JPH0658914A - 空気と微粒子を含む多孔質材料の材質の音波による測定 - Google Patents
空気と微粒子を含む多孔質材料の材質の音波による測定Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】ガス状流体と微粒子材料を孔内に有する多孔質
材料の試料の使用環境内での微粒子材料の濃度を計測す
るための方法を提供する。 【構成】既知の増幅度と位相速度の第一の音波信号を発
生し、第一の音波信号を試料を通して進行させ、試料を
通過してきた第一の音波信号を表す第二の音波信号を受
信し、試料中の微粒子材料の濃度を第一の音波信号と第
二の音波信号の間の変化から測定する。
材料の試料の使用環境内での微粒子材料の濃度を計測す
るための方法を提供する。 【構成】既知の増幅度と位相速度の第一の音波信号を発
生し、第一の音波信号を試料を通して進行させ、試料を
通過してきた第一の音波信号を表す第二の音波信号を受
信し、試料中の微粒子材料の濃度を第一の音波信号と第
二の音波信号の間の変化から測定する。
Description
【０００１】〔発明の分野〕本発明は、気孔が空気およ
び微粒状の材料で充填されている構造的な細粒または細
粒を含む、多孔質材料の性質を測定するための音波の使
用に関するものである。さらに詳しくは、多成分細粒混
合物、例えば電子写真印刷装置において用いられている
ような二原料現像剤の測定、および使用環境内での非侵
攻的 (non-invasive) なトナー濃度の測定に関するもの
である。
び微粒状の材料で充填されている構造的な細粒または細
粒を含む、多孔質材料の性質を測定するための音波の使
用に関するものである。さらに詳しくは、多成分細粒混
合物、例えば電子写真印刷装置において用いられている
ような二原料現像剤の測定、および使用環境内での非侵
攻的 (non-invasive) なトナー濃度の測定に関するもの
である。
【０００２】〔発明の背景〕本発明は多孔質材料内の微
粒子材料の比の測定に広範な応用範囲を有するものであ
るが、以下に詳述する実施態様は特に電子写真印刷装置
におけるトナー濃度測定を意図したものとなろう。一般
に、電子写真印刷の工程には以下の一連の処理ステップ
が含まれている。（ａ）光導電部材を帯電させ、同部材
表面が感光性を帯びるように実質的に均一な電位をかけ
る。（ｂ）帯電した光導電面を複写する原稿文書の光像
に露光することによって露光領域の帯電を除去し、静電
潜像を原稿文書に含まれる情報領域に対応して光導電部
材上に記録する。（ｃ）現像剤を潜像に当接させること
によってこれを現像し、光導電部材上に粉体像を形成す
る。（ｄ）粉体像を複写紙上に転写する。（ｅ）粉体像
を複写紙に永久的に定着する（通常は熱による）。
粒子材料の比の測定に広範な応用範囲を有するものであ
るが、以下に詳述する実施態様は特に電子写真印刷装置
におけるトナー濃度測定を意図したものとなろう。一般
に、電子写真印刷の工程には以下の一連の処理ステップ
が含まれている。（ａ）光導電部材を帯電させ、同部材
表面が感光性を帯びるように実質的に均一な電位をかけ
る。（ｂ）帯電した光導電面を複写する原稿文書の光像
に露光することによって露光領域の帯電を除去し、静電
潜像を原稿文書に含まれる情報領域に対応して光導電部
材上に記録する。（ｃ）現像剤を潜像に当接させること
によってこれを現像し、光導電部材上に粉体像を形成す
る。（ｄ）粉体像を複写紙上に転写する。（ｅ）粉体像
を複写紙に永久的に定着する（通常は熱による）。
【０００３】電子写真印刷装置において広汎に用いられ
る一般的現像剤は二つの成分より構成されている。第一
の成分はキャリア粒子で、その直径は通常１００μｍな
いし１５０μｍの間にある。第二の成分はトナー粒子
で、これは直径が１０μｍ程度である。トナー粒子は高
率で顔料を含有し、キャリア粒子によって転送されるた
めにキャリア粒子とは摩擦電気的に粘着している。光導
電部材上の静電潜像の上を現像剤が通過する際潜像へト
ナー粒子が選択的に吸引される。そのため、印刷工程の
間トナー粒子は現像剤から定常的に散布され、現像剤で
重量比４％ないし７％程度が要求されるトナー濃度を維
持するように装填される。
る一般的現像剤は二つの成分より構成されている。第一
の成分はキャリア粒子で、その直径は通常１００μｍな
いし１５０μｍの間にある。第二の成分はトナー粒子
で、これは直径が１０μｍ程度である。トナー粒子は高
率で顔料を含有し、キャリア粒子によって転送されるた
めにキャリア粒子とは摩擦電気的に粘着している。光導
電部材上の静電潜像の上を現像剤が通過する際潜像へト
ナー粒子が選択的に吸引される。そのため、印刷工程の
間トナー粒子は現像剤から定常的に散布され、現像剤で
重量比４％ないし７％程度が要求されるトナー濃度を維
持するように装填される。
【０００４】高品位印刷においては、トナーとキャリア
からなる現像剤を充分に制御する必要がある。例えば、
現像剤に含まれるトナーが少なすぎるなら、得られる画
像は不十分な濃度になることがある。それに対して現像
剤のトナーが多すぎれば過剰濃度の画像となるか、望ま
しくない印刷装置内部の汚染を惹起し、また所望してい
ない画像背景の汚染を起こしたりする。印刷装置から要
求される品質が増加し続けているので、現像剤内のトナ
ー濃度制御は一層重要になるものと予想される。高解像
度画像、グレースケール画像、カラー画像を得る上でこ
れは特に重要である。
からなる現像剤を充分に制御する必要がある。例えば、
現像剤に含まれるトナーが少なすぎるなら、得られる画
像は不十分な濃度になることがある。それに対して現像
剤のトナーが多すぎれば過剰濃度の画像となるか、望ま
しくない印刷装置内部の汚染を惹起し、また所望してい
ない画像背景の汚染を起こしたりする。印刷装置から要
求される品質が増加し続けているので、現像剤内のトナ
ー濃度制御は一層重要になるものと予想される。高解像
度画像、グレースケール画像、カラー画像を得る上でこ
れは特に重要である。
【０００５】現像剤内のトナーを測定するため各種の技
術が工夫されてきた。その一つは現像剤内に含まれるト
ナー粒子の濃度を測定するか、現像剤の現像能力を測定
しようと言うものである。現像能力測定ではトナーを実
際に被験領域に配置してこれを計測に用い、トナー濃度
の他、温度や湿度といった環境条件や、間隙、電気的バ
イアス、流量率、磁場パターンなどの他の物理的パラメ
ータも考慮しようというものである。どの技術において
も所望する状態からのなんらかの変異は信号を生成する
ので、必要であればこれを使用して現像剤へ追加するト
ナー量を制御する。最も一般的には、濃度と現像能力の
検出は現像剤を紙面上に通し、これにトナーが吸着され
ることで行われ、光学的手段を用いて検出信号を生成し
ている。
術が工夫されてきた。その一つは現像剤内に含まれるト
ナー粒子の濃度を測定するか、現像剤の現像能力を測定
しようと言うものである。現像能力測定ではトナーを実
際に被験領域に配置してこれを計測に用い、トナー濃度
の他、温度や湿度といった環境条件や、間隙、電気的バ
イアス、流量率、磁場パターンなどの他の物理的パラメ
ータも考慮しようというものである。どの技術において
も所望する状態からのなんらかの変異は信号を生成する
ので、必要であればこれを使用して現像剤へ追加するト
ナー量を制御する。最も一般的には、濃度と現像能力の
検出は現像剤を紙面上に通し、これにトナーが吸着され
ることで行われ、光学的手段を用いて検出信号を生成し
ている。
【０００６】トナー粒子が拡散する環境においては明ら
かに光学的検出法を回避するのが望ましい。よって、本
発明の目的の一つは音波を用いてトナー濃度を直接測定
することにある。
かに光学的検出法を回避するのが望ましい。よって、本
発明の目的の一つは音波を用いてトナー濃度を直接測定
することにある。
【０００７】〔発明の概要〕本発明の方法では、ガス状
流体および微粒子材料を孔内に有する多孔質材料の試料
の使用環境内での測定で、試料内の微粒子材料の濃度を
測定することができる。一つの方法としては、既知の増
幅度で位相速度の第一の音波信号を生成し、第一の音波
信号を試料に通し、試料を通過した第一の音波信号を意
味する第二の音波信号を受信し、試料内の微粒子材料の
濃度を第一の音波信号と第二の音波信号の間の変化から
測定する各ステップを提供することによって完成するこ
とができる。
流体および微粒子材料を孔内に有する多孔質材料の試料
の使用環境内での測定で、試料内の微粒子材料の濃度を
測定することができる。一つの方法としては、既知の増
幅度で位相速度の第一の音波信号を生成し、第一の音波
信号を試料に通し、試料を通過した第一の音波信号を意
味する第二の音波信号を受信し、試料内の微粒子材料の
濃度を第一の音波信号と第二の音波信号の間の変化から
測定する各ステップを提供することによって完成するこ
とができる。
【０００８】〔発明の作用理論〕 「低速圧縮波 (slow compressional wave)」は多孔質固
体媒体に充填した流体で発見された特殊な音波モードで
ある。この音波の顕著な特徴は、位相速度が固体または
流体媒質中の圧縮波位相速度より低いことである。流体
が液体である場合、固体と液体の間の適度な音響結合が
原因となり、例えば高速圧縮波や剪断波(shear wave)と
いった多孔質媒体によって支持される付加的音響モード
が多数存在する。そのため常に最小の信号である「低速
圧縮波」の測定は多孔質媒体に充填された液体では極め
て難しいものとなっている。この状況は、流体が空気な
どのガスであるシステムにおいて、ただ一種類の音響モ
ードしか存在しないことから大幅に単純化されている。
体媒体に充填した流体で発見された特殊な音波モードで
ある。この音波の顕著な特徴は、位相速度が固体または
流体媒質中の圧縮波位相速度より低いことである。流体
が液体である場合、固体と液体の間の適度な音響結合が
原因となり、例えば高速圧縮波や剪断波(shear wave)と
いった多孔質媒体によって支持される付加的音響モード
が多数存在する。そのため常に最小の信号である「低速
圧縮波」の測定は多孔質媒体に充填された液体では極め
て難しいものとなっている。この状況は、流体が空気な
どのガスであるシステムにおいて、ただ一種類の音響モ
ードしか存在しないことから大幅に単純化されている。
【０００９】音波の伝播特性が多くの材料の特性決定に
有用であるとわかったため、超音波を用いる材料の非破
壊検査はよく発展した研究領域であるが、「低速」音波
の用途は、主に油田探鉱の地学的および海洋学的分野で
水の充填された固体の多孔性を決定するための測定工具
のように大幅に制限されていた。空気充填多孔材質およ
び自然岩石における「低速」音波伝播がある種の素材の
特性、たとえば歪曲率(tortuosity)や透過率(permeabil
ity)の研究に使用可能であるといくつかの研究で示され
ているが、応用はほとんどなされてこなかった。
有用であるとわかったため、超音波を用いる材料の非破
壊検査はよく発展した研究領域であるが、「低速」音波
の用途は、主に油田探鉱の地学的および海洋学的分野で
水の充填された固体の多孔性を決定するための測定工具
のように大幅に制限されていた。空気充填多孔材質およ
び自然岩石における「低速」音波伝播がある種の素材の
特性、たとえば歪曲率(tortuosity)や透過率(permeabil
ity)の研究に使用可能であるといくつかの研究で示され
ているが、応用はほとんどなされてこなかった。
【００１０】含気多孔質媒体では、空気と多孔質固体材
料の間で極めて大きな独自性の不均衡が存在することか
ら、固体材料は基本的に剛性で音波は透過しない。秀逸
な比喩としては、含気多孔質媒体内の音響エネルギーの
全てが多孔質固体内に透過しないことである。この現象
は、測定を阻害する他の大部分の音響モードが試料内に
存在せず、また低速圧縮波が唯一存在する音響モードで
あることから、含気多孔質媒体における「低速」音波の
測定を単純化してくれる。含気多孔質媒体を通過する音
響圧縮波の伝播は空気の粘性と固体多孔質材料の機械的
構造に影響を受ける。空気の粘性によって低周波の音波
は劇的に減衰する。機械的構造に関する幾つかの重要な
量で音波の位相速度に影響するもの、すなわち多孔性、
孔径、歪曲率、透過率、のうちで歪曲率は後に明らかに
なるが高周波で最も重要である。
料の間で極めて大きな独自性の不均衡が存在することか
ら、固体材料は基本的に剛性で音波は透過しない。秀逸
な比喩としては、含気多孔質媒体内の音響エネルギーの
全てが多孔質固体内に透過しないことである。この現象
は、測定を阻害する他の大部分の音響モードが試料内に
存在せず、また低速圧縮波が唯一存在する音響モードで
あることから、含気多孔質媒体における「低速」音波の
測定を単純化してくれる。含気多孔質媒体を通過する音
響圧縮波の伝播は空気の粘性と固体多孔質材料の機械的
構造に影響を受ける。空気の粘性によって低周波の音波
は劇的に減衰する。機械的構造に関する幾つかの重要な
量で音波の位相速度に影響するもの、すなわち多孔性、
孔径、歪曲率、透過率、のうちで歪曲率は後に明らかに
なるが高周波で最も重要である。
【００１１】透過率（Ω）は流体によって充填された多
孔質材料の断面領域の部分を表現する方向性を持たない
量である。微粒子現像剤においてはどの程度緩く成形さ
れたか、または緊密に成形されたかの係数である。依っ
て、ガス状流体中の二種類の粒子材料よりなる混合物を
通る経路は固体粒子周辺の曲折した間隙を通る経路であ
り、また混合物の多孔性の関数である。
孔質材料の断面領域の部分を表現する方向性を持たない
量である。微粒子現像剤においてはどの程度緩く成形さ
れたか、または緊密に成形されたかの係数である。依っ
て、ガス状流体中の二種類の粒子材料よりなる混合物を
通る経路は固体粒子周辺の曲折した間隙を通る経路であ
り、また混合物の多孔性の関数である。
【００１２】空気と比較して大きな密度とスティフネス
を有しているため、固体粒子は全体が剛性でありその周
囲の空気と相対的に固着していると合理的に仮定してよ
い。空気は粘性媒体の一種であることから、固着粒子の
表面では音波に対する空気粘性はゼロであるべきで、材
料の孔間である一定の値に増加するということになる。
下の等式は粘性表面の深さを特性長（Ｌ）と定義し、粘
性流体（ｖ）中で音場が減衰する際、周波数（ｆ）の機
械的揺動が存在する固体材料表面からの距離を表してい
る。 Ｌ＝（ｖ／πｆ）1/2 （１）
を有しているため、固体粒子は全体が剛性でありその周
囲の空気と相対的に固着していると合理的に仮定してよ
い。空気は粘性媒体の一種であることから、固着粒子の
表面では音波に対する空気粘性はゼロであるべきで、材
料の孔間である一定の値に増加するということになる。
下の等式は粘性表面の深さを特性長（Ｌ）と定義し、粘
性流体（ｖ）中で音場が減衰する際、周波数（ｆ）の機
械的揺動が存在する固体材料表面からの距離を表してい
る。 Ｌ＝（ｖ／πｆ）1/2 （１）
【００１３】多孔質材料の粒子間の孔径が長さ（Ｌ）程
度であれば、孔内部の音場は粘性効果によって大幅な影
響を受け、音波は大幅な減衰および散乱を伴い、実際に
本来の拡散性となる。
度であれば、孔内部の音場は粘性効果によって大幅な影
響を受け、音波は大幅な減衰および散乱を伴い、実際に
本来の拡散性となる。
【００１４】トナーとキャリアからなる現像剤では、キ
ャリア粒子材料の粒子径が１２５μｍ程度であると仮定
した場合、孔径は直径の１５％相当または１９μｍにな
るはずである。方程式１の粘性表面深度（Ｌ）の値にこ
れを当てはめると、臨界周波数（ｆc ）は１３．５ＫＨ
ｚとなり、それ以下では音波は粘性による影響を強く受
けるとわかる。ｆｃより大幅に高い周波数においては、
粘性表面深度（Ｌ）は孔径より有意に小さくなり、固体
粒子間の音波伝播への粘性の影響も小さくなる。よっ
て、音波の周波数はｆ＞ｆc の条件に当てはまることが
望ましい。
ャリア粒子材料の粒子径が１２５μｍ程度であると仮定
した場合、孔径は直径の１５％相当または１９μｍにな
るはずである。方程式１の粘性表面深度（Ｌ）の値にこ
れを当てはめると、臨界周波数（ｆc ）は１３．５ＫＨ
ｚとなり、それ以下では音波は粘性による影響を強く受
けるとわかる。ｆｃより大幅に高い周波数においては、
粘性表面深度（Ｌ）は孔径より有意に小さくなり、固体
粒子間の音波伝播への粘性の影響も小さくなる。よっ
て、音波の周波数はｆ＞ｆc の条件に当てはまることが
望ましい。
【００１５】歪曲率（α）も方向性を有さない量（常に
方程式より大きい）で、「低速」音波が多孔質材料を通
してたどる実際の経路長と材料の構造的大きさの比を表
している。音響エネルギーの微視的流れが多孔質材料を
通して流れて行かねばならないことを示している。球形
粒子の場合、歪曲率（α）は顆粒媒体の透過率（Ω）
と、すなわち空気により充填されている同材料の断面領
域のその部分と、次の方程式によって直接相関し得る。 α＝（１／２）（１＋Ω-1） （２）
方程式より大きい）で、「低速」音波が多孔質材料を通
してたどる実際の経路長と材料の構造的大きさの比を表
している。音響エネルギーの微視的流れが多孔質材料を
通して流れて行かねばならないことを示している。球形
粒子の場合、歪曲率（α）は顆粒媒体の透過率（Ω）
と、すなわち空気により充填されている同材料の断面領
域のその部分と、次の方程式によって直接相関し得る。 α＝（１／２）（１＋Ω-1） （２）
【００１６】ｆ＞＞ｆc の領域において音波は全体的に
非拡散性になり、その位相速度（ｖ）が以下の方程式で
表される現像剤の歪曲率に支配されていることは公知で
ある。 ｖ＝ｖg ／α1/2 （３） ここでｖg はガス体中の音波速度を表している。多孔質
媒体を通る圧縮波位相速度は同媒体の曲率が増加するに
従い減少する。
非拡散性になり、その位相速度（ｖ）が以下の方程式で
表される現像剤の歪曲率に支配されていることは公知で
ある。 ｖ＝ｖg ／α1/2 （３） ここでｖg はガス体中の音波速度を表している。多孔質
媒体を通る圧縮波位相速度は同媒体の曲率が増加するに
従い減少する。
【００１７】２成分顆粒媒体内の小型成分の相対濃度が
増加すると、大型成分の孔を埋めることになり、その結
果現像剤の透過率減少がおこる。球形粒子の一般的な例
では、方程式２に示されているように、歪曲率（α）は
媒体の透過率（Ω）の減少に従って増加する。よって方
程式３から、顆粒媒体の浸透性が減少し、歪曲率が増加
することになり、媒体中の音波速度は減少するはずであ
る（音波の周波数がｆ＞ｆc であると仮定した場合）。
増加すると、大型成分の孔を埋めることになり、その結
果現像剤の透過率減少がおこる。球形粒子の一般的な例
では、方程式２に示されているように、歪曲率（α）は
媒体の透過率（Ω）の減少に従って増加する。よって方
程式３から、顆粒媒体の浸透性が減少し、歪曲率が増加
することになり、媒体中の音波速度は減少するはずであ
る（音波の周波数がｆ＞ｆc であると仮定した場合）。
【００１８】本発明では、多成分顆粒媒体中を通過する
（音波周波数ｆ＞ｆc の）音波速度を計測することによ
り現像剤の歪曲率を測定し、現像剤内の成分の相対濃度
を推定することが可能になる。一般に音波位相速度を既
知の相対濃度の試料について決定することで測定の較正
を最初に行う必要があることは理解されるべきことであ
る。
（音波周波数ｆ＞ｆc の）音波速度を計測することによ
り現像剤の歪曲率を測定し、現像剤内の成分の相対濃度
を推定することが可能になる。一般に音波位相速度を既
知の相対濃度の試料について決定することで測定の較正
を最初に行う必要があることは理解されるべきことであ
る。
【００１９】〔図面の簡単な説明〕本発明にかかる他の
目的および特徴と利点は添付の図面を参照した以下のよ
り特定の説明から明らかになるであろう。
目的および特徴と利点は添付の図面を参照した以下のよ
り特定の説明から明らかになるであろう。
【００２０】図１は本発明の装置を使用した模式的電子
写真印刷装置の略立面図である
写真印刷装置の略立面図である
【００２１】図２は図１の印刷装置に用い得るトナー濃
度センサの略立面図である。
度センサの略立面図である。
【００２２】図３は本発明の特徴を示すために用いた実
験的テスト装置の模式図である。
験的テスト装置の模式図である。
【００２３】図４は図３のテスト装置で受信した、トナ
ー試料を中間配置せず空気を通した音響トーンバースト
信号の波形図である。
ー試料を中間配置せず空気を通した音響トーンバースト
信号の波形図である。
【００２４】図５は図３のテスト装置で受信した、トナ
ー試料を中間配置した空気を通した音響トーンバースト
信号の波形図である。
ー試料を中間配置した空気を通した音響トーンバースト
信号の波形図である。
【００２５】図６は音波位相速度と、音波周波数と、ト
ナー濃度の関連性を示す一連の曲線である。
ナー濃度の関連性を示す一連の曲線である。
【００２６】図７は音波減衰と、音波周波数と、トナー
濃度の関連性を示す一連の曲線である。
濃度の関連性を示す一連の曲線である。
【００２７】図８は図１の印刷装置において用い得るト
ナー濃度センサの別の実施態様の略立面図である。
ナー濃度センサの別の実施態様の略立面図である。
【００２８】〔発明の詳細な説明〕これ以降は電子写真
装置並びにその方法との関連で本発明を詳述することに
なろうが、本発明がその環境に制限されることを意図し
ていないことは理解されるべきである。むしろ本発明は
数多くの空気と顆粒で充填されている多孔質材料の濃度
測定に用途を有している。
装置並びにその方法との関連で本発明を詳述することに
なろうが、本発明がその環境に制限されることを意図し
ていないことは理解されるべきである。むしろ本発明は
数多くの空気と顆粒で充填されている多孔質材料の濃度
測定に用途を有している。
【００２９】図１を参照すると、導電性基体１４上に配
置された光導電面１２を有するベルト１０の装置されて
いる電子写真印刷装置が示してある。ベルト１０は矢印
１６の方向に移動し、光導電面１２の連続部分をベルト
の動作経路に沿って配置してある各種の処理部へ順次移
動させる。ベルト１０はストリッピングローラ１８、テ
ンションローラ２０、駆動ローラ２２によって保持され
ている。モータ２４は駆動ローラ２２を回転させてベル
ト１０を矢印１６の方向に前進させる。一対のバネ（図
示されていない）がベルト１０に対してテンションロー
ラ２０を弾力的に付勢し、ベルト１０が緊張するように
している。
置された光導電面１２を有するベルト１０の装置されて
いる電子写真印刷装置が示してある。ベルト１０は矢印
１６の方向に移動し、光導電面１２の連続部分をベルト
の動作経路に沿って配置してある各種の処理部へ順次移
動させる。ベルト１０はストリッピングローラ１８、テ
ンションローラ２０、駆動ローラ２２によって保持され
ている。モータ２４は駆動ローラ２２を回転させてベル
ト１０を矢印１６の方向に前進させる。一対のバネ（図
示されていない）がベルト１０に対してテンションロー
ラ２０を弾力的に付勢し、ベルト１０が緊張するように
している。
【００３０】最初に、ベルト１０の一部が帯電部Ａを通
過し、ここで高電圧電源装置（ＨＶＰＳ）２８により励
起されたコロナ発生装置２６が光導電面１２を比較的高
く実質的に均等な電位に帯電させる。光導電面１２の帯
電部分は次に露光部Ｂへ進む。露光部Ｂでは原稿文書３
０の画像が透明なプラテン３２上に保持され、ランプ３
４で照明されている。原稿文書３０から反射した光線は
レンズ３６を通して転送され、光導電面１２の帯電部分
で焦点を結び、光電面上の荷電を光電面上の帯電を選択
的に消滅させる。これで原稿文書内に含まれた情報領域
に対応した静電潜像が光導電面に記録される。
過し、ここで高電圧電源装置（ＨＶＰＳ）２８により励
起されたコロナ発生装置２６が光導電面１２を比較的高
く実質的に均等な電位に帯電させる。光導電面１２の帯
電部分は次に露光部Ｂへ進む。露光部Ｂでは原稿文書３
０の画像が透明なプラテン３２上に保持され、ランプ３
４で照明されている。原稿文書３０から反射した光線は
レンズ３６を通して転送され、光導電面１２の帯電部分
で焦点を結び、光電面上の荷電を光電面上の帯電を選択
的に消滅させる。これで原稿文書内に含まれた情報領域
に対応した静電潜像が光導電面に記録される。
【００３１】光導電面１２上に静電潜像が記録されたあ
と、ベルト１０は潜像を現像部Ｃへ進める。磁気ブラシ
現像システム４０が現像剤を潜像に接触させるように送
る。磁気ブラシ現像システム４０には二つの磁気ブラシ
現像ローラ４２及び４４が含まれることが望ましい。各
々のローラは現像剤を潜像に接触させるように送る。こ
れらの現像ローラはローラから外へ向かって延出するキ
ャリア粒子とトナー粒子のブラシを形成する。潜像はト
ナー粒子をキャリア粒子から吸引し、トナー粉体の画像
が潜像上に形成される。
と、ベルト１０は潜像を現像部Ｃへ進める。磁気ブラシ
現像システム４０が現像剤を潜像に接触させるように送
る。磁気ブラシ現像システム４０には二つの磁気ブラシ
現像ローラ４２及び４４が含まれることが望ましい。各
々のローラは現像剤を潜像に接触させるように送る。こ
れらの現像ローラはローラから外へ向かって延出するキ
ャリア粒子とトナー粒子のブラシを形成する。潜像はト
ナー粒子をキャリア粒子から吸引し、トナー粉体の画像
が潜像上に形成される。
【００３２】連続的に潜像が現像され、トナー粒子が現
像剤から散布される。トナー粒子供給装置４６は供給モ
ータ５０の動力に応じてコンテナ４８からトナー粒子を
秤量する。供給されたトナーは現像部ハウジング５２内
部へ落下し、ここでキャリア粒子に混合される。センサ
５４は、本発明の目的でありかつ以下に詳述されるべき
ものであるが、現像ローラ４２に隣接して現像部ハウジ
ング５２内部に配置されている。センサ５４はトナー濃
度を示す電気出力信号を発生し、これが制御装置５６へ
転送される。制御装置５６は供給モータ５０がトナー粒
子を供給するための動力となるエラー信号を発生する。
よって、現像剤のトナー粒子量が所定のレベルを下回る
と補正が行われる。
像剤から散布される。トナー粒子供給装置４６は供給モ
ータ５０の動力に応じてコンテナ４８からトナー粒子を
秤量する。供給されたトナーは現像部ハウジング５２内
部へ落下し、ここでキャリア粒子に混合される。センサ
５４は、本発明の目的でありかつ以下に詳述されるべき
ものであるが、現像ローラ４２に隣接して現像部ハウジ
ング５２内部に配置されている。センサ５４はトナー濃
度を示す電気出力信号を発生し、これが制御装置５６へ
転送される。制御装置５６は供給モータ５０がトナー粒
子を供給するための動力となるエラー信号を発生する。
よって、現像剤のトナー粒子量が所定のレベルを下回る
と補正が行われる。
【００３３】静電潜像が現像されたあと、ベルト１０は
トナー粉体画像を転写部へ前進させる。保持材料のシー
ト５８がシート給紙装置６０によって転写部Ｄへ供給さ
れる。シート供給装置にはスタック６４の一番上にある
シートと接触してそのシートをガイド６６へ供給する給
紙ローラ６２の含まれていることが望ましい。ガイドを
でた保持材料はトナー粉体画像がシート上に記録される
ようにベルト１０の表面と所定のタイミングで接触す
る。コロナ発生装置６８がシート５８の裏面にイオンを
吹き付けてトナー粉体画像が光導電面１２からシート５
８へ吸引されるようにする。転写後、シート５８は、ス
トリッピングローラ１８の周囲でベルトが鋭角で方向を
変え、ベルトから剥されるまでベルトと共にさらに動い
ていく。
トナー粉体画像を転写部へ前進させる。保持材料のシー
ト５８がシート給紙装置６０によって転写部Ｄへ供給さ
れる。シート供給装置にはスタック６４の一番上にある
シートと接触してそのシートをガイド６６へ供給する給
紙ローラ６２の含まれていることが望ましい。ガイドを
でた保持材料はトナー粉体画像がシート上に記録される
ようにベルト１０の表面と所定のタイミングで接触す
る。コロナ発生装置６８がシート５８の裏面にイオンを
吹き付けてトナー粉体画像が光導電面１２からシート５
８へ吸引されるようにする。転写後、シート５８は、ス
トリッピングローラ１８の周囲でベルトが鋭角で方向を
変え、ベルトから剥されるまでベルトと共にさらに動い
ていく。
【００３４】シート５８は矢印の方向に送られ、定着ア
センブリ７２を含む定着部で転写された粉体画像をシー
ト上に永久定着される。定着アセンブリ７２は加熱融着
ローラ７４とバックアップローラ７６を含むことが望ま
しい。シート５８はローラ７４と７６の間をトナー粉体
画像が定着ローラ７４に密着するように通過する。この
方法でトナー粉体画像はシート５８上に永久定着され
る。定着後、シートはガイド７８を通って、オペレータ
によって印刷装置から取り除かれるようにキャッチトレ
イ８０へ進む。
センブリ７２を含む定着部で転写された粉体画像をシー
ト上に永久定着される。定着アセンブリ７２は加熱融着
ローラ７４とバックアップローラ７６を含むことが望ま
しい。シート５８はローラ７４と７６の間をトナー粉体
画像が定着ローラ７４に密着するように通過する。この
方法でトナー粉体画像はシート５８上に永久定着され
る。定着後、シートはガイド７８を通って、オペレータ
によって印刷装置から取り除かれるようにキャッチトレ
イ８０へ進む。
【００３５】保持材のシートがベルト１０から分離した
あと、光導電面１２に付着している残留トナー粒子は清
掃部Ｆで光導電面から除去される。清掃部Ｆは光導電面
と接触して回転するように装置された繊維性ブラシ８２
を含む。清掃に続いて、帯電除去ランプ（図示されてい
ない）が光導電面を照らし、次に連続する画像サイクル
のためにこれを帯電する前に残っている残留静電気帯電
を除去する。
あと、光導電面１２に付着している残留トナー粒子は清
掃部Ｆで光導電面から除去される。清掃部Ｆは光導電面
と接触して回転するように装置された繊維性ブラシ８２
を含む。清掃に続いて、帯電除去ランプ（図示されてい
ない）が光導電面を照らし、次に連続する画像サイクル
のためにこれを帯電する前に残っている残留静電気帯電
を除去する。
【００３６】これまでの説明で本発明の典型的な応用の
ための一般環境を説明するには充分であると思われる。
図２ではセンサ５４がより詳細に示されている。センサ
は２成分現像剤が完全に通過し発信側音響トランスデュ
ーサ８６と受信側音響トランスデューサ８８の正面の間
のギャップを通る方向に向かうシュート８４を含む。ギ
ャップを通る一定の流量率が正確な測定のために維持さ
れねばならない。別の設計において、シュートの供給端
に可動式蓋（図示されていない）を配置して定期的に一
定量の現像剤試料を音響測定を行うギャップに供給する
こともできる。
ための一般環境を説明するには充分であると思われる。
図２ではセンサ５４がより詳細に示されている。センサ
は２成分現像剤が完全に通過し発信側音響トランスデュ
ーサ８６と受信側音響トランスデューサ８８の正面の間
のギャップを通る方向に向かうシュート８４を含む。ギ
ャップを通る一定の流量率が正確な測定のために維持さ
れねばならない。別の設計において、シュートの供給端
に可動式蓋（図示されていない）を配置して定期的に一
定量の現像剤試料を音響測定を行うギャップに供給する
こともできる。
【００３７】トランスデューサ８６及び８８の正面の表
面はギャップ間隙（ｄ）で隔離されている。発信側トラ
ンスデューサは周波数（ｆ）の連続する正弦波で励起さ
れていることが望ましい。トランスデューサ間の距離
（ｄ）と音波の周波数（ｆ）は空気とトナーで充填され
ているキャリア材料を通して伝播する音波が適度に減衰
するように選択すべきである。多重反射音波が受信信号
に僅かな影響しか及ぼさないようにするためいくらかの
減衰があることが望ましい。例えば、ギャップ間隙
（ｄ）を横断する音波の一方向減衰量が１０ｄＢだとす
ると、受信側トランスデューサ８８に到着する最初の多
重反射波はこれより２０ｄＢ低い、すなわち最初に受信
した信号の信号増幅度の１０分の１である。それゆえ、
試料内部での反響による影響は小さくなる。
面はギャップ間隙（ｄ）で隔離されている。発信側トラ
ンスデューサは周波数（ｆ）の連続する正弦波で励起さ
れていることが望ましい。トランスデューサ間の距離
（ｄ）と音波の周波数（ｆ）は空気とトナーで充填され
ているキャリア材料を通して伝播する音波が適度に減衰
するように選択すべきである。多重反射音波が受信信号
に僅かな影響しか及ぼさないようにするためいくらかの
減衰があることが望ましい。例えば、ギャップ間隙
（ｄ）を横断する音波の一方向減衰量が１０ｄＢだとす
ると、受信側トランスデューサ８８に到着する最初の多
重反射波はこれより２０ｄＢ低い、すなわち最初に受信
した信号の信号増幅度の１０分の１である。それゆえ、
試料内部での反響による影響は小さくなる。
【００３８】現像剤を通る音波位相速度（ｖd ）は以下
に述べる方程式から、受信側トランスデューサによって
受信された信号と発信側トランスデューサの励起信号と
の間の位相差（Δφ）を測定することで簡単に決定でき
る。 Δφ＝２πｄｆ／ｖd 〔ラジアン〕 （４）
に述べる方程式から、受信側トランスデューサによって
受信された信号と発信側トランスデューサの励起信号と
の間の位相差（Δφ）を測定することで簡単に決定でき
る。 Δφ＝２πｄｆ／ｖd 〔ラジアン〕 （４）
【００３９】１ないし４ｍｍ程度とギャップ（ｄ）が狭
ければ、また音波周波数が１００ｋＨｚないし４００ｋ
Ｈｚであれば、受信信号は偶然にも数サイクル分（約５
サイクル位）の位相変移することになる。これにより位
相差（Δφ）のあいまいでない決定が可能となり連続音
波の使用に逆行することはない。位相速度（ｖd ）の期
待値の範囲（すなわち２３０から２７０ｍ／ｓの間）
と、量ｄとｆの正確な情報が公知であるため、全位相変
移量（Δφ）は方程式４から、ｎを２ないし５の範囲と
する２πｎの全位相変移について、あいまいでなく決定
することができる。
ければ、また音波周波数が１００ｋＨｚないし４００ｋ
Ｈｚであれば、受信信号は偶然にも数サイクル分（約５
サイクル位）の位相変移することになる。これにより位
相差（Δφ）のあいまいでない決定が可能となり連続音
波の使用に逆行することはない。位相速度（ｖd ）の期
待値の範囲（すなわち２３０から２７０ｍ／ｓの間）
と、量ｄとｆの正確な情報が公知であるため、全位相変
移量（Δφ）は方程式４から、ｎを２ないし５の範囲と
する２πｎの全位相変移について、あいまいでなく決定
することができる。
【００４０】現像剤内の「低速」波位相速度の測定はト
ナー濃度の監視を行うための極めて鋭敏な手段であると
いえる。また、本測定技術の臨界パラメータ、例えば音
波周波数（ｆ）やトランスデューサ間隔（ｄ）を高い精
度で実現することが比較的簡単であるため、この方法は
本質的に非侵攻性であり、また実行が極めて簡単であ
る。発信側と受信側の音波信号間の位相差測定はあらゆ
る標準的な方法で実施できる。ロックイン技術が良好に
動作し、また予想される周波数領域向けに適切なコスト
で実装可能であると思われる。これとは別に、単純なバ
ンドパスフィルタによる受信信号の濾波も位相検出技術
を単純化するために充分であり得る。
ナー濃度の監視を行うための極めて鋭敏な手段であると
いえる。また、本測定技術の臨界パラメータ、例えば音
波周波数（ｆ）やトランスデューサ間隔（ｄ）を高い精
度で実現することが比較的簡単であるため、この方法は
本質的に非侵攻性であり、また実行が極めて簡単であ
る。発信側と受信側の音波信号間の位相差測定はあらゆ
る標準的な方法で実施できる。ロックイン技術が良好に
動作し、また予想される周波数領域向けに適切なコスト
で実装可能であると思われる。これとは別に、単純なバ
ンドパスフィルタによる受信信号の濾波も位相検出技術
を単純化するために充分であり得る。
【００４１】使用環境内でのでの濃度測定技術の可能な
実施態様の一つの簡単な説明は次の通りである。目的の
現像システムはシステムを較正するため前もって多数の
トナー濃度レベルで測定を行ってある。音波位相速度
は、トナー濃度（及び周波数）の関数として参照テーブ
ル内に保存できる。連続する正弦波電圧Ｖ1 は周波数
（ｆ）（１００ｋＨｚないし４００ｋＨｚの範囲）で音
響トランスデューサ８６を駆動するために発生してい
る。受信側トランスデューサ８８はシュート８４内の現
像剤を通して伝播する音波を受信し、受信側トランスデ
ューサの出力電圧Ｖ2が検出される。二つのトランスデ
ューサ正面間の間隔（ｄ）は数ｍｍ程度であるべきであ
る。出力電圧Ｖ2 は適切な位相検出回路に供給し、駆動
電圧Ｖ1 を基準信号として使用する。Ｖ1 に対するＶ2
の位相（Δφ）が測定され、−πからπの間に収まる。
所望するなら、増幅率の比｜Ｖ1 ｜／｜Ｖ2 ｜も現像剤
内の音波減衰に関する情報を補完するため測定すること
ができる。
実施態様の一つの簡単な説明は次の通りである。目的の
現像システムはシステムを較正するため前もって多数の
トナー濃度レベルで測定を行ってある。音波位相速度
は、トナー濃度（及び周波数）の関数として参照テーブ
ル内に保存できる。連続する正弦波電圧Ｖ1 は周波数
（ｆ）（１００ｋＨｚないし４００ｋＨｚの範囲）で音
響トランスデューサ８６を駆動するために発生してい
る。受信側トランスデューサ８８はシュート８４内の現
像剤を通して伝播する音波を受信し、受信側トランスデ
ューサの出力電圧Ｖ2が検出される。二つのトランスデ
ューサ正面間の間隔（ｄ）は数ｍｍ程度であるべきであ
る。出力電圧Ｖ2 は適切な位相検出回路に供給し、駆動
電圧Ｖ1 を基準信号として使用する。Ｖ1 に対するＶ2
の位相（Δφ）が測定され、−πからπの間に収まる。
所望するなら、増幅率の比｜Ｖ1 ｜／｜Ｖ2 ｜も現像剤
内の音波減衰に関する情報を補完するため測定すること
ができる。
【００４２】方程式４から、予想される音波位相変移の
基準値が予想される基準トナー濃度、例えば６％につい
て測定される。現像剤を通る「低速」波位相速度はＶｄ
6%で、基準位相変移Δφ6%＝２πｄｆ／ｖd 6%となる。
Δφ−Δφ6%の差分をとり、２πｓの整数値を減算して
−πからπまでの範囲内に標準化される。標準化したΔ
φが＞０であれば、方程式４からｖd は所望する値ｖd
6%より小さく、よってトナー濃度が高すぎるとわかる。
この場合、本システムへのトナー追加はなく、おそらく
紙へ転写しない現像処理を行って濃度を減少することが
できる。逆に、標準化したΔφが＜０であれば、制御装
置はモータ５０へ信号を送り現像器にトナーを追加す
る。
基準値が予想される基準トナー濃度、例えば６％につい
て測定される。現像剤を通る「低速」波位相速度はＶｄ
6%で、基準位相変移Δφ6%＝２πｄｆ／ｖd 6%となる。
Δφ−Δφ6%の差分をとり、２πｓの整数値を減算して
−πからπまでの範囲内に標準化される。標準化したΔ
φが＞０であれば、方程式４からｖd は所望する値ｖd
6%より小さく、よってトナー濃度が高すぎるとわかる。
この場合、本システムへのトナー追加はなく、おそらく
紙へ転写しない現像処理を行って濃度を減少することが
できる。逆に、標準化したΔφが＜０であれば、制御装
置はモータ５０へ信号を送り現像器にトナーを追加す
る。
【００４３】０．０１ラジアン以内での位相遅延を測定
することも簡単に行えるはずである。つまり、方程式４
から、例えばｄ＝２ｍｍ、ｆ＝１５０ｋＨｚ、基準音波
速度ｖd ＝２５０ｍ／ｓとすれば、音波速度で０．３３
ｍ／ｓの変化を測定できる。典型的な現像剤についてみ
ると、これはトナー濃度で０．０５％の変化に相当す
る。
することも簡単に行えるはずである。つまり、方程式４
から、例えばｄ＝２ｍｍ、ｆ＝１５０ｋＨｚ、基準音波
速度ｖd ＝２５０ｍ／ｓとすれば、音波速度で０．３３
ｍ／ｓの変化を測定できる。典型的な現像剤についてみ
ると、これはトナー濃度で０．０５％の変化に相当す
る。
【００４４】温度、大気圧、湿度といった環境条件が、
大気中の音波速度に影響するのと同様に、「低速」音波
位相速度ｖd に対して影響することがあるので、場合に
よっては「低速」音波位相速度をある範囲の環境条件下
で測定しておき、濃度測定用校正値のもっと大きなデー
タベースを作るのが望ましいことがある。そこで、音波
測定と同時に適当なパラメータ（例えば相対湿度）を測
定することで、特定の環境パラメータのセットについ
て、現像剤内のトナー濃度を多変量参照テーブルから推
定することができる。
大気中の音波速度に影響するのと同様に、「低速」音波
位相速度ｖd に対して影響することがあるので、場合に
よっては「低速」音波位相速度をある範囲の環境条件下
で測定しておき、濃度測定用校正値のもっと大きなデー
タベースを作るのが望ましいことがある。そこで、音波
測定と同時に適当なパラメータ（例えば相対湿度）を測
定することで、特定の環境パラメータのセットについ
て、現像剤内のトナー濃度を多変量参照テーブルから推
定することができる。
【００４５】〔実験結果〕実験結果からトナー／キャリ
ア混合物のトナー濃度を測定するための本音波測定技術
を立証した。ゼログラフィー用現像剤（Ｘｅｒｏｘ１０
２５（登録商標）トナー及びキャリアを使用）でキャリ
ア内トナー濃度（重量百分率）０％、２％、４％、６％
を作成した。試験装置は図３に示したように製作した。
これには広帯域パナメトリクス（Panametrics ）製Ｖ３
０１音響トランスデューサを含み、底部の発信側トラン
スデューサ９０と上部の受信側トランスデューサ９２は
相互に相対して配置され、間隔は１３ｍｍあいている。
高さ２ｍｍの金属リング９４を底部トランスデューサ９
０に装着し、トランスデューサの動作部分を塞がないよ
うに注意した。現像剤の試料９６をトランスデューサ上
に注ぎ込み、リング内部の容積を満たしてその上面で一
様に平坦にした。これで既知の厚み（すなわち２ｍｍ）
の現像剤の層が二つのトランスデューサの間に挿入され
たことになる。
ア混合物のトナー濃度を測定するための本音波測定技術
を立証した。ゼログラフィー用現像剤（Ｘｅｒｏｘ１０
２５（登録商標）トナー及びキャリアを使用）でキャリ
ア内トナー濃度（重量百分率）０％、２％、４％、６％
を作成した。試験装置は図３に示したように製作した。
これには広帯域パナメトリクス（Panametrics ）製Ｖ３
０１音響トランスデューサを含み、底部の発信側トラン
スデューサ９０と上部の受信側トランスデューサ９２は
相互に相対して配置され、間隔は１３ｍｍあいている。
高さ２ｍｍの金属リング９４を底部トランスデューサ９
０に装着し、トランスデューサの動作部分を塞がないよ
うに注意した。現像剤の試料９６をトランスデューサ上
に注ぎ込み、リング内部の容積を満たしてその上面で一
様に平坦にした。これで既知の厚み（すなわち２ｍｍ）
の現像剤の層が二つのトランスデューサの間に挿入され
たことになる。
【００４６】既知のトナー濃度の試料をリング９４に装
填したあと、発信側トランスデューサ９０を搬送波周波
数を１００ｋＨｚから４００ｋＨｚの間で変化できる４
０μｓ幅のトーンバースト信号、すなわちゲートした正
弦波信号で励起した。この周波数はここで使った現像剤
特有の約１３．５ｋＨｚの臨界周波数（ｆc ）より充分
に高い。受信側トランスデューサで受信した信号をここ
で測定した。
填したあと、発信側トランスデューサ９０を搬送波周波
数を１００ｋＨｚから４００ｋＨｚの間で変化できる４
０μｓ幅のトーンバースト信号、すなわちゲートした正
弦波信号で励起した。この周波数はここで使った現像剤
特有の約１３．５ｋＨｚの臨界周波数（ｆc ）より充分
に高い。受信側トランスデューサで受信した信号をここ
で測定した。
【００４７】既知の現像剤試料を通して伝播する音波の
属性を決定するため、測定現像剤なしで、すなわちトラ
ンスデューサ９０と９２の間の領域を空気で満たしただ
けで測定を行った。図４では、底部と上部のトランスデ
ューサ間に空気のみ存在する状態で、音波周波数（ｆ）
３００ｋＨｚにおいて受信側トランスデューサで受信し
た音波の典型的な波形の波形図をしめしてある。発信側
トランスデューサ９０の励起はｔ＝０で開始しているの
で、受信側トランスデューサ９２に到達する信号におこ
る約４０μｓの遅延はトランスデューサ間の音波の伝播
時間に起因している。間隔（ｄ）で離して置かれたトラ
ンスデューサ間のこの伝播時間（Ｔ）は、空気中の音波
位相速度（ｖair ）と直接相関している。ここでＴはｄ
／ｖairである。
属性を決定するため、測定現像剤なしで、すなわちトラ
ンスデューサ９０と９２の間の領域を空気で満たしただ
けで測定を行った。図４では、底部と上部のトランスデ
ューサ間に空気のみ存在する状態で、音波周波数（ｆ）
３００ｋＨｚにおいて受信側トランスデューサで受信し
た音波の典型的な波形の波形図をしめしてある。発信側
トランスデューサ９０の励起はｔ＝０で開始しているの
で、受信側トランスデューサ９２に到達する信号におこ
る約４０μｓの遅延はトランスデューサ間の音波の伝播
時間に起因している。間隔（ｄ）で離して置かれたトラ
ンスデューサ間のこの伝播時間（Ｔ）は、空気中の音波
位相速度（ｖair ）と直接相関している。ここでＴはｄ
／ｖairである。
【００４８】次に、既知のトナー濃度の現像剤試料９６
をリング９４に装填し、トランスデューサをまた４０μ
ｓ幅のトーンバースト信号で励起した。受信信号は６％
のトナー濃度試料について図５の波形図で示してある。
図４と図５の波形図が信号対雑音比を向上させるため数
百の波形の平均を表していることに留意されたい。
をリング９４に装填し、トランスデューサをまた４０μ
ｓ幅のトーンバースト信号で励起した。受信信号は６％
のトナー濃度試料について図５の波形図で示してある。
図４と図５の波形図が信号対雑音比を向上させるため数
百の波形の平均を表していることに留意されたい。
【００４９】図４と図５の結果の比較から二つの重大な
特徴が観察された。その一つは、図５に示したように受
信した音波信号が図４のそれと比較して平均３．７μｓ
遅延していることである。これは、音波が２ｍｍ厚の現
像剤を通して伝播するためには、２ｍｍ厚の空気を通し
て伝播するのに必要とする以上に長い時間かかることを
示している。もう一つは、二つの波形図間で電圧信号の
スケールにある差によって（１０-1に対して１０-3）、
現像剤を通る音波の大きな減衰が示されている。図４の
信号の最大平均増幅度は約０．０５ボルトで、これに対
して図５の信号の最大平均増幅度は約０．０００２ボル
トである。つまり、６％のトナー濃度の現像剤を通して
受信した音波信号は空気を通した場合より２５０倍小さ
い。音波位相速度の変移と大きな減衰量はトナー濃度を
識別する上で有用なパラメータである。
特徴が観察された。その一つは、図５に示したように受
信した音波信号が図４のそれと比較して平均３．７μｓ
遅延していることである。これは、音波が２ｍｍ厚の現
像剤を通して伝播するためには、２ｍｍ厚の空気を通し
て伝播するのに必要とする以上に長い時間かかることを
示している。もう一つは、二つの波形図間で電圧信号の
スケールにある差によって（１０-1に対して１０-3）、
現像剤を通る音波の大きな減衰が示されている。図４の
信号の最大平均増幅度は約０．０５ボルトで、これに対
して図５の信号の最大平均増幅度は約０．０００２ボル
トである。つまり、６％のトナー濃度の現像剤を通して
受信した音波信号は空気を通した場合より２５０倍小さ
い。音波位相速度の変移と大きな減衰量はトナー濃度を
識別する上で有用なパラメータである。
【００５０】４つのトナー濃度について、音波周波数の
範囲にわたり上述したような測定を実施した。結果を図
６と図７に示す。図６では、音波位相速度を異なるトナ
ー濃度の現像剤を通した音波周波数の関数として作図し
ている。実験に用いた全ての周波数でトナー濃度の増加
にともない、位相速度が一様に減少し、またほとんど直
線的に減少しているように見えることがわかる。この効
果はパーセントトナー濃度当たり約−６ｍ／ｓ程度であ
る。図７では、音波増幅度の減衰量（ｄＢ）を異なるト
ナー濃度の現像剤を通る音波周波数の関数として作図し
ている。音波周波数とトナー濃度の上昇で減衰が見ら
れ、トナー濃度の上昇に従い周波数と共により急速に上
昇する。この減衰の物理的理由は標準的理論で予言され
ていないので、現時点でははっきりしていない。上述し
たように、減衰が実際の測定を行う上限周波数を制限す
ると見ることができる。
範囲にわたり上述したような測定を実施した。結果を図
６と図７に示す。図６では、音波位相速度を異なるトナ
ー濃度の現像剤を通した音波周波数の関数として作図し
ている。実験に用いた全ての周波数でトナー濃度の増加
にともない、位相速度が一様に減少し、またほとんど直
線的に減少しているように見えることがわかる。この効
果はパーセントトナー濃度当たり約−６ｍ／ｓ程度であ
る。図７では、音波増幅度の減衰量（ｄＢ）を異なるト
ナー濃度の現像剤を通る音波周波数の関数として作図し
ている。音波周波数とトナー濃度の上昇で減衰が見ら
れ、トナー濃度の上昇に従い周波数と共により急速に上
昇する。この減衰の物理的理由は標準的理論で予言され
ていないので、現時点でははっきりしていない。上述し
たように、減衰が実際の測定を行う上限周波数を制限す
ると見ることができる。
【００５１】図６及び図７から、音波が２成分現像剤の
トナー濃度に良好な感度を示し、受信信号音波位相速度
の変化と受信信号減衰量の変化によってトナー濃度が測
定しうることは明白である。この感度は現像剤の機械的
性質、特に現像剤の透過率と関連のある歪曲率、の変化
に端を発している。
トナー濃度に良好な感度を示し、受信信号音波位相速度
の変化と受信信号減衰量の変化によってトナー濃度が測
定しうることは明白である。この感度は現像剤の機械的
性質、特に現像剤の透過率と関連のある歪曲率、の変化
に端を発している。
【００５２】〔他の実施態様〕図８に図示した本発明の
もう一つの実施態様において、単一の音響トランスデュ
ーサ９８を用いることができる。共振素子への正の電気
フィードバックを導入することで共振素子として組み込
んである。共振周波数はトランスデューサを駆動する電
気回路のリアクタンスと抵抗成分および音波トランスデ
ューサ自身の電気的入力インピーダンスで決定される。
音波トランスデューサの電気的入力インピーダンスがト
ランスデューサを装着する材料の音響インピーダンスの
関数であることは公知である。しかるに、機械的にトラ
ンスデューサを装着する材料はそれの共振周波数に影響
を与える。本発明では、単一の音響トランスデューサ９
８が共振器として組み込まれているのでトランスデュー
サの共振周波数は１００ｋＨｚ台になる。トランスデュ
ーサ、または少なくとも共振を起こす共振器表面は現像
器ハウジング５２内部で充分に混和した多成分現像剤の
試料に埋浸される。現像剤の音響インピーダンス（音波
速度と減衰係数に直接相関する）はトナー濃度の変化に
よって変動するので、トランスデューサの共振周波数は
変移することになる。制御装置５６が共振周波数を監視
しているため、エラー信号が所望のトナー濃度からのず
れに対応して発生し、現像剤に供給されるトナーの量を
増加させることになる。
もう一つの実施態様において、単一の音響トランスデュ
ーサ９８を用いることができる。共振素子への正の電気
フィードバックを導入することで共振素子として組み込
んである。共振周波数はトランスデューサを駆動する電
気回路のリアクタンスと抵抗成分および音波トランスデ
ューサ自身の電気的入力インピーダンスで決定される。
音波トランスデューサの電気的入力インピーダンスがト
ランスデューサを装着する材料の音響インピーダンスの
関数であることは公知である。しかるに、機械的にトラ
ンスデューサを装着する材料はそれの共振周波数に影響
を与える。本発明では、単一の音響トランスデューサ９
８が共振器として組み込まれているのでトランスデュー
サの共振周波数は１００ｋＨｚ台になる。トランスデュ
ーサ、または少なくとも共振を起こす共振器表面は現像
器ハウジング５２内部で充分に混和した多成分現像剤の
試料に埋浸される。現像剤の音響インピーダンス（音波
速度と減衰係数に直接相関する）はトナー濃度の変化に
よって変動するので、トランスデューサの共振周波数は
変移することになる。制御装置５６が共振周波数を監視
しているため、エラー信号が所望のトナー濃度からのず
れに対応して発生し、現像剤に供給されるトナーの量を
増加させることになる。
【００５３】温度、大気圧、または湿度のドリフトによ
る測定への影響を相殺するためこの構造で二つの共振器
を用いるのが有用でありうる。二つ目の共振器は現像剤
と接触しないことになるが、全体が空気中に露出して現
像剤と接触しているトランスデューサの共振周波数がこ
の第二の空気と接触したトランスデューサと比較される
ことになる。
る測定への影響を相殺するためこの構造で二つの共振器
を用いるのが有用でありうる。二つ目の共振器は現像剤
と接触しないことになるが、全体が空気中に露出して現
像剤と接触しているトランスデューサの共振周波数がこ
の第二の空気と接触したトランスデューサと比較される
ことになる。
【００５４】処理ステップ、構造の詳細、及び素子や材
料の組み合わせと配置での多くの変更が本発明の精神の
範囲から外れることなく加えることができることは理解
されるべきである。
料の組み合わせと配置での多くの変更が本発明の精神の
範囲から外れることなく加えることができることは理解
されるべきである。
【図１】 本発明の装置を使用した模式的電子写真印刷
装置の略立面図である。
装置の略立面図である。
【図２】 図１の印刷装置に用い得るトナー濃度センサ
の略立面図である。
の略立面図である。
【図３】 本発明の特徴を示すために用いた実験的テス
ト装置の模式図である。
ト装置の模式図である。
【図４】 図３のテスト装置で受信した、トナー試料を
中間配置せず空気を通した音響トーンバースト信号の波
形図である。
中間配置せず空気を通した音響トーンバースト信号の波
形図である。
【図５】 図３のテスト装置で受信した、トナー試料を
中間配置した空気を通した音響トーンバースト信号の波
形図である。
中間配置した空気を通した音響トーンバースト信号の波
形図である。
【図６】 音波位相速度と、音波周波数と、トナー濃度
の関連性を示す一連の曲線である。
の関連性を示す一連の曲線である。
【図７】 音波減衰と、音波周波数と、トナー濃度の関
連性を示す一連の曲線である。
連性を示す一連の曲線である。
【図８】 図１の印刷装置において用い得るトナー濃度
センサの別の実施態様の略立面図である。
センサの別の実施態様の略立面図である。
１０：ベルト、１２：光導電面、１４：導電性基体、１
８：ストリッピングローラ、２０：テンションローラ、
２２：駆動ローラ、２４：モータ、２６：コロナ発生装
置、２８：高電圧電源装置（ＨＶＰＳ）、３０：原稿文
書、３２：プラテン、３４：ランプ、３６：レンズ、４
０：現像システム、４２，４４：磁気ブラシ現像ロー
ラ、４６：トナー粒子供給装置、４８：コンテナ、５
０：供給モータ、５２：現像部ハウジング、５４：セン
サ、５６：制御装置、５８：シート、６０：シート給紙
装置、６２：給紙ローラ、６４：スタック、６６：ガイ
ド、６８：コロナ発生装置、７２：定着アセンブリ、７
４：加熱融着ローラ、７６：バックアップローラ、７
８：ガイド、８０：キャッチトレイ、８２：繊維性ブラ
シ、８４：シュート、８６：発信側音響トランスデュー
サ、８８：受信側音響トランスデューサ、９０：底部ト
ランスデューサ、９２：受信側トランスデューサ、９
４：金属リング、９６：試料、９８：音響トランスデュ
ーサ
８：ストリッピングローラ、２０：テンションローラ、
２２：駆動ローラ、２４：モータ、２６：コロナ発生装
置、２８：高電圧電源装置（ＨＶＰＳ）、３０：原稿文
書、３２：プラテン、３４：ランプ、３６：レンズ、４
０：現像システム、４２，４４：磁気ブラシ現像ロー
ラ、４６：トナー粒子供給装置、４８：コンテナ、５
０：供給モータ、５２：現像部ハウジング、５４：セン
サ、５６：制御装置、５８：シート、６０：シート給紙
装置、６２：給紙ローラ、６４：スタック、６６：ガイ
ド、６８：コロナ発生装置、７２：定着アセンブリ、７
４：加熱融着ローラ、７６：バックアップローラ、７
８：ガイド、８０：キャッチトレイ、８２：繊維性ブラ
シ、８４：シュート、８６：発信側音響トランスデュー
サ、８８：受信側音響トランスデューサ、９０：底部ト
ランスデューサ、９２：受信側トランスデューサ、９
４：金属リング、９６：試料、９８：音響トランスデュ
ーサ
Claims (1)
- 【請求項１】 ガス状流体と微粒子材料を孔内に有する
多孔質材料の試料の測定と、前記試料内に含まれる前記
微粒子材料の濃度の測定を行うための、次のステップを
含む方法既知の増幅度と位相速度の第一の音波信号を発
生し、 前記第一の音波信号を前記試料に向かって放射し、 前記試料を通過した前記第一の音波信号を表す第二の音
波信号を受信し、さらに前記試料に含まれる前記微粒子
材料の濃度を前記第一の音波信号と前記第二の音波信号
の間の変化から計測する。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US675400 | 1991-03-26 | ||
| US07/675,400 US5074149A (en) | 1991-03-26 | 1991-03-26 | Acoustic wave measurement of the properties of porous materials filled with air and granules |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0658914A true JPH0658914A (ja) | 1994-03-04 |
Family
ID=24710319
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4064072A Withdrawn JPH0658914A (ja) | 1991-03-26 | 1992-03-19 | 空気と微粒子を含む多孔質材料の材質の音波による測定 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5074149A (ja) |
| EP (1) | EP0506409A2 (ja) |
| JP (1) | JPH0658914A (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5181421A (en) * | 1988-01-22 | 1993-01-26 | Board Of Regents Of The University Of Oklahoma | Automatic monitoring of composite prepregs |
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| DE4312938A1 (de) * | 1993-04-21 | 1994-10-27 | Eirich Maschf Gustav | Vorrichtung zur Charakterisierung von Gießereiformsand |
| JPH07239322A (ja) * | 1993-04-21 | 1995-09-12 | Mas Fab Gustav Eirich | 型砂の成型特性を確定する方法と装置 |
| AU2002222955A1 (en) | 2000-07-14 | 2002-01-30 | Lockheed Martin Corporation | A system and method of determining porosity in composite materials using ultrasound |
| US6435024B1 (en) * | 2000-09-29 | 2002-08-20 | Heidelberger Druckmaschinen Ag | Method and apparatus for determining the level of particulate material in a particulate material collection vessel |
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| US7300631B2 (en) | 2005-05-02 | 2007-11-27 | Bioscale, Inc. | Method and apparatus for detection of analyte using a flexural plate wave device and magnetic particles |
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| WO2010141353A1 (en) * | 2009-06-02 | 2010-12-09 | First Solar, Inc. | Powder feed rate sensor |
Family Cites Families (11)
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| JPS58114062A (ja) * | 1981-12-28 | 1983-07-07 | Toshiba Corp | 現像剤濃度検出装置 |
| US4431300A (en) * | 1982-02-16 | 1984-02-14 | Xerox Corporation | Automatic developability sensing in electrophotographic printing |
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1991
- 1991-03-26 US US07/675,400 patent/US5074149A/en not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-03-19 JP JP4064072A patent/JPH0658914A/ja not_active Withdrawn
- 1992-03-26 EP EP92302646A patent/EP0506409A2/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5074149A (en) | 1991-12-24 |
| EP0506409A2 (en) | 1992-09-30 |
| EP0506409A3 (ja) | 1994-01-05 |
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