JP5265395B2 - Image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はカラー電子写真装置、カラーレーザビームプリンタ、カラー印刷装置等の多色画像形成装置、特に、そのベルト基準位置検出用光学的センサに関する。 The present invention relates to a multicolor image forming apparatus such as a color electrophotographic apparatus, a color laser beam printer, and a color printing apparatus, and more particularly to an optical sensor for detecting the belt reference position.
図13は従来のベルト基準位置検出用光学的センサを含む多色画像形成装置を示す(参照:特許文献1)。図13においては、4連ドラム式カラーレーザビームプリンタが示されている。 FIG. 13 shows a conventional multicolor image forming apparatus including an optical sensor for detecting a belt reference position (see Patent Document 1). In FIG. 13, a four-drum color laser beam printer is shown.
図13においては、4つの色画像形成部、つまり、マゼンタ画像形成部1、シアン画像形成部2、イエロ画像形成部3及び黒画像形成部4が設けられている。
In FIG. 13, four color image forming units, that is, a magenta
各色画像形成部1、2、3、4は、レーザ発振器、ポリゴンミラー、反射ミラー等を有するオン/オフ光信号発生部11、21、31、41、感光ドラム12、22、32、42、帯電器13、23、33、43、現像器14、24、34、44、転写器15、25、35、45、クリーナ16、26、36、46によって構成される。
Each color
他方、感光ドラム12、22、32、42と転写器15、25、35、45との間には、転写部材たとえば紙を搬送すると共にトナーを担持する転写ベルト5が設けられている。転写ベルト5は駆動ローラ6によって矢印方向に駆動される。尚、感光ドラム12、22、32、42は転写ベルト5上に等間隔に設けられている。
On the other hand, between the
たとえば、マゼンタ画像転写は、次のごとく、マゼンタ画像形成部1によって行われる。まず、感光ドラム12の表面が帯電器13によって均一に帯電される。次に、オン/オフ光信号発生部11のオン/オフ光信号で感光ドラム12の表面上をその回転軸方向に沿って走査し、この結果、感光ドラム12の表面にマゼンタ画像の静電潜像が形成される。次に、現像器14によってマゼンタトナーが感光ドラム12の表面上の静電潜像に付着し、マゼンタトナーパターンが形成される。シアントナーパターン、イエロトナーパターン及び黒トナーパターンも、同様に、シアン画像形成部2、イエロ画像形成部3及び黒画像形成部4によって形成される。
For example, the magenta image transfer is performed by the magenta
上述のマゼンタトナーパターン、シアントナーパターン、イエロトナーパターン及び黒トナーパターンは、順次、転写器15、25、35及び45によって転写部材たとえば紙に転写される。最後に、図示しない定着器によってマゼンタトナーパターン、シアントナーパターン、イエロトナーパターン及び黒トナーパターンは熱圧着される。
The magenta toner pattern, the cyan toner pattern, the yellow toner pattern, and the black toner pattern are sequentially transferred onto a transfer member such as paper by the
図13の従来の多色画像形成装置においては、転写ベルト5の速度が異なるフルカラープリントモード、単色カラープリントモードあるいは白黒プリントモードの切替に応じて転写ベルト5の基準位置検出の必要があり、このため、転写ベルト5の所定位置にその基準位置検出用のパッチパターン7が予め印刷されている。
In the conventional multicolor image forming apparatus of FIG. 13, it is necessary to detect the reference position of the
転写ベルト5は黒色であり、そのオプティカルデンシティ(OD)値はたとえば1.0〜1.2程度である。他方、パッチパターン7は白インクであり、そのOD値はたとえば0.05〜0.2程度である。このような光沢の差、つまり転写ベルト5の光反射量とパッチパターン7の光反射量との差は反射型の光学的センサ8によって検出され、CPUを含む制御回路9は光学的センサ8のセンサ出力VSに応じて色画像形成部1、2、3、4を制御する。
The
図14は図13のパッチパターン7及び光学的センサ8の位置関係を示す斜視図である。
FIG. 14 is a perspective view showing the positional relationship between the
図14に示すように、光学的センサ8は転写ベルト5の進行方向つまりパッチパターン7の進行方向にほぼ円形状の照射パターンIRを直角に発光し、転写ベルト5及びパッチパターン7からの反射光を受光する。パッチパターン7は照射パターンIRの直径より長い直線状の被検出開始端7aを有する。
As shown in FIG. 14, the
図15は図13の光学的センサ8を示す正面図、上面図及び側面図である。
FIG. 15 is a front view, a top view, and a side view showing the
図15に示すように、光学的センサ8は、発光素子81a及び円形レンズ81bよりなる発光部81と、集光レンズ82a及び受光素子82bよりなる受光部82とによって構成され、発光部81及び受光部82は検出面Sに対して等角の傾きとなるように回路基板83と共に支持体ケース84に組込まれている。
As shown in FIG. 15, the
発光部81の光軸81c及び受光部82の光軸82cを含む面は転写ベルト5の進行方向つまりパッチパターン7の進行方向に対する直交軸85を含み、かつパッチパターン7の進行方向に対して垂直となっている。
The surface including the
また、検出面Sの距離変動と発光部81及び受光部82の互いの光軸のずれに対する許容度を確保するために、発光部81に対して受光部82の配光が広くなるように設定されている。
In addition, in order to ensure the tolerance for the distance variation of the detection surface S and the deviation of the optical axes of the
受光部82の分光感度及び製造コストの点から、発光部81の発光素子81aはたとえば600nm〜1000nmの赤色あるいは赤外の発光ダイオード(LED)素子より構成されている。
From the viewpoint of spectral sensitivity and manufacturing cost of the
他方、受光部82の集光レンズ82aはLED素子の発光波長以下の短波長領域をカットするフィルタ機能を有して検出比を改善するように構成されている。また、受光部82の受光素子82bはレスポンスが良好かつ低製造コストのシリコンよりなるフォトトランジスタあるいはフォトダイオードによって構成され、LED素子の駆動波形と同期して検出する方式を採用してパルス性の外乱光に対してノイズマージンを確保するように構成することもできる。
On the other hand, the condensing lens 82a of the
図16に示すごとく、光学的センサ8の発光部81が転写ベルト5の検出面S1に入射光Iを照射パターンIRで照射すると、光学的センサ8の受光部82は弱い反射光R1を受光する。他方、図17に示すごとく、光学的センサ8の発光部81がパッチパターン7の検出面S2に入射光Iを照射パターンIRで照射すると、光学的センサ8の受光部82は強い反射光R2を受光する。図18に示すごとく、紙粉、トナー等でパッチパターン7が汚染しても、光学的センサ8のセンサ出力VSの増感領域の重心点に変化ない。従って、初期状態あるいは汚染状態の検出位置P1、P2あるいはP1’、P2’を、一定のしきい値THを超えた間の重心点検出により行うことにより、パッチパターン7の汚染による検出比の低下を少なくできる。尚、上述の重心点検出は制御回路9たとえばソフトウェア(プログラム)により行うことができる。
As shown in FIG. 16, when the
しかしながら、図15に示す従来の光学的センサ8においては、重心点検出を必要とするので、処理が複雑となるという課題があった。
However, the conventional
また、処理を単純化するために、パッチパターン7の検出をセンサ出力VSの立上りタイミングのみで行うと、パッチパターン7の汚染状態では、図19に示すごとく、検出位置P1がP1’と大きくずれてしまい、この結果、パッチパターン7の位置検出精度が低下するという課題もあった。
Further, if the detection of the
さらに、図15に示す従来の光学的センサ8においては、発光部81の光軸81c及び受光部82の光軸82cを含む面がパッチパターン7の進行方向に対して垂直となっているので、検出比の変動が大きく、従って、安定性が低い。すなわち、検出比は、発光部81の初期の放射出力、受光部82の感度、紙粉、トナー等によるパッチパターン7の汚染等に伴うセンサ出力VSの低下に対してマージンの確保を見込んで設定されるが、光学的センサ8の場合、設置誤差による検出比の変動が大きく、従って、安定性が低い。この結果、検出比のマージンを確保するためには、センサの高い取付精度が要求される。また、上述の重心点検出のしきい値THに対してセンサ出力VSの合わせ込みも、検出比のマージンに充分に余裕がないと、発光部81の出力及び受光部82の感度のばらつきを小さくする必要があると共に、発光部81及び受光部82の支持体ケース84への組込み精度も要求される。このような理由で、製造コストが高いという課題もあった。
Further, in the conventional
上述の課題を解決するために、パッチパターンが形成されたベルトと、ベルト上のパッチパターンを位置検出するためのベルト基準位置検出用光学的センサとを具備する画像形成装置において、ベルト基準位置検出用光学的センサが、パッチパターンの進行方向に直交するほぼ長円形状の照射パターンを発光する発光部と、照射パターンのベルト及びパッチパターンからの反射光を受光する受光部とを具備し、発光部が、発光素子と、発光素子の光を通過させる楕円レンズとを具備し、パッチパターンが照射パターンの長円形状の長円方向長さより長い被検出開始端を有し、発光部の光軸及び受光部の光軸を含む面がパッチパターンの進行方向の上流側に所定の傾斜角で傾いて照射パターンの長円形状の短径方向の片側が凸円弧形状となり、パッチパターンの被検出開始端が凸円弧形状に対応する凹円弧形状を有するものである。これにより、パッチパターンの検出を光学的センサのセンサ出力の立上りタイミングのみで可能となり、また、この場合、パッチパターンの汚染状態でも、パッチパターンの位置検出精度はほとんど低下しない。 In order to solve the above-mentioned problem, a belt reference position detection in an image forming apparatus comprising a belt on which a patch pattern is formed and a belt reference position detection optical sensor for detecting the position of the patch pattern on the belt. The optical sensor includes a light emitting unit that emits a substantially oval irradiation pattern orthogonal to the traveling direction of the patch pattern, and a light receiving unit that receives reflected light from the belt and patch pattern of the irradiation pattern. The light emitting element and an elliptical lens that allows the light of the light emitting element to pass therethrough, the patch pattern has a detection start end longer than the length of the oval shape of the irradiation pattern, and the optical axis of the light emitting part And the surface including the optical axis of the light receiving part is inclined at a predetermined inclination angle upstream of the traveling direction of the patch pattern, and one side of the elliptical shape of the irradiation pattern has a convex arc shape, The detection start end of Tchipatan is one having a recessed circular shape corresponding to the convex arc shape. As a result, the patch pattern can be detected only at the rising timing of the sensor output of the optical sensor. In this case, the patch pattern position detection accuracy is hardly lowered even in a contaminated state of the patch pattern.
本発明によれば、重心点演算を行わず、センサ出力の立上りタイミングのみで行うことができるので、演算を単純化できる。また、検出比の安定性が高くなるので、検出比のマージンが高くなり、従って、センサの高い取付け精度及び発光部及び受光部の支持体ケースへの高い組込み精度が不要となり、この結果、製造コストを低減できる。 According to the present invention, the calculation of the center of gravity can be performed only at the rising timing of the sensor output without performing the centroid calculation. In addition, the stability of the detection ratio is increased, so that the margin of the detection ratio is increased. Therefore, the high mounting accuracy of the sensor and the high mounting accuracy of the light emitting unit and the light receiving unit in the support case are not required. Cost can be reduced.
図1は本発明に係るベルト基準位置検出用光学的センサの実施の形態を含む多色画像形成装置の実施の形態を示す図である。図1においては、図13のパッチパターン7及び光学的センサ8に代えてパッチパターン7’及び光学的センサ8’を設けてある。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a multicolor image forming apparatus including an embodiment of an optical sensor for detecting a belt reference position according to the present invention. In FIG. 1, a patch pattern 7 'and an optical sensor 8' are provided in place of the
図2は図1のパッチパターン7’及び光学的センサ8’の位置関係を示す斜視図である。 FIG. 2 is a perspective view showing the positional relationship between the patch pattern 7 'and the optical sensor 8' shown in FIG.
図2に示すように、パッチパターン7’の移動量に対するセンサ検知出力変化(検知出力感度という)を上げ、パッチパターン7’の濃度変化、光学的センサ8’の発光部の出力変化に対する検出位置の変動を抑えるために、光学的センサ8’の照射パターンIR’は転写ベルト5の進行方向に対する幅をパッチパターン7’の幅より小さくし、かつ転写ベルト5の進行方向つまりパッチパターン7’の進行方向に直交するほぼ長円形状をなしている。尚、照射パターンIR’は位置検出精度を考えた場合、十分細いビーム状が好ましいが、後述の安価な封止樹脂タイプのLED素子を用いた場合、LED素子自体のサイズと照射パターンを考えた場合、ビーム径をレンズ径以下に絞ることは実質的に不可能である。また、パッチパターン7’の印刷部の厚みによるエッジの散乱の影響によりパッチパターン7’の検出精度の低下を回避するために、光学的センサ8’はパッチパターン7’の進行方向の上流側に傾斜角θで傾いている。そして、光学的センサ8’は転写ベルト5及びパッチパターン7’からの反射光を受光する。
As shown in FIG. 2, the sensor detection output change (referred to as detection output sensitivity) with respect to the movement amount of the
後述のごとく、発光素子81’aのLED素子の位置を偏心させることにより、照射パターンIR’は、実際には、長円形状の短径方向の片側に凸円弧形状の偏りを有する。従って、パッチパターン7’はこの凹円弧形状に対応する凸円弧形状の被検出開始端7’aを有し、検出精度を高めている。 As described later, by decentering the position of the LED element of the light emitting element 81'a, the irradiation pattern IR 'actually has a convex arc-shaped bias on one side in the minor axis direction of the ellipse. Therefore, the patch pattern 7 'has a detected start end 7'a having a convex arc shape corresponding to the concave arc shape, thereby improving the detection accuracy.
図3は図2の光学的センサ8’を示す正面図、上面図及び側面図である。 3 is a front view, a top view, and a side view showing the optical sensor 8 'of FIG.
図3に示すように、光学的センサ8’は、発光素子81’a及び楕円レンズ81’bよりなる発光部81’と、集光レンズ82’a及び受光素子82’bよりなる受光部82’とによって構成され、発光部81’及び受光部82’は検出面Sに対して等角の傾きとなるように回路基板83’と共に支持体ケース84’に組込まれている。
As shown in FIG. 3, the
発光部81’の光軸81’c及び受光部82’の光軸82’cを含む面はつまりパッチパターン7’の進行方向の上流側で所定の傾斜角θで傾いている。
The surface including the optical axis 81'c of the
また、検出面Sの距離変動と発光部81’及び受光部82’の互いの光軸のずれに対する許容度を確保するために、発光部81’に対して受光部82’の配光が広くなるように設定されている。
Further, in order to ensure the tolerance for the distance variation of the detection surface S and the deviation of the optical axes of the
図4は図3の発光部81’を示す底面図、正面図及び側面図である。
FIG. 4 is a bottom view, a front view, and a side view showing the
図4に示すように、発光素子81’a及び楕円レンズ81’bを封止樹脂一体型長円レンズを形成した赤色もしくは赤外の発光ダイオード(LED)で構成する。このとき、転写ベルト5の進行方向に沿う照射パターンの短径方向の片側に偏りを発生させるために、LED素子を楕円レンズ81’bの短径軸中心からオフセットさせる。これにより、図5に示す配光パターンでの放射強度の偏り側のサイドローブの発生を抑制でき、この結果、図6に示すごとく、照射パターンIR’は転写ベルト5の進行方向に沿う短径上の片側に偏りを有する分布をなす。このように、照射パターンIR’はサイドローブの影響を受けないので、検出精度を向上できる。
As shown in FIG. 4, the light emitting element 81'a and the elliptical lens 81'b are configured by red or infrared light emitting diodes (LEDs) formed with a sealing resin-integrated oval lens. At this time, the LED element is offset from the center of the minor axis of the
尚、図4に示すごとく、LED素子を楕円レンズ81’bの短径軸中心からオフセットさせる代りに、図7に示すごとく、楕円レンズ81’b(樹脂)の周囲つまりサイドローブ発生方向にしゃへい枠81cを設けてもサイドローブの発生を抑制できる。
As shown in FIG. 4, instead of offsetting the LED element from the center of the minor axis of the
また、図4においては、楕円レンズ81’bの代りに、トーリック面形状レンズを用いてもよい。さらに、円形レンズに、しゃへい窓、印刷等による転写ベルト5の進行方向での光線広がりを抑制するマスク機能を付加してもよい。
In FIG. 4, a toric surface lens may be used instead of the elliptical lens 81'b. Furthermore, a mask function for suppressing the light beam spread in the traveling direction of the
図8に示すごとく、光学的センサ8’の発光部81’が転写ベルト5の検出面S1に入射光Iを照射パターンIR’で照射すると、正反射光R1は光学的センサ8’の受光部82’に受光されない。他方、図9に示すごとく、光学的センサ8’の発光部81’がパッチパターン7の検出面S2に入射光Iを照射パターンIR’で照射すると、反射光R2の一部が光学的センサ8’の受光部82に受光される。
As shown in FIG. 8, when the
光学的センサ8’の検出精度を向上させるには、光学的センサ8’の傾斜角θを適切に設定して図8の光学的センサ8’の受光部82’の受光量と図9の光学的センサ8’の受光部82’の受光量との比(以下、検出比)を大きくすればよい。
In order to improve the detection accuracy of the
図10は光学的センサ8’の傾斜角θの設定を説明する図である。すなわち、光学的センサ8’の光線の広がり角を2αとすれば、
β = π/2 - α + θ (1)
である。従って、図8において、正反射された反射光R1が光学的センサ8’の受光部82’によって受光されないためには、
β - π/2 > 0 (2)
である。式(1)、(2)から、
θ > α (3)
となる。
FIG. 10 is a diagram illustrating the setting of the inclination angle θ of the
β = π / 2-α + θ (1)
It is. Therefore, in FIG. 8, in order that the regularly reflected reflected light R1 is not received by the
β-π / 2> 0 (2)
It is. From equations (1) and (2)
θ> α (3)
It becomes.
尚、図10における角度αは指向特性の鋭さを示す一般的な代表値である半値角(光軸上の最大放射エネルギーから-3dB低下する傾き角度)と同義ではない。半値角を超えた角度範囲においても、光学的センサ8’の上述の検出比を確保できるからである。従って、図10の角度αは光軸上の最大放射エネルギー低下が少なくとも-5dB、好ましくは、-10dBである値に設定される。また、実際には、傾斜角θは、光学的センサ8’の発光部81’の支持体ケース84’への組込み時の光軸ずれ、光学的センサ8’の装置への設置時のずれ等に対するトレランスを見込んで設定される。さらに、光学的センサ8’の受光部82’の検知角度は発光部81’の光線の広がり角度2αより大きく設定され、発光部81’の光線の広がり角度2αに対応できるようにする。
Note that the angle α in FIG. 10 is not synonymous with a half-value angle (an inclination angle that decreases by −3 dB from the maximum radiant energy on the optical axis), which is a general representative value indicating the sharpness of directivity. This is because the above-described detection ratio of the optical sensor 8 'can be ensured even in an angle range exceeding the half-value angle. Therefore, the angle α in FIG. 10 is set to a value at which the maximum radiation energy drop on the optical axis is at least −5 dB, preferably −10 dB. In practice, the inclination angle θ is different from the optical axis when the
図11は光学的センサ8’の発光部81’の光線の広がり角度αがほぼ15°の場合に、光学的センサ8’の傾斜角θに対する光学的センサ8’の検出比を測定した結果を示すグラフである。この場合、図11に示すように、傾斜角θの最適値は20°〜30°であり、式(3)を満足していることが分る。
FIG. 11 shows the result of measuring the detection ratio of the
図12は本発明に係るパッチパターン7’の位置検出精度を説明するためのグラフである。 FIG. 12 is a graph for explaining the position detection accuracy of the patch pattern 7 'according to the present invention.
図12に示すように、パッチパターン7’の汚染状態でも、検出位置P1はP1’にずれるが、図19の示した従来に比較してずれ量は小さく、従って、パッチパターン7’の位置検出精度の低下は小さい。
As shown in FIG. 12, even if the
尚、上述の実施の形態においては、照射パターンIR’をほぼ長円形状にすると共に、光学的センサ8’をパッチパターン7’の進行方向の上流側に傾斜角θで傾けているが、照射パターンIR’をほぼ長円形状にするだけでも、上述の位置検出精度は劣るが期待できる。
In the above-described embodiment, the irradiation pattern IR ′ has a substantially oval shape, and the
1:マゼンタ画像形成部
2:シアン画像形成部
3:イエロ画像形成部
4:黒画像形成部
5:転写ベルト
6:駆動ローラ
7,7’:パッチパターン
7a,7’a:被検出開始端
8,8’:光学的センサ
9:制御回路
10:転写ベルトクリーナブレード
11:位置検出用色画像パターン後縁検出回路
81、81’:発光部
81a、81’a:発光素子
81b:円形レンズ
81’b:楕円レンズ
82、82’:受光部
82a、82’a:集光レンズ
82b、82’b:受光素子
IR、IR’:照射パターン
θ:傾斜角
1: magenta image forming unit 2: cyan image forming unit 3: yellow image forming unit 4: black image forming unit 5: transfer belt 6: drive
IR, IR ': Irradiation pattern θ: Inclination angle
Claims (2)
該ベルト上のパッチパターンを位置検出するためのベルト基準位置検出用光学的センサと
を具備する画像形成装置において、
前記ベルト基準位置検出用光学的センサが、
前記パッチパターンの進行方向に直交するほぼ長円形状の照射パターンを発光する発光部と、
該照射パターンの前記ベルト及び前記パッチパターンからの反射光を受光する受光部と
を具備し、
前記発光部が、
発光素子と、
該発光素子の光を通過させる楕円レンズと
を具備し、
前記パッチパターンが前記照射パターンの長円形状の長円方向長さより長い被検出開始端を有し、
前記発光部の光軸及び前記受光部の光軸を含む面が前記パッチパターンの進行方向の上流側に所定の傾斜角で傾いて前記照射パターンの長円形状の短径方向の片側が凸円弧形状となり、前記パッチパターンの被検出開始端が前記凸円弧形状に対応する凹円弧形状を有することを特徴とする画像形成装置。 A belt on which a patch pattern is formed;
An optical sensor for detecting a belt reference position for detecting a position of a patch pattern on the belt;
In an image forming apparatus comprising:
The belt reference position detecting optical sensor comprises:
A light emitting unit that emits a substantially oval-shaped irradiation pattern orthogonal to the traveling direction of the patch pattern;
A light receiving portion for receiving reflected light from the belt and the patch pattern of the irradiation pattern;
Comprising
The light emitting unit is
A light emitting element;
An elliptic lens that allows the light of the light emitting element to pass through;
Comprising
The patch pattern has a detection start end longer than the elliptical length of the oval shape of the irradiation pattern;
The surface including the optical axis of the light emitting unit and the optical axis of the light receiving unit is inclined at a predetermined inclination angle upstream of the traveling direction of the patch pattern, and one side of the oval shape in the minor axis direction of the irradiation pattern is a convex arc An image forming apparatus, wherein the detected start end of the patch pattern has a concave arc shape corresponding to the convex arc shape.
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