JP2005033559A - 故障診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】故障を診断する装置において、様々な部材について、また様々な故障状態について、簡易、低コスト、簡単な判定手法で、診断できるようにする。
【解決手段】故障診断部２００は、駆動部材を単体動作させて動作状態信号や用紙通過時間を測定し、判定基準としての特徴量（Ｖｍ，σｖ，Ｔｑｓ，σｔｓ）を抽出して記憶媒体２３２に保存する。用紙通過故障判定部２４４は、装置を通常動作させたときの用紙通過時間に基づき、ブロックごとに故障の有無を判定する。診断対象ブロック決定部２５２は、故障ブロックが複数あると判定されたときには、詳細診断を行なう順序を決定する。駆動部材を単体動作させた実働状態でも動作状態信号Ｖｆを取得し、動作状態故障判定部２４２は、判定基準としての特徴量を参照して、正常範囲に対するずれの度合いに基づき、駆動部材の故障の有無や故障の状態、他の動力伝達部材の故障の有無や故障内容の診断を行なう。
【選択図】 図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写装置、プリンタ装置、ファクシミリ装置、あるいはそれらの機能を兼ね備えた複合機などのオフィス機器やその他の機器（たとえば家電品や自動車など）に用いられる駆動機構部の故障や動作不良などを診断する故障診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種の機械、とりわけ複写機あるいはプリンタなどのオフィス機器においては高い生産性が要求されるため故障による遅滞が許容されず、故障を速やかに検知して解決することが求められている。
【０００３】
また、自動車や航空、ロボットや半導体設計装置など、他の産業機器においても動作制御などの手段として、信頼性が高く、高速・高精度での動作が可能な部材が数多く搭載されている。取り分け、モータやソレノイドなどの駆動部材や、この駆動部材に連動して動作する機構部材は、モータなどを駆動する駆動回路も含めて、他の電子部品（抵抗やコンデンサなどの受動電子部品あるいはトランジスタやＩＣ（集積回路））に比べて、一般的に、故障発生の頻度が高い。特に使用環境が劣悪である場合には、通常の方法で使用していたとしても、検出が困難な様々な異常や故障が発生し、その修復には多大な労力を要することになる。
【０００４】
このため、故障を自己診断にて検知する仕組み（自己診断システム；Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ ｓｙｓｔｅｍ）が種々提案されている。この自己診断システムでは、たとえば、装置が動作しているときの信号をモニタして、予め正常時に取得しメモリに記憶しておいた信号（期待値）と比較することで、故障発生の有無を診断し、故障箇所を特定するようにしている。複写機やプリンタなどには、モータ、ソレノイド、クラッチなどの駆動部材が搭載されており、これらの駆動部材を流れる動作電流を検出し、その電流値から各駆動部品の異常や回路の異常を診断するする。
【０００５】
たとえば、特許文献１には、ポリゴンモータ、ソレノイド、クラッチなどの複数の負荷を有する装置における異常（故障）を検知するための仕組みが提案されている。この特許文献１に記載の技術では、各負荷の電流値を検出するための電流検出手段と、各負荷をオン／オフ制御し、各状態で電流検出手段により検出された電流値に基づいて各負荷における故障の検出を行なう故障検出処理手段とを設ける。故障検出処理手段は、負荷の全てをオフするように制御し、負荷の全てがオフされた状態で検出された電流値を初期電流値として取得する。そして、初期電流値が所定値より大きいか否かを判定する（第１の判定処理）。また、オフされた負荷ごとに１つずつ順にオンするように制御し、負荷の１つがオンされるごとにその状態で検出された電流値が初期電流値より増加したか否かを判定する（第２の判定処理）。最後に、第１および第２の判定処理の判定結果に応じて各負荷における故障の検出を行なう。この仕組みにより、コストを掛けることなく、故障の検出範囲を広くすることができる自己診断システムを提供している。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２２８０５６号公報
【０００７】
図１９は、特許文献１に記載の故障診断の仕組みの一例を示す回路図（特許文献１の図２）である。この自己診断システムは、ＣＰＵ４４０からの命令によりポリゴンモータ４４１、ソレノイド４４２、およびクラッチ４４３を駆動する。そして、各ドライバやモータなどの駆動部材に供給される電流を、抵抗４１１の両端の電位差を検知することによって検知する。この電流値を反映する電圧は、オペアンプ４０７，４０３を含む増幅回路で増幅された後に、ＣＰＵ４４０に通知される。ＣＰＵ４４０は、入力ポートＡ／ＤＩＮに入力された電圧値すなわち検知された電流値をモニタし、入力された電圧値に基づき、ポリゴンモータ４４１、ソレノイド４４２、およびクラッチ４４３の故障診断を行なう。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載の仕組みでは、モータ、ソレノイド、およびクラッチなどの駆動部材に流れる動作電流のみを判定指標としているので、モータなどの駆動部材の断線や短絡以外の故障を検出することが難しい。たとえば、ステッピングモータのＢ相線（他のＡ相線、ＮＡ相線、ＮＢ相線もほぼ同様の状態を示す）が断線した場合には、ほぼ正常値と同じ電流が流れるので、特許文献１に記載の仕組みでは、このＢ相線断線故障を検出することはできない。
【０００９】
また、特許文献１に記載の仕組みでは、負荷の全てがオフされた状態で検出された電流値を初期電流値として取得し、初期電流値が所定値より大きいか否か（第１の判定処理）と、負荷の１つがオンされた状態で検出された電流値が初期電流値より増加したか否か（第２の判定処理）の双方の判定結果に応じて故障判定しているので、モータの駆動力を伝達する動力伝達部材についての故障を検知することが難しい。たとえばモータ自体が正常である場合には、その回転動力を伝える動力伝達部材の動作不良、たとえばギア不良（たとえばスリップや脱落）、ベアリングの不良、ベルトの外れ、ソレノイドのプランジャ動き不良などの動作不良が生じても、これらの動作不良を判定することは難しい。モータ自体が正常であるから、モータがオンされた状態で検出される動作電流値は、初期電流値より増加するからである。
【００１０】
この問題を解決するため、ギア不良やベアリング不良などの動力伝達部材の動作不良を検出する構成を個別に設けることも考えられるが、部材の数が増すに従いコストが上昇する。
【００１１】
また、複数の駆動部材や動力伝達部材を有する装置に対しては、駆動部材や動力伝達部材ごと電流検出機構を設ける必要があり、部材の数が増すに従いコストが上昇する。
【００１２】
特許文献１に記載の仕組みのように、１つずつ順にオンするように制御し、負荷の１つがオンされるごとにその状態で電流検出することも考えられるが、この場合、電流検出機構を削減することはできても、全てについて順にオンするように制御しなければならず、判定処理に時間が掛かるという新たな問題を招く。
【００１３】
また、従来の故障診断手法の多くは、動作状態を監視して正常値と比較することで、故障発生の有無を診断するものであるから、故障が発生してからでなければ、診断結果を利用することができない。故障が発生した場合、その修復には労力を要するので、故障検知が速やかにできたとしても、修復までの間のシステムダウンを避けることはできない。故障を予知できればシステムダウンを避けることができると考えられるが、故障を予知する方向での具体的な提案は殆どないのが実情である。
【００１４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、上記問題の少なくとも１つを改善し得る故障診断装置を提供することを目的とする。様々な部材について、また様々な故障状態について、あるいは故障の生じる可能性について、簡易な構成で、低コストで、あるいは簡単な判定手法で、故障診断が可能な装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１の故障診断装置は、電流供給を受けて動作する駆動部材や駆動部材の駆動力を他の部材に伝達する動力伝達部材などの、複数の構成部材を含む駆動機構が所定期間動作している間の動作状態を示す動作状態信号を検出する動作状態信号検出部と、動作状態信号検出部が検知した動作状態信号の、この動作状態信号について予め定められている正常範囲に対するずれの程度に基づいて、駆動機構を構成する個々の構成部材について、故障診断を行なう故障診断部とを備えるものとした。
【００１６】
ずれの程度の判定は、たとえば、装置の定格範囲を基準特徴量として、実働状態にて測定した動作状態信号と比較することで行なうとよい。あるいは、装置が正常である状態で複数回測定した動作状態信号の分布を基準特徴量として、実働状態にて測定した動作状態信号とを比較することで行なってもよい。後者の場合、装置の個体差の影響を排除できる利点がある。一方前者は、装置ごとに基準特徴量を測定する手間を割愛することができる。分布を基準特徴量として判断すれば、その分布を現す平均値と標準偏差といった数値データを判定指標として簡単に診断できるようになる。また基準特徴量としてメモリに保持する情報も平均値と標準偏差の２つのデータだけでよく、サンプリング点の全データを記憶する必要がないので、メモリ容量を少なくできる利点もある。
【００１７】
故障診断の内容としては、駆動部材やこの駆動部材を動作させる駆動回路の故障の有無だけでなく、電流供給を受けることなく動作しかつ駆動部材の動力を他の部材に伝達する動力伝達部材の故障の有無や故障発生部材の特定（故障箇所の特定）や、故障状態の特定も含む。また、実際に故障が発生した場合だけでなく、将来の故障発生の可能性、あるいは発生箇所や故障内容の特定も含む。
【００１８】
本発明に係る第２の故障診断装置は、装置の通常動作状態において、駆動機構ごとに、つまり、駆動部材と駆動部材に対応した電流供給を受けることなく動作する動力伝達部材とを一単位とする駆動機構のブロックごとに、当該駆動機構の動作状態を示すブロック動作状態信号を検出するブロック動作状態信号検出部、および各駆動機構を単体動作させた状態でその１つの前記駆動機構が所定期間動作している間の当該駆動機構を構成する個々の部材の動作状態を示す動作状態信号を検出する動作状態信号検出部とを有する信号検出部を備えるものとした。また、ブロック動作状態信号検出部が検知したブロック動作状態信号に基づいて駆動機構の故障の有無を判定することで詳細な故障診断を行なう駆動機構を決定する診断対象ブロック決定部、および当該診断対象ブロック決定部が故障であると決定した駆動機構内の各構成部材について前記故障診断を行なう動作状態故障判定部とを有する故障診断部を備えるものとした。
【００１９】
本発明に係る第３の故障診断装置は、駆動機構の動作状態を示す動作状態信号を複数回に亘って検出する動作状態信号検出部と、複数回に亘って動作状態信号検出部が検知した動作状態信号に基づいて得られる動作状態信号の分布と、動作状態信号の正常範囲を示す分布とを比較することで、複数の構成部材の将来の故障発生を予測する故障診断部とを備えるものとした。
【００２０】
【作用】
本発明に係る第１の故障診断装置においては、故障診断部は、実働状態で測定した動作状態信号が、正常範囲に対してどの程度ずれているのかに基づいて故障診断を行なう。単に、正常値でないから駆動部材や駆動回路が異常であると判定するものではなく、ずれの程度を参照することで、駆動部材や駆動回路の故障内容（たとえば断線故障なのか短絡故障なのかだけでなく、他の故障状態も）を特定する。また、これら駆動以外の部材、たとえば動力伝達部材についても、故障の有無や故障状態を特定する。
【００２１】
本発明に係る第２の故障診断装置においては、先ず通常動作をさせた状態で、診断対象ブロック決定部にて、各駆動機構を一単位とするブロックごとに故障の有無を判定し、故障と判定されたブロック（駆動機構）について、さらに、動作状態故障判定部にて、詳細に故障診断を行なう。詳細な故障診断の対象範囲を予めブロック単位で絞っておくことで、詳細な故障診断を行なうべき箇所を減らす趣旨である。
【００２２】
本発明に係る第３の故障診断装置においては、実働状態の動作状態信号が正常範囲にある場合であっても、動作状態信号検出部は、動作状態信号を複数回に亘って検出する。故障診断部は、この動作状態信号の分布と正常範囲を示す分布とを比較することで、将来の故障発生を予測する。分布の比較という簡単な判定により、故障発生を予測できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２４】
＜＜故障診断装置を搭載した画像形成装置の構成例＞＞
図１は、本発明に係る故障診断装置の一実施形態を搭載した画像形成装置の構成例を示す図である。この画像形成装置１は、たとえば原稿の画像を読み取る画像読取部（スキャナ部）を備え画像読取部読み取った画像データに基づいて原稿画像に対応する画像を印刷する複写装置機能、パソコンなどから入力された印刷データ（画像を表すデータ）に基づいて印刷出力するプリンタ機能、およびファクシミリ画像を印刷出力可能なファクシミリ送受信機能を備えた複合機であって、デジタルプリント装置として構成されているものである。図１は、この画像形成装置１における、印刷用紙上に画像を転写する機能部分に着目した、機構部分（ハードウェア構成）の断面図を示している。
【００２５】
図示する画像形成装置１は、大別して、入力された画像データに基づいて画像を印刷用紙上に形成（印刷出力）する機能を有する画像形成部３０と、印刷用紙を画像形成部３０の印字部に給送する給紙搬送機構部５０と、画像形成後の印刷用紙を機外に排出する排紙搬送機構部７０とを備えている。各部は、回転力によって被搬送体の一例である印刷用紙を所定方向に移動させるロール部材を含んで構成されている。
【００２６】
画像形成部３０は、図示しない画像処理部から入力された画像データに基づいて、たとえば、電子写真式、感熱式、熱転写式、インクジェット式、あるいは同様な従来の画像形成処理を利用して、普通紙や感熱紙などの印刷用紙上に可視画像を形成する、すなわち印刷出力する。このため、画像形成部３０は、たとえば画像形成装置１をデジタル印刷システムとして稼働させるためのラスタ出力スキャン（ＲＯＳ）ベースのプリントエンジンを備える。
【００２７】
たとえば画像形成部３０の中央部には、感光体ドラムロール３２が配され、この感光体ドラムロール３２の周囲には、一次帯電器３３、現像ロール３４ａおよび現像クラッチ３４ｂからなる現像器３４、あるいは転写ロール３５、クリーナロール３６、ランプ３７などが配設されている。転写ロール３５は、感光体ドラムロール３２と対向して配され、その間に用紙を挟持して搬送するように、対構造をなしている。
【００２８】
また画像形成部３０は、画像形成データに基づいて潜像を感光体ドラムロール３２に記録するための書込走査光学系（以下レーザスキャナという）３９を有する。レーザスキャナ３９には、図示しないホストコンピュータなどから入力された画像データに基づきレーザ光Ｌを変調して出力するレーザ３９ａと、このレーザ３９ａから出力されたレーザ光Ｌを感光体ドラムロール３２上に走査するためのポリゴンミラー（回転多面鏡）３９ｂおよび反射ミラー３９ｃなどの光学系を有する。
【００２９】
給紙搬送機構部５０は、画像形成部３０に印刷用紙を搬送するための給紙トレイ５１と、給紙系統の搬送路５２を構成する複数のロールや用紙タイミングセンサなどで構成されている。給紙搬送機構部５０のロールとしては、単体構造のものと、２つが対向して配されその間に用紙を挟持して搬送する対構造のものとがある。たとえば、搬送路５２上には、ロール部材として、給紙トレイ５１側から画像形成部３０に向けて順に、ピックアップロール５４、給紙ロール対５５、第１搬送ロール対５６、第２搬送ロール対５７、および第３搬送ロール対５８が設けられている。
【００３０】
ピックアップロール５４の近傍には、このピックアップロール５４を作動させるためのソレノイド６１が設けられている。また、第３搬送ロール対５８近傍の搬送路５２上の前流側（図中左側）には、搬送路５２上で搬送されてきた印刷用紙を一旦停止させるための停止ツメ６２と、この停止ツメ６２を作動させるためのソレノイド６３とが設けられている。
【００３１】
また、搬送路５２上には、センサ部材として、給紙ロール対５５と第１搬送ロール対５６との間に第１センサ６５が、第２搬送ロール対５７と第３搬送ロール対５８との間に第２センサ６６が、また第３搬送ロール対５８と転写ロール３５との間に第３センサ６７が、それぞれ設けられている。
【００３２】
給紙ロール対５５は、用紙を、第１センサ６５および第１搬送ロール対５６へ導くことに加えて、重送（２枚以上の給紙）を防ぐためのサバキの役割も受け持つ。第１搬送ロール対５６および第２搬送ロール対５７は、用紙を感光体ドラムロール３２に導くための役目を果たす。
【００３３】
ソレノイド６３は、第２センサ６６がオンしてから、一定の時間経た後に、用紙を停止ツメ６２で一旦停止させるために使われる。この目的は、用紙内での書出位置と感光体ドラムロール３２上の像の位置を合わせるためのタイミングを合わせるためである。
【００３４】
排紙搬送機構部７０は、画像形成部３０にて印刷用紙上に画像形成された印刷済み用紙を機外にて受け取るための排紙トレイ（外部トレイ）７１と、排紙系統の搬送路７２を構成する複数のロールやセンサなどで構成されている。排紙搬送機構部７０のロールとしては、２つが対向して配され、その間に用紙を挟持して搬送する対構造のものが使用されている。たとえば、搬送路７２上には、ロール部材として、画像形成部３０の転写ロール３５側から排紙トレイ７１に向けて順に、定着ロール対７４と排出ロール対７６とを有する。
【００３５】
また、搬送路７２上には、センサ部材として、定着ロール対７４と排出ロール対７６との間に第４センサ７８が、また排出ロール対７６と排紙トレイ７１との間に第５センサ７９が、それぞれ設けられている。
【００３６】
各センサ６５，６６，６７，７８，７９（以下纏めて用紙タイミングセンサ６９ともいう）は、用紙通過時間検出部を構成する用紙検知部材（用紙タイミングセンサ）であり、被搬送体の一例である印刷用紙が所定のタイミングで搬送されているかどうか検出するために設置されている。各センサで得られた検知信号は、印刷用紙の搬送タイミングや搬送時間（用紙通過時間）を計測する計測部（図示せず）に入力されるようになっている（後述する図３を参照）。
【００３７】
用紙検知部材をなす各用紙タイミングセンサ６９は、設置場所に応じて様々な形状や特性のものを使用できる。基本的には、一対の発光素子（たとえば発光ダイオード）と受光素子（たとえばフォトダイオードやフォトトランジスタ）で構成されているものを用いる。発光素子と受光素子の両者が一体となったフォトインタラプタを用いてもよい。
【００３８】
また、各用紙タイミングセンサ６９は、透過型（遮断型ともいわれる）および反射型のうちの何れであってもよい。ここで透過型のセンサは、発光素子と受光素子とを対向配置させておき、その間に印刷用紙が搬送されていない状態では、受光素子は発光素子の光を受光しオン状態となる一方で、両者間を印刷用紙が通過する状態では、発光素子からの光が印刷用紙によって遮断されることでオフ状態となるものである。これに対して、反射型のセンサは、発光素子からの光が印刷用紙で反射され、その反射光が受光素子に入射するように配置しておく。そして、印刷用紙が搬送されていない状態では、受光素子は発光素子からの光を受光せずオフ状態となる一方で、印刷用紙が通過する状態では、発光素子からの光が印刷用紙によって反射され入射することでオン状態となるものである。図１に示す本実施形態の構成では、全ての用紙タイミングセンサ６９について、反射型のフォトインタラプタを用いている。
【００３９】
なお、印刷用紙の通過タイミングが、印刷用紙の搬送開始から各センサを通過する時間が所定の時間範囲から外れている場合、画像形成装置１は、正常にプリントできないとして、用紙搬送を、その時点、その位置で停止させる。これを、通常ジャムと呼ぶ。
【００４０】
また、画像形成装置１は、装置内の各駆動機構部９０（ブロック９１〜９４）の振動を検出する駆動機構振動検出部８０を備えている。駆動機構振動検出部８０は、装置内の振動をブロックごとに検出するための振動センサ８２を有する。振動センサ８２としては、加速度を検知するタイプの加速度センサや、機械から発生する音を検知するタイプの音響センサを使用することができる。本例では、感光体ドラムロール３２の直下で、図示しない本体シャーシに振動センサ８２を固定している。なお、この振動センサ８２を取り付ける位置は、特に限定しない。画像形成装置１内部で、各ブロック９１〜９４の駆動機構部の加速度や作動音が全て検出できる位置であればよく、感光体ドラムロール３２の直下に限らず、何れでもよい。
【００４１】
画像形成装置１の駆動機構部９０（各ブロック９１〜９４）は、１つのモータによりできるだけ有効に活用できるように、ギア、シャフト、ベアリング、ベルト、ロールなどを使って、幾つかの方向にモータの動力が伝達するように構成されている（後述する図２を参照）。また、このような構造の駆動機構部９０は、画像形成装置１内にて、駆動機構のベース（マスター，動力源）となる駆動モータ（本例ではモータ９６〜９９）を動作単位として幾つかのブロックに分けて、ブロックごとに動作するように構成されている。
【００４２】
ソレノイドやクラッチは、駆動部材の一例でもあるが、これらは駆動モータの駆動力が伝達される他の部材に対する切替機構として機能するので、駆動モータに対してスレーブの関係にあり、この点では、ギア、シャフト、ベアリング、ベルトなどと同様に動力伝達部材の一例でもある。駆動モータをベースとして動作単位を設定してブロック分割するのは、このためである。
【００４３】
たとえば、図示した画像形成装置１においては、４つのブロック９１〜９４に分けて、動作するようになっている。具体的には、第１ブロック９１は、ピックアップロール５４、給紙ロール対５５、およびソレノイド６１、並びに、モータ９６や図示しないギアやクラッチなど構成されている。ピックアップロール５４および給紙ロール対５５は、モータ９６でギアを通して駆動されている。第１搬送ロール対５６および第２搬送ロール対５７は、モータ９７でギアを通して駆動されている。
【００４４】
第２ブロック９２は、第１搬送ロール対５６および第２搬送ロール対５７、並びに、並びに、モータ９７や図示しないギアやクラッチなど構成されている。第３ブロック９３は、ソレノイド６３、第３搬送ロール対５８、転写ロール３５、感光体ドラムロール３２、およびクリーナロール３６、並びに、モータ９８や図示しないギアやベルトやプーリなどで構成されている。第４ブロック９４は、現像ロール３４ａ、定着ロール対７４、および排出ロール対７６、並びに、モータ９９や図示しないギアやソレノイドやベルトやプーリなどで構成されている。
【００４５】
＜画像形成装置の動作の概要＞
上記構成の画像形成装置１において、印刷用紙上に画像を形成する際には、先ず、プリント開始とともに、ソレノイド６１が動作し、ピックアップロール５４を押し下げる。これとほぼ同時に、画像形成装置１内の各種ロール（対）を回転させるためのモータ９６〜９９が回転動作を始める。ソレノイド６１により押し下げられたピックアップロール５４は、給紙トレイ５１の最上面の印刷用紙に接触し、印刷用紙１枚を給紙ロール対５５に導く。
【００４６】
ソレノイド６３は、第２センサ６６がオンしてから、一定の時間経た後に、印刷用紙を停止ツメ６２で一旦停止させる。この後、印刷用紙内での書出位置と感光体ドラムロール３２上の像の位置が合う所定のタイミングにて、ソレノイド６３は停止ツメ６２を解除する。これにより、停止ツメ６２が元に戻り、第３搬送ロール対５８が、感光体ドラムロール３２と転写ロール３５との間に印刷用紙を送り出す。
【００４７】
画像形成部３０においては先ず、潜像形成用の光源としてのレーザ３９ａが、図示しないホストコンピュータからの画像生成用のデータによって駆動されることで、画像データを光信号に変換し、この変換されたレーザ光Ｌをポリゴンミラー３９ｂに向けて照射する。このレーザ光Ｌは、さらに反射ミラー３９ｃなどの光学系を介して一次帯電器３３によって帯電された感光体ドラムロール３２上を走査することで、感光体ドラムロール３２上に静電潜像を形成する。
【００４８】
この静電潜像は、所定色（たとえばブラック；黒）のトナーが供給される現像器３４によってトナー像とされ（現像され）、このトナー像は、搬送路５２を通過してきた用紙が感光体ドラムロール３２と転写ロール３５との間を通過する間に、転写ロール３５によって印刷用紙上に転写される。
【００４９】
そして、感光体ドラムロール３２上に残ったトナーや潜像は、クリーナロール３６およびランプ３７で清掃および消去される。現像ロール３４ａには、現像クラッチ３４ｂが設けられており、この現像クラッチ３４ｂを使って現像タイミングを調節する。
【００５０】
トナーが転写された印刷用紙は、定着ロール対７４で加熱および加圧されて、印刷用紙にトナーが定着する。最後に、印刷用紙は、排出ロール対７６によって、機外の排紙トレイ７１に排出される。
【００５１】
なお、画像形成部３０の構成は上述したものに限らず、たとえば、中間転写ベルトを１つあるいは２つ備えた中間転写ＩＢＴ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｂｅｌｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）方式のものとしてもよい。また、図では、単色印刷用の画像形成部３０を示しているが、カラー用の画像形成部３０として構成してもよい。この場合、エンジン部の構成としては、たとえば、Ｋ，Ｙ，Ｍ，Ｃの出力色ごとに同様の画像形成プロセスを繰り返してカラー画像を形成するもの、たとえば単一のエンジン（感光体ユニット）で各色の画像を順に形成しつつ、これを１色ずつ中間転写体に重ね転写してカラー画像を形成するマルチパス型（サイクル型／ロータリー型）の構成、あるいは、各出力色に対応する複数のエンジンを、たとえばＫ→Ｙ→Ｍ→Ｃの順にインライン状に配列し、Ｋ，Ｙ，Ｍ，Ｃの画像を４つのエンジンで並列的（同時進行的）に処理するように構成したタンデム型の何れとしてもよい。
【００５２】
＜駆動機構の構成例＞
図２は、図１に示した画像形成装置１に使用される駆動機構部９０の一構成例を示す図である。
【００５３】
画像形成装置の駆動機構部は、１つのモータでできるだけ有効に活用できるように、モータ９０２、ギア９０４（図では９０４ａ，９０４ｂ，９０４ｃで構成）、シャフト９０６、ロールもしくはロール対９０８、クラッチ９１０、あるいは図示しないベアリングなどを使って、幾つかの方向に力が伝達するように構成されている。モータ９０２は、図１のモータ９６〜９９に相当する。またロールもしくはロール対９０８は、図１のピックアップロール５４や給紙ロール対５５、あるいは搬送ロール対５６〜５８、感光体ドラムロール３２や転写ロール３５、定着ロール対７４、排出ロール対７６に相当する。このような構成は、図１に示した第１ブロック９１や第２ブロック９２などに適用される。
【００５４】
また、場合によっては、前記の部品に加えて、プランジャ（鉄心）９１２ａと図示しない電磁石とが組み合わされて構成されているソレノイド９１２、ベルト９１６、プーリ９１８（図では９１８ａ，９１８ｂで構成）なども使って、さらに複雑な動きができるように構成される場合もある。このような構成は、図１に示した第３ブロック９３や第４ブロック９４などに適用される。
【００５５】
＜＜画像形成装置における故障診断機能＞＞
次に、画像形成装置１における故障診断機能について説明する。画像形成装置１内でジャムが発生した場合、その原因としては、ジャムを検出したセンサまでの駆動機構部が関わっているということが推定できる。ジャムは、用紙タイミングセンサ６９を所定の時間範囲内で通過しなかった場合に生じるので、たとえば、第２センサ６６で印刷用紙が止まっている場合は、第１センサ６５から第２センサ６６までの駆動機構部に原因があると考えられる。図１では、第２ブロック９２の駆動機構部である。
【００５６】
同様の考え方に依れば、第１センサ６５で用紙が停止しているなら、第１ブロック９１の駆動機構部で故障が生じていることになる。第３センサ６７なら、第３ブロック９３の駆動機構部で故障が生じていることになる。第４センサ７８または第５センサ７９では、第４ブロック９４の駆動機構部で故障が生じていることになる。以上のように、故障は、ジャムを検出する用紙タイミングセンサ６９を使ってブロック単位で判定することで、故障の発生したブロックを限定することができる。
【００５７】
ただし、ジャム発生の中には、徐々に時間がずれて最終的にセンサが検出した場合、原因が複数のブロックに亘っている場合もある。この場合は、たとえば第２センサ６６なら第１ブロック９１および第２ブロック９２の各駆動機構部が診断の対象になる。
【００５８】
なお、実際には、故障が複数のブロックに亘っているかどうかを予め検出する手段がない。このため、本実施形態においては、故障診断のフローとして、故障を検出したセンサに最も近いブロックの駆動機構部を最初に診断して、異常がなければ次のブロックへ順次診断する方法を採る。この点については、後で詳細に説明する。
【００５９】
＜故障診断装置の第１例＞
図３は、駆動機構部９０の動作状態を検証する故障診断装置の第１例を示す図である。なお、ここでは、ロールやロール対その他の可動部を駆動する動力源として、ステッピングモータやソレノイドあるいはクラッチを用いる例で説明する。この図３は、各ブロック９１〜９４内でのステッピングモータ１１２、１２２、およびクラッチ１３２（纏めて駆動部材ともいう）を駆動する駆動回路や、ステッピングモータ１１２などの動作状態を検出する機能要素に着目して、それらを構成する回路部材とその接続関係とを示している。
【００６０】
なお、駆動機構部９０の各ブロックは、必ずしも、ステッピングモータやソレノイドあるいはクラッチの全てを備えているとは限らないが、ここでは、これら全てを備えているものとして説明する。後述する第２例や第３例の構成においても同様である。なお、ステッピングモータ（ＳＭ）１１２は、図１のモータ９６〜９９や図２のモータ９０２に相当する。ソレノイド（ＳＯ）１２２は、図２のソレノイド９１２に相当する。また、クラッチ（ＣＬ）１３２は、図２のクラッチ９１０に相当する。
【００６１】
この第１例の故障診断装置３は、駆動機構部９０の動作状態を示す信号として、モータ、ソレノイド、あるいはクラッチなどの駆動部材に流れる動作電流を反映した信号を用いる点に特徴を有する。以下具体的に説明する。
【００６２】
図示するように、第１例の故障診断装置３は、コントロール回路１０２と、直流電源１０４と、ステッピングモータ１１２を駆動する第１駆動部１１０と、ソレノイド１２２を駆動する第２駆動部１２０と、クラッチ１３２を駆動する第３駆動部１３０と、動作電流検出抵抗１４２を有する駆動部動作電流検出部１４０とを備えている。動作電流検出抵抗１４２の一方の端子１４２ａには、ステッピングモータ１１２、ソレノイド１２２、およびクラッチ１３２の各動作電流Ｉｓｍ，Ｉｓｏ，Ｉｓｌが入力され、他方の端子１４２ｂは接地されるようになっている。
【００６３】
つまり、１つの動作電流検出抵抗１４２が、ステッピングモータ１１２やソレノイド１２２などの複数の駆動部材について共通に使用される構成となっている。なお図では示さないが、動作電流検出抵抗１４２には、装置内のその他の部材、たとえばランプやファンの電流も流れるように構成している。したがって、ステッピングモータ１１２やソレノイド１２２などの動作を停止（オフ）させた場合であっても、動作電流検出抵抗１４２に流れる電流はゼロとはならない。
【００６４】
駆動部動作電流検出部１４０は、駆動機構部９０が所定期間動作している間の動作状態を示す動作状態信号として、ステッピングモータ１１２などの駆動部材の動作電流を示す信号を検出する動作状態信号検出部の一例である。動作電流検出抵抗１４２は、電流検出部材の一例である。
【００６５】
ステッピングモータ１１２、ソレノイド１２２、およびクラッチ１３２のそれぞれの所定端子（１１２ｃ，１２２ａ、１３２ａ）には、直流電源１０４から所定電圧（たとえば＋２４Ｖ）の直流電圧が印加されるようになっている。
【００６６】
コントロール回路１０２は、ステッピングモータ１１２、ソレノイド１２２、およびクラッチ１３２の動作を制御するための各種の制御信号を生成する駆動信号生成部１５０と、印刷用紙の搬送タイミングを算出する計測部１６２と、駆動部動作電流検出部１４０により得られる動作状態信号や計測部１６２により得られる用紙通過時間を所定の手順に従って処理して所定の特徴量を求め、予め取得しておいた正常状態での特徴量である基準特徴量と実働状態での特徴量である実働特徴量とを比較することにより、駆動機構部９０の故障の有無（動作異常か否か）を診断する故障診断部２００とを有する。
【００６７】
駆動信号生成部１５０は、各駆動部材の動作開始や動作停止を制御する制御部の一例である。用紙検知部材をなす各用紙タイミングセンサ６９と計測部１６２とで、各用紙タイミングセンサ６９間を所定区間として、その間の印刷用紙の搬送時間を動作状態信号として検出する用紙通過時間検出部１６０の全体が構成される。また、用紙通過時間検出部１６０は、ブロックごとに、そのブロックの動作状態を示すブロック動作状態信号を検出するブロック動作状態信号検出部としての機能も備える。
【００６８】
計測部１６２の出力信号のうちの一方（時間検知信号Ｓｔｉｍｅ）は故障診断部２００に入力され、他方（エラー信号Ｓｅｒｒ ）は、駆動信号生成部１５０と故障診断部２００に入力される。故障診断部２００は、用紙通過時間検出部１６０にて検知した用紙通過時間に基づいて、ブロック単位で故障の有無を判定し、故障と判定されたブロック（駆動機構）について、さらに、詳細に故障診断を行なうことが可能となっている。
【００６９】
計測部１６２では、用紙が用紙タイミングセンサ６５，６６，６７，７８，７９を通過する時間を監視して、予定の時間外に通過した場合にはジャムが発生したとして用紙搬送用の駆動部を停止させる。この停止動作には、異常な印刷や用紙自体がクラッシュして機構の破損を防ぐ意味も持っている。これらのジャム検知を目的とした用紙タイミングセンサは、現在市販されている殆ど全ての複写機に標準的に装備されている。したがって、ブロック単位での故障判定に用紙通過時間を利用することは、通常新たにセンサを設ける必要がないという意味で、コストの点でメリットがある。
【００７０】
駆動信号生成部１５０は、ステッピングモータ１１２の動作を制御するための制御信号（本例ではＯＮ／ＯＦＦ，ＣＬＫ，Ｆｗ／Ｒｅｖ）を生成するステッピングモータ駆動信号生成部（以下ＳＭ駆動信号生成部ともいう）１５２と、ソレノイド１２２の動作を制御するための制御信号（本例ではＯＮ／ＯＦＦ）を生成するソレノイド駆動信号生成部（以下ＳＯ駆動信号生成部ともいう）１５４と、クラッチ１３２の動作を制御するための制御信号（本例ではＯＮ／ＯＦＦ）を生成するクラッチ駆動信号生成部（以下ＣＬ駆動信号生成部ともいう）１５６とを有する。
【００７１】
計測部１６２の入力端ＩＮ１〜ＩＮ５のそれぞれには、対応する用紙タイミングセンサ６９から検知信号ＳＯ１〜ＳＯ５（各１ビット／計５ビット）が入力されるようになっている。計測部１６２は、用紙タイミングセンサ６９からの検知信号ＳＯ１〜ＳＯ５に基づいて、用紙先端部が各センサを通過する時間を算出し、算出した用紙通過時間を現す時間検知信号Ｓｔｉｍｅを故障診断部２００に渡す。
【００７２】
また、計測部１６２は、算出した通過時間が、予め定められている基準の時間範囲内（所定のタイミングの範囲内）にあるか否かを判定する。基準の時間範囲外の場合、記録用紙の搬送工程に故障が発生したと判断し、以降の用紙搬送工程を中止するよう、駆動信号生成部１５０にエラー信号Ｓｅｒｒ を通知する。これを受けて、駆動信号生成部１５０内の駆動信号生成部１５２，１５４，１５６は、ステッピングモータ１１２、ソレノイド１２２、クラッチ１３２の動作を停止させることで、駆動機構部９０を停止させ、用紙搬送を停止する。この時は通常ジャムが発生したと呼ばれる。このような動作は、画像形成装置の一般的な動作であり、従来のものでも備わっている機能である。
【００７３】
ステッピングモータ１１２を駆動する第１駆動部１１０は、駆動回路として、モータドライバ回路１１４を有する。コントロール回路１０２のＳＭ駆動信号生成部１５２からは、端子ＯＵＴ１からステッピングモータ１１２を回転および停止させるための制御信号ＯＮ／ＯＦＦが、端子ＯＵＴ２からクロック信号ＣＬＫ１が、また端子ＯＵＴ３から正転（Ｆｗ）および逆転（Ｒｅｖ）を規定する制御信号Ｆｗ／Ｒｅｖが、それぞれモータドライバ回路１１４に入力される。
【００７４】
モータドライバ回路１１４は、これらの信号に基づいて４相（Ａ，ＮＡ，Ｂ，ＮＢ；Ｎは対応する反転相を意味する）の各信号を生成し、ステッピングモータ１１２の所定端子（１１２ａ，１２２ｎａ、１１２ｂ，１１２ｎｂ；ｎは対応する反転入力を意味する）に入力する。ステッピングモータ１１２の動作電流Ｉｓｍは、このモータドライバ回路１１４を通して、駆動部動作電流検出部１４０の動作電流検出抵抗１４２に導かれる。
【００７５】
ソレノイド１２２を駆動する第２駆動部１２０は、駆動回路として、トランジスタ１２３、ベース電流制限用抵抗１２５、エミッタ用抵抗１２６、およびダイオード１２８を有する。ソレノイド１２２をオンオフさせるための制御信号ＯＮ／ＯＦＦを出力するＳＯ駆動信号生成部１５４の端子ＯＵＴ４は、ベース電流制限用抵抗１２５を介してトランジスタ１２３のベースに接続されている。トランジスタ１２３のコレクタはソレノイド１２２の端子１２２ｂに接続されている。また、トランジスタ１２３のベースとエミッタとの間にエミッタ用抵抗１２６が接続され、エミッタは動作電流検出抵抗１４２の端子１４２ａに接続されている。これにより、ソレノイド１２２の動作電流Ｉｓｏが動作電流検出抵抗１４２に導かれる。
【００７６】
また、ソレノイド１２２のオン／オフ時に、ソレノイド１２２に生じる逆起電力を回生させ、トランジスタ１２３のコレクタ電圧が定格を超えないようにするため、ダイオード１２８がソレノイド１２２と並列接続されている。ＳＯ駆動信号生成部１５４は、ソレノイド１２２を駆動する際には端子ＯＵＴ４をハイ（Ｈｉｇｈ）にしてトランジスタ１２３を導通させることで、ソレノイド１２２をオンさせる。逆に、オフさせるには、端子ＯＵＴ４をロー（Ｌｏｗ）とし、トランジスタ１２３をオフさせてソレノイド１２２をオフさせる。
【００７７】
クラッチ１３２の駆動回路は、トランジスタ１３３、ベース電流制限用抵抗１３５、エミッタ用抵抗１３６、およびダイオード１３８を有する。クラッチ１３２をオンオフさせるための制御信号ＯＮ／ＯＦＦを出力するＣＬ駆動信号生成部１５６の端子ＯＵＴ５は、ベース電流制限用抵抗１５５を介してトランジスタ１３３のベースに接続されている。トランジスタ１３３のコレクタはクラッチ１３２の端子１３２ｂに接続されている。また、トランジスタ１３３のベースとエミッタとの間にエミッタ用抵抗１３６が接続され、エミッタは動作電流検出抵抗１４２の端子１４２ａに接続されている。これにより、クラッチ１３２の動作電流Ｉｃｌが動作電流検出抵抗１４２に導かれる。
【００７８】
また、クラッチ１３２のオン／オフ時に、クラッチ１３２に生じる逆起電力を回生させ、トランジスタ１３３のコレクタ電圧が定格を超えないようにするため、ダイオード１３８がクラッチ１３２と並列接続されている。ＣＬ駆動信号生成部１５６は、クラッチ１３２を駆動する際には端子ＯＵＴ５をハイにしてトランジスタ１３３を導通させることで、クラッチ１３２をオンさせる。逆に、オフさせるには、端子ＯＵＴ５をローとし、トランジスタ１３３をオフさせてクラッチ１３２をオフさせる。
【００７９】
動作状態信号検出部の一例である駆動部動作電流検出部１４０は、動作電流検出抵抗１４２の他に、増幅回路１４３とＡ／Ｄ変換器１４８とを有する。Ａ／Ｄ変換器１４８には、故障診断部２００の端子ＯＵＴ６からクロック信号ＣＬＫ２が入力される。Ａ／Ｄ変換器１４８によりデジタル化された動作電流を表す検知データＤｃｕｒｒは、故障診断部２００の入力端子ＩＮ６〜ＩＮ１７に入力される。なお、本例のＡ／Ｄ変換器１４８としては、１２ビットのものを用いる。なお、１２ビットに限らず、分解能やメモリ容量あるいはコストなどを考慮して決定すればよく、それ以下もしくはそれ以上としてもよい。
【００８０】
増幅回路１４３は、オペアンプ（演算増幅器；ＯＰ）１４４と、オペアンプ１４４の非反転端子（＋）と動作電流検出抵抗１４２の端子１４２ａとの間に設けられた入力抵抗１４５と、オペアンプ１４４の反転端子（−）と出力との間に設けられた負帰還抵抗１４６と、オペアンプ１４４の反転端子（−）と接地との間に設けられた抵抗１４７とを備えて構成されている。図示するように、抵抗１４７の接地側は、動作電流検出抵抗１４２の接地点の極近傍であるのが好ましい。
【００８１】
増幅回路１４３は、オペアンプ１４４、入力抵抗１４５、負帰還抵抗１４６、および抵抗１４７によって、非反転型増幅器を構成する。動作電流検出抵抗１４２の一端１４２ａは、入力抵抗１４５を介してオペアンプ１４４の非反転端子（＋）に接続されており、負帰還抵抗１４６の抵抗値Ｒ１４６と抵抗１４７の抵抗値Ｒ１４７の比（抵抗比）により、増幅回路１４３の増幅率が決定される。本例では、非反転型増幅器を構成するので、その増幅率は、１＋Ｒ１４７／Ｒ１４６となる。
【００８２】
駆動機構部９０の動作電流を検出する際には、直流電源１０４からステッピングモータ１１２などの駆動部材への電力供給路途中に設けられた動作電流検出抵抗１４２を利用する。動作電流検出抵抗１４２としては、たとえば１Ω以下など、抵抗値が低い抵抗体を用いるのがよい。このような抵抗体としては、温度特性や抵抗値精度に優れたもの、たとえば、銅ニッケル合金などからなるものが好ましい。
【００８３】
動作電流検出抵抗１４２に電流が流れると、その両端（１４２ａと１４２ｂとの間）には電圧降下（電位差）が生じる。この電位差を検出すれば、各ブロック９１〜９４の駆動部材を流れる電流を検出することができる。増幅回路１４３は、この動作電流検出抵抗１４２の両端の電位差を検知し、増幅して、Ａ／Ｄ変換器１４８に渡す。
【００８４】
なお、ステッピングモータ１１２、ソレノイド１２２、およびクラッチ１３２の各動作電流Ｉｓｍ，Ｉｓｏ，Ｉｃｌ（以下纏めて動作電流Ｉｏともいう）を区別して検知するため、実際の電流検出時には、各駆動信号生成部１５２，１５４，１５６からステッピングモータ１１２、ソレノイド１２２、クラッチ１３２などへ、個別に制御信号ＯＮ／ＯＦＦを一定時間（たとえば１００〜２００ｍｓ（ミリ秒）程度）オン状態を与え、その間に、動作電流検出抵抗１４２の両端に発生する電圧を増幅回路１４３で増幅した後、故障診断部２００の端子ＯＵＴ６から出力されるクロック信号ＣＬＫ２に同期して、Ａ／Ｄ変換器１４８でデジタル信号（検知データＤｃｕｒｒ）に変換する。
【００８５】
たとえば、診断対象をステッピングモータ１１２とする場合には、ＳＭ駆動信号生成部１５２が御信号ＯＮ／ＯＦＦをオン状態としてから、２００ｍｓ間、動作電流検出抵抗１４２で得られる動作電流Ｉｓｍに対応する電圧（動作電流検出抵抗１４２の両端電圧）をＡ／Ｄ変換器１４８で検知データＤｃｕｒｒに変換する。また、診断対象をソレノイド１２２とする場合には、ＳＯ駆動信号生成部１５４が制御信号ＯＮ／ＯＦＦをオン状態としてから、１００ｍｓ間、動作電流検出抵抗１４２で得られる動作電流Ｉｓｏに対応する電圧（動作電流検出抵抗１４２の両端電圧）をＡ／Ｄ変換器１４８で検知データＤｃｕｒｒに変換する。
【００８６】
Ａ／Ｄ変換器１４８に与えるクロック信号ＣＬＫ２の周波数としては、たとえば、２００ｍｓ期間ではサンプル数ｎが約１３６５で、１００ｍｓ期間ではサンプル数ｎが約６８３程度となる値とする。なお、ここでは、サンプル数ｎを、２００ｍｓ期間では約１３６５、１００ｍｓ期間では約６８３としたが、このサンプル数ｎ自体は、余り厳密に制約されるものではない。検知データＤｃｕｒｒとして故障診断部２００に取り込まれる各サンプル点ｋ（ｋ＝１〜ｎ）のデータｖｋの集合（計ｎ個）に、故障判定に必要な特徴部分を含んでいればよく、各データｖｋを保存するためのメモリ容量やデータ処理時の計算速度などを考慮して決定すればよい。この点では、故障診断部２００は、メモリ容量や計算速度に基づいてクロック信号ＣＬＫ２の周波数を切替可能な構成としておくのがよい。
【００８７】
ここで、動作電流が多量に流れる場合には、動作電流検出抵抗１４２によって目立った電圧降下が発生し、ステッピングモータ１１２やソレノイド１２２などの駆動部材に定格の電圧を供給できなくなる問題が生じる。この場合には、抵抗体（たとえば１Ω以下）からなる動作電流検出抵抗１４２に代えて、ホール素子を用いた電流センサやコイルにより検知される誘導起電力を積分することで電流を検知するタイプのものを、電流検出部材として用いるとよい。
【００８８】
なお、ホール素子やコイルを利用して電流を検出する仕組みは周知の技術であるので、ここではその構成の図示を割愛するとともにその作用説明も割愛する。ホール素子やコイルなどを利用すると、電流検出部材の両端には電圧降下が殆ど生じないので、前述の問題を解消できる。なお、抵抗体を用いる場合、電圧降下の問題があるものの、簡易な構成で動作電流を検知できる利点がある。
【００８９】
故障診断部２００は、たとえば、動作電流検出抵抗１４２で検知された動作電流を反映した検知データＤｃｕｒｒに基づき、動作電流の実効値、時間軸上で突出したピークを有する衝撃電流、オン後の過渡応答、あるいは周波数軸上で突出したピークを有する狭帯域電流などを監視対象とし、それらを検出して解析を行ない、故障診断に好適な特徴量を抽出する。なお、解析には、たとえば動作電流の実効値の大小関係や時間的な変化の差を解析する手法の他、高速デジタルフーリエ変換による周波数スペクトル解析などにより、特定ピークの周波数やその大きさを調べる手法を採ることができる。
【００９０】
動作電流の実効値を特徴量としてその大小関係に基づく判定を用いると、比較的簡易な判定が可能である。大小関係の判定の際には、平均値と分散（標準偏差）を特徴量として使用した分布特性を利用する手法を用いることもできる。一方、衝撃電流などの発生時点が正確に分かると、タイミングチャートと照らし合わせて機械の詳細な情報を得ることができ、また起動時の電流や衝撃電流の過渡応答を把握して故障の検知や機械の経年変化の解析を行なうことができる。また、高速デジタルフーリエ変換を利用すれば、起動時の電流や衝撃電流をスペクトルに変換してそれらの特性を数値化して記録することができ、電流変化を明確に認識することができる。
【００９１】
また、ステッピングモータ１１２やソレノイド１２２などの複数の駆動部材に流れる動作電流を、１つの動作電流検出抵抗１４２で検知する構成としているので、駆動部動作電流検出部１４０は、全駆動部材について、一箇所にて動作電流Ｉｏを検知できる。よって、複数の駆動回路を有する装置であっても、駆動部動作電流検出部１４０をコンパクトかつ低コストに構成することができる。
【００９２】
＜故障診断装置の第２例＞
図４は、駆動機構部９０の動作状態を検証する故障診断装置の第２例を示す図である。この第２例の故障診断装置３は、駆動機構部９０の動作状態を示す信号として、モータ、ソレノイド、あるいはクラッチなどの駆動部材を動作させた際の、その駆動部材が属する駆動機構部９０（ブロック）の振動状態を反映した信号（たとえば作動音信号）を用いる点に特徴を有する。なお、第１例と同様の機能をなす機能部分については、第１例と同様の参照符号を用いて示し、それらについての動作説明は割愛する。
【００９３】
この第２例の故障診断装置３は、第１例の駆動部動作電流検出部１４０に代えて、加速度センサ１８２を有する駆動機構振動検出部１８０を備えている。振動検出部１８０は、駆動機構部９０が所定期間動作している間の動作状態を示す動作状態信号として振動を反映した信号を検出する動作状態信号検出部の一例であって、図１に示す駆動機構振動検出部８０に相当する。加速度センサ１８２は、動作状態信号を検出するセンサ部材の一例であって、図１に示す振動センサ８２に相当する。１つの加速度センサ１８２が、ステッピングモータ１１２やソレノイド１２２などの複数の駆動部材について共通に使用される構成となっている。
【００９４】
第１例の駆動部動作電流検出部１４０を取り除いており、ステッピングモータ１１２、ソレノイド１２２、およびクラッチ１３２の各動作電流Ｉｓｍ，Ｉｓｏ，Ｉｃｌは、動作電流検出抵抗１４２を介することなく、直接に接地に導かれる。
【００９５】
動作状態信号検出部の一例である振動検出部１８０は、加速度センサ１８２の他に、チャージアンプ（積分型増幅器）１８４とＡ／Ｄ変換器１８８とを有する。Ａ／Ｄ変換器１８８は、第１例のＡ／Ｄ変換器１４８と同様のもので、故障診断部２００とは第１例と同様にして接続されている。
【００９６】
加速度センサ１８２は、駆動部部材の振動加速度に比例した電気信号を検知する。加速度センサ１８２は、一般的な圧電式を用いているため、チャージアンプ１８４により、電荷信号を電圧信号に変換する。
【００９７】
振動センサ８２として加速度センサ１８２を利用した構成では、音響センサなどを利用した場合より、外部ノイズの影響を受け難い点で有利である。また、ステッピングモータ１１２などの各駆動部材について、１つの加速度センサ１８２で振動を検知するので、振動検出部１８０は、全駆動部材について、一箇所にて振動を検知できる。よって、複数の駆動回路を有する装置であっても、振動検出部１８０をコンパクトかつ低コストに構成することができる。
【００９８】
振動検出部１８０における振動の検出においても、第１例の電流検出の場合と同様に、ステッピングモータ１１２、ソレノイド１２２、およびクラッチ１３２の各動作状態における振動を区別して検知するため、実際の振動検出時には、各駆動信号生成部１５２，１５４，１５６からステッピングモータ１１２、ソレノイド１２２、クラッチ１３２などへ、個別に制御信号ＯＮ／ＯＦＦを一定時間（たとえば１００〜２００ｍｓ程度）オン状態を与え、その間に、加速度センサ１８２に発生する電荷をチャージアンプ１８４で電圧に変換、増幅した後、故障診断部２００の端子ＯＵＴ６から出力されるクロック信号ＣＬＫ２に同期して、Ａ／Ｄ変換器１８８でデジタル信号（検知データＤｏｓｃｉ）に変換する。
【００９９】
故障診断部２００は、検知データＤｃｕｒｒについての解析と同様に、たとえば、加速度センサ１８２で検知された加速度（振動に起因したもの）を反映した検知データＤｏｓｃｉに基づき、加速度の実効値、時間軸上で突出したピークを有する加速度、オン後の過渡応答、あるいは周波数軸上で突出したピークなどを監視対象とし、それらを検出して解析を行なう。加速度の実効値の大小関係に基づく判定を用いると、比較的簡易な判定が可能である。
【０１００】
なお、図では示さないが、加速度センサ１８２に代えて、音響センサを振動センサ８２として使用することもできる。画像形成装置１内における音の発生要因としては、部品どうしの衝突や、印刷用紙が位置合せ部品に当接するとき、印刷用紙が撓んでシュートに当たるときなど、印刷用紙の搬送過程でその印刷用紙と部品とが衝突して生じるものの他、ステッピングモータ１１２やソレノイド１２２などの駆動部材のオン／オフ時などにも発生する。このような音は発生時間が特定されているために検出も比較的容易であり、これらを対象とした、その後の音圧の経年推移などの監視が可能である。
【０１０１】
そこで、故障診断部２００は、音響センサで検知された、機械から発生する音に基づいて故障を検知する方法を採る。たとえば、時間軸上で突出したピークを有する衝撃音や、周波数軸上で突出したピークを有する狭帯域音を監視対象とし、それらを検出して解析を行なう。解析には、たとえば音圧レベルの大きさや時間的な変化の他、高速デジタルフーリエ変換による周波数スペクトル解析などにより、特定ピークの周波数やその大きさを調べる手法を採ることができる。衝撃音などの発生時点が正確に分かるとタイミングチャートと照らし合わせて機械の詳細な情報を得ることができ、また衝撃音の変化を把握して故障の検知や機械の経年変化の解析を行なうことができる。また、高速デジタルフーリエ変換を利用すれば、衝撃音をスペクトルに変換して衝撃音の特性を数値化して記録することができ、衝撃音の変化を明確に認識することができる。
【０１０２】
なお、複写機能やプリンタ機能を備えた画像形成装置１から発生する衝撃音は、設置環境の背景雑音と機械本体の定常騒音とが重なり合った中に埋没してしまうことがある。また衝撃音には変化がないにも拘わらず背景雑音のみが変化する場合もある。たとえば、機械設置環境の背景雑音は、昼と夜、機械近傍に作業者がいるかいないかなどにより変化する。これらの場合、故障と誤検出する場合も生じるので、これらを考慮した解析手法、すなわち背景雑音を含まず純粋に衝撃音のみの特性を検出する手法を採るのが望ましい。また、機械の経時変化により、部品同士の衝突音が変化する（たとえば大きくなる）こともある。依って、衝撃音自体の経年変化を正確に抽出し把握する解析手法を採るのが望ましい。
【０１０３】
＜故障診断装置の第３例＞
図５は、駆動機構部９０の動作状態を検証する故障診断装置の第３例を示す図である。この第３例の故障診断装置３は、駆動機構部９０の動作状態を示す信号として、モータ、ソレノイド、あるいはクラッチなどの駆動部材に流れる動作電流を反映した信号と、これら駆動部材を動作させた際の、その駆動部材が属する駆動機構部９０（ブロック）の振動状態を反映した信号の双方を用いる点に特徴を有する。
【０１０４】
つまり、この第３例の故障診断装置３は、図示するように、上記第１例の駆動部動作電流検出部１４０と第２例の振動検出部１８０の双方を備えている。駆動部動作電流検出部１４０および振動検出部１８０の機能や作用は、第１例および第２例と同様であるので、ここでは、それらについての説明は割愛する。
【０１０５】
＜故障診断装置のブロック対応＞
図６は、上記第１例〜第３例の故障診断装置３を構成する場合における、駆動機構部９０のブロック分割との対応を説明する図である。先ず、図６（Ａ）はその第１例を示しており、駆動部動作電流検出部１４０と故障診断部２００とを除く各機能部分（たとえば各駆動部１１０，１２０，１３０や駆動信号生成部１５０）を駆動機構部９０のブロック９１〜９４ごとに設け、これに対して、駆動部動作電流検出部１４０や振動検出部１８０と故障診断部２００とを、全ブロックに対して１系統を共通に設けている点に特徴を有する。なお、直流電源１０４も、全ブロックに対して共通に設けるようにしてもよい。
【０１０６】
こうすることで、動作電流検出抵抗１４２には、ブロック９１〜９４の各々から動作電流Ｉｏが流れるので、駆動部動作電流検出部１４０は、全ブロックおよび全駆動部材について、一箇所にて動作電流Ｉｏを検知できるようになるので、故障診断装置３をコンパクトかつ低コストに構成することができる。よって、小型の画像形成装置１に適用するのに都合がよい。
【０１０７】
一方、図６（Ｂ）はその第２例を示しており、第１例の構成に加えて、駆動部動作電流検出部１４０や振動検出部１８０もブロック９１〜９４ごとに設け、故障診断部２００を全ブロックに対して１系統を共通に設けている点に特徴を有する。この第２例の場合、動作電流Ｉｏをブロック９１〜９４ごとに検知し、ブロック９１〜９４ごとの検知結果を故障診断部２００に入力する構成とする。
【０１０８】
こうすることで、構成がやや大規模にはなるものの、動作電流Ｉｏを検知する動作電流検出抵抗１４２や加速度を検知する加速度センサ１８２あるいは作動音を検知する図示しない音響センサを、ブロックの物理的な配置に応じて、適切な場所に配置することで、検知対象部材の近傍で検知することができる。これらはアナログ信号系統であるが、ブロックごとに検知した後に、デジタルデータＤｃｕｒｒ，Ｄｏｓｃｉに変換してから一箇所の故障診断部２００に渡すことができる。
【０１０９】
第１例の構成では、各ブロックの動作電流Ｉｏの信号線を動作電流検出抵抗１４２の端子１４２ａまで引き延ばさなければならないなど、アナログ信号系統の引回しが長くなりがちで、ノイズの影響を受け易い。これに対して、第２例の構成では、ブロックごとに動作電流を検知する構成であるので、アナログ信号系統の引回しを短くすることができ、ノイズの影響を受け難い（耐ノイズ性に優れる）。
【０１１０】
また、第１例の構成では、作動音や加速度を一箇所で検知する構成であるので、大型の装置の場合、振動センサの配置位置が検知対象ブロックからかなり離れた状態になり得るので、感度低下や背景雑音の影響を受け易いなど、検知性能上の問題を生じ得る。これに対して、第２例の構成では、ブロックごとに検知する構成であるので、検査対象部材の極近傍で振動を検知可能となるから、これらの問題に対して、第１例よりも優位である。よって、第２例の構成は、大型の画像形成装置１に適用するのに都合がよい。
【０１１１】
また、ブロックごとに動作電流や振動を検知する構成であるので、このブロックごとに検知される動作状態信号に基づいてブロックごとに故障の有無を判定し、故障と判定されたブロックについて、さらに、詳細に故障診断を行なうことができる。詳細な故障診断の対象範囲を予めブロック単位で絞っておくことで、詳細な故障診断を行なうべき箇所を減らすことができる。用紙通過時間を利用することでブロック単位での故障判定を行なう構成は、画像形成装置のように被搬送体を搬送する機構を備えた装置への適用に限定されるが、この第２例の構成を利用すれば、あらゆる装置にブロック単位での故障判定を行なう仕組みを適用できる。
【０１１２】
＜故障診断部の一構成例＞
図７は、故障診断部２００の構成例を示す機能ブロック図である。故障診断部２００は、駆動回路と、モータ、ソレノイド、およびクラッチなどの駆動部材と、この駆動部材と連結したギア、ベアリング、ベルト、あるいはロールなどを、１つのモータを共通に使用して、そのモータの駆動力が伝達される範囲（典型例としては図２で示す単位）ごとにブロックに分けて、ブロックのそれぞれについて、故障の有無を診断したり、将来の故障の可能性を診断（故障推定）したりする点に特徴を有する。よって、１つのブロックは、モータは必ず１つであるが、ソレノイドやクラッチその他の駆動部材を複数備える場合もある。以下、具体的に説明する。
【０１１３】
図示するように、故障診断部２００は、駆動部動作電流検出部１４０あるいは振動検出部１８０などの動作状態信号検出部からの動作状態信号（前例では検知データＤｃｕｒｒ，Ｄｏｓｃｉ）を、一定時間、所定の手順に従って処理し、処理済みデータに基づいて所定の特徴量を求める動作状態特徴量取得部２１０と、計測部１６２により得られる用紙通過時間を所定の手順に従って処理し、処理済みデータに基づいて所定の特徴量を求める用紙通過時間特徴量取得部２２０とを備える。
【０１１４】
また、故障診断部２００は、故障診断時の判定指標となる基準特徴量を所定の記憶媒体（好ましくは不揮発性の半導体メモリ）２３２に格納する基準特徴量格納部２３０を備える。なお図示しないが、基準特徴量格納部２３０には、記憶媒体２３２の他に、記憶媒体２３２に基準特徴量を書き込むための書込制御部や、記憶された基準特徴量を記憶媒体２３２から読み出すための読出制御部が設けられる。
【０１１５】
基準特徴量としては、たとえば、駆動機構部９０を構成する機構部材（モータやソレノイドなどの駆動部材を含む）や機構部材を駆動する電気部材（駆動信号生成部１５０や駆動回路）が正常に動作している正常状態で、各特徴量取得部２１０，２２０により取得された特徴量を使用する。あるいは、各特徴量取得部２１０，２２０で得られる特徴量に代えて、画像形成装置１におけるステッピングモータ１１２などの動作電流や振動の定格値を利用してもよい。
【０１１６】
また、故障が検知された場合に、その故障箇所や故障状態を判定するための基準特徴量として、各構成部材が故障時に、各特徴量取得部２１０，２２０により取得された特徴量を使用する。この故障状態に関する基準特徴量は、当該装置の各部材を強制的に故障状態にして特徴量取得部２１０，２２０により検知したものであってもよいし、管理センタなどに集約されるメンテナンス情報に基づいて取得した情報を用いてもよい。画像形成装置１と管理センタとをネットワーク接続しておき、記憶媒体２３２に格納されている故障時の情報を定期的に更新するようにしてもよい。
【０１１７】
また、故障診断部２００は、記憶媒体２３２に格納しておいた基準特徴量と故障診断時に各特徴量取得部２１０，２２０で得られる特徴量である実働特徴量とを比較することにより、診断対象ブロックに故障が発生しているか否かや将来故障が生じる可能性など故障に関わる診断処理を行なう故障判定部２４０と、故障診断部２００内の各機能部や駆動信号生成部１５０を制御する制御部２５０とを備える。
【０１１８】
故障判定部２４０は、動作状態特徴量取得部２１０にて取得される動作状態信号に関わる特徴量に基づいて故障判定処理を行なう動作状態故障判定部２４２と、用紙通過時間特徴量取得部２２０にて取得される用紙通過時間に関わる特徴量に基づいて故障判定処理を行なう用紙通過故障判定部２４４と、用紙通過時間特徴量取得部２２０にて取得される用紙通過時間に関わる特徴量に基づいて故障予測処理を行なう用紙通過故障予測部２４６とを有する。
【０１１９】
また、故障判定部２４０は、動作状態故障判定部２４２や用紙通過故障判定部２４４が故障判定をした場合や用紙通過故障予測部２４６が故障予測判定をした場合に、記憶媒体２３２に保持しておいた故障時の情報を参照して、その故障がどのような状態のものであるのかを特定する故障状態特定部２４８を有する。
【０１２０】
制御部２５０は、用紙通過時間検出部１６０からの信号を用いて用紙通過故障判定部２４４にて故障診断された結果を利用して、故障箇所を特定する診断対象ブロックや処理順序を決定する診断対象ブロック決定部２５２と、基準特徴量の取得と実働特徴量の取得や診断の各モードを切り替えるため切替部として、第１切替部（ＳＷ１）２５４および第２切替部（ＳＷ２）２５６を有している。また、制御部２５０は、時刻情報（年月日や時分秒）を取得するシステム時計２５８を有する。システム時計２５８は、図示しない時計用チップを有しており、時刻情報を取得する。このシステム時計２５８は、電源断時や停電時などに時刻情報が消滅しないよう、バックアップ用電池を備えており、常に現時点の時刻を保持している。
【０１２１】
また、故障診断部２００は、故障判定結果や検査内容をカスタマーに通知する通知部２７０を備える。故障判定部２４０は、故障判定結果（故障の有無、故障箇所、故障内容）や故障予測結果（故障可能性の有無、故障箇所、故障内容）あるいは検査内容や取得した動作状態信号を通知部２７０に通知する。通知部２７０は、たとえば、故障判定部２４０から受け取った故障判定結果などを、お客様（画像形成装置１の操作者や所有者）、画像形成装置１をメンテナンス（保守、維持、管理）するカスタマーエンジニア、あるいは画像形成装置１を管理している管理センタなどのカスタマーに通知する。
【０１２２】
たとえば、お客様に直接知らせる場合は、画像形成装置１にアラームを知らせるような、たとえば表示パネルやスピーカなどで知らせることができる。お客様は、それを見てあるいは聞いて、故障箇所や故障内容をサービスセンタに知らせることができる。また、画像形成装置１をメンテナンスするカスタマーエンジニアに直接知らせる場合は、公衆電話回線や、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、携帯電話、ＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙ−ｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ ）などの携帯端末を使って、故障発生などを連絡することができる。また、故障箇所や故障内容のデータをカスタマーエンジニアが所有する端末に送ることもできる。また、画像形成装置１を管理している管理センタなどに知らせる場合は、カスタマーエンジニアに直接知らせる場合と同様に、公衆電話回線や携帯端末を使うこともできる。また、インターネットを利用した連絡もできる。これらの場合も、故障箇所や故障内容のデータを管理センタの端末に送ることもできる。
【０１２３】
また、画像形成装置１（故障状態特定部２４８）側で故障箇所や故障内容を特定せずに、故障診断部２００にて行なった故障診断の検査内容とそこで使用した動作状態信号などのデータを管理センタに通知し、管理センタ側で故障箇所や故障内容を特定するようにしてもよい。
【０１２４】
＜動作状態信号に基づく故障判定処理の基本；その１＞
図８は、上記故障診断部２００における、動作状態信号に基づく故障判定処理手順の第１例を示すフローチャートである。この第１例は、動作状態信号として、ステッピングモータ１１２やソレノイド１２２などの駆動部材に流れる動作電流を反映した信号、およびこれら駆動部材を動作させた際の、その駆動部材が属する駆動機構部９０（ブロック）の振動状態を反映した信号のうちの何れか一方を使用する点に特徴を有する。なお、故障診断の判定に用いる特徴量としては、動作状態信号の実効値相当の値を用いる。よって、この第１例は、上記図３、図４、図５に示した何れの故障診断装置３でも実施可能なものである。なお、図５に示した第３例の構成では、駆動部動作電流検出部１４０および振動検出部１８０の何れか一方の検知データを使用すればよい。
【０１２５】
故障診断部２００は、先ず、対象部材を単体動作させる（Ｓ１００）。たとえば、駆動信号生成部１５０は、各ステッピングモータ１１２などの各駆動部材を１つずつ順にオンするように制御する。動作状態特徴量取得部２１０は、この単体動作時に、故障判定に用いる判定基準値として、基準特徴量を求める。
【０１２６】
たとえば、動作状態特徴量取得部２１０は、１回の測定に際して、たとえば式（１）に従って、１００〜２００ｍｓ間取り込んだ検知データＤｃｕｒｒ，Ｄｏｓｃｉの何れか一方について、各サンプル点ｋ（ｋ＝１〜ｎ）のデータｖｋを２乗し、積分することで、故障判定に必要な特徴量Ｖｎを得る（Ｓ１０１）。式（１）は、概ね動作電流の実効値に対応する値を求めることと等しい。所定期間の波形データをこのようにして数値データ化することで、波形パターンの比較ではなく、数値データの比較によって、簡単に故障診断できるようになる。
【数１】

【０１２７】
ここで、第１例では、正常な状態での、駆動機構部９０の動作状態信号（デジタル化された検知データＤｃｕｒｒ，Ｄｏｓｃｉの何れか一方）に基づく特徴量Ｖｎの測定をｍ回（たとえば１００回程度）行ない（Ｓ１０２）、後の故障判定に使用する基準値を求める。たとえば、各測定で得られる特徴量Ｖｎの平均値Ｖｍと標準偏差σｖと求め、この求めた平均値Ｖｍと標準偏差σｖとを、故障を検出するため基準として用いる基準特徴量とする（Ｓ１０４）。基準特徴量格納部２３０は、この基準特徴量（Ｖｍ，σｖ）を動作状態特徴量取得部２１０から受け取り、記憶媒体２３２（たとえば不揮発性メモリ）に格納する（Ｓ１０６）。
【０１２８】
故障診断部２００は、他の駆動部材についても、上記ステップＳ１００〜Ｓ１０６と同様の処理を繰り返すことで（Ｓ１０８）、診断対象の駆動機構部９０についての各基準特徴量（Ｖｍ，σｖ）を取得してメモリに格納する。
【０１２９】
また、動作状態特徴量取得部２１０は、実働状態においても、上記と同様にして、対象部材を単体動作させ（Ｓ１１０）、１００〜２００ｍｓ間取り込んだ検知データＤｃｕｒｒ，Ｄｏｓｃｉ、すなわち各サンプル点ｋ（ｋ＝１〜ｎ）のデータｖｋを、式（１）に従って、２乗し、積分することで、ステッピングモータ１１２やソレノイド１２２などの駆動部材が実働状態（故障状態であるのか正常状態であるのかは問わない）での実働特徴量Ｖｆを得る（Ｓ１１１）。
【０１３０】
動作状態故障判定部２４２は、動作状態特徴量取得部２１０によって得られる実働特徴量Ｖｆを、検査対象部材やブロックに対応する基準特徴量格納部２３０から取り出した基準特徴量（Ｖｍ，σｖ）と比較して、診断対象部位やブロックの故障の有無、あるいはブロック内の各部の故障状態を判断する（Ｓ１１２）。たとえば、この比較は、正常時の特徴量Ｖｎの平均値±３×標準偏差内、すなわちＶｍ±３σｖ内に検査対象部材の実働特徴量Ｖｆが入っているかどうかを調べることで行なう。動作状態故障判定部２４２は、実働特徴量ＶｆがＶｍ±３σｖ以内の場合は診断対象部位やブロックが正常であると判定し（Ｓ１１４−ＹＥＳ，Ｓ１１６）、実働特徴量ＶｆがＶｍ±３σｖ以内に入っていなければ、診断対象部位やブロックに故障が発生していると判定する（Ｓ１１４−ＮＯ，Ｓ１１８）。
【０１３１】
なお、上記判定基準Ｖｍ±３σｖは一例であってその他の判定基準を用いることもできる。たとえば、正常動作している駆動機構部９０の動作状態信号Ｖｎの分布の広がりが小さいときは、判定基準をＶｍ±２σｖやＶｍ±σｖとしてもよい。この点は、後述する他の判定においても同様である。
【０１３２】
故障診断部２００は、他の駆動部材についても、上記ステップＳ１１０〜Ｓ１１８と同様の処理を繰り返すことで、診断対象の駆動機構部９０を構成する全ての駆動部材について、動作電流検出抵抗１４２で検知される動作電流信号に基づいて、故障の有無を判定する（Ｓ１２０）。たとえば、ステップＳ１２０では、ステップＳ１１４，Ｓ１１８にて故障判定した場合であっても、さらに他の部材についても、故障の有無を判定する。こうすることで、故障が複数箇所に発生している場合に、この複数の故障を漏れなく特定することができる。この点では、後述する図１３のステップＳ６１８，Ｓ６２０のように、ある駆動部材について故障が発見された時点で、他の駆動部材に関しての故障判定処理を行なわないのとは異なる。
【０１３３】
上記第１例の故障判定処理手順に依れば、各駆動部材が正常である状態のときに、個別に動作させて各々の動作電流を取得して、後の故障判定に使用する基準値を求めてメモリに格納しておき、実働状態でも、同様にして、個別に動作させて各々の動作電流を取得して、メモリに格納しておいた基準値と比較することで、故障の有無や故障箇所を特定するようにした。
【０１３４】
このため、実働状態の動作電流が正常時の動作電流と異なる限り、診断対象の駆動部材や、その駆動部材の駆動力を他の部材に伝達するギアやベルトなどの動作異常を検知することができる。たとえば、正常時の動作電流（実効値）よりも実働時の動作電流（実効値）が小さければ断線故障であると判定できるし、正常時の動作電流（実効値）よりも実働時の動作電流（実効値）が異常に大きければ短絡故障であると判定することができ、短絡による故障と断線による故障とを区別して特定することができる。
【０１３５】
また、上記処理手順は、特許文献１に記載の技術のように、動作電流が初期電流値より増加したか否かに基づいて判定しているものではなく、動作電流が正常範囲内にあるか否かによって故障の有無を判定する。これにより、モータ自体が正常である場合であっても、実働時の動作電流（実効値）の大小関係や分布を比べることで、ギア不良（たとえばスリップや脱落）、ベアリング不良、ベルト外れ、あるいはプランジャ動き不良などの動作不良が生じたときに、そのときの動作電流が正常範囲よりも下側もしくは上側に外れていれば、これらの動作不良を検知することができる。
【０１３６】
また、上記処理手順では、駆動部材を１つずつ順にオンするように制御し、１つがオン状態で検出された実働電流と初期電流とに基づいて故障判定を行なうので、コストを掛けることなく、故障の検出範囲を広くすることができる。たとえば、ソレノイド１２２用の駆動回路（第２駆動部１２０）が故障し、ソレノイド１２２に電流が流れ続けるような事態が発生した場合であっても、他の駆動部材についての故障判定時にはソレノイド１２２をオフさせて診断を行なうので、ソレノイド故障の影響を受けることなく、他の駆動部材についての故障判定を行なうことができる。
【０１３７】
＜動作状態信号に基づく故障判定処理の基本；その２＞
図９は、図７に示した故障診断部における、動作状態信号に基づく故障判定処理手順の第２例を示すフローチャートである。この第２例は、動作状態信号として、ステッピングモータ１１２やソレノイド１２２などの駆動部材に流れる動作電流を反映した信号、およびこれら駆動部材を動作させた際の、その駆動部材が属する駆動機構部９０（ブロック）の振動状態を反映した信号の双方を使用する点に特徴を有する。この第２例は、１つの事象について複数の観点から判定を行なうことで、正常時の特徴量と故障時の特徴量とが複雑に入り組んだ分布を形成するような場合に、正常であるのか故障であるのかを切り分ける点に特徴を有する。よって、この第２例は、上記図５に示した第３例の故障診断装置３のみにて実施可能なものである。
【０１３８】
動作状態特徴量取得部２１０は、対象部材を単体動作させ（Ｓ２００）、１回の測定に際して、たとえば式（１）に従って、１００〜２００ｍｓ間取り込んだ検知データＤｃｕｒｒについて、各サンプル点ｋ（ｋ＝１〜ｎ）のデータｖｋを２乗し、積分することで、故障判定に必要な特徴量Ｖｎ１を得る（Ｓ２０１Ａ）。また同時に取り込んだ検知データＤｏｓｃｉについて、各サンプル点ｋ（ｋ＝１〜ｎ）のデータｖｋを２乗し、積分することで、故障判定に必要な特徴量Ｖｎ２を得る（Ｓ２０１Ｂ）。
【０１３９】
ここで、第２例では、正常な状態での、駆動機構部９０の動作状態信号（検知データＤｃｕｒｒ）に基づく特徴量Ｖｎ１の測定をｍ回（たとえば１００回程度）行ない（Ｓ２０２Ａ）、各測定で得られる特徴量Ｖｎ１の平均値Ｖｍ１と標準偏差σｖ１とを、故障を検出するため基準として用いる基準特徴量とする（Ｓ２０４Ａ）。同様に、動作状態信号（検知データＤｏｓｃｉ）に基づく特徴量Ｖｎ２の測定をｍ回（たとえば１００回程度）行ない（Ｓ２０２Ｂ）、各測定で得られる特徴量Ｖｎ２の平均値Ｖｍ２と標準偏差σｖ２とを、故障を検出するため基準として用いる基準特徴量とする（Ｓ２０４Ａ）。基準特徴量格納部２３０は、これらの基準特徴量（Ｖｍ１，σｖ１，Ｖｍ２，σｖ２）を動作状態特徴量取得部２１０から受け取り、記憶媒体２３２（たとえば不揮発性メモリ）に格納する（Ｓ２０６）。
【０１４０】
故障診断部２００は、他の駆動部材についても、上記ステップＳ２００〜Ｓ２０６と同様の処理を繰り返すことで（Ｓ２０８）、診断対象の駆動機構部９０についての各基準特徴量（Ｖｍ１，σｖ１，Ｖｍ２，σｖ２）を取得してメモリに格納する。
【０１４１】
また、動作状態特徴量取得部２１０は、実働状態においても、上記と同様にして、対象部材を単体動作させ（Ｓ２１０）、１００〜２００ｍｓ間取り込んだ検知データＤｃｕｒｒ，Ｄｏｓｃｉ、すなわち各サンプル点ｋ（ｋ＝１〜ｎ）のデータｖｋを、式（１）に従って、２乗し、積分することで、ステッピングモータ１１２やソレノイド１２２などの駆動部材が実働状態（故障状態であるのか正常状態であるのかは問わない）での実働特徴量Ｖｆ１（検知データＤｃｕｒｒから），Ｖｆ２（検知データＤｏｓｃｉから）を得る（Ｓ２１１Ａ，Ｓ２１１Ｂ）。
【０１４２】
動作状態故障判定部２４２は、動作状態特徴量取得部２１０によって得られる実働特徴量Ｖｆ１，Ｖｆ２と、検査対象部材やブロックに対応する基準特徴量格納部２３０から取り出した基準特徴量（Ｖｍ１，σｖ１，Ｖｍ２，σｖ２）とについて、２次元的な相関を利用する、すなわち１つの事象について複数の観点（ここでは動作電流と振動に基づく各特徴量）から判定を行なうことで、診断対象部位やブロックの故障の有無を判断する（Ｓ２１２）。この比較は、たとえば、正常時の特徴量Ｖｎの平均値±３×標準偏差内、すなわちＶｍ±３σｖ内に検査対象部材の実働特徴量Ｖｆが入っているかどうかを調べることで行なう。動作状態故障判定部２４２は、実働特徴量（Ｖｆ１，Ｖｆ２）が正常範囲内の場合は診断対象部位やブロックが正常であると判定し（Ｓ２１６）、実働特徴量ＶｆがＶｍ±３σｖ以内に入っていなければ、診断対象部位やブロックに故障が発生していると判定する（Ｓ２１８）。
【０１４３】
故障診断部２００は、他の駆動部材についても、上記ステップＳ２１０〜Ｓ２１８と同様の処理を繰り返すことで、診断対象の駆動機構部９０を構成する全ての駆動部材について、加速度センサ１８２で検知される振動を反映した加速度信号に基づいて、故障の有無を判定する（Ｓ２２０）。
【０１４４】
この第２例の処理手順に依れば、複数の観点から判定を行なうようにしたので、各判定に関しては第１例と同様の効果を享受できることに加えて、多次元的な解析が可能となり、一方の特徴量についてだけでは正常時と故障時とが複雑に入り組んだ分布を形成するような場合であっても、多次元的には、正常時の分布と故障時の分布とを切り分けることができる、すなわち故障を検知することができる。
【０１４５】
＜用紙通過時間に基づく故障判定処理の基本＞
図１０は、図７に示した故障診断部における、用紙通過時間に基づく故障判定処理手順の一例を示すフローチャートである。本実施形態の故障診断装置３は、用紙通過時間に基づく故障判定処理を行なうことが可能になっている。なおここでは、ステッピングモータ１１２やソレノイド１２２などの駆動部材やそれに連動して動作する駆動系全般には故障や動作不良がなく、給紙ロール対５５や搬送ロール対５６，５７、あるいは定着ロール対７４や排出ロール対７６（以下纏めて用紙搬送系のロール部材という）に、破損や摩耗が生じていて、これによって用紙通過時間に支障を来す搬送異常が生じているものとして説明する。ここでは説明を割愛するが、用紙通過時間に支障が生じている場合に、その原因が駆動系全般による故障や動作不良に基づくものであるのか否かを事前に判定しておくことで、切り分けることができるからである。
【０１４６】
先ず用紙通過時間特徴量取得部２２０は、画像形成装置１が正常状態にあるときに、画像形成装置１の通常動作（たとえば複写など）でｑ回の動作をさせて、所定の用紙タイミングセンサ６９間の用紙通過時間Ｔｎを収集する（Ｓ３００，Ｓ３０２）。繰返回数ｑは、１つのセンサ間の組合せについて、約１００回程度であればよい。なお、この測定は、検査しようとする部品が新しいとき、たとえば、画像形成装置１の出荷時や部品交換時（当然に正常時である）に実施するのがよい。
【０１４７】
用紙通過時間特徴量取得部２２０は、収集した用紙通過時間Ｔｎについて、それぞれの用紙タイミングセンサ６９間の組合せの用紙通過時間の平均値Ｔｑと標準偏差σｔとを計算する（Ｓ３０４）。基準特徴量格納部２３０は、この平均値Ｔｑと標準偏差σｔとを用紙通過時間特徴量取得部２２０から受け取り、故障予測診断を行なうため基準として用いる基準特徴量（Ｔｑｓ，σｔｓ）として、各用紙タイミングセンサ６９の組合せが分かるように記憶媒体２３２（たとえば不揮発性メモリ）に格納する（Ｓ３０６）。
【０１４８】
故障診断部２００は、他のセンサ間の組合せについても、上記ステップＳ３００〜Ｓ３０６と同様の処理を繰り返すことで（Ｓ３０８）、全てのセンサの組合せについて、基準特徴量（Ｔｑｓ，σｔｓ）を取得してメモリに格納する。
【０１４９】
また、用紙通過時間特徴量取得部２２０は、実働状態においても、用紙通過時間Ｔｆを測定する（Ｓ３１０）。用紙通過故障予測部２４６は、この実働状態の特徴量である実働特徴量（用紙通過時間Ｔｆ）を、基準特徴量格納部２３０の記憶媒体２３２から取り出した対応する用紙タイミングセンサ６９間の基準特徴量（平均値Ｔｑｓと標準偏差σｔｓ）と比較して、診断対象センサ間の搬送異常の有無を判断する（Ｓ３１２）。この比較は、動作状態信号に基づく故障判定処理と同様に、正常時の用紙通過時間Ｔｎの平均値±３×標準偏差内、すなわちＴｑｓ±３σｔｓ内に、検査対象部材の実働特徴量Ｔｆが入っているかどうかを調べることで行なう。用紙通過故障予測部２４６は、実働特徴量ＴｆがＴｑｓ±３σｔｓ以内の場合は用紙搬送系のロール部材が正常であると判定し（Ｓ３１４−ＹＥＳ，Ｓ３１６）、実働特徴量ＴｆがＴｑｓ±３σｔｓ以内に入っていなければ、用紙搬送系のロール部材に破損や摩耗が生じていると判定する（Ｓ３１４−ＮＯ，Ｓ３１８）。
【０１５０】
故障診断部２００は、他のセンサ間の組合せについても、上記ステップＳ３１０〜Ｓ３１８と同様の処理を繰り返すことで（Ｓ３２０）、他のセンサ間についても、搬送異常の有無を判定する、すなわち用紙搬送系のロール部材に破損や摩耗が生じているか否かを判定する。
【０１５１】
この第３例の処理手順に依れば、故障判定の指標が第１例の動作状態信号（動作電流や振動）とは異なり用紙通過時間であるものの、判定手法そのものは第１例と相違なく、よって、第１例と同様の効果を享受できる。すなわち、用紙タイミングセンサ間の用紙通過時間が正常範囲内であるか否かに基づいて判断すれば、動作電流や振動の異常としては現れずに用紙通過時間のずれとして現れる搬送異常があると、この搬送異常を検知することができる。たとえば、動作電流や振動の観点だけでは検知が難しい、用紙搬送系のロール部材に生じる破損や摩耗を検知することができる。
【０１５２】
＜用紙通過時間に基づく故障予測処理の基本＞
図１１は、図７に示した故障診断部における、用紙通過時間に基づく故障予測処理手順の一例を示すフローチャートである。本実施形態の故障診断装置３は、用紙通過時間検出部１６０（詳しくは計測部１６２）で検出された用紙通過時間Ｔｆが正常範囲にある場合であっても、故障予測診断を行なうことが可能になっている。基準特徴量（Ｔｑｓ，σｔｓ）に関しては、用紙通過時間に基づく故障判定処理（Ｓ３００〜Ｓ３０６）により既に記憶媒体２３２に格納されている。
【０１５３】
故障診断部２００は、システム時計２５８からの時刻情報に基づき、予め定められている期間ごとに故障予測処理を定期的に行なう（Ｓ３３０−ＹＥＳ）。そして、故障診断部２００は、上述の故障判定処理にて正常と判定された場合であっても（Ｓ３２０−ＹＥＳ）、故障予測処理を行なうタイミングであれば（Ｓ３３２−ＹＥＳ）、用紙通過時間に基づく故障判定処理における基準特徴量（Ｔｑｓ，σｔｓ）を取得する場合と同様に、画像形成装置１の通常動作で約１００程度の動作をさせて、各用紙タイミングセンサ６９間の用紙通過時間データを収集する（Ｓ３４０，Ｓ３４２）。そして、用紙通過時間特徴量取得部２２０は、収集した実働状態の用紙通過時間の分布と、予め取得しておいた真の正常時の分布とを比較することで、用紙搬送系のロール部材の故障発生を予測する。
【０１５４】
たとえば、用紙通過故障予測部２４６は、各用紙タイミングセンサ６９間の用紙通過時間の標準偏差σｔを計算し、これを実働状態の特徴量（σｔｆ）とする（Ｓ３４４）。用紙通過故障予測部２４６は、この実働状態の特徴量（標準偏差σｔｆ）を、基準特徴量格納部２３０の記憶媒体２３２から取り出した対応する用紙タイミングセンサ６９間の基準特徴量（標準偏差σｔｓ）と比較して、用紙搬送系のロール部材の故障予測を行なう（Ｓ３４６）。
【０１５５】
この予測診断のための比較は、たとえば、実働状態の特徴量（標準偏差σｔｆ）が、正常時の用紙通過時間の標準偏差σｔｓの３〜４倍以上であれば、特に近い将来に故障が起こると判定することで行なう。用紙通過故障予測部２４６は、実働特徴量σｔｆが３σｔｓ〜４σｔｓ以内の場合は用紙搬送系のロール部材が正常であると判定し（Ｓ３５４−ＹＥＳ，Ｓ３５６）、実働特徴量σｔｆが３σｔｓ〜４σｔｓを超えている場合には、用紙搬送系のロール部材が近い将来故障すると判定する（Ｓ３５４−ＮＯ，Ｓ３５８）。
【０１５６】
故障診断部２００は、他のセンサ間の組合せについても、上記ステップＳ３１０〜Ｓ３５８と同様の処理を繰り返すことで（Ｓ３６０）、他のセンサ間についても、用紙搬送系の故障発生の可能性を判定する。
【０１５７】
このように、第４例の処理手順に依れば、用紙通過時間を定期的に検査し（すなわち常に監視し）、検出した用紙通過時間がたとえ正常であっても、用紙通過時間の分布と正常時の分布とを比較することにより、機械の稼動部の異常や経年変化による故障や動作不良などの起きる可能性を予測する。機械の経年変化による故障の発生を早期にかつ正確に判断することができる。これにより、システムダウンを起こさないように、メンテナンス計画を立てることができる。結果として、サービスコストの低減を図ることもできる。
【０１５８】
なお、検知データの経時データに基づいて故障予測を行なう仕組み（故障カーブを利用したもの）が知られているが、この場合、過去のデータを多数蓄積しておき、その履歴カーブを採って判定する、すなわち用紙通過時間そのものの経時変化を調べる必要がある。また、この経時変化に基づく判定は、必ずしも故障発生の可能性を容易に判定できるものではなく、経験やノウハウを要する。
【０１５９】
これに対して、第４例の処理手順では、用紙通過時間そのものの経時変化を調べる必要はなく、たとえば出荷時などに取得しておいた正常時の分布と実働状態で取得した用紙通過時間の分布とを比較することで、故障が生じ得るか否かを判定するので、簡単に故障発生を予測できる。たとえば、標準偏差を判定指標値として使用すれば、数値データの単純な比較でその判定が可能となる。
【０１６０】
なお、上記故障予測処理の説明では、実働時の標準偏差σｔｆと正常時の標準偏差σｔｓとを比較することで故障予測を診断していたが、その手法はこれに限定されない。たとえば、実働状態の用紙通過時間の分布と正常時の分布とを比較する手法として、両者の平均値同士を比較するようにしてもよい。たとえば、実働状態の平均値が正常時の平均値よりも所定範囲外になっていれば故障が生じると予測してもよい。分布形状としては差がないが、使用に連れて、全体としてずれが生じる故障に対して有効な判定手法である。また、このような故障に対しては、平均値を判定指標とする代わりに、メジアン（中央値）を使用することもできる。
【０１６１】
また、上記故障予測処理の説明では、用紙通過時間に基づいて故障予測処理を行なっていたが、動作状態信号に基づく故障判定処理にて正常であると判定された場合において、前述と同様にして、その動作状態信号に基づいて故障予測処理を行なうこともできる。たとえば、動作状態信号として取得した動作電流や振動が正常範囲にあっても、その正常時に動作電流や振動を複数回測定し、その分布と予め取得しておいた真の正常時の分布とを比較するなど、これら駆動部材などの経年推移の監視を行なうことで、ステッピングモータ１１２やソレノイド１２２などの駆動部材やそれに連動して動作する動力伝達部材（ギアやベルトなど）を含む駆動系全般について、故障や動作不良の発生を予測することができる。
【０１６２】
＜故障状態特定処理の基本＞
図１２は、上記図８〜図１０にて故障判定した場合（Ｓ１１８，Ｓ２１８，Ｓ３１８）、あるいは図１１にて故障予測判定した場合（Ｓ３５８）に、さらに故障発生箇所の詳細や故障内容を特定する故障状態特定処理手順の一例を示したフローチャートである。
【０１６３】
たとえば、駆動機構部９０を構成する部材としては、ステッピングモータ１１２やソレノイド１２２などの駆動部材や、ステッピングモータ１１２の駆動力を伝達するクラッチ、ギア、ベアリング、ベルト、ロールなどの動力伝達部材があるが、これらの各部材が故障した際に、ステッピングモータ１１２やソレノイド１２２などの動作電流やそれらが属するブロック（駆動機構部９０）の振動がどのようになるのかを示す情報を故障情報（故障時の動作状態信号）として、記憶媒体２３２に保持しておく。
【０１６４】
同じ駆動部材について測定した動作電流や同じ駆動機構について測定した振動が正常範囲から外れている場合、その駆動部材そのものやこれを駆動する駆動回路の故障とは限らず、その駆動部材の駆動力を伝達する動力伝達部材に故障が発生していることを反映して、動作電流や振動に違いが見られることがある。故障状態特定部２４８は、この特質を利用して、測定した動作電流や振動の正常範囲に対するずれの程度を判定指標として、駆動部材の駆動力を他の部材に伝達する動力伝達部材について故障診断を行なう。たとえば、動作電流を監視したステッピングモータ１１２そのものの故障の有無だけでなく、他の部材の故障の有無や、その故障はどのような内容（故障モード）であるのかなどを特定する。
【０１６５】
このため、動作状態故障判定部２４２や用紙通過故障判定部２４４は、故障判定（Ｓ１１８，Ｓ２１８，Ｓ３１８）をすると、その旨と、そのときの実働状態の特徴量（たとえばＶｆ，σｔｆ）を故障状態特定部２４８に通知する（Ｓ４００）。故障状態特定部２４８は、実働状態の特徴量が、正常範囲に対して大きいかのか、それとも小さいのかや、どの程度大きい／小さいのかを判定することで、故障箇所や故障内容を特定する。たとえば、そのときの実働状態の特徴量（たとえばＶｆ，σｔｆ）が、記憶媒体２３２に保持しておいた故障情報の何れに該当するのかを検索する（Ｓ４０２）。そして、該当した故障箇所および故障モードの情報を通知部２７０に通知する（Ｓ４０４）。たとえば、ステッピングモータ１１２の動作電流Ｉｓｍが正常時からずれているというだけでなく、動作電流や振動の正常値からのずれ具合に基づいて、故障箇所がギアであると特定し、またギアがスリップしているのか脱落しているのかといった故障内容（故障モード）を特定する。
【０１６６】
このように、動作電流や振動を監視して、予め調べておいた異常時の動作電流や振動と比べることで、動作電流を監視した部材の故障の有無だけでなく、他の部材に故障が生じていないかや、どのような故障であるのかを検知することができ、従来のシステムよりも高度な故障診断機能を実現することができる。
【０１６７】
また同様にして、用紙通過故障予測部２４６は、故障予測判定（Ｓ３５８）をすると、その旨と、そのときの実働状態の特徴量（たとえばＶｆ，σｔｆ）を故障状態特定部２４８に通知する（Ｓ４１０）。故障状態特定部２４８は、そのときの実働状態の特徴量（たとえばＶｆ，σｔｆ）が、記憶媒体２３２に保持しておいた故障情報の何れに該当するのかを検索する（Ｓ４１２）。そして、該当した故障箇所および故障内容の情報を通知部２７０に通知する（Ｓ４１４）。こうすることで、動作電流を監視した部材の故障発生の可能性だけでなく、他の部材に故障が生じる可能性や、どのような故障が生じ得るのかを検知することができ、従来のシステムよりも高度な故障診断機能を実現することができる。
【０１６８】
＜＜故障診断装置の全体動作の処理手順＞＞
図１３は、図７に示した故障診断部における、故障診断（故障有無判定に限らず故障予測も含む）に関わる処理手順の全体概要の一例を示すフローチャートである。この処理手順は、用紙通過時間に基づく故障判定処理において、実働特徴量Ｔｆ（用紙通過時間）が基準時間範囲に入っていない場合すなわちジャムが発生している場合に限って、動作状態信号に基づく故障箇所の特定処理を行なう一方で、実働特徴量Ｔｆが基準時間範囲に入っている場合には、実働特徴量Ｔｆに基づいて故障予測処理を行なう点を特徴とする。また、故障判定処理としては、図８に示した第１例の手法を採用する。
【０１６９】
＜基準特徴量収集処理＞
先ず、故障診断部２００は、故障診断を行なうための基礎データとして、基準特徴量を収集する。たとえば制御部２５０は、基準特徴量収集処理を開始すると、先ず、第１切替部２５４および第２切替部２５６の双方をデータ収集側に切り替える（Ｓ５００）。用紙通過時間検出部１６０は、ステップＳ３００と同様にして、画像形成装置１が通常動作（たとえば複写）をしている間に、各用紙タイミングセンサ６９間についての用紙通過時間を検出し、検出結果を故障診断部２００の用紙通過時間特徴量取得部２２０に渡す（Ｓ５０２）。そして、このようなデータ取得をｑ回繰り返す（Ｓ５０４）。
【０１７０】
用紙通過時間特徴量取得部２２０は、用紙通過時間検出部１６０が収集したｑ回分の用紙通過時間データに基づき、それぞれの用紙タイミングセンサ６９間の組合せについて、それぞれの平均値Ｔｑと標準偏差σｔを求める（Ｓ５０６）。基準特徴量格納部２３０は、この平均値Ｔｑと標準偏差σｔとを故障予測診断を行なうため基準特徴量（Ｔｑｓ，σｔｓ）として、各用紙タイミングセンサ６９の組合せが分かるように、記憶媒体２３２に格納する（Ｓ５０８）。
【０１７１】
一方、動作状態信号の収集のため、制御部２５０は、実際に画像形成装置１に複写するといった通常動作をさせないように駆動信号生成部１５０に指示を出し、検査対象ブロック内の駆動機構部９０の各部材を単体で動作させる（Ｓ５１０）。動作状態信号検出部の一例である駆動部動作電流検出部１４０や振動検出部１８０は、この単体動作状態にて、ステップＳ１０１と同様にして、検査対象ブロック内の各駆動部材について、動作状態信号（デジタル化された検知データＤｃｕｒｒ，Ｄｏｓｃｉの何れか一方）を収集する（Ｓ５１２）。そして、このようなデータ取得をｍ回繰り返す（Ｓ５１４）。
【０１７２】
たとえば、駆動信号生成部１５０の各駆動信号生成部１５２，１５４，１５６は、画像形成装置１内の全てのブロック９１〜９４およびそのブロック内のステッピングモータ１１２、ソレノイド１２２、およびクラッチ１３２などの各駆動部材を順次動作させる。駆動部動作電流検出部１４０や振動検出部１８０は、この動作に同期して、前述したように、約１００ｍｓ〜２００ｍｓ間、検知データＤｃｕｒｒ，Ｄｏｓｃｉを収集する。
【０１７３】
動作状態特徴量取得部２１０は、駆動部動作電流検出部１４０や振動検出部１８０が収集した検知データＤｃｕｒｒ，Ｄｏｓｃｉに基づき、前述のようにして、データ処理を行ない、故障判定に必要な特徴量Ｖｎを求め、さらにｍ回分の特徴量Ｖｎに基づいて、故障判定を行なうため基準特徴量としての、特徴量Ｖｎの平均値Ｖｍと標準偏差σｖとを求める（Ｓ５１６）。基準特徴量格納部２３０は、この基準特徴量、すなわち平均値Ｖｍと標準偏差σｖとを、ブロック９１〜９４やそのブロック内のステッピングモータ１１２、ソレノイド１２２、およびクラッチ１３２などの各駆動部材と対応付けて、記憶媒体２３２に格納する（Ｓ５１８）。
【０１７４】
以上の処理によって、基準特徴量収集は完了する。このように、基準特徴量収集では、基本的に正常な状態での画像形成装置１の動作状態信号と用紙通過時間とを収集して、特徴量を抽出するための前述のような所定のデータ処理をして、記憶媒体２３２に基準特徴量として格納するという手順を踏む。なお、この基準特徴量収集は、通常、画像形成装置１の出荷時や、市場で動いている画像形成装置１で部品交換を実施したときなどに行なうのがよい。記憶媒体２３２に不揮発性メモリを使用するのが好ましいのは、画像形成装置１の電源をオフしても、このようにして取得し記憶媒体２３２に格納した基準特徴量が消失しないようにするためである。
【０１７５】
＜故障判定処理＞
次に、故障診断部２００の制御部２５０は、故障判定処理を起動する。たとえば制御部２５０は、故障箇所判定処理を開始すると、先ず、第１切替部２５４を診断１側に、また第２切替部２５６を診断２側に、それぞれ切り替える（Ｓ６００）。用紙通過時間検出部１６０は、画像形成装置１が通常動作（たとえば複写）をしている間に、各用紙タイミングセンサ６９間についての用紙通過時間を検出し、検出結果を故障診断部２００の用紙通過時間特徴量取得部２２０に渡す（Ｓ６０２）。
【０１７６】
また、用紙通過時間検出部１６０は、各用紙タイミングセンサ６９を印刷用紙が通過する時間（実働特徴量Ｔｆ）が、予め決められた基準の時間範囲に入っているかどうかを判定する（Ｓ６０４）。基準の時間範囲に入っていなければ、用紙通過時間検出部１６０は、ジャムが発生したと判定し、駆動信号生成部１５０と故障判定部２４０にエラー信号Ｓｅｒｒ を通知する（Ｓ６０４−ＮＯ，Ｓ６０６）。これを受けて、駆動信号生成部１５０内の駆動信号生成部１５２，１５４，１５６は、ステッピングモータ１１２、ソレノイド１２２、クラッチ１３２の動作を停止させることで、駆動機構部９０を停止させ、用紙搬送を停止する（Ｓ６０８）。
【０１７７】
＜故障箇所特定処理＞
また、ジャムが発生すると、制御部２５０は、故障発生箇所の特定処理を起動する。たとえば、制御部２５０の診断対象ブロック決定部２５２は、用紙通過時間検出部１６０からの用紙通過時間データを用いて、故障診断を実施するブロックを決定する（Ｓ６１０）。具体的には、用紙通過時間検出部１６０にてジャムを検知した用紙タイミングセンサ６９の位置から、検査対象のブロック数と検査の順位を決める。たとえば図１で説明すると、第３センサ６７がジャムを検出した場合には、検査すべきブロックは、第３ブロック９３、第２ブロック９２、および第１ブロック９１の３箇所となる。また、第３センサ６７が直接関わっている故障の可能性の高いブロックが第３ブロック９３であるから、最初に第３ブロック９３について検査を実施するよう、検査の順位を設定する。
【０１７８】
次に、駆動信号生成部１５０と駆動部動作電流検出部１４０や振動検出部１８０とが連携して、最初に検査するブロックＮｉについて、ステッピングモータ１１２→ソレノイド１２２→クラッチ１３２の順に、それぞれを診断対象駆動部材として単体で動作させる（Ｓ６１２）。駆動部動作電流検出部１４０や振動検出部１８０は、この単体動作状態で、検査対象ブロックＮｉ内の各駆動部材について、動作状態信号（基準特徴量に対応する検知データＤｃｕｒｒ，Ｄｏｓｃｉの何れか一方）を収集する（Ｓ６１４）。
【０１７９】
また、動作状態特徴量取得部２１０は、駆動部動作電流検出部１４０や振動検出部１８０により収集された検知データＤｃｕｒｒ，Ｄｏｓｃｉに基づき、前述のようにして、データ処理を行ない、故障判定に必要な実働状態の特徴量Ｖｎを求め、これを実働特徴量Ｖｆとして動作状態故障判定部２４２に渡す（Ｓ６１６）。
【０１８０】
動作状態故障判定部２４２は、検査対象ブロックＮｉ内の診断対象駆動部材（たとえばステッピングモータ１１２）に対応する基準特徴量（平均値Ｖｍ，標準偏差σｖ）を基準特徴量格納部２３０の記憶媒体２３２から取り出し、動作状態特徴量取得部２１０から渡された実働特徴量Ｖｆが、正常範囲たとえばＶｍ±３σｖ内に入っているかどうかを調べる、すなわち診断対象駆動部材について故障の有無を判定する（Ｓ６１８）。そして、動作状態故障判定部２４２は、実働特徴量ＶｆがＶｍ±３σｖ内に入っていない場合には、その診断対象駆動部材に故障が存在すると判定し、その旨（故障判定）を通知部２７０に通知する（Ｓ６１８−ＮＯ，Ｓ６２０）。
【０１８１】
なお、ここでの故障判定は、診断対象駆動部材の故障の有無（故障箇所特定）だけであるが、これに限らず、上記図１２に示したように、実働特徴量Ｖｆが、正常範囲からどの程度ずれているのかに基づき、動作電流や振動を監視したステッピングモータ１１２などの駆動部材の故障の有無だけでなく、その故障の内容や、他の動力伝達部材の故障の有無や、その故障はどのような故障内容であるのかなどを特定するようにしてもよい。
【０１８２】
一方、診断対象駆動部材の実働特徴量ＶｆがＶｍ±３σｖ内に入っている場合は（Ｓ６１８−ＹＥＳ）、制御部２５０は、検査対象ブロックＮｉ内の全ての駆動部材について、上述の故障判定処理を行なったか否かを調べる（Ｓ６２２）。未判定の駆動部材が存在する場合（Ｓ６２２−ＮＯ）、制御部２５０は、残りの駆動部材、たとえばソレノイド１２２やクラッチ１３２について上述のような手順を踏んだ故障判定処理を行なうよう指示を出す。駆動信号生成部１５０や故障診断部２００は、以下上述と同様にして、各診断対象駆動部材について故障の有無を判定する。なお、ステップＳ６１２〜Ｓ６１８において、参照符号ｓｍはステッピングモータ１１２についての処理であることを、参照符号ｓｏはソレノイド１２２についての処理であることを、参照符号ｃｌはクラッチ１３２についての処理であることを、それぞれ示している。
【０１８３】
検査対象ブロックＮｉ内の全ての駆動部材について、上述の故障箇所判定処理が完了すると（Ｓ６２２−ＹＥＳ）、制御部２５０は、診断対象ブロック決定部２５２が決定した検査対象ブロックの全てについて、上述の故障箇所判定処理を行なったか否かを調べる（Ｓ６２４）。未判定のブロックが存在する場合（Ｓ６２４−ＮＯ）、制御部２５０は、次のブロックについて上述のような手順を踏んだ故障箇所判定処理を行なうよう指示を出す。駆動信号生成部１５０や故障診断部２００は、以下上述と同様にして、各診断対象駆動部材について故障箇所判定処理を行なう。
【０１８４】
故障診断部２００は、上記故障箇所判定処理過程（Ｓ６１０〜Ｓ６１８）において、診断対象ブロック決定部２５２が決定した検査対象ブロックの全てについて、故障が存在せず無事に処理が完了すると、正常判定終了し、その旨（正常判定）を通知部２７０に通知する（Ｓ６２４−ＹＥＳ，Ｓ６２６）。
【０１８５】
なお、上記処理過程から分かるように、本例の処理手順では、何れか１箇所にて故障が発見されると、直ちにその旨（故障判定）を通知部２７０に通知し、他の部材についての故障箇所判定を停止する。また、本例の処理手順では、ステップＳ６０４にてジャムを検知したにも拘わらず、その後の故障箇所判定処理にて故障箇所を特定できなかったときは、故障箇所は存在せず、正常であると判定する。
【０１８６】
＜故障予測処理＞
一方、故障診断部２００は、上記ステップＳ６０４にて、実働状態の用紙通過時間（実働特徴量Ｔｆ）が正常範囲にある場合、故障予測処理を起動する（Ｓ６００）。そして、故障診断部２００は画像形成装置１の通常動作で約１００程度の動作をさせて、用紙通過時間検出部１６０により各用紙タイミングセンサ６９間の用紙通過時間データを収集する（Ｓ６０２）。用紙通過時間特徴量取得部２２０は、各用紙タイミングセンサ６９間の用紙通過時間Ｔｆの標準偏差σｔを計算する（Ｓ６０４）。用紙通過故障予測部２４６は、この標準偏差σｔｆが、基準特徴量格納部２３０の記憶媒体２３２から取り出した対応する用紙タイミングセンサ６９間の基準特徴量（標準偏差σｔｓ）の３〜４倍以上であるか否かを判定する（Ｓ６０６）。
【０１８７】
そして、用紙通過故障予測部２４６は、実働状態の標準偏差σｔｆが基準の標準偏差σｔｓに対して所定範囲外（たとえば３〜４倍以上）である場合には、近い将来に故障が起こると判定し、その旨（故障予測判定）を通知部２７０に通知する（Ｓ６０６−ＮＯ，Ｓ６０８）。一方、実働状態の標準偏差σｔｆが基準の標準偏差σｔｓに対して所定範囲内である場合には、正常であると判定し、その旨（正常判定）を通知部２７０に通知する（Ｓ６０６−ＹＥＳ，Ｓ６１０）。
【０１８８】
通知部２７０は、上記各種の判定処理結果（正常判定、故障判定、および故障予測判定の何れか）の通知を受け、それらの情報をカスタマーに通知する（Ｓ６２０）。
【０１８９】
このように、図１３に示す処理手順に依れば、画像形成装置１の駆動機構部９０を、駆動機構のベースとなる駆動モータを動作単位とするブロック（本例では４ブロック）に分け、用紙通過時間検出機構と合わせて、ブロック単位で故障判定を行なうようにしたので、判定処理時間の大幅な短縮を図ることができる。
【０１９０】
また、故障を検出すると、駆動部材の動作を停止させるようにしたので、故障により駆動部材に電力が供給され続けることや、異常な動作を回避することができ、安全性を確保することができる。
【０１９１】
また、検査結果をカスタマーに通知するようにしたので、迅速な対応通知が可能となり、ダウンタイムの大幅な低減が可能となる。
【０１９２】
また、用紙タイミングセンサ６９にて検知した用紙通過時間に基づいて取得した特徴量を判定指標とした判定において正常であっても、基準特徴量を求める場合と同様にして用紙通過時間を複数回測定し両者を比較することで、用紙搬送ロールについての故障予測診断を行なうようにしたので、故障に至る前に計画的なメンテナンスが可能となり、大幅なサービスコストの低減を図ることができる。
【０１９３】
＜故障診断手法の具体例；ステッピングモータとソレノイド＞
次に、具体的な事例を参照して、上記構成の故障診断装置３の動作について説明する。図１４の各図（Ａ）〜（Ｈ）は、図１に示した画像形成装置１におけるステッピングモータ１１２とソレノイド１２２の動作状態の波形例を示す図である。
【０１９４】
ここで、波形図（Ａ），（Ｂ）は、動作電流検出抵抗１４２による正常に動作しているステッピングモータ１１２の動作電流Ｉｓｍの波形と振動センサ８２の一例として用いた加速度センサ１８２により検知された振動波形である。また、波形図（Ｃ），（Ｄ）は、ステッピングモータ１１２のＢ相線が断線故障している場合における、動作電流波形と振動波形である。
【０１９５】
（Ａ）〜（Ｄ）の何れの波形も、ＳＭ駆動信号生成部１５２の端子ＯＵＴ１からモータドライバ回路１１４に入力される制御信号ＯＮ／ＯＦＦを約２８０ｍｓ間オン状態とした場合において、オン後の約３００ｍｓ期間の波形を示している。なお、実際に故障検出に利用する信号波形としては、ステッピングモータ１１２の動作開始から、すなわち制御信号ＯＮ／ＯＦＦをオン状態としてから約２００ｍｓ程度で十分である。
【０１９６】
ステッピングモータ１１２は、ＳＭ駆動信号生成部１５２からモータドライバ回路１１４に入力されるクロック信号ＣＬＫ１用の配線が断線していても、本例での信号を取り込む約２００ｍｓ時間、全く動作しないと言うことはなく、滑らかでないが回転動作を行なう。
【０１９７】
Ｂ相線断線時の動作電流波形は、図１４（Ａ）に示すように正常動作時の動作電流波形と大差ない。これに対して、その際の振動波形（Ｄ）は、正常動作時の振動波形（Ｂ）とかなり異なる。なお、図では示さないが、Ａ相、ＮＡ相、ＮＢ相の各線の断線もＢ相線断線と同様な症状を示す。
【０１９８】
これらのことから、ステッピングモータ１１２のＢ相線に断線故障が存在するか否かは、振動センサ８２（加速度センサ１８２）による検知結果を参照して判定することで判定可能である。
【０１９９】
波形図（Ｅ），（Ｆ）は、動作電流検出抵抗１４２による正常に動作しているソレノイド１２２の動作電流Ｉｓｏの波形と振動センサ８２の一例として用いた加速度センサ１８２により検知された振動波形である。波形図（Ｇ），（Ｈ）は、ソレノイド１２２のプランジャ（図２のプランジャ９１２ａを参照）がやや弱く拘束された故障状態における、ソレノイド１２２の動作電流波形と振動波形である。
【０２００】
ソレノイド１２２は、電磁石と鉄心（プランジャ９１２ａ）とを組み合せて構成されており、ＳＯ駆動信号生成部１５４の指示に基づきトランジスタ１２３をオンさせることで電磁石に電流を流すと、磁力が発生して鉄心が吸引され、電磁石と鉄心との相対位置が変化し、逆に電流を遮断すると、ばねなどの付勢力により電磁石と鉄心との相対位置が吸引前の状態に戻される。依って、動作電流やバネ機構に不具合があると、プランジャの動きがスムーズでない（拘束された）状態となる。
【０２０１】
ここで、（Ｅ）〜（Ｆ）の何れの波形も、ＳＯ駆動信号生成部１５４の端子ＯＵＴ４から駆動回路（トランジスタ１２３のベース側）に入力される制御信号ＯＮ／ＯＦＦを約１６０ｍｓ間オン状態とした場合において、オン後の約３００ｍｓ期間の波形を示している。なお、実際に故障検出に利用する信号波形としては、ソレノイド１２２の動作開始から、すなわち制御信号ＯＮ／ＯＦＦをオン状態としてから約１００ｍｓ程度で十分である。
【０２０２】
波形図（Ｅ），（Ｇ）から分かるように、ソレノイド１２２の動作電流波形は、動作開始直後の立上り部分の段差に、僅かではあるが、正常な動作とこの場合の故障の動作に差が見られる。一方、波形図（Ｆ），（Ｈ）から分かるように、振動波形については、プランジャが拘束されている部材（図示を割愛する）より強く振動させるため、正常時のソレノイドの振動波形とに差が見られる。
【０２０３】
ここでは図示を割愛するが、さらにプランジャを強く拘束していくと、部材自体が動かなくなり、電流波形の立上り部分は、段差がなくなり、また、殆ど振動が伝わらなくなり、振動波形は殆ど何もない、すなわちゼロで一定である。
【０２０４】
なお、（Ａ），（Ｃ），（Ｅ），（Ｇ）の各動作電流波形中で、電流がゼロにならず、約１７０ｍＡ程度流れているのは、画像形成装置１のランプやファン（図１では図示せず）が常時使用されているからである。しかし、この電流は、駆動機構部９０の動作電流とは無関係に流れるので、駆動機構部９０の故障判定処理に影響を与えることはない。
【０２０５】
上記事例では、ステッピングモータ１１２やソレノイド１２２の故障事例を示したが、クラッチ１３２の断線故障についても、同様にして考えることができる。また、ステッピングモータ１１２、ソレノイド１２２、クラッチ１３２の故障として、これらを構成するコイル部材などの全断線（ステッピングモータ１１２の場合には各相全ての断線）や全短絡などが生じたときには、電流センサとして用いた動作電流検出抵抗１４２により、動作電流がゼロもしくは一定ということを検知することができ、これらの故障を容易に検出可能である。その具体的な事例は図示を割愛する。
【０２０６】
また、上記事例では、ステッピングモータ１１２やソレノイド１２２の故障として、これら駆動部材自体が故障している場合の例を挙げたが、駆動部材自体の故障に限らず、駆動部材の動作不良（動作しているが正常ではない状態）が生じた場合にも駆動電流や振動に変化が見られるので、正常時に対するずれや波形状態の変化などに基づいて、これらの動作不良についても判定することができる。
【０２０７】
また、駆動機構部９０を構成する他の部品であるギア、ベアリング、ベルト、ロールなどの故障や動作不良に関しても、これらの故障や動作不良が動作電流や振動の変化として現れるので、正常時に対するずれや波形状態の変化などに基づいて、これらの故障や動作不良も同様にして判定可能である。たとえば、図１の各ブロック９１〜９４（駆動機構部９０）における、たとえば、ギアの歯のカケ、脱落、あるいはスリップなどの故障や動作不良に関しても、これらの事象が生じると、動作電流波形が正常時と異なるか、もしくは振動波形が正常時と異なるので、前述の動作状態信号に基づく故障判定により、これらの事象を判定することができる。
【０２０８】
＜故障診断手法の具体例；複数の故障の峻別＞
図１５は、図１の第１ブロック９１（駆動機構部９０）の駆動部材に流れる動作電流を動作状態信号とし、正常時の特徴量ＶｎとＢ相線断線故障およびギアスリップ故障時の各特徴量Ｖｆを横軸にヒストグラムで表した図である。動作状態信号は、計測ごとにばらつくが、ある一定の範囲に入っている。正常か故障かの判別の最も簡単な方法としては、実働状態（ここでは故障時）の特徴量Ｖｆが、正常時の特徴量Ｖｆの平均値Ｖｍを中心とする標準偏差σｆ内に入っているか否かによって、故障か否かを判定することができる。
【０２０９】
図１５の場合であれば、ステッピングモータ１１２のＢ相線断線故障かギアスリップ故障かの判定も、その判定基準Ｖｍ±３σｖより大きいか小さいかによって判定が可能となる。なお、図１５のみでは、断線故障と正常の分布は一部重なっているので、故障判定を正確にできるとは限らないが、このような場合（実際には殆ど全て）、図１６の特徴量に基づく判定も行なうことで、正確な故障判定が可能になる。
【０２１０】
図１６は、図１の第１ブロック９１（駆動機構部９０）の振動波形を動作状態信号として、正常時の特徴量ＶｎとＢ相線断線故障、ギアスリップ故障、およびギア脱落故障時の各特徴量Ｖｆを横軸にヒストグラムで表した図である。動作状態信号は、計測ごとにばらつくが、ある一定の範囲に入っている。正常か故障かの判別の最も簡単な方法としては、実働状態（ここでは故障時）の特徴量Ｖｆが、正常時の特徴量Ｖｆの平均値Ｖｍを中心とする標準偏差σｆ内に入っているか否かによって、故障か否かを判定することができる。図１６の場合であれば、ステッピングモータ１１２の断線、ギアの脱落、あるいはギアスリップ故障の判定も、そのＶｍ±３σｖより大きいか小さいかによって判定が可能となる。
【０２１１】
なお、ギアスリップ故障とステッピングモータ１１２のＢ相線断線故障は、それぞれの振動の分布の一部が重なっているので、両者の故障を峻別することができない。ただし、ステッピングモータ１１２の動作電流Ｉｓｍを動作状態信号とする判定方法を用いることで、図１５に示したように、ギアスリップ故障とＢ相線断線故障を峻別することができる。つまり、１つの事象について複数の観点から判定を行なうことで、複数の故障がある場合に、一方の故障時の特徴量が複雑に入り組んだ分布を形成するような場合であっても、他方の故障時の特徴量を参照することで、複数の故障を切り分けることができる。
【０２１２】
＜故障診断手法の具体例；複数の特徴量に基づく判定＞
図１７は、図１の第４ブロック９４（駆動機構部９０）のステッピングモータ１１２の動作電流Ｉｓｍと振動波形の双方を動作状態信号とし、正常時の特徴量（Ｖｎ１，Ｖｎ２）とベルト外れ故障時の特徴量（Ｖｆ１，Ｖｆ２）との関係を示した散布図である。ここでは、ヒストグラム図は図示を割愛するが、動作電流Ｉｓｍについての特徴量Ｖｎ１および振動についての特徴量Ｖｎ２の何れについても、正常時と故障時の各分布の一部が重なる。このため、図１５や図１６に示したような、１つの特徴量についての故障判定の手法では、大部分が誤判定になる。
【０２１３】
これに対して、１つの事象について複数の観点から判定を行なうことで、正常時の特徴量と故障時の特徴量とが複雑に入り組んだ分布を形成するような場合であっても、正常であるのか故障であるのかを切り分けることができる。この考え方は、図１６で説明した、複数の故障を切り分ける考え方と類似している。
【０２１４】
このような手法としては、たとえば、多変量解析の手法で一般的な、線形判別分析、２次判別分析、あるいは正準判別分析などの手法を利用するのが好適である。たとえば、図１７に示すような分布の場合には、線形判別分析を適用すると、図中に示す判別境界線によって、正常特徴量と故障特徴量とを、完全に分離することができるので、正常であるのか故障であるのかを、正確に判定することができる。
【０２１５】
＜故障診断手法の具体例；用紙搬送ロールの故障判定＞
図１８は、用紙搬送ロールについての故障判定の具体例を説明する図である。ジャムが発生した場合、その直前の駆動機構部を含むブロックが故障していると考えられる。しかし、ジャムが発生していても、駆動部材の動作電流や振動には、正常時との差が殆ど現れない。このため、前述の動作電流や振動に基づく特徴量Ｖｎを判定指標とする手法では、用紙搬送用のロールの故障（破損や摩耗など）を判定することは難しい。一方、用紙搬送用のロールの故障が発生すると、図１８に示すように、印刷用紙が各用紙タイミングセンサ６９を通過するタイミング時間の標準偏差が大きくなる特徴を持つ。このことを故障判定に利用することで、搬送ロール故障の判定が可能となる。以下、具体的に説明する。
【０２１６】
先ず、画像形成装置１の出荷時や部品交換時に、図１に示す各用紙タイミングセンサ６９を使って検出した用紙通過時間Ｓｔｉｍｅに基づいて、各センサ間の時間分布を解析する。たとえば、その平均値Ｔｑと標準偏差σｔとを計算する。そして、この平均値Ｔｑと標準偏差σｔとを基準特徴量としてメモリ（本例では図７の記憶媒体２３２）に記憶しておく。
【０２１７】
次に、実働時にジャムを検出した場合、そのジャムを検出したセンサ以前のセンサ、たとえば、ジャムを第３センサ６７で検知したなら、第１〜第３の各センサ６５〜６７がジャムに関わっていると考えられる。そこで、それらのセンサ間の用紙搬送時間と、メモリに格納しておいた基準特徴量と比較することによって、ロールの故障を判定する。基準特徴量との比較は、基準特量量として格納している平均値Ｔｑからのずれが、同じく基準特徴量として格納している標準偏差σｔの３倍〜４倍以上もになるとロールの故障と判定する。
【０２１８】
また、前述の特徴量を定期的に測定し、メモリに格納しておいた基準特徴量とと比較することで、近い将来に故障する部品を推定することができる。図１８（Ｂ）に示すように、部品が悪くなってきた場合、時間分布の標準偏差の広がりが大きくなるので、たとえば、センサ間の用紙搬送時間については、基準特徴量として格納している平均値Ｔｑからのずれが、同じく基準特徴量として格納している標準偏差σｔの３倍〜４倍程度になると、そこに関わっている部品（この場合用紙搬送用のロール）が近い将来故障すると考えられる。
【０２１９】
以上、本発明を実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【０２２０】
また、上記の実施形態は、クレーム（請求項）にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組合せの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。前述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組合せにより種々の発明を抽出できる。実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、効果が得られる限りにおいて、この幾つかの構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【０２２１】
たとえば、上記実施形態では、複写機能、プリンタ機能、ファクシミリ機能、あるいはそれらの機能を組み合わせて有する複合機などの画像形成装置に故障診断装置を適用した事例で示したが、故障診断装置３適用される装置は、画像形成装置に限らず、家電品や自動車などその他の機器に適用してもよい。
【０２２２】
また、上記実施形態で示した故障診断装置３の構成では、実働状態で取得した動作状態信号の正常範囲に対するずれの程度を参照することで故障診断を行なう第１の構成、ブロックごとに故障診断を行ない故障しているブロックを測定した後に、その故障ブロックについてさらに詳細に故障診断を行なう第２の構成、将来の故障発生の可能性や故障内容を特定する第３の構成、の全てを備えているものとして説明したが、第１〜第３の構成の何れかを１つあるいは何れか２つの任意の組合せのものであってもよい。
【０２２３】
また、上記実施形態で説明した故障診断に関わる機能部分（特に故障診断部２００内の各部）は、ハードウェアにより構成することに限らず、その機能を実現するプログラムコードに基づいて電子計算機（コンピュータ）を用いてソフトウェア的に実現することも可能である。よって、本発明に係る故障診断装置を、電子計算機（コンピュータ）を用いてソフトウェアで実現するために好適なプログラムあるいはこのプログラムを格納したコンピュータ読取可能な記憶媒体を発明として抽出することもできる。ソフトウェアにより実行させる仕組みとすることで、ハードウェアの変更を伴うことなく、処理手順などを容易に変更できる利点を享受できるようになる。
【０２２４】
【発明の効果】
以上のように、本発明の第１の構成に依れば、実働状態で測定した動作状態信号が、正常範囲に対してどの程度ずれているのかに基づいて故障診断を行なうようにしたので、動作状態信号を監視するだけで、駆動部材の短絡故障や断線故障に限らず、ギア、ベアリング、ベルト、ロールなどの駆動部材の駆動力を他の部材に伝達する動力伝達部材についても、故障や動作不良の有無やその状態を特定することができるようになった。様々な部材について、また様々な故障状態について、柔軟に故障の有無や故障の状態、あるいは故障の生じる可能性を判定することができる。動力伝達部材に故障や動作不良が生じると、その影響が動作状態信号に現れるからである。
【０２２５】
また、本発明の第２の構成に依れば、駆動部材とその駆動部材の駆動力を他の部材に伝達する動力伝達部材とを一単位とするブロックごとに故障の有無を判定し、故障と判定されたブロックについて、さらに、詳細に故障診断を行なうようにしたので、詳細な故障診断の対象範囲を予めブロック単位で絞っておくことで、詳細な故障診断を行なうべき箇所を減らすことができる。これにより、駆動部材や動力伝達部材を多数備えた装置であっても、故障診断処理時間の短縮を図ることができるようになった。
【０２２６】
また、本発明の第３の構成に依れば、実働状態の動作状態信号が正常範囲にある場合であっても、動作状態信号を複数回に亘って検出し、その分布と正常範囲を示す分布とを比較することで、将来の故障発生を予測するようにしたので、簡単な判定により、故障発生を予測できるようになった。故障発生を予測できると、故障に至る前に計画的なメンテナンスが可能となり、メンテナンスコストの低減を図ることができる。
【０２２７】
このように、本発明に依れば、様々な部材について、また様々な故障状態について、あるいは故障の生じる可能性について、簡易な構成で、低コストで、簡単な判定手法で、診断することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る故障診断装置の一実施形態を搭載した画像形成装置の構成例を示す図である。
【図２】図１に示した画像形成装置に使用される駆動機構部の一構成例を示す図である。
【図３】駆動機構部の動作状態を検証する故障診断装置の第１例を示す図である。
【図４】駆動機構部の動作状態を検証する故障診断装置の第２例を示す図である。
【図５】駆動機構部の動作状態を検証する故障診断装置の第３例を示す図である。
【図６】上記第１例〜第３例の故障診断装置を構成する場合における、駆動機構部のブロック分割との対応を説明する図である。
【図７】故障診断部の構成例を示す機能ブロック図である。
【図８】図７に示した故障診断部における、動作状態信号に基づく故障判定処理手順の第１例を示すフローチャートである。
【図９】図７に示した故障診断部における、動作状態信号に基づく故障判定処理手順の第２例を示すフローチャートである。
【図１０】図７に示した故障診断部における、用紙通過時間に基づく故障判定処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図１１】図７に示した故障診断部における、用紙通過時間に基づく故障予測処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図１２】故障状態特定処理手順の一例を示したフローチャートである。
【図１３】図７に示した故障診断部における、故障診断に関わる処理手順の全体概要の一例を示すフローチャートである。
【図１４】図１に示した画像形成装置におけるステッピングモータとソレノイドの動作状態の波形例を示す図である。
【図１５】図１の第１ブロックの駆動部材に流れる動作電流を動作状態信号とし、正常時の特徴量ＶｎとＢ相線断線故障およびギアスリップ故障時の各特徴量Ｖｆを横軸にヒストグラムで表した図である。
【図１６】図１の第１ブロックの振動波形を動作状態信号として、正常時の特徴量ＶｎとＢ相線断線故障、ギアスリップ故障、およびギア脱落故障時の各特徴量Ｖｆを横軸にヒストグラムで表した図である。
【図１７】図１の第４ブロックのステッピングモータの動作電流Ｉｓｍと振動波形の双方を動作状態信号とし、正常時の特徴量（Ｖｎ１，Ｖｎ２）とベルト外れ故障時の特徴量（Ｖｆ１，Ｖｆ２）との関係を示した散布図である。
【図１８】用紙搬送ロールについての故障判定の具体例を説明する図である。
【図１９】特許文献１に記載の故障診断の仕組みの一例を示す回路図（特許文献１の図２）である。
【符号の説明】
１…画像形成装置、３…故障診断装置、３０…画像形成部、３２…感光体ドラムロール、３３…一次帯電器、３４…現像器、３４ａ…現像ロール、３４ｂ…現像クラッチ、３５…転写ロール、３６…クリーナロール、３７…ランプ、３９…レーザスキャナ、５０…給紙搬送機構部、５２，７２…搬送路、５４，５５，５６，５７，５８，７４，７６…ロール（ロール対）、６１，６３…ソレノイド、６２…停止ツメ、６５，６６，６７，６９，７８，７９…用紙タイミングセンサ、７０…排紙搬送機構部、８０…駆動機構振動検出部、８２…振動センサ、９０…駆動機構部、９１〜９４…駆動機構部のブロック、９６〜９９…モータ、１００…動作状態信号検出部、１０２…コントロール回路、１０４…直流電源、１１０，１２０，１３０…駆動部、１１２…ステッピングモータ、１１４…モータドライバ回路、１２２…ソレノイド、１３２…クラッチ、１４０…駆動部動作電流検出部、１４２…動作電流検出抵抗、１４３…増幅回路、１４８…Ａ／Ｄ変換器、１５０…駆動信号生成部、１５２…ＳＭ駆動信号生成部、１５４…ＳＯ駆動信号生成部、１５６…ＣＬ駆動信号生成部、１６０…用紙通過時間検出部、１６２…計測部、１８０…駆動機構振動検出部、１８２…加速度センサ、１８４…チャージアンプ、１８８…Ａ／Ｄ変換器、２００…故障診断部、２１０…動作状態特徴量取得部、２２０…用紙通過時間特徴量取得部、２３０…基準特徴量格納部、２３２…記憶媒体、２４０…故障判定部、２４２…動作状態故障判定部、２４４…用紙通過故障判定部、２４６…用紙通過故障予測部、２４８…故障状態特定部、２５０…制御部、２５２…診断対象ブロック決定部、２５４，２５６…切替部、２７０…通知部、９０２…モータ、９０４…ギア、９０６…シャフト、９０８…ロール対、９１０…クラッチ、９１２…ソレノイド、９１６…ベルト、９１８…プーリ

Claims (28)

1. 電流供給を受けて動作する駆動部材や当該駆動部材の駆動力を他の部材に伝達する動力伝達部材などの、複数の構成部材を含む駆動機構を有する装置に生じる故障を診断する故障診断装置であって、
   前記駆動機構が所定期間動作している間の動作状態を示す動作状態信号を検出する動作状態信号検出部と、
   前記動作状態信号検出部が検知した動作状態信号の、当該動作状態信号について予め定められている正常範囲に対するずれの程度に基づいて、前記駆動機構を構成する個々の構成部材について、故障診断を行なう故障診断部と
   を備えたことを特徴とする故障診断装置。
2. 前記駆動機構は複数の前記駆動部材を含み、
   前記複数の駆動部材を個々にオンオフ可能な制御信号を生成する駆動信号生成部をさらに備え、
   前記動作状態信号検出部は、前記複数の駆動部材について共通に使用される検知部材を有し、前記駆動信号生成部による１つの前駆駆動部材に対するオン制御時に前記検知部材により前記動作状態信号を検出し、
   前記故障診断部は、前記駆動信号生成部が前記複数の駆動部材の何れかをオンさせた状態にて、前記動作状態信号検出部により検知される、前記複数の駆動部材についての各動作状態信号に基づいて、前記複数の駆動部材を含む前記複数の構成部材の各々について、前記故障診断を行なう
   ことを特徴とする請求項１に記載の故障診断装置。
3. 前記故障診断部は、前記動作状態信号検出部が検知した前記動作状態信号に基づいて前記故障診断をするのに適した特徴量を抽出し、当該特徴量と、前記動作状態信号の前記正常範囲を示す基準特徴量とに基づいて、前記故障診断を行なう
   ことを特徴とする請求項１に記載の故障診断装置。
4. 前記故障診断部は、前記動作状態信号検出部が検知した動作状態信号が、予め取得しておいた前記複数の構成部材の、それぞれの故障時の動作状態信号の何れに該当するかを判定することで、前記複数の構成部材の何れに故障が生じているのかおよび故障の内容の少なくとも一方を特定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の故障診断装置。
5. 前記動作状態信号検出部は、前記駆動部材に流れる動作電流を示す信号を前記動作状態信号として検出する駆動部動作電流検出部を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の故障診断装置。
6. 前記動作状態信号検出部は、前記駆動機構の振動を示す信号を前記動作状態信号として検出する駆動機構振動検出部を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の故障診断装置。
7. 前記駆動機構は、被搬送体を搬送する搬送系統に使用されるものであり、
   前記動作状態信号検出部は、前記被搬送体の通過を検知する複数の検知部と、当該複数の検知部から得られる検知信号に基づいて前記被搬送体の搬送タイミングや搬送時間を前記動作状態信号として計測する計測部とを含む被搬送体通過時間検出部を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の故障診断装置。
8. 前記故障診断部は、前記動作状態信号が前記正常範囲外にあるとき、電流供給を受けて動作する駆動部材の駆動力を電流供給を受けることなく他の部材に伝達する動力伝達部材について前記故障診断を行なう
   ことを特徴とする請求項１から７のうちの何れか１項に記載の故障診断装置。
9. 前記動作状態信号検出部は、前記駆動部材に流れる動作電流を示す信号を前記動作状態信号として検出する駆動部動作電流検出部と、前記駆動機構の振動を示す信号を前記動作状態信号として検出する駆動機構振動検出部とを有し、
   前記故障診断部は、前記駆動部動作電流検出部が検知した動作電流と前記駆動機構振動検出部が検知した振動のそれぞれが、各々に対応する前記正常範囲内にあるか否かを、多次元的に解析することで、電流供給を受けて動作する駆動部材の駆動力を他の部材に伝達する動力伝達部材について前記故障診断を行なう
   ことを特徴とする請求項１に記載の故障診断装置。
10. 複数の前記駆動機構を備え、
    前記動作状態信号検出部は、装置の通常動作状態において、駆動機構ごとに、当該駆動機構の動作状態を示すブロック動作状態信号を検出するブロック動作状態信号検出部を有し、
    前記故障診断部は、前記ブロック動作状態信号検出部が検知したブロック動作状態信号に基づいて当該駆動機構の故障の有無を判定することで詳細な故障診断を行なう駆動機構を決定する診断対象ブロック決定部と、当該診断対象ブロック決定部が故障であると決定した駆動機構内の各構成部材について前記故障診断を行なう動作状態故障判定部とを有する
    ことを特徴とする請求項１に記載の故障診断装置。
11. 前記故障診断部は、前記動作状態信号検出部が検知した動作状態信号と、当該動作状態信号についての前記正常範囲とを比較することで、将来の故障発生を予測する故障予測部を有する
    ことを特徴とする請求項１に記載の故障診断装置。
12. 前記動作状態信号検出部は前記動作状態信号を複数回に亘って検出し、
    前記故障診断部の前記故障予測部は、複数回に亘って前記動作状態信号検出部が検知した動作状態信号に基づいて得られる動作状態信号の分布と、動作状態信号の前記正常範囲を示す分布とを比較することで、将来の故障発生を予測する
    ことを特徴とする請求項１１に記載の故障診断装置。
13. 電流供給を受けて動作する駆動部材や当該駆動部材の駆動力を電流供給を受けることなく他の部材に伝達する動力伝達部材とを含む駆動機構を複数有する装置に生じる故障を診断する故障診断装置であって、
    装置の通常動作状態において、駆動機構ごとに、当該駆動機構の動作状態を示すブロック動作状態信号を検出するブロック動作状態信号検出部、および各駆動機構を単体動作させた状態でその１つの前記駆動機構が所定期間動作している間の当該駆動機構を構成する個々の部材の動作状態を示す動作状態信号を検出する動作状態信号検出部とを有する信号検出部と、
    前記ブロック動作状態信号検出部が検知したブロック動作状態信号に基づいて当該駆動機構の故障の有無を判定することで詳細な故障診断を行なう駆動機構を決定する診断対象ブロック決定部、および当該診断対象ブロック決定部が故障であると決定した駆動機構内の各構成部材について前記故障診断を行なう動作状態故障判定部を有する故障診断部と
    を備えたことを特徴とする故障診断装置。
14. 前記駆動機構は、被搬送体を搬送する搬送系統に使用されるものであり、
    前記ブロック動作状態信号検出部は、前記被搬送体の通過を検知する複数の検知部と、当該複数の検知部から得られる検知信号に基づいて前記被搬送体の搬送タイミングや搬送時間を前記動作状態信号として計測する計測部とを含む被搬送体通過時間検出部を有し
    前記駆動機構を構成する個々の部材の動作状態を示す動作状態信号を検出する動作状態信号検出部は、前記駆動部材に流れる動作電流を示す信号を前記動作状態信号として検出する駆動部動作電流検出部および前記駆動機構の振動を示す信号を前記動作状態信号として検出する駆動機構振動検出部の少なくとも一方を有し、
    前記診断対象ブロック決定部は、前記被搬送体通過時間検出部が検出した前記搬送タイミングや搬送時間に基づいて、前記故障診断の対象とする駆動機構を決定し、
    前記動作状態故障判定部は、前記診断対象ブロック決定部が決定した駆動機構について、前記駆動部動作電流検出部により得られる動作電流または前記駆動機構振動検出部により得られる振動に基づいて、前記故障診断を行なう
    ことを特徴とする請求項１０または１３に記載の故障診断装置。
15. 前記診断対象ブロック決定部は、前記故障診断の対象とする駆動機構が複数存在すると決定したときには、各駆動機構の前記故障診断を行なう順序を決定し、
    前記動作状態故障判定部は、前記診断対象ブロック決定部が決定した複数の駆動機構について、当該診断対象ブロック決定部が決定した順序に従って、前記故障診断を行なう
    ことを特徴とする請求項１４に記載の故障診断装置。
16. 電流供給を受けて動作する駆動部材や当該駆動部材の駆動力を他の部材に伝達する動力伝達部材などの、複数の構成部材を含む駆動機構を有する装置に生じる故障を診断する故障診断装置であって、
    前記駆動機構の動作状態を示す動作状態信号を複数回に亘って検出する動作状態信号検出部と、
    複数回に亘って前記動作状態信号検出部が検知した動作状態信号に基づいて得られる動作状態信号の分布と、動作状態信号の正常範囲を示す分布とを比較することで、前記複数の構成部材の将来の故障発生を予測する故障診断部と
    を備えたことを特徴とする故障診断装置。
17. 前記動作状態信号検出部は定期的に前記動作状態信号を複数回に亘って検出し、
    前記故障診断部は、前記定期的に前記故障発生を予測する
    ことを特徴とする請求項１１または１６に記載の故障診断装置。
18. 前記駆動機構は、被搬送体を搬送する搬送系統に使用されるものであり、
    前記動作状態信号検出部は、前記被搬送体の通過を検知する複数の検知部と、当該複数の検知部から得られる検知信号に基づいて前記被搬送体の搬送タイミングや搬送時間を前記動作状態信号として前記複数回に亘って計測する計測部とを含む被搬送体通過時間検出部を有し、
    前記故障診断部は、前記複数回に亘って前記被搬送体通過時間検出部が検知した搬送タイミングや搬送時間に基づいて得られる搬送タイミングや搬送時間の分布と、搬送タイミングや搬送時間の前記正常範囲を示す分布とを比較することで、前記搬送系統の将来の故障発生を予測する
    ことを特徴とする請求項１１または１６記載の故障診断装置。
19. 前記駆動機構は、回転力によって前記被搬送体を所定方向に移動させるロール部材を含み、
    前記故障診断部は、前記ロール部材の将来の故障発生を予測する
    ことを特徴とする請求項１８に記載の故障診断装置。
20. 正常時において前記動作状態信号検出部により検出した動作状態信号に基づいて得られる前記正常範囲を示す情報を格納する記憶部を備え、
    前記故障診断部は、前記記憶部から前記正常範囲を示す情報を読み出して前記故障診断を行なう
    ことを特徴とする請求項１、１３、１５のうちの何れか１項に記載の故障診断装置。
21. 前記記憶部は、複数の前記駆動機構部を各々単独動作させて前記動作状態信号検出部により検出した各動作状態信号に基づいて得られる、各駆動機構部についての前記正常範囲を示す情報を格納する
    ことを特徴とする請求項２０に記載の故障診断装置。
22. 前記記憶部は、前記駆動機構を有する装置の出荷時または前記構成部材の交換後の各正常時において前記動作状態信号検出部により検出した動作状態信号に基づいて得られる前記正常範囲の情報を格納する
    ことを特徴とする請求項２０に記載の故障診断装置。
23. 前記故障診断部が行なった診断の情報をカスタマーに通知する通知部をさらに備えた
    ことを特徴とする請求項１、１３、１５のうちの何れか１項に記載の故障診断装置。
24. 前記故障診断部は、前記正常範囲を現す平均値および標準偏差に基づいて前記故障診断を行なう
    ことを特徴とする請求項１、１３、１５のうちの何れか１項に記載の故障診断装置。
25. 前記故障診断部は、前記動作状態信号をデジタル化した各サンプリング点のデータを２乗し積分した値と前記正常範囲とを比較して前記故障診断を行なう
    ことを特徴とする請求項１、１３、１５のうちの何れか１項に記載の故障診断装置。
26. 前記動作状態信号検出部は、前記動作状態信号の取得を複数回行ない、
    前記故障診断部は、前記動作状態信号をデジタル化した各サンプリング点のデータを２乗し積分した値を複数個得て、この複数の値に基づいて平均値と標準偏差とを算出し、この平均値および標準偏差と、前記正常範囲を現す平均値および標準偏差とを比較することで、前記故障診断を行なう
    ことを特徴とする請求項２５に記載の故障診断装置。
27. 前記故障診断部は、前記動作状態信号検出部が検知した動作状態信号が、前記正常範囲を現す平均値±（標準偏差×３）以内にあるとき、正常であると判定する
    ことを特徴とする請求項１、１３、１５のうちの何れか１項に記載の故障診断装置。
28. 前記通知部は、前記診断の情報として、故障箇所、故障内容、および検査内容と前記動作状態信号検出部が検知した動作状態信号、のうちの少なくとも１つを前記カスタマーに通知する
    ことを特徴とする請求項２７に記載の故障診断装置。

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