JP2015166860A - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
より少ないトナー量においても所望の濃度を得るとともに、画像均一性のよい高密度のトナー像を得る。
【解決手段】
静電像が形成される像担持体１に供給するトナーを担持するトナー担持体２２と、トナー担持体に現像剤１０を供給する現像剤供給部材２４と、トナー担持体に供給された現像剤を回収する現像剤回収部材２３と、を有し、トナー担持体の表層面は現像剤搬送方向と交差する方向に延在する複数の凸部２２１ｃを有し、隣接する凸部の間の現像剤搬送方向の開口幅はトナーの粒径以上且つ前記キャリアの粒径未満であり、前記凸部の高さは前記トナー１１の粒径以下であり、トナー担持体と像担持体とが互いに対向して静電像を現像する現像部において、トナー担持体と像担持体とは、相対速度差を有するように移動可能である。
【選択図】 図２

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とから成る、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、トナーに対して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、搬送時等のトナーへの機械的な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。

上述の両現像方式の課題を改善するものとして、例えば、特許文献１に記載されているようなハイブリッド現像方式が知られている。これは、二成分現像剤を担持する搬送ロール（現像剤担持体）と現像ロール（トナー担持体）との間に搬送バイアスを印加し、現像ロール上にトナー層を被覆し、そのトナーにより感光体（像担持体）の静電像を現像することで画像形成を行うものである。

しかしながら、ハイブリッド現像方式では、長期に渡り現像ロール上を安定してトナー層で被覆することは困難であることが知られている。ハイブリッド現像方式では、搬送ロールと現像ロールとの間に、上述の搬送バイアスにより発生する電位差ΔＶを埋めるように、所定の電荷量（Ｑ／Ｓ）を有するトナーが現像ロール上を被覆する。このとき、ΔＶと被覆される単位面積当たりのトナーの電荷量Ｑ／Ｓとは比例関係にある。また、Ｑ／Ｓは、単位面積当たりの被覆に係るトナーの質量（Ｍ／Ｓ）と、トナーの単位質量当たりの電荷量（Ｑ／Ｍ）の積である。よって、
△Ｖ∝Ｑ／Ｓ＝（Ｍ／Ｓ）×（Ｑ／Ｍ）・・・式（１）
つまり、ハイブリッド現像方式は、電位差（ΔＶ）及びトナーの単位質量当たりの電荷量（Ｑ／Ｍ）から単位面積当たりの被覆に係るトナーの質量（Ｍ／Ｓ）が決定される。このため、ハイブリッド現像方式では、トナーの帯電量が変化すると、その変化に伴って被覆に係るトナー量が変動するという課題があった。

この課題に対して、例えば、特許文献２には、現像ロール上にトナー層を被覆する際に、トナー層厚検知手段を用いて現像ロール上のトナー層厚を測定する構成が記載されている。さらに、このトナー層厚に基づき、現像ロールと磁気ロール（現像剤担持体）との間の搬送バイアス、あるいは現像ロールと磁気ロールの回転数を変化させることで、現像ロール上のトナー層厚を所定の層厚に制御する構成も記載されている。

しかしながら、この構成では、トナー層厚検知手段としてトナー濃度センサや表面電位センサを用いているため、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、搬送バイアスや現像ロールの回転数を変化させると、下流における現像ロールと感光体との間の現像条件も同時に制御する必要があるために、それらの制御が複雑になってしまう。結果的に感光体上のトナー量を安定化するという本来の目的を達成することが困難になるといった問題があった。

そこで、安定したトナー層を被覆する現像方式として、例えば、特許文献３には、現像ロールと一定の間隔をもって配置された回転可能な規制スリーブ（現像剤規制部材）を用いる構成が記載されている。これにより、キャリアによるトナーへの電荷付与を安定させ、出力画像の濃度低下やトナー飛散を生じることなく、現像ロール上にトナー層を被覆することができる。この現像装置３２０は、トナーと磁性キャリアから成る現像剤３１０を収容する現像容器３２１を備える。

以下に、図２２を用いて、この現像装置３２０を説明する。感光体３０１に対向する位置に形成される現像容器３２１の開口部には、図２２の矢印方向に回転自在な現像ロール３２２と、現像ロール３２２の上方に一定の距離の間隙をもって現像剤回収部材３２３が配置される。現像剤回収部材３２３は、非磁性部材の規制スリーブ３３１と内部に固定配置された永久磁石３３２とから構成されており、規制スリーブ３３１は、現像ロール３２２の回転方向（図２２の矢印方向）と同方向に回転自在に担持されている。さらに、現像容器３２１内には、回転（図２２の矢印方向）することで現像容器３２１内の現像剤の撹拌及び現像ロール３２２への現像剤を供給する搬送部材３２４が設けられている。

次に、現像装置３２０における現像ロール３２２上へのトナー層の被覆について説明する。

現像容器３２１内の現像剤３１０は、搬送部材３２４によって撹拌されるとともに現像ロール３２２上へ供給される。供給される現像剤３１０は、規制スリーブ３３１内の永久磁石３３２の磁力を受けて磁化された現像ロール３２２上に担持されて搬送され、現像剤規制領域Ｇにおいて規制を受ける。

図２３は、この現像剤規制領域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、永久磁石３３２の磁力によって束縛を受ける。規制スリーブ３３１は、図２３の矢印方向に回転しているため、その回転に伴って、磁性キャリアは現像容器３２１内へ戻される方向（図２３のＡ方向）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３３１からの搬送力によって、順次、現像容器３２１内へ戻されるために、磁性キャリアが感光体３０１と対向した現像部へと漏出することがない。

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３１１は、現像剤規制領域Ｇにおける磁場による拘束を受けない。また、非磁性トナー３１１は、磁性キャリア及び現像ロール３２２表面との摩擦帯電により付与された電荷による鏡映力によって、現像ロール３２２に付着する。従って、非磁性トナー３１１は、現像ロール３２２の回転に伴い、現像ロール３２２の回転方向（図２３のＢ方向）への搬送力を受け、現像剤規制領域Ｇ内の現像剤の間を通過して現像ロール３２２上を被覆する。

以上のように、磁性キャリアが現像部に漏出することなく、十分な電荷を付与される非磁性トナーのみにより、現像ロール３２２上を被覆することができる。特許文献３に記載された構成によると、現像ロールと物理的に接触可能なトナーに作用する力を利用するので、トナーの電荷量（Ｑ／Ｍ）の変動により被覆に係るトナー量が急激に変動するという、ハイブリッド現像方式に見られる現象は起きない。

このように、トナーの電荷量が低下した場合に、ハイブリッド現像方式の装置では被覆に係るトナー量は増加するのに対し、特許文献３の装置では、被覆に係るトナー量の増加を抑えられるので、トナー量の増加に起因する画像濃度の変動を抑えることができる。

特開平９−２１１９７０号公報 特開２００９−８８３４号公報 特開平１０−１９８１６１号公報

しかしながら本件発明者による詳細な検討によると、特許文献３に記載された現像装置であっても、更に画像濃度の変動を抑えつつ、より画像均一性を向上させることが必要であることがわかった。

図２４は、現像装置３２０により得られた現像ロール上を被覆したトナー層の概念図であり、黒部分が被覆されたトナー層の部分を示し、白抜き部分がトナーを被覆していない領域を示している。図２４に示すように、現像ロールの回転方向と略平行に、トナーが被覆していない領域が不規則に存在し、現像ロール上のトナー密度が不均一となっている。このように現像ロール上にトナーによる被覆層が不均一に形成されると、画像濃度が低下し易い。なぜなら、定着時に紙上をトナーで被覆し切れない白地部の面積が増え、急激に画像濃度が低下するためである。

一方、現像ロールと感光体との周速を調整し、感光体上にトナーを過剰に供給し、画像濃度を上げることはできる。具体的には、現像ロールと感光体とが対向部において同方向に回転する場合、現像ロールの周速を感光体に比べて速める、もしくは現像ロールと感光体の回転方向を対向部において逆方向にすることにより達成できる。しかしながら、このようにして所望の画像濃度を得ても、図２５（ｂ）に示すように、面内に濃度ムラが目立つ、画像均一性の低い画像しか得られない。また、消費エネルギー低減の観点より、より少ないトナー量で所望の画像を出力することが求められているのに対し、必要以上にトナーを消費することになる。

図２５（ａ）は、理想的に感光体上の静電像をトナーで現像した場合の模式図を示す。また、図２５（ｂ）は、上述の方法により画像濃度を得た場合の模式図である。図２５（ａ）は、少ないトナー量で均一性の高いトナー像が得られるのに対し、図２５（ｂ）は、トナー量が多く、均一性の低いトナー像になる。

本件発明者の詳細な検討の結果、このような現象の原因が、以下に示すようなモデルで説明できることがわかった。これを図２６を用いて説明する。

図２６は、現像剤規制領域Ｇにおいて、現像ロール３２２の回転方向ｈに搬送されてきた現像剤３１０が、磁場によって磁気穂を形成し、現像剤回収部材３２３に拘束され、現像剤回収部材３２３の回転方向ｊに搬送される様子を示す。実際は、図示していない現像剤が磁気穂として多数存在している。

現像剤３１０が現像ロール３２２上を搬送される過程において、現像剤３１０のトナー３１１は現像ロール３２２と接触することで帯電する。このとき、トナー３１１は磁性キャリア３１２から脱離し、現像ロール３２２に付着する。

一方、上述の通り、回転方向ｈの下流側から、現像剤回収部材３２３に拘束された現像剤３１０が回転方向ｊに搬送されてくる。この現像剤３１０は、既に回転方向ｊの上流側においてトナー３１１を消費しているので、現像剤３１０中の磁性キャリア３１２は、トナーを回収する能力を有している。このため、現像剤回収部材３２３の回転方向ｊに搬送されてきた現像剤３１０が現像ロール３２２に付着したトナー３１１と接触すると、そのトナー３１１は磁性キャリア３１２により回収されて現像容器３２１内に戻される。

図２７は、現像ロール３２２に付着したトナー３１１が、現像剤３１０の磁性キャリア３１２により回収される様子を示した模式図である。

現像剤３１０と現像ロール３２２上のトナー３１１が衝突すると（図２７（ａ））、トナー３１１に偶力が作用し、現像ロール３２２上を回転する（図２７（ｂ））。このため、トナーと現像ロールとの間の付着力は低減する。このとき、磁性キャリア３１２は、上述のように消費したトナーの電荷分だけ逆極性に帯電しているため、現像ロール上を被覆するトナーは、現像剤規制領域Ｇを通過する間に、磁性キャリア３１２により掻き取られてしまう。このようにして、現像剤３１０の搬送方向、つまり主には現像ロールや現像剤回収部材の回転方向と略平行に、磁性キャリアによる掻き取り跡が生じるので、均一なトナー層の被覆を現像ロール上に形成できないことがわかった。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、より少ないトナー量においても所望の濃度を得るとともに、画像均一性のよい高密度のトナー像を得ることが可能な現像装置及び画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明、非磁性トナーと磁性キャリアを含む現像剤により、像担持体に形成した静電像を現像する現像装置において、静電像が形成される像担持体に供給するトナーを担持するトナー担持体と、前記トナー担持体に前記現像剤を供給する現像剤供給部材と、前記トナー担持体に供給された前記現像剤を回収する現像剤回収部材と、を有し、前記トナー担持体の表層面は現像剤搬送方向と交差する方向に延在する複数の凸部を有し、前記複数の凸部は互いに隣接する凸部の頂点の間の凹部内面に対して少なくとも平均粒径のトナーが接触可能、かつ、平均粒径のキャリアが接触しないように構成され、前記凸部の頂点の高さは前記平均粒径のトナーよりも低く構成され、前記トナー担持体と前記像担持体とが互いに対向して前記静電像を現像する現像部において、前記トナー担持体と前記像担持体とは、相対速度差を有するように移動可能であることを特徴とする。

本発明によれば、トナー担持体の表層面に複数の凸部を配し、隣接する凸部の間隔をトナーの平均粒径以上且つキャリアの平均粒径未満、及び凸部の高さをトナーの平均粒径以下にすることにより、トナー担持体上に単層のトナーで均一に被覆することができる。さらに、より少ないトナー量においても、像担持体上に均一且つ高密度のトナー像を現像することが可能な現像装置及び画像形成装置を提供するができる。

本発明に係る現像装置を用いた画像形成装置の模式図である。 本発明に係る現像装置の実施形態を示す模式図である。 トナー担持体の凸構造を示す模式図、図３（ａ）はローラ表層の凸構造を示す模式図、図３（ｂ）はその断面図を示す模式図である。 トナー担持体上へのトナー被覆、及び感光体の静電像の現像について概略を説明する模式図である。 二成分現像剤の搬送の様子を説明する模式図である。 ローラにおける二成分現像剤の搬送時のトナー挙動について説明する模式図である。 ローラ上を被覆するトナーを示す模式図である。 ローラと感光体とが対向する現像部における模式図である。 現像部の後端における模式図である。 ２ｒ_ｔ≦Ｚ＜ｒ_ｃを満たす場合における現像部への進入前の模式図である。 ２ｒ_ｔ≦Ｚ＜ｒ_ｃを満たす場合における現像部の後端における模式図である。 開口幅がトナー粒径３個分以上のローラの模式図である。 各色トナーを感光体上に定量被覆したときを基準として、被覆量の変動率と、色差ΔＥの関係を示す図である。 ローラ上の凸構造の形成方法の一例を示す模式図である。 ローラ上の凸構造の形成方法の他の一例を示す模式図である。 本測定で用いる２種類のカンチレバーの先端（探針）形状の模式図である。 ローラ表面層の移動方向をｙ軸としたとき、ｙ軸に沿って探針を走査した際の測定及び画像処理を行った結果を示す図である。 本発明に係る現像装置の他の実施形態を示す模式図である。 他の実施形態で使用したローラの断面図である。 本発明に係る現像装置の他の実施形態を示す模式図である。 本発明に係る現像装置の他の実施形態を示す模式図である。 従来の現像装置の説明図である。 現像剤規制領域Ｇの拡大図である。 従来の現像装置により得られた、現像ロール上を被覆したトナー層である。 感光体上の静電像をトナーで現像した場合の模式図であり、図２５（ａ）は理想的に現像した場合であり、図２５（ｂ）は現像ロールと感光体との周速を調整して現像した場合である。 検討したモデルの説明図である。 現像ロールに付着したトナーが、現像剤の磁性キャリアにより回収される様子を示した模式図である。 隣接する凸部により形成される開口部の模式図である。

以下、本発明に係る現像装置の形態を、図面に則して詳しく説明する。

〈画像形成装置の構成〉
図１は、本発明に係る現像装置を用いた実施形態である画像形成装置の模式図である。

本発明は、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が、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の電子写真方式を用いた画像形成装置は、静電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電子写真感光体１を回転自在に設け、その感光体１を帯電器２で一様に帯電する。次に、例えば、レーザーのような発光素子３によって情報信号に基づいて露光して静電像を形成し、非磁性トナーと磁性キャリアとを含む現像剤を用いて現像装置２０で可視化する。次に、可視化された像は、転写帯電器４で転写紙５へ転写され、更に定着装置６により転写紙に定着される。また、感光体１上に転写されずに残った非磁性トナーは、クリーニング装置７によって感光体１から除去される。

〔第１実施形態〕
図２は、本発明に係る現像装置の実施形態を示す模式図である。

（現像装置の構成）
現像容器２１内部には、トナー担持体２２に現像剤を供給する現像剤供給部材２４と、トナー担持体２２上の現像剤を回収する現像剤回収部材２３が、トナー担持体２２に対向し、間隙を有して配置されている。現像剤供給部材２４は、現像剤回収部材２３により回収された現像剤を撹拌し、トナー担持体２２と現像剤供給部材２４が対向する供給部Ｗへ搬送し、永久磁石２２２により作用する磁気力により供給する。

一方、現像剤回収部材２３は、回転可能なローラ２３１と内部に固定配置された永久磁石３３２とから構成される。ローラ２３１は、トナー担持体２２と対向する回収部Ｕにおいて逆方向に移動するように回転可能に設けられている。現像剤供給部材２４によりトナー担持体に供給された現像剤の一部を、現像部Ｔに搬送される前に、永久磁石２２２と、永久磁石３３２が協働で形成した磁場により作用する磁気力と、により回収する。このため、現像剤回収部材２３は、トナー担持体２２の移動方向に対して、現像部Ｔより上流、且つ供給部Ｗより下流の位置に配される。

（トナー担持体の構成）
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る。現像装置２０の現像容器２１の開口部には、トナー担持体２２が感光体１に対向して配設されている。トナー担持体２２は、回転可能なローラ２２１と、内部に固定配置された永久磁石２２２と、から構成される。ローラ２２１は、金属材料からなる円筒状の部材である基層２２１ｂ上に、弾性層２２１ａを被覆した構造の部材で形成されている。基層２２１ｂは、導電性の剛性部材なら何でもよく、ＳＵＳ、鉄、アルミなどで形成できる。

弾性層ローラ２２１ａ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。そして、この基材に、カーボン、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したものである。また、導電性微粒子以外にも、表面粗さを調整するために球形状樹脂を分散させても構わない。

本実施形態では、ステンレス製の基層ローラ２２１ｂ上にカーボンが分散されたシリコーンゴム及びウレタンゴムから成る弾性層ローラ２２１ａを形成したトナー担持体２２を用いた。

なお、本実施形態では、トナー担持体２２と感光体１とを接触させる、所謂接触現像のため、トナー担持体２２は弾性又は可撓性を有する部材から成る。しかしながら、非接触現像の場合は、導電性と剛性のある素材、例えば、ＳＵＳ、鉄、アルミなどで形成される。

さらに、ローラ２２１の表層面に複数の凸部２２１ｃを配した凸構造がローラ２２１の回転方向ｈに対して規則的に配設されている。ここで、ローラ２２１の回転方向は、現像剤を搬送する現像剤搬送方向であり、その現像剤搬送方向と交差する方向に延在して複数の凸部が設けられている。

（凸構造の構成）
図３は、トナー担持体２２の凸構造を示す模式図である。図３（ａ）は、ローラ２２１表層の凸構造を示す模式図であり、図３（ｂ）は、その断面図を示す模式図である。

図３の矢印ｈは、ローラ２２１の回転方向を示す。トナー担持体２２は、感光体１に接触するように配され、現像部Ｔにおいて、感光体１の回転方向ｍに対して同じ方向ｈに回転可能に設けられている。

本実施形態においては、弾性層２２１ａ上に直接凸構造を形成したが、弾性層上に樹脂層を設け、その樹脂層に凸構造を形成しても構わない。また、このとき、弾性層と樹脂層の接着性を上げるために、その間にプライマー層を設けても構わない。

本実施形態の凸構造は、ローラ２２１の回転軸と平行に、幅Ｋが１μｍ、高さＤが３．５μｍの凸部２２１ｃが複数、凸部の間隔の周期λが９μｍで規則的に延在して並んでいる。

なお、本実施形態では、回転軸と平行に凸構造が並んでいるが、交差する方向であっても構わない。また、本発明の凸構造は、上述のような構造に限定されるわけではなく、トナー担持体２２の回転方向に対して規則的に並ぶ構造であれば構わない。なお、凸構造の詳細な形成方法に関しては後述する。

（トナー被覆及び静電像の現像についての説明）
次に、図４を用いて、トナー担持体２２上へのトナー被覆、及び感光体１の静電像の現像について概略を説明する。

なお、本発明における被覆とは、例えば、感光体１やトナー担持体２２の表面にトナー（粒子）が接触している形態をいい、必ずしも多数のトナーが部材の表面全面を覆い尽くした形態には限定されない。その他、詳細な説明は後述する。

供給部Ｗにおいて、現像剤供給部材２４により、表面に規則的に並ぶ凸構造を有したトナー担持体２２に二成分現像剤１０を供給する。二成分現像剤１０がトナー担持体２２に供給されて現像剤回収部材２３により回収されるまでに、トナー担持体２２のローラ２２１と接触した二成分現像剤１０中のトナーが、凸部２２１ｃ側面に接触してローラ２２１表層に安定した均一で薄い被覆層を形成する。被覆層形成に係るトナー以外の二成分現像剤１０は、回収部Ｕにおいて、現像剤回収部材２３に磁気力で回収される。

一方、回収されずにトナー担持体２２を被覆したトナーは、現像部Ｔにおいて感光体１と接触し、且つ、電位差により感光体１上を被覆する。このとき、トナー担持体２２の被覆が規則的に均一であるので、移動速度比ｖ_２２／ｖ_１を適正に設定することにより、感光体１上に均一で高密度なトナー像の現像が可能になる。ここで、ｖ_２２はトナー担持体２２のローラ２２１の移動速度であり、ｖ_１は感光体１の移動速度である。

また、従来からあるハイブリッド現像に対する優位性として、上述したような均一で高密度なトナー像が得られること以外にも、現像量の安定性が挙げられる。上述の式（１）にあるように、ハイブリッド現像の場合、電位差ΔＶが決定されると、被覆量はＱ／Ｍに依存する。つまり、環境変動や耐久により現像剤のＱ／Ｍが変動すると、被覆量が大きく変動してしまう。このため、ハイブリッド現像では、被覆量やＱ／Ｍをセンシングして複雑な電位制御を必要とする。

これに対し、本実施形態においては、トナーがトナー担持体２２上の凸構造と多点接触するため、ローラ外周面と点接触する場合に比べて小さな静電的付着力でも、凸構造が有する複数の凸部２２１ｃ間を被覆することができる。つまり、トナーの電荷量が変動し、静電的付着力が変動しても、凸構造を被覆するトナー量は変動し難く、複雑な電位制御に頼ることなく、トナーによる安定した被覆を実現することできる。

以下、トナー担持体２２上へのトナーによる被覆、及び感光体１の静電像の現像について、さらに図４を用いて詳細に説明する。

現像容器２１内の二成分現像剤１０は、現像剤供給部材２４により撹拌され、現像剤供給部Ｘまで搬送される。本実施形態においては、重合法により製造された個数平均粒径ｒ_ｔが７．７μｍの正帯電性トナーを用いた。磁性キャリアは、個数平均粒径ｒ_ｃが９０μｍの標準キャリアＰ−０１（日本画像学会）を用いた。なお、トナー及び磁性キャリアの個数平均粒径の測定方法に関しては後述する。また、トナー及び磁性キャリアは、特に上述したものに限定されず、一般に使用されている公知のトナー及び磁性キャリアを使用することができる。

まず、トナー及び磁性キャリアを、全体の質量に対するトナー質量比（ＴＤ比）７％に混合し、二成分現像剤１０とした。現像剤供給部Ｘまで搬送された二成分現像剤１０は、トナー担持体２２内部に固定配置される複数の永久磁石２２２によって作られる磁界により、ローラ２２１に供給される。供給された二成分現像剤１０は、ローラ２２１の移動及び永久磁石２３ｂによって作られる磁界の影響を受けて磁気穂を形成し、ローラ２２１の移動方向ｈに搬送される。

図５は、二成分現像剤１０の搬送の様子を説明する模式図である。永久磁石２２２による磁界により、二成分現像剤１０は磁気穂を形成し（図５（ａ））、ローラ２２１の移動に伴い、磁気穂は隣接する極の影響を受け始め（図５（ｂ））、さらに移動すると隣接する極に拘束され（図５（ｃ））、以後、これを繰り返す。このため、二成分現像剤１０の平均移動速度ｖ_１０はローラ２２１の移動速度ｖ_２２に対して、相対速度差（ｖ_１０＞ｖ_２２）を有す。

図６は、ローラ２２１における二成分現像剤１０の搬送時のトナー挙動について説明する模式図である。なお、図では磁性キャリアを一つしか記載していないが、実際は磁気穂を形成した磁性キャリアが複数存在している。

図６のように、ローラ２２１上には、移動方向に対して略垂直方向に凸部２２１ｃを複数配した凸構造が規則的に並んで形成されている。そして、隣接する凸部２２１ｃによって作られる開口幅Ｚ（＝λ−Ｋ）はトナー粒径ｒ_ｔ以上キャリア粒径ｒ_ｃ未満であり、凸部２２１ｃの高さＤはトナー粒径ｒ_ｔ以下に形成されている。

開口幅Ｚをトナー粒径ｒ_ｔ以上、キャリア粒径ｒ_ｃ未満にすることにより、磁性キャリアが隣接する凸部２２１ｃによって作られる開口部内に進入できなくなる。これにより、凸部２２１ｃ側面と凸部２２１ｃ同士の間の面（凸構造の底面）とに多点接触したトナー１１が、後から搬送されてくる磁気穂により掻き取られ難くなる。また、凸構造の高さＤをトナー粒径ｒ_ｔ以下にすることにより、２層目のトナーが付着する凸部２２１ｃの側面がないために、凸構造上に単層のトナーを被覆することができる。

以上のようにして、本実施形態の凸構造によると、トナー担持体２２のローラ２２１上に安定して均一な実質的に単層のトナーによる被覆が可能になる。

図７は、ローラ２２１上を被覆するトナー１１を示す模式図である。ここで、図７（ａ）は、本実施形態の凸構造を有しているローラ２２１上を被覆するトナー１１を示す模式図である。また、この比較例として、図７（ｂ）は、凸構造を有していないローラ２２１上のトナー１１を示す模式図であり、図７（ｃ）は、開口幅Ｚがキャリア粒径ｒ_ｃより大きいローラ２２１上のトナー１１を示す模式図である。図７の矢印は、ローラ２２１の移動方向を示す。

図７（ｂ）のように、凸構造を有していない場合、磁気穂の搬送方向、つまりローラ２２１の移動方向に略平行に磁気穂の掻き取り跡が顕著となり、トナー１１による均一な被覆ができない。また、図７（ｃ）のように、開口幅Ｚがキャリア粒径ｒ_ｃ以上の場合、磁性キャリアの進入により、トナーによる均一な被覆ができない。

さらに好ましくは、開口幅Ｚはトナー粒径の３倍より小さく（Ｚ＜３ｒ_ｔ）する方が好ましい。これにより、凸部２２１ｃの側面と凸部２２１ｃ同士の間の底面とで多点接触できるスペース以外に、トナーが入るスペースが制限されるため、さらに安定して均一な単層のトナーによる被覆が可能になる。

トナー担持体２２上における凸部の割合は４５％以下とすることが好ましい。図２８はトナー担持体２２上の領域Ｓ（破線）、前記領域Ｓにおける開口幅Ｌの開口部Ｓｔ、前記領域Ｓにおける幅Ｋの凸部Ｓｄを示す。トナーは前記開口部Ｓｔにコートされている。前記の通り、感光体１上には少なくともトナー担持体２２上のトナー量以上のトナーが現像される。一方、感光体１上に必要なトナー量は、定着後に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、前記開口部Ｓｔにコートされるトナーの総体積が、領域Ｓの面積Ｓａと定着後のトナー層厚ｄｔの積で決定される立方体の体積以上である。

（Ｓｔａ・κ）／ρ≧Ｓａ・ｄｔ
（Ｓｔａ：開口部Ｓｔの面積ｃｍ２、Ｓａ：領域Ｓの面積ｃｍ２、ρ：トナー真比重ｇ／ｃｍ３、ｄｔ：定着後のトナー層厚ｃｍ、κ：開口部Ｓｔにおけるトナー量ｇ／ｃｍ２）

前記開口部Ｓｔにおけるトナー量κは、ほぼ最密に充填されるために、下式で近似することができる。

κ＝（（π・ρ・ｒｔ）／（３×３^１／２））×１０^−４

また、定着後のトナー層厚ｄｔは、一般的な定着条件で、トナー粒径ｒｔの１／３程度までつぶすことができることから、上記２式より、下式で近似することができる。

（Ｓｔａ／Ｓａ）≧０．５５

つまり、トナー担持体２２上における凸部の割合が４５％以下であれば、トナーにより隙間なく定着することが可能になる。

また、凸部２２１ｃの高さＤは、凸部２２１ｃ側面とトナーとの接触性、且つ、凸部２２１ｃ側面に、被覆に係るトナーと感光体１との接触性を確保するため、トナー粒径ｒ_ｔの５０％程度が好ましい。このとき、トナーの粒度分布を考慮すると、凸部２２１ｃの高さＤは、ｒ_ｔ１０／２以上、ｒ_ｔ９０／２以下にすると好ましい。ここで、ｒ_ｔ１０はトナー粒度分布における累積個数分布が１０％の粒径、ｒ_ｔ９０は９０％の粒径である。凸部２２１ｃの高さＤがｒ_ｔ１０／２より小さくなると、凸部２２１ｃ側面とトナーとの接触性が減少し、ローラ２２１を被覆するトナーの粒径が限定され、均一なトナーによる被覆ができなくなる。

一方、凸部２２１ｃの高さＤがｒ_ｔ９０／２より大きくなると、凸部２２１ｃ側面に接触しているトナーと感光体１との接触性が減少し、感光体１の静電像を現像できるトナー粒径が限定され、高密度な現像ができなくなる。

本実施形態においては、トナー粒径ｒ_ｔが７．７μｍに対し、高さＤが３．５μｍ、開口幅Ｚが８μｍの構造を用いた。二成分現像剤１０は、ローラ２２１上を、相対速度差（ｖ_１０＞ｖ_２２）を有するように移動可能である。このとき、搬送される二成分現像剤１０中のトナーは、ローラ２２１上の凸構造と接触、摩擦することにより帯電し、主にはその静電的付着力により凸構造と多点接触し、トナーの単層被覆を形成する。このため、ローラ外周面のみと点接触する場合に比べて、小さな静電的付着力でもトナーによる被覆を形成することができる。

一方、接触した点における静電的付着力が大きければ、現像剤とローラ２２１等のトナー搬送部材との接触頻度や摩擦を過度に上げる必要がなくなり、現像剤の劣化を抑えることができる。そのためには、トナー、磁性キャリア、ローラ２２１の表面材料（弾性層２２１ａ）の帯電系列が、トナーとローラ２２１の表面材料との間に磁性キャリアが入るように並ぶことが好ましい。この条件においては、トナーとローラ２２１の表面材料の帯電系列差が、トナーと磁性キャリアの帯電系列差に比べて大きくなる。

このため、トナーとローラ２２１が接触、摩擦し帯電した際に、トナーと磁性キャリアの静電的付着力に比べて、強い静電的付着力が発生し、トナーが磁性キャリアから離脱し、ローラ２２１に付着し易くなる。

以上のように、本実施形態の現像装置によると、現像剤とトナー搬送部との接触頻度や摩擦を過度に上げることなく、均一なトナーによる被覆層を形成することができる。なお、帯電系列の決定方法に関しては後述する。

（現像剤回収の構成）
トナー担持体２２のローラ２２１上の二成分現像剤１０は、トナー担持体２２と現像剤回収部材２３とが対向する回収部Ｕまで搬送される。回収部Ｕは、トナー担持体２２内部に固定配置される複数の磁性部材である永久磁石２３ｂのＮ_２２極と、現像剤回収部材内部に固定配置される複数の磁性部材である永久磁石３３２のＳ_２３極によって強い磁界が発生している。このため、回収部Ｕまで搬送された二成分現像剤１０は、ローラ２２１上を被覆したトナーを除き、現像剤回収部材２３に回収される。

回収された二成分現像剤１０は、ローラ２３１の回転方向ｊに移動するように搬送され、永久磁石３３２の磁界の影響及びクスレーパー２５によりローラ２３１から剥ぎ取られ、再び現像剤供給部材２４により撹拌され、供給部Ｗまで搬送される。

一方、現像剤回収部材２３に回収されずに、ローラ２２１の凸構造の凸部２２１ｃ側面に接触しているトナーは、現像部Ｔまで搬送される。現像部Ｔにおいて、トナー担持体２２と感光体１は接触し、感光体上の静電像電位、及び電圧印加手段２６により印加される電圧によって電位差が発生している。

本実施形態においては、トナー担持体２２の感光体１への進入量が５０μｍになるように接触させた。また、感光体１の静電像電位（Ｖ_Ｌ＝１００Ｖ）に対し、トナー担持体２２にＤＣ４００Ｖを印加した。また、現像剤回収部材２３は、電圧印加手段２６により電圧が印加されてトナー担持体２２と等電位に配線されているが、電気的に浮いた状態としても構わない。

（ローラ及び感光体の移動速度比と画像評価）
ローラ２２１と感光体１とは、両者が現像部Ｔにおいて同方向（ｈ方向及びｍ方向）に回転しており、両速度は相対速度差を有している。本実施形態においては、感光体１の移動速度ｖ_１は２００ｍｍ／ｓ、ローラ２２１の移動速度ｖ_２２は２６０ｍｍ／ｓに設定した。

図８は、ローラ２２１と感光体１とが対向する現像部Ｔにおける模式図である。

本実施形態においては、開口幅Ｚ（８μｍ）は、平均トナー粒径ｒ_ｔ（７．７μｍ）以上であって、トナー粒径の２倍より小さいため、隣接する凸部２２１ｃ間に平均トナー粒径のトナーは１個しか入れない。

図９は、現像部Ｔの後端における模式図である。図９（ａ）は、進行方向先頭のトナー１１ａが現像部後端を通過するときの模式図であり、図９（ｂ）は、そのｔ秒後に隣のトナー１１ｂが現像部後端を通過するときの模式図である。

トナーは、印加した電位差により、ローラ２２１から感光体１の方向へ力を受け、且つ、現像部におけるローラ２２１と感光体１の回転速度の相対速度差のため、トナーに偶力が作用し、回転しやすくなる。これにより、トナーは、ローラ２２１との付着力が低減して、感光体１へ移動してその表面にある静電像を現像する。

このとき、感光体１上に、トナーにより高密度で静電像が現像される条件は、開口幅Ｚとトナー粒径ｒ_ｔの条件により、場合分けされる。

（Ａ）ｒ_ｔ≦Ｚ＜２ｒ_ｔのとき
この場合は、上述のｔ秒後の感光体１上を被覆するトナー１１ａ、１１ｂが接触するときの両者の中心間距離Ｒがトナー粒径（トナーの直径）に等しいｒ_ｔとなることである。

トナー１１ａが距離Ｒ進むのにかかる時間ｔは、
ｔ＝Ｒ／ｖ_１＝ｒ_ｔ／ｖ_１・・・式（２） 時間ｔの間に、トナー１１ｂは距離λを移動する必要があるため、
ｖ_２２ｔ＝λ・・・式（３）
式（２）、式（３）より、感光体１の移動速度ｖ_１に対するローラ２２１の移動速度比ｖ_２２／ｖ_１は、
ｖ_２２／ｖ_１＝λ／Ｒ＝λ／ｒ_ｔ・・・式（４）
実際には、トナー１１ａに対してトナー１１ｂが押し付けられることで、両トナーの中心間距離Ｒはトナー粒子の直径ｒ_ｔ以下となることもあるので、上述の式（４）は以下のように表わすことができる。

ｖ_２２／ｖ_１≧λ／Ｒ＝λ／ｒ_ｔ・・・式（５）
表１は、本実施形態において、移動速度比ｖ_２２／ｖ_１を変化させた際の現像量、被覆率、定着後の濃度評価の各結果である。なお、各評価方法に関しては後述する。

Ｚ＝８．０μｍ、Ｋ＝１．０μｍ、λ＝９．０μｍ、ｒ_ｔ＝７．７μｍ

式５より、現像ロール上にトナー同士が接触して高密度の被覆層を形成する条件は、

ｖ_２２／ｖ_１≧１．１７
である。

表１より明らかなように、式（５）を満たす移動速度比ｖ_２２／ｖ_１（１．２以上）に設定すると、感光体１上にトナーによる高密度な現像が可能になり、所望の濃度を達成できることを確認した。なお、複層のトナーで被覆する場合、式（５）の速度比に所望のトナー層数を掛けた速度比以上に設定すればよい。

次に、本実施形態に基づいてｖ_２２／ｖ_１＝１．４となる条件で評価したものと、比較例としてハイブリッド方式により評価したものと、を比較した。表２は、感光体１上にトナーにより現像した際の現像量、被覆率、定着後の濃度評価、画像均一性の評価の各結果である。

本実施形態の方式は、略単層且つ高密度なトナー像の現像ができるのに対し、ハイブリッド方式は、本実施形態の方式と同じ現像量になるように調整しても、被覆率が低く、また、２層目のトナーが複数存在することを確認した。

このため、本実施形態の方式では、所望の画像濃度を達成できるのに対し、ハイブリッド方式では、トナーが存在しない白地部の影響により、画像濃度が著しく減少し、所望の濃度に達しないことを確認した。

また、本実施形態の方式では、現像で得られたトナー像の高さ方向のムラが小さいために、画像均一性が許容レベルであるのに対し、ハイブリッド方式では、現像されたトナー像の高さ方向のムラが大きく、画像均一性が許容レベルに未達であることも確認した。

トナー担持体２２上の被覆率の低さの悪影響を受けて、感光体１上、及び紙上に形成された画像も同様にトナー密度が低く、トナーが存在しない白地部の影響により、画像濃度が著しく減少し、所望の濃度に達しないことも確認した。

（Ｂ）２ｒ_ｔ≦Ｚ＜ｒ_ｃのとき
開口幅Ｚが２ｒ_ｔ≦Ｚ＜ｒ_ｃの条件における移動速度比ｖ_２２／ｖ_１の導出について説明する。

図１０は、現像部Ｔへの進入前の模式図である。現像部進入前は、ローラ２２１上には、２つのトナーが、凸構造の凸部２２１ｃの側面と凸部２２１ｃ同士の間のローラ２２１表面（凸部間の底面）との両方に接触できる位置にそれぞれ存在する。

図１１は、現像部の後端における模式図である。トナーは、接触中に移動速度比ｖ_２２／ｖ_１により、ローラ２２１の移動方向（ｖ_２２）に対して下流側に回転移動する。

図１１（ａ）は、トナー１１ａが接触部後端を通過するときの模式図であり、図１１（ｂ）は、そのｔ秒後に隣のトナー１１ｂが接触部後端を通過するときの模式図である。感光体１上にトナーによる高密度な現像ができる条件は、ｔ秒間に、トナー１１ａが距離Ｒを移動するとともに、トナー１１ｂが距離（λ−ｒ_ｔ）を移動することである。この関係から、以下の式（６）が得られる。

ｖ_２２／ｖ_１≧（λ−ｒ_ｔ）／Ｒ＝（λ−ｒ_ｔ）／ｒ_ｔ・・・式（６）

表３〜表５は、表面構造の異なるローラ２２１を用いて同様の検討を行った結果である。

Ｚ＝９．０μｍ、Ｋ＝２．０μｍ、λ＝１１μｍ、ｒ_ｔ＝７．７μｍ

上述の条件（Ａ）に基づき、式（５）より、ｖ_２２／ｖ_１≧１．４３となるが、実際、表３から明らかなように、移動速度比ｖ_２２／ｖ_１が１．５以上で所望の濃度評価が得られた。

Ｚ＝１５μｍ、Ｋ＝２．０μｍ、λ＝１７μｍ、ｒ_ｔ＝７．７μｍ

上述の条件（Ｂ）に基づき、式（６）より、ｖ_２２／ｖ_１≧１．２１となるが、実際、表４から明らかなように、移動速度比ｖ_２２／ｖ_１が１．３以上で所望の濃度評価が得られた。

Ｚ＝１８μｍ、Ｋ＝１．０μｍ、λ＝１９μｍ、ｒ_ｔ＝７．７μｍ

上述の条件（Ｂ）に基づき、式（６）より、ｖ_２２／ｖ_１≧１．４７となるが、実際、表５から明らかなように、移動速度比ｖ_２２／ｖ_１が１．５以上で所望の濃度評価が得られた。

構造が異なる場合においても、式（５）、式（６）を満たす移動速度比ｖ_２２／ｖ_１に設定すると、感光体１上にトナーによる高密度な現像が可能になり、所望の濃度を達成できることを確認した。

一方、開口幅Ｚがトナー粒径３個分以上（Ｚ≧３ｒ_ｔ）になると、現像量の安定性が低下する。

図１２は、開口幅Ｚがトナー粒径３個分以上のローラ２２１の模式図である。

図１２のように、開口幅Ｚがトナー粒径３個分以上（Ｚ≧３ｒ_ｔ）になると、凸部２２１ｃの側面と凸部２２１ｃ同士の間の底面との両方に接触して安定な２個のトナーの他に、平均粒径ｒ_ｔ相当のトナーが底面のみで接触する可能性が生じる。これにより、安定性が低下すると考えられる。

このように、開口幅Ｚはトナー粒径３個分より小さく（Ｚ＜３ｒ_ｔ）するとより好ましい。そのような条件下では、凸部２２１ｃ同士の間に、底面のみで接触する不安定なトナーの入るスペースが限定され、構造空間的に被覆に係るトナー量が規制され、さらに安定して均一な単層被覆の形成が可能になり、その結果、現像量の安定性を向上できる。

表６、表７は、平均粒径ｒ_ｔが５．０μｍ（比重：１．１ｇ／ｃｍ^３）のトナーを用いて、同様の検討を行った結果である。

Ｚ＝６．０μｍ、Ｋ＝１．０μｍ、λ＝７．０μｍ、ｒ_ｔ＝５．０μｍ

上述の条件（Ａ）に基づき、式（５）より、ｖ_２２／ｖ_１≧１．４０となるが、実際、表６から明らかなように、移動速度比ｖ_２２／ｖ_１が１．４以上で所望の濃度評価が得られた。

Ｚ＝１１μｍ、Ｋ＝１．０μｍ、λ＝１２μｍ、ｒ_ｔ＝５．０μｍ

上述の条件（Ｂ）に基づき、式（６）より、ｖ_２２／ｖ_１≧１．４０となるが、実際、表７から明らかなように、移動速度比ｖ_２２／ｖ_１が１．４以上で所望の濃度評価が得られた。

次に、本実施形態に基づいてｖ_２２／ｖ_１＝１．６となる条件で評価したものと、比較例としてハイブリッド方式により評価したものと、を比較した。表８は、感光体１上にトナーにより現像した際の現像量、被覆率、定着後の濃度評価、画像均一性の評価の各結果である。

本実施形態の方式は、略単層且つ高密度なトナー像の現像ができるのに対し、ハイブリッド方式は、本実施形態の方式と同じ現像量になるように調整しても、被覆率が低く、また、濃度評価も悪いことが確認できた。

表９、表１０は、平均粒径ｒ_ｔが１０μｍ（比重：１．１ｇ／ｃｍ^３）のトナーを用いて、同様の検討を行った結果である。

Ｚ＝１１μｍ、Ｋ＝１．０μｍ、λ＝１２μｍ、ｒ_ｔ＝１０μｍ

上述の条件（Ａ）に基づき、式（５）より、ｖ_２２／ｖ_１≧１．２０となるが、実際、表９から明らかなように、移動速度比ｖ_２２／ｖ_１が１．２以上で所望の濃度評価が得られた。

Ｚ＝２１μｍ、Ｋ＝１．０μｍ、λ＝２２μｍ、ｒ_ｔ＝１０μｍ

上述の条件（Ｂ）に基づき、式（６）より、ｖ_２２／ｖ_１≧１．２０となるが、実際、表１０から明らかなように、移動速度比ｖ_２２／ｖ_１が１．２以上で所望の濃度評価が得られた。

次に、本実施形態に基づいてｖ_２２／ｖ_１＝１．４となる条件で評価したものと、比較例としてハイブリッド方式により評価したものと、を比較した。表１１は、感光体１上にトナーにより現像した際の現像量、被覆率、定着後の濃度評価、画像均一性の評価の各結果である。

トナーの粒径が異なる場合においても、式（５）、式（６）を満たす移動速度比ｖ_２２／ｖ_１に設定すると、感光体１上にトナーにより高密度で現像することが可能になった。そして、より少ないトナー量でも所望の濃度を達成でき、且つ現像で得られたトナー像の高さ方向のムラが小さいために、画像均一性を改善できることを確認した。

以上のように、表面に規則的に並ぶ凸構造を有したローラ２２１に、二成分現像剤１０を接触させて凸構造の凸部２２１ｃの側面に接触して薄層均一の安定したトナー被覆を形成し、余剰な二成分現像剤１０を現像剤回収部材２３により回収する。その後、トナー担持体２２と感光体１とが接触する条件に配置し、電位差及び式（５）あるいは式（６）で決定される移動速度比に設定すると、少ないトナー量においても、感光体１上に安定してとなーによる高密度な現像を得ることが可能になる。また、所望の濃度を得るとともに、濃度ムラを改善することもできる。

（凸構造の周期と色差との関係）
上述の検討においては、トナー担持体２２上の凸構造は周期的な構造（λ固定）としたが、異なる周期の構造が混在していても構わない。

図１３は、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の各トナーを感光体１上に０．４５ｍｇ／ｃｍ^２の量のトナーで現像したときを基準として、現像量の変動率（横軸）と、色差ΔＥ（縦軸）の関係を示す図である。

ここで、各色ともに、面内の色差ΔＥを５以内に抑えるためには、現像量の変動率は±２０％以内にする必要がある。本実施形態の方式において、移動速度比ｖ_２２／ｖ_１が決定された際に、開口幅Ｚとトナー粒径ｒ_ｔの条件（Ａ）又は（Ｂ）により、感光体１上の現像量は、それぞれλ（式（５））又はλ−ｒ_ｔ（式（６））に比例する。よって、面内の色差ΔＥを５以内に抑えるためには、変動率が０％のときの周期をλ_０とすると、周期λは、以下の範囲で混在していても構わない。

（ａ）条件（Ａ）のときは、０．８λ_０以上１．２λ_０以下
（ｂ）条件（Ｂ）のときは、（０．８λ_０＋０．２ｒ_ｔ）以上（１．２λ_０−０．２ｒ_ｔ）以下

更に、周期λが、
（ａ）条件（Ａ）のときは、０．９λ_０以上１．１λ_０以下
（ｂ）条件（ Ｂ）のときは、（０．９λ_０＋０．１ｒ_ｔ）以上（１．１λ_０−０．１ｒ_ｔ）以下

の範囲であれば、面内の色差ΔＥを３以内に抑え、更に好ましい。

これら上述の許容範囲内で異なる周期の凸構造が混在するものも、本実施形態の凸構造に含まれるものである。

（凸構造の形成方法）
ローラ２２１上の凸構造は、光硬化性樹脂を用いた光ナノインプリント法や熱可塑性樹脂を用いた熱ナノインプリント法、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などにより形成することができる。

図１４は、ローラ２２１上の凸構造の形成方法の一例を示す模式図である。

ここでは、ローラ２２１上の凸構造を、熱ナノインプリント法により形成する方法を説明する。

ハロゲンヒータ４１を内包した転写用ロール４０上に、所望の凸構造とは逆の構造である凹構造を有したフィルムモールド４２を固定する。次いで、そのフィルムモールド４２をローラ２２１に接触させながら押圧する。そのまま転写用ロール４０とローラ２２１を等速で回転させながら、ハロゲンヒータ４１により、ガラス転移温度から融点の範囲内の温度に加熱して凸構造を形成する。

このとき、図１４のように、ローラ２２１の弾性層２２１ａに直接形成しても構わないし、あらかじめ弾性層２２１ａ上に熱可塑性樹脂を塗工し、その樹脂に形成しても構わない。

光ナノインプリント法は、光硬化性樹脂をローラ２２１の表層面に塗工し、ハロゲンヒータ４１の代わりに設置したＵＶ光源を用い、ＵＶ照射により硬化させて凸構造を形成する。

図１５は、ローラ２２１上の凸構造の形成方法の他の一例を示す模式図である。

ここでは、ローラ２２１上の凸構造を、レーザーエッジング法により形成する方法を説明する。

ローラ２２１に対して、集光レンズ４４により集光させたレーザー４３を矢印ｆ方向に走査し、ローラ２２１の表層面に凸構造を形成する。次いで、ローラ２２１を矢印ｇ方向にわずかに回転し、再度レーザーを走査して凸構造を形成する。このような操作を繰り返し、ローラ２２１の周面に、その軸方向に沿った凸構造を形成する。

（凸構造の測定方法）
ローラ２２１上の凸構造の測定はＡＦＭ（Ｐａｃｉｆｉｃ ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製Ｎａｎｏ−Ｉ）を用い、当該測定装置の操作マニュアルに従い測定を行う。このとき、サンプリングはローラ２２１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１６は、本測定で用いる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_ｔ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_ｃ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、トナー供給部材表層面の形状（ｘ、ｙ、ｚ_Ｂ）を計測する。この形状は、粒径ｒ_ｃの磁性キャリアが接触できるローラ２２１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、粒径ｒ_ｔのトナーが接触できるトナー供給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高さＤを計測し、ｒ_ｔ１０／２≦Ｄ＝｜ｚ_Ｂ−ｚ_Ａ｜≦ｒ_ｔ 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、その座標を中心とした直径ｒ_ｔの円をそれぞれ適用し、画像処理を行う。

図１７は、ローラ２２１表面層の移動方向をｙ軸としたとき、ｙ軸に沿って探針を走査した際の測定及び画像処理を行った結果を示す図である。

抽出される座標に対して、それぞれの座標を中心とした直径ｒ_ｔの円を重ね合わせた領域Φと、その領域Φの長径である開口幅Ｚが得られる。また、隣接する領域Φ１、Φ２間が本実施形態における凸構造であり、その最小距離である幅Ｋが得られる。なお、本実施形態における凸構造とは、測定及び画像処理によって得られる構造である。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、ローラ２２１表層面にそのような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凸構造でもあっても、測定によって凸構造と判断されれば、本実施形態における凸構造とみなす。

（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ＩＩＩ（ベックマンコールター社製）を用い、当該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メジアン径ｄ５０を算出し、試料の個数平均粒径ｒ_ｔとした。

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ＳＡＬＤ−３０００（島津製作所製）を用い、当該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メジアン径ｄ５０を算出し、試料の個数平均粒径ｒ_ｃとした。

（帯電系列の決定方法）
現像装置２０の現像容器２１内に磁性キャリアのみを入れて、１分程度通常の現像における回転動作を行う。このとき、電圧印加手段は取り外し、トナー担持体２２と現像剤回収部材２３は電気的に浮いた状態とする。現像部Ｔの位置に、トナー担持体２２に対向するように、表面電位計ＭＯＤＥＬ３４７（トレック社製）のプローブを設置し、トナー担持体２２の表面電位を測定する。現像における回転動作前後の電位差（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担持体２２のローラ２２１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、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。

（現像評価方法）
・現像量
感光体１上に現像に係るトナーを吸引し、その重さ（ｍｇ）、及び吸引部の面積（ｃｍ^２）を計測し、その商である単位面積における重さ（ｍｇ／ｃｍ^２）を算出して求めた。

・トナー被覆率
被覆率は、トナーで現像した感光体１上をマイクロスコープ（Ｋｅｙｅｎｃｅ社製ＶＨＸ−５０００）で撮影した画像から算出した。撮影した画像から画像処理ソフト（アドビ社製ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ）を用いて、トナー部の面積（ｐｘ）のみを抽出し、被覆率として、全体の面積に対する比率を算出した。

・定着後の濃度評価
定着後の濃度評価は、トナー担持体２２にトナーを被覆し、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（エックスライト株式会社製５００Ｓｅｒｉｅｓ）により測定し、所望の反射濃度（ＣＭＹ：Ｄｒ≧１．３、Ｋ：Ｄｒ≧１．５）に対し、未達の場合を×、到達の場合を○とした。

・定着後の画像均一性評価
画像均一性の評価は、濃度ムラが目立ちやすいハーフトーン画像（明度Ｌ＊≒７０）に対して、以下の評価基準に従って行った。

レベル良好（○）：斑点状の濃度ムラが目立ち難い（０〜３点／ｃｍ^２）
レベル不良（×）：斑点状の濃度ムラが目立って見える（４点〜／ｃｍ^２）

〔第２実施形態〕
図１８は、本発明に係る現像装置の他の実施形態を示す模式図である。

（現像装置の構成）
トナー担持体２２のローラ２２１は、その回転方向である図１８の矢印方向ｈに、複数の凸部２２１ｃが規則的に並ぶ凸構造が形成され、凸部２２１ｃの高さはトナー粒径以下である。また、隣接する凸部２２１ｃ間の開口幅は、トナー粒径以上、キャリア粒径未満である。

図１９は、本実施形態で使用したローラ２２１の断面図である。

ローラ２２１は、ステンレス製の基層２２１ｂ、その上部にカーボンが分散されたシリコーンゴムから成る厚み３ｍｍ程度の弾性層２２１ａと、更にその上部に配された厚み５μｍ程度の光硬化樹脂層に形成された凸部２２１ｃと、から構成される。光硬化樹脂層における凸構造は、上述した凸構造形成方法（光ナノインプリント法）により、第１実施形態と同様の形状に形成した。一方、弾性層２２１ａと光硬化樹脂層の凸部２２１ｃとの間には接着性を高めるために厚み数ｎｍのプライマー層を施しても構わない。

現像容器２１内部には、トナー担持体２２に現像剤を供給する現像剤供給部材２４と、トナー担持体２２上の現像剤を回収する現像剤回収部材２３が、トナー担持体２２に対向し、間隙を有して固定配置される。現像剤供給部材２４は、後述する現像剤回収部材２３により回収された現像剤を撹拌し、トナー担持体２２と現像剤供給部材２４が対向する供給部Ｗへ搬送し、永久磁石２２２により作用する磁気力により供給する。

一方、現像剤回収部材２３は、磁性材料、あるいは透磁率が高い金属材料から成り、永久磁石２２２と協働で形成した磁場により作用する磁気力により、現像剤を回収する。現像剤回収部材２３は、トナー担持体２２の移動方向に対して、現像部Ｔより上流、且つ供給部Ｗより下流の位置に配される。トナー担持体２２は、現像部Ｔにおいて感光体１と接触するように配されており、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２７が備えられている。

（トナー被覆及び静電像の現像についての詳細な説明）
次に、トナー担持体２２上へのトナー被覆、及び感光体１の静電像の現像について説明する。

供給部Ｗにおいて、現像剤供給部材２４により、トナー担持体２２へ供給される現像剤は、ローラ２２１の回転（図２０のｈ方向）、及び永久磁石２２２が作り出す磁場により作用する磁気力により、図２０の矢印ｈ方向に搬送される。搬送される現像剤は、現像剤回収部材２３と永久磁石２２２により協働で形成された磁場により作用する磁気力により、現像剤回収部材２３とトナー担持体２２が対向する回収部Ｕ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、ローラ２２１に接触して被覆するトナーは、磁気力による拘束を受けないために、回収部Ｕを通過し、感光体１と対向する現像部Ｔまで搬送される。

トナー担持体２２には、電圧印加手段２６によって電圧が印加され、トナー担持体２２と感光体１との間には電位差が発生している。また、感光体１の移動速度ｖ_１に対するトナー担持体２２の移動速度比ｖ_２２／ｖ_１は、式（５）又は式（６）を満たすように設定されている。

これにより、少ないトナー量においても、感光体１上に安定して高密度な現像を行うことが可能になり、所望の濃度を得つつ、濃度ムラを改善することができる。

本実施形態における現像装置は、現像剤回収部材が簡易な構成であるために、現像装置の小型化に対応することができる。

〔第３実施形態〕
図２０は、本発明に係る現像装置の他の実施形態を示す模式図である。

（現像装置の構成）
トナー担持体２２は、図２０の矢印ｈ方向に回転可能なトナー搬送ベルト２２３と、そのトナー搬送ベルト２２３を駆動するために少なくとも２個以上の駆動ローラ２２４、２２５と、から成る。これら２つの駆動ローラのうち、感光体１に近接する駆動ローラ２２４は、金属材料からなる円筒状の部材である基層上に、弾性層を被覆した構造の部材で形成されている。また、他方の駆動ローラ２２５は、ローラ内部に回転可能な永久磁石２２２を有することで、回転するトナー担持体２２の回転の内側に磁性部材を配置する構成となっている。

以上のように、トナー搬送ベルト２２３は、２つのローラの間に架け渡されて、両ローラ間を循環可能なベルト形状を有している。

トナー搬送ベルト２２３には、その移動方向ｈに対して、複数の凸部２２１ｃが規則的に並ぶ凸構造が形成され、凸部２２１ｃの高さはトナー粒径以下である。また、隣接する凸部２２１ｃ間の開口幅は、トナー粒径以上、キャリア粒径未満である。

本実施形態においては、ローラ２２１としてポリイミド製のベルト形状の部材を用い、ベルト部材に対して熱ナノインプリント法により、上述の第１実施形態と同様の形状の凸構造を形成した。

現像容器２１内部には、トナー担持体２２に現像剤を供給する現像剤供給部材２４と、トナー担持体２２上の現像剤を回収する現像剤回収部材２３が、駆動ローラ２２５に対向し、間隙を有して固定配置される。現像剤供給部材２４は、後述する現像剤回収部材２３により回収された現像剤を撹拌し、トナー担持体２２と現像剤供給部材２４が対向する供給部Ｗへ搬送し、永久磁石２２２により作用する磁気力により供給する。

一方、現像剤回収部材２３は、透磁率が高い金属材料から成り、永久磁石２２２と協働で形成した磁場により作用する磁気力により、現像剤を回収する。現像剤回収部材２３は、トナー担持体２２の移動方向ｈに対して、現像部Ｔより上流、且つ供給部Ｗより下流の位置に配される。

トナー担持体２２は、現像部Ｔにおいて感光体１と接触するように配されており、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２７が備えられている。

（トナー被覆及び静電像の現像についての詳細な説明）
次に、トナー担持体２２上へのトナー被覆、及び感光体１の静電像の現像について説明する。

供給部Ｗで、現像剤供給部材２４によりトナー担持体２２へ供給される現像剤は、トナー搬送ベルト２２３のｈ方向への移動、及び永久磁石２２２のｐ方向への移動で作り出される磁場で作用する磁気力により、トナー搬送ベルト２２３をｈ方向に搬送される。搬送される現像剤は、現像剤回収部材２３と永久磁石２２２とにより協働で形成された磁場により作用する磁気力により、現像剤回収部材２３と駆動ローラ２２５が対向する回収部Ｕ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、トナー搬送ベルト２２３に接触して被覆するトナーは、磁気力による拘束を受けないために、回収部Ｕを通過し、感光体１と駆動ローラ２２４が対向する現像部Ｔまで搬送される。

トナー担持体２２には、電圧印加手段２６によって電圧が印加され、トナー担持体２２と感光体１との間には電位差が発生している。また、感光体１の移動速度ｖ_１に対するトナー担持体２２の移動速度比ｖ_２２／ｖ_１は、式（５）又は式（６）を満たすように設定されている。

これにより、少ないトナー量においても、感光体１上に安定して高密度な現像を行うことが可能になり、所望の濃度、且つ画像均一性を改善することができる。

本実施形態における現像装置は、駆動ローラ２２５内部に配置される永久磁石２２２が回転することにより、磁気ブラシがトナー搬送ベルト２２３上を、上端下端を逆転させるように回転して搬送される。これにより、短い搬送距離及び時間で、トナー搬送ベルト２２３とトナーの接触頻度を上げることできる。また、永久磁石２２２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被覆に係るトナー量を調整することができる。

〔第４実施形態〕
図２１は、本発明に係る現像装置の他の実施形態を示す模式図である。

（現像装置の構成）
トナー担持体２２は、図２１の矢印ｈ方向に回転可能なローラ２２１から成り、ローラ２２１は、金属材料からなる円筒状の部材である基層２２１ｂ上に、弾性層２２１ａを被覆した構造の部材で形成されている。ローラ２２１には、その移動方向に対して、複数の凸部２２１ｃが規則的に並ぶ凸構造が形成され、凸部２２１ｃの高さはトナー粒径以下である。また、隣接する凸部２２１ｃ間の開口幅は、トナー粒径以上且つキャリア粒径未満である。この凸構造は、上述の第１実施形態と同様の形状を有している。

本実施形態においては、第１実施形態と同様に、ローラ２２１の弾性層２２１ａ上に直接凸構造を形成したが、弾性層２２１ａ上に構造用の樹脂層を設けて、これに第１実施形態にあるような凸構造を形成しても構わない。

現像容器２１内部には、トナー担持体２２から現像剤を回収可能であり、かつ、トナー担持体２２へ現像剤を供給可能な現像剤回収部材である現像剤の供給回収部材２８が、トナー担持体２２に対向し、間隙を有して配置される。間隙は、現像剤の供給回収部材２８上を搬送される現像剤が、トナー担持体２２に接触するように調整される。現像剤供給回収部材２８は、回転可能なローラ２８１と、内部に固定配置された永久磁石２８２と、から成る。

現像容器２１内部には、現像剤を撹拌し、現像剤供給回収部材２８に現像剤を供給する撹拌供給部材２９が備えられている。

トナー担持体２２は、現像部Ｔにおいて感光体１と接触するように配されており、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２７が備えられている。

（トナー被覆及び静電像の現像についての説明）
次に、トナー担持体２２上へのトナー被覆、及び感光体１の静電像の現像について説明する。

撹拌供給部材２９により、現像剤供給回収部材２８に供給される現像剤は、ローラ２８１の回転、及び永久磁石２８２が作り出す磁場により作用する磁気力により、ローラ２８１の回転方向（図２１の矢印ｑ方向）に搬送される。搬送される現像剤は、供給部Ｗにおいてトナー担持体２２と接触することでトナー担持体２２へ供給され、永久磁石２８２により形成された磁場により作用する磁気力により、回収部Ｕにおいて現像剤供給回収部材２８に回収される。

一方、ローラ２２１に接触して被覆するトナーは、磁気力による拘束を受けないために、回収部Ｕを通過し、感光体１とローラ２２１とが対向する現像部Ｔまで搬送される。

トナー担持体２２には、電圧印加手段２６によって電圧が印加され、トナー担持体２２と感光体１との間には電位差が発生している。また、感光体１の移動速度ｖ_１に対するトナー担持体２２の移動速度比ｖ_２２／ｖ_１は、式（５）又は式（６）を満たすように設定されている。

これにより、少ないトナー量においても、感光体１上に安定して高密度な現像を行うことが可能になり、所望の濃度、且つ画像均一性を改善することができる。

本実施形態においては、現像剤供給回収部材２８には電圧を印加せずに、電気的に浮いた状態にしているが、電圧を印加し、トナー担持体２２と等電位にしても構わない。

本実施形態における現像装置は、現像剤供給回収部材により、現像剤供給部材と現像剤回収部材の役割を兼ねている。このため、現像剤を部材間で搬送させる必要がなく、搬送中に不動層ができるなどの搬送不良が起こり難い。このため、現像剤にせん断等の力がかかり難く、耐久性の劣化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
２３・・・現像剤回収部材
２４・・・現像剤供給部材
２５・・・クスレーパー
２２１・・ローラ
２２１ａ・・・弾性層
２２１ｂ・・・基層
２２２・・・永久磁石
２３１・・・ローラ
２３２・・・永久磁石
Ｔ・・・現像部
Ｕ・・・回収部
Ｗ・・・供給部

Claims (14)

1. 非磁性トナーと磁性キャリアを含む現像剤により、像担持体に形成した静電像を現像する現像装置において、
   静電像が形成される像担持体に供給するトナーを担持するトナー担持体と、
   前記トナー担持体に前記現像剤を供給する現像剤供給部材と、
   前記トナー担持体に供給された前記現像剤を回収する現像剤回収部材と、
   を有し、
   前記トナー担持体の表層面は現像剤搬送方向と交差する方向に延在する複数の凸部を有し、前記複数の凸部は互いに隣接する凸部の頂点の間の凹部内面に対して少なくとも平均粒径のトナーが接触可能、かつ、平均粒径のキャリアが接触しないように構成され、前記凸部の頂点の高さは前記平均粒径のトナーよりも低く構成され、
   前記トナー担持体と前記像担持体とが互いに対向して前記静電像を現像する現像部において、前記トナー担持体と前記像担持体とは、相対速度差を有するように移動可能であることを特徴とする現像装置。
2. 前記トナー担持体の表層面の移動速度をｖ_２２（ｍｍ／ｓ）、前記像担持体の表層面の移動速度をｖ_１（ｍｍ／ｓ）、前記トナーの粒径をｒ_ｔ（μｍ）、前記キャリアの粒径をｒ_ｃ（μｍ）、隣接する前記凸部の間の前記現像剤搬送方向の開口幅をＺ（μｍ）、複数の前記凸部の間隔の周期をλ（μｍ）としたとき、
   ｒ_ｔ≦Ｚ＜２ｒ_ｔの場合は、ｖ_２２／ｖ_１ ≧ λ／ｒ_ｔ
   ２ｒ_ｔ≦Ｚ＜ｒ_ｃの場合は、ｖ_２２／ｖ_１ ≧ （λ−ｒ_ｔ）／ｒ_ｔ
   の関係を有することを特徴とする請求項１記載の現像装置。
3. 隣接する前記凸部の間の前記現像剤搬送方向の開口幅は、前記トナーの粒径の３倍よりも小さい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. 前記トナーのトナー粒度分布における累積個数分布が１０％の粒径をｒ_ｔ１０（μｍ ）、９０％の粒径をｒ_ｔ９０（μｍ ）、前記凸部の高さをＤ（μｍ ）としたとき、
   ｒ_ｔ１０／２≦ Ｄ ≦ｒ_ｔ９０／２
   の関係を有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. 前記トナー担持体の表層面と前記トナーと前記磁性キャリアとの帯電系列は、前記トナーと前記トナー担持体の表層面との間に前記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乃至請求項４のいずれか１項に記載の現像装置。
6. 前記現像剤回収部材は、内部に磁性部材が配されて回転可能であり、前記トナー担持体の移動方向において、前記現像部よりも上流であって、前記現像剤供給部材により現像剤を供給する現像剤供給部よりも下流に配置され、
   前記トナー担持体の内部に配置された磁性部材と、前記現像剤回収部材の内部に配置された磁性部材と、により、前記現像剤回収部材に現像剤を回収する磁気力を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の現像装置。
7. 前記現像剤回収部材は、回転可能なローラと、当該ローラの内部に固定配置された磁性材料又は金属材料から成ることを特徴とする請求項６記載の現像装置。
8. 前記現像剤回収部材は、前記トナー担持体と対向する位置に固定配置された磁性材料又は透磁率が高い金属材料から成り、前記トナー担持体の移動方向において、前記現像部よりも上流であって、前記現像剤供給部材により現像剤を供給する現像剤供給部よりも下流に配置され、
   前記トナー担持体の内部に配置された磁性部材と、前記現像剤回収部材と、により、前記現像剤回収部材に現像剤を回収する磁気力を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の現像装置。
9. 前記トナー担持体は、回転可能であり、その回転の内側に配された磁性部材を有し、
   前記現像剤回収部材は、前記トナー担持体と対向する位置に固定配置される金属材料を有し、前記トナー担持体の回転方向において、前記現像部よりも上流であって、前記現像剤供給部材により現像剤を供給する現像剤供給部よりも下流に配置され、
   前記トナー担持体の内部に配置された磁性部材と、前記現像剤回収部材と、により、前記現像剤回収部材に現像剤を回収する磁気力を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の現像装置。
10. 前記トナー担持体は、回転可能なロールと、回転可能な前記磁性部材と、とに架け渡されて前記ロールと前記磁性部材との間を循環可能なベルト形状を有して、前記トナーを担持して搬送することを特徴とする請求項９記載の現像装置。
11. 前記現像剤回収部材は、
    前記トナー担持体へ現像剤を供給可能であって、回転可能なローラと、当該ローラの内部に配置された磁性材料と、を有し、
    前記ローラにより搬送される現像剤が、前記トナー担持体に接触するように配され、前記磁性材料により現像剤を供給するとともに回収する磁気力を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の現像装置。
12. 前記トナー担持体は、弾性又は可撓性を有する部材で構成され、前記像担持体と接触して配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の現像装置。
13. 前記トナー担持体は、導電性の剛性部材で構成され、前記像担持体と非接触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１１のいずれか１項に記載の現像装置。
14. 像担持体に静電像を形成し、前記静電像を現像装置により現像して画像形成する画像形成装置において、
    前記現像装置として請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。