(57)【要約】【課題】熱伝導率が顕著に低く、耐熱性と機械的強度に優れた断熱ローラを提供すること。【解決手段】軸芯と、該軸芯の外周に形成される円筒体層を備える断熱ローラであって、該円筒体層は多孔質基材とエアロゲルの複合材料であり、軸芯の外周に多孔質基材の円筒体層を形成する工程、該多孔質基材の円筒体層にエアロゲル前駆体を含浸し、超臨界領域で乾燥する工程を有する方法で得られる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸芯と、該軸芯の外周に形成される円筒体層を備えるローラであって、該円筒体層は多孔質基材とエアロゲルの複合材料であることを特徴とする断熱ローラ。
【請求項２】
前記エアロゲルが、平均径２〜７ｎｍの孔径を有する連続気泡構造体であることを特徴とする請求項１記載の断熱ローラ。
【請求項３】
前記エアロゲルが、シリカエアロゲルであることを特徴とする請求項１又は２記載の断熱ローラ。
【請求項４】
前記円筒体層は、嵩密度０．０５〜０．５ｇ/ｃｍ３、熱伝導率０．０１〜０．１Ｗ／ｍ・Ｋであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の断熱ローラ。
【請求項５】
電子写真装置の熱定着装置で使用されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の断熱ローラ。
【請求項６】
軸芯に、エアロゲルと多孔質基材の複合材料を巻きつける工程を有することを特徴とする断熱ローラの製造方法。
【請求項７】
軸芯の外周に多孔質基材の円筒体層を形成する工程、該多孔質基材の円筒体層にエアロゲル前駆体を含浸し、超臨界領域で乾燥する工程を有することを特徴とする断熱ローラの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸芯と、該軸芯の外周に形成される多孔質基材とエアロゲルの複合材料からなる円筒体層を備える断熱ローラに関し、特に電子複写機やプリンタなどの電子写真装置に搭載される熱定着装置に使用される断熱ローラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
静電複写機、レーザープリンタなどの電子写真装置は、暗中で一様に帯電した感光体表面に光学像を投影すると、感光体表面には光学像に対応した静電気潜像が形成され、その表面に現像剤である帯電トナーを散布して静電気的に付着させて画像を現像し、この感光体表面に前記トナーの帯電とは反対の極性に帯電させた印刷紙の表面を重ねて該トナーを紙面に転写し、この紙面上のトナーを熱定着ローラにより加圧下、加熱、溶融して紙面上に熱定着することにより、画像を複写させるものである。
【０００３】
熱定着ローラにより紙面上のトナーを熱定着する熱定着装置部分としては、通常、熱定着ローラと加圧ローラの２つのローラで構成されたもの、あるいは、熱定着ローラと加圧ローラと搬送ローラの３つのローラで構成され、熱定着ローラまたは加圧ローラのうち何れか一方と、搬送ローラとの間に巻装される無端ベルトを有するものが知られている。すなわち、印刷紙は、その裏面側から加圧ローラ又は無端ベルトを介した加圧ローラで支持され、表面側から加熱された熱定着ローラにより加圧、加熱させて紙面上のトナーが融着して熱定着される。熱定着ローラの温度は、一般的に１５０〜２００℃程度であるが、ローラ昇温時には、オーバーシュートにより、一時的にそれ以上の温度に達する場合も考えられる。
【０００４】
熱定着ローラにより紙面上のトナーを融着させるために、融着可能な高温に加熱されるが、熱定着操作が行われる際、常に熱定着温度より遥かに低温の印刷紙や加圧ローラ、あるいは無端ベルトと接触し、回転するため、その瞬間に、多量の熱エネルギーが奪い取られて冷却される。このため、熱定着ローラは、このような接触による冷却を見込んで、より高い温度に加熱しておく必要があり、消費電力が増大してしまう。従って、加圧ローラには、熱伝導率の小さな性質、すなわち、断熱性が要求される。また、加圧ローラは、高温の熱定着ローラと接触するため、耐熱性と機械的強度も要求される。
【０００５】
これを解決するものとして、軸芯と、該軸芯の外周に形成される多孔質セラミックスの円筒体層からなり、該円筒体層が無機繊維バインダー１００重量部と耐熱性無機質材料とを主成分とし、円筒体層の平均熱伝導率が０．０５〜０．５Ｗ/ｍ・Ｋの断熱性加圧ローラが提案されている（特開２００５−１７３４３３号公報）。
【０００６】
一方、特表２００４−５１７２２２号公報には、エアロゲルと補強用構造物を含んでなる柔軟で耐久性のある軽量絶縁製品として働く複合材料製品であって、前記補強用構造物が、前記エアロゲルの熱性能を同じ材料で出来ているが補強されていないエアロゲル本体と比較した時に実質的に低下させないロフティな繊維バットを含んでなる複合材料製品が開示されている。かかる複合材料製品の熱伝導率は０．０１２４〜０．０１７４Ｗ/ｍ・Ｋと低い。
【特許文献１】特開２００５−１７３４３３号公報
【特許文献２】特開２００４−５１７２２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特開２００５−１７３４３３号公報の断熱性加圧ローラの平均熱伝導率は概ね低いものの、近年、例えば定着ローラのウォームアップ時間の更なる短縮の要求があり、更に熱伝導率の低い断熱ローラが求められている。また、特表２００４−５１７２２２号公報には、複合材料が断熱ローラの円筒体層に好適であることの開示がなく、更に配向性の高い繊維バットを基材としているため、機械的強度が十分ではなく、断熱ローラの円筒体層には使用できないという問題がある。
【０００８】
従って、本発明の目的は、熱伝導率が顕著に低く、耐熱性と機械的強度に優れた断熱ローラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる実情において、本発明者らは鋭意検討を行った結果、軸芯と、該軸芯の外周に形成される円筒体層を備えるローラであって、該円筒体層は多孔質基材とエアロゲルの複合材料である断熱ローラであれば、該円筒体層の熱伝導率が顕著に低く、耐熱性と機械的強度に優れることなどを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明は、軸芯と、該軸芯の外周に形成される円筒体層を備えるローラであって、該円筒体層は多孔質基材とエアロゲルの複合材料であることを特徴とする断熱ローラを提供するものである。
【００１１】
また、本発明は、軸芯に、エアロゲルと多孔質基材の複合材料を巻きつける工程を有する断熱ローラの製造方法を提供するものである。
【００１２】
また、本発明は、軸芯の外周に多孔質基材の円筒体層を形成する工程、該多孔質基材の円筒体層にエアロゲル前駆体を含浸し、超臨界領域で乾燥する工程を有する断熱ローラの製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の断熱ローラは、熱伝導率が顕著に低いため、ローラが１５０℃のような高温に加熱されても、熱を奪い取ることがなく、熱エネルギーを節約できる。本発明の断熱ローラの断熱性は、従来、熱伝導率が低いとされていたセラミックス断熱ローラと比べても遥かに高く、省エネルギー化に大きく貢献できる。また、耐熱性と機械的強度に優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の断熱ローラは、中心から外側に向けて順に、軸芯及び円筒体層からなり、該円筒体層は多孔質基材とエアロゲルの複合材料である。軸芯としては、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、真鍮などの金属製軸芯が使用に耐える剛性を有する点で好ましい。なお、本発明は、軸芯に金属製軸芯を使用した場合に特に顕著な効果を発揮する。すなわち、金属製軸芯の熱伝導率は円筒体層の熱伝導率と比べて遥かに高いため、円筒体層を通して加熱ローラ等からの熱源を奪われ易い。このため、円筒体層の熱伝導率が顕著に小さな本発明の場合、特に有利である。軸芯と円筒体層の間には接着層があってもよい。
【００１５】
円筒体層は多孔質基材とエアロゲルの複合材料からなる。多孔質基材は、円筒体層の強度を高めるために使用される補強材であり、例えば多孔質セラミックス、シリコンゴム又は不織布が挙げられる。円筒体層にこのような多孔質基材を含むため、本発明の断熱ローラは高い耐熱性と機械的強度を有する。
【００１６】
多孔質セラミックスは、低熱伝導率及び低熱容量で表される高断熱性、高耐熱性、高強度のものが好適であり、具体的には、無機質バインダーと耐熱性無機質材料を主成分とするセラミックス（以下、第１のセラミックスとも言う。）及びケイ酸カルシウムを主成分とするセラミックス（以下、第２のセラミックスとも言う。）が挙げられる。
【００１７】
第１のセラミックスは、断熱ローラの円筒体層に用いる公知のセラミックスであり、例えば特開２００４−３０１２９３号に開示されている。第１のセラミックスは、通常、無機質バインダー１００質量部と、耐熱性無機質材料０〜５００質量部とからなるものである。
【００１８】
該無機質バインダーは、焼成工程において自らセラミックス成分となり且つ該無機質材料を相互に固結する材料である。該無機質バインダーとしては、特に限定されるものではないが、例えば、ガラスフリット、コロイダルシリカ、アルミナゾル、シリカゾル、珪酸ソーダ、チタニアゾル、珪酸リチウム、水ガラスなどが挙げられる。これらの無機質バインダーは、１種単独又は２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００１９】
該耐熱性無機質材料としては、繊維状物と粒子状物が挙げられ、繊維状耐熱性無機質材料としては、例えば、アルミナシリカ繊維、アルミナ繊維、クリソタイル、カーボンファイバー、ガラス繊維、スラグウール、シリカ繊維、ジルコニア繊維、石膏ウイスカー、炭化珪素繊維、チタン酸カリウムウイスカー、ホウ酸アルミニウムウイスカー、高珪酸ファイバー、溶融シリカファイバー及びロックウールなどが挙げられる。なお、これらの繊維状耐熱性無機質材料は、１種単独又は２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００２０】
該粒子状耐熱性無機質材料としては、クレー、炭酸カルシウム、タルク、シリカ、アルミ、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、ジルコニア、チタニア、セピオライト、カオリン、ゼオライト、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミノボロシリケート、アルミノシリケート及び多孔質炭素等が挙げられる。また、粒子状耐熱性無機質材料として中空セラミックス、ガラスバルーン等の中空材料を使用することもできる。なお、これらの粒子状耐熱性無機質材料は、１種単独又は２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００２１】
上記の繊維状耐熱性無機質材料の長さまたは粒子状耐熱性無機質材料の長径は、特に限定されず、水中分散性、押出成形性などを考慮し、３ｍｍ以下のものが好ましい。また、繊維状耐熱性無機質材料の直径および粒子状材料の直径は、製品である断熱ローラの内部熱容量をより小さくするためには、やや太い、例えば１〜１５μｍのものが好ましい。また、同様に内部熱容量をより小さくするために内部に気孔を有する中空の繊維状、または粒子状耐熱性無機質材料を使用することも好ましい。
【００２２】
該耐熱性無機質材料は任意成分であるが、耐熱性および強度向上の観点から使用することが好ましい。該耐熱性無機質材料の使用量は、無機質バインダー１００質量部に対して０〜５００質量部、好ましくは１００〜３００質量部である。使用量が５００質量部を超えると、得られる円筒体層の強度が十分でなくなる。
【００２３】
第１セラミックスの嵩密度は、通常０．２〜１．５ｇ／ｃｍ３であり、好ましくは０．２〜１．０ｇ／ｃｍ３であり、その熱容量は１×１０−４〜１．５×１０−３ＫＪ／Ｋ・ｃｍ３であり、熱伝導率は０．１〜１．０Ｗ／ｍ・Ｋ、好ましくは０．１〜０．５８Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００２４】
第２セラミックスにおいて、ケイ酸カルシウムとしては、特に制限されず、ケイ酸質原料とカルシウム原料を水の存在下で水熱反応せしめて生成した化合物である。ケイ酸カルシウムの結晶としては、例えばゾノトライト結晶、トバモライト結晶、不定形Ｃ−Ｓ−Ｈ結晶等が挙げられる。これらの結晶は、単独結晶または２つ以上が混在する結晶であってもよいが、単独結晶が好ましい。特にゾノトライト結晶からなる成形体は軽量で比強度が非常に大きく、耐熱性と断熱性に優れているため好ましい。ゾノトライト結晶は、集合し且つ結合して二次粒子を形成している。このような結晶は、円筒体層表面をＸ線回折することにより容易に特定することができる。
【００２５】
ゾノトライト結晶の二次粒子は、明確な球形状で、粒子表面には針状のゾノトライト結晶が栗のいが状に析出しており、内部が空洞またはそれに近い状態となっている。従って、この二次粒子を用いて成形した場合、非常に嵩高く、熱伝導率及び熱容量が低いものとなる。また、この二次粒子の自己硬化性により、相互に結合しているため、軽量であっても優れた強度も有している。
【００２６】
第２セラミックスの嵩密度は、０．０５〜０．７ｇ／ｃｍ３であり、好ましくは０．２〜０．４ｇ／ｃｍ３である。また、円筒体層のセラミックスの熱容量は、０．０４〜０．６５Ｊ／Ｋ・ｃｍ３であり、好ましくは０．０４〜０．４Ｊ／Ｋ・ｃｍ３である。また、円筒体層のセラミックスの熱伝導率は、０．０１〜０．１５Ｗ／ｍ・Ｋであり、好ましくは０．０６〜０．０９Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００２７】
シリコンゴムとしては、公知のものが使用でき、スポンジ状のものが好ましい。シリコンゴムの嵩密度は、０．４〜１．０ｇ／ｃｍ３、熱伝導率は、０．０８〜０．１８Ｗ／ｍ・Ｋである。また、不織布としては、特に制限されず、アラミド繊維フェルト、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエステル、ガラス繊維、セラミックス繊維などからなる不織布が挙げられる。不織布の嵩密度は、０．１〜０．６ｇ／ｃｍ３、熱伝導率は、０．０５〜０．１２Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００２８】
エアロゲルは、高分子材料によって支えられている連続気泡を有するゲル構造物の孔から格子間の可動溶媒相をこの溶媒の臨界点より高い温度及び圧力下で除去することで生じさせたものである。従って、エアロゲルは密度が低く、平均２〜７ｎｍの球状の微粒子が融合したクラスター構造をしている。また、エアロゲルは平均径２〜７ｎｍの孔径を有する連続気泡構造であり、大きな表面積を有する。エアロゲルは、空気が格子状構造を越えて対流することができないため、効率よく対流による伝熱を抑制する。このため、驚異的な断熱性を示す。気孔の平均的な大きさと密度は、製造時に制御できる。
【００２９】
前記エアロゲルとしては、無機エアロゲル及び有機エアロゲルが挙げられる。無機エアロゲルは、金属のアルコキシドが基になったものであり、シリカ、炭化物及びアルミナなどの材料が含まれる。有機エアロゲルは、炭素エアロゲル及びポリイミド等の重合体エアロゲルが挙げられる。この中、シリカエアロゲルが多くの製造例があり、入手もし易い点で好ましい。エアロゲルの製造方法は例えば特表２００４−５１７２２２号公報に記載されている。
【００３０】
多孔質基材とエアロゲルからなる複合材料の構造は、多孔質基材の構造とエアロゲルの格子状構造の複合構造を採るものである。円筒体層の嵩密度は０．０５〜０．５ｇ/ｃｍ３であり、好ましくは０．１〜０．３ｇ／ｃｍ３である。
【００３１】
また、円筒体層の熱容量は、０．０４〜１．５Ｊ／Ｋ・ｃｍ３であり、好ましくは０．０４〜０．４Ｊ／Ｋ・ｃｍ３である。また、円筒体層の熱伝導率は、０．０１〜０．１Ｗ／ｍ・Ｋであり、好ましくは０．０１〜０．０８Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００３２】
熱容量（ＫＪ／ｃｍ３）は、試料を粉砕し、そのうちの５０ｇを、高温試料投下型比熱測定装置を用いて比熱を測定し、嵩密度の値から算出することができる。また、熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）は、幅１００ｍｍ、厚さ２０ｍｍ、長さ５０ｍｍの平面板状の試験体における表面を、ＪＩＳ Ｒ２６１８ 非定常熱線法に準じて、迅速熱伝導率計ＱＴＭ−５００（京都電子工業株式会社製）により、室温で測定したものである。
【００３３】
多孔質基材とエアロゲルからなる複合材料の製造方法としては、軸芯にエアロゲルと多孔質基材の複合材料を巻きつける工程を有する製造方法（以下、「第１の方法」と言う。）及び軸芯の外周に多孔質基材の円筒体層を形成する工程、該多孔質基材の円筒体層にエアロゲル前駆体を含浸し、超臨界領域で乾燥する工程を有する製造方法が挙げられる（以下、「第２の方法」と言う。）。
【００３４】
第１の方法において、エアロゲルと多孔質基材の複合材料（以下、「エアロゲル多孔質基材」とも言う。）は、不織布などの多孔質基材にエアロゲル前駆体を含浸し、超臨界領域で乾燥することで得られる。エアロゲルがシリカエアロゲルの場合、先ず、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラ-ｎ-プロポキシシランなどのシラン化合物を加水分解させた後、ポリケイ酸エステル、例えばポリジエトキシシロキサンなどの重合体として低いｐＨで安定化させたシリカ前駆体を得る。次いで、シリカ前駆体とエタノールなどのアルコールを混合し、所定時間攪拌混合して、シリカ前駆体溶液を得る。
【００３５】
次いで、例えば多孔質基材を収容した容器内にシリカ前駆体溶液を流し込み、多孔質基材にシリカ前駆体溶液を含浸させる。このシリカ前駆体溶液を攪拌しながらこれに塩酸、硫酸、フッ酸などの酸を添加することでゲル化を起こさせる。シリカ前駆体とアルコールとの配合容量比率は、アルコール１．０に対して、シリカ前駆体０．１〜５．０が好適である。
【００３６】
ゲル化多孔質基材は熟成され、その後、超臨界乾燥処理を行ない、アルコールをゲルから取り除くと多孔質基材を補強基材としたシリカエアロゲル、すなわち、エアロゲル多孔質基材ができる。超臨界乾燥処理は、アルコールを先ず、液体アセトンと置換し、次ぎに二酸化炭素を臨界点上に置くことにより行なうことができる。液体アセトンを使用することにより、良い勾配溶離を実現することができる。最終的にはゲル中の全ての液体を、ゲルの構造を損なうことなく気体と置換する。
【００３７】
軸芯にエアロゲル多孔質基材を巻きつけるには、図１に示すようにテープ状の多孔質基材を側端面を突き合わせて表面が盛り上がらないように螺旋状に巻きつければよい。なお、多孔質基材はエアロゲル多孔質基材を作製する前に予めテープ状にしてもよく、また、エアロゲル多孔質基材をテープ状に切断して次工程に使用してもよい。第１の方法において使用される多孔質基材は、可撓性のものであり、好適には不織布である。
【００３８】
第２の方法において、先ず、軸芯の外周に多孔質基材の円筒体層を形成する工程を行う。軸芯の外周に多孔質基材の円筒体層を形成する工程は、公知の方法で行うことができる。すなわち、多孔質基材が第１のセラミックスの場合、通常、該無機質バインダー及び耐熱性無機質材料の他に、有機質バインダーと、必要によりさらに耐水性有機質材料と、を主成分とする混合物に水を加えて水系混合物を調製する混練工程によって得られた混合物を、成形工程、乾燥工程及び焼成工程とを含む工程を経て第１のセラミックスを製造し、製造物を所定形状に加工した後、軸芯の外周に取り付ける方法が挙げられる。また、多孔質基材がスポンジ状のシリコンゴムの場合、成形型内に軸芯を設置し、注型成形によってシリコンゴムを軸芯の外周に取り付ける方法が挙げられる。
【００３９】
また、多孔質基材が第２のセラミックスの場合、ケイ酸質原料と石灰質原料とを多量の水とともにオートクレーブ中で攪拌しながら高温度に加熱することによりケイ酸カルシウム結晶を得る結晶化工程と、該ケイ酸カルシウム結晶を含むスラリーからケイ酸カルシウム結晶含有成形体を成形する成形工程とを含む工程を経て第２のセラミックスを製造し、製造物を所定形状に加工した後、軸芯の外周に取り付ける方法が挙げられる。第２セラミックスの製造方法は、特開２００６−１７１１７０号公報に詳しく開示されている。
【００４０】
多孔質基材を軸芯の外周に取り付ける方法としては、例えば、円筒状の多孔質基材の中空部に、予め接着剤を塗布しておいた軸芯を挿入する方法、半円筒状の多孔質基材の内側に形成される内面に接着剤を塗布して、一対の半円筒状の多孔質基材を軸芯に被せて固着させる方法、あるいは軸芯と該軸芯の外周に形成された多孔質基材の隙間から接着剤を注入させる方法などが挙げられる。
【００４１】
第２の方法においては、次いで、多孔質基材の円筒体層にエアロゲル前駆体を含浸し、超臨界領域で乾燥する工程を行う。多孔質基材の円筒体層にエアロゲル前駆体を含浸する方法としては、前記エアロゲルと多孔質基材の複合材料を作製する方法と同様の方法で行うことができる。なお、第２の方法において、シリカ前駆体溶液を流し込むのは、軸芯の外周に円筒体状の多孔質基材を取り付けた構造体を収容する容器内となる。第２の方法において使用される多孔質基材は、第１のセラミックス、第２のセラミックス、シリコンゴム及び不織布であり、好適には第１のセラミックス、第２のセラミックス及びスポンジ状シリコンゴムである。
【００４２】
本発明の断熱ローラにおいて、円筒体層の外周には、更にＰＦＡ樹脂のフイルムなどのフッ素樹脂層やガラス層などの無機質層を被覆することができる。このような被覆層は、公知の方法により形成することができる。
【００４３】
軸芯と円筒体層を接着する接着剤としては、硬化後、前述の弾性を示す接着層を形成するものであれば、特に制限されず、公知のものが使用できる。このような接着剤としては、やわらかなペースト状及び流動体を含む、一般的に液状シリコーンゴムと称されるものが挙げられる。液状シリコーンゴムは、常温硬化型と称されるものと加熱硬化型と称されるものが挙げられる。液状シリコーンゴムは、塗布時の２３℃における粘度が５０Ｐａ・ｓ以上、好ましくは２３℃の粘度が１００〜５００Ｐａ・ｓの高粘度な流動体の液状シリコーンゴムであるか、あるいは粘度測定が困難である、やわらかなペースト状の液状シリコーンゴムに属するものが挙げられる。液状シリコーンゴムの粘度が低過ぎると、円筒体層への過剰な染み込みで円筒体層の気孔を閉塞し、また充填する際、不具合が生じ易くなる。
【００４４】
本発明の断熱ローラは、嵩密度が顕著に小さく、熱容量および熱伝導率が顕著に小さいため、断熱性が格段に優れる。また、断熱ローラの円筒体層は従来円筒体層として使用されてきた多孔質基材を補強材として含むため、高い耐熱性と機械的強度を有する。このため、電子複写機やプリンタなどの電子写真装置に搭載される熱定着装置に使用される断熱性が要求されるローラ類に使用することができる。すなわち、本発明の断熱ローラが使用できる用途としては、種々な名称で呼ばれている、例えば、定着ローラ、加圧ローラ、搬送ローラ、補助ローラ、ドライブローラ、剥離ローラ、テンションローラ、駆動ローラ、ガイドローラ等が挙げられる。
【００４５】
次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。なお、実施例および比較例において、表１に記載の各評価項目は以下の試験法により測定した。
【００４６】
（１） 嵩密度（ｇ／ｃｍ３）：試験片の質量と形状寸法から算出される体積とから算出した。
（２）断熱ローラの熱伝導率：図２に示すように、断熱ローラの表面（周面）に測定プローブを当接し、ＪＩＳ Ｒ２６１８ 非定常熱線法に準じて、迅速熱伝導率計ＱＴＭ−５００（京都電子工業株式会社製）により、室温で測定した。なお、断熱ローラの熱伝導率は、測定開始から３０〜６０秒間のΔＴより算出したものである。
（３）１８０℃までの昇温速度試験；図３に示すようにハロゲンランプ２１使用の外径４０ｍｍの加熱ローラ２０に、総荷重３０ｋｇｆで軸芯３１の周りに断熱層３２を付設した断熱ローラ３０を圧接し、回転数１００ｒｐｍにおける加熱ローラ２０が１８０℃まで到達する時間（秒）を測定した。
【実施例１】
【００４７】
（エアロゲル不織布の作製）
アラミド繊維フェルトであって、厚さ２ｍｍ、密度０．１ｇ／ｃｍ３のテープ状の不織布にシリカエアロゲル前駆体を含浸し、超臨界領域で乾燥して作製した。すなわち、先ず、テトラエトキシシランを加水分解させた後、低いｐＨで安定化させたポリジエトキシシロキサン（シリカ前駆体）を得た。次いで、シリカ前駆体とエタノールを混合してシリカ前駆体溶液を得た。次いで、テープ状の不織布を収容した容器内にシリカ前駆体溶液を流し込み、不織布にシリカ前駆体溶液を含浸させた。このシリカ前駆体溶液を攪拌しながらこれに全溶液の２体積％のフッ酸を添加することでゲル化させた。ゲル化不織布は５０℃のエタノール浴に入れて密封した状態で一晩熟成させた。その後、臨界未満及び超臨界炭酸ガス抽出処理を行ない、アルコールを４日間かけてゲルから取り除き、シリカエアロゲルと不織布の複合材料を作製した。なお、テープ状のシリカエアロゲル不織布の一部は切断して熱伝導率の測定に使用した。
【００４８】
（断熱ローラの作製）
外径３６ｍｍ、長さ３００ｍｍのＳＵＳ製の軸芯の外周面にシリコーンゴム接着剤（「ＫＥ４５」；（信越化学社製））を塗布し、シリカエアロゲル不織布をスパイラル状に巻きつけた。次いで、シリカエアロゲル不織布の外周面に前記同様のシリコーンゴム接着剤を塗布し、厚さ３０μｍのＰＦＡチューブを挿入して断熱ローラを作製した。なお、２つの接着層は硬化後の厚みがそれぞれ５０μｍとなるように塗布した。
【００４９】
得られた断熱ローラについて、ローラ熱伝導率を測定し、また、１８０℃までの昇温速度試験を行った。それらの結果を表１に記載した。また、断熱ローラの熱伝導率を加熱後〜６０秒までの一定時間経過毎の熱伝導率も測定した。初期より６０秒までのΔＴより算出される熱伝導率が変化しない場合が、軸芯の影響を受けず断熱性が高いといえる。その結果を図４に示す。
【実施例２】
【００５０】
（ゾノトライト結晶の生成）
石灰質原料としての生石灰（１５０メッシュの足立生石灰）を２４倍量の９０℃の熱水に投入し、１６０ｒｐｍで回転する攪拌翼で攪拌しながら３０分間消化して石灰乳を得た。次いで、得られた石灰乳にケイ酸質原料としての珪石粉末（伊豆珪石特粉Ｄ）をＣａＯ/ＳｉＯ２モル比が１．０となるように添加し、同時に、生石灰と珪石粉末との合計量の３０倍量の水を加えて均一なスラリーとし、オートクレーブ中、１２０ｒｐｍで攪拌しながら、圧力１６ｋｇ/ｃｍ２で４時間水熱反応させた。得られたスラリー中の固形物は実質的にゾノトライト結晶からなり、針状結晶が多数集合した直径３０〜１３０μｍの球状の二次粒子を形成していた。
【００５１】
（スラリーの調整）
該スラリーにゾノトライト結晶１００重量部に対して７重量部のポルトランドセメント（「普通ポルトランドセメント」；宇部三菱セメント社製）、５重量部のガラス繊維（「ＥＣＳ１３１−３３Ｇ」；日本電気硝子社製）、固形分換算で１００ｐｐｍの凝集剤（「サンフロックＮ−０Ｐ」三洋化成工業社製）を添加して混合して脱水プレス成形用のスラリーを得た。該スラリーを型枠に流し込み、成形圧力１０ｋｇｆ/ｃｍ２で脱水プレス成形したのち、１００℃で１２時間乾燥して、長さ３５０ｍｍ、幅３５０ｍｍ、厚さ３０ｍｍ、密度０．２０ｇ／ｃｍ３のボード状の成形体を得た。
【００５２】
（断熱ローラ中間体の作製）
得られたボード状の成形体から、縦４０ｍｍ、横４０ｍｍ、長さ３００ｍｍの角柱状の成形体片を切出した。該成形体片の長さ方向に沿った中心に直径３６．４ｍｍの貫通孔を形成した。該貫通孔に予め常温硬化型シリコーンゴム接着剤（「ＫＥ４２２」信越化学工業社製）を塗布しておいた後、ステンレス製の軸芯を挿入した。成形体片が軸芯に固着したことを確認したのちに、成形体片の外径を研削して肉厚２ｍｍの円筒体状の表面層を得た。
【００５３】
（断熱ローラの作製）
前記断熱ローラ中間体の円筒体状の表面層にシリカエアロゲル前駆体を含浸させ、超臨界領域で乾燥して作製した。すなわち、先ず、テトラエトキシシランを加水分解させた後、低いｐＨで安定化させたポリジエトキシシロキサン（シリカ前駆体）を得た。次いで、シリカ前駆体とエタノールを混合してシリカ前駆体溶液を得た。次いで、前記断熱ローラ中間体を収容した容器内にシリカ前駆体溶液を流し込み、円筒体状の表面層にシリカ前駆体溶液を含浸させた。このシリカ前駆体溶液を攪拌しながらこれに全溶液の２体積％のフッ酸を添加することでゲル化させた。ゲル化断熱ローラ中間体は５０℃のエタノール浴に入れて密封した状態で一晩熟成させた。その後、臨界未満及び超臨界炭酸ガス抽出処理を行ない、アルコールを４日間かけてゲルから取り除き、シリカエアロゲルとケイ酸カルシウムの複合材料からなる断熱層を有する断熱ローラを得た。次いで、この断熱層の表面に前記同様の常温硬化型シリコーンゴム接着剤を塗布し、厚さ３０μｍのＰＦＡチューブを挿入して断熱ローラを作製した。なお、軸芯側の接着層は硬化後の厚みが２００μｍ、外周面の接着剤厚みは５０μｍとなるように塗布した。この断熱ローラは２本作製し、２本の中の１本は断熱層の熱伝導率の測定用に使用した。
【００５４】
得られた断熱ローラについて、ローラ熱伝導率を測定し、また、１８０℃までの昇温速度試験を行った。それらの結果を表１に記載した。
【００５５】
比較例１
シリカエアロゲル処理のアラミド繊維フェルトに代えて、シリカエアロゲル処理を行わない密度０．２６ｇ／ｃｍ３のアラミド繊維フェルトを使用した以外は、実施例１と同様の方法で断熱ローラを作製した。その結果を表１に示した。また、実施例１と同様に、一定時間経過毎の熱伝導率を測定した。その結果を図４に示す。
【００５６】
比較例２
（円筒体層の調製）
組成物の配合組成が、ガラス繊維１００質量部、無機質バインダーとしてガラスフリット１００質量部、可燃性有機物質としてポリエチレン粒子６０質量部および有機質バインダーとしてメチルセルロース２０質量を水１２５質量部に混合して水系混合物とし、この混合物を双腕型ニーダで、混練して可塑性混合物を得た後、この可塑性混合物を押出成形して円筒体を得た。得られた円筒状の成形体を、１０５℃で５時間乾燥して硬化し、ついで３００〜４００℃までの範囲で合計２４時間加熱して、含有されるポリエチレン粒子およびメチルセルロース成分を焼失させ、その後、さらに大気中にて６００℃３時間焼成して、無機質バインダーを融着させて、無機質成分を一体化させた、外径４１ｍｍ、内径３６．４ｍｍ、長さ３００ｍｍの円筒状の低嵩密度セラミックス体２本を得た。
【００５７】
（断熱ローラの作製）
外径３６ｍｍ、長さ３００ｍｍのＳＵＳ製の軸芯の外周面と、２本の中の１本の円筒状の低嵩密度セラミックス体の内周面に、ペースト状の常温硬化型シリコーンゴム接着剤（「ＫＥ４２２」信越化学工業社製）を塗布し、その後、円筒状の低嵩密度セラミックスの中空部に軸芯を挿入し、外径を直径４０ｍｍに研削して軸芯、接着層および円筒体層とからなる断熱ローラを得た。なお、軸芯の接着層は硬化後の厚みが２００μｍとなるように塗布した。次いで、この断熱層の表面に前記同様の常温硬化型シリコーンゴム接着剤を塗布し、厚さ３０μｍのＰＦＡチューブを挿入して断熱ローラを作製した。なお、外周面の接着剤厚みは５０μｍとなるように塗布した。
【００５８】
残りの低嵩密度セラミックス体について、前記の方法で嵩密度を測定し、また、セラミックスローラについて、ローラ熱伝導率を測定し、また、１８０℃までの昇温速度試験を行った。それらの結果を表１に記載した。また、実施例１と同様に、一定時間経過毎の熱伝導率を測定した。その結果を図４に示す。
【００５９】
比較例３
（断熱ローラの作製）
外径３６ｍｍ、長さ３００ｍｍのＳＵＳ製軸芯の外周面にプライマーを塗布し、注型成形用の成形型に３０μｍのＰＦＡチューブとともにセットし、発泡シリコンゴムを注型成形後、加熱硬化し、軸芯と円筒体層とからなる断熱ローラを得た。シリコンゴムローラについて、ローラ熱伝導率を測定し、また、１８０℃までの昇温速度試験を行った。それらの結果を表１に記載した。
【００６０】
【表１】
2008145832.tif 000002
【００６１】
表１の結果から、実施例１及び２はローラ熱伝導率が０．０５Ｗ/ｍＫ及び０．０８Ｗ/ｍＫと驚異的に低い値を示した。また、１８０℃までの昇温速度が２４秒及び２８秒と顕著に短かった。また、図４の結果から、実施例１は、加熱開始から６０秒経過後も熱伝導率の値に全くの変化がなかった。実施例及び比較例の断熱ローラの軸芯には熱伝導率が高い金属が使用されており、また、肉厚が２ｍｍと薄いため、測定プローブの熱を奪い易い構造であること、また、従来から、断熱性が高いと言われている比較例１及び２の結果が熱を奪っていることを考慮すると、実施例１の結果が驚異的なものであることが判る。また、実施例品は、いずれも断熱ローラとしての機械的強度は十分であった。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】軸芯に多孔質基材をスパイラル状に巻き付ける方法を説明する図。
【図２】断熱ローラの熱伝導率を測定する方法を説明する図。
【図３】昇温速度試験装置を説明する図。
【図４】断熱ローラの熱伝導率測定方法において、加熱開始からの時間と熱伝導率の関係を示す図。
【符号の説明】
【００６３】
１  軸芯
２  スパイラル状に巻かれた多孔質基材
３  円筒体層
４  測定プローブ
１０、１０ａ  断熱ローラ
２０  加熱ローラ
２１  ハロゲンランプ
３０  断熱ローラ
３１  軸芯
３２  断熱層
【図１】
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【図２】
2008145832.tif 000004
【図３】
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【図４】
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