JP5517737B2 - 画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、またはそれらの複合機等の画像形成装置に関する。および、このような画像形成装置等に備え、像担持体に形成されたトナー像を光学式に検知する光学式センサーを備えた画像形成装置の構成に関する。
近年の電子写真式画像形成装置では、複数の感光ドラム(像担持体)上にトナー像を形成し、中間転写体(ベルト部材、像担持体)上にそれぞれ転写してトナー像を重ね合わせ、搬送する記録材上に画像を転写し、記録材上に画像を定着させる。このような画像形成装置では、中間転写体表面に対向して光学式センサーを備え、その光学式センサーで複数の検知用トナー像(以下、トナーパッチと呼ぶ)の位置ずれを検知していた。
この光学式センサーは、主に発光素子と、受光素子と、それぞれを駆動する電気基板と、レンズと、センサーフレームとで構成されている。
光学式センサーについて説明する。図10に示す正反射光を検出する正反射方式のセンサー300と、図11に示す拡散光を検出する乱反射方式のセンサー400がある。正反射方式のセンサー300について説明すると、光学式センサーの発光素子31から発した光はレンズ32を介して集光し、中間転写体表面で反射させ、その反射光を再びレンズ33を介して受光素子34に集光する。集光した光を受光素子34が受光し、受光素子34に生じる検知電圧の変化から複数のトナーパッチの位置ずれを検知し、位置ずれ補正を行っている。正反射方式のセンサー300は、中間転写体表面の光の反射量が比較的多い場合で、読み取るトナーパッチで反射される光量に対し、中間転写体表面から反射される光量が十分に多い(図12参照)。一方、乱反射方式のセンサー400を選択する場合は、中間転写体表面の光の反射量が比較的少ない場合で、中間転写体表面から反射される光量に対し、読み取るトナーパッチで反射される光量の方が多い(図13参照)。但し、乱反射方式のセンサーは、カラートナーパッチ(M、Y、C)の出力信号とブラックトナーパッチ(Bk)の出力信号とが反転してしまうため、一定の出力信号レベルをもとに重心の算出ができない。従って別の色のトナーパッチを重ねてブラックトナーパッチのエッジ部を表現させる必要がある。
いずれの光学式センサーにおいても、フレーム内に取り付ける際には以下の方法が採用されていた。一般にリード式の発光素子や受光素子、或いは発光素子や受光素子を有する基板(発光部、受光部)を半田で、発光素子の出射角や受光素子の入射角が所定の範囲になるように、電気基板をセンサーフレーム内の所定位置に固定していた(特許文献1)。
特開2004−309292
発光部が取り付けられている電気基板をフレームに取り付ける際に、発光素子の光軸の傾きを調整しながら電気基板のフレームに対する位置を決定した後、電気基板をフレームにビスのような固定具を用いると以下のような問題が生ずる。即ち、固定具が電気基板を押圧する力が生ずることで、電気基板にゆがみが生じ、電気基板の平行度が変わる。その結果、図14に示すように固定面に対して発光光軸が傾いてしまうため、図14のように照度分布が不均一になり、読み取り精度が悪化してしまう。
発光素子の光軸の傾きは、読み取り精度に大きな影響を与えるため、傾き量を小さく抑える必要がある。即ち、光軸が傾くと、図15のように受光部が読み取ったトナーパッチの信号が歪んでしまう。その結果、読み取った信号の重心位置をトナーパッチ位置とすると、各色の濃度ばらつきにより、各色が相対位置ずれ(以下、色ずれと呼ぶ)しているかのように検知してしまう。このように実際の色ずれ量とは違う値をもとに色ずれの補正を行ってしまい、結果として色ずれを助長してしまう、という問題があった。
また、相対位置ずれを検知するセンサー以外に、トナー像の濃度を検知するセンサーの場合には、光軸のずれにより検知する濃度の精度の向上の障害となる。
そのため、トナー像を光学的に検知する際には、センサーに取り付けられた発光素子の光軸の傾きを小さくする必要がある。
そこで、本発明は、像担持体と、前記像担持体にトナー像を形成するトナー像形成手段と、を備え、光を照射するための発光部と、反射光を受光する受光部と、前記発光部が取り付けられている電気基板と、少なくとも前記電気基板を支持するフレームと、を有し、前記像担持体に形成されたトナー像を検知するセンサーと、前記センサーの出力に応じて前記トナー像形成手段のトナー像形成条件を調整する制御部と、を備えた画像形成装置において、前記電気基板は前記フレームに対して3点の支持部でそれぞれ接着されることにより、前記フレームに支持されていることを特徴とする。
本発明により、受光部が取り付けられた電気基板をフレームに固定する際に生ずる電気基板への力を低減し、フレームに固定する際の発光素子の光軸の傾きを小さくすることができる。
画像形成装置の一例であるタンデムカラープリンターの概略断面図 光学式センサーの内部構成を示した概略配置図 LED実装基板をPD実装基板をセンサーホルダに取り付けた状態図 本実施の形態における光学式センサーを組み立てるときの工具概略図 LED基板を固定する接着点とLED実装位置との関係を示した概略図 LEDから発光された光の概略照度分布図 本実施の形態における光学式センサーの外観概略図 本実施の形態におけるLED発光部の外観概略図 本実施の形態におけるLED発光部がセンサーフレームに取り付けられたときの外観概略図 正反射光を検出する正反射方式センサーの概略断面図 拡散光を検出する乱反射方式センサーの概略断面図 正反射方式センサーで読み取るパッチと読み取り波形の一例 乱反射方式センサーで読み取るパッチと読み取り波形の一例 センサーホルダに対しLEDが斜めに実装されたときの概略照度分布図 不均一な照度分布のときに受光素子が検知する信号の概略波形と色ずれ概念図
以下、本発明のいくつかの実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
本実施例におけるカラー画像形成装置について図1を用いて説明する。本実施例では、4つの画像形成ステーション(画像形成部)Pa、Pb、Pc、Pdを備えている。本実施例では、この画像形成ステーションは、トナー像形成手段としての役割を有する。画像形成ステーションPaは、イエロートナーを用いてトナー像を形成する画像形成部である。そして、画像形成ステーションPb、Pc,Pdは、それぞれ、マゼンタトナー、シアントナー、ブラックトナーを用いてトナー像を形成する画像形成部である。各画像形成ステーションPa〜Pdには、それぞれ像担持体としての回転可能な感光ドラム1a、1b、1c、1dが配置されている。各感光ドラム1a〜1dの周りには、その回転方向に沿って、それぞれ帯電装置2a、2b、2c、2d、露光装置3a、3b、3c、3d、現像装置4a、4b、4c、4d、1次転写装置5a、5b、5c、5d、およびクリーニング部6a、6b、6c、6dが配置されている。露光装置には、画像信号に合わせて発光制御されるレーザーと、レーザー光をドラム上に導光する不図示の複数のミラー部で構成されている。このレーザーの発光タイミングやミラーを調整することにより画像の書き込みタイミングを調整することができる。
一方、各感光ドラム1a〜1dの下方には、無端ベルト状のベルト部材としての中間転写ベルト7が配置されている。本実施例では、中間転写ベルトはトナー像を担持するものであり、像担持体としての機能を有するものである。それぞれの画像形成ステーションで形成されたトナー像は中間転写ベルト7にそれぞれ転写されることにより、中間転写ベルト7にカラー画像が形成される。この中間転写ベルト7は複数のローラにより掛け回されている。また、中間転写ベルト7は、駆動伝達部材としての駆動ローラ8から駆動力が入力され、回転移動する。
また、符号9は、中間転写ベルト7からトナー像を記録材Pに転写するための二次転写部である。記録材Pは収納庫11に設けられた給紙部から給紙され、レジスト調整部12で姿勢を整えられた後、搬送された記録材Pに中間転写ベルト7に形成されたトナー像は二次転写部9で転写される。また、二次転写部9で転写されずに中間転写ベルト表面に残されたトナーは中間転写クリーニング部10により回収される。
トナー画像が転写された記録材Pは、上下流に分割された上流搬送ベルト14a、下流搬送ベルト14b上を搬送される。搬送ベルトは不図示の駆動モータにより駆動される。搬送ベルト内には記録材Pを吸着するために吸引ファンが配置され、記録材Pを搬送ベルトに吸着している。その後記録材Pは、下流搬送ベルト14bの下流に配置された定着部15に搬送されて加熱、加圧定着され、記録材P上に多色(フルカラー)画像が得られる。本実施例では、定着装置15aと、定着装置15bの複数の定着装置を備える構成であるが、この構成に限定されるものではない。
このような画像形成装置においては、各感光ドラム1a〜1dが同じ速度で回転し、中間転写ベルト7の速度変動がない場合は、各色で現像される画像の倍率は同じであるため、書き出し位置が同じであれば各色の位置ずれは発生しない。しかし、各画像形成ステーションPa〜Pd間の間隔を完全に一致させることは難しく、各色の相対的位置ずれが発生する。このような各色の相対的位置ずれに起因する現象が色ずれとなる。
この他にも色ずれを引き起こす原因が複数あり、例えば中間転写ベルト7が速度ムラをもったまま移動すると、各1次転写部5a、5b、5c、5dで転写されるトナー画像の倍率が変化してしまい、色ずれが発生する。
この色ずれ量を小さくするために、画像形成に関わる回転体の速度変動を小さくするような構成が取られている。
一方、前述したように画像形成に関わる部位の変動要因を小さくしても、画像書き出し位置がずれている場合は、各露光部3a、3b、3c、3dの露光タイミングを修正する必要がある。この露光タイミングを修正するためには、実際の色ずれ量を測定し、そのずれ量を補正しなければならない。そのため、レジパッチ検知センサーユニット16を最下流画像形成ステーションPdの下流側の位置であって、二次転写部9の上流側に配置する。さらに、中間転写ベルト7の回転方向と直交する幅方向における手前側(一方側)と奥側(他方側)で色ずれ量を検出できるようにレジパッチ検知センサー50が手前側と奥側に設けられている。
そして、本実施例では、レジパッチ検知センサー50の出力に応じてトナー像形成条件を制御する制御部(CPU)を有する。トナー像形成条件として、各画像形成ステーションの露光タイミングを調整することで、制御部はずれ量を低減する。なお、トナー像形成条件としては、露光タイミング以外にも、中間転写ベルトの速度を調整する構成や感光ドラムの速度を調整する構成であってもいい。
センサーとしてのレジパッチ検知センサー50は図7に示すように、センサーフレーム56と、LED基板40と、受光部を有する電気基板(PD基板)54と、レンズ55で構成されている。
読み取るトナーパッチは図13に示すような形状パターンである。本実施の形態では、基準色であるマゼンタパッチの重心位置と、各色のトナーパッチ重心位置とのずれ量を検出し、その検出結果から算出されたずれ量を露光部で補正するように画像の書き込みタイミングを変更している。なお、本実施例のレジパッチ検知センサーが検知するトナーパッチの形状は、この形状に限定されるものではない。
図2には、一つのレジパッチ検知センサー50の内部配置構成を示す。本実施の形態におけるレジパッチ検知センサー50は乱反射タイプである。図示した1発光1受光型で、発光部であるLED発光部45が表面実装されたLED基板40(電気基板)と、受光素子としてフォトIC53が面実装されたPD基板(電気基板)54と、光を集光するレンズ55と、これらを固定支持するセンサーフレーム56で構成されている。
ここで、LED発光部45について説明する。砲弾型のLEDは図8に示すように大きく分けて、発光素子であるLEDチップ42と、LEDチップ42を封止し光の指向性を上げるためのキャップレンズ部43と、LEDチップ42が実装される実装部44と、LED基板40の基板面41に半田接着される電極部48とに分かれている。実装部44は、発光素子を支持する支持基板である。
LED素子には、ピーク波長870nm近傍の赤外光を発するものを用いている。これは読み取るトナーパッチの分光特性により決まる波長であり、特に波長を限定するものではない。また、受光素子にフォトICを用いているが、フォトダイオードを用いてもよい。
レンズ55は、透明色の樹脂材料を用いており、LED51から発光される光を集光するレンズAと中間転写ベルト表面から反射された光を集光するレンズBが形成されている。レンズ55のセンサーフレーム56への取り付けは、レンズ55に設けられた位置決め用の突起と、センサーフレーム56に設けられた位置決め穴が勘合して位置決めされ、UV硬化接着剤にて固定されている。ここでレンズの位置決め方法や接着剤のタイプを記述したが、レンズが精度良く固定できれば別の手段でもよく、特に構成を限定するものではない。
レジパッチ検知センサー50では、指向性が高く、光量を多く得るために砲弾型のLEDが多く使用されている。LEDから発光される光の照度分布は図6に示すように、光軸を中心に同心になる。即ち、図6の照度分布は、光軸と直交する面の照度分布である。中間転写ベルト面に対して発光方向が傾くと中間転写ベルト上の照度分布が同心ではなくなる。中間転写ベルト面に対して斜めに照射し、レンズAにより補正することが可能であるが、中間転写ベルト面に対して上下方向(深度方向)のばらつきに対して読み取り精度が悪化してしまう。そのため、図8におけるLEDチップ42が実装される実装面47と照明対象である中間転写ベルト面とは平行になることが望ましい。即ち、光軸は光が照射される照射面に対して垂直となる構成が望ましい。
そこで本実施の形態では、LEDチップ42が実装される実装面47を基準に、中間転写ベルト面と実装面44が平行になるようにセンサーフレーム56にLED基板40を位置決めする必要がある。本実施例では、光軸方向から見たときの実装面47の大きさは、キャップレンズ部43の大きさよりも大きい。そこで、本実施例では、図9に示されるように、実装面47と当接する当接面49がセンサーフレーム56に設けられており、実装面47を当接面49に突き当てる構成とする。この構成により、実装面47の平行度が決定され、LED発光部のセンサーフレーム56に対する位置決めが行われる。なお、当接面を有する実装面47の面の位置決め部は、レンズ部43が入る穴部を有する円筒形状となっている。
LED発光部45は既にLED基板40上に表面実装されているが、LEDチップ42が実装される実装面47と表面実装される基板面41とが平行に実装される保証が無い。そのため、LED基板40は接着剤によりセンサーフレーム56に接着固定される。
図7は、LED発光部45がセンサーフレーム56に取り付けられ、接着固定される前の状態を示す図である。接着剤は、センサーフレーム56に設けられた突起57a,b,cと、LED基板40に設けられた穴との間に注入される。3点の支持部となる接着部58a,b,cは、熱などによるLED基板40の変形の影響を小さくするために、LED発光部45の近傍に置くことが望ましく、その変形の影響を分散させるために接着部58a,b,cは三ヶ所設けられている。LED発光部45は、図5に示すようにレンズ部43が接着部58a,b,cを頂点とする正三角形の重心となるような位置に配置されることが光軸の傾斜を小さくする上で好ましい。即ち、本実施例では、実装面をセンサーフレームの当接面に突き当ててLED基板の高さ方向の位置を決める構成となっているため、LED基板に対する実装面の位置によっては基板の傾きが生じてしまうためである。また、二等三角形と成る場合には、以下の位置に配置すると好ましい。図3のように二等辺三角形の頂点Aと重心Gを結んだ線上(頂角Aの二等分線上)の重心と底辺Bとの間にレンズ部43を配置すると、光軸の傾斜を小さくできるだけでなく、LED基板40の形状をより扁平にすることができる。基板を扁平にすることで、LED基板40をより小さくすることが可能となる。また図4に示すように、センサー組み立て時に、LED45の背面を、組み立て工具に設けられた押し当て部材によりセンサーフレーム56に押し当てながら三点同時に接着する。その構成により、この接着剤が凝固する時に発生する力によってLED基板40が傾くことを防止することができる。
また、歪み無く受光部に反射光を集光するためには、レンズBに進入する入射角を大きく取った方が光学的に有利となるため、LED発光部45とフォトIC53の位置関係は近づく方向である。中間転写ベルト7の光が照射される面は上下方向(光軸方向)に僅かに移動する。即ち、照射面が上下に振れる。その照射面の上下方向の振れによってフォトIC53が検知する反射光がばらつくことを小さくするために、LED発光部45とフォトIC53の位置関係は近づける構成が好ましい。従って、LED基板40は、なるべくPD基板側に出っ張らないようにする必要があるため、図3に示すようにLED基板40の接着部58a,b,cを頂点とする三角形をより扁平にする必要がある。上記のように、LED基板40に対するLEDの位置と、LED基板40をセンサーフレーム56に固定する接着部58a,b,cとの関係が重要であり、上記構成により読み取り精度を上げ、かつコンパクトなセンサーを構成することが可能となる。
このように、本実施例の構成により、発光素子が取り付けられた電気基板をフレームに固定する際に生ずる電気基板への力を低減し、発光素子の光軸の傾きを小さくすることができる。
本実施例では、中間転写ベルトに沿って複数の感光体を配置したタンデム型のフルカラー画像形成装置を用いて説明したが、中間転写ベルトを用いて現像色を切り替え可能な1ドラム型のフルカラー画像形成装置でも実施できる。
また、本実施例では、中間転写ベルト上のトナー像を検知する構成であった。しかし、本発明は、中間転写ベルトに限定されるものではなく、記録材を担持する転写ベルト上に形成されるトナー像や、感光ドラム上に形成されるトナー像を検知するセンサーとして本発明の構成を用いることにより本発明の効果を得ることができる。
本実施例では、センサーは色ズレを検知するセンサーとして説明されていたが、トナー像の濃度を検知するセンサーに対しても本発明の構成を用いることで、トナー像の濃度の検知精度を向上させることができ、有効である。

Claims (6)

  1. 像担持体と、前記像担持体にトナー像を形成するトナー像形成手段と、を備え、光を照射するための発光部と、反射光を受光する受光部と、前記発光部が取り付けられている電気基板と、少なくとも前記電気基板を支持するフレームと、を有し、前記像担持体に形成されたトナー像を検知するセンサーと、前記センサーの出力に応じて前記トナー像形成手段のトナー像形成条件を調整する制御部と、を備えた画像形成装置において、
    前記電気基板は前記フレームに対して3点の支持部でそれぞれ接着されることにより、前記フレームに支持されていることを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記発光部は、光を照射する発光素子と前記発光素子を支持する支持基板と、を有し、前記フレームは、前記支持基板と当接し、前記発光部の前記フレームに対する位置を決めるための位置決め部を有することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記発光部から照射される光軸が前記像担持体の前記発光部からの光が照射された照射面に対して垂直となるように前記発光部は前記フレームに取り付けられていることを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載の画像形成装置。
  4. 前記3点の支持部は、少なくとも二等辺三角形を形成するように前記フレームに設けられ、前記発光部は、前記二等辺三角形の頂角の二等分線上に配置されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の画像形成装置。
  5. 前記発光部は、前記二等分線上であって、前記二等辺三角形の重心よりも前記頂角から遠ざかる位置に配置されていることを特徴とする請求項4に記載の画像形成装置。
  6. 前記受光部を支持する電気基板と、を有し、前記発光部は前記重心よりも前記受光部を支持する電気基板の側に配置されていることを特徴とする請求項5に記載の画像形成装置。
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