JP6051656B2 - 定着装置及び画像形成装置および定着部材の表面状態評価方法 - Google Patents

Description

この発明は、定着装置及び画像形成装置および定着部材の表面状態評価方法に関する。

この発明の画像形成装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタや、これらの装置の機能の２以上を有する複合機（ＭＦＰ）等として実施できる。

前記の画像形成装置では、一般に、以下の如くして画像形成が行われる。
即ち、光導電性の感光体を均一帯電させて「光による画像書き込み（光像照射や光書き込み）」を行ない、書き込まれた画像に対応する静電潜像を形成する。
この静電潜像を現像してトナー画像を得、得られるトナー画像を「転写紙等のシート状記録媒体」に転写し、該シート状記録媒体に定着する。

このような画像形成装置において、定着装置は「トナー画像を転写紙等に固定する」ものであり、定着装置が適正に機能しないと、良好な画像形成が行われない。
定着されるトナー画像には、モノクロ画像もあるが、近来の画像形成装置では「色の異なる複数のトナー画像を互いに重ねて得られるカラートナー画像」であることが多い。

定着装置としては、１対の回転体により「トナー画像を転写されたシート状記録媒体」を挟んで搬送する方式のものが多い。
シート状記録媒体を「挟んで搬送」することを、シート状記録媒体を「挟圧搬送」すると言う。
シート状記録媒体を挟圧搬送しつつ、トナー画像に熱と圧力とを加えてシート状記録媒体に融着させるのである。

回転体の個々は、形態としては「ローラあるいはベルト」が一般的である。
１対の回転体の構成として、ローラ同士の組み合わせや、ベルト同士の組み合わせ、ベルトとローラの組み合わせが可能である。

これら１対の回転体のうち「これから定着されるトナー画像が形成されている側の面」に接触するものを「定着部材」と称する。
ローラ状に形成された定着部材は「定着ローラ」とも呼ばれる。また、ベルト状に形成された定着部材は「定着ベルト」とも呼ばれる。
定着ベルトは「駆動ローラを含む複数のローラ」に巻き掛けられて回転駆動される。

定着部材の表面が「定着部材の回転により移動する方向」は、記録シートが挟圧搬送される方向に対応する。

光による画像書込みが光走査により行われる場合、前記「定着部材の回転により移動する方向」は「副走査方向」に対応するので、この方向を「副方向」と呼ぶことにする。

定着部材の表面において「副方向」に直交する方向は「主方向」と呼ぶことにする。

定着部材の表面は、クリーニング手段や分離爪、温度検知手段（サーミスタ）等との摺擦により「磨耗したり損傷したり」する。

また、「定着動作そのものに起因する損傷」もある。

即ち、定着が行なわれるときには、１対の回転体でシート状記録媒体を挟圧搬送するので、定着部材の表面は、シート状記録媒体から「挟圧力に対する反作用」を受ける。

シート状記録媒体は、一般には「転写紙」であり、Ａ４サイズやＢ５サイズ等のように定形にカットされている。
転写紙の切断部（端部の厚みをなす部分）のエッジ部（転写紙表面と切断端面との稜線部）は鋭い。
このため、定着の際に、転写部材表面との接触部に力が集中し、定着部材の表面に「切れ込み様の傷」を生じさせ易い。

前記「エッジ部」が鋭いことは、日常の紙の取り扱いで「紙のエッジで指を切ったりする」ことからも理解されるであろう。

シート状記録媒体のエッジ部による傷は、定着部材の表面に「搬送方向に筋状」に発生するので、以下「筋状の傷」と呼ぶことにする。

転写紙以外のシート状記録媒体としてしばしば用いられるオーバヘッドプロジェクタ用のプラスチックシートの場合にも「筋状の傷」は発生し易い。

「筋状の傷」を発生させる原因としては、前記のほかに、添加剤に起因するものを挙げることができる。転写紙には「炭酸カルシウムに代表される添加剤」が添加されている。

添加剤は「微粒子状で硬」く、転写紙が定形サイズに切断されると、切断面に剥き出しになる。
切断面に剥きだしになった添加剤が、切断面にそって定着部材表面に付着すると、転写紙を挟圧搬送するニップ部において定着部材表面に強く押し付けられる。
その際、微小な粒子に応力が集中して定着部材表面を損傷する。特に、定着部材の表面が硬い材質である場合にこのようなことが起こり易い。

このような「筋状の傷」は、定着部材の寿命に影響するのみならず、画像の質にも悪影響を与える。

例えば、画像形成装置による画像形成がＡ３サイズとＡ４サイズの転写紙に対して行なわれ、これら２種の転写紙を「長手方向に搬送しつつ定着を行なう」場合を考える。

このとき、搬送される転写紙の幅（搬送方向に直交する方向の長さ）は、Ａ４サイズの方がＡ３サイズよりも小さい。

「筋状の傷」は、定着領域における「Ａ４サイズの幅方向端部と、Ａ３サイズの幅方向端部と」に生じることになる。

Ａ４サイズの幅方向端部に「筋状の傷」が生じている定着部材で、Ａ３サイズの転写紙への定着を行なうと、「筋状の傷」はＡ３サイズの転写領域内にある。
傷の部分では、定着部材とトナー画像の接触圧が弱くなり、筋状の傷にそって「定着不全」が生じ、定着された画像では「筋状の画像異常」が発生する。

このような筋状の画像異常は「白抜け（画像濃度の低下する減少）」と呼ばれている。

前記の「分離爪やサーミスタ」の接触に起因する傷の場合にも、これと似た画像異常の発生が見られる。

定着部材表面の傷を検知する方法や、傷に対処する方法は、従来から種々の方法が知られている。

「傷の検知」には、定着部材表面に光を照射し、表面からの反射光を光センサにより受光して「傷の有無や程度」を検知する方法が一般的である（特許文献１等）。

「傷に対処」する方法としては、傷が検出された定着部材表面を、該表面よりも粗い表面粗さを持つ当接部材で摺擦する方法が知られている（特許文献２）。

定着部材表面を当接部材で摺擦することにより、表面を削り「傷の無い表面」を露呈させるのである。

ところで、定着部材表面の傷は、概ね「副方向に長い」が「検出される傷の程度」は、長手方向において均等ではない。

即ち、検出される傷の状態は、副方向に沿って変化する。
このように「副方向に変化する傷の状態」を考慮した「傷検出」は、発明者の知る限りにおいて知られていない。

この発明は上述した事情に鑑みてなされてものであって「副方向に変化する傷の状態」を考慮した「傷検出」を可能にした定着装置の実現を課題とする。

また、かかる定着装置を装荷した画像形成装置の実現を課題とする。

さらに、定着装置の定着部材の表面状態を評価する方法の実現を課題とする。

この発明の定着装置は、トナー画像を形成されたシート状記録媒体を１対の回転体により挟圧搬送しつつ、前記トナー画像に熱と圧力とを加えて、前記シート状記録媒体に定着する定着装置において、前記シート状記録媒体のトナー画像が形成された一方の側の面に当接し、前記シート状記録媒体にトナー画像を定着する定着部材と、前記シート状記録媒体の他方の側の面に当接し、前記定着部材とともに、前記シート状記録媒体を挟圧搬送する加圧部材と、前記定着部材の表面に光スポットを照射し、前記表面による反射光を受光する反射型光学検知装置と、該反射型光学検知装置の出力に基づいて、前記定着部材の表面状態を評価する表面状態評価装置と、を有し、前記定着部材による搬送方向に直交する方向において幅の異なる複数サイズのシート状記録媒体へのトナー画像の定着が可能で、前記反射型光学検知装置が、前記方向におけるサイズが最大でないシート状記録媒体の幅方向端部を含む該幅方向端部近傍に配置され、前記反射型光学検知装置の出力に周期的に発生する大きな出力変動を検出し、検出された前記出力変動から所定時間：Ｋ(ｎ)（ｎ＝１、２，・・）経過するごとに出力を検出し、検出されたｎ（≧２）個の検出値から、特性値を算出し、算出された特性値に基づき、前記定着部材の表面状態を評価することを特徴とする定着装置。

この発明の表面状態評価方法は、トナー画像を形成されたシート状記録媒体を１対の回転体により挟圧搬送しつつ、前記トナー画像に熱と圧力とを加えて、前記シート状記録媒体に定着する定着装置の、前記シート状記録媒体のトナー画像が形成された一方の側の面に当接し、前記シート状記録媒体にトナー画像を定着する定着部材の表面状態を評価する表面状態評価方法であって、前記定着部材による搬送方向に直交する方向において幅の異なる複数サイズのシート状記録媒体のうち、前記方向におけるサイズが最大でないシート状記録媒体の幅方向端部を含む該幅方向端部近傍に、反射型光学検知装置を配置し、前記
反射型光学検知装置により、前記定着部材の表面に光スポットを照射し、前記表面による反射光を受光し、前記反射型光学検知装置の出力に周期的に発生する大きな出力変動を検出し、検出された前記出力変動から所定時間：Ｋ(ｎ)（ｎ＝１、２，・・）経過するごとに出力を検出し、検出されたｎ（≧２）個の検出値から、特性値を算出し、算出された特性値に基づき、前記定着部材の表面状態を評価することを特徴とする。

この発明の画像形成装置は、光導電性の感光体と、この感光体の感光面を均一帯電させる帯電装置と、帯電された感光体に光による画像書き込みを行い、静電潜像を形成する画像書き込み装置と、形成された静電潜像をトナー像として可視化する現像装置と、前記トナー画像をシート状記録媒体に転写する転写装置と、転写されたトナー画像を前記シート状記録媒体に定着する定着装置とを有する画像形成装置であって、定着装置として、上記定着装置を用いることを特徴とする。

この発明の定着装置は、前記の如く、反射型光学検知装置の出力に周期的に発生する大きな出力変動が検出される。

そして、周期的に発生する「大きな出力変動」を基準としてｎ（≧２）個の検出値が得られるが、これら「ｎ個の検出値」が得られる定着部材表面位置は基本的に不変である。

従って、定着部材表面の同一位置における表面状態を検出できる。
そして、ｎ個の検出力算出される特性値により表面状態が評価されるので、傷の程度を良好に評価可能である。

画像形成装置の構成の１例を説明するための図である。 定着装置を説明図的に示す図である。 反射型光学検知装置の１例を説明するための図である。 連続する出力信号を説明するための図である。 出力信号をサンプリングするタイミングを説明するための図である。 大きい出力変動を検出する閾値を説明するための図である。 反射型光学検知装置の別例を説明するための図である。 反射型光学装置２００Ａの配置を説明するための図である。

以下、実施の形態を説明する。
図１は、画像形成装置の１種である「カラープリンタ」を説明するための図である。
前述の通り、この発明の画像形成装置は、図１に示すカラープリンタに限らず、モノクロ複写機やカラー複写機、ファクシミリ装置やプロッタ装置等として実施できる。

あるいはこれらの各機能を複合させたＭＦＰ等としても実施できる。

図１（ａ）は、カラープリンタ１００の要部のみを説明図的に示している。カラープリンタ１００は、所謂「タンデム型のプリンタ」である。

符号１１で示す「中間転写体である転写ベルト」は無端ベルトである。
転写ベルト１１は、複数のローラ（図においては３本）に掛け回されて設けられ、これらローラのうちの１本である「駆動ローラ」に駆動されて反時計回りに回転する。

転写ベルト１１の、図で下側の部分は「平面的」に張られ、この部分に作像ユニットＵＹ、ＵＭ、ＵＣ、ＵＢが配設されている。
ここに、符号中の「Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂ」は、それぞれ「イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック」の各色を表す。
作像ユニットＵＹはイエロー画像を作像するユニット、作像ユニットＵＭはマゼンタ画像を作像するユニットである。
また、作像ユニットＵＣはシアン画像を作像するユニット、作像ユニットＵＢはブラック画像を作像するユニットである。

作像ユニットＵＹ〜ＵＢの下方には、「画像書き込み装置」である光走査装置１３が配備され、更にその下方にカセット１５が配置されている。

前記作像ユニットＵＹ〜ＵＢは、構造的には同一のものであるので、作像ユニットＵＹを例に取り、図１（ｂ）を参照して簡単に説明する。
図１（ｂ）に示す作像ユニットＵＹは、光導電性の感光体として感光体ドラム２０Ｙを有する。
そして、感光体ドラム２０Ｙの周囲に、帯電器３０Ｙ、現像ユニット４０Ｙ、転写ローラ５０Ｙ、クリーニングユニット６０Ｙを配置した構造となっている。
帯電器３０Ｙは「接触式の帯電ローラ」である。

帯電器３０Ｙと現像ユニット４０Ｙとの間は「走査光ＬＹによる画像書き込み部」として設定されている。
転写ローラ５０Ｙは、転写ベルト１１を介して感光体ドラム２０Ｙと反対側に配置され、転写ベルト１１の裏面に接触している。

作像ユニットＵＭ〜ＵＢも、作像ユニットＵＹと同様の構成である。
これらについては、感光体ドラム２０Ｍ〜２０Ｂ、帯電器３０Ｍ〜３０Ｂ、現像ユニット４０Ｍ〜４０Ｂとする。
また、転写ローラ５０Ｍ〜５０Ｂ、クリーニングユニット６０Ｍ〜６０Ｂとする。

このようなカラープリンタ１００による「カラー画像プリントのプロセス」は良く知られているが、以下に簡単に説明する。
なお、図１（ｂ）の「破線で示す長方形」は、作像ユニットＵＹのユニットを「一まとめに示す」ものであり、必ずしも「ケーシング等の実体」を示すものでは無い。

カラー画像形成のプロセスが開始すると、感光体ドラム２０Ｙ〜２０Ｂ、転写ベルト１１が回転を開始する。
各感光体ドラム２０Ｙ〜２０Ｂの回転は時計回り、転写ベルト１１の回転は反時計回りである。

感光体ドラム２０Ｙ〜２０Ｂの感光面は、帯電器３０Ｙ〜３０Ｂによりそれぞれ均一帯電される。
光走査装置１３は、それぞれの感光体ドラム２０Ｙ〜２０Ｂに対して、走査光ＬＹ〜ＬＢによる光走査で画像書き込みを行なう。
なお、このような画像書き込みを行なう光走査装置１３は、従来から種々のものが良く知られており、光走査装置１３としては、これら周知のものが適宜利用される。

感光体ドラム２０Ｙに対しては、イエロー画像に応じて強度変調されたレーザビームを走査光ＬＹとして光走査が行われる。
この光走査によりイエロー画像が書き込まれ、イエロー画像に対応する静電潜像が形成される。

形成された静電潜像は所謂「ネガ潜像」であり、現像ユニット４０Ｙによりイエロートナーを用いる反転現像により「イエロートナー画像」として可視化される。

可視化されたイエロートナー画像は、転写ローラ５０Ｙにより、転写ベルト１１の表面側に静電的に１次転写される。

感光体ドラム２０Ｍに対しては、マゼンタ画像に応じて強度変調されたレーザビームを走査光ＬＭとして光走査が行われる。
この光走査によりマゼンタ画像が書き込まれ、マゼンタ画像に対応する静電潜像（ネガ潜像）が形成される。
形成された静電潜像は、現像ユニット４０Ｍによりマゼンタトナーを用いる反転現像により「マゼンタトナー画像」として可視化される。

感光体ドラム２０Ｃに対しては、シアン画像に応じて強度変調されたレーザビームを走査光ＬＣとして光走査が行われる。
この光走査によりシアン画像が書き込まれ、シアン画像に対応する静電潜像（ネガ潜像）が形成される。
形成された静電潜像は、現像ユニット４０Ｃによりシアントナーを用いる反転現像により「シアントナー画像」として可視化される。

感光体ドラム２０Ｂに対しては、ブラック画像に応じて強度変調されたレーザビームを走査光ＬＢとして光走査が行われる。

この光走査によりブラック画像が書き込まれ、ブラック画像に対応する静電潜像（ネガ潜像）が形成される。
形成された静電潜像は、現像ユニット４０Ｂによりブラックトナーを用いる反転現像により「ブラックトナー画像」として可視化される。

マゼンタトナー画像は、転写ローラ５０Ｍにより転写ベルト１１側へ静電的に１次転写される。
このとき、マゼンタトナー画像は「転写ベルト１１上に先に転写されているイエロートナー画像」に重ね合わせられる。
同様に、シアントナー画像は、転写ローラ５０Ｃにより１次転写される。

このとき、シアン画像は「転写ベルト１１上に、先に重ね合わせて転写されたイエロートナー画像、マゼンタトナー画像」に重ね合わせられる。
ブラックトナー画像は、転写ローラ５０Ｂにより、転写ベルト１１上のイエロー、マゼンタ、シアンの各色トナー画像に重ね合わせて１次転写される。

このようにして、転写ベルト１１上で、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色のトナー画像が重ね合わせられて「カラートナー画像」が形成される。

なお、各感光体ドラム２０Ｙ〜２０Ｂは、トナー画像転写後にそれぞれ、クリーニングユニット６０Ｙ〜６０Ｂによりクリーニングされ、残留トナーや紙粉等を除去される。

このようにして転写ベルト１１に形成されたカラートナー画像は、２次転写ローラ１７により静電的に２次転写される。

２次転写により、カラートナー画像は、転写ベルト１１上からシート状記録媒体である転写紙Ｓ上に転写される。

転写紙Ｓは、カセット１５内に積載されて収容され、図示されない周知の給紙機構により給紙され、図示されないタイミングローラにより尖端部を保持された状態で待機する。

そして、転写ベルト１１上のカラートナー画像が２次転写部に到達するのにタイミングを合わせて、転写紙Ｓが前記タイミングローラにより「２次転写部」に送り込まれる。

２次転写部は、転写ベルト１１と、これに接して連れ回りする２次転写ローラ１７との当接部である。
かくして、カラートナー画像と転写紙Ｓが重ね合わせられ、カラートナー画像は転写紙Ｓ上に静電転写（２次転写）される。

カラートナー画像を転写された転写紙Ｓは、続いて、定着装置１９を通過する際にカラートナー画像を定着され、カラープリンタ１００の上部のトレイＴＲ上に排出される。

以上が、カラープリンタ１００による「カラー画像プリントのプロセス」の概略説明である。

次に、図１（ａ）のカラープリンタにおける定着装置１９を、図１（ｃ）を参照して説明する。

定着装置１９は、図１（ｃ）に示すように所謂「ベルト定着方式」である。
定着を行なう部分は、定着部材としての定着ベルト６１と共に、加熱ローラ６２、定着部ローラ６４、加圧ローラ６３、テンションローラ６５、分離爪６６等を有している。
また、符号６９は「当接部材」を示す。当接部材６９については後述する。

定着ベルト６１は、ニッケル、ポリイミドなどの基材に「ＰＦＡやＰＴＦＥなどによる離型層」を有する構成であることができる。

あるいは、前記基材と離型層との間に「シリコーンゴムなどの弾性層」を設けた構成であることもできる。

従って、定着ベルト６１の表面は「離型層をなすＰＦＡやＰＴＦＥなどの樹脂」であり、その表面の状態が「検出され評価される対象」である。

定着ベルト６１は無端ベルトで、加熱ローラ６２と転写用ローラ６４とに巻き掛けられ、テンションローラ６５により「必要な張り」を与えられている。

加熱ローラ６２は、アルミや鉄による中空ローラで、ハロゲンヒータなどの熱源Ｈを内包し、熱源Ｈにより加熱ローラ６２を介して定着ベルト６１を加熱する。
図示されてはいないが、定着ベルト６１の表面温度を検出するためのサーモパイル等の温度センサが、定着ベルト６１の表面に「非接触」で設けられている。

定着用ローラ６４は、金属の芯金をシリコーンゴムで囲繞し、弾性を付与したものである。定着用ローラ６４は、定着ベルト６１を反時計回りに回転駆動する。
加圧ローラ６３は、アルミ又は鉄等の芯金の上にシリコーンゴムなどの弾性層を設け、表層はＰＦＡやＰＴＦＥ等の離型層により構成されている。

加圧ローラ６３は、定着用ローラ６４と対向する位置で、定着ベルト６１に圧接する。

この圧接により定着用ローラ６４が変形し、定着ベルト６１と加圧ローラ６３の接触部に「ニップ部」が形成される。このニップ部が定着部となる。

テンションローラ６５は、金属の芯金にシリコーンゴムを設けたものである。

分離爪６６は、その尖端部が定着ベルト６１の表面に当接するようにして、定着用ローラ６４の軸方向（紙面に垂直な方向）に複数個配設されている。

前述した、定着ベルト６１の表面温度を検知する非接触の温度センサ（図示されず）に代えて、接触型の温度センサ（サーミスタ等）を用いることも可能である。

定着が行なわれるときは、ヒータＨにより加熱ローラ６２を介して加熱される定着ベルト６１が反時計回りに回転し、加圧ローラ６３が時計回りに回転する。

定着ベルト６１の表面温度が定着可能な温度になると、カラートナー画像を転写された転写紙Ｓが、矢印方向へ搬送されて定着部に進入する。

そして、カラートナー画像は、転写部において定着ベルト６１側から熱を受け、加圧ローラ６３により定着ベルト６１に対して押圧されて圧力を受け、転写紙Ｓに定着される。

補足すると、カラープリンタ１００は、転写ベルト１１をクリーニングするクリーニング装置（図示されず）を有している。

「クリーニング装置」は、図１（ａ）において作像ユニットＵＹの左方において、転写ベルト６１がローラに撒き掛けられた部分に対向するように配置される。
そして、転写ベルト１１に当接するように配設されたクリーニングブラシとクリーニングブレードとにより、転写ベルト１１上の「残留トナーや紙粉等の異物」を除去する。
クリーニング装置はまた、転写ベルト１１から除去した残留トナーを搬出し廃棄するための排出手段（図示されず）も有している。

転写方式は、上に説明した「１次転写と２次転写を行なう方式」に限らない。

例えば、転写ベルト１１上に転写紙Ｓを担持して搬送しつつ、各感光体ドラムに対向接触させて各色のトナー画像を、直接転写紙Ｓ上に重畳して転写する方式でもよい。

この転写方式の場合も、カラートナー画像の定着は、前記と同様でよい。

「定着部材」である定着ベルト６１の表面は、当初は無傷であるが、定着動作が繰り返されるに従い、分離爪６６等との接触による傷や、前述の「筋状の傷」が発生する。

このような「傷の生じた表面の状態」が「定着部材の表面状態」であり、評価の対象である。

以下では、主として「筋状の傷」に対する表面情報の検出と評価を説明する。
図２は、定着装置１９による定着を、説明図的に示す図である。

図２における上下方向は「定着ベルト６１表面で搬送方向ＴＲＤと交わる方向（前述の「主方向」）」に対応する。
符号Ｓは「定着されるカラートナー画像を有する転写紙」を示している。
この説明例では、転写紙Ｓは「Ａ４サイズ」で、これを長手方向と幅方向に搬送できるようになっている。
符号Ａ４Ｔは、Ａ４サイズの転写紙Ｓを長手方向に搬送するときの紙幅を示し、符号Ａ４Ｌは、Ａ４サイズの転写紙Ｓを幅方向（短手方向）に搬送するときの紙幅を示す。
この場合は同一サイズの転写紙が「搬送方向に幅が異なる状態」で搬送されるが「定着部材による搬送方向ＴＲＤに直交する方向において幅が異なる」ので、このような場合も「搬送方向に幅の異なる複数サイズのシート状記録媒体」の１例とする。

紙幅Ａ４Ｌは、定着ベルト６１の幅（図の上下方向の長さ）に略等しい。
従って、Ａ４サイズの転写紙Ｓを幅方向（短手方向）に搬送するときには、長手方向の端部に生じる筋状の傷は、実際上殆ど問題とならない。

一方、紙幅Ａ４Ｔは、定着ベルト６１の幅よりも短く、筋状の傷は、紙幅Ａ４Ｌの内側に発生し、前述した「画像品質劣化の問題」を生じさせ得る。

この問題に対処するため、定着ベルト６１の「問題となる筋状の傷」が発生する位置の表面状態を検出し、筋状の傷の有無と程度を評価する。

評価の結果、筋状の傷の程度が「予め定められたレベル」を超えるとき、図１（ｃ）に示すように当接部材６９により、定着ベルト６１の表面を摺擦する。

当接部材６９はローラ状で、その表面粗さは「定着ベルト６１の表面粗さ」よりも大きく、図示されない駆動機構により定着ベルト６１の表面に接離可能である。

当接部材６９は、定着ベルト６１に当接すると、回転駆動されて、定着ベルト６１の表面に発生した「筋状の傷」が目立たなくなるまで前記表面を削る。

筋状の傷の有無・程度の評価は、図１（ｃ）に示す反射型光学検知装置２００と、表面状態評価装置３００によって行なわれる。
反射型光学検知装置２００は、定着ベルト６１の表面に光スポットを照射し、表面による反射光を受光する。
表面状態評価装置３００は、反射型光学検知装置２００の出力に基づいて、定着ベルト６１の表面状態を評価する。

図３に即して、反射型光学検知装置２００の１例を説明する。

図３（ａ）において、符号ＳＢは基板、符号ＬＨはレンズ基板、符号Ｅ１は発光部、符号Ｄ１は受光部、符号Ｌ１、Ｌ２はレンズを示している。
発光部Ｅ１はＬＥＤであり、受光部Ｄ１はフォトダイオードである。発光部Ｅ１、受光部Ｄ１は、それぞれ１個であり、図３（ｂ）に示すように、基板ＳＢに設けられている。

レンズＬ１、Ｌ２は、樹脂材料によるレンズ基板ＬＨに、その表面形状として形成されている。

符号６１Ｓは定着ベルト６１の表面であり、図に示す「副方向」に移動する。

発光部Ｅ１を発光させると、放射された光はレンズＬ１により集光され、表面６１Ｓ上に「光スポット」として照射される。

照射された光は表面６１Ｓにより反射され、レンズＬ２により集光されつつ、受光部Ｄ１に入射して受光され、出力信号が発せられる。

反射型光学検知装置２００は、定着ベルトの表面６１Ｓに照射される光スポットの位置が、表面６１Ｓにおける「筋状の傷」が発生する位置になるように配置される。

このような反射型光学検知装置２００により、定着ベルト６１の表面状態を検出したときの「連続する出力信号の１例」を、図４に示す。
横軸は時間を秒単位で示し、縦軸は「光強度（光電変換された電気信号）」をボルト単位で示している。図４の（ａ）ないし（ｃ）に示す出力信号は同一のものである。

「連続する出力信号」は、図４(ａ)に示すように、縦軸に示す出力値が、一定の周期：Ｐで変動している。周期：Ｐは「定着ベルト６１の１回転分の時間」に相当する。
定着ベルト６１の１回転中に検出出力が変化するのは、定着ベルト６１の表面状態が副方向に不均一であることを示している。
一般に、定着ベルト６１の内部応力は「副方向に不均一」であり、この不均一のために表面６１Ｓは、副方向に「微小な凹凸」が存在する。
例えば、転写ベルト６１の「継ぎ目」の部分等で、上記「副方向の凹凸」が生じることが多い。

このような微小な凹凸により反射面の向きが副方向に大きく変動し、反射光が受光部Ｄ１の受光面中心からずれることにより出力信号が大きく変動すると考えられる。

このような事情があると、受光部からの出力のサンプリングを、図４のＡ時点で行なう場合と、Ｂ時点で行なう場合とで「サンプリングされた検出出力」が異なる。

図４（ｃ）の場合だと、Ａ時点で検出した場合の検出出力は、Ｂ時点で検出した場合の検出出力よりも１０％ほども高くなってしまう。

定着ベルト表面の磨耗が経時的に進行して、定着ベルト表面の「筋状の傷」の程度が小さくなり、検出出力が全体的に１０％低下した場合を考えてみる。
この場合、仮に、検知出力低下前はＢ時点で、低下後はＡ時点で検出したものとすると、検出出力の低下を検知できないことになる。

「サンプリングを行なう時点」は、定着ベルト表面上の副方向位置に対応するから、上の場合、検出出力低下の前後で、副方向の異なる位置で検出が行なわれたことになる。

このような「経時的な傷の程度の低下」を精度良く検出するには、常に「定着ベルトの副方向の同じ位置」で検出(サンプリング)を行う必要がある。

図４に示された「検出結果」を見ると、出力の変動の小さいものに混じって「大きな出力変動」が存在する。

このような「大きな出力変動」は、図４（ｂ）に示すように、時点：Ｔで発生しているが、同図に示すように「周期的に発生」している。

上記の如き「大きな出力変動」は、定着ベルト６１の内部応力が大きい場所（前記微小な凹凸が存在する）で、反射光の方向が大きく変化することに由来する。

即ち、「大きな出力変動」は、定着ベルト６１表面の定位置で発生する。
従って「大きい出力変動」を基準として、検出のタイミング（検出時点）を定めれば、常に、定着ベルト表面の「副方向の同じ位置」から検出信号を得ることができる。

この発明では、反射型光学検知装置２００の出力に周期的に発生する大きな出力変動を検出し、検出された「大きな出力変動」を基準として、検出のタイミングを定める。

即ち、大きな出力変動から所定時間：Ｋ(ｎ)（ｎ＝１、２，・・）経過するごとに出力を検出する。

なお、混同の恐れは無いと思われるので、以下の説明において「大きい出力変動」を、その発生が時点：Ｔであることに鑑み「出力変動Ｔ」と呼ぶことにする。

図５（ａ），（ｂ）に、検出値を検出(サンプリング)するタイミングの例を示す。
この例では「大きな出力変動」を検出した時点：Ｔを基準とする。
そして、基準時間：Ｔから、Ｋ(1）、Ｋ(2）、Ｋ(3)、Ｋ(4)、Ｋ(5）、Ｋ(6)、Ｋ(7）、Ｋ(8）、Ｋ(9)、Ｋ(10)秒後のデータを検出した。

このように検出された１０個のデータ（検出値）は、定着ローラ表面の「筋状の傷の程度に関する情報」を含んでいる。

上記データの取得は、表面状態評価装置３００によりサンプリング時点(上記Ｋ(1）〜Ｋ(10）を決定して行なわれる。

表面状態評価装置３００は、反射型光学検知装置２００からの検出出力の取得を行なうが、反射型光学検知装置２００の制御も行なう。

表面状態評価装置３００は、コンピュータ等により実現でき、その機能は「プログラム制御」により実施される。

表面状態評価装置３００は、取得した検出値から「特性値（傷の程度と良好に対応すると考えられる値）」を算出する。

「特性値」としては種々のものを考えることができる。具体例を幾つか挙げる。
出力変動Ｔ１を検出した時点からＫ(1）〜Ｋ(10)秒後の１０個のデータを検出した場合を考える。

検出した１０個の検出値から「大きい方から例えば２番目まで」と「小さい方から例えば２番目まで」の計４個の検出値を除く。

そして、残った６個の検出値の平均値を算出して「特性値」とする。

このようにすると、反射光の方向が大きく変化し、反射光のスポットが受光部の受光面からずれた場合などに生じる「異常な検出値」を除き、傷の程度を精度良く評価できる。

なお、サンプリングを行なう時点：Ｋ(1)〜Ｋ(10)中に、時点：Ｔから周期間隔：Ｐを超えるものがあっても良い。

また、上記１０個の検出値から「大きい方から２番目まで」と「小さい方から２番目まで」を除き、残りの６個のなかの中央値を算出して「特性値」とすることもできる。

このような特性値でも、異常な検出値を除去し、定着ベルトの傷の程度を精度良く評価できる。この場合も、Ｋ(1)〜Ｋ(10)中に周期間隔：Ｐを超えるものがあっても良い。

さらには、上記１０個の検出値から、上限値と下限値を除き、残りの８個の検出値の平均値を算出して「特性値」としてもよい。

このような特性値でも、異常な検出値を除去し、定着ベルトの傷の程度を精度良く評価できる。この場合も、Ｋ(1)〜Ｋ(10)中に周期間隔：Ｐを超えるものがあっても良い。

検出値の検出には、「大きい出力変動Ｔ」を検出する必要がある。これを行なうには、以下のようにすれば良い。

図５の例では、「大きい出力変動」は「程度の異なるもの」が複数種発生している。これらの中から適当なものを選ぶ。

「大きい出力変動」は、前述の如く「定着ベルト６１の内部応力が大きい位置で、微小な凹凸により反射光の方向が大きく変化する」ことに由来する。

従って、大きい出力変動は「検出値（光強度を光電変換した電気信号）が小さい」状態として現れる。

図５（ａ）に示す例では、閾値：Ｌを図のように設定し、閾値：Ｌを超えて出力値が小さくなるもの（時点：Ｔ）を「大きい出力変動Ｔ」としてサンプリングの基準とする。

また、設定された閾値：Ｌが低すぎると「大きい出力変動を検出できない」こともあり得る。

従って、「大きい出力変動」を検出する場合、適当な時間：Ｗ（定着ベルトの回転の１周期と略等しい）を設定する。

そして、設定時間：Ｗ内で「検出値が最小であった位置（時点）を大きな出力変動の時点：Ｔ」とし、時点：Ｔにおける検出値よりも大きな値に閾値：Ｌを再設定すればよい。

あるいは、以下のようにすることもできる。
即ち、大きな出力変動Ｔから、Ｋ(1）〜Ｋ(10)秒後の１０個の検出値を得、これから、上述の如くして「特性値」を算出する。

そして、図５（ｂ）に示すように、この特性値に「１以下の定数を掛けた値」を閾値：Ｌ’とするようにすれば、閾値を最適な値に随時補正できる。

例えば、上記「１以下の定数を０．５とする」と、特性値が３(Ｖ)のときは、閾値：Ｌは１．５(Ｖ)である。
特性値が低下した場合には、閾値：Ｌを、より低く設定しなければならない。

上記の場合、特性値が２(Ｖ)に低下した場合すると、閾値：Ｌ’は１（Ｖ）となり、閾値：Ｌは随時、適当な大きさに補正される。
この場合、特性値が３(Ｖ)のときに対し、特性値が２(Ｖ)に低下した場合の大きな出力変動の生じる時点：Ｔを検知する閾値：Ｌは、低下前の凡そ２／３になる。

また、上記設定時間：Ｗ内に、検知出力が「閾値：Ｌ以下」になる位置(時点)が２以上ある場合も有りうる。

この場合には、「大きな出力変動」となりうる２以上の検出値中、検出値が最も小さくなる位置を大きな出力変動の時点：Ｔとする。

このようにすれば、定着ベルトにおいて「最も大きな出力変動」を起こす副方向の決まった位置を、常に「大きな出力変動の起きる位置（時点：Ｔ）」として検出できる。

上記の如く算出された「特性値」は、筋状の傷の程度と対応関係があるので、「傷の程度と特性値の関係」を予め実験的に特定し、数式化したりテーブル化したりしておく。

そして、算出された特性値が、どの程度の傷に対応するかを判定するのが「定着ベルトの表面状態の評価」であり、これは表面状態評価装置３００が実行する。

上に説明した例では、定着ベルトの表面状態の評価の結果、筋状の傷の程度が「予め定められたレベル」を超えるとき、当接部材６９により定着ベルト６１の表面を削る。

従って、定着ベルトの厚さは、経時的に減少し、定着ベルトの回転周期は、長い時間スパン（例えば、１万回の画像形成にかかる時間）では「経時的に変化」することになる。

このように、定着ベルトの回転周期が変化した状態で、上記方法を続けた場合、定着ベルトの副方向におけるサンプリング位置がずれることになる。

この問題に対して、この発明では以下の如き対処法が可能である。

即ち、図６に示すように、「大きい出力変動の周期：Ｐ（同図（ａ））」が、経時的に周期：Ｐ’に変化した場合を考える。

このような場合は、前述の如く「例えば１万枚の画像形成」が行われるたびに「大きな出力変動の周期」を測定する。
そして、周期が「ＰからＰ’」に変化したら、サンプリングのタイミング：Ｋ（ｎ）を「大きな出力変動から(Ｐ’/Ｐ）Ｋ（ｎ）に変更)」すれば良い。

このようにすれば、大きな出力変動の周期：Ｐが変化しても、常に定着ベルトにおける「副方向の同じ位置」から検出値を得ることができる。

図７は、別の反射型光学検知装置２００Ａの構成を説明するための図である。
符号ＳＢ１は基板、符号ＬＨ１はレンズ基板、符号Ｅ１〜Ｅ１１１は「発光部アレイ」を構成する発光部、符号Ｄ１〜Ｄ１１は「受光部アレイ」を構成する受光部を示す。
符号Ｌ１〜Ｌ１１１は「レンズアレイ」を構成するレンズ、Ｌ２〜Ｌ２１１も「レンズアレイ」を構成するレンズを示している。
発光部Ｅ１〜Ｅ１１はＬＥＤであり、受光部Ｄ１〜Ｄ１１はフォトダイオードである。

発光部Ｅ１〜Ｅ１１、受光部Ｄ１〜Ｄ１１は、それぞれ１１個であり、図７（ｂ）に示すように、基板ＳＢ１に設けられている。

レンズＬ１〜Ｌ１１１、Ｌ２〜Ｌ２１１は、樹脂材料によるレンズ基板ＬＨ１に、その表面形状として形成されている。

符号６１Ｓは定着ベルト６１の表面で、図に示す「副方向」に移動する。

発光部Ｅｉ（ｉ＝１〜１１）を発光させると、放射された光はレンズＬ１ｉ（ｉ＝１〜１１）により集光され、表面６１Ｓ上に「光スポット」として照射される。

照射された光は表面６１Ｓにより反射され、レンズＬ２ｉ（ｉ＝１〜１１）により集光されつつ、受光部Ｄｉに入射し、出力信号が発せられる。

図８は、反射型光学検知装置２００Ａの定着ベルト６１に対する配置の状態を、図２に倣って示している。同じ符号は図２のものと同一である。

図２、図８の例において、反射型光学検知装置２００、２００Ａは、Ａ４サイズの転写紙Ｓの通過領域の両サイドのうち片側にのみ設けられている。

これは、筋状の傷の発生は、上記両サイドにおいて略同様に起こるので、一方の側の検出で実用上は十分であると考えられるからである。

反射型光学検知装置２００Ａは、定着ベルト６１の表面６１Ａの主方向(図７（ａ）の図面に直交する方向)に、１１個の光スポットが形成されるように設置される。
反射型光学検知装置２００Ａは、表面状態評価装置３００により動作を制御される。

発光部Ｅ１〜Ｅ１１を順次発光させると、定着ベルトの表面６１Ａからの反射光はそれぞれ対応する受光部Ｄ１〜Ｄ１１に受光されて検出される。
このタイプの反射型光学検知装置２００Ａは、凡そ、「定着ベルト６１の用紙端部通過位置」に設置されていればよい。
発光部Ｅ１〜Ｅ１１を順次発光させたとき「反射光の検出値が最小となる光スポット」が、定着ベルト表面６１Ａ上で「筋状の傷」を照射していると評価する。
そして、該光スポットによる検出値を傷の程度の評価に用いる。検出値から特性値を算出する手順は、上記と同様である。

このタイプの反射型光学検知装置２００Ａを用いると「筋状の傷の主方向の位置」がずれたり、筋状の傷が「副方向で蛇行」していても、傷の程度を適正に評価できる。

なお、図２に示す反射型光学検知装置２００も、図７の反射型光学検知装置２００Ａも「斜め光線」を使用している。
従って、発光部や発光部アレイ、受光部や受光部アレイは、レンズおよびレンズアレイの光軸位置から副方向にずらされている。

１９ 定着装置
６１ 定着ベルト（定着部材）
６２ 加熱ローラ
６３ 加圧ローラ
６４ 定着部ローラ６４
６５ テンションローラ６５
６６ 分離爪
６９ 当接部材
２００ 反射型光学検知装置
３００ 表面状態評価装置
Ｓ トナー画像を転写されたシート状記録媒体（転写紙）

特開平５−１１３７３９号公報 特開２００７−３４０６８号公報

Claims (14)

1. トナー画像を形成されたシート状記録媒体を１対の回転体により挟圧搬送しつつ、前記トナー画像に熱と圧力とを加えて、前記シート状記録媒体に定着する定着装置において、
   前記シート状記録媒体のトナー画像が形成された一方の側の面に当接し、前記シート状記録媒体にトナー画像を定着する定着部材と、
   前記シート状記録媒体の他方の側の面に当接し、前記定着部材とともに、前記シート状記録媒体を挟圧搬送する加圧部材と、
   前記定着部材の表面に光スポットを照射し、前記表面による反射光を受光する反射型光学検知装置と、
   該反射型光学検知装置の出力に基づいて、前記定着部材の表面状態を評価する表面状態評価装置と、を有し、
   前記定着部材による搬送方向に直交する方向において幅の異なる複数サイズのシート状記録媒体へのトナー画像の定着が可能で、前記反射型光学検知装置が、前記方向におけるサイズが最大でないシート状記録媒体の幅方向端部を含む該幅方向端部近傍に配置され、
   前記反射型光学検知装置の出力に周期的に発生する大きな出力変動を検出し、検出された前記出力変動から所定時間：Ｋ(ｎ)（ｎ＝１、２，・・）経過するごとに出力を検出し、検出されたｎ（≧２）個の検出値から、特性値を算出し、算出された特性値に基づき、前記定着部材の表面状態を評価することを特徴とする定着装置。
2. 請求項１記載の定着装置において、
   前記反射型光学検知装置が１つであることを特徴とする定着装置。
3. 請求項１記載の定着装置において、
   定着部材が定着ベルトであることを特徴とする定着装置。
4. 請求項１または２または３記載の定着装置において、
   反射型光学検知装置の出力に周期的に発生する大きな出力変動を検出するために、所定の閾値：Ｌを設定し、前記出力がＬ以下のとき、大きな出力変動とすることを特徴とする定着装置。
5. 請求項４記載の定着装置において、
   所定の閾値：Ｌ以下となる出力が無いときに、所定時間：Ｗ内で前記出力が最小となるものを大きな出力変動とし、この出力変動が検出されるように、前記閾値：Ｌを、より大きな値に再設定することを特徴とする定着装置。
6. 請求項４または５記載の定着装置において、
   所定時間：Ｗ内において、閾値：Ｌ以下となる出力変動が複数検出される場合、最も小さい出力を、大きな出力変動とすることを特徴とする定着装置。
7. 請求項４〜６の任意の１に記載の定着装置において、
   閾値：Ｌを、前記特性値に定数：ｋ（０＜ｋ＜１）を乗じた値に変更可能であることを特徴とする定着装置。
8. 請求項１〜７の任意の１に記載の定着装置において、
   反射型光学検知装置の出力に周期的に発生する大きな出力変動の周期が変化したとき、
   変化前の周期をＰ、変化後の周期をＰ’として、検出された前記出力変動から、所定時間：（Ｐ’/Ｐ）Ｋ(ｎ)（ｎ＝１、２，・・）経過するごとに出力を検出し、検出されたｎ（≧２）個の検出値から、特性値を算出し、算出された特性値に基づき、前記定着部材の表面状態を評価することを特徴とする定着装置。
9. 請求項８記載の定着装置において、
   反射型光学検知装置の出力に周期的に発生する大きな出力変動の周期を、一定枚数の画像形成ごとに検出することを特徴とする定着装置。
10. 請求項１〜９の任意の１に記載の定着装置において、
    前記反射型光学検知装置が、前記定着部材表面の主方向に複数の光スポットを順次に照射し、前記表面による反射光を受光して出力するものであることを特徴とする定着装置。
11. 請求項１〜１０の任意の１に記載の定着装置において、
    前記反射型光学検知装置の出力に周期的に発生する大きな出力変動を検出したのち、検出されるｎ（≧３）個の検出値のうち、大きい側からｉ（≧０）番目までと、小さいほうからｊ（≧０）番目までを除いた残りの検出値の平均値を特性値として算出することを特徴とする定着装置。
12. 請求項１〜１０の任意の１に記載の定着装置において、
    前記反射型光学検知装置の出力に周期的に発生する大きな出力変動を検出したのち、検出されるｎ（≧３）個の検出値のうち、大きい側からｉ（≧０）番目までと、小さいほうからｊ（≧０）番目までを除いた残りの検出値の中央値を特性値として算出することを特徴とする定着装置。
13. トナー画像を形成されたシート状記録媒体を１対の回転体により挟圧搬送しつつ、前記トナー画像に熱と圧力とを加えて、前記シート状記録媒体に定着する定着装置の、前記シート状記録媒体のトナー画像が形成された一方の側の面に当接し、前記シート状記録媒体にトナー画像を定着する定着部材の表面状態を評価する表面状態評価方法であって、
    前記定着部材による搬送方向に直交する方向において幅の異なる複数サイズのシート状記録媒体のうち、前記方向におけるサイズが最大でないシート状記録媒体の幅方向端部を含む該幅方向端部近傍に、反射型光学検知装置を配置し、
    前記反射型光学検知装置により、前記定着部材の表面に光スポットを照射し、前記表面による反射光を受光し、
    前記反射型光学検知装置の出力に周期的に発生する大きな出力変動を検出し、検出された前記出力変動から所定時間：Ｋ(ｎ)（ｎ＝１、２，・・）経過するごと出力を検出し、検出されたｎ（≧２）個の検出値から、特性値を算出し、算出された特性値に基づき、前記定着部材の表面状態を評価することを特徴とする定着装置における定着部材の表面状態評価方法。
14. 光導電性の感光体と、この感光体の感光面を均一帯電させる帯電装置と、帯電された感光体に光による画像書き込みを行い、静電潜像を形成する画像書き込み装置と、形成された静電潜像をトナー像として可視化する現像装置と、前記トナー画像をシート状記録媒体に転写する転写装置と、転写されたトナー画像を前記シート状記録媒体に定着する定着装置とを有する画像形成装置であって、
    定着装置として、請求項１〜１２の任意の１に記載の定着装置を用いることを特徴とする画像形成装置。

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