JP5709455B2 - 現像装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式を用いた複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリ装置、印刷装置等の画像形成装置に用いられる現像装置に関する。

従来、像担持体上に形成された静電潜像を顕在化するに際して、非磁性トナーと磁性キャリアの二成分現像剤を用いた二成分現像方法が広く用いられている。この二成分現像方法は、現像装置内の攪拌手段によって攪拌された現像剤を内部に磁界発生手段であるマグネットを有する現像剤担持体に担持せしめ、この現像剤を用いて像担持体との対向部にて静電潜像を可視像化するものである。

二成分現像方法を採用した二成分現像装置において、現像剤のトナー粒子は現像時に消費されるので、現像装置内のトナー濃度は常に変化する。このため、現像剤濃度制御装置（ＡＴＲ：Auto Toner Replenisher）を使用して適時現像剤のトナー濃度を正確に検出し、トナー濃度の変化に応じてトナー補給を行う。そして、十分に撹拌を行い、トナー濃度を常に一定に制御して画像の品位を保持する必要がある。

一般的な二成分現像装置としては、現像剤を収容する現像容器と、回転する中空の円筒である現像剤担持体たる現像スリーブとを有する。そして、現像スリーブ内にその回転に対して固定配置された磁界発生手段たるマグネットローラと、現像容器内に設置された現像剤の撹拌搬送手段たるスクリュー部材とを有する。そして、現像剤を現像スリーブの表面に薄層形成するために配置された現像剤層厚規制部材たる規制ブレードを有して構成されている。

ここで、現像装置内のトナーとキャリアの攪拌及び搬送を良好に行うためのスクリュー部材の構成としては、以下のような従来例が提案されている。

特許文献１では、現像剤を循環搬送する二本の攪拌軸を備える現像装置において、現像スリーブに近い側のスクリュー部材の回転速度を、現像スリーブから遠い側のスクリュー部材の回転速度よりも速くする。また、現像スリーブに近い側のスクリュー部材を連続したスクリュー羽根とし、現像スリーブから遠い側のスクリュー部材のスクリュー羽根の形状を切り欠き楕円板状にする。また、現像スリーブに近い側のスクリュー部材のスクリュー羽根厚が、現像スリーブから遠い側のスクリュー部材のスクリュー羽根厚よりも薄くした構成が提案されている。

特許文献２では、トナー補給口近傍の第１領域よりも現像剤搬送方向下流側に所定距離だけ離れた位置以降の第２領域にフィン部材を多く設ける。これによって、二成分現像剤のトナー及びキャリアの攪拌混合を促進するスクリュー部材の構成が提案されている。

特開平０９−１１４２０９号公報 特開２００４−２７２０１７号公報

特許文献１の構成では、補給されたトナーが現像部に到達するまでに十分な攪拌性を維持し、良好な搬送性を確保できている。これは、現像スリーブに近い側のスクリュー部材と、現像スリーブから遠い側のスクリュー部材とで、それぞれ略フラットな現像剤面高さを維持し、それぞれで十分な攪拌性能が得られるような構成になっている。しかしながら、例えば現像室内の現像剤量のバラツキ等で現像剤面高さにバラツキが生じた場合等においては、補給されたトナーの攪拌性能がばらついてしまう。その結果、出力画像の濃度がばらついてしまったり、本来印刷されてはならないシートの白地部にトナーが転写されてしまい白地部が汚れる所謂「画像かぶり」が目立ったりする問題等が生じていた。

一方、現像剤面高さがばらついたような場合においても、補給トナーに対して十分な攪拌性を持たせるために、例えば特許文献２に示したように、所定のスクリュー部材位置にフィン部材を設ける。そして、補給されたトナーに対する現像剤への取り込み性能を上げるために、現像剤面高さを現像剤搬送方向に対して一部分下げるような構成を持つような現像装置もある。この場合、現像剤面高さが多少ばらついても補給トナーを現像剤内に十分に取り込むことが可能となり、良好な攪拌、搬送性能を得ることができ、良好な画像を出力することができる。

従来、現像装置内の現像剤循環搬送に関して、現像剤循環搬送バランスが良好になるように、スクリュー部材のスクリュー羽根の離間ピッチやスクリュー羽根の外径、回転数を決めていた。例えば、画像形成プロセススピードを複数持つ装置の場合、現像剤の搬送速度も複数必要になってくる。画像形成プロセススピードが変わっても現像装置内の現像剤搬送速度を変えないことも可能である。しかし、現像剤の搬送速度と画像形成プロセススピードが大幅に異なり、画像形成プロセススピードに対して速い速度で現像剤が循環する場合は、極端に現像剤の劣化を促進してしまう。逆に、画像形成プロセススピードに対して遅い速度で現像剤が循環する場合は、補給されたトナーが現像部に搬送されるまでの速度が遅く、画像形成に対する補給トナーの追従性が悪くなってしまう。従って、異なる画像形成プロセススピードを複数持つ装置の場合は、現像剤の搬送速度も複数持つことが一般的である。特定の画像形成プロセススピードで現像剤循環搬送バランスを取るように設定されたスクリュー部材は、他の画像形成プロセススピードにおいて現像剤循環搬送バランスがとり難くなったり、現像剤循環搬送バランスが極端に悪くなったりする場合があった。これは、特定の画像形成プロセススピードで現像剤の循環搬送バランスが最適になるようにスクリュー部材の形状や回転数等を設計してあるため、別の画像形成プロセススピードになった場合には、必ずしも最適な現像剤の循環搬送バランスにはならないためである。この結果、紙種によって画像形成プロセススピードが変わった場合等は、同一の濃度信号を入力しても、出力画像の濃度がばらついたり、画像かぶりが発生してしまう問題が生じる。

一方、従来、トナーの攪拌性能をあげるために、搬送スクリュー部材の形状を工夫したり、フィン部材の形状や配置を工夫したりしているが、トナーの補給量に対して常時適正となるわけではない。例えば、特定のトナー補給量に対して十分な攪拌性能が得られるようなスクリュー部材の構成、回転数制御、フィン部材の配置を行う。その場合においても、トナー補給量が予め設定した量よりも多い場合は、攪拌性能にバラツキが起こったり、或いは、逆に、トナー補給量が予め設定した量よりも少ない場合は、現像剤を過剰に攪拌してしまい、トナー劣化を促進してしまう問題が起こる。

従来のスクリュー部材の構成においては、スクリュー部材の回転速度が現像容器の長手方向で一定である。このために、画像形成プロセススピードの変化やトナー補給量の差に対して適正値がばらついてしまい、常に最適な現像剤の攪拌、搬送を行うことが困難になってしまう。

本発明の目的は、画像形成プロセススピードの変化や、トナー補給量の差によって、現像剤の循環搬送バランスや必要な攪拌力がばらついたときにおいても、常に適正な現像剤の搬送、攪拌を行う。そして、常に良好な出力画像を得ることが可能な現像装置を提案することである。

上記課題を解決するために、本発明に係る現像装置の代表的な構成は、像坦持体上に形成された静電潜像にトナー及び磁性キャリアを含む現像剤を用いて現像する現像手段と、トナー補給口を通じてトナーが補給される攪拌室と、前記撹拌室の現像剤を撹拌搬送するスクリュー部材と、前記現像手段と前記撹拌室との間に配設され前記撹拌室との間でトナーが循環搬送される現像室と、前記現像室の現像剤を攪拌搬送するスクリュー部材と、前記スクリュー部材を回転駆動する駆動手段と、を有し、前記攪拌室の前記スクリュー部材は、同軸上の中央部および両端部に複数配置され、画像形成プロセススピードが遅い場合には、前記攪拌室の前記中央部の前記スクリュー部材の単位時間当たりの回転数を上げ、画像形成プロセススピードが速い場合における前記攪拌室の複数の前記スクリュー部材の互いの回転速度比よりも、前記中央部の前記スクリュー部材の回転速度比を大きくするように変更することを特徴とする現像装置である。

本発明によれば、作像条件に応じて同軸上に配置された複数のスクリュー部材の互いの回転速度比を変更することで、画像形成装置の画像形成プロセススピードが変わったり、トナー補給量が変わったときにおいても、現像剤の循環搬送バランスが確保できる。これにより、現像剤面高さを適正化でき、現像剤へのトナー取り込み性能、現像剤の攪拌及び混合性能を向上し、トナー帯電付与性能を向上することができる。そして、現像剤の循環性悪化による現像剤溢れや現像剤詰まり、或いは、トナー飛散や画像かぶりを発生させることがない。

本発明に係る現像装置を備えた画像形成装置の概略構成を示す図である。 （ａ），（ｂ）は本発明に係る現像装置の断面説明図及び平面説明図である。 現像装置の現像バイアス電圧の一例を示す概略説明図である。 本発明に係る現像装置の制御系の概略構成を示すブロック図である。 （ａ）は比較例１のスクリュー部材の構成と現像剤面高さを示す断面説明図、（ｂ）は比較例２のスクリュー部材の構成と現像剤面高さを示す断面説明図である。 （ａ）は図５（ａ）に示す比較例１の現像容器内におけるトナー帯電量分布の一例を示す図、（ｂ）は図５（ｂ）に示す比較例２の現像容器内におけるトナー帯電量分布の一例を示す図である。 （ａ）は第１実施形態における現像装置内のスクリュー部材の構成を示す断面説明図、（ｂ），（ｃ）は第１実施形態のスクリュー部材に設けられたフィン部材の一例を示す正面図及び断面図である。 第１実施形態におけるスクリュー部材の回転数決定時のフローチャートである。 第１実施形態および比較例の現像容器内におけるトナー帯電量分布の一例を示す図である。 第１実施形態および比較例の現像容器内の現像剤面高さの一例を示す図である。 第２実施形態におけるスクリュー部材の回転数決定時のフローチャートである。 第２実施形態における現像容器内のトナー濃度とトナー補給量との関係を示す図である。 第２実施形態における現像容器内の現像剤面高さの一例を示す図である。

以下に、図を用いて本発明に係る現像装置を備えた画像形成装置の一実施形態について具体的に説明する。なお、これら実施形態は、本発明における最良の実施形態の一例ではあるものの、本発明はこれらの実施形態により限定されるものではない。

以下に図１〜図10を用いて本発明に係る現像装置を備えた電子写真方式の画像形成装置の第１実施形態の構成について説明する。

（画像形成装置）
図１により本発明に係る現像装置を備えた画像形成装置の第１実施形態について説明する。図１に示す画像形成装置本体17内には画像形成手段となる画像形成部Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄが並設され、各々異なった色のトナー画像が潜像、現像、転写のプロセスを経て記録シート等の記録材18上に形成される。以下、記述の煩雑化を防ぐために、イエロー，マゼンタ，シアン，ブラックの４つの画像形成部Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄを画像形成部Ｐで代表させて説明するものとし、関連する次の各プロセス手段についても同様とする。

画像形成部Ｐは、それぞれ専用の像担持体となる感光ドラム30ａ，30ｂ，30ｃ，30ｄを具備し、各感光ドラム30ａ〜30ｄ上に各色のトナー画像が形成される。各感光ドラム30ａ〜30ｄに隣接して中間転写ベルトからなる中間転写体130が設置される。該感光ドラム30ａ〜30ｄに形成された各色のトナー画像が中間転写体130上に一次転写され、二次転写ローラ11が設けられた二次転写部で記録材18上に転写される。更に、トナー画像が転写された記録材18は、定着部９で加熱及び加圧することによりトナー画像を記録材18に定着した後、記録画像として装置外に排出される。

感光ドラム30ａ〜30ｄの外周には、それぞれドラム帯電器20ａ，20ｂ，20ｃ，20ｄ、現像装置100ａ，100ｂ，100ｃ，100ｄ、一次転写帯電器24ａ，24ｂ，24ｃ，24ｄ及びクリーナ40ａ，40ｂ，40ｃ，40ｄが設けられる。画像形成装置本体17の上方部には更に光源装置13ａ，13ｂ，13ｃ，13ｄ及びポリゴンミラーが設置されている。

光源装置13ａ〜13ｄから発せられたレーザー光をポリゴンミラーを回転して走査する。その走査光の光束を反射ミラーによって偏向し、回転多面鏡で等角度走査されたビームを結像面上で等速走査させる機能を有するｆθレンズにより感光ドラム30ａ〜30ｄの母線上に集光して露光する。これにより、該感光ドラム30ａ〜30ｄ上に画像信号に応じた静電潜像が形成される。

現像装置100ａ〜100ｄには、現像剤としてそれぞれシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックのトナーが図示しない供給装置により所定量充填されている。現像装置100ａ〜100ｄは、それぞれ感光ドラム30ａ〜30ｄ上（像担持体上）に形成された静電潜像にトナー及び磁性キャリアを含む現像剤を用いて現像する。そして、シアントナー画像、マゼンタトナー画像、イエロートナー画像及びブラックトナー画像として可視像化する。

中間転写体130は、図１の矢印Ａ方向に感光ドラム30の回転周速度と同じ周速度をもって回転駆動されている。感光ドラム30ａ上に形成担持されたイエロートナー画像は、感光ドラム30ａと中間転写体130とのニップ部を通過する。その過程で、中間転写体130に印加される一次転写バイアス電圧により形成される電界と圧力により、中間転写体130の外周面に中間転写されていく。

11は二次転写ローラで、中間転写体130に対応して平行に軸受させて該中間転写体130の下面部に接触させて配設してある。二次転写ローラ11には、二次転写バイアス電源によって所望の二次転写バイアス電圧が印加されている。中間転写体130上に重畳転写された合成カラートナー画像の記録材18への転写は、給送カセット10からレジストローラ12、図示しない転写前ガイドを通過する。そして中間転写体130と二次転写ローラ11との当接ニップ部に所定のタイミングで記録材18が給送される。同時に二次転写バイアス電圧がバイアス電源から印加される。この二次転写バイアス電圧により中間転写体130から記録材18へ合成カラートナー画像が転写される。

以下、同様にマゼンタトナー画像、シアントナー画像、ブラックトナー画像が順次、中間転写体130上に重畳転写され、目的のカラー画像に対応した合成カラートナー画像が形成される。

一次転写が終了した感光ドラム30ａ〜30ｄは、それぞれのクリーナ40ａ〜40ｄにより転写残トナーをクリーニングして除去され、引き続き次の静電潜像の形成に備えられる。尚、中間転写体130上に残留したトナー及びその他の異物は、中間転写体130の表面に不織布からなるクリーニングウエブ19を当接させて拭い取るようにしている。

トナー画像の転写を受けた記録材18は、二次転写ローラ11が設けられた二次転写部と定着部９との間に設けられた記録材搬送部を通り、定着部９に導入される。そして、熱と圧力を加えることでトナー画像が記録材18上に定着され、フルカラープリントとして排出トレイ63に排出される。

尚、本実施形態に係る画像形成装置の構成は一例であって、様々な方式が適用可能であり、基本的には上記した様に帯電、露光、現像、転写、定着の工程で画像が形成される。

（現像装置の概略構成）
次に、前述した画像形成装置に設置されている本実施形態に係る現像装置100について、図２を用いて説明する。図２（ａ）は、本実施形態に係る現像装置100を示す断面図であり、現像装置100を背面から見た図である。図２（ｂ）は上部から見た断面図である。現像装置100ａは、現像容器21を備える。現像容器21には、非磁性トナー（以下、単に「トナー」という）と、磁性キャリアと、を含有する二成分現像剤が収容されている。現像剤については詳しく後述する。

現像容器21の内部は、隔壁７によって現像室４と攪拌室５とに区画され、該攪拌室５の上方には現像装置100とは別体のトナー貯蔵室50が設けられ、該トナー貯蔵室50内には補給用トナー（非磁性トナー）が収容されている。尚、現像容器21の攪拌室５の上部にはトナー補給口８が設けられ、該トナー補給口８を経てトナー画像形成に消費されたトナーに見合った量の補給用トナーが攪拌室５内に落下補給される。ここで、この現像装置100における二成分現像方式について説明する。

現像容器21の感光ドラム30側の部位には開口部が形成され、現像手段として現像剤担持体となる中空で円筒状の現像スリーブ１が該開口部から外部に突出するように構成されている。現像スリーブ１は現像容器21の開口部近傍に回転可能に組み込まれている。現像スリーブ１は感光ドラム30上（像坦持体上）に形成された静電潜像にトナー及び磁性キャリアを含む現像剤を用いて現像する現像手段として構成される。

尚、本実施形態においては、現像スリーブ１の直径は２０（mm）のものを用いている。また、現像スリーブ１は、例えば、ステンレス（ＳＵＳ３０５ＡＣ）のような、非磁性材から形成され、その内部には磁性発生手段となる磁石２が現像スリーブ１の内部に固定配置されている。

現像スリーブ１の内部に固定配置された磁石２は、感光ドラム30と現像スリーブ１との対向部である現像領域の近傍に配設される現像磁極である磁極Ｓ１を有する。更に、現像スリーブ１上に担持された現像剤の層厚を規制する現像剤層厚規制部材である規制ブレード３に対向した現像剤層厚規制磁極である磁極Ｎ１を有する。更に、現像剤を現像スリーブ１上に担持させながら搬送するための磁極Ｎ２，Ｓ２，Ｎ３を有する。

また、磁石２は、現像磁極である磁極Ｓ１が感光ドラム30に対してドラム回転方向に５°上流になるように現像スリーブ１内に配置されている。

磁極Ｓ１は、現像スリーブ１と感光ドラム30との間の現像部の近傍に磁界を形成させ、該磁界によって磁気ブラシを形成するようになっている。上記現像部において、現像スリーブ１の回転とともに、図２（ｂ）に示す矢印Ｂ方向に運ばれてきた現像剤は感光ドラム30と接触し、該感光ドラム30上の静電潜像は現像されることとなる。このとき、本実施形態では、現像スリーブ１と感光ドラム30との近接位置である現像部において、現像スリーブ１と感光ドラム30とは互いに逆方向に移動するようになっている。

磁極Ｓ１で現像を終了した現像剤は、磁極Ｎ１及び磁極Ｎ２により形成された反発磁界によって現像スリーブ１上から剥ぎとられ、現像室４に落下することとなる。

尚、現像スリーブ１には現像バイアス電源により、現像バイアス電圧として、交流電圧に直流電圧を重畳した振動バイアス電圧が印加される。感光ドラム30上の静電潜像の暗部電位（非露光部電位）と明部電位（露光部電位）とは、上記振動バイアス電位の最大値と最小値との間に位置している。これによって現像部に、向きが交互に変化する交番電界が形成される。この交番電界中でトナーと磁性キャリアとが激しく振動され、トナーが現像スリーブ１及び磁性キャリアヘの静電的拘束を振り切って潜像電位に対応した量のトナーが感光ドラム30に付着する。

尚、本実施形態においては、感光ドラム30上の暗部電位を−６００Ｖ、明部電位を−２００Ｖとする。現像スリーブ１には、直流バイアス電圧として、−４５０Ｖの直流電圧が印加される。そして、交流バイアス電圧として、電圧Ｖｐｐ＝１．８ｋＶ、周波数Ｆ＝２ｋＨｚの交流電圧が印加されている。周期的なパルス波を出したときの周期とパルス幅との比となるデューティ（Ｄｕｔｙ）比は現像飛翔側に３５％である。そして、図３に示すように、現像バイアス電圧である振動バイアス電圧は、最小値の電圧側に時間Ｔ１、最大値の方の電圧側に時間Ｔ２、交互にかけられるバイアス電圧とすれば、Ｔ１：Ｔ２は６５：３５となる。

（現像剤循環構成）
現像容器21内で現像スリーブ１に近い方の現像室４には、現像スリーブ１と略平行に配置され、現像剤を攪拌搬送するスクリュー部材４ａが設けられている。現像スリーブ１から遠い方の攪拌室５には、現像剤を攪拌搬送するスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃが、同軸上に複数配置して設けられている。そして、このスクリュー部材４ａ及びスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃによって、現像剤が搬送及び撹拌され、現像容器21内を図２（ｂ）に示す矢印Ｂ方向に循環する。スクリュー部材４ａとスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃとの間には両端部で現像室４と攪拌室５とで連絡可能な開口部７ａ，７ｂを設けた隔壁７が設けられている。

次に現像装置100の構成について図２（ｂ）を参照して説明する。図２（ｂ）に示すように、スクリュー部材４ａとスクリュー部材５ｂ，５ｂ，５ｃとは現像容器21内に略平行に配置され、それらの間はスクリュー部材４ａとスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃとの間を現像剤が行き来しないように隔壁７によって仕切られている。現像容器21の長手方向両端部には隔壁７がなく、現像剤がスクリュー部材４ａとスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃとの間を行き来できるように開口部７ａ，７ｂが設けられている。スクリュー部材４ａとスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃとは図２（ｂ）に示すように上から見ればそれぞれ左右反対方向に現像剤を循環搬送するようになっているため、現像容器21内には現像剤が途切れることなく回るような循環経路が形成される。

（スクリュー部材の構成及び駆動構成）
ここで、スクリュー部材４ａ，５ａ，５ｂ，５ｃの構成と駆動方法について説明する。実際にスクリュー部材４ａ，５ａ，５ｂ，５ｃを駆動したときの回転数の比、及びそのときの現像剤の循環搬送状態については後述する。

スクリュー部材４ａ及びスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃは、それぞれ連続した螺旋状のスクリュー羽根4a2，5a2，5b2，5c2を有する。そして、該スクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃのスクリュー羽根5a2，5b2，5c2の離間ピッチは同じ間隔に設定されている。スクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃは、互いに異なる単位時間当たりの回転数Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃで回転可能なように構成される。なお、本実施形態ではスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃのスクリュー羽根5a2，5b2，5c2の離間ピッチを同じ間隔に設定した。他に搬送、攪拌能力が互いに異なる形状やスクリュー羽根5a2，5b2，5c2の離間ピッチを互いに異なるように設定することも可能であり、これに限定されるものではない。

また、スクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃは、互いに異なる単位時間当たりの回転数Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃで回転可能に構成される。本実施形態では、スクリュー部材５ａと、スクリュー部材５ｃとが同一の単位時間当たりの回転数Ｒで回転するようにギア比等の設定を行った。しかし、これに限定されるものではない。ギア比等の駆動入力については以下に説明する。

スクリュー部材４ａのスクリュー軸4a1の両端部は、現像容器21を貫通して回転自在に軸支されており、その両端部にはスクリュー部材５ａ，５ｃ側と駆動を連結させるためのギア41，42が固着されている。

攪拌室５におけるスクリュー部材は、同軸上に配置されたスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃに複数に分かれており、それぞれ独立して回転可能なように設定されている。これにより複数のスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃの互いの回転速度比を互いに異なる複数の画像形成プロセススピードやトナー補給手段となるトナー補給口８から補給されるトナーの補給量等の作像条件に応じて変更する。

攪拌室５の現像剤搬送方向（図２の左右方向）の中央部に配置されるスクリュー部材５ｂは、スクリュー羽根5b2が設けられる大径のスクリュー軸5b1の両側に小径の回転軸5b3，5b4が固着されている。そして、該回転軸5b3，5b4は現像容器21を貫通して回転自在に軸支されている。スクリュー部材５ａ，５ｃのスクリュー軸5a1，5c1はスクリュー軸5b1の外径と同径で回転軸5b3，5b4に対して回転自在に外装される円筒状部材で構成される。そして、該スクリュー軸5a1，5c1のそれぞれの両端部に取り付けられたベアリング部材531，532，533，534を介して回転軸5b3，5b4に対して回転自在に支持されている。また、スクリュー軸5a1，5c1のそれぞれの一端部は現像容器21を貫通して回転自在に軸支されている。

スクリュー部材５ａは、スクリュー部材５ｂよりも現像剤搬送方向上流側（図２（ｂ）の左側）に位置し、スクリュー部材５ｂと同軸上に配置されている。スクリュー部材５ａのスクリュー軸5a1の現像剤搬送方向上流側の一端部は現像容器21を貫通し、両端部側に取り付けられたベアリング部材531，532を介して回転自在に支持されている。なお、スクリュー部材５ａのスクリュー軸5a1上に配されたスクリュー羽根5a2は、スクリュー部材５ｂのスクリュー軸5b1と干渉しないように配置されている。また、スクリュー部材５ａにおいて、現像容器21を貫通した現像剤搬送方向上流側の端部には、スクリュー部材４ａのスクリュー軸4a1に固着されたギア42と噛合するギア52が固着されている。

スクリュー部材５ｃは、スクリュー部材５ｂよりも現像剤搬送方向下流側（図２（ｂ）の右側）に位置し、スクリュー部材５ｂと同軸上に配置されている。スクリュー部材５ｃのスクリュー軸5c1の現像剤搬送方向下流側の一端部は現像容器21を貫通し、両端部側に取り付けられたベアリング部材533，534を介して回転自在に支持されている。なお、スクリュー部材５ｃのスクリュー軸5c1上に配されたスクリュー羽根5c2は、スクリュー部材５ｂのスクリュー軸5b1と干渉しないように配置されている。また、スクリュー部材５ｃにおいて、現像容器21を貫通した現像剤搬送方向下流側の端部には、スクリュー部材４ａのスクリュー軸4a1に固着されたギア41と噛合するギア51が固着されている。

スクリュー部材５ａのスクリュー軸5a1の一端部、及びスクリュー部材５ｂの回転軸5b4の一端部には、それぞれスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃを回転駆動する駆動手段となるモータ92，91が取り付けられている。本実施形態では、モータ91がスクリュー部材５ｂの回転駆動源となっており、モータ92がスクリュー部材５ａ，４ａ，５ｃの回転駆動源となっている。本実施形態では、スクリュー部材５ａのスクリュー軸5a1に設けられたギア52がスクリュー部材４ａのスクリュー軸4a1に設けられたギア42に回転駆動力を伝達し、スクリュー部材４ａを回転駆動する。同時に、スクリュー部材４ａのスクリュー軸4a1に設けられたギア41がスクリュー部材５ｃのスクリュー軸5c1に設けられたギア51に回転駆動力を伝達し、スクリュー部材５ｃを回転駆動させる構成になっている。

なお、以下には、現像容器21の攪拌室５側に設けられるスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃの構成についての説明を主に行うが、現像室４側に設けられるスクリュー部材４ａについても同様に構成することが出来る。

（トナー濃度検知及びトナー補給の概略構成）
スクリュー部材５ａの後方の壁面となる現像剤搬送方向上流側（図２（ｂ）の左側）には、画像形成時に消費されたトナー量を検出する検出手段としてのトナー濃度センサ６が設けられている。トナー濃度センサ６としては、本実施形態では、トナーと磁性キヤリアとの混合比として見掛けの透磁率変化を検知するインダクタンス検知方式を採用したものを使用した。トナー濃度センサ６のセンサ面に対して現像剤が滞留すると、現像剤のトナー濃度を正確に検出できなくなる。このため、トナー濃度センサ６のセンサ面に現像剤が滞留しないように、該トナー濃度センサ６は、そのセンサ面がスクリュー部材５ａの近傍で現像剤面に対して垂直になるように配置されている。尚、ここで、トナー濃度とは、トナーと磁性キャリアとの混合比であり、Ｔ／Ｄ比と称されるものである。

このように、攪拌室５において、トナー濃度センサ６をスクリュー部材５ａの現像剤搬送方向上流側（図２（ｂ）の左側）に設けているのは、画像形成にトナーが使用されてトナー濃度が下がった現像剤に対して直ちにトナー濃度を検出するためである。

現像室４のスクリュー部材４ａ側に存在して画像形成に用いられた現像剤は前述した循環経路によりスクリュー部材５ａ側に送られ、トナー濃度センサ６によりトナー濃度が検出される。その検出結果に応じてトナー濃度センサ６の現像剤搬送方向下流側（図２（ｂ）の右側）に設けられたトナー補給口８を通じてトナー貯蔵室50ａ，50ｂ，50ｃ，50ｄから適正量のトナーが現像剤に補給される。これによって現像剤のトナー濃度が常に一定に保たれる。

次に、現像剤を順調に攪拌及び搬送でき、さらに良好な画像形成を行うためには、次の点に留意しなければならない。

（現像剤の循環搬送バランス）
第１に、図２（ｂ）において、現像室４のスクリュー部材４ａと、攪拌室５側に設けられるスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃとの現像剤の搬送速度のバランスを一定に保つ必要がある。なぜならば、スクリュー部材４ａと、スクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃとの現像剤の搬送速度が異なると、現像剤の受け渡し部にて現像剤が滞り、現像剤の循環性が大きく損なわれ、現像剤詰まりや現像剤溢れの原因になってしまうためである。すなわち、攪拌室５と現像室４の現像剤の受け渡し部においては、現像剤の受け渡し量は一定である必要がある。

また、攪拌室５内においては、スクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃに分割された構成になっている。それぞれの単位時間当たりの回転数Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃを設定する際には、現像剤の循環性が保たれる範囲で単位時間当たりの回転数Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃを制御しなければならない。スクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃ間で現像剤の搬送速度差が大きくなりすぎると、現像剤の循環性が大きく損なわれ、現像剤詰まりや現像剤溢れの原因になってしまう。ただし、後述するが、現像剤面高さを制御して現像剤の攪拌性能を向上させることも重要で、この現像剤面高さ制御は現像剤の循環搬送バランスが大きく崩れない範囲で行うことが重要になってくる。

（現像剤面高さ）
第２に、図２（ａ）において、スクリュー部材４ａが設けられた現像室４、及びスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃが設けられた攪拌室５における現像剤面高さを所定の高さに維持する必要がある。

現像室４において、この現像剤面の高さが低過ぎると、スクリュー部材４ａにより搬送される現像剤量が全体量として少なくなり過ぎる。この場合、現像スリーブ１に供給される現像剤が規制ブレード３の規制部にて滞留する量が減少し、この部分でのスクリュー部材４ａからの現像剤の供給ムラを招き易くなる。その結果、スクリュー羽根4a2の離間ピッチで画像に濃度ムラができる所謂スクリューピッチムラが生じる。

逆に現像剤面が高過ぎて現像スリーブ１の現像剤が引き剥がされる部分を完全に現像剤が覆ってしまった場合、剥がされた現像剤が覆われた現像剤により押さえ付けられて現像スリーブ１上に戻ってしまう。その場合にスクリュー部材４ａのスクリュー羽根4a2の近傍部で現像剤の引き剥がしが比較的良好に行なわれるのに対して、それ以外の部分が引き剥がされないでいるためにベタ画像印字時のスクリューピッチムラの発生を招いてしまう。従って、現像剤面高さは現像スリーブ１の現像剤が引き剥がされる部分の反発極間を完全に覆うことなく、規制ブレード３の規制部を十分に覆うような高さとするのが望ましい。

また、攪拌室５においては、スクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃ側は補給された新しいトナーと現像容器21内の現像剤の混合攪拌という目的があるが、この現像剤面高さが高すぎる場合、スクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃよりも高い位置にある現像剤は撹拌され難い。特に、トナー補給を行うときに、現像剤面がスクリュー部材５ａよりも高い位置にある場合、現像剤中の磁性キャリアよりも比重の小さいトナーは現像剤面に浮いたままになってしまうことがある。こうなると、補給されたトナーは攪拌室５内にある現像剤とはなかなか混ざらず、殆ど未帯電のトナーがそのまま現像スリーブ１側に供給されてしまい、画像かぶりや濃度不良等の問題が発生する。

一方、スクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃでの現像剤面の高さが低すぎると、補給されたトナーが回転しているスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃに直接接触する量が多くなる。この場合、トナーの飛散が多くなり、トナーが直接、現像室４側に飛散してしまい、画像かぶりが発生し易いという問題になる。或いは攪拌室５の現像剤搬送方向下流側（図２（ｂ）の右側）に飛散してしまう。これにより、現像剤がスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃのスクリュー軸5a1，5b1，5c1を中心とした周方向にせん断されつつ回転して移動する距離である攪拌搬送経路長が短か過ぎて攪拌不良となり、同じく画像かぶりの原因になってしまう。

即ち、攪拌室５側においては、トナー補給口８から補給された新しいトナーを効率良く現像剤中に取り込み、その後で効率良く攪拌、混合、微分散する構成が重要になる。

現像剤面高さと、トナー攪拌性能については、図５に示す比較例１、２を用いてさらに詳細に説明する。図５は比較例１、２において攪拌室５に設けられるスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃの構成及び現像剤高さを断面方向から見た概略図である。

図５（ａ）に示す比較例１は、現像剤の攪拌搬送能力がスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃの長手方向で一定である場合で、各スクリュー羽根5a2，5b2，5c2の離間ピッチが同ピッチで同軸上に配置され、スクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃは一体的に回転する。この場合の現像剤面高さはスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃの長手方向で略一定になる。このとき、現像剤面がスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃよりも高い場合は、補給されたトナーが現像剤の中に取り込まれ難くなり、現像室４にくるまでに十分に帯電付与されないトナーの存在確立が高くなってしまう。一方、現像剤面がスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃよりも低い場合は、補給されたトナーが現像剤に取り込まれる際の取り込み不良は少なくなる。トナー補給口８から補給されたトナーがスクリュー部材５ａのスクリュー羽根5a2に直接接触し易くなる。このため、該スクリュー羽根5a2に直接接触したトナーが攪拌室５の現像剤搬送方向下流側（図５の右側）に飛散し、同じく十分に帯電付与されないトナー量が多くなってしまう可能性がある。すなわち、トナー補給口８近傍では補給されたトナーが直接、スクリュー部材５ａのスクリュー羽根5a2に接触し難い。さらに補給トナーの現像室４内への取り込み性能が十分である現像剤面高さが要求され、図５（ａ）に示すように、現像剤面高さが一定である場合は、現像剤循環搬送バランスを取るのが困難になってくる。

図５（ｂ）に示す比較例２は、現像剤の攪拌搬送能力を高めるスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃを用いた場合で、この場合の現像剤面高さは、図５（ｂ）のようになる。スクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃの構成は従来用いられている構成で、同軸上で一体的に回転するスクリュー羽根5a2，5b2，5c2の離間ピッチを調整すると共に、現像剤の攪拌性能の向上を行うフィン部材16が設けられている。まず、攪拌室５の中央部に配置されるスクリュー部材５ｂでは、現像剤の進行方向（図５の左から右方向）への搬送速度Ｖが速くなるように、スクリュー羽根5b2の離間ピッチが広く取られている。一方、中央部のスクリュー部材５ｂの上流側及び下流側領域では、現像剤の搬送速度Ｖが中央部よりも遅くなるように、中央部よりもスクリュー羽根5a2，5c2の離間ピッチが狭くなっている。さらに、現像剤の攪拌性能を向上させるためにスクリュー軸5a1，5c1のスクリュー羽根5a2，5c2を避けた位置にフィン部材16が設けられている。このようなスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃの構成を用いると、攪拌室５の中央部はその上流側や下流側よりも現像剤の搬送速度Ｖが速いため、現像剤面高さが低くなる。従って、トナー補給口８から補給されたトナーがスクリュー部材５ｂの下部方向へ移動し易くなるため、補給トナーの現像剤への取り込み性能が格段に向上する。一方、攪拌室５の中央部よりも現像剤搬送方向下流側（図５（ｂ）の右側）の領域においては、中央部よりも現像剤の搬送速度Ｖが遅い。このため、特にスクリュー羽根5b2からスクリュー羽根5c2に移行するスクリュー羽根の離間ピッチが異なる境界近傍で、現像剤の搬送速度Ｖｂ，Ｖｃの差によって現像剤面高さが高くなる。この現像剤面高さが高くなった部分では、現像剤の搬送速度Ｖが遅く、さらにフィン部材16によって十分に攪拌される。また、攪拌室５の中央部よりも搬送方向上流側の領域においては、中央部よりも搬送速度Ｖが遅いため、中央部よりも現像剤面高さが高くなる。この現像剤面高さは、トナー補給口８から補給されたトナーが直接、スクリュー羽根5a2に接触し難い高さに調整することが好ましい。このように現像剤面高さを調整することによって、補給トナーの取り込み性能や攪拌性能が満たされ、現像剤循環搬送バランスがとり易い構成になっている。

以上のように、現像剤面高さに関しては、トナー補給口８の近辺では、ある程度現像剤面高さが高く、その下流側で補給トナーの取り込み性能を上げるために現像剤面高さを下げる。更にその下流側で攪拌性能を上げるために現像剤の搬送速度Ｖを落とし、現像剤面高さを上げることが望ましい。

（攪拌搬送能力とトナー帯電付与性）
次に、現像剤の攪拌搬送能力とトナー帯電付与性について説明する。まず、図６（ａ）に図５（ａ）に示す比較例１の現像容器21内に収容されたトナー粒子分布に対するトナー帯電量分布を表す。図６（ａ）の縦軸はトナー粒子分布数であり、横軸は帯電量である。横軸の帯電量は右側がプラス、左側がマイナスである。図２（ｂ）に示すスクリュー部材５ｃからスクリュー部材４ａへ現像剤を受け渡す隔壁７の一端部に設けられた開口部７ｂの部位を測定ポイントＣとする。図５（ａ）に示す比較例１の場合、トナー補給口８から補給されたトナーがスクリュー部材５ａのスクリュー羽根5a2に直接接触して飛散したり、或いは、補給されたトナーが十分に現像剤の中に取り込まれなかった。このために、現像剤の攪拌及び混合が十分に行なわれず、帯電量が０近傍にあるトナー量が増え、帯電不良のトナーが増えていることが分かる。トナーは負極性であるので０よりマイナス側が好ましい。帯電付与が十分できていないために、トナーの飛散や画像かぶりが生じ易い状態になっている。

一方、図６（ｂ）は図５（ｂ）に示す比較例２の現像容器21内に収容されたトナー粒子分布に対するトナー帯電量分布を表す。図５（ｂ）に示す比較例２の場合、トナー補給口８から補給されたトナーがスクリュー部材５ａのスクリュー羽根5a2に直接接触して飛散することがない。さらには攪拌室５の中央部で現像剤面高さが低くなっているため、補給されたトナーが現像剤の中に十分に取り込まれ、その後、現像剤の搬送速度Ｖが遅くなった部分で十分に攪拌されている。これにより、図６（ｂ）に示すように、帯電量が０近傍のトナーが非常に少ないことが分かる。つまり、トナーの飛散や画像かぶりが生じることが少ない。

（スクリュー部材の動作説明）
本実施形態は、画像形成装置の画像形成プロセススピードが変わったときでも、（１）現像剤の循環搬送バランスを確保する。（２）現像剤面高さを適正化し、現像剤へのトナー取り込み性能、攪拌及び混合性能を上げる。（３）トナー帯電付与性能を上げる。これらの３点を解決した。なお、以下には、攪拌室５側のスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃの構成についての説明を主に行うが、現像室４側のスクリュー部材４ａも同様の構成を用いることが出来る。

本実施形態では、図７に示すように、スクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃのスクリュー羽根5a2，5b2，5c2の離間ピッチを何れも１６（mm）とした。また、スクリュー部材５ａ，５ｃのスクリュー軸5a1，5c1にはスクリュー羽根5a2，5c2を避ける位置に攪拌及び混合性能を促進するための板状部材からなるフィン部材16を設けた。フィン部材16はスクリュー羽根5a2，5c2のそれぞれの離間ピッチ１６（mm）に対して２個取り付けた。フィン部材16の構成は、図７（ｂ），（ｃ）に示すように、幅が４（mm）、高さが５（mm）、厚さが１（mm）の板状部材を採用した。また、このときのスクリュー羽根5a2，5b2，5c2の外径は何れも２０（mm）とし、スクリュー軸5a1，5b1，5c1の外径は何れも１０（mm）とした。尚、本実施形態では、中央部に設けらるスクリュー部材５ｂのスクリュー軸5b1の大径部が１０（mm）で、その両側に設けられた回転軸5b3，5b4の外径は８（mm）とした。

また、攪拌室５におけるスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃ全体の長さは、合計で３６０（mm）とし、スクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃのそれぞれの長さが１２０（mm）とした。スクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃの長さについては、スクリュー部材５ａのトナー補給口８の位置における補給トナーの飛散防止及び取り込み性を重視した構成である必要がある。またトナー補給口８の現像剤搬送方向下流側（図２（ｂ）の右側）にスクリュー部材５ｂを設けた構成であることが重要である。スクリュー部材５ｂの構成は、現像剤面の高さを下げ、補給トナーの取り込み性を最重視した構成である必要があり、補給トナーの十分な取り込み性能を確保した後にスクリュー部材５ｃを設けた構成であることが重要である。スクリュー部材５ｃの構成は、現像剤の搬送速度Ｖを下げた上で現像剤の攪拌混合性能を最重要視した構成である必要があり、特にスクリュー部材５ｂと、スクリュー部材５ｃとの境界における現像剤の攪拌性能が重要である。また、大きくは、スクリュー部材５ｂ以降における現像剤の攪拌混合能力の向上により、十分なトナー帯電付与性が得られることが重要である。本実施形態においては、少なくともスクリュー部材５ｂ，５ｃを合計した全長が８０（mm）〜１００（mm）程度必要になる。ただし、現像装置100の構成や現像剤量によって、スクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃの必要な長さは変わり、前述した数値に限定されるものではない。

このとき、スクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃのスクリュー軸5a1，5b1，5c1の外径は、現像剤搬送方向上流側（図２（ｂ）の左側）の方が大きいか、もしくは同径であることが望ましい。現像剤は現像剤搬送方向上流側から下流側に向かって（図２（ｂ）の左側から右側に向かって）搬送される。現像剤搬送方向下流側のスクリュー軸の外径が大きい場合、スクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃの連結部分で現像剤による圧縮が起こり、トナーの凝集が発生し易くなる。

次に、各スクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃの回転動作について図４及び図８を用いて説明する。

本実施形態においては、画像形成動作の画像形成プロセススピードを３００（mm/sec）と、１００（mm/sec）との２種類を持つ画像形成装置を用いた。なお、上記画像形成プロセススピードは、紙種、環境、光沢モード、その他のモード等、様々な条件によって決まり、上記の２種類に限定されるものではない。

まず、図４に示すように、制御部に設けられた画像形成プロセススピード判断手段により、上記何れの画像形成プロセススピードで画像形成が行なわれるかを判断する。次に、この判断結果から現像装置100内のスクリュー部材４ａ，５ａ，５ｂ，５ｃの単位時間当たりの回転数（回転速度）Ｒを決定する。この決定された単位時間当たりの回転数（回転速度）Ｒに応じた信号をスクリュー部材４ａ，５ａ，５ｂ，５ｃの駆動手段となるモータ91，92へ入力する。そして、それぞれのスクリュー部材４ａ，５ａ，５ｂ，５ｃが決定された単位時間当たりの回転数（回転速度）Ｒにて回転駆動される。

図８に示すように、画像形成動作がスタートすると、ステップＳ１において、画像形成動作の画像形成プロセススピードが３００（mm/sec）であるか否かを判定する。この判定結果に基づき、例えば画像形成プロセススピードが３００（mm/sec）である場合は、ステップＳ２に進む。そして、スクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃがそれぞれ９．０（rps；revolution per second；毎秒回転数）、１０．０（rps）、９．０（rps）で回転駆動される。また、ステップＳ１において、画像形成プロセススピードが３００（mm/sec）でない場合、本実施形態では１００（mm/sec）の場合で、ステップＳ３に進む。そして、スクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃがそれぞれ３．０（rps）、５．０（rps）、３．０（rps）で回転駆動される。尚、現像室４のスクリュー部材４ａは図２（ｂ）に示されたように攪拌室５のスクリュー部材５ａ，５ｃと同じ単位時間当たりの回転数Ｒにて回転駆動される。本実施形態においては、スクリュー部材４ａ，５ａ，５ｂ，５ｃの単位時間当たりの回転数Ｒをそれぞれ前述した数値になるように設定した。スクリュー部材４ａ，５ａ，５ｂ，５ｃの構成、現像剤の種類、現像剤の量、使用環境、現像剤の寿命等で、適宜適正値が異なり、これに限定されるものではない。

以上のような設定を行い、実際に現像剤の循環搬送バランスを確認したところ、何れの回転数設定においても、現像剤の滞留、現像剤溢れや現像剤詰まりを発生することなく、現像剤の循環搬送がバランス良く取れていることが確認できた。

また、トナー補給口８から補給した新しいトナーについての飛散防止性能、取り込み性能、攪拌及び混合性能、トナー帯電付与性能の確認を行った。その結果、攪拌室５の現像剤搬送方向上流側（図２（ｂ）の左側）でトナー補給口８の近傍におけるスクリュー部材５ａ側では補給トナーの飛散はほとんど起こらない。未帯電トナーの現像剤搬送方向下流側（図２（ｂ）の右側）への移動も低く抑えられていることが確認できた。また、攪拌室５の中央部に設けられたスクリュー部材５ｂ側では、補給トナーの現像剤への取り込み性能が十分に確保され、さらに、現像剤搬送方向下流側に設けられたスクリュー部材５ｃ側では十分な攪拌及び混合性能を確保できることが確認できた。

なお、補給トナーの現像剤内への取り込み性の確認は、現像剤とは異なる色のトナーをトナー補給口８から補給して、その色のトナーが現像剤搬送方向下流側で十分に混ざっていることからも確認できる。さらに、トナーの飛散防止性能、取り込み性能、攪拌及び混合性能の確認は、スクリュー部材５ｃからスクリュー部材４ａへ現像剤を受け渡す隔壁７の一端部に設けられた開口部７ａの部分を測定ポイントＣとしたときのトナーの帯電付与性の確認からも検証できる。検証結果については、図５（ｂ）に示す比較例２と併せて図９に示す。

比較例２として、図５（ｂ）に示すように、スクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃが同軸上で現像剤搬送方向上流側と下流側とで分割されない従来のスクリュー部材の構成を用いて検証を行った。図５（ｂ）に示すスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃの構成としては、図７に示した本実施形態と同様に同軸上に同じ離間ピッチでスクリュー羽根5a2，5b2，5c2を設け、スクリュー軸5a1，5c1に相当する位置にフィン部材16を設けたものである。

図５（ｂ）に示す比較例２で用いたスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃは、同軸で一体的に回転する構成であるため、画像形成プロセススピードによって、各スクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃの回転速度比は変更できない。図２（ｂ）及び図７に示す本実施形態と、図５（ｂ）に示す比較例２で用いたスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃの画像形成動作の画像形成プロセススピードと、それぞれのスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃの回転数との関係は、以下の表１のようになる。

また、上記表１におけるそれぞれのスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃの回転数における現像剤面高さを模式的に表すと、図10のようになる。

図10から分かるように、本実施形態においては、画像形成プロセススピードによらず、現像剤面高さが適正に保たれている。一方、比較例２の場合、画像形成プロセススピード３００（mm/sec）におけるスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃの回転数の場合は、現像剤面高さが適正である。画像形成プロセススピードが１００（mm/sec）における現像剤面高さは、スクリュー部材５ｂにおいて十分に現像剤面高さが下がっていないことが分かる。これは、粉体からなる現像剤の搬送において、搬送速度Ｖが遅くなってくる。そうすると、固体としての影響が強くなり、スクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃの回転速度に対する現像剤の進行方向（図５（ｂ）の左から右方向）への搬送の影響が鈍くなってくることからも説明できる。また、実際に各々のスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃにおける現像剤の搬送速度Ｖを測定すると、表２のようになった。

現像剤の搬送速度Ｖの測定は、トナーの取り込み性の検証時と同様、本来の現像剤とは異なる色のトナーをトナー補給口８から補給して、その色のトナーが単位時間後に搬送された距離の算出から求めた。なお、測定値はばらつきを含めて５回測定した値の平均値とした。上記値は、スクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃのスクリュー羽根5a2，5b2，5c2の離間ピッチ及びスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃの回転数を考慮すると妥当である。また、フィン部材16によるスクリュー軸5a1，5b1，5c1の周方向となるせん断方向への搬送力を考慮すると妥当である。また粉体からなる現像剤の搬送であることを考慮すると適当な数値であると考えられる。

比較例２及び本実施形態においては、画像形成プロセススピードが３００（mm/sec）でのスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃの単位時間当たりの回転数Ｒは同じで、現像剤の進行方向における搬送速度Ｖも同じになる。従来例においては、この状態で現像剤の循環搬送バランス、及び現像剤面高さの適正化が行なわれている。

一方、画像形成プロセススピードが１００（mm/sec）の場合、比較例２では、図10に示すように、現像剤面の高さが十分に下がっていない。これは、スクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃの単位時間当たりの回転数Ｒの絶対値が小さくなってしまうことにより、現像剤の進行方向における搬送速度Ｖの絶対値が小さくなり、その結果、現像剤の搬送速度差が小さくなってしまう。さらには、現像剤の搬送速度Ｖの絶対値が小さくなることにより、スクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃの回転速度に対する現像剤の進行方向（図５（ｂ）の左から右方向）への搬送への影響が鈍くなってしまったことが原因と考えられる。

そこで、本実施形態のように、画像形成プロセススピードが遅い場合には、攪拌室５の中央部のスクリュー部材５ｂの単位時間当たりの回転数Ｒを上げる。画像形成プロセススピードが速い場合におけるスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃの互いの回転速度比よりも、中央部のスクリュー部材５ｂの回転速度比を大きくする。これによって、スクリュー部材５ａと、スクリュー部材５ｂとの回転速度差を大きくし、現像剤面高さを適正にすることが可能になる。

上記表１のようなスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃの互いの回転速度比を用いた結果、画像形成プロセススピードが３００（mm/sec）、１００（mm/sec）における本実施形態及び比較例２のトナーの帯電付与性は図９に示すような結果になった。

図５（ｂ）に示す比較例２のように従来用いられているスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃの構成においては、スクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃが同軸上で現像剤搬送方向上流側と下流側とで分割されていない。このため、同軸上で且つ同一の単位時間当たりの回転数Ｒで回転する。このため図９に示すように、画像形成プロセススピードが３００（mm/sec）の場合は、十分な攪拌及び混合性能が得られて、帯電量が０近傍のトナーが非常に少ない。画像形成プロセススピードが１００（mm/sec）の場合は、十分な攪拌及び混合性能が得られず、帯電量が０近傍のトナーが増えてしまっていることが分かる。

一方、図２（ｂ）及び図７に示す本実施形態で用いたスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃの構成のように、スクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃが同軸上で現像剤搬送方向上流側と下流側とで分割される。そして、それぞれの単位時間当たりの回転数Ｒ（回転速度）で回転するように自在に設定できる構成とした。そして、画像形成プロセススピードに対応して各スクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃで必要な現像剤の搬送速度差を設ける。これによって、画像形成プロセススピードに関係なく、十分な攪拌及び混合性能が得られ、図９に示すように、帯電量が０近傍のトナーが非常に少なくなり、良好な帯電状態を維持することが可能になる。

以上説明したように、本実施形態のような構成を用いることにより、画像形成装置の画像形成プロセススピードが変わったときでも、（１）現像剤の循環搬送バランスが確保出来る。（２）現像剤面高さを適正化し、現像剤へのトナー取り込み性能、攪拌及び混合性能を向上することが出来る。（３）トナー帯電付与性能を向上することが出来る。これにより、現像剤の循環性悪化による現像剤溢れや現像剤詰まり、或いは、トナー飛散や画像かぶりを発生させることがない。さらには、トナーの帯電付与性を安定させ、安定的に現像剤の攪拌搬送能力を向上させることが出来る。その結果、出力画像濃度のばらつきとして、画像信号濃度が１．０のばらつきが、従来はレンジでΔＤ＝０．２程度であったものが、ΔＤ＝０．１程度に抑えることができ、より安定した画像出力が得られるようになる。

本実施形態においては、作像条件としてトナーの補給量に応じて、前記第１実施形態で説明したスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃのそれぞれの単位時間当たりの回転数Ｒ（回転速度）を変更することを特徴とする。スクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃの構成は、前記第１実施形態と同様である。また、現像条件、画像形成プロセス等は、前記第１実施形態と同様である。

（スクリュー部材の動作説明）
本実施形態では、現像容器21内に補給されるトナー量が変わったときにおいても、（１）現像剤の循環搬送バランスを確保する。（２）現像剤面高さを適正化し、現像剤へのトナーの取り込み性能、攪拌及び混合性能を向上する。（３）トナー帯電付与性能を向上する。（４）現像剤の劣化を抑制する。これらを満たすように適宜、スクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃの単位時間当たりの回転数Ｒを制御する。

まず、各スクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃの回転動作について図４及び図11を用いて説明する。

本実施形態においては、前述したように、画像形成時に消費されたトナー量を検出する検出手段としてのトナー濃度センサ６は、トナーと磁性キヤリアとの混合比の見掛け上の透磁率変化を検知するインダクタンス検知方式を採用した。なおトナー消費量を検出する検出手段としては、上記に限定されるものではなく、従来から提案されている例えば出力する画像のデューティ（ＤＵＴＹ）を積算してトナー補給量に対応させるビデオカウントを用いる方法がある。

まず、図４に示すように、検出手段となるトナー濃度センサ６により、画像形成にトナーが使用されてトナー濃度がどの程度下がったかを検知し、その結果からトナー補給量決定手段により補給するトナー量を決定する。次に、この決定結果から回転速度決定手段により現像装置100内のスクリュー部材４ａ，５ａ，５ｂ，５ｃの単位時間当たりの回転数Ｒ（回転速度）を決定する。この決定された単位時間当たりの回転数Ｒ（回転速度）に応じた信号をスクリュー部材４ａ，５ａ，５ｂ，５ｃの駆動手段となるモータ91，92に入力する。そして、それぞれのスクリュー部材４ａ，５ａ，５ｂ，５ｃが決定された単位時間当たりの回転数Ｒ（回転速度）にて回転駆動される。

図11に示すように、まずステップＳ11において、現像容器21内のトナー濃度を検出し、そのトナー濃度に応じて現像装置100へ補給するトナー量を決定する（ステップＳ12）。このトナー補給量の決定は、現像装置100内のトナー濃度によって異なり、例えば本実施形態においては図12のような関係になっている。すなわち、トナー濃度として現像容器21内の磁性キャリアとトナーとの混合比（Ｔ／Ｄ比）が、８．０％以上であれば、トナー補給量は０（ｇ）である。Ｔ／Ｄ比が７．７５％以上で８．０％よりも小さければ、トナー補給量は０．５（ｇ）である。Ｔ／Ｄ比が７．５％以上で７．７５％よりも小さければ、トナー補給量は１．０（ｇ）である。Ｔ／Ｄ比が７．５％以下であれば、トナー補給量は１．５（ｇ）となる。ここで、本実施形態においては、以下の表３に示すように、ステップＳ13において、トナー補給量が０（ｇ）の場合は、ステップＳ14に進み、スクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃがそれぞれ９．０（rps）、８．０（rps）、９．０（rps）で回転駆動される。また、ステップＳ15において、トナー補給量が０．５（ｇ）の場合は、ステップＳ16に進み、スクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃがそれぞれ９．０（rps）、９．０（rps）、９．０（rps）で回転駆動される。また、ステップＳ17おいて、トナー補給量が１．０（ｇ）の場合は、ステップＳ18に進み、スクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃがそれぞれ９．０（rps）、１０．０（rps）、９．０（rps）で回転駆動される。また、ステップＳ19において、トナー補給量が１．５（ｇ）の場合は、ステップＳ20に進み、スクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃがそれぞれ９．０（rps）、１１．０（rps）、９．０（rps）で回転駆動される。尚、現像室４のスクリュー部材４ａは図２（ｂ）に示されたように攪拌室５のスクリュー部材５ａ，５ｃと同じ単位時間当たりの回転数Ｒにて回転駆動される。

図12においては、Ｔ／Ｄ比が８％から７．５％までの変化に対応したトナー補給量の決定を行い、またＴ／Ｄ比が０．２５％刻みでトナー補給量を変えているが、さらに細かく分割しても構わない。また、Ｔ／Ｄ比が７．５％よりも小さい値のときの設定を行っても構わない。従って、現像装置100内におけるトナー濃度の変化と、トナー補給量との関係は、これに限定されるものではない。本実施形態においては、スクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃの単位時間当たりの回転数Ｒをそれぞれ前述した数値になるように設定した。スクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃの構成、現像剤の種類、現像剤の量、使用環境、現像剤の寿命等で、適宜適正値が異なり、これに限定されるものではない。

以上のような設定を行い、実際に現像剤の循環搬送バランスを確認したところ、何れの回転数設定においても、現像剤の滞留、現像剤溢れや現像剤詰まりを発生することなく、現像剤の循環搬送バランスが良く取れていることが確認できた。

また、トナー補給口８から補給したトナーについての飛散防止能力、取り込み性能、攪拌及び混合性能、トナー帯電付与性能の確認を行った。その結果、トナー補給口８の近傍でスクリュー部材５ａでの補給トナーの飛散はほとんど起こらず、未帯電トナーの現像剤搬送方向下流側への移動も低く抑えられていることが確認できた。また、攪拌室５の中央部に設けられたスクリュー部材５ｂで補給トナーの現像剤内への取り込み性が十分に確保され、さらに、現像剤搬送方向下流側のスクリュー部材５ｃでは十分な攪拌及び混合性能を確保できることが確認できた。これは、各々のトナー補給量に対して、上記表３に示すようなスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃの回転制御を行うと、どのトナー補給量においても図６（ｂ）に示すような帯電付与分布に近い帯電状態になることから確認できる。

また、表３のそれぞれのスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃの単位時間当たりの回転数Ｒにおける現像剤面高さを模式的に表すと、図13のようになる。

図13から分かるように、本実施形態の構成においては、各トナー補給量によってスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃがそれぞれ異なる単位時間当たりの回転数Ｒで回転するため、それぞれにおいて現像剤面高さが異なる。現像剤面高さは、補給されたトナーの現像装置100への取り込み性を考えると、攪拌室５のトナー補給口８の現像剤搬送方向下流側で低くなっている部分があることが重要である。さらに、その取り込まれたトナーを十分に攪拌及び混合するためには、現像剤面高さが低くなった部分の下流側で、現像剤の進行方向における搬送速度Ｖが遅くなって現像剤面高さが上がっている部分があることが重要である。

ところが、この攪拌及び混合の作用は、補給トナーがない場合、或いは、補給量が少ない場合は、攪拌及び混合の作用が無いほうが望ましい。なぜならば、補給トナーがない状態、或いは、補給量が少ない状態にも関わらず攪拌を常時行うと、現像剤の劣化が促進されてしまうためである。一方で、ある程度のトナーが補給された場合は、前述したような取り込み性能、攪拌及び混合性能が必要になってくる。

従って、本実施形態のように、トナー補給量に応じて、現像剤面高さを制御でき、必要に応じたトナーの取り込み、攪拌及び混合を行うことが重要になってくる。

ここで、実際に各々のスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃにおける現像剤の進行方向への搬送速度Ｖを測定すると、以下の表４のようになった。

現像剤の進行方向への搬送速度Ｖの測定は、前記第１実施形態と同様の方法を用いた。上記表４に記載した値は、スクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃのスクリュー羽根5a2，5b2，5c2の離間ピッチ及びスクリュー部材５ａ，５ｂ，５ｃの単位時間当たりの回転数Ｒを考慮すると妥当である。また、フィン部材16によるスクリュー軸5a1，5b1，5c1の周方向となるせん断方向への搬送力を考慮すると妥当である。また、粉体からなる現像剤の搬送であることを考慮すると適当な数値であると考えられる。

一方、トナーの劣化に関しては、従来例のスクリュー部材の構成のように、トナーの補給量に関わらず常に同じように攪拌力を向上させる。そのような構成の場合は、トナーの補給量が少ないとき、或いは、トナーの補給が行なわれない場合等には、トナーが必要以上に帯電する。その結果、現像性が下がり画像濃度が低くなったりする問題があった。本実施形態のように、トナーの補給量によって攪拌性能を変化させる構成を用いることにより、トナーに対して常に適正な帯電付与が行なわれるので、画像濃度のバラツキが小さくなる。

以上説明したように、本実施形態のような構成を用いることにより、現像容器21内に補給されるトナー量が変わったときにおいても、（１）現像剤の循環搬送バランスが確保出来る。（２）現像剤面高さを適正化し、現像剤へのトナーの取り込み性能、攪拌及び混合性能を向上することが出来る。（３）トナー帯電付与性能を向上することが出来る。（４）現像剤の劣化を抑制することが出来る。これにより、現像剤の循環性悪化による現像剤溢れや現像剤詰まり、或いは、トナー飛散や画像かぶりを発生させることがない。また、トナーの帯電付与性を安定させ、安定的に現像剤の攪拌搬送能力を向上させることが出来る。さらに現像剤の劣化を抑制することが可能になる。その結果、出力画像濃度のばらつきとして、画像信号濃度が１．０のばらつきが、従来はレンジでΔＤ＝０．２程度であったものが、ΔＤ＝０．１程度に抑えることができ、より安定した画像出力が得られるようになる。

５ａ，５ｂ，５ｃ …スクリュー部材
100，100ａ〜100ｄ …現像装置

Claims (2)

1. 像坦持体上に形成された静電潜像にトナー及び磁性キャリアを含む現像剤を用いて現像する現像手段と、
   トナー補給口を通じてトナーが補給される攪拌室と、
   前記撹拌室の現像剤を撹拌搬送するスクリュー部材と、
   前記現像手段と前記撹拌室との間に配設され前記撹拌室との間でトナーが循環搬送される現像室と、
   前記現像室の現像剤を攪拌搬送するスクリュー部材と、
   前記スクリュー部材を回転駆動する駆動手段と、
   を有し、
   前記攪拌室の前記スクリュー部材は、同軸上の中央部および両端部に複数配置され、
   画像形成プロセススピードが遅い場合には、前記攪拌室の前記中央部の前記スクリュー部材の単位時間当たりの回転数を上げ、画像形成プロセススピードが速い場合における前記攪拌室の複数の前記スクリュー部材の互いの回転速度比よりも、前記中央部の前記スクリュー部材の回転速度比を大きくするように変更することを特徴とする現像装置。
2. 画像形成時に消費されたトナー量を検出する検出手段と、
   を有し、
   前記トナー補給口から補給されたトナーの補給量が大きくなるほど、前記攪拌室の前記複数のスクリュー部材のうち前記中央部のスクリュー部材の回転速度比が大きくなるように変更することを特徴とする請求項１に記載の現像装置。