JP5327594B2 - Object surface desorbing substance amount measuring apparatus and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は物体表面脱吸着物質量測定装置及び画像形成装置に関し、詳細には非接触によって測定対象の物体表面に脱吸着する物質の量を測定する技術に関する。 The present invention relates to an object surface desorption substance measuring apparatus and an image forming apparatus, and more particularly a technique for measuring the amount of material desorbed on the object surface to be measured by non-contact.
用紙は置かれた周囲環境の変動により自然に水分を蒸散したり吸着したりし、それらの水分が用紙に形成される画像の作像品質に影響を与える場合があり、作像品質を安定維持するために、脱吸着水の量を測定することが求められている。この場合、用紙の含有水分量のうち、周囲環境の変動とは関係しない化学結合水など以外の、周囲環境の変動による脱吸着水分量のみを弁別して測定することが必要である。脱吸着水分量のみを検出、測定することによって、脱吸着水分量や脱吸着水分量の特性に応じた効果的利用状態が得られる。具体的には、環境の影響を排した、用紙に高画質に作像させる制御や、作像装置の最適制御に応用できる。また、物体に脱吸着する蒸気物質は水分だけではなく溶剤についても応用でき、脱吸着対象物体は用紙や装置表面だけではなく有機材料物体や細胞などの生体材料物体に対しても応用できる。 The paper naturally evaporates or absorbs moisture due to changes in the surrounding environment, and the moisture may affect the image quality of the image formed on the paper, maintaining stable image quality. Therefore, it is required to measure the amount of desorbed water. In this case, it is necessary to discriminate and measure only the amount of desorbed moisture due to changes in the surrounding environment, other than chemically bound water that is not related to changes in the surrounding environment, among the moisture content of the paper. By detecting and measuring only the amount of desorbed moisture, an effective utilization state corresponding to the characteristics of the amount of desorbed moisture and the amount of desorbed moisture can be obtained. Specifically, the present invention can be applied to control for forming an image on paper with high image quality and the optimum control of the image forming apparatus without the influence of the environment. In addition, the vapor substance desorbed on the object can be applied not only to moisture but also to a solvent, and the object to be desorbed can be applied not only to paper and the surface of the apparatus, but also to an organic material object such as an organic material object or a cell.
そこで、従来は物体表面に吸着する物質、例えば水蒸気や有機溶媒蒸気などが物体の周囲雰囲気中に蒸気として存在する場合、物体表面に吸着している状態が周囲雰囲気中に蒸気として存在する状態と非平衡にある。この場合、物体表面と周囲雰囲気との間で蒸気の輸送が行われ、これを湿度センサや流量センサで捕らえれば、物体表面に吸着している状態が計測できることが判っている。 Therefore, conventionally, when a substance adsorbed on the object surface, such as water vapor or organic solvent vapor, is present as vapor in the ambient atmosphere of the object, the state of being adsorbed on the object surface is the state existing as vapor in the ambient atmosphere. It is non-equilibrium. In this case, it is known that vapor is transported between the object surface and the ambient atmosphere, and if this is captured by a humidity sensor or a flow rate sensor, the state adsorbed on the object surface can be measured.
更に、物体表面に吸着している状態が、周囲雰囲気中に蒸気として存在する状態と平衡にある場合であっても、すなわちどのような状態であっても、蒸気密度を調節し非平衡にさせることによって、詳細には物体表面の近傍の蒸気を凝集させて、これにより物体表面から蒸気が放出される。よって、この蒸気密度を検出することにより、物体表面に吸着している状態を計測する技術が考えられている。また、用紙などの作像媒体表面や作像装置の表面に吸着する水蒸気を測定し、水蒸気の影響によらない高品質の画像を形成させる制御を行うために、この測定装置を搭載した画像形成装置に応用している。 Furthermore, even if the state of being adsorbed on the surface of the object is in equilibrium with the state existing as vapor in the surrounding atmosphere, that is, in any state, the vapor density is adjusted to be non-equilibrium. In particular, the vapor in the vicinity of the surface of the object is condensed to thereby release the vapor from the surface of the object. Therefore, a technique for measuring the state of adsorbing on the object surface by detecting the vapor density is considered. In addition, image formation equipped with this measuring device is used to measure the water vapor adsorbed on the surface of an image forming medium such as paper and the surface of the image forming device, and to control the formation of a high-quality image independent of the influence of water vapor. Applied to equipment.
このような物体表面に吸着する水分量を測定する技術として、従来よりいくつかの提案がなされている。その一つとして、特許文献1には、試料皿の少なくとも内表面は親水性表面であるようにして加熱乾燥を促進する、いわゆる絶乾法と呼ばれる含水分計測方法が提案されている。詳細には、用紙などの吸湿性材料の含有水分量を測定する方法として、用紙を加熱し蒸発水分量を計測する絶乾法(重量法)や、カールフィッシャー水分測定法によって、含水量を測定する方法であって、試料皿内の試料を上方から加熱乾燥するようにした加熱乾燥型水分計において、試料の乾燥を促進させ含水量の測定に要する時間を短縮し、しかも測定精度や再現性の向上を図るものである。この方法では、乾燥に達する時点で、物質の含水分量が秤量できる。 Conventionally, several proposals have been made as techniques for measuring the amount of moisture adsorbed on the object surface. As one of them, Patent Document 1 proposes a moisture content measuring method called a so-called absolutely dry method in which at least an inner surface of a sample dish is a hydrophilic surface to promote heat drying. Specifically, as a method of measuring the moisture content of hygroscopic materials such as paper, the moisture content is measured by the absolute dry method (gravimetric method) in which the paper is heated to measure the evaporated moisture content, or the Karl Fischer moisture measurement method. In a heat-drying type moisture meter that heat-drys the sample in the sample pan from above, it accelerates the drying of the sample, shortens the time required to measure the water content, and also provides measurement accuracy and reproducibility It is intended to improve. In this method, the moisture content of the substance can be weighed when it reaches dryness.
また、特許文献2には、反射型光ファイバ式赤外線水分計が提案されており、赤外線水分計は、赤外線の反射によって光学的に水分検出を行う事ができるので非接触、かつ高速で水分測定が行えるものである。また、光ファイバを使用しているため、測定場所を選ばず、測定場所の狭い所、温度変化の激しい所でも使える。更に、水分には、光(近赤外線)の特定波長を吸収する性質があり物質に含まれる水分量が多くなれば、吸収される光エネルギー(特定波長)も大きくなる。また、水分に吸収される特定波長と、水分に影響しない参照光とを検体に照射し、反射した光を測定し、これらの比率を求めることにより、測定距離の変動や色、表面状態、外乱の影響を除去する。なお、予めサンプルテストを行い含水率と含水率に対応した水分計出力値の相関関係を基準にする必要がある。絶乾法(重量法)やカールフィッシャー法で測定した水分絶対値との相関関係を表す検量線を用いる。 Patent Document 2 proposes a reflection type optical fiber type infrared moisture meter. Since the infrared moisture meter can optically detect moisture by reflection of infrared rays, it can measure moisture at high speed without contact. Can be done. In addition, because it uses an optical fiber, it can be used in places where the measurement location is narrow and where the temperature changes rapidly. Furthermore, moisture has the property of absorbing a specific wavelength of light (near infrared), and the amount of absorbed light energy (specific wavelength) increases as the amount of water contained in the substance increases. In addition, by irradiating the specimen with a specific wavelength absorbed by moisture and reference light that does not affect moisture, measuring the reflected light, and determining the ratio of these, changes in measurement distance, color, surface condition, disturbance Remove the effects of. In addition, it is necessary to perform a sample test in advance and use the correlation between the moisture content and the moisture meter output value corresponding to the moisture content as a reference. A calibration curve representing the correlation with the absolute value of moisture measured by the absolutely dry method (gravimetric method) or the Karl Fischer method is used.
更に、特許文献3には、温度・湿度センサ2組を測定面に対して所定間隔で設けられた検出部と、第1の演算回路によって求められた絶対湿度の差と両温度・湿度センサの距離差とから絶対湿度勾配を求め蒸発量を表示する水分蒸発量測定装置が提案されている。つまり、物体表面から蒸発する水分蒸発量を測定するにあたり、物体からの距離に対する空気中の水分等の検出量を用いて測定する装置、方法である。 Further, in Patent Document 3, two sets of temperature / humidity sensors are provided at predetermined intervals with respect to the measurement surface, the difference between the absolute humidity obtained by the first arithmetic circuit, and both temperature / humidity sensors. There has been proposed a moisture evaporation measuring device that obtains an absolute humidity gradient from the distance difference and displays the evaporation amount. That is, in measuring the amount of water evaporated from the surface of the object, this is an apparatus and method for measuring using the detected amount of moisture in the air with respect to the distance from the object.
また、特許文献4によれば、物体表面の水分の状態が物体表面の周囲の雰囲気へ影響を及ぼし、周囲雰囲気の水蒸気の状態として現れるため、周囲の雰囲気空間において、水蒸気の密度の変化を観測することにより、水分が物体表面へ輸送される結露の状態を測定する。つまり、特許文献4には、物体表面が結露する際に物体近傍の雰囲気の水蒸気密度の変化を検出する方法、及びMEMS技術により製造され、精密に計測することができる装置が提案されている。詳細には、物体表面への吸着・凝集に伴う気体の輸送に沿って温度湿度センサを配置し、物体表面に対する周囲雰囲気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表面から離れた場所において物体表面の結露挙動や蒸散挙動を検出することができる。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、物体の表面に対して気体の輸送摩擦抵抗となる壁面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。具体的には、用紙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及びフローセンサ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。このように、用紙に熱を与えることによって用紙からの水分蒸散量を測定する。 According to Patent Document 4, since the moisture state on the object surface affects the atmosphere around the object surface and appears as a water vapor state in the ambient atmosphere, a change in the density of water vapor is observed in the surrounding atmosphere space. By doing so, the state of condensation in which moisture is transported to the object surface is measured. That is, Patent Document 4 proposes a method for detecting a change in the water vapor density in the atmosphere in the vicinity of the object when the surface of the object is condensed, and an apparatus that can be manufactured by the MEMS technology and can be accurately measured. Specifically, a temperature / humidity sensor is arranged along the transport of gas accompanying adsorption / aggregation on the object surface, and the object surface is measured by measuring the temperature gradient and humidity gradient of the ambient atmosphere with respect to the object surface and changes in the flow state. It is possible to detect the dew condensation behavior and the transpiration behavior of the object surface at a location away from Also, depending on the mechanism of gas transport, the atmospheric state may change with a gentle gradient depending on the transport speed. In such a case, measurement becomes difficult, but the gas transport friction resistance against the surface of the object By providing such a wall surface, a steep gradient can be given to the atmosphere state. Specifically, a slight temperature, for example, about 0.1 ° C. rises in the minute range at the edge of the paper, and the moisture in the minute range evaporates. By measuring the behavior of this transpiration with a temperature / humidity sensor and a flow sensor, the amount of transpiration and temperature can be measured. In this way, the amount of water transpiration from the paper is measured by applying heat to the paper.
更に、特許文献5には、画像形成装置の感光体表面の水分吸着量検出方法が提案されている。
しかしながら、上記特許文献1によれば、乾燥に達する時点まで待たないと、物質の含水分量が観測できない。また、高温度で水分を蒸発させると、使用温度下における水分吸脱着とは異なる水分を含み、場合によっては、構造体に結合する水分の乾燥も含んでしまう。更には、物質に吸着している水分量を正確に計測するためには、物質温度を変化させないことが必要である。よって、加熱させるので、耐熱温度の低い有機材料や生体物質の水分量測定には破壊測定になり向かない。また、加熱により変質してしまうので1回限りの破壊検査である。その場測定ができず、プロセス中の測定ができない。従って、使用温度下における物質に吸着している水分量を、プロセス中に高速かつ高頻度で測定することが求められる。 However, according to the above-mentioned Patent Document 1, the moisture content of a substance cannot be observed unless waiting until the time of reaching dryness. In addition, when the moisture is evaporated at a high temperature, the moisture is different from the moisture adsorption / desorption under the use temperature, and in some cases, the moisture is bonded to the structure. Furthermore, in order to accurately measure the amount of water adsorbed on the substance, it is necessary not to change the substance temperature. Therefore, since it is heated, it is not suitable for destructive measurement for measuring the moisture content of organic materials and biological substances having a low heat-resistant temperature. Moreover, since it is altered by heating, it is a one-time destructive inspection. In-situ measurement is not possible and in-process measurement is not possible. Therefore, it is required to measure the amount of water adsorbed on the substance at the operating temperature at high speed and with high frequency during the process.
また、上記特許文献2によれば、赤外線水分計や、マイクロ波、NMR、α線やγ線を利用し同じように電磁波を用いて水分を検出する水分計は、迅速かつその場測定ができるが、検体に含まれる水分のすべてを検出する手段であって、化学結合した水を除く、物質に吸着している水分量のみを弁別して計測することはできない。従って、物質に吸着している水分量を測定することが求められる。 Further, according to Patent Document 2, the moisture meter that detects moisture using electromagnetic waves similarly using an infrared moisture meter, microwaves, NMR, α-rays, and γ-rays can perform in-situ measurement quickly. However, it is a means for detecting all the water contained in the specimen, and it is not possible to discriminate and measure only the amount of water adsorbed on the substance, excluding chemically bonded water. Therefore, it is required to measure the amount of water adsorbed on the substance.
更に、上記特許文献3によれば、水分蒸発量を測定する装置であって、蒸発しない状態においては、物体表面に存在する水分を測定することはできない。例えば、用紙が水分を吸着している作用によって、物質に吸着している水分密度に関係なく周囲雰囲気の水分密度が一定の安定した値を示していることもある。従って、物体表面と物体近傍との空間の水蒸気密度が平衡条件下であっても、被物質に吸着している水分を測定することが求められる。 Furthermore, according to the above-mentioned Patent Document 3, it is an apparatus for measuring the amount of water evaporation, and in the state where it does not evaporate, the water present on the surface of the object cannot be measured. For example, due to the action of the sheet adsorbing moisture, the moisture density in the surrounding atmosphere may show a constant and stable value regardless of the moisture density adsorbed on the substance. Therefore, even when the water vapor density in the space between the object surface and the object is in an equilibrium condition, it is required to measure the moisture adsorbed on the object.
また、上記特許文献4によれば、輸送速度が0で雰囲気状態が勾配ない場合はこの方法では物体表面の結露挙動(分布状態)や蒸散挙動を検出することは困難である。使用環境条件に設置されている物体の表面に、別の熱などのエネルギーを加えるなどの作用を与えること無しに、物体の表面の温度などの状態を変えずに、物体の表面の吸着水分量などの吸着物質量を、測定できることが望ましい。その上で、物体表面と物体近傍との空間の水蒸気密度が平衡条件下であっても、被物質に吸着している水分を測定することが求められる。 According to Patent Document 4, when the transport speed is 0 and the atmosphere state is not inclined, it is difficult to detect the dew behavior (distribution state) and transpiration behavior of the object surface with this method. The amount of adsorbed moisture on the surface of the object without changing the surface temperature and other conditions without adding other heat or other energy to the surface of the object installed in the operating environment. It is desirable to be able to measure the amount of adsorbed substances such as In addition, even if the water vapor density in the space between the object surface and the vicinity of the object is under an equilibrium condition, it is required to measure the moisture adsorbed on the object.
更に、上記特許文献5によれば、感光体の吸着水分が近傍の空間に蒸散される挙動(分布状態)もしくは近傍の空間の水分を吸着する挙動を、近傍の雰囲気の湿度の分布勾配または過渡特性により測定する仕組みを用い、感光体の表面に非接触で、感光体の表面に輸送される雰囲気の状態を計測することによって、感光体の表面の吸着水分量を測定する。この場合、物体の表面に輸送される雰囲気の状態が平衡状態であって輸送されない場合でも測定できることが望ましい。また、感光体の表面に吸着する物質は水分だけでなく、近傍の雰囲気中に多種含まれているので、それらを弁別して測定する必要がある。更に、雰囲気状態のわずかな変動に影響されてしまう表面吸着量を測定する方法が課題である。そのために、雰囲気状態の変動を起こさせない雰囲気制御が必要になる。 Further, according to Patent Document 5, the behavior (distribution state) in which the adsorbed moisture of the photosensitive body is evaporated to the nearby space or the behavior of adsorbing the moisture in the nearby space is indicated by the humidity distribution gradient or transient of the nearby atmosphere. The amount of adsorbed moisture on the surface of the photoconductor is measured by measuring the state of the atmosphere that is transported to the surface of the photoconductor without contacting the surface of the photoconductor using a mechanism that measures according to characteristics. In this case, it is desirable that measurement is possible even when the state of the atmosphere transported to the surface of the object is in an equilibrium state and is not transported. Further, since substances adsorbed on the surface of the photosensitive member are contained not only in moisture but also in a nearby atmosphere, it is necessary to discriminate and measure them. Furthermore, there is a problem of a method for measuring the amount of surface adsorption that is affected by slight fluctuations in atmospheric conditions. Therefore, it is necessary to control the atmosphere so as not to cause a change in the atmosphere state.
本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、微小な領域を温度制御する方式、集積回路微細加工技術を用いたいわゆるMEMS(Micro Electro Mechanical System)技術を用いて迅速に精度高く蒸気密度を制御し雰囲気の蒸気密度を検出することによって物体表面の脱吸着する物質の量を測定することができる、物体表面脱吸着物質量測定装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve these problems, and a method for controlling the temperature of a minute region and a so-called MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology using an integrated circuit microfabrication technology are used to quickly and accurately produce steam. An object of the present invention is to provide an object surface desorbing substance amount measuring apparatus and an image forming apparatus capable of measuring the amount of a substance to be desorbed on the object surface by controlling the density and detecting the vapor density of the atmosphere.
前記問題点を解決するために、本発明の物体表面脱吸着物質量測定装置は、物体表面に吸着する物質の量及び物体表面に吸着している物質の量を測定する。本発明の物体表面脱吸着物質量測定装置は、物体表面の近傍箇所における雰囲気の蒸気密度を調整する蒸気密度調整手段と、物体表面から雰囲気へ離間する所定の複数箇所における雰囲気中の蒸気密度を測定する蒸気密度測定手段と、該各蒸気密度測定手段によって測定した各蒸気密度及び各蒸気密度測定手段の物体表面からの各離間距離に基づいて、物体表面の近傍箇所における雰囲気の蒸気密度分布を算出する蒸気密度分布算出手段と、該蒸気密度分布算出手段によって算出した蒸気密度分布に基づいて物体表面に脱吸着する物質の蒸気密度量を算出する蒸気密度量算出手段とを具備することに特徴がある。よって、蒸気密度調整手段付近の雰囲気の蒸気密度を調整することにより、物体表面の温度状態を変えずに物体表面の脱吸着を迅速にさせることができ、物体表面の間の雰囲気中の蒸気密度の分布を検出することにより、物体表面の脱吸着物質の量を測定することができる。 In order to solve the above problems, the object surface desorbing substance amount measuring apparatus of the present invention measures the amount of substance adsorbed on the object surface and the amount of substance adsorbed on the object surface. The object surface desorbing substance amount measuring apparatus according to the present invention includes a vapor density adjusting unit that adjusts the vapor density of the atmosphere in the vicinity of the object surface, and the vapor density in the atmosphere at a plurality of predetermined locations separated from the object surface to the atmosphere. a vapor density measuring means for measuring, based on the distance from the object surface of each vapor density and the vapor density measuring means as determined by respective vapor density measuring means, vapor density distribution of the atmosphere in the vicinity portion of the object surface a vapor density distribution calculating means for calculating a, that and a vapor density calculating means for calculating a vapor density of substances to be desorbed to the object surface based on the vapor density distribution calculated by the vapor density distribution calculating means There is a feature. Therefore, by adjusting the vapor density of the atmosphere in the vicinity of the vapor density adjusting means, it is possible to quickly desorb the object surface without changing the temperature state of the object surface, and the vapor density in the atmosphere between the object surfaces The amount of desorbed substance on the object surface can be measured by detecting the distribution of.
また、蒸気密度調整手段と蒸気密度測定手段と蒸気密度量検出手段とを1つの素子に集積搭載したことにより、微小な領域を温度制御及び検出するMEMsを用いて所定の微小な箇所に集積化して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。 Further, the vapor density adjusting means, the vapor density measuring means, and the vapor density amount detecting means are integrated and mounted in one element, so that a minute area can be integrated at a predetermined minute position using MEMs for temperature control and detection. And can be easily manufactured by mass production with high accuracy.
更に、蒸気密度調整手段と蒸気密度分布算出手段とは、互いに空間分離される個所を介して配置されていることにより、蒸気密度分布算出手段に温度変化を与えないことによって、高精度の測定値が得られる。 Further, since the vapor density adjusting means and the vapor density distribution calculating means are arranged through a space-separated portion, a highly accurate measurement value is obtained by not giving a temperature change to the vapor density distribution calculating means. Is obtained.
また、蒸気密度調整手段または蒸気密度測定手段の少なくともどちらかに、特定気体成分のみ弁別する気体成分の選択透過膜を具備することにより、特定吸着物質への測定精度が高まる。 Further, by providing a gas component selective permeable membrane that discriminates only a specific gas component in at least one of the vapor density adjusting means and the vapor density measuring means, the measurement accuracy for the specific adsorbed substance is increased.
更に、本発明の物体表面脱吸着物質量測定装置は、物体表面の近傍個所における雰囲気の蒸気密度を調整する蒸気密度調整手段と、物体表面から雰囲気へ離間する所定の複数箇所における雰囲気中の蒸気密度を測定する蒸気密度測定手段と、該各蒸気密度測定手段によって測定した各蒸気密度及び各蒸気密度測定手段の物体表面からの各離間距離に基づいて、物体があるときの物体表面の近傍箇所における雰囲気の第1の蒸気密度分布を算出する第1の蒸気密度分布算出手段と、該蒸気密度測定手段によって測定した物体のない雰囲気の蒸気密度及び各離間距離に基づいて、物体のない雰囲気の第2の蒸気密度分布を算出する第2の蒸気密度分布算出手段と、第1の蒸気密度分布及び第2の蒸気密度分布に基づいて物体があるときの物体表面に脱吸着する物質の蒸気密度量を算出する蒸気密度量算出手段とを具備する。よって、蒸気密度調節手段付近の雰囲気の蒸気密度を変化させることにより、物体表面の温度状態を変えずに物体表面の脱吸着を迅速にさせることができ、物体表面の間の雰囲気中の蒸気密度の分布を検出することにより、物体表面の脱吸着物質量を測定することができる。 Furthermore, the object surface desorbing substance amount measuring apparatus of the present invention includes vapor density adjusting means for adjusting the vapor density of the atmosphere in the vicinity of the object surface, and vapor in the atmosphere at a predetermined plurality of locations spaced from the object surface to the atmosphere. Vapor density measuring means for measuring the density, each vapor density measured by each of the vapor density measuring means, and each distance from the object surface of each vapor density measuring means, in the vicinity of the object surface when there is an object The first vapor density distribution calculating means for calculating the first vapor density distribution of the atmosphere in the atmosphere, the vapor density of the atmosphere without the object and the separation distance measured by the vapor density measuring means , a second vapor density distribution calculating means for calculating a second vapor density distribution, the surface of the object when there is an object on the basis of the first vapor density distribution and the second vapor density distribution ; And a vapor density calculating means for calculating a vapor density of desorption substances. Therefore, by changing the vapor density of the atmosphere near the vapor density adjusting means, the object surface can be quickly desorbed without changing the temperature state of the object surface, and the vapor density in the atmosphere between the object surfaces By detecting the distribution, the amount of desorbed substance on the object surface can be measured.
また、本発明の物体表面脱吸着物質量測定装置は、物体表面の近傍個所における雰囲気の蒸気密度を調整する蒸気密度調整手段と、物体表面から雰囲気へ離間する所定の複数箇所における雰囲気中の蒸気密度を測定する第1の蒸気密度測定手段と、該各第1の蒸気密度測定手段によって測定した各蒸気密度及び各第1の蒸気密度測定手段の物体表面からの各離間距離に基づいて、物体表面の近傍箇所における雰囲気の第1の蒸気密度分布を算出する第1の蒸気密度分布算出手段と、基準物体表面から離間する所定の複数箇所における雰囲気中の蒸気密度を測定する第2の蒸気密度測定手段と、該各第2の蒸気密度測定手段によって測定した各蒸気密度及び各第2の蒸気密度測定手段の物体表面からの各離間距離に基づいて、基準物体表面の近傍箇所における雰囲気の第2の蒸気密度分布を算出する第2の蒸気密度分布算出手段と、第1の蒸気密度分布及び第2の蒸気密度分布に基づいて物体表面に脱吸着する物質の蒸気密度量を算出する蒸気密度量算出手段とを具備する。よって、物体表面近傍の雰囲気に及ばされる外乱や、物体表面近傍における雰囲気の流れの影響が小さくなることによって、精度が高まる。また、物体表面に対する蒸気密度の特性値から基準物体表面に対する蒸気密度の特性値を差し引くことにより、雰囲気の流れの影響を除くことができる。更に、物体表面に対する蒸気密度の特性値と、基準物体表面に対する蒸気密度の特性値を同時に得ることができる。 The object surface desorbing substance amount measuring apparatus according to the present invention includes a vapor density adjusting means for adjusting the vapor density of the atmosphere at a location near the object surface, and a vapor in the atmosphere at a predetermined plurality of locations spaced from the object surface to the atmosphere. Based on first vapor density measuring means for measuring density, each vapor density measured by each first vapor density measuring means, and each separation distance from the object surface of each first vapor density measuring means, First vapor density distribution calculating means for calculating a first vapor density distribution of the atmosphere at a location near the surface, and a second vapor density for measuring the vapor density in the atmosphere at a plurality of predetermined locations separated from the reference object surface a measuring unit, based on the distance from the object surface of each of the second respective vapor density and the second vapor density measuring means as measured by vapor density measuring means, of the reference object surface near A second vapor density distribution calculating means for calculating a second vapor density distribution of the atmosphere at a location, vapor density of substances to be desorbed to the object surface based on the first vapor density distribution and the second vapor density distribution ; and a vapor density calculating means for calculating a. Therefore, the accuracy is improved by reducing the influence of the disturbance on the atmosphere near the object surface and the flow of the atmosphere near the object surface. Further, the influence of the flow of the atmosphere can be eliminated by subtracting the characteristic value of the vapor density for the reference object surface from the characteristic value of the vapor density for the object surface. Furthermore, the characteristic value of the vapor density for the object surface and the characteristic value of the vapor density for the reference object surface can be obtained simultaneously.
更に、蒸気密度調整手段と第1、第2の蒸気密度分布算出手段と蒸気密度量算出手段とを1つの素子に集積搭載したことにより、微小な領域を温度制御及び検出するMEMsを用いて所定の微小な箇所に集積化して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。 Further, the vapor density adjusting means, the first and second vapor density distribution calculating means, and the vapor density amount calculating means are integrated and mounted in one element, so that a predetermined region is determined using MEMs that control and detect a minute region. And can be easily manufactured by mass production with high accuracy.
また、蒸気密度調整手段と第1、第2の蒸気密度分布算出手段とは、互いに空間分離される個所を介して配置されていることにより、第1、第2の蒸気密度分布算出手段に温度変化を与えないことによって、高精度の測定値が得られる。 In addition, the vapor density adjusting means and the first and second vapor density distribution calculating means are arranged via a space-separated portion so that the first and second vapor density distribution calculating means have a temperature. By giving no change, a highly accurate measurement value can be obtained.
更に、蒸気密度調整手段または第1、第2の蒸気密度分布算出手段の少なくともどちらかに、特定気体成分のみ弁別する気体成分の選択透過膜を具備することにより、特定吸着物質への測定精度が高まる。 Furthermore, by providing a gas component selective permeable membrane that discriminates only a specific gas component in at least one of the vapor density adjusting means and the first and second vapor density distribution calculating means, the measurement accuracy for a specific adsorbed substance is improved. Rise.
また、蒸気密度調整手段は、温度制御または気体脱吸着制御の少なくともいずれか1つの機構であることにより、微細な個所で迅速な温度制御を行えるので迅速かつ高精度の測定値が得られる。また、蒸気密度調整手段には、蒸気物質密度の温度依存性を利用し、マイクロ・ペルチェ素子や薄膜ヒータにより、温度を上下制御させる手段を用いる。更に、マイクロ・ペルチェ素子を用いたときであれば、加熱冷却をサイクリックにできるので、蒸気密度の周期的制御を行い、より確かさの高い測定が実現する。また、これらに親和性材料を添加した膜や脱吸着面積を大きくした微細多孔構造膜を添加し、効率を上げられる。 Further, since the vapor density adjusting means is at least one mechanism of temperature control and gas desorption control, rapid temperature control can be performed at a fine location, so that a quick and highly accurate measurement value can be obtained. Further, as the vapor density adjusting means, means for controlling the temperature up and down by a micro-Peltier element or a thin film heater is used, utilizing the temperature dependence of the vapor substance density. Furthermore, when a micro Peltier device is used, the heating and cooling can be made cyclic, so that the vapor density is periodically controlled to achieve more reliable measurement. In addition, efficiency can be increased by adding a film to which an affinity material is added or a microporous structure film having a large desorption area.
更に、別の発明としての画像形成装置は、光学機構、画像転写媒体または作像機構に具備し、更に上記の物体表面脱吸着物質量測定装置を搭載することに特徴がある。また、物体表面脱吸着物質量測定装置は、作像機構あるいは画像転写媒体の表面の水分吸着量を計測する。よって、作像機構の周囲環境の状態に依存せず、作像機構の表面への物質吸着量を測定することによって、作像条件を調節するなどの作像プロセスを制御し、作像機構の周囲環境の広い条件に渡り、画像品質を維持することができる。 Furthermore, an image forming apparatus as another invention is characterized in that it is provided in an optical mechanism, an image transfer medium or an image forming mechanism, and further mounted with the above-described object surface desorbing substance amount measuring apparatus. The object surface desorbing substance amount measuring device measures the moisture adsorption amount on the surface of the image forming mechanism or the image transfer medium. Therefore, the imaging process such as adjusting the imaging conditions is controlled by measuring the amount of substance adsorbed on the surface of the imaging mechanism, regardless of the state of the surrounding environment of the imaging mechanism. Image quality can be maintained over a wide range of ambient conditions.
本発明によれば、物体表面の近傍の雰囲気個所において、迅速に物体表面の近傍の雰囲気個所の蒸気密度を迅速に変化させることによって、物体の温度変化を最小にし、平衡状態を含むどのような雰囲気密度の条件であっても、物体表面に脱吸着する物質量を迅速に測定することができる。また、物体表面近傍の雰囲気に及ばされる外乱の影響が小さくなることによって、精度が高まる。 According to the present invention, in an atmospheric location near the object surface, the vapor density of the atmospheric location in the vicinity of the object surface is rapidly changed, thereby minimizing the temperature change of the object and including any equilibrium state. Even under the condition of atmospheric density, the amount of substance desorbed on the object surface can be measured quickly. In addition, the accuracy is improved by reducing the influence of the disturbance exerted on the atmosphere in the vicinity of the object surface.
はじめに、本発明の物体表面脱吸着物質検出方法の原理について概説する。図1は物体表面及び近傍雰囲気の蒸気分子分布状態の様子を示す図であって、詳細には空間の蒸気分子密度が均一で平衡状態で物体表面の蒸気分子密度が異なる場合の蒸気分子分布状態の様子を示している。そして、同図の(a)は物体表面での蒸気分子の捕捉力が大きい場合であり、同図の(b)は物体表面での蒸気分子の捕捉力が小さい場合である。 First, the principle of the object surface desorbed substance detection method of the present invention will be outlined. FIG. 1 is a diagram showing the state of vapor molecule distribution on the object surface and in the vicinity of the atmosphere. Specifically, the vapor molecule distribution state in the case where the vapor molecule density in the space is uniform and the vapor molecule density on the object surface is different in an equilibrium state. The state of is shown. 3A shows a case where the trapping force of vapor molecules on the object surface is large, and FIG. 3B shows a case where the trapping force of vapor molecules on the object surface is small.
図1に示すように、物体Sの表面1に捕捉されている蒸気分子2は、空間に存在している蒸気分子3とは異なる作用を受けているため、物体Sの表面1における蒸気密度と、空間における蒸気密度とは、温度状態が同一であっても、異なることがある。その上、物体Sの表面1の近傍における蒸気密度分布が同じである場合や均一になっている場合がある。このまま物体Sの近傍における空間の蒸気密度を測定しても、物体Sの表面1の蒸気密度はわからない。 As shown in FIG. 1, since the vapor molecules 2 trapped on the surface 1 of the object S are subjected to a different action from the vapor molecules 3 existing in the space, the vapor density on the surface 1 of the object S The vapor density in the space may be different even if the temperature state is the same. In addition, the vapor density distribution in the vicinity of the surface 1 of the object S may be the same or uniform. Even if the vapor density in the space in the vicinity of the object S is measured as it is, the vapor density of the surface 1 of the object S is not known.
しかし、本発明の物体表面脱吸着物質検出方法の原理図である図2に示すように、物体近傍の雰囲気の蒸気密度が不均一であれば、物体表面の脱吸着挙動があって、その影響が物体近傍の雰囲気の蒸気密度に現れる。その場合は、物体近傍の雰囲気の蒸気密度の分布を観測すれば、物体表面の脱吸着挙動が判明する。詳細に説明すると、本発明の物体表面脱吸着物質検出方法の原理図である図2に示すように、蒸気密度を不均一にさせる凝集器Pを物体Sの表面1から距離wpの雰囲気中に設置し、検出器N、Mを物体Sの表面1から距離wn、wmの雰囲気中に設置し、当該各位置の蒸気密度をそれぞれ検出する。 However, as shown in FIG. 2 which is a principle diagram of the object surface desorbing substance detection method of the present invention, if the vapor density in the atmosphere in the vicinity of the object is not uniform, there is desorption behavior on the object surface, and its influence. Appears in the vapor density of the atmosphere near the object. In that case, the desorption behavior of the object surface can be determined by observing the vapor density distribution in the atmosphere in the vicinity of the object. More specifically, as shown in FIG. 2 which is a principle diagram of the object surface desorbing substance detection method of the present invention, the aggregator P for making the vapor density non-uniform is placed in the atmosphere at a distance wp from the surface 1 of the object S. The detectors N and M are installed in an atmosphere at distances wn and wm from the surface 1 of the object S, and the vapor density at each position is detected.
最初に、雰囲気の蒸気密度が均一で平衡状態にあり、物体Sの表面1が無い場合では、物体Sの表面1から距離wpにある凝縮器Pを作動させる前は、物体S表面相当位置でs0、検出器N位置でn0、検出器M位置でm0、凝縮器P周辺位置でp0の蒸気密度であり、s0=n0=m0=p0を示している。次に、物体Sの表面1が無い場合では、凝縮器Pを作動させた後は、物体Sの表面1に相当な位置でS2、検出器N位置でn2、検出器M位置でm2、凝縮器P周辺位置でpyの蒸気密度を示す。これらの、物体Sの表面1無しで、凝集器Pを作動しない場合、水蒸気密度はs0[g/m3]、および、物体Sの表面1無しで、凝集器Pを作動した場合、s2[g/m3]とを予め検量した値として得て、s0とs2の関係をルックアップテーブルや関係式として記憶装置に収納しておく。一方、物体Sの表面1がある場合では、物体Sの表面1が無い場合と同様に凝縮器周辺位置でpyの蒸気密度になるように凝縮器Pを作動させると、物体Sの表面1の位置でs1、検出器N位置でn1、検出器M位置でm1、凝縮器P周辺位置でpyの蒸気密度を示す。 First, when the vapor density of the atmosphere is uniform and in an equilibrium state, and there is no surface 1 of the object S, before operating the condenser P at a distance wp from the surface 1 of the object S, the position is equivalent to the surface of the object S. The vapor density is s0, n0 at the detector N position, m0 at the detector M position, and p0 at the peripheral position of the condenser P. s0 = n0 = m0 = p0. Next, in the case where the surface 1 of the object S is not present, after the condenser P is operated, S2 at a position corresponding to the surface 1 of the object S, n2 at the detector N position, m2 at the detector M position, condensation The vapor density of py is shown around the vessel P. When the agglomerator P is not operated without the surface 1 of the object S, the water vapor density is s0 [g / m 3 ], and when the agglomerator P is operated without the surface 1 of the object S, s2 [ g / m 3 ] is obtained as a pre-calibrated value, and the relationship between s0 and s2 is stored in a storage device as a lookup table or a relational expression. On the other hand, when the surface 1 of the object S is present, when the condenser P is operated so that the vapor density is py at the condenser peripheral position as in the case where the surface 1 of the object S is not present, The vapor density of s1 at the position, n1 at the detector N position, m1 at the detector M position, and py around the condenser P is shown.
最初に、凝縮器Pを作動させる前、物体Sの表面1の位置で蒸気密度をsxと表すと、凝縮器P周辺位置の雰囲気がp0の蒸気密度の時、凝縮器Pを作動させ、凝縮器P周辺位置でp0からpyへ蒸気密度を調節することによって、物体Sの表面1の位置では、sxからs1の蒸気密度になる。物体Sの表面1の位置ではsxからs2にならずs1になったことは、物体Sの表面1の位置ではs1−s2の蒸気密度が吸着していることを示す。このことから、凝縮器Pを作動させる前、物体Sの表面1の位置で蒸気密度sxは、
sx=s0+(s1−s2)・・・(1)
となる。なお、凝縮器P周辺位置の周辺とは、凝縮器P表面から蒸気分子数100個サイズの距離程度を示す。
First, before operating the condenser P, if the vapor density is expressed as sx at the position of the surface 1 of the object S, the condenser P is operated and condensed when the atmosphere around the condenser P has a vapor density of p0. By adjusting the vapor density from p0 to py at the position around the vessel P, the vapor density of sx to s1 is obtained at the position of the surface 1 of the object S. The change from sx to s2 at the position of the surface 1 of the object S indicates that the vapor density of s1-s2 is adsorbed at the position of the surface 1 of the object S. From this, before operating the condenser P, the vapor density sx at the position of the surface 1 of the object S is
sx = s0 + (s1-s2) (1)
It becomes. In addition, the periphery of the condenser P peripheral position indicates a distance of about 100 vapor molecules from the condenser P surface.
これが近傍雰囲気の蒸気密度が均一で平衡状態であるn0(=m0)が、変化させてn1、m1になった場合、物体Sの表面1における蒸発する蒸気物質量を示すものである。ちなみに、最初に蒸気密度が均一で平衡状態でなくてもこの関係は成り立つ。 This indicates the amount of vapor substance that evaporates on the surface 1 of the object S when n0 (= m0) in which the vapor density of the ambient atmosphere is uniform and in an equilibrium state is changed to n1 and m1. Incidentally, this relationship holds even if the vapor density is initially uniform and not in equilibrium.
このように、マイクロサイズの検出器と凝集器を集積した素子は、迅速に動作、検出することができ、物体近傍の雰囲気と物体表面の脱吸着とに関する密度変化挙動が高速に行われ、短時間に所定の安定状態が得られるので、この算出方法が可能となる。 In this way, an element in which a micro-sized detector and an aggregator are integrated can operate and detect quickly, and the density change behavior related to the atmosphere in the vicinity of the object and the desorption of the object surface is performed at high speed. Since a predetermined stable state is obtained in time, this calculation method is possible.
ここで、物体Sの表面1から検出器N、M、凝縮器P表面の距離は、MEMS構造によって微小なサイズに設定されているため、蒸気分子の輸送距離はごく微小で短時間の輸送なので、分布特性は線形の関係に近似でき、蒸気密度s1、s2は、検出器N、Mの各検出値をn1、m1、物体Sの表面1と検出器との距離をwn、wmとすると下記の(2)式から求められる
s1=n1−{(n1−m1)/(wn−wm)}wn
s2=n2−{(n2−m2)/(wn−wm)}wn
・・・(2)
(1)式の蒸気密度sxは、(2)式の検出器N、Mの各検出値、物体表面と検出器との距離により求められる。
Here, since the distance from the surface 1 of the object S to the detectors N and M and the condenser P surface is set to a very small size by the MEMS structure, the transport distance of vapor molecules is very small and transports in a short time. The distribution characteristics can be approximated by a linear relationship. The vapor densities s1 and s2 are as follows, assuming that the detection values of the detectors N and M are n1 and m1, and the distance between the surface 1 of the object S and the detector is wn and wm. S1 = n1-{(n1-m1) / (wn-wm)} wn
s2 = n2-{(n2-m2) / (wn-wm)} wn
... (2)
The vapor density sx in the equation (1) is obtained from the detection values of the detectors N and M in the equation (2) and the distance between the object surface and the detector.
なお、図2で示した蒸気密度の分布特性は距離に1次の関係であるが、検出器の個数を増やして2次以上の関係で、高精度に蒸気密度s1、s2を求めることもできる。このように、検出器N、Mが全て同じ検出値であっても、物体表面に脱吸着する脱吸着物質の蒸気量がわかる。また、予め検量した値を用いる方法として、脱吸着特性に一定の性質のある物体表面を基準に用い、比較することにより物体表面に脱吸着する脱吸着物質の蒸気量を測定することができる。 The distribution characteristics of the vapor density shown in FIG. 2 have a linear relationship with the distance, but it is also possible to obtain the vapor densities s1 and s2 with high accuracy by increasing the number of detectors and with a secondary or higher relationship. . Thus, even if the detectors N and M all have the same detection value, the amount of vapor of the desorbed substance that is desorbed on the object surface can be known. Further, as a method using a pre-calibrated value, it is possible to measure the vapor amount of a desorbed substance that is desorbed on the object surface by using and comparing an object surface having a certain desorption characteristic as a reference.
図3は本発明の第1の実施の形態に係る物体表面脱吸着物質検出装置の構成を示す図である。また、図3の(a)は平面透視図、図3の(b)は図3の(a)のA−A’線断面図、図3の(c)は図3の(a)のB−B’線断面図である。図3は物体表面に対峙する近傍個所に、本実施の形態の物体表面脱吸着物質検出装置を設置した図である。本実施の形態の物体表面脱吸着物質検出装置10は、物体Sの表面1の2つの近傍箇所における蒸気密度の検出を検出する検出器11、12と、物体Sの表面1の近傍箇所における雰囲気の蒸気密度を変化させるための冷却器13−1及び放熱器13−2からなるペルチェ素子13とを含む蒸気密度検出調節素子14と、蒸気密度検出調節素子14の各検出器11、12からの検出信号を処理するためとペルチェ素子13の制御を行うための信号処理・制御回路素子15と、信号処理・制御回路素子15と図示していない外部機器とを接続するための電気配線ケーブルやコネクタを含む接合部16とを、マウント基板17上に搭載し配線を接続した構造になっている。詳細には、信号処理・制御回路素子15からマウント基板17の配線へ、さらに電気配線ケーブルによって、またはマウント基板17に取り付けた結合部16を介して電気配線ケーブルによって、制御させるための、あるいは信号を必要とする外部機器へ接続される。物体Sの表面1と蒸気密度検出調節素子14の間の蒸気輸送が乱れた流れにならないよう、蒸気密度検出調節素子14の上方に、雰囲気による外乱を回避し整流するため、かつ装置を保護するためのカバーである整流板18が設置されている。また、信号処理・制御回路素子15の表面には保護膜19が被覆されている。更に、蒸気密度検出調節素子14との接触を避け、所定の距離を維持するためにガイド20が一体になって設けられている。このガイド20は、物体Sの表面1に吸着する物質量を測定する物体Sの表面1の個所及び物体Sの表面1の機能に支障のある個所を避けて、物体Sの表面1と接触する個所が設定されている。図3では蒸気密度検出調節素子14の両サイドにガイド20を取り付けた場合を示している。更に、物体表面1と本実施の形態の物体表面脱吸着物質検出装置10とを所定距離に維持するためのガイド20は、摺動摩擦が小さいフッ素系樹脂材料からなり、接触個所の摩擦が小さくなるように物体に接する角度が小さくなって、物体Sの表面1と接触して滑らかに移動する。物体の移動方向は任意の方向であるが、図3では矢印方向で示してある。なお、物体Sの表面1と雰囲気との脱吸着を阻害しないよう、物体Sの表面1に対峙する測定装置の断面積を小さくし、整流板やガイドなど小さく薄くデザインする必要があり、MEMS構造が適している。
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the object surface desorbed substance detection device according to the first embodiment of the present invention. 3A is a perspective plan view, FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 3A, and FIG. 3C is B of FIG. FIG. FIG. 3 is a diagram in which the object surface desorbing substance detection device according to the present embodiment is installed in the vicinity of the object surface. The object surface desorbing
このような構成を有する第1の実施の形態の物体表面脱吸着物質検出装置によれば、蒸気密度検出調節素子14のペルチェ素子13によって物体表面の近傍箇所における雰囲気の蒸気密度を変化させ、これによって、物体表面1と検出器11、12の間の蒸気成分の密度に勾配を生じさせる。密度勾配の状態によって、同時に物体表面1に蒸気が吸着するか、物体表面1から蒸気が脱着するかの状態になっているので、物体表面1の蒸気密度状態を反映した、物体表面1とペルチェ素子13の間の密度勾配の状態を、脱吸着物質の蒸気の輸送経路において検出器11、12によって測定することにより、物体表面1の蒸気密度を推測することができる。例えば、ペルチェ素子13によって付近の蒸気密度を低下させると、物体表面1の吸着物質が蒸気として放出される。この状態を、蒸気の輸送経路であるペルチェ素子13と物体表面1との間の蒸気密度検出器11、12により、検出器11、12における蒸気密度として検出する。
According to the object surface desorbing substance detection device of the first embodiment having such a configuration, the vapor density of the atmosphere in the vicinity of the object surface is changed by the
図2に示した数値、単位は、マイクロサイズの検出器と凝集器を集積した素子を用いて、用紙表面に脱吸着する水蒸気に関し測定した一例を示している。用紙表面Sから1.3mm離れた、用紙と非接触の位置に最近接の検出器N(図3の検出器11に相当する)があり、素子上では凝集器P(図3のペルチェ素子13に相当する)から1.0mm及び1.7mm離れた位置に1組の検出器N、Mが配置されている。用紙表面近傍の水蒸気密度はどこでも均一で29[g/m3]の値を示している。用紙表面に吸着している水蒸気密度が、明らかではない。凝集器Pを0.05sec動作させ、検出器N、Mで検出した値を用い凝集器Pを作用させた用紙表面の水蒸気密度28[g/m3]の値を算出する。物体表面なしで水蒸気密度はどこでも均一で29[g/m3]の時、凝集器Pを0.05sec動作した値として、予め検量した15[g/m3]の値を用いる。この値はルックアップテーブルや関係式として記憶装置に収納しておいたデータを参照する。用紙表面に吸着している水蒸気密度が、29+(28−15)=42[g/m3]として得られる。
The numerical values and units shown in FIG. 2 indicate an example of measurement of water vapor desorbed on the paper surface using an element in which a micro-sized detector and an aggregator are integrated. The closest detector N (corresponding to the
また、本実施の形態では、物体表面との距離、蒸気密度検出調節素子や蒸気密度検出調節素子の配置が精密に設定される必要があり、かつ検出器と凝集器を集積した素子は迅速に動作、検出できる必要があるので、MEMS技術を用いた微細加工によるマイクロシステムデバイスが適する。図3に示すようなMEMS構造のマイクロサイズの検出器と凝集器を集積した素子として、蒸気密度の検出と調節を行う素子の構成をなし、半導体加工プロセスに用いられる、例えばSiやガラスなどの基板と、基板上にSiO2、Si3N4やAl2O3等の電気絶縁材料からなる支持層が設けられる。ペルチェ素子13は、支持層上にP型半導体とN型半導体が交互に配置されている。また、各P型半導体の一端と各N型半導体の一端の間には、放熱器13−2がそれぞれ設けられると共に、他端の間には、冷却器13−1がそれぞれ設けられている。これらのP型半導体、N型半導体、放熱器及び冷却器を含んで熱電交換器を構成している。また、始端となるP型半導体と末端となるN型半導体の間には、電圧を印加するための電力供給電極が設けられている。なお、P型半導体及びN型半導体はBi-Te等の熱電変換材料、放熱器及び冷却器は、Al、Au、Cu、Ni等の電極材料からなる。
In this embodiment, the distance from the object surface, the arrangement of the vapor density detection adjustment element and the vapor density detection adjustment element need to be set precisely, and the element in which the detector and the aggregator are integrated is quickly Since it is necessary to be able to operate and detect, a microsystem device by microfabrication using MEMS technology is suitable. As an element in which a micro structure detector and an aggregator having a MEMS structure as shown in FIG. 3 are integrated, an element for detecting and adjusting a vapor density is formed, and used in a semiconductor processing process, such as Si or glass. A substrate and a support layer made of an electrically insulating material such as SiO 2 , Si 3 N 4 or Al 2 O 3 are provided on the substrate. In the
ここで、熱電変換材料、例えばペルチェ効果を利用するものであればBiTeを主成分(Bi、Sb、In、Ga、Se、Te等を置換・添加)とするものが代表的である。N型Si及びP型Siを使うこともでき、SOI基板を用いSOI層を、熱電変換材料BOX層を液滴支持層とすることができる。高性能の材料を見出すには、熱伝導率が小さいこと、また導電性が良いことなどの必要性能指数の高い材料が好ましいが、プロセス適合性や安定性能との適正により選択される。 Here, a thermoelectric conversion material, for example, one using BiTe as a main component (substitution / addition of Bi, Sb, In, Ga, Se, Te, etc.) is typical if the Peltier effect is used. N-type Si and P-type Si can also be used, and an SOI substrate can be used as an SOI substrate, and a thermoelectric conversion material BOX layer can be used as a droplet support layer. In order to find a high-performance material, a material having a high required performance index such as low thermal conductivity and good conductivity is preferable, but it is selected depending on suitability for process compatibility and stability performance.
次に、熱電変換器の電極と冷却器、放熱器の役割をなすAl、Auなどの金属材料をパターン形成する。そして、外部引出し配線電極(ボンディングパッド)領域を除き、SiO2、Si3N4やAl2O3等のパッシベーション材料で被覆する。蒸気密度検出調節素子14の動作については、電圧を印加し、冷却器の電極を気体の露点以下に冷却すると、気体は冷却器の電極上に凝集し、周囲の雰囲気の蒸気密度を低下させる。なお、冷却器と放熱器は印加する電流を逆転すれば、冷却器と放熱器が逆転し、冷却器の電極上に凝集した気体を蒸発させて、周囲の雰囲気の蒸気密度を増大させることができる。
Next, a pattern of a metal material such as Al or Au that functions as an electrode, a cooler, and a radiator of the thermoelectric converter is formed. Then, it is covered with a passivation material such as SiO 2 , Si 3 N 4 or Al 2 O 3 except for the external lead wiring electrode (bonding pad) region. Regarding the operation of the vapor density
図2では物体表面に吸着する蒸気量を増大させる方法について詳細は省略しているが、このように物体表面に吸着する蒸気量を増大させることによって、物体表面の脱吸着蒸気物質量を測定することもできる。蒸気密度検出器は、支持層上に、雰囲気を脱吸着することによって電気抵抗、静電容量などを検出する有機高分子物質、金属酸化物半導体物質や電気抵抗物質からなる感応部が支持層の上部に配置されている。雰囲気中の特定蒸気物質、例えば、水蒸気のみ、炭化水素ガスのみなどを選択的に検出できる機能材料である。また、雰囲気気体の熱容量を計測する熱伝導率検出機能を持たせ、雰囲気の密度が直接検出できる。更に、感応部には、電圧を印加するための電力供給電極が設けられている。また、感応部と外部引出し配線電極(ボンディングパッド)領域を除き、SiO2、Si3N4やAl2O3等のパッシベーション材料で被覆する。これらの感応部及び電力供給電極を含んで熱伝導度センサやガスセンサを構成している。 In FIG. 2, the details of the method for increasing the amount of vapor adsorbed on the object surface are omitted, but the amount of vapor adsorbed on the object surface is measured by increasing the amount of vapor adsorbed on the object surface in this way. You can also. Vapor density detectors have a support layer on which a sensitive part made of an organic polymer material, a metal oxide semiconductor material, or an electrical resistance material that detects electrical resistance, capacitance, etc. by desorbing the atmosphere. Located at the top. It is a functional material that can selectively detect a specific vapor substance in the atmosphere, for example, only water vapor or only hydrocarbon gas. Moreover, it has a thermal conductivity detection function for measuring the heat capacity of the atmospheric gas, and the density of the atmosphere can be directly detected. Further, the sensitive part is provided with a power supply electrode for applying a voltage. Further, it is covered with a passivation material such as SiO 2 , Si 3 N 4, or Al 2 O 3 except for the sensitive portion and the external lead wiring electrode (bonding pad) region. A thermal conductivity sensor and a gas sensor are configured including these sensitive parts and power supply electrodes.
なお、図3の(b)に示すように、検出器11、12とペルチェ素子13とは、支持層の薄層のメンブレン上に配置され、薄層のメンブレンは基板下面に開口する空洞上に配置されている。冷却器と蒸気密度検出器N、Mの配置されている領域の基板を、支持層の反対面からエッチング除去して空洞部が形成される。ペルチェ素子13の動作については、電圧を印加し、冷却器の電極を気体の露点以下に冷却すると、気体は冷却器の電極上に凝集し、冷却器の電極は基板領域上にはなく空洞部上にあるため熱容量が小さく、迅速かつ小さいエネルギーで、周囲の雰囲気の蒸気密度を低下させることができる。一方、放熱器の電極は熱伝導率の大きい基板領域上に配置されているので、放熱効率が高い。これによって、迅速に温度制御ができるので、迅速に周囲雰囲気の蒸気密度を調節することができる。また、検出器11、12も、空洞上に配置することによって、基板の温度影響を受け難くし、周囲雰囲気を迅速かつ高感度に検出することができる。なお、熱分離壁は蒸気密度検出調節素子14の熱影響が基板や支持層のメンブレンを通して蒸気密度検出調節素子14に及ばないようにするための、隔離するための熱容量の大きい基板を利用したヒートシンクである。
As shown in FIG. 3B, the
図4は本発明の第2の実施の形態に係る物体表面脱吸着物質検出装置の構成を示す図である。また、図4の(a)は平面透視図、図4の(b)は図4の(a)のC−C’線断面図である。同図において、図3と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態の物体表面脱吸着物質検出装置30は、第1の実施の形態の物体表面脱吸着物質検出装置10と異なる構成要素として、検出器11、12とペルチェ素子13とを含む蒸気密度検出調節素子14を覆うように選択透過膜21が設けられている。これによって、特定成分が、他の成分と比較して、特性を検出する際差が少ない場合、特定の成分を分離する選択透過膜21を透過させることによって、高精度の検出が可能となる。また、小型で、選択透過膜21と検出器11,12とを近接させられるため、透過量の小さい成分でもフィルタ内外差圧が小さくても迅速に検出できる。更に、迅速に検出できるため、多層に選択透過膜21を設置することによって高精度の弁別性能が得られる。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an object surface desorbed substance detection device according to the second embodiment of the present invention. 4A is a plan perspective view, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line C-C ′ in FIG. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 3 denote the same components. The object surface desorbing
図5は本発明の第3の実施の形態に係る物体表面脱吸着物質検出装置の構成を示す平面透視図である。同図に示す本実施の形態の物体表面脱吸着物質検出装置40は、第1、第2の実施の形態の物体表面脱吸着物質検出装置10、30における蒸気密度検出調節素子14を構成するペルチェ素子13に代えて発熱体22を設けている。よって、物体表面に吸着する蒸気量を増大させることによって、物体表面の脱吸着蒸気物質量を測定することもできる。
FIG. 5 is a perspective plan view showing the configuration of the object surface desorbed substance detection device according to the third embodiment of the present invention. The object surface desorbing
次に、熱影響を小さくする構造について説明する。
図6は本発明の第4の実施の形態に係る物体表面脱吸着物質検出装置の構成を示す平面透視図である。同図に示す本実施の形態の物体表面脱吸着物質検出装置50によれば、蒸気密度検出調節素子14の支持層の薄層のメンブレン上に配置され、薄層のメンブレンは基板上面に開口する空洞上に配置されている。蒸気密度検出調節素子14における検出器11、12とペルチェ素子13の配置されている領域の基板を、支持層に設けた細孔23を通して支持層の面からエッチング除去して空洞部が形成される。熱分離壁は、支持層を伝導する熱を基板方向へ誘導することにより蒸気密度検出調節素子への干渉を防ぐ。
Next, a structure for reducing the thermal effect will be described.
FIG. 6 is a plan perspective view showing the configuration of the object surface desorbed substance detection device according to the fourth embodiment of the present invention. According to the object surface desorbing
図7は本発明の第5の実施の形態に係る物体表面脱吸着物質検出装置の構成を示す平面透視図である。同図に示す本実施の形態の物体表面脱吸着物質検出装置60によれば、蒸気密度検出調節素子14の支持層の薄層のブリッジ上に配置され、薄層のブリッジは基板上面に開口する空洞上に配置されている。蒸気密度検出調節素子14における検出器11、12とペルチェ素子13の配置されている領域の基板を、支持層に設けた開口部24を通して支持層の面からエッチング除去して空洞部が形成される。
FIG. 7 is a plan perspective view showing the configuration of the object surface desorbed substance detection device according to the fifth embodiment of the present invention. According to the object surface desorbing
次に、本発明の第6の実施の形態に係る物体表面脱吸着物質検出装置の原理について図8を用いて概説する。検出器N、Mは物体Sの表面1に対峙する物体Sの表面1からの距離wn、wmの雰囲気の蒸気密度を検出し、検出器Q、Rは物体Sの表面1からの距離wn、wm相当のwq、wrの蒸気密度を検出する。最初に、雰囲気の蒸気密度は一定で平衡状態である場合、凝集器Pを動作させ、凝集器Pに蒸気物質が凝集されると、空間に存在する蒸気物質が吸着され、物体Sの表面1の位置では物体Sの表面1が無い場合、s0〜s2となる。空間Vの蒸気密度s0〜v2へ変化するのと同じ量の変化である。物体Sの表面1の位置で、物体Sの表面1及び脱吸着物質があって蒸気密度がs0を有している場合、物体Sの表面1では蒸気密度はs0からs1となる。よって、上記の式(1)であって、これが近傍雰囲気の蒸気密度が平衡状態のn0(=m0)からn1、m1になった場合、物体Sの表面1における蒸発する蒸気物質量を示すものである。ちなみに、最初に平衡状態でなくてもこの関係は成り立つ。MEMS構造のマイクロサイズの検出器と凝集器を集積した素子は、迅速に動作、検出することと、物体近傍の雰囲気と物体表面の脱吸着とに関する密度変化挙動が高速に行われ、短時間に所定の安定状態が得られるので、この算出方法で十分である。 Next, the principle of the object surface desorbed substance detection device according to the sixth embodiment of the present invention will be outlined with reference to FIG. The detectors N and M detect the vapor density of the atmosphere at a distance wn and wm from the surface 1 of the object S facing the surface 1 of the object S, and the detectors Q and R are distances wn from the surface 1 of the object S, The vapor density of wq and wr corresponding to wm is detected. First, when the vapor density of the atmosphere is constant and in an equilibrium state, the agglomerator P is operated, and when the vapor substance is aggregated in the agglomerator P, the vapor substance present in the space is adsorbed and the surface 1 of the object S When there is no surface 1 of the object S at the position of s0, it is s0 to s2. This is the same amount of change as changing to the vapor density s0 to v2 of the space V. When the surface 1 of the object S and the desorption material are present at the position of the surface 1 of the object S and the vapor density has s0, the vapor density of the surface 1 of the object S is s0 to s1. Therefore, in the above equation (1), this indicates the amount of vapor substance that evaporates on the surface 1 of the object S when the vapor density of the nearby atmosphere changes from n0 (= m0) in the equilibrium state to n1 and m1. It is. By the way, this relationship holds even if it is not in equilibrium at first. The MEMS-structured micro-sized detector and aggregator integrated element can quickly operate and detect, and the density change behavior regarding the atmosphere in the vicinity of the object and the desorption of the object surface can be performed at high speed. Since a predetermined stable state is obtained, this calculation method is sufficient.
ここで、蒸気密度s1、s2を得る手段としては、検出器N、M及びQ、Rの検出値をn1、m1及びq2、r2と、物体表面と検出器との距離をwm、wnとすると、上記の式(2)となる。ここでn2=r2、m2=q2である。 Here, as means for obtaining the vapor densities s1, s2, the detection values of the detectors N, M and Q, R are n1, m1, q2, r2, and the distance between the object surface and the detector is wm, wn. And the above equation (2). Here, n2 = r2 and m2 = q2.
このように、検出器N、M及びQ、Rが全て同じ検出値であるとき、物体表面に脱吸着している脱吸着物質の蒸気量がわかる。 Thus, when the detectors N, M, Q, and R all have the same detection value, the amount of vapor of the desorbed substance that is desorbed on the object surface is known.
数値、単位は、MEMS構造のマイクロサイズの検出器と凝集器を集積した素子を用いて、用紙表面に脱吸着する水蒸気に関し測定した一例を示している。用紙表面Sから1.3mm離れた、用紙と非接触の位置に最近接の検出器Nがあり、素子上では凝集器Pを中央に、凝集器Pから1.0mm及び1.7mm離れた相対位置に2組の検出器N、M及びQ、Rが配置されている。 The numerical value and unit indicate an example of measurement of water vapor desorbed on the paper surface using an element in which a micro structure detector and aggregator having a MEMS structure are integrated. There is a detector N closest to the paper surface S at a position 1.3 mm away from the paper surface and not in contact with the paper. On the element, the aggregator P is centered, and the relative distances from the agglomerator P are 1.0 mm and 1.7 mm. Two sets of detectors N, M and Q, R are arranged at the position.
用紙表面近傍の水蒸気密度はどこでも均一で29[g/m3]の値を示している。用紙表面に吸着している水蒸気密度が明らかではない。凝集器Pを0.05sec動作させ、検出器N、Mで検出した値を用い凝集器Pを作用させた用紙表面の水蒸気密度28[g/m3]の値を算出し、かつ検出器Q、Rで検出した値を用い凝集器Pを作用させた雰囲気の水蒸気密度15[g/m3]の値を算出する。このことから、用紙表面に吸着している水蒸気密度が、29+(28−15)=42[g/m3]として得られる。 The water vapor density in the vicinity of the paper surface is uniform everywhere and shows a value of 29 [g / m 3 ]. The water vapor density adsorbed on the paper surface is not clear. The value of the water vapor density 28 [g / m 3 ] on the paper surface on which the aggregator P is operated is calculated using the values detected by the detectors N and M by operating the aggregator P for 0.05 sec, and the detector Q The value of the water vapor density 15 [g / m 3 ] of the atmosphere in which the aggregator P is operated is calculated using the value detected by R. From this, the water vapor density adsorbed on the paper surface is obtained as 29+ (28-15) = 42 [g / m 3 ].
図9は本発明の第6の実施の形態に係る物体表面脱吸着物質検出装置の構成を示す平面透視図である。同図に示す本実施の形態の物体表面脱吸着物質検出装置70によれば、上述した原理を具現化する装置であって、蒸気密度検出調節素子27は支持層の薄層のブリッジ上に、検出器11、12、ペルチェ素子13、そして検出器25、26を配設して構成されている。つまり、物体表面1と蒸気密度の調節器としてのペルチェ素子13との間の蒸気物質の輸送経路に対して、蒸気密度の検出器11、12とペルチェ素子13を配置し、更に物体表面のない雰囲気側にも蒸気密度の調節器としてのペルチェ素子13との間の蒸気物質の輸送経路にも検出器25、26が併設されている。中央に配置されたペルチェ素子13を挟んで2組の熱伝導度センサやガスセンサからなる蒸気密度の検出器11、12、25、26が集積されている。これらの設置個所の支持層は基板下面に開口する空洞上に配置されている薄層のメンブレンである。このように、それぞれの輸送経路を対向させることによって、双方の蒸気密度の調節器としてのペルチェ素子13は共用される1つの蒸気密度の調節器になっていて、単に2つ併設するよりも、ばらつきなく高精度であり効率も向上する。
FIG. 9 is a plan perspective view showing the configuration of the object surface desorbed substance detection device according to the sixth embodiment of the present invention. According to the object surface desorbing
ここで、支持層の熱伝導は、主に熱容量の小さい薄い支持層を伝播する仕組みなので、ごくわずかではあるが支持層が連続であると支持層を伝導する熱が蒸気密度の検出器へ干渉する。蒸気密度の検出器の温度状態が変化すると検出される密度検出値に変化を与えてしまう。そこで、図9の(b)に示すように、支持層を不連続にする構造であると支持層を伝導する熱が蒸気密度の検出器へ干渉しにくい。 Here, the heat conduction of the support layer mainly propagates through a thin support layer with a small heat capacity, so if the support layer is continuous, the heat conducted through the support layer interferes with the vapor density detector. To do. When the temperature state of the vapor density detector changes, the detected density detection value changes. Therefore, as shown in FIG. 9B, if the support layer has a discontinuous structure, heat conducted through the support layer hardly interferes with the vapor density detector.
この素子の働きは、蒸気密度調節器としてのペルチェ素子13によって当該ペルチェ素子13の近傍の蒸気成分の密度を変化させ、これによって、物体表面Sとペルチェ素子13の間の蒸気成分の密度に勾配を生じさせるとともに、物体表面のない雰囲気とペルチェ素子13との間の蒸気成分の密度に勾配を生じさせ、双方の蒸気密度を検出器11、12、25、26によって測定する。この構造及び材料により、熱伝導率が小さく、比熱及び熱容量が小さいので、蒸気密度の調節器や蒸気密度の検出器は小さな電力で、迅速に動作させることができる。
The function of this element is to change the density of the vapor component in the vicinity of the
図10は本発明の第7の実施の形態に係る物体表面脱吸着物質検出装置の構成を示す平面透視図である。同図に示す本実施の形態の物体表面脱吸着物質検出装置80によれば、蒸気密度の検出と調節を行う蒸気密度検出調節素子の2つを平面上に並列に配置、または1枚の基板に蒸気密度の検出と調節を行う素子の2つを並列に配置している。蒸気密度検出調節素子28は物体表面1に対峙、蒸気密度検出調節素子29は基準表面31に対峙させる。そして、物体表面1に対峙させた蒸気密度検出調節素子28の測定値から、基準表面31に対峙させた蒸気密度検出調節素子29の測定値を差し引く。これは、図8を用いて上述しましたように、物体表面が無い場合を、基準表面がある場合に置き換えた仕組みである。特に、蒸気密度検出調節素子28と蒸気密度検出調節素子29が物体表面に同一方向に向いていて、物体表面からほぼ同じ距離であり、物体表面と蒸気密度検出調節素子の間に温度勾配がある場合、蒸気密度検出調節素子28と蒸気密度検出調節素子29が物体表面に同一方向に向いていない場合より、同じ温度勾配の影響下にあるので、蒸気密度検出調節素子28の測定値から、基準表面に対峙させた蒸気密度検出調節素子29の測定値を差し引くことで、より高い精度の結果を得ることができる。
FIG. 10 is a plan perspective view showing the configuration of the object surface desorbed substance detection device according to the seventh embodiment of the present invention. According to the object surface desorbing
なお、基準表面とは、蒸気物質が吸着しにくいフッ化炭素系材料で形成したものや、特定成分に特定の脱吸着性能を有するモレキュラーシーブスなどからなり、より多くの種類の蒸気物資や広範囲の脱吸着条件下においても、選択性のある一定の測定を得ることができる。 The reference surface is made of fluorocarbon materials that are difficult to adsorb vapor substances, and molecular sieves that have specific desorption performance for specific components. Even under desorption conditions, certain measurements with selectivity can be obtained.
図11は本発明の第8の実施の形態に係る物体表面脱吸着物質検出装置の構成を示す断面図である。同図に示す本実施の形態の物体表面脱吸着物質検出装置90によれば、2つの蒸気密度の検出と調節を行う蒸気密度検出調節素子を並列に積層し、蒸気密度検出調節素子32は物体表面に対峙、蒸気密度検出調節素子33は基準表面34に対峙させる。本実施の形態の物体表面脱吸着物質検出装置90は、蒸気密度検出調節素子32からなり、かつ物体表面1に対峙させる構造と、蒸気密度検出調節素子33からなりかつ基準表面34に対峙させる構造を有している。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration of an object surface desorbed substance detection device according to the eighth embodiment of the present invention. According to the object surface desorbing
図12は本発明の第9の実施の形態に係る物体表面脱吸着物質検出装置の構成を示す断面図である。また、図13は本実施の形態の物体表面脱吸着物質検出装置の透視斜視図である。両図に示す本実施の形態の物体表面脱吸着物質検出装置100によれば、1つの蒸気密度の検出と調節を行う蒸気密度検出調節素子35は、物体表面との間隙に、開口窓36と遮蔽窓37を交互に配置した回転機構38を具備する回転枠内に設置されている。物体表面に対峙させる場合には開口窓36を通して物体表面に対峙させ、基準表面に対峙させる場合には基準表面を形成した遮蔽窓37に対峙させることによって、それぞれ交互に対峙した時に測定した特性を差し引きする。本実施の形態の物体表面脱吸着物質検出装置100は、第8の実施の形態のような2つの蒸気密度検出調節素子からなる物体表面に対峙させる構造と基準表面に対峙させる構造に対して、1つの蒸気密度検出調節素子だけで、物体表面に対峙させる構造と基準表面に対峙させる構造をなしている。なお、本実施の形態の物体表面脱吸着物質検出装置100は物体表面に対峙させるにあたり、蒸気密度の検出と調節を行う素子の装置固定支持部が台座に組み付けられ、遮蔽窓と開口窓が配置された回転枠の回転軸が台座に組み付けられる。この構造では、回転枠と蒸気密度の検出と調節を行う素子との間隔は一定であるので、回転枠によって物体との距離は一定になる。回転枠が物体との距離を一定にするためのガイドになる。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a configuration of an object surface desorbed substance detection device according to the ninth embodiment of the present invention. FIG. 13 is a perspective view of the object surface desorbed substance detection device of the present embodiment. According to the object surface desorbing
次に、上述した本発明の物体表面脱吸着物質検出装置を画像形成装置内に設置した例について概説する。
図14は別の発明の第1の実施の形態に係る画像形成装置の構成を示す概略断面図である。同図に示す本実施の形態の画像形成装置200は、感光体201の周りに、前露光装置202、帯電装置203、書込み装置204、現像装置205、転写装置206、クリーニング装置207が配設されている。また、感光体201上に形成されたトナー像が転写装置206によって転写された記録用紙208上のトナー像を定着する定着装置209が設けられている。更に、画像形成装置200において、クリーニング装置207と前露光装置202との間の位置S1と、帯電装置203と書込み装置204によるレーザビームの書込み位置との間の位置S2と、書込み装置204によるレーザビームの書込み位置と現像装置205との間の位置S3のいずれかに、感光体ドラム201の表面劣化を検出するための表面水分量検出手段210が配設されている。この表面水分量検出手段210は、上述した本発明の物体表面脱吸着物質検出装置の構成を有しているものである。
Next, an example in which the above-described object surface desorbing substance detection device of the present invention is installed in an image forming apparatus will be outlined.
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the image forming apparatus according to the first embodiment of another invention. In the
図15は別の発明の第2の実施の形態に係る画像形成装置の構成を示す概略断面図である。同図において、図14と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態の画像形成装置300において、用紙搬送経路には、記録用紙208の蒸散挙動を検出するために、用紙搬送経路の転写装置206より上流側に位置センサ301と計測手段302が、用紙搬送経路の転写装置206より下流側に位置センサ303と計測手段304がそれぞれ設けられ、更には定着装置209に計測手段305が設けられている。また、位置センサ301と計測手段302は略同じ位置に配置され、位置センサ303と計測手段304も略同じ位置に配置されている。例えば、計測手段302と計測手段304は、上述した第9の実施の形態に係る物体表面脱吸着物質検出装置100が適する。用紙の所定箇所を加熱し周囲空間へ水蒸気を増加させてその増加量を計測することにより、用紙の水分量は推測できるが、用紙から水分の脱着は早いが用紙の熱容量が大きいので、それまでに温度を上げる時間を要し、結局、用紙加熱によって用紙から水蒸気を発生させるのには時間がかかる。よって、本実施の形態のように本発明の物体表面脱吸着物質検出装置を適用する計測手段を用いることにより、雰囲気を凝集または希薄にすることによって迅速にできることにより、精密に検出できる。
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of an image forming apparatus according to a second embodiment of another invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 14 denote the same components. In the
このような構成を有する本発明の画像形成装置によれば、例えば画像形成装置に用いられる用紙などの作像媒体では用紙の吸着水分量によっては転写時の帯電量に影響し画像不良や搬送時に用紙変形が生じジャムや画像位置ずれとなることがある。これらの感光体や作像媒体の表面への物質吸着量を計測し、対処することが重要であり、対象となる物体表面に対応する計測手段が求められる。その条件として、作像プロセスに支障を生じないよう、感光体や作像媒体の表面に非接触で計測できなければならない。計測手段の検出部は、感光体や作像媒体の表面から離れた個所に設置することになるので、環境変動の影響と弁別して測定できるようにしなければならない。また、感光体や作像媒体の表面から検出部までの距離が冗長であると、環境変動の影響が大きくなって精度が低下してしまうし、設置性にも自由度が少なくなるので、コンパクトである必要がある。更に、特定の画像形成装置の感光体や作像媒体に対応する設計ではなく、汎用性を広くすることが有用である。 According to the image forming apparatus of the present invention having such a configuration, for example, in an image forming medium such as paper used in the image forming apparatus, depending on the amount of moisture adsorbed on the paper, the charge amount at the time of transfer may affect the image defect or at the time of conveyance. Paper deformation may occur, leading to jams and image misalignment. It is important to measure and deal with the amount of substance adsorbed on the surface of these photoconductors and image forming media, and there is a need for measuring means corresponding to the target object surface. As a condition for this, it must be possible to measure the surface of the photoreceptor and the image forming medium in a non-contact manner so as not to hinder the image forming process. Since the detection unit of the measuring means is installed at a location away from the surface of the photosensitive member or the image forming medium, it must be able to be measured by discriminating from the influence of environmental fluctuations. In addition, if the distance from the surface of the photoconductor or image forming medium to the detection unit is redundant, the influence of environmental fluctuations will increase and the accuracy will be reduced, and the flexibility in installation will also be reduced. Need to be. Furthermore, it is useful not to design the photoconductor and image forming medium of a specific image forming apparatus but to increase versatility.
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It cannot be overemphasized that various deformation | transformation and substitution are possible if it is description in a claim.
10,30,40,50,60,70,80,90,100;物体表面脱吸着物質検出装置、
11,12,25,26;検出器、13;ペルチェ素子、
13−1;冷却器、13−2;放熱器、
14,27,28,29,32,33,35;蒸気密度検出調節素子、
15;信号処理・制御回路素子、16;接合部、17;マウント基板、
18;整流板、19;保護膜、20;ガイド、21;選択透過膜、
22;発熱体、23;細孔、24;開口部、31,34;基準表面、
36;開口窓、37;遮蔽窓、38;回転機構、
200,300;画像形成装置、201;感光体、
202;前露光装置、203;帯電装置、204;書込み装置、
205;現像装置、206;転写装置、207;クリーニング装置、
208;記録用紙、209;定着装置、210;表面水分量検出手段、
301,303;位置センサ、302,304,305;計測手段。
10, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100; object surface desorbing substance detection device,
11, 12, 25, 26; detector, 13; Peltier element,
13-1; Cooler, 13-2;
14, 27, 28, 29, 32, 33, 35; vapor density detection adjusting element,
15; signal processing / control circuit element, 16; junction, 17; mount substrate,
18; current plate, 19; protective film, 20; guide, 21; permselective membrane,
22; heating element, 23; pore, 24; opening, 31, 34; reference surface,
36; opening window, 37; shielding window, 38; rotating mechanism,
200, 300; image forming apparatus, 201; photoconductor,
202; Pre-exposure device; 203; Charging device; 204; Writing device;
205; developing device; 206; transfer device; 207; cleaning device;
208; recording paper; 209; fixing device; 210; surface moisture content detection means;
301, 303; position sensors, 302, 304, 305; measuring means.
Claims (13)
物体表面の近傍箇所における雰囲気の蒸気密度を調整する蒸気密度調整手段と、
物体表面から雰囲気へ離間する所定の複数箇所における雰囲気中の蒸気密度を測定する蒸気密度測定手段と、
該各蒸気密度測定手段によって測定した各蒸気密度及び前記各蒸気密度測定手段の物体表面からの各離間距離に基づいて、物体表面の近傍箇所における雰囲気の蒸気密度分布を算出する蒸気密度分布算出手段と、
該蒸気密度分布算出手段によって算出した蒸気密度分布に基づいて物体表面に脱吸着する物質の蒸気密度量を算出する蒸気密度量算出手段と
を具備することを特徴とする物体表面脱吸着物質量測定装置。 In the object surface desorbing substance amount measuring device for measuring the amount of substance adsorbed on the object surface and the amount of substance adsorbed on the object surface,
Vapor density adjusting means for adjusting the vapor density of the atmosphere in the vicinity of the object surface;
Vapor density measuring means for measuring the vapor density in the atmosphere at a plurality of predetermined locations spaced from the object surface to the atmosphere;
Vapor density distribution calculating means for calculating the vapor density distribution of the atmosphere in the vicinity of the object surface based on each vapor density measured by each vapor density measuring means and each distance from the object surface of each vapor density measuring means. When,
Vapor density amount calculating means for calculating a vapor density amount of a substance to be desorbed on the object surface based on the vapor density distribution calculated by the vapor density distribution calculating means, apparatus.
物体表面の近傍個所における雰囲気の蒸気密度を調整する蒸気密度調整手段と、
物体表面から雰囲気へ離間する所定の複数箇所における雰囲気中の蒸気密度を測定する蒸気密度測定手段と、
該各蒸気密度測定手段によって測定した各蒸気密度及び前記各蒸気密度測定手段の物体表面からの各離間距離に基づいて、物体があるときの物体表面の近傍箇所における雰囲気の第1の蒸気密度分布を算出する第1の蒸気密度分布算出手段と、
該蒸気密度測定手段によって測定した物体のない雰囲気の蒸気密度及び前記各離間距離に基づいて、物体のない雰囲気の第2の蒸気密度分布を算出する第2の蒸気密度分布算出手段と、
前記第1の蒸気密度分布及び前記第2の蒸気密度分布に基づいて物体があるときの物体表面に脱吸着する物質の蒸気密度量を算出する蒸気密度量算出手段と
を具備することを特徴とする物体表面脱吸着物質量測定装置。 In the object surface desorbing substance amount measuring device for measuring the amount of substance adsorbed on the object surface and the amount of substance adsorbed on the object surface,
Vapor density adjusting means for adjusting the vapor density of the atmosphere in the vicinity of the object surface;
Vapor density measuring means for measuring the vapor density in the atmosphere at a plurality of predetermined locations spaced from the object surface to the atmosphere;
The first vapor density distribution of the atmosphere in the vicinity of the object surface when there is an object, based on the respective vapor densities measured by the respective vapor density measurement means and the distances from the object surface of the respective vapor density measurement means First vapor density distribution calculating means for calculating
Second vapor density distribution calculating means for calculating a second vapor density distribution of the atmosphere without an object based on the vapor density of the atmosphere without the object measured by the vapor density measuring means and the respective separation distances;
Vapor density amount calculating means for calculating a vapor density amount of a substance to be desorbed on the object surface when there is an object based on the first vapor density distribution and the second vapor density distribution. To measure the amount of desorbed material on the object surface.
物体表面の近傍個所における雰囲気の蒸気密度を調整する蒸気密度調整手段と、
物体表面から雰囲気へ離間する所定の複数箇所における雰囲気中の蒸気密度を測定する第1の蒸気密度測定手段と、
該各第1の蒸気密度測定手段によって測定した各蒸気密度及び前記各第1の蒸気密度測定手段の物体表面からの各離間距離に基づいて、物体表面の近傍箇所における雰囲気の第1の蒸気密度分布を算出する第1の蒸気密度分布算出手段と、
基準物体表面から雰囲気へ離間する所定の複数箇所における雰囲気中の蒸気密度を測定する第2の蒸気密度測定手段と、
該各第2の蒸気密度測定手段によって測定した各蒸気密度及び前記各第2の蒸気密度測定手段の物体表面からの各離間距離に基づいて、基準物体表面の近傍箇所における雰囲気の第2の蒸気密度分布を算出する第2の蒸気密度分布算出手段と、
前記第1の蒸気密度分布及び前記第2の蒸気密度分布に基づいて物体表面に脱吸着する物質の蒸気密度量を算出する蒸気密度量算出手段と
を具備することを特徴とする物体表面脱吸着物質量測定装置。 In the object surface desorbing substance amount measuring device for measuring the amount of substance adsorbed on the object surface and the amount of substance adsorbed on the object surface,
Vapor density adjusting means for adjusting the vapor density of the atmosphere in the vicinity of the object surface;
First vapor density measuring means for measuring vapor density in the atmosphere at a plurality of predetermined locations spaced from the object surface to the atmosphere;
Based on each vapor density measured by each first vapor density measuring means and each distance from each object surface of the first vapor density measuring means, the first vapor density of the atmosphere in the vicinity of the object surface First vapor density distribution calculating means for calculating the distribution;
Second vapor density measuring means for measuring the vapor density in the atmosphere at a plurality of predetermined locations spaced from the reference object surface to the atmosphere;
Based on the respective vapor densities measured by the respective second vapor density measuring means and the respective distances from the object surface of the respective second vapor density measuring means, the second vapor in the atmosphere in the vicinity of the reference object surface A second vapor density distribution calculating means for calculating a density distribution;
A vapor density amount calculating means for calculating a vapor density amount of a substance to be desorbed on the object surface based on the first vapor density distribution and the second vapor density distribution. Substance amount measuring device.
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