JP2018194784A - 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と、複数の条数の羽根４６ａ、４６ｂ、４６ｃとを備える。羽根４６ａ、４６ｂ、４６ｃは、回転軸４６０の周囲に螺旋状に形成されている。羽根４６ａ、４６ｂ、４６ｃの外径を直径とする円の外周の長さを縦軸にとり、羽根４６ａ、４６ｂ、４６ｃの１ピッチを横軸にとった場合の対角線と前記横軸がなす角度を羽根４６ａ、４６ｂ、４６ｃの角度とする。この場合に、羽根４６ａ、４６ｂ、４６ｃの角度が５６．５°以下である。【選択図】図６

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複数の羽根を設けた多条スクリューを使用した構成が提案されている（特許文献１）。

また、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２）。

特開平９−２５８５３５号公報 特開２０１０−２５６４２９号公報

特許文献１に記載のように、現像剤を搬送するスクリューとして、単に多条スクリューを用いた場合、現像剤の攪拌性を十分に確保できない可能性がある。即ち、多条スクリューとすることで現像剤の搬送性を高くできるが、その分、現像剤の攪拌性が低下してしまう。

一方、特許文献２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２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、前記羽根の外径を直径とする円の外周の長さを縦軸にとり、前記羽根の１ピッチを横軸にとった場合の対角線と前記横軸がなす角度を前記羽根の角度とした場合に、前記羽根の角度が５６．５°以下であ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、少なくとも１条の羽根が、前記回転軸の軸線方向の少なくとも一部に前記羽根が不連続となる空隙部を有する形状であり、前記複数の条数の羽根の１ピッチ分のそれぞれの前記羽根の外周の長さの和をスクリュー外周距離の和とし、前記羽根の外径を直径とする円の外周の長さをスクリュー外径の外周とした場合に、前記スクリュー外周距離の和が、前記スクリュー外径の外周の０．５倍以上４．９倍以下であ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。 羽根の搬送面の角度を示す図。 羽根のピッチと現像剤の搬送量の関係を示す図。 第１の実施形態に係る第２スクリューを示す斜視図。 羽根の角度を説明するための模式図。 トナー濃度とインダクタンスセンサの出力との関係を示す図。 トナー濃度センサの検出時間とセンサ近傍のトナー濃度との関係を示す図。 ピーク変化値と濃度ムラとの関係を示す図。 攪拌距離係数とピーク変化値との関係を示す図。 （ａ）第２の実施形態に係る第２スクリューの一部を示す斜視図、（ｂ）空隙部を有する羽根を軸線方向から見た模式図。 攪拌距離係数とピーク変化値との関係を示す図。 第３の実施形態に係る第２スクリューの一部を示す斜視図。 各スクリューにおけるピーク変化値及び画像濃度ムラを調べた結果を示す図。 攪拌距離係数とピーク変化値との関係を示す図。

＜第１の実施形態＞
第１の実施形態について、図１ないし図１２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。

一般的に、トナー及びキャリアを用いた二成分現像方式では、トナーとキャリアとを摩擦接触させることによって両者を所定の極性に荷電させる。このため、一成分現像剤を用いた一成分現像方式よりも、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。

また、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、トナーがキャリア表面に付着することによってキャリアが汚れることも少ない。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する能力が次第に低下する。その結果、かぶりやトナー飛散の問題が発生する。二成分現像方式の現像装置の長寿命化を図るために、現像装置に収容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に望ましくない。

このため、本実施形態の現像装置４Ｙでは、ＡＣＲ(Ａｕｔｏ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｒｅｆｒｅｓｈ)方式を採用している。ＡＣＲ方式では、上述のように、新規の現像剤を少しずつ現像容器４１内に補給すると共に、帯電性能の劣化した現像剤を少しずつ現像装置から排出することによって、劣化キャリアの増加を抑制するものである。このような現像装置４Ｙは、現像剤の嵩変動を利用して、余剰となった劣化現像剤を排出して現像容器４１内の現像剤の嵩レベルを大略一定に保つ構成である。このＡＣＲ方式の現像装置４Ｙによれば、現像容器４１内の劣化キャリアが少しずつ新規キャリアに置換され、現像容器４１内のキャリアの帯電性能を大略一定に保つことが可能となる。

［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。トナーの帯電量は、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。

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４に示す１条の搬送スクリュー４００を用いた場合の羽根４０２のピッチと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。図示の例では、スクリュー外径が１４ｍｍの場合を示している。

搬送スクリュー４００の１回転当たりの現像剤搬送量は、羽根４０２のピッチ４０３によって変化する。全ての現像剤が螺旋状の羽根４０２に追従して運ばれると仮定すると、搬送スクリュー４００が１回転する間に現像剤が進む距離は、羽根４０２のピッチ４０３に等しくなる。

しかしながら、実際には、羽根４０２の上を滑って行く現像剤があるため、全ての現像剤が羽根４０２に追従して搬送されることはない。ピッチ４０３を広げていくと、羽根４０２の搬送面の角度αが小さくなっていくため、上述の羽根４０２上を滑る現像剤の量が増えていく。

図５に、羽根４０２のピッチ４０３を変化させて、それぞれの１回転当たりの現像剤搬送量を調べた結果を示す。搬送スクリュー４００のピッチ４０３と１回転当たりの現像剤搬送量の関係は、図５のような上に凸のグラフとなる。図５では、ピッチ４０３が３０ｍｍの際に１回転当たりの現像剤搬送量が最も多くなる。なお、スクリュー外径を変えた場合には、図５に表わされるグラフの形状は異なるものとなるので、本実施形態を適用可能なピッチは、これに限るものではない。

上述のように、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。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。

また、小型の現像装置で、少量の現像剤を収容する構成においては、現像スリーブに現像剤を供給するために現像容器内の現像剤を高速で循環させることが望まれる。このような現像装置では、現像スリーブ上に現像剤を供給すると共に、画像形成装置の画像出力に応じた量のトナーが現像容器内に補給されたときに、補給トナーと現像容器内の少ない現像剤を素早く十分に攪拌できることが望まれる。

［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、羽根の角度を５６．５°以下となるようにしている。以下、第２スクリュー４６について、図６及び図７を用いて詳しく説明する。

図６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は、それぞれ回転軸４６０の軸線方向に亙って連続した形状である。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。

ここで、図７に示すように、羽根４６ａ、４６ｂ、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。なお、羽根４６ａ、４６ｂ、４６ｃの外径とは、第２スクリュー４６の外径であり、回転軸４６０に直交する断面において回転軸４６０の中心から羽根４６ａ、４６ｂ、４６ｃの外周までの距離を半径とする円の外径に相当する。この場合に、羽根４６ａ、４６ｂ、４６ｃの角度θは、５６．５°以下とする。特に、羽根４６ａ、４６ｂ、４６ｃの角度θは、３９°以上５６．５°以下とすることが好ましく、５０°以上５６．５°以下とすることがより好ましい。

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。例えば、第２スクリュー４６の羽根４６ａ、４６ｂ、４６ｃの外径を１４ｍｍとし、ピッチは３０ｍｍとする。本実施形態では、これによって、羽根４６ａ、４６ｂ、４６ｃの角度θを、５５．７°としている。

本発明者の検討によれば、多条スクリューにおいて、上述の羽根の角度θを５６．５°以下とすることで、現像剤の搬送性の確保と攪拌性の確保とを両立できることがわかった。即ち、羽根の角度θが大き過ぎると、スクリュー外周長に対してスクリューピッチが小さいことになるため、上述の図５に示したように、現像剤の搬送量が低下してしまう。また、羽根の角度θが大き過ぎてスクリューピッチが小さいと、羽根の搬送面の角度α（図４参照）も大きくなり、羽根による現像剤の攪拌性が低下してしまう。このため、本実施形態では、羽根の角度θを５６．５°以下としている。

一方、羽根の角度θが小さ過ぎると、スクリュー外周長に対してスクリューピッチが大きいことになるため、やはり、上述の図５に示したように、現像剤の搬送量が低下してしまう。このため、羽根の角度θは、３９°以上とすることが好ましく、より好ましくは、５０°以上とする。

なお、第１スクリュー４５及び第２スクリュー４６は、例えば、ピッチが３０ｍｍ、スクリュー外径が１４ｍｍ、回転軸の直径が６ｍｍとする。但し、第１スクリュー４５の回転軸の直径は、第２スクリュー４６の回転軸よりも若干大きく（例えば８ｍｍ）しても良い。また、現像容器４１の連通口４３ａ、４３ｂの長手方向の幅は、例えば３０ｍｍとする。

第１スクリュー４５は、現像容器４１内で第２スクリュー４６と共に現像剤を循環させるものであることを考慮すると、第１スクリュー４５の現像剤の搬送性は第２スクリュー４６と同等であることが望ましい。即ち、第１スクリュー４５は、回転速度はもとより、羽根の条数、ピッチを、第２スクリュー４６と同じ構成とすることが好ましい。

また、本実施形態の場合、次述する攪拌距離係数が２．０以上４．９以下であることが好ましく、攪拌距離係数が２．０以上３．７以下とすることが好ましい。ここで、羽根４６ａ、４６ｂ、４６ｃの１ピッチ分のそれぞれの羽根４６ａ、４６ｂ、４６ｃの外周の長さの和をスクリュー外周距離の和とする。また、羽根４６ａ、４６ｂ、４６ｃの外径を直径とする円の外周の長さをスクリュー外径の外周とする。この場合に、「スクリュー外周距離の和」を「スクリュー外径の外周」で除した値を、攪拌距離係数と定義する。即ち、本実施形態の第２スクリュー４６は、「スクリュー外周距離の和」が「スクリュー外径の外周」の２倍以上４．９倍以下であることが好ましい。また、より好ましくは、「スクリュー外周距離の和」が、「スクリュー外径の外周」の２倍以上３．７倍以下とする。

スクリュー外周距離は、第２スクリュー４６の１回転あたりに、第２スクリュー４６が現像剤を搬送する量に相当し、この距離が大きいほど現像剤を多く搬送していることになる。また、スクリュー外周距離が大きいほど、補給トナーと多くの現像剤とを攪拌しつつ搬送していると言い換えることもできる。

ここで、スクリュー外周距離は、スクリューの外径、羽根の角度θ若しくはスクリューピッチによっても決まるものであり、上述のように、搬送スクリューの搬送性が良好なスクリュー外径及び羽根の角度θを選択することで適切なスクリュー外周距離が得られる。多条スクリューでは、各羽根のスクリュー外周距離の和が、スクリュー１回転あたりにスクリューが現像剤を攪拌しつつ搬送する量に相当する。したがって、多条スクリューの場合、スクリュー外周距離は条数に比例して増えていくため、スクリューの攪拌しつつ搬送する性能は、条数に比例して向上していくようにも思える。

しかしながら、実際には多条スクリューの条数が増えすぎてしまうと、スクリューを構成するための羽根の体積が多くなってしまうため、逆にスクリューによる現像剤の攪拌性及び搬送性が低下してしまう。このため、単にスクリューの条数が増えすぎるのも良くない。

また、上述のようにスクリュー外周距離は、スクリューの外径によっても変化するものである。スクリューの外径を大きくすると、スクリュー外周距離は大きくなるが、それによって現像容器が大型化してしまう。そのため、本実施形態では、スクリューの外径によらないスクリューの攪拌性及び搬送性の指標として、上述のように、攪拌距離係数（［攪拌距離係数］＝［スクリュー外周距離の和］／［スクリュー外径の外周］）を採用した。

［攪拌性能］
次に、スクリューにより補給トナーが現像剤と攪拌されるときの攪拌性能を検証する方法について、図８ないし図１０を用いて説明する。補給トナーと現像剤の攪拌性能の検証は、現像剤の入った現像容器内に補給トナーを入れた際に、現像剤への補給トナーの混ざり具合を確認することで、評価することができる。本検証では、図２及び図３に示した現像容器４１を使用することで、この確認を行った。

上述の補給トナーの混ざり具合については、現像容器４１内の現像剤のトナー濃度の変化を確認することで評価することが可能であり、本検証では、現像容器４１に設けられたトナー濃度センサ４９により、トナー濃度の変化の測定を行った。上述のように、トナー濃度センサ４９として、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した。

ここで、トナー濃度センサ４９として使用したインダクタンスセンサについて、より詳しく説明する。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濃度センサである。上述したように、現像剤（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（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）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。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。

インダクタンスセンサは、攪拌室４８に透磁率のセンサ面（検出面）を突き出して、第２スクリュー４６に対向させている。センサ面は、センサ面上の現像剤の攪拌搬送性を考慮して第２スクリュー４６に近接して配置した。第２スクリュー４６の外径面（スクリュー外径を直径とする円筒面）とセンサ面との間の距離をＧとする。本発明者の検討では、センサの感度の関係から、距離Ｇは０．２〜２．５ｍｍ程度とすることが好ましいことがわかった。

しかし、センサ面を第２スクリュー４６に近づけすぎると、第２スクリュー４６の外径面がセンサ面に接触し、第２スクリュー４６の回転によりセンサ面が削れてしまう虞がある。第２スクリュー４６がセンサ面に接触すると、センサ面の変形、現像容器中へ削り粉の混入などが生じる。また、センサ面を第２スクリュー４６に近づけすぎると、センサ面と第２スクリュー４６との間の現像剤が押しつぶされて凝集塊を形成し、その凝集塊が画像劣化を引き起こす虞がある。このため、本実施形態の現像装置４Ｙでは、距離Ｇを０．５ｍｍに設定した。

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ので、第２スクリュー４６の動きに伴って、検出される透磁率も変化する。具体的には、スクリューの回転周期にそって、現像剤がインダクタンスセンサのセンサ面を通過していくので、インダクタンスセンサが検出する透磁率の信号波形は、第２スクリュー４６の動きに応じた最大値と最小値を有する信号波形となる。

ここでは、インダクタンスセンサにより現像剤の透磁率の検出を１０ｍｓ毎に行った。そして、その１０ｍｓ毎の検出を、波形の最大値と最大値の間に相当するスクリュー１周分（第２スクリュー４６の回転速度から１周に要する時間分）行い、これらの平均値を求める事によってインダクタンスセンサの検出値とした。インダクタンスセンサによって検出される電気信号は、図８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、インダクタンスセンサから出力される電気信号は現像容器４１内の二成分現像剤のトナー濃度に対応する。

次にインダクタンスセンサから出力される電気信号の処理を説明する。インダクタンスセンサからの電気信号は、制御部１１０（図２）内のＣＰＵへ送られる。そして、ＣＰＵにて、規定のトナー濃度（ＲＡＭなどの記憶回路に記憶された初期設定値におけるトナー濃度）と現像容器４１内の実際のトナー濃度（インダクタンスセンサによる検出値）とを比較し、その結果を記録する。インダクタンスセンサによりトナー濃度を検出するときには、上述のように、第２スクリュー４６の動きに伴って、検出値が変化する。そこで、第２スクリュー４６の動きによる検出値の変化は、スクリューの回転周期あたりの透磁率の平均値を検出値として算出し、上述の処理によりトナー濃度を計算した。

図９は、横軸をトナー濃度センサ４９（インダクタンスセンサ）の検出時間としたときの、センサ近傍部のトナー濃度の時間推移を示した図である。縦軸は、センサ近傍のトナー濃度（即ち、トナー濃度センサ４９の出力結果をトナー濃度に換算した値）であり、この値が大きいとトナー濃度が高いということを示している。

現像容器４１に補給された補給トナーが現像容器４１内の循環経路で搬送され、トナー濃度センサ４９近傍に到達すると、センサ近傍部では一時的にトナー濃度が高く検出される。その後、補給トナーがセンサ近傍部を通過するとセンサ近傍部のトナー濃度は元のトナー濃度に近い値に収束する。

補給トナーが現像容器４１内を循環され、トナー濃度センサ４９の近傍を通過するたびに、このようなトナー濃度の急激な変化が繰り返される。即ち、図９に示すように、現像容器４１内の現像剤の循環周期で、トナー濃度が急激に高くなること（ピーク）が繰り返される。しかしながら、現像剤の循環が進むと、補給トナーが現像剤に攪拌されることで、トナー濃度センサ４９で検出されるトナー濃度のピークの値が低くなる。そして、最終的には、トナー濃度が、補給された補給トナーに対応する割合だけ、補給前の値より高い値に収束する。

ここで、図９に示したようなトナー濃度センサ４９で検出されるトナー濃度のピーク値に着目する。補給トナーがセンサ近傍を通過する１回目のトナー濃度のピーク値をＰ１（％）とする。また、センサ近傍を１回通過した補給トナーが循環経路を経て２回目にセンサ近傍を通過する際のトナー濃度のピーク値をＰ２（％）とする。このとき、Ｐ１に対してＰ２が低くなっていれば、それだけ補給トナーが現像剤と攪拌されているということである。このため、このＰ１からＰ２への低下率（ピーク変化値）で、現像装置における補給トナーの攪拌性能を表すことが可能である。

［ピーク変化値と濃度ムラ］
次に、上述のセンサ近傍のトナー濃度のピーク変化値Δ（％）と、それぞれのピーク変化値を有する現像装置を用いて実際に画像を出力したときの濃度ムラとの関係について説明する。現像容器４１内のトナー濃度の変化は、出力画像の濃度ムラとして現れる。本検討においては、図１に記載の画像形成装置において、それぞれのピーク変化値を有する現像装置を用いてベタ画像を出力した際に、出力画像上の見た目の濃度ムラと、トナー濃度センサ４９のピーク変化値Δ（％）との関係を調べた。

なお、ベタ画像とは、感光ドラムの画像形成可能領域の全面に形成したトナー像であり、画像比率（印字率）が１００％の場合を言う。また、実験では、複数枚のベタ画像を出力するジョブを実行した。これにより、ベタ画像に応じた補給トナーが現像容器に補給され、補給トナーが十分に攪拌されずに静電潜像の現像に使われた場合に、出力画像の濃度ムラが生じ得る。したがって、本実験では、このように生じる濃度ムラを調べた。

実験結果を図１０のグラフに示す。図１０では、画像ムラがない状態を○、画像ムラが少しある状態を△、画像ムラが大きい状態を×とした。図１０から明らかなように、ピーク変化値Δ（％）が１．０以上であると画像ムラがない状態となり、０．５以上１未満のとき、画像上に少しムラがある状態となった。一方、ピーク変化値Δ（％）が０．５未満だと、画像上の濃度ムラが顕著に発生した。したがって、出力画像の画像ムラの発生を抑制するために、ピーク変化値Δ（％）が０．５以上であることが好ましく、１．０以上であることがより好ましい。

［攪拌距離係数とピーク変化値］
次に、攪拌距離係数とピーク変化値との関係を調べた実験について説明する。実験では、第２スクリューの条数の変えたものを用意した。各第２スクリューの攪拌距離係数は、図１１に示すように設定した。なお、各第２スクリューの羽根の角度は、５６．５°以下とした。そして、それぞれの第２スクリューを用いた場合のトナー濃度センサ４９のピーク変化値を確認した。

実験条件は、以下の通りである。まず、図２及び図３に記載してあるような現像容器４１に対して、初期現像剤としてトナー濃度が１０％の現像剤を２００ｇ入れた。そして、補給トナーとして１ｇの補給トナーを補給口に入れた。このとき、既に現像容器４１内に現像剤が入っている状態で第２スクリュー４６を回転速度６００ｒｐｍで回転させ、この状態で補給トナーを入れた。そして、図９で説明した様なピーク変化値Δ（％）を算出した。この結果を図１１に示す。

図１１のグラフでは、横軸が攪拌距離係数、縦軸がピーク変化値Δ（％）を表している。上述のように、センサ近傍のトナー濃度のピーク変化値Δ（％）が大きいと、良く攪拌されているということを示している。また、図１０から、画像上の濃度ムラを抑制するには、ピーク変化値Δ（％）が０．５以上であることが好ましく、１．０以上であることがより好ましい。

図１１から、攪拌距離係数が２以上４．９以下である場合、即ち、２条、３条、４条のスクリューの場合、ピーク変化値Δ（％）が０．５以上であることがわかった。また、攪拌距離係数が３．７以下である３条のスクリューの場合、ピーク変化値Δ（％）が１．５以上であることがわかった。したがって、攪拌距離係数が２以上４．９以下である多条スクリューを第２スクリューとして使用した場合、画像の濃度ムラを抑制できることがわかった。更に、攪拌距離係数が２以上３．７以下である多条スクリューを第２スクリューとして使用した場合、濃度ムラがより発生しにくい出力画像を得られることがわかった。

上述のように、本実施形態のように、第２スクリュー４６を多条スクリューで、羽根の角度θを５６．６°以下とすることで、現像剤の現像剤の搬送性の確保と攪拌性の確保とを両立できる。また、攪拌距離係数が２以上４．９以下、好ましくは攪拌距離係数が２以上３．７以下とすることで、現像剤の現像剤の搬送性の確保と攪拌性の確保とを両立して、出力画像の濃度ムラの発生を抑制できる。

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態について、図２及び図３を参照しつつ、図１２（ａ）、（ｂ）及び図１３を用いて説明する。上述の第１の実施形態では、第２スクリューとして羽根の角度θが５６．５°以下の３条スクリューを用いた構成について説明した。これに対して本実施形態の場合、攪拌室４８で現像剤を攪拌しつつ搬送する第２スクリュー４６Ａとして、複数の条数の羽根のうち少なくとも１条の羽根に空隙部を設けた構成としている。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。

図１２（ａ）に示すように、第２スクリュー４６Ａ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４６Ａａ、４６Ａｂとを備える。本実施形態では、第２スクリュー４６Ａは、２条の羽根４６Ａａ、４６Ａｂを有する２条スクリューとしている。また、複数の条数の羽根４６Ａａ、４６Ａｂのうちの少なくとも１条（本実施形態では１条）の第１羽根としての羽根４６Ａａは、回転軸４６０の軸線方向に亙って連続した形状である。なお、羽根４６Ａａ、４６Ａｂの角度θは、３９°以上８０°以下とすることが好ましく、５６．５°以下とすることがより好ましい。

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４６Ａｂは、回転軸４６０の軸線方向の少なくとも一部に羽根４６Ａｂが不連続となる空隙部４６Ａｇを有する形状である。即ち、羽根４６Ａｂの一部を欠損させて、この部分を空隙部４６Ａｇとしている。２条の羽根４６Ａａ、４６Ａｂは、第２スクリュー４６Ａの現像剤搬送方向に関して、羽根４６Ａａ、羽根４６Ａｂ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、現像室４７で現像剤を攪拌搬送する第１スクリューは、第２スクリュー４６Ａと同様の２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スクリューも、第２スクリュー４６Ａ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スクリューは、第２スクリュー４６Ａ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４６Ａ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、羽根４６Ａｂは、空隙部４６Ａｇが連通口４３ａ、４３ｂの間の軸線方向の全域に亙って周期的に形成されている。本実施形態では、羽根４６Ａｂと空隙部４６Ａｇは、第２スクリュー４６Ａの回転方向の位相に関して、羽根４６Ａｂが１２０°の位相、空隙部４６Ａｇが６０°の位相で交互に存在するようにしている。したがって、図１２（ｂ）に示すように、羽根４６Ａｂの部分を１周分、軸方向に投影した羽根４６Ａｂと空隙部４６Ａｇの面積の比が２：１となる。

図１２（ａ）の右側から左側に現像剤が搬送されるとする。この場合、下流側の羽根４６Ａｂに搬送される現像剤が、空隙部４６Ａｇで、羽根４６Ａｂで搬送される領域と、それより一つ上流の羽根４６Ａａで搬送される領域に分断される。一方、上流側の羽根４６Ａａに搬送される現像剤は、空隙部４６Ａｇで、羽根４６Ａａで搬送される領域と、それより一つ下流の羽根４６Ａｂで搬送される領域へと分断される。このように、現像剤の搬送経路が空隙部４６Ａｇで分流されることでトナー補給された時などは、補給トナーが現像剤中に広く分布し易くなる。そして、補給トナーの現像剤中の分布が広がることで、補給トナーの現像剤への攪拌性が向上する。

なお、本実施形態の第２スクリュー４６Ａの羽根４６Ａａ、４６Ａｂは、共にピッチ３０ｍｍ、スクリュー外径が１４ｍｍ、回転軸４６０の直径が６ｍｍとしている。ここで、羽根４６Ａｂのピッチに関しても、図５に示したように、搬送性を考慮したスクリューピッチであることが望ましい。このため、本実施形態の羽根４６Ａｂのピッチは、羽根４６Ａａと同様の搬送性の良好な３０ｍｍピッチを採用している。

また、羽根４６Ａａと羽根４６Ａｂとの軸線方向の間隔については、一定間隔を保ちつつ、羽根４６Ａｂが羽根４６Ａａのピッチ間を等分する位置にあることが望ましい。これは、上述のように空隙部４６Ａｇで現像剤を分流する際に、上流側に分流する側と下流側に分流する側とを等分化することが、現像剤の攪拌性向上に効果的であるためである。

次に、第２スクリュー４６Ａの攪拌距離係数と攪拌特性について説明する。上述のように、第２スクリュー４６Ａとして、少なくとも１条の羽根４６Ａｂに空隙部４６Ａｇを有する構成を採用することで、攪拌性能を向上させられる。但し、このような構成であっても、第１の実施形態と同様に、スクリューの攪拌性能は攪拌距離係数によっても変わってくる。

本実施形態の場合も、第２スクリュー４６Ａの攪拌距離係数が０．５以上４．９以下である。より好ましくは、第２スクリュー４６Ａの攪拌距離係数が２以上、更に好ましくは、３．７以下である。即ち、本実施形態の第２スクリュー４６Ａは、「スクリュー外周距離の和」が「スクリュー外径の外周」の０．５倍以上４．９倍以下であることが好ましい。また、より好ましくは、「スクリュー外周距離の和」が、「スクリュー外径の外周」の２倍以上３．７倍以下とする。

ここで、上述の２条スクリューの構成において、攪拌距離係数に対する攪拌性能の違いについて調べた実験について説明する。実験では、上述の２条スクリューにおいて、羽根４６Ａｂの羽根４６Ａｂがある分と空隙部４６Ａｇの比率（羽根４６Ａｂの部分を１周分、軸方向に投影した羽根４６Ａｂと空隙部４６Ａｇの面積の比）を変えたものを用意した。各２条スクリューの羽根４６Ａｂと空隙部４６Ａｇの比率は、図１３に示すように設定し、そのときの攪拌距離係数は、図１３に示す通りである。なお、各２条スクリューの羽根の角度は、５６．５°以下とした。そして、それぞれの２条スクリューを第２スクリューとして用いた場合のトナー濃度センサ４９のピーク変化値を確認した。

実験条件は、第１の実施形態の図１１で示した場合と同様に、図２及び図３に記載してあるような現像容器４１内に、初期現像剤を入れ、更に補給トナーを入れたときのトナー濃度センサ４９のピーク変化値Δ（％）を算出した。この結果を図１３に示す。

図１３のグラフでも、横軸が攪拌距離係数、縦軸がピーク変化値Δ（％）を表している。スクリューの羽根４６Ａｂのある領域と羽根４６Ａｂがない空隙部４６Ａｇの領域の比率は、図１２（ｂ）に示したように、空隙部４６Ａｇを１としたときの比率を示している。

図１３から、空隙部４６Ａｇを有する２条スクリューの構成では、羽根４６Ａｂがある領域の空隙部４６Ａｇの領域に対する比率を２：１以上、即ち、攪拌距離係数を２以上にすることで、ピーク変化値を１．０以上にできることがわかった。なお、比率が１：１、１．５：１であってもピーク変化値を０．５以上にできることがわかった。したがって、羽根４６Ａｂがある領域の空隙部４６Ａｇの領域に対する比率を１：１以上とすることが好ましく、この比率を２：１以上とすることがより好ましいことがわかった。

このような本実施形態の場合も、第１の実施形態と同様に、現像剤の現像剤の搬送性の確保と攪拌性の確保とを両立して、出力画像の濃度ムラの発生を抑制できる。なお、第２スクリュー４６Ａの攪拌距離係数が上述の範囲を満たせば、上記比率や羽根のある部分と空隙部の規則性は、適宜設定可能である。例えば、任意の位相毎に羽根と空隙部を組み合わせたり、現像剤の搬送方向（長手方向）の一部において、部分的に空隙部を有さない形状であったりしても良い。

また、第２スクリューの空隙部を有する羽根を、軸線方向の一部の領域で空隙部を有し、他の部分には空隙部を有さない形状とした場合、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。また、より好ましくは、空隙部が、少なくともトナー濃度センサ４９の直上流（例えば、センサ面の上流端から空隙部を有する羽根の２ピッチ以内）に存在するようにする。

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。

［第２の実施形態の別例］
また、第２の実施形態では、２条スクリューの２条の羽根のうちの１条の羽根だけ不連続となる空隙部を有する構成について説明したが、２条の羽根の両方が不連続となる空隙部を有する構成としても、攪拌性を向上させることができる。このような構成であっても、第１、第２の実施形態と同様に、スクリューの攪拌距離係数が攪拌性能に影響を与えるため、この点についても確認した。その結果、２条スクリューで両方の羽根に空隙部を有する構成であっても、図１３に示した場合と同様の、スクリューの攪拌距離係数とピーク変化値Δ（％）の結果を得られた。

したがって、２条スクリューの両方の羽根に空隙部を有する構成においても、攪拌距離係数が０．５以上４．９以下とすることで、現像剤の現像剤の搬送性の確保と攪拌性の確保とを両立して、出力画像の濃度ムラの発生を抑制できる。また、より好ましくは、攪拌距離係数が２以上３．７以下とすることで、出力画像の濃度ムラをより好ましく抑えられる。

例えば、２条スクリューのうち両方の羽根に空隙部を有し、両方の羽根における羽根と空隙部の比率が共に８５：１５とする。このような比率とすることで、攪拌距離係数を２以上にでき、ピーク変化値Δ（％）を１．０以上にできた。

なお、このように２条スクリューの両方の羽根に空隙部を有する構成においても、攪拌距離係数が上述の範囲を満たせば、上記比率や羽根のある部分と空隙部の規則性は、適宜設定可能である。例えば、任意の位相毎に羽根と空隙部を組み合わせたり、現像剤の搬送方向（長手方向）の一部において、部分的に空隙部を有さない形状であったりしても良い。

＜第３の実施形態＞
第３の実施形態について、図２及び図３を参照しつつ、図１４を用いて説明する。上述の第２の実施形態では、第２スクリューとして、２条スクリューの少なくとも一方の羽根に空隙部を設けた構成について説明した。これに対して本実施形態の場合、攪拌室４８で現像剤を攪拌しつつ搬送する第２スクリュー４６Ｂとして、３条の羽根のうち少なくとも１条の羽根に空隙部を設けた構成としている。その他の構成及び作用は、上述の第２の実施形態と同様である。以下、第２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２の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図１４に示すように、第２スクリュー４６Ｂ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４６Ｂａ、４６Ｂｂ、４６Ｂｃとを備える。本実施形態では、第２スクリュー４６Ｂは、３条の羽根４６Ｂａ、４６Ｂｂ、４６Ｂｃ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４６Ｂａ、４６Ｂｂ、４６Ｂｃ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４６Ｂａ、４６Ｂｂは、回転軸４６０の軸線方向に亙って連続した形状である。なお、羽根４６Ｂａ、４６Ｂｂ、４６Ｂｃの角度θは、３９°以上８０°以下とすることが好ましく、５６．５°以下とすることがより好ましい。

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４６Ｂｃは、回転軸４６０の軸線方向の少なくとも一部に羽根４６Ｂｃが不連続となる空隙部４６Ｂｇを有する形状である。即ち、羽根４６Ｂｃの一部を欠損させて、この部分を空隙部４６Ｂｇとしている。３条の羽根４６Ｂａ、４６Ｂｂ、４６Ｂｃは、第２スクリュー４６Ｂの現像剤搬送方向に関して、羽根４６Ｂａ、羽根４６Ｂｂ、羽根４６Ｂｃ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、現像室４７で現像剤を攪拌搬送する第１スクリューは、第２スクリュー４６Ｂ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スクリューも、第２スクリュー４６Ｂ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スクリューは、第２スクリュー４６Ｂ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４６Ｂ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、本実施形態の場合も、第２スクリュー４６Ｂの攪拌距離係数が０．５以上４．９以下である。より好ましくは、第２スクリュー４６Ｂの攪拌距離係数が２以上、更に好ましくは、３．７以下である。

本実施形態では、例えば、スクリューピッチが３０ｍｍ、スクリュー外径が１４ｍｍ、回転軸４６０の直径が６ｍｍとした。また、羽根４６Ｂａ、４６Ｂｂは、軸線方向に連続した形状であり、羽根４６Ｂｃは、空隙部４６Ｂｇが連通口４３ａ、４３ｂの間の軸線方向の全域に亙って周期的に形成されている。また、羽根４６Ｂｃと空隙部４６Ｂｇの比率（羽根４６Ｂｃの部分を１周分、軸方向に投影した羽根４６Ｂｃと空隙部４６Ｂｇの面積の比）を１：１としている。

この構成においては、第２の実施形態と同様に、羽根４６Ｂｃが空隙部４６Ｂｇを有することで攪拌性を向上させられると共に、羽根４６Ｂａ、４６Ｂｂが連続した形状であることで搬送性を向上させられる。これに加えて、本実施形態では３条スクリューを採用することで、さらに全体的なスクリューの搬送性能及び攪拌性能を向上させることができる。

なお、第２スクリュー４６Ｂの攪拌距離係数が上述の範囲を満たせば、上記比率や羽根のある部分と空隙部の規則性は、適宜設定可能である。例えば、任意の位相毎に羽根と空隙部を組み合わせたり、現像剤の搬送方向（長手方向）の一部において、部分的に空隙部を有さない形状であったりしても良い。

［実施例］
ここで、多条スクリューの構成において、攪拌距離係数に対する攪拌性能の違いについて調べた実験について説明する。実験では、第２スクリューの条数が２条、３条、４条である場合に、それぞれ１条分だけ羽根に空隙部を有する構成として、羽根と空隙部の比率（空隙部を有する羽根の部分を１周分、軸方向に投影した羽根と空隙部の面積の比）を変えた。そして、それぞれの場合における、スクリュー外周距離の和から計算される攪拌距離係数と、トナー濃度のピーク変化率Δ（％）を調べた。

それぞれのスクリューにおいて、スクリューピッチが３０ｍｍ、スクリュー外径が１４ｍｍ、回転軸の直径が６ｍｍとした。また、空隙部がない羽根は、軸線方向に連続した形状であり、空隙部のある羽根は、空隙部が連通口４３ａ、４３ｂの間の軸線方向の全域に亙って周期的に形成した。また、各スクリューの羽根の角度は、５６．５°以下とした。

実験条件は、第１の実施形態の図１１で示した場合と同様に、図２及び図３に記載してあるような現像容器４１内に、初期現像剤を入れ、さらいに補給トナーを入れたときのトナー濃度センサ４９のピーク変化値Δ（％）を算出した。この結果を図１５及び図１６に示す。なお、図１５及び図１６では、スクリューの羽根のある領域と羽根がない空隙部の領域の比率は、空隙部を１としたときの比率を示している。

図１５及び図１６から明らかなように、４条スクリューの場合には、攪拌距離係数が大きくなっても、ピーク変化値Δ（％）は１より大きくなることはなかったが、０．５以上にできることがわかった。また、第２の実施形態で説明した様に、羽根と空隙部の比率が１：１、１．５：１であってもピーク変化値を０．５以上にできることがわかった。

一方、３条スクリューの場合、ピーク変化値Δ（％）を１以上にでき、２条スクリューの場合であっても、上記比率を２：１以上、即ち、攪拌距離係数を２以上にすることで、ピーク変化値を１．０以上にできることがわかった。

以上より、第２スクリューの攪拌距離係数が０．５以上４．９以下であれば、出力画像の濃度ムラをある程度抑えられることがわかった。また、第２スクリューの攪拌距離係数が２以上３．７以下であれば、出力画像の濃度ムラを好ましく抑えられることがわかった。

＜他の実施形態＞
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１４で螺旋に沿う方向に隣り合う羽根４６Ｂｃと羽根４６Ｂｃとの間に、羽根４６Ｂｃ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。

また、トナー濃度を検知するセンサとして、上述の各実施形態ではインダクセンサを用いた。但し、インダクタンスセンサ以外に、例えば、光学センサなど他の方式でトナー濃度を検出可能なものをトナー濃度センサとしても良い。

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・・・第２スクリュー（スクリュー、第２搬送部材）／４６Ａａ、４６Ｂａ、４６Ｂｂ・・・羽根（第１羽根）／４６Ａｂ、４６Ｂｃ・・・羽根（第２羽根）／４６Ａｇ、４６Ｂｇ・・・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

Claims (16)

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、
   前記羽根の外径を直径とする円の外周の長さを縦軸にとり、前記羽根の１ピッチを横軸にとった場合の対角線と前記横軸がなす角度を前記羽根の角度とした場合に、前記羽根の角度が５６．５°以下である、
   ことを特徴とするスクリュー。
2. 前記複数の条数は、３条である、
   ことを特徴とする、請求項１に記載のスクリュー。
3. 前記複数の条数の羽根は、それぞれ前記回転軸の軸線方向に亙って連続した形状である、
   ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のスクリュー。
4. 前記複数の条数の羽根のうち、少なくとも１条の羽根が、前記回転軸の軸線方向の少なくとも一部に前記羽根が不連続となる空隙部を有する形状である、
   ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のスクリュー。
5. 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羽根が、前記回転軸の軸線方向の少なくとも一部に前記第２羽根が不連続となる空隙部を有する形状である、
   ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のスクリュー。
6. 前記複数の条数の羽根の１ピッチ分のそれぞれの前記羽根の外周の長さの和をスクリュー外周距離の和とし、前記羽根の外径を直径とする円の外周の長さをスクリュー外径の外周とした場合に、前記スクリュー外周距離の和が、前記スクリュー外径の外周の２倍以上４．９倍以下である、
   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. 前記スクリュー外周距離の和が、前記スクリュー外径の外周の３．７倍以下である、
   ことを特徴とする、請求項６に記載のスクリュー。
8. 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、少なくとも１条の羽根が、前記回転軸の軸線方向の少なくとも一部に前記羽根が不連続となる空隙部を有する形状であり、
   前記複数の条数の羽根の１ピッチ分のそれぞれの前記羽根の外周の長さの和をスクリュー外周距離の和とし、前記羽根の外径を直径とする円の外周の長さをスクリュー外径の外周とした場合に、前記スクリュー外周距離の和が、前記スクリュー外径の外周の０．５倍以上４．９倍以下である、
   ことを特徴とするスクリュー。
9. 前記スクリュー外周距離の和が、前記スクリュー外径の外周の２倍以上である、
   ことを特徴とする、請求項８に記載のスクリュー。
10. 前記スクリュー外周距離の和が、前記スクリュー外径の外周の３．７倍以下である、
    ことを特徴とする、請求項８又は９に記載のスクリュー。
11. 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羽根が、前記回転軸の軸線方向の少なくとも一部に前記第２羽根が不連続となる空隙部を有する形状である、
    ことを特徴とする、請求項８ないし１０のうちの何れか１項に記載のスクリュー。
12. 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１１に記載のスクリュー。
13. 前記複数の条数は、２条であり、
    前記２条の羽根のうちの１条が前記第１羽根であり、
    前記２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１１に記載のスクリュー。
14. 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１３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。
15. 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、
    前記羽根の外径を直径とする円の外周の長さを縦軸にとり、前記羽根の１ピッチを横軸にとった場合の対角線と前記横軸がなす角度を前記羽根の角度とした場合に、前記羽根の角度が５６．５°以下である、
    ことを特徴とする現像装置。
16. 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、少なくとも１条の羽根が、前記回転軸の軸線方向の少なくとも一部に前記羽根が不連続となる空隙部を有する形状であり、
    前記複数の条数の羽根の１ピッチ分のそれぞれの前記羽根の外周の長さの和をスクリュー外周距離の和とし、前記羽根の外径を直径とする円の外周の長さをスクリュー外径の外周とした場合に、前記スクリュー外周距離の和が、前記スクリュー外径の外周の０．５倍以上４．９倍以下である、
    ことを特徴とする現像装置。

Images