(57)【要約】  紙の製造、特に、カレンダー処理の使用に適するドクターブレード１０が提供される。ドクターブレードは、大部分の繊維がドクターブレードの長手方向に略平行な方向に配された複数の複合材の層３２を備えている。
2005515312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸回りに回転するロール部材のロール面に対して使用する長軸のドクターブレードであって、
樹脂が含浸された複数の研磨用一方向繊維を有する複合材を備えていることを特徴とするドクターブレード。
【請求項２】
前記複合材の多数の層による積層体を備えていることを特徴とする請求項１に記載のドクターブレード。
【請求項３】
前記一方向繊維が、ガラス繊維、セラミック、及び、これらの混合物からなるグループから選択されてなることを特徴とする請求項１に記載のドクターブレード。
【請求項４】
前記一方向繊維が、ガラス繊維を備えていることを特徴とする請求項３に記載のドクターブレード。
【請求項５】
前記一方向繊維が、主に長い連続繊維からなることを特徴とする請求項１に記載のドクターブレード。
【請求項６】
前記一方向繊維が、全体重量の少なくとも６０％以上を前記一方向繊維が占める一方向織物から供給されていることを特徴とする請求項１に記載のドクターブレード。
【請求項７】
前記一方向織物の重量の少なくとも７５％が一方向繊維とされていることを特徴とする請求項６に記載のドクターブレード。
【請求項８】
前記一方向織物の重量の少なくとも９０％が一方向繊維とされていることを特徴とする請求項６に記載のドクターブレード。
【請求項９】
前記一方向織物が、第二の繊維を備えていることを特徴とする請求項６に記載のドクターブレード。
【請求項１０】
前記一方向繊維の外径が、前記第二の繊維の外径と等しい、又は、それよりも大きいとされていることを特徴とする請求項９に記載のドクターブレード。
【請求項１１】
前記一方向繊維の外径が、略４５０μｍから１５００μｍとされ、
前記第二の繊維の外径が、略４００μｍから７００μｍとされていることを特徴とする請求項１０に記載のドクターブレード。
【請求項１２】
前記一方向織物が、非研磨性繊維をさらに備えていることを特徴とする請求項６に記載のドクターブレード。
【請求項１３】
前記非研磨性繊維が、炭素、レーヨン、アラミド、ポリエステル、及び、これらの混合物からなるグループから選択されてなることを特徴とする請求項１２に記載のドクターブレード。
【請求項１４】
前記非研磨性繊維が、長手方向に対して略垂直方向に配向された炭素繊維を備えていることを特徴とする請求項１３に記載のドクターブレード。
【請求項１５】
前記一方向織物の単位面積当たりの重量が、略２３０から６１０ｇ／ｍ２の範囲内とされていることを特徴とする請求項６に記載のドクターブレード。
【請求項１６】
前記樹脂が熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項１に記載のドクタブレード。
【請求項１７】
前記樹脂がエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１に記載のドクタブレード。
【請求項１８】
前記樹脂のガラス転移温度が、略６５〜３１５℃とされていることを特徴とする請求個１に記載のドクターブレード。
【請求項１９】
前記樹脂のガラス転移温度が、略８５〜３１５℃とされていることを特徴とする請求個１８に記載のドクターブレード。
【請求項２０】
前記樹脂が、ガラス小球体、ガラス繊維、ガラス砕片、合成或いは工業用ダイアモンド片、シリカ片、シリコンカーバイド片、ボロン片、ジルコニウム片、酸化アルミニウム片、及び、これらの混合物からなるグループから選択されてなる研磨用添加剤をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のドクターブレード。
【請求項２１】
樹脂が含浸された複数の研磨用一方向繊維を有するドクターブレードを、その長手方向が前記ロール部材の回転軸と略平行となるように配して、前記ロール部材のロール面に近接させる第一工程と、
前記ロール面に前記ドクターブレードの刃端部を押付ける第二工程とを備えていることを特徴とする回転軸回りに回転するロール部材のロール面のクリーニング方法。
【請求項２２】
樹脂が含浸された複数の研磨用一方向繊維を有するドクターブレードを、その長手方向が前記ロール部材の回転軸と略平行となるように配して、前記ロール面に近接させる第一工程と、
前記ロール面に前記ドクターブレードの刃端部を押付ける第二工程とを備えていることを特徴とする回転軸回りに回転するロール部材のロール面の仕上げ方法。
【請求項２３】
前記ドクターブレードの前記刃端部を前記ロール部材の稼動中ほぼ連続して前記ロール面に接触させ続けることを特徴とする請求項２１又は２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記第一工程が、略２５〜３０度の操作角度で前記ドクターブレードを配する工程を備えていることを特徴とする請求項２１又は２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記第二工程における前記ドクターブレードの圧力を略８５〜７００Ｎ／ｍとすることを特徴とする請求項２１又は２２に記載の方法。
【請求項２６】
前記第二工程における前記ドクターブレードの圧力を略１７５〜４４０Ｎ／ｍとすることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記ロール面の表面粗さを略０．０２５〜０．２０μｍＲａとさせることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２８】
前記ロール部材の表面粗さを略０．０５〜０．１３μｍＲａとさせることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記ドクターブレードの有効寿命の間、前記ロール面の表面粗さを略０．０２５〜０．２０μｍＲａに維持することを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項３０】
前記ドクターブレードの有効寿命の間、前記ロール面の表面粗さを略０．０５〜０．１３μｍＲａに維持することを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
一方向繊維を含む複合材に樹脂を含浸させる工程を備えていることを特徴とするドクターブレードの製造方法。
【請求項３２】
前記樹脂が含浸された複数の前記複合材の層を積み重ねて積層構造とする工程をさらに備えていることを特徴とする請求項３１に記載のドクターブレードの製造方法。
【請求項３３】
温度と圧力とを上昇させて前記複合材に含浸された樹脂を硬化させる工程をさらに備えていることを特徴とする請求項３１又は３２に記載のドクターブレードの製造方法。
【請求項３４】
硬化させた前記複合材を複数のドクターブレードに切断する工程をさらに備えていることを特徴とする請求項３３に記載のドクターブレードの製造方法。
【請求項３５】
前記一方向繊維が、ガラス繊維、セラミック、及び、これらの混合物からなるグループから選択されることを特徴とする請求項３１に記載のドクターブレードの製造方法。
【請求項３６】
前記一方向繊維が、ガラス繊維を備えていることを特徴とする請求項３５に記載のドクターブレードの製造方法。
【請求項３７】
前記一方向繊維が、主に長い連続繊維からなることを特徴とする請求項３１に記載のドクターブレードの製造方法。
【請求項３８】
前記一方向繊維が、全体重量の少なくとも６０％以上を前記一方向繊維が占める一方向織物から供給されていることを特徴とする請求項３１に記載のドクターブレードの製造方法。
【請求項３９】
前記一方向織物の重量の少なくとも７５％が一方向繊維とされていることを特徴とする請求項３８に記載のドクターブレードの製造方法。
【請求項４０】
前記一方向織物の重量の少なくとも９０％が一方向繊維とされていることを特徴とする請求項３９に記載のドクターブレードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合材ドクターブレード（composite doctor blade） に関する。特に本発明は、製紙業、例えば、印刷用紙のカレンダー装置に使用する複合材ドクターブレードに関する。ここで、カレンダー及びこれに類する用語は、ここではカレンダー紙の製造に用いる装置であって、スーパーカレンダーにおける独立したカレンダーユニットや、カレンダー装置、グロスカレンダー装置、及び、ニップカレンダー装置のような製紙装置内のカレンダーユニットのことをいう。
【背景技術】
【０００２】
ドクターブレードは、製紙装置用のロール部材におけるロール面に付着した様々なものを除去する際に広く使用されている。そのドクターブレードの特性上、ロール面から汚染物を取り除く際に、ロール面、ドクターブレードそのもの、又はこれら両方を摩耗させる。また、紙の成分、特にコーティング成分は、摩耗しやすく、かつ、製紙装置のロール部材のロール面が研磨され磨耗する傾向がある。従来のドクターブレードは、例えば、鋼、ステンレス鋼、ニッケル、青銅、或いは、金属若しくはセラミックスのコーティングがされた金属、プラスチック又は、繊維強化ポリマー材料のような複合材から構成されている。例えば、カレンダーロールのようなロール部材１２のロール面１６に対してドクターブレード２を配した典型的な製紙装置の概要を図１に示す。図１に示すように、ドクターブレードは、通常４５度に傾斜した刃端部１４を備えている。
【０００３】
一般に金属製のブレードは、装置の方向、すなわち、製紙用ロール部材の回転軸との直交方向に高い剛性と優れた研削性とを有している。ここで、製紙工程における装置の方向とは、通常、製紙装置内を通過するペーパーウェブの進行方向を指し、図１において矢印１８で示す方向を指す。このようなブレードは、腐食しやすくロール部材を極度に摩耗させてしまう。
【０００４】
プラスチックブレードは、金属製ブレードに不適な場所に使用される。しかしながら、一般的にプラスチックブレードは、製紙工程において通常晒される温度環境下では剛性が低下し、劣化しやすいという欠点を有している。
【０００５】
複合材で構成されるブレードは、一般的に、樹脂が含浸された複数の繊維層から構成されており、各繊維層は、装置の方向と、これとの直交方向、すなわち、製紙用ロール部材の回転軸に平行な方向とのそれぞれに沿って延びる繊維が、それぞれ一定の割合で織られた織物構造とされている。ここで、機械に垂直な方向とは、ペーパーウェブの進行方向に垂直な方向、すなわち、製紙用ロール部材の回転軸に平行な方向として図２の矢印２０に示す方向をいう。複合材からなるブレードは、金属製のブレードよりも速く摩耗するが、金属製のブレードよりもロール面の磨耗が少ない。ブレード寿命が短いということは、複合材ブレードの欠点とされており、耐摩耗性の向上が多くのドクター応用分野にとって望まれている。ロール部材の極度の摩耗が紙の最終的な特性に有害な影響を与えるため、従来のカレンダー処理において、通常、複合材ドクターブレードの摩耗が許容されている。
【０００６】
複合材ドクターブレードは、ニップ部の圧力やロール部材の温度が比較的高い状況とされるオンライン上のカレンダーによく使用される。このような稼動状況では、カレンダーのロール面に多くの添加剤や汚染物が付着しやすい。そのため、ロール部材を継続的に修繕しない場合には、添加剤や汚染物が許容値を超えて堆積してしまい、つや、すべりといった最終的な紙の特性に直接影響を及ぼしてしまう。さらに、破片や汚染物による摩耗によってロール面が劣化し、最終的には修復不可能な状態となってしまう。このようなロール面の劣化は、カレンダー処理の際にペーパーウェブの全幅に亘ってムラを生じさせるような凹凸面となることによるロール性能の低下を引き起こす。そこで、高生産性及び高効率性下で紙質を一定に維持するため、稼動される間、カレンダー用ロール部材の汚染物を除去するためのほぼ連続した修繕が行われる。その結果、複合材ドクターブレードの耐摩耗性と寿命との向上が様々な方法によって行われてきている。
【０００７】
カレンダー用ロール部材の耐摩耗性を向上させるために、カレンダー処理における運転条件に対して様々な努力が払われている。このような方法として、ロール性能の低下につながるロール面の劣化を防止するため、ロール面に薄い溶射コーティング層を形成させる方法が多用されつつある。ここで溶射（thermal spray）とは、通常粉末状態のものを、プラズマ、高速の酸素―燃焼剤混合ガス（ＨＶＯＦ）、又は、溶射ガンといった三つの標準的なプロセスの何れかによって加熱して、ロール面に溶着させることをいう。このような溶射コーティングは、セラミック、又は、金属を母材として行われる。溶射コーティングされたロール面は、表面粗さが非常に小さいものとされ、光沢塗被紙の製造に使用されるロール部材に必要な高い特性を得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した溶射コーティングは、ペーパーウェブが破断した際にロールに巻かれた紙を剥がすような断続的に行われる修繕作業時に、ロール面に擦り傷が生じないようにしている。しかしながら、一般に、溶射コーティングされたロール部材の場合、ほぼ連続的に行われる修繕の際には、ロール面に劣化を生じさせてしまう。溶射コーティングされたロール面は、長時間の使用によってドクターブレードの作用や汚染物によってその表面が変形して粗くなる。そして、このようなロール形状やロール面粗さが紙質に悪影響を及ぼす程度にまで劣化したとき、ロール部材がロール面の研削のために取り外される。このような研削工程は、生産性の低下とそれに伴うコスト増に重大な影響を与えてしまう。加えて、この研削工程は、ロール面から様々な溶射コーティング層を除去してしまう。このような溶射コーティング層は、ロール部材の製造コストや設備の中で大きな割合を占めており、溶射コーティングのコストの削減が強く望まれている。
【０００９】
複合材ドクターブレードの耐摩耗性を向上させることは、ロール面の劣化をより速めることになってしまう。一方、ドクターブレードの交換に伴う製造プロセスの中断を最小限にするためには、所定の耐摩耗性レベルを要する。溶射コーティングされたロール面からほぼ常時汚染物を好適に除去可能な、実用上十分な耐摩耗性を備え、溶射コーティングの劣化を最小限に抑えてロール面粗さを低いレベルに維持可能なドクターブレードが要求されている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、ドクターブレードが、ドクターブレードの長手方向と平行な方向に並べられた研磨性を有する一方向繊維を多数備えているので、ロール面の劣化を最小限に抑えてロール面から汚染物を除去することができる。また、ロール面への重大な損傷なく稼動中のロール面に連続して接触させることができる。
【００１１】
また、本発明に係るドクターブレードによれば、製紙装置、特に、カレンダー装置に好適に使用することができる。また、本発明に係るドクターブレードによれば、紙の製造に必要な劣化のない清浄なロール面にするための研磨性を備えることができる。さらに、本発明に係るドクターブレードは、長手方向及びその垂直方向の両方向の剛性を適切な修繕に必要なまでにすることができる。また、本発明に係るドクターブレードは、摩耗の進行を従来よりも遅らせるとともに均一にすることができる。また、本発明に係るドクターブレードは、ロール面の表面粗さを設計時のレベルに維持することができる。
【００１２】
本発明は、ドクターブレードが、樹脂が含浸された複数の一方向繊維を有する複合材を備えていることを特徴とする一側面を有するが、さらに、以下に示すより好ましい特徴を備えている。
【００１３】
すなわち、本発明に係るドクターブレードは、前記複合材の多数の層による積層体を備えていることを特徴とする。また、本発明に係るドクターブレードは、前記一方向繊維が、ガラス繊維、セラミック、及び、これらの混合物からなるグループから選択されてなることを特徴とする。前記一方向繊維は、長い連続繊維、或いは、これらの撚り糸からなることが好ましい。この繊維は、ガラス繊維がより好ましい。また、前記一方向繊維が、一方向織物から供給されていることを特徴とする。この一方向織物は、その全体重量の少なくとも６０％以上が前記一方向繊維とされており、好ましくは少なくとも７５％、さらに少なくとも９０％以上が好ましい。残りの繊維は、ここでは第二の繊維とするが、長手方向と平行な方向以外の方向に揃えられているのが好ましい。また、前記一方向繊維の外径は、前記第二の繊維の外径と等しいか、それよりも大きいとされていることを特徴とする。また、前記一方向繊維の外径が、略４５０〜１５００μｍとされ、前記第二の繊維の外径が、略４００〜７００μｍとされていることが好ましい。本発明に係るドクターブレードは、前記一方向織物が、炭素、レーヨン、アラミド、ポリエステル、及び、これらの混合物からなるグループから選択されてなる非研磨性繊維をさらに備えていることを特徴とする。この前記非研磨性繊維は、長手方向に対して略垂直方向に配向された炭素繊維を備えていることが好ましい。また、前記一方向織物の単位面積当たりの重量が、略２３０〜６１０ｇ／ｍ２の範囲内とされていることを特徴とする。前記樹脂が熱可塑性樹脂、又は、エポキシ樹脂、すなわち、エポキシド、オキシレン、エソキシレンを備えていることを特徴とする。この樹脂のガラス転移温度（以下、Ｔｇと称する。）は、略６５〜３１５℃が好ましく、略８５〜３１５℃がより好ましい。また、前記樹脂が、ガラス小球体、ガラス繊維、ガラス砕片、合成或いは工業用ダイアモンド片、シリカ片、シリコンカーバイド片、ボロン片、ジルコニウム片、酸化アルミニウム片、及び、これらの混合物からなるグループから選択されてなる研磨用添加剤をさらに備えていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の他の側面としては、樹脂が含浸された複数の研磨用一方向繊維を有するドクターブレードを、その長手方向が前記ロール部材の回転軸と略平行となるように配して、前記ロール部材のロール面に近接させる第一工程と、前記ロール面に前記ドクターブレードの刃端部を押付ける第二工程とを備える回転軸回りに回転するロール部材のロール面のクリーニング方法を提供することである。
【００１５】
また、上述した方法によって、ロール面の仕上げを行うこともできる。
【００１６】
本発明は、さらに、以下に示すより好ましい特徴を備えている。すなわち、本発明に係る上述の方法は、前記ドクターブレードの前記刃端部を前記ロール部材の稼動中にほぼ連続的に前記ロール面に接触させ続けることを特徴とする。また、前記第一工程が、略２５〜３０度傾いた操作角度で前記ドクターブレードを配することを特徴とする。また、前記第二工程における前記ドクターブレードの圧力を略８５〜７００Ｎ／ｍ、好ましくは、略１７５〜４４０Ｎ／ｍとすることを特徴とする。また、ロール面の仕上げの際には、前記ドクターブレードの有効寿命の間、前記ロール面の表面粗さを略０．０２５〜０．２０μｍＲａ、好ましくは、０．０２５〜０．２０μｍに維持することを特徴とする。
【００１７】
本発明の他の側面としては、一方向繊維を含む複合材に樹脂を含浸させる工程を備えていることを特徴とするドクターブレードの製造方法を提供することである。また、本発明は、さらに、以下に示すより好ましい特徴を備えている。すなわち、前記樹脂が含浸された複数の前記複合材の層を積み重ねて積層構造とする工程をさらに備えていることを特徴とする。また、温度と圧力とを上昇させて前記複合材に含浸された樹脂を硬化させる工程をさらに備えていることを特徴とする。また、硬化させた前記積層された複合材を、それぞれ長手方向の軸を有する複数のドクターブレードに切断する工程をさらに備えていることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る他の特徴や効果については、以下の詳細な説明や図面に示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１に示す複合材ドクターブレード２は、その刃端部１４が矢印２２に示す方向の軸回りに回転する製紙用ロール部材１２のロール面１６から汚染物を除去可能にロール部材１２に対して配されている。また、装置の方向を矢印１８に示し、これに交差する方向を矢印２０に示す。以下、ドクターブレードは、図１に示す状態及び方法で使用されるものとして説明する。
【００２０】
図２及び図３に示すように、本発明に係るドクターブレード１０は、それぞれ多数の一方向繊維３１を有する複数の複合層３２と複数の繊維状の補強層３０とから構成される積層体を備えている。複合層３２は、ドクターブレード１０の長手方向に略平行方向に配された一方向繊維３１が積層されてなるものを備えている。補強層３０は、複合層３２と異なり、補強層３０を構成する繊維の多くがドクターブレード１０の長手方向と平行ではない方向とされて配されている。補強層３０は、ドクターブレードに、剛性や強度といった補強、及び、適度な厚みを持たせるための積層体を備えている。図２及び図３に、繊維の方向を略した補強層３０の概要を示すが、補強層３０は、織物であっても不織布であってもよく、また、繊維の方向は装置の方向であっても、２方向、若しくは、それ以上の方向とされていても構わない。
【００２１】
図２及び図３にそれぞれ示す本発明に係るドクターブレード１０の実施形態では、９層の積層構造とされている。一般的に、ドクターブレードは５層から２０層とされているが、ドクターブレード１０に要求される厚さによってはそれ以上の層とされる場合もある。このような複合材ドクターブレードに適する層数は、当業者には周知のように個々の修繕要求に基づいて決められる。複合層３２及び補強層３０のそれぞれには、これらの層が積層されるようにエポキシ樹脂又は熱可塑性樹脂が含浸されており、圧力・温度下で固着されて単一の積層構造体とされる。
【００２２】
図２に示す実施形態におけるドクターブレード１０は、補強層３０と複合層３２とが交互に積層されて形成されている。補強層３０は、二方向又はそれ以上の方向に亘って織物構造とされたガラス繊維を備えていることが好ましい。図２に示す実施形態に係るドクターブレード１０は、ロール面への顔料付着を増加させる原因となる例えば略４〜１０％といった比較的高い含水率の塗被ペーパーウェブのカレンダー処理用として比較的高い研磨性が要求される場合に適している。
【００２３】
図３に示す実施形態におけるドクターブレード１０では、複合層３２が中央部に積層され、補強層３２がその外側に積層されている。補強層３０は、炭素繊維を備えていることが好ましい。図３に示す実施形態では、例えば、略１から４％の含水率の比較的乾燥してロール面への汚染物が少ないペーパーウェブを使用するカレンダーユニット用として研磨性の要求が少ないドクターブレードに適している。  
【００２４】
ドクターブレード１０の積層体における積層構造は、図２では補強層３０とされ図３では複合層３２とされる中央層３４を中心としてほぼ対称に積層されたものとされている。中央層３４についての対称構造としない場合には、ドクターブレードの長手方向に対して曲げ、又は、ねじれを生じるおそれがある。
【００２５】
複合層３２の繊維としては、ガラス繊維、セラミック繊維、これらを混合した繊維が適するが、ガラス繊維が好ましい。ここで、繊維（fiber）という用語は、幅よりも大きい長さをもった一本の糸状体（filament）或いは複数の糸状体からなるストランドを含むものとする。複合層は、比較的短い繊維片（fibrous segment）、又は、ドクターブレードの長手方向に長い連続繊維を備えている。複合層は、主に長連続繊維を備えていることが好ましい。
【００２６】
複合層に用いられる繊維としては、製紙用ロール部材のロール面を形成する鋳鉄、チルド鋳鉄、鋳鋼、又は、セラミック若しくは金属の母材を含む溶射コーティングに対して十分な研磨性を有するものが適しており、これによってロール面を清浄に、かつ／又は、研磨することができる。また、複合層の繊維としては、ドクターブレードの長手方向に強度を与えるような十分な硬さのものが適している。そのため、複合層を構成する繊維に十分な硬さがない場合には、柔軟性の大きいドクターブレードとなってしまい、ロール面のクリーニングのために圧力を加えた際に、ドクターブレードが曲がりやすくなりロール面の修繕効果が得られない。
【００２７】
一方向繊維は、通常、織物（fabric）の形で提供される。一方向繊維を有する織物は、所定の割合の繊維が、他の繊維とは異なる方向に織り込まれた構造であっても当分野では「一方向織物」とみなされている。本実施形態では、ドクターブレードの長手方向に配された主な繊維とは異なる方向に配された、一方向繊維を含む他の繊維を「第二の繊維」と称して説明する。第二の繊維は、樹脂の含浸時や積層時にそれぞれの一方向繊維がばらばらにならないようにするための基本構造として使用される。このような第二の繊維は、主に製紙用ロール部材のロール面を構成する材料に対して研磨性を有している。好適な一方向織物は、重量の６０％を一方向繊維が占めているが、好ましくは少なくとも７５％、より好ましくは９０％以上となるものが適している。
【００２８】
一方向織物は、織物構造とされているものが好ましく、樹脂の含浸時やドクターブレードの製造時にその形状を保持することができる。ドクターブレードの製造の際、大きな一方向織物シートと望ましくは補強層とに樹脂を含浸させる。含浸の後、含浸させたこれらの層を重なり合わせて積層する。この積層体に高温高圧を付加して樹脂を硬化させ、各層を接着する。そして、硬化した積層体を、それぞれ長手方向を有する一つの、又は、複数のドクターブレードに切断する。
【００２９】
一方向織物は、さらに、少ない割合ではあるが、炭素、レーヨン、コットン、アラミドすなわち芳香族ポリアミド、ポリエステル、及び、これらの混合物のような非磨耗性の繊維を備えている。このような非磨耗性繊維は、摩耗性の低下或いは構造上の強度といった他の側面を提供するものとして使用される。非磨耗性繊維の方向は、装置の方向、或いは、これと交差する方向、若しくは複数の方向にすべて揃えられている。非摩耗性繊維の方向は、ドクターブレードに強度を与えることから重要な要素とされている。例えば、本発明に係る実施形態においてはドクターブレードの磨耗を減らして強度を付加するために、一方向織物に炭素繊維の織物を使用している。ブレードの長手方向に強度が必要な場合には、炭素繊維の向きを長手方向に略平行に配する。また、ドクターブレードの幅方向に強度が必要な場合には、長手方向に略直交方向に炭素繊維を配する。ここで、非磨耗性繊維がガラス転移温度Ｔｇを有する場合には、ドクターブレードが使用されるロール部材の表面温度よりも高い温度となるようにすべきである。もし、繊維のＴｇがロール面の温度と同じか、又は、低い場合には、溶けた繊維がロール面の汚染物となってしまう。ここで、当業者であれば、個々の修繕状況に応じて摩耗を減らし、及び／又は、強度を高めるために最適な非磨耗性繊維を選択できる。
【００３０】
従来の技術による複合材ドクターブレードを使用する場合、ロール面から取り除いた顔料や汚染物がドクターブレードの作業面、すなわちロール面に当接されるブレード面の繊維の間の隙間や割れ目を塞いでしまい、ブレードの効果を低減してしまう。これに対し、本発明に係るドクターブレード１０では、一方向繊維の方向が装置の方向と交差する方向とされているので、上述のような隙間や割れ目がほとんどなく、顔料や汚染物の詰まりが少ない。また、一方向繊維がロール面と平行に装置の方向と交差して配されているので、図２及び図３に示す複合層３２も、より多くの繊維の表面をロール面に晒している。稼動中、ドクターブレードの作用面における一方向繊維は、隣接する一方向繊維が次々と表面に表れてばらばらにされていく。この分解が図１に示すドクターブレードの刃端部１４の作用面を再生することとなる。一方向繊維は通常非常に小さい小片となるので、修繕時の汚染物とともにロール面から取り除かれる。
【００３１】
従来のドクターブレードは、研磨性繊維の端部がロール面に影響を与えてロール面に擦り傷を形成させやすい。一般的なドクターブレードにおける主な繊維の方向は装置の方向とされているので、繊維の側面よりも端部でロール面を修繕することになる。ほとんど常時修繕するような状況下では、繊維の端部による上述のような状態ではロール面の荒れがますますひどくなってしまい、最終的にはロール面や紙質に受け入れ難いレベルの劣化を及ぼしてしまう。
【００３２】
本発明に係るドクターブレードには、装置の方向に沿って第二の繊維、或いは、非磨耗性繊維が配されているが、これらの繊維はごく少数であるため、擦り傷を形成させることがほとんどなく、繊維の端部がロール面に作用することも抑えられる。本発明に係るドクターブレードの複合層は、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、ロール面を仕上げることができる。ここで、図４Ａは、本実施形態のドクターブレード１０を使用する前の図１におけるロール部材１２のロール面１６の断面であって、汚染物及び／又は装置の方向に配された繊維の端部によって凹凸状とされた表面形状を示す拡大図である。図４Ｂは、本実施形態のドクターブレード１０を使用した後のロール面１６の同じ位置の断面の形状を示している。ロール面１６に対してドクターブレード１０は、凸部４０を一定の高さＬに統一し、表面粗さを小さくすることができる。本実施形態に係るドクターブレード１０は、ロール面の表面粗さを略０．０５０〜０．１３μｍＲａに、好ましくは略０．０５０〜０．１３μｍＲａに仕上げることができる。また、本実施形態に係るドクターブレード１０は、ブレードの有効寿命に亘って、ロール面の表面粗さを略０．０２５〜０．２０μｍＲａ、好ましくは、略０．０５０〜０．１３μｍＲａのレベルに維持することができる。本発明に係るドクターブレードの使用によって達成可能な表面粗さの上記レベルは、製紙用ロール部材の表面を形成する材質と個々の修繕条件とに左右される。
【００３３】
複合層にて表面に表れる一方向繊維の表面積が大きいほどロール面の修繕時により均一な研磨面を供給することになる。そして、均一な研磨面を有することによって、ロール面の形状をより均一にすることができる。また、研磨材、すなわち、修繕中に表に晒される長軸の一方向繊維の領域を大きくするほど、ドクターブレードの摩耗がより遅く、均一になる。
【００３４】
一方向織物は、一方向繊維と第二の繊維とが互いに交差して織り込まれた平織状の比較的低目付の織物構造が好ましい。ここで、一方向織物は異なる目開きを有して編まれていてもよい。この目付は一方向織物の単位面積当たりの重量で示される。一方向織物の単位面積当たりの重量は、略２３０〜６１０ｇ／ｍ２が好ましい。このような緩くて軽い織り方のものは、同じ条件下で、堅くて重く編まれたものに比べて摩耗性が少なく、より速く分解する傾向がある。しかしながら、ブレードへの重大な摩耗やブレード寿命を短くするような速い分解を避けるためにより研磨性が要求されるような修繕の場合には、目の詰まった重い一方向織物が適している。
【００３５】
目の緩くて軽い一方向織物は、ロール面の汚染物が少ない低含水率の被膜の不要なペーパーウェブのように研磨性の要求の少ない修繕に適している。一方、目が詰まって重い一方向織物は、ロール面の汚染物が多い高含水率の塗被ペーパーウェブのような高研磨性、高耐磨耗性が要求される修繕に適している。また、目の詰まり具合や重さが大きくなるほど、ロール面に接する単位面積第二の繊維の端部の割合が高くなる。そして、第二の繊維が織り込まれるにつれて研磨材がより多く表面に表れることとなって、一方向織物にもつれが生じ、目の詰まり具合や重さを大きくするほど単位面積あたりの高い研磨性を示すことになる。当業者であれば、このような方針に従って織り方を緩めるかきつくするかどうかについて決定することができる。
【００３６】
一方向繊維の外径は、第二の繊維の外径よりも大きいものとされている。一方向繊維の外径は、第二の繊維の外径に対して等しい、又は、好ましくはそれよりも大きいものとされている。好ましくは、一方向繊維の外径は略４５０〜１５００μｍとされ、第二繊維の外径は、略４００〜７００μｍとされている。ここで、第二の繊維が一方向繊維よりも大きい外径とした場合には、ロール面に擦り傷を形成しやすくなり、擦り傷の幅も大きくなりやすい。
【００３７】
多数の一方向繊維を有する一方向織物としては、オハイオ州ブルックビルにあるFiber Glast Developments Corporation製の1093 E-Glass Fabric、及び、メーン州ブルンスウィックにあるBrunswick Technologies Inc.製のE-LPb425及びE-LPb567 0o  UniDirectional fabricが適している。
【００３８】
含浸用に好適な樹脂は、熱可塑性、又は、エポキシ樹脂とされている。そして、エポキシ樹脂と硬化剤を有するエポキシ樹脂系を本発明に係るドクターブレードの積層体の形成に使用するのが好ましい。本発明に係るドクターブレードに使用される樹脂は、個々の修繕条件における温度に耐えられるものが選択される。稼動中、ドクターブレードに使用される樹脂がロール面に接触する。使用される樹脂は、溶融したりロール面を汚染するものではないものとされる一方、表面に表れた一方向繊維を摩滅させるものでなければならない。樹脂には研磨性がないので、樹脂が一方向繊維よりも速く摩滅するのが好ましい。
【００３９】
樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）は、設計上耐えられる稼動温度となって示される。本発明に係るドクターブレードに好適な樹脂は、修繕されるロール面の温度によって略５５から３１５℃の範囲が好ましい。カレンダー処理のような高い温度下では、Ｔｇが略６５から３１５℃、より好ましくは略８５〜３１５℃の温度範囲を有するエポキシ樹脂が好ましい。もし、樹脂を硬化させるＴｇがそれぞれの修繕条件において低すぎる場合には、樹脂が溶けてしまいロール面への汚染物となってしまうからである。比較的低い稼動温度で行われるロールに対するドクターブレードには、高いＴｇの樹脂は不要とされる。
【００４０】
上述したエポキシ樹脂系としては、Fiber Glast Developments Corporationの2020,2060,又は、2120 Epoxy Hardenersとともに使用されるthe System 2000 Epoxy Resin、及び、テキサス州ヒューストンにあるResolution Performance Products製の、EPICURE Curing Agent 9552とともに使用されるEPON Resin 828、又は、EPI-CURE Curing Agent Wとともに使用されるEPON Resin 826が適している。Resolution Performance Products製のEPON Resin 828或いはEPON Resin 826は、ルイジアナ州バートンルージュにあるAlbemarle Corporation製のETHACURE 100 Curative、又は、Methylene dianilineのような他の硬化剤によって硬化される。当業者であれば、個々の修繕状態、及び、例えば、硬化時間や安全予防といった使いやすさに応じて最適なＴｇを示す好適な樹脂を選択することができる。
【００４１】
本発明に係るドクターブレードは、全体重量の略５０〜７０％、好ましくは、略６０〜７０％を繊維材、略２５〜５０％、好ましくは略３０〜４０％を樹脂が占めている。繊維材が樹脂よりも高いガラス転移温度を有していることから、ドクターブレードの繊維の重量％が増えるにつれてドクターブレードのＴｇも高い温度となる。本発明に係るドクターブレードは、修繕すべきロール面の温度にもよるが略７５〜３１５℃のＴｇとされている。高温でのカレンダー処理の場合には、ブレードのＴｇは略１００〜３１５℃、より良くは略１５０〜３１５℃が好ましい。繊維材の割合が増加するにつれてドクターブレードの研磨性も増加する。
【００４２】
一般に、積層構造にする前の各層の厚さは、複合層で略０．２０〜０．５０ｍｍ、第二の層で略０．０９〜０．５０ｍｍとされている。製紙工程における配置場所や晒される環境にもよるが、ドクターブレード１０の厚さは略１．５０〜３．２０ｍｍの範囲とされている。ドクターブレードが薄くなるほど、ブレードが供される間、ロール面をより効果的に清浄にすることができる。薄いブレードの刃端部のほうが、厚いブレードの刃端部よりも薄いので、厚いブレードの刃端部よりも単位面積あたりに高い押付力を与えることができるからである。一方、ドクターブレードが厚くなるほど材料強度が大きくなりブレードの寿命も延びる。ドクターブレードの幅も、製紙工程における配置場所や晒される環境によって決められるが、略５０〜１００ｍｍとされている。当業者であれば、ドクターブレードの寿命とロール面の汚染度とのバランスから、ドクターブレードの最適な厚さや幅を選択することができる。
【００４３】
複合繊維層に使用される樹脂は、ガラス小球体、ガラス繊維、ガラス砕片、合成或いは工業用ダイアモンド片、シリカ片、シリコンカーバイド片、ボロン片、ジルコニウム片、酸化アルミニウム片、又は、これらの混合物といった研磨用添加剤を備えている。含浸用の樹脂は、また、炭素片やポリ四フッ化エチレンの粉体といった摩擦低減用の添加剤も備えている。ドクターブレードとロール面との摩擦を減らすことは、修繕時における発熱を抑えてドクターブレードの寿命を向上させることになる。当業者であれば、研磨性の増減や摩擦低減、製品の最終的な所望の品質といった個々の修繕条件に応じて最適な添加剤を選択することができる。
【００４４】
補強層は、大体、炭素繊維、アラミド繊維、セラミック繊維、ガラス繊維、及びこれらの混合物、好ましくは、ガラス繊維を備えている。補強層は、織物又は不織布構造とされており、繊維の方向は、主に、装置の方向、又は、二方向或いはそれ以上の方向とされている。織物構造は、不織布構造よりも高い研磨性を有している。補強層は、平織、朱子織、又は、斜文織、好ましくは平織か朱子織構造とされている。補強層の単位面積当たりの重量は、略６０〜３５０ｇ／ｍ２が好ましい。
【００４５】
炭素繊維を有する補強層は、通常、装置の方向に対するドクターブレードの摩擦を減らして強度を高めるために使用される。炭素繊維は、高い引張強度と高い剛性とを備えているが、研磨性はない。それゆえ、炭素繊維の端部がロール面に作用してもロール面に傷がつきにくい。また、アラミド繊維は、ドクターブレードの引張強度と耐摩耗性を向上させる。また、セラミック又はガラス繊維の補強層は、ドクターブレードに研磨性を持たせる。当業者であれば、上述の特性を考慮して、摩擦力の低減、剛性の向上、研磨性の向上といった個々の修繕要求に応じて、積層体における補強層の構成や層数を決めることができる。
【００４６】
補強層に適する素材としては、Fiber Glast Developments Corporationの241 Woven Fiberglass Fabric、 530 3K Graphite Fabric、及び、549 5HS Kevlar Fabric、また、Brunswick Technology Inc.,のCBX 300 6k Carbon、及び、ARBX 350 Aramid fabricが好ましい。
【００４７】
それぞれ二つの軟性ロール５２と一つの金属ロール５４とを有する二つのカレンダーユニット５０を備える代表的な多段カレンダー装置を図５に示す。軟性ロール５２は、通常、エポキシ樹脂による強化繊維のような弾性材料で構成されている。金属ロール５４は、鋳鉄、チルド鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、鍛鋼、或いは、鋳鋼から構成されている。また、金属ロール５４は、セラミック、若しくは、例えば、炭化物が含有された金属母材を含む溶射コーティングが施されている。溶射コーティングの厚さは、通常、略７５から３０５μｍとされている。一般に、溶射コーティングは、表面粗さが０．２０μｍＲａ以下の下地に対して施工可能とされている。各金属ロール５４の回転方向を矢印２２に示す。ペーパーウェブ６０は、ガイドロール６２に補助されてカレンダーユニット５０を通過する。
【００４８】
二つのドクターブレードのうち、第１のドクターブレード５６は、第１のユニット５０の金属ロール５４に対して配され、第２のドクターブレード５８は、第２のユニット５０の金属ロール５４に対して配されている。ドクターブレード５６、５８は、図５に示すように、金属ロールの回転方向に対して図１に示す刃端部１４が作用するように、金属ロール５４の円周上の任意の位置に配される。各ブレードは、軟性ロール５２と金属ロール５４によって各ユニット５０に形成されるニップ部をペーパーウェブ６０が通過した後の位置に配されるのが好ましい。このような位置は、ドクターブレードが、ペーパーウェブが一通り通過した後の金属ロールをより確実に清浄にすることができる。当業者であれば、ペーパーウェブの通過方向や修繕するロール近傍の機器によって決まる個々の稼動条件や、安全性、メンテナンス性に応じて、ドクターブレードの最適位置を決めることができる。
【００４９】
図１に示す刃端部１４は、通常、ドクターブレードの基準面に対して４５度の傾斜角を有して形成されている。ドクターブレード５６、５８の操作角Ａは、ドクターブレードの刃端部が配された位置でのロール面の接線に対して、通常、略２５〜３０度の範囲内とされている。ロール部材に対するドクターブレードの押付力は、主に、略８５〜７００Ｎ／ｍ、好ましくは、略１７５〜４４０Ｎ／ｍとされている。
【００５０】
ドクターブレード５６、５８は、クリーニングの際のように金属ロール５４の表面に間欠的に当接されるものとしている。より好ましくは、ロール部材の稼動中は、金属ロール５４のロール面にほぼ連続的に当接されているのがよい。ドクターブレードをほぼ連続して使用することによって、研磨された汚染物をロール面から連続して確実に除去することができる。したがって、ロール面の劣化を大幅に抑えることができる。また、このようにほぼ連続的に使用することによって、ロール面の表面粗さを減らして一様なロール面を維持することができる。ロール面の劣化を抑え、ロール面の表面粗さを減らして一様なロール面とすることによって、より効果的に生産性を向上して一定品質の製品を製造することができる。また、ロール面の劣化を最小限にして表面粗さを所望のレベルに維持することによって、ロール部材の寿命を、溶射コーティングが施工されたロール部材の場合には、表面コーティングの寿命を向上させることができる。
【００５１】
第１のカレンダーユニット５０では、ペーパーウェブが、顔料が塗られて乾燥された直後の含水率の高い状態とされているので、図２に示す実施形態のような、より研磨性に優れるドクターブレード５６が通常配される。含水率の高い紙や塗被紙の場合、金属ロール５４にペーパーウェブが密着する可能性が高くなり、ロール面に顔料の薄い層が形成されてしまう。このような塗被層はロール面から紙への熱伝導性を低下させ、ペーパーウェブの光沢レベルを低下させてしまう。第１のユニットで研磨性の低いブレードを使用した場合には、ロール面の残余物をより削り取りやすくするため、ロール面へのドクターブレードの押付力を増加させる必要がある。
【００５２】
図３に示す実施形態のような、研磨性の少ないドクターブレード５８は、ペーパーウェブがより乾燥して金属ロール５４との密着性も低い第２のユニット５０に主に配される。ロール部材が汚染物に対して比較的きれいな状態とされているので、研磨性の大きいブレードのロール部材に対する押付力は、ロール部材を極度に摩耗させないように慎重に制御される。より研磨性の高いドクターブレードをロール部材に使用した場合、ロール面の剥がれが激しくなりロール面の寿命が低下してしまう。上述のように、ドクターブレードの研磨性は、補強層の使い方や構成、研磨剤、繊維材における含浸樹脂の割合、複合材の目開き具合によって左右される。
【実施例】
【００５３】
複合材ドクターブレードを、４枚の補強層と３枚の複合層とから作成した。積層構造は、最外層と中央層とを補強層とした図２に示すように、補強層と複合層とを交互に積み重ねて形成させた。補強層は、Essco Inc.製の平織タイプのガラス繊維織物から形成した。複合層に使用した一方向織物は、一方向繊維の重量が全体の９５％を占めるガラス繊維織物である、Fiber Glast Developments Corporationの1093 E-Glass Fabric を使用した。含浸用の樹脂は、Ｔｇが略９０から１５０℃とされるEssco Inc.製のエポキシ樹脂を使用した。このドクターブレードを図５に示す第２ユニット５０に似た第２のカレンダーユニットに使用した。溶射コーティングが施工された金属ロールに対するドクターブレードの押付力は、略３５０Ｎ／ｍとし、その角度を略２７度とした。ドクターブレードを略２１日間ほぼ連続してロール面に当接させた後のロール面の表面粗さは、略０．０５から０．０８μｍＲａであった。さらに２７日間使用した後では、ロール面の表面粗さは略０．０８から０．１３μｍＲａであった。表面粗さは、イリノイ州ローリングメドウにあるTaylor Hobson Inc.製のSurtronic 3+を使用して測定した。ロール部材のロール面の表面が平滑になるにつれ、表面粗さのレベルが非常に低い値になってロール面の劣化を最小限に抑える。ドクターブレードによって得られるロール面の表面粗さは、光沢塗被紙の製造にとって都合のよいものとされる。ほぼ連続的な使用環境で耐摩耗性を許容できるだけの各ドクターブレードの寿命は略５〜７日であった。
【００５４】
なお、他の実施形態も特許請求の範囲に含まれる。例えば、本発明に係るドクターブレードは、印刷物や化学フィルム、床材、織物といったロール部材を使用する他の産業分野でのウェブへの使用に適している。また、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１及び第２の実施形態に係るドクターブレードを製紙用ロール部材に接触させた状態を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るドクターブレードを分解した状態を示す斜視図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るドクターブレードを分解した状態を示す斜視図である。
【図４Ａ】本発明の第１及び第２の実施形態に係るドクターブレードを使用する前の製紙用ロール部材の表面を示す拡大断面図である。
【図４Ｂ】本発明の第１及び第２の実施形態に係るドクターブレードを使用した後の製紙用ロール部材の表面を示す拡大断面図である。
【図５】本発明の第１及び第２の実施形態に係るドクターブレードを備えたカレンダーユニットを示す概略図である。
【符号の説明】
【００５６】
２、１０  ドクターブレード
３１  一方向繊維
【図１】
2005515312.tif 000003
【図２】
2005515312.tif 000004
【図３】
2005515312.tif 000005
【図４Ａ】
2005515312.tif 000006
【図４Ｂ】
2005515312.tif 000007
【図５】
2005515312.tif 000008
【国際調査報告】
2005515312.tif 000009
2005515312.tif 000010
2005515312.tif 000011