(57)【要約】【課題】搬送スクリューによる現像剤の搬送性能と撹拌性能とを高いレベルで両立する。【解決手段】複数条の羽根を有し、現像剤を撹拌しながら搬送する搬送スクリュー（１４）は、軸部材（５１）と、軸部材の外周に、それぞれ螺旋状に設けられた第１の羽根（５２ａ）及び第２の羽根（５２ｂ）とを有する。第１の羽根は、第１の羽根及び第２の羽根が設けられている軸方向の範囲内に、第１の外径（Ｄ３）を有する第１大径部（６３ａ）と、第１の外径より小さな第２の外径（Ｄ２）を有する第１小径部（６２ａ）と、を有する。【選択図】図７
2020020964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数条の羽根を有し、現像剤を撹拌しながら搬送する搬送スクリューであって、
軸部材と、
前記軸部材の外周に、それぞれ螺旋状に設けられた第１の羽根及び第２の羽根と、を有し、
前記第１の羽根は、前記第１の羽根及び前記第２の羽根が設けられている軸方向の範囲内に、第１の外径を有する第１大径部と、前記第１の外径より小さな第２の外径を有する第１小径部と、を有する、
ことを特徴とする搬送スクリュー。
【請求項２】
前記第１大径部及び前記第１小径部は、それぞれ複数の位置に設けられ、前記軸部材の回転方向に交互に配置される、
ことを特徴とする請求項１に記載の搬送スクリュー。
【請求項３】
前記第１大径部及び前記第１小径部は、前記軸部材の回転方向に１周分の回転角度以下の周期で交互に配置され、
１周期分の前記第１大径部及び前記第１小径部を前記軸方向から見たとき、前記軸部材の軸心に対して、前記軸部材の外径と前記第２の外径との間にある部分の面積ｓ１と、前記第２の外径と前記第１の外径との間にある部分の面積ｓ２との比（ｓ１／ｓ２）が、０．５≦ｓ１／ｓ２≦１．５の関係を満たす、
ことを特徴とする請求項２に記載の搬送スクリュー。
【請求項４】
前記面積ｓ１と前記面積ｓ２との比（ｓ１／ｓ２）が、０．９≦ｓ１／ｓ２≦１．１の関係を満たす、
ことを特徴とする請求項３に記載の搬送スクリュー。
【請求項５】
前記第２の羽根は、前記第１の羽根及び前記第２の羽根が設けられた前記軸方向の範囲内に、第３の外径を有する第２大径部と、前記第３の外径より小さい第４の外径を有する第２小径部と、を有する、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の搬送スクリュー。
【請求項６】
前記軸方向における前記第１大径部の位置と前記第２小径部の位置とが重なり、
前記軸方向における前記第２大径部の位置と前記第１小径部の位置とが重なる、
ことを特徴とする請求項５に記載の搬送スクリュー。
【請求項７】
前記第２の羽根は、前記第１の羽根及び前記第２の羽根が設けられた前記軸方向の範囲に亘って一定の外径である、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の搬送スクリュー。
【請求項８】
前記第１の羽根及び前記第２の羽根を含む３条以上の羽根を備えている、
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の搬送スクリュー。
【請求項９】
現像剤を担持する現像剤担持体と、
トナー及びキャリアを含む現像剤を収容する容器であって、前記現像剤担持体に現像剤を供給する第１室と、前記第１室と共に現像剤の循環経路を構成する第２室と、前記第２室に現像剤を補給するための開口部と、を有する容器と、
前記第１室に配置された第１搬送スクリューと、
前記第２室に配置され、前記第１搬送スクリューと共に現像剤を循環させる第２搬送スクリューと、を備え、
前記第２搬送スクリューは、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の搬送スクリューである、
ことを特徴とする現像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、現像剤を撹拌しながら搬送する搬送スクリュー及び搬送スクリューを備えた現像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式又は静電記録方式の画像形成装置は、帯電したトナー粒子を現像装置から像担持体に供給することで、像担持体の表面に担持された静電潜像をトナー像に現像する。現像剤としては、キャリアとトナーとを含む二成分現像剤が広く用いられている。現像装置の容器内部では、搬送スクリューによって現像剤の撹拌及び循環が行われ、トナー濃度の均一化並びにキャリア及びトナーの摩擦帯電が行われる。また、現像によって容器内のトナーが消費されると、トナーボトル等の補給装置からトナーが補給され、搬送スクリューによって容器内に存在していた現像剤と混合される。
【０００３】
このような現像装置に使用可能な搬送スクリューとして、次のような羽根形状が提案されている。特許文献１及び２には、複数条の螺旋状の羽根を有する多条スクリューが記載されている。特許文献３乃至５には、螺旋状の羽根の一部が切り欠かれて、非連続に形成されたスクリューが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２５８５３５号公報
【特許文献２】特開２００２−３１９４０号公報
【特許文献３】特開平７−３３３９６８号公報
【特許文献４】特開平８−２８６４８０号公報
【特許文献５】特開２０１０−２５６４２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、サイズが小さく、かつ少量の現像剤で稼働する現像装置が求められている。このような現像装置の内部では、限られた量の現像剤を効率的に循環させることで、必要な量の現像剤担持体に安定して供給する必要がある。また、現像装置に収容される現像剤量に対する補給トナー量の比率が相対的に増大するため、補給トナーを効率的に撹拌してトナー濃度を速やかに均一化することが求められる。
【０００６】
しかしながら、上記文献のいずれに記載のスクリュー構成も、現像剤の搬送性能と撹拌性能とを高いレベルで両立することはできなかった。一般的に、螺旋状の羽根の径方向外側部分に比べて、羽根の内側部分の現像剤搬送への貢献は小さいことが知られている。発明者が確認したところ、単条スクリューより搬送性能が高い多条スクリューを用いた場合であっても、羽根を不連続に形成した場合には不連続部におけるスクリュー軸の付近で現像剤の搬送速度が顕著に低下することが判明した。スクリュー軸の付近において現像剤の搬送方向（スクリューの軸方向）への移動が滞ると、現像剤の効率的な撹拌が妨げられる。
【０００７】
そこで、本発明は、現像剤の搬送性能と撹拌性能とを高いレベルで両立可能な搬送スクリュー、及びこの搬送スクリューを備えた現像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、複数条の羽根を有し、現像剤を撹拌しながら搬送する搬送スクリューであって、軸部材と、前記軸部材の外周に、それぞれ螺旋状に設けられた第１の羽根及び第２の羽根と、を有し、前記第１の羽根は、前記第１の羽根及び前記第２の羽根が設けられている軸方向の範囲内に、第１の外径を有する第１大径部と、前記第１の外径より小さな第２の外径を有する第１小径部と、を有する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、現像剤の搬送性能と撹拌性能とを高いレベルで両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１に係る画像形成装置の概略図。
【図２】実施例１に係る現像装置の断面図。
【図３】実施例１に係る現像装置の内部を上方から見た概略図。
【図４】単条スクリューにおける羽根のピッチと現像剤の搬送性能の関係を表すグラフ。
【図５】図４の結果が得られる理由を説明するための図。
【図６】切欠き部を有する多条スクリューの模式図。
【図７】実施例１に係る撹拌スクリューの断面図（ａ）及び側面図（ｂ）。
【図８】実施例１（ａ）、その変形例（ｂ）、及び実施例２（ｃ）における撹拌スクリューの羽根の配置を表す模式図。
【図９】トナー濃度とインダクタンスセンサの出力信号のレベルとの関係を表すグラフ。
【図１０】現像装置に対するトナー補給に関する制御構成を示すブロック図。
【図１１】トナー補給があった後のトナー濃度の測定値の時間的変化を表すグラフ。
【図１２】トナー濃度のピーク変化値と出力画像の濃度ムラとの関係を表す図。
【図１３】撹拌スクリューの羽根形状の設定を検討するために行った試験の結果を表すグラフ（ａ）及び表（ｂ）。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、第１の実施形態（実施例１）に係る画像形成装置１００の構成を示す概略図である。画像形成装置１００は、中間転写ベルト２５に沿って画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫを配列したタンデム型中間転写方式の画像形成エンジン１０１を備えたフルカラープリンタである。
【００１３】
各画像形成部ＰＹ〜ＰＫは、電子写真式の画像形成ユニットであり、電子写真プロセスを実行することでトナー像を形成する。即ち、画像形成部ＰＹは、感光体である感光ドラム１０の表面を帯電器２１によって一様に帯電させ、レーザースキャナ２２が照射するレーザー光によってドラム表面に静電潜像を書き込む。この静電潜像は、現像装置１から供給されるトナーによって現像され、イエローのトナー像が可視化される。
【００１４】
同様のプロセスは他の画像形成部ＰＭ，ＰＣ，ＰＫにおいても並行して進められ、マゼンタ・シアン・ブラックの各色のトナー像が形成される。各画像形成部ＰＹ〜ＰＫの構成は、現像に用いられるトナーの色を除いて実質的に同じであるため、説明を省略する。各画像形成部ＰＹ〜ＰＫの感光ドラム１０に担持されたトナー像は、一次転写ローラ２３により、一次転写部Ｔ１において中間転写ベルト２５に一次転写される。このとき、最初に中間転写ベルト２５に転写されるイエローのトナー像に他の色のトナー像が重なるように転写されることで、中間転写ベルト２５の表面にフルカラーのトナー像が形成される。中間転写ベルト２５に転写されずに感光ドラム１０に残った転写残トナー等の付着物は、ドラムクリーナ２４によって除去される。
【００１５】
本実施例の中間転写体である中間転写ベルト２５は、テンションローラ２６、二次転写内ローラ２７及び駆動ローラ２８に巻き回され、駆動ローラ２８により、感光ドラム１０の回転方向Ｒ１に連れ回る回転方向Ｒ２に搬送される。中間転写ベルト２５を挟んで二次転写内ローラ２７に対向する位置には二次転写ローラ２９が配置され、二次転写ローラ２９と中間転写ベルト２５との間のニップ部として二次転写部Ｔ２が形成されている。二次転写部Ｔ２には、カセット又はトレイ等から記録材Ｓが１枚ずつ給送される。中間転写ベルト２５に担持されたトナー像は、二次転写部Ｔ２に形成されるバイアス電界により、記録材Ｓへと二次転写される。記録材Ｓに転写されずに中間転写ベルト２５に残った転写残トナー等の付着物は、ベルトクリーナ３０によって除去される。
【００１６】
その後、記録材Ｓは定着装置３１へ搬送される。定着装置３１は、記録材Ｓを挟持して搬送する回転体対と、ハロゲンランプ等の熱源とを有し、記録材Ｓを搬送しながらトナー像を加熱及び加圧する。これにより、トナー粒子が溶融し、その後固着することで、記録材Ｓに定着した画像が得られる。定着装置３１を通過した記録材Ｓは、画像形成装置１００の外部へ排出される。
【００１７】
各画像形成部ＰＹ〜ＰＫの現像装置１には、補給装置３２が接続される。補給装置３２は、補給用の現像剤を収容する収容容器と、収容容器から排出される現像剤を計量しながら現像装置１に補給するホッパ装置とを含む。収容容器に収容される現像剤は、各画像形成部ＰＹ〜ＰＫに対応する色のトナーを含んでいる。後述するように、補給装置３２は、現像装置１に設けられたトナー濃度センサからの検知信号に基づいて現像装置１に現像剤を補給する動作を行う。
【００１８】
なお、以下で説明する現像装置及び搬送スクリューの構成は、上述の画像形成エンジン１０１を有する画像形成装置に限らず、例えば感光体から記録材にトナー像を直接転写する方式の画像形成装置にも適用可能である。
【００１９】
［現像装置］
本実施例の現像装置１について、図２及び図３を用いて説明する。図２は、現像装置１を長手方向（感光ドラム１０の軸方向）に垂直な平面で切断した断面図であり、図３は現像装置１の内側を上方から見た様子を表している。
【００２０】
図２に示すように、現像装置１は、現像容器２と、現像スリーブ５及びマグネットローラ４からなる現像ローラ３と、ブレード６と、現像スクリュー１３と、撹拌スクリュー１４とを備える。現像容器２は現像剤を収容する本実施例の容器であり、現像スリーブ５は現像剤を担持する本実施例の現像剤担持体である。撹拌スクリュー１４は現像剤を撹拌しながら搬送する本実施例の搬送スクリューであると共に、現像スクリュー１３を第１搬送スクリューとした場合の第２搬送スクリューである。
【００２１】
現像容器２の内部には、現像スリーブ５に現像剤を供給する現像室１１（供給搬送路）と、現像室１１と共に現像剤の循環経路を構成する撹拌室１２（撹拌搬送路）とが設けられている。現像室１１及び撹拌室１２は、本実施例の隔壁である仕切り部材１５によって空間的に仕切られている。現像室１１は本実施例における容器の第１室であり、撹拌室１２は本実施例における容器の第２室である。
【００２２】
現像ローラ３は、現像容器２に対して固定された円柱状のマグネットローラ４と、マグネットローラ４の周囲を回転する現像スリーブ５とで構成される。磁界発生手段としてのマグネットローラ４は、周方向の複数の位置に磁極（Ｎａ，Ｎｂ，Ｎｃ，Ｓａ，Ｓｂ）を有する。現像スリーブ５は図中矢印方向に回転駆動され、吸引極Ｎａの位置で吸着した現像剤を現像ローラ３と感光ドラム１０とが対向する現像領域に向かって搬送する。ブレード６は、吸引極Ｎａと現像極Ｎｂとの間に配置された磁極Ｓａの付近で穂立ちした状態の現像剤の厚さを規制するドクターブレードであり、現像領域に到達する現像剤量を制御する。
【００２３】
現像領域に到達した現像剤は、現像極Ｎｂが発生する磁界によって現像ローラ３の径方向にキャリアが連なった磁気穂を形成する。この状態で、現像スリーブ５に印加されるバイアス電圧及びドラム表面の電位分布に従って、トナー粒子が感光ドラムへ向かって飛翔する。これにより、感光ドラムに帯電したトナー粒子が供給され、ドラム表面の静電潜像がトナー像として可視化される。現像に供された後の現像剤は剥離極Ｎｃと吸引極Ｎａとの間にある無磁力帯において現像スリーブ５から剥離され、現像室１１へと戻される。
【００２４】
本実施例では二成分現像剤を使用しており、現像容器２に収容される現像剤はマイナス帯電極性の非磁性トナーとプラス帯電極性の磁性キャリアとを含んでいる。非磁性トナーは、例えばポリエステル、スチレンアクリル等の樹脂に着色料、ワックス成分などを内包させ、粉砕あるいは重合によって粉体としたものに、酸化チタン、シリカ等の微粉末を表面に添加したものである。磁性キャリアは、フェライト粒子のコア、又は磁性粉を混錬した樹脂粒子のコアの表層に、樹脂コートを施したものである。なお、未だ現像に供されたことがない新品（初期状態）の現像剤中のトナー濃度（現像剤の全重量に占めるトナーの重量の割合（ＴＤ比））は、本実施例では１０％に設定される。
【００２５】
現像装置１は、現像によるトナー消費に伴うトナー濃度の低下を補うため、上述の補給装置３２からトナーを補給するように構成される。現像容器２には撹拌室１２と現像装置１の外部とを連通する開口部である補給口１９（図３参照）が設けられている。補給装置３２は、補給口１９を介して現像装置１にトナーを補給する。
【００２６】
図３に示すように、現像容器２の内部において、現像剤は現像スクリュー１３及び撹拌スクリュー１４によって撹拌されながら現像室１１及び撹拌室１２を循環搬送される。仕切り部材１５には、撹拌室１２から現像室１１への現像剤の流入を許容する第１連通口１６と、現像室１１から撹拌室１２への現像剤の流入を許容する第２連通口１７とが設けられている。補給口１９は、撹拌室１２における現像剤の搬送方向Ｖ１において第２連通口１７より上流に設けられている。補給口１９を介して撹拌室１２に落下したトナーは、撹拌スクリュー１４及び現像スクリュー１３の撹拌作用を受けて周囲の現像剤と混合されながら搬送される。これにより、現像容器２の内部におけるトナー濃度が均一化されると共に、トナーとキャリアとが摩擦帯電した状態の現像剤が現像スリーブ５に供給される。
【００２７】
本実施例の現像装置１は、現像容器２から現像剤を少量ずつ排出し、補給装置３２からキャリアを含む現像剤を補給することで現像容器内のキャリアを徐々に置換する、所謂ＡＣＲ（Ａｕｔｏ  Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｒｅｆｒｅｓｈ）技術を採用している。一般に、二成分現像剤を用いる現像方式は、磁性トナーからなる一成分現像剤を用いる現像方式よりもトナーの受けるストレスが少ないという特徴を有している。現像剤中のキャリアの表面積はトナーよりも大きいことから、初期においてはトナーがキャリア表面に付着することによるキャリアの汚れはあまり生じない。しかし、長期間の使用により、キャリア表面に付着した汚れ（スペント）が増加し、そのためにトナーを帯電させるキャリアの能力が次第に低下する。その結果、かぶり（帯電量の小さいトナーが白地部に薄く付着する画像不良）又はトナー飛散の問題が発生する。現像装置１の長寿命化を図るために、現像容器２に封入するキャリアの量を増やすことも考えられるが、これは現像装置の大型化を招くため好ましくない場合がある。
【００２８】
ＡＣＲ構成を備えた現像装置１は、具体的には現像容器２から現像剤を排出するための排出口を備えている。排出口は、現像室１１又は撹拌室１２の底面に対して所定高さに設けられ、容器内の現像剤の剤面レベルが所定高さを超えた場合に余剰の現像剤として排出する。補給装置３２から補給されるキャリアの量と排出口から排出されるキャリアの量とが均衡することにより、現像容器２に収容されている各キャリア粒子の累積使用期間の平均値は一定値に収束する。これにより、キャリアの帯電性能を大略一定に保つことが可能となり、画質の安定性向上に貢献する。
【００２９】
［搬送スクリュー］
ここで、搬送スクリューのピッチと搬送性能との一般的な関係について説明する。図４は、搬送スクリューの螺旋状の羽根のピッチと、１回転当たりの現像剤搬送量の関係を表すグラフであり、搬送スクリューの例として、外径が１４ｍｍの単条スクリューを用いて測定した結果を示している。図４に示される通り、通常、１回転当たりの現像剤搬送量は搬送スクリューのピッチに対して上に凸なグラフを描く。この搬送スクリューの場合、ピッチが３０ｍｍの場合に１回転当たりの現像剤搬送量が最も多くなった。
【００３０】
図５を用いてこのような現象が観測される理由を説明する。搬送スクリュー５０は、スクリュー軸５１と、螺旋状の羽根５２とを有する。ピッチ５３は、羽根５２がスクリュー軸５１の周りを１周する際の軸方向（現像剤の搬送方向Ｖ１）の長さである。１ピッチ分の羽根５２の間に存在する全ての現像剤が、スクリュー軸５１の回転に伴う羽根５２の見かけ上の移動に追従して運ばれると仮定すると、搬送スクリュー５０が１回転する間に現像剤が進む距離はピッチ５３に等しい。しかしながら、実際には現像剤は羽根５２の表面を滑るように移動し、全ての現像剤が羽根５２に追従して搬送されるわけではない。
【００３１】
ピッチ５３を広げていくと、羽根５２の角度α（羽根５２の径方向外側の端部が描くつる巻き線が、軸方向に垂直な方向から見てスクリューの回転軸線と交差する角度）は小さくなる。すると、羽根５２の搬送面の法線ベクトルＦが含む径方向外向きの成分Ｆ２が増える一方で、軸方向に平行な成分Ｆ１は減少する。そのため、ピッチ５３が広すぎると、搬送スクリュー５０の回転エネルギーの大部分が、羽根５２が現像剤を径方向外側に押し出す仕事に消費されてしまい、現像剤を軸方向に沿って搬送する能力が相対的に低下する。一方、ピッチ５３が狭すぎると、角度αが大きいため羽根５２が効率的に現像剤を軸方向に移動させるようになるが、１回転当たりの羽根５２の軸方向の移動量が小さいため、この場合も搬送性能が低下する。その結果、図４に示すように、ピッチ５３が適切な値である場合に搬送性能が最大となる凸状の曲線が観察される。
【００３２】
以下、本実施例に係る撹拌スクリュー１４の構成について説明する。
【００３３】
本実施例では、撹拌スクリュー１４として、螺旋状の羽根が複数条設けられた（つまり、軸方向に垂直な断面に複数の羽根が存在する）多条スクリューを採用している。多条スクリューは、複数条の螺旋状の羽根を備えているため、スクリューが１回転した際にスクリュー近傍の一点を通過する羽根の枚数が増加し、結果として現像剤の搬送性能を向上可能であることが知られている。つまり、単条スクリューでは、上述のように羽根５２の角度αを適切な値に設定したとしても、現像剤が羽根５２の搬送面に対して滑ってしまい搬送性能に限界があるところ、羽根を複数条とすることで搬送性能が改善される。また、多条スクリューを用いることで、スクリューが１回転した際に撹拌室１２の現像剤が受ける撹拌作用の回数が増加するため、撹拌スクリュー１４の撹拌性能の向上を期待することができる。撹拌性能とは、トナーとキャリアと摺擦して摩擦帯電させる能力、及び補給口１９から補給されたトナーを周囲の現像剤と混合してトナー濃度を素早く均一化する能力を指す。
【００３４】
また、本実施例では、多条スクリューの各条の羽根が、軸方向の一部を切り欠かれた切欠き部を有する構成とした。つまり、図６に示すように、多条スクリューの少なくとも１条の羽根５２２に切欠き部（羽根の径方向外側の端部が不連続となる不連続部）を有する形状とした。図中の羽根５２２は切欠き部を有する羽根であり、羽根５２１，５２３は切欠き部に対してそれぞれ搬送方向Ｖ１の上流側、下流側に位置する羽根である。
【００３５】
このような切欠き部を設けることで、羽根によって分断されていた現像剤が切欠き部において合流し、羽根によって再度分断されることで、現像剤が効率的に撹拌される。即ち、スクリュー軸５１が図中矢印方向に回転するとき、羽根５２２の一方側に存在していた現像剤（白矢印）と他方側に存在していた現像剤（黒矢印）とが切欠き部において合流し、混ざり合う。その後、羽根５２２の切欠かれていない部分により、再度、現像剤は分断される。スクリュー軸５１の回転に伴ってこのような合流と分断とが繰り返されることにより、現像剤の効率的な撹拌が可能となり、例えば、補給口１９から補給されたトナーを周囲の現像剤と速やかに混合することができる。
【００３６】
ところで、発明者らが検討したところ、このように羽根の切欠き部を有するスクリューを用いた場合に、切欠き部においてスクリュー軸５１の付近に存在する現像剤の搬送速度が低下し、スクリュー軸５１の外周面近傍に留まろうとする傾向が見られた。撹拌スクリュー１４による現像剤の搬送速度が部分的にでも低下すると、現像容器に収容された現像剤の全量に対し、現像室１１に存在する現像剤量の割合が減少するため、現像スリーブ５に対する現像剤の供給効率が低下する。そして、現像スリーブ５へ現像剤を安定して供給するためには、容器内の現像剤量（特に、初期状態のキャリア量）を多めに設定する必要が生じ、製造コストや維持コストの増大及びスクリューの駆動負荷の増大等につながる。
【００３７】
また、切欠き部においてスクリュー軸付近で現像剤の滞留が発生することにより、スクリュー軸５１の表面に現像剤が融着する可能性がある。現像剤の融着が発生すると、実質的に撹拌スクリュー１４の形状が変更された状態となり、現像剤の搬送性能又は撹拌性能が阻害される場合がある。このような現像剤の融着は、長期間の使用により現像装置１の内部の現像剤が劣化した場合に生じ易くなる。
【００３８】
そこで、本実施例では、図７（ａ）、（ｂ）に示すようにスクリューの羽根の切欠き部６４に、羽根の最大外径（Ｄ３）より小さな外径（Ｄ２）を有する小径の羽根（６２ａ，６２ｂ）を設けている。ただし、図７（ａ）は撹拌スクリュー１４が有する複数条の羽根の１条を軸方向から見た模式図であり、図７（ｂ）は撹拌スクリュー１４の側面図である。具体的には、撹拌スクリュー１４として２条の羽根を有する２条スクリューを採用し、各羽根５２ａ，５２ｂに、相対的に大きな外径Ｄ３を有する外羽根部６３ａ，６３ｂと、相対的に小さな外径Ｄ２を有する内羽根部６２ａ，６２ｂとを混在させた。
【００３９】
スクリュー軸５１は本実施例の軸部材であり、羽根５２ａは本実施例の第１の羽根であり、羽根５２ｂは本実施例の第２の羽根である。外羽根部６３ａは、第１の外径を有する本実施例の第１大径部であり、内羽根部６２ａは第１大径部より小さな第２の外径を有する本実施例の第１小径部である。また、外羽根部６３ｂは、第３の外径を有する本実施例の第２大径部であり、内羽根部６２ｂは第２大径部より小さな第４の外径を有する本実施例の第２小径部である。なお、本実施例において、第１の外径と第３の外径は等しく（Ｄ３）、第２の外径と第４の外径も等しい（Ｄ１）。
【００４０】
図８（ａ）は撹拌スクリュー１４の羽根の配置を説明するための模式図である。図中の実線は外羽根部６３ａ，６３ｂを表し、破線は内羽根部６２ａ，６２ｂを表している。本実施例において、羽根５２ａ，５２ｂの各々は、複数の外羽根部６３ａ，６３ｂと複数の内羽根部６２ａ，６２ｂとが、回転方向において９０度毎に交互に配置されている。従って、外羽根部６３ａ，６３ｂ及び内羽根部６２ａ，６２ｂは、スクリュー軸５１の回転方向に一定の回転角度（本実施例では１８０度）を周期として周期的に現れる。
【００４１】
このように、羽根５２ａ，５２ｂの径方向外側の端部が不連続となる不連続部（切欠き部６４）に外径の小さな内羽根部６２ａ，６２ｂを設けたことで、不連続部においてスクリュー軸５１の近傍に現像剤が滞留することを抑制することができる。これにより、不連続部を設けたことによる撹拌性能の改善効果を確保しつつ、撹拌室１２における現像剤の平均搬送速度を増大させ、現像スリーブ５に対して効率的に現像剤を供給することが可能となる。また、スクリュー軸５１に対する現像剤の融着も回避されるため、撹拌スクリュー１４の搬送性能及び撹拌性能を長期間に亘って維持することが可能となる。
【００４２】
また、軸方向に垂直な断面において、羽根５２ａ，５２ｂはスクリュー軸５１を挟んで反対側の位相に配置されている。このとき、軸方向のある位置に一方の羽根の外羽根部（６３ａ又は６３ｂ）が設けられているときは、軸方向の同じ位置に他方の羽根の内羽根部（６２ａ又は６２ｂ）が設けられているようにすると好適である。言い換えると、軸方向における第１大径部（６３ａ）の位置と第２小径部（６２ｂ）の位置とが重なり、軸方向における第２大径部（６３ｂ）の位置と第１小径部（６２ａ）の位置とが重なるようにすると好適である。このような配置は、現像剤が撹拌スクリュー１４から受ける搬送方向Ｖ１の力軸方向の位置による変動を抑制し、搬送性能の向上に寄与する。
【００４３】
本実施例では、各羽根５２ａ，５２ｂについて、外羽根部６３ａ，６３ｂと内羽根部６２ａ，６２ａとを所定の面積比で混在させることにより、搬送性能と撹拌性能を高いレベルで両立することを図っている。具体的には、後述の実験結果も参酌して、図７（ａ）に示すようにスクリュー軸の回転方向Ｖ２において３６０度分の羽根５２ａを軸方向に見たとき、内側の羽根面積Ｓ１と外側の羽根面積Ｓ２との比（Ｓ１／Ｓ２）が次の関係を満たすようにする。
０．５≦Ｓ１／Ｓ２≦１．５      ・・・（１）
【００４４】
ただし、内側の羽根面積Ｓ１は、スクリュー軸５１の軸心に対してスクリュー軸５１の外径Ｄ１から内羽根部６２ａの外径Ｄ２までの範囲の面積であり、外側の羽根面積Ｓ２は内羽根部６２ａの外径Ｄ２から外羽根部６３ａの外径Ｄ３までの範囲の面積である。また、図７（ａ）には１つの羽根５２ａのみが図示されているが、本実施例では他方の羽根５２ｂについても同様の関係が成り立っている。
【００４５】
式（１）の条件を満たすスクリューの構成例は次の通りである。各羽根５２ａ，５２ｂのピッチを３０ｍｍとする。スクリュー軸５１の直径を６ｍｍ（Ｄ１＝６）とし、内羽根部６２ａ，６２ｂの直径を９．４ｍｍ（Ｄ２＝９．４）とし、外羽根部６３ａ，６３ｂの直径を１４ｍｍ（Ｄ３＝１４）とする。
【００４６】
［撹拌性能の評価］
上述のように構成された撹拌スクリュー１４の現像剤の撹拌性能を評価するため、補給口１９からトナーを補給した場合の、トナー濃度センサ４３によるトナー濃度の測定値の変化を観察した（図３参照）。トナー濃度センサ４３としては、現像剤の磁気特性を検知するインダクタンスセンサを用い、センサ近傍のトナー濃度を検出するようにした。
【００４７】
トナー濃度センサ４３として使用したインダクタンスセンサの性質について説明する。このインダクタンスセンサは、現像剤の透磁率に関する情報を検知するセンサであって、撹拌室１２に透磁率の検知面を突出させた状態（撹拌スクリュー１４に対向した状態）で現像容器２に取り付けられた。また、検知面の付近に現像剤が滞留することを防ぐため、検知面が撹拌スクリュー１４に十分接近するようにセンサを配置した。発明者は、検知面と撹拌スクリュー１４の回転軌跡（外径Ｄ３の円筒面）との間の距離をＧとしたとき、センサの感度の観点から、距離Ｇの値が０．２〜２．５［ｍｍ］であると好適であることを確認した。ただし、センサを撹拌スクリュー１４に近づけすぎると検知面がスクリューの羽根に接触する可能性が高まる。その場合、センサの変形、破損に伴う削り粉の現像剤への混入、又は検知面と羽根に挟まれた現像剤の凝集（凝集塊は現像された画像の劣化の原因となる）といった好ましくない影響が現れる可能性がある。これらの検討結果を鑑みて、以下の評価試験では距離Ｇを０．５ｍｍに設定している。
【００４８】
トナー濃度センサ４３は検知面から所定の検出範囲の透磁率を検出するので、現像剤のトナー濃度が一定であったとしても、撹拌スクリュー１４の回転に伴って検出される透磁率も変化する。具体的には、スクリューの回転に伴って現像剤がトナー濃度センサ４３の検知面の付近を通過するので、透磁率の検出値は撹拌スクリュー１４の回転周期に対応する周期で極大値と極小値とを繰り返す波形を描く。
【００４９】
ここでは、トナー濃度センサ４３による現像剤の透磁率の検出を１０ｍｓ毎に行うものとした。そして、１０ｍｓ毎の検出値を、波形のある極大値から他の極大値までの間隔で規定される所定の時間窓（例えば、撹拌スクリュー１４の回転速度で１回転に要する時間）で平均化した値を、当該時間窓における透磁率の測定値とする。
【００５０】
上述したように、二成分現像剤は磁性キャリアと非磁性トナーを主成分としている。この現像剤のトナー濃度が変化すると、磁性粒子であるキャリアが占める割合が変化するため、現像剤の透磁率も変化する。その透磁率の変化を、トナー濃度センサ４３により検出する。トナー濃度センサ４３が出力する電気信号は、図９に示すようにトナー濃度に応じてほぼ直線的に変化する。即ち、トナー濃度センサ４３から出力される信号の値は、現像装置に収容されている二成分現像剤のトナー濃度に対応している。
【００５１】
次に、トナー濃度センサ４３からの出力信号を処理する回路構成を図１０のブロック図を用いて説明する。図１０において、エンジン調整機構１０６は、画像形成エンジン１０１（図１）を制御する制御部である。中央処理装置（ＣＰＵ）１０４は、非一過性の記憶媒体を含む記憶回路１０３にアクセスしてプログラムを読み出し、これを実行することにより、画像形成エンジン１０１の各部の動作を制御する。例えば、外部機器から画像形成装置に対して画像情報及び画像形成の指令が送信されると、画像形成装置の画像処理装置１０２が画像情報を解析して、エンジン調整機構１０６が処理可能な形式の画像データを生成する。画像処理装置１０２から画像データを受け取ったＣＰＵ１０４は、各色の単色画像を副走査方向及び主走査方向に展開したデータを、ビデオ信号として各画像形成部ＰＹ〜ＰＫのレーザースキャナ２２に伝送する処理により、画像形成を実行に移す。
【００５２】
上記トナー濃度センサ４３からの出力信号は、ＣＰＵ１０４へと伝送される。そして、ＣＰＵ１０４にて、予め規定された濃度値（記憶回路１０３に初期設定値として記憶されているトナー濃度の値）と、トナー濃度センサ４３の出力信号から求めたトナー濃度の測定値とを比較する。このとき、トナー濃度の測定値とは、撹拌スクリュー１４の回転に伴って周期的に変化するトナー濃度センサ４３の出力信号を上述の方法で平均化した値を、
図９に示した対応関係を用いてトナー濃度に変換したものである。
【００５３】
図１１は、補給口１９からトナーが補給された後、トナー濃度センサ４３を用いて測定したトナー濃度の測定値の典型的な推移を表している。横軸はトナー濃度センサ４３が透磁率の検知を行った時刻（検知時間）であり、縦軸はその検知結果を用いて算出されたトナー濃度（上方へ向かう程トナー濃度が高い）を表す。
【００５４】
現像容器２に補給トナーが補給されると、撹拌スクリュー１４によって撹拌室１２を撹拌されながら搬送される。補給トナーを高い割合で含む現像剤が最初にトナー濃度センサ４３の近傍に到達すると、トナー濃度センサ４３の出力信号は補給がない時間帯における平均的な変化率に比べて急激に変化し、トナー濃度の測定値は一時的に高い値（Ｐ１）となる。その後、撹拌スクリュー１４が現像剤をさらに搬送することでトナー濃度は低下し、補給前のトナー濃度に近い値に落ち着く。
【００５５】
さらに時間が経過すると、補給トナーを比較的高い割合で含む現像剤が現像室１１を経由して撹拌室１２に還流し、トナー濃度センサ４３の近傍に到達する。そして、トナー濃度の測定値が再び一時的に上昇し（Ｐ２）、その後低下する。このような経過が現像剤の循環周期で繰り返され、最終的に、補給前のトナー濃度値から補給トナーの量に応じて上昇した値にトナー濃度が収束する。ただし、現像剤の循環周期とは、現像剤の構成粒子が撹拌室１２及び現像室１１によって形成される循環経路を１周する所要時間の期待値を指す。
【００５６】
ここで、トナー濃度センサ４３を用いて測定されたトナー濃度のピーク値について着目すると、１回目のピーク値Ｐ１［％］に対して、２回目のピーク値Ｐ２［％］が低くなっているほど、現像剤が効率的に撹拌されていることになる。これは、ピーク値Ｐ１，Ｐ２の差が大きい程、新たに補給された補給トナーと以前から現像容器２に収容されていた現像剤とが、現像剤の循環周期が１回経過する間によく混合されたことになるためである。以下、１回目のピーク値Ｐ１と２回目のピーク値Ｐ２の差分として定義されるピーク変化値Δ［％］を、撹拌スクリュー１４の撹拌性能の指標として用いる。
【００５７】
現像容器内部におけるトナー濃度の安定度の低下は、出力画像の濃度ムラとして顕在化する。そこで、上述の画像形成装置にピーク変化値Δが変化するように構成された撹拌スクリュー１４を有する現像装置を装着し、ベタ塗画像を出力させて濃度ムラの有無を観察した。図１２は、トナー濃度のピーク変化値Δと出力画像の濃度ムラの程度との対応関係を表している。縦軸は、出力画像に濃度ムラがない状態を○、少しムラがある状態を△、ムラが大きい状態を×とする評価を表している。評価の結果、ピーク変化値Δが１．０以上になると濃度ムラが十分に抑制され、Δが０．５以上１未満のとき少しムラが発生し、Δが０．５未満だと顕著な濃度ムラが発生した。即ち、画像形成装置に搭載した場合の画質の安定性を維持するには、ピーク変化値Δが０．５以上であることが好ましく、さらに１．０以上であることがより好ましいことが分かる。
【００５８】
次に、外羽根部６３ａ，６３ｂに対する内羽根部６２ａ，６２ｂの外径の大きさについて検討するために行った実験について説明する。まず、上述した本実施例の構成に沿った現像装置１を用意し、現像容器２に初期現像剤としてトナー濃度１０％の現像剤を２００ｇ投入した。次に、現像スクリュー１３及び撹拌スクリュー１４を６００ｒｐｍの速度で回転させている状態で、補給口１９から１ｇの補給トナーを投入した。そして、トナー濃度センサ４３を用いて補給トナー投入後のトナー濃度の測定値を取得し、トナー濃度のピーク変化値Δを算出した。
【００５９】
撹拌スクリュー１４の各サンプルについて、羽根５２ａ，５２ｂのピッチは３０ｍｍ、外羽根部６３ａ，６３ｂの外径Ｄ３は１４ｍｍ、スクリュー軸５１の外径Ｄ１は６ｍｍに固定した。一方、各サンプルの間で、内羽根部６２ａ，６２ｂの外径Ｄ２を６．６ｍｍ〜１３．６ｍｍの範囲で異なる値に設定し、ピーク変化値Δへの影響を調べた。
【００６０】
実験の結果を図１３（ａ）、（ｂ）に示す。図１３（ａ）は、１周分の羽根５２ａ，５２ｂを軸方向に見たときの内側の羽根面積Ｓ１と外側の羽根面積Ｓ２との比（Ｓ１／Ｓ２）と、これに対応するピーク変化値Δを表す。図１３（ｂ）は、内羽根部６２ａ，６２ｂの外径の設定値と、これに対応するＳ１／Ｓ２の値及びピーク変化値Δの算出値をまとめた表である。
【００６１】
Ｓ１／Ｓ２の値が小さいほど内羽根部６２ａ，６２ｂは小さくなり、Ｓ１／Ｓ２＝０のときは外羽根部６３ａ，６３ｂの切欠き部６４にスクリュー軸５１の外周面が露出する。一方、Ｓ１／Ｓ２の値が大きい程、切欠き部６４が設けられていない通常の多条スクリューの形状に近付く。
【００６２】
図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｓ１／Ｓ２が１に近い値である場合にトナー濃度のピーク変化値Δは最大となり、Ｓ１／Ｓ２の値が小さすぎても大きすぎてもピーク変化値Δは小さくなることが判明した。これは、Ｓ１／Ｓ２の値が小さいときは、上述したようにスクリュー軸近傍の現像剤の搬送性が低下することで、補給トナーの撹拌が不十分となることによると考えられる。一方、Ｓ１／Ｓ２の値が大きいときは、羽根の不連続部（切欠き部６４）による現像剤の合流・分断作用が得られなくなり、撹拌性能が低下するためだと考えられる。
【００６３】
実験の結果から、少なくとも本実施例の構成では、内羽根部６２ａ，６２ｂの外径Ｄ２を８．２〜１０．２［ｍｍ］に設定してＳ１／Ｓ２の値が０．５〜１．５の範囲に収まるようにしたとき、ピーク変化値Δが０．５以上となることが分かった。また、より好ましい構成として、内羽根部６２ａ，６２ｂの外径Ｄ２を９．２〜９．６［ｍｍ］に設定してＳ１／Ｓ２の値が０．９〜１．１の範囲に収まるようにしたとき、ピーク変化値Δが１．０以上となることが分かった。
【００６４】
［変形例］
上述の撹拌スクリュー１４の各部の寸法や現像装置１の構成は、使用する現像剤の性質等によって適宜変更可能であり、上述の値に限定されない。例えば、羽根５２ａ，５２ｂのピッチやリード、羽根５２ａ，５２ｂの位置関係、及び羽根の条数等を変更してもよい。図８（ｂ）に示すように、各条の羽根５２ａ，５２ｂの内羽根部６２ａ，６２ｂの軸方向位置が重なる（又は部分的に重なる）ようにしてもよい。ただし、羽根の切欠き部（小径部）の少なくとも一部は、軸方向において搬送スクリューの羽根が複数条である範囲内に設けることとする。また、現像スクリュー１３を上述の撹拌スクリュー１４と同様の羽根形状にしてもよい。さらに、現像容器が現像室１１及び撹拌室１２以外の予備室を備えている場合等、３本以上の搬送スクリューを有する現像装置において、一部又は全部の搬送スクリューを本実施例の撹拌スクリュー１４と同様の羽根形状としてもよい。
【００６５】
なお、上記の羽根面積Ｓ１，Ｓ２は、いずれも１周分の羽根５２ａを軸方向から見たときの面積として定義されているが、外羽根部６３ａ及び内羽根部６２ａが配置される周期が３６０度に一致しない場合にも本実施例と同様の構成を適用可能である。この場合において、外羽根部６３ａ及び内羽根部６２ａを、１周分の回転角度以下の周期で周期的に配置すると共に、１周期分の羽根を軸方向から見たときの内側の面積ｓ１と外側の面積ｓ２との比（ｓ１／ｓ２）を所定範囲に収めると好適である。即ち、０．５≦ｓ１／ｓ２≦１．６の関係が満たされるようにすると好適であり、さらに０．９≦ｓ１／ｓ２≦１．１の関係が満たされるようにするとより好ましい。このような設定により、本実施例と同様に、搬送性能及び撹拌性能を高いレベルで両立することが可能な搬送スクリューを提供することができる。
【００６６】
また、上述のインダクタンスセンサはトナー濃度を検知する検知手段の一例であり、他の検知方式の検知手段を用いてもよい。例えば、現像剤に向けて所定波長の光を照射し、トナー濃度の変化（トナーによるキャリア表面の被覆率の変化）に伴う反射率の違いを検出可能な光学センサが挙げられる。
【００６７】
なお、本実施例において、外羽根部６３ａ，６３ｂ及び内羽根部６２ａ，６２ａは撹拌スクリュー１４の略全長に亘って交互に配置されているものとしたが、そのような配置には限定されない。即ち、内羽根部６２ａ，６２ｂを軸方向における一部の範囲にのみ配置し、残りの範囲には外羽根部６３ａ，６３ｂと外径が等しく切欠き部６４を含まない羽根を形成してもよい。この場合において、撹拌室１２における現像剤の搬送方向に関して、補給口１９（開口部）から第１連通口１６及び第２連通口１７の中央位置Ｘ１までの範囲（図３参照）に内羽根部の少なくとも一部が存在する構成とすると好適である。このような配置により、補給口１９を介して撹拌スクリュー１４のスクリュー軸付近に落下した補給トナーを周囲の現像剤と速やかに撹拌して撹拌室１２におけるトナー濃度を安定させることが可能となる。
【実施例２】
【００６８】
次に、第２の実施形態（実施例２）について説明する。本実施例は、上述の撹拌スクリュー１４として使用可能な多条スクリューの羽根の内、一部の羽根のみに切欠き部を設けて羽根の径方向外側の端部が不連続となる形状とし、残りの羽根は一定の外径を有する形状とする。以下、実施例１と同じ構成及び作用を有する要素には実施例１と共通の符号を付して説明を省略する。
【００６９】
本実施例の搬送スクリューの構成例は、図８（ｃ）に示すように、一方の羽根５４ａが実施例１と同様に交互に並んだ外羽根部６３ａ及び内羽根部６２ａによって形成され、他方の羽根が軸方向の全体に亘って一定の外径で形成された２条スクリューである。その他のスクリュー形状の設定例は次の通りである。各羽根５４ａ，５４ｂのピッチは３０ｍｍとする。スクリュー軸５１の直径を６ｍｍとし、羽根５４ａの外羽根部６３ａ及び羽根５４ｂの直径を１４ｍｍとする。また、羽根５４ａについては、直径９．４ｍｍの内羽根部６２ａを外羽根部６３ａと交互に配置する。羽根５４ａは本実施例における第１の羽根であり、羽根５４ｂは本実施例における第２の羽根である。
【００７０】
このように設定することで、実施例１と同様に、羽根５４ａの不連続部による撹拌性能の改善効果を確保しつつ、撹拌室１２における現像剤の平均搬送速度を増大させ、現像スリーブ５に対して効率的に現像剤を供給することが可能となる。また、スクリュー軸５１に対する現像剤の融着も回避されるため、撹拌スクリュー１４の搬送性能及び撹拌性能を長期間に亘って維持することが可能となる。
【００７１】
なお、ここでは２条スクリューを例にして説明したが、３条以上の多条スクリューに対しても本実施例の構成を適用可能である。例えば３条スクリューの１条の羽根にのみ外羽根部と内羽根部とを設け、残りの２条の羽根を一定の外径で形成してもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１…現像装置／２…容器（現像容器）／５…現像剤担持体（現像スリーブ）／１１…第１室（現像室）／１２…第２室（撹拌室）／１３…第１搬送スクリュー（現像スクリュー）／１４…搬送スクリュー、第２搬送スクリュー（撹拌スクリュー）／１５…隔壁（仕切り部材）／１９…開口部（補給口）／５１…軸部材（スクリュー軸）／５２ａ…第１の羽根（羽根）／５２ｂ…第２の羽根（羽根）／６２ａ…第１小径部（内羽根部）／６２ｂ…第２小径部（内羽根部）／６３ａ…第１大径部（外羽根部）／６３ｂ…第２大径部（外羽根部）／Ｄ２…第２の外径、第４の外径／Ｄ３…第１の外径、第２の外径
【図１】
2020020964.tif 000003
【図２】
2020020964.tif 000004
【図３】
2020020964.tif 000005
【図４】
2020020964.tif 000006
【図５】
2020020964.tif 000007
【図６】
2020020964.tif 000008
【図７】
2020020964.tif 000009
【図８】
2020020964.tif 000010
【図９】
2020020964.tif 000011
【図１０】
2020020964.tif 000012
【図１１】
2020020964.tif 000013
【図１２】
2020020964.tif 000014
【図１３】
2020020964.tif 000015