JP2000292346A - 液体濃度の測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】所定厚さの液体層の透過光量を計測することに
より前記液体の濃度を測定する液体濃度測定方法または
装置において、透過光量測定のための光源側および受光
側透過窓に色素等の汚れが凝集した場合、これを除去し
なければ正確な測定はできなかった。 【解決手段】そこで本発明では、液体内部に浸された濃
度測定部の光源部側ケースと受光部側ケースとの相対的
距離を変化させ、当該液体内部を通過する透過光の通過
距離を変化させることにより、前記距離の偏差間で計測
された前記透過濃度計測器の濃度差に基づいて、当該液
体の濃度を測定することとした。これにより測定時の透
過窓の汚れに影響されない正確な濃度測定が可能になっ
た。加えて少なくとも光源側または受光側を断続的また
は周期的に振動させることにより、前記透過面上の色素
等の凝集物の付着量を軽減し、あるいは付着した凝集物
を自動的に除去することも可能にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】湿式電子写真装置の現像液や液体
トナー濃度を安定に測定するための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】湿式電子写真方式の印刷機では、露光部
で印刷画像の濃度に対応した静電潜像の形成された感光
体表面に、現像部において液体トナーを供給し、加えて
トナー粒子を現像電極に印加された現像電位により電気
泳動させることによって、感光体表面に静電潜像に対応
したトナー画像を形成する。これを定着部にて紙等の印
刷媒体に転写・定着させることにより、印刷物を生成す
る。この様に感光体表面に形成されたトナー画像の濃度
は、これが最終的には印刷紙上に転写され印刷物の画像
濃度となるため、トナー画像は現像する時点から適正な
濃度となるよう管理する必要がある。

【０００３】このトナー画像濃度管理のためには、静電
潜像の電位や現像電極の現像電位の管理のみならず、現
像部に供給する現像液（分散剤中にトナー粒子を分散し
たもの）中のトナー濃度の管理が必要である。（これら
以外にも、トナーの帯電量や印刷用紙への転写効率等、
画像濃度管理に必要な要素は幾つかある。）

【０００４】このトナー濃度管理のために使用される液
体濃度測定装置のうち、液体濃度を透過光を用いて測定
する従来の液体濃度測定装置の内部構成図を、図４に示
す。この種の液体濃度測定装置は、大きく分けて濃度を
測定するための光を照射する光源部（２、４で構成され
る内部部分）と被測定液体を透過した光源部からの光を
受光する受光部（１、３で構成される内部部分）の２つ
の部分から成る。

【０００５】光源部は、光源６と光源用電源７および光
源を覆うケース２より構成される。光源６には通常、白
熱ランプ、蛍光管、ＬＥＤあるいはレーザー光源などが
用いられる。光源用電源７は使用する光源に合ったもの
が選択される。

【０００６】光源用のケース２は光源部内に被測定液が
進入することを防ぐために必要で、被測定液によって侵
されたり、被測定液の品質を劣化させたりしない材質や
構造でできている。またケースには光を照射するための
光源部側透過窓４があり、この窓には被測定液の進入を
防ぐよう透明なガラスまたは樹脂板が埋め込まれてい
る。

【０００７】受光部は、受光素子５、増幅器８、受光量
計測器９及び受光部を覆うケース１により構成される。
受光素子５には、フォトダイオード、フォトトランジス
タあるいは光電子倍増管などが用いられる。また光源部
と同様に、受光部のケース１には光源部から液体内に入
射された光を受光素子５に導くため受光部側透過窓３が
あり、この窓にも被測定液の進入を防ぐよう透明なガラ
スまたは樹脂板が埋め込まれている。

【０００８】増幅器８は、受光素子５が出力する入射光
に応じた微弱な電気信号を受光量計測器９で計測できる
大きさに増幅したり、受光量計測器９まで電気信号を伝
達させる役割を担う。このため増幅器８は受光部のケー
ス内に納められることもあるし、あるいは受光量計測器
９の内部に含まれる場合もある。

【０００９】受光量計測器９は、受光部５が捕えた光の
量を計測表示したり、あるいはコンピュータに接続でき
るようＡ／Ｄ変換したりするものである。

【００１０】図４では光源部と受光部からなる濃度測定
部を被測定液内に浸す例を示したが、透明なガラス管を
流れる被測定液をガラス管の外部から光源部と受光部で
挟み込んで液体の濃度を測定する装置も存在する（図示
せず）。この様な装置では、被測定液の濃度に合わせ
て、受光素子の感度、増幅器の利得、光源の光量及び光
源部と受光部間のギャップ（被測定液の厚み）を設定す
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、被測定
液の濃度が非常に高いもの（例えば黒インクのようなも
の）になると、受光素子の感度や増幅器の利得あるいは
光源の光量の設定だけでは適切な測定が行えなくなり
（感度の不足）、光源部と受光部間のギャップを狭める
ことで測定装置の感度を上げることが必要になる。また
インクのような液体に測定装置を浸す方法では、時間の
経過と共に濃度計測用の窓にインク（あるいはトナー）
の粒子が付着または凝集し、その分被測定液の濃度が高
く測定されてしまう現象が発生する。

【００１２】この様な場合、測定ケースの窓を清掃し、
窓の外壁に付着した付着物（凝集物）を取り除く必要が
あるが、前述のとおり被測定液の濃度が高い場合は光源
部と受光部のギャップが狭く測定ケースの窓を清掃する
ことが困難になる。他方光源部と受光部が切り放せるか
あるいはギャップが開閉できる構造にしておけば清掃は
可能となるが、この場合はギャップを開閉した場合のギ
ャップ（距離）の再現性が問題となり、これが測定誤差
の原因となる。（ギャップが狭くなればなるほど機械的
位置精度が必要となる。）

【００１３】

【課題を解決するための手段および効果】本発明はこの
様な問題に対処するため、液体濃度の測定装置の窓にイ
ンク等の凝集物が付着しても濃度の測定結果には影響し
ない液体濃度測定方法および装置と、測定装置の窓にイ
ンク等の凝集物が固着しにくい機構または付着した凝集
物を自動的に除去する能力を備えた液体濃度の測定方法
および装置を実現しようとするものである。

【００１４】かかる目的を達成するために、請求項１に
かかる発明は、所定厚さの液体層の透過光量を計測する
ことにより前記液体の濃度を測定する液体濃度測定方法
において、当該液体内部を通過する透過光の通過距離を
変化させ、前記変化距離の偏差間で計測された前記透過
光量の計測値の差に基づいて、当該液体の濃度を正確に
測定することを要旨とする。

【００１５】また請求項２に係る発明は、液体濃度測定
装置であって、所定光量の光を発生させるまたは外部の
所定光量の光を導きいれる光発生手段と、前記発生等さ
れた光を所定厚さの液体層内へと透過させる光透過手段
と、前記透過した光を光電変換する光電変換手段と、を
有する所定厚さの液体層の透過光量を計測することによ
り前記液体の濃度を測定する液体濃度測定装置におい
て、前記光透過手段が少なくとも第一の液体層の厚さと
第二の液体層の厚さを選択できる光透過手段であって、
前記第一の厚さの液体層を透過した光を前記光電変換手
段において光電変換した第一の計測値と、前記第二の厚
さの液体層を透過した光を前記光電変換手段において光
電変換した第二の計測値とを用いて、前記液体の濃度を
決定することを要旨としている。

【００１６】更に請求項３に係る発明は、透過光量を計
測することにより液体濃度を測定する液体濃度測定装置
であって、所定光量の光を発生する光源部と、前記光源
部を液体内部で密閉保護する光源ケースと、前記光源ケ
ースの一部であって前記光源の光を液体内に通過させる
光源部側透過窓と、受けた光の光量を計測する受光部
と、前記受光部を液体内部で密閉保護する受光部ケース
と、前記光源から液体内に通過された光を前記受光部が
受けるために前記受光部ケースの一部に形成された受光
部側透過窓と、前記光源側透過窓と前記受光側透過窓と
の間に形成された液体層と、よりなる液体濃度測定装置
において、前記光源ケースまたは前記受光部ケースを相
対的に移動する手段を設け、前記光源側透過窓と前記受
光側透過窓との間に形成された前記液体層の厚さを変化
させ、前記変化の前後の液体層の透過光量を比較するこ
とにより、液体濃度を正確に測定することを要旨とす
る。

【００１７】かかる請求項１乃至請求項３の発明によ
り、液体トナーやインクのような高濃度で凝集しやすい
液体の濃度を長期間安定して測定できる測定装置を実現
できるだけでなく、測定窓に付着した凝集物を清掃する
清掃回数を減少させ、測定装置のメンテナンス性を大幅
に改善することが可能になる。

【００１８】また請求項４に係る発明は、請求項３に記
載の液体濃度測定装置において、前記光源ケースまたは
前記受光部ケースを相対的に移動する前記手段を用いて
これらを周期的または断続的に振動または移動させるこ
とにより、少なくとも前記光源部側透過窓または前記受
光部側透過窓と液体との接触面上に形成される汚れを防
止または除去することを要旨としている。

【００１９】更に請求項５に係る発明は、透過光量を計
測することにより液体濃度を測定する液体濃度測定装置
であって、所定光量の光を発生する光源部と、前記光源
部を液体内部で密閉保護する光源ケースと、前記光源ケ
ースの一部であって前記光源の光を液体内に通過させる
光源部側透過窓と、受けた光の光量を計測する受光部
と、前記受光部を液体内部で密閉保護する受光部ケース
と、前記光源から液体内に通過された光を前記受光部が
受けるために前記受光部ケースの一部に形成された受光
部側透過窓と、前記光源側透過窓と前記受光側透過窓と
の間に形成された液体層と、よりなる液体濃度測定装置
において、前記光源ケースまたは前記受光部ケースを相
対的に移動する手段を設け、これを用いてこれらを周期
的または断続的に振動または移動させることにより、少
なくとも前記光源部側透過窓または前記受光部側透過窓
と液体との接触面上に形成される汚れを防止または除去
することをを要旨としている。

【００２０】かかる請求項４または請求項５の発明によ
り、測定のための透過窓の振動振幅を調整することによ
って、透過窓面に付着する凝集物の付着量を軽減し、あ
るいは付着した凝集物を自動的に除去することが可能と
なった。

【００２１】

【発明の実施の形態】＜本発明の概要＞本発明では、測
定装置の光源部と受光部間のギャップを一時的または周
期的に可変にすることによって、最大ギャップ位置の測
定信号と最小ギャップ位置の測定信号をそれぞれ測定
し、その信号レベルの差を読み取ることによって測定窓
に付着した凝集物の有無に関係なく被測定液の真の濃度
を測定する。また本発明は光源部と受光部間のギャップ
の可変周期と振幅を調整することにより、測定窓に付着
した凝集物を自動的に取り除くことも可能にしている。

【００２２】＜本発明の第一の実施の形態＞本発明の第
一の実施の形態の構成図を図１に示す。本構成図は、既
に図４に基づいて説明した従来の液体濃度測定装置の内
部構成図に、本実施の形態の場合には、固定した光源部
ケース２に対して受光部ケース１を相対的に動かすため
の駆動部１０を追加して設けている。この駆動部１０
は、受光部ケース１を矢印１３の方向へ移動させ、光源
部ケース２と受光部ケース１との間に形成された被測定
液（トナー液、現像液、インク等）の液層幅を示す矢印
１１のギャップの距離を変化させる。駆動部１０は、モ
ータと歯車により構成されていても良いし、圧電素子や
電磁コイルによる変位力を利用して構成されても良い。
また当然のことながら、前記駆動部１０を光源部ケース
２に設置し、受光部ケース１を固定し、受光部ケース１
に対応して光源部ケース２を移動させる構成にしても良
い。更に駆動部を受光部ケース１と光源部ケース２の双
方に設けて、双方とも移動させる構成でも良い。

【００２３】次に本液体濃度測定装置の動作について説
明する。本電子写真装置の全体を制御する制御部(図示
せず)は、液体濃度の測定を開始するために、まず光源
用電源７から供給された電力により光源６を発光させ、
図１の矢印１４の方向に所定光量の透過光を発生させ
る。そして駆動部１０を動作させて、図１のギャップ１
１が最大になる第一の位置に受光部ケース１を移動させ
る。そこで受光素子５が受ける透過光１４の光量を電気
信号に変換し、増幅器８を介して光量測定器９にて第一
の計測値Ｅｄ１を得る。次に本電子写真装置全体の制御
部は、駆動部１０を動作させて、図１のギャップ１１が
最小になる第二の位置に受光部ケース１を移動させる。
そこで前記と同様に受光素子５が受ける透過光１４の光
量を電気信号に変換し、増幅器８を介して光量測定器９
にて第二の計測値Ｅｄ２を得る。

【００２４】図３に、駆動部１０により図１の受光部ケ
ース１を光源部ケース２に対して相対的に振動させた場
合の、時間と受光素子５の出力信号との関係を図示す
る。図ではその振動が時間に対して周期的に行われ場合
の受光素子５に出力信号電圧値を示している。

【００２５】また図５に光源６、光源部側透過窓４、透
過光１４、受光部側透過窓３、受光素子５の部位を拡大
した部分図を示す。これを用いて、被測定液の濃度Ｇを
求める方法を説明する。図５において光源６から発せら
れた光のエネルギーをＥａ（既知量）とし、これが光源
部側透過窓４を通過した直後にエネルギーＥｂに減衰
し、受光部側透過窓３に入射する直前にエネルギーＥｃ
に更に減衰し、最終的にエネルギーＥｄになって受光素
子５に到達する。この間、ＥａからＥｂへの減衰は、光
源部側透過窓４の被測定液側表面のトナー凝集等の汚れ
により生じ、このエネルギー減衰率をαとする。またＥ
ｂからＥｃへの減衰は、被測定液の厚さｇによって生じ
る光量減衰であり、その単位距離に対するエネルギー減
衰率をγとする。更にＥｃからＥｄへの減衰は、受光部
側透過窓３の被測定液側表面のトナー凝集等の汚れによ
り生じる減衰であり、このエネルギー減衰率をβとす
る。

【００２６】図５に表わされたこれらのエネルギー減衰
の関係を式で表わすと、以下のようになる。 Ｅｂ ＝ α・Ｅａ （１） Ｅｃ ＝ （γ＊＊ｇ）・Ｅｂ （２） Ｅｄ ＝ β・Ｅｃ （３） ここで（γ＊＊ｇ）はγのｇ剰演算を示す。以上の式か
ら、ＥａとＥｄの関係を整理すると、 Ｅｄ ＝ α・β・（γ＊＊ｇ）・Ｅａ （４） となる。

【００２７】そして前記した駆動部１０の動作により、
図１のギャップ１１が最大値ｇ１になる第一の位置に受
光部ケース２を移動した場合と、ギャップ１１が最小値
ｇ２になる第二の位置に受光部ケース２を移動した場合
を、式（４）を用いて表わすと以下の２つの式が得られ
る。 Ｅｄ１ ＝ α・β・（γ＊＊ｇ１）・Ｅａ （５） Ｅｄ２ ＝ α・β・（γ＊＊ｇ２）・Ｅａ （６） ここで第一の位置におけるＥｄの値をＥｄ１、第二の位
置におけるＥｄの値をＥｄ２と表わしている。

【００２８】式（５）と式（６）の両辺の比をとり、δ
＝ｇ１−ｇ２とおくと Ｅｄ１／Ｅｄ２ ＝ γ＊＊δ （７） 両辺にＬｏｇ演算子（自然対数）を作用させると、 Ｌｏｇ（Ｅｄ１／Ｅｄ２） ＝ δ・Ｌｏｇγ （８） これを整理すると、以下の式が得られる。 Ｌｏｇγ ＝ （１／δ）・（ＬｏｇＥｄ１−ＬｏｇＥｄ２） （９）

【００２９】被測定液の濃度Ｇは、その単位距離に対す
るエネルギー減衰率γのＬｏｇ演算値の逆数に比例する
関係にある。従って濃度Ｇは、次式で求められる。 Ｇ ＝ ｋ／（Ｌｏｇγ） ＝ −ｋ・（Ｌｏｇγ） ＝ （ｋ／δ）・（ＬｏｇＥｄ２−ＬｏｇＥｄ１） （１０） ここでｋは、比例定数を表わす。

【００３０】（１０）式において、Ｅｄ１、Ｅｄ２は受
光素子５と増幅器８および光量計測器９により、その値
を計測値１および計測値２として求めることができる。
またδは第一の位置と第二の位置との偏差距離であるた
めこれも既知である。比例定数ｋは、濃度値を求めるた
めの既知定数である。従って（１０）式により、被測定
液の濃度を求めることができる。

【００３１】＜本発明のその他の実施の形態＞図２に本
発明の他の実施の形態を示す。この実施形態では、光源
部ケース２と受光部ケース１との間に形成された被測定
液（トナー液、現像液、インク等）の液層幅（矢印１１
のギャップの距離）を変化させる駆動部１０を、受光ケ
ース１の受光側透過窓３の両側または周辺部に設置して
いる。これによって前記第一の実施の形態に比べて可動
部分を小さくすることができ、駆動エネルギーを小さく
することができる。図２におけるこの駆動部１０は、モ
ータと歯車により構成されていても良いし、圧電素子や
電磁コイルによる変位力を利用して構成されても良い。
また当然のことながら、前記駆動部１０を光源部ケース
２の光源側透過窓４の両側または周辺部に設置し、受光
部ケース１の受光側透過窓３を固定し、受光部ケース１
の受光側透過窓３に対応して光源部ケース２の光源側透
過窓４を移動させる構成にしても良い。

【００３２】これらの移動は、液体トナーの濃度を測定
する時のみ行っても良いが、これを定常的に振動させる
ことにより、振動している側の透過窓のトナー液接触面
上に凝集する付着物の量も軽減できる。これは振動によ
り前記接触面上に常に液の流れが生じているためであ
る。

【００３３】更に、光源部と受光部間のギャップを狭く
し、あるいは振動の振幅を大きくすることによって、振
動する側のケースまたは透過窓の移動によって生じるト
ナー液の波動によって、もう一方の固定された透過窓に
付着した凝集物も除去することができる。ただし、凝集
物を除去できるほど測定窓を振動させた場合は、測定窓
の振動によってギャップ間に気泡が発生する可能性があ
り、この間は被測定液の濃度を正確には測定できないこ
とを考慮する必要がある。この様な場合は、この濃度測
定装置は、液体の濃度を測定するモードと測定窓を清掃
するモードの２つのモードを切り換えて使用することに
なる。

【００３４】以上説明した如く本発明により、液体トナ
ーや印刷インクの様な凝集物を生成しやすい高濃度の液
体を、その透過光量により被測定液の濃度を測定するに
際して、測定のための透過窓に付着する凝集物の影響を
受けることなく測定することが可能となった。

【００３５】また、測定のための透過窓の微動振幅を調
整することによって、透過窓面に付着する凝集物の付着
量を軽減し、あるいは付着した凝集物を自動的に除去す
ることも可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態である液体濃度測定
装置の構成を示す図である。

【図２】本発明の他の実施の形態である液体濃度測定装
置の構成を示す図である。

【図３】受光部ケースを光源部ケースに対して相対的に
移動させた場合の時間と受光素子の出力信号との関係を
示す図である。

【図４】従来の液体濃度測定装置の構成を示す図であ
る。

【図５】被測定液体の透過濃度を測定する原理を説明し
た図である。

【符号の説明】 １ 受光部ケース ２ 光源部ケース ３ 受光部側透過窓 ４ 光源部側透過窓 ５ 受光素子 ６ 光源 ７ 光源用電源 ８ 増幅器 ９ 受光量計測器 １０ 駆動部 １１ 光源部ケース２と受光部ケース１との間に形成さ
れたギャップ １２ 被測定液の流れを示す矢印 １３ 受光ケース１を移動させる方向を示す矢印 １４ 測定のための透過光 α 光源部側透過窓４の被測定液側表面のトナー凝集等
の汚れによる光量エネルギーの減衰率 β 被測定液の厚さｇによって生じる光量エネルギーの
減衰率 γ 被測定液のその単位距離に対するエネルギー減衰率 δ 第一の位置と第二の位置との偏差 ｇ 被測定液の厚さ Ｅａ 光源６から発せられた光のエネルギー Ｅｂ 光源部側透過窓４を通過した直後の光源光のエネ
ルギー Ｅｃ 受光部側透過窓３に入射する直前の光源光のエネ
ルギー Ｅｄ 最終的に受光素子５に到達する光源光のエネルギ
ー Ｅｄ１ 第一の位置における受光素子の出力電圧 Ｅｄ２ 第二の位置における受光素子の出力電圧

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G057 AA01 AB01 AB04 AB06 AC01 AD12 BA10 BB01 BB06 BC05 BD10 DA15 DB05 DC07 HB03 JA09 2G059 AA01 BB04 EE01 FF07 GG01 GG02 KK01 MM01 NN07 2H074 CC02 CC03 CC12 CC41

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定厚さの液体層の透過光量を計測するこ
   とにより前記液体の濃度を測定する液体濃度測定方法に
   おいて、当該液体内部を通過する透過光の通過距離を変
   化させ、前記変化距離の偏差間で計測された前記透過光
   量の計測値の差に基づいて、当該液体の濃度を正確に測
   定することを特徴とする液体濃度測定方法。
2. 【請求項２】液体濃度測定装置であって、所定光量の光
   を発生させるまたは外部の所定光量の光を導きいれる光
   発生手段と前記発生等された光を所定厚さの液体層内へ
   と透過させる光透過手段と前記透過した光を光電変換す
   る光電変換手段とを有する所定厚さの液体層の透過光量
   を計測することにより前記液体の濃度を測定する液体濃
   度測定装置において、前記光透過手段が少なくとも第一
   の液体層の厚さと第二の液体層の厚さを選択できる光透
   過手段であって、前記第一の厚さの液体層を透過した光
   を前記光電変換手段において光電変換した第一の計測値
   と、前記第二の厚さの液体層を透過した光を前記光電変
   換手段において光電変換した第二の計測値とを用いて、
   前記液体の濃度を決定することを特徴とする液体濃度測
   定装置。
3. 【請求項３】透過光量を計測することにより液体濃度を
   測定する液体濃度測定装置であって、所定光量の光を発
   生する光源部と、前記光源部を液体内部で密閉保護する
   光源ケースと、前記光源ケースの一部であって前記光源
   の光を液体内に通過させる光源部側透過窓と、受けた光
   の光量を計測する受光部と、前記受光部を液体内部で密
   閉保護する受光部ケースと、前記光源から液体内に通過
   された光を前記受光部が受けるために前記受光部ケース
   の一部に形成された受光部側透過窓と、前記光源側透過
   窓と前記受光側透過窓との間に形成された液体層と、よ
   りなる液体濃度測定装置において、前記光源ケースまた
   は前記受光部ケースを相対的に移動する手段を設け、前
   記光源側透過窓と前記受光側透過窓との間に形成された
   前記液体層の厚さを変化させ、前記変化の前後の液体層
   の透過光量を比較することにより、液体濃度を正確に測
   定することを特徴とする液体濃度測定装置。
4. 【請求項４】請求項３に記載の液体濃度測定装置におい
   て、前記光源ケースまたは前記受光部ケースを相対的に
   移動する前記手段を用いてこれらを周期的または断続的
   に振動または移動させることにより、少なくとも前記光
   源部側透過窓または前記受光部側透過窓と液体との接触
   面上に形成される汚れを防止または除去することを特徴
   とする液体濃度測定装置。
5. 【請求項５】透過光量を計測することにより液体濃度を
   測定する液体濃度測定装置であって、所定光量の光を発
   生する光源部と、前記光源部を液体内部で密閉保護する
   光源ケースと、前記光源ケースの一部であって前記光源
   の光を液体内に通過させる光源部側透過窓と、受けた光
   の光量を計測する受光部と、前記受光部を液体内部で密
   閉保護する受光部ケースと、前記光源から液体内に通過
   された光を前記受光部が受けるために前記受光部ケース
   の一部に形成された受光部側透過窓と、前記光源側透過
   窓と前記受光側透過窓との間に形成された液体層と、よ
   りなる液体濃度測定装置において、前記光源ケースまた
   は前記受光部ケースを相対的に移動する手段を設け、こ
   れを用いてこれらを周期的または断続的に振動または移
   動させることにより、少なくとも前記光源部側透過窓ま
   たは前記受光部側透過窓と液体との接触面上に形成され
   る汚れを防止または除去することを特徴とする液体濃度
   測定装置。