JP5352401B2

JP5352401B2 - 湿度検出装置及び湿度検出方法

Info

Publication number: JP5352401B2
Application number: JP2009222389A
Authority: JP
Inventors: 孝一田中
Original assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2009-09-28
Filing date: 2009-09-28
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2029-09-28
Also published as: JP2011069770A

Description

本発明は、湿度センサを用いて湿度を検出する湿度検出装置及び湿度検出方法に関するものである。

電子写真方式により用紙に画像を形成するプリンタ、コピー機やファクシミリ、及びこれらの機能を備えた複合機においては、湿度の変化に伴って用紙上に付着するトナー量が変化し、ユーザが所望する画像が得られない場合がある。

そこで、画像形成装置内に湿度センサを配置し、湿度センサによる湿度の測定結果に応じて画像形成条件等を変更させることによって、湿度が変化しても画質を一定に維持する機能を備えた画像形成装置が知られている。このような画像形成装置内には、湿度センサを用いた湿度検出装置が設置されており、特許文献１〜３には湿度センサを用いた湿度検出装置について記載されている。

特公平０１−０５５４８１号公報特開平０４−０６４０４８号公報特開平０５−２４０８１７号公報

しかしながら、湿度センサは、低湿度及び高湿度の範囲において出力変化が小さくなる。このため、測定誤差が発生し、正確な湿度を測定できなかった。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、低湿度及び高湿度の範囲においても正確な湿度を検出可能な湿度検出装置及び湿度検出方法を提供することを目的とするものである。

請求項１に記載の発明の湿度検出装置は、抵抗変化型の湿度センサと、第１矩形波と、当該第１矩形波と極性が反転した第２矩形波を生成して、前記湿度センサの一端に前記第１矩形波を供給すると共に、前記湿度センサの他端に抵抗を介して前記第２矩形波を供給する矩形波出力手段と、前記湿度センサの他端の電圧を測定して湿度を検出する検出手段と、を備え、前記検出された湿度が予め定められた範囲の湿度であるとき、前記検出手段は、前記湿度センサの他端の電圧を該電圧の波形において異なる周期部分を各々測定することで複数回測定して、当該複数の測定結果から湿度を検出し、前記矩形波出力手段は、前記検出手段の前記複数回の測定に対応して、前記第１矩形波及び前記第２矩形波の周波数を通常の周波数より高い予め定められた周波数で出力する。

また、請求項３に記載の発明の湿度検出方法は、第１矩形波と、当該第１矩形波と極性が反転した第２矩形波を生成して、抵抗変化型の湿度センサの一端に前記第１矩形波を供給すると共に、前記湿度センサの他端に抵抗を介して前記第２矩形波を供給する矩形波出力ステップと、前記湿度センサの他端の電圧を測定して湿度を検出する第１検出ステップと、前記検出された湿度が予め定められた範囲の湿度であるとき、前記湿度センサの他端の電圧を該電圧の波形において異なる周期部分を各々測定することで複数回測定して、当該複数の測定結果から湿度を検出する第２検出ステップと、前記検出された湿度が予め定められた範囲の湿度であるとき、前記複数回の測定に対応して、前記第１矩形波及び前記第２矩形波の周波数を通常の周波数より高い予め定められた周波数で出力する第２矩形波出力ステップと、を含んだものである。

抵抗変化型の湿度センサにおいて、低湿度及び高湿度以外の湿度においては、湿度変化に伴った湿度センサの抵抗変化が大きい（即ち、湿度センサの他端の電圧の変化が大きい）ため、信頼性のある湿度を検出することができる。しかし、低湿度及び高湿度の範囲になると、湿度センサの抵抗変化が小さく（即ち、湿度センサの他端の電圧の変化が小さく）なるため、湿度を求める際に測定誤差が発生し、正確な湿度を取得することが困難であった。

そこで、検出された湿度が予め定められた湿度範囲（低湿度及び高湿度）である場合、湿度センサの他端の電圧を異なるタイミングで複数回測定し、複数の測定結果から湿度を検出することにより、求めた湿度に含まれる測定誤差が少なくなり、湿度検出装置の測定精度を向上させることができる。

ここで、検出手段が湿度センサの他端の電圧を複数回測定して、その測定結果から湿度を検出する際、検出手段は複数回測定した電圧の平均値を求め、その電圧の平均値から湿度を求めてもよいし、測定した複数の電圧値それぞれに対応する湿度を求め、その複数の湿度から平均値を求めてその平均値を湿度としてもよい。この他、複数の測定電圧（サンプル値）を用いて湿度を求める方法であれば何れの方法であってもよい。

これらの構成によれば、湿度センサの他端の電圧を異なるタイミングで複数回測定する際は、第１矩形波及び第２矩形波の周波数を通常の周波数より高くすることによって、湿度の検出にかかる時間の増加を抑えることができる。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の湿度検出装置であって、前記予め定められた範囲の湿度は、湿度３０％以下又は湿度７０％以上の範囲である。
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の湿度検出方法であって、前記予め定められた範囲の湿度は、湿度３０％以下又は湿度７０％以上の範囲である。

この発明によれば、検出された湿度が予め定められた湿度範囲（低湿度及び高湿度）である場合、湿度センサの他端の電圧を異なるタイミングで複数回測定し、複数の測定結果から湿度を検出することにより、求めた湿度に含まれる測定誤差が少なくなり、湿度検出装置の測定精度を向上させることができる。

湿度検出装置の電気的構成を簡単に示した回路図。湿度センサの構成の一例を示した図。信号ＣＬＫ１及びＣＬＫ２と分圧値である電圧Ｖｈｕｍの波形を示した図。湿度センサの特性を示したグラフ。信号ＣＬＫ１及びＣＬＫ２と分圧値である電圧Ｖｈｕｍの波形を示した図。湿度検出処理の流れを示したフローチャート。

以下、本発明における湿度検出装置及び湿度検出方法の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態における湿度検出装置１の電気的構成を簡単に示した回路図である。湿度検出装置１は、制御部１１，矩形波生成部１２、湿度検出部１３、湿度センサＲｔｈ、抵抗Ｒ１〜Ｒ６を用いて構成される。

制御部１１は、湿度検出装置１を構成する各機能部に対してデータ転送、指示信号の出力等を行って湿度検出装置１を統括的に制御する。

矩形波生成部１２は、ＣＬＫ１信号と、このＣＬＫ１信号に対して極性が反転したＣＬＫ２信号を生成して出力する。矩形波生成部１２のＣＬＫ１信号の出力端には抵抗Ｒ５、湿度センサＲｔｈ、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３の順で直列回路が接続されている。また、矩形波生成部１２におけるＣＬＫ２信号の出力端には抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ１が直列に接続され、抵抗Ｒ１の一端は湿度センサＲｔｈと抵抗Ｒ２の間に接続されている。更に、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３の間には抵抗Ｒ６の一端が接続され、抵抗Ｒ６の他端は接地されている。

抵抗Ｒ３は湿度検出部１３の入力端に接続される。湿度検出部１３は抵抗Ｒ２及びＲ３を介して湿度センサＲｔｈと抵抗Ｒ１の分圧（Ｂ点の電圧）を取り込んで、この分圧値に基づいて湿度を求め、湿度データを制御部１１へ出力する。尚、抵抗Ｒ２〜Ｒ５は波形整形用の抵抗、抵抗Ｒ６は湿度検出部１３の入力端がオープンになることを防ぐための抵抗であり、なくてもよい。

図２は、湿度センサＲｔｈの構成の一例を示した図である。湿度センサＲｔｈは、高分子膜２１が一対の電極板２２ａ及び２２ｂで挟持されて構成されている。電極板２２ａ及び２２ｂは、例えば銅等の金属が蒸着されて形成される。湿度センサＲｔｈは、高分子膜２１が大気中の水分の吸収及び放出を行うことに伴い、その誘電率が変化して、湿度センサＲｔｈの抵抗（電極板２２ａ−２２ｂ間の静電容量）が変化することを利用して、湿度センサＲｔｈに接続された湿度検出部１３が湿度を測定するものである。

図３は、信号ＣＬＫ１及びＣＬＫ２と電圧Ｖｈｕｍの波形を示した図である。信号ＣＬＫ１がＨｉレベル、信号ＣＬＫ２がＬｏｗレベルのとき、図１における点ＡにはＨｉレベルの電圧（電圧Ｖ１）が印加され、点ＣはＧＮＤレベルとなる。従って、点Ｂの電圧である電圧Ｖｈｕｍの値は抵抗Ｒ１による分圧値となり、図３における電圧Ｖ２で表される。

一方、信号ＣＬＫ１がＬｏｗレベル、信号ＣＬＫ２がＨｉレベルの時、図１における点ＡはＧＮＤレベル、点ＣにはＨｉレベルの電圧（電圧Ｖ１）が印加される。従って、点Ｂの電圧である電圧Ｖｈｕｍの値は、湿度センサＲｔｈによる分圧値となり、図３における電圧Ｖ３で表される。

湿度が変化すると、湿度センサＲｔｈの抵抗値が変化するため、電圧Ｖ２及びＶ３は変化する。この電圧変化を利用して、湿度検出部１３は湿度検出を行う。本実施の形態では、湿度検出部１３は電圧Ｖ２を用いて湿度を求める。以下、電圧Ｖ２を検出電圧Ｖという。

湿度検出部１３は、内部メモリ（不図示）に検出電圧Ｖの値に応じた湿度を示したデータテーブルを予め記憶しており、検出電圧Ｖに応じてデータテーブルから湿度を求めて湿度データとして制御部１１へ出力する。或いは、検出電圧Ｖを所定の計算式に代入して算出することによって湿度を求める。

図４は、湿度センサＲｔｈの特性を示したグラフである。横軸は湿度、縦軸は電圧Ｖｈｕｍを示しており、温度５℃〜４５℃の範囲で測定した結果を示している。図４において、湿度３０％〜７０％の間は、湿度変化に伴った電圧Ｖｈｕｍの変化が大きいため（例えばΔＨ１）、湿度検出部１３は電圧Ｖｈｕｍから信頼性のある湿度データを求めることができた。

しかし、湿度３０％以下又は湿度７０％以上の範囲になると、湿度変化に伴った電圧Ｖｈｕｍの変化が小さくなるため（例えばΔＨ２）、湿度検出部１３が電圧Ｖｈｕｍから湿度データを求める際に誤差が発生し、正確な湿度データを取得することが困難であった。

そこで、本発明では、測定された湿度が予め定められた湿度範囲内である場合、電圧Ｖｈｕｍを異なるタイミングで複数回測定して複数の湿度を求め、その複数の湿度の平均値を湿度データとして出力する方法について提案する。

ここで、図１に戻る。湿度検出部１３は求めた湿度データを制御部１１へ出力する。制御部１１は、測定された湿度が予め定められた湿度範囲（例えば、湿度３０％以下又は湿度７０％以上の範囲）であるとき、矩形波生成部１２に対して信号ＣＬＫ１及びＣＬＫ２の周波数を通常の周波数より高くして出力させるための指示信号を出力する。矩形波生成部１２は、制御部１１からの指示信号を受けて、信号ＣＬＫ１及びＣＬＫ２の周波数を通常の周波数より高くして出力する。

図５は、制御部１１から信号ＣＬＫ１及びＣＬＫ２の周波数を通常の周波数より高くする指示信号が出力されたときの信号ＣＬＫ１及びＣＬＫ２と電圧Ｖｈｕｍの波形を示した図である。図３における信号ＣＬＫ１及びＣＬＫ２は周期Ｔ１（周波数ｆ１＝１／Ｔ１）としたとき、制御部１１から指示信号が出力された直後の信号ＣＬＫ１及びＣＬＫ２は周期Ｔ１より短い周期Ｔ２（周波数ｆ２＝１／Ｔ２）とする。つまり、周波数ｆ１＜周波数ｆ２の関係にある。

そして、湿度検出部１３は、異なるタイミングで電圧Ｖｈｕｍの電圧Ｖ２（信号ＣＬＫ１がＨｉの時の電圧Ｖｈｕｍ）を複数回測定して検出電圧Ｖを検出して、それぞれの検出電圧Ｖについて湿度を求める。つまり、図５に示すように、湿度検出部１３は、異なるタイミングで５つの検出電圧Ｖを検出し、この５つの検出電圧Ｖに対応する湿度をそれぞれ求め、求めた湿度の平均値を湿度データとして制御部１１へ出力する。このように複数のサンプル値から湿度データを求めることによって、湿度データに含まれる誤差が少なくなり、湿度検出装置１の測定精度を向上させることができる。

また、異なるタイミングで複数の検出電圧Ｖを検出すると、制御部１１の湿度データ取得に時間がかかってしまう。そこで、信号ＣＬＫ１及びＣＬＫ２の周波数を通常の周波数より高くすることによって、湿度データの取得時間の増加を抑えることができる。

尚、矩形波出力部１２は、制御部１１から指示信号が出力されてから、湿度検出部１３が複数の検出電圧Ｖを検出するまでの予め定められた期間だけ、信号ＣＬＫ１及びＣＬＫ２の周波数を通常の周波数より高くすればよい。

図６は、本実施の形態における湿度検出処理の流れを示したフローチャートである。まず、制御部１１は通常の周波数で信号ＣＬＫ１及びＣＬＫ２を出力させるための指示信号を矩形波生成部１２に出力する。この指示信号を受けて、矩形波生成部１２は通常の周波数で信号ＣＬＫ１及びＣＬＫ２を出力する（ステップＳ１１）。湿度検出部１３は電圧Ｖｈｕｍを取り込み、検出電圧Ｖを用いて湿度を求め、湿度データとして制御部１１へ出力する（ステップＳ１２）。

制御部１１は、湿度データの示す湿度が予め定められた湿度範囲内（例えば、湿度３０％以下又は湿度７０％以上の範囲）であるか否かを判別する。予め定められた湿度範囲内である場合（ステップＳ１３；ＹＥＳ）、制御部１１は、通常の周波数より高い周波数で信号ＣＬＫ１及びＣＬＫ２を出力させるための指示信号を矩形波生成部１２に出力する。この指示信号を受けて、矩形波生成部１２は通常の周波数より高い周波数で信号ＣＬＫ１及びＣＬＫ２を出力する（ステップＳ１４）。湿度検出部１３は電圧Ｖｈｕｍを取り込み、異なるタイミングで複数の検出電圧Ｖを検出する。そして、それぞれの検出電圧Ｖに対応する湿度の平均値を求め、平均値を湿度データとして制御部１１へ出力する（ステップＳ１５）。

以上、説明したように、測定された湿度が低湿度又は高湿度の予め定められた湿度範囲内である場合、異なるタイミングで電圧Ｖｈｕｍの電圧Ｖ２及びＶ３を複数回測定して複数の湿度を求め、その複数の湿度の平均値を湿度データとして出力することにより、湿度誤差が少なくなり、湿度検出装置１の測定精度を向上させることができる。

また、異なるタイミングで複数の検出電圧Ｖを検出する際は、信号ＣＬＫ１及びＣＬＫ２の周波数を通常の周波数より高くすることによって、湿度データの取得時間の増加を抑えることができる。

尚、通常の湿度測定においても、異なるタイミングで複数の検出電圧Ｖを検出し、それぞれの検出電圧Ｖに対応する湿度の平均値を湿度データとしている場合、湿度検出部１３は、測定された湿度が予め定められた湿度範囲内の時は、通常の湿度測定時に検出する検出電圧Ｖの数の所定倍（２、３倍）の検出電圧Ｖを検出し、それぞれの検出電圧Ｖに対応する湿度の平均値を湿度データとする。つまり、測定された湿度が予め定められた湿度範囲内の時は、通常の湿度測定時よりもサンプル数を増やして湿度データを求めることによって、平均値の精度を向上させる。

また、本実施の形態では、湿度検出部１３が電圧Ｖｈｕｍを取り込んで異なるタイミングで複数の検出電圧Ｖを検出し、それぞれの検出電圧Ｖに対応する湿度の平均値を求め、平均値を湿度データとして出力することとしたが、検出電圧Ｖの平均値を求めて、その検出電圧Ｖの平均値から湿度を求めて湿度データとして出力してもよい。この他、複数の検出電圧Ｖ（サンプル値）を用いて湿度を求める方法であれば何れの方法であってもよい。

１湿度測定装置
１１制御部
１２矩形波生成部（矩形波出力手段）
１３湿度検出部（検出手段）
Ｒｔｈ湿度センサ
Ｒ１〜Ｒ６抵抗

Claims

抵抗変化型の湿度センサと、
第１矩形波と、当該第１矩形波と極性が反転した第２矩形波を生成して、前記湿度センサの一端に前記第１矩形波を供給すると共に、前記湿度センサの他端に抵抗を介して前記第２矩形波を供給する矩形波出力手段と、
前記湿度センサの他端の電圧を測定して湿度を検出する検出手段と、
を備え、
前記検出された湿度が予め定められた範囲の湿度であるとき、
前記検出手段は、前記湿度センサの他端の電圧を該電圧の波形において異なる周期部分を各々測定することで複数回測定して、当該複数の測定結果から湿度を検出し、
前記矩形波出力手段は、前記検出手段の前記複数回の測定に対応して、前記第１矩形波及び前記第２矩形波の周波数を通常の周波数より高い予め定められた周波数で出力する
湿度検出装置。
前記予め定められた範囲の湿度は、湿度３０％以下又は湿度７０％以上の範囲である請求項１に記載の湿度検出装置。
第１矩形波と、当該第１矩形波と極性が反転した第２矩形波を生成して、抵抗変化型の湿度センサの一端に前記第１矩形波を供給すると共に、前記湿度センサの他端に抵抗を介して前記第２矩形波を供給する矩形波出力ステップと、
前記湿度センサの他端の電圧を測定して湿度を検出する第１検出ステップと、
前記検出された湿度が予め定められた範囲の湿度であるとき、前記湿度センサの他端の電圧を該電圧の波形において異なる周期部分を各々測定することで複数回測定して、当該複数の測定結果から湿度を検出する第２検出ステップと、
前記検出された湿度が予め定められた範囲の湿度であるとき、前記複数回の測定に対応して、前記第１矩形波及び前記第２矩形波の周波数を通常の周波数より高い予め定められた周波数で出力する第２矩形波出力ステップと、
を含んだ湿度検出方法。
前記予め定められた範囲の湿度は、湿度３０％以下又は湿度７０％以上の範囲である請求項３に記載の湿度検出方法。