JP2005152809A - 塗工紙用ドクターブレード - Google Patents

Abstract

【課題】
耐摩耗性に優れて寿命が長く、これにより塗工開始時には塗工プロファイルの安定化を図ることができ、塗工後には優れた塗工面感を得ることができる塗工紙用ドクターブレードを提供する。
【解決手段】
ブレードコーターにより塗工原紙上に塗工された塗工液の量を調整するための塗工紙用ドクターブレードにおいて、前記ドクターブレードの前記塗工原紙と接触する刃先部分をタングステンを主原料とする素材で構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、塗工紙上に塗工液をブレードコーターにより塗工するときに用いられる塗工紙用ドクターブレードに関し、さらに詳細には、耐摩耗性に優れて寿命が長く、これにより塗工開始時には塗工プロファイルの安定化を図ることができ、塗工後には優れた塗工面感を得ることができるように改良された塗工紙用ドクターブレードに関する。

近年、塗工紙の生産は需要の増大により、その生産速度を益々上げる必要が出てきており、このため塗工紙に塗工液を塗工する塗工機に対しては塗工速度の高速化、あるいは紙幅の増大及び塗工液固形分の高濃度化への対応等が要求されている。

このため、従来、このような塗工紙の塗工機としては、高速塗工適性及び高度の紙品質の両者を備えたドクターブレードによるコーター、すなわちブレードコーターが主流として多用されている。このブレードコーターは、高速塗工適性、塗工量の広い範囲での調整、高粘度・高濃度塗料の塗工適性、あるいは塗工面の平滑性等に優れ、またエアナイフコーターと比較して設備が簡単でプロファイルが取り易く、低騒音で運転が容易である等の特徴を有しており、このブレードコーターで使用するドクターブレードの種類として、チップ（ベベル）式、あるいはベント式で代表される数種類のドクターブレードが一般に知られている。

このブレードコーターによる塗工方式は、例えば図２に側面図で示すように、バッキングロール１の回転により走行する広幅の塗工原紙２の表面に塗工液供給手段３から塗工液４を供給し、この塗工液４の量をブレードコーター（図示せず）に設けられたドクターブレード５の刃先部分（先端部ベベル面）５ａを紙面に接触させてこの部分にブレード線圧を生じさせ、このブレード線圧を調節・制御することにより塗工するものである。このように、ブレードコーターによる塗工液量の制御は、主としてドクターブレード５を機械的に変形させることにより得られるドクターブレード５の反力により行われるため、このドクターブレード５の材質としては、通常、高炭素鋼板が、適性、コスト、素材自体が有するバネ力等の観点から使用されていた。

しかしながら、このような高炭素鋼製のドクターブレード５は、塗工開始から一定時間内では良好な塗工結果が得られるが、長時間の塗工によりドクターブレード５の刃先部分５ａが急速な摩耗を受け、塗工条件が断続的に変化するという欠点があった。このようなドクターブレード５の摩耗の変化は塗工面感の悪化やブリーディングといった塗工欠陥として現れ、これを制御するためには塗工速度を減速し、ドクターブレード５ａ部分にかかるせん断力を減少させる必要が生じる。この結果、ドクターブレード５の変形量が減少し、これに起因して塗工原紙２の幅方向に各種の塗工ムラが現れて、塗工面感、すなわち塗工層が均一に塗工されているか否かの目視による判定が悪くなり、さらに塗工紙幅方向プロファイルが悪化するといった悪循環に陥る。このように塗工面感の悪化やプロファイルが悪化するとドクターブレードの寿命と判断され、ドクターブレード５を新しいものと頻繁に交換しなければならず、生産効率の低下を引き起こし、操業上問題があった。

そこで、このような問題に鑑み、例えば特許文献１には、図３に断面図で示すように、耐摩耗性の向上を目的として、ドクターブレード１５を母材１５Ａと被覆材（被覆層）１５Ｂとで構成し、母材１５Ａは鋼片により、また塗工液と直接作用する刃先部分（ベベル面）１５ａの被覆材１５Ｂは例えば硬いクロムメッキを施したもの、あるいはアルミナ等の金属酸化物や金属炭化物、さらにはセラミック等をプラズマ溶射して成るドクターブレード１０が提案されている。

また、特許文献２には、高炭素鋼からなるドクターブレード母材にセラミック板を貼り付けること、あるいはクロムを含有させたり表面にクロムを加工した母材の表面、又は表面から内部に窒化処理層を設けたドクターブレードが提案されている。

しかしながら、上述したように、ブレードコーターによる塗工方式は、ドクターブレード先端部のベベル面５ａを紙面に接触させ、ドクターブレード全体を機械的に変形させることにより、得られるドクターブレードの反力（バネ力）によって塗工量制御を行なうものであるため、ある時間だけ、とくに長時間に亘って使用しているとドクターブレードの刃先部分５ａが摩耗してくることは避けることができず、上述した各種提案に係わるドクターブレードを用いても、従前のものに較べ耐久性が多少増し、延命が図れたとしても、長時間、例えば３０数時間に亘って使用していると、ドクターブレードの刃先部分には摩耗を生じ、この摩耗に起因して、ドクターブレードの先端部にかかる塗工液のせん断力により刃先先端部から塗工液が湧き出す、いわゆるブリーディングが発生し、この結果塗工面感が悪くなるという問題があった。また、このようにブリーディングや塗工面感不良が現れると、新しいドクターブレードと交換して再塗工する必要があり、この再塗工に際して塗工プロファイル、すなわち幅方向における塗工量にバラツキがないように塗工量を所定の範囲に調整することが行なわれるが、この作業にはかなりの時間を要する上、塗工原紙を通して調整を行なうため、不良紙が大量に発生するという問題があった。
特開平８−２６０３８８号公報 特開２００２−２５４０１４公報

本発明は、上述したような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、耐摩耗性に優れて寿命が長く、これにより塗工開始時には塗工プロファイルの安定化を図ることができ、塗工後には優れた塗工面感を得ることができる塗工紙用ドクターブレードを提供することにある。

本発明の上記目的は、ブレードコーターにより塗工原紙上に塗工された塗工液の量を調整するための塗工紙用ドクターブレードにおいて、前記ドクターブレードの前記塗工原紙と接触する刃先部分をタングステンを主原料とする素材で構成したことを特徴とする塗工紙用ドクターブレードを提供することにより達成される。

また、本発明の上記目的は、前記刃先部分は１０００〜１７００Ｈｖのビツカース硬度を有することを特徴とする塗工紙用ドクターブレードを提供することによって、より効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、前記刃先部分は３０〜５０°のベベル角を有することを特徴とする塗工紙用ドクターブレードを提供することによって、より効果的に達成される。

さらにまた、本発明の上記目的は、前記タングステンを主原料とする素材は、前記ドクターブレードの刃先部分を構成する母材に溶射されていることを特徴とする塗工紙用ドクターブレードによって、より効果的に達成される。

本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、上述したように、ドクターブレードの塗工原紙と接触する刃先部分をタングステンを主原料とする素材で構成することにより、次のとおりの効果を奏することを見出したのである。

すなわち、本発明に係わる塗工紙用ドクターブレードによれば、ドクターブレードの耐摩耗性の増大に伴い、その寿命を従来の２倍以上とすることができ、これによりドクターブレードの交換頻度が半減され、従って交換に要する時間が半減されるために塗工開始時における塗工プロファイルの安定化を図ることができる。また、本塗工紙用ドクターブレードによれば、塗工後の塗工面感は、ドクターブレードの交換直後と交換直前とを比較し殆ど差の無いものとすることができる。

以下、本発明の内容を好ましい実施例に基き説明する。なお、本発明は必ずしもこのような実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲を逸脱しない範囲において種々の変更ができるものであることはいうまでもない。

図１は本発明の一実施形態である塗工紙用ドクターブレード１１５の側断面図である。なお、本ドクターブレード１１５は、前述した従来のドクターブレードと同様に用いられるので、この設置方法や使用方法等についての説明は省略する。

本ドクターブレード１１５は、高炭素鋼板製の母材１１５Ａの刃先部分（すなわち図示しない塗工用原紙と接触するベベル面）１１５ａを含む先端部にタングステンを主原料とする金属粒子をプラズマ噴射法により溶射して形成された被覆材層１１５Ｂを有して成っている。

本ドクターブレード１１５では、ベベル面１１５ａのなす角、すなわちベベル角θは３０〜５０°に設定され、また、タングステンを主原料とする金属粒子によって形成された被覆材層１１５Ｂの表面は１０００〜１７００Ｈｖのビツカース硬度を有している。母材１１５Ａの厚みＴ１は０．５〜０．７ｍｍに設定され、その幅寸法は塗工原紙の幅寸法に対応した値に設定されている。また、被覆材層１１５Ｂの厚みＴ２は０．０５〜０．４ｍｍの範囲に設定されている。

ここに、ベベル角θを３０°より小さく設定すると、塗工面にストリークあるいはスクラッチと呼ばれる糸状の窪みや前述したブリーディング等の塗工欠陥が発生し易くなるという問題があり、逆に５０°より大きく設定するとブレードパターン（ブレードのびびりによる塗工ムラ）が発生するといった問題があるので好ましくない。また、ビツカース硬度が１０００Ｈｖ未満の場合には摩耗により本ドクターブレード１１５の寿命が短くなり、１７００Ｈｖを超えると硬度は増すが塗工層の厚薄ムラにより巾方向の塗工量調整が困難となるため好ましくない。

本ドクターブレード１１５の被覆材層１１５Ｂを構成するタングステンを主原料とする金属粒子としては、タングステン粒子のみで構成する以外に、例えば、このタングステン粒子を主とし、これに少量のクロムやチタン等の金属粒子を加えたものを挙げることができる。

また、これらの金属粒子を母材１１５Ａに形成する方法としては、上述したような溶射による方法の他、例えばこれらの金属粒子を母材１１５Ａにプレス加工したり、場合によりこれらの金属粒子片を母材１１５Ａに貼着する等の方法も適用することができるが、上述したような噴射法により形成することが粒子の均一性及び強度の点で好ましい。

さらにまた、本ドクターブレード１１５の母材１１５Ａには、上述したような高炭素鋼に限らず、例えばステンレス鋼、鋳鋼、セラミック、耐熱性プラスチック、アルミニウム、銅等の素材を用いることができるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。

以上のとおり構成された本ドクターブレード１１５によれば、前述したように、ドクターブレード１１５自体の耐摩耗性の増大に伴い、その寿命を従来の２倍以上とすることができる。これによりドクターブレード１１５の交換頻度を半減することができ、かつ塗工プロファイルの早期安定化が図れることにより塗工開始時における不良紙の削減を図ることができる。また、本ドクターブレード１１５によれば、塗工後の塗工面感は、ドクターブレード１１５の交換直後と交換直前とを比較し殆ど差の無いものとすることができる。

なお、本ドクターブレード１１５による上記の作用効果は、以下に記述する実施例からも明らかにされるであろう。なお、本発明は、以下の実施例に限定されないことはいうまでもない。

本発明の効果を確認するため、次のような３つのステップから成る実験を行なった。

第１ステップとして、前述した本発明に係わるドクターブレード１１５と形状、材質等の構成が同一のタングステンを主原料とする被覆材層を有するドクターブレード（以下、「本発明ブレード」という）と、外形的には本発明ブレードと同一ではあるが、母材の刃先部分に酸化アルミナを主原料とする被覆材層を形成して成る従来のドクターブレード（以下、「従来ブレードＡ」という）と、この従来ブレードＡにおける被覆素材の組成条件をアルミナ・チタニア系に変更して成るドクターブレード（以下、「従来ブレードＢ」という）の３種類のドクターブレードを試作する。

第２ステップとして、これらの各ドクターブレード（「本発明ブレード」、「従来ブレードＡ」、「従来ブレードＢ」）を順次同一の塗工機に装着し、同一の条件（同一の塗工液、塗工原紙、塗工速度、塗工量等）をもって塗工する。

第３ステップとして、このような塗工過程における各ドクターブレードの使用時間と塗工された塗工紙の塗工面感の関係を確認する。なお、塗工面感の判断基準は、レベル１（最悪）〜レベル５（最良）の５段階評価とし、評価がレベル２となった時点でドクターブレード寿命（ブレード交換要）と判断する。

上記実験を行なったところ、表１に示すような結果が得られた。

上表から、本発明ブレードによれば、７７時間に亘って使用しても未だブレード交換を必要としないのに対し、従来ブレードＡではこの３分の１以下で、また、従来ブレードＡよりも寿命が長いとされる従来ブレードＢでも本発明ブレードの２分の１以下となり、本発明ブレードがいかに耐摩耗性を有するかが分かる。

このように、本発明によれば、ドクターブレードの延命化を図ることができ、これによりブレード交換の頻度が半減され、結果として塗工プロファイルの安定化を図ることができるという顕著な効果が得られる。また、本発明によれば、塗工面感について本発明ブレードの交換直前と直後とでは殆ど差が無いことも明らかにされている。

本発明に係わるドクターブレードは、チップ（ベベル）式、あるいはベント式以外の全てのブレードコーターに適用することができることは前述したとおりである。

本発明に係わる塗工紙用ドクターブレードの一実施形態の側断面図である。 一般的なブレードコーターの概要を示す側面図である。 従来の一般的な塗工紙用ドクターブレードの概要を示す側面図である。

符号の説明

１ バッキングロール
２ 塗工原紙
３ 塗工液供給手段
４ 塗工液
５、１５Ａ、１１５Ａ ドクターブレード
５ａ、１５ａ、１１５ａ 刃先部分（ベベル面）
１５Ｂ、１１５Ｂ 被覆材（被覆材層）

Claims (4)

1. ブレードコーターにより塗工原紙上に塗工された塗工液の量を調整するための塗工紙用ドクターブレードにおいて、前記ドクターブレードの前記塗工原紙と接触する刃先部分をタングステンを主原料とする素材で構成したことを特徴とする塗工紙用ドクターブレード。
2. 前記刃先部分は１０００〜１７００Ｈｖのビツカース硬度を有することを特徴とする請求項１に記載の塗工紙用ドクターブレード。
3. 前記刃先部分は３０〜５０°のベベル角を有することを特徴とする請求項２に記載の塗工紙用ドクターブレード。
4. 前記タングステンを主原料とする素材は、前記ドクターブレードの刃先部分を構成する母材に溶射されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の塗工紙用ドクターブレード。

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