JP2007272051A - Ceramics roller and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属製の軸芯と、該軸芯の外周に形成される円筒体層を備えるセラミックスローラ及びその製造方法に関し、特に帯電像を用いる電子複写機やプリンタなどの電子写真装置に搭載される熱定着装置に使用されるセラミックスローラ及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a ceramic roller having a metal shaft core and a cylindrical body layer formed on the outer periphery of the shaft core, and a method for manufacturing the ceramic roller, and particularly to an electrophotographic apparatus such as an electrophotographic copying machine or a printer using a charged image. The present invention relates to a ceramic roller used in a heat fixing device and a manufacturing method thereof.
静電複写機、レーザープリンタなどの電子写真装置は、暗中で一様に帯電した感光体表面に光学像を投影すると、感光体表面には光学像に対応した静電気潜像が形成され、その表面に現像剤である帯電トナーを散布して静電気的に付着させて画像を現像し、この感光体表面に前記トナーの帯電とは反対の極性に帯電させた印刷紙の表面を重ねて該トナーを紙面に転写し、この紙面上のトナーを熱定着ローラにより加圧下、加熱、溶融して紙面上に熱定着することにより、画像を複写させるものである。 An electrophotographic apparatus such as an electrostatic copying machine or a laser printer projects an optical image onto a uniformly charged photoreceptor surface in the dark, and an electrostatic latent image corresponding to the optical image is formed on the photoreceptor surface. The image is developed by spraying charged toner, which is a developer, on the surface of the photoconductor and electrostatically adhering it, and the surface of the printing paper charged to the opposite polarity to the charge of the toner is superimposed on the surface of the photoreceptor. The image is copied by transferring it onto a paper surface and heating and melting the toner on the paper surface under pressure by a heat fixing roller and then heat-fixing the toner on the paper surface.
熱定着ローラにより紙面上のトナーを熱定着する熱定着装置部分としては、通常、熱定着ローラと加圧ローラの２つのローラで構成されたもの、あるいは、熱定着ローラと加圧ローラと搬送ローラの３つのローラで構成され、熱定着ローラまたは加圧ローラのうち何れか一方と、搬送ローラとの間に巻装される無端ベルトを有するものが知られている。すなわち、印刷紙は、その裏面側から加圧ローラ又は無端ベルトを介した加圧ローラで支持され、表面側から加熱された熱定着ローラにより加圧、加熱させて紙面上のトナーが融着して熱定着される。熱定着ローラの温度は、一般的に１５０〜２００℃程度であるが、ローラ昇温時には、オーバーシュートにより、一時的にそれ以上の温度に達する場合も考えられる。 As the heat fixing device portion for fixing the toner on the paper surface with the heat fixing roller, the heat fixing roller is usually composed of two rollers, a heat fixing roller and a pressure roller, or a heat fixing roller, a pressure roller and a conveying roller. And a roller having an endless belt wound between one of a heat fixing roller or a pressure roller and a conveying roller. That is, the printing paper is supported from the back side by a pressure roller or a pressure roller via an endless belt, and is pressed and heated by a heat fixing roller heated from the front side, so that the toner on the paper surface is fused. Heat fixing. The temperature of the heat fixing roller is generally about 150 to 200 ° C. However, when the temperature of the roller is increased, it may be temporarily reached due to overshoot.
熱定着ローラにより紙面上のトナーを融着させるために、融着可能な高温に加熱されるが、熱定着操作が行われる際、常に熱定着温度より遥かに低温の印刷紙や加圧ローラ、あるいは無端ベルトと接触し、回転するため、その瞬間に、多量の熱エネルギーが奪い取られて冷却される。このため、熱定着ローラは、このような接触による冷却を見込んで、より高い温度に加熱しておく必要があり、消費電力が増大してしまう。従って、加圧ローラには、熱伝導率の小さな性質、すなわち、断熱性が要求される。また、加圧ローラは、高温の熱定着ローラと接触するため、耐熱性も要求される。このような加圧ローラとして、軸芯と、該軸芯の外周に形成される多孔質セラミックスの円筒体層からなる加圧セラミックスローラが提案されている（特開２００４−８６２１９号公報）。 In order to fuse the toner on the paper surface by the heat fixing roller, it is heated to a high temperature capable of fusing, but when the heat fixing operation is performed, the printing paper or pressure roller, which is always much lower than the heat fixing temperature, Or since it contacts and rotates with the endless belt, a large amount of heat energy is taken away and cooled at that moment. For this reason, the heat fixing roller needs to be heated to a higher temperature in anticipation of cooling due to such contact, and power consumption increases. Therefore, the pressure roller is required to have a low thermal conductivity, that is, heat insulation. Further, since the pressure roller is in contact with the high-temperature heat fixing roller, heat resistance is also required. As such a pressure roller, a pressure ceramic roller comprising a shaft core and a porous ceramic cylindrical layer formed on the outer periphery of the shaft core has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-86219).
しかしながら、このような加圧セラミックスローラにおいて、軸芯が金属製の場合、熱定着ローラが加熱される際、金属製の軸芯とセラミックス製の円筒体層の熱膨張の差による応力を緩和できず、円筒体層に亀裂を生じさせる可能性がある。金属のうち、例えばステンレス鋼の熱膨張率は約１０〜２０×１０−６／Ｋであり、セラミックスの熱膨張率は約３〜８×１０−６／Ｋであり、温度上昇に伴う熱膨張の差はしばしばセラミックスの円筒体層に亀裂や欠損を生じさせるという問題がある。 However, in such a pressure ceramic roller, when the shaft core is made of metal, when the heat fixing roller is heated, stress due to the difference in thermal expansion between the metal shaft core and the ceramic cylindrical body layer can be relieved. However, there is a possibility of causing cracks in the cylindrical body layer. Among metals, for example, the thermal expansion coefficient of stainless steel is about 10 to 20 × 10 −6 / K, and the thermal expansion coefficient of ceramics is about 3 to 8 × 10 −6 / K. This difference often causes a problem of causing cracks and defects in the ceramic cylindrical layer.
特開平２−２６１９２２号公報には、金属製の軸芯とセラミックス層からなる複合ローラにおいて、ローラ加熱時における、金属とセラミックス層の熱膨張の差により生じる応力を、中間層となる粘弾性体で緩和して、セラミックス層の亀裂を防ぐことが開示されている。しかし、この複合ローラにおける中間層となる粘弾性体は、４０〜１２０℃のような比較的低温での使用であるため、耐熱性のないゴム類であるか、ゴム類より硬質な樹脂類である。また、粘弾性体からなる中間層には接着の機能はないため、別途、エポキシ系やシリコーン系などの接着剤を使用した接着層を設けており、製造工程を複雑にしている。 Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2-261922 discloses a viscoelastic body serving as an intermediate layer in a composite roller composed of a metal shaft core and a ceramic layer. The stress caused by the difference in thermal expansion between the metal and the ceramic layer during heating of the roller. It is disclosed that the cracking of the ceramic layer is prevented by relaxing. However, since the viscoelastic body serving as the intermediate layer in this composite roller is used at a relatively low temperature such as 40 to 120 ° C., it is a rubber having no heat resistance or a resin harder than the rubber. is there. In addition, since the intermediate layer made of a viscoelastic material does not have an adhesive function, an adhesive layer using an epoxy or silicone adhesive is provided separately, which complicates the manufacturing process.
一方、特開昭５４−７４９５０号公報には、正温度特性サーミスタからなる複数個の円筒部材を連結して構成した熱ロールが開示されている。しかし、該熱ロールにおいて複数個の円筒部材を連結するのは、正温度特性サーミスタの加工性がよくないことから、加工の容易な短い寸法の円筒部材を所要長に応じて複数連結したものであり、セラミックスローラにおける金属製の軸芯とセラミックス製の円筒体層の熱膨張の差による応力歪の問題を解決するものではない。
従って、本発明の目的は、金属製の軸芯と、該軸芯の外周に形成される多孔質セラミックスの円筒体層とを備えるセラミックスローラにおいて、２００℃を超えるような温度に加熱されても、円筒体層に亀裂を発生させないセラミックスローラ及びその製造方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a ceramic roller having a metal shaft core and a porous ceramic cylindrical layer formed on the outer periphery of the shaft core, even when heated to a temperature exceeding 200 ° C. Another object of the present invention is to provide a ceramic roller that does not cause cracks in a cylindrical body layer and a method for manufacturing the ceramic roller.
かかる実情において、本発明者らは鋭意検討を行った結果、円筒体層を、軸芯長手方向に圧縮して軸芯に固定し、且つ無機繊維を軸芯長手方向に対して垂直方向に配向させたセラミックスローラであれば、ローラが加熱されて金属製の軸芯が熱膨張しても、円筒体層が弾性変形して追従するため、円筒体層に亀裂を生じさせることがない。また、圧縮弾性率が小さい、すなわち圧縮弾性範囲が大きい特性を圧縮方向に利用し、ローラ表面強度としては圧縮弾性率が高い強度特性を選択的に利用することができることなどを見出し、本発明を完成するに至った。 Under such circumstances, the present inventors have conducted intensive studies, and as a result, the cylindrical body layer is compressed in the longitudinal direction of the axial core and fixed to the axial core, and the inorganic fibers are oriented in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the axial core. If the roller is heated and the metal shaft core is thermally expanded, the cylindrical body layer is elastically deformed and follows, so that the cylindrical body layer is not cracked. In addition, the present inventors have found that a property having a small compression elastic modulus, that is, a large compression elastic range can be used in the compression direction, and a strength property having a high compression elastic modulus can be selectively used as the roller surface strength. It came to be completed.
すなわち、本発明は、帯電像を用いる電子写真装置の熱定着装置で使用されるセラミックスローラであって、金属製の軸芯と、該軸芯の外周に形成される無機繊維を含有するセラミックス製の円筒体層からなり、該円筒体層は、軸芯長手方向に圧縮されて該軸芯に固定され、且つ該無機繊維は該軸芯長手に対して垂直方向に配向していることを特徴とするセラミックスローラを提供するものである。 That is, the present invention relates to a ceramic roller used in a heat fixing device of an electrophotographic apparatus using a charged image, which is made of a ceramic containing a metal shaft core and inorganic fibers formed on the outer periphery of the shaft core. The cylindrical layer is compressed in the longitudinal direction of the axial core and fixed to the axial core, and the inorganic fibers are oriented in a direction perpendicular to the longitudinal length of the axial core. A ceramic roller is provided.
また、本発明は、無機繊維を含む原材料と水を混合してスラリーを調製するスラリー調製工程と、スラリーから板状または柱状の成形体を湿式プレス成形又は抄造によって得る成形工程と、成形体に無機繊維の配向方向に対して垂直に孔を空け、中空部を備えた成形片を得る工程と、成形片の中空部に軸芯を通し且つ成形片を軸芯長手方向に圧縮して固定する工程とを有することを特徴とするセラミックスローラの製造方法を提供するものである。 The present invention also provides a slurry preparation step for preparing a slurry by mixing raw materials containing inorganic fibers and water, a molding step for obtaining a plate-like or columnar shaped body from the slurry by wet press molding or papermaking, and a molded body. Perforating a hole perpendicular to the orientation direction of the inorganic fiber to obtain a molded piece having a hollow portion, passing the shaft core through the hollow portion of the molded piece, and compressing and fixing the molded piece in the longitudinal direction of the shaft core The present invention provides a method for producing a ceramic roller characterized by comprising the steps of:
また、本発明は、無機繊維を含む原材料と水を混合してスラリーを調製するスラリー調製工程と、スラリーから湿式プレス成形により無機繊維の配向方向に対して垂直に貫通する中空部を備えた円筒状の成形片を得る成形工程と、成形片の中空部に軸芯を通し且つ成形片を軸芯長手方向に圧縮して固定する工程とを有することを特徴とするセラミックスローラの製造方法を提供するものである。 The present invention also provides a slurry preparation step of preparing a slurry by mixing raw materials containing inorganic fibers and water, and a cylinder having a hollow portion that penetrates perpendicularly to the orientation direction of the inorganic fibers by wet press molding from the slurry. There is provided a method for producing a ceramic roller, comprising: a molding step for obtaining a shaped molded piece; and a step of passing a shaft core through a hollow portion of the molded piece and compressing and fixing the molded piece in the longitudinal direction of the shaft core. To do.
また、本発明は、無機繊維を含む原材料と水を混合して水系混合物を調整して混練物を得る混練工程と、混練物を押出成形して柱状又は板状の成形体を成形する成形工程と、成形体の押出方向に対して垂直に孔を空け、中空部を備えた成形片を得る工程と、成形片の中空部に軸芯を通し且つ成形片を軸芯長手方向に圧縮して固定する工程とを有することを特徴とするセラミックスローラの製造方法を提供するものである。 The present invention also includes a kneading step of mixing a raw material containing inorganic fibers and water to adjust an aqueous mixture to obtain a kneaded product, and a molding step of forming a columnar or plate-like molded body by extruding the kneaded product. And a step of obtaining a molded piece having a hollow portion by making a hole perpendicular to the extrusion direction of the molded body, and passing the shaft core through the hollow portion of the molded piece and compressing the molded piece in the longitudinal direction of the shaft core. And a step of fixing the ceramic roller.
本発明のセラミックスローラによれば、円筒体層を形成するセラミックスは、軸芯長手方向における圧縮弾性により、ローラが加熱されて金属製の軸芯が軸芯長手方向に熱膨張しても、円筒体層が弾性変形して追従するため、円筒体層に熱膨張の差に起因する応力が発生せず亀裂を生じさせることがない。また、圧縮弾性率が小さい、すなわち圧縮弾性範囲が広い特性を圧縮方向に利用することができ、ローラ表面強度としては圧縮弾性率が高い強度特性を選択的に利用することができる。また、本発明のセラミックスローラの製造方法によれば、比較的簡易な工程により、新規な構造のセラミックスローラを得ることができる。 According to the ceramic roller of the present invention, the ceramic forming the cylindrical body layer is cylindrical even if the roller is heated and the metal shaft core is thermally expanded in the longitudinal direction of the shaft by the compression elasticity in the longitudinal direction of the shaft. Since the body layer elastically deforms and follows, the cylindrical body layer does not generate stress due to the difference in thermal expansion and does not cause cracks. Further, a characteristic having a small compression elastic modulus, that is, a wide compression elastic range can be used in the compression direction, and a strength characteristic having a high compression elastic modulus can be selectively used as the roller surface strength. Moreover, according to the method for manufacturing a ceramic roller of the present invention, a ceramic roller having a novel structure can be obtained by a relatively simple process.
本発明のセラミックスローラは、中心から外側に向けて順に、金属製の軸芯、及びセラミックス製の円筒体層からなる。なお、本発明において、セラミックスとは非金属無機材料を主成分とする材料を言う。本発明において、軸芯としては、使用に耐える剛性を有する金属であれば、特に制限されず、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、真鍮、炭素鋼などが挙げられる。本発明は、軸芯が金属製で、その外周の円筒体層がセラミックス製の場合における加熱時の熱膨張の差による円筒体層の亀裂を防止するものである。 The ceramic roller of the present invention comprises a metal shaft core and a ceramic cylindrical layer in order from the center to the outside. In the present invention, ceramic refers to a material mainly composed of a nonmetallic inorganic material. In the present invention, the shaft core is not particularly limited as long as it is a metal that can withstand use, and examples thereof include iron, stainless steel, aluminum, copper, brass, and carbon steel. The present invention prevents cracking of a cylindrical body layer due to a difference in thermal expansion during heating when the shaft core is made of metal and the outer peripheral cylindrical body layer is made of ceramics.
本発明において、軸芯の外周に形成されるセラミックス製の円筒体層としては、特に制限されず、低熱伝導率及び低熱容量で表される高断熱性、高耐熱性、高強度のものが好適であり、具体的には、ケイ酸カルシウムを主成分とし、無機繊維を補強繊維とするセラミックス（以下、第１のセラミックスとも言う。）及び無機質バインダーと無機繊維を主成分とするセラミックス（以下、第２のセラミックスとも言う。）が挙げられる。 In the present invention, the ceramic cylindrical layer formed on the outer periphery of the shaft core is not particularly limited, and those having high heat insulation, high heat resistance, and high strength represented by low thermal conductivity and low heat capacity are suitable. Specifically, ceramics containing calcium silicate as a main component and inorganic fibers as reinforcing fibers (hereinafter also referred to as first ceramics) and ceramics containing inorganic binder and inorganic fibers as main components (hereinafter referred to as the following) Also referred to as second ceramics).
次に、第１のセラミックスについて説明する。第１のセラミックスにおいて、ケイ酸カルシウムとしては、特に制限されず、ケイ酸質原料とカルシウム原料を水の存在下で水熱反応せしめて生成した化合物である。ケイ酸カルシウムの結晶としては、例えばゾノトライト結晶、トバモライト結晶、不定形Ｃ−Ｓ−Ｈ結晶等が挙げられる。これらの結晶は、単独結晶または２つ以上が混在する結晶であってもよいが、単独結晶が好ましい。特にゾノトライト結晶からなる成形体は軽量で比強度が非常に大きく、耐熱性と断熱性に優れているため好ましい。ゾノトライト結晶は、集合し且つ結合して二次粒子を形成している。このような結晶は、円筒体層表面をＸ線回折することにより容易に特定することができる。 Next, the first ceramic will be described. In the first ceramic, calcium silicate is not particularly limited, and is a compound produced by hydrothermal reaction of a siliceous raw material and a calcium raw material in the presence of water. Examples of calcium silicate crystals include zonotlite crystals, tobermorite crystals, and amorphous C—S—H crystals. These crystals may be single crystals or crystals in which two or more are mixed, but single crystals are preferred. In particular, a molded body made of zonotlite crystals is preferable because it is lightweight, has a very high specific strength, and is excellent in heat resistance and heat insulation. Zonotolite crystals are assembled and bonded to form secondary particles. Such a crystal can be easily identified by X-ray diffraction on the surface of the cylindrical body layer.
ゾノトライト結晶の二次粒子は、明確な球形状で、粒子表面には針状のゾノトライト結晶が栗のいが状に析出しており、内部が空洞またはそれに近い状態となっている。従って、この二次粒子を用いて成形した場合、非常に嵩高く、熱伝導率及び熱容量が低いものとなる。また、この二次粒子の自己硬化性により、相互に結合しているため、軽量であっても優れた強度も有している。 The secondary particles of the zonotlite crystals have a clear spherical shape, and acicular zonotrite crystals are precipitated in the shape of chestnuts on the surface of the particles, and the inside is in the state of a cavity or close to it. Therefore, when it shape | molds using this secondary particle, it will be very bulky and will have a low thermal conductivity and heat capacity. Moreover, since it couple | bonds together by the self-hardening property of this secondary particle, it has the outstanding intensity | strength even if it is lightweight.
ケイ酸カルシウムと併用される無機繊維は、補強繊維として使用されるものである。無機繊維としては、耐熱性の無機繊維であって、例えば、ガラス繊維、セラミックス繊維、アルミナ繊維、ワラストナイト、パルプ、ポリプロピレン繊維、アラミド繊維、カーボン繊維などが挙げられる。なお、これらの無機繊維は、１種単独又は２種以上を組み合わせて使用することができる。 Inorganic fibers used in combination with calcium silicate are used as reinforcing fibers. The inorganic fiber is a heat-resistant inorganic fiber, and examples thereof include glass fiber, ceramic fiber, alumina fiber, wollastonite, pulp, polypropylene fiber, aramid fiber, and carbon fiber. In addition, these inorganic fibers can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
円筒体層は、ケイ酸カルシウム及び無機繊維以外に、補強材、充填材、軽量骨材等が必要に応じて任意の配合割合で添加されていてもよい。補強材としては、セメント、石膏等が挙げられ、充填材としては、タルク、珪藻土、フライアッシュ等が挙げられ、軽量骨材としては、マイクロシリカ、パーライト、シラスバルーン、ガラスバルーン等が挙げられる。また、その配合量としては、例えば、ケイ酸カルシウム１００質量部に対して、無機繊維２〜２０質量部、好ましくは５〜１０質量部、補強材０〜２０質量部、好ましくは１０〜２０質量部、充填材０〜２０質量部、好ましくは５〜１０質量部、軽量骨材０〜２０質量部、好ましくは５〜１０質量部である。 In addition to calcium silicate and inorganic fibers, the cylindrical body layer may contain reinforcing materials, fillers, lightweight aggregates, and the like at any blending ratio as necessary. Examples of the reinforcing material include cement and gypsum, examples of the filler include talc, diatomaceous earth, and fly ash. Examples of the lightweight aggregate include microsilica, perlite, shirasu balloon, and glass balloon. Moreover, as the compounding quantity, for example with respect to 100 mass parts of calcium silicate, 2-20 mass parts of inorganic fiber, Preferably 5-10 mass parts, 0-20 mass parts of reinforcing material, Preferably 10-20 mass parts Parts, fillers 0-20 parts by weight, preferably 5-10 parts by weight, lightweight aggregates 0-20 parts by weight, preferably 5-10 parts by weight.
第２のセラミックスは、断熱ローラの円筒体層に用いる公知のセラミックスであり、例えば特開２００４−３０１２９３号に開示されている。 The second ceramic is a known ceramic used for the cylindrical body layer of the heat insulating roller, and is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-301293.
第２のセラミックスで使用する該無機質バインダーは、乾燥及び焼成工程において自らセラミックス成分となり且つ該無機繊維を相互に固結する材料である。該無機質バインダーとしては、特に限定されるものではないが、例えば、ガラスフリット、コロイダルシリカ、アルミナゾル、シリカゾル、珪酸ソーダ、チタニアゾル、珪酸リチウム、水ガラスなどが挙げられる。これらの無機質バインダーは、１種単独又は２種以上を組み合わせて使用することができる。 The inorganic binder used in the second ceramic is a material that itself becomes a ceramic component in the drying and firing processes and solidifies the inorganic fibers. The inorganic binder is not particularly limited, and examples thereof include glass frit, colloidal silica, alumina sol, silica sol, sodium silicate, titania sol, lithium silicate, and water glass. These inorganic binders can be used alone or in combination of two or more.
第２のセラミックスで使用する無機繊維としては、耐熱性の無機繊維であって、例えば、アルミナシリカ繊維、アルミナ繊維、クリソタイル、カーボンファイバー、ガラス繊維、スラグウール、シリカ繊維、ジルコニア繊維、石膏ウイスカー、炭化珪素繊維、チタン酸カリウムウイスカー、ホウ酸アルミニウムウイスカー、高珪酸ファイバー、溶融シリカファイバー及びロックウールなどが挙げられる。これらの無機繊維は、１種単独又は２種以上を組み合わせて使用することができる。 The inorganic fiber used in the second ceramic is a heat-resistant inorganic fiber, such as alumina silica fiber, alumina fiber, chrysotile, carbon fiber, glass fiber, slag wool, silica fiber, zirconia fiber, gypsum whisker, Examples thereof include silicon carbide fibers, potassium titanate whiskers, aluminum borate whiskers, high silicate fibers, fused silica fibers and rock wool. These inorganic fibers can be used alone or in combination of two or more.
第２のセラミックスにおいて、無機繊維以外に、粒子状耐熱性無機質材料を配合することができる。粒子状耐熱性無機質材料としては、クレー、炭酸カルシウム、タルク、シリカ、アルミ、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、ジルコニア、チタニア、セピオライト、カオリン、ゼオライト、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミノボロシリケート、アルミノシリケート及び多孔質炭素等が挙げられる。また、粒子状耐熱性無機質材料として中空セラミックス、ガラスバルーン等の中空材料を使用することもできる。なお、これらの粒子状耐熱性無機質材料は、１種単独又は２種以上を組み合わせて使用することができる。 In the second ceramic, in addition to inorganic fibers, a particulate heat-resistant inorganic material can be blended. Particulate heat-resistant inorganic materials include clay, calcium carbonate, talc, silica, aluminum, magnesium oxide, calcium oxide, zirconia, titania, sepiolite, kaolin, zeolite, silicon nitride, aluminum nitride, aluminoborosilicate, aluminosilicate, and porous Examples include carbonaceous materials. Moreover, hollow materials, such as hollow ceramics and a glass balloon, can also be used as a particulate heat-resistant inorganic material. In addition, these particulate heat-resistant inorganic materials can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
上記の無機繊維の長さまたは粒子状耐熱性無機質材料の長径は、特に限定されず、水中分散性、押出成形性などを考慮し、３ｍｍ以下のものが好ましい。また、無機繊維の直径および粒子状材料の直径は、製品であるセラミックスローラの内部熱容量をより小さくするためには、やや太い、例えば１〜１５μｍのものが好ましい。 The length of the inorganic fiber or the long diameter of the particulate heat-resistant inorganic material is not particularly limited, and is preferably 3 mm or less in consideration of dispersibility in water, extrusion moldability, and the like. The diameter of the inorganic fiber and the diameter of the particulate material are preferably slightly thick, for example, 1 to 15 μm, in order to reduce the internal heat capacity of the ceramic roller as a product.
第２のセラミックスにおいて、無機繊維の使用量は、無機質バインダー１００質量部に対して５０〜５００質量部、好ましくは１００〜３００質量部である。使用量が５０質量部未満であると、軸芯長手方向における圧縮弾性率を小さく採ることができず、ローラが加熱されて金属製の軸芯が軸芯長手方向に熱膨張しても、円筒体層が弾性変形し難くなり、円筒体層に亀裂が生じ易くなる。また、使用量が５００質量部を超えると、得られる円筒体層の強度が十分でなくなる。 In the second ceramic, the amount of the inorganic fiber used is 50 to 500 parts by mass, preferably 100 to 300 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the inorganic binder. If the amount used is less than 50 parts by mass, the compression elastic modulus in the longitudinal direction of the shaft core cannot be reduced, and even if the roller is heated and the metal shaft core is thermally expanded in the longitudinal direction of the shaft core, the cylinder The body layer is hardly elastically deformed, and the cylindrical body layer is easily cracked. Moreover, when the usage-amount exceeds 500 mass parts, the intensity | strength of the cylindrical body layer obtained will become inadequate.
本発明のセラミックスローラの一例を図１を参照して説明する。図１（Ａ）はセラミックスローラの断面図、（Ｂ）は（Ａ）のセラミックスローラで使用する円筒体層の断面図である。セラミックスローラ１０は、中心から外側に向けて順に、金属製の軸芯４及びセラミックスの円筒体層１からなる。軸芯４は軸芯４に装着された円筒体層を両側から所定の押圧力で挟持することができるフランジ２と、ジャーナル部３とからなる。円筒体層１は、同じ物性且つ同じ大きさの６つの分割円筒体層１ａ〜１ｆが端面同士付き合わされて繋がったものであり、軸芯４の長手方向に圧縮されて軸芯４に固定される。なお、本発明において、円筒体層１は分割されたものである必要はなく、また分割円筒体層を使用する場合、分割個数に制限はなく、分割円筒体層の軸芯長手方向の長さ寸法は互いに異なっていてもよい。
An example of the ceramic roller of the present invention will be described with reference to FIG. 1A is a cross-sectional view of a ceramic roller, and FIG. 1B is a cross-sectional view of a cylindrical body layer used in the ceramic roller of FIG. The
セラミックスローラ１０における、軸芯４に装着された後の軸芯長手方向の長さｌ１は、軸芯４に装着される前の軸芯長手方向の長さｌ０より小である。すなわち、ｌ１＜ｌ０であり、ｌ０−ｌ１＝Δｌは圧縮長さである。圧縮長さΔｌとしては、特に制限されないが、軸芯４の軸芯長手方向における熱膨張による長さの伸び以上、好ましくは軸芯長手方向における軸芯とセラミックスとの熱膨張による長さの伸びの差以上であることが好ましく、更に圧縮長さΔｌは円筒体層１の弾性範囲内であることが、本発明の効果が顕著に表れる点で好ましい。圧縮長さΔｌの上限値は、圧縮長さ方向における材料の応力-歪曲線（ＳＳ曲線）から得られる弾性限界点であり、公知の計算手法で得ることができる。
In
具体的には、例えば軸芯が熱膨張率１７．３×１０−６／ＫのＳＵＳであり、円筒体層が嵩密度０．３ｇ/ｃｍ３、熱膨張率３×１０−６／Ｋのセラミックス製からなる常温で３１１ｍｍの長さのセラミックスローラの場合、２００℃では熱膨張によりＳＵＳが０．９１ｍｍ膨張し、セラミックスが０．１６ｍｍ膨張し、その差０．７５ｍｍの歪を生じることなる。このため、圧縮長さΔｌは０．７５ｍｍを越える長さとする。通常、圧縮長さΔｌは１．０ｍｍ以上であれば、熱膨張率の大きい金属と熱膨張率の小さい金属で生じる熱歪みをカバーできる。圧縮長さΔｌが長い場合は、熱膨張時にも圧縮方向に応力がかかりローラ構造強度としては好ましいが、圧縮長さΔｌは長過ぎると、セラミックスの弾性限界を超えてしまい、軸芯の熱膨張に円筒体層の弾性変形が追従できなくなる。 Specifically, for example, the shaft core is SUS having a thermal expansion coefficient of 17.3 × 10 −6 / K, the cylindrical body layer has a bulk density of 0.3 g / cm 3 , and a thermal expansion coefficient of 3 × 10 −6 / K. In the case of a ceramic roller made of ceramic and having a length of 311 mm at room temperature, SUS expands by 0.91 mm due to thermal expansion at 200 ° C., and ceramic expands by 0.16 mm, resulting in a difference of 0.75 mm. For this reason, the compression length Δl is set to a length exceeding 0.75 mm. Usually, if the compression length Δl is 1.0 mm or more, it is possible to cover thermal strain caused by a metal having a large thermal expansion coefficient and a metal having a small thermal expansion coefficient. When the compression length Δl is long, stress is applied in the compression direction even during thermal expansion, which is preferable as the roller structure strength. However, when the compression length Δl is too long, the elastic limit of the ceramic is exceeded, and the thermal expansion of the shaft core is caused. Therefore, the elastic deformation of the cylindrical body layer cannot follow.
また、円筒体層１中の無機繊維は軸芯４の長手方向に対して垂直方向に配向している。無機繊維の配向とは、無機繊維の長手方向が延出する方向を言う。この無機繊維の特定配向に伴う円筒体層１の特性を図２〜図４を参照して説明する。図２は嵩密度０．２３、０．３３及び０．４３ｇ/ｃｍ３の３つのセラミックスの嵩密度と圧縮強度の関係を示す図、図３は同様のセラミックスの嵩密度と圧縮弾性率の関係を示す図、図４は圧縮長さと面圧（軸芯長手方向の圧縮時の面圧）の関係を示す図である。それぞれの図において、符号◆は軸芯長手方向における関係を、符号■は軸芯長手方向に対して垂直方向における関係をそれぞれ示す。図２から明らかなように、同じ嵩密度の場合、軸芯長手方向に対して垂直方向における圧縮強度が、軸芯長手方向における圧縮強度よりも高いことから、例えば熱ローラなどの他のローラとの接触使用においてローラ表面強度の高い耐久性のあるローラが得られる。また、図３から明らかなように、同じ嵩密度の場合、軸芯長手方向に対して垂直方向における弾性率が、軸芯長手方向における弾性率よりも高いことから、軸芯長手方向における歪、すなわち弾性が大きいことが判る。また、図４から明らかなように、同じ面圧の場合、軸芯長手方向の圧縮長さは、軸芯長手方向に対して垂直方向における圧縮長さよりも大きいことから、同じ圧縮長さを採る場合、軸芯長手方向では面圧は少なくて済む。従って、ローラを組み付ける場合、軸芯長手方向においては、圧縮長さを大きく採り易い。このように、本発明のセラミックスローラにおいて、無機繊維の特定配向に伴う円筒体層は、軸芯長手方向に対して垂直方向において圧縮強度が高く、軸芯長手方向の圧縮弾性率は、軸芯長手方向に対して垂直方向の圧縮弾性率より小さい、すなわち、軸芯長手方向では弾性範囲が大きく、圧縮長さを大きくとれる有利な特性を有することになる。
Further, the inorganic fibers in the
円筒体層１中、無機繊維が軸芯４の長手方向に対して垂直方向に配向していることは、セラミックスのＳＥＭ写真で観察することができ、また、圧縮弾性率が、軸芯長手方向と、軸芯長手方向に対して垂直方向とは大きく異なることから、この圧縮弾性率を測定することによっても確認することができる。
In the
円筒体層のセラミックスの嵩密度は、０．０５〜１．５ｇ／ｃｍ３であり、第１のセラミックスの場合、その嵩密度は、通常０．０５〜０．７ｇ／ｃｍ３であり、好ましくは０．２〜０．４ｇ／ｃｍ３である。第２のセラミックスの場合、その嵩密度は、通常０．５〜１．５ｇ／ｃｍ３であり、好ましくは０．５〜１．０ｇ／ｃｍ３である。 The bulk density of the ceramic cylinder layer is 0.05 to 1.5 g / cm 3, when the first ceramic, the bulk density is usually 0.05~0.7g / cm 3, preferably Is 0.2 to 0.4 g / cm 3 . In the case of the second ceramic, the bulk density is usually 0.5 to 1.5 g / cm 3 , preferably 0.5 to 1.0 g / cm 3 .
また、円筒体層のセラミックスの熱容量は、０．０４〜１．５Ｊ／（Ｋ・ｃｍ３）であり、第１のセラミックスの場合、０．０４〜０．４Ｊ／（Ｋ・ｃｍ３）である。第２のセラミックスの場合、０．４〜１．５Ｊ／（Ｋ・ｃｍ３）である。また、円筒体層のセラミックスの熱伝導率は、０．０１〜０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、第１のセラミックスの場合、その熱伝導率は０．０１〜０．１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、好ましくは０．０６〜０．０９Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。第２のセラミックスの場合、その熱伝導率は０．１〜０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、好ましくは０．１〜０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。 Further, the heat capacity of the ceramic of the cylindrical body layer is 0.04 to 1.5 J / (K · cm 3 ), and in the case of the first ceramic, 0.04 to 0.4 J / (K · cm 3 ). is there. In the case of the second ceramic, it is 0.4 to 1.5 J / (K · cm 3 ). Moreover, the thermal conductivity of the ceramic of the cylindrical body layer is 0.01 to 0.5 W / (m · K). In the case of the first ceramic, the thermal conductivity is 0.01 to 0.15 W / ( m · K), preferably 0.06 to 0.09 W / (m · K). In the case of the second ceramic, the thermal conductivity is 0.1 to 0.5 W / (m · K), preferably 0.1 to 0.3 W / (m · K).
熱容量（ＫＪ／ｃｍ３）は、試料を粉砕し、そのうちの５０ｇを、高温試料投下型比熱測定装置を用いて比熱を測定し、嵩密度の値から算出することができる。また、熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）は、幅１００ｍｍ、厚さ２０ｍｍ、長さ５０ｍｍの平面板状の試験体における表面を、ＪＩＳ Ｒ２６１８ 非定常熱線法に準じて、迅速熱伝導率計ＱＴＭ−５００（京都電子工業株式会社製）により、室温で測定したものである。なお、上記の円筒体層は異なった嵩密度や熱容量のセラミックス層から構成されていてもよい。たとえば、外周面に近い部分はその内部より比較的低い熱容量のセラミックス層とすることもできる。 The heat capacity (KJ / cm 3 ) can be calculated from the value of bulk density by pulverizing a sample, measuring 50 g of the sample using a high temperature sample dropping type specific heat measuring device, and measuring the specific heat. The thermal conductivity (W / m · K) is a rapid thermal conductivity meter in accordance with JIS R2618 unsteady hot wire method on the surface of a flat plate-shaped specimen having a width of 100 mm, a thickness of 20 mm, and a length of 50 mm. It is measured at room temperature using QTM-500 (manufactured by Kyoto Electronics Industry Co., Ltd.). In addition, said cylindrical body layer may be comprised from the ceramic layer of different bulk density and heat capacity. For example, the portion close to the outer peripheral surface may be a ceramic layer having a relatively lower heat capacity than the inside.
本発明のセラミックスローラにおいて、軸芯と円筒体層との間に、応力緩和層を設けることが、高温度に加熱されても、更に安定して円筒体層に亀裂を発生させることがない点で好ましい。応力緩和層としては、特に制限されないが、硬度が、デュロメータＡで１０〜９０、好ましくは２０〜５０、更に好ましくは２０〜３０の接着層であることが、接着と熱応力緩和を共に達成できる点で好ましい。一般的に、ゴムの柔軟性（弾性）の指標は、ゴム硬度で表される。接着層の硬度がデュロメータＡで１０未満であると、接着性が低下し、また、デュロメータＡで９０を超えると、熱膨張の差に起因する応力を緩和する程度の弾性が発現しない。デュロメータＡは、ＪＩＳ Ｋ６２５３（加硫ゴム及び熱可塑性ゴムの硬さ試験方法）に規定される方法で測定することができ、デュロメータ硬さ試験のタイプＡ（中硬さ用試験）として規定されるものである。このような接着層としては、シリコーンゴムが挙げられる。 In the ceramic roller of the present invention, the provision of a stress relaxation layer between the shaft core and the cylindrical body layer does not cause cracks in the cylindrical body layer even more stably even when heated to a high temperature. Is preferable. Although it does not restrict | limit especially as a stress relaxation layer, Hardness is 10-90 by durometer A, Preferably it is 20-50, More preferably, it is 20-30, and it can achieve both adhesion | attachment and thermal stress relaxation. This is preferable. In general, an index of rubber flexibility (elasticity) is represented by rubber hardness. If the hardness of the adhesive layer is less than 10 with the durometer A, the adhesiveness is lowered, and if it exceeds 90 with the durometer A, the elasticity to the extent that the stress due to the difference in thermal expansion is relaxed does not appear. The durometer A can be measured by the method specified in JIS K6253 (hardness test method for vulcanized rubber and thermoplastic rubber), and is specified as a type A (medium hardness test) of the durometer hardness test. Is. An example of such an adhesive layer is silicone rubber.
本発明のセラミックスローラにおいて、円筒体層の外周には、更にＰＦＡ樹脂のフイルムなどのフッ素樹脂層やシリコーンゴム層、ガラス層などの無機質の表面層を被覆することができる。 In the ceramic roller of the present invention, the outer periphery of the cylindrical body layer can be further coated with an inorganic surface layer such as a fluorine resin layer such as a film of PFA resin, a silicone rubber layer, or a glass layer.
次に、本発明のセラミックスローラの製造方法について説明する。本発明のセラミックスローラの製造方法としては、無機繊維を含む原材料と水を混合してスラリーを調製するスラリー調製工程と、スラリーから板状または柱状の成形体を湿式プレス成形又は抄造によって得る成形工程と、成形体に無機繊維の配向方向に対して垂直に孔を空け、中空部を備えた成形片を得る工程と、成形片の中空部に軸芯を通し且つ成形片を軸芯長手方向に圧縮して固定する工程とを有する方法（以下、「第１の製造方法」と言う。）、無機繊維を含む原材料と水を混合してスラリーを調製するスラリー調製工程と、スラリーから湿式プレス成形により無機繊維の配向方向に対して垂直に貫通する中空部を備えた円筒状の成形片を得る成形工程と、成形片の中空部に軸芯を通し且つ成形片を軸芯長手方向に圧縮して固定する工程とを有する方法（第２の製造方法）及び無機繊維を含む原材料と水を混合して水系混合物を調整して混練物を得る混練工程と、混練物を押出成形して柱状又は板状の成形体を成形する成形工程と、成形体の押出方向に対して垂直に孔を空け、中空部を備えた成形片を得る工程と、成形片の中空部に軸芯を通し且つ成形片を軸芯長手方向に圧縮して固定する工程とを有する方法（第３の製造方法）が挙げられる。 Next, the manufacturing method of the ceramic roller of this invention is demonstrated. The method for producing the ceramic roller of the present invention includes a slurry preparation step in which a raw material containing inorganic fibers and water are mixed to prepare a slurry, and a molding step in which a plate-like or columnar shaped body is obtained from the slurry by wet press molding or papermaking A step of making a hole perpendicular to the orientation direction of the inorganic fibers in the molded body to obtain a molded piece having a hollow portion; passing the shaft core through the hollow portion of the molded piece; A method having a step of compressing and fixing (hereinafter referred to as “first manufacturing method”), a slurry preparing step of preparing a slurry by mixing raw materials containing inorganic fibers and water, and wet press molding from the slurry To obtain a cylindrical molded piece having a hollow portion penetrating perpendicularly to the orientation direction of the inorganic fiber, passing the shaft core through the hollow portion of the molded piece, and compressing the molded piece in the longitudinal direction of the shaft core Fix A second process and a kneading step of mixing an inorganic fiber-containing raw material and water to prepare an aqueous mixture to obtain a kneaded product, and extruding the kneaded product into a columnar or plate-like shape A molding step of molding the molded body, a step of obtaining a molded piece having a hollow portion by making a hole perpendicular to the extrusion direction of the molded body, and passing the shaft core through the hollow portion of the molded piece and And a method of compressing and fixing in the longitudinal direction of the core (third manufacturing method).
第１の製造方法は、第１のセラミックスを製造するのに好適な方法である。該方法のスラリー調製工程において、無機繊維及びケイ酸カルシウムを含むスラリーを用いることができる。ケイ酸カルシウムは、ケイ酸カルシウム結晶を得る結晶化工程を経て得られるものである。すなわち、結晶化工程において得られるケイ酸カルシウム結晶の種類としては、ゾノトライト結晶、トバモライト結晶、不定形Ｃ-Ｓ-Ｈ結晶のいずれであってもよいが、ゾノトライト結晶のみを生成させることが好ましい。結晶化工程において、ゾノトライト結晶を生成させるには、オートクレーブ中の温度条件、圧力条件、攪拌条件を適宜設定すればよい。ゾノトライト結晶の一次粒子は針状結晶を形成し、該一次粒子は、直径１０〜１５０μｍの球状の二次粒子を形成する。また、一次粒子は、集合してさらに結合して内部が空洞またはそれに近い状態の球状の二次粒子を形成し、二次粒子の表面には針状のゾノトライト結晶が栗のいが状に析出する。こうしたゾノトライト結晶からなる二次粒子は、乾燥して水を除いただけで強固に結びついて強度が発現する。なお、一次粒子および二次粒子の形態は走査型電子顕微鏡等により確認できる。 The first production method is a method suitable for producing the first ceramic. In the slurry preparation step of the method, a slurry containing inorganic fibers and calcium silicate can be used. Calcium silicate is obtained through a crystallization process for obtaining calcium silicate crystals. That is, the type of calcium silicate crystals obtained in the crystallization step may be any of zonotlite crystals, tobermorite crystals, and amorphous C—S—H crystals, but it is preferable to produce only zonotrite crystals. In the crystallization step, in order to produce zonotlite crystals, the temperature conditions, pressure conditions, and stirring conditions in the autoclave may be set as appropriate. The primary particles of zonotlite crystals form needle-like crystals, and the primary particles form spherical secondary particles having a diameter of 10 to 150 μm. In addition, the primary particles are aggregated and further combined to form spherical secondary particles having a hollow or close to the inside, and acicular zonotolite crystals are precipitated on the surface of the secondary particles in the form of chestnuts. To do. The secondary particles made of such zonotlite crystals are firmly connected to each other by drying to remove water and exhibit strength. In addition, the form of a primary particle and a secondary particle can be confirmed with a scanning electron microscope etc.
ケイ酸カルシウム結晶として好適なゾノトライト結晶を得るためには、ケイ酸質原料と石灰質原料とを、ケイ酸質原料と石灰質原料の合計に対して通常２０〜４０倍量の多量の水と攪拌しながらオートクレーブ中で、飽和蒸気圧７〜２０ｋｇ/ｃｍ２、好ましくは１３〜１７ｋｇ/ｃｍ２で水熱合成させる。また、ケイ酸質原料と石灰質原料とは、ＣａＯ/ＳｉＯ２をモル比で通常０．８〜１．２、好ましくは０．９〜１．１に調整すればよい。 In order to obtain a zonotolite crystal suitable as a calcium silicate crystal, the siliceous raw material and the calcareous raw material are stirred with a large amount of water, usually 20 to 40 times the total amount of the siliceous raw material and the calcareous raw material. In the autoclave, hydrothermal synthesis is performed at a saturated vapor pressure of 7 to 20 kg / cm 2 , preferably 13 to 17 kg / cm 2 . Further, the siliceous material and the calcareous material may be prepared by adjusting CaO / SiO 2 to a molar ratio of usually 0.8 to 1.2, preferably 0.9 to 1.1.
ケイ酸質原料としては、成分としてＳｉＯ２が含まれていれば、特に制限はされず、例えば、珪石、溶融シリカ等が挙げられる。このうち、結晶質のもの、特に珪石を用いることが、ゾノトライト結晶を生成させることができる点で好ましい。また、平均粒径５〜１５μｍの微粉末を用いることが好ましい。石灰質原料としては、成分としてＣａＯが含まれていれば、特に制限はされず、例えば、消石灰、生石灰等が挙げられる。このうち、生石灰を用いることが、ゾノトライト結晶を十分に成長させることができる点で好ましい。 The siliceous material is not particularly limited as long as SiO 2 is contained as a component, and examples thereof include silica and fused silica. Among these, it is preferable to use a crystalline material, particularly silica stone, in that a zonotlite crystal can be generated. Further, it is preferable to use fine powder having an average particle diameter of 5 to 15 μm. As a calcareous raw material, if CaO is contained as a component, there will be no restriction | limiting in particular, For example, slaked lime, quicklime, etc. are mentioned. Among these, it is preferable to use quick lime in that the zonotlite crystals can be sufficiently grown.
スラリーに配合される無機繊維は、第１のセラミックスにおいて記載されたものと同じものが挙げられる。 Examples of the inorganic fiber blended in the slurry include the same ones described in the first ceramic.
スラリー調製工程において、スラリーには、無機繊維及びケイ酸カルシウム結晶の他に、任意成分として補強材、充填材又は軽量骨材がさらに含まれていてもよい。こうした任意成分を添加することにより、さらに強度の高いケイ酸カルシウム結晶含有成形体を得ることができる。無機繊維、補強材、充填材及び軽量骨材は、円筒体層の説明で記載されたものと同様のものが挙げられる。 In the slurry preparation step, the slurry may further contain a reinforcing material, a filler, or a lightweight aggregate as an optional component in addition to the inorganic fiber and the calcium silicate crystal. By adding such an optional component, a calcium silicate crystal-containing molded body having higher strength can be obtained. Examples of the inorganic fiber, the reinforcing material, the filler, and the lightweight aggregate are the same as those described in the description of the cylindrical body layer.
成形工程は、スラリーから板状又は柱状の成形体を、湿式プレス又は抄造により得ると共に、無機繊維の配向を一定方向にする工程である。所望の成形体の密度が０．５ｇ/ｃｍ３未満の場合には、水量が多いスラリー状の状態より成形する湿式プレス（脱水プレス）成形法が好適である。湿式プレス成形法によれば、ゾノトライト二次粒子の自己硬化性作用により、嵩密度０．０５〜０．５ｇ/ｃｍ３といった比較的低密度であっても、熱伝導率０．０１〜０．１Ｗ/(ｍ・Ｋ)かつ圧縮強度１〜１０Ｍｐａ、さらには、熱伝導率０．０６〜０．０９Ｗ/(ｍ・Ｋ)かつ圧縮強度３〜５Ｍｐａの成形体を得ることができる。成形体の密度は、スラリー中のゾノトライト結晶二次粒子の嵩高さ、脱水成形時の成形圧力を変更することにより調整すればよい。例えば、ゾノトライト結晶二次粒子を嵩高くすると比較的嵩密度が低い成形体を得ることができる。ゾノトライト結晶二次粒子の嵩密度は、出発原料、スラリーの濃度や攪拌条件等を適宜変更して調整される。成形圧力は通常１〜１００ｋｇｆ/ｃｍ２、好ましくは１０〜７０ｋｇｆ/ｃｍ２、時間は通常１〜３０分、好ましくは５〜１０分かけて行うのがよい。なお、無機繊維の配向方向は、湿式プレス法の場合、プレス方向に対して垂直方向であり、抄造法の場合、水が抄造機から重力落下する方向に対して垂直方向である。また、板状の成形体は抄造又は湿式プレスにより得られ、柱状の成形体は湿式プレスにより得られる。柱状は四角柱等の多角柱、円柱などが挙げられる。上記方法により得られた成形体は、公知の技術により乾燥することができる。乾燥条件は、通常５０〜３００℃で１〜２４時間、好ましくは１５０〜２５０℃で３〜１０時間かけるのが好ましい。 The forming step is a step of obtaining a plate-like or columnar shaped body from the slurry by wet pressing or papermaking and setting the orientation of the inorganic fibers in a certain direction. When the density of the desired molded body is less than 0.5 g / cm 3 , a wet press (dehydration press) molding method in which molding is performed from a slurry state with a large amount of water is preferable. According to the wet press molding method, due to the self-curing action of the zonotlite secondary particles, even if the bulk density is relatively low such as 0.05 to 0.5 g / cm 3 , the thermal conductivity is 0.01 to 0.00. A molded body having 1 W / (m · K) and a compressive strength of 1 to 10 Mpa, and further having a thermal conductivity of 0.06 to 0.09 W / (m · K) and a compressive strength of 3 to 5 Mpa can be obtained. What is necessary is just to adjust the density of a molded object by changing the bulkiness of the zonotlite crystal secondary particle in a slurry, and the molding pressure at the time of dehydration molding. For example, when the zonotolite crystal secondary particles are made bulky, a molded product having a relatively low bulk density can be obtained. The bulk density of the zonotlite crystal secondary particles is adjusted by appropriately changing the starting material, the concentration of the slurry, the stirring conditions, and the like. The molding pressure is usually 1 to 100 kgf / cm 2 , preferably 10 to 70 kgf / cm 2 , and the time is usually 1 to 30 minutes, preferably 5 to 10 minutes. Note that the orientation direction of the inorganic fibers is perpendicular to the pressing direction in the case of the wet pressing method, and is perpendicular to the direction in which water drops by gravity from the paper making machine in the case of the paper making method. Moreover, a plate-shaped molded object is obtained by papermaking or a wet press, and a columnar molded object is obtained by a wet press. Examples of the column shape include a polygonal column such as a quadrangular column, and a cylinder. The molded body obtained by the above method can be dried by a known technique. The drying conditions are usually 50 to 300 ° C. for 1 to 24 hours, preferably 150 to 250 ° C. for 3 to 10 hours.
中空部を備えた成形片を得る工程は、前記成形工程で得られた成形体に無機繊維の配向方向に対して垂直に孔を空ける工程であり、その一例を図５を参照して説明する。図５は湿式プレス法で得られた板状の成形体に孔を空ける工程を説明する図である。図５中、符号Ｘで示す方向、すなわち板状の成形体５の厚み方向が板状の成形体５のプレス方向である。従って、板状の成形体５中、無機繊維はプレス方向に対して垂直方向に配向している。そして、図５中、平面視における一辺が、円筒体層の外径と同じか、またはそれよりやや大きい寸法の四角形５５を有する柱状の成形片６ａ、６ｂ・・において、該四角形の中心に軸芯４が嵌る内径を有する中空部７ａ、７ｂ・・を空ける。当該工程においては、板状の成形体５に中空部７ａ、７ｂ・・を空けた後、切断線５１、５２に沿って切断して成形片６ａ、６ｂ・・を得てもよく、また、板状の成形体５を切断線５１、５２に沿って切断して成形片６ａ、６ｂ・・を得た後、中空部７ａ、７ｂ・・を空けてもよい。次いで、例えば図６に示すように、金属製の軸芯４に対して、成形片６ａを挿入し、次いで成形片６ｂをその次ぎに挿入し、順次所定個数の成形片を挿入し、軸芯長手方向に圧縮固定し、次いで、成形片６ａ〜６ｆの外周を切削加工して、６つの分割円筒体層が端面で繋がった円筒形状の成形体を得る。従来のセラミックスローラにおいて、円筒体層は一体物であったため、図１２に示すように、板状の成形体５のプレス方向Ｘに対して垂直方向に中空部７１を形成する必要があった。この場合、ローラを形成すると、円周方向における無機繊維の配向は異方性があり、不均一であった。また、長手方向に中空部を形成する加工は容易ではない。これに対し、本発明によれば、円周方向における無機繊維の配向に異方性はなく、均一である。また、長さが短い中空部を形成することは容易である。また、長さが短い成形片は、円筒状の湿式プレス成形からも得ることができる。
The step of obtaining a molded piece having a hollow portion is a step of making a hole perpendicular to the orientation direction of the inorganic fiber in the molded body obtained in the molding step, and an example thereof will be described with reference to FIG. . FIG. 5 is a diagram for explaining a step of forming a hole in a plate-like molded body obtained by a wet pressing method. In FIG. 5, the direction indicated by the symbol X, that is, the thickness direction of the plate-shaped molded
成形片１ａ〜１ｆを軸芯長手方向に所定の圧縮長さΔｌとなるように圧縮して固定する方法（図１及び図６参照）としては、例えば雌螺子がきられたフランジをねじ込む方法、または圧入された成形片とローレット加工で軸芯に形成される凹凸との固定方法等が挙げられる。これにより、セラミックスローラ１０は、フランジ２間の圧縮力と軸芯４の周面４１と円筒体層１の内周面１１との押圧力により回転トルクを発生することができる。従って、軸芯４と円筒体層１間の接着剤は使用せずともよい。なお、軸芯の周面と円筒体層１の内周面との押圧力は、フランジ２間の圧縮により、円筒体層１は軸芯長手方向のみならず、軸芯長手方向に対して垂直方向にも圧縮力を与えることになり、軸芯の周面と円筒体層１の内周面との押圧力は強いものとなる。
As a method of compressing and fixing the molded
第１の製造方法において、焼成工程(オートクレーブ)は任意の工程であるが、焼成工程を行う場合、焼成後に成形片を得ることが、寸法変化が生じない点で好ましい。また、成形片を軸芯長手方向に圧縮して固定する際、軸芯と成形片との間に、例えばシリコーンゴムなどの接着剤を注入して、応力緩和層を形成することができる。また、軸芯に成形片を装着した後、円筒体層の外周に、更にＰＦＡ樹脂のフイルムなどのフッ素樹脂層、シリコーンゴム層、ガラス層などの表面層を、公知の方法により被覆することができる。 In the first production method, the firing step (autoclave) is an optional step. However, when performing the firing step, it is preferable to obtain a molded piece after firing in that no dimensional change occurs. Moreover, when compressing and fixing a shaping | molding piece to an axial center longitudinal direction, adhesives, such as silicone rubber, can be inject | poured between a shaft core and a shaping | molding piece, for example, and a stress relaxation layer can be formed. Further, after mounting the molded piece on the shaft core, the outer periphery of the cylindrical body layer may be further coated with a surface layer such as a fluororesin layer such as a film of PFA resin, a silicone rubber layer, or a glass layer by a known method. it can.
次ぎに、第２の製造方法を説明する。第２の製造方法において、第１の製造方法と同一構成要素については同様であるため、その説明を省略し、異なる点について説明する。すなわち、第２の製造方法において、第１の製造方法と異なる点は、スラリー調製工程と、成形片を軸芯長手方向に圧縮して固定する工程との間の工程を、スラリーから湿式プレス成形により無機繊維の配向方向に対して垂直に貫通する中空部を備えた円筒状の成形片を得る成形工程とした点にある。 Next, the second manufacturing method will be described. In the second manufacturing method, the same components as those in the first manufacturing method are the same, and thus the description thereof will be omitted and different points will be described. That is, the second manufacturing method is different from the first manufacturing method in that the step between the slurry preparation step and the step of compressing and fixing the molded piece in the longitudinal direction of the axial center is performed from the slurry by wet press molding. Thus, a molding step for obtaining a cylindrical molded piece having a hollow portion penetrating perpendicularly to the orientation direction of the inorganic fiber is employed.
当該成形工程においては、中空部を備えた円筒状の成形片を直接得るものである。かかる成形工程は、成形型内に軸芯を配置する工程と、成形型と軸芯との間にスラリーを流し込む工程と、成形型内で軸芯長手方向に加圧して成形片を得る工程とを有する軸芯一体成形方法が挙げられる。当該工程の一例を図７を参照して説明する。成形型９は、円筒状の外筒９３の径方向の中心で且つ軸方向に延出する軸芯９１と、軸芯９１を貫通し軸方向に移動自在に設置される一対の円板状のプレス板９２とを有する。プレス板９２はスラリーを成形及び脱水するもので、多孔構造である。外筒９３、軸芯９１及び成形板９２で囲まれる空間にスラリーを流し込み、成形型内でプレス板９２により軸芯長手方向（符号Ｘ方向）に加圧して脱水しながら成形片１ａを得る。なお、成形片１ａを得た後、図８に示すように、更に成形片１ａとプレス板９２間の空間にスラリーを流し込み、軸芯長手方向（符号Ｘ方向）に加圧して脱水しながら成形片１ｂを得、この操作を順次行って、成形型内で円筒状の成形片１ａ、１ｂ・・を得ることができる。
In the molding step, a cylindrical molded piece having a hollow portion is directly obtained. Such a molding step includes a step of arranging the shaft core in the mold, a step of pouring slurry between the mold and the shaft core, and a step of obtaining a molded piece by pressing in the longitudinal direction of the shaft core in the mold. The shaft core integral molding method which has these is mentioned. An example of the process will be described with reference to FIG. The molding die 9 is a
第３の製造方法は、第２のセラミックスを製造するのに好適な方法である。混練工程は、例えば、無機繊維、無機質バインダー、粒子状耐熱性無機質材料、押出し成形助剤の他、必要によりさらに耐水性有機質材料と、を主成分とする混合物に水を加えて水系混合物を調製する。無機繊維、無機質バインダー及び粒子状耐熱性無機質材料は、第２のセラミックスで記載したものと同じものである。混練物は、固形分１００質量部に対して５０〜１００質量部の水を含むようにすれば、押出成形法に好適な混練物とすることができる。ここで、押出し成形助剤は、押出し成形に使用できる有機バインダーであれば特に制限はなく、有機バインダーの配合量は、無機繊維１００質量部に対して１〜３０質量部であればよい。また、混練物には、その他の任意成分が含まれていてもよい。また、各原料成分の配合量は、無機繊維１００質量部に対して、無機バインダー５〜３００質量部、好ましくは５０〜１００質量部、耐熱性無機質材料０〜２０質量部、好ましくは１０〜２０質量部、耐水性有機質材料０〜１００質量部、好ましくは３０〜８０質量部、押出し成形助剤１〜３０質量部、好ましくは１０〜２０質量部である。密度の調整は、混練水量、無機繊維量、耐水性有機質材料量を組み合わせて調整すればよい。混錬工程に使用する混錬装置としては、例えば、加圧型ニーダ、双腕型ニーダ、高速ミキサー、バタフライミキサー等挙げられるが、公知のものであれば適宜使用することができる。 The third production method is a method suitable for producing the second ceramic. In the kneading step, for example, an aqueous mixture is prepared by adding water to a mixture mainly composed of inorganic fibers, an inorganic binder, a particulate heat-resistant inorganic material, an extrusion molding auxiliary, and if necessary, a water-resistant organic material. To do. The inorganic fiber, the inorganic binder, and the particulate heat-resistant inorganic material are the same as those described for the second ceramic. If the kneaded material contains 50 to 100 parts by mass of water with respect to 100 parts by mass of the solid content, the kneaded material can be made suitable for the extrusion molding method. Here, the extrusion molding aid is not particularly limited as long as it is an organic binder that can be used for extrusion molding, and the blending amount of the organic binder may be 1 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the inorganic fibers. The kneaded product may contain other optional components. Moreover, the compounding quantity of each raw material component is 5-300 mass parts of inorganic binders with respect to 100 mass parts of inorganic fibers, preferably 50-100 mass parts, 0-20 mass parts of heat-resistant inorganic material, preferably 10-20. It is 0 to 100 parts by mass, preferably 30 to 80 parts by mass, and 1 to 30 parts by mass of an extrusion aid, preferably 10 to 20 parts by mass. The density may be adjusted by combining the amount of kneading water, the amount of inorganic fibers, and the amount of water-resistant organic material. Examples of the kneading apparatus used in the kneading process include a pressure kneader, a double-arm kneader, a high-speed mixer, a butterfly mixer, and the like, and any known one can be used as appropriate.
混練物に配合される無機繊維は、第２のセラミックスにおいて記載された無機繊維と同じものが挙げられる。また、耐水性有機質材料としては、特に制限されず、例えばポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、アクリル樹脂、フェノール樹脂などの耐水性合成樹脂、木材、竹材、その他の天然有機物などが挙げられる。耐水性有機質材料の形状は、特に制限されず、繊維状又は粒子状が挙げられる。これらの材料としては、内部発泡しているものも好適に使用することができる。また、これら耐水性有機質材料は、１種単独又は２種以上を組合わせて使用することができる。 Examples of the inorganic fiber to be blended in the kneaded material include the same inorganic fibers described in the second ceramic. The water-resistant organic material is not particularly limited, and examples thereof include water-resistant synthetic resins such as polypropylene, polyethylene, polystyrene, acrylic resin, and phenol resin, wood, bamboo, and other natural organic materials. The shape of the water-resistant organic material is not particularly limited, and examples thereof include fibrous or particulate forms. As these materials, those that are internally foamed can also be suitably used. Moreover, these water-resistant organic materials can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
混練工程で得られた混練物を押出成形して柱状又は板状の成形体を成形する成形方法の一例を図９を参照して説明する。図９（Ａ）は角柱押出成形のイメージ図、（Ｂ）は押出成形された角状成形体である。すなわち、当該成形工程において、混練物は押出し開口９５から角柱状９６に押し出される。この場合、角柱状９６中、無機繊維の配向は、押出方向（符号Ｙ）である。次いで、成形体９６の押出方向に対して垂直に孔９６１を空け、切断線９６２に沿って切断して、中空部を備えた角状の成形片を得る。なお、成形片の中空部に軸芯を通し且つ成形片を軸芯長手方向に圧縮して固定する工程は、前記第１の製造方法の同工程と同じである。
An example of a molding method for forming a columnar or plate-like molded body by extruding the kneaded product obtained in the kneading step will be described with reference to FIG. FIG. 9A is an image diagram of prismatic extrusion molding, and FIG. 9B is an extrusion-molded rectangular shaped body. That is, in the molding step, the kneaded product is extruded from the
本発明のセラミックスローラは、嵩密度が小さく、熱容量および熱伝導率が小さいため、断熱性が優れる。このため、電子複写機やプリンタなどの電子写真装置に搭載される熱定着装置に使用される断熱性が要求されるセラミックスローラに使用することができる。すなわち、本発明のセラミックスローラが使用できる用途としては、種々な名称で呼ばれている、例えば、加圧ローラ、搬送ローラ、補助ローラ、ドライブローラ、剥離ローラ、テンションローラ、駆動ローラ、ガイドローラ等が挙げられる。 Since the ceramic roller of the present invention has a small bulk density and a small heat capacity and thermal conductivity, the heat insulating property is excellent. For this reason, it can be used for a ceramic roller requiring heat insulation used in a heat fixing device mounted on an electrophotographic apparatus such as an electrophotographic copying machine or a printer. That is, the use of the ceramic roller of the present invention is called by various names, for example, a pressure roller, a conveyance roller, an auxiliary roller, a drive roller, a peeling roller, a tension roller, a drive roller, a guide roller, etc. Is mentioned.
次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。なお、実施例および比較例において、表１に記載の各評価項目は以下の試験法により測定した。 EXAMPLES Next, although an Example is given and this invention is demonstrated more concretely, this is only an illustration and does not restrict | limit this invention. In Examples and Comparative Examples, each evaluation item shown in Table 1 was measured by the following test method.
（１） 嵩密度（ｇ／ｃｍ３）：試験片の質量と形状寸法から算出される体積とから算出した。
（２）圧縮強度：プレス面圧縮強度はプレス面方向における圧縮強度であり、層間圧縮強度はプレス面方向に対して垂直方向における圧縮強度であり、それぞれＪＩＳＲ１６０８に準拠して測定したものである。
（３）圧縮弾性率：プレス面圧縮弾性率はプレス面方向における圧縮弾性率であり、層間圧縮弾性率はプレス面方向に対して垂直方向における圧縮弾性率であり、それぞれ弾性領域での歪みと応力より算出した（（応力σ／歪みε）（ＭＰa））ものである。
（４）ゴム硬度：試験片として、直径４０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの円柱状の試験片を別に作製し、ＪＩＳ Ｋ６２５３のデュロメータ硬さ試験における、タイプＡの中硬さ用試験方法に準拠して測定したものである。
（５）ローラ加熱試験；送風定温恒温器（「ＤＮ６１０」ヤマト科学社製）内にローラを置き、昇温速度４０℃/時間で所定の加熱温度まで加熱し、１時間保持した後、降温速度４０℃/時間で１００℃まで降温し、恒温器からローラを取り出し、円筒体層の亀裂の有無を目視観察する。なお、所定の加熱温度は１００、２００及び３００℃の各温度である。
（６）回転加熱試験；ハロゲンランプ内蔵の加熱ローラに、試料であるセラミックスローラを圧接回転加熱する装置を使用し、加熱ローラの加熱温度２００℃、回転数１００ｒｐｍ、総荷重６０ｋｇｆの条件下、１００時間稼動させ、円筒体層の破壊の状況を観察する。
(1) Bulk density (g / cm 3 ): Calculated from the mass of the test piece and the volume calculated from the shape dimensions.
(2) Compressive strength: Press surface compressive strength is compressive strength in the press surface direction, and interlayer compressive strength is compressive strength in a direction perpendicular to the press surface direction, and is measured in accordance with JIS R1608.
(3) Compressive elastic modulus: Press surface compressive elastic modulus is a compressive elastic modulus in the press surface direction, and interlayer compressive elastic modulus is a compressive elastic modulus in a direction perpendicular to the press surface direction. It is calculated from the stress ((stress σ / strain ε) (MPa)).
(4) Rubber hardness: As a test piece, a cylindrical test piece having a diameter of 40 mm and a thickness of 10 mm is separately prepared and measured in accordance with a test method for medium hardness of type A in the durometer hardness test of JIS K6253. It is a thing.
(5) Roller heating test: A roller is placed in a constant temperature oven ("DN610" manufactured by Yamato Kagaku Co., Ltd.), heated to a predetermined heating temperature at a heating rate of 40 ° C / hour, held for 1 hour, and then the cooling rate The temperature is lowered to 100 ° C. at 40 ° C./hour, the roller is taken out from the thermostat, and the presence or absence of cracks in the cylindrical body layer is visually observed. The predetermined heating temperature is 100, 200 and 300 ° C., respectively.
(6) Rotational heating test: A heating roller with a built-in halogen lamp is used to press and rotate a ceramic roller as a sample. The heating roller has a heating temperature of 200 ° C., a rotational speed of 100 rpm, and a total load of 60 kgf. Operate for hours and observe the destruction of the cylinder layer.
（ゾノトライト結晶の生成）
石灰質原料としての生石灰（１５０メッシュの足立生石灰）を２４倍量の９０℃の熱水に投入し、１６０ｒｐｍで回転する攪拌翼で攪拌しながら３０分間消化して石灰乳を得た。次いで、得られた石灰乳にケイ酸質原料としての珪石粉末（伊豆珪石特粉Ｄ）をＣａＯ/ＳｉＯ２モル比が１．０となるように添加し、同時に、生石灰と珪石粉末との合計量の３０倍量の水を加えて均一なスラリーとし、オートクレーブ中、１２０ｒｐｍで攪拌しながら、圧力１６ｋｇ/ｃｍ２で４時間水熱反応させた。得られたスラリー中の固形物は実質的にゾノトライト結晶からなり、針状結晶が多数集合した直径３０〜１３０μｍの球状の二次粒子を形成していた。
(Formation of zonotlite crystals)
Quick lime (150 mesh Adachi quick lime) as a calcareous raw material was put into 24 times amount of 90 ° C. hot water and digested for 30 minutes while stirring with a stirring blade rotating at 160 rpm to obtain lime milk. Subsequently, silica powder (Izu silica special powder D) as a siliceous raw material is added to the obtained lime milk so that the CaO / SiO 2 molar ratio is 1.0, and at the same time, the total of quick lime and silica powder 30 times the amount of water was added to make a uniform slurry, and the mixture was hydrothermally reacted for 4 hours at a pressure of 16 kg / cm 2 while stirring at 120 rpm in an autoclave. The solid in the obtained slurry was substantially composed of zonotolite crystals, and formed spherical secondary particles having a diameter of 30 to 130 μm in which a large number of needle crystals were aggregated.
（スラリーの調整）
該スラリーにゾノトライト結晶１００重量部に対して５．６重量部のポルトランドセメント（「普通ポルトランドセメント」；宇部三菱セメント社製）、５．６重量部のガラス繊維（「ＥＣＳ１３１−３３Ｇ」；日本電気硝子社製）、固形分換算で１００ｐｐｍの凝集剤（「サンフロックＮ−ＯＰ」三洋化成工業社製）を添加して混合して脱水プレス成形用のスラリーを得た。該スラリーを型枠に流し込み、成形圧４０ｋｇｆ/ｃｍ２で湿式プレス成形したのち、２００℃で２４時間乾燥して、長さ３００ｍｍ、幅３００ｍｍ、厚さ６０ｍｍの板状の成形体を得た。
(Slurry adjustment)
5.6 parts by weight of Portland cement (“ordinary Portland cement”; manufactured by Ube Mitsubishi Cement Co., Ltd.), 5.6 parts by weight of glass fiber (“ECS131-33G”; NEC) with respect to 100 parts by weight of zonotlite crystals. (Manufactured by Glass Co., Ltd.) and 100 ppm of a flocculant (“San Flock N-OP” manufactured by Sanyo Chemical Industries) were added and mixed to obtain a slurry for dehydration press molding. The slurry was poured into a mold, subjected to wet press molding at a molding pressure of 40 kgf / cm 2 , and then dried at 200 ° C. for 24 hours to obtain a plate-like molded body having a length of 300 mm, a width of 300 mm, and a thickness of 60 mm.
（セラミックスローラの製造）
得られた板状の成形体から、図５に示すように、プレス方向に内径穴を加工して、縦５０ｍｍ、横５０ｍｍ、長さ（厚み）６０ｍｍの角柱状物に内径２９．０ｍｍの中空部を形成した成形片を５個作製した。次いで、ステンレス製の軸芯にこの５個の成形片の中空部を挿入して、５個の分割成形片が繋がったものを得た。次いで、圧縮長さ３ｍｍとなるように、フランジを圧入した。成形片が軸芯に固定したことを確認した後に、成形体片の外径を研削して肉厚５．４７ｍｍの円筒体層を得た。圧縮長さ３ｍｍは、ステンレス製の軸芯の３００℃の熱歪みより大きく、当該セラミックスの弾性限界より小さいものである。また、円筒体層の周面に厚さ３０μｍのＰＦＡチューブをシリコーンゴム接着剤で接着して、外径４０ｍｍ、長さ２９７ｍｍのセラミックスローラを得た。
(Manufacture of ceramic rollers)
As shown in FIG. 5, an inner diameter hole is processed in the pressing direction from the obtained plate-like molded body, and a hollow column having an inner diameter of 29.0 mm is formed in a prismatic product having a length of 50 mm, a width of 50 mm, and a length (thickness) of 60 mm. Five molded pieces in which the part was formed were produced. Next, the hollow portions of the five molded pieces were inserted into a stainless steel shaft core to obtain a structure in which the five divided molded pieces were connected. Next, the flange was press-fitted so that the compression length was 3 mm. After confirming that the molded piece was fixed to the shaft core, the outer diameter of the molded piece was ground to obtain a cylindrical body layer having a thickness of 5.47 mm. The compression length of 3 mm is larger than the thermal strain at 300 ° C. of the stainless steel shaft and smaller than the elastic limit of the ceramic. Further, a PFA tube having a thickness of 30 μm was adhered to the peripheral surface of the cylindrical body layer with a silicone rubber adhesive to obtain a ceramic roller having an outer diameter of 40 mm and a length of 297 mm.
板状の成形体について、前記の方法で嵩密度、熱伝導率、プレス面圧縮強度、プレス面圧縮弾性率、層間圧縮強度及び層間圧縮弾性強度を測定し、また、セラミックスローラについて、ローラ加熱試験及び回転加熱試験を行い、それらの結果を表１に記載した。その結果、実施例１はローラ加熱試験において、３００℃まで加熱しても円筒体層に亀裂は生じなかった。また、回転加熱試験において、円筒体層の破壊は観察されなかった。 The bulk density, thermal conductivity, press surface compressive strength, press surface compressive elastic modulus, interlaminar compressive strength and interlaminar compressive elastic strength of the plate-like molded body are measured by the above-mentioned methods. And the rotary heating test was conducted, and the results are shown in Table 1. As a result, in Example 1, in the roller heating test, the cylindrical body layer did not crack even when heated to 300 ° C. Moreover, the destruction of the cylindrical body layer was not observed in the rotational heating test.
（円筒体層の調製）
組成物の配合組成が、ガラス繊維１００質量部、無機質バインダーとしてガラスフリット１００質量部、可燃性有機物質としてポリエチレン繊維６０質量部および押出し成形助剤としてメチルセルロース２０質量を水１２５質量部に混合して水系混合物とし、この混合物を双腕型ニーダで、混練して可塑性混合物を得、次いで、この可塑性混合物を押出成形して縦５０ｍｍ、横５０ｍｍの四角形断面の柱状体を得た。得られた四角柱の成形体を、１０５℃で５時間乾燥して硬化し、ついで３００〜４００℃までの範囲で合計２４時間加熱して、含有されるポリエチレン繊維およびメチルセルロース成分を焼失させ、その後、さらに大気中にて６００℃３時間焼成して、無機質バインダーを融着させて、無機質成分を一体化させた。
(Preparation of cylindrical body layer)
The composition of the composition is 100 parts by weight of glass fiber, 100 parts by weight of glass frit as an inorganic binder, 60 parts by weight of polyethylene fiber as a flammable organic substance, and 20 parts by weight of methylcellulose as an extrusion molding aid are mixed with 125 parts by weight of water. The mixture was kneaded with a double-arm kneader to obtain a plastic mixture, and then the plastic mixture was extruded to obtain a columnar body having a square cross section of 50 mm in length and 50 mm in width. The obtained quadrangular prism molded body was dried and cured at 105 ° C. for 5 hours, and then heated in the range of 300 to 400 ° C. for a total of 24 hours to burn off the contained polyethylene fibers and methylcellulose components, and then Further, the mixture was baked in the atmosphere at 600 ° C. for 3 hours to fuse the inorganic binder to integrate the inorganic components.
（セラミックスローラの製造）
得られた角柱状の成形体から、図９（Ｂ）に示すように、押出し方向に対して垂直方向に内径穴を加工して、縦５０ｍｍ、横５０ｍｍ、長さ６０ｍｍの角柱状物に内径２９．０ｍｍの中空部を形成した成形片を５個作製した。次いで、ステンレス製の軸芯にこの５個の成形片の中空部を挿入して、５個の分割成形片が繋がったものを得た。次いで、圧縮長さ３ｍｍとなるように、フランジを圧入した。成形片が軸芯に固着したことを確認したのちに、成形体片の外径を研削して肉厚５ｍｍの円筒体層を得た。
(Manufacture of ceramic rollers)
From the obtained prismatic shaped body, as shown in FIG. 9 (B), an inner diameter hole is processed in a direction perpendicular to the extrusion direction, and the inner diameter is formed into a prismatic product having a length of 50 mm, a width of 50 mm, and a length of 60 mm. Five molded pieces each having a 29.0 mm hollow portion were produced. Next, the hollow portions of the five molded pieces were inserted into a stainless steel shaft core to obtain a structure in which the five divided molded pieces were connected. Next, the flange was press-fitted so that the compression length was 3 mm. After confirming that the molded piece was fixed to the shaft core, the outer diameter of the molded piece was ground to obtain a cylindrical body layer having a thickness of 5 mm.
柱状の成形体について、実施例１と同様に諸物性を測定し、また、セラミックスローラについて、ローラ加熱試験及び回転加熱試験に供し、それらの結果を表１に記載した。その結果、実施例２はローラ加熱試験において、３００℃まで加熱しても円筒体層に亀裂は生じなかった。また、回転加熱試験において、円筒体層の破壊は観察されなかった。また、図９の角柱の成形体の上から見た、すなわち、面９６３から見たＳＥＭ写真を図１０に示し、図９の角柱の成形体の正面から見た、すなわち、面９６４から見たＳＥＭ写真を図１１に示す。図１０のＳＥＭ写真から、無機繊維の長手方向が図１０中、上下方向、すなわち、押出し方向に配向しており、図１１では、無機繊維の短手方向、すなわち点で観察されることから、無機繊維がプレス方向に配向していることが判る。
The physical properties of the columnar molded body were measured in the same manner as in Example 1. The ceramic roller was subjected to a roller heating test and a rotary heating test. The results are shown in Table 1. As a result, in Example 2, in the roller heating test, the cylindrical body layer did not crack even when heated to 300 ° C. Moreover, the destruction of the cylindrical body layer was not observed in the rotational heating test. Further, FIG. 10 shows an SEM photograph viewed from above the prismatic shaped body of FIG. 9, that is, viewed from the
比較例１
実施例１と同様の方法で得られた板状の成形体から、図１２に示すように、プレス方向に対して垂直方向に内径穴を加工して、縦５０ｍｍ、横５０ｍｍ、長さ２９７ｍｍの角柱状物に内径２９．３ｍｍの中空部を形成した成形体を作製し、次いで、ステンレス製の外径２９ｍｍの軸芯をこの成形体の中空部に挿入した。この際、軸芯の周面にシリコーンゴム接着剤を塗布して、常温硬化により軸芯と円筒体層を接着させた。成形片が軸芯に固着したことを確認したのちに、成形体片の外径を研削して肉厚５．３２ｍｍの円筒体層を得た。また、円筒体層の周面に厚さ３０μｍのＰＦＡチューブをシリコーンゴム接着剤で接着して、外径４０ｍｍ、長さ２９７ｍｍのセラミックスローラを得た。
Comparative Example 1
As shown in FIG. 12, an inner diameter hole is machined in a direction perpendicular to the press direction from a plate-like molded body obtained by the same method as in Example 1, and the length is 50 mm, the width is 50 mm, and the length is 297 mm. A molded body in which a hollow portion having an inner diameter of 29.3 mm was formed in a prismatic product, and then a stainless steel shaft having an outer diameter of 29 mm was inserted into the hollow portion of the molded body. At this time, a silicone rubber adhesive was applied to the peripheral surface of the shaft core, and the shaft core and the cylindrical body layer were bonded by normal temperature curing. After confirming that the molded piece was fixed to the shaft core, the outer diameter of the molded piece was ground to obtain a cylindrical body layer having a thickness of 5.32 mm. Further, a PFA tube having a thickness of 30 μm was adhered to the peripheral surface of the cylindrical body layer with a silicone rubber adhesive to obtain a ceramic roller having an outer diameter of 40 mm and a length of 297 mm.
角柱状の成形体について、実施例１と同様に諸物性を測定し、また、セラミックスローラについて、ローラ加熱試験及び回転加熱試験に供し、それらの結果を表１に記載した。その結果、比較例１はローラ加熱試験において、２００℃において円筒体層に亀裂が生じた。また、回転加熱試験において、円筒体層の層間方向に破壊が観察された。 The physical properties of the prismatic shaped body were measured in the same manner as in Example 1. The ceramic roller was subjected to a roller heating test and a rotational heating test, and the results are shown in Table 1. As a result, in Comparative Example 1, a crack occurred in the cylindrical body layer at 200 ° C. in the roller heating test. Further, in the rotary heating test, fracture was observed in the interlayer direction of the cylindrical body layer.
比較例２
実施例２と同様の方法で得られた柱状の成形体から、押出し方向に内径穴を加工して、縦５０ｍｍ、横５０ｍｍ、長さ２９７ｍｍの角柱状物に内径２９．０ｍｍの中空部を形成した成形体を作製し、次いで、ステンレス製の軸芯にこの成形体の中空部を挿入した。この際、軸芯の周面にシリコーンゴム接着剤を塗布して、常温硬化により軸芯と円筒体層を接着させた。成形片が軸芯に固着したことを確認したのちに、成形体片の外径を研削して肉厚５ｍｍの円筒体層を得た。
Comparative Example 2
From the columnar molded body obtained in the same manner as in Example 2, an inner diameter hole is processed in the extrusion direction to form a hollow portion having an inner diameter of 29.0 mm in a prismatic product having a length of 50 mm, a width of 50 mm, and a length of 297 mm. Then, the hollow part of the molded body was inserted into a stainless steel shaft core. At this time, a silicone rubber adhesive was applied to the peripheral surface of the shaft core, and the shaft core and the cylindrical body layer were bonded by normal temperature curing. After confirming that the molded piece was fixed to the shaft core, the outer diameter of the molded piece was ground to obtain a cylindrical body layer having a thickness of 5 mm.
角柱状の成形体について、実施例１と同様に諸物性を測定し、また、セラミックスローラについて、ローラ加熱試験及び回転加熱試験に供し、それらの結果を表１に記載した。その結果、比較例２はローラ加熱試験において、２００℃において円筒体層の押出し方向に亀裂が生じた。また、回転加熱試験においても、円筒体層の押出し方向に破壊が観察された。 The physical properties of the prismatic shaped body were measured in the same manner as in Example 1. The ceramic roller was subjected to a roller heating test and a rotational heating test, and the results are shown in Table 1. As a result, in Comparative Example 2, a crack occurred in the extrusion direction of the cylindrical body layer at 200 ° C. in the roller heating test. Moreover, also in the rotation heating test, fracture was observed in the extrusion direction of the cylindrical body layer.
１ 円筒体層
１ａ〜１ｆ 分割円筒体層
２ フランジ
３ ジャーナル部
４ 金属製の軸芯
５ 成形体
６ａ、６ｂ 柱状の成形片
７ａ、７ｂ 中空部
９ 成形型
１０ セラミックスローラ
９１ 軸芯
９２ プレス板
９３ 円筒状の外筒
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