JP5022629B2

JP5022629B2 - 定着装置および画像形成装置

Info

Publication number: JP5022629B2
Application number: JP2006136358A
Authority: JP
Inventors: ▲頼▼嗣前田; 浩道辻野; 克実高橋; 淳市野口; 栄次朗新; 崇征矢
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-05-16
Filing date: 2006-05-16
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2026-05-16
Also published as: JP2007309981A; US20070269229A1

Description

本発明は、画像形成装置において転写材上に形成された画像を定着する定着装置に関し、特にその寿命の判断に関するものである。

従来、経時変化する定着器の負荷状態を見ることができなかったために、定着器の交換は一般的に次のａ、ｂに示すタイミングで行われていた。
ａ所定枚数（もしくは所定時間）毎（特許文献１）。
ｂ定着ベルト（もしくはローラ）の表面性が劣化した時点。
特開２００５−２１５５９９号公報

前述の従来技術では定着器の状態如何にかかわらず、最悪状態を考慮して早期に定着器を交換してしまうために、ランニングコストの増大が懸念される。また、想定外の負荷状態の増大や、経時的な表面性の劣化等による定着器の負荷状態の増大により、機構（例えばギアなど）の変形や磨耗等も懸念される。

本発明は、このような状況のもとでなされたもので、高精度で寿命を判断することのできる定着装置、およびこの定着装置を用いた画像形成装置を提供することを課題とするものである。

前記課題を解決するため、本発明では、定着装置を次の（１）のとおりに構成し、画像形成装置を次の（２）のとおりに構成する。

（１）第１の回転体と、当該第１の回転体に対し圧接及び離間可能な第２の回転体とを有する定着ユニットと、
前記第１の回転体及び前記第２の回転体を駆動する定着駆動モータと、
前記第１の回転体及び前記第２の回転体を駆動した状態で、前記定着駆動モータにかかる負荷を検知する負荷検知手段と、
前記負荷検知手段で検知した、前記第１の回転体及び前記第２の回転体の圧接状態における負荷と離間状態における負荷の差分から定着ユニットの寿命を判断する判断手段と、
を備えたことを特徴とする定着装置。

（２）前記（１）に記載の定着装置を備えた画像形成装置。

本発明によれば、高精度で寿命を判断することのできる定着装置、およびこの定着装置を用いた画像形成装置を提供することができる。

以下本発明を実施するための最良の形態を、電子写真方式のカラー複写機の実施例により詳しく説明する。

図１は、実施例１である“電子写真方式のカラー複写機”の全体構成を示す概略断面図である。本実施例の電子写真方式のカラー複写機（以下「カラー複写機」と略称する）は、本発明が特に有効に適用されると考えられる、複数の画像形成部を並列に配し、且つ中間転写方式を採用したカラー画像出力装置である。

本実施例のカラー複写機は、画像読取部１Ｒと、画像出力部１Ｐとを有する。画像読取部１Ｒは、原稿画像を光学的に読み取り、電気信号に変換して画像出力部１Ｐに送信する。画像出力部１Ｐは、複数の、本実施例では４つ並設された画像形成部１０と、給紙ユニット２０と、中間転写ユニット３０と、定着ユニット４０と、クリーニングユニット５０、７０と、フォトセンサ６０と、制御ユニット８０とを有する。

さらに、個々のユニットについて詳しく説明する。
各画像形成部１０（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ）は同じ構成とされ、各画像形成部では、第一の像担持体としてのドラム状の感光体、即ち、感光体ドラム１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ）が回転自在に軸支され、矢印方向に回転駆動される。感光体ドラム１１ａ〜１１ｄの外周面に対向してその回転方向に、一次帯電器１２（１２ａ〜１２ｄ）、光学系１３（１３ａ〜１３ｄ）、折り返しミラー１６（１６ａ〜１６ｄ）、現像装置１４（１４ａ〜１４ｄ）が配置されている。さらに、現像装置１４の次にクリーニング装置１５（１５ａ〜１５ｄ）が配置されている。

一次帯電器１２ａ〜１２ｄにおいて感光体ドラム１１ａ〜１１ｄの表面に均一な帯電量の電荷を与える。次いで、光学系１３ａ〜１３ｄにより、記録画像信号出力部１Ｒからの記録画像信号に応じて変調した、例えばレーザビームなどの光線を折り返しミラー１６ａ〜１６ｄを介して感光体ドラム１１ａ〜１１ｄ上に露光することによって、そこに静電潜像を形成する。

さらに、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックといった４色の現像剤（以下、「トナー」という。）をそれぞれ収納した現像装置１４ａ〜１４ｄによって前記静電潜像を顕像化する。顕像化された可視画像を画像転写領域Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄにて中間転写ユニット３０を構成する第二の像担持体としてのベルト状の中間転写体、即ち、中間転写ベルト３１に転写する。中間転写ユニット３０については、後で詳述する。

画像転写領域Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄの下流側では、クリーニング装置１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄにより中間転写体３１に転写されずに感光体ドラム１１ａ〜１１ｄ上に残されたトナーを掻き落としてドラム表面の清掃を行う。以上に示したプロセスにより、各トナーによる画像形成が順次行われる。

給紙ユニット２０は、転写材Ｐを収納するためのカセット２１と、カセット２１より転写材Ｐを一枚ずつ送り出すためのピックアップローラ２２と、ピックアップローラ２２から送り出された転写材Ｐをさらに搬送するための給紙ローラ対２３とを有する。さらに、給紙ガイド２４と、そして、各画像形成部の画像形成タイミングに合わせて転写材Ｐを二次転写領域Ｔｅへ送り出すためのレジストローラ対２５とを有する。なお、カセットは複数個あるが、説明の便宜上、上段のカセット１個のみで説明する。

中間転写ユニット３０について詳細に説明する。
中間転写ベルト３１は、中間転写ベルト３１に駆動を伝達する駆動ローラ３２と、ばね（図示せず）の付勢によって中間転写ベルト３１に適度なテンションを与える従動ローラ３３と、二次転写対向ローラ３４との間に張設巻回されている。また、駆動ローラ３２と従動ローラ３３の間に一次転写平面Ａが形成される。中間転写ベルト３１としては、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＶｄＦ（ポリフッ化ビニリデン）などが用いられる。駆動ローラ３２は、金属ローラの表面に数ｍｍ厚のゴム（ウレタンまたはクロロプレン）をコーティングしてベルトとのスリップを防いでいる。駆動ローラ３２は、パルスモータ（不図示）によって回転駆動される。

各感光体ドラム１１ａ〜１１ｄと中間転写ベルト３１が対向する一次転写領域Ｔａ〜Ｔｄには、中間転写ベルト３１の裏側に一次転写用帯電器３５（３５ａ〜３５ｄ）が配置されている。一方、二次転写対向ローラ３４に対向して二次転写ローラ３６が配置され、中間転写ベルト３１とのニップによって二次転写領域Ｔｅを形成する。二次転写ローラ３６は、中間転写ベルト３１に対して適度な圧力で加圧されている。

また、中間転写ベルト３１の二次転写領域Ｔｅの下流には中間転写ベルト３１の画像形成面をクリーニングするためのクリーニングユニット５０が配置される。クリーニングユニット５０は、中間転写ベルト３１上のトナーを除去するためのクリーニングブレード５１と、廃トナーを収納する廃トナーボックス５２とを備えている。

また、中間転写ベルト３１の駆動ローラ３２部には、クリーニングブレード７０とクリーニングブレード７０を転写ベルト３１から着脱するためのパルスモータ（不図示）が備えられている。このクリーニングブレード７０も転写ベルト３１上のトナーを除去するためのものである。

定着ユニット４０は、内部にハロゲンヒーターなどの熱源を備えた定着ローラ４１ａと、そのローラに加圧される加圧ローラ４１ｂ（このローラにも熱源を備える場合もある）とを有する。定着ローラ４１ａと加圧ローラ４１ｂは不図示の圧解除ユニットによりニップ部を離間することが可能である（図２）。さらに、前記ローラ対４１ａ、４１ｂのニップ部へ転写材Ｐを導くためのガイド４３、定着ユニットの熱を内部に閉じ込めるための定着断熱カバー４６、４７を備えている。また、前記ローラ対４１ａ、４１ｂから排出されてきた転写材Ｐをさらに装置外部に導き出すための内排紙ローラ４４、外排紙ローラ４５、及び、転写材Ｐ積載する排紙トレイ４８などを備えている。

次に、前述の構成のカラー複写機の動作について説明する。
ＣＰＵ（図３）により画像形成動作開始信号が発せられると、選択された用紙サイズなどにより選択された給紙段（ここでは給紙カセット２１とする）から給紙動作を開始する。

図１にて、まず、ピックアップローラ２２により、カセット２１から転写材Ｐが一枚ずつ送り出される。そして、給紙ローラ対２３によって転写材Ｐが給紙ガイド２４の間を案内されてレジストローラ対２５まで搬送される。その時レジストローラ２５対は停止しており、転写材Ｐの先端はニップ部に突き当たる。その後、画像形成部が画像の形成を開始するタイミングに合わせてレジストローラ２５対は回転を始める。この回転時期は、転写材Ｐと、画像形成部より中間転写ベルト３１上に一次転写されたトナー画像とが二次転写領域Ｔｅにおいて一致するようにそのタイミングが設定されている。

一方、画像形成部では、画像形成動作開始信号が発せられると次のように動作する。前述したプロセスにより中間転写ベルト３１の回転方向において一番上流にある感光体ドラム１１ｄ上に形成されたトナー画像が、高電圧が印加された一次転写用帯電器３５ｄによって一次転写領域Ｔｄにおいて中間転写ベルト３１に一次転写される。一次転写されたトナー像は次の一次転写領域Ｔｃまで搬送される。そこでは各画像形成部間をトナー像が搬送される時間だけ遅延して画像形成が行われており、前画像の上にレジストを合わせて、その次のトナー像が転写される。以下も同様の工程が繰り返され、結局４色のトナー像が中間転写ベルト３１上において一次転写される。

その後、転写材Ｐが二次転写領域Ｔｅに進入し、中間転写ベルト３１に接触すると、転写材Ｐの通過タイミングに合わせて二次転写ローラ３６に高電圧を印加する。これにより、前述したプロセスにより中間転写ベルト３１上に形成された４色のトナー画像が転写材Ｐの表面に転写される。その後、転写材Ｐは搬送ガイド４３によって定着ローラニップ部まで正確に案内される。そして、ローラ対４１ａ、４１ｂの熱及びニップの圧力によってトナー画像が転写材Ｐ表面に定着される。その後、内外排紙ローラ４４、４５により搬送され、転写材Ｐは機外に排出され、排紙トレイ４８に積載される。

図３は、本装置の定着ユニット４０及びその駆動部を示す。定着ユニット４０は減速ユニット１０１を介して定着駆動モータ１０２で駆動される。定着駆動モータ内、もしくは外付けのトルク検知装置（例えば駆動電流検知装置やトルコン等）１０３からの信号は、必要であれば不図示のＡ／Ｄコンバータ等を介してＣＰＵ１０４に入力される。ＣＰＵ１０４に入力されたトルク検知装置１０３からの信号は、必要に応じてトルク値に換算される。その際には、予め用意された変換テーブルなどを用いる。

図４に具体的なトルク検知装置の一例を示す。ＤＣモータはトルクに応じた電流を消費するため、定着駆動にＤＣモータを使用した場合、例えば定着駆動モータ１０２の電源ラインに電流検出用抵抗１０３ａを直列に接続し、モータ駆動電流を検出する。すなわち、電流検出抵抗１０３ａの両端の電圧ＶＡ，ＶＢの差分であるＶＡ−ＶＢを、トルク検知装置である差分回路１０３により演算し、ＣＰＵ１０４に入力することにより、定着駆動モータ１０２に供給している電流をＣＰＵ１０４で演算することができる。また、図５のような検出電圧（検出電流）対トルクの関係を示すグラフ（テーブル）を用いれば、容易にモータ軸上でのトルクを検出することが可能となる。

前述したように、定着ローラの離間が可能な定着器の場合、一般的に定着器が着（圧接）状態の時は、ローラ同士の摩擦等が脱（離間）状態のときのトルクに加算されるため、図６に示すように定着器が着状態の時の方がトルクは大きくなる。さらに、図７に示すようにグリースや、オイル等が経時変化（劣化）することにより摩擦力が大きくなり、特に着時のトルクが増大する。また、脱時のトルクは、定着駆動モータ１０２や減速ユニット１０１の組み付け公差等により定着駆動モータ１０２で検知するトルクは増減する（個体差を持つ）。しかしながら、ここでの増減分は組み付け誤差によるロスであり、減速ユニット１０１内のギアなどにかかる負荷は、組み付け誤差による定着駆動モータ１０２におけるトルクの増減との相関性は低い。

図８（ａ）は、定着ユニット４０の脱状態におけるトルクが小さい時の例であり、図８（ｂ）は定着ユニット４０の脱状態におけるトルクが大きい時の例である。つまり、図８（ａ），（ｂ）に示すように、定着ローラが着状態の時のトルクと、脱状態の時のトルクの差分（以降、差分トルクという）１０５をとることにより、減速ユニット内のギア等の駆動にかかるトルクを、組み付け誤差を排除した形で求めることができる。この差分トルク１０５は、例えば、減速ユニット１０１や、定着器の耐荷重などと比較することにより、定着ユニット４０の状態を把握することができる。

図９は本発明にかかる、寿命判断の処理を示すフローチャートである。この処理はＣＰＵ１０４により行われる。まず始めに、電源がＯＦＦ／ＯＮされた時や、ＪＡＭ処理後など定着ユニット４０が停止している状態にて、定着ユニット４０が脱状態にあるかを判断する（ステップ２０１参照、ステップはＳと略記する、以下同様）。脱状態でなければ、定着ユニット４０を脱状態にし（Ｓ２０２）、定着駆動モータ１０２が回転をはじめたら脱状態のトルクを測定する（以降、トルクまる１とする、図９のまる記号付き数字のかわりにまる１のように表記する、Ｓ２０３、）。トルクまる１の計測が始まってからは、定着ユニット４０の着脱状態を判断し（Ｓ２０４）、脱状態であれば、引き続きトルクまる１の計測をし、着状態であれば定着駆動モータ１０２が回転中している時、着状態のトルクまる２を計測する（Ｓ２０５）。トルクまる２の計測が始まってからは、定着ユニット４０の着脱状態を判断し（Ｓ２０６）、着状態であれば、引き続きトルクまる２の計測をし、脱状態であれば定着駆動モータ１０２が回転中している時、脱状態のトルクまる３を計測する（Ｓ２０７）。

このフローチャートには３つの判断点があり、どの判断点を用いて寿命を判断しても構わない。１つ目の判断点は、定着ユニット４０が脱状態から着状態に遷移した際の“トルクまる２−トルクまる１”で表わされる差分トルク（Ｓ２０８）。２つ目は、着状態から脱状態に遷移した際の“トルクまる２−トルクまる３”で表される差分トルク（Ｓ２０９。３つ目は着状態の“トルクまる２と、その前後における脱状態のトルクまる１とトルクまる３の平均値の差分”で表される差分トルク（Ｓ２１０）である。

また、フローチャート上には示さなかったが、
ａ通紙によるトルク変動を抑えるため、定着駆動モータ１０２回転中の非通紙時の計測が好ましい。
ｂトルクまる１、トルクまる２、トルクまる３は、それぞれ所定時間の平均値を演算し、メモリすることが好ましい。
ｃモータの回転が安定した後（モータの起動から所定時間経過後）トルクの計測をすることが好ましい。

本実施例では、２つの定着ローラ４１ａ、４１ｂを有する定着器を用いて説明したが、その一方もしくは両方がベルト等であっても、同様の効果が期待できる。なお、本実施例は離間可能な定着器全般に適用できるため、図２において４１ｂが移動し、脱状態に遷移する図を示したが、４１ａもしくは４１ａ、４１ｂ共に移動する機構でも構わない。

以上説明したように、本実施例によれば、定着ユニットの脱状態と、着状態のトルクから寿命を導き出すことにより、組み付け誤差によるトルク変動を排除した、減速ユニットの負荷を導くことができ、高精度に寿命を判断することができる。これにより、ランニングコストの削減や、製品の信頼性を向上させることが可能となる。

また、本実施例では、離間可能な定着器において、経時変化による着時の定着負荷の増大を検知し、脱時の負荷との差を基に定着器の状態を判断している。これにより、以下のメリットが生まれる。
・組み付け誤差を吸収し、駆動時に負荷が大きくかかるギアなどの機構を保護することができる。
・初期トルクなどの状況によらず、的確に定着器の状態判断ができる。
・交換時に特別な設定の入力などは不要となる。（初期負荷を基に、寿命負荷を決定するなどをしなくて良い）

実施例１のカラー複写機の概略構成を示す断面図定着ユニットの圧接離間（着脱）を示す模式図実施例１における定着駆動ユニット及び検知装置のブロック図実施例１における電流検知回路を示すブロック図検知電流とモータトルクの相関を示すグラフ定着ユニットの脱状態と、着状態におけるトルクの様子を示すグラフ定着ユニットにおけるトルクの経時変化を示すグラフ定着ユニット組み付け誤差による、トルクの変動を示すグラフ寿命判断に用いるトルク値を計測する処理を示すフローチャート

符号の説明

４０定着ユニット
１０２モータ
１０３トルク検知装置
１０４ＣＰＵ

Claims

第１の回転体と、当該第１の回転体に対し圧接及び離間可能な第２の回転体とを有する定着ユニットと、
前記第１の回転体及び前記第２の回転体を駆動する定着駆動モータと、
前記第１の回転体及び前記第２の回転体を駆動した状態で、前記定着駆動モータにかかる負荷を検知する負荷検知手段と、
前記負荷検知手段で検知した、前記第１の回転体及び前記第２の回転体の圧接状態における負荷と離間状態における負荷の差分から定着ユニットの寿命を判断する判断手段と、
を備えたことを特徴とする定着装置。
請求項１に記載の定着装置において、
前記定着駆動モータはＤＣモータであり、前記負荷検知手段は、前記ＤＣモータの駆動電流により定着駆動モータにかかる負荷を検知することを特徴とする定着装置。
請求項１または２に記載の定着装置において、
前記負荷検知手段による検知は、非通紙時、所定時間の平均値、モータの回転が安定した後、の少なくとも１つの条件を満たす状態で行うことを特徴とする定着装置。
請求項１、２、３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。