JP6752656B2

JP6752656B2 - 画像形成装置

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Description

本発明は、電子写真方式等を採用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいはこれらの機能を兼ね備えた複合機等の画像形成装置に関する。

従来、上記のような画像形成装置は、帯電、露光、現像、転写といった画像形成プロセスにより記録材（記録媒体）上に未定着トナー像を形成し、画像加熱装置である定着装置によって加熱加圧処理を施すことでトナー像を溶融定着している。

定着装置としては種々の方式が提案されている。代表的には、定着ローラと加圧ローラ等の回転ローラ対を互いに圧着させることで、定着ニップ部を形成する熱ローラ方式が挙げられる。また、加熱部材または加圧部材の少なくとも一方の部材に無端状のベルト（フイルム）を用いて、定着ニップ部を形成する加熱ベルト方式が挙げられる。

加熱ベルト方式は、熱ローラ方式に比べ、同程度の装置サイズにおいて定着ニップ幅を広く形成できるため、比較的小型な構成においても未定着トナー像を効果的に加熱加圧でき、未定着トナー量の多いフルカラー画像等の定着に適している。しかしながら、加熱ベルト方式は無端状ベルトがニップ形成部材により圧着されているため、無端状ベルト等の摺動部材の摺動負荷が熱ローラ方式に比べて大きくなってしまう課題がある。

そこで、無端状ベルトの摺動負荷を低減するために、無端状ベルトの内面摺動部にオイルやグリス等の潤滑剤を塗布した構成が提案されている。しかしながら、定着装置の稼働時間の経過に伴い、潤滑剤の経時劣化や内面摺動部への異物混入、ベルト内面の摩耗、ニップ形成部材表面・ベルト内面の変質等が起こることで、摺動負荷は徐々に増加する。そのため、安定した摺動状態を長期間保ち続けるためには課題が残っている。さらに、無端状ベルトの摺動負荷が増加し続けると、画像不良の発生や摺動に伴う異音が発生する他、ベルト破損等の事象が生じる場合もある。

そのため、加熱ベルト方式の定着装置では、無端状ベルトに前記のような事象が発生した時点を無端状ベルト等の摺動部材の寿命と判断して、前記摺動部材の交換を行なっている。そこで事前に部材交換の必要性（部材寿命）を予測し、サービスマンが定着装置のメンテナンスに行けるような仕組みが求められる。

従来はこの仕組みを実現するために、特許文献１、２のように、通紙枚数やベルト走行距離等のカウンタを活用する方法が主に用いられてきた。しかしながら、ユーザーごとの装置の設置環境や使用頻度、使用する紙種等の多様化に伴って、摺動部材が寿命を迎える要因は様々なケースに分類されるようになってきている。そのため、従来の通紙枚数やベルト走行距離等のカウンタによる判断のみでは、単純に寿命を予測できない事例が多発している。

そこで、摺動部材の寿命を予測する手段として、一般に以下のような提案がなされている。特許文献３では、摺動部で発生した異音または予兆音を検知し寿命を予測する手段、特許文献４では、定着摺動部で発生した振動を検知し寿命を予測する手段、特許文献５では、摺動部の摺動負荷（駆動回転トルク）を検知し寿命を予測する手段などがある。

特開２０１５−１６６７９６号公報特開２０１６−０７５８３９号公報特開２０１３−２５７３７７号公報特開２０１２−１５５２６７号公報特開２００８−０８３０９１号公報

先行技術文献のように、摺動部材の寿命予測手段は様々提案されているが、これらの手段を無端状ベルト等の定着摺動部材の寿命予測へ適用するには課題がある。

特許文献３や特許文献４のような音・振動を検知して寿命を判断する予測手段は、少なくとも異音・異常振動が発生してからでなければ異常を検知できず、他の正常な駆動音や環境音による誤検知を避けるためには、使用できる周波数帯に制限が生じてしまう。また、検知手段として圧電素子や加速度センサ、レーザ等が必要となるためコストアップが懸念される。

特許文献５のような駆動トルクを検知して寿命を判断する予測手段は、潤滑剤を介した摺動部、または定着装置のような比較的高温下で作動する摺動構成においては、駆動トルクの絶対値に依らず異音が発生する場合がある。そのために、定着摺動部材の寿命を予測する有効な手段とは言えなかった。

そこで本発明の目的は、無端状ベルト等の摺動部材の交換時期を精度良く、且つ異常が発生する前に予測できる画像形成装置を提供することである。

本発明に係る画像形成装置は、記録材にトナー像を形成する画像形成部と、無端ベルトと、前記無端ベルトに当接して前記無端ベルトとの間に、前記画像形成部により記録材上に形成されたトナー像を記録材に定着するためのニップ部を形成する回転体と、前記無端ベルトを内側から前記回転体に向けて押圧する押圧部材と、前記回転体を回転させる駆動手段と、前記回転体が回転開始された時の起動トルクと、前記回転体が回転開始された後の定常回転時の定常トルクとを取得し、取得した前記起動トルクと前記定常トルクとの差分に基づいて前記無端ベルトの交換時期を判断する制御手段と、を有する、ことを特徴とする。

本発明によれば、無端ベルトの交換時期を精度良く、且つ異常が発生する前に予測できる画像形成装置を提供できる。

実施形態における定着装置の要部の横断面模式図と制御系統のブロック図同装置の要部の途中部分省略の縦断正面模式図実施形態における画像形成装置の概略断面図定常駆動時とスティックスリップ異音発生時におけるベルト搬送方向速度の比較図ストライベック曲線の解説図異物混入量と回転トルクの関係実機耐久試験における回転トルクの推移事例回転トルク情報取得の流れ実施例１におけるベルトの推定残寿命の計算フロー実施例２におけるベルトの推定残寿命の計算フロー実施例３におけるベルトの推定残寿命の計算フロー実施例４におけるベルトの推定残寿命の計算フロー回転トルクの温度テーブル推定寿命枚数に対する実際の寿命を迎えるまでに要した通紙枚数の割合を示した図

以下、本発明に係る実施形態について説明する。尚、以下の実施形態では画像形成装置として電子写真プロセスを利用したレーザービームプリンタを例に説明する。

≪実施形態≫
［画像形成装置］
図３は本実施形態におけるプリンタ１の概略断面図である。このプリンタ１は、タンデム方式−中間転写方式のフルカラープリンタであり、イエロ（Ｙ）色、マゼンタ（Ｍ）色、シアン（Ｃ）色、ブラック（Ｂｋ）色の各色トナーの画像（以後、トナー像）を形成する４つの画像形成部ＵＹ・ＵＭ・ＵＣ・ＵＢｋを有する。

各画像形成部は、それぞれ、感光ドラム２、帯電器３、レーザスキャナ４、現像器５、一次転写帯電器６、ドラムクリーナ７を有する。なお、図の煩雑を避けるため画像形成部ＵＹ以外の画像形成部ＵＭ・ＵＣ・ＵＢｋにおけるこれらの機器に対する符号の記入は省略した。また、これら画像形成部の電子写真プロセスや作像動作は公知であるからその説明は割愛する。

各画像形成部のドラム２から回動する中間転写ベルト８に対して各色のトナー像が所定に重畳されて一次転写される。これによりベルト８上に４色重畳のトナー像が形成される。一方、カセット９又は１０、或いは手差しトレイ１１から記録材（シート：以後、用紙）Ｐが一枚宛給送されて搬送路１２を通って所定の制御タイミングでベルト８と二次転写ローラ１３との圧接部である二次転写ニップ部に導入される。これにより、用紙Ｐに対してベルト８上の４色重畳のトナー像が一括して二次転写される。その用紙Ｐが定着装置４０に導入されてトナー像の定着処理を受ける。

定着装置４０を出た用紙Ｐは片面画像形成モードの場合はフラッパ１４の制御により搬送路１５の側に誘導されて排出トレイ１６上にフェイスダウンで排出される。或いは、搬送路１７の側に誘導されて排出トレイ１８上にフェイスアップで排出される。

両面画像形成モードの場合は、定着装置４０を出た用紙Ｐはフラッパ１４の制御により搬送路１５の側に一旦誘導された後にスイッチバック搬送されて両面搬送路１９の側に導入される。そして、表裏反転された状態で再び搬送路１２を通って二次転写ニップ部に導入されて他方の面にトナー像が形成される。以後は、片面画像形成の場合と同様に定着装置４０に導入され、排出トレイ１６又は１８に両面画像形成物として排出される。

［定着装置］
次に、本実施例における定着装置４０について説明する。図１は定着装置４０の要部の横断面模式図と制御系統のブロック図である。図２は定着装置４０の要部の途中部分省略の縦断正面模式図である。定着装置４０の正面は用紙導入側から見た面である。

この定着装置４０は加熱ベルト方式の画像加熱装置であり、大別して、ベルトユニット（フイルムユニット）６０と、弾性加圧ローラ７０と、これらをほぼ平行に配列して収容している装置筐体４１と、を有する。

ベルトユニット６０は、ニップ形成部材として機能するヒータ（加熱体）６００と、このヒータ６００を固定支持しているヒータホルダ６０１と、このヒータホルダ６０１を支持する支持ステー６０２を有する。また、これら部材のアセンブリに対してルーズに外嵌された、伝熱部材としての無端ベルト状（筒状）の可撓性を有する薄肉の定着ベルト（第１の回転体：以下、ベルトと記す）６０３を有する。ベルト６０３はヒータ６００に対して摺動部材として内面が接して摺動しながら回転可能である。

加圧ローラ（第２の回転体）７０は上記ベルトユニット６０のヒータ６００とベルト６０３を介して弾性に抗して当接してベルト６０３との間に画像Ｔを担持した用紙Ｐを挟持搬送して加熱するニップ部（定着ニップ部）Ｎを形成する。

本実施形態における定着装置４０においては、ヒータ６００はニップ部Ｎが用紙搬送方向（記録材搬送方向）ａにおいて所定の幅となるように、ベルト６０３を加圧ローラ７０の方向に押圧している。用紙Ｐがニップ部Ｎで挟持搬送される過程においてヒータ６００で発生した熱がベルト６０３を介して用紙Ｐに付与され、用紙Ｐ上のトナー画像Ｔが用紙Ｐに熱と圧力で固着像として定着される。

本実施形態においては、ヒータ６００は所謂セラミックヒータである。このヒータ６００は、基板６１０と、基板６１０上に通電により発熱する抵抗発熱体（抵抗発熱層：以後、発熱体）６２０を有する。また、ヒータ６００の温度を検知する温度センサ（温度検知部：温度検知手段）であるサーミスタ（ＴＨ）６３０を有している。ヒータ６００はヒータホルダ６０１の下面に長手に沿って設けられている凹部６０１ａに嵌め込まれて固定支持されている。

尚、本実施例では基板６１０の裏面側（ベルト６０３と当接しない側）に発熱体６２０を設けている。また、サーミスタ６３０はヒータ６００の裏面側に設けられている。しかし、これに限定されるものでは無く、発熱体６２０は基板６１０の表面側（ベルト６０３と当接する側）に設けても良い。

基板６１０の表面側には固体成分（コンパウンド）と基油成分（オイル）からなる半固形状潤滑剤（以後、グリス）が塗布されている。このグリスによりベルト６０３とヒータ６００との摺擦負荷が低減化され、ヒータ６００とベルト６０３、更にはヒータホルダ６０１とベルト６０３との摺動性を確保している。

グリスのコンパウンドとしては、グラファイトや二硫化モリブデンなどの固体潤滑剤、酸化亜鉛やシリカなどの金属酸化物、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素樹脂などが挙げられる。またグリスのオイルとしては、シリコーンオイルやフルオロシリコーンオイルなど耐熱性のある高分子樹脂オイルが挙げられる。本実施例では、コンパウンドとしてＰＴＦＥ粉体微粒子（粒径３μｍ）、オイルとしてフルオロシリコーンオイルを用いたグリスを使用している。

本実施形態においてベルト６０３は基材６０３ａ上に弾性層６０３ｂと離型層６０３ｃを設け、基材６０３ａの内面には内面摺動層６０３ｄを設けている。具体的に、基材６０３ａとしては外径が３０ｍｍ、長さ（幅）が３４０ｍｍ、厚みが３０μｍのニッケル合金から成る円筒形状の部材を用いている。更に、基材６０３ａ上には弾性層６０３ｂとして厚みが４００μｍのシリコーンゴム層を形成し、更に弾性層６０３ｂ上には離形層６０３ｃとして厚みが約２０μｍのフッ素樹脂チューブを被覆している。更に、内面摺動層６０３ｄとして厚みが約１０μｍのポリイミド層（ＰＩ層）を使用している。

ヒータホルダ６０１（以後、ホルダ６０１）はヒータ６００をベルト６０３に向かって押圧した状態で保持する部材である。また、ホルダ６０１は断面形状がほぼ半円弧形状であり、ベルト６０３の回転軌道を規制する機能を備えている。ホルダ６０１には高耐熱性の樹脂等が用いられ、本実施例ではデュポン社のゼナイト７７５５（商品名）を使用している。

支持ステー（以後、ステー）６０２はホルダ６０１を介してヒータ６００を支持する部材である。ステー６０２は大きな荷重をかけられても撓みにくい材質であることが望ましく、本実施形態においてはＳＵＳ３０４（ステンレス鋼）を使用している。

図２のように、ステー６０２はその長手方向の両端部において、フランジ４１１ａ、４１１ｂに支持されている。フランジ４１１ａ、４１１ｂを総称してフランジ４１１と呼ぶ。フランジ４１１はベルト６０３の長手方向の移動、および周方向の形状を規制している。フランジ４１１には耐熱性の樹脂等が用いられ、本実施例ではＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）を使用している。

フランジ４１１（ａ、ｂ）は装置筐体４１の一端側と他端側の側板４１（ａ、ｂ）にそれぞれ設けられたガイドスリット４３（ａ、ｂ）に係合されており、加圧ローラ７０に接近する方向と離間する方向にスライド移動する自由度を有している。そして、フランジ４１１（ａ、ｂ）と加圧アーム４１４（ａ、ｂ）との間には加圧バネ４１５（ａ、ｂ）が縮められた状態で設けられる。

上記の構成により、フランジ４１１、ステー６０２、ホルダ６０１を介して、加圧バネ４１５の弾性力がヒータ６００に伝わる。そして、ベルト６０３がヒータ６００或いはヒータ６００とホルダ６０１により加圧ローラ７０に対して加圧ローラ７０の弾性層７２の弾性に抗して所定の押圧力で加圧される。これにより、ベルト６０３と加圧ローラ７０との間に用紙搬送方向ａにおいて所定幅のニップ部Ｎが形成される。本実施例に於ける加圧力は一端側と他端側がそれぞれ約１５６．８Ｎ、総加圧力が約３１３．６Ｎ（３２ｋｇｆ）である。

また、コネクタ５００はヒータ６００に電圧を印加するためにヒータ６００と電気的に接続される給電部材であり、ヒータ６００の長手方向片端側に着脱可能に取り付けられる。

本実施形態において加圧ローラ７０はベルト６０３と協働して用紙上のトナー像Ｔを加熱するためのニップ部Ｎを形成するとともにベルト６０３を回転させる駆動回転体である。

加圧ローラ７０は金属の芯金７１上に弾性層７２を設け、更に、弾性層７２上に離型層７３を設けた多層構造である。芯金７１としてはステンレス鋼、ＳＵＭ（硫黄及び硫黄複合快削鋼鋼材）、アルミニウムを用いることができる。弾性層７２としてはシリコーンゴム、スポンジゴム層、あるいは弾性気泡ゴムを用いることができる。離型層７３としては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（ＰＦＡ）等のフッ素樹脂材料を用いることができる。

本実施形態において加圧ローラ７０はステンレス製の芯金７１と、シリコーンゴムの弾性層７２と、ＰＦＡチューブの離型層７３からなり、外径は約２５ｍｍ、弾性層７２の長手長さは３３０ｍｍである。

加圧ローラ７０の芯金７１の両端部はそれぞれ装置筐体４１の一端側と他端側の側板４１ａ、４１ｂとの間に軸受け４２（ａ、ｂ）を介して回転可能に保持されている。芯金７１の一方側の端部にはギアＧが設けられて、モータ（駆動部：駆動手段）Ｍの回転駆動力を芯金７１に伝達する。

モータＭは制御部（制御手段）９０で制御されるモータ駆動回路９３により駆動される。そして、モータＭにより駆動される加圧ローラ７０は図１において矢印Ｒ７０の方向に回転し、ニップ部Ｎにてベルト６０３に駆動力を伝達してベルト６０３を矢印Ｒ６０３の方向に従動回転させる。尚、本実施例では加圧ローラ７０の表面速度が２００ｍｍ／ｓｅｃとなるように、モータ駆動回路９３が制御部９０によって制御される。

制御部９０は各種制御に伴う演算を行うＣＰＵ９１とＲＯＭやＲＡＭの不揮発媒体・揮発媒体を有する記憶部９５を備えた回路である。ＲＯＭには各種のプログラムや参照用の各種テーブルが記憶されており、ＣＰＵ９１はこれを読み出して各種制御を実行する。

ヒータ６００には制御部９０で制御されるヒータ駆動回路（電源）９２からコネクタ５００を介して通電される。この通電によりヒータ６００の発熱体６２０が発熱してヒータ６００の有効発熱幅領域が急峻に昇温する。そして、ヒータ６００の温度がサーミスタ６３０により検知され、検知した温度情報に応じた出力がＡ／Ｄコンバータ８０を介して制御部９０に送信される。

制御部９０はサーミスタ６３０から取得した温度情報をヒータ駆動回路９２の通電制御に反映させ、ヒータ６００へ供給する電力を制御している。本実施例ではヒータ駆動回路９２の出力に対して波数制御または位相制御を行うことで、ヒータ６００の発熱量を調整する方式を用いており、用紙上のトナー像を定着する際、ヒータ６００は所定の温度に立ち上げられて維持（温調）される。

上記のように、モータＭの駆動により加圧ローラ７０が回転駆動される。これに伴いベルト６０３が、その内面がヒータ６００の表面、或いはヒータ６００の表面及びホルダ６０１の外面の一部に対して密着して摺動しながら従動回転する。また、ヒータ６００に対する通電制御がなされ、かつヒータ６００の発熱領域が所定の温度に立ち上げられて温調される。

この装置状態において、画像形成部側から定着装置４０に未定着のトナー像Ｔを担持した用紙Ｐが導入されてニップ部Ｎに進入して挟持搬送される。これにより、ニップ部Ｎでトナー像が用紙に加熱加圧定着される。ニップ部Ｎを通過した用紙Ｐはベルト６０３の面から曲率分離して排出搬送されていく。

［スティックスリップ異音］
ベルト６０３の内面には基材保護のために前述のように内面摺動層（以下、ベルト内面層）６０３ｄが設けられており、さらに摺擦負荷の低減のためにグリスが塗布されている。しかしながら、ベルト内面層６０３ｄを設けグリスを塗布した場合においても、定着装置４０の稼働時間の経過に伴って、ベルト６０３とヒータ６００の間に介在するグリスが長期間高温にさらされる。そのため、グリス中のオイル成分が揮発してなくなってしまう、もしくはグリス中のオイル成分の低分子化によってグリス全体の粘度が低下してしまう。

さらに、グリス中のオイル成分の揮発及び粘度の低下に伴って、グリスがニップ部内からニップ部外へと流出すると、グリスにより形成される油膜厚が薄くなりベルト内面層６０３ｄとヒータ６００との接触確率が高くなる。これにより、ベルト内面層６０３ｄの摩耗が促進される。

その結果、ベルト内面層６０３ｄとヒータ６００との摺動性が低下して、最終的にはベルト内面層６０３ｄとヒータ６００の２面間でスティック（張り付き）状態とスリップ（すべり）状態を繰り返すスティックスリップ現象が発生する。そして、これが顕著化することでスティックスリップ異音が発生する。さらに、ベルト内面層６０３ｄの摩耗が進行すると、ベルト基材６０３ａが損傷しベルト破損が起こる場合がある。

図４に、定着装置４０の定常駆動時（正常時）とスティックスリップ異音発生時とにおける、ベルト６０３の搬送方向速度の時間推移をデジタルレーザードップラー計で測定した結果を示す。

正常時は、（ａ）のように、搬送方向速度が設定したプロセス速度（５０ｍｍ／ｓ）の付近に安定して推移している。一方で、スティックスリップ異音発生時は、（ｂ）のように、搬送方向速度が設定したプロセス速度を大きく上振れする範囲で振動している。ここで、搬送方向速度ゼロの状態はスティック状態を、速度ゼロから速度が大きく上振れしている状態はスリップ状態を示している。

［スティックスリップ異音発生までの残寿命推定手段の原理］
スティックスリップ異音の発生はベルト内面層６０３ｄとヒータ６００との間に介在するグリスの油膜厚とベルト内面層６０３ｄの表面状態、ヒータ６００の表面状態に大きく依存する。

油膜を介した２平面間のすべり摩擦において、そのすべり速度Ｕ、圧力Ｐ、粘度ηを組み合わせた係数η×Ｕ／Ｐと動摩擦係数μは、図５に示すストライベック曲線の関係で整理できる。

図５に示したとおり、２面間の摩擦状態は、すべり速度と圧力、潤滑油の粘度により３つの領域（Ｉ）〜（III）に分けることができる。領域（Ｉ）は、潤滑油が２面間に介在し十分に両者を分離し潤滑する流体潤滑領域である。領域（III）は、潤滑油膜が著しく薄くなり２面間に生じた接点が潤滑油の分子を十分に押し退けた状態である境界潤滑領域である。領域（II）は、流体潤滑と境界潤滑が混在した混合潤滑領域である。

ここで、ステッィクスリップ現象は混合潤滑領域（II）の状態で発生し易いことが知られている。またスティックスリップ現象は静止摩擦力と動摩擦力の差が大きくなるほど発生し易く、かつ発生する自励振動の振幅が大きくなり、スティックスリップ異音となって顕著化することが知られている。

定着装置４０の稼働初期のベルト内面層６０３ｄとヒータ６００との摺動部は、２面間に油膜が厚く形成され流体潤滑領域（III）で作動する。定着装置４０の稼働時間の経過に伴って、グリス中のオイル量は徐々に減少し、同時にグリスの粘度が低下することでベルト内面層６０３ｄとヒータ６００と間に形成される油膜厚は薄くなる。

さらに長期間定着装置が稼働すると、２面間に形成される油膜厚は極めて薄くなり、潤滑状態は流体潤滑領域（Ｉ）から混合潤滑領域（II）、そして境界潤滑領域（III）へと移行していく。これにより、ベルト内面層６０３ｄとヒータ６００との接触確率が高くなり、摺動部にはベルト内面層６０３ｄの摩耗粉が混入し始め、ベルト内面層６０３ｄ及びヒータ６００の表面にはベルト内面層６０３ｄの摩耗粉（ＰＩ摩耗粉）が付着し始める。

ここで、図６にグリスへのＰＩ摩耗粉の混入量と加圧ローラ７０の駆動部（駆動手段）であるモータＭの起動トルクと駆動トルクの関係を示す。起動トルクはモータＭを停止させた状態から起動させた時におけるモータＭの回転トルクである。駆動トルクはモータＭが起動された後の回転トルクである。

本実施形態においては、モータＭの回転トルク情報を次のようにして取得している。即ち、モータ駆動回路９３で駆動されるモータＭに流れるモータ電流値を検知するモータ電流検知部（電流値検知手段）９４を具備させる。モータ電流検知部９４で検知した電流値に応じた出力がＡ／Ｄコンバータ８１を介して制御部９０に入力する。制御部９０はモータ電流検知部９４から入力するモータ電流値情報から駆動部（駆動手段）であるモータＭの回転トルク情報（トルク値）を算出して取得している。

駆動トルクは摺動面に少なくとも局所的にはグリスによる油膜が形成された状態での摩擦力を反映しているため、ＰＩ摩耗粉はグリスに混ざって流動的に振る舞い、ＰＩ摩耗粉の混入による影響は比較的小さくなっている。したがって、図６のように、ＰＩ摩耗粉の混入量が増加しても、グリスの粘度変化により駆動トルクは上昇するものの、その上昇率は比較的小さくなっている。

一方で、起動トルクは摺動面にグリスによる油膜が形成されていない状態での摩擦力を反映するため、ベルト内面層６０３ｄ及びヒータ６００の表面のＰＩ摩耗粉の付着の影響を顕著に受ける。これにより、図６のように、ＰＩ摩耗粉の混入量が増加することで起動トルクの上昇率は比較的大きくなっている。

また、図７の（ａ）に実機耐久試験において、プロセス速度が８０ｍｍ／ｓにおける、起動トルク及び駆動トルクとスティックスリップ異音の発生状況の関係図の一例を示す。図中の各プロットは各耐久時間に対する起動トルク及び駆動トルクを示しており、スティックスリップ異音が発生した条件（耐久時間、トルク値）には「×」の印を付けている。（ａ）より、耐久初期はスティックスリップ異音が発生しておらず、耐久時間の経過に伴い、起動トルク及び駆動トルクが増加している。また、起動トルクの上昇率は駆動トルクの上昇率に比べて高くなっている。

したがって、起動トルク及び駆動トルクは、定着装置４０の稼働時間の経過に伴うＰＩ摩耗粉の混入量の増加によって、共に値は上昇するものの、その上昇率は上記の理由のために差が生じる。よって、図７の（ｂ）のように、定着装置４０の稼働時間の経過に伴って、起動トルクと駆動トルクの差（静止摩擦力と動摩擦力の差）が大きくなり、スティックスリップ現象が顕著化しスティックスリップ異音が生じ始める。

以上より、スティックスリップ異音による寿命の予測手段としては、駆動トルクよりも起動トルクを用いて判断する方が摺動面の表面状態をより反映し易く有効である。また、起動トルクと駆動トルクの差分によって、スティックスリップの振幅の程度が判断できるため、スティックスリップ異音が発生する前に予兆を検知できる。

したがって、スティックスリップ異音が発生する起動トルク、または起動トルクと駆動トルクの差分を、製品設計の段階であらかじめ確認して閾値を設定しておく。そうすれば、その閾値に基づいたベルト（定着摺動部材）のスティックリップ異音に対する冗長度を正確に推定できるようになる。

［スティックスリップ異音発生までの残寿命推定シーケンス］
図９乃至図１２は、それぞれ、実施例１乃至実施例４におけるベルトの推定残寿命を算出する残寿命推定シーケンスのフロー（ベルトの推定寿命の計算フロー）である。図８に回転トルク情報取得の流れを示す。

図８を参照して、まず、制御部９０は、加圧ローラ７０を駆動する駆動部であるモータＭを停止させた状態から起動させた時の起動トルク情報を収集する制御を行う。ここで、起動トルク情報を収集するプロセス速度の選択としては、画像形成時に予め紙種毎に設定されているプロセス速度よりも低速である方が望ましい。これは起動トルク情報を瞬時値として取得するにあたり、測定精度を上げるためである。

次に、制御部９０は加圧ローラ７０を定常空回転させた時のモータＭの駆動トルク情報を収集する制御を行う。ここで、駆動トルク情報を収集するプロセス速度の選択としては、画像形成時に予め紙種毎に設定されているプロセス速度と同期させる方が望ましい。これは実際に使用するプロセス速度でスティックスリップ異音発生による寿命を見積もることで、寿命予測の精度を上げるためである。

具体的に、実施例１（図９）では、ベルト６０３の残寿命推定シーケンスを実施すると、モータ駆動回路部９３が制御部９０により、加圧ローラ７０が停止した状態から４０ｍｍ／ｓで空回転するように駆動制御される。この時、制御部９０は、モータ電流検知部９４から得られたモータ電流値情報からモータＭの回転トルク情報を算出し回転トルク情報の最大値（瞬時値）を起動トルク情報として収集（取得）する（Ｓ１）。

そして、制御部９０はその取得した起動トルク情報に基づいてベルト６０３の推定残寿命（ベルト６０３の状態）を判断し、その判断に基づいた対応動作（フィードバック処理）を行う（Ｓ２〜Ｓ４）。

実施例２（図１０）では、起動トルク情報の取得後（Ｓ１）、モータ駆動回路９３が制御部９０により、加圧ローラ７０が２００ｍｍ／ｓで３秒間空回転するように駆動制御される。そして、その間の駆動トルク情報（モータＭの定常回転時の定常トルク情報）を収集する（Ｓ２）。即ち、制御部９０は、その間においてモータ電流検知部９４から得られたモータ電流値情報からモータＭの回転トルク情報を算出しその回転トルク情報を駆動トルク情報として収集する。

そして、制御部９０はその取得した起動トルク情報と駆動トルク情報の差分に基づいてベルト６０３の推定残寿命（ベルト６０３の状態）を判断し、その判断に基づいた対応動作（フィードバック処理）を行う（Ｓ３〜Ｓ６）。

ここで、２００ｍｍ／ｓは普通紙上に画像形成する際のプロセス速度であるが、坪量違いの厚紙上に画像形成する際は１２０ｍｍ／ｓ、８０ｍｍ／ｓなどのプロセス速度としても良い。この際、スティックスリップ異音発生の寿命判定に用いる閾値は各速度で異なるため、閾値は別途速度毎に設けることとする。

上記の起動トルク及び駆動トルクは、制御部９０がモータ電流検知部９４からＡ／Ｄコンバータ８１を介して送信されるモータ電流値をサンプリングすることにより算出される。起動トルクはモータＭを停止状態から駆動状態に切り替えた時の最大トルク値を起動トルクと判断する。駆動トルクは回転３秒間のトルク平均値をそのプロセス速度での駆動トルクと判断する。

なお、実施例２では起動トルクを取得した後に、加圧ローラ７０を回転させ駆動トルクを取得しているが、順序はこの逆でも構わない。この場合、加圧ローラ７０が２００ｍｍ／ｓで３秒間空回転するようにモータＭを駆動制御し、その間の駆動トルク情報を取得する。その後、加圧ローラ７０を１秒間停止させ、加圧ローラ７０が停止した状態から４０ｍｍ／ｓで空回転するようにモータＭを駆動制御し、得られた回転トルクの最大値（瞬時値）を起動トルク情報として収集する。

さらに、実施例１や実施例２において、起動トルクは、モータＭの停止状態と駆動状態を複数回繰り返す動作を行うことで複数回分の起動トルクを取得して、その平均値または中央値等の統計量を起動トルク情報として用いても良い。これにより起動トルク情報の取得回数を増やすことができ、測定誤差が抑えられるため、推定残寿命の予測精度を上げることが可能となる。

さらに、起動トルク情報の取得は次のようにしてもよい。即ち、実施例３（図１１）のように新たに取得したトルク情報とそれ以前のジョブ間で取得されて記憶部９５に記憶された複数回のトルク情報とを用いて、その平均値または中央値等の統計量を残寿命推定に用いる起動トルク情報としても良い（Ｓ１、Ｓ２）。これにより、ジョブ間の起動トルクの取得時間を短縮しつつ測定精度を上げられる。

そして、実施例３は、上記のようにして取得した起動トルク情報と、実施例２と同様にして取得した駆動トルク情報（Ｓ３）との差分に基づいてベルト６０３の推定残寿命（ベルト６０３の状態）を判断する（Ｓ４〜Ｓ６）。そして、その判断に基づいた対応動作（フィードバック処理）を行う（Ｓ７）。

また、実施例１乃至３において、ベルト６０３の状態判断に用いられる起動トルク情報は更に温度情報によって補正変換された補正起動トルク情報にすることができる。

即ち、定着装置４０の装置構成部の温度情報を取得する温度検知手段を具備させる。また、モータＭの回転トルクの温度テーブルを記憶部９５に記憶させておく。装置構成部は、例えば、ベルト６０３、加圧ローラ７０、ヒータ６００、ニップ部Ｎなどがあげられる。本実施形態においては、ヒータ６００の温度情報を取得するサーミスタ６３０を上記の温度検知手段としている。

制御部９０は、モータＭの回転トルク情報に関して、モータＭを停止させた状態から起動させた時の起動トルク情報とサーミスタ６３０から温度情報を取得する。そして、取得した起動トルク情報を、取得した温度情報と温度テーブルにより、任意の温度における補正起動トルク情報に変換する。この補正起動トルク情報を、実施例１乃至３において、ベルト６０３の状態判断に用いられる起動トルク情報にすることができる。

また、実施例１乃至３において、ベルト６０３の状態判断に用いられる駆動トルク情報（定常トルク情報）は更に温度情報によって補正変換された補正駆動トルク情報（補正定常トルク情報）にすることができる。

即ち、上述した補正起動トルク情報の場合と同様に、制御部９０は、モータＭの定常回転時の駆動トルク情報（定常トルク情報）とサーミスタ６３０から温度情報を取得する。そして、取得し駆動トルク情報を、取得した温度情報と温度テーブルにより、任意の温度における補正駆動トルク情報（補正定常トルク情報）に変換する。この補正駆動トルク情報を、実施例１乃至３において、ベルト６０３の状態判断に用いられる起動トルク情報にすることができる。

実施例４（図１２）は、実施例３（図１１）において、ベルト６０３の状態判断に用いられる起動トルク情報と駆動トルクを上記のようにして取得した補正起動トルク情報と補正駆動トルク情報にしている。

このようにして、収集された各トルク情報によりベルト６０３の推定残寿命を算出する。ベルト６０３の残寿命推定シーケンスの実施タイミングは、実施例１乃至４のように画像形成開始動作と同じタイミングで行っても良く、異なるタイミングで行っても良い。

画像形成開始動作と異なるタイミングとしては、連続する画像形成動作間やトナー濃度調整の間等である。トナー濃度調整とは、用紙上に転写されるトナー濃度を所望の濃度に調整するために、ドラム２上に所定の大きさのパッチ画像を作像する。そして、このパッチ画像の濃度を濃度センサで読み取り、その測定結果に基づきレーザ光の出力や現像条件を変更し濃度を調整することである。また、紙種設定の変更に伴ってプロセス速度が変更される場合は、そのプロセス速度変更前後に残寿命推定シーケンスを実施しても良い。

起動トルク情報の取得タイミングは、実施例１乃至４のようにジョブ開始前の停止状態からジョブが開始され駆動状態へ遷移する間に取得しても良く、駆動中のベルト６０３を一時的に停止させ再度駆動させる動作間に取得しても良い。駆動トルク情報の取得タイミングは、実施例１乃至４のように通紙前の前回転時でも良く、通紙中でも良く、通紙後の後回転時でも良い。

起動トルク情報および駆動トルク情報取得時（回転トルク情報取得時）のベルト６０３とヒータ６００の摺動部の温度は、特に制限を設ける訳ではない。しかし、ベルト６０３を空回転させながら加熱し、定着温度（記録材の加熱温度）に達した時点で取得することが望ましい。もしくは実施例４のようにトルク情報と同時にベルト６０３とヒータ６００の摺動部の温度情報を取得し、別途用意した図１３のような回転トルクの温度テーブルに従って各トルク情報を補正し、ベルト６０３の推定残寿命を計算しても良い。温度テーブルは記憶部９５にメモリされている。

ベルト６０３の残寿命推定シーケンス後、制御部９０は推定残寿命の計算結果に基づいた信号を送信する。信号は同じく制御部９０内の別回路の受信部などで受信され、その結果に基づきフィードバック処理が行われる。即ち、制御部９０はベルト６０３の状態判断に基づいた対応動作を行う。

例えば、別途設けた表示装置Ｄに推定残寿命を表示したり、別途設けた報知装置Ａによりベルト６０３の交換を促すアラーム音を出すなどの警告動作がフィードバック処理の例として挙げられる。

また、スティックスリップ異音は高温及び低速時に発生しやすい。そのため、高温定着処理しなければ発現しない光沢（グロス）を付与する画像形成や、低速で画像形成しなければならない厚紙上への画像形成を制限するなどの禁止動作もフィードバック処理の例として挙げられる。

さらに、ニップ部Ｎの外部のベルト内面に付着している潤滑剤をニップ部Ｎの内部に循環供給させるための状態回復動作、例えば定着装置４０の順回転動作や逆回転動作、加圧力の着脱動作などもフィードバック処理の例として挙げられる。

［実施例１の検証］
ベルト６０３を残寿命推定シーケンスが実施できるように改造した電子写真画像形成装置（キヤノン株式会社製、商品名：ｉｍａｇｅＲＵＮＮＥＲ−ＡＤＶＡＮＣＥＣ５０５１）に定着装置４０を搭載した。そして、Ａ４普通紙（坪量６８ｇ／ｍ²）、Ａ４コート紙（坪量１０５ｇ／ｍ²）の２条件で通紙耐久試験を行う。

その際、毎ジョブ開始時に起動トルク情報を取得し、ベルト６０３の残寿命推定シーケンスを行う。残寿命推定シーケンスのフローを図９に示す。

具体的には、制御部９０がジョブの開始を検知すると、加圧ローラ７０を停止状態から４０ｍｍ／ｓで回転させ、その間のモータＭの最大モータ電流値（起動トルク情報）を制御部９０により収集する（Ｓ１）。ここで、モータ電流値収集時のベルト６０３の温度は、２５〜１８０℃となる。さらに、制御部９０の通紙枚数カウンタ９６で通紙枚数をカウント及びその数値を記憶部９５で記録する。その後、収集した起動トルク情報よりベルト６０３の推定寿命を算出する（Ｓ２）。算出結果が予め設定したフィードバック処理実行閾値を超えているかの判断を行う（Ｓ３）。

本実施例では、フィードバック処理（Ｓ４）を残寿命表示とし、Ｓ３の分岐で推定残寿命が５万枚以下となった時にフィードバック処理（残寿命表示）を実行する。Ｓ２で算出された推定残寿命は、画像形成装置に設置された表示装置Ｄに表示されるようになっている。

表示装置Ｄに推定残寿命が５万枚以下と表示された時点から、制御部９０は、実際にベルト６０３が寿命を迎えるまでの通紙枚数を計測し、通紙耐久試験中の残寿命の見積もり精度を確認する。また、ベルト内面へのグリス塗布量は１０００ｍｇ、通紙時の到達ベルト表面温度は１８０℃とする。

［実施例２の検証］
実施例１の検証における通紙耐久試験において、毎ジョブ開始時に起動トルク情報と駆動トルク情報を取得し、ベルト６０３の残寿命推定シーケンスを行う。残寿命推定シーケンスのフローを図１０に示す。

具体的には、制御部９０がジョブの開始を検知すると、加圧ローラ７０を停止状態から４０ｍｍ／ｓで２秒間回転させ、その間のモータＭの最大モータ電流値（起動トルク情報）を制御回路部９０により収集する（Ｓ１）。

その後、加圧ローラ７０を２００ｍｍ／ｓで回転させ、モータＭのモータ電流値が安定するよう、速度変更の２秒後から３秒間のモータ電流値を制御回路部９０により収集し３秒間の平均値（駆動トルク情報）を求める（Ｓ２）。ここで、モータ電流値収集時のベルト６０３の温度は、２５〜１８０℃となる。

さらに、制御部９０の通紙枚数カウンタ９６で通紙枚数をカウント及びその数値を記憶部９５に記録する。その後、制御部９０により、収集した起動トルク情報と駆動トルク情報の差分を計算する（Ｓ３）。Ｓ３の計算結果よりベルト６０３の推定寿命を算出する（Ｓ４）。算出結果が予め設定したフィードバック処理実行閾値を超えているかの判断を行う（Ｓ５）。

本実施例２ではフィードバック処理（Ｓ６）の内容を残寿命表示とし、推定残寿命が５万枚以下となった時にフィードバック処理（残寿命表示）を実行する。Ｓ４の計算結果より算出されたベルト６０３の推定残寿命は、画像形成装置に設置された表示装置Ｄに表示されるようになっている。

［実施例３の検証］
実施例１の検証における通紙耐久試験において、毎ジョブ開始時に起動トルク情報と駆動トルク情報を取得し、ベルト６０３の残寿命推定シーケンスを行う。残寿命推定シーケンスのフローを図１１に示す。

その後、１〜４ジョブ前時に取得した最大モータ電流値との平均値を制御部９０により算出する。

その後、加圧ローラ７０を２００ｍｍ／ｓで回転させ、モータＭのモータ電流値が安定するよう、速度変更の２秒後から３秒間のモータ電流値を制御部９０により収集し３秒間の平均値（駆動トルク情報）を求める（Ｓ３）。ここで、モータ電流値収集時のベルト６０３の温度は、２５〜１８０℃となる。

さらに、制御部９０の通紙枚数カウンタ９６で通紙枚数をカウント及びその数値を記憶部９５に記録する。その後、制御部９０により、収集した起動トルク情報と駆動トルク情報の差分を計算する（Ｓ４）。Ｓ４の計算結果よりベルト６０３の推定寿命を算出する（Ｓ５）。算出結果が予め設定したフィードバック処理実行閾値を超えているかの判断を行う（Ｓ６）。

本実施例ではフィードバック処理（Ｓ６）の内容を残寿命表示とし、推定残寿命が５万枚以下となった時にフィードバック処理（残寿命表示）を実行する。Ｓ５の計算結果より算出されたベルト６０３の推定残寿命は、画像形成装置に設置された表示装置Ｄに表示されるようになっている。

表示装置Ｄに推定残寿命が５万枚以下と表示された時点から、制御部９０は実際にベルト６０３が寿命を迎えるまでの通紙枚数を計測し、通紙耐久試験中の残寿命の見積もり精度を確認する。また、ベルト内面へのグリス塗布量は１０００ｍｇ、通紙時の到達フイルム表面温度は１８０℃とする。

［実施例４の検証］
実施例１の検証における通紙耐久試験において、毎ジョブ開始時に起動トルク情報と駆動トルク情報を取得し、ベルト６０３の残寿命推定シーケンスを行う。残寿命推定シーケンスのフローを図１２に示す。

具体的には、制御部９０がジョブの開始を検知すると、加圧ローラ７０を停止状態から４０ｍｍ／ｓで２秒間回転させる。そして、その間のモータＭの最大モータ電流値（起動トルク情報）を制御部９０により収集し、さらにサーミスタ６３０よりヒータ６００の温度を検出する（Ｓ１）。

制御部９０は、検出したヒータ６００の温度より、別途用意した温度テーブル（図１３）に従って、取得した起動トルク情報の補正を行う（Ｓ２）。その後、１〜４ジョブ前時に取得した最大モータ電流値を同様の方法で補正した値との平均値を制御部９０により算出する（Ｓ３）。

その後、加圧ローラ７０を２００ｍｍ／ｓで回転させ、モータＭのモータ電流値が安定するよう、速度変更の２秒後から３秒間のモータ電流値を制御部９０により収集し３秒間の平均値（駆動トルク情報）を求める。さらにサーミスタ（ＴＨ）６３０よりヒータ６００の温度を検出する（Ｓ４）。検出したヒータ６００の温度より、別途用意した温度テーブル（図１３）に従って、取得した駆動トルク情報の補正を行う（Ｓ５）。この際、モータ電流値収集時のベルト６０３の温度は、２５〜１８０℃となる。

さらに、制御部９０の通紙枚数カウンタ９６で通紙枚数をカウント及びその数値を記憶部９５に記録する。その後、制御部９０により、収集した平均起動トルク情報と駆動トルク情報の差分を計算し（Ｓ６）、Ｓ６の計算結果よりベルト６０３の推定寿命を算出し（Ｓ７）、算出結果が予め設定したフィードバック処理実行閾値を超えているかの判断を行う（Ｓ８）。

本実施例ではフィードバック処理（Ｓ９）の内容を残寿命表示とし、推定残寿命が５万枚以下となった時にフィードバック処理（残寿命表示）を実行する。Ｓ７の計算結果より算出されたベルト６０３の推定残寿命は、画像形成装置内に設置された表示装置Ｄに表示されるようになっている。

表示装置Ｄに推定残寿命が５万枚以下と表示された時点から、制御部９０は、実際にベルト６０３が寿命を迎えるまでの通紙枚数を計測し、通紙耐久試験中の残寿命の見積もり精度を確認する。また、ベルト内面へのグリス塗布量は１０００ｍｇ、通紙時の到達フイルム表面温度は１８０℃とする。

≪比較例１≫
実施例１〜４に対する比較として、ベルト６０３の残寿命推定シーケンスを搭載しない画像形成装置によって通紙耐久試験を行う。具体的には、公称寿命枚数（４０万枚）に対する通紙枚数カウンタの値より残寿命を推定する電子写真画像形成装置（キヤノン株式会社製、商品名：ｉｍａｇｅＲＵＮＮＥＲ−ＡＤＶＡＮＣＥＣ５０５１）によって通紙耐久試験を行う。

通紙耐久試験には、Ａ４普通紙（坪量６８ｇ／ｍ²）とＡ４コート紙（坪量１０５ｇ／ｍ²）の２種類の用紙を用い、ベルト内面へのグリス塗布量は１０００ｍｇ、通紙時の到達ベルト表面温度は１８０℃とする。

≪通紙耐久試験における寿命推定精度の結果≫
通紙耐久試験の結果、実施例１〜４、比較例１のいずれの試験においても、ベルト６０３はスティックスリップ異音の発生により寿命を迎えた。実施例１〜４、比較例１において、推定寿命枚数に対する実際の寿命を迎えるまでに要した通紙枚数の割合を図１４に示す。実施例１〜４では、普通紙、コート紙のどちらにおいても、残寿命推定シーケンスで得られた推定寿命より実際の寿命は長くなり、その誤差は約１０〜２０％となった。一方で比較例１では、普通紙は約４０％推定寿命より実際の寿命が長くなり、コート紙では５％推定寿命より早くスティックスリップ異音が発生した。

以上より、本実施例によってベルト６０３のスティックスリップ異音による寿命を異音発生前に検知でき、ベルト６０３のスティックリップ異音に対する冗長度の推定精度が従来の通紙枚数カウンタよりも高いことが確認できた。

≪その他の事項≫
（１）ベルト６０３を複数のベルト張架部材間に懸回張設させて加圧ローラ７０を駆動回転体として或いはベルト張架部材の１つを駆動回転体としてベルト６０３を回転させる装置構成にすることもできる。

（２）加圧ローラ７０も、ニップ形成部材に対して内面が接して摺動しながら回転可能な無端ベルト状の部材にした装置構成にすることもできる。即ち、第１の回転体６０３と第２の回転体７０の少なくとも１つをニップ形成部材に対して内面が接して摺動しながら回転可能な無端ベルト状の部材にした装置構成にすることができる。

（３）実施形態の定着装置４０においてはニップ形成部材６００をベルト加熱手段に兼用の部材としているが、この装置構成に限られない。ベルト加熱手段はニップ形成部材と別に配設されてもよい。ベルト加熱手段は、ニップ形成部材と別に配設されたヒータ、電磁誘導加熱手段、ハロゲンランプなどベルト６０３を内部加熱或いは外部加熱する適宜の構成の加熱手段とすることができる。

（４）画像加熱装置は、実施形態のように未定着のトナー像を用紙に定着する定着装置のみには限られない。例えば、半定着済みのトナー画像を用紙に定着させる装置や、定着済みの画像に対して加熱処理を施す装置であってもよい。したがって、画像加熱装置としての定着装置は、例えば、画像の光沢や表面性を調節する表面加熱装置であってもよい。

（５）プリンタ１を例に説明した画像形成装置は、フルカラーの画像を形成する画像形成装置に限られず、モノクロの画像を形成する画像形成装置でもよい。また画像形成装置は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、複写機、ＦＡＸ、及び、これらの機能を複数備えた複合機等、種々の用途で実施できる。

４０・・画像加熱装置（定着装置）、６０３・・第１の回転体（定着ベルト）、７０・・第２の回転体（加圧ローラ）、６００・・ニップ形成部材（ヒータ）、Ｎ・・ニップ部、Ｐ・・記録材、Ｔ・・画像（トナー像）、Ｍ・・駆動手段、９０・・制御手段

Claims

記録材にトナー像を形成する画像形成部と、
無端ベルトと、
前記無端ベルトに当接して前記無端ベルトとの間に、前記画像形成部により記録材上に形成されたトナー像を記録材に定着するためのニップ部を形成する回転体と、
前記無端ベルトを内側から前記回転体に向けて押圧する押圧部材と、
前記回転体を回転させる駆動手段と、
前記回転体が回転開始された時の起動トルクと、前記回転体が回転開始された後の定常回転時の定常トルクとを取得し、取得した前記起動トルクと前記定常トルクとの差分に基づいて前記無端ベルトの交換時期を判断する制御手段と、を有する、
ことを特徴とする画像形成装置。
前記押圧部材に設けられ、前記無端ベルトを加熱するヒータを備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記駆動手段は、モータであり、
前記制御手段は、前記モータに流れる電流値に基づいて前記起動トルクと前記定常トルクとを取得する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
前記制御手段により判断された前記無端ベルトの交換時期に基づき、前記無端ベルトの交換を促す報知手段を備える、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の画像形成装置。