JP2013135118A - 反射型光学センサ及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光漏れ処理のための作業時間の短縮化及び低コスト化を図ることができる反射型光学センサ及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】プリント基板２５表面に実装された発光素子２１と受光素子２２の間を仕切るようにしてカバー部材２４内に遮光壁２３が形成されており、プリント基板２５表面の遮光壁２３の両側近傍に、該遮光壁２３の側面に沿ってシルクスクリーン印刷によってシルク印刷層２６ａ，２６ｂを形成している。
【選択図】図５

Description

本発明は、照射対象物に対して光を照射する発光素子と照射対象物からの反射光を受光する受光素子を有する反射型光学センサ、及び該光学センサ装置を備えた複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置では、一般的に感光体の表面に静電潜像を形成し、該静電潜像にトナーを付着させてトナー画像（トナー像）を形成し、該トナー画像を用紙等の記録材に転写、定着することで、トナー画像が定着された記録材が出力される。

ところで、画像濃度（トナー濃度）が良好なトナー画像を得るために、感光体や中間転写ベルト等の像担持体上に濃度検出用トナーパッチ（以下、「トナーパッチ」という）を形成してこのトナーパッチに光学センサから光を照射し、その反射光の受光量から算出したトナーパッチの濃度結果に基づいて、例えば、帯電バイアス、現像バイアス等を制御して、適正な画像濃度となるように調整している。

前記光学センサには、照射対象物であるトナーパッチに対して光を照射する発光素子とトナーパッチからの反射光を受光する受光素子を有する反射型光学センサが一般的に用いられている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１の反射型光学センサ（反射型フォトセンサ）は、発光素子から発せられた光の一部が基板表面で反射し、その外乱光が受光素子側に漏れないように、発光素子と受光素子との間に遮光壁が設けられている。受光素子にトナーパッチからの反射光以外に前記外乱光が入射すると、トナー濃度の検出精度が低下する。

ところで、前記特許文献１の反射型光学センサ（反射型フォトセンサ）では、発光素子から発せられた光の一部が遮光壁の下面と基板表面との間から受光素子側に漏れないように、発光素子と受光素子との間に溝状の凹部を基板表面に設けて、この凹部内に前記遮光壁を嵌め込んでいる。このため、遮光壁をガタつきなく嵌めるための溝状の凹部を基板表面に精度よく形成するためのルータ加工が必要となるので、光漏れ処理のための作業時間が長くなり、かつコストも高くなる。

そこで、本発明は、光漏れ処理のための作業時間の短縮化及び低コスト化を図ることができる反射型光学センサ及び画像形成装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために本発明に係る反射型光学センサは、基板上に実装された、照射対象物に照射光を照射する発光手段及び前記照射対象物の表面で反射された反射光を受光する受光手段と、前記発光手段及び前記受光手段を囲むようにして前記基板上に保持されたカバー部材と、前記発光手段と前記受光手段の間を仕切るようにして前記カバー部材内に形成され、前記発光手段から発せられる照射光の一部が前記受光手段側に漏れないように遮光する遮光壁と、を備えた反射型光学センサであって、前記遮光壁の基板側端面は、該基板表面に対して略当接又は微小な隙間を有しており、前記基板表面の前記遮光壁の両側近傍又はいずれか一方側近傍に、該遮光壁の側面に沿って所定の厚みの層を形成したことを特徴としている。

また、本発明に係る画像形成装置は、像担持体の表面に形成されたトナーパッチに光を照射し、その反射光を受光して前記トナーパッチの濃度を検出するための濃度検出センサを有し、前記濃度検出センサから出力される検出信号に基づいて出力されるトナー画像の濃度制御を行う画像形成装置において、前記濃度検出センサとして、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の反射型光学センサを用いたことを特徴としている。

本発明に係る反射型光学センサによれば、基板表面の遮光壁の両側近傍又はいずれか一方側近傍に、該遮光壁の側面に沿って所定の厚みの層を形成したことにより、仮に遮光壁の基板側端面と該基板表面との間に隙間があっても、この所定の厚みを有する層によって遮光することで、発光手段から発せられた光の一部が前記隙間を通して受光手段に入射することを確実に防止することができる。また、この所定の厚みを有する層を、例えばシルクスクリーン印刷によって形成することで、光漏れ処理のための作業時間の短縮化及び低コスト化を図ることができる。

また、本発明に係る画像形成装置によれば、濃度検出センサとして上記の反射型光学センサを用いているので、トナーパッチの濃度検出を安定して精度よく行なうことができる。

本発明の実施形態１に係る画像形成装置の要部を示す概略構成図。 中間転写ベルト表面のトナーパッチ示す図。 本発明の実施形態１に係る一部を破断した状態の反射型光学センサを示す概略斜視図。 図３のＡ−Ａ線断面図。 本発明の実施形態１に係る一部を破断した状態の反射型光学センサを示す概略平面図。 本発明の実施形態１に係る反射型光学センサの遮光壁付近のプリント基板を示す拡大断面図。 本発明の実施形態２に係る反射型光学センサの遮光壁付近のプリント基板を示す拡大断面図。 本発明の実施形態３に係る反射型光学センサの遮光壁付近のプリント基板を示す拡大断面図。

〈実施形態１〉
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態１に係る画像形成装置の要部を示す概略構成図であり、本発明に係る反射型光学センサを像担持体としての中間転写ベルトの表面に形成されるトナーパッチ（照射対象物）の濃度を検出するための濃度検出センサとして適用した例である。なお、本実施形態に係る画像形成装置は、電子写真方式のカラー複写機、カラープリンタ等のタンデム型画像形成装置である。

（画像形成装置の構成）
図１に示すように、本実施形態の画像形成装置１は、４つの画像形成部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、露光装置３、中間転写ベルト４、定着装置５を主要構成要素として備えている。

各画像形成部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、感光体ドラム６と、該感光体ドラム６の周囲に帯電ローラ７、現像装置８、１次転写ローラ９、ドラムクリーニング部材１０をそれぞれ有している（なお、画像形成部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄでは、感光体ドラム６以外の各部材の符号は省略している）。画像形成部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの各現像装置８は、現像剤としてのＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各色のトナーがそれぞれ収容されている。

無端ベルト状の中間転写ベルト４は、複数のローラ（駆動ローラ１１、２次転写対向ローラ１２、従動ローラ１３）間に掛け渡されて張架されており、駆動ローラ１１の回転駆動により矢印ａ方向に移動する。各画像形成部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの各１次転写ローラ９は、中間転写ベルト４を間に挟むようにして感光体ドラム６に当接しており、２次転写対向ローラ１２は、中間転写ベルト４を間に挟むようにして２次転写ローラ１４に当接している。定着装置５は、圧接する定着ローラ５ａと加圧ローラ５ｂを有している。

また、中間転写ベルト４の表面付近には、該中間転写ベルト４の表面と対向するようして、中間転写ベルト４の表面に形成されるトナーパッチ３０（図２参照）の濃度を検出する反射型光学センサ２０が配置されている（反射型光学センサ２０の詳細については後述する）。

（画像形成動作）
この画像形成装置１の画像形成動作時においては、画像形成部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの所定のプロセススピードで回転駆動している各感光体ドラム６表面を各帯電ローラ７によりそれぞれ一様に帯電する。そして、露光装置３からのレーザ光Ｌによる露光により各感光体ドラム６の表面に、入力された画像情報に対応した静電潜像をそれぞれ形成する。

そして、各感光体ドラム６の表面に形成された静電潜像に対して、各現像装置８により各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）のトナーをそれぞれ付着させて現像（可視像化）する。これにより、各感光体ドラム６の表面に、イエローのトナー画像、マゼンタのトナー画像、シアンのトナー画像、ブラックのトナー画像がそれぞれ形成される。

そして、転写バイアスが印加された各１次転写ローラ９により、これらの各色のトナー画像は、駆動ローラ１１の駆動により移動する中間転写ベルト４上に順次重ね合わされるようにして転写（１次転写）され、中間転写ベルト４上にフルカラーのトナー画像が形成される。そして、このトナー画像の形成タイミングに合わせて用紙等の記録材Ｐが、中間転写ベルト４と２次転写ローラ１４間の２次転写部に搬送され、記録材Ｐ上にフルカラーのトナー画像が転写（２次転写）される。なお、トナー画像転写後の各感光体ドラム６の表面に残留している転写残トナーは、ドラムクリーニング部材１０により除去されて回収される。

トナー画像が転写された記録材Ｐは搬送ベルト１５により定着装置５に搬送され、定着装置５の加熱部材（不図示）を内蔵した定着ローラ５ａと加圧ローラ５ｂ間の定着ニップにて加熱、加圧されることにより、記録材Ｐ上にトナー画像が定着される。トナー画像が定着された記録材Ｐは、排紙ローラ等を介して排紙トレイ（不図示）に排出される。なお、前記画像形成装置１は、フルカラーのトナー画像を記録材上に転写、定着する画像形成動作以外にも、例えば画像形成部２ｄのみを駆動して、モノクロのトナー画像を記録材上に転写、定着する画像形成動作も選択可能である。

ところで、上記の画像形成装置１において、高品質のカラー画像を得るためには、各色の画像濃度（トナー濃度）がそれぞれ適正であることが重要である。このため、この画像形成装置１では、図２に示すように、中間転写ベルト４の表面に移動方向に沿って濃度が徐々に濃く（即ち、トナー付着量が多く）なる階調パターンからなるトナーパッチ３０を一定間隔で形成して、これらのトナーパッチ３０の濃度（トナー付着量）を後述する反射型光学センサ２０により検出する。

なお、この反射型光学センサ２０は、トナーパッチ３０の濃度検出用として用いられるが、中間転写ベルト４表面に重ね合わされる各トナー画像の位置ずれを補正する位置ずれ検出用トナーパッチの位置を検出する反射型光学センサも同様に構成してもよい。

（反射型光学センサ２０の構成）
図３は、カバー部材の一部を破断した状態の反射型光学センサ２０を示す概略斜視図、図４は、図３のＡ−Ａ線断面図である。

これらの図に示すように、この反射型光学センサ２０は、照射対象物である前記トナーパッチ３０（図２参照）に光（以下、「照射光」という）を照射する発光ダイオードなどの発光素子２１と、トナーパッチ３０からの反射光を受光するフォトダイオードなどの受光素子２２と、発光素子２１と受光素子２２の前方側を除く周囲を覆い、かつ発光素子２１と受光素子２２の間を仕切る遮光壁２３が一体に形成されたカバー部材２４を備えている。

発光素子２１と受光素子２２は、発光部２１ａと受光部２２ａが基板面に対して平行な方向を向くようにしてプリント基板２５上に実装されている。また、図５に示すように、発光素子２１と受光素子２２は、所定の角度でプリント基板２５上に配置されており、発光素子２１の発光部２１ａから出射される照射光Ｌ１が中間転写ベルト４上のトナーパッチ３０表面で反射し、その反射光Ｌ２が受光素子２２の受光部２２ａに入射するように構成されている。

カバー部材２４の照射光Ｌ１が出射し反射光Ｌ２が入射する前面側（図５の下側）の内部には、不図示の出射光路と入射光路の通路がそれぞれ形成されている。カバー部材２４は、両側の壁部２４ａ，２４ｂと背面側（図５の下側）の壁部２４ｃの各端面がプリント基板２５の表面に接し、各壁部２４ａ，２４ｂ、２４ｃの各下面に形成した突起部（不図示）がプリント基板２５の表面に形成した挿入穴（不図示）に嵌め込まれている。これにより、カバー部材２４がプリント基板２５表面に位置決めされてガタつきなく固定される。

カバー部材２４内の遮光壁２３は、発光素子２１と受光素子２２との間を仕切るように設けられており、発光素子２１の発光部２１ａから発せられた照射光Ｌ１の一部がプリント基板２５表面で反射して、受光素子２２の受光部２２ａに入射しないようにしている。遮光壁２３の下面２３ａ（図４参照）は、プリント基板２５の表面に略接している。プリント基板２５には、発光素子２１と受光素子２２と電気的に接続された配線パターン（不図示）等が形成されている。

また、プリント基板２５表面の遮光壁２３の下面２３ａが位置している両側近傍には、遮光壁２３の側面近傍に沿ってシルクスクリーン印刷（シルク印刷）によって所定厚みで所定幅のシルク印刷層２６ａ，２６ｂが形成されている。

図６に示すように、前記シルク印刷層２６ａ，２６ｂは、プリント基板２５の絶縁部材からなる基材２５ａ上の銅箔層２５ｂからなる配線パターン上に位置するレジスト層２５ｃ上に形成されている。基材２５ａ上に形成されたレジスト層２５ｃの、銅箔層２５ｂ表面を覆っている部分は、銅箔層２５ｂの厚み分だけ盛り上がっている。なお、プリント基板２５の表面保護層としてのレジスト層２５ｃ表面を黒色に塗装することにより、レジスト層２５ｃ表面で光を吸収して遮光効果をより高めることができる。

ところで、画像形成装置１の電源投入時やトナー画像が定着された記録材を所定枚数排紙する毎に、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）のトナー濃度を適正化するためのプロセスコントロール動作（以下、「プロコン動作」という）が実行される。

このプロコン動作では、中間転写ベルト４の表面に該中間転写ベルト４の移動方向に沿ってトナーパッチ３０（図２参照）が各色毎に互いに重ならないように形成される。トナーパッチ３０は、帯電ローラ７に印加する帯電バイアス、現像装置８の現像スリーブ（不図示）に印加する現像バイアス、現像スリーブへのトナー供給量等を制御することで連続階調となるパターンとなっている。

そして、反射型光学センサ２０の発光素子２１の発光部２１ａから照射光Ｌ１をトナーパッチ３０表面に照射し、その反射光Ｌ２を受光素子２２の受光部２２ａで受光する。そして、受光素子２２は、受光した受光量に応じた出力信号（電圧）を制御部（不図示）に出力する。制御部は、入力した出力信号（電圧）に基づいて、検出したトナーパッチ３０の濃度と予め設定している基準濃度との比較演算を行い、画像形成動作時に適正なトナー濃度となるように帯電ローラ７に印加する帯電バイアス、現像装置８の現像スリーブ（不図示）に印加する現像バイアス、現像スリーブへのトナー供給量等を制御する。

ところで、上記した反射型光学センサ２０によるトナーパッチ３０の濃度検出時において、発光素子２１の発光部２１ａから発せられた照射光Ｌ１の一部がプリント基板２５表面で反射して受光素子２２の受光部２２ａに入射しないように、発光素子２１と受光素子２２の間を仕切るようにしてカバー部材２４内に遮光壁２３が一体に形成されている。この際、遮光壁２３の下面２３ａ（図６参照）は、プリント基板２５表面に略接して光が漏れないように遮蔽している。

しかしながら、カバー部材２４をプリント基板２５表面に嵌め込んで固定したときに、カバー部材２４の製造時の寸法公差等により遮光壁２３の下面２３ａとプリント基板２５表面との間に若干の隙間が生じることがある。また、プリント基板２５表面に微小な凹凸がある場合にも遮光壁２３の下面２３ａとプリント基板２５表面との間に若干の隙間が生じることがある。

このように、遮光壁２３の下面２３ａとプリント基板２５表面との間に若干の隙間が生じていると、発光素子２１の発光部２１ａから発せられた照射光Ｌ１の一部がプリント基板２５表面で反射して、前記隙間を通して受光素子２２側に漏れることがある。そして、この漏れた光が受光部２２ａに入射すると、出力信号（電圧）が変化することにより濃度検出精度が低下する。

このため、図３〜図６に示したように、プリント基板２５表面の遮光壁２３の両側近傍に、該遮光壁２３の側面に沿って、シルクスクリーン印刷によって所定厚みで所定幅のシルク印刷層２６ａ，２６ｂを形成している。シルク印刷層２６ａ，２６ｂの厚みは、少なくとも遮光壁２３の下面２３ａよりも高くなるように設定されている。

また、このシルク印刷層２６ａ，２６ｂ表面は黒色に塗装されている。シルク印刷層２６ａ，２６ｂ表面を黒色とすることにより、シルク印刷層２６ａ，２６ｂ表面で光を吸収して、遮光効果をより高めることができる。

なお、遮光壁２３の発光素子２１側のシルク印刷層２６ａ表面に、白色の塗装を施すようにしてもよい。この場合、この白色の塗装が、シルク印刷層２６ａ表面に入射した光を遮光壁２３の上側に反射させることで、遮光壁２３の下面２３ａとプリント基板２５表面との間の隙間に光が入るのを防止することができる。

このように、プリント基板２５表面の遮光壁２３の両側近傍に、該遮光壁２３の側面に沿ってシルク印刷層２６ａ，２６ｂを形成したことにより、仮に遮光壁２３の下面２３ａとプリント基板２５表面との間に若干の隙間が生じている場合でも、発光素子２１側のシルク印刷層２６ａで遮光壁２３の下面２３ａとプリント基板２５表面との間の隙間に光が入射しないように遮光する。更に、仮に前記隙間を通して光が受光素子２２側に漏れた場合でも、受光素子２２側のシルク印刷層２６ｂで光を遮光することで、受光素子２２の受光部２２ａに漏れた光が入射することはない。

よって、受光素子２２の受光部２２ａには、トナーパッチ３０表面からの反射光Ｌ２のみが入射されるので、トナーパッチ３０の濃度検出を安定して精度よく行なうことができる。

また、従来のような基板表面に遮光壁を嵌め込むための溝状の凹部を形成する構造に対して、光を遮光するためのシルク印刷層２６ａ，２６ｂは、プリント基板２５表面に周知のシルク印刷工程によって容易に形成することができるので、光漏れ対策のための作業時間の短縮化及び低コスト化を図ることができる。

なお、前記実施形態１では、プリント基板２５表面の遮光壁２３の両側近傍に、該遮光壁２３の側面に沿ってシルク印刷層２６ａ，２６ｂを形成した構成であったが、遮光壁２３のいずれか一方側（例えば、発光素子２１側）近傍のみにシルク印刷層を形成する構成でも高い遮光効果を得ることができる。

〈実施形態２〉
本実施形態では、図７に示すように、プリント基板２５前記の遮光壁２３の下面２３ａの真下及びその両側付近に位置する部分には銅箔層なく、基材２５ａ上にレジスト層２５ｃが形成されて、基板表面が平坦状になっている。

そして、前記実施形態１と同様に、プリント基板２５表面の遮光壁２３の下面２３ａが位置している両側近傍に、遮光壁２３の側面に沿ってシルク印刷層２６ａ，２６ｂを形成する。

本実施形態においても、遮光壁２３の側面近傍に沿って形成したシルク印刷層２６ａ，２６ｂによって、実施形態１と同様に高い遮光効果を得ることができる。

〈実施形態３〉
本実施形態では、図８に示すように、プリント基板２５の前記遮光壁２３の下面２３ａ付近に位置する領域において、遮光壁２３の下面２３ａの真下に位置する部分には銅箔層なく、この遮光壁２３の下面２３ａの両側付近に銅箔層２５ｂがそれぞれ形成され、これらの銅箔層２５ｂ上を含む基材２５ａ上にレジスト層２５ｃが形成されている。

このプリント基板２５では、遮光壁２３の下面２３ａの両側付近に、該遮光壁２３の側面に沿って銅箔層２５ｂがそれぞれ形成されているので、遮光壁２３の下面２３ａの真下付近ではレジスト層２５ｃが遮光壁２３の側面に沿って凹状に窪んでいる。この凹状の窪み部分に、カバー部材２４の遮光壁２３の下面２３ａが位置している。

そして、銅箔層２５ｂがそれぞれ形成されているレジスト層２５ｃ上に、遮光壁２３の側面に沿って前記シルク印刷層２６ａ，２６ｂをそれぞれ形成することで、遮光壁２３の下面２３ａの両側近傍に、該遮光壁２３の側面に沿ってシルク印刷層２６ａ，２６ｂが位置する。

このように、本実施形態では、遮光壁２３の下面２３ａをレジスト層２５ｃの凹状の窪み部分に配置し、その両側の盛り上がったレジスト層２５ｃ上にシルク印刷層２６ａ，２６ｂを形成したことにより、より遮光効果を高めることができる。

また、光を遮光するためのシルク印刷層２６ａ，２６ｂは、周知のシルク印刷工程によって容易に形成することができるので、光漏れ対策のための作業時間の短縮化及び低コスト化を図ることができる。

なお、前記した各実施形態では、プリント基板２５表面の遮光壁２３の両側近傍に、該遮光壁２３の側面に沿ってシルク印刷層を形成した構成であったが、このシルク印刷層以外にも、例えば、周知のハンダ印刷層を形成したり、銅箔層を形成する構成でもよい。

また、前記した反射型光学センサにおいて、カバー部材２４の照射光Ｌ１が出射し反射光Ｌ２が入射する前面側（図５の下側）の内部に形成した不図示の出射光路と入射光路の通路に、光を集束させるためのレンズ（不図示）が配置されている場合がある。この場合、発光素子２１の発光部２１ａから発せられた照射光Ｌ１の一部がこのレンズ表面で反射して、その反射光が遮光壁２３の下面２３ａとプリント基板２５表面との間から受光素子２２側に漏れることがある。

このような場合でも、前記同様に遮光壁２３の側面に沿って形成したシルク印刷層２６ａ，２６ｂによって光を遮光することで、受光素子２２側に光が漏れることを防止することができる。

なお、前記した各実施形態では、本発明に係る反射型光学センサを画像形成装置の濃度検出センサとして適用した例であったが、これ以外にも、例えば被検出物の移動量や移動位置などを検出する検出センサ等にも同様に適用することができる。

１ 画像形成装置
３ 露光装置
４ 中間転写ベルト
６ 感光体ドラム
８ 現像装置
２０ 反射型光学センサ
２１ 発光素子
２２ 受光素子
２３ 遮光壁
２４ カバー部材
２５ プリント基板
２５ｃ レジスト層
２６ａ，２６ｂ シルク印刷層
３０ トナーパッチ

特開２００７−１３０５０号公報

Claims (5)

1. 基板上に実装された、照射対象物に照射光を照射する発光手段及び前記照射対象物の表面で反射された反射光を受光する受光手段と、
   前記発光手段及び前記受光手段を囲むようにして前記基板上に保持されたカバー部材と、
   前記発光手段と前記受光手段の間を仕切るようにして前記カバー部材内に形成され、前記発光手段から発せられる照射光の一部が前記受光手段側に漏れないように遮光する遮光壁と、を備えた反射型光学センサであって、
   前記遮光壁の基板側端面は、該基板表面に対して略当接又は微小な隙間を有しており、前記基板表面の前記遮光壁の両側近傍又はいずれか一方側近傍に、該遮光壁の側面に沿って所定の厚みの層を形成したことを特徴とする反射型光学センサ。
2. 前記層は、シルクスクリーン印刷によって形成されたシルク印刷層であり、前記シルク印刷層の上面は前記遮光壁の基板側端面よりも上側に位置していることを特徴とする請求項１に記載の反射型光学センサ。
3. シルク印刷層の表面を黒色系に塗装していることを特徴とする請求項２に記載の反射型光学センサ。
4. シルク印刷層の表面を白色系に塗装していることを特徴とする請求項２に記載の反射型光学センサ。
5. 像担持体の表面に形成されたトナーパッチに光を照射し、その反射光を受光して前記トナーパッチの濃度を検出するための濃度検出センサを有し、前記濃度検出センサから出力される検出信号に基づいて出力されるトナー画像の濃度制御を行う画像形成装置において、
   前記濃度検出センサとして、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の反射型光学センサを用いたことを特徴とする画像形成装置。