JP4734000B2

JP4734000B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP4734000B2
Application number: JP2005065149A
Authority: JP
Inventors: 和俊大朏
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2005-03-09
Filing date: 2005-03-09
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2025-03-09
Also published as: JP2006251128A

Description

本発明は、電子写真方式を用いるプリンタ、ファックス、複写機等の画像形成装置に関する。

電子写真方式を用いた画像形成装置では、転写紙上に形成されたトナー画像を定着装置にて定着させている。一般に定着装置では、熱源を有する定着ローラ又は定着ベルトとこれに圧接している加圧ローラとの間に、未定着トナー画像を担持した転写紙を通過させることでトナー画像を定着させている。このとき、転写紙上の未定着トナー画像の全てが転写紙上に転写されればよいが、実際にはトナーの一部が定着ローラ又は定着ベルトに付着して残る、いわゆるオフセットが発生する。オフセットには、トナーが溶けきれずに残るコールドオフセットや、溶け過ぎて残るホットオフセット、静電気作用で残る静電オフセット等、様々な原因によるものがある。いずれの場合でもオフセットしたトナーが使用条件によっては定着ローラ又は定着ベルト上に経時に蓄積して固着し、定着ローラ又は定着ベルト表面のトナー離型性が低下する。そのために、転写紙上から定着ローラ又は定着ベルト側に付着したトナーが、定着ローラ又は定着ベルトが１周した際に、再度転写紙側へ付着して画像品質が劣化する虞がある。

そこで、例えば、特許文献１では、像担持体上のトナー像の反射濃度と転写枚数とに応じて定着ローラの交換時期を予測する画像形成装置が提案されている。また、特許文献２では、定着ローラの表面状態を定着ローラ近傍に設けられた光センサで直接検知し、定着ローラの交換時期を予測する画像形成装置が提案されている。

特開平１１−３０５６１１号公報特開平５−１１３７３９号公報

しかしながら、トナー像の反射濃度は、機内環境や現像剤のトナー濃度変動によっても大きく変動する。そのため、定着ローラの劣化レベルをトナー像の反射濃度と転写枚数とから正確に判定することは難しい。また、定着ローラは一般にその内部に熱源を備えているため、定着ローラ近傍に設置された光センサは熱の影響を受けやすく故障しやすい。さらには、一般に定着装置を構成する部材の新品交換や清掃は、ユーザが対処できない場合が多い。そのため、定期メンテナンス前に定着ローラや定着ベルトへのトナー固着に伴う画像品質の低下が生じた場合には、サービスマンの到着まで装置を利用できないダウンタイムが長くなり、ユーザの作業効率が低下してしまう。

本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、定着装置の劣化レベルを正確に判定し、装置のダウンタイムを低減させた画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の画像形成装置は、像担持体と、該像担持体上に潜像を形成する潜像形成手段と、該像担持体上の潜像を現像する現像手段と、該像担持体上のトナー像を中間転写体を介して或いは直接に記録媒体上に転写する転写手段と、該記録媒体上に転写された未定着トナー像を定着ローラ又は定着ベルトにより定着する定着手段とを有する画像形成装置において、定期的又は任意のタイミングで所定のテストパターンを記録媒体上に形成するようテストパターン信号を出力するテストパターン信号出力手段と、記録媒体上に定着されたテストパターンから定着ローラ又は定着ベルト１周分過ぎた箇所の記録媒体の汚れ濃度を検出する汚れ濃度検出手段と、該汚れ濃度検出手段からの検出結果に基づき上記定着手段の劣化レベルを判定する判定手段と、該判定手段の判定結果に基づき異常である判定された場合に警告信号を装置本体に設けられた表示部及び／又は通信媒体を介して遠隔地にあるシステムに出力する警告信号出力手段とを備え、上記テストパターン信号出力手段は、テストパターン定着時の定着温度を通常時の定着温度から所定温度変更させることを特徴とするものである。
請求項２の画像形成装置は、像担持体と、該像担持体上に潜像を形成する潜像形成手段と、該像担持体上の潜像を現像する現像手段と、該像担持体上のトナー像を中間転写体を介して或いは直接に記録媒体上に転写する転写手段と、該記録媒体上に転写された未定着トナー像を定着ローラ又は定着ベルトにより定着する定着手段とを有する画像形成装置において、定期的又は任意のタイミングで所定のテストパターンを記録媒体上に形成するようテストパターン信号を出力するテストパターン信号出力手段と、記録媒体上に定着されたテストパターンから定着ローラ又は定着ベルト１周分過ぎた箇所の記録媒体の汚れ濃度を検出する汚れ濃度検出手段と、該汚れ濃度検出手段からの検出結果に基づき上記定着手段の劣化レベルを判定する判定手段と、該判定手段の判定結果に基づき異常である判定された場合に警告信号を装置本体に設けられた表示部及び／又は通信媒体を介して遠隔地にあるシステムに出力する警告信号出力手段とを備え、上記定着装置は、定着圧を調整可能な定着圧調整手段を備え、上記テストパターン信号出力手段は、該定着圧調整手段によりテストパターン定着時の定着圧を通常時の定着圧から所定量小さくさせることを特徴とするものである。
この画像形成装置においては、定期的に又は任意のタイミングで記録媒体上にテストパターンを出力し、テストパターンから定着ローラ又は定着ベルト１周分過ぎた箇所の記録媒体の汚れ濃度を汚れ濃度検出手段によって検出する。そして、汚れ濃度検出手段の検出結果に基づき、判定手段が定着手段の劣化レベルを判定し、定着装置が寿命になる前に定着装置の劣化をユーザ又は遠隔診断システムに知らせることができるので、装置のダウンタイムを低減できる。このとき、汚れ濃度検出手段は、定着工程を過ぎた箇所に設置すればよいので、定着手段による熱の影響が少なく熱による故障が少ない。また、この画像形成装置では、判定手段が所謂オフセット画像の濃度から定着装置の劣化レベルを判定するので、トナー像の反射濃度や転写枚数等のパラメータから判定する場合に比べ、劣化レベルをより正確に把握することができる。

本発明によれば、定着装置の劣化レベルを正確に判定し、装置のダウンタイムを低減させた画像形成装置を提供できるという優れた効果がある。

以下、本発明を画像形成装置であるフルカラープリンタ（以下、プリンタという）に適用した場合の実施形態について説明する。図１は、このプリンタの内部構成を示す概略構成図である。図１に示すように、装置本体には、イエロー、マゼンダ、シアン、黒の各色の画像を形成するための感光体ユニット１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｋ、潜像形成手段である書き込み光学ユニット２、中間転写ユニット３を備えている。この感光体ユニット１は、感光体ドラムの周囲に帯電手段である帯電装置、現像手段である現像装置、感光体クリーニング装置等を備えている。中間転写ユニット３は、各ローラに掛け渡されて回転駆動される中間転写ベルトと、中間転写ベルト上の転写残トナーをクリーニングする転写ベルトクリーニング装置等を備えている。また、装置本体の下部には、記録媒体である転写紙を収容可能なタンデムトレイ１段とユニバーサルトレイ２段とからなる給紙ユニット４を備えている。必要に応じ、別の大量給紙装置を増設してもよい。また、装置本体には、転写紙上に形成されたトナー像を定着する定着手段である定着装置５、トナー像が転写された転写紙を定着装置５まで搬送する転写搬送ベルト６、定着された転写紙を機外に排出させる排紙部７を備えている。装置本体の上部には、現像装置に現像剤を供給するトナーボトル８Ｙ，８Ｍ，８Ｃ，８Ｋを各色２個づつ搭載しており、トナ−のリミットレス補給（稼動中補給）を可能にした構成となっている。また、感光体クリーニング装置及び転写ベルトクリーニング装置で回収された排トナーを一括回収する排トナーボトル９を備えている。また、排紙部８の近傍には、後述するテストパターン、又は指定された箇所の濃度を検出する検出手段である濃度センサ（ラインセンサ）１０を備えている。

以下、上記プリンタの画像形成動作について説明する。感光体ドラムは帯電ローラにより一様に帯電された後、書き込み光学ユニット２により画像情報に基づき走査露光されて表面に静電潜像が形成される。露光する画像情報は所望のフルカラー画像をマゼンタ、シアン、イエロー、及びブラックの色情報に分解した単色の画像情報である。各静電潜像は、各現像装置によりそれぞれ所定のマゼンタ、シアン、イエロー、及びブラックのトナーで単色現像され、感光体ドラム上にそれぞれの色画像が順次形成される。感光体ドラム上に形成された各単色画像は、感光体ドラムと同期して回転する中間転写ベルト上にマゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの単色毎に順次重ね転写される。中間転写ベルト上に重ね合わされたイエロー、シアン、マゼンタ及びブラックの画像は、給紙ユニット４から搬送された転写紙上に一括転写される。転写終了後、転写紙は転写搬送ベルト６により定着装置８へ送られ、所定の温度に加熱制御された定着ベルト（定着ローラであってもよい）とこれに圧接している加圧ローラとによりトナー像が溶融定着される。定着を終えた転写紙は、排紙部７により機外に排出される。１次転写後の感光体ドラムや２次転写後の中間転写ベルトに残留するトナーは、感光体クリーニング装置や中間転写ベルトクリーニング装置により清掃されて排トナーボトル９に回収される。

ところで、本実施形態に係るプリンタは、定期的に又は任意のタイミングでテストパターンを出力し定着装置の劣化状態を事前に自動診断することを特徴とする。例えば、メインスイッチをＯＮにした直後や、一定動作時間間隔又は一定プリント枚数間隔で自動診断するとよい。図２は、参考形態に係るプリンタの制御ブロック図である。図２に示すように、テストパターン信号出力手段であるテストパターン出力手段１１がテストパターンを転写紙上に形成するよう制御部１２を介してプリンタエンジン部１３に信号を送る。これにより、上述した画像形成動作と同様に、テストパタ−ンが給紙ユニット４より給紙された転写紙の先端部に転写され、定着装置５によってこれが定着される。テストパターンはベタでトナー付着量は出来るだけ多くした方がよい。

テストパタ−ンが転写された用紙は定着装置５によって定着されるが、テストパターンのトナー付着量が非常に多いと、一部のトナーが定着ベルトに付着する。定着ベルトが1周してトナー付着箇所が再度転写紙（白紙部）に接触すると、付着トナーが転写紙に汚れとして付着し、いわゆるオフセット画像となる。図３に示すように、定着ベルト１周分の長さＬ１が転写紙１枚に収まる場合には、テストパターンから定着ベルト1周分の長さＬ１分だけ通紙方向上流側の位置にオフセット画像が発生する。図４に示すように、定着ベルト１周分の長さＬ２が転写紙１枚に収まらない場合には、テストパターンから定着ベルトが1周分の長さＬ２分だけ通紙方向上流側の位置にオフセット画像が発生する。このとき、１枚目と２枚目の紙間距離は決まっているため、オフセット画像が発生する箇所はおのずと明らかになる。オフセット画像は定着装置５が新品状態であれば発生することはないが、経時で定着ベルトにトナー汚れが蓄積し、いわゆるトナー固着が進行すると発生し易くなる。そこで、排紙部７近傍に設けられた濃度センサ１０は、テストパターンから定着ベルト１周分過ぎた箇所に発生したオフセット画像を検出する。判定手段１４は、濃度センサ１０からの検出結果に基づき定着装置５の劣化レベルを判定する。そして、判定手段１４が異常である判定した場合には、警告信号出力手段を兼ねる制御部１２が警告情報を装置本体に設けられた表示部１５及び／又は通信媒体である電話回線１６を通じて遠隔診断システム１７に表示する。

図５は、定着装置の経時劣化推移を示す特性図である。図５では、累積通紙枚数が３００Ｋ枚になったときにオフセット画像が警告レベルに達したことを示している。なお、図中、オフセット画像ランクは、ランクが小さくなるほど画像品質が劣化していることを示す。

図６は、第１の実施形態に係るプリンタの制御ブロック図である。図７は、定着オフセット領域の経時変動の推移を示す特性図である。図７に示すように、累積通紙枚数が増えてくると定着ベルトの蓄積汚れが進行し、定着オフセット領域は狭くなってくる。つまりコールドオフセット温度は定着装置５の劣化に伴い高くなり、ホットオフセット温度は定着装置５の劣化に伴い低くなっていく。したがって、テストパターン出力時の定着温度を通常設定温度より高く設定すればコールドオフセットを検出しやすくなり、定着装置の劣化レベルをより正確に判定することが判定することができる。一方テストパターン出力時の定着温度を通常設定温度より低く設定すれば、ホットオフセットを検出しやすくなり、定着装置の劣化レベルをより正確に判定することができる。よって、図６に示すように、定着温度センサ１８を設け、テストパターンの定着温度を通常設定温度に対して一定温度分だけ変更し、コールドオフセット又はホットオフセットを発生しやすくするとよい。そして、濃度センサ１０によりオフセット画像を検出し、濃度センサ１０からの検出結果に基づき判定手段１４で定着装置５の劣化レベルを判定する。そして、判定手段１４が異常である判定した場合には、警告信号出力手段を兼ねる制御部１２が警告情報を装置本体に設けられた表示部１５及び／又は通信媒体である電話回線１６を通じて遠隔診断システム１７に表示する。図７では、累積通紙枚数が３００Ｋ枚になったときに、テストパターンのオフセット画像が警告レベルに達したことを示している。なお、図７中、診断温度１は、ホットオフセットを検出するためのテストパターン温度であり、診断温度２は、コールドオフセットを検出するためのテストパターン温度である。

図８は、第２の実施形態に係るプリンタの制御ブロック図である。図９は、オフセット発生ニップ量（限界量）の経時推移を示す特性図である。図９に示すように、経時で定着ベルトにトナーが固着していき劣化が進行すると、オフセットが発生するニップ量が広くなっていく。つまりニップ量を狭くするとオフセットが発生し易くなる。したがって、テストパターン出力時の定着ニップ量を通常時より狭く設定すればオフセットを検出しやすくなり、定着装置の劣化レベルをより正確に診断することができる。よって、図８に示すように、制御部１２は、定着圧調整手段であるステッピングモータ駆動回路１９及び定着圧コントロール用ステッピングモータ２０を制御できるようにして、テストパターン出力時には定着ローラと加圧ローラとのニップ幅を狭くするとよい。ニップ量は、定着ローラと加圧ローラとの定着圧により決定される。そして、濃度センサ１０によりオフセット画像を検出し、濃度センサ１０からの検出結果に基づき判定手段１４で定着装置５の劣化レベルを判定する。そして、判定手段１４が異常である判定した場合には、警告信号出力手段を兼ねる制御部１２が警告情報を装置本体に設けられた表示部１５及び／又は通信媒体である電話回線１６を通じて遠隔診断システム１７に表示する。図９は通常時にニップ量を４ｍｍ、テストパターン時のニップ量を３．５ｍｍとした場合の１例である。図９では、累積通紙枚数が３００Ｋ枚になったときに、テストパターンのオフセット画像が警告レベルに達したことを示している。

図１０は、定着圧調整手段の構成を示す斜視図である。図１０に示すように、加圧ローラ２０は、軸の両端部が回転自在に支持されるとともに、軸の下方から定着圧調整手段によって片持ちされ定着ローラ２１に押しつけられている。この定着圧調整手段は、ステッピングモータ２２と、ステッピングモータ２２に図示しないギヤ及び送りネジを介して連結されるアンカー２３と、プーリ２４に巻き回されて端部が加圧スプリング２５を介してアンカー２３、２６に固定されるワイヤ２７と、プーリ２４に取り付けられている加圧レバー２８とを備えている。例えば、定着圧を小さくしてニップ量を小さくするためには、ステッピングモータ２２の駆動回転により、その駆動力をギヤ及び送りネジに伝達してアンカー２３を移動させてワイヤ２７を矢印Ａ、Ｂ方向に緩ませる。これにより、プーリ２４に取り付けられた加圧レバー２８を図中矢印Ｃ、Ｄ方向に回転させて加圧ローラ２０の軸への加圧力を弱め、加圧ローラ２０を図中矢印Ｅ方向に引き下げて定着ローラ２１とのニップ量を小さくする。

以上、実施形態に係るプリンタによれば、汚れ濃度検出手段である濃度センサ１０がオフセット画像を検出し、この検出結果に基づいて判定手段１４が異常であると判定した場合には、警告情報を表示部１５及び／又は電話回線１６を通じて遠隔診断システム１７に表示する。よって、定着装置５が寿命になる前に定着装置５の劣化をユーザ又は遠隔診断システム１７に知らせることができ、装置のダウンタイムを低減できる。このとき、濃度センサ１０は、定着工程を過ぎた箇所に設置すればよいので、定着装置５による熱の影響を受けることがなく熱による故障が少ない。また、この画像形成装置では、判定手段１４が所謂オフセット画像の濃度から定着装置５の劣化レベルを判定するので、トナー像の反射濃度や転写枚数等のパラメータから判定する場合に比べ、劣化レベルをより正確に把握することができる。
特に、第１の実施形態に係るプリンタによれば、テストパターン出力時の定着温度を通常時より低く又は高く設定することにより、コールドオフセット又はホットオフセットが発生しやすくなるので、定着装置の劣化レベルをより正確に判定することができる。
また、第２の実施形態に係るプリンタによれば、テストパターン出力時の定着圧を通常時より小さく設定することによりオフセットが発生しやすくなるので、定着装置の劣化レベルをより正確に判定することができる。

本実施形態に係るプリンタの構成を示す概略構成図。参考形態に係るプリンタの制御ブロック図。定着ベルト１周分の長さが転写紙１枚に収まる場合のテストパターンの一例を示す模式図。定着ベルト１周分の長さが転写紙１枚に収まらない場合のテストパターンの一例を示す模式図。定着装置の経時劣化推移を示す特性図。第１の実施形態に係るプリンタの制御ブロック図。定着オフセット領域の経時変動の推移を示す特性図。第２の実施形態に係るプリンタの制御ブロック図。オフセット発生ニップ量（限界量）の経時推移を示す特性図。定着圧調整手段の構成を示す斜視図。

符号の説明

１０濃度センサ
１１テストパターン出力手段
１２制御部
１４判定手段
１５表示部
１６電話回線
１７遠隔診断システム
１８定着温度センサ
２０定着圧コントロール用ステッピングモータ

Claims

像担持体と、該像担持体上に潜像を形成する潜像形成手段と、該像担持体上の潜像を現像する現像手段と、該像担持体上のトナー像を中間転写体を介して或いは直接に記録媒体上に転写する転写手段と、該記録媒体上に転写された未定着トナー像を定着ローラ又は定着ベルトにより定着する定着手段とを有する画像形成装置において、
定期的又は任意のタイミングで所定のテストパターンを記録媒体上に形成するようテストパターン信号を出力するテストパターン信号出力手段と、記録媒体上に定着されたテストパターンから定着ローラ又は定着ベルト１周分過ぎた箇所の記録媒体の汚れ濃度を検出する汚れ濃度検出手段と、該汚れ濃度検出手段からの検出結果に基づき上記定着手段の劣化レベルを判定する判定手段と、該判定手段の判定結果に基づき異常である判定された場合に警告信号を装置本体に設けられた表示部及び／又は通信媒体を介して遠隔地にあるシステムに出力する警告信号出力手段とを備え、
上記テストパターン信号出力手段は、テストパターン定着時の定着温度を通常時の定着温度から所定温度変更させることを特徴とする画像形成装置。
像担持体と、該像担持体上に潜像を形成する潜像形成手段と、該像担持体上の潜像を現像する現像手段と、該像担持体上のトナー像を中間転写体を介して或いは直接に記録媒体上に転写する転写手段と、該記録媒体上に転写された未定着トナー像を定着ローラ又は定着ベルトにより定着する定着手段とを有する画像形成装置において、
定期的又は任意のタイミングで所定のテストパターンを記録媒体上に形成するようテストパターン信号を出力するテストパターン信号出力手段と、記録媒体上に定着されたテストパターンから定着ローラ又は定着ベルト１周分過ぎた箇所の記録媒体の汚れ濃度を検出する汚れ濃度検出手段と、該汚れ濃度検出手段からの検出結果に基づき上記定着手段の劣化レベルを判定する判定手段と、該判定手段の判定結果に基づき異常である判定された場合に警告信号を装置本体に設けられた表示部及び／又は通信媒体を介して遠隔地にあるシステムに出力する警告信号出力手段とを備え、
上記定着装置は、定着圧を調整可能な定着圧調整手段を備え、
上記テストパターン信号出力手段は、該定着圧調整手段によりテストパターン定着時の定着圧を通常時の定着圧から所定量小さくさせることを特徴とする画像形成装置。