JP2008145832A - Heat insulating roller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、軸芯と、該軸芯の外周に形成される多孔質基材とエアロゲルの複合材料からなる円筒体層を備える断熱ローラに関し、特に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ローラに関するものである。 The present invention relates to a heat insulating roller including a shaft core and a cylindrical body layer made of a composite material of a porous base material and an airgel formed on the outer periphery of the shaft core, and particularly mounted in an electrophotographic apparatus such as an electrophotographic copying machine or a printer. The present invention relates to a heat insulating roller used in a heat fixing apparatus.
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、耐熱性と機械的強度も要求される。 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 and mechanical strength are also required.
これを解決するものとして、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り、該円筒体層が無機繊維バインダー100重量部と耐熱性無機質材料とを主成分とし、円筒体層の平均熱伝導率が0.05〜0.5W/m・Kの断熱性加圧ローラが提案されている(特開2005−173433号公報)。 As a solution to this problem, it is composed of a shaft core and a cylindrical body layer of porous ceramics formed on the outer periphery of the shaft core, and the cylindrical body layer is mainly composed of 100 parts by weight of an inorganic fiber binder and a heat-resistant inorganic material. And a heat insulating pressure roller having an average thermal conductivity of the cylindrical body layer of 0.05 to 0.5 W / m · K has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-173433).
一方、特表2004−517222号公報には、エアロゲルと補強用構造物を含んでなる柔軟で耐久性のある軽量絶縁製品として働く複合材料製品であって、前記補強用構造物が、前記エアロゲルの熱性能を同じ材料で出来ているが補強されていないエアロゲル本体と比較した時に実質的に低下させないロフティな繊維バットを含んでなる複合材料製品が開示されている。かかる複合材料製品の熱伝導率は0.0124〜0.0174W/m・Kと低い。
特開2005−173433号公報の断熱性加圧ローラの平均熱伝導率は概ね低いものの、近年、例えば定着ローラのウォームアップ時間の更なる短縮の要求があり、更に熱伝導率の低い断熱ローラが求められている。また、特表2004−517222号公報には、複合材料が断熱ローラの円筒体層に好適であることの開示がなく、更に配向性の高い繊維バットを基材としているため、機械的強度が十分ではなく、断熱ローラの円筒体層には使用できないという問題がある。 Although the average heat conductivity of the heat insulating pressure roller disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-173433 is generally low, in recent years, for example, there has been a demand for further shortening of the warm-up time of the fixing roller. It has been demanded. In addition, JP-A-2004-517222 does not disclose that the composite material is suitable for the cylindrical body layer of the heat insulating roller, and the fiber bat having a higher orientation is used as a base material, so that the mechanical strength is sufficient. However, there is a problem that it cannot be used for the cylindrical body layer of the heat insulating roller.
従って、本発明の目的は、熱伝導率が顕著に低く、耐熱性と機械的強度に優れた断熱ローラを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a heat insulating roller having a remarkably low thermal conductivity and excellent heat resistance and mechanical strength.
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、軸芯と、該軸芯の外周に形成される円筒体層を備えるローラであって、該円筒体層は多孔質基材とエアロゲルの複合材料である断熱ローラであれば、該円筒体層の熱伝導率が顕著に低く、耐熱性と機械的強度に優れることなどを見出し、本発明を完成するに至った。 In such a situation, the present inventors have intensively studied, and as a result, a roller comprising a shaft core and a cylindrical body layer formed on the outer periphery of the shaft core, the cylindrical body layer comprising a porous substrate and an airgel In the case of the heat insulating roller which is a composite material of the above, the present inventors have found that the thermal conductivity of the cylindrical body layer is remarkably low and excellent in heat resistance and mechanical strength, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明は、軸芯と、該軸芯の外周に形成される円筒体層を備えるローラであって、該円筒体層は多孔質基材とエアロゲルの複合材料であることを特徴とする断熱ローラを提供するものである。 That is, the present invention is a roller including a shaft core and a cylindrical body layer formed on the outer periphery of the shaft core, wherein the cylindrical body layer is a composite material of a porous base material and an airgel. An insulating roller is provided.
また、本発明は、軸芯に、エアロゲルと多孔質基材の複合材料を巻きつける工程を有する断熱ローラの製造方法を提供するものである。 Moreover, this invention provides the manufacturing method of the heat insulation roller which has the process of winding the composite material of an airgel and a porous base material around an axial center.
また、本発明は、軸芯の外周に多孔質基材の円筒体層を形成する工程、該多孔質基材の円筒体層にエアロゲル前駆体を含浸し、超臨界領域で乾燥する工程を有する断熱ローラの製造方法を提供するものである。 In addition, the present invention includes a step of forming a cylindrical layer of a porous substrate on the outer periphery of the shaft core, a step of impregnating the cylindrical layer of the porous substrate with an airgel precursor, and drying in a supercritical region. A method for manufacturing a heat insulating roller is provided.
本発明の断熱ローラは、熱伝導率が顕著に低いため、ローラが150℃のような高温に加熱されても、熱を奪い取ることがなく、熱エネルギーを節約できる。本発明の断熱ローラの断熱性は、従来、熱伝導率が低いとされていたセラミックス断熱ローラと比べても遥かに高く、省エネルギー化に大きく貢献できる。また、耐熱性と機械的強度に優れる。 Since the heat conductivity of the heat insulating roller of the present invention is remarkably low, even when the roller is heated to a high temperature such as 150 ° C., heat is not taken away, and heat energy can be saved. The heat insulating property of the heat insulating roller of the present invention is far higher than that of a ceramic heat insulating roller, which has been conventionally considered to have a low thermal conductivity, and can greatly contribute to energy saving. Moreover, it is excellent in heat resistance and mechanical strength.
本発明の断熱ローラは、中心から外側に向けて順に、軸芯及び円筒体層からなり、該円筒体層は多孔質基材とエアロゲルの複合材料である。軸芯としては、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、真鍮などの金属製軸芯が使用に耐える剛性を有する点で好ましい。なお、本発明は、軸芯に金属製軸芯を使用した場合に特に顕著な効果を発揮する。すなわち、金属製軸芯の熱伝導率は円筒体層の熱伝導率と比べて遥かに高いため、円筒体層を通して加熱ローラ等からの熱源を奪われ易い。このため、円筒体層の熱伝導率が顕著に小さな本発明の場合、特に有利である。軸芯と円筒体層の間には接着層があってもよい。 The heat insulating roller of the present invention comprises an axial core and a cylindrical body layer in order from the center to the outside, and the cylindrical body layer is a composite material of a porous substrate and an airgel. As the shaft core, a metal shaft core such as iron, stainless steel, aluminum, copper, or brass is preferable in that it has rigidity to withstand use. The present invention exhibits a particularly remarkable effect when a metal shaft core is used as the shaft core. That is, since the thermal conductivity of the metal shaft core is much higher than that of the cylindrical body layer, the heat source from the heating roller or the like is easily lost through the cylindrical body layer. For this reason, the present invention is particularly advantageous in the case of the present invention in which the thermal conductivity of the cylindrical body layer is remarkably small. There may be an adhesive layer between the shaft core and the cylindrical body layer.
円筒体層は多孔質基材とエアロゲルの複合材料からなる。多孔質基材は、円筒体層の強度を高めるために使用される補強材であり、例えば多孔質セラミックス、シリコンゴム又は不織布が挙げられる。円筒体層にこのような多孔質基材を含むため、本発明の断熱ローラは高い耐熱性と機械的強度を有する。 The cylindrical body layer is made of a composite material of a porous substrate and an airgel. The porous substrate is a reinforcing material used to increase the strength of the cylindrical body layer, and examples thereof include porous ceramics, silicon rubber, and nonwoven fabric. Since such a porous substrate is included in the cylindrical body layer, the heat insulating roller of the present invention has high heat resistance and mechanical strength.
多孔質セラミックスは、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、無機質バインダーと耐熱性無機質材料を主成分とするセラミックス(以下、第1のセラミックスとも言う。)及びケイ酸カルシウム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。 As the porous ceramics, those having high heat insulation, high heat resistance, and high strength expressed by low thermal conductivity and low heat capacity are suitable. Specifically, ceramics mainly composed of an inorganic binder and a heat resistant inorganic material. (Hereinafter also referred to as a first ceramic) and ceramics mainly composed of calcium silicate (hereinafter also referred to as a second ceramic).
第1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。第1のセラミックスは、通常、無機質バインダー100質量部と、耐熱性無機質材料0〜500質量部とからなるものである。 The first ceramic is a known ceramic used for the cylindrical layer of the heat insulating roller, and is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-301293. The first ceramic is usually composed of 100 parts by mass of an inorganic binder and 0 to 500 parts by mass of a heat-resistant inorganic material.
該無機質バインダーは、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質材料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 is a material that itself becomes a ceramic component in the firing step and consolidates the inorganic materials. 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.
該耐熱性無機質材料としては、繊維状物と粒子状物が挙げられ、繊維状耐熱性無機質材料としては、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。なお、これらの繊維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。 Examples of the heat resistant inorganic material include fibrous materials and particulate materials, and examples of the fibrous heat resistant inorganic material include alumina silica fiber, alumina fiber, chrysotile, carbon fiber, glass fiber, slag wool, silica fiber. Zirconia fiber, gypsum whisker, silicon carbide fiber, potassium titanate whisker, aluminum borate whisker, high silicate fiber, fused silica fiber and rock wool. In addition, these fibrous heat resistant inorganic materials can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
該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。 Examples of the particulate heat-resistant inorganic material include clay, calcium carbonate, talc, silica, aluminum, magnesium oxide, calcium oxide, zirconia, titania, sepiolite, kaolin, zeolite, silicon nitride, aluminum nitride, aluminoborosilicate, aluminosilicate, and Examples thereof include porous carbon. 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.
上記の繊維状耐熱性無機質材料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、繊維状耐熱性無機質材料の直径および粒子状材料の直径は、製品である断熱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。また、同様に内部熱容量をより小さくするために内部に気孔を有する中空の繊維状、または粒子状耐熱性無機質材料を使用することも好ましい。 The length of the fibrous heat-resistant inorganic material 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. Further, the diameter of the fibrous heat-resistant inorganic material 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 heat insulating roller as a product. Similarly, it is also preferable to use a hollow fibrous or particulate heat-resistant inorganic material having pores inside in order to further reduce the internal heat capacity.
該耐熱性無機質材料は任意成分であるが、耐熱性および強度向上の観点から使用することが好ましい。該耐熱性無機質材料の使用量は、無機質バインダー100質量部に対して0〜500質量部、好ましくは100〜300質量部である。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。 The heat-resistant inorganic material is an optional component, but is preferably used from the viewpoint of improving heat resistance and strength. The usage-amount of this heat resistant inorganic material is 0-500 mass parts with respect to 100 mass parts of inorganic binders, Preferably it is 100-300 mass parts. When the amount used exceeds 500 parts by mass, the strength of the obtained cylindrical body layer becomes insufficient.
第1セラミックスの嵩密度は、通常0.2〜1.5g/cm3であり、好ましくは0.2〜1.0g/cm3であり、その熱容量は1×10−4〜1.5×10−3KJ/K・cm3であり、熱伝導率は0.1〜1.0W/m・K、好ましくは0.1〜0.58W/m・Kである。 The bulk density of the first ceramic is usually 0.2 to 1.5 g / cm 3 , preferably 0.2 to 1.0 g / cm 3 , and its heat capacity is 1 × 10 −4 to 1.5 ×. 10 −3 KJ / K · cm 3 , and the thermal conductivity is 0.1 to 1.0 W / m · K, preferably 0.1 to 0.58 W / m · K.
第2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。 In the second ceramic, calcium silicate is not particularly limited, and is a compound formed 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.
第2セラミックスの嵩密度は、0.05〜0.7g/cm3であり、好ましくは0.2〜0.4g/cm3である。また、円筒体層のセラミックスの熱容量は、0.04〜0.65J/K・cm3であり、好ましくは0.04〜0.4J/K・cm3である。また、円筒体層のセラミックスの熱伝導率は、0.01〜0.15W/m・Kであり、好ましくは0.06〜0.09W/m・Kである。 The bulk density of the second ceramic is 0.05 to 0.7 g / cm 3 , preferably 0.2 to 0.4 g / cm 3 . Further, the heat capacity of the ceramic of the cylindrical body layer is 0.04 to 0.65 J / K · cm 3 , preferably 0.04 to 0.4 J / K · cm 3 . Moreover, the thermal conductivity of the ceramic of the cylindrical body layer is 0.01 to 0.15 W / m · K, preferably 0.06 to 0.09 W / m · K.
シリコンゴムとしては、公知のものが使用でき、スポンジ状のものが好ましい。シリコンゴムの嵩密度は、0.4〜1.0g/cm3、熱伝導率は、0.08〜0.18W/m・Kである。また、不織布としては、特に制限されず、アラミド繊維フェルト、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエステル、ガラス繊維、セラミックス繊維などからなる不織布が挙げられる。不織布の嵩密度は、0.1〜0.6g/cm3、熱伝導率は、0.05〜0.12W/m・Kである。 As the silicon rubber, a known one can be used, and a sponge-like one is preferable. The silicon rubber has a bulk density of 0.4 to 1.0 g / cm 3 and a thermal conductivity of 0.08 to 0.18 W / m · K. Moreover, it does not restrict | limit especially as a nonwoven fabric, The nonwoven fabric which consists of an aramid fiber felt, a polyethylene terephthalate (PET), polyester, glass fiber, ceramic fiber etc. is mentioned. The nonwoven fabric has a bulk density of 0.1 to 0.6 g / cm 3 and a thermal conductivity of 0.05 to 0.12 W / m · K.
エアロゲルは、高分子材料によって支えられている連続気泡を有するゲル構造物の孔から格子間の可動溶媒相をこの溶媒の臨界点より高い温度及び圧力下で除去することで生じさせたものである。従って、エアロゲルは密度が低く、平均2〜7nmの球状の微粒子が融合したクラスター構造をしている。また、エアロゲルは平均径2〜7nmの孔径を有する連続気泡構造であり、大きな表面積を有する。エアロゲルは、空気が格子状構造を越えて対流することができないため、効率よく対流による伝熱を抑制する。このため、驚異的な断熱性を示す。気孔の平均的な大きさと密度は、製造時に制御できる。 Aerogels are created by removing the interstitial mobile solvent phase from the pores of a gel structure with open cells supported by a polymeric material at temperatures and pressures above the critical point of the solvent. . Therefore, the airgel has a low density and a cluster structure in which spherical fine particles having an average of 2 to 7 nm are fused. The airgel has an open cell structure having an average diameter of 2 to 7 nm and a large surface area. Airgel efficiently suppresses heat transfer due to convection because air cannot convect beyond the lattice structure. For this reason, it shows amazing heat insulation. The average size and density of the pores can be controlled during manufacture.
前記エアロゲルとしては、無機エアロゲル及び有機エアロゲルが挙げられる。無機エアロゲルは、金属のアルコキシドが基になったものであり、シリカ、炭化物及びアルミナなどの材料が含まれる。有機エアロゲルは、炭素エアロゲル及びポリイミド等の重合体エアロゲルが挙げられる。この中、シリカエアロゲルが多くの製造例があり、入手もし易い点で好ましい。エアロゲルの製造方法は例えば特表2004−517222号公報に記載されている。 Examples of the airgel include inorganic airgel and organic airgel. Inorganic aerogels are based on metal alkoxides and include materials such as silica, carbides and alumina. Organic airgel includes polymer airgel such as carbon airgel and polyimide. Among these, silica airgel is preferable because it has many production examples and is easily available. The manufacturing method of an airgel is described in Japanese translations of PCT publication No. 2004-517222, for example.
多孔質基材とエアロゲルからなる複合材料の構造は、多孔質基材の構造とエアロゲルの格子状構造の複合構造を採るものである。円筒体層の嵩密度は0.05〜0.5g/cm3であり、好ましくは0.1〜0.3g/cm3である。 The structure of the composite material composed of the porous base material and the airgel is a composite structure of a porous base material structure and an airgel lattice structure. The bulk density of the cylindrical body layer is 0.05 to 0.5 g / cm 3 , preferably 0.1 to 0.3 g / cm 3 .
また、円筒体層の熱容量は、0.04〜1.5J/K・cm3であり、好ましくは0.04〜0.4J/K・cm3である。また、円筒体層の熱伝導率は、0.01〜0.1W/m・Kであり、好ましくは0.01〜0.08W/m・Kである。 Moreover, the heat capacity of the cylindrical body layer is 0.04 to 1.5 J / K · cm 3 , and preferably 0.04 to 0.4 J / K · cm 3 . The cylindrical body layer has a thermal conductivity of 0.01 to 0.1 W / m · K, preferably 0.01 to 0.08 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。 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.).
多孔質基材とエアロゲルからなる複合材料の製造方法としては、軸芯にエアロゲルと多孔質基材の複合材料を巻きつける工程を有する製造方法(以下、「第1の方法」と言う。)及び軸芯の外周に多孔質基材の円筒体層を形成する工程、該多孔質基材の円筒体層にエアロゲル前駆体を含浸し、超臨界領域で乾燥する工程を有する製造方法が挙げられる(以下、「第2の方法」と言う。)。 As a method for producing a composite material composed of a porous substrate and an airgel, a production method (hereinafter referred to as “first method”) having a step of winding a composite material of an airgel and a porous substrate around a shaft core, and Examples of the production method include a step of forming a cylindrical body layer of a porous base material on the outer periphery of the shaft core, a step of impregnating an airgel precursor into the cylindrical body layer of the porous base material, and drying in a supercritical region ( Hereinafter, it is referred to as “second method”).
第1の方法において、エアロゲルと多孔質基材の複合材料(以下、「エアロゲル多孔質基材」とも言う。)は、不織布などの多孔質基材にエアロゲル前駆体を含浸し、超臨界領域で乾燥することで得られる。エアロゲルがシリカエアロゲルの場合、先ず、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラ-n-プロポキシシランなどのシラン化合物を加水分解させた後、ポリケイ酸エステル、例えばポリジエトキシシロキサンなどの重合体として低いpHで安定化させたシリカ前駆体を得る。次いで、シリカ前駆体とエタノールなどのアルコールを混合し、所定時間攪拌混合して、シリカ前駆体溶液を得る。 In the first method, a composite material of an airgel and a porous base material (hereinafter also referred to as “airgel porous base material”) impregnates a porous base material such as a nonwoven fabric with an airgel precursor in a supercritical region. Obtained by drying. When the airgel is a silica airgel, first, after hydrolyzing a silane compound such as tetraethoxysilane, tetramethoxysilane, tetra-n-propoxysilane, etc., at a low pH as a polymer such as polysilicate ester, for example, polydiethoxysiloxane. A stabilized silica precursor is obtained. Next, a silica precursor and an alcohol such as ethanol are mixed and stirred for a predetermined time to obtain a silica precursor solution.
次いで、例えば多孔質基材を収容した容器内にシリカ前駆体溶液を流し込み、多孔質基材にシリカ前駆体溶液を含浸させる。このシリカ前駆体溶液を攪拌しながらこれに塩酸、硫酸、フッ酸などの酸を添加することでゲル化を起こさせる。シリカ前駆体とアルコールとの配合容量比率は、アルコール1.0に対して、シリカ前駆体0.1〜5.0が好適である。 Next, for example, a silica precursor solution is poured into a container containing a porous substrate, and the porous substrate is impregnated with the silica precursor solution. Gelation is caused by adding an acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid or hydrofluoric acid to the silica precursor solution while stirring. As for the mixing | blending capacity ratio of a silica precursor and alcohol, the silica precursor 0.1-5.0 is suitable with respect to alcohol 1.0.
ゲル化多孔質基材は熟成され、その後、超臨界乾燥処理を行ない、アルコールをゲルから取り除くと多孔質基材を補強基材としたシリカエアロゲル、すなわち、エアロゲル多孔質基材ができる。超臨界乾燥処理は、アルコールを先ず、液体アセトンと置換し、次ぎに二酸化炭素を臨界点上に置くことにより行なうことができる。液体アセトンを使用することにより、良い勾配溶離を実現することができる。最終的にはゲル中の全ての液体を、ゲルの構造を損なうことなく気体と置換する。 When the gelled porous substrate is aged and then subjected to a supercritical drying treatment, and alcohol is removed from the gel, a silica airgel having the porous substrate as a reinforcing substrate, that is, an airgel porous substrate is formed. The supercritical drying process can be performed by first replacing the alcohol with liquid acetone and then placing carbon dioxide on the critical point. Good gradient elution can be achieved by using liquid acetone. Eventually, all the liquid in the gel is replaced with gas without compromising the structure of the gel.
軸芯にエアロゲル多孔質基材を巻きつけるには、図1に示すようにテープ状の多孔質基材を側端面を突き合わせて表面が盛り上がらないように螺旋状に巻きつければよい。なお、多孔質基材はエアロゲル多孔質基材を作製する前に予めテープ状にしてもよく、また、エアロゲル多孔質基材をテープ状に切断して次工程に使用してもよい。第1の方法において使用される多孔質基材は、可撓性のものであり、好適には不織布である。 In order to wind the airgel porous substrate around the shaft core, as shown in FIG. 1, the tape-shaped porous substrate may be wound spirally so that the side end faces are abutted and the surface does not rise. In addition, the porous substrate may be formed into a tape shape before producing the airgel porous substrate, or the airgel porous substrate may be cut into a tape shape and used in the next step. The porous substrate used in the first method is flexible and is preferably a nonwoven fabric.
第2の方法において、先ず、軸芯の外周に多孔質基材の円筒体層を形成する工程を行う。軸芯の外周に多孔質基材の円筒体層を形成する工程は、公知の方法で行うことができる。すなわち、多孔質基材が第1のセラミックスの場合、通常、該無機質バインダー及び耐熱性無機質材料の他に、有機質バインダーと、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混練工程によって得られた混合物を、成形工程、乾燥工程及び焼成工程とを含む工程を経て第1のセラミックスを製造し、製造物を所定形状に加工した後、軸芯の外周に取り付ける方法が挙げられる。また、多孔質基材がスポンジ状のシリコンゴムの場合、成形型内に軸芯を設置し、注型成形によってシリコンゴムを軸芯の外周に取り付ける方法が挙げられる。 In the second method, first, a step of forming a cylindrical body layer of a porous substrate on the outer periphery of the shaft core is performed. The step of forming the cylindrical body layer of the porous base material on the outer periphery of the shaft core can be performed by a known method. That is, when the porous substrate is the first ceramic, normally, in addition to the inorganic binder and the heat-resistant inorganic material, water is added to a mixture mainly composed of an organic binder and, if necessary, a water-resistant organic material. In addition, after the mixture obtained by the kneading step for preparing the aqueous mixture is subjected to steps including a forming step, a drying step and a firing step, the first ceramic is manufactured, and the product is processed into a predetermined shape, and then the shaft core The method of attaching to the outer periphery of is mentioned. Moreover, when a porous base material is sponge-like silicon rubber, the method of installing a shaft core in a shaping | molding die and attaching silicon rubber to the outer periphery of a shaft core by cast molding is mentioned.
また、多孔質基材が第2のセラミックスの場合、ケイ酸質原料と石灰質原料とを多量の水とともにオートクレーブ中で攪拌しながら高温度に加熱することによりケイ酸カルシウム結晶を得る結晶化工程と、該ケイ酸カルシウム結晶を含むスラリーからケイ酸カルシウム結晶含有成形体を成形する成形工程とを含む工程を経て第2のセラミックスを製造し、製造物を所定形状に加工した後、軸芯の外周に取り付ける方法が挙げられる。第2セラミックスの製造方法は、特開2006−171170号公報に詳しく開示されている。 Further, when the porous substrate is the second ceramic, a crystallization step of obtaining calcium silicate crystals by heating the siliceous raw material and the calcareous raw material together with a large amount of water to a high temperature while stirring in an autoclave; The second ceramic is manufactured through a step including a forming step of forming a calcium silicate crystal-containing shaped body from the slurry containing the calcium silicate crystal, and after processing the product into a predetermined shape, the outer periphery of the shaft core The method of attaching to is mentioned. The method for producing the second ceramic is disclosed in detail in JP-A No. 2006-171170.
多孔質基材を軸芯の外周に取り付ける方法としては、例えば、円筒状の多孔質基材の中空部に、予め接着剤を塗布しておいた軸芯を挿入する方法、半円筒状の多孔質基材の内側に形成される内面に接着剤を塗布して、一対の半円筒状の多孔質基材を軸芯に被せて固着させる方法、あるいは軸芯と該軸芯の外周に形成された多孔質基材の隙間から接着剤を注入させる方法などが挙げられる。 Examples of the method of attaching the porous substrate to the outer periphery of the shaft core include, for example, a method of inserting a shaft core in which an adhesive has been applied in advance into a hollow portion of a cylindrical porous substrate, and a semi-cylindrical porous material. A method in which an adhesive is applied to the inner surface formed on the inner side of the porous base material, and a pair of semi-cylindrical porous base materials are fixed on the shaft core, or formed on the shaft core and the outer periphery of the shaft core. For example, a method of injecting an adhesive from a gap between the porous substrates may be used.
第2の方法においては、次いで、多孔質基材の円筒体層にエアロゲル前駆体を含浸し、超臨界領域で乾燥する工程を行う。多孔質基材の円筒体層にエアロゲル前駆体を含浸する方法としては、前記エアロゲルと多孔質基材の複合材料を作製する方法と同様の方法で行うことができる。なお、第2の方法において、シリカ前駆体溶液を流し込むのは、軸芯の外周に円筒体状の多孔質基材を取り付けた構造体を収容する容器内となる。第2の方法において使用される多孔質基材は、第1のセラミックス、第2のセラミックス、シリコンゴム及び不織布であり、好適には第1のセラミックス、第2のセラミックス及びスポンジ状シリコンゴムである。 In the second method, the step of impregnating the airgel precursor into the cylindrical layer of the porous substrate and then drying in the supercritical region is performed. The method for impregnating the airgel precursor into the cylindrical layer of the porous substrate can be performed by the same method as the method for producing the composite material of the airgel and the porous substrate. In the second method, the silica precursor solution is poured into a container that houses a structure in which a cylindrical porous substrate is attached to the outer periphery of the shaft core. The porous base material used in the second method is a first ceramic, a second ceramic, silicon rubber, and a nonwoven fabric, and preferably a first ceramic, a second ceramic, and a sponge-like silicon rubber. .
本発明の断熱ローラにおいて、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ガラス層などの無機質層を被覆することができる。このような被覆層は、公知の方法により形成することができる。 In the heat insulating roller of the present invention, the outer circumference of the cylindrical body layer can be further coated with an inorganic layer such as a fluororesin layer such as a PFA resin film or a glass layer. Such a coating layer can be formed by a known method.
軸芯と円筒体層を接着する接着剤としては、硬化後、前述の弾性を示す接着層を形成するものであれば、特に制限されず、公知のものが使用できる。このような接着剤としては、やわらかなペースト状及び流動体を含む、一般的に液状シリコーンゴムと称されるものが挙げられる。液状シリコーンゴムは、常温硬化型と称されるものと加熱硬化型と称されるものが挙げられる。液状シリコーンゴムは、塗布時の23℃における粘度が50Pa・s以上、好ましくは23℃の粘度が100〜500Pa・sの高粘度な流動体の液状シリコーンゴムであるか、あるいは粘度測定が困難である、やわらかなペースト状の液状シリコーンゴムに属するものが挙げられる。液状シリコーンゴムの粘度が低過ぎると、円筒体層への過剰な染み込みで円筒体層の気孔を閉塞し、また充填する際、不具合が生じ易くなる。 The adhesive that bonds the shaft core and the cylindrical body layer is not particularly limited as long as it forms an adhesive layer exhibiting the above-described elasticity after curing, and a known one can be used. Examples of such an adhesive include what is generally referred to as liquid silicone rubber, including a soft paste and a fluid. Examples of the liquid silicone rubber include what is called a room temperature curing type and what is called a heat curing type. The liquid silicone rubber is a fluid liquid silicone rubber having a viscosity of 50 Pa · s or higher at 23 ° C., preferably 100 to 500 Pa · s at 23 ° C., or is difficult to measure the viscosity. There are those belonging to a certain soft paste-like liquid silicone rubber. If the viscosity of the liquid silicone rubber is too low, defects may easily occur when the pores of the cylindrical body layer are closed and filled with excessive penetration into the cylindrical body layer.
本発明の断熱ローラは、嵩密度が顕著に小さく、熱容量および熱伝導率が顕著に小さいため、断熱性が格段に優れる。また、断熱ローラの円筒体層は従来円筒体層として使用されてきた多孔質基材を補強材として含むため、高い耐熱性と機械的強度を有する。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ローラ類に使用することができる。すなわち、本発明の断熱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、定着ローラ、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 heat insulating roller of the present invention has a remarkably small bulk density and a remarkably small heat capacity and heat conductivity, the heat insulating property is remarkably excellent. Moreover, since the cylindrical body layer of the heat insulating roller includes a porous base material that has been conventionally used as a cylindrical body layer as a reinforcing material, it has high heat resistance and mechanical strength. Therefore, it can be used for rollers that are required for heat insulation used in a heat fixing device mounted on an electrophotographic apparatus such as an electronic copying machine or a printer. In other words, the heat insulating roller of the present invention can be used in various names, for example, a fixing roller, a pressure roller, a conveyance roller, an auxiliary roller, a drive roller, a peeling roller, a tension roller, a driving roller, A guide roller etc. are 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)断熱ローラの熱伝導率:図2に示すように、断熱ローラの表面(周面)に測定プローブを当接し、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。なお、断熱ローラの熱伝導率は、測定開始から30〜60秒間のΔTより算出したものである。
(3)180℃までの昇温速度試験;図3に示すようにハロゲンランプ21使用の外径40mmの加熱ローラ20に、総荷重30kgfで軸芯31の周りに断熱層32を付設した断熱ローラ30を圧接し、回転数100rpmにおける加熱ローラ20が180℃まで到達する時間(秒)を測定した。
(1) Bulk density (g / cm 3 ): Calculated from the mass of the test piece and the volume calculated from the shape dimensions.
(2) Thermal conductivity of the heat insulating roller: As shown in FIG. 2, a measurement probe is brought into contact with the surface (circumferential surface) of the heat insulating roller, and a rapid thermal conductivity meter QTM-500 according to JIS R2618 unsteady hot wire method. It was measured at room temperature (by Kyoto Electronics Co., Ltd.). The thermal conductivity of the heat insulating roller is calculated from ΔT for 30 to 60 seconds from the start of measurement.
(3) Heating rate test up to 180 ° C .; heat insulating roller in which a
(エアロゲル不織布の作製)
アラミド繊維フェルトであって、厚さ2mm、密度0.1g/cm3のテープ状の不織布にシリカエアロゲル前駆体を含浸し、超臨界領域で乾燥して作製した。すなわち、先ず、テトラエトキシシランを加水分解させた後、低いpHで安定化させたポリジエトキシシロキサン(シリカ前駆体)を得た。次いで、シリカ前駆体とエタノールを混合してシリカ前駆体溶液を得た。次いで、テープ状の不織布を収容した容器内にシリカ前駆体溶液を流し込み、不織布にシリカ前駆体溶液を含浸させた。このシリカ前駆体溶液を攪拌しながらこれに全溶液の2体積%のフッ酸を添加することでゲル化させた。ゲル化不織布は50℃のエタノール浴に入れて密封した状態で一晩熟成させた。その後、臨界未満及び超臨界炭酸ガス抽出処理を行ない、アルコールを4日間かけてゲルから取り除き、シリカエアロゲルと不織布の複合材料を作製した。なお、テープ状のシリカエアロゲル不織布の一部は切断して熱伝導率の測定に使用した。
(Production of airgel nonwoven fabric)
The aramid fiber felt was prepared by impregnating a silica airgel precursor into a tape-shaped non-woven fabric having a thickness of 2 mm and a density of 0.1 g / cm 3 and drying in a supercritical region. That is, first, tetraethoxysilane was hydrolyzed, and then polydiethoxysiloxane (silica precursor) stabilized at a low pH was obtained. Next, the silica precursor and ethanol were mixed to obtain a silica precursor solution. Next, the silica precursor solution was poured into a container containing the tape-shaped nonwoven fabric, and the nonwoven fabric was impregnated with the silica precursor solution. The silica precursor solution was gelled by adding 2% by volume of hydrofluoric acid to the solution while stirring. The gelled nonwoven fabric was aged overnight in a 50 ° C. ethanol bath and sealed. Thereafter, a subcritical and supercritical carbon dioxide gas extraction treatment was performed, and alcohol was removed from the gel over 4 days to prepare a composite material of silica airgel and nonwoven fabric. A part of the tape-shaped silica airgel nonwoven fabric was cut and used for measurement of thermal conductivity.
(断熱ローラの作製)
外径36mm、長さ300mmのSUS製の軸芯の外周面にシリコーンゴム接着剤(「KE45」;(信越化学社製))を塗布し、シリカエアロゲル不織布をスパイラル状に巻きつけた。次いで、シリカエアロゲル不織布の外周面に前記同様のシリコーンゴム接着剤を塗布し、厚さ30μmのPFAチューブを挿入して断熱ローラを作製した。なお、2つの接着層は硬化後の厚みがそれぞれ50μmとなるように塗布した。
(Production of heat insulation roller)
A silicone rubber adhesive (“KE45” (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.)) was applied to the outer peripheral surface of a SUS shaft core having an outer diameter of 36 mm and a length of 300 mm, and a silica airgel nonwoven fabric was wound in a spiral shape. Next, a silicone rubber adhesive similar to that described above was applied to the outer peripheral surface of the silica airgel nonwoven fabric, and a PFA tube having a thickness of 30 μm was inserted to produce a heat insulating roller. The two adhesive layers were applied so that the thickness after curing was 50 μm.
得られた断熱ローラについて、ローラ熱伝導率を測定し、また、180℃までの昇温速度試験を行った。それらの結果を表1に記載した。また、断熱ローラの熱伝導率を加熱後〜60秒までの一定時間経過毎の熱伝導率も測定した。初期より60秒までのΔTより算出される熱伝導率が変化しない場合が、軸芯の影響を受けず断熱性が高いといえる。その結果を図4に示す。 About the obtained heat insulation roller, roller thermal conductivity was measured and the temperature increase rate test to 180 degreeC was done. The results are shown in Table 1. In addition, the thermal conductivity of the heat insulating roller was also measured every time a fixed time elapses until 60 seconds after heating. When the thermal conductivity calculated from ΔT from the beginning to 60 seconds does not change, it can be said that the heat insulation is high without being influenced by the shaft core. The result is shown in FIG.
(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
(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7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−0P」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、成形圧力10kgf/cm2で脱水プレス成形したのち、100℃で12時間乾燥して、長さ350mm、幅350mm、厚さ30mm、密度0.20g/cm3のボード状の成形体を得た。
(Slurry adjustment)
7 parts by weight of Portland cement ("ordinary Portland cement"; manufactured by Ube Mitsubishi Cement Co., Ltd.) and 5 parts by weight of glass fibers ("ECS131-33G"; manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd.) are added to the slurry. Then, 100 ppm of a flocculant (“San Flock N-0P” manufactured by Sanyo Chemical Industries) was added and mixed to obtain a slurry for dehydration press molding. The slurry was poured into a mold, subjected to dehydration press molding at a molding pressure of 10 kgf / cm 2 , dried at 100 ° C. for 12 hours, and a board having a length of 350 mm, a width of 350 mm, a thickness of 30 mm, and a density of 0.20 g / cm 3 A shaped molded body was obtained.
(断熱ローラ中間体の作製)
得られたボード状の成形体から、縦40mm、横40mm、長さ300mmの角柱状の成形体片を切出した。該成形体片の長さ方向に沿った中心に直径36.4mmの貫通孔を形成した。該貫通孔に予め常温硬化型シリコーンゴム接着剤(「KE422」信越化学工業社製)を塗布しておいた後、ステンレス製の軸芯を挿入した。成形体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2mmの円筒体状の表面層を得た。
(Production of heat insulation roller intermediate)
A prismatic shaped piece having a length of 40 mm, a width of 40 mm and a length of 300 mm was cut out from the obtained board-like shaped body. A through hole having a diameter of 36.4 mm was formed at the center along the length direction of the molded body piece. A cold-curing silicone rubber adhesive (“KE422” manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was applied in advance to the through hole, and then a stainless steel shaft core was inserted. 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 surface layer having a thickness of 2 mm.
(断熱ローラの作製)
前記断熱ローラ中間体の円筒体状の表面層にシリカエアロゲル前駆体を含浸させ、超臨界領域で乾燥して作製した。すなわち、先ず、テトラエトキシシランを加水分解させた後、低いpHで安定化させたポリジエトキシシロキサン(シリカ前駆体)を得た。次いで、シリカ前駆体とエタノールを混合してシリカ前駆体溶液を得た。次いで、前記断熱ローラ中間体を収容した容器内にシリカ前駆体溶液を流し込み、円筒体状の表面層にシリカ前駆体溶液を含浸させた。このシリカ前駆体溶液を攪拌しながらこれに全溶液の2体積%のフッ酸を添加することでゲル化させた。ゲル化断熱ローラ中間体は50℃のエタノール浴に入れて密封した状態で一晩熟成させた。その後、臨界未満及び超臨界炭酸ガス抽出処理を行ない、アルコールを4日間かけてゲルから取り除き、シリカエアロゲルとケイ酸カルシウムの複合材料からなる断熱層を有する断熱ローラを得た。次いで、この断熱層の表面に前記同様の常温硬化型シリコーンゴム接着剤を塗布し、厚さ30μmのPFAチューブを挿入して断熱ローラを作製した。なお、軸芯側の接着層は硬化後の厚みが200μm、外周面の接着剤厚みは50μmとなるように塗布した。この断熱ローラは2本作製し、2本の中の1本は断熱層の熱伝導率の測定用に使用した。
(Production of heat insulation roller)
The cylindrical surface layer of the heat insulating roller intermediate was impregnated with a silica airgel precursor and dried in a supercritical region. That is, first, tetraethoxysilane was hydrolyzed, and then polydiethoxysiloxane (silica precursor) stabilized at a low pH was obtained. Next, the silica precursor and ethanol were mixed to obtain a silica precursor solution. Next, a silica precursor solution was poured into a container containing the heat insulating roller intermediate, and the cylindrical surface layer was impregnated with the silica precursor solution. The silica precursor solution was gelled by adding 2% by volume of hydrofluoric acid to the solution while stirring. The gelled heat insulating roller intermediate was aged overnight in a sealed state in an ethanol bath at 50 ° C. Thereafter, a subcritical and supercritical carbon dioxide extraction process was performed, alcohol was removed from the gel over 4 days, and a heat insulating roller having a heat insulating layer made of a composite material of silica airgel and calcium silicate was obtained. Next, the same room temperature curing type silicone rubber adhesive as that described above was applied to the surface of the heat insulating layer, and a 30 μm thick PFA tube was inserted to produce a heat insulating roller. The adhesive layer on the shaft core side was applied so that the thickness after curing was 200 μm, and the adhesive thickness on the outer peripheral surface was 50 μm. Two of these heat insulating rollers were produced, and one of the two was used for measuring the thermal conductivity of the heat insulating layer.
得られた断熱ローラについて、ローラ熱伝導率を測定し、また、180℃までの昇温速度試験を行った。それらの結果を表1に記載した。 About the obtained heat insulation roller, roller thermal conductivity was measured and the temperature increase rate test to 180 degreeC was done. The results are shown in Table 1.
比較例1
シリカエアロゲル処理のアラミド繊維フェルトに代えて、シリカエアロゲル処理を行わない密度0.26g/cm3のアラミド繊維フェルトを使用した以外は、実施例1と同様の方法で断熱ローラを作製した。その結果を表1に示した。また、実施例1と同様に、一定時間経過毎の熱伝導率を測定した。その結果を図4に示す。
Comparative Example 1
A heat insulating roller was produced in the same manner as in Example 1 except that an aramid fiber felt having a density of 0.26 g / cm 3 not subjected to the silica airgel treatment was used in place of the silica airgel treated aramid fiber felt. The results are shown in Table 1. Further, in the same manner as in Example 1, the thermal conductivity was measured every certain time. The result is shown in FIG.
比較例2
(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粒子60質量部および有機質バインダー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た後、この可塑性混合物を押出成形して円筒体を得た。得られた円筒状の成形体を、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粒子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、外径41mm、内径36.4mm、長さ300mmの円筒状の低嵩密度セラミックス体2本を得た。
Comparative Example 2
(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 particles as a flammable organic substance, and 20 parts by weight of methylcellulose as an organic binder in 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 cylindrical body. The obtained cylindrical molded body was dried and cured at 105 ° C. for 5 hours, and then heated in the range from 300 to 400 ° C. for a total of 24 hours to burn off the contained polyethylene particles and methylcellulose component, and then Furthermore, a cylindrical low bulk density ceramic having an outer diameter of 41 mm, an inner diameter of 36.4 mm, and a length of 300 mm, which is further fired in the atmosphere at 600 ° C. for 3 hours to fuse the inorganic binder and integrate the inorganic components. Two bodies were obtained.
(断熱ローラの作製)
外径36mm、長さ300mmのSUS製の軸芯の外周面と、2本の中の1本の円筒状の低嵩密度セラミックス体の内周面に、ペースト状の常温硬化型シリコーンゴム接着剤(「KE422」信越化学工業社製)を塗布し、その後、円筒状の低嵩密度セラミックスの中空部に軸芯を挿入し、外径を直径40mmに研削して軸芯、接着層および円筒体層とからなる断熱ローラを得た。なお、軸芯の接着層は硬化後の厚みが200μmとなるように塗布した。次いで、この断熱層の表面に前記同様の常温硬化型シリコーンゴム接着剤を塗布し、厚さ30μmのPFAチューブを挿入して断熱ローラを作製した。なお、外周面の接着剤厚みは50μmとなるように塗布した。
(Production of heat insulation roller)
Paste room temperature curable silicone rubber adhesive on the outer peripheral surface of a SUS shaft core having an outer diameter of 36 mm and a length of 300 mm and the inner peripheral surface of one of the two cylindrical low bulk density ceramic bodies ("KE422" manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) is applied, and then the shaft core is inserted into a hollow portion of a cylindrical low bulk density ceramic, and the outer diameter is ground to a diameter of 40 mm, and the shaft core, adhesive layer, and cylindrical body A heat insulating roller consisting of a layer was obtained. The shaft core adhesive layer was applied so that the thickness after curing was 200 μm. Next, the same room temperature curing type silicone rubber adhesive as that described above was applied to the surface of the heat insulating layer, and a 30 μm thick PFA tube was inserted to produce a heat insulating roller. In addition, it apply | coated so that the adhesive agent thickness of an outer peripheral surface might be set to 50 micrometers.
残りの低嵩密度セラミックス体について、前記の方法で嵩密度を測定し、また、セラミックスローラについて、ローラ熱伝導率を測定し、また、180℃までの昇温速度試験を行った。それらの結果を表1に記載した。また、実施例1と同様に、一定時間経過毎の熱伝導率を測定した。その結果を図4に示す。 For the remaining low bulk density ceramic body, the bulk density was measured by the above-described method, and for the ceramic roller, the roller thermal conductivity was measured, and a temperature increase rate test up to 180 ° C. was performed. The results are shown in Table 1. Further, in the same manner as in Example 1, the thermal conductivity was measured every certain time. The result is shown in FIG.
比較例3
(断熱ローラの作製)
外径36mm、長さ300mmのSUS製軸芯の外周面にプライマーを塗布し、注型成形用の成形型に30μmのPFAチューブとともにセットし、発泡シリコンゴムを注型成形後、加熱硬化し、軸芯と円筒体層とからなる断熱ローラを得た。シリコンゴムローラについて、ローラ熱伝導率を測定し、また、180℃までの昇温速度試験を行った。それらの結果を表1に記載した。
Comparative Example 3
(Production of heat insulation roller)
A primer is applied to the outer peripheral surface of a SUS shaft core having an outer diameter of 36 mm and a length of 300 mm, set with a 30 μm PFA tube in a casting mold, casted with silicon foam rubber, and heat-cured after casting. A heat insulating roller consisting of a shaft core and a cylindrical body layer was obtained. With respect to the silicon rubber roller, the roller thermal conductivity was measured, and a temperature increase rate test up to 180 ° C. was performed. The results are shown in Table 1.
表1の結果から、実施例1及び2はローラ熱伝導率が0.05W/mK及び0.08W/mKと驚異的に低い値を示した。また、180℃までの昇温速度が24秒及び28秒と顕著に短かった。また、図4の結果から、実施例1は、加熱開始から60秒経過後も熱伝導率の値に全くの変化がなかった。実施例及び比較例の断熱ローラの軸芯には熱伝導率が高い金属が使用されており、また、肉厚が2mmと薄いため、測定プローブの熱を奪い易い構造であること、また、従来から、断熱性が高いと言われている比較例1及び2の結果が熱を奪っていることを考慮すると、実施例1の結果が驚異的なものであることが判る。また、実施例品は、いずれも断熱ローラとしての機械的強度は十分であった。 From the results shown in Table 1, Examples 1 and 2 showed surprisingly low values of the roller thermal conductivity of 0.05 W / mK and 0.08 W / mK. Moreover, the temperature increase rate up to 180 ° C. was remarkably short as 24 seconds and 28 seconds. Moreover, from the result of FIG. 4, in Example 1, the value of thermal conductivity did not change at all even after 60 seconds had elapsed from the start of heating. A metal having high thermal conductivity is used for the shaft core of the heat insulating roller of the example and the comparative example, and the thickness is as thin as 2 mm. Therefore, it can be seen that the result of Example 1 is surprising, considering that the results of Comparative Examples 1 and 2 which are said to have high heat insulation properties are deprived of heat. Further, all of the example products had sufficient mechanical strength as a heat insulating roller.
1 軸芯
2 スパイラル状に巻かれた多孔質基材
3 円筒体層
4 測定プローブ
10、10a 断熱ローラ
20 加熱ローラ
21 ハロゲンランプ
30 断熱ローラ
31 軸芯
32 断熱層
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