JP2016114363A - 光学装置及びそれを備える画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 迷光により検知精度が悪化すること。【解決手段】 発光部材と、受光部材と、板状の基材層及び導電層を備え、前記発光部材及び前記受光部材が実装された基板と、前記受光部材と前記発光部材の間に配置され、前記基板の前記受光部材と前記発光部材の間に設けられた貫通穴に挿入された遮光部材と、を有し、前記発光部材から発せられ被照射部で反射した光を前記受光部材で受光する光学装置において、前記導電層は前記基材層よりも遮光性が高く、前記貫通穴の内周面に前記導電層が露出している。【選択図】 図５

Description

本発明は、被照射部に対して照射した光の反射光を受光する光学装置及びこの光学装置を備える複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。

画像形成装置では、使用環境やプリント枚数などの諸条件によって各色の濃度が変動し、形成した画像の色味が変動する。また、複数色の画像を重ねてカラー画像を形成するカラー画像形成装置では、各色の画像の位置のずれが発生することがある。例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック４色、各色各々１つずつの感光ドラムを備えたカラー画像形成装置の場合は、４色の画像間で相対的な位置が変動する。

各色の位置ずれや各色濃度を補正する方法として、中間転写体、感光体、シート等に作成したパッチ（基準パターン）からの反射光を光学装置の受光部材で検知し、受光量に関連する値を検知結果として、これに基づき各色間位置ずれ量や濃度変動量を算出する。算出結果を基に、各種画像形成条件を制御することで、各色間位置ずれや各色の濃度を適切に調整する。

特許文献１には、このような、パッチの検知に用いられる光学装置（光学センサ）の検出精度を向上させる構成が開示されている。

特開２０１３−１９１８３５号

特許文献１の光学装置では、発光部材や受光部材を基板に実装し、それを遮光部材としてのハウジングで覆う構成となっている。このような構成では、迷光によって検知精度が悪化する虞がある。そこで、本発明は迷光による検知精度の悪化を抑制することを目的とする。

本発明は、発光部材と、受光部材と、板状の基材層及び導電層を備え、前記発光部材及び前記受光部材が実装された基板と、前記受光部材と前記発光部材の間に配置され、前記基板の前記受光部材と前記発光部材の間に設けられた貫通穴に挿入された遮光部材と、を有し、前記発光部材から発せられ被照射部で反射した光を前記受光部材で受光する光学装置において、前記導電層は前記基材層よりも遮光性が高く、前記貫通穴の内周面に前記導電層が露出していることを特徴とする。

本発明によれば、迷光による検知精度の悪化を抑制することができる。

画像形成装置の概略構成図 光学センサユニットの概略断面図 基板の貫通穴作成前の断面図 貫通穴の作成を示す為の基板の断面図（図上側）と上面視図（図下側） 光学センサユニットの断面図（図上側）と上面視図（図下側） 基板の貫通穴作成前の断面図 貫通穴の作成を示す為の基板の断面図（図上側）と上面視図（図下側） 光学センサユニットの断面図（図上側）と上面視図（図下側） 比較例の光学センサユニットの断面図

＜第１実施形態＞
［画像形成装置］
図１は本発明に関わる画像形成装置であるカラーレーザプリンタの構成を示す概略断面図である。本発明で用いた画像形成装置は、４色（有彩色現像材であるＹ：イエロー、Ｍ：マゼンタ、Ｃ：シアン、無彩色現像材である Ｂｋ：ブラック）の画像を重ね合わせてカラー画像を形成するために、４色の画像形成部を備えている。画像形成装置であるカラーレーザプリンタ１０１は、ホストコンピュータ１０２から画像データ１０３を受け取ると、カラーレーザプリンタ内の印字画像生成部１０４で画像データを所望のビデオ信号形式データに展開し、画像形成用のビデオ信号１０５を生成する。画像形成制御部１０６は制御手段であるＣＰＵ１０９等（以下、ＣＰＵ１０９）を有している。印字画像生成部にて生成されたビデオ信号は印字画像生成部から画像形成制御部に送信され、露光手段であるスキャナユニット１１０内にあるレーザ発光素子である複数のレーザダイオード１１１をビデオ信号に応じて駆動する。レーザダイオードから出射されたレーザビーム１１２ｙ、１１２ｍ、１１２ｃ、１１２ｋ（以下、レーザビーム１１２）は、ポリゴンミラー１０７、レンズ１１３ｙ、１１３ｍ、１１３ｃ、１１３ｋ（以下、レンズ１１３）、ミラー１１４ｙ、１１４ｍ、１１４ｃ、１１４ｋ（以下、ミラー１１４）を介して、感光ドラム１１５ｙ、１１５ｍ、１１５ｃ、１１５ｋ（以下、感光ドラム１１５）上に照射される。感光ドラム１１５を帯電手段１１６ｙ、１１６ｍ、１１６ｃ、１１６ｋ（以下、帯電手段１１６）により所望の電荷量に帯電し、レーザビーム１１２を照射して照射した部分の電位を減衰させることで、感光ドラム１１５表面に静電潜像を形成する。レーザビームを照射して形成した静電潜像を可視化すべく、現像手段１１７ｙ、１１７ｍ、１１７ｃ、１１７ｋ（以下、現像手段１１７）により感光ドラム上に静電潜像に応じたトナー画像が形成される。感光ドラム上に形成されたトナー画像は、転写電圧が印加された転写手段である一次転写部材１１８ｙ、１１８ｍ、１１８ｃ、１１８ｋ（以下、一次転写部材１１８）により、無端状ベルト（以下、中間転写ベルト）１１９上に一次転写される。一次転写は最初にイエローの画像が中間転写ベルト１１９に転写され、その上にマゼンタ、シアン、ブラックと順次転写され、カラー画像が形成される。この時、中間転写ベルト１１９上に４色（カラー）のトナー像が担持される。なお、中間転写ベルトは、テンションローラ１２７と、駆動ローラ１２６に担架され、駆動ローラ１２６により搬送制御される。カセット１２０内の記録紙１２１は給紙ローラ１２２によって給紙されたのち、中間転写ベルト上に一次転写した画像に同期するように二次転写部１２３へと搬送されて二次転写を行なうことで記録紙上に画像が転写される。このとき、二次転写ローラに適当なバイアス電圧を印加して転写効率を高めている。二次転写された記録紙は定着器１２４にて熱と圧力により熱定着が行なわれ記録紙上に安定したカラー画像が定着されたのちに排紙部より排紙される。検出手段である光学センサユニット１２５は、テンションローラ１２７に保持され、中間転写ベルト上に転写される各色画像の位置ずれ量や濃度変動を検出のための位置ずれ補正用パターン、濃度補正用パターンを検出する光学センサである。光学センサユニット１２５は、所望のタイミングで中間転写ベルト１１９上に形成された各色の補正用パターンの位置、および目標濃度との差を検出し、検出結果を制御手段であるＣＰＵ１０９に出力する。ＣＰＵ１０９は、記憶手段であるＲＡＭ（１８０）（以下ＲＡＭ（１８０））に検出結果を保存する。保存した検出結果を画像形成制御部１０６にフィードバックすることで、各色間の主走査、副走査方向の各色トナー画像の位置ずれ補正、各色の濃度補正を行う。

［光学センサユニット］
次に光学装置としての光学センサユニット１２５について説明する。図２に光学センサユニット１２５の概略断面図を示す。発光部材である２０２はＬＥＤ赤外線発光素子である。以下発光素子２０２とする。受光部材である２０４、２０５はフォトトランジスタ赤外線受光素子である。受光素子２０５は、発光素子２０２の、拡散反射光を受光する。受光素子２０４は、鏡面反射光（正反射光）を受光する。以下受光素子２０４、２０５とする。２０１は、基板であり、発光素子２０２と受光素子２０４、２０５および図示しない電子回路部品が表面実装されている。以下、基板２０１とする。発光素子２０２、受光素子２０４、２０５はベアチップ型の素子であり、その中心光軸が基板２０１の表面に略直交するように実装される。

２０７は、貫通穴であり、貫通穴２０７は発光素子２０２と受光素子２０４の間、発光素子２０２と受光素子２０５の間に設けられ、基板の表面に対して直交する方向に伸びて基板２０１を表から裏面まで貫通する。以下貫通穴２０７とする。２０６は、樹脂で作られたハウジング部材である。ハウジング２０６は、発光素子２０２を覆う部分と、発光素子２０２から発せられた光を通す絞り孔と、受光素子２０４を覆う部分と、受光素子２０４に入射する光を通す絞り孔と、受光素子２０５を覆う部分と、受光素子２０５に入射する光を通す絞り孔とを備える。このようなハウジング２０６の発光素子２０２を覆う部分の絞り孔によって、発光素子２０２から発せられた光は中間転写ベルト１１９の表面に垂直な方向に対して１３°に傾いた光線として中間転写ベルト１１９の表面に照射される。また、ハウジング２０６の受光素子２０４を覆う部分の絞り孔によって、中間転写ベルト１１９の表面で中間転写ベルト１１９の表面に垂直な方向に対して１３°に反射した光が受光素子２０４に入射する。同様にハウジング２０６の受光素子２０５を覆う部分の絞り孔によって、中間転写ベルト１１９の表面で中間転写ベルト１１９の表面に垂直な方向に対して６０°に反射した光が受光素子２０５に入射する。ハウジング２０６には、貫通穴２０７に挿入された壁部２０６Ａ、２０６ｂを備える。壁部２０６Ａは発光素子２０２と受光素子２０４との間、壁部２０６Ｂは発光素子２０２と受光素子２０５との間に配置されている。

２０９は、センサステイ（ステイ部材）であり、テンションローラ１２７に光学センサユニット１２５を位置決め支持し、中間転写ベルト１１９から光学センサユニット１２５を一定距離に保持する部材である。センサステイ２０９は板状の金属製の部材である。以下センサステイ２０９とする。２０８は、基板２０１とセンサステイ２０９の間に配置したスペーサ（スペーサ部材）である。基板２０１上の図示しない電子部品を避けて配置される。以下スペーサ２０８とする。スペーサ２０８は、基板２０１の発光素子２０２、受光素子２０４、２０５が実装される面（表面）と裏の面（裏面）に対向して配置される。スペーサ２０８は樹脂製の部材で、基板２０１の裏面に対向する面は、黒色であり発光素子２０２の光を吸収する。また、スペーサ２０８の表面は、艶消し加工が施され、吸収しきれない迷光を拡散反射する。基板２０１、ハウジング２０６、センサステイ２０９はスペーサ２０８のボスにより相対的に位置決めされ、図示しないビスにより１つに締結された後、光学センサユニット１２５としてテンションローラ１２７の軸受部分に接触して取り付けられる。２０３は、被照射部である中間転写ベルト１１９上に担持されたトナーパターンである。発光素子２０２から出射された赤外光は、中間転写ベルト１１９表面と中間転写ベルトに転写された位置ずれ・濃度検知量検出用トナーパターン２０３の鏡面反射光を受光素子２０４で、拡散反射光を受光素子２０５で受光することにより、位置ずれ量・濃度変動量検出用パターン２０３の位置ずれ量と、所望濃度からの濃度変動量を検出する。

図３に、基板２０１の貫通穴２０７作成前の断面図を示す。３０１は、基材であり、ガラスエポキシ樹脂材で構成される。３０２は、銅箔層である。銅箔層３０２は、薄い銅製の層であり基材３０１の表面と裏面両方に形成される。銅箔層３０２は基材３０１の層よりも遮光性が高い。は３０３は、ソルダーレジスト層である。図における貫通穴２０７領域は、銅箔層３０２で覆われている。基材３０１、銅箔層３０２、ソルダーレジスト層が層状に重なって板状の基板２０１を構成している。

図４に、貫通穴２０７を作成を示す為の基板２０１に断面図（図上側）と上面視図（図下側）を並べたものを示す。断面図は、上面視図の破線Ｘ１の断面における図である。４０１はドリルであり、回転しながら基板２０１を切削して貫通穴２０７を空ける切削加工を行う工具である。ドリル４０１により貫通穴２０７を空ける場所は、基板２０１の銅箔層３０２が設けられている部分である。貫通穴２０７は、ソルダーレジスト層３０３、銅箔層３０２、基材３０１を表面から裏面まで貫通して形成される。４０３は、スルーホールビアであり、基板２０１の表面から裏面まで貫通した穴である。内周面に銅箔層３０２が形成され、基板２０１の表面側と裏面側の銅箔層３０２は、互いに電気的に接続された導電層で同電位（グランド）である。４０５は、基板２０１表面に形成された信号線（回路パターン）であり、発光素子２０２、受光素子２０４、２０５と、図示しない電子回路と図１に示したＣＰＵ１０９に電気的に接続される。

図５は、貫通穴２０７形成後の基板２０１に発光素子２０２、受光素子２０４、２０５を実装し、ハウジング２０６を取り付けた光学センサユニット１２５の断面図（図上側）とハウジング２０６を取り付けていない状態の上面視図（図下側）を示す。図５の上面視図は板状の基板２０１の延伸方向（表面に平行な方向）に直交する方向（貫通穴２０７の貫通方向）で見た図である。上面視図の破線Ｘ１の断面における図である。発光素子２０２、受光素子２０４、２０５は、基板２０１上にリフロー実装される。ハウジング２０６は貫通穴２０７を通して基板２０１に取り付けられ、スペーサ２０８のボスにより基板２０１とセンサステイ２０９と位置決めされた後、図示しないビスにより１つに締結される。銅箔層３０２が、発光素子２０２、受光素子２０４、２０５実装位置からＡ領域に示す貫通穴２０７の周囲にかけて設けられている。銅箔層３０２は貫通穴２０７の内周面まで到達して配置され、貫通穴２０７の内周面に銅箔層３０２の断面が貫通穴２０７の内周面に露出することになる。

経路Ｐに示すように、発光素子２０２から出射した光は、Ａ領域において銅箔層３０２で反射され、基材層３０１への侵入を防ぐことができる。基材層３０２への不要な光の侵入を防ぐことができるため、発光手段から出射した光が基板内部を伝搬する外乱光となって受光素子２０４、２０５へ到達するのを防ぐことができる。また、経路Ｒに示すように、基板２０１とスペーサ２０８の隙間から侵入した外乱光は、Ａ領域において銅箔層３０２で反射され、受光素子２０４、２０５への侵入を防ぐことができる。さらに、経路Ｑに示すように、貫通穴２０７と遮光部材２０６との間から基板２０１裏面に漏れて透過した光は、スペーサ２０８表面で吸収又は拡散反射され、受光素子２０４、２０５へ到達するのを抑制することができる。

［比較例］
図９に、比較例の光学センサの断面図を示す。５００は表裏両面に電子部品を実装可能な基板である。以下基板５００とする。５０１は基材でありガラスエポキシ樹脂材から成る。以下基材５０１とする。５０２は銅箔層である。５０３はソルダーレジスト層である。２０２は基板５００に表面実装された発光手段、２０４と２０５は受光手段である。５０７は、基板５００の表から裏面まで貫通する貫通穴である。２０６は遮光部材である。２０９は、基板５００を保持し、検出対象物に取り付けるセンサステイである。

比較例の光学センサ基板５００では、貫通穴５０７付近のＡ領域に銅箔層５０２が存在しない。また、Ｂ領域のように、貫通穴５０７と遮光部材２０６の間に隙間が存在する。このため、経路Ｐに示すように、貫通穴５０７と貫通穴５０７周囲の銅箔層５０２が存在しない部分から、発光手段２０２の光が基板５００内部に侵入して、センサステイ２０９に反射して受光素子まで到達し、光学センサ出力が変化していた。また、経路Ｒに示すように、基材５０１層に侵入して伝搬する外乱光や、経路Ｑに示すように、貫通穴と遮光部材の隙間から漏れた光がセンサステイ２０９に反射して受光素子まで到達し、光学センサ出力が変化していた。このように、外乱光や漏れ光による出力変化によって、本来検出すべき対象物の最小出力値と最大出力値の割合である、光学センサのダイナミックレンジが低下していた。ダイナミックレンジの低下により、光学センサの検出精度が悪化していた。

これに対し、本実施形態では、銅箔層５０２が、発光素子２０２、受光素子２０４、２０５実装位置から貫通穴５０７の外径とほぼ同位置まで存在することで、迷光の受光素子２０４、２０５への侵入を抑制し、検知精度の悪化を抑えることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、基材３０１部分を伝搬した外乱光や、遮光部材２０６との貫通穴２０７の隙間から漏れた光が受光素子２０４、２０５に入るのを防ぐことができる。このため、位置ずれ・濃度検知用トナーパッチ（基準パターン）２０３を検知した際の最小出力値と最大出力値の割合である、光学センサユニット１２５のダイナミックレンジの低下を防ぐことができる。ダイナミックレンジの低下を防ぐことにより、高い精度で位置ずれ・濃度検知用トナーパッチ（基準パターン）２０３を検出することができる。即ち、本実施形態によれば、迷光による光学センサユニット１２５の検知精度の悪化を抑制することができる。

＜第２実施形態＞
第１実施形態では、表裏両面に電子部品実装が可能なガラスエポキシ樹脂の基材３０１に貫通穴２０７をドリル４０１にて形成する方法について説明した。本実施形態では、図６に示す片面のみ電子部品実装が可能な紙フェノールの樹脂製基材７０１に、図７に示す金型プレス８０１加工によって貫通穴２０７を形成する方法について説明する。その他の構成については、第１実施形態と同様のため、同様の符号を付して説明は省略する。

図６に、基板２０１の貫通穴２０７作成前の断面図を示す。７０１は、基材であり、紙フェノール樹脂材で構成される。３０２は、銅箔層である。銅箔層３０２は、基材３０１の片面のみに形成する。銅箔層３０２の方が基材７０１の層よりも遮光性が高い。３０３は、ソルダーレジスト層である。貫通穴２０７領域は、銅箔層３０２で覆われている。

図７に、貫通穴２０７を作成を示す為の基板２０１の断面図（図上側）と上面視図（図下側）を示す。８０３は基板２０１の断面位置である。８０１は金型であり、基板２０１にプレス加工で貫通穴２０７を開ける。貫通穴２０７は、ソルダーレジスト層３０３、銅箔層３０２、基材３０１を表面から裏面まで貫通して形成する。貫通穴２０７は、銅箔層３０２が存在する位置に開けられる。これにより、貫通穴２０７外径とほぼ同位置まで銅箔層３０２を配置することができる。４０５は、基板２０１表面に形成された信号線であり、発光素子２０２、受光素子２０４、２０５を、図示しない電子回路と図１で示したＣＰＵ１０９に接続する。

図８に、貫通穴２０７形成後に発光素子２０２、受光素子２０４、２０５を実装した基板２０１と、基板２０１にハウジング２０６を取り付けた光学センサユニット１２５の断面図（図上側）と上面視図（図下側）を示す。基板２０１が片面のみ銅箔層３０２とレジスト３０３がある点と、貫通穴２０７の形成方法以外は第１実施形態と同様の構成である。銅箔層３０２が、発光素子２０２、受光素子２０４、２０５の実装位置から貫通穴２０７周囲のＡ領域にかけて設けられ、貫通穴２０７の内周面まで到達して設けられている。経路Ｐに示すように、発光素子２０２から出射した光は、Ａ領域において銅箔層３０２で反射され、基材層７０１への侵入を防ぐことができる。基材層７０１への不要な光の侵入を防ぐことができるため、発光手段から出射した光が基板内部を伝搬する外乱光となって受光素子２０４、２０５へ到達するのを防ぐことができる。

また、経路Ｒに示すように、基材７０１部分を伝搬した外乱光は、Ａ領域において銅箔層３０２で反射され、受光素子２０４、２０５への侵入を防ぐことができる。貫通穴２０７と遮光部材２０６との間から基板２０１裏面に漏れて透過した光は、スペーサ２０８表面で吸収される。さらに、経路Ｑに示すように、貫通穴２０７と遮光部材２０６との間から基板２０１裏面に漏れて透過した光は、スペーサ２０８表面で吸収される。

以上説明したように、基材７０１部分を伝搬した外乱光や、遮光部材２０６との貫通穴２０７の隙間から漏れた光が受光素子２０４、２０５に入るのを防ぐことができる。このため、位置ずれ・濃度検知用トナーパッチ（基準パターン）２０３を検知した際の最小出力値と最大出力値の割合である、光学センサユニット１２５のダイナミックレンジの低下を防ぐことができる。ダイナミックレンジの低下を防ぐことにより、高い精度で中間転写体１１９や感光ドラム１１５等の像担持体表面に作成した位置ずれ・濃度検知用トナーパッチ（基準パターン）２０３を検出することができる。即ち、本実施形態によれば、迷光による光学センサユニット１２５の検知精度の悪化を抑制することができる。

１２５ 光学センサユニット
２０１ 基板
２０２ 発光素子
２０４、２０５ 受光素子
２０６ ハウジング
２０８ スペーサ
２０９ センサステイ
３０１ ガラスエポキシ樹脂
３０２ 銅箔
３０３ ソルダーレジスト
２０７ 貫通穴

Claims (14)

1. 発光部材と、受光部材と、板状の基材層及び導電層を備え、前記発光部材及び前記受光部材が実装された基板と、前記受光部材と前記発光部材の間に配置され、前記基板の前記受光部材と前記発光部材の間に設けられた貫通穴に挿入された遮光部材と、を有し、前記発光部材から発せられ被照射部で反射した光を前記受光部材で受光する光学装置において、
   前記導電層は前記基材層よりも遮光性が高く、前記貫通穴の内周面に前記導電層が露出していることを特徴とする光学装置。
2. 前記貫通穴の貫通方向で見て、前記導電層は前記貫通穴の周囲に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 前記導電層は銅製の層であることを特徴とする請求項１又は２に記載に光学装置。
4. 前記基材はガラスエポキシ樹脂材であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学装置。
5. 前記遮光部材は、前記発光部材を覆う部分と前記受光部材を覆う部分とを備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学装置。
6. 前記基板を支持するステイ部材と、前記ステイ部材と前記基板との間に配置されたスペーサ部材と、を有し、前記スペーサ部材は前記基板の前記発光部材及び前記受光部材が実装される面の裏の面と対向する対向面を備え、前記対向面は、黒色及び又は艶消し加工されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光学装置。
7. 前記ステイ部材は金属製であることを特徴とする請求項６に記載の光学装置。
8. 前記発光部材から発せられた光は、前記被照射部上に形成されたトナー像に照射されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学装置。
9. 発光部材と、受光部材と、板状の基材層及び導電層を備え、前記発光部材及び前記受光部材が実装された基板と、前記受光部材と前記発光部材の間に配置され、前記基板の前記受光部材と前記発光部材の間に設けられた貫通穴に挿入された遮光部材と、を有し、前記発光部材から発せられ被照射部で反射した光を前記受光部材で受光する光学装置において、
   前記導電層は前記基材層よりも遮光性が高く、前記貫通穴は、前記基板の前記導電層がある部分をプレス加工することで形成されていることを特徴とする光学装置。
10. 前記基材は紙フェノール樹脂材であることを特徴とする請求項９に記載の光学装置。
11. 発光部材と、受光部材と、板状の基材層及び導電層を備え、前記発光部材及び前記受光部材が実装された基板と、前記受光部材と前記発光部材の間に配置され、前記基板の前記受光部材と前記発光部材の間に設けられた貫通穴に挿入された遮光部材と、を有し、前記発光部材から発せられ被照射部で反射した光を前記受光部材で受光する光学装置において、
    前記導電層は前記基材層よりも遮光性が高く、前記貫通穴は、前記基板の前記導電層がある部分を切削加工することで形成されていることを特徴とする光学装置。
12. 前記基材はガラスエポキシ材であることを特徴とする請求項１１に記載の光学装置。
13. 前記導電層は銅製の層であることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか一項に記載に光学装置。
14. 請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の光学装置と、トナー像を担持する前記被照射部としてのベルトと、を有することを特徴とする画像形成装置。

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