(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
製紙機の回転するロールの表面に押し当てるように構成された刃先部を備える多層複合材製の長手ドクターブレードであって、
ａ）前記ブレードの中立軸に配置され、クロスマシン方向に一方向性配列のカーボンを包囲する編織ポリマー材の内部コアと、
ｂ）前記コアの両側に設けられ、マシン方向に一方向性配列のカーボンを含む中間層と、
ｃ）前記中間層を覆う外部層と、
を備え、
前記ドクターブレードの刃先部は、ＡＳＴＭ試験法Ｄ５１８１−９１で測定される摩耗性が４．０から５．０スケールであることを特徴とするドクターブレード。
【請求項２】
請求項１記載のドクターブレードにおいて、ポリマー材は、ポリエステルであることを特徴とするドクターブレード。
【請求項３】
請求項１または２記載のドクターブレードにおいて、マシン方向の曲げ弾性率が４０〜１５０×１０5ｐｓｉ（２．８〜１０．３×１０10Ｐa）の範囲であることを特徴とするドクターブレード。
【請求項４】
請求項１または２記載のドクターブレードにおいて、マシン方向の曲げ弾性率が７５〜１００×１０5ｐｓｉ（５．２〜６．９０×１０10Ｐa）の範囲であって、前記ドクターブレードの厚さが０．０５０インチ（１．２７ｍｍ）であることを特徴とするドクターブレード。
【請求項５】
請求項１または２記載のドクターブレードにおいて、前記内部コアが、０．００５〜０．１４０インチ（０．１２７〜３．５５６ｍｍ）の範囲の厚さを有することを特徴とするドクターブレード。
【請求項６】
請求項１または２記載のドクターブレードにおいて、前記ドクターブレードが、０．０１５〜０．１５０インチ（０．３８１〜３．８１ｍｍ）の範囲の厚さを有することを特徴とするドクターブレード。
【請求項７】
請求項１または２記載のドクターブレードにおいて、前記ドクターブレードの厚さが、０．０５０インチ（１．２７ｍｍ）であることを特徴とするドクターブレード。
【請求項８】
請求項１または２記載のドクターブレードにおいて、前記複数の層が、樹脂で互いに機械的に接合されることを特徴とするドクターブレード。
【請求項９】
請求項8記載のドクターブレードにおいて、前記樹脂が、熱硬化性樹脂であることを特徴とするドクターブレード。
【請求項１０】
請求項９記載のドクターブレードにおいて、前記熱硬化性樹脂が、エポキシ、フェノール、ポリエステル、ポリイミドからなる群から選択されることを特徴とするドクターブレード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は一般に、抄紙機や巻取紙抄造機に使用されるドクター(docter)に関し、特に、複合材ドクターブレードの設置に関する。
【０００２】
（背景技術）
ドクターブレードは、製紙機（抄紙機）や巻取紙加工機（巻取紙抄造機）のロール表面に接触し、クリーニング（液掻き取り）やシートの剥離の目的のために使用される。従来のドクターブレードの材質としては、金属、均質のプラスチック、並びに綿、ガラス及びカーボン含浸熱硬化積層物が挙げられる。金属ブレードは、高価ではないけれども、ロール表面によっては損傷が起きたり、摩耗が早期に起こったりすることがある。湿潤端にある水切りロールには１０Ｐ＆Ｊ以下と測定される比較的柔らかなゴム製のカバーが装着されている。普通、これらのロールは、均質のプラスチック、例えば、超高分子量ポリエチレン(「UHMWポリエチレン」)のようなプラスチック製ドクターブレードで液掻き落としが行われる。
【０００３】
プラスチックブレードの厚さは通常１／８〜１／４インチ（約３．１７５〜６．３５ｍｍ）であり、一方、金属ブレードやガラスとカーボンの含浸熱硬化積層物ブレードの厚さは普通０．０５０〜０．０８０インチ（約１．２７〜２．０３ｍｍ）である。均質プラスチックブレードの方が厚いのは、信頼性のある掻き取り処置には、マシン方向に対して十分な剛性が必要だからである。しかし、薄刃のドクターブレードに比較すれば、厚刃のドクターブレードは掻き取り処置性能が劣る。ブレードとロールとの間の接触圧が減少するからである。綿含浸積層物ブレードも、均質プラスチックブレードと同様に、比較的厚く、それに関連する欠点がある。厚いプラスチックブレードまたは綿含浸積層物ブレードに関連する問題の幾つかを無くするため、ガラス含浸積層物ブレードやカーボン含浸積層物ブレードを用いることも多い。ガラス含浸積層物ブレードは剛性が高く、従って薄くしても効率的な掻き取り処置を行うことができる。ガラス含浸積層物ブレードの主な欠点は、形成されるガラス摩耗粒子が摩耗性を有することである。ガラス摩耗粒子の摩耗性により、ロール、特に柔らかな湿潤端のロールの表面が変形したり、過剰に摩損したりすることが副次的にある。カーボン積層物ブレードは非常に剛性が高く、しかも非摩耗性であるという利点がある。しかし、カーボン積層物ブレードは高価であり、抄紙機の湿潤端ロールに広く用いるには必ずしも経済的でない。従って、抄紙機の柔らかい湿潤端ロールを効率的にドクター処置するためには、薄くて非摩耗性の複合材製ドクターブレードを開発する必要があった。
【０００４】
コーター（塗工機：coater）ブレードも、紙または他の材料の動いているシートに接触する。ブレードの接触点では、シートは、回転しているコーターバッキングロールで支持される。コーターブレードは、紙または他の材料のシートに塗布される液の層を調整する（ｍｅｔｅｒ）拭き取りモードで用いられる。コーターによっては、コーターブレードがロール表面に直接塗布される液層を直接調整し、そのコーティング液を後段の点で紙または他の材料のシートに移転する。コーターブレードは、ドクターブレードと同じくホルダーに収められる。液の量つまりコーティング厚さは、コーターブレードのトレーリングエッジに加えられた圧力に左右される。圧力を増加すると、コーティング厚さは減少する。同様に、圧力を減少すると、コーティング厚さは増加する。従来のコーターブレードの材質としては、鉄鋼、ステンレス鋼、刃先処理鋼（ａ  ｔｒｅａｔｅｄ  ｅｄｇｅ）などが用いられ、有効寿命の延長が図られる。
【０００５】
米国特許第４，５４９，９３３号には非均質の剛性が高い性質を有するドクターブレードが示されている。米国特許第２，７６７，５２９号には、中程度に摩耗性の脆い材質と摩耗に耐える非摩耗性の材質とをそれぞれ交互に積層したものから構成される研磨用ドクターブレードが示されている。
【０００６】
（発明の開示）
簡単にいえば、ドクターブレードは、製紙機の回転するロールの表面に押し当てるように構成されている。本発明のドクターブレードは、内部コアと内部コアの両側に設けられた中間層とを備える多層構造の複合材である。本発明のドクターブレードは、前記中間層を覆う外部層も備えることができる。前記内部コアは主として、ブレードの中立軸に位置するクロスマシン方向に一方向性配列のカーボンを包囲する編織ポリマー材である。前記中間層にはマシン方向に一方向性配列のカーボンが含まれる。前記ドクターブレードの刃先部は、ＡＳＴＭ試験法Ｄ５１８１−９１で測定される摩耗性スケール約４．０〜５．０を有する。
【０００７】
本発明の目的は、薄い多層構造を有するドクターブレードまたはコーターブレードを提供することであり、これは、熱硬化性または熱可塑性の材質と強化材質との両層を使用し、熱硬化性樹脂で両層をくっつけて（ｂｏｕｎｄ）サンドイッチ型構造にすることによって製造される。
【０００８】
本発明の別の目的は、効率的なドクター処置またはコーティング液塗布を行うため比較的薄くて、しかも機械の回転方向に対して十分な剛性を有するドクターブレードを提供することである。
【０００９】
本発明の更に別の目的は、ロール表面の粗さをオリジナルの状態に維持するためとロールの寿命を延ばすためとの両方の目的に有効な非摩耗性のブレードを提供することである。
【００１０】
本発明のこれらおよび他の目的、特徴および利点は、本発明の好ましい実施の形態に関する以下の詳細な説明、および添付の図面を参照すれば一層明快になるであろう。
【００１１】
（発明を実施するための最良の形態）
先ず図１を参照すると、ドクターブレード１０が、回転しているロール１２に接触しているのが示されている。この操作は、クリーニング（液掻き取り）、シート剥離または他の同様な目的のために行われる。ドクターブレード１０の斜角リーディングエッジ１４が回転ロール１２の表面に接触する。矢印１６で示されるマシン方向とは、ロール軸に垂直な方向である。矢印１８で示されるクロスマシン方向とは、ロール軸に平行な方向である。図２は、ドクターアセンブリの側面図を示す。ドクターアセンブリは長いブレード１０とドクターブレードホルダー２０とを備える。ホルダー２０は、固定されているドクター構造物１７に取り付けられている。
【００１２】
図３は、紙または他の材料２４の動いているシートと接触しているコーターブレード２２を示す。ブレードの接触点では、シート２４は、回転しているコーターバッキングロール２６で支持されている。コーターブレード２２は、紙または他の材料２４のシートに塗布される液の層を調整する拭き取りモードで用いられる。コーターブレード２２の外観はドクターブレードの外観と同様である。本明細書全体に記載される発明はドクターブレードとコーターブレード双方に関するものである。以下に記載の説明では、「ドクターブレード」という語句はドクターブレードとコーターブレード双方に適用される。
【００１３】
本発明に係る複合材製ドクターブレード１０は、複数の層をサンドイッチ型構造に積層したものとして図４〜７に示される。ドクターブレード１０は、内部コア２８と、このコアの両面に積層された中間層３０，３２とから構成される。ドクターブレード２２には、別法として中間層３０，３２を覆う外部層３４，３６をも備えることができる。これらの層は樹脂で互いに機械的に接合される。樹脂としては、エポキシ、フェノール、ポリエステルまたはポリイミドのような熱硬化性樹脂がよい。
【００１４】
コア２８は、層３８、４０、４２及び４４で示される複数の層で構成することもでき、あるいは図６に示されるように均質の単一層４６で構成することもできる。コア２８の中心は、ブレードの中立軸に位置する。コア２８は、編織プラスチックもしくは不織プラスチックの個々の層、またはプラスチックの均質層を一緒に結合させて構成させてもよい。別の方法としては、カーボンのような強化材または高強度材の一層または複数層をコア内に配置して、強度や安定性や耐摩耗性能を向上させてもよい。
【００１５】
コア厚さは０．００５〜０．１４０インチ（約０．１２７〜３．５５６ｍｍ）の範囲である。コアの所要全厚は、所望のドクターブレード１０の所望の全厚、曲げ強度および曲げ弾性率または曲げ剛性（ｆｌｅｘｕｒａｌ  ｍｏｄｕｌｅｓ  ｏｒ  ｒｉｇｉｄｉｔｙ）とに依存する。コア２８の材質としては、ポリマー材、特にポリエステル、ＵＨＭＷポリエチレン、ナイロン、テフロン（登録商標）（テトラフルオロエチレンフルオロカーボンまたは「ＴＦＥ」）、芳香族系ポリアミドなどのような熱硬化性材または熱可塑性材を用いることができる。コア２８の材質の選択は、ドクター処置されるロール表面にコア材料が適合するように行われる。コア２８の材質を選択するとき、コア材が摩耗に耐える度合と、コア材がクリーンでシャープなエッジで摩耗する能力とが重要な考慮点である。コア２８の材質は、存在する化学薬剤、温度、湿度、一般操作環境から受ける作用に耐える必要がある。
【００１６】
中間層３０，３２は強化材または高強度材の繊維を含み、コア２８を挟んで中立軸から離して配置される。仕上がったドクターブレード１０の曲げ特性は、層３０，３２と中立軸間の距離の関数である。中間層３０，３２としては一方向性または多方向性繊維を用いることができる。その厚さと繊維配列方向との選択は、所望の曲げ特性を得るように行われる。ドクター装置の大部分の用途で、ロール表面の液掻き取りやシート剥離を効率的に行うには、ドクターブレードのマシン方向の強度と剛性とが非常に重要である。従って、好ましい繊維配列方向はマシン方向にバイアスされるようにする。カーボンが好ましい繊維であるが、他の繊維状高強度材料、例えば、芳香族系ポリアミド繊維であるケブラー（商標登録）も用いることができる。コア２８と同じように、中間層３０，３２の材質も、ロール表面や一般操作環境に適合したものでなければならない。
【００１７】
外部層３４，３６は、中間層３０，３２に隣接して配置される。外部層３４，３６が示す仕上外観は、ドクターブレードの露出表面の外観でもある。外部層３４，３６はまた、中間層３０，３２をコア３２に確実に押さえ付ける役目も果たす。外部層３４，３６の材質はコア２８と同じであることが好ましいが、コア２８と異なる材質を用いることもできる。コア２８と中間層３０，３２と同じように、外部層材質も、操作環境に適合したものでなければならない。
【００１８】
別の実施の形態が図７に示されている。この実施の形態では、ドクターブレード１０には外部層３４，３６がないので、強化材または高強度材の層である中間層３０，３２がブレード１０の露出表面となる。
【００１９】
ドクターブレード１０は、０．０１５〜０．１５０インチ（約０．３８１〜３．８１ｍｍ）の範囲の厚さと、約４０〜１５０×１０5ｐｓｉ（約２．８〜１０．３×１０10Ｐａ）の範囲の曲げ弾性率（ｆｌｅｘｕｒａｌ  ｍｏｄｕｌｅｓ）（ＡＳＴＭ試験法Ｄ−７９０に従って試験）とを有する。曲げ弾性率が７５〜１００×１０5ｐｓｉ（約５．２〜６．９０×１０10Ｐａ）では、ドクターブレード１０の好ましい厚さは０．０５０インチ（約１．２７ｍｍ）である。
【００２０】
ドクターブレードの摩耗性はＡＳＴＭ試験法Ｄ５１８１−９１で測定したが、この試験はスケール１〜１０基準で示され、スケール１が最も摩耗性が低い。本発明のドクターブレード１０は、スケール約４．０〜５．０の摩耗性を有する。
【００２１】
実施例１
異なるドクターブレード３種について試験を行い、摩耗性を比較した。各サンプルは同じ材質のドクターブレード７枚を重ね合わせ、締め固めた。
【００２２】
サンプル１は、米国特許第４，５４９，９３３号に従って製造したグラフレックス（Graflex）（登録商標）であり、編織ガラスの外部層と、マシン方向に一方向性配列のカーボン製中間層と、編織ガラスのコアとを含んでいるものである。
【００２３】
サンプル２は、本発明に従って製造したもので、ポリエステル繊維不織布の外部層と、マシン方向に一方向性配列のカーボン製中間層と、クロスマシン方向に一方向性配列のカーボンを包囲する編織ポリエステルのコアとを含んでいるものである。
【００２４】
サンプル３は、ファイバーフレックス（Fiberflex）（登録商標）であり、層はすべて編織ガラス繊維である。
【００２５】
以上３個のサンプルでは、材料はすべてエポキシ樹脂で接着した。ブレードは約０．０５０インチ（約１．２７ｍｍ）であったので、積層したものは約０．３５０インチ（約８．８９ｍｍ）であった。ブレードは、試験する表面が大きかったので、積層したものを用いて試験を行った。ブレードの摩耗性試験は、標準レセプタＢ−２−２（丹色）とＢ−３−２（青色）とを用いて行い、次の結果を得た。
サンプル２：スケール４．６
サンプル１：スケール５．３
サンプル３：スケール６．０
【００２６】
従って、本発明に基づいて製造したブレードであるサンプル２が、最も摩耗性が小さかった。
【００２７】
本発明のブレードは、比較的薄く、しかもマシン方向に対して十分な剛性を有し、ドクター処置またはコーティング液塗布に効率的に用いられる。ブレード構造に用いられる材料は本質的に非摩耗性である。非摩耗性である特性は、ロール表面の粗さをオリジナルの状態に維持するためと、ドクター処置されるロール表面が比較的柔らかいときロール寿命を延ばすためとの両方の目的に有効である。また、潤滑液が存在する場合ドクター処置またはコーティング液塗布の用途では、プラスチックとカーボンとを組み合わせたものを用いれば、摩耗速度を下げることによってブレードの有効寿命を延ばすのに役立つ。
【００２８】
本発明は幾つかの好ましい実施の形態に関して記載され、図示されているが、それらの形態や詳細に関して本発明の真意と範囲に逸脱することなく多様な変更、削除、付加を行うことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る回転ロールと接触しているドクターブレードアセンブリの側面図である。
【図２】  回転ロールと接触しているドクターブレードの側面図である。
【図３】  コーター適用の場合に拭き取りモードの回転ロールと接触しているブレードの断面図である。
【図４】  本発明に係るドクターブレードのコンポーネントの拡大分解斜視図である。
【図５】  図４のドクターブレードの斜視図である。
【図６】  別の実施の形態の分解斜視図である。
【図７】  更に別の実施の形態の分解斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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