JP2017126043A - トナー濃度センサおよび画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子と受光素子の距離を近づけて小型化を図った場合でもノイズ光による検出精度の劣化を抑制できるトナー濃度センサを提供する。
【解決手段】トナー濃度センサ（１１）は、発光素子（１２）と、発光素子（１２）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素子（１３，１４）と、これらが表面実装された基板（１５）と、ケース（１６）とを備え、発光素子（１２）から発生する光の光路と基板（１５）とが平行に設けられている。基板（１５）には、実装面よりも厚み方向にくぼみ、端部（１５ａ）から発光素子（１２）と受光素子（１３，１４）との間を通る溝部（２１）が形成され、ケース（１６）には、溝部（２１）に挿入される挿入部（２３）が設けられている。
【選択図】図６

Description

本発明は、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および画像形成装置に関する。

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る。トナー濃度センサは、光を照射する発光素子と、この発光素子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素子と、この受光素子の検出電圧を増幅させる増幅部とを有する。

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、トナー濃度センサは、中間転写ベルトに対して前記発光素子から光を照射し、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素子が検出する。受光素子には受光量に応じた光電流が発生し、この光電流の電圧を検出することで、中間転写ベルトに付着したトナー濃度が検出され、この検出結果に基づいて光学的または電気的な補正がなされる。

ところで、トナー濃度センサにおいて、発光素子と受光素子とを基板（プリント基板）上に表面実装し、かつ、発光素子から発生する光の光路が基板と平行になるように構成した場合、光路に沿った所望する方向以外に放射された光によるノイズ光の問題が生じる。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素子から照射される光は、所望する検出対象に向かって進む成分のほか、他の方向に向かって進む成分、たとえば基板上の他の素子に向かって進む成分や基板に向かって進む成分などを含み、基板に向かって進む成分の一部はさらに基板の内部にも進入する。所望する検出対象に向かって進む成分以外の光が、受光素子に到達すると、検出電圧の値が変化してしまい、精度の高い検出ができなくなる。

検出精度を低下させるノイズ光は、基板の内部を進んで受光素子に到達するものと、基板の外部の空中を進んで受光素子に到達するものとがある。このうち、基板の外部を進むノイズ光は、さらに、基板上の空中を進むものと、平面視で基板の外部の空中を進むもの、とに分けられる。

基板の代表的な素材である紙フェノール樹脂やガラスエポキシ樹脂等は、光を比較的良く通すため、基板の内部に進入した光は基板の内部を反射しながら進み、その一部は受光素子の周囲の銅箔等のない領域から基板の外部に出射し、受光素子に達する。

特許文献１には、このような基板の内部を進むノイズ光を抑制するものとして、基板における表面実装された発光素子と受光素子の間に細長いスリット状の貫通孔を設ける構成が提案されている。これは、基板の内部を進むノイズ光を、貫通孔から照射することによって、受光素子に到達するノイズ光を抑制する構成である。また、発光素子や受光素子を覆うケースに、貫通孔に挿入する遮光部材を設けることなども提案されている。

特許第４５３１３５７号明細書

ところで、従来、図９に示すトナー濃度センサ１０１のように、基板１０５上に発光素子１０２と受光素子１０３，１０４とを接近して配置して小型化する構成がある。図９中、参照符号１１６は、発光素子１０２と受光素子１０３，１０４を覆うケースであり、参照符号１０７はレンズである。

特許文献１のトナー濃度センサのように、検出対象物（図示せず）との位置関係でみて、受光素子が発光素子よりも後方に配置されている構成では、基板の外部の空中を進むノイズ光は受光素子に到達し難いため、基板の外部の空中を進むノイズ光よりも基板の内部を進むノイズ光の影響が大きい。

しかしながら、図９に示すトナー濃度センサ１０１のように、検出対象物（図示せず）との位置関係でみて、発光素子１０２と受光素子１０３，１０４との配置に前後差が小さく、また、発光素子１０２と受光素子１０３，１０４とが近接して配置されている構成では、受光素子基板１０５の内部を進むノイズ光よりも基板１０５の外部の空中を進むノイズ光の影響が大きくなる。

しがたって、図９に示すトナー濃度センサ１０１において、特許文献１の構成を採用して、図１０に示すように、基板１０５における発光素子１０２と受光素子１０３，１０４の間に細長いスリット状の貫通孔１１１を設けたとしても、より影響の大きい基板１０５の外部の空中を進むノイズ光を遮断することができない。

これについて、実施の形態の説明において用いる図７の（ｂ）（ｃ）を参照して説明する。なお、図７の（ｂ）は、図９に示すトナー濃度センサ１０１において、図１０に示すようにスリット状の貫通孔１１１を設けると共に、これに遮光部材１２３を挿入した構成のノイズ光の遮断効果を示す説明図であり、（ｃ）は、（ｂ）の構成に対して遮光部材１２３の形状を変更した構成のノイズ光の遮断効果を示す説明図である。図中、参照符号１１７はケース１１６を構成する上ケースであり、参照符号１１８はケース１１６を構成する下ケースであり、遮光部材１２３は上ケース１１７の内側に上ケース１１７と一体に形成され、遮光部材１２３の下端が下ケース１１８の下面（外面）に到達している。

スリット状の貫通孔１１１を図１０のように設けた構成においても、基板１０５の内部を進むノイズ光については、貫通孔１１１と該貫通孔１１１に挿入された遮光部材１２３とで有効に遮断される。詳細には、発光素子１０２と受光素子１０３，１０４との間に貫通孔１１１があることによって、光が貫通孔１１１の内側面から基板１０５の外部に出射するため、基板１０５の内部に残って、基板１０５の内部を通って受光素子１０３，１０４の付近から出射する光が減少する。また、このとき、貫通孔１１１の内側面から基板１０５の外部に出射した光には、貫通孔１１１の対向する内側面から再入射し、基板１０５の内部を進んで受光素子１０３，１０４に向かう光と、基板１０５の外部の空中を進んで受光素子１０３，１０４に到達する光とが含まれるが、貫通孔１１１の内部およびその上方に遮光部材１２３が挿入されていることにより、これらの光も遮断される。

また、基板１０５の外部の空中を進むノイズ光のうち、図１０に示す平面視で基板１０５の上を直線的に受光素子１０３，１０４に進む光（図中、矢印Ｙ１）については、図７の（ｂ）に示すように、貫通孔１１１に挿入された遮光部材１２３の基板１０５（搭載面）より上方に突出する高さが十分であれば有効に遮断される。

しかしながら、たとえ遮光部材１２３が十分な高さを有していたとしても、図１０に示す、平面視で基板１０５の上における、基板１０５における照射光の進行方向にある端部１０５ａ側を進むノイズ光（図中、矢印Ｙ２）、および平面視で基板１０５の外部の空中を進むノイズ光（図中、矢印Ｙ３）については遮断できない。

なお、ここで、遮光部材１２３の形状を、図７の（ｃ）に示すように、端部１０５ａ側の基板１０５の上にまで延ばして壁部１２４を一体に設けることが考えられる。しかしながら、上ケース１１７の加工精度、組立精度等は光の波長と比較して十分ではないため、前方を回り込むノイズ光のうち、基板１０５の表面を伝うものについては、基板１０５と壁部１２４の下端との間の隙間Ｐを通じて受光素子１０３（１０４）に到達してしまう。また、平面視で基板１０５の外部の空中を進むノイズ光（図中、矢印Ｙ３）については遮断できない。

また、スリット状の貫通孔１１１が設けられた基板１０５は強度が低下するため、破損の恐れがある。特に、図１０に示すようにスリット状の貫通孔１１１を設けた場合、貫通孔１１１の長手方向が矩形状をなす基板１０５の短手方向となるため、基板１０５が貫通孔１１１に沿って折れ易くなり、強度が低下する。

本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、発光素子と受光素子の距離を近づけて小型化を図った場合でもノイズ光による検出精度の劣化を抑制でき、かつ、堅固なるトナー濃度センサ等を提供することにある。

前記の課題を解決するために、本発明は、光を照射する発光素子と、該発光素子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素子と、前記発光素子および前記受光素子が表面実装された基板と、前記発光素子および前記受光素子を覆うケースとを備え、前記発光素子から発生する光の光路と前記基板とが平行に設けられたトナー濃度センサであって、前記基板には、実装面よりも厚み方向にくぼみ、前記発光素子から照射された光の進行方向にある端部から前記発光素子と前記受光素子との間を通る溝部が形成され、前記ケースが前記溝部に挿入される挿入部を有することを特徴としている。

上記構成によれば、発光素子から照射された光であって、光路に沿った所望する方向以外に放射されたノイズ光となる光のうち、基板の内部に進入して内部を進むノイズ光は、溝部の内側面から基板の外部に出射するため、基板の内部に残って、基板の内部を通って受光素子の付近から出射する光が減少する。また、このとき、溝部の内側面から基板の外部に出射した光には、溝部の対向する内側面から再入射し、基板の内部を進んで受光素子に向かう光と、基板の外部の空中を進んで受光素子に到達する光とが含まれるが、溝部の内部およびその上方に挿入部が挿入されていることにより、これらの光も遮断される。

そして、このような基板の内部を進むノイズ光よりも検出精度への影響が大きい、基板上の空中を進むノイズ光であっても、溝部が基板の端部から形成され、これに挿入部が挿入されているので、発光素子から受光素子へと直線的に進むノイズ光はもちろんのこと、前述したように、光の進行方向にある基板の端部を回り込んで受光素子に到達するノイズ光についても効果的に遮断して、検出精度を上げることができる。

また、上記構成のように、照射された光の進行方向にある基板の端部に対して、長手方向が交差するように溝部を設ける構成では、発光素子と受光素子とを近接して配置できるので、トナー濃度センサを小型化できるメリットもある。

さらに、発光素子や受光素子の並び方向が矩形形状の基板の長手方向であった場合に、基板の短手方向に延びる形状のスリット状の貫通孔を設けるとさらに基板が折れ易くなるが、このような溝構造とすることで、基板の強度を確保して、小型化を図りつつも堅固な構成とできる。

しかも、溝構造は、貫通孔に比べて断面形状の変更が容易に行えるので、溝部の断面形状を、基板の内部を進む光が溝部から基板の外部へ出難い形状とするなどの工夫が簡単にでき、これによってもノイズ光を減らすことができる。

本発明のトナー濃度センサは、さらに、前記溝部は、前記発光素子および前記受光素子の後方に至る構成とすることもできる。

これによれば、溝部が前記発光素子および前記受光素子の後方に至る十分な長さを有しているので、前記発光素子および前記受光素子の後方に至る部分まで、基板の内部を進むノイズ光の伝播を阻止して、ノイズ光を減らすことができる。

本発明のトナー濃度センサは、さらに、前記挿入部は、前記溝部に挿入された状態で、前記端部とは反対側の前記溝部の奥にまで至る長さを有する構成とすることもできる。

これによれば、溝部の発光素子側の内側面から出射された後、対向する内側面から基板内に再入射して基板内を受光素子に向けて進むノイズ光、溝部の発光素子側の内側面から出射された後、受光素子へと空中を進むノイズ光、および基板上の空中を受光素子へと進むノイズ光を、挿入部にて溝部の奥の部分まで効果的に遮断することができる。

本発明のトナー濃度センサは、さらに、前記挿入部は、前記溝部に挿入された状態で、少なくとも前記端部に至る長さを有する構成とすることもできる。

これによれば、溝部の発光素子側の内側面から出射された後、対向する内側面から基板内に再入射して基板内を受光素子に向けて進むノイズ光、溝部の発光素子側の内側面から出射された後、受光素子へと空中を進むノイズ光、および基板上の空中を受光素子へと進むノイズ光を、挿入部にて溝部の先端部分まで効果的に遮断することができる。

本発明のトナー濃度センサは、さらに、前記挿入部は、前記溝部に挿入された状態で、前記端部より前記基板の外部に突出する長さを有する構成とすることもできる。

これによれば、平面視で基板の外部の空中を進み、基板の外部を通って回り込んで受光素子へと進むノイズ光を効果的に遮断して、より一層検出精度を上げることができる。

本発明のトナー濃度センサは、さらに、前記溝部の深さが前記基板の厚みの半分以上である構成とすることもできる。

上記構成によれば、溝部の深さを基板の厚みの半分以上としているので、溝部の下の基板部分を進んで受光素子に到達するノイズ光を効果的に減らすことができる。

本発明のトナー濃度センサは、さらに、前記溝部の幅方向の断面形状がＶ字形状あるいは台形形状である構成とすることもできる。

これによれば、溝部の幅方向の断面形状をＶ字形状あるいは台形形状としているので、基板の内部を進む光が溝部の側面にて反射・屈折されるため、基板の内部を進む光が基板の外部に出射する光の総量が減り、また、屈折が生じることから、溝部の発光素子側の側面から出射して受光素子の方向に進む成分が減少する。また、溝部の発光素子側の側面から出射後、溝部の底部と挿入部の下端との空隙を伝播して、溝部の受光素子側の側面から基板内に再入射する光も減少する。その結果、基板の外部に配置された受光素子に到達し難くなり、ノイズ光をより効果的に減らすことができる。

本発明のトナー濃度センサは、さらに、前記溝部の内側面に金属層あるいはレジスト層あるいはその両方が形成されている構成とすることもできる。

これによれば、溝部の内側面に形成された金属層やレジスト層により、基板の内部を進む光が基板内の発光素子の方向に向けて反射され、基板の外部に出射しなくなる。この結果、溝部から出射されて基板の外部の空間を受光素子に向けて進む光や、溝部の内側面から出射され、対向する内側面から再入射して基板内を受光素子に向けて進む光がなくなるため、受光素子に到達するノイズ光をより効果的に減らすことができる。

本発明のトナー濃度センサは、さらに、前記溝部と前記挿入部との間に遮光性樹脂が充填されている構成とすることもできる。

これによれば、溝部と挿入部との間に充填されている遮光性樹脂により、溝部の内側面から出射されて基板の外部の空間を受光素子に向けて進む光、および溝部の内側面から出射され、対向する内側面から再入射して基板内を受光素子に向けて進む光の両方が遮断され、結果的に、受光素子に到達するノイズ光をより効果的に減らすことができる。

本発明のトナー濃度センサは、さらに、前記基板の裏面における、前記溝部と対応する部分が凹凸面に形成され、該凹凸面の幅は前記溝部の幅よりも広い構成とすることもできる。

これによれば、基板の裏面における溝部と対応する部分に形成された、溝部の幅よりも広い幅の凹凸面によって、基板の内部を進む光が拡散され、基板の裏面で反射して基板内を受光素子に向けて進む光が減少する。また、基板の表面を削って凹凸面を形成した場合には、基板の内部を進む光の一部は、凹凸面から外部（基板の実装面とは反対側の外部）に出射するので、さらに基板の内部を受光素子に向けて伝播する光が減少する。その結果、基板の外部に配置された受光素子に到達し難くなり、ノイズ光をより効果的に減らすことができる。

また、本発明のトナー濃度センサを搭載した画像形成装置も、本発明の範疇に含まれる。

本発明は、発光素子と受光素子の距離を近づけて小型化を図った場合でもノイズ光による検出精度の劣化を抑制できるトナー濃度センサを提供することができるといった効果を奏する。

本発明の実施の一形態に係るトナー濃度センサの斜視図である。 前記トナー濃度センサが搭載される画像形成装置の概略構成図である。 前記トナー濃度センサの概略構成を示す正面図である。 前記トナー濃度センサの分解斜視図である。 前記トナー濃度センサの一構成部材である、発光素子と受光素子が実装された基板の平面図である。 （ａ）は前記トナー濃度センサの断面図であり、（ｂ）は前記トナー濃度センサにおける、溝部と挿入部と発光素子および受光素子との位置関係を示す説明図である。 各構成のトナー濃度センサにおけるノイズ光の遮断効果を示す図であり、（ａ）は本実施の形態のトナー濃度センサにおけるノイズ光の遮断効果を示し、（ｂ）は、図９に示すトナー濃度センサにおいて、図１０に示すようにスリット状の貫通孔を設けると共に、これに遮光部材を挿入した構成のノイズ光の遮断効果を示し、（ｃ）は、（ｂ）の構成に対して遮光部材の形状を変更した構成のノイズ光の遮断効果を示す。 （ａ）〜（ｆ）は、変形例のトナー濃度センサの要部を示す説明図である。 従来のトナー濃度センサの概略構成を示す正面図である。 図９のトナー濃度センサにおいて、スリット状の貫通孔を設けた場合の構成例を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。図１は本実施の形態に係るトナー濃度センサ１１の斜視図である。図２は、トナー濃度センサ１１が搭載される画像形成装置５１の概略構成図である。

図１に示すように、トナー濃度センサ１１は、矩形状の基板１５における長辺側の一辺に、箱型のケース１６とレンズ１９とが取り付けられた構成である。このようなトナー濃度センサ１１は、例えば、図２に示す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。まずは、画像形成装置５１の概略構造について説明する。

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。

次に、前記トナー濃度センサ１１について説明する。図３は、トナー濃度センサ１１の概略構成を示す正面図である。図４は、トナー濃度センサ１１の分解斜視図である。図５は、トナー濃度センサ１１の一構成部材である、発光素子１２と受光素子１３，１４が実装された基板１５の平面図である。図６の（ａ）はトナー濃度センサ１１の断面図であり、（ｂ）はトナー濃度センサ１１における、溝部２１と挿入部２３と発光素子１２および受光素子１３，１４との位置関係を示す説明図である。

図３に示すように、トナー濃度センサ１１は、光を照射する発光素子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。

図４、図５に示すように、これら発光素子１２と受光素子１３，１４とは、基板１５上に表面実装されている。基板１５（実装面）と、発光素子１２から照射される光の光路とは平行に設けられている。そして、発光素子１２と受光素子１３，１４を実装した部分は、ケース１６で覆われている（図３参照）。

ケース１６は、基板１５における、発光素子１２と受光素子１３，１４を実装した側の面（実装面）を覆う上ケース１７と、基板１５の反対側の面（裏面）を覆う下ケース１８を有している。また、上ケース１７における基板１５の、発光素子１２から照射される光の進行方向にある端部１５ａが位置する側には、レンズ１９が保持されている。

詳細には、１個の発光素子１２と、２個の受光素子１３，１４とが、前記端部１５ａに沿って並んで配設され、２個の受光素子１３，１４の間に発光素子１２が配設されている。

２個の受光素子１３，１４のうちの一方（図３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３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。

ここで、発光素子１２から照射された光の光路と端部１５ａのなす角は直角ではない。また、転写ベルト５６上の、発光素子１２から出射した光の光路の交点Ｑにおける転写ベルト５６に対する垂線Ｌ１と交点Ｑおよび受光素子１３を結ぶ直線Ｌ２とのなす角θ１と、垂線Ｌ１と交点Ｑおよび発光素子１２を結ぶ直線Ｌ３とのなす角θ２とは等しく、かつ、垂線Ｌ１と直線Ｌ２のなす角θ１より、垂線Ｌ１と交点Ｑおよび受光素子１４を結ぶ直線Ｌ４とのなす角θ３のほうが大きいという関係を有している。このように各角度を構成することで、受光素子１４には正反射光が到達し難い構成となり、すなわち正反射光と拡散反射光が分離されてそれぞれの受光素子に到達するため、各トナーの濃度の検出精度が向上する。

そして、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、基板１５における発光素子１２と受光素子１３との間、あるいは発光素子１２と受光素子１４との間の少なくともいずれか一方、本実施の形態ではその両方に、溝部２１が形成されると共に、この溝部２１に挿入部２３が挿入されている。挿入部２３はノイズ光を効果的に遮断するために、遮光材料から形成されることが好ましい。

溝部２１は、基板１５の実装面よりも厚み方向にくぼみ、基板１５における前記端部１５ａ（発光素子１２から照射された光の進行方向にある端部）から、発光素子１２と受光素子１３との間、発光素子１２と受光素子１４との間をそれぞれ通る。本実施の形態では、より好ましい構成として、溝部２１を、発光素子１２および受光素子１３，１４の後方に至る長さを有する構成としている。

挿入部２３は、図６の（ａ）に示すように、上ケース１７の内側に上ケースと例えば一体に形成され、溝部２１に挿入された状態で、挿入部２３の先端が下ケース１８の下面（外面）に至っている。本実施の形態では、より好ましい構成として、図６の（ｂ）に示すように、挿入部２３における実際に溝部２１に挿入される部分２３ａは、溝部２１における端部１５ａとは反対側の奥にまで至る長さを有し、さらに好ましい構成として、挿入部２３は、端部１５ａより基板１５の外部（平面視で外部）に突出する長さを有している。また、挿入部２３は、より好ましい構成として、実際に溝部２１に挿入される部分２３ａより上の基板１０５より上に位置する部分２３ｂが、溝部２１の奥を超えて、基板１５の実装面上に延設されている。

なお、挿入部２３は、端部１５ａより基板１５の外部（平面視で外部）に突出しないまでも、少なくとも端部１５ａに至る長さを有していることが好ましい。

さらに、挿入部２３における実際に溝部２１に挿入される部分２３ａより上の基板１０５より上に位置する部分２３ｂの幅（溝部２１の短手方向の寸法）Ｗ１は、溝部２１に挿入される部分２３ａの幅と同じでもよい。しかしながら、その場合、加工精度の問題で、溝部２１の深さにばらつきが生じると、仮に挿入部２３に幅の変化がなくとも溝部２１と挿入部２３との間に空隙が生じる恐れがある。そこで、図６の（ａ）に示すように、基板１０５より上に位置する部分２３ｂの幅Ｗ１を、発光素子１２，受光素子１３，１４や、基板１５上に配置される他の回路部品（図示せず）に干渉しない程度に拡げることが好ましい。つまり、溝部２１の短手方向の寸法をＷ２とした場合に、Ｗ１＞Ｗ２の関係とすることが好ましい。

これにより、挿入部２３を含めた上ケース１７と基板１５の密着度を向上させることができ、また溝部２１と挿入部２３における実際に挿入される部分２３ａとの間の空間の形状を複雑化させることで、基板１５の外部の空間を進むノイズ光が該空間を伝播して受光素子１３（１４）側に到達しづらくすることができる。さらに、後述するように、溝部２１に遮光性樹脂２９（図８の（ｅ）参照）等の樹脂を充填する場合、まず溝部２１に樹脂を塗布後、挿入部２３の部分２３ａを挿入する方法で充填することが多いが、溝部２１の加工精度や樹脂の塗布精度の問題で樹脂が溝部２１からあふれる恐れがある。これに対し、基板１０５より上に位置する部分２３ｂの幅Ｗ１を溝部２１の幅Ｗ２よりも広くしておくことで、あふれた樹脂を部分２３ｂの下面と基板１５との間で収容することができ、発光素子１２，受光素子１３，１４等の他の回路部品側に樹脂が流れることを防止することができる。

上記構成のように、基板１５に、発光素子１２と受光素子１３，１４との間をそれぞれ分断する溝部２１が形成されると共に、該溝部２１に挿入部２３が挿入されることで、基板１５の内部に進入して内部を進むノイズ光（図６の（ａ）中、矢印ａ）と、基板１５の上の空間を受光素子１３（１４）へと直線的に進むノイズ光（図６の（ａ）中、矢印Ｙ１）の両方を、溝部２１と挿入部２３とで効果的に遮断して、受光素子１３，１４に到達するノイズ光を抑制することができる。

詳細には、基板１５の内部に進入して内部を進むノイズ光は、溝部２１の内側面から基板１５の外部に出射するため、基板１５の内部に残って、基板１５の内部を通って受光素子１３（１４）の付近から出射する光が減少する。また、このとき、溝部２１の内側面から基板１５の外部に出射した光には、溝部２１の対向する内側面から再入射し、基板１５の内部を進んで受光素子１３（１４）に向かう光と、基板１５の外部の空中を進んで受光素子１３（１４）に到達する光とが含まれるが、溝部２１の内部およびその上方に挿入部２３が挿入されていることにより、これらの光も遮断される。その結果、基板１５上の受光素子１３（１４）へと到達するノイズ光を効果的に減らすことができる。

挿入部２３は、基板１５の内部を進むノイズ光を効果的に遮断するために、上述したように、溝部２１における端部１５ａとは反対側の奥にまで至る長さを有し、溝部２１の空間全体を埋めるような形状であることが好ましい。

そして特に、前述した従来構成のトナー濃度センサ１０１におけるスリット状の貫通孔１１１では、小型化を図った、図９に示すトナー濃度センサ１０１において、図１０に示すように、基板１０５における発光素子１０２と受光素子１０３，１０４の間に細長いスリット状の貫通孔１１１を設けたとしても、より影響の大きい基板１０５の外部の空中を進むノイズ光を遮断することができなかったが、トナー濃度センサ１１においては、これについても遮断することができる。

これについて、図７の（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。図７は、各構成のトナー濃度センサにおけるノイズ光の遮断効果を示す図であり、（ａ）は本実施の形態のトナー濃度センサにおけるノイズ光の遮断効果を示し、（ｂ）は、図９に示すトナー濃度センサにおいて、図１０に示すようにスリット状の貫通孔を設けると共に、これに遮光部材を挿入した構成のノイズ光の遮断効果を示し、（ｃ）は、（ｂ）の構成に対して遮光部材の形状を変更した構成のノイズ光の遮断効果を示す。なお、図中、参照符号１１７はケース１１６を構成する上ケースであり、参照符号１１８はケース１１６を構成する下ケースである。図７の（ｂ）（ｃ）では、遮光部材１２３は上ケース１１７の内側に上ケース１１７と一体に形成され、かつ、遮光部材１２３の下端が下ケース１１８の下面に達している。

図７の（ｂ）に示すように、基板１０５の外部の空中を進むノイズ光のうち、基板１０５の上を直線的に受光素子１０３，１０４に進む光（図中、矢印Ｙ１）については、貫通孔１１１に挿入された遮光部材１２３の基板１０５（搭載面）より上方に突出する高さが十分であれば有効に遮断される。

しかしながら、たとえ遮光部材１２３が十分な高さを有していたとしても、基板１０５の上を、端部１０５ａ側を回り込むように進むノイズ光（図中、矢印Ｙ２）、および平面視で基板１０５の外部の空中を進むノイズ光（図中、矢印Ｙ３）については遮断できない。

ここで、遮光部材１２３の形状を、図７の（ｃ）に示すように、端部１０５ａ側の基板１０５の上にまで延ばして壁部１２４を一体に設けることが考えられる。しかしながら、上ケース１１７の加工精度、組立精度等は光の波長と比較して十分ではないため、前方を回り込むノイズ光のうち、基板１０５の表面を伝うものについては、基板１０５と壁部１２４の下端との間の隙間Ｐを通じて受光素子１０３（１０４）に到達してしまう。また、平面視で基板１０５の外部の空中を進むノイズ光（図中、矢印Ｙ３）については遮断できない。

これに対し、トナー濃度センサ１１における基板１５の端部１５ａから形成された溝部２１では、図７の（ａ）に示すように、溝部２１が基板１５の端部１５ａから形成され、これに挿入部２３が挿入されているので、発光素子１２から受光素子１３（１４）へと直線的に進むノイズ光（図中、矢印Ｙ１）はもちろんのこと、前述したように、基板１５の端部１５ａを回り込んで受光素子１３（１４）に到達するノイズ光（図中、矢印Ｙ２）についても効果的に遮断して、検出精度を上げることができる。

さらに、トナー濃度センサ１１では、図７の（ａ）に示すように、さらに好ましい構成として、挿入部２３は端部１５ａより基板１５の外部に突出しているので、平面視で基板１５の外部の空中を進むノイズ光（図中、矢印Ｙ３）についても遮断してより一層検出精度を上げることができる。

また、上記構成では、溝部２１が発光素子１２および受光素子１３（１４）の後方に至る十分な長さを有する構成としているので、発光素子１２および受光素子１３（１４）の後方に至る部分まで、基板１５の内部を進むノイズ光の伝播を阻止して、ノイズ光を減らすことができる。

また、上記構成では、挿入部２３は、溝部２１に挿入された状態で、端部１５ａとは反対側の溝部２１の奥にまで至る長さを有する構成としているので、溝部２１の内側面から出射された後、対向する内側面から基板１５内に再入射して基板１５を受光素子１３（１４）に向けて進むノイズ光、溝部２１の内側面から出射された後、受光素子１３（１４）へと空中を進むノイズ光、および基板１５上の空中を受光素子１３（１４）へと進むノイズ光を、挿入部２３にて溝部２１の奥の部分まで効果的に遮断することができる。

また、上記構成では、挿入部２３を、さらに好ましい構成として、基板１５の端部１５ａより基板１５の外部に突出している構成としたが、少なくとも端部１５ａに至る長さを有する構成とするだけでもよい。これにより、溝部２１の内側面から出射された後、対向する内側面から基板１５内に再入射して基板１５を受光素子１３（１４）に向けて進むノイズ光、溝部２１の内側面から出射された後、受光素子１３（１４）へと空中を進むノイズ光、および基板１５上の空中を受光素子１３（１４）へと進むノイズ光を、挿入部２３にて溝部２１の先端部分まで効果的に遮断することができる。

また、溝部２１とした場合、貫通孔１１１に比べて、基板１５の強度を確保できる点で有利である。但し、溝構造とした場合、貫通孔１１１に比べて、基板１５の内部を進むノイズ光の遮断効果はやや低下する。しかしながら、上述したように、基板１５上に発光素子１２と受光素子１３，１４とを接近して配置して小型化した構成では、基板１５の内部を進むノイズ光による検出精度への影響は小さいため、溝構造でも実用上十分なノイズ光の遮断効果が得られる。ここで、好ましくは、溝部２１の深さを基板１５の厚みの半分以上である構成とすることである。これにより、基板１５における溝部２１の下の部分を進んで受光素子１３，１４に到達するノイズ光を効果的に減らすことができる。

また、発光素子１２や受光素子１３，１４の並び方向を矩形形状の基板１５の長手方向とし、基板１５の短手方向に延びる形状の溝部２１を設けることで、発光素子１２と受光素子１３，１４とを近接して配置して、トナー濃度センサ１１を小型化できるメリットがある。

スリット状の貫通孔を設ける構成では、トナー濃度センサを小型化すべく、図１０に示すように、基板１０５の短手方向に延びる形状のスリット状の貫通孔１１１を設けると、貫通孔１１１に沿って基板１０５が折れ易くなる。しかしながら、このような溝構造とすることで、基板１５の強度を確保して、小型化を図りつつも堅固な構成とできる。

そして、本実施の形態では、検出精度を向上するという目的を達成するため、図６の（ａ）に示すように、基板１５における、受光素子１３，１４の少なくともいずれか一方、本実施の形態ではその両方における、受光素子１３，１４の受光部の直下（受光素子１３，１４を基板１５に実装するための２つのランド（図示せず）の間）に、基板１５を厚み方向に貫く貫通空間部２５が形成されると共に、下ケース１８にこの貫通空間部２５に挿入される挿入部２７が形成されている。

これにより、基板１５の内部を伝播して受光素子１３，１４に到達するノイズ光が、さらに貫通空間部２５と挿入部２７によっても遮断されることとなり、検出精度をさらに上げることができる（この貫通空間部２５に関する技術については、日本特許公報（特許5589914号（US2012/0237246））に記載の技術を用いることができる）。

（変形例）
次に、トナー濃度センサ１１における変形例について説明する。図８の（ａ）〜（ｆ）は、変形例のトナー濃度センサの要部を示す説明図である。図８の（ａ）（ｂ）に示す変形例では、ルータビットの先端形状（ビットの形状）を変更して、溝部２１の幅方向の断面形状を台形形状あるいはＶ字形状としている。溝部２１の幅方向の断面形状を台形形状あるいはＶ字形状とすることで、基板１５の内部を進む光が溝部２１の側面（断面）にて反射・屈折されるため、基板１５の内部を進む光が基板１５の外部に出射する光の総量が減り、また、屈折が生じることから、溝部２１の発光素子１２側の側面から出射して受光素子１３（１４）の方向に進む成分が減少する。また、溝部２１の発光素子１２側の側面から出射後、溝部２１の底部と挿入部２３の下端との空隙を伝播して、溝部２１の受光素子１３（１４）側の側面から基板１５の内部に再入射する光も減少する。

また、図８の（ｃ）（ｄ）に示す変形例では、溝部２１の内側面（断面）に金属層３０あるいはレジスト層３１あるいはその両方を形成している。これによれば、溝部２１の内側面に形成された金属層３０やレジスト層３１により、基板１５の内部を進む光が基板１５内の発光素子１２の方向に向けて反射され、基板１５の外部に出射しなくなる。この結果、溝部２１から出射されて基板１５の外部の空間を受光素子１３（１４）に向けて進む光や、溝部２１の内側面から出射され、対向する内側面から再入射して基板１５の内部を受光素子１３（１４）に向けて進む光がなくなるため、受光素子１３（１４）に到達するノイズ光をより効果的に減らすことができる。なお、金属層３０あるいはレジスト層３１を設ける構成は、溝部２１の断面形状を台形形状あるいはＶ字形状とした構成との組み合せに限らず、先に記載した断面形状がコ字形状の溝部２１と組み合わせることもできる。

さらに、図８の（ｅ）に示す変形例では、溝部２１と挿入部２３との間に遮光性樹脂２９を充填している。これにより、溝部２１の内側面から出射されて基板１０５外部の空間を受光素子に向けて進む光、および溝部２１の内側面から出射され、対向する内側面から再入射して基板１０５の内部を受光素子１３（１４）に向けて進む光の両方が遮断され、受光素子１３（１４）に到達するノイズ光をより効果的に減らすことができる。
なお、溝部２１と挿入部２３との間に遮光性樹脂２９を充填する構成は、溝部２１の断面形状をコ字形状とした構成との組み合わせに限らず、断面形状を台形形状あるいはＶ字形状とした溝部２１の構成と組み合せることもでき、かつ、溝部２１の内側面（断面）に金属層３０あるいはレジスト層３１あるいはその両方を形成する構成と組み合わせることもできる。

さらに、図８の（ｆ）に示す変形例では、基板１５の裏面１５ｂの溝部２１と対応する部分に、凹凸面３３を溝部２１の幅よりも広い幅で形成している。これによれば、凹凸面３３にて基板１５の内部を進む光が拡散され、基板１５の裏面１５ｂで反射して引き続き基板１５の内部を受光素子１３（１４）に向けて伝播するものが減少する。また、凹凸面３３を形成するにあたって、基板１５の表面を削った場合には、基板１５の内部を進む光の一部は凹凸面３３から外部（基板１５の実装面とは反対側の外部）に出射するので、さらに基板１５の内部を受光素子１３（１４）に向けて伝播する光が減少する。その結果、基板１５の外部に配置された受光素子１３（１４）に到達し難くなり、ノイズ光をより効果的に減らすことができる。

また、上述した例では、ケース１６として、上ケース１７と下ケース１８との２つの部材を少なくとも含む構成としたが、下ケース１８が無い、上ケース１７のみの構造とすることもできる。

本発明は上述した上記実施の形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、各変形例に開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１１ トナー濃度センサ
１２ 発光素子
１３ 受光素子、第１受光素子
１４ 受光素子、第２受光素子
１５ 基板
１５ａ端部
１６ ケース
１７ 上ケース
１８ 下ケース
１９ レンズ
２１ 溝部
２３ 挿入部
２９ 遮光性樹脂
３０ 金属層
３１ レジスト層
３３ 凹凸面
５１ 画像形成装置

Claims (11)

1. 光を照射する発光素子と、該発光素子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素子と、前記発光素子および前記受光素子が表面実装された基板と、前記発光素子および前記受光素子を覆うケースとを備え、前記発光素子から発生する光の光路と前記基板とが平行に設けられたトナー濃度センサであって、
   前記基板には、実装面よりも厚み方向にくぼみ、前記発光素子から照射された光の進行方向にある端部から前記発光素子と前記受光素子との間を通る溝部が形成され、
   前記ケースが、前記溝部に挿入される挿入部を有することを特徴とするトナー濃度センサ。
2. 前記溝部は、前記発光素子および前記受光素子の後方に至ることを特徴とする請求項１に記載のトナー濃度センサ。
3. 前記挿入部は、前記溝部に挿入された状態で、前記端部とは反対側の前記溝部の奥にまで至る長さを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のトナー濃度センサ。
4. 前記挿入部は、前記溝部に挿入された状態で、少なくとも前記端部に至る長さを有することを特徴とする請求項１、２又は３に記載のトナー濃度センサ。
5. 前記挿入部は、前記溝部に挿入された状態で、前記端部より前記基板の外部に突出する長さを有することを特徴とする請求項４に記載のトナー濃度センサ。
6. 前記溝部の深さが、前記基板の厚みの半分以上であることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載のトナー濃度センサ。
7. 前記溝部の幅方向の断面形状がＶ字形状、あるいは台形形状であることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載のトナー濃度センサ。
8. 前記溝部の内側面に金属層あるいはレジスト層あるいはその両方が形成されていることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載のトナー濃度センサ。
9. 前記溝部と前記挿入部との間に遮光性樹脂が充填されていることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載のトナー濃度センサ。
10. 前記基板の裏面における、前記溝部と対応する部分が凹凸面に形成され、該凹凸面の幅は前記溝部の幅よりも広いことを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載のトナー濃度センサ。
11. 請求項１から請求項１０の何れか１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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