JP6303273B2 - 検出装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、検出装置及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、移動体の移動情報を検出する検出装置、及び該検出装置を備えた画像形成装置に関する。

近年、多色のカラー画像を形成する画像形成装置は、高速化への要求に応えるため、複数の色（一般的には、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローの４色）に対応した複数の感光体を並列に並べた、いわゆるタンデム方式が主流となってきている。

このタンデム方式では、各感光体上でそれぞれ現像された色毎のトナー画像を、最終的に記録媒体（例えば、紙、プラスチックシート等）上で重ね合わせる必要がある。そして、その方式として、記録媒体上で直接重ね合わせる直接転写方式と、中間転写ベルトを用いて、中間転写ベルト上で各トナー画像を重ね合わせ、記録媒体に一括して転写する中間転写ベルト方式の２方式がある。

そして、直接転写方式では記録媒体を搬送するための搬送ベルトを、中間転写ベルト方式では中間転写ベルトを、いずれも高精度で駆動しなければ、出力カラー画像に色ずれが発生するおそれがある。

そこで、例えば中間転写ベルトを高精度で駆動するために、例えば、特許文献１に記載の技術では、移動する中間転写ベルトにレーザ光をレーザ照射手段から照射して、中間転写ベルト面上に発生した粒子画像（スペックル画像）のパターン（スペックルパターン）を読取手段で読み取り、読み取った粒子画像のパターンを解析して、中間転写ベルトの移動に伴う粒子画像パターンの各粒子の位置の動きを速度ベクトルとして検出し、この検出結果に基づいて中間転写ベルトの移動速度を補正制御するようにしている。

また、中間転写ベルトなどの移動体の速度や速度変動を検出する速度検出装置として、例えば、特許文献２のような速度検出装置が提案されている。

この速度検出装置は、レーザ光を移動部材（移動体）に照射し、反射拡散光を結像レンズでエリアセンサにスペックルパターンとして結像して、一定時間間隔で取得した画像パターンを演算することにより移動部材の速度を算出する構成である。更に、この速度検出装置では、移動部材が移動平面と垂直方向にシフトしたときに検出誤差を少なくするために、スペックルを検出するエリアセンサは移動する平面とは垂直な方向に設けている。

特許文献１に用いられる読取手段は、一般に撮像レンズを取り付けた鏡筒と、２次元画像を取得可能な２次元イメージセンサ（ＣＭＯＳセンサなど）等を備えており、これらの部材は容器内に位置決めされ固定されている。

ところで、容器は一般に樹脂材料で形成されているので、画像形成装置の画像形成動作に伴う発熱部材の発熱などによって、画像形成装置内にある前記容器、鏡筒が撮像レンズの光軸方向の中間転写ベルト側へ熱膨張すると、容器内にねじ等で保持されている鏡筒も一体的に撮像レンズの光軸方向の中間転写ベルト側に変位する。これにより、中間転写ベルトが光軸に垂直な方向へ移動した距離（以下、この移動距離を「検出長」という）に、例えば数十μｍ程度以上の誤差が生じる。

検出長に誤差が生じると、中間転写ベルト等の移動体の移動量を精度よく検出できなくなるため、中間転写ベルトの移動速度を精度よく検出できなくなる。

また、特許文献２に記載の速度検出装置の構成では、移動部材（移動体）が移動平面と垂直方向にシフトしても、スペックルパターンがエリアセンサの平面方向には殆どずれないので、検出誤差が発生しにくくなる。しかしながら、特許文献２に記載の速度検出装置には、この装置内の温度が変化したときにおける検出値の変化を抑えるための構成については記載されていない。

そこで、本発明は、周囲温度が上昇した場合でも熱膨張に起因した撮像レンズを取り付けた鏡筒の変位を抑制して、中間転写ベルト等の移動体の移動量を精度よく検出することができる検出装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために本願発明に係る移動する検出装置は、移動する移動体に向けて光を照射する光源と、光軸が前記移動体側に向けられた撮像レンズを保持した第１保持部材と、前記第１保持部材の端部近傍に配置したイメージセンサと、少なくとも前記第１保持部材を保持した第２保持部材と、を備え、前記第１保持部材は、前記第２保持部材内に前記光軸方向に沿って摺動可能に保持され、かつ前記イメージセンサに対して圧接されており、前記第１保持部材の線膨張係数が前記第２保持部材の線膨張係数よりも小さいことを特徴としている。

本発明に係る画像形成装置は、複数の像担持体上にそれぞれ形成された各色のトナー像を、無端状の中間転写ベルト上に重ね合わせて転写する画像形成装置において、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の検出装置を備え、前記検出装置によって前記中間転写ベルトの移動情報を検出することを特徴としている。

本発明によれば、第１保持部材は、第２保持部材内に光軸方向に沿って摺動可能に保持され、かつイメージセンサに対して圧接されており、第１保持部材の線膨張係数が第２保持部材の線膨張係数よりも小さいので、第１保持部材に対して、熱膨張による光軸方向の移動体側への変位を小さく抑えることができ、内部の撮像レンズの変位も小さく抑えることができ、内部の撮像レンズの変位も小さく抑えることができる。よって、検出装置付近の温度が上昇している場合でも、移動体の移動速度や速度変動を精度よく検出することが可能となる。

本発明の実施形態１に係る検出装置を備えた画像形成装置の要部を示す概略構成図。 本発明の実施形態１に係る検出装置を示す概略構成図。 （ａ）は、実施形態１に係る検出装置の鏡筒の下面付近を示す側面図、（ｂ）は、実施形態１に係る検出装置の鏡筒の下面を示す図。 本発明の実施形態２に係る検出装置を示す概略構成図。 本発明の実施形態３に係る検出装置を示す概略構成図。

以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
〈実施形態１〉
図１は、本発明の実施形態１に係る検出装置を備えた画像形成装置の要部を示す概略構成図である。

本実施形態における検出装置は、移動体としての中間転写ベルトの移動情報（例えば、移動速度）を検出する移動速度検出装置として適用した例である。なお、本実施形態に係る画像形成装置は、電子写真方式のカラー複写機、カラープリンタ等のタンデム型画像形成装置である。

（画像形成装置の構成）
図１に示すように、本実施形態の画像形成装置１は、４つの画像形成部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、露光装置３、中間転写ベルト４、定着装置５を主要構成要素として備えている。

各画像形成部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、感光体ドラム６と、該感光体ドラム６の周囲に帯電ローラ７、現像装置８、１次転写ローラ９、ドラムクリーニング部材１０をそれぞれ有している（なお、画像形成部２ｂ、２ｃ、２ｄでは、感光体ドラム６以外の各部材の符号は省略している）。画像形成部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの各現像装置８は、現像剤としてのＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各色のトナーがそれぞれ収容されている。

無端ベルト状の中間転写ベルト４は、複数のローラ（駆動ローラ１１、２次転写対向ローラ１２、従動ローラ１３）間に掛け渡されて張架されており、駆動ローラ１１の回転駆動により矢印ａ方向に移動する。各画像形成部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの各１次転写ローラ９は、中間転写ベルト４を間に挟むようにして感光体ドラム６に当接しており、２次転写対向ローラ１２は、中間転写ベルト４を間に挟むようにして２次転写ローラ１４に当接している。定着装置５は、圧接する定着ローラ５ａと加圧ローラ５ｂを有している。

また、中間転写ベルト４の表面付近には、該中間転写ベルト４の表面と対向するようにして、中間転写ベルト４の移動速度を検出する検出装置２０が配置されている（検出装置２０の詳細については後述する）。

（画像形成動作）
この画像形成装置１の画像形成動作時においては、所定のプロセススピードで回転駆動している画像形成部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの各感光体ドラム６表面を各帯電ローラ７によりそれぞれ一様に帯電する。そして、露光装置３からのレーザ光Ｌによる露光により各感光体ドラム６の表面に、入力された画像情報に対応した静電潜像をそれぞれ形成する。

そして、各感光体ドラム６の表面に形成された静電潜像に対して、各現像装置８により各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）のトナーをそれぞれ付着させて現像（可
視化）する。これにより、各感光体ドラム６の表面に、各色のトナー像がそれぞれ形成される。

そして、転写バイアスが印加された各１次転写ローラ９により、これらの各色のトナー像は、駆動ローラ１１の駆動により移動する中間転写ベルト４上に順次重ね合わされるようにして転写（１次転写）され、中間転写ベルト４上にフルカラーのトナー像が形成される。そして、このトナー像の形成タイミングに合わせて用紙等の記録材Ｐが、中間転写ベルト４と２次転写ローラ１４間の２次転写部に搬送され、記録材Ｐ上にフルカラーのトナー像が転写（２次転写）される。なお、トナー像転写後の各感光体ドラム６の表面に残留している転写残トナーは、ドラムクリーニング部材１０により除去されて回収される。

トナー像が転写された記録材Ｐは搬送ベルト１５により定着装置５に搬送され、定着装置５の加熱部材（不図示）を内蔵した定着ローラ５ａと加圧ローラ５ｂ間の定着ニップにて加熱、加圧されることにより、記録材Ｐ上にトナー像が定着される。トナー像が定着された記録材Ｐは、排紙ローラ等を介して排紙トレイ（不図示）に排出される。

ところで、上記の画像形成装置１において、色ずれのない高品質の出力カラー画像を得るためには、検出装置２０で中間転写ベルト４の移動速度や速度変動を精度よく検出し、検出情報に基づいて、中間転写ベルト４の移動速度に変動が生じないように制御することが重要である。以下、検出装置２０について説明する。

（検出装置２０の構成）
図２に示すように、検出装置２０は、照明光学系部２１と、撮像光学系部２２と、基板２３上に実装された二次元イメージセンサとしてのＣＭＯＳセンサ２４と、これらの部材を保持した樹脂製の容器２５を有している。容器２５は、例えばポリカーボネート樹脂、ＡＢＳ樹脂などの樹脂材料で形成されている。

照明光学系部２１は、レーザダイオード（ＬＤ）等のレーザ光源２６と、レーザ光源２６から出射されたレーザ光（光ビーム）を略平行光にするコリメートレンズ２７を有している。これらの部材は金属製の保持枠２８内に保持され、中間転写ベルト４の表面に対して所定の角度で容器２５の取付孔２５ａに圧入されている。

撮像光学系部２２は、撮像レンズ２９を内側に保持した筒状の鏡筒３０を有しており、鏡筒３０は、容器２５の内側に一体に形成された筒状の鏡筒保持部２５ｂの内面に光軸Ａ方向に沿って摺動可能に挿入されている。鏡筒３０は、線膨張係数が樹脂材料よりも小さいアルミニウムやＳＵＳなどの金属材料で形成されている。撮像レンズ２９の光軸Ａ方向は、レーザ光源２６から出射されたレーザ光Ｌの中間転写ベルト４表面の照射領域に対応している。

鏡筒３０の上面は鏡筒保持部２５ｂ内に位置し、鏡筒３０の上面側端面の内側には弾性部材としてのコイルばね３１が配置され、鏡筒保持部２５ｂ内の上部に圧入したリング状の金属製の抜け防止部材３２でコイルばね３１を押さえている。鏡筒３０の下面側端面は、光軸Ａ上に位置するＣＭＯＳセンサ２４表面のカバーガラス板３３に当接している。

なお、鏡筒３０の下面は、カバーガラス板３３の外周側の全面に当接していてもよいが、図３（ａ），（ｂ）に示すように、鏡筒３０の下面に等間隔（１２０度間隔）で３つ形成した半球体状の突起部３０ａ，３０ｂ，３０ｃを、カバーガラス板３３に当接させるようにしてもよい。なお、突起部３０ａ，３０ｂ，３０ｃの形状は半球体状に限らず、例えば先端が平面状でもよい。

次に、上記した検出装置２０で中間転写ベルト４の移動速度や速度変動を検出する際の動作について簡単に説明する。

レーザ光源２６から出射され、コリメートレンズ２７で略平行光にされたレーザ光Ｌを移動している中間転写ベルト４に対して斜めから照射する。そして、この中間転写ベルト４上の照射面を撮像レンズ２９で撮像し、撮像した光学像をＣＭＯＳセンサ２４の受光面に結像させる。

ところで、中間転写ベルト４は、微細な凹凸構造を有しているベルト本体の表面が光透過性部材で覆われているため、中間転写ベルト４の表面に入射した前記レーザ光Ｌは、大部分が光透過性部材を透過し、ベルト本体の表面で散乱される。この散乱光は互いに干渉し合い、ベルト本体表面の凹凸に応じたスペックルパターンが形成される。撮像レンズ２９はこのスペックルパターンを撮像することで、ＣＭＯＳセンサ２４からこの撮像したスペックル画像パターンに応じた画像データが出力される。そして、制御部３４は、レーザ光源２６からレーザ光Ｌを出射させて、一定時間間隔でＣＭＯＳセンサ２４から前記画像データ（スペックル画像パターン）を取り込む。

そして、周知の方法によって、時間的に近接した２つのスペックル画像パターンの相互相関関数を算出し、該相互相関関数のピーク位置に基づいて、中間転写ベルト４のベルト面の移動量を算出する。

そして、制御部３４は、算出したこのベルト面の移動量に基づいて中間転写ベルト４の移動速度を算出する。そして、プリンタ制御装置（不図示）は、算出された中間転写ベルト４の移動速度情報を取り込み、設定移動速度との比較を行って速度差が生じている場合には、駆動ローラ１１の駆動モータ（不図示）に補正信号を出力して、中間転写ベルト４の移動速度が正常状態となるように修正する。

なお、前記画像データ（スペックル画像パターン）を取得するフレーム周波数を適切に選ぶことにより、中間転写ベルト４の微小時間の速度変動をとらえることも可能である。

ところで、画像形成装置の画像形成動作に伴う発熱部材の発熱などによって画像形成装置内が温度上昇する。このため、画像形成装置内にある検出装置２０の容器２５及び鏡筒３０に、熱膨張によって撮像レンズ２９の光軸Ａ方向の中間転写ベルト４側に変位が生じ易くなる。

しかしながら、本実施形態では、鏡筒３０を線膨張係数が小さいアルミニウムやＳＵＳなどの金属材料で形成しているので、熱膨張による光軸Ａ方向の中間転写ベルト４側への変位を小さく抑えることができる。

また、鏡筒３０は、筒状の鏡筒保持部２５ｂの内面に光軸Ａ方向に沿って摺動可能に挿入されているので、容器２５の熱膨張による変位が鏡筒保持部２５ｂとの摺動によって吸収されて、鏡筒３０側に伝わることを防止することができる。

更に、鏡筒３０は、筒状の鏡筒保持部２５ｂ内で上方からコイルばね３１でＣＭＯＳセンサ２４側に常に加圧されているので、鏡筒３０の位置がより安定し、撮像レンズ２９とＣＭＯＳセンサ２４間の距離を安定して保持することができる。

また、ＣＭＯＳセンサ２４の駆動によってＣＭＯＳセンサ２４自体も発熱する。このため、ＣＭＯＳセンサ２４からの発熱がカバーガラス板３３を介して鏡筒３０に伝わるが、鏡筒３０の熱膨張による変位を小さくするには、ＣＭＯＳセンサ２４からの発熱を抑えることが望ましい。

そのため、本実施形態では、図３（ａ），（ｂ）に示すように、鏡筒３０の下面に形成した３つの半球体状の突起部３０ａ，３０ｂ，３０ｃのみでカバーガラス板３３に当接させ、当接面積を小さくしている。これにより、ＣＭＯＳセンサ２４からの発熱がカバーガラス板３３を介して鏡筒３０に伝わるのをより抑えることができる。

このように、鏡筒３０に対して、熱膨張による光軸Ａ方向の中間転写ベルト４側への変位を小さく抑えることができるので、内部の撮像レンズ２９の変位も小さく抑えられ、これにより、検出長に誤差が生じることを抑えることができる。よって、検出装置２０付近の温度が上昇している場合でも、中間転写ベルト４の移動速度や速度変動を精度よく検出することが可能となる。

〈実施形態２〉
図４は、本発明の実施形態２に係る検出装置を示す概略断面図である。なお、図２に示した実施形態１の検出装置と同一機能を有する部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図４に示すように、本実施形態の検出装置２０ａは、鏡筒３０の下面とＣＭＯＳセンサ２４上のカバーガラス板３３の外周側との間に、熱伝導性の小さい緩衝部材３５を配置した構成である。この緩衝部材３５として、例えば厚さ１ｍｍ程度のＰＯＭ（ポリアセタール）樹脂からなる緩衝部材を用いることができる。他の構成は図２に示した実施形態１の検出装置と同様である。

このように、鏡筒３０の下面とＣＭＯＳセンサ２４（カバーガラス板３３）との間に熱伝導性の小さい緩衝部材３５を配置することで、ＣＭＯＳセンサ２４からの発熱がカバーガラス板３３を介して鏡筒３０に伝わるのを更に良好に抑えることができる。内部の撮像レンズ２９の変位もより小さく抑えられ、これにより、検出長に誤差が生じることをより小さく抑えることができる。

〈実施形態３〉
図５は、本発明の実施形態３に係る検出装置を示す概略断面図である。なお、図２に示した実施形態１の検出装置と同一機能を有する部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図５に示すように、本実施形態の検出装置２０ｂは、基板２３にスルーホール２３ａを設けて、基板２３の外側に配置した放熱部材３６を、スルーホール２３ａを通してＣＭＯＳセンサ２４の裏面に接続した構成である。他の構成は、図２に示した実施形態１の検出装置と同様である。

このように、スルーホール２３ａを通してＣＭＯＳセンサ２４の裏面に放熱部材３６を接続することで、ＣＭＯＳセンサ２４からの発熱がカバーガラス板３３を介して鏡筒３０に伝わるのを更に良好に抑えることができる。内部の撮像レンズ２９の変位もより小さく抑えられ、これにより、検出長に誤差が生じることをより小さく抑えることができる。

例えば、室温２５℃において、ＣＭＯＳセンサ２４を駆動させたとき、放熱板がないときの撮像レンズ２９の変位量は４．８μｍであった。このとき、ＣＭＯＳセンサ２４表面の温度は３３．９℃であり、撮像レンズ２９の温度は３０．９℃であった。

これに対し、放熱部材３６を設けた場合の撮像レンズ２９の変位量は３．６μｍに減少した。このとき、ＣＭＯＳセンサ２４表面の温度は３０．７℃であり、撮像レンズ２９の温度は２８．９℃であった。

また、室温５０℃において、ＣＭＯＳセンサ２４を駆動させたとき、放熱板がないときの撮像レンズ２９の変位量は１６．７μｍであった。このとき、ＣＭＯＳセンサ２４表面の温度は５８．９℃であり、撮像レンズ２９の温度は５５．９℃であった。

これに対し、放熱部材３６を設けた場合の撮像レンズ２９の変位量は１５．６μｍに減少した。このとき、ＣＭＯＳセンサ２４表面の温度は５５．７℃であり、撮像レンズ２９の温度は５３．９℃であった。

なお、前記した各実施形態では、容器２５を樹脂材料で形成した構成であったが、これに限らず、容器２５を線膨張係数が樹脂材料よりも小さいアルミニウムやＳＵＳなどの金属材料で形成してもよい。

また、前記した各実施形態では、中間転写ベルト４の移動情報を検出装置２０で検出する構成であったが、これ以外にも、例えば、各色のトナー像が形成された複数の像担持体上に記録紙を表面に吸着し搬送する無端状の搬送ベルトの移動情報を検出する検出装置としても同様に適用することができる。

１ 画像形成装置
４ 中間転写ベルト
５ 定着装置
６ 感光体ドラム
７ 帯電ローラ
８ 現像装置
２０，２０ａ，２０ｂ 検出装置
２１ 照明光学系部
２２ 撮像光学系部
２３ 基板
２４ ＣＭＯＳセンサ
２５ 容器
２６ レーザ光源
２７ コリメートレンズ
２９ 撮像レンズ
３０ 鏡筒
３４ 制御部
３５ 緩衝部材
３６ 放熱部材

特開２００９−１５２４０号公報 特開２０１０−５５０６４号公報

Claims (8)

1. 移動する移動体に向けて光を照射する光源と、
   光軸が前記移動体側に向けられた撮像レンズを保持した第１保持部材と、
   前記第１保持部材の端部近傍に配置したイメージセンサと、
   少なくとも前記第１保持部材を保持した第２保持部材と、
   を備え、
   前記第１保持部材は、前記第２保持部材内に前記光軸方向に沿って摺動可能に保持され、かつ前記イメージセンサに対して圧接されており、
   前記第１保持部材の線膨張係数が前記第２保持部材の線膨張係数よりも小さいことを特徴とする検出装置。
2. 前記第２保持部材内に、前記第１保持部材を前記光軸方向に沿って摺動可能に保持する摺動保持部材を有することを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
3. 前記第１保持部材は、弾性部材により前記イメージセンサに対して圧接していることを特徴とする請求項１又は２に記載の検出装置。
4. 前記第１保持部材の端面の少なくとも一部に前記イメージセンサが当接されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の検出装置。
5. 前記第１保持部材は前記弾性部材により、前記イメージセンサが配置されている端面と反対側の端面から前記イメージセンサ側に加圧されていることを特徴とする請求項３に記載の検出装置。
6. 前記第１保持部材の前記イメージセンサが配置されている側の端面には、熱伝導性の小さい緩衝部材を挟むようにして前記イメージセンサが当接されていることを特徴とする請求項１、２、３、又は５のいずれかに記載の検出装置。
7. 前記イメージセンサを実装した基板にスルーホールを設け、前記基板の外側に設けた放熱部材が前記スルーホールを通して前記イメージセンサに接続されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の検出装置。
8. 複数の像担持体上にそれぞれ形成された各色のトナー像を、無端状の中間転写ベルト上に重ね合わせて転写する画像形成装置において、
   請求項１乃至７のいずれか一項に記載の検出装置を備え、
   前記検出装置によって前記中間転写ベルトの移動情報を検出することを特徴とする画像形成装置。