JP6639157B2 - 画像加熱装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、記録材上の画像を加熱する画像加熱装置及び、これを備えた画像形成装置に関する。画像形成装置としては、例えば、複写機、プリンタ、ファックス、及びこれらの機能を複数備えた複合機等が挙げられる。

電子写真プロセス方式を採用する画像形成装置は、記録材（記録紙、記録媒体、シート状媒体ともいう）上にトナーの画像を形成して、これを定着装置（画像加熱装置）により加熱・加圧することでシートに画像を定着させている。

特許文献１に記載の定着装置では、定着ベルト（フィルム）と加圧ローラの間にニップ部（定着ニップ部）を形成して、このニップ部の間において記録材を挟持搬送することでシートに画像を定着させている。

上述したニップ部を形成するために加圧ローラは定着ベルトに対して高い面圧で押し当たっているため、ニップ部を通過しようとする用紙は加圧ローラによって定着ベルトに強く押しつけられる。このとき、ニップ部を通過する用紙のエッジ部分の段差によって定着ベルト及び加圧ローラにはせん断力が発生する。せん断力は、ニップ部を通過する用紙の厚みが厚いほど大きい傾向にある。そしてこのせん断力は定着ベルト表面及び加圧ローラ表面を磨耗させる原因となる。

このようにして定着ベルトの摩耗が進行すると、定着ベルトの表面に筋状の傷跡が発生する。この傷跡部分では定着性が低下するため画像不良の発生を招く。したがって、定着ベルトの摩耗が進行した場合には、定着ベルトの寿命であると判断して定着ベルト又は定着ベルトを含む定着ユニットを交換することが望ましい。

特許文献１に記載の定着装置では、印刷した用紙のサイズ・種類・枚数・印刷向きに基づいて寿命の進行をカウントしており、カウント値が所定値に達した場合には定着ベルトの交換時期を報知して、ユーザーに定着ベルトの交換を促している。

特開２０１２−５３３３２号公報

しかしながら、定着ベルトの摩耗に関するパラメータは上述したものだけではない。本発明者が検討したところ、記録材を搬送する際の定着ベルトの温度分布の状態によって定着ベルトの摩耗の進行の仕方が異なることがわかった。

そのため、定着ベルトの温度分布の状態を考慮せずに定着ベルトの交換時期を報知する特許文献１の定着装置では、定着ベルトがまだ使用できる状態であるにも関わらず定着ベルトの交換を早期に報知してしまう虞があった。

定着ベルトの交換を早期に報知すれば、画像不良の発生を抑制することはできる。しかしながら、近年では、従来と比べて画像形成装置を使用する際のランニングコストを低下することが求められている。そのため、定着装置は定着ベルトの交換時期をより精度よく報知することで定着ベルトの交換頻度が抑制されていることが望ましい。

本発明の目的は、加熱回転体の交換頻度が抑制可能な画像加熱装置および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、本発明に係る画像加熱装置は、記録材上の画像を加熱するためのニップ部を形成する第１及び第２の回転体であって、前記第１及び第２の回転体のうち少なくとも一方の回転体は弾性層を有し、前記第１の回転体を交換可能に設けられた前記第１及び第２の回転体と、前記第１の回転体の長手方向において装置に導入可能な最大の幅サイズの記録材よりも幅狭な所定幅の記録材が前記ニップ部を通過する第１の領域で前記第１の回転体の温度を検知する第１の温度検知手段と、前記長手方向において前記第１の領域よりも外側の第２の領域で前記第１の回転体の一端側の温度を検知する第２の温度検知手段と、前記所定幅の記録材が前記ニップ部を通過したことを検知する通過検知手段と、前記所定幅の記録材が前記ニップ部を通過したときの前記第１の温度検知手段の検知温度と前記第２の温度検知手段の検知温度とによって重み付けされた第１係数と、前記ニップ部を通過した記録材の坪量によって重み付けされた第２係数と、を通紙距離に乗じて算出された値を積算する積算手段と、前記積算手段により得られた値に基づいて前記第１の回転体を交換する旨を報知する報知手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、加熱回転体の交換頻度が抑制可能な画像加熱装置および画像形成装置を提供できる。

本発明の第１の実施形態に係る定着装置を搭載した画像形成装置の模式図である。 第１の実施形態に係る画像加熱装置としての定着装置の模式図である。 第１の実施形態における定着フィルムの模式図である。 第１の実施形態における長手方向の温度検知手段の配置例を説明する図である。 第１の実施形態に係る定着装置の制御系を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る定着装置の寿命検知シーケンスを示すフローチャートである。 第１の実施形態における他の定着装置寿命検知シーケンスを示すフローチャートである。 第１の実施形態における定着装置寿命（ＬＩＦＥ）表示の例を示す説明図である。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

《第１の実施形態》
（画像形成装置）
図１は、本実施形態に係る定着装置を搭載した画像形成装置の一例としてのカラー電子写真プリンタ（以下、プリンタ）の断面図であり、記録材（シート）の搬送方向に沿った断面図である。

図１に示すプリンタは、Ｙ（イエロ）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｂｋ（ブラック）の各色の画像形成部１０を備えている。感光ドラム１１は、帯電器１２によって予め帯電される。その後、感光ドラム１１は、レーザスキャナ１３によって、潜像を形成されている。潜像は、現像器１４によってトナー画像になる。感光ドラム１１のトナー画像は、一次転写ブレード１７によって、像担持体である例えば中間転写ベルト３１に順次転写される。転写後、感光ドラム１１に残ったトナーは、クリーナ１５によって除去される。この結果、感光ドラム１１の表面は、清浄になり、次の画像形成に備える。

一方、記録材Ｐは、給紙カセット２０、又はマルチ給紙トレイ２５から、１枚ずつ送り出されてレジストローラ対２３に送り込まれる。レジストローラ対２３は、記録材Ｐを一旦受け止めて、記録材Ｐが斜行している場合、真っ直ぐに直す。そして、レジストローラ対２３は、中間転写ベルト３１上のトナー画像と同期を取って、記録材Ｐを中間転写ベルト３１と二次転写ローラ３５との間に送り込む。

中間転写ベルト３１上のカラーのトナー画像は、転写体である例えば二次転写ローラ３５によって記録材Ｐに転写される。その後、シートＰのトナー像は、シートＰが定着フィルムの内面側に加熱ユニットを備える定着装置４０（図２）によって加熱加圧されることで、シートＰに定着される。

（画像加熱装置としての定着装置）
次に、本実施形態に係る画像加熱装置としての定着装置について説明する。図２に示すように、本実施形態では、フィルム加熱方式の定着装置（テンションレスタイプ）を用いた。画像形成部でトナー画像が担持された記録材である記録材Ｐは、回転可能なエンドレス状のベルトで交換可能に設けられる定着フィルム４１と駆動回転体である加圧ローラ４４とで形成されるニップ部（定着ニップ部）に挟持搬送されて、トナー像が定着される。

４３は記録材上の画像を加熱する加熱体としてのセラミックヒータ（以下、ヒータ）である。このヒータ４３は、記録材の搬送方向に交差する長手方向（図２の紙面垂直方向）に細長薄板状のセラミック基板と、この基板面に具備させた通電発熱抵抗体層を基本構成とする。発熱抵抗体層に対する通電により全体に急峻な立ち上がり特性で昇温する、低熱容量のヒータとなっている。また、記録材である記録材Ｐの長手方向の幅サイズに応じて、通電領域を切り替える構成となっている。

定着フィルム４１は、熱を伝達する加熱部材としての円筒状（エンドレス）の耐熱性のフィルムであり、ヒータ４３を含む支持部材にルーズに外嵌させてある。本実施形態における定着フィルム４１は、図３に示すように、表面側より表層４１ａ、弾性層４１ｃ、基材金属層（基層）４１ｂ、内面層４１ｄの４層複合構造を有する。

表層４１ａとしては、厚さ１００μｍ以下、好ましくは１０〜７０μｍのフッ素樹脂材料が使用できる。フッ素樹脂層としては、例えばＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ＰＦＡなどが挙げられる。本実施形態では、厚さ１０μｍのＰＦＡチューブを用いた。

基材金属層４１ｂは、クイックスタート性を向上させるために、厚さとして１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上の耐熱性材料として、例えばＳＵＳ、ニッケルなどの金属フィルムが使用できる。本実施形態では、厚さ３０μｍ、直径２５ｍｍの円筒状ニッケル金属フィルムを用いた。

弾性層４１ｃは、表層４１ａと基層４１ｂに挟まれている。また、熱容量を小さくしてクイックスタート製を向上させるために、熱伝導性を高める為のフィラーを添加した。本実施形態では、ゴム硬度１０度（ＪＩＳ−Ａ）、熱伝導率１．３Ｗ／ｍ・Ｋ、厚さ２００μｍのシリコーンゴムを用いた。

内面層４１ｄは、ポリイミド樹脂のような高耐久性、高耐熱性を持つ樹脂が適している。本実施形態では、芳香族テトラカルボン酸二無水物或いはその誘導体と、芳香族ジアミンとの略等モルを有機極性溶媒中で反応させて得られるポリイミド前駆体溶液を用いた。この溶液を前記基材金属層４１ｂの内面に塗工、乾燥、加熱し、脱水閉環反応により形成したポリイミド樹脂層を内面層４１ｄとしている。

具体的には、本実施形態ではポリイミド前駆体溶液として、３，３‘，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物とパラフェニレンジアミンからなるポリイミド前駆体のＮ−メチル−２−ピロリドン溶液を用いた。そして、厚み１５μｍのポリイミド樹脂を形成し、これを内面層４１ｄとしている。

加圧ローラ４４は、加圧部材としての耐熱性弾性ローラであり、芯金と、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴム、あるいはシリコーンゴムの発泡体からなる弾性層から成り、芯金の両端部を回転自由に軸受け支持させて配設してある。この加圧ローラ４４の上側に定着フィルム４１およびヒータ４３を、ヒータ４３側に対して加圧ローラ４４に並行に配置し、不図示の押付部材で押圧させる。これにより、定着フィルム４１を介して、ヒータ４３の下面と加圧ローラ４４の上面をローラ弾性層の弾性に抗して圧接させて、加熱部としての所定幅の定着ニップ部（ニップ部）Ｎを形成させてある。

加圧ローラ４４は、制御回路からの駆動手段Ｍの回転指令を受け、駆動手段Ｍおよびギア等の伝達手段Ｇにより、図２の矢印方向（反時計方向）に所定の回転周速度にて回転駆動される。この加圧ローラ４４の回転駆動で、加圧ローラ４４と定着フィルム４１との、定着ニップ部Ｎにおける圧接摩擦力により、円筒状の定着フィルム４１に回転力が作用する。そして、定着フィルム４１が、ヒータ４３の下向き面に密着して摺動しながら、図２の矢印方向（時計方向）に従動回転状態になる。ここで、定着フィルム４１の支持部材は、円筒状の定着フィルム４１の回転ガイド部材ともなっている。

このように、加圧ローラ４４が回転駆動され、それに伴って円筒状の定着フィルム４１が従動回転状態になる。そして、ヒータ４３に通電がなされて該ヒータ４３が迅速に昇温して所定の温度に立ち上がり温調された状態において、ニップ部Ｎの定着フィルム４１と加圧ローラ４４との間に未定着トナー画像Ｔを担持した記録材Ｐが導入される。そして、記録材Ｐのトナー画像担持側面が定着フィルム４１の外面（表面）に密着して、記録材Ｐは定着フィルム４１と一緒にニップ部Ｎで挟持搬送されていく。

この挟持搬送過程において、ヒータ４３で加熱された定着フィルム４１の熱により記録材Ｐが加熱され、記録材Ｐ上の未定着トナー画像Ｔが記録材Ｐ上に加熱・加圧されて溶融定着される。そして、ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐは、定着フィルム４１の面から曲率分離して排出搬送されていく。

図２で、４５ａはヒータ裏の接触式温度計（サーミスタ）であり、ヒータ４３の温度を計測している。そして、図４に示すように、ヒータ裏サーミスタ４５ａは、長手方向に、中央部４５ａ１と、両端部４５ａ２、４５ａ３と３箇所配置されている。中央部４５ａ１は長手方向の中央に、両端部４５ａ２、４５ａ３は、長手方向の中央から±１５０［ｍｍ］の位置に配置してある。

また、４５ｂはフィルム裏の接触式温度計（サーミスタ）であり、ヒータ４３によって加熱された定着フィルム４１の内面（内周面、裏面）の温度を計測している。そして、図４に示すように、フィルム裏サーミスタ４５ｂは、長手方向に、中央部４５ｂ１と、両端部４５ｂ２、４５ｂ３と３箇所配置されている。中央部４５ｂ１は長手方向の中央に、両端部４５ｂ２、４５ｂ３は、長手方向の中央から±１５０［ｍｍ］の位置に配置してある。そして、これらの温度検出結果は、不図示の温度制御手段に渡される構成となっている。

フィルム裏サーミスタ４５ｂの中央部４５ｂ１は、定着フィルム４１の長手方向において装置に導入可能な最大の幅サイズの記録材よりも幅狭な所定幅の記録材がニップ部を通過する第１の領域で定着フィルム４１の温度を検知する第１の温度検知手段である。

また、フィルム裏サーミスタ４５ｂの両端部４５ｂ２、４５ｂ３は、定着フィルム４１の長手方向において第１の領域よりも外側の第２の領域で定着フィルム４１の一端側、他端側の温度を検知する第２の温度検知手段、第３の温度検知手段である。

なお、これらのサーミスタの長手方向の位置は、必要に応じて、変更してもよい。

図２で、４６はヒーターホルダであり、高温に発熱したヒータ４３を保持する部材である。本実施形態では、定着フィルム４１、加圧ローラ４４の直径は３０［ｍｍ］に設定している。そして、定着フィルム４１と加圧ローラ４４を総圧３０［ｋｇｆ］の加圧力で当接させることによって、ニップ部Ｎの幅（記録材Ｐの搬送方向）として約８［ｍｍ］を確保している。ここで、本画像形成装置のプロセススピードは、２５０［ｍｍ／ｓ］、Ａ４サイズ普通紙の生産性はモノクロカラ―ともに６０ｐｐｍである。

本定着装置は、中央部フィルム裏サーミスタ４５ｂ１が１７０［℃］になるように、ヒータ４３の投入電力を調整している。そして、中央部フィルム裏サーミスタ４５ｂ１の温調は、画像形成装置を設置している環境、通紙する紙種により変化させている。

画像形成装置を設定している環境が２３［℃］、かつ普通紙１（８１ｇ紙以下）を通紙するときは、中央部フィルム裏サーミスタ４５ｂ１が１７０［℃］になるように設定している。そして、画像形成装置を設定している環境が２３［℃］、かつ普通紙２（１０５ｇ紙以下）を通紙するときは、中央部フィルム裏サーミスタ４５ｂ１が１８０［℃］になるように設定している。

画像形成装置を設定している環境が１５［℃］、かつ普通紙１（８１ｇ紙以下）を通紙するときは、中央部フィルム裏サーミスタ４５ｂ１が１８０［℃］になるように設定している。そして、画像形成装置を設定している環境が１５［℃］、かつ普通紙２（１０５ｇ紙以下）を通紙するときは、中央部フィルム裏サーミスタ４５ｂ１が１９０［℃］になるように設定している。

画像形成装置を設定している環境が３０［℃］、かつ普通紙１（８１ｇ紙以下）を通紙するときは、中央部フィルム裏サーミスタ４５ｂ１が１６０［℃］になるように設定している。そして、画像形成装置を設定している環境が３０［℃］、かつ普通紙２（１０５ｇ紙以下）を通紙するときは、中央部フィルム裏サーミスタ４５ｂ１が１７０［℃］になるように設定している。

なお、本実施形態では、定着フィルムの内面と、ヒータとの摺動抵抗を低減させるため、ヒータ４３の摺動面にグリスを塗布している。グリスとしては、東レ・ダウコーニング社製、ＭＯＬＹＫＯＴＥ、ＨＰ−３００をヒータ面に１．０［ｇ］塗布している。

（定着フィルムの表層摩耗の観点からの定着器寿命の予測）
定着フィルム４１の表層摩耗は、記録材がニップ部Ｎを通過したときの長手方向における中央部と端部の温度差により摩耗量が変化する。また、通紙する紙の長さ（通紙距離）、通紙する紙の厚さ（坪量）、及び長手方向における中央部と端部の温度差、により摩耗量が変化する。

長手方向における中央部と端部の温度差により、定着フィルムの表層摩耗量が変化する理由は、以下の通りである。長手方向における端部では、非通紙部昇温により温度が上がり、定着フィルム４１及び加圧ローラ４４が膨張し、径が大きくなる。その結果、定着フィルム４１が、通紙する記録材（用紙）Ｐに対して相対的に速度が速くなり、定着フィルム４１と記録材（用紙）Ｐとの間で速度差が発生する。そして、この速度差に基づく表層摩耗は、温度差が大きくなれば増大するからである。

なお、逆に長手方向における端部の温度が中央部より低いと、定着フィルム４１が通紙する記録材（用紙）Ｐに対して相対的に速度が遅くなり、定着フィルムと記録材（用紙）Ｐの間で速度差が発生する。この速度差に基づく表層摩耗は、温度差が大きくなれば増大する。

通紙する紙の坪量により、定着フィルムの表層摩耗量が変化する理由は、前述したように、記録材Ｐと接触する定着フィルム表面が、加圧ローラと高面圧で接触し、その間を記録材Ｐが通過するとき、記録材のエッジ部分で発生するせん断力が一定でないからである。このせん断力は定着フィルム表面を磨耗させるが、特に紙厚の厚い記録材（用紙）ではその力が大きいため、同じ枚数の印刷を行ったとしても定着フィルムの摩耗の程度が大きい。

ここで、記録材がニップ部Ｎを通過したことは、以下のように検知可能である。即ち、通過検知手段として図１に示す記録材の突入を検知する定着前センサ１１０およびニップ部Ｎからの記録材の排出を検知する定着後センサ１２０を用いる。また、図１に示すレジストローラ対２３から記録材を搬送して数秒後に記録材がニップ部Ｎを通過すると予測して通紙をカウントするようにしても良い。

そして、記録材がニップ部Ｎを通過したときの第１の温度検知手段４５ｂ１の検知温度と第２の温度検知手段４５ｂ２もしくは４５ｂ３の検知温度を取得する第１の取得手段と第２の取得手段を備える取得手段としてＣＰＵ１００が機能する。この取得手段は、所定幅の記録材がニップ部Ｎを通過する度に所定幅の記録材がニップ部を通過するときの第１の温度検知手段の検知温度と第２の温度検知手段の検知温度に基づきカウントするカウント手段を備える。

そして、このカウント手段が所定の値をカウントした場合に、取得手段に基づいて定着フィルムを交換する旨を報知する（後に詳述）。

１）定着フィルムの通紙距離、第１及び第２の重み付け係数
このような状況に鑑み、本実施形態では、長手方向における中央部と端部の温度差帯毎に、定着フィルムの通紙距離を取得し、中央部と端部の温度差帯毎に温度係数（第１の重み付け係数）を設定する。更に、記録材（用紙）としての紙の種類（紙の坪量）毎に坪量係数（第２の重み付け係数）を設定する。そして、定着フィルムの通紙距離に、温度係数と、坪量係数を乗じたものの総和が、ある所定値を超えたとき定着器の寿命と判断し、交換を促す通知をする。

本実施形態の長手方向における中央部と一方の端部の温度差帯区分（温度差の範囲毎）における通紙距離および温度差係数（第１の重み付け係数）を表１に示す。また、長手方向における中央部と他方の端部の温度差帯区分における通紙距離および温度差係数（第１の重み付け係数）も表１に示す。また、坪量係数（第２の重み付け係数）を表２に示す。

なお、表２において、坪量係数（第２の重み付け係数）がｃ１、ｃ２、ｃ３と表わされている一方で、その右側に１．０、２．０、３．０と表わされているのは代表値である。ｃ１、ｃ２、ｃ３という変化する各値の替りに、固定された値（代表値）を用いる場合に利用される。

表１の左側に示すように、定着フィルム裏中央部と、定着フィルム裏ドライブ側（Ｄ側）端部との温度差区分は、それぞれ１７０［℃］以下、１７０［℃］より高い〜１９０［℃］未満、１９０［℃］以上の、３つの温度区分のマトリクスとして表わしている。そして、表１の左側に中央部と一方の端部（ドライブ側の端部）との９温度区分のマトリクスにおいて、取得される定着フィルム通紙距離（Ｌ１３等）、および温度係数（第１の重み付け係数）（ｂ１３等）が表れている。

同様に、表１の右側で、定着フィルム裏中央部と、定着フィルム裏アンチドライブ側（ＮＤ側）端部との温度差区分を、それぞれ１７０［℃］以下、１７０［℃］より高い〜１９０［℃］未満、１９０［℃］以上の、３つの温度区分のマトリクスとして表わしている。そして、表１の右側に中央部と他方の端部（アンチドライブ側の端部）との９温度区分のマトリクスにおいて、取得される定着フィルム通紙距離（Ｌ２３等）、および温度係数（第１の重み付け係数）（ｂ２３等）が表れている。

上述した温度区分は、９つにこだわる必要はなく、温度区分を増やしても、減らしても良い。温度区分を増やすことにより、寿命の精度は向上する。しかし、本画像形成装置の演算領域が増えるため、画像形成装置のメモリを増やすなどの対応が必要となる。

さらに、ドライブ側のサーミスタの温度区分、アンチドライブ側のサーミスタ温度区分はそれぞれ変えてもよい。例えば、ドライブ側サーミスタとアンチドライブ側サーミスタの取り付け位置が左右対称でなかったり、紙の通紙位置が中央でない場合は、係数を変更しても良い。

また、温度は、定着フィルム裏の温度により温度区分を決定したが、ヒータ裏の温度で区分分けをしても良い。

２）定着フィルムの通紙距離の取得（計測）
定着フィルム通紙距離の取得（計測）は、制御部から送られてくる画像形成要求の記録材（用紙）のサイズ（搬送方向）を基に計測する。より具体的には、記録材（用紙）の搬送方向のサイズに搬送枚数を乗じた値を記録材の異なるサイズ（搬送方向）で加算した総和として取得する。

３）温度の計測タイミングおよび温度係数（第１の重み付け係数）
各サーミスタにおける温度の計測タイミングは、通紙する記録材（用紙）の後端位置がニップ部Ｎの記録材搬送方向における中央に来た時とする。そして、計測された各サーミスタ温度が該当する温度帯に対応させて各通紙距離の値を格納していく。例えば、Ａ４サイズのＪＯＢ（ジョブ）を流す場合、Ａ４サイズ紙後端位置がニップ部Ｎの中央に来た時の中央部温度が１７０［℃］、Ｄ側端部温度が１８０［℃］の場合、表１におけるＬ１２の個所にＡ４サイズの紙長さ：２１０［ｍｍ］を格納していく。なお、Ｌ１１〜Ｌ１９、Ｌ２１〜Ｌ２９の単位は［ｍｍ］である。

ここで、各温度係数（第１の重み付け係数）は、或る１つのモードで通紙耐久したとき、定着フィルム表層摩耗が画像に発生する定着フィルム通紙距離を基準（重み付け係数が１）として、定める。本実施形態では、フィルム裏中央サーミスタ、フィルム裏Ｄ側サーミスタ、フィルム裏ＡＤ側サーミスタが１７０℃、流す紙は普通紙で、坪量が、１０５［ｇ／ｍ＾２］）で通紙耐久したときを基準とする。

定着フィルム表層摩耗が画像に発生しているかを確認する方法は、所定枚数毎に、コート紙（ＯＫＴＯＰ１２８［ｇ／ｍ＾２］ ＳＲＡ３サイズ（王子製紙製））にブルーベタを形成する。そして、通紙耐久した紙のコバ端部（例えばＡ４紙コバ端部）箇所にオフセットが発生したら、ＮＧ判定（摩耗発生と判断）している。

各温度帯毎で通紙耐久したとき、定着フィルム表層摩耗が発生する定着フィルム通紙距離が下記の通りであるとする。
中央−端部サーミスタ温度差：０［℃］耐久… Ｌａ［ｍｍ］
中央−端部サーミスタ温度差：±１０［℃］耐久 …Ｌｂ［ｍｍ］
中央−端部サーミスタ温度差：±２０［℃］耐久 …Ｌｃ［ｍｍ］
ここで、温度係数（第１の重み付け係数）は、中央−端部サーミスタの差分が０の時の定着フィルム通紙距離を基準とするため、温度差±１０［℃］で耐久した時の係数はＬａ／Ｌｂ（Ｌａ＞Ｌｂであれば係数は１より大きくなる）として取得（算出）される。また、温度差±２０［℃］で耐久した時の係数はＬａ／Ｌｃとして取得（算出）される。

なお、今回、温度差の絶対値で温度係数（第１の重み付け係数）を決めたが、定着器構成によって、温度差のプラス側とマイナス側で温度係数（第１の重み付け係数）を変更してもよい。

本実施形態で、温度毎の耐久に関し、定着フィルム裏の中央部、端部の温度を変えて、ＧＦ−Ｃ１０４ Ａ４サイズ（キヤノン社製）を流して耐久を行った。定着フィルムの表層摩耗の発生判断は、上記のとおりである。定着フィルムの表層摩耗が発生する定着フィルム通紙距離は、Ｌａは２．２Ｅ＋７［ｍｍ］、Ｌｂは２．０Ｅ＋７［ｍｍ］、Ｌｃは１．８Ｅ＋７［ｍｍ］であった。

よって、中央−Ｄ側サーミスタ係数ｂ１１、ｂ１５、ｂ１９を１．０、係数ｂ１２、ｂ１４、ｂ１６、ｂ１８は１．１、係数ｂ１３、ｂ１７は１．２とした。

中央−ＡＤ側の温度係数（第１の重み付け係数）に関しては、中央−Ｄ側の温度係数（第１の重み付け係数）と同じ値に設定した。なお、中央−Ｄ側、中央−ＡＤ側に関し、通紙時の温度差が違うのであれば、温度係数（第１の重み付け係数）をそれぞれ変更しても良い。例えば、Ｄ側サーミスタとＡＤ側サーミスタの取り付け位置が左右対称でなかったり、記録材(用紙）の通紙位置が中央でない場合は、温度係数（第１の重み付け係数）を変更しても良い。

４）坪量係数（第２の重み付け係数）
坪量係数（第２の重み付け係数）は、坪量１０５［ｇ／ｍ＾２］の時の定着フィルム通紙距離を基準（重み付け係数が１）とする。記録材（用紙）の坪量を変えて、通紙耐久した時の定着フィルムの表層摩耗が発生する通紙距離は以下の通りであった。そのとき、中央部サーミスタ温度、端部サーミスタ温度は１７０℃になるように耐久を行った。

坪量１０５［ｇ／ｍ＾２］以下：Ｌｄ［ｍｍ］：（ＧＦ−Ｃ１０４ Ａ４ （キヤノン社製）で耐久）
坪量２１０［ｇ／ｍ＾２］以下：Ｌｅ［ｍｍ］：（ＧＦ−Ｃ２０９ Ａ４ （キヤノン社製）で耐久）
坪量３００［ｇ／ｍ＾２］以下：Ｌｆ［ｍｍ］：（Ｃｏｌｏｒ Ｃｏｐｙ Ａ４ Ｍｏｎｄｉ ３００ Ａ４ （Ｍｏｎｄｉ社製）で耐久）
定着フィルムの表層摩耗が発生する定着フィルム通紙距離は、Ｌｄは２．２Ｅ＋７［ｍｍ］、Ｌｅは１．１Ｅ＋７［ｍｍ］、Ｌｆは７．２Ｅ＋６［ｍｍ］であった。

坪量係数（第２の重み付け係数）は、坪量１０５［ｇ／ｍ＾２］の時の定着フィルム通紙距離を基準とするため、坪量２１０［ｇ／ｍ＾２］以下で耐久した時の坪量係数はＬｄ／Ｌｅ（Ｌｄ＞Ｌｅであれば係数は１より大きくなる）として取得（算出）される。同様に、坪量３００［ｇ／ｍ＾２］以下で耐久した時の坪量係数はＬｄ／Ｌｆとして取得（算出）される。

坪量区分は、３つにこだわる必要はなく、区分を増やしても、減らしてもよい。区分を増やすことにより、寿命の精度は向上する。しかし、本画像形成装置の演算領域が増えるため、画像形成装置のメモリを増やすなどの対応が必要となる。

（定着フィルムの表層摩耗の観点からの定着器の寿命ＬＩＦＥ１）
本実施形態において、定着フィルムの表層摩耗の観点からの定着器の寿命ＬＩＦＥ１は、以下に示す式で定義される。

ｉ：サーミスタ区分（中央部−Ｄ側、中央部−ＡＤ側の温度区分の２つ）
ｊ：温度区分（本実施形態では１７０［℃］以下、１７０［℃］より大きい〜１９０［℃］未満、１９０［℃］以上３×３マトリクスの９つ）
ｋ：坪量（紙厚さ）係数：（本実施形態では、坪量５２以上〜１０５［ｇ／ｍ＾２］以下、１０５より大きい〜２１０［ｇ／ｍ＾２］以下、２１０より大きい〜３００［ｇ／ｍ＾２］以下の３区分）
Ｂ：規格化定数（本実施形態では、２．２Ｅ＋７［ｍｍ］）
このように、本実施形態では、ニップ部を通過する記録材の通過距離を第１の情報として取得する。また、本実施形態では、熱源で加熱される第１の定着部材もしくは熱源の長手方向における中央部と端部との温度差と、記録材の坪量もしくは種類に関する記録材情報を第２の情報として取得する。更に、第１の情報に、第２の情報に応じた重み付け係数を乗じた値の総和を第３の情報として取得し、装置寿命を予測する。

上記ＬＩＦＥ１値が、１００［％］に到達した場合、第１の回転体である定着フィルムを交換する旨を報知手段により報知することができる。報知手段としてはＣＰＵ１００が機能し、画像形成装置本体の操作部１０１へ信号を報知する。操作部１０１はタッチパネルであり、そのディスプレイは報知部（表示部）として機能する。このようにして、定着装置の寿命予告を行う。

なお、操作部１０１に報知を行うか否か決定可能な決定手段を設けても良い。

（ブロック回路および制御フロー）
本実施形態のブロック回路を、図５に示す。本実施形態の定着装置４０を含む画像形成装置の制御系を示したものである。画像形成装置全体の制御は、制御部１００が行っており、これに液晶タッチパネルやボタン等によって構成される操作部１０１が接続される。操作部１０１からの使用者の諸条件の入力によって、画像形成装置は動作を開始する。

通紙する記録材（用紙）のサイズ、坪量などの情報は、用紙情報取得手段１０２から制御部１０１に情報が送信される。定着装置４０の長手方向における中央部と端部の温度差、及び駆動（回転）情報は、中央サーミスタ情報取得手段１０３、Ｄ側サーミスタ情報取得手段１０４、ＡＤ側サーミスタ情報取得手段１０５、モータ情報取得手段１０６から制御部１００に情報が送信される。そして、制御部１００の内部で通紙距離取得手段１００ａが通紙距離を取得する。また、制御部１００が第１及び第２の重み付け係数を取得し、これらを通紙距離に乗ずることで、定着装置の寿命（装置寿命）ＬＩＦＥ１を予測している。

本実施形態の制御フローを、図６に示す。先ず、制御部は、画像形成装置のＪＯＢ（ジョブ）を受け付け、通紙する記録材（用紙）の用紙サイズ（搬送方向）、坪量を取得する。その後、定着モータを駆動させ、ヒータに通電し、定着フィルム裏中央、端部サーミスタ温度を計測する。そして、中央、端部サーミスタの温度区分に応じた箇所に通紙距離の値を格納していく。各温度帯毎の通紙距離を積算し、温度係数、坪量係数を乗じて（掛けて）ＬＩＦＥ１値を計算する。ＬＩＦＥ１値が１００［％］以上であれば、定着器の寿命予告を表示する。

（本実施形態の効果）
従来あるような、通紙枚数カウンタで定着フィルム表層摩耗の発生を判断した場合、お客様の使用状況により、発生枚数が６０Ｋ枚や、１００Ｋと変動する。しかし、本実施形態を適用することにより、ＬＩＦＥ１値が１００［％］のときに、定着フィルム表層摩耗が画像に発生し、交換目安が立て易くなった。例えば、１カ月毎にＬＩＦＥ１が１０［％］進むお客様がいた場合、現在ＬＩＦＥ１値が８０［％］のとき、２カ月後に定着器の交換をすればよいこととなり、サービス出動計画も立て易くなる。

さらに、現在ＬＩＦＥ１値が８０［％］のとき、残寿命を２０［％］と表示することにより、ユーザは交換の目安を確認することができる。図８に表示例を示す。画像形成装置の操作部に、消耗部品（定着装置の）現在のＬＩＦＥ値と残ＬＩＦＥ値と、交換予想日（目安日）が出力（表示）される仕様となっている。このような本実施形態により、正確に定着器の寿命検知を行うことができ、適切なタイミングでユーザーに定着装置交換を促す（警告手段による警告をする）ことができる。

本実施形態では、通紙モード及び通紙状態により定着装置の寿命に差が生じる場合、中央部と端部の温度差帯に応じた重み付け、通紙する紙の坪量を考慮した重み付けをした通紙距離を積算する。これにより、通紙モードや通紙状態に拘らず定着装置の寿命を正確に予測して適切な時期に定着装置交換をユーザーに促すことができる。

以上、定着フィルムの表層摩耗の観点からの定着器寿命ＬＩＦＥ１の予測について述べたが、更に定着フィルムの内面摩耗の観点からの定着器寿命ＬＩＦＥ２の予測を行うこともできる。

（定着フィルムの内面摩耗の観点からの定着器寿命の予測）
定着フィルム内面とヒータとの摺動抵抗が高くなると、加圧ローラの回転駆動が定着フィルムにうまく伝達されず、定着フィルムがスリップし、紙が搬送できない不良が発生することがある。定着フィルム内面とヒータとの摺動抵抗が増大する原因として、定着フィルムの回転距離（走行距離）、ヒータ（定着フィルム）の温度が高いことが挙げられる。

定着フィルムの回転距離（走行距離）により、摺動抵抗が上がる原因は２つある。１つ目は、定着フィルム内面とヒータとが摺動しながら回転することにより、定着フィルム内面が削れ、削れ粉が発生し、削れ粉が回転抵抗となるためである。２つ目は、摺動抵抗を減少させるためのグリスが、回転することにより、定着フィルム端部から、漏れ出し、定着フィルム内面とヒータ間に存在するグリス量が低下するためである。

また、ヒータ（定着フィルム）の温度が高いほど、定着フィルム内面の硬度が低下し、削れ粉が発生しやすくなり、定着フィルムの耐久（回転距離）劣化が加速され、定着フィルム内面−ヒータ間の摺動抵抗が増大する。

さらに、ヒータ（定着フィルム）の温度が高いほど、グリスが揮発し、定着フィルム内面−ヒータ間の摺動抵抗が増大する。よって、ヒータ（定着フィルム）の温度により、定着器の寿命が変化する。

そこで、本実施形態では、ヒータ（定着フィルム）の温度帯毎に、定着フィルムの回転距離（走行距離）を計測し、ヒータ（定着フィルム）の温度帯毎に係数（第３の重み付け係数）を設定する。そして、定着フィルムの回転距離と前記係数をかけたものの総和が、ある所定値を超えると定着器の寿命（装置寿命）ＬＩＦＥ２と判断し、交換を促す通知をすることを可能としている。本実施形態では、ＬＩＦＥ１を優先的に用いることから、ＬＩＦＥ２を用いるか否かは使用者が選択可能である。

本実施形態の定着フィルムの温度帯区分、係数（重み付け係数）を、表３に示す。

表３に示すように、定着フィルム裏中央部、定着フィルム裏ドライブ側端部、定着フィルム裏アンチドライブ側端部の温度区分は、１７０［℃］以下、１７０［℃］より高いから１９０［℃］未満、１９０［℃］以上の、３つの温度区分とした。その温度区分ごとにその温度での定着フィルム回転距離Ｌ１〜Ｌ９を計測している。Ｌ１〜Ｌ９の単位は［ｍｍ］である。

定着フィルム回転距離の計測は、定着フィルムの回転速度であるプロセススピード［ｍｍ／ｓ］と、サンプリング時間（０．１［ｓ］）から取得（算出）している。より具体的には、駆動モータに関する１パルスあたりのサンプリング時間と、パルス数と、をプロセススピードに乗じた値として取得（算出）している。そして、各サーミスタの信号値を制御回路に送信し、温度帯毎に用意した回転距離テーブルに取得した回転距離の値を格納している。

温度区分は、３つにこだわる必要はなく、温度区分を増やしても、減らしてもよい。温度区分を増やすことにより、寿命の精度は向上する。しかし、本画像形成装置の演算領域が増えるため、画像形成装置のメモリを増やすなどの対応が必要となる。

また、温度は、定着フィルム裏の温度により温度区分を決定したが、ヒータ裏の温度で区分分けをしても良い。

定着器の寿命ＬＩＦＥ２は、以下に示した式で定義している。

ｉ：温度区分（本実施形態では１７０［℃］以下、１７０［℃］より高いから１９０［℃］未満、１９０［℃］以上、の３つ）
ｊ：サーミスタ区分（中央部、Ｄ側、ＡＤ側の３つ）
Ａ：規格化定数（本実施形態では、１．０Ｅ＋８［ｍｍ］）
各温度帯毎の係数は、或る１つのモード（ここではフィルム裏サーミスタが１７０℃）で通紙耐久したとき、定着フィルムのスリップが発生する定着フィルム回転距離を基準（重み付け係数が１）として、行う。

各温度帯毎に通紙耐久したとき、定着フィルムのスリップが発生する定着フィルム回転距離が下記の通りであるとする。
１７０［℃］耐久… Ｌａ［ｍｍ］
１８０［℃］耐久 …Ｌｂ［ｍｍ］
１９０［℃］耐久 …Ｌｃ［ｍｍ］
ここで、係数は、１７０［℃］の時の定着フィルム回転距離を基準とするため、１８０［℃］で耐久した時の係数はＬａ／Ｌｂ、１９０［℃］で耐久した時の係数はＬａ／Ｌｃで算出した。

温度毎の耐久に関しては、定着フィルム裏の温調を上げて、ＧＦ−Ｃ０８１ Ａ４サイズ（キヤノン社製）を流して耐久を行った。スリップ発生の判断は、ある所定枚数毎に、ＣＳ−５２０（キヤノン社製）Ａ３の紙を通紙し、定着フィルムのスリップを目視で判断した。スリップが発生する定着フィルム回転距離は、Ｌａは１．０Ｅ＋８［ｍｍ］、Ｌｂは９．１Ｅ＋７［ｍｍ］、Ｌｃは６．７Ｅ＋７［ｍｍ］であった。上記の結果より、温度帯毎の係数を表３のように設定した。

今回、中央部サーミスタと、端部サーミスタの係数は同じ値を設定したが、端部と中央部で係数を変更しても良い。また、端部は非通紙部昇温しやすいので、端部の温度区分を中央部の温度区分より上げても良い。

上記ＬＩＦＥ２値が、１００［％］に到達した場合、定着装置寿命予告を促す。定着装置寿命予告としては、画像形成装置本体のディスプレイに定着装置交換メッセージを表示したり、又はコントローラを介して接続しているＰＣ側に定着装置交換メッセージを表示するのが効果的である。

本実施形態のブロック図は、図５と同じである。ＬＩＦＥ２に関し、制御部１００の内部で回転距離取得手段１００ｂが回転距離を取得する。また、制御部１００が第３の重み付け係数を取得し、これを回転距離に乗ずることで、定着装置の寿命（装置寿命）ＬＩＦＥ２を予測している。

ここで、本実施形態の制御フローを、図７に示す。先ず、定着モータ駆動開始と同時に、定着フィルムの回転距離を計測する。そして、サーミスタの温度区分に応じた個所に回転距離を格納していく。各温度帯毎に回転距離に係数をかけた値（Ｌ×ａ）を算出する。その後各サーミスタ毎に算出した結果の総和（ΣＬ＊ａ）を取る。そして、サーミスタ毎の総和の最大値を使ってＬＩＦＥ２値を計算する。ＬＩＦＥ２値が１００［％］以上であれば、定着器の寿命予告を表示する。

従来あるような、通紙枚数カウンタで定着フィルムのスリップの発生を判断した場合、お客様の使用状況により、スリップ発生枚数が６０Ｋ枚や、１００Ｋと変動する。しかし、本実施形態を適用することにより、ＬＩＦＥ２値が１００［％］のときに、定着フィルムのスリップが発生し、交換目安が立て易くなった。例えば、１カ月毎にＬＩＦＥ２が１０［％］進むお客様がいた場合、現在ＬＩＦＥ２値が８０［％］のとき、２カ月後に定着器の交換をすればよいとなり、サービス出動計画も立て易くなる。

さらに、現在ＬＩＦＥ２値が８０［％］のとき、残寿命を２０［％］と表示することにより、ユーザは交換の目安を確認することができる。図８に表示例を示す。画像形成装置の操作部に、消耗部品（定着装置の）現在のＬＩＦＥ値と残ＬＩＦＥ値と、交換予想日（目安日）が出力される仕様となっている。

このようにＬＩＦＥ２を用いて、正確に定着器の寿命検知を行うことができ、適切なタイミングでユーザーに定着装置交換を促す（警告手段による警告をする）ことができる。ここで、装置寿命ＬＩＦＥ１と、装置寿命ＬＩＦＥ２と、を装置寿命の候補として比較し、先に所定の値に達した方の候補を装置寿命として決定し、それに基づいて、定着装置交換を促しても良い。

なお、ＬＩＦＥ２に関し、回転距離の替りに回転時間を用いることもできる。

（変形例）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

（変形例１）
上述した実施形態では、記録材がニップ部を通過したときの第１の定着部材の長手方向における中央部と端部の温度と、記録材の坪量もしくは種類に関する記録材情報、の双方を取得したが、いずれか一方を取得するものであっても良い。即ち、記録材がニップ部を通過したときの第１の定着部材の長手方向における中央部と端部の温度を取得するものであれば良い。

（変形例２）
上述した実施形態では、ニップ部を通過する記録材の通過距離を取得したが、ニップ部を通過する記録材の通過時間を取得するものでも良い。この場合、例えば記録材を挟んで投光手段（光源）と受光手段（センサ）を設け、記録材が存在するときに受光出力が下がることを利用し、タイマーで受光出力が下がる時間の加算値を得る構成とすれば良い。なお、このように取得された通過時間にプロセススピードを乗じた値を通過距離として取り扱うこともできる。

（変形例３）
上述した実施形態では、異なる記録材（用紙）の坪量毎に坪量係数（第２の重み付け係数）を設定したが、同じ坪量で異なる種類の記録材（用紙）が考えられる場合、記録材（用紙）の異なる種類毎に係数（第２の重み付け係数）を設定しても良い。

（変形例４）
上述した実施形態では、定着器におけるニップ部を形成する第１および第２の回転体に対し、無端ベルトが第１の回転体に設けられるものを示したが、本発明はこれに限られない。ローラ対方式でも良く、無端ベルトが第１の回転体、第２の回転体の双方に設けられても良い。

また、定着器における第１の回転体とともにニップ部を形成する第２の回転体のうち、加圧ローラとして第１の回転体を加圧する場合を示した。しかしながら、本発明はこれに限定されず、加圧体としてでなく対向体としての第２の回転体が第１の回転体から加圧される場合にも同様に適用できる。

（変形例５）
上述した実施形態では、未定着トナー像をシート（記録材）に定着する定着装置を例に説明したが、本発明は、これに限られない。画像の光沢を向上させるべく、シート（記録材）に仮定着されたトナー像を加熱加圧する装置（この場合も画像加熱装置と呼ぶ）にも同様に適用可能である。

１００・・制御部、１００ａ・・通紙距離取得手段、１０２・・用紙情報取得手段、１０３・・中央サーミスタ情報取得手段、１０４・・Ｄ側サーミスタ情報取得手段、１０５・・ＡＤ側サーミスタ情報取得手段

Claims (3)

1. 記録材上の画像を加熱するためのニップ部を形成する第１及び第２の回転体であって、前記第１及び第２の回転体のうち少なくとも一方の回転体は弾性層を有し、前記第１の回転体を交換可能に設けられた前記第１及び第２の回転体と、
   前記第１の回転体の長手方向において装置に導入可能な最大の幅サイズの記録材よりも幅狭な所定幅の記録材が前記ニップ部を通過する第１の領域で前記第１の回転体の温度を検知する第１の温度検知手段と、
   前記長手方向において前記第１の領域よりも外側の第２の領域で前記第１の回転体の一端側の温度を検知する第２の温度検知手段と、
   前記所定幅の記録材が前記ニップ部を通過したことを検知する通過検知手段と、
   前記所定幅の記録材が前記ニップ部を通過したときの前記第１の温度検知手段の検知温度と前記第２の温度検知手段の検知温度とによって重み付けされた第１係数と、前記ニップ部を通過した記録材の坪量によって重み付けされた第２係数と、を通紙距離に乗じて算出された値を積算する積算手段と、
   前記積算手段により得られた値に基づいて前記第１の回転体を交換する旨を報知する報知手段と、を有することを特徴とする画像加熱装置。
2. 前記第１の回転体は、表面にフッ素樹脂の層を備えることを特徴とする請求項１に記載の画像加熱装置。
3. 前記積算手段は、前記第１の温度検知手段の検知温度により重み付けされた第３係数と前記第１の回転体の回転数を乗じて算出された値と、前記第２の温度検知手段の検知温度により重み付けされた第４係数と前記第１の回転体の回転数を乗じて算出された値と、の大きい方をそれぞれ積算し、積算された値が所定値に達すると、前記報知手段が前記第１の回転体を交換する旨を報知することを特徴とする請求項１または２に記載の画像加熱装置。