JP2006163017A

JP2006163017A - 定着装置及び画像形成装置

Info

Publication number: JP2006163017A
Application number: JP2004354923A
Authority: JP
Inventors: Takashi Nomura; 崇野村; Katsuto Shiratori; 克仁白取; Hisateru Okubo; 尚輝大久保
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-12-08
Filing date: 2004-12-08
Publication date: 2006-06-22

Abstract

【課題】定着装置寿命検知の精度を高め、理想的な定着装置交換時期を予想できる方法を提供。
【解決手段】定着ヒータ等の加熱手段への通電時間や投入電力をモニタし、その総量があらかじめ規定した値に達したら寿命到達とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子写真方式等を利用した画像形成装置において、被加熱材上に転写したトナー像を定着する定着装置に関し、特に定着装置寿命の検知、予測に関するものである。

（熱ローラ定着方式）
従来の定着装置の一例を図３に示す。定着装置は、定着ローラ１とこれに圧接して定着ニップを形成した加圧ローラ７とを有し、これらローラ１、７の内部には熱源としてのハロゲンヒータ８が配置され、また表面には表面温度検知手段であるサーミスタ９、および表面から少し離れて安全素子のサーモスイッチ１０が配置されている。定着ローラ１および加圧ローラ７の定着ニップの前方には入口ガイド１１が、後方には２つの出口ガイド１２、１２が設置され、出口ガイド１２、１２の間には排紙ローラ１３が設置される。

定着ローラ１および加圧ローラ７は、本例では同一構造をとっており、アルミニウム（Ａｌ６０６３）の芯金６上に、シリコーンゴムからなる弾性層５、フッ素ゴムラッテクスからなる中間層２０およびＰＦＡコートからなる離型層２を設けた３層構造に形成されている。芯金６の内部に上記のハロゲンヒータ８が設置される。

弾性層５のシリコーンゴムは、熱伝導率が約０．４０Ｗ／ｍ・Ｋ、テストピース硬度がＪＩＳ−Ａ硬度で約１０°であり、定着ローラ１では約１．９ｍｍ、加圧ローラ７では約２．１ｍｍの肉厚を有している。中間層２０のフッ素ゴムラテックスは、フッ素ゴム中にＰＦＡ粒子を分散させたもので、厚さ約４０〜６０μｍに設けている。離型層２のＰＦＡコートは厚さ約２０μｍである。

定着ローラ１、加圧ローラ７とも外径４５ｍｍで、ローラ硬度は定着ローラ１が約６７°、加圧ローラ７が約６５°（アスカーＣ、１ｋｇｆ荷重）であり、総荷重６０ｋｇｆで約９ｍｍのニップ幅を得ている。有効ローラ長は約３３０ｍｍである。

薄いゴム肉厚で、広い定着ニップ幅を得、ニップ部の圧力をたとえば約２．０ｋｇｆ／ｃｍ２程度に上げることにより、定着温度１８０℃、定着スピード１２０ｍｍ／秒において、良好な定着性を有し、かつ出力画像の光沢が約１５〜４０°（２本電色工業（株）製光沢計ＰＧ−３Ｄを用いて測定。７５°での光沢値）と適度な光沢の画像を得ることができる。

（フィルム定着方式）
ウォームアップタイムの短いカラー定着装置として用いられるフィルム定着装置の概略構成模型図を図４に示す。

２０１は本例のフィルム定着装置の全体符号である。２０２は定着フィルムユニットであり、横断面略半円弧状樋型のヒータホルダ２０７、このヒータホルダ２０７の下面にヒータホルダ長手（図面に垂直方向）に沿って固定して配設した定着ヒータ２０４、この定着ヒータ付きのヒータホルダ２０７にルーズに外嵌させた、エンドレスフィルム状（円筒状）の薄層の定着フィルム２０３などからなるアセンブリである。

２０５は弾性加圧ローラであり、その芯金の両端部を定着装置の側板間に回転自由に軸受させて配設してある。

定着フィルムユニット２０２は弾性加圧ローラ２０５の上側に、定着ヒータ２０４側を下向きにして加圧ローラ２０５に並行に配列し、ヒータホルダ２０９の両端部側を不図示の付勢手段で所定の押圧力で押し下げ状態にしてある。これにより、定着ヒータ２０４の下面を定着フィルム２０３を挟んで弾性加圧ローラ２０５の上面に加圧ローラの弾性に抗して圧接させて所定幅の定着ニップ部２０６を形成させている。

弾性加圧ローラ２０５は不図示の駆動機構により矢印の反時計方向に所定の周速度にて回転駆動される。この弾性加圧ローラ２０５の回転駆動により、定着ニップ部２０６において弾性加圧ローラ２０５と定着フィルム２０３の外面との摩擦力でフィルム４に回転力が作用し、定着フィルム２０３はその内周面が定着ニップ部２０６において定着ヒータ２０４の下面に密着して摺動しながら矢印の時計方向に弾性加圧ローラ２０５の周速度にほぼ対応した周速度をもってヒータホルダ２０７の外回りを従動回転状態になる。

定着フィルム２０３はフィルム状部材に弾性層を設けてなる円筒状（エンドレスフィルム状）の部材であり、具体的には、材質にＮＩを用い、厚み３０μｍの円筒状に形成したエンドレスフィルム（フィルム基材）上に、厚み約３００μｍのシリコーンゴム層（弾性層）を、リングコート法により形成した上に、厚み３０μｍのＰＦＡ樹脂チューブ（最表面層）を被覆してなる。定着フィルム２０３の弾性層には比熱が約１．２Ｊ／ｇ・Ｋのシリコーンゴムを用いている。

定着フィルム２０３の表面には、トナーオフセットを防止するためＰＦＡチューブの離型層が設けられている。

上記構成を持つ定着フィルム２０３の熱容量は熱ローラ方式と比べて小さく、オンデマンド性を有する。

また、定着フィルム２０３は弾性層を持ち、モノクロ定着装置の定着フィルムよりも熱容量が大きいため、モノクロ定着装置で一般的な定着ヒータ２０４上面での温度検知はおこなわない。

図１４のカラー定着装置では、定着フィルム２０３の内面に温度検知手段２０９を配置して定着フィルム２０３自身の温度を検知し、ＰＩＤ制御により定着ヒータ２０４の電力を制御する。

定着ヒータ２０４は、セラミック基板上に抵抗発熱体を形成したものである。定着ヒータ２０４には温度検知手段２０９が当接され、定着ヒータ２０４の温度が検知され、不図示の制御手段により定着ヒータ２０４の温度が所望の温度になるように定着ヒータ２０４に対する供給電力が制御されて温調制御される。

弾性加圧ローラ２０５が回転駆動され、定着フィルム２０３が従動回転し、定着ヒータ２０４が所定温度に立ち上がって温調制御された状態において、未定着トナー像ｔを担持した被加熱材Ｐが定着ニップ部２０６の定着フィルム２０３と弾性加圧ローラ２０５との間に導入される。その被加熱材Ｐは未定着トナー像担持面が定着フィルム２０３の外面に密着して定着フィルム２０３と一緒に定着ニップ部２０６を挟持搬送されていく。その挟持搬送過程において、被加熱材Ｐに対して定着ヒータ２０４の熱が定着フィルム２０３を介して付与され、また定着ニップ部２０６の加圧力を受け、未定着トナー像ｔが被加熱材Ｐ上に永久固着画像として熱と圧力で定着される。被加熱材Ｐは定着ニップ部２０６を通過して定着フィルム２０３の面から曲率分離して排出される。

また、定着器の寿命を予測する技術も知られている（特許文献１）。
特開２００３−０４３８３７号公報

しかしながら、従来例では、以下のような問題があった。

定着装置の寿命は熱ローラ方式であれば定着ローラ、フィルム定着方式であれば定着フィルムの寿命が支配的である。

定着時の加熱による熱的ストレス、加圧による機械的ストレスにより定着ローラ、定着フィルムは徐々に劣化し、最終的には破損する。

定着ローラ、定着フィルムが破損すると、定着装置以外の部分の故障や不具合を引き起こすことがある。

画像形成装置本体の定着駆動部が破損したり、破損した定着ローラのゴムや定着フィルムの破片が機内に飛散して残留し出力画像を汚すといった問題が発生する。

一般的にこのような事態になる前に定着装置の寿命を検知して、警告を出したり、装置を停止させたりする手段がとられる。

しかし使用状態によって定着装置の寿命が変動するため、正確に寿命を検知するのが困難であり、最悪の使用状態に基づいて寿命予測をおこなったりして、実際に交換が必要な時期より早く寿命を検知してしまうことがあり、ユーザーにとって不利益な場合が生じることがあった。

いずれにしろ、ユーザーにとって、より高精度に予測できる方法が求められている。

また、単にページカウントが想定した寿命枚数になった時点で寿命到達とする方式では、警告や装置停止をおこなう前に定着装置が破損する場合があった。

本発明の目的は、以上の問題を回避するため定着装置寿命検知の精度を高め、理想的な定着装置交換時期を予想できる方法を提供することである。

本発明は下記の構成を特徴とする定着装置、画像形成装置である。

（１）被加熱材上に転写したトナー像を、被加熱材のトナー像転写面に接する第１の回転体と、被加熱材のトナー像転写面とは反対側に接する第２の回転体を圧接して形成する定着ニップにおいて、永久画像として固着させる定着装置であって、前記第１の回転体と第２の回転体の少なくともどちらか一方を加熱する加熱手段を有し、前記ヒータへの通電時間を参照して定着装置の寿命予測をおこなうことを特徴する定着装置。

（２）被加熱材上に転写したトナー像を、被加熱材のトナー像転写面に接する第１の回転体と、被加熱材のトナー像転写面とは反対側に接する第２の回転体を圧接して形成する定着ニップにおいて、永久画像として固着させる定着装置であって、前記第１の回転体と第２の回転体の少なくともどちらか一方を加熱する加熱手段を有し、前記ヒータへの投入電力を参照して定着装置の寿命予測をおこなうことを特徴とする定着装置。

（３）前記第１の回転体を加熱する加熱手段を有し、前記第１の回転体を加熱する加熱
手段への通電状態を参照して装置の寿命予測をおこなうことを特徴とする（１）または（２）記載の定着装置。

（４）前記第１の回転体を加熱する第１の加熱手段と、前記第２の回転体を加熱する第１の加熱手段とを有し、前記第１と第２の加熱手段両方への通電状態を参照して装置の寿命予測をおこなうことを特徴とする（１）ないし（２）のいずれかに記載の定着装置。

（５）少なくとも前記第１の回転体と第２の回転体の圧接圧が高い第１の加圧モードと、前記第１の回転体と第２の回転体の圧接圧が低い第２の加圧モードの２つ以上の加圧モードを持ち、前記加圧モードの選択状況に応じて、前記加熱手段への通電状態を参照して得られた装置の寿命予測を補正することを特徴とする（１）ないし（４）のいずれかに記載の定着装置。

（６）前記第１の回転体は２つ以上の複数の周速を有し、それぞれの周速での回転数に応じて、前記加熱手段への通電状態を参照して得られた装置の寿命予測を補正することを特徴とする（１）ないし（５）のいずれかに記載の定着装置。

（７）被加熱材に画像を形成する画像形成手段と、前記画像形成手段により被加熱材上に形成した画像を定着装置により熱圧定着して永久画像を得る画像形成装置であり、前記定着装置として（１）ないし（６）のいずれかに記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

定着ローラや定着フィルムの熱劣化と直接相関のあるヒータへの通電時間や投入電力に基づいて寿命予測をおこなうため、従来のページカウントのみに基づく方法や、それに加えて定着モードによりページカウントに重みをつけるといった方法よりも寿命検知精度を向上させることができる。

また上記熱劣化による寿命予測に、加圧力や定着速度の違いによる機械的ストレスの変化を考慮した補正をおこなうことで更なる検知精度の向上が図れる。

本発明によれば、従来使用環境及び条件による定着装置寿命変動が反映されにくかった従来の寿命検知に対し、定着装置に投入される電力に基づき寿命検知をおこなうことで検知精度を飛躍的に向上することが可能となった。

以下、本発明に係る実施例を図面に則してさらに詳しく説明する。

図２に、実施例１における画像形成装置の概略を示す。

図２に示すように、画像形成装置本体内には、像担持体としてドラム状の電子写真感光体、すなわち感光ドラム１０１が配置されている。この感光ドラム１０１は、アルミニウム等の導電性のシリンダ上に有機光半導体等からなる感光層を形成してなっており、矢印Ｒ１方向に所定の周速度（プロセススピード）で回転駆動され、その表面に画像形成プロセスが繰り返し施される。

この感光ドラム１０１の表面が一次帯電器１０２により帯電される。本実施例では、一次帯電器１０２は接触式の帯電ローラとされており、帯電ローラ１０２は図示しない付勢手段により所定の押圧力で感光ドラム１０１の表面に押圧され、感光ドラム１０１の回転
にともない従動回転する。この帯電ローラ１０２には、バイアス電源１２１により所定の帯電バイアスが印加され、これにより、感光ドラム１０１の表面が所定の極性・電位に一様に帯電される。

ついで露光装置１０３（カラー原稿画像の色分解に基づく結像露光光学系、画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調されたレーザービームを出力するレーザースキャナによる走査露光光学系等）による画像露光Ｌを反射ミラー１３１等を介して、感光ドラム１０１の表面を照射し、照射部分を除電して、目的のカラー画像の１色目の色成分像、たとえばマゼンタ成分像に対応した静電潜像が形成される。

感光ドラム１０１に対し複数個の回転式の現像器１０４と１個の固定式の現像器１４２とが設置されている。回転式現像器１０４は、本例では、有彩色のイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の１成分非磁性トナー（粉体荷電粒子）を収容した３つの現像器１０４Ｙ、１０４Ｍ、１０４Ｃとされ、これら現像器１０４Ｙ〜１０４Ｃは、感光ドラム１０１と対向する現像位置に回転移動させる回転体１０４ａに搭載されている。固定式現像器１４２は無彩色のブラック（Ｋ）の１成分磁性トナーを収容している。

感光ドラム１０１上に形成された１色目の静電潜像は、回転体１０４ａの回転により現像位置に移動されたマゼンタ現像器１０４Ｍによって現像され、マゼンタトナー像として可視化される。回転体１０４ａによる現像器１０４Ｙ〜１０４Ｃの回転方向は、回転時のトナー飛散、落下等を少なくするため、感光ドラム１０１の回転方向Ｒ１とは逆のＲ２方向とされる。

本画像形成装置は、感光ドラム１０１に対して第２の像担持体となる中間転写体、本例では中間転写ドラム１０５を備えている。中間転写ドラム１０５は感光ドラム１０１に対して所定の押圧力で圧接させてあり、感光ドラム１０１の周速度と同じ周速もしくは所定の周速差を持たせて、感光ドラム１０１の矢印Ｒ１の回転方向に対し矢印Ｒ５の順方向に回転される。

前述した感光ドラム１０１上に形成されたマゼンタトナー像は、感光ドラム１０１と中間転写ドラム１０５とが接触した転写ニップ部Ｎ１において、中間転写ドラム１０５の表面に転写される（１次転写）。この転写は、転写バイアス電源１０７から第１スイッチ１７１を介して、トナーと逆極性（正）の所定電圧の転写バイアスを中間転写ドラム１０５の芯金１５１に印加し、感光ドラム１０１と中間転写ドラム１０５との間に転写電界を形成することにより行われる。

マゼンタトナー像の転写を終了した感光ドラム１０１は、表面に残留した転写残りトナーをドラムクリーナ１２０により清掃、除去された後、つぎの色の画像形成に使用される。

以下、同様に、感光ドラム１０１に対する帯電、２色目のたとえばシアンの成分色画像の露光走査、シアン現像器１０４Ｃによる現像、シアントナー像の中間転写ドラム１０５への転写、感光ドラム１０１の清掃；感光ドラム１０１に対する帯電、３色目のたとえばイエローの成分色画像の露光走査、イエロー現像器１０４Ｙによる現像、イエロートナー像の中間転写ドラム１０５への転写、感光ドラム１０１の清掃；４色目のたとえばブラックの成分色画像の露光走査、ブラック現像器１０４Ｋによる現像、ブラックトナー像の中間転写ドラム１０５への転写、感光ドラム１０１の清掃のプロセスを実行する。

これにより、中間転写ドラム１０５の表面上に目的のカラー画像に対応した画像が、マゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの４色のトナー像を重畳転写した合成カラー画像（
鏡像）として得られる。

上記の転写において、２色目のシアントナー像の転写バイアスは、極性は１色目のマゼンタトナー像のときと同じであるが、電圧の絶対値は若干大きく設定される。２色目の転写バイアスが形成する電界を、中間転写ドラム１０５に既に転写されている１色目のトナー像の電荷が弱めるように作用するので、これを補償するためである。

同様の理由から、３色目のイエロートナー像の転写バイアスは、２色目のときよりも若干大きく設定され、４色目のブラックトナー像の転写バイアスは、３色目のときよりも若干大きく設定される。つまり、転写バイアスの絶対値は、１色目よりは２色目、２色目よりは３色目と順次大きくなり、４色目で最大となる。
１色目から４色目までのトナー像の形成順は、上記のマゼンタ→シアン→イエロー→ブラックの順によらずに変更可能であるが、カラー画像形成装置の効果を最大限に発揮させるには、ブラックトナー像の形成だけは最後の４色目とすることが好ましい。残りの３色のマゼンタ、シアン、イエローのトナー像は適宜の形成順にすることができる。

中間転写ドラム１０５の感光ドラム１０１側とは反対の側に、２次転写装置の転写ローラ１０６が設置され、その中間転写ドラム１０５回転方向下流側にクリーナ１１０が配置されている。これらは、中間転写ドラム１０５へのトナー像の転写が行われている間は、トナー像を乱さないように、中間転写ドラム１０５から離間している。

中間転写ドラム１０５への４色目のトナー像の転写が終了すると、転写ローラ１０６が中間転写ドラム１０５へ当接して転写ニップＮ２を形成し、この転写ニップ部Ｎ２にレジストローラ１１１から送り出された用紙が転写入口ガイド１１２を経て給送される。これと同時に、転写ローラ１０６に転写バイアス電源１０８からトナーの帯電極性と逆極性（正）の転写バイアスが、スイッチ１８１を介して印加される。このとき中間転写ドラム１０５の芯金１５１は、スイッチ１７１によりグランドアースに接続される（もしくは、芯金１５１にはトナーの帯電極性と同極性のバイアスを印加してもよい）。

これにより、中間転写ドラム１０５上の重畳転写された４色のトナー像が用紙に一括して転写され（２次転写）、用紙上に目的のカラー画像に対応した画像が、４色のトナー像を重畳した合成カラー画像（正像）として得られる。

４色のトナー像を転写された用紙は、除電装置１１３により中間転写ドラム１０５への吸着を除電して分離され、搬送ガイド１１４を経て定着装置１０９に搬送され、図１の定着入口ガイド１１を経て、定着ローラ１と加圧ローラ７とが当接した定着ニップ部に導かれる。そして用紙１４がニップ部を通過する間に、約１８０℃に加熱保持された定着ローラ１と加圧ローラ７とにより熱および圧力を加えられ、トナー像が用紙１４の表面に定着され、永久固定画像とされる。

図３は、本発明の定着装置の一実施例を示す概略構成図である。

定着装置は、定着ローラ１とこれに圧接して定着ニップを形成した加圧ローラ７とを有し、これらローラ１、７の内部には熱源としてのハロゲンヒータ８が配置され、定着ローラ１および加圧ローラ７の定着ニップの前方には入口ガイド１１が、後方には２つの出口ガイド１２が設置され、その出口ガイド１２、１２間に排紙ローラ１３が設置されている。

トナー像１５が転写された用紙１４は、入口ガイド１１を経て、定着ローラ１と加圧ローラ７とが当接した定着ニップ部に導かれる。そして所定温度に加熱保持された回転する
定着ローラ１と定着ローラ１に従動回転する加圧ローラ７とによる駆動により用紙１４がニップを通過する間に、用紙１４のトナー像を転写した側に接触する定着ローラ１とその反対側に接触する加圧ローラ７とから熱および圧力を加えられ、トナー像が用紙１４の表面に定着され、永久固定画像とされる。

熱源としてのハロゲンヒータ８は、定着ローラ１、加圧ローラ７の芯金６の内部に設置され、それらのローラ表面に配置した表面温度検知手段であるサーミスタ９により検知した表面温度に基づいて、定着ローラ１、加圧ローラ７の表面温度が目標温度になるように、図示しないヒータ駆動回路によってそれぞれのヒータ８への通電をＯＮ／ＯＦＦ制御している。

定着ローラ側のハロゲンヒータ８ａの出力９００Ｗ、加圧ローラ側のハロゲンヒータ８ｂの出力７００Ｗとし、ハロゲンヒータ８ａ、８ｂへの同時通電はおこなわない。

本例では定着ローラ１の表面温度が規定の定着温度を維持するようにハロゲンヒータ８ａへの通電を優先し、ハロゲンヒータ８ｂへの通電は加圧ローラ７の表面温度が規定温度以下で、且つハロゲンヒータ８ａへの通電がおこなわれていないときのみおこなう。

トナー像の被加熱材に対する定着性は画像面側である定着ローラ１の表面温度が支配的であるため、上記のように加圧ローラ側の加熱を補助的におこなうだけでも問題はない。

また定着ローラ１、加圧ローラ７の表面近傍に安全素子のサーモスイッチ１０が設置され、これらはローラ表面に傷を付けないように、表面から約０．５〜１ｍｍを隔てて非接触に配置されている。

本実施例では、定着ローラ１は、外径４５ｍｍ、ローラ硬度約６６°（アスカーＣ、約１ｋｇ加重）、加圧ローラ７は、外径４５ｍｍ、ローラ硬度約６７°（アスカーＣ、約１ｋｇ加重）で、定着ニップ幅約８．５ｍｍを得ている。ローラ有効長はＡ３サイズに対応して約３３０ｍｍとしてある。また定着温度は定着ローラ１表面で約１８０℃、加圧ローラ７表面で約１６０℃、定着スピードは約１２０ｍｍ／秒であり、毎分フルカラー２４枚（Ａ４横）のスループットで良好な定着性を有し、出力画像の光沢も約１５〜４０°（角度７５°）と適度な光沢を得ている定着ローラ１は、肉厚５．０ｍｍのアルミニウム（Ａｌ６０６３）の芯金６上に、プライマーを介してシリコーンゴムからなる厚さ約１．９ｍｍの弾性層５を設け、この弾性層５上にプライマーを介してフッ素ゴムからなる厚さ約３０μｍの強度層４を設け、この強度層４上にフッ素ゴムラッテクスからなる厚さ約３０μｍの接着・緩衝層３を設け、そしてこの上にＰＦＡコートからなる厚さ約３０μｍの離型層２を設けて、４層構造に形成されている。

弾性層５のシリコーンゴムは、熱伝導率が約０．４０Ｗ／ｍ・Ｋ、伸び約３００％、引張り強度１．２ＭＰａで、テストピース硬度がＪＩＳ−Ａ硬度で約１０°である。強度層４のフッ素ゴムは伸び約２５０％、引張り強度１．２ＭＰａで、テストピース硬度がＪＩＳ−Ａ硬度で約７０°である。接着・緩衝層３のフッ素ゴムラテックスは、フッ素ゴム中にＰＦＡ樹脂を分散させたものであり、伸び約２０％、引張り強度９．８ＭＰａである。離型層２のＰＦＡは伸び約３００％、引張り強度３０．０ＭＰａである。

加圧ローラ７も定着ローラ１とほぼ同様の４層構造であるが、その弾性層５の肉厚を約２．１ｍｍ、強度層４のフッ素ゴムの厚さ約３０μｍ、接着・緩衝層３のフッ素ゴムラテックスの厚さ約４０μｍと定着ローラ１よりも厚くしている。

上記構成は弾性層５の変形を強度層４、接着・緩衝層３で順々に抑えこむ構成となって
いる。

上記構成を持つ定着装置は交換部品であり、本体寿命に達するまでに数度の交換がなされる。

本実施例では、画像形成装置本体の想定寿命は１００万枚である。

一方、定着装置は定着ローラ弾性層のシリコーンゴムが破断することで寿命となる。

弾性層５のシリコーンゴム破断は主に熱劣化によるものであり、熱伝導率の違いにより芯金６との界面温度が高温になることが原因である。

弾性層シリコーンゴムの寿命は、芯金との界面温度が高いほど、またその状態の時間が長いほど短くなる。

実施例１の定着ローラ１では、弾性層シリコーンゴムの厚さは１．９ｍｍと厚く、その熱伝導率はアルミニウム芯金と比較すると非常に低い。

このためプリント時は、定着ヒータ８ａへの通電時間の増加と共に弾性層−芯金界面の温度が昇温し、定着ローラ表面温度よりも数１０℃高い温度Ｔｍａｘで熱平衡に達する（Ｔｍａｘに達するのはプリント開始からある程度時間が経過してからとなる）。

プリント枚数が少なかったり、間欠プリントをおこなう場合は弾性層−芯金界面温度が上記Ｔｍａｘに達する前に定着ヒータ８ａへの通電が停止される。

従って短期的に見れば、弾性シリコーンゴム寿命を単純に定着ヒータ８ａへの通電時間が規定することはできないものの、定着装置寿命使用開始から寿命到達までの長期的時間でみれば、弾性層寿命はほぼ定着ヒータへの通電時間で決まると考えることができる。

本実施例の定着装置は普通紙を通常環境で連続印刷し続けた場合、約１０万枚で定着ローラ１の弾性層５が破断して寿命となる。

しかしながら、この定着装置寿命はプリントモードや使用条件で異なり、従来は最も寿命が短くなる最悪条件下での寿命を想定寿命として扱っていた。

実使用においては、最悪条件下のみで使用されつづけることは非常に稀であり、従来は実際に定着装置の破損が発生するかなり前に定着装置寿命到達の警告を出したり、装置自体を停止させたりしていた。

これによりユーザーは、定着装置交換により余計なコストを負担しなければならないという不利益が生じる場合があった。

これは定着装置の寿命を正確に予測できないことによるものであり、寿命予測の精度を向上させることで上記状況を回避できる。

そこで、本実施例では定着装置の寿命予測を、定着装置の使用状況に基づいておこなうこととした。

前述したように弾性層寿命はほぼ定着ヒータへの通電時間で決まると考えることができるため、使用状況を判断する手段として定着ヒータの通電をモニタし、通電時間の積算値
が規定の値に到達したところで寿命警告を出すものとした。

本例の定着装置では、定着ローラ１の設定温度の方が加圧ローラ７の設定温度よりも高温であるため、確実に定着ローラ１の弾性層５の熱劣化速度が加圧ローラ７のそれよりも速く、定着ローラ弾性層が破断することにより定着装置寿命となる。

よって定着ローラ側のヒータ通電時間により寿命検知をおこなう。

ヒータ通電時間をモニタすることにより、装置が設置された環境や、紙の状態、プリントモード等の条件により実際の寿命が変わっても、それらの条件に応じて通電時間が変化するので、寿命予測の精度を向上させることができる。

以下に本例での定着装置寿命検知アルゴリズムの詳細を述べる。

弾性層の熱劣化はプリント動作中（特に連続プリント中）における芯金−弾性層界面での温度上昇により促進され、上記界面温度はほぼヒータへの投入電力により決まる。

このため装置立ち上げ時、スタンバイ時、スリープ時におけるヒータへの通電時間は積算せず、プリントジョブ実行時のみの定着ローラ側のハロゲンヒータ８ａへの通電時間を積算して寿命予測をおこなう。

本例ではヒータへの通電をＯＮ／ＯＦＦ制御するため、ヒータ８ａへの投入電力は０Ｗもしくは９００Ｗの２値しかなく、通電時間を知ることで投入電力を判断できる。

従って、プリントジョブ時におけるヒータ通電時間積算値をｔ−ｔｏｔａｌとし、ｔ−ｔｏｔａｌが規定した寿命到達通電時間ｔ−ｌｉｆｅに達したら定着装置の寿命とする。

図１に実施例１の定着装置におけるプリント中の定着ローラ表面温度、定着ローラ側のハロゲンヒータへの投入電力を示す。

図１において、ｔ−ｔｏｔａｌ＝ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＋ｔ４＋ｔ５＋ｔ６＋ｔ７である。

ここで、本例の定着装置が弾性層破壊を起こすまでのプリント枚数を調べたところ、表１の結果となった。

上記試験は定着ヒータの点灯比率が増加し、定着ローラ１の熱的ダメージが大きくなる低温環境にておこなった。

表２に各条件におけるプリント所要時間に占める定着ヒータへの通電時間比率を示す。

表１の低温環境における普通紙での寿命を基準寿命とすると、基準寿命での総通電時間は３０００分となる。

本例においては、寿命到達通電時間ｔ−ｌｉｆｅを上記基準寿命での総通電時間３０００分とする。

ｔ−ｌｉｆｅ＝３０００分であることと、表２の通電比率を用いることにより各条件での寿命予測をおこなう。

実施例１の寿命予測結果を表３に示す。

また表３には、実際に各条件で耐久試験をおこなった結果と、比較例として従来の寿命検知による予測値も示した。

表３より、実施例１の寿命予測結果は実際の耐久試験結果にほぼ相当する値を得ることができた。

一方、従来では使用条件に関わらず、想定寿命を一律の到達枚数としていたため、特に普通紙で実際の耐久試験結果と大きな誤差を生じてしまっており、本来の寿命の２／３程度で寿命到達と判断してしまう場合がある。

以上のように実施例１では従来と比較して飛躍的に寿命検知精度を向上することが可能となった。

また、本例では定着モード（定着速度）に関わらず定着装置寿命を精度良く検知できたが、定着モード（定着速度）で検知精度が悪化する系においては、通電時間に対して定着モード（定着速度）による重み付けをおこなっても良い。

さらに定着ニップでの加圧力が状況に応じて切り替え可能な系においては、通電時間に対して加圧状態による重み付けをおこなっても良い。

本実施例中の画像形成装置の構成は実施例１とほぼ同様であるが、定着装置として実施例１の熱ローラ方式よりも熱容量が小さく、オンデマンド性を有するフィルム定着装置を用いている。

以下本例の定着装置について図を用いて説明する。

図４は実施例２における定着装置の概略構成模型図である。

定着フィルム２０３はフィルム状部材に弾性層を設けてなる円筒状（エンドレスフィルム状）の部材であり、具体的には、材質にＮＩを用い、厚み３０μｍの円筒状に形成したエンドレスフィルム（フィルム基材）上に、厚み約３００μｍのシリコーンゴム層（弾性層）を、リングコート法により形成した上に、厚み３０μｍのＰＦＡ樹脂チューブ（最表面層）を被覆してなる。

定着フィルム２０３の弾性層には比熱が約１．２Ｊ／ｇ・Ｋのシリコーンゴムを用いている。

また、定着フィルム２０３は弾性層を持ち、モノクロ定着装置の定着フィルムよりも熱
容量が大きいため、モノクロ定着装置で一般的な定着ヒータ２０４上面での温度検知はおこなわない。

本例のカラー定着装置では、定着フィルム２０３の内面に温度検知手段２０９を配置して定着フィルム２０３自身の温度を検知し、所定の定着温度を維持するように定着ヒータ２０４への投入電力を制御する。

実施例２の定着器は、ヒータに対する電力の供給を制御することによってヒータの温度を所定温度に維持する不図示の電力制御装置を備えている。この電力制御装置は、商用電源をＯＮ、ＯＦＦするトライアックを備え、さらにそのトライアックを商用電源のゼロクロス付近でそれに非同期でＯＮ、ＯＦＦするトリガ手段を備え、このトリガ手段が発するトリガ出力信号のＯＮデューティを適宜に変更することによって電力を制御する、いわゆるＰＷＭを行っている。

これにより、ヒータに供給する波数制御を行い、ヒータの温度をトナー定着に好適な目標温度に保持するようにしている。

実施例２では２５０ｍｓｅｃを１セグメントとし、１セグメント内での最少デューティ幅を１０ｍｓｅｃに設定して、レベル１からレベル２５まで設け、そのレベルに応じてＯＮデューティを長くすることにより、ヒータに対する電力の供給量を調整するようにしている。

実施例２ではレベル２５で１０００Ｗの電力を定着ヒータ２０４に投入する。

図５に実施例２の定着装置における定着フィルム表面温度と定着ヒータへの投入電力を示す。

定着ヒータへの投入電力は図中の斜線部で表される。

一方本実施例の定着装置は普通紙を通常使用条件下で連続印刷し続けた場合、約１０万
枚程度で定着フィルム基材にクラックが発生する。

定着フィルム基材にクラックが発生すると、画像上にクラック跡が現れたり、大きなクラックに発展すると定着フィルム２０３と定着ヒータ２０４の摺動面での摩擦が増大し、定着フィルム２０３の回転駆動トルクが上昇して正常に回転できなり寿命となる。

実施例２の定着フィルム２０３においては、実施例１の定着ローラと異なり弾性層シリコーンゴムの厚みが薄いため、基材−弾性層界面での温度上昇が実施例１ほど高温にならない。

そのため、弾性層シリコーンゴム破断より先に基材Ｎｉ層の熱劣化によりクラックが発生する。

定着フィルム基材Ｎｉの熱劣化は、Ｎｉ自身の温度が高温の状態であるほど促進される。

本実施例の定着フィルムは実施例１の定着ローラと異なり、その熱容量が小さいので、基材Ｎｉの温度は定着ヒータ２０４への投入電力で決まると考えてよい。

定着ヒータ２０４への投入電力はプリントモード、通紙頻度や、環境、紙の状態等で異なる。

従って定着装置寿命は上記条件で異なり、従来は最も寿命が短くなる最悪条件下での寿命を想定寿命として扱っていた。

前述したように基材Ｎｉの寿命は定着ヒータ２０４への投入電力で決まるので、使用状況を判断する手段として定着ヒータ２０４への投入電力の積算値を逐次検知し、積算値が規定の値に到達したところで寿命警告を出すものとする。

定着ヒータ２０４への投入電力は前述したＯＮデューティー（ＯＮ時間）で決定されるため、これを参照して投入電力の積算をおこなう。

装置が設置された環境や、紙の状態、プリントモード等の条件により実際の寿命が変わっても、それらの条件に応じて投入電力が変化するので、寿命予測の精度を向上させることができる。

以下に本例での定着装置寿命検知アルゴリズムの詳細を述べる。
本例のフィルム定着装置は熱容量が小さく、オンデマンド性を有するのでスタンバイ状態その他の待機状態は設定されていない。

従って、定着装置使用開始からその時点までのヒータ通電時間積算値をＰ−ｔｏｔａｌとし、Ｐ−ｔｏｔａｌが規定した寿命到達通電時間Ｐ−ｌｉｆｅに達したら定着装置の寿命とする。

本実施例では１０セグメント（＝２５００ｍｓｅｃ．）毎の平均投入電力Ｐｎを、各セグメントでのＯＮデューティーを参照して求める。

本例の画像形成装置で被加熱材（Ａ４横）を定着するのに要する時間は上記１０セグメントであるので、被加熱材１枚を定着するのに必要とした電力がＰｎとなる。

Ｐｎの積算値がＰ−ｔｏｔａｌであり、Ｐ−ｔｏｔａｌがあらかじめ規定した値Ｐ−ｌｉｆｅに達した時点で定着装置寿命とする。

ここで、本例の定着装置で定着フィルム基層クラックが発生するまでのプリント枚数を調べたところ、表１の結果となった。

上記試験は定着ヒータへの投入電力が増加し、定着フィルム２０３の熱的ダメージが大きくなる低温環境にておこなった。

表５に各条件におけるプリント所要時間に占める定着ヒータへの投入電力を測定した結果を示す。

表５に示した投入電力は、表４の低温環境において普通紙を定着する際に投入された平均電力（被加熱材１枚あたり）である。

表４と表５より、１５℃／１０％ＲＨの環境下で普通紙を１１万枚定着したときの総電力は７．７×１０^７〔Ｗ〕となる。

従って、実施例２では前述したＰ−ｔｏｔａｌ＝７．７×１０^７〔Ｗ〕とする。
投入電力が上記Ｐ−ｔｏｔａｌに到達するとクラックが発生するものと仮定し、各条件での平均電力から前述した実施例２の方法で予想寿命枚数を計算すると表６のようになる。

また表６には、実際に各条件で耐久試験をおこなった結果と、比較例として従来の寿命検知による予測値も示した。

表６より、実施例１の寿命予測結果は実際の耐久試験結果にほぼ相当する値を得ることができた。

一方、従来では使用条件に関わらず、想定寿命を一律の到達枚数としていたため、実際の耐久試験結果と大きな誤差を生じてしまっており、本来の寿命の半分程度で寿命到達と判断してしまう場合がある。

以上のように実施例２ではヒータの投入電力が可変である定着装置において、従来と比較して飛躍的に寿命検知精度を向上することが可能となった。

本実施例では波数制御をおこなう定着装置について述べたが、位相制御をおこなう定着装置においても本例と同様の手段を用いることで同様の効果を得ることが可能である。

また、本実施例では各セグメントでの電力値はＯＮデューティーより求めた計算値としたが、画像形成装置に電力検知手段を備え、直接投入電力を検知しても同様の効果を得ることができる。

本例では定着モード（定着速度）に関わらず定着装置寿命を精度良く検知できたが、定着モード（定着速度）で検知精度が悪化する系においては、１０セグメント（＝２５００ｍｓｅｃ．）毎の平均投入電力Ｐｎに対して定着モード（定着速度）による重み付けをおこなっても良い。

さらに定着ニップでの加圧力が状況に応じて切り替え可能な系においては、１０セグメント（＝２５００ｍｓｅｃ．）毎の平均投入電力Ｐｎに対して加圧状態による重み付けをおこなっても良い。

本実施例中の画像形成装置の構成は実施例２とほぼ同様であるため、装置構成に関する再度の説明は省略する。

実施例２の定着器は、ヒータに対する電力の供給を制御することによってヒータの温度を所定温度に維持する不図示の電力制御装置を備えている。

実施例３では１００ｍｓｅｃを１セグメントとし、実施例２とは異なり１セグメント内に投入する電力値自体を不図示のＣＰＵよりの命令に応じて２５６段階に制御する。

実施例２では最大で１セグメントに１０００Ｗの電力を定着ヒータ２０４に投入する。

一方本実施例の定着装置は普通紙を通常使用条件下で連続印刷し続けた場合、約１０万枚で定着フィルム基材にクラックが発生する。

従って定着装置寿命は上記条件で異なり、従来は最も寿命が短くなる最悪条件下での寿
命を想定寿命として扱っていた。

本例のフィルム定着装置は熱容量が小さく、オンデマンド性を有するのでスタンバイ状態その他の待機状態は設定されていない。

本実施例では２５セグメント（＝２５００ｍｓｅｃ．）毎の平均投入電力Ｐｎを、各セグメントでの投入電力より求める。
各セグメントでの投入電力はＣＰＵからの命令値とする。

本例の画像形成装置で被加熱材（Ａ４横）を定着するのに要する時間は上記２５セグメントであるので、被加熱材１枚を定着するのに必要とした電力がＰｎとなる。

ここで、本例の定着装置で定着フィルム基層クラックが発生するまでのプリント枚数を調べたところ、表７の結果となった。

表８に各条件におけるプリント所要時間に占める定着ヒータへの投入電力を示す。

表８に示した投入電力は、表４の低温環境において普通紙を定着する際に投入された平均電力（被加熱材１枚あたり）である。

表７と表８より、１５℃／１０％ＲＨの環境下で普通紙を１１万枚定着したときの総電力は７．７×１０^７〔Ｗ〕となる。

実施例３では前述したＰ−ｔｏｔａｌ＝７．７×１０^７〔Ｗ〕とする。
投入電力が上記Ｐ−ｔｏｔａｌに到達するとクラックが発生するものと仮定し、各条件での平均電力から予想寿命枚数を計算すると表９のようになる。

また表９には、実際に各条件で耐久試験をおこなった結果と、比較例として従来の寿命検知による予測値も示した。

表９より、実施例３の寿命予測結果は実際の耐久試験結果にほぼ相当する値を得ること
ができた。

以上のように実施例３ではヒータの投入電力が可変である定着装置において、従来と比較して飛躍的に寿命検知精度を向上することが可能となった。

また本実施例では各セグメントでの電力値としてＣＰＵからの投入電力指定命令（ＣＰＵの決定値）を用いたが、画像形成装置に電力検知手段を備え、直接投入電力を検知しても同様の効果を得ることができる。

また、本例では定着モード（定着速度）に関わらず定着装置寿命を精度良く検知できたが、定着モード（定着速度）で検知精度が悪化する系においては、２５セグメント（＝２５００ｍｓｅｃ．）毎の平均投入電力Ｐｎに対して定着モード（定着速度）による重み付けをおこなっても良い。

さらに定着ニップでの加圧力が状況に応じて切り替え可能な系においては、２５セグメント（＝２５００ｍｓｅｃ．）毎の平均投入電力Ｐｎに対して加圧状態による重み付けをおこなっても良い。

本発明による定着ヒータへの通電時間検知を説明した説明図本発明に関わるカラーレーザープリンタの概略断面説明図本発明による熱ローラ定着装置の拡大断面説明図本発明によるフィルム定着装置の拡大断面説明図本発明によるフィルム定着装置の電力投入状態を示した図

符号の説明

１定着ローラ
７加圧ローラ
８ハロゲンヒータ
１１入口ガイド
１２出口ガイド
１５トナー像
１０１感光ドラム
１０２一次帯電気
１０３露光装置
１０４回転式現像器
１０５回転転写ドラム
１２１バイアス電源
１３１反射ミラー
１４２回転式現像器

Claims

被加熱材上に転写したトナー像を、
被加熱材のトナー像転写面に接する第１の回転体と、被加熱材のトナー像転写面とは反対側に接する第２の回転体を圧接して形成する定着ニップにおいて、永久画像として固着させる定着装置であって、
前記第１の回転体と第２の回転体の少なくともどちらか一方を加熱する加熱手段を有し、前記ヒータへの通電時間を参照して定着装置の寿命予測をおこなうことを特徴とする定着装置。
被加熱材上に転写したトナー像を、
被加熱材のトナー像転写面に接する第１の回転体と、被加熱材のトナー像転写面とは反対側に接する第２の回転体を圧接して形成する定着ニップにおいて、永久画像として固着させる定着装置であって、
前記第１の回転体と第２の回転体の少なくともどちらか一方を加熱する加熱手段を有し、前記ヒータへの投入電力を参照して定着装置の寿命予測をおこなうことを特徴とする定着装置。
前記第１の回転体を加熱する加熱手段を有し、前記第１の回転体を加熱する加熱手段への通電状態を参照して装置の寿命予測をおこなうことを特徴とする請求項１または請求項２記載の定着装置。
前記第１の回転体を加熱する第１の加熱手段と、前記第２の回転体を加熱する第２の加熱手段とを有し、前記第１と第２の加熱手段両方への通電状態を参照して装置の寿命予測をおこなうことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の定着装置。
少なくとも前記第１の回転体と第２の回転体の圧接圧が高い第１の加圧モードと、前記第１の回転体と第２の回転体の圧接圧が低い第２の加圧モードの２つ以上の加圧モードを持ち、
前記加圧モードの選択状況に応じて、前記加熱手段への通電状態を参照して得られた装置の寿命予測を補正することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の定着装置。
前記第１の回転体は２つ以上の複数の周速を有し、それぞれの周速での回転数に応じて、前記加熱手段への通電状態を参照して得られた装置の寿命予測を補正することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の定着装置。
被加熱材に画像を形成する画像形成手段と、前記画像形成手段により被加熱材上に形成した画像を定着装置により熱圧定着して永久画像を得る画像形成装置であり、
前記定着装置として請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。