(57)【要約】【課題】反射面との角度の変化による出力電圧の変動を小さくできる反射型フォトセンサ、及び、該フォトセンサを有する画像形成装置を低コストで提供する。【解決手段】反射型フォトセンサ７０のケース７４に設けられた収容孔７５及び収容孔７６のそれぞれには、ＬＥＤ７１及びフォトトランジスタ７２が収容されている。フォトトランジスタ７２は、ＬＥＤ７１の照射光Ｌが表面２９ａで正反射された反射光Ｒを受光する。収容孔７６の表面２９ａ側に位置する開口部７６ａには、反射光規制開口部７６１ａが設けられている。この反射光規制開口部７５１ａには凹レンズ９６が設けられている。凹レンズ９６は、フォトトランジスタ７２に到達した反射光Ｒの光路径Ｗが受光部としての頭部８４の外径Ｄと同じ又は略同じになるように、反射光規制開口部７６１ａを通過する反射光Ｒを発散させる形状のレンズで構成されている。【選択図】図１
2010181214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）反射面と間隔をあけて配置されるケースと、（ｂ）開口部が前記反射面と相対するようにして前記ケースに設けられた第１収容孔と、（ｃ）開口部が前記反射面と相対するようにして前記ケースに設けられた第２収容孔と、（ｄ）前記第１収容孔に収容された、照射光を前記第１収容孔の開口部を通じて前記反射面に向けて照射する、発光手段と、（ｅ）前記第２収容孔に収容された、前記照射光が前記反射面で正反射された反射光を前記第２収容孔の開口部を通じて受光する、樹脂モールド型の受光手段と、（ｆ）前記第２収容孔の開口部に設けられた、前記反射光に通過されるとともに開口径が前記受光手段の受光部の外径より小さく形成された反射光規制開口部を備える、反射光規制部材と、を有する反射型フォトセンサにおいて、
前記反射光規制開口部又はその近傍には、光発散部材が設けられ、そして、
前記光発散部材が、前記受光手段に到達した前記反射光の光路径が前記受光手段の受光部の外径と同じ又は略同じになるように、前記反射光規制開口部を通過する前記反射光を発散させる形状のレンズで構成されている
ことを特徴とする反射型フォトセンサ。
【請求項２】
前記反射光を発散させる形状のレンズが、少なくとも１つの凹面を備えた凹レンズで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の反射型フォトセンサ。
【請求項３】
前記反射光を発散させる形状のレンズが、少なくとも１つの凸面を備えた凸レンズで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の反射型フォトセンサ。
【請求項４】
前記第１収容孔の開口部には、前記照射光に通過されるとともに前記照射光の光路径を規制する照射光規制開口部を備えた照射光規制部材が設けられ、
前記照射光規制開口部又はその近傍には、光集束部材が設けられ、そして、
前記光集束部材が、前記光発散部材に到達した前記反射光の光路径が所定の径に集束されるように、前記照射光規制開口部を通過する前記照射光を集束させる形状のレンズで構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の反射型フォトセンサ。
【請求項５】
反射面としての表面に粉体が付着される像担持体と、前記像担持体の表面に付着された前記粉体で形成された像の位置を検知するための反射型フォトセンサと、を少なくとも有する画像形成装置において、前記反射型フォトセンサとして請求項１〜４のいずれか一項に記載された反射型フォトセンサを有していることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
反射面としての表面に粉体が付着される像担持体と、前記像担持体の前記表面に付着された前記粉体の付着量を検知するための反射型フォトセンサと、を少なくとも有する画像形成装置において、前記反射型フォトセンサとして、請求項１〜４のいずれか一項に記載の反射型フォトセンサを有していることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの電子写真方式を用いた画像形成装置が備える像担持体上にトナー等の粉体で形成される像の位置又は粉体の付着量を検知するための反射型フォトセンサ、及び、該反射型フォトセンサを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上述した画像形成装置は、例えば、粉体としてのトナーと磁性粒子とを含む二成分現像剤が用いられており、画像形成装置が備える感光体や中間転写ベルト等の像担持体の表面にトナーを付着させてトナー像を形成し、該トナー像を転写紙に転写して画像を形成する。そして、このような画像形成装置では、所望の画像濃度を得るために、像担持体の表面に、例えば、階調パターンからなる濃度検知用トナーパッチを形成して、このトナーパッチの濃度、即ち、トナー付着量を光学的検知手段により検知して、その検知結果に基づき感光体上への潜像形成用のレーザ光強度や、帯電バイアス、現像バイアスなどを調整して、形成される画像の濃度調整を行っている。
【０００３】
また、フルカラーの画像形成装置は、一般的にイエロー、マゼンダ、シアン、黒などの複数の色のトナー像を中間転写ベルトなどの像担持体上に形成するとともに、それぞれのトナー像を互いに重ね合わせてカラー画像を形成している。そして、このようなカラー画像を形成する画像形成装置では、例えば、装置内の温度変化などにより中間転写ベルトの伸縮などが生じて、トナー像の位置がずれることがある。そのため、トナー像の位置ずれ量を検知するために、像担持体の表面に、所定の形状のトナー像からなる位置検知用トナーパッチを形成して、この位置検知用トナーパッチの位置を上述した光学的検知手段などにより検知して位置ずれ量を求め、この位置ずれ量に基づき潜像形成用のレーザ光照射タイミングや、像担持体の回転速度などを調整してトナー像の位置ずれ補正を行っている。
【０００４】
このようなトナー付着量やトナー像の位置の検知に用いられる光学的検知手段として、発光手段としての発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）と、受光手段としてのフォトダイオード又はフォトトランジスタと、を備えた反射型フォトセンサが一般的に知られている。図２２に、反射型フォトセンサの一例を示す。
【０００５】
図２２に示す反射型フォトセンサ７７０は、像担持体としての搬送ベルト２９の表面２９ａ（即ち、反射面）に向けて照射光Ｌを照射するＬＥＤ７１１と、表面２９ａ又は表面２９ａ上に形成された位置検知用トナーパッチ９０で正反射された反射光Ｒを受光するフォトトランジスタ７１２と、ケース７１４と、基板７９５と、を備えている。また、図中の照射光Ｌ及び反射光Ｒを示す各矢印はそれぞれの光の光路を示しており、照射光Ｌ及び反射光Ｒを示す各矢印に沿う点線は、各光路の太さ（以下、光路径ともいう）を概念的に示している。
【０００６】
光半導体部品８０としてのＬＥＤ７１１及びフォトトランジスタ７１２のそれぞれは、図２３〜図２５に示すように、いわゆる砲弾形状に形成された合成樹脂からなる封止部材８３の内部に、リード線８２上に実装された光学素子８１としての発光チップ８１Ｌ又は受光チップ８１Ｒを封止してなる樹脂モールド型のものである。この砲弾形状とは、円柱状の胴部８５と、該胴部８５の一端に連接して一体形成された半球状の頭部８４と、を少なくとも備えた形状のことをいい、さらに、図のように胴部８５の他端にフランジ部８６を備えていても良い。胴部８５の軸は、ＬＥＤ７１１及びフォトトランジスタ７１２の軸Ｐと一致する。頭部８４は、その外径が胴部８５の外径Ｄと同じに形成されており、その中心が軸Ｐ上に配置されている。また、フォトトランジスタ７１２の頭部８４は、受光部として機能し、その半球状の表面で受光した光を集束させて受光チップ８１Ｒに導く。光学素子８１は、軸Ｐ上に配置されており、そのため、軸Ｐと光学素子８１の光軸（即ち、照射光Ｌの光路又は反射光Ｒの光路）とが一致している。
【０００７】
ケース７１４には、図２２に示すように、ケース７１４を貫通する断面円形の２つの収容孔７７５、７７６が設けられている。収容孔７７５は、内径がＬＥＤ７１１の胴部８５の外径Ｄと同一に形成されている。収容孔７７５の搬送ベルト２９側の開口部７７５ａには、それを塞ぐ照射光規制部材７７７が設けられている。この照射光規制部材７７７には、開口径がＬＥＤ７１１の胴部８５の外径Ｄより小さく形成された照射光規制開口部７７７ａが、照射光規制部材７７７の中央部を貫通して設けられている。収容孔７７５には、ＬＥＤ７１１が収容される。照射光規制開口部７７７ａは、照射光Ｌの光路径を規制して、照射光Ｌが不要に広がって表面２９ａに到達することを防いでいる。
【０００８】
収容孔７７６は、内径がフォトトランジスタ７１２の胴部８５の外径Ｄと同一に形成されている。収容孔７７６の搬送ベルト２９側の開口部７７６ａには、それを塞ぐ反射光規制部材７７８が設けられている。この反射光規制部材７７８には、開口径がフォトトランジスタ７１２の胴部８５の外径Ｄより小さく形成された反射光規制開口部７７８ａが、反射光規制部材７７８の中央部を貫通して設けられている。収容孔７７６には、フォトトランジスタ７１２が収容される。反射光規制開口部７７８ａは、収容孔７７６に進入する反射光Ｒの光路径を規制するとともに、不要な光がフォトトランジスタ７１２に受光されないように収容孔７７６内に進入する光を規制している。基板７９５の表面には、ケース７１４の１つの面が密に重ねられて配設されている。反射型フォトセンサ７７０は、ＬＥＤ７１１及びフォトトランジスタ７１２を搬送ベルト２９の表面２９ａに向けるようにして、該表面２９ａと間隔をあけて相対して配置される。
【０００９】
上述した画像形成装置は、反射型フォトセンサ７７０を用いて、次のようにしてトナー像の位置ずれ量を求める。まず、図２６に示すように、搬送ベルト２９の表面２９ａに、上述した位置検知用トナーパッチ９０を形成する。この位置検知用トナーパッチ９０は、例えば、黒トナーで高濃度（いわゆるベタ）に形成された複数の矩形状トナー像であって、搬送ベルト２９の表面移動方向に沿って等間隔に配列されている。そして、駆動ローラ２７を回転させて、搬送ベルト２９（即ち、位置検知用トナーパッチ９０）を表面移動方向に沿って等速移動させつつ、反射型フォトセンサ７７０によって、搬送ベルト２９の表面２９ａにおける反射光量を検知する。この反射型フォトセンサ７７０で検知した反射光量は、図２７に示すフォトトランジスタ７１２の出力電圧波形として表される。
【００１０】
黒トナーは光をほとんど反射しない性質を有しているため、位置検知用トナーパッチ９０の有無によって、搬送ベルト２９の表面２９ａでの反射光量が大きく変化する。すなわち、図２７の出力電圧波形において、出力電圧が高い（即ち、反射光量が多い）部分が、搬送ベルト２９の表面２９ａで直接反射された反射光を検知していることを示しており、出力電圧が低く落ち込んでいる（即ち、反射光量が少ない）部分が位置検知用トナーパッチ９０で反射された反射光を検知していることを示している。この出力電圧が低く落ち込んでいる部分（以下、出力電圧の谷部という）は、位置検知用トナーパッチ９０の矩形状トナー像の位置を示している。そして、図２７の出力電圧波形の一部を拡大した図２８に示すように、出力電圧の谷部において、所定の電圧値（例えば、０．６Ｖ）となる２つの時間の中間点を矩形状トナー像の位置（時間）として、複数の矩形状トナー像のそれぞれの位置を検知して、互いの位置（時間）の間隔Ｔを基準値と比較することにより、位置ずれ量を検知する。
【００１１】
ところで、画像形成装置においては、駆動ローラ２７の軸振れや搬送ベルト２９の波打ちの有無（図２９、図３０に例示する）などにより、反射型フォトセンサ７７０と搬送ベルト２９の表面２９ａ（即ち、反射面）との距離や角度などの相対位置が変化することがある。一般的に、反射型フォトセンサは、反射面との距離や角度の変化により出力電圧が変動することが知られている。図３１〜図３４に、反射面との距離及び角度と、反射型フォトセンサ７７０（即ち、フォトトランジスタ７１２）の出力電圧との関係の概略を示す。図３３、図３４に示すように、反射型フォトセンサ７７０は、反射面との距離ｈが所定の値Ｈのときに出力電圧がピークとなり、この所定の値から離れるにしたがって出力電圧が低下する。また、反射型フォトセンサ７７０を側面方向から見たときのフォトトランジスタ７１２の軸Ｐに直交する方向に対する反射面の角度θ（以下、反射面との角度という）についても同様である。このような駆動ローラ２７の軸振れや搬送ベルト２９の波打ちなどは、トナー付着量やトナー像の位置ずれとは無関係であるので、反射型フォトセンサにおいては、反射面との距離や角度の変化による出力電圧の変動が小さいことが、トナー付着量やトナー像の位置の検知誤差を防ぐために重要である。
【００１２】
上述した反射型フォトセンサ７７０が備えるフォトトランジスタ７１２は、リード線８２に接続された受光チップ８１Ｒが透明なエポキシ樹脂などの封止部材８３で封止されて構成された樹脂モールド型のものであり、比較的安価に製造できる。しかしながら、このような樹脂モールド型のフォトトランジスタ７１２は、受光チップ８１Ｒの位置精度が低く、本来、配置が正常であると、図３５に示すフォトトランジスタ７１２Ａのように、その軸Ｐ上に受光チップ８１Ｒが配置されるところ、図３６に示すフォトトランジスタ７１２Ｂのように、その軸Ｐ上からずれて受光チップ８１Ｒが不正に配置されてしまうことがある。そして、図３７、図３８で比較されるように、この受光チップ８１Ｒの配置が軸Ｐ上からずれて不正な配置をされることによって、出力電圧が最大となる反射光Ｒの光路（即ち、入射角度）が、軸Ｐからずれてしまうことがあった。
【００１３】
そして、本発明者らは、受光チップの配置、反射面との角度、及び、出力電圧の関係を確認するため、これらの受光チップ８１Ｒの配置が正常なフォトトランジスタ７１２Ａ（センサＡ）及び受光チップ８１Ｒの配置が不正なフォトトランジスタ７１２Ｂ（センサＢ）のそれぞれを用いて、反射面との角度に対する出力電圧を実測した。この実測結果のグラフを図３９に示す。
【００１４】
図３９によると、受光チップ８１Ｒの配置が正常なフォトトランジスタ７１２Ａの出力電圧のグラフは、反射面との角度が０°付近において、ほぼ水平であるのに対し、受光チップ８１Ｒの配置が不正なフォトトランジスタ７１２Ｂの出力電圧のグラフは、反射面との角度が０°付近において大きく傾いている。そのため、受光チップ８１Ｒの配置が正常なフォトトランジスタ７１２Ａを用いた場合は、反射面との角度の変化による出力電圧の変動が小さく、その一方で、受光チップ８１Ｒの配置が不正なフォトトランジスタ７１２Ｂを用いた場合は、反射面との角度の変化による出力電圧の変動が大きくなることが判る。
【００１５】
この原因は、以下のように推察される。反射型フォトセンサ７７０では、反射光規制開口部７７８ａによって収容孔７７６に進入する反射光Ｒの光路径を規制しているので、図４０に示すように、反射光Ｒがフォトトランジスタ７１２の頭部８４の一部のみを照らす。そのため、フォトトランジスタ７１２の頭部８４での反射光Ｒの受光領域Ｅ１が小さくなり、受光チップ８１Ｒの位置での反射光Ｒの受光領域Ｅ２も小さくなる。そして、反射面との角度によって反射光Ｒの光路（即ち、入射角度）が変化すると、受光領域Ｅ２の位置がずれる。
【００１６】
このとき、受光チップ８１Ｒの配置が正常なフォトトランジスタ７１２Ａでは、図４１〜図４６に示すように、受光領域Ｅ２の位置がずれても、受光領域Ｅ２と受光チップ８１Ｒとが重なる面積がほぼ同一（図４３、図４６）となり、受光量に大きな変化はない。しかしながら、受光チップ８１Ｒの配置が不正なフォトトランジスタ７１２Ｂでは、図４７〜図５２に示すように、受光領域Ｅ２の位置がずれると、受光領域Ｅ２と受光チップ８１Ｒとが重なる面積が増減（図４９、図５２）して、受光量が大きく変化する。これにより、図５３、図５４に示すように、受光チップ８１Ｒの配置が正常なフォトトランジスタ７１２Ａと、受光チップ８１Ｒの配置が不正なフォトトランジスタ７１２Ｂと、において、搬送ベルト２９の波打ちに伴う出力電圧の変動の違いが生じる。
【００１７】
このように受光チップの配置がずれたフォトトランジスタを用いて、トナー付着量やトナー像の位置の検知を行った場合、搬送ベルト２９に波打ちなどがあるときとないときとで、反射面との角度の変化によって出力電圧波形が大きく変化してしまい、そのため、トナー付着量やトナー像の位置の検知誤差が生じてしまうという問題があった。そして、このような問題を解決する構成として、特許文献１に提案されているトナー付着量測定装置がある。
【００１８】
このトナー付着量測定装置は、回路基板上に投光素子及び受光素子（受光チップに相当）を直接実装することにより、受光素子の位置精度を保つことができた。そして、上述した反射型フォトセンサ７７０においても同様に、基板７９５上に受光チップを直接実装することにより、受光チップの位置精度を保つことができ、そのため、受光チップの配置ずれを防いで、トナー付着量やトナー像の位置の検知誤差を防ぐことができた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、上述したように受光チップを基板上に直接実装するためには、専用の設備や高度な技術が必要となるので、製造にかかるコストが増加してしまうという問題があった。
【００２０】
本発明は、上記課題に係る問題を解決することを目的としている。即ち、本発明は、反射面との角度の変化による出力電圧の変動を小さくできる反射型フォトセンサ、及び、該フォトセンサを有する画像形成装置を低コストで提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
請求項１に記載された発明は、上記目的を達成するために、（ａ）反射面と間隔をあけて配置されるケースと、（ｂ）開口部が前記反射面と相対するようにして前記ケースに設けられた第１収容孔と、（ｃ）開口部が前記反射面と相対するようにして前記ケースに設けられた第２収容孔と、（ｄ）前記第１収容孔に収容された、照射光を前記第１収容孔の開口部を通じて前記反射面に向けて照射する、発光手段と、（ｅ）前記第２収容孔に収容された、前記照射光が前記反射面で正反射された反射光を前記第２収容孔の開口部を通じて受光する、樹脂モールド型の受光手段と、（ｆ）前記第２収容孔の開口部に設けられた、前記反射光に通過されるとともに開口径が前記受光手段の受光部の外径より小さく形成された反射光規制開口部を備える、反射光規制部材と、を有する反射型フォトセンサにおいて、前記反射光規制開口部又はその近傍には、光発散部材が設けられ、そして、前記光発散部材が、前記受光手段に到達した前記反射光の光路径が前記受光手段の受光部の外径と同じ又は略同じになるように、前記反射光規制開口部を通過する前記反射光を発散させる形状のレンズで構成されていることを特徴とする反射型フォトセンサである。
【００２２】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記反射光を発散させる形状のレンズが、少なくとも１つの凹面を備えた凹レンズで構成されていることを特徴とするものである。
【００２３】
請求項３に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記反射光を発散させる形状のレンズが、少なくとも１つの凸面を備えた凸レンズで構成されていることを特徴とするものである。
【００２４】
請求項４に記載された発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載された発明において、前記第１収容孔の開口部には、前記照射光に通過されるとともに前記照射光の光路径を規制する照射光規制開口部を備えた照射光規制部材が設けられ、前記照射光規制開口部又はその近傍には、光集束部材が設けられ、そして、前記光集束部材が、前記光発散部材に到達した前記反射光の光路径が所定の径に集束されるように、前記照射光規制開口部を通過する前記照射光を集束させる形状のレンズで構成されていることを特徴とするものである。
【００２５】
請求項５に記載された発明は、反射面としての表面に粉体が付着される像担持体と、前記像担持体の表面に付着された前記粉体で形成された像の位置を検知するための反射型フォトセンサと、を少なくとも有する画像形成装置において、前記反射型フォトセンサとして請求項１〜４のいずれか一項に記載された反射型フォトセンサを有していることを特徴とする画像形成装置である。
【００２６】
請求項６に記載された発明は、反射面としての表面に粉体が付着される像担持体と、前記像担持体の前記表面に付着された前記粉体の付着量を検知するための反射型フォトセンサと、を少なくとも有する画像形成装置において、前記反射型フォトセンサとして、請求項１〜４のいずれか一項に記載の反射型フォトセンサを有していることを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【００２７】
以上の説明のように、請求項１に記載された発明によれば、反射光規制開口部又はその近傍には、光発散部材が設けられ、そして、この光発散部材が、受光手段に到達した反射光の光路径が受光手段の受光部の外径と同じ又は略同じになるように、反射光規制開口部を通過する前記反射光を発散させる形状のレンズで構成されているので、受光手段の受光部の全面又はほぼ全面を反射光で照らして受光させることができ、そのため、受光チップの配置にずれのある安価な樹脂モールド型の受光手段を用いた場合でも、反射面との角度の変化にかかわらず、受光チップの位置での反射光の受光領域に受光チップを含めることができ、受光チップの受光量が変化することを防止して、出力電圧の変動を防ぐことができる。したがって、反射面との角度の変化による出力電圧の変動を小さくできる反射型フォトセンサを低コストで提供できる。
【００２８】
また、受光手段に到達した反射光の光路径を受光手段の受光部の外径より大きくしすぎると、該受光部での単位面積当たりの受光量が減少して、アンプなどによる増幅が必要となりＳ／Ｎ比が低下してしまうが、本発明では、受光手段に到達した前記反射光の光路径を、受光手段の受光部の外径と同じ又は略同じとしているので、受光部から逸れる反射光を少なくして受光部における単位面積当たりの受光量が減少することを防止でき、Ｓ／Ｎ比の低下による検知精度の低下を防止できる。
【００２９】
請求項２に記載された発明によれば、反射光を発散させる形状のレンズが、少なくとも１つの凹面を備えた凹レンズで構成されているので、反射光を発散させる形状のレンズとして、簡易な形状であって且つ安価な部材を用いることができ、そのため、反射面との角度の変化による出力電圧の変動を小さくできる反射型フォトセンサをさらに低コストで提供できる。
【００３０】
請求項３に記載された発明によれば、反射光を発散させる形状のレンズが、少なくとも１つの凸面を備えた凸レンズで構成されているので、反射光を発散させる形状のレンズとして、簡易な形状であって且つ安価な部材を用いることができ、そのため、反射面との角度の変化による出力電圧の変動を小さくできる反射型フォトセンサをさらに低コストで提供できる。
【００３１】
請求項４に記載された発明によれば、第１収容孔の開口部には、照射光に通過されるとともに照射光の光路径を規制する照射光規制開口部を備えた照射光規制部材が設けられ、照射光規制開口部又はその近傍には、光集束部材が設けられ、そして、この光集束部材が、光発散部材に到達した反射光の光路径が所定の径に集束されるように、照射光規制開口部を通過する前記照射光を集束させる形状のレンズで構成されているので、光集束部材によって照射光を集束させることで、光発散部材を通過する反射光の光量を上げることができ、そのため、反射光が光発散部材によって発散されることによる受光手段での受光量の減少を回避して、検知精度の低下を防止できる。
【００３２】
請求項５に記載された発明によれば、反射面としての表面に粉体が付着される像担持体と、前記像担持体の表面に付着された前記粉体で形成された像の位置を検知するための反射型フォトセンサと、を少なくとも有する画像形成装置において、前記反射型フォトセンサとして請求項１〜４のいずれか一項に記載された反射型フォトセンサを有しているので、反射面との角度の変化による出力電圧の変動を小さくして、粉体で形成される像の位置を正確に検知できる画像形成装置を低コストで提供できる。
【００３３】
請求項６に記載された発明によれば、反射面としての表面に粉体が付着される像担持体と、前記像担持体の前記表面に付着された前記粉体の付着量を検知するための反射型フォトセンサと、を少なくとも有する画像形成装置において、前記反射型フォトセンサとして、請求項１〜４のいずれか一項に記載の反射型フォトセンサを有しているので、反射面との角度の変化による出力電圧の変動を小さくして、粉体の付着量を正確に検知できる画像形成装置を低コストで提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の反射型フォトセンサの一実施形態を示す断面図である。
【図２】反射光の光路径を説明する図である。
【図３】受光チップが正常に配置されたフォトトランジスタを備えた図１に示す反射型フォトセンサにおいて、反射光がフォトトランジスタの軸Ｐに沿って入射したときの状態を模式的に示す図である。
【図４】図３の状態において、フォトトランジスタの頭部での受光領域を模式的に示す図である。
【図５】図３の状態において、フォトトランジスタの受光チップの位置での受光領域を模式的に示す図である。
【図６】受光チップが正常に配置されたフォトトランジスタを備えた図１に示す反射型フォトセンサにおいて、反射光がフォトトランジスタの軸Ｐからずれて入射したときの状態を模式的に示す図である。
【図７】図６の状態において、フォトトランジスタの頭部での受光領域を模式的に示す図である。
【図８】図６の状態において、フォトトランジスタの受光チップの位置での受光領域を模式的に示す図である。
【図９】受光チップが不正に配置されたフォトトランジスタを備えた図１に示す反射型フォトセンサにおいて、反射光がフォトトランジスタの軸Ｐに沿って入射したときの状態を模式的に示す図である。
【図１０】図９の状態において、フォトトランジスタの頭部での受光領域を模式的に示す図である。
【図１１】図９の状態において、フォトトランジスタの受光チップの位置での受光領域を模式的に示す図である。
【図１２】受光チップが不正に配置されたフォトトランジスタを備えた図１に示す反射型フォトセンサにおいて、反射光がフォトトランジスタの軸Ｐからずれて入射したときの状態を模式的に示す図である。
【図１３】図１２の状態において、フォトトランジスタの頭部での受光領域を模式的に示す図である。
【図１４】図１２の状態において、フォトトランジスタの受光チップの位置での受光領域を模式的に示す図である。
【図１５】図１の反射型フォトセンサの第１の変形例の構成を示す断面図である。
【図１６】図１の反射型フォトセンサの第２の変形例の構成を示す断面図である。
【図１７】図１の反射型フォトセンサの第３の変形例の構成を示す断面図である。
【図１８】本発明の画像形成装置の一実施形態を示す断面図である。
【図１９】図１８が備えるプロセスカートリッジの断面図である。
【図２０】図１９のプロセスカートリッジの変形例の構成を示す断面図である。
【図２１】本発明の反射型フォトセンサ及び従来の反射型フォトセンサにおける反射面との角度に対する出力電圧の変化を実測したグラフである。
【図２２】従来の反射型フォトセンサを示す断面図である。
【図２３】樹脂モールド型の光半導体部品の一例を示す側面図である。
【図２４】図２３の光半導体部品の下面図である。
【図２５】図２３の光半導体部品の正面図である。
【図２６】反射型フォトセンサ、搬送ベルト、及び、位置検知用トナーパッチの位置関係を模式的に示す図である。
【図２７】図２２の反射型フォトセンサの出力電圧の一例を示すグラフである。
【図２８】図２７の一部を拡大したグラフである。
【図２９】搬送ベルトの波打ちがない状態を模式的に示す図である。
【図３０】搬送ベルトの波打ちがある状態を模式的に示す図である。
【図３１】図２２の反射型フォトセンサを正面方向から見た図である。
【図３２】図２２の反射型フォトセンサを側面方向から見た図である。
【図３３】反射面との距離に対する出力電圧の変化を模式的に示す図である。
【図３４】反射面との角度に対する出力電圧の変化を模式的に示す図である。
【図３５】受光チップが正常に配置されたフォトトランジスタの正面図である。
【図３６】受光チップが不正に配置されたフォトトランジスタの正面図である。
【図３７】図３５のフォトトランジスタにおける出力電圧が最大となる反射光の光路を説明する図である。
【図３８】図３６のフォトトランジスタにおける出力電圧が最大となる反射光の光路を説明する図である。
【図３９】受光チップが正常に配置されたフォトトランジスタ及び受光チップが不正に配置されたフォトトランジスタにおける反射面との角度に対する出力電圧の変化を実測したグラフである。
【図４０】フォトトランジスタの頭部での受光領域、及び、フォトトランジスタの受光チップの位置での受光領域、を模式的に示した図である。
【図４１】受光チップが正常に配置されたフォトトランジスタを備えた図２２に示す反射型フォトセンサにおいて、反射光がフォトトランジスタの軸Ｐに沿って入射したときの状態を模式的に示す図である。
【図４２】図４１の状態において、フォトトランジスタの頭部での受光領域を模式的に示す図である。
【図４３】図４１の状態において、フォトトランジスタの受光チップの位置での受光領域を模式的に示す図である。
【図４４】受光チップが正常に配置されたフォトトランジスタを備えた図２２に示す反射型フォトセンサにおいて、反射光がフォトトランジスタの軸Ｐからずれて入射したときの状態を模式的に示す図である。
【図４５】図４４の状態において、フォトトランジスタの頭部での受光領域を模式的に示す図である。
【図４６】図４４の状態において、フォトトランジスタの受光チップの位置での受光領域を模式的に示す図である。
【図４７】受光チップが不正に配置されたフォトトランジスタを備えた図２２に示す反射型フォトセンサにおいて、反射光がフォトトランジスタの軸Ｐに沿って入射したときの状態を模式的に示す図である。
【図４８】図４７の状態において、フォトトランジスタの頭部での受光領域を模式的に示す図である。
【図４９】図４７の状態において、フォトトランジスタの受光チップの位置での受光領域を模式的に示す図である。
【図５０】受光チップが不正に配置されたフォトトランジスタを備えた図２２に示す反射型フォトセンサにおいて、反射光がフォトトランジスタの軸Ｐからずれて入射したときの状態を模式的に示す図である。
【図５１】図５０の状態において、フォトトランジスタの頭部での受光領域を模式的に示す図である。
【図５２】図５０の状態において、フォトトランジスタの受光チップの位置での受光領域を模式的に示す図である。
【図５３】受光チップが正常に配置されたフォトトランジスタにおける、反射面の波打ちの有無による出力電圧の変動を示したグラフである。
【図５４】受光チップが不正に配置されたフォトトランジスタにおける、反射面の波打ちの有無による出力電圧の変動を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の反射型フォトセンサ及び画像形成装置の一実施形態を、図１〜図１４、図１８、図１９を参照して説明する。図１は、本発明の反射型フォトセンサの一実施形態を示す断面図である。図２は、反射光の光路径を説明する図である。図３は、受光チップが正常に配置されたフォトトランジスタを備えた図１に示す反射型フォトセンサにおいて、反射光がフォトトランジスタの軸Ｐに沿って入射したときの状態を模式的に示す図である。図４は、図３の状態において、フォトトランジスタの頭部での受光領域を模式的に示す図である。図５は、図３の状態において、フォトトランジスタの受光チップの位置での受光領域を模式的に示す図である。図６は、受光チップが正常に配置されたフォトトランジスタを備えた図１に示す反射型フォトセンサにおいて、反射光がフォトトランジスタの軸Ｐからずれて入射したときの状態を模式的に示す図である。図７は、図６の状態において、フォトトランジスタの頭部での受光領域を模式的に示す図である。図８は、図６の状態において、フォトトランジスタの受光チップの位置での受光領域を模式的に示す図である。図９は、受光チップが不正に配置されたフォトトランジスタを備えた図１に示す反射型フォトセンサにおいて、反射光がフォトトランジスタの軸Ｐに沿って入射したときの状態を模式的に示す図である。図１０は、図９の状態において、フォトトランジスタの頭部での受光領域を模式的に示す図である。図１１は、図９の状態において、フォトトランジスタの受光チップの位置での受光領域を模式的に示す図である。図１２は、受光チップが不正に配置されたフォトトランジスタを備えた図１に示す反射型フォトセンサにおいて、反射光がフォトトランジスタの軸Ｐからずれて入射したときの状態を模式的に示す図である。図１３は、図１２の状態において、フォトトランジスタの頭部での受光領域を模式的に示す図である。図１４は、図１２の状態において、フォトトランジスタの受光チップの位置での受光領域を模式的に示す図である。図１８は、本発明の画像形成装置の一実施形態を示す断面図である。図１９は、図１８が備えるプロセスカートリッジの断面図である。
【００３６】
反射型フォトセンサ７０は、図１に示すように、発光手段としての発光ダイオード７１と、受光手段としてのフォトトランジスタ７２と、ケース７４と、基板９５と、光発散部材としての凹レンズ９６と、を備えている。
【００３７】
この反射型フォトセンサ７０は、図示しない支持部材などによって、後述する搬送ベルト２９と間隔をあけて相対して配置されており、この搬送ベルト２９の表面２９ａ（請求項中の反射面に相当）に形成された位置検知用トナーパッチ９０の位置を検知する。この位置検知用トナーパッチ９０（以下、トナーパッチ９０ともいう）は、黒トナーで高濃度（いわゆるベタ）に形成された複数の矩形状トナー像であって、搬送ベルト２９の表面移動方向に沿って等間隔に配列されている。また、反射型フォトセンサ７０が組み込まれる画像形成装置の構成によっては、反射型フォトセンサ７０が像担持体としての感光体ドラムや中間転写ベルトなどに相対して配置され、これらの像担持体の表面に形成されたトナーパッチ９０の位置を検知してもよい。
【００３８】
発光ダイオード７１（以下、ＬＥＤ７１という）は、電流を流すことにより発光する周知の光半導体部品である。ＬＥＤ７１は、図２３〜図２５に示すように、透明又は半透明の合成樹脂からなる封止部材８３と、該封止部材８３に封止された発光チップ８１Ｌと、該発光チップ８１Ｌに接続された一対のリード線８２と、からなる樹脂モールド型のものである。ＬＥＤ７１の封止部材８３は、円柱状の胴部８５と、胴部８５の一端に一体形成された半球状の頭部８４と、胴部８５の他端に一体形成されたフランジ部８６と、を備えており、いわゆる砲弾形状に形成されている。胴部８５の軸は、ＬＥＤ７１１の軸Ｐと一致する。頭部８４は、その外径が胴部８５の外径Ｄと同じに形成されており、その中心が軸Ｐ上に配置されている。ＬＥＤ７１の発光チップ８１Ｌには、例えば、ピーク発光波長が９５０ｎｍとなるＧａＡｓ素子が用いられている。ＬＥＤ７１の一対のリード線８２は、それぞれの一端が発光チップ８１Ｌに接続されており、それぞれの他端が胴部８５の他端から突出されている。発光チップ８１Ｌが軸Ｐ上に正しく配置されているとき、軸Ｐと照射光Ｌの光路とが一致する。本実施形態では、砲弾形状のＬＥＤ７１を用いているが、これに限らず、光を照射するものであればＬＥＤ７１の形状は任意である。
【００３９】
フォトトランジスタ７２は、受光した光量に応じて電圧を生じる周知の光半導体部品である。フォトトランジスタ７２は、図２３〜図２５に示すように、透明の合成樹脂からなる封止部材８３と、該封止部材８３に封止された受光チップ８１Ｒと、該受光チップ８１Ｒに接続された一対のリード線８２と、からなる。なお、フォトトランジスタ７２とＬＥＤ７１との構成は、受光チップ８１Ｒと発光チップ８１Ｌとのいずれか一方を備える点のみ異なるため、共に図２３〜図２５を用いて構成を説明する。フォトトランジスタ７２の封止部材８３は、上述したＬＥＤ７１と同一の砲弾形状に形成されている。もちろん、フォトトランジスタ７２とＬＥＤ７１とで互いに異なる形状であっても良い。胴部８５の軸は、フォトトランジスタ７１２の軸Ｐと一致する。頭部８４は、その外径が胴部８５の外径Ｄと同じに形成されており、その中心が軸Ｐ上に配置されている。また、フォトトランジスタ７２の頭部８４は、受光部として機能し、その半球状の表面で受光した光を集束させて受光チップ８１Ｒに導く。フォトトランジスタ７２の受光チップ８１Ｒには、例えば、ピーク分光感度波長が８００ｎｍのＳｉ素子が用いられている。フォトトランジスタ７２の一対のリード線８２は、それぞれの一端が受光チップ８１Ｒに接続されており、それぞれの他端が胴部８５の他端から突出されている。また、受光チップ８１Ｒが軸Ｐ上に正しく配置されているとき、軸Ｐと光路が一致する反射光Ｒを受光すると出力電圧が最大となる。
【００４０】
また、本実施形態においては、受光手段としてフォトトランジスタを用いているが、これに限らず、フォトダイオードや、フォトダーリントンなどの、受光した光量に応じた電圧又は電流を生じるものであれば、受光手段として用いることができる。また、フォトトランジスタなどの受光手段の形状を砲弾形状としているが、これに限らず、受光部を備え且つ受光チップが合成樹脂などからなる封止部材に封止された樹脂モールド型のものであれば、受光手段の形状は任意である。また、本実施形態においては、受光部である頭部８４の外径と胴部８５の外径Ｄとが同じに形成されているが、これに限らず、受光部の外径と胴部８５の外径Ｄとが異なるものであっても良い。この場合、後述する反射光Ｒの光路径Ｗが、受光部の外径と同じ又はほぼ同じになるように反射型フォトセンサを構成する。
【００４１】
ケース７４は、非透光性の合成樹脂からなり、図１に示すように長方体状に形成されて、それぞれ断面円形の、第１収容孔としての収容孔７５及び第２収容孔としての収容孔７６が設けられているとともに、ケース７４の図中下方に位置する面（以下、下面７４１という）が、搬送ベルト２９の表面２９ａと間隔をあけて平行に相対するように配置される。
【００４２】
収容孔７５は、内径がＬＥＤ７１の胴部８５の外径Ｄと同一に形成されており、ケース７４の下面７４１とケース７４の図中上方に位置する面（以下、上面７４２という）とを貫通している。収容孔７５の上面７４２側の開口部７５ｂは、ＬＥＤ７１のフランジ部８６の外径より大きく形成されている。これにより、収容孔７５に、頭部８４からＬＥＤ７１を挿入したときに、ＬＥＤ７１のフランジ部８６が収容孔７５内でケース７４に当接して位置決めされる。このとき、収容孔７５の軸にＬＥＤ７１の軸Ｐが重ねられて収容される。ＬＥＤ７１は、搬送ベルト２９の表面２９ａと相対するように収容孔７５に収容されている。つまり、ＬＥＤ７１はケース７４によって搬送ベルト２９の表面２９ａと相対するように支持されている。収容孔７５は、正面方向（図１における手前−奥方向）から見たとき、その軸が搬送ベルト２９の表面２９ａに対し所定の角度をなし、側面方向（図１における左右方向）から見たとき、その軸が下面７４１に直交するように形成されている。これにより、ＬＥＤ７１の照射光Ｌが、上記所定の角度で搬送ベルト２９の表面２９ａに入射される。収容孔７５の下面７４１側の開口部７５ａには、それを塞ぐように形成された照射光規制部材７５１がケース７４と一体に設けられている。この照射光規制部材７５１には、開口径がＬＥＤ７１の胴部８５の外径Ｄより小さく形成された照射光規制開口部７５１ａが、照射光規制部材７５１の中央部を貫通して設けられている。この照射光規制開口部７５１ａは、ＬＥＤの照射光Ｌの光路径を規制して、照射光Ｌが不要に広がることを防ぐ。収容孔７５は、照射光規制部材７５１を設けない構成でも良い。
【００４３】
収容孔７６は、内径がフォトトランジスタ７２の胴部８５の外径Ｄと同一に形成されており、下面７４１と上面７４２とを貫通している。収容孔７６の上面７４２側の開口部７６ｂは、フォトトランジスタ７２のフランジ部８６の外径より大きく形成されている。これにより、収容孔７６に、頭部８４からフォトトランジスタ７２を挿入したときに、フォトトランジスタ７２のフランジ部８６が収容孔７６内でケース７４に当接して位置決めされる。このとき、収容孔７６の軸にフォトトランジスタ７２の軸Ｐが重ねられて収容される。フォトトランジスタ７２は、搬送ベルト２９の表面２９ａと相対するように収容孔７６に収容されている。つまり、フォトトランジスタ７２はケース７４によって搬送ベルト２９の表面２９ａと相対するように支持されている。収容孔７６は、正面方向から見たとき、その軸が搬送ベルト２９の表面２９ａに対し収容孔７５の軸と反対方向に上記所定の角度をなし、側面方向から見たとき、その軸が下面７４１に直交するように形成されている。収容孔７６の下面７４１側の開口部７６ａには、それを塞ぐように形成された反射光規制部材７６１が、ケース７４と一体に設けられている。この反射光規制部材７６１には、フォトトランジスタ７２の胴部８５の外径Ｄより小さく形成された反射光規制開口部７６１ａが、反射光規制部材７６１の中央部を貫通して設けられている。この反射光規制開口部７６１ａは、収容孔７６に進入する反射光Ｒの光路径を規制するとともに、フォトトランジスタ７２に不要な光が受光されることを規制する。
【００４４】
収容孔７５及び収容孔７６は、それぞれの軸が、転送ベルト２９の表面２９ａと直交する１つの平面（入射面という）に沿って並べられて設けられ、且つ、それぞれの軸が、上述した照射光Ｌが入射される搬送ベルト２９の表面２９ａ（即ち、トナーパッチ９０）上の点Ｑから垂直に引いた直線Ｋについて線対称となるように形成されている。換言すると、フォトトランジスタ７２の軸ＰとＬＥＤ７１の軸Ｐとのそれぞれが、直線Ｋに対して同じ角度で互いに逆方向に傾斜されている。これにより、ＬＥＤ７１は、照射光規制開口部７５１ａを通じて、搬送ベルト２９の表面２９ａ及びそれ上に形成された位置検知用トナーパッチ９０に向けて、照射光Ｌを照射し、そして、フォトトランジスタ７２は、ＬＥＤ７１の照射光Ｌが搬送ベルト２９の表面２９ａ及びそれ上に形成された位置検知用トナーパッチ９０で正反射された反射光Ｒを、反射光規制開口部７６１ａを通じて受光する。
【００４５】
基板９５は、合成樹脂で構成された平板の表面に薄膜金属の回路配線が設けられた周知のプリント配線基板である。基板９５は、一方の表面に、上述したケース７４の後面が密に重ねられて配置されているとともに、ＬＥＤ７１及びフォトトランジスタ７２、のそれぞれの一対のリード線８２の他端がはんだ付けされている。これらＬＥＤ７１及びフォトトランジスタ７２は、基板９５を介して図示しない制御部に電気的に接続されており、制御部からの制御信号を受けて照射光Ｌを照射するとともに、受光した反射光Ｒの光量に応じた電圧を該制御部に出力する。
【００４６】
凹レンズ９６は、一方の面が凹状に形成された周知の光学部材であり、通過する光を発散させる特性を有している。凹レンズ９６は、ケース７４の下面７４１側から反射光規制開口部７６１ａに重ねられて配設されている。このとき、凹レンズ９６の凹面は、フォトトランジスタ７２に向けられている。また、凹レンズ９６は、例えば、収容孔７６の内側から反射光規制開口部７６１ａに重ねられて配設されていても良く、又は、反射光規制開口部７６１ａにはめ込まれていても良く、本発明の目的に反しない限り、反射光規制開口部７６１ａ又はその近傍に設けられていれば良い。
【００４７】
凹レンズ９６は、フォトトランジスタ７２の頭部８４に到達した反射光Ｒの光路径Ｗがフォトトランジスタ７２の胴部８５の外径Ｄ（即ち、受光部としての頭部８４の外径）と同じ又はほぼ同じになるように、反射光規制開口部７６１ａを通過する反射光Ｒを発散させる形状のレンズである。換言すると、凹レンズ９６は、フォトトランジスタ７２の軸Ｐ方向から見た頭部８４における反射光Ｒの投影面積（即ち、受光領域Ｅ１）の径（＝光路径Ｗ）が、胴部８５の外径Ｄと同じ又はほぼ同じ（略同じ）になるように、反射光規制開口部７６１ａを通過する反射光Ｒを発散させる。「ほぼ同じ」とは、本発明の目的に反しない範囲で同程度であることを意味している。このようにすることで、フォトトランジスタ７２の頭部８４の全面又はほぼ全面を反射光Ｒで照らすことができる。本発明においては、光路径Ｗ＝胴部８５の外径Ｄ±１０％とするのが望ましく、本発明者らは、この範囲の程度まで本発明の効果が十分にあることを試験で確認している。また、凹レンズ９６は、例えば、両面が凹状に形成されていても良く、通過する光を発散させるものであれば、本発明の目的に反しない限り、その形状は任意である。
【００４８】
ところで、一般的に、樹脂モールド型のフォトトランジスタ７２は、受光チップ８１Ｒの位置精度が低いため、受光チップ８１Ｒの位置が大きくずれて実装されるものがある。そのため、受光チップ８１Ｒの位置ずれが大きいものについては、製造段階において不良品として選別している。この選別の方法は、例えば、フォトトランジスタ７２の受光部としての頭部８４の全面に所定光量の光を照射したときの出力電圧が基準値に満たないものを、不良品として選別する。そのため、このような選別を通過したフォトトランジスタ７２においては、頭部８４の全面又はほぼ全面に光を照らして受光させることで、安定した出力電圧を得ることができる。
【００４９】
そして、本発明では、上述した凹レンズ９６を備えることにより、フォトトランジスタ７２の頭部８４の全面又はほぼ全面を反射光Ｒで照らすことができるので、搬送ベルト２９の表面２９ａとの角度が変化したときでも、安定した出力電圧を得ることができ、フォトトランジスタ７２の出力電圧の変動を防止できる。ここで、反射光Ｒの光路径とは、図２に例示するように、該反射光Ｒの光量がそのピーク値の５０％以上である領域の幅（半値全幅：ＦＷＨＭ）により規定する。照射光Ｌにおける光路径についても同様である。
【００５０】
次に、上述した反射型フォトセンサ７０における本発明に係る作用について、図３〜図１４を参照して説明する。各図において、受光チップ８１Ｒが軸Ｐ上に正常に配置されたフォトトランジスタ７２を符号７２Ａで示し、受光チップ８１Ｒが軸Ｐ上からずれて不正に配置されたフォトトランジスタ７２を符号７２Ｂで示す。これらフォトトランジスタ７２Ａ又はフォトトランジスタ７２Ｂを備えた反射型フォトセンサ７０において、その側面方向から見たときのフォトトランジスタ７２の軸Ｐに直交する方向（即ち、下面７４１の平面方向）に対する搬送ベルト２９の表面２９ａの角度θ（以下、搬送ベルト２９の表面２９ａとの角度θという）が変化したときの、受光チップ８１Ｒの受光状態を説明する。
【００５１】
図３に示すように、フォトトランジスタ７２Ａを備えた反射型フォトセンサ７０において、ケース７４の下面７４１と搬送ベルト２９の表面２９ａとが平行なとき（搬送ベルト２９の表面２９ａとの角度θ＝０）、反射光Ｒの光路が軸Ｐに沿って凹レンズ９６に入射する。そして、凹レンズ９６は、頭部８４に到達した反射光Ｒの光路径Ｗが胴部８５の外径Ｄと同じになるように、反射光規制開口部７６１ａを通過する反射光Ｒを発散させる。すると、図４に示すように、頭部８４での反射光Ｒの受光領域Ｅ１と頭部８４とが重なって、反射光Ｒが頭部８４の全面を照らして受光される。そのため、図５に示すように、受光チップ８１Ｒの位置での反射光Ｒの受光領域Ｅ２内に受光チップ８１Ｒが含まれる（即ち、受光領域Ｅ２と受光チップ８１Ｒとが重なる）。
【００５２】
また、図６に示すように、フォトトランジスタ７２Ａを備えた反射型フォトセンサ７０において、搬送ベルト２９の波打ちなどによって、ケース７４の下面７４１と搬送ベルト２９の表面２９ａとが角度をなしたとき（搬送ベルト２９の表面２９ａとの角度θ≠０）、反射光Ｒの光路が軸Ｐからずれて凹レンズ９６に入射する。そして、凹レンズ９６は、頭部８４に到達した反射光Ｒの光路径Ｗが胴部８５の外径Ｄと同じになるように、反射光規制開口部７６１ａを通過する反射光Ｒを発散させる。すると、図７に示すように、頭部８４での反射光Ｒの受光領域Ｅ１と頭部８４とに若干ずれが生じるもののそれらの大部分が重なって、反射光Ｒが頭部８４のほぼ全面を照らして受光される。そのため、図８に示すように、受光チップ８１Ｒの位置での反射光Ｒの受光領域Ｅ２内に受光チップ８１Ｒが含まれる。
【００５３】
また、図９に示すように、フォトトランジスタ７２Ｂを備えた反射型フォトセンサ７０において、ケース７４の下面７４１と搬送ベルト２９の表面２９ａとが平行なとき（搬送ベルト２９の表面２９ａとの角度θ＝０）、反射光Ｒの光路が軸Ｐに沿って凹レンズ９６に入射する。そして、凹レンズ９６は、頭部８４に到達した反射光Ｒの光路径Ｗが胴部８５の外径Ｄと同じになるように、反射光規制開口部７６１ａを通過する反射光Ｒを発散させる。すると、図１０に示すように、頭部８４での反射光Ｒの受光領域Ｅ１と頭部８４とが重なって、反射光Ｒが頭部８４の全面を照らして受光される。そのため、図１１に示すように、受光チップ８１Ｒの位置での反射光Ｒの受光領域Ｅ２内に受光チップ８１Ｒが含まれる。
【００５４】
また、図１２に示すように、フォトトランジスタ７２Ｂを備えた反射型フォトセンサ７０において、搬送ベルト２９の波打ちなどによって、ケース７４の下面７４１と搬送ベルト２９の表面２９ａとが角度をなしたとき（搬送ベルト２９の表面２９ａとの角度θ≠０）、反射光Ｒの光路が軸Ｐからずれて凹レンズ９６に入射する。そして、凹レンズ９６は、頭部８４に到達した反射光Ｒの光路径Ｗが胴部８５の外径Ｄと同じになるように、反射光規制開口部７６１ａを通過する反射光Ｒを発散させる。すると、図１３に示すように、頭部８４での反射光Ｒの受光領域Ｅ１と頭部８４とに若干ずれが生じるもののそれらの大部分が重なって、反射光Ｒが頭部８４のほぼ全面を照らして受光される。そのため、図１４に示すように、受光チップ８１Ｒの位置での反射光Ｒの受光領域Ｅ２内に受光チップ８１Ｒが含まれる。
【００５５】
このように、受光チップ８１Ｒが正常に配置されたフォトトランジスタ７２Ａを備えた反射型フォトセンサ７０及び受光チップ８１Ｒが不正に配置されたフォトトランジスタ７２Ｂを備えた反射型フォトセンサ７０のいずれにおいても、搬送ベルト２９の波打ちなどによって、搬送ベルト２９の表面２９ａとの角度θが変化した場合でも、受光チップ８１Ｒの位置での反射光Ｒの受光領域Ｅ２内に受光チップ８１Ｒを含めることができ、受光領域Ｅ２と受光チップ８１Ｒとが重なって、受光チップ８１Ｒの受光量が変化することを防止できる。
【００５６】
以上より、本発明によれば、反射光規制開口部７６１ａに重ねられて凹レンズ９６が設けられ、そして、この凹レンズ９６が、フォトトランジスタ７２の頭部８４に到達した反射光Ｒの光路径Ｗがフォトトランジスタ７２の胴部８５の外径Ｄ（即ち、頭部８４の外径）と同じ又はほぼ同じになるように、反射光規制開口部７６１ａを通過する反射光Ｒを発散させる形状のレンズであるので、フォトトランジスタ７２の頭部８４の全面又はほぼ全面を反射光Ｒで照らして受光させることができ、そのため、受光チップ８１Ｒの配置にずれのある安価な樹脂モールド型のフォトトランジスタ７２を用いた場合でも、搬送ベルト２９の表面２９ａとの角度θの変化にかかわらず、受光チップ８１Ｒの位置での反射光Ｒの受光領域Ｅ２に受光チップ８１Ｒを含めることができ、受光チップ８１Ｒの受光量が変化することを防止して、出力電圧の変動を防ぐことができる。したがって、搬送ベルト２９の表面２９ａとの角度の変化による出力電圧の変動を小さくできる反射型フォトセンサ７０を低コストで提供できる。
【００５７】
また、フォトトランジスタ７２の頭部８４に到達した反射光Ｒの光路径Ｗをフォトトランジスタ７２の胴部８５の外径Ｄより大きくしすぎると、該頭部８４での単位面積当たりの受光量が減少して、アンプなどによる増幅が必要となりＳ／Ｎ比が低下してしまうが、本発明では、フォトトランジスタ７２の頭部８４に到達した反射光Ｒの光路径Ｗを、フォトトランジスタ７２の胴部８５の外径Ｄと同じ又はほぼ同じとしているので、頭部８４から逸れる反射光を少なくして頭部８４における単位面積当たりの受光量が減少することを防止でき、Ｓ／Ｎ比の低下による検知精度の低下を防止できる。
【００５８】
また、凹レンズ９６が、一方の面が凹状に形成された凹レンズで構成されているので、簡易な形状であって且つ安価な部材を用いることができ、そのため、搬送ベルト２９の表面２９ａとの角度の変化による出力電圧の変動を小さくできる反射型フォトセンサ７０をさらに低コストで提供できる。
【００５９】
上述した実施形態では、反射光規制開口部７６１ａに凹レンズ９６を設ける構成であったが、これに限らず、本発明では、この凹レンズ９６に代えて、少なくとも１つの凸面を備えた凸レンズ９７を設けても良い。このような構成の反射型フォトセンサ７０Ａを、図１５に示す。なお、図１５において、上述した実施形態と同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００６０】
凸レンズ９７は、一方の面が凸状に形成された周知の光学部材であり、通過する光を集束させる特性を有している。凸レンズ９７は、ケース７４の下面７４１側から反射光規制開口部７６１ａに重ねられて配設されている。このとき、凸レンズ９７の凸面は、フォトトランジスタ７２に向けられている。凸レンズ９７は、その焦点Ｓが凸レンズ９７とフォトトランジスタ７２との間に位置するように、形成されている。これにより、凸レンズ９７を通過して、焦点Ｓに集束された光が焦点Ｓを過ぎると発散されて、上述した凹レンズ９６と同様に機能する。また、凸レンズ９７は、例えば、収容孔７６の内側から反射光規制開口部７６１ａに重ねられて配設されていても良く、又は、反射光規制開口部７６１ａにはめ込まれていても良く、本発明の目的に反しない限り、反射光規制開口部７６１ａ又はその近傍に設けられていれば良い。
【００６１】
凸レンズ９７は、フォトトランジスタ７２の頭部８４に到達した反射光Ｒの光路径Ｗがフォトトランジスタ７２の胴部８５の外径Ｄ（即ち、受光部としての頭部８４の外径）と同じ又はほぼ同じになるように、反射光規制開口部７６１ａを通過する反射光Ｒを発散させる形状のレンズである。換言すると、凸レンズ９７は、フォトトランジスタ７２の軸Ｐ方向から見た頭部８４における反射光Ｒの投影面積（即ち、受光領域Ｅ１）の径（＝光路径Ｗ）が、胴部８５の外径Ｄと同じ又はほぼ同じになるように、反射光規制開口部７６１ａを通過する反射光Ｒを発散させる。本発明においては、光路径Ｗ＝胴部８５の外径Ｄ±１０％とするのが望ましい。また、凸レンズ９７は、両面が凸状に形成されていても良く、通過する光を集束させたのち発散させるものであれば、本発明の目的に反しない限り、その形状は任意である。
【００６２】
このように、反射型フォトセンサ７０Ａは、反射光規制開口部７６１ａに重ねられて凸レンズ９７が設けられ、そして、この凸レンズ９７が、フォトトランジスタ７２の頭部８４に到達した反射光Ｒの光路径Ｗがフォトトランジスタ７２の胴部８５の外径Ｄ（即ち、頭部８４の外径）と同じ又はほぼ同じになるように、反射光規制開口部７６１ａを通過する反射光Ｒを発散させる形状のレンズであるので、フォトトランジスタ７２の頭部８４の全面又はほぼ全面を反射光Ｒで照らして受光させることができ、そのため、受光チップ８１Ｒの配置にずれのある安価な樹脂モールド型のフォトトランジスタ７２を用いた場合でも、搬送ベルト２９の表面２９ａとの角度θの変化にかかわらず、受光チップ８１Ｒの位置での反射光Ｒの受光領域Ｅ２に受光チップ８１Ｒを含めることができ、受光チップ８１Ｒの受光量が変化することを防止して、出力電圧の変動を防ぐことができる。したがって、搬送ベルト２９の表面２９ａとの角度の変化による出力電圧の変動を小さくできる反射型フォトセンサ７０を低コストで提供できる。
【００６３】
また、フォトトランジスタ７２の頭部８４に到達した反射光Ｒの光路径Ｗをフォトトランジスタ７２の胴部８５の外径Ｄより大きくしすぎると、該頭部８４での単位面積当たりの受光量が減少して、アンプなどによる増幅が必要となりＳ／Ｎ比が低下してしまうが、本発明では、フォトトランジスタ７２の頭部８４に到達した反射光Ｒの光路径Ｗを、フォトトランジスタ７２の胴部８５の外径Ｄと同じ又はほぼ同じとしているので、頭部８４から逸れる反射光を少なくして頭部８４における単位面積当たりの受光量が減少することを防止でき、Ｓ／Ｎ比の低下による検知精度の低下を防止できる。
【００６４】
また、凸レンズ９７が、一方の面が凸状に形成された凸レンズで構成されているので、簡易な形状であって且つ安価な部材を用いることができ、そのため、搬送ベルト２９の表面２９ａとの角度の変化による出力電圧の変動を小さくできる反射型フォトセンサ７０をさらに低コストで提供できる。
【００６５】
また、本発明によれば、上述した実施形態の照射光規制開口部７５１ａ又はその近傍に、照射光Ｌを集束させる光集束部材としての凸レンズ９８を設けた構成でもよい。このような凸レンズ９８を備えた構成の反射型フォトセンサ７０Ｂを、図１６に示す。なお、図１６において、上述した実施形態と同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００６６】
凸レンズ９８は、一方の面が凸状に形成された周知の光学部材であり、通過する光を集束させる特性を有している。凸レンズ９８は、ケース７４の下面７４１側から照射光規制開口部７５１ａに重ねられて配設されている。このとき、凸レンズ９８の凸面は、搬送ベルト２９に向けられている。また、凸レンズ９８は、例えば、収容孔７５の内側から照射光規制開口部７５１ａに重ねられて配設されていても良く、又は、照射光規制開口部７５１ａにはめ込まれていても良く、本発明の目的に反しない限り、照射光規制開口部７５１ａ又はその近傍に設けられていればよい。
【００６７】
凸レンズ９８は、凹レンズ９６に到達した反射光Ｒの光路径Ｖが所定の径に集束されるように、開口部７５ａを通過する照射光Ｌを集束させる形状のレンズである。所定の径とは、反射光規制開口部７６１ａの開口径をＵ、ケース７４の下面７４１と搬送ベルト２９の表面２９ａとの距離をｈ、搬送ベルト２９の表面２９ａとの角度をθと、したとき、
所定の径  ＝  Ｕ＋ｈ×２×ｔａｎθ  ・・・（１）
とされるのが望ましい。このように反射光Ｒの光路径Ｖを、上記（１）式を満たす所定の径とすることで、搬送ベルト２９の表面２９ａとの角度が±θの範囲で変動したときでも、反射光Ｒが反射光規制開口部７６１ａから逸れることがなく、かつ単位面積当たりの光量を増加させることができる。また、上記所定の径は、反射光Ｒの光量を上げるという本発明の目的に反しない限り、どのような値であっても良い。
【００６８】
このように、反射型フォトセンサ７０Ｂは、照射光規制開口部７５１ａ又はその近傍には、光集束部材としての凸レンズ９８が設けられ、そして、この凸レンズ９８が、凹レンズ９６に到達した反射光Ｒの光路径Ｖが所定の径に集束されるように、照射光規制開口部７５１ａを通過する照射光Ｌを集束させる形状のレンズであるので、凸レンズ９８によって照射光Ｌを集束させることで、凹レンズ９６を通過する反射光Ｒの光量を上げることができ、そのため、反射光Ｒが凹レンズ９６によって発散されることによるフォトトランジスタ７２の頭部８４での受光量の減少を回避して、検知精度の低下を防止できる。また、反射型フォトセンサ７０Ｂの凹レンズ９６に代えて、上述した凸レンズ９７を備えた、図１７に示す反射型フォトセンサ７０Ｃにおいても、上記と同様の効果を得ることができる。
【００６９】
次に、上述した反射型フォトセンサを有する画像形成装置の一実施形態について、図１８、図１９を参照して説明する。
【００７０】
画像形成装置１は、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色の画像即ちカラー画像を、一枚の転写材としての記録紙７（図１８に示す）に形成する。なお、イエロー、マゼンダ、シアン、黒の各色に対応するユニットなどを、以下、符号の末尾に各々Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを付けて示す。
【００７１】
画像形成装置１は、図１８に示すように、装置本体２と、給紙ユニット３と、レジストローラ対１０と、転写ユニット４と、定着ユニット５と、複数のレーザ書き込みユニット２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋと、複数のプロセスカートリッジ６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋと、上述した反射型フォトセンサ７０と、を少なくとも備えている。
【００７２】
装置本体２は、例えば、箱状に形成され、フロア上などに設置される。装置本体２は、給紙ユニット３と、レジストローラ対１０と、転写ユニット４と、定着ユニット５と、複数のレーザ書き込みユニット２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋと、複数のプロセスカートリッジ６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋと、反射型フォトセンサ７０と、を収容している。
【００７３】
給紙ユニット３は、装置本体２の下部に複数設けられている。給紙ユニット３は、前述した記録紙７を重ねて収容するとともに装置本体２に出し入れ自在な給紙カセット２３と、給紙ローラ２４とを備えている。給紙ローラ２４は、給紙カセット２３内の一番上の記録紙７に押し当てられている。給紙ローラ２４は、前述した一番上の記録紙７を、転写ユニット４の後述する搬送ベルト２９と、プロセスカートリッジ６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋの後述する現像装置１３の感光体ドラム８との間に送り出す。
【００７４】
レジストローラ対１０は、給紙ユニット３から転写ユニット４に搬送される記録紙７の搬送経路に設けられており、一対のローラ１０ａ，１０ｂを備えている。レジストローラ対１０は、一対のローラ１０ａ，１０ｂ間に記録紙７を挟み込み、該挟み込んだ記録紙７をトナー像に重ね合わせ得るタイミングで、転写ユニット４とプロセスカートリッジ６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋとの間に送り出す。
【００７５】
転写ユニット４は、給紙ユニット３の上方に設けられている。転写ユニット４は、駆動ローラ２７と、従動ローラ２８と、搬送ベルト２９と、転写ローラ３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋとを備えている。駆動ローラ２７は、記録紙７の搬送方向の下流側に配置されており、駆動源としてのモータなどによって回転駆動される。従動ローラ２８は、装置本体２に回転自在に支持されており、記録紙７の搬送方向の上流側に配置されている。搬送ベルト２９は、無端環状に形成されており、前述した駆動ローラ２７と従動ローラ２８との双方に掛け渡されている。搬送ベルト２９は、駆動ローラ２７が回転駆動されることで、前述した駆動ローラ２７と従動ローラ２８との回りを図中反時計回りに循環（無端走行）する。
【００７６】
反射型フォトセンサ７０は、搬送ベルト２９の駆動ローラ２７の近傍に配設されている。反射型フォトセンサ７０のケース７４の下面７４１は、搬送ベルト２９の表面２９ａに間隔をあけて平行に相対して配置されている。反射型フォトセンサ７０は、搬送ベルト２９の表面２９ａに形成された濃度検知用トナーパッチのトナー付着量を検出し、該付着量に応じた電圧を出力する。また、反射型フォトセンサ７０は、搬送ベルト２９の表面２９ａに形成された位置検知用トナーパッチ９０の位置を検出し、該位置に応じた電圧を出力する。反射型フォトセンサ７０が出力する上記各電圧は、図示しない制御部に送られる。この制御部はマイクロコンピュータなどによって構成されている。
【００７７】
転写ローラ３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋは、それぞれ、プロセスカートリッジ６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋの感光体ドラム８との間に搬送ベルト２９と該搬送ベルト２９上の記録紙７とを挟む。転写ユニット４は、転写ローラ３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋが、給紙ユニット３から送り出された記録紙７を各プロセスカートリッジ６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋの感光体ドラム８の外表面に押し付けて、感光体ドラム８上のトナー像を記録紙７に転写する。転写ユニット４は、トナー像を転写した記録紙７を定着ユニット５に向けて送り出す。
【００７８】
定着ユニット５は、転写ユニット４の記録紙７の搬送方向の下流に設けられ、互いの間に記録紙７を挟む一対のローラ５ａ，５ｂを備えている。定着ユニット５は、一対のローラ５ａ，５ｂ間に転写ユニット４から送り出されてきた記録紙７を押圧加熱することで、感光体ドラム８から記録紙７上に転写されたトナー像を、該記録紙７に定着させる。
【００７９】
レーザ書き込みユニット２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋは、それぞれ、装置本体２の上部に取り付けられている。レーザ書き込みユニット２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋは、それぞれ、一つのプロセスカートリッジ６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋに対応している。レーザ書き込みユニット２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋは、プロセスカートリッジ６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋの後述の帯電ローラ９により一様に帯電された感光体ドラム８の外表面にレーザ光を照射して、静電潜像を形成する。
【００８０】
プロセスカートリッジ６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋは、それぞれ、転写ユニット４と、レーザ書き込みユニット２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋとの間に設けられている。プロセスカートリッジ６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋは、装置本体２に着脱自在である。プロセスカートリッジ６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋは、記録紙７の搬送方向に沿って、互いに並設されている。
【００８１】
プロセスカートリッジ６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋは、図１９に示すように、カートリッジケース１１と、帯電装置としての帯電ローラ９と、像担持体（感光体ともいう）としての感光体ドラム８と、クリーニング装置としてのクリーニングブレード１２と、現像装置１３と、現像剤供給装置３５を備えている。このため、画像形成装置１は、帯電ローラ９と、感光体ドラム８と、クリーニングブレード１２と、現像装置１３と、現像剤供給装置３５を少なくとも備えている。
【００８２】
カートリッジケース１１は、装置本体２に着脱自在で、かつ帯電ローラ９と、感光体ドラム８と、クリーニングブレード１２と、現像装置１３と、現像剤供給装置３５を収容している。帯電ローラ９は、感光体ドラム８の外表面を一様に帯電する。
【００８３】
感光体ドラム８は、現像装置１３の後述する現像ローラ１５と間隔をあけて配されている。感光体ドラム８は、軸芯を中心として回転自在な円柱状又は円筒状に形成されている。感光体ドラム８は、帯電ローラ９に印加されたＡＣ電圧とＤＣ電圧とを重畳させた帯電バイアスによって、その外表面が一様に帯電（例えば、−５００Ｖ〜−７００Ｖ）されたのち、対応するレーザ書き込みユニット２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋによってレーザ光が照射されて、その外表面上に静電潜像が形成される。感光体ドラム８は、外表面上に形成されかつ担持する静電潜像にトナー３６が吸着して現像し、こうして得られたトナー像を搬送ベルト２９との間に位置付けられた記録紙７に転写する。クリーニングブレード１２は、記録紙７にトナー像を転写した後に、感光体ドラム８の外表面に残留したトナー３６を除去する。
【００８４】
現像装置１３は、図１９に示すように、現像剤供給部１４と、ケース２５と、規制部材としての規制ブレード１６と、現像剤担持体としての現像ローラ１５と、を少なくとも備えている。
【００８５】
現像剤供給部１４は、収容槽１７と、攪拌部材としての一対の攪拌スクリュー１８と、を備えている。収容槽１７は、感光体ドラム８と長さが略等しい箱状に形成されている。また、収容槽１７内には、該収容槽１７の長手方向に沿って延びた仕切壁１９が設けられている。仕切壁１９は、収容槽１７内を第１空間２０と、第２空間２１とに区画している。また、第１空間２０と第２空間２１とは、両端部が互いに連通している。
【００８６】
収容槽１７は、第１空間２０と第２空間２１との双方に現像剤２６を収容する。現像剤２６は、粉体としてのトナー３６と、磁性キャリアとを含んでいる。第１空間２０と、第２空間２１とのうち現像ローラ１５から離れた側の第１空間２０の一端部には、供給孔３７が開口している。トナー３６は、供給孔３７を通して、後述する現像剤供給装置３５により適宜供給される。
【００８７】
トナー３６は、乳化重合法又は懸濁重合法により製造された球状の微粒子である。なお、トナー３６は、種々の染料又は顔料を混入・分散した合成樹脂で構成される塊を粉砕して得られても良い。トナー３６の平均粒径は、３μｍ以上でかつ７μｍ以下である。また、トナー３６は、粉砕加工などにより形成されても良い。
【００８８】
磁性キャリアは、第１空間２０と第２空間２１との双方に収容されている。磁性キャリアの平均粒径は、２０μｍ以上でかつ３５μｍ以下である。磁性キャリアは、磁性材料としてのフェライトで構成された球状の芯材と、アクリルなどの熱可塑性樹脂とメラミン樹脂とを架橋させた樹脂成分と帯電調整剤とを含有しかつ前記芯材の外表面を被覆した樹脂コート膜と、樹脂コート膜に分散された球状のアルミナ粒子と、を備えている。
【００８９】
攪拌スクリュー１８は、第１空間２０と第２空間２１それぞれに収容されている。攪拌スクリュー１８の長手方向は、収容槽１７、現像ローラ１５及び感光体ドラム８の長手方向と平行である。攪拌スクリュー１８は、軸芯周りに回転自在に設けられており、軸芯周りに回転することで、トナー３６と磁性キャリアとを攪拌するとともに、該軸芯に沿って現像剤２６を搬送する。
【００９０】
図示例では、第１空間２０内の攪拌スクリュー１８は、現像剤２６を前述した一端部から他端部に向けて搬送する。第２空間２１内の攪拌スクリュー１８は、現像剤２６を他端部から一端部に向けて搬送する。
【００９１】
前述した構成によれば、現像剤供給部１４は、第１空間２０の一端部に供給されたトナー３６を磁性キャリアと攪拌しながら、他端部に搬送し、この他端部から第２空間２１の他端部に搬送する。そして、現像剤供給部１４は、第２空間２１内でトナー３６と磁性キャリアとを攪拌し、軸芯方向に搬送しながら、現像ローラ１５の外周面に供給する。
【００９２】
ケース２５は、箱状に形成され、前述した現像剤供給部１４の収容槽１７に取り付けられて、該収容槽１７とともに、現像ローラ１５などを覆う。また、ケース２５の感光体ドラム８と相対する部分には、開口部２５ａが設けられている。
【００９３】
規制ブレード１６は、平板状に形成され、かつ収容槽１７の感光体ドラム８寄りの端部即ち後述する現像スリーブ３２の回転方向の収容槽１７と感光体ドラム８との間に設けられている。規制ブレード１６は、収容槽１７から現像ローラ１５に向かって突出した状態で収容槽１７に取り付けられている。規制ブレード１６は、現像スリーブ３２の外表面と間隔をあけた状態で、前述したケース２５に取り付けられている。規制ブレード１６は、所望の厚さを越える現像スリーブ３２の外表面上の現像剤２６を収容槽１７内にそぎ落として、現像領域３１に搬送される現像スリーブ３２の外表面上の現像剤２６を所望の厚さにする。
【００９４】
現像ローラ１５は、円柱状に形成され、第２空間２１と、感光体ドラム８との間でかつ前述した開口部２５ａの近傍に設けられている。現像ローラ１５は、感光体ドラム８と収容槽１７との双方と平行である。現像ローラ１５は、感光体ドラム８と間隔をあけて配されている。現像ローラ１５と感光体ドラム８との間の隙間は、現像剤２６のトナー３６を感光体ドラム８に吸着させて、静電潜像を現像してトナー像を得る現像領域３１をなしている。現像領域３１では、現像ローラ１５と感光体ドラム８とが相対する。
【００９５】
現像ローラ１５は、図１９に示すように、円柱状の芯金３４と、円筒状のマグネットローラ（磁石体ともいう）３３と、非磁性円筒体としての前述した現像スリーブ３２とを備えている。芯金３４は、長手方向が感光体ドラム８の長手方向と平行に配され、前述したケース２５に回転することなく固定されている。
【００９６】
マグネットローラ３３は、磁性材料で構成され、かつ円筒状に形成されているとともに、複数の固定磁極が設けられている。マグネットローラ３３は、芯金３４の外周に軸芯回りに回転することなく固定されている。
【００９７】
固定磁極は、長尺で棒状の磁石であり、マグネットローラ３３のローラ本体３３ａに取り付けられている。固定磁極は、マグネットローラ３３のローラ本体３３ａ即ち現像ローラ１５の長手方向に沿って延びており、該マグネットローラ３３のローラ本体３３ａの全長に亘って設けられている。前述した構成のマグネットローラ３３は、現像スリーブ３２内に収容されている（内包されている）。
【００９８】
一つの固定磁極は、前述した攪拌スクリュー１８と相対して、現像スリーブ３２即ち現像ローラ１５の外周面上に磁気力を生じて、収容槽１７の第２空間２１内の現像剤２６を現像スリーブ３２の外周面に吸着する。
【００９９】
他の一つの固定磁極は、前述した感光体ドラム８と相対して、現像スリーブ３２即ち現像ローラ１５の外周面上に磁気力を生じて、現像スリーブ３２と感光体ドラム８との間に磁界を形成する。この固定磁極は、該磁界によって磁気ブラシを形成することで、現像スリーブ３２の外周面に吸着された現像剤２６のトナー３６を感光体ドラム８に受け渡すようになっている。
【０１００】
さらに、マグネットローラ３３には、前述した二つの固定磁極の他に現像前の現像剤２６を現像剤供給部１４の収容槽１７から現像領域３１まで搬送したり、現像済みの現像剤２６を現像領域３１から収容槽１７まで搬送したりするための固定磁極が設けられている。
【０１０１】
前述した固定磁極即ちマグネットローラ３３は、現像スリーブ３２の外周面に現像剤２６を吸着すると、現像剤２６の磁性キャリアを固定磁極が生じる磁力線に沿って複数重ねさせて、該現像スリーブ３２の外周面上に立設（穂立ち）させる。このように、磁性キャリアが磁力線に沿って複数重なって現像スリーブ３２の外表面上に立設する状態を、磁性キャリアが現像スリーブ３２の外表面上に穂立ちするという。すると、この穂立ちした磁性キャリアに前述したトナー３６が吸着する。即ち、現像スリーブ３２は、マグネットローラ３３の磁力により外表面に現像剤２６を吸着する。
【０１０２】
現像スリーブ３２は、図１９に示すように、円筒状に形成されている。現像スリーブ３２は、マグネットローラ３３を内包し（収容し）て、軸芯回りに回転自在に設けられている。現像スリーブ３２は、その内周面が固定磁極に順に相対するように回転される。現像スリーブ３２は、アルミニウム合金、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などの非磁性材料で構成されている。また、現像スリーブ３２には、図示しない電圧印加装置によって、ＡＣ電圧とＤＣ電圧とを重畳させた現像バイアス（例えば、−３００Ｖ〜−５００Ｖ）が印加される。
【０１０３】
本実施形態では、現像スリーブ３２は、その外周面にランダムな楕円形状の凹みを多数有している。かかるランダムな楕円形状の凹みは、勿論、現像スリーブ３２の外周面から凹に形成され、長手方向が現像スリーブ３２の軸方向に沿うものと、長手方向が現像スリーブ３２の周方向に沿うものとが設けられている。長手方向が現像スリーブ３２の軸方向に沿う凹みが、長手方向が現像スリーブ３２の周方向に沿う凹みより多い。さらに、凹みの長手方向の長さ（長径）は、０．０５ｍｍ以上でかつ０．３ｍｍ以下となっており、幅方向の幅（端径）は、０．０２ｍｍ以上でかつ０．１ｍｍ以下となっている。
【０１０４】
凹みは、現像スリーブ３２を構成する素管を、比較的大きいカットワイヤ（金属ワイヤを短尺に切断したもの）よりなるメディア（例えば、オーステナイト系のステンレス鋼又はマルチンサイト系のステンレス鋼などの磁性材料で構成され、外径が０．５ｍｍ以上でかつ１．２ｍｍ以下で、かつ全長をＬとし外径をＤとするとＬ／Ｄが４以上でかつ１０以下の短線状の円柱状に形成されたもの）とともに回転磁場内に位置付け、当該回転磁場によりメディアを自転させながら素管の回りを公転させて、当該メディアを素管の外周面に衝突されて、形成される。
【０１０５】
このように、凹みは、素管にメディアを従来のブラスト工法のように衝突させることによって形成される。このように、前記現像スリーブ３２が、その外周面にランダムな楕円形状の凹みを多数有していると、その表面にピッチの粗い凹凸を有するものとなり、そのために、現像剤２６の滑りにくい一つ一つの凹みを根とした太い穂立ちが形成されると共に、該凹みも磨耗しにくいものとなり、よって、長期にわたって画像ムラの生じることのない安定した良好な画像を得ることができる。
【０１０６】
前述した構成の現像装置１３は、現像剤供給部１４でトナー３６と磁性キャリアとを十分に攪拌し、この攪拌した現像剤２６を現像スリーブ３２の外表面に吸着する。そして、現像装置１３は、現像スリーブ３２が回転して、当該現像スリーブ３２に吸着した現像剤２６を現像領域３１に向かって搬送する。
【０１０７】
そして、現像装置１３は、規制ブレード１６で所望の厚さを超えた現像剤２６をそぎ落として、当該所望の厚さになった現像剤２６を感光体ドラム８に吸着させる。こうして、現像装置１３は、現像剤２６を現像ローラ１５に担持し、現像領域３１に搬送して、感光体ドラム８上の静電潜像を現像して、トナー像を形成する。
【０１０８】
そして、現像装置１３は、現像済みの現像剤２６を収容槽１７まで搬送し、収容槽１７内に離脱させる。さらに、そして、収容槽１７内に収容された現像済みの現像剤２６は、再度、第２空間２１内で他の現像剤２６と十分に攪拌されて、感光体ドラム８の静電潜像の現像に用いられる。
【０１０９】
現像剤供給装置３５は、現像装置１３の現像剤供給部１４の上方に取り付けられている。現像剤供給装置３５は、互いに連結されたトナー容器４０と搬送槽４１とを備えている。現像剤供給装置３５は、現像剤供給部１４内のトナー３６の量（濃度）に応じて、トナー容器４０内に格納されたトナー３６を搬送槽４１内でほぐしたのち、該トナー３６を現像剤供給部１４の第２空間２１に供給する。
【０１１０】
前述した構成の画像形成装置１は、以下に示すように、記録紙７に画像を形成する。
【０１１１】
まず、画像形成装置１は、感光体ドラム８を回転して、この感光体ドラム８の外表面を、帯電バイアスが印加された帯電ローラ９により一様に帯電（−５００Ｖ〜−７００Ｖ）する。そして、感光体ドラム８の外表面に形成する画像に応じたレーザ光を照射すると、このレーザ光が照射された部分の電位が約−５０Ｖとなって、トナーで現像される静電潜像が形成される。そして、静電潜像が現像領域３１に位置付けられると、現像装置１３の現像スリーブ３２の外表面に吸着した現像剤２６のトナー３６が、現像スリーブ３２に印加された現像バイアス（−３００Ｖ〜−５００Ｖ）によって感光体ドラム８の低電位箇所である静電潜像に吸着して静電潜像を現像し、トナー像を感光体ドラム８の外表面に形成する。
【０１１２】
そして、画像形成装置１は、給紙ユニット３の給紙ローラ２４などにより搬送されてきた記録紙７が、プロセスカートリッジ６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋの各感光体ドラム８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｋと転写ユニット４の搬送ベルト２９との間に位置して、各感光体ドラム８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｋの外表面上に形成されたトナー像を順次記録紙７に転写する。画像形成装置１は、定着ユニット５で、記録紙７にトナー像を定着する。こうして、画像形成装置１は、記録紙７にカラー画像を形成する。
【０１１３】
また、上述した画像形成装置１では、上記のような画像形成動作とは別に、電源投入時、または所定枚数通紙後に各色の画像濃度を適正化するためのプロセスコントロール動作（以下、プロコン動作という）が実行される。このプロコン動作では、濃度検知用トナーパッチ（以下、基準パターンという）が、色（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）ごとに互いに重ならないように搬送ベルト２９の表面２９ａに形成される。つまり、搬送ベルト２９は像担持体に相当する。これら搬送ベルト２９の表面２９ａに形成される基準パターンは、帯電バイアス及び現像バイアスを順次切り替えることにより、連続階調となるパターンとする。即ち、本実施形態では、トナー付着量が階調的に変化するライン状の基準パターンを、搬送ベルト２９の表面移動方向に沿って作成する。
【０１１４】
そして、画像形成装置１では、トナー濃度が階調的に変化する基準パターンのトナー付着量を、反射型フォトセンサ７０で検知する。反射型フォトセンサ７０のフォトトランジスタ７２は、トナー付着量に応じた電圧を出力し、この出力電圧が画像形成装置１の図示しない制御部に送られる。この制御部では、フォトトランジスタ７２の出力電圧から得られる反射光量に基づいて、基準パターンのトナー付着量を連続的に把握し、この把握したトナー付着量と予め決められた目標付着量とを比較する。そして、この比較結果に基づいて、制御部は、画像濃度制御手段として機能し、レーザ書き込みユニット２２のレーザ光の強度、帯電ローラ９の帯電バイアス、現像スリーブ３２に印加する現像バイアス、現像剤供給装置３５からの現像剤供給量などを適宜変更し、画像濃度が所望の濃度になるように調節する。
【０１１５】
また、このプロコン動作においては、トナー像の位置ずれ補正も行われる。この位置ずれ補正のプロコン動作では、位置検知用トナーパッチ９０が、搬送ベルト２９の表面２９ａに形成される。この位置検知用トナーパッチ９０は、黒トナーで高濃度（いわゆるベタ）に形成された複数の矩形状トナー像であって、搬送ベルト２９の表面移動方向に沿って等間隔に配列されている。即ち、本実施形態では、同一濃度の矩形状のトナー像を搬送ベルト２９の表面移動方向に一列に沿って作成する。
【０１１６】
そして、画像形成装置１では、位置検知用トナーパッチ９０が備える複数の矩形状のトナー像の位置を、反射型フォトセンサ７０で検知する。反射型フォトセンサ７０のフォトトランジスタ７２は、複数のトナー像の位置に応じた電圧を出力し、この出力電圧が画像形成装置１の図示しない制御部に送られる。この制御部では、フォトトランジスタ７２の出力電圧から得られる反射光量に基づいて、複数のトナー像のそれぞれの位置を把握し、この把握したトナー像の位置から各トナー像の間隔を求め、この間隔と予め決められた基準値とを比較する。そして、この比較結果に基づいて、制御部は、位置ずれ量制御手段として機能し、潜像形成用のレーザ光照射タイミングや、像担持体の回転速度などを適宜調整し、各トナー像の間隔が基準値と一致するように調整する。
【０１１７】
以上より、本発明によれば、搬送ベルト２９の表面２９ａに付着されたトナー像の位置を検知するための反射型フォトセンサとして、上述した反射型フォトセンサ７０を有しているので、駆動ローラ２７の軸振れや搬送ベルト２９の浪打などによって生じる搬送ベルト２９の表面２９ａとの角度の変化による出力電圧の変動を小さくして、トナー像の位置を正確に検知できる画像形成装置１を低コストで提供できる。
【０１１８】
また、搬送ベルト２９の表面２９ａに付着されたトナーの付着量を検知するための反射型フォトセンサとして、上述した反射型フォトセンサ７０を有しているので、駆動ローラ２７の軸振れや搬送ベルト２９の浪打などによって生じる搬送ベルト２９の表面２９ａとの角度の変化による出力電圧の変動を小さくして、トナー付着量を正確に検知できる画像形成装置１を低コストで提供できる。
【０１１９】
また、上述した実施形態では、反射型フォトセンサ７０が、搬送ベルト２９の表面２９ａに相対して配置されており、搬送ベルト２９の表面２９ａに形成された濃度検知用トナーパッチのトナー付着量、及び、位置検知用トナーパッチ９０（即ち、トナー像）の位置を反射型フォトセンサ７０で検知するものであったが、このような反射型フォトセンサ７０の配置に代えて、例えば、図２０に示すように、反射型フォトセンサ７０は、各色のプロセスカートリッジ６内に、感光体ドラム８と相対して配置されていても良い。そして、反射型フォトセンサ７０は、感光体ドラム８の表面移動方向に沿って形成された濃度検知用トナーパッチのトナー付着量及び位置検知用トナーパッチの位置を検知する。また、中間転写体としての中間転写ベルトを備えた画像形成装置においては、反射型フォトセンサ７０を該中間転写ベルトに相対して配置し、該中間転写ベルトの表面に形成された濃度検知用トナーパッチのトナー付着量及び位置検知用トナーパッチの位置を検知しても良い。
【０１２０】
本発明者らは、本発明の効果を確認するために、本発明に係る反射型フォトセンサと、従来の構成の反射型フォトセンサと、を用いて、搬送ベルト２９の表面２９ａとの角度θに対する出力電圧を実測した。以下に実測に用いた反射型フォトセンサの構成と、測定方法を示す。
【０１２１】
（実施例１）
上述した本発明の実施形態である反射型フォトセンサ７０において、ＬＥＤ７１の胴部の直径がφ３．０ｍｍ、フォトトランジスタ７２の胴部の直径Ｄ（即ち、受光部としての頭部８４の外径）がφ３．０ｍｍ、照射光規制開口部７５１ａの開口径がφ０．７ｍｍ、反射光規制開口部７６１ａの開口径がφ１．０ｍｍ、ケース７４の下面７４１と搬送ベルト２９の表面２９ａとの距離（即ち、反射面との距離）が５．０ｍｍ、凹レンズ９６の直径がφ２．５ｍｍ、凹レンズの焦点距離が−５．０ｍｍ、反射光規制開口部７６１ａとフォトトランジスタ７２の頭部８４の先端までの距離が３．０ｍｍ、に構成されている。この構成において、フォトトランジスタ７２の軸Ｐ方向から見た頭部８４における反射光Ｒの投影面積の径（即ち、光路径Ｗ）はφ３．０ｍｍになり、フォトトランジスタ７２の胴部の直径Ｄと同一にされている。
【０１２２】
（比較例１）
実施例１の構成において、凹レンズ９６を備えない以外は、実施例１と同一に構成されている。この構成において、フォトトランジスタ７２の軸Ｐ方向から見た頭部８４における反射光Ｒの投影面積の径（即ち、光路径Ｗ）はφ１．０ｍｍになる。
【０１２３】
実施例１及び比較例１それぞれの反射型フォトセンサにおいて、そのケース下面７４１と搬送ベルト２９の表面２９ａとの距離を５．０ｍｍ、且つ、搬送ベルト２９の表面２９ａとの角度θを０、とした状態で、出力電圧が３．０Ｖ±０．１Ｖとなるように、ＬＥＤ７１の順電流を調節する。このとき、搬送ベルト２９の表面２９ａにはトナーは付着しておらず、また、搬送ベルト２９は停止している。そして、搬送ベルト２９の表面２９ａとの角度θを−２度から＋２度まで変化させたときの、フォトトランジスタ７２の出力電圧を測定した。この測定結果のグラフを図２１に示す。
【０１２４】
図２１から明らかなように、凹レンズ９６を備えない従来の構成の反射型フォトセンサ（比較例１）に比べて、凹レンズ９６を備えた本発明に係る反射型フォトセンサ（実施例１）の方が、出力電圧の傾きが小さくなり、搬送ベルト２９の表面２９ａとの角度θの変化に対する出力電圧の変動が小さくなることが判る。このように、実測に基づく試験結果からも、本発明によれば、反射面との角度の変化にかかわらず、出力電圧の変動を防ぐことができることが確認できた。
【０１２５】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【符号の説明】
【０１２６】
１        画像形成装置
２９      搬送ベルト（像担持体）
２９ａ    搬送ベルトの表面（反射面）
３６      トナー（粉体）
７０、７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ    反射型フォトセンサ
７１      発光ダイオード（発光手段）
７２、７２Ａ、７２Ｂ    フォトトランジスタ（受光手段）
７４      ケース
７５      収容孔（第１収容孔）
７５ａ    開口部（第１収容孔の開口部）
７５１    照射光規制部材
７５１ａ  照射光規制開口部
７６      収容孔（第２収容孔）
７６ａ    開口部（第２収容孔の開口部）
７６１    反射光規制部材
７６１ａ  反射光規制開口部
８１Ｌ    発光チップ
８１Ｒ    受光チップ
８２      リード線
８３      封止部材
８４      頭部（受光部）
８５      胴部
８６      フランジ部
９０      位置検知用トナーパッチ
９６      凹レンズ（光発散部材）
９７      凸レンズ（光発散部材）
９８      凸レンズ（光集束部材）
Ｌ        照射光
Ｒ        反射光
Ｅ１      フォトトランジスタの頭部での受光領域
Ｅ２      フォトトランジスタの受光チップの位置での受光領域
Ｐ        発光ダイオードの軸、フォトトランジスタの軸
Ｄ        胴部の外径
Ｗ        フォトトランジスタの頭部に到達した反射光の光路径（受光手段に到達した反射光の光路径）
Ｖ        凹レンズに到達した反射光の光路径（光発散部材に到達した反射光の光路径）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１２７】
【特許文献１】特開平２００６−２０８２６６号公報
【図１】
2010181214.tif 000003
【図２】
2010181214.tif 000004
【図３】
2010181214.tif 000005
【図４】
2010181214.tif 000006
【図５】
2010181214.tif 000007
【図６】
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【図７】
2010181214.tif 000009
【図８】
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【図９】
2010181214.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2010181214.tif 000014
【図１３】
2010181214.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
2010181214.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
2010181214.tif 000042
【図４１】
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【図４２】
2010181214.tif 000044
【図４３】
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【図４４】
2010181214.tif 000046
【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
2010181214.tif 000049
【図４８】
2010181214.tif 000050
【図４９】
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【図５０】
2010181214.tif 000052
【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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