(57)【要約】【課題】  現像剤退避部へ退避する現像剤量が多い場合でも、一度に過剰のトナーが現像剤収容部へ供給されることなく、現像剤担持体のトナー濃度の過飽和を抑制し、安定した画像品質を維持できる現像装置及びこれを用いた画像形成装置を提供する。【解決手段】  現像剤担持体３と、第一現像剤収容部４ａと、現像剤退避部７と、現像剤分離手段８と、現像剤担持体３により担持搬送される二成分現像剤のトナー濃度よりも高いトナー濃度を有する二成分現像剤を第一現像剤収容部４ａへ供給可能に収容する第二現像剤収容部４ｂと、第二現像剤収容部４ｂにトナーを供給可能に収容するトナー収容部５とを備えたことを特徴とする。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーと磁性キャリアとが含まれる二成分現像剤を磁力により所定の方向に担持搬送する現像剤担持体と、
現像剤担持体に隣接して二成分現像剤を収容する第一現像剤収容部と、
現像剤担持体に隣接して第一現像剤収容部に対し現像剤担持体の現像剤搬送方向下流側に設けられると共に第一現像剤収容部と連通する現像剤退避部と、
第一現像剤収容部及び現像剤退避部に対して現像剤担持体の現像剤搬送方向下流側に設けられ、現像剤担持体により担持搬送される二成分現像剤の一部を余剰現像剤としてせき止め、トナー濃度に応じて第一現像剤収容部又は現像剤退避部に前記余剰現像剤を分離する現像剤分離手段と、
前記第一現像剤収容部を介して現像剤担持体と連通して設けられ現像剤担持体により担持搬送される二成分現像剤のトナー濃度よりも高いトナー濃度を有する二成分現像剤を第一現像剤収容部へ供給可能に収容する第二現像剤収容部と、
前記第一現像剤収容部及び第二現像剤収容部を介して現像剤担持体と連通して設けられ第二現像剤収容部にトナーを供給可能に収容するトナー収容部と
を備えたことを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記現像剤分離手段に対して、現像剤担持体の現像剤搬送方向上流側に設けられ、前記現像剤退避部と前記第一現像剤収容部とを隔てる仕切り部をさらに備え、この仕切り部は、現像剤退避部に分離導入された二成分現像剤を、第一現像剤収容部及び第二現像剤収容部の両方に流出させるように配置構成されていることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
【請求項３】
前記第二現像剤収容部に収容されている二成分現像剤の平均トナー濃度は、前記第一現像剤収容部に収容されている二成分現像剤の平均トナー濃度よりも高いことを特徴とする請求項１又は２に記載の現像装置。
【請求項４】
前記現像剤分離手段は、現像剤担持体に対向配置されて余剰現像剤がせき止められるせき止め部を含むことを特徴とする請求項１ないし３にいずれかに記載の現像装置。
【請求項５】
前記せき止め部は、現像剤担持体に担持される現像剤層の層厚が規制せしめられる規制部材を兼用することを特徴とする請求項４に記載の現像装置。
【請求項６】
前記現像剤分離手段は、現像剤担持体に設けられた磁界発生手段である磁極を含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の現像装置。
【請求項７】
前記現像剤分離手段は、現像剤担持体の現像剤搬送方向に対して搬送磁極の下流側に隣接配設されるせき止め部を有していることを特徴とする請求項６に記載の現像装置。
【請求項８】
前記仕切り部は、現像剤退避部内の二成分現像剤を第一現像剤収容部へより多く導くように傾斜配置されていることを特徴とする請求項２に記載の現像装置。
【請求項９】
前記仕切り部は、現像剤退避部内の二成分現像剤を第二現像剤収容部へより多く導くように傾斜配置されていることを特徴とする請求項２に記載の現像装置。
【請求項１０】
前記現像剤分離手段は、現像剤担持体に対向配置されて余剰現像剤がせき止められるせき止め部を含み、前記仕切り部と前記現像剤担持体との間隙は、前記せき止め部と前記現像剤担持体との間隙よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項２に記載の現像装置。
【請求項１１】
前記現像剤分離手段は、現像剤担持体における磁界発生手段である磁極の配置位置又は磁界強度を変化させることにより、第一現像剤収容部又は現像剤退避部へ分離される二成分現像剤のトナー濃度を可変設定することを特徴とする請求項６に記載の現像装置。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれかに記載の現像装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ等の画像形成装置に用いられる現像装置に係り、特に、磁性キャリアとトナーとを具備した二成分現像剤を用い、かつ、トナー濃度検知手段を用いずにトナー濃度を自律的に制御する現像装置及びこれを用いた画像形成装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特公平５−６７２３３号公報
【特許文献２】特開平５−１１９６２５号公報
【特許文献３】特開平９−２２１７８号公報
【特許文献４】特開２０００−３５２８７７号公報
【特許文献５】特開平９−１９７８３３号公報
【０００３】
一般に、電子写真方式等の画像形成装置で用いられる現像装置としては、感光体ドラム等の像担持体上に形成された静電潜像を現像剤にて可視像化するものが知られている。この種の現像装置に用いられる現像方式としては、現像剤として着色剤粒子であるトナーのみを用いる一成分現像方式と、現像剤として磁性体粒子であるキャリアと着色粒子であるトナーとを混合撹拌したものを用いる二成分現像方式とに大別される。
【０００４】
従来、二成分現像方式の現像装置としては、画質、コスト面や安定性など優れた点が多いことから、トナーを磁性キャリアに混合した現像剤を磁場によって搬送して現像する磁気ブラシ現像方法が広く用いられている。この磁気ブラシ現像方法では、トナーと磁性キャリアとの摩擦で発生した静電気力により、トナーが磁性キャリアの表面に担持されるが、このトナーは、像担体上の静電潜像に接近すると、静電潜像担持体と現像剤担持体との間に形成される電界によって静電潜像上へ飛翔し、静電潜像を可視像化する。また、現像剤は、現像によって消費されたトナーを補充しながら反復使用される。
【０００５】
しかし、このような磁気ブラシ現像方法においては、トナー濃度（トナーと磁性キャリアの混合比）を一定範囲に保つ制御を行わないと、トナー濃度が上昇した場合には、トナー飛散やカブリが発生し、一方、トナー濃度が低下した場合には、濃度低下や濃度斑、画像抜けなどが発生してしまう。したがって、安定した画像を得るためにはトナー濃度を一定に保つ必要がある。
【０００６】
そこで、従来の磁気ブラシ現像方法では、安定した画像を得るためにトナー濃度センサを用いてトナー濃度を検知したり、現像パッチを作成してトナー現像量を検知し、その信号によってトナー補給部材を作動させることによりトナー濃度を一定に保つ制御が行われている。例えば、トナー濃度センサによりトナー濃度を検知し、この検知情報に基づいてトナー濃度が低下したと判断された場合、トナー補給部材によりトナー補給が行われる。
【０００７】
しかし、この種の磁気ブラシ現像方法にあっては、トナー濃度センサや独立してＯＮ／ＯＦＦ駆動できるトナー補給部材が必要不可欠であり、現像装置の大型化、高コスト化が避けられない。また、検知対象の濃度パッチを作成する等、トナー濃度の検知システムが面倒であるという不具合がある。
【０００８】
このような不具合を解決する先行技術として、トナー濃度センサやトナー補給部材を用いずに、トナー濃度を一定に保つ現像装置や制御方法が既に提案されている（例えば、特許文献１〜５参照）。こうした現像装置は、二成分現像剤を収容する現像剤収容部と、現像剤収容部と連通し且つトナーを収容するトナー収容部とを有し、現像剤担持体上の二成分現像剤量を規制部材で規制し、現像剤担持体上における二成分現像剤のトナー濃度変化によって、二成分現像剤のトナーの取り込みを自律的に制御することで、トナー濃度を調整するものである。
【０００９】
また、自律的制御の方法は、現像剤担持体に担持搬送される現像剤移動層と、現像剤収容部内で現像剤が循環する現像剤循環層とを発生させ、現像剤収容部と連通しているトナー収容部からのトナーを取り込むというものである。すなわち、現像工程において、トナーが消費されると、現像剤収容部内に収容された現像剤の嵩が減少し、減少した嵩分のトナーがトナー収容部から現像剤収容部に補給されることで、現像剤収容部内の現像剤は、トナー濃度を保つというものである。
【００１０】
上記現像装置の例として、特許文献１では、現像スリーブ上に磁性粒子層を形成し、容器内のトナー供給部においてこの磁性粒子層に接触するようにトナーを収容し、現像スリーブの回転に伴う磁性粒子層の磁性粒子の移動によって、上記トナー供給部で磁性粒子層内にその外側のトナー層からトナーを取り込み、トナーと磁性粒子とが混合された現像剤を規制部材でその層厚を規制して現像部に搬送することにより、トナーの過剰供給による帯電不足の防止を図っている。
【００１１】
また、特許文献２では、内部磁極を有する現像スリーブ回転型磁気ブラシ現像装置において、現像スリーブ表面に絶縁性層を設けるとともに、現像スリーブ近くにトナー供給ロールを配設し、トナー供給ロールと現像スリーブ間に交番電圧を印加することで、トナー濃度、トナー帯電の安定化を図っている。
【００１２】
さらに、特許文献３では、現像剤を構成するトナーとして磁性トナーを用いることで、トナー帯電の安定化、トナー飛散の防止を図っている。
【００１３】
また、特許文献４では、現像剤担持体の搬送速度が最速のときにおいて、キャリア一個の表面に対してトナーが完全に覆った状態となる限界トナー濃度以下となるようにトナー濃度を構成することで、地汚れやトナー飛散の防止を図っている。
【００１４】
さらにまた、特許文献５では、現像剤収容部において、現像剤担持体に担持搬送される現像剤量を規制する第一の規制部材よりも現像剤担持体の現像剤搬送方向上流側に第二の規制部材を設けることにより、トナー濃度調整の簡易化を図っている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上記の先行技術にあっては、いずれもトナー濃度変化に対応した現像剤の体積変化と現像剤の動きとによって、トナー濃度の制御をしているため、現像剤の体積変化や現像剤の動きを顕著にする必要がある。このような要請下においては、通常の二成分現像方式と比較して、特に、現像剤担持体周辺の現像剤仕込量を少なくして、その体積変化等を顕著にする必要があるため、現像剤の循環が悪く、現像剤の動きが活発な箇所と活発でない箇所とが存在して、トナーの取り込みが均一に行われない。さらに、帯電性能や磁化特性の劣化により磁性キャリアが現像装置本体から抜け出て現像剤収容室内の磁性キャリア量が減少すると、トナー濃度安定時において現像剤収容部内の磁性キャリア量に対するトナー量比率が大きくなる。この結果、十分なトナー帯電が施されず地汚れやトナー飛散が生じるという問題が生じていた。
【００１６】
また、現像剤量が少ないことから現像剤中に含まれるトナーの絶対量が少ないこと、トナー濃度が減少しても現像剤の体積変動は緩やかでありトナーの取り込みスピードが遅いことから、トナー消費の激しい高密度画像を連続で出力する際に所望の濃度が維持できないといった問題が生じていた。
【００１７】
さらに、予め現像剤量を少なく設定しなければならないため、１つの磁性キャリアにかかるストレスが大きくなり、磁性キャリアの寿命が短くなる。つまり、ランニングコストが上昇し、また、応答性が遅いため、高密度画像の濃度を確保できないといった問題が生じていた。
【００１８】
こうした問題を解決するために、本発明者は以前、特願２００３−１８５４９９号において、トナー濃度センサやトナー補給機構を必要としない小型で低コストの現像装置を前提とし、トナーの帯電立ち上がり特性を向上させると共に、磁性キャリアの量が変化しても安定したトナー濃度が保たれて地汚れやトナー飛散が抑制でき、さらにトナーの取り込みを均一にすることによって高密度画像の連続出力に対応し、現像剤の仕込み量を予め多く設定することが可能なことにより長寿命化を実現してランニングコストを抑えた現像装置及びこれを用いた画像形成装置を提供した。
【００１９】
しかし、上記発明の方式は高密度画像の連続出力後及び出力中のトナー濃度回復過程において、現像剤退避部へ退避する現像剤量が非常に多くなり、現像剤収容部のトナー補給部に大きなスペースが生じて、多量のトナーがこの現像剤収容部のスペースに一気に入り込み、一時的に現像剤担持体上の現像剤トナー濃度が所望の値よりも高くなってしまうという懸念が生じていた。
【００２０】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、例えば、高密度画像の連続出力後及び出力中において、現像剤退避部へ退避する現像剤量が多い場合でも、一度に過剰のトナーが現像剤収容部へ供給されることなく、現像剤担持体のトナー濃度の過飽和を抑制し、安定した画像品質を維持できる現像装置及びこれを用いた画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するために、本発明の現像装置は、図１に示すように、トナーと磁性キャリアとが含まれる二成分現像剤２を磁界発生手段１の磁力により所定の（矢印）方向に担持搬送する現像剤担持体３と、現像剤担持体３に隣接して二成分現像剤２を収容する第一現像剤収容部４ａと、現像剤担持体３に隣接して第一現像剤収容部４ａに対し現像剤担持体３の現像剤搬送方向下流側に設けられると共に第一現像剤収容部４ａと連通する現像剤退避部７と、第一現像剤収容部４ａ及び現像剤退避部７に対して現像剤担持体３の現像剤搬送方向下流側に設けられ、現像剤担持体３により担持搬送される二成分現像剤２の一部を余剰現像剤としてせき止め、トナー濃度に応じて第一現像剤収容部４ａ又は現像剤退避部７に前記余剰現像剤を分離する現像剤分離手段８と、前記第一現像剤収容部４ａを介して現像剤担持体３と連通して設けられ現像剤担持体３により担持搬送される二成分現像剤２のトナー濃度よりも高いトナー濃度を有する二成分現像剤２を第一現像剤収容部４ａへ供給可能に収容する第二現像剤収容部４ｂと、前記第一現像剤収容部４ａ及び第二現像剤収容部４ｂを介して現像剤担持体３と連通して設けられ第二現像剤収容部４ｂにトナーを供給可能に収容するトナー収容部５とを備えたことを特徴とするものである。
【００２２】
このような技術的手段において、現像剤担持体３は、内部に磁界発生手段１を具備し、二成分現像剤２を搬送担持するものであれば適宜選定して差し支えなく、例えば、回転可能な非磁性スリーブと、この非磁性スリーブ内に固定的に配設され且つ磁界発生手段１が設けられた磁石部材とを具備した態様がある。
【００２３】
ここで、磁界発生手段１は、複数の磁極１０を有しているものであればよく、例えば、磁極１０の構成例としては、現像に寄与するための現像磁極１０ａや、現像剤を捕獲できる機能を備えたピックアップ磁極１０ｃや、現像剤を搬送する搬送磁極１０ｂ，１０ｄ等を備えたものが挙げられるが、これに限られるものではなく、適宜選定して差し支えない。また、トナーは、磁性キャリアに付着するものであれば、磁性でも非磁性でもよい。
【００２４】
また、第一現像剤収容部４ａは現像剤担持体３に隣接して二成分現像剤２を収容するものであればよく、第二現像剤収容部４ｂは、第一現像剤収容部４ａと連通し、現像剤担持体３により担持搬送される現像に寄与する二成分現像剤２よりも、高いトナー濃度を有する二成分現像剤２を収容するものであればよい。このような態様を実現するためには、第一現像剤収容部４ａに収容される二成分現像剤２の平均トナー濃度よりも、第二現像剤収容部４ｂに収容される二成分現像剤２の平均トナー濃度が高いことが好ましい。また、第一現像剤収容部４ａに第二現像剤収容部４ｂからの高い濃度の二成分現像剤を均一に取り込ませるためには、第一現像剤収容部４ａ内に撹拌部材等を設けることが好ましい。このように第一現像剤収容部４ａ内に撹拌部材を設けることにより、第二現像剤収容部から供給された二成分現像剤が十分に撹拌混合された上で、現像剤担持体３２に供給され、これにより二成分現像剤中のトナーの帯電性を安定させて現像剤担持体３上のトナー濃度の均一化を実現することができる。また、トナー収容部５は、第二現像剤収容部４ｂに連通し、第二現像剤収容部４ｂにトナーを供給可能に収容するものであればよい。
【００２５】
また、現像剤退避部７は、第一現像剤収容部４ａからの二成分現像剤２を一時的に収容し、第一現像剤収容部４ａにおける二成分現像剤２を一時的に不足または流動させることにより、第二現像剤収容部４ｂからの高いトナー濃度の二成分現像剤を第一現像剤収容部４ａに導く態様であればよい。この態様により、第一現像剤収容部４ａ内の循環性が良くなり、現像剤退避部７に現像剤を退避させることにより生じる第一現像剤収容部４ａ内のスペースまたは二成分現像剤流動部分に、高いトナー濃度の二成分現像剤を補給することができ、第一現像剤収容部４ａ内の現像剤全体の濃度を上げることができる。
【００２６】
ここで、高いトナー濃度の二成分現像剤とは、トナー濃度が飽和している状態の二成分現像剤よりも、トナーの重量比率が高い二成分現像剤のことである。また、トナー濃度が飽和している状態の二成分現像剤とは、現像剤担持体３により担持搬送される二成分現像剤２が、現像剤分離手段８により、トナー濃度に応じて、第一現像剤収容部４ａ側又は現像剤退避部７側に分離導入される際の、境界状態にあるトナー濃度を有する二成分現像剤のことである（以下、このようなトナー濃度を飽和トナー濃度と称することもある）。
【００２７】
さらに、現像剤収容部４ａ、４ｂ及び現像剤退避部７を経由する循環路６を生じさせ、二成分現像剤２の流れを活発にするためには、現像剤分離手段８の上流側に、第一現像剤収容部４ａと現像剤退避部７とを隔てる仕切り部１２を設け、この仕切り部１２により、現像剤退避部７に分離導入された二成分現像剤２が第一現像剤収容部４ａ及び第二現像剤収容部４ｂの両方に流出されるように構成することが好ましい。
【００２８】
このような循環路６は、例えば、第一現像剤収容部４ａと現像剤退避部７とを少なくとも二箇所で連通していることにより、第一現像剤収容部４ａからの二成分現像剤２が現像剤担持体３近傍から現像剤退避部７に進入し、再び第一現像剤収容部４ａへ戻る流路であればよい。本発明における仕切り部材１２を経由する循環路６は、その現像剤流れ方向に対して上流側において第一現像剤収容部４ａと連通し、下流側において第一現像剤収容部４ａ及び第二現像剤収容部４ｂと連通していることが必要である。ここで、循環路６の位置及び大きさ等は適宜選定して差し支えない。
【００２９】
この場合、第二現像剤収容部４ｂは仕切り部材１２上の現像剤退避部７より流出する二成分現像剤２を収容することが必要となるため、その底面が現像剤退避部７との連通部よりも重力方向で下の位置関係にあればよい。
【００３０】
さらに、現像剤分離手段８は、現像剤担持体３により搬送される二成分現像剤２を、トナー濃度（磁性キャリアに対するトナー比率）に応じて分離するものであればよい。このとき、現像剤分離手段８は、トナー濃度に応じて二成分現像剤２の経路を異ならせる態様であるが、通常は、余剰現像剤のうち、低トナー濃度の二成分現像剤２を現像剤退避部７へ、高トナー濃度の二成分現像剤２を第一現像剤収容部４ａへ分離する態様が採用されている。ここで、余剰現像剤とは、現像剤担持体３により担持搬送された二成分現像剤２のうち、像担持体９側へ搬送されない二成分現像剤２のことである。
【００３１】
また、現像剤担持体３により担持搬送された二成分現像剤２のうち余剰現像剤をせき止め、この余剰現像剤が像担持体９側へ搬送されないようにするために、例えば、現像剤分離手段８は、現像剤担持体３に対向配置されて余剰現像剤がせき止められるせき止め部１１を有することが好ましい。さらに、現像剤分離手段８は、現像剤担持体３に設けられた磁界発生手段１である磁極１０（例えば搬送磁極１０ｂ）を含むことが好ましい。
【００３２】
この場合、トナー濃度が低い二成分現像剤２では、現像剤中のトナー量が少ないため、単位体積当たりの磁性キャリア密度が高く、外部磁界から受ける磁気吸引力が大きくなるが、一方、トナー濃度が高い二成分現像剤２では、磁性キャリアの表面を覆うトナー量が多いため、単位体積当たりの磁性キャリア密度が小さくなって現像剤の磁化が低下し、外部から受ける磁気吸引力が小さくなるという性質を利用して、トナー濃度に応じて、現像剤の流れを分離するものである。
【００３３】
すなわち、せき止め部１１と磁極１０とを組み合せてなる現像剤分離手段８によれば、現像剤担持体３によって搬送された二成分現像剤２が低トナー濃度である場合、現像剤担持体３内部に引き付けられる磁気吸引力が大きいために現像剤担持体３の回転による二成分現像剤２に対する搬送力が強くなり、せき止め部１１のせき止め力と搬送磁極１０ｂの磁気的拘束力によって滞留している二成分現像剤（低トナー濃度）２を押し出し、この押し出された低トナー濃度の二成分現像剤２は、現像剤退避部７へ移動する。
【００３４】
一方、現像剤担持体３によって搬送された二成分現像剤２が高トナー濃度である場合、現像剤担持体３内部に引き付けられる磁気吸引力が小さいために現像剤担持体３の回転による二成分現像剤２に対する搬送力が弱く、せき止め部１１に滞留している二成分現像剤２を押し出せない。よって、せき止め部１１によって滞留している二成分現像剤２まで到達することなく途中で落下し、第一現像剤収容部４ａへ戻る。この作動は、上述したトナー濃度の違いによる性質を利用したものである。
【００３５】
また、現像剤担持体３上における二成分現像剤２の穂立ち状態を多く形成し、二成分現像剤２をせき止め部１１でせき止めるという観点から、現像剤分離手段８を構成するせき止め部１１は、現像剤担持体３の現像剤搬送方向に対して搬送磁極１０ｂの下流側に隣接して配置されることが好ましい。このとき、現像剤分離手段８として、現像剤担持体３における磁界発生手段１である磁極１０の配設位置や磁界強度を変化させるようにすれば、第一現像剤収容部４ａ又は現像剤退避部７へ分離される二成分現像剤２のトナー濃度の程度（飽和トナー濃度）を可変設定することができる。
【００３６】
また、現像剤担持体３により搬送される二成分現像剤２の量を規制する規制部材を別に設けることなく、二成分現像剤２の層厚を規制するという観点から、せき止め部１１は、現像剤担持体３に担持される現像剤層が規制せしめられる規制部材を兼用することが好ましい。
【００３７】
また、現像剤退避部７における低トナー濃度の二成分現像剤２を、容易に第一現像剤収容部４ａまたは第二現像剤収容部４ｂへ誘導させるという観点から、現像剤退避部７と第一現像剤収容部４ａとを隔てる仕切り部１２は、現像剤退避部７内の二成分現像剤２を第一現像剤収容部４ａまたは第二現像剤収容部４ｂのいずれかにより多くの現像剤を導くように傾斜していることが好ましい。
【００３８】
なお、この仕切り部１２は、現像剤担持体３側が反対側の端よりも高く設定されていることが好ましいが、この態様に限らず、仕切り部１２の中心を低く設定し、この部分に第一現像剤収容部４ａまたは第二現像剤収容部４ｂへ通じる循環路６を設ける等、適宜選定して差し支えない。
【００３９】
さらに、現像剤担持体３に対する二成分現像剤２の供給量を確保するという観点から、現像剤退避部７及び第一現像剤収容部４ａ間の仕切り部１２と現像剤担持体３との間隙は、せき止め部１１と現像剤担持体３との間隙よりも大きく設定されていることが好ましい。
なお、本発明は上述した現像装置に限られるものではなく、これらの現像装置を用いて、像担持体９上の静電潜像を可視像化する画像形成装置をも対象とする。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、現像剤担持体によって搬送された二成分現像剤の一部を余剰現像剤としてせき止め、トナー濃度に応じて現像剤収容部又は現像剤退避部に分離する現像剤分離手段を備えているため、低トナー濃度の時には、二成分現像剤は、現像剤退避部へ一時的に誘導されることによって第一現像剤収容部内の二成分現像剤の嵩変化及び流動性が強調されることになり、その分、現像剤収容部内の二成分現像剤は、第二現像剤収容部内の高いトナー濃度の二成分現像剤をすばやく取り込むことができる。このため、トナーの取込みスピードが格段に上がり高密度画像の連続出力に対応することができる。
【００４１】
また、本発明においては、現像剤担持体上の飽和トナー濃度は二成分現像剤に働く磁気吸引力に依存するものであり、二成分現像剤の嵩に依存しないので、経時で現像装置内の磁性キャリアの量が減少しても該飽和トナー濃度を安定した値に保つことができる。
【００４２】
さらに、高密度画像出力後及び出力中の現像剤退避部へ退避する現像剤量が多い場合においても、一度に過剰のトナーが第一現像剤収容部へ供給されてしまうことがなく、現像剤担持体のトナー濃度が過飽和しないため、安定した画像品質を保持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
＜実施の形態＞
【００４４】
まず、本発明に係る現像装置を含む画像形成装置の概略構成について、図２を参照して説明する。図２は、本発明に係る画像形成装置の一実施の形態を示す概略構成図である。
【００４５】
図２において、符号２１は、矢印方向に回転する有機感光体からなる静電潜像担持体であり、この静電潜像担持体２１はスコロトロンなどの帯電装置２２によって帯電され、レーザ書込み装置やＬＥＤアレイを有する露光装置２３によって静電潜像が書き込まれる。この静電潜像は、光の当たった静電潜像担持体２１表面電位が低下し、光の当たっていない高電位部分とのコントラストによる電位画像として形成される。また、現像装置２４は、現像ハウジング３１内に着色粒子であるトナー及びキャリアからなる二成分現像剤を収容し、現像剤担持体３２に前記二成分現像剤を担持させ、この現像剤担持体３２にバイアス電源２５からの現像バイアスを印加することで、現像剤担持体３２を静電潜像の高電位部と低電位部との中間電位に保持し、静電潜像の画像部を帯電されたトナーにて現像するようにしたものである。さらに、転写装置２６は、例えば静電潜像担持体２１に接触配置される転写ロールにて構成され、バイアス電源２７によって静電潜像担持体２１上のトナー像が引き付けられる方向の転写バイアスを印加されることで、静電潜像担持体２１上のトナー像を記録材２８に転写させるようにしたものである。また、静電潜像担持体２１上に残留したトナーは、例えばドクターブレード式のクリーニング装置２９によって除去される。
【００４６】
さらに、本実施の形態において、静電潜像担持体２１上のトナー像を転写された記録材２８は、定着装置５０に搬送され、この定着装置５０によりトナー像は、記録材２８に定着される。定着装置５０は、例えばヒートロール方式で、加熱ロール５１と加圧ロール５２とを有し、この加熱ロール５１と加圧ロール５２との間に記録材２８を通過させることによりトナー像を記録材２８に定着するようになっている。
【００４７】
次に、本実施の形態に係る現像装置の構成について、図３を参照して説明する。図３（ａ）は本実施の形態に係る現像装置の概要を示す構成図であり、（ｂ）は仕切り部及びその周辺部の拡大図である。
【００４８】
図３において、現像装置２４は、静電潜像担持体２１に向かって開口する現像ハウジング３１を有し、この現像ハウジング３１の開口に面して現像剤担持体３２を配設し、現像ハウジング３１のうち、現像剤担持体３２に隣接した部位には二成分現像剤Ｇが収容される第一現像剤収容部３３ａと、現像剤担持体３２に隣接し、第一現像剤収容部３３ａに対して現像剤担持体３２の現像剤搬送方向下流側に設けられる現像剤退避部３４と、第一現像剤収容部３３ａを介して現像剤担持体３２に連通し且つ高いトナー濃度の二成分現像剤及び現像剤退避部３４から流出した二成分現像剤Ｇを収容する第二現像剤収容部３３ｂと、第一現像剤収容部３３ａ、第二現像剤収容部３３ｂを介して現像剤担持体３２に連通し且つ第二現像剤収容部３３ｂへ供給するトナーＴを収容するトナー収容部３５とを形成したものである。
【００４９】
なお、本実施の形態において、二成分現像剤Ｇは、トナーＴと磁性キャリアからなる現像剤であり、トナーＴは、例えば非磁性トナーを用いるが、磁性キャリアと磁気特性が異なるものであれば、磁性トナーを用いても差し支えない。
【００５０】
また、本実施の形態において、現像剤担持体３２は、回転可能な回転スリーブ３２１と、この回転スリーブ３２１の内部に固定的に配設された磁極ロール３２２とを備えている。上記磁極ロール３２２は、例えば、ロール本体中心Ｏを通る水平面右側に合わせて搬送磁極（本例ではＳ２）を配設し、回転スリーブ３２１の回転方向（反時計回り）に対し、搬送磁極（Ｓ２）から下流側へ３０°間隔で搬送磁極（本例ではＮ２）と、現像磁極（本例ではＳ１）とを配設する一方、搬送磁極（Ｓ２）から上流側へ３０°間隔でピックアップ磁極（本例ではＮ１）と、搬送磁極（本例ではＳ３）と、搬送磁極（本例ではＮ３）とを配置したものである。
【００５１】
なお、本実施の形態において、現像磁極（Ｓ１）は、静電潜像担持体２１に対向し、ピックアップ磁極（Ｎ１）は、第一現像剤収容部３３ａ内の二成分現像剤Ｇを捕獲するようになっているが、各々の磁極の配置や数は適宜選定して差し支えない。
【００５２】
一方、回転スリーブ３２１は、反時計回りに回転すると共に、磁極ロール３２２の現像磁極（Ｓ１）が配設される現像部において、静電潜像担持体２１と対向するようになっている。
【００５３】
また、本実施の形態において、第一現像剤収容部３３ａは二成分現像剤Ｇが収容されるスペースを有し、第一現像剤収容部３３ａ内のうち現像剤担持体３２に近接（又は接触）した部位に第一現像剤撹拌部材３６ａが回転自在（時計回り）に配設されている。さらに、第一現像剤収容部３３ａの底部形状は、現像剤担持体３２及び第一現像剤撹拌部材３６ａに沿った湾曲形状をしており、現像剤担持体３２、第一現像剤撹拌部材３６ａとの間に所定間隔の現像剤搬送路を確保している。
【００５４】
また、本実施の形態において、第一現像剤撹拌部材３６ａは、例えば磁性あるいは非磁性のロールからなるが、スパイラル状のオーガでもよく、複数配設しても差し支えない。
【００５５】
この第一現像剤撹拌部材３６ａによって撹拌された二成分現像剤Ｇは、現像剤担持体３２のピックアップ磁極（Ｎ１）近傍で捕獲され、現像剤担持体３２の回転スリーブ３２１の回転により担持搬送されるようになっている。
【００５６】
また、本実施の形態において、第二現像剤収容部３３ｂは現像剤担持体３３により担持搬送され現像に寄与する二成分現像剤Ｇよりも高いトナー濃度の二成分現像剤が収容されるスペースを有し、トナー収容部３５から供給されるトナーＴと現像剤退避部３４から流出してくる二成分現像剤Ｇと既存の高いトナー濃度の二成分現像剤を撹拌し且つ第一現像剤収容部３３ａへ搬送する第二現像剤撹拌部材３６ｂを備えている。具体的には、例えば、第一現像剤収容部３３ａに収容されている二成分現像剤の平均トナー濃度よりも、３倍程度高い平均トナー濃度を有する二成分現像剤が第二現像剤収容部３３ｂに収容されていることが好ましい。そして、この第二現像剤撹拌部材３６ｂは例えば回転体に弾性フィルムを付けたもので、第二現像剤収容部３３ｂの底壁面に沿って高いトナー濃度の二成分現像剤を掃き出すようにしたものである。また、この第二現像剤撹拌部材３６ｂはトナー収容部３５からのトナーＴを第二現像剤収容部３３ｂ内に引き込み、二成分現像剤Ｇと撹拌混合する機能も兼ねている。
【００５７】
そして、この第二現像剤収容部３３ｂの底部形状は、第二現像剤撹拌部材３６ｂの移動回転軌跡に沿う湾曲状を有しており、第一現像剤収容部３３ａと第二現像剤収容部３３ｂとの間の連結部には、現像剤補給路３７ａが設けられている。
【００５８】
さらに、本実施の形態において、トナー収容部３５には、収容されるトナーＴを撹拌し第二現像剤収容部３３ｂへ搬送せしめるトナー撹拌部材３５１を有しており、このトナー撹拌部材３５１は、例えば回転体に弾性フィルムを付けたもので、トナー収容部３５の底壁面に沿ってトナーＴを掃き出すようにしたものである。
【００５９】
そして、このトナー収容部３５の底部形状は、トナー撹拌部材３５１の移動回転軌跡に沿う湾曲状を有しており、第二現像剤収容部とトナー収容部３５との間の連結部には、トナー補給路３７ｂが設けられている。
【００６０】
また、本実施の形態において、第一現像剤収容部３３ａと現像剤退避部３４との間は、仕切り部３９にて隔てられている。この仕切り部３９は、例えば図３（ｂ）に示すように、現像剤担持体３２と同程度の幅で形成されたベースプレート３９ａを有し、このベースプレート３９ａは、現像剤担持体３２側が上方で、その反対側が下方となるように斜め下方に向かって傾斜配置されている。該ベースプレート３９ａの傾斜部は、傾斜上を流れる現像剤の内、一部が第一現像剤収容部３３ａへ余剰分が第二現像剤収容部３３ｂへ流出するように設定されている。そして、ベースプレート３９ａのうち、現像剤担持体３２側に位置する先端部３９ｂは、現像剤担持体３２内の搬送磁極（Ｎ２）の直上、あるいは搬送磁極（Ｎ２）から現像剤搬送方向上流側（時計回り方向側）の位置において、現像剤担持体３２の表面と数百μｍ〜数ｍｍの位置で対向している。
【００６１】
一方、先端部３９ｂの反対側である他端部３９ｃは、前述した現像剤補給路３７ａの上側壁面を形成するような形状となっている。なお、ベースプレート３９ａの傾斜角度は任意に設定して差し支えない。
【００６２】
また、本実施の形態において、仕切り部３９の先端部３９ｂと現像剤担持体３２との間及び現像剤補給路３７ａについて、第二現像剤収容部３３ｂを介して現像剤退避部３４と第一現像剤収容部３３ａとを連通している循環路４０が形成されている。
【００６３】
この循環路４０は、例えば、第一現像剤収容部３３ａ内の二成分現像剤Ｇが先端部３９ｂ側から現像剤退避部３４に流入し、この流入した二成分現像剤Ｇが他端部３９ｃ側から第二現像剤収容部３３ｂ、現像剤補給路３７ａを介し、第一現像剤収容部３３ａに流出する経路になっている。このとき、他端部３９ｃ側から流出する二成分現像剤Ｇは、その全てが現像剤補給路３７ａを介し第一現像剤収容部３３ａに流出するのではなく、その一部は第二現像剤収容部３３ｂに流出するようになっている。このように第一現像剤収容部３３ａ及び第二現像剤収容部３３ｂの両方に流出させて循環させることにより、二成分現像剤Ｇ中のトナーの帯電性をより安定化させることができる。
【００６４】
ここで、現像剤退避部３４から第一現像剤収容部３３ａ又は第二現像剤収容部３３ｂに流出する現像剤量比については、適宜選定可能である。例えば、第一現像剤収容部３３ａにより多くの現像剤を流出させれば、現像剤退避部３４から第一現像剤収容部３３ａに流出する流量の大きな現像剤の流れに巻き込まれて、第二現像剤収容部３３ｂ内の高濃度の二成分現像剤が第一現像剤収容部３３ａ内に取り込まれると共に、この流量の大きな流れにより取り込まれた高濃度の二成分現像剤が撹拌混合される。一方、第二現像剤収容部３３ｂにより多くの現像剤を流出させれば、第二現像剤収容部３３ｂ内での撹拌混合を経て、第一現像剤収容部３３ａに現像剤が供給されるので、より十分な撹拌混合による均一なトナー濃度を有する二成分現像剤Ｇを供給することができる。
【００６５】
さらに、本実施の形態では、現像剤担持体３２内の搬送磁極（Ｎ２）から現像剤搬送方向下流側（反時計回り方向側）の位置において、搬送磁極（Ｎ２）と現像磁極（Ｓ１）との間には、現像剤担持体３２と対向するようにせき止め部４１が配設されている。このせき止め部４１は、現像剤担持体３２と同程度の幅を有し、一端を現像ハウジング３１により支持され、先端部を数十μｍ〜数百μｍ程度の間隙で現像剤担持体３２に近接させている。
【００６６】
なお、本実施の形態では、せき止め部４１に多くの二成分現像剤Ｇを供給するために、前記仕切り部３９の先端部３９ｂと現像剤担持体３２との間隙は、せき止め部４１と現像剤担持体３２との間隙よりも広く設定されている。
【００６７】
また、本実施の形態では、せき止め部４１は、現像剤担持体３２により担持搬送される二成分現像剤Ｇの層厚を規制する層厚規制機能を兼ねているが、層厚規制機能とは別にしてもよい。この場合、例えば、せき止め部４１と現像磁極（Ｓ１）との間に層厚規制部材４２を設ける態様が挙げられる。
【００６８】
次に、本実施の形態に係る画像形成装置の作動について、現像装置を中心に説明する。
【００６９】
図３において、第一現像剤収容部３３ａにおける二成分現像剤Ｇは、第一現像剤撹拌部材３６ａにより撹拌され、現像剤担持体３２内のピックアップ磁極（Ｎ１）によって捕獲される。この後、捕獲された二成分現像剤Ｇは、ピックアップ磁極（Ｎ１）及び搬送磁極（Ｓ２）の磁気吸引力と現像剤担持体３２表面との摩擦力により、現像剤担持体３２（回転スリーブ３２１）の回転方向に搬送される。この搬送された二成分現像剤Ｇは、せき止め部４１の近傍に到達すると、搬送磁極（Ｎ２）により穂立ちを形成する。さらに、この二成分現像剤Ｇの穂立ちは、せき止め部４１にて規制されることにより、現像剤層として現像剤担持体３２上に形成され、この現像剤層は、現像領域に搬送される。さらに、現像領域に搬送された二成分現像剤Ｇの現像剤層は、現像磁極（Ｓ１）の磁気吸引力により磁気ブラシを形成し、この磁気ブラシを形成する二成分現像剤ＧにおけるトナーＴは、静電潜像担持体２１と現像剤担持体３２との間に形成される現像電界によって、静電潜像担持体２１上の静電潜像を可視像化する。
【００７０】
次に、せき止め部４１付近における二成分現像剤Ｇの挙動について、図４〜図７を参照して説明する。
【００７１】
まず、図４において、現像剤担持体３２により担持搬送される二成分現像剤Ｇのトナー濃度が低い場合を想定する。この二成分現像剤Ｇは、現像剤中のトナー量が少ないことから、比較的単位体積当たりの磁性キャリア密度が大きくなっている。つまり、外部磁界（本例ではＮ２）から二成分現像剤Ｇが受ける磁気吸引力は大きくなるため、トナー濃度の低い二成分現像剤Ｇは、せき止め部４１近傍まで確実に搬送される。このせき止め部４１まで確実に搬送された二成分現像剤Ｇは、せき止め部４１のせき止め力と搬送磁極（Ｎ２）の磁気拘束力によって、せき止め部４１近傍に滞留している滞留現像剤を押し出し、この押し出された滞留現像剤は、落下現像剤となって仕切り部３９上に落下し、図５に示すように、現像剤退避部３４を経て、その後、第二現像剤収容部３３ｂへ流れ込む。
【００７２】
このとき、上記のようにトナー濃度の低い二成分現像剤Ｇが現像剤退避部３４に導かれた場合、図５に示すように、第一現像剤収容部３３ａ内にはその分だけスペースが作られることになる。その結果、現像剤補給路３７ａから第一現像剤収容部３３ａに至るまでの現像剤補給路３７ａにあった二成分現像剤Ｇは、第一現像剤撹拌部材３６ａの搬送力と二成分現像剤Ｇの自重により、上記スペースに速やかに引き込まれ現像剤補給路３７ａ付近の二成分現像剤が流動する。これにより、現像剤補給路３７ａは、第二現像剤収容部３３ｂからの高いトナー濃度の二成分現像剤Ｇを受け入れ、この高いトナー濃度の二成分現像剤Ｇは、現像剤補給路３７ａを経て第一現像剤収容部３３ａへと速やかに供給される。さらに、第二現像剤収容部３３ｂにおいては第一現像剤収容部３３ａへ高いトナー濃度の現像剤を供給した分、トナー収容部３５からトナーを受け入れるスペースが形成されてトナー補給路３７ｂにあったトナーＴは第二現像剤撹拌部材３６ｂの引き込みとトナーＴの自重及びトナー撹拌部材の掃き出しにより、第二現像剤収容部３３ｂへと速やかに供給される。
【００７３】
一方、現像剤担持体３２により担持搬送される二成分現像剤Ｇのトナー濃度が高い場合を想定すると、この二成分現像剤Ｇは、磁性キャリアの表面を覆うトナー量が多いことから、比較的単位体積当たりの磁性キャリア密度が小さい。つまり、図６に示すように外部磁界（本例ではＮ２）から二成分現像剤Ｇが受ける磁気吸引力は小さいため、トナー濃度の高い二成分現像剤Ｇの多くは、現像剤担持体３２の回転方向に対して仕切り部３９の先端よりも上流側の位置で落下してしまう。この結果、この二成分現像剤Ｇは、せき止め部４１近傍に滞留している滞留現像剤まで到達することなく、仕切り部３９上に落下しない。このため、図７に示すように、この二成分現像剤Ｇは、仕切り部３９上に落下することなく、現像剤担持体３２の回転方向に対して仕切り部３９の先端部３９ｂより上流側の位置で落下し、直接第一現像剤収容部３３ａへ戻る。このとき、前記トナー濃度が低い場合と異なり、第一現像剤収容部３３ａ内にスペースが作られず、現像剤補給路３７ａ付近の二成分現像剤Ｇは流動しないので、二成分現像剤Ｇによりふさがれている状態となり、第二現像剤収容部３３ｂから高いトナー濃度の二成分現像剤Ｇを供給されない。同様に、第二現像剤収容部３３ｂにおいてもトナー収容部３５からのトナーＴを受け入れるスペースが形成されないため、トナーＴは供給されない。
【００７４】
このように、本実施の形態に係るトナー補給メカニズムは、トナー濃度に応じた二成分現像剤Ｇの流動性変化、嵩変化に加えて磁気吸引力の変化を利用したものであり、トナー濃度が低い二成分現像剤Ｇに対してはトナー補給が行われ、トナー濃度が高い二成分現像剤Ｇに対してはトナー補給が行われない構成になっている。
【００７５】
すなわち、本実施の形態によれば、低トナー濃度の時には、二成分現像剤Ｇは、現像剤退避部３４へ一時的に誘導されることによって第一現像剤収容部３３ａ内の二成分現像剤Ｇの嵩変化及び流動性が強調されることになり、その分、第一現像剤収容部３３ａ内の二成分現像剤Ｇは、第二現像剤収容部３３ｂ内の高いトナー濃度の二成分現像剤をすばやく取り込むことができ、高密度画像の連続出力に対応することができる。また、第二現像剤収容部３３ｂに対しても第一現像剤収容部３３ａへの高いトナー濃度の二成分現像剤の供給に伴なって形成されるスペースにトナーＴがトナー収容部３５から供給される。さらに、前述のようなメカニズムにより、現像剤担持体３２上の飽和トナー濃度は二成分現像剤に働く磁気吸引力に依存するものであり、二成分現像剤の体積に依存しないので、経時で現像装置内の磁性キャリアの量が減少しても該飽和トナー濃度は安定した値に保たれる。そして、第二現像剤収容部３３ｂから高いトナー濃度の二成分現像剤を供給する場合、二成分現像剤Ｇが現像剤退避部３４を経由するため、第一現像剤収容部３３ａ内の二成分現像剤Ｇの循環が非常に活発になるため高い濃度の二成分現像剤の取込みが均一に行なわれる。また、二成分現像剤Ｇの嵩変化及び流動性が強調されること、磁性キャリアが第一現像剤収容部３３ａ及び現像剤退避部３４から第二現像剤収容部３３ｂへ流出しても構わない構成であることから、第一現像剤収容部３３ａ内の現像剤密度を高める必要がなく且つ現像剤の仕込み量も増やすことが可能であるため、現像剤に対するストレスが軽減し、現像剤の長寿命化、低ランニングコストを実現することができる。さらに、高密度画像連続出力後及び出力中のトナー濃度回復過程において、現像剤退避部３４へ退避する現像剤量が非常に多くなり第一現像剤収容部３３ａの現像剤供給路３７ａが大きく開いた場合でも、供給されるのは高いトナー濃度の二成分現像剤であるため、一度に過剰のトナーが第一現像剤収容部３３ａに入り込むことがないので、現像剤担持体上のトナー濃度が過飽和することはない。その結果、安定した画像品質を保持することができる。
【００７６】
なお、仕切り部３９上に落下し、現像剤退避部３４へ導かれる二成分現像剤Ｇのトナー濃度の範囲は、以下の実施例において詳述する。
【実施例１】
【００７７】
本実施例は、前述した実施の形態に係る現像装置（図３参照）を用いて、磁極ロール３２２の搬送磁極（Ｎ２又はＳ２）を変化させたとき、仕切り部３９上に落下する二成分現像剤Ｇの流量とトナーの濃度範囲の関係を測定したものである。本実施例において、現像装置を除いた画像形成装置の条件は次の通りである（図２参照）。
・静電潜像担持体２１：φ３０の有機感光体を使用し、周速を１７０ｍｍ／ｓ、画像部電位を−１５０Ｖ、非画像部電位を−６５０Ｖに設定した。
・帯電装置２２：スコロトロンを使用し、スコロトロンワイヤを−４ｋＶ、グリット電圧を−４００Ｖに設定した。
・露光装置２３：６００ｄｐｉの密度で書き込み可能なＬＥＤアレイを使用した。
・転写装置２６：φ１２の転写ロール（金属ロール上に導電性ゴム層を形成したもの）を使用し、周速を１７０ｍｍ／ｓ、バイアス電源２７を１．２ｋＶの直流に設定した。
・クリーニング装置２９：弾性ゴムブレードを使用し、突き当て圧力を１．５ｇ／ｍｍに設定した。
・定着装置５０：加熱ロール５１としてφ２５の弾性ロール（電源ヒータを装備）と、加圧ロール５２としてφ２５の金属ロールを使用し、周速を１７０ｍｍ／ｓ、定着温度を１８０℃に設定した。
【００７８】
また、本実施例における現像装置の条件は次の通りである（図３参照）。
・二成分現像剤Ｇ：磁性キャリアとしては、平均５０μｍの半導電性粒径を使用し、トナーＴとしては、磁性体２０重量％含有し、粒径が平均９．０μｍの粒子を使用した。また、イニシャルの二成分現像剤仕込み量は第一現像剤収容部３３ａに１００ｇとした。
・現像剤撹拌部材３６：φ１０の円柱状磁性体を使用し、周速を２４０ｍｍ／ｓ（時計回り方向に回転）に設定した。
・仕切り部３９：仕切り部先端３９ｂが搬送磁極（Ｎ２）より現像剤搬送方向上流の位置で現像剤担持体３２表面と３ｍｍの間隙になるように設定した。
・せき止め部４１：搬送磁極（Ｎ２）より現像剤搬送方向下流側で現像剤担持体３２表面と４００μｍの間隙になるように設定した。
・現像剤担持体３２：現像剤搬送量を４００ｇ／ｍ2、静電潜像担持体２１とのギャップを３５０μｍ、−３００Ｖの直流成分に、１．３ｋＶｐｐ、周波数３．５ｋＨｚの交流成分を重畳させた現像バイアス、周速を３４０ｍｍ／ｓに設定した。
・回転スリーブ３２１：φ１８の金属スリーブを使用し、表面の十点平均表面粗さＲｚ＝７μｍに設定した。
・磁極ロール３２２：現像磁極（Ｓ１）を１２０ｍＴ、搬送磁極（Ｓ３）を６０ｍＴ、ピックアップ磁極（Ｎ１）を８０ｍＴ、搬送磁極（Ｎ３）を８０ｍＴに各々設定し、搬送磁極（Ｓ２）と搬送磁極（Ｎ２）とを変化させた。
【００７９】
上記の条件で、搬送磁極（Ｎ２）を４０ｍＴに固定し、搬送磁極（Ｓ２）を変化（０〜３０ｍＴ）させたところ、図８に示すような測定結果が得られた。
【００８０】
同図によれば、搬送磁極（Ｓ２）の磁力を強くすると、高いトナー濃度の現像剤でも仕切り部３９上に落下し、現像剤退避部３４へ導かれることが理解される。つまり、仕切り部３９上に落下する現像剤流量がゼロになるときのトナー濃度（飽和トナー濃度）を高濃度に設定するためには、搬送磁極（Ｓ２）の磁力を強く設定すればよいことが分かる。
【００８１】
一方、搬送磁極（Ｓ２）を３０ｍＴに固定し、搬送磁極（Ｎ２）を変化（２０〜４０ｍＴ）させたところ、図９に示すような測定結果が得られた。
【００８２】
同図によれば、搬送磁極（Ｎ２）の磁力を強くすると、高いトナー濃度の現像剤でも仕切り部３９上に落下することが理解される。つまり、仕切り部３９上に落下する現像剤流量がゼロになるときのトナー濃度を高濃度に設定するためには、搬送磁極（Ｎ２）の磁力を強く設定すればよいことが分かる。以上の測定結果より、せき止め部４１近傍の磁極（本実施例ではＮ２）に限らず、搬送磁極（Ｎ２）よりも現像剤担持体３２の現像剤搬送方向上流側における磁極（本実施例ではＳ２）の強さを選定することにより、仕切り部３９上に落下するトナー濃度の範囲を制御できることが理解される。
【実施例２】
【００８３】
本実施例は、トナー濃度センサ及びトナー補給機構を具備しない従来公知の現像装置（現像装置Ａ）を比較例とし、この比較例と実施の形態に係る現像装置２４（現像装置Ｂ）を具現化したものとを用いて高密度画像出力追従テストを行い、このときの画像濃度変化について測定したものである。なお、現像装置を除いた画像形成装置は、実施例１で使用したものを共通に使用した（図２参照）。また、絵出しチャートは、１００％ベタ画像とした。
【００８４】
まず、トナー濃度センサ及びトナー補給機構を具備しない従来公知の現像装置（現像装置Ａ）について、図１０を参照して説明する。
【００８５】
図１０に示すように、現像装置Ａは、静電潜像担持体２１に向かって開口する現像ハウジング６１を有し、この現像ハウジング６１の開口に面して現像剤担持体６２を配設し、現像ハウジング６１の開口上縁には現像剤担持体６２上の二成分現像剤Ｇの層厚が規制せしめられる規制部材６３を設け、現像ハウジング６１のうち、現像剤担持体６２に隣接した部位には、二成分現像剤Ｇが収容される現像剤収容部６４と、この現像剤収容部６４を介して現像剤担持体６２に連通し且つトナーＴが収容されるトナー収容部６５とを形成したものである。
【００８６】
また、上記現像剤担持体６２は、回転可能なスリーブ６２１と、このスリーブ６２１の内部に固定的に配設された磁極ロール６２２とを備えている。そして、磁極ロール６２２にはロール本体の周囲に所定角度間隔で４極の磁極（現像磁極（Ｓ１）、搬送磁極（Ｓ２）、搬送磁極（Ｎ１）、搬送磁極（Ｎ２））が配設されており、トナーＴ及びキャリアが含まれる二成分現像剤Ｇが現像剤担持体６２の外周に磁気的に付着するようになっている。さらに、トナー収容部６５には収容トナーＴが撹拌搬送せしめられる撹拌部材６５１を有している。
【００８７】
この現像装置Ａにおいて、現像によりトナーが消費されると現像剤収容部６４内の二成分現像剤Ｇの占める体積が減少するため、現像剤収容部６４内に空隙ができる。この空隙にトナー収容部６５内のトナーＴが撹拌部材６５１の回転により補給され、トナー濃度制御が行われている。
【００８８】
次に、現像装置Ａの条件を以下に示す。
・二成分現像剤Ｇ：磁性キャリアとしては、平均５０μｍの半導電性粒径を使用し、トナーＴとしては、磁性体２０重量％含有し、粒径が平均９．０μｍの粒子を使用した。また、イニシャルの二成分現像剤仕込み量は５０ｇであり、トナー濃度は１０重量％とした。
・現像剤担持体６２：現像剤搬送量を４００ｇ／ｍ2、静電潜像担持体２１とのギャップを３５０μｍ、−３００Ｖの直流成分に、１．３ｋＶｐｐ、周波数３．５ｋＨｚの交流成分を重畳させた現像バイアス、周速を３４０ｍｍ／ｓに設定した。
・スリーブ６２１：φ１８の金属スリーブを使用し、表面の十点平均表面粗さＲｚ＝７μｍに設定した。
・磁極ロール６２２：現像磁極（Ｓ１）を１２０ｍＴ、搬送磁極（Ｓ２）を８０ｍＴ、搬送磁極（Ｎ１）を８０ｍＴ、搬送磁極（Ｎ２）を９０ｍＴに各々設定した。
【００８９】
一方、現像装置Ｂについては、前述した実施の形態に係る現像装置を具現化したものであるため、詳細については省略する。また、それぞれの条件は実施例１とほぼ同様（図３参照）であるが、二成分現像剤Ｇのイニシャルの仕込み量とトナー濃度は次のとおりである。
・第一現像剤収容部…現像剤仕込み量１００ｇ、トナー濃度１０重量％
・第二現像剤収容部…現像剤仕込み量１００ｇ、トナー濃度５０重量％
【００９０】
なお、現像装置Ａ及びＢで使用される二成分現像剤Ｇは、実施例１と同様のものを使用する。さらに、現像剤担持体内の磁極ロールにおける搬送磁極Ｎ２を４０ｍＴ、搬送磁極Ｓ２を３０ｍＴに設定した。
【００９１】
上記のような条件で、比較例に係る現像装置Ａ及び実施例に係る現像装置Ｂを動作させることにより、図１１に示すような測定結果が得られた。具体的には、１００％黒ベタ画像を現像装置Ａ及びＢの各々で１０枚出力し、その画質について反射濃度計Ｘ−Ｒｉｔｅ４０４による濃度測定と目視により評価した。
【００９２】
同図によれば、現像装置Ａの場合、出力枚数１枚目と１０枚目との間において、Ｓｏｌｉｄ  Ａｒｅａ  Ｄｅｎｓｉｔｙ（ベタ画像濃度）が初期値の１．３８から０．０８ポイント程低下し、許容値１．３５を下回った。さらに、出力枚数８枚目以降では、目視により白抜けが観測された（図中破線部分）。
【００９３】
一方、現像装置Ｂの場合、出力枚数１０枚目まで許容値１．３５以上を保っており、目視においても白抜け等の画質欠陥は見られなかった。
【００９４】
次に、トナー濃度の初期値を５重量％に設定し、各現像装置Ａ及びＢのから回しを行なったときにおけるトナー濃度の復帰特性を測定し、図１２に示す結果が得られた。ただし、現像装置Ｂについては、第一現像剤収容部３３ａのトナー濃度が５重量％であり第二現像剤収容部３３ｂのトナー濃度は５０重量％である。同図によれば、現像装置Ａの場合、トナー濃度が１０重量％に復帰するまで約６０ｓ要したことが理解される。
【００９５】
これに対して、現像装置Ｂの場合、約１０ｓ程で１０重量％まで復帰していることがわかる。以上の結果からトナー濃度センサ及びトナー補給機構を具備しない従来公知の現像装置Ａよりも実施例の現像装置Ｂの方が、トナー取り込み性能が早いため、高密度画像の出力に対する追従性能が優れていることが理解される。
【実施例３】
【００９６】
本実施例は、実施例２と同様の現像装置Ａ及びＢを用いて、ハーフトーン２０％画像を５ｋＰＶプリントし、この時のトナー帯電量を測定したものである。
【００９７】
図１３に示すように、現像装置Ａ（比較例）では、初期設定値５ｋＰＶプリント後のトナー帯電量は略５μＣ／ｇ以上落ち込んでいるのに対し、現像装置Ｂでは、トナー帯電量はほとんど落ち込まず、現像剤量の劣化の兆しは見られない。
【００９８】
よって、本実施例に係る現像装置Ｂは、トナー濃度センサ及びトナー補給機構を具備しない従来公知の現像装置Ａよりもトナー取り込みが均一に行われ、現像剤に対するストレスも少ないことが理解される。
【実施例４】
【００９９】
本実施例は、実施例２と同様の現像装置Ａ及びＢを用いて、白紙画像を１０ｋＰＶプリントした時の地汚れレベルを評価したものである。この評価では地汚れレベル２．０以下がスペック許容範囲である。
【０１００】
図１４に示すように現像装置Ａ（比較例）では、６ｋＰＶプリント時において地汚れレベル２．０を超えてしまう結果となった。一方、現像装置Ｂでは１０ｋＰＶまで地汚れレベルは２．０以下であった。よって、本実施例から、現像装置Ｂはトナー濃度センサ及びトナー補給機構を具備しない従来公知の現像装置Ａよりも現像装置の寿命が長いことが明らかとなった。
【実施例５】
【０１０１】
本実施例は、実施例２と同様の現像装置Ａ及びＢを用いて、イニシャルの現像剤仕込み量（現像装置Ａ：５０ｇ、現像装置Ｂ：１００ｇ（第一現像剤収容部））をそれぞれ１０％ずつ減らして、白紙画像を１ｋＰＶ出力しそのときの地汚れレベルを評価したものである。また、両現像装置ともイニシャルのトナー濃度は通常量現像剤仕込み時の飽和値１０％とした。目視による評価の結果、現像装置Ａ（比較例）では１ｋＰＶ目の白紙画像では地汚れが顕著（地汚れレベル２．０以上）であったのに対し、現像装置Ｂでは１ｋＰＶまでの全ての白紙画像において地汚れは観測されなかった（地汚れレベル２．０未満）。
【０１０２】
また、この時の現像剤担持体上における現像剤のトナー濃度変化を図１５に示す。現像装置Ａ（比較例）では、通常の現像剤量仕込み時の飽和トナー濃度が１０％程度であるのに対して、１５％以上の値で飽和しているのが分かる。一方、現像装置Ｂでは通常の現像剤量仕込み時の飽和トナー濃度と同じ１０％で安定していることが分かる。
【０１０３】
ここで、現像剤仕込み量に対する飽和トナー濃度の変動を図１６に示す。
【０１０４】
同図から明らかなように、現像装置Ａ（比較例）は現像剤仕込み量が減少すると飽和トナー濃度が発散する傾向が見られるのに対し、現像装置Ｂは現像剤仕込み量の変化に関わらず、安定して飽和トナー濃度１０％付近を維持している。
【０１０５】
以上から、本実施例に関わる現像装置Ｂは現像剤仕込み量変動に対しても安定した飽和トナー濃度特性を示すことが明らかとなった。したがって、経時による磁性キャリア量の減少に対しても、トナー濃度センサ及びトナー補給機構を具備しない従来公知の現像装置Ａよりも、地汚れやトナー飛散を起しにくく、安定した飽和トナー濃度特性を示すことが理解される。
【実施例６】
【０１０６】
次に、本実施例における現像装置Ｂ（図３参照）と比較例としての現像装置Ｃ（現像装置Ｂの構成要素のうち、第二現像剤収容部が無く第一現像剤収容部とトナー収容部が直接連通している）とを用いて、以下のような比較検証を行なった。
【０１０７】
まず、現像装置Ｂの条件を以下に示す。
・二成分現像剤Ｇ：トナーＴとして磁性粉２０％を含有した粒径９．０μｍのものを使用した。磁性キャリアは平均粒径５０μｍの半導電性のものを使用した。現像装置Ｂへの仕込みは第一現像剤収容部３３ａにトナー濃度が１０重量％の現像剤を１００ｇ、第二現像剤収容部３３ｂにトナー濃度が５０重量％の現像剤を１００ｇ、トナー収容部３５に４０ｇのトナーを収容した。
・現像剤担持体３２：回転スリーブ３２１の径はφ１８で表面粗さＲｚ＝７μｍであり、周速は３４０ｍｍ／ｓとした。回転スリーブ３２１に内包される磁極ロール３２２のパターンは現像磁極（Ｓ１）を８０ｍＴ、搬送磁極（Ｓ３）、搬送磁極（Ｎ３）を６０ｍＴ、ピックアップ磁極（Ｎ１）を８０ｍＴ、搬送磁極（Ｓ２）を３０ｍＴ、トリミング磁極（Ｎ２）を４０ｍＴと各々設定した。
・現像剤撹拌部材３６：φ１０のパドル（非磁性）を用い、回転方向は時計周りで周速は１７０ｍｍ／ｓとした。
【０１０８】
次に、現像装置Ｃの条件を以下に示す。
・二成分現像剤Ｇ：トナーＴとして磁性粉２０％を含有した粒径９．０μｍのものを使用した。磁性キャリアは平均粒径５０μｍの半導電性のものを使用した。現像装置Ｂへの仕込みは現像剤収容部３３にトナー濃度が１０重量％の現像剤を１１０ｇ（一部はトナー収容部に存在）、トナー収容部３５に４０ｇのトナーを収容した。
・現像剤担持体３２：回転スリーブ３２１の径はφ１８で表面粗さＲｚ＝７μｍであり、周速は３４０ｍｍ／ｓとした。回転スリーブ３２１に内包される磁極ロール３２２のパターンは現像磁極（Ｓ１）を８０ｍＴ、搬送磁極（Ｓ３）、搬送磁極（Ｎ３）を６０ｍＴ、ピックアップ磁極（Ｎ１）を８０ｍＴ、搬送磁極（Ｓ２）を３０ｍＴ、トリミング磁極（Ｎ２）を４０ｍＴと各々設定した。
・現像剤撹拌部材３６：φ１０のパドル（非磁性）を用い、回転方向は時計周りで周速は１７０ｍｍ／ｓとした。
【０１０９】
以上のような条件で、まず、両現像装置Ｂ，Ｃを用いてベタ画像を１０枚連続採取した後、引き続きハーフトーン２０％画像を１０枚採取して、目視による検証評価を行った。現像装置Ｂについては１枚目から１０枚目まで現像剤担持体の軸方向にわたって均一濃度の画像が得られた。これに対して、現像装置Ｃについては、１枚目のハーフトーン画像において軸方向について部分的に画像濃度が極端に高くなっている部分があった。また、この画像斑は出力枚数が重なるにつれて緩和される傾向がみられたが、５枚目までは目視で確認することができた。
【０１１０】
さらに、現像装置Ｂ，Ｃを用いてベタ画像を１０枚採取した後、引き続きハーフトーン２０％画像を１枚採取し、その後、各現像装置において現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度を軸方向にわたって５ヶ所測定を行なった。測定結果を図１７に示す。
【０１１１】
ハーフトーン画像内において濃度斑が発生しなかった現像装置Ｂについては、図１７から理解されるように、現像剤担持体の軸方向全域に亘って現像剤のトナー濃度が１０重量％で安定していた。一方、ハーフトーン画像内に濃度が極端に高くなっている部分が見られた現像装置Ｃについては、この濃度斑の発生に伴なって現像剤担持体の軸方向におけるトナー濃度にバラツキがみられた（画像濃度が高い箇所ほどトナー濃度も高い）。
【０１１２】
すなわち、現像装置Ｃでは、ベタ画像出力により多量のトナー消費が生じ、仕切り板上に流れる現像剤量が非常に多くなったために、現像剤収容部内にトナーを取り込むスペースが広く空き、一度に多くのトナーが現像剤収容部に供給され一時的にトナー濃度が過剰になった（飽和トナー濃度よりも高いトナー濃度になった）部分が存在しこのような濃度斑が生じたものと考えられる。一方、現像装置Ｂについては、同様に第一現像剤収容部内に広いスペースが形成されても、第二現像剤収容部よりトナーと磁性キャリアとが十分に撹拌混合された二成分現像剤が供給されるので、トナー濃度が過剰になることなく均一な画像を得ることができた。ちなみに、現像装置Ｂ，Ｃともにベタ画像濃度は１０枚目までＸ−Ｒｉｔｅ４０４の測定で１．３５以上は保っていた。
【０１１３】
以上説明したように、本発明に係る現像装置によれば、従来構成の現像装置に比し、安定したトナー濃度を維持すると共に、高密度画像出力後及び出力中の現像剤退避部へ退避する現像剤量が多い場合でも、現像剤担持体のトナー濃度が過飽和しない良質な画像を得られることが検証できた。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明に係る現像装置の概要を示す説明図である。
【図２】本発明が適用された現像装置を含む画像形成装置の一実施の形態を示す説明図である。
【図３】（ａ）は、実施の形態に係る現像装置を示す説明図、（ｂ）は、仕切り部及びその周辺部の拡大図である。
【図４】実施の形態において、低トナー濃度の二成分現像剤が担持搬送されたときの説明図である。
【図５】実施の形態において、低トナー濃度の二成分現像剤とトナーの流れを示す説明図である。
【図６】実施の形態において、高トナー濃度の二成分現像剤が担持搬送されたときの説明図である。
【図７】実施の形態において、高トナー濃度の二成分現像剤とトナーの流れを示す説明図である。
【図８】実施例１で搬送磁極（Ｎ２）の強さを固定したときにおける現像剤流量とトナー濃度範囲との関係を示す説明図である。
【図９】実施例１で搬送磁極（Ｓ２）の強さを固定したときにおける現像剤流量とトナー濃度範囲との関係を示す説明図である。
【図１０】従来の現像装置Ａを示す説明図である。
【図１１】実施例２における画像密度変化を示す説明図である。
【図１２】実施例２におけるトナー濃度復帰特性を示す説明図である。
【図１３】実施例３におけるトナー帯電量変化を示す説明図である。
【図１４】実施例４における白紙画像地汚れレベルを示す説明図である。
【図１５】実施例５におけるトナー濃度変化を示す説明図である。
【図１６】実施例５における飽和トナー濃度変動を示す説明図である。
【図１７】実施例６における比較例現像装置Ｃを示す説明図である。
【図１８】実施例６における現像剤担持体の軸方向における現像剤のトナー濃度の分布を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１１５】
１：磁界発生手段、２：二成分現像剤、３：現像剤担持体、４ａ：第一現像剤収容部、４ｂ：第二現像剤収容部、５：トナー収容部、６：循環路、７：現像剤退避部、８：現像剤分離手段、９：像担持体、１０：磁極、１０ａ：現像磁極、１０ｂ，１０ｄ：搬送磁極、１０ｃ：ピックアップ磁極、２１：静電潜像担持体、２２：帯電装置、２３：露光装置、２４：現像装置、２５：バイアス電源、２６：転写装置、２７：バイアス電源、２８：記録材、２９：クリーニング装置、３１：現像ハウジング、３２：現像剤担持体、３３：現像剤収容部、３３ａ：第一現像剤収容部、３３ｂ：第二現像剤収容部、３４：現像剤退避部、３５：トナー収容部、３６：現像剤撹拌部材、３６ａ：第一現像剤撹拌部材、３６ｂ：第二現像剤撹拌部材、３７ｂ：トナー補給路、３７ａ：現像剤補給路、３９：仕切り部、３９ａ：ベースプレート、３９ｂ：先端部、３９ｃ：他端部、４０：循環路、４１：せき止め部、４２：層厚規制部材、５０：定着装置、５１：加熱ロール、５２：加圧ロール、６１：現像ハウジング、６２：現像剤担持体、６３：規制部材、６４：現像剤収容部、６５：トナー収容部、３２１：回転スリーブ、３２２：磁極ロール、３５１：トナー撹拌部材、６２１：スリーブ、６２２：磁極ロール、６５１：撹拌部材、Ａ，Ｂ，Ｃ：現像装置、Ｇ：二成分現像剤、Ｔ：トナー
【図１】
2005234079.tif 000003
【図２】
2005234079.tif 000004
【図３】
2005234079.tif 000005
【図４】
2005234079.tif 000006
【図５】
2005234079.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
2005234079.tif 000010
【図９】
2005234079.tif 000011
【図１０】
2005234079.tif 000012
【図１１】
2005234079.tif 000013
【図１２】
2005234079.tif 000014
【図１３】
2005234079.tif 000015
【図１４】
2005234079.tif 000016
【図１５】
2005234079.tif 000017
【図１６】
2005234079.tif 000018
【図１７】
2005234079.tif 000019
【図１８】
2005234079.tif 000020