JP2018101806A - 回路基板、光学センサ、画像形成装置及び実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品を良好な角度で回路基板に実装すること。【解決手段】回路基板３００の電極ランド３０７、３０８、３０９にメタルマスクの開口部３１０、３１１、３１３を介して半田３０４、３０５、３０６を塗布し、塗布された半田３０４、３０５、３０６に光素子の電極を搭載して半田３０４、３０５、３０６を溶融させることにより、光素子を回路基板３００に実装する光素子の実装方法であって、光素子の一の電極に対応する電極ランドを複数に分割し、複数の電極ランド３０７、３０８、３０９の各々に対応するメタルマスクの複数の開口部３１０、３１１の面積を異ならせることにより、塗布される半田３０４、３０５、３０６の量を調整させ、光素子を傾いた状態で回路基板３００に実装する。【選択図】図２

Description

本発明は、電子部品の実装方法、回路基板及び画像形成装置に関し、特に発光素子、受光素子を含む画像濃度検知器の実装方法に関する。

カラー画像形成装置には、正確な色再現性や色味安定性が要求されるため、自動で画像濃度制御を実行する機能を有しているものがある。特に、使用する環境の変化や、各種消耗品の使用履歴などにより色味が変動するため、常に色味を安定させるべく、定期的にこの画像濃度制御を実行する必要がある。この画像濃度制御を実行するために、中間転写ベルトなどの像担持体上のトナー像（試験用トナーパッチ）を検知する光学式の画像濃度検知器を、画像形成装置内に備える構成がある。画像形成装置は、中間転写ベルト上の試験用トナーパッチを光学式の画像濃度検知器を用いて検知し、検知結果から換算したトナー付着量を画像調整に用いる。

一般的に、光学式の画像濃度検知器の検知構造は、発光素子から発せられた光を数ｍｍ程度の微細なアパーチャー（微細穴）に通過させ、中間転写ベルトや中間転写ベルト上のトナーパッチに照射したときの反射光を受光素子で検知する構造である。画像形成装置は、受光素子によって受光された受光量に基づいて中間転写ベルト上のトナー付着量を演算する。画像濃度検知器では、数ｍｍ程度の小さいアパーチャーに対し、安定した光を通過させ、如何にトナーパッチの光量変化を精度良く検知できるかが画像調整の性能を左右する重要な機能となる。

発光素子や受光素子（以下、総称して光素子と略称する）は、発光量、受光感度に角度依存性を持つ。また、アパーチャーに対する光素子の位置ずれは、アパーチャー通過後の発光光量、受光光量に大きな影響を与える。従って、アパーチャーの位置に対して、光素子の実装位置精度と傾き精度が重要となる。この光素子の実装位置精度の向上手段として、従来、様々な手法が提案されている。例えば、溶融半田の表面張力により、光素子を自己整合的に配置させる実装方法がある（例えば、特許文献１参照）。また、基板に実装する素子上に剛性の高い圧子を配置し、ダイアフラムにて一括加圧しながら接合する実装方法がある（例えば、特許文献２参照）。これらの手段を用いることにより、光素子の実装位置のばらつきが少ない状態で、光素子を基板上に実装できる。

特開２００２−０７６６０２号公報 特開平０６−３０２９４５号公報

しかし、従来の画像濃度検知器における基板上の光素子の実装方法では、図７に示す様に、加熱処理後の半田１００１が球状となり、光素子１００２が球状となった半田１００１の上で不安定な状態となり、傾き易かった（図中、両矢印の方向）。そのため、アパーチャー３１２に対して回路基板３００上の光素子１００２の実装角度が良好にならず、画像濃度検知器２０００の性能が低下するおそれがあった。尚、図７は、画像濃度検知器２０００の断面を側面から見た図であり、後述する実施の形態で説明する構成と同じ構成には同じ符号を付し、説明を省略する。

本発明は、このような状況のもとでなされたもので、電子部品を良好な角度で回路基板に実装することを目的とする。

前述の課題を解決するために、本発明は、以下の構成を備える。

（１）電極ランドにメタルマスクの開口部を介して半田が塗布され、塗布された半田に電子部品の電極を搭載して半田を溶融させることにより、前記電子部品が実装される回路基板であって、前記電子部品の一の電極に対応する複数に分割された電極ランドを備え、前記複数の電極ランドの各々に対応する前記メタルマスクの複数の開口部の面積を異ならせることにより、塗布される半田の量を調整し、傾いた状態で前記電子部品が実装されることを特徴とする回路基板。

（２）像担持体にトナー画像を形成する画像形成手段と、前記画像形成手段により形成されたトナー画像を中間転写体に転写する転写手段と、前記転写手段により転写されたトナー画像を検知する検知手段と、を備え、前記検知手段による検知結果に基づき、前記画像形成手段による画像形成動作を制御する画像形成装置であって、前記検知手段は、前記（１）に記載の回路基板を有し、前記電子部品は、前記トナー画像又は前記中間転写体に光を出射する発光素子及び前記発光素子により出射された光を受光する受光素子であることを特徴とする画像形成装置。

（３）記録材に画像形成を行う画像形成手段と、記録材の有無を検知する検知手段と、を備え、前記検知手段による検知結果に基づき、前記画像形成手段による画像形成動作に関する制御を行う画像形成装置であって、前記検知手段は、前記（１）に記載の回路基板を有し、前記電子部品は、光を出射する発光素子及び前記発光素子により出射された光を受光する受光素子であることを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、電子部品を良好な角度で回路基板に実装することができる。

実施例１〜３のカラー画像形成装置を説明する断面図 実施例１の画像濃度検知器を説明する図 実施例１の回路基板上における光素子の実装手順を説明する図 実施例２の光素子の光効率特性を説明する図、画像濃度検知器を説明する図 実施例２の回路基板上における光素子の実装手順を説明する図 実施例３の回路基板上における光素子の実装手順を説明する図 従来例の画像濃度検知器を説明する図

以下、本発明を実施するための形態を、実施例により図面を参照しながら詳しく説明する。

［画像形成装置の説明］
図１は実施例１の画像形成装置であるカラーレーザビームプリンタの構成を示す断面概略図である。本実施例のカラーレーザビームプリンタは、４色（Ｙ：イエロー、Ｍ：マゼンタ、Ｃ：シアン、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。カラーレーザビームプリンタ２０１（以下、プリンタ２０１という）は、ホストコンピュータ２０２から画像データ２０３を受信すると、プリ
ンタ２０１内の印字画像生成部２０４で画像データ２０３を所望のビデオ信号形式データに展開する。印字画像生成部２０４は、画像データ２０３を所望のビデオ信号形式データに展開して画像形成用のビデオ信号２０５を生成する。

画像形成制御部２０６はＣＰＵ２０９等の演算処理手段を有している。印字画像生成部２０４により生成されたビデオ信号２０５は印字画像生成部２０４から画像形成制御部２０６に送信され、スキャナユニット２１０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２１１をビデオ信号２０５に応じて駆動する。レーザダイオード２１１は、レーザビーム２１２ｙ、２１２ｍ、２１２ｃ、２１２ｋを出射する。尚、ｙはイエロー、ｍはマゼンタ、ｃはシアン、ｋはブラックに対応することを示しており、以下、必要な場合を除き省略する。レーザダイオード２１１から出射されたレーザビーム２１２は、回転多面鏡２０７、レンズ２１３、折り返しミラー２１４を介して感光ドラム２１５上に照射される。感光ドラム２１５は帯電器２１６により所望の電荷量に帯電されているため、レーザビーム２１２を照射させて表面電位を部分的に下げることにより、感光ドラム２１５表面に静電潜像が形成される。レーザビーム２１２を照射して形成された静電潜像は、現像器２１７によって現像され、感光ドラム２１５上にトナー画像が形成される。

像担持体である感光ドラム２１５上に形成されたトナー画像は、一次転写部材２１８に適当な一次転写電圧を印加することにより、中間転写体である無端状ベルト（以下、中間転写ベルト）２１９上に転写される（以下、一次転写という）。まず、イエローの画像が中間転写ベルト２１９に一次転写され、転写されたイエローの画像の上にマゼンタの画像、シアンの画像、ブラックの画像、と順次一次転写されてカラー画像が形成される。尚、駆動ローラ２２６は反時計回り方向（図中、矢印方向）に駆動され、中間転写ベルト２１９は駆動ローラ２２６により搬送制御される。カセット２２０内の記録材である記録紙２２１は給紙ローラ２２２によって給紙されたのち、中間転写ベルト２１９上に一次転写された画像に同期するように二次転写部２２３へと搬送される。そして、二次転写ローラ２２５により転写が行われる（以下、二次転写という）ことで、記録紙２２１上に画像が転写される。このとき、二次転写ローラ２２５に所定の二次転写電圧を印加して転写効率を高めている。画像が二次転写された記録紙２２１は、定着器２２４の熱と圧力により定着処理が行われ、記録紙２２１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。

また、検知手段である画像濃度検知器２００は、中間転写ベルト２１９上に転写される各色画像の画像濃度量や、位置ずれ量を検知するための補正用パターンを検知するセンサである。画像濃度検知器２００は、所定のタイミングで中間転写ベルト２１９上に形成された各色の補正用パターンの位置を検知し、検知結果に基づいて画像形成動作を制御するために、検知結果をＣＰＵ２０９及び画像形成制御部２０６にフィードバックする。これにより、ＣＰＵ２０９は、画像濃度調整や各色間の主走査方向、副走査方向の各色トナー画像の位置ずれ補正を行う。尚、記録紙２２１の搬送方向を副走査方向、記録紙２２１の搬送方向に直交する方向を主走査方向という。

［画像濃度検知器の説明］
図２は、本実施例の画像濃度検知器２００の構成を説明する図である。回路基板３００は、発光素子であるＬＥＤ３０１、受光素子である正反射フォトトランジスタ（以下、正反射Ｐｔｒとする）３０２、受光素子である乱反射フォトトランジスタ（以下、乱反射Ｐｔｒとする）３０３を備える。尚、ＬＥＤ３０１、正反射Ｐｔｒ３０２及び乱反射Ｐｔｒ３０３を光素子という。また、画像濃度検知器２００は、回路基板３００を覆う蓋３１４を備える。蓋３１４は、ＬＥＤ３０１から出射された光が一定角度で通過するためのアパーチャー（微細穴）３１２を備える。即ち、蓋３１４には、回路基板３００に直交する方向から所定角度傾いた位置に光が通過する開口であるアパーチャー３１２が設けられてい
る。電子部品である光素子を実装した回路基板３００と蓋３１４を組み合わせた画像濃度検知器２００は、プリンタ２０１内で中間転写ベルト２１９に対向するように設置される（図１参照）。

正反射Ｐｔｒ３０２は、ＬＥＤ３０１から中間転写ベルト２１９に向けて出射された入射光と反射光の角度が等しい正反射光を受光する。正反射Ｐｔｒ３０２の役割の一つとして、高濃度のトナーパッチの検知がある。一方、乱反射Ｐｔｒ３０３は、入射光と反射光の角度が異なる乱反射光を受光する。乱反射Ｐｔｒ３０３の役割は、低濃度のトナーパッチの検知である。また、正反射Ｐｔｒ３０２と乱反射Ｐｔｒ３０３は、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ各色のトナーパッチによる位置検知などの役割も有している。アパーチャー（微細穴）３１２は、穴径が小さいほど、限定された角度の反射光を検知できるため、高濃度と低濃度のトナーパッチを高い精度で検知できる。また、アパーチャー３１２の穴径が小さいほど、位置検知も精度良く行うことができる。

しかしながら、アパーチャー（微細穴）３１２の穴径が小さいほど、ＬＥＤ３０１や正反射Ｐｔｒ３０２、乱反射Ｐｔｒ３０３の光指向角度が敏感となる。このため、アパーチャー３１２の穴径が小さい画像濃度検知器２００ほど、光素子の実装位置のばらつきや実装角度のばらつきによって、光量の低下が顕著となる。従って、良質な画像調整を行うためには、アパーチャー３１２の穴径を小さくしつつ、安定した光を出射又は受光できる光素子の実装を実現しなければならない。安定した光を受光できる画像濃度検知器２００を実現するためには、図２に示す様に、光素子をアパーチャー３１２の方向に、実装位置や実装角度のばらつきなく実装することが有効である。本実施例では、実装角度を制御する手段として、図２に示す様なＬＥＤ３０１、正反射Ｐｔｒ３０２及び乱反射Ｐｔｒ３０３の電極ランド３０７、３０８、３０９と、電極ランド３０７、３０８、３０９上の半田３０４、３０５、３０６を用いる。

［光素子の実装構成と実装手順］
図３は、本実施例の光素子の実装構成及び実装手順を説明する図である。図３（Ａ）は、ＬＥＤ３０１、正反射Ｐｔｒ３０２、乱反射Ｐｔｒ３０３の上面図、図３（Ｂ）は、ＬＥＤ３０１、正反射Ｐｔｒ３０２、乱反射Ｐｔｒ３０３をそれぞれ実装するための電極ランド形状を示す上面図である。また、図３（Ｃ）は、ＬＥＤ３０１、正反射Ｐｔｒ３０２、乱反射Ｐｔｒ３０３の配置位置におけるメタルマスクの開口部の開口形状を示す上面図である。更に、図３（Ｄ）は、ＬＥＤ３０１、正反射Ｐｔｒ３０２、乱反射Ｐｔｒ３０３を実装する際の加熱処理前の半田形状を示す側面図、図３（Ｅ）は、加熱処理後の半田形状を示す側面図である。

本実施例では、図３（Ａ）で示す様に、ＬＥＤ３０１、正反射Ｐｔｒ３０２、乱反射Ｐｔｒ３０３の光素子の寸法は、短手寸法１．２ｍｍ×長手寸法３．４ｍｍであり、電極寸法は１．２ｍｍ×０．８ｍｍである。電極に相対する基板上の電極ランドは、光素子の電極寸法１．２ｍｍ×０．８ｍｍを二つに分割し、図３（Ｂ）の電極ランド３０７、３０８、３０９で示す様に、寸法０．４ｍｍ×０．８ｍｍの電極ランドを２個設ける。このように、本実施例では、光素子の一の電極に対応する電極ランドを複数（本実施例では二つ）に分割する。この分割した電極ランド３０７、３０８、３０９の間隔は、０．４ｍｍ（＝１．２−０．４×２）だけ離す。尚、分離した電極間で最終的に半田ブリッジが発生しないような寸法であれば、分割した電極ランド３０７、３０８、３０９の間隔は変更しても良い。本実施例において、分割された電極ランド寸法は、０．４ｍｍ×０．８ｍｍ、面積０．３２ｍｍ^２として説明を行う。尚、分割した電極ランド３０７を、３０７ａ、３０７ｂ、分割した電極ランド３０８を、３０８ａ、３０８ｂ、分割した電極ランド３０９を、３０９ａ、３０９ｂとする。

次に、図３（Ｃ）を用いて、電極ランド上面に半田を塗布するためのメタルマスクの開口形状を説明する。本実施例のメタルマスクの開口形状は、光素子を傾けたい方向の電極ランド上におけるメタルマスク開口部３１０を小さく、逆方向のメタルマスク開口部３１１を大きくする。即ち、回路基板３００から光素子までの高さを所定の高さとする方の電極ランドに対応するメタルマスク開口部を、所定の面積とする。そうすると、回路基板３００から光素子までの高さを所定の高さよりも高くする方の電極ランドに対応するメタルマスク開口部は、所定の面積よりも大きい面積にする。以降、回路基板３００から光素子までの高さを所定の高さとする方を「傾けたい方向の低い方」といい、回路基板３００から光素子までの高さを所定の高さよりも高くする方を「傾けたい方向の高い方」という。

このように、傾けたい方向の低い方の半田量を少なくし、傾けたい方向の高い方の半田量を多くすることにより、半田量の違いによって光素子を傾けるための土台とする。本実施例では、メタルマスクの開口形状の面積が大きいほど、電極ランドに塗布される半田の量が多くなる。このため、具体的にメタルマスクの開口寸法は、傾けたい方向の低い方の小さい開口部３１０を０．４ｍｍ×０．４ｍｍ、面積０．１６ｍｍ^２とし、傾けたい方向の高い方の大きい開口部３１１を１．６ｍｍ×１．２ｍｍ、面積１．９２ｍｍ^２とする。尚、傾けたい方向の高い方の大きい開口部３１１は、２．０ｍｍ×１．２ｍｍ、面積２．４ｍｍ^２まで広げても良い。本実施例では、図３（Ｃ）に示す様に、乱反射Ｐｔｒ３０３に対応するメタルマスクの傾けたい方向の高い方の大きい開口部３１３を１．９ｍｍ×１．２ｍｍ、面積２．２８ｍｍ^２としている。

また、傾けたい方向の低い方の小さい開口部３１０の面積に対し、大きい開口部３１１の面積を大きくするほど、半田量の差が大きくなり、傾きは急峻になる。即ち、複数の電極ランドの各々に対応するメタルマスクの複数の開口部のうち、一方の端部に位置する開口部の面積と、他方の端部に位置する開口部の面積との差が大きいほど、実装される光素子の傾きが急になる。上述したように、ＬＥＤ３０１、正反射Ｐｔｒ３０２に対応するメタルマスクの大きい開口部３１１の面積より、乱反射Ｐｔｒ３０３に対応するメタルマスクの大きい開口部３１３の面積の方が大きい。メタルマスクの小さい開口部３１０の面積は同じであるため、メタルマスクの大きい開口部３１１との面積の差よりもメタルマスクの大きい開口部３１３との面積の差の方が大きくなる。このため、ＬＥＤ３０１、正反射Ｐｔｒ３０２が実装されたときの傾きよりも、乱反射Ｐｔｒ３０３が実装されたときの傾きの方が急になる。

ここで、大きい開口部３１１の面積を下限１．９２ｍｍ^２から上限２．４ｍｍ^２に限定している理由は、１．９２ｍｍ^２以下では、半田量が少なく、光素子が安定して傾かないからである。また、２．４ｍｍ^２以上では、半田量が多すぎて、分割した電極ランド間で半田がブリッジして、光素子が安定して傾かないからである。

更に、メタルマスクの開口部の面積は、メタルマスクの厚みに応じて、最終的な半田量（例えば、体積（ｍｍ^３））が同じになるように変更した方が良い。この理由は、電極ランド上に塗布される半田の半田量を同じ量（即ち、同じ体積）としたい場合、メタルマスクの厚みが厚くなるほど、メタルマスクの開口部の面積を小さくしなければならないからである。本実施例では、メタルマスクの厚みは１２０μｍであり、この１２０μｍが電極ランド上に塗布される半田の厚みとなる。従って、本実施例の半田量は、分割した電極面積０．３２ｍｍ^２に対し、小さい開口部３１０の半田量が０．０１９２ｍｍ^３（＝０．４ｍｍ×０．４ｍｍ×１２０μｍ）となる。一方、大きい開口部３１１の半田量は、下限０．２３０４ｍｍ^３（＝１．６ｍｍ×１．２ｍｍ×１２０μｍ）〜上限０．２８８ｍｍ^３（＝２．０ｍｍ×１．２ｍｍ×１２０μｍ）の半田量が好ましい。また、メタルマスクの大きい開口部３１１と小さい開口部３１０における距離０．６５ｍｍは、図３（Ｂ）に示す分割した電極ランド間隔０．４ｍｍより広くすることで、電極ランド間の半田ブリッジを
抑制する効果を持たせている。

次に、図３（Ｃ）に示す様に、メタルマスクの開口形状を決定した後、メタルマスクを回路基板３００上、即ち電極ランド３０７、３０８、３０９上に設置する。そして、半田をスキージしてメタルマスクの小さい開口部３１０、大きい開口部３１１から回路基板３００上に塗布する。次に、図３（Ｄ）で示す様に、塗布された半田３０４、３０５、３０６上に光素子を搭載（以下、マウントという）する。その後、図３（Ｅ）で示す様に、光素子がマウントされた回路基板３００をリフロー炉で加熱処理し、半田３０４、３０５、３０６を溶融する。熱により溶けて液体となった電極ランド外に存在する半田、即ち、図３（Ｄ）で電極ランド３０７、３０８、３０９からはみ出している半田は、表面張力によって半田球となって電極ランド３０７、３０８、３０９上に集約される。その結果、メタルマスクの小さい開口部３１０に塗布された半田の半田球は小さくなる。一方、メタルマスクの大きい開口部３１１に塗布された半田の半田球は大きくなる。これにより、光素子は、図３（Ｅ）に向かって左右異なった半田球の上で傾いて固定される。例えば、正反射Ｐｔｒ３０２を実装する場合は、図３に向かって左側が傾けたい方向の高い方に、右側が傾けたい方向の低い方に相当する。また、ＬＥＤ３０１、乱反射Ｐｔｒ３０３を実装する場合には、図３に向かって右側が傾けたい方向の高い方に、左側が傾けたい方向の低い方に相当する。このように、電極ランド上に塗布された半田の高さが左右で異なるため、光素子は半田上に傾いた状態で実装される。

本実施例で説明した電極ランドの形状とメタルマスクの開口形状を用いれば、光素子の実装角度は次のようになる。即ち、図３（Ｃ）に示したメタルマスクの大きい開口部３１１が１．９２ｍｍ^２（＝１．６ｍｍ×１．２ｍｍ）から２．４ｍｍ^２（＝２．０ｍｍ×１．２ｍｍ）の面積範囲において、光素子の実装角度は９°〜１６°近辺を実現できる。このように、本実施例では、メタルマスクの開口形状の面積を変化させることにより、塗布される半田の量を変化させて、光素子を傾いた状態で回路基板に実装することができる。

以上、本実施例によれば、電子部品を良好な角度で回路基板に実装することができる。

図４（ａ）は、実施例１のフォトトランジスタ（Ｐｔｒチップ素子と図示）の光効率特性を示すグラフである。図４（ａ）は、垂直な破線が角度０°を示しており、破線と実線との交点が角度０°のときのＰｔｒ受光出力を示している。尚、垂直な破線である縦軸は、各角度におけるＰｔｒ受光出力も示している。また、角度０°から時計回りに角度がプラスとなり、水平の破線が角度９０°を示しており、角度９０°ではＰｔｒ受光出力はほぼ０となる。更に、角度０°から反時計回りに角度がマイナスとなり、水平の破線が角度−９０°を示しており、角度−９０°ではＰｔｒ受光出力はほぼ０となる。尚、グラフの下には、基板上の電極ランドに塗布された半田上にフォトトランジスタが実装されている様子を示している。

実施例１のＬＥＤ３０１や正反射Ｐｔｒ３０２、乱反射Ｐｔｒ３０３では、図４（ａ）に示す様に光素子上面から垂直方向に最も高い光効率特性を想定している。しかしながら、市場で流通しているＬＥＤやフォトトランジスタは、図４（ｂ）で示す様に光素子上面から垂直ではない角度α°方向に最も高い光効率特性を有するものも存在する。尚、図４（ｂ）は、実施例２の光素子の光効率特性を示すグラフであり、図４（ａ）に対応している。本実施例では、角度α°の破線と実線との交点から縦軸に垂線を下したところの値が、角度α°でのＰｔｒ受光出力となり、最も高い出力となっている。本実施例では、画像濃度検知器２００が垂直ではない角度α°方向に高い光効率特性を持つ光素子を備える構成とする。そして、ＬＥＤ７０１と正反射Ｐｔｒ７０２を可能な限り水平に実装することで、受光量（即ち、Ｐｔｒ受光出力）が最大となる図４（ｃ）に示す画像濃度検知器６０
０の実装手段について説明する。即ち、光素子上面から垂直ではない角度α°方向に最も高い光効率特性を有する光素子を実装する場合に、角度α°を活かして光素子を実装するために、水平に実装する例を説明する。そして、本実施例は、光素子を傾けずに水平に実装するため、実施例１において、実装角度を０°とする場合とみなすことができる。

［光素子の実装構成と実装手順］
図５（Ａ）〜図５（Ｅ）は、実施例１で説明した図３（Ａ）〜図３（Ｅ）に相当する図である。図５（Ａ）に示す様に、本実施例のＬＥＤ７０１、正反射Ｐｔｒ７０２、乱反射Ｐｔｒ７０３の寸法は実施例１と同様であり説明を省略する。まず、図５（Ｂ）で示す様に、ＬＥＤ７０１、正反射Ｐｔｒ７０２及び乱反射Ｐｔｒ７０３の電極ランドの形状を二つに分割し、電極ランド６０７、６０８、６０９とする。実施例１の図３（Ｂ）と同様、分割された電極ランドの寸法は、０．４ｍｍ×０．８ｍｍ、面積０．３２ｍｍ^２として説明を行う。

次に、図５（Ｃ）で示す様に、電極ランド６０７、６０８、６０９上面に半田６０４、６０５、６０６を塗布するためのメタルマスクの開口形状を決定する。このメタルマスクの開口形状は、分割した電極ランド６０７、６０８、６０９に対する左開口部６１１と、右開口部６１０のメタルマスクの開口面積を左右同一にする。具体的には、メタルマスクの左開口部６１１を０．４ｍｍ×０．８ｍｍ、面積０．３２ｍｍ^２とする。同様に、メタルマスクの右開口部６１０を０．４ｍｍ×０．８ｍｍ、面積０．３２ｍｍ^２とする。このように、本実施例では、左右の開口面積における比率を１：１とする。このメタルマスクの開口面積０．３２ｍｍ^２は、半田が電極ランド面上に十分行き渡る限り、電極ランド６０７、６０８、６０９の面積０．３２ｍｍ^２に対して小さいほど良い。その理由は、メタルマスクの開口面積が小さい程、左右の電極ランドに形成される半田球のばらつきが小さくなるからである。このように、メタルマスクの開口部の面積は、メタルマスクの開口部に対応する電極ランドの面積以下の面積となるようにする。

図５（Ｃ）で示すメタルマスクの開口形状を決定した後、メタルマスクを回路基板３００上に設置し、半田をスキージしてメタルマスクの開口部から回路基板３００上に塗布する。次に図５（Ｄ）で示す様に、塗布された半田６０４、６０５、６０６上に光素子であるＬＥＤ７０１、正反射Ｐｔｒ７０２及び乱反射Ｐｔｒ７０３をマウントする。その後、図５（Ｅ）で示す様に、光素子がマウントされた回路基板３００をリフロー炉で加熱処理し、半田を溶かす。

本実施例で記載した電極ランドの形状とメタルマスクの形状を用いれば、光素子が光素子上面から垂直ではない角度α°方向に最も高い光効率特性を有する場合に、光素子の実装角度を可能な限り水平に実装できる。即ち、本実施例では、メタルマスクの開口形状の面積を等しくすることにより、塗布される半田の量を等しくして、光素子を水平な状態で回路基板に実装することができる。

また、本実施例は、実施例１において、光素子を傾けずに実装する角度＝０°の場合とみなすことができる。回路基板３００に直交する方向から光素子を傾ける角度が０°の場合は、上述したように、メタルマスクの開口部の面積が等しくなるよう、即ち、１：１となるようにする。

以上、本実施例によれば、電子部品を良好な角度で回路基板に実装することができる。

実施例１では、特定寸法の光素子を用い、電極ランドの形状とメタルマスクの開口形状を二分割した例を説明した。実施例３では、図６（Ｂ）で示す様に、電極ランドとメタル
マスクを二分割に限定せず、複数分割する例を説明する。

［光素子の実装構成と実装手順］
図６（Ａ）〜図６（Ｅ）は、実施例１で説明した図３（Ａ）〜図３（Ｅ）に相当する図である。まず、実施例１と同様の光素子を用いた場合（図６（Ａ））、図６（Ｂ）で示す様に、電極ランド８００を幅０．２４ｍｍ（＝１．２ｍｍ÷５）で三分割する。次に、図６（Ｃ）で示す様に、傾けたい方向の一番高い方即ち大きい半田球を作る電極ランド８００（８００ｃとする）のメタルマスク開口部８０３を大きくする。そして、真中の電極ランド８００（８００ｂとする）のメタルマスク開口部８０２をメタルマスク開口部８０３の次の大きさにする。更に、傾けたい方向の一番低い方即ち傾きの支点となる小さい半田球を作る電極ランド８００（８００ａ）のメタルマスク開口部８０１を小さくする。このように、電極ランドを複数に分割した場合には、複数の電極ランドの各々に対応するメタルマスクの複数の開口部の面積を、一方の端部に位置する開口部から他方の端部に位置する開口部に向かって徐々に大きくする。

このように、本実施例では、回路基板３００から光素子までの高さを所定の高さとする方の電極ランドに対応するメタルマスク開口部を、所定の面積とする。そして、回路基板３００から光素子までの高さを所定の高さよりも高くする方の電極ランドに対応するメタルマスク開口部は、所定の面積よりも大きい面積にする。

メタルマスク開口部８０３（大）は、１．６ｍｍ×１．２ｍｍの面積１．９２ｍｍ^２とし、メタルマスク開口部８０２（中）は、０．８ｍｍ×０．４ｍｍの面積０．３２ｍｍ^２とする。更に、メタルマスク開口部８０１（小）は、０．４ｍｍ×０．４ｍｍの面積０．１６ｍｍ^２とする。そして、メタルマスク開口部８０３（大）とメタルマスク開口部８０１（小）の図６（Ｃ）における上下位置は、開口部中の半田塗布における電極ランド間の半田ブリッジを防ぐため、０．４ｍｍだけ光素子の長手方向にずらす。尚、図６（Ｃ）に示すメタルマスクの開口部の位置は一例であり、複数の電極ランド間で半田ブリッジが発生しないような位置であればよい。即ち、複数の電極ランド間で半田ブリッジが発生しないように、メタルマスクの開口部の位置を長手方向や短手方向にずらしたり、所定角度回転させて長手方向や短手方向に対してある角度を持たせて傾けて配置したりしてもよい。その後、図６（Ｄ）で示す様に、メタルマスク開口部から回路基板３００上に半田９０１、９０２、９０３を塗布し、塗布された半田９０１、９０２、９０３上に光素子をマウントする。次に図６（Ｅ）で示す様に、光素子がマウントされた回路基板３００をリフロー炉で加熱処理し、半田９０１、９０２、９０３を溶かす。

また、本実施例では、電極ランドとメタルマスク開口部は三つとして説明したが、複数個設けても良い。電極ランドとメタルマスク開口部の個数を自由に変化させることにより、光素子の種類に応じて、また、傾ける角度に応じて光素子を実装することができる。このように本実施例の実装方法により、画像濃度検知器２００は、安定した光量の角度範囲で光素子を活用でき、画像調整の性能を向上することができる。

以上、本実施例によれば、電子部品を良好な角度で回路基板に実装することができる。

［その他の実施例］
・上述した実施例では、光素子が実装される回路基板を有する構成として、画像濃度検知器を例として説明した。しかし、例えば、カセット２２０から排紙部に至るまでの記録紙２２１の搬送経路上で記録紙２２１の有無を検知するセンサ等の、光素子とアパーチャー３１２を有する検知手段に、上述した実施例の実装方法や光素子が実装された回路基板を適用してもよい。尚、搬送経路上に設けられた検知手段の検知結果は、記録紙２２１の搬送速度の制御や紙詰まりの検出、カセット内の記録紙２２１の有無、排紙部における記録
紙２２１の積載状況の検出等、画像形成動作に関する制御に用いられる。
・上述した実施例では、画像濃度検知器を有する画像形成装置として、図１に示す様な構成の画像形成装置を説明した。しかし、上述した実施例の電子部品の実装方法や回路基板を備える画像形成装置であれば、図１に示す画像形成装置に限定されない。
以上、その他の実施例においても、電子部品を良好な角度で回路基板に実装することができる。

更に、上述した実施例の実装方法は、光素子に限らず回路基板に実装される他の電子部品を実装する際にも適用できる。近年、装置の小型化により回路基板が小さくなっており、電子部品同士の干渉や、電子部品と装置の外装部との干渉、電子部品と配線との干渉等が生じやすくなっている。このような干渉を避けるために、電子部品を所定の角度を持たせて回路基板に実装したい場合がある。このような場合に、上述した実施例の電子部品の実装方法や回路基板を用いることにより、電子部品を良好な角度で回路基板に実装することができ、電子部品同士等の干渉を避けることができる。

３００ 回路基板
３０１ ＬＥＤ
３０２ 正反射Ｐｔｒ
３０３ 乱反射Ｐｔｒ
３０４、３０５、３０６ 半田
３０７、３０８、３０９ 電極ランド
３１０、３１１、３１３ メタルマスク開口部

本発明は、回路基板、光学センサ、画像形成装置及び実装方法に関し、特に発光素子、受光素子を含む画像濃度検知器の実装方法に関する。

（１）発光素子と受光素子がリフロー炉によって加熱処理されたことにより半田付けされて接続された回路基板において、前記発光素子が前記回路基板に半田付けされた第一の電極部と第二の電極部と、前記受光素子が前記回路基板に半田付けされた第三の電極部と第四の電極部と、を備え、前記回路基板において、前記発光素子と前記受光素子が並んで配置されており、前記第一の電極部と前記第二の電極部は隣り合って配置され、前記第三の電極部と前記第四の電極部は隣り合って配置され、前記第二の電極部と前記第三の電極部は隣り合って配置されており、前記回路基板の前記第一の電極部と前記発光素子が半田付けされている半田の高さは、前記回路基板の前記第二の電極部と前記発光素子が半田付けされている半田の高さよりも高く、前記回路基板の前記第四の電極部と前記受光素子が半田付けされている半田の高さは、前記回路基板の前記第三の電極部と前記受光素子が半田付けされている半田の高さよりも高いことを特徴とする回路基板。
（２）画像形成装置に搭載されており、発光素子と受光素子がリフロー炉によって加熱処理されたことにより半田付けされて接続された回路基板を有する光学センサにおいて、前記発光素子が前記回路基板に半田付けされた第一の電極部と第二の電極部と、前記受光素子が前記回路基板に半田付けされた第三の電極部と第四の電極部と、を備え、前記回路基板において、前記発光素子と前記受光素子が並んで配置されており、前記第一の電極部と前記第二の電極部は隣り合って配置され、前記第三の電極部と前記第四の電極部は隣り合って配置され、前記第二の電極部と前記第三の電極部は隣り合って配置されており、前記回路基板の前記第一の電極部と前記発光素子が半田付けされている半田の高さは、前記回路基板の前記第二の電極部と前記発光素子が半田付けされている半田の高さよりも高く、前記回路基板の前記第四の電極部と前記受光素子が半田付けされている半田の高さは、前記回路基板の前記第三の電極部と前記受光素子が半田付けされている半田の高さよりも高いことを特徴とする光学センサ。
（３）画像を形成するための画像形成手段と、前記画像形成手段により形成した画像を担持する像担持体と、前記像担持体の前記画像に光を照射し、前記画像からの反射光を検知する光学センサと、を備え、前記光学センサは、発光素子と受光素子がリフロー炉によって加熱処理されたことにより半田付けされて接続された回路基板を有する光学センサであって、前記発光素子が前記回路基板に半田付けされた第一の電極部と第二の電極部と、前記受光素子が前記回路基板に半田付けされた第三の電極部と第四の電極部と、を備え、前記回路基板において、前記発光素子と前記受光素子が並んで配置されており、前記第一の電極部と前記第二の電極部は隣り合って配置され、前記第三の電極部と前記第四の電極部は隣り合って配置され、前記第二の電極部と前記第三の電極部は隣り合って配置されており、前記回路基板の前記第一の電極部と前記発光素子が半田付けされている半田の高さは、前記回路基板の前記第二の電極部と前記発光素子が半田付けされている半田の高さよりも高く、前記回路基板の前記第四の電極部と前記受光素子が半田付けされている半田の高さは、前記回路基板の前記第三の電極部と前記受光素子が半田付けされている半田の高さよりも高い光学センサであることを特徴とする画像形成装置。

Claims (17)

1. 回路基板の電極ランドにメタルマスクの開口部を介して半田を塗布し、塗布された半田に電子部品の電極を搭載して半田を溶融させることにより、前記電子部品を前記回路基板に実装する電子部品の実装方法であって、
   前記電子部品の一の電極に対応する電極ランドを複数に分割し、
   前記複数の電極ランドの各々に対応する前記メタルマスクの複数の開口部の面積を異ならせることにより、塗布される半田の量を調整させ、前記電子部品を傾いた状態で前記回路基板に実装することを特徴とする電子部品の実装方法。
2. 前記メタルマスクの開口部の面積が大きいほど、前記電極ランドに塗布される半田の量が多くなることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装方法。
3. 前記複数の電極ランドの各々に対応する前記メタルマスクの複数の開口部の面積を、一方の端部に位置する開口部から他方の端部に位置する開口部に向かって徐々に大きくすることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品の実装方法。
4. 前記複数の電極ランドの各々に対応する前記メタルマスクの複数の開口部のうち、一方の端部に位置する開口部の面積と、他方の端部に位置する開口部の面積との差が大きいほど、実装される前記電子部品の傾きが急になることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子部品の実装方法。
5. 前記メタルマスクの複数の開口部の面積を等しくすることにより、塗布される半田の量を等しくし、前記電子部品を水平な状態で前記回路基板に実装することを特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装方法。
6. 前記メタルマスクの開口部の面積は、前記メタルマスクの開口部に対応する電極ランドの面積以下の面積であることを特徴とする請求項５に記載の電子部品の実装方法。
7. 電極ランドにメタルマスクの開口部を介して半田が塗布され、塗布された半田に電子部品の電極を搭載して半田を溶融させることにより、前記電子部品が実装される回路基板であって、
   前記電子部品の一の電極に対応する複数に分割された電極ランドを備え、
   前記複数の電極ランドの各々に対応する前記メタルマスクの複数の開口部の面積を異ならせることにより、塗布される半田の量を調整し、傾いた状態で前記電子部品が実装されることを特徴とする回路基板。
8. 前記メタルマスクの開口部の面積が大きいほど、前記電極ランドに塗布される半田の量が多くなることを特徴とする請求項７に記載の回路基板。
9. 前記複数の電極ランドの各々に対応する前記メタルマスクの複数の開口部の面積を、一方の端部に位置する開口部から他方の端部に位置する開口部に向かって徐々に大きくすることを特徴とする請求項７又は８に記載の回路基板。
10. 前記複数の電極ランドの各々に対応する前記メタルマスクの複数の開口部のうち、一方の端部に位置する開口部の面積と、他方の端部に位置する開口部の面積との差が大きいほど、実装される前記電子部品の傾きが急になることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の回路基板。
11. 前記メタルマスクの複数の開口部の面積を等しくすることにより、塗布される半田の量
    を等しくし、水平な状態で前記電子部品が実装されることを特徴とする請求項７に記載の回路基板。
12. 前記メタルマスクの開口部の面積は、前記メタルマスクの開口部に対応する電極ランドの面積以下の面積であることを特徴とする請求項１１に記載の回路基板。
13. 像担持体にトナー画像を形成する画像形成手段と、
    前記画像形成手段により形成されたトナー画像を中間転写体に転写する転写手段と、
    前記転写手段により転写されたトナー画像を検知する検知手段と、
    を備え、前記検知手段による検知結果に基づき、前記画像形成手段による画像形成動作を制御する画像形成装置であって、
    前記検知手段は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電子部品の実装方法により電子部品が実装された回路基板を有し、
    前記電子部品は、前記トナー画像又は前記中間転写体に光を出射する発光素子及び前記発光素子により出射された光を受光する受光素子であることを特徴とする画像形成装置。
14. 像担持体にトナー画像を形成する画像形成手段と、
    前記画像形成手段により形成されたトナー画像を中間転写体に転写する転写手段と、
    前記転写手段により転写されたトナー画像を検知する検知手段と、
    を備え、前記検知手段による検知結果に基づき、前記画像形成手段による画像形成動作を制御する画像形成装置であって、
    前記検知手段は、請求項７乃至１２のいずれか１項に記載の回路基板を有し、
    前記電子部品は、前記トナー画像又は前記中間転写体に光を出射する発光素子及び前記発光素子により出射された光を受光する受光素子であることを特徴とする画像形成装置。
15. 記録材に画像形成を行う画像形成手段と、
    記録材の有無を検知する検知手段と、
    を備え、前記検知手段による検知結果に基づき、前記画像形成手段による画像形成動作に関する制御を行う画像形成装置であって、
    前記検知手段は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電子部品の実装方法により電子部品が実装された回路基板を有し、
    前記電子部品は、光を出射する発光素子及び前記発光素子により出射された光を受光する受光素子であることを特徴とする画像形成装置。
16. 記録材に画像形成を行う画像形成手段と、
    記録材の有無を検知する検知手段と、
    を備え、前記検知手段による検知結果に基づき、前記画像形成手段による画像形成動作に関する制御を行う画像形成装置であって、
    前記検知手段は、請求項７乃至１２のいずれか１項に記載の回路基板を有し、
    前記電子部品は、光を出射する発光素子及び前記発光素子により出射された光を受光する受光素子であることを特徴とする画像形成装置。
17. 前記検知手段は、前記回路基板を覆う蓋を有し、
    前記蓋には、前記回路基板に直交する方向から所定角度傾いた位置に前記光が通過する開口が設けられていることを特徴とする請求項１３乃至１６のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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