JP5247229B2

JP5247229B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP5247229B2
Application number: JP2008126874A
Authority: JP
Inventors: 正之藤島; 昭宏渡辺; 寿向高; 浩山崎
Original assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2008-05-14
Filing date: 2008-05-14
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2028-05-14
Also published as: JP2009276501A

Description

本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリそれらの複合機などの画像形成装置に関し、特に、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる二成分現像剤を使用し、帯電されたトナーのみを現像ローラ上に保持し、トナーを静電潜像に飛翔させることで該潜像を現像する、非接触現像方式に供するのに好適な画像形成装置に関する。

従来、磁気ローラと現像ローラとを備えた画像形成装置において、現像ローラとして表面にアルマイト皮膜を有するローラを使用することが知られている（特許文献１参照）。
しかしながら、アルマイト皮膜は離型性がそれほど高くないため、特に小径トナーの場合は、トナー自体が鏡像力やファンデルワールス力の影響を大きく受けるため、感光体の周速（現像ローラは通常その１．５倍の周速）が速くなると、現像バイアスを印加しても感光体の静電潜像に飛翔せず、現像性が低下するという問題がある。

一方、非磁性一成分現像方式における現像ローラとして、アルミニウム合金スリーブの外周にアルマイト皮膜を形成し、その上に導電剤（カーボンブラックなど）を含有する樹脂層（シロキサン変性ポリウレタン樹脂などからなる）を形成したものが知られている（特許文献２参照）。この現像ローラは、アルマイト皮膜を設けることによりスリーブと樹脂層との層間接着強度が向上し、また現像ローラの耐リーク性が向上すると記載されている（特許文献２の［００２２］、［００２３］等）。

ところで、アルマイト皮膜の最表面層は一般的に大きな凹凸形状となり多数の孔が存在している状態である。この孔は平均径が約０．１μｍである。また、一般的に用いられるカーボンブラックは平均粒子径が約２０ｎｍであり、アルマイト皮膜の最表面層に存在している孔に容易に入り込んでしまう。これにより、アルマイト皮膜の抵抗が低下してしまい、所望の耐リーク性、すなわち耐電圧性が得られないという問題があった。
アメリカ合衆国特許第７０４３１８１号明細書特開２００８−７６６１８号公報

本発明者らは、前記所望の耐リーク性を得るために、アルマイト皮膜の表面にアルマイト皮膜の孔径よりも大きな粒子径を有するカーボンブラック粒子などの抵抗調整剤を含む樹脂材料を塗布することを検討した。
しかしながら、本発明者らの検討によれば、抵抗調整剤の径が大きい場合には、添加量を増やしていくと表面粗さ（Ｒａ）が大きくなり、トナーとのファンデルワールス力が強くなり、トナーがローラ表面に付着してしまい、特にトナー中の３μｍ以下のトナー粒子が付着しやすいという問題があった。
そこで本発明は、非接触現像方式の画像形成装置において現像ローラ抵抗層としてアルマイト皮膜を用いる場合に、アルマイト層の抵抗低下を発生させないようにして所望の耐リーク性を得ると共に、表層の算術表面粗さ（Ｒａ）を低下させることにより、トナー粒子の現像ローラ表面への付着を低減することを課題とする。

本発明者らは前記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、現像ローラ抵抗層としてアルマイト皮膜を用いる場合に、樹脂コート層に含有させる抵抗調整剤の平均粒子径Ａとアルマイト皮膜表面層に存在する孔の平均径Ｂの関係をＡ＞Ｂとすることにより、アルマイト皮膜の表面層孔部に抵抗調整剤が入り込まないようにし、アルマイト層の抵抗低下を発生させないようにして所望の耐リーク性を得ると共に、最上層の樹脂コート層には、粒子径の小さい抵抗調整剤を用いることで、表層の算術表面粗さ（Ｒａ）を低下させることにより、トナー粒子の現像ローラ表面への付着を低減することができることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、少なくともキャリアとトナーを含む現像剤を磁気保持する二成分現像剤搬送体と、前記搬送体よりトナーを移送してその表面にトナーの薄層を形成する現像ローラと、前記現像ローラ及び／又は前記現像剤搬送体に現像バイアスを印加して潜像担持体の潜像の現像を行う画像形成装置において、前記現像ローラがアルミニウム系金属製基体を含み、その表面に抵抗層としてアルマイト皮膜を有してなり、さらに前記アルマイト皮膜の上に抵抗調整剤を含有する樹脂層を有し、前記樹脂層は、少なくとも、平均粒子径Ａの第１抵抗調整剤を含有し、その平均粒子径Ａとアルマイト皮膜表面層に存在する孔の平均径Ｂの関係がＡ＞Ｂである第１樹脂層と、前記第１樹脂層の上層に前記第１抵抗調整剤の平均粒子径Ａより小さい平均粒子径を有する第２抵抗調整剤を含有する第２樹脂層を含むことを特徴とする。

本発明によれば、樹脂コート層に含有させる抵抗調整剤の平均粒子径Ａとアルマイト皮膜表面層に存在する孔の平均径Ｂの関係をＡ＞Ｂとすることにより、アルマイト皮膜の表面層孔部に抵抗調整剤が入り込まないようにし、アルマイト層の抵抗低下を発生させないようにして所望の耐リーク性を得ると共に、樹脂コート層の最上層には、粒子径の小さい抵抗調整剤を用いることで、表層の算術表面粗さ（Ｒａ）を低下させることにより、トナー粒子の現像ローラ表面への付着を低減することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係る非接触現像方式の画像形成装置の概略構成を示す説明図である。図２は図１の現像手段の一部を示す概略構成図である。図３は図１の現像ローラの表面部を示す概略拡大断面図である。

（画像形成装置）
本発明の画像形成装置は、磁性キャリア４とトナー５からなる二成分現像剤を用い、磁気ローラ１（二成分現像剤搬送体）上に担持された二成分現像剤により現像ローラ２上にトナー薄層９を形成し、トナー薄層９からトナー５を飛翔させて、感光体３（静電潜像担持体）上に形成された静電潜像を現像する、所謂非接触現像方式による画像形成装置である。図１に示すように、該画像形成装置は、前記感光体３を備え、この感光体３の周囲には帯電手段８、露光手段１６、現像手段１８、一次転写手段２２、二次転写手段２５、定着手段２６およびクリーニング手段２４等が配置されている。

前記画像形成装置による画像形成は以下のようにして行われる。即ち、前記感光体３の表面が帯電手段８により均一に帯電され、この帯電された表面を露光手段１６により露光して静電潜像が形成される。得られた静電潜像には現像手段１８からトナー５を付着させることによりトナー像として現像される。このトナー像は一次転写手段としての一次転写ローラ２２によって、中間転写体（中間転写ベルト）２０上に感光体３から転写される。そして、複数色のトナー像を中間転写体２０上に重ねて転写した後、二次転写手段としての二次転写ローラ２５により、給紙カセット２７から二次転写位置に搬送された被転写体にトナー像を転写する。この被転写体は定着手段としての定着ローラ２６に搬送されて、ここでトナー像が被転写体上に定着された後、例えば、排紙トレー（不図示）に排紙される。転写後に感光体３表面に残った未現像のトナーはクリーニング手段２４により除去される。

感光体３としては、セレン、アモルファスシリコン等の無機感光体、導電性基体上に電荷発生剤、電荷輸送剤、結着樹脂等を含有する単層または積層の感光層が形成された有機感光体（ＯＰＣ）等が挙げられる。帯電手段８としては、スコロトロン方式、帯電ローラ、帯電ブラシ等が挙げられる。露光手段１６は、露光光としてＬＥＤまたは半導体レーザー等が挙げられる。また、クリーニング手段２４としては例えばドクターブレード式等が挙げられ、それぞれ公知のものを用いることができる。

現像手段１８は、内部に複数の磁性部材が固定して配設され、該磁性部材の外周部を回転するスリーブ状の磁気ローラ１（二成分現像剤搬送体）と、内部に前記磁気ローラ１とは異極の磁性部材が固定して配設され、該磁性部材の外周部を回転するスリーブ状の現像ローラ２（トナー担持体）と、前記磁気ローラ１と前記現像ローラ２の互いに異なる磁極の磁力により磁界が形成され、この磁界により磁気ローラ１上に形成された磁気ブラシ６の高さを一定に保つための規制ブレード７とから構成されている。さらに、磁気ローラ１に印加する交流（ＡＣ）バイアス電源１１ａおよび直流（ＤＣ：Ｖｄｃ１）バイアス電源１１ｂからなるバイアス電源１１と、現像ローラ２に印加する交流（ＡＣ）バイアス電源１２ａおよび直流（ＤＣ：Ｖｄｃ２）バイアス電源１２ｂからなるバイアス電源１２とを備えている。

また、本発明の画像形成装置は、トナー５が収納されたトナーコンテナ(不図示)と、該トナーコンテナから二成分現像剤を収容する二成分現像剤収容部４５に供給されたトナー５を、キャリア４とともに攪拌し帯電させる攪拌スクリュー４０と攪拌スクリュー４４を有し、仕切板４２の両端部で連通し、その一端側を通って攪拌スクリュー４０から攪拌スクリュー４４に供給された二成分現像剤を磁気ローラ１へ供給し、攪拌スクリュー４４は前記一端とは他端側から攪拌スクリュー４０側へと二成分現像剤を循環してなる、磁気ローラ１、現像ローラ２、攪拌スクリュー４０および攪拌スクリュー４４が収納されたハウジング４６とを備えている。

（現像方法）
図２に本発明にかかる現像手段の一部を模式的に示し、それを参照しながら、現像方法について説明する。
磁気ローラ１に内包されている固定マグネットで磁気的に拘束されているキャリア４（磁性体粒子）と、その表面に帯電保持されているトナー５とからなる磁気ブラシ６が、磁気ローラ１表面を回動し現像ローラ２へ搬送される。磁気ローラ１の表面はブラスト処理や溝加工を施したものを用いることで磁気ブラシ６の搬送をよりスムーズに行える。

図２に示すように、現像ローラ２には直流電圧（ＤＣ：Ｖｄｃ２）１２ｂに交流電圧（ＡＣ）１２ａを重畳させた現像バイアス電圧１２が印加され、磁気ローラ１には直流電圧（ＤＣ：Ｖｄｃ１）１１ｂに交流電圧（ＡＣ）１１ａを重畳させた現像バイアス電圧１１が印加される。そして、磁気ローラ１上には前記磁気ブラシ６が形成され、磁気ローラ１上の磁気ブラシ６は規制ブレード７によって層規制されて、磁気ローラ１と現像ローラ２との間の電位差（搬送バイアス）ΔＶ（＝｜Ｖｄｃ１−Ｖｄｃ２｜）によって、搬送された磁気ブラシ６を介してトナー５が現像ローラ２に移動しトナー薄層９を形成する。そして、感光体３と現像ローラ２間に現像バイアスをかけることにより、現像ローラ２上のトナー薄層９からトナー５を飛翔させて、感光体３上の静電潜像を現像する。

現像が行われた後、残留トナー層を有する現像ローラ２はその対向位置において磁気ブラシ６を有する磁気ローラ１と最接近し、この対向位置で磁気ブラシ６による機械的な力及び磁気ローラ１と現像ローラ２との間に印加されるバイアスによって、現像ローラ２上のトナー薄層９が掻き取られ、回収される。それと同時に、磁気ローラ１と現像ローラ２との間に印加される搬送バイアスに応じて磁気ローラ１上の現像剤層からトナー５が現像ローラ２側に供給され、新たなトナー薄層９が形成されることになる。

感光体３上の前記静電潜像は、感光体３の表面に帯電手段８により＋２５０〜８００Ｖに帯電したところへ、露光手段１６を用いて形成することができる。ＯＰＣ感光体を用いると、全露光で＋７０〜２２０Ｖが得られ、アモルファスシリコン感光体では１０〜５０Ｖの露光後電位が得られる。露光には、半導体レーザーおよびＬＥＤのどちらも用いることができる。

現像時、現像バイアス条件は、例えばトナーに正規の正帯電トナーを用いた場合、磁気ローラ１に＋３００〜５００Ｖを、現像ローラ２に＋１００Ｖを印加するのがよい。薄層形成の電位差としては、２００〜４００Ｖが適正でトナー５の帯電量とのバランスで調整すればよい。

交流条件は、磁気ローラ１に現像ローラ２と同周波数、同周期で逆位相のＶｐｐ（ピーク交流バイアス）＝０．１〜２．０ｋＶ、周波数＝２〜５ｋＨｚ、ＤＵＴＹ比＝６０〜８０％を、現像ローラ２にはＶｐｐ＝１．０〜２．０ｋＶ、周波数＝２〜５ｋＨｚ、ＤＵＴＹ比＝２０〜５０％が好ましい。Ｖｐｐを高めると薄層形成がより瞬時に行われるが、反面耐リーク性が弱くなりノイズの発生原因になる。

トナー５は、正帯電トナーおよび負帯電トナーのいずれも用いることができる。トナー５の体積平均粒子径は４．０〜７．５μｍであるのが、トナーの現像性、回収性が良好で、画質の滑らかさなど高画質な画像を得るうえで適当である。また、トナー５の帯電量は６〜３０μＣ／ｇ程度であるのが、周辺へのトナー飛散を抑制し、かつ良好な薄層を形成させるうえで好ましい。
トナー体積平均粒子径はマルチサイザーIII（ベックマン・コールター社製）を用い、アパチャー径１００μｍ（測定範囲２．０〜６０μｍ）で測定することができる。また、トナー帯電量は、ＱＭメータ（ＴＲＥＫ社製、ＭＯＤＥＬ２１０ＨＳ）で測定することができる。

キャリア４は、公知のものを用いることができるが、好ましくはフェライトのコアを用いて表面に樹脂のコーティングを施したものを用いるのがよい。コーティング樹脂はシリコーン、フッ素エポキシ、フッ素シリコーン、ポリアミド、ポリアミドイミドなど既知のものでよい。また、キャリア粒子径（重量平均粒子径）は２５〜５０μｍのものを用いるのが、磁力による保持力を高め、かつ磁気ブラシ６の密さが適度となり、トナー薄層９の形成も滑らかになるので好ましい。さらにキャリア４の飽和磁化は３５〜９０ｅｍｕ／ｇのものが、良好なキャリア飛びと均一な薄層形成のうえで好ましい。
キャリア４の飽和磁化は、ＴＯＥＩ社製「ＶＳＭ−Ｐ７」を用いて、磁場７９．６ｋＡ／ｍ（１ｋＯｅ）で測定することができる。

磁気ローラ１と現像ローラ２間のギャップは２００〜６００μｍ、好ましくは３００〜４００μｍである。ギャップは薄層形成を瞬時に行うために最も効果的な因子である。その幅が広いとその効率が低下し、現像ゴースト等の問題が生じる。また狭いとブレードギャップを通過する磁気ブラシ６がギャップを通過できずにトナー薄層９を乱してしまう等の問題が生じるおそれがある。

（現像ローラ）
本発明に係る現像ローラは、固定された磁性部材の外周部を回転するスリーブ状のローラである。該現像ローラは、図３に示すように、スリーブ状のアルミニウム系金属製基体３０を含み、その表面に抵抗層としてアルマイト皮膜３１を有してなり、さらにアルマイト皮膜３１の上に樹脂層３８を有する。この樹脂層３８は、少なくとも第１樹脂層３３と第２樹脂層３５を含むものである。第１樹脂層３３は、アルマイト皮膜３１上に形成される樹脂層であって、平均粒子径Ａの第１抵抗調整剤３４を含有し、その平均粒子径Ａとアルマイト皮膜表面層に存在する孔３２の平均径Ｂの関係がＡ＞Ｂである。第２樹脂層３５は、最上層に形成される樹脂層であって、前記第１抵抗調整剤３４の平均粒子径Ａより小さい平均粒子径を有する第２抵抗調整剤３６を含有する。第２樹脂層３５の上にトナー薄層９が形成される。

前記アルミニウム系金属としては、純アルミニウムや、Ａｌ−Ｍｎ系、Ａｌ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系などの合金が挙げられる。スリーブ状のアルミニウム系合金製基体に陽極酸化処理を施し、表面にアルマイト皮膜を形成する。陽極酸化処理は、電解浴として硫酸、クロム酸、リン酸、シュウ酸などの酸の水溶液を使用して行う。このような陽極酸化処理により形成されたアルマイト皮膜の表面層には、平均径が０．１μｍ程度の孔が存在する。アルマイト皮膜の厚さは、耐リーク性のうえで、５〜３０μｍの範囲が好ましく、１０〜２５μｍであるのがより好ましい。

前記アルマイト皮膜３１の上に、少なくとも、第１抵抗調整剤を含有する第１樹脂層３３と第２抵抗調整剤を含有する第２樹脂層３５をこの順に設ける。第１樹脂層３３に含有される第１抵抗調整剤の平均粒子径Ａとアルマイト皮膜表面層に存在する孔の平均径Ｂとは、Ａ＞Ｂの関係を有することによって、アルマイト皮膜の表面層孔部に導電材である抵抗調整剤が入り込まないようにし、アルマイト皮膜の抵抗低下を発生させないようにして所望の耐リーク性を得ることができる。
具体的には、アルマイト皮膜表面層に存在する孔の平均径Ｂ（通常０．０５〜０．３μｍ）よりも第１抵抗調整剤の平均粒子径Ａは０．３μｍ以上、好ましくは０．４〜０．６μｍ程度大きいのがよい。

また、最上層の第２樹脂層には、第１抵抗調整剤より平均粒子径の小さい第２抵抗調整剤を用いることで、表層の算術表面粗さ（Ｒａ）を低下させることにより、トナー粒子の現像ローラ表面への付着を低減することができる。具体的には、第２抵抗調整剤の平均粒子径は、第１抵抗調整剤の平均粒子径よりも小さければ良く、好ましくは粒子径が０．０１〜０．２μｍ程度のものが好ましい。より好ましくは、前記第２抵抗調整剤は、アルマイト皮膜表面層に存在する孔の平均径Ｂより小さい平均粒子径であるのがよい。

最上層の第２樹脂層の算術表面粗さ（Ｒａ）は、小径のトナー粒子が付着しにくいという観点から、０．２μｍ以下であるのが好ましい。第２樹脂層の算術表面粗さ（Ｒａ）をこの範囲に調整しやすいという点から、第２抵抗調整剤の平均粒子径は１０〜２００ｎｍの範囲が好ましい。第１抵抗調整剤、第２抵抗調整剤の平均粒子径は、例えばＪＥＯＬ社製電界放射形走査電子顕微鏡ＦＥ−ＳＥＭ（ＪＳＭ−７４０１Ｆ）を用い倍率３００００倍に拡大した抵抗調整剤を１００個無作為にサンプリングし、その画像情報をマウンテック社製画像解析式粒度分布測定ソフトウェア（Ｍａｃ−Ｖｉｅｗ）によって算出することができる。算術表面粗さ（Ｒａ）は、東京精密社製ＳＵＲＦＣＯＭ１５００ＤＸ（ＪＩＳＢ０６０１-１９９４）、測定条件（算出規格：ＪＩＳ−‘９４規格、測定種別：粗さ測定、測定長さ：４．０ｍｍ、カットオフ波長：０．８ｍｍ、測定速度：０．３ｍｍ／ｓ）により測定することができる。
第１樹脂層の厚さは、抵抗調整剤の分散性の観点から３〜７μｍの範囲が好ましい。第２樹脂層の厚さは、抵抗調整剤の分散性の観点から３〜７μｍの範囲が好ましい。３μｍより薄いと製造が困難である。また、７μｍより厚いと樹脂層の塗工後の乾燥時に抵抗調整剤が沈降して抵抗値にバラツキが生じる。

第１抵抗調整剤、第２抵抗調整剤としては、前記粒子径についての前記関係を満たす限り、各種の導電材が使用でき、たとえば、カーボンブラック、チタン酸カリウム、酸化チタンなどの１種または２種以上が適宜選択使用される。第１抵抗調整剤としてチタン酸カリウム、第２抵抗調整剤としてカーボンブラックを使用する組み合わせは好ましいものである。
第１抵抗調整剤の第１樹脂層における含有率、第２抵抗調整剤の第２樹脂層における含有率は、現像ローラの表面層の体積抵抗を１０⁷〜１０¹¹Ω・ｃｍの範囲に調整するように選択するのが好ましい。さらに、第２抵抗調整剤の第２樹脂層における含有率は、現像ローラの表面の算術表面粗さ（Ｒａ）を前記範囲に調整するように選択するのが好ましい。通常、第１抵抗調整剤の第１樹脂層における含有率は５〜３０重量％の範囲から選択され、第２抵抗調整剤の第２樹脂層における含有率は５〜３０重量％の範囲から選択される。

第１樹脂層、第２樹脂層に使用する樹脂としては、誘電率が低く、耐摩耗性などが優れた樹脂から適宜選択使用され、たとえば、シリコーン変性ウレタン樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。トナーが正帯電性のものである場合は、シリコーン変性ウレタン樹脂が特に好ましい。

前記シリコーン変性ウレタン樹脂としては、特開２００１−０２６６４８号公報、特開２００２−２０６０７号公報などに記載されているものが挙げられる。たとえば、（Ａ）分子鎖の側鎖及び／又は主鎖に少なくとも１個の脂肪族不飽和結合と、少なくとも１個の活性水素とが同一分子内に共存する炭化水素化合物及び／又は脂肪族不飽和基含有ポリシロキサンと、有機ポリイソシアネートと、ポリオール及び／又はポリアミンと、及び必要に応じて鎖伸長剤とを反応させることにより得られる脂肪族不飽和基を有するポリウレタン系樹脂１００重量部、（Ｂ）１分子中に２個以上のヒドロシリル基を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン０．１〜１００重量部、（Ｃ）ヒドロシリル化触媒の触媒量を含有してなる樹脂組成物を反応させて得られるものが挙げられる。
具体的には、本発明で使用可能なシリコーン変性ウレタン樹脂としては、例えば信越化学工業(株)社製のＸ−９３−１３４３、Ｘ−９３−１５４９、Ｘ−９３−１２４８Ｋ、Ｘ−９３−１２４９Ｃなどが挙げられる。

（Ａ）成分中の分子鎖の側鎖及び／又は主鎖に少なくとも１個の脂肪族不飽和結合（ビニル基等のアルケニル基、エチニル基等のアルキニル基等）と、少なくとも１個の活性水素とが同一分子内に共存する炭化水素化合物の例としては、下記一般式（１）〜（７）で表わされるものが挙げられる。

（式中、Ｒ¹、Ｒ²は単結合又は２価の炭化水素基、Ｒ³、Ｒ⁴、Ｒ⁵は１価の炭化水素基又は水素原子、Ｒ⁶は３価の炭化水素基、Ｘ¹は活性水素を有する有機官能基、Ｘ²は活性水素を有する有機官能基、１価の炭化水素基又は水素原子をそれぞれ表す。）
ここで、２価の炭化水素基としては、炭素数１〜１２、特に１〜６のアルキレン基、フェニレン基が好ましい。３価の炭化水素基としては、炭素数１〜１２、特に１〜６のもので、アルキレン基又はフェニレン基より水素原子が１個脱離したものが好ましい。１価の炭化水素基としては、炭素数１〜１２、特に１〜６のアルキル基、フェニル基が好ましい。また、活性水素を有する有機官能基としては、水酸基、アミノ基、カルボキシル基が好適なものとして挙げられる。なお、上記１価、２価、３価の各炭化水素基は、酸素原子、窒素原子、硫黄原子等のヘテロ原子を含んでいてもよい。
上記の炭化水素化合物としては、下記のものが例示されるが、これらに限定されるものではない。

（Ａ）成分中の脂肪族不飽和基（ビニル基等のアルケニル基、エチニル基等のアルキニル基等）含有ポリシロキサンの例としては、下記一般式（８）〜（１１）が挙げられる。

（式中、Ｒ⁷、Ｒ⁸は２価の炭化水素基、Ｒ⁹は１価炭化水素基、Ｒ¹⁰は単結合又は２価の炭化水素基、Ｒ¹¹、Ｒ¹²、Ｒ¹³は１価の炭化水素基又は水素原子、Ｒ¹⁴は１価の炭化水素基、Ｒ¹⁵は３価の炭化水素基、Ｘ³は活性水素を有する有機官能基、Ｘ⁴は活性水素を有する有機官能基、１価の炭化水素基又は水素原子、ｍ＝１〜２００の整数、ｎ＝１〜２００の整数をそれぞれ表す。）
ここで、２価の炭化水素基、１価の炭化水素基、３価の炭化水素基、活性水素を有する有機官能基としては、上記と同様である。また、ｍは好ましくは１０〜１００の整数、ｎは好ましくは１〜５０の整数である。
上記のポリシロキサン化合物としては、下記のものが例示されるが、これらに限定されるものではない。

（Ａ）成分中の有機ポリイソシアネートの例としては、２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネート、１−メチルシクロヘキシレン−２，４−ジイソシアネート、１−メチルシクロヘキシレン−２，６−ジイソシアネート、４，４'−ジフェニルメタンジイソシアネート、４，４'−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、１，５−ナフチレンジイソシアネート、３，３'−ジメチル−４，４'−ビフェニレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、水添キシリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、２，２，４−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、２，２，４−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート等のジイソシアネート類、これらジイソシアネートの３量体イソシアヌレート等が挙げられる。

（Ａ）成分中のポリオールの例としては、ポリエーテルジオール、ポリカーボネートジオール、ポリエステルジオール、両末端カルビノール変性ポリジメチルシロキサン等のジオール類や、グリセローラ、トリメチローラプロパン、ペンタエリトリトール、アクリルポリオール等が挙げられる。

（Ａ）成分中のポリアミンの例としては、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、両末端アミノ変性ポリジメチルシロキサン等の直鎖状ポリアミン、水添キシリレンジアミン、イソホロンジアミン等の脂環式ジアミン、２，４−トリレンジアミン、２，６−トリレンジアミン、１，５−ナフチレンジアミン、４，４'−ジフェニルメタンジアミン等の芳香族ジアミン等が挙げられる。

（Ａ）成分中の鎖伸長剤の例としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、ヘキサメチレングリコール、ビスフェノールＡ、ハイドロキノン等の短鎖ジオール類が一般的に用いられる。

上記成分を用いて（Ａ）成分の脂肪族不飽和基を有するポリウレタン系樹脂を得るには、常法によりケトン系、エステル系等の適当な溶剤中で、有機スズ系、アミン系等のウレタン化触媒存在下に、５０〜１５０℃で１〜１０時間熟成し、各成分を反応させればよい。更に必要ならば、粘度、固形分濃度、溶剤を調整するために、反応生成物を濃縮、希釈、溶媒置換してもよい。
各成分の反応割合は、所望するシリコーン変性ウレタン樹脂の物性に応じて選択すればよいが、一般的には、ポリオール及び／又はポリアミン１００重量部に対して分子鎖の側鎖及び／又は主鎖に少なくとも１個の脂肪族不飽和結合と少なくとも１個の活性水素とが同一分子内に共存する炭化水素化合物及び／又は脂肪族不飽和基含有ポリシロキサンが０．１〜５０重量部、好ましくは１〜２５重量部、鎖伸長剤が０〜５０重量部、好ましくは０〜１０重量部である。有機ポリイソシアネートの量は、上記活性水素含有化合物の活性水素とイソシアネート基のモル比（イソシアネート基／活性水素）が０．５〜２．０、特に０．９〜１．１となることが好ましい。

また、このポリウレタン系樹脂の重量平均分子量は１０，０００〜２，０００，０００、特に１０，０００〜１００，０００であることが好ましい。脂肪族不飽和基含有量は０．０００１〜１０，０００ミリモル／ｇであることが好ましく、より好ましくは０．００１〜１００ミリモル／ｇ、特に好ましくは０．０１〜１０ミリモル／ｇである。

（Ｂ）成分の１分子当たり２個以上のヒドロシリル基を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンとしては、下記一般式（１２）又は（１３）で表される化合物が好適であり、これらは単独であるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。

（上記式中、ｒ、ｓは０以上の整数であり、Ｒ¹⁶は水素原子又はＲ¹⁷、Ｒ¹⁷は１価有機基であり、かつＲ¹⁶が２個ともＲ¹⁷のときｓは２以上、Ｒ¹⁶の１個がＲ¹⁷、１個が水素のときｓは１以上、Ｒ¹⁶が２個とも水素のときｓは０以上の整数である。）

（上記式中、Ｒ¹⁸は１価有機基であり、ｔは０以上の整数、ｕは２以上の整数であり、ｔ＋ｕは３以上の整数である。）

上記式（１２）、（１３）において、Ｒ¹⁷、Ｒ¹⁸の１価有機基としては、好ましくは炭素数が１〜１２のものであり、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、フェニル基、２−フェニルプロピル基等のアルキル基、アリール基、アラルキル基などの非置換１価炭化水素基や、これらの非置換１価炭化水素基の水素原子の一部又は全部をハロゲン原子、アミノ基、エポキシ基、アルコキシ基、トリアルキルシリル基、ジアルキルアルコキシシリル基、アルキルジアルコキシシリル基、トリアルコキシシリル基等で置換した３−グリシドキシプロピル基、２−トリメトキシシリルエチル基等の置換１価炭化水素基が挙げられる。特に好ましくはメチル基である。

また、ｒ、ｓは０以上の整数であるが、ｒ＋ｓの値は１，０００以下が好ましく、特に１００以下が好ましい。ｒ＋ｓが大きくなると、（Ｂ）成分のオルガノハイドロジェンポリシロキサンの粘度が高くなり過ぎ、他の成分との混合が困難になるばかりでなく、相溶性が悪化して架橋反応が進行しにくくなる場合がある。また、ｔ＋ｕの値は３〜６が好ましい。更に、１分子当たりのヒドロシリル基含有率ｓ／（ｒ＋ｓ）、ｕ／（ｔ＋ｕ）が大きいほど架橋効率も向上するので好ましい。具体的には、下記のものが例示されるが、これらに限定されるものではない。

（Ｂ）成分のオルガノハイドロジェンポリシロキサンの使用量は、（Ａ）成分のポリウレタン系樹脂の固形分１００重量部に対して０．１〜１００重量部であるが、特に１〜２０重量部が好ましい。

（Ｃ）成分のヒドロシリル化触媒の例としては、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、オスミウム、ルテニウム等の貴金属の錯体、ベンゾイルパーオキシド、ジクミルパーオキシド、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシド等の過酸化物、２，２'−アゾビスイソブチロニトリル、２，２'−アゾビス（２−メチルブチロニトリル）、２，２'−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）等が挙げられる。これらのうち一般的には、反応性が高く、取り扱いも容易な白金系触媒、特に白金錯体が好ましく、とりわけ塩化白金酸のアルコール溶液や、塩化白金酸溶液を中和後に脂肪族不飽和炭化水素基含有化合物を配位させたもの等が好ましく使用される。
（Ｃ）成分のヒドロシリル化触媒の使用量は、触媒量で十分であるが、具体的に例示すると、（Ａ）成分のポリウレタン系樹脂の固形分１００重量部に対して、有効成分として０．００１〜０．１重量部である。

以下、実施例を示して本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。

[実施例１および比較例１〜３]
以下に示す仕様により、図１に示す本発明の画像形成装置を作製した。感光体ドラム３、現像ローラ２、磁気ローラ１の各スリーブの寸法、線速度などは、下記の通りである。感光体ドラム３にはアモルファスシリコンを使用し、磁気ローラのスリーブには、アルミニウムを使用した。現像ローラについては、下記参照。
感光体ドラム：外径３０ｍｍ、線速度２５０ｍｍ／sec
現像ローラ：外径１６ｍｍ、線速度３５５ｍｍ／sec
磁気ローラ：外径２０ｍｍ、線速度５６２．５ｍｍ／sec
磁気ローラと現像ローラ間距離：３５０μｍ
現像ローラと感光体ドラム間距離：２００μｍ
二成分現像剤としては、下記のトナー粒子、キャリアからなるものを使用した。トナー粒子は正帯電性のものである。
トナー粒径（体積平均粒子径）：６．５μｍ
キャリア粒径（重量平均粒子径）：３５μｍ
トナー／キャリア混合重量比率：１２％／８８％
前記画像形成装置の稼働時の電界条件は次の通りである。
感光体ドラム表面電位：＋３５０Ｖ
現像ローラ：Ｖｄｃ２＝１００Ｖ、Ｖｐｐ＝１．４ｋＶ、周波数ｆ＝４．５ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比＝４５％
磁気ローラ：Ｖｄｃ１＝３００Ｖ、Ｖｐｐ＝１．８５ｋＶ、周波数ｆ＝４．５ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比＝７０％

現像ローラとしては、図３に示す構成のものを作製した。アルミニウム管を、硫酸を含む電解浴中で陽極酸化処理し、表面に厚さ１５μｍのアルマイト皮膜を形成した。このアルマイト皮膜を走査電子顕微鏡で調べたところ、平均径約０．１μｍの孔が存在した。このアルマイト皮膜上に、第１抵抗調整剤を含有する樹脂塗工液を塗布、乾燥して厚さ５μｍの第１樹脂層を形成し、その上に第２抵抗調整剤を含有する樹脂塗工液を塗布、乾燥して厚さ５μｍの第２樹脂層を形成した。樹脂塗工液としては、第１樹脂層、第２樹脂層ともにシリコーン変性ウレタン樹脂塗工液（信越化学工業（株）製：Ｘ-９３-１３４３）を使用した。抵抗調整剤としてはカーボンブラック（三菱化学（株）社製：ＭＡ−１００、一次粒子の平均粒子径２２ｎｍ）、繊維状チタン酸カリウム（大塚化学（株）社製：デントールＷＫ５００、平均粒子径５〜１５μm、繊維径０．５μｍ）を使用した。抵抗調整剤の平均粒子径は前述の測定方法で測定した。実施例１および比較例１〜３における第１抵抗調整剤、第２抵抗調整剤の種類および含有率を表１に示す。表１において、抵抗調整剤の種類の下のカッコ内の数値は樹脂層中の抵抗調整剤の含有率（重量％）を示す。
得られた現像ローラの算術表面粗さ（Ｒａ）、体積抵抗値（Ω・ｃｍ）を測定した。結果を表１に示す。算術表面粗さ（Ｒａ）は前述の測定方法で測定した。体積抵抗値（Ω・ｃｍ）はローラ表面とローラ素管の間に１００Ｖ印加し、ULTRA HIGH RESISTANCE METER(ADVANTEST社製)により測定した。

（耐リーク性の評価）
耐リーク性はつぎのようにして評価した。
１．現像手段に駆動を与え、各ローラを回転させる。
２．現像ローラをＧＮＤに接続し、磁気ローラにＤＣ（直流電圧）とＡＣ（交流電圧）を印加する。周波数ｆ＝４．５ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比＝７０％は固定している。
３．現像ローラと磁気ローラの電位差はオシロスコープにて確認する。
４．現像ローラにトナー層を形成させないように現像ローラと磁気ローラの電位差を大きくしていき、オシロスコープ波形が乱れる処を確認する。
５．波形が乱れる時（リークが発生したと判断）の現像ローラと磁気ローラ間の最大電圧をリークマージン値とする。
（１００枚連続出力時ＩＤの測定）
前記画像形成装置を上記稼動時の条件下に稼働させて、Ａ４版印刷用紙（ＰＰＣ用紙）１００枚に連続印刷したときの画像濃度（ＩＤ）を測定した。なお、画像濃度は、グレタグマクベス社製分光光度計ＳｐｅｃｔｒｏＥｙｅを用いて測定を行った。表１にリークマージン値および１００枚連続出力時の画像濃度を示す。

表１の結果から明らかなように、第１樹脂層に含有される第１抵抗調整剤の平均粒子径がアルマイト皮膜の孔の平均径より小さい比較例１においては、アルマイト皮膜の表面層孔部に導電材である抵抗調整剤が入り込み、アルマイト皮膜の抵抗が低下するため、所望の耐リーク性が得られない。また、最上層の第２樹脂層に含有させる第２抵抗調整剤として、第１抵抗調整剤より平均粒子径の小さいものを使用しない比較例２、３においては、表層の算術表面粗さ（Ｒａ）が大きいため、トナー粒子の現像ローラ表面への付着が低減されず、得られる印刷物の画像濃度が低い。
これに対して、実施例１においては、現像ローラのアルマイト皮膜上に設ける第１樹脂層、第２樹脂層に含有される抵抗調整剤が所定の粒子径を有することにより、アルマイト皮膜の表面層孔部に導電材である抵抗調整剤が入り込まず、アルマイト皮膜の抵抗が低下しないため所望の耐リーク性が得られると共に、最上層の第２樹脂層には、第１抵抗調整剤より平均粒子径の小さい第２抵抗調整剤を用いることで、表層の算術表面粗さ（Ｒａ）が小さく、トナー粒子の現像ローラ表面への付着が低減され、その結果高画像濃度の印刷物が多数枚得られる。

本発明の一実施形態に係る非接触現像方式の画像形成装置の概略構成を示す説明図である。図１の現像手段の一部を示す概略構成図である。図１の現像ローラの表面部を拡大して示す概略断面図である。

符号の説明

１二成分現像剤搬送体（磁気ローラ）
２現像ローラ
３静電潜像担持体（感光体）
４キャリア
５トナー
６磁気ブラシ
７規制ブレード
８帯電手段
９トナー薄層
３０アルミニウム系金属製基体
３１アルマイト皮膜
３２孔
３３第１樹脂層
３４第１抵抗調整剤
３５第２樹脂層
３６第２抵抗調整剤
３８樹脂層

Claims

少なくともキャリアとトナーを含む現像剤を磁気保持する二成分現像剤搬送体と、前記搬送体よりトナーを移送してその表面にトナーの薄層を形成する現像ローラと、前記現像ローラおよび/または前記現像剤搬送体に現像バイアスを印加して現像ローラ上のトナー薄層からトナーを飛翔させ表面の静電潜像の現像を行わせる静電潜像担持体とを備えた画像形成装置であって、
前記現像ローラがアルミニウム系金属製基体を含み、その表面に抵抗層としてアルマイト皮膜を有してなり、さらに、このアルマイト皮膜の上に抵抗調整剤を含有する樹脂層を有し、
この樹脂層は、少なくとも、平均粒子径Ａの第１抵抗調整剤を含有し、その平均粒子径Ａとアルマイト皮膜表面層に存在する孔の平均径Ｂの関係がＡ＞Ｂである第１樹脂層と、
前記第１樹脂層の上層に前記第１抵抗調整剤の平均粒子径Ａより小さい平均粒子径を有する第２抵抗調整剤を含有する第２樹脂層と
を含むことを特徴とする画像形成装置。
前記第２抵抗調整剤は、アルマイト皮膜表面層に存在する孔の平均径Ｂより小さい平均粒子径を有する請求項１に記載の画像形成装置。
前記第１樹脂層および第２樹脂層を含む前記樹脂層に使用する樹脂が、シリコーン変性ウレタン樹脂である請求項１または２に記載の画像形成装置。