JP5517737B2 - 画像形成装置 - Google Patents

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。