(57)【要約】【課題】塗工品質が安定化でき、メンテナンス頻度が軽減され、作業効率を向上する製紙用コーターバッキングロールを提供する。【解決手段】実施形態の製紙用コーターバッキングロールは、ロール本体と、前記ロール本体と同心に最外層として設けられたライニング層とを備える。前記ライニング層の表面自由エネルギーは２５×１０−５Ｎ／ｃｍ以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロール本体と、前記ロール本体と同心に最外層として設けられたライニング層とを具備し、前記ライニング層の表面自由エネルギーが２５×１０−５Ｎ／ｃｍ以下であることを特徴とする製紙用コーターバッキングロール。
【請求項２】
前記ライニング層の引張強度、引裂き強度、反発弾性および圧縮永久歪みが、それぞれ６Ｍｐ以上、２０Ｎ/ｍｍ以上、４０％以上および１５％未満であることを特徴とする請求項１に記載の製紙用コーターバッキングロール。
【請求項３】
前記ライニング層が、シリコーンゴムにより構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の製紙用コーターバッキングロール。
【請求項４】
ロール本体と、前記ロール本体と同心に設けられたライニング層と、前記ロール本体と同心に最外層として設けられた被覆層とを具備し、前記被覆層の表面自由エネルギーが２５×１０−５Ｎ／ｃｍ以下であることを特徴とする製紙用コーターバッキングロール。
【請求項５】
前記ライニング層の引張強度、引裂き強度、反発弾性および圧縮永久歪みが、それぞれ６Ｍｐ以上、２０Ｎ/ｍｍ以上、４０％以上および１５％未満であることを特徴とする請求項４に記載の製紙用コーターバッキングロール。
【請求項６】
前記ライニング層がシリコーンゴムにより構成され、前記被覆層がフッ素樹脂により構成されていることを特徴する請求項５に記載の製紙用コーターバッキングロール。
【請求項７】
前記ライニング層の硬さが、ＪＩＳ  Ａ  ６０〜８０であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の製紙用コーターバッキングロール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紙表面の塗工において使用するためのコーターバッキングロールに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、紙は、紙料を調製し、それを抄紙することによって原紙を得て、得られた原紙の表面を塗工することにより製造される。塗工では、塗工液が塗工装置によって原紙表面に塗布され、それによって紙製品の美麗性または印刷適性などが向上される。
【０００３】
塗工装置には、ブレードコーター方式やロールコーター方式などがある。ブレードコーター方式にはドクターブレードが使われ、これによりレべリングと呼ばれる塗工量の調製や、余分な塗工液および塗工カスの掻き取り、塗工表面の平滑化を行う。
【０００４】
一方、塗工液には、無機・ラテックスなどの填料、サイズ剤および界面活性剤などの成分が含まれる。これらの成分には、バッキングロール表層のゴム材料として一般的に用いられるゴム配合材と類似するものも含まれ、また多くの成分はバッキングロールとの親和性が高い。そのため、塗工液がロール表面に付着・堆積し易い。バッキングロール表面に塗工液が付着すると、そこを走行する原紙に対して影響を及ぼし、紙品質や操業性に影響を与える。また、ドクターブレードは、バッキングロールと接触して配置されるため、ドクターブレードの接地圧により、バッキングロールには原紙エッヂやロールエッヂの位置に変形が発生し易い。これらの変形は、バッキングロール表面の凹みや摩耗の要因となる。
【０００５】
従って、塗工に適切なバッキングロール表面を維持するためには、サイディングなどの機上でのメンテナンスや、更にはバッキングロール表面の再研磨やゴム材料を再被覆するなどの頻繁なメンテナンスが必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の状況に鑑みて、本願発明の課題は、塗工品質の安定化、メンテナンス頻度の軽減、および作業効率の向上が可能な製紙用コーターバッキングロールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するための製紙用コーターバッキングロールは、ロール本体と、前記ロール本体と同心に最外層として設けられたライニング層とを備える。前記ライニング層の表面自由エネルギーは２５×１０−５Ｎ／ｃｍ以下である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の製紙用コーターバッキングロールによれば、塗工品質の安定化、メンテナンス頻度の軽減、および作業効率の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】製紙用コーターバッキングロールの１例を示す斜視図。
【図２】製紙用コーターバッキングロールの更なる例を示す斜視図。
【図３】塗工装置の１例を示す模式図。
【図４】接触角を示す図。
【図５】試験機を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１１】
本発明に従う製紙用コーターバッキングロールは、塗工装置において紙の表面を塗工する際に紙を支持するためのロールである。ここでは単に「バッキングロール」とも称する。また、ここにおいて「紙」とは、パルプ繊維を紙料として調製し、それを絡み合せて製造されたシート、ポリプロピレンフィルムなどのポリマーを紙料として用いて製造された合成シートおよび乾式不織布など、紙および紙と同様の用途に使用されるものをいう。
【００１２】
図１は、バッキングロールの１例を示す斜視図である。バッキングロール１０は、円柱形状のロール本体１１と、ロール本体１１の円柱面に沿ってバッキングロール１０の最外層を構成する円筒形状のライニング層１２とを備える。また、図１に示すように、バッキングロール１０は、ロール本体１１の両端からそれぞれ延出した軸部１３ａおよび１３ｂを更に備えてもよい。
【００１３】
ロール本体１１の材質は高剛性材であればよく、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム合金、カーボンＦＲＰおよび鉄などであってもよいが、ステンレス鋼が好ましい。またロール本体１１は、空洞円柱形状であってもよく、中空円柱形状であってもよい。
【００１４】
軸部１３ａおよび１３ｂは、一般的にジャーナルとも呼ばれる。軸部１３ａと１３ｂは、ロール本体１１の両端を軸支する、および／または駆動部品と嵌合するために利用され、そのために選択された径と長さを有する。軸部１３ａおよび１３ｂは、所望に応じてその端部が更に加工されていてもよい。ロール本体１１と軸部１３ａおよび１３ｂは、一体的に形成されても、ロール本体１１と軸部１３ａおよび１３ｂとがそれぞれ別部品として形成され、更に組み合されることにより形成されてもよい。また、軸部１３ａおよび１３ｂは、ロール本体１１を貫通する１本の軸の両末端であってもよい。
【００１５】
ライニング層１２は、ロール本体１１と同心に、ロール本体１１の円柱面に対してこれを覆うように設けられている。ライニング層１２とロール本体１１とは、使用に耐えられるように互いに強固に接着されている。また、ライニング層１２とロール本体１１との間に更なる層が介在していてもよい。
【００１６】
ライニング層１２は、ライニング層１２の表面自由エネルギーが２５×１０−５Ｎ／ｃｍ以下、即ち、２５ｄｙｎ／ｃｍ以下を有する何れかのゴム材により構成されればよい。
【００１７】
表面自由エネルギーは、例えば、接触角測定機と濡れ試薬を用いて測定したデータから算出することができる。まず、互いに異なる表面張力を有する濡れ試薬を準備する。対象部材上にこれらの濡れ試薬のうちの１つを滴下し、その接触角θの１／２を測定角として接触角測定機により測定する。この操作を全ての濡れ試薬について行う。得られた複数の測定角についてｃｏｓθをそれぞれ算出する。縦軸に得られたｃｏｓθの値を、横軸に各濡れ試薬についての表面張力γ（ｄｙｎ／ｃｍ）をグラフにプロットする。このグラフでｃｏｓθ＝１のときの表面張力の値が対象部材の表面自由エネルギーの値となる。なお、表面自由エネルギーを求める方法は、上記の方法以外にも知られているが、それらの公知の何れの方法によっても同様に表面自由エネルギーを求めることが可能であり、それにより得られた値を表面自由エネルギーの値としてもよい。また、表面自由エネルギーは、ライニング層１２表面の材質に影響される。
【００１８】
ライニング層１２が、表面自由エネルギーの値として２５×１０−５Ｎ／ｃｍ以下の値を有することにより、バッキングロール１０の表面は撥水性となり、濡れ難い性質が得られる。それにより、塗工液の付着や堆積が発生し難くなる。それにより、再研磨およびロールの交換の必要性が従来よりも低減され、バッキングロール１０は、従来よりも長い期間に亘り少ないメンテナンスで、またはメンテナンスフリーで塗工に使用することが可能となる。また、塗工液の付着が防止されることにより、付着に起因して生じるバッキングロール表面の凹みが防止できる。また、長時間に亘る使用においても、塗工液の浸透が防止でき、それによりバッキングロールの物性がより長い期間維持できる。
【００１９】
また、ライニング層１２は、引張強度、引裂き強度、反発弾性、圧縮永久歪、表面粗さおよび強度の範囲が以下の範囲にあってもよい。
【００２０】
ライニング層１２の引張強度は、６Ｍｐ以上、好ましくは８Ｍｐ以上であればよい。引張強度は、ＪＩＳ  Ｋ６２５１−２０１０規格の引張試験により測定される。
【００２１】
引裂き強度は、２０Ｎ/ｍｍ以上であればよい。引裂き強度は、ＪＩＳ  Ｋ６２５２−２００７により測定される。
【００２２】
反発弾性は、４０％以上であればよい。反発弾性は、ＪＩＳ  Ｋ６２５５−２０１３により規格される反発弾性試験であるリュプケ式試験またはトリプソ試験により測定される。
【００２３】
圧縮永久歪は、１５％未満であればよい。圧縮永久歪は、ＪＩＳ  Ｋ６２６２−２０１３規格の常温、高温及び低温における圧縮永久ひずみの求め方により測定される。
【００２４】
ライニング層１２の平均表面粗さは、ＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４規格表面粗さ  Ｒａ  ０．３以上であることが望ましいが、これに限定されるものではない。表面粗さは、例えば、ＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４表面粗さ  Ｒａ  ０．３〜１０.０μｍの範囲であってもよく、好ましくはＲａ  ０．３〜５．０μｍの範囲である。
【００２５】
被覆層１４の表面粗さは、ＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４規格に対応した表面粗さ測定器により測定される。
【００２６】
ライニング層１２の硬さは、ＪＩＳ  Ａ  ６０〜８０であってよく、好ましくは６５〜７５、より好ましくは約７０である。硬さは、ＪＩＳ  Ｋ６２５３−２０１２規格に対応したタイプＡのデュロメータを用いたデュロメータ硬さ試験により測定される。具体的には、ＪＩＳ  Ａ硬さを測定できる何れかの計器、例えば、高分子計器株式会社製のＪＩＳ  Ａ硬さ測定器によって測定されればよい。
【００２７】
より好ましくは、ライニング層１２の表面自由エネルギーが２５×１０−５Ｎ／ｃｍ以下であり、且つ引張強度、引裂き強度、反発弾性および圧縮永久歪の範囲が上述の数値範囲にある。上述の通り、バッキングロールのライニング層が２５×１０−５Ｎ／ｃｍ以下の表面自由エネルギーを有することにより、塗工液の付着および堆積が防止され、更に、付着や堆積に起因する凹みが防止できるが、更に、ライニング層１２の物性、例えば、引張強度、引裂き強度、反発弾性および圧縮永久歪についての値のバランスによって更に良好な耐摩耗性および耐凹み性を得ることが可能となる。
【００２８】
ライニング層１２のためのゴム材は、例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、アクリルニトリルブタジエンゴム、ブチルゴム、クロロプレンゴム、エピクロルヒドリンゴム、フッ素ゴム、エチレンプロピレンゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム若しくはクロロスルホン化ポリエチレン、またはこれらの何れか２種類以上の組み合わせなどから選択されればよい。ライニング層１２の好ましいゴム材の１例は、シリコーンゴムである。シリコーンゴムの例は、高温加硫型（ＨＴＶ）シリコーンゴム、低温加硫型（ＬＴＶ）シリコーンゴムおよび室温加硫型（ＲＴＶ）シリコーンゴム、並びにこれらの組み合わせである。
【００２９】
ライニング層１２は、１つの層または複数の層を含んでもよい。複数の層を含む場合、ライニング層１２は、互いに同じまたは互いに異なる種類のゴム材によりそれぞれ形成された複数の層を含めばよい。
【００３０】
バッキングロール１０は、例えば、次のように製造される。まず、所望に応じて軸部を有する所望の長さおよび径のロール本体を用意する。次に、ロール本体の表面をブラスト処理し接着剤を塗布する。別途、所望の配合比で所望の材料からなるゴム材原料を混練し、未加硫ゴムシートを作製する。ロール本体のブラスト処理された部分に接着剤を塗布し、そこに未加硫ゴムシートを巻き付け、成形、加硫する。次に、ロール本体の円柱面上に形成された加硫ゴムの表面を研磨する。加硫ゴム表面の研磨は、ロール本体と同心に行われる。これにより最終製品としてのバッキングロールを得る。
【００３１】
ここで、ゴム材原料は、原料ゴムと、所望の添加剤、例えば、加硫剤、加硫助剤、老化防止剤、加工助剤、充填剤および／または可塑剤などを含んでもよい。接着剤は、ゴム材に応じて適宜選択されればよい。
【００３２】
バッキングロールは、原料が液体の場合、次のように製造されてもよい。まず、所望に応じて軸部を有する所望の長さおよび径のロール本体を用意する。次に、ロール本体の表面をブラスト処理し、接着剤の塗布後、注型用モールドに型組する。別途、液体ゴム配合物を用意する。即ち、ゴム材原料などの所定の原料を所定の配合比で用意する。それらを攪拌して混合する。混合は所望に応じて減圧下で行ってもよい。これにより液体ゴム配合物を得る。次に、液体ゴム配合物を予め用意した注型用モールドに流し込む。これを硬化する。硬化は原料および配合比に応じた適切な条件で行えばよく、所望に応じて二次加硫する。得られた硬化物をロール本体と一緒に注型用モールドから取り出し、表面研磨を行い、ロール本体の円柱面にライニング層を形成する。これにより最終製品としてのバッキングロールを得る。
【００３３】
接着剤は、ゴム材に応じて適宜選択されればよい。
【００３４】
また例えば、この方法により、ライニング層を構成するゴム材としてシリコーンゴムを用いるバッキングロールが製造されてもよい。ゴム材原料は、原料ゴムとしてのシリコーンポリマー、所望の添加剤、例えば、触媒、加工助剤および充填剤などを含んでよい。この場合、例えば、ゴム材原料の混合は、プラネタリミキサなどにより行われ、真空脱泡された後に、注型用モールドに流入される。
【００３５】
製造方法の例を示したが、バッキングロールの製造におけるライニング層の形成方法は、これらの例に限定されるものではなく、用いられるゴム材原料の配合および配合比に応じて適宜選択されればよい。例えば、ミラブルタイプのゴムの場合、シート巻成型、リボン成型および押出成型など、液状タイプのゴムの場合、金型への注型およびブレードコーティング、またはノンサグタイプの場合、回転成形などが利用されてもよい。
【００３６】
更なる態様として、バッキングロール１０は、ライニング層１２の外側に、更に被覆層を備えてもよい。以下に、被覆層を備えるバッキングロールの例について図２を参照しながら説明する。
【００３７】
図２は、更なるバッキングロールの例を示す斜視図である。図２に示すバッキングロール１０は、円柱形状のロール本体１１と、ロール本体１１と同心にその円柱面に沿って円筒形状の肉厚のライニング層１２と、ライニング層１２の円柱面を覆っている被覆層１４とを備える。被覆層１４は、ロール本体１１と同心にバッキングロール１０の最外層を構成する。
【００３８】
被覆層１４は、表面自由エネルギーが２５×１０−５Ｎ／ｃｍ以下を有する何れかのゴム材またはそれ自身公知の何れかの種類の樹脂により構成されればよい。
【００３９】
被覆層１４に使用されるゴム材は、例えば、上述した何れのゴム材であってもよい。被覆層１４に使用できる好ましい樹脂は、フッ素樹脂である。フッ素樹脂の例は、ポリテトラフルオロエチレンなどの完全フッ素化樹脂、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンおよびポリフッ化ビニルなどの部分フッ素化樹脂、並びにペルフルオロアルコキシフッ素樹脂、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体、エチレン・四フッ化エチレン共重合体およびエチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体などのフッ素化樹脂共重合体などを含む。また、被覆層１４の厚さは、例えば０．１〜２ｍｍである。この厚さであることにより、被覆層１４は、２５×１０−５Ｎ／ｃｍ以下の表面自由エネルギーをライニング層１２に与えると同時に、ライニング層１２を構成するゴム材の物性を活かすことが可能となる。バッキングロール１０が被覆層１４を備える場合には、被覆層１４の表面自由エネルギーがライニング層の表面エネルギーとして作用すればよい。また、被覆層１４を構成する樹脂とライニング層１２を構成するゴム材との何れの表面自由エネルギーも常に２５×１０−５Ｎ／ｃｍ以下となるような材質を選択することにより、バッキングロール１０の表面が摩耗した後においても表面エネルギーを継続して２５×１０−５Ｎ／ｃｍ以下に保つことができるのでより好ましい。
【００４０】
このような被覆層１４を備えるバッキングロールの製造は、上述した方法により得られたバッキングロールに対して被覆層１４を形成すればよい。即ち、上述で得られたバッキングロールのライニング層の円柱面に対して被覆層を形成する。
【００４１】
被覆層の形成は、例えば、次のように行ってよい。まず、熱収縮前に、ライニング層の直径よりも大きい直径を持ち、かつ、ライニング層の直径よりも小さい直径に収縮する、市販の熱収縮タイプの樹脂チューブを被覆体として用意する。この被覆体の内側に沿って、ライニング層を備えるロール本体を挿入する。その後、加熱することによって被覆体を収縮させ、ライニング層に密着させる。これにより被覆層が形成され、最終製品として、被覆層を備えるバッキングロールが得られる。
【００４２】
被覆体とライニング層との間に接着剤を介在させて、密着性を高めてもよい。接着剤は被覆体とライニング層の材質に応じて選択すればよい。また所望に応じて被覆層の表面をロール本体と同心に研磨してもよい。
【００４３】
次に、図３を参照しながら、バッキングロールの使用例について説明する。バッキングロールは、製紙用コーターバッキングロールとして使用される。図３は、一般的なブレードコーター方式塗工装置によって帯状の紙（即ち、帯状紙）の表面を塗工する工程を示す略図である。ブレードコーター方式塗工装置は、塗工されるべき帯状紙の表側表面に対して塗工液を塗布するための第１の塗工部と、帯状紙の裏側表面に対して塗工液を塗布するための第２の塗工部とを備える。図３には、これらの２つの塗工部のうちの一方の表側表面に塗工するための第１の塗工部を示す。
【００４４】
塗工部３１において塗工されるべき帯状紙３２を支持し、且つ帯状紙３２を下方から上方に向けて進行させるために回転するバッキングロール１０と、バッキングロール１０によって進行される帯状紙３２の表側表面に対して塗工液３４を塗布するためのアプリケータロール３５と、帯状紙３２に塗布された余分な塗工液３４を掻き取り、塗工面を平滑にするためのドクターブレード３６と、アプリケータロール３５に対して塗工液３４を供給するためのメータリングロール３７と、メータリングロール３７に塗工液３４を供給するための塗工液パン３８とを備える。
【００４５】
アプリケータロール３５は、帯状紙３２を挟んでバッキングロール１０と対向して配置される。ドクターブレード３６は、帯状紙３２の表側表面またはそこに塗布された塗工液に接触するように配置される。必要に応じて、ドクターブレード３６は、帯状紙３２を介在してバッキングロール１０に対して押圧される。バッキングロール１０、アプリケータロール３５およびメータリングロール３７は、それぞれの軸が互いに平行になるように配置されている。このような塗工部３１の場合、帯状紙３２を塗工する際に各ロールは次のように回転する。バッキングロール１０は反時計回りに回転する。アプリケータロール３５は時計回りに回転する。メータリングロール３７は、反時計回りに回転する。なお、図３では、各ロールの回転方向と帯状紙３２の進行方向を矢印により示す。
【００４６】
塗工液パン３８は塗工液３４を収容している。塗工液３４中に、メータリングロール３７の一部分が浸漬される。浸漬によってメータリングロール３７表面に付着された塗工液３４は、メータリングロール３７の回転によって連続してアプリケータロール３５へと運ばれる。メータリングロール３７とアプリケータロール３５との接触によって、メータリングロール３７表面の塗工液３４は、アプリケータロール３５表面に移行して密着される。進行している帯状紙３２の表側表面にアプリケータロール３５を接触させることによって、アプリケータロール３５表面の塗工液３４は、帯状紙３２の表側表面に塗布される。
【００４７】
帯状紙３２の裏側表面に対して塗工液を塗布するための更なる塗工部は、基本的に塗工部３１と同じ構成を備える。例えば、帯状紙３２は、表側表面が塗工された後に、帯状紙３２は、裏側表面を塗工するために更なる塗工部に送られる。更なる塗工部では、帯状紙３２の表側表面側にバッキングロールが接触し、帯状紙３２を支持する。アプリケータロールは、帯状紙３２を介してバッキングロールに対向して配置され、帯状紙３２の裏側表面に塗工液を付着させる。余分な塗工液および塗工カスなどがバッキングロールに対向して配置されたドクターブレードにより掻き取られる。
【００４８】
本発明によるバッキングロールによれば、バッキングロール表面への塗工液付着が少なく、ロール表面の汚れが少ないため、機上でのメンテナンスが軽減できる。また、ロール表面への塗工液付着が低減されれば、帯状紙を介するドクターブレードのバッキングロールへの接触を解消できる。その場合、バッキングロールに対するドクターブレードの接地圧をなくすことが可能となり、原紙エッチやロールエッチの位置における変形が発生しない、または減少できる。従って、塗工液カス付着による、ロール表面への衝撃、接圧によるダメージが少なく、ロール表面の傷つきが少ない。このような効果は、ライニング層の表面自由エネルギーが２５×１０−５Ｎ／ｃｍ以下であることによる。
【００４９】
また、ライニング層の引張強度、引裂き強度、反発弾性および圧縮永久歪の範囲を調整することにより、ドクターブレードとの接触において、ロール表面の摩耗を低減し、それによりロール交換期間を延長することができる。また、断紙によるローラへの紙の巻付きや、塗工液カス付着などによるロール表面への衝撃および接圧によるダメージを低減することができ、ロール表面の傷つきを低減することができる。
【００５０】
従来におけるバッキングロールの開発は、変形および摩耗などの改善に主眼が置かれ、強度など物理的な特性が優れる材質の検討を行われてきた。また、水系の塗工剤を塗布しているため、耐水性の検討が行われてきた。そして、塗工液の付着を防止するためには、合成ゴムへの離型剤添加や、無機物添加の検討が行われてきたが、変形や摩耗などへの配慮として物理的強度が重視されてきた。本発明では、表面エネルギーに初めて注目し、鋭意研究を行った結果、表面自由エネルギーが、２５×１０−５Ｎ／ｃｍ以下である製紙用コーターバッキングロールによれば、塗工剤および塗工カスの付着を防止することによって、塗工剤付着防止効果が得られることが明らかとなった。また、それは凹みの防止にも寄与することも明らかとなった。このような発見に基づいて本願発明は達成された。更にまた、シリコーンゴム材質は一般的に物理的強度が一般的な合成ゴム（ＮＲ、ＳＲＢ、ＮＢＲ、Ｈ−ＮＢＲ、ＥＰＤＭなど）に比べて劣ると考えられているが、種々の物性、例えば、引張強度、反発弾性および圧縮永久歪の良好なバランスについて検討し、良好な条件を明らかにすることによって、更に、耐摩耗性および耐凹み性により優れた、塗工に適する物理的強度を有する製紙用コーターバッキングロールを提供することが可能となった。
【００５１】
例えば、ドクターブレードを用いて塗工を行う場合、ドクターブレードが接地圧を伴ってバッキングロールと接触して配置されことにより原紙エッヂやロールエッヂの位置に変形が発生し易い。変形は、バッキングロール表面の凹みや摩耗の要因となる。また変形は、例えば、以下のような塗工開始時、塗工厚みの調整および多種類・多寸法の紙の塗工の際になどに生じる。例えば、塗工開始時においては、塗工液の持ち出しを嫌うために、ドクターブレード接地圧を強めに設定する。また、塗工中では、紙の巻取形状を整える目的として、両端エッヂ付近の塗工厚みを薄くする工夫を行う。そのため、バッキングロールのエッヂ部では、ドクターブレード圧が高くなり、且つ端部においては軸方向にゴムが逃げるためにロール変形度合が大きくなり、表面ゴムの欠けや摩耗となり易い。ロールエッヂが摩耗すると、塗工液の飛び跳ねとなり、塗工品質ムラの要因となる。ロールエッヂは摩耗してきた場合、ロール交換を行って、研磨メンテナンスが必要となる。また、異なる種類や異なる寸法の紙を連続して塗工する場合には、紙エッヂ部に対応する部分のロールに凹みなどの変形が生じる。また、塗工により生じた塗工カスによってもロール表面は変形する。このような変形は、ロールを塗工装置から外さずに機上で頻繁に表面および紙エッヂ部をサンディングするか、或いは塗工装置から外して表面を研磨するか、ロールからライニング層を取り除き、再度ライニング層を形成する必要が生じる。例えば、サンディングは、塗工液の付着・ロール表面の面荒れ・紙エッヂ部での変形を修復するために行われるものであるが、頻繁なサンディングは生産性を悪化させる。
【００５２】
本発明のバッキングロールは、塗工液や塗工カスの付着を防止するに優れている。そのために、ドクターブレードの接地圧を低減するまたはなくすことも可能になる。このように本発明のバッキングロールを使用することにより、塗工品質が安定化され、メンテナンス頻度が大幅に軽減され、作業効率が向上される。
【００５３】
また特に、ライニング層の表面自由エネルギーが２５×１０−５Ｎ／ｃｍ以下であり、種々の物性、例えば、引張強度、引裂き強度、反発弾性および圧縮永久歪の大きさが良好なバランスすることにより、塗工液の付着や堆積の防止、変形に対する強さまたは復元性、耐摩耗性および耐凹み性が格段に優れたバッキングロールが提供される。それにより、ドクターブレードの接地圧が高い場合であっても、必然的に生じる変形（即ち、凹み）からの優れた復元力が提供される。
【００５４】
例
例１．物性試験
ライニング層のための種々ゴム材を作製し、それらの物性を比較した。
【００５５】
３種類の原料ゴムをそれぞれゴム単独で加硫し、３種類のゴムを製造した。
【００５６】
実施例１  シリコーンゴム
ゴム材原料は次の通りである：原料ゴムとしてシリコーンポリマー（ＫＥ７１７０Ｕ  信越化学工業製）１００重量部、架橋剤Ｃ−８（信越化学工業製）３重量部を混練して未加硫ゴムシートを作製しこれを加硫した。得られたシリコーンゴムの表面を研磨し、実施例１のシリコーンゴムを得た。
【００５７】
実施例２  シリコーンゴム
ゴム材原料は次の通りである：原料ゴムとしてシリコーンポリマー（ＫＥ８７０Ｕ  信越化学工業製）１００重量部、架橋剤Ｃ−８（信越化学工業製）３重量部。
【００５８】
ゴム材原料を混練して未加硫ゴムシートを作製しこれを加硫した。得られたシリコーンゴムの表面を研磨し、実施例２のシリコーンゴムを得た。
【００５９】
比較例１  アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）
ゴム材原料は次の通りである。原料ゴムとしてアクリロニトリルブタジエンゴム（Ｎｉｐｏｌ１０４２  日本ゼオン製）１００重量部、酸化亜鉛５重量部、ステアリン酸１重量部、シリカ１０重量部、カーボンブラック（ＨＡＦ）２５重量部、フタル酸ビス（２−エチルヘキシル）（ＤＯＰ）１０重量部、２，６−ジ−第３ブチル−４−メチルフェノール（ＢＨＴ）１重量部、加硫促進剤としてＮ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアゾールスルフェンアミド（ＣＢＳ）１重量部、イオウ２．０重量部。
【００６０】
ゴム材原料を混練して未加硫ゴムシートを作製し、これを加硫した。得られたＮＢＲの表面を研磨し、比較例１のＮＢＲゴムを得た。
【００６１】
上記実施例１および実施例２、並びに比較例１のゴムについてＪＩＳ規格に従って物性を測定した。その結果を表１に示す。
【表１】
2015183325.tif 000003
【００６２】
実施例１、実施例２および比較例１のゴムは、何れもＪＩＳ  Ａ  ７０とした。実施例１、実施例２および比較例１のゴムの表面自由エネルギーは、それぞれ２０×１０−５Ｎ／ｃｍ、２１×１０−５Ｎ／ｃｍおよび３８×１０−５Ｎ／ｃｍであった。
【００６３】
例２．バッキングロールに対する試験
（１）バッキングロールの製造
実施例１および実施例２、並びに比較例１のゴム材をライニング層として各々備えるバッキングロールを各々製造した。使用したゴム材原料は上述の通りである。
【００６４】
芯金として、ロール本体とその両端にそれぞれ軸部を備える鉄製の芯金を用意した。ロール本体の外径は３００ｍｍであり、長さは３００ｍｍである。ライニング層の厚みは２５ｍｍとした。
【００６５】
実施例１および実施例２、並びに比較例１のバッキングロールは次のように製造した。ゴム材原料を混練して未加硫ゴムシートを作製した。芯金のロール本体の円柱面をブラスト処理した。ブラスト処理した部分に接着剤を塗布し、そこに、未加硫ゴムシートを巻き付けて成型し、これを加硫した。次に、ロール本体の円柱面上に形成された加硫ゴム表面を研磨した。
【００６６】
以下の試験では、実施例１および実施例２、並びに比較例１の何れのバッキングロールについても、上述の製造方法によってそれぞれ製造された新しいバッキングロールを使用した。
【００６７】
（２）濡れ性試験（その１）
実施例１および実施例２、並びに比較例１のバッキングロールの表面について濡れ性試験を行った。試験は、温度２３℃、湿度４８％の雰囲気で、接触角測定機と水を用いて行った。ロールの軸が載置面に対して平行になるようにロールを載置面に置いた。ロールの円柱面頂部に対して、１００μＬの量の水滴を静かに滴下した。その３０秒後と１８０秒後とに接触角を測定した。図４に示すように、接触角θは、ロール表面と水滴との界面である水平線４１と水滴の液滴端での接線４２とがなす角と定義される。図４（ａ）に示すようにθの値が大きい程、撥水性が高く濡れ難いことを示す。図４（ｂ）に示すようにθの値が小さい程、親水性が高く濡れ易いことを示す。また、実施例１および実施例２、並びに比較例１における接触角の大きさを比較し易くするために、各ロールの表面粗さは何れもＲａ  １．６とし、最大粗さ（Ｒｚ）は９．９とした。結果を表２に示す。
【表２】
2015183325.tif 000004
【００６８】
表２の結果から、実施例１および実施例２は、比較例１に比べて、３０秒後においても１８０秒後においてもいずれも大きな接触角を有し、且つ接触角の経時的な変化は小さかった。また、実施例１は、実施例２に比べて３０秒後の接触角が大きかった。また、比較例１の接触角の経時的な変化は、実施例１および実施例２と比べて最も大きかった。１８０秒後の接触角は１１７°であり更に時間を経た後には更に接触角は小さくなることが予測された。以上の結果から、実施例１および実施例２は、撥水性であると評価されたが、実施例１の方が実施例２よりも高い撥水性を示した。比較例１については親水性であると評価された。また、実施例１および実施例２については、更に長時間に亘って観察を続けた場合には、何れも長時間に亘り塗工液を弾き、水滴が浸透しないという効果が予測された。比較例１についても同様に更に長時間に亘って観察を続けた場合には、塗工液が馴染み、浸透するなどの影響が生じることが予測された。
【００６９】
（３）浸透試験
実施例１および実施例２、並びに比較例１のバッキングロールを用いて浸透試験を行った。この試験により、温水または塗工液中にバッキングロールのライニング層から採取したゴム材を浸漬し、そこにどの程度の温水または塗工液が浸透するかを調べた。ゴム材は、バッキングロールから１ｃｍ×１ｃｍ×１ｃｍの大きさのゴム片としてそれぞれ採取した。それぞれのゴム片を３００ｍＬの量の温水または塗工液中に浸漬した。温水の温度は試験の開始から終了時まで６０℃に維持した。浸漬開始時と浸漬終了時にＪＩＳ  Ｋ６２５３−２０１２規格に対応したタイプＡのデュロメータを用いたデュロメータ硬さ試験によって測定した。浸漬は、温水については２週間行い、塗工液については２４時間行った。
【００７０】
使用した塗工液はコート紙用の塗工液を用いた。成分は、クレー（カオリン）や炭酸カルシウムなどの白色顔料と、デンプンなどの接着剤(バインダー)であり、それらを混合したものである。その結果を表３に示す。
【表３】
2015183325.tif 000005
【００７１】
温水および塗工液の何れに浸漬した場合も、実施例１および実施例２、並びに比較例１の何れにもいても硬さ変化はＪＩＳ  Ａ−１であった。実施例１および実施例２は、比較例１と比べて重量変化率は小さかった。実施例１および実施例２については、温水での重量変化率は＋０．２１であり塗工液での重量変化率は＋０．２３であり、大きな相違はなかった。比較例１については、温水では＋３．１５の重量変化率があり、塗工液では＋０．７２であった。
【００７２】
（４）濡れ性試験（その２）
実施例１および実施例２、並びに比較例１のバッキングロールの表面についてそれぞれ濡れ性試験を行った。バッキングロールの軸部を駆動装置に取り付けて回転させた状態で、その表面に塗工液を直接塗布した。回転を停止させた後に、表面の状態を観察した（第１の観察）。再度、バッキングロールを回転させ、ドクターブレードによって表面の塗工液を掻き取った。その後、回転を停止して表面の状態を観察した（第２の観察）。その結果は次の通りである。
【００７３】
第１の観察の結果
実施例１と実施例２に塗布された塗工液は、それらの表面で水滴状に弾かれていた。それに対して、比較例１に塗布された塗工液は、その表面に全体を万遍なく白く覆っていた。
【００７４】
第２の観察の結果
実施例１と実施例２に塗布された塗工液は、ドクターブレードによりきれいに掻き取ることができた。それに対して、比較例１に塗布された塗工液は、ドクターブレードにより掻き取った後も全体に薄らと残っていた。
【００７５】
以上の結果から、実施例１および実施例２では、バッキングロール表面に撥水性があり、塗工液を弾いて浸透しないことが明らかになった。
【００７６】
（５）表面摩耗試験
実施例１および実施例２、並びに比較例１のバッキングロールの表面についてそれぞれ表面摩耗試験を行った。バッキングロールの軸部を駆動装置に取り付け、その表面にドクターブレードを３ｋｇの圧力のドクター圧で押し付けた状態で１８０分間に亘り４５０ｍ／ｍｉｎの速度で回転させた。回転中のロール表面温度は６０℃であった。その後、回転を停止させ、バッキングロール表面の変化を観察した。ドクターブレードとして、ステンレス板（ＳＵＳ板）を使用した。その結果を表４に示す。
【表４】
2015183325.tif 000006
【００７７】
実施例１の表面は、回転以前の初期の状態と変化がなかった。即ち、ドクターブレードによる摩耗および変形などは観察されなかった。それに対して、比較例１の表面には摩耗筋が観察された。更に実施例２の表面には、比較例１よりも多く、且つ深い摩耗筋が観察された。
【００７８】
（６）耐久試験
バッキングロールが変形されるときには、瞬間的に変形を受ける場合と、一定時間同じ変形を受け続ける場合とがある。一般的な試験方法としては、循環的な変形に対する復元機能の評価のために反発弾性（通常「リバウンド試験」により測定される）が測定される。一定時間同じ変形を受ける場合には、圧縮永久歪み試験を行うことにより測定できる。
【００７９】
ここでは耐久試験として、実施例１および実施例２、並びに比較例１のバッキングロールの表面のそれぞれに対して、２種類の衝撃を続けて与え、その影響を観察した。耐久試験に使用した試験機について図５を用いて説明する。図５は、試験機の模式図である。実施例１および実施例２、並びに比較例１のバッキングロール１０、５１または５２と金属ロール５３とを互いの軸が平行になるようにバッキングロール１０、５１または５２が上方になるように上下に配置して、それぞれの軸部を駆動装置に取り付けた。バッキングロール１０、５１または５２は時計回りに回転させ、金属ロールは反時計回りに回転させることによりニップ走行させた。何れの試験も同じ回転条件とした。回転条件は次の通りである：回転速度４５０ｍ／ｍｉｎ（４１０ｒｐｍ）、温度：６０℃、ニップ圧：１０ｋｇ／ｃｍ、１８０分間連続運転。
【００８０】
まず、操業中の断紙による、ロール表面への紙の巻き付きを想定し、ロール表面の高さを不均一にするために、実施例１のバッキングロールに対して帯状紙を軸方向に平行してずらしながら巻き付けた。その後、ニップ走行させた。１８０分後、回転を止めて巻付いている紙を除去して表面を観察した。引き続いて実施例１のバッキングロールをニップ走行させ、回転している２つのロールの間に塗工液を含浸させ、無造作に丸めた約３００ｇの紙塊を投入した。その後、回転を停止して表面を観察した。実施例２および比較例１についてもそれぞれ同様に試験を行った。
【００８１】
結果は次の通りである。まず、ロール表面の高さを不均一にして押圧回転させることにより与えた衝撃では、実施例１および実施例２、並びに比較例１の何れのバッキングロールの場合にも、表面に凹みは観察されなかった。回転中に紙塊を投入することにより与えた衝撃では、実施例１および実施例２のバッキングロール表面には凹みは観察されなかったが、比較例１のバッキングロール表面には凹みが観察された。
【００８２】
これらの結果は、実施例１および実施例２のバッキングロールのライニング層を構成するゴム材は、反発性が大きく、圧縮永久歪みが小さいことを示している。
【００８３】
考察
ＮＢＲゴムを用いた比較例１に比べて、耐久試験の結果以外は、シリコーンゴムを用いた実施例１および実施例２は共に全体として良好な結果を示した。シリコーンゴムの強度については、実施例２のシリコーンゴムはＮＢＲゴムに比べて劣ることが示された。これは、従来考えられてきたことを裏付けるデータである。しかしながら、本実験により、実施例１では、ＮＢＲゴムに比べても同等以上の強度があることが証明された。実施例１のバッキングロールの特徴は、表面自由エネルギーは、２５×１０−５Ｎ／ｃｍ以下であること、並びに特定の物性を有することである。実施例１の効果は、これらの特徴の総合的な効果であると共に、特に、表面自由エネルギーが２５×１０−５Ｎ／ｃｍ以下であることによると示唆される。
【００８４】
以上の実験結果から、実施形態のバッキングロールは、撥水性、耐摩耗性および耐凹み性に優れていることが明らかになった。また、当該バッキングロールによれば、塗工液による表面の汚染および堆積が防止でき、且つ変形に対する強さ、即ち、復元性、耐摩耗性および耐凹み性に優れていることが証明された。それにより、塗工品質が安定化でき、メンテナンス頻度が軽減され、作業効率を向上することが可能になる。
【符号の説明】
【００８５】
１０  バッキングロール
１１  ロール本体
１２  ライニング層
１３ａ，１３ｂ  軸部
１４  被覆層
３１  塗工部
３２  帯状紙
３４  塗工液
３５  アプリケータロール
３６  ドクターブレード
３７  メータリングロール
３８  塗工液パン
４１  水平線
４２  接線
５１，５２  バッキングロール
５３  金属ロール
【図１】
2015183325.tif 000007
【図２】
2015183325.tif 000008
【図３】
2015183325.tif 000009
【図４】
2015183325.tif 000010
【図５】
2015183325.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成27年3月19日(2015.3.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記の課題を解決するための実施形態に係る製紙用コーターバッキングロールは、ロール本体と、前記ロール本体と同心に最外層として設けられたライニング層とを備え、前記ライニング層の表面自由エネルギーは２５×１０−５Ｎ／ｃｍ以下であり、かつ前記ライニング層の引張強度、引裂き強度、反発弾性および圧縮永久歪みが、それぞれ６Ｍｐ以上、２０Ｎ/ｍｍ以上、４０％以上および１５％未満である。
実施形態に係る別の製紙用コーターバッキングロールは、ロール本体と、前記ロール本体と同心に設けられたライニング層と、前記ロール本体と同心に最外層として設けられた被覆層とを具備し、前記被覆層の表面自由エネルギーが２５×１０−５Ｎ／ｃｍ以下であり、かつ前記ライニング層の引張強度、引裂き強度、反発弾性および圧縮永久歪みが、それぞれ６Ｍｐ以上、２０Ｎ/ｍｍ以上、４０％以上および１５％未満である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８４】
以上の実験結果から、実施形態のバッキングロールは、撥水性、耐摩耗性および耐凹み性に優れていることが明らかになった。また、当該バッキングロールによれば、塗工液による表面の汚染および堆積が防止でき、且つ変形に対する強さ、即ち、復元性、耐摩耗性および耐凹み性に優れていることが証明された。それにより、塗工品質が安定化でき、メンテナンス頻度が軽減され、作業効率を向上することが可能になる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］ロール本体と、前記ロール本体と同心に最外層として設けられたライニング層とを具備し、前記ライニング層の表面自由エネルギーが２５×１０−５Ｎ／ｃｍ以下であることを特徴とする製紙用コーターバッキングロール。
［２］前記ライニング層の引張強度、引裂き強度、反発弾性および圧縮永久歪みが、それぞれ６Ｍｐ以上、２０Ｎ/ｍｍ以上、４０％以上および１５％未満であることを特徴とする前記［１］記載の製紙用コーターバッキングロール。
［３］前記ライニング層が、シリコーンゴムにより構成されていることを特徴とする前記［１］または［２］記載の製紙用コーターバッキングロール。
［４］ロール本体と、前記ロール本体と同心に設けられたライニング層と、前記ロール本体と同心に最外層として設けられた被覆層とを具備し、前記被覆層の表面自由エネルギーが２５×１０−５Ｎ／ｃｍ以下であることを特徴とする製紙用コーターバッキングロール。
［５］前記ライニング層の引張強度、引裂き強度、反発弾性および圧縮永久歪みが、それぞれ６Ｍｐ以上、２０Ｎ/ｍｍ以上、４０％以上および１５％未満であることを特徴とする前記［４］記載の製紙用コーターバッキングロール。
［６］前記ライニング層がシリコーンゴムにより構成され、前記被覆層がフッ素樹脂により構成されていることを特徴する前記［５］記載の製紙用コーターバッキングロール。
［７］前記ライニング層の硬さが、ＪＩＳ  Ａ  ６０〜８０であることを特徴とする前記［１］〜［６］の何れか１つに記載の製紙用コーターバッキングロール。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロール本体と、前記ロール本体と同心に最外層として設けられたライニング層とを具備し、前記ライニング層の表面自由エネルギーが２５×１０−５Ｎ／ｃｍ以下であり、かつ前記ライニング層の引張強度、引裂き強度、反発弾性および圧縮永久歪みが、それぞれ６Ｍｐ以上、２０Ｎ/ｍｍ以上、４０％以上および１５％未満であることを特徴とする製紙用コーターバッキングロール。
【請求項２】
前記ライニング層が、シリコーンゴムにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載の製紙用コーターバッキングロール。
【請求項３】
ロール本体と、前記ロール本体と同心に設けられたライニング層と、前記ロール本体と同心に最外層として設けられた被覆層とを具備し、前記被覆層の表面自由エネルギーが２５×１０−５Ｎ／ｃｍ以下であり、かつ前記ライニング層の引張強度、引裂き強度、反発弾性および圧縮永久歪みが、それぞれ６Ｍｐ以上、２０Ｎ/ｍｍ以上、４０％以上および１５％未満であることを特徴とする製紙用コーターバッキングロール。
【請求項４】
前記ライニング層がシリコーンゴムにより構成され、前記被覆層がフッ素樹脂により構成されていることを特徴する請求項３に記載の製紙用コーターバッキングロール。
【請求項５】
前記ライニング層の硬さが、ＪＩＳ  Ａ  ６０〜８０であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の製紙用コーターバッキングロール。