(57)【要約】【課題】より少ないトナー量で高密度の画像が得られる画像形成装置を提供する。【解決手段】トナー１１及び磁性キャリア１２を有する現像剤１０を収容する現像容器２１と、現像容器２１に回転可能に配置され、回転方向に関して複数の凹部２２Ｂが周期的に形成される凹凸回転体２２と、凹凸回転体２２と接触し、凹部２２Ｂの中に担持されたトナー１１が転移される感光体ドラム１と、を有し、凹部２２Ｂの側面は、一方向に形成された緩傾斜面ＳＬの方が、他方向に形成された急傾斜面ＳＲよりも傾斜角度が緩やかであり、緩傾斜面ＳＬを下りる方向を正とした場合に、感光体ドラム１の表面速度に対する凹凸回転体２２の表面速度の相対速度が正に設定される画像形成装置１００を構成した。【選択図】  図５
2015166858.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性トナー及び磁性キャリアを有する現像剤を収容する現像容器と、
前記現像容器内に回転可能に配置され、回転方向に関して複数の溝が周期的に形成され、現像剤を担持可能な凹凸部材と、
前記凹凸部材に対向して設けられ、前記凹凸部材に担持された磁性キャリアを回収する回収手段と、
前記凹凸部材の回転方向に関して、前記回収手段よりも下流側で前記凹凸部材に接触し、前記凹凸部材に担持されたトナーが転移される受取部材と、
を有する画像形成装置であって、
前記凹凸部材に形成された各溝は、前記溝の内面に少なくとも平均粒径のトナーが接触可能であるとともに、該接触したトナーの頂点よりも前記溝の頂点が低く、
前記各溝の側面は、前記凹凸部材の周方向に関して、一方向に形成された第１側面の方が、他方向に形成された第２側面よりも傾斜角度が緩やかであり、前記凹凸部材の周方向において、前記第１側面を下る方向を正とした場合に、前記凹凸部材と前記受取部材が接触する位置において、前記受取部材の表面速度に対する前記凹凸部材の表面速度の相対速度が正に設定されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記凹凸部材の表面の凸部の頂点同士を結ぶ第１仮想線に接すると共に、隣り合う前記凸部同士の間に形成される２つの傾斜面と接する非磁性トナーの粒径をＲｎとし、
前記２つの傾斜面のうちの一方の傾斜面の頂点と他方の傾斜面とに接する非磁性トナーのトナー中心、及び、前記第１仮想線と前記非磁性トナーとに接する所定の粒径を有する磁性キャリアのキャリア中心を結ぶ第２仮想線が前記一方の傾斜面の頂点を通るときの非磁性トナーの粒径をＲｘとした場合に、
Ｒｎ≦非磁性トナーの粒径≦Ｒｘの関係が成立することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記非磁性トナーに関しては、累積粒度分布における１０％の粒径がＲｎ以上であり、累積粒度分布における９０％の粒径がＲｘ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
回転方向で隣接する前記凹凸部材の表面の凸部同士の間隔は、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乃至請求項３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記凸部の前記第１側面の最大傾斜角度｜κＬ｜は０．５以下であり、前記凸部の前記第２側面の最大傾斜角度｜κＲ｜は１．０以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記凹凸部材の表面の移動速度ｖｈと前記受取部材の表面の移動速度ｖｍとの速度比ｖｈ／ｖｍは、トナーの粒径ｒｔ、凸部同士の間隔となる傾斜周期Ｌ、前記受取部材の表面に担持されるトナーの中心間の距離Ｒ、自然数ｎ、ｍと設定してｎ＋１＜（Ｌ／ｒｔ）≦ｎ＋２、ｍ−１＜（ｒｔ／Ｌ）≦ｍとした場合に、
【数１９】
2015166858.tif 000030
【数２０】
2015166858.tif 000031
【数２１】
2015166858.tif 000032
の条件を満たすことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記凹凸部材の表面と、前記非磁性トナーと、前記磁性キャリアと、の帯電系列は、前記非磁性トナーと前記凹凸部材の表面との間に、前記磁性キャリアが並ぶことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記凹凸部材は、
前記現像容器に回転自在に支持されるスリーブと、
前記スリーブの内部に回転不可に支持される複数の磁極を有する永久磁石と、
を有し、
前記凹凸部材に現像剤を供給する供給手段は、
前記現像容器の内部の現像剤を撹拌しつつ前記凹凸部材に供給し、
前記回収手段は、
前記現像容器の回転自在に支持されるスリーブと、
前記スリーブの内部に回転不可で支持される複数の磁極を有する永久磁石と、
を有し、
前記凹凸部材の内部の前記永久磁石と前記回収手段の内部の前記永久磁石とが協働して磁場を形成して、前記回収手段が磁気力により現像剤を回収す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項に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記凹凸部材は、
前記現像容器に回転自在に支持されるスリーブと、
前記スリーブの内部に回転不可に支持される複数の磁極を有する永久磁石と、
を有し、
前記凹凸部材に現像剤を供給する供給手段は、
前記現像容器の内部の現像剤を撹拌しつつ前記凹凸部材に供給し、
前記回収手段は、
磁性材料、又は、透磁率が所定量よりも高い金属材料で形成され、
前記凹凸部材の内部の前記永久磁石と前記回収手段とが協働で磁場を形成して、前記回収手段が磁気力により現像剤を回収す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項に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記凹凸部材は、
前記現像容器に回転自在に支持されるベルトと、
前記ベルトの内部に回転不可に支持される複数の磁極を有する永久磁石と、
前記ベルトを懸架する複数のローラと、
を有す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項に記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記凹凸部材は、
前記現像容器に回転自在に支持されるベルトと、
前記ベルトの内部に回転自在に支持される複数の磁極を有する永久磁石と、
前記ベルトを懸架する複数のローラと、
を有す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項に記載の画像形成装置。
【請求項１２】
前記凹凸部材は、
前記現像容器に回転自在に支持されるスリーブであり、
前記凹凸部材に現像剤を供給する供給手段と前記回収手段を兼ねる供給回収部材は、
前記現像容器に回転自在に支持されるスリーブと、
前記スリーブの内部に回転不可に支持される複数の磁極を有する永久磁石と、
を有し、
前記供給回収部材は、担持する現像剤が前記凹凸部材に接触する位置に配置され、前記永久磁石が磁場を形成し、磁気力により現像剤を供給及び回収す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項に記載の画像形成装置。
【請求項１３】
前記受取部材は、静電像を担持する像担持体であることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１４】
前記受取部材は、非磁性トナーを担持するトナー担持体であることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド現像方式（以下、ＨＶ現像方式）に関する従来技術として特許文献１に記載の画像形成装置が知られる。特許文献１には、感光体ドラムに対向してトナーを担持する現像ローラと、現像ローラに対向してトナーと磁性キャリアが含まれる二成分現像剤を担持する搬送ローラと、を備える画像形成装置が開示される。この画像形成装置では、現像ローラと搬送ローラとの間に電界を作用させて現像ローラの表面にトナー層を形成し、感光体ドラムの静電像を現像する。
【０００３】
このＨＶ現像方式では、二成分現像剤の撹拌によってトナーの帯電が行われるために十分な帯電量を得やすく、また、搬送ローラから現像ローラへのトナーの供給が静電気力によって行われるため、現像ローラに逆極性に帯電したトナーが供給されることもない。従って、感光体ドラム１の非画像領域へのトナー付着がなく、かぶりの発生が防止される。更に、現像ローラにはトナーのみしか供給されないため、磁性キャリアの感光体ドラム１への付着も防止されるなどの利点がある。
【０００４】
図１は、ＨＶ現像方式を採用した特許文献１の構成を有する現像装置２０（以下、ＨＶ現像装置）の概略図である。現像容器２１内の二成分現像剤は、供給部材３０により、内部にマグネットを固定配置した現像剤担持体３１に供給される。供給された二成分現像剤は、規制部材３２により規制を受けながら、トナー担持体２７との対向部まで搬送される。
【０００５】
対向部には、電圧印加部２６により電位差△Ｖが印加される。△Ｖにより、対向部における現像剤中のトナーが、静電的に付着する磁性キャリアから脱離し、トナー担持体２７方向へ飛翔しコートされる。このとき、△Ｖとコートされるトナーの単位面積における電荷量Ｑ／Ｓは、式（１）の通り比例関係にある。
【０００６】
【数１】
2015166858.tif 000003
△Ｖ  ∝  Ｑ／Ｓ＝Ｍ／Ｓ×Ｑ／Ｍ  ・・・（１）
このときＱ／Ｓ（μＣ／ｃｍ２）は、単位面積におけるトナー量Ｍ／Ｓ（ｇ／ｃｍ２）、トナーの単位質量における電荷量Ｑ／Ｍ（μＣ／ｇ）の積である。
【０００７】
トナー担持体２７上にコートされたトナーは、感光体ドラム１との対向部まで搬送され、感光体ドラム１上の静電像を現像する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−２１１９７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一方、消費エネルギー低減のために、少ないトナー量で高画質画像を出力可能な現像装置が求められている。このため、トナーについて言えば、トナー内部に含有される顔料量増加や顔料の分散性向上により、トナーの１個当たりの濃度を改善する試みがなされている。しかし、ＨＶ現像装置において、改善されたトナーを用いても、トナー量を抑える効果が限定的であることがわかった。
【００１０】
図２（ａ）はＨＶ現像装置により、感光体ドラム１上に現像されたトナー１１（粒径：７．６μｍ、比重：１．１ｇ／ｃｍ３、Ｍ／Ｓ：０．４７ｍｇ／ｃｍ２）を示す模式図である。図２（ｂ）は、同じトナー量を感光体ドラム１の表面に対して高密度に現像した際の模式図である。
【００１１】
感光体ドラム１の表面に占めるトナーの密度が高いトナー像（図２（ｂ））に比べて、密度が低いトナー像（図２（ａ））は、同じトナー量において、トナーが感光体ドラム１の表面を被覆し切れず、部分的に露出してしまう。このため、紙上に転写した際に、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てしまう。また、トナー量が多い部分と極端に少ない部分の濃度ムラが顕著になってしまうことがわかった。
【００１２】
図２（ｃ）は、ＨＶ現像装置の電位差△Ｖを上げて、画像濃度を改善した際のトナー像（粒径：７．６μｍ、比重：１．１ｇ／ｃｍ３、Ｍ／Ｓ：０．６５ｍｇ／ｃｍ２）を示す模式図である。図のように、画像濃度を改善するためには、必要以上に多くのトナー量を現像し、感光体ドラム１の表面を被覆する必要があり、トナー量を抑える効果が限定されてしまうことがわかった。
【００１３】
図３は、メディア上のトナー量Ｍ／Ｓ（ｍｇ／ｃｍ２）に対するオーブンによる定着後の同メディア上の濃度の結果である。メディアは温度条件により粘着力のスイッチングが可能なインテリマーシート（ニッタ株式会社製）を用いている。
【００１４】
図３のグラフａは、温度条件によりインテリマーシートの粘着力をオフし、メディアに対しＨＶ現像装置を有する画像形成装置により、通常の画像出力を行い定着した結果である。
【００１５】
一方、図３のグラフｂは、温度条件によりインテリマーシートの粘着力をオンし、メディア上にトナーを敷き詰め、余剰なトナーをエアーで除去することにより、メディア上に図２（ｂ）のような高密度なトナー像を実現して定着した結果である。ＨＶ現像装置は多くのトナー量を現像し、感光体ドラム１の表面を被覆しなければ、飽和濃度まで達しないのに対し、高密度なトナー像を実現すると、少ないトナー量で感光体ドラム１の表面を被覆し、飽和濃度に達することができる。
【００１６】
以上のように、ＨＶ現像装置を用いて、少ないトナー量で所望の濃度を得て、且つ濃度ムラを改善することが難しい。そこで、ＨＶ現像方式において感光体ドラム１上に現像されるトナー像の密度が低い原因を調べた。その結果、ＨＶ現像装置のように、磁性キャリアに被覆したトナーに対し、両ローラ間の電位差を利用してコートする方式は、主に以下の２つの理由によりトナー像の密度が低下し易いことが分かった。
【００１７】
（１）図１に示す現像剤担持体３１とトナー担持体２７との電位差により、トナー担持体２７の表面にトナーをコートする場合、電場が作用する空間内に存在するトナーに力が作用し、一斉に運動を行うため、トナーを表面上に均一に配置することが困難であり、表面上で多層化し、図２（ａ）に示すようにトナー担持体２７の表面に占めるトナーの密度が低下し易い。
【００１８】
（２）更に、トナー担持体２７上に担持されたトナーを感光体ドラム１へトナーを飛翔させる際に、図２（ａ）や図２（ｃ）のように多層化し不均一なトナー層の場合、各トナーの付着量が大きく異なるため、現像残が発生し易く、感光体ドラム１上に現像されるトナー像の密度が更に低下してしまう。
【００１９】
本発明は、上記実情に鑑み、より少ないトナー量で高密度の画像が得られる画像形成装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明の画像形成装置は、非磁性トナー及び磁性キャリアを有する現像剤を収容する現像容器と、前記現像容器内に回転可能に配置され、回転方向に関して複数の溝が周期的に形成され、現像剤を担持可能な凹凸部材と、前記凹凸部材に対向して設けられ、前記凹凸部材に担持された磁性キャリアを回収する回収手段と、前記凹凸部材の回転方向に関して、前記回収手段よりも下流側で前記凹凸部材に接触し、前記凹凸部材に担持されたトナーが転移される受取部材と、を有する画像形成装置であって、前記凹凸部材に形成された各溝は、前記溝の内面に少なくとも平均粒径のトナーが接触可能であるとともに、該接触したトナーの頂点よりも前記溝の頂点が低く、前記各溝の側面は、前記凹凸部材の周方向に関して、一方向に形成された第１側面の方が、他方向に形成された第２側面よりも傾斜角度が緩やかであり、前記凹凸部材の周方向において、前記第１側面を下る方向を正とした場合に、前記凹凸部材と前記受取部材が接触する位置において、前記受取部材の表面速度に対する前記凹凸部材の表面速度の相対速度が正に設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、より少ないトナー量で高密度の画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ＨＶ現像方式を採用した現像装置の概略図である。
【図２】ＨＶ現像装置により、感光体ドラム上に現像されたトナーを示す模式図である。
【図３】メディア上のトナー量Ｍ／Ｓ（ｍｇ／ｃｍ２）に対する定着後の同メディア上の濃度の結果である。
【図４】電子写真方式を用いた画像形成装置の断面図である。
【図５】実施例１に係る現像装置の断面図である。
【図６】凹凸回転体の斜視図等である。
【図７】凸部が形成されたコーティング層の断面図である。
【図８】現像装置の内部に二成分現像剤が収容されて二成分現像剤の移動状況を示す断面図である。
【図９】二成分現像剤の搬送の様子を説明する模式図である。
【図１０】スリーブ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等である。
【図１１】後述する現像剤の回収後に、スリーブ上にコートされたトナー像の模式図である。
【図１２】構造ａ、ｂ、ｃを有するスリーブにおける二成分現像剤の供給量に対するコート量を示すグラフ等である。
【図１３】凹凸構造上に拘束されたトナーが後続から搬送されてくる二成分現像剤中の磁性キャリアと衝突した際の模式図等である。
【図１４】トナーの製造条件（重合条件、分級条件）を可変して得られた正帯電性トナー（ｒｔ＝９．７μｍ、平均円形度０．９７）と標準キャリアＰ−０１を用いて、凹凸構造にコートされるトナーの粒度分布を測定した結果である。
【図１５】最小トナー粒径を考察する断面図等である。
【図１６】現像部の後端における模式図である。
【図１７】傾斜周期Ｌがトナーの粒径ｒｔの２倍以上の場合における現像部の後端における模式図である。
【図１８】傾斜周期がトナーの粒径より小さい場合における現像部の後端における模式図である。
【図１９】粒径＝６μｍのトナーを用いた際（表２、表４）における、紙上のトナー量Ｍ／Ｓ（ｍｇ／ｃｍ２）に対する定着後の濃度の結果である。
【図２０】傾斜周期がトナーの粒径の３倍のスリーブの模式図等である。
【図２１】熱ナノインプリント法による形成方法の概略図等である。
【図２２】サンプリングについて説明する模式図である。
【図２３】ＡＦＭの測定で用いる２種類のカンチレバー（探針）の先端形状の模式図である。
【図２４】後述する凹凸構造の測定方法で得られる構造形状の一例を示す図等である。
【図２５】凸部が並んだ構造を測定方法により測定した形状（ａ、ｂ）の差分（ｂ−ａ）を示す図等である。
【図２６】図２５（ｂ）の頂点Ｐ間の平均形状を示す図等である。
【図２７】本発明の変形例に係るコーティング層の凹凸構造の断面図である。
【図２８】ハキヨセを説明する模式図である。
【図２９】本発明における凹凸構造を利用した現像装置の構成例を示す図等である。
【図３０】回収部Ｕから回収部Ｙまでの磁気穂搬送の模式図等である。
【図３１】実施例４に係る現像装置の断面図である。
【図３２】ハキヨセを抑制するために、凹凸回転体と感光体ドラム間に本構成におけるトナーを受け取るトナー担持体を配する現像器構成である。
【図３３】実施例５に係る現像装置の断面図等である。
【図３４】実施例６に係る現像装置の断面図等である。
【図３５】実施例７に係る現像装置の断面図等である。
【図３６】スリーブ表面を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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４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。また、前の実施例で用いられる符号が次の実施例でも用いられる場合があるが、基本的に同一の構成のものであり、説明は前の実施例のものが援用されるものとする。
【００２４】
図４は、電子写真方式を用いた画像形成装置１００の断面図である。画像形成装置１００は、装置本体１００Ａの内部に、静電像を保持する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『像担持体』としての感光体ドラム１が回転自在に設けられる。
【００２５】
感光体ドラム１は、帯電器２で一様に帯電され、次に例えばレーザ露光装置３によって情報信号を露光され、静電像を形成し、現像装置２０で可視化される。次に、感光体ドラム１の表面のトナー像は、転写帯電器４で転写紙５へ転写され、更に定着装置６により定着される。また、感光体ドラム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。
【実施例１】
【００２６】
図５は、実施例１に係る現像装置２０の断面図である。現像装置２０は感光体ドラム１に対向して配置される。現像装置２０は、現像容器２１を有する。現像容器２１の内部には、トナー（非磁性トナー）及びキャリア（磁性キャリア）を有する二成分現像剤１０（図８参照）が収容される。また、現像装置２０は、凹凸回転体２２と、供給部材２４と、回収ローラ２３と、を備える。
【００２７】
『凹凸部材』としての凹凸回転体２２は、現像容器２１の開口２１Ａに（現像容器内）回転可能に配置され、回転軸方向から見た断面視で表面に所定高さの複数の凸部２２Ａ及び所定深さの凹部２２Ｂが形成されている。凹凸回転体２２は、回転方向ｈに関して複数の『溝』としての凹部２２Ｂが周期的に形成された凹凸構造を有する。凹凸回転体２２は、凹部２２Ｂにてトナー１１を担持可能である。凹凸回転体２２は、現像容器２１に回転自在に支持されるスリーブ２２１と、スリーブ２２１の内部に回転不可に支持される複数の磁極を有する永久磁石２２２と、を有する。
【００２８】
『供給手段』としての供給部材２４は、凹凸回転体２２に二成分現像剤１０を供給する。供給部材２４は、現像容器２１の内部の二成分現像剤１０を撹拌しつつ供給するスクリューである。
【００２９】
『回収手段』としての回収ローラ２３は、凹凸回転体２２に対向して設けられ、凹凸回転体２２から凹部２２Ｂの中に担持されていない二成分現像剤１０（特に凹凸回転体２２に担持された磁性キャリア１２）を回収する。回収ローラ２３は、現像容器２１の回転自在に支持されるスリーブ２３１と、スリーブ２３１の内部に回転不可で支持される複数の磁極を有する永久磁石２３２と、を有する。
【００３０】
『受取部材』としての感光体ドラム１は、静電像を担持する部材である。また、感光体ドラム１は、凹凸回転体２２の回転方向に関して、回収ローラ２３よりも下流側で凹凸回転体２２と接触し、凹凸回転体２２の表面の凹部２２Ｂの中に担持されているトナー１１を受け取る（トナーが転移される）。その他、凹凸回転体２２の表面に対向する位置には、凹凸回転体２２の回転方向で上流側から順に、供給部材２４、回収ローラ２３、感光体ドラム１が配置される。
【００３１】
なお、ここでは、感光体ドラム１が回転方向ｍに回転し、凹凸回転体２２が回転方向ｈに回転し、回収ローラ２３が矢印ｉ方向に回転する。凹凸回転体２２と回収ローラ２３には、電圧印加部２６から電圧が印可される。
【００３２】
図６（ａ）は、凹凸回転体２２の斜視図である。図６（ａ）に示されるように、凹凸回転体２２は、軸ｊを中心として、回転方向ｈに回転する。
【００３３】
図６（ｂ）は、凹凸回転体２２のスリーブ２２１の一部拡大斜視図である。図６（ｂ）に示されるように、スリーブ２２１の表面の凸部２２Ａは、軸ｊの方向に沿う面（軸ｊの方向に平行な面）を有し、回転方向ｈで規則的に凹凸に並ぶように形成される。凸部２２Ａの間に凹部２２Ｂが形成されることになる。
【００３４】
図６（ｃ）は、図６（ｂ）の矢印Ｘ方向から見た断面図である。スリーブ２２１は、金属材料からなる円筒状の部材である基層２２１ａ上に、弾性層２２１ｂを被覆した構造の部材で形成されている。弾性層２２１ｂの上に、コーティング層２２１ｃが形成される。
【００３５】
基層２２１ａ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。
【００３６】
弾性層２２１ｂは、適度な弾性を有するシリコーンゴム、アクリルゴム、ニトリルゴム、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。弾性層２２１ｂは、これにカーボン、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。本実施例においては、ステンレス製の基層２２１ａ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２２１ｂから成る。
【００３７】
コーティング層２２１ｃは樹脂材料で形成される。このコーティング層２２１ｃに凸部２２Ａが形成される。複数の凸部２２Ａは、スリーブ２２１の回転方向ｈに対して規則的に並んでいる。各々の凸部２２Ａは、回転方向ｈの寸法である傾斜周期Ｌで形成され、高さｄで形成される。
【００３８】
なお、弾性層２２１ｂとコーティング層２２１ｃの接着性を上げるために、両者の間にプライマー層２２１ｃを設けても構わない。また、本実施例においては、弾性層２２１ｂ上のコーティング層に凸部２２Ａを形成したが、弾性層２２１ｂに凸部２２Ａを形成しても構わない。このとき弾性層上にコーティング層があってもなくても構わない。
【００３９】
また、本実施例においては、感光体ドラム１はローラ状の基層２２１ａ上に感光層を有しているが、ベルト状の感光体ベルトでも構わない。このとき、スリーブ２２１には、弾性層２２１ｂがあってもなくても構わない。具体的には、基層２２１ａ上に樹脂や金属から成るコーティング層２２１ｃを設け、コーティング層２２１ｃに凸部２２Ａを形成したり、基層２２１ａに直接に凸部２２Ａを形成したりしても構わない。
【００４０】
更に、凸部２２Ａを有すコーティング層や弾性層や基層上に、削れ防止や絶縁処理のために、高硬度材料や絶縁材料をコートしても構わない。このとき、凸部２２Ａが十分残る程度に薄いコート層にする必要がある。
【００４１】
図７は、凹部２２Ｂが形成されたコーティング層２２１ｃの断面図である。図７に示されるように、各々の凹部２２Ｂ（各溝）は、凹凸回転体２２（凹凸部材）の周方向に関して、頂点Ｐから左の底点ＹＬまでの緩やかな緩傾斜角で形成される緩傾斜面ＳＬ（一方向に形成された第１側面）と、頂点Ｐから右の底点ＹＲまでの急な急傾斜角で形成される急傾斜面ＳＲと（他方向に形成された第２側面）、を有する。複数の凸部２２Ａは、緩傾斜角｜κＬ｜＜急傾斜角｜κＲ｜のように、角度が異なる傾斜を有する。したがって、緩傾斜面ＳＬの方が、急傾斜面ＳＲよりも傾斜角度が緩やかとなる。
【００４２】
また、複数の凸部２２Ａ同士（凸部同士）の間に形成される傾斜角度が急な急傾斜面ＳＲを登って傾斜角度が緩い緩傾斜面ＳＬを降りる方向（凹凸部材の周方向において、第１側面を下る方向）を、スリーブ２２１の面に沿う方向で正方向とする。凸部２２Ａは、回転方向ｈで急傾斜角｜κＲ｜から緩傾斜角｜κＬ｜までの傾斜周期Ｌで並ぶ凹凸構造で形成される。このとき、前記凹凸構造で形成される溝の内面にトナー接触可能となるように前記溝の周期Ｌが形成される。つまり、トナーが溝の内面に接触不可能であるような場合は含まれない。即ち、トナー粒径に対して溝の周期Ｌが小さい凹凸構造は含まれない。
【００４３】
本実施例では、傾斜周期Ｌは８μｍ、緩傾斜面ＳＬの幅ｘＬは７．３μｍ、深さｄは１．９μｍであり、急傾斜面ＳＲの最大傾きκＲは２．７、緩傾斜面ＳＬの最大傾きκＬは０．２６である。また、コーティング層２２１ｃの厚さＤは７μｍである。なお、ここでは、緩傾斜面ＳＬと急傾斜面ＳＲは、軸ｊ（図６（ａ）参照）に平行に延びるように形成されるが、軸ｊに対して傾斜するように形成されても良い。
【００４４】
また、本発明は構造に限定されるわけではなく、後述する凹凸構造の判定方法に該当する構造であればこれに含まれる。なお、本発明における凹凸構造の詳細な形成方法、判定方法に関しては後述する。
【００４５】
図８は、現像装置２０の内部に二成分現像剤１０が収容されて二成分現像剤１０の移動状況を示す断面図である。凹凸回転体２２は、感光体ドラム１に接触するように配され、感光体ドラム１の回転方向ｍに対して、トナーが感光体ドラム１に移動する現像部Ｔにおいて回転方向ｈに回転可能に設けられている。この凹凸回転体２２に対向して、供給部材２４と回収ローラ２３が配置されている。ここで、凹凸回転体２２における感光体ドラム１側の領域を現像部Ｔといい、凹凸回転体２２における供給部材２４側の領域を供給部Ｗという。
【００４６】
供給部材２４は、後述する回収ローラ２３により回収された現像剤１０を撹拌し、凹凸回転体２２と供給部材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。
【００４７】
一方、回収ローラ２３のスリーブ２３１は、凹凸回転体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。供給部材２４により感光体ドラム１に供給された二成分現像剤１０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２３２が協働で形成した磁場により作用する磁気力により回収する。このため、回収ローラ２３は、凹凸回転体２２の回転方向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ことを特徴とする。
【００４８】
次に、現像装置２０における凹凸回転体２２上へのトナーコート、及び感光体ドラム１の静電像への現像について説明する。なお、詳細な説明は後述する。供給部Ｗにおいて、供給部材２４により、表面に規則的に並ぶ凹凸構造を有した凹凸回転体２２に二成分現像剤１０を供給する。
【００４９】
二成分現像剤１０が凹凸回転体２２に供給され、回収ローラ２３により回収されるまでの搬送過程に、凹凸回転体２２のスリーブ２２１と接触した二成分現像剤１０中のトナーが、凹凸構造に接触して磁性キャリアから脱離し、安定して薄層均一コートされる。コートされたトナー以外の二成分現像剤１０は、回収部Ｕにおいて回収ローラ２３により、磁気力で回収され、矢印ｋの経路で再び供給部材２４により撹拌供給され、以後これを繰り返す。
【００５０】
一方回収されずに凹凸回転体２２に薄層均一コートされたトナーは、現像部Ｔにおいて感光体ドラム１と接触し、凹凸回転体２２と感光体ドラム１間の電位差により感光体ドラム１上に現像される。このとき、凹凸回転体２２のコートが規則的に均一であるために、スリーブ２２１の移動速度ｖｈと感光体ドラム１の移動速度ｖｍより決定される速度比ｖｈ／ｖｍを適正に設定することにより、感光体ドラム１上に均一且つ高密度なトナー像が現像可能になる。
【００５１】
従来技術であるＨＶ現像方式に対する優位性として、均一且つ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。ＨＶ現像方式の場合、電位差△Ｖが決定されると、コート量はＱ／Ｍに依存する（次式（１））。
【数１】
2015166858.tif 000004
【００５２】
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、コート量が変動し、それに伴い現像量が大きく変動する。このため、ＨＶ現像方式ではコート量や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、本発明においては、トナーが凹凸回転体２２上の凹凸構造の傾斜面と多点接触するため、平面と点接触する場合に比べて小さな静電的付着力でもコートすることができる。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、凹凸構造にコートされるトナー量は変動し難く、安定したコート量を実現できるため、複雑な制御に頼ることなく安定した現像量を実現することできる。
【００５３】
以下、現像装置２０における凹凸回転体２２上へのトナーコート、及び感光体ドラム１の静電像への現像について詳細に説明する。現像容器２１内の二成分現像剤１０は、供給部材２４により、供給部Ｗまで撹拌、搬送される。本実施例においては、重合法により製造された個数平均粒径（Ｄ５０）ｒｔが７．６μｍ、平均円形度が０．９７の正帯電性トナーを用いた。平均円形度は、トナーがスリーブ２２１上を回転移動するために、０．９５以上であることが好ましい。
【００５４】
磁性キャリアは、個数平均の粒径ｒｃが９０μｍの標準キャリアＰ−０１（日本画像学会製）を用いた。磁性キャリアの粒径ｒｃは、被覆するトナーが十分に接触し、帯電できる表面積が必要なことから、トナーの粒径ｒｔの２倍以上であることが好ましい。なお、トナーおよび磁性キャリアの個数平均粒径、トナーの平均円形度の測定方法に関しては後述する。
【００５５】
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ｘ）７％に混合し、二成分現像剤１０とした。ＴＤ比ｘは、十分なトナー量をスリーブ２２１に供給するために、磁性キャリア表面をトナーが被覆する割合として計算される被覆率Ｓが次式（２）から５０％以上になるように調整されている。
【００５６】
【数２】
2015166858.tif 000005
【００５７】
ここで、ρｃ：キャリア真密度（４．８ｇ／ｃｍ３）、ρｔ：トナー真密度（１．０５ｇ／ｃｍ３）である。なお、トナー及び磁性キャリアは、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。供給部Ｗまで搬送された二成分現像剤１０は、凹凸回転体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、スリーブ２２１に供給される。供給された二成分現像剤１０は、スリーブ２２１の回転および永久磁石２２２によって作られる磁界の影響を受けて磁気穂化し、スリーブ２２１の回転方向ｈに搬送される。
【００５８】
図９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。なお、図面上、スリーブ２２１の表面における凹凸構造は省略している。永久磁石２２２の磁界により、二成分現像剤１０は磁気穂化する（図９（ａ）参照）。スリーブ２２１の移動（ｖｈ）に伴い、磁気穂は隣接する極の影響を受け始める（図９（ｂ）参照）。さらに移動すると隣接する極に拘束される（図９（ｃ）参照）。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ｖ１０はスリーブ２２１の移動速度ｖｈに対して、速度差（ｖ１０＞ｖｈ）を有する。
【００５９】
図１０（ａ）は、スリーブ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、スリーブ２２１のコーティング層２２１ｃの表面に形成される凸部２２Ａの近傍に存在する磁性キャリア１２のみ記載しているが、実際は磁気穂化して複数存在している。図のように、スリーブ２２１は、回転方向ｈに対して規則的に並ぶ垂直方向に凹凸となる凹凸構造を有す。
【００６０】
二成分現像剤１０がスリーブ２２１上を搬送される過程において、磁性キャリア１２に被覆されたトナーの中で、凹凸構造に接触するトナー１１が緩傾斜面ＳＬ及び急傾斜面ＳＲと多点接触する。このことにより、凹凸構造上に拘束され、磁性キャリア１２から脱離し、凹凸構造上にコートされる。このとき、凹凸構造に接触するトナー１１のみに拘束力が働くため、規則的な構造上に均一なトナー１１を薄層コートすることができる。
【００６１】
図１０（ｂ）は、比較例に係る凹凸構造を有しないスリーブ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。搬送過程において、スリーブ２２１上に接触するトナー１１は、凹凸構造に比べ拘束力が弱く、スリーブ２２１上にコートされ難い。
【００６２】
更に、搬送過程において、スリーブ２２１上に一度付着したトナー１１も、後続から搬送されてくる磁性キャリア１２と絶えず接触する。凹凸構造を有していない場合、スリーブ２２１上に付着したトナーは、凹凸構造に比べ拘束力が弱いため、接触する磁性キャリア１２に回収され易い。このため、二成分現像剤１０の搬送方向、ここではスリーブ２２１の回転方向ｈと略平行に磁気穂によるかき取り跡が顕著となり、均一なコートができない。
【００６３】
図１１は、後述する現像剤の回収後に、スリーブ２２１上にコートされたトナー像の模式図である。凹凸構造を有するスリーブ２２１の場合（図１１（ａ）参照）、トナー１１が凹凸構造により拘束され、磁気穂によりかき取られ難いため、構造上に均一なトナー１１を薄層コートすることができる。すなわち、図１１（ａ）に示されるように、軸ｊの方向に並ぶトナー１１の密度が上昇するとともに、回転方向ｈに配置されるトナー１１の密度が上昇する。
【００６４】
一方、凹凸構造を有していないスリーブ２２１の場合（図１１（ｂ）参照）、トナー１１の拘束力が弱く、スリーブ２２１上に付着し難く、更にトナー１１が磁気穂によりかき取られ易いため、表面に均一なトナーを薄層コートすることができない。
【００６５】
図１２（ａ）は、構造ａ、ｂ、ｃを有するスリーブ２２１における二成分現像剤１０の供給量に対するコート量を示すグラフである。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のグラフａに対応するコーティング層２２１ｃの断面図、図１２（ｃ）は、図１２（ａ）のグラフｂに対応するコーティング層２２１ｃの断面図である。図１２（ｄ）は、図１２（ａ）のグラフｃに対応するコーティング層の断面図である。
【００６６】
図１２（ｂ）の構造ａは、コーティング層２２１ｃの凸部２２Ａの高さが高いことで凹部２２Ｂの深さが深い構成であり、図１２（ｃ）の構造ｂは、コーティング層２２１ｃの凸部２２Ａの高さが低いことで凹部２２Ｂの深さが浅い構成であり、図１２（ｄ）の構造ｃは、コーティング層に凸部や凹部がない構成である。
【００６７】
構造ａは、凹凸構造で、凸部２２Ａの高さが高くて凹部２２Ｂの深さが深いため、拘束力が上がり、スリーブ２２１の表面に接触するトナーが磁性キャリアから脱離し、構造表面に付着する付着確率Ｑ１が高い。更に、後続の磁気穂によってかき取られる掻き取り確率Ｑ２は低い。このため、凹凸構造に対し、少ない供給量でコートが完了する。このことに関しては図１２（ａ）のグラフａ参照。
【００６８】
構造ｂは、構造ａに比べて、凸部２２Ａの高さが高くて凹部２２Ｂの深さが浅いため、付着確率Ｑ１は低く、掻き取り確率Ｑ２は高くなる。このため、構造ａに比べて、コートが完了するために必要な供給量は増加する。このことに関しては図１２（ａ）のグラフｂ参照。
【００６９】
一方、構造ｃは、構造ａ、ｂに比べてトナーの拘束力が著しく弱まるために、付着確率Ｑ１は極めて小さく、掻き取り確率Ｑ２は極めて大きくなる。このため、供給量を増加しても、スリーブ２２１の表面に十分なトナーをコートすることができない。このことに関しては図１２（ａ）のグラフｃ参照。
【００７０】
図１３（ａ）は、凹凸構造上に拘束されたトナー１１が後続から搬送されてくる二成分現像剤中の磁性キャリア１２と衝突した際の模式図である。トナー１１は、磁性キャリア１２の中心Ｏｃ（重心）からトナー１１の中心Ｏｔ（重心）へと向かう方向に力Ｆを受ける。このとき、トナー１１には、トナー１１と凹凸構造の急傾斜面ＳＲ上の頂点Ｐを中心として、力Ｆの垂直成分Ｆ⊥によりトルクがかかり、図中の矢印ｍｔ方向に回転し、急傾斜面ＳＲを乗り越え、磁性キャリアにかき取られると考えられる。
【００７１】
凹凸回転体２２に凹凸構造が形成されることで、トナー１１が軸ｊの方向に並んで回転方向ｈで周期的に凹部２２Ｂに断面視で２点接触で担持される（図６参照）。ただ、前述のように、凹凸構造、磁性キャリア１２の径、トナー１１の径が設定されることで、磁性キャリア１２がトナー１１を掻き取る確率が低減されるのである。
【００７２】
そして、そのように磁性キャリア１２で掻き取られなかったトナー１１が感光体ドラム１に効率良く転移するには、急傾斜面ＳＲを登って緩傾斜面ＳＬを降りる方向と、感光体ドラム１に対する凹凸回転体２２の相対速度と、が関わってくる。このことを図１０を参照しつつ説明する。
【００７３】
例えば、図１０にて、急傾斜面ＳＲを登って緩傾斜面ＳＬを降りる左方向を正として、感光体ドラム１の移動速度ｖ１０に対するスリーブ２２１の相対的な移動速度ｖｈを正に設定する。すなわち、凹凸構造の傾斜面の急緩順が左方向であり、スリーブ２２１が感光体ドラム１よりも左方向に速く回転する。この場合には、トナー１１は緩傾斜面ＳＬを伝って感光体ドラム１に移動し易い。そのために、現像効率が上昇する。
【００７４】
反対に、例えば、図１０にて、急傾斜面ＳＲを登って緩傾斜面ＳＬを降りる左方向を正として、感光体ドラム１の移動速度ｖ１０に対するスリーブ２２１の相対的な移動速度Ｖｈを負に設定する。すなわち、凹凸構造の傾斜面の急緩順が左方向であり、スリーブ２２１が感光体ドラム１よりも右方向に速く回転する。この場合には、トナー１１は急傾斜面ＳＲの頂点Ｐに引っ掛かって感光体ドラム１に移動し難い。そのために、現像効率が激減して、ＮＧと言える。
【００７５】
トナー１１にトルクがかかるのは凹凸構造にコートする際も同様であり、トナー１１が矢印ｍｔ方向に回転することを抑制することにより、付着確率Ｑ１を高め、掻き取り確率Ｑ２を低めることができると考えられる。
【００７６】
図１３（ｂ）は、凹凸構造の断面図に対して、トナー１１、磁性キャリア１２に相当する円を下記条件で記載した模式図である。ここから図１３（ｂ）を用いてトナーの最大値Ｒｘを算出する。なお、図１５（ａ）を用いてトナーの最小値Ｒｎを算出する。
【００７７】
図１３（ｂ）の状態では、第２仮想線Ｌ２が傾斜面の頂点ＰＬを通るが、このときのトナーの粒径の最大値となり、これを最大値Ｒｘとする。ここで、第２仮想線Ｌ２は、トナー１１（円ｔ）のトナー中心（Ｏｔ）、キャリア１２（円ｃ）のキャリア中心（Ｏｃ）を結ぶ線である。トナー（円ｔ）は、隣り合う凸部２２Ａ同士の間に形成される凹部２２Ｂの２つの傾斜面のうちの一方の急傾斜面ＳＲの頂点ＰＬと他方の緩傾斜面ＳＬとに複数点で接する。
【００７８】
キャリア（円ｃ）は、凹凸回転体２２の表面の凸部２２Ａの頂点ＰＬ、ＰＲ同士（頂点同士）を結ぶ第１仮想線Ｌ１とトナー１１とに接して所定の粒径ｒｃを有する。このとき、円ｔには頂点ＰＬを中心として、矢印ｍｔ方向に回転させるトルクを発生させる力が働かない。
【００７９】
一方、円ｔの粒径がＲｘを超えると、第２仮想線Ｌ２が傾斜面の頂点ＰＬからズレてしまい、図１３（ａ）のように垂直成分Ｆ⊥が働き、トルクが発生し、矢印ｍｔ方向に回転してしまう。つまり、凹凸構造と磁性キャリア１２の粒径ｒｃが決定されると、スリーブ２２１上にコートできるトナー１１の粒径の上限は幾何学的にＲｘと決定される。また、凹凸回転体２２（凹凸部材）に形成された各々の凹部２２Ｂは、凹部２２Ｂの内面に少なくとも平均粒径のトナー１１が接触可能であるとともに、接触したトナー１１の頂点よりも凹部２２Ｂの頂点が低く設定される。
【００８０】
本実施例で使用した凹凸構造（Ｌ＝８μｍ、ｘＬ＝７．３μｍ、ｄ＝１．９μｍ、κＲ＝２．７、κＬ＝０．２６）、磁性キャリア１２の粒径（ｒｃ＝９０μｍ）から、幾何学的に求められる最大トナーの粒径１１であるＲｘは１２μｍである。なお、磁性キャリア１２の粒径ｒｃが傾斜周期Ｌ、深さｄに比べて十分大きいため、磁性キャリア１２の接点を第１仮想線Ｌ１と近似している。
【００８１】
図１４は、トナーの製造条件（重合条件、分級条件）を可変して得られた正帯電性トナー（ｒｔ＝９．７μｍ、平均円形度０．９７）と標準キャリアＰ−０１を用いて、凹凸構造にコートされるトナーの粒度分布を測定した結果である。凹凸構造の条件は、Ｌ＝８μｍ、ｘＬ＝７．３μｍ、ｄ＝１．９μｍ、κＲ＝２．７、κＬ＝０．２６とした。
【００８２】
点線のグラフ（ａ）は、現像容器２１に入れたトナー１１の粒度分布であり、実線のグラフ（ｂ）はスリーブ２２１上を現像剤が搬送され、後述する現像剤の回収手段により、二成分現像剤１０が回収後に、スリーブ２２１上にコートされたトナー１１の粒度分布である。図のように、幾何学的に決定される最大トナーの粒径であるＲｘが１２μｍより大きいトナーは、スリーブ２２１上にコートされないことを確認した。
【００８３】
一方、スリーブ２２１上に薄層均一なコートをするためには、凹凸構造の急傾斜面ＳＲに複数のトナー１１が付着することは好ましくない。二個以上のトナー１１が付着することを防止するためには、トナー１１の粒径が凹凸構造に対して一定の大きさ以上であることが必要である。このことを次の図１５（ａ）を用いて考える。
【００８４】
図１５（ａ）は、凹凸構造の断面図に対して、トナー１１に相当する円を下記条件で記載した模式図である。図１５（ａ）の状態で、頂点ＰＬ、ＰＲを結んだ第１仮想線Ｌ１に接すると共に、隣り合う凸部２２Ａ同士の間に形成される２つの急傾斜面ＳＲ及び緩傾斜面ＳＬと多点（２点）で接するトナー１１（円ｔ）の粒径をＲｎとする。
【００８５】
図のように、トナーの粒径がこのＲｎ以上であれば、急傾斜面ＳＲと緩傾斜面ＳＬとの間に複数のトナーが付着することを防止することができる。つまり、凹凸構造が決定されると、スリーブ２２１上に薄層均一にコートできるトナー１１の粒径の下限（最小値）は幾何学的にＲｎと決定される。
【００８６】
本実施例で使用した凹凸構造（Ｌ＝８μｍ、ｘＬ＝７．３μｍ、ｄ＝１．９μｍ、κＲ＝２．７、κＬ＝０．２６）から、幾何学的に求められる最小トナーの粒径であるＲｎは１．７μｍである。
【００８７】
以上より、凹凸構造と磁性キャリア１２の粒径ｒｃが決定されると、スリーブ２２１上に薄層均一にコートできるトナー１１の粒径ｒｔは図１３（ｂ）と図１５（ａ）から幾何学的に求められるＲｘとＲｎより、Ｒｎ≦トナーの粒径ｒｔ≦Ｒｘの関係が成立する。
【００８８】
ここで、図８に戻って説明する。その後、凹凸回転体２２上の現像剤１０は回収ローラ２３と対向する回収部Ｕまで搬送される。回収ローラ２３は、内部に固定された永久磁石２３２と、円筒状の非磁性の金属材料で形成されて回転可能なスリーブ２３１と、を有する。
【００８９】
スリーブ２３１は、凹凸回転体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。凹凸回転体２２と回収ローラ２３は非接触であり、２ｍｍ以下に離間して配置されている。本実施例において回収ローラ２３には電圧印加部２６により、凹凸回転体２２と等電位になるように電圧が印加されているが、フロートでも構わない。
【００９０】
凹凸回転体２２内の永久磁石２２２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、回収ローラ２３内の永久磁石２３２は、２個のＮ極と１個のＳ極を有している。このとき、図８に示すように、凹凸回転体２２と回収ローラ２３が対向する回収部Ｕにおいて、両者の磁極が異極となるように、凹凸回転体２２内に磁極Ｎ２２、回収ローラ２３内に磁極Ｓ２３が対向するように配置される。更に回収ローラ２３の回転方向ｉの下流側にＮ極を並べて配置する。
【００９１】
磁極Ｎ２２及び磁極Ｓ２３の大きさは、磁極Ｓ２３の幅が磁極Ｎ２２の幅よりも狭くなるように設定され、これにより磁極Ｓ２３と磁極Ｎ２２との間で形成される磁場の磁束密度は凹凸回転体２２から回収ローラ２３側にいくほど高くなるように変化する。このため、回収部Ｕにおいて磁性キャリア１２には凹凸回転体２２から回収ローラ２３側への磁気力が働き、磁極Ｎ２２から磁極Ｓ２３間の磁界に沿って磁気穂が形成される。
【００９２】
更に、回収ローラ２３のスリーブ２３１は、凹凸構造のスリーブ２２１の回転方向ｈと、回収部Ｕにおいて逆方向のｉ方向に回転する。そのため、回収ローラ２３の表面に磁気力によって保持された現像剤には、その磁気力と回収ローラ２３表面との摩擦力により、回収ローラ２３から現像容器２１の内部の方向に向かう搬送力が加わる。
【００９３】
回収ローラ２３の表面に担持された現像剤は、永久磁石２３２のＮ極が並んで配置された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２５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内に戻された現像剤は、新たに補給される現像剤などと供給部材２４により撹拌され、再び供給部Ｗにおいて凹凸回転体２２に供給される。即ち、磁性キャリア１２を含む二成分現像剤１０の現像容器２１内の循環経路は図８中における矢印ｋに示すようになる。一方、回収を受けず、スリーブ２２１上に薄層均一にコートされたトナーは、感光体ドラム１と対向する現像部Ｔまで搬送される。
【００９４】
図１５（ｂ）は、現像部Ｔにおける模式図である。スリーブ２２１と感光体ドラム１は互いに接触するように配され、スリーブ２２１表面における凹凸構造の頂点Ｐに対し、急傾斜面ＳＲを登って緩傾斜面ＳＬを降りる矢印ｚ方向を正とした。このとき、感光体ドラム１の移動速度ｖｍ（表面速度）に対するスリーブ２２１の移動速度ｖｈ（表面速度）の相対速度が正に設定される。
【００９５】
更に、凹凸回転体２２と感光体ドラム１間には、電圧印加部２６により電位差が生じており、トナー１１は感光体ドラム１の方向に力が働いている。本実施例においては、スリーブ２２１と感光体ドラム１は、侵入量が５０μｍ程度になるように接触されており、スリーブ２２１の移動速度ｖｈは感光体ドラム１の移動速度ｖｍに比べて周速比が１．０５倍になるように調整されている。
【００９６】
更に、感光体ドラム１の潜像電位（ＶＬ＝１００Ｖ）に対し、電圧印加部２６により、凹凸回転体２２に＋４００ＶのＤＣ電圧が印加されている。周速比により、凹凸構造上に拘束されたトナー１１にはトルクが作用し、矢印ｎｔ方向に回転し、スリーブ２２１とトナー１１の接触点が減少することにより、拘束力が下がる。このため、スリーブ２２１上に拘束されたトナー１１を確実に感光体ドラム１上の画像部Ｉｍ（図８参照）に移動させることができる。本実施例においては、スリーブ２２１の回転方向ｈと急傾斜面ＳＲを登って緩傾斜面ＳＬを降りる矢印ｚ方向とが同方向であるが、逆方向でも同様である。
【００９７】
図１５（ｃ）は、回転方向ｈと矢印ｚ方向が逆方向の際の現像部Ｔにおける模式図である。急傾斜面ＳＲを登って緩傾斜面ＳＬを降りる方向（図中の矢印ｚ方向）を正としたとき、感光体ドラム１の移動速度ｖｍに対するスリーブ２２１の移動速度ｖｈの相対速度が正のときを想定する。このときは、スリーブ２２１の移動速度ｖｈは、感光体ドラム１の移動速度ｖｍよりも遅いことになる。このときにのみ、凹凸構造上に拘束されたトナーに図中矢印ｎｔ方向に回転させるトルクが作用し、スリーブ２２１上に拘束されたトナーを感光体ドラム１上の画像部Ｉｍに移動させることができる。
【００９８】
尚、図１５（ｃ）のように、感光ドラム１の方がスリーブ２２１よりも速度が速くなる場合は、感光ドラム１がスリーブ２２１を現像位置で追い越すため、感光ドラム１に転移されるトナー密度は、スリーブ２２１上のトナー密度よりも低くなる関係となっている。しかしながら、感光ドラム１の速度がスリーブ２２１の速度に十分近い関係であれば、スリーブ２２１上に高密度にコートされたトナー密度を維持した状態で転移することができる。このため、上記構成でも本発明の効果を得ることができる。
【００９９】
図１６は、現像部Ｔの後端における模式図である。図中の先頭のトナー１１ａが現像部Ｔの後端を通過した様子（図１６（ａ）参照）、およびそのｔ秒後に隣のトナー１１ｂが現像部Ｔの後端を通過する様子（図１６（ｂ）参照）を表している。印加した電位差により、トナーはスリーブ２２１から感光体ドラム１の方向へ力を受け、且つ、現像部Ｔにおける感光体ドラム１の移動速度ｖｍに対するスリーブ２２１の移動速度ｖｈの相対速度を正にした。このことにより、トナーにトルクが作用し、回転し易くなる。
【０１００】
これにより、スリーブ２２１との付着力が低減し、感光体ドラム１へ現像される。このとき、感光体ドラム１上にトナーを高密度で現像する条件は、ｔ秒後に感光体ドラム１上に現像されるトナー１１ａ、１１ｂの中心間の距離Ｒがｒｔ以下である。
【０１０１】
トナー１１ａが距離Ｒ進むのにかかる時間ｔは
【数３】
2015166858.tif 000006
時間ｔでトナー１１ｂは傾斜周期Ｌの距離進む必要があるため、
【数４】
2015166858.tif 000007
【０１０２】
式（３）（４）より、感光体ドラム１の移動速度ｖｍに対するスリーブ２２１の速度比ｖｈ／ｖｍは、
【数５】
2015166858.tif 000008
つまり、本実施例（ｒｔ＝７．６μｍ、Ｌ＝８μｍ）において感光体ドラム１上にトナーを高密度で現像するために必要な速度比ｖｈ／ｖｍは１．０５倍以上である。
【０１０３】
表１は、現像装置２０において、速度比ｖｈ／ｖｍを可変した際の現像量、感光体ドラム１上のトナーカバー率、定着後の濃度評価の結果である。なお、各評価方法に関しては後述する。
【０１０４】
【表１】
2015166858.tif 000009
【０１０５】
感光体ドラム１の移動速度ｖｍに対するスリーブ２２１の移動速度ｖｈの相対速度が負（ｖｈ／ｖｍ＝０．９５、ｖｍ＝３００ｍｍ／ｓ、ｖｈ＝２８６ｍｍ／ｓ）の場合には、スリーブ２２１から感光体ドラム１へトナーを現像できない。
【０１０６】
一方、感光体ドラム１の移動速度ｖｍに対するスリーブ２２１の移動速度ｖｈの相対速度が正であり、式（５）を満たす速度比ｖｈ／ｖｍ（１．０５倍）に設定する。そうすると、少ないトナー量においても感光体ドラム１上にトナー１１を高密度で現像可能になり、所望の濃度を達成することができる。更に、多層のトナー１１を現像する場合には、周速比（１．０５倍）に所望のトナー層数を掛けた周速比に設定すればよい。
【０１０７】
また、この感光体ドラム１の移動速度ｖｍやスリーブ２２１の移動速度ｖｈの相対速度に関して説明を補充する。もしも、図１６中で、感光体ドラム１の移動速度の方がスリーブ２２１の移動速度よりも速い場合には、スリーブ２２１から感光体ドラム１の方に移動するトナー同士は、感光体ドラム１の表面で隙間を生じやすい。
【０１０８】
しかしながら、図１６中で、スリーブ２２１の移動速度の方が感光体ドラム１の移動速度よりも速い場合には、スリーブ２２１から感光体ドラム１の方に移動するトナー同士は、スリーブ２２１からトナーが後から後からトナーが送られてくるので、感光体ドラム１の表面で密に現像される。
【０１０９】
表２は、粒径ｒｔの異なるトナーを用いて、速度比ｖｈ／ｖｍを可変した際の現像量、感光体ドラム１上のトナーカバー率、定着後の濃度評価の結果である。
【０１１０】
【表２】
2015166858.tif 000010
【０１１１】
式（５）を満たす速度比ｖｈ／ｖｍ（１．３３倍）に設定すると、少ないトナー量においても感光体ドラム１上にトナー１１を高密度で現像可能になり、所望の濃度を達成することができる。更に、多層のトナー１１を現像する場合には、周速比（１．３３倍）に所望のトナー層数を掛けた周速比に設定すればよい。
【０１１２】
なお、トナーを高密度で現像するために必要な速度比ｖｈ／ｖｍの関係式は、傾斜周期Ｌとトナーの粒径ｒｔによって、以下のように場合分けされる。なお、凹凸回転体２２の表面の移動速度ｖｈと感光体ドラム１の表面の移動速度ｖｍとの速度比ｖｈ／ｖｍは、トナーの粒径ｒｔ、凸部２２Ａ同士の間隔Ｌ、感光体ドラム１の表面に担持されるトナー１１の中心間の距離Ｒ、自然数ｎ、ｍと設定してｎ＋１＜（Ｌ／ｒｔ）≦ｎ＋２、ｍ−１＜（ｒｔ／Ｌ）≦ｍとした場合で導出する。
【０１１３】
（Ａ）ｒｔ≦Ｌ＜２ｒｔ
【数６】
2015166858.tif 000011
（Ｂ）２ｒｔ≦Ｌ
【数７】
2015166858.tif 000012
（Ｃ）ｒｔ＞Ｌ
【数８】
2015166858.tif 000013
【０１１４】
図１７は、傾斜周期Ｌがトナーの粒径ｒｔの２倍以上の場合（すなわち前述の（Ｂ）の場合）における現像部Ｔの後端における模式図である。図面上、感光体ドラム１と接触していないトナーもあるが、実際は十分な侵入量（５０μｍ）で接触しているため、ほぼ全てのトナーが接触していると考えられる。
【０１１５】
図中のトナー１１ａが接触部の後端を通過した様子（図１７（ａ）参照）、およびそのｔ秒後に隣のトナー１１ｂが接触部の後端を通過する様子（図１７（ｂ）参照）を表している。感光体ドラム１上にトナーが高密度で現像される条件は、トナー１１ａがｔ秒後に距離Ｒ進む間に、トナー１１ｂが距離（Ｌ−ｎｒｔ）進むことであり、式（７）が得られる。
【０１１６】
ここで、自然数ｎは式（９）のように決定される。
【数９】
2015166858.tif 000014
【０１１７】
図１８は、傾斜周期Ｌがトナーの粒径ｒｔより小さい場合（すなわち前述の（Ｃ）の場合）における現像部Ｔの後端における模式図である。図中のトナー１１ａが接触部の後端を通過した様子（図１８（ａ）参照）、およびそのｔ秒後に隣のトナー１１ｂが接触部の後端を通過する様子（図１８（ｂ）参照）を表している。感光体ドラム１上にトナーが高密度で現像される条件は、トナー１１ａがｔ秒後に距離Ｒ進む間に、トナー１１ｂが距離ｍＬ進むことであり、式（８）が得られる。
【０１１８】
ここで、自然数ｍは式（１０）のように決定される。
【数１０】
2015166858.tif 000015
【０１１９】
表３、表４は、本実施例の現像装置２０及び比較例のＨＶ現像装置により、感光体ドラム１上にトナー１１を現像した際の現像量、感光体ドラム１上のトナーカバー率、定着後の濃度評価、画像均一性の評価結果である。
【０１２０】
【表３】
2015166858.tif 000016
【０１２１】
本実施例における現像装置２０は、少ないトナー量においても感光体ドラム１上に高密度のトナー像を現像できるのに対し、ＨＶ現像装置は、現像装置２０と同現像量になるように調整しても、トナー密度が低く、２層目のトナーが複数存在する。
【０１２２】
【表４】
2015166858.tif 000017
【０１２３】
図１９は、粒径＝６μｍのトナーを用いた際（表２、表４）における、紙上のトナー量Ｍ／Ｓ（ｍｇ／ｃｍ２）に対する定着後の濃度の結果である。ＨＶ現像装置（図１９のグラフ（ａ）参照）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、少ないトナー量で所望の濃度を達成することができない。
【０１２４】
一方、本現像装置（図１９のグラフ（ｂ）参照）は高密度なトナー像を現像できるため、少ないトナー量で所望の画像濃度を達成できる。また、本現像装置は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、ＨＶ現像装置は、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達しない。
【０１２５】
表５は、本実施例における現像装置において、トナーの製造条件（重合条件、分級条件）を可変して得られた正帯電性トナーと標準キャリアＰ−０１を用いた際の現像量、感光体ドラム１上のトナーカバー率、定着後の濃度評価の結果である。
【０１２６】
【表５】
2015166858.tif 000018
【０１２７】
トナーＡ、Ｂ、Ｄは、所望の画像を得られるのに対し、トナーＣ、Ｅは得られなかった。トナーＣは幾何学的に求められる最大トナーの粒径であるＲｘが１２μｍを上回っているため、スリーブ２２１上にトナーを均一にコートすることができない。このため、トナーが感光体ドラム１の表面を被覆し切れず、部分的に大きく露出してしまい、紙上に転写した際に、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てしまう。また、濃度ムラにより画像均一性が悪化してしまう。
【０１２８】
トナーＥは幾何学的に求められる最小トナーの粒径であるＲｎ（１．７μｍ）を下回っているため、スリーブ２２１上にトナーが多層でコートされてしまう。更に、現像時に感光体ドラム１とトナーの接触性が低下し、現像できないトナーが発生してしまう。このため、感光体ドラム１のトナー高さにムラが生じ、画像均一性が悪化してしまう。
【０１２９】
実施例１の構成によれば、本発明の目的を達成できる。更に、トナーの粒径ｒｔが凹凸構造と磁性キャリアの粒径ｒｃによって幾何学的に決定される範囲（Ｒｎ≦ｒｔ≦Ｒｘ）であることが望ましい。更に好ましくは非磁性トナーに関しては、累積粒度分布における１０％の粒径がＲｎ以上であり、累積粒度分布における９０％の粒径がＲｘ以下であることが好ましい。
【０１３０】
すなわち、トナーの粒径がＲｎ≦ｒｔ１０≦ｒｔ９０≦Ｒｘであることが好ましい。これにより、感光体ドラム１に現像されない微粉や租粉が現像容器２１内にたまり、帯電安定性を低下させるなどの弊害を軽減することができる。ここで、ｒｔ１０は累積分布における１０％の粒径、ｒｔ９０は累積分布における９０％の粒径である。
【０１３１】
図２０（ａ）は、傾斜周期Ｌがトナー１１の粒径の３倍のスリーブ２２１の模式図である。図のように、急傾斜面ＳＲと緩傾斜面ＳＬに多点接触できるトナー１１ｃはスリーブ２２１上に拘束される。その一方で、トナー１１ａの上方に位置するトナー１１ｄ、トナー１１ｅは、一点接触であり、上方にいくに従い磁性キャリアからかき取られ易い。このため、コート量の安定性が低下し、それに伴い現像量の安定性が低下してしまう。これを回避するために、１周期に拘束されるトナー数を制限する。
【０１３２】
凹凸構造の傾斜周期Ｌは、回転方向ｈで隣接する複数の凸部２２Ａ同士の間隔に相当し、トナーの粒径ｒｔの３倍よりも小さく、更に好ましくはトナーの粒径ｒｔの２倍よりも小さいと好ましい。具体的には２個以下、更に好ましくは１個に制限することにより、周期間におけるコート量の変動が抑制され、コート量、現像量の安定性を改善することができる。
【０１３３】
図２０（ｂ）は、凹凸構造の寸法を示す断面図である。この凹凸構造において、深さｄ及び幅ｘＬを可変することにより、傾きκＲ、κＬを調整している。
【０１３４】
表６は、本実施例における現像装置において、スリーブ２２１上の構造形状を可変した際の評価結果である。また、凹凸構造の凸部２２Ａの緩傾斜面ＳＬの最大傾斜角度｜κＬ｜は０．５以下であり、凸部２２Ａの急傾斜面ＳＲの最大傾斜角度｜κＲ｜は１．０以上である。ことが好ましい。
【０１３５】
【表６】
2015166858.tif 000019
【０１３６】
構造Ａ、Ｂ、Ｃにおいて、構造Ｃのみが所望の濃度に未達であった。構造Ｃのスリーブ２２１上には十分なトナー量がコートされているが、スリーブ２２１上のトナーが感光体ドラム１へ現像し難いことによる。これは、構造Ｃでは、緩傾斜面ＳＬにおける最大傾き｜κＬ｜が０．５より大きいことにより、スリーブ２２１上のトナーが規定の周速比を与えても、緩傾斜面ＳＬ上を回転移動できずに、感光体ドラム１へ現像し難いためと考えられる。以上より、凹凸構造の緩傾斜面ＳＬにおける最大傾き｜κＬ｜は０．５以下であることが好ましい。
【０１３７】
一方、構造Ｄ、Ｅにおいて、構造Ｅのみが所望の濃度に未達であった。構造Ｄ、Ｅの｜κＬ｜は０．５以下であり、スリーブ２２１上のほぼ全てのトナーが感光体ドラム１へ現像できているが、構造Ｅのスリーブ２２１上に十分なトナー量がコートされないことによる。これは、急傾斜面ＳＲにおける最大傾き｜κＲ｜が１．０より小さいことにより、トナーがスリーブ２２１上に拘束され難いためと考えられる。
【０１３８】
以上より、凹凸構造の急傾斜面ＳＲにおける最大傾き｜κＲ｜は１．０以上であることが好ましい。また、トナー１１とスリーブ２２１の接触点における静電的付着力が大きければ、トナーはスリーブ２２１上に拘束され易くなり、コート量の安定性が改善する。更に現像剤の搬送過程において、スリーブ２２１とトナー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。
【０１３９】
そのためには、凹凸回転体２２のスリーブ２２１の表面と、磁性キャリア１２と、非磁性のトナー１１と、の帯電系列（帯電列）は、トナー１１と凹凸回転体２２のスリーブ２２１の表面（コーティング層２２１ｃ）との間に、磁性キャリア１２が並ぶことが好ましい。この条件においては、トナー１１とスリーブ２２１の表面材料の帯電系列差が、トナー１１と磁性キャリア１２の帯電系列差に比べて大きくなる。
【０１４０】
このため、トナー１１とスリーブ２２１が接触、摩擦し帯電した際に、トナー１１と磁性キャリア１２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１１が磁性キャリア１２から脱離しスリーブ２２１に付着しやすくなる。なお、帯電系列の決定方法に関しては後述する。
【０１４１】
＜凹凸構造の形成方法＞
スリーブ２２１上の凹凸構造は、光硬化性樹脂を用いた光ナノインプリント法、熱可塑性樹脂を用いた熱ナノインプリント法、レーザを走査しエッジングを行うレーザエッジング法等により形成される。または、スリーブ２２１上の凹凸構造は、ダイヤモンド刃により機械的に削るダイヤモンドエッジング法、更にそれらの成型から電鋳技術などによる複製等によっても形成することができる。
【０１４２】
図２１（ａ）は、熱ナノインプリント法による形成方法の概略図である。ハロゲンヒータ４１を内包した転写用ローラ４０上に、所望の凹凸構造とは逆形状の構造を有したフィルムモールド４２を固定し、スリーブ２２１に接触、加圧する。転写用ローラ４０とスリーブ２２１を等速で回転させながら、ハロゲンヒータにより、ガラス転移温度から融点の範囲内に加熱し、スリーブ２２１上に凹凸構造を形成する。
【０１４３】
このときのようにスリーブ２２１の弾性層２２１ｂに直接形成しても構わないし、あらかじめ弾性層２２１ｂ上に熱可塑性樹脂から成るコーティング層２２１ｃを塗工し、コーティング層２２１ｃに形成しても構わない。光ナノインプリント法は、光硬化性樹脂をスリーブ２２１の表面に塗工し、ハロゲンヒータの代わりに設置したＵＶ光源により、ＵＶ照射し、凹凸構造を形成する。
【０１４４】
本実施例のスリーブ２２１は、光ナノインプリント法により形成されており、２ｍｍの弾性層２２１ｂ上に接着性を上げるために数ｎｍのプライマー層を設け、その上方に数μｍのフッ素系光硬化性樹脂を塗工し、光ナノインプリント法により凹凸構造を形成した。
【０１４５】
図２１（ｂ）は、ダイヤモンドエッジング法による形成方法の概略図である。スリーブ２２１に対して、先端がのこぎり形状のダイヤモンド刃を有す針４３を矢印ｆ方向に走査し、スリーブ２２１の表面を機械的に削り凹凸構造を形成する。更にスリーブ２２１を矢印ｇ方向にわずかに回転し、再び針４３をｆ方向に走査し、これを繰り返し、凹凸構造を形成する。
【０１４６】
＜凹凸構造の判定方法＞
スリーブ２２１上における凹凸構造の判定はＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、原子間力顕微鏡）（Ｐａｃｉｆｉｃ  ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製Ｎａｎｏ−Ｉ）を用い、測定装置の操作マニュアルに従い測定を行う。以下判定方法について説明する。
【０１４７】
図２２は、サンプリングについて説明する模式図である。サンプリングはスリーブ２２１の中央部における表面をカッターやレーザなどにより切り取り、平滑なシート状に加工する。ＡＦＭの測定は、スリーブ２２１の軸ｊの水平方向ｊ″に対して垂直方向である図中矢印ｓ方向に走査して行う。なお、ＡＦＭにより直接にスリーブ２２１上を測定し、円筒補正を行っても構わない。
【０１４８】
図２３は、ＡＦＭの測定で用いる２種類のカンチレバー（探針）の先端形状の模式図である。探針Ａは先端がトナーの粒径ｒｔ相当の半球状の探針（図２３（ａ）参照）であり、探針Ｂは先端がキャリアの粒径ｒｃに相当の半球状の探針（図２３（ｂ）参照）である。
【０１４９】
図２４（ａ）は、後述する凹凸構造の測定方法で得られる構造形状の一例である。図２４（ｂ）は、探針Ａと探針Ｂにより測定される形状のグラフである。図２４（ｂ）中のグラフＪ１は、探針ＡによりＡＦＭで測定される凹凸構造の形状Ｊ１（黒丸のプロットが複数ある実線部分）である。図２４（ｂ）中のグラフＪ２は、探針ＢによりＡＦＭで測定される凹凸構造の形状Ｊ２（水平線に相当する点線部分）である。走査方向に対して、探針Ａ、Ｂの先端位置を計測する。なお、図２４（ｂ）中のグラフＪ３は、図２４（ａ）の凹凸回転体２２の凹凸構造を示す。
【０１５０】
このとき、探針の先端径ｒｔに対して、走査方向の解像度を十分に確保して測定を行う。具体的には、先端径ｒｔの１／１０以下であることが好ましい。得られる形状の差分（グラフＪ２の位置−グラフＪ１の位置）を取り、更にその微分を取り、頂点Ｐ″を決定し、頂点Ｐ″の左右に位置する底点ＹＬ″、ＹＲ″を決定する。ＹＬ″、ＹＲ″間の凸部２２Ａを単位構造としたとき、凸部２２Ａの頂点Ｐ″の左右に位置する緩傾斜面ＳＬ″（Ｐ″ＹＬ″）、急傾斜面ＳＲ″（Ｐ″ＹＲ″）の最大傾きκＬ″、κＲ″を算出する。
【０１５１】
図２５（ａ）は、凸部２２Ａが並んだ構造を測定方法により測定した形状（Ｊ１、Ｊ２）の差分（Ｊ２−Ｊ１）を示す図である。構造が凹凸構造であるかは以下の判定基準により決定される。
【０１５２】
条件（１）・・・頂点Ｐ″ｎと左右の底点から成る凸ｎ構造のうち、隣接する１０個の凸ｎ構造（凸１〜凸１０）の緩傾斜面ＳＬｎ″、急傾斜面ＳＲｎ″の最大傾きκＬｎ″とκＲｎ″が｜κＬｎ″｜＜｜κＲｎ″｜を満たす。なお、回転方向ｈで隣接する所定数（例えば１０個）の凸ｎ構造の緩傾斜面ＳＬｎ″、急傾斜面ＳＲｎ″の最大傾きκＬｎ″とκＲｎ″の平均値がΣ（｜κＬｎ″｜／ｎ）＜Σ（｜κＲｎ″｜／ｎ）を満たすという条件であっても良い。
【０１５３】
条件（２）・・・隣り合う頂点間距離のＬ″ｎ（Ｌ″１〜Ｌ″１０）が式（１１）を満たし、且つ頂点間距離のＬ″ｎに対する緩傾斜面ＳＬ″の幅ｘＬ″ｎの比（ｘＬ″１／Ｌ″１〜ｘＬ″１０／Ｌ″１０）が式（１２）を満たす。
【０１５４】
【数１１】
2015166858.tif 000020
【数１２】
2015166858.tif 000021
【０１５５】
ここで、式（１１）に関して解説する。例えば頂点間距離を５点で計測した場合を例示する。Ｌ”ｎ１＝７．８μｍ、Ｌ”ｎ２＝８．２μｍ、Ｌ”ｎ３＝７．５μｍ、Ｌ”ｎ４＝８．５μｍ、Ｌ”ｎ５＝８．０μｍであったとする。右辺は、Ｌ”１〜Ｌ”５の平均値の１０％であるから、０．８μｍとなる。左辺は、例えば、Ｌ”１からＬ”１〜Ｌ”５の平均値を引くから絶対値は０．２μｍとなる。こうしたことから、特定の頂点間距離のピッチ幅の誤差が、平均の頂点間距離のピッチ幅の誤差の範囲内にある。
【０１５６】
また、頂点間距離を５点で計測した場合に、Ｌ”ｎ１＝９．０μｍ、Ｌ”ｎ２＝７．０μｍ、Ｌ”ｎ３＝１０．０μｍ、Ｌ”ｎ４＝６．０μｍ、Ｌ”ｎ５＝８．０μｍであったとする。右辺は、Ｌ”１〜Ｌ”５の平均値の１０％であるから、０．８μｍとなる。左辺は、例えば、Ｌ”１からＬ”１〜Ｌ”５の平均値を引くから絶対値は１．０μｍとなる。こうしたことから、特定の頂点間距離のピッチ幅の誤差が、平均の頂点間距離のピッチ幅の誤差の範囲内にない。
【０１５７】
こうしたことから、前述の式（１１）や式（１２）は、頂点間距離の誤差、及び、このような頂点間距離に対する緩傾斜面幅の誤差が、１０％以内にあることを意味する。このように、凹凸構造は、回転方向ｈで所定の規則性を有して凹部２２Ｂと凸部２２Ａを有する。
【０１５８】
前述の条件（１）及び条件（２）を満たす構造は、角度が異なる傾斜を有す凸部２２Ａが規則的に並ぶ凹凸構造とし、本発明における凹凸構造と判定する。なお、探針Ａが追従できない微小構造や周期の短い構造、探針Ｂが侵入できる周期の長い構造に関しては、そのような構造が含まれていたとしても、本発明における凹凸構造が存在しさえすれば本発明の効果を得ることができる。従って、スリーブ２２１表面に上記構造が含まれていても構わない。
【０１５９】
＜凹凸構造の測定方法及びトナーの粒径の規定方法＞
凹凸構造の判定方法により、凹凸構造と判定された場合に、凹凸構造の測定方法及びトナーの粒径の規定方法について説明する。測定は、判定方法で用いたサンプルに対して、非接触表面・層断面形状計測システムＲ５２００（菱化システム社製）を用い、測定装置の操作マニュアルに従い測定を行う。
【０１６０】
図２５（ｂ）は、測定により得られる形状を示す図である。このとき、測定方向はＡＦＭ測定と同様に、スリーブ２２１の軸ｊの水平方向ｊ″に対して垂直方向であり、測定範囲はＡＦＭ測定で得られる平均頂点間距離（１／ｎΣＬ″ｎ）の１０倍以上とする。このとき、測定範囲における最下点を原点Ｏとし、原点Ｏから平均頂点間距離までの最高点をＰ１、Ｐ１から平均頂点間距離までの最下点をＹ１、Ｙ１から平均頂点間距離までの最高点をＰ２とし、以後これを繰り返し、Ｐ１からＰ１１までを決定する。次に、隣接する頂点Ｐ間（Ｐ１〜Ｐ２、Ｐ２〜Ｐ３・・・Ｐ１０〜Ｐ１１）の平均形状を算出する。
【０１６１】
図２６（ａ）は、図２５（ｂ）の頂点Ｐ間の平均形状を示す図である。このとき、頂点間（ＰＬ、ＰＲ）を結ぶ第１仮想線Ｌ１と急傾斜面ＳＲ、ＳＬに接する円の直径を最小トナーの粒径であるＲｎとする。
【０１６２】
図２６（ｂ）では、平均形状に対して、粒径ｒｃの磁性キャリア１２に相当する円ｃが、第１仮想線Ｌ１に接し、且つ、急傾斜面ＳＲ上の頂点ＰＬと緩傾斜面ＳＬと多点接触する直径がＲｘのトナー１１に相当する円ｔに接する。このとき、円ｃの中心Ｏｃと円ｔの中心Ｏｔを結ぶ第２仮想線Ｌ２が、頂点ＰＬを通る際の模式図である。このとき得られる円ｔの直径を最大トナーの粒径であるＲｘとする。
【０１６３】
＜粒径の測定方法＞
トナーの粒径はコールターマルチサイザ−I I I（ベックマンコールター社製）を用い、測定装置の操作マニュアルに従い測定を行う。
【０１６４】
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、累積分布の１０％径ｄ１０、９０％径ｄ９０を算出し、試料の個数平均粒径ｒｔ、ｒｔ１０、ｒｔ９０とする。
【０１６５】
磁性キャリア粒径はレーザ回折式粒度分布測定器ＳＡＬＤ−３０００（島津製作所製）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、０．１ｇの磁性キャリア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ｒｃとする。
【０１６６】
＜円形度の測定方法＞
トナーの円相当径、円形度及びそれらの頻度分布はＦＰＩＡ−２１００型（シスメックス社製）を用い測定を行い、式（１３）（１４）を用い算出する。
【０１６７】
【数１３】
2015166858.tif 000022
【数１４】
2015166858.tif 000023
【０１６８】
ここで、「粒子投影面積」とは二値化されたトナー粒子像の面積であり、「粒子投影像の周囲長」とはトナー粒子像のエッジ点を結んで得られる輪郭線の長さと定義する。
【０１６９】
本発明における円形度はトナー粒子の凹凸の度合いを示す指標であり、トナー粒子が完全な球形の場合に１．００を示し、表面形状が複雑になるほど、円形度は小さい値となる。また、円形度頻度分布の平均値を意味する平均円形度Ｃは、粒度分布の分割点ｉでの円形度（中心値）をｃｉ、頻度をｆｃｉとすると、式（１５）から算出される。
【０１７０】
【数１５】
2015166858.tif 000024
【０１７１】
具体的な測定方法としては、容器中に予め不純固形物などを除去したイオン交換水１０ｍｌを用意し、その中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩を加えた後、更に測定試料を０．０２ｇ加え、均一に分散させる。分散させる手段としては、超音波分散器Ｔｅｔｏｒａ１５０型（日科機バイオス社製）を用い、２分間分散処理を行い、測定用の分散液とする。その際、分散液の温度が４０℃以上にならないように適宜冷却する。
【０１７２】
トナー粒子の形状測定には、ＦＰＩＡ−２１００型を用い、測定時のトナー粒子濃度が３０００〜１万個／μｌとなるように分散液濃度を調整し、トナー粒子を１０００個以上計測する。計測後、このデータを用いて、トナー粒子の平均円形度を求める。
【０１７３】
＜評価方法＞
現像量に関しては、感光体ドラム１上に現像されたトナーを吸引し、その重さ（ｍｇ）、および吸引部の面積（ｃｍ２）を計測し、その商である単位面積における重さ（ｍｇ／ｃｍ２）を算出する。
【０１７４】
トナーカバー率に関しては、トナーを現像した感光体ドラム１上をマイクロスコープ（Ｋｅｙｅｎｃｅ社製ＶＨＸ−５０００）で撮影し、その画像から画像処理ソフト（アドビ社製ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ）を用いる。そして、トナー部の面積（ｐｘ）のみを抽出し、全体の面積に対する比率を算出する。
【０１７５】
定着後の濃度評価に関しては、現像、転写、定着を順次行い、コート紙上にトナー像を定着し、濃度評価を行う。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○とする。
【０１７６】
定着度の画像均一性の評価に関しては、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、以下評価基準に従って行う。
レベル良好（○）：斑点状の濃度ムラが目立ち難い（０〜３点／ｃｍ２）。
レベル不良（×）：斑点状の濃度ムラが目立って見える（４点〜／ｃｍ２）。
【０１７７】
＜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、電界印加手段は取り外し、凹凸回転体２２と回収ローラ２３は電気的にフロートの状態とする。
【０１７８】
現像部Ｔの位置に、凹凸回転体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、凹凸回転体２２の表面電位を測定する。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凹凸回転体２２のスリーブ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。
【０１７９】
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。
［変形例］
【０１８０】
実施例１における現像装置２０により、下記条件１、２で画像評価を行った結果を表７、８に示す。本実施例で使用したスリーブ２２１は、熱ナノインプリント法により形成されている。スリーブ２２１には、２ｍｍの弾性層２２１ｂ上に接着性を上げるために数ｎｍのプライマー層を設け、その上方に数μｍのアミド系熱可塑性樹脂を塗工し、熱ナノインプリント法により凹凸構造を形成した。磁性キャリアはフェライトの焼結条件を可変して、コア粒径を調整し、フェライトコアにシリコーン樹脂をコートし製造された。なお、条件１、２で使用する現像剤を用いたＨＶ現像装置を比較例とした。
【０１８１】
＜条件１＞
トナー（負帯電性）：ｒｔ＝１．７μｍ、平均円形度＝０．９６。
磁性キャリア：ｒｃ＝３５μｍ。
ＴＤ比：４％。
凹凸構造（図２０（ｂ））：Ｌ＝２μｍ、ｘＬ＝１．８μｍ、ｄ＝０．４５μｍ、κＲ＝２．３、κＬ＝０．２５。
速度比ｖｈ／ｖｍ＝１．２。
【０１８２】
＜条件２＞
トナー（負帯電性）：ｒｔ＝４５μｍ、平均円形度＝０．９５。
磁性キャリア：ｒｃ＝５００μｍ。
ＴＤ比：７％。
凹凸構造（図２０（ｂ））：Ｌ＝５０μｍ、ｘＬ＝４５μｍ、ｄ＝１２μｍ、κＲ＝２．４、κＬ＝０．２７。
速度比ｖｈ／ｖｍ＝１．１
【０１８３】
【表７】
2015166858.tif 000025
【０１８４】
【表８】
2015166858.tif 000026
【０１８５】
トナーの粒径や帯電極性に依らず、本現像装置の効果を確認した。つまり、トナーの粒径や帯電極性に依らず、少ないトナー量においても、高密度のトナー像を現像可能なため、所望の濃度を得て、且つ濃度ムラを改善することができる。
【実施例２】
【０１８６】
図２７は、本発明の実施例２に係るコーティング層２２１ｃの凹凸構造の断面図である。図２７（ａ）は、凹凸構造の谷部に平坦部Ｍ２が形成される断面図である。図２７（ａ）に示されるように、凹凸構造の緩傾斜面ＳＬが複数の傾きの傾斜面で形成される。特に、緩傾斜面ＳＬの底部に平坦部Ｍ２が形成される。この構成によれば、微粉トナーが構造内に留まり、現像剤や感光体ドラム１の摺擦を受け続けることにより発生するトナー融着を改善することができる。
【０１８７】
このとき、平坦部Ｍ２の幅ＬＦａは、トナーの粒径ｒｔの３倍より小さい、更に好ましくは２倍より小さいことが好ましい。これにより、凹凸構造上に安定したトナー量をコートすることができる。当然、本構造においても、頂点Ｐの左右に位置する緩傾斜面ＳＬ（ＰＹＬ）、急傾斜面ＳＲ（ＰＹＲ）の最大傾きκＬ、κＲは、｜κＬ｜＜｜κＲ｜であり、更に好ましくは、｜κＬ｜は０．５以下、｜κＲ｜は１．０以上であることが好ましい。また、図示はしないが緩傾斜面ＳＬや急傾斜面ＳＲの傾きが連続的に変化するＵ字形状で構わない。
【０１８８】
図２７（ｂ）は、凹凸構造の山部に平坦部Ｍ１が形成される断面図である。図２７（ｂ）に示されるように、凹凸構造の急傾斜面ＳＲが複数の傾きの傾斜面で形成される。特に、急傾斜面ＳＲの頂部に平坦部Ｍ１が形成される。この構成によれば、凹凸構造が現像剤や感光体ドラム１との摺擦により、摩耗し、形状が変化することを抑制することができる。
【０１８９】
このとき、平坦部Ｍ１の幅ＬＦｂは、トナーの粒径ｒｔより小さいことが好ましい。これにより、平坦部Ｍ１にコートされるトナーが限定され、凹凸構造上に安定したトナー量をコートすることができる。当然、本構造においても、頂点Ｐの左右に位置する緩傾斜面ＳＬ（ＰＹＬ）、急傾斜面ＳＲ（ＰＹＲ）の最大傾きκＬ、κＲは、｜κＬ｜＜｜κＲ｜であり、更に好ましくは、｜κＬ｜は０．５以下、｜κＲ｜は１．０以上であることが好ましい。
【０１９０】
開口幅Ｚの寸法は、１μｍ以上、１００μｍ以下に設定するのが好ましい。
【０１９１】
スリーブ２２１上における前記平坦部Ｍ１（凸部における）の割合は４５％以下とすることが好ましい。図３６はスリーブ２２１上の領域Ｓ（破線）、前記領域Ｓにおける開口幅Ｌ−ＬＦｂの開口部Ｓｔ、前記領域Ｓにおける幅ＬＦｂの平坦部Ｍ１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上には少なくともスリーブ２２１上のトナー量以上のトナーが現像される。
【０１９２】
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。
【数１６】
2015166858.tif 000027
（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）
【０１９３】
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。
【数１７】
2015166858.tif 000028
【０１９４】
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。
【数１８】
2015166858.tif 000029
【０１９５】
つまり、スリーブ２２１上における平坦部Ｍ１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。
【０１９６】
図２７（ｃ）は、凹凸構造の山部と谷部に平坦部Ｍ１、Ｍ２が形成される断面図である。図２７（ｃ）に示されるように、図２７（ａ）（ｂ）の特徴を兼ね備えた構造であり、トナー融着や構造の摩耗を抑制することができる。平坦部Ｍ１の幅ＬＦｃ１と平坦部Ｍ２の幅ＬＦｃ２を設定している（後述の図２７（ｄ）も同様）
【０１９７】
図２７（ｄ）は、図２７（ｃ）の緩傾斜面ＳＬの一部の表面粗さを急傾斜面ＳＲに比べて大きくしている。これにより、緩傾斜面ＳＬとトナー間の付着力が低下し、凹凸構造へのコート性を維持したまま、感光体ドラム１への現像性を改善することができる。図２７（ｃ）以外の凹凸構造においても同様の効果を得ることができる。
【実施例３】
【０１９８】
実施例１及び２の現像器構成の場合、感光体ドラム１上に多層のトナー像を現像する際には、式（６）〜（８）の条件で求められる値に、所望のトナー層数を掛けた周速比に設定すればよい。しかし、周速比を上げることにより、ハキヨセと呼ばれる画像不良を発生する場合がある。
【０１９９】
図２８は、ハキヨセを説明する模式図である。ハキヨセとは、感光体ドラム１の進行方向ｍに対して、ベタ黒部ＶＬのような高濃度部とベタ白部ＶＤのような低濃度部が隣接する画像を出力した際に、ベタ黒部ＶＬの後端の濃度が濃く出力される画像である。ハキヨセが発生する理由は、周速比を上げることにより、上流部（ベタ白部）において現像されずにトナー担持体上にコートされたままのトナーが感光体ドラム１上の後端部を追い抜いていく際に現像されてしまうことにより発生する。
【０２００】
図２９（ａ）は、凹凸構造を利用した現像装置２０の構成例であり、画像不良を改善することができる。現像装置２０は、感光体ドラム１に対向して配置され、現像容器２１の開口部に、本構成におけるトナーを受け取る『受取部材』であるトナー担持体２７が配設されている。トナー担持体２７は、金属材料を基層とする円筒状の部材に、弾性層を被覆した構造の部材で形成されている。トナー担持体２７は、トナーを担持する。
【０２０１】
基層は、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。弾性層は、適度な弾性を有するシリコーンゴム、アクリルゴム、ニトリルゴム、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。弾性層は、その基材にカーボン、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。
【０２０２】
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。本実施例では、ステンレス製の基層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を形成したトナー担持体２７を用いている。トナー担持体２７は、感光体ドラム１に接触するように配され、感光体ドラム１の回転方向に対して、現像部Ｔ″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。ここで、両速度の周速比は１倍以上で１．１倍以下であることが好ましい。
【０２０３】
なお、本実施例ではトナー担持体２７と感光体ドラム１を接触させる、所謂接触現像のため、トナー担持体２７は弾性乃至は可撓性を有する部材から成るが、非接触現像時は、導電性と剛性のある素材、例えばＳＵＳ、鉄、アルミなどで形成しても構わない。現像容器２１内部には、凹凸回転体２２がトナー担持体２７に対向し、接触するように配置されている。
【０２０４】
このため、トナー担持体２７、及び凹凸回転体２２の少なくとも一方が弾性乃至は可撓性を有する部材で構成される必要がある。凹凸回転体２２は、トナー担持体２７と対向する現像部Ｔ″へトナーを搬送するスリーブ２２１とその内部に固定配置される複数の永久磁石２２２から成る。さらに、スリーブ２２１の表面には、本発明における凹凸構造が形成されている。
【０２０５】
本実施例においては、スリーブ２２１表面のＮｉ−Ｐ層に対して、ダイヤモンドエッジング法により構造を形成している。スリーブ２２１は、現像部Ｔ″において、トナー担持体２７と同方向に移動するように回転可能に設けられ、且つ両速度はトナーの粒径ｒｔと凹凸構造により、式（６）〜（８）で決定される周速比を有するように設定している。
【０２０６】
本実施例においては、トナーの粒径＝７．６μｍ、キャリアの粒径ｒｃ＝９０μｍである。また、凹凸構造（図２０（ｂ））は、Ｌ＝８μｍ、ｘＬ＝７．３μｍ、ｄ＝１．９μｍ、κＲ＝２．７、κＬ＝０．２６である。周速比は式（６）より求められる値（１．０５）に、トナー総数の２を掛けた２．１倍に設定している。
【０２０７】
なお、本実施例においては、トナー担持体２７と凹凸回転体２２とは、同方向に移動するように回転しているが、逆方向でも構わない。回収ローラ２３は、スリーブ２２１の回転方向に対して、現像部Ｔより上流、かつ、供給部材２４により現像剤を凹凸構造へ供給する供給部Ｗより下流の位置にて、凹凸回転体２２とトナー担持体２７と対向して間隙を有して配置されている。
【０２０８】
回収ローラ２３は、凹凸回転体２２と対向する回収部Ｕにおいて、磁気力により現像剤を回収し、回収した現像剤をスクレーパー２５との対向部まで搬送するスリーブ２３１とその内部に固定配置される複数の永久磁石２３２から成る。次に、本発明の特徴である現像装置２０におけるトナー担持体２７上へのトナーコート及び感光体ドラム１への現像について図２９（ｂ）を用いて説明する。
【０２０９】
供給部材２４により、表面に凹凸構造を有す凹凸回転体２２に二成分現像剤１０を供給する。二成分現像剤１０がスリーブ２２１に供給されて、後述する回収ローラ２３により回収されるまでの搬送過程において、スリーブ２２１と接触する二成分現像剤１０中の負帯電性のトナーが、凹凸構造に安定して薄層均一コートされる。
【０２１０】
コートされるトナー以外の二成分現像剤１０は、回収部Ｕにおいて回収ローラ２３により、磁気力で回収される。一方回収されずに凹凸回転体２２に薄層均一コートされたトナーは、現像部Ｔにおいてトナー担持体２７と接触し、電圧印加部２６により発生する電位差によりトナー担持体２７上にコートされる。
【０２１１】
本実施例においては、電圧印加部２６ＳによりＤＣ−７００Ｖ、電圧印加部２６ＢによりＤＣ−４００Ｖを印加している。このとき、凹凸構造の急傾斜面を降りて緩傾斜面を登る方向を正としたとき、トナー担持体２７の表面速度ｖｍに対する凹凸回転体２２の移動速度ｖｈの相対速度が正である。トナー担持体２７に対する凹凸回転体２２の速度比ｖｈ／ｖｍを適正に設定することにより、トナー担持体２７上に多層且つ高密度なトナーコートが可能になる。
【０２１２】
その後、トナー担持体２７上に担持されたトナー１１は、感光体ドラム１と対向する現像部Ｔ″まで搬送され、感光体ドラム１とトナー担持体２７の周速が略等速の条件で現像される。このため、ハキヨセを抑えた高密度なトナー像を感光体ドラム１上に現像することができる。
【０２１３】
次に、現像されずトナー担持体２７上に残留した残トナー１１″の回収について説明する。残トナー１１″は、トナー担持体２７により回収ローラ２３と対向する回収部Ｙまで搬送される。このとき、回収ローラ２３に担持される二成分現像剤１０と接触する。二成分現像剤１０は、既に凹凸回転体２２にトナーをコートしているため、ＴＤ比が下がっている。
【０２１４】
このため、現像剤としてトナーを回収する能力を有しているため、接触により、残トナー１１″はトナー担持体２７から脱離し、回収ローラ２３に担持される二成分現像剤１０に回収される。本実施例においては、回収ローラ２３には電圧を印加せずに、電気的にフロートな状態にしているが、電圧を印加しても構わない。
【０２１５】
この場合、回収部Ｙにおいて残トナー１０を回収するために、回収ローラ２３に印加する電圧は、トナー担持体２７に印加するＤＣ電圧ＶＢ以上（正帯電性トナーを使用する場合はＶＢ以下）にすることが好ましい。一方、回収ローラ２３に電圧を印加すると、回収部Ｕにも電界が作用する。このような条件下においても、スリーブ２２１上にコートされたトナーは、凹凸構造により電界の方向に対して垂直成分の拘束力が生じる。
【０２１６】
一方、それ以外の現像剤は回収ローラ２３へ回収されるために、凹凸回転体２２上にさらに安定して均一な薄層コートが可能になる。さらに好ましくは、回収部Ｙに対して配置される永久磁石２３２の磁極（Ｓ２３ｙ極）と回収部Ｕに対して配置される永久磁石２３２の磁極（Ｓ２３ｕ極）が同極であることが好ましい。図３０により、その理由を説明する。
【０２１７】
図３０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、回収部Ｕから回収部Ｙまでの磁気穂搬送の模式図である。回収部Ｕにおいて、電界Ｅ２３が作用し、スリーブ２２１上コートされるトナー以外のトナーは回収ローラ２３方向に飛翔し、回収ローラ２３近傍のトナー量が増加する（図３０（ａ）参照）。スリーブ２３１の回転および永久磁石２３２により作られる磁界により磁気穂は搬送され（図３０（ｂ）参照）、回収部Ｙまで搬送される磁気穂は、トナー担持体２７近傍のトナー量が減少している（図３０（ｃ）参照）。
【０２１８】
このため、磁性キャリアが残トナー１０をより回収し易くなるため、より低い電界Ｅ７３でも回収可能になる。なお、磁極構成に限定されることはなく、回収部Ｙに対して配置される永久磁石２３２の磁極と回収部Ｕに対して配置される永久磁石２３２の磁極が同極であればよい。回収部Ｕおよび回収部Ｙにおいて、回収された現像剤および残トナー１１″は、磁界およびスクレーパー２５により現像容器２１に戻され、再び供給部材２４により撹拌搬送され、供給部Ｗにおいて凹凸回転体２２へ供給される。
【０２１９】
図３０（ｄ）は、スクレーパー２５により残トナーを回収する構成である。図のように残トナーを独立した回収部材により回収する構成でも構わない。本実施例では回収部材としてスクレーパーを用いたが、例えばスポンジローラや磁性キャリアを担持するスリーブのような回転部材でも構わない。
【実施例４】
【０２２０】
図３１は、実施例４に係る現像装置の断面図である。凹凸回転体２２は、現像容器２１に回転自在に支持される回転方向ｈに回転可能なスリーブ２２１と、スリーブ２２１の内部に回転不可に支持される複数の磁極を有する永久磁石２２２と、を有する。スリーブ２２１には、その移動方向に並ぶ凹凸構造が形成され、且つ、凹凸構造と本構成におけるトナーを受け取る『受取部材』である感光体ドラム１は互いに接触するように配される。
【０２２１】
『トナー担持体』としての感光体ドラム１は、トナーを担持する。また、凹凸構造の急傾斜面を登って緩傾斜方向を降りる方向を正としたとき、感光体ドラム１の表面速度に対する凹凸回転体２２の表面速度の相対速度が正であることを特徴としている。
【０２２２】
本実施例において、スリーブ２２１は、ステンレス製の基層２２１ａと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２２１ｂ、更にその上部に厚み７μｍ程度のコーティング層２２１ｃにより構成される。コーティング層２２１ｃにおける凹凸構造は、フッ素系光硬化樹脂を光ナノインプリント法により硬化させて形成している。
【０２２３】
現像容器２１の内部には、凹凸回転体２２に現像剤を供給する供給部材２４と、凹凸回転体２２上の現像剤を回収する回収部材２３Ｊとが、凹凸回転体２２に対向し、間隙を有して固定配置される。
【０２２４】
供給部材２４は、現像容器２１の内部の後述する回収部材２３Ｊにより回収された現像剤１０を撹拌しつつ凹凸回転体２２と供給部材２４が対向する供給部Ｗに搬送し、永久磁石２２２により作用する磁気力により凹凸回転体２２に供給する。
【０２２５】
一方、『回収手段』としての回収部材２３Ｊは、磁性材料、又は、透磁率が所定量よりも高い金属材料で形成される。そして、回収部材２３Ｊは、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。回収部材２３Ｊは、スリーブ２２１の回転方向ｈに対して、凹凸構造上のトナーを感光体ドラム１へ移動する現像部Ｔより上流、且つ供給部Ｗより下流の位置に配されることを特徴としている。現像容器２１の開口部においては、現像容器２１の外へトナー１１が飛散することを防ぐために、飛散防止シート２８が備えられている。
【０２２６】
現像装置２０における凹凸回転体２２上へのトナーコート、及び感光体ドラム１の静電像への現像について説明する。供給部Ｗにおいて、供給部材２４により、凹凸回転体２２へ供給される現像剤は、スリーブ２２１の回転（図中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、図中ｈ方向に搬送される。搬送される現像剤１０は、回収部材２３Ｊ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、回収部材２３Ｊと凹凸回転体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。
【０２２７】
一方、搬送過程において、スリーブ２２１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、回収部Ｕを通過し、感光体ドラム１と対向する現像部Ｔまで搬送される。凹凸回転体２２には、電圧印加部２６によって電圧が印加され、凹凸回転体２２と感光体ドラム１間には電位差が発生している。また、感光体ドラム１の移動速度ｖｍに対する凹凸回転体２２の速度比ｖｈ／ｖｍは、式（６）〜（８）で決定される周速比を有するように設定されている。
【０２２８】
図３２は、ハキヨセを抑制するために、凹凸回転体２２と感光体ドラム１間に本構成におけるトナーを受け取る『受取部材』であるトナー担持体２７を配置する現像装置の断面図である。現像部Ｔ″において、感光体ドラム１とトナー担持体２７は略等速で回転するため、ハキヨセを抑えた高密度なトナー像を感光体ドラム１上に現像することができる。
【０２２９】
以上のように、本発明における現像装置においても、少ないトナー量で感光体ドラム１上に安定して高密度な現像が可能になり、所望の濃度、且つ画像均一性を改善することができる。更に本発明における現像装置は、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。
【実施例５】
【０２３０】
図３３（ａ）は、実施例５に係る現像装置２０の断面図である。図３３（ｂ）は、変形例に係る現像装置２０の断面図である。凹凸回転体２２は、現像容器２１に回転自在に支持される表面に凹凸構造が形成されるベルト２２３と、ベルトの内部に回転不可に支持される複数の磁極を有する永久磁石２２２と、ベルトを懸架する『複数のローラ』としての駆動ローラ２２４、弾性ローラ２２５と、を有する。また、図３３（ａ）中では、ベルト２２３の対向位置に、回収ローラ２３が配置され、図３３（ｂ）中では、ベルト２２３の対向位置に回収部材２３Ｊが配置される。
【０２３１】
本実施例において、ベルト２２３として、ポリイミド製の基材上に直接熱ナノインプリント法により、本発明における凹凸構造を形成している。この他にベルト部材としては、基材上に熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂から成るコーティング層を設け、コーティング層に対してナノインプリント法により凹凸構造を形成しても構わない。また、ＳＵＳの基材上にＮｉ−Ｐなどの透磁率の低い金属層を電鋳などにより設け、金属層に対してダイヤモンドエッジング法により凹凸構造を形成しても構わない。
【０２３２】
更に削れ防止や絶縁処理のために、凹凸構造上に高硬度材料や絶縁材料をコートしても構ない。このとき、構造が十分残る程度に薄いコート層にする必要がある。また、本実施例においては、ベルト２２３の内部に配する弾性ローラ２２５に給電しているが、ベルト部材の基材に直接給電しても構わない。また、弾性ローラ２２５の代わりに、ベルト２２３に弾性層を設けても構わない。本発明における現像装置は、ベルト２２３を用いることにより、供給部Ｗから回収部Ｕまでの搬送距離を任意に可変することができるため、空間の制約を受けづらく、搬送距離を確保し易い。
【実施例６】
【０２３３】
図３４（ａ）は、実施例６に係る現像装置２０の断面図である。凹凸回転体２２は、現像容器２１に回転自在に支持される表面に凹凸構造が形成されるベルト２２３と、ベルト２２３の内部に回転自在に支持される複数の磁極を有する永久磁石２２２と、を有する。また、凹凸回転体２２は、ベルト２２３を懸架する『複数のローラ』としての駆動ローラ２２４、弾性ローラ２２５と、を有する。
【０２３４】
本実施例において、ベルト２２３として、ポリイミド製の基材上に直接熱ナノインプリント法により、凹凸構造を形成している。永久磁石２２２と対向する位置に固定配置される回収部材２３Ｊは、鉄などの透磁率が高い金属材料から成ることが好ましい。本実施例において、回収部材２３Ｊは、固定配置されているが、金属ローラのように回転可能に設けても構わない。
【０２３５】
図３４（ｂ）は、変形例に係る現像装置２０の断面図である。図３４（ｂ）に示されるように、ハキヨセを抑制するために、凹凸回転体２２と感光体ドラム１の間に本構成におけるトナーを受け取る『受取部材』であるトナー担持体２７を配置する現像装置を構成した。トナー担持体２７は、トナーを担持する。現像部Ｔ″において、感光体ドラム１とトナー担持体２７は略等速で回転するため、ハキヨセを抑えた高密度なトナー像を感光体ドラム１上に現像することができる。
【０２３６】
本発明における現像装置は、ベルト２２３内部に配置される永久磁石２２２が回転することにより、磁気ブラシがベルト２２３上を回転しながら搬送される。このために、短い搬送距離、搬送時間でベルト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コート量の変動を抑えることができる。
【実施例７】
【０２３７】
図３５（ａ）は、実施例７に係る現像装置２０の断面図である。凹凸回転体２２は、現像容器２１に回転方向ｈに回転自在に支持されるスリーブ２２１である。本実施例において、スリーブ２２１は、ステンレス製の基層２２１ａと、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２２１ｂと、更にその上部に厚み７μｍ程度のコーティング層２２１ｃと、を有する。
【０２３８】
コーティング層２２１ｃには、フッ素系光硬化樹脂を光ナノインプリント法により硬化させて凹凸構造を形成している。本実施例では、供給回収部材２９は、供給部材と回収部材を兼ねる。供給回収部材２９は、現像容器２１に回転自在に支持されるスリーブ２９１と、スリーブ２２１の内部に回転不可に支持される複数の磁極を有する永久磁石２９２と、を有する。供給回収部材２９は、担持する現像剤が、凹凸回転体２２に接触するように配されることを特徴としている。
【０２３９】
凹凸回転体２２上にトナーがコートされる工程について説明する。供給部材３０により、供給回収部材２９に供給される現像剤は、スリーブ２９１の回転、及び永久磁石２９２が作り出す磁場により作用する磁気力により、図中の矢印ｑ方向に搬送される。搬送される現像剤は、供給部Ｗにおいて凹凸回転体２２と接触し、永久磁石２９２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において供給回収部材２９に回収される。
【０２４０】
一方、スリーブ２２１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、回収部Ｕを通過し、感光体ドラム１と対向する現像部Ｔまで搬送される。凹凸回転体２２と感光体ドラム１の間には、電圧印加部２６によって、電位差が発生している。また、感光体ドラム１の移動速度ｖｍに対する凹凸回転体２２の速度比ｖｈ／ｖｍは、式（６）〜（８）で決定される周速比を有するように設定されている。
【０２４１】
図３５（ｂ）は、変形例に係る現像装置２０の断面図である。図３５（ｂ）に示されるように、ハキヨセを抑制するために、凹凸回転体２２と感光体ドラム１間に本構成におけるトナーを受け取る『受取部材』であるトナー担持体２７を配置する現像装置を構成した。トナー担持体２７は、トナーを担持する。
【０２４２】
現像部Ｔ″において、感光体ドラム１とトナー担持体２７は略等速で回転するため、ハキヨセを抑えた高密度なトナー像を感光体ドラム１上に現像することができる。トナー担持体２７上の残トナーの回収について説明する。回収部Ｕにおいて、供給回収部材２９に回収される現像剤は、既に凹凸回転体２２上にトナーをコートしているために、ＴＤ比が下がっている。
【０２４３】
このため、現像剤としては、トナーを回収する能力を有しており、現像されない残トナーと接触することにより、残トナーを回収することができる。本実施例においては、供給回収部材２９には電圧を印加せずに、電気的にフロートな状態にしているが、電圧を印加しても構わない。この場合、回収部Ｙにおいて残トナーを回収するために、供給回収部材２９に印加する電圧は、トナー担持体２７に印加するＤＣ電圧ＶＢより小さく（負帯電性トナーを使用する場合はＶＢより大きく）することが好ましい。
【０２４４】
さらに好ましくは、回収部Ｙに対して配置される永久磁石２９２の磁極と供給部Ｗに対して配置される永久磁石２９２の磁極が同極であることが好ましい。また、実施例３のように独立した回収部材により残トナーを回収する構成でも構わない。本発明における現像装置は、供給回収部材により、現像剤供給部材と回収部材の役割を兼ねている。このため、現像剤を異なる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、現像剤にシェアがかかり難く、耐久性を改善することができる。
【０２４５】
実施例１〜７の構成によれば、凹凸回転体２２の表面の複数の凸部２２Ａに二成分現像剤１０が供給されて搬送される過程で、トナーが均一にコートされる。つまり、非磁性トナーを担持する部材が現像剤のうちの非磁性トナーを均一に担持することができる。更に、そのような均一にコートされたトナー以外の二成分現像剤１０を回収した後に複数の凸部２２Ａの間のトナーを受取部材に移動させる。
【０２４６】
特に、複数の凸部２２Ａ同士の間に形成される傾斜角度が急な急傾斜面ＳＲを登って傾斜角度が緩い緩傾斜面ＳＬを降りる方向を正とした場合に、受取部材の表面速度に対する凹凸回転体２２の表面速度の相対速度が正に設定される。このために、複数の凸部２２Ａの間に担持されたトナーが確実に受取部材に移動する。また、感光体ドラム１の表面に単層から多層に至るまで、高密度のトナー像が現像される。
【符号の説明】
【０２４７】
１０      現像剤
１１      トナー（非磁性トナー）
１２      磁性キャリア
２１      現像容器
２１Ａ    開口
２２      凹凸回転体（凹凸部材）
２２Ａ    凸部
２２Ｂ    凹部
ｈ        回転方向
ＳＲ      急傾斜面
ＳＬ      緩傾斜面
１００    画像形成装置
【図１】
2015166858.tif 000033
【図２】
2015166858.tif 000034
【図３】
2015166858.tif 000035
【図４】
2015166858.tif 000036
【図５】
2015166858.tif 000037
【図６】
2015166858.tif 000038
【図７】
2015166858.tif 000039
【図８】
2015166858.tif 000040
【図９】
2015166858.tif 000041
【図１０】
2015166858.tif 000042
【図１１】
2015166858.tif 000043
【図１２】
2015166858.tif 000044
【図１３】
2015166858.tif 000045
【図１４】
2015166858.tif 000046
【図１５】
2015166858.tif 000047
【図１６】
2015166858.tif 000048
【図１７】
2015166858.tif 000049
【図１８】
2015166858.tif 000050
【図１９】
2015166858.tif 000051
【図２０】
2015166858.tif 000052
【図２１】
2015166858.tif 000053
【図２２】
2015166858.tif 000054
【図２４】
2015166858.tif 000055
【図２５】
2015166858.tif 000056
【図２６】
2015166858.tif 000057
【図２７】
2015166858.tif 000058
【図２８】
2015166858.tif 000059
【図２９】
2015166858.tif 000060
【図３０】
2015166858.tif 000061
【図３１】
2015166858.tif 000062
【図３２】
2015166858.tif 000063
【図３３】
2015166858.tif 000064
【図３４】
2015166858.tif 000065
【図３５】
2015166858.tif 000066
【図３６】
2015166858.tif 000067
【図２３】
2015166858.tif 000068