JP6552052B2 - トナー付着量センサ - Google Patents

Description

本発明は、トナー付着量センサに関する。

トナー付着量センサとしては、例えば、特許文献１に記載のものや図４（Ａ）に示すものが知られている。図４（Ａ）に示すトナー付着量センサ１Ｄは、基板２と、発光素子３と、受光素子４ａ、４ｂ、５と、ホルダ６と、レンズ部材７’と、発光側Ｐ波透過用偏光フィルタ８ａと、受光側Ｐ波透過用偏光フィルタ８ｂと、受光側Ｓ波透過用偏光フィルタ８ｃと、測定部（図示略）とを備えている。

トナー付着量センサ１Ｄは、トナーが付着した測定対象物２０に発光素子３で照射光を照射し、照射光に対する測定対象物２０からの反射光を偏光フィルタ（受光側Ｐ波透過用偏光フィルタ８ｂと受光側Ｓ波透過用偏光フィルタ８ｃ）でＰ波成分とＳ波成分に分解して、受光素子４ａでＰ波成分を受光し、受光素子４ｂでＳ波成分を受光する。受光素子４ａ、４ｂは、受光量に応じた出力信号を出力し、測定部は、これらの出力信号に基づいてトナーの付着量を測定する。

特開２００９−１５０６９０号公報

トナー付着量センサ１Ｄは、複写機やプリンターで使用され、常にトナーの粉や紙粉等にさらされた状態になる。複写機やプリンターによっては、カバーを備え、当該カバーによりトナー付着量センサ１Ｄをトナーの粉や紙粉等から保護しているが、完全には防ぎきれず、トナー付着量センサ１Ｄにトナーの粉や紙粉等の汚れが付着することがある。

図４（Ｂ）に示すように、レンズ部材７’の上面にトナーの粉や紙粉等の汚れが付着すると、その汚れによって照射光の一部が反射する内面反射（特に、Ｓ波成分）が大幅に増加してしまう。そして、大幅に増加した内面反射光が受光素子４ａ、４ｂに入射すると、受光素子４ａ、４ｂの出力信号は、当該内面反射光の影響を受けて変動する。このため、測定部は、測定対象物２０に付着したトナーの付着量を正確に測定することができなくなる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、内面反射光の影響を軽減することが可能なトナー付着量センサを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るトナー付着量センサは、
トナーが付着した測定対象物に照射光を照射し、前記照射光に対する前記測定対象物からの反射光を受光し、前記反射光の受光量に基づいて前記トナーの付着量を測定するトナー付着量センサであって、
基板と、
前記基板の上面に設けられ、前記照射光を照射する発光部と、
前記基板の上面に設けられ、前記反射光を受光して受光量に応じた出力信号を出力する受光部と、
前記発光部の上方に位置する発光レンズ部および前記受光部の上方に位置する受光レンズ部を下面側に有するレンズ部材と、
前記受光部の前記出力信号に基づいて前記トナーの付着量を測定する測定部と、
を備え、
前記レンズ部材は、前記発光レンズ部を通過した前記照射光の光束の中心線と当該レンズ部材の上面とが交差する第１位置と前記反射光の光束の中心線と当該レンズ部材の上面とが交差する第２位置との間において、前記第１位置および前記第２位置を通る仮想線と平面視で交差する方向に延びる遮光溝を上面側に有し、
前記基板の上面には、前記発光部と前記受光部との間において前記照射光を遮る遮光壁を上面側に有するホルダが設けられており、
前記遮光壁は、前記レンズ部材の内部に突出して設けられており、かつ高さが前記レンズ部材の高さの半分以下になるように形成されており、
前記遮光溝は、前記遮光壁の上端に対向した位置、または前記遮光壁よりも前記受光部側の位置に設けられている
ことを特徴とする。

この構成によれば、レンズ部材の上面の汚れにより増加した内面反射光をレンズ部材の上面側の遮光溝で反射または屈折させて、受光部に入射する内面反射光を軽減することができる。したがって、内面反射光の影響を軽減することができる。

上記トナー付着量センサでは、例えば、
前記遮光溝には、その表面に、前記照射光を遮る遮光層が設けられている。

この構成によれば、遮光層により、遮光溝を透過した照射光を遮ることができるので、内面反射光の影響をより軽減することができる。

上記トナー付着量センサでは、例えば、
前記受光部は、
前記反射光のうち前記測定対象物に対して垂直な方向成分であるＰ波成分を受光し、受光量に応じた第１出力信号を出力する第１受光素子と、
前記第１受光素子の上方に対向して配置された、前記Ｐ波成分を透過させる第１偏光フィルタと、
前記反射光のうち前記Ｐ波成分に垂直な方向成分であるＳ波成分を受光し、受光量に応じた第２出力信号を出力する第２受光素子と、
前記第２受光素子の上方に対向して配置された、前記Ｓ波成分を透過させる第２偏光フィルタと、を備え、
前記測定部は、前記第１出力信号と前記第２出力信号との差分に基づいて前記トナーの付着量を測定する。

上記トナー付着量センサでは、例えば、
前記第１受光素子は、前記第２受光素子よりも前記発光部側に設けられている。

本発明によれば、内面反射光の影響を軽減することが可能なトナー付着量センサを提供することができる。

本発明に係るトナー付着量センサを示す図である。 本発明に係るトナー付着量センサの平面図である。 （Ａ）は、本発明の第１変形例に係るトナー付着量センサを示す図である。（Ｂ）は、本発明の第２変形例に係るトナー付着量センサを示す図である。 （Ａ）は、従来のトナー付着量センサを示す図である。（Ｂ）は、従来のトナー付着量センサにおける内面反射を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係るトナー付着量センサの実施形態について説明する。

図１および図２に、本発明の一実施形態に係るトナー付着量センサ１Ａを示す。図１および図２に示されている各構成のうち、図４と同一の符号を付した構成については、図４で説明した従来のトナー付着量センサ１Ｄと同様とする。

図１に示すように、トナー付着量センサ１Ａは、トナーが付着した測定対象物（例えば、感光体）２０に照射光（Ｐ波成分のみが照射されるように発光側Ｐ波透過用偏光フィルタ８ａによって偏光されている）を照射し、当該照射光に対する測定対象物２０からの反射光を受光し、当該反射光の受光量に基づいてトナーの付着量を測定するものである。トナー付着量センサ１Ａは、基板２と、発光素子３と、受光素子４ａ、４ｂ、５と、ホルダ６と、レンズ部材７と、発光側Ｐ波透過用偏光フィルタ８ａと、受光側Ｐ波透過用偏光フィルタ８ｂと、受光側Ｓ波透過用偏光フィルタ８ｃと、測定部（図示略）とを備えている。

基板２は、例えば、プリント配線板である。基板２の上面には、発光素子３および受光素子４ａ、４ｂ、５が設けられている。発光素子３および受光素子５は、基板２の一方側（例えば、右側）に設けられ、受光素子４ａ、４ｂは、基板２の他方側（例えば、左側）に設けられている。受光素子４ａは、受光素子４ｂよりも発光素子３側に設けられている。

発光素子３は、例えば、発光ダイオードである。発光素子３は、照射光（例えば、赤色光または赤外光）を照射する。発光素子３は、本発明の「発光部」に相当する。

受光素子４ａ、４ｂ、５は、例えば、フォトダイオードである。受光素子４ａ、４ｂは、本発明の「受光部」に相当する。さらに、受光素子４ａは、本発明の「第１受光素子」に相当し、受光素子４ｂは、本発明の「第２受光素子」に相当する。

受光素子４ａの上方には、測定対象物２０からの反射光のうち、測定対象物２０に対して垂直な方向成分であるＰ波成分を透過させ、Ｐ波成分に垂直な方向成分であるＳ波成分をカットする受光側Ｐ波透過用偏光フィルタ８ｂ（本発明の「第１偏光フィルタ」に相当）が対向配置されている。このため、受光素子４ａは、Ｐ波成分を受光し、Ｐ波成分の受光量に応じた第１出力信号を出力する。

受光素子４ｂの上方には、測定対象物２０からの反射光のうち、Ｓ波成分を透過させ、Ｐ波成分をカットする受光側Ｓ波透過用偏光フィルタ８ｃ（本発明の「第２偏光フィルタ」に相当）が対向配置されている。このため、受光素子４ｂは、Ｓ波成分を受光し、Ｓ波成分の受光量に応じた第２出力信号を出力する。

受光素子５は、発光素子３の照射光を直接受光し、照射光の受光量に応じた第３出力信号を出力する。第３出力信号は、基板２に設けられた発光制御部（図示略）に入力される。発光制御部は、第３出力信号に基づいて、発光素子３の照射光量をフィードバック制御する。

ホルダ６は、発光素子３の照射光に対して不透明な樹脂で構成されている。ホルダ６は、上下方向に貫通する第１貫通部および第２貫通部を有する。ホルダ６は、第１貫通部内に発光素子３および受光素子５が配置され、第２貫通部内に受光素子４ａ、４ｂが配置されるように、基板２上に積層されている。また、ホルダ６は、第１貫通部と第２貫通部との間において、上面側に第１遮光壁６ａを有し、下面側に第２遮光壁６ｂを有する。第１遮光壁６ａは、レンズ部材７の内部に突出して設けられており、レンズ部材７を伝搬する照射光を遮ることができ、第２遮光壁６ｂは、基板２の貫通溝に嵌め込まれており、基板２を伝搬する照射光を遮ることができる。なお、第１遮光壁６ａは、高さがレンズ部材７の高さの半分以下になるように形成されている。

レンズ部材７は、発光素子３の照射光に対して透明な樹脂で構成されている。レンズ部材７は、発光素子３の上方に位置する発光レンズ部７ａおよび受光素子４ａ、４ｂの上方に位置する受光レンズ部７ｂを下面側に有する。発光レンズ部７ａは、発光素子３の照射光を集光し、受光レンズ部７ｂは、測定対象物２０からの反射光を集光する。

レンズ部材７は、上面側に遮光溝７ｃを有する。具体的には、レンズ部材７は、発光レンズ部７ａを通過した照射光の光束の中心線と当該レンズ部材７の上面とが交差する第１位置ａと反射光の光束の中心線と当該レンズ部材７の上面とが交差する第２位置ｂとの間において、第１位置ａおよび第２位置ｂを通る仮想線ｃと平面視で交差する方向に延びる遮光溝７ｃを上面側に有する（図２参照）。本実施形態では、遮光溝７ｃは、側面視で第１遮光壁６ａの上端に対向した位置に設けられているが、内面反射光の受光素子４ａ、４ｂへの入光を効果的に抑制する観点から、第１遮光壁６ａよりも受光素子４ａ、４ｂ側に設けることもできる。

遮光溝７ｃは、断面がＶ字状に形成されている。遮光溝７ｃは、レンズ部材７の上面で反射した照射光（内面反射光）のうち受光素子４ａ、４ｂに向かう光を反射または屈折させて、受光素子４ａ、４ｂに入射する内面反射光を軽減することができる。

測定部は、例えば、増幅手段および演算手段を有する集積回路であり、基板２上に設けられている。測定部は、受光素子４ａの第１出力信号と受光素子４ｂの第２出力信号との差分に基づいて、測定対象物２０におけるトナーの付着量を測定する。言い換えれば、測定部は、上記差分に基づいて、トナーの付着量に応じたアナログ電圧を出力する。

例えば、反射光のうち、測定対象物２０のトナーが付着していない部分において反射した反射光のＰ波成分をＰ１、Ｓ波成分をＳ１、測定対象物２０のトナーが付着した部分において反射した反射光のＰ波成分をＰ２、Ｓ波成分をＳ２とし、受光素子４ａが第１出力信号（Ｐ１＋Ｐ２）を出力し、受光素子４ｂが第２出力信号（Ｓ１＋Ｓ２）を出力した場合について説明する。この場合、測定部では、増幅手段が第１出力信号（Ｐ１＋Ｐ２）および第２出力信号（Ｓ１＋Ｓ２）をＫ倍に増幅し、演算手段がＫ倍に増幅した第１出力信号Ｋ（Ｐ１＋Ｐ２）と第２出力信号Ｋ（Ｓ１＋Ｓ２）との差分Ｋ｛（Ｐ１＋Ｐ２）−（Ｓ１＋Ｓ２）｝を算出し、当該差分に応じたアナログ電圧を出力する。

ここで、トナーが付着した部分における反射光は、乱反射となり、Ｐ２≒Ｓ２の関係が成り立つ一方、トナーが付着していない部分における反射光は、Ｐ波が支配的となり、Ｐ１＞Ｓ１の関係が成り立つ。このため、上記差分は、Ｋ（Ｐ１−Ｓ１）と近似することができる。すなわち、測定部は、トナーの付着量の測定として、反射光にＰ波成分の偏りがどれだけあるかを示すＫ（Ｐ１−Ｓ１）に応じたアナログ電圧を出力する。測定対象物２０におけるトナーの付着量が少ないと、Ｋ（Ｐ１−Ｓ１）は大きくなり、アナログ電圧は高くなる一方、測定対象物２０におけるトナーの付着量が多いと、Ｋ（Ｐ１−Ｓ１）は小さくなり、アナログ電圧は低くなる。

結局、本実施形態に係るトナー付着量センサ１Ａによれば、レンズ部材７の上面にトナーの粉や紙粉等の汚れが付着して内面反射が大幅に増加した場合であっても、遮光溝７ｃが内面反射光を反射または屈折させるので、内面反射光の影響（例えば、Ｓ波成分の増加による測定部の出力低下）を軽減することができる。

以上、本発明に係るトナー付着量センサの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

［第１変形例］
図３（Ａ）に、本発明の第１変形例に係るトナー付着量センサ１Ｂを示す。上記実施形態に係るトナー付着量センサ１Ａが、第１遮光壁６ａおよび第２遮光壁６ｂを有するホルダ６を備えているのに対して、第１変形例に係るトナー付着量センサ１Ｂのホルダ６は、第１遮光壁６ａおよび第２遮光壁６ｂを有していない。また、トナー付着量センサ１Ａの基板２が貫通溝を有しているのに対して、トナー付着量センサ１Ｂの基板２は貫通溝を有していない。なお、ホルダ６および基板２以外の点については、両者の構成は共通している。

トナー付着量センサ１Ｂによれば、ホルダ６の構造を単純化することで、ホルダ６の製造を容易にし、ホルダ６の製造コストを低下させることができる。さらに、トナー付着量センサ１Ｂによれば、レンズ部材７の上面にトナーの粉や紙粉等の汚れが付着して内面反射が増加した場合でも、遮光溝７ｃが当該内面反射光を反射または屈折させるので、内面反射光の影響を軽減することができる。

［第２変形例］
図３（Ｂ）に、本発明の第２変形例に係るトナー付着量センサ１Ｃを示す。トナー付着量センサ１Ｃは、照射光を遮る遮光層９を備えていること以外、上記実施形態に係るトナー付着量センサ１Ａと共通している。

遮光層９は、裏面に粘着層を有する遮光シール、または照射光を吸収する塗料（例えば、黒色塗料）で構成されている。本変形例では、遮光層９は、遮光溝７ｃの受光素子４ａ、４ｂ側（第２位置ｂ側）の表面にのみ設けられているが、当然ながら、遮光溝７ｃの発光素子３側（第１位置ａ側）の表面にも設けることができる。

トナー付着量センサ１Ｃによれば、遮光層９により、遮光溝７ｃを透過した照射光を遮ることができるので、内面反射光の影響をより軽減することができる。

［その他の変形例］
遮光溝７ｃの角度は、適宜変更することができる。例えば、遮光溝７ｃの角度が大きいほど内面反射光の影響を軽減することができるが、大きくしすぎると、測定対象物２０に照射する照射光や測定対象物２０からの反射光にも影響が出る。このため、照射光や測定対象物２０からの反射光に影響が出ない範囲または当該影響を許容できる範囲で、遮光溝７ｃの角度を大きくすることが好ましい。

遮光溝７ｃは、内面反射光を反射または屈折させて、受光素子４ａ、４ｂに入射する内面反射光を軽減することができるのであれば、その位置、大きさ、範囲は適宜変更することができる。例えば、遮光溝７ｃとして断面がＵ字状に形成された溝、断面が矩形状に窪んだ溝であってもよい。

発光部および受光部の構成は、適宜変更することができる。例えば、発光部を複数の発光ダイオードで構成してもよいし、発光ダイオード以外の発光素子で構成してもよい。また、受光部を１つのフォトダイオードで構成してもよいし、フォトダイオード以外の受光素子で構成してもよい。

レンズ部材７は、発光部の上方に位置する発光レンズ部７ａおよび受光部の上方に位置する受光レンズ部７ｂを下面側に有し、かつ遮光溝７ｃを上面側に有するのであれば、その構成を適宜変更することができる。例えば、遮光溝７ｃを第１遮光壁６ａの上端まで延ばすことで、遮光溝７ｃを挟んでレンズ部材の右側と左側を離間させてもよい。

測定部は、受光部の出力信号に基づいて測定対象物２０に付着したトナーの付着量を測定する（トナーの付着量に応じた出力を行う）のであれば、その構成を適宜変更することができる。

１Ａ〜１Ｃ トナー付着量センサ
２ 基板
３ 発光素子
４ａ、４ｂ、５ 受光素子
６ ホルダ
６ａ 第１遮光壁
６ｂ 第２遮光壁
７ レンズ部材
７ａ 発光レンズ部
７ｂ 受光レンズ部
７ｃ 遮光溝
８ａ 発光側Ｐ波透過用偏光フィルタ
８ｂ 受光側Ｐ波透過用偏光フィルタ（第１偏光フィルタ）
８ｃ 受光側Ｓ波透過用偏光フィルタ（第２偏光フィルタ）
９ 遮光層
２０ 測定対象物

Claims (4)

1. トナーが付着した測定対象物に照射光を照射し、前記照射光に対する前記測定対象物からの反射光を受光し、前記反射光の受光量に基づいて前記トナーの付着量を測定するトナー付着量センサであって、
   基板と、
   前記基板の上面に設けられ、前記照射光を照射する発光部と、
   前記基板の上面に設けられ、前記反射光を受光して受光量に応じた出力信号を出力する受光部と、
   前記発光部の上方に位置する発光レンズ部および前記受光部の上方に位置する受光レンズ部を下面側に有するレンズ部材と、
   前記受光部の前記出力信号に基づいて前記トナーの付着量を測定する測定部と、
   を備え、
   前記レンズ部材は、前記発光レンズ部を通過した前記照射光の光束の中心線と当該レンズ部材の上面とが交差する第１位置と前記反射光の光束の中心線と当該レンズ部材の上面とが交差する第２位置との間において、前記第１位置および前記第２位置を通る仮想線と平面視で交差する方向に延びる遮光溝を上面側に有し、
   前記基板の上面には、前記発光部と前記受光部との間において前記照射光を遮る遮光壁を上面側に有するホルダが設けられており、
   前記遮光壁は、前記レンズ部材の内部に突出して設けられており、かつ高さが前記レンズ部材の高さの半分以下になるように形成されており、
   前記遮光溝は、前記遮光壁の上端に対向した位置、または前記遮光壁よりも前記受光部側の位置に設けられている
   ことを特徴とするトナー付着量センサ。
2. 前記遮光溝には、その表面に、前記照射光を遮る遮光層が設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載のトナー付着量センサ。
3. 前記受光部は、
   前記反射光のうち前記測定対象物に対して垂直な方向成分であるＰ波成分を受光し、受光量に応じた第１出力信号を出力する第１受光素子と、
   前記第１受光素子の上方に対向して配置された、前記Ｐ波成分を透過させる第１偏光フィルタと、
   前記反射光のうち前記Ｐ波成分に垂直な方向成分であるＳ波成分を受光し、受光量に応じた第２出力信号を出力する第２受光素子と、
   前記第２受光素子の上方に対向して配置された、前記Ｓ波成分を透過させる第２偏光フィルタと、を備え、
   前記測定部は、前記第１出力信号と前記第２出力信号との差分に基づいて前記トナーの付着量を測定する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のトナー付着量センサ。
4. 前記第１受光素子は、前記第２受光素子よりも前記発光部側に設けられている
   ことを特徴とする請求項３に記載のトナー付着量センサ。

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