JP2004094246A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 トナー補給機構等を必要としない小型で安価な現像装置であって、高速の複写機に用いた場合でも現像剤のトナーを十分に帯電することができる現像装置を提供する。
【解決手段】 ドクタ６で阻止された現像剤を現像剤収容部（現像剤滞留部）１０内で現像剤自身の内圧及び自重によりトナーホッパ８のトナー補給用開口８ａ側に移動させるとともに、トナーホッパ８からトナーを取り込んだ現像剤を、現像スリーブ４表面に沿ってドクタ６側に搬送し、所定量に規制した現像スリーブ４上の現像剤を感光体ドラム１と対向する現像領域に供給する現像装置において、現像剤を構成するトナーとして磁性トナーを用いる。ここで、上記現像剤のトナー濃度が上限トナー濃度になった状態で、現像剤収容部１０内に空間（空隙）を有するのが好ましい。
【選択図】　図１

Description

　本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンター等の画像形成装置に用いる現像装置に係り、詳しくは、内部に磁界発生手段を配置した現像剤担持体上にトナーと磁性キャリアとを含む現像剤を担持して画像形成装置の像担持体と対向する領域へ現像剤を搬送し、該像担持体に形成された潜像を現像する現像装置に関するものである。

　従来、トナーを用いて静電潜像を現像する方法としては、磁気ブラシ現像法（例えば特許文献１参照）に代表される二成分現像法や一成分現像法が知られている。

　上記従来の現像法のうち二成分現像法は、現像剤に含まれる比較的大きな磁性キャリアと微小なトナーとの摩擦で発生した静電気力によって該磁性キャリアの表面にトナーが保持されており、静電潜像に接近すると、静電潜像が形成する電界によるトナーに対する静電潜像方向への吸引力が、トナーと磁性キャリアとの間の結合力に打ち勝って、トナーは静電潜像上に吸引付着されて静電潜像を可視化するものである。この二成分現像法で用いる現像剤は現像によって消費したトナーを補充しながら反復使用される。

　従来、低コスト及び小型化を図るために、現像剤担持体周辺に現像剤貯溜室を有し、該現像剤担持体上の現像剤の移動により、トナーを取り込んで消費したトナーを補充する現像装置が知られている。しかし、このような現像装置においてトナー濃度を一定範囲に保つ制御を行なわないと、トナー濃度が上昇しすぎた場合に、トナー飛散、地汚れなどの異常が発生するという不具合あった。また、安定した画像濃度を得るには、磁性キャリアとトナーとの混合比（トナー濃度）を一定に保つ必要があった。

　また、上記二成分現像法において安定した画像濃度を得るためにトナー補給部材やトナー濃度センサを搭載してトナー濃度を一定に保つ制御を行う現像装置が知られているが、この種の現像装置はトナー補給部材等の設けているため大型になり、その動作機構も複雑になるという不具合があった。

　そこで、上記不具合を解決するものとしてトナー補給機構やトナー濃度センサを必要としないでトナー濃度を一定に保つ現像装置が提案されている。例えば、貯留容器から自重で供給される磁性トナーを一時的に貯留しておく現像剤一時貯留部と、この現像剤一時貯留部に貯留された磁性トナーを取り込んで、この取り込んだ磁性トナーと予め貯留された磁性キャリアとを混合する混合部と、この混合部に連設され、この混合部にて混合された磁性キャリア及び磁性トナーがロール状の現像剤担持体によって搬送される際の搬送路とを備えた現像装置が提案されている（特許文献２参照）。この現像装置によれば、磁性キャリアが貯留容器とほぼ隔離された状態であり、磁性キャリアは貯留容器に拡散せずに現像剤担持体の近傍に保持されるとともに、現像剤担持体の近傍に磁性トナーが安定的に供給されるので、現像剤担持体上のトナー濃度及びキャリア量を一定に保つことができるとされている。

　また例えば、容器内で現像剤担持体上に磁性キャリア層を形成するとともに、容器内のトナー供給部においてこの磁性キャリア層に接触するようにトナーを収容し、内部に固定配置された磁石を有する現像剤担持体の回転に伴う磁性キャリア層の磁性キャリアの移動により、該トナー供給部で磁性キャリア層内にトナーを取り込み、トナーと磁性キャリアの混合された現像剤を、現像剤規制部材で層厚規制して現像領域に搬送する現像装置において、該磁石は、上記トナー補給部に対向する磁極を持たず、現像剤担持体の回転方向に関して上記トナー供給部の下流側、かつ該規制部材の上流側に磁極を持ち、上記トナー供給部の下流側、かつ上記規制部材の上流側で、該磁極の磁界が及ぶ範囲内の位置に現像剤担持体と対向して設けられ、該現像剤担持体との間に磁性キャリア層の充満した領域を形成する遮蔽部材を有する現像装置が提案されている（特許文献３参照）。この現像装置によれば、上記規制部材の上流側の遮蔽部材と現像剤担持体とで囲まれた領域に滞留する現像剤は、トナー濃度が高く現像剤の嵩が大きい状態になると、その領域の充填率が高まって動きにくくなり、規制部材を通過する現像剤を除き、該領域の現像剤の動きはほとんどなくなる。逆に、トナーの消費によってトナー濃度が低下して現像剤の嵩が小さい状態になると、該領域の充填率が低くなって現像剤が動きやすくなり、トナーが現像剤内に取り込まれる。そして、現像剤のトナー濃度が上昇して現像剤の嵩が大きくなると、前述同様に該領域の現像剤がほとんど動かなくなり、トナーの取り込みが停止する。

　また例えば、本出願人によって、内部に磁界発生手段を有する現像剤担持体と、該現像剤担持体に担持した現像剤の量を規制する現像剤規制部材と、該現像剤担持体の回転方向で該現像剤規制部材よりも上流側に設けられた現像剤循環用収容部と、該現像剤循環用収容部よりも上流側に該現像剤担持体に対向するトナー補給用開口を有するトナー収容部とを備え、該現像剤担持体の回転に伴って、該現像剤担持体に担持した現像剤を該現像剤規制部材で規制した後、像担持体と対向する現像領域に供給するとともに、該現像剤規制部材で阻止された現像剤を該現像剤循環用収容部内で自重により該トナー補給用開口に移動させてトナーを取り込んだ後、該現像剤担持体表面に沿って該現像剤規制部材側に戻すように循環させる現像装置であって、それぞれ帯電能力が異なる磁性キャリアを含む２種類の現像剤を用いる現像装置が提案されている（特願平６−２９５８００号参照）。この現像装置によれば、上記特許文献３の現像装置のようにトナー補給機構およびトナー濃度センサを必要としないでトナー濃度の自己制御ができるとともに、該現像剤循環用収容部内の現像剤の循環運動で十分に帯電されたトナーを現像剤担持体上の現像剤に効率良く移動させることができる。

　また、従来、上記二成分現像法を採用した現像装置として、現像剤担持体の軸端部に設けた回転自在のコロを介して現像剤担持体を画像形成装置の像担持体側へ押圧して現像剤担持体と像担持体とのギャップを調整することにより、像担持体の真円度にかかわらず、コロの調節によって、像担持体の外周と現像剤担持体の外周との間のギャップを一定に保つようにした現像装置が知られている（例えば、特許文献４参照）。
米国特許第２８７４０６３号明細書 特開平３−１７４１７５号公報 特公平５−６７２３３号公報 特開昭５５−９８７７３号公報

　上記特許文献３で提案されている現像装置においては、上記磁性キャリア層の充満した領域に存在する現像剤が少し多めになると、現像剤規制部材と現像剤担持体との間隙を通過するものを除き、該現像剤はほとんど動かなくなるため、少し多めのトナー消費量の画像形成を行なうと、現像に寄与する現像剤への新たなトナー補給が困難になってしまう。また、この現像装置において、必要量以上の磁性キャリアをセットすると、トナー濃度が著しく低下し、画像濃度不足となってもトナーを取り込めるような現像剤の流れが発生せず、更にトナー消費が進行するとトナー濃度がほぼ０ｗｔ％になり、所望の画像濃度が得られなくなってしまう場合があった。

　したがって、上記領域に存在する現像剤の動きを活発にするために、この現像装置の場合には少なめの現像剤をセットするのが好ましかった。ところが、上記現像剤の量が少すぎる場合にはトナー濃度が部分的に高くなりすぎ、トナーの帯電不足によって、地汚れやトナー飛散による機内汚染等の不具合が発生しやすくなるという不具合があった。

　また、このように従来の二成分現像装置に比べて現像剤量を多くすることができないため、現像剤担持体表面の線速が速くなる高速機に適用した場合に、トナーを十分に帯電することができず、地肌汚れやトナー飛散が発生するおそれがあった。上記特願平６−２９５８００号で提案されている現像装置においても、高速機に適用した場合のトナー帯電性を向上させることが更に望まれている。

　また、現像剤を多くセットできないと、現像剤寿命が極めて短くても構わない画像形成装置（例えば数１０００枚程度の画像形成が可能な画像形成装置）への使用に限定され、枚数検知手段などを用いて現像剤の交換時期を把握し、現像装置全体を交換するといった形態で現像剤を頻繁に交換しなければならないという問題点もあった。

　また、一般に現像装置にセットする前の現像剤は、製造工程で磁性キャリアとトナーを混合するときにトナーを帯電しているが、その後長時間放置されているため、自己放電によってトナー帯電量は、現像装置内のストレスを受けて立ち上がった安定した帯電レベルに比較して、大幅に低くなっている。従って、上記特許文献３等で提案されている現像装置にセットした直後は、その低トナー帯電レベルにより現像されやすくなっており、トナー付着量が増加する傾向にある。

　また、上記特許文献３で提案されている現像装置においては上記移動層と不動層との間で現像剤の入れ替わりがなく、該移動層の磁性キャリアが頻繁にトナー搬送に寄与するため、トナースペントや磁性キャリアの膜削れなどの現像剤劣化が激しく、現像剤の寿命が短くなってしまう。

　また、上記特許文献３で提案されている現像装置においては、原稿面積率、すなわち原稿の中でコピーの際にトナー画像となる部分の占める割合が高いなどの理由でトナー消費量が多い場合、トナー補給不足気味になる傾向があった。そして、このトナー不足気味の状態から、原稿面積率が低い等トナー消費が少ない原稿の画像形成動作を行なわれると、上記現像剤へのトナーの取り込みによるトナー補給は追いつくようになるが、トナーの帯電不足で地汚れ、トナー飛散などの不具合が発生しやすかった。、

　また、上記特許文献３で提案されている現像装置においては、現像剤担持体の表面近くに形成された磁性キャリア層は、該現像剤担持体の回動に伴って移動する現像剤担持体近傍の移動層と、該移動層の上部に位置する一見したところ動かない不動層とに完全に分離しており、この不動層の移動によりトナー補給用開口からのトナー取り込み量が制御されているため、不動層の設定が難しいという不具合がある。このため、特定の粒径の磁性キャリアに基づいて予め決定されたトナー濃度でしか使用することができず、所望の画質を制御するようにトナー濃度を設定することが難しいという問題点があった。

　また、上記特許文献３で提案されているような現像装置に予めセットする現像剤の量は、使用する磁性キャリアの粒径によって決まってしまい、現像剤の量を増やして現像剤担持体の表面速度を高速化しようとすると、トナー濃度が制御できなくなったり、トナーを十分に帯電させることができなくなったりするという不具合が生じるため、トナー濃度の目標値を任意に設定できないという問題点もあった。

　また、上記特許文献２で提案されている現像装置においても、現像剤のトナー濃度は、キャリア粒径、トナー粒径及びこれらの比重により異なるものであるため、特定のキャリア粒径、トナー粒径に基づいて予め決めたトナー濃度でしか使用できないという問題点があった。

　また、上記特許文献４で提案されている現像装置においては、現像剤担持体周辺から飛散したトナーにより、コロの回転が悪くなると、像担持体との間で摺動摩擦が生じ、コロの外周が摩耗して外径が変化してしまう。このようなコロの外径の変化が生じると、現像剤担持体と像担持体とのギャップを一定に保つことができなくなり、その他の条件（例えば、現像バイアスなど）を当初、現像に適した条件に設定していても、異常画像が発生してしまうという不具合がある。また、像担持体及び現像剤担持体の回転軸に垂直な断面が、必ずしも真円でないことから生じる半径方向のフレによっても、現像ギャップが変化しやすいという問題点が残されていた。

　本発明は、以上の問題点に鑑みなされたものであり、その第１の目的は、高速の画像形成装置に用いた場合でも現像剤のトナーを十分に帯電することができる現像装置を提供することである。

　また、その第２の目的は、現像剤滞留部の現像剤の密度等の最適化を図ることにより、画像濃度の低下や、トナー帯電不足による画像濃度の上昇、地汚れ及びトナー飛散の発生を未然に防止できる現像装置を提供することである。

　また、その第３の目的は、現像剤の磁性キャリアの粒径によらず任意の上限トナー濃度で現像剤のトナー濃度を自己制御できるとともに現像剤の長寿命化を図ることができる現像装置を提供することである。

　また、その第４の目的は、キャリア被覆率が１００％以下になる条件のもとで上限トナー濃度を決定することにより、トナーの粒径及び磁性キャリアの粒径が変化しても、常に安定した画像を得ることができる現像装置を提供することである。

　また、その第５の目的は、像担持体と現像剤担持体とのギャップを安定に保ち、良好な現像像を得ることができる現像装置を提供することである。

　上記第１の目的を達成するために、請求項１の現像装置は、トナーと磁性キャリアとを含む現像剤を担持して搬送するための現像剤担持体及び該現像剤担持体の内部に配置した磁界発生手段と、該現像剤担持体に担持されて搬送される現像剤の量を規制する現像剤規制部材と、該現像剤規制部材で阻止された現像剤が収容される現像剤収容部と、該現像剤収容部に該現像剤担持体上の現像剤搬送方向の上流から隣接し、収容されているトナーが該現像剤担持体に担持されている現像剤及び該現像剤収容部の現像剤に接するトナー補給用開口を有するトナー収容部とを備え、該現像剤規制部材で阻止された現像剤を該現像剤収容部内で現像剤自身の内圧及び自重により該トナー補給用開口側に移動させるとともに、該トナー収容部からトナーを取り込んだ現像剤を、該現像剤担持体表面に沿って該現像剤規制部材側に搬送し、該現像剤規制部材で所定量に規制した該現像剤担持体上の現像剤を像担持体と対向する現像領域に供給する現像装置であって、該現像剤を構成するトナーとして磁性トナーを用いたことを特徴とするものである。

　上記請求項１の現像装置においては、主に現像剤担持体に強く担持されて搬送されている現像剤層（以下「第１の現像剤層」という。）の現像剤を、現像剤規制部材で所定量に規制した後、像担持体と対向する現像領域に供給する。そして、現像剤中のトナー濃度の変化に伴って現像剤の嵩が変化した場合に、主に現像剤担持体表面から離れた位置でトナー補給用開口側に移動してきた現像剤収容部の現像剤層（以下「第２の現像剤層」という。）の現像剤がトナー補給用開口を塞ぐ度合いを変化させることにより、第１の現像剤層の現像剤に取り込まれるトナー量を現像でのトナー消費量に応じて変化させる。
　そして、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により、磁界発生手段で発生された磁界による磁気束縛力を上記第１の現像剤層内の磁性キャリアのみならず磁性トナーにも作用させ、磁性キャリアと磁性トナーとの間の摩擦力を強める。

　また、上記第２の目的を達成するために、請求項２の現像装置は、トナーと磁性キャリアとを含む現像剤を担持するための現像剤担持体と、該現像剤担持体の内部に配置した磁界発生手段と、該現像剤担持体に担持した現像剤の量を規制する現像剤規制部材と、該現像剤規制部材で阻止された現像剤が収容される現像剤滞留部を形成するように該現像剤担持体表面に対向配置された現像剤保持部材と、該現像剤滞留部に該現像剤担持体上の現像剤搬送方向の上流から隣接し、収容されているトナーが該現像剤担持体に担持されている現像剤や該現像剤滞留部の現像剤に接触するトナー補給用開口を有するトナー収容部とを備え、該トナー収容部内のトナーを該トナー補給用開口から該現像剤担持体に担持した現像剤に取り込むようにした現像装置において、該現像剤滞留部の該現像剤規制部材による規制位置と該トナー補給用開口との間のほぼ中央から該トナー補給用開口までの領域における現像剤の平均密度を、ＪＩＳ　Ｚ２５０４（金属粉の見掛密度試験方法）に基づいて測定した該現像剤の見掛密度以下に設定したことを特徴とするものである。

　請求項３の現像装置は、請求項２の現像装置において、上記領域に面する上記現像剤保持部材の表面の一部に現像剤が圧接しない部分を設けたことを特徴とするものである。

　請求項４の現像装置は、請求項２の現像装置において、上記現像剤規制部材による規制位置から離間した上記現像剤保持部材の一部に、通気用開口を形成したことを特徴とするものである。

　また、上記第２の目的を達成するために、請求項５の現像装置は、トナーと磁性キャリアとを含む現像剤を担持するための現像剤担持体と、該現像剤担持体の内部に配置した磁界発生手段と、該現像剤担持体に担持した現像剤の量を規制する現像剤規制部材と、該現像剤規制部材で阻止された現像剤が収容される現像剤滞留部を形成するように該現像剤担持体表面に対向配置された現像剤保持部材と、該現像剤滞留部に該現像剤担持体上の現像剤搬送方向の上流から隣接し、収容されているトナーが該現像剤担持体に担持されている現像剤や該現像剤滞留部の現像剤に接触するトナー補給用開口を有するトナー収容部とを備え、該トナー収容部内のトナーを該トナー補給用開口から該現像剤担持体に担持した現像剤に取り込むようにした現像装置において、該現像剤滞留部にセットする現像剤のトナー濃度を、該現像剤担持体上に担持された現像剤に安定して含有される上限の飽和トナー濃度以下にしたことを特徴とするものである。

　請求項６の現像装置は、請求項５の現像装置において、上記現像剤滞留部にセットする現像剤のトナー濃度を、上記飽和トナー濃度の２０％以上にしたことを特徴とするものである。

　また、上記第２の目的を達成するために、請求項７の現像装置は、トナーと磁性キャリアとを含む現像剤を担持するための現像剤担持体と、該現像剤担持体の内部に配置した磁界発生手段と、該現像剤担持体に担持した現像剤の量を規制する現像剤規制部材と、該現像剤規制部材で阻止された現像剤が収容される現像剤滞留部を形成するように該現像剤担持体表面に対向配置された現像剤保持部材と、該現像剤滞留部に該現像剤担持体上の現像剤搬送方向の上流から隣接し、収容されているトナーが該現像剤担持体に担持されている現像剤や該現像剤滞留部の現像剤に接触するトナー補給用開口を有するトナー収容部とを備え、該トナー収容部内のトナーを該トナー補給用開口から該現像剤担持体に担持した現像剤に取り込むようにした現像装置において、該現像剤滞留部にセットする現像剤中の磁性キャリアの量を、ＪＩＳ　Ｚ２５０４（金属粉の見掛密度試験方法）に基づいて測定した該磁性キャリアの見掛密度を用いて算出される、該現像剤滞留部を該磁性キャリアのみで充填させた場合の該磁性キャリアの量以下にしたことを特徴とするものである。

　上記請求項２乃至７の現像装置においては、磁界発生手段で発生した磁界により現像剤担持体に担持された現像剤滞留部の現像剤が、現像剤担持体の移動に伴って搬送される。そして、搬送された現像剤は現像剤規制部材で規制された後、像担持体と対向する現像領域に供給される。現像領域で現像に用いられなかった現像剤は、現像剤担持体の表面の移動に伴って更に搬送され、トナー補給用開口からトナーを取り込んだ後、該現像剤滞留部に戻る。
　一方、現像剤規制部材で規制され、現像領域に供給されなかった現像剤は、該現像剤滞留部の上方に移動し、トナーの搬送に寄与せずに該現像剤滞留部内で一見滞留したように見える現像剤滞留層を形成する。そして、この滞留層の現像剤は、現像剤規制部材で規制されて、次々に上方に移動してくる現像剤によって、強制的に現像剤担持体の表面における搬送方向とは逆方向に移動させられる。そして、現像剤担持体からの磁界の影響を受けにくくなるような位置まで達すると、該現像剤滞留部内で現像剤自身の内圧及び重力によってトナー収容部のトナー補給用開口に向けて移動する。そして、トナー補給用開口付近まで移動した現像剤滞留層は、現像剤担持体の表面で搬送されている現像剤移動層の移動にともなって、該開口部からトナーを取り込みながら現像剤規制部材側に再び搬送され、該現像剤滞留部内を循環するように回動運動をする。

　ここで、現像剤に取り込んだトナーの量が多くなってトナー濃度が高まると、それに伴って該現像剤移動層の現像剤の嵩が増加し、該現像剤がトナー補給用開口を塞ぐ位置まで移動するようになる。このように循環する現像剤でトナー補給用開口が塞がることにより、現像剤担持体上の現像剤へのトナー取り込み量が少なくなる。このトナー取り込み量の減少により、現像剤のトナー濃度が常に一定濃度以下に保たれる。

　そして、上記請求項２の現像装置においては、現像剤滞留部の現像剤規制部材による規制位置とトナー補給用開口との間のほぼ中央からトナー補給用開口までの領域における現像剤の平均密度を、ＪＩＳ　Ｚ２５０４（金属粉の見掛密度試験方法）に基づいて測定した該密度の見掛密度以下にすることにより、上記領域内において現像剤を緩い充填状態で滞留させる。このように上記領域内の現像剤を滞留させた状態で、現像剤滞留部内のトナー濃度が次第に上昇して現像剤の嵩が高まり、現像剤へのトナーの取り込みが停止した場合には、該領域内において、高トナー濃度の現像剤の回動運動を持続させてトナーの分散及び帯電を継続して進行させる。その後、トナー消費によりトナー濃度が低下して現像剤の嵩が減少し、現像剤へのトナーの取り込みを行う場合には、新たに取り込んだトナーだけでなく、上記領域内での回動運動で現像剤中に分散し且つ帯電電位が立ち上がっているトナーも、現像量域に供給する。

　特に、上記請求項３の現像装置においては、上記領域に面する現像剤保持部材の表面の一部に現像剤が圧接しない部分を設けることにより、該領域での現像剤の回動運動をより確実に行わせる。

　また特に、上記請求項４の現像装置においては、上記現像剤規制部材による規制位置から離間した上記現像剤保持部材の一部に形成した通気用開口を介して、上記現像剤滞留部の内部と外部との間の空気の流出入を行わせて、現像剤滞留部内の気圧の上昇を抑える。

　また、上記請求項５の現像装置においては、上記現像剤滞留部にセットする現像剤のトナー濃度を、現像剤担持体上に担持された現像剤に安定して含有される上限の飽和トナー濃度以下にすることにより、現像剤のセット直後から、トナー帯電量を経時安定レベルと同等にする。

　特に、上記請求項６の現像装置においては、上記現像剤滞留部にセットする現像剤のトナー濃度を、上記飽和トナー濃度の２０％以上にすることにより、現像剤のセット直後の現像剤担持体上のトナー濃度を、像担持体への磁性キャリアの付着を回避できる下限レベル以下にならないようにする。

　また、上記請求項７の現像装置においては、上記現像剤滞留部にセットする現像剤中の磁性キャリアの量を、ＪＩＳ　Ｚ２５０４（金属粉の見掛密度試験方法）に基づいて測定した該磁性キャリアの見掛密度を用いて算出される、該現像剤滞留部を該磁性キャリアのみで充填させた場合の該磁性キャリアの量以下にすることにより、その磁性キャリアの一部が現像剤担持体上に担持され、残りの磁性キャリアが、現像剤滞留部内に、トナー取り込みを十分にできる状態で充填されるようにする。

　また、上記第１の目的及び第３の目的を達成するために、請求項８の現像装置は、内部に磁界発生手段を配置した現像剤担持体上にトナーと磁性キャリアとを含む現像剤を担持して画像形成装置の像担持体と対向する現像領域に搬送し、該像担持体に形成された潜像を現像する現像装置において、該現像剤担持体に担持して該現像領域に搬送する現像剤の量を規制する現像剤規制部材と、該現像剤規制部材に該現像剤担持体上の現像剤搬送方向の上流から隣接する現像剤滞留部を形成するように該現像剤担持体表面に対向配置された現像剤保持部材と、該現像剤滞留部に該現像剤搬送方向の上流から隣接し、該現像剤担持体に対向するトナー補給用開口を有するトナー収容部とを有し、該トナー補給用開口を介してトナーが取り込まれる現像剤のトナー濃度が上限トナー濃度となった状態で、該現像剤滞留部内に空間を有することを特徴とするものである。

　請求項９の現像装置は、請求項８の現像装置において、上記現像剤保持部材の上記トナー補給用開口側の一部を下方に延出させ、上記現像剤担持体に対して所定の間隙を持って対向させたことを特徴とするものである。

　請求項１０の現像装置は、請求項８の現像装置において、上記トナー補給用開口よりも上記現像剤担持体上の現像剤搬送方向上流側に位置する上記磁界発生手段の磁極を、該現像剤担持体上に形成する現像剤の磁気ブラシが該現像剤担持体の下方に位置するケーシングに圧接する程度の磁力を有するように構成したことを特徴とするものである。

　上記請求項８乃至１０の現像装置においては、磁界発生手段で発生した磁界により現像剤担持体に担持された現像剤滞留部の現像剤のうち、現像剤規制部材よりも現像剤搬送方向上流側であってトナー補給用開口よりも現像剤搬送方向下流側の現像剤担持体上の現像剤移動層の現像剤が、現像剤担持体の表面の移動に伴って搬送され、その現像剤の搬送量が現像剤規制部材に突き当たって規制された後、画像形成装置の像担持体と対向する現像領域に供給される。現像領域で現像に用いられなかった現像剤は、現像剤担持体上での移動に伴って更に搬送され、トナー補給用開口からトナーを取り込んだ後、現像剤滞留部に戻る。一方、現像領域に供給されずに現像剤規制部材で阻止された現像剤は現像剤滞留部の上方に延在する現像剤保持部材に沿って移動して滞留し、現像剤滞留層を形成するとともに、その一部が、さらに現像剤担持体上おける搬送方向とは逆方向に移動して、現像剤担持体内の磁界発生手段からの磁界の影響を受けにくくなるような位置まで達すると、現像剤滞留層の現像剤は、現像剤自身の内圧及び重力によってトナー補給用開口側に向けて移動する。そして、トナー補給用開口付近まで移動した現像剤は、現像剤担持体上で搬送されている現像剤移動層の移動とともに現像剤規制部材側に再び搬送されて現像剤滞留部内を循環する。そして、この循環の間に現像剤中に取り込まれたトナーが現像に供されるまでの間に徐々に帯電し、所望の帯電量まで立ち上がる。

　ここで、現像剤に取り込んだトナーの量が多くなってトナー濃度が高まると、それに伴って現像剤滞留部における現像剤移動層の現像剤の嵩が増加し、該現像剤移動層と該現像剤滞留層とで形成する現像剤界面の位置が変化し、トナー補給用開口を塞ぐ位置まで移動するとともに、トナーと接する該現像剤移動層の移動速度低下してくるため、該現像剤移動層がトナーを取り込み量が少なくなる。このトナー取り込み量の減少により、現像剤のトナー濃度が常に一定の上限トナー濃度以下に保たれる。
　なお、この上限トナー濃度は磁性キャリアの粒径によって決まってくるので、現像剤滞留部に滞留する磁性キャリアの粒径及び量をあらかじめ設定しておくことにより、所望の現像像を得るように、任意に上限トナー濃度を設定することができる。

　また、現像剤のトナー濃度が常に一定の上限トナー濃度以下に保たれた状態において、上記現像剤滞留部内には比較的充填密度の低い空間を有するので、上記現像剤の移動により、現像剤が該空間に流れ込みやすくなる。これにより、現像剤滞留部内で現像剤の回動運動が促進され、現像剤担持体上を移動する現像剤移動層と、この移動層に接するように現像剤滞留部内に形成される現像剤滞留層との間で現像剤の入れ替わりが徐々に行なわれる。よって、現像剤滞留部内の現像剤が均一に現像に寄与するようになる。

　特に、上記請求項９の現像装置においては、上記現像剤滞留部内に形成される現像剤滞留層の現像剤のうちトナー補給用開口側に移動した現像剤を、現像剤滞留部を形成するように現像剤担持体表面に対向配置された現像剤保持部材のトナー補給用開口側で下方に延出させた部分の壁面で受け、現像剤担持体内の磁界発生手段からの磁力が確実に及ぶ範囲内に収容する。このトナー補給用開口側で収容された現像剤は、上記磁界発生手段によって形成された磁力線に沿って搬送される。

　また特に、上記請求項１０の現像装置においては、上記トナー補給用開口よりも上記現像剤担持体上の現像剤搬送方向上流側に位置する上記磁界発生手段の磁極により、該現像剤担持体の下方に位置するケーシングに圧接するような現像剤の磁気ブラシを形成する。このケーシングに圧接するように形成した磁気ブラシで、トナー収容部のトナーがトナー補給用開口を通って現像剤担持体とケーシングとの隙間に落下して現像装置外に出ないようにする。

　また、上記第４の目的を達成するために、請求項１１の現像装置は、内部に磁界発生手段を配置した現像剤担持体上にトナーと磁性キャリアとを含む現像剤を担持して画像形成装置の像担持体と対向する現像領域に搬送し、該像担持体に形成された潜像を現像するとともに、該現像剤担持体表面に接するように形成された現像剤収容部における現像剤の移動により、該現像剤収容部に該現像剤担持体上の現像剤搬送方向の上流から隣接するように設けたトナー収容部内のトナーを該現像剤に取り込む現像装置において、次式で表されるキャリア被覆率Ｔｎが１００％以下になるように、該現像剤収容部における現像剤の上限トナー濃度を決定したことを特徴とするものである。

　ここで、Ｃはトナー濃度、ｒはトナーの半径、Ｒは磁性キャリアの半径、ρ_tはトナーの真比重、ρ_cは磁性キャリアの真比重である。

　請求項１２の現像装置は、請求項１１の現像装置において、上記上限トナー濃度を、上記現像剤収容部にセットする現像剤の磁性キャリア量によって設定することを特徴とするものである。

　また、上記第５の目的を達成するために、請求項１３の現像装置は、内部に磁界発生手段を配置した現像剤担持体上にトナーと磁性キャリアとを含む現像剤を担持して画像形成装置の像担持体と対向する現像領域に搬送し、該像担持体に形成された潜像を現像する現像装置において、該像担持体に対して該現像剤担持体が進退移動可能になるように、該現像剤担持体を現像装置本体に取り付け、又は、該現像剤担持体を有する現像装置を画像形成装置本体に取り付け、該現像剤担持体上の現像剤層の厚さを均一にするための現像剤規制部材と、該現像剤規制部材で規制された該現像剤担持体上の現像剤層で該現像剤担持体と該像担持体との間隔が設定されるように、該現像剤担持体又は該現像装置を該像担持体側に付勢する付勢手段とを設けたことを特徴とするものである。

　請求項１４の現像装置は、請求項１３の現像装置において、請求項１１の式で表されるキャリア被覆率を６０乃至１００％に設定することを特徴とするものである。

　請求項１５の現像装置は、請求項１１又は１４の現像装置において、上記トナーとして磁性トナーを用いたことを特徴とするものである。

　上記請求項１１、１２又は１５の現像装置においては、上記キャリア被覆率の計算式を用いて、現像剤に用いる磁性キャリア及びトナーの粒径と真比重を考慮して算出したキャリア被覆率が１００％以下になるように上限トナー濃度を決定する。

　特に、上記請求項１２の現像装置においては、上記現像剤に用いる磁性キャリア及びトナーの粒径と真比重を考慮して決定された上限トナー濃度を、上記現像剤収容部にセットする現像剤の磁性キャリア量によって設定する。

　上記請求項１３又は１４の現像装置においては、付勢手段で現像剤担持体又は現像装置を像担持体側に付勢し、現像剤規制部材で現像剤担持体上に形成された均一な厚さの現像剤層を間に介して現像剤担持体が像担持体に押圧される。これにより、現像剤担持体と像担持体との間に挟まれる現像剤層の厚みに応じて、現像剤担持体表面と像担持体表面との間隔が設定される。

　特に、上記請求項１４の現像装置においては、上記請求項１１の式で表されるキャリア被覆率を６０乃至１００％の範囲の高被覆率となるように設定することにより、上記付勢手段によって現像剤担持体を像担持体側に付勢したときに、像担持体と磁性キャリアとが直接接触する確率を小さくする。

　特に、上記請求項１５の現像装置においては、上記トナーとして用いた磁性トナーが、磁性キャリアとともに、現像剤担持体内部に配設された磁界発生手段の磁力によって現像剤担持体側に引き寄せることにより、磁性キャリアを高被覆率で使用することによってトナー帯電量が低下しても、非磁性トナーを用いる場合に比してトナーが飛散しにくくなるようにする。

　請求項１の発明によれば、上記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により、磁界発生手段で発生された磁界による磁気束縛力を上記第１の現像剤層内の磁性キャリアのみならず磁性トナーにも作用させ、磁性キャリアと磁性トナーとの間の摩擦力を強め、トナーを十分に強めることができる。従って従来の非磁性トナーを用いた場合に比較して、高速の画像形成装置に用いた場合でも、十分に帯電されたトナーを現像領域に供給することができるので、地肌汚れ、トナー飛散などを防止することができるという効果がある。

　請求項２、３又は４の発明によれば、現像剤滞留部の現像剤規制部材による規制位置とトナー補給用開口との間のほぼ中央からトナー補給用開口までの領域における現像剤の平均密度を、ＪＩＳ　Ｚ２５０４（金属粉の見掛密度試験方法）に基づいて測定した該密度の見掛密度以下にすることにより、上記領域内において、現像剤を緩い充填状態で滞留させ、現像剤滞留部内のトナー濃度が次第に上昇して現像剤の嵩が高まり、現像剤へのトナーの取り込みが停止した場合に、高トナー濃度の現像剤の回動運動を持続させてトナーの分散及び帯電を継続して進行させている。そして、トナー消費によりトナー濃度が低下して現像剤の嵩が減少し、現像剤へのトナーの取り込みを行う場合に、新たに取り込んだトナーだけでなく、上記領域内での回動運動で現像剤中に分散し且つ帯電電位が立ち上がっているトナーを、現像領域に供給することができるため、トナー供給不足による画像濃度低下や、トナー帯電不足による地汚れ、トナー飛散を防止できるという効果がある。

　特に、請求項３の発明によれば、上記領域に面する現像剤保持部材の表面の一部に現像剤が圧接しない部分を設けることにより、上記領域での現像剤の回動運動をより確実に行わせることができるという効果がある。

　特に、請求項４の発明によれば、上記現像剤規制部材による規制位置から離間した上記現像剤保持部材の一部に形成した通気用開口を介して、上記現像剤滞留部の内部と外部との間の空気の流出入を行わせて、現像剤滞留部内の気圧の上昇を抑えることができるので、トナー飛散を防止できるという効果がある。

　請求項５又は６の発明によれば、上記現像剤滞留部にセットする現像剤のトナー濃度を、現像剤担持体上に担持された現像剤に安定して含有される上限の飽和トナー濃度以下にすることにより、現像剤のセット直後から、トナー帯電量を経時安定レベルと同等にすることができるので、トナー帯電量不足による画像濃度の上昇を防止できるという効果がある。

　特に、請求項６の発明によれば、上記現像剤滞留部にセットする現像剤のトナー濃度を、上記飽和トナー濃度の２０％以上にすることにより、現像剤のセット直後の現像剤担持体上のトナー濃度を、所定の下限レベル以下にならないようにし、像担持体への磁性キャリアの付着を回避できるという効果がある。

　請求項７の発明によれば、上記現像剤滞留部にセットする現像剤中の磁性キャリアの量を、ＪＩＳ　Ｚ２５０４（金属粉の見掛密度試験方法）に基づいて測定した該磁性キャリアの見掛密度を用いて算出される、該現像剤滞留部を該磁性キャリアのみで充填させた場合の該磁性キャリアの量以下にすることにより、磁性キャリアが、現像剤滞留部内に、トナー取り込みを十分にできる状態で充填されるので、画像濃度不足を防止できるという効果がある。

　請求項８乃至１０の発明によれば、現像剤担持体上を搬送される現像剤移動層の体積が該現像剤移動層の現像剤へのトナー取り込み状況に応じて変化し、該現像剤へのトナー取り込み量が増えるにつれて、現像剤移動層が膨らんでトナーの取り込みが主に行われる現像剤移動層と現像剤滞留部との界面のトナー補給用開口側の位置がトナーを取り込みにくい位置に移動するとともに、該界面における現像剤の移動速度が低下するので、該現像剤に取り込まれるトナー量がある一定量以下に抑えられ上限トナー濃度が決まり、トナー濃度がこの上限トナー濃度以上になることがない。この上限トナー濃度は現像剤滞留部内の現像剤の磁性キャリア量に依存するため、所望の上限トナー濃度になるように現像剤滞留部にセットする磁性キャリアの量をあらかじめ設定することにより、磁性キャリアの粒径によらず任意の上限トナー濃度でトナー濃度が自己制御されるので、所望の現像像を得ることができるという効果がある。
　また、上記上限トナー濃度となる状態において、上記現像剤滞留部内に空間が存在することにより、現像剤滞留部内での現像剤の回動運動が促進されるので、確実にトナーが帯電されるという効果がある。
　また、上記現像剤担持体上の現像剤移動層と該移動層に接するように形成される現像剤滞留層との間で現像剤の入れ替わりが徐々に行なわれ、現像剤滞留部に収容された現像剤全てを有効に現像に寄与させるので、現像剤滞留部内に存在する現像剤のうち現像剤担持体の表面移動とともに搬送される現像剤移動層の現像剤のみが現像に寄与する従来の装置に比して、現像剤の早期劣化を防止することができるという効果がある。

　特に、請求項９の発明によれば、上記現像剤保持部材によって形成した現像剤滞留部の現像剤がトナー補給用開口側に戻ってきても、該現像剤を現像剤保持部材から延出させた部分の壁面で受け、現像剤を確実に磁力の及ぶ範囲内に納めておくことができるので、該現像剤を現像剤滞留部内で有効にトナー搬送に寄与させることができるという効果がある。

　また特に、請求項１０の発明によれば、上記トナー補給用開口よりも上記現像剤担持体上の現像剤搬送方向上流側に位置する上記磁界発生手段の磁極により、該現像剤担持体の下方に位置するケーシングに圧接するような現像剤の磁気ブラシを形成し、この磁気ブラシで、トナー収容部のトナーがトナー補給用開口を通って現像剤担持体とケーシングとの隙間に落下して現像装置外に出るのを抑えるので、トナー飛散を確実に防止することができるという効果がある。

　請求項１１、１２又は１５の発明によれば、上記キャリア被覆率の計算式を用いて、現像剤に用いる磁性キャリア及びトナーの粒径と真比重を考慮して算出したキャリア被覆率が１００％以下になるように上限トナー濃度を決定できるので、磁性キャリアの粒径やトナーの粒径を変えても、これらの粒径の大小に依存することなく、常に安定した現像像を得ることができるという効果がある。

　特に、請求項１２の発明によれば、上記現像剤に用いる磁性キャリア及びトナーの粒径と真比重を考慮して決定された上限トナー濃度を、上記現像剤収容部にセットする現像剤の磁性キャリア量によって設定できるので、現像剤の磁性キャリア及びトナーの粒径等の変化に自在に対応できるという効果がある。

　請求項１３又は１４の発明によれば、付勢手段で現像剤担持体又は現像装置を像担持体側に付勢することにより、現像剤規制部材で現像剤担持体上に形成された厚さ均一の現像剤薄層で像担持体と現像剤担持体との間隔が設定されるので、従来のコロ等の間隔保持部材を用いた場合のように間隔保持部材の摩耗によって上記間隔が変化することがなくなる。また、像担持体や現像剤担持体の回転軸に垂直な断面が真円でないことによる半径方向のフレによって生じる上記間隔の変化も上記現像剤薄層の厚みによって打ち消されるので、上記間隔が常に安定する。このように上記間隔を常に安定して管理できるので、常に安定した現像像を得ることができるという効果がある。

　特に、請求項１４の発明によれば、上記請求項１１の式で表されるキャリア被覆率を６０乃至１００％の範囲の高被覆率となるように設定することにより、上記付勢手段によって現像剤担持体を像担持体側に付勢したときに、像担持体と磁性キャリアとが直接接触する確率を小さくするので、被覆率が６０％を下回る場合に発生する磁性キャリアによる像担持体表面の損傷が生じにくくなるという効果がある。

　請求項１５の発明によれば、上記トナーとして用いた磁性トナーが、磁性キャリアとともに、現像剤担持体内部に配設された磁界発生手段の磁力によって現像剤担持体側に引き寄せることにより、磁性キャリアを高被覆率で使用することによってトナー帯電量が低下しても、非磁性トナーを用いる場合に比してトナーが飛散しにくくなるようにするので、地肌汚れを生じにくくなり、良好な現像像を得ることができるという効果がある。

〔実施形態１〕
　まず、請求項１の発明を画像形成装置としての電子写真複写機（以下「複写機」という。）に用いる現像装置に適用した実施形態について説明する。図１は本実施形態に係る現像装置の概略構成を示す部分断面図である。この現像装置は、複写機の像担持体としての円筒状の感光体ドラム１の側方に配設され、感光体ドラム１に向けて開口部が形成されたケーシング２、該開口部から一部が露出した、磁性キャリア（以下、本実施形態において「キャリア」という。）と磁性トナー（以下、本実施形態において「トナー」という。）とを含む現像剤３を表面に担持する現像剤担持体としての現像スリーブ４、現像スリーブ４の内部に固定した磁界発生手段としての固定磁石群からなる円柱状のマグネット部材５、現像スリーブ４に担持した現像剤の量を規制する現像剤規制部材としてのドクタ６等を有している。

　上記ケーシング２の内壁は、現像スリーブ４が収容される現像スリーブ収容部のほか、ドクタ６で阻止された現像剤が収容される現像剤収容部１０、現像剤が保留される現像剤保留部１１、現像スリーブ４上の現像剤に補給されるトナー７が収容されるトナー収容部としてのトナーホッパを区画するように形成されている。現像剤保留部１１及びトナーホッパ８には、それぞれ現像剤３及びトナー３ａを撹拌するためのアジテータ１２，９が設けられている。上記現像剤保留部１１は現像剤を一時的に保留しておくためのもので、その開口部に取り付けられた磁性体１３によって現像スリーブ４から剥がされた現像剤３を取り込んでアジテータ１２を回転させて混合し、再び現像スリーブ４上に戻す。これにより、現像スリーブ４上に主に担持される現像剤の損傷を最小限に抑え、現像剤の寿命を長くすることができる。特に高速機の場合に有効である。なお、現像剤保留部１１の開口部のもう一つの磁性体１４は、現像剤を担持することによってシールド領域を形成し、トナーホッパ８から現像剤保留部１１へのトナー落ちを防止するものである。

　一方、上記トナーホッパ８は現像剤収容部１０に現像スリーブ４上の現像剤搬送方向の上流から隣接し、収容されているトナーが現像スリーブ４に担持されている第１の現像剤層の現像剤３−１及び現像剤収容部１０の第２の現像剤層の現像剤３−２に接するトナー補給用開口８ａを有している。このトナーホッパ８には補給トナーが収容され、必要に応じてトナーアジテータ９を回転させることによって現像スリーブ４上の現像剤が露出したトナー補給位置にトナーを搬送して、該現像剤にトナーを補給することができる。

　上記現像スリーブ４は非磁性材料からなる円筒状部材であり、その両端部で感光体ドラム１の回転軸と平行な回転軸の回りに回転自在に軸支され、図示しない駆動部により矢印方向に回転駆動される。なお、上記円筒状の現像スリーブ４に代えて、複数の支持ローラに掛け渡された無端ベルト状の現像剤担持体を用いてもよい。

　上記マグネット部材５は現像スリーブ４の回転時も動かないように現像スリーブ４の内部に固定され、現像スリーブ４側の表面がそれぞれＮ極（Ｎ1極，Ｎ2極）、Ｓ極（Ｓ1極，Ｓ2極）に着磁した４つの磁石から構成されている。このうちＮ1極を有する磁石は補給されたトナーを現像スリーブ４上の第１の現像剤層の現像剤３−１を第２の現像剤層の現像剤３−２とともにドクタ６側に搬送するためのものであり、Ｓ1極を有する磁石はドクタ６で規制された現像剤３−１を現像領域に搬送するためのものであり、Ｎ2極を有する磁石は現像領域での現像剤３−１を搬送するためのものであり、Ｓ2極を有する磁石は現像領域通過後の現像剤３−１をトナー補給位置に搬送するためのものである。なお、上記マグネット部材５の磁石群のＮ極とＳ極は逆であっても構わない。

　上記構成の現像装置において、現像スリーブ４の回転に伴って、主に現像スリーブ４の表面に層状に担持された第１の現像剤層の現像剤３−１の量がドクタ６で規制された後、感光体ドラム１と対向する現像領域に供給され、これにより、感光体ドラム１上の静電潜像の現像が行われる。そして、ドクタ６で阻止された第２の現像剤層の現像剤３−２は、現像剤収容部１０内で現像剤自身の内圧及び自重により現像スリーブ４表面から離れた位置でトナー補給用開口８ａ側に移動する。そして、現像剤中のトナー濃度に応じて第２の現像剤層の現像剤３−２の嵩が変化し、高トナー濃度の場合には、現像領域に搬送される割合が多い現像スリーブ４上の現像剤３−１がトナーホッパ８のトナー３ａと接する面積が狭くなり、現像剤３−１へのトナー取り込みが減少し、逆に低トナー濃度の場合には、現像スリーブ４上の現像剤３−１がトナーホッパ８のトナー３ａと接する面積が広くなり、現像剤３−１へのトナー取り込みが増加する。このようにトナー濃度に応じて現像剤３−１へのトナー取り込みが変化することにより、現像剤３−１のトナー濃度を一定範囲内に保つことができる。このように、本実施形態の現像装置によれば、従来のようなトナー補給機構及びトナー濃度センサを必要としないで現像剤のトナー濃度の自己制御を行なうことができる。

　また、上記現像剤３−１に取り込まれたトナーはキャリアとの間で摩擦帯電されながら、ドクタ６による規制位置を通過して現像領域に供給される。一方、第２の現像剤層の現像剤３−２は現像剤収容部１０内で回動運動し、この回動運動によるキャリアとトナーとの間の摩擦帯電でトナーが帯電される。

　次に、本実施形態の現像装置で使用する現像剤を構成するトナー及びキャリアについて説明する。
　本実施形態で使用するトナーとしては、少なくとも結着樹脂及び磁性体からなるものを使用する。この種のトナーは従来の公知の方法で製造されたものを使用できる。例えば、結着樹脂、磁性体、着色剤及び極性制御剤よりなる混合物を熱ロールミルで溶融混練した後、冷却固化させ、これを粉砕分級して得られるものを使用できる。また、上記トナーには、必要に応じて任意の添加物を添加することができる。

　上記トナーに使用される結着樹脂としては、公知のものがすべて使用できる。例えば、ポリスチレン、ポリｐ−スチレン、ポリビニルトルエン等のスチレン及びその置換体の単重合体、スチレン−ｐ−クロルスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−メタアクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタアクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタアクリル酸ブチル共重合体、スチレン−α−クロルメタアクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体等のスチレン系共重合体、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレ−ト、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、エポキシ樹脂、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、フェノール樹脂、脂肪族又は脂肪族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックス等を単独あるいは混合して使用できる。特に結着樹脂としてポリエステル樹脂を用いた場合には、耐塩ビマット融着性に優れ、熱ロールへの耐熱オフセット性に優れたトナーを得ることができる。

　また、上記トナーに用いられる磁性体としては、マグネタイト、ヘマタイト、フェライト等の酸化鉄、鉄、コバルト、ニッケルのような金属あるいはこれら金属とアルミニウム、コバルト、銅、鉛、マグネシウム、スズ、亜鉛、アンチモン、ベリリウム、ビスマス、カドミウム、カルシウム、マンガン、セレン、チタン、タングステン、バナジウムのような金属との合金及びそれらの混合物等が挙げられる。これらの強磁性体は平均粒径が０．１μｍ程度のものが望ましく、トナー中に含有させる量としては、樹脂成分１００重量部に対し約２０〜３００重量部、特に好ましくは樹脂成分１００重量部に対し３０〜２００部である。

　また、上記トナーに用いられる極性制御剤としては、従来より公知のものでよく、例えばモノアゾ染料の金属錯塩、ニトロフミン酸及びその塩、サリチル酸、ナフトエ酸、ジカルボン酸のＣｏ，Ｃｒ，Ｆｅ等の金属錯体アミノ化合物、第４級アンモニウム化合物、有機染料等が挙げられる。これら極性制御剤の使用量は、結着樹脂の種類、必要に応じて使用される添加剤の有無、分散方法を含めたトナー製造方法によって決定されるもので、一義的に限定されるものではないが、好ましくは結着樹脂１００重量部に対して、０．１〜２０重量部の範囲で用いられる。０．１重量部未満では、トナーの帯電量が不足して実用的ではない。一方、２０重量部を超える場合にはトナーの帯電量が大きすぎ、キャリアとの静電的吸引力の増大のため、現像剤の流動性低下や画像濃度の低下を招く。

　また、上記トナーには必要に応じて次に挙げるような着色剤を添加しても良い。黒色の着色剤としては、例えばカーボンブラック、アニリンブラック、ファーネスブラック、ランプブラック等が挙げられる。シアンの着色剤としては、例えばフタロシアニンブルー、メチレンブルー、ビクトリアブルー、メチルバイオレット、アニリンブルー、ウルトラマリンブルー等が挙げられる。マゼンタの着色剤としては、例えばローダミン６Ｇレーキ、ジメチルキナクリドン、ウォッチングレッド、ローズベンガル、ローダミンＢ、アリザリンレーキ等が挙げられる。イエローの着色剤としては、例えば、クロムイエロー、ベンジジンイエロー、ハンザイエロー、ナフトールイエロー、モリブデンオレンジ、キノリンイエロー、タートラジン等が挙げられる。

　また、上記トナーには必要に応じて添加剤を混合しても良い。この添加剤としては、テフロン（登録商標）、ステアリン酸亜鉛等の滑剤、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化アルミニウム、炭化ケイ素等の研磨剤、コロイダルシリカ、酸化アルミニウム等の流動性付与剤、ケーキング防止剤、カーボンブラック、酸化スズ等の導電性付与剤、低分子量ポリオレフィン等の定着助剤等が挙げられる。この中でも特に流動性付与剤としてはコロイダルシリカが好ましく、キャリアの表面を研磨する研磨剤としては酸化アルミニウム、炭化ケイ素が好ましい。

　また、本実施形態で使用するキャリアの核体としては従来より公知のものを用いることができ、例えば鉄、コバルト、ニッケル等の強磁性金属、マグネタイト、ヘマタイト、フェライト等の合金や化合物、上記強磁性金属と樹脂との複合体等が挙げられる。

　また、上記キャリアの表面は、耐久性を向上させるために樹脂で被覆するのが好ましい。このキャリア表面の被膜層を形成する樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、塩素化ポリエチレン、クロロスルホン化ポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂や、ポリスチレン、アクリル（例えばポリメチルメタクリレート）、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルエーテル、ポリビリケトン等のポリビニル及ポリビニリデン系樹脂や、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体や、スチレン−アクリル酸共重合体や、オルガノシロキサン結合からなるシリコーン樹脂またはその変成品（例えばアルキッド樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン等による変成品）や、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ弗化ビニル、ポリ弗化ビニリデン、ポリクロロトリフルオロエチレン等の弗素樹脂や、ポリアミドや、ポリエステルや、ポリウレタンや、ポリカーボネートや、尿素−ホルムアルデヒド樹脂等のアミノ樹脂や、エポキシ樹脂等が挙げられる。これらの中でキャリア表面へのトナースペントを防止する点で好ましいのはシリコーン樹脂又はその変成品、弗素樹脂、特にシリコーン樹脂又はその変成品である。

　上記シリコーン樹脂としては、従来から知られているいずれのシリコーン樹脂であってもよく、次の化１で示されるオルガノシロキサン結合のみからなるストレートシリコーン及びアルキド、ポリエステル、エポキシ、ウレタン等で変成したシリコーン樹脂が挙げられる。

　上記化１中のＲ１は水素基、炭素原子数１〜４のアルキル基またはフェニル基、Ｒ２及びＲ３は水素基、炭素原子数１〜４のアルコキシ基、フェニル基、フェノキシ基、炭素原子数２〜４のアリケニル基、炭素原子数２〜４のアルケニルオキシ基、ヒドロキシ基、カルボキシル基、エチレンオキシド基、グリシジル基または次の化２で示される基である。

　上記化１及び化２中のＲ４，Ｒ５は、ヒドロキシ基、カルボキシル基、炭素原子数１〜４のアルキル基、炭素原子数１〜４のアルコキシ基、炭素原子数２〜４のアルケニル基、炭素原子数２〜４のアルケニルオキシ基、フェニル基、フェノキシ基であり、ｋ，ｌ，ｍ，ｎ，ｏ，ｐは１以上の正の整数を示す。

　なお、上記各置換基は未置換のもののほか、例えばアミノ酸、ヒドロキシ基、カルボキシル基、メルカプト基、アルキル基、フェニル基、エチレンオキサイド基、グリシジル基、ハロゲン原子のような置換基を有しても良い。

　また、上記キャリアの被覆層中には、その体積固有抵抗を制御するために導電性付与剤を分散させても良い。この分散される導電性付与剤としては従来より公知のものを使用することでき、例えば鉄、金、銅等の金属や、フェライト、マグネタイト等の酸化鉄や、カーボンブラック等の顔料が挙げられる。この中でも特にカーボンブラックの一種であるファーネスブラックとアセチレンブラックの混合物を用いることにより、少量の導電性微粉末の添加で効果的に導電性の調整が可能で、更に被覆層の耐摩耗性に優れたキャリアを得ることが可能となる。これらの導電性微粉末は、粒径０．０１〜１０μｍ程度のものが好ましく、また被覆樹脂１００重量部に対して２〜３０重量部添加するのが好ましく、更には５〜２０重量部添加するのが好ましい。

　また、上記キャリアの被覆層中には、核体粒子との接着性を向上させたり、導電性付与剤の分散性を向上させたりするためにシランカップリング剤、チタンカップリング剤等を添加させても良い。このシランカップリング剤は次の化３の一般式で示される化合物である。ここで、Ｘはケイ素原子に結合している加水分解基であり、クロル基、アルコキシ基、アセトキシ基、アルキルアミノ基、プロペノキシ基等がある。また、Ｙは有機マトリックスと反応する有機官能基であり、ビニル基、メタクリル基、エポキシ基、グリシドキシ基、アミノ基、メルカプト基等がある。また、Ｒは炭素数１〜２０のアルキル基またはアルキレン基である。

　上記シランカップリング剤の中でも、特に負帯電性を有する現像剤を得るにはＹにアミノ基を有するアミノシランカップリング剤が好ましく、正帯電性を有する現像剤を得るにはＹにエポキシ基を有するエポキシシランカップリング剤が好ましい。

　上記キャリアの被覆層の形成法としては、従来と同様、キャリアの核体粒子の表面に被覆層形成液を噴霧法、浸漬法等の手段で塗布する方法を採用することができる。上記キャリアの被覆層の厚さは０．１〜２０μｍが好ましい。

　なお、上記実施形態で用いる現像剤のトナーとキャリアとの重量比は１０：９０〜５０：５０の範囲内に設定するのが望ましい。このような重量比を有する現像剤を用いた場合には、現像領域において現像に寄与する第１の現像剤層のキャリアのトナー保有率を高くし、該第１の現像剤層のトナー濃度を高くすることができるため、高速機での現像条件においても十分な画像濃度及び細線再現性を達成することができる。

　また、上記トナーとしては、８．０×１０⁴Ａ／ｍの磁場中における飽和磁化が１５〜３０Ａ・ｍ²／ｋｇの範囲内にあるものが望ましい。このような飽和磁化を有する磁性トナーを用いた場合には、トナー取り込み時に現像剤がトナーを効率よく取り込むことができるため、トナー消費量の多い画像を連続して複写しても画像濃度が低下することなく、良好な画像を安定して得ることができる。また、トナー自体に磁化による現像スリーブへの磁力束縛力によって、現像スリーブの回転に伴うトナー飛散や地肌部へのトナー現像（地肌汚れ）を有効に防止できる。

　また、上記キャリアとしては、トナーとの帯電量が絶対値で１０〜８０μＣ／ｇの範囲内にあるもので、トナーとキャリアとの重量比が１０：９０〜５０：５０の範囲において帯電量の変化量の絶対値が５μＣ／ｇ以下であるものが望ましい。このように現像剤中のトナーの比率が変化しても帯電量が変化しないキャリアを使用した場合には、トナー消費量の多い画像を連続して複写しても画像濃度が低下することなく、良好な画像を安定して得ることができる。

　また、上記キャリアとしては、体積固有抵抗値が１０⁸〜１０¹⁶Ωcm、好ましくは１０⁹〜１０¹⁴Ωcmの範囲内にあるものが望ましい。このような抵抗値を有するキャリアを使用した場合には、現像領域における現像剤の抵抗値が低くなるために、ソリッド画像の現像においてエッジ効果がない良好な画像を得ることができる。

　また、上記キャリアとしては、８．０×１０⁴Ａ／ｍの磁場中における飽和磁化が３０〜９０Ａ・ｍ²／ｋｇの範囲内にあるものが望ましい。このような飽和磁化を有するキャリアを用いた場合には、現像領域における現像剤の現像スリーブへの磁気束縛力が大きくなるため、現像剤が現像スリーブから離脱して感光体上に付着することを防止し、良好な画像を得ることができる。特に、上記キャリアとして、バインダー樹脂（結着樹脂）中に８．０×１０⁴Ａ／ｍの磁場中における飽和磁化が８０〜１１０Ａ・ｍ²／ｋｇの範囲内の磁性体微粒子を分散したバインダーキャリアを使用した場合には、現像スリーブ上での磁気ブラシを軟らかくすることができるため、良好な中間調再現性を達成できる。

　また、上記キャリアとしては、重量平均粒子径が３０〜７０μｍの範囲内にあるものが望ましい。このように比較的粒子径の小さなキャリアを使用した場合には、現像領域において現像に寄与する第１の現像剤層のキャリアのトナー保有率を高くし、該第１の現像剤層のトナー濃度を高くすることができるため、高速機での現像条件においても十分な画像濃度及び細線再現性を達成することができる。

　以上、本実施形態によれば、現像剤のトナーとして磁性トナーを用いることにより、現像装置内部での現像スリーブ５への磁気束縛力をトナーに作用させることができるので、従来の非磁性トナーを用いた現像剤に比べてキャリアとトナーとの間の摩擦力が増し、短い撹拌時間でトナーに十分な電荷を付与することが可能となり、トナー飛散や地肌汚れのない良好な画像を得ることができる。

　次に、上記図１の現像装置に用いることができるトナー及びキャリアの具体例、並びにそれらを組み合わせた現像剤を用いて実際に画像形成を行なった結果について説明する。

　〔トナーの具体例１〕
　表１に示す処方の混合物を１２０°Ｃの熱ロールで溶融混練した後、冷却して固化させ、これをジェットミルで粉砕し、分級して平均１６μｍの磁性トナー粒子ａを得た。このトナーの８．０×１０⁴Ａ／ｍの磁場中における飽和磁化は１６Ａ・ｍ²／ｋｇであった。

　〔トナーの具体例２〕
　表２に示す処方の混合物を１２０°Ｃの熱ロールで溶融混練した後、冷却して固化させ、これをジェットミルで粉砕し、分級して平均粒径１６μｍの磁性トナー粒子ｂを得た。このトナーの８．０×１０⁴Ａ／ｍの磁場中における飽和磁化は２０Ａ・ｍ²／ｋｇであった。

　〔トナーの具体例３〕
　上記表２に示す処方の混合物を１２０°Ｃの熱ロールで溶融混練した後、冷却して固化させ、これをジェットミルで粉砕し、分級して平均粒径８μｍの磁性トナー粒子ｃを得た。このトナーの８．０×１０⁴Ａ／ｍの磁場中における飽和磁化は２１Ａ・ｍ²／ｋｇであった。

　〔トナーの具体例４〕
　上記表２に示す処方の混合物を１２０°Ｃの熱ロールで溶融混練した後、冷却して固化させ、これをジェットミルで粉砕し、分級して平均粒径１０μｍの母体粒子を得た。この母体粒子９９．５重量部とシリカ微粒子（Ｒ−９７２，日本アエロジル社製）０．５重量部をミキサーにて混合し、平均粒径５μｍの磁性トナー粒子ｄを得た。このトナーの８．０×１０⁴Ａ／ｍの磁場中における飽和磁化は２２Ａ・ｍ²／ｋｇであった。

　〔トナーの具体例５〕
　表３に示す処方の混合物を１２０°Ｃの熱ロールで溶融混練した後、冷却して固化させ、これをジェットミルで粉砕し、分級して平均粒径７μｍの母体粒子を得た。この母体粒子９９．５重量部とシリカ微粒子（Ｒ−９７２，日本アエロジル社製）０．５重量部をミキサーにて混合し、平均粒径７μｍの磁性トナー粒子ｅを得た。このトナーの８．０×１０⁴Ａ／ｍの磁場中における飽和磁化は２１Ａ・ｍ²／ｋｇであった。なお、表中のＭｗは重量平均分子量であり、Ｔｇはガラス転移点である。

　〔トナーの具体例６〕
　表４に示す処方の混合物を１２０°Ｃの熱ロールで溶融混練した後、冷却して固化させ、これをジェットミルで粉砕し、分級して平均粒径７μｍの母体粒子を得た。この母体粒子９９．５重量部とシリカ微粒子（Ｒ−９７２，日本アエロジル社製）０．５重量部をミキサーにて混合し、比較例として用いる平均粒径７μｍの磁性トナー粒子ｆを得た。このトナーの８．０×１０⁴Ａ／ｍの磁場中における飽和磁化は０Ａ・ｍ²／ｋｇであった。

　〔キャリアの具体例１〕
　湿式法により作成したマグネタイト１００重量部、ポリビニルアルコール２重量部及び水６０重量部をボールミルに入れ、１２時間混合してマグネタイトのスラリーを調整した。このスラリーをスプレードライヤーにて噴霧造粒し、平均粒径８４μｍの球形粒子とした。この球形粒子を窒素雰囲気中で１０００°Ｃの温度にて３時間焼成した後、冷却して核体粒子１を得た。そして、表５に示す処方の混合物をホモミキサーで２０分間分散し、被覆層形成液１を調整した。この被覆層形成液１を流動床型コーティング装置を用いて、１０００重量部の核体粒子１の表面にコーティングして、シリコーン樹脂被膜キャリアＡを得た。このシリコーン樹脂被膜キャリアＡの平均粒径は８７μｍ、飽和磁化は６５Ａ・ｍ²／ｋｇであった。

　〔キャリアの具体例２〕
　湿式法により作成したマグネタイト１００重量部、ポリビニルアルコール２重量部及び水６０重量部をボールミルに入れ、１２時間混合してマグネタイトのスラリーを調整した。このスラリーをスプレードライヤーにて噴霧造粒し、平均粒径６０μｍの球形粒子とした。この球形粒子を窒素雰囲気中で１０００°Ｃの温度にて３時間焼成した後、冷却して核体粒子２を得た。そして、上記具体例１と同様な被覆層形成液１を流動床型コーティング装置を用いて、１０００重量部の核体粒子２の表面にコーティングして、シリコーン樹脂被膜キャリアＢを得た。このシリコーン樹脂被膜キャリアＢの平均粒径は６３μｍ、飽和磁化は６６Ａ・ｍ²／ｋｇであった。

　〔キャリアの具体例３〕
　上記具体例１と同様な被覆層形成液１を流動床型コーティング装置を用いて、１０００重量部の還元鉄粉（ＴＥＦＶ　２００／３００，パウダーテック社製）の表面にコーティングして、シリコーン樹脂被膜キャリアＣを得た。このシリコーン樹脂被膜キャリアＣの平均粒径は５２μｍ、飽和磁化は７９Ａ・ｍ²／ｋｇであった。

　〔キャリアの具体例４〕
　上記具体例１と同様な被覆層形成液１を流動床型コーティング装置を用いて、１０００重量部のフェライト（Ｆ−１５０，パウダーテック社製）の表面にコーティングして、シリコーン樹脂被膜キャリアＤを得た。このシリコーン樹脂被膜キャリアＤの平均粒径は７８μｍ、飽和磁化は５５Ａ・ｍ²／ｋｇであった。

　〔キャリアの具体例５〕
　表６に示す処方の混合物を溶融混練後、粉砕、分級して、キャリアＥを得た。このキャリアＥの平均粒径は５３μｍ、飽和磁化は３２Ａ・ｍ²／ｋｇであった。

　〔キャリアの具体例６〕
　湿式法により作成したマグネタイト１００重量部、ポリビニルアルコール２重量部及び水６０重量部をボールミルに入れ、１２時間混合してマグネタイトのスラリーを調整した。このスラリーをスプレードライヤーにて噴霧造粒し、平均粒径３１μｍの球形粒子とした。この球形粒子を窒素雰囲気中で１０００°Ｃの温度にて３時間焼成した後、冷却して核体粒子３を得た。そして、表７に示す処方の混合物をホモミキサーで２０分間分散し、被覆層形成液２を調整した。この被覆層形成液２を流動床型コーティング装置を用いて、１０００重量部の核体粒子３の表面にコーティングして、シリコーン樹脂被膜キャリアＦを得た。このシリコーン樹脂被膜キャリアＦの平均粒径は３４μｍ、飽和磁化は６９Ａ・ｍ²／ｋｇであった。

　そして、本発明に係る実施例１〜実施例１０として、表８に示すように、上記具体例に基づいて製造したトナー及びキャリアを混合して現像剤１−１，１−２，１−３．．．１０−３を作成し、これらの現像剤のうちトナー濃度が２０ｗｔ％の現像剤１−２，２−２，．．．１０−２を用いた図１の現像装置を（株）リコー社製の複写機ＦＴ２２００に組み込み、画像出し試験を行ない、画像濃度、地肌汚れ、キャリア現像の有無、中間調再現性、画像濃度制御性を評価した。

　例えば、実施形態１では、上記キャリアＢ：１００重量部に対してトナーａ：１１重量部、２５重量部、１００重量部をボールミルで混合し、３種類の現像剤１−１、１−２、１−３を作成した。このときの帯電量はそれぞれ、現像剤１−１が１９μＣ／ｇ、現像剤１−２が１３μＣ／ｇ、現像剤１−３が１１μＣ／ｇであった。そして、この３種類の現像剤のうちトナー濃度が２０ｗｔ％のものを用いた図１の現像装置を（株）リコー社製の複写機ＦＴ２２００に組み込み、画像出し試験を行ない、画像濃度、地肌汚れ及びキャリア現像の有無の程度、中間調再現性、並びに画像濃度制御性を評価した。

　また、表８に示すように、非磁性トナーを含む現像剤を用いた上記実施例１〜実施例１０に対する比較試験（比較例１）も行なった。この比較例１では、上記実施例１〜５の場合と同じキャリアＢ：１００重量部に対して上記トナーの具体例６の非磁性トナーｆ：１１重量部、２５重量部、１００重量部をボールミルで混合し、３種類の現像剤１１−１、１１−２、１１−３を作成した。このときの帯電量はそれぞれ、現像剤１１−１が７μＣ／ｇ、現像剤１１−２が１μＣ／ｇ、現像剤１１−３が０μＣ／ｇであった。そして、この３種類の現像剤のうちトナー濃度が２０ｗｔ％の現像剤１１−２について上記同様な評価を行なった。

　表８は、上記実施例１〜実施例１０及び比較例１における、帯電量、画像濃度、地肌汚れ及びキャリア現像の有無の程度、中間調再現性、並びに画像濃度制御性の評価結果である。この評価の結果の中で、記号◎、○、△及び×はそれぞれ「非常に良好」、「良好」、「並」及び「悪い」という結果を表している。この表８からわかるように、本発明の実施例１〜実施例１０においては、画像濃度、地汚れ及びキャリア現像の有無の程度、中間調再現性、並びに画像濃度制御性のいずれについても、良好あるいは非常に良好な評価結果が得られた。

　〔実施形態２〕
　次に、請求項２乃至７の発明を複写機に用いる現像装置に適用した実施形態について説明する。
　図２は、本実施形態に係る現像装置の概略構成を示す部分断面図である。この現像装置は像担持体としての円筒状の感光体ドラム１の側方に配設され、感光体ドラム１に向けて開口部が形成されたケーシング２、該開口部から一部が露出した、トナー及び磁性キャリア（以下、本実施形態において「キャリア」という。）を含む現像剤３を表面に担持する現像剤担持体としての現像スリーブ４、現像スリーブ４の内部に固定配置した磁界発生手段としての固定磁石群からなるマグネット部材５、現像スリーブ４上に担持されて搬送されている現像剤３の量を規制する現像剤規制部材としてのドクタ６、現像スリーブ４上方で該スリーブ４の表面との間に現像剤３の現像剤滞留部１０を形成するように設けられた現像剤保持部材としてのドクタ前ヒサシ７、トナー収容部としてのトナーホッパ８などを備えている。なお、図２中の現像スリーブ４の内部に、マグネット部材５の表面の主要な磁極５ａを図示している。

　上記ドクタ前ヒサシ７は、現像スリーブ４との間に、感光体ドラム１との対向部の現像位置に供給されずにドクタ６で進行が阻止された現像剤３が滞留する現像剤滞留部１０を形成している。この現像剤滞留部１０のドクタ６に隣接する部分に対向する現像スリーブ４の内側にはマグネット部材５の磁極５ａが配置されている。また、トナーホッパ８は、現像剤滞留部１０に現像剤搬送方向上流側から隣接して現像スリーブ４表面と対向するトナー補給用開口８ａを有し、該トナー補給用開口８ａに隣合ったスペースには、トナーホッパ８内のトナー３ａをトナー補給用開口８ａに向けて撹拌しながら送り出すトナー撹拌搬送部材としてのトナーアジテータ９が配設されている。

　また、上記マグネット部材５の構成で重要となる磁極は図２中の磁極５ａであり、ドクタ６近傍のドクタ前ヒサシ７の凸部に対向配置されている。そして、現像剤滞留部１０内の現像剤３の動きに、重力が十分関与できる程度、すなわち、トナー補給用開口８ａ側のドクタ前ヒサシの先端部７ａに磁力があまり及ばない程度の磁力分布としている。なお、本実施形態では、上記磁力分布とするために、磁極５ａの極角度としては、上記ドクタ前ヒサシ７の凸部に対向する位置を基準に、現像スリーブ４の回転軸を中心に±１０°の範囲の現像スリーブ４上における磁束密度が５０〜８０mＴ、該磁束密度の半値幅が２０°乃至６０°となるように設定している。また、その他の設定条件としては、キャリアの飽和磁束密度を５０乃至９０Ａｍ²／ｋｇ（５０乃至９０emu／ｇ）、現像スリーブ４の表面とドクタ前ヒサシ７の内面との間の最大距離を１０mm以上としている。

　また、図２中で、現像スリーブ４の回転中心Ｐからドクタ前ヒサシ７の先端部７ａの端面に向かって引いた補助線ＰＱ、現像スリーブ４の回転中心Ｐからドクタ６の側面に沿って鉛直方向に引いた補助線ＰＲ、補助線ＰＱと補助線ＰＲとのなす角の１／２となるように引いた補助線ＰＳのうち、現像剤滞留部１０において、補助線ＰＳ及び補助線ＰＱを、それぞれ現像スリーブ４の軸方向に延ばした面、現像スリーブ４の表面、及びドクタ前ヒサシ７の現像スリーブ４に対向する面で囲まれた領域の容積をＶとし、実際に該領域（容積Ｖ）に存在する現像剤３の量をＷ、ＪＩＳ　Ｚ２５０４（金属粉の見掛密度試験方法）に基づいて測定した現像剤３の見掛密度をρD（通常１．４〜２．２ｇ／cm³の範囲）としたとき、実際の現像剤３の量Ｗが該領域の容積Ｖと該密度ρDとの積よりも小さくなるような関係が成立するように、該領域の容積Ｖを決めるドクタ前ヒサシ７の形状、及び現像剤滞留部１０に収容する現像剤３の量Ｗなどを設定している。

　上記構成の現像装置において、現像スリーブ４上の現像剤３は、該スリーブ４の矢印方向の回転に伴って搬送され、ドクタ６により規制されて薄層化される。薄層化された現像剤３は、矢印方向に回転している感光体ドラム１と対向する現像領域に搬送される。そして、現像領域では、感光体ドラム１上に形成されている静電潜像にトナーが供給され、該静電潜像の可視像化が行われる。この可視像化に使用されなかった現像剤３は、現像スリーブ４の回転に伴って搬送され、トナーアジテータ９で送り出されてトナー補給用開口８ａから供給された新しいトナー３ａを取り込んだ後、現像剤滞留部１０に戻る。そして、新しいトナー３ａを含んだ現像剤３はドクタ６による規制で内圧が増加し、これにより、現像剤３のトナーの帯電が行われる。この様に現像剤滞留部１０のドクタ６側における現像剤３の内圧により、現像スリーブ４上の現像剤３中のトナーを帯電することができるので、パドルやスクリュウ等の現像剤３を帯電あるいは撹拌するための複雑な撹拌機構が不要となる。

　一方、上記現像領域に供給されずにドクタ６で進行が阻止された現像剤３の一部は、現像剤滞留部１０内で現像剤３自身の内圧及び重力によってトナーホッパ８のトナー補給用開口８ａに向かって移動する。トナー補給用開口８ａ付近まで移動してきた現像剤滞留層の現像剤３は、現像スリーブ４の回転に伴う現像剤移動層の移動とともにドクタ６側に搬送されて循環するように回動運動をする。

　図３（ａ）乃至（ｃ）は、現像剤滞留部１０における現像剤３の回動運動を、高速ビデオを用いた側面拡大観察により、現像剤中へ異色トナーを取り込む様子を、２００コマ／秒、１０倍速程度で撮影することにより観察したものである。ドクタ６に突き当たるように現像スリーブ４の回転方向下流側に搬送される現像剤滞留部１０の現像剤３の一部は、マグネット部材５によって形成される磁界、及び重力によって現像スリーブ４の上方をドクタ前ヒサシ７方向へ流れ、現像剤滞留部１０内で回動運動をするようになる。

　トナーホッパ８内のトナーは、図３（ａ）中の記号ａで示す流れと記号ｂで示す流れとの合流点付近から現像剤３中に取り込まれる。このときの現像剤移動層は現像スリーブ４の表面近傍を約１００mm／secで移動しており、また、現像剤滞留部１０にはまだ十分な空隙が存在しているので、現像剤滞留層の回動速度は約１０mm／secである。

　次に、図３（ｂ）示すように、次第にトナー濃度が増して現像剤移動層が膨張すると、該合流点が徐々に現像スリーブ４の表面近傍から遠ざかるとともに、現像スリーブ４の表面近傍のａ方向の現像剤の流速も低下し、現像剤３は該表面近傍を約６５mm／secの速度で移動し、現像剤滞留層の回動速度は約５mm／secとなっている。

　次に、図３（ｃ）示すように、現像剤３に補給されたトナーが多くなってトナー濃度が更に高まると、それにともなって現像剤３の嵩が増加し、現像剤滞留部１０に空隙がなくなってくるため、現像剤３の流動性は次第に悪くなる。このため、現像剤移動層が膨張するにつれて、上記合流点がドクタ前ヒサシ７の先端部７ａへ近づいてくる。これにより、もはや現像剤３にはトナーが取り込まれなくなる。このとき、現像剤滞留層の回動速度は約１mm／secとなっている。しかしながら、現像剤滞留層には、まだゆるい充填状態で現像剤が滞留している部分があり、この部分の現像剤３は他の部分よりも比較的トナー濃度が高く、非常に遅い流れの速度にはなっているが回動運動が続いており、そこでは、現像剤中へのトナー分散及び帯電の立ち上げが進行している。

　そして、現像によってトナーが消費されて現像剤滞留部１０内のトナー濃度が低下し、現像剤３の嵩が減少してくると、図３（ａ）の状態に戻るので、再び現像剤中へのトナー取り込みを始めるようになる。

　このように、トナーの取り込み状態に応じて現像剤滞留部１０内の現像剤３の容積が変動することによってトナー濃度が自己制御されるので、現像剤３のトナー濃度が常にほぼ一定濃度の範囲となるように保たれる。このため、トナー濃度センサやトナー補給部材などの複雑なトナー濃度制御機構が不要となる。

　またこのとき、新たに現像剤３中に取り込んだトナー３ａだけでなく、上述したように現像剤滞留部１０内で回動しながら現像剤３中に分散し、かつ帯電電荷が立ち上がっているトナーも当然現像領域に搬送される。

　以上、本実施形態によれば、現像に供される帯電済みのトナー量が多くなり、現像剤３中に多量のトナーをホッパ８から取り込んだ場合であっても、現像剤滞留層内で回動しながら該現像剤３中に分散し、かつ帯電電荷が立ち上がっているトナーも現像領域に搬送されるので、上記特許文献３記載の装置のように、トナーの帯電不足に起因して地汚れやトナー飛散などがひどくなるといった問題は発生しにくくなる。

　また、本実施形態によれば、上記特許文献３記載の装置に比して現像剤滞留部１０内の現像剤と現像スリーブ４上の現像剤が入れ替わる比率が高く、同等量の現像剤をセットした場合で比較すると、現像スリーブ４上の現像剤３中のキャリアのコート膜削れやトナー構成物質のキャリア表面へのスペントが進行しにくく、現像剤の劣化に伴うトナー帯電能力の低下によるトナー飛散及び地汚れの発生、並びに現像剤の電気抵抗の低下によるキャリア付着といった問題が生じにくい。すなわち、本実施形態の現像装置は、現像剤の寿命に関して上記特許文献３記載の装置よりも有利であるということがいえる。

　なお、上記実施形態において、図４に示すように現像スリーブ４の表面とドクタ前ヒサシ７の内面との間の距離が最大になっている部分に、現像剤３がほとんどなくドクタ前ヒサシ７の内面に圧接しない空隙１５を形成するのが好ましい。この構成の場合には、上記現像剤滞留部１０での現像剤３の回動運動を確実に行わせることができる。ここで、図４のように空隙１５を形成するための現像スリーブ４の表面とドクタ前ヒサシ７の内面との間の距離は、上記磁極５ａで形成する磁界の強さによって変化し、その磁界の強さが弱いほど上記距離は短くても良い。

　また、上記実施形態の現像装置において、図５に示すように、ドクタ前ヒサシ７の一部に通気用開口を設け、該開口にエアー抜きフィルタ１６を取り付けても良い。このフィルタ１６を取り付けた通気用開口により、現像剤滞留部１０内の空気圧の高まりを防止できるので、上記図２及び図４の現像装置の構成例に比較して現像領域の現像剤中の空気圧も低くなり、トナー飛散による機内汚染を低減できる。

　また、上記実施形態の現像装置において、現像剤滞留部１０のドクタ６による規制位置とトナー補給用開口８ａとの間のほぼ中央からトナー補給用開口８ａまでの領域における現像剤の平均密度を、ＪＩＳ　Ｚ２５０４（金属粉の見掛密度試験方法）に基づいて測定した該密度の見掛密度以下にするする代わりに、又はその構成に加えて、上記現像剤滞留部１０にセットする現像剤のトナー濃度を、現像スリーブ４上に担持された現像剤に安定して含有される上限の飽和トナー濃度以下にしてもよい。図６（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ、現像剤のトナー濃度を上記飽和トナー濃度以下の低めにした場合（●）、上記飽和トナー濃度以下にしなかった場合（×）の、トナー濃度ＴＣの変化、トナー帯電量Ｑ／Ｍの変化及び現像トナー付着量Ｍ／Ａの変化の測定データを示している。この図５からわかるように、上記現像剤滞留部１０にセットする現像剤のトナー濃度を上記飽和トナー濃度以下の低めにした場合には、現像剤のセット直後から、トナー帯電量を経時安定レベルと同等にすることができるので、トナー帯電量不足による画像濃度の上昇を防止できる。なお、上記現像剤滞留部１０にセットする現像剤のトナー濃度は、上記飽和トナー濃度の２０％以上にすることが好ましい。例えば、上記飽和トナー濃度を２０ｗｔ％にする現像剤を用いる場合に、該現像剤のトナー濃度を４ｗｔ％以上、より好ましくは１０乃至１５ｗｔ％にする。これにより、現像剤のセット直後の現像スリーブ４上のトナー濃度を、所定の下限レベル以下にならないようにし、感光体ドラム１へのキャリアの付着を回避できる。

　また、上記実施形態の現像装置において、現像剤滞留部１０のドクタ６による規制位置とトナー補給用開口８ａとの間のほぼ中央からトナー補給用開口８ａまでの領域における現像剤の平均密度を、ＪＩＳ　Ｚ２５０４（金属粉の見掛密度試験方法）に基づいて測定した該密度の見掛密度以下にする代わりに、又はその構成に加えて、上記容積Ｖの現像剤滞留部１０にセットする現像剤３中のキャリアの量を、ＪＩＳ　Ｚ２５０４（金属粉の見掛密度試験方法）に基づいて測定したキャリアの見掛密度（ρC）を用いて算出される、該現像剤滞留部１０を該キャリアのみで充填させた場合の該キャリアの量（Ｍｃ＝ρC・Ｖ）以下にしてもよい。この場合には、キャリアの一部（５乃至２０ｗｔ％）が現像スリーブ４上に担持され、残りのキャリアが、現像剤滞留部１０内に、トナー取り込みを十分にできる状態で充填されるので、画像濃度不足を防止できる。なお、現像剤滞留部１０にセットする現像剤３中のキャリアの量を、上記現像剤滞留部１０を該キャリアのみで充填させた場合の該キャリアの量と同程度にした場合は、図７の符号Ｅで示すようにトナー濃度が著しく低下し、コピー濃度不足の状態になっても現像剤滞留部１０内が現像剤で充満しているため、トナー補給用開口８ａからトナーを取り込めるような現像剤３の流れが発生せず、トナー消費が進行するとトナー濃度が０ｗｔ％になり得る。

　〔実施形態３〕
　次に、請求項８乃至１０の発明を複写機に用いる現像装置に適用した実施形態について説明する。
　図８は、本実施形態に係る現像装置の概略構成を示す部分断面図である。この現像装置は画像形成装置に用いられる像担持体である円筒状の感光体ドラム１の側方に配設され、感光体ドラム１に向けて開口部が形成されたケーシング２、該開口部から一部が露出した、トナー及び磁性キャリア（以下、本実施形態において「キャリア」という。）を含む現像剤３を表面に担持する現像剤担持体としての現像スリーブ４、現像スリーブ４の内部に固定配置した磁界発生手段としての固定磁石群からなるマグネット部材５、現像スリーブ４上に担持されて搬送されている現像剤の量を規制する現像剤規制部材としてのドクタ６、現像スリーブ４上方に滞留する現像剤を収容する空間を形成する現像剤保持部材としてのドクタ前ヒサシ７、トナー収容部としてのトナーホッパ８などを備えている。なお、図８中の現像スリーブ４の内部に、マグネット部材５表面の磁極の極性を図示している。

　上記ドクタ前ヒサシ７のうち、現像スリーブ４の回転方向上流側の端部７ａは、現像スリーブ４に沿って現像スリーブ４との間に所定の間隔を持って延出しており、現像スリーブ４との間に、感光体ドラム１との対向部の現像位置に供給されずにドクタ６で進行が阻止された現像剤が滞留する現像剤滞留部１０を形成している。この現像剤滞留部１０に対向する現像スリーブ４の内側にはマグネット部材５の磁極５ａが配置している。また、トナーホッパ８は、現像剤滞留部１０に現像剤搬送方向上流側から隣接して現像スリーブ４表面と対向するトナー補給用開口８ａを有し、該トナー補給用開口８ａに隣合ったスペースには、トナー３ａをトナー補給用開口８ａに向けて撹拌しながら送り出すトナーアジテータ９が配設されている。

　上記構成の現像装置において、現像スリーブ４上の現像剤３は、該スリーブ４の矢印方向の回転に伴って搬送され、ドクタ６により規制されて薄層化される。薄層化された現像剤３は、矢印方向に回転している感光体ドラム１と対向する現像領域に搬送される。そして、現像領域では、感光体ドラム１上に形成されている静電潜像にトナーが供給され、該静電潜像の可視像化が行われる。この可視像化に使用されなかった現像剤３は現像スリーブ４の回転に伴って搬送され、後述するように現像スリーブ４上の現像剤と現像剤滞留部１０の現像剤との界面部から、トナーアジテータ９で送り出されてトナー補給用開口８ａから供給された新しいトナー３ａが取り込まれる。そして、トナーホッパ８内の新しいトナー３ａを含んだ現像剤３はドクタ６の規制により内圧が増加し、現像剤３のトナー分散とトナー帯電とが行われる。このように現像剤の内圧増加により、現像スリーブ４上の現像剤３中のトナーを帯電することができるので、パドルやスクリュウ等の現像剤３を帯電あるいは撹拌するための複雑な撹拌機構が不要となる。

　一方、上記現像領域に供給されずにドクタ６で進行が阻止された現像剤３の一部は、現像剤滞留部１０内で現像剤３自身の内圧及び重力によってトナーホッパ８のトナー補給用開口８ａに向かって移動する。トナー補給用開口８ａ付近まで移動してきた現像剤３は、現像スリーブ４の回転に伴ってドクタ６側に循環するように搬送される。

　図９（ａ）乃至（ｃ）は、上記現像剤滞留部１０における現像剤３の移動状態を示したものである。ドクタ６に突き当たるように現像スリーブ４の回転方向下流側に搬送される現像剤３の一部は、現像スリーブ４の上方をヒサシ７方向へ流れ、現像剤滞留部１０内で回動運動をするようになる。
　なお、この回動運動は、高速ビデオを用いた側面拡大観察により、現像剤中へ異色トナーを取り込む様子を、２００コマ／秒、１０倍速程度で撮影することにより観察できる。

　トナーホッパ８内のトナーは、図９（ａ）中の記号ａで示す流れと記号ｂで示す流れとの合流点ｃ付近から現像剤中に取り込まれる。このときの現像剤は現像スリーブ４の表面近傍を約１００mm／secで移動しており、また、現像剤滞留部１０にはまだ十分な空隙が存在しているので、現像剤滞留層の回動速度は約１０mm／secである。

　図９（ｂ）は、トナーの取り込みが開始された状態を示している。キャリアにトナーが取り込まれるにつれて、次第にトナー濃度、及び現像剤容積が上昇すると、現像剤移動層が膨張し、該合流点ｃが徐々に現像スリーブ４の表面近傍から遠ざかるとともに、現像スリーブ４の表面近傍の現像剤の流速ａも低下する。このとき、現像剤３は該表面近傍を約６５mm／secの速度で移動しており、現像剤滞留層の回動速度は約５mm／secである。

　次に、図９（ｃ）示すように、現像剤３に補給されたトナーが多くなってトナー濃度が高まるとともに現像剤３の嵩が増加し、現像剤滞留部１０に空隙がなくなってくるため、現像剤３の流動性は次第に悪くなる。このため、現像剤移動層が膨張するにつれて、該合流点ｃがヒサシ先端部７ａの内部へ近づいてくる。これにより、もはや現像剤３にはトナーが取り込まれなくなる。このとき、現像剤滞留層の回動速度は約１mm／secとなっている。しかしながら、現像剤滞留層には、まだゆるい充填状態で現像剤が滞留している部分があり、この部分の現像剤３は他の部分よりも比較的トナーコンテンツが高く、非常に遅い流れの速度にはなっているが回動運動が続いており、そこでは、現像剤中へのトナー分散及び帯電の立ち上げが進行している。

　そして、現像によってトナーが消費され、現像剤滞留部１０内のトナー濃度が低下し、現像剤３の嵩が減少してくると、図９（ａ）の状態に戻るので、再び現像剤中へのトナー取り込みを始めるようになる。このとき、新たに現像剤中に取り込んだトナーだけでなく、上述したように現像剤滞留部１０内で回動しながら該現像剤中に分散し、かつ帯電電荷が立ち上がっているトナーも当然現像領域に搬送されるので、現像に供されるトナー量が多く、現像剤中に多量のトナーを取り込んだ場合であっても、上記特許文献３記載の装置のように、トナーの帯電不足に起因して地汚れやトナー飛散などがひどくなるといった問題は発生しにくくなる。

　そして、現像剤３のトナー濃度が低くなると現像剤３の嵩が減少するため、現像剤３がトナー補給用開口８ａを塞がなくなるので、現像スリーブ４上の現像剤３へ所定量のトナーが取り込まれ、現像剤３のトナー濃度が常に一定濃度以上に保たれる。このようにトナー濃度の上限をコントロールできるので、トナー濃度センサやトナー補給部材などを用いた複雑なトナー濃度制御機構が不要となる。

　図１０は、本実施形態の現像装置において、現像剤滞留部１０内に収容する現像剤中のキャリアの量と、このキャリア中に取り込まれるトナーの上限量との関係を示したものである。図中破線で示す特性線ａは、キャリアとして粒径が５０μｍのものを用いたときの上記関係を示し、図中実線で示す特性線ｂは、キャリアとして粒径が６０μｍのものを用いたときの上記関係を示している。この図によれば、キャリアの粒径によって取り込まれるトナー量が異なること、及び現像剤滞留部１０内に収容するキャリアの量によって任意のトナー濃度に調整できることが判る。これにより、例えば、粒径が６０μｍのキャリアを用い、所望の上限トナー濃度を２０ｗｔ％で制御したいときは、現像剤滞留部１０内に、あらかじめ８０ｇのキャリアを収容しておけば良いことになる。

　図１１は、本実施形態に係る現像装置において、キャリアとして粒径が５０μｍのものを用いたときの条件のもとで１万回の現像動作試験を行ない、トナー濃度を測定したものである。これによれば、トナー濃度調整のための撹拌手段などを特別に設けなくても、上限トナー濃度がほぼ一定の２０ｗｔ％で自己制御されていることが判る。

　以上、本実施形態によれば、現像剤滞留部１０内で現像剤が回動することにより、従来装置のように現像スリーブ４近傍に形成される現像剤層のみが頻繁に現像に寄与することがないので、現像剤の長寿命化を図ることができる。また、現像剤滞留部１０内のトナー濃度が一定に保たれるので、非常に安定した品質の現像像を得ることができる。更に、現像剤滞留部１０内で現像剤が回動する間にトナーが十分帯電されるので、現像剤量を多く必要とする高速機にも十分対応できる。

　なお、本実施形態の現像装置において、上記ドクタ前ヒサシ７は、図１２に示すように、ヒサシの先端部７ａがドクタ６の自由端先端位置よりも下方に位置するように延出させて形成するのが好ましい。この構成の場合は、現像スリーブ４表面を搬送された現像剤３が、ドクタ６で規制され、ヒサシの先端部７ａ側に戻ってきても、現像剤３を先端部７ａの壁面で受けて、現像剤３を確実にマグネット部材５の磁力の及ぶ範囲内に納めることができ、トナーの搬送に寄与させることができる。

　また、図１２中符号５ａで示す磁極、すなわちトナー補給用開口８ａよりも、現像スリーブ４の回転方向上流側に位置するＰ3極の磁石として、磁力によって形成される磁気ブラシがケーシング２を圧接する程度の磁束密度を有する磁石を用いることが好ましい。この構成の場合は、磁気ブラシが現像スリーブ４とケーシングとの隙間を塞ぐので、トナーがトナー補給用開口８ａから該開口部８ａの上流側に落下あるいは飛散することを確実に防止できる。

　また、本実施形態のトナー及びキャリアは、それぞれトナー粒径７．５μｍの磁性トナー、及び粒径が５０μｍあるいは６０μｍのマグネタイトキャリアを用いている。トナーについては、非磁性のトナーを用いても磁性の場合とほぼ同様の挙動を示すが、磁性トナーを用いる方がトナーの挙動をマグネット部材５の磁力の及ぶ範囲内に納めることができるので、非磁性トナーを用いる場合よりもトナー飛散が少なくなるという利点がある。ここで、磁性トナーとしては、例えば上記実施形態１で例示したものを使用することができる。

　〔実施形態４〕
　次に、請求項１１乃至１５の発明を複写機に用いる現像装置に適用した実施形態について説明する。
　図１３は、本実施形態に係る現像装置の概略構成を示す部分断面図である。この現像装置は画像形成装置に用いられる像担持体である円筒状の感光体ドラム１の側方に配設され、感光体ドラム１に向けて開口部が形成されたケーシング２、該開口部から一部が露出した、トナーと磁性キャリア（以下、本実施形態において「キャリア」という。）とを含む現像剤３を表面に担持する現像剤担持体としての現像スリーブ４、現像スリーブ４の内部に固定配置した磁界発生手段としての固定磁石群からなるマグネット部材５、現像スリーブ４上に担持されて搬送されている現像剤の量を規制する現像剤規制部材としてのドクタ６、現像スリーブ４上方に滞留する現像剤を収容する空間を形成する現像剤保持部材としてのドクタ前ヒサシ７、トナー収容部としてのトナーホッパ８などを備えている。なお、図１３中の現像スリーブ４の内部に、マグネット部材５表面の磁極の極性を図示している。

　上記ドクタ前ヒサシ７のうち、現像スリーブ４の回転方向上流側の端部７ａは、現像スリーブ４に沿って現像スリーブ４との間に所定の間隔を持って延出しており、現像スリーブ４との間に、感光体ドラム１との対向部の現像位置に供給されずにドクタ６で進行が阻止された現像剤が収容される現像剤滞留部１０を形成している。この現像剤滞留部１０に対向する現像スリーブ４の内側にはマグネット部材５の磁極５ａが配置している。また、トナーホッパ８は、現像剤搬送方向における現像剤滞留部１０の上流側に隣接して現像スリーブ４表面と対向するトナー補給用開口８ａを有し、該トナー補給用開口８ａに隣合ったスペースには、トナー３ａをトナー補給用開口８ａに向けて撹拌しながら送り出すトナーアジテータ９が配設されている。

　上記構成の現像装置において、現像スリーブ４上の現像剤３は、該スリーブ４の矢印方向の回転に伴って搬送され、ドクタ６により規制されて薄層化される。薄層化された現像剤３は、矢印方向に回転している感光体ドラム１と対向する現像領域に搬送される。そして、現像領域では、感光体ドラム１上に形成されている静電潜像にトナーが供給され、該静電潜像の可視像化が行われる。この可視像化に使用されなかった現像剤３は、現像スリーブ４の回転に伴って搬送され、現像スリーブ４上の現像剤と現像剤滞留部１０の現像剤との界面部から、トナーアジテータ９で送り出されてトナー補給用開口８ａから供給された新しいトナー３ａが取り込まれる。そして、ホッパ８内の新しいトナー３ａを含んだ現像剤３はドクタ６の規制により内圧が増加し、現像剤３のトナー分散とトナー帯電とが行われる。このように現像剤滞留部１０における現像剤の内圧増加により、現像スリーブ４上の現像剤３中のトナーを帯電することができるので、パドルやスクリュウ等の現像剤３を帯電あるいは撹拌するための複雑な撹拌機構が不要となる。

　一方、上記現像領域に供給されずにドクタ６で進行が阻止された現像剤３の一部は、現像剤滞留部１０内で現像剤３自身の内圧及び重力によってトナーホッパ８のトナー補給用開口８ａに向かって移動する。トナー補給用開口８ａ付近まで移動してきた現像剤３は、現像スリーブ４の回転に伴ってドクタ６側に循環するように搬送される。

　図１４は、現像剤滞留部１０内にセットする現像剤のキャリア量と、上限トナー濃度ＴＣとの関係を示したものである。特性線ａは、キャリア粒径が５０μｍのときの関係を示し、特性線ｂは、キャリア粒径が６０μｍのときの関係を示している。
　このようなキャリアの量と上限トナー濃度ＴＣとの関係に基づいて、ドクタ上流の現像スリーブ４上のトナー濃度が所望の上限トナー濃度になるように、現像剤滞留部１０内にセットするキャリアの量が設定される。ここで、図１４に示すように同じ量のキャリアをセットしてもキャリア粒径によってトナー濃度が異なるものになるため、このキャリア粒径等を考慮して上記上限トナー濃度を判断する方法が必要となる。

　本発明者らによる実験・研究等の結果、次の数２で表されるようなキャリアの粒径等を考慮したキャリア被覆率の計算式を用いて、キャリア被覆率が１００％以下になるトナー濃度を上限トナー濃度として決定すると、地汚れやベタ部の白抜けなどのない画像が得られることが判明した。

　ここで、トナー１個が専有する面積は２（√３）ｒ²、キャリア１個の表面積は４π（Ｒ＋ｒ）²であるので、キャリア被覆率（Ｔｎ）は数３の式のように表される。

　また、トナー濃度の値（ｗｔ％）はトナーの重さ／（トナーの重さ＋キャリアの重さ）×１００で表される。ここでは普遍性を持たせるため、図１５（ａ）及び（ｂ）に示すように、キャリア及びトナーをそれぞれ球形とみなし、キャリア表面をトナーが隙間なく最密状態の斜方配置で覆ったときのトナー濃度を考え、すなわち、キャリア１個の表面をｎ個のトナーが一層の状態で完全に覆った状態を被覆率１００％とする。このときの１個のキャリア表面を隙間なく覆うトナー数を以下、限界トナー数という。このキャリア被覆率の計算には、従来、平面的近似と球面的近似とが提案されているが、本実施形態では、実用的なトナー及びキャリアの半径比の実用的な範囲において、平面的近似によって計算する。

　上記平面的近似による計算は、図１５（ａ）に示すようにトナー３ａ及びキャリア３ｂの半径をそれぞれｒ，Ｒとし、図１５（ｂ）に示すように半径（ｒ＋Ｒ）の球の表面積を１個の実質的占有面積である平行四辺形ＡＢＣＤの面積で割って限界トナー数Ｎを求めると、Ｎは次の数４の式で与えられる。なお、この近似方法では、キャリア３ｂの表面がトナー３ａからみて平面とみなせる条件Ｒ≫ｒが必要である。

　また、現像剤のトナー濃度Ｃ（ｗｔ％）をキャリア表面上のトナー数ｎを用いて表すと、キャリア１個の重さ＝４πＲ³ρ_c／３、トナー１個の重さ＝４πｒ³ρ_t／３であるので、数５の式のようになる。ここで、ｒはトナー粒径の半径（μｍ）、Ｒはキャリア粒径の半径（μｍ）、ρ_tはトナーの真比重（ｇ／cm³）、ρ_cはキャリアの真比重（ｇ／cm³）である。

　上記数３の式及び数５の式からｎを消去して整理すると、次の数６で示す式を得る。

　図１６（ａ）は、キャリア被覆率が１００％のときのトナー濃度におけるトナー３ａの付着状態をスケッチした図である。この図１６（ａ）に示すように、キャリア被覆率１００％のときは、キャリア粒子の表面にトナー３ａが隙間なく一層で付着している。一方、図１６（ｂ）は、キャリア被覆率が１６９％のときのトナー濃度におけるトナー３ａの付着状態をスケッチした図である。この図１６（ｂ）に示すように、キャリア被覆率１６９％のときは、キャリア粒子の表面をトナー３ａが幾重にも覆っている。このようにキャリア被覆率が１００％を越えると、キャリアの表面をトナー３ａが完全に覆ってしまうことが確認された。

　ところで、キャリア被覆率が１００％を越えた状態で、現像剤滞留部１０に入った現像剤は、互いに摩擦を繰り返すことになる。トナーはキャリアとの摩擦によって帯電するが、キャリア被覆率が１００％を越える場合、キャリア表面が露出しないため、既にキャリアを覆っているトナーをさらにトナーが覆うことになる。したがって、トナー同士が擦れあうことによって、正に帯電するトナーと、負に帯電するトナーとが発生し、帯電状態が不均一になってしまう。ここで、例えば、キャリアとトナーとの摩擦によってトナーが負に帯電されるとすると、トナー同士の摩擦によって正に帯電したトナーは、静電潜像への付着が正常に行なわれなくなり、地汚れを生じるなどの不具合を生じてしまう。

　以上、本実施形態によれば、上記数６に示す式を用いてキャリア被覆率が１００％を越えないようなトナー濃度を上限トナー濃度として決定し、この上限トナー濃度を実現できるキャリア量の現像剤を現像剤滞留部１０にセットすることで、地汚れなどの不具合を発生させることなく、良好な現像像を得ることができる。

　また、図１３に示したように、本実施形態に係る現像装置には、感光体ドラム１と現像スリーブ４とのギャップを調節するために現像装置を感光体ドラム１側に付勢する付勢手段として、ケーシング２に板バネ１７が固定され、この板バネ１７を押圧する押圧カム１８が設けられている。そして、押圧カム１８で板バネ１７を介して現像装置を矢印方向に押圧することにより、ドクタ６で厚さＧDに薄層化された現像剤を担持した現像スリーブ４が感光体ドラム１の表面に押し当てられる。このとき、現像スリーブ４上の薄層化された現像剤３の厚さＧDにより、現像ギャップＧPが自動的に設定される。

　ここで、本発明者らの実験によれば、現像スリーブ４上の現像剤３が、キャリアとトナーとを含む二成分現像剤である場合、上記数３又は数６に示す式において、キャリア被覆率が６０乃至１００％となるように上限トナー濃度を決定することにより、良好な現像像が得られることがわかった。このような範囲で使用すれば、キャリア被覆率が６０％を下回る条件で使用する場合に比して、キャリアが感光体ドラム１の表面を傷つける確率が少なくなるので、感光体ドラム１の傷によるベタ部の白抜けなどの不具合を生じなくなる。また、キャリア被覆率が１００％を越える条件で使用する場合に比して、地汚れの発生も少なくなる。

　例えば、被覆率１００％のときは、キャリア１個の表面を１層のトナーで覆うことになるため、現像スリーブ４上の現像剤を感光体ドラム１に押し当てても、感光体ドラム１に直接キャリア面が当たることがないので、トナーで覆われていない部分のキャリア面が感光体ドラム１が感光体ドラム１を傷つけてしまうようなことがない。なお、実験によれば、キャリアの被覆率が６０％以上では、キャリアによる感光体ドラム１の損傷の確率が非常に少なくなった。なお、磁性キャリアには、鉄粉キャリア、フェライト系マグネタイトなどが使用できる。また、キャリア形状は、不定形、球形のものが使用できる。また、本実験においては、比重５．２（ｇ／cm³）、粒径５０（μｍ）の磁性キャリアと、比重１．８４（ｇ／cm³）、粒径７．５（μｍ）の磁性トナーを用いた。

　ここで、一般に非磁性トナーを用いる場合では、キャリア被覆率が６０％を越えると、トナーの帯電量が少なくなり、最終的にはトナー飛散や地肌汚れが発生しやすくなるので、このような不具合を発生しないようなキャリア被覆率としては、好ましくは、２５％以下がよいとされている。しかし、磁性トナーを用いた場合では、現像スリーブ４内に固定したマグネット部材５の磁極からの磁力によってトナーが現像スリーブ４側に引き寄せられるため、キャリア被覆率の増加によりトナー帯電量が低下した場合であっても、トナーが飛散しにくく、非磁性トナーを用いた場合に比して地肌汚れが生じにくくなる。

実施形態１に係る現像装置の概略構成を示す部分断面図。 実施形態２に係る現像装置の概略構成を示す部分断面図。 （ａ）は、キャリアへのトナー取り込み開始前の状態を示す説明図。（ｂ）は、キャリアへのトナー取り込み過程を示す説明図。（ｃ）は、キャリアへのトナー取り込みを終了した状態を示す説明図。 変形例に係る現像装置の概略構成を示す正面図。 他の変形例に係る現像装置の概略構成を示す正面図。 （ａ）は、他の変形例に係る現像装置を用いた複写機におけるコピー枚数とトナー濃度ＴＣとの関係を示す特性図。（ｂ）は、同複写機におけるコピー枚数とトナー帯電量Ｑ／Ｍとの関係を示す特性図。（ｃ）は、同複写機におけるコピー枚数とトナー付着量Ｍ／Ａとの関係を示す特性図。 現像剤中のキャリア量と現像位置の現像スリーブ上のトナー濃度最小値との関係を示す特性図。 実施形態３に係る現像装置の概略構成を示す部分断面図。 （ａ）は、現像剤へのトナー取り込み開始前の状態を示す説明図。（ｂ）は、現像剤へのトナー取り込み過程を示す説明図。（ｃ）は、現像剤へのトナー取り込みを終了した状態を示す説明図。 同現像装置における、現像剤滞留部内の現像剤の磁性キャリア量とこの現像剤にトナーを取り込んだときの上限トナー濃度との関係を示す説明図。 同現像剤滞留部内の現像剤の上限トナー濃度と、コピー枚数との関係を示す説明図。 変形例に係る現像装置の概略構成を示す部分断面図。 実施形態４に係る現像装置の概略構成を示す部分断面図。 現像剤のキャリア量と上限トナー濃度ＴＣとの関係を示す説明図。 （ａ）及び（ｂ）はキャリア被覆率の式の導出に用いた平面的近似モデルを示す説明図。 （ａ）は、キャリア被覆率が１００％のときのキャリアに対するトナー付着状態を示す説明図。（ｂ）は、キャリア被覆率が１６９％のときのキャリアに対するトナー付着状態を示す説明図。

符号の説明

１　　　感光体ドラム
２　　　ケーシング
３　　　現像剤
３−１　第１の現像剤層の現像剤
３−２　第２の現像剤層の現像剤
３ａ　　トナー
３ｂ　　キャリア
４　　　現像スリーブ
５　　　マグネット部材
５ａ　　磁極
６　　　ドクタ
７　　　ドクタ前ヒサシ
７ａ　　ドクタ前ヒサシの先端部
８　　　トナーホッパ
８ａ　　トナー補給用開口
９　　　トナーアジテータ
１０　　現像剤収容部（現像剤滞留部）
１１　　現像剤保留部
１２　　アジテータ
１３，１４　磁性体
１５　　現像剤滞留部内の空隙
１６　　エアー抜きフィルタ
１７　　板バネ
１８　　押圧カム

Claims (15)

1. 　トナーと磁性キャリアとを含む現像剤を担持して搬送するための現像剤担持体及び該現像剤担持体の内部に配置した磁界発生手段と、該現像剤担持体に担持されて搬送される現像剤の量を規制する現像剤規制部材と、該現像剤規制部材で阻止された現像剤が収容される現像剤収容部と、該現像剤収容部に該現像剤担持体上の現像剤搬送方向の上流から隣接し、収容されているトナーが該現像剤担持体に担持されている現像剤及び該現像剤収容部の現像剤に接するトナー補給用開口を有するトナー収容部とを備え、該現像剤規制部材で阻止された現像剤を該現像剤収容部内で現像剤自身の内圧及び自重により該トナー補給用開口側に移動させるとともに、該トナー収容部からトナーを取り込んだ現像剤を、該現像剤担持体表面に沿って該現像剤規制部材側に搬送し、該現像剤規制部材で所定量に規制した該現像剤担持体上の現像剤を像担持体と対向する現像領域に供給する現像装置であって、
   　該現像剤を構成するトナーとして磁性トナーを用いたことを特徴とする現像装置。
2. 　トナーと磁性キャリアとを含む現像剤を担持するための現像剤担持体と、該現像剤担持体の内部に配置した磁界発生手段と、該現像剤担持体に担持した現像剤の量を規制する現像剤規制部材と、該現像剤規制部材で阻止された現像剤が滞留する現像剤滞留部を形成するように該現像剤担持体表面に対向配置された現像剤保持部材と、該現像剤滞留部に該現像剤担持体上の現像剤搬送方向の上流から隣接し、収容されているトナーが該現像剤担持体に担持されている現像剤や該現像剤滞留部の現像剤に接触するトナー補給用開口を有するトナー収容部とを備え、該トナー収容部内のトナーを該トナー補給用開口から該現像剤担持体に担持した現像剤に取り込むようにした現像装置において、
   　該現像剤滞留部の該現像剤規制部材による規制位置と該トナー補給用開口との間のほぼ中央から該トナー補給用開口までの領域における現像剤の平均密度を、ＪＩＳ　Ｚ２５０４（金属粉の見掛密度試験方法）に基づいて測定した該現像剤の見掛密度以下に設定したことを特徴とする現像装置。
3. 　請求項２の現像装置において、
   　上記領域に面する上記現像剤保持部材の表面の一部に現像剤が圧接しない部分を設けたことを特徴とする現像装置。
4. 　請求項２の現像装置において、
   　上記現像剤規制部材による規制位置から離間した上記現像剤保持部材の一部に、通気用開口を形成したことを特徴とする現像装置。
5. 　トナーと磁性キャリアとを含む現像剤を担持するための現像剤担持体と、該現像剤担持体の内部に配置した磁界発生手段と、該現像剤担持体に担持した現像剤の量を規制する現像剤規制部材と、該現像剤規制部材で阻止された現像剤が滞留する現像剤滞留部を形成するように該現像剤担持体表面に対向配置された現像剤保持部材と、該現像剤滞留部に該現像剤担持体上の現像剤搬送方向の上流から隣接し、収容されているトナーが該現像剤担持体に担持されている現像剤や該現像剤滞留部の現像剤に接触するトナー補給用開口を有するトナー収容部とを備え、該トナー収容部内のトナーを該トナー補給用開口から該現像剤担持体に担持した現像剤に取り込むようにした現像装置において、
   　該現像剤滞留部にセットする現像剤のトナー濃度を、該現像剤担持体上に担持された現像剤に安定して含有される上限の飽和トナー濃度以下にしたことを特徴とする現像装置。
6. 　請求項５の現像装置において、
   　上記現像剤滞留部にセットする現像剤のトナー濃度を、上記飽和トナー濃度の２０％以上にしたことを特徴とする現像装置。
7. 　トナーと磁性キャリアとを含む現像剤を担持するための現像剤担持体と、該現像剤担持体の内部に配置した磁界発生手段と、該現像剤担持体に担持した現像剤の量を規制する現像剤規制部材と、該現像剤規制部材で阻止された現像剤が滞留する現像剤滞留部を形成するように該現像剤担持体表面に対向配置された現像剤保持部材と、該現像剤滞留部に該現像剤担持体上の現像剤搬送方向の上流から隣接し、収容されているトナーが該現像剤担持体に担持されている現像剤や該現像剤滞留部の現像剤に接触するトナー補給用開口を有するトナー収容部とを備え、該トナー収容部内のトナーを該トナー補給用開口から該現像剤担持体に担持した現像剤に取り込むようにした現像装置において、
   　該現像剤滞留部にセットする現像剤中の磁性キャリアの量を、ＪＩＳ　Ｚ２５０４（金属粉の見掛密度試験方法）に基づいて測定した該磁性キャリアの見掛密度を用いて算出される、該現像剤滞留部を該磁性キャリアのみで充填させた場合の該磁性キャリアの量以下にしたことを特徴とする現像装置。
8. 　内部に磁界発生手段を配置した現像剤担持体上にトナーと磁性キャリアとを含む現像剤を担持して画像形成装置の像担持体と対向する現像領域に搬送し、該像担持体に形成された潜像を現像する現像装置において、
   　該現像剤担持体に担持して該現像領域に搬送する現像剤の量を規制する現像剤規制部材と、該現像剤規制部材に該現像剤担持体上の現像剤搬送方向の上流から隣接する現像剤滞留部を形成するように該現像剤担持体表面に対向配置された現像剤保持部材と、該現像剤滞留部に該現像剤搬送方向の上流から隣接し、該現像剤担持体に対向するトナー補給用開口を有するトナー収容部とを有し、
   　該トナー補給用開口を介してトナーが取り込まれる現像剤のトナー濃度が上限トナー濃度となった状態で、該現像剤滞留部内に空間を有することを特徴とする現像装置。
9. 　請求項８の現像装置において、
   　上記現像剤保持部材の上記トナー補給用開口側の一部を下方に延出させ、上記現像剤担持体に対して所定の間隙を持って対向させたことを特徴とする現像装置。
10. 　請求項８の現像装置において、
    　上記トナー補給用開口よりも上記現像剤担持体上の現像剤搬送方向上流側に位置する上記磁界発生手段の磁極を、該現像剤担持体上に形成する現像剤の磁気ブラシが該現像剤担持体の下方に位置するケーシングに圧接する程度の磁力を有するように構成したことを特徴とする現像装置。
11. 　内部に磁界発生手段を配置した現像剤担持体上にトナーと磁性キャリアとを含む現像剤を担持して画像形成装置の像担持体と対向する現像領域に搬送し、該像担持体に形成された潜像を現像するとともに、該現像剤担持体表面に接するように形成された現像剤収容部における現像剤の移動により、該現像剤収容部に該現像剤担持体上の現像剤搬送方向の上流から隣接するように設けたトナー収容部内のトナーを該現像剤に取り込む現像装置において、
    　次式で表されるキャリア被覆率Ｔｎが１００％以下になるように、該現像剤収容部における現像剤の上限トナー濃度を決定したことを特徴とする現像装置。
    

    

    ここで、Ｃはトナー濃度、ｒはトナーの半径、Ｒは磁性キャリアの半径、ρ_tはトナーの真比重、ρ_cは磁性キャリアの真比重である。
12. 　請求項１１の現像装置において、
    　上記上限トナー濃度を、上記現像剤収容部にセットする現像剤の磁性キャリア量によって設定することを特徴とする現像装置。
13. 　内部に磁界発生手段を配置した現像剤担持体上にトナーと磁性キャリアとを含む現像剤を担持して画像形成装置の像担持体と対向する現像領域に搬送し、該像担持体に形成された潜像を現像する現像装置において、
    　該像担持体に対して該現像剤担持体が進退移動可能になるように、該現像剤担持体を現像装置本体に取り付け、又は、該現像剤担持体を有する現像装置を画像形成装置本体に取り付け、
    該現像剤担持体上の現像剤層の厚さを均一にするための現像剤規制部材と、
    該現像剤規制部材で規制された該現像剤担持体上の現像剤層で該現像剤担持体と該像担持体との間隔が設定されるように、該現像剤担持体又は該現像装置を該像担持体側に付勢する付勢手段とを設けたことを特徴とする現像装置。
14. 　請求項１３の現像装置において、
    　請求項１１の式で表されるキャリア被覆率を６０乃至１００％に設定することを特徴とする現像装置。
15. 　請求項１１又は１４の現像装置において、
    　上記トナーとして磁性トナーを用いたことを特徴とする現像装置。

Images