JP2011186388A - 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を逐次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、信号処理部３２とトナー濃度センサ１５との信号ラインに接続されるとともに、指令に応じて動作することによって、信号ラインを所定のインピーダンスを介してグランドに接続するプルダウン回路３０と、を設ける。プルダウン回路３０が指令に応じて動作したときに、信号処理部３２は、選択的に接続されているトナー濃度センサ１５の検出信号ＫＳを第１の電圧として検出し、第１の電圧が所定の閾値以下である場合に、選択的に接続されてい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される。
【選択図】図２

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回路に入力される。

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回路において、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１０は従来のアナログスイッチおよび信号処理回路の構成を示す図であり、信号処理回路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保持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１０において、信号処理回路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、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図１１（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１１（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センサの順番の組合せが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逐次処理する信号処理手段と、前記複数の濃度検出手段を、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、前記信号処理手段と該信号処理手段に選択的に接続される濃度検出手段との信号ラインに接続されるとともに、指令に応じて動作することによって、前記信号ラインを所定のインピーダンスを介してグランドに接続するプルダウン手段とを有し、前記信号処理手段は、前記プルダウン手段が前記指令に応じて動作したときに、選択的に接続された前記濃度検出手段の濃度検出信号を第１の電圧として検出し、該第１の電圧が所定の閾値以下である場合に、選択的に接続された前記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、前記信号処理手段は、前記選択的に接続された濃度検出手段の濃度検出信号を保持するためのコンデンサと、前記コンデンサに保持された信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記デジタル信号を処理するプロセッサと、を含む。

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。 トナー濃度センサとプルダウン回路とアナログスイッチの接続を示す図である。 トナー濃度センサとプルダウン回路とアナログスイッチの具体的な接続の一例を示す図である。 プルダウン用トランジスタを動作させた場合のトナー濃度センサの検出電圧を説明するための図である。 接続状態判定処理と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。 接続状態判定処理を示すフローチャートである。 単一のプルダウン回路を出力ポートに接続した例を示す図である。 従来のアナログスイッチおよび信号処理回路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。

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と、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）とを有し、複数の入力ポートＰＴ０〜７を出力ポートＰＴ２０に順次切り替えて選択的に接続するアナログスイッチ３１と、出力ポートＰＴ２０に現れた信号を処理する信号処理部３２と、を有する。

また、トナー濃度センサ１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋそれぞれの出力側、つまり、それらの検出信号ＫＳＹ、ＫＳＭ、ＫＳＣ、ＫＳＫが入力されるアナログスイッチ３１の各ポートに、信号処理部３２によって制御されるプルダウン回路３０Ｙ、３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｋが接続されている。なお、プルダウン回路３０Ｙ、３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｋの詳細は後述する。

また、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。

本実施形態においては、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、図４はトナー濃度センサ１５とプルダウン回路３０とアナログスイッチ３１の接続を示す図、図５はトナー濃度センサ１５とプルダウン回路３０とアナログスイッチ３１の具体的な接続の一例を示す図である。

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。

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４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に現れた信号は、抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ１に充電されてサンプルホードルされ、コンデンサＣ１によって保持されたアナログの信号電圧（ピーク電圧）は、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。

ＣＰＵ３２１は、アナログスイッチ３１の入力ポートＰＴ０〜７を、例えば数μ秒程度で順次切り替え、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、その他の種々の処理が含まれる。

また、トナー濃度センサ１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋの出力側に接続されたプルダウン回路３０Ｙ、３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｋには信号処理部３２のトリガー回路３２２の出力が接続されている。

本実施形態では、センサ出力読み取り処理と接続状態判定処理において、トナー濃度センサ１５の検出信号ＫＳのサンプリング、つまり検出信号ＫＳのデジタルデータの取り込みを行うごとに、トリガー回路３２２からのプルダウン制御信号Ｓｐによってプルダウン回路３０を動作させて、検出信号ＫＳの値を所定値ｔｈと比較することにより、各トナー濃度センサ１５の接続状態の良否を判定する。なお、詳細は後述する。

次に、本実施形態に使用されるプルダウン回路３０について説明する。図５は、図４に示す１つのトナー濃度センサ１５がアナログスイッチ３１の１つの入力ポートに接続され、その信号ラインＳＬにプルダウン回路３０が接続されている構成を示す図である。

トナー濃度センサ１５の出力は、平滑回路１５４によって直流信号になり、コネクタＣＮ１、ＣＮ２を経由してアナログスイッチ３１の所定の入力ポートに接続される。アナログスイッチ３１の出力ポートＰＴ２０には、センサからの信号を、抵抗Ｒ１を介してサンプルホードルするためのコンデンサＣ１が設けられており、前の信号が残留電圧として残ってしまう。そのため、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、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。そうすると、トナー濃度センサ１５の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。

そのため、本実施形態では、プルダウン抵抗Ｒｐとプルダウン用トランジスタＴｒｐとで構成されるプルダウン回路３０をトナー濃度センサ１５ごとに設けている。プルダウン回路３０は、トナー濃度センサ１５とアナログスイッチ３１との信号ラインＳＬに接続される。具体的には、トナー濃度センサ１５のコネクタＣＮ１、ＣＮ２以降の信号ラインＳＬに接続される。トランジスタＴｒｐのベースは、信号処理部３２のトリガー回路３２２に接続され、トリガー回路３２２から、トランジスタＴｒｐを動作させるためのプルダウン制御信号Ｓｐが入力される。プルダウン制御信号ＳｐのＨｉｇｈ、Ｌｏｗに応じてトランジスタＴｒｐはオン、オフする。

プルダウン抵抗Ｒｐの抵抗値として、トランジスタＴｒｐがオンの場合に、コンデンサＣ１の残留電圧がトナー濃度センサ１５の接続状態の良否を判断するのに影響しない程度に下がるような小さな値を選択する。例えば、トナー濃度センサ１５の平滑回路１５４の抵抗Ｒｈが１００ｋΩの場合は、プルダウン抵抗Ｒｐは、それより充分小さい２０ｋΩ程度に設定される。

そのような抵抗値を設定した場合の例を、図６を参照して説明する。図６は、トランジスタＴｒｐ（または、プルダウン回路３０）をオン、オフさせた場合のトナー濃度センサ１５の検出電圧を説明するための図である。図６（Ａ）はトナー濃度センサ１５の接続が良好な場合を、図６（Ｂ）は接続が不良な場合を示している。

検出信号ＫＳが例えば１．２〜４．２Ｖの範囲に設定されている場合において、トナー濃度センサ１５の接続が良好な場合は、図６（Ａ）に例示されるように、トランジスタＴｒｐがオンの期間（Ｐ１）において、１．２〜４．２Ｖの設定範囲の電圧がアナログスイッチ３１の所定の入力ポートに入力される。トランジスタＴｒｐのオン抵抗がほぼ０Ωとすると、１．２〜４．２Ｖが１００ｋΩと２０ｋΩによって分圧されて、約０．２〜０．７Ｖの電圧が信号処理部３２によって検出されることになる。その後、トランジスタＴｒｐをオフにした期間（Ｐ２）において、１．２〜４．２Ｖの設定範囲に近い電圧が検出される。

上記の条件で、トナー濃度センサ１５の接続が不良の場合は、図６（Ｂ）に例示されるように、トナー濃度センサ１５の出力がハイインピーダンスまたはオープン状態にあるため、トランジスタＴｒｐがオンされるまでは、前回の検出時にコンデンサＣ１に残留している電荷に基づく残留電圧が出力ポートＰＴ２０に発生する。その後、トランジスタＴｒｐがオンされる（Ｐ１）と、コンデンサＣ１の残留電荷が、出力ポートＰＴ２０、当該トナー濃度センサ１５が接続されるべき入力ポート、プルダウン抵抗Ｒｐ、トランジスタＴｒｐを介して速やかにグランドに放電し、コンデンサＣ１の残留電圧はほぼ０Ｖになる。その後、トランジスタＴｒｐをオフ（Ｐ２）にしても、コンデンサＣ１に残留電荷がないため、残留電位０Ｖの状態が維持される。

上記のように、トナー濃度センサ１５の出力電圧を検出するときに、当該トナー濃度センサ１５に接続されたプルダウン回路３０をオンにしたＰ１の期間の検出電圧（第１の電圧）が所定値ｔｈ、例えば０．１Ｖより大きい場合は、コネクタＣＮ１とＣＮ２が正常に接続されていると判断でき、検出電圧が、ほぼ０Ｖの場合、すなわち所定値ｔｈ以下であれば、コネクタＣＮ１とＣＮ２が正常に接続されていないと判断できる。以下、このようなコネクタＣＮ１とＣＮ２との接続状態を判断する処理を、接続状態判定処理と記載する場合がある。

また、上記Ｐ２の期間は、トナー濃度センサ１５の接続状態が正常と判断された場合に、当該トナー濃度センサ１５の出力電圧値をＡ／Ｄ変換器３２０で検出する期間である。期間Ｐ２の直前の期間Ｐ１においてトランジスタＴｒｐをオンにして、コンデンサＣ１の残留電荷を放電させているため、Ｐ２の期間においては、トナー濃度センサ１５の出力電圧が正確に検出される（第２の電圧）。このＰ２の期間の処理をセンサ出力読み取り処理と記載する場合がある。

続いて、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７は、接続状態判定処理とセンサ出力読み取り処理の流れを説明するための図、図８は接続状態判定処理を示すフローチャートである。なお、図７と図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省略している。

図７は、トナー濃度センサ１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃの接続状態は正常で、トナー濃度センサ１５Ｋの接続状態が不良になっている例を図示している。まず、図７に示すように、最初に、時間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）。時間ｔ１から時間ｔ２までの期間（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。

時間ｔ２に達すると、時間ｔ２からｔ３までの期間に、各トナー濃度センサ１５およびその他のセンサの出力電圧のサンプリングが開始される。

まず、最初のポートＰＴ０が選択され（＃３）、そこに接続されたトナー濃度センサ１５Ｙについての処理が行われる。接続状態判定処理の期間である、最初の期間Ｐ１において、トリガー回路３２２からプルダウン回路３０ＹにＨｉｇｈレベルのブルダウン信号Ｓｐが送出され、トランジスタＴｒｐがオンする（＃４）。そうすると、図６を用いて説明したように、検出電圧のサンプリングが行われる（＃５）。

検出された電圧が所定値ｔｈ以下の場合は（＃６でＮｏ）、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（＃２８）。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。

図７の例では、検出された電圧が所定値ｔｈより大きいため、次のＰ２の期間の処理に移行する（＃６でＹｅｓ）。つまり、トナー濃度センサ１５Ｙの接続状態は良好で、約０．２〜０．７Ｖの電圧が検出されるため、次の処理に移行する。

次に、トナー濃度センサ１５Ｙ用のブルダウン回路３０ＹにＬｏｗレベルのブルダウン信号Ｓｐが送出され、トランジスタＴｒｐがオフする（＃７）。そして、トナー濃度センサ１５Ｙの出力電圧の検出が行われる（＃８）。このＰ２の期間に検出されたトナー濃度センサ１５Ｙの出力電圧は、トランジスタＴｒｐがオフであるため、プルダウン抵抗Ｒｐによって分圧されることなく検出されて、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（＃２９）。

次の期間Ｐ３において、次のポートＰＴ１が選択され（＃９）、それに接続されたトナー濃度センサ１５Ｍについての処理が行われる。なお、トナー濃度センサ１５Ｍについての処理＃９〜＃１４は、上記したトナー濃度センサ１５Ｙの処理＃３〜＃８に対応するため、その説明は省略する。同様に、トナー濃度センサ１５Ｃについての処理＃１５〜＃２１も、トナー濃度センサ１５Ｙの処理＃３〜＃８に対応するため、その説明は省略する。

次に、ポートＰＴ３が選択され（＃２２）、それに接続されたトナー濃度センサ１５Ｋについての処理が行われる。期間Ｐ１において、トリガー回路３２２からプルダウン回路３０ＹにＨｉｇｈレベルのブルダウン信号Ｓｐが送出され、トランジスタＴｒｐがオンする（＃２３）。そうすると、図６を用いて説明したように、検出電圧のサンプリングが行われる（＃２４）。

図７に図示の例では、トナー濃度センサ１５Ｋが正常に接続されていないため、Ｐ１の期間に検出された電圧はほぼ０Ｖになり、所定値ｔｈ以下である（＃６でＮｏ）。そのため、トナー濃度センサ１５Ｋ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（＃２８）。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。

トナー濃度センサ１５の接続状態が正常でないことが判定されると、それまで期間Ｐ２において検出された各トナー濃度センサ１５の出力レベルは破棄され、トナー濃度制御処理は行われない。これにより、現像装置１３において不適切なトナー濃度制御処理が実施されることが防止される。

反対に、Ｐ１の期間において、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ると、期間Ｐ２において検出されたそれぞれのトナー濃度センサ１５の検出電圧に応じて、現像装置１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋにおいて、現像材のトナー濃度制御処理が行われる（＃２９）。

（本実施形態における効果）
本実施形態では、接続状態判定処理時に、低い抵抗値を有するプルダウン抵抗Ｒｐを有効にして、コンデンサＣ１の残存電荷による誤検知の要因を排除する構成としているため、トナー濃度センサ１５の接続状態を正確に検出することが可能となる。

また、接続状態判定処理に続くセンサ出力読み取り処理では、プルダウン抵抗Ｒｐを無効にするため、出力電圧がプルダウン抵抗Ｒｐや他のプルダウン抵抗によって分圧されることがない。そのため、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、本実施形態では、それぞれのトナー濃度センサ１５に対して、接続状態判定処理とセンサ出力読み取り処理とを連続して行うことができ、これらの処理を短時間に行うことができる。

また、本実施形態では、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、本実施形態では、接続状態判定処理時にプルダウン抵抗ＲｐによってコンデンサＣ１の残留電圧を除去しているため、１つ前のポートを使用したときに発生する残留電圧の問題を考慮する必要が全く、同様に、現在の接続状態判定処理が、次のポートを他のセンサが使用したときに与える影響も考慮する必要がない。すなわち、アナログスイッチ３１の入力ポートに接続されるセンサの種類、その接続順の影響を考慮する必要が無く、設計裕度を大きくすることができる。

また、本実施形態では、他の入力ポートに接続されるセンサによる残留電圧を利用しないため、例えば、現像装置を１つ備える白黒の画像形成装置の１つ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。

また、本実施形態では、センサ出力読み取り処理の前の期間、つまり期間Ｐ１において、プルダウン抵抗Ｒｐを有効にして出力電圧の検出に影響を与える残留電位を除去しているため、正確なセンサ出力読み取り処理を行うことができる。

以上により、本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。

（他の実施形態）
上記実施形態（図２、４、５）で説明した、プルダウン回路３０を次のようにしてもよい。

図９は、単一のプルダウン回路を出力ポートに接続した例を示す図である。

図９に示すように、プルダウン回路３０を、アナログスイッチ３１ａの出力ポートＰＴ２０と信号処理部３２との間に接続してもよい。この場合、プルダウン回路３０自体の構成は図５に示されるとおりである。ただし、この接続方法は、アナログスイッチ３１ａの入力ポートと出力ポートが接続された時のインピーダンスが小さい場合に使用することができる。すなわち、アナログスイッチ３１ａのインピーダンスが、プルダウン抵抗Ｒｐによる出力電圧の分圧に影響を与えない場合に使用することができる。

このように接続されたプルダウン回路３０をオン、オフするタイミングは、図７に示す各トナー濃度センサの接続状態判定処理時の期間Ｐ１とセンサ出力読み取り処理時の期間Ｐ２とに合わせてトリガー回路３２２が行う。

プルダウン回路３０をオン、オフするタイミング以外の動作は、図４〜図８を参照して説明したことと同じであるので、その説明は省略する。

従って、図９に示す実施形態によって得られる新たな効果は、部品の点数が少なくなるとともに、実装した場合の部品のサイズが小さくなり、加えてコストの低減が得られることである。

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 プルダウン回路（プルダウン手段）
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）
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
Ｒｐ プルダウン抵抗
ＳＨ 湿度信号
ＳＮ１，ＳＮ２ 濃度信号
ＳＴ 温度信号
Ｔｒｐ プルダウン用トランジスタ
ＶＳ 制御電圧
ｔｈ 閾値

Claims (7)

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逐次処理する信号処理手段と、
   前記複数の濃度検出手段を、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、
   前記信号処理手段と該信号処理手段に選択的に接続される濃度検出手段との信号ラインに接続されるとともに、指令に応じて動作することによって、前記信号ラインを所定のインピーダンスを介してグランドに接続するプルダウン手段と、
   を有し
   前記信号処理手段は、前記プルダウン手段が前記指令に応じて動作したときに、選択的に接続された前記濃度検出手段の濃度検出信号を第１の電圧として検出し、該第１の電圧が所定の閾値以下である場合に、選択的に接続された前記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、
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記信号処理手段は、
   前記選択的に接続された濃度検出手段の濃度検出信号を保持するためのコンデンサと、
   前記コンデンサに保持された信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、
   前記デジタル信号を処理するプロセッサと、を含む、
   請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記信号処理手段は、前記複数の現像手段において現像材のトナー濃度制御処理が行われる前に、前記プルダウン手段を動作させることによって、前記複数の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るかどうかを判定する、
   請求項１または２記載の画像形成装置。
4. 前記信号処理手段は、前記プルダウン手段を一旦動作させて前記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る否かを判定し、
   正常に接続されている場合は、その後、前記プルダウン手段を動作させずに、前記選択的に接続された濃度検出手段の濃度検出信号を第２の電圧として検出し、
   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、前記複数のトナー濃度検出手段に対して前記信号処理手段が検出した前記第２の電圧に基づいて、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が行う、
   請求項３記載の画像形成装置。
5. 前記切替え手段は、前記複数の濃度検出手段がそれぞれ入力される複数の入力ポートと、前記複数の入力ポートが順次切り替えられて選択的に接続される１つの出力ポートとを備え、
   前記出力ポートは前記信号処理手段に接続され、
   前記プルダウン手段は複数のプルダウン回路から構成され、該複数のプルダウン回路は、前記複数の入力ポート側において前記複数の濃度検出手段のそれぞれに接続される、
   請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置。
6. 前記切替え手段は、前記複数の濃度検出手段がそれぞれ入力される複数の入力ポートと、前記複数の入力ポートが順次切り替えられて選択的に接続される１つの出力ポートとを備え、
   前記出力ポートは前記信号処理手段に接続され、
   前記プルダウン手段は、前記出力ポート側において前記信号処理手段に接続される、
   請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 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、
   前記信号処理手段と該信号処理手段に選択的に接続された濃度検出手段との信号ラインを、所定のインピーダンスを介してグランドに接続するステップと、
   前記信号ラインが前記インピーダンスを介してグランドに接続されている間に、前記信号処理手段に選択的に接続されている濃度検出手段の濃度検出信号を、前記信号処理手段によって第１の電圧として検出するステップと、
   前記第１の電圧が所定の閾値以下である場合に、前記選択的に接続された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ステップと、を有する、
   ことを特徴とする濃度検出手段の接続状態判定方法。
   
   

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