JP6415087B2 - 画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、記録材に画像を形成する画像形成装置に関し、記録材を搬送する搬送部の劣化状態の検知に関する。
画像形成装置において、画像が形成される記録材を搬送する搬送ローラ等の搬送部の劣化状態(寿命とも言う)は、一般的には、搬送部によって搬送した記録材の累積枚数、また、搬送部の累積の駆動時間、記録材の搬送速度の変化等に基づいて判断される。この寿命を判断するための閾値は、搬送部が記録材を搬送する性能として画像形成装置の品質や機能(例えば画質、搬送性等)に影響を及ぼさないように設定される。例えば、特許文献1には、記録材の搬送部の一例としての定着器によって搬送される記録材の搬送速度を検知し、定着器が使用されて劣化する前の初期値(初期の搬送速度)に対する変化量に基づき定着器の寿命を判断する技術が提案されている。
特開平4−277780号公報
しかしながら、搬送部による記録材の搬送性能は使用による劣化以外にも、画像形成装置の置かれた環境(温度、湿度)等、他の要因によっても変化する場合がある。このように、使用による劣化以外の要因で、搬送部の搬送性能が変化することを考慮して精度良く搬送部の寿命を判断することが求められてきている。
上記課題を解決するための本発明の画像形成装置は、記録材に画像を形成する画像形成手段と、画像が形成された記録材を搬送しつつ、該記録材を加熱することにより該記録材に前記画像を定着する定着手段とを有し、前記定着手段が交換可能な画像形成装置において、
前記定着手段に対して記録材の搬送方向の上流側で記録材を検知する第一検知手段と、前記定着手段に対して記録材の搬送方向の下流側で記録材を検知する第二検知手段と、記録材の先端を前記第一検知手段で検知した時刻から前記記録材の後端を前記第二検知手段で検知した時刻までの搬送時間を取得する取得手段と、前記画像形成装置の周囲の湿度を検知する湿度検知手段と、前記取得手段によって取得した前記搬送時間と前記湿度検知手段によって検知した前記湿度に基づき、前記定着手段の交換時期を判断する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記湿度検知手段により検知された湿度が所定値以上の場合に、画像形成を開始してから画像が形成された記録材の枚数が閾値に達するまでの第一期間であって、前記定着手段による記録材の搬送時に突発的なスリップの発生度合いが高い前記第一期間において、前記取得手段で取得された前記搬送時間が小さくなるように第一の割合で補正し、画像形成を開始してから画像が形成された記録材の枚数が前記閾値に達した後の第二期間であって、前記第一期間よりも前記突発的なスリップの発生度合いが低い第二期間において、前記取得手段で取得された前記搬送時間が小さくなるように、且つ、前記第一の割合で補正した結果よりも大きくなるように、第二の割合で補正することを特徴とする。
本発明によれば、使用による劣化以外の要因を考慮して搬送部の寿命を精度良く判断することが可能になる。
本発明に係る画像形成装置を示す図 本発明に係る定着器の概略図 本発明に係る定着駆動回路図、及び、搬送センサの検知回路図 本発明に係るプリント時の記録材の搬送状態を示す状態遷移図 実施例1に係る記録材の通紙枚数と通過時間の関係を示す図 実施例1に係る記録材の通紙枚数と補正後の通過時間の関係を示す図 実施例2に係るフローチャート 実施例2に係る記録材Pの通紙枚数と加圧ローラの温度との関係を示す図 実施例2に係る湿度と補正係数の関係を示す図 実施例2に係るフローチャート その他の実施例に関する図
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせ全てが発明の解決手段に必須のものとは限らない。
図1(a)に本発明における画像形成装置A(以下、本体Aという)の構成を示す。給紙カセット101に積載された記録材(以下、記録材Pという)は、ピックアップローラ102、給紙ローラ103、レジストローラ104を介して、所定のタイミングで画像形成部としてのカートリッジ105へ搬送される。カートリッジ105は、帯電部としての帯電ローラ106、現像部としての現像ローラ107、クリーニング部108、及び像担持体としての感光体ドラム109を一体的に構成し、本体Aに着脱可能である。そして、露光部111から出射されるレーザ光により、感光ドラム109に静電潜像が形成され、感光体ドラム109上の静電潜像がトナー像として現像される。転写部110により、感光体ドラム109上のトナー像が記録材Pに転写されると、記録材Pは定着器115において加熱及び加圧処理されて未定着トナー像が記録材Pに定着される。その後、画像が形成された記録材Pは、中間排紙ローラ116、排紙ローラ117を介して本体Aの外に排出され、一連のプリント動作が終了する。
モータ118は、定着器115を含む各ユニットに駆動力を与える駆動部である。また、記録材Pの搬送路には記録材Pの搬送状態を検知するための検知部である第1搬送センサ125及び第2搬送センサ126が備えられている。更に、本体Aには、本体Aの設置された周囲の環境を検知する温湿度センサ119を備える。この温湿度センサは本体Aの周囲の外気の温度と湿度を検知することができ、検知結果に応じて制御ユニット200によって画像形成条件等の最適化される。なお、本体Aの制御は、本体Aに備えられた制御ユニット200内の記憶部(ROM)に予め記憶された制御プログラム(不図示)に基づいて行われる。
なお、図1(a)の画像形成装置Aにおける制御ユニットと温湿度センサ、モータM、各ローラ、搬送センサとの接続関係を図1(b)に示す。制御ユニット200は、温湿度センサ119からの信号、搬送センサ125,126からの信号が入力される。また、制御ユニット200はモータMに駆動/停止指示を行う信号を出力し、その信号に基づきモータMは各ローラ(103、104、105、115、116、117)、感光ドラム109を駆動する。
また、本実施例では交換可能な搬送部の一例として、定着器115について説明する。図2は、定着器115の側面図である。定着器115は、周知のフィルム方式の定着器であり、定着フィルム120の内側には、セラミックヒータ121と、その保持部材(不図示)を有する。セラミックヒータ121は加圧ローラ122と対向配置されている。そして、セラミックヒータ121の定着フィルム120接触面には熱伝導性のグリスが塗布されており、セラミックヒータ121と定着フィルム120の摺動性を高めている。また、発熱体124は、電気絶縁層としてのガラス保護膜127によって被覆されており、セラミックヒータ121の長手方向の中央部には、セラミックヒータ121の温度を検出するセンサとしてのサーミスタ128が備えられている。
図3は、本実施例における制御ユニット200とその周辺回路の一部を示しており、定着器115の駆動回路図及び、第1搬送センサ125、第2搬送センサ126の検知回路を示している。図3において、商用電源150に対して、リレー130、セラミックヒータ121、トライアック131が配置されている。リレー130は、セラミックヒータ121への通電ラインの遮断を行うものであり、CPU133からの駆動信号に従いリレー駆動回路(抵抗134、トランジスタ135)によって駆動されている。このリレー30はセラミックヒータ121の異常時に通電を遮断するために用いられる。
また、セラミックヒータ121への通電は、トライアック131によりオンオフされる。CPU133はトライアック駆動回路(抵抗素子136、137、トランジスタ138)を駆動することにより、フォトトライアックカプラ139のLEDを点灯させている。フォトトライアックカプラ139のLEDが点灯すると、フォトトライアックカプラ139がオンとなりトライアック131のバイアス抵抗素子140、141によりトライアック131をオンさせている。ここで142はトライアックのサージ保護用の部品である。
セラミックヒータ121の温度は、サーミスタ128を用いて検出してCPU133によって監視している。サーミスタ128と抵抗素子143により分圧されたアナログ電圧値がCPU133に入力される。CPU133は入力された電圧値(温度情報)を基にトライアック131の駆動を制御し、セラミックヒータ121の温度が一定となるようにする。
また、本実施例では、第1搬送センサ125、第2搬送センサ126として、フォトインタラプタを使用しており、その周辺回路は、電流を制限するための抵抗素子151、153、プルアップ抵抗素子152、154で構成される。記録材Pの搬送経路上に備えられた部材(フラグ等)によって、フォトインタラプタの光路を遮光できる構成となっている。そして、第1搬送センサ125、及び、第2搬送センサからの信号を受けてCPU133が記録材Pの有無の状態を認識することができる。
図4は、本実施例におけるプリント時の記録材Pの搬送状態を示す状態遷移図である。図4において、時間T=0の時に給紙カセット101内の記録材Pがピックアップローラ102によって給紙される。その後、記録材Pは、第1搬送センサ125、定着器115、第2搬送センサ126を順次通過し、排紙ローラ117により本体Aの機外に排紙される様子を示している。前述の通り、定着器115の上下流側に夫々配置されている第1搬送センサ125と第2搬送センサ126の検知結果を用いて、CPU133は記録材Pが定着器115を含む搬送路を通過するのに要する時間ΔTを測定することができる。本実施例では、ΔTは、記録材Pがセンサ125からセンサ126迄の搬送路を通過する搬送時間である。より具体的には、この搬送時間は、記録紙Pの先端がセンサ125で検知されてから、記録紙Pの後端がセンサ126を抜けるまでに要する時間である。なお、本実施例では、ΔTは、図4に記載したΔT=T2−T1である。CPU133は、このT2とT1を搬送センサ125,126からの信号に基づき取得してΔTを算出する。
図5(a)は、一例として、プリント時の記録材Pの搬送速度が一定速度の場合において、CPU133が認識する記録材Pの上記ΔTをプロットしたものである。また、図5(a)に示した曲線(実線A及び点線B)は、CPU133が測定した最新の複数枚分(本実施例では10枚分)のΔTを平均化処理したΔT(AVE)である。図5(a)におけるM−10〜M−1の夫々のΔTを平均化処理する。そして、CPU133は、実線Aで示したΔT(AVE)が、予め定められたΔT(Limit)(図5(a)の一点鎖線C)を超えた場合に、定着器115の搬送性能が定常的に低下した場合であると判断し定着器115が寿命に到達したと判断する。この寿命の到達とは、定着器115が交換時期であることを意味する。定着器115の搬送性能が累積使用(耐久とも言う)によって定常的に低下する主要因は、セラミックヒータ121の定着フィルム120接触面に塗布している熱伝導性のグリスが劣化することである。熱伝導のグリスが劣化すると、セラミックヒータ121の定着フィルム120の摺動性が低下するため、定着フィルム120が記録材Pの搬送能力が低下してしまう。なおこの他の要因としては、加圧ローラの表面の劣化等もある。
また、図5(b)は、所定のプリント条件の場合に、突発的にΔTが大きくなる様子を示したものである。定着器115の搬送性能が、耐久によるものとは別の要因で突発的に変化する場合がある。例えば、その主要因としては、水分を含んだ記録材Pが定着器115で加熱された時に発生する水蒸気の影響がある。記録材Pに含まれる水分量は画像形成装置の置かれた環境が高温及び高湿の場合に多くなることが分かっている。例えば、定着器115で発生した水蒸気が、定着器115内の加圧ローラ122の表面に水滴として付着する場合がある。このような場合は、加圧ローラ122に付着した水滴によって記録材Pと加圧ローラ122の間の摩擦力が低下する。その結果、定着器115を通過中に記録材Pが滑って搬送性能が低下する場合がある。このように、定着器115の耐久による要因以外に、記録材Pに含まれる水分量の変化によっても搬送性能の低下が発生する場合がある。このような状況において、CPU133が定着器115が寿命であると誤検知しないようにするために、CPU133は測定したΔTに対して、以下のような補正を行う。
本実施例において、CPU133はプリント時に温湿度センサ119による湿度の検知結果を監視し、記録材Pを搬送時に測定したΔTに対し、その時の温湿度センサ119の検知結果に応じてΔTの値を補正する。本実施例では少なくとも湿度を検知してΔTを補正するため、湿度センサ(不図示の湿度のみを検知できるセンサ)でもよい。本実施例で適用する温湿度センサ119や湿度センサは、アナログの電圧値の信号を出力するセンサである。CPU133は、アナログの電圧値の信号を内部でデジタル化して、周囲の環境に関する情報として不図示の記憶部(図1(a)の200a)に一時的に記憶する。なお、温度を検知してΔTを補正するようにしてもよいし、温度と湿度の両方を加味してΔTを補正するようにしてもよい。
図6(a)は、プリント時における、CPU133が認識した湿度と、記録材Pの上記ΔTのプロットである。CPU133は、図6(b)に示したように温湿度センサ119の検知した湿度が50%以上、つまり閾値以上の時には、ΔTに補正係数αを掛けたΔT´(=ΔT×α、本実施例ではα=0.8)として補正している。図6(a)では、温湿度センサ119の検知した湿度が50%以上の時に測定したΔT(図6(a)中の○印のプロット)のデータをΔT´(図6(a)中の●印のプロット)に補正する様子を示している。そして、ΔTまたは、ΔT´から算出されるΔT(AVE)がΔT(Limit)を超えた時(図6(a)においては、通紙枚数N枚目)、CPU133は定着器115が寿命に到達したことを判断する。この図6(a)において、M−10〜M−1の夫々のΔTを平均化処理している。
以上で説明した本実施例におけるCPU133の制御による定着器115の寿命判断の流れを図7のフローチャートを用いて説明する。まず、本体Aが、S701でプリント動作を開始すると、記録材Pが給紙カセット101から給紙され、本体A内の搬送路で搬送される。そして搬送された記録材Pに対し、CPU133は、S702で第1搬送センサ及び第2搬送センサの検知結果を基にΔTを求める。また、S703で温湿度センサ119により検知した湿度を確認し、湿度が50%以上の場合には、S704で測定したΔTをΔT´に補正する(湿度が50%未満の場合にはΔTは補正しない)。そして、S705で最新の記録材10枚分のΔTまたは、ΔT´を平均化処理して、ΔT(AVE)を求める。この平均化処理して求めたΔT(AVE)は、記録材Pの搬送時間に関する情報としてCPU133内の記憶部(図1(a)の200a)に記憶保持される。次に、S706でΔT(AVE)>ΔT(Limit)の場合、S707で定着器115の寿命に到達したと判断し、寿命であること、つまり交換を促すための情報を出力(報知)する。そして、S709でプリント動作を終了する。一方、S706でΔT(AVE)≦ΔT(Limit)の場合、S708で後続紙がある場合はS702へ戻り、後続紙がない場合はS709でプリント動作を終了する。
尚、本実施例では検知した湿度に対して補正係数を2段階としているが、2段階に限らず、更に補正係数を3段階以上に分けることも可能である。湿度の影響をより細かく制御に反映すれば湿度が変動してもより精度良く寿命を判断することが可能になる。また、本実施例では第1搬送センサ125、第2搬送センサ126の二つのセンサでΔTを算出しているものの、第2の搬送センサ126だけでも記録材Pが定着器115内を通過する時間を含む搬送時間を測定可能である。例えば、記録材Pの給紙開始から搬送センサ126で記録材Pを検知する迄の時間を認識し、その時間を用いる、また、その時間からΔTを求めて定着器115の寿命を判断することができる。また、より正確に定着器115の定着フィルム120と加圧ローラ122で形成されるニップ部で記録材を搬送している時間を検知する構成としては、記録材の搬送方向の長さを検知する方法でもよい。
また、本実施例では、プリント時の記録材Pの搬送速度は一定速度として説明した。しかし、プリントモードによって定着器115による記録材Pの搬送速度が複数に切り替えられる場合には、その搬送速度に対応してΔTの時間、閾値等を補正すれば同様の効果を得ることができる。
以上、説明したように、本実施例によれば、耐久以外の要因で発生する、記録材の搬送性能の変化の影響を低減して、搬送部である定着器の搬送能力低下を検知できる。これにより、定着器115の寿命を精度良く判断することが可能となる。
本実施例は、第1の実施例に対して、更に定着器115において発生する水蒸気の影響によって突発的に発生する搬送性能の変化の影響を受けにくいようにしている。前述したように、定着器115の搬送性能を突発的に変化させる主要因としては、記録材Pを加熱した時に発生する水蒸気である。本実施例では、記録材Pから発生した水蒸気が、定着器115内の加圧ローラ122の表面に水滴として付着しやすくなる条件をΔTを補正する条件に加えることを特徴としている。
図8に、プリント動作開始からのセラミックヒータ121及び加圧ローラ122の温度推移と、定着器115内を通過する記録材Pの枚数の関係を示す。図8において、プリント動作を開始すると、記録材Pが定着器115に到達する前までにセラミックヒータ121の温度が所望の温度(本実施例では200℃に設定)になるまでセラミックヒータ121を加熱する。その際、加圧ローラ122の温度も徐々に上昇していく。そして、1枚目の記録材Pが定着器115に到達すると、加圧ローラ122の温度は、記録材Pに熱を奪われるため低下する。その後、加圧ローラ122の温度はプリント動作を継続する過程で徐々に上昇していく。
ここで、先に述べた記録材Pから発生した水蒸気は、加圧ローラ122の温度が低いと水蒸気が冷却されて加圧ローラ122に水滴として付着しやすくなる。ここで、本実施例では、本体Aの周囲の環境、定着器115の構成部品、及び、定着器115に投入する電力等のばらつきを含めたものとしている。このような前提を考慮して本実施例では、加圧ローラ122に水滴が付着しやすい条件として、加圧ローラの温度が閾値温度Ta=70℃以下であることと設定した。図8に示した加圧ローラ122の温度推移は、加圧ローラ122に水滴が付着する可能性が高くなる閾値温度Ta(=70℃)以下の場合がある一例を示している。図8では、画像形成の開始(プリント開始とも言う)から最初の10枚は、加圧ローラ122に水滴が付着しやすくなることを示している。
つまり、プリント開始から1〜10枚目と、11枚目以降では、突発的なスリップの発生度合いが変わることになる(1〜10枚目のプリント動作時に突発的なスリップが発生しやすい)。つまり、プリント開始から所定期間経過する迄と、所定時間経過毎で補正係数を切り換えるようにする。
本実施例では、実施例1で説明した図6(b)の補正係数テーブルに対して、プリント開始からのプリント枚数の情報も考慮した図9の補正係数テーブルを設けている。本実施例では1〜10枚目と11枚目以降とで補正係数を第1の係数と、第2の係数に切り換えるようにしたが、定着器115の構成によっては、係数を切り換える枚数を適宜変更すればよい。
以上で説明した本実施例における定着器115の寿命判断の流れを図10のフローチャートを用いて説明する。ここでは、図7のフローチャートに対して、新たに追加したS1001及びS1002に対してのみ説明する。
S703までの流れは図7と同じである。そして、CPU133はS703で温湿度センサ119により検知した湿度を確認し、湿度が50%以上、つまり閾値以上の場合には、続いてS1001でジョブにおけるプリント枚数を確認する。S1001で対応する記録材Pが1〜10枚目に該当しない場合には、S704で補正係数αを用いてΔTをΔT´に補正する。また、1〜10枚目に該当する場合には、S1002で補正係数α´を用いてΔTをΔT´に補正する。その後のS705以降の流れは図7と同じである。
本実施例では、図9のように、検知した湿度と所定のプリント枚数に到達したか否かの判断の結果を条件として、補正係数を3段階としているが、プリント枚数の条件はプリント枚数の搬送順番毎としても良い。また、補正係数を適用するための条件としては、少なくとも周囲の環境の湿度、又は、プリント枚数のいずれかのパラメータに基づき判断すれば本実施例の効果が得られる。
以上、実施例1に対する制御に加えて、プリント開始からの枚数を更に考慮することによって突発的に発生する搬送性能の変化の影響を、より受けにくくすることができる。これにより、定定着器115が寿命に到達したことを精度良く判断することが可能となる。
(その他の実施例)
実施例1又は実施例2で説明した定着器115の搬送性能の低下(寿命)の検知の実行タイミングについて記載する。当然のことながら、定着器115の搬送性能の低下は、定着器115が寿命到達する予測されるタイミングの前から検知することができれば、定着器を適切なタイミングで交換することができる。
そこで、例えば、図6(a)で示すようにN枚目で寿命と判定されることが予想される定着器115に対して、程度余裕のある通紙枚数(例えば図6(a)においてはM枚目<N枚目)から、実施例1又は実施例2に記載した制御を実行する。
本実施例では、定着器115の寿命検知を開始するタイミングを通紙枚数で規定しているが、その他の条件(定着器の累積駆動時間等)によって規定することも可能である。
なお、図11に示すように、上記で説明した定着器115の寿命判断の結果をネットワークを介して画像形成装置Aの販売メーカーなどの外部装置(コンピュータB)に自動的に送信することも可能である。ユーザが画像形成装置を使用している環境に応じて定着器115の寿命を判断して、通知されるため販売店が交換する定着器の発送のタイミングが最適化される。また、ユーザに対しても販売店からタイムリーに新しい定着器を送付することができるため、ユーザビリティの向上につながる。
例えば、ネットワークを介して通知するタイミングとしては、ΔT(Limit)よりも小さい第二の閾値ΔT2(=ΔT(Limit)×0.9)を設定して、ΔT2をきえたら通知するように制御することが有効である。
また、上記実施例1、2では、搬送部として定着器を例に挙げて説明したが、これに限らず環境(湿度や温度)の影響で記録材の搬送性能が変動する部材であれば、上記実施例で説明した制御を適用することができる。例えば、記録材を搬送する搬送ローラにおいては、高湿度の場合に、記録材が吸湿することで搬送性能が低下することが考えられる。この場合も、湿度の閾値を設定して検出した湿度が閾値を超えた場合に、搬送ローラによる記録材の搬送時間を補正して、搬送ローラの劣化度合い(寿命)を精度良く判断することができる。この場合は、搬送ローラによる記録材の搬送時間が短くなるように補正することになる。
A 画像形成装置
P 記録材
115 定着器
119温湿度センサ
125、126 搬送センサ(フォトインタラプタ)
133 CPU

Claims (5)

  1. 記録材に画像を形成する画像形成手段と、画像が形成された記録材を搬送しつつ、該記録材を加熱することにより該記録材に前記画像を定着する定着手段とを有し、前記定着手段が交換可能な画像形成装置において、
    前記定着手段に対して記録材の搬送方向の上流側で記録材を検知する第一検知手段と、
    前記定着手段に対して記録材の搬送方向の下流側で記録材を検知する第二検知手段と、
    記録材の先端を前記第一検知手段で検知た時刻から前記記録材の後端を前記第二検知手段で検知した時刻までの搬送時間を取得する取得手段と、
    前記画像形成装置の周囲の湿度を検知する湿度検知手段と、
    前記取得手段によって取得した前記搬送時間と前記湿度検知手段によって検知した前記湿度に基づき、前記定着手段の交換時期を判断する制御手段と、を有し、
    前記制御手段は、前記湿度検知手段により検知された湿度が所定値以上の場合に、像形成を開始してから画像が形成された記録材の枚数が閾値に達するまでの第一期間であって、前記定着手段による記録材の搬送時に突発的なスリップの発生度合いが高い前記第一期間において前記取得手段で取得された前記搬送時間が小さくなるように第の割合で補正し、画像形成を開始してから画像が形成された記録材の枚数が前記閾値に達した後の第二期間であって、前記第一期間よりも前記突発的なスリップの発生度合いが低い第二期間において、前記取得手段で取得された前記搬送時間が小さくなるように、且つ、前記第一の割合で補正した結果よりも大きくなるように、第二の割合で補正することを特徴とす画像形成装置
  2. 前記制御手段は、前記定着手段の交換時期である判断した場合に、前記定着手段の交換を促すための情報を出力することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記制御手段は、前記定着手段の交換時期に関する情報を、外部装置に送信することを特徴とする請求項1または2に記載の画像形成装置。
  4. 前記制御手段は、記録材を複数枚、搬送した際の各記録材の搬送時間を平均化処理して前記搬送時間を算出することを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  5. 前記定着手段は、ヒータを備えたフィルムと加圧ローラを有し、前記フィルムと前記加圧ローラで形成されたニップ部に記録材が搬送されることにより該記録材の画像が定着されることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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