JP4463669B2 - Ceramic roller - Google Patents

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Description

本発明は、軸芯と、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に関し、特に電子複写機、プリンタ、ファクシミリといった電子写真装置に搭載される熱定着装置に使用されるローラに関する。   BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ceramic roller having a shaft core and a cylindrical body layer formed on the outer periphery of the shaft core, and more particularly, to a roller used in a heat fixing device mounted on an electrophotographic apparatus such as an electronic copying machine, a printer, and a facsimile machine. .

情報技術の中の必須機器である静電複写機、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した微粒子(トナー)を散布して静電気力で付着させて画像を現像し、この感光体表面に前記微粒子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前記微粒子を紙面に転写し、この紙面上の上記の微粒子を熱定着ローラ(以下ヒートローラとも言う)により加圧下に加熱・溶融して紙面上に熱定着する事により画像を複製させる機器である。   Electrophotographic devices such as electrostatic copiers and laser printers, which are essential equipment in information technology, project optical images onto the surface of a uniformly charged photoconductor in the dark, and the optical surface corresponds to the optical image. An electrostatic latent image is formed, and charged fine particles (toner) as a developer are spread on the surface of the electrostatic latent image, and the image is developed by electrostatic force. The image is developed on the surface of the photoconductor with a polarity opposite to that of the charged fine particles. The surface of the charged printing paper is overlapped to transfer the fine particles onto the paper surface, and the fine particles on the paper surface are heated and melted under pressure by a heat fixing roller (hereinafter also referred to as a heat roller) for heat fixing on the paper surface. By doing this, it is a device that duplicates images.

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が知られており、印刷紙は、その裏面側から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されつつ加熱されて紙面上の微粒子が融着して熱定着される。   As the heat fixing device portion for fixing the toner on the paper surface with the heat fixing roller, one composed of two rollers, a heat fixing roller and a pressure roller, is generally known. Then, the fine particles on the paper surface are fused and heat-fixed by being heated while being pressed by the heat-fixing roller supported by the pressure roller and heated from the surface side.

熱定着ローラは、上記のように紙面上に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遙かに低温の印刷紙および加圧ローラと密接し、回転するため、その瞬間に、特に加圧ローラとの密接部から多量の熱エネルギーが奪い取られて冷却される。   The heat fixing roller is heated to a high temperature that can be fused in order to fuse the toner onto the paper surface as described above. However, when the heat fixing operation is performed, printing always at a temperature much lower than the heat fixing temperature is performed. Since the paper and the pressure roller are in close contact with each other and rotate, at that moment, a large amount of heat energy is taken away from the close contact portion with the pressure roller and cooled.

一方、加圧ローラは、特に熱定着装置を使用し始める印刷開始時には、低温(通常、室温)であるため、必要とする熱定着ローラの温度との差が大きく、従って、熱定着ローラは、上記のような密接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、その結果、消費電力もそれだけ多くなってエネルギー効率が低いばかりでなく、冷却を見込んだ印刷可能な温度にまで昇温するウォーミングアップ時間(待機時間)が長くなり、時間効率が低いばかりでなく、利用者には不快の原因ともなる。 On the other hand, the pressure roller has a low temperature (usually room temperature) at the start of printing, particularly when starting to use the heat fixing device, so that the difference from the required temperature of the heat fixing roller is large. It is necessary to heat it to a higher temperature in anticipation of the above-mentioned close cooling, and as a result, not only the power consumption is increased and the energy efficiency is low, but also the printable temperature is expected to be cooled. Warming up time (standby time) for raising the temperature to a long time is not only low in time efficiency, but also causes discomfort for the user.

また、加圧ローラは、高温の熱定着ローラと密接するため、耐熱性があることが求められ、一方、熱定着ローラから加圧ローラにより奪い取られるエネルギーの量は、長時間を考慮すれば加圧ローラの熱容量、短時間のみを考慮すれば熱伝導率に影響される。これらの両特性は、共通して円筒体層の嵩密度に関係する。これらの事情を考慮して、加圧ローラとして、断熱性の優れたシリコーンゴムスポンジ製のローラが用いられるようになった。また、円筒体層を多孔質セラミックス材料や多孔質樹脂成形体といった空隙率の高い成形体から成る断熱層によって構成させることが提案されている(例えば、特許文献1)。
特開2004−86219号公報(請求項1)
In addition, the pressure roller is required to have heat resistance because it is in close contact with the high-temperature heat fixing roller. On the other hand, the amount of energy taken away from the heat fixing roller by the pressure roller is added considering a long time. Considering only the heat capacity of the pressure roller and a short time, it is affected by the thermal conductivity. Both of these characteristics are commonly related to the bulk density of the cylindrical body layer. Considering these circumstances, a roller made of silicone rubber sponge having excellent heat insulation has been used as a pressure roller. Further, it has been proposed that the cylindrical body layer is constituted by a heat insulating layer made of a molded body having a high porosity such as a porous ceramic material or a porous resin molded body (for example, Patent Document 1).
JP 2004-86219 A (Claim 1)

しかしながら、こうした空隙率の高い成形体は、使用に耐えうる強度を得るためにはどうしても密度が高くなってしまい、耐熱性と強度との両方の特性を満足させるローラを得るには限界があった。すなわち、セラミックス材料を使用した場合には、熱伝導率を下げる手段としては嵩密度を低くすることが考えられるが、嵩密度を低くすると強度は弱くなってしまうことが懸念される。また、シリコーンゴムスポンジを使用した場合には、長時間にわたって使用された際に、樹脂自体に熱劣化が生じてしまい、ローラの径が変わってしまうことが懸念される。   However, such a molded article having a high porosity has a high density in order to obtain a strength that can withstand use, and there is a limit to obtaining a roller that satisfies both the heat resistance and strength characteristics. . That is, when a ceramic material is used, it is conceivable that the bulk density is lowered as a means for lowering the thermal conductivity, but if the bulk density is lowered, there is a concern that the strength becomes weak. Further, when a silicone rubber sponge is used, there is a concern that the resin itself may be thermally deteriorated when used for a long time, and the diameter of the roller may be changed.

また、近年においては、消費電力のさらなる低減が要求されている。定着ローラ、加圧ローラにおいては安価で強度の高いアルミニウムやステンレスといった金属製の軸芯や軸パイプが使用されており、こうした金属は熱伝導率が高く、熱容量が高いため、断熱性に乏しく消費電力のさらなる低減の妨げになっている。
さらに、定着ローラ、加圧ローラ以外の定着装置に使用されるローラ、例えば駆動ローラ、剥離ローラ、テンションローラ、ガイドローラといったローラにいたっては、ローラ自体が比較的細径である場合が多く、そのため高い強度が求められている。そのため更なる消費電力の低減のためには、金属に替わる材料が強く要望されている。
In recent years, further reduction of power consumption has been demanded. The fixing roller and pressure roller use inexpensive and strong metal shaft cores and shaft pipes such as aluminum and stainless steel. These metals have high heat conductivity and high heat capacity, so they have poor heat insulation and are consumed. This hinders further reduction of power.
Furthermore, in the rollers used in fixing devices other than the fixing roller and the pressure roller, for example, a roller such as a driving roller, a peeling roller, a tension roller, and a guide roller, the roller itself often has a relatively small diameter. Therefore, high strength is required. Therefore, in order to further reduce power consumption, a material replacing metal is strongly demanded.

本発明は上述した状況を鑑みてなされたものであって、低熱伝導率でかつ高強度のセラミックスローラおよびその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a ceramic roller having low thermal conductivity and high strength and a method for manufacturing the same.

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、円筒体層の材料に改良の余地があり、ケイ酸カルシウムを主成分にすることにより、従来のシリコーンスポンジを主体とする円筒体層のものと比べて、高断熱性(低熱伝導率、低熱容量)、高耐熱性、高強度になること等を見出し、本発明を完成するに至った。   In such a situation, the present inventors have conducted extensive studies, and as a result, there is room for improvement in the material of the cylindrical body layer. By using calcium silicate as a main component, a cylindrical body layer mainly composed of a conventional silicone sponge. As a result, the inventors have found that the heat insulation (low thermal conductivity, low heat capacity), high heat resistance, high strength, and the like are achieved, and the present invention has been completed.

すなわち、本願の第1の発明は、軸芯と、軸芯の外周に形成される円筒体層を備えるローラにおいて、円筒体層はケイ酸カルシウムを主成分とするセラミックスからなることを特徴とするセラミックスローラ(以下第1の形態ともいう)を提供するものである。好適には、前記円筒体層は、あらかじめ水熱合成によって得られたケイ酸カルシウム結晶を成形して乾燥した成形体(以下第1の成形体ともいう)からなり、さらに好適には、前記ケイ酸カルシウムの主成分はゾノトライト結晶である。また、前記円筒体層は、成形後に水熱合成によって得られたケイ酸カルシウム結晶からなる成形体(以下第2の成形体ともいう)から構成されてもよい。この場合、好適には、前記ケイ酸カルシウム結晶の主成分はゾノトライト結晶またはトバモライト結晶、不定形C−S−H結晶である。また、本願の第1の発明においては、好適には、前記円筒体層の嵩密度は0.05〜1.5g/cm3であり、さらに好適には、前記円筒体層の熱伝導率は0.01〜0.5W/(m・K)である。また、前記円筒体層に被覆され、フッ素樹脂を含む表面層をさらに備えていてもよく、前記円筒体層と前記表面層との間に弾性体からなる中間層をさらに備えていてもよい。また、本願の第1の発明は、電子写真装置の熱定着装置に使用される前記セラミックスローラを提供するものである。 That is, the first invention of the present application is characterized in that in the roller including the shaft core and the cylindrical body layer formed on the outer periphery of the shaft core, the cylindrical body layer is made of ceramics mainly composed of calcium silicate. A ceramic roller (hereinafter also referred to as a first embodiment) is provided. Preferably, the cylindrical body layer is composed of a molded body (hereinafter also referred to as a first molded body) obtained by molding and drying calcium silicate crystals obtained in advance by hydrothermal synthesis. The main component of calcium acid is zonotolite crystals. The cylindrical body layer may be composed of a molded body (hereinafter also referred to as a second molded body) made of calcium silicate crystals obtained by hydrothermal synthesis after molding. In this case, preferably, the main component of the calcium silicate crystal is a zonotlite crystal, a tobermorite crystal, or an amorphous C—S—H crystal. In the first invention of the present application, preferably, the bulk density of the cylindrical body layer is 0.05 to 1.5 g / cm 3 , and more preferably, the thermal conductivity of the cylindrical body layer is 0.01 to 0.5 W / (m · K). Further, a surface layer covered with the cylindrical body layer and containing a fluororesin may be further provided, and an intermediate layer made of an elastic body may be further provided between the cylindrical body layer and the surface layer. A first invention of the present application provides the ceramic roller used in a heat fixing device of an electrophotographic apparatus.

また、本願の第2の発明は、電子写真装置の熱定着装置に使用されるローラにおいて、軸芯がケイ酸カルシウムを主成分とするセラミックスからなることを特徴とするセラミックスローラ(以下第2の形態ともいう)を提供するものである。前記軸芯の外周にケイ酸カルシウムを主成分とするセラミックスからなる円筒体層がさらに形成されていてもよい。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a ceramic roller (hereinafter referred to as a second roller) used in a heat fixing device of an electrophotographic apparatus, wherein the shaft core is made of ceramics mainly composed of calcium silicate. (Also referred to as a form). A cylindrical body layer made of ceramics mainly composed of calcium silicate may be further formed on the outer periphery of the shaft core.

また、本願の第3の発明は、
A1)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工程と、
B1)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工程と、
D1)軸芯の外周に該ケイ酸カルシウム結晶含有成形体からなる円筒体層を形成する工程とを備えることを特徴とするセラミックスローラの製造方法(以下第1の形態の第1の製法ともいう)を提供するものである。また、好適には、前記ケイ酸カルシウム結晶が、ゾノトライト結晶であり、該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、本願の第4の発明は、
A2)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高温度に加熱することによりケイ酸カルシウム結晶前駆体を得る工程と、
B2)該ケイ酸カルシウム結晶前駆体を含むスラリーからケイ酸カルシウム結晶前駆体含有成形体を成形する工程と、
C2)該ケイ酸カルシウム結晶前駆体含有成形体をオートクレーブ中で高温度に加熱してケイ酸カルシウム結晶を生成させてケイ酸カルシウム結晶含有成形体を得る工程と、
D2)該ケイ酸カルシウム結晶前駆体含有成形体または該ケイ酸カルシウム結晶含有成形体からなる円筒体層を軸芯の外周に形成する工程とを備えることを特徴とするセラミックスローラの製造方法(以下第1の形態の第2の製法ともいう)を提供するものである。
また、本願の第5の発明は、
A3)ケイ酸質原料と石灰質原料と成形助剤と水とを含む混錬物を得る工程と、
B3)該混錬物から未結晶含有成形体を押出成形する工程と、
C3)該未結晶含有成形体をオートクレーブ中で高温度に加熱してケイ酸カルシウム結晶を生成させてケイ酸カルシウム結晶含有成形体を得る工程と、
D3)軸芯の外周に該未結晶含有成形体または該ケイ酸カルシウム結晶含有成形体からなる円筒体層を形成する工程とを備えることを特徴とするセラミックスローラの製造方法(以下第1の形態の第3の製法ともいう)を提供するものである。
The third invention of the present application is
A1) obtaining calcium silicate crystals by heating a siliceous raw material and a calcareous raw material together with a large amount of water to a high temperature in an autoclave;
B1) forming a calcium silicate crystal-containing shaped body from the slurry containing the calcium silicate crystals;
D1) forming a cylindrical body layer made of the calcium silicate crystal-containing formed body on the outer periphery of the shaft core, and a ceramic roller manufacturing method (hereinafter also referred to as a first manufacturing method of the first embodiment). ). Preferably, the calcium silicate crystal is a zonotlite crystal, the primary particles of the zonotlite crystal form needle-like crystals, and the primary particles form spherical secondary particles having a diameter of 10 to 150 μm.
The fourth invention of the present application is
A2) a step of obtaining a calcium silicate crystal precursor by heating a siliceous raw material and a calcareous raw material together with a large amount of water in an autoclave to a high temperature;
B2) forming a calcium silicate crystal precursor-containing molded body from a slurry containing the calcium silicate crystal precursor;
C2) heating the calcium silicate crystal precursor-containing molded body to a high temperature in an autoclave to produce calcium silicate crystals to obtain a calcium silicate crystal-containing molded body;
D2) A method for producing a ceramic roller, comprising: forming the calcium silicate crystal precursor-containing molded body or a cylindrical body layer made of the calcium silicate crystal-containing molded body on an outer periphery of an axis. (Also referred to as a second manufacturing method of the first form).
The fifth invention of the present application is
A3) obtaining a kneaded material containing a siliceous raw material, a calcareous raw material, a molding aid, and water;
B3) a step of extruding an amorphous-containing molded body from the kneaded product;
C3) heating the amorphous-containing shaped body to a high temperature in an autoclave to produce calcium silicate crystals to obtain a calcium silicate crystal-containing shaped body;
D3) forming a cylindrical body layer made of the amorphous-containing molded body or the calcium silicate crystal-containing molded body on the outer periphery of the shaft core, and a ceramic roller manufacturing method (hereinafter referred to as a first embodiment) The third manufacturing method).

本発明のセラミックスローラは、低熱伝導率でかつ強度が高く、電子写真装置の熱定着装置において使用されるローラとして好適である。また、熱容量も従来のローラに比べて、30〜80%低いため、断熱性が高く、消費電力を低減できる。
また、本発明のセラミックスローラの製造方法によれば、低熱伝導率でかつ高強のケイ酸カルシウムを主成分とするセラミックスを得ることができ、断熱性、耐熱性、耐久性に優れるセラミックスローラを好適に得ることができる。
The ceramic roller of the present invention has low thermal conductivity and high strength, and is suitable as a roller used in a heat fixing device of an electrophotographic apparatus. Moreover, since the heat capacity is 30 to 80% lower than that of conventional rollers, the heat insulation is high and the power consumption can be reduced.
Further, according to the method for producing a ceramic roller of the present invention, a ceramic roller having a low thermal conductivity and high strength calcium silicate as a main component can be obtained, and a ceramic roller excellent in heat insulation, heat resistance, and durability is suitable. Can get to.

本発明においては、セラミックスローラとは、特にその用途には制限はされないが、例えばプリンターや複写機といった電子写真装置の熱定着装置において好適に使用されるローラのことをいい、具体的には、熱定着装置において使用される例えば、加熱手段を備えた熱定着ローラ、熱定着ローラに相対して配置される加圧ローラ、熱定着装置内で駆動手段に連結される駆動ローラ、定着ローラまたは加圧ローラから記録紙といった記録媒体の剥離を補助する剥離ローラ、熱定着装置内で定着ベルトが用いられた場合に定着ローラまたは加圧ローラとベルトを掛け渡しするテンションローラ、そういった定着ベルトの動きを規制するガイドローラ等を挙げることができる。   In the present invention, the ceramic roller is not particularly limited in its application, but refers to a roller suitably used in a heat fixing device of an electrophotographic apparatus such as a printer or a copying machine, specifically, For example, a heat fixing roller provided with a heating unit, a pressure roller disposed relative to the heat fixing roller, a driving roller connected to a driving unit in the heat fixing device, a fixing roller, or a heating roller used in the heat fixing device. The separation roller that assists the separation of the recording medium such as the recording paper from the pressure roller, the tension roller that bridges the belt between the fixing roller or the pressure roller when the fixing belt is used in the thermal fixing device, and the movement of the fixing belt The guide roller etc. to regulate can be mentioned.

以下に本発明のセラミックスローラを説明するが、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。   The ceramic roller of the present invention will be described below, but this is merely an example and does not limit the present invention.

まず、本発明の第1の実施形態のセラミックスローラを図1〜図3を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施形態であるセラミックスローラの径方向の断面図、図2は本発明の第1の実施形態であるセラミックスローラの軸方向の断面図、図3は本発明の第1の他の実施形態であるセラミックスローラの径方向の断面図である。   First, a ceramic roller according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is a radial sectional view of a ceramic roller according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is an axial sectional view of the ceramic roller according to the first embodiment of the present invention, and FIG. It is sectional drawing of the radial direction of the ceramic roller which is 1st other embodiment.

図1において、セラミックスローラ10は軸芯11と、軸芯11の外周に形成される円筒体層12を備える。   In FIG. 1, a ceramic roller 10 includes a shaft core 11 and a cylindrical body layer 12 formed on the outer periphery of the shaft core 11.

軸芯11は、使用に耐えうる剛性を備えていれば特に制限はなく、公知の軸芯または軸パイプが使用できるが、通常、鉄、ステンレス、アルミニウム、銅、真鍮などの金属製のものが要求される強度を満たし比較的安価に入手可能であるので好適に使用できる。   The shaft core 11 is not particularly limited as long as it has sufficient rigidity to withstand use, and a known shaft core or shaft pipe can be used. Usually, a metal such as iron, stainless steel, aluminum, copper, or brass is used. Since it meets the required strength and is available at a relatively low cost, it can be used preferably.

円筒体層12は、ケイ酸カルシウムを主成分とするセラミックスからなる。本発明においては、ケイ酸カルシウムは、ケイ酸質原料(SiO2)とカルシウム原料(CaO)を水の存在下で水熱反応せしめて生成した化合物であれば特に制限されないが、その結晶として例えば、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。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。なお、こうした結晶の有無は、X線回析により各種結晶に特有の回析ピークが得られるため、円筒体層12の表面をX線回析すれば容易に判断することができる。 The cylindrical body layer 12 is made of ceramics whose main component is calcium silicate. In the present invention, the calcium silicate is not particularly limited as long as it is a compound formed by hydrothermal reaction of a siliceous raw material (SiO 2 ) and a calcium raw material (CaO) in the presence of water. , Zonotrite crystals, tobermorite crystals, amorphous C—S—H crystals, and the like. 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. The presence or absence of such crystals can be easily determined by X-ray diffraction on the surface of the cylindrical body layer 12 because diffraction peaks peculiar to various crystals are obtained by X-ray diffraction.

本発明において、円筒体層12は、後述する製造方法にて製造される成形前にあらかじめ水熱合成によって得られたケイ酸カルシウム結晶を成形して乾燥した第1の成形体から構成されていてもよい。ここで、ケイ酸カルシウム結晶としては、ゾノトライト結晶、トバモライト結晶、不定形C−S−H結晶が挙げられ、前記結晶の2つあるいは3つが混在していても良いが、可能な限り1つの結晶から構成されることが好ましく、特にゾノトライト結晶単体で構成されることが好ましい。この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。図4a、4bに示されるように、この二次粒子15は明確な球形状で、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15を用いて成形した場合、非常に嵩高く、熱伝導率および熱容量の低いものとなる。また、この二次粒子15の自己硬化性で、相互に結合しているため、熱伝導率および熱容量が低いにもかかわらず、優れた強度を有する。また、後述する成形時にさらに圧力をかけた場合は、ゾノトライト針状結晶が複雑にからみあい、断熱性と強度を両立させた、さらに優れた構造体となる。   In the present invention, the cylindrical body layer 12 is composed of a first molded body obtained by molding and drying a calcium silicate crystal obtained in advance by hydrothermal synthesis before molding by a manufacturing method described later. Also good. Here, examples of the calcium silicate crystal include a zonotlite crystal, a tobermorite crystal, and an amorphous C—S—H crystal, and two or three of the crystals may be mixed. It is preferable that it is comprised from a zonotolite crystal single-piece | unit. The zonotlite crystals are aggregated and bonded to form secondary particles. As shown in FIGS. 4a and 4b, the secondary particles 15 have a clear spherical shape, and acicular zonotlite crystals are precipitated in chestnut shape on the surface of the particles, and the inside is hollow or close to it. It is in a state. Therefore, when it shape | molds using this secondary particle 15, it will be very bulky and will have a low heat conductivity and heat capacity. Further, since the secondary particles 15 are self-curing and bonded to each other, they have excellent strength despite low thermal conductivity and heat capacity. Further, when pressure is further applied at the time of molding, which will be described later, the zonotrite needle-like crystals are entangled in a complicated manner, resulting in a more excellent structure that achieves both heat insulation and strength.

本発明において、円筒体層12は、後述する製造方法にて製造される成形後に水熱合成によって得られたケイ酸カルシウム結晶からなる第2の成形体から形成されていてもよい。ここで、ケイ酸カルシウム結晶としては、ゾノトライト結晶、トバモライト結晶、不定形C−S−H結晶が挙げられ、第2の成形体においても、可能な限り1つの結晶から構成されることが好ましいが、上記結晶の2つあるいは3つが混在していてもよい。こうした成形体によれば、前記結晶が生成されることにより成形体全体にわたって強固な結合を得ることができ、その結果、得られた成形体は、断熱性が高く、且つ優れた強度を有する材料となる。   In this invention, the cylindrical body layer 12 may be formed from the 2nd molded object which consists of a calcium silicate crystal | crystallization obtained by hydrothermal synthesis after the shaping | molding manufactured with the manufacturing method mentioned later. Here, examples of the calcium silicate crystal include a zonotlite crystal, a tobermorite crystal, and an amorphous C—S—H crystal, and the second molded body is preferably composed of one crystal as much as possible. Two or three of the above crystals may be mixed. According to such a molded body, by forming the crystal, it is possible to obtain a strong bond over the entire molded body. As a result, the obtained molded body is a material having high heat insulation and excellent strength. It becomes.

本発明において、円筒体層12は、後述する製造方法にて製造される成形前にあらかじめ水熱合成によって得られたケイ酸カルシウム結晶前駆体を成形したのち、さらなる水熱合成によって得られたケイ酸カルシウム結晶からなる第3の成形体から構成されていてもよい。ここで、ケイ酸カルシウム結晶前駆体としては、ゾノトライト結晶前駆体、トバモライト結晶前駆体、不定形C−S−H結晶前駆体が挙げられ、前記結晶前駆体の2つあるいは3つが混在していても良いが、可能な限り1つの結晶前駆体から構成されることが好ましく、特にゾノトライト結晶前駆体単体で構成されることが好ましい。   In the present invention, the cylindrical body layer 12 is obtained by molding a calcium silicate crystal precursor obtained in advance by hydrothermal synthesis before molding, which is produced by the production method described later, and then obtaining a silica layer obtained by further hydrothermal synthesis. You may be comprised from the 3rd molded object which consists of calcium acid crystals. Here, examples of the calcium silicate crystal precursor include a zonotlite crystal precursor, a tobermorite crystal precursor, and an amorphous C—S—H crystal precursor, and two or three of the crystal precursors are mixed. However, it is preferably composed of one crystal precursor as much as possible, and particularly preferably composed of a single zonotlite crystal precursor.

円筒体層12は、ケイ酸カルシウム以外に、セメントや石膏といった補強材や、タルクや珪藻土、フライアッシュといった充填材、ガラス繊維やセラミック繊維、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、カーボン繊維といった補強繊維、マイクロシリカやパーライト、シラスバルーン、ガラスバルーンといった軽量骨材等が必要に応じて任意に添加配合されていてもよい。また、未反応のケイ酸質原料や石灰質原料を含んでいてもよい。
その配合量は、第1の成形体であれば、ケイ酸カルシウム100質量部に対して、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、補強繊維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。
また、第2の成形体であれば、その配合量は、ケイ酸カルシウム100質量部に対して、補強材0〜20質量部、好ましくは10〜20質量部、充填材0〜100質量部、好ましくは10〜50質量部、補強繊維0〜100質量部、好ましくは5〜30質量部、軽量骨材0〜100質量部、好ましくは10〜50質量部である。
In addition to calcium silicate, the cylindrical body layer 12 is made of reinforcing materials such as cement and gypsum, fillers such as talc, diatomaceous earth, and fly ash, glass fibers and ceramic fibers, alumina fibers, wollastonite, pulp, polypropylene fibers, and aramid fibers. Further, reinforcing fibers such as carbon fibers, lightweight aggregates such as microsilica, perlite, shirasu balloon, and glass balloon may be optionally added and blended as necessary. Moreover, the unreacted siliceous raw material and the calcareous raw material may be included.
In the case of the first molded body, the blending amount is 0 to 20 parts by mass of a reinforcing material, preferably 10 to 20 parts by mass, and preferably 0 to 20 parts by mass, preferably 100 parts by mass of calcium silicate. 5 to 10 parts by weight, reinforcing fibers 0 to 20 parts by weight, preferably 5 to 10 parts by weight, lightweight aggregate 0 to 20 parts by weight, preferably 5 to 10 parts by weight.
Moreover, if it is a 2nd molded object, the compounding quantity is 0-20 mass parts of reinforcing materials with respect to 100 mass parts of calcium silicate, Preferably it is 10-20 mass parts, 0-100 mass parts of fillers, Preferably they are 10-50 mass parts, 0-100 mass parts of reinforcing fibers, Preferably it is 5-30 mass parts, Lightweight aggregate 0-100 mass parts, Preferably it is 10-50 mass parts.

本発明において、円筒体層12の嵩密度は、通常0.05〜1.5g/cm3である。嵩密度が0.05g/cm3未満であると期待する強度を得ることができず、1.5g/cm3を越えると、熱伝導率及び熱容量が大きくなり、期待する断熱効果が得られないので好ましくない。また、嵩密度の好ましい範囲は、第1の成形体であれば、0.05〜0.5g/cm3、さらに好ましくは0.2〜0.4g/cm3であり、第2の成形体であれば、0.5〜1.5g/cm3、さらに好ましくは0.6〜1.2g/cm3である。 In the present invention, the bulk density of the cylindrical body layer 12 is usually 0.05 to 1.5 g / cm 3 . Can not be obtained intensity bulk density is expected to be less than 0.05 g / cm 3, exceeds 1.5 g / cm 3, the thermal conductivity and heat capacity is large, no insulation effect can be obtained to expect Therefore, it is not preferable. Moreover, the preferable range of the bulk density is 0.05 to 0.5 g / cm 3 , more preferably 0.2 to 0.4 g / cm 3 in the case of the first molded body, and the second molded body. if, 0.5~1.5g / cm 3, more preferably from 0.6 to 1.2 g / cm 3.

本発明において、円筒体層12の熱伝導率は、通常0.01〜0.5W/(m・K)である。また、熱伝導率の好ましい範囲は、第1の成形体であれば、0.01〜0.1W/(m・K)、さらに好ましくは0.06〜0.09W/(m・K)であり、第2の成形体であれば、0.1〜0.5W/(m・K)、さらに好ましくは0.15〜0.35W/(m・K)である。熱伝導率が0.01W/(m・K)未満であると嵩密度が低くなりすぎ、期待する強度を得ることができず、0.5W/(m・K)を越えると期待する断熱効果が得られないので好ましくない。   In the present invention, the thermal conductivity of the cylindrical body layer 12 is usually 0.01 to 0.5 W / (m · K). Moreover, the preferable range of thermal conductivity is 0.01 to 0.1 W / (m · K), more preferably 0.06 to 0.09 W / (m · K) in the case of the first molded body. In the case of the second molded body, it is 0.1 to 0.5 W / (m · K), more preferably 0.15 to 0.35 W / (m · K). If the thermal conductivity is less than 0.01 W / (m · K), the bulk density becomes too low and the expected strength cannot be obtained, and the heat insulation effect expected to exceed 0.5 W / (m · K). Is not preferable.

本発明において、円筒体層12の1cm3あたりの熱容量は、通常0.04〜1.2J/Kである。熱容量が0.04J/K未満であると嵩密度が低くなりすぎ、期待する強度を得ることができず、1.2J/Kを越えると期待する断熱効果が得られないので好ましくない。また、熱容量の好ましい範囲は、第1の成形体であれば、0.04〜0.4J/K、さらに好ましくは0.16〜0.32J/Kであり、第2の成形体であれば、0.4〜1.2J/K、さらに好ましくは0.48〜0.96J/Kである。 In the present invention, the heat capacity per cm 3 of the cylindrical body layer 12 is usually 0.04 to 1.2 J / K. If the heat capacity is less than 0.04 J / K, the bulk density becomes too low, the expected strength cannot be obtained, and if it exceeds 1.2 J / K, the expected heat insulation effect cannot be obtained. The preferable range of the heat capacity is 0.04 to 0.4 J / K, more preferably 0.16 to 0.32 J / K for the first molded body, and more preferably 0.16 to 0.32 J / K for the second molded body. 0.4 to 1.2 J / K, more preferably 0.48 to 0.96 J / K.

本発明において、円筒体層12の圧縮強度(以下強度ともいう)は、通常1〜35MPaである。また、第1の成形体であれば、好ましくは1〜10MPa、さらに好ましくは3〜5MPaである。圧縮強度が3MPa未満であると加圧ローラや定着ローラといった比較的強い負荷がかかるような用途では使用できない場合がある。
第2の成形体であれば、好ましくは10〜35MPa、さらに好ましくは10〜20MPaである。圧縮強度が10MPa未満であると、軸芯、テンションローラ、ガイドローラといった強い負荷がかかるような用途では使用できない場合がある。35MPaを越える強度を得るためには嵩密度が高くなりすぎてしまい、期待する断熱効果が得られないので好ましくない。
In the present invention, the compressive strength (hereinafter also referred to as strength) of the cylindrical body layer 12 is usually 1 to 35 MPa. Moreover, if it is a 1st molded object, Preferably it is 1-10 MPa, More preferably, it is 3-5 MPa. If the compressive strength is less than 3 MPa, it may not be used in applications where a relatively strong load such as a pressure roller or a fixing roller is applied.
If it is a 2nd molded object, Preferably it is 10-35 Mpa, More preferably, it is 10-20 Mpa. If the compressive strength is less than 10 MPa, it may not be used in applications where a heavy load such as a shaft core, a tension roller, or a guide roller is applied. In order to obtain a strength exceeding 35 MPa, the bulk density becomes too high, and the expected heat insulating effect cannot be obtained, which is not preferable.

本発明において、前述した熱伝導率と強度との両方の特性を兼ね備えていることが好ましい。一般的にセラミックス材料においては、熱伝導率と圧縮強度とは相反した特性であるが、本発明においては、円筒体層12をケイ酸カルシウムを主成分とするセラミックスから構成することにより、後述するように比較的低い嵩密度であっても低熱伝導率と高強度と双方の特性を満足することができる。
すなわち、第1の成形体においては、後述する製造方法により、嵩密度0.05〜0.5g/cm3において、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を実現することができ、第2の成形体においては、後述する製造方法により、嵩密度0.5〜1.5g/cm3において、熱伝導率0.1〜0.5W/(m・K)かつ圧縮強度10〜35MPa、さらには、熱伝導率0.15〜0.35W/(m・K)かつ圧縮強度10〜20MPaを実現することができる。
In the present invention, it is preferable to have both the above-described characteristics of thermal conductivity and strength. In general, in ceramic materials, thermal conductivity and compressive strength are contradictory properties. However, in the present invention, the cylindrical body layer 12 is made of ceramics mainly composed of calcium silicate, which will be described later. Thus, even if the bulk density is relatively low, both the low thermal conductivity and the high strength can be satisfied.
That is, in the first molded body, a thermal conductivity of 0.01 to 0.1 W / (m · K) and a compressive strength of 1 at a bulk density of 0.05 to 0.5 g / cm 3 by a manufacturing method described later. 10 MPa, furthermore, thermal conductivity of 0.06 to 0.09 W / (m · K) and compressive strength of 3 to 5 MPa can be realized. At a density of 0.5 to 1.5 g / cm 3 , the thermal conductivity is 0.1 to 0.5 W / (m · K), the compressive strength is 10 to 35 MPa, and the thermal conductivity is 0.15 to 0.35 W / (M · K) and a compressive strength of 10 to 20 MPa can be realized.

本発明のセラミックスローラ10は、円筒体層12に被覆され、フッ素樹脂を含む表面層13を備えていてもよい。こうした表面層13によれば、セラミックスローラ10に離型性を持たせることができる。こうした表面層13の厚さは通常5〜500μm、好ましくは20〜100μmである。厚さが5μm未満であると、表面に円筒体層12の凹凸が浮き出てしまったり、表面層13が破れてしまったりすることが懸念され、500μmを超えると材料費がかさみ経済的に不利であるとともに断熱性も悪くなる。   The ceramic roller 10 of the present invention may be provided with a surface layer 13 that is covered with a cylindrical body layer 12 and contains a fluororesin. According to such a surface layer 13, the ceramic roller 10 can be given releasability. The thickness of the surface layer 13 is usually 5 to 500 μm, preferably 20 to 100 μm. If the thickness is less than 5 μm, there is a concern that the irregularities of the cylindrical body layer 12 may be raised on the surface or the surface layer 13 may be torn, and if it exceeds 500 μm, the material cost increases and this is economically disadvantageous. In addition to this, the heat insulation is also deteriorated.

フッ素樹脂としては、記録媒体に対して離型性であれば特に制限されないが、PFA(パーフルオロアルキル・ビニルエーテル共重合樹脂)、PTFE(ポリテトラクルオロエチレン樹脂)、FEP(四フッ化エチレンテ、フッ化プロピレン共重合樹脂)等が挙げられる。特に耐熱性と加工性の観点からPFAが好適に使用される。   The fluororesin is not particularly limited as long as it is releasable with respect to the recording medium. However, PFA (perfluoroalkyl / vinyl ether copolymer resin), PTFE (polytetrachloroethylene resin), FEP (tetrafluoroethylene teite, Propylene fluoride copolymer resin) and the like. In particular, PFA is preferably used from the viewpoint of heat resistance and workability.

また、こうした表面層13はガラス等の無機質材料から構成されていてもよい。無機質材料としては、耐熱性があれば特に制限されず、ガラス、アルミナ、シリカ等が挙げられるが、中でも耐熱性と加工性、表面平滑性の観点からガラスが好ましい。   Moreover, such a surface layer 13 may be comprised from inorganic materials, such as glass. The inorganic material is not particularly limited as long as it has heat resistance, and examples thereof include glass, alumina, silica, etc. Among them, glass is preferable from the viewpoints of heat resistance, workability, and surface smoothness.

図3に示されるように、本発明のセラミックスローラ10は、円筒体層12と表面層13との間に弾性体からなる中間層14を備えていてもよい。こういった中間層14によれば、セラミックスローラ10が加圧ローラとして使用され、定着ローラに圧接した場合に、セラミックスローラ10の中間層14が弾性変形することによって、定着ローラに対して均一に圧接することができるとともに記録媒体搬送方向に所定のニップ幅を確実に形成することができる。   As shown in FIG. 3, the ceramic roller 10 of the present invention may include an intermediate layer 14 made of an elastic body between the cylindrical body layer 12 and the surface layer 13. According to such an intermediate layer 14, when the ceramic roller 10 is used as a pressure roller and pressed against the fixing roller, the intermediate layer 14 of the ceramic roller 10 is elastically deformed to be uniform with respect to the fixing roller. A predetermined nip width can be reliably formed in the recording medium conveying direction while being able to be pressed.

中間層14として用いられる材料は、柔軟性を備えていれば特に制限されないが、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴムといったゴム、メラミン樹脂等のスポンジ樹脂、アラミド繊維からなる耐熱性フェルト、ロックウール紙、ガラス繊維紙等の不織布が挙げられる。特に耐熱性が必要な場合はフッ素ゴムが適している。こうした中間層14の厚さは通常50〜1000μm、好ましくは100〜500μmである。厚さが50μm未満であると、期待する柔軟性を得られず、500μmを超えると材料費がかさみ経済的に不利であるとともに断熱性も悪くなる。   The material used as the intermediate layer 14 is not particularly limited as long as it has flexibility. For example, silicone rubber, rubber such as fluoro rubber, sponge resin such as melamine resin, heat resistant felt made of aramid fiber, rock wool paper, Nonwoven fabrics such as glass fiber paper can be mentioned. In particular, fluororubber is suitable when heat resistance is required. The thickness of the intermediate layer 14 is usually 50 to 1000 μm, preferably 100 to 500 μm. If the thickness is less than 50 μm, the expected flexibility cannot be obtained, and if it exceeds 500 μm, the material cost is increased, which is economically disadvantageous and the heat insulation property is deteriorated.

中間層14として比熱が高い材料が用いられてもよい。こうした材料を用いることで、中間層14にわずかではあるが蓄熱させることができ、セラミックスローラ10が加圧ローラとして用いた場合に記録媒体に熱を均一にそして確実に加えることができる。
比熱が高い材料としては、例えばシリコーンゴム、フッ素ゴム等の樹脂が挙げられる。
A material having a high specific heat may be used as the intermediate layer 14. By using such a material, the intermediate layer 14 can store a small amount of heat, and when the ceramic roller 10 is used as a pressure roller, heat can be uniformly and reliably applied to the recording medium.
Examples of the material having a high specific heat include resins such as silicone rubber and fluororubber.

次に、本発明の第2の形態のセラミックスローラを図5および図6を参照して以下に説明する。なお、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。図5は本発明の第2の実施形態であるセラミックスローラの軸方向の断面図、図6は本発明の第2の他の実施形態であるセラミックスローラの軸方向の断面図である。   Next, a ceramic roller according to a second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. This is merely an example and does not limit the present invention. FIG. 5 is an axial sectional view of a ceramic roller according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is an axial sectional view of a ceramic roller according to a second other embodiment of the present invention.

図5において、セラミックスローラ20は、電子写真装置の熱定着装置に使用されるローラであって、軸芯21がケイ酸カルシウムを主成分とするセラミックスからなる。形状は表面に円柱面を備えていれば特に制限はなく、円柱状や円筒状といった形状が挙げられるが、強度や簡易に製造できるといった観点から円柱状が好ましい。   In FIG. 5, a ceramic roller 20 is a roller used in a heat fixing device of an electrophotographic apparatus, and an axis 21 is made of ceramics whose main component is calcium silicate. The shape is not particularly limited as long as the surface has a columnar surface, and examples thereof include a columnar shape and a cylindrical shape, but a columnar shape is preferable from the viewpoint of strength and easy manufacture.

こうした軸芯21は、前述した第1の成形体または第2の成形体から形成されれば良いが、軸芯21としての使用に耐え得るため、比較的高密度の第2の成形体のほうがより高い強度を得られるので好ましい。また、図6に示されるように、軸芯部22は、円柱状の成形体の端部23を研削して形成されてもよい。図示しないが、こういったセラミックスローラは例えば、定着ローラや加圧ローラの軸芯として使用されることはもちろん、単体(軸芯のみ)で駆動ローラ、剥離ローラ、テンションローラ、ガイドローラとして使用することができる。   The shaft core 21 may be formed from the first molded body or the second molded body described above. However, since the shaft core 21 can withstand use as the shaft core 21, the relatively high-density second molded body is better. It is preferable because higher strength can be obtained. Moreover, as FIG. 6 shows, the axial center part 22 may be formed by grinding the edge part 23 of a column-shaped molded object. Although not shown, such a ceramic roller is used not only as a shaft core of a fixing roller or a pressure roller, but also as a drive roller, a separation roller, a tension roller, and a guide roller as a single unit (axial core only). be able to.

本発明の第2の実施形態によれば、軸芯の熱伝導率および熱容量が、従来用いられる金属製の軸芯に比べはるかに低いため、軸芯を介して奪われる熱エネルギーを低減することができ、その結果、定着装置の消費電力を大きく抑制することができる。   According to the second embodiment of the present invention, since the thermal conductivity and heat capacity of the shaft core are much lower than those of metal shaft cores that are conventionally used, the thermal energy taken through the shaft core is reduced. As a result, the power consumption of the fixing device can be greatly suppressed.

(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態であるセラミックスローラを図7を参照して以下に説明する。なお、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。図7は発明の第3実施形態であるセラミックスローラの軸方向の断面図である。
(Third embodiment)
Next, a ceramic roller according to a third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. This is merely an example and does not limit the present invention. FIG. 7 is an axial sectional view of a ceramic roller according to the third embodiment of the invention.

図7において、セラミックスローラ30は、ケイ酸カルシウムを主成分とするセラミックスからなる軸芯31の外周に、ケイ酸カルシウムを主成分とするセラミックスからなる円筒体層32が形成される。こうした軸芯31は、前述した第1の成形体または第2の成形体から形成されれば良いが、軸芯31としての使用に耐え得るため、比較的高密度の第2の成形体のほうがより高い強度を得られるので好ましく、円筒体層32も前述した第1の成形体または第2の成形体から形成されれば良いが、比較的低熱伝導率の低い第1の成形体のほうがより高い断熱性を得られるので好ましい。また、図示しないが、こういったセラミックスローラは例えば、定着ローラや加圧ローラ、駆動ローラ、剥離ローラ、テンションローラ、ガイドローラとして使用することができる   In FIG. 7, the ceramic roller 30 is formed with a cylindrical body layer 32 made of ceramics mainly composed of calcium silicate on the outer periphery of a shaft core 31 made of ceramics composed mainly of calcium silicate. Such a shaft core 31 may be formed from the first molded body or the second molded body described above. However, since the shaft core 31 can withstand use as the shaft core 31, the second molded body having a relatively high density is better. It is preferable because higher strength can be obtained. The cylindrical body layer 32 may also be formed from the first molded body or the second molded body described above, but the first molded body having a relatively low thermal conductivity is more preferable. It is preferable because high heat insulation can be obtained. Although not shown, such a ceramic roller can be used as, for example, a fixing roller, a pressure roller, a driving roller, a peeling roller, a tension roller, or a guide roller.

第3の実施形態のセラミックスローラは、第1の実施形態のセラミックスローラにおいて、軸芯として第2の実施形態のセラミックスローラを使用している形態である。第3の実施形態のセラミックスローラは、軸芯がケイ酸カルシウムを主成分とするセラミックスからなること以外は、第1の実施形態のセラミックスローラと同様であり、表面層33や中間層(図示しない)を備えていてもよい。   The ceramic roller of 3rd Embodiment is a form which uses the ceramic roller of 2nd Embodiment as an axial center in the ceramic roller of 1st Embodiment. The ceramic roller of the third embodiment is the same as the ceramic roller of the first embodiment except that the shaft core is made of ceramics mainly composed of calcium silicate, and the surface layer 33 and intermediate layer (not shown) ) May be provided.

本発明の第3の実施形態によれば、低熱伝導率でかつ高強度のケイ酸カルシウムを主成分とするセラミックスを得ることができ、断熱性、耐熱性に優れ、高強度のセラミックスローラを好適に得ることができる。また、軸芯の熱伝導率および熱容量が、従来用いられる金属製の軸芯に比べはるかに低いため、軸芯を介して奪われる熱エネルギーを低減することができ、その結果、定着装置の消費電力を大きく抑制することができる。   According to the third embodiment of the present invention, it is possible to obtain a ceramic mainly composed of calcium silicate having a low thermal conductivity and high strength, which is excellent in heat insulation and heat resistance, and suitable for a high strength ceramic roller. Can get to. In addition, since the thermal conductivity and heat capacity of the shaft core are much lower than those of metal shaft cores used in the past, it is possible to reduce the heat energy taken through the shaft core, resulting in consumption of the fixing device. Electric power can be greatly suppressed.

第1の実施形態のセラミックスローラを製造する方法としては、
A1)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工程と、
B1)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工程と、
D1)軸芯の外周に該ケイ酸カルシウム結晶含有成形体からなる円筒体層を形成する工程とを備える方法(第1の形態の第1の製法)が挙げられる。ここで、工程A1)および工程B1)を備える方法が上述した第1の成形体の製法に該当する。
As a method of manufacturing the ceramic roller of the first embodiment,
A1) A step of obtaining calcium silicate crystals by heating a siliceous raw material and a calcareous raw material together with a large amount of water while stirring in an autoclave to a high temperature;
B1) forming a calcium silicate crystal-containing shaped body from the slurry containing the calcium silicate crystals;
D1) forming a cylindrical body layer made of the calcium silicate crystal-containing molded body on the outer periphery of the shaft core (first manufacturing method of the first embodiment). Here, the method including the step A1) and the step B1) corresponds to the above-described method for producing the first molded body.

工程A1)において、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ることにより生成されるケイ酸カルシウム結晶の種類(ゾノトライト結晶、トバモライト結晶、不定形C−S−H結晶)を特定することができるが、後述する条件によりゾノトライト結晶のみを生成させることが好ましい。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、図4a、4bに示されるように直径10〜150μmの球状の二次粒子15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15を形成し、二次粒子15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15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。また、二次粒子15は上述のように内部が空洞またはそれに近い状態であるため、得られる成形体は軽量であり、熱伝導率が低くなる。したがって、成形体の熱容量が低く、熱伝導率が低く、優れた強度を有する成形体を得ることができる。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。   In step A1), the types of calcium silicate crystals (zonotolite crystals, tobermorite crystals, amorphous C—S—H crystals) generated by appropriately setting the temperature conditions, pressure conditions, and stirring conditions in the autoclave are specified. However, it is preferable to produce only zonotlite crystals under the conditions described later. The primary particles of the zonotlite crystals form needle-like crystals, and the primary particles form spherical secondary particles 15 having a diameter of 10 to 150 μm as shown in FIGS. 4a and 4b. Further, the primary particles are aggregated and further combined to form spherical secondary particles 15 having a hollow shape or a state close to the inside, and needle-like zonotlite crystals are chestnut-like on the surface of the secondary particles 15. It precipitates in. The secondary particles 15 made of such zonotlite crystals are firmly bonded to each other by drying to remove water and exhibit strength. Moreover, since the inside of the secondary particle 15 is a cavity or a state close thereto as described above, the obtained molded body is lightweight and has a low thermal conductivity. Therefore, a molded body having a low heat capacity, low thermal conductivity, and excellent strength can be obtained. 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で水熱合成させる必要がある。また、ケイ酸質原料と石灰質原料とをCaO/SiO2がモル比で通常0.8〜1.2、好ましくは0.9〜1.1に調整することが必要である。 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. However, it is necessary to carry out hydrothermal synthesis in an autoclave at a saturated vapor pressure of 7 to 20 kg / cm 2 , preferably 13 to 17 kg / cm 2 . In addition, it is necessary to adjust the siliceous raw material and the calcareous raw material to a CaO / SiO 2 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が、ゾノトライト結晶を生成させるためには結晶質のもの特に珪石を用いることが好ましい。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が、ゾノトライト結晶の成長性といった観点から生石灰を用いることが好ましい。
The siliceous raw material is not particularly limited as long as SiO 2 is contained as a component, and examples thereof include silica and fused silica. However, in order to form a zonotlite crystal, a crystalline material, particularly silica is used. It is preferable to use it. Further, it is preferable to use fine powder having an average particle diameter of 5 to 15 μm.
The calcareous raw material is not particularly limited as long as it contains CaO as a component, and examples thereof include slaked lime and quicklime, but quicklime is preferably used from the viewpoint of the growth of zonotlite crystals.

工程B1)において、スラリーには、ケイ酸カルシウム結晶のほかに補強材がさらに含まれていても良い。こうした補強材を添加(以下配合ともいう)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。こういった補強材としては、アルミナセメントやポルトランドセメントといった水硬性結合材やコロイダルシリカやアルミナゾルといった無機結合材が挙げられる。その添加量(以下配合量ともいう)は、ケイ酸カルシウム結晶100質量部に対して、0〜20質量部、好ましくは10〜20質量部である。   In step B1), the slurry may further contain a reinforcing material in addition to the calcium silicate crystals. By adding such a reinforcing material (hereinafter also referred to as blending), a calcium silicate crystal-containing molded body having higher strength can be obtained. Examples of such reinforcing materials include hydraulic binders such as alumina cement and Portland cement, and inorganic binders such as colloidal silica and alumina sol. The addition amount (hereinafter also referred to as blending amount) is 0 to 20 parts by mass, preferably 10 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the calcium silicate crystals.

スラリーには、ケイ酸カルシウム結晶のほかに充填材がさらに含まれていても良い。こうした充填材を添加することにより、原料の低コスト化、成形性の向上が見込める。こういった充填材としては、タルクや珪藻土、フライアッシュといったものが挙げられる。その添加量は、ケイ酸カルシウム結晶100質量部に対して、0〜20質量部、好ましくは5〜10質量部である。   The slurry may further contain a filler in addition to the calcium silicate crystals. By adding such a filler, cost reduction of raw materials and improvement of moldability can be expected. Such fillers include talc, diatomaceous earth and fly ash. The addition amount is 0-20 mass parts with respect to 100 mass parts of calcium silicate crystals, preferably 5-10 mass parts.

スラリーには、ケイ酸カルシウム結晶のほかに補強繊維がさらに含まれていても良い。こうした補強繊維を添加することにより、さらに強度の高い成形体を得ることができる。こういった補強繊維としては、ガラス繊維、セラミック繊維、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、カーボン繊維といったものが挙げられる。その添加量は、ケイ酸カルシウム結晶100質量部に対して、0〜20質量部、好ましくは5〜10質量部である。   The slurry may further contain a reinforcing fiber in addition to the calcium silicate crystals. By adding such reinforcing fibers, a molded body having higher strength can be obtained. Examples of such reinforcing fibers include glass fibers, ceramic fibers, alumina fibers, wollastonite, pulp, polypropylene fibers, aramid fibers, and carbon fibers. The addition amount is 0-20 mass parts with respect to 100 mass parts of calcium silicate crystals, preferably 5-10 mass parts.

スラリーには、ケイ酸カルシウム結晶のほかに軽量骨材がさらに含まれていても良い。こうした軽量骨材を添加することにより、強度を維持したままさらに嵩密度を低くすることができる。こういった軽量骨材としては、マイクロシリカ、パーライト、シラスバルーン、ガラスバルーンといったものが挙げられる。その添加量は、ケイ酸カルシウム結晶100質量部に対して、0〜20質量部、好ましくは5〜10質量部である。   The slurry may further contain a lightweight aggregate in addition to the calcium silicate crystals. By adding such a lightweight aggregate, the bulk density can be further lowered while maintaining the strength. Examples of such lightweight aggregates include microsilica, perlite, shirasu balloon, and glass balloon. The addition amount is 0-20 mass parts with respect to 100 mass parts of calcium silicate crystals, preferably 5-10 mass parts.

スラリーには、ケイ酸カルシウム結晶のほかに必要に応じて凝集剤や増粘剤(押出し成形助剤ともいう)が含まれていても良い。   In addition to calcium silicate crystals, the slurry may contain a flocculant and a thickener (also referred to as an extrusion molding aid) as necessary.

工程B1)において、成形方法は、公知の技術であれば特に制限はなく、抄造法や脱水プレス成形法といった脱水成形法、押出成形法が挙げられるが、求める成形体の密度が0.5g/cm3以下の場合には、水量が多いスラリー状の状態より成形する脱水プレス成形法が適している。脱水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の第1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る。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変更して調整する。成形圧力は通常1〜70kgf/cm2、好ましくは10〜50kgf/cm2、時間は通常1〜30分、好ましくは5〜10分かけて行うのが良い。
In step B1), the molding method is not particularly limited as long as it is a known technique, and examples thereof include a dewatering molding method such as a papermaking method and a dewatering press molding method, and an extrusion molding method. In the case of cm 3 or less, a dehydration press molding method in which molding is performed from a slurry state having a large amount of water is suitable. According to the dehydration 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 first 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. .
The density of the compact is adjusted by changing the bulk of the zonotlite crystal secondary particles in the slurry and the molding pressure during 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 changing the starting material, slurry concentration, stirring conditions, and the like. The molding pressure is usually 1 to 70 kgf / cm 2 , preferably 10 to 50 kgf / cm 2 , and the time is usually 1 to 30 minutes, preferably 5 to 10 minutes.

前記スラリーを濃縮して成形助剤を添加し、固形分100質量部に対して50〜100質量部の水を含む混錬物にすれば、押出成形法によりケイ酸カルシウム結晶含有成形体を成形することもできる。押出成形法は、求める成形体の密度が0.5g/cm3以上の場合に好適に使用できる。
ここで、成形助剤は、押出し成形助剤として使用できる有機バインダーであれば特に制限はなく、その配合量は、固形分100質量部に対して3〜10質量部であれば良い。
また、混錬物には、その他の任意成分が含まれていてもよく、その配合量は、混ケイ酸カルシウム結晶100質量部に対して、補強材0〜20質量部、好ましくは10〜20質量部、充填材0〜50質量部、好ましくは10〜30質量部、補強繊維0〜20質量部、好ましくは5〜10質量部、軽量骨材0〜40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、充填材、軽量骨材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。
If the slurry is concentrated and a molding aid is added to form a kneaded product containing 50 to 100 parts by mass of water with respect to 100 parts by mass of the solid content, a molded article containing calcium silicate crystals is formed by an extrusion molding method. You can also The extrusion molding method can be suitably used when the density of the molded product to be obtained is 0.5 g / cm 3 or more.
Here, there is no restriction | limiting in particular if a shaping | molding adjuvant is an organic binder which can be used as an extrusion shaping | molding adjuvant, The compounding quantity should just be 3-10 mass parts with respect to 100 mass parts of solid content.
Further, the kneaded product may contain other optional components, and the blending amount thereof is 0 to 20 parts by mass, preferably 10 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the mixed calcium silicate crystals. Parts by weight, filler 0-50 parts by weight, preferably 10-30 parts by weight, reinforcing fibers 0-20 parts by weight, preferably 5-10 parts by weight, lightweight aggregate 0-40 parts by weight, preferably 10-20 parts by weight. Part.
The density may be adjusted by combining the amount of kneaded water, filler, and lightweight aggregate. 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.

上述した方法により得られたケイ酸カルシウム結晶含有成形体は公知の技術により乾燥され、第1の成形体が得られる。乾燥条件は、通常100〜200℃、1〜24時間程度でよいが、脱水成形法を用いるのであれば、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 calcium silicate crystal-containing molded body obtained by the above-described method is dried by a known technique to obtain a first molded body. The drying conditions are usually 100 to 200 ° C. and about 1 to 24 hours, but if a dehydration molding method is used, it is usually 50 to 300 ° C. for 1 to 24 hours, preferably 150 to 250 ° C. for 3 to 10 hours. It is preferable to apply.

ケイ酸カルシウム結晶含有成形体の形状は特に制限はないが、例えば、ボード状、角柱状、円筒状、半円筒状、円筒状または半円筒状のものを分割したもの等が挙げられる。こうした形状を得るためには、脱水成形であれば、所望の形状をした型を用いればよく、例えば、図8に示されるような円筒状の成形用型40や、図9に示されるような半円筒状の成形型45を用いてればよい。例えば、円筒状の成形用型40は、一対の半割型41から構成される。半割型41には半円状の溝42が形成されており、これらの溝42を対向させて、接合面43を密接させることにより、円柱状の中空部44が形成される。この中空部44の中心部に吸引脱水用の表面がメッシュ構造をした円筒45を配置し、中空部にスラリーを注入して円筒45を通して水分を除去することにより円筒状の成形体を得ることができる。   The shape of the calcium silicate crystal-containing molded body is not particularly limited, and examples thereof include a board shape, a prismatic shape, a cylindrical shape, a semicylindrical shape, a cylindrical shape or a semicylindrical shape. In order to obtain such a shape, a mold having a desired shape may be used in the case of dehydration molding. For example, a cylindrical mold 40 as shown in FIG. 8 or a mold as shown in FIG. A semi-cylindrical mold 45 may be used. For example, the cylindrical molding die 40 includes a pair of half dies 41. A half-circular groove 42 is formed in the half mold 41, and a cylindrical hollow portion 44 is formed by closely contacting the bonding surface 43 with the grooves 42 facing each other. A cylindrical shaped body can be obtained by placing a cylinder 45 having a mesh structure on the surface for suction dehydration in the center of the hollow portion 44, injecting slurry into the hollow portion and removing moisture through the cylinder 45. it can.

工程D1)において、軸芯の外周にケイ酸カルシウム結晶含有成形体からなる円筒体層を形成する方法としては、特に制限はないが、例えば、円筒状の成形体に形成される中空部に、予め接着剤を塗布しておいた軸芯を挿入してもよいし、半円筒状の成形体の内側に形成される内面に接着剤を塗布して、一対の半円筒状の成形体を軸芯に被せて固着させてもよい。接着剤としては、特に制限がなく公知のものが使用できるが、耐熱性を備えているシリコーンゴム接着剤が好ましい。   In the step D1), there is no particular limitation on the method for forming the cylindrical body layer made of the calcium silicate crystal-containing molded body on the outer periphery of the shaft core. For example, in the hollow part formed in the cylindrical molded body, A shaft core that has been previously coated with an adhesive may be inserted, or an adhesive may be applied to the inner surface formed inside the semi-cylindrical molded body, so that the pair of semi-cylindrical molded bodies are pivoted. It may be fixed on the core. The adhesive is not particularly limited and a known one can be used, but a silicone rubber adhesive having heat resistance is preferable.

工程D1)は、ケイ酸カルシウム結晶含有成形体から所望の形状の成形体片を切り出す工程と、該ケイ酸カルシウム結晶含有成形体片を軸芯に固定する工程とをさらに備えていてもよい。成形体片は円筒状であってもよいし、半円筒状または該半円筒状のものを分割したものであってもよい。例えば、図10に示されるように上述した方法により得られたボード状の成形体51から円筒状の成形体片52を打ち抜いて切り出してもよいし、図11に示されるような半円筒状の成形体片53を切り出してもよい。成形体から所望の形状の成形体片を切り出す方法としては、例えば、切削加工、レーザー加工、研磨加工及びこれらの組合せといった公知のものを利用することができる。こうして得られた成形体片は上述した方法により軸芯に固定されればよい。円筒状の成形体片の場合には複数の成形体片を連接させて軸芯に固定すればよい。
また、軸芯に固定された成形体片を研削して円筒体層を形成してもよい。例えば、図12に示されるように、ボード状の成形体55から角柱状の成形体片56を切り出し、切り出した角柱状の成形体片56の長さ方向に沿った中心部に軸芯と同径の貫通孔57を形成し、該貫通孔57に予め接着剤を塗布しておいた軸芯58を挿入し、成形体片56が軸芯に固着されたことを確認したのちに、成形体片56の外径を研削して円筒体層59を形成してもよい。
円筒体層59の表面は、凹凸をなくし真円とするために、切削または研磨するのが好ましい。
Step D1) may further include a step of cutting out a molded body piece having a desired shape from the calcium silicate crystal-containing molded body and a step of fixing the calcium silicate crystal-containing molded body piece to the shaft core. The formed body piece may be cylindrical, or may be a semi-cylindrical shape or a part obtained by dividing the semi-cylindrical shape. For example, as shown in FIG. 10, a cylindrical molded body piece 52 may be punched out from a board-shaped molded body 51 obtained by the method described above, or a semi-cylindrical shape as shown in FIG. The molded piece 53 may be cut out. As a method for cutting out a molded body piece of a desired shape from the molded body, for example, known methods such as cutting, laser processing, polishing, and combinations thereof can be used. The molded piece thus obtained may be fixed to the shaft core by the method described above. In the case of a cylindrical shaped piece, a plurality of shaped pieces may be connected and fixed to the shaft core.
Moreover, you may grind the molded object piece fixed to the axial center, and form a cylindrical body layer. For example, as shown in FIG. 12, a prismatic molded body piece 56 is cut out from a board-shaped molded body 55, and the axial center is the same as the central portion along the length direction of the cut out prismatic molded body piece 56. A through-hole 57 having a diameter is formed, and after inserting a shaft core 58 previously coated with an adhesive into the through-hole 57 and confirming that the molded body piece 56 is fixed to the shaft core, the molded body The cylindrical layer 59 may be formed by grinding the outer diameter of the piece 56.
The surface of the cylindrical body layer 59 is preferably cut or polished in order to eliminate unevenness and make a perfect circle.

工程B1)と工程D1)は同一工程で行われてもよい。脱水プレス成形法においては、あらかじめ成形型に軸芯を設置し、スラリーとともに軸芯一体成形をすればよく、押出成形法においては、軸芯の円柱面に沿ってケイ酸カルシウム結晶含有成形体を押出成形すればよい。こうした方法によれば、成形体の加工工程を省くことができるので好ましい。   Step B1) and step D1) may be performed in the same step. In the dehydration press molding method, the shaft core is set in advance in the mold, and the shaft core is integrally formed with the slurry. In the extrusion molding method, the calcium silicate crystal-containing molded body is formed along the cylindrical surface of the shaft core. Extrusion molding may be performed. Such a method is preferable because the processing step of the molded body can be omitted.

第1の実施形態のセラミックスローラを製造する他の方法としては、
A2)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前駆体を得る工程と、
B2)該ケイ酸カルシウム結晶前駆体を含むスラリーからケイ酸カルシウム結晶前駆体含有成形体を成形する工程と、
C2)該ケイ酸カルシウム結晶前駆体含有成形体をオートクレーブ中で高温度に加熱してケイ酸カルシウム結晶を生成させてケイ酸カルシウム結晶含有成形体を得る工程と、
D2)該ケイ酸カルシウム結晶前駆体含有成形体または該ケイ酸カルシウム結晶含有成形体からなる円筒体層を軸芯の外周に形成する工程とを備える方法(第1の形態の第2の製法)が挙げられる。ここで、工程A2)および工程B2)、工程C2)を備える方法が前述した第3の成形体の製法に該当する。以下に第1の形態の第2の製法を説明するが、第1の形態の第1の製法と異なる箇所のみ説明する。
As another method of manufacturing the ceramic roller of the first embodiment,
A2) A step of obtaining a calcium silicate crystal precursor by heating a siliceous raw material and a calcareous raw material together with a large amount of water while stirring in an autoclave to a high temperature;
B2) forming a calcium silicate crystal precursor-containing molded body from a slurry containing the calcium silicate crystal precursor;
C2) heating the calcium silicate crystal precursor-containing molded body to a high temperature in an autoclave to produce calcium silicate crystals to obtain a calcium silicate crystal-containing molded body;
D2) A method comprising a step of forming the calcium silicate crystal precursor-containing molded body or a cylindrical body layer made of the calcium silicate crystal-containing molded body on the outer periphery of the shaft core (second manufacturing method of the first embodiment) Is mentioned. Here, the method including the steps A2), B2), and C2) corresponds to the above-described method for producing the third molded body. Although the 2nd manufacturing method of the 1st form is explained below, only a different portion from the 1st manufacturing method of the 1st form is explained.

工程A2)において、ケイ酸カルシウム結晶前駆体とは、ケイ酸質原料と石灰質原料とがわずかに反応しているが、完全には反応していない、すなわち、ケイ酸カルシウム結晶になる前の状態のものをいう。   In step A2), the calcium silicate crystal precursor is slightly reacted with the siliceous raw material and the calcareous raw material, but is not completely reacted, that is, a state before becoming calcium silicate crystals. Means things.

工程A2)において、工程A1)と異なる点は、生成されるものがケイ酸カルシウム結晶ではなく、ケイ酸カルシウム結晶前駆体であり、工程A1)同様、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ることにより生成されるケイ酸カルシウム結晶前駆体の種類(ゾノトライト結晶前駆体、トバモライト結晶前駆体、不定形C−S−H結晶前駆体)を特定することができるが、ゾノトライト結晶前駆体のみを生成させることが好ましい。
ゾノトライト結晶前駆体もゾノトライト結晶同様に、直径10〜150μmの中空球状の二次粒子を形成する。したがって、得られる成形体もゾノトライト結晶から得られた成形体と同様の効果を発揮する。なお、こうした結晶前駆体の有無は、SEMまたは光学顕微鏡等により確認できる
In step A2), the difference from step A1) is that what is produced is not a calcium silicate crystal but a calcium silicate crystal precursor, and as in step A1), the temperature conditions, pressure conditions, and stirring conditions in the autoclave are the same. The type of calcium silicate crystal precursor (zonotolite crystal precursor, tobermorite crystal precursor, amorphous C—S—H crystal precursor) produced by appropriately setting the silicate can be specified. It is preferable to produce only the body.
The zonotlite crystal precursor also forms hollow spherical secondary particles having a diameter of 10 to 150 μm, like the zonotlite crystal. Therefore, the obtained molded body also exhibits the same effect as the molded body obtained from zonotlite crystals. The presence or absence of such a crystal precursor can be confirmed by SEM or an optical microscope.

工程A2)において、ケイ酸カルシウム前駆体として好適なゾノトライト結晶前駆体を得るために必要な原料、水熱合成の条件等については工程A1)と同様であるが、ケイ酸原料と石灰質原料とをCaO/SiO2がモル比でCaO成分が比較的多い1.1〜1.3に調整することが必要である。 In step A2), the raw materials necessary for obtaining a suitable zonotlite crystal precursor as a calcium silicate precursor, conditions for hydrothermal synthesis, etc. are the same as in step A1), but the silicic acid raw material and the calcareous raw material are combined. It is necessary to adjust CaO / SiO 2 to 1.1 to 1.3 with a relatively large CaO component in a molar ratio.

工程B2)において、工程B1)と異なる点は、スラリーに含まれるものがケイ酸カルシウム結晶ではなく、ケイ酸カルシウム結晶前駆体であり、得られる成形体がケイ酸カルシウム結晶含有成形体ではなく、ケイ酸カルシウム結晶前駆体含有成形体であり、その他、スラリーの任意添加物およびその配合、成形方法、乾燥条件、成形体の形状については同様であるが、後述の水熱合成でゾノトライト結晶を生成させるために、ケイ酸原料を添加し、CaO/SiO2がモル比で0.9〜1.1に調整することが必要である。 In step B2), the difference from step B1) is that what is contained in the slurry is not a calcium silicate crystal but a calcium silicate crystal precursor, and the resulting molded body is not a calcium silicate crystal-containing molded body, Calcium silicate crystal precursor-containing molded body. Other optional additives in slurry and blending, molding method, drying conditions, and shape of molded body are the same, but zonotlite crystals are produced by hydrothermal synthesis described later. Therefore, it is necessary to add a silicic acid raw material and adjust CaO / SiO 2 to a molar ratio of 0.9 to 1.1.

工程C2)において、圧力は通常7〜20kg/cm2、好ましくは8〜12kg/cm2、時間は通常1〜24時間、好ましくは6〜10時間かけて行うのが良い。なお、工程C2)は軸芯に固定されてから行われてもよく、軸芯に固定される前に行われてもよい。 In step C2), the pressure is usually 7 to 20 kg / cm 2 , preferably 8 to 12 kg / cm 2, and the time is usually 1 to 24 hours, preferably 6 to 10 hours. Note that step C2) may be performed after being fixed to the shaft core, or may be performed before being fixed to the shaft core.

工程D2)において、工程D1)と異なる点は、軸芯の外周に形成される成形体が、ケイ酸カルシウム結晶含有成形体ではなく、ケイ酸カルシウム結晶前駆体含有成形体またはケイ酸カルシウム結晶含有成形体であることであり、その他、円筒体層の形成方法については[0056]〜[0058]段落に記載したとおりである。   In step D2), the difference from step D1) is that the molded body formed on the outer periphery of the shaft core is not a calcium silicate crystal-containing molded body, but a calcium silicate crystal precursor-containing molded body or a calcium silicate crystal-containing body. In other respects, the method for forming the cylindrical layer is as described in paragraphs [0056] to [0058].

第1の実施形態のセラミックスローラを製造する他の方法としては、
A3)ケイ酸質原料と石灰質原料と成形助剤と水とを含む混錬物を得る工程と、
B3)該混錬物から未結晶含有成形体を押出成形する工程と、
C3)該未結晶含有成形体をオートクレーブ中で高温度に加熱してケイ酸カルシウム結晶を生成させてケイ酸カルシウム結晶含有成形体を得る工程と、
D3)軸芯の外周に該未結晶含有成形体または該ケイ酸カルシウム結晶含有成形体からなる円筒体層を形成する工程とを備える方法(第1の形態の第3の製法)が挙げられる。ここで、工程A3)および工程B3)、工程C3)を備える方法が前述した第2の成形体の製法に該当する。以下に第1の形態の第3の製法を説明するが、第1の形態の第1の製法および第2の製法と異なる箇所のみ説明する。
As another method of manufacturing the ceramic roller of the first embodiment,
A3) obtaining a kneaded material containing a siliceous raw material, a calcareous raw material, a molding aid, and water;
B3) a step of extruding an amorphous-containing molded body from the kneaded product;
C3) heating the amorphous-containing shaped body to a high temperature in an autoclave to produce calcium silicate crystals to obtain a calcium silicate crystal-containing shaped body;
D3) A method (third manufacturing method of the first embodiment) including a step of forming a cylindrical body layer made of the amorphous-containing molded body or the calcium silicate crystal-containing molded body on the outer periphery of the shaft core. Here, the method including the step A3), the step B3), and the step C3) corresponds to the method for manufacturing the second molded body described above. Although the 3rd manufacturing method of the 1st form is explained below, only a different portion from the 1st manufacturing method and the 2nd manufacturing method of the 1st form is explained.

工程A3)において、未反応結晶とは、オートクレーブ中で高温度に加熱して生成されるゾノトライト結晶またはトバモライト結晶、不定形C−S−H結晶の原料であるケイ酸質原料および石灰質原料の結晶のことをいう。なお、こうした未反応結晶の有無は、X線回析により特有の回析ピークが得れるため、組成物をX線回析すれば容易に判断することができる。   In step A3), the unreacted crystal is a crystal of a siliceous raw material or a calcareous raw material that is a raw material of zonotlite crystal or tobermorite crystal, amorphous C—S—H crystal produced by heating to high temperature in an autoclave. I mean. The presence or absence of such unreacted crystals can be easily determined by X-ray diffraction of the composition because a specific diffraction peak can be obtained by X-ray diffraction.

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が、好適なケイ酸カルシウム結晶を生成させるためには結晶質のもの特に珪石を用いることが好ましい。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が、製造性の観点から消石灰を用いることが好ましい。
ケイ酸質原料と石灰質原料とをCaO/SiO2がモル比で通常0.7〜1.2、好ましくは0.8〜1.0に調整することが必要である。ここで、成形助剤は、押出し成形助剤として使用できる有機バインダーであれば特に制限はなく、例えば、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、アクリル樹脂、木節粘土などが挙げられ、これらの2種以上を組み合わせて使用することもできる。また、その配合量は、固形分100質量部に対して3〜10質量部であれば良い。
The siliceous raw material is not particularly limited as long as SiO 2 is contained as a component, and examples thereof include silica and fused silica. In order to produce a suitable calcium silicate crystal, a crystalline material is used. In particular, it is preferable to use silica stone. Further, it is preferable to use fine powder having an average particle diameter of 5 to 15 μm.
The calcareous material is not particularly limited as long as it contains CaO as a component, and examples thereof include slaked lime and quicklime, but slaked lime is preferably used from the viewpoint of productivity.
It is necessary to adjust the siliceous raw material and the calcareous raw material to a CaO / SiO 2 molar ratio of usually 0.7 to 1.2, preferably 0.8 to 1.0. Here, the molding aid is not particularly limited as long as it is an organic binder that can be used as an extrusion molding aid, and examples thereof include methyl cellulose, carboxymethyl cellulose, polyvinyl alcohol, acrylic resin, and kibushi clay. A combination of the above can also be used. Moreover, the compounding quantity should just be 3-10 mass parts with respect to 100 mass parts of solid content.

工程A3)において、混錬物には、ケイ酸質原料と石灰質原料と成形助剤と水のほかに補強材がさらに含まれていても良い。こうした補強材を添加(以下配合ともいう)することにより、さらに強度の高い成形体を得ることができる。こういった補強材としては、アルミナセメントやポルトランドセメントといった水硬性結合材やコロイダルシリカやアルミナゾルといった無機結合材が挙げられる。その添加量(以下配合量ともいう)は、ケイ酸質原料および石灰質原料の合計100質量部に対して、0〜20質量部、好ましくは10〜20質量部である。   In step A3), the kneaded material may further contain a reinforcing material in addition to the siliceous material, the calcareous material, the molding aid, and water. By adding such a reinforcing material (hereinafter also referred to as blending), it is possible to obtain a molded body having higher strength. Examples of such reinforcing materials include hydraulic binders such as alumina cement and Portland cement, and inorganic binders such as colloidal silica and alumina sol. The addition amount (hereinafter also referred to as blending amount) is 0 to 20 parts by mass, preferably 10 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass in total of the siliceous material and the calcareous material.

混錬物には、ケイ酸質原料と石灰質原料と成形助剤と水のほかに充填材がさらに含まれていても良い。こうした充填材を添加することにより、原料の低コスト化、成形性の向上が見込める。こういった充填材としては、タルクや珪藻土、フライアッシュといったものが挙げられる。その添加量は、ケイ酸質原料および石灰質原料の合計100質量部に対して、0〜100質量部、好ましくは10〜50質量部である。   The kneaded material may further contain a filler in addition to the siliceous raw material, the calcareous raw material, the molding aid and water. By adding such a filler, cost reduction of raw materials and improvement of moldability can be expected. Such fillers include talc, diatomaceous earth and fly ash. The addition amount is 0 to 100 parts by mass, preferably 10 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass in total of the siliceous material and the calcareous material.

混錬物には、ケイ酸質原料と石灰質原料と成形助剤と水のほかに補強繊維がさらに含まれていても良い。こうした補強繊維を添加することにより、さらに強度の高い成形体を得ることができる。こういった補強繊維としては、ガラス繊維、セラミック繊維、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、カーボン繊維といったものが挙げられる。その添加量は、ケイ酸質原料および石灰質原料の合計100質量部に対して、0〜100質量部、好ましくは5〜30質量部である。   The kneaded material may further contain a reinforcing fiber in addition to the siliceous raw material, the calcareous raw material, the molding aid and water. By adding such reinforcing fibers, a molded body having higher strength can be obtained. Examples of such reinforcing fibers include glass fibers, ceramic fibers, alumina fibers, wollastonite, pulp, polypropylene fibers, aramid fibers, and carbon fibers. The addition amount is 0 to 100 parts by mass, preferably 5 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass in total of the siliceous material and the calcareous material.

混錬物には、ケイ酸質原料と石灰質原料と成形助剤と水のほかに軽量骨材がさらに含まれていても良い。こうした軽量骨材を添加することにより、強度を維持したままさらに嵩密度を低くすることができる。こういった軽量骨材としては、マイクロシリカ、パーライト、シラスバルーン、ガラスバルーンといったものが挙げられる。その添加量は、ケイ酸質原料および石灰質原料の合計100質量部に対して、0〜100質量部、好ましくは10〜50質量部である。   The kneaded material may further contain a lightweight aggregate in addition to the siliceous raw material, the calcareous raw material, the molding aid, and water. By adding such a lightweight aggregate, the bulk density can be further lowered while maintaining the strength. Examples of such lightweight aggregates include microsilica, perlite, shirasu balloon, and glass balloon. The addition amount is 0 to 100 parts by mass, preferably 10 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass in total of the siliceous material and the calcareous material.

工程C3)において、圧力は通常7〜20kg/cm2、好ましくは10〜15kg/cm2、時間は通常1〜24時間、好ましくは6〜10時間かけて行うのが良い。 In step C3), the pressure is usually 7 to 20 kg / cm 2 , preferably 10 to 15 kg / cm 2 , and the time is usually 1 to 24 hours, preferably 6 to 10 hours.

上述した方法により得られたケイ酸カルシウム結晶含有成形体は公知の技術により乾燥され、第2の成形体が得られる。乾燥条件は、100〜200℃、5〜12時間かけるのが好ましい。   The calcium silicate crystal-containing molded body obtained by the above-described method is dried by a known technique to obtain a second molded body. Drying conditions are preferably 100 to 200 ° C. and 5 to 12 hours.

第2の成形体の製法によれば、嵩密度0.5〜1.5g/cm3といった比較的高密度であっても、熱伝導率0.1〜0.5W/(m・K)かつ圧縮強度10〜35MPa、さらには、熱伝導率0.15〜0.35W/(m・K)かつ圧縮強度10〜20MPaの第2の成形体を得ることができる。 According to the manufacturing method of the 2nd molded object, even if comparatively high density, such as bulk density 0.5-1.5 g / cm < 3 >, thermal conductivity 0.1-0.5 W / (m * K) and A second molded body having a compressive strength of 10 to 35 MPa, a thermal conductivity of 0.15 to 0.35 W / (m · K), and a compressive strength of 10 to 20 MPa can be obtained.

工程D3)において、工程D1)と異なる点は、軸芯の外周に形成される成形体が、ケイ酸カルシウム結晶含有成形体ではなく、未結晶含有成形体またはケイ酸カルシウム結晶含有成形体であることであり、その他、円筒体層の形成方法については〔0056〕〜〔0058〕段落に記載したとおりである。
工程B3)と工程D3)を同一工程にすること、すなわち、混錬物から未反応結晶含有成形体を軸芯の円柱面に沿って押出成形する工程によれば、成形体の加工工程を省くことができるため好ましい。
ここで、工程D3)は工程C3)の後に行われてもよく、前に行われてもよい。
In step D3), the difference from step D1) is that the molded body formed on the outer periphery of the shaft core is not a calcium silicate crystal-containing molded body but an amorphous-containing molded body or a calcium silicate crystal-containing molded body. In addition, the method for forming the cylindrical layer is as described in the paragraphs [0056] to [0058].
According to the step B3) and the step D3) being the same step, that is, the step of extruding the unreacted crystal-containing formed body from the kneaded product along the cylindrical surface of the shaft core, the processing step of the formed body is omitted. This is preferable.
Here, step D3) may be performed after step C3) or may be performed before.

円筒体層の表面に前述した表面層を形成する方法としては、熱収縮性のフッ素樹脂チューブの中にセラミックスローラを挿入した後に、加熱しチューブを収縮させて、ローラ表面を被覆し表面層とする方法や、フッ素樹脂を含むコーティング液をローラの表面に塗布した後に加熱乾燥して表面層を形成する方法が挙げられる。このような塗布に用いることができる方法として、刷毛塗り、ディップコート法、スプレーコート法、ロールコート法、バーコート法、スピンコート法等が挙げられる。ロールが異形であったり、寸法が小さい場合には手作業による刷毛塗りなどの方法が実用的である。   As a method of forming the above-mentioned surface layer on the surface of the cylindrical body layer, a ceramic roller is inserted into a heat-shrinkable fluororesin tube and then heated to shrink the tube so that the surface of the roller is covered with the surface layer. And a method in which a coating liquid containing a fluororesin is applied to the surface of the roller and then dried by heating to form a surface layer. Examples of methods that can be used for such coating include brush coating, dip coating, spray coating, roll coating, bar coating, and spin coating. When the roll is irregular or small in size, a method such as brushing by hand is practical.

また、表面層がガラス層である場合には、ガラスフリットを含むコーティング液をローラの表面に塗布した後に加熱焼成して表面層を形成する方法が挙げられる。このような塗布に用いることができる方法として、スプレー塗装、静電粉体塗装、ドクターコーティング等が挙げられる。   Further, when the surface layer is a glass layer, a method of forming a surface layer by applying a coating liquid containing glass frit to the surface of the roller and then baking by heating is exemplified. Examples of methods that can be used for such coating include spray coating, electrostatic powder coating, and doctor coating.

円筒体層と表面層との間に前述した中間層を形成する方法としては、成形型の内側に軸芯と円筒体層、外側にフッ素チューブをセットし、その隙間に液状シリコンゴムを流し込んでシリコンゴムを硬化させる方法、シリコンゴムチューブを円筒体層に被覆して接着する方法、円筒体層に液状シリコンゴムをスプレーコートする方法、ロールコートで液状シリコンゴムを円筒体層表面に塗布する方法が挙げられる。   As a method of forming the intermediate layer described above between the cylindrical body layer and the surface layer, an axial core and a cylindrical body layer are set inside the mold, and a fluorine tube is set outside, and liquid silicon rubber is poured into the gap. A method of curing silicone rubber, a method of coating and adhering a silicone rubber tube to a cylindrical body layer, a method of spraying liquid silicone rubber on a cylindrical body layer, a method of applying liquid silicone rubber to the surface of a cylindrical body layer by roll coating Is mentioned.

第2の実施形態のセラミックスローラを製造する方法としては、上述した第1の成形体の製法、第2の成形体の製法または第3の成形体の製法により成形体を得る工程と、該成形体から円柱状または円筒状の軸芯を得る工程を備える方法(以下第2の形態の第1の製法ともいう)が挙げられる。
また、上述した第1の成形体の製法、第2の成形体の製法または第3の成形体の製法により円柱状または円筒状の軸芯を得る工程を備える方法(以下第2の形態の第2の製法ともいう)が挙げられる。
さらに、前記円柱状の成形体の端部を研削して軸芯部を形成する工程を備えていてもよい。
The method for producing the ceramic roller of the second embodiment includes a step of obtaining a molded body by the above-described method for producing the first molded body, the method for producing the second molded body, or the method for producing the third molded body, And a method including a step of obtaining a columnar or cylindrical shaft core from the body (hereinafter also referred to as a first production method of the second form).
In addition, a method including a step of obtaining a columnar or cylindrical shaft core by the above-described method for manufacturing the first molded body, the method for manufacturing the second molded body, or the method for manufacturing the third molded body (hereinafter referred to as the second mode of the second embodiment). 2).
Furthermore, you may provide the process of grinding the edge part of the said column-shaped molded object and forming an axial center part.

第3の実施形態のセラミックスローラを製造する方法としては、上述した第2の形態の第1の製法または第2の製法によって得た軸芯の外周に、上述した第1の成形体の製法、第2の成形体の製法または第3の成形体の製法により得た成形体からなる円筒体層を形成する工程を備える方法が挙げられる。   As a method of manufacturing the ceramic roller of the third embodiment, the manufacturing method of the first molded body described above on the outer periphery of the shaft core obtained by the first manufacturing method or the second manufacturing method of the second embodiment described above, Examples thereof include a method including a step of forming a cylindrical body layer made of a molded body obtained by the method for manufacturing the second molded body or the method for manufacturing the third molded body.

以下に本願発明を実施例により具体的な例を挙げて説明するが、本願発明はこれらの実施例に限定されるものではない。まず、第1の形態のセラミックスローラを加圧ローラを例に挙げて以下に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described by way of specific examples, but the present invention is not limited to these examples. First, the ceramic roller according to the first embodiment will be described below by taking a pressure roller as an example.

(実施例1)
ゾノトライト結晶の生成:
石灰質原料としての生石灰(足立生石灰(150メッシュ))を24倍量の熱水(温度90℃)に投入し、160rpmで回転する攪拌翼を有する攪拌機で攪拌しながら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。
Example 1
Formation of zonotlite crystals:
Quicklime as a calcareous raw material (Adachi quicklime (150 mesh)) is poured into 24 times the amount of hot water (temperature 90 ° C) and digested for 30 minutes while stirring with a stirrer having a stirring blade rotating at 160 rpm. Obtained. Next, 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.

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て直径30〜130μmの球状の二次粒子を形成していた。   The solid in the obtained slurry was substantially composed of zonotolite crystals, and a large number of needle-like crystals gathered to form spherical secondary particles having a diameter of 30 to 130 μm.

スラリーの調整:
このスラリーにゾノトライト結晶100質量部に対して7質量部のポルトランドセメント(宇部三菱セメント株式会社製 普通ポルトランドセメント)、5質量部のガラス繊維(日本電気硝子株式会社製 ECS131−33G)、固形分換算で100ppmの凝集剤(三洋化成工業株式会社製 サンフロックN―0P)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5kgf/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50mmのボード状の成形体を得た。この成形体の嵩密度は0.11g/cm3であった。
Slurry adjustment:
7 parts by weight of Portland cement (ordinary Portland cement manufactured by Ube Mitsubishi Cement Co., Ltd.), 5 parts by weight of glass fiber (ECS131-33G manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd.), solid content conversion with respect to 100 parts by weight of xonotlite crystals 100 ppm of a flocculant (Sanfloc N-0P manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd.) was added and mixed to obtain a slurry for dehydration press molding. The slurry was poured into a mold and subjected to dehydration press molding at a molding pressure of 5 kgf / cm 2 and then dried at 100 ° C. for 12 hours to obtain a board-like molded body having a length of 350 mm, a width of 350 mm, and a thickness of 50 mm. The molded body had a bulk density of 0.11 g / cm 3 .

ローラの製造:
得られたボード状の成形体から、縦50mm、横50mm、長さ330mmの角柱状の成形体片を切り出した。該成形体片の長さ方向に沿った中心に直径30mmの貫通孔を形成した。該貫通孔に予めシリコーンゴム接着剤(信越化学工業株式会社製 KE45)を塗布しておいた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5mmの円筒体層を得た。
Roller manufacturing:
From the obtained board-like molded body, a prismatic molded body piece having a length of 50 mm, a width of 50 mm, and a length of 330 mm was cut out. A through hole having a diameter of 30 mm was formed at the center along the length direction of the molded body piece. A stainless steel shaft core in which a silicone rubber adhesive (KE45 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was previously applied was inserted into the through hole. After confirming that the molded body piece was fixed to the shaft core, the outer diameter of the molded body piece was ground to obtain a cylindrical body layer having a thickness of 5 mm.

表面層の形成:
該円筒体層の外周表面に、加熱硬化型シリコーンゴム接着剤(信越化学工業株式会社製 KE1833)をロールコータで塗布し、PFA熱収縮チューブ(株式会社潤工社製 ジュンフロン内面処理付きPFA熱収縮チューブ)を被覆し、熱風ドライヤーにより180℃で3h加熱処理を施してPFA熱収縮チューブを加熱収縮させて厚さ30μmの表面層を形成した。
Surface layer formation:
A thermosetting silicone rubber adhesive (KE1833 made by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was applied to the outer peripheral surface of the cylindrical body layer with a roll coater, and a PFA heat shrinkable tube (JFA Co., Ltd. Junflon inner surface treated PFA heat shrinkable tube). And a PFA heat shrinkable tube was heat-shrinked to form a surface layer having a thickness of 30 μm.

(実施例2)
脱水プレス成形時の成形圧力を15kgf/cm2に変更し、成形体の嵩密度を0.25g/cm3としたこと以外は、実施例1と同様の方法にて加圧ローラを得た。
(Example 2)
A pressure roller was obtained in the same manner as in Example 1 except that the molding pressure at the time of dehydration press molding was changed to 15 kgf / cm 2 and the bulk density of the molded body was 0.25 g / cm 3 .

(実施例3)
脱水プレス成形時の成形圧力を30kgf/cm2に変更し、成形体の嵩密度を0.39g/cm3としたこと以外は、実施例1と同様の方法にて加圧ローラを得た。
(Example 3)
A pressure roller was obtained in the same manner as in Example 1, except that the molding pressure at the time of dehydration press molding was changed to 30 kgf / cm 2 and the bulk density of the molded body was 0.39 g / cm 3 .

(比較例1)
実施例1において、ケイ酸カルシウムを主成分とするセラミックスからなる円筒体層の代わりに、嵩密度が0.6g/cm3のシリコーンゴムスポンジを用いて同じ形状、構造の加圧ローラを得た。
(Comparative Example 1)
In Example 1, a pressure roller having the same shape and structure was obtained using a silicone rubber sponge having a bulk density of 0.6 g / cm 3 instead of the cylindrical body layer made of ceramics mainly composed of calcium silicate. .

(比較例2)
実施例1において、ケイ酸カルシウムを主成分とするセラミックスからなる円筒体層の代わりに、嵩密度が1.0g/cm3のシリコーンゴムを用いて同じ形状、構造の加圧ローラを得た。
(Comparative Example 2)
In Example 1, a pressure roller having the same shape and structure was obtained by using silicone rubber having a bulk density of 1.0 g / cm 3 instead of the cylindrical body layer made of ceramics mainly composed of calcium silicate.

次いで、第2の形態のセラミックスローラを駆動ローラを例に挙げて以下に説明する。なお、該駆動ローラは軸芯のみから構成される。   Next, the ceramic roller of the second embodiment will be described below by taking a drive roller as an example. The drive roller is composed only of the shaft core.

(実施例4)
乾式混合:
石灰質原料としての消石灰(奥多摩工業株式会社 特号)と、ケイ酸質原料としての珪石粉末(秩父鉱業株式会社 3500ブレーン)との合計100質量部に対して、軽量骨材としてパーライト(昭和化学株式会社 トプコ1BS)30質量部、成形助剤としてメチルセルロース(ユケン工業株式会社 セランダーYB152A)10質量部とを双腕型ニーダにて10分間乾式混合して混合物を得た。消石灰と珪石粉末の配合量はCaO/SiO2がモル比で0.9となるように調整する。
Example 4
Dry mix:
Perlite (Showa Chemical Co.) (Company Topco 1BS) 30 parts by mass and 10 parts by mass of methylcellulose (Yuken Kogyo Co., Ltd. Serander YB152A) as a molding aid were dry-mixed for 10 minutes with a double-arm kneader to obtain a mixture. The amount of slaked lime and silica powder is adjusted to CaO / SiO 2 is 0.9 in molar ratio.

湿式混錬:
該混合物の入った双腕型ニーダに、消石灰と珪石粉末との合計100質量部に対して、水を加え、湿式にて20分間混錬して混錬物を得た。水は混錬物の固形分100質量部に対して80質量部含まれるように調整した。
Wet kneading:
Water was added to a total of 100 parts by mass of slaked lime and silica powder to the double-arm kneader containing the mixture, and kneaded in a wet process for 20 minutes to obtain a kneaded product. Water was adjusted so as to be included in an amount of 80 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the solid content of the kneaded product.

押出成形:
該混錬物から真空混練押出成形機を用いて直径22mm、長さ350mmの円筒状の未結晶含有成形体を押出成形した。
Extrusion molding:
From the kneaded product, a cylindrical amorphous-containing molded body having a diameter of 22 mm and a length of 350 mm was extruded using a vacuum kneading extrusion molding machine.

水熱合成反応:
該未結晶含有成形体をオートクレーブにて圧力7Kg/cm2で4時間かけて水熱合成反応させて成形体を得た。得られた成形体の主成分はトバモライト結晶からなり、成形体全体にわたってその存在することを確認した。
Hydrothermal synthesis reaction:
The amorphous-containing molded body was subjected to a hydrothermal synthesis reaction in an autoclave at a pressure of 7 kg / cm 2 for 4 hours to obtain a molded body. It was confirmed that the main component of the obtained molded body was composed of tobermorite crystals and existed throughout the molded body.

乾燥:
該成形体を常温にて乾燥させたのち、表面を研磨して、直径20mm、嵩密度0.8g/cm3の軸芯すなわち駆動ローラを得た。
Dry:
After the molded body was dried at room temperature, the surface was polished to obtain a shaft core having a diameter of 20 mm and a bulk density of 0.8 g / cm 3 , that is, a driving roller.

(実施例5)
乾式混合、湿式混錬を以下のように変更し、成形体の嵩密度を1.2g/cm3としたこと以外は、実施例4と同様の方法にて駆動ローラを得た。
(Example 5)
A drive roller was obtained in the same manner as in Example 4 except that dry mixing and wet kneading were changed as follows, and the bulk density of the compact was 1.2 g / cm 3 .

乾式混合:
石灰質原料としての消石灰(奥多摩工業株式会社 特号)と、ケイ酸質原料としての珪石粉末(秩父鉱業株式会社 3500ブレーン)との合計100質量部に対して、成形助剤としてメチルセルロース(ユケン工業株式会社 セランダーYB152A)8質量部とを双腕型ニーダにて10分間乾式混合して混合物を得た。消石灰と珪石粉末の配合量はCaO/SiO2がモル比で0.9となるように調整する。
Dry mix:
For a total of 100 parts by mass of slaked lime as a calcareous material (Okutama Kogyo Co., Ltd. special name) and siliceous powder as a siliceous material (3500 Blaine, Chichibu Mining Co., Ltd.) Company Serander YB152A) 8 parts by mass was dry-mixed with a double arm type kneader for 10 minutes to obtain a mixture. The amount of slaked lime and silica powder is adjusted to CaO / SiO 2 is 0.9 in molar ratio.

湿式混錬:
該混合物の入った双腕型ニーダに、消石灰と珪石粉末との合計100質量部に対して、水を加え、湿式にて20分間混錬して混錬物を得た。水は混錬物の固形分100質量部に対して40質量部含まれるように調整した。
Wet kneading:
Water was added to a total of 100 parts by mass of slaked lime and silica powder to the double-arm kneader containing the mixture, and kneaded in a wet process for 20 minutes to obtain a kneaded product. Water was adjusted so that 40 mass parts was contained with respect to 100 mass parts of solid content of kneaded material.

(比較例3)
実施例4において、ケイ酸カルシウムを主成分とするセラミックスからなる軸芯の代わりに、嵩密度2.7g/cm3のアルミニウムを用いて同じ形状の駆動ローラを得た。
(Comparative Example 3)
In Example 4, a drive roller having the same shape was obtained using aluminum having a bulk density of 2.7 g / cm 3 instead of the shaft core made of ceramics mainly composed of calcium silicate.

(比較例4)
実施例4において、ケイ酸カルシウムを主成分とするセラミックスからなる軸芯の代わりに、嵩密度7.4g/cm3のステンレスを用いて同じ形状の駆動ローラを得た。
(Comparative Example 4)
In Example 4, a drive roller having the same shape was obtained using stainless steel having a bulk density of 7.4 g / cm 3 instead of the shaft core made of ceramics mainly composed of calcium silicate.

(試験方法)
実施例1〜3および比較例1、2において、表1に、実施例4、5および比較例3、4において、表2に記載の各評価項目は以下の試験法により測定した。
(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) 熱伝導率(W/(m・K)):試験片として円筒体層と同一の原料組成で、幅100mm、厚さ20mm、長さ50mmの平面板状の試験片を別に作製し、JIS R2616「非定常熱線法」に準じて、京都電子工業株式会社製迅速熱伝導率計QTM−500により試験体表面の室温での熱伝導率を測定した。
(3) 熱容量(J/K):試験体を粉砕し、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、上記の嵩密度の値から1cm3あたりの熱容量を算出した。
(4) 圧縮強度(MPa):試験片として円筒体層と同一の原料組成で、一辺が60mmの立方体の試験片を別に作製し、JIS R1608「ファインセラミックスの圧縮強さ試験方法」に準じて、測定をおこなった。
(5) 耐熱寸法変化:あらかじめ寸法を測定した直方体の試験片を250℃恒温機に投入し、1週間後の寸法変化を確認した。全く寸法変化のないものには○、多少変形が起こっている場合は△、著しく寸法が変化している場合は×とした。
(6) 昇温速度(秒):外径40mm、長さ330mm、肉厚1mmのアルミパイプにハロゲンランプが内填された熱定着ローラと、外径40mm、長さが330mmの加圧ローラを主要構成とする熱定着装置において、加圧ローラを評価対象の加圧ローラに取り替え、熱定着ローラに加圧ローラを合計荷重10kgfで圧接した状態で加圧ローラを回転させつつ、共に25℃の室温に調節した後、印刷紙を通さないで1000Wの電力を通電して熱定着ローラが180℃に昇温する迄の時間を測定した。
(7) 消費電力(W):昇温速度の測定と同条件で熱定着ローラの昇温開始より30〜60秒の間の平均消費電力を求めた。
(8) 耐久性:上記(6)、(7)の評価の後、熱定着ローラを180℃で温調させた状態で通紙しないで荷重をかけながら100時間連続して回転を行った後、加圧ローラの外径、長さを測定し、変形の様子を確認した。変形が認められないものを○、若干変形がみうけられるものを△、著しく変形が見受けられるものを×とした。なお、荷重は10kgfと30kgfの2種類行った。
(9) 3点曲げ強度(MPa):円筒体層と同一の原料組成で、直径22mm、長さ350mmの円筒状の試験体を用い、JIS R1608「ファインセラミックスの圧縮強さ試験方法」に準じて、測定をおこなった。
(Test method)
In Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2, in Table 1, each of the evaluation items described in Table 2 in Examples 4, 5 and Comparative Examples 3 and 4 was measured by the following test method.
(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 (W / (m · K)): A flat plate-shaped test piece having a width of 100 mm, a thickness of 20 mm, and a length of 50 mm was separately prepared as the test piece with the same raw material composition as the cylindrical body layer. According to JIS R2616 “Unsteady hot wire method”, the thermal conductivity at room temperature of the surface of the test specimen was measured with a rapid thermal conductivity meter QTM-500 manufactured by Kyoto Electronics Industry Co., Ltd.
(3) Heat capacity (J / K): The specimen was pulverized, 50 g of the specimen was measured for specific heat using a high temperature sample dropping type specific heat measuring device, and the heat capacity per 1 cm 3 was calculated from the above bulk density value. did.
(4) Compressive strength (MPa): A test piece having the same raw material composition as that of the cylindrical layer and having a side of 60 mm is separately prepared as a test piece, in accordance with JIS R1608 “Testing method for compressive strength of fine ceramics”. The measurement was performed.
(5) Heat-resistant dimensional change: A rectangular parallelepiped test piece whose dimensions were measured in advance was put into a 250 ° C. constant temperature machine, and the dimensional change after one week was confirmed. The case where there was no dimensional change was marked with ◯, the case where some deformation occurred, Δ, and the case where the size changed significantly, X.
(6) Temperature increase rate (seconds): a heat fixing roller in which a halogen lamp is embedded in an aluminum pipe having an outer diameter of 40 mm, a length of 330 mm, and a thickness of 1 mm, and a pressure roller having an outer diameter of 40 mm and a length of 330 mm In the heat fixing device as the main configuration, the pressure roller is replaced with a pressure roller to be evaluated, and the pressure roller is rotated with the pressure roller being in pressure contact with the heat fixing roller with a total load of 10 kgf. After adjusting the temperature to room temperature, the time until the temperature of the heat fixing roller was raised to 180 ° C. by supplying 1000 W of power without passing through the printing paper was measured.
(7) Power consumption (W): The average power consumption was determined for 30 to 60 seconds from the start of temperature increase of the heat fixing roller under the same conditions as the measurement of the temperature increase rate.
(8) Durability: After the evaluations in (6) and (7) above, after the heat fixing roller was continuously rotated for 100 hours while applying a load without passing the paper at a temperature controlled at 180 ° C. The outer diameter and length of the pressure roller were measured, and the state of deformation was confirmed. A case where no deformation was observed was indicated by ◯, a case where slight deformation was observed was indicated by Δ, and a case where remarkable deformation was observed was indicated by ×. Two types of loads, 10 kgf and 30 kgf, were applied.
(9) Three-point bending strength (MPa): Using a cylindrical specimen having a diameter of 22 mm and a length of 350 mm with the same raw material composition as that of the cylindrical body layer, according to JIS R1608 “Testing method for compressive strength of fine ceramics” And measured.

表1の結果から、実施例1〜3の加圧ローラは、比較例1および2に比べて、熱伝導率が低く、適度な圧縮強度を有し、耐熱性、昇温速度、耐久性に優れたものであった。また、消費電力は同等またはそれ以下の良好な結果を得た。   From the results shown in Table 1, the pressure rollers of Examples 1 to 3 have lower thermal conductivity, moderate compressive strength, and better heat resistance, heating rate, and durability than Comparative Examples 1 and 2. It was excellent. Also, good results were obtained with the same or lower power consumption.

表2の結果から、実施例4および5の駆動ローラは、比較例3および4に比べて、熱伝導率が非常に低く、断熱性が非常に高いため、消費電力の低減や昇温速度の短縮が期待される。また、一般的に駆動ローラとしての使用に耐えうる強度は3点曲げ強度で10MPa以上であることから、実施例4および5の駆動ローラは使用に耐えうることが確認された。   From the results in Table 2, since the drive rollers of Examples 4 and 5 have a very low thermal conductivity and a very high heat insulating property compared to Comparative Examples 3 and 4, the power consumption is reduced and the heating rate is increased. Shortening is expected. Further, since the strength that can withstand use as a drive roller is generally 10 MPa or more as a three-point bending strength, it was confirmed that the drive rollers of Examples 4 and 5 can withstand use.

本発明の第1の実施形態であるセラミックスローラの径方向の断面図である。It is sectional drawing of the radial direction of the ceramic roller which is the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態であるセラミックスローラの軸方向の断面図である。It is sectional drawing of the axial direction of the ceramic roller which is the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の他の実施形態であるセラミックスローラの径方向の断面図である。It is sectional drawing of the radial direction of the ceramic roller which is 1st other embodiment of this invention. 本発明に係るゾノトライト結晶に2次粒子のSEM写真(a:200倍)である。It is a SEM photograph (a: 200 times) of a secondary particle in the zonotlite crystal concerning the present invention. 本発明に係るゾノトライト結晶に2次粒子のSEM写真(b:1000倍)である。It is a SEM photograph (b: 1000 times) of a secondary particle in the zonotlite crystal concerning the present invention. 本発明の第2の実施形態であるセラミックスローラの軸方向の断面図である。It is sectional drawing of the axial direction of the ceramic roller which is the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の他の実施形態であるセラミックスローラの軸方向の断面図である。It is sectional drawing of the axial direction of the ceramic roller which is 2nd other embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態であるセラミックスローラの軸方向の断面図である。It is sectional drawing of the axial direction of the ceramic roller which is the 3rd Embodiment of this invention. 本発明のセラミックスローラを製造する際に用いられる成形体の成形方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the shaping | molding method of the molded object used when manufacturing the ceramic roller of this invention. 本発明のセラミックスローラを製造する際に用いられる成形体の他の成形方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other shaping | molding method of the molded object used when manufacturing the ceramic roller of this invention. 本発明のセラミックスローラを製造する際に用いられる成形体片をボード状の成形体から切り出す方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the method of cutting out the molded object piece used when manufacturing the ceramic roller of this invention from a board-shaped molded object. 本発明のセラミックスローラを製造する際に用いられる成形体片をボード状の成形体から切り出す他の方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other method of cutting out the molded object piece used when manufacturing the ceramic roller of this invention from a board-shaped molded object. 本発明のセラミックスローラの製造方法の1例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one example of the manufacturing method of the ceramic roller of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10、20、30 セラミックスローラ
11、21、31、58 軸芯
12、32、59 円筒体層
13、33 表面層
14 中間層
15 ゾノトライト結晶の二次粒子
22 軸芯部
23 端部
40、46 成形用型
41 半円型
42 溝
43 接合面
44 中空部
45 円筒
51、55 成形体
52、53、56 成形体片
57 貫通孔
10, 20, 30 Ceramic roller 11, 21, 31, 58 Shaft core 12, 32, 59 Cylindrical layer 13, 33 Surface layer 14 Intermediate layer 15 Secondary particles of zonotlite crystal 22 Shaft core 23 End 40, 46 Molding Mold 41 Semicircular mold 42 Groove 43 Joint surface 44 Hollow part 45 Cylinder 51, 55 Molded body 52, 53, 56 Molded body piece 57 Through hole

Claims (13)

軸芯と、軸芯の外周に形成される円筒体層を備えるローラにおいて、
円筒体層は、予め水熱合成によって得られたケイ酸カルシウム結晶を成形して乾燥した、ケイ酸カルシウムを主成分とするセラミックス成形体からなり、
当該ケイ酸カルシウムの主成分はゾノトライト結晶であり、
当該ゾノトライト結晶の次粒子は針状結晶を形成し、当該一次粒子は直径10〜150μmの球状の二次粒子を形成し、
当該円筒体層の熱伝導率は0.01〜0.1W/(m・K)である、
ことを特徴とするセラミックスローラ。
In a roller comprising a shaft core and a cylindrical body layer formed on the outer periphery of the shaft core,
The cylindrical body layer is formed of a ceramic molded body mainly composed of calcium silicate, which is obtained by molding and drying a calcium silicate crystal previously obtained by hydrothermal synthesis.
The main component of the calcium silicate is zonotolite crystals,
Primary particles of the xonotlite crystal forms needle-like crystals, the primary particles form secondary particles of spherical diameters 10 to 150 m,
The thermal conductivity of the cylindrical layer is 0.01 to 0.1 W / (m · K).
Ceramic roller characterized by that.
請求項1に記載のセラミックスローラにおいて、前記円筒体層の嵩密度は0.05〜0.5g/cm3であることを特徴とするセラミックスローラ。 2. The ceramic roller according to claim 1, wherein the cylindrical layer has a bulk density of 0.05 to 0.5 g / cm < 3 >. 請求項1または2に記載のセラミックスローラにおいて、前記円筒体層の熱伝導率は0.06〜0.09W/(m・K)であることを特徴とするセラミックスローラ。 3. The ceramic roller according to claim 1, wherein the cylindrical layer has a thermal conductivity of 0.06 to 0.09 W / (m · K). 4. 請求項1から3までのいずれか1つに記載のセラミックスローラにおいて、前記円筒体層に被覆され、フッ素樹脂を含む表面層をさらに備えることを特徴とするセラミックスローラ。 The ceramic roller according to any one of claims 1 to 3, further comprising a surface layer coated with the cylindrical body layer and containing a fluororesin. 請求項4に記載のセラミックスローラにおいて、前記円筒体層と前記表面層との間に弾性体からなる中間層をさらに備えることを特徴とするセラミックスローラ。 5. The ceramic roller according to claim 4, further comprising an intermediate layer made of an elastic body between the cylindrical layer and the surface layer. 電子写真装置の熱定着装置に使用されることを特徴とする請求項1から5までのいずれかに1つに記載のセラミックスローラ。 The ceramic roller according to any one of claims 1 to 5, wherein the ceramic roller is used in a heat fixing device of an electrophotographic apparatus. 請求項1から6までのいずれか1つに記載のセラミックスローラにおいて、前記円筒体層の配合量が、ケイ酸カルシウム100質量部に対して、補強材10〜20質量部、充填材5〜10質量部、補強繊維5〜10質量部、軽量骨材5〜10質量部であることを特徴とするセラミックスローラ。 The ceramic roller according to any one of claims 1 to 6, wherein the amount of the cylindrical body layer is 10 to 20 parts by mass of a reinforcing material and 5 to 10 fillers with respect to 100 parts by mass of calcium silicate. A ceramic roller characterized by comprising 5 parts by mass, 5-10 parts by mass of reinforcing fibers, and 5-10 parts by mass of lightweight aggregate. 請求項1から7までのいずれか1つに記載のセラミックスローラにおいて、前記円筒体層の嵩密度が0.2〜0.4g/cm3であることを特徴とするセラミックスローラ。 The ceramic roller according to any one of claims 1 to 7, wherein the cylindrical body layer has a bulk density of 0.2 to 0.4 g / cm 3 . 電子写真装置の熱定着装置に使用されるローラにおいて、軸芯がケイ酸カルシウムを主成分とするセラミックスからなることを特徴とするセラミックスローラ。 A ceramic roller characterized in that, in a roller used in a heat fixing device of an electrophotographic apparatus, the shaft core is made of ceramics mainly composed of calcium silicate. 請求項9に記載のセラミックスローラにおいて、前記軸芯の外周にケイ酸カルシウムを主成分とするセラミックスからなる円筒体層がさらに形成されることを特徴とするセラミックスローラ。 10. The ceramic roller according to claim 9, wherein a cylindrical body layer made of ceramics mainly composed of calcium silicate is further formed on an outer periphery of the shaft core. A1)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工程と、
ここで、当該ケイ酸カルシウム結晶はゾノトライト結晶であり、当該ゾノトライト結晶の一次粒子は針状結晶を形成し、当該一次粒子は直径10〜150μmの球状の二次粒子を形成することを特徴とし、
B1)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工程と、
D1)軸芯の外周に該ケイ酸カルシウム結晶含有成形体からなる円筒体層を形成する工程と、を備えることを特徴とするセラミックスローラの製造方法。
A1) obtaining calcium silicate crystals by heating a siliceous raw material and a calcareous raw material together with a large amount of water to a high temperature in an autoclave;
Here, the calcium silicate crystal is a zonotlite crystal, the primary particles of the zonotrite crystal form needle-like crystals, and the primary particles form spherical secondary particles having a diameter of 10 to 150 μm,
B1) forming a calcium silicate crystal-containing shaped body from the slurry containing the calcium silicate crystals;
And D1) forming a cylindrical body layer made of the calcium silicate crystal-containing molded body on the outer periphery of the shaft core.
A2)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高温度に加熱することによりケイ酸カルシウム結晶前駆体を得る工程と、
B2)該ケイ酸カルシウム結晶前駆体を含むスラリーからケイ酸カルシウム結晶前駆体含有成形体を成形する工程と、
C2)該ケイ酸カルシウム結晶前駆体含有成形体をオートクレーブ中で高温度に加熱してケイ酸カルシウム結晶を生成させてケイ酸カルシウム結晶含有成形体を得る工程と、
D2)該ケイ酸カルシウム結晶前駆体含有成形体または該ケイ酸カルシウム結晶含有成形体からなる円筒体層を軸芯の外周に形成する工程と、を備えることを特徴とするセラミックスローラの製造方法。
A2) a step of obtaining a calcium silicate crystal precursor by heating a siliceous raw material and a calcareous raw material together with a large amount of water in an autoclave to a high temperature;
B2) forming a calcium silicate crystal precursor-containing molded body from a slurry containing the calcium silicate crystal precursor;
C2) heating the calcium silicate crystal precursor-containing molded body to a high temperature in an autoclave to produce calcium silicate crystals to obtain a calcium silicate crystal-containing molded body;
And D2) forming a cylindrical body layer formed of the calcium silicate crystal precursor-containing molded body or the calcium silicate crystal-containing molded body on the outer periphery of the shaft core.
A3)ケイ酸質原料と石灰質原料と成形助剤と水とを含む混錬物を得る工程と、
B3)該混錬物から未結晶含有成形体を押出成形する工程と、
C3)該未結晶含有成形体をオートクレーブ中で高温度に加熱してケイ酸カルシウム結晶を生成させてケイ酸カルシウム結晶含有成形体を得る工程と、
D3)軸芯の外周に該未結晶含有成形体または該ケイ酸カルシウム結晶含有成形体からなる円筒体層を形成する工程と、を備えることを特徴とするセラミックスローラの製造方法。
A3) obtaining a kneaded material containing a siliceous raw material, a calcareous raw material, a molding aid, and water;
B3) a step of extruding an amorphous-containing molded body from the kneaded product;
C3) heating the amorphous-containing shaped body to a high temperature in an autoclave to produce calcium silicate crystals to obtain a calcium silicate crystal-containing shaped body;
D3) forming a cylindrical body layer made of the amorphous-containing molded body or the calcium silicate crystal-containing molded body on the outer periphery of the shaft core, and a method for producing a ceramic roller.
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