JP2018194782A - スクリュー及び現像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像剤の搬送性の確保と攪拌性の確保とを両立できる構成を提供する。【解決手段】第２スクリュー４６は、回転軸４６０の周囲に螺旋状に形成された複数の条数の羽根４６ａ、４６ｂ、４６ｃを備える。複数の条数の羽根４６ａ、４６ｂ、４６ｃのうちの少なくとも１条の羽根４６ａ、４６ｂが、回転軸４６０の軸線方向に亙って連続した形状である。一方、複数の条数の羽根４６ａ、４６ｂ、４６ｃのうち、羽根４６ａ、４６ｂと異なる少なくとも１条の羽根４６ｃが、１ピッチの間に羽根４６ｃが不連続となる空隙部４６ｇを複数有する領域が、軸線方向の全域のうちの少なくとも１個所存在するように形成されている。【選択図】図８

Description

本発明は、複数の条数の羽根を備えたスクリュー、及び、このようなスクリューを備えた現像装置に関する。

電子写真方式などを用いた画像形成装置では、感光ドラムに形成された静電潜像を現像装置によりトナー像として現像する。このような現像装置として、トナーとキャリアを含む２成分現像剤を用いたものが、従来から使用されている。２成分現像剤を用いた現像装置の場合、現像容器内に収容された現像剤を、スクリューにより攪拌しつつ搬送する。

このように現像剤を攪拌しつつ搬送するスクリューとして、回転軸の周囲に螺旋状に形成された２条の羽根を設け、２条の羽根のそれぞれに、回転軸の軸線方向で不連続となる不連続部を設けた構成が提案されている（特許文献１）。

特開２０１０−２５６４２９号公報

特許文献１に記載のように、２条の羽根のそれぞれに不連続部を設けた場合、現像剤の搬送性を十分に確保できない可能性がある。即ち、羽根に不連続部があると、現像剤の搬送に寄与する羽根の面積が減少するため、現像剤の搬送性が低下してしまう。特許文献１に記載の構成の場合、何れの羽根も現像剤の搬送性が同様に低下するため、スクリューとしての現像剤の搬送性を十分に確保できない可能性がある。

本発明は、現像剤の搬送性の確保と攪拌性の確保とを両立できる構成を提供することを目的とする。

本発明は、回転軸と、前記回転軸の周囲に螺旋状に形成された複数の条数の羽根と、を備え、前記複数の条数の羽根のうちの少なくとも１条の第１羽根が、前記回転軸の軸線方向に亙って連続した形状であり、前記複数の条数の羽根のうち、前記第１羽根と異なる少なくとも１条の第２羽根は、１ピッチの間に前記第２羽根が不連続となる空隙部を複数有する領域が、前記軸線方向の全域のうちの少なくとも１個所存在するように形成されていることを特徴とするスクリューにある。

また、本発明は、回転軸と、前記回転軸の周囲に螺旋状に形成された複数の条数の羽根と、を備え、前記複数の条数の羽根のうちの少なくとも１条の第１羽根が、前記回転軸の軸線方向に亙って連続した形状であり、前記複数の条数の羽根のうち、前記第１羽根と異なる少なくとも１条の第２羽根は、前記第２羽根が不連続となる空隙部が、前記軸線方向の全域に亙って周期的に複数形成されていることを特徴とするスクリューにある。

また、本発明は、回転軸と、前記回転軸の周囲に螺旋状に形成された複数の条数の羽根と、を備え、前記複数の条数の羽根のうちの少なくとも１条の第１羽根が、前記回転軸の軸線方向に亙って連続した形状であり、前記複数の条数の羽根のうち、前記第１羽根と異なる少なくとも１条の第２羽根は、前記第２羽根が不連続となる空隙部が前記軸線方向に亙って複数形成された第１領域と、前記第２羽根が前記軸線方向に亙って連続して形成された第２領域と、を有することを特徴とするスクリューにある。

本発明によれば、現像剤の搬送性の確保と攪拌性の確保とを両立できる。

第１の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。 第１の実施形態に係る現像装置の概略構成断面図。 第１の実施形態に係る現像装置を、一部を簡略化して上方から見た図。 トナー濃度（Ｔ／Ｄ比）とトナーの帯電量（Ｑ／Ｍ）の関係を示す図。 １条スクリューの現像剤の搬送性を説明する模式図。 羽根のリード角を説明するための図。 リード角と搬送効率との関係を示す図。 第１の実施形態に係る第２スクリューの一部を示す図。 第１の実施形態に係る第２スクリューの第２羽根の位相を示す模式図。 羽根の角度を説明するための模式図。 第１の実施形態に係る第２スクリューの現像剤の動きを説明する模式図。 実施例と比較例におけるスクリューの回転時間と攪拌状態の関係を示す図。 第２の実施形態に係る現像装置を、一部を簡略化して上方から見た図。 他の実施形態の第１例に係る第２スクリューの第２羽根の位相を示す模式図。 他の実施形態の第２例に係る第２スクリューの第２羽根の位相を示す模式図。

＜第１の実施形態＞
第１の実施形態について、図１ないし図１１を用いて説明する。まず、本実施形態の画像形成装置の概略構成について、図１を用いて説明する。

［画像形成装置］
画像形成装置１００は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色に対応して設けられ４つの画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫを有する電子写真方式のフルカラープリンタである。本実施形態では、画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫを後述する中間転写ベルト１０の回転方向に沿って配置したタンデム型としている。画像形成装置１００は、画像形成装置本体に接続された原稿読み取り装置（図示せず）又は画像形成装置本体に対し通信可能に接続されたパーソナルコンピュータ等のホスト機器からの画像信号に応じてトナー像（画像）を記録材Ｐに形成する。記録材としては、用紙、プラスチックフィルム、布などのシート材が挙げられる。

このような画像形成プロセスの概略を説明すると、まず、各画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫでは、それぞれ、感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上に各色のトナー像を形成する。このように形成された各色のトナー像は、中間転写ベルト１０上へ転写され、続いて中間転写ベルト１０から記録材Ｐ上に転写される。トナー像が転写された記録材は、定着装置１１に搬送されて、トナー像が記録材に定着される。以下、詳しく説明する。

なお、画像形成装置１００が備える４つの画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫは、現像色が異なることを除いて実質的に同一の構成を有する。したがって、以下、代表して画像形成部ＰＹについて説明し、他の画像形成部の構成は、画像形成部ＰＹにおける構成に付した符号の添え字「Ｙ」をそれぞれＭ、Ｃ、Ｋに置き換えて示し、説明を省略する。

画像形成部ＰＹには、像担持体として円筒型の感光体、即ち、感光ドラム１Ｙが配設されている。感光ドラム１Ｙは、例えば、直径が３０ｍｍ、長手方向（回転軸線方向）の長さが３６０ｍｍであり、２５０ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピード（周速度）で図中矢印方向に回転駆動される。感光ドラム１Ｙの周囲には帯電ローラ２Ｙ（帯電装置）、現像装置４Ｙ、一次転写ローラ５Ｙ、クリーニング装置６Ｙが配置されている。感光ドラム１Ｙの図中下方には露光装置（レーザースキャナ）３Ｙが配置されている。

帯電ローラ２Ｙは、例えば、直径が１４ｍｍ、長手方向の長さが３２０ｍｍで、画像形成時に感光ドラム１Ｙに従動回転する。帯電ローラ２Ｙは、感光ドラム１Ｙに向かって加圧バネ（不図示）によって付勢されている。また、帯電ローラ２Ｙは、高圧電源から帯電バイアス（例えば、ＤＣ電圧：−９００Ｖ、ＡＣピーク間電圧：１５００Ｖ）が印加される。これによって、感光ドラム１は、帯電ローラ２Ｙによりほぼ均一に帯電される。

また、感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋと対向して中間転写ベルト１０が配置されている。中間転写ベルト１０は、複数の張架ローラにより張架され、駆動ローラを兼ねる二次転写内ローラ１２の駆動により図中矢印方向に周回移動する。二次転写内ローラ１２と中間転写ベルト１０を挟んで対向する位置には、二次転写部材としての二次転写外ローラ１３が配置され、中間転写ベルト１０上のトナー像を記録材Ｐに転写する二次転写部Ｔ２を構成している。二次転写部Ｔ２の記録材搬送方向下流には定着装置が配置される。

上述のように構成される画像形成装置１００により画像を形成するプロセスについて説明する。まず、画像形成動作が開始すると、回転する感光ドラム１Ｙの表面が帯電ローラ２Ｙによって一様に帯電される。次いで、感光ドラム１Ｙは、露光装置３Ｙから発せられる画像信号に対応したレーザ光により露光される。これにより、感光ドラム１Ｙ上に画像信号に応じた静電潜像が形成される。感光ドラム１Ｙ上の静電潜像は、現像装置４Ｙ内に収容されたトナーによって顕像化され、可視像となる。

感光ドラム１Ｙ上に形成されたトナー像は、中間転写ベルト１０を挟んで配置される一次転写ローラ５Ｙとの間で構成される一次転写部Ｔ１Ｙにて、中間転写ベルト１０に一次転写される。一次転写後に感光ドラム１Ｙ表面に残ったトナー（転写残トナー）は、クリーニング装置６Ｙによって除去される。

このような動作をマゼンタ、シアン、ブラックの各画像形成部でも順次行い、中間転写ベルト１０上で４色のトナー像を重ね合わせる。その後、トナー像の形成タイミングに合わせて記録材収納カセット（図示せず）に収容された記録材Ｐが二次転写部Ｔ２に搬送され、中間転写ベルト１０上の４色のトナー像が、記録材Ｐ上に一括で二次転写される。二次転写部Ｔ２で転写しきれずに中間転写ベルト１０に残留したトナーは、不図示の中間転写ベルトクリーナにより除去される。

次いで、記録材Ｐは定着装置１１に搬送される。そして、この定着装置１１によって、加熱、加圧されることで、記録材Ｐ上のトナーは溶融、混合されて、フルカラーの画像として記録材Ｐに定着される。その後、記録材Ｐは機外に排出される。これにより、一連の画像形成プロセスが終了する。なお、所望の画像形成部のみを用いて、所望の色の単色又は複数色の画像を形成することも可能である。

［現像装置］
次に、現像装置４Ｙについて、図２及び図３を用いて説明する。なお、現像装置４Ｍ、４Ｃ、４Ｋについても同様である。現像装置４Ｙは、非磁性トナーと磁性キャリアとを含む２成分現像剤を収容する現像容器４１を有する。現像容器４１は、感光ドラム１Ｙに対向した現像領域の部分が開口しており、この開口部に一部露出するようにして、内部にマグネットロール４４ａが非回転に配置された現像剤担持体としての現像スリーブ４４が回転可能に設置されている。

本実施形態では、現像スリーブ４４は非磁性材料で構成され、例えば、直径が２０ｍｍ、長手方向の長さが３３４ｍｍであり、２５０ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピード（周速度）で、現像動作時に図２の矢印方向に回転する。磁界発生手段としてのマグネットロール４４ａは、周方向に沿って複数の磁極を有し、発生する磁界により現像スリーブ４４の表面に現像剤を担持させる。

現像スリーブ４４の表面に担持された現像剤は、現像ブレード４２により層厚が規制され、現像スリーブ４４の表面に現像剤の薄層が形成される。現像スリーブ４４は、薄層に形成された現像剤を担持しつつ現像領域に搬送する。現像領域で、現像スリーブ４４上の現像剤は穂立ちして磁気穂を形成する。本実施形態では、磁気穂を感光ドラム１Ｙに接触させて、現像剤のトナーを感光ドラム１Ｙに供給することで、感光ドラム１Ｙ上の静電潜像をトナー像として現像する。この際、現像効率、即ち、潜像へのトナーの付与率を向上させるために、現像スリーブ４４には電源から、直流電圧と交流電圧を重畳した現像バイアス電圧が印加される。潜像を現像した後の現像剤は、現像スリーブ４４の回転にしたがって現像容器３内の次述する現像室４７に回収される。

現像容器４１の内部は、垂直方向に延在する隔壁４３によって、第１室としての現像室４７と第２室としての攪拌室４８とに区画されている。隔壁４３の長手方向（現像スリーブ４４の回転軸線方向）の両端側には、それぞれ現像室４７と攪拌室４８とを連通する連通口４３ａ、４３ｂが形成されている。これにより、現像室４７と攪拌室４８とで現像剤の循環経路を形成している。

また、現像容器４１内には、それぞれ現像剤を攪拌しつつ且つ搬送する第１搬送部材としての第１スクリュー４５、第２搬送部材としての第２スクリュー４６が配置されている。第１スクリュー４５は、現像室４７に配置され、現像室４７内の現像剤を図３の矢印５１１方向に攪拌しつつ搬送し、且つ、現像スリーブ４４に現像剤を供給する。第２スクリュー４６は、攪拌室４８に配置され、攪拌室４８内の現像剤を図３の矢印５１０方向に攪拌しつつ搬送する。

現像装置４Ｙの上方には、図２に示すように、トナーのみ、もしくはトナーと磁性キャリアからなる補給現像剤２０１を収容した現像剤補給装置としてのホッパー２００が配置されている。ホッパー２００には、供給スクリュー２０２が設置されており、画像形成に用いられた分のトナーをホッパー２００から補給口２０３（図３）を通じて現像容器４１内に供給可能としている。現像剤の補給量は、制御手段としての制御部１１０が供給スクリュー２０２の回転回数を制御することによって調整される。

制御部１１０は、供給スクリュー２０２の制御の他、画像形成装置１００全体の制御を行う。このような制御部１１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）を有している。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納された制御手順に対応するプログラム読み出しながら各部の制御を行う。また、ＲＡＭには、作業用データや入力データが格納されており、ＣＰＵは、前述のプログラム等に基づいてＲＡＭに収納されたデータを参照して制御を行う。

現像装置４Ｙは、現像容器４１内のトナー濃度（キャリア粒子及びトナー粒子の合計重量に対するトナー粒子重量の割合、Ｔ／Ｄ比）を検出可能な濃度検出手段としてのトナー濃度センサ４９を有する。トナー濃度センサ４９は、攪拌室４８に設けられ、攪拌室４８でトナー濃度を検出する。本実施形態では、トナー濃度センサ４９として、インダクタンスセンサを用いており、攪拌室４８内にインダクタンスセンサのセンサ面（検出面）を露出させている。インダクタンスセンサは、センサ面から所定の検出範囲の透磁率を検出する。現像剤のトナー濃度が変化すると、磁性キャリアと非磁性トナーの混合比率による透磁率も変化するため、その透磁率の変化をインダクタンスセンサにより検出することで、トナー濃度を検出できる。

制御部１１０は、トナー濃度センサ４９によって現像容器４１内のトナー濃度を検出した結果に基づいて、ホッパー２００からの現像剤の補給量を決定する。なお、感光ドラム１Ｙ又は中間転写ベルト１０上に制御用のトナー像（パッチ画像）を形成し、パッチ画像の濃度を不図示のセンサにより検出し、その検出結果を上述の補給量に反映させる場合もある。このセンサは、例えば、発光部と受光部とを有し、発光部からパッチ画像に向けて照射された光の反射光を受光部により受光することで、パッチ画像の濃度を検出するものである。更に、制御部１１０は、ビデオカウント値も上述の補給量に反映させる場合もある。ビデオカウント値は、入力された画像データの１画素毎のレベル（例えば、０〜２５５レベル）を画像１面分積算した値である。

［現像剤の循環］
次に、現像容器４１内の現像剤の循環について説明する。第１スクリュー４５及び第２スクリュー４６は、現像スリーブ４４の回転軸線方向に沿って略平行に配置されている。そして、第１スクリュー４５と、第２スクリュー４６とは、現像スリーブ４４の回転軸線方向に沿って互いに逆方向に現像剤を搬送する。こうして、現像剤は、第１スクリュー４５、第２スクリュー４６によって、連通口４３ａ、４３ｂを介して現像容器４１内を循環させられる。

即ち、第１スクリュー４５、第２スクリュー４６の搬送力により、現像工程でトナーが消費されてトナー濃度の低下した現像スリーブ４４上の現像剤は、現像室４７に回収され、連通口４３ｂを介して攪拌室４８に搬送され、攪拌室４８内を移動する。また、現像スリーブ４４にコートされなかった現像室４７内の現像剤も、現像室４７内を移動し、連通口４３ｂを介して攪拌室４８内へ移動する。

ここで、攪拌室４８の連通口４３ｂよりも第２スクリュー４６の現像剤搬送方向上流側には、ホッパー２００から現像剤が補給される補給口２０３が設けられている。このため、攪拌室４８では、現像室４７から連通口４３ｂを介して搬送された現像剤と、ホッパー２００から補給口２０３を介して補給された補給現像剤２０１とが、第２スクリュー４６によって攪拌しつつ搬送される。そして、第２スクリュー４６により搬送された現像剤が、連通口４３ａを介して現像室４７へ移動する。

［現像剤］
ここで、本実施形態で用いる２成分現像剤について説明する。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を混合したものを用いる。非磁性トナーは、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し、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、フェライト粒子や磁性粉を混錬した樹脂粒子からなるコアの表層に樹脂コートを施したものである。初期状態の現像剤中のトナーの濃度は、例えば、８％〜１０％である。

［現像剤の攪拌性と搬送性について］
次に、攪拌室内で現像剤を搬送する第２スクリューによる現像剤の攪拌性と搬送性について説明する。攪拌室には、上述のように補給現像剤が補給されるため、第２スクリューには、現像剤の攪拌性と搬送性を両立することが求められる。まず、攪拌性について説明する。

感光ドラム上に形成された静電潜像をより忠実にトナーにより現像するためには、現像容器内のトナーの帯電量を安定させることが望まれる。トナーの帯電量（Ｑ／Ｍ）は、図４に示すように、現像剤のトナー濃度（Ｔ／Ｄ比）に依存する傾向がある。即ち、現像剤のトナー濃度が高過ぎるとトナーの帯電量が低くなり、現像剤のトナー濃度が低すぎると、トナーが過剰に帯電してしまう。トナーの帯電量が大きいほど感光ドラム上の潜像に対して現像されるトナー量は少なくなるので、トナーの帯電量にムラがあると、感光ドラム上のトナー像に濃度ムラが生じてしまう。

また、トナーはキャリアとの摺擦により帯電するため、現像容器内で局所的に現像剤のトナー濃度が高いと、キャリアに対するトナーの被覆率が高くなり過ぎて、トナーの帯電量が不足してしまう。この結果、感光ドラム上の非画像部へのトナー飛翔（かぶり）や、現像容器外へのトナー飛散などが起こりうる。

また、トナーの帯電量の上昇などにより、現像剤の嵩が高くなってくると、補給現像剤がスクリューの回転半径内に取り込まれづらくなる。このため補給現像剤が、現像容器内に既に存在している現像剤の上を滑りながら搬送されてしまい、補給現像剤が良好に攪拌されないまま現像室に達し、現像スリーブに汲みあげられてしまうことが起こりうる。

ここで、補給現像剤が補給された直後の現像剤のトナー濃度は高いのに対し、現像スリーブでトナーが消費され、現像容器内に回収された現像剤のトナー濃度は低い。したがって、このようにトナー濃度が異なる現像剤を速やかに攪拌混合し、現像容器内の現像剤のトナー濃度を安定させることが望まれる。

次に、現像剤の搬送性について説明する。出力画像濃度に比例したトナー消費量と同量のトナーを現像スリーブに供給するためには、スクリューにより現像剤の搬送速度を所定以上に保つことが望まれる。現像剤の搬送速度が遅いと、画像濃度の濃い画像が連続した場合に、補給された現像剤が現像スリーブまで到達する時間が遅くなる。すると、現像スリーブに汲みあげられる現像剤のトナー濃度が低下してしまい、画像濃度が徐々に濃くなってしまう。このため、スクリューによる現像剤の搬送速度を所定以上確保し、補給された現像剤を速やかに現像スリーブに到達させることが望まれる。このように、補給直後の現像剤を搬送する第２スクリューにおいては、現像剤の攪拌性の確保と搬送性の確保とを両立させることが望まれる。

［１条スクリュー］
次に、現像容器内で現像剤を搬送するスクリューとして、図５に示す１条の搬送スクリュー４００を用いた場合の現像剤の搬送性について説明する。搬送スクリュー４００は、回転軸４０１の周囲に螺旋状に形成された１条の羽根４０２を設けたものである。現像剤は、搬送スクリュー４００が回転軸４０１を中心に回転するのに伴って搬送される。図５において、搬送スクリュー４００上の破線は、現像剤の表面を表している。

搬送スクリュー４００の羽根４０２と羽根４０２の間にある現像剤は、羽根４０２の回転によって押し出されるようにして搬送される。押し出されて搬送される現像剤は、搬送スクリュー４００の１回転あたりに、スクリューピッチと同じ距離だけ現像剤が搬送される。一方、現像剤の一部は、搬送方向上流の羽根４０２の方へ滑り落ちたり、現像容器の内壁との空隙にとどまったりして速度が遅くなる。

搬送スクリュー４００による現像剤の搬送速度を高めるためには、搬送スクリュー４００の現像剤の搬送効率を高めることが求められる。つまり、羽根４０２の上を滑り落ちたり空隙にとどまったりする現像剤をなるべく減らし、搬送スクリュー４００の回転によってスクリューピッチと同じ距離を進む現像剤を増やすことが望まれる。

図６に示すように、螺旋状の羽根４０２のリード角を、搬送スクリュー４００の回転軸４０１と羽根４０２のなす角度としたとき、搬送スクリュー４００の搬送効率はリード角θに依存し、その傾向は例えば図７に示すようになる。但し、この傾向は、搬送スクリューの軸径や、現像容器の内壁の断面積などによって変化する。

しかしながら、搬送スクリュー４００による搬送効率を高めると、羽根４０２と羽根４０２の間の現像剤は大部分が良好に攪拌されないまま搬送されてしまう。ここで、羽根４０２と羽根４０２の間の現像剤中に補給されたトナーが多量に存在し、良好に混ざりきっていない場合を考えてみる。リード角が大きくて搬送効率が低い場合は、羽根４０２の上を滑り落ちる現像剤が長手方向に広がっていくため、補給トナーは良好に分散される。一方で、搬送効率の高くなるようなリード角の場合には、羽根４０２の上を滑り落ちる現像剤が少ないため、羽根４０２と羽根４０２の間のトナーが長手方向に分散されにくくなる。

また、例えば、搬送スクリューを、複数の条数の羽根を有する多条スクリューとした場合、現像剤の搬送性を確保し易いが、攪拌性が低下し、上述のように現像容器内でトナーの帯電量にムラが生じてしまう。

特に、現像装置を小型化して、現像容器内に収容する現像剤の量を少なくした場合、現像剤の搬送性の確保と攪拌性の確保とを両立させることは難しい。例えば、現像装置を小型化した場合、搬送スクリューの径を小さくすることが考えられるが、この場合、羽根により現像剤を押す面積が小さくなるため、搬送スクリューの搬送性が低下し易い。このため、搬送スクリューを多条スクリューにして搬送性を高めることが考えられるが、この場合、現像剤の攪拌性が低下してしまう。

［本実施形態の第２スクリュー］
そこで、本実施形態では、第１スクリュー４５及び第２スクリュー４６を、複数の条数の羽根を有する多条スクリューとしている。また、攪拌室４８で現像剤を搬送する第２スクリュー４６は、複数の条数のうちの少なくとも１条の羽根に、羽根が不連続となる空隙部を形成している。以下、第２スクリュー４６について、図８ないし図１０を用いて詳しく説明する。

図８に示すように、第２スクリュー４６は、回転軸４６０と、回転軸４６０の周囲に螺旋状に形成された複数の条数の羽根４６ａ、４６ｂ、４６ｃとを備える。本実施形態では、第２スクリュー４６は、３条の羽根４６ａ、４６ｂ、４６ｃを有する３条スクリューとしている。また、複数の条数の羽根４６ａ、４６ｂ、４６ｃのうちの少なくとも１条（本実施形態では２条）の第１羽根としての羽根４６ａ、４６ｂは、回転軸４６０の軸線方向に亙って連続した形状である。

一方、第１羽根と異なる少なくとも１条（本実施形態では１条）の第２羽根としての羽根４６ｃは、１ピッチの間に羽根４６ｃが不連続となる空隙部４６ｇを複数有する領域が、軸線方向の全域のうちの少なくとも１個所存在するように形成されている。即ち、羽根４６ｃの一部を欠損させて、この部分を空隙部４６ｇとしている。３条の羽根４６ａ、４６ｂ、４６ｃは、第２スクリュー４６の現像剤搬送方向に関して、羽根４６ａ、羽根４６ｂ、羽根４６ｃの順番で、同じ外径及び同じピッチで形成されている。

なお、第１スクリュー４５は、第２スクリュー４６と同様の３条スクリューとしているが、何れの羽根にも空隙部を設けていない。但し、第１スクリュー４５も、第２スクリュー４６と同様に少なくとも１条の羽根に空隙部を有する形状としても良い。また、第１スクリュー４５は、第２スクリュー４６と同じ３条の羽根４６ａ、４６ｂ、４６ｃを有するスクリューとすることが好ましい。即ち、第１スクリュー４５は、第２スクリュー４６と同様の外径及びピッチを有する同じ条数のスクリューとすることが好ましく、この場合に、第２スクリュー４６と同様に空隙部を設けても良いし、空隙部を設けなくても良い。

また、第２スクリュー４６の羽根４６ｃは、空隙部４６ｇが軸線方向の全域に亙って周期的に形成されている。即ち、１ピッチの間に空隙部４６ｇを複数有する領域が、第２スクリュー４６の軸線方向の全域に亙って存在する。本実施形態では、羽根４６ｃと空隙部４６ｇは、第２スクリュー４６の回転方向の位相に関して、９０°毎に交互に存在するようにしている。

図９は、第２スクリュー４６のうち羽根４６ｃのみに着目して模式化して図示したものである。外枠の四角形は位相を表している。太い実線は羽根４６ｃの部分を示し、太い点線は空隙部４６ｇを示している。図示のように、羽根４６ｃは、９０°おきに、羽根４６ｃのある部分と空隙部４６ｇが現れるように形成されている。したがって、本実施形態では、１ピッチの間に空隙部４６ｇを２個有する。また、羽根４６ｃの部分を１周分、軸方向から見た場合に、羽根４６ｃと空隙部４６ｇとが交互に同じ位相分存在する。更に、羽根４６ｃの部分を１周分、軸方向に投影した羽根４６ｃと空隙部４６ｇの面積の比が１：１となる。

ここで、図１０に示すように、羽根４６ｃの外径を直径とする円の外周の長さ（スクリュー外周長）を縦軸にとり、羽根４６ｃの１ピッチを横軸にとった場合の、対角線と横軸がなす角度を羽根４６ｃの角度θとする。この場合に、羽根４６ｃの角度θは、８０°以下とする。特に、羽根４６ｃの角度θを３９°以上８０°以下とすることが好ましく、５０°以上６０°以下とすることがより好ましい。なお、羽根４６ａ、４６ｂの角度θも、羽根４６ｃの角度θと同じとすることが好ましい。

また、第２スクリュー４６の外径は、１２ｍｍ以上２０ｍｍ以下とすることが好ましく、より好ましくは１４ｍｍ以上１７ｍｍ以下とする。なお、羽根４６ａ、４６ｂ、４６ｃは、全て同じ外径なので、第２スクリュー４６の外径は、例えば、羽根４６ｃの外径である。例えば、第２スクリュー４６の羽根４６ａ、４６ｂ、４６ｃのピッチは、図７の傾向からリード角が４５°になるように、３０ｍｍとした。

このように、本実施形態の場合、第２スクリュー４６を３条スクリューとすると共に、３条のうちの２条の羽根４６ａ、４６ｂを軸線方向に亙って連続した形状としている。更に、１条の羽根４６ｃを、１ピッチの間に空隙部４６ｇを複数有する領域が、軸線方向の全域のうちの少なくとも１個所存在するように、本実施形態では、この領域が全域に亙って存在するように形成されている。

このため、２条の羽根４６ａ、４６ｂにより現像剤の搬送性を確保でき、残りの１条の羽根４６ｃにより現像剤の攪拌性を確保できる。即ち、３条の羽根４６ａ、４６ｂ、４６ｃのうち、２条の羽根４６ａ、４６ｂが羽根４６ｃよりも現像剤の搬送力が高く、羽根４６ｃが羽根４６ａ、４６ｂよりも現像剤の攪拌力が高い。

この点について、図１１を用いて説明する。図１１に示すα−α´方向は、第２スクリュー４６による現像剤の搬送方向（図３の矢印５１０方向）を示す。一方、β−β´方向（若しくはβ´−β方向）は、第２スクリュー４６により現像剤が攪拌される方向を示す。図示の例では、β−β´方向（若しくはβ´−β方向）をα−α´方向と直交する方向としている。

まず、連続的に螺旋状に形成された羽根４６ａ、４６ｂにより、現像剤は矢印Ａ、続いて矢印Ｂといったようにα−α´方向へと順次搬送される。現像剤が空隙部４６ｇを有する螺旋状の羽根４６ｃに達すると、空隙部４６ｇの存在によって現像剤の流れは矢印Ｃ−α方向（搬送方向）と、矢印Ｃ−β方向（攪拌方向）に分流する。ここで、図１１では、矢印Ａ及び矢印Ｂが２本ずつあるのに対して矢印Ｃ−αと矢印Ｃ−βが１本ずつであるのは、現像剤の流れが分かれたことを模試的に示したものである。したがって、この矢印の数が、必ずしも現像剤が空隙部４６ｇで１対１の割合で分かれることを意味するものではない。

一方、第２スクリューとして、何れの羽根にも空隙部がない３条の羽根を有する３条スクリューを使用した場合、全ての羽根で矢印Ａ、Ｂのように現像剤が流れ、矢印Ｃ−βのような現像剤の流れ、即ち、攪拌方向の流れが生じにくい。

したがって、本実施形態のように、第２スクリュー４６として、少なくとも１条の羽根４６ｃに空隙部４６ｇを有するものを使用することで、空隙部４６ｇで図１１に示したような搬送方向と攪拌方向への現像剤の分流を生じさせ易くできる。この結果、羽根５６ｃの回転半径内部における現像剤を、回転半径外部の現像剤と良好に攪拌することが可能となり、補給現像剤の攪拌性を向上させることができる。

また、３条の羽根４６ａ、４６ｂ、４６ｃのうち、羽根４６ｃによって現像剤の流れを分流させるため、現像剤の搬送速度は局所的に低下する。但し、残りの２条の羽根４６ａ、４６ｂによって現像剤の搬送力を確保できる。このため、スクリュー全体としての搬送速度は、空隙部がない同じ条数のスクリューと比べて殆ど低下しない。

このように本実施形態の第２スクリュー４６は、羽根４６ａ、４６ｂを連続形状とすることで攪拌室４８における搬送性能を確保し、羽根４６ｃに空隙部４６ｇを設けたことで搬送性能を補助しつつ、攪拌性能を向上させることが可能となっている。したがって、画像形成装置の高速化に対応し、且つ、少量の現像剤に補給現像剤を素早く攪拌させることができる。

上述の説明では、羽根４６ｃは、他の羽根４６ａ、４６ｂと同一の３０ｍｍピッチとしたが、羽根４６ｃは、羽根４６ｂと羽根４６ａに挟まれる領域内であれば、羽根４６ａ、４６ｂと異なるピッチであっても良い。

また、上述のような羽根４６ａ、４６ｂ、４６ｃを有する構成のスクリューは、攪拌室４８に配置される第２スクリュー４６以外に、現像室４７に配置される第１スクリュー４５に適用しても良い。更には、他の部分で現像剤を攪拌しつつ搬送するスクリューに適用することも可能である。

［実施例］
次に、上述の実施形態の効果を確認するために行った実験について説明する。上述の現像装置４Ｙを単体で駆動できる装置に設置し、現像剤の攪拌状態を高速度カメラ（Ｐｈａｎｔｏｍ ｖ１０（Ｖｉｓｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｃ.製））によって観察する実験を行った。本実験には色の異なる２種類の現像剤（イエローとシアン）を使用した。いずれの現像剤も、Ｔ／Ｄ比は８％に調合した。まず、イエローの現像剤１００ｇを現像容器４１内に投入し、第１スクリュー４５、第２スクリュー４６及び現像スリーブ４４を２分間駆動させる。すると、イエローの現像剤は現像容器４１内で剤面が均一に慣らされた状態になる。

次に、シアンの現像剤１００ｇをイエローの現像剤の上に均一に載せる。この状態で再度駆動を開始すると、イエローとシアン２色の現像剤が徐々に混ざり合い、やがて、均一なグリーンになる様子が見られる。この色の変化を高速度カメラによって上方から観察し、輝度値の変化を攪拌状態の指標として数値化した。初期の輝度がＬ１、攪拌終了時(定常状態)の輝度がＬ２であったとき、攪拌状態（％）＝（Ｌ−Ｌ１）／（Ｌ２−Ｌ１）として、数値化を行った。

図１２に、実験の結果を示す。実施例が上述の本実施形態の構成を使用したもの、比較例は、本実施形態のような空隙部がスクリューに形成されていない構成を使用したものである。空隙部が有無以外は、実施例と比較例とで同じ条件とした。比較例の場合、攪拌終了（攪拌状態１００％）まで１．５秒を要した。これに対して、実施例の場合、１．２秒で攪拌が終了した。以上のように、本実施形態のように、多条スクリューの少なくとも１条に空隙部を周期的に設けることで、現像剤の攪拌性能を向上させられることがわかった。

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態について、図１３を用いて説明する。本実施形態の第２スクリュー４６Ａは、第１の実施形態と同様に、攪拌室４８で現像剤を攪拌しつつ搬送するスクリューであり、回転軸４６０の周囲に螺旋状に形成された３条の羽根を有する。但し、本実施形態の場合、第１の実施形態と異なり、１条の羽根は、空隙部を第２スクリュー４６Ａの一部の領域に設けている。他の２条の羽根は、第１の実施形態の羽根４６ａ、４６ｂと同様に、軸線方向の全域に亙って連続した形状としている。その他の構成及び作用は、上述の第１の実施形態と同様である。以下、第１の実施形態の構成と同様の構成については、説明及び図示を省略又は簡略にし、以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

第２スクリュー４６Ａの１条の羽根（第２羽根）は、空隙部が軸線方向に亙って複数形成された第１領域５００と、羽根が軸線方向に亙って連続して形成された第２領域５０１とを有する。本実施形態では、１条の羽根の攪拌室４８の搬送方向（矢印５１０方向）上流側半分を、第１の実施形態の羽根４６ｃと同様の周期的な空隙部を有する第１領域５００としている。一方、１条の羽根の下流側半分を羽根が軸線方向に亙って連続した、即ち、空隙部が存在しない第２領域５０１としている。

また、空隙部を有する第１領域５００は、トナー濃度センサ４９の第２スクリュー４６Ａによる現像剤搬送方向（矢印５１０方向）上流に存在する。これは、トナー濃度センサ４９に現像剤が到達する前に、現像剤を十分に攪拌させるためである。即ち、攪拌が十分でない現像剤のトナー濃度をトナー濃度センサ４９により検出した場合、現像容器内のトナー濃度の検出精度が低くなり、トナー濃度センサ４９に基づく現像剤の補給などの制御を適切に行いにくくなる。したがって、トナー濃度センサ４９に到達する前に現像剤を十分に攪拌できるように、空隙部をトナー濃度センサ４９の上流側に存在させることが好ましい。

このような本実施形態の場合、羽根に空隙部を有する領域（第１領域５００）を長手方向の一部に限定することによって、第２スクリュー４６Ａ全体での羽根の面積を、第１の実施形態よりも大きくできる。これにより、現像剤の搬送速度をより高く維持することができる。

なお、本実施形態では、第１領域５００と第２領域５０１との軸線方向の長さの割合が１：１であるが、第１領域５００と第２領域５０１との軸線方向の長さの割合はこれに限らない。但し、空隙部による現像剤の攪拌効果を良好に得るためには、１ピッチの間に羽根が不連続となる空隙部を複数有する第１領域が、軸線方向の全域のうちの少なくとも１個所存在するようにすることが好ましい。即ち、１ピッチの間に２以上の空隙部を有する第１領域を、１個所又は複数存在させることが好ましい。この第１領域が複数ある場合、第１領域が連続していても良いし、不連続に存在していても良い。例えば、１ピッチごとに空隙部がある第１領域と無い第２領域とが交互に存在するようにしても良い。

また、第１領域が複数ピッチに亙って連続している場合でも、このような領域は、上述のように、第２スクリュー４６Ａの上流側半部に存在させる以外に、例えば、下流側半部や中央部などの適宜の位置に存在させても良い。但し、少なくとも１個所の空隙部は、少なくともトナー濃度センサ４９の第２スクリューの搬送方向上流に存在するようにすることが好ましい。

＜他の実施形態＞
上述の各実施形態では、図９に示したように、羽根４６ｃの空隙部４６ｇが９０°おきに繰り返すように存在する構成について説明した。但し、羽根と空隙部の位相はこれ以外の位相でも良い。例えば、図１４に示す第１例の第２スクリュー４６Ｂのように、６０°おきに羽根４６Ｂｃと空隙部４６Ｂｇを周期的に繰り返す構成にしても良い。

また、羽根と空隙部とが周期的に配置されていなくても良く、例えば、任意の位相毎に羽根と空隙部を組み合わせても良い。例えば、図１５に示す第２例の第２スクリュー４６Ｃのように、羽根４６Ｃｃと空隙部４６Ｃｇが異なる割合で現れても良い。図１５では、羽根４６Ｃｃが６０°、空隙部４６Ｃｇが３０°の位相で現れる場合を示している。なお、図１４及び図１５は、図９と同様に、第２スクリュー４６Ｂ、４６Ｃのうち羽根４６Ｂｃ、４６Ｃｃのみに着目して模式化して図示したものである。

また、上述の各実施形態では、複数の条数の羽根を有するスクリューとして、３条スクリューについて説明したが、本発明は、空隙部と羽根との関係が上述のような関係であれば、２条スクリュー、或いは、４条以上の条数のスクリューにも適用可能である。また、空隙部を設ける羽根は、１条以上であれば良く、例えば、３条スクリューの場合に、１条の羽根を軸線方向の全域で連続した形状とし、残りの２条の羽根が上述したような空隙部を有する羽根としても良い。

上述の各実施形態で説明した空隙部は、羽根を連続させないような部分であれば良く、例えば、図８で螺旋に沿う方向に隣り合う羽根４６ｃと羽根４６ｃとの間に、羽根４６ｃよりも外径が小さい羽根が存在していても良い。即ち、軸線方向に連続した羽根の外周側の一部を、軸線方向の一部で切り欠いたような形状とし、この切り欠いた部分を空隙部としても良い。要は、羽根の軸線方向の一部で搬送方向と攪拌方向との分流が生じるような、羽根のない部分が空隙部に相当し、空隙部は、羽根が全くない場合の他、羽根の一部が残っているような場合も含む。

上述の各実施形態では、画像形成装置がプリンタである構成について説明したが、本発明は、複写機、ファクシミリ、複合機などにも適用可能である。また、上述の各実施形態では、現像装置として、現像室から現像スリーブに現像剤を供給し、現像室で現像スリーブから現像剤を回収する構成について説明した。但し、本発明は、現像室（第１室）から現像剤を供給し、現像室と隔壁を挟んで配置される攪拌室（第２室）で現像剤を回収する構成にも適用可能である。更には、第１室と第２室とが水平方向に並んで配置される現像装置以外に、第１室と第２室とが上下方向、或いは、水平方向に対して傾斜するような位置関係に存在するような構成にも、本発明を適用可能である。

４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ・・・現像装置／４１・・・現像容器／４４・・・現像スリーブ（現像剤担持体）／４５・・・第１スクリュー（第１搬送部材）／４６、４６Ａ、４６Ｂ、４６Ｃ・・・第２スクリュー（スクリュー、第２搬送部材）／４６ａ、４６ｂ・・・羽根（第１羽根）／４６ｃ、４６Ｂｃ、４６Ｃｃ・・・羽根（第２羽根）／４６ｇ、４６Ｂｇ、４６Ｃｇ、・・・空隙部／４７・・・現像室（第１室）／４８・・・攪拌室（第２室）／４９・・・トナー濃度センサ（濃度検出手段）／４６０・・・回転軸／５００・・・第１領域／５０１・・・第２領域

Claims (11)

1. 回転軸と、
   前記回転軸の周囲に螺旋状に形成された複数の条数の羽根と、を備え、
   前記複数の条数の羽根のうちの少なくとも１条の第１羽根が、前記回転軸の軸線方向に亙って連続した形状であり、
   前記複数の条数の羽根のうち、前記第１羽根と異なる少なくとも１条の第２羽根は、１ピッチの間に前記第２羽根が不連続となる空隙部を複数有する領域が、前記軸線方向の全域のうちの少なくとも１個所存在するように形成されている、
   ことを特徴とするスクリュー。
2. 前記第２羽根は、前記空隙部が前記軸線方向の全域に亙って周期的に形成されている、
   ことを特徴とする、請求項１に記載のスクリュー。
3. 前記第２羽根は、前記空隙部が前記軸線方向に亙って複数形成された第１領域と、前記第２羽根が前記軸線方向に亙って連続して形成された第２領域と、を有する、
   ことを特徴とする、請求項１に記載のスクリュー。
4. 回転軸と、
   前記回転軸の周囲に螺旋状に形成された複数の条数の羽根と、を備え、
   前記複数の条数の羽根のうちの少なくとも１条の第１羽根が、前記回転軸の軸線方向に亙って連続した形状であり、
   前記複数の条数の羽根のうち、前記第１羽根と異なる少なくとも１条の第２羽根は、前記第２羽根が不連続となる空隙部が、前記軸線方向の全域に亙って周期的に複数形成されている、
   ことを特徴とするスクリュー。
5. 回転軸と、
   前記回転軸の周囲に螺旋状に形成された複数の条数の羽根と、を備え、
   前記複数の条数の羽根のうちの少なくとも１条の第１羽根が、前記回転軸の軸線方向に亙って連続した形状であり、
   前記複数の条数の羽根のうち、前記第１羽根と異なる少なくとも１条の第２羽根は、前記第２羽根が不連続となる空隙部が前記軸線方向に亙って複数形成された第１領域と、前記第２羽根が前記軸線方向に亙って連続して形成された第２領域と、を有する、
   ことを特徴とするスクリュー。
6. 前記複数の条数は、３条であり、
   前記３条の羽根のうちの２条が前記第１羽根であり、
   前記３条の羽根のうちの残りの１条が前記第２羽根である、
   ことを特徴とする、請求項１ないし５のうちの何れか１項に記載のスクリュー。
7. トナーとキャリアを含む現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、
   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室と現像剤の循環経路を形成する第２室とを有する現像容器と、
   前記第１室で現像剤を搬送する第１搬送部材と、
   前記第２室で現像剤を搬送する第２搬送部材と、を備え、
   前記第２搬送部材が、請求項１ないし６のうちの何れか１項に記載のスクリューである、
   ことを特徴とする現像装置。
8. トナーとキャリアを含む現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、
   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室と現像剤の循環経路を形成する第２室とを有する現像容器と、
   前記第１室で現像剤を搬送する第１搬送部材と、
   前記第２室で現像剤を搬送する第２搬送部材と、を備え、
   前記第２搬送部材は、回転軸と、前記回転軸の周囲に螺旋状に形成された複数の条数の羽根と、を備えたスクリューであって、
   前記複数の条数の羽根のうちの少なくとも１条の第１羽根が、前記回転軸の軸線方向に亙って連続した形状であり、
   前記複数の条数の羽根のうち、前記第１羽根と異なる少なくとも１条の第２羽根は、１ピッチの間に前記第２羽根が不連続となる空隙部を複数有する領域が、前記軸線方向の全域のうちの少なくとも１個所存在するように形成されている、
   ことを特徴とする現像装置。
9. 前記第２室で現像剤のトナー濃度を検出可能な濃度検出手段を備え、
   前記空隙部は、少なくとも前記濃度検出手段の前記第２搬送部材の現像剤搬送方向上流に存在する、
   ことを特徴とする、請求項８に記載の現像装置。
10. トナーとキャリアを含む現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、
    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室と現像剤の循環経路を形成する第２室とを有する現像容器と、
    前記第１室で現像剤を搬送する第１搬送部材と、
    前記第２室で現像剤を搬送する第２搬送部材と、を備え、
    前記第２搬送部材は、回転軸と、前記回転軸の周囲に螺旋状に形成された複数の条数の羽根と、を備えたスクリューであって、
    前記複数の条数の羽根のうちの少なくとも１条の第１羽根が、前記回転軸の軸線方向に亙って連続した形状であり、
    前記複数の条数の羽根のうち、前記第１羽根と異なる少なくとも１条の第２羽根は、前記第２羽根が不連続となる空隙部が、前記軸線方向の全域に亙って周期的に複数形成されている、
    ことを特徴とする現像装置。
11. トナーとキャリアを含む現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、
    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室と現像剤の循環経路を形成する第２室とを有する現像容器と、
    前記第１室で現像剤を搬送する第１搬送部材と、
    前記第２室で現像剤を搬送する第２搬送部材と、を備え、
    前記第２搬送部材は、回転軸と、前記回転軸の周囲に螺旋状に形成された複数の条数の羽根と、を備えたスクリューであって、
    前記複数の条数の羽根のうちの少なくとも１条の第１羽根が、前記回転軸の軸線方向に亙って連続した形状であり、
    前記複数の条数の羽根のうち、前記第１羽根と異なる少なくとも１条の第２羽根は、前記第２羽根が不連続となる空隙部が前記軸線方向に亙って複数形成された第１領域と、前記第２羽根が前記軸線方向に亙って連続して形成された第２領域と、を有する、
    ことを特徴とする現像装置。

Images