JP2005018059A - トナー濃度の測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子写真印刷機の現像システムにおけるトナー濃度の光学的測定を提供する。
【解決手段】 トナーとキャリアとからなる現像剤を含む光学システムにより、現像剤ハウジングにおけるトナー濃度を検出する。光学システム２００により、現像剤ハウジング４４の視界窓２１０を通して、光をハウジング内の現像剤上に射出し、光学システムにより、現像剤から反射された光を検出し、現像剤システムからの反射光の検出に基づいて、トナー濃度測定値を計算し、現像剤の状態（トナー衝突による反射光の変化）に起因する光学的な変化に対処するように、トナー濃度の測定を補償する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、一般に印刷機に関し、より具体的には、電子写真印刷機の現像システムにおけるトナー濃度の光学的測定を行う方法及び装置に関する。

代表的な電子写真印刷法において、光導電性部材は、その表面を感光性にするために、ほぼ均一の電位に帯電される。光導電性部材の帯電された部分は、複製されようとしている原稿書類の光像に露光される。帯電された光導電性部材の露光は、照射区域における電荷を選択的に放散する。これにより、原稿書類内に含まれる情報区域に応じて、静電潜像が光導電性部材上に記録される。静電潜像が光導電性部材上に記録された後、この静電潜像は、現像剤を接触させることによって現像される。一般的に、現像剤は、キャリア粒子と摩擦電気的にキャリア粒子に付着しているトナー粒子とを含む。トナー粒子は、キャリア粒子から潜像に吸引され、光導電性部材上にトナーパウダー像を形成する。トナーパウダー像は次に、光導電性部材からコピーシートに転写される。トナー粒子は、パウダー像を永久にコピーシートに定着させるために加熱される。各々の転写処理の後、光導電体上に残っているトナーは、クリーニング装置によって清掃される。

前述の形式の機械において、現像剤の摩擦帯電特性（tribo）を究極的に制御するために、トナー粒子の現像剤への追加を調節することが望ましい。しかしながら、現像剤の摩擦帯電特性を制御することは、一般的に、現像剤内のトナー濃度の関数であると考えられる。したがって、実用的な目的のために、前述の形式の機械では、通常、現像剤におけるトナー粒子濃度の制御を試みている。

トナーの摩擦帯電は、現像及び転写において、非常に「重要なパラメータ」である。一定の摩擦帯電が、理想的な場合である。残念ながら、これは時間と環境の変化に伴って変化する。摩擦帯電は、２成分現像剤システムにおいて、トナー濃度（ＴＣ）とほぼ反比例しているため、摩擦帯電の変化は、トナー濃度の制御によって補償することができる。

トナー濃度は従来、トナー濃度（ＴＣ）センサ（以下、ＴＣセンサという）によって測定されている。ＴＣセンサの問題は、それが高価で、あまり正確ではなく、信号雑音比の劣る間接的な測定技術に頼ることである。

現在、高性能デジタルカラープリンタにおけるトナー濃度（以下ＴＣ）検出精度に対する必要条件は、±０．７５０％ＴＣ（３σ）である。この必要条件は、「補給(reload)」の寛容度の境界と「トナーの飛び散り(toner spitting)」の寛容度の境界とに依存する。設計変更が進行中であること及び長期のシステム作動についての改善された理解が得られるようになったことのために、この必要条件は、±０．５％ＴＣ（３σ）にまで厳しくすることが必要になるであろう。ＴＣを検出するために、ＴＣを現像剤の透磁率から推測する磁気センサ手法が用いられる。潜在的な問題は、この手法が±１．１％ＴＣ内の精度でしかないように見えることである。さらに、この手法の精度を±１．０％ＴＣを越えるように改善する可能性は、極めて小さいように思われる。したがって、磁気をベースにしたＴＣ検出手法の下で、プログラムシステムの性能目標が達成されるとは考えられない。

本発明においては、ＴＣ検出に対する光学的手法は、より厳しい（±０．５％ＴＣ（３σ））ＴＣ検出精度の必要条件を満たす見込みを示した。この手法は、現像剤の色がＴＣの関数として変化するという事実を用いて、ハウジング内のＴＣレベルを推測するようにするものである。この手法は、現像剤の色の変化によりＴＣを推測するものであるため、ハウジングにおけるＴＣが一定の場合であっても、現像剤の色を変化させるどんな雑音係数もＴＣの変化と解釈される。特に、光学的ＴＣ検出実験は、キャリア上でのトナー衝突(toner impaction：キャリアとトナー及びトナー同士の衝突）のレベルが、ＴＣ検出エラー（±０．３５％ＴＣ）をもたらす主たる雑音係数であることを示した。衝突の影響について光学的ＴＣ測定を補償することは、この手法を、より厳しいＴＣ検出の必要条件を満たすものにすることを助ける。

本発明によれば、トナーとキャリアとからなる現像剤を含む光学システムにより、現像剤ハウジングにおけるトナー濃度を検出する方法が提供される。この方法は、光学システムにより、現像剤ハウジングの視界窓を通して、光をハウジング内の現像剤上に射出し、光学システムにより、現像剤から反射された光を検出し、現像剤システムからの反射光の検出に基づいて、トナー濃度測定値を計算し、現像剤の状態に起因する光学的な変化に対処するように、トナー濃度の測定を補償することを含む。

本発明は、その好ましい実施形態に関連して説明されるが、本発明はその実施形態に制限されるものではないことが明らかである。反対に、特許請求の範囲によって定義される本発明の精神及び範囲内に含まれる、すべての選択肢、修正及び均等物を含むことが意図されている。

本発明の特徴を一般的に理解するために、図面が参照される。図面において、同一の要素を表すために、同じ参照数字が全体にわたって使用されている。図１は、本発明の特徴を組み込む電子写真式印刷機を図式的に示す。本発明のトナー制御装置は、広範囲の装置に用いることができ、ここに示される特定の実施形態への適用に特別に制限されるものではないことが、次の説明から明らかになるであろう。

図１を参照すると、出力管理システム６６０は、プリントジョブをプリント制御装置６３０に供給することができる。プリントジョブは、出力管理システムクライアント６５０から出力管理システム６６０に送られることになる。ピクセルカウンタ６７０は、出力管理システム６６０に組み込まれて、各々の色について、トナーによりジョブの各々のシート又はページ上に画像形成されるべきピクセル数を数える。ピクセルカウント情報は、出力管理システムメモリに格納される。出力管理システム６６０は、ピクセルカウントデータを含むジョブ制御情報及びプリントジョブをプリント制御装置６３０に送る。ピクセルカウントデータを含むジョブ制御情報、及び、デジタル画像データは、プリント制御装置６３０から制御装置４９０に伝達される。

印刷システムは、種々のゼログラフ処理ステーションを通して連続して進むために、矢印４１２により示される方向の運動をするアクティブマトリックス（ＡＭＡＴ）と呼ばれる感光体ベルト４１０の形態である電荷保持表面を用いることが好ましい。感光体ベルトは、駆動ローラ４１４、緊張ローラ４１６、及び固定ローラ４１８の周りで移動し、駆動ローラ４１４は、ゼログラフステーションを通るベルトの運動を与えるために、駆動モータ４２０に作動的に連結されている。ベルト４１０の一部は、コロナ生成装置４２２が、感光体ベルト４１０の光導電性表面を、比較的高い、ほぼ均一で、好ましくは負の電位に帯電する帯電ステーションＡを通る。

次に、光導電性表面の帯電した部分は、画像形成／露光ステーションＢを通って進む。画像形成／露光ステーションＢでは、全体を参照番号４９０により示される制御装置が、所望の出力画像を表すプリント制御装置６３０からの画像信号を受け取って、これらの信号を、レーザをベースにした出力走査装置に送られる信号に変換するように処理し、走査装置からの出力に従って電荷保持表面が放電されるようにする。走査装置はレーザラスタ出力スキャナ（ＲＯＳ）４２４であることが好ましい。或いは、ＲＯＳ４２４はＬＥＤアレイのような他のゼログラフ露光装置と入れ替えることができる。

初めに電圧Ｖ₀に帯電される感光体ベルト４１０は、約−５００ボルトに等しいレベルにまで暗減衰を生じる。露光ステーションＢで露光されると、これは約−５０ボルトに等しいレベルに放電される。このように、露光の後、感光体ベルト４１０は、高電圧及び低電圧の単極電圧特性を含み、前者は帯電領域に対応し、後者は放電領域又はバックグラウンド領域に対応する。

第１の現像ステーションＣでは、ハイブリッド現像システム、すなわちドナーローラとして周知の現像剤ローラを用いる現像剤構造体４３２が、２つの現像電界（エアギャップの間の電位）により駆動される。第１の電界はトナークラウド生成に用いられるＡＣ電界である。第２の電界は感光体ベルト４１０上に現像されるトナーの量を制御するのに用いられるＤＣ現像電界である。トナークラウドは、帯電されたトナー粒子４２６が静電潜像に吸引されるようにする。適切な現像バイアスが電源を介して印加される。この形式のシステムは、トナー粒子（例えば、ブラック）だけが潜像に吸引される非接触式のものであり、感光体ベルト４１０とトナー送給装置との間には、以前に現像されたが定着されていない画像を乱すような機械的な接触がない。トナー濃度センサ１００は、現像剤構造４３２におけるトナー濃度を検出する。

その後、現像されたが固着されていない画像は、第２の帯電装置４３６を通過し、感光体ベルト４１０及び以前に現像されたトナー画像領域が、所定のレベルにまで再帯電される。

第２の露光／画像形成は、第２のカラートナーにより現像されるべき画像に従って、トナーの付いた領域及び／又はむき出しの領域上で、感光体ベルト４１０を選択的に放電するのに用いられるレーザをベースにした出力構造体を含む装置４３８により実行される。この時点では、感光体ベルト４１０は、比較的高い電圧レベルで、トナーの付いた領域及び色の付いていない領域、及び、比較的低い電圧レベルで、トナーの付いた領域及び色の付いていない領域を含む。これらの低い電圧領域は、放電領域現像（ＤＡＤ）を用いて現像された画像領域を示す。このために、負に帯電された、カラートナーを含む現像剤４４０が用いられる。一例としてイエローとすることができるトナーは、第２の現像剤ステーションＤに配設される現像剤ハウジング構造体４４２に含まれ、第２の現像剤システムにより感光体ベルト４１０上の潜像に与えられる。電源（図示せず）は、負に帯電されたイエローのトナー粒子４４０により、放電された画像領域を現像するのに有効なレベルにまで、現像剤構造を電気的にバイアスする。さらに、トナー濃度センサ１００は、現像剤ハウジング構造４４２におけるトナー濃度を検出する。

上述の手順は、マゼンタ（ステーションＥ）のような第３の好適なカラートナーのための第３の画像、及びシアン（ステーションＦ）のような好適なカラートナーのための第４の画像に対して繰り返される。以下で説明される露光制御方式は、これらの後続する画像形成段階に用いることができる。この方法により、フルカラーの複合トナー像が、感光体ベルト４１０上に現像される。さらに、質量センサ１１０は、単位面積当たりの現像された質量を測定する。図４においては、１つの質量センサの１１０のみが示されるが、１つより多い質量センサ１１０があってもよい。

幾らかのトナー帯電が完全に中和されるか、又は、極性が反転し、したがって、感光体ベルト４１０上に現像された複合像が正及び負のトナーの両者により構成される場合に、正のコロナ放電を用いて基板に対する効果的な転写が行われるようにするために、トナーを調整する負極性の転写前コロトロン部材４５０が設けられる。

画像の現像に続き、支持材料のシート４５２が転写ステーションＧにおけるトナー像と接触するように移動される。以下に詳細に説明するように、支持材料のシート４５２は、シート供給装置５００により転写ステーションＧに進められる。その後、支持材料のシート４５２は、時間系列において感光体ベルト４１０の光導電性表面と接触するようにされて、その上で現像されたトナーパウダー像が、転写ステーションＧにおいて、前進する支持材料のシート４５２と接触するようにする。

転写ステーションＧは、シート４５２の裏面に陽イオンを吹き付ける転写コロトロン４５４を含む。これにより、負に帯電されたトナーパウダー像が、感光体ベルト４１０からシート４５２に吸引される。分離用コロトロン４５６が、シートが感光体ベルト４１０から剥がれるのを助長するために設けられている。

転写後、支持材シート４５２は、シートを定着ステーションＨに進めるコンベア（図示せず）上で、矢印４５８の方向に移動を続ける。定着ステーションＨは、定着アセンブリ４６０を含み、定着アセンブリは、転写されたパウダー像を永久にシート４５２に付着させる。定着器アセンブリ４６０は、加熱された定着器ローラ４６２とバックアップすなわち加圧ローラ４６４とを備えることが好ましい。シート４５２は、トナーパウダー像が定着器ローラ４６２に接触している状態で、定着器ローラ４６２とバックアップローラ４６４との間を通過する。この方法により、トナーパウダー像は、シート４５２に永久に定着される。定着の後、後続するオペレータによる印刷機からの除去のために、図示されていないが、シュートが、前進するシート４５２をキャッチトレイ、スタッカ、仕上げ機その他の出力装置（図示せず）に導く。

支持材料のシート４５２が感光体ベルト４１０の光導電性表面から分離された後、光導電性表面の非画像領域により運ばれる残りのトナー粒子が、そこから取り除かれる。これらの粒子は、クリーニングステーションＩにおいて、ハウジング４６６に含まれるクリーニングブラシ又は複数のブラシ構造体を用いて取り除かれる。クリーニングブラシ４６８又は複数のクリーニングブラシ４６８は、複合トナー像がシートに転写された後に係合させられる。感光体ベルト４１０がクリーニングされると、ブラシ４６８は、クラッチ（図示せず）を組み込んだ装置を用いて引込められ、次の画像形成及び現像サイクルが開始できるようになる。

制御装置４９０は、種々のプリンタの機能を調節する。制御装置４９０は、上に述べられたプリンタの機能を制御する、プログラム可能な制御装置であることが好ましい。制御装置４９０は、コピーシートのカウント、再循環されている書類の数、オペレータによって選択されるコピーシートの数、時間遅延、紙詰まりの修正などについての比較を与えることができる。これまでに説明されたすべての例示的なシステムの制御は、通常の、オペレータによって選択される、印刷機コンソールからの制御スイッチ入力によって達成できる。通常のシート通路センサ又はスイッチは、書類及びコピーシートの位置を把握するために利用することができる。

現像剤ステーションについて、図２を参照するが、図１に示す各現像剤ステーションは実質的には同一のものであるので、簡単にするために、図２では１つの現像剤ステーションについて詳細に説明する。図２において、矢印６８の方向、感光体ベルトと「反対」の方向に回転しているドナーローラ４０が示される。同様に、磁気ローラ４６はドナーローラ４０の運動の方向に対して「同じ」或いは「反対」のいずれかの方向に回転させることができる。図２において、矢印９２の方向、すなわちドナーローラ４０と「同じ」方向に回転している磁気ローラ４６が示される。現像剤ユニット３８は、さらに、光導電性ベルト１０とドナーローラ４０との間の空間に配設される、電極ワイヤ４２も含む。一対の電極ワイヤ４２は、ドナーローラ４０の縦軸とほぼ平行の方向に延びるように示される。この電極ワイヤ４２は、ドナーローラ４０から僅かに離れて配設される、１つ又はそれ以上の細い（すなわち直径５０から１００μ）ワイヤ（例えば、ステンレス鋼或いはタングステン製）から作られる。電極ワイヤ４２とドナーローラ４０との間の距離は、おおよそ２５μ、或いはドナーローラ４０上のトナー層の厚さである。電極ワイヤ４２は、ドナーローラ４０上のトナーの厚さだけドナーローラ４０から離れている。この目的のために、端部軸受ブロックの上部によって支持される電極ワイヤ４２の先端は、さらに、ドナーローラ４０をも回転自在に支持する。電極ワイヤ４２の端部は、ドナーローラ４０の表面の接線より１０から３０ミクロンだけ上方に、正確に位置させられることになる。

図２を続けて参照すると、交流バイアスがＡＣ電源７８によって電極ワイヤ４２に印加されている。印加されたＡＣは、電極ワイヤ４２とドナーローラ４０との間に、ドナーローラ４０の表面からトナーを引き離し、ワイヤの周りにトナークラウドを形成するのに有効な交流静電界を確立するが、クラウドの高さは光導電性ベルト１０と実質的に接触しないようにする。ＡＣ電圧の大きさは、約３ｋＨｚから約１０ｋＨｚの範囲に及ぶ周波数において、２００ボルトから最大５００ボルトのオーダーである。ほぼ３００ボルトをドナーローラ４０に印加するＤＣバイアス電源８１が、引き離されたトナー粒子を、電極ワイヤ４２を取り囲むクラウドから光導電性面１２上に記録された潜像に吸引するために、ベルト１０の光導電性面とドナーローラ４０との間に静電界が形成される。電極ワイヤ４２とドナーローラ４０との間の、約１０μ（ミクロン）から約４０μ（ミクロン）の範囲に及ぶ空間において、印加された２００から５００ボルトの電圧は、空気の絶縁破壊の危険なしで、比較的大きな静電界を生成する。電極ワイヤ４２又はドナードーラ４０のいずれかに誘電性被覆を使用すると、印加されたＡＣ電圧の漏電を防ぐことの助けとなる。

磁気ローラ４６は、ほぼ一定の電荷を有する一定量のトナーを、ドナーローラ４０上に計量供給する。これにより、本発明によって維持されるほぼ一定の電荷を有するトナーの一定量を、トナーローラにより現像間隙に与えることを確実にする。

磁気ローラ４６にほぼ１００ボルトを印加するＤＣバイアス電源８４は、磁気ローラ４６とドナーローラ４０との間に静電界を確立し、ドナーローラ４０と磁気ローラ４６との間に静電界が確立され、それによりトナー粒子が磁気ローラ４６からドナーローラ４０へ吸引されるようになる。

光学センサ２００は、ハウジング４４と視覚的に連通している透明視界窓２１０に隣接して配置される。透明視界窓２１０は、現像剤がオーガの近くでよく混合され、磁気ローラ４６に補給される個所に配置することが好ましく、それにより、ハウジング４４の全体を表すトナー濃度を得ることができる。

光学センサ２００は、透明視界窓２１０の表面に隣接して配置される。透明視界窓２１０の上にあるトナーが照明される。光学センサ２００は、透明視界窓２１０及び透明視界窓２１０上のトナーにおいて反射され、光学センサ２００によって受けられた電磁エネルギーに応じて、比例的電気的信号を生成する。この信号に応じて、トナー濃度の量を計算することができる。

光学センサ２００は、透明視界窓２１０上の現像剤において反射する、鏡面反射及び拡散反射の電磁エネルギー信号を検出する。光学センサ２００は、引用によりここに組み入れられる米国特許第４，９８９，９８５号、及び、第５，５１９，４９７号において説明されるような、基板に置かれた材料の密度により反射される鏡面反射及び拡散反射の電磁エネルギー信号の両方を検出し、分析することによって、基板上に配置される材料密度を測定する、最適化された色濃度計（ＯＣＤ）のような、拡張トナー領域適用センサ（ＥＴＡＣＳ）型の赤外線濃度計（ＩＲＤ）に用いられる形式であることが好ましい。光学センサ２００は、透明視界窓２１０の表面に隣接して配置される。透明視界窓２１０上のトナーは照明される。光学センサ２００は、透明視界窓２１０及び透明視界窓２１０上の現像剤において反射され、光学センサ２１０によって受けられた電磁エネルギーに応じて、比例的電気的信号を生成する。トナー濃度の量は、この信号に応じて制御装置２１５によって計算することができる。

本発明は、代理人整理番号Ｄ／Ａ３２４８に開示され、引用によりここに組み入れられる、各々のＣＭＹＫ現像剤の光学スペクトルには、％ＴＣの関数としてより大きな変化を示す特定の領域があるという事実を用い、したがって、現像剤をこれらの領域と適合する特定のカラー光で照明することにより、単位エネルギ入力当たりの％ＴＣの変化に対する応答性の増加、及び、装置を簡単なものに維持すること及び経費の大幅な削減の両方を達成することができるという現像剤ハウジングにおける％ＴＣレベルを推定する光学的手法を用いることが好ましい。

ＬＥＤ励起源は、シアンについては４００ないし５００ｎｍ又は７５０ないし８５０ｎｍの範囲、イエローについては５００ないし８００ｎｍ、マゼンタについては６００ないし８００ｎｍの範囲、及びブラックについては８００ないし１０００ｎｍの範囲でピーク波長を有して、各々の現像剤ハウジングにおいて、最も高い応答性を与えることが分かった。

ＴＣは、以下のように、提案された光学的％ＴＣセンサの応答性を定めることができることが分かった。

ここで、
ｉ＝Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋ
Ｒ_PDは、フォトダイオードの標準化スペクトル応答性である。
Ｅｉは、ｉＬＥＤの標準化スペクトル密度である。
Ｃ_iは、（ａ）光路係数、（ｂ）フォトダイオードのピーク応答性、（ｃ）ＬＥＤのピーク応答性、（ｄ）反射率から％ＴＣへの変換係数を含む定数、などである。これらの係数は、Ｓ／Ｎ比、装置費用などによって最適化できる。Ｒ_PDは、フォトダイオードの標準化スペクトル応答性である。

次に、各々の特定の現像剤及びＬＥＤエミッタのセットに対して、方程式は以下のようにすることができ、
％ＴＣ＝Ｋ_i×Ｖ_i
ここで、Ｋ_iは特定のセットについてのすべてのパラメータを含む定数であり、Ｖｉはフォトダイオードによる電圧測定値である。

ここで、開ループの指数関数的修正係数(exponential correction factor)を用いて衝突(impaction)の影響を補償することにより、光学的ＴＣ測定の精度を改善する方法に焦点を当てる。概略を述べると、修正アルゴリズムは、キャリア寿命における指数関数であるモデルを用いて、現像剤ハウジングにおける衝突レベルを推定する（方程式（８））。その後、各々のサンプル時間で測定されたＴＣに適用された修正項は、推定される衝突レベルにおいて線形となることになる（方程式（７））。実験データは、衝突をベースにしたＴＣ検出エラーが±０．３５％ＴＣのオーダーであることを示唆する。ここで提案される修正アルゴリズムは、衝突の影響を±０．１５％ＴＣにまで減らし、衝突に起因するＴＣ検出エラーにおいては係数２より多い改善を表す。

ここで与えられる衝突修正アルゴリズムは、「現像剤ならし(developer material break-in)」、「トナー寿命(toner age)」と同様の意味であり、ある程度は、現在磁気ＴＣ測定値を調整するのに用いられている「温度」修正アルゴリズムと同様の意味である。

図３を参照すると、ＴＣ検出に対する光学的手法における基本概念は、現像剤の色がＴＣの関数として変化するという事実を用いることにより現像剤ハウジングにおけるＴＣレベルを推測することである。図３に示される実施においては、主検出構成要素は、１）中心の光ファイバケーブル（光源）を取り囲む５つの光ファイバケーブル（コレクタ）からなるセンサプローブと、２）光源と、３）検出器（例えば、分光光度計又はＣＣＤスキャナチップ）である。現像の色を測定するためには、センサヘッドは、（新しい材料がセンサ面を「洗う」ようにすることにより、膜形成が緩和させられる）オーガ間の現像剤サンプに浸漬され、結果として生じる拡散信号が検出器に送られて、これは次いで、所定の色の量を計算するのに用いられる(例えば、Ｅすなわちクロマ)。他の光学センサ方式も、また、ＴＣの関数として現像剤の色を正確に検出することが示された。

図４はＴＣにおける変化に対する光学センサの代表的な応答を示す。この特定の例においては、イエローの現像剤が用いられた。実験は、各々のサンプルが特定のＴＣ値である４つの現像剤サンプルを用いて行われた。プローブをサンプルの中に手動で浸漬することにより、各現像剤サンプルに対して、多数の光学的側定値が記録された。その後、各光学的側定値がクロマ値に変換されて、ＴＣの関数としてプロットされた。その結果は、ＴＣに対するクロマの感度

を示す。その後、較正光学センサが与えられると、ＴＣは方程式（３）において以下に示されるように計算され、

ここで、Ｃ’_measは、測定されたクロマ値であり、Ｃ’₀、ＴＣ₀の対はそれぞれ、較正で求められた初期クロマ値及びＴＣ値である。

その結果、クロマは他のセパレーション（色分解版）については、所定の色の量でなくてもよいことが分かる。例えば、黒の現像剤Ｌ^*は、より好適な測定基準になることがある。適切な色の測定基準の選択は、信号対雑音の最適化に基づくものであり、イエローの現像剤の場合においては、クロマになることが分かる。

その結果、ＴＣ検出に対する光学的手法はさらに、ＴＣの他にも現像剤における変化に対して感度が高いことが分かる。センサの光学的応答における変化を、ＴＣのレベルを推測するのに用いているため、現像剤における色の変化を生じさせる如何なる雑音係数もＴＣにおける変化として解釈され、これは次いで、ＴＣ検出エラーをもたらすものとなる。キャリア上のトナー衝突レベルは、上で与えられたＴＣ検出に対する光学的手法において最も重要な雑音係数であることが分かった。この理由は以下の場合によるものである。公称キャリアビードはグレーである傾向があり、したがって、現像剤の色は、ＴＣレベルが増加するにつれて、グレーからトナーの色にシフトする。トナーがキャリア上で衝突する場合、現像剤の色は、現像剤のＴＣレベルを変化させることなく変化する。

図５は、サンプルＹ６イエロー現像剤についてのセンサの光学的応答における衝突の影響を示す。実験は、新しい現像剤サンプル及び高度に衝突された現像剤サンプルを用いて行われた。新しいサンプルは、おおよそ０．４ｍｇ／ｇの衝突値を有し、高度に衝突されたサンプルは、おおよそ３００，０００枚の印刷による現像剤において観察される衝突に相当するおおよそ４．０ｍｇ／ｇの衝突値を有した。プローブをサンプルの中に手動で浸漬することにより、各現像剤サンプルに対して、多数の光学的側定値が記録された。その後、各光学的側定値がクロマ値に変換された。プロットに示されるように、衝突された現像剤サンプルの平均クロマ値は５．３クロマユニットであり、これは新しい現像剤サンプルの平均クロマ値より大きいものである。このことは、光学センサが、各々が同じＴＣレベルを有するが、変化する衝突量をもった異なるイエロー現像剤を測定する場合には、検出されたＴＣ値が±０．３５％で変化することになることを意味する。

±０．５０％のＴＣ検出精度の必要条件の場合は、この大きさの検出エラーは明らかに顕著である。

図６は、光学ＴＣセンサ応答における衝突の影響を図示する（この図においては、センサ応答におけるトナー微粉(fine)の異なるレベルの影響も示される。図示されるように、トナー微粉のレベルは、統計的には重要な雑音係数ではない。）。

衝突の影響を説明するために、方程式（３）により与えられる測定されたＴＣ値は以下のように修正されることが提案され、

ここでκは測定指数であり、δは修正係数であり、

は修正されたＴＣ値であり、ＴＣ_measは方程式（３）から計算された測定されたＴＣ値である。修正係数、δは以下のように計算され、
δ（κ）＝α（Ｉ(κ)−Ｉ₀）（７）
ここで、αは修正ゲイン（％ＴＣ／（ｍｇ／ｇ）の単位において）であり、Ｉは衝突レベル（ｍｇ／ｇ）を意味し、Ｉ₀は新しい現像剤（ｍｇ／ｇ）における衝突レベルである。図５におけるデータは、α＝−０．１９（＝０．７／（０．４−４））であることを示唆する。以下に、Ｉ（κ）の推定方法を説明する。

ゼロックスコーポレイションにより製造されたＩＧＥＮ３（商標）マシンの特性化についての研究は、図６に示されるように、イエロー現像剤の衝突がキャリア寿命における指数関数であることを示唆した。このデータを用いて、この実施化のために、キャリア寿命の関数として衝突を推定するように、以下のモデルが構成され、
Ｉ(κ)＝θ₁−θ₂ｅｘｐ（−ＣＡ（κ）／θ₃）（８）
ここで、ＣＡはキャリア寿命であり、モデルパラメータθ₁、θ₂、及びθ₃は、それぞれ６．２７、５．９１、及び２２７になるように計算された。このモデルは、図４にプロットされる。

次いで、キャリア寿命は、他のゼログラフ処理制御アルゴリズムにおいて既に用いられているように、以下のように推定され、
ＣＡ（κ）＝（１−γ）（ＣＡ（κ−１）＋Ｔ）（９）
ここで、ＴはＴＣサンプリング時間であり、

は各サンプリング時間において、ハウジングの外に「少しずつ出て行く」キャリア質量の割合である。

その後、κにより示される各サンプル時間において、修正アルゴリズムは、以下のように進む。
１．方程式（３）により測定されたＴＣ値を計算する。
２．方程式（９）を用いてキャリア寿命の推定値を更新する。
３．方程式（８）を用いて衝突についての推定値を更新する。
４．方程式（７）を用いて修正係数を計算する。
５．方程式（５）を用いて修正されたＴＣ値を計算する。

上記では、イエロー現像剤のための衝突修正アルゴリズムを示したが、これは、衝突をベースにしたＴＣ検出エラーを［＞係数２］だけ減少させるものであった（±０．１５％ＴＣ）。アルゴリズムの関数形態は他のセパレーションと同様なものとすることができるが、すべての係数がすべてのセパレーションについて同じであるとは予測しない。他のセパレーションに必要な係数を計算するためには、付加的な実験が必要とされる。

本発明により、これまでに述べられた目的及び利点を完全に満足させるものが提供されたことが明らかである。本発明は、特定の実施形態と関連して述べられたが、多くの代替的手法、修正、及び変形が当業者に明らかなことが明白である。したがって、特許請求の範囲の精神及び広広義の範囲に含まれるすべてのこのような代替的手法、修正、及び変形を含むことが意図される。

内部にトナー維持管理システムを用いる、典型的な電子写真印刷機の概略正面図である。 本発明を用いる、現像システムの概略正面図である。 本発明の方法を用いる、第２の実施形態の概略図である。 ＴＣ（トナー濃度）における変化に対する光学センサの代表的な応答を示すグラフである。 サンプルＹ６イエロー現像剤に対するセンサの光学的応答における衝突の影響を示す説明図である。 光学ＴＣセンサ応答における衝突の影響を示すグラフである。

符号の説明

１０：光導電性ベルト
４０：ドナーローラ
３８：現像剤ユニット
４２：電極ワイヤ
４４：ハウジング
４６：磁気ローラ
７８：ＡＣ電源
８１：ＤＣバイアス電源
１００：トナー濃度センサ
２１０：透明視界窓
２００：光学センサ
４１０：感光体ベルト

Claims (3)

1. トナーとキャリアとからなる現像剤を収容し且つ光学システムを備える現像剤ハウジング内のトナー濃度を検出する方法であって、
   前記光学システムにより、前記現像剤ハウジングの視界窓を通して、光を前記ハウジング内の現像剤に射出し、
   前記光学システムにより、前記現像剤から反射した光を検出し、
   前記現像剤からの反射光の検出に基づいて、トナー濃度の測定値を計算し、
   前記現像剤の状態に起因する光学的な変化に対処するように、前記トナー濃度の測定値を補償する、
   ことからなることを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記補償することは、前記現像剤のキャリア寿命を求め、前記キャリア寿命とキャリア寿命修正係数とを相関させることを含むことを特徴とする方法。
3. トナーとキャリアとからなる現像剤を含み、光学システムを備える現像剤ハウジング内のトナー濃度を検出する方法を有する電子写真印刷において、前記方法が、
   前記光学システムにより、前記現像剤ハウジングの視界窓を通して、光を前記ハウジング内の現像剤に射出し、
   前記光学システムにより、前記現像剤から反射された光を検出し、
   前記現像剤からの反射光の検出に基づいて、トナー濃度の測定値を計算し、
   前記現像剤の条件に起因する光学的な変化に対処するように、前記トナー濃度の測定値を補償する、
   ことからなることを特徴とする方法。

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