JP7351202B2

JP7351202B2 - 異常検出装置、電気機器、画像形成装置、電気機器の異常検出方法、及び異常検出プログラム

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Publication number: JP7351202B2
Application number: JP2019217395A
Authority: JP
Inventors: 悠岡村
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2019-11-29
Filing date: 2019-11-29
Publication date: 2023-09-27
Anticipated expiration: 2039-11-29
Also published as: JP2021085856A

Description

本開示は、異常検出装置、電気機器、画像形成装置、電気機器の異常検出方法、及び異常検出プログラムに関する。

特許文献１には、ワイヤーハーネス（以下、ハーネス）中の電線に断線、短絡などが生じた場合の故障位置を検出する技術が開示される。特許文献１の技術は、電線にパルス信号を送信し、送信波と反射波の時間差を測定することによって、ハーネスの断線を検出する。

しかしながら、この種の従来技術は、ハーネスと当該ハーネスに接続されるセンサとの何れか一方に異常が発生した場合、ハーネス自体の異常（断線、コネクタ抜けなど）なのかセンサ自体の異常なのかを切り分けることができない。従って、異常発生箇所を切り分けるための作業が必要になり、異常原因を特定するまでに時間を要するという課題があった。

本開示は、上記課題に鑑み、検出部の異常発生原因を容易に特定できる。

上記課題に鑑み、本開示に係る異常検出装置は、センサの出力信号に基づき、前記センサと前記センサに接続されるハーネスとを有すると共に電気機器の情報を検出する検出部に異常が発生したことを検出する異常検出部と、前記異常検出部による異常が検出された場合に、抵抗体及び容量素子により設定される前記センサの出力信号の立ち上がり時間を計測する時間計測部と、前記立ち上がり時間に応じて、前記異常の発生原因が前記センサであるか前記ハーネスであるかを特定する原因特定部と、を備える。

本開示によれば、検出部の異常発生原因を容易に特定できるという効果を奏する。

本実施の形態に係る異常検出装置を備えた画像形成装置のハードウェア構成を示す図異常検出装置の機能構成例を示す図異常検出装置の動作を説明するためのフローチャートハーネスに異常が生じたときのセンサ出力信号の立ち上がり時間を示すタイミングチャートセンサに異常が生じたときのセンサ出力信号の立ち上がり時間を示すタイミングチャートセンサの変形例を示す図

以下、本開示を実施するための形態について図面を用いて説明する。

図１は本実施の形態に係る異常検出装置を備えた画像形成装置のハードウェア構成を示す図である。

画像形成装置１００は、電気機器の一例である。画像形成装置１００は、検出部２００とＩ／Ｏボードなどの基板３００とを備える。

検出部２００は、電気機器の情報を検出する情報検出手段である。検出部２００は、センサ２１０及びハーネス２２０を備える。

センサ２１０は、例えば透過型フォトセンサである。センサ２１０は、発光部１、受光部２、受光部２の出力を増幅する増幅器３、コンパレータ４、同期検出回路５、復調回路６、抵抗体Ｒ１、コンデンサＣ１、ノイズ除去或いは電源電圧の安定化を図るためのコンデンサＣ２を備える。

コンパレータ４は、増幅器３で増幅された信号と定電圧回路７からの基準電圧とを比較し、例えば増幅器３からの電圧が基準電圧よりも高い場合、Ｌｏｗレベルの信号を出力し、増幅器３からの電圧が基準電圧よりも低い場合、Ｈｉｇｈレベルの信号を出力する。

同期検出回路５は、コンパレータ４からの信号を同期検出信号として入力し、同期検出信号のＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルの切替わりの時間を取得することにより、発光部１及び受光部２で検出される物体（例えば紙などの記録媒体）の位置を検出する。

復調回路６は、同期検出回路５からの信号が、受光部２に発生する出力信号と等価となるように信号（Ｈｉｇｈレベル又はＬｏｗレベルのオンオフ信号）を復調し、復調した信号を、スイッチング素子Ｓ１をスイッチング動作させる駆動信号として、スイッチング素子Ｓ１のゲートに入力する。なお、本実施の形態のセンサ２１０は、ｎｐｎ型トランジスタをスイッチング素子Ｓ１として利用するが、スイッチング素子Ｓ１は、スイッチング動作するものであればよく、ｎｐｎ型トランジスタに限定されない。

スイッチング素子Ｓ１のコレクタには、プルアップ抵抗である抵抗体Ｒ１の一端と、センサ２１０の信号を出力する端子である出力端子Ｖｏｕｔと、コンデンサＣ１の一端とが接続される。

コンデンサＣ１は、センサ出力信号２００ａの電圧を安定させる共に、検査モードの際、センサ出力信号２００ａの立ち上がり時間を設定するための容量素子として機能する。センサ出力信号２００ａは、Ｌｏｗレベル又はＨｉｇｈレベルの２値の信号である。コンデンサＣ１は、出力端子Ｖｏｕｔと接地端子ＧＮＤとの間に接続され、その静電容量は、例えば０．１μＦである。なおコンデンサＣ１は、センサ出力信号２００ａを異常検出装置３１０に伝達する経路（例えば、スイッチング素子Ｓ１のコレクタから電源部３２２までの導体）に接続されていればよく、コンデンサＣ１の接続位置は図示例に限定されない。

抵抗体Ｒ１の他端は、センサ２１０の電源端子Ｖｃｃと、コンデンサＣ２の一端とに接続される。コンデンサＣ２は、電源端子Ｖｃｃと接地端子ＧＮＤとの間に接続される容量素子であり、その静電容量は、例えば１．０μＦである。

抵抗体Ｒ１及びコンデンサＣ２は、電源端子Ｖｃｃ及びハーネス２２０を介して、基板３００の電源部３２１と電気的に接続される。

スイッチング素子Ｓ１のエミッタと、コンデンサＣ１の他端と、コンデンサＣ２の他端とは、センサ２１０の接地端子ＧＮＤ及びハーネス２２０を介して、基板３００のグランド３２３と電気的に接続される。

ハーネス２２０は、電源供給や信号通信に用いられる複数の配線を束にして、これらの配線に多芯コネクタを取り付けたものである。ハーネス２２０は、複数の配線２２１と、複数の配線２２３と、配線２２１に配線２２３を接続するコネクタ２２２と、配線２２３を基板３００に接続するためのコネクタ２２４とを備える。

複数の配線２２１の内、第１配線は電源端子Ｖｃｃに接続され、第２配線は出力端子Ｖｏｕｔに接続され、第３配線は接地端子ＧＮＤに接続される。

複数の配線２２３は、コネクタ２２４を介して、例えば基板３００に実装される配線パターンと電気的に接続される。複数の配線２２３の内、第１配線は、当該配線パターンを介して、電源部３２１と電気的に接続され、第２配線は、当該配線パターンと、基板３００に実装される抵抗体Ｒ２とを介して、電源部３２２と電気的に接続され、第３配線は、当該配線パターンを介して、グランド３２３と電気的に接続される。

基板３００には、異常検出装置３１０と、センサ２１０を駆動するための電圧を発生する電源部３２１と、センサ出力信号２００ａを得るための電圧を発生する電源部３２２と、抵抗体Ｒ２とを備える。

異常検出装置３１０は、例えばＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）で構成される。なお、異常検出装置３１０は、ＡＳＩＣ以外にも、単一回路、複合回路、プログラム化されたプロセッサで構成されたものでもよいし、これらを組み合わせたものでもよい。

異常検出装置３１０は、プロセッサ３１０ａ及びメモリ３１０ｂを備える。異常検出装置３１０の各種機能を実現するプログラムは、例えば画像形成装置１００に接続されるサーバなどからダウンロードされ、メモリ３１０ｂにインストールされる。メモリ３１０ｂは、インストールされた各種プログラムを格納すると共に、必要なファイルやデータ等を格納する。プロセッサ３１０ａは、異常検出装置３１０に格納された各種プログラムを実行し、プログラムに従って異常検出装置３１０の各種機能を実現する。

抵抗体Ｒ２は、検査モードの際、センサ出力信号２００ａを生成すると共に、センサ出力信号２００ａの立ち上がり時間（時定数）を設定するための抵抗素子である。抵抗体Ｒ２の抵抗値は例えば１０ｋΩである。抵抗体Ｒ２は、電源部３２２とハーネスの異常２０との間に接続される。なお、抵抗体Ｒ２の設置場所は、基板３００に限定されず、電源部３２２、コンデンサＣ１及び抵抗体Ｒ２が直列回路を構成すればよく、例えばセンサ２１０に設けてもよい。

次に図２を参照して、異常検出装置３１０の機能について説明する。図２は異常検出装置の機能構成例を示す図である。

異常検出装置３１０は、異常検出部３１１、電源制御部３１２、時間計測部３１３、原因特定部３１４、立ち上がり時間保持部３１５、電圧閾値算出部３１６、報知部３１８、及び判定値保持部３１９を備える。

異常検出部３１１は、センサ出力信号２００ａに基づき、検出部２００に異常が発生したことを検出する。異常検出部３１１によるセンサ２１０の異常検出方法の具体例を説明する。例えば、画像形成装置１００において、記録媒体が正常に搬送されている否かを検出するため、記録媒体の搬送経路上に３つのセンサ２１０が互いに離れて配列されていると仮定する。これらのセンサ２１０では、例えば、記録媒体で反射した光が受光部２に入力されると、スイッチング素子Ｓ１がオン状態になり、センサ出力信号２００ａがＬｏｗレベルとなる。従って、これらのセンサ２１０のそれぞれが記録媒体を検出すると、３つのセンサ出力信号２００ａのレベルが全てＬｏｗレベルとなる。ところが、これらのセンサ２１０の内、１つのセンサ２１０に異常が生じて、当該センサ２１０のセンサ出力信号２００ａがＨｉｇｈレベルを維持している場合、異常検出部３１１は、期待値（ここではＬｏｗレベル）通りのセンサ出力信号が得られないため、当該センサ２１０が異常状態であると判断する。そして、異常検出部３１１は、異常を検出したことを示す情報である異常検出情報を、電源制御部３１２及び時間計測部３１３に送信する。このようにしてセンサ２１０の異常を検出できる。

なお、センサ２１０の異常検出方法は、これに限定されず、期待値通りの出力が得られない場合にセンサ２１０の異常を検出するように構成すればよい。

電源制御部３１２は、異常検出情報を入力したとき、通常モードから検査モードに移行して、電源制御指令を電源部３２２へ送信する。通常モードは、検出部２００に異常がない場合に、例えばＡＳＩＣなどに設けられる汎用出力端子（GPIO：General Purpose Input/Output）を使用して、センサ出力信号２００ａの検出を行うモードである。

時間計測部３１３は、異常検出情報を入力したとき、センサ出力信号２００ａの値が、電圧閾値に達するまでの立ち上がり時間を計測し、計測した立ち上がり時間を示す情報である立ち上がり時間情報を原因特定部３１４に送信する。電圧閾値は、センサ出力信号のレベルが０Ｖではない有意な値（例えば＋５Ｖ）と見なせるか否かを判定するために設定される。電圧閾値は、時間計測部３１３が立ち上がり時間を計測するための基準値でもある。立ち上がり時間は、コンデンサＣ１と抵抗体Ｒ２との積で算出される時定数に相当する。なお、時間計測部３１３は、異常検出情報に代えて、例えば、電源制御部３１２からの電源制御信号を入力したタイミングで立ち上がり時間の計測を開始してもよい。

原因特定部３１４は、立ち上がり時間が、例えば判定値保持部３１９に設定される判定値（例えば０．９ｍｓ）以下であるか否かを判定し、判定結果に応じた異常原因の内容を示す情報である異常原因情報を生成し、報知部３１８へ送信する。

立ち上がり時間保持部３１５は、例えば、異常検出装置３１０の工場出荷時（コネクタ抜けなどが無いとき）などに、検査モードにより、異常検出装置３１０が動作することで測定された立ち上がり時間を保持する。

電圧閾値算出部３１６は、立ち上がり時間保持部３１５に保持された立ち上がり時間に基づき、電圧閾値を算出する。

例えば、抵抗体Ｒ２の抵抗値が１０ｋΩ、コンデンサＣ１の静電容量が０．１μｆと仮定した場合、抵抗体Ｒ２とコンデンサＣ１に製造公差などがないときの時定数は、１ｍｓである。ところが、これらの抵抗値及び静電容量のそれぞれに－１０％の誤差が含まれる場合、時定数は０．８ｍｓとなる。そのため、時定数の期待値（１ｍｓ）に対して、実際の時定数は小さくなる。

このように実際の時定数が小さくなると、原因特定部３１４が異常原因を特定するために利用する判定値（例えば０．９ｍｓ）に対して、実際の時定数が小さくなる。そのため、ハーネス２２０に異常が生じていないにも係わらず、ハーネス２２０に異常原因があると誤判定され得る。逆に、実際の時定数が判定値に対して大きくなると、ハーネス２２０に異常が生じているにも係わらず、センサ２１０に異常原因があると誤判定され得る。そこで、電圧閾値算出部３１６は、立ち上がり時間保持部３１５に保持された実際の立ち上がり時間（公差などを加味した値）を読み出し、例えば、立ち上がり時間と電圧閾値とを対応付けたテーブル情報を参照して、或いは、予め設定された電圧閾値の補正係数（立ち上がり時間毎に複数設定したものなど）を利用することによって、実際の立ち上がり時間に対応する適切な電圧閾値を算出して、時間計測部３１３に送信する。

これにより、例えば、製造公差に起因して立ち上がり時間が小さい場合、僅かに大きい値に補正した電圧閾値を、時間計測部３１３に入力できる。従って、時間計測部３１３は適正な立ち上がり時間を計測して、その結果を原因特定部３１４に入力できる。このように、電圧閾値算出部３１６を用いることにより、抵抗体Ｒ２などの個体差、回路の設計公差などを考慮した、電圧閾値の設定が可能になり、異常原因の判定の精度が向上する。

次に図３から図５を参照して、異常検出装置３１０の動作を説明する。

図３は異常検出装置の動作を説明するためのフローチャートである。ステップＳ１において、異常検出部３１１は検出部２００が異常状態であるか否かを判断する。異常状態ではないと判断した場合（ステップＳ１，Ｎｏ）、ステップＳ１の処理が繰り返される。異常状態であると判断した場合（ステップＳ１，Ｙｅｓ）、異常検出情報が電源制御部３１２及び時間計測部３１３に入力される。

ステップＳ２において、電源制御部３１２は、異常検出情報を入力したとき、通常モードから検査モードに移行し、電源部３２２に対して、出力電圧（例えば＋５Ｖ）を発生させるための指令である電源制御指令を送信する。これにより、電源部３２２の出力電圧が０Ｖから＋５Ｖに変化する。すなわち、電源部３２２がオフ状態からオン状態になる（ステップＳ３）。

ステップＳ４において、時間計測部３１３は、異常検出情報を入力したとき、電源部３２２の出力電圧が＋５Ｖに変化した時点（時刻ｔ１）からセンサ出力信号２００ａの値が電圧閾値に達する時点（時刻ｔ２）までの立ち上がり時間を計測する。

ステップＳ５において、原因特定部３１４は、立ち上がり時間が判定値以下であるか否かを判断する。原因特定部３１４の動作を、図４及び図５を参照して説明する。

図４はハーネスに異常が生じたときのセンサ出力信号の立ち上がり時間を示すタイミングチャートである。図５はセンサに異常が生じたときのセンサ出力信号の立ち上がり時間を示すタイミングチャートである。図４及び図５には、電源部３２２の出力電圧の波形と、センサ出力信号２００ａの波形とが示される。縦軸は電圧、横軸は時間である。

例えばハーネス２２０の断線、コネクタ抜けなどが生じた場合、抵抗体Ｒ２に対して、コンデンサＣ１が接続されていない状態となるため、前述した時定数が小さくなる。なお、コンデンサＣ１が接続されていない状態となっても、配線の浮遊容量などが存在するため、センサ出力信号の立ち上がり時間は、ゼロにはならず、図４のような急峻な立ち上がり特性を示し、判定値以下となる（ステップＳ５，Ｙｅｓ）。これにより、原因特定部３１４は、検出部２００の異常原因がハーネス２２０であると判断する。

一方、センサ２１０の回路などに異常が発生した場合には、抵抗体Ｒ２にコンデンサＣ１が接続されているため、前述した時定数が変化しない。従って、センサ出力信号の立ち上がり時間は、図５のような立ち上がり特性を示し、判定値以下とはならない（ステップＳ５，Ｎｏ）。原因特定部３１４は、検出部２００に異常が発生し、かつ、立ち上がり時間が判定値以下とはならないことを条件に、検出部２００の異常原因がセンサ２１０であると判断する。

異常原因を特定した原因特定部３１４は、異常原因の内容を示す情報である異常原因情報を生成して、報知部３１８へ送信する。報知部３１８は、異常原因の内容に対応した報知情報を生成して、例えば画像形成装置１００に設けられる表示部（ユーザインターフェイス）、画像形成装置１００と通信可能に接続される外部機器（監視サーバなど）に送信する（ステップＳ８）。異常原因の内容に対応した報知情報は、例えば、異常原因の内容と、異常原因の内容に対応したメッセージ内容とが対応付けられたテーブル情報を報知部３１８が参照することにより生成される。報知部３１８を備えることによって、センサ本体の異常、ハーネスの異常などをサービスマンに通知でき、異常原因を切り分ける時間を短縮できる。

図６はセンサの変形例を示す図である。センサ２１０Ａには、出力端子Ｖｏｕｔと接地端子ＧＮＤとの間に、図１に示すコンデンサＣ１が実装されていない構成である。このようなセンサ２１０Ａが電気機器に利用される場合、出力端子Ｖｏｕｔと接地端子ＧＮＤとの間に、コンデンサＣ１に相当する容量素子を追加で設けることにより、図１に示すセンサ２１０を利用した場合と同様に、検出部２００の異常原因を特定できる。

なお、異常検出装置３１０を搭載可能な電気機器は、画像形成装置１００に限定されず、例えば、自動車、家電機器、航空機、列車などでもよい。

以上に説明したように、本実施の形態に係る異常検出装置３１０は、センサとセンサに接続されるハーネスとを有すると共に電気機器の情報を検出する検出部に異常が発生したとき、抵抗体及び容量素子により設定されるセンサの出力信号の立ち上がり時間を計測する時間計測部と、立ち上がり時間に応じて、異常の発生原因がセンサであるかハーネスであるかを特定する原因特定部とを備える。

この構成により、センサ出力信号の立ち上がり時間の大きさによって、ハーネス自体の異常（断線など）なのかセンサ自体の異常なのかを切り分けることができるため、異常発生箇所を切り分けるための作業が不要になり、異常原因を特定するまでに時間を削減できる。また、画像形成装置１００を分解せずに、異常原因を特定できるため、画像形成装置１００の分解、組み立てなどに要する工数を削減でき、メンテナンスコストを大幅に低減できる。また、従来技術のように、オシロスコープなどの測定器を利用しなくとも、ハーネスの断線、コネクタ抜けなどの異常を特定できるため、測定器を準備する手間を省くことができ、メンテナンスコストを大幅に低減できる。

なお、異常検出部３１１は、複数の検出部２００で発生した異常を同時に検出するように構成してもよい。このように構成することによって、複数の検出部２００で同時にコネクタ抜けなどが発生した場合でも、それぞれの異常原因を短時間で特定できるため、例えば自動車などにおいて、多数の検出部２００が利用されている場合でも、それらの異常原因を短時間で特定できる。

また本実施の形態に係る電気機器の異常検出方法は、電気機器が、センサとセンサに接続されるハーネスとを有すると共に電気機器の情報を検出する検出部に異常が発生したとき、抵抗体及び容量素子により設定されるセンサの出力信号の立ち上がり時間を計測するステップと、立ち上がり時間に応じて、異常の発生原因がセンサであるかハーネスであるかを特定するステップと、を含む。

また本実施の形態に係る異常検出プログラムは、コンピュータに、センサと前記センサに接続されるハーネスとを有すると共に電気機器の情報を検出する検出部に異常が発生したとき、抵抗体及び容量素子により設定される前記センサの出力信号の立ち上がり時間を計測させるステップと、前記立ち上がり時間に応じて、前記異常の発生原因が前記センサであるか前記ハーネスであるかを特定させるステップとを含む。

１００：画像形成装置
２００：検出部
２００ａ：センサ出力信号
２１０，２１０Ａ：センサ
２２０：ハーネス
３１０：異常検出装置
３１１：異常検出部
３１２：電源制御部
３１３：時間計測部
３１４：原因特定部
３１５：立ち上がり時間保持部
３１６：電圧閾値算出部
３１８：報知部
３１９：判定値保持部

特開平９－１８９７４０号公報

Claims

センサの出力信号に基づき、前記センサと前記センサに接続されるハーネスとを有すると共に電気機器の情報を検出する検出部に異常が発生したことを検出する異常検出部と、
前記異常検出部による異常が検出された場合に、抵抗体及び容量素子により設定される前記センサの出力信号の立ち上がり時間を計測する時間計測部と、
前記立ち上がり時間に応じて、前記異常の発生原因が前記センサであるか前記ハーネスであるかを特定する原因特定部と、
を備える異常検出装置。
前記立ち上がり時間を保持する立ち上がり時間保持部と、
保持された前記立ち上がり時間に基づき、前記時間計測部が前記立ち上がり時間を計測するための基準値である電圧閾値を算出する電圧閾値算出部と、
を備える請求項１に記載の異常検出装置。
複数の前記検出部の内、期待値通りの前記出力信号が得られないとき、前記検出部に異常が発生したことを検出する異常検出部を備える請求項１又は２に記載の異常検出装置。
複数の前記検出部の前記異常を同時に検出する異常検出部を備える請求項１から３の何れか一項に記載の異常検出装置。
前記原因特定部で特定された前記異常の発生原因の内容に対応した報知情報を生成する報知部を備える請求項１から４の何れか一項に記載の異常検出装置。
前記容量素子は、前記センサの信号を出力する出力端子と前記センサの接地端子との間に設けられる請求項１から５の何れか一項に記載の異常検出装置。
請求項１から６の何れか一項に記載の異常検出装置と前記検出部と前記抵抗体と前記容量素子とを備える電気機器。
請求項１から６の何れか一項に記載の異常検出装置と前記検出部と前記抵抗体と前記容量素子とを備える画像形成装置。
電気機器が、
センサの出力信号に基づき、前記センサと前記センサに接続されるハーネスとを有すると共に電気機器の情報を検出する検出部に異常が発生したことを検出するステップと、
前記検出するステップ異常が検出された場合に、抵抗体及び容量素子により設定される前記センサの出力信号の立ち上がり時間を計測するステップと、
前記立ち上がり時間に応じて、前記異常の発生原因が前記センサであるか前記ハーネスであるかを特定するステップと、
を含む電気機器の異常検出方法。
コンピュータに、
センサの出力信号に基づき、前記センサと前記センサに接続されるハーネスとを有すると共に電気機器の情報を検出する検出部に異常が発生したことを検出するステップと、
前記検出するステップ異常が検出された場合に、抵抗体及び容量素子により設定される前記センサの出力信号の立ち上がり時間を計測させるステップと、
前記立ち上がり時間に応じて、前記異常の発生原因が前記センサであるか前記ハーネスであるかを特定させるステップと、
を実行させる異常検出プログラム。