JP5589914B2 - トナー濃度センサ及び画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば複写機やプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に用いられるトナー濃度センサに関し、より詳しくは、検出精度を向上できるようなトナー濃度センサに関する。

トナー濃度センサは、画像形成装置において最適な画像品質を得るために重要な部品であって、光を照射する発光手段と、この発光手段から照射されて検出対象で反射した反射光を受光する受光手段と、この受光手段の検出電圧を増幅させる増幅部を有する。すなわち、画像形成装置が、中間転写ベルトに一次転写されたトナー像を紙に二次転写する中間転写式のものである場合には、トナー濃度センサは中間転写ベルトに対して前記発光手段から光が照射されると、中間転写ベルト上のトナー像で反射された反射光を、前記受光手段が検出する。そして、この受光手段に発生する光電流（検出電圧）に基づいて、中間転写ベルトに付着したトナー濃度が検出されて、この結果に基づいて光学的または電気的な必要な補正がなされる。

しかし、トナー濃度センサの前記発光手段と受光手段は、プリント基板上に表面実装されており、発光手段から照射された光は、所望する方向以外にも放射される。

このため、ノイズ光の問題が生じていた。ノイズ光は迷光とも称され、検出精度の低下の原因となる。すなわち、基板上に表面実装された発光手段から照射される光は、所望する検出対象に向けて進むほかに、基板にも進入する。すると、紙フェノール樹脂やガラスエポキシ樹脂等からなる基板内で光は反射して進み、受光手段の周囲に到達してしまう。この結果、受光手段での検出電圧にノイズが発生することになり、精度の高い検出ができない。

この問題点を解消すべく、下記特許文献１の発明が提案されている。
特許文献１の発明は、センサの基板における表面実装された発光手段と受光手段の間に細長いスリット状の貫通孔を備えるというものである。

すなわち、発光手段から基板内に進入して伝播する光を、貫通孔から照射することによって、受光手段に到達するノイズ光をなくそうとしている。

特開２００９−５８５２０号公報

この特許文献１の構成によればノイズ光を低減できる。しかしながら、前記貫通孔を設ける面積が必要であるため（特許文献１の図４参照）、図１５に示したトナー濃度センサ１０１のように、小型化を図るべく発光手段１０２と受光手段１０３，１０４を接近させる場合には、特許文献１の発明を採用することができない。図１５中、１０５はプリント基板で、１０６はケース、１０７はレンズである。

そこで、この発明は、発光手段と受光手段の距離が近い場合でもノイズ光による検出精度の劣化を抑制できるようにすることを主な目的とする。

そのための手段は、トナー濃度を検出するために光を照射する発光手段と、該発光手段から照射されて検出対象で反射した反射光を受光する受光手段を基板上に表面実装したトナー濃度センサであって、前記基板における前記発光手段または受光手段の少なくともいずれか一方の取り付け部分に、厚み方向に貫く貫通空間部が、前記発光手段または受光手段のチップ部分に対応する部位を中心にして形成されたトナー濃度センサである。

この構成では、前記貫通空間部が発光手段の取りつけ部分に形成された場合には、発光手段から照射されてノイズ光となりうる光は貫通空間部を通して外へ放射され、基板内に伝播する光が少なくなる。前記貫通空間部が受光手段の取り付け部分に形成された場合には、基板内を伝播して受光手段に到達しようとするノイズ光は、貫通空間部の内側面で拡散されて、受光手段に到達するノイズ光が少なくなる。

この発明によれば、貫通空間部がノイズ光の発生を抑制したり、ノイズ光の受光素子への到達を抑制したりするので、受光手段による検出精度の向上を図ることができる。しかも、貫通空間部は表面実装される発光手段や受光手段の取り付け部分に形成されるので、別途に平面広さは必要なく、小さな面積を有効に活用できる。このため、小型化を図ったトナー濃度センサに好適に適用できるものとなる。

トナー濃度センサの斜視図。 トナー濃度センサの概略を説明する正面図と断面図。 画像形成装置の概略構成図。 トナー濃度センサの構造を示す平面図と断面図。 他の例に係るプリント基板の平面図。 他の例に係るトナー濃度センサの断面図。 他の例に係るトナー濃度センサの断面図。 他の例に係るトナー濃度センサの断面図。 他の例に係るトナー濃度センサの構造を示す平面図と断面図。 他の例に係るトナー濃度センサの断面図。 他の例に係るトナー濃度センサの構造を示す平面図と断面図。 他の例に係るトナー濃度センサの構造を示す平面図と断面図。 他の例に係るトナー濃度センサの断面図。 他の例に係るトナー濃度センサの断面図。 従来のトナー濃度センサのケース部分における横断面図。

この発明を実施するための一形態を、以下図面を用いて説明する。
図１はトナー濃度センサ１１の斜視図であり、図２は、そのトナー濃度センサ１１の概略構造を示す説明図である。

このトナー濃度センサ１１は、図３に示したような画像形成装置５１に搭載される。画像形成装置５１は、例えばカラーレーザープリンタ等である。まず、画像成形装置５１の概略構造を説明すると、次の通りである。

画像形成装置５１は、上部に原稿読み取り部５２を有し、この原稿読み取り部５２で読み取った原稿データに基づいて作像部５３で画像を形成し、下部に設けた給紙部５４から供給された紙５４ａに画像を転写して、上部の排紙部５５から排紙するというものである。作像部５３には転写ベルト５６が張設されており、光書き込み装置５７からの光が露光された感光体ドラム５８にトナーを付着させ、このトナーを前記転写ベルト５６に一次転写して前記画像を形成する。ここに紙５４ａが供給されると、転写ベルト５６から紙に対して前記画像が二次転写される。このあと紙５４ａは定着部５９に搬送されて、熱と圧力によりトナーが紙５４ａに定着される。

図中、６０は帯電ロール、６１は現像スリーブ、６２はトナーケースである。これらと前記感光体ドラム５８を備える作像ユニット６３は、イエロー６３Ｙ、マゼンダ６３Ｍ、シアン６３Ｃ、ブラック６４Ｂの４個が配設されている。

前記トナー濃度センサ１１は、前記のような画像形成装置５１における転写ベルト５６に対向して設けられ、転写ベルト５６上のトナー濃度を検出する。トナー濃度センサ１１は前記作像ユニット６３に設けられることもある。この場合には、トナー濃度センサ１１は前記感光体ドラム５８上のトナー濃度を検出する。

つぎに、トナー濃度センサ１１について説明する。
トナー濃度センサ１１は、図２（ａ）に示したように、光を照射する発光手段としての発光素子１２と、この発光素子１２から照射されて検出対象である前記転写ベルト５６で反射した反射光を受光する受光手段としての受光素子１３，１４と、この受光素子１３，１４の検出電圧を増幅させる増幅回路（図示せず）を有する。前記発光素子１２には、発光ダイオードを用い、前記受光素子１３，１４には、フォトトランジスタやフォトダイオードなどが用いられる。

そして、これら発光素子１２と受光素子１３，１４は、プリント基板１５上に表面実装されている（図２（ｂ）参照）。

また発光素子１２と受光素子１３，１４を実装した部分は、ケース１６で被覆されている。このケース１６は、図１、図２（ｂ）に示したように発光素子１２と受光素子１３，１４を実装した側を覆う上ケース１７と、プリント基板１５の反対側の面を覆う下ケース１８を有するとともに、プリント基板１５の縁側の部分にレンズ部材１９が保持されている。

具体的には、図２（ａ）に破線で示したように、１個の発光素子１２と、２個の受光素子１３，１４が略一直線上に配設されている。２個の受光素子１３，１４のうちの一方（図２（ａ）左側）は、発光素子１２から照射されて反射する反射光のうちの正反射光を受光する第１受光素子１３であり、主にブラックトナーの濃度検出を行う。２個の受光素子１３，１４のうちの他方（図２（ａ）右側）は、発光素子１２から照射されて反射する反射光のうちの拡散反射光を受光する第２受光素子１４であり、主にイエロー、マゼンダ、シアンのカラートナーの濃度検出を行う。

このトナー濃度センサ１１では、検出精度を向上するという目的を達成するため、図２（ｂ）に示したように、前記プリント基板１５における前記発光素子１２または受光素子１３，１４の少なくともいずれか一方の取り付け部分に、厚み方向に貫く貫通空間部２１を形成するという構成を採用している。この貫通空間部２１は、プリント基板１５内に進入するノイズ光の発生を抑制したり、プリント基板１５内に進入したノイズ光の受光素子１３，１４への到達を抑制したりするものである。

発光素子１２の取り付け部分に貫通空間部２１を形成する場合には、図４に示したように構成される。なお、図面では、発光素子１２や受光素子１３，１４を表面実装するためのはんだ付け用銅箔であるランド１５ａを除いて、配線パターンを省略して図示している。以下同じである。

すなわち、図４（ａ）に示したように発光素子１２の取り付け部分に、平面視方形をなして厚み方向に貫通する穴状の貫通空間部２１が形成されている。この貫通空間部２１は、発光素子１２のチップ１２ａ部分に対応する部分を含んで形成される（図４（ｂ），（ｃ）参照）。

貫通空間２１部の形状や大きさは適宜設定されるが、少なくとも前記のように発光素子１２のチップ部分１２ａに対応する部分に形成されていればよい。貫通空間部２１の大きさが小さい場合には、特に、チップ１２ａ部分に対応する部位を中心にして貫通空間部２１を形成するとよい。

貫通空間部２１の大きさや形状は、前記ランド１５ａを考慮して適宜設定される。

第１受光素子１３と第２受光素子１４の取り付け部分には、前記のような貫通空間部は形成されない。

また、前記ケース１６のうち、プリント基板１５の下面を覆う下ケース１８にも厚み方向に貫通する穴部としての貫通穴２２が形成されている。この貫通穴２２は、図４（ｂ）、図４（ｃ）に示したように、前記プリント基板１５の貫通空間部２１に対応する部位に形成される。

図示例では、下ケース１８の貫通穴２２はプリント基板１５の貫通空間部２１よりも大きく形成されているが、それと同一又はそれよりも小さく形成されたものであってもよい。

なお、図４（ｂ）は、前記発光素子１２と２個の受光素子１３，１４を表面実装して、前記ケース１６を取付けたトナー濃度センサ１１における上ケース１７部分における横断面図である。

このように構成されたトナー濃度センサ１１では、図４（ｂ）に示したように、発光素子１２から照射された照射光は、レンズ部材１９方向に向けて進むほか、図４（ｃ）に示したようにプリント基板１５方向にも進む。

レンズ部材１９方向に進んだ照射光Ｌ１はレンズ部材１９を透過して前記転写ベルト５６で反射し、この反射光Ｌ２は再びレンズ部材１９を通って前記受光素子１３，１４で受光される。図４（ｃ）では第１受光素子１３のみを図示して第２受光素子１４を省略しているが、第２受光素子１４の場合も同様である。以下同じである。

この反射光Ｌ２の検知電圧に基づいて前記のようにトナー濃度が検出される。

一方、発光素子１２からプリント基板１５方向に進んだ光は、プリント基板１５の貫通空間部２１と下ケース１８の貫通穴２２を通って外部に放射される。

照射光の一部はプリント基板１５内に進入することもあるが、プリント基板１５方向に進む照射光Ｌ３の多くが貫通空間部２１から放射されるので、プリント基板１５内に進入するノイズ光の量を低減できる。ノイズ光が進入しても、僅かであるので、伝播するうちに減衰する。この結果、受光素子１３，１４に到達するノイズ光は大幅に減る。

したがって、受光素子１３，１４がノイズ光の影響を受けにくくなり、検出精度の向上を図ることができる。

しかも、前記貫通空間部２１は、発光素子１２の取り付け部分に形成されている。つまり、プリント基板１５における発光素子１２の下を抜いた構造であるので、貫通空間部２１を設けるために、別途に面積広さは不要で、面積を有効に活用できる。このため、検出精度が高い小型のトナー濃度センサ１１が得られる。

また下ケース１８にも貫通穴２２が形成されているので、発光素子１２からの光をより多く外へ放射して、ノイズ光となりうる光を一層減らすことができる。

このように検出精度の高いトナー濃度センサ１１であるので、これを搭載した前記画像形成装置５１では、品質の高い画像形成ができる。しかも、トナー濃度センサ１１は小型化を測れるので、画像形成装置５１内の限られたスペースを有効利用でき、より良い画像成形装置の提供にも貢献できる。

図５は、前記貫通空間部２１の他の例を示している。すなわち、貫通空間部２１は全周が囲まれた穴状のものばかりではなく、図５に示したように、プリント基板１５の端面まで達する形状、換言すれば端面から切り込んだ形状のものであってもよい。

図６は、下ケース１８に貫通穴２２を形成しない例を示している。このように下ケース１８に貫通穴２２を形成しない場合には、前記貫通空間部２１に対応する部位のプリント基板１５側の面１８ａが、マット（つや消し）状の黒色を呈するようにするのが好ましい。貫通空間部２１を通過した照射光Ｌ３を吸収して、ノイズ光になりうる光を減らすことができる。

また、図７に示したように、貫通空間部２１に対応する部位のプリント基板１５側の面１８ａにシボ加工部２３が形成されたものであってもよい。貫通空間部２１を通過した照射光Ｌ３を吸収して、ノイズ光になりうる光を減らすことができる。黒色にすること、シボ加工部２３を形成することを併用することで、より一層の光の吸収効果が高まる。

下ケース１８の穴部は、図８に示したように、厚み方向に貫通しない凹みからなる穴部２２ａであってもよい。この場合も、黒色にしたり、シボ加工部２３を形成したりすると、より一層ノイズ光の発生を低減できる。

発光素子１２の取り付け部分のほかに受光素子１３，１４の取り付け部分にも貫通空間部２１を形成する場合には、図９に示したように構成される。

すなわち、図９（ａ）に示したように発光素子１２の取り付け部分と第１受光素子１３および第２受光素子１４の取り付け部分に、平面視方形をなし厚み方向に貫通する穴状の貫通空間部２１が形成されている。これらの貫通空間部２１は、発光素子１２や受光素子１３，１４のチップ１２ａ，１３ａ，１４ａ部分に対応する部分を含んで形成され、詳細は前述の通りである。

また、前記ケース１６のうち、プリント基板１５の下面を覆う下ケース１８にも厚み方向に貫通する穴部としての貫通穴２２が形成されている。この貫通穴２２は、図９（ｂ）、図９（ｃ）に示したように、前記プリント基板１５の発光素子１２の下に形成した貫通空間部２１に対応する部位のみに形成される。受光素子１３，１４に下ケース１８の外からの光が入り込むのを阻止するためである。

受光素子１３，１４の下の貫通空間部２１に対応する部位に穴部を形成する場合には、図８に示したような厚み方向に貫通しない凹みからなる穴部２２ａ（図８参照）とする。この場合も、黒色にしたり、シボ加工部２３（図７参照）を形成したりすると、より一層ノイズ光の発生を低減できる。

このように構成されたトナー濃度センサ１１でも、図９（ｂ）に示したように、発光素子１２から照射された照射光は、レンズ部材１９方向に向けて進むほか、図９（ｃ）に示したようにプリント基板１５方向にも進む。

レンズ部材１９方向に進んだ照射光Ｌ１はレンズ部材１９を透過して前記転写ベルト５６で反射し、この反射光Ｌ３は再びレンズ部材１９を通って前記受光素子１３，１４で受光されてトナー濃度が検出されることは、前述と同様である。

一方の、発光素子１２からプリント基板１５方向に進んだ照射光Ｌ３は、プリント基板１５の貫通空間部２１と下ケース１８の貫通穴２２を通って外部に放射される。

照射光の一部はプリント基板１５内に進入することもあるが、プリント基板１５方向に進む照射光Ｌ３の多くが貫通空間部２１から放射されるので、プリント基板１５内に進入するノイズ光の量を低減できる。ノイズ光が進入しても僅かであるので、伝播するうちに減衰する。その上、受光素子１３，１４の取り付け部分にも貫通空間部２１があるので、この貫通空間部２１の内側面において、ノイズ光は拡散して減衰される。前記貫通空間部２１は、プレス加工（打ち抜き）やドリル加工によって形成されるが、きれいな切断面は得られず、凹凸が有る形状だからである。このため、受光素子１３，１４に到達するノイズ光は大幅に減る。

したがって、受光素子１３，１４がノイズ光の影響を受けにくくなり、検出精度の向上を図ることができる。

しかも、前記貫通空間部２１は、発光素子１２の取り付け部分と受光素子１３，１４の取り付け部分に形成されている。つまり、プリント基板１５における発光素子１２や受光素子１３，１４の下を抜いた構造であるので、貫通空間部２１を設けるために、別途に面積広さは不要で、面積を有効に活用できる。このため、検出精度が高い小型のトナー濃度センサ１１が得られる。

また下ケース１８における発光素子１２の下には貫通穴２２を有する一方で、受光素子１３，１４の下には貫通穴２２を形成していないので、発光素子１２からの光をより多く外へ放射して、ノイズ光となりうる光を一層減らすとともに、受光素子１３，１４に到達するノイズ光を大幅に減らすことができる。

図１０は、下ケース１８の他の例を示している。すなわち、受光素子１３，１４の下に形成した貫通空間部２１に対応する部位のプリント基板１５側の面１８ａに、シボ加工部２３が形成されている。このように構成することによって、受光素子１３，１４の下の貫通空間部２１に進入したノイズ光の再反射を抑えることができる。この結果、受光素子１３，１４をノイズ光からより良好に保護することができる。

図１１に示したように、貫通空間部２１の内側面にメッキ層２４を形成すると、ノイズ光の発生の抑制効果と、ノイズ光の受光素子１３，１４への到達阻止効果を高めることができる。

すなわち、図１１（ａ）、図１１（ｃ）に示したように、発光素子１２と受光素子１３，１４の下に形成された貫通空間部２１の内側面にメッキ層２４が形成されている。このメッキ層２４は、通常のスルーホールを形成する場合と同じ加工で形成できる。

このように貫通空間部２１の内側面にはメッキ層２４があって光を通さないので、発光素子１２の下の貫通空間部２１では、貫通空間部２１からプリント基板１５内に入るノイズ光を良好に減らせる。受光素子１３，１４の下の貫通空間部２１では、プリント基板１５内を伝播して貫通空間部２１に出ようとするノイズ光の透過を阻止する。このため、受光素子１３，１４に到達するノイズ光を大幅に削減できる。

このようなメッキ層２４は、図４などに示したように、発光素子１２の下のみに貫通空間部２１を形成したときも同様の作用をして、ノイズ光の発生を抑制できる。

受光素子１３，１４の取り付け部分に貫通空間部２１を形成する場合には、図１２に示したように構成される。

すなわち、図１２（ａ）に示したように第１受光素子１３と第２受光素子１４の取り付け部分に、平面視方形をなして厚み方向に貫通する穴状の貫通空間部２１が形成されている。これらの貫通空間部２１は、受光素子１３，１４のチップ１３ａ，１４ａ部分に対応する部分を含んで形成され、詳細は前述の通りである。

前記ケース１６には、前記のような穴部は形成されない。必要に応じて、貫通空間部２１に対応する部位のプリント基板１５側の面が、前記のようにマット状の黒色を呈するように形成されたり、シボ加工部２３が形成されたりするとよい。

このように構成されたトナー濃度センサ１１では、図１２（ｂ）に示したように、発光素子１２から照射された照射光は、レンズ部材１９方向に向けて進むほか、図１２（ｃ）に示したようにプリント基板１５方向にも進む。

レンズ部材１９方向に進んだ照射光Ｌ１はレンズ部材１９を透過して前記転写ベルト５６で反射し、この反射光Ｌ２は再びレンズ部材１９を通って前記受光素子１３，１４で受光されてトナー濃度が検出されることは、前述と同様である。

一方、発光素子１２からプリント基板１５方向に進んだ照射光Ｌ３は、プリント基板１５内に進入して、プリント基板１５と下ケース１８との境界面部分で反射したりして、減衰しながらも受光素子１３，１４側に伝播するが、受光素子１３，１４の取り付け部分に貫通空間部２１があるので、この貫通空間部２１の内側面の凹凸において、ノイズ光は拡散して減衰される。このため、受光素子１３，１４に到達するノイズ光を抑制できる。

したがって、受光素子１２がノイズ光の影響を受けにくくなって、検出精度の向上を図ることができる。

しかも、前記貫通空間部２１は、受光素子１３，１４の取り付け部分に形成されている。つまり、プリント基板１５における受光素子１３，１４の下を抜いた構造であるので、貫通空間部２１を設けるために、別途に面積広さは不要で、面積を有効に活用できる。このため、検出精度が高い小型のトナー濃度センサ１１が得られる。

また下ケース１８における受光素子１３，１４の下の貫通空間部２１に対応する部位には穴部を形成していないので、外部からのノイズ光の進入を阻止できる。

このように、受光素子１３，１４に到達するノイズ光を大幅に減らすことができる。

受光素子１３，１４の取り付け部分にのみ貫通空間部２１を形成する場合には、図１３に示したように、貫通空間部２１の内側面にメッキ層２４を形成するとよい。ノイズ光がプリント基板１５内から貫通空間部２１内に進入するのを阻止できるからである。

なお、トナー濃度センサ１１は、図１４に示したように、前記下ケース１８がないものもある。その場合には、下ケース１８の穴部や色、シボ加工部２３による前記のようなノイズ光低減効果を得られないものの、発光素子１２または受光素子１３，１４の少なくともいずれか一方の取り付け部分に形成された貫通空間部２１によって、ノイズ光による悪影響を低減することができる。

この発明の構成と、前記一形態の構成との対応において、
この発明の発光手段は、前記発光素子１２に対応し、
以下同様に、
受光手段は、受光素子（第１受光素子１３、第２受光素子１４）に対応し、
基板は、プリント基板１５に対応し、
穴部は、貫通穴２２、穴部２２ａに対応するも、
この発明は前記構成のみに限定されるものではなく、その他の構成を採用することができる。

前記の説明では、トナー濃度センサ１１の小型化を図るために、１個の発光素子１２と２個の受光素子１３，１４が略同一直線状に配設されたものを例示したが、例えば「く」の字状などの適宜の配置に配設されたトナー濃度センサであってもよい。前記と同様に、検出精度の向上を図ることができる。

１１…トナー濃度センサ
１２…発光素子
１３…第１受光素子
１４…第２受光素子
１２ａ，１３ａ，１４ａ…チップ
１５…プリント基板
１６…ケース
１８ａ…貫通空間部に対応する部位の基板側の面
２１…貫通空間部
２２…貫通穴
２２ａ…穴部
２３…シボ加工部
２４…メッキ層
５１…画像形成装置

Claims (8)

1. トナー濃度を検出するために光を照射する発光手段と、該発光手段から照射されて検出対象で反射した反射光を受光する受光手段を基板上に表面実装したトナー濃度センサであって、
   前記基板における前記発光手段または受光手段の少なくともいずれか一方の取り付け部分に、厚み方向に貫く貫通空間部が、前記発光手段または受光手段のチップ部分に対応する部位を中心にして形成された
   トナー濃度センサ。
2. 前記貫通空間部が前記基板の厚み方向に光を通過させ得る空間である
   請求項１に記載のトナー濃度センサ。
3. 前記貫通空間部の内側面にメッキ層が形成された
   請求項１または請求項２に記載のトナー濃度センサ。
4. 前記基板に前記発光手段および受光手段を覆うケースが備えられ、
   該ケースにおける前記貫通空間部に対応する部位に穴部が形成された
   請求項１から請求項３のうちのいずれか一項に記載のトナー濃度センサ。
5. 前記穴部が厚み方向に貫通する貫通穴である
   請求項４に記載のトナー濃度センサ。
6. 前記基板に前記発光手段および受光手段を覆うケースが備えられ、
   該ケースにおける前記貫通空間部に対応する部位の基板側の面が、マット状の黒色を呈するものである
   請求項１から請求項３のうちのいずれか一項に記載のトナー濃度センサ。
7. 前記基板に前記発光手段および受光手段を覆うケースが備えられ、
   該ケースにおける前記貫通空間部に対応する部位の前記基板側の面に、シボ加工部が形成された
   請求項１から請求項３のうちのいずれか一項に記載のトナー濃度センサ。
8. 前記請求項１から請求項７のうちのいずれか一項に記載のトナー濃度センサを搭載した
   画像形成装置。
   

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