(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体表面の周囲雰囲気における気体の温度と湿度と流方向又は流速と圧力及び成分の各要素のいずれか又は各要素を組み合わせて周囲雰囲気の物体表面に対する分布状態及び輸送過程を測定し、測定した周囲雰囲気の物体表面に対する分布状態及び輸送過程により、物体表面上に対する周囲雰囲気の気体が吸着して凝集する挙動及び物体表面上に凝集した液体が蒸散する挙動を検出し、前記周囲雰囲気における気体の各要素を測定する個所に、周囲雰囲気の気体に対して摩擦抵抗を有する壁面を、物体表面に対して近接し、かつ周囲雰囲気の気体が流れる方向に配置し、前記壁面を円筒状に形成された整流管で形成することを特徴とする非接触結露検出方法。
【請求項２】
物体表面の周囲雰囲気における気体の温度と湿度と流方向又は流速と圧力及び成分の各要素のいずれか又は各要素を組み合わせて周囲雰囲気の物体表面に対する分布状態及び輸送過程を測定し、測定した周囲雰囲気の物体表面に対する分布状態及び輸送過程により、物体表面上に対する周囲雰囲気の気体が吸着して凝集する挙動及び物体表面上に凝集した液体が蒸散する挙動を検出し、前記周囲雰囲気における気体の各要素を、少なくとも物体表面の近傍と物体表面から離れた遠隔の２個所で測定し、前記周囲雰囲気における気体の各要素を測定する個所に、周囲雰囲気の気体に対して摩擦抵抗を有する壁面を、物体表面に対して近接し、かつ周囲雰囲気の気体が流れる方向に配置し、前記壁面を円筒状に形成された整流管で形成することを特徴とする非接触結露検出方法。
【請求項３】
物体表面の周囲雰囲気における気体の温度と湿度と流方向又は流速と圧力及び成分の各要素のいずれか又は各要素を組み合わせて周囲雰囲気の物体表面に対する分布状態及び輸送過程を測定し、測定した周囲雰囲気の物体表面に対する分布状態及び輸送過程により、物体表面上に対する周囲雰囲気の気体が吸着して凝集する挙動及び物体表面上に凝集した液体が蒸散する挙動を検出し、前記周囲雰囲気における気体の各要素を測定する個所に、周囲雰囲気の気体に対して摩擦抵抗を有する壁面を、物体表面に対して近接し、かつ周囲雰囲気の気体が流れる方向に配置し、前記周囲雰囲気における気体の各要素を少なくとも前記壁面の近傍と物体表面から離れた遠隔の２個所で測定し、前記壁面を円筒状に形成された整流管で形成することを特徴とする非接触結露検出方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の非接触結露検出方法において、
前記整流管の一部の内径を小さくしたことを特徴とする非接触結露検出方法。
【請求項５】
請求項２記載の非接触結露検出方法において、
前記周囲雰囲気における気体の各要素を測定する個所を、重力に沿った気体の輸送成分が相反する方向でそれぞれ測定し、重力に沿った気体の輸送成分が相反する方向で計測した測定値の差分により、物体表面上に対する周囲雰囲気の気体が吸着して凝集する挙動及び物体表面上に凝集した液体が蒸散する挙動を検出することを特徴とする非接触結露検出方法。
【請求項６】
計測手段と処理装置とを有し、
前記計測手段は、少なくとも物体表面の近傍と物体表面から離れた遠隔の２個所に配置され、物体表面の周囲雰囲気における気体の温度と湿度を測定する温度湿度センサと、物体表面の周囲雰囲気における気体の流方向又は流速を測定するフローセンサとを有し、
前記処理装置は、前記温度湿度センサとフローセンサの測定結果により周囲雰囲気の物体表面に対する分布状態及び輸送過程を判定して物体表面上に対する周囲雰囲気の気体が吸着して凝集する挙動及び物体表面上に凝集した液体が蒸散する挙動を検出し、
前記計測手段を物体表面に対して近接して配置する整流管内に設けたことを特徴とする非接触結露検出装置。
【請求項７】
計測手段と処理装置とを有し、
前記計測手段は、物体表面に対して近接して配置する整流管と、該整流管の壁面の近傍と壁面からら離れた２個所に配置され、物体表面の周囲雰囲気における気体の温度と湿度を測定する温度湿度センサと、前記整流管内における気体の流方向又は流速を測定するフローセンサとを有し、
前記処理装置は、前記温度湿度センサとフローセンサの測定結果により周囲雰囲気の物体表面に対する分布状態及び輸送過程を判定して物体表面上に対する周囲雰囲気の気体が吸着して凝集する挙動及び物体表面上に凝集した液体が蒸散する挙動を検出することを特徴とする非接触結露検出装置。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の非接触結露検出装置において、
前記計測手段に物体表面の周囲雰囲気における気体の圧力及び成分を測定するセンサを有することを特徴とする非接触結露検出装置。
【請求項９】
請求項１乃至５のいずれかに記載の非接触結露検出方法により各種用紙に含まれる揮発成分の蒸散量を測定し、測定した蒸発量から単位時間当たりの蒸散量である蒸散速度を算出し、前記算出した蒸散速度があらかじめ設定した前記用紙に変形が生じるまでの一定時間までの蒸散速度の基準値を超えないように前記用紙の乾燥条件を設定することを特徴とする用紙変形抑制方法。
【請求項１０】
請求項９記載の用紙変形抑制方法において、
前記用紙を搬送しているときに、前記用紙の搬送路に沿った複数個所で前記用紙の先端部に含まれる揮発成分の蒸散量を測定することを特徴とする用紙変形抑制方法。
【請求項１１】
請求項６乃至８のいずれかに記載の非接触結露検出装置を有し、画像を形成する記録用紙を搬送中に記録用紙に含まれる水分の蒸散量を測定し、測定した蒸発量から単位時間当たりの蒸散量である蒸散速度を算出し、前記算出した蒸散速度があらかじめ設定した前記記録用紙に変形が生じるまでの一定時間までの蒸散速度の基準値を超えないように前記記録用紙の乾燥条件を設定することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の画像形成装置において、
前記記録用紙の搬送路に沿った複数個所で前記記録用紙の先端部に含まれる水分の蒸散量を測定することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１３】
請求項６乃至８のいずれかに記載の非接触結露検出装置の複数の計測手段と変形予知制御装置とを有し、
前記複数の計測手段は、記録用紙の搬送路に沿った複数個所に配置され、
前記変形予知制御装置は、蒸散挙動演算処理部と変形予知処理部及び変形回避制御部を有し、前記蒸散挙動演算処理部は前記複数の計測手段から出力する計測信号に基づいて前記記録用紙の先端部に含まれる水分の蒸散挙動を検出して蒸散量を演算し、演算した蒸散量から単位時間当たりの蒸散量である蒸散速度を算出し、前記変形予知処理部は前記蒸散挙動演算処理部で演算した蒸散速度とあらかじめ設定された前記記録用紙に変形が生じるまでの一定時間までの蒸散速度の基準値とを比較し、演算した蒸散速度が基準値を超えたとき、搬送されている記録用紙に変形が生じると判定して変形予知情報を生成し、前記変形回避制御部は前記変形予知処理部で生成した変形予知情報により前記記録用紙の搬送速度と定着温度のいずれか一方又は両方を可変制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１４】
請求項６乃至８のいずれかに記載の非接触結露検出装置の複数の計測手段とＣＰＵとを有し、
前記複数の計測手段は、記録用紙の搬送路に沿った複数個所に配置され、
前記ＣＰＵは、前記複数の計測手段から出力する計測信号に基づいて前記記録用紙の先端部に含まれる水分の蒸散挙動を検出して蒸散量を演算し、演算した蒸散量から単位時間当たりの蒸散量である蒸散速度を算出し、演算した蒸散速度とあらかじめ設定された前記記録用紙に変形が生じるまでの一定時間までの蒸散速度の基準値とを比較し、演算した蒸散速度が基準値を超えたとき、搬送されている記録用紙に変形が生じると判定して前記記録用紙の搬送速度と定着温度のいずれか一方又は両方を可変制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１５】
請求項１３又は１４に記載の画像形成装置において、
前記計測手段に前記記録用紙の先端を検出する位置センサを有す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】
この発明は、熱容量が大きく、周囲環境の温度湿度の急速な変化に順応できなく表面に結露が発生して機能に支障をきたす比熱が大きい材料から形成された素子や質量が大きい装置で結露生成の前に、結露発生状態を汎用的かつ簡便に検出して雰囲気の湿度制御を行うことができる非接触結露検出方法と非接触結露検出装置及びそれを使用した用紙変形抑制方法並びに画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【背景技術】
【０００２】
比熱が大きい材料から形成された素子や質量が大きい装置は、熱容量が大きく周囲環境の温度湿度の急速な変化に順応できず、表面に結露が発生し装置の機能に支障をきたす。例えば、ＶＴＲヘッドシリンダ、ハードディスクや光ディスクなどの磁気及び光学記録媒体、レンズ，発光素子，反射鏡，プリズム，・フィルタなどの光学機器やこれらを使用した光学装置、感光ドラムやポリゴンなどの画像形成装置及び車両や航空機などの窓ガラス等は、結露発生により装置の機能へおよぼす影響が大きい。
【０００３】
また、電子写真方式の画像形成装置等の記録用紙に吸着する水分やガスも形成される画質への影響が大きいことから、素材表面の吸着水の挙動について的確に雰囲気との関わりを検出し最適制御できることが求められている。すなわち、環境変化で記録用紙に含まれる水分が脱水し乾燥する場合、あるいは定着装置などの加熱で記録用紙に含まれる水分が急激に蒸散して乾燥する場合、記録用紙が縮んでカールやしわが発生する。このような記録用紙の変形によって記録用紙の搬送工程で搬送障害に到るので変形発生を未然に回避する必要がある。また、動植物や医療分野で生体表面への吸着水現象や蒸散現象を検出して生体の代謝状況との関連を調べることも必要である。
【０００４】
さらに、特開２００２-３１０８７６号公報に示された、孔によって一方の側から水蒸気を透過させてかつ他方の側からの水の浸入を防ぐ多孔質防水透湿膜では、一方の側の膜表面に結露水が形成されると、透過孔が封鎖されて水蒸気の透過率が低下してしまうため、結露の発生状態を検出する必要がある。
また、特開２００２-３６９８８５号公報に示された、電極触媒層と固体電解質材料の膜を複合化した発電ユニットにおいては、固体電解質材料の膜に結露水が液体の形態で形成された状態よりも、直前の高保水状態であるほうがガスの輸送が確保され水素や空気の反応効率を高めることができる。このため固体電解質材料の膜の保水率を検出する必要がある。
さらに、ＷＯ００／１４５２２号公報に示された冷却装置等において冷却や除湿を最適制御するためには冷却側熱交換器の表面近傍で被冷凍材料の表面の結露発生状態を検出する必要がある。
また、特開２００４-０８３３８５号公報等に示された有機溶剤の蒸留分離において、凝集・蒸散温度を精密に制御するために、凝集・蒸散温度は熱交換器の温度から検出するよりも、その周囲の気体の挙動を直接観測によって正確に検出できる。
このように各種分野において、凝集・蒸散挙動を迅速・高感度に検出したり、各種表面への気体蒸気分子の吸着の違いを検出して、表面の親水性・疎水性を検出することが要望されている。
【０００５】
このように結露の発生状態を検出するため、例えば特許文献１に示された結露検出装置は、大きな熱容量を有し結露が生じやすいＶＴＲ回転シリンダ装置において、結露により磁気テープが回転シリンダに密着し絡まってしまうことを防止するため、回転シリンダの表面温度と回転シリンダ近傍の周囲温度および周囲湿度を計測し、各湿度の温度に対する空気中水分量データ（空気線図）を参照し、過飽和状態に移行しつつあるかどうか判定するようにしている。
【０００６】
特許文献２に示された露点または気体濃度の測定方法と着氷予測装置は、雰囲気の相対湿度から得られる露点と測定対象の温度とから結露検知する測定方法において、鏡面冷却方式より結露応答が早い誘電体ポリマーをベースとした相対湿度センサを用いている。そして反応が速い誘電体ポリマーの静電容量型相対湿度センサを用いるに当たり、相対湿度が低い場合には相対湿度センサを外部冷却し、相対湿度が高くなる露点付近の場合には相対湿度センサは高湿環境下で湿潤を維持しやすく着氷予測が困難であるので、相対湿度センサを外部加熱することによって、相対湿度センサの温度をシフトさせ精度を高くするようにしている。
【０００７】
特許文献３に示された結露予知装置は、結露センサに熱電素子を熱的に結合し、結露センサを熱電素子により周囲温度よりも低くして結露を予知するとき、結露センサ上に水滴が長時間滞留すると材料劣化が生じるため、結露センサを熱電素子で加熱して結露センサに生じた結露水を除去するようにしている。
【０００８】
また、特許文献４に示された相変化予知センサ及び着霜・結露防止装置は、被検対象物にペルチェ素子を介して結露センサを装着し、被検出系の熱出入りをさせないで被検対象物である結露面よりも結露センサの温度を常に一定値だけ低くして先に結露させて結露や着霜の発生を事前に予知するようにしている。
【０００９】
特許文献５に示された車両用湿度センサは、車室内の各エリアの温度を検出するセンサ本体の筐体と車両のウインドシールとを熱伝導材料によりカップ状に形成されている熱結合部材で連結し、各エリアから入射する赤外線をセンサエレメントで検出し、各エリアの温度分布が所定の範囲内に入ってとき、ウインドシールが結露していると判定している。
【００１０】
また、参照物体と外部物体との間の熱流が外部物体の温度に比例することを利用したものとして、特許文献６に示された非接触温度測定装置がある。この非接触温度測定装置は、移動する連続物体に沿って一定距離だけ隔てて設けられた第１の参照物体と第２の参照物体の温度を温度センサで検出して移動する物体の温度を算出するようにしている。
【００１１】
また、電子写真方式の画像形成装置の記録用紙にカールやしわが発生して記録用紙の搬送工程で搬送障害が生じることを未然に回避するため、特許文献７に示すように、赤外線水分計により記録用紙の各部に含まれる水分量を検出し、検出した水分量により記録用紙の各部に当てるエアの風量を調節して、水分量の不均一による部分カールを防止している。また、特許文献８に示すように、記録用紙から反射した赤外線の一定波長の透過率変化から記録用紙に含まれる水分量を検出し、検出した水分量により定着装置の定着温度と用紙搬送経路のローラ圧を制御している。また、特許文献９に示すように、マイクロ波の吸収率を測定する水分計により記録用紙に含まれる水分量を検出し、検出した水分量と記録用紙の種類すなわち記録用紙の強度（コシの強さなど）から記録用紙のカール状態を予測し、予測したカール状態に応じてカールを補正するようにしている。
【特許文献１】特開平３−７８６４８号公報
【特許文献２】特許第２８０１１５６号公報
【特許文献３】特開平１−１２７９４２号公報
【特許文献４】特開平４−１２８６４３号公報
【特許文献５】特開２００４−６６９２７号公報
【特許文献６】特許第３２９２５２３号公報
【特許文献７】特開２００５−１７０５２５号公報
【特許文献８】特開２００１−３０１２７３号公報
【特許文献９】特許第２９０２１３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１に示された結露検出装置においては、ＶＴＲ回転シリンダ装置の回転シリンダにおける結露生成の特性にあわせて結露センサを回転シリンダに取り付ける必要があり、単に結露センサを取り付けるだけの汎用的なセンサの使い方では結露検出ができないうえに、結露センサを回転シリンダへ取り付けるに当たり、磁気ヘッドの機能や回転体への電気信号の受給のために制限がある。
【００１３】
また、特許文献２に示された方法で結露を検出する場合や特許文献３や特許文献４に示された装置は、センサの温度を外部加熱したり、周囲温度よりも低くしているため、センサで計測する雰囲気は結露対象の雰囲気とは異なる温度状態になり、この結露対象の雰囲気とは異なる温度の雰囲気の湿度を検出しているため検出精度が悪くなってしまう。
【００１４】
特許文献５に示された結露推定方法は、測定対象である結露面にセンサを装着する必要があり、汎用的ではないという短所がある。また特許文献６に示された非接触温度測定装置は気体の温度勾配を計測することによって非接触で遠隔の物体温度を計測できるが、結露のような気液相変化を計測する方法ではない。
【００１５】
いずれの場合も物体表面において結露測定するとき、結露センサは、結露センサ自体に結露が発生したことを検出するものであり、対象物そのものの結露の発生を検知することはできない。
【００１６】
また、結露センサは対象物の結露生成の特性にあわせて熱的構造に特別の工夫が必要であり、簡単に結露センサを対象物に取り付けたり、その近傍に配置するだけの汎用的なセンサの使い方では対象物の結露発生を検出することはできない。
【００１７】
さらに、結露予測機能があっても、装置内の特定箇所の温度検出を加えて設定された結露予測アルゴリズムを用いシステムとして働いているので、特定の装置への適用に限られ普遍的に利用できる結露予測方式ではない。
【００１８】
また、測定対象である物体から離れて結露を測定するとき、鏡面冷却式露点計のような光学的手段による場合は、測定表面状態が鏡面に限られ、どのような表面に対しても汎用的に用いることができない。また、雰囲気状態を検出する湿度センサと物体温度を測定する赤外線放射温度計の組み合わせによって結露現象を検出する方式が考えられるが、表面状態によって放射率が異なるので温度が正確に得られず、既知の放射率の表面温度の部分しか測定することができないとともに測定対象である物体表面の湿度を検出しているかどうかは定かではないという短所がある。
【００１９】
また、画像形成装置において、記録用紙に発生するカール等の変形は、記録用紙が急激に乾燥することにより引き起こすものであって乾燥速度が直接の原因である。この記録用紙の乾燥速度は、記録用紙に含まれる水分の蒸散挙動における蒸散速度に支配される。この蒸散挙動は記録用紙の質や構造の要素や、質や構造による強度の要素が反映される。したがって特許文献７から特許文献９に示すように、記録用紙に含まれる水分量を検出しても記録用紙に生じるカール等の変形を高い精度で予測することは困難である。
【００２０】
この発明は、これらの短所を改善し、測定対象物に結露センサを直接取り付けずに、測定対象物に接する連続空間である周囲雰囲気の物理的状態変化から測定対象物表面への気体の凝集ならびに蒸散を、物体表面に非接触で遠隔個所で検出することができるとともに、測定対象物表面への結露が形成される過程を迅速に検出して測定対象物表面の結露をより正確に予測することができる非接触結露検出方法及び非接触結露検出装置を提供することを目的とするものである。
【００２１】
また、この発明の非接触結露検出装置を使用して画像を形成する記録用紙に含まれる水分の蒸散速度をリアルタイムで検出して、急激に乾燥することにより引き起こされる記録用紙のカール等の変形を高精度で予測し、記録用紙の変形を防止することができる用紙変形抑制方法並びに画像形成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】
【００２２】
この発明の非接触結露検出方法は、物体表面の周囲雰囲気における気体の温度と湿度と流方向又は流速と圧力及び成分の各要素のいずれか又は各要素を組み合わせて周囲雰囲気の物体表面に対する分布状態及び輸送過程を測定し、測定した周囲雰囲気の物体表面に対する分布状態及び輸送過程により、物体表面上に対する周囲雰囲気の気体が吸着して凝集する挙動及び物体表面上に凝集した液体が蒸散する挙動を検出し、周囲雰囲気における気体の各要素を測定する個所に、周囲雰囲気の気体に対して摩擦抵抗を有する壁面を、物体表面に対して近接し、かつ周囲雰囲気の気体が流れる方向に配置し、壁面を円筒状に形成された整流管で形成することを特徴とする。
【００２３】
物体表面の周囲雰囲気における気体の温度と湿度と流方向又は流速と圧力及び成分の各要素のいずれか又は各要素を組み合わせて周囲雰囲気の物体表面に対する分布状態及び輸送過程を測定し、測定した周囲雰囲気の物体表面に対する分布状態及び輸送過程により、物体表面上に対する周囲雰囲気の気体が吸着して凝集する挙動及び物体表面上に凝集した液体が蒸散する挙動を検出し、周囲雰囲気における気体の各要素を、少なくとも物体表面の近傍と物体表面から離れた遠隔の２個所で測定し、周囲雰囲気における気体の各要素を測定する個所に、周囲雰囲気の気体に対して摩擦抵抗を有する壁面を、物体表面に対して近接し、かつ周囲雰囲気の気体が流れる方向に配置し、壁面を円筒状に形成された整流管で形成することに特徴がある。
【００２４】
物体表面の周囲雰囲気における気体の温度と湿度と流方向又は流速と圧力及び成分の各要素のいずれか又は各要素を組み合わせて周囲雰囲気の物体表面に対する分布状態及び輸送過程を測定し、測定した周囲雰囲気の物体表面に対する分布状態及び輸送過程により、物体表面上に対する周囲雰囲気の気体が吸着して凝集する挙動及び物体表面上に凝集した液体が蒸散する挙動を検出し、周囲雰囲気における気体の各要素を測定する個所に、周囲雰囲気の気体に対して摩擦抵抗を有する壁面を、物体表面に対して近接し、かつ周囲雰囲気の気体が流れる方向に配置し、周囲雰囲気における気体の各要素を少なくとも壁面の近傍と物体表面から離れた遠隔の２個所で測定し、壁面を円筒状に形成された整流管で形成することに特徴がある。
【００２５】
さらに、前記周囲雰囲気における気体の各要素を測定する個所を、重力に沿った気体の輸送成分が相反する方向でそれぞれ測定し、重力に沿った気体の輸送成分が相反する方向で計測した測定値の差分により、物体表面上に対する周囲雰囲気の気体が吸着して凝集する挙動及び物体表面上に凝集した液体が蒸散する挙動を検出すると良い。
【００２８】
この発明の非接触結露検出装置は、計測手段と処理装置とを有し、前記計測手段は、少なくとも物体表面の近傍と物体表面から離れた遠隔の２個所に配置され、物体表面の周囲雰囲気における気体の温度と湿度を測定する温度湿度センサと、物体表面の周囲雰囲気における気体の流方向又は流速を測定するフローセンサとを有し、記処理装置は、前記温度湿度センサとフローセンサの測定結果により周囲雰囲気の物体表面に対する分布状態及び輸送過程を判定して物体表面上に対する周囲雰囲気の気体が吸着して凝集する挙動及び物体表面上に凝集した液体が蒸散する挙動を検出し、前記計測手段を物体表面に対して近接して配置する整流管内に設けたことを特徴とする。
【００３０】
この発明の他の非接触結露検出装置は、計測手段と処理装置とを有し、前記計測手段は、物体表面に対して近接して配置する整流管と、該整流管の壁面の近傍と壁面からら離れた２個所に配置され、物体表面の周囲雰囲気における気体の温度と湿度を測定する温度湿度センサと、前記整流管内における気体の流方向又は流速を測定するフローセンサとを有し、前記処理装置は、前記温度湿度センサとフローセンサの測定結果により周囲雰囲気の物体表面に対する分布状態及び輸送過程を判定して物体表面上に対する周囲雰囲気の気体が吸着して凝集する挙動及び物体表面上に凝集した液体が蒸散する挙動を検出することを特徴とする。
【００３１】
前記計測手段に物体表面の周囲雰囲気における気体の圧力及び成分を測定するセンサを有しても良い。
【００３２】
この発明の用紙変形抑制方法は、前記いずれかに記載の非接触結露検出方法により各種用紙に含まれる揮発成分の蒸散量を測定し、測定した蒸発量から単位時間当たりの蒸散量である蒸散速度を算出し、前記算出した蒸散速度があらかじめ設定した前記用紙に変形が生じるまでの一定時間までの蒸散速度の基準値を超えないように前記用紙の乾燥条件を設定することを特徴とする。
【００３３】
前記用紙を搬送しているときに、前記用紙の搬送路に沿った複数個所で前記用紙の先端部に含まれる揮発成分の蒸散量を測定することが望ましい。
【００３４】
この発明の画像形成装置は、前記いずれかに記載の非接触結露検出装置を有し、画像を形成する記録用紙を搬送中に記録用紙に含まれる水分の蒸散量を測定し、測定した蒸発量から単位時間当たりの蒸散量である蒸散速度を算出し、前記算出した蒸散速度があらかじめ設定した前記記録用紙に変形が生じるまでの一定時間までの蒸散速度の基準値を超えないように前記記録用紙の乾燥条件を設定することを特徴とする。
【００３５】
前記画像形成装置において、記録用紙の搬送路に沿った複数個所で前記記録用紙の先端部に含まれる水分の蒸散量を測定することが望ましい。
【００３６】
この発明の第２の画像形成装置は、前記いずれかに記載の非接触結露検出装置の複数の計測手段と変形予知制御装置とを有し、前記複数の計測手段は、記録用紙の搬送路に沿った複数個所に配置され、前記変形予知制御装置は、蒸散挙動演算処理部と変形予知処理部及び変形回避制御部を有し、前記蒸散挙動演算処理部は前記複数の計測手段から出力する計測信号に基づいて前記記録用紙の先端部に含まれる水分の蒸散挙動を検出して蒸散量を演算し、演算した蒸散量から単位時間当たりの蒸散量である蒸散速度を算出し、前記変形予知処理部は前記蒸散挙動演算処理部で演算した蒸散速度とあらかじめ設定された前記記録用紙に変形が生じるまでの一定時間までの蒸散速度の基準値とを比較し、演算した蒸散速度が基準値を超えたとき、搬送されている記録用紙に変形が生じると判定して変形予知情報を生成し、前記変形回避制御部は前記変形予知処理部で生成した変形予知情報により前記記録用紙の搬送速度と定着温度のいずれか一方又は両方を可変制御することを特徴とする。
【００３７】
この発明の第３の画像形成装置は、前記いずれかに記載の非接触結露検出装置の複数の計測手段とＣＰＵとを有し、前記複数の計測手段は、記録用紙の搬送路に沿った複数個所に配置され、前記ＣＰＵは、前記複数の計測手段から出力する計測信号に基づいて前記記録用紙の先端部に含まれる水分の蒸散挙動を検出して蒸散量を演算し、演算した蒸散量から単位時間当たりの蒸散量である蒸散速度を算出し、演算した蒸散速度とあらかじめ設定された前記記録用紙に変形が生じるまでの一定時間までの蒸散速度の基準値とを比較し、演算した蒸散速度が基準値を超えたとき、搬送されている記録用紙に変形が生じると判定して前記記録用紙の搬送速度と定着温度のいずれか一方又は両方を可変制御することを特徴とする。
【００３８】
前記計測手段に前記記録用紙の先端を検出する位置センサを有すると良い。
【発明の効果】
【００３９】
この発明は、物体表面の挙動により影響を受けている周囲雰囲気の物体表面に対する分布状態及び輸送過程を測定して無接触で物体表面における結露や蒸散の挙動を検出することにより、汎用性を高めることができる。
【００４０】
周囲雰囲気における気体の各要素を、少なくとも物体表面の近傍と物体表面から離れた遠隔の２個所で測定することにより、周囲雰囲気の物体表面に対する分布状態及び輸送過程を正確の測定することができ、物体表面における結露や蒸散の挙動をリアルタイムで精度良く検出することができる。
【００４１】
さらに、周囲雰囲気における気体の各要素を測定する個所に、周囲雰囲気の気体に対して摩擦抵抗を有する壁面や整流空間を設けることにより、周囲雰囲気の輸送方向に沿った測定個所の距離を短くできるとともに、物体表面近傍の外界からの揺らぎの少ない雰囲気を測定することができ、周囲雰囲気の物体表面に対する分布状態及び輸送過程を精度良く測定することができる。
【００４２】
また、周囲雰囲気における気体の各要素を測定する個所を、重力に沿った気体の輸送成分が相反する方向でそれぞれ測定してその差を求めることにより、外界からの揺らぎの影響を除去でき、周囲雰囲気の物体表面に対する分布状態及び輸送過程を精度良く測定することができる。
【００４３】
さらに、対象物に直接結露センサを取り付けず、物体表面の結露が形成される過程等を物体表面に非接触で検出することができ、物体表面の結露や蒸散をより正確に予測して結露防止等を効率よく制御することができる。
【００４４】
また、各種用紙に含まれる揮発成分の蒸散量を測定し、測定した蒸発量から蒸散速度を算出し、算出した蒸散速度があらかじめ設定した用紙に変形が生じるまでの一定時間までの蒸散速度の基準値を超えないように用紙の乾燥条件を設定することにより、用紙に含まれる水分の蒸散により生じる用紙が変形することを防止することができる。
【００４５】
また、画像を形成する記録用紙を搬送中に記録用紙に含まれる水分の蒸散量を測定し、測定した蒸発量から蒸散速度を算出し、算出した蒸散速度があらかじめ設定した記録用紙に変形が生じるまでの一定時間までの蒸散速度の基準値を超えないように記録用紙の乾燥条件を設定することにより、記録用紙に変形が生じることを防いで、記録用紙を安定して搬送することができる。
【００４６】
さらに、記録用紙の搬送路に沿った複数個所で記録用紙の先端部に含まれる水分の蒸散量を測定することにより、記録用紙の変形に大きく影響する部分の水分蒸散により乾燥状態を検出して、記録用紙の変形を確実に抑制することができる。
【００４７】
また、記録用紙の搬送路に沿った複数個所で記録用紙の先端部に含まれる水分の蒸散量を測定することにより、記録用紙の同一個所で蒸散挙動を測定して正確な蒸散速度を得ることができる。
【００４８】
さらに、記録用紙の蒸散挙動を計測する計測手段に記録用紙の先端を検出する位置センサを設けることにより、記録用紙の先端部に含まれる水分の蒸散量を確実に測定することができ、正確な蒸散速度を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
まず、物体表面に周囲雰囲気の気体が吸着して凝集して結露し、凝集した液体が蒸散するとき、物体の周囲雰囲気の状態変化について説明する。物体１の表面に周囲雰囲気２の気体が吸着して凝集するとき、図１に示すように、物体１表面から遠隔の雰囲気２の気体が物体１の表面近傍方向に流れ、物体１表面に吸着した気体が脱着するときや、物体１の表面に凝集した液体が蒸散するとき、物体１の表面近傍の雰囲気２が物体１表面から遠隔方向に流れる。
【００５０】
この物体１の表面への吸着・凝集に伴う周囲雰囲気２は輸送方向に沿って温度分布や密度分布が生じる。この物体１の表面温度に対する周囲雰囲気２の物体１表面からの距離に応じて変化する周囲雰囲気２の温度分布と相対湿度分布を図２（ａ），（ｂ）に示す。図２（ａ），（ｂ）は、遠隔場所にある周囲雰囲気２の温度がＴ１で物体１の表面温度がＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４、但し、Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ３＞Ｔ４で、雰囲気露点温度Ｔｄは温度Ｔ２と温度Ｔ３の間にある場合を示す。また、図２（ａ）は横軸に温度を示し、縦軸に物体１の表面からの距離を示し、図２（ｂ）は横軸に相対湿度は相対を示し、縦軸に物体１の表面からの距離を示す。
【００５１】
物体１表面が温度Ｔ１と周囲雰囲気２の温度Ｔ１とが同一である場合、周囲雰囲気２の相対湿度はどこでも均一に分布する。また、周囲雰囲気２の温度Ｔ１に対して物体１の表面の温度が相対的に低く温度Ｔ２になると、物体１表面の近傍では、空気や水蒸気の気体分子は物体１表面との熱力学的相互作用により物体１表面近傍の周囲雰囲気２の温度が低下する。このように物体１表面近傍の周囲雰囲気２の温度が低下すると飽和水蒸気圧が小さくなるので、水蒸気圧／/飽和水蒸気圧で示される相対湿度は上昇することになる。
物体表面の近傍では遠隔に比べて相対湿度が高くなる。この段階では、物体１表面で水蒸気分子を吸着する量が増えるが、物体１表面から脱着する量はまだあるので、物体１表面に水分子が形成される結露には至っていない。
【００５２】
周囲雰囲気の温度Ｔ１に対して物体１表面の温度がさらに低下して雰囲気露点温度Ｔｄより低い温度Ｔ３になると、物体１表面から脱着する量よりも物体１表面で水蒸気分子を吸着する量が多くなり、物体１表面では水蒸気分子が水分子のクラスターを形成して結露に至る。物体１表面より遠隔個所から物体１表面への水蒸気分子の輸送が増すにしても、物体１表面の近傍における周囲雰囲気２の温度にもよるが、物体１表面の近傍で１ｍｏｌ、22400ｃｃの水蒸気は18ｃｃの体積の水へ凝集するので、1/1244になり物体１表面の近傍では水蒸気分子が欠乏する。したがって物体１表面が温度Ｔ３と低くなったにもかかわらず、物体１表面の近傍の周囲雰囲気２は遠隔に比べて相対湿度が低くなる。なお、物体１表面近傍と遠隔の中間の周囲雰囲気２は、図２に示すように、温度が低下するので相対湿度が高くなる。周囲雰囲気の温度Ｔ１に対して物体１表面の温度がさらに低下して温度Ｔ４になると、結露が進行し、物体１表面温度Ｔ３の場合と比較して、さらに物体１表面の近傍の周囲雰囲気２は遠隔に比べて相対湿度が低くなる。
【００５３】
物体１表面温度が露点Ｔｄ以下である限り結露は進行するが、物体１表面温度が露点Ｔｄを越えると蒸散して物体１表面から遠隔個所へ水蒸気分子の輸送が行われる。このように、物体１表面への周囲雰囲気２の吸着・凝集過程・平衡状態・蒸散過程を、周囲雰囲気２の温度勾配，湿度勾配、流れの状態の変化を計測することにより物体１表面から離れた場所において非接触で物体１表面の結露挙動や蒸散挙動の遠隔検出を実現することができる。
【００５４】
この非接触で物体１表面の結露と蒸散の挙動を遠隔検出する非接触結露検出装置３の構成を図３のブロック図に示す。図３に示すように、非接触結露検出装置３は、複数の温度湿度センサ４ａ，４ｂ，４ｃとフローセンサ５及び処理装置６を有する。温度湿度センサ４ａは、図４に示すように、物体１の表面近傍で表面から距離ｈだけ隔てた位置に配置され、物体１表面近傍の周囲雰囲気２の温度Ｔａと湿度Ｈａを検出し、温度湿度センサ４ｂは物体１表面近傍と遠隔の中間位置に配置され、中間位置にある周囲雰囲気２の温度Ｔｂと湿度Ｈｂを検出し、温度湿度センサ４ｃは物体１表面から遠隔の位置に配置され、物体１表面から遠隔にある周囲雰囲気２の温度Ｔｃと湿度Ｈｃを検出する。フローセンサ５は物体１表面近傍と遠隔の中間位置に配置され、周囲雰囲気２の流れ方向Ｆｚや流速Ｗａを検出する。処理装置６は操作部７と演算処理部８と記憶部９及び警報出力部１０を有する。演算処理部８はあらかじめ設定された一定時間毎に温度湿度センサ４ａ〜４ｃとフローセンサ５で検出している周囲雰囲気２の温度と周囲雰囲気２の流れ方向や流速を入力し、入力した温度と湿度や輸送方向を記憶部９に記憶させるとともに、入力した温度と湿度及び流れ方向の変化から物体１表面の結露や蒸散の挙動を判定する。警報出力部１０は演算処理部８から結露信号や蒸散信号が出力されたとき、結露警報信号や蒸散信号を温度湿度制御装置に出力する。
【００５５】
この非接触結露検出装置３で物体１の表面の結露発生を検出するときの処理を図５のフローチャートと図４（ａ），（ｂ）を参照して説明する。
【００５６】
処理装置６の演算処理部８は、あらかじめ設定された一定時間毎に温度湿度センサ４ａ〜４ｃとフローセンサ５で検出している周囲雰囲気２の温度Ｔと湿度Ｈ及び周囲雰囲気２の流れ方向Ｆｚを入力し、入力した温度Ｈと湿度Ｈ及び輸送方向Ｆｚを記憶部９に記憶させる（ステップＳ１）。この状態で時刻ｔ（ｎ）から時刻ｔ（ｎ＋１）に達すると（ステップＳ２）、演算処理部８は時刻ｔ（ｎ＋１）で温度湿度センサ４ａから入力した近傍温度Ｔａ（ｎ＋１）と温度湿度センサ４ｃから入力した遠隔温度Ｔｃ（ｎ＋１）と温度湿度センサ４ａから入力した近傍湿度Ｈａ（ｎ＋１）と温度湿度センサ４ｃから入力した遠隔湿度Ｈｃ（ｎ＋１）を比較し（ステップＳ３）、近傍温度Ｔａ（ｎ＋１）と遠隔温度Ｔｃ（ｎ＋１）が同じときは、図４（ａ）に示すように、物体１の表面温度Ｔ１と遠隔温度Ｔｃ（ｎ＋１）が同じであって物体１表面に対する周囲雰囲気２の水蒸気分子の吸着量が少ないと判断する（ステップＳ７）。また、温度湿度センサ４ａで入力した近傍温度Ｔａ（ｎ＋１）が温度湿度センサ４ｃで入力した遠隔温度Ｔｃ（ｎ＋１）より低く、温度湿度センサ４ａで入力した近傍湿度Ｈａ（ｎ＋１）が温度湿度センサ４ｃで入力した遠隔湿度Ｈｃ（ｎ＋１）より高いときは、物体１表面において周囲雰囲気２の水蒸気分子を吸着する可能性がありと判定して、一定時間前である時刻ｔ（ｎ）と時刻ｔ（ｎ＋１）に温度湿度センサ４ａと温度湿度センサ４ｃで入力した湿度を比較し（ステップＳ４）、温度湿度センサ４ａから時刻ｔ（ｎ＋１）で入力した近傍湿度Ｈａ（ｎ＋１）が時刻ｔ（ｎ）で入力した近傍湿度Ｈａ（ｎ）より小さく、温度湿度センサ４ｃから時刻ｔ（ｎ＋１）で入力した遠隔湿度Ｈｃ（ｎ＋１）が時刻ｔ（ｎ）で入力した遠隔湿度Ｈｃ（ｎ）より大きく、時刻ｔ（ｎ＋１）でフローセンサ５から入力した周囲雰囲気２の流れ方向Ｆｚが、図４（ｂ）に示すように、物体１の表面側であるときは、物体１表面に対する周囲雰囲気２の水蒸気分子の吸着量が大きく凝集すると判定し、演算処理部８は警報出力部１０に物体１の表面に結露が生じる可能性があることを示す結露信号を出力する（ステップＳ５）。警報出力部１０は演算処理部８から結露信号が送られると、結露警報信号を例えば除湿装置等の温度湿度制御装置に出力する（ステップＳ６）。また、一定時間前である時刻ｔ（ｎ）と時刻ｔ（ｎ＋１）に温度湿度センサ４ａと温度湿度センサ４ｃで入力した湿度を比較した結果（ステップＳ４）、時刻ｔ（ｎ＋１）で入力した近傍湿度Ｈａ（ｎ＋１）が時刻ｔ（ｎ）で入力した近傍湿度Ｈａ（ｎ）と同じか大きく、時刻ｔ（ｎ＋１）で入力した遠隔湿度Ｈｃ（ｎ＋１）が時刻ｔ（ｎ）で入力した遠隔湿度Ｈｃ（ｎ）と同じか大きく、時刻ｔ（ｎ＋１）でフローセンサ５から入力した周囲雰囲気２の流れ方向Ｆｚが物体１の表面側でない場合は物体１表面に対する周囲雰囲気２の水蒸気分子の吸着量が少ないと判断する（ステップＳ７）。この処理を、測定を継続している間繰り返す（ステップＳ８、Ｓ２）。
【００５７】
次に、非接触結露検出装置３で物体１表面からの蒸散発生を検出するときの処理を図６のフローチャートと図４（ｃ）を参照して説明する。
【００５８】
演算処理部８は、あらかじめ設定された一定時間毎に温度湿度センサ４ａ〜４ｃとフローセンサ５で検出している周囲雰囲気２の温度Ｔと湿度Ｈ及び周囲雰囲気２の流れ方向Ｆｚを入力し、入力した温度Ｈと湿度Ｈ及び輸送方向Ｆｚを記憶部９に記憶させる（ステップＳ１１）。この状態で時刻ｔ（ｎ）から時刻ｔ（ｎ＋１）に達すると（ステップＳ１２）、演算処理部８は時刻ｔ（ｎ＋１）で温度湿度センサ４ａから入力した近傍湿度Ｈａ（ｎ＋１）と温度湿度センサ４ｃから入力した遠隔湿度Ｈｃ（ｎ＋１）を比較し（ステップＳ１３）、近傍湿度Ｈａ（ｎ＋１）が遠隔湿度Ｈｃ（ｎ＋１）より小さいときは物体１表面からの蒸散なしと判定する（ステップＳ１７）。また、近傍湿度Ｈａ（ｎ＋１）が遠隔湿度Ｈｃ（ｎ＋１）より大きいときは、物体１表面から水蒸気分子が蒸散している可能性があると判定し、時刻ｔ（ｎ）と時刻ｔ（ｎ＋１）のときにフローセンサ５から入力した周囲雰囲気２の流れ方向Ｆｚが変わって、時刻ｔ（ｎ＋１）のときの周囲雰囲気２の流れ方向Ｆｚが物体１表面と逆方向になっているかどうかを判定し（ステップＳ１４）、時刻ｔ（ｎ＋１）のときの周囲雰囲気２の流れ方向Ｆｚが、図４（ｃ）に示すように、物体１表面と逆方向になっているときは、物体１表面から水蒸気分子が蒸散していると判定し（ステップＳ１５）、警報出力部１０に物体１表面から水蒸気分子が蒸散していることを示す蒸散信号を出力する。警報出力部１０は演算処理部８から蒸散信号が送られると、蒸散警報信号を例えば除湿装置等の温度湿度制御装置に出力する（ステップＳ１６）。また、時刻ｔ（ｎ＋１）のときの周囲雰囲気２の流れ方向Ｆｚが物体１表面と逆方向になっていないときは、物体１表面からの蒸散なしと判定する（ステップＳ１７）。この処理を測定を継続している間繰り返す（ステップＳ１８、Ｓ１２）。
【００５９】
このようにして物体１表面に対する周囲雰囲気２の温度勾配と湿度勾配及び流れの状態の変化を計測することにより物体１表面から離れた場所において物体１表面の結露挙動や蒸散挙動を検出することができる。
【００６０】
前記説明では温度湿度センサ４ａ〜４ｃとフローセンサ５を物体１表面に対して垂直方向に配置した場合について説明したが、図７に示すように、物体１表面から距離ｈだけ隔てた位置に、壁面１１を物体１表面と垂直に設け、物体１の表面から壁面１１の中間に相当する距離ｈ１だけ隔てた位置に温度湿度センサ４ａ，４ｂとフローセンサ５を配置し、温度湿度センサ４ａとフローセンサ５を壁面１１から離れた位置に配置し、温度湿度センサ４ｂを壁面１１に近くに配置しても良い。温度湿度センサ４ａ〜４ｃとフローセンサ５を物体１表面に対して垂直方向に配置した場合、物体１表面近傍の温度湿度センサ４ａは物体１の影響を早期に受け、物体１表面より遠隔の温度湿度センサ４ｃは温度湿度センサ４ａより物体１の影響を遅く受ける。この挙動に着目し、図７に示すように、壁面１１を配置し、物体１表面から同一距離ｈ１の位置に温度湿度センサ４ａ，４ｂとフローセンサ５を配置し、物体１の影響を受ける時刻に差を持たせる。
【００６１】
このように物体１表面に対して気体の輸送摩擦抵抗となる壁面１１を設けた場合、壁面１１の上部から壁面１１に沿って流れる層流速度が壁面１１の摩擦抵抗を受ける境界層の厚さδは、壁面１１の上端部から壁面１１に沿った距離をｘ、流速をＵ、壁面１１の摩擦抵抗をνとすると、ストークスの法則により、δ≒５＊（νｘ／Ｕ）１／２で得られる。２０℃の空気で流速Ｕを１ｍｍ／秒と５ｍｍ／秒と１０ｍｍ／秒と１００ｍｍ／秒及び１０００ｍｍ／秒と変えたときの壁面１１の上端部から壁面１１に沿った距離ｘに対する境界層の厚さδの変化を図８に示す。流速Ｕ＝５ｍｍ／秒の流れは０．１秒後に０．５ｍｍ移動するが、壁端面からの距離Ｘ＝１ｍｍの地点において、壁面１１から離れる距離が９ｍｍ、１０ｍｍ，１１ｍｍでは、壁面１１の摩擦抵抗により図８の破線円内の流れFで示すようになる。
【００６２】
そこで温度湿度センサ４ａとフローセンサ５を壁面１１から離れた位置に配置し、温度湿度センサ４ｂを壁面１１に近くに配置すると、ある時刻ｔにおいて、温度湿度センサ４ａが検出する雰囲気２のほうが壁面１１から離れているので、図７に示すように、流れが先行し、その時刻ｔで温度湿度センサ４ｂは壁面１１に近いため、摩擦抵抗により流れが遅くなり、物体１表面に対する影響の到達時刻が遅く、物体１表面から離れた雰囲気２を検出することと同等になり、温度湿度センサ４ａ，４ｂで検出した雰囲気温度Ｔａ，Ｔｂとフローセンサ５で検出した流れ方向Ｆｚにより、物体１表面に対する周囲雰囲気２の温度勾配と湿度勾配及び流れの状態の変化を計測することにより物体１表面から離れた場所において物体１表面の結露挙動や蒸散挙動を検出することができる。
【００６３】
物体１表面への吸着・凝集に伴う気体の輸送に沿って温度湿度センサ４を配置するに当たり、検出分解能を得るため輸送距離を長くする必要があり設置構造も大きくなる。これに対して図７に示すように物体１の表面に対して壁面１１を設け、温度湿度センサ４ａ，４ｂとフローセンサ５を壁面１１の中間に相当する距離ｈ１だけ隔てた位置に配置することにより、計測機構をコンパクトにすることができる。
【００６４】
また、気体の輸送のメカニズムによっては、輸送速度によって雰囲気状態が緩やかな勾配で変化する場合もあり、このような場合には測定が困難になるが、図７に示すように物体１の表面に対して気体の輸送摩擦抵抗となる壁面１１を設けることにより、雰囲気状態に急峻な勾配を与えることができる。
【００６５】
さらに、物体１表面から離れた２個所に温度湿度センサ４ａ，４ｂを設置した場合、周辺雰囲気２を形成する気体の温度勾配、粘性、密度、熱伝導率、重力、の蒸気圧などの要素により、物体１表面に至る距離に応じて微小空間に密度勾配が生ずる場合もある。このような場合、物体１表面から離れると、物体１表面の影響力が小さくなり、周囲環境の揺らぎの影響が大きくなる。この現象に対して、図７に示すように、物体１の表面に対して壁面１１を設け、温度湿度センサ４ａ，４ｂとフローセンサ５を物体１表面から一定距離ｈ１だけ隔てた位置に配置して計測機構をコンパクトにすると、周囲環境の揺らぎの影響を小さくすることができる。
【００６６】
なお、摩擦抵抗を有する壁面１１と温度湿度センサ４ａ，４ｂ及びフローセンサ５は、周囲雰囲気２の熱的状態に影響を与えないように、熱容量が極めて小さいか、熱伝導率が周囲雰囲気２に近い材料を使用することが望ましい。
【００６７】
図７では温度湿度センサ４ａ，４ｂ及びフローセンサ５を壁面１１の中間部に配置した場合について説明したが、図９（ａ）に示すように、温度湿度センサ４ａ，４ｂ及びフローセンサ５を壁面１１の物体１表面と反対側の端部近傍に配置したり、図９（ｂ）に示すように、温度湿度センサ４ａ，４ｂ及びフローセンサ５を壁面１１の物体１表面の近くに配置しても良い。図９（ａ）に示すように、温度湿度センサ４ａ，４ｂ及びフローセンサ５を壁面１１の物体１表面と反対側の端部近傍に配置して、壁面１１に沿った壁端面の距離ｘが零に近いほど、流速範囲が広くても境界層が壁に近くなるので、境界層の厚さδが狭い距離にまとまり、壁面１１に対して温度湿度センサ４ａ，４ｂ及びフローセンサ５を近くに配置でき、計測機構をよりコンパクトにして広い流速範囲を計測することができる。また、図９（ｂ）に示すように、温度湿度センサ４ａ，４ｂ及びフローセンサ５を壁面１１の物体１表面と反対側の端部近傍に配置することにより、壁面１１の長さを短くでき、凝集と蒸散で互いに逆方向の流れる周囲雰囲気２の測定を容易に行なうことができる。
【００６８】
また、物体１表面の周囲雰囲気２は温度が低くなるほど比重が大きくなり、重力の影響により上昇しにくく下降しやすくなり、それに伴って温度勾配も変化する。逆に、物体１表面の周囲雰囲気２の温度が高く、湿度が低いほど比重は小さく軽くなる。この物体１表面の温度条件により物体１表面からの距離と雰囲気の温度と湿度の分布が物体１の上面と下面で相違する状態を図１０（ａ）に示す。物体１表面の上方の周囲雰囲気２は、物体表面温度が雰囲雰囲気温度より低い場合には、物体１近傍の周囲雰囲気２が物体１表面により冷やされ、比重を増して重力によって下降して物体１表面からの熱影響を受ける距離が短くなる。物体１表面の下方の周囲雰囲気２は、物体表面温度が雰囲気温度より低い場合には、物体１近傍の周囲雰囲気２は物体１表面により冷やされ、比重を増して重力によって下降し、物体１表面からの熱影響を受ける距離が広がる。物体１表面への吸着・凝集に伴う気体の輸送方向に沿って輸送速度が微小であると外界の揺らぎの影響の方が大きい場合がある。この物体１両面の外界の揺らぎと表面状態、比熱、容量が比較的同一であって、同様な結露現象を発生させるような結露面に限定した場合、図１０（ｂ）に示すように、結露面の上面と下面でのそれぞれの結露挙動の差を得ることによって外界の揺らぎの影響を取り除くことができる。
【００６９】
そこで図１１（ａ）に示すように、物体１の上方に温度湿度センサ４ａ，４ｂ及びフローセンサ５を配置すると共に、物体１の下方にも温度湿度センサ４１ａ，４１ｂ及びフローセンサ５１を配置し、物体１の上方と下方の両方における測定値の差分により物体１表面に気体が吸着して凝集したり、凝集した液体が蒸散する挙動を検出すると、外界の揺らぎの影響を取り除くことができる。
【００７０】
また、例えば物体１の上方に配置したフローセンサ５により周囲雰囲気の流れ方向Ｆｚは検出できるので、図１１（ｂ）に示すように、物体１の一方の表面側、例えば上方側だけにフローセンサ５を配置しても良い。さらに、図１１（ｃ）に示すように、物体１表面が傾斜していても重力方向に沿った周囲雰囲気２の輸送の影響を利用して外界の揺らぎの影響を取り除くことができる。なお、物体１表面である結露面の下面は上面より重力による輸送距離が長く、測定間隔が長くなって高感度になるので、輸送速度が微小であっても外界の揺らぎの程度によっては、結露面の下面だけでも結露挙動を検出することができる。
【００７１】
また、外界の雰囲気の揺らぎに影響されず、外乱を排除できるように温度湿度センサ４ａ，４ｂとフローセンサ５を配置した他の計測手段について説明する。この計測手段１２は、図１２に示すように、円筒状に形成された整流管１３の内部の流路に温度湿度センサ４ａ，４ｂとフローセンサ５を配置し、物体１表面に対する周囲雰囲気２を整流管１３で外界から隔離して、外界の雰囲気の揺らぎや外乱を排除する。ここで図１２（ａ）は整流管１３の壁面に沿って温度湿度センサ４ａ，４ｂ及びフローセンサ５を配置した計測手段１２ａを示し、図１２（ｂ）は整流管１３の壁面と直交して温度湿度センサ４ａ，４ｂ及びフローセンサ５を配置した計測手段１２ｂを示す。この図１２（ｂ）に示した計測手段１２ｂは、整流管１３の壁面で、図７に示す壁面１１と同様に雰囲気状態に急峻な勾配を与えるとともに、整流管１３で外界の雰囲気の揺らぎの影響を除去して外乱を排除する。この整流管１３も、雰囲気の熱的状態に影響を与えないように、熱容量が小さいか熱伝導率が雰囲気に近い材料、例えば樹脂材料やセラミック材料で形成することが望ましい
【００７２】
また、物体１表面の周囲雰囲気２が流れるときの流速が極めて小さい場合には、整流管１３を周囲雰囲気２が流れる状態を検出する温度湿度センサ４ａ，４ｂ及びフローセンサ５で得られる測定値を大きく取り出す必要がある。そこで図１３（ａ）の斜視図と（ｂ）の断面図に示すように、整流管１３の物体１表面と反対側の断面積を物体１表面側の断面積より小さくして流速を大きくし、その領域に温度湿度センサ４ｂとフローセンサ５を設けて測定精度を高めると良い。
【００７３】
このように物体１表面に対する周囲雰囲気２の温度勾配と湿度勾配及び流れの状態の変化を計測するとき、温度湿度センサ４とフローセンサ５は、気体の輸送過程を迅速に検出でき、微細な空間分解能を有する検出能力を有するセンサを使用することが望ましい。このようなセンサとしては、例えば特許第２８８９９０９号公報や特許第２６２１９８２号公報や特許第２７８０９１１号公報あるいは特開平６−１８４６５号公報等に記載された薄膜で微細構造に形成された抵抗体を使用したセンサを使用すれば良い。
【００７４】
図１４は、薄膜で微細構造に形成された抵抗体を使用した温度湿度センサ４とフローセンサ５を整流管１３と一体に形成した計測手段１２ｃを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）の水平方向の断面図、（ｃ）は（ａ）の垂直方向の断面図である。この計測手段１２ｃは、（ｂ）の断面図に示すように、縦方向の中央部に溝１４を有する基板１５の溝１４を横切って薄膜で微細構造に形成された抵抗体１６を有する複数のセンサ感応部１７を配置し、このセンサ感応部１７の上に縦方向の中央部に溝１８を有するカバー１９を接合し、基板１５の溝１４とカバー１９の溝１８を流路として基板１５とカバー１９で整流管１３を構成したものである。この基板１５とセンサ感応部１７やカバー１９は、集積回路微細加工技術を用いたいわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術により、高精度に大量生産によって容易に作製することができる。この計測手段１２ｃは、センサ感応部１７を複数アレイ状に並べることにより物体１表面から異なる距離にそれぞれ設置でき、能力範囲や異なる機能が混載できるので、広い温度湿度範囲の条件や結露挙動の速さに対応できるとともに小型化でき、周囲雰囲気２の状態に与える影響が少なく、測定個所の設置位置精度が高く、高精度な測定値を得ることができる。また、適用場所の制限が広がり汎用性を向上することができる。さらに、同じ種類で同程度のレベルの出力信号を出力するセンサに統一できて処理装置６の処理を簡略化することができる。
【００７５】
図１４に示した計測手段１２ｃは整流管１３すなわち基板１５とカバー１９の溝１４，１８に沿って温度湿度センサ４ａ〜４ｃとフローセンサ５を配置した場合について説明したが、図１２（ｂ）に示すように、整流管１３の壁面と直交して温度湿度センサ４ａ，４ｂ及びフローセンサ５を配置した場合も、薄膜で微細構造に形成された抵抗体を使用した温度湿度センサ４ａ，４ｂとフローセンサ５を整流管１３と一体に形成することができる。この計測手段１２ｄは、図１５（ａ）の平面図と（ｂ）の断面図に示すように、壁２０の中央に、一定断面積を有する複数の貫通孔２１を有するセンサ基板２２を形成し、センサ基板２２の貫通孔２１の上に抵抗体１６を有する複数のセンサ感応部１７を配置して、温度湿度センサ４ａ，４ｂ及びフローセンサ５を形成したものである。この計測手段１２ｄにおいても、図７や図１２（ｂ）に示した場合と同様に、フローセンサ５は気体の輸送摩擦抵抗となる壁２０から離れた位置に設けて、測定感度を高めると良い。例えば、長さ２ｍｍの壁２０の中央に、幅１ｍｍ、長さ５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのセンサ基板２２を設置し、温度湿度センサ４ｂを壁２０から距離０．５ｍｍの位置に配置し、温度湿度センサ４ａを壁２０から距離３ｍｍの位置に配置すると、２０℃の空気について図８に示す境界層の厚さδの変化から、１０ｍｍ／秒〜１００ｍｍ／秒の雰囲気の状態を測定することができる。
【００７６】
また、この計測手段１２ｄを、図１６（ａ）の平面図と（ｂ）の側面断面図に示すように積層して計測手段１２ｅを形成することにより、整流機能をより向上させることができる。そして計測手段１２ｄ，１２ｅも集積回路微細加工技術を用いたいわゆるＭＥＭＳ技術により容易に作製することができる。
【００７７】
前記説明では物体１の表面に水蒸気分子が凝集して結露したりする場合について説明したが、温度湿度センサの代わりにガス成分センサやガス濃度センサを使用して気体の成分や密度や濃度を検出することにより、多成分のガスの精製分離技術等各種分野にも適用することができる。
【００７８】
例えば図１２に示す計測手段１２に準じて、整流管１３をアクリル樹脂で内径１１ｍｍ、長さ３０ｍｍで形成し、この整流管１３を物体１表面から間隔１ｍｍを隔てて配置し、温度湿度センサ４ａを整流管１３の下端部から２ｍｍの位置に装着し、温度湿度センサ４ｂを整流管１３の下端部から１５ｍｍの位置に装着し、温度湿度センサ４ｃを整流管１３の下端部から２８ｍｍの位置に装着し、フローセンサ５を温度湿度センサ４ａと温度湿度センサ４ｂの中間位置に配置して測定した結果を図１７〜図１９に示す。また、同時に、性能比較のため従来から用いられている計測手段の吸着水による電極間電気抵抗値変化を検出する原理の表面接触型結露センサを物体１の表面に装着して測定した。
【００７９】
図１７は、整流管１３の外界雰囲気を２５℃、８０％ＲＨ（露点＝２１．３℃）一定にし、１０分経過後、物体１の表面温度を２５℃から２℃ずつ階段状に降下させた場合で、２８分経過時点には物体１の表面温度は外界雰囲気の露点２１．３℃で、さらに降下していく状態である。温度湿度センサ４ａと温度湿度センサ４ｂでは、物体１の表面温度の低下に影響され、物体１の表面温度が外界雰囲気の露点以上では、より温度が低下し相対湿度がより増加し、物体１の表面温度が外界雰囲気の露点以下になると相対湿度が減少する反応を示す。さらに、温度湿度センサ４ａは温度湿度センサ４ｂよりも物体１の表面により近いので、物体１の表面温度が外界雰囲気の露点以上では、より温度が低下し相対湿度がより増加し、物体１の表面温度が外界雰囲気の露点以下になると相対湿度がより減少する反応を示す。また、フローセンサ５の挙動では、露点前後の傾向から、物体１の表面方向への流れが増加していることを示す。温度湿度センサ４ｃは物体１の表面から離れているので、物体１の表面温度の降下に影響されにくく外界雰囲気の影響が大きい。
これらの温度湿度センサ４ａ，４ｂ，４ｃとフローセンサ５の挙動から結露発生現象が観測できることがわかる。物体１の表面の結露発生で、温度湿度センサ４ａと温度湿度センサ４ｂの反応開始は２９〜３０分であり、表面接触型結露センサの反応開始が３２分であるのより早い。したがって表面接触型結露センサより応答が早く、非接触で検出することができ、微量な結露挙動も検出することができる。
【００８０】
また、図１８は、物体１の表面温度を２０℃に保持し、整流管１３の外界雰囲気を９分経過後２５℃、６０％ＲＨ（露点＝１６．７℃）から、５％ＲＨずつ階段状に増加させた場合で、３８分経過時点で外界雰囲気の露点が２０℃になり、さらに増加していく状態である。温度湿度センサ４ｃは物体１の表面から離れているので影響されにくく，外界雰囲気の湿度影響を大きく受け相対湿度が増加していることを示す。温度湿度センサ４ａと温度湿度センサ４ｂでは、物体１の表面により近いので、外界雰囲気の露点が物体１の表面温度以上になると、物体１の表面に結露が発生すると水蒸気が凝集し、水蒸気密度が減少するため影響を受け、温度湿度センサ４ｃに比べ相対湿度が増加しない反応を示す。また、フローセンサ５の挙動では、露点前後の傾向から、物体１の表面方向への流れが増加していることを示す。
これらの温度湿度センサ４ａ，４ｂ，４ｃとフローセンサ５の挙動から結露発生現象が観測できることがわかる。物体１の表面の結露発生で、温度湿度センサ４ａと温度湿度センサ４ｂの反応開始は３８分であり、表面接触型結露センサの反応開始が４０分であるのより早い。したがって表面接触型結露センサより応答が早く、非接触で検出することができ、微量な結露挙動も検出することができる。
【００８１】
図１９は、整流管１３の外界雰囲気を２５℃、８０％ＲＨ（露点＝２１．３℃）で一定にし、物体１の表面温度を１９℃に保持することにより結露を生成しておき、７分経過後、物体１の表面温度を２５℃に上昇させると結露水が水蒸気として蒸散される場合を示す。
物体１の表面温度を１９℃から２５℃へ上昇し始めると水蒸気脱着が促進され、温度湿度センサ４ａと温度湿度センサ４ｂでは相対湿度が増加する反応を示し、蒸散が観測される。温度湿度センサ４ａでは温度湿度センサ４ｂよりも物体１の表面により近いので、時間当たりの増加率が高い。フローセンサ５の挙動では、物体１の表面温度の上昇前後の傾向から、物体１の表面と逆方向への流れが増加していることを示す。
これらの温度湿度センサ４ａ，４ｂ，４ｃとフローセンサ５の挙動から蒸散現象が観測できることがわかる。また、温度湿度センサ４ａと温度湿度センサ４ｂでは、４０分経過まで相対湿度の増加を示し、結露状態であって、７分から４０分までの３３分間が蒸散過程であることを示す。なお、温度湿度センサ４ｃの温度湿度挙動からも明らかで、物体１の表面温度上昇に伴う温度湿度センサ４ａと温度湿度センサ４ｂの温度も上昇するので、蒸散過程の開始時よりも終了時の相対湿度の値は減少することを示している。物体１の表面からの蒸散発生は、温度湿度センサ４ａと温度湿度センサ４ｂの反応開始は８分であり、表面接触型結露センサの反応開始が１２分であるのより早い。但し、１２分での表面接触型結露センサの反応は結露がなくなったことを示しているが、実際には４０分まで結露状態であった。したがって表面接触型結露センサより応答が早く、非接触で検出することができ、微量な蒸散挙動もリアルタイムで検出することができる。
【００８２】
このように水分の蒸散挙動をリアルタイムで検出することができる非接触結露検出装置３を使用して画像が転写された記録用紙から水分が蒸散する挙動を検出して、定着装置で加熱加圧させるときに記録用紙に生じるカール等の変形を防止する画像形成装置について説明する。
【００８３】
画像形成装置の画像形成ユニット３０は、図２０の構成図に示すように、感光体ドラム３１の周囲に配置された帯電装置３２とレーザ光源やポリゴンミラー等が設けられ、感光体ドラム３１にレーザビームを照射して画像を書き込む書込装置３３と現像装置３４と転写装置３５及びクリーニング装置３６と、加熱ローラ３７と加圧ローラ３８とを有し、記録用紙３９に転写されたトナー像を定着する定着装置４０を有する。
【００８４】
この画像形成ユニット３０は、帯電装置３２で帯電した感光体ドラム３１表面に書込装置３３でレーザビームを照射して静電潜像を形成し、形成した静電潜像を現像装置３４で可視化してトナー像を形成する。感光体ドラム３１に形成されたトナー像は、転写装置３５で給紙装置あるいは手差しトレイから給紙された記録用紙３９に転写される。記録用紙３９にトナー像を転写した感光体ドラム３１に残留しているトナーはクリーニング装置３６で除去される。トナー像が転写された記録用紙３９は定着装置４０に送られ、熱と圧力が加えられてトナー像を定着する。画像が定着された記録用紙３９は排紙装置に排出される。この定着装置４０で記録用紙３９に熱と圧力を加えてトナー像を定着するとき、記録用紙３９は急激に乾燥してカール等の変形が生じる。この記録用紙３９の乾燥速度は、記録用紙３９に含まれる水分の蒸散挙動に支配される。
【００８５】
この記録用紙３９に含まれる水分の蒸散挙動により記録用紙３９が変形する状態について説明する。図２１の模式図に示すように、高温度の加熱部材４０１上を記録用紙３９が移動するとき、加熱部材４０１の温度を変えて、非接触結露検出装置３により記録用紙３９に含まれる水分の蒸散挙動を調べて結果を図２２及び図２３に示す。図２２において、蒸散Ａ特性は加熱部材４０１と記録用紙３９の接触温度差が６０℃の場合、蒸散Ｂ特性は加熱部材４０１と記録用紙３９の接触温度差が７０℃の場合、蒸散Ｃ特性は加熱部材４０１と記録用紙３９の接触温度差が８０℃の場合、蒸散Ｄ特性は加熱部材４０１と記録用紙３９の接触温度差が９０℃の場合を示し、図２２（ａ）は記録用紙３９の加熱時間に対する記録用紙３９の温度上昇の変化を示し，図２２（ｂ）は記録用紙３９の加熱時間に対する記録用紙３９に含まれる水分蒸散増加量の変化を示す、図２２（ｃ）は記録用紙３９の加熱時間に対する記録用紙３９の変位量δの変化を示す。図２３（ａ）〜（ｄ）は蒸散Ａ特性と蒸散Ｂ特性と蒸散Ｃ特性及び蒸散Ｄ特性毎に記録用紙３９の温度上昇と水分蒸散増加量及び変位量の変化を示す。
【００８６】
図２２（ａ）と（ｂ）に示すように、記録用紙３９が加熱されて温度上昇すると、記録用紙３９に含まれる水分が蒸散し、加熱部材４０１と記録用紙３９の接触温度差が６０℃から９０℃と大きくなるにしたがって蒸散量と蒸散速度（時間当たりの蒸散量）が次第に大きくなり、ある程度蒸散すると蒸散量は低下してくる。そして図２２（ｂ）と（ｃ）に示すように、水分蒸散速度が大きいほど、記録用紙３９の変位量δが大きく、変形量が早く推移する。このことから、記録用紙３９に含まれる水分量が記録用紙３９の変形の大きさに影響し、その水分の蒸散速度により記録用紙３９の変形量が定まる。
【００８７】
また、記録用紙３９から水分は蒸散するが、蒸散Ａ特性のように記録用紙３９に変位が生じない場合がある。これは記録用紙３９の強度（コシの強さ）によることを示している。すなわち、記録用紙３９の強度により変形が阻止されて水分が蒸散してもすぐには変形が生じないことを示す。したがって記録用紙３９に含まれる水分量が多くても、その蒸散速度を緩やかにする、すなわち記録用紙３９をゆっくり乾燥することにより変形量を小さくすることができる。
【００８８】
また、記録用紙３９に含まれる水分の蒸散挙動による記録用紙３９の変形は、図２３（ａ）〜（ｄ）に示すように、記録用紙３９の変形開始は記録用紙３９の強度により形状が維持され、水分の蒸散開始以後に発生し、蒸散速度が大きい順に変形量が大きくなる。したがって記録用紙３９に変形が生じる以前の蒸散速度を測定することにより、記録用紙３９の変形量を予測することができる。そこで記録用紙３９に含まれる水分の蒸散開始時刻から０．１秒までの記録用紙３９に変形が発生する以前の蒸散速度に対する変形開始時刻から０．１秒までの記録用紙３９の変形量を図２４に示す。図２４に示すように、記録用紙３９に変形が生じる以前の蒸散開始開始から０．１秒までの蒸散速度を測定すると、記録用紙３９の変形の程度を明らかになる。
【００８９】
以上のことから記録用紙３９の蒸散速度を測定することにより記録用紙３９の変形量を判定できるし、記録用紙３９に与えられる温度に対して蒸散開始時刻と変形前の蒸散速度を測定すれば、記録用紙３９の変形を予知することができる。
【００９０】
次に、図２５に加熱部材４０１と記録用紙３９の接触温度差が７０℃の場合、種類が異なる記録用紙３９の水分蒸散量と変位量の変化を示す。図２５において蒸散Ｅ特性は蒸散Ｂ特性より記録用紙３９の厚さが薄く、熱容量が小さく水分が蒸散しやすい紙質の場合である。図２５（ａ），（ｂ）に示すように、蒸散Ｅ特性の方が蒸散Ｂ特性より早く蒸散し、早く変形している。すなわち記録用紙３９が厚い分だけ（コシの強さ）が大きいことも示している。したがって、記録用紙３９に含まれる水分の蒸散挙動、すなわち蒸散速度と蒸散開始時刻及び温度を検出することにより、コート紙のような特殊紙を除いた普通紙は例えば再生紙であっても、記録用紙３９の種類を判別する必要なしに、記録用紙３９の変形を予知できるとともに変形量も判定することができる。
【００９１】
そこで画像形成ユニット３０の用紙搬送経路には、記録用紙３９の蒸散挙動を検出するために、図２０に示すように、転写装置３５より上流側に第１の位置センサ４１ａと非接触結露検出装置３の例えば図１４に示す計測手段１２ｃと同じ第１の計測手段４２ａを有し、用紙搬送経路の転写装置３５より下流側に第２の位置センサ４１ｂと第２の計測手段４２ｂを有し、定着装置４０に第３の計測手段４２ｃを有する。第１の位置センサ４１ａと第１の計測手段４２ａは略同じ位置に配置され、第２の位置センサ４１ｂと第２の計測手段４２ｂも略同じ位置に配置されている。
【００９２】
画像形成装置の制御装置には、図２６のブロック図に示すように、各位置センサ４１ａ，４１ｂと計測手段４２ａ〜４２ｃの検出結果により記録用紙３９の変形を予測する変形予知制御部４３を有する。変形予知制御部４３は蒸散挙動演算処理部４４と計時部４５と基準情報記憶部４６と変形予知処理部４７及び変形回避制御部４８を有する。蒸散挙動演算処理部４４は第１の計測手段４２ａと第２の計測手段４２ｂと第３の計測手段４２ｃから出力する計測信号に基づいて記録用紙３９に含まれる水分の蒸散挙動を検出して蒸散量を演算し、演算した蒸散量と、第１の位置センサ４１ａと第２の位置センサ４１ｂで記録用紙の先端を検出したときの時刻差から記録用紙３９からの水分の蒸散速度を算出する。基準情報記憶部４６には、図２３に示すような記録用紙３９の加熱時間に対する温度上昇と蒸散増加量及び変位量を示す基準特性と、図２４に示すように記録用紙３９に変形が生じる以前の蒸散開始開始から変形が生じるまでの一定時間例えば０．１秒までの蒸散速度の基準値があらかじめ格納されている。変形予知処理部４７は蒸散挙動演算処理部４４で算出した蒸散速度と基準情報記憶部４６に格納された基準値とを比較して記録用紙３９の変形を予測するとともに定着装置４０で水分蒸散量がどの程度増えるかを判定する。変形回避制御部４８は記録用紙３９の搬送速度情報と定着装置４０の定着温度情報を入力し、入力した搬送速度情報と定着温度情報を、変形予知処理部４６から送られる記録用紙３９の変形予測情報及び基準情報記憶部４６に格納した加熱時間に対する温度上昇と蒸散増加量及び変位量を示す基準特性により可変して記録用紙３９の搬送速度と定着温度の制御情報を生成して記録用紙３９の搬送速度制御部４９や定着温度制御部５０に出力し、変形予知処理部４７から送られる記録用紙３９の変形予測情報と蒸散量及び搬送速度と定着温度の制御情報に異常がある場合、記録用紙３９の搬送を停止させ警報部５１に警報信号を出力する。
【００９３】
この変形予知制御部４３で、画像形成ユニット３０に送られて感光体ドラム３１に形成されたトナー像を転写して定着装置４０に搬送される記録用紙３９に生じる変形を予知して変形を回避する処理を図２７のフローチャートを参照して説明する。
【００９４】
画像形成ユニット３０で画像形成処理が開始して搬送された記録用紙３９の先端部を第１の位置センサ４１ａで検出すると（ステップＳ２１）、蒸散挙動演算処理部４４は、そのとき計時部４５から出力している時刻ｔ０を入力し（ステップＳ２２）、第１の位置センサ４１ａと第１の計測手段４２ａの配置で定まる所定のタイミングをおいて第１の計測手段４２ａで計測した記録用紙３９の先端部に含まれる水分の蒸散挙動を示す計測情報から蒸散量Ｈ０を算出する（ステップＳ２３）。この状態で搬送されている記録用紙３９には転写装置３５でトナー像が転写されて定着装置４０に送られるとき、トナー像が転写された記録用紙３９の先端部を第２の位置センサ４１ｂで検出すると（ステップＳ２４）、蒸散挙動演算処理部４４は計時部４５からそのときの時刻ｔ１を入力し（ステップＳ２５）、所定のタイミングをおいて第２の計測手段４２ｂで計測した記録用紙３９の先端部に含まれる水分の蒸散挙動を示す計測情報から蒸散量Ｈ１を算出する（ステップＳ２６）。蒸散挙動演算処理部４４は第２の計測手段４２ｂで計測した計測情報から蒸散量Ｈ１を算出すると、先に算出した蒸散量Ｈ０と今回算出した蒸散量Ｈ１及び第１の位置センサ４１ａと第２の位置センサ４１ａで記録用紙３９の先端部を検出したときの時刻ｔ０と時刻ｔ１から蒸散速度Ｖを、
Ｖ＝（Ｈ１−Ｈ０）／（ｔ１−ｔ０）
で演算し、演算した蒸散速度Ｖを変形予知処理部４７に送る（ステップＳ２７）。
【００９５】
このように記録用紙３９の先端部に含まれる水分の蒸散挙動を計測するのは、画像形成ユニット３０に搬送される記録用紙３９の端部は換気性がよく、周囲雰囲気への蒸散が多いうえ、乾燥が進みやすいとともに端部への水分供給が不足がちになるため、乾燥への挙動が迅速に現れ、記録用紙３９の変形に大きく影響するためである。また、記録用紙３９の先端部が第１の位置センサ４１ａと第２の位置センサ４１ｂの位置に達したとき蒸散挙動を計測するのは、記録用紙３９が搬送されているので記録装置３９の同一個所で蒸散挙動を計測して正確な蒸散速度を得るためである。
【００９６】
変形予知処理部４７は送られた蒸散速度Ｖと基準情報記憶部４６に格納されている記録用紙３９に変形が生じる以前の蒸散開始開始から変形が生じるまでの一定時間までの蒸散速度の基準値とを比較し、蒸散速度Ｖが基準値より小さいときは、搬送されている記録用紙３９に変形が生じないと判定し、蒸散速度Ｖが基準値以上のときは、搬送されている記録用紙３９に変形が生じると判定して変形予知情報を変形回避制御部４８に送る（ステップＳ２８）。変形回避制御部４８は、変形予知情報が送られると、記録用紙３９の搬送速度情報と定着装置４０の定着温度情報を入力し、入力した搬送速度情報と定着温度情報を送られる記録用紙３９の変形予測情報及び基準情報記憶部４６に格納した加熱時間に対する温度上昇と蒸散増加量及び変位量を示す基準特性により可変して記録用紙３９の搬送速度と定着温度の制御情報を生成して記録用紙３９の搬送速度制御部４９や定着温度制御部５０に出力する（ステップＳ２９）。搬送速度制御部４９と定着温度制御部５０は送られた搬送速度と定着温度の制御情報により記録用紙３９の搬送速度を制御し定着装置４０の定着温度を制御する。この搬送速度と定着温度を記録用紙３９の変形回避のために制御しているとき、搬送速度と定着温度の制御情報に異常がある場合、記録用紙３９の搬送を停止させ警報部５１に警報信号を出力する（ステップＳ３０，Ｓ３１）。
【００９７】
このように記録用紙３９を定着装置４０に送る前に記録用紙３９に含まれる水分の蒸散速度Ｖを演算して変形の有無を予知して変形回避処理を行うから、定着装置４０で記録用紙３９が加熱されたときに変形することを防止して用紙ジャムは発生することを抑制することができる。
【００９８】
記録用紙３９の先端部が定着装置４０に達して第３の計測手段４２ｃから記録用紙３９の先端部に含まれる水分の蒸散挙動を示す計測情報が蒸散挙動演算部４４に入力すると、蒸散挙動演算部４４は入力した計測情報から蒸散量Ｈ２を算出して変形回避制御部４８に送る。変形回避制御部４８は送られた蒸散量Ｈ２と基準情報記憶部４６に格納した加熱時間に対する温度上昇と蒸散増加量及び変位量を示す基準特性を比較し、蒸散量Ｈ２が所定以上に増加している場合は警報部５１に警報信号を出力する。
【００９９】
このように定着装置４０で定着される記録用紙３９の蒸散量Ｈ２を第３の計測手段４２ｃの計測情報で算出することにより、最終的に記録用紙３９の変形の有無を確認することができる。すなわち画像形成ユニット３０に搬送された記録用紙３９は定着装置４０に搬送されるにしたがって次第に温度上昇し、この温度上昇により記録用紙３９に含まれる水分の蒸散量が次第に多くなり、定着装置４０を通過するとき最も温度が高くなり蒸散量が多くなる。そこで第３の計測手段４２ｃの計測情報により、定着装置４０に入った記録用紙３９の蒸散量Ｈ２を算出して定着装置４０で蒸散量がどの程度増加するかを推測できる。
【０１００】
また、第１の計測手段４２ａ〜第３の計測手段４２ｃとして非接触結露検出装置３の例えば図１４に示す計測手段１２ｃを使用することにより、記録用紙３９に非接触で蒸散挙動を計測するから、記録用紙３９に転写されたトナー像に影響を与えずに蒸散挙動を計測することができるとともにリアルタイムで蒸散量を得ることができる。さらに、非接触結露検出装置３の例えば図１４に示す計測手段１２ｃは整流管１３を構成しているから、搬送される記録用紙３９により計測位置における蒸散の流れに揺らぎを与えないで精度良く蒸散挙動を計測することができる。
【０１０１】
この第１の計測手段４２ａと第２の計測手段４２ｂは、図２８に示すように、記録用紙３９の搬送経路の搬送ローラ５２に組み込むことにより、記録用紙３９との間隔を精度良く保つことができる。また、第１の計測手段４２ａと第２の計測手段４２ｂを搬送ローラ５２の近傍に設けても良いし、搬送手段として搬送ベルトを使用した場合には、搬送ベルトから一定位置だけ隔てた位置に第１の計測手段４２ａと第２の計測手段４２ｂを設けても良い。
【０１０２】
さらに、前記説明では第１の計測手段４２ａ〜第３の計測手段４２ｃとして例えば図１４に示す計測手段１２ｃを使用した場合について説明したが、図１２に示す計測手段１２ａや図１３に示す計測手段１２ｂあるいは図１５に示す計測手段１２ｄを使用しても良い。
【０１０３】
また、図２９（ａ）の正面図と（ｂ）の断面図に示すように、温度湿度センサ４ａ，４ｂ及びフローセンサ５の取り付け位置に空洞５３を有するセンサ基板２２に、温度湿度センサ４ａ，４ｂ及びフローセンサ５を水分蒸散の流れ方向に沿って設け、センサ基板２２の両側に蒸散の流れの揺らぎを抑制する流路板５４を有する計測手段１２ｆを第１の計測手段４２ａ〜第３の計測手段４２ｃに使用しても良い。
【０１０４】
また、図３０（ａ）の斜視図と（ｂ）の断面図に示すように、センサ基板２２の上面２２ａに記録用紙３９の搬送方向に沿ってサーモパイルや焦電構造の赤外線センサ等の焦電素子５４と温度湿度センサ４ａ，４ｂ及びフローセンサ５を配置し、センサ基板２２の下面２２ｂの焦電素子５４と対向する位置に放熱素子５５を配置し、センサ基板２２の中央をエッチング等により除去して記録用紙３９の側端部を通す空隙５６を設けた計測手段１２ｇを第１の計測手段４２ａ〜第３の計測手段４２ｃに使用しても良い。この計測手段１２ｇを第１の計測手段４２ａ〜第３の計測手段４２ｃに使用した場合、放熱素子５５から放射された熱は空隙５６を横切って焦電素子５４で検出される。この空隙５６に記録用紙３９が搬送されていると、放熱素子５５から短時間例えば数１０ｍｓｅｃ放射された微小熱量例えば数１０ｍＷ程度の熱により、記録用紙３９の端部の微小範囲で僅かな温度例えば０．１℃程度上昇し、微小範囲の水分が蒸散する。この蒸散の挙動を温度湿度センサ４ａ，４ｂ及びフローセンサ５で測定することにより蒸散量や温度を測定することができる。また、空隙５６に記録用紙３９が搬送されたとき、焦電素子５４で記録用紙３９を透過する赤外線量を検出することにより、記録用紙３９の質（繊維密度）や含有水分量が測定でき、用紙変形の予知精度を高めることができる。
【０１０５】
また、センサ基板２２に位置センサ４１を設けても良い。このようにセンサ基板２２に位置センサ４１を設けることにより、記録用紙３９の先端部の蒸散挙動を確実に検出することができる。
【０１０６】
前記説明では変形予知制御部４３に蒸散挙動演算処理部４４と変形予知処理部４７及び変形回避制御部４８を設けた場合について説明したが、図３１のブロック図に示すように、蒸散挙動演算処理部４４と変形予知処理部４７及び変形回避制御部４８の機能をＣＰＵ５７で処理するようにしても良い。この場合は各位置センサ４１ａ，４１ｂや計測手段４２ａ〜４２ｃの計測情報を入力部５８からＣＰＵ５７に入力し、ＣＰＵ５７で蒸散挙動算出処理や変形予知処理及び変形回避処理を行い、その処理結果を出力部５９から搬送速度制御部４９や定着温度制御部５０に送り、記録用紙３９の搬送速度や定着温度を補正して記録用紙３９が変形を防ぐ。
【０１０７】
また、第１の計測手段４２ａと第２の計測手段４２ｂを記録用紙３９の搬送経路の上側に設けた場合について説明したが、非接触結露検出装置３の各計測手段１２は小型で高速応答であるから、記録用紙３９の搬送経路の下側に配置して、記録用紙３９の下側から蒸散する蒸散挙動を検出して蒸散量を求めるようにしても良い。
【０１０８】
前記説明では電子写真方式の画像形成装置について説明したが、インクジェット方式等他の方式の画像形成装置にも同様に適用して用紙ジャム等の記録用紙搬送障害の防止を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】物体表面に対する周囲雰囲気の挙動を示す模式図である。
【図２】物体の表面温度に対する周囲雰囲気の物体表面からの距離に応じて変化する周囲雰囲気の温度と相対湿度の分布図である。
【図３】この発明の非接触結露検出装置の構成を示すブロック図である。
【図４】物体表面に対して温度湿度センサとフローセンサを配置した第１番目の計測手段の構成図である。
【図５】物体表面の結露発生を検出するときの処理を示すフローチャートである。
【図６】物体表面からの蒸散発生を検出するときの処理を示すフローチャートである。
【図７】第２番目の計測手段の構成図である。
【図８】壁面に沿った距離に対する境界層の厚さの変化特性図である。
【図９】第３番目の計測手段の構成図である。
【図１０】物体表面上下における周囲雰囲気の温度と湿度の分布図である。
【図１１】第４番目の計測手段の構成図である。
【図１２】第５番目の計測手段と第６の計測手段の構成を示す断面図である。
【図１３】第７番目の計測手段の構成図である。
【図１４】第８番目の計測手段の構成図である。
【図１５】第９番目の計測手段の構成図である。
【図１６】第１０番目の計測手段の構成図である。
【図１７】第５番目の計測手段により計測した温度と湿度の変化特性図である。
【図１８】第５番目の計測手段により第２の条件のもとで計測した温度と湿度の変化特性図である。
【図１９】第５番目の計測手段により第３の条件のもとで計測した温度と湿度の変化特性図である。
【図２０】この発明の画像形成装置の画像形成ユニットを示す構成図である。
【図２１】記録用紙に含まれる水分の蒸散による変形を示す模式図である。
【図２２】記録用紙の加熱時間に対する用紙温度上昇と変位量及び水分蒸散増加量の変化特性図である。
【図２３．１】異なる蒸散特性毎の記録用紙加熱時間に対する用紙温度上昇と変位量及び水分蒸散増加量の変化特性図である。
【図２３．２】異なる蒸散特性毎の記録用紙加熱時間に対する用紙温度上昇と変位量及び水分蒸散増加量の変化特性図である。
【図２４】蒸散速度に対する記録用紙の変位量の変化特性図である。
【図２５】種類の異なる記録用紙の記録用紙加熱時間に対する変位量と水分蒸散増加量の変化特性図である。
【図２６】変形予知制御部の構成を示すブロック図である。
【図２７】画像形成ユニットにおける記録用紙の変形予知・回避処理を示すフローチャートである。
【図２８】記録用紙に対する計測手段の配置を示す斜視図である。
【図２９】第１１番目の計測手段の構成図である。
【図３０】第１２番目の計測手段の構成図である。
【図３１】他の変形予知制御部の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１；物体、２；周囲雰囲気、３；非接触結露検出装置、４；温度湿度センサ、
５；フローセンサ、６；、７；操作部、８；演算処理部、９；記憶部、
１０；警報出力部、１１；壁面、１２；計測手段、１３；整流管、１５；基板、
１６；抵抗体、１７；センサ感応部、１９；カバー、２０；壁、２１；貫通孔、
２２；センサ基板、３０；画像形成ユニット、３１；感光体ドラム、
３２；帯電装置、３３；書込装置、３４；現像装置、３５；転写装置、
３６；クリーニング装置、３９；記録用紙、４０；定着装置、４１；位置センサ、
４２；計測手段、４３；変形予知制御部、４４；蒸散挙動演算処理部、
４５；計時部、４６；基準情報記憶部、４７；変形予知処理部、
４８；変形回避制御部、４９；搬送速度制御部、５０；定着温度制御部、
５１；警報部、５２；搬送ローラ、５３；５４；焦電素子、５５；放熱素子、
５７；ＣＰＵ。
【図１】
0004810312.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３．１】
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【図２３．２】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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