JPH02200763A - リファイナー用部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、製紙工程においてパルプ繊維の叩解を司る部
材いわゆるリファイナー用部材に関するものである。

本発明のリファイナー用部材は、バージンパルプ繊維の
叩解はいうまでもなく、古紙繊維１合成繊維および毛糸
の如き動物繊維などの叩解に用いて好適なものである。

また、本発明の部材は、穀物や種子などを粉砕する際に
用いる装置にも適用されるものである。

〔従来の技術〕

パルプ化工程で製造されたパルプは、水に分散した状態
で抄紙工程へ送られるが、このままで抄いた紙は、いわ
ゆるケバ立ちが多く、また強度も弱いため、通常抄紙工
程に先立ってリファイナーと呼ばれる装置で叩解（パル
プを叩いてもみほぐすこと）処理が施される。この処理
によってパルプは繊維の外層が裂け、内層が水に露出し
、内部にまで水が完全に浸透して大きく膨潤する。この
結果、繊維は著しく可塑化され、柔軟性を帯びることか
ら、抄紙の脱水過程で容易に変形するようになり、しか
も繊維間結合力も向上する。そしてさらに叩解を進める
と、繊維の表面に毛状物質が生じて繊維相互の絡み合い
性能が増し、繊維間の結合が強化されて強度が向、）：
する。

このようにパルプの叩解処理は、紙の性質に大きな影響
を与えるものであり、製紙工程において重要な役割を果
たしている。

現在、かような目的に使用されているリファイナーとし
ては、ディスク（円盤）型リファイナーと円錐型リファ
イナーとがある。円錐型リファイナーは、回転プラグ（
回転子）とそのハウジングく固定子）が長手方向に配列
された金属バーをそなえていて、繊維はこのバーに平行
に流れる間に叩解が施される。

また、円盤型リファイナーには、■固定円盤とこれに対
向する回転円盤をそなえるもの、■２つの対向回転円盤
をそなえるもの、■２つの固定円盤間とその間に配置し
た回転両面円盤とからなるものなどがある。

いずれにし°Ｃも、円盤型および円錐型とも、実際には
繊維を叩解する摩砕面には歯型や条溝が設けられ、高速
（６００〜１２０Ｏｒｐｍ）で回転するようになってお
り、パルプ繊維はかような凹凸摩砕面が相互に接近する
間隙を通ることによって叩解作用を受けるしくみになっ
ている。

このため摩砕面の表面は、水に対する化学的抵抗性（耐
食性）に優れていることのほか、叩解効果が高く、また
耐摩耗性にも優れていることが要求される。

ところで、リファイナー用部材としては、現在、１．７
　Ｃｒ−４Ｎｉ　Ｐ　Ｉｌ鋼のような析出硬化型のステ
ンレス鋼が採用されているが、その耐摩耗性は十分とは
いえず、１〜３力月間の連続使用で摩砕面の歯型が摩耗
、損傷して叩解性能が著しく劣化し、ぞの取り替えを余
儀なくされていた。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上記の問題を有利に解決するもので、耐食性
はいうまでもなく耐摩耗性が格段に優れたリファイナー
用部材を提供することを目的とする。

〔課題を解決するだめの手段〕

さて本発明者らは、を記の目的を達成すべく鋭意研究を
重ねたところ、リファイナー用部材の摩砕面に、炭化物
−金属サーメットの溶射被膜または金属下地層および炭
化物表面層からなる２層溶射被膜を被成することが、所
期した目的の達成に関し極めて有効であることの知見を
得た。

すなわち、かくして得られた被膜は、現行の材料に比較
するとはるかに硬＜　（Ｈｖ　１１００〜１３００）、
耐食性も優れているうえ、被膜表面は微細な凹凸を有し
ているため、これがパルプ繊維を効果的に引っ掛けるこ
とから叩解機能が格段に向上することの知見を得たので
ある。

本発明は、上記の知見に立脚するものである。

すなわち、本発明は、水分を含むパルプ繊維の叩解を司
る部材であって、その磨砕面表面に、■炭化物−金属す
−メソトの溶射被膜、または■金属溶射第１層と炭化物
溶射第２層とからな、る２層溶射被膜 をそなえてなるリファイナー用部材である。

この発明において、溶射被膜中の炭化物としては、ＷＣ
，ＴｉＣ，ＷＣ−Ｔｉｃ、　Ｃｒ、Ｃ，、ＺｒＣ，Ｔａ
Ｃ，ＮｂＣ。

ＶＣ，Ｂ、ＣおよびＭＯ２Ｃのうちから選んだ少なくと
も１種が、また金属としては、Ｃｏ、　Ｎｉ、　Ｎｉ−
ＣｒおよびＮｉ−Ａｔのうちから選んだ少なくとも１種
が、それぞれ有利に適合する。

ここに第１発明の炭化物−金属サーメット溶射被膜にお
いては、被膜中の金属含有量は５〜４〇−Ｌ％（以下単
に％で示す）とすることが好ましい。

というのは、金属含有量が５１％に満たないと、溶射皮
膜と被処理体との密着力低下や、皮膜形成粒子の相互結
合力の低下を招くからである。一方、４０％を超えると
、炭化物本来の高い硬度および繊維を叩解する表面機能
が低下するからである。

また、この炭化物−金属サーメット溶射被膜のＨり厚は
３０〜３００μ−程度とするかのが好ましい。

というのは、膜厚が３０μｍ未満では溶射皮膜に気孔が
多く、このため被処理体が腐食されやすい。

一方、３００μ−を超えると、溶射皮膜の残留応力が大
きくなって被処理体との密着性が低ｔ“するとともに、
高価な溶射材料を使用するためにコスト的不利が生じる
からである。

次に第２発明の２層溶射被膜においては、金属被膜厚お
よび炭化物被膜厚をそれぞれ、１０〜２００μｍ、１０
〜２００μｍ程度とするのが望ましい。というのは、金
属被膜厚が１０μｍに満たないと、本来的なアンダーコ
ートとしての作用が不足する。

−・方、２００μｍを超えるとアンダーコートとしての
機能が飽和状態に達し、増膜の価値がなくなるからであ
る。また、炭化物被膜厚が１０μｍに満たないと、アン
ダーコートの表面を完全に被覆できない。一方、２００
μＩを超えると、コストアップを招くだけでリファイナ
ー皮膜としての増膜効果は少ないからである。

さらに、第１発明および第２発明の溶射皮膜の最外層表
面の粗さは、Ｒａ、　０．０１〜Ｒａ　５μ階の範囲に
あることが望ましい。この理由は、Ｒａ　Ｏ，０１μｍ
以下ではその研磨仕−Ｅげに多大の労力と経費を要し、
一方、Ｒａ５以上の表面粗さでは、繊維の付着が過大と
なって、８水の抵抗の増加に伴う動力費が大きくなる。

なお、溶射法としては、大気圧プラズマ溶射法、減圧プ
ラズマ溶射法および炭化水素ガスの燃焼炎を熱源とする
溶射法など、従来公知のいずれもが利用できる。

第１図ａに、本発明に従うリファイナー用部材を装着し
たディスク型リファイナーの１巴要部を模式で示す。図
中番号１は回転軸、２は回転円盤であり、３．４がそれ
ぞれ回転円盤２およびハウジング（図示せず）に取付け
られたリファイナー用部材である。これらのリファイナ
ー用部材３．４の表面には、同図すに示すように、この
例で歯型の凹凸模様を付して摩砕面が形成されている。

そして５が摩砕面の表面に被成された溶射被膜である。

なお６は、パルプ繊維を含む水の流れを示したもので、
歯型円盤からなるリファイナー用部材３．４間の間隙（
通常ｏ、ｉ〜１．０＋ｎ程度）を通る間に繊維は叩解さ
れることになる。

〔作　用〕

従来の円盤型や円錐型のリファイナー用部材として採用
されている析出硬化型のステンレス鋼の表面に形成され
た凹凸模様、例えば歯型は、ミクロ的に見ると平滑な金
属表面である。いま、パルプ繊維を含んだ水が両歯型に
よって構成された間隙を通過する際、両歯型の圧力によ
って繊維が裂かれるとすると、平滑な金属面では繊維が
滑り易く、しかも共存する多量の水が潤滑剤として作用
するため、叩解効果は極めて低い状態にある。この問題
の解決策としては、両歯型の間隔を狭くすることが考え
られるが、間隙を小さくすると歯型同士が相互に接触す
る機会が増えるため、歯型は機械的損傷を受けることと
なる。

この点、本発明に従う炭化物−金属サーメット溶射被膜
の表面は、ミクロ的には林立した微細な炭化物粒子が金
属によって固着された状態になっているため、パルプ繊
維の付着効率が高く、両歯の圧力から逃げることがほと
んどないので、繊維は効果的に叩解されることになる。

しかも、リファイナー０両歯はとくに狭くする必要はな
く、適当な間隔が保持されるので、現有の歯型で見られ
るような機械的損傷を受けるおそれもない。

また、溶射被膜表面に付着した繊維は、リファイナーの
回転速度を上げることによって水との接触抵抗が大きく
なり、この抵抗力だけでも繊維のケバ立ち現象が促進で
きるので、全体としての叩解効果は一層向上する。

さらに、本発明の炭化物−金属サーメフトの溶射被膜は
、基体との密着性がよく、また耐食性、硬さとも現行の
析出硬化型ステンレス鋼よりはるかにすぐれているので
、水中での高速回転においても剥離することはなく、長
期間にわたり安定して使用することができる。

以上、炭化物−金属サーメット溶射被膜を被成した場合
について主に説明したが、金属溶射第１層および炭化物
溶射第２層からなる２層溶射被膜構造においても、その
表面は炭化物の微細粒子が林立した状態となっているの
で、上記と同様な効果が得られる。

〔実施例〕

実施例１ 第１図に示したリファイナーを用い、以下の条件で実験
を行った。

・実験条件 （１，１歯型円盤材料：　１７Ｃｒ−４Ｎｉ析出硬化型
ステンレス鋼（ＪＩＳ　ＧＪ３０３　ＳＯ５６３０）を
使用し、Ｈｖ　３３０〜３５０の硬 さに仕上げた。

（２）使用したパルプ繊維とその濃度：バージンパルプ
繊維５％を含む水 （３）　　円盤の回転速度：　　８００　ｒｐ艷（４）
　　溶射被膜の種類：　ＷＣ，ＴｉＣ，ＷＣ−ＴｉＣ，
Ｃｒ３Ｃ，。

ＺｒＣ，ＴａＣ，ＮｂＣ，ＶＣ，Ｂ、Ｃ，Ｍｏ、Ｃの炭
化物と、Ｃｏ、　Ｎｉ、　Ｎｉ−Ｃｒの金属を第１表の
ように組合せた炭化 物−金属サーメット （５）溶射被膜ＦＪ　　　：１００ｕ１００ｕ　　溶射
被膜の表面粗さ：Ｒａ：０．３〜５μｍ（７）比較例 ■　Ｓ、ＵＳ６３０を無処理の状態で使用した。

■　Ａ１．０．、　Ｚｒ５ｉＯ，を１００　ｐ　ｍ厚に
溶射した被膜■　Ｎ１−Ｃｒ（８０／２０）合金を１０
０．ｕｍ厚に溶削した被膜 上記の条件下でリファイナーを５力月間運転したときの
歯型形状の変化について調べた結果を第１表に示す。な
お、運転期間中、１力月後、３力月後については、円盤
の歯型形状を外観観察することによっ°ζ溶射被膜の効
果を評価した。また、装置を通過した繊維含有水を採取
し、拡大鏡を用いてその中に含まれている繊維の゛もみ
はぐし゛状態を観察することによって、繊維の叩解効果
についても評価した。

同表より明らかなように、本発明に従う炭化物−金属サ
ーメット溶射被膜を被成したリファイナー用部材（阻１
〜１０）はいずれも、５力月間の運転においても溶射被
膜は健全な状態を示し、歯の形状にも変化は認められな
かった。また、本発明のリファイナー用部材で処理した
パルプ繊維は、よくもみほぐされて水中における分散状
態も良好であった。

第１表 （６１１考） ｆｉｌ　’　ＮＱ　Ｉ〜陽１０の溶射被膜中の金属含有
量は６〜４０ｗｔ％の範囲内にある。

（２）　　リファイナー用部材の歯型の形状変化の評価
基準は次のとおりである。

０：変化認めず　　△：多少変化が認められる　　×：
変化大（３）　　　叩解効果は、無処理のリファイナー
用部材（１ｍ　１４）を基準として、パルプ繊維の分数
状態を比較表示した。

○：基準より分散良好　　Δ；基準　　ｘニアＪ準より
分散不良この理由は、本発明に従・）リファイナー用部
材は、高い硬度を有するので、パルプ繊維との接触によ
っても摩耗されず、しかも被膜表面の漱細な凹凸に繊維
がよく付着し、叩解効果が上昇した結果と考えられる。

これに対し５、従来の無処理のリファイナー用部材（ｍ
１４）は、１力月間の運転で歯型に変形が見られ、３力
月後には大きな変形が認められた。また溶射被膜でもＡ
１２０ｉ（Ｆｉｌｌ）や２１７５１．０４（Ｎａ１２）
などの酸化物系のセラミックスを使用したものは、母材
との密着力が弱く、１力月間の運転で剥離が認められ、
３力月後には大部分の被膜が剥離しまた。

Ｎｔ−Ｃｒ合金を溶射した阻１３においてもこの傾向が
認められ、またパルプ繊維のもみほぐし効果も低いもの
でしかなかった。この理由は、酸化物系セラミックスや
ＮトＣｒ合金溶射被膜の表面は、ミクロ的には溶融粒子
の集合体であるため、パルプ繊維の付着作用が弱く、従
って、叩解効率が低いためと考えられる。

実施例２ 同じく前掲第１図に示したリファイナーを用いて、次の
条件下に実験をおこない、歯型形状の変化および叩解効
果について調査しまた結果を第２表に示す。

・実験条件 （１）溶射被膜の種類 第１層：　Ｃｏ、　Ｎｉ、　Ｎｉ−Ｃｒ、　Ｎｉ−Ａｌ
第２層：ＷＣ，ＴｉＣ，ＷＣＴｉＣ，Ｃｒ、、Ｃ，Ｚｒ
Ｃ。

ＴａＣ，ＮｂＣ，ＶＣ，Ｂ４Ｃ，ＭｏｚＣ（２）溶射被
膜厚 第１層：８０〜１００μ■ 第２層：５０〜７０ｐｍ （３）溶射被膜の表面粗さ：Ｒａ０．３〜５μｍ（４）
比較例 ■　５ＵＳ６３０を無処理の状態で使用した。

■　Ｎｉ−Ａｌ合金を１５０μｍ厚に溶射した被膜（５
１評価項目とその方法：実施例１と同し第２表 同表から明らかなように、金属溶射第１層と炭化物溶射
第２層とからなる２層溶射被膜を被成したリファイナー
用部材もまた、耐久性および叩解効果に優れていること
が認められた。

これに対し、比較例の無処理（ｌｌｋｌ、１２）および
金属溶射のみ（ｍｌｌ）のものは、実施例１同様歯型の
形状に変化が見られたり、叩解効果に乏しいなどの欠点
が再認識された。

以上述べた実施例からも理解されるように、リファイナ
ー用部材における叩解効果は、溶射被膜で形成された、
硬くて微細な林立粒子の作用に依存していることが判明
した。すなわち、実施例１の炭化物と金属の混合状態の
サーメット被膜および実施例２のパルプ繊維と接触する
第２層の炭化物被膜は、ともに上述の条件を満足してお
り、それぞれが優れた性能を発揮したものと考えられ、
炭化物−金属混合のサーメットは勿論、炭化物単独でも
効果を発揮することが確認された。なお、溶射粒子は全
て高温環境を通過した後に被膜を形成するので、摩砕面
に溶射された被膜中には炭化物と金属反応物、炭化物お
よび金属が変化した酸化物などが若干混在しているもの
と考えられるけれども、リファイナー用部材としての作
用機構に影響を及ぼすことはほとんどない。

同様に炭化物と混合させる金属や合金類においても、そ
れぞれの製造過程や精製過程において、多少の不純物が
混入し、たり、合金成分の割合が変動することが考えら
れるが、これらの問題はリファイナー用部材における溶
射被膜の作用機構に悪影響を与えない限り、無視できる
ものであり、本発明の主旨に何ら制限を与えるものでは
ない。

ｆ述の実施例では、円盤型リファイナーを用いた場合に
ついて主に説明したが、円錐型リファイナーにおいても
、パルプ繊維の叩解機構は全く同様であるので、本発明
が円盤型のみに限定されるものではないことはいうまで
もない。

〔発明の効果〕 以上述べた通り、本発明に従うリファイナー用部材は、
パルプ繊維の叩解作用に優れ、しかも長期間にわたって
その性能を維持できるので、パルプ繊維の叩解効率の向
上ひいては製品の品質の向上が実現される。また、リフ
ァイナー用部材の寿命延長に伴ってプラントの連続運転
が可能となり、リファイナー用部材の修理や新品部材と
の取り替えなど煩雑な業務が大幅に軽減されることから
、製品の製造コストの低減にも大きな効率が期待できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌは、本発明に従うリファイナー用部材を装
着したディスク型リファイナー主要部の模式図、同図（
ｂ）は、摩砕面の断面図である。 ■・・・回転軸、２・・・回転円板、 ３．４・・・リファイナー用部材、５・・・溶射被膜、
６・・・パルプ繊維を含む水の流れ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、水分を含むパルプ繊維の叩解を司る部材であって、
   その磨砕面表面に、炭化物−金属サーメットの溶射被膜
   をそなえることを特徴とするリファイナー用部材。 ２、水分を含むパルプ繊維の叩解を司る部材であって、
   その磨砕面表面に、金属溶射第１層と炭化物溶射第２層
   とからなる２層溶射被膜をそなえることを特徴とするリ
   ファイナー用部材。 ３、溶射被膜中の炭化物が、ＷＣ、ＴｉＣ、ＷＣ−Ｔｉ
   Ｃ、Ｃｒ＿３Ｃ＿２、ＺｒＣ、ＴａＣ、ＮｂＣ、ＶＣ、
   Ｂ＿４ＣおよびＭｏ＿２Ｃのうちから選んだ少なくとも
   １種である請求項１または２記載のリファイナー用部材
   。 ４、溶射被膜中の金属が、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｃｒおよ
   びＮｉ−Ａｌのうちから選んだ少なくとも１種である請
   求項１または２記載のリファイナー用部材。