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
【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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