数信号及び前記測定周波数信号をそれぞれ２ｎ倍分周し、２ｎ倍分周した前記基準周波数信号と２ｎ倍分周した前記測定周波数信号との差分を求めることでインク量に相当する静電容量を検出することを特徴とする。

0014

また、本発明の第２の特徴は、外部基準周波数を発振する外部基準発振手段を有し、前記外部基準周波数を基準に前記２ｎ倍分周した前記基準周波数信号のパルス数を基準パルス数として計数し、前記外部基準周波数を基準に前記２ｎ倍分周した前記測定周波数信号のパルス数を測定パルス数として計数し、計数した基準パルス数と測定パルス数との差分を求めることで前記インク量に相当する静電容量を検出することを特徴とする。

0015

また、本発明の第３の特徴は、前記基準周波数信号を分周して基準電圧に変換し、前記測定周波数信号を分周して測定電圧に変換し、変換した前記基準電圧と前記測定電圧との差分を求めることで前記インク量に相当する静電容量を検出することを特徴とする。

0016

また、本発明の第４の特徴は、インクの有無を判定するインク有無判定基準値を予め設定してメモリに保持し、このインク有無判定基準値と前記差分との比較によって、インクの有無状況を検知する、及び／または、インクの過剰供給を判定するオーバーフロー判定基準値を予め設定してメモリに保持し、このオーバーフロー判定基準値と前記差分との比較によって、前記インクの過剰供給を検知することを特徴とする。

0017

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

0018

（第１実施例）図１は本発明に係るインク量検知装置４の一実施例を示したブロック図である。

0019

インク量検知装置４はＣＲ測定発振器１１、ＣＲ基準発振器１２、分周器１３ａ，１３ｂ、計数器１４、メモリ１６、比較器１５からなる。ＣＲ測定発振器１１には検出電極７が接続されている。

0020

ここで、ＣＲ測定発振器１１とＣＲ基準発振器１２について、図２〜図４を用いて説明する。ＣＲ測定発振器１１及びＣＲ基準発振器１２を発振回路を、図２に示すような遅延回路によりそれぞれ構成する。図２（ａ）において、入力端子Ａと出力端子Ｙとの間に、抵抗Ｒ、及びこれと並列にコンデンサＣが接続されており、コンデンサＣのもう一方の端子はグランドに接続されている。入力端子にステップパルスＶ１を加えた時の出力端子電圧Ｖ２は、次式で表される。

0021

Ｖ２＝Ｖ１・（１−ｅ−ｔ／ＲＣ） （１）
従って、図２（ｂ）に示すように、理想的なステップ状の入力電圧波形Ｖ１に対し、実際の出力電圧波形Ｖ２は緩やかに上下動する波形となる。このような出力電圧波形の立上り・立下りの遅延時間は、抵抗ＲとコンデンサＣとの積による時定数τで変化するため（ＲＣディレイ）、本発明ではこれを利用して発振周波数を可変にする。

0022

ＣＲ測定発振器１１の具体例を図３に、ＣＲ基準発振器１２の具体例を図４に示す。図３に示すように、コンデンサＣ２と抵抗Ｒ１とを有するＣＲ発振回路で、インバータの入力にコンデンサＣ２と並列に、検出電極７としてステンレス鋼線が接続されている。また、コンデンサＣ１はコンデンサＣ２と並列に接続されているので、検出電極７に印刷用インクが付着すると、静電容量Ｃ２に印刷用インクの静電容量Ｃ１が加算され、それによって、回路の遅延時間が変化し、その結果、発振周波数が変化する。

0023

このＣＲ測定発振器１１の発振周波数ｆｓ（Ｈｚ）は、次式で表される。

0024

ｆｓ＝１／｛Ｒ１・（Ｃ１＋Ｃ２）｝ （２）
また、図４に示すように、ＣＲ基準発振器１２はコンデンサＣ３と抵抗Ｒ２とを有するＣＲ発振回路である。つまり、図３に示したＣＲ測定発振器１１から検出電極７とコンデンサＣ１を除いた回路構成となっている。

0025

このＣＲ基準発振器１２の発振周波数ｆｋ（Ｈｚ）は、次式で表される。

0026

ｆｋ＝１／（Ｒ２・Ｃ３） （３）
ここで、Ｒ１＝Ｒ２となるように、すなわち、ＣＲ測定発振器１１の抵抗Ｒ１とＣＲ基準発振器１２の抵抗Ｒ２が等しくなるように構成する。更に、ＣＲ基準発振器１２のコンデンサＣ３をトリマコンデンサなどの可変コンデンサにして、検出電極７に印刷用インクが付着していない時に発振周波数ｆｓ＝ｆｋとなるように、可変コンデンサＣ３の容量を調整する。尚、発振周波数は回路や基板の浮遊容量等の影響などを受けないように、中低周波帯域を使用する。更に好ましくは１ＭＨｚ程度とする。

0027

このようにＣＲ測定発振器１１とＣＲ基準発振器１２を構成することで、ＣＲ測定発振器１１から発振される測定周波数ｆｋとＣＲ基準発振器１２から発振される基準周波数ｆｓとの差ＣＣから印刷用インクの静電容量Ｃ１を求めることができるのである。

0028

図１に戻って、ＣＲ測定発振器１１から発振される測定周波数信号ｆｓとＣＲ基準発振器１２から発振される基準周波数信号ｆｋを、それぞれ分周器１３ａと分周器１３ｂで２ｎ倍（例えば、２１５倍）分周することで、各周波数の測定精度を上げる。このように測定周波数信号ｆｓと基準周波数信号ｆｋとをそれぞれ分周することで、従来は測定することが難しかった静電容量の微細な変化も測定することができる。また、分周することで精度が上がるため、従来のような高周波を使用しなくても良い。つまり、中低周波を使用して、低い静電容量を測定することができるのである。従って、回路や基板の浮遊容量等の影響を受けて周波数が不安定になってしまうという問題も解消される。

0029

次に、計数器１４にて、測定周波数信号ｆｓと基準周波数信号ｆｋのそれぞれのパルスを所定の時間カウントして、測定周波数信号ｆｓのカウント数と基準周波数信号ｆｋのカウント数との差ＣＣを求める。検出電極７にインクが付着していない時には、測定誤差を除けば、この差ＣＣの値はゼロとなり、検出電極７にインクが付着する量が増えるに従って、差ＣＣの値も増加して行く。

0030

次に、比較器１５にて、計数器１４で求めた測定周波数信号ｆｓのカウント数と基準周波数信号ｆｋのカウント数との差ＣＣと、基準となるカウント数との比較を行う。基準となるカウント数とは、例えば、インクの有無の判定基準となるカウント数ＫＣＣ、インクのオーバーフローの発生基準となるカウント数ＹＣＣなどであり、予め所定の値を設定してメモリ１６などに保持しておく。比較器１５は表１に示すようにこれらの比較を行い、比較結果にしたがって、所定のインク有無信号、オーバーフロー信号を出力する。

0031

ID=000003HE=035 WI=098 LX=0560 LY=0650
計数器１４で求めた測定パルス数と基準パルス数の差ＣＣがインクの有無の判定基準となるカウント数ＫＣＣより小さい場合には、「インクなし」と判断し、インク有無信号として「インクなし」を示す信号（例えば、LOW信号）を出力する。逆に、差ＣＣが基準カウント数ＫＣＣと同じかそれより大きい場合には、「インクあり」と判断し、インク有無信号として「インクあり」を示す信号（例えば、HIGH信号）を出力する。同様に、差ＣＣと基準カウント数ＹＣＣとを比較して、表１に示すようにオーバーフロー信号を出力する。

0032

尚、インクの有無の判定基準となるカウント数ＫＣＣ、インクのオーバーフローの発生基準となるカウント数ＹＣＣは、測定誤差を考慮して値を設定しておくと良い。このように、判定基準となる数値をメモリなどの記憶手段に記憶させて判定を行うようにすることで、数値を適宜変更すれば様々な種類のインク等に利用することができる。

0033

また、ＣＲ測定発振器１１とＣＲ基準発振器１２を同一のデバイス（ロット）内で構成すれば、電圧の変化や温度その他の周囲条件による発振周波数への影響を受けないようにすることができ、測定誤差が低減され、更に安定した測定を行うことができる。

0034

また、計数器１４にて測定パルス数と基準パルス数の差を求める代わりに、測定周波数ｆｓを基準周波数ｆｋでカウントする方法もある。具体的には、測定周波数ｆｓと基準周波数ｆｋとの論理積（ＡＮＤ）を取り、その時に得られたパルスをカウントしてカウント数ＣＣとする。次に、比較器１５にて、計数器１４でカウントしたカウント数ＣＣと基準となるカウント数との比較を行う。この場合には、ＣＲ測定発振器１１の抵抗Ｒ１とＣＲ基準発振器１２の抵抗Ｒ２が等しくなるように構成したり、検出電極７に印刷用インクが付着していない時に発振周波数ｆｓ＝ｆｋとなるように可変コンデンサＣ３の容量を調整したりする必要は必ずしもない。

0035

（第２実施例）図５は本発明に係るインク量検知装置４の第２の実施例を示したブロック図である。

0036

インク量検知装置４は、インクを検出する検出電極７が接続されたＣＲ測定発振器１１、ＣＲ基準発振器１２、分周器１３ａ，１３ｂ、計数器１４ａ，１４ｂ、メモリ１６、比較器１５、及び外部発振器１７からなる。第１実施例との違いは、測定パルス数と基準パルス数の差ＣＣを計数器１４で求める際に、外部発振器１７を介在させることで、より高精度な測定を行おうとするものである。この外部発振器１７は、例えば、水晶発振器のように安定度が極めて高い周波数を発振する発振器を用いると良い。

0037

先ず、第１実施例と同様に、ＣＲ測定発振器１１から発振される測定周波数信号ｆｓとＣＲ基準発振器１２から発振される基準周波数信号ｆｋを、それぞれ分周器１３ａと分周器１３ｂで２ｎ倍（例えば、２１５倍）分周することで、各周波数信号の精度を上げる。

0038

次に、計数器１４ａにて、分周器１３ａで分周した測定周波数信号ｆｓのパルスを外部発振器１７から発振される外部発振器周波数信号のパルスでカウントする。具体的には、測定周波数信号ｆｓと外部発振器周波数信号との論理積を取り、その結果得られたパルスをカウントすれば良い。同様にして、分周器１３ｂで分周した基準周波数信号ｆｋのパルスを外部発振器１７から発振される外部発振器周波数信号のパルスでカウントする。このようにして、測定周波数ｆｓと基準周波数ｆｋのそれぞれのパルスを外部発振器１７の周波数信号を基準にしてカウントして、測定周波数ｆｓのカウント数と基準周波数ｆｋのカウント数との差ＣＣを求める。この両者の差ＣＣを求めるにあたって、両者とも外部発振器１７から発振される周波数信号を基準にして、パルス数をカウントし、カウントしたパルス数で比較を行うため、測定の精度が更に向上する。

0039

次に、第１実施例と同様に、比較器１５にて、計数器１４で求めた測定周波数ｆｓのカウント数と基準周波数ｆｋのカウント数との差ＣＣと、インクの有無の判定基準となるカウント数ＫＣＣ、インクのオーバーフローの発生基準となるカウント数ＹＣＣとの比較を表１に示したように行い、比較結果にしたがって、所定のインク有無信号、オーバーフロー信号を出力する。

0040

（第３実施例）図６は本発明に係るインク量検知装置４の第３の実施例を示したブロック図である。

0041

インク量検知装置４は、インクを検出する検出電極７が接続されたＣＲ測定発振器１１、ＣＲ基準発振器１２、分周器１３ａ，１３ｂ、Ｆ／Ｖ（周波数／電圧）変換器１８ａ，１８ｂ、メモリ１６、比較器１５、からなる。第１，第２実施例との違いは、計数器１４で測定パルス数と基準パルス数の差ＣＣを求める代わりに、Ｆ／Ｖ変換器１８ａ，１８ｂで測定周波数信号ｆｓと基準周波数信号ｆｋを、それぞれに比例する直流電圧に変換し、変換した各々の直流電圧を比較するということである。

0042

先の実施例と同様に、ＣＲ測定発振器１１から発振される測定周波数信号ｆｓとＣＲ基準発振器１２から発振される基準周波数信号ｆｋを、それぞれ分周器１３ａと分周器１３ｂにて、Ｆ／Ｖ変換器１８ａ，１８ｂで直流電圧に変換できる周波数まで分周する。

0043

次に、比較器１５にて、測定周波数信号ｆｓに対応する電圧と基準周波数信号ｆｋに対応する電圧との電圧差ＸＶを求める。そして、求めた電圧差ＸＶと、基準となる電圧との比較を行う。基準となる電圧とは、例えば、インクの有無の判定基準となる基準電圧ＫＫＶ、インクのオーバーフローの発生基準となる基準電圧ＹＹＶなどであり、予め所定の値を設定してメモリ１６などに保持しておく。比較器１５は表２に示すようにこれらの比較を行い、比較結果にしたがって、所定のインク有無信号、オーバーフロー信号を出力する。

0044

ID=000004HE=035 WI=098 LX=0560 LY=1150
測定周波数信号ｆｓに対応する電圧と基準周波数信号ｆｋに対応する電圧との電圧差ＸＶが、インクの有無の判定基準となる基準電圧ＫＫＶより小さい場合には、「インクなし」と判断し、インク有無信号として「インクなし」を示す信号（例えば、LOW信号）を出力する。逆に、電圧差ＸＶが基準カウント数ＫＫＶと同じかそれより大きい場合には、「インクあり」と判断し、インク有無信号として「インクあり」を示す信号（例えば、HIGH信号）を出力する。同様に、電圧差ＸＶと基準カウント数ＹＹＶとを比較して、表２に示すようにオーバーフロー信号を出力する。

0045

以上、第１実施例〜第３実施例を用いて説明した本発明に係るインク量検知装置４を、孔版印刷装置に組み込んだ例を図７に示す。

0046

図７に於いて、版胴８は印刷インクの通過を許す多孔性構造を有しており、この版胴８の外周には図示しない感熱製版された孔版原紙が巻装される。版胴８の内部には中押しロール１が配設されており、また、この中押しロール１の外周面に対し所定の間隙をおいてインク量制御要素としてドクターロール２が配置されている。インク溜り部３には、図示しないインク供給機構により供給された印刷用インクが、中押しロール１の回転によって「渦」を形成して集められるとともに、中押しロール１とドクターロール２との間の僅かな間隙（ギャップ）から中押しロール１の表面を被膜として伝わり、版胴８の内側に一定量の印刷用インクが供給される。更に、版胴８の内側に供給された印刷用インクは、中押しロール１により押圧されて版胴８を通過し、更に孔版原紙の穿孔部を通過して、図示しない印刷用紙に転移する。

0047

インク溜り部３のインク量は、インクセンサ４によって検知され、検知結果に基づいて、インク供給機構からのインク溜り部３へのインク供給量が制御される。つまり、印刷処理により印刷用インクが使用され、インク溜り部３のインク量が減少してインクセンサ針７がインク溜り部３のインクから離れると、インクセンサ針７がインク溜り部３に触れるまで、インク供給機構により印刷用インクが供給される。また、インクセンサ針７により、インク溜り部３のインク量のオーバーフローを確認し、オーバーフロー発生時にはインク供給機構はインクの供給を停止する。

0048

次に、従来のインク量検知装置と本発明に係るインク量検知装置とで、実際にインクの検出を行った結果を図８に示す。

0049

インクの検出を行うにあたって設定した条件は、図８（ｃ）に示すように、径φ＝０．４ｍｍで、長さＬ＝２３ｍｍのインクセンサ針７を、中押しロール１とドクターロール２との間のインク溜り３に接触させる。各静電容量１ｐＦ〜４ｐＦを検知するために、インクセンサ針７をどれだけインク３に接触させたか、その長さｎを求めた。

0050

従来のインク量検知装置で行った結果を図８（ａ）、本発明に係るインク量検知装置で行った結果を図８（ｂ）に示す。それぞれエマルジョン・インクと油性インクの２つのタイプのインクで実験した結果である。

0051

従来のインク量検知装置の場合は、例えば、静電容量１ｐＦを検知するために、エマルジョン・インクの場合にはｎ＝３．０ｍｍ、油性インクの場合にはｎ＝８．０ｍｍ要したのに対して、本発明に係るインク量検知装置によれば、静電容量１ｐＦを検出するために、エマルジョン・インクの場合にはｎ＝０．４５ｍｍ、油性インクの場合にはｎ＝１．１５ｍｍで検知することができた。他の静電容量値でも、本発明の方が従来に比べて遥かに少ない接触度で検知していることが解る。

0052

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は本実施例に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更を成し得るであろう。

0053

例えば、本実施例では、インク量を検知する装置について例を挙げて説明したが、本発明によって検知することができるのはインクのみに限定されず、静電容量を検出することができる液体、気体、粉体またはそれらの混合体などの流体について、その有無、状態や構成の変化などを検知することができる。

0054

従って、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係わる発明特定事項によってのみ限定されるものでなければならない。

0055

本発明によれば、ＣＲ測定発振器から発振される測定周波数信号とＣＲ基準発振器から発振される基準周波数信号を、それぞれ分周器によって２ｎ倍に分周することで、各周波数の測定精度を上げることができ、従来は測定することが難しかった静電容量の微細な変化も測定することができる。

0056

また、測定周波数信号と基準周波数信号のそれぞれのパルスを外部発振器の周波数信号を基準にしてカウントし、各々のカウント数の差分を求めるようにすることで、測定の精度が更に向上する。

0057

また、本発明によれば、低い静電容量を検知する場合でも、中低周波帯の周波数帯を使用して検出することが可能であり、回路や基板の浮遊容量等の影響を受けて周波数が不安定になってしまうという問題も解決される。

0058

また、判定基準となる数値をメモリなどの記憶手段に記憶させて判定を行うようにすることで、数値を適宜変更すれば様々な種類のインク等に利用することができる。

0059

図１本発明に係るインク量検知装置の一実施例を示したブロック図
図２ＲＣ発振器の基本モデルを表した説明図。
図３本発明に係るインク量検知装置を構成するＣＲ測定発振器の回路図。
図４本発明に係るインク量検知装置を構成するＣＲ基準発振器の回路図。
図５本発明に係るインク量検知装置の第２の実施例を示したブロック図
図６本発明に係るインク量検知装置の第３の実施例を示したブロック図
図７本発明に係るインク量検知装置を孔版印刷装置に組み込んだ例を示した概略構成図。
図８本発明に係るインク量検知装置と従来のインク量検知装置とで検知対象の静電容量を検出した結果を示した説明図。
図９従来のインク量検知装置を孔版印刷装置に組み込んだ例を示した概略構成図。

0060

１....中押しロール
２....ドクターロール
３....インク溜り
４....インクセンサ
５....インク有無センサ針
６....インク有無センサ針
７....インクセンサ針
８....版胴
１１....ＣＲ測定発振器
１２....ＣＲ基準発振器
１３ａ，１３ｂ....分周器
１４，１４ａ，１４ｂ....計数器
１５....比較器
１６....メモリ
１７....外部発振器
１８ａ，１８ｂ....Ｆ／Ｖ（周波数／電圧）変換器