(57)【要約】【課題】定着装置の被加熱回転体の摩耗状態を簡易な方法で検知することにより被加熱回転体の寿命を精度よく予測可能な画像形成装置を提供する。【解決手段】画像形成装置は、画像形成部と、定着装置と、光沢度検知装置と、制御部と、を備える。画像形成部と、記録媒体にトナー像を形成する。定着装置は、記録媒体の搬送方向に対し画像形成部の下流側に配置され、加熱装置により加熱される被加熱回転体と、被加熱回転体に当接して定着ニップ部を形成する加圧部材と、で構成される定着部材を有し、定着ニップ部を通過する記録媒体を加熱および加圧することによりトナー像を記録媒体に定着させる。光沢度検知装置は、定着ニップ部を通過したトナー像の光沢度を検知する。制御部は、光沢度に基づいて被加熱回転体の表面粗さを推定し、推定された表面粗さに基づいて被加熱回転体の寿命を予測する。【選択図】図６
2020027154.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体にトナー像を形成する画像形成部と、
前記記録媒体の搬送方向に対し前記画像形成部の下流側に配置され、加熱装置により加熱される被加熱回転体と、前記被加熱回転体に当接して定着ニップ部を形成する加圧部材と、で構成される定着部材を有し、前記定着ニップ部を通過する前記記録媒体を加熱および加圧することにより前記トナー像を前記記録媒体に定着させる定着装置と、
を備えた画像形成装置において、
前記定着ニップ部を通過した前記トナー像の光沢度を検知する光沢度検知装置と、
前記光沢度に基づいて前記被加熱回転体の表面粗さを推定し、推定された前記表面粗さに基づいて前記被加熱回転体の寿命を予測する制御部と、
を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記制御部は、推定された前記表面粗さが大きくなるにつれて前記加熱装置による前記被加熱回転体の加熱温度を高くするか、若しくは前記被加熱回転体に対する前記加圧部材の圧接力を強くすることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記光沢度検知装置は、前記被加熱回転体の軸方向の複数の領域を通過した前記トナー像の光沢度を検知可能であり、
前記制御部は、前記複数の領域に対応する前記光沢度に基づいて前記被加熱回転体の軸方向における表面粗さ分布を推定し、推定された前記表面粗さ分布に基づいて前記被加熱回転体の寿命を予測することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記表面粗さ分布に基づいて予測された前記被加熱回転体の寿命を通知可能である通知装置を備え、
前記制御部は、前記複数の領域のいずれかの前記表面粗さが閾値Ｃ以上であると推定されたとき、前記通知装置を用いて前記被加熱回転体の交換を促す通知を行うことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記複数の領域の全てで前記表面粗さが閾値Ｃよりも小さいと推定されたとき、前記複数の領域のいずれかの前記表面粗さが閾値Ｃ以上になると推定される累積印字枚数を予測し、予測した前記累積印字枚数に到達したとき前記通知装置を用いて前記被加熱回転体の交換を促す通知を行うことを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記複数の領域のいずれかの前記表面粗さが閾値Ｄ（Ｄ＜Ｃ）以上であると推定されたとき、前記通知装置を用いて前記定着ニップ部を通過する前記記録媒体の挿通方向の切り換えを促す通知を行うことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記光沢度検知装置による前回の前記光沢度の検知からの累積印字枚数が所定枚数に到達する毎に、前記画像形成部により前記記録媒体に光沢度検知用のパッチ画像を形成し、前記定着ニップ部を通過した前記パッチ画像の前記光沢度を前記光沢度検知装置によって検知する光沢度検知モードを実行することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記光沢度検知装置は、前記トナー像に光を照射する発光素子と、前記トナー像の表面で正反射された正反射光を受光する受光素子と、を備えた光学センサーであることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録媒体上に転写されたトナー像を定着する定着装置を備えた複写機、プリンター等の画像形成装置に関し、特に、定着ローラーや定着ベルト等の被加熱回転体の寿命を予測する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置においては、帯電装置により均一に帯電された感光体ドラム等の像担持体上に露光装置からレーザー照射を行うことにより、帯電を部分的に減衰させた所定の静電潜像を形成する。そして、現像装置により静電潜像にトナーを付着させてトナー像とした後、転写手段を用いてトナー像を用紙（記録媒体）上に転写し、定着装置により未定着トナーを加熱、加圧して永久像とする画像形成プロセスが実行される。
【０００３】
定着装置は、定着ローラーや定着ベルト等の加熱部材（被加熱回転体）と加圧ローラー等の加圧部材とで構成される定着部材で用紙を搬送しながらトナーを溶融し、用紙上に定着させる装置である。定着部材は、駆動時間や通紙枚数によって表面の摩耗状態が変化する。寿命を超えて加熱部材を使用し続けると、画像不良や定着不良を引き起こす。
【０００４】
そのため、長期に亘って安定した画像品質を得るためには加熱部材の表面状態を正確に検知し、寿命を精度よく予測する必要がある。特に、加熱部材の軸方向の表面状態は通紙する用紙のサイズ等によって摩耗の度合いが変わるため、正確に予測を行う必要がある。
【０００５】
そこで、定着装置の寿命を予測する方法が種々提案されており、例えば特許文献１には、定着装置の温度を検知する温度検知手段と、記録材のサイズ毎に定着装置を通過した時間を計測する計測手段と、温度検知手段によって検知された温度と計測手段によって計測された時間とに基づいて定着部材の寿命を判断する制御手段と、を備える画像形成装置が開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、所定温度以下の状態からの起動回数を記録し、その起動回数に応じて定着装置の状態を予測して定着装置の温度を制御することにより、消費電力を抑えながら定着装置の消耗を抑えるようにした画像形成装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１６−９０８３０号公報
【特許文献２】特開２０１６−８０９８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１のように用紙サイズ毎の定着装置の温度と時間から寿命を精度よく予測するのは実質困難である。その理由は、定着部材の表面の摩耗は用紙の種類によって大きく異なり、同一時間摩擦したとしても摩耗状態は大きく異なるためである。
【０００９】
用紙のエッジ部では裁断による表面粗さの増加や紙粉量の増加により定着部材の摩擦が大きくなる傾向があり、また用紙が通過しない領域は用紙による摩擦が発生せず、定着部材の摩耗量が少なくなるため、用紙サイズは摩耗を予測する上で重要なパラメータである。しかし、用紙の種類はサイズのみで決まるものではなく、使用される材料によって表面粗さが異なる用紙が存在する。定着部材の摩耗は用紙の表面粗さ、圧力（定着ニップ圧）、速度差若しくは摩擦時間によっても変化するものであり、用紙のサイズや通紙時間、温度のみで軸方向の摩耗状態を予測することは困難である。即ち、特許文献１の方法で定着部材の摩耗状態を精度よく予測することは困難であった。
【００１０】
また、定着部材の表層はフッ素系のコーティング材若しくはチューブ材を用いるのが一般的であり、用紙と比較すると表面粗さは著しく小さい。この場合、用紙が通過していない状況下においては定着部材同士が接触した状態で長時間回転したとしても表面が摩耗することは殆ど無く、摩耗したとしても通紙時の摩耗と比較すれば無視できる量であるといえる。従って、所定温度以下の状態からの起動回数によって定着装置の寿命を予測する特許文献２の方法では定着部材の摩耗状態を精度よく予測することは困難であった。
【００１１】
本発明は、上記問題点に鑑み、定着装置の被加熱回転体の摩耗状態を簡易な方法で検知することにより被加熱回転体の寿命を精度よく予測可能な画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明の第１の構成は、画像形成部と、定着装置と、光沢度検知装置と、制御部と、を備えた画像形成装置である。画像形成部は、記録媒体にトナー像を形成する。定着装置は、記録媒体の搬送方向に対し画像形成部の下流側に配置され、加熱装置により加熱される被加熱回転体と、被加熱回転体に当接して定着ニップ部を形成する加圧部材と、で構成される定着部材を有し、定着ニップ部を通過する記録媒体を加熱および加圧することによりトナー像を記録媒体に定着させる。光沢度検知装置は、定着ニップ部を通過したトナー像の光沢度を検知する。制御部は、光沢度に基づいて被加熱回転体の表面粗さを推定し、推定された表面粗さに基づいて被加熱回転体の寿命を予測する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の第１の構成によれば、定着ニップ部を通過したトナー像の光沢度に基づいて、被加熱回転体の表面粗さを精度よく推測することができる。そのため、表面の粗い記録媒体を想定して予め被加熱回転体の寿命を短く設定しておくなどの対策をとる必要がなくなり、ユーザーの使用状況に応じた適正な寿命枚数に設定することが可能となる。また、従来のように定着温度や通紙時間のみで寿命を算出するのではなく、累積印字枚数の増加に伴う表面粗さの推移から、印字を継続した場合にどの程度の印字枚数で画像品質が低下し始める表面粗さに達するのかを推測することができ、被加熱回転体の寿命を精度よく予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像形成装置１００の側面断面図
【図２】画像形成装置１００に搭載される定着装置１５周辺の側面断面図
【図３】定着装置１５に用いられる定着ローラー２１の部分断面図
【図４】定着装置１５に用いられる加圧ローラー２２の部分断面図
【図５】トナー像Ｔの表面粗さと光沢度との関係を示す模式図であって、トナー像Ｔの光沢度が高い場合を示す図
【図６】トナー像Ｔの表面粗さと光沢度との関係を示す模式図であって、トナー像Ｔの光沢度が低い場合を示す図
【図７】画像形成装置１００の制御経路の一例を示すブロック図
【図８】定着処理後のトナー像の光沢度と定着ローラー２１のコート層２１ｂの表面粗さＲａとの関係を示すグラフ
【図９】累積印字枚数と定着ローラー２１のコート層２１ｂの表面粗さＲａとの関係を示すグラフ
【図１０】真実接触面積Ａを模式的に示す図
【図１１】定着ローラー対２０に対する用紙Ｓの通紙方向を横通紙とした状態を示す斜視図
【図１２】図１１の領域Ｒ１、Ｒ２における累積印字枚数と定着ローラー２１のコート層２１ｂの表面粗さとの関係を示すグラフ
【図１３】定着ローラー２１の軸方向の領域Ｒ１〜Ｒ５の５箇所に対応する位置に光沢度検知センサー３３を配置した構成を示す斜視図
【図１４】定着ローラー対２０に対する用紙Ｓの通紙方向を縦通紙とした状態を示す斜視図
【図１５】領域Ｒ１〜Ｒ５に対応して配置された各光沢度検知センサー３３を通過する位置にパッチ画像Ｉｍ１〜Ｉｍ５を形成する光沢度検知モードを示す斜視図
【図１６】本実施形態の画像形成装置１００における定着ローラー２１の寿命予測と通紙方向の切り換え通知手順を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１００の側面断面図である。画像形成装置（例えばモノクロプリンター）１００内には、帯電、露光、現像及び転写の各工程によりモノクロ画像を形成する画像形成部Ｐが配設されている。画像形成部Ｐには、感光体ドラム５の回転方向（図１の時計回り方向）に沿って、帯電装置４、露光装置（レーザー走査ユニット等）７、現像装置８、転写ローラー１４、クリーニング装置１９が配設されている。
【００１６】
画像形成動作を行う場合、帯電装置４により時計回り方向に回転する感光体ドラム５の表面が一様に帯電される。そして、原稿画像データに基づく露光装置７からのレーザービームにより感光体ドラム５上に静電潜像が形成され、現像装置８により静電潜像に現像剤（以下、トナーという）が付着されてトナー像が形成される。現像装置８へのトナーの供給はトナーコンテナ９から行われる。なお、画像データはパソコン（図示せず）等から送信される。また、感光体ドラム５の回転方向に対しクリーニング装置１９の下流側には、感光体ドラム５表面の残留電荷を除去する除電装置（図示せず）が設けられている。
【００１７】
上記のようにトナー像が形成された感光体ドラム５に向けて、用紙Ｓが給紙カセット１０又は手差し用紙トレイ１１から用紙搬送路１２及びレジストローラー対１３を経由して搬送され、転写ローラー１４（画像転写部）により感光体ドラム５の表面に形成されたトナー像が用紙Ｓ上に転写される。トナー像が転写された用紙Ｓは感光体ドラム５から分離され、定着装置１５に搬送されてトナー像が定着される。定着装置１５を通過した用紙Ｓは、用紙搬送路１６により画像形成装置１００の上部に搬送され、排出ローラー対１７により排出トレイ１８に排出される。
【００１８】
図２は、図１の画像形成装置１００に搭載される定着装置１５周辺の側面断面図である。定着装置１５は、定着ローラー対２０と、定着進入ガイド２７と、分離板２９と、用紙検知センサー２８と、温度センサー３１とを備えている。なお、図２においては定着装置１５のハウジングは記載を省略している。
【００１９】
定着ローラー対２０は、駆動モーター（図示せず）により図２において時計回り方向に回転する定着ローラー２１と、定着ローラー２１に従動して反時計回り方向に回転する加圧ローラー２２とで構成される。加圧ローラー２２は圧調整機構２３により所定の圧力で定着ローラー２１に圧接されて定着ニップ部Ｎを形成しており、定着ニップ部Ｎを通過する用紙Ｓ上の未定着トナーを定着させる。
【００２０】
本実施形態に用いる定着ローラー２１の構成としては、例えば、図３に示すように円筒型ステンレスからなる基体２１ａの外周面にＰＦＡ樹脂（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）のコート層（離型層）２１ｂを積層したものが挙げられる。また、加圧ローラー２２の構成としては、図４に示すようにアルミニウム製の芯金２２ａにシリコーンゴム層（弾性層）２２ｂを積層し、ＰＦＡチューブ（離型層）２２ｃで被覆したものが挙げられる。
【００２１】
定着ローラー２１内にはヒーター２６が内蔵されている。本実施形態ではヒーター２６としてハロゲンヒーターを用いている。なお、ヒーター２６に代えて励磁コイルとコアとを有する誘導加熱部を備えたＩＨヒーターを用いて定着ローラー２１の外部から加熱する構成としても良い。
【００２２】
加圧ローラー２２には定着ローラー２１に対する押圧力（定着ニップ圧）を調整する圧調整機構２３が付設されている。圧調整機構２３は、加圧ローラー２２の軸受２２ｄを定着ローラー２１に向けて付勢する圧縮バネ２４と、圧縮バネ２４に当接する偏芯カム２５と、偏芯カム２５を回転駆動させるカム駆動モーター３２とを有する。
【００２３】
用紙搬送方向（図２の右から左方向）に対し定着ニップ部Ｎの上流側には、用紙Ｓを定着ニップ部Ｎへ案内するための定着進入ガイド２７が設けられている。また、定着進入ガイド２７の上流側直近には、用紙Ｓの先端部および後端部の通過を検知する用紙検知センサー２８が配置されている。用紙検知センサー２８は、例えば、用紙搬送路上に突出して用紙Ｓの通過により揺動する定着アクチュエーターと、定着アクチュエーターの揺動によりＯＮまたはＯＦＦされるＰＩ（フォトインタラプター）センサーとで構成される。
【００２４】
定着ローラー２１の回転方向（時計回り方向）に対し定着ニップ部Ｎの下流側には、定着ローラー２１から用紙Ｓを分離する分離板２９が配置されている。分離板２９は、定着ローラー２１の軸方向（図２の紙面と垂直な方向）に延びる板状部材であり、定着処理後の用紙Ｓを定着ローラー２１の表面から分離する。
【００２５】
用紙搬送方向に対し分離板２９の上流側端部（図２では右下端部）であって幅方向（図２の紙面と垂直な方向）の両端縁には、一対の間隔規制部材３０が固定されている。間隔規制部材３０が定着ローラー２１の外周面の軸方向両端部に当接することにより、分離板２９の上流側端部と定着ローラー２１の表面との間隔が所定間隔に設定される。
【００２６】
転写ローラー１４（図１参照）によりトナー像が転写された用紙Ｓは図２の左方向に進み、ハウジングの上流側開口部より定着装置１５内に搬入され、定着進入ガイド２７に沿って定着ローラー対２０の定着ニップ部Ｎに案内される。用紙Ｓが定着ニップ部Ｎを通過するとき、所定の温度および圧力により加熱、加圧され、用紙Ｓ上のトナー像が永久像とされる。その後、用紙Ｓは分離板２９により定着ローラー２１から分離されてハウジングの下流側開口部より定着装置１５の外部に搬送され、排出ローラー対１７（図１参照）から画像形成装置１００の外部に排出される。
【００２７】
定着ローラー２１の回転方向に対し定着ニップ部Ｎの上流側には、サーミスター等から成る温度センサー３１が配置されている。温度センサー３１は、定着ローラー２１の表面温度を非接触で検知する。
【００２８】
温度センサー３１による検知結果は制御部９０（図７参照）に送信される。そして、温度センサー３１の検知結果に基づいて制御部９０から制御信号が送信され、ヒーター２６に流れる電流をＯＮ／ＯＦＦすることにより定着温度の制御を行う。
【００２９】
用紙搬送方向に対し定着装置１５の下流側（図２の左側）には光沢度検知センサー３３が配置されている。光沢度検知センサー３３は、定着ニップ部Ｎを通過した用紙Ｓの画像面に対向して配置されており、用紙Ｓに定着されたトナー像Ｔの光沢度を検知する。光沢度検知センサー３３としては、一般にＬＥＤ等から成る発光素子３３ａと、フォトダイオード等から成る受光素子３３ｂを備えた光学センサーが用いられる。
【００３０】
図５及び図６は、トナー像Ｔの表面粗さと光沢度との関係を示す模式図である。用紙Ｓ上のトナー像Ｔの光沢度を検知する際、発光素子３３ａからトナー像Ｔに測定光Ｌ１を照射すると、測定光Ｌ１はトナー像の表面で正反射される正反射光Ｌ２とトナー像の表面で乱反射される散乱光Ｌ３とになる。このうち正反射光Ｌ２は受光素子３３ｂに入射するが、散乱光Ｌ３は光路が不規則（ランダム）であるため、ごく僅かしか受光素子３３ｂに入射しない。
【００３１】
トナー像Ｔの光沢度が高い場合には、図５に示すようにトナー像Ｔの表面粗さが小さく正反射光Ｌ２の割合が大きいので、受光素子３３ｂの受光量が増加する。一方、トナー像Ｔの光沢度が低い場合には、図６に示すようにトナー像Ｔの表面粗さが大きく散乱光Ｌ３の割合が大きいので、受光素子３３ｂの受光量が減少する。従って、受光素子３３ｂが受光した反射光量に基づく受光信号の出力値によりトナー像Ｔの光沢度を検知することができる。光沢度検知センサー３３の検知結果に基づいて、後述するように定着ローラー２１の表面の摩耗状態を予測する。
【００３２】
図７は、画像形成装置１００の制御経路を示すブロック図である。なお、画像形成装置１００を使用する上で装置各部の様々な制御がなされるため、画像形成装置１００全体の制御経路は複雑なものとなる。そこで、ここでは制御経路のうち、本発明の実施に必要となる部分を重点的に説明する。
【００３３】
画像入力部４０は、画像形成装置１００にパソコン等から送信される画像データを受信する受信部である。画像入力部４０より入力された画像信号はデジタル信号に変換された後、一時記憶部９４に送出される。
【００３４】
操作部７０には、液晶表示部７１、各種の状態を示すＬＥＤ７２が設けられており、画像形成装置１００の状態を示したり、画像形成状況や印字部数を表示したりするようになっている。画像形成装置１００の各種設定はパソコンのプリンタードライバーから行われる。
【００３５】
制御部９０は、中央演算処理装置としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）９１、読み出し専用の記憶部であるＲＯＭ（Read Only Memory）９２、読み書き可能な記憶部であるＲＡＭ（Random Access Memory）９３、一時的に画像データ等を記憶する一時記憶部９４、カウンター９５、画像形成装置１００内の各装置に制御信号を送信したり操作部７０からの入力信号を受信したりする複数（ここでは２つ）のＩ／Ｆ（インターフェイス）９６を少なくとも備えている。
【００３６】
ＲＯＭ９２には、画像形成装置１００の制御用プログラムや、制御上の必要な数値等、画像形成装置１００の使用中に変更されることがないようなデータ等が収められている。ＲＡＭ９３には、画像形成装置１００の制御途中で発生した必要なデータや、画像形成装置１００の制御に一時的に必要となるデータ等が記憶される。
【００３７】
一時記憶部９４は、画像入力部４０より入力され、デジタル信号に変換された画像信号を一時的に記憶する。カウンター９５は、印字枚数を累積してカウントする。
【００３８】
上述したように、定着ローラー２１の表面に形成された離型層が摩耗することによる画像不良が発生しやすいという問題点があった。具体的には、定着ニップ部Ｎを通過する用紙Ｓとの摩擦により定着ローラー２１のコート層２１ｂが摩耗すると、用紙Ｓ上の未定着トナーを溶融した溶融トナーが定着ローラー２１の表面に付着し易くなる。その結果、用紙が定着ローラー２１に貼り付いてしまいジャムが発生する。また、定着ローラー２１に付着した溶融トナーが次の用紙Ｓの画像面に再付着して画像汚れが発生する。
【００３９】
そこで、本発明の定着装置１５では、定着ニップ部Ｎを通過した用紙Ｓ上のトナー像の光沢度に基づいて定着ローラー２１の表面の摩耗状態を予測する。以下、定着ローラー２１の表面の摩耗状態を予測する方法について説明する。
【００４０】
図８は、定着処理後のトナー像の光沢度と定着ローラー２１のコート層２１ｂの表面粗さＲａとの関係を示すグラフである。図８に示すように、トナー像の光沢度とコート層２１ｂの表面粗さＲａとは負の相関関係を有しており、トナー像の光沢度に基づいてコート層２１ｂの表面粗さを推定することができる。
【００４１】
従って、図８に示したトナー像の光沢度とコート層２１ｂの表面粗さとの関係を予めＲＡＭ９３（或いはＲＯＭ９２）に記憶しておき、光沢度検知センサー３３により検知された定尺処理後のトナー像の光沢度の実測値と比較することで、定着ローラー２１のコート層２１ｂの表面粗さを予測することができる。
【００４２】
図９は、累積印字枚数と定着ローラー２１のコート層２１ｂの表面粗さＲａとの関係を示すグラフである。図９では印字に伴う用紙Ｓとの摩擦によってコート層２１ｂの表面粗さＲａが大きくなる場合を想定しており、コート層２１ｂの表面粗さＲａが一定値Ｃ（例えば２０μｍ）まで大きくなると、画像品質が低下するため定着ローラー２１の交換が必要となる。
【００４３】
このとき、用紙Ｓの表面粗さ等によってコート層２１ｂの摩耗状態が変化するため、コート層２１ｂの表面粗さの推移に差が生じる。例えば、表面粗さが大きい用紙Ｓを用いて印字を行った場合（図９の実線）は、表面粗さが小さい用紙Ｓを用いて印字を行った場合（図９の破線）に比べて少ない印字枚数でコート層２１ｂの表面粗さが一定値Ｃに到達する。
【００４４】
従来の方法では、定着ローラー２１のコート層２１ｂの表面粗さを正確に測定できず、定着ローラー２１の寿命を精度よく予測することができなかった。そのため、コート層２１ｂの表面粗さが大きくなっているにも係わらず寿命に達していないと判断してしまい、画像品質が低下した状態で印字を実行してしまう等の問題が発生する可能性があった。また、画像品質の低下を防ぐために、表面粗さの大きい用紙Ｓを使用した場合（図９の実線）を想定して予め定着ローラー２１の寿命を短く設定すると、不必要な定着ローラー２１の交換を行う場合が生じてしまう。
【００４５】
本実施形態によれば、定着ローラー２１のコート層２１ｂの表面粗さの代用特性として定着処理後のトナー像の光沢度を検知し、検知結果に基づいてコート層２１ｂの表面粗さを正確に推測することができる。そのため、表面の粗い用紙を想定して予め定着ローラー２１の寿命を短く設定しておくなどの対策をとる必要がなくなり、ユーザーの使用状況に応じた適正な寿命枚数に設定することが可能となる。
【００４６】
また、従来のように定着温度や通紙時間のみで寿命を算出するのではなく、図９に示した累積印字枚数の増加に伴うコート層２１ｂの表面粗さの推移から、印字を継続した場合にどの程度の印字枚数で画像品質が低下し始める表面粗さに達するのかを推測することができ、定着ローラー２１の寿命を精度よく予測することができる。
【００４７】
ところで、定着ローラー２１のコート層２１ｂの表面粗さが大きくなると、一般的に同じ定着温度、圧力とした場合でも定着性が悪化する。定着ローラー２１の表面粗さが変化すると、定着ローラー２１と用紙Ｓとの接触面積が変化して接触熱抵抗が変化するためである。
【００４８】
図１０は、真実接触面積Ａを模式的に示す図である。表面に微細な凹凸がある固体同士を接触させると、固体は見かけの表面全体で接触するわけではなく、実際の接触は図１０に示すように限られた部分のみで起こる。そのような接触部を真実接触点といい、その面積を真実接触面積と呼ぶ。図１０に示すように固体Ｘ１と固体Ｘ２とが接触するとき、固体Ｘ１、固体Ｘ２の表面の平均粗さ高さをそれぞれＺａ、Ｚｂとすると、接触熱抵抗と表面粗さとの関係は一般的に以下に示す式（１）で表される。
2020027154.tif 000003
ただし、
Ｒ：接触熱抵抗
Ｚａ、Ｚｂ：固体Ｘ１、Ｘ２の平均粗さ高さ
Ａ：真実接触面積
Ａａ：接触面積
ｋａ、ｋｆ：固体Ｘ１、Ｘ２の熱伝導率
ｈ０：接触相当長さ
である。
【００４９】
固体Ｘ１と固体Ｘ２とが接触するとき、真実接触面積Ａは以下に示す式（２）により算出可能である。
2020027154.tif 000004
ただし、
ｐ：圧力
ＥＡ、ＥＢ：固体Ｘ１、Ｘ２のヤング率
μＡ、μＢ：固体Ｘ１、Ｘ２のポアゾン比
である。
【００５０】
上記の式（１）より、表面粗さが増加すると接触熱抵抗が増加し、表面粗さが減少すると接触熱抵抗が減少することがわかる。また接触している２つの対象物間の温度差と接触熱抵抗の関係は以下に示す式（３）で表される。
2020027154.tif 000005
ただし、
ｈｃ：接触熱伝達率
ΔＴ：界面の温度差
ｑ：界面の熱流束
である。
【００５１】
通常、定着装置１５の定着温度（定着ローラー２１の表面温度）の最適値は、画像形成装置１００において使用される用紙Ｓの坪量によって異なる。そのため、用紙Ｓの坪量に応じた定着温度に設定される。しかしながら、前述した式（１）から明らかなように、定着ローラー２１のコート層２１ｂの表面粗さの変化によって接触熱抵抗が変化するため、用紙Ｓに伝達される熱量も変化し、用紙Ｓの温度も変化する。即ち、コート層２１ｂの表面粗さの変化によって定着装置１５の最適な設定条件も変化する。そこで、本発明ではトナー像の光沢度から予測したコート層２１ｂの表面粗さに基づいて定着温度若しくは加圧ローラー２２に加える圧力を変更する。
【００５２】
コート層２１ｂの表面粗さが大きくなると接触熱抵抗が増加し、用紙Ｓに対して定着ローラー２１から熱が伝達されにくい状態になる。その状態で定着温度が低いままであると、用紙Ｓに対する加熱が不足して定着不良を引き起こす可能性がある。そのため、用紙Ｓの坪量に応じた定着温度よりも高い温度での制御を行うか、定着ローラー２１に対する加圧ローラー２２の押圧力を増加させて定着性を向上させる必要がある。
【００５３】
具体的には、制御部９０から電圧制御回路（図示せず）に制御信号を送信してヒーター２６（図２参照）への通電量（または通電時間）を増加させる制御を行うか、制御部９０からカム駆動モーター３２（図２参照）に制御信号を送信して圧調整機構２３による加圧ローラー２２の押圧力を増加させる制御を行う。このように光沢度から予測されるコート層２１ｂの表面粗さの変化に応じて定着温度や定着ニップ圧を変更することにより、定着ローラー２１の表面状態が変化した場合でも安定した画像の形成が可能となる。
【００５４】
図１１は、定着ローラー対２０に対する用紙Ｓの通紙方向を横通紙とした状態を示す斜視図である。前述したように、定着ローラー２１のコート層２１ｂの摩耗は定着ニップ部Ｎを通過する用紙Ｓとの摩擦により発生する。例えば、図１１のように定着ローラー対２０の幅方向とほぼ同一幅の用紙Ｓを通紙している場合、用紙Ｓのエッジ部に接触する領域Ｒ１、Ｒ５では、用紙Ｓの中央部に接触する領域Ｒ２〜Ｒ４と比べて定着ローラー２１のコート層２１ｂの表面粗さが大きくなり易い。
【００５５】
図１２は、図１１の領域Ｒ１、Ｒ２における累積印字枚数と定着ローラー２１のコート層２１ｂの表面粗さとの関係を示すグラフである。定着ローラー２１の軸方向の端部近傍の領域Ｒ１は、図１１に示したように用紙Ｓの幅方向のエッジ部の通過頻度が高く摩耗が進行しやすい領域である。そのため、領域Ｒ１でのコート層２１ｂの表面粗さ（図１２の実線）は、用紙Ｓの幅方向のエッジ部分の通過頻度が低く摩耗が進行しにくい領域Ｒ２でのコート層の表面粗さ（図１２の破線）と比べて同じ枚数を印字したときの表面粗さの増加量が大きくなっている。
【００５６】
これは、用紙Ｓのエッジ部は裁断の都合で表面粗さが大きくなり、定着ローラー２１への摩擦力が大きくなるためである。その状態で印字を行うと領域Ｒ１、Ｒ５を通過するトナー像の光沢度は低くなり、それ以外の領域Ｒ２〜Ｒ４ではトナー像の光沢度は高くなる。そのため、領域Ｒ２〜Ｒ４を通過したトナー像の光沢度を検知すると、領域Ｒ１、Ｒ５でのコート層２１ｂの表面粗さの増大を検知できず定着不良が発生する場合がある。
【００５７】
そこで、図１３に示すように、定着ローラー２１の軸方向の複数箇所（ここでは領域Ｒ１〜Ｒ５の５箇所）に対応する位置に光沢度検知センサー３３を配置し、各領域Ｒ１〜Ｒ５を通過したトナー像の光沢度を検知する。
【００５８】
これにより、定着ローラー２１の軸方向の複数箇所を通過したトナー像の光沢度に基づいて、軸方向におけるコート層２１ｂの表面粗さ分布を正確に推測することができる。そのため、表面の粗い用紙Ｓを想定して予め定着ローラー２１の寿命を短く設定しておくなどの対策をとる必要がなくなり、ユーザーの使用状況に応じた適正な寿命枚数に設定することが可能となる。
【００５９】
さらに、用紙Ｓのエッジ部の通過頻度が高くコート層２１ｂの摩耗が進行しやすい領域Ｒ１、Ｒ５の層厚が一定値以下となった場合、用紙Ｓの通紙方向を横通紙（図１１参照）から図１４に示す縦通紙に変更するように通知することが好ましい。これにより、用紙のエッジ部の通過位置が領域Ｒ１、Ｒ５から領域Ｒ２、Ｒ４に変わるため、領域Ｒ１、Ｒ５での摩耗量を低減させて定着ローラー２１の寿命を延長することができる。
【００６０】
一方、通常の用紙Ｓの通紙方向が図１４に示す縦通紙である場合は、用紙Ｓのエッジ部の通過頻度が高い領域Ｒ２、Ｒ４の摩耗が進行しやすくなる。そこで、領域Ｒ２、Ｒ４の層厚が一定値以下となった場合、図１１に示すように用紙Ｓの通紙方向を横通紙に変更するように通知すればよい。なお、画像形成装置１００において通紙方向を縦通紙と横通紙の両方に変更できるのは、縦通紙が可能な最大用紙サイズよりも小さい用紙サイズである。例えば縦通紙が可能な最大用紙サイズがＡ３サイズである場合、通紙方向を縦通紙と横通紙の両方に変更できるのはＡ４以下のサイズとなる。
【００６１】
光沢度の検知に用いるトナー像は、ユーザーが通常印字する画像のうち、光沢度検知センサー３３を通過する領域を含む画像を印字する場合に、その領域のトナー像の光沢度を検知する方法でもよい。しかし、この方法では光沢度検知センサー３３を通過する領域を含む画像を印字する頻度が低い場合は光沢度の検知頻度が低下する。その結果、コート層２１ｂの表面粗さの推移を精度よく予測できなくなる。
【００６２】
そこで、前回の光沢度検知から累積印字枚数が所定枚数に到達する毎に、用紙Ｓの光沢度検知センサー３３を通過する領域に光沢度検知用のパッチ画像を形成して光沢度を検知する光沢度検知モードを実行することが好ましい。
【００６３】
例えば、図１３に示したように定着ローラー２１の軸方向の領域Ｒ１〜Ｒ５に対応する位置に５個の光沢度検知センサー３３を配置した場合、図１５に示すように各光沢度検知センサー３３を通過する位置にパッチ画像Ｉｍ１〜Ｉｍ５を形成する。これにより、一定の頻度でトナー像の光沢度の検知を行うことができ、精度の高い定着ローラー２１の寿命の予測が可能になる。
【００６４】
図１６は、本実施形態の画像形成装置１００における定着ローラー２１の寿命予測と通紙方向の切り換え通知手順を示すフローチャートである。必要に応じて図１〜図１５を参照しながら、図１６のステップに沿って定着ローラー２１の交換、および用紙の通紙方向を切り換える手順について説明する。
【００６５】
先ず、前回の光沢度検知モードの実行からの累積印字枚数が所定枚数（例えば１０００枚）に到達したか否かを判断する（ステップＳ１）。所定枚数に到達した場合は（ステップＳ１でＹｅｓ）、図１５に示したように用紙Ｓ上にパッチ画像Ｉｍ１〜Ｉｍ５を形成する（ステップＳ２）。そして、光沢度検知センサー３３によりパッチ画像Ｉｍ１〜Ｉｍ５の光沢度を検知する（ステップＳ３）。
【００６６】
次に、制御部９０は、検知されたパッチ画像Ｉｍ１〜Ｉｍ５の光沢度と、ＲＡＭ９３（またはＲＯＭ９２）に記憶された光沢度とコート層２１ｂの表面粗さＲａとの関係（図８参照）に基づいて領域Ｒ１〜Ｒ５におけるコート層２１ｂの表面粗さＲａ（軸方向の表面粗さ分布）を推定する（ステップＳ４）。
【００６７】
次に、制御部９０は、領域Ｒ１〜Ｒ５のいずれかでコート層２１ｂの表面粗さＲａが閾値Ｃ（図９の一定値Ｃに相当、例えば２０μｍ）以上と推測されるか否かを判断する（ステップＳ５）。コート層２１ｂの表面粗さＲａが閾値Ｃ以上の領域が存在する場合は（ステップＳ５でＹｅｓ）、制御部９０からの制御信号により、液晶表示部７１に定着ローラー２１の交換を促す通知を行い（ステップＳ６）、処理を終了する。
【００６８】
一方、領域Ｒ１〜Ｒ５の全てにおいてコート層２１ｂの表面粗さＲａが閾値Ｃよりも小さいと推測される場合は（ステップＳ５でＮｏ）、次に領域Ｒ１、Ｒ５でコート層２１ｂの表面粗さＲａが閾値Ｄ（Ｄ＜Ｃ、例えば１５μｍ）以上と推測されるか否かを判断する（ステップＳ７）。領域Ｒ１、Ｒ５でコート層２１ｂの表面粗さＲａが閾値Ｄ以上と推測される場合は、制御部９０からの制御信号により、液晶表示部７１に横通紙から縦通紙への挿通方向の変更を促す通知を行う（ステップＳ８）。
【００６９】
領域Ｒ１、Ｒ５でコート層２１ｂの表面粗さＲａが閾値Ｄよりも小さいと推測される場合は（ステップＳ７でＮｏ）、次に領域Ｒ２、Ｒ４でコート層２１ｂの層厚が閾値Ｄ以上と推測されるか否かを判断する（ステップＳ９）。領域Ｒ２、Ｒ４でコート層２１ｂの表面粗さＲａが閾値Ｄ以上と推測される場合は、制御部９０からの制御信号により、液晶表示部７１に縦通紙から横通紙への挿通方向の変更を促す通知を行い（ステップＳ１０）、処理を終了する。
【００７０】
上記の制御によれば、コート層２１ｂの軸方向の表面粗さ分布に基づいて定着ローラー２１の交換時期を判断することにより、定着ローラー２１の寿命を正確に決定することができる。従って、定着ローラー２１が寿命に到達しても交換されないことによる画像不具合の発生や、寿命に到達していないのに係わらず定着ローラー２１が交換されてしまう事態を確実に防止することができる。
【００７１】
また、コート層２１ｂの軸方向の表面粗さ分布に基づいて用紙Ｓの挿通方向を切り換えることにより、用紙Ｓのエッジ部が当たる位置を変化させてコート層２１ｂの局所的な摩耗を抑制することができ、定着ローラー２１の寿命を延長することができる。
【００７２】
なお、上記の制御例では領域Ｒ１〜Ｒ５のいずれかでコート層２１ｂの表面粗さＲａが閾値Ａ以上と推測された時点で定着ローラー２１の交換を促す通知を行ったが、コート層２１ｂの表面粗さＲａが閾値Ｃよりも小さいと推測された時点で領域Ｒ１〜Ｒ５のいずれかでコート層２１ｂの表面粗さＲａが閾値Ｃ以上になると推定される累積印字枚数を予測し、予測した累積印字枚数に到達したとき定着ローラー２１の交換を促す通知を行うようにしてもよい。
【００７３】
また、用紙Ｓの挿通方向の変更を促す通知を行った場合は、挿通方向が変更された場合にコート層２１ｂの表面粗さＲａが閾値Ｃ以上になると推定される累積印字枚数を予測し、予測した累積印字枚数に到達するまでの印字可能枚数を通知するようにしてもよい。
【００７４】
その他本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、定着ローラー２１と加圧ローラー２２とで形成される定着ニップ部Ｎに未定着トナー画像を担持した用紙を挿通することによってトナーを定着する熱ローラー定着方式の定着装置１５を例に挙げて説明したが、定着ローラー２１に代えて無端状の定着ベルトを備え、定着ベルトとこれに圧接される加圧部材とで形成される定着ニップ部に未定着トナー画像を担持した用紙を挿通することによってトナーを定着するベルト定着方式の定着装置における、定着ベルトの寿命予測にも適用可能である。
【００７５】
また、本発明は図１に示したようなモノクロプリンターに限らず、カラープリンター、モノクロ及びカラー複写機、デジタル複合機、或いはファクシミリ等、定着装置を備えた他の画像形成装置にも適用できるのはもちろんである。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、定着ローラーや定着ベルト等の被加熱回転体を有する定着装置を備えた画像形成装置に利用可能である。本発明の利用により、被加熱回転体の表面の摩耗状態を簡易な方法で精度よく予測可能な画像形成装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００７７】
１５              定着装置
２０              定着ローラー対（定着部材）
２１              定着ローラー（被加熱回転体）
２１ａ            基体
２１ｂ            コート層（表面層）
２２              加圧ローラー（加圧部材）
２６              ヒーター（加熱装置）
３１              温度センサー
３３              光沢度検知センサー（光沢度検知装置）
７１              液晶表示部（通知装置）
９０              制御部
１００            画像形成装置
Ｐ                画像形成部
Ｓ                用紙（記録媒体）
Ｔ                トナー像
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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