均一塗工性、耐食性、耐摩耗性に優れ、濡れ性の高い塗工液転写ロール
抄紙機もしくは板紙抄紙機の塗工パートで用いるメタリングロールである。アンダーコート（２）として金属皮膜層のサーメットを、その上にセラミックス層（３）をトップコートとして気孔率１〜２０％程度で溶射し、その後コーティング層の表面を有機系または無機系封孔剤により封孔処理し、最終的には研磨によりロール外面の粗さがＲａ０．２〜０．４μｍの表面精度に仕上げることにより形成する。非常に硬く表面も滑らかなセラミックス溶射皮膜であるため、耐摩耗性能に優れ、塗工液中に含まれる微小硬質粒子による摩耗を防ぐ。封孔処理により皮膜を環境遮断するので耐食性に優れ塗工液による腐食を防ぐ。適切な表面粗さ、気孔率また塗工液との優れた濡れ性により、塗工液を紙へ均一に塗工することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
本発明は抄紙機もしくは板紙抄紙機の塗工パートで用いるメタリングロールに関するものである。
【背景技術】
新聞紙の一般的な塗工ラインを第１図に示す。塗工ラインは紙の表面・裏面にそれぞれ各３本のロールを使って塗工する合計６本のロールによって構成されている。紙は矢印方向に送られてくる。ドライヤパート７で乾燥された紙が塗工パート８に送られ、両面に塗工液が塗られる。塗液はファウンテンロール６からメタリングロール（塗工液転写ロール５）を経て、アプリケータロール４にて紙に塗工される。塗布量は各４、５ロール間の加圧力及び各ロールの速度比により調整されている。メタリングロール表面処理材質としては、数種類の材料が挙げられ、それぞれ異なる表面処理が行われている。
ファウンテンロール６、アプリケータロール４はゴムまたは樹脂製であるが、メタリングロール５は古くは低炭素鋼等で作製され、またその表面にハードクロムメッキを施し、ブラストで表面を細かく荒らして使用に供していたが、塗工成分の変化により塗工液中に塩素イオンを含むようになり、炭素鋼基材に孔食を発生し使用に耐えなかった。そのため、オーステナイトステンレス鋼で製作し対応を図ったが、ハードクロムメッキ層は元来チャンネルポーラス、ピンポーラス層であり、塗液が基材に達し塩素イオンによる孔食が発生して１、２ヶ月の寿命であった。
【発明の開示】
製紙工程の塗工液転写プロセスにおいて従来使用されてきた金属ロールでは、耐食性のほかにも、均一性及び耐摩耗性に難点があった。また、より少量のサイズ液で均一なコーティング処理することが、製造コスト低減のためにも求められていた。これらの諸要件を満たすべく、金属ロール表面の溶射処理に関し鋭意検討した結果、本発明を完遂するに到った。
本発明である、抄紙機もしくは板紙抄紙機の塗工パートで用いる塗工液転写ロールに関し、更に詳細な説明を加えるが、この塗工液転写ロールは、ロールのシェル胴周面上に、アンダーコート層および／またはトップコート層を形成したものである。
本発明のアンダーコート層のＨＶＯＦ溶射処理に用いることのできる金属としてはニッケルがあり、合金としてはニッケルクロム合金、ニッケルアルミニウム合金、ニッケルクロム鉄モリブデン合金（ハステロイ等）、ニッケルクロムシリコンボロン等の自溶合金等がある。合金とセラミックスとの混合物としてニッケルクロムシリコンボロンにタングステンカーバイドを含むもの、タングステンカーバイドニッケルクロム、タングステンカーバイドコバルトクロム、炭化タングステンニッケルクロム等がある。セラミックスとしては、金属炭化物、金属酸化物、金属窒化物が利用できる。
アンダーコート材中に異種の材料を二層以上で溶射しても良い。この一層の厚さは０．１から０．２ｍｍ程度で、合計した層の厚みを０．４ｍｍまたはそれ以上にする。これらにより耐食性の高いアンダーコート層を溶射形成することができる。
トップコート層に利用できるセラミックスとしては、Ｃｒ２Ｏ３５０〜９５％とＴｉＯ２もしくはＡｌ２Ｏ３を２〜４０％とＳｉＯ２を１〜５０％混合したセラミックス混合物が好適である。また、Ａｌ２Ｏ３に対しＴｉＯ２を２〜６０％混合したセラミックス混合物、またはＡｌ２Ｏ３に対しＺｒＯ２を２０〜５０％混合したセラミックス混合物も適する。ＴｉＯ２の他に、カルシウム、ジルコニウム、マグネシウム、イットリウム、コバルト、マンガンもしくはスズの酸化物またはそれらの混合物を含んでもよい。
このトップコート層は、膜厚５００〜６００μｍまたはそれ以上にプラズマ溶射する。気孔率は１〜２０％程度とし、その後コーティング層の表面をビニール、フェノール、エポキシ、ポリエステル、ポリウレタン、シリコンなどの樹脂、ナトリウムケイ酸塩、エチルケイ酸塩、嫌気性メタクリル酸塩及びリン酸塩などの封孔剤により封孔処理する。さらに、研磨によりロール外面の粗さがＲａ０．２〜０．４μｍの表面精度に仕上げる。
また本発明では、ＨＶＯＦガンは燃焼ガスとしてプロパン、プロピレン、水素または灯油等を用い、通常の大気溶射の場合、また、ノズルにさらに雰囲気制御用のシュラウドノズルを付け、アルゴン、窒素ガスを流す場合も含み、形成することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の塗工パート及びその前後のパートであるドライヤパートを示す図である。
第２図は本発明の好ましい実施例を示す図である。
第３図はカラー液を滴下した際の液滴に対する各種皮膜の接触角値を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
抄紙機、特に新聞紙及び上質紙の製紙過程における金属製の塗工液転写ロールのシェル胴周面に、本発明に基づくアンダーコート層及び／またはトップコート層を溶射処理し、封孔処理、研磨加工等を行ったものを当該用途に使用する。
以下実施例により、具体的な形成膜とその形成方法を示すが、本発明の内容がこの例に限定されないことは当然である。
金属性塗工液転写ロールのシェル胴周面に、ニッケルアルミ合金をＨＶＯＦにて溶射する。次に、Ｃｒ２Ｏ３（９０％）、ＴｉＯ２（５％）及びＳｉＯ２（５％）からなるセラミックス層を溶射して形成する。これに、有機系または無機系封孔剤で封孔処理したのち、ロール外面の粗さがＲａ０．２〜０．４μｍに仕上げる。
このロールは、第１図に示した５の箇所で使用される。従来品ＷＣ溶射皮膜ロール、ハードクロムメッキロール、ＳＵＳ製ロールと本発明品であるセラミックスロールを使用し、各ロールの表面特性並びに１０時間以上経過後の塗工性、腐食性、摩耗性を比較評価した。その結果を表１に示す。本発明の極めて良好な使用結果が明らかとなった。
以下の検討により、本発明の処理膜層の優れた耐食性を確認した。ガラスＴ字管の左右に試験片を取り付け、中質微塗工液にＰＶＡと３％の塩分を加えた液を中に入れ、そのＴ字管を２００時間、一定温度４５℃の液中に浸漬した。コバルトを含むサーメットでは浸漬後８時間で気相部の腐食、ＮｉＣｒを含むサーメットでは浸漬後２４時間で浸漬部の腐食が見られたことに対し、セラミックス層Ｃｒ２Ｏ３を溶射し封孔処理したもの及びＴｉＯ２ベースのセラミックス層を溶射し封孔処理した本発明品では、２００時間浸漬後でも腐食がみられなかった。サーメットサンプルを浸漬後、ＥＰＭＡによる面分析した結果、腐食部には多量のＦｅが確認された。本発明品は、腐食に対して優れた耐性を持つことが分かった。
さらに第３図に示すように、５０×５０×５（ｍｍ）に切断したＳＳ４００片にＷＣ溶射皮膜、ハードクロムメッキ、セラミックスを施工し、その皮膜上にカラー液滴を約３．０μｌ滴下し、協和界面株式会社製の自動接触角計でカラー液に対する濡れ性を測定した。カラー液に対しては、セラミックスロールの接触角が最も小さく（４８．４°）、最も濡れ性に優れた製品であることが分かった。
同様の溶射処理と封孔処理を行った実機塗工液転写ロール（φ８１０×５，５００ｍｍＬ）を作製し実用試験を行った結果、さらに以下のことが明らかとなった。（１）封孔処理により皮膜を環境遮断しているため、塗工液による腐食を防ぐことができた。（２）セラミックス溶射皮膜は非常に硬いため、塗工液中に含まれる微小硬質粒子による摩耗を防ぐことができた。（３）セラミックス溶射皮膜は非常に硬く表面も滑らかなため、ロール胴周面に付着している塗工液を除去するために使用するワイパーと呼ばれるドクターブレードによる摩耗、また隣り合うロール（アプリケータロール、ファウンテンロール）との接触による摩耗を防ぐことができた。（４）セラミックス溶射皮膜は塗工液との濡れ性に優れているため、塗工液を紙へ均一に施工できた。
【産業上の利用の可能性】
アンダーコートとして金属皮膜層のサーメットを溶射し、その上にセラミックス層をトップコートとして気孔率１〜２０％程度で溶射し、その後コーティング層の表面を有機系または無機系封孔剤により封孔処理し、最終的には研磨によりロール外面の粗さがＲａ０．２〜０．４μｍの表面精度に仕上げることにより形成された実機用ロールは、適切な表面粗さ、気孔率また塗工液との優れた濡れ性により、塗工液を紙へ均一に塗工することができた。その上、優れた耐摩耗性能と環境遮断による耐食性の飛躍的改善により、均一塗工性を長期間維持できることが明らかとなった。
【図１】
【図２】
【図３】
【技術分野】
本発明は抄紙機もしくは板紙抄紙機の塗工パートで用いるメタリングロールに関するものである。
【背景技術】
新聞紙の一般的な塗工ラインを第１図に示す。塗工ラインは紙の表面・裏面にそれぞれ各３本のロールを使って塗工する合計６本のロールによって構成されている。紙は矢印方向に送られてくる。ドライヤパート７で乾燥された紙が塗工パート８に送られ、両面に塗工液が塗られる。塗液はファウンテンロール６からメタリングロール（塗工液転写ロール５）を経て、アプリケータロール４にて紙に塗工される。塗布量は各４、５ロール間の加圧力及び各ロールの速度比により調整されている。メタリングロール表面処理材質としては、数種類の材料が挙げられ、それぞれ異なる表面処理が行われている。
ファウンテンロール６、アプリケータロール４はゴムまたは樹脂製であるが、メタリングロール５は古くは低炭素鋼等で作製され、またその表面にハードクロムメッキを施し、ブラストで表面を細かく荒らして使用に供していたが、塗工成分の変化により塗工液中に塩素イオンを含むようになり、炭素鋼基材に孔食を発生し使用に耐えなかった。そのため、オーステナイトステンレス鋼で製作し対応を図ったが、ハードクロムメッキ層は元来チャンネルポーラス、ピンポーラス層であり、塗液が基材に達し塩素イオンによる孔食が発生して１、２ヶ月の寿命であった。
【発明の開示】
製紙工程の塗工液転写プロセスにおいて従来使用されてきた金属ロールでは、耐食性のほかにも、均一性及び耐摩耗性に難点があった。また、より少量のサイズ液で均一なコーティング処理することが、製造コスト低減のためにも求められていた。これらの諸要件を満たすべく、金属ロール表面の溶射処理に関し鋭意検討した結果、本発明を完遂するに到った。
本発明である、抄紙機もしくは板紙抄紙機の塗工パートで用いる塗工液転写ロールに関し、更に詳細な説明を加えるが、この塗工液転写ロールは、ロールのシェル胴周面上に、アンダーコート層および／またはトップコート層を形成したものである。
本発明のアンダーコート層のＨＶＯＦ溶射処理に用いることのできる金属としてはニッケルがあり、合金としてはニッケルクロム合金、ニッケルアルミニウム合金、ニッケルクロム鉄モリブデン合金（ハステロイ等）、ニッケルクロムシリコンボロン等の自溶合金等がある。合金とセラミックスとの混合物としてニッケルクロムシリコンボロンにタングステンカーバイドを含むもの、タングステンカーバイドニッケルクロム、タングステンカーバイドコバルトクロム、炭化タングステンニッケルクロム等がある。セラミックスとしては、金属炭化物、金属酸化物、金属窒化物が利用できる。
アンダーコート材中に異種の材料を二層以上で溶射しても良い。この一層の厚さは０．１から０．２ｍｍ程度で、合計した層の厚みを０．４ｍｍまたはそれ以上にする。これらにより耐食性の高いアンダーコート層を溶射形成することができる。
トップコート層に利用できるセラミックスとしては、Ｃｒ２Ｏ３５０〜９５％とＴｉＯ２もしくはＡｌ２Ｏ３を２〜４０％とＳｉＯ２を１〜５０％混合したセラミックス混合物が好適である。また、Ａｌ２Ｏ３に対しＴｉＯ２を２〜６０％混合したセラミックス混合物、またはＡｌ２Ｏ３に対しＺｒＯ２を２０〜５０％混合したセラミックス混合物も適する。ＴｉＯ２の他に、カルシウム、ジルコニウム、マグネシウム、イットリウム、コバルト、マンガンもしくはスズの酸化物またはそれらの混合物を含んでもよい。
このトップコート層は、膜厚５００〜６００μｍまたはそれ以上にプラズマ溶射する。気孔率は１〜２０％程度とし、その後コーティング層の表面をビニール、フェノール、エポキシ、ポリエステル、ポリウレタン、シリコンなどの樹脂、ナトリウムケイ酸塩、エチルケイ酸塩、嫌気性メタクリル酸塩及びリン酸塩などの封孔剤により封孔処理する。さらに、研磨によりロール外面の粗さがＲａ０．２〜０．４μｍの表面精度に仕上げる。
また本発明では、ＨＶＯＦガンは燃焼ガスとしてプロパン、プロピレン、水素または灯油等を用い、通常の大気溶射の場合、また、ノズルにさらに雰囲気制御用のシュラウドノズルを付け、アルゴン、窒素ガスを流す場合も含み、形成することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の塗工パート及びその前後のパートであるドライヤパートを示す図である。
第２図は本発明の好ましい実施例を示す図である。
第３図はカラー液を滴下した際の液滴に対する各種皮膜の接触角値を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
抄紙機、特に新聞紙及び上質紙の製紙過程における金属製の塗工液転写ロールのシェル胴周面に、本発明に基づくアンダーコート層及び／またはトップコート層を溶射処理し、封孔処理、研磨加工等を行ったものを当該用途に使用する。
以下実施例により、具体的な形成膜とその形成方法を示すが、本発明の内容がこの例に限定されないことは当然である。
金属性塗工液転写ロールのシェル胴周面に、ニッケルアルミ合金をＨＶＯＦにて溶射する。次に、Ｃｒ２Ｏ３（９０％）、ＴｉＯ２（５％）及びＳｉＯ２（５％）からなるセラミックス層を溶射して形成する。これに、有機系または無機系封孔剤で封孔処理したのち、ロール外面の粗さがＲａ０．２〜０．４μｍに仕上げる。
このロールは、第１図に示した５の箇所で使用される。従来品ＷＣ溶射皮膜ロール、ハードクロムメッキロール、ＳＵＳ製ロールと本発明品であるセラミックスロールを使用し、各ロールの表面特性並びに１０時間以上経過後の塗工性、腐食性、摩耗性を比較評価した。その結果を表１に示す。本発明の極めて良好な使用結果が明らかとなった。
以下の検討により、本発明の処理膜層の優れた耐食性を確認した。ガラスＴ字管の左右に試験片を取り付け、中質微塗工液にＰＶＡと３％の塩分を加えた液を中に入れ、そのＴ字管を２００時間、一定温度４５℃の液中に浸漬した。コバルトを含むサーメットでは浸漬後８時間で気相部の腐食、ＮｉＣｒを含むサーメットでは浸漬後２４時間で浸漬部の腐食が見られたことに対し、セラミックス層Ｃｒ２Ｏ３を溶射し封孔処理したもの及びＴｉＯ２ベースのセラミックス層を溶射し封孔処理した本発明品では、２００時間浸漬後でも腐食がみられなかった。サーメットサンプルを浸漬後、ＥＰＭＡによる面分析した結果、腐食部には多量のＦｅが確認された。本発明品は、腐食に対して優れた耐性を持つことが分かった。
さらに第３図に示すように、５０×５０×５（ｍｍ）に切断したＳＳ４００片にＷＣ溶射皮膜、ハードクロムメッキ、セラミックスを施工し、その皮膜上にカラー液滴を約３．０μｌ滴下し、協和界面株式会社製の自動接触角計でカラー液に対する濡れ性を測定した。カラー液に対しては、セラミックスロールの接触角が最も小さく（４８．４°）、最も濡れ性に優れた製品であることが分かった。
同様の溶射処理と封孔処理を行った実機塗工液転写ロール（φ８１０×５，５００ｍｍＬ）を作製し実用試験を行った結果、さらに以下のことが明らかとなった。（１）封孔処理により皮膜を環境遮断しているため、塗工液による腐食を防ぐことができた。（２）セラミックス溶射皮膜は非常に硬いため、塗工液中に含まれる微小硬質粒子による摩耗を防ぐことができた。（３）セラミックス溶射皮膜は非常に硬く表面も滑らかなため、ロール胴周面に付着している塗工液を除去するために使用するワイパーと呼ばれるドクターブレードによる摩耗、また隣り合うロール（アプリケータロール、ファウンテンロール）との接触による摩耗を防ぐことができた。（４）セラミックス溶射皮膜は塗工液との濡れ性に優れているため、塗工液を紙へ均一に施工できた。
【産業上の利用の可能性】
アンダーコートとして金属皮膜層のサーメットを溶射し、その上にセラミックス層をトップコートとして気孔率１〜２０％程度で溶射し、その後コーティング層の表面を有機系または無機系封孔剤により封孔処理し、最終的には研磨によりロール外面の粗さがＲａ０．２〜０．４μｍの表面精度に仕上げることにより形成された実機用ロールは、適切な表面粗さ、気孔率また塗工液との優れた濡れ性により、塗工液を紙へ均一に塗工することができた。その上、優れた耐摩耗性能と環境遮断による耐食性の飛躍的改善により、均一塗工性を長期間維持できることが明らかとなった。
【図１】
【図２】
【図３】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製紙用塗工液転写ロールのシェル胴周面上に、金属、合金、炭化物またはこれらの混合物を、厚さ０．１から０．２ｍｍ程度でＨＶＯＦ溶射により形成したアンダーコート金属皮膜層。
【請求項２】
請求項１記載の金属皮膜層が、異種の材料で二層以上形成した層からなり、一層の厚さは０．１から０．２ｍｍ程度であって、合計０．４ｍｍまたはそれ以上であるアンダーコート金属皮膜層。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載のアンダーコート金属皮膜層上に、セラミックスを膜厚５００〜６００μｍまたはそれ以上でプラズマ溶射したトップコートセラミックス層を含む表面処理層。
【請求項４】
請求項３記載の表面処理層をビニール、フェノール、エポキシ、ポリエステル、ポリウレタン、シリコンなどの樹脂、ナトリウムケイ酸塩、エチルケイ酸塩、嫌気性メタクリル酸塩及びリン酸塩などの封孔剤で封孔処理した表面処理層。
【請求項５】
請求項４記載の表面処理層を研磨しロール外面の粗さがＲａ０．２〜０．４μｍである表面処理層。
【請求項６】
金属、合金、炭化物またはこれらの混合物をＨＶＯＦガンで溶射するに際し、燃焼ガスとしてプロパン、プロピレン、水素または灯油を用い、大気中で行うか、またはアルゴンまたは窒素の雰囲気制御下で行う請求項１、２又は３記載の表面処理層。
【請求項７】
請求項５記載の研磨表面処理層を有し、その気孔率が１〜２０％程度であり、外面の粗さＲａが０．２〜０．４μｍである製紙用塗工液転写ロール。
【請求項１】
製紙用塗工液転写ロールのシェル胴周面上に、金属、合金、炭化物またはこれらの混合物を、厚さ０．１から０．２ｍｍ程度でＨＶＯＦ溶射により形成したアンダーコート金属皮膜層。
【請求項２】
請求項１記載の金属皮膜層が、異種の材料で二層以上形成した層からなり、一層の厚さは０．１から０．２ｍｍ程度であって、合計０．４ｍｍまたはそれ以上であるアンダーコート金属皮膜層。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載のアンダーコート金属皮膜層上に、セラミックスを膜厚５００〜６００μｍまたはそれ以上でプラズマ溶射したトップコートセラミックス層を含む表面処理層。
【請求項４】
請求項３記載の表面処理層をビニール、フェノール、エポキシ、ポリエステル、ポリウレタン、シリコンなどの樹脂、ナトリウムケイ酸塩、エチルケイ酸塩、嫌気性メタクリル酸塩及びリン酸塩などの封孔剤で封孔処理した表面処理層。
【請求項５】
請求項４記載の表面処理層を研磨しロール外面の粗さがＲａ０．２〜０．４μｍである表面処理層。
【請求項６】
金属、合金、炭化物またはこれらの混合物をＨＶＯＦガンで溶射するに際し、燃焼ガスとしてプロパン、プロピレン、水素または灯油を用い、大気中で行うか、またはアルゴンまたは窒素の雰囲気制御下で行う請求項１、２又は３記載の表面処理層。
【請求項７】
請求項５記載の研磨表面処理層を有し、その気孔率が１〜２０％程度であり、外面の粗さＲａが０．２〜０．４μｍである製紙用塗工液転写ロール。
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０００４７０
【国際公開日】平成１５年１２月３１日（２００３．１２．３１）
【発行日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−５１５４６９（Ｐ２００４−５１５４６９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００２／０１３５８４
【国際出願日】平成１４年１２月２６日（２００２．１２．２６）
【出願人】（５９１０５６９５０）倉敷ボーリング機工株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１５年１２月３１日（２００３．１２．３１）
【発行日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００２／０１３５８４
【国際出願日】平成１４年１２月２６日（２００２．１２．２６）
【出願人】（５９１０５６９５０）倉敷ボーリング機工株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
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