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発明の名称 ブレード
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平10−151400
公開日 平成10年(1998)6月9日
出願番号 特願平9−235272
出願日 平成9年(1997)8月29日
代理人
発明者 山之口 秀則 / 古川 治 / 横山 敬 / 池田 謙二
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】エッジを備えたセラミックス製板状体を長尺の金属板の側面端部に固定してなるブレードであって、該ブレードを長さ方向に1mの間隔で両端を支持した時、セラミックス製板状体が破損することなく、自重により厚み方向に10cm以上撓むことを特徴とするブレード。
【請求項2】エッジを備えたセラミックス製板状体を長尺の金属板の側面端部に固定してなるブレードであって、セラミックス製板状体のヤング率をE1 (kg/m2 )、体積分率をV1 、金属板のヤング率をE2 (kg/m2 )、体積分率をV2 としたとき、ブレード全体の見掛けのヤング率EA (kg/m2 )を1/EA =V1 /E1 +V2 /E2により定義し、一方、上記ブレードの断面2次モーメントをI(m3 )、単位長さ当たりの重さをW(kg/m)とし、A=5W/384EA Iとしたとき、5×10-10 <A<7×10-8を満たすことを特徴とするブレード。
【請求項3】エッジを備えたセラミックス製板状体を長尺の金属板の側面端部に固定してなるブレードであって、上記セラミックス製板状体の破壊靱性値をKc (kg/m3/2 )、ビッカース硬度をH(kg/m2 )、ヤング率をE1 (kg/m2 )とした時、E1 <3.0×1010であり、かつR=(E1 /H)4/5 /(Kc 1/2 ・H5/8 )としたとき2.00×10-8<R<2.60×10-8を満たすことを特徴とするブレード。
【請求項4】シート状体やロール状体等の表面で、物質の塗布や掻き取りのために用いるブレードであって、支持体とその先端部に保持したセラミックス製の板状体からなり、上記板状体は、長さ300mm以上となるように押出成形またはシート成形し、焼成して一体的に形成したものであることを特徴とするブレード。
【請求項5】シート状体やロール状体等の表面で、物質の塗布や掻き取りのために用いるブレードであって、支持体とその先端部に保持したセラミックス製の板状体からなり、該板状体の先端を上記支持体から突出させたことを特徴とするブレード。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、シート状体やロール状体等の表面に他の物質を塗布したり、掻き取ったりする際に用いるブレードに関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、シート状体あるいはロール状体の表面に他の物質を塗布したり、掻き取ったりする際にブレードが用いられる。例えば、印刷工程における印刷版面へのインクの塗布や掻き取り工程、磁気テープやフレキシブルディスクへの磁性材料の塗布工程、製紙工程でロール紙やロール表面に付着した異物を掻き取る工程、紙コップや飲料水用パック等に用いる紙に樹脂を塗布する工程、壁紙や合板等に用いる木材に樹脂を塗布する工程、熱転写インクリボンやカーボンペーパーにインクを塗布する工程等、さまざまな分野でブレードが用いられる。
【0003】例えば、印刷工程の中で使用されるブレードは、その目的と作用から大きく2つに分けることができる。一つは印刷版面から余分なインクを除去するための掻き取り用ブレードと、もう一つはインクを塗布したり、光沢剤を塗布するための塗布用ブレードである。
【0004】これらの印刷塗布用ブレードとしては、通常金属の板状体が用いられている。例えば、図10(a)に示すように、印刷パターンに対応する凹部21を有する印刷版面20上で、金属製のブレード1を移動させてインク22を塗布し、凹部21に充填させることができる。
【0005】一方、掻き取り用ブレードとしては、例えば図10(b)に示すように、製紙工程において、ロール30の表面に金属製のブレード1を押し当てて回転させ、表面に付着した塗料、付着物等の異物31を除去することができる。
【0006】このようなブレードは、従来、そのほとんどがハイス鋼等の金属材から形成されており、先端のエッジで樹脂等を密着させながら伸ばして塗布したり、あるいはインク等を掻き取ったりするようになっている。しかしながら、金属材で形成されている場合、エッジが摩耗して均一に塗布できなくなるため、短時間の使用で交換しなければならず、長期の使用における信頼性及び作業性の面で極めて重大な問題を有していた。
【0007】上記問題点に対し、特公平2−36671号公報に示すように、ブレードの先端側面に炭化タングステン(WC)等の硬質膜を溶射したものもあったが、使用中に硬質膜が剥がれてしまうという問題があった。
【0008】そこで、特公平2−51398号公報に示されるように、ブレードの少なくとも刃部をジルコニアセラミックスで形成することが提案されている。
【0009】また、セラミックス単体では、使用時に破損する恐れがあることから、製紙工程で用いるブレードとして、金属板等の支持体の側面先端側にセラミックスの板状体を接合したブレードを本願出願人は既に提案した(実開平7−560号公報参照)。
【0010】これは、図9に示すように、支持体を成す金属板2の側面先端側にジルコニア等のセラミックスからなる複数の板状体13を接合し、この板状体13の先端エッジ部でインク等を塗布することにより耐摩耗性を向上させたものである。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ブレード全体あるいは刃部をジルコニアセラミックスで形成する場合、厚みを1mm以下と極めて薄く形成しなければならないため、使用時に撓むと割れてしまう恐れがあった。一方、割れないようにブレードを厚くすると、使用時に撓みにくくなるため、塗布や掻き取りを行いにくくなり、コートむらやスジ目等が生じるという第1の問題があった。
【0012】また、ブレードをセラミックスで形成すると、耐摩耗性に優れているものの、その反面ロール等の相手材に対するなじみが悪いという第2の問題があった。
【0013】さらに、図9に示すようなセラミックスからなる板状体13を用いたブレード1では、セラミックス製板状体13の横方向の長さL1 は250mm程度と短いものである。これは、セラミックス製の板状体13を作製する場合、粉体プレス成形することが一般的であるため、上記寸法以上の製品を得ることは困難となるためである。
【0014】ところが、一般に、このようなブレード1の全体の長さLは300mm以上あり、長いものでは10000mm(10m)程度のものもある。したがって、上記セラミックス製板状体13を用いたブレード1では、図9に示すように、複数のセラミックス製板状体13を継ぎ合わせて使用する必要があった。
【0015】そのため、長時間使用していると、板状体13の継ぎ目が摩耗して広がり、隙間が発生じて、印刷物に筋目が生じるなど均一な塗布が困難になるという第3の問題があった。
【0016】一方、上記のブレード1では、金属板2にセラミックス製の板状体13を貼り合わせた構造であるため、この部分の厚みが大きくなる。そのため、長期使用時に摩耗すると、板状体13だけでなく金属板2も接触し摩耗することになる。その結果、次第に接触面積が大きくなって面圧が下がり、ブレード1の押しつけ力を調整しなければならず、また、金属板2の摩耗により、食品製造工程や、磁気記録装置の製造工程等に使用する場合は金属粉の混入による不都合があるという第4の問題があった。
【0017】
【課題を解決するための手段】そこで、請求項1の発明は、エッジを備えたセラミックス製板状体を長尺の金属板の側面端部に固定してなるブレードであって、該ブレードを長さ方向に1m以上の間隔で両端支持した時、セラミックス製板状体が破損することなく、自重により厚み方向に10cm以上撓むことを特徴とする。
【0018】即ち、好適に使用するためにはブレード自体が適度に撓む必要があり、種々検討の結果、ブレードを成す金属板やセラミックス製板状体の材質、寸法、形状等を調整してブレードを長さ方向に1mの間隔で両端支持した時に自重で厚み方向に10cm以上撓むようにしておけば、第1の問題を解決して良好に使用できることを見出した。しかも、セラミックス製板状体を金属板の側面端部に固定した構造とすることによって、ブレード全体を撓みやすくし、かつ撓んだ場合でもセラミックス製板状体の破損を防止するようにした。
【0019】また、請求項2の発明は、エッジを備えたセラミックス製板状体を長尺の金属板の側面端部に固定してなるブレードであって、ブレード全体の見掛けのヤング率をEA (kg/m2 )、ブレードの断面2次モーメントをI(m3 )、単位長さ当たりの重さをW(kg/m)とし、A=5W/384EA Iとしたとき、5×10-10 <A<7×10-8を満たすことを特徴とする。
【0020】即ち、上記A値はブレードの自重による撓み量を示す尺度であり、このA値が上記範囲内であれば、ブレード全体を撓みやすくし、第1の問題を解決することができる。
【0021】さらに、請求項3の発明は、エッジを備えたセラミックス製板状体を長尺の金属板の側面端部に固定してなるブレードであって、上記セラミックス製板状体の破壊靱性値をKc (kg/m3/2 )、ビッカース硬度をH(kg/m2 )、ヤング率をE1 (kg/m2 )とした時、E1 <3.0×1010であり、かつR=(E1 /H)4/5 /(Kc 1/2 ・H5/8 )としたとき2.00×10-8<R<2.60×10-8を満たすことを特徴とする。
【0022】即ち、上記R値は、耐摩耗性を示す尺度であり、このR値が上記範囲内にあれば、耐摩耗性に優れるとともに、初期の段階である程度摩耗することによって、相手材の形状になじむことができ、第2の問題を解決できる。
【0023】また、請求項4の発明は、シート状体やロール状体等の表面で、物質の塗布や掻き取りのために用いるブレードであって、支持体の先端部にセラミックス製板状体を保持してなり、該板状体は長さ300mm以上で一体的に形成したことを特徴とする。
【0024】即ち、300mm以上の長さを持ったセラミック製板状体を一体的に形成することによって、上述したような継ぎ目を無くして第3の問題を解決し、均一な塗布や掻き取りを可能としたものである。
【0025】さらに、請求項5の発明は、シート状体やロール状体等の表面で、物質の塗布や掻き取りのために用いるブレードであって、支持体の先端部にセラミックス製板状体を保持してなり、該板状体の先端を上記支持体から突出させたことを特徴とする。
【0026】即ち、板状体の先端を突出させたことによって、この板状体の先端のみでシート状体又はロール状体と摺動することになり、使用中に板状体が摩耗しても支持体まで摩耗することを防止できる。そのため、摩耗しても接触面積が大きくなることはなく、面圧を一定に維持でき、また支持体を成す金属成分が混入することも防止でき、第4の問題を解決できる。
【0027】
【発明の実施の形態】以下、請求項1〜3の発明の実施形態として製紙用のブレードについて説明する。
【0028】図1に示すように、本発明のブレード1は、ハイス鋼等からなる金属板2の先端側面にジルコニア等のセラミックスからなる板状体3を接着剤4で接合したものである。そして、この板状体3にはエッジ3aを備えており、図2に示すように、このブレード1を用いて紙6の上にコート剤5を延ばしながら掻き取ることで、紙6の表面にコート剤5を塗布することができる。
【0029】なお、ブレード1の全長Lは1.5〜9mと長いものであり、詳細を後述するように、板状体3は、この長さLにわたって一体的に形成することが好ましいが、複数に分割して、各々のエッジ3aが揃うように金属板2に接合しても良い。
【0030】また、金属板2と板状体3とは、両者の平面部に接着剤4を介在させて接合すればよい。なお、両者の接合構造としては、図3に示すように、金属板2側に形成した斜面や凹部に、板状体3を接着剤4で接合することもできる。さらに、板状体3のエッジ3aは必ずしもシャープエッジである必要はなく、図3に示すように斜面状や曲面状であっても良い。
【0031】なお、本発明のブレード1を使用する際に、図2に示すように、ブレード1自体が撓むことが重要である。即ち、撓むことによって、板状体3のエッジ3aを紙6の表面に押しつけることができ、コート剤5を均一な厚みにし、かつ密着強度を高めて塗布することができるのである。
【0032】そこで、本発明では、金属板2の先端側面にセラミックス製の板状体3を接合する構造として、主体を金属板2で構成したため、ブレード1を撓みやすくすることができる。
【0033】しかも本発明では、ブレード1の撓みを評価するために、図4に示すようにブレード1を長さ方向に1mの間隔で両端支持した時の、自重による厚み方向の撓み量Xを測定したとき、この撓み量Xが10cm以上、好ましくは20cm以上となるようにしておけば良いことを見出した。
【0034】即ち、上記撓み量Xが10cm以上、好ましくは20cm以上であれば、図2のように使用する際に、ブレード1が充分に撓むため、エッジ3aを紙6の表面に押しつけて、コート剤5を均一な厚みにし、かつ密着強度を高くでき、第1の問題を解決できる。
【0035】なお、この撓み量Xは、金属板2及び板状体3の材質、形状、寸法によって決定されるものであり、上記範囲となるように、これらを調整すれば良いことになる。実際には、ブレード1の主体をなす金属板2でほぼ決定されることになり、例えば、金属板2をハイス鋼で形成する場合、その厚みを1mm以下としておけば良い。
【0036】また、この撓み量Xは、ブレード1を1mの間隔で両端支持した時の値であり、ブレード1の長さが1m以外の場合は、その両端で支持した時の撓み量を測定し、公知の方法によって換算することができる。あるいはブレード1が1mよりも長い場合は、1mの長さに切断して両端支持し、その撓み量Xを求めることもできる。
【0037】さらに、本発明では、図4にように自重によってブレード1を撓み量Xで撓ませた時に、セラミックス製の板状体3が破損しないようにすることが重要である。これは、ブレード1の使用時や搬送時等において、最悪の場合に上記の撓み量Xが生じる恐れがあり、このような場合にでも板状体3の破損を防止するためである。
【0038】そのためには、板状体3の材質、寸法、形状を調整して、上記撓み量Xで撓んでも破損が生じないようにしておけば良い。特に板状体3の材質が重要であり、上記撓みに耐えられるような、強度、靱性の高いセラミックスを用いることが重要である。
【0039】具体的には、高強度、高靱性の部分安定化ジルコニアセラミックスを用いることが好ましい。これは、ZrO2 を主成分とし、Y2 3 、MgO、CaO、CeO2 、Dy2 3 等の一種以上の安定化剤を含み、正方晶の結晶相を主体とした部分安定化ジルコニアセラミックスのことであり、このようなジルコニアセラミックスは、応力を受けた際に正方晶相が単斜晶相に変化する応力誘起変態の作用によって、極めて強度、靱性を高くすることができる。
【0040】なお、板状体3の材質としては、上記ジルコニアセラミックスに限ることはなく、要するに図4に示すようにブレード1を両端支持した時に、自重による撓み量Xが10cm以上となり、この時に破損しないような材質、寸法、形状としておけば良い。
【0041】また、本発明では、上記ブレード1における、板状体3を成すセラミックスのヤング率をE1 (kg/m2 )、ブレード1全体に対する板状体3の体積分率をV1 、金属板2のヤング率をE2 (kg/m2 )、ブレード1全体に対する金属板2の体積分率をV2 としたとき、ブレード1全体の見掛けのヤング率EA (kg/m2 )を1/EA =V1 /E1 +V2 /E2により定義し、一方、上記ブレード1の断面2次モーメントをI(m3 )、単位長さ当たりの重さをW(kg/m)とし、A=5W/384EA Iとしたとき、5×10-10 <A<7×10-8を満たしている。
【0042】ここで、上記A値はブレード1の自重による撓み量を示す尺度であり、このA値が上記範囲内であれば、ブレード1全体を撓みやすくすることができ、第1の問題を解決できる。
【0043】次に、本発明では、上記板状体3を成すセラミックスの破壊靱性値をKc (kg/m3/2 )、ビッカース硬度をH(kg/m2 )、ヤング率をE1 (kg/m2 )とした時、E1 <3.0×1010であり、かつR=(E1 /H)4/5 /(Kc 1/2 ・H5/8 )としたとき2.00×10-8<R<2.60×10-8を満たすようにする。
【0044】ここで、ヤング率E1 を3.0×1010kg/m2 未満としたのは、ヤング率E1 が低いほど板状体3が撓みやすいことになり、上述したブレード1全体の撓みに追従しやすくなるためである。また、板状体3が撓みやすいと、エッジ3aが紙6等に対して均一な圧力で接することになり、塗布膜の厚みを均一にし、仕上げ面を滑らかにすることができるためである。
【0045】また、Rの値は、耐摩耗性を示す尺度であり、この値が小さいほど耐摩耗性に優れるが、コートむらやスジ目の不具合を防ぐため、初期の段階である程度摩耗してコート面等の相手材の形状になじむ必要がある。このため、適度な耐摩耗性が必要となる。このような観点から、2.00×10-8<R<2.60×10-8であれば、充分に優れた耐摩耗性を有し、ブレード1の寿命を長くできるとともに、初期段階で適度に摩耗して相手材となじむことができ、第2の問題を解決できる。
【0046】なお、上記各物性値の測定については、板状体1を成すセラミックスと同じ材質で別途作成したテストピース、または板状体1自体から所定の寸法に切り出したテストピースで測定する。なお、ヤング率E1 は超音波パルス法、破壊靱性値Kc はIF法、硬度Hはビッカース硬度により、それぞれ測定する。あるいは、公知の換算式がある場合は、他の方法で測定して上記の値に換算してもよい。
【0047】なお、以上は製紙用のブレードについて説明したが、本発明のブレードは、木材や金属等のシート状体の表面に樹脂等をコートする工程や、印刷版の版面に付着したインクを掻き取る工程、ゴムや食料品等をシート状に成形する工程などさまざまな用途に使用することができる。
【0048】次に、請求項4の発明の実施形態を印刷塗布用ブレードを例にとって説明する。
【0049】ブレード1は、図1に示すものと同様に、支持体を成す金属板2の先端側面にセラミックス製の板状体3を接合したものである。そして、図10(a)に示すように、印刷版面20上にブレード1を押し当てて矢印方向に移動させることによって、インク22を凹部21に充填させながら塗布することができる。
【0050】このとき、ブレード1の先端エッジがセラミックス製の板状体3からなるため、耐摩耗性に優れ、長期間良好に使用することができる。また、この板状体3は金属板等2に保持されているため、押し当てるように使用しても金属板2が撓むことによって、板状体3の破損を防止できる。
【0051】さらに、上記板状体3は、ブレード1の横方向の全長にわたって一体的に形成されており、その全長Lは300mm以上となっている。そのため、このブレード1を用いて塗布を行った場合に、板状体3に継ぎ目がないため、均一な厚みで滑らかな塗布作業を行うことができ、第3の問題を解決できる。
【0052】なお、板状体3の全長を300mm以上としたのは、通常用いられるブレード1の長さが300mm以上であるからであり、実際には使用するブレード1の長さに応じて、それと同じ長さLの板状体3とすれば良い。具体的には、板状体3の長さLは300mm以上で、10000mm(10m)程度までのものが使用される。また、このような長尺の板状体3は後述する押出成形法により得ることができる。
【0053】さらに、板状体3の厚みtは0.2〜2.0mmの範囲としてある。これは、0.2mm未満では強度が低くなって破損する恐れがあり、一方2.0mmを超えると使用時に変形しにくくなり良好な塗布作業ができなくなるためである。
【0054】また、上記板状体3の材質としては、アルミナ、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム等のさまざまなセラミックスを用いることができるが、これらの中でも前述したような部分安定化ジルコニアセラミックスが最適である。このジルコニアセラミックスはセラミックスの中でも比較的熱膨張係数が大きいことから、金属板2との熱膨張差を小さくすることができる。
【0055】特に、本発明のブレード1では、長尺の板状体3と金属板2を接合しているため、両者の熱膨張差が大きいと使用時に反りが発生する恐れがある。そこで、板状体3として熱膨張係数の大きいジルコニアセラミックスを用いるとともに、金属板2として、板状体3との熱膨張差が3×10-6/℃以下の材質を用いることが好ましい。具体的には、金属板12として炭素鋼等を用いる。
【0056】さらに、板状体3の先端部の形状は、使用用途に応じてさまざまな形状とすることができる。例えば、図5(a)に示すようなエッジ3aを有する角形状や、図5(b)に示すような両側に斜面3bを有する形状や、図5(c)に示すように片側のみに斜面3bを有する形状や、図5(d)に示すように片側のみに斜面3bを有し、この斜面3bと側面との鈍角状の境界部に曲面3cを備えた形状などとすることができる。
【0057】特に、塗布用ブレードとして用いる場合は、図5の各形状のうち、図5(c)(d)に示すような片側に斜面3bを有する形状が好ましい。また、図5(d)の曲面3cの曲率半径は、板状体3の厚みt以下とすることが好ましい。
【0058】なお、この実施形態のブレード1は、図10(a)に示すような印刷工程での塗布用ブレード以外にも、前述したさまざまな分野の塗布作業やあるいは掻き取り作業に用いることができる。
【0059】次に、上記ブレード1の製造方法を説明する。
【0060】まず、セラミックス製の板状体3を作製するが、上述したジルコニアセラミックス等の原料粉末に有機バインダーを加えて混合・攪拌し、この原料を押出成形装置を用いて成形する。所定の形状、寸法を持った口金を用い、板状体3の長さL方向に押出成形することによって、一定断面の成形体を連続的に成形する。あるいは、ドクターブレード法やロールコンパクション法等によりシート成形で一定断面の成形体を連続的に成形することもできる。これを所定の長さで切断し、約1400℃の温度で焼成する。焼成後には多少の反りが発生するため、表裏を研削加工して一定の厚み、寸法となるように仕上げ、板状体3を得る。
【0061】一方、別途、金属板2を形成しておき、両者をエポキシ系等の接着剤4で接合すればブレード1を得ることができる。
【0062】このように、本発明では、板状体3を押出成形法で成形することによって、長さLが300mmを超えるものでも容易に製造することができる。
【0063】次に、請求項5の発明の実施形態として、掻き取り用ブレードに適用した例を説明する。
【0064】図6(a)に示すブレード1は、樹脂や金属等からなる支持体12の先端に凹部12aを形成し、この凹部12aにセラミックス製の板状体3を挿入し、一部を突出させた状態で接合したものである。また、図6(b)に示すように、このブレード1は、製紙工程においてロール30に押し当てて使用し、付着した異物31を除去するために使用することができる。
【0065】このブレード1は、図7(a)に示すように、板状体3の先端を支持体12から突出させた点が重要である。そのため、この板状体3の先端のみでロール30と摺動することになり、使用時に摩耗しても、支持体12まで摩耗することを防止できる。その結果、接触面積が大きくなることがなく、面圧が変化することを防止できる。しかも、支持体12が摩耗しないため、食品製造工程や磁気記録装置の製造工程に用いても金属粉等の異物の混入を防止することができ、第4の問題を解決できる。
【0066】そのためには、図7(a)における板状体3の突出長さDは0.1mm以上とし、好ましくは0.5〜1mmとする。これは、突出長さDが0.1mm未満では上述した効果が乏しくなるためである。ただし、突出長さDが1mmを超えると破損しやすくなるため、1mm以下が好ましい。
【0067】また、この実施形態における板状体3の厚みtは0.05〜1mm程度、好ましくは0.1〜0.5mmの範囲が好ましい。
【0068】さらに、板状体3と支持体12との接合構造としては、図7(a)に示すように支持体12の凹部12aに挿入し接合したものに限らず、図7(b)に示すように支持体12の側面端部に板状体3を接合したり、図7(c)に示すように支持体12の側面端部に凹部12bを形成し、この凹部12bに板状体3を接合することもできる。いずれの場合も、板状体3の突出長さDが上記範囲となるように設定しておけば良い。
【0069】また、板状体3の先端部の形状については、図8(a)に示すように先端の片側エッジ部に曲面3cを形成したり、図8(b)に示すように先端の両側エッジ部に曲面3cを形成したり、図8(c)に示すように先端の片側エッジ部に斜面状の大きな曲率半径の曲面3cを形成したりすることができる。いずれの場合も、曲面3cの曲率半径は0.03〜1mmの範囲内とすることが好ましい。
【0070】なお、この実施形態における板状体3の材質は上記実施形態と同様のセラミックスを用い、製造方法についても同様の押出成形法やあるいはプレス成形法を用いれば良い。また、支持体12の材質はFRP等の樹脂、又は炭素鋼等の金属材を用いる。
【0071】
【実施例】以下本発明の実施例を説明する。
【0072】実施例1請求項1の発明の実施例として、図1に示すブレード1を試作した。金属板2はハイス鋼で形成し、厚み0.05cm、幅7.5cm、長さ100cmとした。板状体3は、表1に示す各種セラミックスで形成し、厚み0.1cm、幅1cm、長さ100cmとして、両者をエポキシ系の接着剤4で接合した。
【0073】なお、表1中、ジルコニアとはZrO2 を主成分として3モル%のY2 3 を含み、正方晶の結晶を主体とする部分安定化ジルコニアセラミックスのことであり、アルミナとは99%のAl2 3 と残部がSiO2 、MgO等からなるアルミナセラミックスのことであり、窒化珪素とはSi3 4 を主成分としAl2 3 、Y2 3 を焼結助剤として含む窒化珪素質セラミックスのことであり、炭化珪素とはSiCを主成分としてAl2 3 、Y2 3 を焼結助剤として含む炭化珪素質セラミックスのことである。
【0074】各々のブレード1を図4に示すように、1mの間隔で両端支持した時の撓み量Xを測定し、この時の板状体3の破損の有無を確認した。また、各セラミックスについて、ワイブル統計に基づき上記寸法での製品強度を算出し、さらにブレードに発生する応力を両端支持における等方分布荷重の発生応力の算出式より求め、これかた安全率を算出した。
【0075】結果は表1に示す通りである。この結果より、いずれもブレード1の撓み量Xは22.7cmと充分であったが、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素で形成した板状体3は破損してしまった。これに対し、ジルコニアで形成した板状体3は破損しなかった。なお、この結果については、計算上でも推測することができ、経験的に安全率2以上であれば、実用可能であると考えられる。
【0076】したがって、この実施例では、板状体3をジルコニアセラミックスで形成すれば、ブレード1は充分に撓み、かつ板状体3の破損もないことがわかる。
【0077】
【表1】

【0078】比較例1次に、比較例として、上記と同様で金属板2の厚みを0.1cmと厚くしたものを作製し、ジルコニアセラミックス製の板状体3を接合したブレード1を作製した。この比較例のブレード1を図4に示すように両端支持したところ、板状体3は破損しなかったが、撓み量Xが5.7cmと10cm未満であった。
【0079】この比較例のブレードと、上述したように撓み量Xが22.7cmである実施例1のブレードを用いて、図2に示すように紙6上にコート剤5を塗布する試験を行い、塗布後のコート剤5のムラの有無を確認した。
【0080】その結果、比較例のブレードを用いた場合は、明確なムラが確認されたのに対し、本発明実施例のブレードを用いた場合は、均一な厚みに塗布され、ムラは確認されなかった。これは、ブレード1自体が撓むことにより、板状体3のエッジ3aを紙6に押しつける作用によって、均一な厚みにコート剤5を塗布できるためである。
【0081】そして、ブレード1を両端支持した時の撓み量Xを10cm以上とすることによって、均一な厚みに塗布できることがわかる。
【0082】実施例2次に、請求項2の発明の実施例を説明する。
【0083】実施例1と同様にして板状体3はジルコニアセラミックスで形成し、金属板2と板状体3の厚みを種々に変化したものを作製した。
【0084】それぞれの試料について、板状体3を成すセラミックスのヤング率をE1 (kg/m2 )、ブレード1全体に対する板状体3の体積分率をV1 、金属板2のヤング率をE2 (kg/m2 )、ブレード1全体に対する金属板2の体積分率をV2 としたとき、ブレード1全体の見掛けのヤング率EA (kg/m2 )を1/EA =V1 /E1 +V2 /E2により定義し、一方、上記ブレード1の断面2次モーメントをI(m3 )、単位長さ当たりの重さをW(kg/m)として、A=5W/384EA IによりA値を算出した。
【0085】また、各試料について、実施例2と同様の試験を行い、塗布後のムラの有無を確認して評価を行った。その結果を表2に示すように、5×10-10 <A<7×10-8の範囲内とすれば、均一な厚みに塗布され、ムラは確認されなかった。これは、A値が上記範囲内であればブレード1自体が適度に撓むことにより、板状体3のエッジ3aを紙6に押しつける作用によって、均一な厚みにコート剤5を塗布できるためである。
【0086】
【表2】

【0087】実施例3次に、請求項3の発明の実施例を説明する。
【0088】各種セラミックス製の板状体3を用いて、耐摩耗性と塗布時の均一性を調べる実験を行った。金属板2をハイス鋼で形成し、厚み0.05cm、幅7.5cm、長さ25cmとした。板状体3を表2に示す各種セラミックスで形成し、厚み0.05cm、幅0.1cm、長さ25cmとし、これを金属板2に接合した。
【0089】なお、表3中に示すセラミックス材料のうち、ジルコニア1は実施例1におけるジルコニアと同じであり、ジルコニア2はジルコニア1の焼成後に熱間静水圧加圧(HIP)処理を施したもの、ジルコニア3はジルコニア1に20%程度のAl2 3 を加えHIP処理を施したもの、ジルコニア4はZrO2 を主成分としてCeO2 、Dy2 3 を安定化剤として加えたものである。さらに、炭化珪素1は実施例1の炭化珪素と同じであり、炭化珪素2はβ−SiCを主成分としB,Cを焼結助剤として含有するものである。またサーメットとは、TiC、TiN等を主成分とする硬質成分と、鉄族金属との複合焼結体である。
【0090】各ブレードを用いて、図2に示すように紙6上にコート剤5を塗布する試験を行い、150時間の試験後に、ブレードのエッジ3aの摩耗状態とコート剤5の塗布状態を観察した。
【0091】なお、摩耗状態は先端からの摩耗によるエッジ3aの後退当で評価し、塗布状態は紙の表面に生じるスジの有無を目視により評価した。
【0092】結果は表3、4に示す通りである。この結果より、2.00×10-8<R<2.60×10-8かつE1 <3.0×1010のものはコート剤5のムラがなかった。したがって、この両方を満たすものではコート剤をムラなく塗布することができ、しかも長寿命とできることがわかる。
【0093】
【表3】

【0094】
【表4】

【0095】実施例4次に、請求項4の発明の実施例を説明する。
【0096】図1に示すブレード1を試作した。板状体3はY2 3 を3モル%含み残部がZrO2 からなる部分安定化ジルコニアセラミックスを用い、押出成形後、焼成することによって、最終的な寸法が幅5mm、厚みtは0.4mm、長さLは2000mmとなるものを作製した。また、幅30mm、厚み1mm、長さ2000mmの金属板2の先端側面にエポキシ系接着剤を用いて、上記板状体3を接合してブレード1を得た。
【0097】一方、比較例として、図9のように長さL1 が100mmの板状体13を20個継ぎ合わせて接合したブレード1も用意した。
【0098】両者について、印刷物に光沢剤を均一に塗布する装置に使用し、一定時間毎に印刷物の表面状態を観察した。
【0099】結果は、表5に示すように、比較例では、500時間後から板状体13の継ぎ目により、印刷物の表面に線模様が発生し、1000時間後には使用不可能となった。これに対し、本発明のブレード1では、1000時間を超えても安定して使用することができた。
【0100】
【表5】

【0101】実施例5次に、上記実施例4のブレード1において、金属板2の材質を種々に変化させたものを用意した。それぞれ板状体3と金属板2との熱膨張係数を求めた後、70℃の温度に設定した場合のブレード1全体の反り量を測定し、その状態のままで、光沢剤を塗布する装置で使用する試験を行った。なお、熱膨張係数については、各材質の試験片から、熱機械分析(TMA)により測定した。
【0102】結果は表6に示すように、板状体3と金属板2の熱膨張係数の差が大きいほど反り量が大きくなり、この差が3×10-6/℃を超えたもの(No.3)では、使用時に塗布ムラを修正することができなかった。
【0103】したがって、板状体3と金属板2との熱膨張係数の差は3×10-6/℃以下が好ましいことがわかる。
【0104】
【表6】

【0105】実施例6次に、上記実施例5のNo.1のブレードについて、板状体3の先端部の形状として、図5(b)に示す両側に斜面3bを有するもの、図5(c)に示す片側に斜面3bを有するもの、図5(d)に示す片側に斜面3bを有し側面との境界に曲面3cを備えたものをそれぞれ用意した。
【0106】各ブレード1を用いて、上記と同じ装置を用いて使用試験を行い、塗布ムラが発生するまでの時間と、母材への影響を調べた。
【0107】結果は表7に示す通りである。この結果より、図5(b)の両側に斜面3bを有する形状では、板状体3の摩耗により、部分的に板状体3を押し付けている力が変化したため、母材に接触して傷をつけてしまい、また塗布ムラが発生するまでの寿命も短かった。
【0108】また、図5(c)のように斜面3bを片側のみとしたものは寿命が延びたが、母材に傷が生じた。
【0109】これらに対し、図5(d)に示すように斜面3bと曲面3cを形成したものでは、寿命が長くなり、母材の傷も発生しなかった。これは、塗布工程でのコート材の流れをスムーズにできるため、ブレード1の押し付け力にばらつきた生じにくく、その分接触抵抗が減って寿命が伸び、また、コート材の流れに沿って曲面3cが摩耗していくために塗布ムラも生じにくいのである。さらに、曲面3cの存在によって、母材の傷も防ぐことができる。
【0110】
【表7】

【0111】実施例7次に、請求項5の発明の実施例を説明する。
【0112】図6(a)に示すブレード1を試作した。板状体3は上記と同様のジルコニアセラミックスで形成し、最終的な寸法が厚みtが1mm、長さ1500mm、幅15mmで、先端エッジ部に曲率半径0.1mmの曲面3cを形成した。一方、支持体12はFRP樹脂で形成し、厚み10mm、長さ1500mm、幅30mmとし、板状体11の突出長さDが0.5mmとなるように支持体12に接合した。
【0113】一方、比較例として、同じ寸法のブレード1を金属材と樹脂でそれぞれ形成したものを用意した。これらを、図6(b)に示すようなロール30の掻き取り作業に使用し、使用不可能となるまでの時間を比較した。
【0114】結果は表8に示す通り、本発明のブレード1は極めて耐摩耗性に優れていることがわかる。
【0115】
【表8】

【0116】実施例8次に、実施例7のジルコニアセラミックス製板状体3を用いたブレード1について、長さを2mとし、板状体3の突出長さDと厚みtを種々に変化させたものを試作した。
【0117】それぞれ、グラビア印刷工程において、回転速度600m/rpmのロール上にインクを塗布する使用試験を行い、板状体3の割れの有無や、塗布ムラの有無を調べた。
【0118】結果は表9に示すように、板状体3の突出長さDを0.5〜1mmとし、厚みtを0.5mm以下としたものは、割れが発生しにくく、塗布ムラも少なかった。
【0119】
【表9】

【0120】
【発明の効果】以上のように、請求項1の発明によれば、エッジを備えたセラミックス製板状体を長尺の金属板の側面端部に固定してなるブレードであって、該ブレードを長さ方向に1mの間隔で両端支持した時、セラミックス製板状体が破損することなく、自重により厚み方向に10cm以上撓むようにしたことによって、使用時にブレードが適度に撓むことから良好に塗布又は掻き取りを行うことができ、しかも使用時や搬送時に板状体が破損することがない。
【0121】また、請求項2の発明によれば、上記ブレード全体の見掛けのヤング率をEA(kg/m2 )、ブレードの断面2次モーメントをI(m3 )、単位長さ当たりの重さをW(kg/m)とし、A=5W/384EA Iとしたとき、5×10-10 <A<7×10-8を満たすことによって、使用時にブレードが適度に撓むことから良好に塗布又は掻き取りを行うことができる。
【0122】さらに、請求項3の発明によれば、上記ブレードにおいて、上記セラミックス製板状体の破壊靱性値をKc (kg/m3/2 )、ビッカース硬度をH(kg/m2 )、ヤング率をE1 (kg/m2 )とした時、E1 <3.0×1010であり、かつR=(E1 /H)4/5 /(Kc 1/2 ・H5/8 )としたとき2.00×10-8<R<2.60×10-8を満たすことによって、ブレードのエッジと相手部材とのなじみを良くし、しかもブレード自体の耐摩耗性を向上することができる。
【0123】また、請求項4の発明によれば、シート状体やロール状体等の表面で、物質の塗布や掻き取りのために用いるブレードであって、支持体の先端部にセラミックス製板状体を保持してなり、該板状体を、長さ300mm以上で一体的に形成したことによって、板状体に継ぎ目を無くし、長期間にわたって均一な塗布を可能とすることができる。
【0124】さらに、請求項5の発明によれば、上記ブレードにおいて、支持体の先端部にセラミックス製板状体を保持してなり、該板状体の先端を上記支持体から突出させたことによって、この板状体の先端のみでシート状体やロール状体と摺動することになり、使用中に板状体が摩耗しても、支持体まで摩耗することを防止できる。そのため、接触面積はほぼ同一となって面圧を一定に維持でき、また支持板の摩耗による金属粉等の混入を防止できる。




 

 


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