JPH0795208B2 - トナー濃度測定装置を備えた複写機 - Google Patents
トナー濃度測定装置を備えた複写機Info
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- JPH0795208B2 JPH0795208B2 JP2020372A JP2037290A JPH0795208B2 JP H0795208 B2 JPH0795208 B2 JP H0795208B2 JP 2020372 A JP2020372 A JP 2020372A JP 2037290 A JP2037290 A JP 2037290A JP H0795208 B2 JPH0795208 B2 JP H0795208B2
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、一般には複写機、より詳細には像形成表面す
なわち電荷保持表面の上に現像された未定着カラートナ
ーの量を測定する装置に関するものである。
なわち電荷保持表面の上に現像された未定着カラートナ
ーの量を測定する装置に関するものである。
発明が解決しようとする課題 電子写真技術における重要な１っの工程管理は、電荷保
持表面の上に現像された未定着トナーの量の測定であ
る。これまで、特に工程管理の目的で露光され、現像さ
れるテストパッチにおいて、従来、主として黒色トナー
に使用されてきた赤外線反射式濃度計、例えばゼロック
ス1065複写機に使用されている濃度計においては、赤外
線発光ダイオードがトナーと像形成表面の組合せを照明
し、フォトダイオードが正反射光を集めるように配置さ
れている。黒色トナーは光を吸収するので、像形成表面
の上に多量のトナーが現像されると、トナーと像形成表
面の組合せから正反射される光の量が減少する。工程管
理の尺度は、トナーと像形成表面の組合せから反射した
光と裸の像形成表面から反射した光の比である。この比
は正反射比と呼ばれる。
持表面の上に現像された未定着トナーの量の測定であ
る。これまで、特に工程管理の目的で露光され、現像さ
れるテストパッチにおいて、従来、主として黒色トナー
に使用されてきた赤外線反射式濃度計、例えばゼロック
ス1065複写機に使用されている濃度計においては、赤外
線発光ダイオードがトナーと像形成表面の組合せを照明
し、フォトダイオードが正反射光を集めるように配置さ
れている。黒色トナーは光を吸収するので、像形成表面
の上に多量のトナーが現像されると、トナーと像形成表
面の組合せから正反射される光の量が減少する。工程管
理の尺度は、トナーと像形成表面の組合せから反射した
光と裸の像形成表面から反射した光の比である。この比
は正反射比と呼ばれる。
正反射に基づく濃度測定装置をカラートナーについて使
用すると、最適管理値と結び付いたDMA（Developed ton
er mass per areaの略：単位面積当たりの現像されたト
ナー質量）値より小さいDMA値に対して、正反射比は変
化しなくなることがわかった。例えば、平均粒径が９ミ
クロンのカラートナーを使用したとき、0.5〜0.6mg/cm2
のDMA値について、DMAがさらに変化しても、正反射比は
その変化に対応しないことがかわった。平均粒径が９ミ
クロンのカラートナーの望ましいDMA検出範囲は、1.0ms
/cm2まで及ぶであろう。上記の感度低下は、カラートナ
ーによる光の散乱に原因があると思われる。その理由
は、カラートナーが赤外線の吸収が悪い傾向があるから
である。また、像形成表面に対する光検出器の取付けに
寛容度を与えるため必要な光検出器に対する大きな角度
のため、零に比べて大きな値において、正反射比は変化
しないことに留意されたい。このように、カラートナー
の場合は、検出器によって正反射光と拡散反射光の両方
が検出される。拡散反射光は、正反射光成分の変化を不
明瞭にし、かつかなりオフセットした値で信号飽和を起
こす傾向がある。
用すると、最適管理値と結び付いたDMA（Developed ton
er mass per areaの略：単位面積当たりの現像されたト
ナー質量）値より小さいDMA値に対して、正反射比は変
化しなくなることがわかった。例えば、平均粒径が９ミ
クロンのカラートナーを使用したとき、0.5〜0.6mg/cm2
のDMA値について、DMAがさらに変化しても、正反射比は
その変化に対応しないことがかわった。平均粒径が９ミ
クロンのカラートナーの望ましいDMA検出範囲は、1.0ms
/cm2まで及ぶであろう。上記の感度低下は、カラートナ
ーによる光の散乱に原因があると思われる。その理由
は、カラートナーが赤外線の吸収が悪い傾向があるから
である。また、像形成表面に対する光検出器の取付けに
寛容度を与えるため必要な光検出器に対する大きな角度
のため、零に比べて大きな値において、正反射比は変化
しないことに留意されたい。このように、カラートナー
の場合は、検出器によって正反射光と拡散反射光の両方
が検出される。拡散反射光は、正反射光成分の変化を不
明瞭にし、かつかなりオフセットした値で信号飽和を起
こす傾向がある。
従来の技術 米国特許第4,553,033号は、正反射成分を検出するのに
使用できる形式のLC赤外線濃度計を開示している。
使用できる形式のLC赤外線濃度計を開示している。
米国特許出願第246,242号（1988年９月19日出願）は、
表面上の粒子に光線を投射する装置を開示している。少
なくとも粒子の総合反射率と総合反射率の拡散成分が検
出される。総合信号は少なくとも粒子の総合反射率を表
し、拡散信号は総合反射率の拡散成分を表す。総合信号
と拡散信号の差が測定され、少なくとも粒子の総合反射
率の正成分を表す信号が生成される。
表面上の粒子に光線を投射する装置を開示している。少
なくとも粒子の総合反射率と総合反射率の拡散成分が検
出される。総合信号は少なくとも粒子の総合反射率を表
し、拡散信号は総合反射率の拡散成分を表す。総合信号
と拡散信号の差が測定され、少なくとも粒子の総合反射
率の正成分を表す信号が生成される。
黒色トナーの外観を有するある種のトナーは、カーボン
ブラック顔料でなく、黒い外観を有するように数種のカ
ラー顔料を混合して作ることができる。そのようなトナ
ーは黒色に見えるが、カラートナーの光吸収特性を保持
していることに留意されたい。
ブラック顔料でなく、黒い外観を有するように数種のカ
ラー顔料を混合して作ることができる。そのようなトナ
ーは黒色に見えるが、カラートナーの光吸収特性を保持
していることに留意されたい。
課題を解決するための手段 本発明は、像形成表面の上に現像されたトナーの単位面
積当たりの質量（DMA）を検出する方法および装置を提
供する。本装置においては、選択した波長の光線でトナ
ーが照明され、トナーと像形成表面の組合せから反射し
た光の拡散成分がDMAの示度として検出される。この場
合、トナーは選択した波長の光を吸収せず、像形成表面
は選択した波長の光の少なくとも一部分を吸収するか、
または透過する。
積当たりの質量（DMA）を検出する方法および装置を提
供する。本装置においては、選択した波長の光線でトナ
ーが照明され、トナーと像形成表面の組合せから反射し
た光の拡散成分がDMAの示度として検出される。この場
合、トナーは選択した波長の光を吸収せず、像形成表面
は選択した波長の光の少なくとも一部分を吸収するか、
または透過する。
本発明の第２の特徴として、トナーDMA測定装置は、ト
ナーと像形成表面の組合せを、カラートナーで吸収され
ない波長の光で照明する発光ダイオードを備えている。
像形成表面は選択した波長の光の一部分を吸収するか、
または透過する。光は、散乱または複数反射によってト
ナーから反射されて、拡散反射光の主成分が生成され
る。この拡散反射光を検出するために、光検出器が、反
射光の正反射成分が見えない角度で配置されている。拡
散反射光の増大は、単位面積当たりのトナーの密度の増
大を示す。
ナーと像形成表面の組合せを、カラートナーで吸収され
ない波長の光で照明する発光ダイオードを備えている。
像形成表面は選択した波長の光の一部分を吸収するか、
または透過する。光は、散乱または複数反射によってト
ナーから反射されて、拡散反射光の主成分が生成され
る。この拡散反射光を検出するために、光検出器が、反
射光の正反射成分が見えない角度で配置されている。拡
散反射光の増大は、単位面積当たりのトナーの密度の増
大を示す。
本発明の第３の特徴として、光を独立して感知する中央
領域と縁領域を有する区分型フォトダイオードを使用
し、中央領域で正反射光と拡散反射光を検出し、縁領域
で拡散反射光を検出することができる。拡散反射率と正
反射率の比を使用して検出器を較正することができるの
で、上記の２っの反射光成分を測定することが望まし
い。それに加えて、光吸収性トナーを使用していると
き、本装置を使用し、中央領域で光吸収性トナーのDMA
を検出することができる。
領域と縁領域を有する区分型フォトダイオードを使用
し、中央領域で正反射光と拡散反射光を検出し、縁領域
で拡散反射光を検出することができる。拡散反射率と正
反射率の比を使用して検出器を較正することができるの
で、上記の２っの反射光成分を測定することが望まし
い。それに加えて、光吸収性トナーを使用していると
き、本装置を使用し、中央領域で光吸収性トナーのDMA
を検出することができる。
実施例 第１図に、本発明によるカラートナーDMA測定装置の基
本的な配置を示す。ここでは、用語「正反射」とは、反
射角と入射角が等しい反射をいい、平行入射光のとき、
正反射角のまわりに鋭くとがった角度分布を有する。
「拡散反射」とは、光の大部分が正反射角以外の角度で
反射することをいい、平行入射光のとき、おそらく等方
性の広い角度分布を有する。現像された量のカラートナ
ー12が堆積している像形成表面10は、選択した波長の光
源14で照明される。像形成表面10が光を部分的に吸収す
るかまたは透過するように、すなわちほとんど反射しな
いように、かつトナー12が光を吸収しないように、光源
14と照明の波長が選定される。特定のトナーは他の波長
の光を吸収しないかも知れないが、ほとんどのカラート
ナーおよびAMAT型感光体に対し、発光ダイオードは、近
赤外線の範囲、詳細には800nm〜1000nmの範囲のこの目
的に合った波長の光を発生する。したがって、選択した
カラーを使用する場合、他の波長の照明を代わりに使用
してもよいが、トナーと像形成表面の組合せを赤外線で
照明する方式は、ほとんどの場合うまくいく。前述の目
的のため、光源14は、像形成表面10の法線15に対して角
度θで配置されている。したがって、反射光の正成分
は、像形成表面10の法線15と光源14の位置によって定ま
る面内に位置し、角度θとは符号が反対で、大きさが等
しい角度θ1において観察される。反射光の正成分を調
べるために、入射角θの場合、光検出器例えばフォトダ
イオード16がこの角度θ1に配置される。本発明には実
際に必要ないが、光吸収性トナーのDMAを検出するため
に、較正のために、あるいは後で説明するようにカラー
トナー検出器を用いて清浄表面応答を比較するために、
フォトダイオード16を正反射角に沿って配置することが
できる。
本的な配置を示す。ここでは、用語「正反射」とは、反
射角と入射角が等しい反射をいい、平行入射光のとき、
正反射角のまわりに鋭くとがった角度分布を有する。
「拡散反射」とは、光の大部分が正反射角以外の角度で
反射することをいい、平行入射光のとき、おそらく等方
性の広い角度分布を有する。現像された量のカラートナ
ー12が堆積している像形成表面10は、選択した波長の光
源14で照明される。像形成表面10が光を部分的に吸収す
るかまたは透過するように、すなわちほとんど反射しな
いように、かつトナー12が光を吸収しないように、光源
14と照明の波長が選定される。特定のトナーは他の波長
の光を吸収しないかも知れないが、ほとんどのカラート
ナーおよびAMAT型感光体に対し、発光ダイオードは、近
赤外線の範囲、詳細には800nm〜1000nmの範囲のこの目
的に合った波長の光を発生する。したがって、選択した
カラーを使用する場合、他の波長の照明を代わりに使用
してもよいが、トナーと像形成表面の組合せを赤外線で
照明する方式は、ほとんどの場合うまくいく。前述の目
的のため、光源14は、像形成表面10の法線15に対して角
度θで配置されている。したがって、反射光の正成分
は、像形成表面10の法線15と光源14の位置によって定ま
る面内に位置し、角度θとは符号が反対で、大きさが等
しい角度θ1において観察される。反射光の正成分を調
べるために、入射角θの場合、光検出器例えばフォトダ
イオード16がこの角度θ1に配置される。本発明には実
際に必要ないが、光吸収性トナーのDMAを検出するため
に、較正のために、あるいは後で説明するようにカラー
トナー検出器を用いて清浄表面応答を比較するために、
フォトダイオード16を正反射角に沿って配置することが
できる。
本発明に従って、照明されたトナーと像形成表面の組合
せから拡散反射した光は、光検出器17で検出される。光
検出器17は、正反射成分を検出しないように、法線15に
対し角度αで配置されている。光検出器は、フォトダイ
オードでもよいし、他の受光素子でもよいが、検出した
拡散反射光の強さに応じた出力を発生する。像形成表面
10上のトナーの濃度（すなわち、DMA）が増せば、拡散
反射光の強さが増す。
せから拡散反射した光は、光検出器17で検出される。光
検出器17は、正反射成分を検出しないように、法線15に
対し角度αで配置されている。光検出器は、フォトダイ
オードでもよいし、他の受光素子でもよいが、検出した
拡散反射光の強さに応じた出力を発生する。像形成表面
10上のトナーの濃度（すなわち、DMA）が増せば、拡散
反射光の強さが増す。
拡散反射光検出器を光源に対して支持する角度αは、利
用可能空間、検出する光の強さを正しく測定できるよう
に光源に光検出器が近接していること、および像形成表
面に対する検出器の位置決めの際の寛容度を与えるため
に必要な光学的設計ができることを含め、幾つかの要素
を考慮して選定される。拡散反射光の強さは正反射光と
比べて多少弱いので、光源の出力を増大できるとよいこ
と、または光検出器位置を注意深く選定することが大切
であると考えられる。光検出器17が拡散反射を検出する
ことが可能であると仮定すると、正反射角で配置しては
ならないという要件のほかに、光検出器17の位置に関す
る制約は実際にはない。
用可能空間、検出する光の強さを正しく測定できるよう
に光源に光検出器が近接していること、および像形成表
面に対する検出器の位置決めの際の寛容度を与えるため
に必要な光学的設計ができることを含め、幾つかの要素
を考慮して選定される。拡散反射光の強さは正反射光と
比べて多少弱いので、光源の出力を増大できるとよいこ
と、または光検出器位置を注意深く選定することが大切
であると考えられる。光検出器17が拡散反射を検出する
ことが可能であると仮定すると、正反射角で配置しては
ならないという要件のほかに、光検出器17の位置に関す
る制約は実際にはない。
第２図および第2A図に示した考えられる一実施例におい
ては、米国特許出願第246,242号（1988年９月19日出
願）に記載されているように、当初、黒色トナーのDMA
を検出する正反射光検出器として設計されたフォトダイ
オードは、カラートナーのDMAを検出する拡散反射光検
出器としても使用することができる。黒色トナーのDMA
検出器として使用する場合、検出器は、通常、差動増幅
器を使用し、中央フォトダイオードの信号から縁フォト
ダイオードの信号を差し引いて、中央フォトダイオード
で得た信号の拡散反射成分を分離する。区分型フォトダ
イオード50は、中央フォトダイオード52と縁フォトダイ
オード54,56に区分けられている。中央フォトダイオー
ド52は正反射光と拡散反射光の混じったものを検出す
る。これに対し、縁フォトダイオード54,56は拡散反射
光を独立に検出する。したがって、中央フォトダイオー
ド52を正反射角に沿って中央に配置すれば、縁フォトダ
イオード54,56は拡散反射角の位置にくる。
ては、米国特許出願第246,242号（1988年９月19日出
願）に記載されているように、当初、黒色トナーのDMA
を検出する正反射光検出器として設計されたフォトダイ
オードは、カラートナーのDMAを検出する拡散反射光検
出器としても使用することができる。黒色トナーのDMA
検出器として使用する場合、検出器は、通常、差動増幅
器を使用し、中央フォトダイオードの信号から縁フォト
ダイオードの信号を差し引いて、中央フォトダイオード
で得た信号の拡散反射成分を分離する。区分型フォトダ
イオード50は、中央フォトダイオード52と縁フォトダイ
オード54,56に区分けられている。中央フォトダイオー
ド52は正反射光と拡散反射光の混じったものを検出す
る。これに対し、縁フォトダイオード54,56は拡散反射
光を独立に検出する。したがって、中央フォトダイオー
ド52を正反射角に沿って中央に配置すれば、縁フォトダ
イオード54,56は拡散反射角の位置にくる。
第2A図は、フォトダイオード駆動回路のための一提案で
ある。一般に、検出器の情報に応じてどんな制御操作で
も行えるように適切な出力を作るため、中央フォトダイ
オード52と縁フォトダイオード54,56は、それぞれ、演
算増幅器60,62へ信号を提供し、演算増幅器60,62は、そ
れぞれ、信号VS（正反射光と拡散反射光の混じったも
の）と信号VD（拡散反射光）を発生する。必要ならば、
検出器は、差動増幅器64を使用し、中央フォトダイオー
ド52の信号から縁フォトダイオード54,56の信号を差し
引いて、中央フォトダイオード52で得た信号の拡散反射
成分を分離する。
ある。一般に、検出器の情報に応じてどんな制御操作で
も行えるように適切な出力を作るため、中央フォトダイ
オード52と縁フォトダイオード54,56は、それぞれ、演
算増幅器60,62へ信号を提供し、演算増幅器60,62は、そ
れぞれ、信号VS（正反射光と拡散反射光の混じったも
の）と信号VD（拡散反射光）を発生する。必要ならば、
検出器は、差動増幅器64を使用し、中央フォトダイオー
ド52の信号から縁フォトダイオード54,56の信号を差し
引いて、中央フォトダイオード52で得た信号の拡散反射
成分を分離する。
第３図、第3A図および第3B図は、拡散反射光、正反射光
と拡散反射光の混じったもの、分離された正反射光に対
する検出器の応答特性をそれぞれ示す。これらの試験で
は、AMAT型感光体の上に、７ミクロンのマゼンタ色のト
ナーのサンプルを現像した。そして検出器から得た増幅
した電圧出力と測定DMA値とを比較した。トナーと像形
成表面の組合せを、880nmに近いピーク波長の出力をも
つGaAlAs LEDで照明した。第３図は、LEDを電流値I1,
I2,I3で駆動して光源の強さを増した場合の、縁フォト
ダイオード54,56で測定した拡散反射応答のグラフを示
す。前に述べたように、拡散反射光の強さは正反射光の
強さより多少弱いことが予想されるが、３っの光源の強
さのすべてについて、応答曲線は、DMAに対し直線的に
変化している。第3A図を参照すると、正反射成分と拡散
反射成分の混じったものを検出する中央フォトダイオー
ド52の応答曲線I1′は、０〜0.7mg/cm2のDMAでは、変化
する応答を示し、0.7〜1.1mg/cm2のより大きなDMAで
は、向きが変っている。曲線I2′とI3′は演算増幅器60
の過剰駆動を表していると考えられ、望ましい曲線変化
を表していない。第3B図において、応答曲線I1″は曲線
I1′から曲線I1を差し引いて得た正反射成分を示す。正
反射成分は、曲線I1″の場合、約0.70mg/cm2以上のDMA
では、同様に、応答が変わらないを示している。
と拡散反射光の混じったもの、分離された正反射光に対
する検出器の応答特性をそれぞれ示す。これらの試験で
は、AMAT型感光体の上に、７ミクロンのマゼンタ色のト
ナーのサンプルを現像した。そして検出器から得た増幅
した電圧出力と測定DMA値とを比較した。トナーと像形
成表面の組合せを、880nmに近いピーク波長の出力をも
つGaAlAs LEDで照明した。第３図は、LEDを電流値I1,
I2,I3で駆動して光源の強さを増した場合の、縁フォト
ダイオード54,56で測定した拡散反射応答のグラフを示
す。前に述べたように、拡散反射光の強さは正反射光の
強さより多少弱いことが予想されるが、３っの光源の強
さのすべてについて、応答曲線は、DMAに対し直線的に
変化している。第3A図を参照すると、正反射成分と拡散
反射成分の混じったものを検出する中央フォトダイオー
ド52の応答曲線I1′は、０〜0.7mg/cm2のDMAでは、変化
する応答を示し、0.7〜1.1mg/cm2のより大きなDMAで
は、向きが変っている。曲線I2′とI3′は演算増幅器60
の過剰駆動を表していると考えられ、望ましい曲線変化
を表していない。第3B図において、応答曲線I1″は曲線
I1′から曲線I1を差し引いて得た正反射成分を示す。正
反射成分は、曲線I1″の場合、約0.70mg/cm2以上のDMA
では、同様に、応答が変わらないを示している。
第１図は、本発明に従ってトナーと像形成表面の組合せ
からの反射光の拡散成分を検出するため使用する光検出
器と光源の配置図、 第２図および第2A図は、それぞれ、正反射成分と拡散反
射成分の両方を検出するトナー領域検出器と、検出した
トナーDMAを表す信号を発生する回路、 第３図、第3A図および第3B図は、それぞれ、拡散反射成
分、拡散反射成分と正反射成分の混じったもの、および
正反射成分を測定するため使用したDMA検出器の応答特
性を示すグラフである。 符号の説明 10……像形成表面、12……カラートナー、14……光源、
15……法線、16……フォトダイオード、17……光検出
器、50……区分型フォトダイオード、52……中央フォト
ダイオード、54,56……縁フォトダイオード、60,62……
演算増幅器、64……差動増幅器。
からの反射光の拡散成分を検出するため使用する光検出
器と光源の配置図、 第２図および第2A図は、それぞれ、正反射成分と拡散反
射成分の両方を検出するトナー領域検出器と、検出した
トナーDMAを表す信号を発生する回路、 第３図、第3A図および第3B図は、それぞれ、拡散反射成
分、拡散反射成分と正反射成分の混じったもの、および
正反射成分を測定するため使用したDMA検出器の応答特
性を示すグラフである。 符号の説明 10……像形成表面、12……カラートナー、14……光源、
15……法線、16……フォトダイオード、17……光検出
器、50……区分型フォトダイオード、52……中央フォト
ダイオード、54,56……縁フォトダイオード、60,62……
演算増幅器、64……差動増幅器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ポール ダブリュー モアハウス ジュニ ア アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14580 ウェブスター ハリウッド ブールヴァ ード 487 (56)参考文献 特開 昭62−280869（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−209476（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−209470（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】乾式像形成工程の一部として、像形成表面
の上に非光吸収性乾式トナーを堆積させるようになって
おり且つトナー濃度測定装置を備えている静電写真複写
機であって、 像形成表面の上に堆積したトナーを照明するように配置
され、光がトナーによって実質上吸収されず、かつ像形
成表面によって実質上反射されないように選択した出力
波長を有する光源と、 反射光の正成分を検出せずに、反射光の拡散成分を検出
するように像形成表面および光源に対して配置され、ト
ナーと像形成表面の組み合わせから反射した前記選択し
た波長の光の強さを検出する光検出器と、 から成り、前記拡散反射光の強さの増大がトナー堆積濃
度の増大を示す、 ことを特徴とする複写機。 - 【請求項２】前記選択した出力波長が近赤外線の範囲内
にあることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
複写機。 - 【請求項３】前記選択した出力波長が800nm〜1000nmの
範囲内にあることを特徴とする特許請求の範囲第２項に
記載の複写機。 - 【請求項４】反射光の正成分を検出するように像形成表
面および光源に対して配置された第２のセンサを含むこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の複写機。
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