JP2014115518A - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー担持体上に安定して均一なトナー層をコートすること。
【解決手段】非磁性のトナーと磁性キャリアを含む現像剤と、現像剤を収容する現像容器と、トナーを担持し静電潜像が形成される像担持体との間に形成される現像部へトナーを搬送するトナー担持体と、を有する現像装置において、前記トナー担持体の表層面は、最小の開口幅Ｒがｒ_ｔ１０以上、ｒ_ｃ１０以下（ｒ_ｔ１０：トナー粒度分布における累積個数分布が１０％の粒径、ｒ_ｃ１０：キャリア粒度分布における累積個数分布が１０％の粒径）、深さＤがｒ_ｔ１０／２以上の凹構造を複数有し、前記トナー担持体の少なくともトナー担持領域において、単位面積当たりに占める前記凹構造の割合が５５％以上であることを特徴とする。
【選択図】図９

Description

本発明は、電子写真方式を用いた複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置、及び、これに用いられる現像装置に関する。

電子写真方式に適用される乾式現像方式としては、トナーのみを用いる一成分現像方式と、トナーと磁性キャリアから成る現像剤を用いる二成分現像方式が知られている。

一成分現像方式は、磁性キャリアを含まないため、磁性キャリアから形成される磁気ブラシによって像担持体の静電潜像が乱されることがなく、高画質化に適している。しかし、一成分現像方式は、トナーに対し安定した帯電付与がし難く、画質の安定性に課題がある。また、磁性キャリアのようにトナーを搬送する媒体がないために、トナーに対し均一な搬送力を与えることが困難となり、トナーへの負荷が大きくなり易い。このため、トナー劣化による画質の安定性低下を引き起こし易い。一方、二成分現像方式は、画質に課題はあるが、トナーに対し帯電付与し易く、またトナーへの負荷も小さいために画質の安定性が高いという特徴がある。

両現像方式の課題を改善するために、二成分現像剤を担持する現像ローラーとトナー担持体間に搬送バイアスを印加し、トナー担持体上にトナー層をコートし、トナーにより像担持体の静電潜像を現像し画像形成を行うハイブリッド現像方式が知られている。

しかし、ハイブリッド現像方式により、長期に渡りトナー担持体上に安定してトナー層をコートすることは困難であることが知られている。それは次の理由による。

ハイブリッド現像方式は、搬送バイアスにより発生する、現像ローラーとトナー担持体間の電位差ΔＶを埋めるように、所定の電荷量（Ｑ／Ｓ）を有すトナーがトナー担持体上にコートされる。

ΔＶ ∝ Ｑ／Ｓ＝Ｍ／Ｓ×Ｑ／Ｍ
つまり、ハイブリッド現像方式は、電位差（ΔＶ）及びトナーの電荷量（Ｑ／Ｍ）からコート量（Ｍ／Ｓ）が決定される。このため、トナーの帯電量が変化した際、その帯電量の変化に伴い、コート量が変動してしまう。

上記課題に対して、次のような技術がある。まず、トナー担持体上にトナー層をコートする際に、トナー層厚検知手段を用いてトナー担持体上のトナー層厚を測定する。そして、このトナー層厚に基づいてトナー担持体と現像ローラー間の搬送バイアスやトナー担持体、現像ローラーの回転数を変化し、トナー担持体上のトナー層厚を所定の層厚に制御する（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、この方式ではトナー層厚検知手段として、トナー濃度センサまたは表面電位センサを用いており、装置の大型化やコストの増加を招いてしまう。また、検知手段を用いて制御した場合においても、搬送バイアスや担持体の回転数を変化させると、下流におけるトナー担持体と像担持体間の現像条件も同時に制御する必要がある。このために、制御が複雑になり、結果的に像担持体上のトナー量を安定化する本来の目的を達成することが困難になる等の問題があった。

そこで、安定したトナー層をコートする現像方式が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この方式は、非磁性トナーと磁性キャリアから成る二成分現像剤を使用し、磁性キャリアを磁場によって規制して現像容器内に拘束しておくことにより、トナー担持体上にトナー層をコートすることができる。

また、回転可能な現像剤規制部材を用いることにより、キャリアによるトナーへの電荷付与が安定し、出力画像の濃度低下やトナー飛散を生じることなく、トナー担持体上にトナー層をコートする技術がある（例えば、特許文献３参照）。

この現像方式を用いた現像装置の一例を、図２６を用いて説明する。図２６は従来の現像装置を示す概略構成図である。

本例の現像装置１２０は、トナーと磁性キャリアから成る現像剤を収容する現像容器１２１を備える。像担持体１０１に対向する位置に形成される現像容器１２１の開口部には、図中矢印方向に回転自在な現像ローラー１４２と、上方に現像ローラー１４２と一定の距離の間隙をもって現像剤規制部材としての規制スリーブ１４３が配置される。

規制スリーブ１４３は、非磁性部材にて作製され、現像ローラー１４２の回転方向と同方向に回転自在に担持されており、この規制スリーブ１４３内には永久磁石１４４が固定配置されている。

更に、現像容器１２１内には、図中矢印方向に回転し現像容器１２１内の現像剤の撹拌及び現像ローラー１４２への現像剤を供給する搬送部材１２６が設けられている。

現像装置１２０における現像ローラー１４２上へのトナー層コートについて説明する。現像容器１２１内の現像剤は、搬送部材１２６によって撹拌されるとともに、現像ローラー１４２上へ供給される。供給される現像剤は、規制スリーブ１４３内の永久磁石１４４の磁力を受け、磁化された現像ローラー１４２上に担持、搬送され、現像剤規制領域（Ｇ）において規制を受ける。現像剤規制領域（Ｇ）の詳細を図２６（ｂ）に示す。図２６（ｂ）は図２６（ａ）における現像剤規制領域（Ｇ）の拡大図である。

現像剤規制領域（Ｇ）における磁場によって拘束される現像剤中の磁性キャリアは、規制スリーブ１４３内の永久磁石１４４の磁力によって束縛を受ける。規制スリーブ１４３は図に示される矢印方向に回転しているため、その回転に伴い磁性キャリアは現像容器１２１内へ戻される方向（Ａ）の搬送力を受けることになる。従って、磁性キャリアは現像剤規制領域（Ｇ）で束縛を受けつつも、規制スリーブ１４３からの搬送力によって、順次、現像容器１２１内へ戻される。このため、磁性キャリアが像担持体１０１と対向した現像部へと漏出することなく現像容器内を図中の矢印で示されるように循環する。

一方、現像剤規制領域（Ｇ）における現像剤中の非磁性トナーは、現像剤規制領域（Ｇ）での磁場による拘束を受けることがない。また、非磁性トナーには、磁性キャリア及び現像ローラー１４２表面との摩擦帯電により付与された電荷によって現像ローラー１４２からの鏡映力が作用する。従って、非磁性トナーは現像ローラー１４２の回転に伴い、現像ローラー１４２の回転方向（Ｂ）への搬送力を受けることになり、現像剤規制領域（Ｇ）内の現像剤の間を通過して、現像ローラー１４２上にコートされる。

以上のように、磁性キャリアが漏出することなく、十分な電荷を付与される非磁性トナーのみを現像ローラー１４２上にコートすることができる。

特許文献２、特許文献３に記載される現像方式は、トナー担持体と物理的に接触可能なトナーをコートする構成のために、ハイブリッド現像方式のように、トナーの電荷量（Ｑ／Ｍ）の変動により、コート量が急激に変動することがない。具体的には、例えばトナーの電荷量が低下したとき、ハイブリッド現像方式では、コート量が増加してしまうのに対し、特許文献２、特許文献３に記載される現像方式は、コート量の増加を抑えることができる。すなわち、これらの現像方式を用いれば、トナーの帯電量の変動によるコート量の変動が抑えられることから、画像濃度の変動を抑えることができる。

特開２００９−００８８３４ 特開昭６０−０４２７７６ 特開平１０−１９８１６１

しかしながら、前記方式は高さ方向であるトナー層厚の変動を抑えることはできるが、平面内のトナーコートの配置位置は均一ではなく、ムラがあることがわかった。この場合、現像ローラーの回転方向にほぼ平行に、トナーがコートされない領域が存在し、現像ローラー表層面内のトナー層にムラができる。

現像ローラー上に均一なトナー層をコートできない課題は、画像不良に直結する。特にトナー層が薄層の場合に顕著となる。

トナー層が多層で構成されている場合は、トナー担持体上のトナー層が多少不均一であっても、交流バイアスを印加することにより、像担持体上のトナー像は均され、画像不良として認識され難い。

一方、トナー層がほぼ単層で構成されている場合は、前記効果により画像不良を防止することができない。なぜなら、例え均すことができても、絶対的なトナー量が足りないために、紙上をトナーで被覆しきれない部分が生じ、許容される濃度や濃度ムラに未達となり、明らかな画像不良として認識されてしまう。

前記課題の原因は、下記メカニズムによる。図２７を用いてメカニズムを説明する。図２７は、従来の課題のメカニズムを説明する図である。図２７（ａ）によって、現像剤規制領域（Ｇ）において、現像ローラー上にコートされたトナー層と、規制スリーブにより現像容器内に戻される磁気ブラシを模式的に示す。

ここで、実際には現像剤規制領域（Ｇ）には、現像ローラーにより搬送される磁気ブラシや規制スリーブにより現像容器内に戻される磁気ブラシが大量に存在するが、図では省略している。

図２７（ａ）のように、現像ローラー上にコートされたトナー層は現像剤規制領域（Ｇ）を通過する際に、規制スリーブにより搬送される磁気ブラシにより乱される。また、現像ローラー表層に対して均一にトナーを接触させるためには、現像ローラー表層の移動速度と、現像ローラー上における現像剤の搬送速度に十分な相対差を付けることが必要である。現像ローラー表層と磁性キャリアに被覆されるトナーとの接触頻度を十分に確保するためである。

このため、コートされたトナー層は、規制スリーブにより搬送される磁気ブラシ以外にも、現像ローラーにより搬送され、前記トナー層を追い抜く後続の磁気ブラシによっても乱されてしまう。図２７（ｂ）は現像ローラー上にコートされたトナーが磁気ブラシによって乱される様子を模式的に示した図である。

図２７（ｂ）に示すように、磁気ブラシと現像ローラー上にコートされたトナーが衝突すると、前記トナーは現像ローラー上で移動や回転をすることにより、現像ローラーとの付着力（鏡映力）が低減する。

このとき、磁気ブラシにおける先端の磁性キャリアは、下流において現像ローラー上にトナーをコートしているために、消費したトナーの電荷分だけ逆極性に帯電している。このため、現像ローラー上にコートされたトナーは現像剤規制領域（Ｇ）を通過する間に、磁性キャリアによりかきとられてしまう。

前記理由により、磁気ブラシの移動方向、つまり主には現像ローラーや規制スリーブの回転方向と平行に磁性キャリアによるかきとり跡が生じ、均一なトナー層をコートできない。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、トナー担持体の表層面に対して二成分現像剤を接触させて、トナー層をコートする構成において、トナー担持体上に安定して均一なトナー層をコートすることである。

上記目的を達成するための本発明の代表的な構成は、
非磁性のトナーと磁性キャリアを含む現像剤と、現像剤を収容する現像容器と、トナーを担持し静電潜像が形成される像担持体との間に形成される現像部へトナーを搬送するトナー担持体と、を有する現像装置において、
前記トナー担持体の表層面は、
最小の開口幅Ｒがｒ_ｔ１０以上、ｒ_ｃ１０以下（ｒ_ｔ１０：トナー粒度分布における累積個数分布が１０％の粒径、ｒ_ｃ１０：キャリア粒度分布における累積個数分布が１０％の粒径）、深さＤがｒ_ｔ１０／２以上の凹構造を複数有し、
前記トナー担持体の少なくともトナー担持領域において、単位面積当たりに占める前記凹構造の割合が５５％以上であることを特徴とする。

上記構成により、トナー担持体の表層面に対して二成分現像剤を接触させて、トナー層をコートする構成において、トナー担持体上に安定して均一なトナー層をコートすることができる。

電子写真方式を用いた画像形成装置を示す図。 第１実施形態の現像装置を示す概略構成図。 第１実施形態のトナー搬送部材の表層面の模式図。 磁性キャリア表面電位と、基盤上に付着したトナーのコート量との関係を示すグラフ。 基盤に接触するトナーに作用する主な力を示す模式図及びトナーの付着力と鏡映力とを示す数式を示す図。 磁性キャリアから脱離してトナー搬送部材に付着したトナーが搬送される様子を示す模式図。 トナー搬送部材上の凹構造の形成方法の概略図。 トナー搬送部材上の凹構造の測定で用いる２種類のカンチレバーの先端（探針）形状の模式図。 開口部の凹構造の測定及び画像処理を行った結果を示す図。 コート比較に関する説明図。 コート比較に関する説明図。 コート比較に関する説明図。 トナー搬送部材上の凹構造粒度分布の測定方法に用いる数式を示す図。 トナー搬送部材表層面における累積頻度分布関数とその積分値を示すグラフ及びコート量の変動率と色差ΔＥの関係を示すグラフ。 トナー搬送部材表層面におけるＳ_Ｄｎ／Ｓ_Ｔｎの個数頻度分布及び累積頻度分布を示すグラフ。 各トナー搬送部材における∫Ｇ（ｘ）ｄｘと濃度評価結果、及び変動率Δ∫Ｇ（ｘ）ｄｘと均一性評価結果を示す図表。 トナー担持体の構造を示す図。 累積頻度分布について具体的な積分方法を示すグラフ。 ∫Ｇ（ｘ）、Δ（∫Ｇ（ｘ）ｄｘ）の算出方法に用いる数式を示す図。 第２実施形態のトナー搬送部材上の凹構造を示す図。 第２実施形態のトナー搬送部材上の凹構造を示す図。 第２実施形態の説明において用いる数式を示す図。 第３実施形態の現像装置を示す概略構成図。 第４実施形態の現像装置を示す概略構成図。 第５実施形態の現像装置を示す概略構成図。 従来の現像装置を示す概略構成図。 従来の課題のメカニズムを説明する図。

以下、本発明を実施するに係る現像装置の形態を、図面に則して詳しく説明する。本発明は、例えば図１に示されるような電子写真方式を用いた画像形成装置に具現化されるものとして説明する。ここで、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その他の相対配置などは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。図１は電子写真方式を用いた画像形成装置を示す図である。

図１に示す、電子写真方式を用いた画像形成装置は、静電潜像を保持する像担持体として導電基板上に光導電層を塗布して構成されるドラム状の感光体１（電子写真感光体）を回転自在に設ける。そして、感光体１を帯電器２で一様に帯電し、次に例えばレーザーのような発光素子３によって情報信号を露光して静電潜像を形成する。その後前記静電潜像を現像装置２０で可視化する。次に、転写帯電器４で転写材５へ転写し、更に定着装置６によりトナー画像を転写材５に定着する。また、感光体１上の転写残トナーはクリーニング装置７によってクリーニングされる。

〔第１実施形態〕
図２は第１実施形態の現像装置を示す概略構成図である。本実施形態における現像装置２０は、感光体１に対向して配置され、現像容器２１の開口部にトナー担持体２２が配設されている。トナー担持体２２はトナーを現像部へ搬送するトナー搬送部材２２Ａとその内部に固定配置される複数の永久磁石２２Ｂから成る。

トナー搬送部材２２Ａは、弾性または可撓性を有する部材で形成され感光体１に接触するように配され、その接触する現像部において現像が行われる。また、トナー搬送部材２２Ａは感光体１の回転方向に対して、対向部で同方向に移動するように回転可能に設けられ、且つ両速度は略同等になるように設定している。

図３は第１実施形態のトナー搬送部材の表層面の模式図である。

図３（ａ）に示す通り、トナー搬送部材の少なくともトナー搬送領域における表層面はハニカムの凹構造を有する。隣接する３つの開口部Φｍ、Φｍ＋１、Φｍ＋２の重心を結んでできる三角形Ｔｎの一辺、つまり周期λは７．５μｍ、開口部の開口幅であるｒは６．５μｍ、開口部の一辺の長さａは４．３μｍであった。また、図３（ｂ）のトナー搬送部材２２Ａの表層断面の模式図の通り、弾性層の上部には矩形形状の凹構造を複数備えている。深さｄは３．５μｍであった。凹構造の測定方法は後述する。尚、本発明におけるトナー搬送領域とは、トナー搬送部材の長手方向において、少なくとも感光体の最大画像形成領域に対応する領域である。

トナー搬送部材２２Ａは、金属材料を基層２２ａとする円筒状の部材に、弾性層２２ｂを被覆した構造の部材で形成されている。

基層２２ａは、導電性と剛性のある素材なら何でもよく、ＳＵＳ、鉄、アルミなどで形成できる。

弾性層２２ｂは、適度な弾性を有するシリコーンゴム、アクリルゴム、二トリルゴム、ウレタンゴム、エチレンプロピレンゴム、イソプロピレンゴム、スチレンブタジエンゴムなどのゴム材料を基材とする。この基材に、カーボンブラック、酸化チタン、金属微粒子などの導電性微粒子を添加して導電性を付与する。また、弾性層２２ｂの表層面には、熱ナノインプリントにより、複数の凹構造が形成されている。

なお、本実施形態では弾性層２２ｂに直接凹構造を形成したが、弾性層２２ｂ上に導電性微粒子を添加した光硬化性もしくは熱可塑性の樹脂を塗布し、前記樹脂に光ナノインプリントもしくは熱ナノインプリントにより凹構造を形成しても構わない。また、ナノインプリント以外にもレーザーエッチングなどの方法でも形成可能である。凹構造の形成方法は後述する。

図２に示すように、現像容器２１は非磁性トナー及び磁性キャリアを含む現像剤を収容し、現像容器２１の内部には容器内の現像剤をトナー搬送部材２２Ａ方向に供給するための撹拌供給部材２６が配設される。

更にトナー搬送部材２２Ａにごく近接して現像剤回収部材２４が配設される。図２に示すように、現像剤回収部材２４は、トナー搬送部材２２Ａの移動方向に対して、現像部より上流に配設される。また、撹拌供給部材２６により現像剤を供給する供給部より下流の位置に配設される。そして、トナー搬送部材２２Ａの内部に配された永久磁石２２Ｂと、前記現像剤回収部材２４の内部に配された永久磁石２４Ｂとが協働して磁場を形成する。

現像剤回収部材２４は、回転可能な現像剤搬送部材２４Ａとその内部に固定配置される複数の永久磁石２４Ｂから成る。

現像剤搬送部材２４Ａは、円筒状の非磁性金属材料で形成され、トナー搬送部材２２Ａの回転方向のａ方向と同方向のｂ方向に回転可能に設けられていると共に、両者は非接触かつ２ｍｍ以下に離間して配置される。

トナー搬送部材２２Ａ内の永久磁石２２Ｂは、それぞれ２個ずつ交互に配設されたＮ極とＳ極を有している。一方、現像剤搬送部材２４Ａ内の永久磁石２４Ｂは、２個のＮ極と１個のＳ極を有している。

このとき、図２に示すように、両者の対向部分の磁極が異極となるように、トナー搬送部材２２Ａ内の永久磁石２２Ｂの磁極Ｎ２１と現像剤搬送部材２４Ａ内の永久磁石２４Ｂの磁極Ｓ４１とが対向するように配置する。更に現像剤搬送部材２４Ａの磁極Ｓ４１の回転方向下流側にＮ極を並べて配置する。

前記の磁極Ｎ２１及び磁極Ｓ４１の大きさは、磁極Ｓ４１の幅が磁極Ｎ２１の幅よりも狭くなるように設定される。これにより、磁極Ｓ４１と磁極Ｎ２１との間で形成される磁場の磁束密度がトナー搬送部材２２Ａから現像剤搬送部材２４Ａ側にいくほど高くなるように変化する。

図２に示す現像装置において、トナー搬送部材２２Ａから現像剤搬送部材２４Ａ側にいくほど磁束密度が高くなっている。このため、トナー搬送部材２２Ａと現像剤搬送部材２４Ａとの間に存在する磁性キャリアにはトナー搬送部材２２Ａから現像剤搬送部材２４Ａ側への磁気力が働く。この結果、磁極Ｎ２１から磁極Ｓ４１間の磁界に沿って磁性キャリアのブラシが形成される。

また、現像剤搬送部材２４Ａがトナー搬送部材２２Ａの回転方向のａ方向と同方向のｂ方向に回転する。このため、現像剤搬送部材２４Ａ表面に磁気力によって保持された磁性キャリアには、前記の磁界による力と現像剤搬送部材２４Ａ表面との摩擦力により、現像剤搬送部材２４Ａから現像容器２１内部方向に向かう搬送力が加わる。

現像剤搬送部材２４Ａ表面の磁性キャリアは、永久磁石２４ＢのＮ極が並んだ位置付近において現像容器２１に一端を保持されたスクレーパー２７によりかき落とされ、現像容器２１内に戻される。現像容器２１内に戻された磁性キャリアは、撹拌供給部材２６により非磁性トナーと撹拌される。その後、再度、トナー搬送部材２２Ａ表面に搬送され、磁極Ｎ２１と磁極Ｓ４１の対向位置まで搬送される。即ち、磁性キャリアの循環経路は図中における矢印ｃに示すようになる。

一方、非磁性トナーは、磁性キャリアに被覆され、トナー搬送部材２２Ａ上を搬送される過程において、トナー搬送部材２２Ａと接触する。このとき、トナーはトナー搬送部材２２Ａの凹構造と多点接触し、凹構造内にコートされる。前記のようにトナーが多点接触する場合は、平面と点接触する場合に比べて、小さな静電的付着力でコートすることができる。つまり、平面に比べて凹構造内にコートされるトナー量は、トナー電荷量の変動に対して安定する。接触したトナーのトナー搬送部材２２Ａへの付着し易さは、トナー、磁性キャリアとトナー搬送部材の表層面の帯電系列が影響する。

図４は、磁性キャリア表面電位と、基盤上に付着したトナーのコート量との関係を示すグラフである。具体的には、トナー搬送部材の表層面と同じ材料を塗布した基盤に対して磁性キャリアのみを接触させ、摩擦帯電した直後の表面電位（ΔＶ）を横軸にとっている。また、基盤に対し磁性キャリアを含む二成分現像剤を接触させ、摩擦帯電した際に基盤上に付着したトナーのコート量を縦軸にとっている。

このとき、トナーはネガ付与性の磁性キャリアとの摩擦により、ネガ帯電している。図のように、磁性キャリアに比べてポジ帯電性（ΔＶ＞０）を示す基盤はトナーが付着し易い。一方、磁性キャリアに比べてネガ帯電性（ΔＶ＜０）を示す基盤はトナーが付着し難い。

この理由は次のように考えられる。図５は基盤に接触するトナーに作用する主な力を示す模式図及びトナーの付着力と鏡映力とを示す数式を示す図である。

図５（ａ）に示すように、トナーには磁性キャリアや基盤との摩擦帯電によりそれぞれ電荷が発生し、図中矢印方向に静電的な付着力Ｆ、鏡映力Ｆｍが作用する。トナーが磁性キャリアから脱離し、基盤に付着するためには、鏡映力Ｆｍが付着力Ｆよりも大きい必要がある。

力の関係を見積もるために、トナーが磁性キャリアや基盤との摩擦帯電により発生する電荷をそれぞれｑ_Ａ、ｑ_Ｂの点電荷と仮定すると、付着力Ｆ及び鏡映力Ｆｍは図５（ｂ）に示す数式の通りである。

図５（ｂ）で、α、βは定数、ａ、ｂは点電荷間の距離でありトナー径であるｒに対して十分小さいと仮定した。鏡映力Ｆｍが付着力Ｆよりも大きくなるためには、トナーと磁性キャリアとの摩擦帯電により発生する電荷ｑ_Ａ に対し、トナーと基盤との摩擦帯電により発生する電荷ｑ_Ｂ の方が大きい必要がある。これは、磁性キャリアに比べて基盤の方が、電荷付与性が高い必要があることを意味する。

トナー搬送部材２２Ａの表層面と、トナーと、磁性キャリアの帯電系列が、トナーとトナー搬送部材２２Ａ表層面との間に磁性キャリアが入るように並ぶ。すると、トナーは磁性キャリアに比べてトナー搬送部材２２Ａとの帯電性が勝り、トナーがトナー搬送部材２２Ａと接触した際に、磁性キャリアから脱離してトナー搬送部材２２Ａにより付着し易くなる。

図６は磁性キャリアから脱離してトナー搬送部材に付着したトナーが搬送される様子を示す模式図である。トナー搬送部材２２Ａ上の凹構造に付着するトナーは、磁気ブラシが通過しても、磁性キャリアが進入できない凹構造内に固定される。これにより、移動や回転することが抑えられ、磁性キャリアによるかきとりを抑制することができる。

磁性キャリアは、トナー搬送部材２２Ａと現像剤搬送部材２４Ａの対向位置から現像容器２１内に戻される。このため、トナー搬送部材２２Ａには凹構構造内に付着したトナーが均一にコートされ、トナー搬送部材２２Ａと感光体１とが接する現像部へ搬送することができる。

トナー搬送部材２２Ａと感光体１の間には、電界印加部２８によって、現像バイアス電圧が印加されている。また、トナー担持体２２と現像剤回収部材２４の芯金が等電位になるように、電気的に接続されている。現像部へ搬送されるトナーは、現像バイアス電圧により、現像が行われる。

（凹構造の形成方法）
本実施形態で用いたトナー搬送部材２２Ａ上の凹構造は、熱ナノインプリント法により形成した。図７はトナー搬送部材上の凹構造の形成方法の概略図である。

図７に示すように、ハロゲンヒーターを内包した転写用ローラー上に、所望の凹構造とは逆の構造である凸構造を有したフィルムモールドを固定し、トナー搬送部材に接触、加圧する。転写用ローラーとトナー搬送部材をゆっくり回転させながら、ハロゲンヒーターにより、ガラス転移温度から融点の範囲内に加熱し、凹構造を形成する。この方法以外にも、凹構造を形成することができる。例えば、光ナノインプリント法により、トナー搬送部材上に光硬化樹脂を塗布し、その上からモールドを接触させ、上方からＵＶ光を照射し、トナー搬送部材上に凹構造を形成することができる。また、トナー搬送部材を回転しながら、レーザーを走査しエッジングを行うレーザーエッジング法でも形成可能である。

（凹構造の測定方法）
トナー搬送部材表層面の凹構造の測定はＡＦＭ（Atomic Force Microscope）を用い、測定装置の操作マニュアルに従い測定を行う。このとき、サンプリングはトナー担持体の表層面をカッターやレーザーなどにより切り取り、平滑なシート状に作成した。

図８はトナー搬送部材上の凹構造の測定で用いる２種類のカンチレバーの先端（探針）形状の模式図である。探針（Ａ）は先端がトナー粒径ｒ_ｔ１０を有した半球状の探針であり、探針（Ｂ）は、先端がキャリア粒径ｒ_ｃ５０を有した半球状の探針である。

具体的な測定方法を説明する。はじめに、探針（Ｂ）を用いて、トナー搬送部材表層面の形状（ｘ、ｙ、ｚ_Ｂ）を計測する。この形状は、キャリア粒径ｒ_ｃ５０の磁性キャリアが接触できるトナー搬送部材表層面の形状を表わし、基準面となる。続いて同じ位置に対して、探針（Ａ）を用いて同様に形状（ｘ、ｙ、ｚ_Ａ）を計測する。

この形状は、トナー粒径ｒ_ｔ１０のトナーが接触できるトナー搬送部材表層面の形状を表わす。計測される形状の高さ方向の差分（｜ｚ_Ｂ−ｚ_Ａ｜）、つまり基準面からの深さＤを計測し、Ｄ＝｜ｚ_Ｂ−ｚ_Ａ｜≧ｒ_ｔ１０／２ となる座標（ｘ、ｙ）を抽出する。探針の形状を考慮して、抽出した座標に対して、座標を中心とした直径がｒ_ｔ１０の円をそれぞれ適用し、画像処理を行う。

図９は開口部の凹構造の測定及び画像処理を行った結果を示す図である。まず、図９（ａ）では、開口部Φｍに対して凹構造の測定及び画像処理を行った結果を示す。抽出される座標群Ψｍに対して、それぞれの座標を中心とした直径がｒ_ｔ１０の円を重ね合わせた開口部Φｍが得られる。また、Φｍに入る円の最大径、つまり、Φｍの最小の開口幅Ｒが得られる。測定によって得られたＲは、６．５μｍであった。

図９（ｂ）では、隣接する３つの開口部φｍ、φｍ＋１、φｍ＋２に対して凹構造の測定及び画像処理を行った結果を示す。画像処理によって得られた開口部Φｍ、Φｍ＋１、Φｍ＋２、各開口部の重心を結んで作られる三角形Ｔｎ、開口部Φｍ、Φｍ＋１、Φｍ＋２と三角形Ｔｎの重なる領域をＤｎとする。

画像処理ソフトを用いて、三角形Ｔｎの面積Ｓ_Ｔｎと、領域Ｄｎの面積Ｓ_Ｄｎ、及び面積比ｘ（＝Ｓ_Ｄｎ／Ｓ_Ｔｎ）が得られる。測定によって得られたＳ_Ｔｎは２．４×１０^−１１ｍ^２、Ｓ_Ｄｎ／Ｓ_Ｔｎは、９．９×１０^−１ であった。

なお、本発明における凹構造とは、測定及び画像処理によって得られる開口部Φｍを有する凹構造である。つまり、探針（Ａ）が進入できない周期の短い構造や、探針（Ｂ）が進入できる周期の長い構造に関しては、本発明の課題には影響せず、トナー搬送部材表層面に前記構造が含まれていても構わない。また、実際は微小な領域で一部破損したような不完全な凹構造でもあっても、測定によって凹構造と判断されれば、本発明における凹構造とみなす。

次に、コート比較に関する説明を図を用いて説明する。図１０、図１１、図１２はコート比較に関する説明図である。

（帯電系列によるコート比較）
磁性キャリアのコート材を調整することによって、帯電性を可変した３種の磁性キャリア（Ａ、Ｂ、Ｃ）を用意した。トナー搬送部材表層面はキャリアＡに対してポジ帯電し、キャリアＢに対してほぼ帯電せず、キャリアＣに対してネガ帯電する。帯電系列の測定方法は後述する。また、それぞれのキャリアに摩擦帯電することによって、ポジ極性、ネガ極性に帯電するトナーを準備した。

図１０（ａ）にキャリアを変えてトナー搬送部材上のコートを評価した結果を示す。具体的には、現像剤、トナー搬送部材を用いて、現像構成によりトナー搬送部材上のコートを評価した結果である。

なお、コート評価は、マイクロスコープにより、コート後のトナー搬送部材上の任意の位置の１００個の凹構造を観察し、凹構造の開口部の８０％以上がトナーによりコートされるまでに要する時間ｔを計測し、以下の評価基準、
×：１ｓ＜ｔ、○：ｔ≦１ｓ（１ｓはトナー担持体が１回転するのに要する時間）
により決定した。

（帯電系列の測定方法）
現像容器２１内に磁性キャリアのみを入れて、１分程度通常の現像動作を行う。このとき、電界印加手段は取り外し、トナー担持体２２と現像剤回収部材２４は電気的にフロートの状態とする。磁極Ｎ２１と磁極Ｓ４１の対向部より下流側、つまり磁性キャリアが担持されていないトナー搬送部材に対向するように、表面電位計のプローブを設置し、表面電位を測定する。

現像動作前後の電位差（動作後電位−動作前電位）を計測し、電位差がプラスであればトナー搬送部材は磁性キャリアに比べて帯電系列上ポジ側、マイナスであればネガ側と判断することができる。

一方、上記磁性キャリアとトナーの摩擦帯電により、トナーが磁性キャリアに比べて帯電系列上ポジ側、ネガ側かを判断できるため、３者の相対的な帯電系列を決定することができる。

図１０（ａ）より、短い時間内（１ｓ以下）にコートできる条件は、トナー担持体２２の表層面と、トナーと、磁性キャリアの帯電系列が、トナーとトナー担持体２２の表層面との間に磁性キャリアが入るように並ぶ場合であった。前記条件においては、磁性キャリアと静電的に付着するトナーが、トナー担持体の表層面に接触した際に、磁性キャリアから離脱しトナー担持体２２上に付着し易くなる。このため、現像剤とトナー担持体２２の表層面との接触頻度を過度に上げることなく、均一なトナー層をコートすることができる。

（コート比較）
キャリアＡ、キャリアＡに対してネガ帯電するトナーＴＡ、キャリアＡに対してポジ帯電するトナー搬送部材を用意した。トナー搬送部材は、表層面のハニカム構造の開口幅ｒと深さｄを可変したものを複数本用意した。

図１０（ｂ）は使用したトナーＴＡの粒度分布を測定した結果を示すグラフである。図１０（ｃ）は使用したキャリアＡの粒度分布を測定した結果を示すグラフである。粒度分布の測定方法は後述する。トナー粒度分布における累積個数分布が１０％のトナー粒径ｒ_ｔ１０は４．０μｍ。同様に、キャリア粒度分布における累積個数分布が１０％のキャリア粒径ｒ_ｃ１０は３０μｍであった。なお、現像剤中のトナー濃度比（ＴＤ比）は、１２％であった。

図１１（ａ）はトナー搬送部材上のコートを評価した結果を示す図表である。

キャリアＡ、キャリアＡに対してネガ帯電するトナーＴＢ、キャリアＡに対してポジ帯電するトナー搬送部材を用意して同様の検討を行った。図１１（ｂ）はトナーＴＢの粒度分布を測定した結果を示すグラフである。トナー粒径ｒ_ｔ１０は３．０μｍ、キャリア粒径ｒ_ｃ１０は３０μｍであった。図１１（ｃ）はトナー搬送部材上のコートを評価した結果を示す図表である。

同様に、キャリアＣ、キャリアＣに対してポジ帯電するトナーＴＣを用いて、トナー搬送部材上のコート評価を行った。

図１２（ａ）は使用したトナーＴＣの粒度分布を測定した結果を示すグラフである。図１２（ｂ）は使用したキャリアＣの粒度分布を測定した結果を示すグラフである。トナー粒径ｒ_ｔ１０は３．０μｍ、キャリア粒径ｒ_ｃ１０は１５μｍであった。なお、現像剤中のトナー濃度比（ＴＤ比）は、キャリア表面積を考慮して、キャリアＡと同程度のトナーが被覆するように１８％に調整した。図１２（ｃ）はトナー搬送部材上のコートを評価した結果を示す図表である。

両現像剤ともに、コート評価が許容レベルを満たすためには、開口幅Ｒがトナー粒径ｒ_ｔ１０以上、キャリア粒径ｒ_ｃ１０以下、且つ深さＤがｒ_ｔ１０／２以上である必要がある。開口幅Ｒがトナー粒径ｒ_ｔ１０より小さいと、凹構造にコートできるトナーが極端に限られてしまい、コートできない凹構造が多くなってしまう。

一方、開口幅Ｒがキャリア粒径ｒ_ｃ１０より大きいと、凹構造に進入できる磁性キャリアが多くなり、磁性キャリアによるかきとりが顕著になり、コートできない凹構造が多くなってしまう。累積個数分布が１０％より小さい磁性キャリアによる影響が限定的である理由は、小粒径により磁化量が低く、磁気穂先端に配置される確率が低いことが考えられる。

また磁化量の低い磁性キャリアが凹構造にコートされたトナーと衝突した際に、トナーを回転させるための偶力を与え難いためと考えられる。一方、深さＤがｒ_ｔ１０／２より小さいと、磁性キャリアが凹構造にコートされたトナーと衝突した際に、凹構造にコートされたトナーに偶力が働き、凹構造内でトナーが回転し易くなると考えられる。このため、トナー搬送部材との鏡映力が減少し、磁性キャリアによるかきとりが顕著になると考えられる。

以上のように、凹構造内にトナーがコートされ、且つ磁性キャリアによるかきとりを抑制するためには、トナー搬送部材表層面は、最小の開口幅Ｒがｒ_ｔ１０以上、ｒ_ｃ１０以下、深さＤがｒ_ｔ１０／２以上の凹構造を複数有す必要がある。

また、トナー搬送部材表層面と、トナーと、磁性キャリアの帯電系列が、トナーとトナー搬送部材表層面との間に磁性キャリアが入るように設定する。これにより、現像剤とトナー担持体の表層面との接触頻度を過度に上げることなく、均一なトナー層をコートすることができる。

（粒度分布の測定方法）
トナーの粒度分布はコールターマルチサイザーを用い、測定装置の操作マニュアルに従い測定を行う。具体的には、電解液１００ｍｌ（ＩＳＯＴＯＮ）に、分散剤として界面活性剤を０．１ｇ加え、さらに測定試料（トナー）を５ｍｇ加える。試料を懸濁した電解液を超音波分散器で約２分間分散処理して測定サンプルとする。アパーチャーは１００μｍのアパーチャーとし、試料の個数を、チャンネルごとに測定して、試料の個数分布を算出する。

磁性キャリアの粒度分布はレーザー回折式粒度分布測定器を用い、測定装置の操作マニュアルに従い測定を行う。具体的には、磁性キャリア０．１ｇを装置に導入し測定を行い、試料の個数を、チャンネルごとに測定して、試料の個数分布を算出する。

次に、数式を挙げて説明する。図１３はトナー搬送部材上の凹構造の測定方法に用いる数式を示す図である。

トナー搬送部材上に必要なトナー量を均一にコートするためには、トナー搬送部材上の凹構造の配置は限定される。図９（ｂ）で示すトナー搬送部材上の隣接する３つの凹構造から成る三角形Ｔｎにおけるコート量（ｍ／ｓ）は、トナー総重量ｍが領域Ｄｎに比例することを考慮すると、図１３（ａ）の式で示すことができる。

つまり、トナー搬送部材上に必要なトナー量を均一にコートするためには、トナー搬送部材上の（Ｓ_Ｄｎ／Ｓ_Ｔｎ）の分布を適正化する必要がある。

図１４はトナー搬送部材表層面における累積頻度分布関数とその積分値を示すグラフ及びコート量の変動率と色差ΔＥの関係を示すグラフである。まず、図１４（ａ）はトナー搬送部材表層面における累積頻度分布関数とその積分値を示す。具体的には、トナー搬送部材表層面におけるｘ（＝Ｓ_Ｄｎ／Ｓ_Ｔｎ）の累積頻度分布関数Ｇ（ｘ）と、その積分値∫Ｇ（ｘ）ｄｘを示すものである。積分値∫Ｇ（ｘ）ｄｘは、微視的なコート量（ｍ／ｓ）の足し合わせのため、測定領域における巨視的なコート量、つまり画像濃度（反射濃度Ｄｒ）に比例する。つまり、図１３（ｂ）の式で示すことができる。

ここで、凹構造の理想的な配置間隔とは、凹構造内にコートされるトナーが紙上に転写され、定着後に凹構造の配置間隔に対して、隙間なくトナー同士が接着し、紙上をトナー像で覆うことができる程度である。

具体的には、図９（ｂ）で示すトナー搬送部材上の隣接する３つの凹構造から成る三角形Ｔｎにおいて、領域Ｄｎにコートされるトナーの総体積が、三角形Ｔｎの面積Ｓ_Ｔｎと定着後のトナー層厚ｄ_ｔの積で決定される三角柱の体積以上である。つまり、図１３（ｃ）に示すとおりである。

凹構造におけるトナー載り量κは、ほぼ最密に充填されるために、図１３（ｄ）の式で近似することができる。

また、定着後のトナー層厚ｄ_ｔは、一般的な定着条件で、トナー粒径ｒ_ｔの１／３程度までつぶすことができることから、図１３（ｄ）の式は図１３（ｅ）の式で近似することができる。

図１３（ｅ）の式を満たせば、微視的な領域（三角形Ｔｎ）において、隣接する３つの凹構造にコートされるトナーにより隙間なく定着することができる。言い換えれば、現像スリーブの少なくともトナー担持領域において、単位面積当たりに占める凹構造の割合が平均して５５％以上あれば、トナーにより隙間なく定着することが可能となる。ここで、凹構造とは、最小の開口幅Ｒがトナー粒径ｒ_ｔ１０以上、キャリア粒径ｒ_ｃ１０以下、且つ深さＤがｒ_ｔ１０／２以上の領域のことを指す。

一方、Ｓ_Ｄｎ／Ｓ_Ｔｎは、構造の耐久性の観点から次のように設定すると更に好ましい。前記凹構造の開口部を半径がｒの円と近似し、隣接する凹構造の間の凸構造の幅をＳ（＝λ−２ｒ）とすると、Ｓ_Ｄｎ及びＳ_Ｔｎは図１３（ｆ）及び図１３（ｇ）の式で示すことができる。このため、Ｓ_Ｄｎ／Ｓ_Ｔｎは、図１３（ｈ）の式で示すことができる。

このとき、前記凸構造のアスペクト比（＝Ｓ／Ｄ）は、構造の耐久性の観点から１／４以上が好ましい。また、開口幅はｒｃ１０以下、深さＤがｒ_ｔ１０／２以上であることから、Ｓ_Ｄｎ／Ｓ_Ｔｎを、図１３（ｉ）の式を満たすように設定すると更に好ましい。

一方、トナー搬送部材上におけるコート量の変動率Δ（∫Ｇ（ｘ）ｄｘ）を±１０％以内に抑える必要がある。図１４（ｂ）はコート量の変動率と色差ΔＥの関係を示す。具体的には、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の各トナーをトナー搬送部材上に０．３ｍｇ／ｃｍ２コートしたときを基準として、コート量の変動率と、色差ΔＥの関係を示す図である。

各色ともに、面内の色差ΔＥを５以内に抑えるためには、コート量の変動率Δは±１０％以内にする必要がある。より好ましくは、面内の色差ΔＥを３以内に抑えるためには、コート量の変動率Δは±６％以内にすることが好ましい。前記の通り、コート量は、積分値∫Ｇ（ｘ）ｄｘに比例するために、トナー搬送部材上の積分値∫Ｇ（ｘ）ｄｘの変動率Δは±１０％以内にする必要がある。より好ましくは、トナー搬送部材上の積分値∫Ｇ（ｘ）ｄｘの変動率Δを±６％以内にすることが好ましい。変動率の測定方法は後述する。

（コート比較）
キャリアＡと、キャリアＡに対してネガ帯電するトナーＴＡから成る現像剤（ＴＤ比１２％）、キャリアＡに対してポジ帯電するトナー搬送部材を用意した。

トナー搬送部材の表層面は、ハニカム構造を取り、開口幅Ｒは６．５μｍ、開口部の一辺であるａは４．３μｍ、深さＤは３．５μｍであり、凹構造の周期λ（７．５μｍ、８．５μｍ、１０μｍ、１１．５μｍ、１２．５μｍ）を可変したものを複数本用意した。

各トナー搬送部材表層面の凹構造を測定（凹構造の測定方法参照）し、トナー搬送部材の表層面におけるＳ_Ｄｎ／Ｓ_Ｔｎの分布を算出した。Ｓ_Ｄｎ／Ｓ_Ｔｎの分布の測定方法は後述する。

図１５はトナー搬送部材表層面におけるＳ_Ｄｎ／Ｓ_Ｔｎの個数頻度分布及び累積頻度分布を示すグラフである。まず、図１５（ａ）は、トナー搬送部材表層面におけるＳ_Ｄｎ／Ｓ_Ｔｎの個数頻度分布を示す。具体的には、λ＝８．５μｍ、１０μｍ、１１．５μｍのトナー搬送部材表層面におけるＳ_Ｄｎ／Ｓ_Ｔｎの個数頻度分布である。

図１５（ｂ）はトナー搬送部材表層面におけるＳ_Ｄｎ／Ｓ_Ｔｎの累積頻度分布を示す。具体的には、λ＝１０μｍのトナー搬送部材表層面におけるＳ_Ｄｎ／Ｓ_Ｔｎの累積頻度分布である。

図１６は各トナー搬送部材における∫Ｇ（ｘ）ｄｘと濃度評価結果、及び変動率Δ∫Ｇ（ｘ）ｄｘと均一性評価結果を示す図表である。∫Ｇ（ｘ）ｄｘ、Δ∫Ｇ（ｘ）ｄｘの算出方法は後述する。

なお、濃度評価は、各トナー搬送部材にトナーをコートし、現像、転写を順次行い、コート紙上にトナー像を定着し、濃度評価を行った結果である。

濃度評価は、コート紙上の反射濃度Ｄｒを反射濃度計により測定し、許容される反射濃度（ＣＭＹ：Ｄｒ≧１．３、Ｋ：Ｄｒ≧１．５）の場合を○、未達の場合を×とした。均一性評価は、定着後のコート紙上のΔＥを計測し、許容されるΔＥ（≦５）の場合を○、未達の場合を×とした。

同様に、開口幅Ｒが３０μｍ、開口部の一辺のａは１９．５μｍ、深さＤは３．５μｍであり、凹構造の周期λ（３２．５μｍ、３５μｍ、４０μｍ、４５μｍ、５０μｍ）を可変したものを複数本用意して、検討を行った。

前記の通り、トナー搬送部材上の凹構造の配置は、凹構造に関わらず、以下のように限定される。トナー搬送部材表層面におけるｘ（＝Ｓ_Ｄｎ／Ｓ_Ｔｎ）の累積頻度分布関数Ｇ（ｘ）の積分値∫Ｇ（ｘ）ｄｘが５５以上であり、その変動率Δ（∫Ｇ（ｘ）ｄｘ）が±１０％以内であること。即ち、現像スリーブのトナーコート領域において、単位面積当たりに占める凹構造が平均して５５％以上である。また、単位面積当たりに占める凹構造の割合の変動率は、±１０％以内であること、より好ましくは±６％以内が好ましい。

（Ｓ_Ｄｎ／Ｓ_Ｔｎの分布の測定方法）
Ｓ_Ｄｎ／Ｓ_Ｔｎの分布の測定方法について説明する。図１７はトナー担持体の構造を示す図である。軸方向に対して、任意の５ヵ所の表層面（ｈ、ｉ、ｊ、ｋ、ｌ）を切り取り、トナー搬送部材表層面の凹構造を測定する。このとき、各観察点において、１００μｍ×１００μｍの表層面に存在する三角形Ｔｎ及びＤｎを測定する（図９（ｂ）参照）。

５カ所の表層面において、各Ｓ_Ｄｎ／Ｓ_Ｔｎを算出し、Ｓ_Ｄｎ／Ｓ_Ｔｎの個数頻度分布を得る。このとき、Ｓ_Ｄｎ／Ｓ_Ｔｎは、小数点第三位を四捨五入し小数点以下桁数を２とする。得られるＳ_Ｄｎ／Ｓ_Ｔｎの個数頻度分布の一例として図１５（ａ）を示す。次に、Ｓ_Ｄｎ／Ｓ_Ｔｎの最大値からの累積を取り、累積頻度分布を算出する。Ｓ_Ｄｎ／Ｓ_Ｔｎの累積頻度分布の一例として図１５（ｂ）を示す。

（凹構造が占める割合の測定方法）
凹構造（最小の開口幅Ｒがトナー粒径ｒ_ｔ１０以上、キャリア粒径ｒ_ｃ１０以下、且つ深さＤがｒ_ｔ１０／２以上を満たす領域）が現像スリーブのトナーコート領域に占める比率は、以下のようにして求める。即ち、任意の５ヵ所の表層面（ｈ、ｉ、ｊ、ｋ、ｌ）を切り取り、トナー搬送部材表層面の凹構造を測定する。このとき、各観察点において、１００μｍ×１００μｍの表層面に存在する凹構造の比率を求め、これらの平均値をもって現像スリーブ表面に占める凹構造が占める比率とする。

（∫Ｇ（ｘ）、Δ（∫Ｇ（ｘ）ｄｘ）の算出方法）
累積頻度分布関数の積分値∫Ｇ（ｘ）の算出方法について説明する。前記５カ所の表層面における累積頻度分布関数Ｇ（ｘ）に対して、表計算ソフト（マイクロソフト株式会社製エクセル）を用いて、積分計算を行う。

図１８は累積頻度分布について具体的な積分方法を示すグラフである。Ｓ_Ｄｎ／Ｓ_Ｔｎの幅が０．０１の長方形ｇ（ｎ）の和として近似する。

すると、図１９（ａ）のような式で表すことができる。図１９は∫Ｇ（ｘ）、Δ（∫Ｇ（ｘ）ｄｘ）の算出方法に用いる数式を示す図である。

変動率Δ（∫Ｇ（ｘ）ｄｘ）の算出方法について説明する。前記５カ所の表層面の各累積頻度分布関数の積分値∫Ｇ_ｈ（ｘ）、∫Ｇ_ｉ（ｘ）、∫Ｇ_ｊ（ｘ）、∫Ｇ_ｋ（ｘ）、∫Ｇ_ｌ（ｘ）の最大値∫Ｇ_ｍａｘ（ｘ）、最小値∫Ｇ_ｍｉｎ（ｘ）を求め、変動率を図１９（ｂ）に示す式より算出した。また、変動率Δ∫Ｇ（ｘ）ｄｘは以下のように簡易的に測定してもよい。

即ち、任意の表層面（ｈ、ｉ、ｊ、ｋ、ｌ）の各々に占める凹構造（最小の開口幅Ｒがトナー粒径ｒ_ｔ１０以上、キャリア粒径ｒ_ｃ１０以下、且つ深さＤがｒ_ｔ１０／２以上を満たす領域）を算出する。そして、各観察点において、１００μｍ×１００μｍの表層面に存在する凹構造の比率を求める。前記比率の最小値Ｍｎと最大値Ｍｘを求め、その平均値Ａｖ（＝（ＭＮ＋ＭＸ）／２）からの変動分Δ（＝Ｍｘ−Ａｖ）の平均値Ａｖに対する割合（＝±Δ／Ａｖ×１００％）を変動率としてもよい。

〔第２実施形態〕
図２０及び図２１は第２実施形態のトナー搬送部材上の凹構造を示す図である。図２２は第２実施形態の説明において用いる数式を示す図である。前述と略同様の構成については、同符号を付して説明を省略する。

図２０（ａ）は凹構造がレンズ形状をしている。レンズ形状により凹構造の深さに分布があるため、コートされるトナーの粒径選択性を軽減することができる。また、図２０（ｂ）のようなＶ溝形状でも同様の効果を得られる。また、図２０（ｃ）は開口部の形状や開口幅が異なる凹構造が複数あり、不均一に配置されている。不均一に配置されることにより、色が重なる際のモアレを防止することができる。

図２１は、トナー搬送部材上に、ライン状に並んだ凹構造を有している。本実施形態では、トナー搬送部材進行方向に対して、垂直方向に並んでいるが、傾きを有していても構わない。また、凹構造の形状は、矩形、レンズ、Ｖ溝などに限定されない。ライン状に並んだ凹構造の場合、図のように重心が直線状に並ぶ場合がある。

このような場合は、図に示すように、重心を結ぶ直線と平行な直線、及びその直線と直交する直線から成る四角形をＴｎとし、凹構造の開口部と前記Ｔｎの重なる領域をＤｎとする。

微視的な領域（四角形で示すＴｎ）において、隣接する３つの凹構造にコートされるトナーにより隙間なく定着するためには、図２２（ａ）の式を満たす必要がある。このとき、ライン幅（凹構造の最小の開口幅）をＬ、スペース幅（凸構造幅）をＳとすると、Ｓ_Ｄｎ／Ｓ_Ｔｎは、図２２（ｂ）の式で示すようになる。

前記凸構造のアスペクト比（＝Ｓ／Ｄ）は、構造の耐久性の観点から１／４以上が好ましい。また、ライン幅Ｌはｒ_ｃ１０以下、深さＤがｒ_ｔ１０／２以上であることから、図２２（ｃ）を満たすように設定すると更に好ましい。

また、このとき、ライン幅Ｌは実施例１で説明した最小の開口幅Ｒ以下を満たす必要がある。即ち、ライン状の凹構造は、トナー粒径ｒ_ｔ１０以上、キャリア粒径ｒ_ｃ１０以下、且つ深さＤがｒ_ｔ１０／２以上の領域となっている。

以上のように、凹構造における開口部や断面方向の形状に依らず、前述の実施形態における条件を満たす凹構造であれば、本発明の目的を達成することができる。

〔第３実施形態〕
図２３は第３実施形態の現像装置を示す概略構成図である。前述と略同様の構成については、同符号を付して説明を省略する。

本実施形態における現像装置２０は、非磁性トナー及び磁性キャリアを含む現像剤を収容する現像容器２１を備え、現像剤を撹拌し、現像剤供給回収部材２５へ供給する撹拌供給部材２６が配置される。

現像剤供給回収部材２５は、図中矢印ｄ方向に回転可能な現像剤搬送部材２５Ａと内部に固定配置された永久磁石２５Ｂから構成される。現像剤供給回収部材２５に対向し、現像剤が接触する位置には図中矢印ｅ方向に回転可能なトナー搬送部材２２Ａから成るトナー担持体２２が配置される。

現像剤供給回収部材２５は、現像剤搬送部材２５Ａの移動方向における担持した現像剤がかき取られるかき取り部より上流側に配設される。また、現像剤供給回収部材２５は、撹拌供給部材２６により現像剤が供給される供給部より下流側の位置においてトナー担持体２２と対向する対向部を有すように配設される。

本実施形態において、現像剤搬送部材２５Ａとトナー搬送部材２２Ａは、同方向に回転しているが、逆方向に回転しても構わない。但し、トナー搬送部材２２Ａと現像剤の接触頻度を上げるために、相対速度差を付けるように回転させることが好ましい。

本実施形態におけるトナーと、磁性キャリアとトナー搬送部材２２Ａ表層面の帯電系列は、第１実施形態と同様である。すなわち、トナーとトナー担持体表層面との間に磁性キャリアが入るように並び、且つ、最小の開口幅Ｒがｒ_ｔ１０以上、ｒ_ｃ１０以下、深さＤがｒ_ｔ１０／２以上の凹構造を複数有している。

本実施形態において、トナー搬送部材２２Ａはアルミで形成されるローラーを使用しているが、これに限定されない。なお、トナー搬送部材２２Ａの凹構造は、レーザーエッジングにより形成することができる。

一方、現像剤搬送部材２５Ａの帯電系列は、トナー搬送部材２２Ａに比べて、トナーに近い位置にあることが好ましい。この理由は、現像剤搬送部材にトナーが付着、融着することにより、現像剤供給回収部材２５の現像剤担持能力が減少し、トナー供給能力が低下したり、キャリアが漏れることを防止するためである。

本実施形態において、現像剤搬送部材２５Ａはアルミ上にフッ素樹脂をコーティングしたローラーを使用しているが、これに限定されない。

現像剤供給回収部材２５の上方には、現像剤規制部材２９が配置され、現像剤供給回収部材２５上の現像剤量を規制する。また、トナー担持体２２の上方には、現像器外へトナーが飛散することを防ぐために、飛散防止シート３０が備えられている。

トナー搬送部材２２Ａ上にトナーがコートされる工程について説明する。撹拌供給部材２６により現像剤供給回収部材２５に供給される現像剤は、現像剤搬送部材２５Ａの回転、及び永久磁石２５Ｂが作り出す磁場により作用する磁気力により、図中矢印ｄ方向に搬送される。

現像剤規制部材２９により規制を受けた後に、現像剤搬送部材２５Ａの回転、及び磁極Ｓ１、Ｎ１間の磁場により作用する磁気力により、トナー搬送部材２２Ａとの対向部に供給される。

供給される現像剤がトナー搬送部材２２Ａと接触することにより、接触するトナーのみがトナー搬送部材２２Ａ上にコートされる。一方、コートされるトナーを除く現像剤は、現像剤搬送部材２５Ａの回転、及び磁極Ｎ１、Ｓ３間の磁場により作用する磁気力により、現像剤搬送部材２５Ａに回収される。そして、隣接する同極の磁極Ｓ３、Ｓ２間の磁場により作用する磁気力により、現像剤搬送部材２５Ａからかき取られ、最終的に現像容器２１内へ搬送される。

トナー搬送部材２２Ａ上にコートされるトナーは、トナー搬送部材２２Ａにより、現像部まで搬送される。トナー搬送部材２２Ａと感光体１の間には、電界印加部２８によって、現像バイアス電圧が印加されている。また、トナー担持体２２と現像剤供給回収部材２５の芯金が等電位になるように、電気的に接続されている。現像部へ搬送されるトナーは、現像バイアス電圧により、現像が行われる。

本実施形態における現像装置の特徴は、トナー担持体２２と、トナー担持体２２へ現像剤を供給し回収する現像剤供給回収部材２５が独立していることである。このため、トナー消費量が増え現像剤供給能力が低下したり、現像剤が劣化するなどにより、コート量が減少する際にも、現像剤搬送部材２５Ａの周速を制御することにより、他の構成に影響を与えずにコート量の変動を抑えることができる。

〔第４実施形態〕
図２４は第４実施形態の現像装置を示す概略構成図である。前述と略同様の構成については、同符号を付して説明を省略する。

本実施形態における現像装置２０は、非磁性トナー及び磁性キャリアを含む現像剤を収容する現像容器２１を備え、現像剤を撹拌し、トナー担持体２２へ供給する撹拌供給部材２６が配置される。

トナー担持体２２は、矢印ｆ方向に回転可能なトナー搬送部材２２Ａと、内部に固定配置された永久磁石２２Ｂから構成される。

本実施形態におけるトナーと、磁性キャリアとトナー搬送部材２２Ａ表層面の帯電系列は、第１実施形態と同様である。すなわち、トナーとトナー搬送部材表層面との間に磁性キャリアが入るように並び、且つ、最小の開口幅Ｒがｒ_ｔ１０以上、ｒ_ｃ１０以下、深さＤがｒ_ｔ１０／２以上の凹構造を複数有する。

本実施形態において、トナー搬送部材２２Ａは、金属材料を基層２２ａとする円筒状の部材に、弾性層２２ｂを被覆し（図３（ｂ）参照）、更にその上に光硬化性樹脂を塗布し、光ナノインプリントにより凹構造を形成している。トナー担持体２２の上方には、固定配置される磁性部材３１が備えられている。

本実施形態の現像装置２０において、トナー搬送部材２２Ａ上にトナーがコートされる工程について説明する。

撹拌供給部材２６によりトナー担持体２２に供給される現像剤は、トナー搬送部材２２Ａの回転、及び永久磁石２２Ｂが作り出す磁場により作用する磁気力により、矢印ｆ方向に搬送される。搬送される現像剤は、磁性部材３１と永久磁石２２Ｂにより協働で作りだされる磁場により形成される磁気力により、磁性部材３１とトナー担持体２２の対向部において拘束され、最終的に現像容器２１内へ重力により落下する。

一方、トナー搬送部材２２Ａに接触し、コートされるトナーは、磁気力による拘束を受けないために、対向部を抜けて、現像部まで搬送される。トナー搬送部材２２Ａと感光体１の間には、電界印加部２８によって、現像バイアス電圧が印加されている。現像部へ搬送されるトナーは、現像バイアス電圧により、現像が行われる。

本実施形態における現像装置２０は、簡易な構成であるために、現像装置２０の小型化に対応することができる。

〔第５実施形態〕
図２５は第５実施形態の現像装置を示す概略構成図である。前述と略同様の構成については、同符号を付して説明を省略する。

本実施形態における現像装置２０は、非磁性トナー及び磁性キャリアを含む現像剤を収容する現像容器２１を備え、現像剤を撹拌し、トナー担持体２２へ供給する撹拌供給部材２６が配置される。

トナー担持体２２は、図中のｇ方向に回転可能な無端ベルト状のトナー搬送部材２２Ａと、その内部に回転可能な永久磁石２２Ｂと、金属材料を基層とする円筒状の部材に、弾性層を被覆した弾性部材２２Ｃから構成される。

本実施形態におけるトナーと、磁性キャリアとトナー搬送部材２２Ａ表層面の帯電系列は、第１実施形態と同様である。すなわち、トナーとトナー搬送部材２２Ａ表層面との間に磁性キャリアが入るように並び、且つ、最小の開口幅Ｒがｒ_ｔ１０以上、ｒ_ｃ１０以下、深さＤがｒ_ｔ１０／２以上の凹構造を複数有していることを特徴としている。

本実施形態において、トナー搬送部材２２Ａは、ポリイミドのフィルムを使用し、熱ナノインプリントにより凹構造を形成しているが、これに限定されるものではない。

一方、回転可能な永久磁石２２Ｂに略対向して規制部材３３が配置される。規制部材３３は、鉄などの透磁率が高い金属材料が好ましい。

現像容器開口部においては、現像器外へトナーが飛散することを防ぐために、飛散防止シート３０が備えられる。

トナー搬送部材２２Ａ上にトナーがコートされる工程について説明する。

撹拌供給部材２６により、トナー担持体２２に供給される現像剤は、トナー搬送部材２２Ａの回転、及び永久磁石２２Ｂの回転で作り出される磁場により作用する磁気力により、図中のｇ方向に搬送される。

搬送される現像剤は、規制部材３３と永久磁石２２Ｂとにより協働して作りだされる磁場により形成される磁気力により、規制部材３３とトナー担持体２２の対向部において拘束され、最終的に現像容器２１内へ重力により落下する。

一方、トナー搬送部材に接触し、コートされるトナーは、磁気力による拘束を受けないために、対向部を抜けて、現像部まで搬送される。トナー搬送部材２２Ａと感光体１の間には、電界印加部２８によって、現像バイアス電圧が印加されている。現像部へ搬送されるトナーは、現像バイアス電圧により、現像が行われる。

本実施形態における現像装置２０は、トナー担持体２２内部に配置される永久磁石２２Ｂが回転することにより、磁気ブラシが搬送部材上を回転しながら搬送される。このため、短い搬送距離、時間でトナー搬送部材２２Ａとトナーの接触頻度を上げることできる。また、永久磁石２２Ｂの回転速度を制御することにより、他の構成に影響を与えずにコート量の変動を抑えることができる。

１…感光体
２０…現像装置
２１…現像容器
２２…トナー担持体
２２Ａ…トナー搬送部材
２２Ｂ…永久磁石
２４…現像剤回収部材
２４Ａ…現像剤搬送部材
２４Ｂ…永久磁石
２５…現像剤供給回収部材
２５Ａ…現像剤搬送部材
２５Ｂ…永久磁石
２６…撹拌供給部材
３１…磁性部材
３３…規制部材

Claims (9)

1. 非磁性のトナーと磁性キャリアを含む現像剤と、現像剤を収容する現像容器と、トナーを担持し静電潜像が形成される像担持体との間に形成される現像部へトナーを搬送するトナー担持体と、を有する現像装置において、
   前記トナー担持体の表層面は、
   最小の開口幅Ｒがｒ_ｔ１０以上、ｒ_ｃ１０以下（ｒ_ｔ１０：トナー粒度分布における累積個数分布が１０％の粒径、ｒ_ｃ１０：キャリア粒度分布における累積個数分布が１０％の粒径）、深さＤがｒ_ｔ１０／２以上の凹構造を複数有し、
   前記トナー担持体の少なくともトナー担持領域において、単位面積当たりに占める前記凹構造の割合が５５％以上であることを特徴とする現像装置。
2. 前記トナー担持領域における単位面積当たりに占める前記凹構造の割合の変動率が±１０％以内であることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
3. 前記トナー担持体の表層面と、トナーと、磁性キャリアの帯電系列は、トナーと前記トナー担持体の表層面との間に磁性キャリアが入るように並ぶことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の現像装置。
4. トナーを担持し搬送するトナー搬送部材と前記トナー搬送部材の内部に固定配置された複数の永久磁石とを具備する前記トナー担持体と、
   前記現像容器の内部の現像剤を撹拌供給する撹拌供給部材と、
   回転可能な現像剤搬送部材と、内部に固定配置された複数の永久磁石とを具備する現像剤回収部材と、
   を有し、
   前記現像剤回収部材は、前記トナー搬送部材の移動方向における前記現像部より上流側であり、且つ前記撹拌供給部材により現像剤が供給される供給部より下流側の位置に配設され、
   前記トナー搬送部材の内部に配された前記永久磁石と、前記現像剤回収部材の内部に配された永久磁石とが協働して磁場を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の現像装置。
5. トナーを担持し搬送するトナー搬送部材を具備する前記トナー担持体と、
   前記現像容器の内部の現像剤を撹拌供給する撹拌供給部材と、
   回転可能な現像剤搬送部材と内部に固定配置された複数の永久磁石とを具備し前記撹拌供給部材から現像剤を供給され前記トナー担持体から現像剤を回収する現像剤供給回収部材と、
   を有し、
   前記現像剤供給回収部材は、前記現像剤搬送部材の移動方向における担持した現像剤がかき取られるかき取り部より上流側であり、且つ前記撹拌供給部材により現像剤が供給される供給部より下流側の位置において前記トナー担持体と対向する対向部を有すように配設されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の現像装置。
6. トナーを担持し搬送するトナー搬送部材と前記トナー搬送部材の内部に固定配置された複数の永久磁石とを具備する前記トナー担持体と、
   前記トナー担持体と対向する位置に固定配置される磁性部材と、
   前記現像容器の内部の現像剤を撹拌供給する撹拌供給部材と、
   を有し、
   前記磁性部材は、前記トナー搬送部材の移動方向において、前記現像部より上流側、且つ前記撹拌供給部材より現像剤が前記トナー搬送部材に供給する供給部より下流側の位置に配され、前記トナー搬送部材に配された前記永久磁石と前記磁性部材とが協働で磁場を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の現像装置。
7. トナーを担持し搬送する無端ベルト状のトナー搬送部材と、前記トナー搬送部材の内部に配される回転可能な永久磁石とを具備する前記トナー担持体と、
   前記現像容器の内部の現像剤を撹拌供給する撹拌供給部材と、
   前記永久磁石と前記トナー搬送部材を介して対向する位置に固定配置される規制部材と、
   を有し、
   前記規制部材は、前記トナー搬送部材の移動方向に対して、前記現像部より上流側、且つ前記撹拌供給部材から現像剤を供給する供給部より下流側の位置に配され、
   前記トナー搬送部材の内部に配された前記永久磁石と前記規制部材とが協働で磁場を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の現像装置。
8. 前記トナー担持体は、弾性または可撓性を有する部材で構成され、前記像担持体と接触するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の現像装置。
9. 像担持体と、
   前記像担持体に形成される静電潜像をトナーを供給することで可視化する請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の現像装置と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。

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