JP4892126B2 - インク液滴検出用レーザセンサおよびその組み立て方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、たとえばインクジェットプリンタのインク液滴の通過の有無や液滴量を検出するインク液滴検出用レーザセンサに関し、特に、検出範囲の長い範囲に亘ってほぼ均一な径のレーザビームを形成しうるインク液滴検出用レーザセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、たとえばインクジェットプリンタのインク液滴の検出に用いられるレーザセンサとしては、図７にその一例を示すように、レーザダイオード１０およびこのレーザダイオード１０から発せられたレーザ光Ｂ０を集光してレーザビームＢ１を形成するための集光レンズ２０を備えた発光モジュール１００と、入射するレーザビームＢ３を集光するレンズ２０２およびこのレンズ２０２で集光したレーザビームＢ４を受信する受光素子２０１を備えた受光モジュール２００とを有するレーザセンサ３００が用いられている。このレーザセンサ３００では、上記レーザビームＢ１内にインク液滴Ｄを横切らせて、そのときの光量の変化を上記受光素子２０１で検知することによって、インク液滴Ｄの通過の有無あるいはその個数などを検出するような構成とされている。
【０００３】
ところで、インク液滴Ｄの直径は、通常数十μｍであり、これを精度よく検出するためには、インク液滴Ｄが横切るときのレーザビームの直径が、インク液滴Ｄの直径の１０倍程度以下となるように細くされることが望ましい。このため、上記発光モジュール１００では、図７に示すように、上記集光レンズ２０で細くしたレーザビームＢ１を照射することにより対応している。なお、集光されたレーザビームＢ１は、一度収束した後再度発散するので、この発散したレーザビームＢ３を集光するため、上記レンズ２０２が上記受光モジュール２００に備えられている。
【０００４】
上記レーザセンサ３００では、インク液滴Ｄは、上記レーザビームＢ１の径が最小となる収束点Ｐの近傍を横切るようにされており、この収束点ＰでのレーザビームＢ１の径ｄは、上記集光レンズ２０の開口数をＮＡ、上記レーザ光の波長をλとしたとき、ｄ＝１．２２λ／ＮＡの式により求められる。したがって、レンズの開口数ＮＡを大きくすることにより、上記レーザビームＢ１の径を小さくして、微少なインク液滴Ｄに対応することができる。
【０００５】
一方、細くされたレーザビームＢ１の有効検出範囲Ｌ０は、焦点深度＝λ／（ＮＡ）2の式で近似することができ、この式により、レーザビームＢ１の径ｄを細くすればするほど有効検出範囲Ｌ０が短くなるのがわかる。しかし、インクジェットプリンタにおいては、インクカートリッジ（図示略）を交換することによりインクの滴下位置にズレが生じやすくなるので、有効検出範囲Ｌ０を長くすることが必要となるため、このようなレーザセンサ３００では充分に対応できないことになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者らは、図６に示すように、集光レンズ２で集光されるレーザビームＢ１を、その収束点Ｐよりも上記集光レンズ２に近接した位置に設けたピンホール３１により絞り、それにより形成されたレーザビームＢ２を発光モジュールから照射すれば、比較的長い有効検出範囲Ｌに亘って細いレーザビーム径を均一に維持できることを見出した。これは、集光レンズ２で集光されたレーザビームＢ１が、ピンホール３１により絞られて細くされつつその回折作用により定まるためである。
【０００７】
しかしながら、本発明者らによれば、上記集光レンズ２から上記収束点Ｐまでの間隔Ｓと、上記インク液滴Ｄが上記レーザビームＢ２を横切る位置でのレーザビーム径との関係について調査したところ、所望のレーザビーム径が得られうる時の間隔Ｓｗの近傍では、間隔Ｓの変化に対するレーザビーム径の変化が非常に大きいことがわかった。なお、この間隔Ｓｗは、上記レーザダイオード１から上記集光レンズ２までの間隔Ｚによって大きく左右される。したがって、細いレーザビーム径を長い有効検出範囲に亘って維持するためには、上記間隔Ｚを厳密に設定することが重要となってくる。
【０００８】
また、上記受光モジュール２００では、高速のインク液滴Ｄを検出するために、上記受光素子２０１の面積を小さくする必要がある。これは、この受光素子２０１の面積が大きくなると容量が大きくなり、その応答性を低下させるためである。したがって、インク液滴Ｄが横切った際の光量の変化を精密に検知するためには、受光モジュール２００の上記レンズ２０２で集光したレーザビームＢ４が、上述のように面積を小さくした受光素子２０１に確実に受信される必要がある。このためには、上記レーザダイオード１から発せられるレーザ光Ｂ０の光軸が集光レンズ２に対して傾斜するのを防止しなければならない。
【０００９】
そこで、本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、レーザダイオードの取付位置および取付角度がずれるのを防止して、レーザダイオードと集光レンズの間の間隔を厳密に規定するとともに、このレーザダイオードから発せられるレーザ光の光軸が集光レンズに対して傾斜しないようにされたインク液滴検出用レーザセンサを提供することをその課題とする。
【００１０】
【発明の開示】
上記課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１１】
すなわち、本願発明の第１の側面により提供されるインク液滴検出用レーザセンサは、背面側から表面側に貫通形成された導光路を有するフレームと、上記フレームの背面に固定された配線基板に実装されつつ上記導光路の一端側に配置されたレーザダイオードと、上記導光路の他端側に配置され、上記レーザダイオードから発せられたレーザ光をインク液滴検出箇所もしくはその近傍で集束点をもつように集光するための集光レンズと、上記集光レンズに対して上記レーザダイオードと反対側に近接して配置され、上記レーザ光を絞るためのピンホールを形成したピンホール板と、上記インク液滴検出箇所を挟んで上記レーザダイオードと反対側に配置され、上記レーザ光を集光する第２の集光レンズと、上記第２の集光レンズからのレーザ光を受光する受光素子と、を備えるインク液滴検出用レーザセンサであって、上記ピンホール板は、上記導光路の他端側開口を塞ぐようにして上記フレームに対して固定されており、上記集光レンズは、上記フレームにおける上記導光路の他端側において上記レーザ光の光軸に対して垂直の平面状に形成されたレンズ基準面に対し、当該集光レンズと上記ピンホール板との間に円形の一様断面を有する線材をリング状に形成してなるカラーを介装することにより押圧させられており、上記レーザダイオードは、そのステム前面が上記フレームの背面に段落ち形成され、上記レーザ光の光軸に対して垂直な平面状の基準面に当接させられており、かつ、上記レーザダイオードのステム背面と上記配線基板との間には、弾性シートがその厚み方向に圧迫された状態で介装されていることを特徴としている。
【００１２】
上記技術的手段が講じられた本願発明の第１の側面により提供されるインク液滴検出用レーザセンサでは、レーザダイオードは、そのステム前面がフレームの背面に段落ち形成された基準面に当接させられることにより、取付位置および取付角度を決定することができる。しかも、このレーザダイオードは、これを実装する配線基板がフレームの背面に固定されるとともに、そのステム背面と配線基板の間には厚み方向に圧迫された弾性シートが介装されているので、上記ステム前面が弾性シートに生じる弾性力により上記基準面に押し付けられることとなる。したがって、上記レーザダイオードの取付位置および取付角度がずれることを防止することができ、レーザダイオードと集光レンズの間の間隔を厳密に規定するとともに、このレーザダイオードから発せられるレーザ光の光軸が集光レンズに対して傾斜しないようにすることができる。
【００１３】
なお、上記弾性シートとしては、シリコーンゴムから形成することができる。
【００１４】
さらに、上記弾性シートとしては、上記レーザダイオードのステム背面から突出するリードが通る小孔を有することができる。
【００１５】
【００１６】
【００１７】
本願発明の第２の側面により提供されるインク液滴検出用レーザセンサの組み立て方法は、背面側から表面側に貫通形成された導光路を有するフレームと、上記フレームの背面に固定された配線基板に実装されつつ上記導光路の一端側に配置されたレーザダイオードと、上記導光路の他端側に配置され、上記レーザダイオードから発せられたレーザ光をインク液滴検出箇所もしくはその近傍で集束点をもつように集光するための集光レンズと、上記集光レンズに対して上記レーザダイオードと反対側に近接して配置され、上記レーザ光を絞るためのピンホールを形成したピンホール板と、上記インク液滴検出箇所を挟んで上記レーザダイオードと反対側に配置され、上記レーザ光を集光する第２の集光レンズと、上記第２の集光レンズからのレーザ光を受光する受光素子と、を備えるインク液滴検出用レーザセンサの組立て方法であって、上記フレームに対する上記集光レンズの組立て工程は、上記フレームにおける上記導光路の他端側において上記レーザ光に対して垂直の平面状に形成されたレンズ基準面に当接させて上記集光レンズを配置するに際し、上記集光レンズと上記導光路の他端側開口を塞ぐようにして上記フレームに対して固定する上記ピンホール板との間に円形の一様断面を有する線材をリング状に形成してなるカラーを介装することにより上記集光レンズを上記レンズ基準面に押圧する工程を含み、上記フレームに対する上記レーザダイオードの組立て工程は、上記フレームの背面に段落ち形成され、上記レーザ光の光軸に対して垂直な平面状の基準面にステム前面を当接させるようにしてレーザダイオードを上記導光路の一端側に組み込む工程と、上記レーザダイオードのステム背面上に弾性シートを配置する工程と、上記弾性シートを圧迫するようにして上記フレームの背面に上記配線基板を固定する工程と、上記レーザダイオードのリードを上記配線基板にハンダ付けする工程と、を含むことを特徴としている。
【００１８】
上記技術的手段が講じられた本願発明の第２の側面により提供されるインク液滴検出用レーザセンサの組み立て方法では、上述した第１の側面に記載されたインク液滴検出用レーザセンサと同様の効果を奏するインク液滴検出用レーザセンサを提供することができる。
【００１９】
また、他の好ましい実施形態としては、上記配線基板を固定する工程は、ネジ用の下穴を設けた上記フレームの背面に上記配線基板をネジ止めすることによって行われる構成とすることができる。
【００２０】
このような構成が適用された実施形態によれば、上記フレームの背面にはネジ用の下穴が設けられているので、ネジを締結するナットなどを必要とせず、製造効率を向上することができる。また、ネジを締め付けると同時に、上記弾性シートを圧迫することができるので、弾性シートを圧迫する他の手段が不要となる。
【００２１】
さらに、他の好ましい実施形態としては、上記配線基板を固定したネジをハンダ付けする工程を含む構成とすることができる。
【００２２】
このような構成が適用された実施形態によれば、上記ネジを上記配線基板にハンダ付けすることにより、弾性シートが圧迫された状態を維持することができる。
【００２３】
本願発明のその他の特徴および利点については、以下に行う発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【００２５】
図１は、本願発明に係るインク液滴検出用レーザセンサの一実施形態を分解して示す斜視図、図２は、図１に示す構成を背面側から示す斜視図、図３は、図１のIII−III線に沿う断面図、図４（ａ）および（ｂ）は、図１におけるレーザダイオードの固定方法を示す断面図、図５（ａ）および（ｂ）は、図１におけるカラーを拡大して示す図、図６は、本願発明に係るインク液滴検出用レーザセンサの作用を説明するための概略図である。なお、以下においては、インクジェットプリンタのインク液滴を検出するインク液滴検出用レーザセンサとして形成されたものを一例として説明する。また、これらの図において、従来例を示す図７に表された部材および要素などと同等のものには同一の符号を付してある。
【００２６】
図１、図２および図３に示すように、インク液滴検出用レーザセンサＡは、フレーム５に、レーザダイオード１と、このレーザダイオードを実装するための配線基板８と、このレーザダイオード１から発せられたレーザ光Ｂ０（図６参照）を集光してレーザビームＢ１を形成する集光レンズ２と、この集光レンズ２に対して上記レーザダイオード１と反対側に近接して配置されるとともに上記レーザビームＢ１を絞るためのピンホール板３とを備えている。また、上記レーザダイオード１と上記配線基板８との間には、弾性シート７が介装されている。
【００２７】
上記フレーム５は、本実施形態では、ポリカーボネイトなどの硬質プラスティックなどから形成されており、このフレーム５は、図１、図２および図３に示すように、板状基部５１と、この板状基部５１の表側から突出する円柱状突出部６０にかけて貫通する中空の導光路５２とから形成されている。この導光路５２の一端側、すなわち板状基部５１側の背面側には、上記レーザダイオード１を固定するためのレーザ取付部５３と、上記弾性シート７を嵌合させるためのシート取付部７０とが形成されており、他端側には、上記集光レンズ２を固定するためのレンズ取付部５４と、上記ピンホール板３を固定するためのピンホール板取付部５５とが形成されている。
【００２８】
上記板状基部５１は、本実施形態では、平面視で略矩形を呈しており、その背面側は、上記配線基板８が係合しうるように凹状となっている。また、この板状基部５１の背面側には、この配線基板８をネジ８１で固定するための下穴５１ｂが形成されている。
【００２９】
上記導光路５２は、図１、図２、および図３に示すように、略円柱状中空に形成され、上記レーザ光Ｂ０が進行するようにされている。この導光路５２は、その内径が上記レーザダイオード１の後述するカンシール部１１の外径より若干大とされており、また、その中心軸が上記板状基部５１に対して垂直となるようにされている。また、この導光路５２は、図３に示すように、その内壁から円筒の中心方向に突出する遮蔽リブ５７を備えることによって、レーザ光が内壁に反射して生じる反射光を遮断することもできる。
【００３０】
上記レーザ取付部５３は、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、上記導光路５２の一端側を拡径するように上記板状基部５１の背面に円筒状に段落ち形成されており、その内径が上記レーザダイオード１の後述するステム１２の外径より若干大とされているとともに、その中心軸が導光路５２の中心軸と一致するようにされている。また、このレーザ取付部５３は、導光路５２の中心軸と垂直な平面をなすレーザ基準面５３ａを有しており、上記レーザダイオード１は、そのレーザ光発光方向を導光路５２の他端側に向けて、レーザ取付部５３に嵌合され、そのステム前面１２ａをこのレーザ基準面５３ａに当接されることにより位置決めされる。
【００３１】
また、上記レーザ取付部５３では、その段落ち深さｈ１は、ステム１２の高さＨ１と同等またはこれより若干小とされており、上記弾性シート７の弾性力がステム１２の背面に作用し、ステム前面を上記レーザ基準面５３ａに押し付けるようにされている。
【００３２】
上記シート取付部７０は、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、上記レーザ取付部５３を拡径するように円筒状に段落ち形成されており、その内径が上記弾性シート７の外径と同等とされているとともに、その中心軸が導光路５２の中心軸と一致するようにされている。
【００３３】
また、上記シート取付部７０では、その段落ち深さｈ２は、上記弾性シート７の自然状態での厚みＨ２より若干小とされており、上記配線基板８の取り付けの際に弾性シート７を圧迫することにより厚み方向に縮小させ、弾性力を生じやすくする。
【００３４】
図１および図３に示すように、上記レンズ取付部５４は、本実施形態では、上記導光路５２の他端側を拡径するように円筒状に段落ち形成されており、その内径が上記集光レンズ２の外径と同等とされているとともに、その中心軸が導光路５２の中心軸と一致するようにされている。また、レンズ取付部５４は、導光路５２の中心軸と垂直な平面をなすレンズ基準面５４ａを有しており、上記集光レンズ２は、このレンズ取付部５４に嵌合しつつその入射面側２ａの周縁部をこのレンズ基準面５４ａに当接させることにより位置決めされる。また、レンズ基準面５４ａは、平面であるので上記フレームに形成する際、容易に形成することができる。
【００３５】
なお、上記レンズ取付部５４は、図１に示すように、その一部分に切欠き５４ｂを設けて、上記集光レンズ２の嵌合を容易にすることもできる。
【００３６】
また、上記レーザ基準面５３ａは、上記レンズ基準面５４ａとの間が所定間隔となるように形成されているので、レーザ光Ｂ０（図６参照）は、上記集光レンズ２によって所望の収束点Ｐで収束されうる。
【００３７】
図１および図３に示すように、上記ピンホール板取付部５５は、本実施形態では、上記導光路５２の他端側の開口端縁に、上記レンズ取付部５４に対して所定間隔を隔てて近接した位置に形成されており、レーザビームが照射される方向に突出する３つの突起５６…が設けられている。これらの突起５６…は、上記ピンホール板３に設けた後述する３つの貫通孔３５…に対応する位置に形成されており、これらに嵌合することにより、ピンホール板３の回転方向の位置を規定することができ、このピンホール板３に形成した後述するピンホール３１の位置を規定することができる。このピンホール板３は、上記集光レンズ２との間に上記カラー４を介装して、その貫通孔３５…をピンホール板取付部５５の突起５６…にそれぞれ嵌合した後、これらの突起５６…を熱で溶かして広げる、いわゆる熱かしめにより固定される。
【００３８】
上記レーザダイオード１は、発光されるレーザ光の波長が８００ｎｍ以下のものが好ましく、本実施形態では、波長が６５５ｎｍのレーザ光を発光するものが用いられている。
【００３９】
なお、受光モジュール２００は、図６に示すように、たとえば一旦発散したレーザビームＢ３を集光するためのレンズ２０２と、集光されたレーザビームの収束部に設けられた受光素子２０１とを備えており、受光素子２０１としては、たとえばフォトダイオードあるいはフォトトランジスタなどが用いられている。また、高速のインク液滴Ｄを検出するために、受光モジュール２００としては、受光素子２０１の面積を小さくする必要がある。これは、受光素子２０１の面積が大きくなると容量が大きくなり、その応答性を低下させるからである。
【００４０】
また、上記レーザダイオード１は、本実施形態では、その基台となるステム１２と、このステム１２上に配置されるとともに内部にレーザ発光素子を備えたカンシール部１１とを有し、上記ステム１２の背面からは、上記レーザ発光素子を電気的に接続するためのリード１３…が突出している。図１に示すように、上記カンシール部１１は、円柱状に形成されており、上記ステム１２もまた、円柱状に形成されているが、このステム１２では、その径がカンシール部１１の径より大とされており、カンシール部１１に対してフランジ状となっている。このレーザダイオード１は、ステム１２が上記レーザ取付部５３に嵌合することにより、上記導光路５２の一端側に配置される。また、上記ステム１２は、上記レーザ発光素子から発せられるレーザ光の光軸に対して垂直な平面をなすステム前面１２ａを有しており、このステム前面１２ａをレーザ取付部５３に形成した上記レーザ基準面５３ａに当接させることにより、このレーザダイオード１から発せられるレーザ光の光軸が上記導光路５２に対して傾斜するのを防止することができる。
【００４１】
また、前述したように、上記ステム１２は、上記レーザ取付部５３の深さｈ１がこのステム１２の高さＨ１と同等またはこれより若干小とされているので（図４（ａ）（ｂ）参照）、ステム前面１２ａが上記レーザ基準面５３ａに当接させられた位置決め状態において、ステム１２背面がレーザ取付部５３と面一またはこれより突出する。したがって、上記弾性シート７の弾性力は、ステム１２背面全域に亘って効率的に作用し、ステム前面１２ａを上記レーザ基準面５３ａに傾けることなく押し付けることができる。
【００４２】
上記配線基板８は、たとえば、ガラス繊維をエポキシ樹脂で固めたガラスエポキシなどのような比較的剛な材質により形成されており、かつ、フレーム５の上記板状基部５１の裏側の凹部に係合しうる大きさの矩形を呈している。また、配線基板８には、上記レーザダイオード１のリード１３…を挿入するためのスルーホール８ａ…が形成されており、これらのスルーホール８ａ…は、リード１３…の配列に対応している。レーザダイオード１は、リード１３…をスルーホール８ａ…に挿入して半田付けすることにより、配線基板８に実装される。さらに配線基板８には、これを貫通するとともにフレーム５の上記下穴５１ｂに対応する貫通孔８３が形成されており、配線基板８は、この貫通孔８３を通したネジ８１によって、フレーム５の背面に固定される。
【００４３】
上記弾性シート７は、本実施形態では、シリコーンゴムから形成されており、図１に示すように、レーザダイオード１の上記ステム背面から突出する上記リード１３…が通りうる小孔７１を中心部に設けたドーナッツ状の薄板である。前述したように、この弾性シート７は、自然状態において、その厚みＨ２が上記シート取付部７０の段落ち深さｈ２より若干大とされているので（図４（ａ）（ｂ）参照）、上記シート取付部７０に嵌合された配置状態において、シート取付部７０より突出する。したがって、弾性シート７は、上記配線基板８を固定した際の取り付け状態において、その厚み方向が縮小されるので、弾性力を生じることができる。この弾性力により、上記レーザダイオード１のステム前面１２ａを上記レーザ基準面５３ａに押し付けることができる。
【００４４】
上記レーザダイオード１は、その固定においては、図３に示すように、まず上記カンシール部１１を上記導光路５２に挿入するようにして、上記ステム１２が上記レーザ取付部５３に嵌合される。このとき、ステム１２は、その外径がレーザ取付部５３の内径より若干小とされているので、レーザ取付部５３のレーザ基準面５３ａにそのステム前面１２ａを確実に当接することとなり、これによって、レーザダイオード１の取付位置および取付角度を規定することができる。
【００４５】
上記ステム前面１２を上記レーザ基準面５３ａに当接させた後、レーザダイオード１のステム１２背面に上記弾性シート７を配置する。このときステム１２の背面から突出している上記リード１３を弾性シート７の上記小孔７１に通す。
【００４６】
次いで、あらかじめ回路が形成された配線基板８を上記板状基部５１の背面から配置する。このとき、配線基板８の上記スルーホール８ａ…にレーザダイオード１の上記リード１３…が通るようにする。その後、上記弾性シート７を圧迫するようにネジ８１…で締め付ける。これにより、弾性シート７に弾性力が生じるので、上記レーザダイオード１は、そのステム前面１２ａが上記レーザ基準面５３ａに押し付けられて、取付位置および取付角度がずれないように固定される。その結果、レーザダイオード１と集光レンズ２の間の間隔が厳密に規定されうるとともに、このレーザダイオード１から発せられるレーザ光Ｂ０の光軸が集光レンズ２に対して傾斜しないようにされうる。さらに、これらのネジ８１…を配線基板８に半田付けすることにより、弾性シート７がレーザダイオード１を押し付ける弾性力が衰弱するのを防止することもできる。
【００４７】
次に、配線基板８のスルーホール８ａ…を通って突出させたリード１３…を半田付け８２することにより、レーザダイオード１を配線基板８に実装する。
【００４８】
上記集光レンズ２は、上記レーザダイオード１から発せられたレーザ光を集光するコリメートレンズであって、上記導光路５２の他端側に配置されており、本実施形態では、耐薬品性を有するとともにアクリルと同等の透過率を有する樹脂材料から形成されている。これにより、このインク液滴検出用レーザセンサＡを、たとえばインクジェットプリンタにおけるインク液滴の検出に用いた場合、微小なインク液滴が集光レンズに２付着しても、集光レンズ２が変形あるいは変質するのを防止することができる。
【００４９】
また、上記集光レンズ２は、図３に示すように、その入射面２ａ、すなわち上記レーザダイオード１に対向する面が平面をなす非球面レンズとすることもできる。これにより、この入射面２ａの周縁部を上記レンズ取付部５４のレンズ基準面５４ａに当接させることによって、集光レンズ２を位置決めするとともに、この集光レンズ２の中心軸が上記レーザ光Ｂ０の光軸に対して傾斜するのを防止することができる。また、この集光レンズ２は、レンズ基準面５４ａと上記レーザ基準面５３ａとの間が所定間隔とされているので、上記レーザダイオード１との間隔が厳密に規定される。なお、集光レンズ２は、上述のように、樹脂により形成することもできるので、非球面レンズであるにもかかわらず、その製造コストを抑えることができる。
【００５０】
また、上記集光レンズ２には、図３に示すように、レンズ部２１の周囲に、フランジ部２２を形成して、このフランジ部２２に上記カラー４が当接するようにすることもできる。また、このフランジ部２２は、集光レンズ２をレンズ取付部５４に嵌合させる際のハンドリング部として利用することもできる。
【００５１】
また、上記集光レンズ２は、上記フランジ部２２を含めた外形が、上記レンズ取付部５４の形状（レンズ取付部５４が円筒状であるため、この場合は円形）と同等とされることにより、その中心軸が平行移動してずれることを防止できる。
【００５２】
なお、上記集光レンズ２の外形および上記レンズ取付部５４を、図１に示すように、互いに同一の非円形状に形成することもでき、これにより、集光レンズ２は、レーザビームの光軸を軸とした回転方向の位置が一様に規定されるので、集光レンズ２形成時に歪みが生じたような場合でも、収束点Ｐの結像状態が製品ごとにばらつくのを防止できる。
【００５３】
上記カラー４は、上記集光レンズ２と上記ピンホール３１との間隔を規定するための部品であって、本実施形態では、円形の一様断面を有する線材をリング状にして形成されており、そのリング径は、このカラー４が上記集光レンズ２のフランジ部２２に対応するようにされている。このカラー４は、この線材の直径を所定寸法にすることにより、集光レンズ２およびピンホール３１に接線で当接し、その所定間隔を厳密に規定することができる。
【００５４】
また、上記カラー４としては、図５（ｂ）に示すように、その一部が切り欠かれており、その切り欠き衝合端部４１…を、自然状態において、カラー４の厚み方向にわずかにずらした構成とすることもできる。これらの切り欠き衝合端部４１…は、カラー４を上記集光レンズ２と上記ピンホール板３との間に介装する際に、カラー４の厚み方向のずれが圧縮されて面一とされることにより、カラー４の厚み方向に弾性を持たせることができる。この弾性力により、集光レンズ２は、上記レンズ基準面５４ａに押し付けられた状態とされ、上記レーザダイオード１との間隔をより厳密に規定することができる。
【００５５】
なお、上記カラー４としては、上記ピンホール板３を変形させない程度の弾性力を有することができるように、リン青銅から形成されることが好ましい。
【００５６】
上記ピンホール板３は、上記集光レンズ２に対して上記レーザダイオード１と反対側に近接して配置されており、本実施形態では、ステンレスから形成されている。このピンホール板３は、図３に示すように、所定厚みとされた一般部３３と、この一般部３３の略中心部を厚み方向に圧迫成形した薄肉部３２とを備えた板状体でり、この薄肉部３２には、上記集光レンズ２で集光したレーザビームＢ１を絞るピンホール３１が貫通形成されている。このピンホール３１は、ピンホール板３を固定した際に、上記集光レンズ２で集光されたレーザビームＢ１の光軸に対応するような位置に形成されている。
【００５７】
上記ピンホール板３では、この一般部３３が、所定厚みとされることにより、上記カラー４を介して上記集光レンズ２をレンズ基準面５４ａに押し付けるのに十分な剛性をこのピンホール板３全体に供与することができる。また、上記ピンホール３１は、本実施形態では、所望の細いレーザビーム径が得られるように、直径が０．５６ｍｍ±１５μｍに規定されている。また、ピンホール３１を形成した薄肉部３２を圧迫成形しているので、ピンホール３１としてその軸方向長さを極小とし、無駄な回折をなくすことができる。また、この薄肉部３２は、プレス加工により容易に形成できるので製造コストを抑えることができる。
【００５８】
また、上記ピンホール板３には、上記一般部３３に、これを貫通し、かつ上記フレーム５の上記突起５６…に対応する貫通孔３５…が形成されている。ピンホール板３は、その取り付けにおいては、上記集光レンズ２上に上記カラー４を載置した後、上記導光路５２の他端側開口を塞ぐようにして、これらの貫通孔３５…に突起５６…を嵌合させて配置される。次いで、ピンホール板３は、カラー４の上記切り欠き衝合端部４１がカラー４の厚み方向に圧縮されて面一となるように押圧され、この状態で、突起５６…を熱で溶かして広げる、いわゆる熱かしめによって固定される。したがって、集光レンズ２は、フレーム５に形成した上記レンズ基準面５４ａに押し付けられるので、ピンホール板３との間隔は、カラー４の厚みによって所定間隔に厳密に規定される。
【００５９】
次に、上記構成を有するインク液滴検出用レーザセンサの作用について簡単に説明する。
【００６０】
図６に示すように、まず、上記レーザダイオード１から発光されたレーザ光Ｂ０は、発散しながら上記集光レンズ２に到達する。このとき、レーザダイオード１と集光レンズ２は、それぞれ、レーザダイオード１の上記ステム前面１２ａ（図２参照）および上記レーザ取付部５３の上記レーザ基準面５３ａと、集光レンズ２の上記入射面２ａおよび上記レンズ取付部５４の上記レンズ基準面５４ａとによって位置決めされているので、それらの間隔が厳密に規定される。また、レーザ基準面５３ａおよびレンズ基準面５４ａは、互いに平行となっているので、レーザ光Ｂ０は、その光軸が上記導光路５２の中心軸に対して傾斜することなく集光レンズ２に到達することになる。
【００６１】
次いで、上記レーザ光Ｂ０を集光レンズ２で集光して形成されたレーザビームＢ１は、上記ピンホール３１により絞り込まれる。このとき、ピンホール３１は、上記レーザダイオード１と上記集光レンズ２との間隔Ｚにより決定される収束点Ｐより集光レンズ２に近接した位置に配置されているので、レーザビームは、ピンホール３１により、絞られた細いレーザビームＢ２とされつつその回折作用により定められる。したがって、このレーザビームＢ２は、比較的長い範囲に亘ってその径が均一に維持される。このとき、上記レーザダイオード１と上記集光レンズ２との間は、上記レーザ基準面５３ａおよびレンズ基準面５４ａによって所定間隔に精度よく規定されているので、上記収束点Ｐは、集光レンズ２から所定間隔を隔てて位置することになり、これにより、所望の径を有するレーザビームＢ２が所望の有効検出範囲Ｌに亘って均一に維持されうる。インク液滴Ｄは、レーザビームＢ２を横切るが、上述のように、レーザビームＢ２は、比較的長い有効検出範囲Ｌに亘って細い径が均一に維持されているので、インク液滴Ｄの滴下位置がずれても対応することができるのである。
【００６２】
インク液滴Ｄを通ったレーザビームＢ３は、その発散作用により広がった状態で受光モジュール２００に到達する。このレーザビームＢ３は、レンズ２０２で集光されることにより、受光素子２０１に焦点して、インク液滴Ｄが横切ったときの光量の変化が検知される。これにより、インク液滴Ｄの通過の有無あるいはその個数などが検出される。なお、この受光素子２０１は、検出を精密に行うため面積が小とされているが、このインク液滴検出用レーザセンサＡでは、上記レーザ光Ｂ０の光軸が傾斜するのを防止されているので、レーザビームＢ３を受光素子２０１で確実に受信することができる。
【００６３】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本願発明に係るインク液滴検出用レーザセンサの一実施形態を分解して示す斜視図である。
【図２】 図１に示す構成を背面側から示す斜視図である。
【図３】 図１のIII−III線に沿う断面図である。
【図４】 図１におけるレーザダイオードの固定方法を示し、（ａ）は固定前の状態を示す断面図、（ｂ）は固定後の状態を示す断面図である。
【図５】 図１におけるカラーを拡大して示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図６】 本願発明に係るインク液滴検出用レーザセンサの作用を説明するための概略図である。
【図７】 従来のレーザセンサの一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１ レーザダイオード
２ 集光レンズ
７ 弾性シート
８ 配線基板
１２ ステム
１３ リード
５０ フレーム
５１ｂ 下穴
５２ 導光路
５３ａ 基準面（レーザ基準面）
８１ ネジ
Ａ インク液滴検出用レーザセンサ
【発明の属する技術分野】
本願発明は、たとえばインクジェットプリンタのインク液滴の通過の有無や液滴量を検出するインク液滴検出用レーザセンサに関し、特に、検出範囲の長い範囲に亘ってほぼ均一な径のレーザビームを形成しうるインク液滴検出用レーザセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、たとえばインクジェットプリンタのインク液滴の検出に用いられるレーザセンサとしては、図７にその一例を示すように、レーザダイオード１０およびこのレーザダイオード１０から発せられたレーザ光Ｂ０を集光してレーザビームＢ１を形成するための集光レンズ２０を備えた発光モジュール１００と、入射するレーザビームＢ３を集光するレンズ２０２およびこのレンズ２０２で集光したレーザビームＢ４を受信する受光素子２０１を備えた受光モジュール２００とを有するレーザセンサ３００が用いられている。このレーザセンサ３００では、上記レーザビームＢ１内にインク液滴Ｄを横切らせて、そのときの光量の変化を上記受光素子２０１で検知することによって、インク液滴Ｄの通過の有無あるいはその個数などを検出するような構成とされている。
【０００３】
ところで、インク液滴Ｄの直径は、通常数十μｍであり、これを精度よく検出するためには、インク液滴Ｄが横切るときのレーザビームの直径が、インク液滴Ｄの直径の１０倍程度以下となるように細くされることが望ましい。このため、上記発光モジュール１００では、図７に示すように、上記集光レンズ２０で細くしたレーザビームＢ１を照射することにより対応している。なお、集光されたレーザビームＢ１は、一度収束した後再度発散するので、この発散したレーザビームＢ３を集光するため、上記レンズ２０２が上記受光モジュール２００に備えられている。
【０００４】
上記レーザセンサ３００では、インク液滴Ｄは、上記レーザビームＢ１の径が最小となる収束点Ｐの近傍を横切るようにされており、この収束点ＰでのレーザビームＢ１の径ｄは、上記集光レンズ２０の開口数をＮＡ、上記レーザ光の波長をλとしたとき、ｄ＝１．２２λ／ＮＡの式により求められる。したがって、レンズの開口数ＮＡを大きくすることにより、上記レーザビームＢ１の径を小さくして、微少なインク液滴Ｄに対応することができる。
【０００５】
一方、細くされたレーザビームＢ１の有効検出範囲Ｌ０は、焦点深度＝λ／（ＮＡ）2の式で近似することができ、この式により、レーザビームＢ１の径ｄを細くすればするほど有効検出範囲Ｌ０が短くなるのがわかる。しかし、インクジェットプリンタにおいては、インクカートリッジ（図示略）を交換することによりインクの滴下位置にズレが生じやすくなるので、有効検出範囲Ｌ０を長くすることが必要となるため、このようなレーザセンサ３００では充分に対応できないことになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者らは、図６に示すように、集光レンズ２で集光されるレーザビームＢ１を、その収束点Ｐよりも上記集光レンズ２に近接した位置に設けたピンホール３１により絞り、それにより形成されたレーザビームＢ２を発光モジュールから照射すれば、比較的長い有効検出範囲Ｌに亘って細いレーザビーム径を均一に維持できることを見出した。これは、集光レンズ２で集光されたレーザビームＢ１が、ピンホール３１により絞られて細くされつつその回折作用により定まるためである。
【０００７】
しかしながら、本発明者らによれば、上記集光レンズ２から上記収束点Ｐまでの間隔Ｓと、上記インク液滴Ｄが上記レーザビームＢ２を横切る位置でのレーザビーム径との関係について調査したところ、所望のレーザビーム径が得られうる時の間隔Ｓｗの近傍では、間隔Ｓの変化に対するレーザビーム径の変化が非常に大きいことがわかった。なお、この間隔Ｓｗは、上記レーザダイオード１から上記集光レンズ２までの間隔Ｚによって大きく左右される。したがって、細いレーザビーム径を長い有効検出範囲に亘って維持するためには、上記間隔Ｚを厳密に設定することが重要となってくる。
【０００８】
また、上記受光モジュール２００では、高速のインク液滴Ｄを検出するために、上記受光素子２０１の面積を小さくする必要がある。これは、この受光素子２０１の面積が大きくなると容量が大きくなり、その応答性を低下させるためである。したがって、インク液滴Ｄが横切った際の光量の変化を精密に検知するためには、受光モジュール２００の上記レンズ２０２で集光したレーザビームＢ４が、上述のように面積を小さくした受光素子２０１に確実に受信される必要がある。このためには、上記レーザダイオード１から発せられるレーザ光Ｂ０の光軸が集光レンズ２に対して傾斜するのを防止しなければならない。
【０００９】
そこで、本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、レーザダイオードの取付位置および取付角度がずれるのを防止して、レーザダイオードと集光レンズの間の間隔を厳密に規定するとともに、このレーザダイオードから発せられるレーザ光の光軸が集光レンズに対して傾斜しないようにされたインク液滴検出用レーザセンサを提供することをその課題とする。
【００１０】
【発明の開示】
上記課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１１】
すなわち、本願発明の第１の側面により提供されるインク液滴検出用レーザセンサは、背面側から表面側に貫通形成された導光路を有するフレームと、上記フレームの背面に固定された配線基板に実装されつつ上記導光路の一端側に配置されたレーザダイオードと、上記導光路の他端側に配置され、上記レーザダイオードから発せられたレーザ光をインク液滴検出箇所もしくはその近傍で集束点をもつように集光するための集光レンズと、上記集光レンズに対して上記レーザダイオードと反対側に近接して配置され、上記レーザ光を絞るためのピンホールを形成したピンホール板と、上記インク液滴検出箇所を挟んで上記レーザダイオードと反対側に配置され、上記レーザ光を集光する第２の集光レンズと、上記第２の集光レンズからのレーザ光を受光する受光素子と、を備えるインク液滴検出用レーザセンサであって、上記ピンホール板は、上記導光路の他端側開口を塞ぐようにして上記フレームに対して固定されており、上記集光レンズは、上記フレームにおける上記導光路の他端側において上記レーザ光の光軸に対して垂直の平面状に形成されたレンズ基準面に対し、当該集光レンズと上記ピンホール板との間に円形の一様断面を有する線材をリング状に形成してなるカラーを介装することにより押圧させられており、上記レーザダイオードは、そのステム前面が上記フレームの背面に段落ち形成され、上記レーザ光の光軸に対して垂直な平面状の基準面に当接させられており、かつ、上記レーザダイオードのステム背面と上記配線基板との間には、弾性シートがその厚み方向に圧迫された状態で介装されていることを特徴としている。
【００１２】
上記技術的手段が講じられた本願発明の第１の側面により提供されるインク液滴検出用レーザセンサでは、レーザダイオードは、そのステム前面がフレームの背面に段落ち形成された基準面に当接させられることにより、取付位置および取付角度を決定することができる。しかも、このレーザダイオードは、これを実装する配線基板がフレームの背面に固定されるとともに、そのステム背面と配線基板の間には厚み方向に圧迫された弾性シートが介装されているので、上記ステム前面が弾性シートに生じる弾性力により上記基準面に押し付けられることとなる。したがって、上記レーザダイオードの取付位置および取付角度がずれることを防止することができ、レーザダイオードと集光レンズの間の間隔を厳密に規定するとともに、このレーザダイオードから発せられるレーザ光の光軸が集光レンズに対して傾斜しないようにすることができる。
【００１３】
なお、上記弾性シートとしては、シリコーンゴムから形成することができる。
【００１４】
さらに、上記弾性シートとしては、上記レーザダイオードのステム背面から突出するリードが通る小孔を有することができる。
【００１５】
【００１６】
【００１７】
本願発明の第２の側面により提供されるインク液滴検出用レーザセンサの組み立て方法は、背面側から表面側に貫通形成された導光路を有するフレームと、上記フレームの背面に固定された配線基板に実装されつつ上記導光路の一端側に配置されたレーザダイオードと、上記導光路の他端側に配置され、上記レーザダイオードから発せられたレーザ光をインク液滴検出箇所もしくはその近傍で集束点をもつように集光するための集光レンズと、上記集光レンズに対して上記レーザダイオードと反対側に近接して配置され、上記レーザ光を絞るためのピンホールを形成したピンホール板と、上記インク液滴検出箇所を挟んで上記レーザダイオードと反対側に配置され、上記レーザ光を集光する第２の集光レンズと、上記第２の集光レンズからのレーザ光を受光する受光素子と、を備えるインク液滴検出用レーザセンサの組立て方法であって、上記フレームに対する上記集光レンズの組立て工程は、上記フレームにおける上記導光路の他端側において上記レーザ光に対して垂直の平面状に形成されたレンズ基準面に当接させて上記集光レンズを配置するに際し、上記集光レンズと上記導光路の他端側開口を塞ぐようにして上記フレームに対して固定する上記ピンホール板との間に円形の一様断面を有する線材をリング状に形成してなるカラーを介装することにより上記集光レンズを上記レンズ基準面に押圧する工程を含み、上記フレームに対する上記レーザダイオードの組立て工程は、上記フレームの背面に段落ち形成され、上記レーザ光の光軸に対して垂直な平面状の基準面にステム前面を当接させるようにしてレーザダイオードを上記導光路の一端側に組み込む工程と、上記レーザダイオードのステム背面上に弾性シートを配置する工程と、上記弾性シートを圧迫するようにして上記フレームの背面に上記配線基板を固定する工程と、上記レーザダイオードのリードを上記配線基板にハンダ付けする工程と、を含むことを特徴としている。
【００１８】
上記技術的手段が講じられた本願発明の第２の側面により提供されるインク液滴検出用レーザセンサの組み立て方法では、上述した第１の側面に記載されたインク液滴検出用レーザセンサと同様の効果を奏するインク液滴検出用レーザセンサを提供することができる。
【００１９】
また、他の好ましい実施形態としては、上記配線基板を固定する工程は、ネジ用の下穴を設けた上記フレームの背面に上記配線基板をネジ止めすることによって行われる構成とすることができる。
【００２０】
このような構成が適用された実施形態によれば、上記フレームの背面にはネジ用の下穴が設けられているので、ネジを締結するナットなどを必要とせず、製造効率を向上することができる。また、ネジを締め付けると同時に、上記弾性シートを圧迫することができるので、弾性シートを圧迫する他の手段が不要となる。
【００２１】
さらに、他の好ましい実施形態としては、上記配線基板を固定したネジをハンダ付けする工程を含む構成とすることができる。
【００２２】
このような構成が適用された実施形態によれば、上記ネジを上記配線基板にハンダ付けすることにより、弾性シートが圧迫された状態を維持することができる。
【００２３】
本願発明のその他の特徴および利点については、以下に行う発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【００２５】
図１は、本願発明に係るインク液滴検出用レーザセンサの一実施形態を分解して示す斜視図、図２は、図１に示す構成を背面側から示す斜視図、図３は、図１のIII−III線に沿う断面図、図４（ａ）および（ｂ）は、図１におけるレーザダイオードの固定方法を示す断面図、図５（ａ）および（ｂ）は、図１におけるカラーを拡大して示す図、図６は、本願発明に係るインク液滴検出用レーザセンサの作用を説明するための概略図である。なお、以下においては、インクジェットプリンタのインク液滴を検出するインク液滴検出用レーザセンサとして形成されたものを一例として説明する。また、これらの図において、従来例を示す図７に表された部材および要素などと同等のものには同一の符号を付してある。
【００２６】
図１、図２および図３に示すように、インク液滴検出用レーザセンサＡは、フレーム５に、レーザダイオード１と、このレーザダイオードを実装するための配線基板８と、このレーザダイオード１から発せられたレーザ光Ｂ０（図６参照）を集光してレーザビームＢ１を形成する集光レンズ２と、この集光レンズ２に対して上記レーザダイオード１と反対側に近接して配置されるとともに上記レーザビームＢ１を絞るためのピンホール板３とを備えている。また、上記レーザダイオード１と上記配線基板８との間には、弾性シート７が介装されている。
【００２７】
上記フレーム５は、本実施形態では、ポリカーボネイトなどの硬質プラスティックなどから形成されており、このフレーム５は、図１、図２および図３に示すように、板状基部５１と、この板状基部５１の表側から突出する円柱状突出部６０にかけて貫通する中空の導光路５２とから形成されている。この導光路５２の一端側、すなわち板状基部５１側の背面側には、上記レーザダイオード１を固定するためのレーザ取付部５３と、上記弾性シート７を嵌合させるためのシート取付部７０とが形成されており、他端側には、上記集光レンズ２を固定するためのレンズ取付部５４と、上記ピンホール板３を固定するためのピンホール板取付部５５とが形成されている。
【００２８】
上記板状基部５１は、本実施形態では、平面視で略矩形を呈しており、その背面側は、上記配線基板８が係合しうるように凹状となっている。また、この板状基部５１の背面側には、この配線基板８をネジ８１で固定するための下穴５１ｂが形成されている。
【００２９】
上記導光路５２は、図１、図２、および図３に示すように、略円柱状中空に形成され、上記レーザ光Ｂ０が進行するようにされている。この導光路５２は、その内径が上記レーザダイオード１の後述するカンシール部１１の外径より若干大とされており、また、その中心軸が上記板状基部５１に対して垂直となるようにされている。また、この導光路５２は、図３に示すように、その内壁から円筒の中心方向に突出する遮蔽リブ５７を備えることによって、レーザ光が内壁に反射して生じる反射光を遮断することもできる。
【００３０】
上記レーザ取付部５３は、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、上記導光路５２の一端側を拡径するように上記板状基部５１の背面に円筒状に段落ち形成されており、その内径が上記レーザダイオード１の後述するステム１２の外径より若干大とされているとともに、その中心軸が導光路５２の中心軸と一致するようにされている。また、このレーザ取付部５３は、導光路５２の中心軸と垂直な平面をなすレーザ基準面５３ａを有しており、上記レーザダイオード１は、そのレーザ光発光方向を導光路５２の他端側に向けて、レーザ取付部５３に嵌合され、そのステム前面１２ａをこのレーザ基準面５３ａに当接されることにより位置決めされる。
【００３１】
また、上記レーザ取付部５３では、その段落ち深さｈ１は、ステム１２の高さＨ１と同等またはこれより若干小とされており、上記弾性シート７の弾性力がステム１２の背面に作用し、ステム前面を上記レーザ基準面５３ａに押し付けるようにされている。
【００３２】
上記シート取付部７０は、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、上記レーザ取付部５３を拡径するように円筒状に段落ち形成されており、その内径が上記弾性シート７の外径と同等とされているとともに、その中心軸が導光路５２の中心軸と一致するようにされている。
【００３３】
また、上記シート取付部７０では、その段落ち深さｈ２は、上記弾性シート７の自然状態での厚みＨ２より若干小とされており、上記配線基板８の取り付けの際に弾性シート７を圧迫することにより厚み方向に縮小させ、弾性力を生じやすくする。
【００３４】
図１および図３に示すように、上記レンズ取付部５４は、本実施形態では、上記導光路５２の他端側を拡径するように円筒状に段落ち形成されており、その内径が上記集光レンズ２の外径と同等とされているとともに、その中心軸が導光路５２の中心軸と一致するようにされている。また、レンズ取付部５４は、導光路５２の中心軸と垂直な平面をなすレンズ基準面５４ａを有しており、上記集光レンズ２は、このレンズ取付部５４に嵌合しつつその入射面側２ａの周縁部をこのレンズ基準面５４ａに当接させることにより位置決めされる。また、レンズ基準面５４ａは、平面であるので上記フレームに形成する際、容易に形成することができる。
【００３５】
なお、上記レンズ取付部５４は、図１に示すように、その一部分に切欠き５４ｂを設けて、上記集光レンズ２の嵌合を容易にすることもできる。
【００３６】
また、上記レーザ基準面５３ａは、上記レンズ基準面５４ａとの間が所定間隔となるように形成されているので、レーザ光Ｂ０（図６参照）は、上記集光レンズ２によって所望の収束点Ｐで収束されうる。
【００３７】
図１および図３に示すように、上記ピンホール板取付部５５は、本実施形態では、上記導光路５２の他端側の開口端縁に、上記レンズ取付部５４に対して所定間隔を隔てて近接した位置に形成されており、レーザビームが照射される方向に突出する３つの突起５６…が設けられている。これらの突起５６…は、上記ピンホール板３に設けた後述する３つの貫通孔３５…に対応する位置に形成されており、これらに嵌合することにより、ピンホール板３の回転方向の位置を規定することができ、このピンホール板３に形成した後述するピンホール３１の位置を規定することができる。このピンホール板３は、上記集光レンズ２との間に上記カラー４を介装して、その貫通孔３５…をピンホール板取付部５５の突起５６…にそれぞれ嵌合した後、これらの突起５６…を熱で溶かして広げる、いわゆる熱かしめにより固定される。
【００３８】
上記レーザダイオード１は、発光されるレーザ光の波長が８００ｎｍ以下のものが好ましく、本実施形態では、波長が６５５ｎｍのレーザ光を発光するものが用いられている。
【００３９】
なお、受光モジュール２００は、図６に示すように、たとえば一旦発散したレーザビームＢ３を集光するためのレンズ２０２と、集光されたレーザビームの収束部に設けられた受光素子２０１とを備えており、受光素子２０１としては、たとえばフォトダイオードあるいはフォトトランジスタなどが用いられている。また、高速のインク液滴Ｄを検出するために、受光モジュール２００としては、受光素子２０１の面積を小さくする必要がある。これは、受光素子２０１の面積が大きくなると容量が大きくなり、その応答性を低下させるからである。
【００４０】
また、上記レーザダイオード１は、本実施形態では、その基台となるステム１２と、このステム１２上に配置されるとともに内部にレーザ発光素子を備えたカンシール部１１とを有し、上記ステム１２の背面からは、上記レーザ発光素子を電気的に接続するためのリード１３…が突出している。図１に示すように、上記カンシール部１１は、円柱状に形成されており、上記ステム１２もまた、円柱状に形成されているが、このステム１２では、その径がカンシール部１１の径より大とされており、カンシール部１１に対してフランジ状となっている。このレーザダイオード１は、ステム１２が上記レーザ取付部５３に嵌合することにより、上記導光路５２の一端側に配置される。また、上記ステム１２は、上記レーザ発光素子から発せられるレーザ光の光軸に対して垂直な平面をなすステム前面１２ａを有しており、このステム前面１２ａをレーザ取付部５３に形成した上記レーザ基準面５３ａに当接させることにより、このレーザダイオード１から発せられるレーザ光の光軸が上記導光路５２に対して傾斜するのを防止することができる。
【００４１】
また、前述したように、上記ステム１２は、上記レーザ取付部５３の深さｈ１がこのステム１２の高さＨ１と同等またはこれより若干小とされているので（図４（ａ）（ｂ）参照）、ステム前面１２ａが上記レーザ基準面５３ａに当接させられた位置決め状態において、ステム１２背面がレーザ取付部５３と面一またはこれより突出する。したがって、上記弾性シート７の弾性力は、ステム１２背面全域に亘って効率的に作用し、ステム前面１２ａを上記レーザ基準面５３ａに傾けることなく押し付けることができる。
【００４２】
上記配線基板８は、たとえば、ガラス繊維をエポキシ樹脂で固めたガラスエポキシなどのような比較的剛な材質により形成されており、かつ、フレーム５の上記板状基部５１の裏側の凹部に係合しうる大きさの矩形を呈している。また、配線基板８には、上記レーザダイオード１のリード１３…を挿入するためのスルーホール８ａ…が形成されており、これらのスルーホール８ａ…は、リード１３…の配列に対応している。レーザダイオード１は、リード１３…をスルーホール８ａ…に挿入して半田付けすることにより、配線基板８に実装される。さらに配線基板８には、これを貫通するとともにフレーム５の上記下穴５１ｂに対応する貫通孔８３が形成されており、配線基板８は、この貫通孔８３を通したネジ８１によって、フレーム５の背面に固定される。
【００４３】
上記弾性シート７は、本実施形態では、シリコーンゴムから形成されており、図１に示すように、レーザダイオード１の上記ステム背面から突出する上記リード１３…が通りうる小孔７１を中心部に設けたドーナッツ状の薄板である。前述したように、この弾性シート７は、自然状態において、その厚みＨ２が上記シート取付部７０の段落ち深さｈ２より若干大とされているので（図４（ａ）（ｂ）参照）、上記シート取付部７０に嵌合された配置状態において、シート取付部７０より突出する。したがって、弾性シート７は、上記配線基板８を固定した際の取り付け状態において、その厚み方向が縮小されるので、弾性力を生じることができる。この弾性力により、上記レーザダイオード１のステム前面１２ａを上記レーザ基準面５３ａに押し付けることができる。
【００４４】
上記レーザダイオード１は、その固定においては、図３に示すように、まず上記カンシール部１１を上記導光路５２に挿入するようにして、上記ステム１２が上記レーザ取付部５３に嵌合される。このとき、ステム１２は、その外径がレーザ取付部５３の内径より若干小とされているので、レーザ取付部５３のレーザ基準面５３ａにそのステム前面１２ａを確実に当接することとなり、これによって、レーザダイオード１の取付位置および取付角度を規定することができる。
【００４５】
上記ステム前面１２を上記レーザ基準面５３ａに当接させた後、レーザダイオード１のステム１２背面に上記弾性シート７を配置する。このときステム１２の背面から突出している上記リード１３を弾性シート７の上記小孔７１に通す。
【００４６】
次いで、あらかじめ回路が形成された配線基板８を上記板状基部５１の背面から配置する。このとき、配線基板８の上記スルーホール８ａ…にレーザダイオード１の上記リード１３…が通るようにする。その後、上記弾性シート７を圧迫するようにネジ８１…で締め付ける。これにより、弾性シート７に弾性力が生じるので、上記レーザダイオード１は、そのステム前面１２ａが上記レーザ基準面５３ａに押し付けられて、取付位置および取付角度がずれないように固定される。その結果、レーザダイオード１と集光レンズ２の間の間隔が厳密に規定されうるとともに、このレーザダイオード１から発せられるレーザ光Ｂ０の光軸が集光レンズ２に対して傾斜しないようにされうる。さらに、これらのネジ８１…を配線基板８に半田付けすることにより、弾性シート７がレーザダイオード１を押し付ける弾性力が衰弱するのを防止することもできる。
【００４７】
次に、配線基板８のスルーホール８ａ…を通って突出させたリード１３…を半田付け８２することにより、レーザダイオード１を配線基板８に実装する。
【００４８】
上記集光レンズ２は、上記レーザダイオード１から発せられたレーザ光を集光するコリメートレンズであって、上記導光路５２の他端側に配置されており、本実施形態では、耐薬品性を有するとともにアクリルと同等の透過率を有する樹脂材料から形成されている。これにより、このインク液滴検出用レーザセンサＡを、たとえばインクジェットプリンタにおけるインク液滴の検出に用いた場合、微小なインク液滴が集光レンズに２付着しても、集光レンズ２が変形あるいは変質するのを防止することができる。
【００４９】
また、上記集光レンズ２は、図３に示すように、その入射面２ａ、すなわち上記レーザダイオード１に対向する面が平面をなす非球面レンズとすることもできる。これにより、この入射面２ａの周縁部を上記レンズ取付部５４のレンズ基準面５４ａに当接させることによって、集光レンズ２を位置決めするとともに、この集光レンズ２の中心軸が上記レーザ光Ｂ０の光軸に対して傾斜するのを防止することができる。また、この集光レンズ２は、レンズ基準面５４ａと上記レーザ基準面５３ａとの間が所定間隔とされているので、上記レーザダイオード１との間隔が厳密に規定される。なお、集光レンズ２は、上述のように、樹脂により形成することもできるので、非球面レンズであるにもかかわらず、その製造コストを抑えることができる。
【００５０】
また、上記集光レンズ２には、図３に示すように、レンズ部２１の周囲に、フランジ部２２を形成して、このフランジ部２２に上記カラー４が当接するようにすることもできる。また、このフランジ部２２は、集光レンズ２をレンズ取付部５４に嵌合させる際のハンドリング部として利用することもできる。
【００５１】
また、上記集光レンズ２は、上記フランジ部２２を含めた外形が、上記レンズ取付部５４の形状（レンズ取付部５４が円筒状であるため、この場合は円形）と同等とされることにより、その中心軸が平行移動してずれることを防止できる。
【００５２】
なお、上記集光レンズ２の外形および上記レンズ取付部５４を、図１に示すように、互いに同一の非円形状に形成することもでき、これにより、集光レンズ２は、レーザビームの光軸を軸とした回転方向の位置が一様に規定されるので、集光レンズ２形成時に歪みが生じたような場合でも、収束点Ｐの結像状態が製品ごとにばらつくのを防止できる。
【００５３】
上記カラー４は、上記集光レンズ２と上記ピンホール３１との間隔を規定するための部品であって、本実施形態では、円形の一様断面を有する線材をリング状にして形成されており、そのリング径は、このカラー４が上記集光レンズ２のフランジ部２２に対応するようにされている。このカラー４は、この線材の直径を所定寸法にすることにより、集光レンズ２およびピンホール３１に接線で当接し、その所定間隔を厳密に規定することができる。
【００５４】
また、上記カラー４としては、図５（ｂ）に示すように、その一部が切り欠かれており、その切り欠き衝合端部４１…を、自然状態において、カラー４の厚み方向にわずかにずらした構成とすることもできる。これらの切り欠き衝合端部４１…は、カラー４を上記集光レンズ２と上記ピンホール板３との間に介装する際に、カラー４の厚み方向のずれが圧縮されて面一とされることにより、カラー４の厚み方向に弾性を持たせることができる。この弾性力により、集光レンズ２は、上記レンズ基準面５４ａに押し付けられた状態とされ、上記レーザダイオード１との間隔をより厳密に規定することができる。
【００５５】
なお、上記カラー４としては、上記ピンホール板３を変形させない程度の弾性力を有することができるように、リン青銅から形成されることが好ましい。
【００５６】
上記ピンホール板３は、上記集光レンズ２に対して上記レーザダイオード１と反対側に近接して配置されており、本実施形態では、ステンレスから形成されている。このピンホール板３は、図３に示すように、所定厚みとされた一般部３３と、この一般部３３の略中心部を厚み方向に圧迫成形した薄肉部３２とを備えた板状体でり、この薄肉部３２には、上記集光レンズ２で集光したレーザビームＢ１を絞るピンホール３１が貫通形成されている。このピンホール３１は、ピンホール板３を固定した際に、上記集光レンズ２で集光されたレーザビームＢ１の光軸に対応するような位置に形成されている。
【００５７】
上記ピンホール板３では、この一般部３３が、所定厚みとされることにより、上記カラー４を介して上記集光レンズ２をレンズ基準面５４ａに押し付けるのに十分な剛性をこのピンホール板３全体に供与することができる。また、上記ピンホール３１は、本実施形態では、所望の細いレーザビーム径が得られるように、直径が０．５６ｍｍ±１５μｍに規定されている。また、ピンホール３１を形成した薄肉部３２を圧迫成形しているので、ピンホール３１としてその軸方向長さを極小とし、無駄な回折をなくすことができる。また、この薄肉部３２は、プレス加工により容易に形成できるので製造コストを抑えることができる。
【００５８】
また、上記ピンホール板３には、上記一般部３３に、これを貫通し、かつ上記フレーム５の上記突起５６…に対応する貫通孔３５…が形成されている。ピンホール板３は、その取り付けにおいては、上記集光レンズ２上に上記カラー４を載置した後、上記導光路５２の他端側開口を塞ぐようにして、これらの貫通孔３５…に突起５６…を嵌合させて配置される。次いで、ピンホール板３は、カラー４の上記切り欠き衝合端部４１がカラー４の厚み方向に圧縮されて面一となるように押圧され、この状態で、突起５６…を熱で溶かして広げる、いわゆる熱かしめによって固定される。したがって、集光レンズ２は、フレーム５に形成した上記レンズ基準面５４ａに押し付けられるので、ピンホール板３との間隔は、カラー４の厚みによって所定間隔に厳密に規定される。
【００５９】
次に、上記構成を有するインク液滴検出用レーザセンサの作用について簡単に説明する。
【００６０】
図６に示すように、まず、上記レーザダイオード１から発光されたレーザ光Ｂ０は、発散しながら上記集光レンズ２に到達する。このとき、レーザダイオード１と集光レンズ２は、それぞれ、レーザダイオード１の上記ステム前面１２ａ（図２参照）および上記レーザ取付部５３の上記レーザ基準面５３ａと、集光レンズ２の上記入射面２ａおよび上記レンズ取付部５４の上記レンズ基準面５４ａとによって位置決めされているので、それらの間隔が厳密に規定される。また、レーザ基準面５３ａおよびレンズ基準面５４ａは、互いに平行となっているので、レーザ光Ｂ０は、その光軸が上記導光路５２の中心軸に対して傾斜することなく集光レンズ２に到達することになる。
【００６１】
次いで、上記レーザ光Ｂ０を集光レンズ２で集光して形成されたレーザビームＢ１は、上記ピンホール３１により絞り込まれる。このとき、ピンホール３１は、上記レーザダイオード１と上記集光レンズ２との間隔Ｚにより決定される収束点Ｐより集光レンズ２に近接した位置に配置されているので、レーザビームは、ピンホール３１により、絞られた細いレーザビームＢ２とされつつその回折作用により定められる。したがって、このレーザビームＢ２は、比較的長い範囲に亘ってその径が均一に維持される。このとき、上記レーザダイオード１と上記集光レンズ２との間は、上記レーザ基準面５３ａおよびレンズ基準面５４ａによって所定間隔に精度よく規定されているので、上記収束点Ｐは、集光レンズ２から所定間隔を隔てて位置することになり、これにより、所望の径を有するレーザビームＢ２が所望の有効検出範囲Ｌに亘って均一に維持されうる。インク液滴Ｄは、レーザビームＢ２を横切るが、上述のように、レーザビームＢ２は、比較的長い有効検出範囲Ｌに亘って細い径が均一に維持されているので、インク液滴Ｄの滴下位置がずれても対応することができるのである。
【００６２】
インク液滴Ｄを通ったレーザビームＢ３は、その発散作用により広がった状態で受光モジュール２００に到達する。このレーザビームＢ３は、レンズ２０２で集光されることにより、受光素子２０１に焦点して、インク液滴Ｄが横切ったときの光量の変化が検知される。これにより、インク液滴Ｄの通過の有無あるいはその個数などが検出される。なお、この受光素子２０１は、検出を精密に行うため面積が小とされているが、このインク液滴検出用レーザセンサＡでは、上記レーザ光Ｂ０の光軸が傾斜するのを防止されているので、レーザビームＢ３を受光素子２０１で確実に受信することができる。
【００６３】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本願発明に係るインク液滴検出用レーザセンサの一実施形態を分解して示す斜視図である。
【図２】 図１に示す構成を背面側から示す斜視図である。
【図３】 図１のIII−III線に沿う断面図である。
【図４】 図１におけるレーザダイオードの固定方法を示し、（ａ）は固定前の状態を示す断面図、（ｂ）は固定後の状態を示す断面図である。
【図５】 図１におけるカラーを拡大して示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図６】 本願発明に係るインク液滴検出用レーザセンサの作用を説明するための概略図である。
【図７】 従来のレーザセンサの一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１ レーザダイオード
２ 集光レンズ
７ 弾性シート
８ 配線基板
１２ ステム
１３ リード
５０ フレーム
５１ｂ 下穴
５２ 導光路
５３ａ 基準面（レーザ基準面）
８１ ネジ
Ａ インク液滴検出用レーザセンサ
Claims (6)
- 背面側から表面側に貫通形成された導光路を有するフレームと、
上記フレームの背面に固定された配線基板に実装されつつ上記導光路の一端側に配置されたレーザダイオードと、
上記導光路の他端側に配置され、上記レーザダイオードから発せられたレーザ光をインク液滴検出箇所もしくはその近傍で集束点をもつように集光するための集光レンズと、
上記集光レンズに対して上記レーザダイオードと反対側に近接して配置され、上記レーザ光を絞るためのピンホールを形成したピンホール板と、
上記インク液滴検出箇所を挟んで上記レーザダイオードと反対側に配置され、上記レーザ光を集光する第２の集光レンズと、
上記第２の集光レンズからのレーザ光を受光する受光素子と、
を備えるインク液滴検出用レーザセンサであって、
上記ピンホール板は、上記導光路の他端側開口を塞ぐようにして上記フレームに対して固定されており、
上記集光レンズは、上記フレームにおける上記導光路の他端側において上記レーザ光の光軸に対して垂直の平面状に形成されたレンズ基準面に対し、当該集光レンズと上記ピンホール板との間に円形の一様断面を有する線材をリング状に形成してなるカラーを介装することにより押圧させられており、
上記レーザダイオードは、そのステム前面が上記フレームの背面に段落ち形成され、上記レーザ光の光軸に対して垂直な平面状の基準面に当接させられており、かつ、
上記レーザダイオードのステム背面と上記配線基板との間には、弾性シートがその厚み方向に圧迫された状態で介装されていることを特徴とする、インク液滴検出用レーザセンサ。 - 上記弾性シートは、シリコーンゴムから形成される、請求項１に記載のインク液滴検出用レーザセンサ。
- 上記弾性シートは、上記レーザダイオードのステム背面から突出するリードが通る小孔を有する、請求項１または２に記載のインク液滴検出用レーザセンサ。
- 背面側から表面側に貫通形成された導光路を有するフレームと、上記
フレームの背面に固定された配線基板に実装されつつ上記導光路の一端側に配置されたレーザダイオードと、上記導光路の他端側に配置され、上記レーザダイオードから発せられたレーザ光をインク液滴検出箇所もしくはその近傍で集束点をもつように集光するための集光レンズと、上記集光レンズに対して上記レーザダイオードと反対側に近接して配置され、上記レーザ光を絞るためのピンホールを形成したピンホール板と、上記インク液滴検出箇所を挟んで上記レーザダイオードと反対側に配置され、上記レーザ光を集光する第２の集光レンズと、上記第２の集光レンズからのレーザ光を受光する受光素子と、を備えるインク液滴検出用レーザセンサの組立て方法であって、
上記フレームに対する上記集光レンズの組立て工程は、
上記フレームにおける上記導光路の他端側において上記レーザ光に対して垂直の平面状に形成されたレンズ基準面に当接させて上記集光レンズを配置するに際し、上記集光レンズと上記導光路の他端側開口を塞ぐようにして上記フレームに対して固定する上記ピンホール板との間に円形の一様断面を有する線材をリング状に形成してなるカラーを介装することにより上記集光レンズを上記レンズ基準面に押圧する工程を含み、
上記フレームに対する上記レーザダイオードの組立て工程は、
上記フレームの背面に段落ち形成され、上記レーザ光の光軸に対して垂直な平面状の基準面にステム前面を当接させるようにしてレーザダイオードを上記導光路の一端側に組み込む工程と、
上記レーザダイオードのステム背面上に弾性シートを配置する工程と、
上記弾性シートを圧迫するようにして上記フレームの背面に上記配線基板を固定する工程と、
上記レーザダイオードのリードを上記配線基板にハンダ付けする工程と、
を含むことを特徴とする、インク液滴検出用レーザセンサの組み立て方法。 - 上記配線基板を固定する工程は、ネジ用の下穴を設けた上記フレームの背面に上記配線基板をネジ止めすることによって行われる、請求項４に記載のインク液滴検出用レーザセンサの組み立て方法。
- 上記配線基板を固定したネジをハンダ付けする工程を含む、請求項５に記載のインク液滴検出用レーザセンサの組み立て方法。
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