特開 2023-181612 センサユニット及びセンサユニットを備えた画像形成装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023181612

(43)【公開日】2023-12-25

(54)【発明の名称】センサユニット及びセンサユニットを備えた画像形成装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/12 20060101AFI20231218BHJP

   G03G 21/00 20060101ALI20231218BHJP

   G03G 15/00 20060101ALI20231218BHJP

   G03G 21/16 20060101ALI20231218BHJP

   H05K 7/08 20060101ALI20231218BHJP

【ＦＩ】

H01L31/12 D

G03G21/00 370

G03G15/00 550

G03G21/16 147

H05K7/08 A

H05K7/08 E

G03G15/00 480

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022094839

(22)【出願日】2022-06-13

(71)【出願人】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126240

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 琢磨

(74)【代理人】

【識別番号】100223941

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 佳子

(74)【代理人】

【識別番号】100159695

【弁理士】

【氏名又は名称】中辻 七朗

(74)【代理人】

【識別番号】100172476

【弁理士】

【氏名又は名称】冨田 一史

(74)【代理人】

【識別番号】100126974

【弁理士】

【氏名又は名称】大朋 靖尚

(72)【発明者】

【氏名】井出 拓美

【テーマコード（参考）】

2H072

2H171

2H270

5F889

【Ｆターム（参考）】

2H072AA09

2H072AA16

2H072CA01

2H072EA11

2H072EA16

2H171FA05

2H171FA30

2H171GA40

2H171HA23

2H171JA23

2H171JA27

2H171KA02

2H171KA30

2H171MA02

2H171MA11

2H171QA02

2H171QA08

2H171QA24

2H171QB03

2H171QB15

2H171QB32

2H171QC03

2H171SA10

2H171SA12

2H171SA22

2H171SA26

2H171SA31

2H171XA13

2H270LA54

2H270LC12

2H270LC13

2H270LD02

2H270LD03

2H270LD08

2H270LD15

5F889BB04

5F889BC11

5F889CA06

5F889CA12

(57)【要約】

【課題】 応答性の良いセンサユニットを提供する。
【解決手段】 光を出射する発光素子を有する発光部と、前記発光素子から出射された光を受光する受光素子を有する受光部と、前記発光部と前記受光部との間の空間を通過するフラグと、基板と、を備え、前記基板には切り欠きまたは穴が形成されており、前記発光部と前記受光部は、前記発光素子と前記受光素子が互いに向き合うようにそれぞれ前記基板の実装面に実装され、前記発光素子から出射された光は前記切り欠きまたは前記穴をまたぐようにして前記基板の実装面に沿って直進し、前記フラグは、前記基板の実装面に対して交差する方向に移動して前記切り欠きまたは前記穴に進入することで、前記発光素子から前記受光素子に向かう光を遮ることを特徴とする。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光を出射する発光素子を有する発光部と、
前記発光素子から出射された光を受光する受光素子を有する受光部と、
前記発光部と前記受光部との間の空間を通過するフラグと、
前記発光部と前記受光部とが実装される実装面を有するプリント基板と、
を備え、
前記プリント基板には切り欠きまたは穴が形成されており、
前記発光部と前記受光部は、前記発光素子と前記受光素子が互いに向き合うようにそれぞれ前記プリント基板の実装面に実装され、前記発光素子から出射された光は前記切り欠きまたは前記穴をまたぐようにして前記プリント基板の実装面に沿って直進し、
前記フラグは、前記プリント基板の実装面に対して交差する方向に移動して前記切り欠きまたは前記穴に進入することで、前記発光素子から前記受光素子に向かう光を遮ることを特徴とするセンサユニット。

【請求項2】

前記フラグは、前記プリント基板の実装面とは反対側の面から前記切り欠きまたは前記穴に進入することを特徴とする請求項１に記載のセンサユニット。

【請求項3】

前記フラグは、前記プリント基板の実装面に対して垂直な方向に移動して前記切り欠きまたは前記穴に進入することを特徴とする請求項１に記載のセンサユニット。

【請求項4】

前記プリント基板の実装面は、少なくとも前記発光部が実装される部分のパターンがベタパターンであることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のセンサユニット。

【請求項5】

前記プリント基板の実装面は、少なくとも前記発光部が実装される部分にシルクの層を有することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のセンサユニット。

【請求項6】

記録材に画像を形成する画像形成手段と、
センサユニットと、を備えた画像形成装置において、
前記センサユニットは、
光を出射する発光素子を有する発光部と、
前記発光素子から出射された光を受光する受光素子を有する受光部と、
前記発光部と前記受光部との間の空間を通過するフラグと、
前記発光部と前記受光部とが実装される実装面を有するプリント基板と、
を備え、
前記プリント基板には切り欠きまたは穴が形成されており、
前記発光部と前記受光部は、前記発光素子と前記受光素子が互いに向き合うようにそれぞれ前記プリント基板の実装面に実装され、前記発光素子から出射された光は前記切り欠きまたは前記穴をまたぐようにして前記プリント基板の実装面に沿って直進し、
前記フラグは、前記プリント基板の実装面に対して交差する方向に移動して前記切り欠きまたは前記穴に進入することで、前記発光素子から前記受光素子に向かう光を遮ることを特徴とする画像形成装置。

【請求項7】

前記画像形成装置の装置本体に対して開閉可能なドアと、
前記ドアの開閉状態を検知する制御手段と、を備え、
前記ドアの開閉動作に応じて前記フラグが移動し、前記受光部が光の受光状態に応じた信号を前記制御手段に出力することで、前記制御手段は前記ドアの開閉状態を検知することを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。

【請求項8】

前記フラグは、前記ドアに設けられており、前記ドアの開閉動作に伴って前記ドアと共に移動することを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。

【請求項9】

前記フラグは、前記ドアとは別体であって、前記装置本体に設けられており、前記ドアが前記装置本体に対して閉じられた時に前記ドアから力を受けて移動することを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。

【請求項10】

記録材を搬送する搬送手段と、
前記搬送手段によって搬送される記録材を検知する制御手段と、を備え、
前記搬送手段によって搬送される記録材の先端が前記フラグと接触することにより前記フラグが移動し、前記受光部が光の受光状態に応じた信号を前記制御手段に出力することで、前記制御手段は記録材を検知することを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。

【請求項11】

前記フラグは、前記プリント基板の実装面とは反対側の面から前記切り欠きまたは前記穴に進入することを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか１項に記載の画像形成装置。

【請求項12】

前記フラグは、前記プリント基板の実装面に対して垂直な方向に移動して前記切り欠きまたは前記穴に進入することを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか１項に記載の画像形成装置。

【請求項13】

前記プリント基板の実装面は、少なくとも前記発光素子が実装される部分のパターンがベタパターンであることを特徴とする、請求項６乃至１０のいずれか１項に記載の画像形成装置。

【請求項14】

前記プリント基板の実装面は、少なくとも前記発光素子が実装される部分にシルクの層を有することを特徴とする、請求項６乃至１０のいずれか１項に記載の画像形成装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発光素子と受光素子を用いてフラグの検出を行うセンサユニットに関するものである。

【背景技術】

【0002】

ＬＥＤなどの発光素子とフォトトランジスタなどの受光素子を備え、発光素子と受光素子の間をフラグが通過する時にフラグが光を遮ることを利用し、フラグの検出を行うセンサユニットとしてのフォトインタラプタが知られている。

【0003】

特許文献１及び特許文献２には、光を出射する発光素子と、発光素子からの光を受けるように発光素子と同一のプリント基板表面上に取り付けられた受光素子と、を備えたフォトインタラプタが開示されている。ここで、発光素子からの光は、プリント基板の表面と平行な方向に向けて出射されている。さらに、特許文献１及び特許文献２には、発光素子と受光素子との間のプリント基板に、検知物体（フラグ）が挿入されるための切り欠きが形成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平８－２４２０１８号

【特許文献2】特開２００８－１５９９４２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１及び特許文献２には、発光素子と受光素子の間に形成されたプリント基板の切り欠きに対して、検知物体が進入する方向に関しては開示されていない。さらに、検知物体のプリント基板の切り欠きへの進入方向と、センサユニットの応答性の関係性について、特許文献１及び特許文献２には全く記載がない。

【0006】

そこで、本発明の目的は、応答性の良いセンサユニットを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するための本発明のセンサユニットは、光を出射する発光素子を有する発光部と、前記発光素子から出射された光を受光する受光素子を有する受光部と、前記発光部と前記受光部との間の空間を通過するフラグと、前記発光部と前記受光部とが実装される実装面を有するプリント基板と、を備え、前記プリント基板には切り欠きまたは穴が形成されており、前記発光部と前記受光部は、前記発光素子と前記受光素子が互いに向き合うようにそれぞれ前記プリント基板の実装面に実装され、前記発光素子から出射された光は前記切り欠きまたは前記穴をまたぐようにして前記プリント基板の実装面に沿って直進し、前記フラグは、前記プリント基板の実装面に対して交差する方向に移動して前記切り欠きまたは前記穴に進入することで、前記発光素子から前記受光素子に向かう光を遮ることを特徴とする。

【0008】

上記目的を達成するための本発明の画像形成装置は、記録材に画像を形成する画像形成手段と、センサユニットと、を備えた画像形成装置において、前記センサユニットは、光を出射する発光素子を有する発光部と、前記発光素子から出射された光を受光する受光素子を有する受光部と、前記発光部と前記受光部との間の空間を通過するフラグと、前記発光部と前記受光部とが実装される実装面を有するプリント基板と、を備え、前記プリント基板には切り欠きまたは穴が形成されており、前記発光部と前記受光部は、前記発光素子と前記受光素子が互いに向き合うようにそれぞれ前記プリント基板の実装面に実装され、前記発光素子から出射された光は前記切り欠きまたは前記穴をまたぐようにして前記プリント基板の実装面に沿って直進し、前記フラグは、前記プリント基板の実装面に対して交差する方向に移動して前記切り欠きまたは前記穴に進入することで、前記発光素子から前記受光素子に向かう光を遮ることを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、応答性の良いセンサユニットを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施例１におけるセンサユニットの斜視図である。

【図2】（ａ）は実施例１における光学センサの発光部の詳細を示す図、（ｂ）は実施例１における光学センサの受光部の詳細を示す図である。

【図3】実施例１における光学センサの回路図である。

【図4】実施例１における光学センサの断面図である。

【図5】実施例１における光学センサの天面図である。

【図6】（ａ）は実施例１におけるフラグがプリント基板側面側から進入する場合の断面図、（ｂ）は実施例１におけるフラグがプリント基板側面側から進入する場合の応答性を示す図である。

【図7】実施例１におけるフラグがプリント基板側面側から進入する場合の天面図である。

【図8】（ａ）は実施例１におけるフラグがプリント基板の実装面側から進入する場合の断面図、（ｂ）は実施例１におけるフラグがプリント基板の実装面側から進入する場合の応答性を示す図である。

【図9】（ａ）は実施例１におけるフラグがプリント基板の実装面と反対側から進入する場合の断面図、（ｂ）は実施例１におけるフラグがプリント基板の実装面と反対側から進入する場合の応答性を示す図である。

【図10】実施例１におけるフラグがプリント基板の実装面側から進入する場合の断面図である。

【図11】実施例１におけるフラグがプリント基板の実装面側から進入する場合のフォトトランジスタの受光量と電力出力部の出力電圧との関係を示す図である。

【図12】実施例１におけるフラグがプリント基板の実装面の反対側から進入する場合の断面図である。

【図13】実施例１におけるフラグがプリント基板の実装面の反対側から進入する場合のフォトトランジスタの受光量と電力出力部の出力電圧との関係を示す図である。

【図14】実施例２におけるセンサユニットの斜視図である。

【図15】プリント基板表面に迷光対策を行う場合の天面図である。

【図16】実施例１および実施例２におけるセンサユニットを用いた画像形成装置の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

【実施例0012】

＜センサの構成の説明＞
本発明の実施例１に係るセンサユニットについて図１を用いて説明する。図１は実施例１におけるセンサユニットの斜視図である。

【0013】

実施例１に係るセンサユニット２００は光学式センサ１００とフラグ１０２を備えている。光学式センサ１００は、光を出射する発光部１０１と、発光部１０１からの光を受光する受光部１０４とを備えている。発光部１０１から出射された光は空間１０３を通過し、受光部１０４へ到達する。光学式センサ１００は、発光部１０１からの光を空間１０３にてフラグ１０２が遮蔽することにより、受光部１０４が受光する光量が変化してフラグ１０２の検出を行う。図１に示すように、プリント基板１０５は発光部１０１と受光部１０４が実装される実装面１０５Ａを備えている。

【0014】

発光部１０１は面実装タイプのＬＥＤであり、プリント基板１０５の実装面１０５Ａに沿って直進する光を出射するサイドビュータイプのものを用いている。また受光部１０４は面実装タイプのフォトトランジスタであり、プリント基板１０５の実装面１０５Ａに沿って直進してきた光を受光するサイドビュータイプのものを用いている。図１に示すように、発光部１０１から受光部１０４へ向けて出射される光の光路１０６は、プリント基板１０５の実装面１０５Ａと略平行な方向に直進している。

【0015】

図１に示すようにプリント基板１０５には、発光部１０１と受光部１０４の間に切り欠き１５０が設けられている。切り欠き１５０はフラグ１０２の進入経路となっており、フラグ１０２は切り欠き１５０を通過するように移動することで、発光部１０１から出射された光を遮蔽する。これにより受光部１０４が受光する光量が変化して、フラグ１０２が検出される。

【0016】

ここで、サイドビュータイプの発光部１０１について、図２（ａ）を用いて説明する。発光部１０１は、発光素子としてのＬＥＤチップ１１１が、ＬＥＤ基板１１２の表面１１２Ａに実装され、レンズ１１３で覆われている構成である。図２はＬＥＤ基板１１２の表面１１２Ａに対して垂直な方向において発光部１０１を見たときの図である。図２（ａ）に示すように、ＬＥＤ基板１１２の表面１１２Ａと、発光部１０１を実装するプリント基板１０５の実装面１０５Ａとは略垂直な関係となっている。なお、矢印方向は発光部１０１をプリント基板１０５へ実装する方向を示している。

【0017】

ＬＥＤチップ１１１から出射された光は、レンズ１１３を通ることで、発光部１０１の長手方向および短手方向それぞれに所定の指向性をもって広がる。発光部１０１の指向性について詳しくは後述する。

【0018】

図２（ｂ）は、サイドビュータイプの受光部１０４を示した図である。受光部１０４は、受光素子としてのフォトトランジスタチップ１１４がフォトトランジスタ基板１１５の表面１１５Ａに実装され、レンズ１１６で覆われている構成である。図２（ｂ）は、フォトトランジスタ基板１１５の表面１１５Ａに対して垂直な方向において受光部１０４を見たときの図である。図２（ｂ）に示すように、フォトトランジスタ基板１１５の表面１１５Ａと、受光部１０４を実装するプリント基板１０５の実装面１０５Ａとは略垂直な関係となっている。なお、矢印方向は受光部１０４をプリント基板１０５へ実装する方向を示している。

【0019】

発光部１０１及び受光部１０４は、プリント基板１０５の同一面上（実装面１０５Ａ）に実装され、ＬＥＤチップ１１１とフォトトランジスタチップ１１４が互いに向き合うように配置されている。これにより、トップビュータイプのＬＥＤやフォトトランジスタを採用した構成と比べて、内部に反射面を有するライトガイド、又は筐体を必要とせず、発光部１０１から出射された光を受光部１０４が直接受光できる。つまり、発光部１０１がプリント基板１０５の実装面１０５Ａに対して略平行な方向に出射した光を受光部１０４が直接受光できる。

【0020】

＜回路図の説明＞
図３は本実施例における光学式センサ１００の回路図である。図３では光学式センサ１００と接続されるＣＰＵ８０１も合わせて示している。ＣＰＵ８０１はセンサユニット２００が備えていてもよいし、後述する画像形成装置９００が備えていてもよい。

【0021】

発光部１０１のＬＥＤチップ１１１は、アノードが電流制限抵抗１０８を介してＤＣ電源に、カソードがＧＮＤに接続されている。受光部１０４のフォトトランジスタチップ１１４はコレクタがプルアップ抵抗１０９を介してＤＣ電源に、エミッタがＧＮＤに接続されている。電圧出力部１１０はフォトトランジスタチップ１１４のコレクタに接続されており、フォトトランジスタチップ１１４のコレクタ端子とＧＮＤ間の電圧を示す。電圧出力部１１０はフォトトランジスタチップ１１４がオンしている状態、すなわちフォトトランジスタチップ１１４に光が入射している状態ではＬｏｗ出力（ＧＮＤ電圧）となる。一方、電圧出力部１１０はフォトトランジスタチップ１１４がオフしている状態、すなわちフォトトランジスタチップ１１４に光が入射していない状態ではＨｉｇｈ出力（ＤＣ電源の電圧）となる。今回の構成において、ＤＣ電源の電圧は３．３Ｖである。

【0022】

ＣＰＵ８０１は、電圧出力部１１０の出力電圧に対して予め閾値を設定している。３．３Ｖの８０％に設定した閾値より出力電圧が高い場合、ＣＰＵ８０１は発光部１０１と受光部１０４との間にフラグ１０２があると判断する。３．３Ｖの２０％に設定した閾値より出力電圧が低い場合、ＣＰＵ８０１は発光部１０１と受光部１０４との間にフラグ１０２が無いと判断する。なお、出力電圧の閾値は任意に予め設定可能である。

【0023】

＜迷光の説明＞
図４及び図５を用いて、本実施例における迷光の伝搬について説明する。ここで迷光とは、発光部１０１から光がプリント基板１０５の表面に対して平行に出射され受光部１０４へ到達する光路１０６以外の光路で受光部１０４に到達する光を示す。

【0024】

図４は光学式センサ１００の側面図を示す。実線で示す矢印はＬＥＤチップ１１１からプリント基板１０５の表面に対して平行に出射された光がフォトトランジスタチップ１１４へ到達する光路１０６を示す。破線及び一点鎖線で示す矢印はプリント基板１０５内部に進入して伝搬する迷光の光路を示す。

【0025】

破線矢印で示す迷光１０７ａは、ＬＥＤチップ１１１から出射された光が発光部１０１側の実装面１０５Ａからプリント基板１０５の内部に侵入する。その後、発光部１０１側の切り欠き１５０の側面１５０ａから再び空間に出射され、フォトトランジスタチップ１１４に到達する。一点鎖線矢印で示す迷光１０７ｂは、ＬＥＤチップ１１１から出射された光が受光部１０４側の切り欠き１５０の側面１５０ｂからプリント基板１０５の内部に侵入し、受光部１０４側の実装面１０５Ａを抜けてフォトトランジスタチップ１１４に到達する。

【0026】

図５は光学式センサ１００の天面図を示す。図５に示されている通り、上述した迷光１０７ａや迷光１０７ｂはＹ方向においてそれぞれ所定の幅をもっていることがわかる。

【0027】

ここで、Ｙ方向は図２（ａ）を用いて説明した発光部１０１の長手方向に対応しており、プリント基板１０５の表面と平行な方向である。Ｘ方向は光路１０６と平行であって、プリント基板１０５の表面と平行な方向である。また、図５には記載されていないが、Ｚ方向は図２（ａ）を用いて説明した発光部１０１の短手方向に対応しており、プリント基板１０５の表面に対して垂直な方向である。Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向はそれぞれ直交している。

【0028】

また、二点鎖線矢印は、ＬＥＤチップ１１１から出射された光がプリント基板１０５のコの字型の切り欠き１５０の奥側側面１５０ｃに反射してフォトトランジスタチップ１１４に到達する迷光１０７ｃを示す。

【0029】

図４及び図５に示すように、発光部１０１から受光部１０４へ向かう光は、ＬＥＤチップ１１１からプリント基板１０５の表面に対して平行に出射された光がフォトトランジスタチップ１１４へ到達する光路１０６だけでない。プリント基板１０５の内部を介して伝搬する迷光１０７ａや迷光１０７ｂ、切り欠き１５０の側面に反射して伝搬する迷光１０７ｃなどが存在する。

【0030】

＜フラグの進入方向と光学式センサの応答性の関係の説明＞
図６～図１３を用いて、本実施例におけるフラグ１０２の進入方向及び進入量と光学式センサ１００の応答性の関係について説明する。

【0031】

（フラグをプリント基板側面側から進入させる場合）
最初に、フラグ１０２がプリント基板１０５の側面から進入する場合について説明する。この様子を図６（ａ）に示す。図６（ａ）は発光部１０１から出射される光の光軸に沿って見たセンサユニット２００の断面図である。ここで図６（ａ）ではセンサユニット２００の一部を抜粋して示している。フラグ１０２はプリント基板１０５の実装面１０５Ａと平行なＹ方向に移動し、プリント基板１０５の切り欠き１５０の開放側からプリント基板１０５に進入している。図６（ａ）のＹ方向における座標０は、図４の光路１０６の光軸の中心位置に対応している。

【0032】

図７（ａ）～（ｃ）はセンサユニット２００の天面図であり、フラグ１０２がプリント基板１０５の側面から切り欠き１５０に進入する様子を示している。フラグ１０２がプリント基板側面側から進入する場合、フラグ１０２はＹ方向においてマイナス側からプラス側へ移動する。この構成では、図７（ａ）に示すように、フラグ１０２が光路１０６を遮ったとしても、迷光１０７ａと迷光１０７ｂの一部や、迷光１０７ｃが残ってしまう。つまり、図７（ａ）の状態では、受光部１０４は迷光１０７ａや１０７ｂ、１０７ｃを受光しており、フラグ１０２は受光部１０４へ入射される光を完全に遮ることはできていない。図７（ａ）の状態からフラグ１０２を切り欠き１５０の奥までさらに進入させて、図７（ｂ）のフラグ１０２の位置まで移動させても、受光部１０４はまだ迷光１０７ｃを受光している。フラグ１０２をさらに図７（ｃ）の位置まで移動させると、フラグ１０２は迷光１０７ｃを遮る。

【0033】

ここで、図６（ｂ）はフラグ１０２の進入量と光学式センサ１００の電圧出力部１１０で出力される電圧の関係を示すグラフである。フラグ１０２の進入量は図６（ａ）に示す座標０を基準とし、Ｙ方向においてフラグ１０２がどれくらい進入しているかを示している。図３の回路図を用いて説明した通り、フラグ１０２によって発光部１０１から受光部１０４へ向かう光が遮られると、受光部１０４によって受光される光量は低下し、コレクタ―エミッタ間の電流は減少する。その結果、電圧出力部１１０で出力される電圧は大きくなる。図６（ｂ）の実線はＬＥＤチップ１１１の電流量が１９ｍＡ、破線はＬＥＤチップ１１１の電流量が１０ｍＡ、一点鎖線はＬＥＤチップ１１１の電流量が５ｍＡの応答性を示し、ＬＥＤの光量による応答性のばらつきを示している。

【0034】

図６（ｂ）において、フラグ１０２が進入するにつれて出力電圧は２．０Ｖ程度まで比較的急速に立ち上がっている。これはフラグ１０２によって光路１０６が遮られることにより、受光部１０４によって受光される光量が急速に低下したことが原因である。しかし、その後、フラグ１０２の進入量に対する出力電圧の立ち上がりは緩やかになっている。これは、図７（ａ）から図７（ｃ）までフラグ１０２を進入させて、迷光１０７ａ～１０７ｃを完全に遮るためには所定の時間がかかることが原因である。つまり、フラグ１０２をプリント基板１０５の側面側から進入させる図６（ａ）の構成では、迷光１０７ａ及び１０７ｂの横幅（Ｙ方向における幅）と、迷光１０７ｃの影響によって出力電圧の立ち上がりが緩やかになってしまう。

【0035】

さらに、発光部１０１から出射される光には指向性がある。サイドビュータイプの発光部１０１は、図２（ａ）に示したように横長の形状（長手方向に延びた形状）をしていることが多い。このような形状の場合、発光部１０１から照射される光は短手方向よりも長手方向において大きく広がる性質をもつ。今回実験で採用したＬＥＤチップ１１１では、ＬＥＤチップ１１１の光軸における発光量を１００パーセントとするとき、光軸から短手方向において３０度傾いた位置における発光量は約６０％であった。一方、光軸から長手方向において３０度傾いた位置における発光量は約７０％であった。このパーセンテージが大きいほど、発光部から光が広がって発されていることになるため、迷光の量も多くなり、指向性は低いといえる。つまり、今回の構成においては発光部１０１の長手方向における迷光の量が短手方向に比べると多くなっている。

【0036】

以上のことを踏まえ、図７（ａ）～（ｃ）を参照すると、今回の構成においては発光部１０１の長手方向、つまりＹ方向における迷光の量が多いため、フラグ１０２を図７（ａ）の位置まで進入させた状態でも迷光１０７ａ～１０７ｃの影響が色濃く残ることになる。そのため、電圧出力部１１０の出力電圧をしっかりと立ち上げるためには、フラグ１０２を図７（ｃ）の位置まで進入させる必要があり、迷光１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃを全て遮るためにかかる時間が長くなってしまう。つまり、フラグ１０２がプリント基板１０５の側面側から進入する場合には、センサユニット２００の応答性が低い状態となってしまう。

【0037】

（フラグをプリント基板の実装面側から進入させる場合と実装面の反対の面側から進入させる場合）
次に、図８を用いてフラグ１０２をプリント基板１０５の実装面１０５Ａ側から進入させる場合について説明し、図９を用いてフラグ１０２を実装面１０５Ａの反対側から進入させる場合について説明する。

【0038】

＜フラグを実装面側から進入させる場合＞
まず、図８のように、プリント基板の実装面１０５Ａ側からフラグ１０２を進入させる場合について説明する。

【0039】

図８（ａ）は、発光部１０１から出射される光の光軸に沿って見たセンサユニット２００の断面図である。ここで図８（ａ）ではセンサユニット２００の一部を抜粋して示している。フラグ１０２はプリント基板１０５の実装面１０５Ａと交差する方向（Ｚ方向プラス側からマイナス側へ向かう方向）に移動し、プリント基板１０５の実装面１０５Ａの上方から下方に向けて切り欠き１５０に進入している。図８（ａ）のＺ方向における座標０は、図４の光路１０６の光軸の中心位置に対応している。

【0040】

図８（ｂ）は、フラグ１０２の進入量と光学式センサ１００の電圧出力部１１０で出力される電圧の関係を示すグラフである。横軸の検出物進入量は、図８（ａ）の座標０を基準にフラグ１０２の先端がＺ方向マイナス側に進入した進入量を表している。縦軸の出力電圧は、電圧出力部１１０の電圧値を表している。図８（ｂ）の実線はＬＥＤチップ１１１の電流量が１９ｍＡ、破線はＬＥＤチップ１１１の電流量が１０ｍＡ、一点鎖線はＬＥＤチップ１１１の電流量が５ｍＡの応答性を示し、ＬＥＤの光量による応答性のばらつきを示している。

【0041】

次に図１０を用いて、フラグ１０２がプリント基板１０５の実装面１０５Ａの上方から下方に向けて移動したときの様子を説明する。ここで、図３に示した光路１０６を通って受光部へと入射する光をαとし、１０７ａや１０７ｂのようにプリント基板の中を通って受光部へ入射する迷光をβとする。αの方がβよりも光量は大きく、発光素子の発光量が変化すれば比例してαとβの光量もそれぞれ変化する。

【0042】

図１０において、フラグ１０２の移動方向におけるαの光の幅をＬα、βの光の幅をＬβとする。フラグ１０２がα及びβのどちらの光も遮っていない状態を図１０（Ａ）とする。フラグ１０２を切り欠き１５０に進入させ、α全てのみを遮った状態を図１０（Ｂ）とする。フラグ１０２がα全てとβの一部を遮断した状態を図１０（Ｃ）とする。フラグ１０２がβの一部をさらに遮断した状態を図１０（Ｄ）とする。フラグ１０２がα及びβを全て遮断した状態を図１０（Ｅ）とする。

【0043】

フォトトランジスタチップ１１４の受光量と、電圧出力部１１０の電圧値（出力電圧）との関係について、図１１を用いて説明する。図１１における受光量は、フラグ１０２が切り欠き１５０に進入することで、受光部１０４に入り込む光が遮られて減少する。

【0044】

図１１において、フラグ１０２が図１０（Ａ）の位置にある時の受光量はａ、出力電圧はＶａとなる。図１０（Ｂ）の位置にある時の受光量はｂ、出力電圧はＶｂとなる。図１０（Ｃ）の位置にある時の受光量はｃ、出力電圧はＶｃとなる。図１０（Ｄ）の位置にある時の受光量はｄ、出力電圧はＶｄとなる。図１０（Ｅ）の位置にある時の受光量はｅ、出力電圧はＶｅとなる。ここでａ～ｅはフォトトランジスタチップ１１４の受光量を示しており、ａ＞ｂ＞ｃ＞ｄ＞ｅの関係性が成り立つ。

【0045】

図１０に示すように、フラグ１０２を実装面側から進入させる場合、βより先にαを遮断することになる。強い光であるαを遮断すると受光量が大幅に減少し、コレクタ―エミッタ間電流の量も減る。フォトトランジスタの特性により、流れる電流が減ると、電圧出力部１１０（図３に記載）の出力電圧は大きくなる。フラグ１０２を図１０（Ａ）から（Ｂ）に示す位置に移動させると、図１１に示すように、出力電圧はＶａからＶｂへと急激に増加するが、Ｈｉｇｈ出力には到達しない。

【0046】

続けてフラグ１０２を図１０（Ｂ）から（Ｄ）まで進入させて、βも遮断していく。弱い光であるβを遮る時の受光量の変化量は小さいため、コレクタ―エミッタ間電流の減少スピードは緩やかになる。そのため、図１１において、出力電圧はＶｂからＶｅへと緩やかに大きくなり、やがてＨｉｇｈ出力に到達する。

【0047】

以上より、図８（ｂ）に示すように、本構成ではフラグ１０２の切り欠き１５０への進入量に応じて電圧出力部１１０で出力される電圧は比較的緩やかに立ち上がることになる。

【0048】

＜フラグを実装面と反対側から進入させる場合＞
次に、図９のように、プリント基板の実装面１０５Ａと反対側からフラグ１０２を進入させる場合について説明する。

【0049】

図９（ａ）は、発光部１０１から出射される光の光軸に沿って見たセンサユニット２００の断面図である。ここで図９（ａ）ではセンサユニット２００の一部を抜粋して示している。フラグ１０２はプリント基板１０５の実装面１０５Ａと交差する方向（Ｚ方向マイナス側からプラス側へ向かう方向）に移動し、プリント基板１０５の実装面１０５Ａの下方から上方に向けて切り欠き１５０に進入している。図９（ａ）のＺ方向における座標０は、図４の光路１０６の光軸の中心位置に対応している。

【0050】

図９（ｂ）は、フラグ１０２の進入量と光学式センサ１００の電圧出力部１１０で出力される電圧の関係を示すグラフである。横軸の検出物進入量は、図９（ａ）の座標０を基準にフラグ１０２の先端がＺ方向プラス側に進入した進入量を表している。縦軸の出力電圧は、電圧出力部１１０の電圧値を表している。図９（ｂ）の実線はＬＥＤチップ１１１の電流量が１９ｍＡ、破線はＬＥＤチップ１１１の電流量が１０ｍＡ、一点鎖線はＬＥＤチップ１１１の電流量が５ｍＡの応答性を示し、ＬＥＤの光量による応答性のばらつきを示している。

【0051】

次に図１２を用いて、フラグ１０２がプリント基板１０５の実装面１０５Ａの下方から上方に向けて移動したときの様子を説明する。ここで、図３に示した光路１０６を通って受光部へと入射する光をαとし、１０７ａや１０７ｂのようにプリント基板の中を通って受光部へ入射する迷光をβとする。αの方がβよりも光量は大きく、発光素子の発光量が変化すれば比例してαとβの光量もそれぞれ変化する。

【0052】

図１２において、フラグ１０２の移動方向におけるαの光の幅をＬα、βの光の幅をＬβとする。フラグ１０２がα及びβのどちらの光も遮っていない状態を図１２（Ａ）とする。フラグ１０２を切り欠き１５０に進入させ、βの一部を遮断した状態を図１２（Ｂ）とする。フラグ１０２がβの一部を（Ｂ）よりさらに遮断した状態を図１２（Ｃ）とする。フラグ１０２がβを全て遮断してαだけ受光している状態を図１２（Ｄ）とする。フラグ１０２がα及びβを全て遮断した状態を図１２（Ｅ）とする。

【0053】

フォトトランジスタチップ１１４の受光量と、電圧出力部１１０の電圧値（出力電圧）との関係について、図１３を用いて説明する。図１３における受光量は、フラグ１０２が切り欠き１５０に進入することで、フォトトランジスタチップ１１４に入り込む光が遮られて減少する。

【0054】

図１３において、フラグ１０２が図１２（Ａ）の位置にある時の受光量をａ´、出力電圧をＶａ´とする。図１２（Ｂ）の位置にある時の受光量をｂ´、出力電圧をＶｂ´（不図示）とする。図１２（Ｃ）の位置にある時の受光量をｃ´、出力電圧をＶｃ´（不図示）とする。図１２（Ｄ）の位置にある時の受光量をｄ´、出力電圧をＶｄ´（不図示）とする。図１２（Ｅ）の位置にある時の受光量をｅ´、出力電圧をＶｅ´とする。ここでａ´～ｅ´はフォトトランジスタチップ１１４の受光量を示しており、ａ´＞ｂ´＞ｃ´＞ｄ´＞ｅ´の関係性が成り立つ。

【0055】

図１２に示すように、フラグを実装面の反対側から進入させる場合、αより先にβを遮断することになる。フラグ１０２を図１２（Ａ）から（Ｄ）に移動させて弱い光であるβを遮断しても、αの強い光が十分に受光されているため、受光量に大きな変化はない。そのため、コレクタ―エミッタ間電流の量にも変化はなく、出力電圧Ｖａ´からＶｄ´間にも変化がみられない。

【0056】

続けてフラグ１０２を図１２（Ｄ）から（Ｅ）まで進入させてαが遮断されると、受光量が急激に減少し、コレクタ―エミッタ間電流の量も急激に減少する。電流の減少によって、出力電圧はＶａ´からＶｅ´へと急激に大きくなり、Ｈｉｇｈ出力となる。

【0057】

以上より、図９（ｂ）に示すように、本構成ではフラグ１０２の切り欠き１５０への進入量に応じて電圧出力部１１０で出力される電圧は急峻に立ち上がることになる。

【0058】

まとめると、図８（ｂ）と図９（ｂ）のグラフを比較すると明らかなように、実装面と反対側からフラグ１０２を進入させる場合の方が、実装面側からフラグ１０２を進入させる場合よりも、センサユニット２００の応答性は良くなる。

【0059】

また、ＬＥＤチップ１１１は、経年により発光量が小さくなることや、発光量に個体差が生じることがある。ＬＥＤチップの発光量はＬＥＤの電流量に比例するため、図８（ｂ）や図９（ｂ）ではＬＥＤチップの発光量の変化による影響を、ＬＥＤチップ１１１の電流を変えることで模擬的に表している。

【0060】

図８（ｂ）に示すように、フラグ１０２を実装面側から進入させる場合には、出力電圧の立ち上がりタイミングにブレがある。すなわち、ＬＥＤチップの経年や個体差による発光量のばらつきにより、電圧出力部１１０の出力がフラグ１０２に反応するタイミングにばらつきが生じやすい。一方、図９（ｂ）に示すように、フラグ１０２をプリント基板の実装面１０５Ａと反対の面側から進入させる場合には、ＬＥＤチップ１１１の電流の差による出力電圧の立ち上がりにほとんど差がない。このことから、ＬＥＤチップの経年や個体差の影響を受けにくい構成であるといえる。

【0061】

以上の理由によりセンサユニット２００の応答性の観点から、フラグ１０２の進入方向は発光部１０１及び受光部１０４の実装面の反対側から進入させることが望ましい。

【0062】

本実施例では、発光部１０１及び受光部１０４を向かい合わせて配置し、さらにプリント基板１０５上の発光部１０１及び受光部１０４の間に設けた切り欠き１５０を通過させてフラグ１０２を進入させるセンサユニット２００について説明した。このセンサユニット２００では、反射面を有するライトガイド、又は筐体を必要としないため、安価で簡易な構成とすることができる。

【0063】

さらに、本実施例ではフラグ１０２の進入方向を工夫することによって、センサユニット２００の応答性を向上させることについて説明した。上述した通り、フラグ１０２をプリント基板１０５の側面側から進入させる構成（図６）、実装面側から進入させる構成（図８）、実装面と反対側から進入させる構成（図９）についてそれぞれ説明した。

【0064】

そして、フラグ１０２をプリント基板１０５の実装面と反対側から進入させる構成が、最もセンサユニット２００の応答性を向上させることができることについて説明した。また、フラグ１０２をプリント基板１０５の実装面側から進入させる構成も、側面側から進入させる構成と比較すれば、センサユニット２００の応答性を向上させることができることがわかった。この理由は、図５に示したＹ方向における迷光１０７ａ、１０７ｂの幅と、図１０や図１１に示したＺ方向における迷光１０７ａ、１０７ｂの幅（Ｌβ）を比較すると、後者の方が短いためである。つまり、フラグ１０２をプリント基板１０５の実装面側から進入させる構成の方が、側面側から進入させる構成よりも少ないフラグ１０２の移動量で迷光１０７ａ、１０７ｂを遮ることができる。

【0065】

以上をまとめると、センサユニット２００の応答性を向上させるためには、フラグ１０２をプリント基板１０５の実装面１０５Ａに対して交差する方向に移動させるように構成することが望ましい。

【実施例0066】

＜切り欠きではなく穴の場合＞
図１４を用いて、本発明の実施例２に係るセンサユニット２００について説明する。実施例２において、実施例１と同様の構成のものに関しては説明を省略する。図１４は実施例２におけるセンサユニット２００の斜視図である。

【0067】

実施例２では、プリント基板１０５上の発光部１０１と受光部１０４の間に穴１５１が設けられている。フラグ１０２はプリント基板１０５の穴１５１を通過して進入し、発光部１０１からプリント基板の実装面１０５Ａに対して平行に出射された光が受光部１０４に到達する光路１０６を遮蔽する。これにより受光部１０４が受光する光量が変化し、フラグ１０２が検出される。ここでプリント基板１０５の穴１５１の形状として四角形を例示したが、穴１５１の形状はこれに限定されるものではない。

【0068】

以上説明した通り、プリント基板１０５上の発光部１０１と受光部１０４の間に穴１５１を設け、フラグ１０２の進入経路とすることで、光学式センサ１００の位置がプリント基板端部に限定されることなくプリント基板上の任意の位置に配置することができる。

【0069】

＜プリント基板への迷光対策の説明＞
次に、パターンやシルク等によりプリント基板表面に加工を施すことで、プリント基板内部を伝搬する迷光１０７ａ、１０７ｂを抑制し、フラグ１０２の応答性を改善する例について説明する。

【0070】

図１５に、パターンやシルク等による迷光対策の一例を示す。図１５（ａ）は対策前のプリント基板とパターンを図示したもので、パターン９３０ａは０．２ｍｍの幅である。

【0071】

図１５（ｂ）はパターンによる迷光対策を図示したものである。発光部１０１及び受光部１０４の周囲をベタパターン９３０ｂで覆うことで、プリント基板表面からプリント基板内部に入り込む迷光を反射させ、プリント基板内部を伝搬する迷光を抑制している。

【0072】

図１５（ｃ）はシルク９３１による対策を図示したものである。発光部１０１及び受光部１０４の周囲を黒色のシルク９３１で覆うことで、プリント基板表面からプリント基板内部に入り込む迷光を吸収し、プリント基板内部を伝搬する迷光を抑制している。なお、シルクは黒色以外の色であっても良い。その場合、プリント基板表面にシルクの層を設けることで、プリント基板表面から内部に入り込む光を抑制する効果がある。

【0073】

ベタパターン及びシルクによる迷光対策は、プリント基板内側に入り込む迷光を抑制することで、プリント基板の実装面側からフラグ１０２を進入させる場合には特に応答性が向上する。

【0074】

さらに、ベタパターン及びシルクによる迷光対策は、互いに効果が相反するものではなく、併せてプリント基板表面に施してもよい。また、ベタパターン及びシルクによる迷光対策は、プリント基板表面の全面に施す必要はなく、少なくとも発光部１０１を実装する部分やその周囲だけであっても良い。

【0075】

＜ドア開閉検知に使う場合の説明＞
次に、センサユニット２００を用いた画像形成装置について図１６を用いて説明する。

【0076】

（画像形成装置の概略構成）
図１６は本実施形態に係る画像形成装置９００の概略構成図である。図１６を参照し、画像形成装置における記録材に画像形成を行うプロセスの概要を説明する。感光体９０８はプロセスカートリッジ９１１に設けられ、不図示のモータによって駆動されて、その表面に静電潜像が形成され、静電潜像がトナーにより現像され、現像されたトナー画像を担持する像担持体である。帯電部材としての帯電ローラ９０９は感光体９０８の表面に均一に帯電させる部材である。帯電ローラ９０９には、高電圧を生成する電源回路（不図示）から高電圧（帯電バイアスともいう）が供給される。レーザスキャナユニット９１３は、帯電ローラ９０９により一様に帯電した感光体９０８の表面を露光して静電潜像を形成するため露光部である。レーザスキャナユニット９１３はレーザビームを出射するための半導体レーザ（不図示）を有しており、画像データに応じたレーザビーム９１２を感光体９０８に照射して静電潜像を形成する。現像ローラ９１０は感光体９０８の表面に形成された静電潜像にトナーを供給することで潜像を現像してトナー画像を形成する現像部材である。現像ローラ９１０には、高電圧を生成する電源回路（不図示）から高電圧（現像バイアスともいう）が供給される。

【0077】

給紙カセット９０２には記録材としてのシート９０１が積載される。シート９０１としては、普通紙、薄紙、厚紙、ＯＨＴシート、ラフ紙等、種々のシートを用いることができる。シート９０１は給紙ローラ９０３により給送されると共に分離パッド９０４の摩擦力により捌かれて、１枚だけが搬送ローラ対９０５に給送される。その後、シート９０１は搬送ローラ対９０５、レジストローラ対９０６を通って感光体９０８と転写ローラ９０７とが当節する転写位置に搬送される。転写ローラ９０７には高電圧を生成する電源回路（不図示）から高電圧（転写バイアスともいう）が供給され、感光体９０８上のトナー画像をシート９０１に転写する。定着ローラ対９１４はトナー画像に対して熱と圧力を加えてトナー画像を溶融させ、シート９０１上に固着させる。定着ローラ対９１４により搬送されたシート９０１は、排出ローラ対９１５、９１６、９１７を通過して排出トレイ９１８に排出されて積載される。

【0078】

（前ドアの説明）
画像形成装置の外装カバーを兼ねるドア９１９は、９１９ａを回転支点として開閉可能である。ドア９１９が開いた状態で画像形成装置の内部にあるプロセス部材の一部が露出する。ドア９１９の開閉は、例えば、像担持体としての感光ドラムを含むユニットとして交換可能なプロセスカートリッジ９１１の着脱、シート９０１のジャム処理、装置のメンテナンス等を目的として作業者やユーザの操作により行われる。ドアセンサ９２０は、ドア９１９の開閉状態を検知するセンサであり、ドアの開閉動作により信号レベルがＨｉｇｈとＬｏｗに切り替わるドア信号を制御手段としてのＣＰＵ８０１へ送信する。

【0079】

ドアセンサ９２０としては、実施例１及び実施例２で説明したセンサユニット２００を用いることができる。ここでフラグ１０２はドア９１９に設けられ、ドア９１９と共に移動する構成であってもよい。もしくは、フラグ１０２はドア９１９とは別体であって、画像形成装置９００の装置本体に設けられ、ドア９１９が装置本体に対して閉じられた時にドア９１９から力を受けて移動する構成であってもよい。

【0080】

＜シート先端検知に使う場合の説明＞
（ＴＯＰセンサの説明）
ＴＯＰセンサ９２１はシート９０１の搬送路における所定位置において、シート９０１の有無を検知するセンサである。例えば、シート９０１の先端がフラグ１０２と接触してフラグ１０２が切り欠き１５０や穴１５１に進入することで、受光部１０４の受光状態が変化し、信号レベルがＨｉｇｈとＬｏｗに切り替わるＴＯＰ信号を制御手段としてのＣＰＵ８０１へ送信する。ＴＯＰ信号はシート９０１の搬送における同期信号であり、感光体９０８に形成されたトナー画像の先端とシート９０１の先端を同期して、シート９０１の所定の位置に画像を転写させるために用いられる。

【0081】

ＴＯＰセンサ９２１としては、実施例１及び実施例２で説明したセンサユニット２００を用いることができる。

【0082】

なお、画像形成装置９００としては、図１６に示す構成以外として、複数の感光ドラムと中間転写体を有する、カラー画像を形成するための画像形成装置であってもよい。