JP2019112204A - 画像形成装置、給紙ローラの寿命予測方法及び寿命予測プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】用紙を給紙するための給紙ローラの摩擦係数の変化量を経時的に観測して給紙ローラの寿命予測を行う場合に、摩擦係数値の下限値である閾値を高精度に算出することにより、給紙ローラの高精度の寿命予測を可能とする画像形成装置等を提供する。【解決手段】用紙に対する給紙ローラ１１３、１２３の押圧力を検出する手段３２と、給紙ローラの摩擦係数値を取得する手段１０１ａと、給紙ローラによる用紙搬送に最低限必要な最低搬送力の値を取得する手段１０１ａと、取得された最低搬送力の値と検出された押圧力とから、給紙ローラが寿命となる摩擦係数の閾値である寿命閾値を算出し、取得した給紙ローラの摩擦係数値の経時的な変化の状態と、算出された寿命閾値とから、給紙ローラの寿命を予測する。【選択図】図７

Description

この発明は、用紙を給紙するための給紙ローラの寿命を予測可能な画像形成装置、同装置で実行される給紙ローラの寿命予測方法及び寿命予測プログラムに関する。

一般に、画像形成装置には１段又は複数段の給紙カセットが備えられており、各給紙カセットに用紙がセットされている。この給紙カセットの近傍には、給紙カセットから用紙を給紙するための給紙ローラが設けられている。この給紙ローラは消耗品であり寿命が近付くと交換の必要があり、このため給紙ローラ交換寿命が定値で設定されている。

この給紙ローラ交換寿命を規定する際、給紙ローラの表面の劣化状態を精度良く検出できないため、耐久試験結果に応じマージンを持たせて寿命予測値を規定しているのが一般的である。つまり、給紙ローラの寿命予測にばらつきが大きいことを見込んで、給紙ローラの交換寿命予測値を規定している。

ユーザー毎の画像形成装置の使用状況は様々であるが、現状では、実力的にはまだ使用できるにも関わらず、ユーザーからのクレームを抑えるために給紙ローラは早期交換されており、交換コストが高くなってしまうという課題がある。このため、寿命の限界まで使用することにより交換時期を極力遅らせ、交換コストを低減したいという要求がある。

このような要求に応え、寿命の限界付近で給紙ローラを交換するためには、ユーザー毎の使用状況から給紙ローラの交換時期までを予測し、残りどの程度使用できるかをサービスマン等が把握する必要がある。つまり、ユーザーの使用状況に応じた給紙ローラ寿命予測値の予測が必要となる。

給紙ローラが劣化するとスリップによる紙詰まり（ジャム）の発生頻度が増加するが、これは給紙ローラの表面劣化による摩擦係数が低下することが原因である。

そこで、給紙ローラの摩耗の状態を摩擦係数値として検出し、検出した摩擦係数値が用紙搬送可能な下限値である閾値に達するまで使用するといった制御が提案されている。

なお、特許文献１には、電子写真式複写機等において、装置の使用経過と共に、記録材搬送給紙ローラの摩擦力低下等により搬送状態に遅れを生じたとき、給紙ローラ交換時期を早期に知って、装置の停止による最終的な生産性の低下を防止する技術が提案されている。

また特許文献２には、複数の給紙部において、給紙開始時点から、センサによって用紙の到達が検出されるまでの搬送時間を測定し、搬送時間が目標搬送時間よりも大きい場合に給紙部からの給紙に異常があると判定して、給紙ローラ及び搬送給紙ローラを劣化している給紙ローラ部材として特定する技術が開示されている。

また、特許文献３には、複数枚の用紙を収納する給紙カセットと、ピックアップ給紙ローラを有し、用紙を給紙カセットからピックアップ給紙ローラにより一枚毎送り出す給紙手段と、を備えた給紙装置において、給紙手段の用紙に対する押圧力を調整する押圧力調整手段と、ピックアップ給紙ローラおよび／または用紙の摩擦抵抗を計測する摩擦抵抗計測手段と、摩擦抵抗計測手段で計測した摩擦抵抗に基づいて押圧力調整手段の押圧力を決定する制御手段とを設け、制御手段は、入力された摩擦抵抗に基づいて押圧力調整手段を制御する技術が開示されている。

特開平１１−１００１４８号公報 特開２０１３−４９４９７号公報 特開２００６−２１９２６０号公報

しかしながら、ユーザーの使用状況以外にも、各画像形成装置毎の給紙ローラの用紙に対する押圧力のばらつきや、各給紙トレイ毎の用紙搬送負荷の違いによって、例えば押圧力が小さい場合は給紙ローラの摩耗が進んでいなくても用紙を搬送できるだけの搬送力を確保できなくなり、逆に押圧力が大きくかつ搬送負荷が小さい場合は給紙ローラの摩耗が進んでいてもまだ十分な搬送力を確保できる、といったように押圧力等の相違によって寿命判断する基準となる摩擦係数の閾値も変わってしまう。このため給紙ローラの高精度の寿命予測は困難であった。

また、上記の各特許文献に記載された技術は、給紙ローラの摩擦係数の変化量を経時的に観測して給紙ローラの劣化度合いを把握するものではなく、やはり高精度の寿命予測は困難であった。

この発明は、このような技術的背景に鑑みてなされたものであって、用紙を給紙するための給紙ローラの摩擦係数の変化量を経時的に観測して給紙ローラの寿命予測を行う場合に、摩擦係数値の下限値である閾値を高精度に算出することにより、給紙ローラの高精度の寿命予測を可能とする画像形成装置を提供し、さらには同装置で実行される給紙ローラの寿命予測方法及び寿命予測プログラムの提供を課題とする。

上記課題は、以下の手段によって解決される。
（１）用紙を給紙するための給紙ローラと、用紙に対する前記給紙ローラの押圧力を検出する押圧力検出手段と、前記給紙ローラの摩擦係数値を取得する摩擦係数取得手段と、前記給紙ローラによる用紙搬送に最低限必要な最低搬送力の値を取得する最低搬送力取得手段と、前記最低搬送力取得手段により取得された前記最低搬送力の値と、前記押圧力検出手段により検出された前記押圧力とから、前記給紙ローラが寿命となる摩擦係数の閾値である寿命閾値を算出する算出手段と、前記摩擦係数取得手段により取得した給紙ローラの摩擦係数値の経時的な変化の状態と、前記算出手段により算出された寿命閾値とから、前記給紙ローラの寿命を予測する予測手段と、を備えたことを特徴とする画像形成装置。
（２）前記最低搬送力の値は予め記憶手段に記憶されており、前記最低搬送力取得手段は前記記憶手段から前記最低搬送力の値を呼び出して取得する前項１に記載の画像形成装置。
（３）給紙ローラは複数個備えられており、前記最低搬送力の値は、各給紙ローラ毎に前記記憶手段に記憶されている前項２に記載の画像形成装置。
（４）前記最低搬送力の値は、用紙の紙種毎に前記記憶手段に記憶されている前項２または３に記載の画像形成装置。
（５）用紙に対する前記給紙ローラの押圧力を可変設定可能な押圧力可変手段を備え、前記最低搬送力取得手段は、前記押圧力可変手段により、前記給紙ローラから用紙を搬送可能な最小限の押圧力が付与された状態での搬送力を最低搬送力の値として取得し、前記算出手段は、前記最低搬送力取得手段により取得された前記最低搬送力の値と、前記押圧力検出手段により検出された、前記押圧力可変手段が付与可能な最大の押圧力とから、前記寿命閾値を算出する前項１に記載の画像形成装置。
（６）前記給紙ローラはセンサレスベクトル制御モータによって駆動され、前記最低搬送力取得手段は、前記押圧力可変手段が押圧力を最小値から徐々に増大させたとき、前記センサレスベクトル制御モータのトルクが急激に変化したタイミングでの搬送力の値を前記最低搬送力の値とし、前記搬送力は前記センサレスベクトル制御モータの電流平均値を基に算出される前項５に記載の画像形成装置。
（７）摩擦係数取得手段は、所定の給紙枚数毎に前記給紙ローラの摩擦係数値を取得し、取得した摩擦係数値の変化量が所定値以上になった場合に前記押圧力を可変設定し、前記算出手段は、初期の摩擦係数値からの累積変化量が所定値以上になったときに、前記寿命閾値の算出をやり直す前項５または６に記載の画像形成装置。
（８）前記押圧力検出手段により検出された前記押圧力の履歴を記憶する記憶手段を備え、前記算出手段は、前記記憶手段に記憶されている押圧力の履歴から前記押圧力の変化の傾向に対し急激な変化が現れたと判定した場合は、前記寿命閾値の算出は行わない前項５〜７の何れかに記載の画像形成装置。
（９）用紙の紙種が変更された場合、前記算出手段は、所定枚数以上同一紙種の用紙が給紙されたときに前記寿命閾値を算出する前項１〜８の何れかに記載の画像形成装置。
（１０）用紙を給紙するための給紙ローラと、用紙に対する前記給紙ローラの押圧力を検出する押圧力検出手段と、を備えた画像形成装置が、前記給紙ローラの摩擦係数値を取得する摩擦係数取得ステップと、前記給紙ローラによる用紙搬送に最低限必要な最低搬送力の値を取得する最低搬送力取得ステップと、前記最低搬送力取得ステップにより取得された前記最低搬送力の値と、前記押圧力検出ステップにより検出された前記押圧力とから、前記給紙ローラが寿命となる摩擦係数の閾値である寿命閾値を算出する算出ステップと、前記摩擦係数取得ステップにより取得した給紙ローラの摩擦係数値の経時的な変化の状態と、前記算出ステップにより算出された寿命閾値とから、前記給紙ローラの寿命を予測する予測ステップと、を実行することを特徴とする画像形成装置における給紙ローラの寿命予測方法。
（１１）用紙を給紙するための給紙ローラと、用紙に対する前記給紙ローラの押圧力を検出する押圧力検出手段と、を備えた画像形成装置のコンピュータに、前記給紙ローラの摩擦係数値を取得する摩擦係数取得ステップと、前記給紙ローラによる用紙搬送に最低限必要な最低搬送力の値を取得する最低搬送力取得ステップと、前記最低搬送力取得ステップにより取得された前記最低搬送力の値と、前記押圧力検出ステップにより検出された前記押圧力とから、前記給紙ローラが寿命となる摩擦係数の閾値である寿命閾値を算出する算出ステップと、前記摩擦係数取得ステップにより取得した給紙ローラの摩擦係数値の経時的な変化の状態と、前記算出ステップにより算出された寿命閾値とから、前記給紙ローラの寿命を予測する予測ステップと、を実行させるための給紙ローラの寿命予測プログラム。

前項（１）に記載の発明によれば、給紙ローラの摩擦係数値の経時的な変化の状態と、給紙ローラが寿命となる摩擦係数の閾値である寿命閾値とから、給紙ローラの寿命が予測されるが、寿命閾値は、給紙ローラによる用紙搬送に最低限必要な最低搬送力の値と、押圧力検出手段により検出される用紙に対する給紙ローラの押圧力とから算出されるから、押圧力の相違によって寿命閾値が変わるのを防止でき、給紙ローラの高精度の寿命予測が可能となる。

前項（２）に記載の発明によれば、最低搬送力の値は予め記憶手段に記憶されており、この記憶手段から容易に最低搬送力の値を取得することができる。

前項（３）に記載の発明によれば、最低搬送力の値は複数個の各給紙ローラ毎に記憶手段に記憶されているから、各給紙ローラに応じた最適な最低搬送力の値を容易に取得することができる。

前項（４）に記載の発明によれば、最低搬送力の値は用紙の紙種毎に記憶手段に記憶されているから、用紙の紙種に応じた最適な最低搬送力の値を容易に取得することができる。

前項（５）に記載の発明によれば、用紙に対する給紙ローラの押圧力を可変設定可能な押圧力可変手段が備えられ、押圧力可変手段により給紙ローラから用紙を搬送可能な最小限の押圧力が付与された状態での搬送力が最低搬送力の値として取得され、この取得された最低搬送力の値と、押圧力可変手段が付与可能な最大の押圧力とから、寿命閾値が算出されるから、さらに高精度の摩擦係数の寿命閾値を算出することができ、給紙ローラのさらに高精度の寿命予測が可能となる。

前項（６）に記載の発明によれば、押圧力可変手段が押圧力を最小値から徐々に増大させたとき、センサレスベクトル制御モータのトルクが急激に変化したタイミングでの搬送力の値が最低搬送力の値とされ、この搬送力はセンサレスベクトル制御モータの電流平均値を基に算出されるから、最低搬送力の値を的確に精度良く算出することができる。

前項（７）に記載の発明によれば、所定の給紙枚数毎に取得された給紙ローラの摩擦係数値の変化量が所定値以上になった場合に押圧力が可変設定され、初期の摩擦係数値からの累積変化量が所定値以上になったときに、寿命閾値の算出がやり直されるから、摩擦係数の変化量が安定した状態で精度の高い寿命閾値を算出することができる。

前項（８）に記載の発明によれば、記憶手段に記憶されている押圧力の履歴から押圧力の変化の傾向に対し急激な変化が現れたと判定された場合は、寿命閾値の算出は行われないから、例えば用紙の紙種が変更されたために用紙に対する給紙ローラの押圧力が急激に変化したような場合は、寿命閾値の算出は行われず、これによって精度の低い寿命閾値が算出されるのを防止できる。

前項（９）に記載の発明によれば、用紙の紙種が変更された場合、所定枚数以上同一紙種の用紙が給紙されたときに寿命閾値が算出されるから、紙種変更後の押圧力が安定した状態で精度の高い寿命閾値を算出することができる。

前項（１０）に記載の発明によれば、押圧力の相違によって寿命閾値が変わるのを防止でき、給紙ローラの高精度の寿命予測が可能となる。

前項（１１）に記載の発明によれば、用紙を給紙するための給紙ローラを備えた画像形成装置のコンピュータに、給紙ローラの摩擦係数値を取得し、用紙に対する給紙ローラの押圧力を検出し、給紙ローラによる用紙搬送に最低限必要な最低搬送力の値を取得し、取得した前記最低搬送力の値と検出された押圧力とから、給紙ローラが寿命となる摩擦係数の閾値である寿命閾値を算出し、給紙ローラの摩擦係数値の経時的な変化の状態と算出された寿命閾値とから、給紙ローラの寿命を予測する処理を実行させることができる。

この発明の一実施形態に係る画像形成装置の全体図である。 給紙部の構成を示すブロック図である。 給紙ローラによる一般的な用紙給紙搬送の構成を示す図である。 給紙ローラの摩擦係数と寿命予測の概念図を示すグラフである。 給紙ローラの寿命閾値として予め設定された設計値を用いた場合に発生する課題を説明するための図である。 給紙ローラによる押圧力を測定可能な構成を示す図である。 給紙ローラによる押圧力を測定する場合の給紙ローラの摩耗と寿命予測の関係を示すグラフである。 給紙ローラの寿命予測方法を実施する場合の画像形成装置の動作を示すフローチャートである。 給紙ローラによる押圧力を一定値に固定した場合の構成における寿命閾値の決定処理を示すフローチャートである。 給紙ローラによる押圧力を可変にした構成での給紙ローラ摩耗と寿命予測の関係を示すグラフである。 給紙ローラによる押圧力を可変にした構成における寿命閾値の決定処理を示すフローチャートである。

以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１はこの発明の一実施形態に係る画像形成装置１０の全体図である。画像形成装置１０は、装置本体１０Ａの下部に給紙部２００が、中央部にカラー画像形成部２０が、上部に排紙部６００がそれぞれ配されて構成されている。給紙部２００から排紙部６００に渡っては給紙部２００から給紙ローラ１１３（１２３）を介して繰り出されたシート（用紙）Ｓを上方へ搬送するシート搬送路２０６が設けられている。

カラー画像形成部２０は、装置本体１０Ａの上下方向の略中央に配置された駆動給紙ローラ５１及び従動給紙ローラ５０と、これら駆動および従動給紙ローラ５１，５０間に水平に掛設されて矢印方向へ走行する中間転写ベルト６０と、この走行方向に沿って配置されたイエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ），ブラック（Ｋ）の各色の作像ユニット６２Ｙ，６２Ｍ，６２Ｃ，６２Ｋとを備えている。

各作像ユニット６２Ｙ，６２Ｍ，６２Ｃ，６２Ｋで作成されたトナー画像を重ね合わせて転写ベルト６０に転写し、シート搬送路２０６を搬送されてくるシート（用紙）Ｓに対して転写ベルト６０の搬送端（図中右端）で２次転写を行い、シートＳを定着部３００に送給してトナー画像の定着を行うようになっている。

各作像ユニット６２Ｙ，６２Ｍ，６２Ｃ，６２Ｋは、静電複写方式により作像するもので、それらの周囲に配設された帯電器と、現像器６１Ｙ，６１Ｍ，６１Ｃ，６１Ｋと、感光体ドラム６３Ｙ，６３Ｍ，６３Ｃ，６３Ｋと、転写器等とを備えている。また、４個のレーザーダイオード、ポリゴンミラー、および走査レンズ等を有するプリントヘッド４１ならびに４つの反射ミラー４２等を備えた露光部４０の各レーザーダイオードにより、帯電器により帯電された各感光体ドラム６３Ｙ，６３Ｍ，６３Ｃ，６３Ｋの表面が露光され、該表面に静電潜像が形成されるようになっている。

また、各作像ユニット６２Ｙ，６２Ｍ，６２Ｃ，６２Ｋの現像器６１Ｙ，６１Ｍ，６１Ｃ，６１Ｋにトナーを補給する補給機構として、トナーカートリッジ７０Ｙ，７０Ｍ，７０Ｃ，７０Ｋおよびサブホッパ８０Ｙ，８０Ｍ，８０Ｃ，８０Ｋが前記作像ユニット６２Ｙ，６２Ｍ，６２Ｃ，６２Ｋの上方位置に配置されている。

給紙部２００は、この実施形態では図２に示すように、１段目の給紙カセット１１０と２段目の給紙カセット１２０という上下２段の給紙カセットを備えている。また、各給紙カセット１１０、１２０には、それぞれ、用紙を給紙するための給紙ローラ１１３、１２３と、給紙ローラ１１３、１２３を回転駆動させるためのモータ１１１、１２１と、モータ１１１、１２１の駆動を給紙ローラ１１３、１２３に伝達するため駆動伝達手段（ギアやプーリ等）１１２、１２２等の構成部品が備えられており、これらを制御するためにモータ制御部１００が備えられている。なお、この実施形態では、モータ１１１、１２１としてセンサレスベクトル制御方式の３相ブラシレスモータが用いられている。

なお、この実施形態では、給紙ローラにはピックアップローラ、分離ローラ等、用紙を給紙搬送できる各種のローラが含まれる。

給紙カセット１１０、１２０は複数段（この実施形態では２段）であり、それぞれ同種の部品で構成されるが、モータ制御部１００は１つである。

モータ制御部１００は、上位制御部（図示せず）から駆動命令や目標回転速度を受け取る。また、モータ制御部１００内には、各段の給紙カセット１１０、１２０における各モータ１１１、１２１に対応して、それぞれ２つの駆動素子制御部１０２、１０５、２つの３相インバータ回路部１０３、１０６、２つの電流検出部１０４、１０７、記憶部１０８等が設けられている。また、回転速度制御部１０１は、モータ制御部１００、給紙カセット１１０及び１２０の全体を制御するＣＰＵ１０１ａと、ＣＰＵ１０１ａの動作プログラム等を格納するＲＯＭ１０１ｂと、ＣＰＵ１０１が動作プログラムに従って動作する際の作業領域を提供するＲＡＭ１０１ｃを備えている。この実施形態では、モータ制御部１０１は機能的に、給紙ローラ１１３、１２３の回転距離の累積値を取得する累積値取得手段、給紙ローラ１１３、１２３の摩擦係数値を取得する摩擦係数取得手段、給紙ローラ１１３、１２３の寿命閾値を算出する算出手段、給紙ローラの回転距離の累積値を給紙ローラ寿命予測値として予測する予測手段等として機能する。

駆動命令や目標回転速度を受け取った回転速度制御部１０１は、目標回転速度と、ブラシレスモータの電流や電圧から推定された位置を受け取ってＰＷＭ信号のデューティ比（PWM Duty）を決定する。モータ制御部１００内の駆動素子制御部１０２、１０５はそのPWM Dutyと、電流から推定された磁極位置をもとに、ＰＷＭ信号を駆動素子である３相インバータ回路部１０３、１０６に出力して、ブラシレスモータ１１１、１１２を駆動させる。３相インバータ回路部１０３、１０６では、ＵＶＷの３相ブラシレスモータ１１１、１１２を駆動させる電圧信号を形成する。

電流検出部１０４、１０７は、センサレスベクトル制御方式における電流検出のうち、２シャント方式と呼ばれる方式で電流検出を行う。２シャント方式では、３相のうちＵ相とＶ相の電流を検出して、Ｗ相は計算で求めることが知られている(Ｕ相電流＋Ｖ相電流＋Ｗ相電流＝０)。電流は、微少な値（１／１０Ωオーダー）の抵抗を用い、電流が流れたときに生じる起電圧を駆動素子制御部１０２、１０５内のアンプで増幅し、Ａ／Ｄ変換で取り込むことで検出が可能である。

検出された電流を用いて用紙搬送力Ｆと摩擦係数μを検出可能である。この理由は下式からわかる。即ち、一般的に、
トルク（Ｔ）＝μ×Ｎ×Ｒ （Ｎ：荷重、μ：摩擦係数、Ｒ：給紙ローラ半径）・・・式（１）
で示される。
また、用紙搬送力Ｆは
Ｆ＝μ×Ｎ・・・式（２）
で示される。これらの式（１）（２）より
Ｆ＝Ｔ÷Ｒ・・・式（３）
で示される。

さらに、モータ電流との関係では、
Ｔ＝Ｉ×α（Ｉ：モータ電流、α：相関係数）・・・式（４）
でも示させる。これらの式（１）、式（４）より、
μ×Ｎ×Ｒ＝Ｉ×α⇒μ＝（Ｉ×α）÷（Ｎ×Ｒ）・・・式（５）
と展開可能である。つまり、式（３）より、センサレスベクトル制御で動作させるモータの電流値ＩからトルクＴを算出することで、用紙搬送力Ｆを検出することが可能である。さらに、式（５）より、モータ１１１、１２１に連結された給紙ローラ１１３、１２３の摩擦係数も検出可能であることがわかる。また電流検出においては、微少抵抗を用いることで高精度の検出が可能であるため、用紙搬送力及び摩擦係数も高精度で検出することができる。

図３は、給紙ローラ１１３による一般的な用紙給紙搬送の構成を示す図である。なお、以下の説明では給紙ローラ１１３を代表して示すが、給紙ローラ１２３やその他の給紙ローラについても同様である。

用紙Ｓを搬送するために必要な搬送力Ｆは、給紙ローラＲ１の用紙Ｓに対する押圧力（荷重）Ｎと、給紙ローラ１１３と用紙Ｓの間の摩擦係数μより、前述の通りＦ＝μＮで示される。

図４は給紙ローラ１１３の摩擦係数と寿命予測の概念図を示すグラフであり、給紙ローラ１１３の摩擦係数と給紙ローラ１１３の回転距離の累積値の長時間にわたる関係を示す図である。なお、以下の説明では、給紙ローラの回転距離の累積値を累積給紙ローラ回転距離ともいう。図４を参照して、給紙ローラ１１３の摩擦係数の変動推移から給紙ローラ寿命予測値を予測する方法の一例を説明する。

まず、摩擦係数の観測点が２点以上となるように、複数の異なる累積給紙ローラ回転距離における摩擦係数値を取得（算出）し、取得した摩擦係数、累積給紙ローラ回転距離の変動推移から、今後推移するであろう摩擦係数の予測直線Ａ１を作成する。

そして、予測直線Ａ１が寿命閾値μth1を下回ったときの累積給紙ローラ回転距離を給紙ローラ寿命予測値として算出する。なお、寿命閾値とは給紙ローラ１１３が寿命となる摩擦係数の閾値である。従って、測定に基づく累積給紙ローラ回転距離が給紙ローラ寿命予測値としての累積給紙ローラ回転距離に近付くか達するかあるいは下回ると、給紙ローラ１１３が寿命に達したと判断され、給紙ローラ１１３が交換されることになる。このような制御により、給紙ローラ１１３の寿命予測値を予測することが可能である。

なお、この実施形態では、給紙ローラ回転距離を通紙時間×給紙ローラ速度で算出取得しており、これは先に示したモータ１１１（給紙ローラ１２３の場合はモータ１２１）の電流検出をすることで可能となるが、給紙ローラ回転距離の取得はこれに限定されることはない。

ところで、給紙ローラ１１３の寿命閾値μth1として予め設定された設計値を用いると、次のような課題が発生する。これを図５を参照して説明する。

即ち、摩擦係数の変化の傾向から予測直線Ａ１を算出し、予め設定された寿命閾値μth1との比較から寿命予測値の予測を行っていたが、給紙ローラ１１３、１２３の用紙Ｓに対する押圧力の設計ばらつき（例えば±１０％）等の影響により、摩擦係数が同じでも押圧力が設計値よりも小さいと用紙搬送ができなくなる。具体的には、図５に示すように、押圧力が１０％小さい場合の予測直線をＡ２とすると、設計値である寿命閾値μth1に対する寿命予測値と、押圧力が１０％小さい場合の本来の寿命閾値μth2に対する寿命予測値との間に差△LA2が発生し、寿命閾値μth1と考えていた摩擦係数でも最低限必要な搬送力を出せなくなるため、寿命と判断する前に給紙搬送ができなくなってしまう。

逆に押圧力が設計値よりも大きいと、まだ用紙搬送できるのに寿命と判断してしまう。具体的には、図５に示すように、押圧力が１０％大きい場合の予測直線をＡ３とすると、設計値である寿命閾値μth1に対する寿命予測値と、押圧力が１０％大きい場合の本来の寿命閾値μth3に対する寿命予測値との間に差△LA3が発生し、寿命閾値μth1と考えていた摩擦係数よりも小さな摩擦係数でも最低限必要な搬送力を保つことができるため、まだ使用できるのに寿命と判断されてしまう。

このように、押圧力のばらつきによって、寿命予測の精度が悪くなるといった課題が生じる。また、押圧力以外にも、各給紙トレイ毎の形状の違いにより搬送系の負荷が変わることで、用紙搬送に必要な最低の搬送力が異なったり、紙種などによっても摩擦係数の寿命閾値が変化することから、寿命予測の精度悪化につながる。

そこでこの実施形態では、図６に示すように、給紙ローラ１１３をコイルバネ３１を介して加圧することにより、用紙Ｓに対する押圧力を付与すると共に、コイルバネ３１における給紙ローラ１１３と反対側の端部に圧力検知センサ３２を配置し、この圧力検知センサ３２により、コイルバネ３１の反発力を測定することで給紙ローラ１１３による押圧力を検出することができるように構成されている。なお、給紙ローラ１１３による押圧力を測定可能な構成は図６に示した構成に限定されるものではない。

このような構成により、給紙ローラ１１３による押圧力を精度良く測定することができ、また搬送力Ｆは前述したように、給紙ローラ１１３を駆動するモータ１１１の電流値から算出することができる。

また、この実施形態では、コイルバネ３１への加圧力ひいては給紙ローラ３１への加圧力を可変可能に設定できるようになっており、従って給紙ローラ３１による用紙への押圧力を可変設定可能に構成されている。

図７は、図６に示したような給紙ローラ１１３による押圧力を測定する場合の給紙ローラ１１３の摩耗と寿命予測の関係を示すグラフである。図７に示す例では、押圧力は一定値に設定されているものとする。

まず、給紙ローラ１１３における寿命の定義について考えると、給紙ローラ１１３の寿命は用紙搬送に必要な搬送力を保てなくなった時である。この時の搬送力を最低搬送力Ｆminとする。この最低搬送力としてこの実施形態では、耐久試験などで予め設定された値や、工場生産時に取得した値をＲＯＭ１０１ｂあるいは記憶部１０８等に記憶して用いる。図７の例では最低搬送力Ｆmin＝６．５［Ｎ］とする。最低搬送力Ｆminの値は、給紙ローラ１１３、１２３毎に、あるいは用紙の紙種毎に設定され記憶されており、対応する給紙ローラや紙種に対応する最低搬送力Ｆminを呼び出して使用する。一方、用紙Ｓに対する給紙ローラ１１３による押圧力は設計上一定であるが、そもそも設計公差が±１０％と大きいため、この誤差を無くすため、圧力検知センサ３２で検出した押圧力を用いる。図７の例では押圧力Ｎ＝２．５［Ｎ］とする。

よって、給紙給紙ローラの摩擦係数がどこまで低下したら寿命になるかといった寿命閾値μth0は以下の式で示される。
寿命閾値μth0＝最低搬送力Ｆmin÷押圧力Ｎ（図７の例では、μth0＝６．５÷２．５＝２．６となる）
このように算出した寿命閾値μth0を用い、摩擦係数の変化の傾向を示す予測直線Ａ４と寿命閾値μth0から寿命予測値を求める。なお、図７では横軸は用紙搬送枚数を採っているが、累積給紙ローラ回転距離と同義である。

なお、例えば用紙の紙種を変更したような場合、初期の段階では図７のグラフで示すように摩擦係数の変化量が大きい。このため、所定枚数以上同一紙種の用紙が給紙されて摩擦係数の変化量が安定した領域で、寿命閾値μth0を算出するのが望ましい。

図８は、給紙ローラ１１３、１２３の寿命予測方法を実施する場合の画像形成装置１０の動作を示すフローチャートである。このフローチャート及び図９以降のフローチャートに示される動作は、モータ制御部１００の回転速度制御部１０１におけるＣＰＵ１００ａがＲＯＭ１０１ｂ等に格納された動作プログラムに従って動作することにより実行される。

ステップＳ０１において摩擦係数値（μ1）を計測（取得）し、ステップＳ０２で給紙ローラ回転距離（Ｌ1）を通紙時間×給紙ローラ速度により計測（取得）し、ステップＳ０３で、計測した摩擦係数値（μ1）と給紙ローラ回転距離（Ｌ1）と紙種を記録する。ステップＳ０１〜ステップＳ０３が初回データ取得制御処理である。

次に、ステップＳ０４で、摩擦係数値（μn）を計測（取得）し、ステップＳ０５で給紙ローラ回転距離（Ｌn）を計測（取得）し、ステップＳ０６で累積給紙ローラ回転距離をＬn＝Ｌn＋Ｌn-1から算出したのち、ステップＳ０７で、計測した摩擦係数値（μn）と給紙ローラ回転距離（Ｌn）と紙種を記録する。

次いで、ステップＳ０８で、前回の累積給紙ローラ回転距離と摩擦係数の測定値（Ｌn-1、μn-1）と、今回の累積給紙ローラ回転距離と摩擦係数の測定値（Ｌn、μn）から、給紙ローラ寿命値の予測直線を作成する。予測直線の式はμ＝ａ×Ｌ＋ｂ（ａ、ｂは定数）である。なおステップＳ０４〜ステップＳ０８が寿命予測制御（丸数字１）処理である。

次いで、寿命予測制御（丸数字２）処理として、ステップＳ０９で、予測直線と摩擦係数の寿命閾値と交点から、累積給紙ローラ回転距離を給紙ローラ寿命値として算出する。

給紙ローラ寿命値の算出後は、ステップＳ０４に戻り、ステップＳ０４〜ステップＳ０９の処理を繰り返すが、定期的に繰り返しても良いし、寿命値に近くなるほど繰り返しの回数を増加させても良い。

このようにこの実施形態では、モータ１１１、１２１によって回転駆動される給紙ローラ１１３、１２３の累積給紙ローラ回転距離に対する複数点の摩擦係数値に基づいて予測直線を作成し、摩擦係数の寿命閾値を下回る累積給紙ローラ回転距離を給紙ローラ寿命値として予測する。つまり、累積給紙ローラ回転距離と給紙ローラ１１３、１２３の摩擦係数の変化量を経時的に観測することにより、累積給紙ローラ回転距離に対して複数点の摩擦係数値を取得し、取得された複数点の摩擦係数値に基づいて給紙ローラ寿命値を予測するから、高精度の給紙ローラ寿命値の予測が可能となる。

しかも、寿命閾値は、給紙ローラ１１３による用紙搬送に最低限必要な最低搬送力の値と、圧力セン圧力検知センサ３２により検出される用紙に対する給紙ローラ１１３の押圧力とから算出されるから、押圧力の相違によって寿命閾値が変わるのを防止でき、給紙ローラ１１３の高精度の寿命予測が可能となる。

図９は、給紙ローラ１１３による押圧力を一定値に固定した場合の構成における寿命閾値の決定処理を示すフローチャートである。

寿命閾値の決定に対しては、ステップＳ１１で圧力検知センサ３２により押圧力Ｎを検出（計測）し、ステップＳ１２で最低搬送力Ｆminのデータを記憶部から読み出し、ステップＳ１３で摩擦係数の寿命閾値μth0を算出し、その結果を図８のフローチャートで示した寿命閾値として寿命予測に使うことで、画像形成装置毎、給紙トレイ毎に正確な給紙ローラ１１３の寿命予測が可能となる。

次に、この発明の他の実施形態を説明する。この実施形態では、図６で説明したようにコイルバネ３１により用紙に対する給紙ローラ１１３の押圧力を可変可能な構成にした場合の寿命閾値の決定方法を示すものである。

図１０は、押圧力可変の構成での給紙ローラ摩耗と寿命予測の関係を示すグラフである。前述のとおり、給紙ローラ１１３の寿命は用紙搬送に必要な搬送力を保てなくなった時である。この最低搬送力は、押圧力可変の構成においては、実際に各機種、各トレイ毎に実際に測定して求めることができる。この測定方法については後述する。図１０の例では最低搬送力Ｆmin＝６．５［Ｎ］とする。

一方、給紙ローラ１１３による押圧力が可変可能な構成の場合、機械構成上、最大押圧力を加えても給紙ローラ１１３の摩耗により最低搬送力を確保できなくなる時が給紙ローラ１１３の寿命と判断できる。この最大押圧力を加えた状態で圧力検知センサ３２で検出した値が最大押圧力Ｎmaxである。図１０の例では最大押圧力Ｎmax＝２．５［Ｎ］とする。

よって、給紙ローラ１１３の摩擦係数がどこまで低下したら寿命になるかといった寿命閾値μth0は以下の式で示される。

寿命閾値μth0＝最低搬送力Ｆmin÷最大押圧力Ｎmax（図１０の例では、μth0＝６．５÷２．５＝２．６）
このように算出した寿命閾値μth0を用い、摩擦係数の変化の傾向から寿命予測値を求める。

図１１は、給紙ローラによる押圧力を可変にした構成における寿命閾値μth0の決定処理を示すフローチャートである。

寿命閾値μth0の決定に対しては、まずステップＳ２１で各給紙トレイ１１０、１２０で最大付加できる押圧力を設定し、その最大押圧力Ｎmaxを実測する。

次に、ステップＳ２２で押圧力を最小値に設定後、ステップＳ２３で給紙をスタートさせ、ステップＳ２５で用紙搬送したかどうかを判断する。用紙搬送したかどうかは、給紙センサ（図示せず）で検出しても良いし、センサレスベクトル制御モータ１１１のトルクが急激に変化したタイミングを検出して用紙搬送が行われたと判断しても良い。

用紙搬送していなければ（ステップＳ２５でＮＯ）、ステップＳ２４で押圧力を１段階アップしたのちステップＳ２３にもどる。つまり、用紙搬送するまで押圧力を一段階ずつ上昇させていき、用紙搬送を検出したら（ステップＳ２５でＹＥＳ）、ステップＳ２６で、その時の搬送力を最低搬送力Ｆminとして記録する。そしてステップＳ２７で、摩擦係数の寿命閾値μth0をμth0＝Ｆmin÷Ｎmaxより算出決定して、処理を終了する。

なお、給紙ローラによる押圧力を可変にした構成では、通常の動作時には、所定の給紙枚数毎に摩擦係数値を取得するとともに、摩擦係数値の変化量が所定値以上になった場合に、押圧力を増加させていくのが良い。また、初期の摩擦係数値からの累積変化量が所定値以上になったときに、摩擦係数の寿命閾値μth0を再度算出し直すのが、摩擦係数の変化が安定している状態でより精度の高い寿命閾値μth0を算出できる点で望ましい。

また、押圧力検出センサ３２で検出した押圧力の検出履歴を記憶部１０８に記憶しておき、記憶されている押圧力の履歴から押圧力の変化の傾向に対し急激な変化が現れたと判定した場合は、寿命閾値μth0の算出は行わないのが良い。例えば、例えば用紙の紙種が変更されたために用紙に対する給紙ローラ１１３の押圧力が急激に変化したような場合のような不安定な状態を避けることで、寿命閾値μth0の精度低下を防止できる。

１０ 画像形成装置
３１ コイルバネ
３２ 圧力検出センサ
１００ モータ制御部
１０１ 回転速度制御部
１０１ａ ＣＰＵ
１０１ｂ ＲＯＭ
１０１ｃ ＲＡＭ
１０２、１０５ 振動素子制御部
１０３、１０６ ３相インバータ回路部
１０４、１０７ 電流検出部
１０８ 記憶部
１１０、１２０ 給紙カセット
１１１、１２１ モータ
１１２、１２２ 駆動伝達手段
１１３、１２３ 給紙ローラ
Ｓ 用紙

Claims (11)

1. 用紙を給紙するための給紙ローラと、
   用紙に対する前記給紙ローラの押圧力を検出する押圧力検出手段と、
   前記給紙ローラの摩擦係数値を取得する摩擦係数取得手段と、
   前記給紙ローラによる用紙搬送に最低限必要な最低搬送力の値を取得する最低搬送力取得手段と、
   前記最低搬送力取得手段により取得された前記最低搬送力の値と、前記押圧力検出手段により検出された前記押圧力とから、前記給紙ローラが寿命となる摩擦係数の閾値である寿命閾値を算出する算出手段と、
   前記摩擦係数取得手段により取得した給紙ローラの摩擦係数値の経時的な変化の状態と、前記算出手段により算出された寿命閾値とから、前記給紙ローラの寿命を予測する予測手段と、
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記最低搬送力の値は予め記憶手段に記憶されており、
   前記最低搬送力取得手段は前記記憶手段から前記最低搬送力の値を呼び出して取得する請求項１に記載の画像形成装置。
3. 給紙ローラは複数個備えられており、
   前記最低搬送力の値は、各給紙ローラ毎に前記記憶手段に記憶されている請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記最低搬送力の値は、用紙の紙種毎に前記記憶手段に記憶されている請求項２または３に記載の画像形成装置。
5. 用紙に対する前記給紙ローラの押圧力を可変設定可能な押圧力可変手段を備え、
   前記最低搬送力取得手段は、前記押圧力可変手段により、前記給紙ローラから用紙を搬送可能な最小限の押圧力が付与された状態での搬送力を最低搬送力の値として取得し、
   前記算出手段は、前記最低搬送力取得手段により取得された前記最低搬送力の値と、前記押圧力検出手段により検出された、前記押圧力可変手段が付与可能な最大の押圧力とから、前記寿命閾値を算出する請求項１に記載の画像形成装置。
6. 前記給紙ローラはセンサレスベクトル制御モータによって駆動され、
   前記最低搬送力取得手段は、前記押圧力可変手段が押圧力を最小値から徐々に増大させたとき、前記センサレスベクトル制御モータのトルクが急激に変化したタイミングでの搬送力の値を前記最低搬送力の値とし、前記搬送力は前記センサレスベクトル制御モータの電流平均値を基に算出される請求項５に記載の画像形成装置。
7. 摩擦係数取得手段は、所定の給紙枚数毎に前記給紙ローラの摩擦係数値を取得し、取得した摩擦係数値の変化量が所定値以上になった場合に前記押圧力を可変設定し、
   前記算出手段は、初期の摩擦係数値からの累積変化量が所定値以上になったときに、前記寿命閾値の算出をやり直す請求項５または６に記載の画像形成装置。
8. 前記押圧力検出手段により検出された前記押圧力の履歴を記憶する記憶手段を備え、
   前記算出手段は、前記記憶手段に記憶されている押圧力の履歴から前記押圧力の変化の傾向に対し急激な変化が現れたと判定した場合は、前記寿命閾値の算出は行わない請求項５〜７の何れかに記載の画像形成装置。
9. 用紙の紙種が変更された場合、前記算出手段は、所定枚数以上同一紙種の用紙が給紙されたときに前記寿命閾値を算出する請求項１〜８の何れかに記載の画像形成装置。
10. 用紙を給紙するための給紙ローラと、用紙に対する前記給紙ローラの押圧力を検出する押圧力検出手段と、を備えた画像形成装置が、
    前記給紙ローラの摩擦係数値を取得する摩擦係数取得ステップと、
    前記給紙ローラによる用紙搬送に最低限必要な最低搬送力の値を取得する最低搬送力取得ステップと、
    前記最低搬送力取得ステップにより取得された前記最低搬送力の値と、前記押圧力検出ステップにより検出された前記押圧力とから、前記給紙ローラが寿命となる摩擦係数の閾値である寿命閾値を算出する算出ステップと、
    前記摩擦係数取得ステップにより取得した給紙ローラの摩擦係数値の経時的な変化の状態と、前記算出ステップにより算出された寿命閾値とから、前記給紙ローラの寿命を予測する予測ステップと、
    を実行することを特徴とする画像形成装置における給紙ローラの寿命予測方法。
11. 用紙を給紙するための給紙ローラと、用紙に対する前記給紙ローラの押圧力を検出する押圧力検出手段と、を備えた画像形成装置のコンピュータに、
    前記給紙ローラの摩擦係数値を取得する摩擦係数取得ステップと、
    前記給紙ローラによる用紙搬送に最低限必要な最低搬送力の値を取得する最低搬送力取得ステップと、
    前記最低搬送力取得ステップにより取得された前記最低搬送力の値と、前記押圧力検出ステップにより検出された前記押圧力とから、前記給紙ローラが寿命となる摩擦係数の閾値である寿命閾値を算出する算出ステップと、
    前記摩擦係数取得ステップにより取得した給紙ローラの摩擦係数値の経時的な変化の状態と、前記算出ステップにより算出された寿命閾値とから、前記給紙ローラの寿命を予測する予測ステップと、
    を実行させるための給紙ローラの寿命予測プログラム。

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