JP4616676B2 - カラートナー付着量測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、転写型のカラープリンタ，カラーファクシミリ装置等におけるカラートナーの付着量を測定するためのカラートナー付着量測定装置に関するものである。

従来、このようなカラートナー付着量測定装置は、例えば図４に示すように構成されている。
即ち、図４において、カラートナー付着量測定装置１は、発光部としてのＬＥＤ２と、ＬＥＤ２の発光光路中に配置された第一のビームスプリッタ３と、受光部としての第一のフォトダイオード４及び第二のフォトダイオード５と、これらのフォトダイオード４，５の受光光路中に配置された第二のビームスプリッタ６と、から構成されている。
そして、カラートナー付着量測定装置１は、全体がランプハウス１ａ内に配置されると共に、図５に示すように、基板７上に実装されている。

上記ＬＥＤ２は、カラートナー付着量を測定すべき例えば感光ドラム等の検出体８に対して光を照射するようになっている。
上記第一のビームスプリッタ３は、公知の構成の偏光ビームスプリッタであって、ＬＥＤ２からの発光光路中に配置されていることにより、ＬＥＤ２からの光のうち、第一の偏光、例えばＰ偏光のみを透過させるようになっている。

上記第一のフォトダイオード４及び第二のフォトダイオード５は、共に公知の構成の例えばＰＩＮフォトダイオードである。
上記第二のビームスプリッタ６は、公知の構成の偏光ビームスプリッタであって、第一の偏光、例えばＰ偏光を透過させると共に、第二の偏光、例えばＳ偏光を反射させるように構成されている。

さらに、上記カラートナー付着量測定装置１は、モニタ用の第三のフォトダイオード９を備えている。
この第三のフォトダイオード９は、図６に示すように、前述した二つのフォトダイオード４，５と比較して小型に構成されており、基板７の表面に実装され、封止樹脂９ａにより封止されると共に、基板７及びランプハウス１ａに設けられた窓部Ａを介して上記ＬＥＤ２から側方に出射する光が入射するようになっている。

このような構成のカラートナー付着量測定装置１によれば、ＬＥＤ２を駆動することにより、ＬＥＤ２から出射した光のうち、第一のビームスプリッタ３によりＰ偏光のみを検出体８に照射する。
そして、検出体８からの反射光が第二のビームスプリッタ６に入射すると、Ｐ偏光は第二のビームスプリッタ６を透過して第一のフォトダイオード４に入射すると共に、Ｓ偏光は第二のビームスプリッタ６で反射されて第二のフォトダイオード５に入射する。

ここで、検出体８に入射したＰ偏光は、その一部が検出体８の表面で反射され、そのままＰ偏光として第二のビームスプリッタ６に向かい、第二のビームスプリッタ６を透過して、第一のフォトダイオード４に入射する。
これに対して、検出体８に入射しようとするＰ偏光のうち、検出体８の表面に付着したトナーに入射した光は、このトナーが誘電体であることから、このトナーで反射された光は、Ｐ偏光以外の成分即ちＳ成分を含んでいる。

従って、このＳ偏光のみが、第二のビームスプリッタ６で反射されて、第二のフォトダイオード５に入射すると共に、Ｐ偏光は、第二のビームスプリッタ６を透過して、第一のフォトダイオード４に入射することになる。
これにより、第二のフォトダイオード４に入射するＳ偏光の光量と、第一のフォトダイオード４に入射するＰ偏光の光量の比率を演算することにより、検出体８の感光ドラム表面におけるトナー付着量が多いと、この比率が大きくなるので、カラートナー付着量を測定することができる。

尚、ＬＥＤ２は、一般的に駆動に伴って温度が変化すると、発光効率が変動してしまうが、ＬＥＤ２から側方に出射する光の一部が、モニタ用の第三のフォトダイオード９に入射することにより、ＬＥＤ２の光量がモニタされる。これにより、ＬＥＤ２の駆動回路（図示せず）は、ＬＥＤ２の光量が一定になるように駆動制御を行なう。これにより、ＬＥＤ２の光量が常に一定に保持され得ることになる。

また、特許文献１には、検出体からの反射光をそれぞれ偏光フィルタを介して受光素子によりＳ偏光及びＰ偏光として受光するようにしたトナー付着量測定装置が開示されている。
さらに、特許文献２には、光源からの光の一部を分割してモニタ手段により光量測定することにより、光源の駆動条件を制御して、光源の光量が一定になるようにしたカラートナー付着量測定装置が開示されている。
特開平０６−２５０４８０号 特開２０００−０２９２７１号

ところで、上述したカラートナー付着量測定装置１は、モニタ用の第三のフォトダイオード９を含めて、多数の部品がそれぞれ基板７に対して実装される必要がある。
その際、ＬＥＤ２及び各フォトダイオード４，５，９は、リード端子をフォーミングした後、ランプハウス１ａ内にセットして、基板７に対してハンダ付けにより実装するようにしている。

このため、部品点数が多くなると共に、各部品の寸法バラツキに加えて、基板７への取付精度のバラツキによって、カラートナー付着量測定装置１の測定精度にバラツキが発生し、また部品コスト及び組立コストが高くなると共に、ランプハウス１ａが比較的大型になってしまう。
さらに、モニタ用の第三のフォトダイオード９については、外乱の影響を排除するために、基板７への実装後に封止樹脂９ａにより封止する必要があり、工程数が増え、製造コストが高くなってしまう。

これに対して、上記特許文献１によるトナー付着量測定装置においては、特に光源の光量をモニタして、その光量を制御するようには構成されていない。
また、上記特許文献２によるカラートナー付着量測定装置においては、光源の光量をモニタするように構成されているが、光源からの光の一部を光分割手段により分割してモニタするようになっているため、検出体（感光体）に照射されるべき光の一部がモニタに利用されることになり、検出体に照射される光量が低下してしまう。

本発明は、以上の点から、簡単な構成により、低コストでしかも小型に構成され得るようにした、モニタ機能を有するカラートナー付着量測定装置を提供することを目的としている。

上記目的は、本発明によれば、上方に開放した第一、第二、第三、第四の凹陥部を備えた樹脂製のフレーム部材と、前記フレーム部材の各第一、第二、第三、第四の凹陥部の底面にて互いに隣接して露出している一対の導体部と、前記各第一、第二、第三、第四の凹陥部内にて、一方の導体部の素子実装部に実装されると共に、他方の導体部に電気的に接続される第三の受光素子、発光素子、第一、第二の受光素子と、前記フレーム部材に被せられるカバーとを具備し、前記第一の凹陥部は前記第二の凹陥部の一側に隣接し、前記第三、第四の凹陥部は前記第二の凹陥部の他側に並んで隣接し、前記カバーは互いに隔壁により光が洩れないように分離され、偏光フィルムで閉塞された窓部を備えている第一、第二、第三の切欠部を備え、前記第一の切欠部は前記第三の受光素子及び前記発光素子に対応すると共に前記発光素子からの光の一部を反射して前記第三の受光素子に導くための反射面を有し、前記第二の切欠部は前記第一の受光素子に対応し、前記第三の切欠部は前記第二の受光素子に対応し、前記第三の受光素子の受光量が一定となるように前記発光素子を駆動制御すると共に前記発光素子からの前記カバーの偏光フィルムを通った光をトナー付着量を測定すべき検出対象に照射しその反射光の異なる偏光を前記第一、第二の受光素子で受光しその光量差に基づいて前記トナー付着量を測定するようにしたカラートナー付着量測定装置によって達成される。

また、上述の第一、第二、第三の切欠部の各窓部にレンズ部を備えている。

さらにまた、上述の各第一、第二、第三、第四の凹陥部に露出する前記各導体部はリード端子として前記フレーム部材の側縁から並んで突出している。

さらに、フレーム部材に前記カバーが一体化されることによって全体が一つのパッケージとして構成されている。

上記構成によれば、発光素子から出射した光がカバーの窓部に取り付けられた偏光フィルムを通って第一の種類の偏光となって、検出対象に照射されると、検出対象からの反射光は、それぞれ偏光フィルムを通って、第一及び第二の受光素子に入射する。
これにより、第一及び第二の受光素子が、検出対象からの反射光のうち、それぞれ偏光フィルムを介して互いに異なる種類の偏光を受光し、その光量を検出する。
その際、検出対象への照射光と異なる種類の偏光は、検出対象の表面に付着した誘電体であるトナーによって反射されることにより発生することから、これらの偏光の光量差に基づいて、上記検出対象の表面におけるトナー付着量が測定され得ることになる。

また、発光素子からの光がカバーに設けられた反射面で反射されて第三の受光素子に導かれることにより、発光素子の発光光量が第三の受光素子で検出され得るので、この発光素子の発光光量に対応して、発光素子を駆動制御することにより、発光素子の温度が上昇して発光効率が低下したとしても、発光素子の発光光量を一定に保持することができる。

さらに、発光素子及び各受光素子は、それぞれチップ部品として構成されており、単一のフレーム部材の各凹陥部内に露出する導電部にダイボンディング及びワイヤボンディングにより実装されると共に、従来のような比較的大型の偏光ビームスプリッタを使用していないので、全体が小型に構成され得ると共に、少ない工程数で、各部品のフレーム部材への取付精度を高くすることができ、バラツキが大幅に低減され得る。

上記第三の受光素子が、発光素子が実装される凹陥部の一側に隣接した凹陥部内に実装されている場合には、発光素子からの光が容易に第三の受光素子に導かれ得ることになる。

上記第一及び第二の受光素子が、発光素子が実装される凹陥部の他側に隣接した並んだ凹陥部内にそれぞれ実装されている場合には、同様にして容易に発光素子からの光が検出対象で反射されて第一及び第二の受光素子に導かれ得ることになる。

上記カバーが、各窓部にそれぞれレンズ部を備えている場合には、発光素子から検査対象に照射される光及び検査対象で反射されて第一及び第二の受光素子に導かれる光がそれぞれレンズ部により集束されることにより、これらの偏光をより効率よく検出することができる。

上記フレーム部材が一列に並んだ凹陥部を備えており、各凹陥部内に露出する各対の導体部が、それぞれリード端子として上記フレーム部材の側縁から並んで突出している場合には、これらのリード端子が直接に実装基板に対して接続されることになり、カラートナー付着量測定装置が容易に実装され得ることになる。

上記フレーム部材に上記カバーが一体化されることによって、全体が一つのパッケージとして構成されている場合には、より一層小型化され得ると共に、取扱いが容易になる。

このようにして、本発明によれば、単一のフレーム部材を使用して、フレーム部材に設けた各凹陥部内に、チップ部品としての発光素子及び三つの受光素子をそれぞれ実装することにより、簡単な構成で且つ低コストで、全体として小型に且つバラツキが少なく高精度に構成されることになる。

以下、この発明の好適な実施形態を図１乃至図３を参照しながら、詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

図１は、本発明によるカラートナー付着量測定装置の一実施形態の構成を示している。
図１において、カラートナー付着量測定装置１０は、フレーム部材１１と、カバー１２と、を含んでいる。

上記フレーム部材１１は、樹脂製の扁平な直方体状に形成されており、一列に並んだ四つの凹陥部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを備えている。
各凹陥部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ内では、図２に示すように、その底面にてそれぞれ一対の導電部１３ａ，１４ａ；１３ｂ，１４ｂ；１３ｃ，１４ｃ；１３ｄ，１４ｄが対向して露出している。
これらの導電部１３ａ，１４ａ；１３ｂ，１４ｂ；１３ｃ，１４ｃ；１３ｄ，１４ｄは、例えばインサート成形によってフレーム部材１１と一体成形されており、他端が上記フレーム部材１１の一側の側面から突出してリード端子を形成するようになっている。

ここで、図１及び図２に示すように、二番目の凹陥部１１ｂ内には、導電部１３ｂのチップ実装部に、発光素子としてのチップ状のＬＥＤ１５がダイボンディングされると共に、隣接する導電部１４ｂに対して金線等によりワイヤボンディングされている。
また、三番目及び四番目の凹陥部１１ｃ，１１ｄ内には、それぞれ導電部１３ｃ，１３ｄのチップ実装部に、第一及び第二の受光素子としてのチップ状のフォトダイオード１６，１７がダイボンディングされると共に、隣接する導電部１４ｃ，１４ｄに対して金線等によりワイヤボンディングされている。
これに対して、一番目の凹陥部１１ａ内には、導電部１３ａのチップ実装部に、第三の受光素子としてのチップ状のフォトダイオード１８がダイボンディングされると共に、隣接する導電部１４ａに対して金線等によりワイヤボンディングされている。

また、上記カバー１２は、上記フレーム部材１１と同様に樹脂から構成されており、上記フレーム部材１１の上面全体を覆うように形成されていると共に、上記フレーム部材１１に実装されたＬＥＤ１５，フォトダイオード１６，１７に対応する切欠部１２ａ，１２ｂ，１２ｃを備えている。

これらの切欠部１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、互いに隔壁により光が洩れないように分離されていると共に、上端が開放した窓部を備えている。
そして、これらの切欠部１２ａ，１２ｂ，１２ｃの窓部には、これらの窓部を閉塞するようにそれぞれ偏光フィルム１９ａ，１９ｂ，１９ｃが備えられている。
ここで、第一の偏光フィルム１９ａ及び第三の偏光フィルム１９ｃは、Ｐ偏光を透過させるＰ偏光フィルムであって、第二の偏光フィルム１９ｂは、Ｓ偏光を透過させるＳ偏光フィルムが使用される。

さらに、上記切欠部１２ａは、上記フレーム部材１１の凹陥部１１ｂ内に実装されたＬＥＤ１５に対向すると共に、下側領域が隣接する第三のフォトダイオード１８の上方まで延長されており、この延長部分の下面が反射面１２ａ’として形成されている。
これにより、上記ＬＥＤ１５から出射した光Ｌ１は、上方に向かって切欠部１２ａ内を進んで、窓部の偏光フィルム１９ａを透過して、カラートナー付着量を測定すべき検出体２０に対して照射されると共に、斜め側方に出射した光Ｌ２が、上記反射面１２ａ’で反射されて、第三のフォトダイオード１８に導かれるようになっている。

これに対して、上記切欠部１２ｂ，１２ｃは、それぞれ上記フレーム部材１１の凹陥部１１ｃ，１１ｄ内に実装されたフォトダイオード１６，１７に対向するようになっている。
尚、上記切欠部１２ｂ，１２ｃは、検出体２０で反射された光が、それぞれ窓部の偏光フィルム１９ｂ，１９ｃを通ってフォトダイオード１６，１７に導かれるように、図１において左右方向に斜めに傾斜するように形成されている。

本発明実施形態によるカラートナー付着量測定装置１０は、以上のように構成されており、使用の際には、図３に示すように、カラートナー付着量を測定すべき検出体２０が備えられる各種機器内に設けられた基板２１上に実装される。

ここで、ＬＥＤ１５を駆動することにより、ＬＥＤ１５が発光する。これにより、ＬＥＤ１５から上方に出射した光Ｌ１が、第一の偏光フィルム１９ａを通って、Ｐ偏光のみが検出体２０に照射される。
そして、検出体２０からの反射光が第二及び第三の偏光フィルム１９ｂ，１９ｃに入射する。これにより、第二の偏光フィルム１９ｂを透過したＳ偏光が、第一のフォトダイオード１６に入射すると共に、第三の偏光フィルム１９ｃを透過したＰ偏光が、第二のフォトダイオード１７に入射する。

ここで、検出体２０に入射したＰ偏光は、その一部が検出体２０の感光ドラム表面で反射され、そのままＰ偏光として第三の偏光フィルタ１９ｃを透過して、第二のフォトダイオード１７に入射する。
これに対して、検出体２０に入射しようとするＰ偏光のうち、検出体２０の感光ドラム表面に付着したトナーに入射した光は、このトナーが誘電体であることから、このトナーで反射された光は、Ｐ偏光以外の成分即ちＳ成分を含んでいる。
従って、このＳ偏光のみが、第一の偏光フィルム１９ｂを透過して、第一のフォトダイオード１６に入射すると共に、Ｐ偏光は、第三の偏光フィルム１９ｃを透過して、第二のフォトダイオード１７に入射することになる。
これにより、第一のフォトダイオード１６に入射するＳ偏光の光量と、第二のフォトダイオード１７に入射するＰ偏光の光量の比率を演算することにより、検出体２０の感光ドラム表面におけるカラートナー付着量を測定することができる。

さらに、ＬＥＤ１５から側方に出射する光Ｌ２が、反射面１２ａ’で反射されてモニタ用の第三のフォトダイオード１８に入射することにより、ＬＥＤ１５の光量がモニタされ得る。そして、ＬＥＤ１５は、第三のフォトダイオード１８でモニタされた光量に基づいて、発光光量が一定になるように図示しない駆動回路により駆動制御される。
従って、ＬＥＤ１５が、駆動に伴う温度変化により、発光効率が変動したとしても、ＬＥＤ１５の光量がモニタされ、その発光光量が一定になるように駆動制御されることにより、上記温度変化による発光効率の変動が補正されることになる。これにより、常に正確なカラートナー付着量の測定が行なわれ得ることになる。

また、ＬＥＤ１５及び各フォトダイオード１６，１７，１８がチップ部品であって、フレーム部材１１の各導体部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄのチップ実装部に実装されていることから、個々の部品の実装時のバラツキが低減されることになり、全体としてのバラツキが大幅に低減され得ることになる。
さらに、モニタ用の第三のフォトダイオード１８がＬＥＤ１５及び他のフォトダイオード１６，１７と同様にフレーム部材１１内に実装され、全体として一つのパッケージとして構成され得るので、組立バラツキも低減され、工程数が削減され得ることになると共に、全体が小型に構成され得ることになる。
また、検出体からの反射光を偏光分離するために、従来のような偏光ビームスプリッタを使用せず、偏光フィルムを使用していることから、全体として小型に且つ軽量に構成され得ることになる。

上述した実施形態においては、検出体２０が例えばカラープリンタ等の感光体ドラムである場合について説明したが、これに限らず、他のカラートナーを付着させて画像形成を行なう各種画像形成装置等においても、本発明を適用し得ることは明らかである。

このようにして、本発明によれば、簡単な構成により、低コストでしかも小型に構成され得るようにした、モニタ機能を有するカラートナー付着量測定装置が提供され得ることになる。

本発明によるカラートナー付着量測定装置の一実施形態の構成を示す概略断面図である。 図１のカラートナー付着量測定装置におけるカバーを取除いた状態を示す概略斜視図である。 図１のカラートナー付着量測定装置の実装基板への実装状態を示す概略斜視図である。 従来のカラートナー付着量測定装置の一例の構成を示す概略断面図である。 図４のカラートナー付着量測定装置の実装基板への実装状態を示す概略斜視図である。 図４のカラートナー付着量測定装置の縦断面図である。

符号の説明

１０ カラートナー付着量測定装置
１１ フレーム部材
１２ カバー
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ 導体部
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ 導体部
１５ ＬＥＤ（チップ部品）
１６，１７，１８ フォトダイオード（チップ部品）
１９ａ，１９ｂ，１９ｃ 偏光フィルム
２０ 検出体
２１ 基板

Claims (4)

1. 上方に開放した第一、第二、第三、第四の凹陥部を備えた樹脂製のフレーム部材と、
   前記フレーム部材の各第一、第二、第三、第四の凹陥部の底面にて互いに隣接して露出している一対の導体部と、
   前記各第一、第二、第三、第四の凹陥部内にて、一方の導体部の素子実装部に実装されると共に、他方の導体部に電気的に接続される第三の受光素子、発光素子、第一、第二の受光素子と、
   前記フレーム部材に被せられるカバーと
   を具備し、
   前記第一の凹陥部は前記第二の凹陥部の一側に隣接し、
   前記第三、第四の凹陥部は前記第二の凹陥部の他側に並んで隣接し、
   前記カバーは互いに隔壁により光が洩れないように分離され、偏光フィルムで閉塞された窓部を備えている第一、第二、第三の切欠部を備え、
   前記第一の切欠部は前記第三の受光素子及び前記発光素子に対応すると共に前記発光素子からの光の一部を反射して前記第三の受光素子に導くための反射面を有し、
   前記第二の切欠部は前記第一の受光素子に対応し、
   前記第三の切欠部は前記第二の受光素子に対応し、
   前記第三の受光素子の受光量が一定となるように前記発光素子を駆動制御すると共に前記発光素子からの前記カバーの偏光フィルムを通った光をトナー付着量を測定すべき検出対象に照射しその反射光の異なる偏光を前記第一、第二の受光素子で受光しその光量差に基づいて前記トナー付着量を測定するようにしたカラートナー付着量測定装置。
2. 前記第一、第二、第三の切欠部の各窓部にレンズ部を備えている請求項１に記載のカラートナー付着量測定装置。
3. 前記各第一、第二、第三、第四の凹陥部に露出する前記各導体部はリード端子として前記フレーム部材の側縁から並んで突出している請求項１または２のいずれかに記載のカラートナー付着量測定装置。
4. 前記フレーム部材に前記カバーが一体化されることによって全体が一つのパッケージとして構成されている請求項１から３のいずれかに記載のカラートナー付着量測定装置。

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