JP2013025060A - 故障診断装置、これを備えた画像形成装置および故障診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】定着装置の故障予測を精度よく行う。
【解決手段】トナー像を加熱、溶融する定着ベルト２１と、定着ベルト２１該との間にニップ部を形成する加圧ローラ２４と、用紙を定着ベルト２１から分離させる分離板５０と、ニップ部における圧力を変動させる圧接／離間手段４０と、を少なくとも備えた定着装置２０について、圧接／離間手段４０を駆動させる接離駆動手段４１の電流値を検知する電流値検知手段１２０と、定着装置２０において発生した用紙詰まりの発生回数を記憶する発生回数記憶手段１３０と、分離板５０の定着ベルト２１側の先端位置を検知する測距センサ６０により検知された先端位置の変動を算出する位置変動算出手段１４０と、を備え、接離駆動モータ４１の電流値の変動、用紙詰まりの発生回数、および分離板５０の先端位置の変動に基づいて、定着装置２０の故障発生を予測する。
【選択図】図４

Description

本発明は、故障診断装置、これを備えた画像形成装置および故障診断方法に関する。さらに詳述すると、電子写真方式を用いた画像形成装置における定着装置の故障診断装置、および故障診断方法に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらの複合機等の画像形成装置は、多くのユニット、部品で構成されており、これらの故障や寿命により画像形成装置に異常が発生した場合、ユニットあるいは部品を交換するなどの修理やメンテナンスを行う必要がある。

しかしながら、画像形成装置に関する不具合や故障を引き起こす原因としては、様々な原因が考えられ、その原因の特定には困難が伴う。そのため、画像形成装置のメンテナンス時間が長時間となったり、また、実際の原因とは異なる箇所の不要なメンテナンス（部品、ユニットの交換等）が発生したりする。

画像形成装置について異常が発生してからメンテナンスを施すまでの間や、異常の発生前にメンテナンスを施す間は、画像形成装置の一部、あるいは全ての機能を停止させる必要がある。このような画像形成装置の一部、あるいは全ての機能が停止した状態をダウンタイムといい、この間、ユーザは画像形成装置の使用ができなくなってしまう。

そこで、画像形成装置の異常がどこで起きるのか、もしくは起こっているのかを速やかに診断し、メンテナンスの実施を可能とすることにより、ダウンタイムを低減することが望まれている。

このような問題に対し、例えば、特許文献１には、故障箇所を推定する方法として、装置の使用状態を表す情報量を用いてファジィ推論により故障箇所を推定し、故障の発生から修復の時間を短縮する画像形成装置が開示されている。特許文献１では、温度と湿度から混合比（絶対湿度）を求め、情報量の一つとして、分離差電流出力値、分離差電流調整値と共に利用し、分離差電流調整不良、分離帯電器不良、転写材不良の率を推定している。

また、特許文献２には、動作状態特徴量や用紙搬送時間特徴量からベイジアンネットワークを利用してノードの故障確立を特定し、その故障確立に基づいて故障している箇所や故障を起す可能性のある箇所の候補を抽出する故障診断方法が開示されている。

さらに、特許文献３には、複数種類の装置の運転制御情報を考慮した総合的な指標値を算出して、その指標値に基づき装置の異常状態の有無を判別し、装置の故障の発生を予測する画像形成装置が開示されている。

ところで、電子写真方式を用いた画像形成装置は、加熱溶融性の樹脂などからなるトナーを用いてトナー画像（トナー像）を得るに際し、記録材（用紙、記録紙、記録媒体、シートともいう）に転写された未定着トナー像を定着させるために、加熱および加圧を行う定着装置を備えているが、定着装置（定着ユニット）自体も多くの部品で構成されており、定着装置に関する不具合や故障を引き起こす原因としても、様々な原因が考えられ、その原因の特定には困難が伴う。そのため、例えば、原因の特定をすることなく、定着装置自体を交換する等のメンテナンスが行われている。

しかしながら、従来の画像形成装置の故障診断において、定着装置について精度よく障害原因の特定を含んだ故障診断を行う技術は存在していなかった。

そこで本発明は、画像形成装置のダウンタイムを軽減するため、定着装置に関する故障予測を精度よく行うことができる故障診断装置、これを備えた画像形成装置および故障診断方法を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明に係る故障診断装置は、トナー像を加熱、溶融する定着部材と、該定着部材の外周面と当接し、定着部材との間にニップ部を形成する加圧部材と、ニップ部の出口側において用紙を定着部材から分離させる分離板と、加圧部材の定着部材に対する位置を変動させることによりニップ部における圧力を変動させる圧接／離間手段と、を少なくとも備えた定着装置について、圧接／離間手段を駆動させる接離駆動手段の電流値を検知する電流値検知手段と、定着装置において発生した用紙詰まりの発生回数を記憶する発生回数記憶手段と、分離板の定着部材側の先端位置を検知する位置検知手段により検知された先端位置の変動を算出する位置変動算出手段と、を備え、接離駆動手段の電流値の変動、用紙詰まりの発生回数、および分離板の先端位置の変動に基づいて、定着装置の故障発生を予測するものである。

また、本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る故障診断装置を備えたものである。

また、本発明に係る故障診断方法は、トナー像を加熱、溶融する定着部材と、該定着部材の外周面と当接し、定着部材との間にニップ部を形成する加圧部材と、ニップ部の出口側において用紙を定着部材から分離させる分離板と、加圧部材の定着部材に対する位置を変動させることによりニップ部における圧力を変動させる圧接／離間手段と、を少なくとも備えた定着装置について、圧接／離間手段を駆動させる接離駆動手段の電流値を検知する電流値検知処理と、定着装置において発生した用紙詰まりの発生回数を記憶する発生回数記憶処理と、分離板の定着部材側の先端位置を検知する位置検知手段により検知された先端位置の変動を算出する位置変動算出処理と、を行って得られた接離駆動手段の電流値の変動、用紙詰まりの発生回数、および分離板の先端位置の変動に基づいて、定着装置の故障発生を予測するようにしている。

本発明によれば、定着装置の故障予測を精度よく行うことが可能となる。

本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図である。 画像形成装置が備える定着装置の概略構成図である。 分離板の構成例を示す斜視図である。 本発明に係る故障診断装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。 接離駆動モータの電流波形を示すグラフの一例である。 ニップ面圧と接離駆動モータの電流値（実行値）との関係を示すグラフの一例である。 分離板の先端位置の変動を説明する模式図である。 通紙枚数と接離駆動モータの駆動電流実効値との関係を示すグラフの一例である。 通紙枚数と紙詰まりの発生回数との関係を示すグラフの一例である。 通紙枚数と分離板の先端位置のＦＲ偏差（ΔＧ）との関係を示すグラフの一例である。 通紙枚数によるＦ値の変化を示すグラフの一例である。

以下、本発明に係る構成を図１から図１１に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。

（画像形成装置）
図１は、本発明に係る画像形成装置の一実施形態であるタンデム型カラー複写機の全体構成を説明する概略構成図である。図１を参照して、この画像形成装置の内部構成の概要及び動作について説明する。

図１において、１は画像形成装置本体、２は入力画像情報に基づいたレーザ光を発する書込み部、３は原稿Ｄを原稿読込部４に搬送する原稿搬送部、４は原稿Ｄの画像情報を読み込む原稿読込部、７は転写紙等の記録材Ｐが収容される給紙部、９は記録材Ｐの搬送タイミングを調整するレジストローラ、１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１ＢＫは各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）のトナー像が形成される感光体ドラム、１２は各感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１ＢＫ上を帯電する帯電部、１３は各感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１ＢＫ上に形成される静電潜像を現像する現像部、１４は各感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１ＢＫ上に形成されたトナー像を記録材Ｐ上に重ねて転写する転写バイアスローラ（１次転写バイアスローラ）、１５は各感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１ＢＫ上の未転写トナーを回収するクリーニング部を示す。

また、１６は中間転写ベルト１７を清掃する中間転写ベルトクリーニング部、１７は複数色のトナー像が重ねて転写される中間転写ベルト、１８は中間転写ベルト１７上のカラートナー像を記録材Ｐ上に転写するための２次転写バイアスローラ、２０は記録材Ｐ上のトナー像を定着する定着装置を示す。

以下、画像形成装置における、通常のカラー画像形成時の動作について説明する。
まず、原稿Ｄは、原稿搬送部３の搬送ローラによって、原稿台から図中の矢印方向に搬送されて、原稿読込部４のコンタクトガラス５上に載置される。そして、原稿読込部４で、コンタクトガラス５上に載置された原稿Ｄの画像情報が光学的に読み取られる。詳しくは、原稿読込部４は、コンタクトガラス５上の原稿Ｄの画像に対して、照明ランプから発した光を照射しながら走査させる。そして、原稿Ｄにて反射した光を、ミラー群及びレンズを介して、カラーセンサに結像する。原稿Ｄのカラー画像情報は、カラーセンサにてＲＧＢ（レッド、グリーン、ブルー）の色分解光ごとに読み取られた後に、電気的な画像信号に変換される。さらに、ＲＧＢの色分解画像信号をもとにして画像処理部で色変換処理、色補正処理、空間周波数補正処理等の処理をおこない、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのカラー画像情報を得る。

そして、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像情報は、書込み部２に送信される。そして、書込み部２からは、各色の画像情報に基づいたレーザ光（露光光）が、それぞれ、対応する感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１ＢＫ上に向けて発せられる。

一方、４つの感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１ＢＫは、それぞれ、図１の時計方向に回転している。そして、まず、感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１ＢＫの表面は、帯電部１２との対向部で、一様に帯電される（帯電工程）。こうして、感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１ＢＫ上には、帯電電位が形成される。その後、帯電された感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１ＢＫ表面は、それぞれのレーザ光の照射位置に達する。

書込み部２において、４つの光源から画像信号に対応したレーザ光が各色に対応してそれぞれ射出される。各レーザ光は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色成分ごとに別の光路を通過することになる（露光工程）。

イエロー成分に対応したレーザ光は、紙面左側から１番目の感光体ドラム１１Ｙ表面に照射される。このとき、イエロー成分のレーザ光は、高速回転するポリゴンミラーにより、感光体ドラム１１Ｙの回転軸方向（主走査方向）に走査される。こうして、帯電部１２にて帯電された後の感光体ドラム１１Ｙ上には、イエロー成分に対応した静電潜像が形成される。

同様に、マゼンタ成分に対応したレーザ光は、紙面左から２番目の感光体ドラム１１Ｍ表面に照射されて、マゼンタ成分に対応した静電潜像が形成される。シアン成分のレーザ光は、紙面左から３番目の感光体ドラム１１Ｃ表面に照射されて、シアン成分の静電潜像が形成される。ブラック成分のレーザ光は、紙面左から４番目の感光体ドラム１１ＢＫ表面に照射されて、ブラック成分の静電潜像が形成される。

その後、各色の静電潜像が形成された感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１ＢＫ表面は、それぞれ、現像部１３との対向位置に達する。そして、各現像部１３から感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１ＢＫ上に各色のトナーが供給されて、感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１ＢＫ上の潜像が現像される（現像工程）。

その後、現像工程後の感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１ＢＫ表面は、それぞれ、中間転写ベルト１７との対向部に達する。ここで、それぞれの対向部には、中間転写ベルト１７の内周面に当接するように転写バイアスローラ１４が設置されている。そして、転写バイアスローラ１４の位置で、中間転写ベルト１７上に、感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１ＢＫ上に形成された各色のトナー像が、順次重ねて転写される（１次転写工程）。

そして、転写工程後の感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１ＢＫ表面は、それぞれ、クリーニング部１５との対向位置に達する。そして、クリーニング部１５で、感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１ＢＫ上に残存する未転写トナーが回収される（クリーニング工程）。

その後、感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１ＢＫ表面は、不図示の除電部を通過して、感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１ＢＫにおける一連の作像プロセスが終了する。

他方、感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１ＢＫ上の各色のトナーが重ねて転写（担持）された中間転写ベルト１７は、図中の時計方向に走行して、２次転写バイアスローラ１８との対向位置に達する。そして、２次転写バイアスローラ１８との対向位置で、記録材Ｐ上に中間転写ベルト１７上に担持されたカラーのトナー像が転写される（２次転写工程）。

その後、中間転写ベルト１７表面は、中間転写ベルトクリーニング部１６の位置に達する。そして、中間転写ベルト１７上に付着した未転写トナーが中間転写ベルトクリーニング部１６に回収されて、中間転写ベルト１７における一連の転写プロセスが終了する。

ここで、中間転写ベルト１７と２次転写バイアスローラ１８との間（２次転写ニップ）に搬送される記録材Ｐは、給紙部７からレジストローラ９等を経由して搬送されたものである。

詳しくは、記録材Ｐを収納する給紙部７から、給紙ローラ８により給送された記録材Ｐが、搬送ガイドを通過した後に、レジストローラ９に導かれる。レジストローラ９に達した記録材Ｐは、タイミングを合わせて、２次転写ニップに向けて搬送される。

そして、フルカラー画像が転写された記録材Ｐは、搬送ベルトによって定着装置２０に導かれる。定着装置２０では、定着ベルトと加圧ローラとのニップにて、カラー画像（トナー）が記録材Ｐ上に定着される。

そして、定着工程後の記録材Ｐは、排紙ローラによって、装置本体１外に出力画像として排出されて、一連の画像形成プロセスが完了する。

（定着装置）
次に、画像形成装置１が備える定着装置２０の構成及び動作について説明する。図２は、本発明に係る定着装置の一例を示す概略断面図である。

図２に示すように、定着装置２０は、定着部材として、無端状ベルトである定着ベルト２１を有し、この定着ベルト２１は、弾性層を備えた定着ローラ２２と加熱ローラ２５、分離ローラ２３、テンションローラ２６の４つのローラに巻き掛けられている。このように、定着ベルト２１は、複数のローラに張架される。なお、定着装置２０は、定着ベルト２１を有しないローラ対構成（定着ローラ２２と加圧ローラ２４）であっても良い。

定着ローラ２２は、例えば、シリコーンゴム、またはその発泡材を被覆した回転体、または、その発泡材の上に離型層を被覆した回転体として構成される。

定着ベルト２１の表面には、加圧部材としての加圧ローラ２４が圧接しており、加圧ローラ２４は、定着ローラ２２に巻き付いた定着ベルト部分から分離ローラ２３に巻きついた定着ベルト部分にかけての定着ベルト部分に圧接し、第１ニップＮ１を形成している。なお、加圧部材として、ローラ等に張架された加圧ベルト等を用いても良い。

加圧ローラ２４は、図示していない加圧ローラ駆動手段（モータ）によって矢印Ａ方向に回転駆動され、その回転が図示していないギアを介して定着ローラ２２および分離ローラ２３に伝えられ、定着ローラ２２は矢印Ｂ方向に、分離ローラ２３は矢印Ｆ方向に回転駆動される。

また、定着ローラ２２の回転により、定着ベルト２１が矢印Ｄ方向に走行駆動され、これによって加熱ローラ２５が矢印Ｃ方向に従動回転する。加熱ローラ２５は中空に形成されていて、その内部にヒータ２５ｈが配置され、ヒータ２５ｈによって加熱ローラ２５及び定着ベルト２１がそれぞれ加熱される。また、加圧ローラ２４、定着ローラ２２を中空軸として、その内部にヒータを追加配置して各ローラを加熱するようにしても良い。図２の例では、加圧ローラ内部にヒータ２４ｈが配置されている。

また、加熱ローラ２５に接触する定着ベルト部分と、加圧ローラ２４には、それぞれ温度センサ２７，２８が対向配置されている。また、定着ローラ２２に接触する定着ベルト部分にも不図示の温度センサが配置されている。これらの各センサによる温度検知結果に基づいて、各ヒータへの通電が制御され、定着ベルト２１及び加圧ローラ２４の温度が、トナー層の定着に適した温度となるように制御される。

定着ベルト２１は、例えば、ポリイミドから成る基材と、その基材上に設けられたシリコーンゴムと、そのシリコーンゴムの表面に積層されたフッ素樹脂より成る表層により構成されている。

また、図２に示す定着装置２０は、その下流側に光沢付与装置３０を備えて構成されており、光沢付与装置３０は、定着装置２０による定着後に、適度に光沢を与え高画質化を図ることができるものである。なお、光沢付与装置３０を備えない構成でも良いのは勿論である。

光沢付与装置３０は、少なくとも一方に弾性層および表層に表面性状制御層を設けたローラ（光沢付与加熱ローラ）３１およびローラ（光沢付与加圧ローラ）３２からなり、圧接することで第２ニップＮ２を形成している。

２つのローラ３１，３２の少なくともいずれか一方は中空に形成されていて（図２の例では、ローラ３１）、その内部にヒータ３１ｈが配置され、ローラ３１，３２が加熱される。内部にヒータ３１ｈを配置したローラ３１には温度センサ３３が対向配置され、センサ３３による温度検知結果に基づいて、ヒータ３１ｈへの通電が制御され、ローラ３１の温度が設定された温度となるように制御される。

ローラ３１の表面温度は、画像に光沢を付与するモードのときに、定着トナーに適切に光沢を付与するためにコントロールされる温度である。例えば、記録媒体上の定着トナーに接触するローラ３１の表面温度は、定着装置２０の定着部材（定着ベルト２１）の表面温度より低い。あるいは、ローラ３１の表面温度は、光沢付与装置３０への記録媒体進入時の記録媒体温度以上、定着装置２０からの該記録媒体排出直後の記録媒体温度以下であることが好ましい。

あるいは、ローラ３１の表面温度は、使用されるトナーのフローテスターによる軟化温度以上、１／２流出開始温度以下であることが好ましく、軟化温度以上、流出開始温度以下であることがより好ましい。ここで、これらのトナー物性温度は、例えばフローテスター（ＣＦＴ−５００Ｄ（島津製作所製））を使って、荷重５ｋｇ／ｃｍ^２、昇温速度３．０℃／ｍｉｎ、ダイ口径１．００ｍｍ、ダイ長さ１０．０ｍｍの条件で測定し、温度に対するピストンストロークの関係から求めるとよい。なお、１／２流出開始温度とは、流出開始温度と流出終了温度の中点となる温度である。

具体的なローラ３１の表面温度は、例えば６０℃（使用トナーの物性温度における軟化温度）〜１３７℃（使用トナーの物性温度における１／２流出開始温度）が好ましく、６０〜１２０℃（使用トナーの物性温度における流出開始温度）が好ましく、さらに好ましくは８０〜１００℃である。なお、トナーに関する温度（トナー物性温度）は、トナーロットや色によりばらつきがあり、ここで示す温度はその平均値である。

第１ニップＮ１にて記録媒体上の未定着トナー層を記録媒体に定着した後で、トナー層が外力により変形し得る状態を維持したまま、この第２ニップＮ２に記録媒体と定着トナー層を通過させ圧をかけると同時に冷却を行うことでローラ３１および３２の表面をトナー層表面に転写すると同時にトナー層を固化させ、トナー層表面の表面性状を制御することができる。たとえば、ローラ３１，３２表面を鏡面に設定しておくことで、高光沢画像が得られ、逆にローラ３１，３２表面を粗く設定することで低光沢も得られる。なお、光沢付与装置３０の構成は図２の例に限られず、ベルト定着構成であっても良い。

また、定着装置２０は、加圧ローラ２４を定着ベルト２１および定着ローラ２２側へ圧接および離間させる圧接／離間手段４０を備えている。なお、図２に示す定着装置では、光沢付与装置３０側も同様に圧接／離間手段４０を備えている。

さらに、第１ニップＮ１の記録媒体搬送方向下流には、トナー層を保持している記録媒体を定着ベルト２１から分離する分離板５０を有している。また、分離板５０の位置を検出可能な測距センサ６０が配置されている。

図３に定着装置２０が備える分離板５０の斜視図を示す。分離板５０は主走査方向（用紙幅方向）に複数個に分割された形状で配置され、それぞれの分離板５０先端位置は、定着ベルト２１から規定量離れた位置（ギャップ）となるように調整されている。分離板５０と定着ベルト２１との間のギャップの調整は、分離板５０を保持するステー材５２の両端で非通紙領域に定着ベルト２１に当接する突き当て部材５１を配置し、規定力で突き当て部材５１を定着ベルト２１に当接した状態で、分離板５０と定着ベルト２１との間のギャップを測定しながら、規定量に調整するものである。

このような分離板５０によれば、記録媒体の厚みが薄く、記録媒体上のトナー層が記録媒体先端から近くにあっても確実に分離搬送することが可能となる。

（故障診断装置）
本実施形態に係る定着装置２０の故障診断装置１００の機能ブロック図を図４に示す。この故障診断装置１００は、トナー像を加熱、溶融する定着部材（定着ベルト２１、定着ローラ２２）と、該定着部材の外周面と当接し、定着部材との間にニップ部Ｎ１を形成する加圧部材（加圧ローラ２４）と、ニップ部の出口側において用紙を定着部材から分離させる分離板（分離板５０）と、加圧部材の定着部材に対する位置を変動させることによりニップ部における圧力を変動させる圧接／離間手段（圧接／離間手段４０）と、を少なくとも備えた定着装置（定着装置２０）について、圧接／離間手段を駆動させる接離駆動手段（接離駆動モータ４１）の電流値を検知する電流値検知手段（電流値検知手段１２０）と、定着装置において発生した用紙詰まりの発生回数を記憶する発生回数記憶手段（発生回数記憶手段１３０）と、分離板の定着部材側の先端位置を検知する位置検知手段（測距センサ６０）により検知された先端位置の変動を算出する位置変動算出手段（位置変動算出手段１４０）と、を備え、接離駆動手段の電流値の変動、用紙詰まりの発生回数、および分離板の先端位置の変動に基づいて、定着装置の故障発生を予測するものである。

故障診断装置１００の制御手段１０１は、バスで接続されたＣＰＵ１０２、ＲＯＭ１０３、ＲＡＭ１０４および後述する各手段等を備えており、画像形成装置本体１の制御手段とは別途構成されるものであっても、その一部を用いて構成されるものであっても良い。また、接離駆動モータ４１および測距センサ６０は定着装置２０内部に設けられるが、故障診断装置１００の一部も構成するものである。

ところで、上述のように、分離板５０の先端位置は、定着ベルト２１へ当接した突き当て部材５１が定着ベルト２１または定着ベルト２１内部にある定着ローラ２２へ食い込んだ状態で調整しているため、経時変化の大きい定着ローラ２２のゴム硬度またはゴム反発力が変化すると、初期に調整した位置から変動する。すなわち、経時で分離板５０と定着ベルト２１間のギャップが変動することとなる。

このような定着ローラ２２のゴム硬度またはゴム反発力の変動の監視に際しては、ニップを形成するための圧接動作をする接離駆動モータ４１の負荷電流値を用いることが好ましい（電流値検知手段１２０、詳細は後述する）。

また、分離板５０と定着ベルト２１間のギャップが変動すると、用紙詰まりが発生しやすくなるため、用紙詰まり頻度も状況を把握するためには有効な判断材料となる（発生回数記憶手段１３０、詳細は後述する）。

さらに、定着ローラ２２の経時によるゴム硬度またはゴム反発力の変動は、主走査方向および円周方向ともに均一に変動するものではなく、変動偏差を持つものであるため、突き当て部材５１の位置で主走査方向（以下、手前側をＦ、奥側をＲと呼ぶ）に変動偏差が生じることがある。

この場合、変動量によっては、ＦとＲで突き当て部材５１の定着ベルト１１への当接状態が変わり、主走査方向の複数個の分離板５０各々と定着ベルト１１間のギャップが変動してしまう。

そこで、分離板５０各々の初期位置（規定位置）からの位置変動を監視することで、例えば、Ｆ側とＲ側の変動偏差（ＦＲ偏差）を算出し、分離板５０と定着ベルト２１との間のギャップの変動を算出することが可能となる（位置変動算出手段１４０、詳細は後述する）。なお、分離板５０各々の初期位置からの位置変動を監視する位置検出手段としては、分離板５０の位置変化を検出可能な測距センサ６０の出力値を用いることが好ましい。

[接離駆動モータ電流値]
先ず、電流値検知手段１２０による接離駆動モータ４１の負荷電流値の検知について説明する。

図２に示す定着装置２０の圧接／離間手段４０は、接離駆動モータ４１、レバー部材４２およびカム４３等により構成され、加圧ローラ２４を保持するレバー部材４２をカム４３の回転動作により上下動させることにより、加圧ローラ２４の定着ベルト２１側への押圧状態を変化させるものである。なお、カム４３は接離駆動モータ４１によりその回転駆動が制御され、また、接離駆動モータ４１の駆動制御は、カム４３の規定位置を検出する図示しない光学センサの検出値に基づいて行われる。

図５に、カム４３の１回転動作時の接離駆動モータ４１の電流波形の例を示す。図５に示す電流波形は、カム形状のある一例での結果を示したものである。カム４３の回転に連れて、加圧ローラ２４は定着ローラ２２へ圧接するため、反発力が発生し、カム軸にモーメントが発生する。モーメントが発生すると、軸上トルクは上昇するため、接離駆動モータ４１の電流値は上昇することとなる。

そして、カム４３の最上位点を通過すると、加圧ローラ２４が定着ローラ２２へ圧接することで生じる反発力は一転し、カム軸を回す方向のモーメントへ切り替わるため、軸上トルクは急減するため、接離駆動モータ４１の電流値は下降することとなる。

このカム１回転動作は、画像形成装置１のイニシャライズ動作時、またはリカバリー動作時等に実行されるのが一般的であるが、接離モータ電流値の記録タイミングとして、定着装置２０の駆動手段（加圧ローラの駆動手段等）の積算動作時間の規定時間毎に定期的に記録することも好ましい。

なお、接離駆動モータ４１としては、モータ電流値の検出が容易性を考慮して、ＤＣモータ（直流モータ）を用いることが好ましい。

図５に示すカム１回転動作時の接離駆動モータ電流波形から突入電流を除外した波形を基に、周期的な変化をする電圧または電流の瞬時値の２乗を１周期にわたって平均した値の平方根で表現される実効値を特徴量として取得する。なお、電流波形が正確な正弦波である場合、実効値は、ピーク値の１／√２に等しくなるため、同一のカム形状であるならば、ピーク値を特徴量としても良い。

図６に定着装置２０のニップ面圧（ニップ部における単位面積当たりの圧力をいう）と接離モータ駆動電流実効値との関係を示す。図６より、ニップ面圧が低下するということは、弾性層を備えた定着ローラ２２の弾性層の反発力が低下することであり、反発力が低下するということは、接離動作時のモータトルクが低下することがわかる。なお、図６に示すグラフの数値、勾配は、ローラ構成等の所定条件での値である。

[用紙詰まりの発生回数]
次に、発生回数記憶手段１３０による用紙詰まり頻度について説明する。定着装置２０内部では様々な原因により用紙詰まりが発生する。本実施形態に係る故障診断装置１００は、定着装置２０において用紙詰まりが発生した回数を特徴量として記憶する発生回数記憶手段１３０を備えるものである。なお、用紙詰まりの検出は定着装置２０、または画像形成装置１が備える公知の検知手段によりなされるものであれば良い。

発生回数記憶手段１３０は、発生原因によらず、定着装置内で紙詰まりが発生した場合を１回とカウントし、画像形成装置１の電源がオフの場合でも消去されない不揮発性メモリ（ＮＶＲＡＭ）等の記憶装置に記憶する。なお、当該記憶装置は画像形成装置１の制御手段が備える記憶装置（ＮＶＲＡＭ等）により構成されるものであっても良い。また、用紙詰まりの発生回数は、定着装置２０や、定着ローラ２２等を交換した場合にリセットされるものであればよい。

[分離板先端位置変動]
次に、位置変動算出手段１４０による分離板５０の先端位置変動を示すＦＲ偏差の算出について説明する。図７は分離板５０の先端位置変動によるＦＲ偏差の算出方法の説明図である。

定着装置２０内部に固定配置された測距センサ６０から分離板５０の測定位置までの初期距離をＬｓとし、分離板５０の位置変動が発生した際のＦ側の分離板５０の測距センサ６０との距離をＬｆ、Ｒ側の分離板５０の測距センサ６０との距離をＬｒとする。

それぞれの分離板５０の位置変動量ΔＬｆ，ΔＬｒは、次式（１），（２）により表される。
ΔＬｆ＝Ｌｆ−Ｌｓ ・・・（１）
ΔＬｒ＝Ｌｒ−Ｌｓ ・・・（２）

また、分離板５０先端位置変動のＦＲ偏差量（ΔＧとする、特徴量）は、次式（３）により表される。
ΔＧ＝|ΔＬｆ−ΔＬｒ| ・・・（３）

したがって、ΔＧが大きくなると、分離板５０と定着ベルト２１との間のギャップに大きな変動が生じていると判断することができる。

また、ここで、ΔＧが大きく、分離板５０と定着ベルト２１との間のギャップに大きな変動が生じた状態であると、用紙が分離板５０に引っ掛り易くなり、用紙詰まりの発生頻度が増加することとなる。

そこで、故障診断装置１００は、用紙の先端から用紙上の未定着トナーＴまでの距離（すなわち、用紙先端の余白量）を増加変更させるように画像形成装置１を制御することも好ましい。これにより、用紙が分離板５０に引っ掛り難くなり、用紙詰まりの発生頻度を低減することが可能となる。

上記余白量の増加制御に替えて、または、これに併せて、故障診断装置１００は、定着ベルト２１の表層温度を、トナー層が用紙に固定可能な範囲で低減変更するように定着装置２０を制御することも好ましい。これにより、用紙が分離板５０に引っ掛り難くなり、用紙詰まりの発生頻度を低減することが可能となる。

本実施形態では、用紙詰まり回数を故障判断の特徴量の１つとしているので、用紙詰まりの発生頻度が減ることにより、故障診断されるまでの使用可能時間は長くなることに繋がる。したがって、上述のように故障前に可能な故障回避動作を行うことで、定着装置や定着装置の各部材の交換を先延ばし、より長く画像形成装置を使用することを可能とすることも好ましい。

[状態判定手段]
以上説明した各手段１２０，１３０，１４０により検知、検出等がなされ、記憶装置等に記憶された値（特徴量）に基づいて故障診断装置１００の状態判定手段１１０は、定着装置２０の障害原因の特定を含めた故障予測を行うものである。

本実施形態では、算出された特徴量について、それぞれブースティング法という教師付き学習アルゴリズムにより、故障診断に寄与するための重み付け値を算出している。なお、故障判別に用いるアルゴリズムは、ブースティング法に限られるものではなく、サポートベクタマシン、ベイズ分類器等の種々の教師付き学習アルゴリズムを適用することができる。

ブースティング法を用いた故障診断方法について簡単に説明する。なお、詳細については参考文献等に記載されている（参考文献：江口真透「統計的パタン識別の情報幾何」，数理科学，Ｎｏ．４８９，ＭＡＲＣＨ、２００４）。

ブースティング法では、先ず、複数種類のデータからなるデータ組について、正常な状態から、故障状態に変化するまでの履歴を用意する。そして、各種のデータの履歴についてそれぞれ、経時変動グラフの形状から、故障期間を目視で推定し、その故障期間内に相当するデータにマイナス極性のラベルを付す一方で、それ以外のデータ（正常期間内のデータ）にプラス極性のラベルを付す。

この操作を、例えば、１００回繰り返すことで、各種のデータについてそれぞれ閾値ｂ_１〜ｂ_１００、判別極性ｓｇｎ_１〜ｓｇｎ_１００、重み付け値α_１〜α_１００を決定する。

次に、各種のデータの特徴量に基づいて、それぞれのデータについて正常であるか、異常であるかを判別する。この判別は、故障予測をする上で決定的な要素にはならないので、この時の判別は弱判別処理と呼ばれる。

弱判別器としてスタンプ判別器を用いたときの状態判別計算方法は以下のようになる。なお、スタンプ判別器は、ＣＰＵ演算が極めて高速に行えるメリットを有し、更に重みつき多数決を用いる本方法では十分な精度がえられるので精度良くコストを掛けずに故障診断技術を実現することが可能となる。

ｎ個の特徴量計算結果Ｃ_１〜Ｃ_ｎの各々についてスタンプ判別器を用意し、重み付き多数決判別結果の投票結果値（Ｆ値と呼ぶ）を次式（４）により求める。

但し、α_ｉは各弱判別器に与えた重み付けである。

また、スタンプ弱判別器は、次式（５），（６）で示される。
Ｏｕｔ_ｉ＝ １（ｓｇｎ_ｉ×（Ｃ_ｉ−ｂ_ｉ）＞＝０） ・・・（５）
Ｏｕｔ_ｉ＝−１（ｓｇｎ_ｉ×（Ｃ_ｉ−ｂ_ｉ）＜ ０） ・・・（６）
但し、ｂ_ｉはそれぞれの特徴量についての閾値、ｓｇｎ_ｉはその判別極性である。

上記式（４）〜（６）により得られた投票結果値（Ｆ値）が０より小さいとき、故障状態と判別するものである。以上、状態判定手段１１０による故障診断方法（アルゴリズム）の一例について説明したがこれに限られるものではなく、故障診断装置１００には、上述の特徴量に基づいて障害原因の推定を含めた故障予測が可能なアルゴリズムを適用することができる。

[監視結果通知手段]
また、故障診断装置１００は、状態判断手段１１０での診断結果（故障情報）を外部へ通知する監視結果通知手段としてのアラーム通報器７０を有することが好ましい。

アラーム通報器７０の処理内容は、画像形成装置１の公知の故障通知方法によるものであれば良いが、例えば、状態判定手段１１０から故障である旨を通知されると、画像形成装置１のサービスエンジニアやユーザ等へメールを送る等の方法により通知をする。このような通知により、サービスエンジニアやユーザは画像形成装置１が故障状態にあることを認識し、該当する定着装置の部品、ユニット等の交換修理することが可能となる。

以上説明した本実施形態に係る故障診断装置によれば、定着装置の故障状態を精度よく診断することが可能となる。また、定着装置での障害の原因を診断することで、メンテナンスを容易にし、ダウンタイムを軽減することができる。例えば、回転体（定着ローラ）を故障原因として診断し、診断結果に基づき回転体を交換することで、定着装置自体を交換することなく、電子写真装置の使用を続けることができる。

また、以上説明した構成による故障診断装置を備えた画像形成装置１（図１）とすることにより、上述の故障診断機能を備えた画像形成装置１を構成することができる。また、このような画像形成装置によれば、部品点数が多い画像形成装置において、正確に故障診断を行うことにより効率的な保守作業が可能となり、良好な運転状態を維持することができる。

尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施の例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。

以下、実施例に基づいて本発明に係る故障診断装置および故障診断方法について具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により、何等限定されるものではない。

図１に示した画像形成装置と同様の構成の画像形成装置を用いて、テスト画像を連続して出力する連続プリントを実施した。

図８〜図１０に定着装置の記録媒体搬送障害が発生するまでの各特徴量の時系列データを示す。図８は通紙枚数と接離駆動モータの駆動電流実効値との関係、図９は通紙枚数と紙詰まりの発生回数との関係、図１０は通紙枚数と分離板の先端位置のＦＲ偏差（ΔＧ）との関係を示している。

図８に示すように、通紙量に比例して、弾性層を備えた定着ローラ２２の劣化は進み、接離駆動モータ４１の電流値は低下傾向を示すことがわかる。特に、１０００ｋｐ（キロプリント、１０００枚プリント）程度通紙した際に、弾性層を備えた定着ローラ２２の劣化により接離モータ電流値４１の低下が大きくなっていることが分かる。

また、図９に示すように、紙詰まりは通紙枚数が少ない段階で散発的に発生するものもあるが、定着ローラ２２が劣化し、接離駆動モータ４１の電流値が大きく低下した１０００ｋｐ以降で発生頻度が上がっていることが分かる。

また、図１０に示すように、分離板５０の先端位置のＦＲ偏差も１０００ｋｐ以降で大きくなる傾向を示している。

そして、接離駆動モータの電流値と、用紙詰まりの発生回数と、分離板の先端の絶対位置ＦＲ偏差と、に基づいて、上述したブースティング法により閾値、判別極性及び重み付け値を決定し、Ｆ値の経時変化を調べた。この結果を図１１に示す。

図１１に示すように、定着ローラ２２の劣化による故障が発生する直前にＦ値がマイナスの値を示し、故障を精度よく予測することができている。したがって、例えば、Ｆ値がマイナスとなる場合に、アラーム通報器を用いてユーザ等に通報することにより、故障発生直前に故障が発生する旨を知らせることができ、この段階で定着ローラ２２や定着装置２０の修理、交換等を行うことで画像形成装置のダウンタイムの軽減を図ることができることができる。以上説明した実施例により本発明の有効性を確認することができた。

１ 画像形成装置
２ 書込み部
３ 原稿搬送部
４ 原稿読込部
５ コンタクトガラス
７ 給紙部
８ 給紙ローラ
９ レジストローラ
１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１ＢＫ 感光体ドラム
１２ 帯電部
１３ 現像部
１４ 転写バイアスローラ（１次転写バイアスローラ）
１５ クリーニング部
１６ 中間転写ベルトクリーニング部
１７ 中間転写ベルト
１８ ２次転写バイアスローラ
２０ 定着装置
２１ 定着ベルト
２２ 定着ローラ
２３ 分離ローラ
２４ 加圧ローラ
２５ 加熱ローラ
２４ｈ，２５ｈ ヒータ
２６ テンションローラ
２７，２８ 温度センサ
３０ 光沢付与装置
３１ ローラ（光沢付与加熱ローラ）
３２ ローラ（光沢付与加圧ローラ）
３１ｈ ヒータ
３３ 温度センサ
４０ 圧接／離間手段
４１ 接離駆動モータ（接離駆動手段）
４２ レバー部材
４３ カム
５０ 分離板
５１ 突き当て部材
５２ ステー材
６０ 測距センサ（位置検知手段）
７０ アラーム通報器（監視結果通知手段）
１００ 故障診断装置
１０１ 制御手段
１０２ ＣＰＵ
１０３ ＲＯＭ
１０４ ＲＡＭ
１１０ 状態判定手段
１２０ 電流値検知手段
１３０ 発生回数記憶手段
１４０ 位置変動算出手段
Ｄ 原稿
Ｎ１ 第１ニップ
Ｎ２ 第２ニップ
Ｐ 記録材（用紙、記録媒体）

特開平０６−２０８２６５号公報 特開２００５−３０９０７７号公報 特開２００８−１０２４７４号公報

Claims (9)

1. トナー像を加熱、溶融する定着部材と、
   該定着部材の外周面と当接し、前記定着部材との間にニップ部を形成する加圧部材と、
   前記ニップ部の出口側において用紙を前記定着部材から分離させる分離板と、
   前記加圧部材の前記定着部材に対する位置を変動させることにより前記ニップ部における圧力を変動させる圧接／離間手段と、を少なくとも備えた定着装置について、
   前記圧接／離間手段を駆動させる接離駆動手段の電流値を検知する電流値検知手段と、
   前記定着装置において発生した用紙詰まりの発生回数を記憶する発生回数記憶手段と、
   前記分離板の前記定着部材側の先端位置を検知する位置検知手段により検知された先端位置の変動を算出する位置変動算出手段と、を備え、
   前記接離駆動手段の電流値の変動、前記用紙詰まりの発生回数、および前記分離板の先端位置の変動に基づいて、前記定着装置の故障発生を予測することを特徴とする故障診断装置。
2. 前記接離駆動手段の電流値の変動、前記用紙詰まりの発生回数、および前記分離板の先端位置の変動を特徴量とし、
   ブースティング法により前記定着装置の故障発生を予測することを特徴とする請求項１に記載の故障診断装置。
3. 前記定着部材は、定着ローラを用いて構成されており、
   前記接離駆動手段の電流値の変動、前記用紙詰まりの発生回数、および前記分離板の先端位置の変動に基づいて、前記定着ローラの故障発生を予測することを特徴とする請求項１または２に記載の故障診断装置。
4. 前記接離駆動手段は、直流モータであることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の故障診断装置。
5. 前記位置検知手段は、前記分離板の前記定着部材側の先端位置と前記定着部材との距離を計測する測距センサであることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の故障診断装置。
6. 予測された故障発生時前に、用紙先端から用紙上の未定着トナーまでの用紙先端余白量を増加するように制御することを特徴とする請求項１から５までのいずれかに記載の故障診断装置。
7. 予測された故障発生時前に、前記定着部材の表層温度を低減するように制御すること特徴とする請求項１から６までのいずれかに記載の故障診断装置。
8. 請求項１から７までのいずれかに記載の故障診断装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
9. トナー像を加熱、溶融する定着部材と、
   該定着部材の外周面と当接し、前記定着部材との間にニップ部を形成する加圧部材と、
   前記ニップ部の出口側において用紙を前記定着部材から分離させる分離板と、
   前記加圧部材の前記定着部材に対する位置を変動させることにより前記ニップ部における圧力を変動させる圧接／離間手段と、を少なくとも備えた定着装置について、
   前記圧接／離間手段を駆動させる接離駆動手段の電流値を検知する電流値検知処理と、
   前記定着装置において発生した用紙詰まりの発生回数を記憶する発生回数記憶処理と、
   前記分離板の前記定着部材側の先端位置を検知する位置検知手段により検知された先端位置の変動を算出する位置変動算出処理と、を行って得られた前記接離駆動手段の電流値の変動、前記用紙詰まりの発生回数、および前記分離板の先端位置の変動に基づいて、前記定着装置の故障発生を予測することを特徴とする故障診断方法。

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