(57)【要約】【課題】１ページ当たりの定着装置の走行距離が標準条件よりも多い使用条件下においても、定着装置の劣化状態と寿命消費状態の乖離が少なく、適切な寿命通知を安価で且つ省スペースに実現する。【解決手段】定着回転体と、前記定着回転体を加熱する熱源と、前記定着回転体を駆動する駆動手段と、前記定着回転体とで定着ニップを形成する加圧回転体を有する定着装置において、空転時に、定着装置の駆動負荷を低減するとともに、駆動負荷に応じて走行距離に関する寿命カウンタを調整する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着回転体と、前記定着回転体を加熱する熱源と、前記定着回転体を駆動する駆動手段と、前記定着回転体とで定着ニップを形成する加圧回転体を有する定着装置において、
空転時に、定着装置の駆動負荷を低減するとともに、駆動負荷に応じて走行距離に関する寿命カウンタを調整することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
駆動負荷の低減を、空転時の定着制御温度を高く設定することで実現することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
空転時の定着制御温度が、通紙時温度プラス２０度以内であることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
駆動負荷の低減を、空転時の前記定着回転体の回転速度を下げることで実現することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項５】
空転時の前記定着回転体の回転速度が、通紙時の回転速度の５０％以上であることを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載された定着装置を備える画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置と画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置に使用される定着装置については、省エネ化や、待ち時間（ウォームアップタイム）短縮に対する要求の高まりから、従来型の加熱ローラに代えて、ベルトや薄膜フィルムを用いた加熱装置を採用し、低熱容量化を実現し、また記録材への熱伝達効率の改善を図って、加熱に要する待ち時間を大幅に短縮した所謂オンデマンドタイプの省エネ定着装置が広く採用されるようになってきた。
【０００３】
この種の低熱容量の定着装置に限らず、定着装置の寿命に関しては、ローラやベルト等の回転体の走行距離（回転時間）、印刷ページ数等によって決定する。つまり、印刷ページ数、回転体の走行距離のどちらか一方が基準値を超えた場合に装置寿命として、ユーザーに定着装置の交換を促す寿命通知を出すような制御を行っている。
【０００４】
しかしながら、印刷ページ数や走行距離だけでは、定着装置の寿命を正しく判定できないケースがあるため、例えば特許文献１では、回転体の熱劣化による寿命影響を適切に判定する目的で、回転体である定着ローラの温度が一定温度以上である時間を計測し、その時間に温度域に応じた係数を乗じて積算し、積算値が一定値以上に達した場合に寿命通知を行うことが開示されている。
【０００５】
また、定着装置の駆動負荷そのものを検知することで、定着装置の破損が予測される駆動負荷まで上昇する前に、寿命通知を行うことも知られている。例えば特許文献２では、定着装置の駆動モータの駆動電圧及び駆動電流を検知し、駆動電流が一定以上の場合に寿命通知を行うことが開示されている。
【０００６】
これらの寿命通知制御では、標準的な使用条件であれば、設定された印刷ページ数まで使用することができるが、１ジョブ当たりのページ数が少なく間欠印刷が多くなる場合や高湿環境下で定着カールを抑制するため印刷前空転動作が長い場合では、１ページ当たりの定着装置の走行距離が多くなり、走行距離に関して規定された寿命閾値に達して定着装置の寿命が通知される時点での印刷ページ数が、ページ数に関する寿命閾値（寿命設定値）よりも大幅に少ないという事態が発生した。つまり、特許文献１に開示された方法では、駆動条件に関して考慮されていないため、例えば１ジョブ当たり１ページを間欠印刷するケースが多くて、１ページ当たりの定着装置の走行距離が多くなると、定着装置の寿命通知時点での印刷ページ数が寿命設定値の半分程度まで減ってしまうことがある。また特許文献２に開示された方法では、定着装置の駆動モータに対して電圧検知回路及び電流検知回路が必要であり、更に１ページ当たりの定着装置の走行距離が標準条件よりも多い使用条件下においても、定着装置の劣化状態と寿命消費状態の乖離が少なく、適切な寿命通知を安価且つ省スペースで実現することもできていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、１ページ当たりの定着装置の走行距離が標準条件よりも多い使用条件下においても、定着装置の劣化状態と寿命消費状態の乖離が少なく、適切な寿命通知を安価で且つ省スペースに実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題は、定着回転体と、前記定着回転体を加熱する熱源と、前記定着回転体を駆動する駆動手段と、前記定着回転体とで定着ニップを形成する加圧回転体を有する定着装置において、空転時に、定着装置の駆動負荷を低減するとともに、駆動負荷に応じて走行距離に関する寿命カウンタを調整することによって、解決される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、定着装置の寿命制御において、１ページ当たりの定着装置の走行距離が標準条件よりも多い使用条件下においても、空転時に、定着装置の駆動負荷を低減するとともに、駆動負荷に応じて走行距離に関する寿命カウンタを調整するので、定着装置の劣化状態と寿命消費状態の乖離が少なく、適切な寿命通知を安価かつ省スペースに実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る画像形成装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係る定着装置の構成を示す概略図である。
【図３】定着装置の従来の寿命制御を説明するグラフである。
【図４】空転動作時の定着駆動負荷を低減するためにベルト温度を上げることを説明するグラフである。
【図５】定着ベルトの温度に応じて駆動負荷が下がる様子を示すグラフである。
【図６】空転動作時の負荷係数を０．８として寿命負荷調整制御を実施した場合の定着装置の寿命通知タイミングを示すグラフである。
【図７】空転動作時の定着駆動負荷を低減するためにベルトの回転速度を下げることを説明するグラフである。
【図８】定着ベルトの回転速度に応じて駆動負荷が上がる様子を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１に示す画像形成装置は、一般的なタンデム方式のカラープリンタであり、モノクロ用のブラック、カラー３色（例えば、イエロー、マゼンタ、シアン）の各プロセスカートリッジ１０２ａ〜ｄは並列に配設され、プリンタ本体１００に着脱自在に装着されており、またプリンタ本体１００内には、露光装置１０３、転写ローラ１０１ａ〜ｄ（特に必要がなければ、以下では単に転写ローラ１０１という）、給紙トレイ１０４、定着装置１０６等が配設されている。
【００１２】
プロセスカートリッジ１０２ａ〜ｄはプリンタ本体１００の所定の位置にセットされ、各カートリッジにおいて円筒形の感光体１０８ａ〜ｄ（特に必要がなければ、以下では単に感光体１０８という）が、所定の線速で回転するようになっている。感光体１０８の表面には帯電手段である帯電器１１０が圧接され、感光体１０８の回転により従動回転し、ＤＣあるいはＤＣにＡＣが重畳されたバイアスが印加されることで感光体１０８は一様にほぼ均一な表面電位に帯電される。
【００１３】
そして感光体１０８は潜像形成手段である露光装置１０３により画像情報を露光され、静電潜像が形成される。この露光工程はレーザーダイオードを用いたレーザービームスキャナやＬＥＤ等で行われる。初期的にトナーが収納された現像手段１１１は、所定の現像バイアスによって、感光体１０８の静電潜像をトナー像として顕像化する。
【００１４】
フルカラー画像形成時には、各プロセスカートリッジ１０２ａ〜ｄにおいてブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの順で可視像が形成される。感光体１０８に対向配置される転写ローラ１０１に所定の転写バイアス＋４００〜＋２５００Ｖを印加させることで、各一次転写部に転写電界が形成され、各色の可視像を感光体１０８から転写ベルト１２０上に重ね転写することでフルカラートナー像を形成する。転写後に感光体１０８上に残留した転写残トナーは周知のクリーニング手段によって回収され破棄される。なお、感光体１０８上にクリーニング手段を設けず、現像手段で転写残トナーを回収するクリーナレス方式も知られており、このような方式を含めて本実施形態では、種々様々なクリーニング方式を採用できる。
【００１５】
ちなみに転写ベルト１２０は、駆動ローラ１２２やテンションローラ１２１に張架されており、駆動手段である駆動モータによって駆動ローラ１２２を介して回転駆動される。なお、テンションローラ１２１の両端では、ばねによりベルト張力がかけられるようになっている。トナーマークセンサ（ＴＭセンサ）１２４は、正反射型や拡散型のセンサであり、転写ベルト１２０上のトナー像濃度、各色位置測定を行い、画像濃度や色合わせを調整するものである。
【００１６】
記録材である用紙は、給紙トレイ１０４に保持されており、給紙ローラ１０５によって、レジストローラ対１０７まで搬送され、転写ベルト１２０上のトナー像先端部が二次転写部に到達するタイミングに合わせて、二次転写部に送り込まれ、トナー像を転写される。その後、定着手段２００によって熱と圧力によりトナー像が用紙に定着された後、排紙される。そして用紙は、排紙ローラ対１０９のローラ間を経て、プリンタ本体１００外へ排出される。こうして、画像形成装置における、一連の画像形成プロセスが完了する。
【００１７】
定着手段２００である定着装置は、図２に示すように、加圧回転体である加圧ローラ２０１、定着回転体である定着ベルト２０２、熱源であるヒータ２０４、ニップ形成部材２０５、伝熱部材２０３、補強部材２０６（支持部材）、更には温度センサ２０７、圧接機構２０８、２０９等で構成される。
【００１８】
定着ベルト２０２に圧接する加圧ローラ２０１は、直径が２０〜４０ｍｍ程度であって、中空構造の芯金上に弾性層を形成したものである。その弾性層は、発泡性シリコーンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の材料で形成されている。なお、弾性層の表面にＰＦＡ、ＰＴＦＥ等からなる薄肉の離型層を設けることもできる。加圧ローラ２０１の端部には周知のように駆動ギヤが設置されていて、加圧ローラ２０１は図中の矢印方向（時計方向）に回転駆動される。加圧ローラ２０１の内部にハロゲンヒータ等の熱源を設けてもよい。
【００１９】
定着ベルト２０２は、薄肉で可撓性を有する無端状ベルトであって、その直径が１５〜１２０ｍｍになるように設定され（本実施例では３０ｍｍ程度である）、図中の矢印方向（反時計方向）に回転（走行）する。定着ベルト２０２では、内周面（ニップ形成部材２０５との摺接面）側から、基材層、弾性層、離型層が順次積層されていて、その全体の厚さが５００μｍ以下に設定されている。
【００２０】
定着ベルト２０２の基材層は、層厚が３０〜１００μｍであって、ニッケル、ステンレス等の金属材料やポリイミド等の樹脂材料で形成されている。定着ベルト２０２の弾性層は、層厚が１００〜３００μｍであって、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム、フッ素ゴム等のゴム材料で形成されている。弾性層を設けることで、ニップ部におけるベルト表面に微小な凹凸が形成されなくなり、用紙上のトナー像に均一に熱が伝わり、ユズ肌画像の発生が抑止される。定着ベルト２０２の離型層は、層厚が５〜５０μｍであって、ＰＦＡ（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）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルケトン）等の材料で形成されている。
【００２１】
定着ベルト２０２の内部（内周面側）には、ヒータ２０４、ニップ形成部材２０５、伝熱部材２０３、補強部材２０６、更にはシート状部材（シール部材）等が固設されている。ヒータ２０４には、ハロゲンヒータやカーボンヒータを用いることができる。ニップ形成部材２０５は、定着ベルト２０２の内周面に摺接するように固設（固定）され、定着ベルト２０２を介して加圧ローラ２０１に圧接することで、定着ニップが形成される。
【００２２】
伝熱部材２０３は、プリンタ本体の電源部により出力制御されたヒータ２０４ａ、２０４ｂの輻射熱によって加熱される。ヒータ２０４ａ、２０４ｂは、ベルトの幅方向に異なる配光分布を有することで互いに加熱領域を幅方向で分割した設計となっており、小サイズ用紙の印刷時に余剰加熱を軽減する目的で構成されている。なお、ヒータ２０４ａ、２０４ｂの出力制御は、ベルト表面に対向する温度センサ２０７（サーミスタ等）によるベルト表面温度の検知結果に基づいて行われる。また、このようなヒータ２０４ａ、２０４ｂの出力制御によって、定着ベルト２０２の温度（定着温度）を所望の温度に設定することができる。
【００２３】
伝熱部材２０３の材料は、アルミニウム、鉄、ステンレス等の熱伝熱性を有した金属である。伝熱部材２０３の肉厚を０．２ｍｍ以下にすることで、定着ベルト２０２の加熱効率を向上することができる。伝熱部材２０３は、ニップ部を除く範囲で定着ベルト２０２の内周面に近接もしくは接触するように形成され、ニップ部の範囲では内部に凹状に形成されるとともに開口部を有した凹部が設けられている。ここで、常温時における定着ベルト２０２と伝熱部材２０３とのギャップ（ニップ部を除く範囲のギャップＡ）は、０ｍｍより大きく２ｍｍ以下とすることが好ましい（０ｍｍ＜Ａ≦２ｍｍ）。これにより、伝熱部材２０３と定着ベルト２０２とが摺接する面積が大きく定着ベルト２０２の磨耗が加速する不具合を抑止するとともに、伝熱部材２０３と定着ベルト２０２とが離れ過ぎて定着ベルト２０２の加熱効率が低下する不具合も抑止することができる。更に、伝熱部材２０３を定着ベルト２０２に近設することで、可撓性を有する定着ベルト２０２の円形姿勢が或る程度維持されるため、定着ベルト２０２の変形による劣化・破損を軽減することができる。
【００２４】
また、伝熱部材２０３と定着ベルト２０２とが摺擦しても定着ベルト２０２の摩耗が軽減されるように、ニップ部において定着ベルト２０２とニップ形成部材２０５の間にシート状部材が設けられ、更に定着ベルト２０２とニップ形成部材２０５の間にフッ素グリス、シリコーンオイル等の潤滑剤が塗布されている。また伝熱部材２０３の摺擦面を摩擦係数の低い材料で形成したり、定着ベルト２０２の内周面にフッ素を含む材料からなる表面層を形成したりする場合もある。
【００２５】
また、図示の例では、伝熱部材２０３の断面形状が円形になるように形成されているが、伝熱部材２０３の断面形状は円形に限定されず、熱伝達効率や摺動抵抗の観点から定着ベルト２０２との密着性を考慮し、適宜設定することができる。
【００２６】
なお、熱源からの熱を定着ベルト２０２に均一に伝達し、且つ駆動時の定着ベルト２０２の走行安定性を確保する手段が別途用意されている場合には、例えば特開２０１６−１４５９６１号公報に開示された構成のように、伝熱部材２０３を備えず、定着ベルト２０２を直接加熱する方式の定着装置を構成することも可能である。その場合、定着装置全体としての熱容量のうち、伝熱部材２０３の熱容量が排除されるため、より昇温性能や省エネ性能に優れた定着装置を構成できる利点がある。
【００２７】
以下、上述のように構成された定着装置の、通常時の動作について簡単に説明する。プリンタ本体の電源スイッチが投入されると、ヒータ２０４ａ、２０４ｂに電力が供給されるとともに、加圧ローラ２０１の回転駆動が開始される。これにより、加圧ローラ２０１との摩擦力によって、定着ベルト２０２も図中の矢印方向に従動回転する。その後、未定着の画像（トナー像）を担持した用紙が、圧接状態にあるニップ部に送入され、伝熱部材２０３を介してヒータ２０４で加熱された定着ベルト２０２による加熱と、補強部材２０６に支持されたニップ形成部材２０５と加圧ローラ２０１の押圧力とによって、用紙の表面にトナー像が定着される。その後、用紙はニップ部から送出され、定着装置における、一連の定着プロセスが完了する。
【００２８】
定着装置の寿命制御に関して、本発明の理解を助けるため、まず従来の制御について説明する。
定着装置の寿命制御における条件には、標準条件下での印刷ページ数と、そのページ数を印刷する際に必要な走行距離の２つがあり、どちらか一方が寿命閾値に達した場合に、定着装置の寿命が通知される。図３中の「標準条件」は、印刷ページ数１２００００ページ、生産性３０ＰＰＭ、ファーストプリント時間１０秒、定着回転体（定着ベルト）回転速度１８０ｍｍ／ｓｅｃの定着装置を含むプリンタにおいて、１ジョブ当たり３ページ、環境温度２３℃±３℃、湿度５０％±１０％という使用環境を「標準条件」と想定した場合の、定着装置の寿命到達までの走行距離推移を示したものである（印刷ページ数の寿命閾値１２００００ページで走行距離の寿命閾値１００８００ｍに至っている）。
【００２９】
１ジョブ当たり３ページを超えるジョブ条件（例えば「走行距離過少条件」）では、１２００００ページの寿命を満足できるが、１ジョブ当たり３ページ未満の「走行距離過多条件１」の場合や、１ジョブ当たり３ページで且つ環境湿度８０％の「走行距離過多条件２」の場合では、早期に走行距離１００８００ｍの寿命閾値に達してしまい、印刷ページ数については想定寿命の半分以下のページ数しか印刷ができていない。環境湿度８０％の使用条件では、用紙のカールが大きくなるため、定着装置への通紙前に加圧ローラを暖気するための空転動作を２１秒間挿入することを前提としている。想定される標準条件と異なるユーザー使用環境であった場合に、定着装置の寿命（寿命通知）が著しく減少することは、ユーザーにとって好ましくない現状である。
【００３０】
なお、定着ベルト（定着回転体）や加圧ローラ（加圧回転体）の表面磨耗劣化の観点から、印刷ページ数による寿命通知を行うことは合理性が高く、通紙品質を確保したまま寿命を延ばすことは容易ではない。しかし、印刷にあっては、通紙動作のほか、定着装置に用紙が通過していないにもかかわらず回転体が空回転している空転動作が存在する。例えば、定着装置の暖気時間における空回転や、用紙を定着装置まで搬送するのに必要な時間の分だけの空回転である。通紙動作時に定着制御条件を変更すると、定着品質への副作用があって好ましくないが、空転動作時に定着制御条件を変更しても副作用がないため、この空転動作時に定着制御条件を変更することとする。
【００３１】
空転動作時の定着駆動負荷を低減するやり方として、図４に示すように、定着ベルト温度を高く設定することが考えられる。定着ベルト２０２の内面には潤滑剤が塗布されており、ベルト温度を上げることで、潤滑剤の温度も上がり、潤滑剤の粘度が下がることで定着ベルト２０２の摺動負荷が低減し、定着装置の駆動負荷が低減する。従来の走行距離の寿命閾値に代えて「寿命カウント閾値」を設定して、空転時の、したがって非通紙状態での走行距離に定着駆動負荷に応じた負荷係数を乗じることで、定着駆動負荷状態に合わせた寿命消費カウントを消費させ、寿命消費カウント累積値が寿命カウント閾値に達した場合に、定着装置の寿命通知を実施するのである。１ジョブ当たり１ページの間欠印刷や、高湿環境で定着カールを抑制するための印刷前空転動作では、１ページ印刷する定着走行距離に対して、空転による走行距離の割合が多くなっている。そこで、空転時の定着制御温度を印刷温度（通紙時温度）よりも高く設定することで空転時の駆動負荷を、印刷時よりも低くするとともに、空転時の負荷係数を印刷時よりも低く設定する。その結果、１ページ当たりの寿命消費量を、走行距離のみの場合よりも小さくすることができる。また、定着駆動負荷に応じた負荷係数の設定値をプリセットしておくことで、寿命制御のために余分な検知回路を必要としないので、安価で且つ省スペースに適切な寿命通知を実現できる。
【００３２】
定着ベルトの温度に応じて駆動負荷が下がる様子を図５に示す。このような関係は、予め本実施形態で用いると同じ定着装置において、温度に対する駆動負荷を実験で特定し、プリンタ本体の制御部に保存しておく。その関係は、サービスマンやネットワークを通じて更新することも可能である。図５では、通紙時のベルト温度１５０℃を基準とした場合、空転時の温度を１７０℃に上げると駆動負荷が２０％低下することを表している。この時、空転時の負荷係数を０．８と設定する。空転時の温度は印刷温度（通紙時の温度）よりも高い温度で自由に設定することができ、定着ベルト温度毎の駆動負荷に応じて負荷係数を合わせて設定することもできる。図４に示したように、空転時温度を１７０℃に設定することで、走行距離に関する寿命カウンタに負荷係数０．８を乗じることとなり、従来制御よりも空転時における寿命カウンタが低減する。なお、この寿命カウンタは、プリンタ本体の制御部における記憶装置に記憶されているものである。
【００３３】
図６は、空転動作時の負荷係数を０．８として寿命負荷調整制御を実施した場合の定着装置の寿命通知タイミングを示しており、図３の従来制御と比較すると、走行距離過多条件１、２において、およそ１００００ページの寿命延長効果があることが分かる。例示として挙げたケース以外にも、高湿環境において定着カールを抑制するための空転動作を数十秒実施する場合等に有用であり、通紙動作時間に対して、空転時間の割合が多い条件であるほど、寿命負荷低減制御による効果が大きくなる。また、空転動作の直後に通紙を行うことを考えると、空転時の温度につられて通紙温度が高くなり、定着不良を起こす可能性が出るので、空転時の制御温度は、通紙時温度プラス２０度以内の方が良い。使用している潤滑剤の種類によっては、またローラ-ローラ型定着装置においては、定着回転体の温度を下げることで駆動負荷が低減するケースもあるが、同様にして駆動負荷係数を設定することで効果を得ることができる。
【００３４】
空転動作時に駆動負荷を低減させるのに、図７に示すように、定着ベルトの回転速度を下げることも考えられる。定着ベルトの回転速度に応じて駆動負荷が上がる様子を図８に示す。このような関係は、予め本実施形態で用いると同じ定着装置において、回転速度に対する駆動負荷を実験で特定し、プリンタ本体の制御部に保存しておく。その関係は、サービスマンやネットワークを通じて更新することも可能である。図８に示すように、駆動負荷は回転速度に依存して線形に近い割合で低下するので、空転動作時に、回転速度を通紙時よりも低く設定することで、単純に走行距離を低減できる効果に加えて、少ない駆動負荷で且つ短い走行距離で空転動作を実行することができ、寿命カウンタを大きく低減することができる。回転速度を低く設定するほど、寿命カウンタ低減効果が大きいが、その設定値によっては、定着ベルト周方向の温度ムラが発生する場合があるため、通紙時の回転速度の５０％以上であることが好ましい。
【００３５】
なお、駆動負荷を低減させるやり方として、上に説明したように、定着ベルトの温度を上げてベルト回転時の粘性を下げる構成や、定着ベルトの回転速度を下げる構成が考えられるが、これらの構成を組み合わせることもまた可能である。
【符号の説明】
【００３６】
２００  定着手段
２０１  加圧ローラ
２０２  定着ベルト
２０３  伝熱部材
２０４  ヒータ
２０５  ニップ形成部材
２０６  補強部材（支持部材）
２０７  温度センサ
２０８、２０９  圧接機構
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３７】
【特許文献１】特開２００６−３３０１７９号公報
【特許文献２】特許第５１７１２１７号公報
【図１】
2018128527.tif 000003
【図２】
2018128527.tif 000004
【図３】
2018128527.tif 000005
【図４】
2018128527.tif 000006
【図５】
2018128527.tif 000007
【図６】
2018128527.tif 000008
【図７】
2018128527.tif 000009
【図８】
2018128527.tif 000010