(57)【要約】      （修正有）【課題】安定して高密度で薄層のトナー像を形成可能にして、より少ないトナー量で高画質画像を出力することができる現像装置を提供する。【解決手段】現像容器と、現像剤担持体２２と、現像剤供給部材と、トナー回収部材と、回収後に現像剤担持体２２に残留するトナー像を転写材に転写する転写部材と、を備え、現像剤担持体２２の回転方向で上流側から順に、現像剤供給部材、トナー回収部材、転写部材が配置され、現像剤担持体２２は、静電像を担持し、表面にトナーが接触可能な複数の凹部Ｓｔを有し、現像剤担持体２２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Ｓｔの割合が５５％以上であり、現像剤担持体２２とトナー回収部材との間には電位差が設けられ、電位差により現像剤担持体２２の表面のトナーを回収する画像形成装置を構成した。【選択図】図１４
2016224266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像剤を収容する現像容器と、
前記現像容器の開口に配置されて現像剤を担持する現像剤担持体と、
前記現像容器の内部に配置されて前記現像剤担持体に現像剤を供給する現像剤供給部材と、
前記現像容器の内部に配置されて前記現像剤担持体にコートされたトナーを回収するトナー回収部材と、
回収後に前記現像剤担持体に残留するトナー像を転写材に転写する転写部材と、
を備え、
前記現像剤担持体の回転方向で上流側から順に、前記現像剤供給部材、前記トナー回収部材、前記転写部材が配置され、
前記現像剤担持体は、
静電像を担持し、表面にトナーが接触可能な複数の凹部を有し、
前記現像剤担持体の少なくともトナー担持領域において、単位面積当たりに占める前記凹部の割合が５５％以上であり、
前記現像剤担持体と前記トナー回収部材との間には電位差が設けられ、前記電位差により前記現像剤担持体の表面のトナーを回収することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
現像剤を収容する現像容器と、
前記現像容器の開口に配置されて現像剤を担持する現像剤担持体と、
前記現像容器の内部に配置されて前記現像剤担持体に現像剤を供給する現像剤供給部材と、
前記現像容器の内部に配置されて前記現像剤担持体にコートされたトナーを回収するトナー回収部材と、
回収後に前記現像剤担持体に残留するトナー像を転写材に転写する転写部材と、
を備え、
前記現像剤担持体の回転方向で上流側から順に、前記現像剤供給部材、前記トナー回収部材、前記転写部材が配置され、
前記トナー回収部材は、
静電像を担持し、
前記現像剤担持体は、
表面にトナーが接触可能な複数の凹部を有し、前記現像剤担持体の少なくともトナー担持領域において、単位面積当たりに占める前記凹部の割合が５５％以上であり、
前記現像剤担持体と前記トナー回収部材との間には電位差が設けられ、前記電位差により前記現像剤担持体の表面のトナーを回収することを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
前記現像剤は一成分現像剤であり、
前記現像剤担持体と前記現像剤供給部材との間、前記現像剤担持体と前記トナー回収部材は、それぞれ互いに接触する位置に配置され、
前記現像剤担持体と前記トナー回収部材との電位差により作用する静電気力によりトナーを回収す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】
前記現像剤は非磁性トナーと磁性キャリアとを混合した二成分現像剤であり、
前記現像剤供給部材は、内部に回転不可に支持された複数の永久磁石を有し、
前記現像剤担持体と前記現像剤供給部材とは、間隙を有して配置され、
前記現像剤担持体と前記トナー回収部材は、互いに接触する位置に配置され、
前記現像剤担持体と前記トナー回収部材との電位差により作用する静電気力によりトナーを回収す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５】
前記現像剤が非磁性トナーと磁性キャリアとを混合した二成分現像剤であり、
前記現像剤供給部材と前記トナー回収部材との間に、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現像剤回収部材が配置され、
前記現像剤回収部材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又は２に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記現像剤担持体と前記現像剤回収部材は、内部に回転不可に支持された複数の永久磁石を有し、
前記現像剤担持体と前記現像剤回収部材は、間隙を有して配置され、
前記現像剤担持体の内部の前記永久磁石と前記現像剤回収部材の内部の前記永久磁石とが協働して磁場を形成して、前記磁場により作用する磁気力により現像剤を回収し、
前記現像剤担持体と前記トナー回収部材は、互いに接触する位置に配置され、
前記現像剤担持体と前記トナー回収部材の電位差により作用する静電気力によりトナーを回収することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記現像剤担持体は、内部に回転不可に配置された複数の永久磁石を有し、
前記現像剤回収部材は、磁性材料、又は透磁率が高い金属材料で形成され、
前記現像剤担持体と前記現像剤回収部材は、間隙を有して配置され、
前記現像剤担持体の内部の前記永久磁石と前記現像剤回収部材とが協働して磁場を形成して、前記磁場により作用する磁気力により現像剤を回収し、
前記現像剤担持体と前記トナー回収部材は、互いに接触する位置に配置され、
前記現像剤担持体と前記トナー回収部材の電位差により作用する静電気力によりトナーを回収することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記現像剤担持体は、内部に回転可能に支持された複数の永久磁石を有し、
前記現像剤回収部材は、磁性材料、又は透磁率が高い金属材料で形成され、
前記現像剤担持体と前記現像剤回収部材は、間隙を有して配置され、
前記現像剤担持体の内部の前記永久磁石と前記現像剤回収部材とが協働して磁場を形成して、前記磁場により作用する磁気力により現像剤を回収し、
前記現像剤担持体と前記トナー回収部材は、互いに接触する位置に配置され、
前記現像剤担持体と前記トナー回収部材の電位差により作用する静電気力によりトナーを回収することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記現像剤担持体の表面と、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現像剤担持体の表面との間に、前記磁性キャリアが並ぶことを特徴とする請求項４乃至請求項８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記二成分現像剤における被覆率が９０％以上であり、
被覆率は、
【数８】
2016224266.tif 000010
を満たすことを特徴とする請求項４乃至請求項９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、及び、これに用いられる現像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、消費エネルギーの低減のために、より少ないトナー量で高画質な画像を出力可能な画像形成装置が求められる。少ないトナー量に抑制できれば、現像、転写、定着等のプロセスにかかるエネルギーが低減する。少ないトナー量に抑制するためには、「高密度」で「薄層」のトナー像を安定して出力することが求められる。
【０００３】
図３３（ａ）は、本発明の画像形成装置で追及する現像剤担持体上の表面で担持される高密度で薄層のトナーの様子を示し、上段図が現像剤担持体上のトナーの平面図、下段図が上段図の破線の断面図である。高密度に現像剤担持体上をトナーが覆っているため、平面図上で現像剤担持体の表面が露出する白地部の面積は狭く、各白地部の面積のばらつきも小さい。
【０００４】
図３３（ｂ）は、従来の画像形成装置を用いた像担持体の表面で担持されるトナーの様子を示し、上段図が像担持体上のトナーの平面図、下段図が上段図の破線の断面図である。像担持体上を一層目のトナーが高密度に配置されておらず、多層化する部分が顕在する。このため、図３３（ｂ）は、図３３（ａ）と同じトナー量でも、白地部の面積は広く、低密度且つ不均一であるために各白地部の面積のばらつきが大きく、場所によっては非常に広い白地部が露出する。
【０００５】
このトナー像をメディア上に転写、定着した際には、定着によりトナー像が融け潰されて広がるため各白地部が溶融されたトナーにより埋まるが、白地部が埋まり切らずに画像濃度の低下や画像面内における濃度のばらつきの増加により画像ノイズが発生してしまう。
【０００６】
図３３（ｂ）の状態を回避して図３３（ａ）の状態にするために、特許文献１や特許文献２の発明が提案されている。特許文献１では、非磁性一成分トナーを用いて、現像ローラへ薄板金属バネを当接させる第一規制手段と、薄板金属バネの当接位置より現像ローラ回転方向の下流位置でゴム弾性体を当接させトナーを均一に薄層化する第二規制手段と、を有する現像装置が提案される。
【０００７】
特許文献２では、トナーと磁性キャリアから成る二成分現像剤を用いて、現像剤のトナーのみを電界により分離し、現像ローラに担持させるハイブリッド現像方式にて、現像ローラへ回転可能な規制部材を当接させトナーを均一に薄層化する現像装置が提案される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−２２８７０５号公報
【特許文献２】特開２００１−１７５０７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１や特許文献２の技術では、安定して像担持体上に「高密度」で「薄層」のトナー像を得ることができないことが分かった。原因は、主に、現像ローラ上の「コート不良」と「現像時乱れ」であることが分かった。以下詳細を説明する。
【００１０】
「コート不良」
特許文献１や特許文献２の技術では、規制部材を現像ローラにメカ的に高精度に当接する必要があり、各部材のメカ公差や規制部材の摩耗等により、「薄層」を長期にわたり保証することは困難である。
【００１１】
図３３（ｃ）は、非磁性一成分現像装置の断面図であり、図３３（ｄ）は、ハイブリッド現像装置の断面図である。図３３（ｃ）の供給部材や図３３（ｄ）の内部に永久磁石が配置された供給部材により、安定したトナー量を現像ローラに供給することは困難なことが良く知られている。例えば、非磁性一成分現像装置では、トナーの帯電性低下により、搬送性が低下し、トナー量は減少し易くなる。また、ハイブリッド現像装置では、トナーの電荷量の増加により、トナー量は減少し易くなる。その結果、トナーの密度は急激に低下して、前述の「高密度」が困難となる。
【００１２】
「現像時乱れ」
現像ローラにコートされたトナー層を像担持体へ移行して現像する際にも、トナーの多層化や低密度化が助長される。現像とは、現像ローラと像担持体との間の電位差により、電荷量を有するトナーに電界が作用し、トナーが現像ローラから像担持体の潜像部へと移行する現象である。このとき、各トナーの粒径、電荷量、付着力等の違いにより、電界が作用しても、一様に移行を始める訳ではない。
【００１３】
例えば、非磁性一成分現像装置を例にとっても、現像ローラと像担持体が接触する時点で、トナーが順序よく移行する訳ではない。実際には、あるトナーは、接触する前後の非接触状態で飛翔する、所謂ジャンピング現像をしたり、あるトナーは接触ニップ中を通過する過程で移行したりと一様ではない。
【００１４】
このため、トナーが現像ローラから像担持体へ移行する間に、トナー層は乱れ、多層化したり、低密度化したりし易い。特に、潜像のエッジ部はジャンピング現像の影響を受け易く、トナーが多層化し易い。このように局所的にトナーが多層化すると、絶対的なトナー量が足りなくなり、エッジ部以外の密度が急激に低下してしまう。一方、トナーの密度を上げようとすると、トナーが全体的に多層化してしまう。つまり、トナーの高密度化と薄層化はトレードオフである。
【００１５】
図３４は、非磁性一成分現像装置を用いて、ベタ潜像に対して単層相当のトナー量が現像される条件で、８４μｍの３ライン１スペースのライン潜像に対して現像した際の、像担持体上のトナー層の高さプロファイルである。図中の点線矢印は高さｒｔを示す。ｒｔは、このとき使用したトナーの平均粒径ｒｔである。各ライン部におけるトナー層の高さは、不均一であり、特にライン後端部Ｘは２〜３層で形成されている。さらにトナー密度も低く、像担持体の表面が露出する露出部Ｙが散見される。また、トナー層高さやトナー密度は、ライン間でも差がある。トナー層高さの不均一さ（多層化）やトナー密度の低さ（低密度化）が、画像ノイズや画像濃度の低下を引き起こす。
【００１６】
本発明は、上記実情に鑑み、安定して高密度で薄層のトナー像を形成可能にして、より少ないトナー量で高画質画像を出力することができる現像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明の画像形成装置は、現像剤を収容する現像容器と、前記現像容器の開口に配置されて現像剤を担持する現像剤担持体と、前記現像容器の内部に配置されて前記現像剤担持体に現像剤を供給する現像剤供給部材と、前記現像容器の内部に配置されて前記現像剤担持体にコートされたトナーを回収するトナー回収部材と、回収後に前記現像剤担持体に残留するトナー像を転写材に転写する転写部材と、を備え、前記現像剤担持体の回転方向で上流側から順に、前記現像剤供給部材、前記トナー回収部材、前記転写部材が配置され、前記現像剤担持体は、静電像を担持し、表面にトナーが接触可能な複数の凹部を有し、前記現像剤担持体の少なくともトナー担持領域において、単位面積当たりに占める前記凹部の割合が５５％以上であり、前記現像剤担持体と前記トナー回収部材との間には電位差が設けられ、前記電位差により前記現像剤担持体の表面のトナーを回収することを特徴とする。
【００１８】
本発明の他の画像形成装置は、現像剤を収容する現像容器と、前記現像容器の開口に配置されて現像剤を担持する現像剤担持体と、前記現像容器の内部に配置されて前記現像剤担持体に現像剤を供給する現像剤供給部材と、前記現像容器の内部に配置されて前記現像剤担持体にコートされたトナーを回収するトナー回収部材と、回収後に前記現像剤担持体に残留するトナー像を転写材に転写する転写部材と、を備え、前記現像剤担持体の回転方向で上流側から順に、前記現像剤供給部材、前記トナー回収部材、前記転写部材が配置され、前記トナー回収部材は、静電像を担持し、前記現像剤担持体は、表面にトナーが接触可能な複数の凹部を有し、前記現像剤担持体の少なくともトナー担持領域において、単位面積当たりに占める前記凹部の割合が５５％以上であり、前記現像剤担持体と前記トナー回収部材との間には電位差が設けられ、前記電位差により前記現像剤担持体の表面のトナーを回収することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、安定して高密度で薄層のトナー像を形成可能にして、より少ないトナー量で高画質画像を出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施例１に係る電子写真方式を用いた画像形成装置１００の概略図である。
【図２】（ａ）は、現像装置の断面図である。（ｂ）は、現像剤供給部材の表面を示す模式図である。
【図３】（ａ）は、現像剤担持体の斜視図である。（ｂ）は、（ａ）の一部拡大斜視図である。
【図４】（ａ）は、現像剤担持体の断面図である。（ｂ）は、凹凸構造部の断面図である。
【図５】（ａ）は、トナーの移動の様子を示す現像装置の断面図である。（ｂ）は、供給部を示す模式図である。
【図６】（ａ）は、規制部を示す模式図である。（ｂ）は、トナー回収部を示す模式図である。
【図７】（ａ）は、非接触領域におけるトナー挙動を示す模式図である。（ｂ）は、凹部が存在しない場合を示す模式図である。
【図８】（ａ）は、接触領域におけるトナー挙動を示す模式図である。（ｂ）は、非接触領域におけるトナー挙動を示す模式図である。
【図９】（ａ）は、接触領域におけるトナー挙動を示す模式図である。（ｂ）は、８４μｍの３ライン１スペースのライン潜像に対し現像した際の、転写前における現像剤担持体上のトナー層の高さＺ（μｍ）のプロファイルである。
【図１０】（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。（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。（ｃ）は、非接触表面・層断面形状計測システムＶｅｒｔＳｃａｎ２．０（菱化システム社製）を用いて形状を計測した際の、回転軸ｊに対して垂直方向ｓの断面を示す形状（γ）である。
【図１１】（ａ）はサンプリングについて説明する模式図である。（ｂ）は、形状γの計測と同様に、回転軸ｊに対して垂直方向ｓに探針を走査し、各探針の先端位置を計測することにより得られた形状である。（ｃ）は、探針により得られる凹凸形状を示す図である。
【図１２】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１３】差分（β−α）がｒｔ以下の凹部Ｓｔ（（ａ））、それを満たさない凹部Ｓｔ（（ｂ））を示す模式図である。
【図１４】（ａ）は、本発明における凹凸構造部の一例である。（ｂ）は、現像剤担持体の斜視図である。（ｃ）は、現像剤担持体と凹凸構造部の上方図を示す模式図である。
【図１５】（ａ）は、現像剤担持体を示す模式図である。（ｂ）は、表層面に対して、垂直方向ｓに沿って探針を走査（破線ａ、ｂ、ｃ）した際に凹部（塗り潰し部）を抽出した結果である。（ｃ）は、現像剤担持体のコート量の変動率と色差△Ｅの関係を示す。
【図１６】本発明における構造部の一例を示す模式図である。
【図１７】本発明における構造部の一例を示す模式図である。
【図１８】（ａ）は、現像剤担持体の斜視図である。（ｂ）は、現像剤担持体の拡大平面図、（ｃ）は断面図である。
【図１９】現像剤供給部材の表面を示す模式図である。
【図２０】本発明の画像形成装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図２１】（ａ）は、本発明の画像形成装置の一実施例を示す概略構成図である。（ｂ）は、現像剤担持体を構成する潜像担持部材を示す模式図である。
【図２２】（ａ）は、潜像担持部材における回転軸ｊ方向の断面を示す模式図である。（ｂ）は、現像剤担持部材における円周方向の断面を示す模式図である。
【図２３】本発明の実施例２に係る画像形成装置の概略構成図である。
【図２４】（ａ）は、現像剤担持体の断面を示す模式図である。（ｂ）は、トナー回収部材の断面を示す模式図である。
【図２５】（ａ）は、本発明の実施例３に係る画像形成装置の概略構成図である。（ｂ）は、供給部における現像剤の挙動を示す模式図である。
【図２６】ポジ極性トナーの場合の帯電系列（（ａ））、ネガ極性トナーの場合の帯電系列（（ｂ））を示す模式図である。（ｃ）は、適正でない帯電系列を示す模式図である。（ｄ）は、二成分現像剤のトナー重量比（以下ＴＤ比）を調整して、被覆率を可変した際に、凹凸構造部上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。
【図２７】本発明の実施例３の変形例に係る画像形成装置の概略構成図である。
【図２８】本発明の実施例４に係る画像形成装置の概略構成図である。
【図２９】（ａ）は、現像剤担持体の断面を示す模式図である。（ｂ）は、搬送過程における凹凸構造部上の二成分現像剤の挙動を説明する模式図である。
【図３０】本発明の実施例４の変形例に係る画像形成装置の概略構成図である。
【図３１】本発明の実施例５に係る画像形成装置の概略構成図である。
【図３２】本発明の実施例５の変形例に係る画像形成装置の概略構成図である。
【図３３】（ａ）は、本発明の画像形成装置で追及する現像剤担持体上の表面で担持される高密度で薄層のトナーの様子を示し、上段図が現像剤担持体上のトナーの平面図、下段図が上段図の破線の断面図である。（ｂ）は、従来の画像形成装置を用いた像担持体の表面で担持されるトナーの様子を示し、上段図が像担持体上のトナーの平面図、下段図が上段図の破線の断面図である。（ｃ）は、非磁性一成分現像装置の断面図であり、（ｄ）は、ハイブリッド現像装置の断面図である。
【図３４】非磁性一成分現像装置を用いて、ベタ潜像に対して単層相当のトナー量が現像される条件で、８４μｍの３ライン１スペースのライン潜像に対して現像した際の、像担持体上のトナー層の高さプロファイルである。図中の点線矢印は高さｒｔを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、この発明を実施するための形態を実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対位置等は、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるから、特に特定的な記載が無い限りは、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。なお、後の実施例の構成に関して、前の実施例と同一の構成に関しては前の実施例と同一の符号を付して、前の実施例中の説明が援用されるものとする。
【実施例１】
【００２２】
図１は、実施例１に係る電子写真方式を用いた画像形成装置１００の概略図である。画像形成装置１００は装置本体１００Ａを有する。この画像形成装置１００は、潜像形成部材５０により形成される潜像パターンに従い、現像装置２０により現像剤担持体２２上に高密度な薄層のトナー像を形成する。トナー像を転写部材４０に転写し、転写定着部材７０、定着部材７１等により、転写材６０上に定着する。また、転写部材４０上の転写残トナーは、クリーニング部材４１によってクリーニングされる。
【００２３】
図２（ａ）は、現像装置２０の断面図である。現像装置２０は、現像容器２１と、撹拌部材２８と、現像剤担持体２２と、現像剤供給部材２３と、規制部材２７と、トナー回収部材２４と、クリーニング部材２９と、を備える。
【００２４】
現像容器２１は現像剤を収容する。撹拌部材２８は、現像剤を撹拌し、後述する現像剤供給部材２３に現像剤を供給する。現像剤供給部材２３は、現像容器２１の内部に配置され、現像剤担持体２２に現像剤を供給する。現像剤担持体２２と現像剤供給部材２３は、互いに接触する位置に配置される。現像剤担持体２２は、現像容器２１の開口２１Ｘに配置され、現像剤を担持しつつ転写部材４０と対向する転写部まで搬送する。
【００２５】
規制部材２７は、現像剤担持体２２上のトナー層厚を規制する。トナー回収部材２４は、現像容器２１の内部に配置され、現像剤担持体２２の回転方向ｈに対し、現像剤供給部材２３より下流、転写部材４０より上流の位置において、現像剤担持体２２にコートされた非画像部のトナーｔを回収する。現像剤担持体２２とトナー回収部材２４は、互いに接触する位置に配置される。クリーニング部材２９は、トナー回収部材２４をクリーニングする。転写部材４０は、回収後に現像剤担持体２２に残留するトナー像を転写材６０に転写する（図１参照）。
【００２６】
本実施例においては、現像剤は、一成分現像剤であり、重合法により製造された個数平均粒径（Ｄ５０）ｒｔが６．８μｍ、平均円形度が０．９７の非磁性ネガ帯電トナーを用いた。平均円形度は、トナーが現像剤担持体２２上で多層化しないために、０．９５以上であることが好ましい。なお、トナーの平均粒径ｒｔ、平均円形度の測定方法は後述する。
【００２７】
図２（ｂ）は、現像剤供給部材２３の表面を示す模式図である。現像剤供給部材２３は、一例として表面が弾性を有する多孔性の発泡材で形成されている。表面には数１００μｍ径のセル２３１が、セル壁２３２を挟んで複数存在する。本実施例で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形成した弾性スポンジローラを用いた。
【００２８】
発泡材はウレタンフォームに限定されるものでなく、ニトリルゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム、ヒドリンゴム、エチレンプロピレンゴム等の一般的に用いられるゴム材料で使用可能である。撹拌部材２８により供給されるトナーは現像剤供給部材２３の表面の発泡材に充填され、現像剤担持体２２と接触する供給部まで搬送される。
【００２９】
供給部において、充填されたトナーは現像剤担持体２２との接触により帯電し、現像剤担持体２２上に移行する。さらに現像剤供給部材２３は、転写後に現像剤担持体２２上に残留する転写残トナーを剥ぎ取る機能も有する。これらの役割を担うため、現像剤供給部材２３はＲＳ部材（ｒｅｍｏｖｅ＆ｓｕｐｐｌｙ）とも呼ばれる。現像剤供給部材２３は、供給部において、現像剤担持体２２の回転方向ｈに対し、逆方向ｒに回転している。
【００３０】
図３（ａ）は、現像剤担持体２２の斜視図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）の一部拡大斜視図である。現像剤担持体２２は、主に潜像を担持する潜像担持部材２２１と、表面にトナーが接触可能な複数の凹部Ｓｔを有する凹凸構造部２２２から成る。現像剤担持体２２は回転軸ｊに対し、矢印ｈ方向に回転しており、表面には回転軸ｊと略平行に複数の溝が形成されている（図３（ａ））。本実施例においては、潜像担持部材２２１として、負電荷のＯＰＣ感光ドラムを用いている。
【００３１】
図４（ａ）は、現像剤担持体２２の断面を示す模式図である。現像剤担持体２２は、静電像を担持する潜像担持部材２２１と、表面にトナーｔが接触可能な複数の凹部Ｓｔを有する凹凸構造部２２２と、を有する。
【００３２】
潜像担持部材２２１は下記５層の機能層から成る。最下層の第１層はアルミニウム製のドラム支持体２２１ｅである。第２層は下引き層２２１ｄであり、ドラム支持体２２１ｅの欠陥等を均すため、またレーザー露光の反射によるモアレの発生を防止するために設けられる。第３層は正電荷注入層２２１ｃ（ＵＣＬ）であり、ドラム支持体２２１ｅから注入された負電荷を打ち消すことを防止するために設けられる。
【００３３】
第４層は電荷発生層２２１ｂ（ＣＧＬ）であり、レーザー露光を受けることによって正負の電荷対を発生するために設けられる。第５層は電荷輸送層２２１ａ（ＣＴＬ）であり、Ｐ型半導体であるために、感光ドラム表面に帯電された負電荷はこの層を移動することができず、電荷発生層２２１ｂで発生した正電荷のみを感光ドラム表面に輸送するために設けられる。
【００３４】
電荷輸送層２２１ａの上には、誘電材料から成る凹凸構造部２２２が形成される。本実施例においては、電荷輸送層２２１ａ上にアクリル樹脂材料から成るオーバーコートレイヤー（ＯＣＬ）を設け、ＯＣＬに凹部を形成し、凹凸構造部２２２としている。アクリル樹脂以外にも、ポリスチレン、ナイロン、テフロン（登録商標）などの熱可塑性樹脂や、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂を主成分としたＵＶ硬化性樹脂などでも構わない。
【００３５】
このとき、潜像担持部材２２１と凹凸構造部２２２の間に、接着性を上げるためのプライマー層や、リーク防止のための絶縁層を設けても構わない。また、本実施例においては、ＯＣＬに凹部を形成したが、潜像担持部材２２１の電荷輸送層２２１ａに凹部を形成しても構わない。また、凹凸構造部２２２上に、削れ防止や抵抗調整等のために、高硬度材料や誘電材料をコートしても構わない。
【００３６】
このとき、凹部が十分残る程度に薄いコート層にする必要がある。本実施例においては、潜像担持部材２２１として、ＯＰＣ感光ドラムを用いているが、アモルファスシリコン感光ドラム等の感光ドラムや感光ベルトでも構わない。また、感光ドラム、感光ベルト以外にも、電極をドラムやベルト上に配した、所謂電極ドラム、電極ベルト等でも構わない。潜像担持部材の詳細に関しては後述する。
【００３７】
図４（ｂ）は、凹凸構造部２２２の断面図である。本実施例の凹部Ｓｔは隣接する頂点ＰＬ、ＰＲに対し、ＰＬ、ＰＲ間にある底点Ｙ間の領域ＰＬＹの緩傾斜面ＳＬと領域ＰＲＹの急傾斜面ＳＲにおける、それぞれの最大傾きκＬとκＲが｜κＬ｜＜｜κＲ｜のように、角度が異なる傾斜を有す凹凸形状をした凹部Ｓｔであり、凹部Ｓｔ（また図１４も参照）が回転方向ｈにて周期Ｌで規則的に並んだ複数の溝で形成されていることを特徴としている。
【００３８】
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。これにより、急傾斜面ＳＲに対して、トナーが拘束され易く、コート性が改善する。また、緩傾斜面ＳＬに対して、トナーが偶力により回転し易くなり、より弱い電位差でもトナーを回収することが可能になる。詳細は後述する。以後、最大傾きの小さい方を緩傾斜面ＳＬ、最大傾きの大きい方を急傾斜面ＳＲとする。
【００３９】
本実施例において、周期Ｌは６．５μｍ、緩傾斜面ＳＬの幅ｘＬは５．６μｍ、深さｄは１．１μｍであり、急傾斜面ＳＲの最大傾きκＲは１．２、緩傾斜面ＳＬの最大傾きκＬは０．２０である。また、凹凸構造部２２２の厚さＤは５μｍである。なお、本実施例においては、凹部Ｓｔは回転軸ｊに対し略平行に配されているが、傾きを有していても構わない。また、本発明は凹部Ｓｔに限定されるわけではなく、後述する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部２２２の詳細な形成方法、判定方法に関しては後述する。
【００４０】
図２（ａ）の説明に戻る。規制部材２７は、金属薄板から成り、薄板のバネ弾性を利用して当接圧力を形成し、金属薄板の表面がトナー及び現像剤担持体２２に接触当接される。金属薄板の材質は、ステンレス鋼、リン青銅等の薄板が使用可能であるが、本実施例においては、厚さ０．１ｍｍのリン青銅薄板を用いた。帯電性や流動性を改善するために、薄板上に樹脂等をコーティングしても構わない。また、規制部材２７に所定の電圧を印加しても構わない。
【００４１】
トナー回収部材２４は、金属材料からなる円筒状部材２４１上に、弾性層２４２を被覆して形成されている。円筒状部材２４１は、導電性と剛性のある素材なら何でもよく、ＳＵＳ、鉄、アルミ等で形成される。弾性層２４２は、弾性を有するシリコーンゴム、アクリルゴム、二トリルゴム、ウレタンゴム、エチレンプロピレンゴム、イソプロピレンゴム、スチレンブタジエンゴム、フッ素ゴムなどのゴム材料などで形成される。
【００４２】
必要であれば、これにカーボン、酸化チタン、金属微粒子、球形状樹脂等などの機能性微粒子を添加して、抵抗や表面形状を制御しても構わない。また、弾性層２４２上に、コーティング層を設けて、表面硬度や抵抗等を調整しても構わない。本実施例においては、ステンレス製の円筒状部材２４１上にフッ素ゴムから成る弾性層２４２を形成している。本実施例においては、トナー回収部材２４として、ローラ形状の部材を使用しているが、ベルト形状でも構わない。
【００４３】
トナー回収部材２４は、現像剤担持体２２に接触するように配置されており、トナー回収部材２４と現像剤担持体２２とが対向するトナー回収部において、現像剤担持体２２の回転方向ｈに対し、同方向ｒに回転している。トナー回収部材２４には、不図示の電源により電圧が印加されており、現像剤担持体２２とトナー回収部材２４との間には電位差が設けられており、電位差により現像剤担持体２２上の非画像部のトナーを回収する。本実施例においては、−２００ＶのＤＣ電圧を印加した。
【００４４】
クリーニング部材２９は、現像剤供給部材２３と同様に、表面が弾性を有する多孔性の発泡材で形成された部材や、導電性の繊維をブラシ状に形成した所謂ファーブラシ部材や、磁性粒子を担持し磁性粒子を磁気ブラシ状に形成した所謂磁気ブラシ部材等である。固定された規制部材をトナー回収部材２４に当接させてクリーニングしても構わない。また、クリーニング部材２９に電圧を印加して、電位差により、トナー回収部材２４からトナーをクリーニングしても構わない。
【００４５】
ここで、図１の説明に戻る。転写部材４０は、剛性のある円筒状の部材上に、十分な厚さの弾性層を被覆して形成されている。転写部材４０は、現像剤担持体２２に接触するように配されており、転写部材４０は電気的にフロートになっている。これにより、所謂圧力転写の非静電転写方式を取っており、従来の静電転写方式によるトナーの飛び散り等を防止している。本実施例では、非静電転写方式として圧力転写を一例としているが、熱や光等によりトナーや部材の粘着力を制御し転写する粘着転写でも構わない。
【００４６】
また、従来の静電転写方式を用いる構成でも構わない。この場合、転写部における電位差でトナー像は若干乱れるものの、像担持体上で乱れたトナー像を転写部でさらに乱していた従来の構成に比べて、はるかに改善することができる。本実施例においては、転写部材４０として、ローラ形状の部材を使用しているが、ベルト形状でも構わない。
【００４７】
以上のように、表面にトナーが接触可能な複数の凹部Ｓｔを有する現像剤担持体２２の周りには、現像剤担持体２２の回転方向ｈで上流側から順に、現像剤供給部材２３、トナー回収部材２４、転写部材４０が配置される。
【００４８】
次に、本発明の特徴である現像装置２０における現像剤担持体２２へのトナーコート、及びトナー回収部材２４へのトナー回収について図５（ａ）を用いて説明する。トナーｔは、撹拌部材２８により撹拌され、現像剤供給部材２３に供給される。トナーｔは、現像剤供給部材２３の表面の発泡材に充填され、現像剤担持体２２と接触する供給部まで搬送される。供給部において、充填されたトナーｔは現像剤担持体２２との接触により帯電し、現像剤担持体２２上に移行する。
【００４９】
図５（ｂ）は、供給部を示す模式図である。供給部において、現像剤供給部材２３は、現像剤担持体２２の回転方向ｈに対し、逆方向ｒに回転している。このため、現像剤供給部材２３の表面のセル２３１に充填されたトナーｔは、現像剤担持体２２の凹凸構造部２２２に接触し、急傾斜面ＳＲ方向に均等に詰められる。このとき、トナーｔは急傾斜面ＳＲに引っ掛かり、その場で図中の矢印方向に回転、摺擦され十分に帯電される。
【００５０】
トナーｔは図のように凹凸構造部２２２の凹部Ｓｔと多点接触するため、強い静電的付着力及び機械的付着力が作用し、現像剤担持体２２上に移行する。このとき、凹部Ｓｔに対して、セル壁２３２の幅が大きいため、セル壁２３２が凹部Ｓｔ内に侵入し難く、凹部Ｓｔ上のトナーがかき取られ難い。現像剤担持体２２上に移行したトナーｔは、規制部材２７と対向する規制部まで搬送される。
【００５１】
図６（ａ）は、規制部を示す模式図である。規制部において、現像剤担持体２２上には、凹部Ｓｔに接触し、強く拘束されたトナー以外に、トナー間付着力等により多層化したトナーも存在する。これらのトナーは、凹部Ｓｔに接触したトナーに比べ、拘束力がはるかに弱いため、規制部材２７で選択的に規制することが可能である。また、その際にトナーｔは凹部Ｓｔとさらに摺擦され、帯電が助長される。その結果、現像剤担持体２２上には凹部Ｓｔにならって、高密度な薄層のトナー層がコートされる。その後、現像剤担持体２２上のトナーｔは、トナー回収部材２４と対向するトナー回収部まで搬送される。
【００５２】
図６（ｂ）は、トナー回収部を示す模式図である。トナー回収部材２４には、不図示の電源によりＤＣ電圧（−２００Ｖ）が印加されている。トナー回収部材２４と現像剤担持体２２に形成される潜像との間には電位差が設けられ、電位差により作用する静電気力により  現像剤担持体２２の表面の非画像部のトナーｔを回収する。
【００５３】
本実施例においては、トナー回収部材２４は、現像剤担持体２２と接触するように配され、現像剤担持体２２の回転方向ｈに対し、同方向ｒに略等速で回転している。現像剤担持体２２とトナー回収部材２４の対向する領域は、両者が接触する接触領域Ａｔと、接触する直前の非接触領域Ａｎ１、不図示の直後の非接触領域Ａｎ２から成る。現像剤担持体２２上のトナーｔは、凹部Ｓｔに強く拘束されるため、非接触領域Ａｎ１において乱れることなく、接触領域Ａｔに侵入する。
【００５４】
図７（ａ）は、非接触領域Ａｎ１におけるトナー挙動を示す模式図である。現像剤担持体２２には後述する潜像形成方法により潜像が形成されており、例えば画像部Ｉｔと非画像部Ｉｎの境界部には大きな電位差が発生し電界が作用する。このため、非画像部Ｉｎにおける境界部のトナーｔ″には、画像部Ｉｔ方向へ力が作用するが、前述の通りトナーｔは凹部Ｓｔに強く拘束されるため、非接触領域Ａｎ１において乱れることなく、接触領域Ａｔに侵入する。
【００５５】
一方、図７（ｂ）は、本発明の凹部Ｓｔが存在しない場合を示す模式図である。トナーｔ″は、構造による拘束を受けないため、電界の作用により容易に画像部Ｉｔのエッジ部にジャンピング現像してしまう。以上のように、本発明における凹部Ｓｔが存在しない場合、現像剤担持体２２上へのコート時、及びトナー回収部材２４へのトナー回収時にトナー像は乱れ、高密度な薄層のトナー像を得ることができない。
【００５６】
図８（ａ）は接触領域Ａｔにおけるトナー挙動を示す模式図である。前述の通り、非接触領域Ａｎ１においてトナー像は乱れないために、接触領域Ａｔには高密度な薄層のトナー層が存在する。また、トナー回収部材２４は弾性を有すために、トナー粒度分布に応じたトナー層の僅かな凹凸に追従し、潜像に応じた力が均等に作用する。
【００５７】
図８（ｂ）は、非接触領域Ａｎ２におけるトナー挙動を示す模式図である。前述の通り、非画像部Ｉｎ上のトナーには、電位差により、トナー回収部材２４方向に力が作用し回収される。一方、画像部Ｉｔ上のトナーには、電位差により、現像剤担持体２２方向に力が作用し、現像剤担持体２２上に残留する。このとき、残留するトナー像は、凹部Ｓｔにより高密度な薄層のトナー像を維持することができる。本実施例においては、トナー回収部材２４と現像剤担持体２２とは同方向に略等速で回転しているが、速度差を付けても構わない。
【００５８】
図９（ａ）は、条件における接触領域Ａｔにおけるトナー挙動を示す模式図である。このとき、凹凸構造部２２２において、急傾斜面ＳＲを降りて、緩傾斜面ＳＬを登る方向（図中ｈ方向）を正とした場合、現像剤担持体２２の表面速度に対するトナー回収部材２４の表面速度の相対速度を正にすることが好ましい。相対速度により、トナーｔには図中の矢印方向に偶力が働き、凹部Ｓｔとの多点接触から解放され、より弱い電位差でも、トナーを回収することが可能になる。
【００５９】
一方、相対速度を付ける場合には、一度回収されたトナーが再び現像剤担持体２２へ移行し、多層化し易いために、相対速度は抑えることが好ましい。このため、両表面速度の速度比は好ましくは１．１倍以下、より好ましくは１．０５倍以下に設定することが好適である。また、速度比を付ける場合には、トナー回収部材２４とトナーとの付着力を上げることにより、現像剤担持体２２への移行を防止し、多層化を抑制することができる。このために、例えばトナー回収部材２４の表面硬度を下げて、トナーとの接触面積を増やし、付着力を上げるなどして、多層化を抑制することができる。
【００６０】
一方、トナー回収部材２４に回収されたトナーは、クリーニング部材２９と対向するクリーニング部まで搬送される。クリーニング部材２９は、導電性の繊維をブラシ状に形成したファーブラシ部材であり、不図示の電源により電圧が印加されている。クリーニング部における電位差により、トナー回収部材２４上に回収されたトナーをクリーニング部材２９へ移行させクリーニングする。クリーニングされたトナーは、下流に配された金属板２９１等によりたたき落とされ、再び撹拌部材２８により撹拌され、以後これを繰り返す。
【００６１】
図９（ｂ）は、本実施例における現像装置において、８４μｍの３ライン１スペースのライン潜像に対し現像した際の、転写前における現像剤担持体２２上のトナー層の高さＺ（μｍ）のプロファイルである。図中の点線矢印は高さｒｔを示す。ｒｔは、このとき使用したトナーの平均粒径ｒｔである。測定は、非接触表面・層断面形状計測システムＶｅｒｔＳｃａｎ２．０（菱化システム社製）を用いて、測定装置の操作マニュアルに従い行った。
【００６２】
既存の非磁性一成分現像装置により、出力したトナー像（図３４参照）に対し、各ライン部におけるトナー層高さは、均一であり、略単層で形成されている。さらにトナー密度も高く、現像剤担持体２２の表面が露出する露出部Ｙは見られない。また、トナー層高さやトナー密度は、ライン間でほぼ差がなく、画像面内の均一性は非常に高い。また、これらの特徴は、潜像パターンに依らず、ベタ部からハーフトーン、ハイライト部に至るまで、高密度な薄層のトナー像が出力可能であることを確認した。
【００６３】
以上のように、本発明の現像装置２０によって、潜像パターンに依らず、トナー像の高さ方向の不均一さやトナー密度の低下が解消され、より少ないトナー量で高画質画像を出力することが可能になる。また、本発明の画像形成装置は、画像濃度が面積階調で決定されるために、安定した画像システムを構築することが可能になる。
【００６４】
＜トナーの平均粒径の測定方法＞
トナー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、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を算出し、トナーの平均粒径ｒｔを求める。
【００６５】
＜トナーの平均円形度の測定方法＞
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、下の式（１）、（２）を用い算出する。
【００６６】
【数１】
2016224266.tif 000003
【数２】
2016224266.tif 000004
ここで、「粒子投影面積」とは二値化されたトナー像の面積であり、「粒子投影像の周囲長」とはトナー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。
【００６７】
本発明における円形度はトナーの凹凸の度合いを示す指標であり、トナー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、下の（式３）から算出される。
【００６８】
【数３】
2016224266.tif 000005
【００６９】
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。
【００７０】
トナーの形状測定には、ＦＰＩＡ−２１００型を用い、測定時のトナー濃度が３０００〜１万個／μｌとなるように分散液濃度を調整し、トナーを１０００個以上計測する。計測後、このデータを用いて、トナーの平均円形度を求める。
【００７１】
＜凹凸構造部２２２の形成方法＞
現像剤担持体２２の凹凸構造部２２２は、熱可塑性樹脂を用いた熱ナノインプリント法や光硬化性樹脂を用いた光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や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り形成することができる。
【００７２】
図１０（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。ハロゲンヒーター８１を内包した形状転写用ローラー８０上に、所望の凹構造とは逆形状の凸構造のフィルムモールド８２を固定し、現像剤担持体２２に接触、加圧させる。形状転写用ローラー８０と現像剤担持体２２を等速で回転させながら、ハロゲンヒーター８１により、ガラス転移温度から融点の範囲内で加熱し、現像剤担持体２２上に所望の凹凸構造部２２２を形成する。
【００７３】
光ナノインプリント法は、光硬化性樹脂を現像剤担持体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、所望の凹凸構造部２２２を形成する。このとき、光硬化性樹脂と現像剤担持体２２の接着性を上げるために、現像剤担持体２２上を表面処理したり、間にプライマー層を設けても構わない。
【００７４】
図１０（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。現像剤担持体２２に対して、先端が所望の形状をしたダイヤモンド刃を有する針８３を矢印ｆ方向に走査し、現像剤担持体２２の表面を機械的に削り、所望の形状を形成する。これを、現像剤担持体２２を矢印ｇ方向に回転させながら、繰り返すことにより、凹凸構造部２２２を形成する。
【００７５】
＜凹凸構造部２２２の判定方法＞
本発明における凹凸構造部２２２の判定方法について説明する。本発明における凹凸構造部２２２とは、現像剤担持体２２の少なくともトナーを担持するトナー担持領域において、単位面積当たりに占める後述するトナーが接触可能な凹部Ｓｔの割合が５５％以上の割合で存在すると判定された構造を指す。以下、判定方法および理由について説明する。
【００７６】
図１１（ａ）はサンプリングについて説明する模式図である。サンプリングは現像剤担持体２２の中央部における表層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。なお、サンプリングを行わず、現像剤担持体２２上を直接計測し、円筒補正を行っても構わない。
【００７７】
図１０（ｃ）は、非接触表面・層断面形状計測システムＶｅｒｔＳｃａｎ２．０（菱化システム社製）を用いて形状を計測した際の、回転軸ｊに対して垂直方向ｓの断面を示す形状（γ）である。次にＡＦＭ（Ｐａｃｉｆｉｃ  ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製Ｎａｎｏ−Ｉ）を用いて、指定の領域の形状を計測する。
【００７８】
図１２は、このとき用いる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は先端がトナー粒径ｒｔ相当の半球状の探針（図１２（ａ））である。探針Ｂは、先端が現像剤供給部材２３表面に形成されたセル壁２３２の幅Ｗ相当の半球状の探針（図１２（ｂ））である。本実施例においては、先端が６．８μｍ球の探針Ａ、６０μｍ球の探針Ｂを用いた。セル壁２３２の幅Ｗの測定方法については後述する。
【００７９】
図１１（ｂ）は、形状γの計測と同様に、回転軸ｊに対して垂直方向ｓに探針を走査し、各探針の先端位置を計測することにより得られた形状（図１１（ｃ）のα、β）である。断面形状（図１１（ｃ）のγの点線）に対して、ＡＦＭの探針Ａで計測される形状（図１１（ｃ）のαの実線）、探針Ｂで計測される形状（図１１（ｃ）のβの破線）である。
【００８０】
探針Ａはトナー粒径相当のサイズのため、トナーが接触できる凹部Ｓｔに対して、侵入しながら計測される。一方、探針Ｂはセル壁２３２の幅相当のサイズのため、トナーが数個程度入れる凹部Ｓｔには侵入することができず、探針Ｂの軌跡は頂点を通る直線で近似できる。得られる形状の差分（β−α）を取り、更にその微分を取り、各頂点、底点を決定する。
【００８１】
本発明におけるトナーが接触可能な凹部Ｓｔとは、計測方法により以下の特徴を有した構造を指す。計測により求められる隣接する頂点間において、「差分（β−α）がｒｔ以下」であり、「頂点間距離Ｌが３ｒｔより小さい」こと、を満たす頂点間の構造を本発明における凹部Ｓｔとする。以下理由について説明する。
【００８２】
図１３は、差分（β−α）がｒｔ以下の凹部Ｓｔ（図１３（ａ））、それを満たさない凹部Ｓｔ（図１３（ｂ））を示す模式図である。差分がｒｔを超えると、高さ方向にトナーが多層化してしまう。また、多層化したトナーは、凹部Ｓｔと多点接触できないために、ジャンピング現像などにより、トナー像が乱れ易く、高密度な薄層のトナー像の形成が困難になる。以上の理由により、差分（β−α）はｒｔ以下であることが求められる。
【００８３】
図１３は、頂点間距離Ｌがトナー粒径ｒｔの等倍（図１３（ｃ））、トナー粒径ｒｔの２倍（図１３（ｄ））、トナー粒径ｒｔの３倍（図１３（ｅ））のときの、各凹部Ｓｔを示す模式図である。各凹部Ｓｔとも多点接触できるトナーｔ１（実線の円）は、安定してコートされる。また、図１３（ｄ）のように、トナーｔ１間にトナー粒径ｒｔ程度の空間があるため、これも安定した凹部Ｓｔとして機能し、トナーｔ２も安定してコートされる。
【００８４】
一方、図１３（ｅ）のように、頂点間距離Ｌがトナー粒径ｒｔの３倍以上あると、トナーｔ１間にコートされるトナーｔ３は、凹部Ｓｔや安定したトナーｔ１間による拘束を受けないために、安定してコートされず、高密度な薄層のトナー像の形成が困難になる。以上の理由により、頂点間距離Ｌは３ｒｔより小さいことが求められる。
【００８５】
特徴を有した構造を本発明におけるトナーが接触可能な凹部Ｓｔとし、さらに本発明における凹凸構造部２２２とは、凹部Ｓｔの割合が５５％以上存在する。以下理由について説明する。
【００８６】
図１４（ａ）は、本発明における凹凸構造部２２２の一例である。頂点間（例えば、ＰＲ１とＰＬ１、ＰＲ２とＰＬ２）の各凹部Ｓｔの間に、幅ＬＦｂの非凹部Ｓｄが存在することを特徴としている。
【００８７】
図１４（ｂ）は、現像剤担持体２２の斜視図である。図１４（ｃ）は、図１４（ｂ）の現像剤担持体２２の一部を拡大した凹凸構造部２２２の上方図を示す模式図である。凹凸構造部２２２上の凹部Ｓｔと非凹部Ｓｄから成る領域Ｓ（図中破線）、領域Ｓにおける凹部Ｓｔ、領域Ｓにおける非凹部Ｓｄを示す。前述の通り、トナーは凹部Ｓｔにコートされ、以後トナー回収及び転写工程を経て転写材６０上に転写定着される。ここで、画像部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、転写材６０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、凹部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。
【００８８】
【数４】
2016224266.tif 000006
（Ｓｔａ：凹部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：凹部Ｓｔにおけるトナー量ｇ／ｃｍ２）
【００８９】
凹部Ｓｔにおけるトナー量κは、ほぼ最密に充填されるために、下の（式５）で近似することができる。
【数５】
2016224266.tif 000007
【００９０】
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、２式より、下の（式６）で近似することができる。
【数６】
2016224266.tif 000008
【００９１】
つまり、凹凸構造部２２２上における凹部Ｓｔの割合が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になる。以上の理由により、本発明における凹凸構造部２２２とは、トナーが接触可能な凹部Ｓｔが５５％以上の割合で存在することが求められる。
【００９２】
以下本発明における凹凸構造部２２２の判定方法について詳細を説明する。図１５（ａ）は現像剤担持体２２を示す模式図である。回転軸ｊ方向に対して、トナーを担持する領域の中から、任意の５カ所の表層面（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ）を切り取り、各観察点（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ）において、トナー粒径の１０倍を一辺とする表層面（６８μｍ×６８μｍ）を計測する。前述の通り、探針Ａ、Ｂにより垂直方向ｓに走査し、表層面の形状（ｘ、ｙ、ｚＡ）、（ｘ、ｙ、ｚＢ）を計測する。計測される形状の高さ方向の差分（ｚＢ−ｚＡ）、より、各凹部Ｓｔの頂点及び深さを計測し、判定基準を満たす凹部Ｓｔを抽出する。
【００９３】
図１５（ｂ）は、表層面に対して、垂直方向ｓに沿って探針を走査（破線ａ、ｂ、ｃ）した際に凹部Ｓｔ（塗り潰し部）を抽出した結果である。表層面（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ）における各凹部Ｓｔの割合を求め、これらの平均値をもって凹部Ｓｔの割合とする。凹部Ｓｔの割合が５５％以上と算出された場合は、本発明における凹凸構造部２２２を有する。現像剤担持体２２と判定される。計測基準により凹部Ｓｔと判定されない構造、例えば、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が追従できる周期の長い構造等に関しては、本発明の課題に影響しないため、凹凸構造部２２２に含まれていても構わない。
【００９４】
さらに、凹凸構造部２２２上において、凹部Ｓｔの割合の変動率は±１０％以内に抑えることが好ましい。以下理由について説明する。図１５（ｃ）は、現像剤担持体２２のコート量の変動率と色差△Ｅの関係を示す。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△Ｅの関係を示している。
【００９５】
基準（０．４ｍｇ／ｃｍ２）からコート量が１０％増加すると、△Ｅが２．５変動し、コート量が１０％減少すると、△Ｅが２．５変動する。従って、各色ともに、面内の色差△Ｅを５以内に抑えるためには、コート量の変動率は±１０％以内にする必要がある。また、面内の色差△Ｅを３以内に抑えるためには、コート量の変動率は±６％以内にすることが好ましい。
【００９６】
一方、コート量は、凹部Ｓｔの割合に比例するため、凹凸構造部２２２上におけるコート量の変動率を±１０％以内にするためには、凹部Ｓｔの割合の変動率を±１０％以内に抑えることが求められる。変動率は、５カ所の表層面（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ）における凹部Ｓｔの割合の最小値Ｍｎと最大値Ｍｘを求め、平均値Ａｖからの変動分△（＝Ｍｘ−Ａｖ）の平均値Ａｖに対する割合（＝±△／Ａｖ×１００％）とする。
【００９７】
本発明における凹凸構造部２２２は、（図４（ｂ）、図１４（ａ））以外にも、判定基準を満たす構造であればこれに含まれる。図１６は、本発明における構造部の一例を示す模式図である。構造部と同様に回転軸ｊに略平行に形成された複数の溝から成る構造であり、溝の断面形状が角度の異なる傾斜を有す凹凸形状であり、急傾斜面ＳＲ、緩傾斜面ＳＬが複数の傾斜から成ることを特徴としている。図１６（ａ）は、緩傾斜面ＳＬに平坦部（幅ＬＦａの箇所）を設けることにより、微粉トナーが凹部Ｓｔ内に留まり難く、トナー融着等を改善することができる。図１６（ｂ）は、図１６（ａ）の各凹部Ｓｔの間に、幅ＬＦｂの非凹部Ｓｄが存在することを特徴としている。
【００９８】
平坦な非凹部Ｓｄを設けることにより、現像剤やトナー回収部材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。このとき、非凹部Ｓｄの幅ＬＦｂは、トナー粒径ｒｔより小さいことが好ましい。これにより、非凹部Ｓｄにコートされるトナーが限定され、現像剤担持体２２上に安定したトナー量をコートすることができる。
【００９９】
図１６（ｃ）は、図１６（ｂ）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、現像剤担持体２２へのコート性を維持したまま、トナー回収部材へのトナー回収性を改善することができる。
【０１００】
図１７は、本発明における凹凸構造部の一例を示す模式図である。構造部と同様に回転軸ｊに略平行に形成された複数の溝から成る構造であり、溝の断面形状がＶ形状（図１７（ａ））、半円形状（図１７（ｂ））、矩形状（図１７（ｃ））から成ることを特徴としている。これらの形状以外にも、各傾斜形状の組み合わせや非凹部Ｓｄの有無等を可変した形状でも構わない。また、前述のように回転軸ｊ方向に伸びた溝以外にも、複数の孤立した凹部Ｓｔから成る構造でも構わない。
【０１０１】
図１８（ａ）は、凹凸構造の一例を示す模式図である。図１８（ｂ）は、現像剤担持体２２の拡大平面図、図１８（ｃ）は、図１８（ｂ）の断面図である。構造は、六角形の凹部Ｓｔが複数に均一に配列したハニカム形状である。凹部Ｓｔの形状は六角形以外でも構わなく、断面形状も溝と同様に、円形状のレンズアレイ形状やＶ形状や傾きの異なる凹凸形状等でも構わない。また、構造のように、凹部Ｓｔが均一に配列した構造以外にも、不均一に配置された構造でも構わない。以上の構造部は、トナーが接触可能な凹部Ｓｔが５５％以上の割合で存在することを特徴としており、凹部Ｓｔの割合の変動率が±１０％以内であることが好ましい。
【０１０２】
＜セル壁２３２の幅Ｗの測定方法＞
現像剤供給部材２３の表面をマイクロスコープ（Ｋｅｙｅｎｃｅ社製ＶＨＸ−５０００）で撮影し、セル壁２３２の幅を測定する。図１９は現像剤供給部材２３の表面を示す模式図である。具体的には、現像剤供給部材２３の中央部の任意の位置において、隣接する７個のセル２３１を撮影する。撮影した画像に対して、測定装置の操作マニュアルに従い、それぞれのセル２３１の最近接距離ｗ（ｗ１〜ｗ１２）を計測し、その平均値をセル壁２３２の幅Ｗとする。
【０１０３】
＜潜像形成方法＞
本発明における潜像形成方法について説明する。図２０（ａ）は、本発明の画像形成装置の一実施例を示す概略構成図である。潜像形成部材５０は、帯電装置５１、露光装置５２から成る。帯電装置５１は、一般的なコロナ帯電装置、ローラ帯電装置の他にも、導電性の磁性粒子等により直接電荷を注入する注入帯電装置等が用いられる。露光装置５２は、レーザー変調器やＬＥＤヘッドアレイ等が用いられる。
【０１０４】
本実施例においては、コロナ帯電装置により−４５０Ｖに帯電し、レーザー変調器により明電位が−１００Ｖに減衰するように調整し、条件のもとライン潜像を形成した。帯電装置５１、露光装置５２は、トナーが現像剤担持体２２上にコートされる前、つまり、現像剤担持体２２の回転方向ｈに対して、上流より転写部材４０、帯電装置５１、露光装置５２、現像剤供給部材２３の順で配置される。このとき、転写部材４０と帯電装置５１の間に、転写残トナーをクリーニングするためのクリーニング部材を設けても構わない。
【０１０５】
図２０（ｂ）は、本発明の画像形成装置の一実施例を示す概略構成図である。アレイ状の露光装置５２を現像剤担持体２２に内装して、内壁からの光で潜像を形成する、所謂、背面露光方式により潜像を形成している。このため、現像剤担持体２２のドラム支持体２２１ｅは、透明支持体、例えばガラス製のドラム支持体であり、その上に酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などの透明電極層を設け、その上にＣＧＬ、ＣＴＬ等の光導電体層を積層させている。
【０１０６】
背面露光方式のため、凹凸構造部２２２の光透過性は求められず、光不透過材料を用いることができる。また、露光装置の配置場所は制限を受け難く、転写部材４０とトナー回収部材２４の間であればどこでも構わない。つまり、現像剤担持体２２の回転方向ｈに対して、上流より転写部材４０、帯電装置５１、露光装置５２、現像剤供給部材２３、トナー回収部材２４、或いは転写部材４０、帯電装置５１、現像剤供給部材２３、露光装置５２、トナー回収部材２４の順で配置される。このとき、転写部材４０と帯電装置５１の間に、転写残トナーをクリーニングするためのクリーニング部材を設けても構わない。
【０１０７】
図２１（ａ）は、本発明の画像形成装置の一実施例を示す概略構成図である。電圧制御装置５３により、潜像担持部材２２１上の電極部に電圧を印加して潜像を形成する、所謂電極ドラムにより潜像を形成している。
【０１０８】
図２１（ｂ）は、現像剤担持体２２を構成する潜像担持部材２２１を示す模式図である。『現像剤担持体』としての潜像担持部材２２１は、主にドラム支持体２２１ｅと、その上部に形成される電極部２２１ｆ、絶縁部２２１ｇと、ドラム支持体２２１ｅの中空部に配され、電極部２２１ｆに電圧を印加し、それを制御する電圧制御装置５３と、を有する。電極部２２１ｆは、円周方向に複数形成される。このとき、各円周方向に伸びた電極は、無端になるように繋げられても、複数の円弧が独立した電極として形成されても構わない。
【０１０９】
図２２（ａ）は、潜像担持部材２２１における回転軸ｊ方向の断面を示す模式図である。ドラム支持体２２１ｅ上に絶縁部２２１ｇ、電極部２２１ｆを形成し、電極部２２１ｆは、電圧制御装置５３と電気的に接することができる。製造方法は、フォトリソグラフィ技術により、各層積層させて形成している。
【０１１０】
図２２（ｂ）は、現像剤担持部材２２１における円周方向の断面を示す模式図である。潜像担持部材２２１上に、誘電材料から成る凹凸構造部２２２が形成されている。背面露光方式と同様に、凹凸構造部２２２の光透過性は求められず、光不透過材料を用いることができる。
【実施例２】
【０１１１】
図２３は、本発明の実施例２に係る画像形成装置の概略構成図である。実施例１は現像剤担持体２２が潜像を担持するのに対し、本実施例は、トナー回収部材２４が静電像を担持することを特徴としている。なお、トナー回収部材２４が静電像を担持するように設定しても、これと対応するトナー像が現像剤担持体２２に形成されることになる。トナー回収部材２４に潜像を担持させることにより、現像剤担持体２２の凹凸構造部２２２における光透過性等の制約が減り、材料や形状の選択性が増える。なお、トナー回収部材２４として電極ドラムの構成を一例としているが、帯電装置、露光装置を用いて感光体ドラムや感光体ベルトに潜像を形成する構成でも構わない。
【０１１２】
図２４（ａ）は、現像剤担持体２２の断面を示す模式図である。現像剤担持体２２は、弾性部材２２３と表面にトナーが接触可能な複数の凹部Ｓｔを有する凹凸構造部２２２から成る。弾性部材２２３は、金属材料からなる円筒状部材２２３ａ上に、弾性層２２３ｂを被覆して形成される。円筒状部材２２３ａは、導電性と剛性のある素材なら何でもよく、ＳＵＳ、鉄、アルミなどで形成される。弾性層２２３ｂは、弾性を有するシリコーンゴム、アクリルゴム、二トリルゴム、ウレタンゴム、エチレンプロピレンゴム、イソプロピレンゴム、スチレンブタジエンゴム、フッ素ゴムなどのゴム材料などで形成される。
【０１１３】
必要であれば、これにカーボン、酸化チタン、金属微粒子、球形状樹脂等などの機能性微粒子を添加して、抵抗や表面形状を制御しても構わない。さらに弾性層２２３ｂの上部に凹凸構造部２２２が形成される。凹凸構造部２２２はアクリル、ポリスチレン、ナイロン、テフロン（登録商標）などの熱可塑性樹脂や、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂などを主成分としたＵＶ硬化性樹脂などで形成される。
【０１１４】
このとき、弾性層２２３ｂと凹凸構造部２２２の間に、接着性を上げるためのプライマー層等を設けても構わない。また、弾性層２２３ｂに直接に凹部を形成しても構わない。このとき、削れ防止や絶縁処理のために、弾性層２２３ｂ上に高硬度材料や絶縁材料をコートしても構わない。
【０１１５】
図２４（ｂ）は、トナー回収部材２４の断面を示す模式図である。トナー回収部材２４は、潜像担持部材２４３と誘電層２４４から成る。潜像担持部材２４３は、ドラム支持体２４３ｅと、その上部に形成される電極部２４３ｆ、絶縁部２４３ｇと、ドラム支持体２４３ｅの中空部に配され、電極部２４３ｆに電圧を印加し、それを制御する電圧制御装置５３から成る。潜像担持部材２４３上には、削れ防止やリーク防止のための誘電層２４４が設けられる。
【０１１６】
本実施例においては、トナー回収部材２４として電極ドラム構成を一例としているが、帯電装置、露光装置を用いて感光体ドラムや感光体ベルトに潜像を形成する構成でも構わない。なお、前述の部材以外は、実施例１と同様であり、現像剤担持体２２へのトナーコート、及びトナー回収部材２４へのトナー回収について詳細は省略する。
【実施例３】
【０１１７】
図２５（ａ）は、実施例３に係る画像形成装置を示す概略構成図である。実施例１、２は一成分現像剤を用いるのに対し、本実施例は、現像剤は非磁性トナーｔと磁性キャリアｃとを混合した二成分現像剤を用いることを特徴としている。二成分現像剤を用いることにより、トナーの帯電性、搬送性が改善するため、より安定した画像出力が可能になる。なお、潜像を担持するのは、現像剤担持体２２でも、トナー回収部材２４でも構わない。
【０１１８】
現像剤担持体２２へのトナーコートについて詳細を説明する。現像剤担持体２２にトナーを供給するための現像剤供給部材２３に替えて、『現像剤供給部材』としての二成分現像剤担持部材２３１が配置される。二成分現像剤担持部材２３１は、図中矢印方向に回転可能なローラ２３１ａと、この内部に回転不可に支持された複数の永久磁石２３１ｂと、を有する。現像容器２１内の二成分現像剤は撹拌部材２８により撹拌され、二成分現像剤担持部材２３１に供給される。
【０１１９】
現像剤担持体２２と二成分現像剤担持部材２３１とは、間隙を有して配置される。現像剤担持体２２とトナー回収部材２４は、互いに接触する位置に配置される。トナー回収部材２４は、現像剤担持体２２とトナー回収部材２４との電位差により作用する静電気力によりトナーｔを回収する。
【０１２０】
本実施例で使用した二成分現像剤は、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の非磁性ポジ帯電トナーと、個数平均粒径ｒｃが９０μｍの磁性キャリアＰ−０２（日本画像学会製）を、二成分現像剤のトナー重量比（以下ＴＤ比）が１０％になるように混合している。供給された二成分現像剤は、二成分現像剤担持部材２３１上に担持され、ローラ２３１ａの回転に伴い、図中矢印方向に搬送される。現像剤担持体２２と対向する供給部まで搬送された二成分現像剤は、現像剤担持体２２と接触する。
【０１２１】
図２５（ｂ）は、供給部における現像剤の挙動を示す模式図である。凹凸構造部２２２には、トナーｔが接触可能、磁性キャリアｃが接触不可能な凹部Ｓｔが複数存在する。ここで、トナーｔが接触可能、磁性キャリアｃが接触不可能な凹部とは、ＡＦＭによる計測において、トナー粒径ｒｔ相当の探針Ａ、磁性キャリア粒径ｒｃ相当の探針Ｂにより計測し、判定基準に従い、本発明における凹部Ｓｔとして認められる構造とする。
【０１２２】
本実施例の凹凸構造部２２２は、フッ素系のＵＶ硬化樹脂で形成された、断面が凹凸形状の溝が複数形成されており、周期Ｌは８．０μｍ、傾斜ＳＬの幅ｘＬは７．３μｍ、深さｄは１．９μｍであり、傾斜ＳＲの最大傾きκＲは２．７、傾斜ＳＬの最大傾きκＬは０．２６である。
【０１２３】
また、凹凸構造部２２２の厚さＤは５μｍである。供給部における二成分現像剤は、磁気穂化した磁性キャリアｃにトナーｔが被覆されており、現像剤担持体２２の回転方向ｈに対して、図中矢印ｒ方向に搬送、供給される。現像剤担持体２２に接触したトナーｔは帯電し、凹凸構造部２２２の凹部Ｓｔと多点接触し、強い付着力が作用する。付着力は、磁性キャリアｃとの付着力に比べて大きいため、トナーｔは磁性キャリアｃから脱離し、現像剤担持体２２上に移行する。
【０１２４】
凹凸構造部２２２と二成分現像剤の接触頻度を十分に上げることにより、凹凸構造部２２２の凹部Ｓｔに従って、均一な薄層のトナー層を得ることができる。このとき、凹部Ｓｔに拘束されたトナー以外に多層化したトナーは、後続から搬送される磁性キャリアｃに回収され易く、多層化が発生し難い。このため、規制部材２７はなくても構わない。本実施例においては、二成分現像剤担持部材２３１は、電気的にフロートにしているが、不図示の電源により電圧を印加しても構わない。
【０１２５】
より少ない接触頻度で安定してコートするためには、現像剤担持体２２の表面と、非磁性トナーｔと、磁性キャリアｃと、の帯電系列は、非磁性トナーｔと現像剤担持体２２の表面との間に、磁性キャリアｃが並ぶ順列であることが好ましい。以下理由について説明する。
【０１２６】
図２６は、ポジ極性トナーの場合の帯電系列（図２６（ａ））、ネガ極性トナーの場合の帯電系列（図２６（ｂ））を示す模式図である。ここで、Ｖは凹凸構造部２２２の材料、Ｘは磁性キャリアｃ、Ｚはトナーｔを示す。この条件においては、トナーｔと凹凸構造部２２２の帯電系列差が、トナーｔと磁性キャリアｃの帯電系列差に比べて大きくなる。このため、トナーｔと凹凸構造部２２２が接触、摩擦して帯電した際に、トナーｔと磁性キャリアｃ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ｔは磁性キャリアｃから脱離し、凹凸構造部２２２に付着しやすくなる。
【０１２７】
一方、図２６（ｃ）に示す帯電系列も、トナーｔ（Ｚ）と凹凸構造部２２２（Ｖ）の帯電系列差が、トナーｔ（Ｚ）と磁性キャリアｃ（Ｘ）の帯電系列差に比べて大きくなる。しかし、この順列の場合、トナーｔは、磁性キャリアｃとの摩擦でネガ極性、凹凸構造部２２２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Ｓｔに拘束されるトナー以外に、トナー間で付着し、多層化するトナーが増加してしまう。以上の理由により、トナーｔと磁性キャリアｃと凹凸構造部２２２の帯電系列が、トナーｔと凹凸構造部２２２の間に、磁性キャリアｃが並ぶ順列であることが好ましい。帯電系列の決定方法は後述する。
【０１２８】
図２６（ｄ）は、二成分現像剤のトナー重量比（以下ＴＤ比）を調整して、被覆率を可変した際に、凹凸構造部２２２上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。より少ない接触頻度で安定してコートするためには、トナーｔが磁性キャリアｃの表面を被覆する割合である二成分現像剤における被覆率が９０％以上であることが好ましい。
【０１２９】
以下理由について説明する。被覆率、カバー率の測定方法は後述する。被覆率が９０％近辺で、カバー率は急激に変化する。理由は次のように考えられる。供給部において十分な量のトナーｔを凹部Ｓｔへ移行させるためには、トナーｔと凹部Ｓｔの接触頻度を上げて、且つトナーｔが凹部Ｓｔに移行する確率ｘを、磁気穂により凹部Ｓｔ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。
【０１３０】
二成分現像剤の被覆率が高いということは、凹部Ｓｔと接触するトナー数が増加し、接触頻度を上げられることに加え、トナーｔが磁性キャリアｃの表面を被覆することにより磁性キャリアｃの表面が露出し難くなり、確率ｘが確率ｙに比べて、相対的に大きくなり易い。このため、磁性キャリアｃの表面がほぼ露出しなくなる９０％以上の場合、カバー率が飛躍的に改善すると考えられる。以上の理由により、被覆率が９０％以上であることが好ましい。
【０１３１】
一方、被覆率が２００％を超えると、凹凸構造部２２２上にコートされるトナーｔの中で、凹部Ｓｔに接触する単層のトナーｔ上に多層化するトナーｔの割合が急激に増加してしまう。これは、磁性キャリアｃに三層以上のトナーｔが被覆されることが難しく、磁性キャリアｃにより制御し切れないトナーｔが増加するためと考えられる。このため、規制部材２７を用いない構成の場合には、被覆率は２００％以下であることが好ましい。なお、前述の部材以外は、実施例１、２と同様であり、トナー回収部材２４へのトナーｔの回収について詳細は省略する。
【０１３２】
＜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ｃ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、現像剤担持体２２と二成分現像剤担持部材２３１は電気的にフロートの状態とし、現像剤担持体２２に接触するのは、二成分現像剤担持部材２３１に担持された磁性キャリアｃのみとするように、予め規制部材２７、トナー回収部材２４、転写部材４０等を離間しておく。
【０１３３】
規制部材２７の位置において、現像剤担持体２２に対向するように、表面電位計ＭＯＤＥＬ３４７（トレック社製）のプローブを設置し、現像剤担持体２２の表面電位を測定する。回転動作前後の電位差（動作後電位ー動作前電位）を計測し、電位差がプラスであれば現像剤担持体２２の凹凸構造部２２２は磁性キャリアｃに比べて、帯電系列上ポジ側、電位差がマイナスであればネガ側と判断することができる。一方、磁性キャリアｃとトナーｔの摩擦帯電により、トナーｔが磁性キャリアｃ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。
【０１３４】
＜被覆率の測定方法＞
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ｔと磁性キャリアｃ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。ＴＤ比ｑを用いて、被覆率Ｓは下式により算出される。
【０１３５】
【数７】
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上式、及び後述する真密度の測定方法により計測されるトナーｔの密度ρｔ（１．０５ｇ／ｃｍ３）、磁性キャリアｃの密度ρｃ（４．８ｇ／ｃｍ３）より、本実施例で使用した二成分現像剤の被覆率は１５０％である。
【０１３６】
＜真密度ρの測定方法＞
トナーｔ及び磁性キャリアｃ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、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。
【０１３７】
＜磁性キャリアの平均粒径の測定方法＞
磁性キャリアの平均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、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、磁性キャリアｃの平均粒径ｒｃを求める。なお、トナーｔの平均粒径ｒｔとする。
【０１３８】
＜カバー率の測定方法＞
コート後の凹凸構造部２２２をマイクロスコープ（Ｋｅｙｅｎｃｅ社製ＶＨＸ−５０００）で撮影し、画像処理ソフト（アドビ社製ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ）を用いて、トナー部の面積（ｐｘ）のみを抽出し、全体の面積に対する比率を算出する。
【０１３９】
図２７は、本発明の実施例３の変形例に係る画像形成装置の概略構成図である。画像形成装置は、供給部において二成分現像剤担持部材２３１が、現像剤担持体２２の回転方向ｈに対し、逆方向Ｒに回転しているのに対し、本画像形成装置は、同方向に回転している。さらに、二成分現像剤担持部材２３１は、トナー回収部材２４と数１００μｍの間隙で配されており、二成分現像剤担持部材２３１上に担持された二成分現像剤が、対向するクリーニング部においてトナー回収部材２４と接触する。
【０１４０】
二成分現像剤担持部材２３１、トナー回収部材２４には、不図示の電源により電圧が印加されており、トナー回収部材２４上に回収されたトナーｔが二成分現像剤担持部材２３１へ移行するような電位差が設けられている。このため、トナー回収部材２４上に回収されたトナーｔは、二成分現像剤担持部材２３１に担持された二成分現像剤中に回収され、容易に撹拌部材２８による撹拌工程に戻すことができる。これに伴い、クリーニング部材２９が不要となり、構成の小型化、簡素化が可能になる。なお、二成分現像剤担持部材２３１とトナー回収部材２４との間に規制部材２７を設けても構わない。
【実施例４】
【０１４１】
図２８は、本発明の実施例４に係る画像形成装置の概略構成図である。実施例３は現像剤担持体２２内に永久磁石は配されておらず、二成分現像剤が担持されないのに対し、本実施例は現像剤担持体２２の内部に回転不可に支持された複数の永久磁石２２４が回転不可に支持され、二成分現像剤が担持されることを特徴としている。この二成分現像剤は、非磁性トナーｔと磁性キャリアｃとを混合した現像剤である。
【０１４２】
また、現像剤担持体２２とトナー回収部材２４は、互いに接触する位置に配置される。トナー回収部材２４は、現像剤担持体２２とトナー回収部材２４の電位差により作用する静電気力によりトナーｔを回収する。
【０１４３】
現像剤担持体２２が二成分現像剤を担持、搬送する過程おいて、凹凸構造部２２２と二成分現像剤の接触頻度が上がり、現像剤担持体２２へのトナーコートが改善するため、より安定した画像出力が可能になる。
【０１４４】
これに伴い、現像剤供給部材２３とトナー回収部材２４との間に、現像剤担持体２２に担持された現像剤の一部を回収する現像剤回収部材２５が配置される。現像剤回収部材２５は、内部に回転不可に支持された複数の永久磁石２５１ｂを有する。現像剤回収部材２５が磁気力により現像剤を回収することを特徴としている。
【０１４５】
現像剤担持体２２と現像剤回収部材２５は、間隙を有して配置される。現像剤回収部材２５は、現像剤担持体２２の内部の永久磁石と現像剤回収部材２５の内部の永久磁石とが協働して磁場を形成して、磁場により作用する磁気力により現像剤を回収する。なお、潜像を担持するのは、現像剤担持体２２でも、トナー回収部材２４でも構わない。
【０１４６】
現像剤担持体２２へのトナーコートについて詳細を説明する。現像容器２１内の二成分現像剤は撹拌部材を兼ねた現像剤供給部材２３により、現像剤担持体２２に供給される。現像剤担持体２２は、潜像を担持する潜像担持部材２２１と、表面にトナーｔが接触可能、磁性キャリアｃが接触不可能な凹部Ｓｔを複数有する凹凸構造部２２２と、内部に固定配置された複数の永久磁石２２４と、を有する。
【０１４７】
図２９（ａ）は、現像剤担持体２２の断面を示す模式図である。なお、本実施例においては、潜像担持部材２２１として感光体ドラムを一例としているが、感光体ベルト、電極ドラム等でも構わない。永久磁石２２４により作られる磁界、及び現像剤担持体２２が図中矢印ｈ方向へ回転することにより、二成分現像剤は現像剤担持体２２上に担持され、矢印ｈ方向へ搬送される。
【０１４８】
図２９（ｂ）は、搬送過程における凹凸構造部２２２上の二成分現像剤の挙動を説明する模式図である。搬送過程において、凹凸構造部２２２の移動速度と二成分現像剤の搬送速度は、厳密には等速ではなく速度差を有す。例えば、永久磁石の影響を強く受ける極上の部位においては、二成分現像剤は現像剤担持体２２の半径方向に力を受け易く（Ｆｒ）、二成分現像剤の搬送速度が凹凸構造部２２２の移動速度に比べて遅くなり易い。このとき、トナーｔは凹凸構造部２２２の凹部Ｓｔに多点接触し、磁性キャリアｃから脱離し、各々の凹部Ｓｔの急傾斜面ＳＲ方向に均等に詰められていく。その結果、搬送過程において、凹凸構造部２２２の凹部Ｓｔに従って、均一な薄層のトナー層を得ることができる。
【０１４９】
このとき、凹部Ｓｔに拘束されたトナー以外に多層化したトナーは、後続から搬送される磁性キャリアに回収され易く、多層化が発生し難い。なお、現像剤回収部材２５とトナー回収部材２４との間に規制部材２７を設けても構わない。その後、二成分現像剤は、現像剤担持体２２と現像剤回収部材２５とが対向する現像剤回収部まで搬送され、凹凸構造部２２２の凹部Ｓｔに拘束されたトナーを除き、磁気力により現像剤回収部材２５に回収される。現像剤回収部材２５は、二成分現像剤を担持する二成分現像剤担持部材２５であり、図中矢印方向に回転可能なスリーブ２５１ａと、内部に固定配置された複数の永久磁石２５１ｂと、を有する。
【０１５０】
ここで、図２８の説明に戻る。現像剤回収部において、現像剤担持体２２と現像剤回収部材２５内の永久磁石は、異極（図中、Ｎ１、Ｓ１）になるように配されており、協働で磁場を形成している。現像剤回収部に作用する磁気力及びスリーブ２５１ａの回転により、二成分現像剤は現像剤担持体２２から現像剤回収部材２５へ回収される。回収された二成分現像剤は、スリーブ２５１ａの回転により搬送され、永久磁石２５１ｂの隣接する同極（図中、Ｓ１、Ｓ２）の影響により、現像剤回収部材２５から脱離し、再び撹拌工程へ戻り、以後これを繰り返す。
【０１５１】
一方、現像剤回収部材２５へ回収されずに、凹凸構造部２２２に残留した凹部Ｓｔ上のトナーは、トナー回収部材２４と対向するトナー回収部に搬送され、非画像部のトナーが回収される。トナー回収部材２４は、回転自在に支持されるベルト部材２４５と、ベルト部材２４５を懸架する駆動ローラ２４６と、不図示の電源より電圧を供給する電圧印加部材２４７と、を有する。ベルト形状にすることにより、現像剤担持体２２との接触距離を確保し易く、電圧印加部材２４７を接触領域下に配することにより、非接触部におけるジャンピング現像をさらに抑制することができる。
【０１５２】
なお、トナー回収部材２４はベルト形状ではなく円筒形状のローラ等でも構わない。トナー回収部における電位差により回収されたトナーは、ベルト部材２４５の回転により、クリーニング部材２９と対向するクリーニング部まで搬送される。クリーニング部材２９は、導電性の繊維をブラシ状に形成したファーブラシ部材であり、不図示の電源により電圧が印加されている。
【０１５３】
クリーニング部における電位差により、ベルト部材２４５上に回収されたトナーをクリーニング部材２９へ移行させクリーニングする。クリーニング部材は、ファーブラシ部材以外にも、表面が弾性を有する多孔性の発泡材で形成された部材や、磁性粒子を担持して磁性粒子を磁気ブラシ状に形成した、所謂磁気ブラシ部材、固定された規制部材等によりクリーニングしても構わない。なお、部材以外は、実施例１、２、３と同様であり詳細は省略する。
【０１５４】
図３０は、本発明の実施例４の変形例に係る画像形成装置の概略構成図である。実施例４の画像形成装置は、現像剤回収部において現像剤回収部材２５が、現像剤担持体２２の回転方向ｈに対し、逆方向に回転しているのに対し、変形例の本画像形成装置は、同方向に回転している。さらに、現像剤回収部材２５は、トナー回収部材２４と数１００μｍの間隙で配されており、現像剤回収部材２５上に担持された二成分現像剤が、対向するクリーニング部においてトナー回収部材２４と接触する。
【０１５５】
現像剤回収部材２５、トナー回収部材２４には、不図示の電源により電圧が印加されており、トナー回収部材２４上に回収されたトナーが現像剤回収部材２５へ移行するような電位差が設けられている。このため、トナー回収部材２４上に回収されたトナーは、現像剤回収部材２５に担持された二成分現像剤中に回収され、容易に撹拌工程に戻すことができる。これに伴い、クリーニング部材２９が不要となり、構成の小型化、簡素化が可能になる。なお、現像剤回収部材２５とトナー回収部材２４との間に規制部材２７を設けても構わない。また、現像剤担持体２２上に担持される現像剤の量を規制するために、現像剤供給部材２３と現像剤回収部材２５との間に規制部材を設けても構わない。
【実施例５】
【０１５６】
図３１は、本発明の画像形成装置の一実施例を示す概略構成図である。実施例４は現像剤回収部材２５内に複数の永久磁石２５１ｂが配されているのに対し、本実施例は、現像剤回収部材２５は、磁性材料、又は透磁率が高い金属材料で形成されることを特徴としている。現像剤回収部材２５が簡易な構成であるために、画像形成装置の小型化に対応することが可能になる。なお、潜像を担持するのは、現像剤担持体２２でも、トナー回収部材２４でも構わない。
【０１５７】
現像剤担持体２２と現像剤回収部材２５は、間隙を有して配置される。現像剤回収部材２５は、現像剤担持体２２の内部の永久磁石２２４と現像剤回収部材２５とが協働して磁場を形成して、磁場により作用する磁気力により現像剤を回収する。
【０１５８】
現像剤担持体２２へのトナーコートについて詳細を説明する。現像容器２１内の二成分現像剤は撹拌部材を兼ねた現像剤供給部材２３により、現像剤担持体２２に供給される。現像剤担持体２２は、潜像担持部材２２１としての感光体ベルト２２５と、その上部にトナーｔが接触可能、磁性キャリアｃが接触不可能な凹部Ｓｔを複数有する凹凸構造部２２２と、感光体ベルト２２５の内部に回転不可に支持された複数の永久磁石２２４と、感光体ベルト２２５を懸架する駆動ローラ２２６と、不図示の電源より電圧を供給する電圧印加部材２２７と、を有する。
【０１５９】
現像剤担持体２２とトナー回収部材２４は、互いに接触する位置に配置される。トナー回収部材２４は、現像剤担持体２２とトナー回収部材２４の電位差により作用する静電気力によりトナーｔを回収する。
【０１６０】
なお、本実施例においては、潜像担持部材２２１として感光体ベルトを一例としているが、電極ベルトや、感光体ドラム、電極ドラム等でも構わない。永久磁石２２４により作られる磁界、及び現像剤担持体２２が図中矢印ｈ方向へ回転することにより、二成分現像剤は現像剤担持体２２上に担持され、矢印ｈ方向へ搬送される。搬送過程において凹凸構造部２２２の凹部Ｓｔに従って、現像剤担持体２２上には均一な薄層のトナー層がコートされる。
【０１６１】
このとき、凹部Ｓｔに拘束されたトナー以外に多層化したトナーは、後続から搬送される磁性キャリアｃに回収され易く、多層化が発生し難い。その後、二成分現像剤は、現像剤担持体２２と現像剤回収部材２５とが対向する現像剤回収部まで搬送され、凹凸構造部２２２の凹部Ｓｔに拘束されたトナーを除き、磁気力により現像剤回収部材２５に回収される。
【０１６２】
現像剤回収部材２５は、磁性材料、又は透磁率が高い金属材料で形成されており、図中矢印方向に回転可能に配されている。本実施例においては、現像剤回収部材２５は回転可能としたが、材料の薄板等を固定配置させる構成でも構わない。現像剤回収部において、永久磁石２２４と現像剤回収部材２５は協働で磁場を形成し、二成分現像剤は磁気力により現像剤回収部材２５へ回収される。なお、前述の部材以外は、実施例１、２、３、４と同様であり詳細は省略する。
【０１６３】
図３２は、本発明の画像形成装置の一実施例を示す概略構成図である。図３１の画像形成装置では、『現像剤担持体』としての感光体ベルト２２５の内側（内部）に永久磁石２２４が回転不可に支持されているのに対し、本画像形成装置では、『現像剤担持体』としての感光体ベルト２２５の内側（内部）に複数の永久磁石２２４が図中矢印方向に回転可能に支持されている。永久磁石２２４が回転することにより、凹凸構造部２２２の移動速度と二成分現像剤の搬送速度に相対速度を付け易くなる。これにより、凹凸構造部２２２と二成分現像剤の接触頻度を上げることが可能になり、構成の小型化、高速化が可能になる。
【０１６４】
実施例１〜５の構成によれば、現像剤担持体２２の表面に形成された凹凸構造部２２２の凹部Ｓｔに従い、高密度な薄層のトナーが均一にコートされる。更に、現像剤担持体に対向し、現像剤担持体の回転方向に対し、現像剤供給部材より下流、転写部材より上流の位置に配されたトナー回収部材により、画像パターンに従って、非画像部のトナーが回収される。回収後に現像剤担持体上に残留するトナーは、凹部Ｓｔに拘束されているため、高密度な薄層のトナー像が維持される。以上の構成により、安定して高密度で薄層のトナー像を形成可能にして、より少ないトナー量で高画質画像を出力することができる。
【符号の説明】
【０１６５】
２０    現像容器
２１Ｘ  開口
２２    現像剤担持体
２３    現像剤供給部材
２４    トナー回収部材
４０    転写部材
６０    転写材
１００  画像形成装置
Ｓｔ    凹部
ｔ      トナー
【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１２】
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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】
2016224266.tif 000036
【図２７】
2016224266.tif 000037
【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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