(57)【要約】【課題】現像ローラ２２の表面に複数の凹部２２１を設けた構造で、現像ローラ２２に担持されるトナーの入れ替わりを良好に行える構成を実現する。【解決手段】トナーがキャリアの表面を被覆する割合である被覆率が、９０％以上、２００％以下である。現像ローラ２２の表面には、複数の凹部２２１が形成されている。複数の凹部２２１は、少なくとも平均粒径のトナーが凹部２２１の内面に接触可能で、且つ、平均粒径のキャリアがこの内面に接触不能であるように形成されている。また、複数の凹部２２１は、凹部２２１の底面に接触した平均粒径のトナーの重心位置よりも凹部２２１の頂点が底面側に位置するように形成されている。これにより、現像ローラ２２が現像剤を担持して搬送する過程で、現像ローラ２２に担持されるトナーの入れ替わりが良好に行われる。【選択図】図２
2016095477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性のトナーと磁性を有するキャリアとを含む現像剤を収容する現像容器と、
前記現像容器内で現像剤を搬送する搬送手段と、
静電潜像を担持する像担持体と対向して配置され、表面に前記搬送手段により搬送された現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体の現像剤搬送方向に関して、前記現像剤担持体が前記像担持体と対向する現像部よりも上流で、且つ、前記搬送手段により搬送された現像剤が前記現像剤担持体に供給される供給部よりも下流に、前記現像剤担持体と対向して配置され、前記現像剤担持体に担持された現像剤の一部を回収する回収手段と、を備え、
トナーがキャリアの表面を被覆する割合である被覆率が、９０％以上、２００％以下であり、
前記現像剤担持体は、前記表面に複数の凹部を有し、
前記複数の凹部は、少なくとも平均粒径のトナーが前記凹部の内面に接触可能で、且つ、平均粒径のキャリアが前記内面に接触不能であり、前記凹部の底面に接触した平均粒径のトナーの重心位置よりも前記凹部の頂点が前記底面側に位置するように形成されている、
ことを特徴とする現像装置。
【請求項２】
非磁性のトナーと磁性を有するキャリアとを含む現像剤を収容する現像容器と、
前記現像容器内で現像剤を搬送する搬送手段と、
静電潜像を担持する像担持体と対向して配置され、表面に前記搬送手段により搬送された現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体の現像剤搬送方向に関して、前記現像剤担持体が前記像担持体と対向する現像部よりも上流で、且つ、前記搬送手段により搬送された現像剤が前記現像剤担持体に供給される供給部よりも下流に、前記現像剤担持体と対向して配置され、前記現像剤担持体に担持された現像剤の一部を回収する回収手段と、を備え、
トナーがキャリアの表面を被覆する割合である被覆率が、９０％以上、２００％以下であり、
前記現像剤担持体は、前記表面に複数の凹部を有し、
前記複数の凹部は、前記現像剤担持体の現像剤搬送方向に関して深さがほぼ変わらない底面を有し、少なくとも平均粒径のトナーが前記凹部の内面に接触可能で、且つ、平均粒径のキャリアが前記内面に接触不能であり、前記凹部の深さがトナーの平均粒径の半分以下になるように形成されている、
ことを特徴とする現像装置。
【請求項３】
非磁性のトナーと磁性を有するキャリアとを含む現像剤を収容する現像容器と、
前記現像容器内で現像剤を搬送する搬送手段と、
静電潜像を担持する像担持体と対向して配置され、表面に前記搬送手段により搬送された現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体の現像剤搬送方向に関して、前記現像剤担持体が前記像担持体と対向する現像部よりも上流で、且つ、前記搬送手段により搬送された現像剤が前記現像剤担持体に供給される供給部よりも下流に、前記現像剤担持体と対向して配置され、前記現像剤担持体に担持された現像剤の一部を回収する回収手段と、を備え、
トナーがキャリアの表面を被覆する割合である被覆率が、９０％以上、２００％以下であり、
前記現像剤担持体は、前記表面に複数の凹部を有し、
前記複数の凹部は、前記現像剤担持体の現像剤搬送方向下流側の側面と、前記現像剤搬送方向下流側から上流側に向けて前記凹部の深さが浅くなる方向に傾斜した底面とを有し、少なくとも平均粒径のトナーが前記凹部の内面に接触可能で、且つ、平均粒径のキャリアが前記内面に接触不能であり、平均粒径のトナーが前記側面又は前記側面の頂点と前記底面とに接触した場合に、接触した前記トナーを前記凹部の頂点を通り現像剤搬送方向に直交する仮想面に投影した仮想円上の前記凹部の頂点から前記底面側に最も離れた点と、前記凹部の頂点との間の距離がトナーの平均粒径の半分以下になるように形成されている、
ことを特徴とする現像装置。
【請求項４】
前記凹部の頂点同士を結ぶ第１仮想線が、前記凹部の前記現像剤担持体の現像剤搬送方向下流側の側面又は前記側面の頂点と前記底面とに接触したトナーの重心を通る場合のトナーの粒径をＲｔｎ、
前記底面と前記側面又は前記頂点とに接触したトナーの重心と、前記第１仮想線及び該トナーに接触する所定の粒径を有するキャリアの重心とを結ぶ第２仮想線が、前記側面の前記頂点を通る場合のトナーの粒径をＲｔｘとしたときに、
前記現像容器に収容されるトナーは、平均粒径がＲｔｎ以上、Ｒｔｘ以下である、
ことを特徴とする、請求項１ないし３のうちの何れか１項に記載の現像装置。
【請求項５】
前記現像容器に収容されるトナーは、累積粒度分布における１０％の粒径が前記Ｒｔｎ以上であり、累積粒度分布における９０％の粒径が前記Ｒｔｘ以下である、
ことを特徴とする、請求項４に記載の現像装置。
【請求項６】
前記凹部は、前記現像剤担持体の現像剤搬送方向の最小開口幅がトナーの平均粒径の３倍よりも小さい、
ことを特徴とする、請求項１ないし５のうちの何れか１項に記載の現像装置。
【請求項７】
前記現像剤担持体の表面と、トナーと、キャリアと、の帯電系列は、トナーと前記現像剤担持体の表面との間に、キャリアが並ぶ、
ことを特徴とする、請求項１ないし６のうちの何れか１項に記載の現像装置。
【請求項８】
前記現像剤担持体の表面の現像剤を担持可能な担持領域において、前記凹部が単位面積当たりに占める割合が５５％以上である、
ことを特徴とする、請求項１ないし７のうちの何れか１項に記載の現像装置。
【請求項９】
前記現像剤担持体の表面の現像剤を担持可能な担持領域において、前記凹部が単位面積当たりに占める割合の変動率が±１０％以内である、
ことを特徴とする、請求項１ないし８のうちの何れか１項に記載の現像装置。
【請求項１０】
前記現像剤担持体は、前記現像容器に回転自在に支持される現像ローラであり、
前記現像ローラの内部に固定配置された複数の磁極を有する現像マグネットを備えた、
ことを特徴とする、請求項１ないし９のうちの何れか１項に記載の現像装置。
【請求項１１】
前記現像剤担持体は、前記現像容器に回転自在に支持されるベルトであり、
前記ベルトの内部に固定配置された複数の磁極を有する現像マグネットと、前記ベルトを張架する複数のローラと、を備えた、
ことを特徴とする、請求項１ないし９のうちの何れか１項に記載の現像装置。
【請求項１２】
前記現像剤担持体は、前記現像容器に回転自在に支持されるベルトであり、
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現像マグネットと、前記ベルトを張架する複数のローラと、を備えた、
ことを特徴とする、請求項１ないし９のうちの何れか１項に記載の現像装置。
【請求項１３】
前記回収手段は、前記現像容器に回転自在に支持される回収ローラと、前記回収ローラの内部に固定配置された複数の磁極を有する回収マグネットと、を有し、
前記現像マグネットと前記回収マグネット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の一部を回収する、
ことを特徴とする、請求項１０ないし１２のうちの何れか１項に記載の現像装置。
【請求項１４】
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、
前記現像マグネットと前記回収手段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１０ないし１２のうちの何れか１項に記載の現像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式、静電記録方式などによって像担持体上に形成された静電潜像を現像して可視画像を形成する現像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。このような一成分現像方式の現像装置では、例えば、発泡材により形成されたトナー供給ローラによりトナーを現像剤担持体としての現像ローラの表面に担持させて、像担持体上の静電潜像をトナーにより現像する。現像後に現像ローラ表面に残ったトナーはトナー供給ローラにより剥ぎ取られる。
【０００３】
また、このような構成を有する現像装置として、現像ローラの表面に複数の凹部を設けて現像ローラの表面に均一なトナーを担持させる構造も提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１０８３５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、特許文献１に記載されたような一成分現像方式の現像装置の場合、現像ローラ上のトナーの入れ替わり不良が発生する可能性がある。即ち、現像後に現像ローラに残存したトナーはトナー供給ローラにより剥ぎ取られる。このとき、トナー供給部材から新たなトナーが現像ローラに供給され、現像ローラ上の残存トナーが新たなトナーに入れ替わることになる。しかしながら、上述のように現像ローラに複数の凹部を有する構成の場合、凹部内の残留トナーがトナー供給ローラにより剥ぎ取られにくくなる。これは、トナー供給部材が凹部にコートされた残留トナーと十分に接触できず、剥ぎ取りに必要な力をトナーに与えにくくなるためである。
【０００６】
一方で、トナー供給ローラの表層形状を工夫するなどして、凹部内の残留トナーとの接触性を改善してトナーを剥ぎ取り易くすることも考えられる。但し、それに伴う剛性や耐久性の低下により、所望の剥ぎ取り性を実現し継続することは困難である。更に、仮にトナーの剥ぎ取り性を高くできても、そのスペースへ確実に新しいトナーを供給するためには、トナー供給ローラによるトナー供給量には限度があり、それを保証することは困難である。
【０００７】
以上の理由により、特許文献１に記載された現像装置の場合は、トナーの入れ替わり不良が発生し易い。そして、このようなトナーの入れ替わり不良が発生すると、現像ローラ上に同じトナーが残留し易くなり、新旧トナーの特性の違いにより発生するゴースト画像や、現像ローラのフィルミングなどによる画質低下を引き起こし易い。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑み、現像剤担持体の表面に複数の凹部を設けた構造で、現像剤担持体に担持されるトナーの入れ替わりを良好に行える構成を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、非磁性のトナーと磁性を有するキャリアとを含む現像剤を収容する現像容器と、前記現像容器内で現像剤を搬送する搬送手段と、静電潜像を担持する像担持体と対向して配置され、表面に前記搬送手段により搬送された現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、前記現像剤担持体の現像剤搬送方向に関して、前記現像剤担持体が前記像担持体と対向する現像部よりも上流で、且つ、前記搬送手段により搬送された現像剤が前記現像剤担持体に供給される供給部よりも下流に、前記現像剤担持体と対向して配置され、前記現像剤担持体に担持された現像剤の一部を回収する回収手段と、を備え、トナーがキャリアの表面を被覆する割合である被覆率が、９０％以上、２００％以下であり、前記現像剤担持体は、前記表面に複数の凹部を有する現像装置である。
【００１０】
そして、前記複数の凹部は、少なくとも平均粒径のトナーが前記凹部の内面に接触可能で、且つ、平均粒径のキャリアが前記内面に接触不能であり、前記凹部の底面に接触した平均粒径のトナーの重心位置よりも前記凹部の頂点が前記底面側に位置するように形成されていることを特徴とする。
【００１１】
また、前記複数の凹部は、前記現像剤担持体の現像剤搬送方向に関して深さがほぼ変わらない底面を有し、少なくとも平均粒径のトナーが前記凹部の内面に接触可能で、且つ、平均粒径のキャリアが前記内面に接触不能であり、前記凹部の深さがトナーの平均粒径の半分以下になるように形成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、前記複数の凹部は、前記現像剤担持体の現像剤搬送方向下流側の側面と、前記現像剤搬送方向下流側から上流側に向けて前記凹部の深さが浅くなる方向に傾斜した底面とを有し、少なくとも平均粒径のトナーが前記凹部の内面に接触可能で、且つ、平均粒径のキャリアが前記内面に接触不能であり、平均粒径のトナーが前記側面又は前記側面の頂点と前記底面とに接触した場合に、接触した前記トナーを前記凹部の頂点を通り現像剤搬送方向に直交する仮想面に投影した仮想円上の前記凹部の頂点から前記底面側に最も離れた点と、前記凹部の頂点との間の距離がトナーの平均粒径の半分以下になるように形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、現像剤担持体の表面に複数の凹部を設けた構造で、現像剤担持体に担持されるトナーの入れ替わりを良好に行える。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。
【図２】第１の実施形態に係る現像装置の概略構成図。
【図３】（ａ）第１の実施形態に係る現像ローラの概略斜視図、（ｂ）（ａ）のα部を拡大した模式図、（ｃ）現像ローラの一部を切断して示す横断面図。
【図４】第１の実施形態に係る現像ローラの凹部の構造を示す模式図。
【図５】第１の実施形態に係る現像装置内における二成分現像剤の搬送の様子を示す模式図。
【図６】第１の実施形態に係る現像ローラ上における磁気穂の搬送挙動を示す模式図。
【図７】第１の実施形態に係る現像ローラ上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。
【図８】第１の実施形態に係る現像ローラ上における二成分現像剤の搬送時の残留トナー挙動について説明する模式図。
【図９】現像ローラの凹部の深さｄに対する剥ぎ取り率の測定結果を示す図。
【図１０】凹部の深さｄがトナーの平均粒径ｒｔの５０％を超える際の残留トナー挙動について説明する模式図。
【図１１】被覆率Ｓに対するカバー率の測定結果を示す図。
【図１２】現像容器内（ａ）と現像ローラ上（ｂ）のトナーの帯電量の測定結果を示す図。
【図１３】比較例に係る現像装置の概略構成図。
【図１４】トナーの入れ替わりの検証実験を説明するために、現像動作を停止した際の感光ドラム上と現像ローラ上のトナー像を示す模式図。
【図１５】本実施形態に係る現像装置（ａ）と比較例に係る現像装置（ｂ）における、現像動作を停止した際の現像ローラ上のトナー像を示す模式図。
【図１６】被覆率Ｓを変えた場合の現像ローラの凹部の深さｄに対する剥ぎ取り率の測定結果を示す図。
【図１７】現像ローラの凹部の深さｄを変えた場合の被覆率Ｓに対するカバー率の測定結果を示す図。
【図１８】熱ナノインプリント法による形成方法の概略図。
【図１９】ダイヤモンドエッジング法による形成方法の概略図。
【図２０】凹凸構造のサンプリングについて説明するために示す、（ａ）現像ローラの概略斜視図、（ｂ）（ａ）のα部を拡大した模式図。
【図２１】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。
【図２２】ＡＦＭにより測定して得られる構造形状の一例を示す図。
【図２３】本発明の第２の実施形態に係る現像装置の現像ローラにおいて、凹部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キャリアと衝突した際の模式図。
【図２４】矩形の凹部、粒径Ｒｔのトナーに相当する円ｔ、及び粒径Ｒｃのキャリアに相当する円ｃを示す模式図。
【図２５】幾何学的な条件式より求められるトナー粒径ｒｔ、磁性キャリア粒径ｒｃ、深さｄの関係を示す図。
【図２６】凹部及びキャリアの粒径により決定されるトナーの粒径を説明するために、（ａ）トナーと凹部の関係を示す模式図、（ｂ）トナー、キャリア、凹部の関係を示す模式図。
【図２７】凹部の開口幅Ｌとトナーの粒径との関係を示す模式図。
【図２８】現像ローラの表面（Ｖ）、キャリア（Ｘ）、トナー（Ｚ）の帯電系列を説明する模式図。
【図２９】同じく帯電系列を説明する模式図。
【図３０】（ａ）本発明の第３の実施形態に係る現像ローラの概略斜視図、（ｂ）（ａ）のα部を拡大した模式図、（ｃ）現像ローラの一部を切断して示す横断面図。
【図３１】第３の実施形態に係る現像ローラの凹部の構造を示す模式図。
【図３２】第３の実施形態に係る現像ローラ上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。
【図３３】凹部及びキャリアの粒径により決定されるトナーの粒径を説明するために、（ａ）トナーと凹部の関係を示す模式図、（ｂ）トナー、キャリア、凹部の関係を示す模式図。
【図３４】現像ローラの表面の感光ドラムの表面に対する相対速度が正（ａ）と負（ｂ）の場合の現像部Ｔにおける凹部上のトナー挙動を説明する模式図。
【図３５】第３の実施形態の変形例を３例の凹部の構造を示す模式図。
【図３６】（ａ）本発明の第４の実施形態に係る現像ローラの概略斜視図、（ｂ）（ａ）のα部を拡大した模式図、（ｃ）現像ローラの一部を切断して示す横断面図。
【図３７】ローラ表面の溝構造（ａ）及びハニカム構造（ｂ）に対して、凹部と判定された領域を示す模式図。
【図３８】コート量の変動率に対する色差ΔＥの測定結果を示す図。
【図３９】凹部の割合の測定方法を説明するために示す現像ローラ模式図。
【図４０】本発明の第５の実施形態に係る現像装置の概略構成図。
【図４１】本発明の第６の実施形態に係る現像装置の２例を示す概略構成図。
【図４２】本発明の第７の実施形態に係る現像装置の概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、図１ないし図２２を用いて説明する。なお、本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。まず、本実施形態の現像装置の概略構成について、図１を用いて説明する。
【００１６】
［画像形成装置］
本実施形態の画像形成装置１００は、電子写真方式を用いたもので、静電潜像を担持する像担持体としての感光ドラム１を有する。感光ドラム１は、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で、不図示のフレームに回転自在に設けられており、不図示の駆動手段（モータなど）により図１の矢印方向に回転駆動される。感光ドラム１は、帯電手段としての帯電器２で表面が一様に帯電される。そして、露光手段として例えばレーザ光を発光する発光素子（レーザスキャナ）３が画像情報に応じて露光することで、感光ドラム１の表面に静電潜像が形成される。感光ドラム１上の静電潜像は、現像装置２０でトナー像として現像され可視化される。次いで、感光ドラム１上のトナー像は、転写手段としての転写帯電器４で記録材５に転写され、更に定着装置６によりトナー像が記録材に定着される。記録材５は、例えば、用紙、ＯＨＰシートなどのシート材である。転写後に感光ドラム１上に残った転写残トナーは、クリーニング装置７によってクリーニングされる。なお、本実施形態においては、像担持体は、ドラム状の基層上に感光層を有した感光ドラムとしているが、ベルト状の感光ベルトでも構わない。
【００１７】
［現像装置］
次に、本実施形態の現像装置２０について詳しく説明する。まず、現像装置２０の全体構成について図２を用いて説明する。図２に示すように、現像装置２０は、非磁性のトナーと磁性を有するキャリアとを含む現像剤を収容する現像容器２１を備える。ここで、現像剤について述べると、本実施形態では現像方式として二成分現像方式を用い、非磁性トナーと磁性キャリアを混合して現像剤として用いる。非磁性トナーはポリエステル、スチレンアクリル等の樹脂に着色料、ワックス成分などを内包し、粉砕あるいは重合によって粉体としたものである。磁性キャリアは、フェライト粒子や磁性粉を混錬した樹脂粒子からなるコアの表層に樹脂コートを施したものである。
【００１８】
本実施形態では、非磁性トナーは、重合法により製造された個数平均粒径（Ｄ５０）ｒｔが７．８μｍ、平均円形度が０．９７のポジ極性トナーである。平均円形度は、凹部内のトナーが十分に入れ替わり易くするために、０．９５以上であることが好ましい。磁性キャリアは、個数平均粒径ｒｃが９０μｍの標準キャリアＰ−０２（日本画像学会製）を用いた。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。二成分現像剤は全体の質量に対するトナー質量比（以下ＴＤ比ｑ）が１０％になるように混合した。
【００１９】
現像容器２１は、感光ドラム１に対向する部分が開口し、この開口部に現像剤担持体として、円筒状の現像ローラ２２が回転自在に支持されている。そして、現像ローラ２２は不図示の駆動手段により図２の矢印ｈ方向に回転駆動される。また、現像ローラ２２の表面には、後述するような複数の凹部２２１が形成されている。更に、現像ローラ２２の内部には、固定配置された複数の磁極を有する現像マグネット（永久磁石）２２２が配置されている。現像ローラ２２は、感光ドラム１に接触するように配置されている。なお、本発明では、現像剤担持体と像担持体とは、接触していても非接触であっても良いが、本実施形態では、現像剤担持体としての現像ローラ２２を、像担持体としての感光ドラム１に接触するように配置している。そして、現像ローラ２２は、感光ドラム１の回転方向ｍに対して、現像ローラ２２が感光ドラム１と対向し、現像ローラ２２に担持搬送されたトナーが感光ドラム１に移行する現像部Ｔにおいて、同方向ｈに回転可能に設けられている。なお、現像容器２１の開口部には、現像容器２１の外に現像剤が飛散することを抑制するために飛散抑制シート２８を設けている。
【００２０】
また、現像容器２１には、現像容器内で現像剤を搬送する搬送手段としてスクリューなどの搬送部材２４ａ、２４ｂが設けられている。現像容器２１内に供給された現像剤及び次述する現像剤回収装置２３により回収された現像剤は、搬送部材２４ａ、２４ｂにより攪拌されつつ現像ローラ２２の近傍まで搬送される。この搬送過程でトナーとキャリアとが互いに異極に帯電される。搬送された現像剤は、供給部Ｗにて現像ローラ２２内に配置された現像マグネット２２２の磁気力により現像ローラ２２に担持される。即ち、磁性を有するキャリアが現像マグネット２２２の磁気力により引っ張られて現像ローラ２２に担持される。このとき、キャリアの表面には異極に帯電したトナーが静電的に付着しているので、トナーとキャリアとが現像ローラ２２の表面に担持される。したがって、搬送部材２４ａ、２４ｂにより搬送されたトナーとキャリアとを含む現像剤は、供給部Ｗにて現像ローラ２２に供給されることになる。
【００２１】
また、現像容器２１内には、現像ローラ２２に担持された現像剤の一部を回収する回収手段としての現像剤回収装置２３が配置されている。現像剤回収装置２３は、現像ローラ２２の現像剤搬送方向（回転方向ｈ）に関して、現像部Ｔよりも上流で、且つ、供給部Ｗよりも下流に、現像ローラ２２と間隙を有するように対向して配置されている。現像剤回収装置２３は、現像容器２１に回転自在に支持される回収ローラ２３１と、回収ローラ２３１の内部に固定配置された複数の磁極を有する回収マグネット（永久磁石）２３２とを有する。回収ローラ２３１は、現像ローラ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不図示の駆動手段により回転駆動される。なお、回収ローラ２３１、現像ローラ２２及び搬送部材２４ａ、２４ｂは、駆動手段としての単一の駆動モータからの駆動がギア列により分配されることで駆動される。但し、それぞれ、或いは、何れかを別の駆動モータにより駆動するようにしても良い。
【００２２】
このように構成される現像剤回収装置２３は、現像ローラ２２内に配置された現像マグネット２２２と回収マグネット２３２とが協働して磁場を形成することで、磁気力により現像ローラ２２に担持された現像剤の一部を回収する。即ち、現像マグネット２２２のＮ２２極と回収マグネット２３２のＳ２３極とにより形成される磁界により、現像剤の一部が回収ローラ２３１の表面に担持される。このとき、現像剤回収装置２３は、現像ローラ２２の回転方向に関して、供給部Ｗよりも下流で現像部Ｔよりも上流に位置するため、現像ローラ２２に供給された現像剤の一部が現像部Ｔに搬送される前に回収することになる。
【００２３】
そして、回収ローラ２３１に担持された現像剤は、矢印ｉ方向に移動することでＳ２３極の下流にある２つのＮ極（反発極）の反発磁界により回収ローラ２３１から剥ぎ取られ、搬送部材２４ａ、２４ｂによる現像剤の搬送経路に送られる。なお、反発極と対向する回収ローラ２３１の表面に、回収ブレード２５が接触又は近接するように設けられ、回収ローラ２３１上の現像剤は回収ブレード２５でも剥ぎ取られて搬送経路に送られる。
【００２４】
［現像ローラの凹部の構成］
次に、現像ローラ２２の表面に形成される複数の凹部２２１の構成（凹凸構造）について、図３及び図４を用いて説明する。図中の矢印ｈは、図中ｊを回転軸とした現像ローラ２２の回転方向を示している。複数の凹部２２１は回転軸ｊに対し平行、且つ回転方向ｈに対し規則的に並ぶ複数の溝により形成されている。現像ローラ２２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。基層２２１ａは、導電性と剛性のある素材であれば限定されることなく、ＳＵＳ、鉄、アルミなどで形成できる。
【００２５】
弾性層２２１ｂは、適度な弾性を有するゴム材料を基材として、これに導電性微粒子を添加して導電性を付与したものである。基材としては、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が挙げられる。また、導電性微粒子としては、カーボン、酸化チタン、金属微粒子などが挙げられる。また、弾性層２２１ｂは、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。本実施形態においては、現像ローラ２２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、さらにその上に複数の凹部２２１が形成されたコーティング層２２１ｃからなる。
【００２６】
具体的には、弾性層２２１ｂ上に樹脂材料から成るコーティング層２２１ｃを設け、コーティング層２２１ｃに複数の凹部２２１を形成している。コーティング層２２１ｃは、フッ素系ＵＶ硬化樹脂からなり、ＵＶ硬化により複数の凹部２２１が形成されている。このとき、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を設けても構わない。また、本実施形態においては、弾性層上のコーティング層に凹凸構造を形成したが、弾性層に凹凸構造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。
【００２７】
また、現像ローラ２２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、コーティング層に凹凸構造を形成したり、基層２２１ａに直接凹凸構造を形成しても構わない。更に、凹凸構造が形成されたコーティング層、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、凹凸構造が十分残る程度に薄いコート層にする必要がある。
【００２８】
図４は、凹凸構造を形成したコーティング層２２１ｃの断面図である。本実施形態の凹凸構造は、各点Ｐｎ・Ｑｎ・Ｑｎ＋１・Ｐｎ＋１により形成される矩形状を断面とした溝で形成されている。即ち、本実施形態の凹部２２１は、隣接する頂点（Ｐｎ、Ｐｎ＋１）間の領域で形成される凹形状を指し、凹部２２１の内面とは、前記頂点を除いた、頂点ＰｎとＰｎ＋１間の構造面を指す。また、頂点Ｐｎ、Ｐｎ＋１とは、凹部２２１の現像剤搬送方向両側の側面２２０ａ、２２０ｂ上で底面２２０から最も離れた点である。言い換えれば、隣接する凹部２２１の間に存在する凸部２１９の頂点である。
【００２９】
このような複数の凹部２２１は、それぞれ現像ローラ２２の現像剤搬送方向に関して深さｄがほぼ変わらない底面２２０を有する。このような凹凸構造は、現像ローラ２２の回転方向ｈに対して周期Ｅで規則的に並び、最小開口幅Ｌの溝である。本実施形態において、凹部２２１の周期Ｅは９μｍ、最小開口幅Ｌは８μｍ、深さｄは２μｍ、コーティング層２２１ｃの厚さＤは５μｍである。なお、本実施形態では、前記溝が回転軸ｊに対し平行に配されているが、傾きを有していても構わない。
【００３０】
［現像装置内の現像剤の挙動］
このような本実施形態の現像装置２０における二成分現像剤の搬送時の挙動について、図５を用いて説明する。上述のように、現像容器２１内には、少なくとも非磁性トナーと磁性キャリアから成る二成分現像剤１０が収容される。二成分現像剤１０は、供給部Ｗにおいて表面に複数の凹部２２１が形成された現像ローラ２２に供給される。二成分現像剤１０が現像ローラ２２に供給されて、現像剤回収装置２３により回収されるまでの搬送過程において、現像ローラ２２と接触する二成分現像剤１０中のトナー１１は、安定して複数の凹部２２１内に薄層且つ均一にコートされる。即ち、現像ローラ２２と接触する二成分現像剤１０中のトナー１１は、複数の凹部２２１の内面と接触し、構造による拘束力により、磁性キャリアから脱離し、安定して凹部内に薄層且つ均一にコートされる。
【００３１】
ここで、コートされたトナー１１を除く二成分現像剤１０は、回収部Ｕにおいて現像剤回収装置２３により、磁気力で回収され、矢印ｃの経路で再び搬送部材２４による搬送経路に送られ、搬送部材２４により攪拌搬送される。以後これを繰り返す。
【００３２】
一方、現像剤回収装置２３により回収されずに現像ローラ２２上に薄層且つ均一にコートされたトナー１１は、現像部Ｔにおいて感光ドラム１と接触する。そして、電圧印加部２６により現像ローラ２２に印加される電圧と感光ドラム１の潜像電位により発生する電位差により、感光ドラム１上の静電潜像のイメージ部Ｉｍをトナー１１ａにより現像する。
【００３３】
このとき、現像ローラ２２の移動速度ｖ２２と感光ドラム１の移動速度ｖ１とにより決定される移動速度比ｖ２２／ｖ１を適正に設定することにより、感光ドラム１上に所望のトナー量を現像することができる。本実施形態においては移動速度比を１．０５倍とした。現像に寄与せずに現像ローラ２２上に残留した残留トナー１１ｂは、現像ローラ２２の回転により、供給部Ｗまで搬送され、再び現像剤の供給を受け、新しいトナーと入れ替わり、以後これを繰り返す。なお、本実施形態においては、電圧印加部２６により、現像ローラ２２と現像剤回収装置２３とは等電位であるが、現像剤回収装置２３には電圧を印加しないフロートの状態でも構わない。
【００３４】
［現像ローラへのトナーコート及びトナーの入れ替わり］
次に、このような現像ローラ２２上へのトナーコート、及び、トナーの入れ替わりについて詳細に説明する。まず、現像ローラ２２へのトナーコートについて説明する。上述のように、供給部Ｗまで搬送された二成分現像剤１０は、現像ローラ２２内部に固定配置される現像マグネット２２２によって作られる磁界により、現像ローラ２２に供給される。供給された二成分現像剤１０は、現像ローラ２２の回転及び現像マグネット２２２によって作られる磁界の影響を受けて磁気穂化し、現像ローラ２２の回転方向ｈに搬送される。
【００３５】
図６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、ローラ表面における凹凸構造は省略している。まず、図６（ａ）に示すように、現像マグネット２２２による磁界により、二成分現像剤１０は磁気穂化する。そして、図６（ｂ）に示すように、現像ローラ２２の回転に伴い、磁気穂は隣接する極の影響を受け始める。次いで、図６（ｃ）に示すように、さらに回転すると磁気穂が現像ローラ２２上に倒れ、図６（ｄ）に示すように、さらに回転すると磁気穂が隣接する極の影響を強く受けて立ち上がり、以後これを繰り返す。
【００３６】
このとき、磁気穂は、現像ローラ２２による搬送力以外に磁気力の影響を受けるため、現像ローラ２２の移動速度に比べて、磁気穂の移動速度が速まり易い。つまり、搬送過程において、現像ローラ２２に対し速度差を有して二成分現像剤１０を搬送するためには、少なくとも現像ローラ２２内部には２極以上の複数の磁極を有する現像マグネット２２２が配されることが必要である。
【００３７】
図７は、二成分現像剤１０の搬送時における現像ローラ２２上の様子を説明する模式図である。説明上不要なトナーや磁性キャリアは省略している。現像ローラ２２上の磁気穂、特に現像マグネット２２２に近い現像ローラ２２に接触する磁性キャリア１２には、強い磁気力が作用する。さらに、現像ローラ２２の回転及び現像マグネット２２２による磁気力により、磁性キャリア１２は、図中の矢印ｇ方向に現像ローラ２２の移動速度に比べて速く移動する。このため、磁性キャリア１２に被覆されたトナー１１が、磁性キャリア１２と凹部２２１間に挟まれ、摺擦され帯電し、凹部２２１の頂点や凹部２２１の内面と多点接触することにより、凹部２２１の構造に強く拘束される。
【００３８】
その結果、非磁性トナー１１は磁性キャリア１２から脱離し、凹部２２１へ移行する。凹部２２１に移行したトナーは、後続から搬送される磁気穂と接触し、これに剥ぎ取られたり、再び移行したりすることを繰り返す。このとき、トナーが凹部２２１に移行する確率ｘが、トナーが磁気穂により凹部２２１から剥ぎ取られる確率ｙに比べて十分大きければ、搬送過程におけるトナーの接触頻度の増加に伴い、凹部２２１へ移行するトナーが増加していく。
【００３９】
これにより、回収部Ｕを通過後には、現像ローラ２２上の凹部２２１へ選択的に薄層且つ均一にトナーがコートされる。つまり、搬送過程においてトナーを凹部２２１へ均一にコートするためには、トナーが凹部２２１に拘束され易く、且つ、凹部２２１に拘束されなかったトナーが後続するキャリアにより剥ぎ取られ易くする。このために本実施形態では、少なくとも現像ローラ２２の表面に形成される複数の凹部２２１が、少なくとも平均粒径のトナーが凹部２２１の内面に接触可能で、且つ、平均粒径のキャリアが凹部２２１の内面に接触不能であるように形成されている。また、本実施形態では、上述のように現像ローラ２２により二成分現像剤１０を搬送するために、現像ローラ２２の内部に２極以上の複数の磁極を有する現像マグネット２２２が配置されている。
【００４０】
次にトナーの入れ替わりについて詳細に説明する。図８は、現像に寄与せずに現像ローラ２２上に残留した残留トナー１１ｂが、供給部Ｗまで搬送され、再び搬送過程を通過する様子を説明する模式図である。先で説明したように、凹部２２１上の残留トナー１１ｂは、新たに供給される二成分現像剤１０が形成する磁気穂と接触する。トナーの入れ替わりが良い場合は、搬送過程において、残留トナー１１ｂが磁気穂と接触し、剥ぎ取られ、さらに新しいトナー１１が供給されることによりこれと入れ替わる。一方、トナーの入れ替わりが良くない場合、例えば、凹部２２１の構造による残留トナー１１ｂへの拘束力が大き過ぎると、残留トナー１１ｂは搬送過程において、磁気穂により剥ぎ取られにくくなる。この結果、再び現像部Ｔまで搬送されてしまい、新しいトナーと入れ替わることができないトナーが多くなってしまう。
【００４１】
図９は、トナーの入れ替わりを調べるために、凹部２２１の深さｄを可変して、残留トナーの剥ぎ取り率を測定した結果である。具体的な測定方法に関しては後述する。図９から明らかなように、凹部２２１の深さｄがトナーの平均粒径ｒｔの５０％（ｒｔ／２）近辺で、急激に剥ぎ取り率が変化する。理由は次のように考えられる。
【００４２】
図１０は凹部２２１の深さｄがトナーの平均粒径ｒｔの５０％を超える際の様子を示す模式図である。磁性キャリア１２から残留トナー１１ｂへ作用する力、及び凹部２２１から残留トナー１１ｂへ作用する力により、残留トナー１１ｂには偶力が作用し、図の回転方向ｋに回転しようとする。このとき、残留トナー１１ｂが凹部２２１から離脱するためには、残留トナー１１ｂが回転して凹部２２１の頂点（凸部）の上方へ乗り越える必要がある。しかしながら、凹部２２１の深さｄがトナーの平均粒径ｒｔの５０％を超える場合は、これが困難なためと考えられる。
【００４３】
つまり、搬送過程においてトナーの入れ替わりを良好に行うためには、凹部２２１の深さｄがトナーの平均粒径ｒｔの半分以下になるように、複数の凹部２２１が形成されていることが好ましい。更に言えば、少なくとも凹部２２１の底面２２０に接触した平均粒径ｒｔのトナーの重心位置よりも凹部２２１の頂点が底面側に位置する（トナーの重心位置よりも頂点が低くなる）ように、複数の凹部２２１が形成されていることが好ましい。このように凹部２２１を形成することで、トナー１１ｂが回転して凹部２２１の頂点の上方へ乗り越え易くなり、トナーの剥ぎ取り性が良好になる。
【００４４】
ここで、図示の例では、トナー１１ｂが凹部２２１から離脱するためには、トナー１１ｂが回転して凹部２２１の頂点を乗り越えるように、凹部２２１が形成されている。但し、凹部２２１の現像ローラ２２の現像剤搬送方向下流側（回転方向ｈ下流側）の側面２２０ａの形状或いは傾斜によっては、底面２２０に接触したトナーが頂点に接触せず、側面２２０ａの一部と接触する場合がある。例えば、側面２２０ａが下流側に向かう程底面２２０から離れる方向に傾斜している場合、底面２２０に接触したトナーが頂点に接触せず、側面２２０ａの一部と接触する場合がある。但し、このような形状の凹部２２１であっても、トナーが離脱するためには頂点を乗り越える必要があるため、頂点と平均粒径のトナーとの関係を上述のように規定する。
【００４５】
一方、トナーの剥ぎ取りを良好にするために、複数の凹部２２１の深さｄを浅くすると、トナーが磁気穂により凹部から剥ぎ取られる確率ｙが大きくなる。このため、最終的に回収部Ｕを通過後に、十分な量の新しいトナーを凹部２２１へコートすることができない。このため、十分な量の新しいトナーを凹部２２１へコートするためには、剥ぎ取られるトナー量に対して、十分な量の新しいトナーを凹部２２１へ移行させる必要がある。
【００４６】
図１１は、新しいトナーの凹部２２１へのコート量を調べるために、凹部２２１の深さｄを上述の範囲内（ｄ＝２μｍ）とし、二成分現像剤１０の被覆率Ｓを可変して、現像ローラ２２上に新たにコートされたトナーのカバー率を測定した結果である。具体的な測定方法に関しては後述する。ここで、被覆率Ｓとはキャリアの表面をトナーが被覆する割合を示し、二成分現像剤のＴＤ比ｑ、及び各粒径ｒ、密度ρから次の式１により算出される。
【００４７】
【数１】
2016095477.tif 000003
【００４８】
ここで、ρｃ：キャリア真密度（４．８ｇ／ｃｍ３）、ρｔ：トナー真密度（１．１ｇ／ｃｍ３）である。被覆率Ｓが９０％近辺で、急激に新しいトナーのカバー率が変化する。理由は次のように考えられる。搬送過程において十分な量の新しいトナーを凹部２２１へ移行するためには、トナーと凹部２２１の接触頻度を上げて、且つトナーが凹部２２１に移行する確率ｘを、磁気穂により凹部２２１から剥ぎ取られる確率ｙに比べて十分大きくする必要がある。二成分現像剤１０の被覆率が高いと、凹部２２１と接触するトナー数が増加し、上述の接触頻度を上げられることに加え、トナーが磁性キャリアの表面を被覆することにより磁性キャリア表面が露出し難くなり、確率ｘが確率ｙに比べて大きくなり易い。このため、磁性キャリアの表面がほぼ露出しなくなる９０％以上の場合、前記カバー率が飛躍的に良好になると考えられる。
【００４９】
逆に前記被覆率Ｓが９０％を下回る場合は、残留トナーの剥ぎ取りができても、十分な量の新しいトナーを現像ローラ２２上にコートすることができない。一方、前記被覆率Ｓが２００％を超えると、現像ローラ２２上にコートされるトナーの中で、凹部２２１に接触する単層のトナー上に付着するトナーの割合が急激に増加し、コート量が不安定になる。これは、磁性キャリアに三層以上のトナーが被覆されることが難しく、磁性キャリアにより制御し切れないトナーが増加するためと考えられる。したがって、現像ローラ２２上に十分な量の新しいトナーをコートするためには、トナーがキャリアの表面を被覆する割合である被覆率が、９０％以上、２００％以下であることが好ましい。
【００５０】
以上、まとめると、搬送過程において残留トナーを剥ぎ取り、且つ十分な量の新しいトナーをコートしてトナーの入れ替わりを良好にするためには、次の要件を満たすようにする。まず、凹部２２１の深さｄがトナーの平均粒径ｒｔの半分以下になるように、複数の凹部２２１が形成されているようにする。或いは、少なくとも凹部２２１の底面２２０に接触した平均粒径ｒｔのトナーの重心位置よりも凹部２２１の頂点が低くなるように、複数の凹部２２１が形成されているようにする。更に、トナーがキャリアの表面を被覆する割合である被覆率が、９０％以上、２００％以下であるようにする。
【００５１】
なお、図１２は、本実施形態の現像容器２１内のトナーの帯電量測定結果（図１２（ａ））、現像ローラ２２上にコートされたトナーの帯電量測定結果（図１２（ｂ））である。帯電量測定は、Ｅ−ＳＰＡＲＴ Ａｎａｌｙｚｅｒ（ホソカワミクロン社製）を用い、前記測定装置の操作マニュアルに従い測定を行った。そして、各トナーの粒径、帯電量データ、及びトナーの真比重ρｔより、トナーの粒径（μｍ）とトナーの帯電量Ｑ／Ｍ（μＣ／ｇ）の関係をグラフ化した。図１２（ａ）に示すように、現像容器内のトナーは、前記理由により被覆率（ＴＤ比）を高く設定しているために、トナーの帯電量が低いことが分かる。これに対し、図１２（ｂ）に示すように、現像ローラ２２上にコートされたトナーは、凹部や磁性キャリアとの接触、摺擦により十分に帯電されていることがわかる。
【００５２】
その結果、ＴＤ比（被覆率）が高いことが原因で発生し易い、未帯電トナーによるかぶりやトナー飛散などの弊害を抑えることができる。また、本実施形態のように凹部２２１に接触できない粗粉が含まれていても、現像ローラ２２上にコートされることはなく、粒度分布がシャープなトナーが選択的にコートされる。但し、上述のように選択的にコートされると、コートに寄与しない粗粉などのトナーが現像容器内に滞留し易くなるため、粒度分布を適正化することが好ましい。詳細は後述する。
【００５３】
［トナーの入れ替わりの検証実験］
次に、上述したようなトナーの入れ替わりについて検証した実験について説明する。実験では、図２に示したような本実施形態の現像装置Ａ（実施例）と、図１３に示す構造を有する現像装置Ｂ（比較例）とについて、現像ローラ上のトナーの入れ替わりについて検証した。まず、比較例である現像装置Ｂについて説明する。図１３に示すように、現像装置Ｂは、現像容器３２１内に、現像ローラ３２２と、トナー供給部材３３０と、トナー攪拌部材３３１と、規制部材３３２を備える。
【００５４】
現像容器３２１は、現像剤として、現像装置Ａと同じ非磁性トナーのみが収容されている。現像装置Ａと同様に、現像ローラ３２２は、感光ドラム１に対して接触しながら、接触部で感光ドラム１と同方向に回転する。一方、トナー供給部材３３０は、現像ローラ３２２に対して接触しながら、接触部で現像ローラ３２２と逆方向に回転する。規制部材３３２は、現像ローラ３２２の回転方向に対し、トナー供給部材３３０の下流側で現像ローラ３２２に当接するように配される。
【００５５】
現像ローラ３２２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、さらにその上に現像装置Ａと同じ凹凸構造が形成されたコーティング層から成るローラである。トナー供給部材３３０は、芯金上に発泡骨格構造で比較的低硬度のポリウレタンフォームを４ｍｍ形成した弾性スポンジローラであり、トナー担持体に対する押し込み量は１．２ｍｍである。規制部材３３２は、現像容器に固定された厚さ１．２ｍｍの鉄板を支持板金として、厚み８０μｍのＳＵＳ板を薄板状弾性部材として、前記支持板金に片持ちで支持している。前記薄板状弾性部材の片持ち支持部から現像ローラ３２２との当接部までの距離は１０ｍｍであり、現像ローラ３２２に対する当接圧は線圧３０ｇ／ｃｍである。
【００５６】
このように構成される現像装置Ｂは、次のように動作する。まず、現像容器３２１内のトナーは、トナー攪拌部材３３１により攪拌され、トナー供給部材３３０に搬送される。トナー攪拌部材３３１により搬送されるトナーはトナー供給部材３３０表面の発泡材に充填され、現像ローラ３２２との接触部まで搬送される。前記接触部において、充填されたトナーは現像ローラ３２２との接触により帯電し、現像ローラ３２２上に移行する。さらにトナー供給部材３３０は、現像後に現像ローラ３２２上に残留する残留トナーを剥ぎ取る機能も有する。トナー供給部材３３０により現像ローラ３２２上に供給されたトナーは、規制部材３３２により規制を受け、所望のトナー量及び帯電量になるように調整され、現像部まで搬送され、感光ドラム１上の静電潜像を現像する。
【００５７】
次に、このような現像装置Ｂと本実施形態の構成を有する現像装置Ａとにおける、トナーの入れ替わりの検証実験について説明する。現像残トナーと新しいトナーを区別するために、異なる２色のトナーを用いて以下のような検証実験を行った。現像装置Ａには、上述した二成分現像剤が収容され、現像装置Ｂには、Ａと同じ非磁性トナーのみが収容されている。始めに、現像装置Ａ、Ｂをそれぞれ画像形成装置に装着して、シアンのトナーを用いて、通常の現像動作を行い、現像動作中に電源を強制的に切った。
【００５８】
図１４は現像動作を停止した際の、感光ドラム１上のトナー像（図１４（ａ））、現像ローラ２２、３２２上のトナー像（図１４（ｂ））を示す模式図である。ここで、図１４（ａ）に示すように、感光ドラム１には、６００ｄｐｉの１Ｌ１Ｓ（１ライン１スペース）の静電潜像を形成した。このため、図１４（ｂ）に示すように、現像後の現像ローラ２２、３２２上には、１スペース分相当（４２μｍ）のシアンの残留トナー１１ｂが残った。
【００５９】
次に現像装置Ａ、Ｂを画像形成装置から取り外し、それぞれの現像容器内の現像剤を回収し、新たにイエローのトナーを含む現像剤を現像容器内に収容した。そして、外部の駆動用モータを利用して、上述の現像動作と同じ動作を画像形成装置外で行い、現像ローラ２２、３２２を１回転して駆動を停止させた。図１５は駆動を停止した際の、現像装置Ａにおける現像ローラ２２上のトナー像（図１５（ａ））、現像装置Ｂにおける現像ローラ３２２上のトナー像（図１５（ｂ））を示す模式図である。
【００６０】
ここで、白抜きのトナーはシアンの残留トナー１１ｂを示し、塗り潰しのトナーは新たにコートされたイエローのトナー１１を示す。図１５（ａ）に示すように、本実施形態における現像装置Ａの現像ローラ２２上は、１回転後に残留トナー１１ｂが剥ぎ取られ、新しいトナー１１が十分量コートされ、トナーの入れ替わりが良いことが分かる。一方、図１５（ｂ）に示すように、比較例としての現像装置Ｂの現像ローラ３２２上は、１回転後に残留トナー１１ｂが剥ぎ取り切れず、新しいトナー１１も十分量コートされず、トナーの入れ替わりが良くないことがわかる。
【００６１】
次に、このような残留トナーの剥ぎ取り性、新しいトナーのコート性を数値化するために、剥ぎ取り率、カバー率を導入した。具体的な測定方法について説明する。
【００６２】
［剥ぎ取り率の測定方法］
剥ぎ取り率の測定は以下のように行った。まず、前述の図１４（ｂ）に示したように、現像後の現像ローラ２２、３２２上における残留トナー１１ｂが存在する領域（４０μｍ×８０μｍ）をマイクロスコープ（Ｋｅｙｅｎｃｅ社製ＶＨＸ−５０００）で撮影した。そして、その画像から画像処理ソフト（アドビ社製ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ）を用いて、シアンの残留トナー１１ｂの面積（ｐｘ）のみを抽出し、全体の面積に対する比率Ｈ１（％）を算出した。次に、図１５に示したように、イエローのトナーを含む現像剤でコート後の現像ローラ２２、３２２上における同領域をマイクロスコープで撮影した。そして、その画像から画像処理ソフトを用いて、シアンの残留トナー１１ｂの面積（ｐｘ）のみを抽出し、全体の面積に対する比率Ｈ２（％）を算出した。剥ぎ取り率はＨ１、Ｈ２から次の式２により算出される。このような測定方法により算出された剥ぎ取り率は、現像装置Ａが９８％、現像装置Ｂが５０％であった。
【００６３】
【数２】
2016095477.tif 000004
【００６４】
［カバー率の測定方法］
カバー率の測定は以下のように行った。上述の剥ぎ取り率の測定と同様に、イエローのトナーを含む現像剤でコート後の現像ローラ２２、３２２上（図１５）における同領域をマイクロスコープで撮影した。そして、その画像から画像処理ソフトを用いて、イエローのトナー１１の面積（ｐｘ）のみを抽出し、全体の面積に対する比率Ｈ３（％）を算出し、現像ローラ２２、３２２上におけるトナーのカバー率とした。このような測定方法により算出されたカバー率は、現像装置Ａが７１％、現像装置Ｂが２５％であった。
【００６５】
上述したように、比較例としての現像装置Ｂは、剥ぎ取り率、カバー率ともに低く、トナーの入れ替わりが良くなかった。一方、本実施形態における現像装置Ａは、剥ぎ取り率、カバー率ともに高く、トナーの入れ替わりが良いことを確認した。
【００６６】
次に、本実施形態における現像装置Ａを用いて、凹部２２１の深さｄ、二成分現像剤のＴＤ比ｑを調整し、被覆率Ｓを可変した際の前記剥ぎ取り率、カバー率を測定した。図１６は、前記剥ぎ取り率の測定結果である。ここで、剥ぎ取り率の許容値をゴースト画像の目視評価より８０％としている。前記許容値は製品スペックなどにより異なるが、少なくとも剥ぎ取り率が高く、且つ深さｄの変動に対して変化の少ない値以上であることが好ましい。
【００６７】
図１６から明らかなように、凹部２２１の深さｄが非磁性トナーの平均粒径ｒｔの５０％近辺で、被覆率によらず急激に剥ぎ取り率が変化する。これは先で説明したように、深さｄが非磁性トナーの平均粒径ｒｔの５０％を超える場合は、非磁性トナーが回転して凹部２２１の頂点の上方を乗り越える必要があり、これが困難なためと考えられる。
【００６８】
図１７は、前記カバー率の測定結果である。ここで、カバー率の許容値を飽和値ｗの９０％としている。前記許容値は製品スペックなどにより異なるが、少なくともカバー率が高く、且つ被覆率の変動に対して変化の少ない値以上であることが好ましい。
【００６９】
図１７から明らかなように、前記被覆率Ｓが９０％近辺で、急激に新しいトナーのカバー率が変化する。これは先で説明したように、被覆率Ｓが９０％を下回る場合は、磁性キャリアに被覆されるトナー数が減り、接触頻度が下がることに加え、トナーが磁性キャリアの表面を被覆し切れずに露出されるため、確率ｘに対して確率ｙが大きくなり易い。このため、残留トナーの剥ぎ取りができても、十分な量の新しいトナーを現像ローラ２２上にコートすることができないと考えられる。一方、前記被覆率Ｓが２００％を超えると、現像ローラ２２上にコートされるトナーの中で、凹部２２１に接触しないトナーの割合が急激に増加し、コート量が不安定になる。これは、磁性キャリアに三層以上のトナーが被覆されることが難しく、磁性キャリアにより制御し切れないトナーが増加するためと考えられる。つまり、搬送過程において残留トナーを剥ぎ取り、且つ十分な量の新しいトナーをコートしてトナーの入れ替わりを改善するためには、上述したように、以下の要件を満たす必要がある。即ち、少なくとも凹部２２１に接触したトナーの重心よりも凹部２２１の頂点が低く、且つ二成分現像剤の被覆率が９０％以上、２００％以下であることが必要である。さらに被覆率を１００％以上、２００％以下にすることでカバー率が飽和領域で安定するためより好ましい。
【００７０】
［凹凸構造の形成方法］
本実施形態の現像ローラ２２の表面の凹凸構造は、以下のような方法で形成することができる。即ち、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、レーザーを走査しエッジングを行うレーザーエッジング法、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などにより形成できる。更に、それらの成型から電鋳技術などによる複製などにより形成することもできる。
【００７１】
図１８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。ハロゲンヒーター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、現像ローラ２２の表面に接触、加圧させる。転写用ローラ４０と現像ローラ２２を等速で回転させながら、ハロゲンヒーター４１により、熱可塑性樹脂のガラス転移温度から融点の範囲内に加熱し、現像ローラ２２上に凹凸構造を形成する。このとき、上述したように、現像ローラ２２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、前記コーティング層２２１ｃに形成しても構わない。
【００７２】
光ナノインプリント法は、光硬化性樹脂を現像ローラ２２の表面に塗工し、ハロゲンヒーター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。本実施形態で使用した現像ローラ２２は、前記光ナノインプリント法により形成されている。そして、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、前記光ナノインプリント法により凹凸構造を形成した。
【００７３】
図１９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。現像ローラ２２に対して、先端が構造形状をしたダイヤモンド刃を有す針４３を矢印ｆ方向に走査し、現像ローラ２２の表面を機械的に削り凹部２２１を形成する。更に現像ローラ２２を矢印ｇ方向にわずかに回転し、再度針４３をｆ方向に走査し、これを繰り返すことで、現像ローラ２２の表面に凹凸構造を形成する。同様にレーザーを走査し、凹凸構造を形成するレーザーエッジング法などでも形成可能である。
【００７４】
［凹凸構造の判定方法］
現像ローラ２２上における凹凸構造の判定は、ＡＦＭ（Ｐａｃｉｆｉｃ  ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製Ｎａｎｏ−Ｉ）を用い、この測定装置の操作マニュアルに従い測定を行った。以下判定方法について説明する。図２０は凹凸構造のサンプリングについて説明する模式図である。サンプリングは現像ローラ２２の中央部における表面をカッターやレーザーなどにより切り取り、平滑なシート状に加工する。加工が難しい場合は、汎用の光硬化性樹脂などを用いて、現像ローラ２２上の形状を転写し、それをシート状に加工しても構わない。
【００７５】
ＡＦＭの測定は、現像ローラ２２の回転軸ｊの水平方向ｊ″に対して垂直方向である図中矢印ｓ方向に走査して行い、走査エリアは水平方向ｊ″、垂直方向ｓともに、トナー粒径の１０倍程度の面積とする。なお、ＡＦＭにより直接現像ローラ２２上を測定し、円筒補正を行っても構わない。
【００７６】
図２１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。図２１（ａ）に示す探針５１は、先端がトナーの平均粒径ｒｔ相当の半球状の探針である。図２１（ｂ）に示す探針５２は、先端がキャリアの平均粒径ｒｃ相当の半球状の探針である。図２２は、前記走査エリア中において、垂直方向ｓに走査した際の、探針５１と探針５２を用いて前記ＡＦＭにより計測される形状を示す。図２２中の実線で示される形状Ｊ１は、探針５１によりＡＦＭで測定される凹凸構造の形状を示す。図２２中の破線で示される形状Ｊ２は、探針５２によりＡＦＭで測定される凹凸構造の形状を示す。図２２中の点線で示される形状Ｊ３は、非接触表面・層断面形状システムＶｅｒｔＳｃａｎ（菱化システム社製）により計測される構造形状を示す。
【００７７】
ＡＦＭによる計測は、走査方向に対して、探針の先端位置を計測することにより、前記形状が得られる。このとき、探針５１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（Ｊ２−Ｊ１）を取り、差分｜Ｊ２−Ｊ１｜＞０の領域があれば、その領域が平均粒径のトナーが接触可能であり、且つ平均粒径の磁性キャリアが接触不可能な凹部であると判定できる。
【００７８】
ここで、前記領域の幅Ｌを前記凹部２２１の最小開口幅とする。さらに前記差分｜Ｊ２−Ｊ１｜＞０の領域において、｜Ｊ２−Ｊ１｜の最大値がｒｔ／２以下であれば、凹部２２１に接触するトナーの重心よりも凹部２２１の頂点が低いと判定され、本実施形態における凹凸構造であると判定される。前記走査エリア中において、凹凸構造が複数あるかを判定する。また、ＡＦＭを用いずに、非接触表面・層断面形状システムにより計測される構造形状Ｊ３を用いて、トナーの平均粒径ｒｔ相当の円及びキャリアの平均粒径ｒｃ相当の円を形状Ｊ３に接触するように動かして、形状Ｊ１、Ｊ２を予測しても構わない。但し、その場合、３次元的にトナーや磁性キャリア相当の球が接触可能かを考慮する必要がある。
【００７９】
本実施形態における現像ローラ２２は、前記判定方法により決定される凹凸構造が表面に複数形成されている。なお、探針５１が追従できない微小構造や周期の短い構造、探針５２が侵入できる周期の長い構造に関しては、本発明の課題に影響せず、現像ローラ２２表面に前記構造が含まれていても構わない。
【００８０】
［粒径の測定方法］
次に、トナー及びキャリアの粒径の測定方法について説明する。トナーの粒径は、コールターマルチサイザ−III（ベックマンコールター社製）を用い、前記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−は１００μｍのアパーチャ−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、累積粒度分布の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。
【００８１】
キャリアの粒径は、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、前記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ｒｃとする。
【００８２】
［円形度の測定方法］
次に、トナーの円形度の測定方法について説明する。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、前記測定装置の操作マニュアルに従い測定を行い、次の式３、４を用い算出する。
円相当径＝（粒子投影面積／π）１／２×２・・・式３
円形度＝（粒子投影面積と同じ面積の円の周囲長）／（粒子投影像の周囲長）・・・式４
【００８３】
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」とは前記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。
【００８４】
本実施形態における円形度は、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、次の式５から算出される。
【００８５】
【数３】
2016095477.tif 000005
【００８６】
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、前記分散液の温度が４０℃以上にならないように適宜冷却する。
【００８７】
トナー粒子の形状測定には、前記ＦＰＩＡ−２１００型を用い、測定時のトナー粒子濃度が３０００〜１万個／μｌとなるように前記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。
【００８８】
［真密度の測定方法＞
次に、トナー及びキャリアの真密度の測定方法について説明する。トナー及びキャリアの真密度は、乾式自動密度計アキュピック１３３０（島津製作所社製）を用い、前記測定装置の操作マニュアルに従い測定を行う。この際、１０ｃｍ３の測定用セルを用い、真密度を自動計測し、５回の平均値をそれぞれの真密度ρｔ、ρｃとする。
【００８９】
［被覆率の測定方法］
次に、トナーがキャリアの表面を被覆する割合である被覆率について説明する。十分に撹拌された現像容器２１内の二成分現像剤を０．３ｇ程度取り、水と界面活性剤（例えばヤシノミ洗剤）の混合液に混ぜ、溶融したトナーとキャリアを分離し、それぞれの重量を測定することにより、二成分現像剤のＴＤ比ｑを求める。そして、このＴＤ比ｑを用いて、前述した式１により被覆率Ｓを算出する。
【００９０】
［本実施形態の効果］
このような本実施形態によれば、現像ローラ２２の表面に複数の凹部２２１を設けた構造で、現像ローラ２２に担持されるトナーの入れ替わりを良好に行える。まず、表面に複数の凹部２２１が形成される現像ローラ２２上に供給された現像剤が、主に磁気力により搬送される過程において、凹部２２１に接触するトナーが均一にコートされる。その後、現像ローラ２２上に担持される現像剤は、凹部２２１にコートされるトナーを除き、現像剤回収装置２３により回収される。残留した凹部２２１のトナーは、感光ドラム１と対向する現像部Ｔまで搬送され、感光ドラム１上の静電潜像を現像する。
【００９１】
一方、現像に寄与せずに現像ローラ２２上に残留した残留トナーは、現像ローラ２２の回転により、再び現像ローラ２２に現像剤が供給される供給部Ｗまで搬送される。このとき、現像ローラ２２の表面に形成される凹凸構造は、凹部２２１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重心よりも凹部２２１の頂点が低い。或いは、凹部２２１の深さｄがトナーの平均粒径ｒｔの半分以下である。このため、搬送過程において新たに供給される現像剤と接触する残留トナーは、前記現像剤により剥ぎ取られ易くなる。
【００９２】
また、現像剤中におけるキャリアの表面積に占めるトナーの総断面積として求められる被覆率が９０％以上かつ２００％以下のため、キャリアの表面がほぼ露出していない。このため、凹部２２１に接触したトナーが凹部２２１にコートされる確率が、剥ぎ取られる確率に対して十分大きくなる。
【００９３】
更に、搬送過程において、現像ローラ２２内部に配した複数の磁極を有する現像マグネット２２２により、現像剤と凹部２２１は十分に接触、摺擦が行われる。このため、搬送過程において、残留トナーは剥ぎ取られ、且つ新しいトナーが凹部２２１に均一にコートされ、現像ローラ２２上に担持されるトナーの入れ替わりを良好にすることができる。この結果、入れ替わり不良に伴う画質低下を抑制することができる。
【００９４】
＜第２の実施形態＞
本実施形態の第２の実施形態について、第１の実施形態で説明した図２などを適宜参照しつつ、図２３ないし図２９を用いて説明する。本実施形態では、上述の第１の実施形態の構成に、以下に説明するような構成を加えることで、より好ましく現像ローラ２２上に担持されるトナーの入れ替わりを良好にすることができる。
【００９５】
まず、次述するようなトナー（Ａ〜Ｃ）、キャリア（Ａ〜Ｃ）、及び構造形状（Ａ〜Ｄ）が異なる現像ローラを備える現像装置を用いて、トナーの入れ替わり評価を行った。
トナーＡ：ｒｔ＝７．８μｍ、  ρｔ＝１．１ｇ／ｃｍ３、平均円形度＝０．９７
トナーＢ：ｒｔ＝５．５μｍ、  ρｔ＝１．１ｇ／ｃｍ３、平均円形度＝０．９７
トナーＣ：ｒｔ＝３．０μｍ、  ρｔ＝１．１ｇ／ｃｍ３、平均円形度＝０．９７
磁性キャリアＡ：ｒｃ＝９０μｍ、  ρｃ＝４．８ｇ／ｃｍ３
磁性キャリアＢ：ｒｃ＝６０μｍ、  ρｃ＝４．８ｇ／ｃｍ３
磁性キャリアＣ：ｒｃ＝３０μｍ、  ρｃ＝４．８ｇ／ｃｍ３
構造Ａ：Ｌ＝８μｍ、ｄ＝０．７μｍ
構造Ｂ：Ｌ＝８μｍ、ｄ＝１．０μｍ
構造Ｃ：Ｌ＝８μｍ、ｄ＝２．０μｍ
構造Ｄ：Ｌ＝８μｍ、ｄ＝３．９μｍ
【００９６】
本実施形態における各トナーは重合法により製造され、重合条件や分級条件を可変して粒度の調整を行ったポジ極性トナーである。キャリアは、フェライトコアを表面処理した球形キャリアで、焼結条件や分級条件を可変して粒度の調整を行い、コート材料の種類や量により帯電制御を行っている。トナー及びキャリアから成る二成分現像剤は、被覆率Ｓが１２０％になるようにＴＤ比を調整している。構造形状は、所望の構造を有すフィルムモールドを用いて、第１の実施形態と同様の方法で現像ローラ上に形成した。トナーの入れ替わり評価は、第１の実施形態と同様の評価基準に従い、基準以上の場合○、基準を下回る場合は×で評価を行った。評価基準は、剥ぎ取り率≧８０％、且つカバー率≧０．９ｗである。この結果を表１に示す。
【００９７】
【表１】
2016095477.tif 000006
【００９８】
評価結果の理由は次のように考えられる。まず、図２３に示すように、第１仮想線ｋ１及び第２仮想線ｋ２を定義する。第１仮想線ｋ１は、凹部２２１の頂点（Ｐｎ、Ｐｎ＋１）同士（頂点同士）を結ぶ線（破線）である。第２仮想線ｋ２は、凹部２２１の底面２２０と凹部２２１の側面２２０ａ又は頂点Ｐｎとに接触したトナー１１の重心Ｏｔと、第１仮想線ｋ１及び該トナー１１に接触する所定の粒径を有するキャリア１２の重心Ｏｃとを結ぶ線（実線）である。
【００９９】
図のように、第２仮想線ｋ２が頂点Ｐｎ、或いは、凹部２２１の内面を通る場合、トナーに作用する力は凹部２２１方向であり、トナーは凹部２２１から外れ難い。一方、第２仮想線ｋ２が頂点Ｐｎ、或いは、凹部２２１の内面を通らない場合、トナーに作用する力は凹部２２１の外側の方向であり、トナーは必要以上に凹部２２１から外れ易くなるため、カバー率が低下し易くなると考えられる。
【０１００】
図２４は、矩形状（Ｐｎ、Ｑｎ、Ｑｎ＋１、Ｐｎ＋１）の断面を有する凹部２２１、粒径Ｒｔのトナーに相当する円ｔ及び粒径Ｒｃに相当する円ｃを示す模式図である。円ｔが頂点Ｐｎ且つ凹部２２１の内面に接触するとき、円ｃが円ｔと接触し且つ第１仮想線ｋ１に接し、さらに第２仮想線ｋ２が頂点Ｐｎを通る幾何学的な条件は次の式６の通りである。
【０１０１】
【数４】
2016095477.tif 000007
【０１０２】
図２５は、上式より求められるトナー粒径ｒｔ、キャリア粒径ｒｃ、凹部２２１の深さｄの関係である。例えば、ｒｔ＝５．５μｍ（トナーＢ）、ｒｃ＝３０μｍ（キャリアＣ）のとき、深さｄは０．７４μｍとなる。つまり、深さｄが０．７４μｍを下回る場合（構造Ａ）は、第２仮想線ｋ２が頂点Ｐｎ、或いは凹部２２１の内面を通らないため、カバー率が低下してしまい、トナーの入れ替わり評価が基準を満たさないと考えられる。一方、深さｄがトナー粒径の５０％（２．７５μｍ）を超える場合（構造Ｄ）は、第１仮想線ｋ１は重心Ｏｔの上方を通過し、先に述べた理由により剥ぎ取り率が低下してしまい、トナーの入れ替わり評価が基準を満たさないと考えられる。そこで、現像容器２１（図２参照）に収容されるトナーは、次のように規定する。
【０１０３】
図２６は、凹部２２１及びキャリア１２により求められるトナー粒径を説明する模式図である。図２６（ａ）に示すように、第１仮想線ｋ１が、凹部２２１の現像ローラ２２の現像剤搬送方向下流側（回転方向ｈの下流側）の側面２２０ａの頂点Ｐｎ及び底面２２０に接触したトナー１１の重心Ｏｔを通る場合のトナーの粒径をＲｔｎとする。ここで、図示の例では、トナー１１は頂点Ｐｎに接するが、側面２２０ａの形状或いは傾斜によっては、頂点Ｐｎと接しない場合がある。したがって、この点を考慮すると、側面２２０ａ又は頂点Ｐｎと底面２２０とに接触したトナー重心Ｏｔを第１仮想線ｋ１が通る場合のトナーの粒径を、Ｒｔｎとする。
【０１０４】
また、図２６（ｂ）に示すように、底面２２０と側面２２０ａ又は頂点Ｐｎとに接触したトナー１１の重心Ｏｔとキャリア１２の重心Ｏｃとを結ぶ第２仮想線ｋ２が、側面２２０ａの頂点Ｐｎを通る場合のトナーの粒径をＲｔｘとする。キャリア１２は、上述したように、第１仮想線ｋ１及び該トナー１１に接触し、所定の粒径を有する。このとき、現像容器２１に収容されるトナーは、平均粒径がＲｔｎ以上、Ｒｔｘ以下とする。これにより、上述のトナーの入れ替わり評価が基準を満たし、トナーの入れ替わりを良好に行える。具体的なトナーの粒径の規定方法について説明する。
【０１０５】
［凹凸構造におけるトナー粒径の規定方法］
上述した凹凸構造の判定方法と同様に、ＡＦＭなどを用いて、形状の差分（Ｊ２−Ｊ１）を取る。Ｊ２−Ｊ１＝０となる頂点２点（Ｐｎ、Ｐｎ＋１）に挟まれた｜Ｊ２−Ｊ１｜＞０の領域において、前記｜Ｊ２−Ｊ１｜の最大値を求め、その２倍であるＲｔｎを算出する。一方、得られる形状及びキャリアの粒径ｒｃから、頂点Ｐｎと凹部２２１の内面に接触するトナーが第１仮想線ｋ１に接するキャリアと接触し、重心Ｏｔ、Ｏｃを結ぶ第２仮想線ｋ２が頂点Ｐｎを通るときのトナーの粒径Ｒｔｘを幾何学的に算出する。トナー粒径ｒｔは、Ｒｔｎ以上、Ｒｔｘ以下の範囲内に規定される。
【０１０６】
ここで、非磁性トナーの累積粒度分布における１０％の粒径ｒｔ１０がＲｔｎ以上、前記累積粒度分布における９０％の粒径ｒｔ９０がＲｔｘ以下であることがさらに好ましい。即ち、非磁性トナーの粒径がＲｔｎ≦ｒｔ１０≦ｒｔ９０≦Ｒｔｘであることが好ましい。これにより、微粉トナーが凹部２２１内に蓄積し、トナーの融着を引き起こしたり、粗粉トナーが現像容器内に蓄積し、帯電安定性を低下させるなどの弊害を抑制することができる。ここで、ｒｔ１０は累積粒度分布における１０％の粒径、ｒｔ９０は累積粒度分布における９０％の粒径である。
【０１０７】
［トナー粒径と凹部の最小開口幅との関係］
また、トナーの粒径は、凹部２２１の最小開口幅Ｌとの関係でも規定することが好ましい。図２７は、凹部２２１の最小開口幅Ｌをトナー粒径の３倍とした場合の模式図である。図のように、頂点と凹部２２１内面に接触できるトナー１１ｃや１１ｅは、凹部２２１に拘束され易く、安定してコートされる。一方、トナー１１ｃと１１ｅの間に位置するトナー１１ｄは、凹凸構造と一点接触であるため、拘束され難く、コートが不安定になる。これに伴い、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、凹部２２１に拘束されるトナー数を制限することが好ましい。具体的には、最小開口幅Ｌは、トナーの平均粒径ｒｔの３倍よりも小さく、更に好ましくはトナーの平均粒径ｒｔの２倍よりも小さいことが好ましい。これにより、凹部２２１に拘束されるトナー量の変動が抑制され、コート量、現像量の安定性を良好にすることができる。
【０１０８】
なお、最小開口幅Ｌは、前述の図２２で説明したように、差分｜Ｊ２−Ｊ１｜＞０の領域の幅である。但し、底面２２０に接触したトナーが頂点Ｐｎではなく側面２２０ａの一部に接触するような場合、最小開口幅Ｌを次のように定義しても良い。即ち、底面２２０に接触した平均粒径のトナーが凹部２２１の下流側の側面２２０ａに接触する点と上流側の側面２２０ｂに接触する点との距離を最小開口幅Ｌと定義しても良い。この場合、例えば、前述した非接触表面・層断面形状システムにより計測される構造形状Ｊ３を用いて最小開口幅Ｌを求める。
【０１０９】
［トナーと凹部との静電的付着力の関係］
次に、トナー１１と凹部２２１との静電的付着力の関係について説明する。凹部２２１に対するトナーのコート量の安定性をより良好にするためには、トナー１１と凹部２２１の接触点における静電的付着力を上げることが効果的である。即ち、前記付着力が大きければ、トナー１１は凹部２２１にさらに拘束され易くなり、コート量の安定性が良好になる。また、二成分現像剤１０の搬送過程において、現像ローラ２２とトナー１１の接触頻度や摩擦を過度に付与する必要がなくなり、二成分現像剤１０の劣化を抑えることができる。
【０１１０】
上述のようにトナー１１と凹部２２１との静電的付着力を上げるためには、凹凸構造が形成される現像ローラ２２の表面と、キャリア１２と、トナー１１との帯電系列が、次のように並ぶことが好ましい。即ち、トナー１１と現像ローラ２２の表面（例えばコーティング層２２１ｃ）との間に、キャリア１２が並ぶことが好ましい。図２８は、ポジ極性トナーの場合の帯電系列順序（図２８（ａ））、ネガ極性トナーの場合の帯電系列順序（図２８（ｂ））を示す模式図である。ここで、Ｖは現像ローラ２２の表面材料、Ｘはキャリア１２、Ｚはトナー１１を示す。
【０１１１】
この条件においては、トナー１１と現像ローラ２２の表面材料の帯電系列差が、トナー１１とキャリア１２の帯電系列差に比べて大きくなる。このため、トナー１１と現像ローラ２２が接触、摩擦して帯電した際に、トナー１１とキャリア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はキャリア１２から脱離し、現像ローラ２２の表面に付着し易くなる。
【０１１２】
一方、図２９に示す帯電系列順序も、トナー１１（Ｚ）と現像ローラ２２の表面材料（Ｖ）の帯電系列差が、トナー１１（Ｚ）とキャリア１２（Ｘ）の帯電系列差に比べて大きくなる。しかし、この順序の場合、トナー１１はキャリア１２との摩擦でネガ極性、現像ローラ２２との摩擦でポジ極性になり易い。このように異極性のトナーが混在すると、凹部２２１に拘束されるトナー以外に、トナー間で付着するトナーが増加し、コート量の安定性を低下させる原因となる。
【０１１３】
以上の理由により、凹凸構造が形成される現像ローラ２２の表面と、キャリア１２と、トナー１１との帯電系列が、トナー１１と現像ローラ２２の表面との間に、キャリア１２が並ぶことが好ましい。
【０１１４】
［帯電系列の決定方法］
具体的な帯電系列の決定方法について、図２を参照しつつ説明する。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分程度通常の現像回転動作を行う。このとき、電圧印加部２６は取り外し、現像ローラ２２と現像剤回収装置２３は電気的にフロートの状態とする。現像部Ｔの位置において、現像ローラ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、現像ローラ２２の表面電位を測定する。前記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現像ローラ２２の表面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、前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か、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。
【０１１５】
＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態について、前述の図２を参照しつつ、図３０ないし図３５を用いて説明する。上述の第１、第２の実施形態では、現像ローラ２２の表面に形成される複数の凹部２２１を断面略矩形状とした。これに対して本実施形態では、現像ローラ２２Ａの凹部２２１Ａの底面２２０Ａを傾斜させた形状としている。その他の構成及び作用は、上述の第１の実施形態又は第２の実施形態と同様である。
【０１１６】
このような現像ローラ２２Ａの表面に形成される複数の凹部２２１Ａの構成（凹凸構造）について、図３０及び図３１を用いて説明する。図中の矢印ｈは、図中ｊを回転軸とした現像ローラ２２Ａの回転方向を示している。複数の凹部２２１Ａは回転軸ｊに対し平行、且つ回転方向ｈに対し規則的に並ぶ複数の溝により形成されている。また、現像ローラ２２Ａは、第１の実施形態と同様に、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、弾性層２２１ｂは、複数の凹部２２１Ａが形成されたコーティング層２２１ｃにより覆われている。
【０１１７】
図３１は、本実施形態の凹凸構造を形成したコーティング層２２１ｃの断面図である。本実施形態の凹凸構造は、各点Ｐｎ・Ｑｎ・Ｐｎ＋１により形成される略三角形状を断面とした溝で形成されている。このため、複数の凹部２２１Ａは、現像ローラ２２Ａの現像剤搬送方向下流側（回転方向ｈの下流側）の側面２２０Ａａと、現像剤搬送方向下流側から上流側に向けて凹部２２１Ａの深さが浅くなる方向に傾斜した底面２２０Ａとを有する。ここで、頂点Ｐｎと底点Ｑｎ間の側面２２０Ａａの傾斜ＳＲと、頂点Ｐｎ＋１と底点Ｑｎ間の底面２２０Ａの傾斜ＳＬはその傾斜角度が異なり、傾斜ＳＬは傾斜ＳＲに比べて緩い。
【０１１８】
本実施形態における凹部２２１Ａとは、隣接する頂点（Ｐｎ、Ｐｎ＋１）間の領域で形成される凹形状を指し、凹部２２１Ａの内面とは、前記頂点を除いた、頂点ＰｎとＰｎ＋１間の構造面を指す。このような凹凸構造は、現像ローラ２２Ａの回転方向ｈに対して周期Ｌで規則的に並び、深さｄ、最小開口幅Ｌ、緩傾斜ＳＬの幅ｘＬの溝である。本実施形態において、深さｄは１．９μｍ、最小開口幅Ｌは８μｍ、緩傾斜ＳＬの幅ｘＬは７．３μｍである。なお、深さｄは、現像剤搬送方向と平行で頂点Ｐｎを通る線と、現像剤搬送方向と平行で底点Ｑｎを通る線との間隔である。また、最小開口幅Ｌは、隣接する頂点（Ｐｎ、Ｐｎ＋１）間の間隔である。
【０１１９】
また、本実施形態の場合も、複数の凹部２２１Ａは、少なくとも平均粒径のトナーが凹部２２１Ａの内面に接触可能で、且つ、平均粒径のキャリアが凹部２２１Ａの内面に接触不能となるように形成されている。また、凹部２２１Ａの底面２２０Ａに接触した平均粒径のトナーの重心位置よりも凹部２２１Ａの頂点Ｐｎが底面側に位置するように、凹部２２１Ａが形成されている。或いは、図３１に示すように、平均粒径のトナー１１が側面２２０Ａａ又は側面２２０Ａａの頂点Ｐｎと底面２２０Ａとに接触した場合を考える。また、このように接触したトナー１１を凹部２２１Ａの頂点Ｐｎを通り現像剤搬送方向に直交する仮想面Ｆに投影した仮想円上の凹部２２１Ａの頂点Ｐｎから底面側に最も離れた点ＦＰを定義する。この場合に、複数の凹部２２１Ａは、この点ＦＰと凹部２２１Ａの頂点Ｐｎとの間の距離ＦＤがトナーの平均粒径ｒｔの半分以下になるように形成されている。
【０１２０】
図３２は、二成分現像剤１０の搬送時における現像ローラ２２Ａ上の様子を説明する模式図である。説明上不要な非磁性トナーや磁性キャリアは省略している。先に説明したように、現像ローラ２２Ａに対して、磁気穂は相対速度差を有して図中の矢印ｇ方向に移動する。したがって、キャリア１２に被覆されたトナー１１が、キャリア１２と凹部２２１Ａ間に挟まれ、摺擦され帯電し、凹部２２１Ａの頂点や凹部２２１Ａの内面と多点接触するためには、次の条件を満たす必要がある。即ち、二成分現像剤の搬送方向ｇに対して、凹部２２１Ａの頂点Ｐｎに隣接する傾斜ＳＲが上流、傾斜ＳＬが下流に位置する必要がある。言い換えれば、側面２２０Ａａが搬送方向ｇの下流側に位置し、底面２２０Ａが搬送方向ｇの下流側から上流側に向けて凹部２２１Ａの深さが浅くなる方向に傾斜している必要がある。
【０１２１】
図３３は、凹部２２１Ａ及びキャリア１２により求められるトナーの粒径を説明する模式図である。まず、第２の実施形態と同様に、第１仮想線ｋ１及び第２仮想線ｋ２を定義する。即ち、第１仮想線ｋ１は、凹部２２１Ａの頂点（Ｐｎ、Ｐｎ＋１）同士を結ぶ線（破線）である。第２仮想線ｋ２は、凹部２２１Ａの底面２２０Ａと凹部２２１Ａの側面２２０Ａａ又は頂点Ｐｎとに接触したトナー１１の重心Ｏｔと、第１仮想線ｋ１及び該トナー１１に接触する所定の粒径を有するキャリア１２の重心Ｏｃとを結ぶ線（実線）である。
【０１２２】
そして、図３３（ａ）に示すように、第１仮想線ｋ１が、凹部２２１Ａの現像ローラ２２の回転方向ｈの下流側の側面２２０Ａａ又は側面２２０Ａａの頂点Ｐｎと底面２２０Ａとに接触したトナー１１の重心Ｏｔを通る場合のトナーの粒径をＲｔｎとする。また、図３３（ｂ）に示すように、底面２２０Ａと側面２２０Ａａ又は頂点Ｐｎとに接触したトナー１１の重心Ｏｔとキャリア１２の重心Ｏｃとを結ぶ第２仮想線ｋ２が、側面２２０Ａａの頂点Ｐｎを通る場合のトナーの粒径をＲｔｘとする。キャリア１２は、第１仮想線ｋ１及び該トナー１１に接触し、所定の粒径を有する。このとき、本実施形態の場合も、現像容器２１に収容されるトナーは、平均粒径がＲｔｎ以上、Ｒｔｘ以下とする。
【０１２３】
図３４は、現像部Ｔ（図２参照）における模式図である。なお、図中のｍ（ｖ１）は、図２に示した矢印ｍ方向に速度ｖ１で移動することを示し、ｈ（ｖ２２）は、図２に示した矢印ｈ方向に速度ｖ２２で移動することを示す。現像ローラ２２Ａ上の凹部２２１Ａの頂点ｐｎに対し、隣接する急傾斜ＳＲを登って緩傾斜ＳＬを降りる矢印ｚ方向を正とする。このとき、図３４（ａ）に示すように、感光ドラム１の表面の移動速度ｖ１に対する現像ローラ２２Ａの表面の移動速度ｖ２２（＞ｖ１）の相対速度が矢印ｚ方向に関して正に設定される場合を考える。この場合、前記速度差、及び感光ドラム１と現像ローラ２２Ａ間に作用する電界により、凹部２２１Ａ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、凹部２２１Ａの拘束力が下がる。このため、現像ローラ２２Ａに過剰な電圧を印加せずに、現像ローラ２２Ａ上のトナー１１を感光ドラム１上の画像部Ｉｍ（図５参照）に移動させることができる。
【０１２４】
一方、図３４（ｂ）に示すように、感光ドラム１の表面の移動速度ｖ１に対する現像ローラ２２Ａの表面の移動速度ｖ２２（＞ｖ１）の相対速度が矢印ｚ方向に関して負に設定される場合を考える。この場合、同様にトルクが作用し、矢印ｎｔ方向に回転しようとするが、急傾斜ＳＲの影響により、凹部２２１の拘束力は下がり難く、現像ローラ２２Ａに過剰な電圧を印加する必要がある。
【０１２５】
このため、現像部Ｔにおいて、現像ローラ２２Ａ上の凹部２２１Ａの頂点ｐｎに対し、隣接する急傾斜ＳＲを登って緩傾斜ＳＬを降りる矢印ｚ方向を正とすると、次のような条件とすることが好ましい。即ち、感光ドラム１の表面の移動速度ｖ１に対する現像ローラ２２Ａの表面の移動速度ｖ２２の相対速度が矢印ｚ方向に関して正に設定されることが好ましい。
【０１２６】
［第３の実施形態の変形例］
本実施形態の変形例について、図３５を用いて説明する。図３５（ａ）に示すように、現像ローラ２２Ｂの表面に形成される複数の凹部２２１Ｂは、急傾斜ＳＲや緩傾斜ＳＬの他に、角度の異なる傾斜ＳＦａを備える。即ち、凹部２２１Ｂは、現像ローラ２２の回転方向ｈの下流側に側面２２０Ａａ、回転方向ｈの上流側から下流側に向けて深さが浅くなる方向に傾斜した底面２２０Ａを備える。そして、更に側面２２０Ａａと底面２２０Ａとの間に、これらと傾斜角度が異なる（例えば回転方向と平行）の底面２２０Ｂを備える。このとき、凹部２２１Ｂに拘束されるトナーは、底面２２０Ｂに接触するようにしても良い。
【０１２７】
図３５（ｂ）に示すように、現像ローラ２２Ｃの表面に形成される複数の凹部２２１Ｃは、凹部間に平坦なスペース部ＳＦｂを備える。即ち、或る凹部２２１Ｃの側面２２０Ａａと、この凹部２２１Ｃの下流側の凹部２２１Ｃの底面２２０Ａとの間に、平坦面２２０Ｃを備える。更に、図３５（ｃ）に示すように、現像ローラ２２Ｄの表面に形成される複数の凹部２２１Ｄは、図３５（ａ）と図３５（ｂ）の構成を組み合わせた構成としている。なお、凹部の形状は、前記判定方法により本発明における凹凸構造であると判定される形状であれば、いかなる形状にも限定されない。
【０１２８】
＜第４の実施形態＞
本発明の第４の実施形態について、図３６を用いて説明する。上述の第１〜第３の実施形態では、複数の凹部を溝形状としたが、本実施形態では、現像ローラ２２Ｅの表面に形成される複数の凹部２２１Ｅの形状をハニカム構造としている。その他の構成及び作用は、上述の第１〜第３の実施形態の少なくとも何れかと同様である。
【０１２９】
図３６の矢印ｈは、図中ｊを回転軸とした現像ローラ２２Ｅの回転方向を示している。現像ローラ２２Ｅは、その表面に、回転軸ｊに対し孤立した凹部２２１Ｅを複数備え、それら凹部２２１Ｅ同士が最密に並んだハニカム構造を有している。また、現像ローラ２２Ｅは、第１の実施形態と同様に、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、弾性層２２１ｂは、複数の凹部２２１Ｅが形成されたコーティング層２２１ｃにより覆われている。また、複数の凹部２２１Ｅの底面２２０Ｄは、第１の実施形態と同様に、現像ローラ２２Ｅの回転方向ｈに関して深さがほぼ変わらないように形成されている。
【０１３０】
本実施形態において、深さｄは１．５μｍ、最小開口幅Ｌは８μｍ、パターン幅Ｅは９．５μｍである。なお、底面２２０Ｄは、第３の実施形態のように傾斜させるようにしても良いし、図３５に示したような形状としても良い。また、複数の凹部は、本実施形態のように、周期性のある溝やハニカム構造のような均一な凹凸構造以外にも、周期性のないランダムな凹凸構造でも構わない。
【０１３１】
なお、本発明の複数の凹部は、上述のような構造に限定されるわけではなく、以下の要件を満たせば良い。即ち、凹部の内面に少なくとも平均粒径のトナーが接触可能、且つ平均粒径の磁性キャリアが接触不可能であり、該接触したトナーの重心よりも凹部の頂点が低い構造であれば本発明の範囲に含まれる。例えば、凹部の底面についても、上述のような平坦面、傾斜面以外に、少なくとも一部が湾曲した面としても良い。また、凹部の側面についても、底面に対して垂直な面、傾斜した面、湾曲した面などとしても良い。
【０１３２】
［凹部が占める割合について］
以上のように、本発明における、現像ローラの表面の凹凸構造は様々な形状を取り得るが、現像ローラ上に必要量のトナーを均一にコートするためには、現像ローラ表面の凹部の割合や配置は、以下に説明する条件を満たすことが好ましい。図３７（ａ）は、第１〜第３の実施形態で説明したような溝形状の凹部の一部を、図３７（ｂ）は、第４の実施形態で説明したようなハニカム構造の一部を、それぞれ示している。図３７は、両構造に対して、前記凹凸構造の判定方法に従い、本発明における凹部と判定された領域（斜線部分）を示す模式図である。両構造における最小単位領域（破線の領域）の面積をＳＴｎ、前記最小単位領域における凹部（黒塗り部分）の総面積をＳＤｎとする。
【０１３３】
ここで、凹部にコートされたトナーが感光ドラムへ現像され、記録材上に転写、定着されるが、少なくとも定着トナー像が凹部間の隙間の影響なく、トナー同士が接着し、記録材上を覆う必要がある。具体的には、前記最小単位領域において、前記領域内の凹部にコートされるトナーの総体積が、前記最小単位領域の面積ＳＴｎと定着後の限界トナー層厚ｄｔの積で決定される三角柱の体積以上である。つまり次の式７の通りである。なお、式７のＳＴｎは最小単位領域の面積ｃｍ２、ＳＤｎは最小単位領域における凹部の総面積（ｃｍ２）、ρｔはトナー真比重（ｇ／ｃｍ３）、ｄｔは定着後の限界トナー層厚（ｃｍ）、κは凹部におけるトナー載り量（ｇ／ｃｍ２）である。
【０１３４】
【数５】
2016095477.tif 000008
【０１３５】
凹部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、次の式８で近似することができる。なお、式８のｒｔはトナー粒径（ｃｍ）である。
【０１３６】
【数６】
2016095477.tif 000009
【０１３７】
また、定着後の限界トナー層厚ｄｔは、一般的な定着条件で、トナー粒径ｒｔの１／３程度まで潰すことができることから、式７は次の式９で近似することができる。
【０１３８】
【数７】
2016095477.tif 000010
【０１３９】
式９を満たせば、微視的な領域（前記最小単位領域）において、隣接する凹部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、現像ローラの表面の少なくとも現像剤を担持可能な担持領域（トナー担持領域）において、凹部が単位面積当たりに占める割合が平均して５５％以上であれば、トナーにより隙間なく定着することが可能となる。
【０１４０】
ここで、本発明における凹凸構造とは、前記凹凸構造の判定方法により、凹部の内面に少なくとも平均粒径のトナーが接触可能、且つ平均粒径のキャリアが接触不可能であり、接触したトナーの重心よりも凹部の頂点が低いと判定された構造である。当然、現像ローラと感光ドラムの周速差を利用して、感光ドラムへより多くのトナーを供給することにより、凹部間の隙間の影響を抑えることは可能である。しかし、前記周速差を過剰につけると、画像後端部の濃度が上がるはき寄せと呼ばれる画像不良や劣化の促進などの弊害があるため好ましくない。つまり、周速差が小さい条件においても、少なくとも式９を満たすことにより、凹部間の隙間の影響を抑えることできる。
【０１４１】
一方、現像ローラのトナー担持領域における単位面積当たりに占める凹部の割合の変動率は±１０％以内に抑えることが好ましい。図３８は、現像ローラの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）の各トナーを現像ローラ上に０．４ｍｇ／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。なお、図３８は中心のコート量からのΔＥを示している。つまり、コート量が１０％増加すると、中心からΔＥが２．５変動し、コート量が１０％減少すると、中心からΔＥが２．５変動することを意味する。したがって、各色ともに、面内の色差ΔＥを５以内に抑えるためには、中心から上限２．５、下限２．５以内に抑制すべく、コート量の変動率Δは±１０％以内にする必要がある。また、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％以内にすることがより好ましい。また、更に面内の色差を抑えるためには、±５％以内、更には±３％以内にすることが好ましい。前記コート量Ｍ／Ｓ（ｇ／ｃｍ２）は、次の式１０の通りである。
【０１４２】
【数８】
2016095477.tif 000011
【０１４３】
つまり、コート量の変動率Δを±１０％以内にするためには、現像ローラのトナー担持領域における単位面積当たりに占める凹部の割合の変動率を±１０％以内に抑える必要がある。即ち、現像ローラ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部の割合が平均して５５％以上である。また、単位面積当たりに占める凹部の割合の変動率は、±１０％以内、好ましくは±６％以内、より好ましくは±５％以内、更に好ましくは±３％以内とする。具体的な凹部の割合、及び前記割合の変動率の測定方法について説明する。
【０１４４】
［凹部の割合の測定方法］
現像ローラのトナー担持領域に占める凹部の割合は以下のように求める。図３９は、現像ローラ２２を示す図である。軸方向に対して、任意の５ヶ所の表層面（α、β、γ、δ、ε）を切り取り、現像ローラ２２の表層面の凹部を測定する。具体的な測定方法は前記凹凸構造の判定方法と同様である。このとき、各観察点（α、β、γ、δ、ε）において、トナー粒径の１０倍を一辺とする表層面（７８μｍ×７８μｍ）に存在する凹部の割合を求め、これらの平均値をもってトナー担持領域に占める凹部の割合とする。
【０１４５】
［凹部の割合の変動率の測定方法］
前記凹部の割合の測定方法で求めた各観察点（α、β、γ、δ、ε）における凹部の割合の最小値Ｍｎと最大値Ｍｘを求める。そして、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％）を変動率とする。
【０１４６】
＜第５の実施形態＞
本発明の第５の実施形態について、図４０を用いて説明する。上述の各実施形態では、図２に示したように、現像装置２０は、現像ローラ２２に担持された現像剤の一部を回収する回収手段としての現像剤回収装置２３を備えている。現像剤回収装置２３は、回収ローラ２３１の内部に回収マグネット２３２を配置している。これに対して本実施形態の現像装置２０Ａでは、現像ローラ２２に担持された現像剤の一部を回収する回収手段としての現像剤回収部材２３０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ている。その他の構成及び作用は、基本的に図２に示した現像装置２０と同様であるため、以下、図２に示した構成と異なる部分を中心に説明する。
【０１４７】
現像ローラ２２は、回転自在に支持される回転方向ｈに回転可能に設けられ、内部に複数の磁極を有する現像マグネット２２２が固定配置されている。現像ローラ２２の表面には、上述の各実施形態の何れかの構成の凹凸構造が形成され、現像ローラ２２と感光ドラム１は非接触となるように配置される。なお、現像ローラ２２を感光ドラム１と接触させるようにしても良い。現像容器２１の内部には、現像ローラ２２に現像剤を供給するための搬送部材２４ａ、２４ｂと、現像ローラ２２上の現像剤の一部を回収する現像剤回収部材２３０とが、現像ローラ２２に対向し、間隙を有して配置される。搬送部材２４ａ、２４ｂは、現像容器２１の内部の後述する現像剤回収部材２３０により回収された現像剤を撹拌しつつ現像ローラ２２と搬送部材２４ｂが対向する供給部Ｗに搬送する。そして、現像ローラ２２内の現像マグネット２２２により作用する磁気力により現像剤を現像ローラ２２に供給する。
【０１４８】
現像剤回収部材２３０は、磁性材料、又は透磁率が所定量よりも高い金属材料で板状に形成される。そして、現像マグネット２２２と現像剤回収部材２３０とが協働して磁場を形成して、現像剤回収部材２３０が磁気力により現像剤を回収する。回収部Ｕにおいて、現像剤回収部材２３０に拘束された現像剤は最終的に重力により現像容器２１内へ落下し、再び搬送部材２４ａ、２４ｂにより供給部Ｗへ搬送される。現像剤回収部材２３０は、現像ローラ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。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が飛散することを抑制するために、飛散抑制シート２８が備えられている。
【０１４９】
本実施形態において、現像ローラ２２は、Ａｌ（アルミニウム）製の素管から成り、前記素管上にダイヤモンドエッジング法もしくはレーザーエッジング法などにより、凹凸構造を形成し、ネガ極性トナーをコートしている。この他にも、ＡｌやＳＵＳ素管上にＮｉ−Ｐなどの透磁率の低い金属層を電鋳などにより設け、前記金属層に対してダイヤモンドエッジング法などにより凹凸構造を形成しても構わない。また、基材上に熱可塑性樹脂や光硬化性樹脂から成るコーティング層を設け、前記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、現像ローラ２２と感光ドラム１が接触するように配置される場合は、第１の実施形態と同様に、弾性層や弾性層上のコーティング層に凹凸構造を形成する。本実施形態における現像装置２０Ａは、現像剤回収部材２３０が簡易な構成であるために、現像装置２０Ａの小型化に対応することができる。
【０１５０】
＜第６の実施形態＞
本発明の第６の実施形態について、図４１を用いて説明する。上述の各実施形態では、現像剤を担持する現像剤担持体として現像ローラを用いた例について説明した。これに対して本実施形態の現像装置２０Ｂ、２０Ｃでは、現像剤担持体として現像ベルト６０を用いている。現像ベルト６０は、現像容器２１に回転自在に支持され、表面に複数の凹部６１が形成される無端状のベルトである。複数の凹部６１は、上述の各実施形態の何れかで説明したような凹凸構造である。
【０１５１】
現像ベルト６０の内部には、固定配置された複数の磁極を有する現像マグネット（永久磁石）６２と、現像ベルト６０を張架する複数のローラ６３と、弾性ローラ６４とが配置されている。複数のローラ６３の何れかのローラは、不図示のモータにより駆動される駆動ローラであり、この駆動ローラが回転することで現像ベルト６０が矢印ｈ方向に回転する。また、現像ベルト６０は、表面が感光ドラム１の表面に接触するように配置されている。弾性ローラ６４は、感光ドラム１との間で現像ベルト６０を挟持するように配置されており、現像ベルト６０の表面を感光ドラム１に接触させている。そして、電圧印加部２６により弾性ローラ６４に電圧を印加することで、現像ベルト６０上に担持されたトナーにより感光ドラム１上の静電潜像を現像するようにしている。
【０１５２】
現像容器２１の内部には、現像ベルト６０に現像剤を供給するための搬送部材２４ａ、２４ｂが、現像ベルト６０に対向し、間隙を有して配置される。また、図４１（ａ）の構成の場合、現像ベルト６０上の現像剤の一部を回収する現像剤回収装置２３Ａが、現像ベルト６０に対向し、間隙を有して配置される。一方、図４１（ｂ）の構成の場合、現像ベルト６０上の現像剤の一部を回収する現像剤回収部材２３０が、現像ベルト６０に対向し、間隙を有して配置される。
【０１５３】
搬送部材２４ａ、２４ｂは、現像容器２１の内部の現像剤回収装置２３Ａ又は現像剤回収部材２３０により回収された現像剤を撹拌しつつ現像ベルト６０と搬送部材２４ｂが対向する供給部Ｗに搬送する。そして、現像ベルト６０内の現像マグネット６２により作用する磁気力により現像剤を現像ベルト６０に供給する。
【０１５４】
図４１（ａ）に示す現像剤回収装置２３Ａは、図２に示した構成と同様に、現像容器２１に回転自在に支持される回収ローラ２３１Ａと、回収ローラ２３１Ａの内部に固定配置された複数の磁極を有する回収マグネット２３２Ａとを有する。回収ローラ２３１Ａは、現像ローラ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不図示の駆動手段により回転駆動される。そして、現像剤回収装置２３Ａは、現像ベルト６０内に配置された現像マグネット６２と回収マグネット２３２Ａとが協働して磁場を形成することで、磁気力により現像ベルト６０に担持された現像剤の一部を回収する。なお、本実施形態の回収マグネット２３２Ａは、図２に示した構成と異なり、回収ローラ２３１Ａにより回収された現像剤を剥ぎ取る反発極を備えていない。したがって、回収部Ｕにおいて回収ローラ２３１Ａに拘束された現像剤は、矢印ｉ方向に搬送され、磁極を有しない部分で最終的に重力により現像容器内へ落下し、再び搬送部材２４ａ、２４ｂにより供給部Ｗへ搬送される。
【０１５５】
図４１（ｂ）に示す現像剤回収部材２３０は、図４０に示した構成と同様に、磁性材料、又は透磁率が所定量よりも高い金属材料で板状に形成される。そして、現像マグネット６２と現像剤回収部材２３０とが協働して磁場を形成して、現像剤回収部材２３０が磁気力により現像剤を回収する。回収部Ｕにおいて、現像剤回収部材２３０に拘束された現像剤は最終的に重力により現像容器内へ落下し、再び搬送部材２４ａ、２４ｂにより供給部Ｗへ搬送される。なお、透磁率が所定量よりも高い金属材料とは、現像マグネット６２との間で磁場を形成して、現像剤回収部材２３０により現像剤を回収できるものであれば良い。
【０１５６】
これら現像剤回収装置２３Ａ及び現像剤回収部材２３０は、現像ベルト６０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置される。また、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が飛散することを抑制するために、飛散抑制シート２８が備えられている。
【０１５７】
本実施形態において、現像ベルト６０として、ナイロン製の基材上に直接熱ナノインプリント法により、上述の各実施形態に記載したような凹凸構造を形成し、ネガ極性トナーをコートしている。この他にも、ポリイミドやＰＭＭＡ製の基材上に凹凸構造を形成しても構わない。また、基材上に熱可塑性樹脂や光硬化性樹脂から成るコーティング層を設け、前記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などの基材上にＮｉ−Ｐなどの透磁率の低い金属層を電鋳などにより設け、前記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。
【０１５８】
更に削れ防止や絶縁処理のために、前記凹凸構造上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、前記凹凸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、本実施形態においては、現像ベルト６０の内部に配した弾性ローラ６４に給電しているが、現像ベルト６０の基材に直接給電しても構わない。また、弾性ローラ６４の代わりに、現像ベルト６０に弾性層を設けても構わない。本実施形態における現像装置２０Ｂ、２０Ｃは、現像ベルト６０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、空間の制約を受け難く、搬送距離を確保し易い。その他の構成及び作用は、上述の各実施形態の何れかと同様である。
【０１５９】
＜第７の実施形態＞
本発明の第７の実施形態について、図４２を用いて説明する。上述の第６の実施形態では、現像ベルト６０内に配置される現像マグネット６２を固定とした。これに対して本実施形態の現像装置２０Ｄは、現像ベルト６０Ａ内に配置される現像マグネット６２Ａを回転自在とした。その他の構成及び作用は、上述の図４１（ｂ）の構成と同様であるため、以下、図４１（ｂ）の構成と異なる部分を中心に説明する。
【０１６０】
現像ベルト６０Ａは、現像容器２１に回転自在に支持され、表面に複数の凹部６１が形成される無端状のベルトである。複数の凹部６１は、上述の各実施形態の何れかで説明したような凹凸構造である。現像ベルト６０Ａの内部には、複数の磁極を有する現像マグネット（永久磁石）６２Ａと、現像ベルト６０Ａを張架する複数のローラ６３と、弾性ローラ６４とが配置されている。
【０１６１】
現像マグネット６２Ａは、周面が円筒状に形成されており、不図示のモータにより矢印ｐ方向に回転駆動される。現像ベルト６０Ａは、現像マグネット６２Ａ及び複数のローラ６３により張架される。複数のローラ６３の何れかのローラは、不図示のモータにより駆動される駆動ローラであり、この駆動ローラが回転することで現像ベルト６０が矢印ｈ方向に回転する。本実施形態では、現像ベルト６０Ａの回転方向と現像マグネット６２Ａの回転方向とを逆にしている。
【０１６２】
現像容器２１の内部には、現像ベルト６０Ａに現像剤を供給するための搬送部材２４ａ、２４ｂと、現像ベルト６０Ａ上の現像剤の一部を回収する現像剤回収部材２３０とが現像ベルト６０Ａに対向し、間隙を有して配置される。搬送部材２４ａ、２４ｂは、現像容器２１の内部の現像剤回収部材２３０により回収された現像剤を撹拌しつつ現像ベルト６０Ａと搬送部材２４ｂが対向する供給部Ｗに搬送する。そして、現像ベルト６０Ａ内の現像マグネット６２Ａにより作用する磁気力により現像剤を現像ベルト６０Ａに供給する。現像剤回収部材２３０は、鉄などの透磁率が高い金属材料で形成されている。
【０１６３】
なお、本実施形態においては、現像剤回収部材２３０を、図４１（ｂ）に示した構成と同様に固定配置しているが、金属ローラのように回転可能に設けても構わない。また、本実施形態の場合も、図４１（ａ）に示した構成と同様に、現像剤回収装置２３Ａを配置するようにしても良い。
【０１６４】
本実施形態の現像装置２０Ｄは、現像ベルト６０Ａ内部に配置される現像マグネット６２Ａが回転することにより、磁気穂が現像ベルト６０Ａ上を回転しながら搬送される。このために、短い搬送距離、搬送時間で現像ベルト６０Ａとトナーの接触頻度を上げることができる。また、現像マグネット６２Ａ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現像ベルト６０Ａに対するトナーのコート量の変動を抑えることができる。
【符号の説明】
【０１６５】
１・・・感光ドラム（像担持体）／１０・・・二成分現像剤／１１・・・トナー（非磁性トナー）／１２・・・キャリア（磁性キャリア）／２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ・・・現像装置／２１・・・現像容器／２２、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｅ・・・現像ローラ（現像剤担持体）／２２１、２２１Ａ、２２１Ｂ、２２１Ｃ、２２１Ｄ、２２１Ｅ・・・凹部／２２２・・・現像マグネット／２３、２３Ａ・・・現像剤回収装置（回収手段）／２３１、２３１Ａ・・・回収ローラ／２３２、２３２Ａ・・・回収マグネット／２３０・・・現像剤回収部材（回収手段）／２４ａ、２４ｂ・・・搬送部材（搬送手段）／６０、６０Ａ・・・現像ベルト（現像剤担持体）／６１・・・凹部／６２、６２Ａ・・・現像マグネット／６３・・・ローラ／ｄ・・・凹部の深さ／Ｌ・・・最小開口幅／ｒｔ・・・トナーの平均粒径／ｒｃ・・・キャリアの平均粒径／Ｔ・・・現像部／Ｕ・・・回収部／Ｗ・・・供給部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図１２】
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