(57)【要約】【課題】これから画像形成される記録媒体の表面層の水分量を、高い応答性と高い精度とできめ細かく識別して、処理条件にフィードバックできる画像形成装置を提供する。【解決手段】シート材１５０の搬送経路にセンサユニット部１０９を配置して移動中のシート材１５０の水分量を検知する。導風ダクト１０８によってシート材１５０の表面近傍の空気を剥ぎ取って空気排出口１０４に案内する。空気排出口１０４には、ＭＥＭＳ技術で感温抵抗体を形成した熱伝導式湿度センサ（熱伝達率センサ１０１）が配置されて湿度を検知する。制御部１２０は、熱伝達率センサ１０１の出力からシート材１５０の表面層の水分量を推定し、画像形成プロセス部に、水分量に応じた処理条件を設定する。【選択図】図２
2007304285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体に画像を形成する画像形成手段と、
前記画像形成手段に供給される記録媒体の水分量を検知する検知手段と、
検知された前記水分量に基づいて前記画像形成手段における処理条件を調整する制御手段と、を備えた画像形成装置において、
前記検知手段は、記録媒体の表面近傍空気の湿度を検知する湿度検知手段と、
前記湿度検知手段の出力に基づいて前記水分量を推定する推定手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記湿度検知手段は、記録媒体の搬送方向と交差する方向に互いに離間した複数位置で前記表面近傍空気の湿度を検知し、
前記推定手段は、前記交差する方向における前記水分量の分布を推定し、
前記制御手段は、推定された前記分布に基づいて前記処理条件を変化させることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
記録媒体は、積載されて前記画像形成に１枚ずつ送出されるシート材であって、
前記湿度検知手段は、積載された最上位のシート材の表面近傍空気が進入可能に配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置。
【請求項４】
記録媒体は、前記画像形成手段に向かう搬送経路を搬送されるシート材であって、
前記湿度検知手段は、前記搬送経路に配置されて、搬送されるシート材の前記表面近傍空気の湿度を検知することを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置。
【請求項５】
シート材の水分量を検知する水分量検知装置において、
シート材の搬送経路に配置されて、搬送されるシート材の表面近傍空気をシート材から分離して、シート材の表面から離れた空間へ案内する空気案内手段と、
前記空間に配置されて前記空間の湿度を検知する湿度検知手段と、
検知された前記空間の湿度に基づいてシート材の水分量を推定する推定手段と、を備えたことを特徴とする水分量検知装置。
【請求項６】
シート材の搬送方向と交差する方向に互いに離間させて前記空気案内手段を複数配置し、
それぞれの前記空気案内手段に前記湿度検知手段を配置し、
前記推定手段は、複数の前記湿度検知手段の出力を用いて、前記交差する方向における前記水分量の分布を推定することを特徴とする請求項５記載の水分量検知装置。
【請求項７】
前記湿度検知手段は、ＭＥＭＳ技術で感温抵抗体を形成した熱伝導式湿度センサであることを特徴とする請求項５または６記載の水分量検知装置。
【請求項８】
画像形成用記録媒体の特性を検出する画像形成装置用センサにおいて、
気体の物性を検知する気体物性検出手段と、
記録媒体表面近傍に位置する開口部から空気を取り入れて前記気体物性検出手段に導く空気案内手段と、
該空気案内手段と記録媒体との相対位置を調整する距離制御機構と、を備えたことを特徴とする画像形成装置用センサ。
【請求項９】
前記開口部の縁が、記録媒体に接触することを特徴とする請求項８記載の画像形成装置用センサ。
【請求項１０】
前記開口部が、記録媒体の搬送方向に対向して配置されることを特徴とする請求項８または９記載の画像形成装置用センサ。
【請求項１１】
前記気体物性検出手段は、気体の湿度を検知するもの、又は気体の熱伝達率を検知するものであることを特徴とする請求項８乃至１０いずれか１項に記載の画像形成装置用センサ。
【請求項１２】
前記気体物性検出手段の出力に基づいて記録媒体表面近傍の空気の相対湿度を推算する湿度推算手段を備えることを特徴とする請求項８乃至１１いずれか１項に記載の画像形成装置用センサ。
【請求項１３】
前記気体物性検出手段の出力に基づいて記録媒体の特性値、又は含水率を推算する含水率推算手段を備えることを特徴とする請求項８乃至１１いずれか１項に記載の画像形成装置用センサ。
【請求項１４】
請求項８乃至１３いずれか１項記載の画像形成装置用センサと、
記録媒体に画像を形成する画像形成手段と、
記録媒体を搬送する搬送手段と、
前記画像形成装置用センサの検出結果に基づいて、前記画像形成手段における画像形成条件と、前記搬送手段における搬送条件との少なくとも一方を調整する制御手段と、を備え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、記録媒体の水分量等を検知して画像形成条件等を自動調整する画像形成装置、記録媒体等、シート材の水分量を検知する画像形成装置にも利用可能な水分量検知装置、および画像形成装置に搭載される画像形成装置用センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真技術を用いる画像形成装置では、画像形成されるシート材の水分量（含水量、含水率）が画像品質や処理の安定性に大きく影響する。水分量が多くなるとシート材の比抵抗が低下するので、転写ローラに印加する転写バイアス電圧を高めないと、シート材表面の実効的な転写電圧を確保できないからである。分離帯電器の分離バイアス電圧を高めないとシート材の感光体ドラムからの分離性能が低下するからである。加熱加圧を行う定着処理では、シート材の含有水分の気化熱によって実効的な定着温度が低下するので、水分量が多い場合には定着ローラの温度を高めてシート材表面の実効的な定着温度を確保する必要がある。
【０００３】
そこで、シート材の積載貯蔵部や搬送経路に水分量センサを配置してシート材の水分量を検知し、検知結果を、帯電電圧、分離電圧、定着温度等にフィードバックすることが提案されている。
【０００４】
特許文献１には、シート材の積載貯蔵部と両面印刷用の反転搬送経路とに、赤外線吸収ピークを検知する水分量センサを配置した画像形成装置が示される。水分量センサによって検知されたシート材の水分量は、画像形成装置の帯電電圧および分離電圧にフィードバックされている。片面の定着処理によって変化した水分量が反転搬送経路の水分量センサで検知されて、裏面の画像形成における帯電電圧および分離電圧も最適化されている。
【０００５】
特許文献２には、シート材搬送空間の湿度を検知してシート材の水分量を推定し、画像形成に係る処理条件を、推定された水分量に基づいて調整する画像形成装置が示される。ここでは、定着ローラの熱を利用してシート材中の水分を強制的に蒸発させて、発生した水蒸気量に応じて変化するシート材搬送空間の湿度を検知して、湿度からシート材の水分量を推定している。湿度の検知は、シート材が定着ローラを通過してから所定時間後に行われるので、シート材の１枚ごとに水分量を個別に推定でき、刻々と変動するシート材の水分量に追従して処理条件を調整できる。
【０００６】
特許文献３には、湿度変化に対して出力応答性の高い湿度センサである熱伝導式湿度センサが示されている。熱伝導式湿度センサは、ジュール熱で自己発熱する感温抵抗体からの熱放散が湿度に応じて変化することを利用して湿度を測定している。熱伝導式湿度センサは、ＭＥＭＳ技術（集積回路加工技術を応用した微細加工技術）を用いて極めて熱容量の小さな感温抵抗体を形成することにより、出力応答性を著しく高めることができる。
【０００７】
【特許文献１】特開平７−２３４５５６号公報
【特許文献２】特開平１１−２０２６８６号公報
【特許文献３】特開平９−５２８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に示される水分量センサは、シート材の表面から離れた遠隔位置から水分量を検知できる反面、シート材の上空位置に比較的に大きな光路スペース、機器配置スペースを要する。従って、シート材搬送経路の設計や画像形成装置の部品配置の自由度を損なわせ、機器全体の小型化、軽量化を妨げる。水分量センサ自体が多数の光学部品を要して、信号検知や信号処理に係る回路構成も複雑である。
【０００９】
さらに、特許文献１に示される水分量検知装置は、シート材の厚み全体の水分量を検知するので、水分量の分布が厚み方向で偏っていると、肝心のシート材表面層の水分量を誤検知する可能性がある。即ち水分の検知精度が不十分になる場合がある。
【００１０】
特許文献２に示されるシート材の水分量検知装置は、画像形成が終了した（定着された）シート材の水分量を識別するので、識別された水分量が、これから画像形成されるシート材の水分量と一致しているとは限らない。１枚目のシート材と２枚目のシート材とで水分量が違っていると、１枚目のシート材の水分量に応じて設定した処理条件が２枚目のシート材には不適切となる可能性がある。
【００１１】
高湿度環境に乾燥したシート材を積み重ねた場合、１枚目のシート材の水分量が突出して高くなる。従って、水分量が高い１枚目のシート材に適合する転写バイアス電圧を設定すると、乾燥した２枚目以降のシート材に対しては転写バイアス電圧が高すぎて、トナーの転写位置が上流側へ移動する。これにより、いわゆるトナーのとびちり不良を生じて転写画像が乱れる可能性がある。
【００１２】
また、水分量が高い１枚目のシート材に適合する定着ローラ温度を設定すると、乾燥した２枚目のシート材に対しては定着ローラ温度が高すぎて、１枚目とは画像の階調、色調や表面性状が違ってくる可能性がある。即ち、最適な画像形成条件に制御できない場合がある。
【００１３】
また、特許文献２に示されるシート材の水分量検知装置は、小さな体積のシート材に含まれるごくわずかな水分を広大なシート材の搬送空間に拡散させて搬送空間の湿度変化を測定する。従って、高感度の湿度センサを用いても、シート材の水分量の小さな違いを識別できない。従って、転写バイアス電圧や定着ローラ温度の制御が大雑把なものとなって、画像形成の結果がばらつく可能性がある。
【００１４】
特許文献２に示される水分量検知装置は、シート材から追い出された水分量を湿度センサで検知するため、やはり、シート材表面層の水分量を正確には検知できない。送風ファンが必要でダクト体積も大きいため、画像形成装置の部品点数を増やして、画像形成装置の小型化、低騒音化、低価格化を妨げる。
【００１５】
本発明は、これから画像形成される記録媒体の表面層の水分量を、高い応答性と高い精度とできめ細かく識別して、処理条件にフィードバックできる画像形成装置を提供することを目的としている。また、シート材の表面層の水分量を、高い応答性と高い精度できめ細かく検知できる水分量検知装置を提供することを目的としている。
【００１６】
また、本発明の画像形成装置用センサは、記録媒体表面近傍の空気を選択的に収集し、該気体の湿度、又は熱伝達率（熱伝導率ともいう）を精度良く検知し、検知結果に基づいてシート材の水分量を精度良く推算することを目的とする。
【００１７】
また本発明の画像形成装置は、記録媒体（シート材等）の水分量に応じて最適な画像形成条件に制御することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の画像形成装置は、記録媒体に画像を形成する画像形成手段と、前記画像形成手段に供給される記録媒体の水分量を検知する検知手段と、検知された前記水分量に基づいて前記画像形成手段における処理条件を調整する制御手段とを備えたものである。前記検知手段は、記録媒体の表面近傍空気の湿度を検知する湿度検知手段と、前記湿度検知手段の出力に基づいて前記水分量を推定する推定手段とを有する。
【００１９】
本発明の水分量検知装置は、シート材の水分量を検知するものである。シート材の搬送経路に配置されて、搬送されるシート材の表面近傍空気をシート材から分離してシート材の表面から離れた空間へ案内する空気案内手段と、前記空間に配置されて前記空間の湿度を検知する湿度検知手段と、検知された前記空間の湿度に基づいてシート材の水分量を推定する推定手段とを備える。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の画像形成装置では、記録媒体の表面層の水分量にバランスして湿度が敏感に変化する表面近傍空気の湿度を画像形成手段よりも上流位置で検知して、記録媒体の表面層の水分量を推定する。従って、これから画像形成される記録媒体の表面層の水分量を、高い応答性と高い精度とできめ細かく識別して、画像形成条件にフィードバックできる。
【００２１】
本発明の水分量検知装置では、記録媒体には限定されない一般的なシート材における表面近傍空気の湿度を、シート材の搬送経路上でシート材の移動中に選択的に検知する。特許文献２に示される水分量検知装置のような加熱、加圧を伴うことなく、搬送されるシート材の表面から空気案内手段によって表面近傍空気を剥ぎ取って当該空気から水分量を推定するものである。この際、シート材とともに移動する表面近傍空気の移動を利用してシート材の表面から離れた空間に表面近傍の空気を選択的に案内する。シート材の表面から連続して剥ぎ取った表面近傍空気が積分されて効率良く空間を占めるので、高感度の湿度検知手段を空間に備えれば、その高感度を十分に活用した精密で応答性の高い湿度検知と、湿度による水分量推定とを行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態である画像形成装置３００について、図面を参照して詳細に説明する。本発明の画像形成装置および水分量検知装置は、以下に説明する実施形態の限定的な構成には限定されない。画像形成される以前のシート材表面近傍空気の湿度を検知する限りにおいて、各実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実現可能である。
【００２３】
本実施形態では、静電写真方式の画像形成装置３００に水分量検知装置１０９を搭載した例を説明する。しかし、本実施形態の水分量検知装置１０９は、インクジェット方式の画像形成装置や各種印刷装置、シート材加工装置、シート材積載装置、ソーター等にも搭載可能である。
【００２４】
なお、特許文献１〜３に示される画像形成装置の構成、動作、制御、湿度センサの構成、動作原理、信号処理等については、繰り返しの煩雑を回避すべく、図示を省略して詳細な説明を省略する。
【００２５】
＜第１実施形態＞
図１は第１実施形態の画像形成装置の構成の説明図、図２は第１実施形態の水分量検知装置の構成の説明図、図３は導風ダクトの構成の説明図である。
【００２６】
図１に示すように、第１実施形態の画像形成装置３００は、画像形成プロセス部３４０によってシート材１５０に画像形成するカラー複写機である。読み取りユニット３１１は、カラー原稿３１２の画像情報を読み取る。読み取った情報は、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの４色のトナーに対応した色別信号に変換される。
【００２７】
一方、カセット３２１内に収容されたシート材１５０は、送出ローラ３２２で搬送ベルト１１２へと送られる。搬送ベルト１１２に近接する場所には、水分量検出ユニット１０９が設けられている。
【００２８】
ここで、搬送ベルト１１２によってシート材１５０が搬送される際に、シート材１５０と一体に移動する表面近傍空気（シート材１５０の水分量に関する情報を含んだ空気）が選択的に水分量検出ユニット１０９へと導かれる。制御部１２０は、水分量検出ユニット１０９の出力に基づき、画像形成プロセス部３４０で画像形成が行われる前に、シート材１５０の水分量を推定する。
【００２９】
次に、シート材１５０は、転写装置ドラム３３０へと送られる。転写装置ドラム３３０の周面には、誘電体シートが設けられている。シート材１５０は、吸着コロナ放電器３３１によって帯電した転写ドラム３３０の表面に吸着担持される。その後、転写コロナ放電器３３２の作用によって、感光ドラム３２３上のトナー像がシート材１５０に転写される。
【００３０】
感光ドラム３２３の表面は、ブレードクリーナ３２４で清掃される。そして、前露光ランプ３２５及び前除電器３２６により、前回の画像形成による感光体表面層に残留する影響が除去される。次に、感光ドラム３２３の表面は、一次帯電器３２７で一様に帯電される。このときの帯電量は、推定されたシート材１５０の水分量に基づいて決定される。
【００３１】
レーザービームスキャナ３２８は、読み取られたカラー原稿３１２の色別信号をもとに、感光ドラム３２３の表面を走査して静電潜像を形成する。現像器３２９は、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの４色の現像ユニットから成り、それぞれの色に対応した現像ユニットが、感光ドラム３２３の真下に移動して感光ドラム３２３上の潜像をトナー像に現像する。
【００３２】
シート材１５０は、４色のトナー像が順次転写されるまで吸着保持されており、その後、分離爪３３３の作動により転写ドラム３３０から分離される。分離されたシート材１５０は、搬送ベルト３３４により加熱ローラ定着器３３５に送られ、加熱加圧を受けて表面にトナー像を定着される。このときの定着温度は、推定されたシート材１５０の水分量に基づき決定される。
【００３３】
定着終了後のシート材１５０は、トレー３３６に排出される。又、転写終了後の感光ドラム３２３の表面上に残留したトナーは、ブレードクリーナ３２４で清掃され次の画像形成サイクルに入る。
【００３４】
図２に示すように、第１実施形態のセンサユニット部１０９は、シート材１５０の表面近傍空気の湿度を、シート材１５０の表面から離れた位置で検知する。導風ダクト１０８は、空気導入口１０２と、空気排出口１０４と、空気流路１０３とから構成されている。
【００３５】
シート材搬送装置１１３は、ベルト駆動ローラ１１０、１１１および搬送ベルト１１２から構成されており、シート材１５０を図中右から左方向に搬送する。そして、センサユニット部１０９の空気導入口１０２は、シート材１５０が搬送される方向に対向するように（空気導入口１０２が搬送方向の上流側に向いて開口する）配置されている。
【００３６】
図３の（ａ）に示すように、導風ダクト１０８の内部には、熱伝達率センサ支持部１０６を介して熱伝達率センサ１０１が配置されている。熱伝達率センサ１０１、熱伝達率センサ支持部１０６、導風ダクト１０８がセンサユニット部１０９（図１）を構成している。
【００３７】
さて、一般に、シート材１５０近傍の空気の湿度は、シート材１５０の水分量に応じて変化する。すなわち、シート材１５０の水分量が多ければその近傍の空気の湿度は高くなり、少なければ湿度が低くなる。また、その湿度の変化の速度は、空気中の水蒸気の拡散によって決定される。つまり、シート材１５０近傍の空気は、シート材１５０の水分量に関する情報を有している。ここで、空気−水蒸気の拡散係数を、Ｄ＝０．２５１Ｅ−４［ｍ２／ｓ］とすると、シート材１５０表面から１ｍｍ離れた場所までの水蒸気の拡散時間Ｔは、以下の式から求められる。
【００３８】
すなわち、シート材１５０表面から１ｍｍのところにおいて、４０ｍｓ前のシート材１５０表面の湿度を計測することができる。
【００３９】
図２に示すように、シート材搬送装置１１３によってシート材１５０が搬送されるとき、シート材１５０の表面近傍の空気は、シート材１５０に引き摺られるようにして移動する。そして、この移動する空気は、導風ダクト１０８によって方向を変えられ、熱伝達率センサ１０１へと導かれる。熱伝達率センサ１０１は、特許文献３に示されるように、ＭＥＭＳ技術によって作成されており、湿度変化に対して、きわめて高速に反応することができる。また、制御部１２０は、熱伝達率センサ１０１を制御し、環境温度センサ１２１の検出結果とあわせて空気湿度の検出を行う。
【００４０】
この際、必要に応じて導風ダクトと記録媒体（シート材１５０）との相対位置を調整する距離制御機構を設けることが好ましい。このような機構を設けることにより、導風ダクトと記録媒体との相対位置が一定になり、記録媒体（シート材１５０）表面近傍の空気の収集精度がより一層高まることとなる。
【００４１】
シート材１５０の表面近傍の空気が熱伝達率センサ１０１に到達するタイミングで湿度の計測を行うことで、シート材１５０の表面近傍の空気の湿度を計測することができる。また、計測された空気の湿度からシート材１５０の水分量を推定することができる。
【００４２】
さらに、シート材１５０の表面近傍の空気が熱伝達率センサ１０１に到達している間に湿度のセンシングを複数回行えば、シート材１５０の搬送方向における湿度分布を推定することができる。この場合、図１に示す制御部１２０は、シート材１５０の搬送方向の水分量分布を推定する。そして、シート材１５０の搬送方向の位置ごとに異なる最適化された処理条件を画像形成プロセス部３４０、加熱ローラ定着器３３５に設定する。
【００４３】
また、ＭＥＭＳ技術で作成した熱伝達率センサは、繊細な表面構造のため接触によって非常に壊れやすいという問題点がある。しかし、第１実施形態では、導風ダクト１０８で保護されてシート材１５０と熱伝達率センサ１０１が接触する恐れがないため、信頼性の高い水分量検知装置を提供することができる。
【００４４】
以上説明したように、第１実施形態の画像形成装置３００は、紙等、シート材１５０の水分量を画像形成の開始前に計測できる。
【００４５】
第１実施形態によれば、シート材１５０の搬送の際に生じる空気の流れを積極的に利用してシート材１５０の表面近傍の空気を選択的に収集して湿度のセンシングを行うため、湿度検知に際してシート材１５０を加熱する必要もない。従って、消費エネルギーのきわめて少ないシート材１５０の水分量の検出が可能になる。
【００４６】
また、第１実施形態によれば、特許文献２の画像形成装置のような湿度測定のための加熱ヒータや導風ファンが不要なので、シンプルで低コストの水分量検知装置を提供できる。
【００４７】
また、第１実施形態によれば、表面近傍の空気の湿度を選択的にセンシングすることによって、加熱、加圧、光照射等を伴わない、シート材１５０の状態を変化させることがない水分量検知装置を提供できる。
【００４８】
また、第１実施形態によれば、１つの熱伝達率センサ１０１を備えた１つのセンサユニット部１０９によって、シート材１５０の搬送方向の水分量分布を検出することができる水分量検知装置を提供できる。
【００４９】
また、第１実施形態によれば、定着を行う前にシート材１５０の水分量を正確に推定できるので、シート材１５０ごとに、リアルタイムに、最適な画像形成条件を求めて設定することができる。
【００５０】
また、第１実施形態の画像形成装置３００（カラー複写機）においては、画像形成を行う前のシート材１５０の水分量に基づいて帯電量と定着温度を制御するので、きめ細やかな処理条件の制御が可能になる。
【００５１】
また、シート材１５０の水分量を正確に検出し、検出した結果を画像形成条件に反映させることで画像形成条件を最適に制御できる複写機やプリンタ等の画像形成装置を提供できる。
【００５２】
＜第２実施形態＞
図４は第２実施形態におけるセンサユニット部の配置の説明図である。第２実施形態では、シート材１５０の搬送方向と直角な方向に３台のセンサユニット部１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃを配置して、シート材１５０の横断方向の水分量分布を推定する。
【００５３】
図４に示すように、センサユニット部１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃは、図１に示す第１実施形態のセンサユニット部１０９と同じもので、搬送ベルト１１２上の同じ搬送方向位置に配置される。センサユニット部１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃは、シート材１５０の幅方向に互いに離間させて配置（位置をずらして配置）され、中央と左右の側端部とでそれぞれシート材１５０の表面近傍の空気の湿度を検知する。シート材１５０は、図中の矢印方向に搬送される。シート材１５０の搬送機構は、第１実施形態と同様である。
【００５４】
第２実施形態では、３台のセンサユニット部１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃが、シート材１５０の搬送方向に対して略垂直な方向に間隔を置いて配置されている。このように複数のセンサユニット部を配置することで、シート材１５０の搬送方向に直交する横断方向の水分量分布を推定できる。図１に示す制御部１２０は、シート材１５０の横断方向の水分量分布を推定する。シート材１５０の中央と左右の側端部との位置ごとに異なる最適化された処理条件を画像形成プロセス部３４０、加熱ローラ定着器３３５に設定する。
【００５５】
また、第１実施形態で説明したように、シート材１５０がセンサユニット部１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ下を通過する過程で、湿度のセンシングを複数回行ってもよい。これにより、シート材１５０の搬送方向の湿度分布も併せて検知でき、シート材１５０の水分量の２次元分布を推定することができる。
【００５６】
第２実施形態によれば、１枚のシート材１５０における搬送方向、幅方向の水分量分布を容易に推定できる。搬送方向、幅方向の検知を組み合わせて平面的な水分量分布を計測可能な水分量検知装置を提供できる。
【００５７】
＜第３実施形態＞
図５は第３実施形態の画像形成装置のブロック図、図６はシート材の水分量を検知する湿度センサの構成の説明図である。第３実施形態では、画像形成装置４００を機能的なブロック図で示しているが、機構的には第１実施形態の画像形成装置３００と同様に構成されている。従って、図５中、図１と共通する構成には共通の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５８】
図５に示すように、画像形成装置４００は、カセット３２１に積載されたシート材１５０を送出ローラ３２２により１枚ずつ分離して搬送ベルト１１２に送り込む。搬送ベルト１１２は、シート材１５０を搬送して画像形成プロセス部３４０に送り込む。
【００５９】
画像形成装置４００は、シート材１５０に対して電子写真技術を用いた画像形成を行う。画像形成プロセス部３４０でトナー像を転写されたシート材１５０は、加熱ローラ定着器３３５へ送り込まれて加熱加圧を受け、トナー像がシート材１５０の表面に定着される。
【００６０】
カセット３２１に対向して配置されたセンサユニット部２００は、カセット３２１に積載貯蔵された最上位のシート材１５０の表面に接触して、シート材１５０の表面近傍の空気の湿度に応じた出力信号を水分量推定部であるシート材情報算出部１２０Ａに送信する。シート材情報算出部１２０Ａは、センサユニット部２００を制御し、環境温度センサ１２１の検出結果とあわせてシート材１５０の水分量を推定演算する。
【００６１】
制御部１２０Ｂは、シート材情報算出部１２０Ａで算出された水分量に応じて、画像形成プロセス部３４０における画像転写条件、および、加熱ローラ定着器３３５における定着ローラの温度を調整する。制御部１２０Ｂは、ネットワークを通じて外部ＰＣ等１３０に接続され、外部ＰＣ等１３０から送信された印刷ジョブに従って画像形成装置４００を作動させて、シート材１５０にプリントアウトする。
【００６２】
第３実施形態におけるセンサユニット部２００は、その本体部分が、薄膜にて構成されて空気の湿度に応じた電圧信号を出力する湿度センサである。センサユニット部２００は、シート材１５０の含有水分量にバランスしたシート材１５０の表面近傍の空気の湿度を検知する。
【００６３】
図６に示すように、センサユニット部２００は、湿度に応答する湿度センサ２０１を、シート材１５０に対して距離を制御して至近距離に保ち、シート材１５０の表面近傍の空気に接触してその湿度に応じた出力を発生する。湿度センサ２０１は、上部電極２０２と下部電極２０４との間に誘電膜２０３を配置した三層構造を基板２０５で支持している。湿度センサ２０１の上方には、水蒸気透過板２０６が、固定部材２０８とばね２０９とに支持させて配置される。ばね２０９および基板２０５は、台座２０７によって支持され、不図示の支持機構によって、全体が、図５に示すカセット３２１の上方から昇降可能に吊り下げられている。カセット３２１が上昇してシート材１５０を送出高さに位置決めると、カセット３２１に積載貯蔵された最上位のシート材１５０の表面にセンサユニット部２００の水蒸気透過板２０６が当接する。このとき、湿度センサ２０１は、シート材１５０の表面近傍の空気の中に位置する。
【００６４】
湿度センサ２０１は、薄板状にエッチング加工した基板２０５上に、金属薄膜よりなる下部電極２０４、誘電膜２０３、細線状にパターニングした金属薄膜よりなる上部電極２０２を順に積層している。湿度センサ２０１の動作は、誘電膜２０３の湿度による容量変化を検知するものである。または、同様の構成で上部電極２０２に通電し、その際の抵抗値が空気中の水蒸気量で変化することを検知しても良い。このような湿度センサ２０１により、シート材Ｐの含水率に対応して変動するシート材Ｐの極近傍の湿度を検知する。
【００６５】
＜開発の背景＞
電子写真技術を用いる画像形成装置では、トナーの転写条件や、定着条件等は、用いるシート材（紙等）の水分量によって変化する。そのため、画像形成を行うシート材の水分量を検出することが行われている。
【００６６】
特許文献２に示される画像形成装置では、定着装置の熱を利用し、シート材中の水分を強制的に蒸発させて発生した水蒸気を、シート材が定着装置を通過してから所定時間後に、湿度センサが水蒸気量を検知する。よって、水分量をシート材の一枚ごとに測定でき、刻々と変動するシート材の水分量を検出できる。
【００６７】
特許文献２に示される湿度センサは、熱伝導式湿度センサの例であって、ジュール熱で自己発熱する感温抵抗体からの熱放散が変化することを利用して湿度を測定している。このような熱式の湿度センサは、ＭＥＭＳ技術等を用いて小型化することで、熱容量を小さくして反応速度を非常に速くすることが可能になる。
【００６８】
＜発明との対応＞
第１実施形態の画像形成装置３００は、シート材１５０に画像を形成する画像形成プロセス部３４０を備える。さらに、画像形成プロセス部３４０に供給されるシート材１５０の水分量を検知するセンサユニット部１０９と、検知された水分量に基づいて画像形成プロセス部３４０における処理条件を調整する制御部１２０とを備える。センサユニット部１０９は、シート材１５０の表面近傍空気の湿度を検知する熱伝達率センサ１０１と、熱伝達率センサ１０１の出力に基づいて水分量を推定する制御部１２０とを有する。
【００６９】
画像形成装置３００では、シート材１５０の表面層の水分量にバランスして湿度が敏感に変化する表面近傍空気の湿度を画像形成プロセス部３４０よりも上流位置で検知して、シート材１５０の表面層の水分量を推定する。従って、これから画像形成されるシート材１５０の表面層の水分量を、高い応答性と高い精度とできめ細かく識別して、画像形成条件にフィードバックできる。
【００７０】
第１実施形態の画像形成装置３００は、熱伝達率センサ１０１は、シート材１５０の搬送方向と交差する方向に互いに離間した（位置をずらせた）複数位置で表面近傍空気の湿度を検知する。制御部１２０は、前記交差する方向における水分量の分布を推定し、制御部１２０は、推定された前記分布に基づいて前記交差する方向における処理条件を変化させる。
【００７１】
第３実施形態では、シート材１５０は、カセット３２１に積載されて画像形成に１枚ずつ送出される。湿度センサ２０１は、積載された最上位のシート材の表面近傍空気に進入可能に配置されている。
【００７２】
第１実施形態では、シート材１５０は、画像形成プロセス部３４０に向かう搬送ベルト１１２を搬送される。熱伝達率センサ１０１は、搬送ベルト１１２に配置されて、搬送されるシート材の表面近傍空気の湿度を選択的に検知する。
【００７３】
第１実施形態のセンサユニット部１０９は、移動しているシート材１５０の水分量を検知するものである。シート材１５０の搬送経路に配置されて、搬送されるシート材１５０の表面近傍空気をシート材１５０から分離して、シート材１５０の表面から離れた空間へ案内する導風ダクト１０８を備える。さらに、前記空間に配置されて前記空間の湿度を検知する熱伝達率センサ１０１と、検知された前記空間の湿度に基づいてシート材１５０の水分量を推定する制御部１２０とを備える。
【００７４】
センサユニット部１０９では、シート材１５０の表面近傍空気の湿度を、シート材１５０の搬送経路上でシート材１５０の移動中に選択的に検知する。特許文献２に示される水分量検知装置のような加熱、加圧を伴うことなく、搬送されるシート材１５０の表面から導風ダクト１０８によって表面近傍空気を剥ぎ取って当該空気から水分量を推定する。この際、シート材１５０とともに移動する表面近傍空気の移動を利用してシート材１５０の表面から離れた空間に表面近傍空気の空気を案内する。シート材１５０の表面から連続して剥ぎ取った表面近傍空気が積分されて効率良く空間を占めるので、高感度の熱伝達率センサ１０１を空間に備えれば、その高感度を十分に活用した精密で応答性の高い湿度検知と、湿度による水分量推定とを行える。
【００７５】
第２実施形態のセンサユニット部１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃは、シート材１５０の搬送方向と交差する方向に互いに離間させて（位置をずらせて）導風ダクト１０８を複数配置し、それぞれの導風ダクト１０８に熱伝達率センサ１０１を配置している。制御部１２０は、複数の熱伝達率センサ１０１の出力を用いて、前記交差する方向における水分量の分布を推定する。
【００７６】
高湿度環境に積載された乾燥したシート材１５０は、周辺部分の水分量が中央部分に比較して高くなる。このような場合、シート材１５０の幅方向の中央では両端よりも転写バイアスを低下させ、加熱ローラ定着器の温度設定も低くすることが望ましい。そのような分割制御可能な処理装置と組み合わせることで、水分量の面内分布に応じたきめ細かな処理条件の調整と、これによる、面内で均一な画像形成とが実現される。
【００７７】
第１実施形態のセンサユニット部１０９における熱伝達率センサ１０１は、ＭＥＭＳ技術で感温抵抗体を形成した熱伝導式湿度センサである。
【００７８】
第１実施形態におけるセンサユニット部１０９は、画像形成用記録媒体としてのシート材１５０の特性を検出する。気体の物性の一例としての湿度を検知する熱伝達率センサ１０１と、シート材１５０表面近傍に位置する空気導入口１０２から空気を取り入れて熱伝達率センサ１０１に導く導風ダクト１０８とを備える。そして、導風ダクト１０８とシート材１５０との相対位置を高さ方向に調整する不図示の距離制御機構を備える。この距離制御機構は、センサユニット部１０９を天秤式に支持して、バランサウエイトによりごく小さな負荷で昇降可能にしており、振動を避けるためのダンパを設けてある。シート材１５０は、その厚み分センサユニット部１０９を押し上げた状態で、センサユニット部１０９下を通過する。
【００７９】
第１実施形態における距離制御機構では、空気導入口１０２の縁がシート材１５０に接触することによりセンサユニット部１０９がシート材１５０の厚み分持ち上げられる。空気導入口１０２は、シート材１５０の搬送方向に対向して配置されており、熱伝達率センサ１０１は、気体の熱伝達率を検知することにより、気体の湿度を検知する。
【００８０】
第１実施形態における制御部１２０は、熱伝達率センサ１０１の出力に基づいてシート材１５０表面近傍の空気の相対湿度を推算する。言い換えれば、制御部１２０は、熱伝達率センサ１０１の出力に基づいてシート材１５０の特性値、又は含水率を推算する。
【００８１】
第１実施形態の画像形成装置３００は、センサユニット部１０９と、シート材１５０に画像を形成する画像形成プロセス部３４０と、シート材１５０を搬送する搬送ベルト１１２と、センサユニット部１０９の検出結果に基づいて、画像形成プロセス部３４０における画像形成条件と、搬送ベルト１１２における搬送速度との少なくとも一方を調整する制御部１２０とを備える。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】第１実施形態の画像形成装置の構成の説明図である。
【図２】第１実施形態の水分量検知装置の構成の説明図である。
【図３】導風ダクトの構成の説明図である。
【図４】第２実施形態におけるセンサユニット部の配置の説明図である。
【図５】第３実施形態の画像形成装置のブロック図である。
【図６】シート材の水分量を検知する湿度センサの構成の説明図である。
【符号の説明】
【００８３】
１０１  湿度検知手段、気体物性検知手段（熱伝達率センサ）
１０２  開口部（空気導入口）
１０３  空気流路
１０４  空間（空気排出口）
１０８  空気案内手段（導風ダクト）
１０９、１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ  水分量検知装置（水分量検出ユニット、センサユニット部）
１１２  搬送経路、搬送手段（搬送ベルト）
１１３  シート材搬送装置
１２０  推定手段、制御手段、湿度推算手段（制御部）
１２１  環境温度センサ
１５０  シート材
２００  センサユニット部
３００、４００  画像形成装置
３２１  カセット
３２３  感光ドラム
３２５  前露光ランプ
３２６  前除電器
３２７  一次帯電器
３２８  レーザービームスキャナ
３２９  現像器
３３０  転写ドラム
３３１  吸着コロナ放電器
３３２  転写コロナ放電器
３３５  加熱ローラ定着器
３４０  画像形成手段（画像形成プロセス部）
【図１】
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【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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