JP2003512537A - 非摩耗性複合材ドクターブレード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 多層構造の複合材製ドクターブレード（１０）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た刃先部を備えている。ドクターブレード（１０）は、内部コア（２８）と中間層（３０、３２）とを備える。ドクターブレード（１０）は外部層も備えることができる。内部コアは、主にポリマー材からなる。そのコアの両側に設けられた中間層には強化繊維が含まれる。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が約４．０〜５．０を有する。

Description

【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１．２７〜２．０３
ｍｍ）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ポリマー材である。前記中間層には強化
繊維が含まれる。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３
４，３６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２
８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７５〜１
００×１０⁵ｐｓｉ（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０．３
５０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。

【手続補正書】

【提出日】平成１４年４月１６日（２００２．４．１６）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブラウンズ アラン ジェイ アメリカ合衆国 マサチューセッツ州 ス ターブリッジ ウッドサイド サークル １ (72)発明者 ジャクソン ステーシー エル アメリカ合衆国 マサチューセッツ州 ウ スター ポワーント ラック ドライブ 10 Ｆターム(参考） 4L055 CG23 EA15 EA19 FA30

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【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、主にポリマー材である内部コアと、 ｂ）前記コアの両側に設けられた複数の中間層と、を備え、前記複数の中間層
   には強化繊維が含まれ、前記ドクターブレードの刃先部は、ＡＳＴＭ試験法Ｄ５
   １８１−９１で測定される摩耗性が約４．０〜５．０スケールであることを特徴
   とするドクターブレード。
2. 【請求項２】 請求項１記載のドクターブレードにおいて、マシン方向の曲
   げ弾性率が約４０〜１５０×１０⁵ｐｓｉ（約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。
3. 【請求項３】 請求項２記載のドクターブレードにおいて、マシン方向の曲
   げ弾性率が約７５〜１００×１０⁵ｐｓｉ（約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約０．０５０インチ（約１．２７
   ｍｍ）であることを特徴とするドクターブレード。
4. 【請求項４】 請求項１記載のドクターブレードにおいて、前記内部コアが
   単一の均質層を含むことを特徴とするドクターブレード。
5. 【請求項５】 請求項１記載のドクターブレードにおいて、前記内部コアが
   複数の層を含むことを特徴とするドクターブレード。
6. 【請求項６】 請求項４または５項記載のドクターブレードにおいて、前記
   プラスチック材が編織物であることを特徴とするドクターブレード。
7. 【請求項７】 請求項１記載のドクターブレードにおいて、前記ポリマー材
   が熱可塑性または熱硬化性であることを特徴とするドクターブレード。
8. 【請求項８】 請求項７記載のドクターブレードにおいて、前記ポリマー材
   が、ポリエステル、ＵＨＭＷポリエチレン、ナイロン、ポリテトラフルオロエチ
   レン、または芳香族系ポリアミドを含む群から選択されることを特徴とするドク
   ターブレード。
9. 【請求項９】 請求項５記載のドクターブレードにおいて、前記内部コアが
   高強度材で強化された層を含むことを特徴とするドクターブレード。
10. 【請求項１０】 請求項９記載のドクターブレードにおいて、前記高強度材
    が、カーボンまたは芳香族系ポリア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。
11. 【請求項１１】 請求項１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（約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。
12. 【請求項１２】 請求項１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（約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。
13. 【請求項１３】 請求項１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、好ましくは約０．０５０インチ（約１．２７ｍｍ）であるこ
    とを特徴とするドクターブレード。
14. 【請求項１４】 請求項１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ていることを特徴とするドクターブレード。
15. 【請求項１５】 請求項１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。
16. 【請求項１６】 請求項１５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、ポリア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。
17. 【請求項１７】 請求項１記載のドクターブレードにおいて、前記強化繊維
    が、マシン方向に配向されていることを特徴とするドクターブレード。
18. 【請求項１８】 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、主にプラスチック材である内部コアと
    、 ｂ）前記コアの両側に設けられ、強化繊維を含む中間層と、 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約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。
19. 【請求項１９】 請求項１８記載の長手ドクターブレードにおいて、前記外
    部層がコア層と同じ材質であることを特徴とする長手ドクターブレード。
20. 【請求項２０】 請求項１８記載の長手ドクターブレードにおいて、前記外
    部層が、ポリエステル、ＵＨＭＷポリエチレン、ナイロン、ポリテトラフルオロ
    エチレン、または芳香族系ポリアミドを含む群から選択されることを特徴とする
    長手ドクターブレード。