(57)【要約】【課題】複雑な演算処理を行うことなくギヤの寿命を正確に判定することを可能とした駆動伝達装置、画像形成装置、寿命判定方法、及び寿命推定方法を提供する。【解決手段】画像形成装置は、モータ１０１の駆動力を中間転写ユニットの駆動ローラに伝達するギヤ列、演算部１１０とメモリ１１１を有する制御ユニット１０９を備える。メモリ１１１は、エンコーダ１０６、１０７の初期状態の両出力信号の位相差と、エンコーダ１０６、１０７の両出力信号の位相差の基準変動量である第１の変動量を記憶する。演算部１１０は、初期状態から経過後のエンコーダ１０６、１０７の両出力信号の位相差と、メモリ１１１に記憶された初期状態の両出力信号の位相差との差分を第２の変動量として測定し、第１の変動量に第２の変動量が達した場合に判定対象ギヤが寿命と判定する。【選択図】図３
2009074841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動体の駆動力をギヤ列を介して被駆動体に伝達する駆動伝達装置において、
前記回転駆動体の回転軸の回転に伴い信号を出力する第１の位置検出手段と、
判定対象ギヤの回転軸の回転に伴い信号を出力する第２の位置検出手段と、
前記第１及び第２の位置検出手段の初期状態の両出力信号の位相差と、前記第１及び第２の位置検出手段の両出力信号の位相差の基準変動量である第１の変動量を記憶する記憶手段と、
前記初期状態から経過した後の前記第１及び第２の位置検出手段の両出力信号の位相差と、前記記憶手段に記憶された前記初期状態の両出力信号の位相差との差分を第２の変動量として測定する測定手段と、
前記記憶手段に記憶された前記第１の変動量と前記測定手段により測定された前記第２の変動量を比較し、前記第１の変動量に前記第２の変動量が達した場合に前記判定対象ギヤが寿命であると判定する判定手段と、を備えることを特徴とする駆動伝達装置。
【請求項２】
回転駆動体の駆動力をギヤ列を介して被駆動体に伝達する駆動伝達装置において、
前記回転駆動体の回転軸の回転に伴い信号を出力する第１の位置検出手段と、
推定対象ギヤの回転軸の回転に伴い信号を出力する第２の位置検出手段と、
前記第１及び第２の位置検出手段の初期状態の両出力信号の位相差と、前記第１及び第２の位置検出手段の両出力信号の位相差の基準変動量である第１の変動量を記憶する記憶手段と、
前記駆動伝達装置の規定の駆動量ごとの前記第１及び第２の位置検出手段の両出力信号の位相差と、前記記憶手段に記憶された前記初期状態の両出力信号の位相差との差分を第３の変動量として測定する測定手段と、
前記記憶手段に記憶された前記第１の変動量と前記測定手段により測定された前記第３の変動量の変化率に基づき、前記第１の変動量に達する前記推定対象ギヤの駆動量を予測し、前記推定対象ギヤの寿命を推定する推定手段と、を備えることを特徴とする駆動伝達装置。
【請求項３】
前記第２の変動量は、前記ギヤ列における噛み合うギヤ同士の歯面の接触回数が互いの歯数の最小公倍数となるまで変動量の測定を繰り返して得られた複数の変動量のうちの最大値であることを特徴とする請求項１記載の駆動伝達装置。
【請求項４】
前記第３の変動量は、前記ギヤ列における噛み合うギヤ同士の歯面の接触回数が互いの歯数の最小公倍数となるまで変動量の測定を繰り返して得られた複数の変動量のうちの最大値であることを特徴とする請求項２記載の駆動伝達装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載の駆動伝達装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
前記駆動伝達装置の規定の駆動量は、画像形成を行った記録媒体の規定の枚数に相当することを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記駆動伝達装置により駆動力が伝達される被駆動体は、記録媒体に画像を転写する転写ベルトを有する転写手段、記録媒体に転写された画像を定着するローラを有する定着手段のいずれかを含むことを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。
【請求項８】
回転駆動体の駆動力をギヤ列を介して被駆動体に伝達する駆動伝達機構の前記ギヤの寿命を判定する寿命判定方法において、
前記回転駆動体の回転軸の回転に伴い信号を出力する第１の位置検出ステップと、
判定対象ギヤの回転軸の回転に伴い信号を出力する第２の位置検出ステップと、
前記第１及び第２の位置検出ステップの初期状態の両出力信号の位相差と、前記第１及び第２の位置検出ステップの両出力信号の位相差の基準変動量である第１の変動量を記憶する記憶ステップと、
前記初期状態から経過した後の前記第１及び第２の位置検出ステップの両出力信号の位相差と、前記記憶ステップで記憶された前記初期状態の両出力信号の位相差との差分を第２の変動量として測定する測定ステップと、
前記記憶ステップで記憶された前記第１の変動量と前記測定ステップで測定された前記第２の変動量を比較し、前記第１の変動量に前記第２の変動量が達した場合に前記判定対象ギヤが寿命であると判定する判定ステップと、を有することを特徴とする寿命判定方法。
【請求項９】
回転駆動体の駆動力をギヤ列を介して被駆動体に伝達する駆動伝達機構の前記ギヤの寿命を推定する寿命推定方法において、
前記回転駆動体の回転軸の回転に伴い信号を出力する第１の位置検出ステップと、
推定対象ギヤの回転軸の回転に伴い信号を出力する第２の位置検出ステップと、
前記第１及び第２の位置検出ステップの初期状態の両出力信号の位相差と、前記第１及び第２の位置検出ステップの両出力信号の位相差の基準変動量である第１の変動量を記憶する記憶ステップと、
前記駆動伝達機構の規定の駆動量ごとの前記第１及び第２の位置検出ステップの両出力信号の位相差と、前記記憶ステップで記憶された前記初期状態の両出力信号の位相差との差分を第３の変動量として測定する測定ステップと、
前記記憶ステップで記憶された前記第１の変動量と前記測定ステップで測定された前記第３の変動量の変化率に基づき、前記第１の変動量に達する前記推定対象ギヤの駆動量を予測し、前記推定対象ギヤの寿命を推定する推定ステップと、を有することを特徴とする寿命推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタや複写機等の画像形成装置においてモータの駆動力を負荷に伝達する駆動伝達機構を構成するギヤの寿命判定に好適な駆動伝達装置、画像形成装置、寿命判定方法、及び寿命推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像形成装置において、記録紙（転写材）に転写したトナー像を圧力と熱により定着を行う定着ユニットを構成するローラに、モータの駆動力をギヤ列を介して伝達することでローラを回転させる駆動機構がある。該駆動機構では、ギヤの磨耗量が多くなりギヤの噛み合いが悪化すると、モータ回転や記録紙搬送にトラブルを誘発する原因となる。上記モータとして、ＤＣモータを用いた場合はモータの回転速度ムラが増大し、ステッピングモータを用いた場合はトルクの急変による脱調が発生する。
【０００３】
他方、画像形成装置において、感光ドラムや、感光ドラムに形成されたトナー像が転写される中間転写ベルトを、ギヤ列を介してモータにより回転駆動する駆動機構がある。該駆動機構では、ギヤの磨耗が中間転写ベルトの回転ムラの原因となり、転写画像の画質精度の低下に繋がる。
【０００４】
本来、製品の設計に関しては製品寿命の範囲内において要求精度を満たす設計が行われなければならない。上記ローラや感光ドラムの磨耗による機能低下に伴う寿命は、記録紙の搬送回数などにより規定される。これに対し、ギヤの寿命は、ギヤの磨耗の他に、ギヤに対する予期せぬトナーの付着、ギヤ組立時のグリスの塗布量、組立精度により大きく変化するだけでなく、環境要因によるところも大きい。
【０００５】
そこで、画像形成装置における記録紙に形成する画像の画質保証とギヤの長寿命化の両立や、今後重要度が高まるギヤの再利用の観点からも、次の点が重要となる。即ち、ギヤの仕様を満足しつつ且つギヤに対する過剰なマージン設定による短い寿命設定にしないために、ギヤの寿命を把握することが重要となる。
【０００６】
ギヤの寿命を把握するためのギヤの磨耗量の算出方法としては以下の方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。これは、モータの駆動力を伝達するギヤの軸に装着した回転体の回転状態（即ち、モータの回転状態）をセンサで検出した結果と、モータの正回転方向／逆回転方向を切り換えた時のギヤのバックラッシを利用してギヤの磨耗量を算出する方法である。
【特許文献１】特開２０００−２５８３０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１記載のギヤ磨耗量算出方法は、下記に示す諸点からモータ回転状態を検出するセンサの応答性とギヤのバックラッシの時間計測の精度が要求される。諸点とは、ギヤの寿命判定のためにモータを正逆回転する必要がある点、負荷の慣性のためにモータを最初の回転方向に回転させ停止した後の隣接するギヤ同士の歯面が接している保証がない点である。即ち、従来のギヤ磨耗量算出方法は、センサの応答性とバックラッシ時間計測の精度が要求されるため、コストが高くなると共に実現性の点で問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、複雑な演算処理を行うことなくギヤの寿命を正確に判定することを可能とした駆動伝達装置、画像形成装置、寿命判定方法、及び寿命推定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するために、本発明は、回転駆動体の駆動力をギヤ列を介して被駆動体に伝達する駆動伝達装置において、前記回転駆動体の回転軸の回転に伴い信号を出力する第１の位置検出手段と、判定対象ギヤの回転軸の回転に伴い信号を出力する第２の位置検出手段と、前記第１及び第２の位置検出手段の初期状態の両出力信号の位相差と、前記第１及び第２の位置検出手段の両出力信号の位相差の基準変動量である第１の変動量を記憶する記憶手段と、前記初期状態から経過した後の前記第１及び第２の位置検出手段の両出力信号の位相差と、前記記憶手段に記憶された前記初期状態の両出力信号の位相差との差分を第２の変動量として測定する測定手段と、前記記憶手段に記憶された前記第１の変動量と前記測定手段により測定された前記第２の変動量を比較し、前記第１の変動量に前記第２の変動量が達した場合に前記判定対象ギヤが寿命であると判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、第１及び第２の位置検出手段の両出力信号の位相差を基に算出した第１の変動量に第２の変動量が達した場合にギヤが寿命であると判定するため、複雑な演算処理を行うことなく、駆動伝達機構のギヤの寿命を判定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
［第１の実施の形態］
先ず、本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置が備える中間転写ユニットの駆動伝達機構及び制御系の構成と動作について説明する前に、画像形成装置全体の概略構成について図２を参照しながら説明する。尚、画像形成装置の構成で本発明の主旨と直接関係ない箇所は適宜説明を省略または簡略化する。
【００１３】
図２は、本実施の形態に係る画像形成装置の概略構成を示す構成図である。
【００１４】
図２において、画像形成装置は、画像入力部１と画像出力部２を備えた複写機として構成されている。画像入力部１の説明は省略する。画像出力部２は、画像形成部１０、給紙ユニット２０、中間転写ユニット３０（被駆動体、転写手段）、定着ユニット４０（被駆動体、定着手段）、制御ユニット（図１参照）を備えている。
【００１５】
画像形成部１０は、同一の構成を有する４つの画像形成ステーションＰａ〜Ｐｄから構成されている。画像形成ステーションＰａ〜Ｐｄは、それぞれ、感光ドラム１１ａ〜１１ｄ、１次帯電器１２ａ〜１２ｄ、レーザスキャナ部１３ａ〜１３ｄ、現像器１４ａ〜１４ｄを備えている。
【００１６】
１次帯電器１２ａ〜１２ｄにより、それぞれ感光ドラム１１ａ〜１１ｄの表面に均一な帯電量の電荷を与えた後、レーザスキャナ部１３ａ〜１３ｄにより、それぞれレーザ光を感光ドラム１１ａ〜１１ｄ上に露光させる。これにより、感光ドラム１１ａ〜１１ｄ上に静電潜像が形成される。更に、現像器１４ａ〜１４ｄにより、それぞれ４色（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）のトナーで感光ドラム１１ａ〜１１ｄ上の静電潜像を顕像化する。尚、クリーニング部１５ａ〜１５ｄは、感光ドラム１１ａ〜１１ｄ上の残留トナーを除去する。
【００１７】
給紙ユニット２０は、給紙カセット２１ａ、２１ｂ、手差しトレイ２７、ピックアップローラ２２ａ、２２ｂ、２６、給紙ローラ対２３、給紙ガイド２４、レジストローラ２５ａ、２５ｂを備えている。給紙カセット２１ａ、２１ｂ、手差しトレイ２７のいずれかから給紙された記録紙Ｐ（記録媒体）は、後述の中間転写ベルト３１により搬送され２次転写領域Ｔｅでトナー像が転写される。
【００１８】
中間転写ユニット３０は、感光ドラム１１ａ〜１１ｄの下方側に配置されており、中間転写ベルト３１（被駆動体、転写ベルト）、駆動ローラ３２（被駆動体、ローラ）、テンションローラ３３、従動ローラ３４を備えている。中間転写ベルト３１と感光ドラム１１ａ〜１１ｄが対向する領域は、１次転写領域Ｔａ〜Ｔｄとして構成されている。中間転写ベルト３１における駆動ローラ３２とテンションローラ３３の間には、１次転写平面Ａが形成される。また、従動ローラ３４と後述の２次転写ローラ３６が対向する領域は、中間転写ベルト３１とのニップにより２次転写領域Ｔｅとして構成されている。
【００１９】
中間転写ベルト３１は、駆動ローラ３２、テンションローラ３３、従動ローラ３４に巻回されており、各ローラの周囲を循環駆動される。駆動ローラ３２は、モータ１０１（図１参照）により回転駆動されるものであり、モータ１０１からギヤ列を介して伝達された駆動力により中間転写ベルト３１を回転駆動する。テンションローラ３３は、ばね（不図示）の付勢により中間転写ベルト３１に適度な張力を与える。従動ローラ３４は、中間転写ベルト３１を挟んで２次転写ローラ３６に対向している。
【００２０】
１次転写用帯電器３５ａ〜３５ｄは、中間転写ベルト３１の裏側に配置されている。２次転写ローラ３６は、中間転写ベルト３１に対して適度な圧力で加圧されている。定着ユニット４０は、定着ローラ４１ａ、加圧ローラ４１ｂ、搬送ガイド４３、内排紙ローラ４４、外排紙ローラ４５を備えており、記録紙上のトナー像を定着する。制御ユニットは、上記各ユニット内の機構の動作を制御するための制御基板やモータドライブ基板を備えている。制御ユニットを含む制御系と中間転写ユニット３０の駆動伝達機構の詳細は図１により後述する。
【００２１】
次に、画像形成装置の画像形成動作を説明する。画像形成動作開始信号が発せられると、選択されたサイズの記録紙が選択された給紙部から給紙され、給紙ガイド２４を介してレジストローラ２５ａ、２５ｂまで搬送され、紙先端がニップ部に突き当たる。その後、画像形成部１０で画像形成を開始するタイミング信号に基づいてレジストローラ２５ａ、２５ｂが回転を開始する。
【００２２】
他方、画像形成部１０では、感光ドラム１１ａ〜１１ｄ上に静電潜像が形成され、現像器１４ａ〜１４ｄにより各色のトナーで静電潜像がトナー像として現像された後、１次転写領域Ｔｄで中間転写ベルト３１に１次転写される。記録紙Ｐが２次転写領域Ｔｅに進入し中間転写ベルト３１に接触すると、中間転写ベルト３１上の各色のトナー像が２次転写ローラ３６により記録紙Ｐに転写される。その後、記録紙Ｐは定着ユニット４０によりトナー像が定着された後、内外排紙ローラ４４、４５により画像形成装置外部に排出される。
【００２３】
次に、画像形成装置の中間転写ユニット３０の駆動伝達機構及び制御系について図１を参照しながら説明する。
【００２４】
図１は、本実施の形態に係る画像形成装置の中間転写ユニット３０の駆動伝達機構及び制御系の構成を示すブロック図である。
【００２５】
図１において、駆動伝達機構は、モータ１０１（回転駆動体）、ギヤ１０２〜ギヤ１０５（ギヤ列）から構成されている。制御系（機構寿命判定装置）は、制御ユニット１０９、エンコーダ１０６（第１の位置検出手段）、エンコーダ１０７（第２の位置検出手段）、エンコーダ１０８（第２の位置検出手段）から構成されている。制御ユニット１０９は、画像形成装置全体の制御を司るものであり、演算部１１０（測定手段、判定手段、推定手段）、メモリ１１１（記憶手段）、上位演算部１１２を備えている。
【００２６】
モータ１０１は、本実施の形態ではブラシレスＤＣモータとして構成されており、制御ユニット１０９から画像形成動作開始信号が発せられると一定速度で回転する。モータ１０１で発生した駆動力は、ギヤ１０２からギヤ１０３に伝達された後、更にギヤ１０４からギヤ１０５に伝達される。これに伴い、ギヤ１０５の回転軸（負荷駆動軸）に装着された負荷である中間転写ベルト循環駆動用の駆動ローラ３２（被駆動体）が回転駆動される。
【００２７】
エンコーダ１０６は、モータ１０１の回転軸に取り付けられており、回転軸の回転を検出するものであり、回転軸の回転に伴いパルス信号を出力する。エンコーダ１０７は、ギヤ１０２と噛み合うギヤ１０３の回転軸に取り付けられており、回転軸の回転を検出するものであり、回転軸の回転に伴いパルス信号を出力する。エンコーダ１０８は、ギヤ１０４と噛み合うギヤ１０５の回転軸（負荷駆動軸）に取り付けられており、回転軸の回転を検出するものであり、回転軸の回転に伴いパルス信号を出力する。
【００２８】
制御ユニット１０９において、演算部１１０は、図３で説明するように寿命判定対象のギヤの回転軸に装着されたエンコーダから出力されるパルス信号の立ち上がりエッジ間の時間差（位相差）を基に後述の演算処理を行い、ギヤの磨耗に伴うギヤの寿命を判定する。即ち、演算部１１０は、メモリ１１１に記憶された第１の変動量にギヤの磨耗による第２の変動量が達した場合に、ギヤの寿命またはギヤの磨耗異常が発生していると判定する。ギヤの寿命判定については下記で詳述する。
【００２９】
メモリ１１１には、ギヤの磨耗がない状態での位相差、第１の変動量（第１、第２の実施の形態）、第２の変動量（第１の実施の形態）、第３の変動量（第２の実施の形態）、画像形成部１０で画像形成を行った記録紙の枚数（作像枚数）が記憶される。上位演算部１１２は、画像形成装置の各種動作を統括的に制御する。また、上位演算部１１２は、制御プログラムに基づいて演算部１１０により後述の各フローチャートに示す処理を実行する。第１の変動量、第２の変動量、第３の変動量については下記で詳述する。
【００３０】
中間転写ベルト３１の回転駆動時における表面速度は、記録紙に形成する画像の色ずれの状態に直結する。そこで、画像形成装置の個体差による中間転写ベルト３１の表面速度の変動、環境温度の変化等に伴う色ずれに対し、以下の補正を行う。即ち、感光ドラム１１ａ〜１１ｄの回転ムラや中間転写ベルト３１の斜行など他の色ずれ要因と共に、中間転写ベルト３１にトナーで形成されたレジストレーションパターンを検出することで、色ずれを把握して露光タイミングを補正する。これにより、色ずれを一定の状態に補正している。
【００３１】
しかしながら、ギヤの磨耗に伴うギヤの遊び拡大によるモータのトルクムラ・回転速度ムラや、ギヤの歯面の衝突ショックは、モータを高い精度で定速回転しても解決できない。ギヤの磨耗に起因したモータのトルクムラ・回転速度ムラの検出情報をフィードバックして補正することや、感光ドラムの露光タイミングの補正にギヤの磨耗要因を考慮することは、現実的ではない。そこで、画像の色ずれの状態に対する要求を満足するギヤの磨耗量を予め把握し、記録紙に形成する画像におけるギヤの磨耗による画質の精度保証限界を明確にする必要がある。
【００３２】
まず、中間転写ユニット３０の駆動伝達機構のギヤの磨耗による画質の精度保証限界（ギヤの寿命）を次のように定めておく。駆動伝達機構に対する事前のシミュレーション或いは耐久試験等の検討結果に基づき、エンコーダ１０６、１０７の両出力信号の位相差の基準変動量である第１の変動量を予めギヤ寿命を判定する際の基準とし、メモリ１１１に記憶させておく。また、エンコーダ１０６、１０７の初期状態の両出力信号の位相差（ギヤの磨耗がない状態での位相差）を予めメモリ１１１に記憶させておく。これらのメモリ１１１への記憶は画像形成装置の工場出荷時等に行われるものとする。また、画像形成装置での像形成実行に伴い、演算部１１０は、定期的に第２の変動量を算出する。そして、演算部１１０は、第１の変動量に第２の変動量が達した場合に判定対象ギヤが寿命であると判定する。詳細については後述する。
【００３３】
次に、個々の量産される画像形成装置において以下の測定を行いメモリ１１１に記憶する。初期設定としてギヤの磨耗がない状態でのエンコーダ１０６に対する、エンコーダ１０７、１０８から出力されるパルス信号の立ち上がりエッジの時間差（パルス信号のずれという意味で以後は位相差と表記）を測定する。そして、ギヤの磨耗がない状態での位相差をメモリ１１１に記憶する。この測定は、工場出荷時に行われても良いし、画像形成装置の設置後の最初の電源オン後に行われても良い。
【００３４】
上記位相差を測定する際は、モータ１０１が一定速度で回転することが条件となるため、エンコーダ間の位相差を検出するためにモータ１０１を定速で駆動すればよい。尚、上記位相差の測定は、中間転写ベルト３１にトナーで形成されるレジストレーションパターンを検出するシーケンス等の調整シーケンス実行中または実際の画像形成シーケンス実行中でも行うことが可能である。
【００３５】
次に、上記図１及び図２に示した構成を有する画像形成装置の中間転写ユニット３０の駆動伝達機構を構成する各種ギヤの寿命判定（（１）、（２）、（３））について詳細に説明する。
【００３６】
（１）まず、駆動伝達機構を構成するギヤ１０２とギヤ１０３の寿命判定について図３を参照しながら説明する。
【００３７】
図３は、画像形成装置のギヤ寿命判定処理を示すフローチャートである。
【００３８】
図３において、制御ユニット１０９の演算部１１０は、上位演算部１１２から、画像形成部１０で画像形成を行った記録紙の枚数（作像枚数）が規定の枚数ごと（例えば１万枚ごと）にギヤ寿命計算指令を受ける（ステップＳ１０１）。次に、演算部１１０は、エンコーダ１０６、エンコーダ１０７から各々出力されるパルス信号の立ち上がりエッジを測定し（ステップＳ１０２）、両エッジ間の時間差をタイマ機能で計時することで、立ち上がりエッジの位相差を計算する（ステップＳ１０３）。
【００３９】
次に、演算部１１０は、上記ステップＳ１０３で計算した位相差と、メモリ１１１に記憶されているギヤの磨耗がない初期の状態での位相差との差分、即ちギヤの磨耗により発生する変動量を算出する（ステップＳ１０４）。次に、演算部１１０は、今回算出した変動量が、これまで複数回の測定を行ってそれぞれ算出した複数の変動量のうち最大値であるかどうかを判断する（ステップＳ１０５）。
【００４０】
今回算出した変動量が最大値である場合は、演算部１１０は、今回算出した変動量（測定値）を最大値としてメモリ１１１に保持する（ステップＳ１０６）。今回算出した変動量が最大値でない場合は、演算部１１０は、過去の測定で算出した変動量の最大値をそのままメモリ１１１に保持する（ステップＳ１０７）。
【００４１】
演算部１１０は、上記の測定を、少なくともギヤ１０２とギヤ１０３の歯面の接触回数が互いの歯数の最小公倍数となるまで繰り返す（ステップＳ１０８）。これにより、ギヤ１０２の歯とギヤ１０３の歯の起こりうる最悪の磨耗量の組み合わせにおける測定を、もらすことなく実行することができる。
【００４２】
演算部１１０は、上位演算部１１２の寿命計算算指令に対するステップＳ１０２〜ステップＳ１０７までの一連の過程で得た変動量の最大値を第２の変動量とする。演算部１１０は、上記最小公倍数となる回数の測定を終了すると（ステップＳ１０８でＹＥＳ）、メモリ１１１に記憶されている第１の変動量に第２の変動量が達しているかどうかを判断する（ステップＳ１０９）。第１の変動量は、上述したように事前のシミュレーションや耐久試験等の検討結果を基に予め算出されたギヤ寿命とする位相差の変動量である。
【００４３】
第１の変動量に第２の変動量が達している場合は、演算部１１０は、ギヤが寿命に達したことを示すギヤ寿命警告信号を上位演算部１１２に出力する（ステップＳ１１０）。第１の変動量に第２の変動量が達していない場合は、演算部１１０は、ギヤが寿命に達していないことを示す正常通知信号を上位演算部１１２に出力する（ステップＳ１１１）。
【００４４】
図４は、ギヤ１０２、１０３の磨耗とエンコーダ１０６、１０７から出力されるパルス信号の関係を示す図であり、（ａ）は、初期状態を示す図、（ｂ）は、ギヤ磨耗後の状態を示す図である。
【００４５】
図４において、駆動する側のギヤ１０２と駆動される側のギヤ１０３の歯の一部を示すと共に、モータ１０１（図１）の回転軸に取り付けられたギヤ１０２がモータ１０１により紙面上で右回りに定速回転している場合を示している。更に、互いに噛み合うギヤ１０２、１０３に対しそれぞれ同軸上に装着されたエンコーダ１０６、１０７の出力波形をギヤの噛み合いの図の下に示している。ギヤ１０２、１０３の歯と、エンコーダ１０６、１０７からそれぞれ出力されるパルス信号のエッジの位相は任意であるが、ここでは説明の便宜上からギヤ１０２、１０３の歯底の端に合わせて図示している。
【００４６】
図４（ａ）はギヤ１０６、１０７の歯が磨耗していない状態である。長期間の駆動によりギヤ１０６、１０７の歯が磨耗すると、図４（ｂ）に示すようにギヤ１０６、１０７の歯厚が減少する。歯厚の減少により、駆動される側のギヤ１０３が装着されている回転軸はギヤ１０３の遊びの大きさだけ遅れて回転する。この状態をエンコーダ１０６、１０７からそれぞれ出力されるパルス信号のエッジの位相に基づき検出することで、ギヤ１０６、１０７の磨耗量を求めることが可能となる。
【００４７】
次に、エンコーダの分解能について説明する。ギヤの歯面が各々の歯で同等に磨耗すると仮定すれば、理論的にはエンコーダの分解能はギヤの回転軸１周に対して１パルスでよい。しかし、現実にはギヤの駆動シーケンス（駆動開始〜駆動停止）とギヤ比により負荷が集中する歯面が存在したり、ギヤの回転軸の偏芯などにより歯面ごとに磨耗量にばらつきが生じたりすることを考慮する必要がある。ギヤの歯の１枚１枚に対し磨耗量を測定できればよいので、エンコーダの分解能はギヤの歯幅に対し１乃至２パルス程度の分解能があればよい。
【００４８】
逆に、エンコーダをギヤの磨耗量測定用途ばかりでなく他の用途と併用する場合は、エンコーダの分解能が必要以上に高く、ギヤの磨耗により負荷側の回転軸の遅れがエンコーダの分解能の数パルス分にも及んでしまう場合が考えられる。
【００４９】
その場合は、演算部１１０にエンコーダから出力されるパルス信号を計測するパルスカウント機能を内蔵し、ギヤの磨耗により位相がパルス１周期を超えないように、エンコーダから出力される数個のパルス信号について１回の位相差演算を行えばよい。
【００５０】
また、エンコーダ１０６、１０７のパルス信号の立ち上がりエッジの初期位相差によっては、以下の場合が起こりうる。即ち、演算部１１０では、エンコーダ１０６のパルス信号の立ち上がりエッジを基準に、次に入力されるエンコーダ１０７のパルス信号の立ち上がりエッジまでの時間を計測している。そのため、ギヤの磨耗量が大きくなると負荷側の回転軸の遅れで、エンコーダ１０７では、今まで比較の対象としていたパルス信号の１つ前のパルス信号の立ち上がりエッジを検出する場合が起こりうる。
【００５１】
その場合は、駆動側と負荷側のエンコーダのパルス信号の立ち上がりエッジの位相差は負荷側が遅れるようにしか変化しないこと、モータ１０１の回転速度が一定のため両パルス信号間の周期が明確であることから、次のように第２の変動量を算出する。即ち、位相差が０に急変したとき（オーバーフローしたとき）、１パルス分の時間差（パルス間周期）を測定値に加算した値から初期位相差を減算した値を第２の変動量とすればよい。
【００５２】
（２）次に、駆動伝達機構を構成するギヤ１０４とギヤ１０５の寿命判定について説明する。
【００５３】
上記図３等で説明したギヤ１０２とギヤ１０３の寿命判定において、ギヤ１０２をギヤ１０４、ギヤ１０３をギヤ１０５、エンコーダ１０６をエンコーダ１０７、エンコーダ１０７をエンコーダ１０８に置き換えればよい。これにより、（１）と同様にギヤ１０４とギヤ１０５の寿命判定を行うことができる。
【００５４】
（３）次に、駆動伝達機構を構成するギヤ１０２からギヤ１０５までの寿命判定について説明する。
【００５５】
上記図３等で説明したギヤ１０２とギヤ１０３の寿命判定において、ギヤ１０３をギヤ１０５、エンコーダ１０７をエンコーダ１０８に置き換えればよい。これにより、（１）と同様にギヤ１０２からギヤ１０５までの寿命判定を行うことができる。
【００５６】
ここで、（３）の場合の判定による寿命とは、ギヤの寿命ではなくギヤ１０２からギヤ１０５までの駆動伝達機構全体としての寿命となる。モータ１０１の回転軸に装着されたエンコーダ１０６から見ると、エンコーダ１０７もエンコーダ１０８もギヤの磨耗に従い、遅れて回転する。エンコーダ１０６とエンコーダ１０８のパルス信号の立ち上がりエッジの位相差は、エンコーダ１０６とエンコーダ１０７のパルス信号の立ち上がりエッジの位相差と、エンコーダ１０７とエンコーダ１０８のパルス信号の立ち上がりエッジの位相差の和となる。即ち、モータ１０１から負荷である駆動ローラ３２までのギヤ列としての寿命判定をすることを意味する。
【００５７】
実際、中間転写ユニット３０の駆動ローラ３２にモータ１０１の駆動力を伝達する駆動伝達機構において、必ずしもギヤ対ごとにエンコーダを配置し、噛み合うギヤそれぞれの寿命判定を行う必要はない。従って、中間転写ユニット３０としての性能を保証するという観点では、価格面や設置スペース面からエンコーダ１０７は必ずしも配置しなくてもよい。言い換えると、異常磨耗が想定され磨耗を把握したいギヤに関してはギヤ列の中間に位置するギヤの回転軸にもエンコーダを配置することが望ましい。
【００５８】
次に、上記図３で説明した変動量の最大値を求める際の測定回数について説明する。図３では、ギヤ１０２の歯とギヤ１０３の歯の起こりうる最悪の磨耗量の組み合わせでの測定をもらすことなく実行するため、両ギヤの歯面の接触回数が互いの歯数の最小公倍数となるまで測定を繰り返す場合を例に挙げた。同様に、ギヤ１０２からギヤ１０５までの寿命判定においても、ギヤ１０２、ギヤ１０３、ギヤ１０４、ギヤ１０５それぞれの歯数の最小公倍数となる回数の測定を行えばよい。
【００５９】
また、例えばギヤ１０２とギヤ１０５といった直接噛み合わないギヤ間の寿命判定を行う場合は、エンコーダ１０６の分解能に対してエンコーダ１０８の分解能を歯数比倍とすることが望ましい。そうすることで、エンコーダ１０６、エンコーダ１０８から同じ周波数のパルス信号を出力することができるため、直接噛み合わないギヤ間の寿命判定が可能となる。
【００６０】
以上説明したように本実施の形態によれば、演算部１１０は、規定の作像枚数ごとにエンコーダ１０６、１０７の両出力信号の位相差と、メモリ１１１に記憶された初期状態の両出力信号の位相差との差分を第２の変動量として測定する。測定の結果、第１の変動量に第２の変動量が達した場合に判定対象ギヤが寿命であると判定する。これにより、通常使用に伴う回転駆動体（モータ）の一定速度による回転駆動の間に被駆動体（駆動ローラ）の慣性力の影響を受けることなく、複雑な演算処理を行うことなく、ギヤの寿命を判定することが可能となる。
【００６１】
また、ギヤの寿命と判定した場合は、画像形成装置のユーザやサービス担当者に対する通知、ネットワークを介した遠隔の管理者に対する通知を行うことにより、部品（ギヤ）交換等を円滑に実施することが可能となる。これにより、ギヤの磨耗に伴うトラブルを未然に回避することが可能となる。また、ギヤの寿命判定を、ギヤの再利用を行うかどうかを判断する際の目安に用いることが可能となる。
【００６２】
［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態は、上記第１の実施の形態に対して、画像形成装置の制御ユニット１０９の演算部１１０が図５に示すギヤ寿命推定処理を行う点において相違する。本実施の形態のその他の要素は、上記第１の実施の形態（図１、図２）の対応するものと同一なので説明を省略する。
【００６３】
制御ユニット１０９の演算部１１０は、中間転写ユニット３０の駆動伝達機構のギヤの磨耗による画質の精度保証限界（ギヤの寿命）を次のように算出する。駆動伝達機構に対する事前のシミュレーション或いは耐久試験等の検討結果に基づき、エンコーダ１０６、１０７の両出力信号の位相差の基準変動量である第１の変動量を算出する。
【００６４】
製品バラツキを考慮したマージンを含んだギヤ磨耗量に対応する第１の変動量をギヤ寿命を推定する際の基準とし、予めメモリ１１１に記憶させておく。また、エンコーダ１０６、１０７の初期状態の両出力信号の位相差（ギヤの磨耗がない状態での位相差）を予めメモリ１１１に記憶させておく。演算部１１０は、画像形成装置での画像形成実行に伴って定期的に第３の変動量を算出する。そして、演算部１１０は、第１の変動量と第３の変動量の変化率に基づき、第１の変動量に達する推定対象ギヤの駆動量を予測し、推定対象ギヤの寿命を推定する。詳細については後述する。
【００６５】
図５は、本実施の形態に係る画像形成装置のギヤ寿命推定処理を示すフローチャートである。
【００６６】
図５において、ステップＳ２０１〜ステップＳ２０８の処理は、上記図３のステップＳ１０１〜ステップＳ１０８の処理と同様であるため説明を省略する。演算部１１０は、上位演算部１１２の寿命推定指令に対するステップＳ２０２〜ステップＳ２０７までの一連の過程で得た変動量の最大値を第３の変動量とし、第３の変動量をメモリ１１１に格納する（ステップＳ２０９）。
【００６７】
ここで、上記第３の変動量は、中間転写ユニット３０の駆動伝達機構を構成するギヤの磨耗量の測定ごとにメモリ１１１に蓄積される。従って、第３の変動量は、画像形成部１０で画像形成を行った記録紙の規定の作像枚数ごとの（換言すれば駆動伝達機構の規定の駆動量ごとの）ギヤ磨耗量を示すデータとしてメモリ１１１に複数保存されることとなる。
【００６８】
次に、演算部１１０は、メモリ１１１に格納されている作像枚数と第３の変動量を読み出し、近似式ｙ＝ａｘ＋ｂ（図６参照）を作成する（ステップＳ２１０）。この場合、ｘは画像形成部１０で画像形成を行った記録紙の枚数（作像枚数）、ｙは第３の変動量、ａ、ｂは定数である。更に、演算部１１０は、作成した近似式と寿命磨耗位相差（磨耗によるギヤ寿命に相当するエンコーダの出力パルスの立ち上がりエッジの位相差）を用いて、推定されるギヤ寿命に至ると予測される作像枚数を算出する（ステップＳ２１１）。その後、演算部１１０は、算出した予測される作像枚数を上位演算部１１２に通知する（ステップＳ２１２）。
【００６９】
次に、ギヤの寿命推定に用いる上記近似式について説明する。
【００７０】
図６は、画像形成装置の作像枚数によるギヤの磨耗量の変化と近似式を示す図である。
【００７１】
図６において、縦軸（Ｙ軸）は、エンコーダ１０６、エンコーダ１０７から各々出力されるパルス信号の立ち上がりエッジの位相差（第３の変動量に対応）を示す。横軸（Ｘ軸）は、画像形成部１０で画像形成を行った記録紙の枚数（作像枚数）（単位：万枚）を示す。近似式は、１次関数ｙ＝ａｘ＋ｂで表すことができる。
【００７２】
図中、横方向矢印で示す作像枚数の範囲（約５００〜６００万枚）を通る２つの垂直な破線と近似式ｙ＝ａｘ＋ｂとが交差する２つの点、即ち２つの座標（ｘ１、ｙ１）（ｘ２、ｙ２）が求まるため、定数ａ、ｂを導出できる。また、縦方向矢印で示す作像枚数（８００万枚と１０００万枚の間の枚数）は、ギヤの推定寿命に相当する作像枚数である。また、近似式ｙ＝ａｘ＋ｂと交差する水平な破線は、寿命推定基準となるギヤの寿命磨耗量に対応する第１の変動量である。
【００７３】
ギヤの使用条件や使用箇所によりギヤの磨耗の状態は変化してくるので、一概にギヤの磨耗過程を定式化することはできない。しかし、第１の変動量を算出する際に時間の経過と共にギヤの磨耗が加速するのであれば、近似式を２次関数式とすればよい。また、ギヤが線形に磨耗していく場合は、上記図６のように近似式を予め１次関数式と決定し、定数（近似式ｙ＝ａ＋ｂのａとｂ）を算出する演算を行えばよい。勿論、演算部１１０の演算処理能力に依存するが、近似式を更に高次の次数の多項式としてもよいことは言うまでもない。
【００７４】
本実施の形態では、上記ステップＳ２１０では上記図６に示した１次関数の近似式を作成するものとする。その理由としては、作像枚数が少ない初期状態では挙動が安定しないため位相差のばらつきが大きいと考えられる点と、近似式を１次関数とすることで演算処理の負荷を軽減できる点が挙げられる。これにより、作像枚数が少ない初期状態からギヤの全ての磨耗量からギヤの寿命を推定する場合と比較し、ギヤの寿命に到達することが予測される作像枚数（８００〜１０００万枚の間）に相当する精度の良いギヤ推定寿命値を得ることができる。
【００７５】
以上説明したように本実施の形態によれば、演算部１１０は、推定対象ギヤの規定駆動量ごとのエンコーダ１０６、１０７の両出力信号の位相差と、メモリ１１１に記憶された初期状態の両出力信号の位相差との差分を第３の変動量として測定する。第１の変動量と第３の変動量の変化率に基づき、第１の変動量に達する推定対象ギヤの駆動量を予測し、推定対象ギヤの寿命を推定する。これにより、通常使用に伴う回転駆動体（モータ）の一定速度による回転駆動の間に被駆動体（駆動ローラ）の慣性力の影響を受けることなく、複雑な演算処理を行うことなく、ギヤの寿命を推定することが可能となる。
【００７６】
また、ギヤの寿命と推定した場合は、画像形成装置のユーザやサービス担当者に対する通知、ネットワークを介した遠隔の管理者に対する通知を行うことにより、部品（ギヤ）交換等を円滑に実施することが可能となる。これにより、ギヤの磨耗に伴うトラブルを未然に回避することが可能となる。また、ギヤの寿命推定を、ギヤの再利用を行うかどうかを判断する際の目安に用いることが可能となる。更に、第３の変動量のデータを管理者が観察できるようにすれば、ギヤの磨耗に関するデータを蓄積し解析することが可能となる。
【００７７】
［他の実施の形態］
上記各実施の形態では、記録媒体にトナー像を転写する中間転写ユニットの駆動ローラにモータ駆動力を伝達するギヤの寿命判定（寿命推定）を例に挙げたが、これに限定されるものではない。記録媒体に転写されたトナー像を定着する定着ユニットのローラにモータ駆動力を伝達するギヤの寿命判定（寿命推定）など、各種の適用が可能である。
【００７８】
上記各実施の形態では、画像形成装置としてギヤを用いた駆動伝達機構を備える複写機に適用した場合を例に挙げたが、これに限定されるものではない。ギヤを用いた駆動伝達機構を備えるプリンタにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置の中間転写ユニットの駆動伝達機構及び制御系の構成を示すブロック図である。
【図２】画像形成装置の概略構成を示す構成図である。
【図３】画像形成装置のギヤ寿命判定処理を示すフローチャートである。
【図４】ギヤの磨耗とエンコーダから出力されるパルス信号の関係を示す図であり、（ａ）は、初期状態を示す図、（ｂ）は、ギヤ磨耗後の状態を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る画像形成装置のギヤ寿命推定処理を示すフローチャートである。
【図６】画像形成装置の作像枚数によるギヤの磨耗量の変化と近似式を示す図である。
【符号の説明】
【００８０】
１０  画像形成部
３２  駆動ローラ
１０１  モータ
１０２〜１０５  ギヤ
１０６〜１０８  エンコーダ
１０９  制御ユニット
１１０  演算部
１１１  メモリ
１１２  上位演算部
【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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