JP2011197455A - 画像形成装置およびトナー濃度センサの接続状態判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー濃度センサの接続状態を、容易に低コストでかつ正確に検出する。
【解決手段】画像形成装置１に、トナー濃度に基づいた検出信号ＫＳを出力するトナー濃度センサ１５と、検出信号ＫＳを処理する信号処理部３２と、複数のトナー濃度センサ１５を順次切り替えて選択的に信号処理部３２に接続するアナログスイッチ３１と、それぞれの検出信号ＫＳの電圧の最大値と最小値との差分を接続判定値として検出する差分検出部３２２、を設ける。信号処理部３２は、選択されたトナー濃度センサ１５の検出信号ＫＳの電圧を、トナー濃度を表す電圧として処理するとともに、接続判定値が閾値より小さい場合に、その接続判定値が検出された検出信号ＫＳを出力するトナー濃度センサ１５が信号処理部３２に正常に接続されていないと判定する。
【選択図】図５

Description

本発明は、ＭＦＰ等の画像形成装置およびトナー濃度センサの接続状態判定方法に関する。

電子写真方式によって画像形成を行う画像形成装置、例えば、複写機、プリンタ、ファクシミリ、複合機またはＭＦＰ（Multi Function Peripherals）と呼称される多機能機等では、ドラム形状の感光体上に形成された静電潜像を現像してトナー像を形成し、そのトナー像を中間転写ベルトに一次転写し、それをさらに記録紙に二次転写し、これを定着することにより画像形成を行う。なお、感光体はトナー像の転写後にクリーニングブレード等を有するクリーニング装置によってクリーニングされる。

このような画像形成装置において、白黒の画像形成装置については黒色（Ｋ）の、カラー画像形成装置についてはＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色についてのトナー像を形成する部分をイメージングユニットとしてユニット化し、その交換やメンテナンスを容易としたものがある。この場合に、黒色または各色のイメージングユニットは、それぞれ独立した消耗部材（消耗品）として位置付けられ、使用によって寿命がくればそれぞれ交換される。イメージングユニットには、各色に対応した感光体および現像装置等が含まれる。

現像装置は、感光体上の静電潜像をトナーとキャリアとからなる２成分系現像剤によって現像を行う。現像装置にはトナー補給装置からトナー（現像剤）が補給される。トナーとキャリアとは攪拌により帯電される。感光体上の静電潜像は現像装置によってトナーが静電的に付着されることにより現像される。

また、画像形成装置においては、トナー濃度センサにより現像装置内の上記２成分系現像剤の透磁率等を検出することによってトナー濃度が検知される。トナー濃度センサによるトナー濃度の出力値に基づいて、トナー補給装置によってトナー補給量が制御される。

トナー濃度センサは画像形成装置本体側にコネクタを介して接続される。これにより、トナー濃度センサからの出力信号がコネクタを介して信号処理部に入力される。

現像装置の接続不良、またはコネクタ抜け等によるトナー濃度センサの接続不良が生じている場合には、トナー濃度を検出することができない。その結果、トナーの過補給によってトナー管のトナー詰まりが生じる場合や、トナーの過消費が生じる場合がある。

そこで、パルス出力型のトナー濃度センサによる演算出力レベルがハイレベルとなるときに、現像器が未装着または現像器用コネクタが未接続であると判定することや（特許文献１）、電源オン後におけるトナー濃度の出力値が所定値以下の場合に、トナー濃度センサの接続不良が生じているとしてその後の処理を中止することが提案されている（特許文献２）。

一方、複数のトナー濃度センサの出力信号の信号処理部において、アナログの出力信号をデジタル信号に変換するためのＡＤ変換器が用いられる。その場合に、１つのＡＤ変換器に対し、複数のトナー濃度センサの出力信号をアナログスイッチによって順次切り替えて入力し、ＡＤ変換することが行われている（特許文献３）。

例えば、図１２は、従来のアナログスイッチおよび信号処理部の構成を示す図である。信号処理部８０において、アナログスイッチ３１ｊは、８つの入力ポートＰＴ０〜７と１つの出力ポートＰＴ２０とを有し、図示しない選択信号によって、入力ポートＰＴ０〜７が順次切り替えられて出力ポートＰＴ２０に選択的に接続される。Ａ／Ｄ変換器３２０の入力端子には、入力されるアナログ信号電圧を平滑するためのコンデンサＣ１、および抵抗Ｒ１が接続されている。
特開平５−３０７３２５号公報 特開平１０−２６８７６号公報 特開２００９−１４５７０１号公報

図１２において、信号処理部８０において、全てのトナー濃度センサの出力信号が入力ポートＰＴ０〜３に正常に接続されている場合には、それらトナー濃度センサの出力信号がＡ／Ｄ変換器３２０に順次正常に入力され、それに応じた検出が正常に行われる。しかし、上に述べたようなトナー濃度センサの接続不良が生じた場合には、その入力ポートはハイインピーダンスまたはオープン状態となるため、コンデンサＣ１に蓄えられた１つ前の入力ポートのアナログ信号電圧が放電し切れずに残留し、残留電圧に起因した不定の電圧を検出してしまうこととなる。

この問題を解消するために、出力ポートＰＴ２０またはコンデンサＣ１と並列にプルダウン抵抗を接続し、トナー濃度センサの接続不良が生じた場合であってもコンデンサＣ１の残留電圧が所定のレベル以下となるように回路を構成することが考えられる。しかし、その場合には、トナー濃度センサが検出した所定のレベルより低い出力信号をトナー濃度の正常な範囲とすることができなくなり、その結果、トナー濃度センサの検出範囲（検出感度）のワイドレンジ化を実現することが困難となってしまう。

つまり、図１３（Ａ）に示すように、所定のレベルを例えば１ボルトとした場合には、トナー濃度センサの出力信号（出力電圧）が１ボルトのときにトナー濃度が正常な範囲である４〜１１％に入らないように、例えば１１％以上となるように、トナー濃度センサの感度特性を設定しなければならない。もし、図１３（Ｂ）に示すように、トナー濃度センサの感度を上げてワイドレンジ化を図った場合には、出力信号が１ボルトであった場合に、トナー濃度が正常な範囲内の１０％であるのかまたはトナー濃度センサが接続不良であるのかを区別することができず、したがってトナー濃度センサの接続不良を検出することができない。

また、プルダウン抵抗の抵抗値を小さくすることによって残留電圧を小さくすることが考えられる。そうした場合には、それによってトナー濃度の検出範囲を電圧の低い方に拡大することは可能であるが、次の問題が生じる。すなわち、アナログ出力型のトナー濃度センサの出力部には、通常、振幅波形を平滑する平滑回路が設けられており、その平滑回路の出力抵抗（出力インピーダンス）は比較的大きいため、プルダウン抵抗の抵抗値を小さくした場合にはトナー濃度センサの正常検出時の感度が低下し、検出能力が低下してしまうという問題が生じる。

また、上に述べた特許文献１および２の方法は、例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色成分のうちいずれかの色成分に対応するトナー濃度センサの接続状態を検出するものであり、これら全ての色成分に対応するトナー濃度センサの接続状態を、容易かつ低コストで検出する方法を提案するものではない。上に述べた特許文献３の方法は、複数のトナー濃度センサ入力の順番を他のセンサ入力の順番と組み合わせてトナー濃度センサの接続状態を検出するものである。そのため、他のセンサの種類によってはそれらの組合せが制約を受けたり、あるいは白黒の画像形成装置のように、トナー濃度センサが１つの場合は入力ポートにおける他のセンサとの順番の組合せが更に制約されるなどの問題が生じる。

本発明は、このような問題点に鑑み、トナー濃度センサの接続状態を、容易かつ低コストで確実に検出することを目的とする。

本発明の一形態に係る画像形成装置は、複数の現像手段を備え電子写真プロセスによって画像を形成する画像形成装置であって、前記複数の現像手段内のそれぞれのトナー濃度に基づいた濃度検出信号を出力する複数の濃度検出手段と、前記濃度検出信号を処理する信号処理手段と、それぞれの前記濃度検出手段を、順次切り替えて選択的に前記信号処理手段に接続する切替え手段と、それぞれの前記濃度検出信号の電圧の最大値と最小値との差分を接続判定値として検出する差分検出手段とを有し、前記信号処理手段は、選択された前記濃度検出手段の濃度検出信号の電圧を、トナー濃度を表す電圧として処理するとともに、前記接続判定値が所定の閾値より小さい場合に、該接続判定値が検出された濃度検出信号を出力する濃度検出手段が前記信号処理手段に正常に接続されていないと判定する、ように構成されている。

好ましくは、前記差分検出手段は、前記濃度検出信号の電圧を逐次サンプリングしてサンプリングデータを取得するとともに、該サンプリングデータの最大値と最小値との差分を前記接続判定値として算出する。

本発明によれば、トナー濃度センサの接続状態を、容易かつ低コストで確実に検出することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の内部構成を概略的に示す図である。 画像形成装置の機能的構成を示すブロック図である。 トナー濃度センサの構成の一例を示す回路図である。 検出信号ＫＳの波形の例を示す図である。 トナー濃度センサとアナログスイッチと信号処理部との接続の一例を示す図である。 第１実施形態におけるセンサ出力読み取り処理の流れを説明するための図である。 第１実施形態における接続状態判定処理を示すフローチャートである。 第１実施形態における接続状態判定処理を示すフローチャートである。 第２実施形態におけるセンサ出力読み取り処理の流れを説明するための図である。 第２実施形態における接続状態判定処理を示すフローチャートである。 他の実施形態におけるトナー濃度センサとアナログスイッチと信号処理部との接続の一例を示す図である 従来のアナログスイッチおよび信号処理部の構成を示す図である。 トナー濃度センサの検出範囲を説明するための図である。

以下、図面を参照して二つの実施形態を順に説明する。これら実施形態における共通する事項についての繰り返しとなる説明は省略する。複数の図のそれぞれに描かれた構成要素のうち同一または互いに対応する構成要素には同一の符号を附して、その詳説を省略する場合がある。

本発明は１つのトナー濃度センサを有する白黒の画像形成装置にも適用可能であるが、４つのトナー濃度センサを有するフルカラーの画像形成装置を例に挙げて説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る画像形成装置１の内部構成を概略的に示す図、図２は画像形成装置１の機能的構成を示すブロック図である。

図１に示すように、本実施形態に係る画像形成装置１は、タンデム方式の画像形成部を有し、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナーを順次重ね合わせることによってカラー画像を形成するものである。

画像形成装置１は、露光によりドラム型の感光体１１上に形成される静電潜像を、現像装置１３によって現像し、得られたトナー像を一次転写ローラ１８によって像担持体である中間転写ベルト１４に転写し、さらに記録紙Ｓに転写するように構成されている。

画像形成装置１には、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの４色のイメージングユニットＵＹ、ＵＭ、ＵＣ、ＵＫが、タンデム配列で配置されており、これらのイメージングユニットＵで形成された各色のトナー像（トナー画像）が、中間転写ベルト１４上に重ねられて転写され合成される。なお、「イメージングユニットＵ」は、「イメージングユニットＵＹ、ＵＭ、ＵＣ、ＵＫ」の全部または一部を示す。他の要素についても同様である。

感光体１１の表面は、図示しない帯電装置によって所定の電圧（帯電電位）Ｖ０に帯電され、図示しないプリントヘッドによる露光によって静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像バイアス電圧Ｖｄｃが印加された現像ローラ１３ａにより、静電潜像の電位と現像バイアス電圧Ｖｄｃとの電位ギャップΔＶに現像ローラ１３ａから帯電したトナーが供給されることによってトナー像が形成され、顕像化される。

感光体１１の表面に顕像化されたトナー像は、一次転写ローラ１８によって中間転写ベルト１４に１次転写される。感光体１１上に残ったトナーは、図示しないクリーナによって掻き落とされる。中間転写ベルト１４上のトナー像は、二次転写ローラ１９によって記録紙Ｓに２次転写される。この記録紙Ｓは定着ユニット２０で定着され、電子写真画像として排紙トレー２１上に排出される。

また、画像形成装置１には、中間転写ベルト１４上のトナー像の濃度（記録紙Ｓへの転写時の画像濃度）を検出する光学式のＩＤＣセンサ（濃度検出センサ）２２、２３が設けられている。つまり、ＩＤＣセンサ２２、２３は、中間転写ベルト１４の表面に光を照射し、反射して返ってきた光の量を検出する反射型フォトセンサである。ＩＤＣセンサ２２とＩＤＣセンサ２３とは互いに異なる色の濃度を検出する。実際には、ＩＤＣセンサ２２、２３は、画像調整用に作成したＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各パターン（トナーパッチ）についての濃度を検出する。

画像形成装置１には、装置内の温度を計測する温度センサ２４および装置内の相対湿度（湿度）を計測する湿度センサ２５が設けられている。また、画像形成装置１には、現像装置（現像ローラ１３ａを含む）１３にトナーを供給するトナー補給部（トナーボトル）１２が設けられている。

現像装置１３の近傍には、当該現像装置１３内のトナー濃度を検出するトナー濃度センサ１５が配されている。トナー濃度センサ１５は、コネクタＣＮ１、ＣＮ２および電線を介して制御部１００に接続されている。

画像形成装置１の制御部１００は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、メモリ、およびその他の周辺回路素子等からなる。制御部１００は、コネクタＣＮ１とコネクタＣＮ２とが接続されることによって、トナー濃度センサ１５の出力信号を正しく受信し、それに基づいてトナー濃度を検出し、その検出結果に基づいてトナー補給部１２の補給量を制御する。

後で詳述するが、本実施形態では、コネクタＣＮ１とコネクタＣＮ２との接続状態（正常、不良）を容易かつ低コストで検出することができる。例えば、イメージングユニットＵの交換時にコネクタＣＮ１とコネクタＣＮ２との接続が外された場合に、その作業後に接続状態を容易に確実に確認することができる。あるいは、現像材やトナーによってコネクタＣＮ１やＣＮ２の端子が汚れて、電気的な接触が悪くなった場合もその接続状態を容易に検出することができる。

ここで、画像形成装置１の機能の概要について説明する。図２に示すように、本実施形態に係る画像形成装置１は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色成分に対応するトナーおよびキャリアをそれぞれ含む現像装置１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋを備え電子写真プロセスによって画像を形成する画像形成装置である。

画像形成装置１は、現像装置１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋ内のトナー濃度に基づいた検出信号（出力信号）ＫＳＹ、ＫＳＭ、ＫＳＣ、ＫＳＫをそれぞれ出力するトナー濃度センサ１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋを有する。更に、トナー濃度センサ１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋからそれぞれ出力される検出信号ＫＳＹ、ＫＳＭ、ＫＳＣ、ＫＳＫおよび当該検出信号ＫＳＹ、ＫＳＭ、ＫＳＣ、ＫＳＫ以外の信号を入力するための複数の入力ポートＰＴ０〜７（後述）と１つの出力ポートＰＴ２０（後述）とを有するアナログスイッチ３１を備える。アナログスイッチ３１によって、複数の入力ポートＰＴ０〜７が出力ポートＰＴ２０に順次切り替えられて選択的に接続される。また、出力ポートＰＴ２０に現れた信号を処理する信号処理部３２を有する。

信号処理部３２において、アナログスイッチ３１による切替え接続の各タイミングにおいて、トナー濃度センサ１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋのいずれかがアナログスイッチ３１に正常に接続されていないと判定された場合は、操作パネル３３は、その液晶ディスプレイに接続不良である旨のメッセージを表示する。これにより、ユーザまたはサービスマンはトナー濃度センサ１５の接続不良を認識することができる。

信号処理部３２の機能は、制御部１００のＣＰＵが適当なプログラムを実行することによってソフト的に、または適当なハードウェア回路との組み合わせによって実現される。

上記検出信号ＫＳＹ、ＫＳＭ、ＫＳＣ、ＫＳＫ以外の信号として、温度センサ２４からの温度信号ＳＴ、湿度センサ２５からの湿度信号ＳＨ、ＩＤＣセンサ２２からの濃度信号ＳＮ１、およびＩＤＣセンサ２３からの濃度信号ＳＮ２が用いられるが、これらは１つの例であって、実際の画像形成装置１が備える他の種類のセンサであってもよい。

なお、切替え手段として、アナログスイッチまたはマルチプレクサなどが用いられる。これら、アナログスイッチまたはマルチプレクサは、複数の入力ポート、例えば２個、４個、８個、１２個、１６個などの入力ポートと、１つの出力ポートとを持つものが多い。以下において、それら複数の入力ポートについて、濃度検出手段であるトナー濃度センサ１５の検出信号（濃度検出信号）ＫＳが入力される入力ポートを「濃度ポート」、それ以外の信号が入力される入力ポートを「所定ポート」と記載することがある。

また、信号処理部３２として、Ａ／Ｄ変換器、ＣＰＵ、ＲＡＭなどが用いられる。これら、アナログスイッチまたはマルチプレクサ、Ａ／Ｄ変換器、ＣＰＵ、ＲＡＭなどは、それらの全体または一部が、マイクロコンピュータまたはＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit)などとしてＬＳＩ化されて用いられることがある。

図３はトナー濃度センサ１５の構成の一例を示す回路図である。図３に示すように、トナー濃度センサ１５は、発振回路１５０、差動トランス１５１、増幅器１５２、位相比較器１５３、平滑回路１５４、出力端子１５５、および感度制御部１５６を有する。

差動トランス１５１は、駆動コイルＬＴ１、基準コイルＬＴ２、検知コイルＬＴ３を有する。基準コイルＬＴ２と検知コイルＬＴ３とは差動巻結線となっている。発振回路１５０によって駆動コイルＬＴ１に数百ｋＨｚ程度の交流電圧（高周波電圧）を供給することにより、基準コイルＬＴ２には電圧（基準電圧）Ｖ２が、検知コイルＬＴ３には電圧（検知電圧）Ｖ３が、それぞれ生じる。これら電圧Ｖ２とＶ３とはほぼ同じ値または同じ位相となっており、その差動出力信号Ｖｔの大きさはほぼ零であるが、現像剤の透磁率によって検知コイルＬＴ３の電圧Ｖ３の値または位相が微小変化し、その微小変化分ΔＶ３が差動出力信号Ｖｔとして得られる。現像剤の濃度および透磁率は、いずれもトナー量とキャリア量との比率によって変化するので、透磁率を検出することによってトナー濃度が検出されるのである。

差動トランス１５１から出力された差動出力信号Ｖｔは、増幅器１５２によって増幅され、位相比較器１５３によって図示しない基準電圧と比較され、位相弁別が行われる。位相比較器１５３からの出力は、抵抗ＲｈとコンデンサＣｈからなる平滑回路１５４によって平滑化され、出力端子１５５から出力される。これにより、トナー濃度に対応した電圧値を持つ直流のアナログ信号が、検出信号ＫＳとして得られる。

なお、差動出力信号Ｖｔの位相弁別を行うために、差動出力信号Ｖｔに対し９０度の位相差を持つ参照電圧が加えられるが、感度制御部１５６は、電圧制御部４０からの制御電圧ＶＳに応じてその参照電圧を制御し、トナー濃度センサ１５の感度特性を調整する。

なお、発振回路１５０、増幅器１５２、感度制御部１５６などは、互いに独立して設けられることもあるが、複数の回路素子を互いに接続することによって全体としてそれらの機能が得られるように回路構成することも可能である。例えば、感度制御部１５６として、発振回路１５０の出力の一部を位相調整して基準コイルＬＴ２に印加するように、抵抗、コンデンサ、および論理素子などを用いて構成してもよい。

また、トナー濃度と検出信号ＫＳとは比例し、トナー濃度が高くなれば検出信号ＫＳは直線的に低下する。制御電圧ＶＳを調整して、トナー濃度が理想値である７％の場合に検出信号ＫＳが例えば２．５Ｖとなるように、キャリブレーションを実施する。なお、画質の向上または維持の観点から、トナー濃度の正常範囲を例えば４％〜１１％とすることが好ましい。

次に、このようなトナー濃度センサ１５から出力される検出信号ＫＳについて説明する。

図４は検出信号ＫＳの波形の例を示す図である。各現像装置１３は、図示しない攪拌ローラを備え、攪拌ローラは図示しない駆動源の駆動力によって所定のタイミングで回転して現像材とトナーとを攪拌し、トナー濃度センサ１５が現像材のトナー濃度を検出して検出信号ＫＳを出力する。

図４に例示される検出信号ＫＳは、直流電圧成分Ｖｃに、最大値Ｖｐと最小値Ｖｖを有する交流成分、いわゆるリップル電圧成分Ｖｒが重畳された信号である。また、このリップル電圧成分Ｖｒは、トナーを攪拌する攪拌ローラの回転によって生じるものであり、その構造と回転に応じたリップル周期Ｔｒを有している。図４の例では、リップル周期は約０．２９秒である。また、リップル電圧成分Ｖｒの最大振幅、すなわち最大値Ｖｐと最小値Ｖｖとの差分Ｖｐｖは、図４の例では約１．０Ｖである。なお、このリップル電圧成分Ｖｒの波形は、攪拌時の現像材の流れや攪拌ローラ周辺の機構に応じて変わるため、常に図４に示すようになるとは限らないが、最大値Ｖｐと最小値Ｖｖとを有する交流成分である。

なお、この検出信号ＫＳの直流電圧成分Ｖｃは、１周期の間に刻々と変化するリップル波形の平均値にほぼ相当し、検出対象である現像材のトナー濃度に応じて変化する。図４の例では、１．２〜４．２Ｖである。トナー濃度が高い場合に電圧は低く、トナー濃度が低い場合に電圧は高くなる。

続いて、アナログスイッチ３１および信号処理部３２について説明する。

図５は、トナー濃度センサとアナログスイッチと信号処理部との接続の一例を示す図である。図５に示すように、アナログスイッチ３１は、８つの入力ポートＰＴ０〜７と１つの出力ポートＰＴ２０を有し、ＣＰＵ３２１の制御によって、入力ポートＰＴ０〜７が、ＰＴ０、ＰＴ１、ＰＴ２、ＰＴ３、ＰＴ４、ＰＴ５、ＰＴ６、ＰＴ７の順に切り替えられ、出力ポートＰＴ２０に選択的に接続される。入力ポートＰＴ７の次は入力ポートＰＴ０に戻り、再度同じ順で切り替えられる。

入力ポートＰＴ０〜７には、順に、トナー濃度センサ１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、および１５Ｋが接続され、その後にその他のセンサである温度センサ２４、湿度センサ２５、ＩＤＣセンサ２２、ＩＤＣセンサ２３から出力される各信号（以下「センサ信号」と記載することがある）が入力されるよう、それぞれ接続されている。したがって、入力ポートＰＴ０〜７が順次切り替えられることにより、それぞれの信号が、この順に、出力ポートＰＴ２０に現れる。この入力ポートＰＴ０〜７への接続順は１例であって、この順番以外の接続も可能である。

出力ポートＰＴ２０に現れたアナログの信号電圧は、抵抗Ｒ１を介して、Ａ／Ｄ変換器３２０でデジタル信号（デジタルデータ）に変換されて出力される。コンデンサＣ１は抵抗Ｒ１とともに時定数回路を構成しており、信号電圧に高周波ノイズが重畳した場合は、ノイズをグランドに導くが、信号電圧のリップル電圧成分Ｖｒには影響を与えない時定数を有している。例えば、１ｍｓ程度以下の周期を有するノイズをグランドに導くように構成される。Ａ／Ｄ変換器３２０で変換されたデジタルデータは差分検出部３２２によって処理されて、後述するサンプリングデータの最大値Ｖｐ、最小値Ｖｖ、その差分Ｖｐｖ（接続判定値）などが算出される。なお、差分検出部３２２は、ＣＰＵが適当なプログラムを実行することによってソフト的に、または適当なハードウェア回路との組み合わせによって実現される。

ＣＰＵ３２１は、アナログスイッチ３１の入力ポートＰＴ０〜７を、所定の時間間隔で順次切り替え、各センサ信号のデジタルデータを取り込み、それぞれのデジタルデータに基づいて必要な処理を行う。

ＣＰＵ３２１の処理には、例えば、トナー濃度センサ１５で検出されたトナー濃度に基づいて現像装置１３のトナー濃度を制御するトナー濃度制御処理、温度センサ２４および湿度センサ２５で検出された温度および湿度に基づき必要に応じて行う画像安定化処理、ＩＤＣセンサ２２および２３で検出されたトナーパターン濃度に基づいて画像濃度制御処理、および、上に述べたように各色のトナー濃度センサ１５の接続状態が正常であるか否かを検出する接続状態判定処理、現像材のトナー濃度を表す検出信号ＫＳの値を検出するセンサ出力読み取り処理、その他の種々の処理が含まれる。

[第１実施形態]
次に、第１実施形態における各トナー濃度センサ１５に関わる接続状態判定処理とセンサ出力読み取り処理について、図面を参照しながら説明する。

図６は、第１実施形態におけるセンサ出力読み取り処理の流れを説明するための図、図７と図８は、第１実施形態における接続状態判定処理を示すフローチャートである。なお、図６〜図８において、トナー濃度センサ１５以外のセンサの処理については記載を省略している。

まず、図６に示すように、最初に、時刻ｔ１において電圧制御部４０によって各トナー濃度センサ１５に所定の制御電圧ＶＳが印加される（＃１）。時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間Ｔ１（例えば２２０ｍｓ）は各トナー濃度センサ１５の出力電圧を安定させるための待ち時間である（＃２）。

出力電圧のサンプリングは、アナログスイッチ３１による切り替えによって、濃度ポートポートＰＴ０、濃度ポートＰＴ１、濃度ポートＰＴ２、濃度ポートＰＴ３、所定ポートＰＴ４、所定ポートＰＴ５、所定ポートＰＴ６、および所定ポートＰＴ７の順で行われるが、各ポートＰＴ０〜ＰＴ７に接続される各センサの順番は特に重要ではない。

時刻ｔ２に達すると、最初のポート切替えが行われて、トナー濃度センサ１５Ｙが接続されている入力ポートＰＴ０が出力ポートＰＴ２０に接続される（＃３）。時刻ｔ３からｔ４までの期間に、検出信号ＫＳＹのサンプリングが行われる。

なお、時刻ｔ３からｔ４、ｔ５からｔ６、ｔ７からｔ８、ｔ９からｔ１０までの期間Ｔ２は、例えば、０．３秒である。この期間Ｔ２の長さは図４に示したリップル周期Ｔｒよりも少し長い期間であり、検出信号ＫＳの実際のリップル周期Ｔｒに応じて変更すればよい。

ＣＰＵ３２１は、時刻ｔ３からｔ４までの期間に、トナー濃度センサ１５の出力電圧の１つの周期におけるリップル電圧成分Ｖｒの最大値Ｖｐと最小値Ｖｖとを充分サンプリングできる回数Ｎ（例えば、５０回）のデータサンプリングを、出力ポートＰＴ０に現れている検出信号ＫＳＹに対して行う。そのため、例えば、カウンタをリセットし（＃４）、検出信号ＫＳＹのサンプリングを行い（＃５）、カウンタ値を１つ進め（＃６）、カウンタ値が所定の回数Ｎか否かをチェックする（＃７）。回数Ｎより小さい場合は（＃７のＮｏ）、期間Ｔ２をＮ分割した時間分遅延させ（＃８）、検出信号ＫＳＹの次のサンプリングを行う（＃５）。なお、１つの周期内の信号をＮ回サンプリングする処理は、プログラムによってＣＰＵ３２１および図示しないその周辺回路が行う。

カウンタ値がＮの場合は（＃７のＹｅｓ）、差分検出部３２２は、Ｎ個のサンプリングデータのうち、最大値Ｖｐと最小値Ｖｖとを取得し、それらの差分ｐｖ（接続判定値）を算出する（＃９）。その後、ＣＰＵ３２１はＮ個のデータの平均値を算出して、検出信号ＫＳＹの直流成分Ｖｃとして設定する（＃１０）。なお、カウンタ値がＮの場合の上記の処理（＃９、＃１０）は、図６には図示していないが、時刻ｔ４が終了して次のポートの切替えが終了する時刻ｔ５までの期間において高速に行われる。

ここで、例えば、トナー濃度センサ１５Ｙの接続状態が不良である場合は、アナログスイッチ３１の入力ポートＰＴ０はオープン状態になっている。そのため、時刻ｔ３からｔ４までの期間において上記のデータサンプリングが行われることによって得られる差分Ｖｐｖは、ほぼゼロとなる。なお、信号処理部３２のコンデンサＣ１に、１つ前の入力ポートから入力された信号による電荷が残留している場合であっても、差分Ｖｐｖはほぼゼロである。

このことから、差分Ｖｐｖの値を判断すれば、トナー濃度センサ１５の接続状態を容易に判定できる。本実施形態では、この判定のための所定の閾値ｔｈとして、図４に例示した検出信号ＫＳの波形を事前に測定して、その差分Ｖｐｖの例えば１／２の値、具体的には、例えば、０．５Ｖに設定している。そのため、差分Ｖｐｖが閾値ｔｈ以上であれば、トナー濃度センサ１５の接続状態は正常であると判断でき、差分Ｖｐｖが閾値ｔｈより小さければ、トナー濃度センサ１５の接続状態は不良であると判断できる。

図６〜図８を再び参照する。５０回のデータサンプリングとその処理が終了すると、信号処理部３２によって、差分Ｖｐｖが所定の閾値ｔｈ（本実施形態では０．５Ｖ）と比較判定される（＃１１）。差分Ｖｐｖが所定の閾値ｔｈより小さい場合は（＃１１のＹｅｓ）、信号処理部３２はトナー濃度センサ１５Ｙの接続状態が不良であると判断する。

トナー濃度センサ１５Ｙの接続状態が不良であると判断されると、それまでに記憶されていた各トナー濃度センサ１５に対する直流成分Ｖｃが破棄され、トナー濃度センサ１５Ｙの接続状態が正常でない旨のトラブルメッセージが操作パネル３３の液晶ディスプレイに表示される（＃８０）。これにより、ユーザまたはサービスマンは接続不良を認識することができる。同時に、以降の全ての接続状態判定処理、センサ出力読み取り処理、トナー濃度制御処理などが中止され、間違ったトナー濃度検出値に基づいたトナーの過補給が行われることはない。

反対に、信号処理部３２によって、トナー濃度センサ１５Ｙの接続状態が正常であると判断されると（＃１１のＮｏ）、時刻ｔ３〜ｔ５の期間に算出された検出信号ＫＳＹの直流成分Ｖｃが、図示しない記憶部によって一時的に記憶されて、後述するトナー濃度を示すデータとして使用される。その後、次の入力ポートＰＴ１が出力ポートＰＴ２０に接続され（＃２３）、時刻ｔ５からｔ７までの期間、上記と同様の処理と判定（＃２４〜＃３１）がトナー濃度センサ１５Ｍと検出信号ＫＳＭに対して行われる。

トナー濃度センサ１５Ｍの接続が正常と判定されると（＃３１のＮｏ）、時刻ｔ５〜ｔ７の期間に算出された検出信号ＫＳＭの直流成分Ｖｃが、図示しない記憶部によって一時的に記憶されて、後述するトナー濃度制御処理のための値として使用される。その後、次の入力ポートＰＴ２が出力ポートＰＴ２０に接続され（＃４３）、時刻ｔ７からｔ９までの期間、上記と同様の処理と判定（＃４４〜＃５１）がトナー濃度センサ１５Ｃと検出信号ＫＳＣに対して行われる。

トナー濃度センサ１５Ｃの接続が正常と判定されると（＃５１のＮｏ）、時刻ｔ７〜ｔ９の期間に算出された検出信号ＫＳＣの直流成分Ｖｃが、図示しない記憶部によって一時的に記憶されて、後述するトナー濃度制御処理のための値として使用される。その後、次の入力ポートＰＴ３が出力ポートＰＴ２０に接続され（＃６３）、時刻ｔ９からｔ１１までの期間、上記と同様の処理と判定（＃６４〜＃７１）がトナー濃度センサ１５Ｋと検出信号ＫＳＣに対して行われる。

トナー濃度センサ１５Ｋの接続が正常と判定されると（＃７１のＮｏ）、トナー濃度センサ１５の接続状態判定処理は終了し、次の入力ポートＰＴ４が出力ポートＰＴ２０に接続され、その他のセンサに対する処理が行われるが（図６の時刻ｔ１１以降）、その説明は省略する。

以上説明したトナー濃度センサ１５の接続状態判定処理において、各色のトナー濃度センサ１５全ての接続状態が正常であると判定された場合のみ、ＣＰＵ３２１は、この接続状態判定処理の期間において検出されたそれぞれのトナー濃度センサ１５の直流成分Ｖｃに応じて、現像装置１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋにおける、現像材のトナー濃度制御処理を行う。

[第２実施形態]
第１実施形態では、各検出信号ＫＳの１つのリップル周期の開始から終了までの期間のサンプリングデータに基づいて、各トナー濃度センサ１５の接続状態の良否を判定した。そのため、４つのトナー濃度センサ１５接続状態の良否を判定するには、少なくともリップル周期Ｔｒの約４倍の時間が必要になる。しかし、トナー濃度センサ１５接続状態の良否判定時間の短縮が望まれる場合がある。

第２実施形態は上記の背景を考慮したものであり、第１実施形態よりも接続状態の良否判定の時間を短縮しようとするものである。以下、第２実施形態における各トナー濃度センサ１５に関わる接続状態判定処理とセンサ出力読み取り処理について図面を参照しながら説明する。

図９は、第２実施形態におけるセンサ出力読み取り処理の流れを説明するための図、図１０は、第２実施形態における接続状態判定処理を示すフローチャートである。なお、図９と図１０のトナー濃度センサ１５以外のセンサの処理についての説明は省略する。

まず、図９に示すように、最初に、時刻ｔ１において電圧制御部４０によって各トナー濃度センサ１５に所定の制御電圧ＶＳが印加される（＃１０１）。時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間Ｔ１（例えば２２０ｍｓ）は各トナー濃度センサ１５の出力電圧を安定させるための待ち時間である（＃１０２）。

出力電圧のサンプリングは、アナログスイッチ３１による切り替えによって、濃度ポートポートＰＴ０〜所定ポートＰＴ７の順で行われるが、各ポートＰＴ０〜ＰＴ７に接続される各センサの順番は特に重要ではない。

時刻ｔ２に達すると、最初のポート切替えが行われて、トナー濃度センサ１５Ｙが接続されている入力ポートＰＴ０が出力ポートＰＴ２０に接続される（＃１０３）。その直後に、検出信号ＫＳＹのサンプリングが開始される（＃１０４）。検出信号ＫＳＹの最初のサンプリングデータが取得されると、差分検出部３２２は、そのデータを検出信号ＫＳＹの最大値Ｖｐおよび最小値Ｖｖとして設定し、検出信号ＫＳＹの最大値Ｖｐと最小値Ｖｖの差分Ｖｐｖ（接続判定値）を算出する（＃１０５）。ただし、この回は初回なので、最大値Ｖｐと最小値Ｖｖは同じ値であり、それらの差分Ｖｐｖはゼロである。

次に、信号処理部３２は、これまでに得た検出信号ＫＳＹのサンプリングデータの平均値（直流成分Ｖｃ）を算出する（＃１０６）。そして、検出信号ＫＳＹの差分Ｖｐｖを所定の閾値ｔｈと比較する（＃１０７）。差分Ｖｐｖが閾値ｔｈより小さい場合の回数がｎ回、例えば４回となったときに、トナー濃度センサ１５Ｙの接続状態が不良であると判断し（＃１０８のＹｅｓ）、トラブルメッセージを操作パネル３３の液晶ディスプレイに表示する（＃１５０）。これにより、ユーザまたはサービスマンは接続不良を認識することができる。同時に、以降の全ての接続状態判定処理、センサ出力読み取り処理、トナー濃度制御処理などが中止され、間違ったトナー濃度検出値に基づいたトナーの過補給が行われることはない。なお、所定の回数ｎは、ノイズなどの要因によって接続が不良と誤判定される場合に、１回の判定で接続が不良であると決定されてしまうことを避けるための安全弁的な役割を果たすもので、実際の使用状態に応じて設定すればよい。

また、差分Ｖｐｖと比較される所定の閾値ｔｈは、第１実施形態で説明したものと同じである。閾値ｔｈを大きくしすぎると、実際に接続状態が不良の場合であっても、不良と判定されるまでに多くのサンプリングデータが必要になり、時間がかかる。反対に、閾値ｔｈを小さく設定しすぎると、トナー濃度センサ１５の接続状態が正常であるにもかかわらず、不良であると誤判定される可能性が生じるため、実際の検出信号ＫＳに即した閾値にする必要がある。

ステップ＃１０７において、差分Ｖｐｖが閾値ｔｈ以上の場合は（＃１０７のＮｏ）、次の入力ポートが選択され、トナー濃度センサ１５Ｍが接続されている入力ポートＰＴ１が出力ポートＰＴ２０に接続される（＃１１３）。その直後に、検出信号ＫＳＭのサンプリングが開始される（＃１１４）。このような、トナー濃度センサ１５Ｍの接続状態判定処理（＃１１３〜＃１１８）、トナー濃度センサ１５Ｃの接続状態判定処理（＃１２３〜１２８）、トナー濃度センサ１５Ｋの接続状態判定処理（＃１３３〜＃１３８）は、上記のトナー濃度センサ１５Ｙに対する接続状態判定処理（＃１０３〜１０８）と同様であるので、その説明は省略する。

ステップ＃１０７で「Ｎｏ」の場合は、トナー濃度センサ１５に対して上記の処理（＃１０３〜＃１３８）を所定の回数繰り返す（＃１４０）。所定の回数を多くすると、各色の検出信号ＫＳから得られる最大値Ｖｐ、最小値Ｖｖ、それらの差分Ｖｐｖ（接続判定値）、平均値（直流成分Ｖｃ）の精度が高くなる。従って、所定の回数は、接続状態判定処理の時間と精度との兼ね合いで設定すればよい。

[第３実施形態]
第１と第２実施形態では、所定のトナー濃度センサ１５が出力ポートＰＴ２０に接続されている期間、そのトナー濃度センサ１５の検出信号ＫＳがサンプリングされる。信号処理部３２が備える差分検出部３２２が、最大値Ｖｐと最小値Ｖｖ、それらの差分Ｖｐｖを検出し、接続状態判定処理に使用する。トナー濃度検出信号ＫＳの電圧値も平均値（直流成分Ｖｃ）という形で信号処理部３２が同時に検出している。そのため、ＣＰＵ３２１の負荷が増加し、その他の制御にＣＰＵ３２１を使用できる設計裕度が減少する可能性もある。

ＣＰＵ３２１の負荷を軽減できる第３実施形態について、図１１を参照して簡単に説明する。図１１は、第３実施形態におけるトナー濃度センサ１５とアナログスイッチ３１と信号処理部３２との接続の一例を示す図である。

図５に示した構成と比較すると、図１１に示す構成は、各色のトナー濃度センサ１５とアナログスイッチ３１の各入力ポートＰＴ０〜ＰＴ３との信号ラインに、それぞれ差分検出回路３０が接続された構成になっている。また、信号処理部３２に、差分検出回路３０の出力を所定の閾値と比較する比較回路３２２ａが付加されている。

図１１に示す構成において、別途設けられた差分検出回路３０が、検出信号ＫＳのリップル周期Ｔｒの期間における最大値Ｖｐ、最小値Ｖｖ、それらの差分Ｖｐｖを検出する。つまり、トナー濃度センサ１５が正常に接続されていないと、差分検出回路３０に接続された信号ラインがオープン状態となり、閾値ｔｈ以上の差分Ｖｐｖが生じることはない。なお、閾値ｔｈは第１、第２実施形態と同様に設定される。また、差分検出回路３０それ自体は従来のリップル電圧検出回路などで構成することが可能である。また、比較回路３２２ａも既知の回路を利用できる。

また、図１１に示す構成では、トナー濃度制御処理に使用される検出信号ＫＳの平均値が、アナログスイッチ３１を介して信号処理部３２によって読み取られる。そのため、信号処理部３２を構成する抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の時定数は、第１、第２実施形態の場合よりも大きくしておいてよい。例えば、図４に示す検出信号ＫＳのリップル電圧成分Ｖｒが平滑される程度の値に設定しておいてよい。

各差分検出回路３０から出力される差分Ｖｐｖ（接続判定値）を信号処理部３２の比較回路３２２ａが閾値ｔｈと比較し、信号処理部３２は、接続判定値が閾値ｔｈより小さい場合に、該当するトナー濃度センサ１５が正常に接続されていないと判定する。トナー濃度センサ１５が１つでも正常に接続されていないと判定されると、トナー濃度制御処理を行わないため、トナーの過補給が行われることはない
（各実施形態における効果）
第１実施形態では、検出信号ＫＳの１つのリップル周期Ｔｒに渡って検出信号ＫＳを所定の回数サンプリングするため、正確な差分Ｖｐｖ（接続判定値）を取得することができる。

また、第１実施形態の構成では、検出信号ＫＳがプルダウン抵抗によって分圧されることがなく、トナー濃度センサ１５の検出範囲（検出感度）のワイドレンジ化を実現することができる。また、それぞれのトナー濃度センサ１５に対して、接続状態判定処理のためのサンプリングデータとセンサ出力読み取り処理のためのサンプリングデータとが共通であるため、時間短縮や制御の簡素化が図れる。

また、第１実施形態では、アナログスイッチ３１によって各センサ信号の入力の切り替えを行うことによって、当該各センサ信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器３２０を複数設けなくてもよい。したがって、コスト的に有利である。

また、第１実施形態では、例えば、現像装置を１つ備える白黒の画像形成装置の単一のトナー濃度センサを、トナー濃度センサ以外のその他のセンサとともにアナログスイッチ３１に接続しても、上記の接続状態判定処理とトナー濃度制御処理とを行うことができる。

第２実施形態では、リップル周期Ｔｒに渡って検出信号ＫＳをサンプリングする必要が無く、第１実施形態に比べて、接続状態判定処理をより早く行うことができる。その他の効果に関しては第１実施形態と同様である。

第３実施形態では、アナログスイッチ３１と信号処理部３２とは別に検出信号ＫＳの差分検出部を設けるため、ＣＰＵ３２１の負荷を軽減することができる。

以上により、上記の実施形態に係る画像形成装置１によれば、トナー濃度センサ１５の接続状態を、従来より容易、低コスト、かつ確実に検出することできる。

その他、画像形成装置１の全体または各部の構成、処理内容、処理順序等は、本発明の趣旨に沿って適宜変更することが可能である。

１ 画像形成装置
１１ 感光体
１３ 現像装置（現像手段）
１５ トナー濃度センサ（濃度検出手段）
２２，２３ ＩＤＣセンサ
２４ 温度センサ
２５ 湿度センサ
３０ 差分検出回路（差分検出手段）
３１ アナログスイッチ（切替え手段）
３２ 信号処理部（信号処理手段）
１００ 制御部
３２０ Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ変換手段）
３２１ ＣＰＵ（プロセッサ）
３２２ 差分検出部（差分検出手段）
３２２ａ 比較回路
４０ 電圧制御部
Ｃ１ コンデンサ
ＫＳ 検出信号（濃度検出信号）
ＰＴ０，ＰＴ１，ＰＴ２，ＰＴ３ 濃度ポート
ＰＴ４，ＰＴ５，ＰＴ６，ＰＴ７ 所定ポート
ＳＨ 湿度信号
ＳＮ１，ＳＮ２ 濃度信号
ＳＴ 温度信号
Ｖｐ 最大値
Ｖｐｖ 差分（接続判定値）
ＶＳ 制御電圧
Ｖｖ 最小値
ｔｈ 閾値

Claims (6)

1. 複数の現像手段を備え電子写真プロセスによって画像を形成する画像形成装置であって、
   前記複数の現像手段内のそれぞれのトナー濃度に基づいた濃度検出信号を出力する複数の濃度検出手段と、
   前記濃度検出信号を処理する信号処理手段と、
   それぞれの前記濃度検出手段を、順次切り替えて選択的に前記信号処理手段に接続する切替え手段と、
   それぞれの前記濃度検出信号の電圧の最大値と最小値との差分を接続判定値として検出する差分検出手段と、を有し
   前記信号処理手段は、選択された前記濃度検出手段の濃度検出信号の電圧を、トナー濃度を表す電圧として処理するとともに、前記接続判定値が所定の閾値より小さい場合に、該接続判定値が検出された濃度検出信号を出力する濃度検出手段が前記信号処理手段に正常に接続されていないと判定する、
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記差分検出手段は、前記濃度検出信号の電圧を逐次サンプリングしてサンプリングデータを取得するとともに、該サンプリングデータの最大値と最小値との差分を前記接続判定値として算出する、
   請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記接続判定値は、同一の濃度検出手段が前記切替え手段によって選択的に前記信号処理手段に接続される同一の期間におけるサンプリングデータから算出される、
   請求項１または２記載の画像形成装置。
4. 前記接続判定値は、同一の前記濃度検出手段が前記切替え手段によって選択的に前記信号処理手段に接続される複数の異なる期間におけるサンプリングデータから算出される、
   請求項１または２記載の画像形成装置。
5. 前記信号処理手段は、前記複数の濃度検出手段に対する前記サンプリングデータの平均値を、前記トナー濃度を表す電圧としてそれぞれ算出し、
   前記複数の濃度検出手段の全てが前記信号処理手段に正常に接続されたと判定された場合のみ、前記トナー濃度を表す電圧に基づいて、前記複数の現像手段における現像材のトナー濃度制御処理を行う、
   請求項３または４記載の画像形成装置。
6. 現像手段内のそれぞれのトナー濃度に基づいた濃度検出信号を出力する複数の濃度検出手段の接続状態を判定する接続状態判定方法であって、
   前記複数の濃度検出手段を、順次切り替えて選択的に信号処理手段に接続するステップと、
   選択的に接続された前記濃度検出手段の前記濃度検出信号を逐次処理することによって、各濃度検出手段のトナー濃度を表す電圧値を取得するステップと、
   それぞれの前記濃度検出信号の電圧の最大値と最小値との差分を検出するステップと、
   検出された前記差分が所定の閾値より小さい場合に、当該差分が検出された濃度検出信号を出力する濃度検出手段が正常に接続されていないと判定するステップと、を有する
   ことを特徴とする接続状態判定方法。
   

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