JP5006635B2 - 画像形成装置、および画像形成装置の管理システム - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置と、当該画像形成装置を管理する管理装置とからなる管理システムに関する。

画像形成装置の管理システムとして、画像形成装置を公衆回線等の通信回線を利用してサービスセンタ等に設置された管理装置と接続可能にし、遠隔操作によって画像形成装置に関するデータを送受信できるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

一方、画像形成装置は、搬送ローラや感光ドラムなどの寿命のある多くのユニット（交換部品）を備えているとともに、現像剤や紙などの消耗品を備えている。したがって、これら交換部品、消耗品を必要な時期に交換、補充しないと画像形成装置を円滑に稼動させることができない。

そこで、画像形成装置内の交換部品等を適切な時期に交換できるようにするための、寿命予測手法が知られている（例えば、特許文献２〜４参照）。また、交換部品の寿命予測とその結果を、ネットワーク上の管理装置が収集して管理する管理システムが知られている（例えば、特許文献５参照）。
特開平２−２５９６６６号公報 特開２００３−２６１２３７号公報 特開２００２−７２７８７号公報 特開２００４−１６０６９１号公報 特開２００２−３３５３６５号公報

しかしながら、上述した従来の寿命予測手法および管理システムでは、管理装置と接続された全ての画像形成装置から大量の情報が送信されるため、管理装置の記憶手段が大型化してしまう。また、管理装置は、多量に送信された情報から有効な情報のみを選択するために、処理能力の高い情報処理手段が必要となりコストアップにつながる。さらに、送信される情報が集中すると情報処理手段への過負荷により管理システムの故障を招く場合がある。

そこで、本発明は、交換部品の寿命予測精度を低下させることなく、管理装置の負荷を低減させることが可能な画像形成装置、および当該画像形成装置の管理システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る画像形成装置は、ネットワークを介して管理装置と接続された画像形成装置であって、前記ネットワーク介して前記管理装置に前記画像形成装置に関する情報を送信する送信手段と、シートを搬送するローラの特性を検知する特性検知手段と、前記特性検知手段の検知結果に基づき、前記ローラの寿命を予測する寿命予測手段と、予め定められた閾値を記憶する記憶手段とを有し、前記送信手段は、前記寿命予測手段により予測された寿命が前記記憶手段に記憶された前記閾値の範囲内にない場合には、前記寿命予測手段により予測された寿命情報を前記管理装置に送信し、前記寿命予測手段により予測された寿命が前記閾値の範囲内にある場合には、前記寿命情報を前記管理装置に送信しないことを特徴とする。

また、本発明に係る管理システムは、画像形成装置と、当該画像形成装置とネットワークを介して接続された管理装置とからなる管理システムであって、前記ネットワーク介して前記管理装置に前記画像形成装置に関する情報を送信する送信手段と、シートを搬送するローラの特性を検知する特性検知手段と、前記特性検知手段の検知結果に基づき、前記ローラの寿命を予測する寿命予測手段と、予め定められた閾値を記憶する記憶手段とを有し、前記送信手段は、前記寿命予測手段により予測された寿命が前記記憶手段に記憶された前記閾値の範囲内にない場合には、前記寿命予測手段により予測された寿命情報を前記画像形成装置から前記管理装置に送信し、前記寿命予測手段により予測された寿命が前記閾値の範囲内にある場合には、前記寿命情報を前記画像形成装置から前記管理装置に送信しないことを特徴とする。

本発明によれば、シートを搬送するローラの寿命予測精度を低下させることなく、管理装置の負荷を低減させることが可能な画像形成装置、および当該画像形成装置の管理システムを提供することできる。

以下に、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１に本システムの全体の構成図を示す。１００は画像形成装置であり、１０１は画像形成装置１００に接続されデータの送受信を行うための通信制御装置であり、１０２は通信ラインである公衆回線である。また、１０３は公衆回線を通して電子情報の送受信を可能とするためのモデムであり、１０４は画像形成装置から得られたデータを格納し演算するための管理装置である。１０５は画像形成装置１００の制御を司るコントローラである。

図２は、本実施形態に係るフルカラー画像形成装置の概略断面図である。図示のカラー画像形成装置１００は、上部にデジタルフルカラー画像リーダ部、下部にデジタルフルカラー画像プリンタ部を有する。

リーダ部において、原稿３０を原稿台ガラス３１上に載せ、露光ランプ３２により露光走査することにより、原稿３０からの反射光像をレンズ３３によりフルカラーＣＣＤセンサ３４に集光してカラー色分解画像信号を得る。カラー色分解画像信号は不図示の増幅回路を経て不図示のビデオ処理ユニットにて処理を施されてプリンタ部に送出される。

プリンタ部において、像担持体である感光ドラム１は矢印方向に回転自在に担持されている。感光ドラム１の周りに前露光ランプ１１、コロナ帯電器２、レーザ露光光学系３、電位センサ１２、色の異なる４個の現像器４ｙ，４ｃ，４ｍ，４Ｂｋ、転写装置５、クリーニング器６が配置されている。レーザ露光光学系３において、リーダ部からの画像信号は、不図示のレーザ出力部にて光信号に変換され、光信号に変換されたレーザ光がポリゴンミラー３ａで反射され、レンズ３ｂ及びミラー３ｃを通って感光ドラム１の面に投影される。

プリンタ部においては、画像形成時には感光ドラム１を矢印方向に回転させ、前露光ランプ１１で除電した後の感光ドラム１を帯電器２により一様に帯電させて各分解色毎に光像Ｅを照射し、潜像を形成する。

次に、所定の現像器を動作させて感光ドラム１上の潜像を現像し、感光ドラム１上に樹脂と顔料を基体としたトナーの画像を形成する。現像器は偏心カム２４ｙ，２４ｃ，２４ｍ，２４Ｂｋの動作により、各分解色に応じて択一的に感光ドラム１に接近するようにしている。

更に、感光ドラム１上のトナー画像を記録材カセット７１、７２、または７３より搬送経路及び転写装置への静電吸着ローラ部５ｇを介して感光ドラム１と対向した位置に供給された記録材に転写する。転写装置は本実施形態では転写ドラム５ａ、転写帯電器５ｂ、記録材を静電吸着させるための吸着帯電器５ｃと対向する吸着ローラ５ｇ、内側帯電器５ｄ、外側帯電器５ｅとを有している。また、回転駆動されるように軸支持された転写ドラム５ａの周面開口域には、誘電体から成る記録材担持シート５ｆを円筒状に一体的に張設している。記録材担持シート５ｆは、本実施形態では、ポリカーボネートフィルム等の誘電体シートを使用している。

ドラム状とされる転写装置、即ち転写ドラム５ａを回転させるにしたがって感光ドラム１上のトナー像は、転写帯電器５ｂにより記録材担持シート５ｆに担持された記録材上に転写する。このように記録材担持シート５ｆに静電吸着し搬送される記録材には、所望数の色画像が転写され、フルカラー画像を形成する。

フルカラー画像形成の場合、このようにして４色のトナー像の転写を終了すると記録材を転写ドラム５ａから分離爪８ａ、分離押し上げコロ８ｂ及び分離帯電器５ｈの作用によって分離し、熱ローラ定着器９を介して排紙トレー１０に排紙する。他方、転写後感光ドラム１は、表面の残留トナーをクリーニング器６で清掃した後、再度画像形成工程に供される。

また転写ドラム５ａ内部には不図示の画像位置の基準を検知するためのセンサが配置されている。これは、コピースタート時に転写ドラム５ａが感光ドラム１に加圧された際に、回転する感光ドラム１から駆動を受け、転写ドラム５ａが回転を始め、その回転がほぼ安定したとき（およそ１／３回転後）に信号を発するような位置に構成されている。

そして、この画像位置基準信号（以下、Ｉｔｏｐ信号）は転写ドラム５ａの１回転毎に規則正しく発信され、この信号に基づいて原稿の読み取り及び記録材の搬送等の全ての動作が行われ、また、各動作のタイミング、検知手段による検知等の基準となる。

ここで、本実施形態に係るフルカラー画像形成装置におけるカセット給紙部について詳細に説明する。カセット給紙ユニットは、不図示の駆動ユニットも含め全く同じ給紙ユニットが３段縦に配置され、その各々の給紙段に独立して不図示のステッピングモータが配置されている。ここで、給紙動作の詳細を図２中の最下段のカセットを用いて説明する。尚、その他の段も全く同じ動作を行う。

まず、給紙動作開始とともに、不図示の給紙モータが回転する。それと同時に、給紙モータの駆動は給紙ローラ９５を介してピックアップローラ８３に伝達される。ピックアップローラ８３はカセット７３内の紙と接しているため、ここでカセット７３内の紙は繰り出され、給紙・分離ローラ９６側へと搬送される。

分離ローラ９６には不図示のトルクリミッタを介して給紙ローラ９５、ピックアップローラ８３とは逆向きの駆動を与えられており、これにより複数枚この給紙・分離ローラ対９５，９６に紙が搬送された場合、分離動作を行う。

分離部を通過した紙は、シート検知センサ４５で検知され、予め決められた所定時間ｔ１後、紙の先端が搬送ローラ４４に十分に挟まれた位置で一度給紙動作を止める（以下、プレレジ動作と言う）。次に、Ｉｔｏｐ信号に基づいて計算された（画像位置に合せた）タイミングで給紙モータを回転させて紙の再スタートを行う。

本実施形態に係る給紙ユニットにおいては、プレレジ動作までの給紙速度及び再スタート後の搬送速度を画像形成速度に対して速い値としてある。このため、プレレジ動作における紙の停止時間を給紙ローラの遅れによる遅れ分を相当盛り込んだ値とすることができ（プレレジ停止時間の確保）、更に通常の紙搬送方法に対して小さな紙間距離を実現している。

さて、ここでシートを搬送する回転体の消耗による搬送不能を予測する寿命予測手段の構成について説明するが、最初に、シートを搬送する回転体としてのローラの寿命のメカニズムについて述べる。一般的なゴムローラの場合、ローラの外径寸法とローラ表面の摩擦係数は、シートの通紙に伴い、それぞれ図３（ａ），（ｂ）に示すグラフのように推移する。ローラの外径が磨耗すれば１回転当たりの搬送距離が短くなり、表面摩擦係数が低下すればスリップ率が増えるため、設計値を１００％とした時のシートの搬送効率は、図３（ｃ）のグラフのように徐々に低下していく。やがて搬送効率が低下して、例えば、画像形成部の画像形成動作にシートの供給が間に合わなくなると、遅延ジャムが発生する。

また、搬送路中にシートの搬送負荷となる要因がある場合は、摩擦係数の低下に関して図３（ｂ），（ｃ）に示すようなスリップ限界点が存在し、この限界点に到達すると、完全にローラがスリップしてシートを搬送する事ができず、遅延ジャムとなる。これらによって、所定のタイミングでプリンタ本体の制御が行えなくなる状態を、ローラの寿命という。このようにローラが寿命を迎える前に、寿命が近いことを検知するためには、ローラの消耗状態を知るための消耗度検出手段が必要となる。

本実施形態では、消耗度検出手段としてシート検知センサ４１、４３、４５、５２とコントローラ１０５を用い、給送されたシートがシート検知センサに到達するタイミングをモニター（監視）している。このタイミングの設計値に対する遅延率が、ローラの消耗度を代表する評価値となる。なお、シート検知センサ４１、４３、４５、５２は、コントローラ１０５が画像形成装置本体１００を制御する際のシート位置検知手段や、ジャムシートの残留箇所の検出手段などとしても利用している。

本実施形態では、図２に示すように、たとえば最下段カセット７１のシート給送時には、給紙動作がスタートした後、シートが最初のシート検知センサ４５に到達するまでの所要時間より回転体としてのピックアップローラ８３の消耗度を検出する。また、シートが最初のシート検知センサ４５に到達した後、次のシート検知センサ４３に到達するまでの所要時間から回転体としての搬送ローラ４４の消耗度を検出する。

次に、寿命予測手段によるローラの寿命の予測方法について述べる。本実施形態のプリンタでは、ローラの種類毎にシート搬送タイミングの遅延率ｙの閾値（規定消耗度）Ｋをローラ種類毎に設定し、予め記憶手段であるコントローラ１０５内蔵のメモリに記憶している。この閾値Ｋは、ローラが寿命となる直前の限界遅延率Ｌに対して所定のマージンを持って設定されている。シート検知センサ４１、４３、４５、５２とコントローラ１０５によりモニターしている実際のローラの消耗度、すなわち遅延率が閾値Ｋに到達した時点で、コントローラ１０５は後述する予測関数によって寿命予測演算を行う。このように、ローラがあまり消耗していないときから寿命予測をするのではなく、遅延率が閾値Ｋに到達した時点で寿命予測を行うので、コントローラ１０５に対する負荷を軽減できる。

このコントローラ１０５による寿命予測の演算には、該当するローラの消耗度、すなわち、シートがローラにかかわるシート検知センサ４１、４３、４５、５２に到達するタイミングの設定値に対する遅延率ｙが用いられる。更に、ローラが前回交換されてからの通紙枚数ｎ情報が用いられる。なお、この通紙枚数ｎは、画像形成装置本体のコントローラ１０５に内蔵されている通紙枚数管理手段としてのカウンター機能を利用して計測する。また、ローラが寿命となる直前の限界遅延率Ｌは、限界消耗度記憶手段としてのコントローラ１０５上のメモリに予め記憶されている。

本実施形態では、コントローラ１０５が、ローラの遅延率（消耗度）、通紙枚数、および限界遅延率（限界消耗度）を利用し、図４に示す予測関数（１次関数）に基づいて、ローラが消耗により搬送不能となる寿命時期を算出している。ローラの遅延率（消耗度）は、シート検知センサ４１、４３、４５、５２及びコントローラ１０５により検出され、通紙枚数は、コントローラ１０５内のカウンター機能により計測される。また、限界遅延率（限界消耗度）は、コントローラ１０５内のメモリに記憶されている。

ここで、本実施形態における予測演算式（寿命演算アルゴリズム）は、下記（式１）で表される。なお、ローラのシート搬送タイミングの遅延率をＫ％、当該ローラの初期状態における同遅延率をＡ％、当該ローラの寿命直前状態での限界遅延率をＬ％、当該ローラが交換されてからの通紙枚数ｎをＮ１、ローラの寿命枚数Ｎｅとしている。
Ｎｅ＝Ｎ１×（Ｌ−Ａ）／（Ｋ−Ａ）……（式１）
これは、シート搬送タイミングの遅延率推移が１次関数で近似可能なことを利用したものである。本実施形態の場合、例えば、給送ローラ８１の寿命時期の算出では、Ｋ＝１２５、Ａ＝１１０、Ｌ＝１３０という設定にしている。また、搬送ローラ４０の寿命時期の算出では、Ｋ＝１１５、Ａ＝１０３、Ｌ＝１２０、という設定にしている。これらの数値は、記憶手段としてのコントローラ１０５上のメモリに記憶されている。これらの数値は、シート給送部の機構や制御方法、ローラのゴム材料特性などによって異なるため、寿命を予測したい対象箇所に応じて適宜設定する必要がある。

また各ローラには、寿命によるローラ交換時期の目安にするために、予想寿命枚数Ｎｚが設定してある。予想寿命枚数Ｎｚは画像形成装置を予め想定した一般的条件（紙種、使用環境、等を標準設定にした条件）で、何枚通紙したら寿命に到達するかを表した値である。

予想寿命枚数Ｎｚは本画像形成装置を使用してローラ耐久試験を行い、寿命枚数の称呼値Ｐを求め、その称呼値Ｐを基準に一定のレンジを設けたものであり、２つの閾値（Ｎｚ１，Ｎｚ２）からなる一定のレンジを持った値である。予想寿命枚数Ｎｚはローラ種類毎に設定し、管理装置１０４とコントローラ１０５上のメモリに予め記憶させる。

次に図５を用い、本管理システムの全体フローを説明する。コントローラ１０５は、給紙動作を開始すると（Ｓ５０１）、上述したようにローラの遅延率ｙを算出する（Ｓ５０２）。そして、コントローラ１０５は、算出した遅延率ｙが閾値Ｋに到達したかどうかを判断する（Ｓ５０３）。

ステップＳ５０３において、遅延率ｙが閾値Ｋに到達していないと判断された場合、ステップＳ５０１に戻る。一方、遅延率ｙが閾値Ｋに到達したと判断された場合、コントローラ１０５は寿命枚数Ｎｅを算出する（Ｓ５０４）。そして、コントローラ１０５は、算出された寿命枚数Ｎｅがコントローラ１０５に記憶されている閾値Ｎｚの範囲内にあるかどうかを判断する（Ｓ５０５）。

ローラの耐久枚数は、ローラ圧等の部品ばらつきや紙種、環境、印字率等の使用条件に左右されるためばらつきが発生する。したがって、寿命枚数Ｎｅが２つの閾値からなるＮｚの範囲内になるとは限らず、第１の閾値をＮｚ１、第２の閾値をＮｚ２（Ｎｚ１＜Ｎｚ２）とすると、Ｎｅ＜Ｎｚ１またはＮｅ＞Ｎｚ２となる場合がある。

本管理システムでは、コントローラ１０５は寿命枚数Ｎｅと閾値Ｎｚ１、Ｎｚ２を比較し、Ｎｅ＜Ｎｚ１またはＮｅ＞Ｎｚ２の場合に、管理装置１０４に寿命予測結果である寿命枚数Ｎｅを送信する（Ｓ５０６）。一方、Ｎｚ１≦Ｎｅ≦Ｎｚ２の場合には、当初予想していた寿命枚数Ｐと大差ないので、寿命枚数Ｎｅの送信は行わない。

寿命枚数Ｎｅは上記のように使用条件等でばらつくが、画像形成装置１００の使用条件が特殊でない限り予想寿命枚数である閾値Ｎｚの範囲から外れることはまれで、ほとんどの画像形成装置はＮｚ１≦Ｎｅ≦Ｎｚ２を満足する。したがって、ステップＳ５０６で管理装置１０４に寿命枚数Ｎｅを自動送信する画像形成装置は、管理装置１０４と接続された多数の画像形成装置の内、極少数である。

このことから、本管理システムでは、管理装置１０４と接続された画像形成装置から大量の情報を送信されることがなくなり、管理装置１０４の記憶手段（ＨＤＤやメモリ）を小型化でき、処理能力の高い情報処理手段（ＣＰＵ）も必要ない。また、送信される情報が集中し、管理装置１０４への過負荷により管理システムの故障を招くことも防止できる。

本管理システムにおける閾値Ｎｚ１、Ｎｚ２は、管理装置１０４から設定変更が可能であり、ネットワークを介して画像形成装置１００が変更内容を受信する。そして、コントローラ１０５は、コントローラ１０５上のメモリの閾値Ｎｚ１、Ｎｚ２を書き換える。

本実施形態においては、給紙部の搬送ローラについて述べたが、その他のローラについても上記と同様の寿命予測と管理装置１０４への通報フローが適用できる。また感光ドラムや定着ローラ等のシート搬送枚数に比例して消耗する消耗部品であれば、その部品に対応した消耗度検出手段と寿命演算アルゴリズムを備え、寿命予測を行えば、本実施形態の管理装置１０４への通報フローを適用できる。

なお、画像形成装置１００は、管理装置１０４から寿命情報の送信要求があった場合には、寿命枚数Ｎｅが閾値Ｎｚ１、Ｎｚ２の範囲内にある場合であっても、寿命枚数Ｎｅを管理装置１０４に送信してもよい。これによって、管理装置１０４は、処理能力に余裕がある場合は寿命枚数Ｎｅを受信することができ、正確な寿命枚数情報を得ることができる。

また、上記実施形態ではカラー画像形成装置を例に挙げて説明したが、本発明を白黒画像形成装置に適用してもよいことはいうまでもない。

管理システムの全体の構成図を示した図である。 画像形成装置の断面図ある。 ローラの消耗に伴う、ローラ外形、摩擦係数、搬送効率の推移の説明図である。 寿命予測アルゴリズムの説明図である。 寿命予測と管理装置への通報フローチャートである。

符号の説明

１ 感光ドラム
２ コロナ帯電器
３ レーザ露光光学系
５ 転写装置
４０，４２，４４，５１ 搬送ローラ
４１，４３，４５，５２ シート検知センサ
７１〜７３ 記録材カセット
８３ ピックアップローラ
９５ 給紙ローラ
９６ 分離ローラ
１００ 画像形成装置
１０１ 通信制御装置
１０２ 公衆回線
１０３ モデム
１０４ 管理装置
１０５ コントローラ

Claims (5)

1. ネットワークを介して管理装置と接続された画像形成装置であって、
   前記ネットワーク介して前記管理装置に前記画像形成装置に関する情報を送信する送信手段と、
   シートを搬送するローラの特性を検知する特性検知手段と、
   前記特性検知手段の検知結果に基づき、前記ローラの寿命を予測する寿命予測手段と、
   予め定められた閾値を記憶する記憶手段とを有し、
   前記送信手段は、前記寿命予測手段により予測された寿命が前記記憶手段に記憶された前記閾値の範囲内にない場合には、前記寿命予測手段により予測された寿命情報を前記管理装置に送信し、前記寿命予測手段により予測された寿命が前記閾値の範囲内にある場合には、前記寿命情報を前記管理装置に送信しないことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記送信手段は、前記管理装置から寿命情報の送信要求があった場合には、前記寿命予測手段により予測された寿命が前記記憶手段に記憶された前記閾値の範囲内にある場合であっても、前記寿命予測手段により予測された寿命情報を前記管理装置に送信することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記寿命予測手段は、前記特性検知手段により検知された特性が予め定められた閾値に達した場合に寿命予測を行い、当該閾値に達していない場合には寿命予測を行わないことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 前記特性検知手段は前記ローラがシートを搬送する際における、設計値に対する遅延率を検知し、
   前記寿命予測手段は、前記特性検知手段により検知された前記遅延率が予め定められた閾値に達した場合に寿命予測を行い、当該閾値に達していない場合には寿命予測を行わないことを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
5. 画像形成装置と、当該画像形成装置とネットワークを介して接続された管理装置とからなる管理システムであって、
   前記ネットワーク介して前記管理装置に前記画像形成装置に関する情報を送信する送信手段と、
   シートを搬送するローラの特性を検知する特性検知手段と、
   前記特性検知手段の検知結果に基づき、前記ローラの寿命を予測する寿命予測手段と、
   予め定められた閾値を記憶する記憶手段とを有し、
   前記送信手段は、前記寿命予測手段により予測された寿命が前記記憶手段に記憶された前記閾値の範囲内にない場合には、前記寿命予測手段により予測された寿命情報を前記画像形成装置から前記管理装置に送信し、前記寿命予測手段により予測された寿命が前記閾値の範囲内にある場合には、前記寿命情報を前記画像形成装置から前記管理装置に送信しないことを特徴とする管理システム。

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