JP2016186510A - 電子写真機器用導電性発泡ロール - Google Patents

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Abstract

【課題】均一なウレタン発泡層を形成することによりトナー掻き取り性を向上させた電子写真機器用導電性発泡ロールを提供すること。【解決手段】軸体12と、軸体12の外周に配置された導電性発泡体層14と、を備え、導電性発泡体層14が、下記の式(1)で示される金属塩をイオン導電剤の最大成分として含有するポリウレタンフォームからなり、かつ、下記の式(2)の関係を満たす電子写真機器用導電性発泡ロール10とする。(FSO2)2N・M (1)ただし、Mは、KおよびLiのうちの少なくとも1種である。(σ/μ)×100≧50 (2)μ:セルの平均直径σ:セル直径の標準偏差【選択図】図1

Description

本発明は、電子写真機器用導電性発泡ロールに関し、さらに詳しくは、電子写真機器のトナー供給ロールに好適な電子写真機器用導電性発泡ロールに関するものである。
電子写真方式を採用する複写機、プリンター、ファクシミリなどの電子写真機器において、感光ドラムの周囲には、帯電ロール、現像ロール、転写ロール、トナー供給ロールなどの導電性ロールが配設されている。トナー供給ロールとしては、軸体の外周にウレタン発泡層を備えたものが知られている。
特開2014−209177号公報
トナー供給ロールでは、バイアス印加によりトナーを帯電させるため、ウレタン発泡層の導電化が行われている。導電化方法として、ウレタン発泡層にイオン導電剤を添加する方法がある。しかし、イオン導電剤を添加すると、ウレタン発泡時において発泡速度が変化したり、セル径が変化したりする。これは、イオン導電剤がウレタン発泡触媒と同じく酸・アルカリ成分となりうるためと推察される。その影響は、低抵抗化のためにイオン導電剤を増量すると顕著である。そして、この影響により、ウレタン発泡層が不均一となり、トナー掻き取り性が悪化する。トナー掻き取り不足であると、画質に影響する。
本発明が解決しようとする課題は、均一なウレタン発泡層を形成することによりトナー掻き取り性を向上させた電子写真機器用導電性発泡ロールを提供することにある。
上記課題を解決するため本発明に係る電子写真機器用導電性発泡ロールは、軸体と、前記軸体の外周に配置された導電性発泡体層と、を備え、前記導電性発泡体層が、下記の式(1)で示される金属塩をイオン導電剤の最大成分として含有するポリウレタンフォームからなり、かつ、下記の式(2)の関係を満たすことを要旨とするものである。
(FSON・M (1)
ただし、Mは、KおよびLiのうちの少なくとも1種である。
(σ/μ)×100≧50 (2)
μ:セルの平均直径
σ:セル直径の標準偏差
前記式(1)で示される金属塩の添加量は、前記ポリウレタンフォームのポリオール100質量部に対し、0.3〜10質量部の範囲内であることが好ましい。また、前記式(1)で示される金属塩の添加量は、前記ポリウレタンフォームのポリオール100質量部に対し、0.5〜10質量部の範囲内であることがさらに好ましい。
イオン導電剤として、さらに下記の式(3)で示される金属塩を含有することが好ましい。
(CFSON・Li (3)
前記ポリウレタンフォームは、ポリエーテルポリオールとポリイソシアネートとをウレタン発泡させて得られたものであることが好ましい。また、前記ポリウレタンフォームは、前記式(1)で示される金属塩がポリエーテルポリオールに溶解した金属塩溶解ポリオールとポリイソシアネートとをウレタン発泡させて得られたものであることがさらに好ましい。
本発明に係る電子写真機器用導電性発泡ロールによれば、導電性発泡体層が、特定の金属塩をイオン導電剤の最大成分として含有するポリウレタンフォームからなり、かつ、上記の式(2)の関係を満たすことから、均一なウレタン発泡層となり、トナー掻き取り性に優れる。
上記の式(1)で示される金属塩の添加量がポリウレタンフォームのポリオール100質量部に対し0.3質量部以上であると、金属塩による導電性を発現しトナー掻き取り性にも優れる。その添加量が0.5質量部以上であると、より一層、低抵抗でトナー掻き取り性に優れる。その添加量が10質量部以下であると、上記の式(1)で示される金属塩のブリードが抑えられる。
イオン導電剤として、さらに上記の式(3)で示される金属塩を含有すると、耐久後においても低抵抗が維持され、耐久性に優れる。
ポリウレタンフォームのポリオールがポリエーテルポリオールであると、上記の式(1)で示される金属塩の分散性に優れ、均一なウレタン発泡層となり、トナー掻き取り性に優れる。また、上記の式(1)で示される金属塩がポリエーテルポリオールに溶解した金属塩溶解ポリオールを用いると、上記の式(1)で示される金属塩の分散性に優れ、均一なウレタン発泡層となり、トナー掻き取り性に優れる。
本発明の一実施形態に係る電子写真機器用導電性ロールの外観模式図(a)と、そのA−A線断面図(b)である。
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る電子写真機器用導電性ロールの外観模式図(a)と、そのA−A線断面図(b)である。
図1に示すように、本発明の一実施形態に係る電子写真機器用導電性発泡ロール(以下、単に導電性発泡ロール10ということがある)は、軸体12と、軸体12の外周に配置された導電性発泡体層14と、を備える。
軸体12は、導電性を有するものであれば特に限定されない。具体的には、鉄、ステンレス、アルミニウムなどの金属製の中実体、中空体からなる芯金などを挙げることができる。軸体12の表面には、必要に応じて、接着剤、プライマーなどを塗布しても良い。接着剤、プライマーなどには、必要に応じて導電化を行なっても良い。
導電性発泡体層14は、イオン導電剤を含有するポリウレタンフォームからなる。イオン導電剤の最大成分は、下記の式(1)で示される金属塩(金属・ビス(フルオロスルホニル)イミド(FSI・M))からなる。イオン導電剤の最大成分は、イオン導電剤として添加される化合物のうちで最も添加量(質量)の多い成分である。例えばイオン導電剤が2成分からなる場合には、50質量%以上含まれる成分であり、イオン導電剤が3成分以上からなる場合には、他の成分のいずれよりも多く含まれる成分である。
(FSON・M (1)
ただし、Mは、KおよびLiのうちの少なくとも1種である。
導電性発泡体層14は、また、下記の式(2)の関係を満たす。
(σ/μ)×100≧50 (2)
μ:セルの平均直径
σ:セル直径の標準偏差
セルの平均直径μは、導電性発泡体層14の径方向断面を光学顕微鏡にて観察し、任意の個数のセル(気泡)の直径の平均から算出することができる。セル直径の標準偏差σは、セルの平均直径μを算出する際の分布から算出することができる。そして、セル直径のばらつきの幅である標準偏差σをセルの平均直径μで割ることで、セルの平均直径μを基準としてセル直径のばらつきの割合(σ/μ)を算出することができる。(σ/μ)の値は、好ましくは45%以下、より好ましくは40%以下、さらに好ましくは35%以下、特に好ましくは20%以下である。
イオン導電剤を含有するポリウレタンフォームは、例えば下記の成分から構成される組成物をウレタン発泡させて形成することができる。
(A)ポリオール
(B)整泡剤
(C)発泡剤
(D)ウレタン化触媒
(E)イソシアネート
(F)イオン導電剤
(A)ポリオールとしては、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリブタジエンポリオール、ポリイソブチレンポリオール、ポリテトラメチレングリコールなどが挙げられる。これらはポリオール成分として1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合せて用いてもよい。これらのうちでは、水溶性に優れるなどの観点から、ポリエーテルポリオールが特に好ましい。
ポリエーテルポリオールとしては、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコールなどが挙げられる。これらのうちでは、発泡体の吸水性などの観点から、ポリプロピレングリコールが特に好ましい。ポリプロピレングリコールとしては、エチレンオキサイド(EO)を含有しないポリプロピレングリコール(EO未変性PPG)、エチレンオキサイド(EO)を含有するポリプロピレングリコール(EO変性PPG)が挙げられる。これらのうちでは、反応性に優れるなどの観点から、EO変性PPGがより好ましい。EO変性PPGのEO変性量としては、反応性、導電性などの観点から、5〜50質量%の範囲内であることが好ましい。より好ましくは5〜30質量%の範囲内、さらに好ましくは5〜20質量%の範囲内である。
(A)ポリオールは、粘度、発泡体の柔軟性などの観点から、数平均分子量(Mn)が1,000〜10,000の範囲内であることが好ましい。より好ましくは2,000〜8,000の範囲内である。
(B)整泡剤としては、シリコーン系整泡剤などが挙げられる。シリコーン系整泡剤としては、ポリオキシアルキレン−ジメチルポリシロキサン系コポリマー、ポリジメチルシロキサンなどが挙げられる。これらは整泡剤として1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合せて用いてもよい。(B)整泡剤の配合量は、(A)ポリオール100質量部に対し、0.1〜10質量部の範囲内であることが好ましい。より好ましくは0.2〜5.0質量部の範囲内である。
(C)発泡剤としては、水(蒸留水)が挙げられる。(C)発泡剤の配合量は、(A)ポリオール100質量部に対し、0.1〜10質量部の範囲内であることが好ましい。より好ましくは0.5〜5.0質量部の範囲内である。
(D)ウレタン化触媒としては、アミン触媒(第三級アミン触媒等)が用いられる。第三級アミン触媒としては、トリエチレンジアミン(TEDA)、ジメチルアミノエチルモルフォリン、トリエチルアミン、N,N−ジメチルシクロヘキシルアミン(DMEDA)、N,N,N′,N′−テトラメチルエチレンジアミン(TMEDA)、N,N,N′,N″,N″−ペンタメチルジエチレントリアミン(PMDETA)、ジメチルアミノエタノール(DMEA)、ビス(2−ジメチルアミノエチル)エーテル(BDMEE)などが挙げられる。これらはウレタン化触媒として1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合せて用いてもよい。これらのうちでは、硬化性などの観点から、トリエチレンジアミン(TEDA)、ジメチルアミノエチルモルフォリンがより好ましい。(D)ウレタン化触媒の配合量は、(A)ポリオール100質量部に対し、0.1〜10質量部の範囲内であることが好ましい。より好ましくは0.5〜5.0質量部の範囲内である。
(E)イソシアネートは、硬化剤として用いられる。(E)イソシアネートとしては、トルエンジイソシアネート(TDI)、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、ポリメリックイソシアネート(Cr−MDI)、オルトトルイジンジイソシアネート(TODI)、ナフチレンジイソシアネート(NDI)、キシリレンジイソシアネート(XDI)、カルボジイミド変成MDIなどが挙げられる。これらはイソシアネート系硬化剤として1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合せて用いてもよい。これらのうちでは、反応性、コストなどの観点から、トルエンジイソシアネート(TDI)、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)がより好ましい。
(F)イオン導電剤は、上記の式(1)で示される金属塩を最大成分とする。上記の式(1)で示される金属塩を最大成分とするのであれば、(F)イオン導電剤として、上記の式(1)で示される金属塩のみを含有するものであってもよいし、他のイオン導電剤をさらに1種以上含有するものであってもよい。好ましくは、イオン導電剤の分散性の観点から、(F)イオン導電剤として、上記の式(1)で示される金属塩のみを含有すること、上記の式(1)で示される金属塩および下記の式(3)で示される金属塩のみを含有することである。
上記の式(1)で示される金属塩は、アニオン構造中にフッ素基を含んでいるため、アニオンの塩基性が小さく、カチオンと比較的弱いイオン結合を形成する。これにより、イオンに解離しやすく、低抵抗化に寄与する。一方で、アニオン構造中に含まれるフッ素の数がそれほど多くない(例えば下記の式(3)で示される金属塩のアニオンと比較して)ので、優れた水溶性が確保される。つまり、低抵抗化の効果と高い水溶性を両立する。水溶性に優れるため、上記の式(1)で示される金属塩は、(A)ポリオール中に溶解しやすく、組成物中に高分散される。上記の式(1)で示される金属塩は、組成物中に高分散されるため、ウレタン発泡時において均一なセルを形成することができる。また、金属塩はウレタン発泡触媒と同じく酸・アルカリ成分となりうるが、上記の式(1)で示される金属塩は発泡の遅延がなく、反応によるセル径の粗大化が防げる。上記の式(1)で示される金属塩は、多量添加してもポリオールとの相溶性が良くウレタン発泡を遅延しない為、セルを小さくする効果も奏する。これにより、上記の式(2)の関係を満足することができる。上記の式(1)で示される金属塩のうちでは、金属塩の分散性(セルばらつき)の観点から、金属がK(カリウム)の金属塩がより好ましい。
上記の式(1)で示される金属塩の分散性の観点から、(A)ポリオールとしては、水溶性に優れるものが好ましく、ポリエーテルポリオールが好ましい。つまり、ポリウレタンフォームとしては、ポリエーテルポリオールとポリイソシアネートとをウレタン発泡させて得られるものであることが好ましい。ポリエーテルポリオールのうち、ポリプロピレングリコールとしては、EO変性PPGがより好ましい。EO変性PPGのEO変性量としては、5〜50質量%の範囲内であることが好ましい。
また、上記の式(1)で示される金属塩の分散性の観点から、ポリウレタンフォームとしては、上記の式(1)で示される金属塩がポリエーテルポリオールに溶解した金属塩溶解ポリオールとポリイソシアネートとをウレタン発泡させて得られるものであることが好ましい。
上記の式(1)で示される金属塩の配合量は、十分な導電性を得る、低抵抗でトナー掻き取り性に優れるなどの観点から、(A)ポリオール100質量部、すなわち、ポリウレタンフォームのポリオール100質量部に対し、0.3質量部以上であることが好ましい。より好ましくは0.5質量部以上、さらに好ましくは1.0質量部以上である。一方、ブリードを抑えるなどの観点から、10質量部以下であることが好ましい。より好ましくは8.0質量部以下、さらに好ましくは5.0質量部以下である。
(F)イオン導電剤としては、上記の式(1)で示される金属塩に加えて、下記の式(3)で示される金属塩(リチウム・ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(TFSI・Li))を用いることが好ましい。イオン導電剤が上記の式(1)で示される金属塩のみだと、耐久後において抵抗値の上昇がみられる。下記の式(3)で示される金属塩をともに用いると、耐久後においても抵抗値が低く保たれる。その理由は、特に明らかとされていないが、下記の式(3)で示される金属塩の分子の大きさがそのような安定性に寄与しているものと推察される。ただし、下記の式(3)で示される金属塩は、上記の式(1)で示される金属塩と比較してアニオン構造中に含まれるフッ素の数が多く、より疎水性に傾く。イオン導電剤の分散性の観点から、下記の式(3)で示される金属塩を多く配合することはできず、そのため、下記の式(3)で示される金属塩は、イオン導電剤の最大成分とすることができない。
(CFSON・Li (3)
上記のポリウレタンフォームを形成する組成物中には、さらに、連通化剤(破泡剤)、架橋剤、界面活性剤、難燃剤、充填剤、帯電防止剤、反応抑制剤などを配合してもよい。また、導電性(低抵抗化)のためにカーボンブラックなどの一般的な電子導電剤を配合することもできるが、カーボンブラックなどの電子導電剤は粘度を上昇させるため、発泡セル径の安定度(均一性)が悪化する傾向にある。粘度上昇が小さい範囲で、例えば色づけ目的などであれば少量添加してもよいが、本発明の目的においては、電子導電剤は配合しないほうが好ましい。
導電性発泡体層14は、導電性(低抵抗)の観点から、ロール体積抵抗は1.0×10〜1.0×1010Ωの範囲内であることが好ましい。導電性発泡体層14の厚さは、特に限定されるものではないが、通常、0.1〜10mm程度に形成され、好ましくは2〜6mmである。
導電性発泡体層14は、円筒状金型に同軸状に軸体を配置し、この型内にポリウレタンフォームを形成する上記組成物を所定の発泡比重となるように注入し、所定の温度で所定時間発泡硬化(ウレタン発泡)することにより、形成することができる。
導電性発泡ロール10は、電子写真機器の帯電ロール、現像ロール、転写ロール、トナー供給ロールなどの導電性ロールとして好適に用いることができる。特に、トナー供給ロールに好適である。
以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明はこの構成に限定されるものではない。
(ポリウレタンフォームの原材料)
・ポリオール:
ポリエーテルポリオール(PPG)、三洋化成社製、商品名「サンニックスFA703」、EO含有率:10%、OHV=33mgKOH/g
・整泡剤:
シリコーン系、東レダウコーニング社製、商品名「SRX274DL」
・発泡剤:
蒸留水、OHV=6233mgKOH/g
・イオン導電剤(1):
カリウム・ビス(フルオロスルホニル)イミド(FSI・K)
・イオン導電剤(2):
リチウム・ビス(フルオロスルホニル)イミド(FSI・Li)
・イオン導電剤(3):
リチウム・ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(TFSI・Li)
・イオン導電剤(4):
ジアリルジメチルアンモニウム・ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(TFSI・DAM)
・ウレタン化触媒:
東ソー社製、商品名「TEDA L33」
東ソー社製、商品名「TOYOCAT ET」
・イソシアネート:
トルエンジイソシアネート(TDI)、東ソー社製、商品名「コロネートT80」、NCO含有量(48質量%)
ポリメリックイソシアネート、東ソー社製、商品名「ミリオネートMR200」、NCO含有量(31質量%)
(実施例1〜8、比較例1〜3)
ポリオールにイオン導電剤を投入し、80℃で攪拌することにより、イオン導電剤が溶解したポリオールを調製した。ここに、イソシアネート以外の他の成分を投入し、プレミックスを調製した。このプレミックスとイソシアネートを混合することにより、ポリウレタンフォームを形成するための組成物を調製した。次いで、円筒状金型にφ5mmの芯金を挿入し、型内に上記組成物を発泡比重が0.14(g/cm)となるように注入し、90℃30分にて発泡硬化させ、厚さ3mmの導電性発泡体層を芯金の外周に形成した。これにより、導電性発泡ロールを得た。
得られた各導電性発泡ロールについて、体積抵抗、平均セル直径、セル径標準偏差、セルばらつきを求め、トナー掻き取り性を評価した。その結果を、組成物の配合組成とともに表1に示す。
(ロール体積抵抗)
導電性発泡ロールに円筒状の金属電極(幅20mm、φ10.7mm)を挿入し、芯金間の抵抗値をハイテスタで計測した。
(平均セル直径、セル径標準偏差、セルばらつき)
導電性発泡体層の径方向断面を50倍の光学顕微鏡にて撮影し、任意の20個のセル(気泡)直径の平均値μ(μm)および標準偏差σを算出した。ばらつき幅である標準偏差σをセル直径の平均値μで割った値(σ/μ)×100(%)から、セルばらつきを算出した。セルばらつきの値が50%以下の場合は、セルが比較的均一であり、50%超の場合は、セルが比較的不均一であるとした。
(トナー掻き取り性)
導電性発泡ロールを市販のプリンタ(ブラザー製「HL4040CN」)のカートリッジに装着し、10枚印刷した後、カートリッジを取り出し、導電性発泡ロールにおけるトナーのすり抜け状態(クリーニング性能)を目視にて確認した。トナーのすり抜けが確認され、画質への影響が大きい場合を不良「×」、トナーのすり抜けが確認されたものの、画質への影響が小さい場合「○−」、極わずかにトナーのすり抜けが確認されたものの、画質への影響がみられない場合を良好「○」、トナーのすり抜けが確認されず、ベタ画像の画質が良好であった場合を「◎」とした。
Figure 2016186510
比較例3は、ポリウレタンフォームが式(1)で示される金属塩をイオン導電剤として含有するものではない。このため、セルが不均一であり、式(2)の関係を満たしておらず、トナー掻き取り性に劣っている。また、セルの平均直径が比較的大きい。比較例1〜2は、ポリウレタンフォームが式(1)で示される金属塩をイオン導電剤として含有するものであるが、最大成分として含まれていない。このため、セルが不均一であり、式(2)の関係を満たしておらず、トナー掻き取り性に劣っている。これは、他のイオン導電剤(3)の影響によるものと推察される。
これに対し、実施例は、ポリウレタンフォームが式(1)で示される金属塩をイオン導電剤の最大成分として含有するものである。このため、セルが均一であり、式(2)の関係を満たし、トナー掻き取り性に優れている。この際、式(1)で示される金属塩の含有量が、ポリオール100質量部に対し0.3質量部以上であると、セルばらつきの値が45%以下であり、より一層、セルが均一で、トナー掻き取り性に優れ、その含有量が0.5質量部以上であると、セルばらつきの値が40%以下であり、さらに一層、セルが均一で、トナー掻き取り性に優れることがわかる。また、その含有量が2.0質量部以上であると、セルばらつきの値が20%以下であり、特にセルが均一でトナー掻き取り性に優れることがわかる。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
10 電子写真機器用導電性ロール
12 軸体
14 導電性発泡体層

Claims (6)

  1. 軸体と、前記軸体の外周に配置された導電性発泡体層と、を備え、
    前記導電性発泡体層が、下記の式(1)で示される金属塩をイオン導電剤の最大成分として含有するポリウレタンフォームからなり、かつ、下記の式(2)の関係を満たすことを特徴とする電子写真機器用導電性発泡ロール。
    (FSON・M (1)
    ただし、Mは、KおよびLiのうちの少なくとも1種である。
    (σ/μ)×100≧50 (2)
    μ:セルの平均直径
    σ:セル直径の標準偏差
  2. 前記式(1)で示される金属塩の添加量が、前記ポリウレタンフォームのポリオール100質量部に対し、0.3〜10質量部の範囲内であることを特徴とする請求項1に記載の電子写真機器用導電性発泡ロール。
  3. 前記式(1)で示される金属塩の添加量が、前記ポリウレタンフォームのポリオール100質量部に対し、0.5〜10質量部の範囲内であることを特徴とする請求項1または2に記載の電子写真機器用導電性発泡ロール。
  4. イオン導電剤として、さらに下記の式(3)で示される金属塩を含有することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の電子写真機器用導電性発泡ロール。
    (CFSON・Li (3)
  5. 前記ポリウレタンフォームは、ポリエーテルポリオールとポリイソシアネートとをウレタン発泡させて得られたものであることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の電子写真機器用導電性発泡ロール。
  6. 前記ポリウレタンフォームは、前記式(1)で示される金属塩がポリエーテルポリオールに溶解した金属塩溶解ポリオールとポリイソシアネートとをウレタン発泡させて得られたものであることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の電子写真機器用導電性発泡ロール。
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