JP5448077B2 - 光学センサおよび画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学センサおよび画像形成装置に関するものである。

従来、電源が投入された直後であるという条件や、プリントアウト枚数の累積が所定枚数に達したという条件などの所定の条件に基づいて、プロセスコントロールなどの画質調整制御を実施する画像形成装置が知られている。この画質調整制御は、例えば、まず、光学センサの発光素子から発した光を被検知対象面であり像担持体である中間転写ベルト表面地肌部（トナーが付着していない部分）で反射させ、その反射光を光学センサの受光素子で受光し反射光に応じた出力信号（電圧）を出力する。次に、予め定められた形状の基準トナー像を感光体の表面に形成し、その基準トナー像を中間転写ベルト上に転写して、発光素子から発した光を被検知対象としての基準トナー像で反射させ、その反射光を受光素子で受光し反射光に応じた出力信号を出力する。そして、中間転写ベルト表面地肌部における上記出力信号を基準値として、この基準値と基準トナー像における上記出力信号とを比較して基準トナー像の単位面積あたりにおけるトナー付着量を把握する。このようにして把握したトナー付着量に基づいてトナー付着量が所望のものとなるように、感光体の一様帯電電位、現像バイアス、感光体に対する光書込強度及び現像剤のトナー濃度の制御目標値などといった作像条件を調整する。
このような画質調整制御により、長期に渡って安定した画像濃度のプリントアウトを行うことが可能になる。

上記光学センサとして、基板に表面実装される面実装型の発光素子および受光素子を用いた光学センサも知られている（例えば、特許文献１）。この面実装型の発光素子および受光素子を用いた光学センサは、発光素子から基板と平行に出射された光が、中間転写ベルトに照射され、基板と平行に反射した光を受光素子で検知している。

上記光学センサは、被検知対象物たる中間転写ベルトに照射した光が正反射したときの正反射光を検出する正反射受光素子を備えている。光学センサの正反射受光素子は、中間転写ベルトの光沢度変化などにより経時使用で出力値が低下する。このため、例えば、画質調整制御を実施する前などに、中間転写ベルトに光を照射したときの正反射受光素子の出力値が所定値となるよう、発光素子に入力する入力電流を上げて、発光素子の光量を多くする校正処理を施している。発光素子に入力する入力電流を上げすぎると、発光素子が破損したりするので、入力電流には上限値が設定されている。そして、発光素子への入力電流が、上限値を超えた場合は、中間転写ベルトなどの交換が行われる。

また、光学センサの正反射受光素子の出力は、光学センサの装置への取り付け位置のばらつきにより、初期的にも低下して所定の出力値が得られない場合がある。以下に、具体的に説明する。

中間転写ベルトなどのベルト部材上の基準トナー像を検知する場合、被検知対象物たるベルト部材の波打ちにより精度のよい検知ができないため、ベルト部材の帳架ローラに巻き付いた部分に光学センサを対向配置する。このため、ベルト部材の曲面に光学センサの光を照射することになる。また、ドラム状の感光体表面の基準トナー像を検知する場合も、曲面に光学センサの光を照射することになる。このように、被検知対象物の曲面に光学センサの光を照射する場合、被検知対象物の表面移動方向における光学センサの装置への取り付け位置のばらつきが、正反射受光素子の出力低下につながる。

図２５は、被検知対象物２００の表面移動方向における光学センサ６９の装置への取り付け位置のばらつきによる正反射受光素子の出力低下について説明する図である。
図中実線に示すように、被検知対象物２００の曲面に光を照射する場合は、軸方向から見たとき、被検知対象物２００の光が照射される照射点Ｄ１に接する接線に対して光軸が直角となるよう、取り付け角度が決められ取り付けられる。しかし、図中点線に示すように、光学センサ６９の取り付け位置がずれると、被検知対象物２００の照射点の位置が点Ｄ２に変わり、照射点Ｄ２に接する接線に対して光軸が直角でなくなってしまう。その結果、正反射受光素子の受光面の中央からずれた位置に正反射光が入射し、正反射受光素子に入射する光量が減少し、出力値が低下するのである。

このように、光学センサ６９の装置への取り付け位置のばらつきによる正反射受光素子の出力が低下した場合も、発光素子の光量を上げることで、正反射受光素子の出力値が、所定値となるように製品出荷前などに初期校正している。しかし、この出荷前の初期校正で、光学素子の光量が多くなると、短期間で光学素子への入力電流が上限値となってしまう。よって、光学センサの装置への取り付け位置のばらつきをなるべく抑えて、使用初期時における発光素子への入力電流を極力抑えることが重要である。

上述した発光素子および受光素子として面実装型の素子を用いた光学センサの場合は、基板の発光素子および受光素子が表面実装された実装面と反対側の面を位置決め基準面としている。そして、光学センサ取り付け部材にこの基準面を密着させて光学センサ取り付け部材に取り付けることによって、光学センサの装置へに取り付け位置のばらつきを抑えていた。

しかし、装置本体に光学センサを精度良く取り付けても、光学センサ自身の部品のばらつきによって、照射位置がずれてしまうことがあり、正反射受光素子の出力値が低下する場合があった。正反射受光素子の出力値を低下させる光学センサ自身の部品のばらつきとしては、基板に表面実装される発光素子や受光素子の取り付けのばらつきや、基板の厚みのばらつきがある。光学センサ自身の部品のばらつきによる正反射受光素子の出力低下は、光学センサの検査工程において、発光素子や受光素子の取り付けのばらつきや、基板の厚みのばらつきなどを検査し、検査工程において、検査をパスした光学センサを装置本体に取り付けることで、ある程度抑えられる。しかし、発光素子の基板に対する取り付け誤差、受光素子の基板に対する取り付け誤差、基板の厚み誤差の全てが公差範囲内にあるものしか、装置に取り付けられないため、歩留まりが低く、製造コストが嵩む要因となっていた。

特許文献２には、光学センサを移動させる移動手段を設け、移動手段を用いて、光学センサの位置を調整する画像形成装置が記載されている。これにより、光学センサ自身の部品のばらつきによって、被検知対象物の面に対する光の入射角度や照射位置がずれても、移動手段を用いて、光学センサの位置を調整することで、被検知対象物の面に対する光の入射角度や照射位置のずれが修正され、正反射受光素子の出力値低下を抑制することができる。これにより、歩留まりを改善でき、製造コストを抑えることができる。

しかしながら、特許文献２に記載の画像形成装置においては、光学センサを移動させるためのモータなどの駆動装置を設ける必要があり、部品点数の増加や装置の大型化を招くおそれがあった。

本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、使用初期時における発光素子への入力電流を抑えつつ、部品点数の増加や装置の大型化を抑え、かつ、歩留まりを改善することができる光学センサおよび画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、基板に対して平行に出射された光が、被検知対象面に照射されるよう該基板に表面実装される発光素子と、上記基板に表面実装され、上記被検知対象物から正反射した正反射光を受光する正反射受光素子とを備えた光学センサにおいて、当該光学センサが取り付けられる装置の光学センサ取り付け部材に密着して、当該光学センサが取り付けられる装置に対して位置決めを行うための位置決め基準面を、上記基板の上記発光素子および受光素子が表面実装された実装面としたことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の光学センサにおいて、発光素子および受光素子以外の基板に実装される部品を実装面以外の面に実装したことを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、光を正反射させる表面を有する像担持体と、該像担持体上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、該トナー像形成手段により該像担持体上にトナーを付着させたときの該トナーの付着量を検出するための光学センサと、該光学センサの検出結果に基づいて画像濃度制御を行う画像濃度制御手段とを備えた画像形成装置において、上記光学センサとして、請求項１または２の光学センサを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項３の画像形成装置において、上記基板の実装面を上記光学センサ取り付け部材に密着させたとき、上記光学センサ取り付け部材の上記基板の実装面に実装されている部品と対向する部分が、実装面に実装されている部品と接触しないよう、上記実装面と当接する部分よりも凹ませたことを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項３または４の画像形成装置において、上記光学センサを、曲面に対向配置させたことを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項５の画像形成装置において、上記像担持体は、複数の帳架ローラに帳架されたベルト部材であって、上記光学センサを、上記ベルト部材の上記帳架ローラに巻き付いた部分に対向配置させたことを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項６の画像形成装置において、上記光学センサから出射される光の光軸の延長線上に、上記帳架ローラの回転中心がくるように、上記光学センサを上記光学センサ取り付け部材に取り付けたことを特徴とするものである。

本発明によれば、基板の光学素子および正反射受光素子が実装されている実装面を光学センサが取り付けられる装置に対する位置決めの基準面とし、この実装面が光学センサの取り付け部材に密着して取り付けられるよう構成したので、基板の厚みのばらつきがあっても、照射位置がずれることがない。以下、図１を用いて具体的に説明する。図１（ａ）は、基板３１４の実装面３１４ａと反対側の面を装置に対する位置決め基準面としてこの実装面３１４ａと反対側の面を光学センサ取り付け部材１４０に当接させて取り付けた従来の構成を示している。図１（ｂ）は、基板３１４の実装面３１４ａを装置に対する位置決めの基準面とし、この実装面３１４ａが光学センサ取り付け部材１４０に密着して取り付けられる本発明の構成を示している。図中Ｓは、基準照射位置Ｄに対する照射位置ずれの許容範囲である。
図１（ａ）に示す従来の構成の場合は、位置決めの基準である光学センサ取り付け部材１４０と基板３１４とが接する面から光軸までの距離Ｌ_１は、基板３１４の厚みｌ_１と基板３１４の実装面３１４ａから光軸の中心までの距離ｌ_２とを足し合わせた値となる。よって、従来の構成においては、基準の光照射位置Ｄに対する照射位置ずれの要因として、発光素子３１１や正反射受光素子（不図示）の図中矢印のＣ回りの取り付け誤差、発光素子３１１や正反射受光素子（不図示）の図中矢印Ｘ方向の取り付け誤差の他に、基板３１４の厚みのばらつきが、挙げられる。
一方、図１（ｂ）に示す本発明の構成の場合は、位置決めの基準である光学センサ取り付け部材１４０と基板３１４とが接する面から光軸までの距離Ｌ_２は、基板３１４の実装面３１４ａから光軸の中心までの距離ｌ_２である。よって、本発明の構成の場合は、基準の照射位置Ｄに対する照射位置ずれの要因は、発光素子３１１や正反射受光素子（不図示）の図中矢印のＣ回りの取り付け誤差、発光素子３１１や正反射受光素子（不図示）の図中矢印Ｘ方向の取り付け誤差のみとなり、基板３１４の厚みのばらつきの影響を無くすことができる。これにより、基板３１４の厚みのばらつきがあっても、照射位置がずれることがない。よって、基板３１４の厚みのばらつきによる正反射受光素子の出力値低下が起きるのを防止することができ、使用初期時における発光素子３１１への入力電流を抑えることができる。また、基板３１４の厚みのばらつきによる照射位置ずれがないので、従来の構成よりも、照射位置が許容範囲Ｓ内に入る光学センサが多くなり、歩留まりを改善することができ、製造コストを抑えることができる。また、光学センサを移動させるためのモータなどの駆動装置を設けずとも、照射位置ずれを抑制することができ、部品点数の増加や装置の大型化を抑えることが可能となる。

本発明によれば、使用初期時における発光素子への入力電流を抑えつつ、部品点数の増加や装置の大型化を抑え、かつ、歩留まりを改善することができる。

（ａ）は、従来構成の照射位置ずれについて説明する図。（ｂ）は、本発明の照射位置ずれについて説明する図。 実施形態に係るプリンタを示す概略構成図。 プロセスユニットを示す拡大構成図。 同プロセスユニットの現像装置を示す分解斜視図。 光学センサの概略断面図。 電気回路の要部を示すブロック図。 プロセスコントロールの制御フロー図。 中間転写ベルト上における階調パターンを示す模式図。 トナーパッチのトナー付着量と、ＶｓｐやＶｓｇとの関係を示すグラフ。 トナーパッチのトナー付着量と、△Ｖｓｐや△Ｖｓｇと、感度補正係数αとの関係を示すグラフ。 トナーパッチのトナー付着量と、拡散反射成分と、正反射成分との関係を示すグラフ。 市販遮光における正反射成分の正規化値と、地肌部変動補正後の拡散光による出力値との関係を示すグラフ。 現像ポテンシャルとトナー付着量との関係を示す図。 発光素子への入力電流と拡散反射光出力との関係を示す図。 発光素子の照射位置を変位させたときの正反射受光素子の出力電圧を示す図。 支持部材と光学センサとを示す正面図。 光学センサを支持部材に取り付けたときの断面図。 装置本体に取り付けられた光学センサの周辺の構造を示す概略構成図。 従来の構成における基板の厚みのばらつきによる照射位置ずれについて説明する図。 本実施形態の構成における基板の厚みのばらつきがあっても照射位置がずれないことを説明する図。 従来構成における光学センサの校正を行った後の入力電流の正規分布と、従来構成における光学センサの校正を行った後の入力電流の正規分布とを示す図。 本実施形態におけるトナーパッチを検知したときの拡散反射受光素子の出力値を示す図。 変形例１のプリンタにおける転写ユニットの駆動ローラ周辺の斜視図。 変形例２のプリンタの変形点を示す概略構成図。 被検知対象物の表面移動方向における光学センサの装置への取り付け位置のばらつきによる正反射受光素子の出力低下について説明する図。

以下、本発明を、画像形成装置である電子写真方式のカラーレーザプリンタ（以下、「レーザプリンタ」という。）に適用した一実施形態について説明する。
図２は、本実施形態に係るレーザプリンタの主要部を示す概略構成図である。
このレーザプリンタは、画像形成手段として、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の各色の画像を形成するための４組の作像手段たるプロセスユニット１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ（以下、各符号の添字Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋは、それぞれイエロー、シアン、マゼンタ、ブラック用の部材であることを示す。）を備えている。このプロセスユニット１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、それぞれ、像担持体としてのドラム状の感光体１１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを有する感光体ユニット１０Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋと、現像手段たる現像装置２０Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋとを備えている。

４色のプロセスユニット１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの図中上方には、像担持体としての中間転写ベルト６を張架しながら図中反時計回りに無端移動せしめる転写ユニット５０が配設されている。転写手段たる転写ユニット５０は、中間転写ベルト６の他に、ベルトクリーニングユニット５１、４つの１次転写ローラ１Ｍ，Ｃ，Ｋ、２次転写バックアップローラ５３、従動ローラ５４、５５、駆動ローラ５６なども備えている。中間転写ベルト６は、これらローラに張架されながら、駆動ローラ５６の回転駆動によって図中反時計回りに無端移動せしめられる。４つの１次転写ローラ５２Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋは、このように無端移動せしめられる中間転写ベルト６を感光体１１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋとの間に挟み込んでそれぞれ１次転写ニップを形成している。そして、中間転写ベルト６の裏面（ループ内周面）にトナーとは逆極性（例えばプラス）の転写バイアスを印加する。中間転写ベルト６は、その無端移動に伴ってＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用の１次転写ニップを順次通過していく過程で、そのおもて面に感光体１１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ上のＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋトナー像が重ね合わせて１次転写される。これにより、中間転写ベルト６上に４色重ね合わせトナー像（以下、カラー画像という）が形成される。カラー画像は、中間転写ベルト６の表面移動に伴って２次転写ローラ３との間の２次転写部に搬送される。

また、本レーザプリンタは、上記プロセスユニット１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋのほか、その下方に図示しない潜像形成手段たる光書込ユニットが配置されており、さらにその下に図示しない給紙カセットが配置されている。図２中の一点鎖線は、転写紙の搬送経路を示している。給紙カセットから給送された転写紙は、図示しない搬送ガイドによってガイドされながら搬送ローラで搬送され、レジストローラ５が設けられている一時停止位置に送られる。転写紙は、レジストローラ５により所定のタイミングで２次転写部に供給される。そして、中間転写ベルト６上に形成されたカラー画像が、転写紙上に２次転写され、転写紙上にカラー画像が形成される。このカラー画像が形成された転写紙は、定着ユニット７でトナー像が定着された後、排紙トレイ８上に排出される。

図３は、上記プロセスユニット１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋのうち、イエローのプロセスユニット１Ｙの概略構成を示す拡大図である。他のプロセスユニット１Ｍ，Ｃ，Ｋについてもそれぞれ同じ構成となっているので、それらの説明は省略する。
図３において、プロセスユニット１Ｙは、上述したように、感光体ユニット１０Ｙ及び現像手段たる現像装置２０Ｙを備えている。感光体ユニット１０Ｙは、感光体１１Ｙのほか、その感光体表面をクリーニングするクリーニングブレード１３Ｙ、その感光体表面を一様帯電する帯電手段たる帯電ローラ１５Ｙ等を備えている。また、感光体表面に潤滑剤を塗布するとともに、感光体表面を除電する機能を有する潤滑剤塗布兼除電ブラシローラ１２Ｙも備えている。この潤滑剤塗布兼除電ブラシローラ１２Ｙは、ブラシ部が導電性繊維で構成され、その芯金部には除電バイアスを印加するための図示しない除電用電源が接続されている。

上記構成の感光体ユニット１０Ｙにおいて、感光体１１Ｙの表面は、電圧が印加された帯電ローラ１５Ｙにより一様帯電される。この感光体１１Ｙの表面に図示しない潜像形成手段たる光書込ユニットで変調及び偏向されたレーザ光Ｌ_Ｙが走査されながら照射されると、感光体１１Ｙの表面に静電潜像が形成される。この感光体１１Ｙ上の静電潜像は、後述の現像装置２０Ｙで現像されてイエローのトナー像となる。感光体１１Ｙと中間転写ベルト６とが対向する転写手段たる１次転写部では、感光体１１Ｙ上のトナー像が中間転写ベルト６上に転写される。トナー像が転写された後の感光体１１Ｙの表面は、感光体クリーニング手段としてのクリーニングブレード１３Ｙでクリーニングされた後、潤滑剤塗布兼除電ブラシローラ１２Ｙで所定量の潤滑剤が塗布されるとともに除電され、次の静電潜像の形成に備えられる。

図４は、現像装置２０Ｙ内を示す分解斜視図である。現像手段としての現像装置２０Ｙは、図３や図４に示すように、現像剤搬送手段としての第１搬送スクリュウ２４Ｙが配設された第１剤収容室２９Ｙを有している。また、現像剤搬送手段としての第２搬送スクリュウ２３Ｙ、現像剤担持体としての現像ロール２２Ｙ、現像剤規制部材としてのドクターブレード２５Ｙなどが配設された第２剤収容室２１Ｙも有している。循環経路を形成しているこれら２つの剤収容室内には、磁性キャリアとマイナス帯電性のＹトナーとからなる二成分現像剤である図示しないＹ現像剤が内包されている。第１搬送スクリュウ２４Ｙは、図示しない駆動手段によって回転駆動することで、第１剤収容室２９Ｙ内のＹ現像剤をプリンタ本体のリア側（図３中で図紙面に直交する方向の奧側）に向けて搬送する。そして、第１搬送スクリュウ２４Ｙにより第１剤収容室２９Ｙの端部まで搬送されたＹ現像剤は、連通口を経て第２剤収容室２１Ｙ内に進入する。

第２剤収容室２１Ｙ内の第２搬送スクリュウ２３Ｙは、図示しない駆動手段によって回転駆動することで、Ｙ現像剤をプリンタ本体のフロント側（図３中で図紙面に直交する方向の手前側）に向けて搬送する。このようにしてＹ現像剤を搬送する第２搬送スクリュウ２１Ｙの上方には、現像ロール２２Ｙが第２搬送スクリュウ２３Ｙと平行な姿勢で配設されている。この現像ロール２２Ｙは、図中時計回り方向に回転駆動する非磁性スリーブからなる現像スリーブ内に固定配置されたマグネットローラを内包した構成となっている。第２搬送スクリュウ２１Ｙによって搬送されるＹ現像剤の一部は、マグネットローラの発する磁力によって現像スリーブの表面に汲み上げられる。そして、現像スリーブの表面と所定の間隙を保持するように配設されたドクターブレード２５Ｙによってその層厚が規制された後、感光体１１Ｙと対向する現像領域まで搬送され、感光体１１Ｙ上のＹ用の静電潜像にＹトナーを付着させる。この付着により、感光体１１Ｙ上にＹトナー像が形成される。現像によってＹトナーを消費したＹ現像剤は、現像スリーブの回転に伴って第２搬送スクリュウ２３Ｙ上に戻される。そして、第２搬送スクリュウ２３Ｙにより第２剤収容室２１Ｙの端部まで搬送されたＹ現像剤は、連通口を経て第１剤収容室２９Ｙ内に戻る。このようにして、Ｙ現像剤は現像装置内を循環搬送される。

現像ケース内の現像剤のトナー濃度は、画像形成に伴うトナー消費により低下するので、トナー濃度センサ２６Ｙの出力値Ｖｔに基づいて、必要により図１に示したトナーカートリッジ３０Ｙから粉体ポンプ２７Ｙによりトナーが補給されることで適正な範囲に制御される。トナー補給制御は、出力値Ｖｔとトナー濃度制御基準値である目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆとの差分値Ｔｎ（＝Ｖｔ_ｒｅｆ−Ｖｔ）に基づいて、差分値Ｔｎが＋（プラス）の場合はトナー濃度が十分高いと判断してトナーを補給せず、差分値Ｔｎが−（マイナス）の場合は差分値Ｔｎの絶対値が大きいほどトナー補給量を多くするようにして、出力値Ｖｔが目標出力値Ｖｔ_ｒｅｆの値に近づくようにして行う。

また、４つの感光体１１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋのうち、最下流側にあるブラック用の感光体１１Ｋのみ中間転写ベルト６に常に接触している転写ニップ常接状態であり、残りの感光体１１Ｙ，Ｍ，Ｃは中間転写ベルト６に対して接離可能となっている。転写紙上にカラー画像を形成する場合、４つの感光体１１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、それぞれ中間転写ベルト６に当接する。一方、転写紙上にブラックの単色画像を形成する場合、各カラー用の感光体１１Ｙ，Ｍ，Ｃを中間転写ベルト６から離間させ、ブラックトナーによるトナー像が形成されるブラック用の感光体１１Ｋのみを中間転写ベルト６に当接させるようにする。

２次転写部よりも中間転写ベルト表面移動方向上流側には、光学センサ６９が中間転写ベルト６の駆動ローラ５６に巻き付いた部分のおもて面に対して所定の間隙を介して対向するように配設されている。光学センサ６９は、中間転写ベルトの中央部と対向する位置と、中間転写ベルトの手前側端部付近と、奥側端部付近とに検知部を有している。中央部に配置された検知部は、トナー付着量検知と位置ずれ検知とに用いられ、両端の検知部は、位置ずれ検知にのみ用いられる。

図５は、光学センサ６９の中央部に配置された検知部の付近の概略断面図である。図に示すように、光学センサ６９は、発光素子３１１と、正反射光を受光するための正反射受光素子３１２と、拡散反射光を受光するための拡散反射受光素子３１３とを有している。各素子３１１，３１２，３１３は、プリント基板３１４上に表面実装されている。各素子３１１，３１２，３１３は、ケース３１５に封入されている。発光素子３１１から基板に対して平行に出射された光が、中間転写ベルト６へ照射され、被検知対象面としての中間転写ベルト６表面やその表面に転写されたトナーパッチで正反射した正反射光を正反射受光素子３１２によって受光して、受光量に応じた電圧を出力する。更に、中間転写ベルト６の表面や、その表面に転写されたトナーパッチで拡散反射した拡散反射光を拡散反射受光素子３１３によって受光して、受光量に応じた電圧を出力する。

光学センサの発光素子３１１としては、ピーク発光波長が９４０［ｎｍ］のＧａＡｓ発光ダイオードが用いられている。また、正反射受光素子３１２及び拡散反射受光素子３１３としては、ピーク分光感度波長が８５０［ｎｍ］のＳｉフォトトランジスタとを有したものを使用している。すなわち、この光学センサは、色による反射率に顕著な差のない８３０［ｎｍ］以上の赤外光を検出するものである。このような光学センサを用いることで、一つのセンサで、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ全色のトナーパッチを検知することができる。

図６は本複写機の電気回路の要部を示すブロック図である。同図において制御手段たる制御部１００は、演算手段たるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１０１、データ記憶手段たる不揮発性のＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１０２、データ記憶手段たるＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１０３等を有している。この制御部１００には、プロセスユニット１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ、光書込ユニット６８、転写ユニット５０、光学センサ６９などが電気的に接続されている。そして、制御部１００は、ＲＡＭ１０２やＲＯＭ１０３内に記憶している制御プログラムに基づいて、これらの各種の機器を制御するようになっている。

制御部１００は、画像を形成するための画像形成条件の制御も行っている。具体的には、制御部１００は、プロセスユニット１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋにおける各帯電部材に対して、帯電バイアスをそれぞれ個別に印加する制御を実施する。これにより、各色の感光体１１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋが、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用ドラム帯電電位に一様帯電せしめられる。また、制御部１００は、光書込ユニット６８のプロセスユニット１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋに対応する４つの半導体レーザーのパワーをそれぞれ個別に制御する。また、制御部１００は、プロセスユニット１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋにおける各現像ローラに、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用現像バイアス値の現像バイアスを印加する制御を実施する。これにより、感光体１１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの静電潜像と、現像スリーブとの間に、トナーをスリーブ表面側から感光体側に静電移動させる現像ポテンシャルを作用させて、静電潜像を現像する。

また、制御部１００は、電源投入時あるいは所定枚数のプリントを行う度に、各色の画像濃度を適正化するための画像濃度制御たるプロセスコントロールを実行する。
図７は、プロセスコントロールの基本フロー図である。なお、図７のプロセスコントロールの制御フローは、電源投入時におけるプロセスコントロールの制御フロー図である。
まず、電源が投入され、装置が立ち上がったら（Ｓ１）、制御部１００は、光学センサ６９の校正を行う（Ｓ２）。この光学センサ６９の校正は、正反射受光素子３１２の出力値が所定の範囲内となるように、発光素子３１１に入力する入力電流を変化させ発光素子３１１の光量を調整する処理である。発光素子に流す入力電流値大きくすると発光量が増すため、正反射光出力は大きくなる。逆に、入力電流値を小さくすると発光量が減り、正反射光出力は小さくなる。光学センサの校正処理は、まず、発光素子３１１をＯＮして、中間転写ベルト地肌部の正反射出力値を検出する。そして、この正反射光出力値が４±０．５［Ｖ］となるように発光素子３１１への入力電流値Ｉｆｓｇを調整する。本実施形態では二分探索法を用いて正反射出力値が４．０Ｖに最も近くなるＩｆｓｇを検出する。二分探索法の結果、正反射出力値が４±０．５［Ｖ］の範囲に入らない場合には、光学センサの校正失敗となる。この失敗が連続して３回続いた場合は、制御部１００は、異常が発生したと判断してマシンを停止する。また、本実施形態では入力電流Ｉｆｓｇの上限値は３０［ｍＡ］と定めている。これは、発光素子３１１が破損しないように設定された値である。正反射出力値が所定の範囲内に入った場合にはそのときのＩｆｓｇを本体に保存する。光学センサ６９の校正には時間がかかるため、前回調整時の入力電流値Ｉｆｓｇを用いて中間転写ベルト地肌部に所定の時間光を照射し、その正反射光を検出し、検出した正反射光出力の平均値を求める。その平均値が所定の範囲内である場合には、校正を行う必要性がないと判断し、光学センサ６９の校正は実行しないようにしてもよい。

次に、制御部１００は、トナー濃度センサ２６Ｙの出力値Ｖｔを取得（Ｓ３）して、各色の現像装置内のトナー濃度を把握してから、図８に示すような、階調パターンを中間転写ベルト６上における光学センサ６９に対向する位置に色毎に自動形成する（Ｓ４）。各色の階調パターンは、トナー付着量の異なる５個程度のトナーパッチからなり、パッチ間隔５．６［ｍｍ］で、Ｋ色の階調パターン、Ｃ色の階調パターン、Ｍ色の階調パターン、Ｙ色の階調パターンの順で中間転写ベルト６に形成される。各トナーパッチは、主走査線方向の幅が１０［ｍｍ］、副走査線方向の幅が１４．４［ｍｍ］となっている。階調パターンは、帯電、現像バイアス条件をトナーパッチ毎に変更し、露光条件は、予め決められた所定値（感光体が十分除電されるフル露光）で形成される。なお、階調パターンの各トナーパッチの現像バイアス、帯電バイアスの設定については、後述する。この中間転写ベルト上の各色の階調パターンを光学センサ６９で光学的に検出する（Ｓ５）。

次に、各色の階調パターンの各トナーパッチを検知して得られた受光素子の出力値と、付着量と受光素子の出力値との関係に基づき構築された付着量算出アルゴリズムとを用いてトナー付着量（画像濃度）に変換処理する。

本実施形態においては、特開２００６−１３９１８０号に記載のように、トナー付着量の算出を、トナーパッチで正反射した正反射光と、拡散反射光とを用いてトナー付着量を算出する。正反射光と拡散反射光とを用いてトナー付着量を算出することで、正反射光のみを用いてトナー付着量を算出するものに比べて、高付着量の検知範囲を広げることができる。また、特開２００６−１３９１８０号に記載のトナー付着量算出アルゴリズムを用いることで、温度変化、経時劣化などによる発光素子や受光素子の出力が変化したり、中間転写ベルト６の経時劣化によって受光素子の出力が変化したりしても、正確なトナー付着量を求めることができる。

以下に、本実施形態における付着量算出アルゴリズムについて、具体的に説明する。以下、説明文中の記号を次のように定義する。
Ｖｓｇ：転写ベルト地肌部を検知する光学センサからの出力電圧値（地肌部検知電圧）
Ｖｓｐ：各基準パッチを検知する光学センサからの出力電圧値（パッチ検知電圧）
Ｖｏｆｆｓｅｔ：オフセット電圧（ＬＥＤをＯＦＦしているときの出力電圧値）
＿ｒｅｇ：正反射光出力（Ｒｅｇｕｌａｒ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎの略）
＿ｄｉｆ：拡散反射光出力（Ｄｉｆｆｕｓｅ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎの略）（ｃｆ．ＪＩＳ Ｚ ８１０５ 色に関する用語）
［ｎ］ 要素数：ｎの配列変数

まず、Ｋトナーの付着量算出アルゴリズムについて説明する
ｉ）以下の式を用いて正反射光からオフセット電圧を減ずる。
ΔＶｓｇ＿ｒｅｇ［Ｋ］［ｎ］＝Ｖｓｇ＿ｒｅｇ［Ｋ］［ｎ］−Ｖｏｆｆｓｅｔ＿ｒｅｇ
ΔＶｓｐ＿ｒｅｇ［Ｋ］＝Ｖｓｇ＿ｒｅｇ［Ｋ］−Ｖｏｆｆｓｅｔ＿ｒｅｇ［Ｋ］

ｉｉ）正反射データを正規化する。
正規化値Ｒｎ［Ｋ］＝ΔＶｓｇ＿ｒｅｇ［Ｋ］［ｎ］／ΔＶｓｐ＿ｒｅｇ［Ｋ］

ｉｉｉ） ＬＵＴ（ルックアップテーブル）を用いて正規化値を付着量に変換する。
正規化値に対応する付着量変換テーブルを予め作成しておき、それに対応させて付着量を得る。
以上が、Ｋトナーの付着量算出アルゴリズムである。

次に、カラートナー付着量算出アルゴリズムについて説明する。
カラートナー付着量においては、以下に示すＳＴＥＰ１〜７という７段階の処理によって演算する。

［ＳＴＥＰ１］
ＳＴＥＰ１では、データサンプリングを行って、ΔＶｓｐやΔＶｓｇを算出する。まず、正反射光出力，拡散反射光出力ともに、全基準パッチ［ｎ］個についてオフセット電圧との差分を計算する。これは、最終的には「センサ出力の増分をカラートナーの付着量に変化よる増分」のみで表したいためである。

正反射光出力増分については、次のようにして求める。

また、拡散反射光出力増分については、次のようにして求める。

但し、オフセット出力電圧値（Ｖｏｆｆｓｅｔ＿ｒｅｇ、Ｖｏｆｆｓｅｔ＿ｄｉｆ）が、無視できるレベルに十分に小さい値となるＯＰアンプを用いた場合、この様な差分処理は省略しても構わない。
このようなＳＴＥＰ１により、図９に示す特性曲線を得る。

［ＳＴＥＰ２］
ＳＴＥＰ２では、感度補正係数αを算出する。まず、ＳＴＥＰ１にて求めたΔＶｓｐ＿ｒｅｇ．［ｎ］やΔＶｓｐ＿ｄｉｆ．［ｎ］から、各基準パッチ毎に「ΔＶｓｐ＿ｒｅｇ．［ｎ］／ΔＶｓｐ＿ｄｉｆ．［ｎ］」を算出する。そして、後述するＳＴＥＰ３で正反射光出力の成分分解を行う際に、拡散光出力（ΔＶｓｐ＿ｄｉｆ［ｎ］）に乗ずるための感度補正係数αを、次のようにして算出する。

このようなＳＴＥＰ２により、図１０に示すような特性曲線を得る。なお、感度補正係数αをΔＶｓｐ＿ｒｅｇ［ｎ］とＶｓｐ＿Ｄｉｆ．［ｎ］との最小値としたのは、正反射光出力の正反射成分の最小値がほぼゼロであり、かつ正の値となることがあらかじめわかっているからである。

［ＳＴＥＰ３］
ＳＴＥＰ３では、正反射光の成分分解を行う。
正反射光出力の拡散光成分については、次のようにして求める。

また、正反射光出力の正反射成分については、次のようにして求める。

このようにして成分分解を行うと、感度補正係数αが求まるパッチ検知電圧にて、正反射光出力の正反射成分がゼロとなる。そして、図１１に示すように、正反射光出力が正反射光成分と拡散光成分とに成分分解される。

［ＳＴＥＰ４］
ＳＴＥＰ４では、正反射光出力の正反射成分を正規化する。次の式のようにして、各パッチ検知電圧における地肌検知電圧との比を求めて、０〜１までの正規化値へ変換するのである。

［ＳＴＥＰ５］
ＳＴＥＰ５では、拡散光出力の地肌部変動補正を行う。まず、次の式のようにして、ベルト地肌部からの拡散光出力成分を、拡散光出力電圧から除去する。

［ＳＴＥＰ６］
ＳＴＥＰ６では、拡散光出力の感度を補正する。具体的には、図１２に示すように、「正反射光の正反射成分の正規化値」に対し、地肌部変動補正後の拡散光出力をプロットし、そのプロット線を近似することで、拡散光出力の感度を求め、この感度があらかじめ定めた狙いの感度となる様、補正を行う。

「正反射光（正反射成分）の正規化値」に対し、地肌部変動補正後の拡散光出力をプロットしたプロット線を多項式近似（本実施形態においては、２次式近似）して、感度補正係数ηを算出する。
まず、プロット線を２次近似式（ｙ＝ξ１ｘ２＋ξ２ｘ＋ξ３）で近似して、最小二乗法により係数ξ１、ξ２、ξ３を求める。

ｍ：データ数
ｘ［ｉ］：正反射光＿正反射成分の正規化値
ｙ［ｉ］：地肌部変動補正後拡散光出力
なお、計算に用いるｘの範囲は、０．１≦ｘ≦１．０である。
上記（１）、（２）、（３）の連立方程式を解くことで、係数ξ１、ξ２、ξ３を求めることができる。

こうして近似されたプロット線から計算されるある正規化値ａがある値ｂとなる様な感度補正係数ηを求める。

ＳＴＥＰ５で求めた地肌部変動補正後の拡散光出力に対し、ＳＴＥＰ６で求めた感度補正係数ηを乗じることで、付着量と拡散出力との関係が予め定められた関係となるように補正する。

［ＳＴＥＰ７］
ＳＴＥＰ７では、センサ出力値をトナー付着量に変換する。ＳＴＥＰ６までの処理により、ＬＥＤ光量低下などによって生ずる拡散反射出力の経時的な変動に対する補正処理が全て行われたため、最後に、センサ出力値をトナー付着量変換テーブルに基づいてトナー付着量に変換するのである。
以上が、カラートナーの付着量算出アルゴリズムである。

上述したトナー付着量算出アルゴリズムを用いて各トナーパッチのトナー付着量を検知したら、各トナーパッチのトナー付着量と各トナーパッチを作成したときの各現像ポテンシャルとの関係から、図１３に示すように、最小２乗法により線形近似した現像性能直線たる現像ポテンシャル−トナー付着量直線（ｙ＝ａｘ＋ｂ）を各色求める。この現像ポテンシャル−トナー付着量直線から、現像γ（傾きａ）および現像開始電圧Ｖｋ（切片ｂ）を各色算出する（Ｓ６）。

次に、制御部１００は、予め決められた目標付着量を得るのに必要な現像ポテンシャルにマッチした、現像バイアスＶｂを算出する（Ｓ７）。また、制御部１００は、算出した現像バイアスＶｂに基づいて、帯電バイアスＶｃを決定し、現像バイアスＶｂ、帯電バイアスＶｃをＲＡＭ１０２などの不揮発性の記憶手段に保存する。なお、帯電バイアスＶｃは、現像バイアスＶｂに対して１００〜２００［Ｖ］程度高く設定するのが一般的である。また、現像バイアスＶｂは、４００〜７００［Ｖ］の範囲で設定する。すなわち、算出した現像バイアスが、１［ｋＶ］であっても、現像バイアスＶｂは、７００［Ｖ］に設定するのである。これは、現像バイアスの設定値が、７００［Ｖ］を超えると、電源の容量を超えてしまい、バイアスを安定的に維持できないおそれがあり、また、４００［Ｖ］未満だと、帯電バイアスの設定値が低くなりすぎて、帯電が不均一になりやすく「残像」と呼ばれる、前回作像した画像が次の画像に現れるといった異常画像が生じるおそれがある。

現像バイアスＶｂを算出したら、制御部１００は、現像γとＳ３で取得したトナー濃度検知センサ２６の出力値Ｖｔとを用いて、トナー濃度制御基準値Ｖｔ_ｒｅｆを補正する（Ｓ８）。まず、目標現像γと、算出した現像γとの差分値Δγ（Δｒ＝算出した現像γ−目標現像γ）を算出する。目標現像γは、例えば、１．０［（ｍｇ／ｃｍ^２）／ＫＶ］（現像開始電圧Ｖｋが０［Ｖ］、現像ポテンシャルが１［ｋＶ］のときに、トナー付着量が１．０［ｍｇ／ｃｍ^２］となる値である。すなわち、現像開始電圧Ｖｋ＝０Ｖで、目標付着量が０．５［ｍｇ／ｃｍ^２］、露光後の感光体電位Ｖｌが５０Ｖであれば、目標現像γから算出される現像バイアスＶｂは、５５０Ｖとなるのである。）

制御部１００は、算出したΔγが所定範囲外のときは、次回の現像バイアス調整時に、算出される現像バイアスＶｂが、上述の設定範囲を超える可能性がある。よって、トナー濃度制御基準値Ｖｔ_ｒｅｆの補正を行って、次のプロセスコントロールまでに、現像γを目標現像γに近づける補正を行う。なお、現像γを目標現像γに近づけるようトナー濃度制御基準値Ｖｔ_ｒｅｆを補正すると、算出した現像バイアスで作像しても規定の画像濃度が得られなくなってしまう。しかし、いきなり現像装置内のトナー濃度が、目標のトナー濃度になるわけではなく、徐々に現像装置内のトナー濃度が目標のトナー濃度となるようにトナー補給制御を行うので、現像γが急激に変化するわけではない。よって、トナー濃度制御基準値Ｖｔ_ｒｅｆを補正しても、始めのうちは、算出した現像バイアスで、所定の画像濃度を得ることができる。そして、徐々に規定の画像濃度から離れていく。しかし、トナー濃度制御基準値Ｖｔ_ｒｅｆの補正量は、算出した現像バイアスで作像しても画像濃度が、規定の画像濃度から大幅にかけ離れるような補正量には設定しない。よって、画像が大きく劣化することはない。ただし、階調パターン作成時のトナー濃度検知センサ２６の出力値Ｖｔが、トナー濃度制御基準値Ｖｔ_ｒｅｆから大幅に異なっている場合において、トナー濃度制御基準値Ｖｔ_ｒｅｆの補正をしてしまうと、逆に、目標の現像γから外れてしまうおそれがある。このため、階調パターン作成時のトナー濃度検知センサ２６の出力値Ｖｔと、階調パターン作成時のトナー濃度検知センサ２６の出力値Ｖｔとの関係性も考慮にいれて、トナー濃度制御基準値Ｖｔｒｅｆの補正を行うか否かを決める。
具体的な一例を示すと、Δγ≧０．３０［（ｍｇ／ｃｍ^２）／ｋＶ］、かつ、Ｖｔ−Ｖ_ｔｒｅｆ≧−０．２Ｖのとき、トナー濃度制御基準値Ｖ_ｔｒｅｆを０．２Ｖ下げて、現時点よりもトナー濃度を下げる補正を行う。また、Δγ≦−０．３０［（ｍｇ／ｃｍ^２）／ＫＶ］、かつ、Ｖｔ−Ｖ_ｔｒｅｆ≧０．２Ｖのときは、トナー濃度制御基準値Ｖ_ｔｒｅｆを０．２Ｖ上げて、現時点よりもトナー濃度を上げる補正を行う。また、−０．３０［（ｍｇ／ｃｍ^２）／ＫＶ］＜Δγ＜０．３０［（ｍｇ／ｃｍ^２）／ＫＶ］のときは、トナー濃度制御基準値Ｖ_ｔｒｅｆの補正は、行わない。
以上が、プロセスコントロールの制御フローである。

次に、本実施形態の特徴点について、説明する。
先の図５に示したように、光学センサ６９に用いる各素子３１１，３１２，３１３として、プリント基板３１４上に表面実装される面実装型素子を用いている。また、プリント基板３１４と対向する面に対して側面の部分が、光を出射する出射面となる発光素子３１１を用いている。発光素子３１１から出射された出射される光のうち、最大光量の光が、プリント基板３１４と平行に出射され、中間転写ベルト６に照射されるよう発光素子３１１がプリント基板３１４に表面実装されている。正反射受光素子３１２、拡散反射受光素子３１３は、プリント基板３１４と対向する面に対して側面の部分が、光を受光する受光面となる受光素子を用いている。被検知対象面たる中間転写ベルト６から反射した光のうち、プリント基板３１４に対して平行に反射した光を受光するよう正反射受光素子３１２、拡散反射受光素子３１３がプリント基板３１４に対して表面実装されている。

本実施形態においては、各素子３１１，３１２，３１３として、面実装型素子を用いることで、リード型素子を用いる場合に比べて、コストダウンや生産性の向上が図れる。また、プリント基板３１４と平行に出射された光が中間転写ベルト６に照射され、プリント基板３１４に対して平行に反射した反射光を受光素子で受光するよう構成したので、プリント基板３１４が中間転写ベルト６表面に対して直交するように配置される。これにより、プリント基板面に対して垂直に照射された光が、中間転写ベルト表面に照射され、プリント基板面に対して垂直に反射する反射光を受光するよう構成された光学センサよりも光学センサ全体の小型化を図ることができる。

本実施形態の光学センサ６９の各素子３１１、３１２、３１３のプリント基板３１４に対する位置決め精度は、プリント基板３１４の実装面に表面実装する際の位置決め精度に依存する。各素子３１１、３１２、３１３は、プリント基板面に面実装するので、各素子３１１、３１２、３１３のプリント基板３１４との対向面を、プリント基板３１４の実装面に当接させて実装することによって、プリント基板面の垂直方向（以下、Ｘ軸方向という）の位置決めと、Ｘ軸方向、光軸方向（以下、Ｙ軸方向という）のいずれにも直交する方向（以下、Ｚ軸方向という）回りの位置決めは、ある程度高精度に行えることができる。しかし、Ｘ軸方向の回りの位置決め精度は、素子のプリント基板３１４への取り付け精度に依存するため、Ｘ軸方向回りの位置決め精度はさほど高くない。

拡散反射光の検知精度は、発光素子３１１や拡散反射受光素子３１３のプリント基板３１４に対する位置決め精度はさほど影響しないが、正反射光の検知精度は、発光素子３１１や正反射受光素子３１２のプリント基板３１４に対する位置決め精度が大きく影響する。そのため、部品製造工程における出荷検査で光学センサ６９の出力チェックを行い、光学素子３１１や正反射受光素子３１２が正しくプリント基板３１４上に配置されているか確認を行っている。具体的には、検知対象面に当たる基準反射体を用いて上述と同様な光学センサ校正処理を行い、正反射受光素子３１２の出力が所定の値（４．０Ｖ）となる時の入力電流Ｉｆｓｇを求める。そして、この入力電流値Ｉｆｓｇが所定の範囲内であるかどうかの確認を行う。Ｉｆｓｇの上限値は光学センサ６９をマシンに設置した時の上昇や検知システムの経時変化による入力電流値の上昇を見込んだ値に設定している。

本実施形態のように、拡散反射受光素子３１３の出力値を用いて、トナー付着量を算出する場合、Ｉｆｓｇを大きくして、発光素子３１１の光量を多くすると、トナー付着量の算出がうまく行えないという不具合があり、正反射光のみでトナー付着量を検知する場合に比べて、Ｉｆｓｇの上限値を低く抑える必要がある。その理由について説明する。
図１４はＩｆｓｇと拡散反射光出力の関係を示している。横軸はトナーパッチを示しており、パッチ［１］からパッチ［５］にかけてトナー付着量が高くなる。縦軸はそれぞれのトナーパッチから得られる拡散反射光出力を示している。凡例の●は、Ｉｆｓｇ６［ｍＡ］で、トナーパッチを検知したときの拡散反射光出力値であり、凡例の△は、Ｉｆｓｇ２０［ｍＡ］でトナーパッチを検知したときの拡散反射光出力値である。
図１４に示すように、Ｉｆｓｇが高くなると拡散反射光出力も高くなる。Ｉｆｓｇが２０［ｍＡ］でトナーパッチを検知した方は、高付着量のパッチを検知した際に拡散光出力が上限値を超え、張り付いてしまっている。このように、Ｉｆｓｇの値が高く、発光素子３１１の光量を多くすると、高付着量のパッチを正確に検知することができず、トナー付着量を正しく算出することができなる。その結果、現像γが正確に算出できず、安定した画像濃度を得ることができなくなってしまう。このため、使用初期時のＩｆｓｇ値（発光素子３１１の光量）を極力低く抑え、中間転写ベルト６の経時劣化などによって、Ｉｆｓｇの値を大きくしたときの余裕度を大きくすることによって、経時にわたり正確なトナー付着量の検知を行うことができる。

そして、光学センサ６９の校正の結果、Ｉｆｓｇが所定の範囲外となる場合は、この光学センサ６９を用いた場合、早期に正確なトナー付着量の検知が行われなくなるため、この光学センサ６９を装置本体へ取り付けない。以上のように出荷前に光学センサ６９の出力チェックを行うことで、使用初期時のＩｆｓｇが所定の範囲内に抑えられた光学センサ６９のみを装置に取り付けることができる。これにより、経時にわたり正確なトナー付着量の検知を行うことができる。

しかしながら、実際に装置本体内で使用される光学センサ６９は、装置本体の光学センサ取り付け部材たる支持部材に取り付けて使用される。そのため、センサ単品としてではなく支持部材と組み合わせた状態においても、使用初期時おいて、Ｉｆｓｇが所定の範囲内となるようにする必要がある。よって、出荷前に光学センサ６９を支持部材に取り付けた状態で、上述と同様な光学センサ出力のチェックを行っている。すなわち、センサ出力が所定の値（４．０Ｖ）となる時の入力電流（Ｉｆｓｇ）を求める。そして、この値が所定の範囲内であるかどうかの確認を行う。Ｉｆｓｇが所定の範囲外となる場合には、光学センサが取り付けられた支持部材を装置本体へ取り付けない。以上のように、出荷前に光学センサ６９を支持部材に取り付けた状態で、光学センサ出力のチェックを行うことで、確実に、使用初期のＩｆｓｇが所定の範囲内の製品を出荷することができる。

支持部材に光学センサ６９を取り付けた状態で、上述と同様な光学センサ出力のチェックを行った結果、Ｉｆｓｇが所定の範囲外となってしまう製品を極力なくすことが、歩留まりを改善し、製造コストを下げることができ重要である。そして、本発明者らの鋭意研究で、支持部材に取り付けた状態で、上述と同様な光学センサ出力のチェックを行った結果、Ｉｆｓｇが所定の範囲外となってしまう一要因として、プリント基板３１４のばらつきが挙げられることがわかった。すなわち、プリント基板３１４の光学素子３１１，３１２，３１３が実装されている実装面と反対側の面を光学センサ６９の位置決めの基準面として、この実装面と反対側の面を支持部材に当接するように、支持部材に光学センサを取り付けている。そのため、プリント基板３１４ごとの厚みばらつきがある場合、その影響で光学センサ６９の光照射位置が、中間転写ベルト移動方向にずれることになる。本実施形態のプリンタは、図２に示すように、光学センサ６９を中間転写ベルト６の駆動ローラ５６に巻き付いた部分に対向配置している。これは、中間転写ベルト６のローラなどにより帳架されていない部分に対向配置した場合、中間転写ベルト６の波打ちにより、光学センサ６９と中間転写ベルト６との距離が変動するため、正確な検知できない。このため、中間転写ベルト６が駆動ローラ５６に帳架されている巻き付き部分に光学センサ６９を対向配置させているのである。しかし、中間転写ベルト６の駆動ローラ５６にき付いている部分に光学センサ６９を対向配置させる結果、光学センサ６９は、中間転写ベルト６の曲面の部分を検知することになる。

図１５は光学センサを基準の位置からＸ軸方向（プリント基板に対して垂直方向）に変位させて、発光素子の照射位置を変位させたときの正反射受光素子の出力電圧を示す図である。光学センサが基準位置（０ｍｍ）で光学センサの校正処理を実施し、正反射受光素子の出力電圧を４．０Ｖに調整している。また、図では、被検知対象物が平面のときと、曲面のときとの結果を同時に示している。また、曲面（１）の曲率は、曲面（２）の曲率よりも小さい。
この図からわかるように、平面と曲面検知方式を比較した場合、曲面の方がＸ軸方向の光学センサの変位に対して出力の低下が大きいことが分かる。また、曲率が高い曲面上で検知を行う際には出力がより低下しやすい。このことから、曲面に光学センサの光を照射する場合、光学センサの照射位置が基準からずれると、正反射受光素子の出力値が平面に光学センサの光を照射する場合に比べて、低下することがわかる。また、曲率が大きくなると、光学センサの照射位置が基準からずれたときの正反射受光素子の出力低下が大きいことがわかる。

このように、中間転写ベルト６の曲面部分に光学センサ６９が対向配置される結果、プリント基板３１４の厚みばらつきにより光学センサ６９の光照射位置がずれると、正反射受光素子の出力値が低下する。その結果として、Ｉｆｓｇが大きくなり、Ｉｆｓｇが、所定範囲外となる場合があるのである。

そこで、本実施形態では、プリント基板３１４の光学素子３１１，３１２，３１３の実装されている実装面を装置に対する位置決め基準面とし、この実装面を支持部材に当接させて、光学センサ６９を支持部材に取り付けるようにした。以下に、光学センサ６９の支持部材への取り付けについて、具体的に説明する。

図１６は、支持部材１４０と光学センサ６９とを示す正面図である。
図に示すように光学センサ６９は、プリント基板３１４の中央にトナー付着量を検知する先の図５に示したセンター検知部６９ｃが配置されている。また、プリント基板３１４の両端部付近には、位置ずれ検知用のリア検知部６９ｒ、フロント検知部６９ｆが設けられている。位置ずれ検知用のリア検知部６９ｒ、フロント検知部６９ｆは、中間転写ベルト上に形成された位置ずれ検知用トナーパッチの有り／無しを検知すればよいため、受光素子としては、正反射受光素子のみを備えていればよい。また、センター検知部６９ｃのように、発光素子３１１への入力電流がある程度高くても問題ないため、上述した光学センサの校正処理なども必要はない。

図１７は、光学センサ６９を支持部材１４０に取り付けたときの断面図である。（ａ）は、センター検知部６９ｃとリア検知部６９ｒとの間位置の断面図であり、（ｂ）は、センター検知部６９ｃが配置された位置の断面図である。
光学センサ６９は、プリント基板３１４の発光素子３１１や受光素子３１２，３１３が実装された実装面３１４ａを装置本体の位置決めの基準面として用い、図１６に示すように、実装面３１４ａを支持部材１４０に当接させて光学センサ６９を装置本体に位置決めする。そして、この支持部材１４０に不図示のネジで光学センサ６９をねじ止め固定する。

図１６に示すように、プリント基板３１４の表面実装面には、各検知部の発光素子および受光素子を覆うケースがある。このため、各検知部のケースの部分に対応する支持部材１４０の箇所を、図１６に示すようにくりぬいた構造にしておく。これにより、図１７（ｂ）に示すように、プリント基板３１４の実装面３１４ａを支持部材１４０に当接させたとき、各検知部のケースが支持部材１４０に接することなく、実装面３１４ａを支持部材１４０に隙間無く当接させることができる。支持部材１４０は、プリント基板３１４よりも長くなっており、支持部材１４０の両端のプリント基板３１４からはみ出す部分は、後述する転写ユニット５０の突き当てピンが突き当たる突き当て部１４０ａとなっている。

また、プリント基板３１４には、発光素子や受光素子などの光学素子以外に抵抗やオペアンプなどの回路素子が実装されている。これらを基板の実装面側に配置した場合、支持部材１４０のこれら回路素子に対応する部分もくりぬき構造にする必要がある。しかし、加工精度が悪いと、支持部材１４０と回路素子とが接触して、光学センサ６９を支持部材１４０に取り付けることができないという問題が生じる場合がある。また、くりぬき箇所が多いと、支持部材１４０の強度が不足し、変形して光学センサ６９の位置ずれが生じるおそれがある。支持部材１４０を板金などの金属で構成場合した場合、これら回路素子の電極と接触すると、短絡してしまう恐れがある。そのため、これら回路素子を透明のフィルムなどの絶縁シートで覆う必要がありコストアップとなってしまうという問題も生じる。このため、光学素子以外のプリント基板３１４に実装される回路素子は、プリント基板３１４の実装面３１４ａの反対側の面に実装するのがこのましい。これにより、上述した問題を回避できる。

図１８は、装置本体に取り付けられた光学センサ６９の周辺の構造を示す概略構成図である。
光学センサ６９がネジ止めされた支持部材１４０は、装置本体に回転自在に取り付けられたホルダ１４２に固定されている。一方で、転写ユニット５０は、装置本体に対して着脱可能となっている。このため、転写ユニット５０を装置本体に対して着脱した際に、着脱前後で転写ユニットの装置本体に対する位置が異なる場合がある。このように、着脱前後で転写ユニット５０の位置が異なると、光学センサ６９の光の照射位置が異なってしまう。その結果、正反射光出力値が低下してしまうおそれがある。
そこで、転写ユニット５０の手前側と奥側とに、突き当てピン１４１を設け、突き当てピン１４１を、先の図１６に示す支持部材１４０の両端に設けられた突き当て部１４０ａに突き当てる。すると、支持部材１４０が突き当てピン１４１に押されて、ホルダ１４２が回転し、光学センサ６９の光軸が駆動ローラ１５の中心を通るよう、光学センサ６９が、転写ユニット５０に対して位置決めされる。

図１９は、プリント基板３１４の実装面３１４ａと反対側の面を位置決め基準として支持部材１４０に当接させて取り付けた従来の構成を示す図であり、図２０は、プリント基板３１４の実装面３１４ａを位置決め基準として支持部材１４０に当接させて取り付けた本実施形態の構成を示す図である。図１９（ａ）、図２０（ａ）は、プリント基板３１４の厚みが狙い通りのときを示しており、図１９（ｂ）、図２０（ｂ）は、プリント基板３１４の厚みが、狙いよりも厚いときを示している。
図１９（ａ）、図２０（ａ）に示すように、プリント基板３１４の厚みが狙い通りのときは、発光素子３１１の光軸が駆動ローラ５６の中心を向いており、中間転写ベルト６の基準の照射位置Ｄに発光素子３１１の光を照射することができる。

図１９（ｂ）に示すように従来の構成においては、プリント基板３１４の厚みが狙いよりも厚いと、発光素子３１１の光軸が、プリント基板３１４の厚み変動分ずれてしまい、中間転写ベルト６の基準の照射位置Ｄに光を照射することができなくなってしまう。その結果、先の図２５に示すように、正反射光の向きが変化し、受光素子に入力する光量が低下し、出力電圧が低下してしまう。
一方、図２０（ｂ）に示すように、本実施形態の構成においては、プリント基板３１４の厚みが狙いよりも厚いときも、発光素子３１１の光軸が駆動ローラ５６の中心を向いており、中間転写ベルト６の基準の照射位置Ｄに発光素子３１１の光を照射することができる。

以上のように、プリント基板の実装面３１４ａを位置決めの基準面として支持部材１４０に接するようにして取り付けることで、基板３１４ごとの厚みばらつきが生じた場合でも、基準の照射位置Ｄに発光素子３１１の光を照射することができる。これにより、光学センサ６９を支持部材１４０に取り付けた際の正反射受光素子３１２の出力低下を抑制することができる。その結果、初期における入力電流Ｉｆｓｇの上昇を抑制でき、経時変化でＩｆｓｇが上昇したとしても上限値に達するまでの余裕度を上げることができる。また、トナー付着量を正確に算出することができるため、精度の高い画像濃度濃度制御を行うことが可能となる。さらには、基板３１４による厚み誤差により、照射位置が、基準の照射位置Ｄに対してずれることがない。よって、支持部材に光学センサを取り付けた後の出力チェックで、入力電流Ｉｆｓｇが所定範囲外となるものを減少することができ、歩留まりを改善することができる。

図２１は、プリント基板３１４の実装面３１４ａと反対側の面を位置決め基準として支持部材１４０に当接させて取り付けた従来の構成と、プリント基板３１４の実装面３１４ａを位置決め基準として支持部材１４０に当接させて取り付けた本実施形態の構成のそれぞれについて、光学センサ１０００本に対して光学センサの校正を行った結果のＩｆｓｇの正規分布を示めす図である。
図２１からわかるように、本実施形態の構成は、従来の構成と比較してＩｆｓｇの正規分布が狭く、ピーク位置も従来の構成と比較して低い電流値であることがわかる。一方、従来構成の場合、Ｉｆｓｇの分布が広く、ピーク位置の電流値も高くなっている。これは、従来の構成では基板ごとの厚みばらつきの影響により光学センサの光の照射位置にズレが生じてＩｆｓｇが上昇しているからである。

次に、プリント基板３１４の厚みが狙いに対して＋０．２ｍｍの光学センサを用いて従来の構成と本実施形態の構成とで、光学センサの校正を行った結果を示す。プリント基板３１４の実装面３１４ａで位置決めを行った本実施形態の構成では、光学センサ６９の校正後における発光素子３１１の入力電流はＩｆｓｇ＝１０［ｍＡ］であった。一方で、プリント基板３１４の実装面３１４ａと反対側の面で位置決めを行った従来の構成では、光学センサ６９の校正後における発光素子３１１の入力電流はＩｆｓｇ＝１５［ｍＡ］となった。このように、本実施形態の構成にすることで、初期時Ｉｆｓｇを抑えることができる。また、所定期間使用後のＩｆｓｇがベルト光沢度の低下やセンサ検知面のトナー汚れなどにより、初期に比べて約２倍になると見積もると、本実施形態では１０×２＝２０［ｍＡ］、一方で従来構成では１５×２＝３０［ｍＡ］となってしまう。入力電流Ｉｆｓｇの上限値は３０［ｍＡ］のため、従来構成の場合には、その後、正確なトナー付着量の検知を行えなくなる。一方、本実施形態においては、初期時のＩｆｓｇが抑えられているため、経時変化によるＩｆｓｇの上昇に対して余裕度を確保することができることがわかる。

図２２は、本実施形態におけるトナーパッチを検知したときの拡散反射受光素子の出力値を示す図である。図中●のプロットは、支持部材１４０に取り付ける前の光学センサ６９の出力チェックで、入力電流がＩｆｓｇ所定範囲の中央であった光学センサ６９を用いたときの拡散反射受光素子３１３の出力値である。図中△のプロットは、支持部材１４０に取り付ける前の光学センサ６９の出力チェックで、入力電流がＩｆｓｇ所定範囲の上限であった光学センサ６９を用いたときの拡散反射受光素子３１３の出力値である。
図２２からわかるように、厚み変動による照射位置のずれがないので、入力電流Ｉｆｓｇが大きくなることがない。その結果、拡散反射光が上限に張り付くことはない。そのため、トナー付着量を正しく算出することが可能となり、安定した画像濃度制御を行うことが可能となる。

次に、本プリンタの変形例について、説明する。

［変形例１］
図２３は、変形例１のプリンタにおける転写ユニット５０の駆動ローラ周辺の斜視図である。
この変形例１のプリンタは、光学センサ６９を転写ユニット５０に設けた例である。
図に示すように支持部材１４０の両端部がホルダ１４２によって固定されている。ホルダ１４２は転写ユニット５０の駆動ローラ５６の軸部を支持している軸受５６ａの外周面に取り付けられる。このとき、光軸と駆動ローラ５６との中心とが合うように位置決めされる。このように、光学センサ６９が、転写ユニット５０に設けられることで、転写ユニット５０の着脱前後で、照射位置が異なるなどの不具合が生じることがない。

［変形例２］
図２４は、変形例２のプリンタの変形点を示す概略構成図である。
この変形例２においては、支持部材１４０に折り曲げ加工を施して、支持部材１４０のプリント基板３１４の実装面３１４ａに実装されている回路素子３１６や、各検知部６９ｒ，ｃ，ｆのケースと対向する箇所を、実装面３１４ａから離間する方向に凹ませた構成にしたものである。支持部材１４０をこのように凹ませることで、支持部材１４０の剛性を上げて、回路素子３１６や各検知部６９ｒ，ｃ，ｆのケースとの接触を避けることができる。よって、回路素子３１６などをプリント基板の実装面３１４ａに実装しても、強度低下が起こることがないので、回路素子３１６などをプリント基板の実装面３１４ａに実装することが可能となる。これにより、プリント基板３１４の両面に素子を実装する場合に比べて、作業効率を向上することができる。これは、プリント基板３１４の両面に素子を実装する場合は、光学素子を実装面に実装してから基板を裏返して回路素子を実装面と反対側に実装するため作業に時間がかかる。しかし、プリント基板３１４の実装面に光学素子と回路素子とを実装することによって、基板を裏返す手間を省くことができるからである。

また、支持部材１４０のプリント基板３１４の実装面３１４ａと当接する箇所と、実装面３１４ａから離間する方向に凹ませた箇所とを結ぶ箇所は、実装面３１４ａに対して垂直な面であるので、回路素子３１６の実装面３１４ａとの対向面に設けられた電極と支持部材１４０とが接触することがない。よって、短絡の心配がないので、絶縁シートなどを設ける必要がない。その結果、コストダウンとなる。

図２４においては、実装面に回路素子を実装した光学センサであるが、実装面の反対側に回路素子を実装した光学センサにおいても、支持部材を図２４に示すような形状としてもよい。

以上、本実施形態の光学センサは、基板３１４に対して平行に出射された光が、被検知対象面たる中間転写ベルト６に照射されるよう基板３１４に表面実装される発光素子３１１と、基板３１４に表面実装され、中間転写ベルト６から正反射した正反射光を受光する正反射受光素子３１２とを備えている。そして、この光学センサが取り付けられる装置の光学センサ取り付け部材たる支持部材に当接して、光学センサ６９が取り付けられる装置に対して位置決めを行うための位置決め基準面を、基板３１４の発光素子および受光素子が表面実装された実装面３１４ａとしている。これにより、基板の厚みのばらつきにより、照射位置が、基準の照射位置からずれることがない。よって、基板の厚みのばらつきが要因で、光学センサが、装置に取り付けられないことがなくなり、歩留まりを改善することができ、製造コストを下げることができる。

また、発光素子３１１および受光素子以外の基板に実装される回路素子などの部品を実装面以外の面に実装したので、支持部材１４０と回路素子とが接触して短絡しないように、絶縁シートで回路素子を覆う必要がない。また、支持部材と回路素子とが接触しないように、支持部材に加工を施す必要もない。よって、コストダウンを図ることができる。

また、変形例２に示すように、基板の実装面３１４ａを支持部材１４０に当接させたとき、支持部材１４０の基板の実装面３１４ａに実装されている部品と対向する部分が、実装面３１４ａに実装されている部品と接触しないよう、実装面３１４ａと当接する部分よりも凹ませた。かかる構成によれば、支持部材１４０の剛性を上げて、実装面３１４ａに実装されている部品と接触を避けることができる。これにより、支持部材の変形などを抑制することができ、支持部材の変形による照射位置のずれを抑制することができる。また、支持部材１４０の基板３１４の実装面３１４ａと当接する箇所と、実装面３１４ａから離間する方向に凹ませた箇所とを結ぶ部分は、実装面３１４ａに対して垂直な面であるので、実装面３１４ａに実装された回路素子の対向面に設けられた電極と支持部材１４０とが接触することがない。よって、短絡の心配がないので、絶縁シートなどを設ける必要がない。その結果、コストダウンとなる。

また、光学センサを、像担持体でありベルト部材である中間転写ベルトの帳架ローラに巻き付いた部分に対向配置させたことで、中間転写ベルトの波打ちの影響を無くすことができ、精度のよい検知ができる。しかし、この場合、基準の照射位置からずれると、正反射受光素子の出力が大きく低下する中間転写ベルトの曲面に光を照射することになるが、本実施形態の構成を採用することによって、照射位置ずれを抑制することができるので、正反射受光素子の出力低下を抑制することができる。

また、光学センサから出射される光の光軸の延長線上に、帳架ローラの回転中心がくるように、光学センサが位置決めされるので、照射位置に接するように引いた接線と光軸との角度を直角にすることができ、中間転写ベルトの曲面を反射した正反射光を正反射受光素子の受光面の中央に入射させることができる。これにより、正反射光受素子の出力低下を抑制することができる。

６：中間転写ベルト
５０：転写ユニット
５６：駆動ローラ
６９：光学センサ
６９ｃ：センター検知部
６９ｆ：フロント検知部
６９ｒ：リア検知部
１４０：支持部材
３１１：発光素子
３１２：正反射受光素子
３１３：拡散反射受光素子
３１４：プリント基板
３１４ａ：実装面
３１６：回路素子

特開２００５−９１２５２号公報 特開２００８−１８５８４８号公報

Claims (7)

1. 基板に対して平行に出射された光が、被検知対象面に照射されるよう該基板に表面実装される発光素子と、
   上記基板に表面実装され、上記被検知対象物から正反射した正反射光を受光する正反射受光素子とを備えた光学センサにおいて、
   当該光学センサが取り付けられる装置の光学センサ取り付け部材に密着して、当該光学センサが取り付けられる装置に対して位置決めを行うための位置決め基準面を、上記基板の上記発光素子および受光素子が表面実装された実装面としたことを特徴とする光学センサ。
2. 請求項１の光学センサにおいて、
   発光素子および受光素子以外の基板に実装される部品を実装面以外の面に実装したことを特徴とする光学センサ。
3. 光を正反射させる表面を有する像担持体と、
   該像担持体上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、
   該トナー像形成手段により該像担持体上にトナーを付着させたときの該トナーの付着量を検出するための光学センサと、
   該光学センサの検出結果に基づいて画像濃度制御を行う画像濃度制御手段とを備えた画像形成装置において、
   上記光学センサとして、請求項１または２の光学センサを用いたことを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項３の画像形成装置において、
   上記基板の実装面を上記光学センサ取り付け部材に密着させたとき、上記光学センサ取り付け部材の上記基板の実装面に実装されている部品と対向する部分が、実装面に実装されている部品と接触しないよう、上記実装面と当接する部分よりも凹ませたことを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項３または４の画像形成装置において、
   上記光学センサを、曲面に対向配置させたことを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項５の画像形成装置において、
   上記像担持体は、複数の帳架ローラに帳架されたベルト部材であって、
   上記光学センサを、上記ベルト部材の上記帳架ローラに巻き付いた部分に対向配置させたことを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項６の画像形成装置において、
   上記光学センサから出射される光の光軸の延長線上に、上記帳架ローラの回転中心がくるように、上記光学センサを上記光学センサ取り付け部材に取り付けたことを特徴とする画像形成装置。

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