(57)【要約】【課題】定着フィルム等の定着部材の表層の摩耗により熱伝達に違いが生じた場合や、加圧部材の硬度変動が生じた場合にも、画像不良の発生を防止できる、また、寿命警告を適切に行うことができる画像形成装置を提供する。【解決手段】記録材に画像をプリントする画像形成装置が、記録材に形成された画像を記録材に定着する定着ユニットと、定着ユニットの回転体の温度を検知する温度センサと、検知温度に応じた回転体の表層の摩耗量を取得する摩耗量取得部と、摩耗量に応じてヒータの制御温度を設定する制御温度設定部と、を有する。【選択図】図３
2018141959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録材に画像をプリントする画像形成装置において、
記録材に形成された画像を記録材に定着する定着ユニットであって、表層を有する回転体と、前記回転体と共に記録材を挟持搬送する定着ニップ部を形成する加圧部材と、前記回転体を加熱するヒータと、を有する定着ユニットと、
前記回転体の温度を検知する温度センサと、
前記回転体の前記表層の摩耗量を取得する摩耗量取得部であって、前記温度センサの検知温度に応じた前記摩耗量を取得する摩耗量取得部と、
前記摩耗量に応じて前記ヒータの制御温度を設定する制御温度設定部と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記回転体の温度を検知する温度センサを第１の温度センサとすると、前記装置は更に、前記加圧部材の温度を検知する第２の温度センサと、前記第２の温度センサの検知温度に応じた前記加圧部材の硬度変化量を取得する硬度変化量取得部と、を有し、
前記制御温度設定部は、前記摩耗量と前記硬度変化量に応じて前記ヒータの制御温度を設定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】
記録材に画像をプリントする画像形成装置において、
記録材に形成された画像を記録材に定着する定着ユニットであって、表層を有する回転体と、前記回転体と共に記録材を挟持搬送する定着ニップ部を形成する加圧部材と、前記回転体を加熱するヒータと、を有する定着ユニットと、
前記回転体の温度を検知する温度センサと、
前記回転体の前記表層の摩耗量を取得する摩耗量取得部であって、前記温度センサの検知温度に応じた前記摩耗量を取得する摩耗量取得部と、
前記摩耗量に応じて前記回転体の寿命を算出する寿命算出部と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
前記摩耗量取得部は、記録材１枚当たりの前記摩耗量を取得し、記録材１枚当たりの前記摩耗量は、前記温度センサの検知温度に応じて異なっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
記録材に画像をプリントする画像形成装置において、
記録材に形成された画像を記録材に定着する定着ユニットであって、回転体と、前記回転体と共に記録材を挟持搬送する定着ニップ部を形成する加圧部材と、前記回転体を加熱するヒータと、を有する定着ユニットと、
前記加圧部材の温度を検知する温度センサと、
前記加圧部材の硬度変化量を取得する硬度変化量取得部であって、前記温度センサの検知温度に応じた前記硬度変化量を取得する硬度変化量取得部と、
前記硬度変化量に応じて前記ヒータの制御温度を設定する制御温度設定部と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
前記装置は更に、前記制御温度を記憶する記憶部を有することを特徴とする請求項１、２、５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項７】
記録材に画像をプリントする画像形成装置において、
記録材に形成された画像を記録材に定着する定着ユニットであって、回転体と、前記回転体と共に記録材を挟持搬送する定着ニップ部を形成する加圧部材と、前記回転体を加熱するヒータと、を有する定着ユニットと、
前記加圧部材の温度を検知する温度センサと、
前記加圧部材の硬度変化量を取得する硬度変化量取得部であって、前記温度センサの検知温度に応じた前記硬度変化量を取得する硬度変化量取得部と、
前記硬度変化量に応じて前記加圧部材の寿命を算出する寿命算出部と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
前記硬度変化量取得部は、単位時間当たりの前記硬度変化量を取得し、単位時間当たりの前記硬度変化量は、前記温度センサの検知温度に応じて異なっていることを特徴とする請求項２、５、７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記回転体はフィルムであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記ヒータは前記フィルムの内面に接触していることを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記加圧部材は、前記フィルムを介して前記ヒータと共に前記定着ニップ部を形成していることを特徴とする請求項１０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、複写機やＬＢＰ等の、電子写真方式・静電記録方式等の作像プロセスを採用した画像形成装置であって、記録材上に形成担持させた未定着トナー像を記録材に加熱定着する加熱定着ユニットを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
加熱定着ユニット（以下、定着ユニットと呼ぶ）として、たとえば、特許文献１に記載のように、スリープ状態からのヒータの立ち上がりに優れたフィルム加熱方式の定着ユニットがある。フィルム加熱方式の定着ユニットは、筒状の定着フィルムを介して加熱源としてのヒータと、加圧ローラとで定着ニップ部を形成している。この構成の定着ユニットは、低熱容量化や小径化を実現しやすので、より少ない電力で定着ユニットを定着可能状態まで立ち上げることができる。
また、特許文献２には、定着ユニットに投入するエネルギーを更に抑える構成として、加圧ローラのゴム層として、スポンジ材やバルーン材による発泡ゴム層を用いたものが提案されている。これらの構造を採用することにより、加圧ローラの厚み方向の断熱効果が高まるので、ヒータから加圧ローラに伝わる熱量を抑えることができ、ヒータの熱エネルギーをより効率的に利用することができる。
他方では、ヒータからの熱エネルギーが記録材上のトナーに伝達する経路の各構成部材の熱伝導率を高めることにより、省エネ性を更に向上させる構成も提案されている。たとえば、前述のフィルム加熱方式の定着ユニットでは、定着フィルムの基層やゴム層に、より高熱伝導性の材料を用いることによって、ヒータの制御温度を下げる効果が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−２０４９８０号公報
【特許文献２】特開２００２−１４８９８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように定着ユニット全体の低熱容量化や部材の高熱伝導化が進むにしたがって、定着フィルムの表層の摩耗や加圧ローラの硬度変化による印字品質の劣化と耐久性低下が課題となってきた。
定着ユニットの熱的な立ち上げ時間の短縮には、熱伝導をよくする、あるいは、熱容量を小さくする必要がある。そのためには、熱伝達する部分の厚みを薄くしなければならない。しかし、熱伝達する部分が、定着フィルムのように摩擦摺動する部分である場合には、摩耗度合いで、熱の伝わり方が大きく変化して、当初の性能を発揮できない事態が発生する場合がある。
定着フィルムの表層には、トナーの付着を防止するため、離型性のよい耐熱樹脂であるＰＦＡやＰＴＦＥが用いられている。しかし、これらの樹脂は、熱を伝えにくく、その厚みが定着ユニットの性能に大きく影響する。
定着フィルムの表層が摩耗した場合には、ヒータからの熱がトナーや記録材に、より伝わりやすくなる。この結果、ホットオフセットが発生したり、定着処理後の紙のカールが悪化するという問題が発生する。また、記録材の紙種によっては、紙しわが発生する場合もある。
このほかに、熱供給が過多になると、定着ニップ部内で、記録材に定着ニップ部の長手方向の収縮が発生する。これにより、定着ニップ部に進入する前の記録材の部分にドレープ（ひだ）状の波打ちが発生し、その部分が定着ニップ部に進入することで、紙しわにな
る場合もある。
一方、加圧ローラは、加熱と回転による繰り返し応力で、ゴム材が劣化して、硬度が下がっていく。
ホットオフセットや記録材のカール等の問題は、定着フィルムの表層が薄くなった時だけでなく、加圧ローラの硬度が低くなった時にも発生する。加圧ローラの硬度が低くなると、定着ニップ部の記録材搬送方向の幅が大きくなり、記録材を加熱する時間が長くなる。それにより、トナーや紙への熱供給が増えて、熱供給過多になるからである。
【０００５】
これらの問題に対応するために、装置の使用状況に応じて、定着の条件を変更することが考えられる。例えば、あらかじめ決められた枚数で、制御温度などの条件を変更するものである。
しかし、実際の摩耗度合いは、使用条件で異なってくる。想定よりも早く定着フィルムの摩耗や加圧ローラの硬度低下が進む場合があり、その場合には、やはり、前述の課題が発生してしまう。一方、想定よりも定着フィルムの摩耗や加圧ローラの硬度低下が進まなかった場合には、熱の供給不足による問題が発生してしまうことになる。たとえば、定着不良やそれによる定着ユニットへのトナー蓄積に起因する紙詰まりなどである。
また、使用条件による定着フィルムの摩耗度合いや加圧ローラの硬度変化度合いの差異は、印字品質の問題のほかに寿命警告を出すタイミングにも影響が出てくる。
定着ユニットの寿命は、定着フィルムの摩耗度合いや、加圧ローラの硬度低下の度合で変わってくる。印字した積算枚数、積算駆動時間、積算回転数等の情報を用いて定着ユニットの寿命を警告する方法では、警告を出す前に定着ユニットが寿命に達したり、逆に、まだまだ使える定着ユニットに対して、寿命警告を出してしまう可能性が有る。
本発明の目的は、定着フィルム等の定着部材の表層の摩耗により熱伝達に違いが生じた場合や、加圧部材の硬度変動が生じた場合にも、画像不良の発生を防止できる画像形成装置を提供することにある。
また、寿命警告を適切に行うことができる画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、
記録材に画像をプリントする画像形成装置において、
記録材に形成された画像を記録材に定着する定着ユニットであって、表層を有する回転体と、前記回転体と共に記録材を挟持搬送する定着ニップ部を形成する加圧部材と、前記回転体を加熱するヒータと、を有する定着ユニットと、
前記回転体の温度を検知する温度センサと、
前記回転体の前記表層の摩耗量を取得する摩耗量取得部であって、前記温度センサの検知温度に応じた前記摩耗量を取得する摩耗量取得部と、
前記摩耗量に応じて前記ヒータの制御温度を設定する制御温度設定部と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、他の発明は、
記録材に画像をプリントする画像形成装置において、
記録材に形成された画像を記録材に定着する定着ユニットであって、表層を有する回転体と、前記回転体と共に記録材を挟持搬送する定着ニップ部を形成する加圧部材と、前記回転体を加熱するヒータと、を有する定着ユニットと、
前記回転体の温度を検知する温度センサと、
前記回転体の前記表層の摩耗量を取得する摩耗量取得部であって、前記温度センサの検知温度に応じた前記摩耗量を取得する摩耗量取得部と、
前記摩耗量に応じて前記回転体の寿命を算出する寿命算出部と、
を備えることを特徴とする。
また、他の発明は、
記録材に画像をプリントする画像形成装置において、
記録材に形成された画像を記録材に定着する定着ユニットであって、回転体と、前記回転体と共に記録材を挟持搬送する定着ニップ部を形成する加圧部材と、前記回転体を加熱するヒータと、を有する定着ユニットと、
前記加圧部材の温度を検知する温度センサと、
前記加圧部材の硬度変化量を取得する硬度変化量取得部であって、前記温度センサの検知温度に応じた前記硬度変化量を取得する硬度変化量取得部と、
前記硬度変化量に応じて前記ヒータの制御温度を設定する制御温度設定部と、
を備えることを特徴とする。
また、他の発明は、
記録材に画像をプリントする画像形成装置において、
記録材に形成された画像を記録材に定着する定着ユニットであって、回転体と、前記回転体と共に記録材を挟持搬送する定着ニップ部を形成する加圧部材と、前記回転体を加熱するヒータと、を有する定着ユニットと、
前記加圧部材の温度を検知する温度センサと、
前記加圧部材の硬度変化量を取得する硬度変化量取得部であって、前記温度センサの検知温度に応じた前記硬度変化量を取得する硬度変化量取得部と、
前記硬度変化量に応じて前記加圧部材の寿命を算出する寿命算出部と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、定着部材の表層の摩耗により熱伝達に違いが生じた場合や、加圧部材の硬度変動が生じた場合にも、画像不良の発生を防止し、さらに寿命警告を適切に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例１に係る画像形成装置の概略構成図。
【図２】加熱定着ユニットの概略構成図。
【図３】加熱定着ユニットと温度センサを表す概略構成図。
【図４】実施例１における連続通紙の場合の部材温度を説明する図。
【図５】実施例１における間欠通紙の場合の部材温度を説明する図。
【図６】定着フィルムの表面温度と摩耗量の関係を示す図。
【図７】定着フィルムの表層膜厚と制御温度の関係を示す図。
【図８】加圧ローラの表面温度と硬度変化量の関係を示す図。
【図９】加圧ローラの表面温度と硬度変化量の関係を示す図。
【図１０】加圧ローラの使用時間と硬度変化の関係を示す図。
【図１１】実施例２に係る画像形成装置の概略構成図。
【図１２】加熱定着ユニットの概略構成図。
【図１３】実施例２における通紙時の部材温度を説明する図。
【図１４】定着フィルムの表層膜厚と制御温度の関係を示す図。
【図１５】実施例１で連続通紙の場合の部材温度を説明する図。
【図１６】実施例１で間欠通紙の場合の部材温度を説明する図。
【図１７】実施例１で間隔の長い間欠通紙の部材温度の説明図。
【図１８】実施例２の連続通紙の場合の部材温度を説明する図。
【図１９】実施例２で間欠通紙の場合の部材温度を説明する図。
【図２０】実施例２で間隔の長い間欠通紙の部材温度の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に本発明を図示の実施形態に基づいて詳細に説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、この発明の範囲をそれ
らのみに限定する趣旨のものではない。
［実施例１］
図１は、本発明の実施例１に係る画像形成装置の概略構成図である。
（１）画像形成装置の説明
図において、１は感光ドラムであり、ＯＰＣ、アモルファスＳｅ、アモルファスＳｉ等の感光材料がアルミニウム製のシリンダ上に形成されている。感光ドラム１は矢印の方向に回転駆動し、まず、その表面は帯電装置としての帯電ローラ２によって一様帯電される。次に感光ドラム１は、レーザースキャナ３より、画像情報に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザ光Ｌによる走査露光が施され、感光ドラム１上に静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置４で現像、可視化される。
可視化されたトナー像は、転写装置としての転写ローラ５に印加された電圧により、記録材Ｐ上に転写される。ここで感光ドラム１上のトナー像の画像形成位置と記録材の位置を合わせるために、トップセンサ８にて記録材の先端を検知し、記録材の搬送タイミングを合わせている。所定のタイミングで搬送された記録材Ｐは感光ドラム１と転写ローラ５の間で挟持搬送される。トナー像が転写された記録材Ｐは定着ユニット６へと搬送され、トナー像は記録材に永久画像として定着される。
一方、感光ドラム１上に残存する残留トナーは、クリーニング装置７により感光ドラム１表面より除去される。定着ユニット６内に設けられた排紙センサ９は、記録材がトップセンサ８と排紙センサ９の間で紙詰まりなどを起こした際に、それを検知する為のセンサである。
【００１１】
（２）定着ユニット６の説明
２−１）定着ユニットの断面構成
次に、上記定着ユニット６について説明する。
図２は、本実施例を代表する定着ユニット６の長手方向中央部の断面構成を示す模式図である。
この定着ユニット６は、加熱源としてのヒータ１１と、筒状の定着フィルム（定着用回転体）１３と、を備えた加熱ユニット１０と、加圧部材としての加圧ローラ２０とを備えている。定着フィルム１３を介してヒータ１１と加圧ローラ２０が所定の加圧力で圧接されることで定着ニップ部Ｎが形成されている。定着ニップ部Ｎに未定着トナー画像を担持した記録材Ｐを通紙しつつ加熱することにより、トナー画像が記録材に定着される。
加熱ユニット１０は、主として、定着フィルム１３、ヒータ１１、ヒータ１１を保持する断熱ホルダー１２、および金属ステー１４等から構成される。金属ステー１４は、不図示のばねによって加圧力を受けて、断熱ホルダー１２を加圧ローラ２０に向って押圧する。
ヒータ１１は低熱容量のプレート形状部材であり、定着フィルム１３の内面に接触している。ヒータ１１は、アルミナや窒化アルミ等の絶縁性セラミック基板を有する。基板の表面に、基板の長手方向に沿って、Ａｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）、ＲｕＯ２、Ｔａ２Ｎ等の材質を使った発熱抵抗層が、スクリーン印刷等の印刷技術により形成されている。このヒータ１１が定着フィルム１３と接する面には、図示するように、熱効率を損なわない範囲で、発熱抵抗層を保護するガラス層などの保護層１１ａが設けられている。ヒータ１１を保持する断熱ホルダー１２は、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等の耐熱性樹脂により形成され、定着フィルム１３の回転を案内する役目も持つ。
【００１２】
定着フィルム１３の基層は、総厚２００μｍ以下の厚みの耐熱性フィルムである。厚みを薄くする（熱容量を小さくする）ことにより、短時間で定着可能な温度まで立ち上げることができる。定着フィルム１３は、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ等の耐熱性樹脂、あるいは耐熱性、高熱伝導性を有するＳＵＳ（ｓｔｅｅｌ  ｕｓｅ  ｓｔａｉｎｌｅｓｓ）、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等の純金属あるいは合金が基層となっている。一方、長寿命の定着ユニットを構成するためには、充分な強度を持ち、耐久性に優れた基層に
する必要がある。このため、定着フィルム１３の基層は、２０μｍ以上の厚みが必要である。よって定着フィルム１３の基層の厚みとしては２０μｍ以上２００μｍ以下が最適である。
さらにオフセット防止や記録材の分離性を確保するために、定着フィルム１３の表層は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、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）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン  ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＥＴＦＥ（エチレン  テトラフルオロエチレン共重合体）、ＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）等のフッ素樹脂や、シリコーン樹脂、等の離型性の良好な耐熱樹脂を、混合又は単独で被覆したものである。
また、表層と基層の間には、中間ゴム層として、厚みが１００μｍ〜３００μｍ程度のシリコーンゴム層が形成してあってもよい。中間ゴム層を形成することにより記録材表面の凹凸やトナー画像の凹凸に定着フィルム１３の表面が追従しやすくなり、良好な画質を提供することが可能となる。
【００１３】
加圧ローラ２０は、ＳＵＳ、ＳＵＭ（ｓｔｅｅｌ  ｕｓｅ  ｍａｃｈｉｎｅｒｂｉｌｉｔｙ）、Ａｌ等の金属製の芯金２１の外側に、弾性層２２が形成された弾性ローラであり、さらにその上に、図示のような表層２３を形成してあってもよい。
弾性層２２は、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴムで形成した弾性ソリッドゴム層、あるいはより断熱効果を持たせるためにシリコーンゴムを発泡して形成したスポンジゴム層、あるいはシリコーンゴム層内に中空のフィラー（マイクロバルーン等）を分散させ、焼成後の硬化物内に気体部分を持たせて断熱効果を高めた気泡ゴム層等である。
また、表層２３には、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ等が用いられる。
また、加圧ローラ２０は、芯金２１の端部に設けられた不図示の駆動ギアを介して、図２の矢印の方向に回転する駆動力を得る。駆動力は、制御手段を統制する不図示のＣＰＵからの指令に従い、不図示のモータより伝達される。この加圧ローラ２０の回転駆動に伴って、定着フィルム１３は加圧ローラ２０との摩擦力により従動回転する。定着フィルム１３とヒータ１１との間には、フッ素系やシリコーン系の耐熱性グリース等の潤滑剤を介在させることにより、摩擦抵抗を低く抑え、滑らかに定着フィルム１３を回転させることができる。
また、セラミック基板の背面には、温度センサとしてのサーミスタ１５が設けられている。ＣＰＵは、サーミスタ１５からの信号に応じて、ヒータ１１が制御温度を維持するようにヒータ１１へ供給する電力のデューティー比を制御する。これにより、定着ニップ部Ｎ内の温度を所望の温度に保つことができる。温度センサとしては、サーミスタに限定されるものではなく、種々のセンサを適用可能である。
定着ユニット６は、記憶手段または記憶部であるところの記憶媒体（ＮＶＲＡＭ）を有する。この記憶媒体３３はＣＰＵと通信を行い、定着ユニットの稼働状況を記憶する。
尚、本実施例１の製品仕様は、１分間に６０枚の印字を行うことが出来る、Ａ４サイズを縦送りで印字を行う画像形成装置である。装置内での紙搬送速度は、４００ｍｍ／秒である。記録材Ｐに接触する定着フィルム１３や加圧ローラ２０等も、紙搬送速度と同じ周速で回転する。また、画像形成装置に対して、定着ユニット６は交換式であり、印字を１５０ｋ枚（１５万枚）行ったら交換する設定となっている。
【００１４】
次に、この定着ユニット６における各構成部品の具体例を以下に示す。
定着フィルム１３は、外径が３０ｍｍである。基層は厚み６０μｍのＰＩ製で、熱伝導を向上するためにカーボンファーバーを分散してある。その上に弾性層として、厚み２５０μｍのシリコーンゴム層を有する。表層は、厚さ２０μｍのＰＦＡ層であり、ＰＦＡを材質とするチューブをシリコーンゴム層に被覆したものである。
加圧ローラ２０は、外径が３０ｍｍである。芯金２１は外径２３ｍｍの鉄製で、その上に弾性層２２として厚さ約３．５ｍｍのソリッドシリコーンゴム層を形成し、さらに、表
層２３として厚さ５０μｍのＰＦＡチューブが被覆されている。
加圧ローラ２０は、その表面（即ち表層２３）にアスカーＣ硬度計を１ｋｇの加重で当接させた際に測定される硬度が５５°になるように成型されている。この時のシリコーンゴム層の硬度は、前述と同様の測定条件で、１７°である。
また、加圧ローラ２０と定着フィルム１３の間に掛る圧力は、１５ｋｇｆである。
【００１５】
２−２）定着フィルム１３および加圧ローラ２０の表面温度を検出する温度センサについての説明
図３は、定着ユニット６の定着フィルム１３の表面温度および加圧ローラ２０の表面温度を測定する温度センサの概略構成図を示す。
３１は、定着フィルム１３の表面温度を検出するための非接触式の温度センサである。また、３２は、加圧ローラ２０の表面温度を検知するための非接触式の温度センサである。３１、３２に好適な温度センサは、サーモパイル等の非接触式のサーミスタである。
これらの温度センサ３１、３２は画像形成装置内に設置されている。定着ユニット６が画像形成装置に対して着脱可能な場合、温度センサ３１、３２が定着ユニット６と干渉しないように退避するような機構であってもよい。また、温度センサ３１、３２が、着脱可能な定着ユニット６の内部に具備されていても良い。
これらの温度センサ３１、３２により測定した定着フィルム１３表面の温度および、加圧ローラ２０表面の温度は、定着ユニット６あるいは画像形成装置本体が有する、図２に示したＮＶＲＡＭ等の記憶媒体３３に一旦格納される。そして、これらの温度情報は、制御手段としてのＣＰＵ１００に読み込むことにより、定着ユニット６の温度制御に反映される。あるいは、測定された温度は都度、直接ＣＰＵ１００に送信した後に、定着ユニット６の寿命管理などに使用される。具体的な制御方法は以下に説明する。なお、ＣＰＵ１００から、温度制御回路１０１に温度制御信号が、表示パネル１０２に警告信号が出力される。
【００１６】
（３）定着フィルムの温度と表層の摩耗量に関する説明
定着フィルム１３の表層は、通紙により摩耗する。その理由は、記録材Ｐの紙材と定着フィルム１３に微小ながら周速差が生じるからである。
定着ユニット６は、加圧ローラ２０の回転に従動して回転する。加圧ローラ２０が記録材Ｐを搬送し、その記録材Ｐと定着フィルム１３の摩擦力により、定着フィルム１３が回転する。定着フィルム１３の表面は、離型性が高い材料で構成されているため、摩擦係数が低い。また、定着フィルム１３の内面が、ヒータ１１や断熱ホルダー１２と摺擦しているため、定着フィルム１３の周速は、記録材Ｐの搬送スピードよりも遅くなる。
記録材Ｐの紙材は、紙を白く不透明にするために炭酸カルシウムやカオリンなどの鉱物を填料として含んでいる。これらの填料が研磨剤となって、定着フィルム１３の表層を削っていくのである。
定着フィルム１３の表層が摩耗する速度は、表面の温度と、温度がかかっている時間に関係がある。定着フィルム１３の表層に使われるＰＦＡ、ＰＴＦＥなどの樹脂は、温度が高くなると柔らかくなる。そのため、定着フィルム１３と記録材Ｐが定着ニップ部Ｎで加圧された際に、紙の填料が、より深く定着フィルム１３に食い込むようになる。この状態で、定着フィルム１３と記録材Ｐに周速差が生じることで、摩耗が加速すると考えられている。
なお、これらの樹脂の硬さは、加熱された時間で変わってくる。これらの樹脂は、外部からの応力による弾性変形と前述の温度による粘性変形により硬さが変わるが、粘性変形は、加熱された時間と関係がある。このため、加熱初期には、硬く、加熱時間がある程度経過すると柔らかくなる傾向がある。
【００１７】
定着フィルム１３の表面温度と摩耗速度の関係を、図６に示す。
図６の横軸は定着フィルム１３の温度、縦軸は定着フィルム１３の表層の摩耗速度であ
り、１０００枚当たりの摩耗量を示している。
温度が低いときには表層はあまり削れないが、温度が高くなると摩耗量は多くなる。表面温度１８０℃程度であれば、１０００枚当たりの摩耗量は、０．０７μｍだが、２００℃では０．１３μｍとなる。尚、図６は、弾性変形と粘性変形の両方を考慮した場合の摩耗量である。
本実施例では、定着フィルム１３の表面温度が１６０℃に達すると、粘性変形による摩耗が始まる。定着ユニット６が室温程度に冷えているときに、ヒータ１１への通電を開始し、定着フィルム１３の表面温度が１６０℃に達するまでの所要時間は、４．８秒程度である。このため、４．８秒より前での摩耗量は少なく、０．０５μｍ／１０００枚でほぼ一定である。
また、粘性変形が始まる迄の時間は、部材の温度によって変わってくる。本実施例の構成では、定着フィルム１３の表面温度が１６０〜１７５℃である場合６秒程度、１７５〜２００℃である場合３．５秒程度、２００℃以上である場合１秒程度で粘性変形が始まる。
ヒータ１１の温調は、ヒータ１１裏面に設けたサーミスタ１５の信号をもとに行う。本例では、サーミスタ１５の検知温度が制御温度２００℃を維持するように、ヒータへ供給する電力が制御される。
定着フィルム１３が新品の時に制御温度２００℃で毎分６０枚の印字を行った場合、定着フィルムの温度は１８０℃になる。
定着フィルム１３の表層の膜厚が小さくなると、制御温度が同じであっても定着フィルム表面の温度は高くなってしまう。これを防止するために、本実施例では、制御温度を定着フィルム１３の表層膜厚に応じて変化させる。表層膜厚と制御温度の関係を、図７に示す。
図７における横軸は表層膜厚、縦軸は毎分６０枚の速度で印字した場合に定着フィルムの表面を１８０℃に維持するための制御温度である。表層膜厚が２０μｍの場合には、制御温度は２００℃だが、１５μｍでは１９６℃、１０μｍでは１９２℃、５μｍでは１８８℃である。後述するが、この制御温度を寿命報知タイミング等に活用する。
【００１８】
（４）加圧ローラ２０の温度と硬度低下量に関する説明
加圧ローラ２０の硬度は、小さい（軟らかい）方が、記録材Ｐが定着ニップ部Ｎを通過する時間が長くなり、記録材Ｐとトナーに伝わる熱量が多くなるので、トナーを溶融させる効果が大きくなる。
一方、硬度が大きい（硬い）と、定着ユニット６を駆動する際の負荷トルクが小さく、発生するトルクが小さい、安価で小型のモータを使用することができる。
加圧ローラ２０の硬度は、使うことでだんだんと低くなる傾向があるので、上記の都合を考慮して設定される。本実施例では、加圧ローラ２０の硬度は、５５°とした。尚、モータとして、加圧ローラの硬度の下限が５０°迄であれば、駆動できる仕様のものを選択した。
図８は、加圧ローラ２０の表面温度と硬度低下速度の関係を示すグラフである。横軸は、加圧ローラ２０の表面温度、縦軸は、回転時間１００時間当たりの硬度低下速度である。
加圧ローラ２０の温度が１００℃程度の場合、回転時間１００時間当たりの硬度変化は、１°程度、１８０℃の場合には、２．５°となる。
表１に、本実施例における加圧ローラ２０の硬度と定着ニップ部の幅Ｌｎ、及び、一定の定着性を得るために必要な制御温度の関係を示す。
加圧ローラ２０の硬度が２度下がるとニップ幅は、０．５ｍｍ広くなり、一定の定着性能を得るためには、制御温度を３°下げる必要がある。
【００１９】
【表１】
2018141959.tif 000003
【００２０】
（５）通紙モードと定着フィルム１３の温度に関する説明
定着ユニット６を基準とした通紙シーケンスは、以下の四つの工程で構成される。
前回転工程：感光ドラム１の電位を安定させるとともに、レーザースキャナ３の回転を安定させる工程である準備工程と、感光ドラム１上への作像、及び、感光ドラム１上の画像が転写された記録材Ｐが定着ユニット６まで搬送されてくる搬送工程と、定着フィルム１３と加圧ローラ２０を温めるウォームアップ工程、が含まれている。ウォームアップ工程は、準備工程や搬送工程と時間的に重なっている。
通紙工程  ：定着ニップ部Ｎに未定着トナーを載せた記録材Ｐを通過させて定着を行う工程。定着ニップ部Ｎの中に記録材Ｐが存在する期間である。
紙間工程  ：連続通紙を行う場合の先行する記録材Ｐと次の記録材Ｐの間のタイミング。連続通紙中に定着ニップ部Ｎに記録材Ｐが存在しない期間である。
後回転工程：記録材Ｐを装置外に出すための回転時間である。
それぞれの所要時間は以下のように設定した。
前回転：６秒
通紙  ：０．７４秒（Ａ４サイズ：２９７ｍｍ）
紙間  ：０．２５秒
後回転：１秒
通紙の条件で、定着フィルム１３、加圧ローラ２０の温度は変わってくるが、上記の条件でこれらの温度がどのように変化するかを、図４、図５に沿って説明する。
図４は、印字を連続して行った場合の、定着フィルム１３と加圧ローラ２０の温度推移を示す。横軸は時間、縦軸は温度である。実線は定着フィルム１３の表面温度、破線は加圧ローラ２０の表面温度を表す。時間軸のＲ１は前回転の期間、Ｒ２は通紙工程の期間、Ｒ３は紙間の期間を示す。
連続して通紙を行う場合には、前回転の後、指定枚数のプリントが終了するまで、通紙工程と紙間が繰り返される（途中に後回転の期間はない）。通紙の際の定着ユニットの温度制御は、ヒータ１１裏のサーミスタ１５の検知温度に応じて行う。ヒータ１１の制御温度は２００℃である。
前回転工程Ｒ１の期間では、ヒータ１１裏の温度を定着に必要な温度にするために、ヒータ１１に多くの電力を投入する。
Ｒ１の期間では、サーミスタ１５の温度が２００℃に達したところで、定着ニップ部Ｎに記録材Ｐが進入するように、タイミングを合わせて画像作成を行う。
通紙工程の期間Ｒ２と紙間の期間Ｒ３の期間中、ＣＰＵ１００は、サーミスタ１５の検知温度が一定の温度２００℃になるように、ヒータ１１への通電を制御する。
連続して通紙を行うと、定着フィルム１３は記録材Ｐに熱を奪われるため、その表面温度は、１８０℃程度になる。
加圧ローラ２０も通紙とともに温度が下がり、８０℃程度で安定する。
このように、その製品の最速のスループットで印字を行った場合には、定着フィルム１３、加圧ローラ２０ともに温度は、低めに推移する。
この条件で、本例の定着ユニットの寿命である１５０ｋ枚のプリントを行うと、定着フィルム１３の表層は、１２．６μｍ削れる。
一方、プリント速度６０ｐｐｍで１５０ｋ枚プリントすると加圧ローラの回転時間は４１時間程度になるが、４１時間、回転した後の加圧ローラ２０の硬度の低下は０．５°程度であり、問題とはならない。
【００２１】
次に、定着ユニット６の温度が高くなる間欠的通紙の場合を、図５に示す。図５の横軸、縦軸、実線、破線の表記は、図４と同様である。
図５は、８秒おきに１枚ずつプリントした場合の定着フィルム１３と加圧ローラ２０の温度推移である。
本実施例の構成で、８秒おきにプリントを行うと、１枚目のプリントの後回転終了後すぐに前回転が始まる。この場合、定着ユニット６は温まっているので、ヒータ１１は、ウォームアップを開始した後すぐに制御温度２００度に達する。しかし、作像と紙搬送に６秒かかるので、ヒータ１１が２００℃の温度を保ったまま待機する。待機の間、定着フィルム１３や加圧ローラ２０は回転している。ヒータ１１が高温のまま、定着フィルム１３や加圧ローラ２０が停止して待機していると、定着フィルム１３や加圧ローラ２０に局部的な熱履歴（変形）が残り、この変形が画像に影響するからである。
前回転の期間Ｒ１の中で、ヒータ１１が２００℃を保つ時間が長いので、定着フィルム１３の温度は、制御温度とほぼ等しい２００℃に達する。加圧ローラ２０は、温度が高い定着フィルム１３と当接した状態で回転するため、加圧ローラ２０の温度も上昇し、１６０℃程度となる。このような、定着フィルム１３や加圧ローラ２０の温度が高くなる状態では、定着フィルム１３の摩耗が加速し、また、加圧ローラ２０の硬度低下が促進して、定着ユニット６の寿命（１５０ｋ枚）前にホットオフセットやカール、紙しわといった問題が発生する可能性が有る。
また、図５に示した間欠通紙の場合、記録材Ｐの先端が定着ニップ部に進入するタイミングで、定着フィルム１３が温度２００℃に達してることもある。このときの１０００（１ｋ）枚当たりの摩耗量は、図６から０．１３μｍである。１５０ｋ枚プリントすると、摩耗量は、１９．５μｍとなり、表層がほとんどなくなってしまう。
一方、加圧ローラ２０は、温度１６０℃で回転しているので、１００ｋ枚プリントするまでは、１００時間当たり、１．７°硬度が低下し、それ以降は、１００時間当たり、０．９°硬度が低下する。１５０ｋ枚を間欠印字する場合、加圧ローラ２０や定着フィルム１３の回転時間は、３３３時間なので、後半の２３３時間は、硬度低下率（０．９°／１００時間）で硬度が低下する。
その結果、１５０ｋ枚の時点での、加圧ローラ２０の硬度は、５１°程度となり、駆動できる下限硬度である５０°付近まで低下してしまい、モータが耐久性の点で余裕がない。
プリントした記録材の枚数のカウントで、定着ユニット６の寿命警告を製品本体の操作パネルや、ＰＣのモニタ上に表示する方法では、定着ユニット６の寿命に達するタイミングに対して寿命警告を行うタイミングにずれが生じる。そのため、ユーザへの警告を適切に行えず。紙面汚れや駆動不良による紙詰まりを発生させてしまうリスクがあった。
【００２２】
（６）本実施例の制御
そこで、本実施例では、ＣＰＵ１１が、定着フィルム１３、加圧ローラ２０の表面温度を第１の温度センサ３１，第２の温度センサ３２でモニターし、表面温度に応じたプリント一枚毎の定着フィルム１３の表層の摩耗量、加圧ローラ２０の硬度変化を計算して、温度測定時点の定着フィルム１３の表層の膜厚、加圧ローラ２０の硬度を予測する。ＣＰＵ１１は、定着フィルム１３の表層の摩耗量を取得する摩耗量取得部の役割、加圧ローラ２０の単位時間当たりの硬度変化量を取得する硬度変化量取得部の役割を有する。更にＣＰＵ１１は、定着フィルムの表層の摩耗量や加圧ローラの硬度変化量に応じてヒータの制御温度を設定する制御温度設定部の役割、定着フィルムの表層の摩耗量や加圧ローラの硬度
変化量に応じて定着フィルムや加圧ローラの寿命を算出する寿命算出部の役割を有する。そして、定着フィルムの表層の膜厚及び加圧ローラの硬度の予測情報から制御温度を設定することで、画像不良の発生を防止するとともに、適切なタイミングで寿命警告を出せるようにする。
【００２３】
具体的には、定着フィルム１３の表層膜厚については、通紙一枚ごとに、定着フィルム１３の表面温度に応じた表面摩耗量に対応する係数を初期値から減算していき、その演算結果をもとに制御温度の変更と寿命表示を行う。
加圧ローラ２０については、単位時間毎に、加圧ローラ２０の表面温度に応じた硬度変化量に対応する係数を初期値から減算していき、その演算結果をもとに制御温度の変更と寿命表示を行う。
演算結果は、定着ユニット６に取り付けた記憶媒体３３に記憶する。
寿命表示は、定着フィルム１３、加圧ローラ２０のうち、より寿命に近いほうを選択して行う。また、表示は、寿命に達した時点で出してもよいし、寿命の長さに対する使用した割合を表示する形式で出してもよい。
【００２４】
［定着フィルム１３の表層膜厚を推測（予測）する具体的手順］
次に、定着フィルム１３の表層の膜厚を算出する手順を説明する。まず、定着フィルム１３の表層膜厚に相当する膜厚係数Ｔを算出する。膜厚係数Ｔの初期値は２，０００，０００とする。この初期値は、定着フィルムの表層の初期厚みに応じて変更してもよい。その場合は、厚み１μｍ当たり１００，０００の割合で増減させる。この初期値は、定着ユニット６の記憶媒体３３に記憶する。プリントを行うごとに、膜厚係数Ｔから係数を減算して膜厚係数Ｔを更新する。減算係数は、本実施例では表２に示す値を使用する。減算係数は、定着フィルム１３の表面温度に応じた表層磨耗量である。
１枚印字するごとに表２の減算係数を、膜厚係数Ｔの初期値から減じていき、その値を定着ユニット６の記憶媒体３３に記憶する。
なお、摩耗量は、定着フィルム１３の表層の熱履歴の受け方で異なり、弾性変形のみの場合と、粘性変形も考慮した場合と、を想定する必要がある。表２に示す減算係数は、弾性変形と粘性変形の両方を含む場合である。弾性変形のみのタイミングでの減算係数は、本実施例の場合「５」とする。この弾性変形のみの減算係数を使う期間は、定着フィルムの表面温度に応じて変わってくる。表３は、表面温度と減算係数として「５」を使う時間との関係を示す。
表面温度が４０℃以下の室温からのプリントの場合、最初の２枚目までは表３の時間に応じて減算係数「５」を用いる。
このため、３枚の印字を行って、定着ユニット６が冷えるまで放置し、その後また、印字を行う場合には、減算係数「５」を使うことになる。
連続して印字を行うときのように、定着ユニット６が暖かい状態で継続して印字を行う場合には、枚数にもよるが、表２の減算係数の影響が大きく表３の減算条件の影響はほとんど表れてこない。
【００２５】
【表２】
2018141959.tif 000004
【００２６】
【表３】
2018141959.tif 000005
【００２７】
次に、定着フィルム１３の表層膜厚に対応する膜厚係数Ｔの値（表層膜厚の予測情報）から、ヒータ１１の制御温度を決定する。制御温度は、連続通紙時にフィルム表面の温度が、１８０℃になる温度で行う。
図７から、本実施例での、定着フィルム１３の表層膜厚と、フィルム表面を１８０℃にする制御温度と、の関係を近似で求めると、以下の式１になる
制御温度［℃］＝０．８×フィルムの表層膜厚［μｍ］＋１８４［℃］−−−（式１）
これを係数の式にすると以下の式２のようになる。
制御温度［℃］＝０．８×膜厚係数Ｔ×１００，０００＋１８４［℃］−−−（式２）
制御上は、この演算を行ってもよいし、以下に示す表４のような対応表で制御をおこなってもよい。
【００２８】
【表４】
2018141959.tif 000006
【００２９】
次に、定着フィルム１３の寿命表示について説明する。寿命表示を行うに当たっては、いくらかの余裕を見込んで、設定を行う。理由は、定着フィルム１３の表層が少しでもなくなると画像汚れなどの画像不良が発生するからである。
本実施例では、定着フィルム１３の表層の残りが４μｍとなった時点で寿命と判断する。即ち、残し膜厚を４μｍと設定する。この値は、膜厚係数で、４０００００に相当する。
寿命表示を割合で行う場合には、膜厚係数Ｔの初期値を寿命１００％とし、残し膜厚分の係数４０００００を０％とする。例えば、初期の膜厚係数Ｔが２，０００，０００だった場合には、膜厚係数Ｔが１６０００減るごとに寿命表示を１％ずつ減らしていけばよい。
割合表示を行わない場合は、膜厚係数が４００，０００に達したところで、定着ユニットの寿命表示を出すようにしてもよい。
【００３０】
次に、加圧ローラ２０について説明する。まず、加圧ローラ２０の硬度に相当する硬度係数Ｄを算出する。本実施例では、新品時の加圧ローラ硬度が５５°である。また、硬度１°当たりの硬度の減算係数を１０，０００，０００として扱う。このため、加圧ローラ２０の硬度係数Ｄの初期値は、５５０，０００，０００である。この値は、加圧ローラ２０の初期硬度で変更してもよい。その場合は、加圧ローラ硬度１°に対して、１０，０００，０００の割合で初期の係数を増減して定着ユニット６の記憶媒体３３に記憶する。
演算は、プリントを行うごとに係数を減算することで行う。加圧ローラ２０の硬度係数Ｄの減算は、加圧ローラ２０の回転時間１秒ごとに行い、その係数は、温度に応じて表５のように変更する。表５は、加圧ローラ２０の表面温度に対応する回転時間当たりの硬度変化量を予め定めたものである。
なお、図１０に示すように、加圧ローラ２０の硬度変化は、回転時間の初期の１００時間までは大きく、その後、変化量は少なくなる。
これは初期の期間、ローラ表面を被覆しているＰＦＡチューブが伸びるため、表面の張力が下がって、硬度が低下する。このため初期の期間の硬度変化量が大きくなると推測される。
一方、初期の期間以降は、ゴムに起因する硬度低下のみとなるため、硬度変化量は比較的小さくなると推測される。
【００３１】
【表５】
2018141959.tif 000007
【００３２】
次に、加圧ローラ２０の硬度係数Ｄ（硬度の予測情報）の値から、制御温度の補正を行う。
補正には、表６の対応表を使用する。例えば、定着フィルム１３の膜厚係数Ｔが１，０００，０００の場合には、制御温度は１９３℃であるが、加圧ローラ２０の硬度係数Ｄが５３５，０００，０００であった場合には、その温度から２℃下げた１９１℃で温調する。
【００３３】
【表６】
2018141959.tif 000008
【００３４】
次に、加圧ローラ２０の寿命表示について説明する。本実施例の装置で採用した駆動用のモータは、加圧ローラ２０の硬度が５０°を下回ると、回転負荷トルクが大きくなることが要因の回転不良が発生する。その前に、寿命警告を出す必要がある。本例の装置で採用したモータが正常に動くための加圧ローラ２０の使用下限の硬度は５１°とする。この硬度は、硬度係数Ｄで、５１０，０００，０００に相当する。
寿命表示を、割合で行う場合には、硬度係数Ｄの初期値を寿命１００％とし、使用下限の硬度係数５１０００００００を０％とする。例えば、初期の硬度係数Ｄが５５０，０００，０００だった場合には、硬度係数Ｄが４０００００減るごとに寿命表示を１％ずつ減らしていけばよい。
割合表示を行わない場合は、膜厚係数が５１０，０００，０００に達したところで、定着ユニットの寿命表示を出すようにしてもよい。
【００３５】
（７）本実施例の効果
上記に説明したような手順に従うことで、使用条件により、定着フィルム１３の表層の摩耗速度が変化する場合や、加圧ローラ２０の硬度変化の速度が変化する場合でも制御温度を適切な温度に設定できる。これにより、定着ニップ部の温度を適正に保つことができ、ホットオフセットやカールといった問題を発生させずに良好な印字を行うことができる。
また、定着ユニット６の寿命の点では、定着フィルム１３の表層膜厚、加圧ローラ２０の硬度に沿った寿命管理が出来るので、使用枚数のみに応じて寿命を推測する方法と異なり、まだまだ使える定着ユニットを廃却することなく、継続して使うことが出来る。また、定着フィルム１３の摩耗や加圧ローラ２０の硬度変化に厳しい条件で使用した場合には、これらの部品の状況に合わせて、適切に寿命警告を行うことが出来る。
【００３６】
以下に、使用条件が異なる場合において、適切な制御温度を決定する為の具体的な計算と、適切な寿命管理を行う為の具体的な計算について説明する。また、それぞれの使用条件に対する効果についても説明する。
はじめに、図４に示すような毎分６０枚の印字を継続して行った場合（連続通紙の場合）の、定着フィルム１３と加圧ローラ２０の温度推移を図１５に示す。
図１５の横軸は時間、縦軸は温度であり、実線は定着フィルムの温度、破線は加圧ローラの温度を示し、Ｋは、給紙のため装置が一時的に停止したタイミングを示す。グラフには、５秒間隔の平均温度を表示している。
このように連続した印字を継続すると、加圧ローラ２０の温度は、５０頁目くらいまでは、緩やかに低下していくが、その後、緩やかに上昇していく。紙間でヒータ１１から加圧ローラ２０に供給される熱で徐々に加圧ローラ２０の温度が上昇し、加圧ローラ２０が芯まで温まるためと推測する。
定着フィルム１３の表層膜厚の減少に対応した適切な制御温度の計算は次の通りである。この通紙条件では、定着フィルム１３の温度は、１８０℃で推移する。この温度での１枚当たりの減算係数は、表２に基づくと９である。
仮に、１０ｋ枚時点の膜厚係数Ｔを計算すると以下のようになる。
２，０００，０００−９×１０，０００＝１，９１０，０００
膜厚係数Ｔが１，９１０，０００の時の制御温度は、表４から２００℃である。
また、加圧ローラ２０の硬度低下に対応した適切な制御温度の計算は次の通りである。
この通紙条件では、加圧ローラ２０の温度は、１５０℃に達しない。この温度での減算係数は、表５に基づくと４２である。１０ｋ枚を連続して通紙した場合の時間は、１０，０００秒である。このときの加圧ローラ２０の硬度係数Ｄは、以下のようになる。
５５０，０００，０００−４２×１０，０００＝５４９，５８０，０００
この場合、加圧ローラ２０の硬度に起因する制御温度の変更はない。よって、１０ｋ時点での制御温度は、２００℃である。
上記に説明した、定着フィルム１３の表層膜厚の減少の観点で計算した制御温度は２００℃であり、また加圧ローラ２０の硬度低下の観点で計算した制御温度も２００℃である。したがって１０ｋ枚通紙後の段階で適した制御温度は２００℃と判断する。
【００３７】
次に、定着ユニットの寿命について説明する。定着フィルム１３の膜厚係数Ｔが２，０００，０００から４００，０００になるまで、減算係数９で計算した場合、以下に示すように、１０ｋ枚印刷した時点で定着フィルム１３は１７８ｋ枚の印字が可能である。
（２，０００，０００−４００，０００）÷９≒１７８，０００
加圧ローラ２０については、硬度係数Ｄが５５０，０００，０００から５１０，０００，０００になるまでの所要時間及び１０ｋ枚印刷した時点での印字可能枚数を計算すると以下のようになる。
加圧ローラ回転時間：（５５０，０００，０００−５１０，０００，０００）÷４２＝９５２３８０［秒］＝２６４時間
本実施例では、１分間当たりのプリント速度が６０枚で、１秒に１枚印字が行われる。
つまり、加圧ローラ２０の寿命から算出した１０ｋ枚印刷した時点での印刷可能枚数は、９５２ｋ枚である。
記録材の使用枚数（印刷枚数）に換算した値である使用可能枚数（印刷可能枚数）に基づいて定着フィルム１３と加圧ローラ２０の寿命を比較した場合、本例では定着フィルム１３の使用可能枚数が加圧ローラ２０  の使用可能枚数より少ないので、定着フィルム１３の寿命をこの定着ユニット６の寿命とする。
よって、この通紙条件における制御温度と寿命は以下のようになる。
１０ｋ枚印刷した時点での制御温度は、２００℃
１０ｋ枚印刷した時点での定着ユニットの寿命までの使用可能枚数（印刷可能枚数）は、１７８ｋ枚
このように連続通紙の場合には、定着フィルム１３の摩耗は少なく、加圧ローラ２０の硬度変化も小さい。このため、制御温度の変化量は小さく、定着ユニット６の使用可能枚数も、想定の１５０ｋ枚よりも長い１７８ｋ枚となる。
【００３８】
次に、図５に示すような定着ユニット６が冷えた状態から、８秒おきに２枚のプリントを繰り返し継続して行った場合（間欠プリントの場合）の、定着フィルム１３と加圧ローラ２０の温度推移を、図１６に示す。加圧ローラ２０の温度上昇は、図１５に示した連続通紙の場合よりも大きい。
【００３９】
この通紙条件では、定着フィルムの温度は、２００℃で推移する。この温度での１枚当たりの減算係数は、表２に基づくと１８である。
仮に、１０ｋ枚時点の膜厚係数Ｔを計算すると以下のようになる。
２，０００，０００−１８×１０，０００＝１，８２０，０００
膜厚係数Ｔが１，８２０，０００の時の制御温度は、表４から２００℃と判断される。
また、この通紙条件での加圧ローラ２０の温度は、１７５℃で、この温度での減算係数は、表５から７０である。１０ｋ枚を通紙した場合の時間は、間欠プリントの場合は、１枚当たり８秒かかるので、８０，０００秒となる。このときの加圧ローラ２０の硬度係数Ｄは、以下のようになる。
５５０，０００，０００−７０×８０，０００＝５４４，４００，０００
この場合、表６に従えば加圧ローラ３０の硬度低下に起因する制御温度の補正量は０℃である。
よって、１０ｋ枚印刷した時点での制御温度は、２００℃である。
したがって、このような間欠プリントの通紙条件でも、上記に説明したように、定着フィルム１３の表層膜厚の減少の観点で計算した制御温度は２００℃であり、また加圧ローラ２０の硬度低下の観点で計算した制御温度も２００℃である。したがって１０ｋ枚通紙後の制御温度は２００℃と判断する。
同様の計算を、２０ｋ枚通紙の時点で行うと、定着フィルム１３の表層膜厚の減少に基づいて判断した制御温度は２００℃、加圧ローラ２０の硬度低下に基づいて判断した制御温度は１９８℃となる。この場合、加圧ローラ２０の硬度低下により決定される制御温度が選択され、１９８℃で制御されることとなる。
【００４０】
また、間欠プリントの場合の定着ユニットの寿命の計算方法について説明する。まず、１０ｋ枚印刷した時点での定着フィルム１３の使用可能枚数は、定着フィルムの膜厚係数Ｔが２，０００，０００から４００，０００になるまで減算係数１８で計算した場合、以下に示すように８９ｋ枚となる。
（２，０００，０００−４００，０００）÷１８≒８９，０００
次に、１０ｋ枚印刷した時点での加圧ローラ２０の使用可能枚数について説明する。加圧ローラの硬度係数Ｄが５５０，０００，０００から５１０，０００，０００になるまでの所要時間及び１０ｋ枚印刷した時点での印字可能枚数を計算すると、以下のようになる。
表５に基づき、最初の１００時間は、減算係数７０で計算する。
それ以降は、減算係数３５で計算するので以下のような計算になる。
１００×６０×６０＋（５５０，０００，０００−５１０，０００，０００−７０×１００×６０×６０）÷３５
＝３６００００＋４２２８５７
＝７８２８５７［秒］＝２１７時間
ここから印字可能枚数を計算すると、１枚当たり８秒かかるので、以下のようになる。
７８２８５７［秒］÷８［秒／枚］＝９７８５７［枚］
１０ｋ枚印刷した時点での印字可能枚数は、９８ｋ枚である。
定着フィルム１３と加圧ローラ２０の印字可能枚数を考慮した場合、定着フィルム１３の印字可能枚数の方が少ないので、定着フィルム１３の寿命をこの定着ユニット６の寿命とする。
よって、この通紙条件における、制御温度と定着ユニットの寿命は以下のようになる。
１０ｋ枚印刷した時点での制御温度は、２００℃
２０ｋ枚印刷した時点での制御温度は、１９８℃
１０ｋ枚印刷した時点での定着ユニットの寿命は、８９ｋ枚
【００４１】
図１６のように加圧ローラ温度の上昇が大きい厳しい使用条件では、定着ユニットの寿命を報知するタイミングが本実施例を採用しない場合に比べて早くなるものの、定着フィルムの表層摩耗や加圧ローラの硬度低下に起因する画像不良を防止できる。
また、定着フィルム１３の摩耗による画像汚れや紙詰まり、加圧ローラ２０の硬度ダウンに起因する装置の停止に至る前に警告を出すことができる。このように、ユーザやネットワークプリンターの管理者に正確なタイミングで寿命を報知し、定着ユニットの交換を促すことが出来る。
【００４２】
上述の説明では、図１５に示すような常に連続プリントが続く使用形態と、図１６に示すような常に間欠プリントが続く使用形態を例に、制御温度の決定方法と寿命報知の計算方法およびそれらの効果について説明した。但し、ユーザの実際の使用形態は、連続プリントと間欠プリントが交互に入れ混ざった複雑な形態である。したがって、個々の使用形態に応じた計算は、プリントジョブ毎、あるいは一定時間毎や一定通紙枚数毎に区切って計算すればよい。そして、定着ユニット６が有する記憶媒体３３に逐次結果を蓄積し更新することで、最適な制御と正確な寿命カウントが可能となる
【００４３】
更に、１枚ずつのプリントを１０分間隔で行った場合の温度推移を図１７に示す。このように、装置の稼働と稼働の間に長い停止が入る場合には、定着ユニット６は自然冷却する。この状態でプリントを続けても、前の通紙の熱の影響を受けないので、印刷開始時には、常に、定着フィルム１３と加圧ローラ２０の温度は、共に低くなる。
毎回のプリントごとに前回転動作を行うが、ヒータ１１の温度が１７０℃になるまで、定着ユニット６を回転駆動しないので、定着ユニット６の回転数は少ない。このような使い方の場合に、本実施例を適用した場合には、加圧ローラ２０の回転時間は短くなるので、加圧ローラ２０の硬度ダウンは連続通紙の場合よりも小さく制御温度には、影響しない。
また、定着フィルム１３についても、印字にかかる時間が８秒であり、印刷工程の中では、表層のＰＦＡが粘性変形をおこす前に印字が終わってしまうので、摩耗量が連続印字を行った場合よりも少なくなる。
１０ｋ枚印刷した時点における定着フィルム１３の寿命（印刷可能枚数）は、３２０ｋ枚程度になる。
これらの事情から、このような使い方では、連続して装置を稼働させた場合よりも制御温度の変化は少なく、また、耐久性も長くなる。
【００４４】
（８）本実施例のその他の応用例
本実施例では、定着フィルム１３、加圧ローラ２０の温度は、サーモパイルによる実測で行ったが、通紙履歴などをもとにした予測で行ってもよい。
例えば、本実施例の構成であれば、図４のような連続通紙を行った場合の定着フィルム１３の表面温度は、１枚目は１９０℃、その後は１８０℃とし、図５のような間欠的な印字を行った場合には、制御温度と同じ温度とする。
また、加圧ローラ２０の温度については、一回の印字工程を、前回転期間、通紙期間、紙間期間、後回転期間、のように時間的なセグメントに分割する。そして、各期間での定着フィルム１３から加圧ローラ２０への供給熱量、空気中への放熱、などを加味して、その積算値から加圧ローラ２０の温度を推測してもよい。例えば、加圧ローラ２０の温度の推測は以下のようにする。
ｉ）本体動作を、前回転、紙間、通紙、スタンバイのセグメントに時間的に分割する
ｉｉ）表７のように、セグメント毎に、係数を定める
ｉｉｉ）各セグメントが１００ｍｓｅｃ経過するごとに係数を加算していく
ｉｖ）加算された係数は積算カウントとして記憶する
ｖ）その積算カウントを各部材の温度として扱う
初期値は、ヒータ１１裏のサーミスタ１５の温度から決定する。
【００４５】
【表７】
2018141959.tif 000009
【００４６】
このような係数の設定と積算を行うことで、加圧ローラ２０の温度を推測することが出来る。
定着フィルム１３の温度についても、専用の係数を設けることで、温度の推測が可能となる。
更に、本実施例では、定着フィルム１３の膜厚係数Ｔと加圧ローラ２０の硬度係数Ｄを定着ユニット６に取り付けた記憶媒体３３に記憶したが、画像形成装置の装置本体側の記憶媒体に記憶してもよい。例えば、定着ユニットが交換式でない画像形成装置の場合、画像形成装置本体のメモリーを活用してもよい。また、定着ユニットが交換式の場合であって、定着ユニットが複数の電極を有し、複数の電極間のオープン／ショートに応じて定着ユニットの個体を識別するような個別識別手段を設けている場合は、画像形成装置本体のメモリーを活用してもよい。
本実施例では、定着フィルム１３、加圧ローラ２０双方の温度をモニターして、制御温度と、寿命検知に活用したが、装置構成によっては、どちらか一方でもよい。定着フィルム１３、や加圧ローラ２０の耐久性を考慮して、制御温度と寿命検知の両方に活用するか、どちらか一方に活用するかを選択すればよい。
【００４７】
［実施例２］
次に本発明の実施例２について説明する。小型の画像形成装置の場合には、本体制御用
の電気部品を小型化するために、処理能力の高いエンジンコントローラを使うことが出来ない場合が多い。また、定着ユニットは、画像形成装置の本体に固定されており、交換部品として設定されていないことが多い。このような画像形成装置において、本提案の構成を実施する例を述べる。
図１１は、本実施例２に係る画像形成装置を示している。実施例１と同一の構成部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。本実施例の画像形成装置は、１分間にＡ４サイズ紙を縦送りで、１５枚の印刷を行う画像形成装置である。画像形成における紙搬送スピードは、１００ｍｍ／秒である。定着ユニット４４の構成が実施例１と異なっている。
【００４８】
図１２は、定着ユニット４４の断面図を示している。定着ユニット４４は、加熱源としてのヒータ３５と、筒状の定着フィルム（定着用回転体）３８と、を備えた加熱ユニット３４と、加圧部材としての加圧ローラ４０とを備えている。定着フィルム３８を介してヒータ３５と加圧ローラ４０が所定の加圧力で圧接されることで定着ニップ部Ｎが形成されている。
加熱ユニット３４は、主として、定着フィルム３８、ヒータ３５、ヒータ３５を保持する断熱ホルダー３６、および金属ステー３７等から構成される。金属ステー３７は、不図示のばねによって加圧力を受けて、断熱ホルダー３６を加圧ローラ４０に向って押圧する。なお、３９はヒータ３５の裏に貼り付けられたサーミスタで、ヒータ３５の温度を検知する。
ヒータ３５はセラミックヒータで、厚みは１ｍｍ、幅は５ｍｍである。ヒータ３５はアルミナ基板上に発熱層を形成したものである。
定着フィルム３８の外径は１８ｍｍで、基層は厚み７０μｍ、材料は熱伝導フィラーとしてカーボン繊維を分散したＰＩ（ポリイミド）である。その上にＰＦＡを１３μｍの厚みでコーティングしてある。
加圧ローラ４０の直径は、１５ｍｍである。加圧ローラ４０は、アルミニウム製の芯金４１上に、弾性層４２と、厚み３０μｍのＰＦＡチューブ層を設けて構成する。弾性層４２は発泡ゴム層である。加熱ユニット３４と加圧ローラ４０の間には、加圧力１３ｋｇｆの荷重が掛っているで。なお、印刷時（定着処理時）のヒータ３５の制御温度は、２００℃である。
定着ユニット４４は、画像形成装置の本体に固定されており、交換はできない構成になっており、画像形成装置の本体、及び定着ユニット４４の寿命は、いずれも３万枚である。
また、定着ユニット４４は、小型化が図られ、ヒータ３５の通電に対して、迅速に温度が反応する。
定着フィルム３８は、表層をコーティングで構成している。コーティングは、樹脂チューブよりも安価で、しかも、材料選択の幅が広がる反面、耐久性が短くなる傾向がある。このため、寿命の短い小型機で使われることが多い。
加圧ローラ４０の弾性層４２は、発泡、もしくは、樹脂バルーンを添加して、その内部に気泡を形成した断熱構造である。また、発泡ゴムを使うことで、ローラの表面での硬度を４０°程度の大きさにできる。本構成の加圧ローラ４０を使うことで、断熱性が高く、定着ニップ部Ｎのニップ幅も広くすることができる。本構成でのニップ幅は、６ｍｍである。
【００４９】
次に、本構成で通紙した場合の定着フィルムと加圧ローラの温度推移を、図１３に示す。図１３の（ａ）は連続通紙の場合、（ｂ）は間欠通紙の場合である。図１３に示すところの横軸は時間、縦軸は温度である。実線は、定着フィルムの温度、破線は加圧ローラの温度である。まず、図１３（ａ）の連続通紙の場合について説明する。横軸は時間、縦軸は温度を表す。また、実線は定着フィルム３８の温度、破線は加圧ローラ４０の温度である。
同図の期間Ｒ５は前回転期間であり、期間Ｒ５の長さは３秒、期間Ｒ６は通紙期間であり、Ａ４サイズ紙２９７ｍｍを通紙した場合の期間Ｒ６の長さは３秒、期間Ｒ７は紙間期間であり、期間Ｒ７の長さは１秒である。制御温度は、２００℃である。
通紙中、定着フィルム３８の表面温度は、最初の１枚は１９５℃であるが。その後低下し、３枚目では、１８０℃になる。その後、連続して通紙をした場合、フィルム温度は、１８０℃を保つ。制御温度２００℃に対して、定着フィルム３８の温度が低いのは、定着フィルム３８の表面層である離型層は熱伝導が悪いため、表層の表裏で温度勾配が出来るためである。
印刷一枚目で定着フィルム３８の温度が高いのは、前回転で、定着フィルム３８が暖められた蓄熱効果による。
加圧ローラ４０は、熱容量が小さく蓄える熱量が少ないため、非通紙中は、高い温度に維持されるが、通紙されると記録材Ｐに熱が奪われ、その温度はすぐに下がる。
【００５０】
図１３（ｂ）は、間欠プリントにおける定着フィルムと加圧ローラの温度を示している。図中、期間Ｒ８は後回転であり、一枚通紙のジョブが終了したら、すぐに次のジョブを行う間欠プリントの例を示している。間欠プリントの場合も、定着フィルム３８、加圧ローラ４０の温度推移は、連続プリントの場合と同様である。但し、後回転の期間Ｒ８、前回転の期間Ｒ５で定着フィルムに蓄熱されるため、毎回フィルムの温度は高く１９５℃となる。
本例のように、加圧ローラ４０が断熱系の場合には、加圧ローラ４０の蓄熱による熱供給がないため、定着ニップ部Ｎに記録材Ｐが侵入した場合には、ヒータ３５からの熱供給のみで、温度が決定される。また、加圧ローラ４０についても、熱容量が小さいことから、定着ニップ部Ｎに記録材Ｐが侵入すると、温度が下がる。熱容量が小さいので、続けてプリントをした場合の温度上昇は、ゆっくりである。
【００５１】
次に、図１８〜図２０を参照して、このような印字を繰り返し行った場合の温度推移について説明する。図１８は、図１３（ａ）のような連続通紙で、４００枚印字した場合を示す。図１９は、図１３（ｂ）のような間欠プリントを行った場合を示し、図２０は、１０分おきに１枚ずつプリントを行った場合を示している。
図１８のように、連続した印字を継続して行った場合には、定着フィルム３８の温度は、１８０℃で安定する。加圧ローラ４０の温度は、徐々に上昇するが、１００℃は超えない。
図１９のように、間欠の印字を繰り返し行った場合には、徐々に加圧ローラ４０が温まってくるので、これを見越して、制御温度を変える。初期の温調は２００℃、このときのフィルム温度は１９５℃である。印字時間が１５分を超えたら、制御温度は１９５℃、このときのフィルム温度は、１９０℃である。また、加圧ローラの温度は、５分で１００℃を超える。
図２０のように、時々１枚印字する場合には、印字する際には定着フィルム３８、加圧ローラ４０ともに温度は上昇するが、継続して昇温していくことはない。
定着フィルム３８の摩耗量は、フィルム径が小さいほど不利になる。また、チューブを基層に被覆したフィルムのように樹脂をチューブ状に成型した後に基層に被覆したフィルムよりも、コーティングのように、基層に塗工した後焼成して、樹脂膜を作ったフィルムの方が摩耗は早く進行する傾向がある。
【００５２】
表８は、本実施例２での、温度と摩耗量の関係を示している。この表は、加熱時間が７秒以上の場合で、弾性変形による摩耗と粘性変形による摩耗を合わせた時の摩耗量である。
尚、粘性変形を考慮する時間は、表３の場合と同様である。弾性変形による摩耗量は０．０７μｍ／１０００枚（０．７×１０−４μｍ／枚）である。
【００５３】
【表８】
2018141959.tif 000010
【００５４】
加圧ローラ４０の硬度は、室温から１００℃の間で使っている場合にはほとんど変化しない。一方、１００℃以上では、２０時間で１°程度低下する。
図１４は、定着フィルム３８の膜厚と適正な制御温度の関係を示している。両者の関係は、以下の式で表すことが出来る。
制御温度［℃］＝０．９×フィルムの表層膜厚［μｍ］＋１８８［℃］−−（式３）
加圧ローラ４０の硬度とニップ幅と制御温度の補正量は表９のようになる。
【００５５】
【表９】
2018141959.tif 000011
【００５６】
以上の条件を踏まえ、本実施例２では、制御温度と寿命の設定を以下のように設定した。
すなわち、一回の通紙毎に、前回の通紙時から今回の通紙時までのインターバル時間情報である紙間時間と、回転駆動情報、及び記録材通紙枚数情報のうち少なくとも何れか一つの情報と、を同時に取得する。定着フィルム３８については、記録材通紙枚数情報であり、加圧ローラ４０については回転時間の情報を同時に取得し、画像形成装置の制御部に設けられる不図示の記憶媒体に熱履歴情報として蓄積する。
そして、記憶媒体３３に記憶した熱履歴情報に応じて、制御手段である不図示の本体制御部で、定着ユニット６の制御値として、ヒータ１１の制御温度、使用可能枚数情報もしくは寿命警告情報を変更するようになっている。
これらの計算は、定着フィルム３８の膜厚の変化や、加圧ローラ４０の硬度変化に基づいて行うが、これらのパラメータは、それぞれ以下のように推測する。
【００５７】
ケース１：記録材１枚ずつのプリントが１０分以上間隔をあけて行われる場合
フィルムの摩耗量は記録材１枚当たり：０．７×１０−４μｍ／枚
（弾性変形のみによる摩耗を想定）
加圧ローラ硬度変化は、回転時間２０時間当たり：０．１°／２０時間
ケース２：記録材２０枚以上の連続プリントを行う場合
フィルムの摩耗量は、記録材１枚当たり２×１０−４
加圧ローラ硬度変化は、回転時間２０時間当たり：０．１°／２０時間
ケース３：上記以外の場合
フィルムの摩耗量は１枚当たり：３×１０−４μｍ／枚
加圧ローラ硬度変化は、回転時間２０時間当たり
装置稼働開始から５分未満：０．１°／２０時間
装置稼働開始から５分以上：  １°／２０時間
印刷ジョブごとに、これらのケースのどれに該当するかを判断し、定着フィルム３８の表層膜厚、加圧ローラ４０の硬度を推測する。
定着フィルム３８の膜厚については、ジョブごとの摩耗量を推測し、初期膜厚から減算していく。加圧ローラ４０の硬度については、ジョブごとの回転時間に応じて加圧ローラ４０の硬度を推測する。
【００５８】
これらの情報をもとにした制御温度の変更と、残りの寿命（印刷可能枚数）への反映は以下のように行う。
定着フィルム３８については、求めた膜厚から式（３）を使って制御温度を計算し、制御温度を変更する。また、定着フィルム３８を基準とした寿命警告は、残り膜厚が４μｍになった時点で行う。
次に、加圧ローラ４０の硬度の推測については、ジョブごとの回転時間に応じて各ケース毎の硬度低下率を推測する。本例の装置は、加圧ローラの硬度が初期値から６度低くなったところで加圧ローラの寿命である旨の警告を出す。なお、発泡タイプの弾性層は、硬度が変化しても負荷トルクの変化が起きにくい。また、本実施例のように画像形成装置の本体に定着ユニットが固定されていて、感光ドラム１を含む画像形成部と定着ユニットで使用する駆動用モータが共通の場合には、駆動トルクに余裕がある場合が多く、駆動不良の問題は起きにくい。これらの要因があるため、弾性層がソリッドゴム層である実施例１の加圧ローラを使用する場合よりも、本例の加圧ローラを使用する場合は、加圧ローラの硬度変化が大きくなった時点で寿命警告を出しても問題ない。
【００５９】
以下に、具体例を示す。図１３（ａ）に示すような連続通紙を行うジョブは、ケース２に相当する。通紙時の定着フィルム温度は１８０℃、加圧ローラの温度は１００℃を超えない。
１万枚印刷した時点での制御温度と定着ユニット寿命（本体寿命）は、以下のようになる。
１万枚印刷した時点の制御温度：１９８℃
１万枚印刷した時点の定着ユニット寿命：４．５万枚
図１３（ｂ）に示すような間欠通紙を行うジョブは、ケース３に相当する。通紙時のフィルム温度は１９５℃から１９０℃、加圧ローラの温度は５分以降１００℃超える。
１万枚印刷した時点での制御温度と定着ユニット寿命（本体寿命）は、以下のようになる。
１万枚印刷した時点の制御温度：１９５℃
１万枚印刷した時点の定着ユニット寿命：３万枚
ケース２の場合、加圧ローラの硬度は変化するものの、定着フィルムの表層膜厚起因で定着ユニットの寿命に達するため、加圧ローラは定着ユニットの寿命に影響しない。
図２０に示すような１０分間に１回プリントを行うジョブは、ケース１に相当する。
通紙時のフィルム温度は１９５℃だが、定着フィルムの表層が粘性変形に至る前に印刷が終了する。よって、１枚当たりの摩耗量は、０．７×１０−４μｍである。加圧ローラの温度は１００℃を超えない。
１万枚印刷した時点での制御温度と定着ユニット寿命（本体寿命）は、以下のようになる。
１万枚印刷した時点の制御温度：１９９℃
１万枚印刷した時点の定着ユニット寿命：１２．８万枚
以上、いずれの適用例の場合も制御温度の設定が不適切なことが要因の画像不良はなく、寿命警告も適切に行うことが出来た。
【００６０】
実際の使用状況では、ケース１、２、３が混在すると思われるが、ジョブごとに、膜厚、加圧ローラ硬度の予測値に修正を行うことで、制御温度の設定と寿命警告を適切に行うことが出来る。
【符号の説明】
【００６１】
１  感光ドラム
６  定着器（加熱定着装置）
１０  定着部材
１１  加熱ヒータ
１３  定着フィルム、１５    サーミスタ
２０  加圧ローラ
３１、３２    温度検知センサ
１００  ＣＰＵ（制御部）
【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】
2018141959.tif 000027
【図１７】
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【図１８】
2018141959.tif 000029
【図１９】
2018141959.tif 000030
【図２０】
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