(57)【要約】【課題】所望の範囲の導電性を持ち、同時に機械的に柔軟で強靱な、環境に強い材料の提示が求められている。【解決手段】バイアス化デバイス１００は、導電性基材１１０と、導電性基材１１０上に配置したゴム材料１２０と、を含み、ゴム材料１２０は、ゴムマトリックス中に分散させた多数のナノチューブを含み、前記ナノチューブの量は、ゴム材料１２０が、機械的適合性（mechanical conformability）と、約１０５〜約１０１０オーム・ｃｍの電気抵抗とを持つような量である。【選択図】図１Ａ
2008233904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性基材と、
前記導電性基材上に配置したゴム材料と、
を含むバイアス化（bias-able）デバイスであって、
前記ゴム材料は、ゴムマトリックス中に分散させた多数のナノチューブを含み、
前記ナノチューブの量は、前記ゴム材料が、機械的適合性（mechanical conformability）と、約１０５〜約１０１０オーム・ｃｍの電気抵抗とを持つような量であることを特徴とするデバイス。
【請求項２】
請求項１に記載のデバイスであって、
前記ゴムマトリックス中に加えた多数の前記ナノチューブの重量は、約２．０％以下であることを特徴とするデバイス。
【請求項３】
請求項１に記載のデバイスであって、
多数の前記ナノチューブはそれぞれ、多角形、長方形、正方形、楕円形、および円形から成る群より選ばれる断面形状を持つことを特徴とするデバイス。
【請求項４】
請求項１に記載のデバイスであって、
前記ゴムマトリックスは、エチレン−プロピレン−ジエンモノマー類（ＥＰＤＭ）、エピクロロヒドリン類、ウレタン類、スチレン−ブタジエン類、シリコーン（silicon）類、ニトリルゴム類、ブチルゴム類、ポリエステル熱可塑性ゴム類、および天然ゴム類から成る群より選ばれる１つ以上のゴム類を含むことを特徴とするデバイス。
【請求項５】
請求項１に記載のデバイスであって、
前記導電性基材上に配置した１つ以上の機能層を更に含み、
１つ以上の前記機能層は、柔軟（compliant）層、電極化層、抵抗調整層、または表面保護層の１つ以上を含むことを特徴とするデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、静電写真印刷装置に使用するバイアス化（bias-able）デバイスと、そのバイアス化デバイスの製造方法に関する。より詳細には、バイアス化デバイスに用いる機能層に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイアス帯電ロール（ＢＣＲ）やバイアス転写ロール（ＢＴＲ）などのバイアス化デバイスは、印刷機器装置、特にカラー印刷用の４サイクルおよびタンデム型構造の帯電または転写サブシステムにおいて必要不可欠な要素である。ＢＣＲおよびＢＴＲに必要とされる最も重要な機能は、帯電または転写の機能を果たすために十分な電気的緩和性（electrically relaxable）と機械的柔軟性と強さである。一般に、必要とされる界面、例えば、印刷装置に装填したＢＣＲと感光体ドラムとの間にニップを形成する場合には、硬度の低い（low durometer）ゴムであれば非常に好ましい機械機能が得られる。
【０００３】
導電性ゴムの従来の製造方法として、導電性充填材をゴムに添加する方法がある。例えば、イオン性充填材をゴムに加えると絶縁耐力を高く（例えば、絶縁破壊電圧を高く）することができる。しかし、ゴムの伝導率は湿度および／または温度の影響を非常に受け易いため問題が生じる。環境変化に対するこの影響され易さを抑えるための従来の解決法は、ゴム中に粒状充填材系を用いるものである。しかしこれは生成するゴムの絶縁破壊電圧を低下させる。更に、ゴムの機械的性質が、充填材をゴムに加えることによって影響を受けるおそれがある。例えば、粒状充填材を加えるとゴムが硬くなり、弾性率（modulus）が下がってしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このため、先行技術のこのような、またその他の問題を解決し、所望の範囲の導電性を持ち、同時に機械的に柔軟で強靱な、環境に強い材料の提示が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
様々な実施の形態に従って、本発明では、バイアス化デバイスを教示する。このバイアス化デバイスは、導電性基材の上に配置したゴム材料を含むものである。ゴム材料は、ゴムマトリックス中に分散させた多数のナノチューブを含んでいる。ゴム材料は機械的適合性（mechanical conformability）を備え、その電気抵抗は約１０５〜約１０１０オーム・ｃｍである。
【０００６】
様々な実施の形態に従って、本発明では、バイアス化デバイスの製造方法も教示する。この方法では、ゴム材料を導電性コアの上に形成する。ゴム材料は、ゴムマトリックス中に分散させた多数のナノチューブを含んでいる。ゴム材料は、電気抵抗と機械的適合性とを備えている。
【０００７】
様々な実施の形態に従って、本発明では更に、バイアス化デバイスを教示する。このバイアス化デバイスは、導電性コアの上を覆うよう配置したゴム材料を含むものである。ゴム材料は、ゴムマトリックス中に分散させた多数のナノチューブを含んでいる。このゴム材料は、第１の電気抵抗と機械的適合性とを備えている。バイアス化デバイスは、ゴム材料の上を覆うよう配置した表面材料も含んでおり、この表面材料は、第２の電気抵抗と保護表面とを備えている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
例示的な実施の形態では、ゴム材料を用いた静電写真印刷装置で使用するための、機械的適合性と電気的緩和性とを備えたバイアス化デバイスを提示する。様々な実施の形態において、バイアス化デバイスは、例えば、ロール、フィルム、ベルトなど、様々な形を取ることができる。例示的なバイアス化デバイスとしては、静電写真印刷装置のサブシステムとなる、バイアス帯電ロール（ＢＣＲ）またはバイアス転写ロール（ＢＴＲ）が挙げられる（但し、これらに限定しない）。様々な実施の形態において、バイアス化デバイスは、特定の設計および／または装置構造に応じて、導電性コアなどの導電性基材の上に配置したゴム材料を含むことができる。開示のゴム材料は、ゴム（またはポリマー）マトリックス中に分散させた充填材として、多数のナノチューブを含むものである。
【０００９】
特に別途記述のない限り、本件において“ナノチューブ”とは、少なくとも１つのより小さい寸法、例えば、約１００ｎｍ以下の幅または直径を持つ細長い物質（有機または無機材料を含む）を指す。本件では説明のため“ナノチューブ”の用語を用いているが、この用語には、同様の大きさの他の細長い構造体、例えば、ナノシャフト（nanoshafts）、ナノピラー（nanopillars）、ナノワイヤ（nanowires）、ナノロッド（nanorods）、ナノニードル（nanoneedles）など（但し、これに限定しない）、またそれらの様々な機能化および誘導化小繊維状物も含まれるものとし、例えば、糸、撚糸、織物などの形をしたナノファイバが含まれる。“ナノチューブ”には更に、単層カーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）などの単層ナノチューブ類、多層カーボンナノチューブなどの多層ナノチューブ類、およびそれらの様々な機能化および誘導化小繊維状物、例えば、ナノファイバなども含まれる。様々な実施の形態において、“ナノチューブ”には更に、カーボンナノチューブも含まれ、これには、ＳＷＣＮＴおよび／または多層カーボンナノチューブが含まれる。
【００１０】
ナノチューブ類は、例えば、長方形、正方形、多角形、楕円形、または円形など、様々な断面形状を持つ。従って、ナノチューブ類は、例えば、円筒状の３次元の形をしていても良い。
【００１１】
ナノチューブ類は導電性または半導電性材料から作ることができる。一部の実施の形態において、ナノチューブ類は、低および／または高純度の乾燥した紙状物として得られ、あるいは様々な入手先から購入できる。別の実施の形態では、ナノチューブ類を、製造したままの未精製の状態で入手し、後に精製処理を行っても良い。
【００１２】
ナノチューブ類は、ゴム材料を形成するゴムマトリックス中に均一に、および／または間隔を調節しながら分散させることができる。一部の実施の形態においては、カーボンナノチューブ類などのナノチューブ類を所望のゴム類と物理的または化学的に結合させて、ゴム材料中でランダムにもつれ束になったチューブとしても良い。別の実施の形態では、カーボンナノチューブなどのナノチューブ類を、例えば磁界を利用して、ゴムマトリックス中で、間隔を調節し、例えば、特定方向に配列または配向させても良い。
【００１３】
様々な実施の形態において、ゴム材料は、ナノチューブ類と１つ以上のゴム類とを物理的に混合し、および／または生化学的反応などの化学反応、あるいはそれらの組み合わせによって調製可能である。例えば、カーボンナノチューブ類を物理的に混合して、ゴムマトリックス中に均一に分散させても良い。あるいは、例えば、ナノチューブ類の表面に化学的変性を行った後に、変性ナノチューブ類とゴムとを化学反応させて、ゴム材料を成す様々なゴム類にカーボンナノチューブ類を共有結合させても良い。様々な実施の形態では、生化学的反応において酵素を使用し、環境に優しいバイアス化デバイス用のゴム材料を作ることができる。様々な実施の形態において、調製の際に、超音波処理やその他の強力な混合法を用いても良い。
【００１４】
ゴム材料は、例えば、当該ゴムの現場（in-situ）重合および／または現場硬化処理などの現場処理によっても調製可能である。例えば、代表的なゴムであるポリイミドマトリックス中に、ポリイミドモノマー類の現場重合の間にカーボンナノチューブ類を均一に分散させても良い。別の実施の形態では、エポキシの硬化処理の間にエポキシ型のゴムマトリックス中にカーボンナノチューブ類を分散させることができる。
【００１５】
様々な実施の形態において、本件に開示のゴム材料は、デバイスとして好ましく優れた機能、例えば、機械的および電気的機能を持つため、バイアス化デバイスに使用することができる。詳細には、このゴム材料は、適合性、つまり、機械的に柔軟で、更にＢＣＲなどのバイアス化デバイスでニップを形成するために十分な強さを備えている。更に、このゴム材料は、例えば、ＢＣＲに接続した感光体のバイアス荷電に対して電気抵抗を持たせることができる。様々な実施の形態において、ゴム材料の抵抗率範囲を、例えば約１０５〜約１０１０オーム・ｃｍとして、高電界におけるバイアスリーク（bias leaks）を防ぐために十分な抵抗を持つ一方で、機能層全体に電荷を緩和させることができる。
【００１６】
例示的な実施の形態では、機械的性質、例えば、ゴムマトリックスの引張強さと適合性とを保つため、ゴム材料に、カーボンナノチューブ類、例えばＳＷＣＮＴを、例えば約２．０％以下の負荷重量で加えることができる。
【００１７】
様々な実施の形態において、ナノチューブ類以外の充填材をゴム材料に加えることができる。他の充填材としては、炭素、グラファイト、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、および、Ａｌ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｚｎ、またはＣｕなどの金属粉末から成る群より選ばれる１つ以上の物質が挙げられる。
【００１８】
様々な実施の形態において、ゴム材料としては、バイアス化デバイスの機能層として用いられる様々なゴム類が挙げられる。ここでいう“ゴム”とは、天然ゴムに似た、引っ張ると伸び、高い引張強さを持ち、素早く縮み、ほぼその元の大きさに戻る（あるいは、一部の実施の形態ではより小さくなる）あらゆるエラストマー（すなわち、弾性材料）をいう。“ゴム”には、天然および人工（合成）エラストマー類が含まれ、エラストマー類は、熱可塑性エラストマーまたは非熱可塑性エラストマーである。“ゴム”には、エラストマー類の混合物（例えば、物理的混合物）、更に、共重合体、ターポリマー、およびマルチポリマー（multi-polymers）が含まれる。
【００１９】
ゴム類の例としては、エチレン−プロピレン−ジエンモノマー類（ＥＰＤＭ）、エピクロロヒドリン、ポリウレタン、シリコーン、および様々なニトリルゴム類が挙げられる。ニトリルゴム類としては、Ｂｕｎａ−Ｎ（標準ニトリルおよびＮＢＲとしても知られる）などのブタジエンとアクリロニトリルとの共重合体が挙げられる（但し、これらに限定しない）。更に別の例では、アクリロニトリルの含有量を変えることにより、オイル／燃料膨潤性に優れた、または低温性能に優れたエラストマー類が得られる。その他の有用なゴム類としては、ポリ塩化ビニル−ニトリルブタジエン（ＰＶＣ−ＮＢＲ）混合物、塩素化ポリエチレン（ＣＭ）、塩素化スルホン酸ポリエチレン（ＣＳＭ）、塩素化側鎖を持つ脂肪族ポリエステル類（エピクロロヒドリンホモポリマー（ＣＯ）、エピクロロヒドリン共重合体（ＥＣＯ）、およびエピクロロヒドリンターポリマー（ＧＥＣＯ）など）、ポリアクリラートゴム類（エチレン−アクリラート共重合体（ＡＣＭ）、エチレン−アクリラートターポリマー（ＡＥＭ）など）、ＥＰＲ、エチレンとプロピレンとから成るエラストマー類（エチレン−プロピレン共重合体（ＥＰＭ）など。場合により第３のモノマーを含むことができる）、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＭ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、ポリクロロプレンゴム（ＣＲ）、ポリイソプレンゴム（ＩＲ）、ＩＭ、ポリノルボルネン類、ポリスルフィドゴム（ＯＴおよびＥＯＴ）、ポリウレタン類（ＡＵおよびＥＵ）、シリコーンゴム（ＭＱ）、ビニルシリコーンゴム（ＶＭＱ）、フェニルメチルシリコーンゴム（ＰＭＱ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブチルゴムとして知られるイソブチレンとイソプレンとの共重合体（ＩＩＲ）、イソブチレンとイソプレンとの臭素化共重合体（ＢＩＩＲ）、およびイソブチレンとイソプレンとの塩素化共重合体（ＣＩＩＲ）が挙げられる（但し、これらに限定しない）。
【００２０】
様々な実施の形態において、バイアス化デバイスは、“グリーン”環境で使用可能である。つまり、デバイスの全ての部品、要素、材料を、“環境的に許容可能な”方法で製造することができる。バイアス化デバイスで使用するゴム材料に用いられる“グリーン”ゴム類としては、例えば、ポリカルボン酸類、酢酸セルロースや硝酸セルロースなどのセルロース系ポリマー、ゼラチン、架橋ポリビニルピロリドンなどのポリビニルピロリドン、無水マレイン酸ポリマーなどのポリ無水物類、ポリアミド類、ポリビニルアルコール類、ＥＶＡなどのビニルモノマー類の共重合体、ポリビニルエーテル類、ポリビニル芳香族類、ポリエチレンオキシド類、グリコサミノグリカン類、多糖類、ポリエチレンテレフタラートなどのポリエステル類、ポリアクリルアミド類、ポリエーテル類、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリエチレン、および高分子量ポリエチレンなどのポリアルキレン類、ポリウレタン類を含むハロゲン化ポリアルキレン類、ポリオルトエステル類、タンパク質類、ポリペプチド類、酵素類、シリコーン類、シロキサンポリマー、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリカプロラクトン、ポリヒドロキシ酪酸吉草酸、スチレン−イソブチレン共重合体、それらの混合物および共重合体などの生体適合性ゴム材料が挙げられる（但し、これらに限定しない）。“グリーン”ゴムのその他の例としては、ポリウレタン、フィブリン、コラーゲン、およびその誘導体、多糖類（セルロース類、デンプン類、デキストラン類、アルギン酸エステル類および誘導体、ヒアルロン酸など）、スクアレンなどが挙げられる。
【００２１】
適当な“グリーン”ゴムとしては更に、熱可塑性のエラストマー類、一般に、ポリオレフィン類、ポリイソブチレン、エチレン−α−オレフィン共重合体、アクリルポリマーおよび共重合体、ポリ塩化ビニルなどのビニルハロゲン化ポリマーおよび共重合体、ポリビニルメチルエーテルなどのポリビニルエーテル類、ポリフッ化ビニリデンおよびポリ塩化ビニリデンなどのポリハロゲン化ビニリデン類、ポリアクリロニトリル、ポリビニルケトン類、ポリスチレンなどのポリビニル芳香族、ポリ酢酸ビニルなどのポリビニルエステル類、ビニルモノマー類の共重合体、エチレン−メタクリル酸メチル共重合体などのビニルモノマー類とオレフィン類との共重合体、アクリロニトリル−スチレン共重合体、ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン）樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ナイロン６６およびポリカプロラクトンなどのポリアミド類、アルキド樹脂、ポリカーボネート類、ポリオキシメチレン類、ポリイミド類、エポキシ樹脂、トリ酢酸レーヨン、セルロース、酢酸セルロース、酪酸セルロース、酢酸酪酸セルロース、セロファン、硝酸セルロース、プロピオン酸セルロース、セルロースエーテル類、カルボキシメチルセルロース、コラーゲン類、キチン類、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリ乳酸−ポリエチレンオキシド共重合体、ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエン）ゴム、ポリエチレングリコール、多糖類、リン脂質類、およびこれらの組み合わせが挙げられる。
【００２２】
様々な実施の形態において、化学修飾（例えば、誘導体）によってゴムを得、これをゴム材料に用いてバイアス化デバイスに更に機能性を与え、および／またはその性能を向上させることができる。例えば、ポリウレタンを、プレポリマー中のモノマーの構造を変えることによって得られる変性ポリウレタンとし、ポリオレフィンを、ポリオレフィンの共重合体または混合物などの変性ポリオレフィンとし、エピクロロヒドリンを、エチレンオキシドの量を変えて共重合させた変性エピクロロヒドリンとしても良い。
【００２３】
様々な実施の形態において、ゴム材料には更に、例えば、可塑剤、軟化剤、分散助剤、および／または相溶化剤（compatiblizer）など様々な添加物を加えることができる。これらの添加剤は、当業者に公知の所望の有用な性質を備えたゴム材料とするために加えられる。
【００２４】
様々な実施の形態において、本件に開示のバイアス化デバイスは、様々な形状に形成可能で、バイアス荷電に適した材料を用いた導電性基材を含むことができる。例えば、導電性基材は、例えば、剛性と構造的完全性を保ち、その上に置かれたバイアス電位に容易に応答するよう選ばれた、ステンレススチール、アルミニウム、銅、またはある種のプラスチック材料から成る、円筒形チューブまたは硬い円筒形シャフトの形を取ることができる。例えば導電性基材は、ステンレススチール製の硬い円筒形シャフトである。
【００２５】
一般に、バイアス化デバイスのバイアスはＤＣ電位を用いて制御できる。ＡＣ電位も、荷電の制御を助けるＤＣ制御電位と共に用いることができる。様々な実施の形態において、バイアス化デバイスは、ＢＣＲおよび／またはＢＴＲとして使用できる。この二つの代表的な種類のロールの基本構造と作動原理は同じであっても良い。例えば、ＢＣＲの場合、ＢＣＲを感光体ドラムと接触するよう設置するならば、ニップの前後の領域の電界を空気の絶縁破壊限界（すなわち、パッシェン電界限界（Paschen field limit））より高くすることができる。電界がパッシェン限界を超えると、空気の絶縁破壊が起きてコロナ電流が生じ、感光体を荷電することができる。ＢＴＲの場合、空気の絶縁破壊を起こさずに電界を発生することができる。この電界は後に、感光体から被印刷体へのトナー画像の転写を助ける。
【００２６】
様々な実施の形態において、本件に開示のバイアス化デバイスはまた、デバイスの導電性基材および／または他の機能層の上に配置した１つ以上のゴム材料を含むことができる。一部の実施の形態では、ゴム材料は、例えば、下にある面、例えば、導電性基材または他の機能層の表面に被覆または鋳込む（cast）ことができる。別の実施の形態では、ゴム材料を、例えば、開示のデバイスの形状に合わせて押出しまたは鋳造する（molded）ことができる。
【００２７】
様々な実施の形態において、本件に開示のバイアス化デバイスには更に、外側層、例えば、当業者に公知の表面保護および／または抵抗率調整層として表面材料を加えることができる。バイアス化デバイスの表面層（すなわち外側層）は、内側の層を摩擦やトナー汚染から保護するために使用する。表面層の厚さは約０．０１〜約０．１ｍｍである。様々な実施の形態において、表面層は、ナイロン類、フッ素化ポリウレタンなどのポリウレタン類、フルオロポリマー類、ポリエステル類、ポリカーボネート類、アクリル酸樹脂、様々な種類のセルロース類、フェノキシ樹脂、ポリスルホン、およびポリビニルブチラールなど（但し、これらに限定しない）の、様々なポリマーまたはゴム類を用いて調製する。様々な実施の形態において、表面層には更に、例えば、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、炭素、およびフッ化炭素などの導電性充填材を加えることができる。例示的な実施の形態では、フッ素化充填材を含むポリマーなどの表面エネルギーの低いポリマーを表面材料に用いて、トナー汚染を少なくすることができる。
【００２８】
例示的なバイアス化デバイスは、本発明の教示による、図１Ａ〜１Ｂ、図３Ａ〜３Ｂ、および図４に示すように、導電性基材の上に設けた１つ以上の機能層を備えることができる。一定した機械的および電気的機能を得るため、１つ以上の機能層の１つとしてゴム材料が使用できる。
【００２９】
図１Ａ〜１Ｂに、本発明の教示による、導電性基材上に配置した単一層構造体を含む例示的なバイアス化デバイス１００を示す。詳細には、図１Ａは、例示的なバイアス化デバイス１００の一部の斜視図であり、図１Ｂは、図１Ａに示す例示的なバイアス化デバイス１００の断面図である。図１Ａ〜１Ｂに示すデバイスは一般化した略図であって、他の層／材料を加え、あるいは既にある層／材料を除き、または変更できることは、当業者には容易に明らかであろう。
【００３０】
図１Ａ〜１Ｂに示すように、例示的なバイアス化デバイス１００は、導電性基材１１０と、ゴム材料１２０とを含んでいる。ゴム材料１２０は導電性基材１１０上に置かれている。ゴム材料１２０は、例えば、ゴムマトリックス１２８中に分散させた多数のナノチューブ１２５を含んでいる。
【００３１】
導電性基材１１０は、本件に示したようにどのような導電性基材であっても良い。導電性基材１１０の大きさは、ゴム材料の柔軟性、更に重要には、印刷装置の大きさと稼働速度によって決まる。例えば、導電性基材１１０は、円筒形チューブの直径が約１〜約１５ｍｍ、長さが約１０〜約５００ｍｍの、ステンレススチール製の硬い（solid）円筒形シャフトである。別の例では、導電性基材１１０の直径は約６〜約１５ｍｍ、長さは約２００〜約５００ｍｍである。更に別の例では、導電性基材１１０の直径は約６ｍｍ以下、長さは約２００ｍｍ以下である。
【００３２】
ゴム材料１２０は、導電性基材１１０の表面上に置かれている。ゴム材料１２０は、適合性（すなわち、柔軟性）と抵抗率を持つよう設定された導電性の弾性層であり、これは、処理速度、および／または、ＡＣ／ＤＣ条件の場合にはＡＣ周波数に関係する。つまり、ゴム材料１２０は、ニップを形成する機能と、更に層全体に電荷を緩和させる機能とを果たすことができる。
【００３３】
ゴム材料１２０は、本件に開示のように、１つ以上のゴム類と多数のナノチューブとを含むよう調製可能である。例えば、ゴム材料１２０は、図１Ａ〜１Ｂに示すように、ゴムマトリックス１２８中に分散させた多数のナノチューブ１２５を含んでいる。この例では、多数のナノチューブ１２５は、所望の機能を与えるよう、ポリマーマトリックス１２８中において特定方向に配向している。様々な実施の形態において、ＳＷＣＮＴなどの多数のカーボンナノチューブは、例えば、エピクロロヒドリン類、ウレタン類、ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエンモノマー類）、スチレン−ブタジエン類、シリコーン類、クロロプレン類、ブチルゴム類、イソプレン類、ポリエステル熱可塑性ゴム類、天然ゴム類など、様々なゴム材料中に物理的または化学的に分散させることができる。
【００３４】
様々な実施の形態において、ゴムマトリックス中に多数のナノチューブを含むゴム材料１２０は、例えば、導電性基材１１０の表面に被覆または鋳込むことができる。別の様々な実施の形態では、ゴム材料１２０を、例えば、導電性基材１１０の形状に合わせて押出しまたは鋳造することができる。
【００３５】
例示的な実施の形態のひとつでは、ゴム材料１２０は、溶解可能で、バイアス化デバイス１００の導電性基材１１０の表面においてその場で硬化または重合可能なゴムを含むものであっても良い。別の例示的な実施の形態では、ゴム材料１２０は、生物活性材料と混ぜ合わせて導電性基材１１０に被覆することのできる、比較的低い融点を持つゴムを含むことができる。更に別の実施の形態では、ゴム材料１２０に、生体適合性材料、酵素、および／またはそれらの生化学的反応物を加えても良い。
【００３６】
様々な実施の形態において、ゴム材料１２０は、例えば、約１０５〜１０１０オーム・ｃｍの範囲の所望の抵抗率とすることができる。この抵抗率範囲であれば、低い負荷量のカーボンナノチューブで達成できるため、使用するゴムの柔軟性や機械的性質に及ぼす充填材の影響が小さく、材料の選択幅を広くすることができる。これはまた、ゴム材料１２０の電気的浸透（electrical percolation）が、例えば約０．０５重量％と非常に低いカーボンナノチューブ負荷量でも得られるためである。例示的な実施の形態では、ゴム材料１２０のカーボンナノチューブ負荷量は、約２重量％以下とすることができる。
【００３７】
図２に、本発明の教示による、ＳＷＣＮＴを含むゴム材料の例示的な電気的結果を示す。ここに示されているように、ＳＷＣＮＴを負荷しない場合の例示的な物質の伝導率は約１０−１７ｓ／ｃｍ（１０１７オーム・ｃｍ）である。物質の伝導率は、導電性充填材としてＳＷＣＮＴをゴム材料に加えることで制御できる。例えば、ＳＷＣＮＴの負荷量が約０．１重量％を上回ると、ゴム材料の伝導率は約１０−８ｓ／ｃｍ（１０８オーム・ｃｍ）となり、これはゴム材料１２０として好ましい伝導率／抵抗率である。様々な伝導率／抵抗率または伝導率／抵抗率範囲は、ナノチューブの負荷量（図２に示すように）および／または使用するゴムの種類によって調節および決定することができる。
【００３８】
様々な実施の形態において、例えば摩耗性の要件に応えるため、導電性基材上に別の機能層を加えることができる。これにより、２層、３層、４層、または多層型のバイアス化デバイスが得られる。ゴム材料などの機能層は、バイアス化デバイスに所望の機械的、電気的、および表面的機能を、これらの機能をそれぞれ、各機能層に個別におよび／または任意に組み合わせて与えることができる。例えば、機能層としては、柔軟層、導電性弾性層（例えば、ゴム材料）、電極化層、抵抗調整層、表面保護層、またはその他の機能層が挙げられる（但し、これらに限定しない）。
【００３９】
図３Ａ〜３Ｂに、本発明の教示による、導電性基材上に被覆した２層構造体を含む例示的なバイアス化デバイス３００を示す。詳細には、図３Ａは、例示的なバイアス化デバイス３００の一部の斜視図である。図３Ｂは、図３Ａに示す例示的なバイアス化デバイス３００の断面図である。図３Ａ〜３Ｂに示すデバイスは一般化した概略図であって、他の層／材料を加え、あるいは既にある層／材料を除き、または変更できることは、当業者には容易に明らかであろう。
【００４０】
図３Ａ〜３Ｂに示すように、例示的なバイアス化デバイス３００は、導電性基材３１０と、ゴム材料３２０と、表面材料３３０とを含んでいる。表面材料３３０は、ゴム材料３２０の上に置かれた表面抵抗性／保護層であり、これにより導電性基材３１０の面上に２層構造体が形成される。様々な実施の形態において、デバイス３００は、デバイス３００のゴム材料３２０の上に表面層を配置するだけで作ることができる。
【００４１】
導電性基材３１０は、図１Ａ〜１Ｂに示す導電性基材１１０と同じ基材を用いても良い。ゴム材料３２０は、本件に開示のような、導電性基材３１０の表面に配置するとバイアス化デバイス３００に一定した機械的および電気的性質を与えるものであればどのようなゴム材料であっても良い。ゴム材料３２０は、ゴムマトリックス中に分散させた多数のカーボンナノチューブを含むよう調製することができる。例示的な実施の形態では、ゴム材料３２０は、ゴムマトリックス中に均一に分散させたＳＷＣＮＴを含むものであって、ゴムマトリックスとしては、ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエンモノマー類）、エピクロロヒドリン類、ウレタン類、スチレン−ブタジエン類、シリコーン類、クロロプレン類、ブチルゴム類、イソプレン類、ポリエステル熱可塑性ゴム類、天然ゴム類などが挙げられる（但し、これらに限定しない）。様々な実施の形態において、ゴム材料３２０に、例えば、多数のＳＷＣＮＴを約２．０重量％以下の負荷量で加えることができる。別の例では、ＳＷＣＮＴの負荷量は約０．１重量％以下であっても良い。
【００４２】
ゴム材料３２０の上に表面材料３３０を置くことができる。表面材料３３０は、当業者に公知の表面保護層および／または抵抗率調整層として設けられるどのような表面材料であっても良い。様々な実施の形態において、表面材料３３０の抵抗はバイアス化デバイス３００、例えばＢＣＲの抵抗を左右し、ＢＣＲ全体の電気的環境を安定化させる。
【００４３】
様々な実施の形態において、例示的な２層型バイアス化デバイス３００は、ＢＣＲとＢＴＲの２つの用途に用いることができる。一般に静電写真印刷装置のカラー機では、感光体を荷電するよう配置した１つのＢＣＲと、少なくとも２つのＢＴＲがカラー機中に配置される。例えば、４サイクルカラー装置では２つのＢＴＲが、また４色タンデム型装置では５個のＢＴＲが配置される。４サイクルカラー装置では、第１のＢＴＲを、感光体と中間転写ベルトのニップ界面に配置し、第２のＢＴＲを、中間転写ベルトと、例えば紙との間に配置することができる。用途および／またはＢＣＲとＢＴＲの構造に応じて、これらのデバイスの電気的必要条件は異なる。更に、導電性基材３１０、ゴム材料３２０、および表面材料３３０のそれぞれの材料の大きさ（例えば、直径および／または厚さ）も、機械の構造と目的とする稼働速度によって変わる。
【００４４】
様々な実施の形態によれば、バイアス化デバイス３００をＢＣＲに用いる場合、ゴム材料３２０の厚さが約１〜３ｍｍであると、稼働電界における抵抗率範囲は約１０４〜約１０８オーム・ｃｍとなる。表面材料３３０の厚さが約０．０１〜０．１ｍｍであると、抵抗率は約１０７〜約１０１１オーム・ｃｍとなる。
【００４５】
様々な実施の形態によれば、バイアス化デバイス３００を４サイクルカラー装置の第１ＢＴＲとして用いる場合、ゴム材料３２０の厚さが約３〜５ｍｍであると、稼働電界における抵抗率範囲は約１０５〜約１０１０オーム・ｃｍとなる。表面材料３３０の厚さが約０．０１〜０．１ｍｍであると、抵抗率は約１０８〜約１０１２オーム・ｃｍとなる。この場合、導電性基材３１０は、例えば直径約８〜１２ｍｍのステンレススチール製シャフトである。
【００４６】
図４に、本発明の教示による、導電性基材上に配置した３層構造体を含む例示的なバイアス化デバイス４００を示す。詳細には、図４は、例示的なバイアス化デバイス４００の断面図である。図４に示すデバイスは一般化した概略図であって、他の層／材料を加え、あるいは既にある層／材料を除き、または変更できることは、当業者には容易に明らかであろう。
【００４７】
図４に示すように、例示的なバイアス化デバイス４００は、導電性基材４１０と、導電性発泡体４１５と、ゴム材料４２０と、表面材料４３０とを含んでいる。導電性発泡体４１５の上にゴム材料４２０を置き、その上に外側層として表面材料４３０を置いて、導電性基材４１０の面上に配置した３層構造体を形成する。
【００４８】
導電性基材４１０は、図１Ａ〜１Ｂおよび／または図３に示す導電性基材１１０および／または導電性基材３１０と同じ基材であっても良い。様々な実施の形態において、導電性基材４１０は、例えばステンレススチール製シャフトである。
【００４９】
導電性発泡体４１５を、例えば導電性ポリウレタンフォームとして、デバイス４００の柔軟性を更に高めても良い。導電性発泡体４１５は、例えば、導電性基材４１０の形状に合わせて発泡材を型取りして形成する。
【００５０】
ゴム材料４２０は、導電性発泡体４１５の面上に配置した開示のゴム材料である。バイアス化デバイス４００に一定した機械的および電気的性質を与えるため、ゴム材料４２０を、図１Ａ〜１Ｂおよび／または図３に示すゴム材料１２０および／または３２０と同じものとしても良い。
【００５１】
表面材料４３０は、ゴム材料４２０の上に配置する。表面材料４３０は、当業者に公知の表面保護および／または抵抗率調整層と同様に形成したどのような表面材料であっても良い。
【００５２】
様々な実施の形態において、デバイス４００は、それぞれの層を大きく、より柔軟にしても良い。例えば、バイアス化デバイス４００を、例示的な４サイクルカラー装置用の第２ＢＴＲとして用いる。この例では、導電性基材４１０は、例えば直径約１０〜約１５ｍｍのステンレススチール製シャフトである。導電性発泡体４１５の厚さは、例えば約３〜約５ｍｍとする。ゴム材料４２０の厚さは約３〜約５ｍｍとする。
【００５３】
本発明の好ましい態様は次の通りである。
１．請求項１に記載のデバイスであって、
前記導電性基材は、コア、ベルト、およびフィルムから成る群より選ばれる形状を持つことを特徴とするデバイス。
２．請求項１に記載のデバイスであって、
前記導電性基材は、約６〜約１５ｍｍの直径と約２００〜約５００ｍｍの長さを持つステンレススチールシャフトを含むことを特徴とするデバイス。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１Ａ】本発明の教示による、導電性基材上に配置したゴム材料を含む例示的な単一層型バイアス化デバイスを示す図である。
【図１Ｂ】本発明の教示による、導電性基材上に配置したゴム材料を含む例示的な単一層型バイアス化デバイスを示す図である。
【図２】本発明の教示による、ゴムマトリックス中に分散させた多数のカーボンナノチューブを含む、ゴム材料の例示的な電気的結果を示すグラフである。
【図３Ａ】本発明の教示による、２層構造体を含む例示的なバイアス化デバイスを示す図である。
【図３Ｂ】本発明の教示による、２層構造体を含む例示的なバイアス化デバイスを示す図である。
【図４】本発明の教示による、３層構造体を含む例示的なバイアス化デバイスを示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１００，３００，４００  バイアス化デバイス、１１０，３１０，４１０  導電性基材、１２０，３２０，４２０  ゴム材料、１２５  ナノチューブ、１２８  ゴムマトリックス、３３０，４３０  表面材料、４１５  導電性発泡体。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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