ＣＮＴ／ＰＦＡナノコンポジットコーティングを備える加圧部材
【課題】電子写真印刷装置において使用される加圧部材の寿命を向上させ、且つ製造コストを削減するために、従来の加圧部材の剥離特性及び機械的頑健性を改善する。
【解決手段】加圧部材は、基材と、弾性材料によってそれぞれ囲まれているフッ素重合体及びカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を含むコーティングされた最外層を含む。
【解決手段】加圧部材は、基材と、弾性材料によってそれぞれ囲まれているフッ素重合体及びカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を含むコーティングされた最外層を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本教示は、一般に、電子写真印刷装置に使用されるベルト部材に関し、詳細には、定着装置及び像形成装置に使用される加圧ベルトに関する。
【背景技術】
【０００２】
代表的な電子写真複写装置において、複写されることになる元の光像は、感光部材上に静電潜像の形態で記録される。潜像は、一般にトナーと称される熱可塑性樹脂粒子の検電適用によって実質的に可視状態とされる。可視トナー像は、緩い粉状であり、通常、それ自体感光性部材であり得る支持体又は普通紙等の他の支持シート上に、定着装置を用いて固着又は定着される。
【０００３】
従来の定着装置は、加圧接触状態に保持されたロール対又はロールと加圧接触しているベルト部材を含むように構成され得る定着部材及び加圧部材を含む。定着プロセスにおいて、定着部材及び加圧部材の一方又は双方を加熱することによって熱が加えられ得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在の加圧ベルトは、大抵は、剥離層としてポリフルオロアルコキシポリテトラフルオロエチレン（ＰＦＡ）表面コーティングを有するポリイミドベルトを含む。ＰＦＡ剥離層は、さらに、その低い表面エネルギー特性によって耐摩耗性を提供する。しかしながら、加圧ベルトの寿命を向上させ且つ製造コストを削減するために従来の加圧ベルトの剥離特性及び機械的頑健性を改善することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
様々な実施形態によれば、本教示は、定着装置を含む。定着装置は、基材と、基材にわたって配設された最外層とを含む加圧部材を有することができる。最外層は、少なくとも約３０００ｐｓｉの引張強度を最外層に与えるために、フッ素樹脂材料内に分布した複数のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）と弾性材料とを含むことができる。
【０００６】
様々な実施形態によれば、本教示はまた、定着装置を含む。定着装置は、定着部材と、接触ニップを通過する印刷媒体上にトナー像を定着するために定着部材と接触ニップを形成するように構成された加圧部材とを含むことができる。加圧部材は、基材と、基材にわたって配設された最外層とを含むことができる。最外層は、少なくとも約３０００ｉｎ．−ｌｂｓ／ｉｎ．３の靱性を最外層に与えるために、複数のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を含むことができ、各ＣＮＴは、弾性材料によって囲まれており且つフッ素樹脂材料内に均一に分布している。
【０００７】
様々な実施形態によれば、本教示は、さらに、像形成装置を含む。像形成装置は、その上に静電潜像を受ける感光体と、感光体上に現像像を形成するために静電潜像を現像するように感光体に対してトナーを塗布する現像要素と、感光体から印刷媒体へと現像像を転写するための転写要素と、定着装置とを含むことができる。定着装置は、定着部材と、接触ニップを通過する印刷媒体上にトナー像を定着するために定着部材と加圧部材との間で接触ニップを形成するように構成された加圧部材とを含むことができる。加圧部材は、少なくとも約３０００ｐｓｉの引張強度、少なくとも約１００％の最大伸長、及び、少なくとも約３０００ｉｎ．−ｌｂｓ／ｉｎ．３の靱性を最外層に与えるために、それぞれが弾性材料によって囲まれており且つフッ素樹脂材料内に均一に分布している複数のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を有する最外層を含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本教示の様々な実施形態による、例示的な高分子安定剤を示す図である。
【図２】本教示の様々な実施形態による、安定化させたカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）含有コーティング組成物を形成する例示的な方法を示す図である。
【図３】本教示の様々な実施形態による、安定化させたＣＮＴ含有コーティング組成物を形成する他の例示的な方法を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本教示の様々な実施形態による、例示的なベルト部材を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本教示の様々な実施形態による、例示的なベルト部材を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本教示の様々な実施形態による、図４Ａ及び図４Ｂにおけるベルト部材の例示的な最外層を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本教示の様々な実施形態による、図４Ａ及び図４Ｂにおけるベルト部材の例示的な最外層を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本教示の様々な実施形態による、図４Ａ及び図４Ｂにおけるベルト部材のさらなる例示的な最外層を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本教示の様々な実施形態による、図４Ａ及び図４Ｂにおけるベルト部材のさらなる例示的な最外層を示す図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、本教示の様々な実施形態による、軟層によって囲まれている例示的なカーボンナノチューブを示す図である。
【図７】図７は、本教示の様々な実施形態による、例示的なベルト部材の表面抵抗率の結果を示す図である。
【図８】本教示の様々な実施形態による、ベルト部材を用いた例示的な定着装置の断面図である。
【図９】本教示の様々な実施形態による、例示的な電子写真複写装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
例示的な実施形態は、電子写真印刷装置に使用されるベルト部材を提供する。ベルト部材は、ベルト基材にわたって配設されたコーティング層を含むことができる。例示的な実施形態において、コーティング層は、１つ以上のフッ素重合体から形成されたポリマーマトリクス内に分布している複数のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を含むことができる。ＣＮＴは、１つ以上の弾性材料によって囲まれることができる。一実施形態において、コーティング層は、ベルト部材の最外層として使用されることができ、１つ以上の他の機能層が最外層とベルト基材との間に配設されることができる。最外層は、ベルト部材に対して、所望の機械的、電気的、及び／又は、熱的特性を提供することができる。
【００１０】
本願明細書では、特別の定めのない限り、用語「カーボンナノチューブ」又は「ＣＮＴ」は、例えば約１００ナノメートル以下の幅又は径といった少なくとも１つの小さい寸法を有する細長いカーボン材料をいう。用語「カーボンナノチューブ」又は「ＣＮＴ」は、説明のために本願明細書における説明を通して称されるものの、用語はまた、それらに限定されるものではないが、ナノシャフト、ナノピラー、ナノワイヤ、ナノロッド、及び、ナノニードル、並びに、それらの様々な官能基化及び誘導体化された小線維形態を含む同様の寸法のカーボン材料を含む他の細長い構造を包含することを目的としている。
【００１１】
様々な実施形態において、ＣＮＴは、１つの内径及び外径を有することができる。例えば、平均内径は、約０．５ｎｍ〜約２０ｎｍ、又は、約１ｎｍ〜約１５ｎｍ、又は、約５ｎｍ〜約１０ｎｍに及ぶことができる。平均外径は、約１ｎｍ〜約８０ｎｍ、又は、約５ｎｍ〜約７０ｎｍ、又は、約１０ｎｍ〜約６０ｎｍに及ぶことができる。カーボンナノチューブは、例えば、約１〜約１００００、又は、約１０〜約５０００、又は、約１００〜約１０００に及ぶアスペクト比を有することができる。
【００１２】
ＣＮＴは、例えば、矩形、多角形、楕円、又は、円状等の様々な横断面形状を有することができる。したがって、ナノチューブは、例えば筒状の３次元構造を有することができる。実施形態において、ＣＮＴの寸法及び／又は形状は限定されない。
【００１３】
ＣＮＴは、例えば、単層カーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）、２層カーボンナノチューブ（ＤＷＣＮＴ）、多層カーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）及びカーボンナノファイバー等のそれらの様々な官能基化又は誘導体化された小繊維形態を含むことができる。さらに、用語ＣＮＴは、全ての可能なＣＮＴから改質されたＣＮＴ、及び、上述したそれらの組み合わせを含むことができる。ＣＮＴの改質は、物理的及び／又は化学的改質を含むことができる。例えば、ＣＮＴは、様々な物理的及び／又は化学的改質を介して、制御された及び／又は向上された機械的、電気的、又は、熱的特性によって改質／官能基化されることができる。
【００１４】
いくつかの実施形態において、ＣＮＴは、低い及び／又は高い純度の乾燥粉末形態で得られることができるか、又は、様々な溶液内で取得されることができる。他の実施形態において、ＣＮＴは、処理されたものとして精製されていない状態で入手可能とすることができ、精製プロセスは、その後に実行されることができる。
【００１５】
体積に対する大きい表面積比のために、ＣＮＴは、凝集する又は塊になる傾向を有することがあり、そのため、ナノチューブ／高分子複合材料内への処理に影響を受けやすくないことがある。ポリマー内に均一に分散されたＣＮＴを含む複合材料を調製するための実際のアプローチのうちの１つは、高せん断混合の使用を含むことができる。そして、複合材料は、コーティング組成物を調製するのに使用されることができる。あるいは、安定化させたＣＮＴ含有コーティング組成物を形成するためにＣＮＴの安定した及び／又は均一な分散を容易とするように安定剤が使用されることができる。
【００１６】
本願明細書では、用語「安定剤」は、ＣＮＴの安定化、非凝集分散を容易とするために、ＣＮＴ及び／又はＣＮＴ含有コーティング組成物と混合される任意の機能材料をいう。
【００１７】
安定剤は、例えば、高分子アミン、高分子酸、共役高分子、及び、天然ガム材料を含むことができる。いくつかの実施形態において、安定剤は、例えば、ポリ（アリルアミン）、ポリエチレンイミン、ポリ（ジアリルジメチルアンモニウム・クロライド）、ポリ（アリルアミン塩酸塩）、及び、それらの組み合わせを含むことができる。他の実施形態において、安定剤は、例えば、ポリ（アクリル酸）、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）、高分子酸とのポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）の複合体、アラビアガム及び／又はキトサンを含むことができる。
【００１８】
本願明細書では、用語「分散」は、例えば、他のものに溶解する１つの物質、又は、流体内に懸濁若しくは散乱された粒子若しくは他の物質等、他のものの中にある１つの物質を含む任意の系をいう。それゆえに、用語「分散」はまた、「溶解」、「懸濁」、「ラテックス」、又は、「エマルション」として本願明細書において称されることができる。様々な実施形態において、開示されるコーティング組成物についての安定剤、フッ素重合体、ナノチューブ、又は、フィラーのうちの１つ以上の材料を含む分散は、制御されたｐＨ値を有することができる。例えば、ｐＨ値を調整するために、様々な有機若しくは無機酸又はアルカリは、これらに限定されるものではないが、酢酸、スルホン酸、塩酸、水酸化ナトリウム、又は、当業者にとって公知である任意の他の適切な酸若しくはアルカリを含んで使用されることができる。様々な実施形態において、ｐＨ値は、約２〜約１１まで及ぶことができる。さらなる例において、ｐＨ値は、約３〜約１０まで又は約５〜約９までであることができる。
【００１９】
例示的な実施形態において、安定剤は、二重構造官能基を含むことができる。例えば、安定剤は、分散のｐＨ値に応じて、ＣＮＴ含有分散において−ＮＨ２の形態で部分的に中和されることができ且つ−ＮＨ３＋の形態で部分的に静電又はイオンとすることもできる機能性アミノ基を含むことができる。
【００２０】
実施形態において、フッ素重合体は、これらに限定されるものではないが、例えば、フッ素熱可塑性物質、フッ素エラストマ、及び／又は、フッ素樹脂を含むフッ素樹脂を含むことができる。例示的なフッ素樹脂は、ＰＦＡ（ポリフルオロアルコキシポリテトラフルオロエチレン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、及び／又は、ＦＥＰ（フッ化エチレンプロピレン共重合体）を含むことができる。これらのフッ素樹脂は、Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ，Ｉｎｃ（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、ＤＥ）から入手可能なＴＥＦＬＯＮ（登録商標）ＰＦＡ、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）ＰＴＦＥ、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）ＦＥＰ、及び／又は、３Ｍ（商標）Ｄｙｎｅｏｎ（商標）社から入手可能なＴＨＶフッ素樹脂等、様々な名称で商用的に入手可能である。
【００２１】
例示的なフッ素エラストマは、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）、ペルフルオロ（メチルビニルエーテル）、ペルフルオロ（プロピルビニルエーテル）、ペルフルオロ（エチルビニルエーテル）、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ又はＶＦ２）、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）、及び、それらの混合物から選択される単量体繰り返し単位を有するポリマーを含むことができる。フッ素エラストマはまた、フッ素エラストマを形成するように結果の硬化剤と反応することができる硬化部位モノマーを含むことができる。例えば、ポリマーマトリクスがフッ化ビニリデン含有フッ素エラストマを使用するとき、硬化剤は、ビスフェノール化合物、ジアミノ化合物、アミノフェノール化合物、アミノ−シロキサン化合物、アミノ−シラン及び／又はフェノール−シラン化合物を含むことができる。例示的なビスフェノール架橋剤は、Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ，Ｉｎｃから入手可能なＶＩＴＯＮ（登録商標）硬化剤Ｎｏ．５０（ＶＣ−５０）であることができる。ＶＣ−５０は、溶解性のある懸濁液に溶解することができ、例えば、ＶＩＴＯＮ（登録商標）−ＧＦ（Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ，Ｉｎｃ）と架橋するための反応硬化部位において容易に利用可能であり得る。
【００２２】
市販のフッ素エラストマは、例えば、ＨＦＰ及びＶＤＦ（又はＶＦ２）の共重合体であるＶＩＴＯＮ（登録商標） Ａ、ＴＦＥ、ＶＤＦ及びＨＦＰのターポリマーであるＶＩＴＯＮ（登録商標） Ｂ、ＴＦＥ、ＶＦ２及びＨＦＰのテトラポリマーであるＶＩＴＯＮ（登録商標） ＧＦ、並びに、ＶＩＴＯＮ（登録商標） Ｅ、ＶＩＴＯＮ（登録商標） Ｅ−６０Ｃ、ＶＩＴＯＮ（登録商標） Ｅ４３０、ＶＩＴＯＮ（登録商標） ９１０、ＶＩＴＯＮ（登録商標） ＧＨ、及び／又は、ＶＩＴＯＮ（登録商標） ＧＦを含むことができる。ＶＩＴＯＮ（登録商標）称号は、Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ，Ｉｎｃ（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、ＤＥ）の商標であり、本願明細書では「ＶＩＴＯＮ」とも称される。
【００２３】
他の市販のフッ素エラストマは、例えば、ＤＹＮＥＯＮ（商標）フッ素エラストマ、ＡＦＬＡＳ（登録商標）フッ素エラストマ（例えば、ポリ（プロピレン−テトラフルオロエチレン））及びＦＬＵＯＲＥＬ（登録商標）フッ素エラストマ（例えば、ＦＬＵＯＲＥＬ（登録商標）ＩＩ（例えばＬＩＩ９００） ポリ（プロピレン−テトラフルオロエチレンビニリデンフッ化物））、ＦＬＵＯＲＥＬ（登録商標） ２１７０、ＦＬＵＯＲＥＬ（登録商標） ２１７４、ＦＬＵＯＲＥＬ（登録商標） ２１７６、ＦＬＵＯＲＥＬ（登録商標） ２１７７及び／又はＦＬＵＯＲＥＬ（登録商標） ＬＶＳ ７６を含む３Ｍ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）社から入手可能なものを含むことができる。さらなる市販のフッ素エラストマ材料は、Ｓｏｌｖａｙ Ｓｏｌｅｘｉｓ（Ｗｅｓｔ Ｄｅｐｔｆｏｒｄ，ＮＪ）から入手可能なＴＮ Ｌａｔｅｘ、ＦＯＲ（登録商標）−６０ＫＩＲ、ＦＯＲ（登録商標）−ＮＭ、ＦＯＲ（登録商標）−ＴＨＦ、ＦＯＲ（登録商標）−ＴＦＳ、ＦＯＲ（登録商標）−ＴＨ、及び、ＦＯＲ（登録商標）−ＴＮ５０５と特定される「テクノフロン」を含むことができる。
【００２４】
図１は、本教示にかかる例示的な高分子安定剤を示す概略図である。具体的には、例示的な高分子安定剤は、中和されたアミノ基（−ＮＨ２）（図１における１０５を参照）と、例えば酸性状態におけるアンモニウム塩（−ＮＨ３＋Ｘ−）（図１における１０７を参照）等のアミンとを含むアミノ二重構造官能基を含む、部分的に中和されたポリ（アリルアミン）であることができる。
【００２５】
図２〜図３は、本教示の様々な実施形態にかかる安定化させたＣＮＴ含有コーティング組成物を形成する例示的な方法２００及び３００を示す図である。
【００２６】
図２の２１０において、例えばテフロン（登録商標）ＰＦＡ等のフッ素重合体は、例えば、コロイド分散、ラテックス懸濁液、又は、それらの混合物の形態で提供されることができる。例えば、フッ素重合体は、約１０ｎｍ〜約５０００ｎｍに及ぶ平均粒径を有するフッ素重合体粒子を含むことができる。例示的な実施形態において、フッ素重合体は、約５０ｎｍ〜約５００ｎｍに及ぶ平均粒径を有する小さい粒子と、約１ｍｍ〜約５０ｍｍに及ぶ平均粒径を有する大きい粒子との混合物を含むことができる。
【００２７】
２２０において、安定剤溶液が形成されることができる。安定剤溶液は、水等の適切な溶媒におけるポリ（アリルアミン）等の１つ以上の安定剤を含むことができる。例示的な実施形態において、ポリ（アリルアミン）が使用されるとき、塩酸（ＨＣｌ）は、安定剤溶液のｐＨ値を制御するのに使用することができる。
【００２８】
図２の２３０において、ＣＮＴは、それらに限定されるものではないが、水、アルコール、例えば約Ｃ５〜約Ｃ１８までの脂肪族炭化水素、例えば、ジオキサン、エーテル、ケトン、アミド等の約Ｃ６〜約Ｃ１８までの芳香族炭火水素、及び、それらの混合物を含む液体であることができる分散剤内に分散されることができる。
【００２９】
図２の２４０において、任意に、無機粒子等のフィラーが使用されることができる。例えば、無機粒子は、フィラー分散を形成するために、水等の溶媒内に分散されることができる。フィラー分散は、例示的な水の溶媒内のシラン等の表面処理剤の存在下での無機粒子の超音波処理によって調製されることができる。
【００３０】
無機粒子は、これらに限定されるものではないが、金属酸化物、非金属酸化物、金属、又は、他の適切な粒子を含むことができる。具体的には、金属酸化物は、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化クロム、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化鉄、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化銅、五酸化アンチモン、インジウム酸化スズ、及び、それらの混合物を含むことができる。非金属酸化物は、例えば、窒化ホウ素、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等を含むことができる。金属は、例えば、ニッケル、銅、銀、金、亜鉛、鉄等を含むことができる。様々な実施形態において、当業者にとって公知の他の添加剤はまた、安定化させたＣＮＴ含有コーティング組成物に含まれることができる。
【００３１】
図２の２５０において、安定化させたＣＮＴ含有コーティング組成物は、２１０において形成されたフッ素重合体分散及び２２０において形成された安定剤溶液を、２３０において形成されたＣＮＴ分散及び２４０において形成された任意のフィラー分散と混合することによって形成されることができる。
【００３２】
あるいは、ＣＮＴを分散するために使用される分散剤はまた、安定剤についての溶媒として使用されることができる。例えば、安定剤は、上述したように、分散剤内に最初に分散されることができる。そして、ＣＮＴは、図３における３２３において描かれているように、安定剤及びＣＮＴの双方を含むＣＮＴ分散を形成するために、分散された安定剤と混ぜられることができる。安定剤及びＣＮＴの双方を含むＣＮＴ分散は、さらに、図２の２４０において形成された任意のフィラー分散とともに、図２の２１０において形成されたフッ素重合体と混合されることができる。そして、安定化させたＣＮＴ含有コーティング組成物は、図３における３５０において描かれているように形成されることができる。
【００３３】
様々な実施形態において、安定剤、ＣＮＴ、任意の無機粒子、及び／又は、フッ素重合体粒子の分散を容易にするために、安定化させたＣＮＴ含有コーティング組成物を形成する任意の段階の間において所望に、高強度超音波処理装置等の超音波のエネルギー源が分散を超音波で分解するのに使用されることができる。さらに、分散のｐＨ値は、安定化させたＣＮＴ含有コーティング組成物を形成する任意の段階の間において目標値を維持するように調整されることができる。
【００３４】
様々な実施形態において、図２及び図３において描かれるように形成されるＣＮＴ含有コーティング組成物は、例えば、安定な及び／又は均一なＣＮＴ／ＰＦＡ又はＣＮＴ／ＰＦＡ／ＳｉＣコーティング組成物であることができる。そのようなコーティング組成物は、適切な保存可能期間を有することができ、本願明細書において開示されるように、コーティング層又は最外層として表面上に「コーティングされる」ことができる。様々なコーティング技術は、安定化させたＣＮＴ含有コーティング組成物を下層表面に塗布するのに使用されることができる。本願明細書では、用語「コーティング」又は「コーティング技術」は、本教示においては特に限定されず、浸漬塗装、ペインティング、刷毛塗り、ローラー塗り、パッド塗布、吹き付け塗装、スピンコーティング、キャスティング、又は、流し塗りが使用されることができる。例えば、安定化させたＣＮＴ含有コーティング組成物は、吹き付け塗装によってポリイミド基材の片にコーティングされることができる。
【００３５】
次に、コーティングされたコーティング組成物は、例えば、下層表面上にコーティング層を形成するために乾燥プロセスによって凝固されることができる。例示的な実施形態において、コーティングされたコーティング組成物は、約２００℃〜約４５０℃、又は、約３００℃〜約４００℃、又は、約３４５℃〜約３６５℃の温度で焼かれることができる。ある実施形態において、コーティングされたコーティング組成物は、約２０分間、約３５０℃で乾燥されることができ、その後、約１０分間、約３６０℃で乾燥される。あるいは、乾燥プロセスは、真空オーブンを含むことができる。コーティング層が形成される方法にかかわらず、各乾燥コーティング層は、ある厚さを有することができる。実施形態において、コーティング及び乾燥プロセスは、例えば、形成されたコーティング層の特定の用途に応じて、約５ミクロンから約２５０ミクロン、又は、約２０ミクロンから約２００ミクロン、約５０ミクロンから約１５０ミクロンに及ぶ所望の厚さを達成するように所望に繰り返されることができる。後述するように、本教示にしたがって形成されたコーティング層は、その後、例えばベルト部材の最外層として使用される例示的なベルト部材に組み込まれることができる。
【００３６】
図４Ａ〜図４Ｂは、本教示の様々な実施形態にかかる例示的なベルト部材４００Ａ−Ｂを示す図である。あるいは、当業者は、図４Ａ〜図４Ｂにおいて示される層状構造がローラー部材のために使用されることができることを理解するであろう。ここで、ローラー基材が使用される。
【００３７】
図４Ａ〜図４Ｂの例示的なベルト部材４００Ａ−Ｂは、ベルト基材４１０にわたって形成される最外層４３０を含むことができる。図４Ａ〜図４Ｂの最外層４３０は、例えば図２〜図３において示されるように、安定化させたＣＮＴ含有コーティング組成物から形成されるコーティング層であることができる。
【００３８】
ベルト基材４１０は、代わりに、フィルム、シート等を含むことができる。ベルト基材４１０は、約２５マイクロメートル〜約２５０マイクロメートル、又は、約６０マイクロメートル〜約１００マイクロメートルに及ぶ厚さを有することができる。ベルト基材４１０は、高い機械的強度を呈することができる高温プラスチックを含むことができる。一般に、そのようなプラスチック基材は、約２，０００，０００〜約３，０００，０００ｐｓｉの曲げ強度、及び、約２５，０００〜約５５，０００ｐｓｉの曲げ弾性率を有することができる。上述した特性を保有し且つ基材としての使用に適切であるプラスチックは、例えば、エポキシや、Ｈｏｅｃｈｓｔ Ｃｅｌａｎｃｅから入手可能な商品名ＦＯＲＴＲＯＮ（登録商標）で販売されているもの、Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍから入手可能なＲＹＴＯＮ Ｒ−４（登録商標）及びＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃから入手可能なＳＵＰＥＣ（登録商標）等のポリフェニレン硫化物、Ａｍｏｃｏから入手可能な商品名ＴＯＲＬＯＮ（登録商標） ７１３０の下で販売されているポリアミドイミド等のポリイミド、Ａｍｏｃｏから入手可能な商品名ＫＡＤＥＬ（登録商標） Ｅ１２３０の下で販売されているものや、Ｖｉｃｔｒｅｘから商品名ＰＥＥＫ ４５０ＧＬ３０の下で販売されているポリエーテルエーテルケトン、ポリアリルエーテルケトン等のポリケトン、Ａｍｏｃｏから入手可能な商品名ＡＭＯＤＥＬ（登録商標）の下で販売されているポリフタルアミド等のポリアミド、ポリエーテルスルフォン、ポリエーテルイミド、ポリアリルエーテルケトン等のポリエーテル、ポリパラバン酸等、Ａｍｏｃｏから入手可能な液晶樹脂（ＸＹＤＡＲ（登録商標））、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃから入手可能なＵＬＴＥＭ（登録商標）、ＢＡＳＦから入手可能なＵＬＴＲＡＰＥＫ（登録商標）等、並びに、それらの混合物を含むことができる。ベルト基材４１０はまた、上述した材料のうちのいずれかの混合物を含むことができる。
【００３９】
特定の実施形態において、ベルト基材４１０は、例えば、これらに限定されるものではないが、芳香族ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、シロキサンポリエーテルイミドブロック共重合体及びそれらの混合物を含むポリイミド基材であることができる。
【００４０】
実施形態において、最外層４３０は、ベルト基材４１０の表面上に直接形成されることができるか（図４Ａを参照）、又は、ベルト基材４１０にわたって形成される機能層４２０上に形成されることができる（図４Ｂを参照する）。
【００４１】
機能層４２０は、例えば、共形層、接着層、及び／又は、それらの組み合わせであることができる。例示的な実施形態において、ベルト部材は、例えば、コーティングされた最外層４３０とベルト基材４１０との間に配設された約１ｍｍ〜約５ｍｍの厚さを有するシリコンゴム層等の柔軟層４２０を有する２層構造であることができる。
【００４２】
図５Ａ〜図５Ｂは、本教示の様々な実施形態にかかる図４Ａ〜図４Ｂの例示的な最外層４３０を示す概略図である。示されるように、複数のＣＮＴ５１０は、図５Ａ〜図５Ｂにおいて矛盾のない大きさを有して描かれているものの、当業者は、複数のＣＮＴ５１０が、例えば異なる長さ、幅及び／又は径といった、異なる大きさを有することができることを理解するであろう。
【００４３】
図５Ａにおいて、複数のＣＮＴ５１０は、例示的なフッ素重合体マトリクス５２０の全体にわたって均一に分散されることができる。一実施形態において、ＣＮＴは、コーティングされた層４３０のポリマーマトリクス５２０の全体にわたってランダムに絡んでいるが均一に分散された塊状のＣＮＴであることができる。
【００４４】
図５Ｂにおいて、複数のＣＮＴ５１０は、均一に分散されることができ、例えば磁界の使用によってコーティングされた層４３０のポリマーマトリクス５２０の全体にわたってある方向に整列されるか又は向けられる等、空間的に制御されることができる。
【００４５】
様々な他の例示的な最外層は、本教示の様々な実施形態にしたがって概略的に図６Ａ〜図６Ｂにおいて示されている。図５Ａ〜図５Ｂにおいて示されるコーティングされた最外層と比較して、図６Ａ〜図６Ｂにおけるコーティングされた最外層は、さらに、フッ素重合体マトリクス５２０において安定して及び／又は均一に分散された複数のＣＮＴ５１０とともに複数の無機粒子６２５を含むことができる。無機粒子６２５は、例えば、酸化アルミニウム、酸化クロム、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化鉄、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化銅、五酸化アンチモン、インジウム酸化スズ、窒化ホウ素、炭化ケイ素、ニッケル、銅、銀、金、亜鉛、鉄、又は、それらの組み合わせを含むことができる。
【００４６】
実施形態において、図５Ａ〜図５Ｂ並びに図６Ａ〜図６Ｂにおいて描かれているＣＮＴ５１０は、さらに、各ＣＮＴ５１０が付いた弾性材料５１２を含むことができる。実施形態において、図６Ｃにおいて描かれているように、弾性材料５１２は、ＣＮＴ５１０のハードコアを囲んでいるシェル層であることができる。
【００４７】
弾性材料５１２は、例えば、天然ゴム、合成ゴム、又は、それらの組み合わせを含むことができる。例示的な合成ゴムは、これらに限定されるものではないが、１個〜約１２個の炭素を有するオレフィンの１つ以上の単量体繰り返し単位を含むポリオレフィン、ポリブタジエン、フッ素エラストマ、ペルフルオロエラストマ、シリコン、フッ化シリコン、多硫化物、ポリホスファゼン及びそれらの混合物を含むことができる。様々な実施形態において、弾性材料５１２は、加硫処理される等、少なくとも部分的に架橋されることができる。
【００４８】
弾性材料５１２は、ＣＮＴハードコアの外表面上のシェル厚さＴｓを有することができる。シェル厚さＴｓは、例えば、約１ｎｍ〜約５ｍｍ、又は、約１ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲において、少なくとも約１ｎｍであることができる。様々な実施形態において、弾性材料５１２は、例えばカーボンナノチューブと結合することができるエラストマの官能基を介した物理的又は化学的結合によってＣＮＴ５１０に付けられることができる。例示的な実施形態において、弾性材料５１２は、ＣＮＴ又は共有結合によって改質されたＣＮＴと反応することができる化学的官能基を有することができる。官能基は、これらに限定されるものではないが、水酸基、カルボン酸、アジリジン、アゾメチンイリド、アリールジアゾニウム陽イオン、オキサゾリジノン、及び、それらの混合物を含むことができる。
【００４９】
コーティングされた最外層４３０は、例えば、全最外層の重量で約０．１％〜約２０％、又は、約０．５％〜約１５％、又は、約１％〜約１０％に及ぶＣＮＴを含むことができる。
【００５０】
実施形態において、図４Ａ〜図４Ｂ、図５Ａ〜図５Ｂ、並びに、図６Ａ〜図６Ｂにおいて示されるコーティングされた最外層は、電子写真印刷装置及びプロセスにおける使用を容易にするように、所望の機械的、電気的及び／又は熱的特性を提供することができる。例えば、最外層は、少なくとも約３０００ｐｓｉ、又は、約３０００ｐｓｉ〜約１００００ｐｓｉ、若しくは、約４０００〜約８０００、若しくは、約５０００〜約７０００に及ぶ引張強度と、少なくとも約１００％、又は、約１００％〜約５００％、若しくは、約２００％〜約４００％、若しくは、約２５０％〜約３５０％に及ぶ最大伸長と、少なくとも約３０００ｉｎ．−ｌｂｓ／ｉｎ．３、又は、約３０００ｉｎ．−ｌｂｓ／ｉｎ．３から約１００００ｉｎ．−ｌｂｓ／ｉｎ．３に及ぶ、若しくは、約４０００ｉｎ．−ｌｂｓ／ｉｎ．３〜約９０００ｉｎ．−ｌｂｓ／ｉｎ．３に及ぶ、若しくは、約５０００ｉｎ．−ｌｂｓ／ｉｎ．３〜約８０００ｉｎ．−ｌｂｓ／ｉｎ．３に及ぶ靱性を有することができる。
【００５１】
図７は、本教示の様々な実施形態にかかる例示的なＣＮＴ／ＰＦＡコーティングされた最外層の表面抵抗率の結果を示す図である。例えば、ＣＮＴ／ＰＦＡコーティングは、シリコンウェハ上に形成されることができ、ＰＦＡマトリクスにおいて約２重量％のＣＮＴ重量を有することができる。図７は、ＣＮＴがないがＰＦＡを含むのみである比較参照サンプル（曲線７０５を参照）と比較して、コーティングされた最外層の表面抵抗率が劇的に減少され得る（曲線７３０を参照）ことを示している。すなわち、コーティングされたＣＮＴ／ＰＦＡ層の表面伝導率は、ＣＮＴの添加に起因して劇的に増加されることができる。
【００５２】
実施形態において、図４〜図６における最外層４３０は、定着装置の定着部材及び／又は加圧部材のために使用されることができる。例えば、図４Ａ〜図４Ｂにおいて示されるベルト部材は、複写シート等の印刷媒体上にトナー像を定着するための定着ベルト及び／又は加圧ベルトとして使用されることができる。
【００５３】
図８は、本教示の様々な実施形態にかかる加圧ベルトを有する例示的な定着装置８００の断面図である。示されるように、定着装置８００は、通過する印刷媒体８１６のためにそれらの間において接触ニップＮを形成するように構成された定着部材８３０及び加圧ベルト８４０（例えばベルト部材４００Ａ−Ｂ）を含むことができる。そして、印刷媒体８１６上のトナー又は他のマーキング材料は、接触ニップＮを通過した後に印刷媒体上に定着されることができる。
【００５４】
定着部材８３０は、定着部材内部に配置された内部ヒーター８３５を含む被加熱定着部材であることができる。任意に、加熱部材８３５は、定着部材の外部に配置されることができる。実施形態において、定着部材８３０は、図８において図示されたような定着ロール又は定着ベルト（図示されていない）であることができる。実施形態において、最外層４３０（図４〜図６を参照）は、定着部材８３０及び／又は加圧ベルト８４０の最外層であることができる。
【００５５】
加圧ベルト８４０は、例えば金属から形成された駆動ローラー８２２及び従動ローラー８２４を含む３つの平行部材のまわりに連れ回る又は含まれることができる。従動ローラー８２４はまた、加圧ベルト８４０のための引張ローラーとして機能することができる。フォトカプラの形態のベルト位置センサ８４２は、所定の横範囲内でのベルト位置の維持を容易とするために、ベルト部材８４０の横端部に隣接して配設されることができる。加圧ベルト８４０は、駆動ローラー８２２の回転により、ある方向に所定の周速度で回転することができる。加圧ベルト８４０は、接触ニップＮを形成するように、定着部材８３０に加圧接触されることができる。
【００５６】
動作中において、像形成開始信号に応じて、定着されてないトナー像は、像形成ステーション（図９を参照）において記録材料上に形成されることができる。その上に定着されてないトナー像Ｔａを有する印刷媒体８１６は、印刷媒体８１６と同じ速度で移動する定着部材８３０に接触しているトナー像担持表面により、接触ニップＮにおいて定着部材８３０と加圧ベルト８４０との間に入るようにガイド８２９によって案内されることができる。
【００５７】
図９は、本教示の様々な実施形態にかかる例示的な定着装置８００を有する電子写真複写装置９００を示す図である。例えば、感光体９１０は、電圧が電源９１１から供給されることができる帯電装置９１２により、その表面上において帯電されることができる。そして、感光体は、その上に静電潜像を形成するために、レーザ及び発光ダイオード等の光学系又は画像入力装置９１３からの光に対して像に応じて露光されることができる。一般に、静電潜像は、それと接触して現像ステーション９１４から現像混合物を運ぶことによって現像されることができる。現像は、磁気ブラシ、粉末クラウド、又は、他の公知の現像プロセスの使用によって行われることができる。乾式現像混合物は、通常、摩擦電気的にそれに対して付着しているトナー粒子を有する粒状キャリアを含むことができる。トナー粒子は、粒状キャリアからその上にトナー粉末像を形成している潜像へと引き付けられることができる。あるいは、その中に分散されたトナー粒子を有する液体キャリアを含む液体現像材料が使用されることができる。液体現像材料は、静電潜像と接触して進められることができ、トナー粒子は、像外形においてその上に堆積されることができる。
【００５８】
トナー粒子が像外形における光導電性表面上に堆積された後、それらは、例えば加圧転写を含む転写要素９１５によって印刷媒体８１６へと転写されることができる。あるいは、現像された像は、中間転写部材（図示しない）へと転写されることができ、その後、印刷媒体へと転写されることができる。
【００５９】
現像された像の転写が完了した後、印刷媒体８１６は、例えば定着ロール及び加圧ベルトを含む定着ステーション８００へと進められることができる。ここで、現像された像は、定着ロールと加圧ベルトとの間に印刷媒体を通過させることによって印刷媒体８１６に定着され、それにより、永久像を形成する。一方で、感光体９１０は、転写後に、クリーニングステーション９１７へと進められることができる。ここで、感光体９１０上のいかなる残留トナーも、ブレード（図９において示されるように）、ブラシ、又は、他のクリーニング装置の使用によってそこからクリーニングされることができる。
【００６０】
実施例１
この例において、複合材料は、２ｐｐｈのＶＣ５０によって硬化されたＶＩＴＯＮ（登録商標）エラストマによって囲まれた約３重量％のＣＮＴを有するように調製された。具体的には、シェルエラストマとしての約１２部の多層カーボンナノチューブ及び約８８部のＶＩＴＯＮ（登録商標） ＧＦ（ＤｕＰｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ，Ｉｎｃ、Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥから入手可能）が、Ｈａａｋｅ Ｒｈｅｏｍｉｘミキサ（Ｔｈｅｒｍｏ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ、Ｗａｌｔｈａｍ、ＭＡ）内に置かれ、ＶＩＴＯＮ（登録商標） ＧＦにおいて分散された多層カーボンナノチューブの約１２重量％を含むナノチューブマスター束を形成するために、約３０分間、約２０ｒｐｍの回転速度で混ぜ合わされた。そして、結果として生じた約２０部のカーボンナノチューブマスター束は、ＶＩＴＯＮ（登録商標）エラストマシェルによって被覆された約３重量％のカーボンナノチューブを含むポリマーブレンドを形成するために、約３０分間、約２０ｒｐｍの回転速度で、Ｈａａｋｅ Ｒｈｅｏｍｉｘ内で、約８０℃で、Ｄｙｎｅｏｎ社（Ｏａｋｄａｌｅ、ＭＮ）からのＴＨＶＰ２２１からなる約６０グラムのフッ素樹脂と混ぜ合わされた。
【００６１】
ＴＨＶＰ／ＣＮＴ／ＶＩＴＯＮ（登録商標）ブレンド（約４．１８部）は、メチルイソブチルケトン（２８．４部）内の金属酸化物（約０．３４８部の酸化マグネシウム及び約０．１７４部の水酸化カルシウム）及び約０．８４部のビスフェノールＶＣ−５０硬化剤（Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ，Ｉｎｃから入手可能なＶＩＴＯＮ（登録商標）硬化剤Ｎｏ．５０）と混合された。そして、結果として生じたコーティング組成物は、型で鋳られた。溶媒蒸発後に結果として生じたフィルムは、後硬化のために、２時間、約１４９℃、２時間、約２０４℃、及び、６時間、約２３２℃等の傾斜温度で硬化された。
【００６２】
実施例２
ＶＩＴＯＮ（登録商標）エラストマによって囲まれた約３重量％のカーボンナノチューブは、例１において記載された手順の後に調製された。ＴＨＶＰ／ＣＮＴ／ＶＩＴＯＮ（登録商標）混合物ブレンド（約４．２２５部）は、コーティング組成物を形成するために、メチルイソブチルケトン（約２８．５部）内の金属酸化物（約０．３４８部の酸化マグネシウム及び約０，１７４部の水酸化カルシウム）及び約２．１部のビスフェノールＶＣ−５０硬化剤（Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ，Ｉｎｃから入手可能なＶＩＴＯＮ（登録商標）硬化剤Ｎｏ．５０）と混合され、その後、型で鋳られた。溶媒蒸発後に結果として生じたフィルムは、後硬化のために、２時間、約１４９℃、２時間、約２０４℃、及び、６時間、約２３２℃等の傾斜温度で硬化された。
【００６３】
例１〜２の各硬化された複合フィルムは、その後に機械的試験を受けて例１〜２の各例について平均化される５つのサンプルに切断された。機械的試験は、ＡＳＴＭ Ｄ４１２ エラストマの張力特性（Ｔｈｏｍｓｏｎ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，Ｃｈｉｃａｇｏ，ＩＬ）を使用して実行された。結果は、以下のように表１にまとめられた。
【００６４】
【表１】
【技術分野】
【０００１】
本教示は、一般に、電子写真印刷装置に使用されるベルト部材に関し、詳細には、定着装置及び像形成装置に使用される加圧ベルトに関する。
【背景技術】
【０００２】
代表的な電子写真複写装置において、複写されることになる元の光像は、感光部材上に静電潜像の形態で記録される。潜像は、一般にトナーと称される熱可塑性樹脂粒子の検電適用によって実質的に可視状態とされる。可視トナー像は、緩い粉状であり、通常、それ自体感光性部材であり得る支持体又は普通紙等の他の支持シート上に、定着装置を用いて固着又は定着される。
【０００３】
従来の定着装置は、加圧接触状態に保持されたロール対又はロールと加圧接触しているベルト部材を含むように構成され得る定着部材及び加圧部材を含む。定着プロセスにおいて、定着部材及び加圧部材の一方又は双方を加熱することによって熱が加えられ得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在の加圧ベルトは、大抵は、剥離層としてポリフルオロアルコキシポリテトラフルオロエチレン（ＰＦＡ）表面コーティングを有するポリイミドベルトを含む。ＰＦＡ剥離層は、さらに、その低い表面エネルギー特性によって耐摩耗性を提供する。しかしながら、加圧ベルトの寿命を向上させ且つ製造コストを削減するために従来の加圧ベルトの剥離特性及び機械的頑健性を改善することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
様々な実施形態によれば、本教示は、定着装置を含む。定着装置は、基材と、基材にわたって配設された最外層とを含む加圧部材を有することができる。最外層は、少なくとも約３０００ｐｓｉの引張強度を最外層に与えるために、フッ素樹脂材料内に分布した複数のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）と弾性材料とを含むことができる。
【０００６】
様々な実施形態によれば、本教示はまた、定着装置を含む。定着装置は、定着部材と、接触ニップを通過する印刷媒体上にトナー像を定着するために定着部材と接触ニップを形成するように構成された加圧部材とを含むことができる。加圧部材は、基材と、基材にわたって配設された最外層とを含むことができる。最外層は、少なくとも約３０００ｉｎ．−ｌｂｓ／ｉｎ．３の靱性を最外層に与えるために、複数のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を含むことができ、各ＣＮＴは、弾性材料によって囲まれており且つフッ素樹脂材料内に均一に分布している。
【０００７】
様々な実施形態によれば、本教示は、さらに、像形成装置を含む。像形成装置は、その上に静電潜像を受ける感光体と、感光体上に現像像を形成するために静電潜像を現像するように感光体に対してトナーを塗布する現像要素と、感光体から印刷媒体へと現像像を転写するための転写要素と、定着装置とを含むことができる。定着装置は、定着部材と、接触ニップを通過する印刷媒体上にトナー像を定着するために定着部材と加圧部材との間で接触ニップを形成するように構成された加圧部材とを含むことができる。加圧部材は、少なくとも約３０００ｐｓｉの引張強度、少なくとも約１００％の最大伸長、及び、少なくとも約３０００ｉｎ．−ｌｂｓ／ｉｎ．３の靱性を最外層に与えるために、それぞれが弾性材料によって囲まれており且つフッ素樹脂材料内に均一に分布している複数のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を有する最外層を含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本教示の様々な実施形態による、例示的な高分子安定剤を示す図である。
【図２】本教示の様々な実施形態による、安定化させたカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）含有コーティング組成物を形成する例示的な方法を示す図である。
【図３】本教示の様々な実施形態による、安定化させたＣＮＴ含有コーティング組成物を形成する他の例示的な方法を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本教示の様々な実施形態による、例示的なベルト部材を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本教示の様々な実施形態による、例示的なベルト部材を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本教示の様々な実施形態による、図４Ａ及び図４Ｂにおけるベルト部材の例示的な最外層を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本教示の様々な実施形態による、図４Ａ及び図４Ｂにおけるベルト部材の例示的な最外層を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本教示の様々な実施形態による、図４Ａ及び図４Ｂにおけるベルト部材のさらなる例示的な最外層を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本教示の様々な実施形態による、図４Ａ及び図４Ｂにおけるベルト部材のさらなる例示的な最外層を示す図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、本教示の様々な実施形態による、軟層によって囲まれている例示的なカーボンナノチューブを示す図である。
【図７】図７は、本教示の様々な実施形態による、例示的なベルト部材の表面抵抗率の結果を示す図である。
【図８】本教示の様々な実施形態による、ベルト部材を用いた例示的な定着装置の断面図である。
【図９】本教示の様々な実施形態による、例示的な電子写真複写装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
例示的な実施形態は、電子写真印刷装置に使用されるベルト部材を提供する。ベルト部材は、ベルト基材にわたって配設されたコーティング層を含むことができる。例示的な実施形態において、コーティング層は、１つ以上のフッ素重合体から形成されたポリマーマトリクス内に分布している複数のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を含むことができる。ＣＮＴは、１つ以上の弾性材料によって囲まれることができる。一実施形態において、コーティング層は、ベルト部材の最外層として使用されることができ、１つ以上の他の機能層が最外層とベルト基材との間に配設されることができる。最外層は、ベルト部材に対して、所望の機械的、電気的、及び／又は、熱的特性を提供することができる。
【００１０】
本願明細書では、特別の定めのない限り、用語「カーボンナノチューブ」又は「ＣＮＴ」は、例えば約１００ナノメートル以下の幅又は径といった少なくとも１つの小さい寸法を有する細長いカーボン材料をいう。用語「カーボンナノチューブ」又は「ＣＮＴ」は、説明のために本願明細書における説明を通して称されるものの、用語はまた、それらに限定されるものではないが、ナノシャフト、ナノピラー、ナノワイヤ、ナノロッド、及び、ナノニードル、並びに、それらの様々な官能基化及び誘導体化された小線維形態を含む同様の寸法のカーボン材料を含む他の細長い構造を包含することを目的としている。
【００１１】
様々な実施形態において、ＣＮＴは、１つの内径及び外径を有することができる。例えば、平均内径は、約０．５ｎｍ〜約２０ｎｍ、又は、約１ｎｍ〜約１５ｎｍ、又は、約５ｎｍ〜約１０ｎｍに及ぶことができる。平均外径は、約１ｎｍ〜約８０ｎｍ、又は、約５ｎｍ〜約７０ｎｍ、又は、約１０ｎｍ〜約６０ｎｍに及ぶことができる。カーボンナノチューブは、例えば、約１〜約１００００、又は、約１０〜約５０００、又は、約１００〜約１０００に及ぶアスペクト比を有することができる。
【００１２】
ＣＮＴは、例えば、矩形、多角形、楕円、又は、円状等の様々な横断面形状を有することができる。したがって、ナノチューブは、例えば筒状の３次元構造を有することができる。実施形態において、ＣＮＴの寸法及び／又は形状は限定されない。
【００１３】
ＣＮＴは、例えば、単層カーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）、２層カーボンナノチューブ（ＤＷＣＮＴ）、多層カーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）及びカーボンナノファイバー等のそれらの様々な官能基化又は誘導体化された小繊維形態を含むことができる。さらに、用語ＣＮＴは、全ての可能なＣＮＴから改質されたＣＮＴ、及び、上述したそれらの組み合わせを含むことができる。ＣＮＴの改質は、物理的及び／又は化学的改質を含むことができる。例えば、ＣＮＴは、様々な物理的及び／又は化学的改質を介して、制御された及び／又は向上された機械的、電気的、又は、熱的特性によって改質／官能基化されることができる。
【００１４】
いくつかの実施形態において、ＣＮＴは、低い及び／又は高い純度の乾燥粉末形態で得られることができるか、又は、様々な溶液内で取得されることができる。他の実施形態において、ＣＮＴは、処理されたものとして精製されていない状態で入手可能とすることができ、精製プロセスは、その後に実行されることができる。
【００１５】
体積に対する大きい表面積比のために、ＣＮＴは、凝集する又は塊になる傾向を有することがあり、そのため、ナノチューブ／高分子複合材料内への処理に影響を受けやすくないことがある。ポリマー内に均一に分散されたＣＮＴを含む複合材料を調製するための実際のアプローチのうちの１つは、高せん断混合の使用を含むことができる。そして、複合材料は、コーティング組成物を調製するのに使用されることができる。あるいは、安定化させたＣＮＴ含有コーティング組成物を形成するためにＣＮＴの安定した及び／又は均一な分散を容易とするように安定剤が使用されることができる。
【００１６】
本願明細書では、用語「安定剤」は、ＣＮＴの安定化、非凝集分散を容易とするために、ＣＮＴ及び／又はＣＮＴ含有コーティング組成物と混合される任意の機能材料をいう。
【００１７】
安定剤は、例えば、高分子アミン、高分子酸、共役高分子、及び、天然ガム材料を含むことができる。いくつかの実施形態において、安定剤は、例えば、ポリ（アリルアミン）、ポリエチレンイミン、ポリ（ジアリルジメチルアンモニウム・クロライド）、ポリ（アリルアミン塩酸塩）、及び、それらの組み合わせを含むことができる。他の実施形態において、安定剤は、例えば、ポリ（アクリル酸）、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）、高分子酸とのポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）の複合体、アラビアガム及び／又はキトサンを含むことができる。
【００１８】
本願明細書では、用語「分散」は、例えば、他のものに溶解する１つの物質、又は、流体内に懸濁若しくは散乱された粒子若しくは他の物質等、他のものの中にある１つの物質を含む任意の系をいう。それゆえに、用語「分散」はまた、「溶解」、「懸濁」、「ラテックス」、又は、「エマルション」として本願明細書において称されることができる。様々な実施形態において、開示されるコーティング組成物についての安定剤、フッ素重合体、ナノチューブ、又は、フィラーのうちの１つ以上の材料を含む分散は、制御されたｐＨ値を有することができる。例えば、ｐＨ値を調整するために、様々な有機若しくは無機酸又はアルカリは、これらに限定されるものではないが、酢酸、スルホン酸、塩酸、水酸化ナトリウム、又は、当業者にとって公知である任意の他の適切な酸若しくはアルカリを含んで使用されることができる。様々な実施形態において、ｐＨ値は、約２〜約１１まで及ぶことができる。さらなる例において、ｐＨ値は、約３〜約１０まで又は約５〜約９までであることができる。
【００１９】
例示的な実施形態において、安定剤は、二重構造官能基を含むことができる。例えば、安定剤は、分散のｐＨ値に応じて、ＣＮＴ含有分散において−ＮＨ２の形態で部分的に中和されることができ且つ−ＮＨ３＋の形態で部分的に静電又はイオンとすることもできる機能性アミノ基を含むことができる。
【００２０】
実施形態において、フッ素重合体は、これらに限定されるものではないが、例えば、フッ素熱可塑性物質、フッ素エラストマ、及び／又は、フッ素樹脂を含むフッ素樹脂を含むことができる。例示的なフッ素樹脂は、ＰＦＡ（ポリフルオロアルコキシポリテトラフルオロエチレン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、及び／又は、ＦＥＰ（フッ化エチレンプロピレン共重合体）を含むことができる。これらのフッ素樹脂は、Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ，Ｉｎｃ（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、ＤＥ）から入手可能なＴＥＦＬＯＮ（登録商標）ＰＦＡ、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）ＰＴＦＥ、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）ＦＥＰ、及び／又は、３Ｍ（商標）Ｄｙｎｅｏｎ（商標）社から入手可能なＴＨＶフッ素樹脂等、様々な名称で商用的に入手可能である。
【００２１】
例示的なフッ素エラストマは、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）、ペルフルオロ（メチルビニルエーテル）、ペルフルオロ（プロピルビニルエーテル）、ペルフルオロ（エチルビニルエーテル）、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ又はＶＦ２）、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）、及び、それらの混合物から選択される単量体繰り返し単位を有するポリマーを含むことができる。フッ素エラストマはまた、フッ素エラストマを形成するように結果の硬化剤と反応することができる硬化部位モノマーを含むことができる。例えば、ポリマーマトリクスがフッ化ビニリデン含有フッ素エラストマを使用するとき、硬化剤は、ビスフェノール化合物、ジアミノ化合物、アミノフェノール化合物、アミノ−シロキサン化合物、アミノ−シラン及び／又はフェノール−シラン化合物を含むことができる。例示的なビスフェノール架橋剤は、Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ，Ｉｎｃから入手可能なＶＩＴＯＮ（登録商標）硬化剤Ｎｏ．５０（ＶＣ−５０）であることができる。ＶＣ−５０は、溶解性のある懸濁液に溶解することができ、例えば、ＶＩＴＯＮ（登録商標）−ＧＦ（Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ，Ｉｎｃ）と架橋するための反応硬化部位において容易に利用可能であり得る。
【００２２】
市販のフッ素エラストマは、例えば、ＨＦＰ及びＶＤＦ（又はＶＦ２）の共重合体であるＶＩＴＯＮ（登録商標） Ａ、ＴＦＥ、ＶＤＦ及びＨＦＰのターポリマーであるＶＩＴＯＮ（登録商標） Ｂ、ＴＦＥ、ＶＦ２及びＨＦＰのテトラポリマーであるＶＩＴＯＮ（登録商標） ＧＦ、並びに、ＶＩＴＯＮ（登録商標） Ｅ、ＶＩＴＯＮ（登録商標） Ｅ−６０Ｃ、ＶＩＴＯＮ（登録商標） Ｅ４３０、ＶＩＴＯＮ（登録商標） ９１０、ＶＩＴＯＮ（登録商標） ＧＨ、及び／又は、ＶＩＴＯＮ（登録商標） ＧＦを含むことができる。ＶＩＴＯＮ（登録商標）称号は、Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ，Ｉｎｃ（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、ＤＥ）の商標であり、本願明細書では「ＶＩＴＯＮ」とも称される。
【００２３】
他の市販のフッ素エラストマは、例えば、ＤＹＮＥＯＮ（商標）フッ素エラストマ、ＡＦＬＡＳ（登録商標）フッ素エラストマ（例えば、ポリ（プロピレン−テトラフルオロエチレン））及びＦＬＵＯＲＥＬ（登録商標）フッ素エラストマ（例えば、ＦＬＵＯＲＥＬ（登録商標）ＩＩ（例えばＬＩＩ９００） ポリ（プロピレン−テトラフルオロエチレンビニリデンフッ化物））、ＦＬＵＯＲＥＬ（登録商標） ２１７０、ＦＬＵＯＲＥＬ（登録商標） ２１７４、ＦＬＵＯＲＥＬ（登録商標） ２１７６、ＦＬＵＯＲＥＬ（登録商標） ２１７７及び／又はＦＬＵＯＲＥＬ（登録商標） ＬＶＳ ７６を含む３Ｍ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）社から入手可能なものを含むことができる。さらなる市販のフッ素エラストマ材料は、Ｓｏｌｖａｙ Ｓｏｌｅｘｉｓ（Ｗｅｓｔ Ｄｅｐｔｆｏｒｄ，ＮＪ）から入手可能なＴＮ Ｌａｔｅｘ、ＦＯＲ（登録商標）−６０ＫＩＲ、ＦＯＲ（登録商標）−ＮＭ、ＦＯＲ（登録商標）−ＴＨＦ、ＦＯＲ（登録商標）−ＴＦＳ、ＦＯＲ（登録商標）−ＴＨ、及び、ＦＯＲ（登録商標）−ＴＮ５０５と特定される「テクノフロン」を含むことができる。
【００２４】
図１は、本教示にかかる例示的な高分子安定剤を示す概略図である。具体的には、例示的な高分子安定剤は、中和されたアミノ基（−ＮＨ２）（図１における１０５を参照）と、例えば酸性状態におけるアンモニウム塩（−ＮＨ３＋Ｘ−）（図１における１０７を参照）等のアミンとを含むアミノ二重構造官能基を含む、部分的に中和されたポリ（アリルアミン）であることができる。
【００２５】
図２〜図３は、本教示の様々な実施形態にかかる安定化させたＣＮＴ含有コーティング組成物を形成する例示的な方法２００及び３００を示す図である。
【００２６】
図２の２１０において、例えばテフロン（登録商標）ＰＦＡ等のフッ素重合体は、例えば、コロイド分散、ラテックス懸濁液、又は、それらの混合物の形態で提供されることができる。例えば、フッ素重合体は、約１０ｎｍ〜約５０００ｎｍに及ぶ平均粒径を有するフッ素重合体粒子を含むことができる。例示的な実施形態において、フッ素重合体は、約５０ｎｍ〜約５００ｎｍに及ぶ平均粒径を有する小さい粒子と、約１ｍｍ〜約５０ｍｍに及ぶ平均粒径を有する大きい粒子との混合物を含むことができる。
【００２７】
２２０において、安定剤溶液が形成されることができる。安定剤溶液は、水等の適切な溶媒におけるポリ（アリルアミン）等の１つ以上の安定剤を含むことができる。例示的な実施形態において、ポリ（アリルアミン）が使用されるとき、塩酸（ＨＣｌ）は、安定剤溶液のｐＨ値を制御するのに使用することができる。
【００２８】
図２の２３０において、ＣＮＴは、それらに限定されるものではないが、水、アルコール、例えば約Ｃ５〜約Ｃ１８までの脂肪族炭化水素、例えば、ジオキサン、エーテル、ケトン、アミド等の約Ｃ６〜約Ｃ１８までの芳香族炭火水素、及び、それらの混合物を含む液体であることができる分散剤内に分散されることができる。
【００２９】
図２の２４０において、任意に、無機粒子等のフィラーが使用されることができる。例えば、無機粒子は、フィラー分散を形成するために、水等の溶媒内に分散されることができる。フィラー分散は、例示的な水の溶媒内のシラン等の表面処理剤の存在下での無機粒子の超音波処理によって調製されることができる。
【００３０】
無機粒子は、これらに限定されるものではないが、金属酸化物、非金属酸化物、金属、又は、他の適切な粒子を含むことができる。具体的には、金属酸化物は、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化クロム、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化鉄、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化銅、五酸化アンチモン、インジウム酸化スズ、及び、それらの混合物を含むことができる。非金属酸化物は、例えば、窒化ホウ素、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等を含むことができる。金属は、例えば、ニッケル、銅、銀、金、亜鉛、鉄等を含むことができる。様々な実施形態において、当業者にとって公知の他の添加剤はまた、安定化させたＣＮＴ含有コーティング組成物に含まれることができる。
【００３１】
図２の２５０において、安定化させたＣＮＴ含有コーティング組成物は、２１０において形成されたフッ素重合体分散及び２２０において形成された安定剤溶液を、２３０において形成されたＣＮＴ分散及び２４０において形成された任意のフィラー分散と混合することによって形成されることができる。
【００３２】
あるいは、ＣＮＴを分散するために使用される分散剤はまた、安定剤についての溶媒として使用されることができる。例えば、安定剤は、上述したように、分散剤内に最初に分散されることができる。そして、ＣＮＴは、図３における３２３において描かれているように、安定剤及びＣＮＴの双方を含むＣＮＴ分散を形成するために、分散された安定剤と混ぜられることができる。安定剤及びＣＮＴの双方を含むＣＮＴ分散は、さらに、図２の２４０において形成された任意のフィラー分散とともに、図２の２１０において形成されたフッ素重合体と混合されることができる。そして、安定化させたＣＮＴ含有コーティング組成物は、図３における３５０において描かれているように形成されることができる。
【００３３】
様々な実施形態において、安定剤、ＣＮＴ、任意の無機粒子、及び／又は、フッ素重合体粒子の分散を容易にするために、安定化させたＣＮＴ含有コーティング組成物を形成する任意の段階の間において所望に、高強度超音波処理装置等の超音波のエネルギー源が分散を超音波で分解するのに使用されることができる。さらに、分散のｐＨ値は、安定化させたＣＮＴ含有コーティング組成物を形成する任意の段階の間において目標値を維持するように調整されることができる。
【００３４】
様々な実施形態において、図２及び図３において描かれるように形成されるＣＮＴ含有コーティング組成物は、例えば、安定な及び／又は均一なＣＮＴ／ＰＦＡ又はＣＮＴ／ＰＦＡ／ＳｉＣコーティング組成物であることができる。そのようなコーティング組成物は、適切な保存可能期間を有することができ、本願明細書において開示されるように、コーティング層又は最外層として表面上に「コーティングされる」ことができる。様々なコーティング技術は、安定化させたＣＮＴ含有コーティング組成物を下層表面に塗布するのに使用されることができる。本願明細書では、用語「コーティング」又は「コーティング技術」は、本教示においては特に限定されず、浸漬塗装、ペインティング、刷毛塗り、ローラー塗り、パッド塗布、吹き付け塗装、スピンコーティング、キャスティング、又は、流し塗りが使用されることができる。例えば、安定化させたＣＮＴ含有コーティング組成物は、吹き付け塗装によってポリイミド基材の片にコーティングされることができる。
【００３５】
次に、コーティングされたコーティング組成物は、例えば、下層表面上にコーティング層を形成するために乾燥プロセスによって凝固されることができる。例示的な実施形態において、コーティングされたコーティング組成物は、約２００℃〜約４５０℃、又は、約３００℃〜約４００℃、又は、約３４５℃〜約３６５℃の温度で焼かれることができる。ある実施形態において、コーティングされたコーティング組成物は、約２０分間、約３５０℃で乾燥されることができ、その後、約１０分間、約３６０℃で乾燥される。あるいは、乾燥プロセスは、真空オーブンを含むことができる。コーティング層が形成される方法にかかわらず、各乾燥コーティング層は、ある厚さを有することができる。実施形態において、コーティング及び乾燥プロセスは、例えば、形成されたコーティング層の特定の用途に応じて、約５ミクロンから約２５０ミクロン、又は、約２０ミクロンから約２００ミクロン、約５０ミクロンから約１５０ミクロンに及ぶ所望の厚さを達成するように所望に繰り返されることができる。後述するように、本教示にしたがって形成されたコーティング層は、その後、例えばベルト部材の最外層として使用される例示的なベルト部材に組み込まれることができる。
【００３６】
図４Ａ〜図４Ｂは、本教示の様々な実施形態にかかる例示的なベルト部材４００Ａ−Ｂを示す図である。あるいは、当業者は、図４Ａ〜図４Ｂにおいて示される層状構造がローラー部材のために使用されることができることを理解するであろう。ここで、ローラー基材が使用される。
【００３７】
図４Ａ〜図４Ｂの例示的なベルト部材４００Ａ−Ｂは、ベルト基材４１０にわたって形成される最外層４３０を含むことができる。図４Ａ〜図４Ｂの最外層４３０は、例えば図２〜図３において示されるように、安定化させたＣＮＴ含有コーティング組成物から形成されるコーティング層であることができる。
【００３８】
ベルト基材４１０は、代わりに、フィルム、シート等を含むことができる。ベルト基材４１０は、約２５マイクロメートル〜約２５０マイクロメートル、又は、約６０マイクロメートル〜約１００マイクロメートルに及ぶ厚さを有することができる。ベルト基材４１０は、高い機械的強度を呈することができる高温プラスチックを含むことができる。一般に、そのようなプラスチック基材は、約２，０００，０００〜約３，０００，０００ｐｓｉの曲げ強度、及び、約２５，０００〜約５５，０００ｐｓｉの曲げ弾性率を有することができる。上述した特性を保有し且つ基材としての使用に適切であるプラスチックは、例えば、エポキシや、Ｈｏｅｃｈｓｔ Ｃｅｌａｎｃｅから入手可能な商品名ＦＯＲＴＲＯＮ（登録商標）で販売されているもの、Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍから入手可能なＲＹＴＯＮ Ｒ−４（登録商標）及びＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃから入手可能なＳＵＰＥＣ（登録商標）等のポリフェニレン硫化物、Ａｍｏｃｏから入手可能な商品名ＴＯＲＬＯＮ（登録商標） ７１３０の下で販売されているポリアミドイミド等のポリイミド、Ａｍｏｃｏから入手可能な商品名ＫＡＤＥＬ（登録商標） Ｅ１２３０の下で販売されているものや、Ｖｉｃｔｒｅｘから商品名ＰＥＥＫ ４５０ＧＬ３０の下で販売されているポリエーテルエーテルケトン、ポリアリルエーテルケトン等のポリケトン、Ａｍｏｃｏから入手可能な商品名ＡＭＯＤＥＬ（登録商標）の下で販売されているポリフタルアミド等のポリアミド、ポリエーテルスルフォン、ポリエーテルイミド、ポリアリルエーテルケトン等のポリエーテル、ポリパラバン酸等、Ａｍｏｃｏから入手可能な液晶樹脂（ＸＹＤＡＲ（登録商標））、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃから入手可能なＵＬＴＥＭ（登録商標）、ＢＡＳＦから入手可能なＵＬＴＲＡＰＥＫ（登録商標）等、並びに、それらの混合物を含むことができる。ベルト基材４１０はまた、上述した材料のうちのいずれかの混合物を含むことができる。
【００３９】
特定の実施形態において、ベルト基材４１０は、例えば、これらに限定されるものではないが、芳香族ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、シロキサンポリエーテルイミドブロック共重合体及びそれらの混合物を含むポリイミド基材であることができる。
【００４０】
実施形態において、最外層４３０は、ベルト基材４１０の表面上に直接形成されることができるか（図４Ａを参照）、又は、ベルト基材４１０にわたって形成される機能層４２０上に形成されることができる（図４Ｂを参照する）。
【００４１】
機能層４２０は、例えば、共形層、接着層、及び／又は、それらの組み合わせであることができる。例示的な実施形態において、ベルト部材は、例えば、コーティングされた最外層４３０とベルト基材４１０との間に配設された約１ｍｍ〜約５ｍｍの厚さを有するシリコンゴム層等の柔軟層４２０を有する２層構造であることができる。
【００４２】
図５Ａ〜図５Ｂは、本教示の様々な実施形態にかかる図４Ａ〜図４Ｂの例示的な最外層４３０を示す概略図である。示されるように、複数のＣＮＴ５１０は、図５Ａ〜図５Ｂにおいて矛盾のない大きさを有して描かれているものの、当業者は、複数のＣＮＴ５１０が、例えば異なる長さ、幅及び／又は径といった、異なる大きさを有することができることを理解するであろう。
【００４３】
図５Ａにおいて、複数のＣＮＴ５１０は、例示的なフッ素重合体マトリクス５２０の全体にわたって均一に分散されることができる。一実施形態において、ＣＮＴは、コーティングされた層４３０のポリマーマトリクス５２０の全体にわたってランダムに絡んでいるが均一に分散された塊状のＣＮＴであることができる。
【００４４】
図５Ｂにおいて、複数のＣＮＴ５１０は、均一に分散されることができ、例えば磁界の使用によってコーティングされた層４３０のポリマーマトリクス５２０の全体にわたってある方向に整列されるか又は向けられる等、空間的に制御されることができる。
【００４５】
様々な他の例示的な最外層は、本教示の様々な実施形態にしたがって概略的に図６Ａ〜図６Ｂにおいて示されている。図５Ａ〜図５Ｂにおいて示されるコーティングされた最外層と比較して、図６Ａ〜図６Ｂにおけるコーティングされた最外層は、さらに、フッ素重合体マトリクス５２０において安定して及び／又は均一に分散された複数のＣＮＴ５１０とともに複数の無機粒子６２５を含むことができる。無機粒子６２５は、例えば、酸化アルミニウム、酸化クロム、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化鉄、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化銅、五酸化アンチモン、インジウム酸化スズ、窒化ホウ素、炭化ケイ素、ニッケル、銅、銀、金、亜鉛、鉄、又は、それらの組み合わせを含むことができる。
【００４６】
実施形態において、図５Ａ〜図５Ｂ並びに図６Ａ〜図６Ｂにおいて描かれているＣＮＴ５１０は、さらに、各ＣＮＴ５１０が付いた弾性材料５１２を含むことができる。実施形態において、図６Ｃにおいて描かれているように、弾性材料５１２は、ＣＮＴ５１０のハードコアを囲んでいるシェル層であることができる。
【００４７】
弾性材料５１２は、例えば、天然ゴム、合成ゴム、又は、それらの組み合わせを含むことができる。例示的な合成ゴムは、これらに限定されるものではないが、１個〜約１２個の炭素を有するオレフィンの１つ以上の単量体繰り返し単位を含むポリオレフィン、ポリブタジエン、フッ素エラストマ、ペルフルオロエラストマ、シリコン、フッ化シリコン、多硫化物、ポリホスファゼン及びそれらの混合物を含むことができる。様々な実施形態において、弾性材料５１２は、加硫処理される等、少なくとも部分的に架橋されることができる。
【００４８】
弾性材料５１２は、ＣＮＴハードコアの外表面上のシェル厚さＴｓを有することができる。シェル厚さＴｓは、例えば、約１ｎｍ〜約５ｍｍ、又は、約１ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲において、少なくとも約１ｎｍであることができる。様々な実施形態において、弾性材料５１２は、例えばカーボンナノチューブと結合することができるエラストマの官能基を介した物理的又は化学的結合によってＣＮＴ５１０に付けられることができる。例示的な実施形態において、弾性材料５１２は、ＣＮＴ又は共有結合によって改質されたＣＮＴと反応することができる化学的官能基を有することができる。官能基は、これらに限定されるものではないが、水酸基、カルボン酸、アジリジン、アゾメチンイリド、アリールジアゾニウム陽イオン、オキサゾリジノン、及び、それらの混合物を含むことができる。
【００４９】
コーティングされた最外層４３０は、例えば、全最外層の重量で約０．１％〜約２０％、又は、約０．５％〜約１５％、又は、約１％〜約１０％に及ぶＣＮＴを含むことができる。
【００５０】
実施形態において、図４Ａ〜図４Ｂ、図５Ａ〜図５Ｂ、並びに、図６Ａ〜図６Ｂにおいて示されるコーティングされた最外層は、電子写真印刷装置及びプロセスにおける使用を容易にするように、所望の機械的、電気的及び／又は熱的特性を提供することができる。例えば、最外層は、少なくとも約３０００ｐｓｉ、又は、約３０００ｐｓｉ〜約１００００ｐｓｉ、若しくは、約４０００〜約８０００、若しくは、約５０００〜約７０００に及ぶ引張強度と、少なくとも約１００％、又は、約１００％〜約５００％、若しくは、約２００％〜約４００％、若しくは、約２５０％〜約３５０％に及ぶ最大伸長と、少なくとも約３０００ｉｎ．−ｌｂｓ／ｉｎ．３、又は、約３０００ｉｎ．−ｌｂｓ／ｉｎ．３から約１００００ｉｎ．−ｌｂｓ／ｉｎ．３に及ぶ、若しくは、約４０００ｉｎ．−ｌｂｓ／ｉｎ．３〜約９０００ｉｎ．−ｌｂｓ／ｉｎ．３に及ぶ、若しくは、約５０００ｉｎ．−ｌｂｓ／ｉｎ．３〜約８０００ｉｎ．−ｌｂｓ／ｉｎ．３に及ぶ靱性を有することができる。
【００５１】
図７は、本教示の様々な実施形態にかかる例示的なＣＮＴ／ＰＦＡコーティングされた最外層の表面抵抗率の結果を示す図である。例えば、ＣＮＴ／ＰＦＡコーティングは、シリコンウェハ上に形成されることができ、ＰＦＡマトリクスにおいて約２重量％のＣＮＴ重量を有することができる。図７は、ＣＮＴがないがＰＦＡを含むのみである比較参照サンプル（曲線７０５を参照）と比較して、コーティングされた最外層の表面抵抗率が劇的に減少され得る（曲線７３０を参照）ことを示している。すなわち、コーティングされたＣＮＴ／ＰＦＡ層の表面伝導率は、ＣＮＴの添加に起因して劇的に増加されることができる。
【００５２】
実施形態において、図４〜図６における最外層４３０は、定着装置の定着部材及び／又は加圧部材のために使用されることができる。例えば、図４Ａ〜図４Ｂにおいて示されるベルト部材は、複写シート等の印刷媒体上にトナー像を定着するための定着ベルト及び／又は加圧ベルトとして使用されることができる。
【００５３】
図８は、本教示の様々な実施形態にかかる加圧ベルトを有する例示的な定着装置８００の断面図である。示されるように、定着装置８００は、通過する印刷媒体８１６のためにそれらの間において接触ニップＮを形成するように構成された定着部材８３０及び加圧ベルト８４０（例えばベルト部材４００Ａ−Ｂ）を含むことができる。そして、印刷媒体８１６上のトナー又は他のマーキング材料は、接触ニップＮを通過した後に印刷媒体上に定着されることができる。
【００５４】
定着部材８３０は、定着部材内部に配置された内部ヒーター８３５を含む被加熱定着部材であることができる。任意に、加熱部材８３５は、定着部材の外部に配置されることができる。実施形態において、定着部材８３０は、図８において図示されたような定着ロール又は定着ベルト（図示されていない）であることができる。実施形態において、最外層４３０（図４〜図６を参照）は、定着部材８３０及び／又は加圧ベルト８４０の最外層であることができる。
【００５５】
加圧ベルト８４０は、例えば金属から形成された駆動ローラー８２２及び従動ローラー８２４を含む３つの平行部材のまわりに連れ回る又は含まれることができる。従動ローラー８２４はまた、加圧ベルト８４０のための引張ローラーとして機能することができる。フォトカプラの形態のベルト位置センサ８４２は、所定の横範囲内でのベルト位置の維持を容易とするために、ベルト部材８４０の横端部に隣接して配設されることができる。加圧ベルト８４０は、駆動ローラー８２２の回転により、ある方向に所定の周速度で回転することができる。加圧ベルト８４０は、接触ニップＮを形成するように、定着部材８３０に加圧接触されることができる。
【００５６】
動作中において、像形成開始信号に応じて、定着されてないトナー像は、像形成ステーション（図９を参照）において記録材料上に形成されることができる。その上に定着されてないトナー像Ｔａを有する印刷媒体８１６は、印刷媒体８１６と同じ速度で移動する定着部材８３０に接触しているトナー像担持表面により、接触ニップＮにおいて定着部材８３０と加圧ベルト８４０との間に入るようにガイド８２９によって案内されることができる。
【００５７】
図９は、本教示の様々な実施形態にかかる例示的な定着装置８００を有する電子写真複写装置９００を示す図である。例えば、感光体９１０は、電圧が電源９１１から供給されることができる帯電装置９１２により、その表面上において帯電されることができる。そして、感光体は、その上に静電潜像を形成するために、レーザ及び発光ダイオード等の光学系又は画像入力装置９１３からの光に対して像に応じて露光されることができる。一般に、静電潜像は、それと接触して現像ステーション９１４から現像混合物を運ぶことによって現像されることができる。現像は、磁気ブラシ、粉末クラウド、又は、他の公知の現像プロセスの使用によって行われることができる。乾式現像混合物は、通常、摩擦電気的にそれに対して付着しているトナー粒子を有する粒状キャリアを含むことができる。トナー粒子は、粒状キャリアからその上にトナー粉末像を形成している潜像へと引き付けられることができる。あるいは、その中に分散されたトナー粒子を有する液体キャリアを含む液体現像材料が使用されることができる。液体現像材料は、静電潜像と接触して進められることができ、トナー粒子は、像外形においてその上に堆積されることができる。
【００５８】
トナー粒子が像外形における光導電性表面上に堆積された後、それらは、例えば加圧転写を含む転写要素９１５によって印刷媒体８１６へと転写されることができる。あるいは、現像された像は、中間転写部材（図示しない）へと転写されることができ、その後、印刷媒体へと転写されることができる。
【００５９】
現像された像の転写が完了した後、印刷媒体８１６は、例えば定着ロール及び加圧ベルトを含む定着ステーション８００へと進められることができる。ここで、現像された像は、定着ロールと加圧ベルトとの間に印刷媒体を通過させることによって印刷媒体８１６に定着され、それにより、永久像を形成する。一方で、感光体９１０は、転写後に、クリーニングステーション９１７へと進められることができる。ここで、感光体９１０上のいかなる残留トナーも、ブレード（図９において示されるように）、ブラシ、又は、他のクリーニング装置の使用によってそこからクリーニングされることができる。
【００６０】
実施例１
この例において、複合材料は、２ｐｐｈのＶＣ５０によって硬化されたＶＩＴＯＮ（登録商標）エラストマによって囲まれた約３重量％のＣＮＴを有するように調製された。具体的には、シェルエラストマとしての約１２部の多層カーボンナノチューブ及び約８８部のＶＩＴＯＮ（登録商標） ＧＦ（ＤｕＰｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ，Ｉｎｃ、Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥから入手可能）が、Ｈａａｋｅ Ｒｈｅｏｍｉｘミキサ（Ｔｈｅｒｍｏ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ、Ｗａｌｔｈａｍ、ＭＡ）内に置かれ、ＶＩＴＯＮ（登録商標） ＧＦにおいて分散された多層カーボンナノチューブの約１２重量％を含むナノチューブマスター束を形成するために、約３０分間、約２０ｒｐｍの回転速度で混ぜ合わされた。そして、結果として生じた約２０部のカーボンナノチューブマスター束は、ＶＩＴＯＮ（登録商標）エラストマシェルによって被覆された約３重量％のカーボンナノチューブを含むポリマーブレンドを形成するために、約３０分間、約２０ｒｐｍの回転速度で、Ｈａａｋｅ Ｒｈｅｏｍｉｘ内で、約８０℃で、Ｄｙｎｅｏｎ社（Ｏａｋｄａｌｅ、ＭＮ）からのＴＨＶＰ２２１からなる約６０グラムのフッ素樹脂と混ぜ合わされた。
【００６１】
ＴＨＶＰ／ＣＮＴ／ＶＩＴＯＮ（登録商標）ブレンド（約４．１８部）は、メチルイソブチルケトン（２８．４部）内の金属酸化物（約０．３４８部の酸化マグネシウム及び約０．１７４部の水酸化カルシウム）及び約０．８４部のビスフェノールＶＣ−５０硬化剤（Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ，Ｉｎｃから入手可能なＶＩＴＯＮ（登録商標）硬化剤Ｎｏ．５０）と混合された。そして、結果として生じたコーティング組成物は、型で鋳られた。溶媒蒸発後に結果として生じたフィルムは、後硬化のために、２時間、約１４９℃、２時間、約２０４℃、及び、６時間、約２３２℃等の傾斜温度で硬化された。
【００６２】
実施例２
ＶＩＴＯＮ（登録商標）エラストマによって囲まれた約３重量％のカーボンナノチューブは、例１において記載された手順の後に調製された。ＴＨＶＰ／ＣＮＴ／ＶＩＴＯＮ（登録商標）混合物ブレンド（約４．２２５部）は、コーティング組成物を形成するために、メチルイソブチルケトン（約２８．５部）内の金属酸化物（約０．３４８部の酸化マグネシウム及び約０，１７４部の水酸化カルシウム）及び約２．１部のビスフェノールＶＣ−５０硬化剤（Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ，Ｉｎｃから入手可能なＶＩＴＯＮ（登録商標）硬化剤Ｎｏ．５０）と混合され、その後、型で鋳られた。溶媒蒸発後に結果として生じたフィルムは、後硬化のために、２時間、約１４９℃、２時間、約２０４℃、及び、６時間、約２３２℃等の傾斜温度で硬化された。
【００６３】
例１〜２の各硬化された複合フィルムは、その後に機械的試験を受けて例１〜２の各例について平均化される５つのサンプルに切断された。機械的試験は、ＡＳＴＭ Ｄ４１２ エラストマの張力特性（Ｔｈｏｍｓｏｎ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，Ｃｈｉｃａｇｏ，ＩＬ）を使用して実行された。結果は、以下のように表１にまとめられた。
【００６４】
【表１】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、
基材にわたって配設された最外層であって、前記最外層が、複数のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）と、少なくとも約３０００ｐｓｉの引張強度を最外層に与えるために、フッ素樹脂材料内に分散された弾性材料とを備え、前記弾性材料が少なくとも部分的に架橋されている、最外層とを含む、加圧部材。
【請求項２】
前記最外層が、少なくとも約１００％の最大伸長、及び、少なくとも約３０００ｉｎ．‐ｌｂｓ／ｉｎ．３の靱性を有する、請求項１記載の部材。
【請求項３】
前記弾性材料が、複数のＣＮＴの各ＣＮＴを囲んでいる、請求項１記載の部材。
【請求項４】
約１ナノメートル〜約５マイクロメートルに及ぶシェル厚さをさらに備える、請求項３記載の部材。
【請求項５】
前記複数のＣＮＴが、全最外層の約０．１重量％〜約２０重量％に及ぶ量で存在している、請求項１記載の部材。
【請求項６】
前記弾性材料が、さらに、前記複数のＣＮＴと結合することができる官能基を備え、前記官能基が、水酸基、カルボン酸、アジリジン、アゾメチンイリド、アリールジアゾニウム陽イオン、オキサゾリジノン、及び、それらの混合物からなる群から選択される、請求項１記載の部材。
【請求項７】
定着部材と、
接触ニップを通過する印刷媒体上にトナー像を定着するように前記定着部材と前記接触ニップを形成するように構成された加圧部材とを備える定着装置であって、前記加圧部材が、
基材と、
前記基材にわたって配設された最外層であって、前記最外層が、少なくとも約３０００ｉｎ．‐ｌｂｓ／ｉｎ．３の靱性を前記最外層に与えるために、各ＣＮＴが弾性材料によって囲まれており、フッ素樹脂材料内に均一に分布している複数のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を備える前記最外層とを含む、定着装置。
【請求項８】
前記最外層が、少なくとも約２０００ｐｓｉの引張強度、及び、少なくとも約１００％の最大伸長を有する、請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記フッ素樹脂材料が、ポリフルオロアルコキシポリテトラフルオロエチレン（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フッ化エチレンプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、及びそれらの組み合わせからなる群から選択され、
前記弾性材料が、フッ素エラストマ、ペルフルオロエラストマ、シリコン、フッ化シリコン、多硫化物、ポリホスファゼン、及び、それらの混合物を備える、請求項７記載の装置。
【請求項１０】
その上に静電潜像を受ける感光体と、
前記静電潜像を現像するように前記感光体に対してトナーを塗布し、それによって前記感光体上に現像像を形成する現像要素と、
前記感光体から印刷媒体へと前記現像像を転写するための転写要素と、
定着部材と、接触ニップを通過する印刷媒体上にトナー像を定着するために前記定着部材と加圧部材との間で前記接触ニップを形成するように構成された前記加圧部材とを備えた定着部材とを備え、前記加圧部材が、
少なくとも約３０００ｐｓｉの引張強度、少なくとも約１００％の最大伸長、及び、少なくとも約３０００ｉｎ．‐ｌｂｓ／ｉｎ．３の靱性を最外層に与えるために、各ＣＮＴが弾性材料によって囲まれており且つフッ素樹脂材料内に均一に分布している複数のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を備える最外層を備える、像形成装置。
【請求項１】
基材と、
基材にわたって配設された最外層であって、前記最外層が、複数のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）と、少なくとも約３０００ｐｓｉの引張強度を最外層に与えるために、フッ素樹脂材料内に分散された弾性材料とを備え、前記弾性材料が少なくとも部分的に架橋されている、最外層とを含む、加圧部材。
【請求項２】
前記最外層が、少なくとも約１００％の最大伸長、及び、少なくとも約３０００ｉｎ．‐ｌｂｓ／ｉｎ．３の靱性を有する、請求項１記載の部材。
【請求項３】
前記弾性材料が、複数のＣＮＴの各ＣＮＴを囲んでいる、請求項１記載の部材。
【請求項４】
約１ナノメートル〜約５マイクロメートルに及ぶシェル厚さをさらに備える、請求項３記載の部材。
【請求項５】
前記複数のＣＮＴが、全最外層の約０．１重量％〜約２０重量％に及ぶ量で存在している、請求項１記載の部材。
【請求項６】
前記弾性材料が、さらに、前記複数のＣＮＴと結合することができる官能基を備え、前記官能基が、水酸基、カルボン酸、アジリジン、アゾメチンイリド、アリールジアゾニウム陽イオン、オキサゾリジノン、及び、それらの混合物からなる群から選択される、請求項１記載の部材。
【請求項７】
定着部材と、
接触ニップを通過する印刷媒体上にトナー像を定着するように前記定着部材と前記接触ニップを形成するように構成された加圧部材とを備える定着装置であって、前記加圧部材が、
基材と、
前記基材にわたって配設された最外層であって、前記最外層が、少なくとも約３０００ｉｎ．‐ｌｂｓ／ｉｎ．３の靱性を前記最外層に与えるために、各ＣＮＴが弾性材料によって囲まれており、フッ素樹脂材料内に均一に分布している複数のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を備える前記最外層とを含む、定着装置。
【請求項８】
前記最外層が、少なくとも約２０００ｐｓｉの引張強度、及び、少なくとも約１００％の最大伸長を有する、請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記フッ素樹脂材料が、ポリフルオロアルコキシポリテトラフルオロエチレン（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フッ化エチレンプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、及びそれらの組み合わせからなる群から選択され、
前記弾性材料が、フッ素エラストマ、ペルフルオロエラストマ、シリコン、フッ化シリコン、多硫化物、ポリホスファゼン、及び、それらの混合物を備える、請求項７記載の装置。
【請求項１０】
その上に静電潜像を受ける感光体と、
前記静電潜像を現像するように前記感光体に対してトナーを塗布し、それによって前記感光体上に現像像を形成する現像要素と、
前記感光体から印刷媒体へと前記現像像を転写するための転写要素と、
定着部材と、接触ニップを通過する印刷媒体上にトナー像を定着するために前記定着部材と加圧部材との間で前記接触ニップを形成するように構成された前記加圧部材とを備えた定着部材とを備え、前記加圧部材が、
少なくとも約３０００ｐｓｉの引張強度、少なくとも約１００％の最大伸長、及び、少なくとも約３０００ｉｎ．‐ｌｂｓ／ｉｎ．３の靱性を最外層に与えるために、各ＣＮＴが弾性材料によって囲まれており且つフッ素樹脂材料内に均一に分布している複数のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を備える最外層を備える、像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１７３７３９（Ｐ２０１２−１７３７３９Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２５４８９（Ｐ２０１２−２５４８９）
【出願日】平成２４年２月８日（２０１２．２．８）
【出願人】（５９６１７０１７０）ゼロックス コーポレイション (1,961)
【氏名又は名称原語表記】ＸＥＲＯＸ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年２月８日（２０１２．２．８）
【出願人】（５９６１７０１７０）ゼロックス コーポレイション (1,961)
【氏名又は名称原語表記】ＸＥＲＯＸ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
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