(57)【要約】【課題】  低コストな湿度検出装置及び画像形成装置の提供。【解決手段】  湿度に応じて、その形状を変化させる繊維、発光素子であるＬＥＤ、受光素子であるＰＤから構成され、繊維から反射する光量、繊維を透過する光量の変化を測定することにより湿度を検出することを特徴とする湿度検出装置。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
湿度検出用材料に繊維を用い、繊維から反射する反射光量の変化を検出する第一の検出手段と、繊維を透過する透過光量の変化を検出する第二の検出手段とを有し、第一及び第二の検出手段の結果から湿度を検出することを特徴とする湿度検出装置。
【請求項２】
前記繊維には湿度によって繊維の径が変化する高吸湿性繊維等の材料を用いることを特徴とする湿度検出装置。
【請求項３】
発光素子の切換手段を有し、前記繊維からの反射光量、透過光量の変化を検出切換手段により交互に検出することを特徴とする湿度検出装置。
【請求項４】
前記繊維を、染料・顔料などで染色することにより、低湿度での繊維を透過する光量を減少させることによりＳ／Ｎ比を向上させることを特徴とする湿度検出装置。
【請求項５】
あらかじめ基板上に実装された発光素子と受光素子に、高吸湿性繊維を内蔵した一体ユニットを装着する構成にすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の湿度検出装置。
【請求項６】
発光素子及び周辺回路によるバラツキを補正するバラツキ補正手段を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の湿度検出装置。
【請求項７】
前記バラツキ補正手段は、安定した湿度環境においてオペアンプの出力電圧を予め定められた一定電圧となるように、１チップマイクロコンピュータのアナログ出力ポートを自動調整し、不揮発性メモリに記憶させ、電源投入時に出力電圧を補正することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の湿度検出装置。
【請求項８】
請求項１乃至５のいずれかに記載の湿度検出装置を備えた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、繊維を用いた湿度検出方法に係る湿度検出装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気等の気体中の湿度を検出する方法としては、例えば、（イ）電解質湿度センサ、（ロ）セラミック湿度センサ、（ハ）高分子膜湿度センサなどがある。
【０００３】
（イ）の方法は、水蒸気により電解質の電気抵抗が変化することを利用したものであり、実験研究、空調、農業、気象、電気機器、食品、印刷など多方面に使用されている。
【０００４】
（ロ）の方法は、水分子がセラミックの成分と焼結し、イオンが作られることにより電気伝導が発生することを利用したものであり、電子レンジなどの食品調理機器に使用されている。
【０００５】
（ハ）の方法は、水分子が高分子膜に吸着することにより可動イオンの数が変化し、インピーダンスが増減することを利用したものであり、小型で他の方式と比較して安価であるためレーザビームプリンタ（以下ＬＢＰと記す）などの画像形成装置に使用されている。
【０００６】
この高分子膜湿度センサの構造を図１０に示す。
【０００７】
基本的な構造は、絶縁基板９０１上に、金、酸化ルテニウムなどの貴金属厚膜導体を用い、櫛形に電極９０２を形成する。この電極上に高分子材料を塗布して高分子膜９０３を形成する構造となっている。
【０００８】
次に、この方式の湿度センサの動作原理について説明する。
【０００９】
高分子膜は乾燥状態では、イオン対が解離せずイオンが自由に動くことができない。これに対して湿度が高くなるとイオン対が解離してイオンが自由に動けるようになるため、一対の電極に電位差が与えられ高分子膜中には湿度に比例したイオン電流が流れる。したがって、一対の電極間のインピーダンスを測定することにより湿度を測定することができる。
【００１０】
また、この他、光を使った湿度センサとしては、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４が提案されている。特許文献１の提案では、発光素子と受光素子の間に光の吸収係数が変化する感湿樹脂を介装する。特許文献２の提案では、レンズ若しくはレーザを使う。特許文献３の提案は、光源にタングステンランプを使いヒータで光透過膜を加熱する構成である。
【特許文献１】特開昭５６−６７７３８号公報
【特許文献２】特開昭５６−１１００３９号公報
【特許文献３】特開昭６３−１９５３９号公報
【特許文献４】特開昭５９−２０４７４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記（イ）〜（ロ）の湿度センサは、レンズやレーザなどを使い構造が複雑であったり、高コストであるなどの問題がある。また、特許文献１の提案では、発光素子と受光素子の間に光の吸収係数が変化する感湿樹脂を介装する。特許文献２の提案では、レンズ若しくはレーザを使う。特許文献３の提案は、光源にタングステンランプを使いヒータで光透過膜を加熱する構成であり、どれも共に高コストである。
【００１２】
本発明は、係る従来技術の問題点に着目してなされたもので、水分の吸脱着によって、その形状を変化させる作用をもつ繊維、特に高吸湿性繊維をセンシング材料に利用して湿度を検出しようとするものであり、発光素子と受光素子及び高吸湿性繊維を用いる簡単な構造であるため、安価に製造することが可能である湿度検出装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明は下記の構成を備えることにより上記課題を解決できるものである。
【００１４】
（１）湿度検出用材料に繊維を用い、繊維から反射する反射光量の変化を検出する第一の検出手段と、繊維を透過する透過光量の変化を検出する第二の検出手段とを有し、第一及び第二の検出手段の結果から湿度を検出することを特徴とする湿度検出装置。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、周囲環境に応じて太さの変化する繊維を湿度検出用のセンシング材料に使用することにより、簡単な構成で、しかも低コストな湿度センサを提供することができる。
【００１６】
実施例１に示した発明によれば、繊維を透過する光量、反射する光量の変化を同時に測定するため高精度で湿度検出を行うことが可能である。
【００１７】
実施例２に示した発明によれば、発光素子切換手段を用いることにより、実施例１と同程度の検出精度で、しかも更に低コストな湿度センサを提供することができる。
【００１８】
また、実施例３に示した発明では、センシング材料である繊維を染色することにより、Ｓ／Ｎ比を向上することができ、より高精度な湿度検出を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２０】
まず、本発明を適用可能な第１の実施例を図１〜図５に基づいて説明する。図１は、本発明の基本構成を示した説明図である。
【００２１】
１００は繊維であり具体的には、アクリルレート系やポリマー系等の高吸湿性繊維である。１０１は、発光ダイオード（以下ＬＥＤと記す）、１０２、１０３は、フォトダイオード（以下ＰＤと記す）である。
【００２２】
図２は、本実施例における湿度検出回路である。
【００２３】
１チップマイクロコンピュータ（以下ＣＰＵと記す）２１２は、アナログ出力ポート（以下Ａｏｕｔと記す）から信号を出力し、ベース抵抗２０１を介してトランジスタ２０２のベース電流を制御することにより、ＬＥＤ１０１に流れる電流値を設定する。２０４は電流制限抵抗、２０３はエミッタ抵抗である。
【００２４】
ＰＤ１０２の出力は、オペアンプ２０８によって増幅される。この増幅率は、抵抗２０６／抵抗２０７で算出される。このオペアンプ２０８の出力をＣＰＵ２１２のＡ／Ｄポートで読み取り相対湿度を検出する。同様にＰＤ１０３の出力はオペアンプ２１１によって抵抗２０９／抵抗２１０によって算出される増幅率で増幅される。このオペアンプ２１１の出力をＣＰＵ２１２のＡ／Ｄポートで読み取り相対湿度を検出する。
【００２５】
ただし、この構成では、ＬＥＤ１０１及び周辺回路のバラツキ等のため校正を行う必要がある。その方法は、工場出荷時に安定した湿度（例えば５０％ＲＨ）環境でオペアンプ２０８、２１１の出力電圧が予め定められた一定電圧となるようにＣＰＵ２１２のＡｏｕｔを自動調整し、不図示の不揮発性メモリに記憶する。電源投入直後にこの値を読み出し、Ａｏｕｔから出力させる。
【００２６】
図３は、図２の回路を用いて湿度を測定した時の湿度検出特性を示したグラフである。
【００２７】
透過光量の変化は黒丸印３０１、反射光量の変化は黒い三角印３０２によって表される。透過光量は湿度が高くなると増加する。そうするとＰＤ１０２のカソード電圧が下がり、オペアンプ２０８の出力は低下する。一方、反射光量は湿度が低くなると出力電圧は低下する。そうするとＰＤ１０３のカソード電圧が上がり、オペアンプ２１１の出力は低下する。つまり、高湿度になると繊維を透過する光量は増加し、反射する光量は減少する。
【００２８】
これは、高湿度になると繊維が膨張し透明となるためであり、繊維の透明な部分を光が透過し易くなるため透過光量は増加し、逆に繊維からの反射光量は減少するためである。また、図３から透過光量の変化は高湿度側で大きく、反射光量の変化は低湿度側で比較的大きいので透過光と反射光の変化を同時に測定することにより、高精度に湿度を検出する事が可能となる。
【００２９】
図４は、本実施例の湿度センサ１１１の構成図である。
【００３０】
繊維を樹脂で構成した繊維フォルダ４０で固定し、繊維を透過する光量、反射する光量の変化を同時に測定する構成である。
【００３１】
これまで説明した湿度センサをＬＢＰに応用した例を説明する。
【００３２】
図５はモノクロＬＢＰの断面図である。
【００３３】
現像剤すなわちトナーをプリント用紙等の記録材に定着させることで、メモリ上に記憶させているイメージを可視化する画像形成装置は、ＬＢＰや複写機に代表され、その静粛性から広く利用されている。この様な画像形成装置におけるプリント動作は、公知の電子写真技術、すなわち、露光、現像、転写のプロセスを経て、プリント用紙等の記録材上にトナーで可視化した像を担持させ、最後にこのトナー像を該記録材に定着させることで終了するものである。
【００３４】
５３は用紙Ｐの用紙カセット、１２は、用紙Ｐの有無を検知するための用紙有無検知レバー、１１は用紙有無検知センサである。用紙有無検知センサ１１は、透過型のフォトインタラプタであり、用紙Ｐが用紙カセット５３に無いときに、用紙有無検知レバー１２がこの用紙有無検知センサ１１の検知部を遮光する構成となっている。
【００３５】
そして、用紙供給ローラ５４の下流には用紙Ｐを搬送するフィードローラ５１及び複数の用紙Ｐが重なって供給された場合に用紙カセット５３に用紙Ｐを戻す方向に回転するリタードローラ５２、同期搬送するレジストローラ対５５が設けられ、レジストローラ対５５に用紙Ｐが至ったことを検知するレジストセンサ２７を備えている。
【００３６】
レジストローラ対５５の下流にはレーザスキャナ部１８からのレーザ光に基づいて感光ドラム５６上にトナー像を形成するプロセスカートリッジ２１が設けられている。感光ドラム５６上のトナー像は、転写ローラ５７によって用紙Ｐに転写させる。更に、プロセスカートリッジ２１の下流には用紙Ｐ上に形成されたトナー像を熱加圧定着する定着器６が設けられており、定着器６の下流には用紙Ｐの通過を検知する定着排紙センサ１５が設けられている。記録が完了した用紙Ｐは、マシン上部にある積載トレイ（但し、図示せず）に積載される。
【００３７】
また、１４は用紙Ｐを挟持搬送する搬送ローラである。
【００３８】
さらに、前記レーザスキャナ部１８は、レーザ光を発光するレーザユニット２６、このレーザユニット２６からのレーザ光を感光ドラム５６上に走査するためのポリゴンモータ２５、結像レンズ群１９、折り返しミラー２０等により構成されている。
【００３９】
定着器６は、定着ローラ７、定着ローラ７を加熱するヒータ８、定着ローラ７に圧接する加圧ローラ９、サーミスタ等の感温素子１０等により構成されている。
【００４０】
そして、前記プロセスカートリッジ２１は、公知の電子写真プロセスの必要な、感光ドラム５６、前露光ランプ２２、一次帯電器２３、現像器１６、クリーナブレード２４等から構成されている。
【００４１】
１１１は、湿度センサである。湿度センサ１１１の配置は、定着器６からできるだけ遠ざける必要がある。その理由は、定着器６を用紙Ｐが通過する際に水分を放出し、誤差が大きくなるからである。ＬＥＤは、外光に強い赤外の波長を発光するタイプである。
【００４２】
湿度センサ１１１は、前記転写ローラから用紙Ｐに転写させるときのバイアス値を決める際に使う。たとえば、湿度３０％のときには、転写バイアス＋３．０ｋＶを転写ローラに印加する。湿度８０％のときには、転写バイアス＋１．０ｋＶを転写ローラに印加する。その途中は、直線補間を行う。
【００４３】
尚、本実施例では、モノクロレーザプリンタを例に挙げた。しかし、カラーレーザプリンタにも適用可能であり、カラーレーザプリンタに適用する際には、中間転写体へのバイアス値をも最適値に設定することもできる。さらに複写機、ＦＡＸ等の画像形成装置、また、エアコン等の湿度を検知する必要がある家電製品に適用可能であることは、言うまでもない。
【実施例２】
【００４４】
図６に第二の実施例における概念図を示す。
【００４５】
本実施例は、透過光用ＬＥＤ６０１、反射光用ＬＥＤ１０１の計２個の発光素子と受光素子であるＰＤ１０３から構成される。
【００４６】
図７に本実施例の制御フローチャートを示す。
【００４７】
本実施例では、２個の発光素子を発光素子切換手段、例えばＣＰＵなどにより、ある一定の周期で交互に発光させ、反射光量と透過光量の変化をＰＤ１０３で検出する。この２つの検出結果をＣＰＵで演算し、湿度を算出する。本実施例は、実施例１から、比較的高価なＰＤを１個減らし、より安価なＬＥＤを変わりに使用することで、検出精度は実施例１と同程度で、より低コストな湿度センサを実現することが可能となる。
【実施例３】
【００４８】
図７に第三の実施例における概念図を示す。
【００４９】
本実施例では、湿度検出用繊維を染料、顔料などにより染色することを特徴とする。
【００５０】
図９に繊維を染色した場合と染色していない場合の湿度検出特性を示す。
【００５１】
図９は、湿度による反射光量の変化を示しており、黒い三角印３０２は繊維を染色していない場合、黒い四角印８０１は繊維を染色した場合の出力特性である。この図から、繊維を染色することによりＳ／Ｎ比の向上を図ることができ、高精度に湿度を検出することが可能となることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の基本構成を示した説明図
【図２】第一の実施例における回路図
【図３】第一の実施例における湿度検出特性を示したグラフ
【図４】第一の実施例における湿度センサの構造図
【図５】第一の実施例におけるプリンタ主断面図
【図６】第二の実施例の基本構成を示した説明図
【図７】第二の実施例における制御フローチャート
【図８】第三の実施例の基本構成を示した説明図
【図９】第三の実施例における湿度検出特性を示したグラフ
【図１０】従来の湿度センサユニットの構成図
【符号の説明】
【００５３】
１００          繊維
１０１          発光ダイオード（ＬＥＤ）
１０２、１０３  フォトダイオード（ＰＤ）
１１１          湿度センサ
２１２          １チップマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）
【図１】
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【図２】
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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１０】
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【図３】
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【図９】
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