(57)【要約】【課題】  新規な方式のシート材の水分情報取得装置を提供する。【解決手段】  外力付与部１０００によりシート材１０５０に外力を付与し、外力受け部１０１０はシート材１０５０を介して外力を受ける。そして、シート材１０５０の機械的特性を反映した信号を出力するための信号出力部を、外力付与部側、または外力受け部側の少なくとも一方に設け、この信号出力部からの出力信号と、予めシート材１０５０の水分に関する情報と信号出力部からの出力信号との関係を記憶した記憶部におけるデータとを比較することにより、シート材１０５０の水分に関する情報を取得する。【選択図】      図１
2006023283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート材に含まれている水分に関する情報を取得する水分情報取得装置において、
シート材に外力を付与するための外力付与部と、
シート材を介して外力を受けるために外力受け部と、
外力付与部側または外力受け部側の少なくとも一方に位置し、該シート材の機械的特性を反映した信号を出力するための信号出力部と、
前記信号出力部からの信号に基づき、該シート材の水分に関する情報を取得する水分情報取得部と、
を有することを特徴とする水分情報取得装置。
【請求項２】
前記外力付与部は、前記シート材に複数回の外力を付与することを特徴とする請求項１記載の水分情報取得装置。
【請求項３】
前記外力受け部と前記シート材との距離を一定にするために、前記シート材の位置を規定する位置規定手段を有することを特徴とする請求項１記載の水分情報取得装置。
【請求項４】
前記水分情報取得部は、前記シート材の水分に関する情報と前記信号出力部からの信号との関係を記憶した記憶部におけるデータと、前記信号出力部からの信号とを比較して、前記シート材の水分に関する情報を取得することを特徴とする請求項１記載の水分情報取得装置。
【請求項５】
前記外力付与部による前記シート材への外力付与によって、前記シート材が撓むことにより、前記シート材と前記外力受け部とが接触し、前記信号出力部から信号が出力されることを特徴とする請求項１記載の水分情報取得装置。
【請求項６】
前記シート材に対して、衝撃受け部側に設けられている凹部あるいは溝部で前記シート材は撓むことを特徴とする請求項５記載の水分情報取得装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１項に記載の水分情報取得装置と、前記シート材に画像を形成するための画像形成部とを備え、前記水分情報取得部からの情報に基づき、前記画像形成のための条件を定めることを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項１乃至６の何れか１項に記載の水分情報取得装置と、前記シート材に画像を形成するための画像形成部と、前記シート材を搬送するための搬送手段とを備え、前記水分情報取得部からの情報に基づき、前記シート材を搬送するための搬送条件を定めることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水分情報取得装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
記録用紙やはがき類等に代表されるシート材に含まれている水分量などの、水分に関する情報を取得する装置の例として、水分測定装置が知られている。この水分測定装置は、光の吸光率や反射率を測定することにより、シート材の水分量を測定する、いわゆる光学方式の測定装置である。
【０００３】
水分測定装置は、例えば、分光器やフィルターなどにより連続光から約１．９４μｍの水分の吸収波長と、これとは異なる複数の比較波長を分光する。そして、水分の吸収波長と比較波長における吸収率あるいは反射率を比較して水分量を測定するのである（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。
【０００４】
また、分光器やフィルターを用いる事による装置の大型化を回避するため、単色光を用いる技術もある（例えば、特許文献３参照。）。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１６４６９０号公報
【特許文献２】特開平５−１１８９８４号公報
【特許文献３】特開２０００−１５６８３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記光学式の測定を行う従来の水分測定装置においては、光源、光検出器、分光器及びフィルターなどの光学系の部品が必要である。
【０００７】
光学式の水分測定装置においては、例えばシート材からの粉塵などにより、光検出器の感度が変化することが懸念されるため、新たな方式による水分情報測定装置が求められていた。
【０００８】
そこで、本発明は、シート材の水分に関する情報の取得を、前述の光学方式ではない方式により実現する水分情報取得装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る水分情報取得装置は、シート材に外力を付与するための外力付与部と、シート材を介して外力を受けるために外力受け部と、外力付与部側または外力受け部側の少なくとも一方に位置し、該シート材の機械的特性を反映した信号を出力するための信号出力部と、前記信号出力部からの信号に基づき、該シート材の水分に関する情報を取得する水分情報取得部を有することを特徴とする。
【００１０】
前記水分情報取得部は、前記シート材の水分に関する情報と前記信号出力部からの信号との関係を記憶した記憶部におけるデータと、前記信号出力部からの信号とを比較して、前記シート材の水分に関する情報を取得することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る画像形成装置は、前記水分情報取得装置と、前記シート材に画像を形成するための画像形成部とを備え、前記水分情報取得部からの情報に基づき、前記画像形成のための条件を定めることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る画像形成装置は、前記水分情報取得装置と、前記シート材に画像を形成するための画像形成部と、前記シート材を搬送するための搬送手段とを備え、前記水分情報取得部からの情報に基づき、前記シート材を搬送するための搬送条件を定めることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、シート材の機械的特性を反映した信号を出力するための信号出力部からの出力信号と、予めシート材の水分に関する情報と信号出力部からの出力信号との関係を記憶した記憶部におけるデータとを比較することにより、シート材の水分に関する情報を取得する。これにより、新たな方式による水分情報取得装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
図１は、本発明の概念を示す図であり、図１において、１０００はシート材１０５０に外力を付与するための外力付与部、１０１０は、シート材１０５０を介して外力を受ける外力受け部である。そして、シート材１０５０の機械的特性を反映した信号を出力するための信号出力部（不図示）が、外力付与部側か外力受け部側に設けられている。
【００１６】
そして、信号出力部からの信号を用いて、シート材１０５０の水分に関する情報を取得する。そして、この情報の取得は、予めシート材１０５０の水分に関する情報と信号出力部からの出力信号との関係を記憶した記憶部におけるデータと、出力信号とを比較することにより行う。
【００１７】
ここで、シート材１０５０の水分に関する情報とは、例えば含水量（％）、絶対量（ｇ）、シート材１０５０の置かれた環境変化や取り扱い履歴による水分の変化、シート材１０５０の面内や厚さ方向における水分の分布である。なお、シート材１０５０の含水量（％）は、本発明ではシート材の重さをＡ（ｇ）、このシート材１０５０に含まれる水分をＢ（ｇ）とした時、［Ｂ／（Ａ＋Ｂ）］×１００（％）で算出されるものである。また、絶対量は、任意の大きさのシート材に含まれる水分の重量（ｇ）である。なお、以下の記述で用いる水分量は、上記水分に関する情報を意味する。
【００１８】
本発明の原理について簡単に説明する。
【００１９】
シート材に所定の外力を付与する場合、シート材により当該外力は減衰される。そして、この減衰の度合いは、シート材の機械的特性（圧縮強度や撓み強度などの剛性）の相違により、異なる。また、同一のシート材であっても、当該シート材が含む水分量によって前記機械的特性は、変化する。
【００２０】
従って、予め前記出力信号と水分量との関係を記憶したテーブルや、両者の関係式を用意しておくことにより、出力信号を元に、シート材の水分に関する情報が取得できるのである。
【００２１】
なお、前記外力付与部は、シート材の水分情報を１回取得する際に、前記シート材に複数回の外力を付与してもよい。その際、外力の強さを変化させてもよい。
【００２２】
また、前記外力付与部による前記シート材への外力付与によって、前記シート材が撓むことにより、前記シート材と前記外力受け部とが接触し、前記信号出力部から信号が出力される構成も望ましい。かかる場合、シート材の圧縮強度のみならず撓みの程度の違いをも反映した信号が出力されるからである。なお、シート材を外力付与時に撓ませるためには、例えば、衝撃受け部側に凹部あるいは溝部を設けることにより実現される。具体的な構成は後述する。
【００２３】
更にまた、画像形成装置内に前記水分情報取得装置を設け、当該水分情報を用いて、シート材に画像を形成するための画像形成部における、前記画像形成のための条件（インクを吐出させる方式の場合の吐出量、電子写真方式におけるトナーの定着温度など）、あるいはシート材の搬送するための搬送手段における条件（搬送速度や、搬送する為にシート材を挟むローラー間の圧力）を定めることも好ましい形態である。
【００２４】
なお、上記した水分情報取得装置は、実質的には、水分測定装置として用いることもできる。
【００２５】
次に、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
【００２６】
図２は本発明の第１の実施の形態に係る水分測定装置の概略構成を示す図であり、同図において、１は手動、自動又は不図示のパソコンなどにより制御され、力学的な所定の外力を発生させると共に、その外力を制御する外力制御手段を構成する外力印加部であり、２は外力印加部１により発生した外力により測定対象となるシート材３の方向、本実施の形態においては、下方に移動する外力印加手段である外力印加材である。
【００２７】
そして、このように外力印加部１により発生した外力により外力印加材２が下方に移動すると、下方に位置しているシート材３に外力印加材２が衝突するようになっている。なお、本実施の形態において、外力印加部１は不図示のモーターとカムとバネを利用してモーターが１回転する毎に、カムとバネとにより外力印加材２を下降させてシート材３に衝突させ、シート材３に外力を印加するようにしている。
【００２８】
４は、水分測定の際、シート材３を測定可能位置に保持するシート材保持手段である測定台であり、この測定台４の外力印加材２に対応した位置には長方形状の通過穴４１が形成されている。なお、この測定台４の通過穴４１は、円形でも楕円形でも矩形でもよく、形状に制限はない。そして、外力印加材２が下降した際、外力印加材２は、この通過穴４１を通過して通過穴４１に対応した位置に設けられた外力受け材５に衝突するようになっている。
【００２９】
さらに、このような外力印加材２の運動により、シート材３は、外力印加材２と共に通過穴４１の下方に撓み、やがて外力印加材２により外力受け材５に衝突するようになっている。
【００３０】
この外力受け材５の底面には圧力センサ６が配置されており、このように外力印加材２によりシート材３が外力受け材５に衝突した際、外力受け材５を介して圧力センサ６に衝撃力が伝わり、圧力センサ６は、この伝わった衝撃力に応じた電気信号を出力するようにしている。
【００３１】
１０は、圧力センサ６からの電気信号が入力されると共に、この電気信号に基づいてシート材３に含まれている水分を検出する水分量検出手段としての水分量検出部であり、この水分量検出部１０は、入力された圧力センサ６からの電気信号に応じて水分量を検出するようになっている。
【００３２】
ここで、シート材３の剛度は含まれている水分量により変化することから、外力の大きさが一定の場合、シート材３が撓んだり、圧縮したりしながら伝えた外力に対する出力である衝撃力の大きさは、シート材３に含まれている水分の量により変化する。したがって、水分量検出部１０において、外力受け材５を介して伝わった衝撃力を検出する外力検出手段である圧力センサ６からの衝撃力の大きさに基づく電気信号を検出することにより、水分量を測定することができる。
【００３３】
なお、本実施の形態においては、予めシート材３に含まれる水分量と、電気信号との関係を示す判定テーブル１１を準備すると共に、水分量検出部１０は、圧力センサ６からの電気信号と判定テーブル１１とを比較してシート材３の水分量を検出するようにしている。
【００３４】
図２において、７は防振材であり、この防振材７、外力受け材５及び圧力センサ６は接着剤で接着されており、外力印加材２、測定台４の通過穴４１と中心線が一致するように配置されている。
【００３５】
また、８は外力受け材５、圧力センサ６及び防振材７を取り付けた台である。ここで、防振材７は、必ずしも必須ではないが、圧力センサ６が振動によりノイズを発生させるような場合には、不用な振動を除去するために用いることが望ましい。図２では取り出し配線は省略してある。
【００３６】
なお、本実施の形態において、通過穴４１の端部は、シート材３が撓む時の支点になるため、そのサイズは測定する目的により変化させるようになっていることが望ましい。また、測定台４のシート材３がセットされる表面から外力受け材５の表面までの距離は、測定する目的により変化させることが望ましい。即ち、同じ強さの外力を印加した場合、通過穴４１のサイズ、測定台表面から外力受け材５の表面までの距離により、シート材３の撓み量と圧縮量が変化するために、測定するシート材３に適応したサイズにしておくことが望ましい。
【００３７】
なお、この距離には制限がないが、測定台４の表面と外力受け材５の表面が同一平面、又は外力受け材５の表面の方が高い場合には、シート材３の圧縮量を、逆に測定台４の表面より外力受け材５の表面が低い場合にはシート材３の撓みと圧縮量を規定するものである。このため、外力が強い場合には、シート材３が破壊されたり、あるいはその物性が不可逆に変化しないようにその距離を設定すればよい。つまり、測定台４と外力受け材５（圧力センサ６）とを、外力によるシート材３の変形量を規定するように配置すれば良い。
【００３８】
次に、本実施の形態に係る水分測定装置を用いた水分測定の手順を図３を用いて説明する。
【００３９】
まず、シート材３を所定の測定台４の上にセットする（工程１）。次に、外力印加部１により、外力印加材２を介して外力をシート材３に印加する（工程２）。ここで、この外力の印加は、外力印加部１により、所定の強さ、回数、周期などを設定する。なお、この設定は、不図示のパソコンなど外部手段で自動的に制御しても良い。
【００４０】
そして、このように外力が印加されると、印加された外力によりシート材３は外力印加材２と共に測定台４の通過穴４１に入り込むように撓んで外力受け材５に突き当たり、このように外力受け材５に突き当たると、その衝撃が圧力センサ６に伝わる。つまり、印加された外力がシート材３（及び外力受け材５）を介して圧力センサ６に伝わる。
【００４１】
次に、このように印加された外力が衝撃力として圧力センサ６に伝わると、圧力センサ６は外力受け材５を介して伝わった衝撃力を、シート材３の機械的特性を反映した信号として出力し（工程３）、この衝撃力に応じた検出信号を出力する。
【００４２】
例えば、圧力センサ６が圧電素子で構成されている場合には、検出信号として電気信号が発生する。
【００４３】
そして、このように圧電素子に発生した電気信号は水分量検出部１０に入力され、水分量検出部１０は、この電気信号と、予め準備されているシート材３に含まれる水分量と電気信号との関係を示す判定テーブル１１と比較する（工程４）。そして、この判定テーブル１１と電気信号との比較によりシート材３の水分を算出（検出）する（工程５）。
【００４４】
次に、この算出（検出）結果を、必要により、表示したり記録したり、あるいはメモリへの記憶やインターネットなどを介して転送することにより、測定を終了する（工程６）。
【００４５】
図４は、シート材３の一例としての電子写真用紙であるＦＢ７５（フォックスリバーボンド社製）における判定テーブルを示した図である。ここで、この判定テーブルは、測定温度が２５℃で、密閉された容器の中の湿度を調整し、４８時間の間、用紙を放置した後に本実施の形態に係る水分測定装置により水分量を測定した結果を示すものである。
【００４６】
なお、この測定の際、外力印加材２として、ステンレス製の円柱で直径３ｍｍ、重さ４ｇ、先端形状が平面のものを使用した。なお、先端形状に曲率を持たせてもよいことは言うまでもない。また、外力印加部１は不図示のモーターとカムとバネを利用して外力印加材２が速度０．４８ｍ／ｓで用紙に衝突するように設定し、測定台４の表面と外力受け材５の表面までの距離を０．２ｍｍとし、圧力センサ６としては圧電素子を用いた。さらに、水分量の測定は紙水分計［モイストレックスＭＸ−５０００Ｅ  Ｔ８０（信明ゼネラル株式会社）］を用いて行った。なお、以下の説明において、この紙水分計は単に紙水分計と記載する。
【００４７】
そして、圧電素子からの出力電圧と紙水分計とで測定した水分量との関係は、図４に示すように直線関係が認められ、その回帰直線は発生電圧をｙ、水分量をｘとすると、
ｙ＝−０．２５ｘ＋５．７５
で表すことができた。
【００４８】
そして、この回帰直線を予め求めておき、水分量が未知のＦＢ７５紙からの発生電圧を測定すれば、回帰直線から水分量を決定することができる。例えば、既述した水分測定の手順において検出された発生電圧が４．５Ｖであれば、図４から水分量は５％であることがわかる。ここで、この測定において、外力印加材２がシート材３に接触してから圧力センサ６の電圧が発生するまでの時間は数ミリ秒であるから、回帰直線から水分量を換算しても０．１秒以下で測定が終了する。つまり、本実施の形態に係る水分測定装置を用いた場合、水分測定は、短時間で終了させることができる。
【００４９】
なお、図４では、発生電圧と水分量が直線回帰できたが、シート材３の種類、外力の印加条件によっては直線回帰ではなく曲線回帰すべき場合がある。しかし、この場合も、同様な処理により水分量を検出することができることは言うまでもない。また、判定テーブルは、２５℃の場合のものを準備したが、用途、目的により任意の温度のものを準備しても良い。また、大気圧によっても水分量は変化するため、大気圧の変化が問題になるような場合には、異なる大気圧に対する回帰関数を決定しておくようにしても良い。
【００５０】
ところで、これまでの説明においては、外力印加部１としてカムとバネを利用するものを用いるようにしたが、例えばカムを利用して自由落下により外力印加材２を落下させるようにしたものや、ソレノイドを利用したものを用いても良く、外力を発生させる手段に制限は全くない。
【００５１】
また、外力印加材２のシート材３に対する運動としては、シート材３に再現性良く外力が印加できれば、等速運動でも等加速度運動でもランダム運動でも良い。また、外力を印加する回数は、一回に限定されるものではなく、複数回で再現性を確認しながら測定を行っても良い。さらには、異なる強さの外力を与えて、それぞれの強さの外力に対する電圧と水分量の相関関係から水分量を決定することもできる。
【００５２】
さらに、圧力センサ６としては、既述した圧電素子に限定されるものではなく、強誘電体、圧電体、焦電体及び半導体の圧電効果を利用しても良いし、電極間に誘電体を配置して外力による誘電体の位置変化から電極間の容量を測定しても良い。さらには、気体や液体の体積変化を光学的に測定しても、歪計など用いたものを利用してもよい。また、ドップラー速度計など移動物体の速度を測定する計測手段を用いて、外力印加材２の速度変化を利用することも可能である。圧力センサの原理は、小型化を実現するには圧電素子や半導体の圧電効果を利用することが好ましいが、用途や目的により最適なものを選択すればよい。
【００５３】
また、これまでの説明では、圧電素子からの電圧のピーク値を測定したが、測定に用いることのできる電気信号としては電圧だけでなくピークの面積強度、波形解析による電圧ピークの勾配を利用したり、周波数解析により所望の周波数領域の電圧などを用いてもよい。この周波数領域には制限がなく、例えば人間の耳に聞こえる領域でも問題はない。
【００５４】
なお、シート材３は、状況によっては平坦ではなくしわが寄るなどの曲率を有している場合もある。このような場合には、図２においてシート材３のしわを伸ばしたり、しわになりにくくするための機構を取り付けても良い。また、場合によってはシート材３に張力を与えて図２の左右方向に引っ張りながら測定を行ってもかまわない。また、シート材３が搬送されているような場合には、搬送による振動や変動が発生する場合もある。このような場合には、これらの振動や変動に伴うシート材３と圧力センサ６との距離のばらつきを制限するためのシート材押え機構を取り付けても問題はない。
【００５５】
さらに、図２では、シート材３は平面状に描いているが、測定台４は平面でなくても良い。即ち、測定台４が曲率を有してシート材３が撓んだ状態であっても測定台４とシート材３の接触状態が安定していれば良い。
【００５６】
また、シート材３に印加する外力の強さは、シート材３が傷ついたり破断しなければ良い。目的によっては、外力を印加した部分が変形してはいけないこともあるから、このような場合にはシート材３の弾性変形範囲内の外力にするか、変形しても支障のない範囲での強さにすればよい。外力を印加する回数は、特に制限はなく、例えばモーターとカムを利用するような場合には、カム形状で複数回の外力を印加しても良いことは言うまでもない。また、同じ強さの外力を印加しても良いし、異なる強さの外力を印加しても良い。さらに、シート材３に対して印加する外力は垂直方向から印加する必要はない。どんな方向から印加しても、圧力センサで出力が検出される範囲であれば制限は全くない。
【００５７】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００５８】
図５は、本実施の形態に係る水分測定装置の概略構成を示す図であり、図５において、図２と同一符号は、同一、又は相当部分を示している。
【００５９】
同図において、１Ａは外力印加部であり、この外力印加部１Ａは、外力印加材２及び外力検知手段を構成する圧力センサ６Ａを一体に備えており、不図示のモーターとカムにより自由落下するようになっている。なお、本実施の形態において、外力印加部本体１Ｂは、図５に示すように加工されており、このような形状の外力印加部本体１Ｂの上面に圧力センサ６Ａである圧電素子が両持ち梁で固定されている。
【００６０】
ここで、印加する外力の強さは、外力印加材２の先端と測定台４の表面までの距離で調整する。もちろん、シート材３の厚さにより外力の強さが変化するので、シート材３の表面と外力印加材２の先端の距離を変化させて外力の強さを調整しても良いことは言うまでもない。
【００６１】
また、本実施の形態において、外力印加材２は、デルリン製の円柱であり、先端は曲率を持たせてある。ここで、外力印加材２は、単一材料である必要はなく、例えば先端に金属などの部材を取り付けても良い。また、形状も円柱に限定されず、角柱でも球形状であってもよく、制限はない。シート材３は、静止していても、搬送されていてもかまわない。測定台４は、金属、セラミックスなどの無機材料、ＡＢＳ樹脂などの有機材料、有機材料と無機材料を組み合わせた複合材料など制限はない。ただし、複写機などのようにシート材を搬送している状態で測定する場合には、シート材との摩擦が搬送上問題になったり、画像形成で問題になることもあるので、そのような場合には用途に適した摩擦係数を有する材料を選定すればよい。
【００６２】
シート材の水分を測定するには、以下のようにして行う。
【００６３】
まず、測定台４にシート材３をセットし、予め決められた高さから外力印加部１Ａを落下させ、外力印加材２によりシート材３に外力を印加する。このときに、外力印加材２、外力印加部本体１Ｂ及び圧力センサ６Ａから構成される外力印加部１Ａの重量は所定の値に調整されており、これにより自由落下により落下してシート材３と衝突した後、外力印加部１Ａはシート材３の剛性により反発し、繰り返し衝突することになる。
【００６４】
そして、このように外力印加部１Ａが繰り返し衝突する際、シート材３からの反力（出力）が外力印加部１Ａに作用し、これに伴って圧力センサ６Ａから複数の電気信号が出力される。例えば、シート材３の一例としてインクジェット用記録用紙ＬＣ３０１（キヤノン製）が用いられた場合には、図６に示したような複数の電気信号が圧力センサ６Ａから出力される。
【００６５】
この図６では、１０回ほど外力印加部１Ａが繰り返してシート材３に衝突していることがわかる。なお、図６においては、１回目から５回目までの電圧ピークに番号を付与してある。ここで、水分量を算出するためには、例えば発生した電圧値と、既述した判定テーブルとを用いて水分量を算出しても良いが、シート材３の剛性と所定の回数の繰り返し衝突に要する時間、即ち反跳時間とは相関があることから、本実施の形態においては、１回目の衝突が起きてからｎ個の電圧ピークが観測された場合、１回目からｎ−ｍ回目（ｎ―ｍ≧２）の衝突が起こる時間と、水分量との関係を示す判定テーブルを準備すると共に、この判定テーブルと検出時間と比較することにより、シート材３の水分量を検出するようにしている。
【００６６】
例えば、図６において５回目の衝突は１回目の衝突が起きてから７１ミリ秒後であることがわかる。そして、この繰り返し衝突に要する時間に基づいて水分量を測定する。
【００６７】
図７はシート材３の一例としてのインクジェット用記録用紙であるＬＣ３０１とＨＲ１０１ｓ（いずれもキヤノン製）における判定テーブルを示した図である。ここで、この判定テーブルは、重量８ｇの外力印加部１Ａを測定台４表面から３ｍｍの高さから落下させた時に、１回目から数えて５回目までの反跳時間を縦軸にプロットしたものである。また、横軸は、紙水分計で測定した水分量を示している。また、このときの測定温度は２５℃であり、湿度を調整した密閉容器内に４８時間放置した後に水分測定（検出）を行った。
【００６８】
そして、この図７を判定テーブルとすることにより、水分量が未知の試料の水分を測定することができる。例えば、ＨＲ１０１ｓの場合、縦軸の反跳時間をｙ（ミリ秒）、横軸の水分量をｘ（％）とすると、図７の結果は、
ｙ＝−８．１ｘ＋１４６．２
という回帰直線で表すことができることから、反跳時間が１００ミリ秒であれば水分量は５．７％であることが回帰直線から算出できる。
【００６９】
また、反跳時間だけでなく、電圧ピークの形状、電圧ピーク値、ピーク幅、勾配、ピーク面積、周波数解析による特定の周波数帯のみの検出などを行ってもよく、これらを組み合わせても良いことは言うまでもない。
【００７０】
このように、シート材３に力学的な所定の外力を印加し、外力に対するシート材３からの出力に基づきシート材３の水分を測定するにより、小型化が可能で、かつ短時間でシート材に含まれている水分を短時間で測定することができる。
【００７１】
なお、これまでの説明においては、含まれる水分量に応じたシート材３の剛度の変化に基づいて水分測定を行う場合について述べてきたが、本発明は、これに限らず、水分量に応じて変化する他のシート材３の力学的物理量、例えばヤング率、密度、紙厚の変化に基づいて水分測定を行うようにしても良い。
【００７２】
また、水分測定を圧力センサ（圧電素子）からの電気信号に基づいて検出する場合について述べてきたが、本発明は、これに限らず、シート材３による外力の吸収、伝播、増幅、反発に応じた光学的あるいは磁気的な出力を検出することにより、水分量を測定（検出）するようにしても良い。
【００７３】
次に、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。なお、以下の実施例では、圧力センサとして、圧電素子を用いた場合について示すが、これに限定されるものではないことは言うまでもない。さらに、各構成部材に使用する材料にも制限がない。
【００７４】
（実施例１）
本実施例においては、図２に示す水分測定装置を用いて水分を測定した。
【００７５】
なお、本実施例において、外力印加材２は、直径３．５ｍｍの円柱状のステンレスで重さが４ｇになるように長さを調整し、先端は平坦とした。また、シート材３をセットするための測定台４として、厚さ２ｍｍのステンレス板を用い、中央部分には１０ｍｍ×３０ｍｍの長方形状の通過穴４１を形成した。外力受け材５はステンレス製の５ｍｍ×５ｍｍ、厚さ１．５ｍｍであり、圧電素子６は５ｍｍ×１０ｍｍ、厚さ３０μｍのものを用いた。また、防振材７は５ｍｍ×５ｍｍ、厚さ２ｍｍのニトリル系ゴムを用いた。なお、外力受け材５、圧電素子６及び防振材７は接着剤で接着されており、外力印加材２、測定台４に開けられた通過穴４１と中心線が一致するように配置されている。
【００７６】
外力受け材５、圧電素子６及び防振材７を固定するための取り付け台８は、ステンレスで７ｍｍ×６０ｍｍ、厚さ５ｍｍに加工し、不図示のねじで固定した。なお、測定台４の表面から、外力受け材５の表面までの距離は０．２ｍｍとした。圧電素子６からの電気信号は、図２では省略してあるが、例えばオシロスコープを用いて取り込んでも良いし、汎用電圧検出回路を試作しても良い。ここでは、オシロスコープを用いて、パソコンにオシロスコープからの信号を取り込み、水分量はパソコン（水分量検出手段）で算出した。
【００７７】
測定試料として、プリンタ用紙ＦＢ７５（フォックスリバーボンド社製）を例にする。この用紙を２５℃において湿度が制御できる環境試験室内で４８時間放置して、水分量を測定した。なお、この測定は、４８時間放置した用紙を紙水分計を用いて環境試験室内で行い、この後、このように水分が測定された用紙を、図２に示した水分測定装置にセットする。
【００７８】
次に、不図示のパソコンから外力印加部１に外力を印加するように指示を出して用紙３に外力を印加する。そして、このときの圧電素子６からの電気信号をオシロスコープで検出し、発生した電圧の最大値をオシロスコープ内のメモリを経由してパソコンに取り込んだ。
【００７９】
そして、これをいろいろな湿度に対して２０回の測定を行い、その平均電圧と紙水分計で測定した２０回の平均水分量の相関を調べると、既述した図４のようになった。ここで、含水量ｘと発生電圧ｙは、図４に示すように直線関係で著すことができ、その回帰関数は、
ｙ＝−０．２５ｘ＋５．７５
であった。この回帰直線をパソコンのメモリに記憶させて判定テーブルとした。
【００８０】
次に、このようにして予め判定テーブルを準備した後、水分量が未知のＦＢ７５用紙を測定台４にセットし、外力を印加した（工程１及び工程２）。なお、本実施例においては、外力を１０回繰り返して印加し、このときの圧力センサ６からの電圧を測定すると、４．０ｖが４回、４．１ｖが６回、観測された。
【００８１】
そして、このような観測結果と、予め判定テーブルとして記憶してある回帰直線から、水分量が平均で６．７６％であることがわかった。なお、測定ばらつきは検出電圧の変動から±０．２％であった。１回の測定に要した測定時間は、モーターに回転の信号を出してから約２０ミリ秒である。モーターの回転は、５０ミリ秒／回であるから、１０回を繰り返した全体の測定時間は０．５秒であった。
【００８２】
次に、温度、湿度が２５℃、８５％ＲＨの環境で３５時間放置したＦＢ７５用紙と２５℃、１５％ＲＨの環境で２４時間放置したＦＢ７５用紙を、２５℃、５２％ＲＨの環境に移して１０分後から水分量を測定した。そして、この測定において、２５℃、８５％ＲＨから移した場合には、検出電圧は移動直後は３．６Ｖであったが、３分後には３．８Ｖに変化した。このことは用紙の水分量は８．６％から７．８％に変化したことを示している。
【００８３】
また、２５℃、１５％ＲＨから移した場合には、移動直後は５．１Ｖであったが５分後には４．７Ｖに変化した。このことから、水分量は２．６％から４．２％に変化したことがわかった。なお、同じ環境変化において紙水分計での測定結果は、０．１％程度の誤差で本測定の結果と一致した。なお、なお光学式の紙水分計を用いた場合、１回の測定が２〜３秒であるから、１０回の測定を繰り返すと全体の測定は２０秒以上となった。したがって、本実施例の水分測定装置を用いた場合、水分測定を短時間で行うことができることが判明した。
【００８４】
なお、測定対象となるシート材はセルロースを主成分とすることが多く、その為、セルロースの光吸収は、セルロース自体の酸素−水素結合に由来する吸収と、シート材に含まれる水分による酸素−水素結合に由来する吸収の２つがある。従って、光の吸収率を測定する場合には、分光器などを用いてセルロース自体の酸素−水素結合に由来する吸収と、シート材に含まれる水分による酸素−水素結合に由来する吸収を分離する必要がある。
【００８５】
このため、上記のように光学式水分量を判定するためには、一般的には数秒の測定時間が必要となるのである。
【００８６】
（実施例２）
本実施例においては、図８に示す水分測定装置を用いて水分を測定した。
【００８７】
なお、図８に示す水分測定装置は、図２に示す外力印加部１の代わりに、図５に示す外力印加部１Ａを用いたものである。そして、このように図５に示す外力印加部１Ａを用いることにより、シート材３に外力を印加すると、外力印加部１Ａに設けられた、シート材３の１面側、即ちシート材３の上面側に外力印加材２と共に設けられた圧電素子（圧力センサ）６Ａだけでなく、外力受け材５の底面に配された圧電素子（圧力センサ）６でも電圧を観測することができる。
【００８８】
ここで、水分量を測定する場合、どちらか一方の圧電素子６，６Ａを用いても、また両方を同時に用いても良いが、上方の圧電素子６Ａを使用する場合には発生する電圧よりも反跳時間から水分量を測定する方が望ましい。また、下方の圧電素子６を使用する場合には反跳時間を使って水分量を測定しても、１回目の電圧ピークの電圧を使って水分量を測定しても良い。
【００８９】
なお、２つの圧電素子６，６Ａから求めた水分量が大きく異なるような場合には、測定が異常であると考えることができるから、両者の測定結果を比較することにより測定の正誤判定を行うことができる。
【００９０】
なお、本実施例において、上方の圧電素子６Ａは、１．５ｍｍ×２５ｍｍで厚さは０．４ｍｍの大きさである。また、外力印加部１Ａの重量は８ｇ、外力印加部１Ａは真鍮、外力印加材２は直径が４ｍｍの円筒形ステンレスで、先端部分は円錐状であり、最先端は１平方ｍｍの面積で平坦部が形成されている。
【００９１】
なお、図８において、９は真鍮製の１０ｍｍ×１０ｍｍ×３０ｍｍのブロックであり、本実施例においては、このブロック９を２個用いてシート材３を押えるシート材押え機構とすると共に、このブロック９を、シート材３をセットした後、手動で測定台４に開けられた通過穴４１に対してほぼ左右対称の位置に置いて使用した。
【００９２】
また、シート材３がセットされる測定台４には長軸が３０ｍｍ、短軸が１５ｍｍの楕円形の通過穴４１が設けられており、この通過穴４１と中心線を同じとするようにステンレス製の上部が上方に膨らんだ外力受け材５、圧電素子６、防振ゴム７が取り付け台８に固定されている。
【００９３】
なお、測定台４の表面と外力受け材５との距離は０．３ｍｍであり、外力受け材５は７ｍｍ×１０ｍｍで、図８では７ｍｍの辺からの見た図を示している。なお、外力受け材５の上部の円弧の曲率は９０ｍｍΦであり、最大の厚さは２．５ｍｍとした。また、圧電素子６は、７ｍｍ×１０ｍｍの大きさで、厚さ０．３ｍｍのものである。防振ゴム７としてはシリコンゴムを用い、その大きさは７ｍｍ×９ｍｍ、厚さ２ｍｍである。
【００９４】
そして、外力印加部１Ａを測定台４から４ｍｍの高さから自由落下させて圧電素子６Ａの出力を示したものが既述した図６であり、このときの温度、湿度は２５℃、５８％ＲＨである。なお、測定したシート材３は、インクジェット用記録用紙ＬＣ３０１（キヤノン製）である。圧電素子６Ａからの出力は、図６に示すように外力印加部１Ａが繰り返して衝突するために、複数の電圧ピークが観測されている。
【００９５】
また、本実施例において、電圧値は、圧電素子６Ａの剛性が小さいと落下中に変形してしまう可能性があるので、本実施例では１回目の電圧ピークから所定の回数後の電圧ピークまでの時間を測定した。例えば、本実施例では、５回までの時間を観測し、この場合、即ち５回目の電圧ピークは１回目の７１ミリ秒後に観測されている。
【００９６】
なお、外力印加部１Ａ（外力印加材２）でシート材３に外力を印加すると、圧電素子６Ａだけでなく圧電素子６でも電圧が観測することができる。この場合の出力電圧は、基本的には図６に示した出力電圧と同じであるが、ＬＣ３０１用紙の場合は観測される電圧値は約１／２となり、明確に観測できる電圧ピークの数は３本であった。
【００９７】
一方、インクジェット用記録用紙ＬＣ３０１、ＨＲ１０１ｓの水分量と電圧信号との関係を示す判定テーブルを以下のようにして求めた。
【００９８】
まず、２３℃で湿度を制御できる環境試験室内に測定対象とする用紙、本実施例に係る水分測定装置及び市販の紙水分計を入れて、４８時間放置する。
【００９９】
その後、本水分測定装置で各用紙を測定して圧電素子６，６Ａの少なくとも一方からの電圧を検出する。圧電素子６Ａの場合、１回目から５回目までの反跳時間を測定した。その後、紙水分計を用いて水分量を測定した。これを、環境試験室の湿度を変更させながら繰り返して、図７のような反跳時間と水分量の相関関係を求めた。
【０１００】
この場合、２つの用紙ともに直線回帰することができ、反跳時間をｙ（ミリ秒）、水分量をｘ（％）とすると、ＬＣ３０１では、
ｙ＝−４．７ｘ＋９９
ＨＲ１０１ｓでは、
ｙ＝−８．１ｘ＋１４８．９
という回帰直線が得られた。
【０１０１】
また、圧電素子６の場合、ｙを１回目の電圧ピークの電圧（ミリボルト）、ｘを水分量（％）とすると、
ＬＣ３０１では、ｙ＝−４．６ｘ＋７．９
ＨＲ１０１ｓでは、
ｙ＝−８．１＋２１
という回帰直線となった。これらの回帰直線を判定するための検量線として使用した。
【０１０２】
次に、さまざまな環境に放置したＬＣ３０１とＨＲ１０１ｓの用紙を本水分測定装置と、紙水分計とで測定し、測定結果の比較を行った。
【０１０３】
この結果、２０種類の異なる環境（温度２０−２８℃、湿度１０−８５％）で４８時間放置した場合、両者で±０．１％の誤差で一致した。例えば、２３℃、８５％の場合には、本本水分測定装置ではＬＣ３０１が８．５％、ＨＲ１０１ｓが８．７％であり、紙水分計では、それぞれ８．５％、８．８％であった。
【０１０４】
なお、以上の測定を行う場合、測定時間は１回の自由落下による外力印加でよく、最も長い測定時間は圧電素子６のＨＲ１０１ｓで０．１５秒以下であった。なお、紙水分計の場合には、１回の測定が２〜３秒である。
【０１０５】
また、２つの圧電素子６，６Ａによる測定誤差は、ＬＣ３０１及びＨＲ１０１ｓ用紙の場合、いずれも０．１％以下であった。なお、ＬＣ３０１用紙をランダムに手で揉んでしわをつけたまま測定を行うと、２つの圧電素子６，６Ａでの測定結果は、１０％以上の誤差が生じるようになり測定結果に問題があり、いずれの結果も信頼できない誤測定であることが判定できた。
【０１０６】
（実施例３）
本実施例では、既述した図２に示す水分測定装置を複写機、ＬＢＰ、インクジェットプリンター等の画像形成装置に設けた例について説明する。
【０１０７】
図９は、このような本実施例に係る水分測定装置及びシート材３に画像を形成する不図示の画像形成部を備えた画像形成装置の一部の構成を示すものであり、図９において、４Ａは画像形成装置の紙搬送系の一部である紙搬送台で、この紙搬送台４Ａの上面に沿ってシート材３が所定の速度で搬送される。ここで、この紙搬送台４Ａには、通過穴４１が設けられているが、この通過穴４１の形状は、円形、楕円形、角を丸めた５角形など制限はなく、シート材３の搬送の障害にならなければどんな形状でもよい。
【０１０８】
２０はシート材３を搬送するためのローラーであり、このローラー２０の設置場所、形状、材質には何ら制限はない。なお、図９ではシート材は２対のローラー２０で搬送されている状態を示してあるが、これに限定されるものではない。例えば、どちらか一方のローラーで搬送されている状態で外力を印加しても問題はない。さらに、２対のローラーの中間にシート材のバタツキを低減する押え機構を設けても良いことは言うまでもない。
【０１０９】
そして、本実施例においては、不図示のセンサにより、画像形成装置の不図示の用紙トレーからシート材３が搬送され始めたことを確認してから、外力印加部１は、所定の時間後にモーターを駆動させ、カムとコイルバネにより外力印加材２を移動させ、シート材３に外力を印加するようにしている。ここで、本実施例において、外力は、モーター１回転に対して２回印加され、その強さは１回目は強く、２回目は弱くなるようにカム形状を設定した。
【０１１０】
なお、外力印加材２は、ステンレスの円柱で先端が円錐状で、断面は図９に示すように１平方ミリメートルの面積で平坦に加工しており、重さは４．８ｇである。また、不図示のコイルバネとカム形状は、外力印加材２がシート材３と接触する時に、０．４８ｍ／ｓと０．２４ｍ／ｓになるように設定した。外力受け材５は、ステンレス製で円弧状で、その厚さは最大で４ｍｍ、大きさは５ｍｍ×７ｍｍである。外力受け材５の円弧状の頂点から搬送されるシート材３の底面、即ち紙搬送台４の表面までの距離は０．２ｍｍである。圧電素子６は、大きさは５ｍｍ×７ｍｍ、厚さは５０μｍである。防振材７は、シリコンゴムで、大きさは５ｍｍ×７ｍｍ、厚さは２ｍｍである。
【０１１１】
以上のような構成で、Ａ４サイズの記録用紙ＦＢ７５（フォックスリバーボンド社製）を、毎分５０枚の速度で搬送すると共に、外力印加材２を２回、ＦＢ７５用紙に接触させ、このときの圧電素子６からの出力を不図示の電圧検出回路で検出した結果、図１０に示すように２つのピークが観測された。
【０１１２】
なお、図１０において、１回目は外力印加材２が０．４８ｍ／ｓでＦＢ７５用紙に接触した時の電圧、２回目は０．２４ｍ／ｓの時の発生電圧である。そして、このときのピーク電圧を用いて、水分との相関を示したものが図１１である。
【０１１３】
ここで、１回目の外力印加に対する回帰関数は、電圧をｙ（Ｖ）、水分をｘ（％）とすると、
ｙ＝−０．２２ｘ＋６．８３
であり、
２回目に対しては、
ｙ＝−０．６３ｘ＋４．６３
となった。
【０１１４】
なお、２回目の外力印加では、印加した外力が弱いので、水分量が多くなると電圧が発生しなくなるが、図１１でわかるように、回帰直線の勾配が大きくなるので、１回目の回帰直線をよりも微量の水分変化が観測可能となる。
【０１１５】
なお、この測定は、温度を２３℃に保った状態で湿度を制御できる環境試験室に、用紙と水分測定装置を４８時間放置してから、測定を行った。また、水分測定装置を環境試験室以外の場所から測定の時だけ環境試験室内に持ち込んだ場合でも、温度が１５度以上差がなければ測定結果には大きな差がなく、測定精度には影響がなかった。上記、回帰直線を予め画像形成装置内の不図示のメモリに記憶させておいた。
【０１１６】
次に、本実施例の水分測定装置を画像形成装置のレジストローラー前に組み込んで、ＦＢ７５用紙を毎分５０枚の速度で印刷を行った。このとき、用紙トレーには、３００枚の用紙を入れておき、同じ印刷文章を５０枚ずつ５分間隔で印刷した。なお、画像形成装置の設置場所は、温度が２３℃±２℃、湿度が１０〜１３％ＲＨである。記録用紙はパーケージ袋から取り出した直後、紙水分計で測定すると水分量が４．１％であった。
【０１１７】
ここで、水分測定装置を動作させず、画像形成装置の印刷条件（トナーの転写電圧１．８ｋＶ、定着温度１９０℃）を一定の値にして、５０枚ずつ５分間隔で印刷していくと、３回目の印刷から用紙へのトナーの転写率が低下し、文字の印刷不良が観察された。そして、この３回目の印刷時のＦＢ７５用紙の水分を、紙水分計で測定すると３．２％であり、開封直後から比べて水分量が減少していることがわかった。
【０１１８】
次に、水分測定装置を用いて、用紙へのトナー転写を開始する前に水分を測定し、その結果に応じてトナーの転写電圧を変化させるようにした。なお、この測定の前に、用紙の水分量と最適転写電圧の相関をあらかじめ調べておき、画像形成装置内の記憶装置に記憶させておいた。
【０１１９】
次に、ＦＢ７５用紙をパッケージ袋から取り出して記録用紙トレーに３００枚を入れておき、上記と同じ文章を５０枚ずつ５分間間隔で印刷した。なお、画像形成装置の設置場所は上記と同じである。印刷条件としては、転写電圧だけを水分測定装置により測定した水分量に応じて変化させるようにした。このようにして、印刷を行うと３００枚すべてを印刷しても印刷不良は全く発生しなかった。
【０１２０】
なお、紙水分計を用いて用紙の水分を測定すると、１回目は４．２％の水分量は、３回目では３．１％、６回目では２．８％であった。この水分量に応じて、転写電圧を１回目は１．８ｋＶ、３回目は２．５ｋＶ、６回目は２．８ｋＶと変化させることにより、トナーの転写不良を防止することができ、この結果として印刷不良を防止することができた。
【０１２１】
なお、水分量が低い領域であったので、水分量を算出する回帰直線は２回目を利用した。逆に、水分量が多くなり、２回目の外力印加での電圧が低くなったり、観測されなくなった場合には、１回目の外力印加により回帰直線を利用すればよいことは言うまでもない。
【０１２２】
なお、本発明で用いた画像形成装置は、レジストローラーを記録用紙が通過してから、印刷工程が開始されるまで０．２秒であるが、本水分測定装置は図１０で明らかなように０．１秒で測定可能であるから、水分測定を行うために用紙を止める必要もなく印刷速度を低下させるようなことはない。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】本発明の概念を説明するための模式図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る水分測定装置の概略構成を示す図。
【図３】上記水分測定装置が行う工程を示す図。
【図４】上記水分測定装置による測定結果を示す図。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る水分測定装置の概略構成を示す図。
【図６】上記水分測定装置に設けられたセンサからの出力を示す図。
【図７】上記水分測定装置による測定結果を示す図。
【図８】本発明の実施例に係る水分測定装置の概略構成を示す図。
【図９】本発明に係る水分測定装置を画像形成装置に設けた例を示す図。
【図１０】上記水分測定装置に設けられたセンサからの出力を示す図。
【図１１】上記水分測定装置による測定結果を示す図。
【符号の説明】
【０１２４】
１        外力印加部
１Ａ      外力印加部
２        外力印加材
３        シート材
４        測定台
４１      通過穴
５        外力受け材
６        圧力センサ
６Ａ      圧力センサ
７        防振材
８        取り付け台
９        ブロック
１０        水分量検出部
１０００    外力付与部
１０１０    外力受け部
１０５０    シート材
【図１】
2006023283.tif 000003
【図２】
2006023283.tif 000004
【図３】
2006023283.tif 000005
【図４】
2006023283.tif 000006
【図５】
2006023283.tif 000007
【図６】
2006023283.tif 000008
【図７】
2006023283.tif 000009
【図８】
2006023283.tif 000010
【図９】
2006023283.tif 000011
【図１０】
2006023283.tif 000012
【図１１】
2006023283.tif 000013