(57)【要約】【課題】現像ローラ上に供給される現像剤の経時的なトナー濃度低下及び回転軸方向のトナー濃度の低下が小さく、濃度のムラが生じない高品質な画像が得られる現像装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。【解決手段】１段目の現像ローラに供給される現像剤における軸方向のトナー濃度差と、２段目の現像ローラに供給される現像剤における軸方向のトナー濃度差を含めたトナー濃度差ΔＴを適正な値に設定することで、１段目及び２段目の現像ローラ上に供給される現像剤の経時的なトナー濃度低下及び回転軸方向のトナー濃度の低下が小さく、濃度のムラが生じない高品質な画像が得られる現像装置及び画像形成装置を提供する。【選択図】図１
2010181566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電潜像を形成して周回する感光体に近接して配置されており、前記感光体の回転方向に対して逆回転しながら現像剤に含まれるトナーを前記感光体に現像する第一の現像ロ−ラと、
前記第一の現像ローラよりも前記感光体の回転方向の下流に配置され、前記感光体の回転方向に対して順回転しながら前記トナーを前記感光体に現像する第二の現像ロ−ラと、
前記第一の現像ロ−ラと前記第二の現像ローラとの間に配置されており、前記感光体と前記第一の現像ロ−ラ及び前記第二の現像ローラとの近接部に供給される前記現像剤の量を規制する規制部材と、
前記規制部材に現像剤を搬送する搬送部材と、
前記現像剤にトナーを供給するトナー供給部材と、
前記搬送部材と隣接しており且つ前記第一の現像ローラ及び前記第二の現像ローラと回転軸が平行になるように配置され、回転して前記現像剤を攪拌する第一の混合攪拌部材と、
前記第一の混合攪拌部材と前記トナー供給機構との間に前記第一の混合攪拌部材と平行に配置され、回転して前記トナー供給部材から供給された前記トナーと前記現像剤と攪拌し、前記現像剤を所定のトナー濃度とする第二の混合攪拌部材と、
を有し、
前記第一の混合攪拌部材と前記第二の混合攪拌部材との間には前記第一の混合攪拌部材及び前記第二の混合攪拌部材の回転軸と平行に仕切りが設けられており、
前記現像剤は、前記第一の混合攪拌部材及び前記第二の混合攪拌部材の回転軸方向に搬送され、前記第一の混合攪拌部材の両端と前記第二の混合攪拌部材の両端との間においてのみ受け渡される現像装置であって、
前記第一の現像ローラ及び前記第二の現像ローラが前記感光体に現像する前記トナーの総量と前記第二の現像ローラが前記感光体に現像する前記トナーの量との比率を比率βとし、
前記第二の現像ローラから前記第一の混合攪拌部材へ戻される前記現像剤の量と前記搬送部材から前記規制部材へ戻される前記現像剤の量との比率を比率γとし、
前記感光体に付着した前記トナーの付着量をＮ１とし、前記規制部材による前記現像剤の規制量をＮ２とし、前記第一の現像ローラの周速度及び前記第二の現像ローラの周速度の前記感光体の周速度に対する比率をそれぞれＫ１、Ｋ２としたとき、
＜数１＞
ΔＴ＝（１−γ）×β×Ｎ１／｛Ｎ２×（Ｋ１＋Ｋ２）×［１−（１−γ）×Ｋ２／Ｋ１］｝＋０．００１
で求められるΔＴが０．００２（百分率で０．２ｗｔ％）以下である現像装置。
【請求項２】
前記ΔＴは、
前記比率βと前記比率γとを変化させることにより０．２以下とされる請求項１記載の現像装置。
【請求項３】
前記比率βが０．２５以下であり、前記比率γが０．２以上０．４以下の範囲である請求項１又は２記載の現像装置。
【請求項４】
前記第一の現像ローラにおける現像に使用された前記現像剤が、前記第二の混合攪拌部材へ戻される請求項１ないし３の何れか一項に記載の現像装置。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか一項に記載の現像装置と、
静電潜像を形成して周回し当該現像装置からトナーを供給して前記静電潜像を可視化した像を保持する感光体と、
前記比率β及び前記比率γを制御する制御装置と、を有する画像形成装置。
【請求項６】
前記制御装置は、
前記第一の現像ローラ及び前記第二の現像ローラに印加する現像バイアスを変化させることで、前記比率βを所定の値に制御する請求項５記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記制御装置は、
前記第一の現像ローラ及び前記第二の現像ローラの回転速度を変化させることで、前記比率βを所定の値に制御する請求項５記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記制御装置は、
前記搬送部材の回転速度を変化させることで、前記比率γを所定の値に制御する請求項５記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二本の現像ローラを有する現像装置、この現像装置を有する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式のプリンタ、複写機等の画像形成装置では、一方向に回転する感光体と呼ばれる像担持体上に、画像形成領域を所定電位とし非画像形成領域を所定電位以外の電位として静電潜像を形成する。感光体上に形成された静電潜像は、現像装置から供給されるトナーと呼ばれる像可視化剤により可視像とされる。画像形成装置は、この可視像を記録紙上に印刷する。
【０００３】
従来、この電子写真方式に適用される現像装置では、例えば像可視化剤であるトナーをキャリアと呼ばれる磁性粉体である運搬剤に付着させた２成分現像剤を用いるものがある（特許文献１）。特許文献１に開示された現像装置では、２本の現像ローラが感光体に対向して設置されており、感光体回転方向の下流に位置する現像ローラは感光体の回転に対して順回転し、感光体回転方向の上流に位置する現像ローラは感光体の回転に対して逆回転する。そして特許文献１に開示された現像装置は、現像ローラが隣接する中央位置にドクタブレ−ドと呼ばれる現像剤の流量を規制するための流量規制部材を有する構成（以下、噴水構成）をである。
【０００４】
従来の現像装置では、印刷動作によって現像剤中のトナーのみが消費されるため、現像装置内において、現像剤中のトナーの重量比で定義されるトナー濃度が減少する。そこで従来の現像装置では、現像剤のトナー重量比を均一化するためにトナー貯留供給機構から現像装置の内部にトナーが供給される。
【０００５】
トナーが供給された現像剤は、混合攪拌部材である一対の螺旋状スクリュー部材の回転軸方向に周回することで攪拌搬送され、スクリューの軸方向にある現像剤のトナー重量比を均一化される。混合攪拌された現像剤は、混合攪拌部材から現像剤を搬送する搬送部材を経由して現像ローラに導かれ、ドクタブレ−ドでそれぞれの現像ローラに分流される。そして混合攪拌された現像剤は、感光体と接触する位置で感光体上の画像形成部にトナーを供給して、可視画像形成を行う。
【０００６】
特許文献１では、混合攪拌部材での攪拌不良によって発生する背景部が黒ずんだ画像、所謂、背景かぶりにより、画像品質が著しく劣化する問題を解決する方法として、現像ローラから螺旋状スクリュー部に戻る現像剤の一部のみを螺旋状スクリュー部の現像剤と交換し、再び搬送部材を経て現像ローラに戻す方法が開示されている。また特許文献１記載には、交換比率を定義し、交換比率を小さく調整する方法が開示されている。尚交換比率とは、現像ローラから螺旋状スクリューに戻す現像剤流量に対する螺旋状スクリュー部の現像剤と交換される流量の比率である。
【０００７】
特許文献２には、２本の現像ローラのうち、感光体回転方向の上流に位置する現像ローラ上の現像剤を、搬送部材に隣接するスクリュー部材より遠い側のスクリュー部材側に戻す構成の現像装置が開示されている。また引用文献２には、更に１対の螺旋状スクリュー部材間の障壁がない構成と共に図示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来の技術では、印字率１００％の画像を連続して印刷し続けると、現像ローラに供給される現像剤のトナー濃度が低下してしまう。
【０００９】
例えば交換比率を小さくすると、螺旋状スクリュー部において所定のトナー濃度に調整された現像剤が現像ローラ部に供給され難くなるため、現像ローラから搬送部材を経て、再び現像ローラを周回する連れ周りの現像剤量が増加する。このため現像ローラでのトナー消費量が増加すると、連れ周り現像剤のトナー濃度は低下することになる。
【００１０】
また、交換比率に従って交換されて螺旋状スクリューに戻された現像剤は、螺旋状スクリューの回転に伴って回転軸方向に搬送されながら、順次搬送部材側の現像剤との交換が行われる。よって螺旋状スクリューの搬送方向の上流側から下流側にかけて、搬送される現像剤のトナー濃度が低下する。このため、現像ローラにおけるトナー消費量が増大すると、螺旋状スクリューの搬送方向の上流側のトナー濃度と下流側のトナー濃度との差が規定のトナー濃度差を越えてしまい、軸方向の画像濃度差が生じる。また、１段目の現像ローラの戻り現像剤を搬送部材に隣接する螺旋状スクリュー部材に戻してしまうと、螺旋状スクリューを周回すべき現像剤の必要流量が膨大になってしまう。
【００１１】
また更に、１段目の現像ローラの戻り現像剤を搬送部材に隣接しない螺旋状スクリュー部材側に戻すような構成であっても、１対のスクリュー部材の両者を搬送される現像剤が自由に授受される構成の場合には、新規にトナー供給を受けた現像剤が、搬送部材と隣接しないスクリュー部材の回転軸方向への搬送において充分な攪拌されず、そのまま搬送部材と隣接するスクリュー部材側に流れ込み、攪拌不良の現像剤による背景かぶりを引き起こす。
【００１２】
本発明は、上記事情を鑑みてこれを解決すべく成されたものであり、現像ローラ上に供給される現像剤の経時的なトナー濃度低下及び回転軸方向のトナー濃度の低下が小さく、濃度のムラが生じない高品質な画像が得られる現像装置及び画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の如き構成を採用した。
【００１４】
本発明は、静電潜像を形成して周回する感光体に近接して配置されており、前記感光体の回転方向に対して逆回転しながら現像剤に含まれるトナーを前記感光体に現像する第一の現像ロ−ラと、前記第一の現像ローラよりも前記感光体の回転方向の下流に配置され、前記感光体の回転方向に対して順回転しながら前記トナーを前記感光体に現像する第二の現像ロ−ラと、前記第一の現像ロ−ラと前記第二の現像ローラとの間に配置されており、前記感光体と前記第一の現像ロ−ラ及び前記第二の現像ローラとの近接部に供給される前記現像剤の量を規制する規制部材と、前記規制部材に現像剤を搬送する搬送部材と、
前記現像剤にトナーを供給するトナー供給部材と、前記搬送部材と隣接しており且つ前記第一の現像ローラ及び前記第二の現像ローラと回転軸が平行になるように配置され、回転して前記現像剤を攪拌する第一の混合攪拌部材と、前記第一の混合攪拌部材と前記トナー供給機構との間に前記第一の混合攪拌部材と平行に配置され、回転して前記トナー供給部材から供給された前記トナーと前記現像剤と攪拌し、前記現像剤を所定のトナー濃度とする第二の混合攪拌部材と、を有し、前記第一の混合攪拌部材と前記第二の混合攪拌部材との間には前記第一の混合攪拌部材及び前記第二の混合攪拌部材の回転軸と平行に仕切りが設けられており、前記現像剤は、前記第一の混合攪拌部材及び前記第二の混合攪拌部材の回転軸方向に搬送され、前記第一の混合攪拌部材の両端と前記第二の混合攪拌部材の両端との間においてのみ受け渡される現像装置であって、前記第一の現像ローラ及び前記第二の現像ローラが前記感光体に現像する前記トナーの総量と前記第二の現像ローラが前記感光体に現像する前記トナーの量との比率を比率βとし、前記第二の現像ローラから前記第一の混合攪拌部材へ戻される前記現像剤の量と前記搬送部材から前記規制部材へ戻される前記現像剤の量との比率を比率γとし、前記感光体に付着した前記トナーの付着量をＮ１とし、前記規制部材による前記現像剤の規制量をＮ２とし、前記第一の現像ローラの周速度及び前記第二の現像ローラの周速度の前記感光体の周速度に対する比率をそれぞれＫ１、Ｋ２としたとき、
【００１５】
＜数２＞
ΔＴ＝（１−γ）×β×Ｎ１／｛Ｎ２×（Ｋ１＋Ｋ２）×［１−（１−γ）×Ｋ２／Ｋ１］｝＋０．００１
で求められるΔＴが０．００２（百分率で０．２ｗｔ％）以下である構成とした。
【００１６】
また本発明の現像装置において、前記ΔＴは、前記比率βと前記比率γとを変化させることにより０．００２（百分率で０．２ｗｔ％）以下とされる構成としても良い。
【００１７】
また本発明の現像装置では、前記比率βが０．２５以下であり、前記比率γが０．２以上０．４以下の範囲である構成としても良い。
【００１８】
また本発明の現像装置では、前記第一の現像ローラにおける現像に使用された前記現像剤が、前記第二の混合攪拌部材へ戻される構成としても良い。
【００１９】
本発明の画像形成装置は、上記何れかの現像装置と、静電潜像を形成して周回し当該現像装置からトナーを供給して前記静電潜像を可視化した像を保持する感光体と、前記比率β及び前記比率γを制御する制御装置と、を有する構成とした。
【００２０】
また本発明の画像形成装置において、前記制御装置は、前記第一の現像ローラ及び前記第二の現像ローラに印加する現像バイアスを変化させることで、前記比率βを所定の値に制御する構成としても良い。
【００２１】
また本発明の画像形成装置において、前記制御装置は、前記第一の現像ローラ及び前記第二の現像ローラの回転速度を変化させることで、前記比率βを所定の値に制御する構成としても良い。
【００２２】
また本発明の画像形成装置において、前記制御装置は、前記搬送部材の回転速度を変化させることで、前記比率γを所定の値に制御する構成としても良い。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、現像ローラ上に供給される現像剤の経時的なトナー濃度低下及び回転軸方向のトナー濃度の低下が小さく、濃度のムラが生じない高品質な画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第一の実施形態の現像装置の全体構成の概略を説明するための図である。
【図２】現像剤の流れを説明するための第一の図である。
【図３】現像剤の流れを説明するための第二の図である。
【図４】現像装置における現像剤Ｚの流れのバランスを説明するための図である。
【図５】現像装置において式（３）より算出したトナー消費比率βとトナー濃度差ΔＴとの関係を各交換比率γに対して示した図である。
【図６】現像装置において算出した交換比率γとトナー濃度差ΔＴとの関係を各トナー消費比率βに対して示した図である。
【図７】順逆回転の単独現像ローラの周速比Ｋと現像能力ηの関係を各現像効率η０に対して示した図である。
【図８】感光体表面電位を説明する模式図である。
【図９】現像効率η０＝６でトナー濃度Ｔ０を変化させた場合の周速比Ｋとトナー消費比率βとの関係を示す図である。
【図１０】トナー濃度Ｔ０＝０．０５（百分率で５ｗｔ％）のとき現像効率η０を変化させた場合の周速比Ｋとトナー消費比率βとの関係を示す図である。
【図１１】η０＝６、トナー濃度Ｔ０＝０．０５（百分率で５ｗｔ％）の場合に、２段目の周速比Ｋ２を変化させた際の１段目の周速比Ｋ１とトナー消費比率βとの関係を示す図である。
【図１２】トナー消費比率βとトナー濃度差ΔＴの関係を各交換比率γに対して示した図である。
【図１３】交換比率γとトナー濃度差ΔＴの関係を各トナー消費比率βに対して示した結果である。
【図１４】現像装置を制御する制御装置とそれらを備えた画像形成装置を説明するための図である。
【図１５】比較例となる現像装置の概略を説明するための図である。
【図１６】現像装置における流量バランスを説明するための図である。
【図１７】実施形態と比較例とのそれぞれにおける必要な流量Ｍの値を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本実施形態では、１段目の現像ローラに供給される現像剤における軸方向のトナー濃度差と、２段目の現像ローラに供給される現像剤における軸方向のトナー濃度差を含めたトナー濃度差ΔＴを適正な値に設定する。トナー濃度差ΔＴを適正に設定することで、１段目及び２段目の現像ローラ上に供給される現像剤の経時的なトナー濃度低下及び回転軸方向のトナー濃度の低下が小さく、濃度のムラが生じない高品質な画像が得られる。
【００２６】
（実施形態）
以下に図面を参照して本発明の第一の実施形態について説明する。図１は、第一の実施形態の現像装置の全体構成の概略を説明するための図である。
【００２７】
本実施形態の現像装置１００は、二本の現像ローラ１０、現像ローラ２０、ドクタブレード４０、トナー貯蓄機構５０、混合攪拌部材６０、混合攪拌部材７０、搬送部材８０、経路板９０、経路板９２を有する。
【００２８】
現像ローラ１０、現像ローラ２０は、現像装置１００が搭載される後述する画像形成装置の有する感光体３０と対向して設けられている。現像ローラ１０は、感光体３０の回転方向（図１中の矢印Ａ方向）とは逆の方向へ回転する。現像ローラ１０の回転方向は、図１中の矢印Ｂにより示される。現像ローラ１０は、現像ローラ２０と比べて感光体３０の回転方向の上流へ配置される。
【００２９】
現像ローラ２０は、現像ローラ１０と比べて感光体３０の回転方向の下流に配置される。感光体３０は、図１中の矢印Ａで示した方向へ回転する。以下、感光体３０の回転方向と同方向の回転を順回転と呼ぶ。現像ローラ２０は、図１中の矢印Ｃで示した方向（順方向）へ順回転を行う。尚本実施形態では、像担持体としてドラム状の感光体３０を用いているが、これは例えば特定の軌道上を周回する感光体ベルトのような構成であっても良い。
【００３０】
ドクタブレード４０は、現像ローラ１０と現像ローラ２０との間に配置された仕切り板である。ドクタブレード４０は、現像ローラ１０と現像ローラ２０とへ流れる現像剤Ｚの流量を規制する。
【００３１】
トナー貯蓄部材５０には、現像装置１００において現像剤Ｚと混合されるトナーＮが貯蓄されている。トナーＮは、トナー貯蓄部材５０から混合攪拌部材７０へ供給される。
【００３２】
混合攪拌部材７０は、混合攪拌部材６０に隣接して配置されている。混合攪拌部材６０は、混合攪拌部材６０から現像ローラ１０、現像ローラ２０に現像剤Ｚを供給搬送する搬送部材８０と隣接して配置されている。
【００３３】
尚本実施形態の現像剤Ｚは、トナーＮを運搬する運搬剤である。現像剤Ｚは、キャリアと呼ばれる磁性粉体と、トナーＮと呼ばれる感光体３０上に可視像を形成する像可視化剤とで構成される。現像剤Ｚは、全重量の２〜８％の重量比でトナーＮが混合されている。尚本実施形態では、現像剤Ｚの全重量に対するトナーの重量のことをトナー濃度と呼ぶ。本実施形態の現像剤Ｚは、図示しない印刷装置の印刷動作によって、現像剤Ｚ中のトナーＮのみが消費されるため、現像装置１００内にある現像剤Ｚのトナー濃度、印刷動作によって低くなる。
【００３４】
このため本実施形態の現像装置１００では、トナー貯留供給機構５０からトナーＮが現像剤Ｚに供給され、供給されたトナーＮと現像剤Ｚとを混合攪拌部材６０と混合攪拌部材７０により混合攪拌する。トナーＮが混合攪拌された現像剤Ｚは、搬送部材８０により現像ローラ１０及び現像ローラ２０へ搬送される。
【００３５】
混合攪拌部材６０及び混合攪拌部材７０は、螺旋状のスクリューとなっており（図３参照）、両者の両端部付近を除いて完全に仕切られるように構成されている。よって混合攪拌部材６０及び混合攪拌部材７０間における現像剤Ｚの受け渡しは、両者の両端部のみで行われる。
【００３６】
混合攪拌部材６０は図１中の矢印Ｅ方向へ回転し、混合攪拌部材７０は図１中の矢印Ｆ方向へ回転する。本実施形態の混合攪拌部材６０と混合攪拌部材７０は、それぞれの螺旋方向がスクリューの回転方向に対して反対になるように配置されている。混合攪拌部材７０は、スクリューが回転することにより現像剤Ｚを図１中のトナー貯蓄部材５０側から混合攪拌部材６０側へ搬送し、現像剤Ｚを混合攪拌部材６０へ渡す。
【００３７】
混合攪拌部材６０は、現像剤Ｚを混合攪拌部材７０側から搬送部材８０側へ搬送した後、再度現像剤Ｚを混合攪拌部材７０へ渡す。本実施形態の現像剤Ｚは、この混合攪拌部材６０と混合攪拌部材７０の動作により、混合攪拌部材６０と混合攪拌部材７０のスクリューの回転軸方向に周回し、攪拌搬送される。尚搬送部材８０は、図１中の矢印Ｄ方向へ回転し、混合攪拌部材６０から搬送された現像剤Ｚを現像ローラ１０及び現像ローラ２０へ搬送している。
【００３８】
また本実施形態の現像装置１００において、現像ローラ１０及び現像ローラ２０による画像形成動作により消費されたトナーＮは、トナー貯留供給機構５０から供給される。トーＴが供給された現像剤Ｚは、混合攪拌部材７０の軸方向に搬送されながら周囲の現像剤Ｚと混ざり込み、トナー濃度が所定の値に収束していく。
【００３９】
現像剤Ｚに加えられたトナーＮは、現像剤Ｚの攪拌による現像剤Ｚ同士の摺擦動作により、摩擦帯電される。また現像剤Ｚは、混合攪拌部材７０の端部７１において混合攪拌部材６０に渡される（図３参照）。混合攪拌部材６０に渡された現像剤Ｚは、混合攪拌部材６０の軸方向に搬送され、混合攪拌部材６０の端部６１において再び混合攪拌部材７０に戻される。本実施形態の混合攪拌部材６０及び混合攪拌部材７０では、以上のような周回搬送が行われる（図３参照）。本実施形態では、周回搬送における混合攪拌動作の継続によって、現像剤Ｚ中のトナーＮが最終的に−１５〜−３５μc／ｇ程度に帯電する。
【００４０】
尚、以下の本実施形態の説明では、混合攪拌部材６０及び混合攪拌部材７０の軸方向に搬送される現像剤Ｚの流れを横流れと呼ぶ。本実施形態の現像装置１００では、横流れに対して後述する現像剤Ｚの縦流れが存在する。
【００４１】
以下に図２、図３を参照して本実施形態の現像装置１００における現像剤Ｚの流れについて説明する。図２は現像剤の流れを説明するための第一の図であり、図３は現像剤の流れを説明するための第二の図である。
【００４２】
始めに図２を参照して現像剤Ｚの縦流れについて説明する。
【００４３】
図２に示すように、混合攪拌部材６０から搬送部材８０への現像剤Ｚの流れは、流れＭ８と流れＭ７とがある。この流れＭ７と流れＭ８とに、後述する流れＭ６を加えると、搬送部材８０からドクタブレード４０へ導かれる現像剤Ｚの流れＭ１となる。ドクタブレード４０において、流れＭ１は、現像ローラ１０へ流れる流れＭ２と現像ローラ２０へ流れる流れＭ３とに分流される。
【００４４】
現像ローラ１０へ導かれた流れＭ２は、現像ローラ１０上の感光体３０との最近接領域Ｒ′における現像動作によりトナーＮが消費される。トナーＮの消費によりトナー濃度が減少した流れＭ２′は、現像ローラ１０から離れ、経路板９０を経て図示しない混合攪拌部材７０へ戻される。
【００４５】
現像ローラ２０に導かれた流れＭ３は、現像ローラ２０上の感光体３０との最近接領域Ｒにおける現像動作によりトナーＮが消費される。トナーＮの消費によりトナー濃度が減少した流れＭ３′は、現像ローラ２０から離れ、搬送部材８０の下側に潜り込む。
【００４６】
搬送部材８０の近傍には、搬送部材８０と混合攪拌部材６０との間で現像剤Ｚの出し入れを行う開口部８５が形成されている。開口部８５は、経路板９２と現像装置１００の底部壁面とを利用して形成されている。
【００４７】
この開口部８５では、混合攪拌部材６０が図２中の矢印Ｅ方向に回転することにより生じる流れＭ７と流れＭ８とが存在する。流れＭ７と流れＭ８は、混合攪拌部材６０から搬送部材８０へ向かう流れである。また開口部８５には、現像ローラ２０から離れて搬送部材８０により搬送された流れＭ３′が存在する。よって開口部８５では、流れＭ７、流れＭ８、流れＭ３′がぶつかることになる。
【００４８】
流れＭ７、流れＭ８、流れＭ３′がぶつかると、流れＭ３′の一部である流れＭ５が混合攪拌部材６０から流れてくる流れＭ７と交換され、流れＭ５は混合攪拌部材６０の下部へ導かれる。
【００４９】
一方流れＭ３′のうち交換されなかった残りの流れを流れＭ６は、交換により新たに混合攪拌部材６０側から導かれた流れＭ７及び流れＭ８と合流し、流れＭ１となったドクタブレード４０へ供給される。
【００５０】
本実施形態の以下の説明では、この一連の流れを縦流れと呼ぶ。現像装置１００内で縦流れを安定させるためには、流量保存則に従い現像剤Ｚの流量が保存されることが必要である。現像装置１００内で流量保存則を成立させるためには、搬送部材８０側から混合攪拌部材６０に戻される流れＭ５の代わりに混合攪拌部材６０から搬送部材８０側へ供給される流れＭ７の流量が、流れＭ５の流量と同量であることが必要である。また搬送部材８０側から混合攪拌部材７０へ戻される流れＭ２′の代わりに搬送部材８０側へ供給される流れＭ８の流量が、流れＭ２′の流量と同量であることが必要となる。
【００５１】
尚現像装置１００内には、経路板９２の周囲を周回する流れＭ４が存在する。流れＭ４は、バッファ現像剤としてドクタブレード４０での現像剤Ｚの分流及び流量規制を安定させるものであり、ドクタブレード４０でせき止められ、現像ローラ１０と現像ローラ２０に供給されない余剰の流れである。
【００５２】
尚本実施形態の現像装置１００内の流れＭ２、流れＭ３は現像ローラ１０及び現像ローラ２０とドクタブレード４０との間の規制ギャップＧ１による流量規制により発生する流れである。また本実施形態の現像装置１００内の流れＭ５、流れＭ６、流れＭ７、流れＭ８の流量は、搬送部材８０の搬送能力（回転速度の調整）と開口部８５の開口量（開口面積）の調整と、混合攪拌部材６０及び搬送部材８０の重力方向（紙面上の下方向）の配置の調整とにより設定される。余剰流れである流れＭ４は、搬送部材８０の搬送能力の調整に伴い、流れＭ１に対する搬送部材８０の搬送量過多分として発生するものである。
【００５３】
流れＭ４は、流量が多い程搬送されるトナーＮの量が増えるため、現像ローラ１０及び現像ローラ２０におけるトナー消費による縦流れ現像剤Ｚのトナー濃度低下が緩和される。しかしながら流れＭ４に含まれるトナーＮは、連続的な印刷動作によって消費されて流れＭ４のトナー濃度も減少することから、経時的に流れＭ４に含まれるトナーＮが皆無の状態と見なすことができる。よって、現像装置１００全体のトナー濃度の安定化を考慮する際には、余剰流れである流れＭ４を含めなくても良い。
【００５４】
次に図３を参照して本実施形態の搬送部材８０と混合攪拌部材６０との間で交換される流れＭ５及び流れＭ７と、混合攪拌部材６０及び混合攪拌部材７０の軸方向への現像剤Ｚの搬送について説明する。
【００５５】
図３に示す混合攪拌部材６０及び混合攪拌部材７０の軸方向の現像剤Ｚの搬送経路において、混合攪拌部材７０から混合攪拌部材６０へ現像剤Ｚが渡される流点をＩＮ点とする。また混合攪拌部材６０から混合攪拌部材７０へ現像剤Ｚが渡される流点をＯＵＴ点とする。
【００５６】
ＩＮ点とＯＵＴ点との間では、至る所で流れＭ５と流れＭ７との交換が行われる。流れＭ５のトナー濃度は、現像ローラ２０におけるトナー消費に伴い、混合攪拌部材６０及び混合攪拌部材７０を周回する横流れＭ０のトナー濃度よりも低下している。トナー濃度が低下している流れＭ５が、横流れＭ０に逐次混合されることにより、横流れＭ０のトナー濃度も徐々に低下する。
【００５７】
よって、現像ローラ２０の軸方向の全領域においてトナーＮが消費されるような画像形成動作が行われると、混合攪拌部材６０の軸方向の全領域において横流れＭ０がトナー濃度の低下した流れＭ５と交換されることになる。このため横流れＭ０においてＩＮ点のトナー濃度が最も高くなり、ＯＵＴ点のトナー濃度が最も低くなる。
【００５８】
この場合現像ローラ１０及び現像ローラ２０に供給される現像剤Ｚは、軸方向でトナー濃度の異なる現像剤Ｚとなる。現像剤Ｚにおけるトナー濃度の差が大きい場合には、軸方向において濃度の異なる画像が印刷される。
【００５９】
さらに、流れＭ５と流れＭ７の交換量が多い場合、混合攪拌部材６０内で搬送される現像剤Ｚは、縦流れに乗って現像ローラ１０及び現像ローラ２０に供給される割合が増加する。縦流れに送られる現像剤Ｚの割合が増加した場合、現像剤Ｚが十分に攪拌されない状態で現像ローラ１０及び現像ローラ２０へ供給される虞がある。また混合攪拌部材７０中に供給されるトナーＮは、混合攪拌部材６０及び混合攪拌部材７０を周回する際に攪拌されて帯電する。よって十分攪拌されていない現像剤Ｚでは、トナーＮが十分に帯電されていない虞がある。十分帯電されていないトナーＮで画像形成を行った場合、画像領域以外の背景部にかぶり成分となって現像される可能性が高くなり、画像品質の低下を招く。
【００６０】
本実施形態の現像装置１００では、上記事情を考慮したものであり、現像剤Ｚの流量及び現像剤Ｚの流れに伴うトナーＮの流量のバランスが適正となるようにした。
【００６１】
以下に図４を参照して本実施形態における流量バランスについて説明する。図４は、現像装置１００における現像剤Ｚの流れのバランスを説明するための図である。
【００６２】
前述のように、縦流れは混合攪拌部材６０及び混合攪拌部材７０の軸方向に幅を持つ。幅方向の単位長さにおける各流量の単位は、[ｇ／ｓ／ｃｍ]である。
【００６３】
ここで、混合攪拌部材６０及び混合攪拌部材７０の幅方向を一纏めにした縦流れの流量（単位は[ｇ／ｓ]）について説明する。
【００６４】
図４において、縦流れのうち流れＭ５と横流れＭ０とは、点Ｑで合流する。図３に示すＩＮ点及びＯＵＴ点は、それぞれが点Ｑに対応する。点Ｑでは、流入する横流れＭ０に対し、幅方向に纏められた縦流れによって、一気に横流れＭ０のトナー濃度が変えられる。トナー濃度が変えられた横流れＭ０′は、点Ｑから流出する。従って点Ｑの流入する横流れＭ０のトナー濃度と点Ｑから流出する横流れＭ０′のトナー濃度との差が、混合攪拌部材６０及び混合攪拌部材７０の幅方向（ＩＮ点とＯＵＴ点）のトナー濃度の差に相当するようになる。
【００６５】
また図４において、縦流れのうち流れＭ６、流れＭ７、流れＭ８は点Ｐで合流し、流れＭ１となって点Ｐから流出する。この時、流れＭ１の流量をＭ[ｇ／ｓ]、流れＭ１のトナー濃度をＴ０と定義する。但しトナー濃度Ｔ０は、百分率単位ではなく現像剤Ｚの重量中のトナー重量の比率とした。
【００６６】
流れＭ１がドクタブレード４０において現像ローラ１０と現像ローラ２０とに分流される点を点Ｓとし、点Ｓにおいて現像剤Ｚが現像ローラ１０と現像ローラ２０とへ分流される際の分流比率をαとした。分流比率αは、流れＭ１が流れＭ３として分流される割合であり、現像ローラ１０に分流される流れＭ２の分流比率は（１−α）となる。
【００６７】
現像ローラ１０及び現像ローラ２０では、現像動作によりトナーＮが消費される。現像ローラ１０におけるトナーＮの消費点を点Ｒ、現像ローラ２０におけるトナーＮの消費点を点Ｒ′とする。点Ｒ及び点Ｒ′でのトナー消費流量をｔ[ｇ／ｓ]とし、現像ローラ２０で消費されるトナーＮの割合（トナー消費比率）をβと定義すると、点Ｒ′における現像ローラ１０のトナー消費比率は（１−β）となる。よって現像ローラ１０のトナー消費流量は（１−β）×ｔ[ｇ／ｓ]、点Ｒにおけるトナー消費流量はβ×ｔ[ｇ／ｓ]となる。
【００６８】
流れＭ３は、点ＲにおいてトナーＮが消費された流れＭ３′となり、点Ｘにおいて流れＭ５と流れＭ６とに分流される。点Ｘで分流された流れＭ５は点Ｑにおいて横流れＭ０と合流する。点Ｘにおいて分流された流れＭ６は、再び縦流れとして点Ｐで流れＭ７、流れＭ８と合流する。点Ｘにおいて流れＭ３′が分流される比率を、縦流れを分離して横流れＭ０に導かれる交換比率γとした。
【００６９】
流れＭ２は、点Ｒ′においてトナーが消費された流れＭ２′となり、混合攪拌部材７０へ導かれる。流れＭ２′は、混合攪拌部材７０においてトナー貯蓄部材５０からトナーＮが補給されて規定のトナー濃度Ｓ０とされた後に横流れＭ０となって点Ｑへ戻る。
【００７０】
以上に説明したように、現像剤Ｚの横流れＭ０、流れＭ１、流れＭ２、流れＭ３、流れＭ５、流れＭ６、流れＭ７、流れＭ８、横流れＭ０′、流れＭ２′、流れＭ３′は、それぞれ固有のトナー濃度を有している。流れＭ１、流れＭ２、流れＭ３は、トナーＮが消費される前の現像剤Ｚであり、トナー濃度はＴ０である。流れＭ３′、流れＭ５、流れＭ６は、現像ローラ２０によりトナーＮが消費されており、トナー濃度はＴ１とした。
【００７１】
流れＭ７、流れＭ８及び横流れＭ０のトナー濃度は、規定のトナー濃度Ｓ０である。流れＭ０′のトナー濃度は、現像剤Ｚの交換により規定のトナー濃度Ｓ０から変化したトナー濃度Ｓ１とした。
【００７２】
これらのトナー濃度を現像剤Ｚの各流れの流量に乗じたものが、図４に示す各流れにおけるトナー流量の流れｍ０、ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ５、ｍ６、ｍ７、ｍ８、及びｍ０′、ｍ３′となる。
【００７３】
次に図４に印す各点におけるトナーＮの流量（以下、トナー流量）のバランスを考える。図４に示す各点では、複数の流れが混在する点Ｐ及び点Ｑのバランスと、トナーＮの消費点である点Ｒの流量のバランスが重要である。
【００７４】
各点では、流量保存則が成り立つことから、点Ｐのトナー流量においては、ｍ１＝ｍ６＋ｍ７＋ｍ８が成り立つ。また点Ｑのトナー流量においては、ｍ０＋ｍ５＝ｍ０′＋ｍ７＋ｍ８が成り立つ。また点Ｒのトナー流量においては、ｍ３＝β×ｔ＋ｍ３′が成り立つ。
【００７５】
ここでトナー濃度Ｓ０とトナー濃度Ｔ０との差（Ｓ０−Ｔ０）をトナー濃度差ΔＲ１とし、トナー濃度Ｓ０とトナー濃度Ｓ１との差（Ｓ０−Ｓ１）をトナー濃度差ΔＲ２と定義すると、上記の３つの式から以下の式（１）、式（２）が得られる。
【００７６】
ΔＲ１＝（１−γ）×β×ｔ／［Ｍ×{１−（１−γ）×α}]      （１）式
ΔＲ２＝γ×β×ｔ／[（１−γ）×α−１]／[（１−α）×Ｍ−ｍ]  （２）式
本実施形態において、ΔＲ１は、規定のトナー濃度Ｓ０と、実際に現像ローラ１０及び現像ローラ２０に供給される現像剤Ｚのトナー濃度Ｔ０との差である。
【００７７】
トナー濃度差ΔＲ１が大きいと、印刷される画像の濃度が大きく異なり、画質が低下する。またトナー濃度差ΔＲ２は、現像ローラ１０及び現像ローラ２０の軸方向のトナー濃度の差を示している。トナー濃度差ΔＲ２が大きいと、前述のように軸方向に印刷画像の濃淡ができてしまう。従って、これらの値の和、即ち、トナー濃度差ΔＴ＝トナー濃度差ΔＲ１＋トナー濃度差ΔＲ２で定義される値が、実際に現像ローラ１０及び現像ローラ２０に供給される現像剤Ｚにおいて軸方向の濃度差を含めたトナー濃度の差となる。本実施形態では、このトナー濃度差ΔＴを所定の値よりも小さくすることにより、トナー濃度低下及び回転軸方向のトナー濃度の低下を小さくし、濃度のムラが生じていない高品質な画像を得る。
【００７８】
近年では、感光体３０上において色差の許容範囲は３以下とされる。近年の画像形成装置では、トナーＮの粒径を小さくして感光体上のトナー付着量を０．４〜０．５ｍｇ／ｃｍ^２程度に抑え、画質の緻密さを向上させたものがある。
【００７９】
この画像形成装置で形成される画像において、色差を許容範囲内とするためには、画像におけるトナー付着量差の変動を５％以下に抑える必要がある。トナー付着量差を抑えるためには、現像ローラに供給される現像剤のトナー濃度差（前述のΔＴに相当）を０．２以下に抑える必要がある。このときΔＲ１＝０となるように現像装置を構成した場合、現像ローラの軸方向のトナー濃度差であるΔＲ２は、０．００２（百分率で０．２ｗｔ％）まで許容できるようになる。
【００８０】
しかしながら、種々の印刷パターンが随時切り替わる印刷動作及びこれに伴うトナー濃度の制御動作によるトナー濃度差の変動幅の値は約０．１である。よって、色差を許容範囲内とするためには、現像ローラの軸方向のトナー濃度差を０．１程度まで抑制する必要がある。
【００８１】
そこで本実施形態では、ΔＴが０．００２（百分率で０．２ｗｔ％）以下、ΔＲ２が０．００１（百分率で０．１ｗｔ％）以下となるように現像装置１００を構成した。
【００８２】
本実施形態の現像装置１００において、ドクタブレード４０における現像剤Ｚの規制量をＮ２［ｇ／ｃｍ＾２］、感光体３０の周速度をＶ［ｃｍ／ｓ］、現像ローラ１０、現像ローラ２０及び軸方向の幅をＬ［ｃｍ］、感光体３０の周速度に対する現像ローラ１０の周速比をＫ１、感光体３０の周速度に対する現像ローラ２０の周速比をＫ２とすると、分流比率αはα＝Ｋ２／Ｋ１、現像ローラ１０及び現像ローラ２０の流量ＭはＭ＝Ｎ２×（Ｋ１＋Ｋ２）×Ｖ×Ｌ［ｇ／ｓ］となる。
【００８３】
さらに感光体３０に印刷されたトナー付着量をＮ１［ｇ／ｃｍ＾２］とすると、トナー消費量ｔは、ｔ＝Ｎ１×Ｖ×Ｌ［ｇ／ｓ］である。上記各値と（１）式、（２）式から、以下の（３）式、（４）式が得られる。
【００８４】
ΔＴ＝（１−γ）×β×Ｎ１／{Ｎ２×（Ｋ１＋Ｋ２）×［１−（１−γ）×Ｋ２／Ｋ１］}＋０．００１    式（３）
ｍ＝（１−Ｋ２／Ｋ１）×Ｎ２×（Ｋ１＋Ｋ２）×Ｖ×Ｌ−γ×β×Ｎ１×Ｖ×Ｌ／{［（１−γ）×Ｋ２／Ｋ１−１］×０．２}    式（４）
本実施形態の現像装置１００では、現像剤Ｚの規制量Ｎ２＝０．０５５ｇ／ｃｍ＾２、感光体３０の周速度Ｖ＝７６．２ｃｍ／ｓ、軸方向の幅Ｌ＝５０．８ｃｍ、現像ローラ１０の周速比Ｋ１と現像ローラ２０の周速比Ｋ２は、同一の１．４、トナー付着量Ｎ１＝０．００５６ｇ／ｃｍ＾２（但し、感光体３０から用紙への転写効率８１％において、用紙上の付着量０．００４５ｇ／ｃｍ＾２が得られる感光体上のトナー付着量）とした。式（３）からわかるように、ΔＴは感光体３０の周速度Ｖ及び軸方向の幅Ｌに依存しない。
【００８５】
尚本実施形態の現像装置１００では、式（３）に代入するパラメータの値を上記値としたが、これに限定されない。本実施形態の現像装置１００は、式（３）で定義されるトナー濃度差ΔＴを０．２以下になるように、各値が設定されていれば良い。
【００８６】
本実施形態の現像装置１００では、現像ローラ１０及び現像ローラ２０におけるトナー消費比率βを調整することにより、トナー濃度差ΔＴを調整することができる。現像ローラ１０及び現像ローラ２０のトナー消費比率βは、例えば現像装置１００を制御する制御装置等により現像ローラの回転速度を変化させることにより調整しても良い
図５は、現像装置において式（３）より算出したトナー消費比率βとトナー濃度差ΔＴとの関係を各交換比率γに対して示した図である。図６は、現像装置において算出した交換比率γとトナー濃度差ΔＴとの関係を各トナー消費比率βに対して示した図である。図５、図６よりトナー消費比率βを小さく、或いは交換比率γを大きくすることでトナー濃度差ΔＴを小さくすることができ、トナー消費比率βを０．２５以下、交換比率γを０．３以上とすることで、トナー濃度差ΔＴを０．２以下とすることができる。
【００８７】
以下に現像装置１００におけるトナー消費比率βについて説明する。
【００８８】
本実施形態の現像装置１００は、ドクタブレード４０を有する噴水型の構成（以下、噴水構成）を有する。噴水構成では、１段目の現像ローラ１０が感光体３０の回転に対して逆回転、２段目の現像ローラ２０が感光体３０に対して順回転をしている。噴水構成を有する現像装置１００では、使用する現像剤Ｚの抵抗、現像ギャップＧ１０、Ｇ２０（図１参照）、現像ギャップＧ１０、Ｇ２０を占める現像剤Ｚの量（単位［ｇ／ｃｍ＾３］）が同一の場合、それぞれの現像能力ηが異なる。尚現像ギャップＧ１０は、現像ローラ１０の現像部１２（図１参照）における感光体３０と現像ローラ１０と間の最近接距離である。また現像ギャップＧ２０は、現像ローラ２０の現像部２２（図１参照）における感光体３０と現像ローラ２０と間の最近接距離である。
【００８９】
現像ギャップＧ１０、Ｇ２０における現像能力ηは、現像されるトナー付着量Ｎ０［ｍｇ／ｃｍ＾２]、現像ローラ１０及び現像ローラ２０に供給された現像剤Ｚのトナー濃度Ｔ０、現像部１２及び現像部２２における現像ポテンシャルΔＰ、現像されるトナーＮの電荷量Ｑ［μＣ／ｇ］とすると、Ｎ０＝η×Ｔ０×ΔＰ／Ｑで表される比例定数である。尚現像ポテンシャルΔＰは、現像ローラ１０及び現像ローラ２０に印加される電圧ＶＢと感光体３０上の画像領域電位ＶＲとの差である。
【００９０】
図７は、順逆回転の単独現像ローラの周速比Ｋと現像能力ηの関係を各現像効率η０に対して示した図である。尚現像効率η０は、使用する現像剤の抵抗、現像ギャップ中を示す現像剤の量等により変化する。
【００９１】
図７に示すように、現像効率η０が高いほど現像能力ηは大きくなる。単独現像ローラが逆回転する場合、現像能力ηは、周速比Ｋの絶対値が１〜２の範囲において現像効率η０を比例定数とし、周速比Ｋの絶対値に対して増加傾向を示す。周速比Ｋを図７に示す以上の値とした場合には、例えばトナー濃度による制限に伴って飽和傾向となる。尚図７において周速比Ｋが正の値である場合は現像ローラが順方向に回転していることを示し、周速比Ｋが負の値である場合は現像ローラが感光体の回転に対して逆方向に回転していることを示す。
【００９２】
また単独現像ローラが順回転する場合、現像能力ηは、周速比Ｋが１より小さい領域で不安定な挙動を示す。そして現像能力ηは、周速比Ｋが１以上となってから単調増加を始める。現像能力ηは、周速比Ｋが１〜２の範囲で見ると、現像効率η０を比例定数とし、周速比Ｋから０．５を差し引いた値に対して増加傾向を示すようになる。尚現像能力ηは、周速比Ｋが２以上になると、例えばトナー濃度による制限に伴って飽和傾向となる。
【００９３】
次に本実施形態の現像装置１００のように２段構成を有する場合の現像能力ηについて説明する。
【００９４】
本実施形態のように、現像ローラ１０及び現像ローラ２０を有する２段構成の現像装置１００の場合、１段目の現像ローラ１０による現像では、前述の現像能力ηに（Ｔ０×ΔＰ／Ｑ）を掛け合わせたトナーＮがそのまま現像される。以下に図８を参照して２段目の現像ローラ２０による現像について説明する。
【００９５】
図８は、感光体表面電位を説明する模式図である。２段目の現像ローラ２０による現像では、現像部２２の現像ポテンシャルは、ΔＶ′である。現像ポテンシャルΔＶ′は、現像部１１の現像ポテンシャルΔＰから、現像ローラ１０による現像で感光体３０上に付着したトナーＮの電荷により発生する電位（Ｑ×Ｎ０×ｄ／ε，ｄ＝感光体３０の誘電層の厚さ、ε＝誘電率）を差し引いた電位である。よって２段目の現像ローラ２０による現像では、現像能力ηに（Ｔ０×ΔＶ′／Ｑ）を掛け合わせたトナーＮが現像される。
【００９６】
以上のことを考慮すると、１段目の現像部１２で現像されるトナー付着量Ｎ０１は、
Ｎ０１＝η０×Ｔ０／Ｑ×Ｋ１×ΔＰ
となる。また２段目の現像部２２で現像されるトナー付着量Ｎ０２は、
Ｎ０２＝η０×Ｔ０／Ｑ×（Ｋ２−０．５）×（１−η０×Ｔ０×Ｋ１×ｄ／ε）×ΔＰ
となる。よって１段目の現像ローラ１０と２段目の現像ローラ２０とのトナー消費比率βを求めることができる。トナー消費比率βは、
β＝Ｎ０２／（Ｎ０１＋Ｎ０２）
となる。これを整理すると、以下の式（５）が得られる。
【００９７】
β＝１／［１＋Ｋ１／（Ｋ２−０．５）／（１−η０×Ｔ０×Ｋ１×ｄ／ε）］  式（５）
式（５）からわかるように、トナー消費比率βは、現像ポテンシャルΔＰ、トナーＮの電荷量Ｑには依存せず、現像ローラ１０及び現像ローラ２０の周速比Ｋ１及び周速比Ｋ２、現像効率η０、トナー濃度Ｔ０に依存する。よって本実施形態の現像装置１００では、現像ローラ１０及び現像ローラ２０の周速度を変化させて周速比Ｋ１及び周速比Ｋ２を変化させれば、トナー消費比率βを調整することができる。
【００９８】
図９及び図１０は、現像ローラ１０及び現像ローラ２０の周速比Ｋ１及び周速比Ｋ２が同一の条件（Ｋ＝Ｋ１＝Ｋ２）のもとで、周速比Ｋとトナー消費比率βとの関係を示した図である。図９は、現像効率η０＝６でトナー濃度Ｔ０を変化させた場合の周速比Ｋとトナー消費比率βとの関係を示す図であり、図１０は、トナー濃度Ｔ０＝０．０５（百分率で５ｗｔ％）のとき現像効率η０を変化させた場合の周速比Ｋとトナー消費比率βとの関係を示す図である。
【００９９】
図９、図１０に示されるように、トナー濃度Ｔ０＝０．０５より大きく、現像効率η０が６より大きい場合に、トナー消費比率βは０．２５を超えない。本実施形態では、トナー消費比率βが０．２５を超えないように現像ローラ１０の周速比Ｋ１と現像ローラ２０の周速比Ｋ２とを設定すれば良い。
【０１００】
また本実施形態の現像装置１００の有する噴水構成では１段目の現像ローラ１０と２段目の現像ローラ２０の周速比を自由に設定することができる。
【０１０１】
図１１は、η０＝６、トナー濃度Ｔ０＝０．０５（百分率で５ｗｔ％）の場合に、２段目の周速比Ｋ２を変化させた際の１段目の周速比Ｋ１とトナー消費比率βとの関係を示す図である。
【０１０２】
図１１では、周速比Ｋ２を１．２、１．４、１．６、１．８と変化させている。この場合、周速比Ｋ１と周速比Ｋ２との関係が少なくともＫ１≧Ｋ２のときにトナー消費比率βは０．２５を超えないようになる。
【０１０３】
先に示した図５及び図６では、現像ローラ１０の周速比Ｋ１及び現像ローラ２０の周速比Ｋ２を同一の１．４としていたが、以下に周速比Ｋ１を１．９、周速比Ｋ２を１．４とした場合について説明する。尚図１１の結果から、周速比Ｋ１を１．９、周速比Ｋ２を１．４とした場合トナー消費比率βは０．２５を下回る。現像剤Ｚの規制量Ｎ２＝０．０５５ｇ／ｃｍ＾２、感光体３０の周速度Ｖ＝７６．２ｃｍ／ｓ、軸方向の幅Ｌ＝５０．７ｃｍm、印刷画像のトナー付着量Ｎ１＝０．００５６ｇ／ｃｍ＾２であり、図５及び図６に示した例と同一である。
【０１０４】
図１２及び図１３に周速比Ｋ１を１．９、周速比Ｋ２を１．４とした場合の結果を示す。図１２は、トナー消費比率βとトナー濃度差ΔＴの関係を各交換比率γに対して示した図である。図１３は、交換比率γとトナー濃度差ΔＴの関係を各トナー消費比率βに対して示した結果である。
【０１０５】
図１２、図１３に示すように、トナー消費比率βが０．２５以下では、交換比率γが０．２でもΔＴ≦０．００２（百分率で０．２ｗｔ％）となる。
【０１０６】
このように、トナー消費比率βが０．２５以下、交換比率γが０．３以上であれば、周速比Ｋ１≧周速比Ｋ２を満足する条件範囲で、トナー濃度差ΔＴが０．２を超えないようにすることができる。この場合、式（４）より、混合攪拌部材６０及び混合攪拌部材７０で搬送すべき現像剤Ｚの流量Ｍは、５４６ｇ／ｓ以上が必要となることがわかる。
【０１０７】
以上、検討した条件に基づき、本実施形態の現像装置１００では、現像ギャップＧ１０及びＧ２０、現像剤Ｚの抵抗、現像ギャップＧ１０、Ｇ２０中を占める現像剤Ｚの量を、現像効率η０が６を超えるように設定し、現像ローラ１０及び現像ローラ２０の周速比Ｋ２及び周速比Ｋ２を同一の１．４、規定のトナー濃度Ｓ０を５ｗｔ％として、トナー消費比率βが０．２５となるように調整した。
【０１０８】
さらに本実施形態の現像装置１００では、上記設定に加え、ドクタブレード４０での現像剤Ｚの規制量Ｎ２＝０．０５５ｇ／ｃｍ＾２、感光体３０の周速度Ｖ＝７６．２ｃｍ／ｓ、軸方向の幅Ｌ＝５０．８ｃｍ、狙いの印刷画像のトナー付着量Ｎ１＝０．００５６ｇ／ｃｍ＾２とした。
【０１０９】
また本実施形態の現像装置１００では、交換比率γが０．３となるように、搬送部材８０の回転速度、開口部８５の開口量（開口面積）、及び混合攪拌部材６０と搬送部材８０の配置を設定した。本実施形態の現像装置１００では、このように設定することで、十分に攪拌されない現像剤Ｚが現像部１２及び現像部２２に供給され、画像の背景部にかぶり成分となって現像される割合を低減することができる。
【０１１０】
更に本実施形態の現像装置１００では、混合攪拌部材６０及び混合攪拌部材７０の外径を４５ｍｍとし、回転数を５００ｒｐｍとすることで、横流れＭ０の搬送量として６００ｇ／ｓ以上を確保した。
【０１１１】
尚、本実施形態で説明した現像剤Ｚの流れのモデルは、混合攪拌部材６０及び混合攪拌部材７０の周回流れ（横流れＭ０）が確立され、混合攪拌部材６０及び混合攪拌部材７０の両端部においてのみ両者間での現像剤Ｚの受け渡しが行われる構成においてのみ成立する。即ち本実施形態で説明した流れモデルは、縦流れと横流れの合流点である混合攪拌部材６０の上流端部から規定のトナー濃度Ｓ０に調整された現像剤Ｚが流入し、混合攪拌部材６０の下流端部から流出する構成において成り立つものである。
【０１１２】
本実施形態で説明した現像剤の流れのモデルは、混合攪拌部材６０及び混合攪拌部材８０の間に障壁が設けられず、両端部以外で自由に現像剤Ｚの受け渡しが行われるような構成においては成立しない。その理由は、混合攪拌部材６０及び混合攪拌部材７０との間に障壁が設けられない構成では、全てが縦流れであり、横流れと縦流れのバランスを取ることは不要となるからである。しかしながら障壁が設けられない構成では、横流れによる充分な現像剤の攪拌を行うことができず、攪拌不十分な現像剤が現像部に到達し、画質の低下を引き起こす。
【０１１３】
本実施形態の現像装置１００では、感光体３０に負帯電のＯＰＣ（有機感光体）を用い、感光体３０の表面のうち画像形成領域と非画像形成領域の電位を−１００Ｖおよび−７００Ｖ、現像ローラ１０及び現像ローラ２０のバイアス電位を同一の−３５０Ｖとし、現像ポテンシャルΔＰが２５０Ｖとなる条件で印刷を行った。
【０１１４】
この結果、現像ローラ１０及び現像ローラ２０に供給される現像剤Ｚの規定のトナー濃度Ｓ０＝０．０５（百分率で５ｗｔ％）に対し、トナー濃度差ΔＴの変動を０．００２（百分率で０．２ｗｔ％）以内であり、且つ現像ローラ１０及び現像ローラ２０の軸方向のトナー濃度差ΔＲ２を０．００１（百分率で０．１ｗｔ％）以下とすることができ、印刷画像の濃淡が発生せず良好な品質の画質を得ることができた。
【０１１５】
また本実施形態の現像装置１００では、交換比率γが０．３程度に抑えられるため、攪拌の不十分な現像剤の現像ローラへの供給が防止され、画像品質を向上させることができた。
【０１１６】
更に、長期的に画像品質を高品質に保つことを考慮した場合、トナー消費比率βを安定させ、且つ交換比率γを長時間の使用においても安定させることが必要となる。
【０１１７】
一般的に現像剤Ｚは、使用時間が長くなると現像効率η０が低下する。現像効率η０が低下する主な理由は、現像剤Ｚの抵抗値の上昇である。
【０１１８】
上述した実施形態では、現像ローラ１０及び現像ローラ２０に印加される電位（現像バイアス）が同一の場合には、トナー消費比率βは現像ポテンシャルΔＰに依存しない結果であった。
【０１１９】
本実施形態では、現像ローラ１０及び現像ローラ２０に印加される現像バイアスが異なる場合には、トナー消費比率βは現像バイアスの値により調整することができる。
【０１２０】
例えば現像装置１００の長期使用により現像剤Ｚの現像効率η０が低下し、トナー消費比率βが上昇する場合、現像ローラ１０及び現像ローラ２０に印加する現像バイアスを変更する制御を行い、所定のトナー消費比率βとすることができる。
【０１２１】
トナー消費比率βを所定の値とする際には、トナー消費比率βを減少させるように制御する。このため現像ローラ１０に印加する現像バイアスの絶対値が、現像ローラ２０に印加する現像バイアスの絶対値よりも大きくなるように制御することが好ましい。尚制御のタイミングは、現像剤の使用時間を積算して記憶し、積算された値が所定値に達したときに制御が開始されても良い。この場合上記制御は、現像装置１００を制御する制御装置が設けられ、この制御装置により行われるとする。
【０１２２】
またトナー消費比率βを調整する方法として、現像ローラ１０及び現像ローラ２０の周速比Ｋ１及び周速比Ｋ２の比であるＫ１／Ｋ２を変化させる方法もある。この場合、搬送部材８０、混合攪拌部材６０及び混合攪拌部材７０における現像剤Ｚの搬送流量を変えるために、搬送部材８０、混合攪拌部材６０及び混合攪拌部材７０の回転速度を変更し、交換比率γを変更することも必要となる。
【０１２３】
また本実施形態の現像装置１００は、画像形成装置３００に搭載されていても良い。図１４は、現像装置を制御する制御装置とそれらを備えた画像形成装置を説明するための図である。
【０１２４】
画像形成装置３００は、例えば電子写真方式のプリンタ、複写機等である。画像形成装置３００は、現像装置１００の他に、図示しない帯電器、転写手段、そして定着装置等を備えている。ここで画像形成装置３００が入力された画像を出力する過程について説明すると、現像装置１００によって、感光体上に形成された静電潜像がトナーを供給されることでトナー像となって可視化される。そして、感光体上に形成されたトナー像が図示しない転写装置によって用紙等の記録媒体に転写され、そのトナー像が転写された記録媒体は、図示しない定着装置により熱と圧力を与えられることでトナー像を定着される。そして、トナー像が定着された記録媒体は画像形成装置３００の外へ画像として出力される。尚、画像形成装置３００に用いられる上述した技術は一般的に知られている技術である。
【０１２５】
画像形成装置３００は、例えば電子写真方式のプリンタ、複写機等である。画像形成装置３００は入力された画像データに基づき、現像装置１００により感光体上に静電潜像を形成する。画像形成装置３００は、感光体上に形成された静電潜像を図示しない定着装置等により記録用紙に定着させて出力する。
【０１２６】
画像形成装置３００は、現像装置１００を制御する制御装置３１０を有する。本実施形態において制御装置３１０は、現像装置１００の有する現像ローラ１０及び現像ローラ２０の回転速度を変化させる制御や、現像ローラ１０及び現像ローラ２０に印加する現像バイアスを変化させる制御等を行い、トナー消費比率βを所定値とする制御を行う。尚トナー消費比率βを所定値とする制御は、上述した方法に限定されない。
【０１２７】
また本実施形態において制御装置３１０は、例えば搬送部材８０の回転速度を制御し、交換比率γが所定値とする制御を行う。尚交換比率γを所定値とする制御は、上述した方法に限定されない。
【０１２８】
画像形成装置３００では、本実施形態の現像装置１００を有することにより、高品質な画像を得ることができる。
【０１２９】
（比較例）
本実施形態の現像装置では、図１に示したように１段目の現像ローラ１０に供給された現像剤Ｚを混合攪拌部７０に戻す構成とした。以下に、この構成が生み出した結果に関し、比較例を用いて説明する。
【０１３０】
図１５は、比較例となる現像装置の概略を説明するための図である。図１５に示す現像装置２００は、二本の現像ローラ２１０、現像ローラ２２０、ドクタブレード２４０、トナー貯蓄機構２５０、混合攪拌部材２６０、搬送部材２８０、経路板２９０、経路板２９２を有する。
【０１３１】
現像装置２００は、現像装置１００とほぼ同一の構成である。現像装置２００は、１段目の現像ローラ２１０に供給された現像剤Ｚの戻し先が、搬送部材２８０に隣接する混合攪拌部材２６０である点が現像装置１００と異なる。現像装置１００では、１段目の現像ローラ１０に供給された現像剤Ｚは、搬送部材８０と隣接しない混合攪拌部材７０へ戻される。
【０１３２】
図１６は、現像装置における流量バランスを説明するための図である。尚現像装置２００においても、現像装置１００と同様に、横流れである２つの混合攪拌部材の周回流れが確立されている。よって現像装置２００においても、現像剤Ｚの受け渡しは、２つの混合攪拌部材の両端部においてのみ行われる。
【０１３３】
現像装置２００においても、現像装置１００と同様に、点Ｐ、点Ｑ、点Ｒ及び点Ｒ′におけるトナーの流量のバランスを考える。比較例では、点Ｐのトナーの流量は、ｍ１＝ｍ６＋ｍ７＋ｍ８となる。点Ｑでは、ｍ０＋ｍ５＋ｍ２′＝ｍ０′＋ｍ７＋ｍ８となる。点Ｒでは、ｍ３＝β×ｔ＋ｍ３′、点Ｒ′では、ｍ２＝（１−β）×ｔ＋ｍ２′となる。これらの式を整理すると、以下の式（６）、式（７）が得られる。
【０１３４】
ΔＲ１＝（１−γ）×β×ｔ{Ｍ×[１−（１−γ）×α]}    式（６）
ΔＲ２＝ｔ／ｍ      式（７）
式（６）は式（１）と同一であることから、トナー濃度差ΔＲ１とトナー濃度差ΔＲ２との和であるトナー濃度差ΔＴが、０．００２（百分率で０．２ｗｔ％）以下となるトナー消費比率β及び交換比率γの条件は、実施形態で説明した現像装置１００と同じになる。
【０１３５】
しかしながら、式（７）に示される混合攪拌部材２６０、搬送部材２８０で搬送されるべき現像剤Ｚの流量Ｍは、トナー濃度差ΔＲ２とトナー消費流量ｔと比で求められる。
【０１３６】
図１７は、実施形態と比較例とのそれぞれにおける必要な流量Ｍの値を示した図である。尚図１７に示す値を求める際の条件は、実施形態と同様の条件である。求めた条件は実施例の場合と同等である。
【０１３７】
図１７において、比較例と表記した以外の数値は、実施形態で説明した現像装置１００において必要な流量Ｍの値である。現像装置１００の場合、交換比率γが０．１から０．５、トナー消費比率βが０．１から０．３の条件で、８００ｇ／ｓ以下の流量となっている。これに対して比較例では、各条件で一様に２０００ｇ／ｓを超えた流量となっている。
【０１３８】
現像装置１００において、混合攪拌部材６０及び混合攪拌部材７０の外径を４５ｍｍ程度とし、回転数を６００ｒｐｍとした場合に搬送可能な搬送量は、７００ｇ／ｓ程度である。よって比較例程度の流量を得るためには、回転数を１８００ｒｐｍ以上とする必要がある。しかしながら混合攪拌部材６０及び混合攪拌部材７０をこのように高速に回転させることは一般的ではない。
【０１３９】
以上に説明したように、本実施形態の現像装置１００は、有する１段目の現像ローラ１０に供給された現像剤Ｚを混合攪拌部６０に戻す構成により、混合攪拌部材６０及び混合攪拌部材７０で搬送すべき現像剤Ｚの流量を低減することができる。よって本実施形態では、一般的な８００ｇ／ｓ以下の流量を得ることができる。
【０１４０】
以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
本発明は、二本の現像ローラを有する現像装置と、この現像装置を有する画像形成装置に利用可能である。
【符号の説明】
【０１４２】
１０、２０  現像ローラ
３０  感光体
４０  ドクタブレード
５０  トナー貯蓄部材
６０、７０  混合攪拌部材
８０  搬送部材
９０、９２  経路板
１００  現像装置
３００  画像形成装置
３１０  制御装置
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１４３】
【特許文献１】特開２００４−２０７９０号公報
【特許文献２】特開２０００−２６７３８３号公報
【図１】
2010181566.tif 000003
【図２】
2010181566.tif 000004
【図３】
2010181566.tif 000005
【図４】
2010181566.tif 000006
【図５】
2010181566.tif 000007
【図６】
2010181566.tif 000008
【図７】
2010181566.tif 000009
【図８】
2010181566.tif 000010
【図９】
2010181566.tif 000011
【図１０】
2010181566.tif 000012
【図１１】
2010181566.tif 000013
【図１２】
2010181566.tif 000014
【図１３】
2010181566.tif 000015
【図１４】
2010181566.tif 000016
【図１５】
2010181566.tif 000017
【図１６】
2010181566.tif 000018
【図１７】
2010181566.tif 000019