(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸心方向に沿って一列に配置された複数の油圧作動機構と前記油圧作動機構の一列の配置から周方向に９０度外れた両側の軸心方向に沿って配置された鉄心と誘導コイルとからなる複数の磁束発生機構とを備える固定軸と、前記固定軸に回転自在に支持され周壁内に気液２相の熱媒体を封入したジャケット室を備えるローラとを有し、前記油圧作動機構に供給される油圧により前記油圧作動機構のピストンが前記ローラの内周面を押圧するとともに、前記磁束発生機構の誘導コイルへの通電により前記ローラを発熱させてなることを特徴とする誘導発熱ローラ装置。
【請求項２】
両側の軸心方向に配置された鉄心と誘導コイルとからなる複数の磁束発生機構を軸心方向に互いにずらせて配置してなる請求項１に記載の誘導発熱ローラ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導発熱ローラ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えばプラスチック、紙、布、不織布、金属薄板等のシート材、あるいはウェブ材を連続熱圧延処理する場合、ホットカレンダローラ、エンボスローラ、サーマルボンディングローラなどと呼ばれるホットローラ類を、２本１組として、または１本のローラとこれと対向する弾性ローラとをもって１組みとするなどして組み合わせ、１組みの両ローラ間にウェブまたはシートをニップして行うことはよく知られている。
【０００３】
この場合、ウェブまたはシートに一定の均等なニップ圧を加え、かつ均一に加熱することが要求される。この要求を満たすためには、大きくはローラの軸方向の加熱温度分布の精度と荷重によるローラのたわみを考慮する必要がある。加熱温度分布において、例えば直径５００ｍｍのホットカレンダローラで、摂氏１０度の表面温度差があるとすると、直径で０．０５ｍｍ程度の熱膨張差が生じるとされ、均一な加熱加圧が得られず、被処理製品の品質に重大な影響を及ぼすことがある。したがってローラの表面温度には、軸方向に均一でむらのない均温特性が要求される。
【０００４】
また、被処理製品の加圧のためにローラに荷重をかけると、その荷重によりローラにたわみが生じる。このたわみはローラの軸心方向に弧状をなし、特にローラの軸心方向に沿う中央部付近において、対をなすローラ間に隙間が生じ、この場合も均一な加熱加圧が得られず、被処理製品の品質に重大な影響を及ぼすことがある。したがって荷重によるローラのたわみを無くすることが要求される。
【０００５】
従来、この種のホットローラは、一般的には油温を熱源とし、また、ローラの中央部の外形を、その各端部よりも予めたわみ量に見合った分だけ大きくなるように弧形の形状にしたクラウンローラ、あるいはローラの内周面から油圧により押圧してたわみを補正する手段等を設け、前述の要求を満たすべく構成されている。
【０００６】
ところで、この種の加熱ローラとして、急速加熱、高温加熱、無接触加熱等の点から、生産ラインの中に容易に組み込みが可能な誘導発熱ローラ装置が注目されている。この誘導発熱ローラ装置において、荷重によるローラのたわみを補正すべく構成した提案が本発明者らによって既になされている（特開平２−１２７９１号公報参照）。
【０００７】
この提案による誘導発熱ローラ装置について、図１２の横断面図および図１３の縦断面図を参照して簡単に説明すると、機台１に固定された固定軸２に、固定軸２の外周に軸方向に沿って細分化された鉄心３と誘導コイル４からなる磁束発生機構５を配置し、各磁束発生機構５間に固定軸２の半径方向に沿って油圧によって作動するピストン６が挿入されたシリンダ７からなる油圧作動機構８を設け、この固定軸２に、周壁内に気液２相の熱媒体を封入したジャケット室１０を設けたローラ９が回転自在に支持されている。
【０００８】
このように構成された誘導発熱ローラ装置は、磁束発生機構５の誘導コイル４に交流電流を流すと、磁束発生機構５の鉄心３とローラ９の周壁からなる磁気回路に交番磁束が発生し、この交番磁束と鎖交して誘導電流がローラ９の内周壁に発生し、この電流によるジュール熱によりローラ９の内周壁は発熱する。この場合、ローラ９の周壁内に設けられたジャケット室１０内の気液２相の熱媒体の潜熱移動によりローラ９の軸方向の表面温度分布は均一にされる。
【０００９】
油圧作動機構８は、固定軸２内に形成された油通路１３を介してシリンダ７に圧油を供給してピストン６をローラ９の内周壁に向けて押し出して荷重によるローラ９のたわみを補正する。この場合、ローラは回転するものであるから、その回転を阻害しないようにピストン６の先端とローラの内周壁間に内輪１１とコロ等の転動体１２が設けられていて、ピストン６を内輪１１に当てて押し上げローラのたわみを補正するようにされている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このように構成された誘導発熱ローラ装置は、ローラ表面の軸方向の均温特性が得られ、また、荷重によるローラのたわみに対応することが一応可能であるが、細分化された磁束発生機構間に油圧作動機構が配置されていて、密に油圧作動機構を配置することができず、ローラのたわみを決め細かく補正することが困難であり、また、磁束発生機構間の間隙が大きく、サーマルクラウンによるローラ直径の凹部による影響が生じる恐れがあるだけでなく、ローラの大きさに対し許容される誘導コイルに流す電流が制限されローラの温度をより高く、あるいは多くの熱エネルギーを供給することができないという問題がある。
【００１１】
本発明は、上記の問題に鑑みなされたもので、ローラのたわみ量に応じてローラの形状をより正確に変更することができるとともに、ローラの表面温度をより均一化することができ、また、効率良く熱変換の図れる誘導発熱ローラ装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、軸心方向に沿って一列に配置された複数の油圧作動機構と前記油圧作動機構の一列の配置から周方向に９０度外れた両側の軸心方向に沿って配置された鉄心と誘導コイルとからなる複数の磁束発生機構とを備える固定軸と、前記固定軸に回転自在に支持され周壁内に気液２相の熱媒体を封入したジャケット室を備えるローラとを有し、前記油圧作動機構に供給される油圧により前記油圧作動機構のピストンが前記ローラの内周面を押圧するとともに、前記磁束発生機構の誘導コイルへの通電により前記ローラを発熱させてなることを特徴とする誘導発熱ローラ装置
【００１３】
本発明の上記特徴によれば、油圧作動機構と磁束発生機構のそれぞれは固定軸の周方向に異なる位置の軸線方向に配置されるので、固定軸に沿って複数の油圧作動機構を密に配置することができ、また、油圧作動機構の反作用による固定軸のたわみ方向における断面２次モーメントを大きくでき耐荷重性を増すことができるので、ローラのたわみ量に応じてローラの形状をより正確に変更することができる。更に磁束発生機構を細分化しても磁束発生機構間に大きな間隙を設けることなく配置することができるので、ローラの表面温度をより均一化することができる。
【００１５】
また、磁束発生機構の配置を油圧作動機構の配置から周方向に９０度外れた位置にしているので、油圧作動機構の反作用による固定軸のたわみ方向における断面２次モーメントを下げることなく、固定軸の対向する両側に磁束発生機構を配置することができ、ローラの加熱力を高めることができ、また、たわみによる固定軸との変位量が少ない直角位置に磁束発生機構を配置するので、電磁結合の安定性を確保することができる。
【００１６】
この場合、両側の軸心方向に配置された複数の磁束発生機構を軸心方向に磁束発生機構の軸方向の長さの半分程度ずらせ、固定軸の表面上で千鳥状に配置する（請求項２）とローラの軸方向の温度分布の均一化がさらに良くなり、サーマルクラウンによるローラ直径の凹部による影響が殆ど解消される。
【００１７】
また、磁束発生機構の鉄心を直線状にすることにより、磁束発生機構の組立てや固定軸への取付け作業が簡単となり、さらに鉄心として断面形状が湾曲部と直線部とを備える磁性鋼板を積層した鉄心にすると鉄損の少ない磁束発生機構とすることができる。
【００１８】
このように、油圧作動機構の反作用による固定軸のたわみ方向における断面２次モーメントを大きくできるので、複数のローラを互いに対向して設置してなる異種のローラ装置であっても、その内の一つのローラとして組み込むことが可能になる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態について図１ないし図１１を参照して説明する。なお、対応する部分には同一の符号を付している。図１は誘導発熱ローラ装置の一例の構成を示す縦断面図、図２は図１の誘導発熱ローラ装置の油圧作動機構の配列を示す横断面図、図３は図１の誘導発熱ローラ装置の磁束発生機構の配列を示す横断面図である。
【００２０】
図１ないし図３において、２１はローラ、２２はジャケット室、２３は固定軸であり、ローラ２１は中空状をなし、その周壁内にジャケット室２２が軸心方向に沿って形成され、周方向に適宜の間隔を設けて複数配置されている。各ジャケット室２２内には例えば水等の気液２相の熱媒体が減圧封入される。そして、ローラ２１は固定軸２３に自動調心ロールベアリング２４を介して回転自在に支持され、一端（図２の左端部）は図示しない回転駆動機構に連結される。
【００２１】
固定軸２３には、シリンダ２５が形成され、そのシリンダ２５にピストン２６を嵌め込んだ油圧作動機構２７が複数（図２では６個）軸方向に沿って一列に並べられている。また、油圧作動機構２７の配置から周方向に９０度外れた両側の軸心方向に沿って凹部２８、２９が形成され、各凹部２８、２９に鉄心３０、３３に誘導コイル３１、３４が巻回された磁束発生機構３２、３５がそれぞれ配置されている。
【００２２】
固定軸２３の内部には、各シリンダ２５に油を供給する長孔３６、凹部２８、２９に誘導コイル冷却油を供給する長孔３７、固定軸２３とローラ２１間内の油を排出する長孔４０および誘導コイル３１、３４のリード線を挿通する長孔４３が軸心方向に沿って形成されている。図示例では長孔３６は複数本形成されていて各長孔３６はそれぞれ２個のシリンダ２５と連通している。なお、長孔３６の本数や１本の長孔３６に連通するシリンダ２５の個数は適宜に設定すれば良い。
【００２３】
ピストン２６のローラ２１の内周面に向かう先端はプッシュ部３８とされ、周囲に僅かの立ち壁を設けて皿状に形成しローラ２１の内周面を押圧する油を留めるようにされている。また、ピストン２６にはシリンダ２５とプッシュ部３８との間を貫通する貫通孔３９が形成されている。
【００２４】
磁束発生機構３２、３５は、図７に示すように磁性鋼板を積層または図８に示すように巻回積層したものを切断してコ字状に形成した鉄心３０、３３に誘導コイル３１、３４を巻装して構成され、コ字状の両側のヨーク部の先端をローラ２１の内周面に接近させて各凹部２８、２９のそれぞれに複数（図３では６個）並べて配置されている。各誘導コイル３１、３４に接続されるリード線は長孔４３を通り固定軸２３の端部に設けられた気密性導体貫通端子４４に接続され、この端子を介して外部の電線と接続される。
【００２５】
このように構成された誘導発熱ローラ装置は、まず、固定軸２３の長孔３６に図１１に示す油圧回路の油圧ポンプ４７に連結された管を連結し、長孔３７に図１１に示す油圧回路の油圧ポンプ４６に連結された管を連結し、長孔３６、３７のそれぞれに所定圧の油を供給する。長孔３７に供給された油は、凹部２８、２９に送られ、固定軸２３とローラ２１間内を充填しつつ、長孔４０から排出され、図１１に示す熱交換器４８を経て冷却されて油タンク４５に戻され、再び油圧ポンプ４６により長孔３７に供給される。
【００２６】
この油循環により固定軸２３および磁束発生機構３２、３５は冷却される。この冷却により誘導コイルに多くの電流を流すことができ、ローラ表面の温度を高めることや熱容量の大きい被処理製品等に対する温度の追従性を高めることができる。なお、図１１において４９は圧力計、５０は調整弁であり、５１は交流電源を示している。
【００２７】
そして、固定軸２３とローラ２１間内（油が充填された状態になっている。）の圧力より高い圧力の油を長孔３６に供給して各シリンダ２５に送り、ピストン２６を押し上げローラ２１の内周面を押圧してローラ２１の形状を荷重によるたわみに対応した分変形する。このとき、油の一部は貫通孔３９を通ってプッシュ部３８に送られ、プッシュ部３８とローラ２１の内周面との僅かの隙間から溢れる油を介してローラ２１の内周面を押圧して押し上げる。これによりプッシュ部３８とローラ２１の内周面との摩擦は軽減される。
【００２８】
各シリンダ２５に送られる油圧を固定軸２３とローラ２１間内の圧力より低くすると、プッシュ部３８に固定軸２３とローラ２１間内の油が流れ込みピストン２６は押し下げられる。すなわち、固定軸２３の軸方向に一列に並べられた各シリンダ２５の油圧を個別（図２の場合では２個づつ）に制御することによってローラ２１のたわみに対する補正を正確にすることができる。これにより被処理製品に均一なニップ圧を加えることができる。
【００２９】
ついで、磁束発生機構３２、３５の誘導コイル３１、３４に図１１に示す交流電源５１、例えば６０度の位相差のある６相の交流電源を接続し、対向する各誘導コイル３１、３４に各相の交流電流を流す。誘導コイル３１、３４に交流電流が流れると、磁束発生機構３２、３５の鉄心３０、３３とローラ２１の内周壁からなる磁気回路に交番磁束が発生し、この交番磁束と鎖交して誘導電流がローラ２１の内周壁に発生し、この電流によるジュール熱によりローラ２１の内周壁は発熱する。
【００３０】
この場合、隣接する磁束発生機構間に対向するローラ２１の内周壁に発生する誘導電流が最も小さく、ローラ２１の軸方向の温度分布が各磁束発生機構３２、３５の配列に対応した波形となるが、隣接する磁束発生機構間は狭く波高値は小さく、かつ、ローラ２１の周壁内に設けられたジャケット室２２内の気液２相の熱媒体の潜熱移動により平均化されローラ２１の表面の軸方向の温度分布は均一になる。これにより、軸方向の温度差に起因するローラ２１の直径差は解消され、また、ローラ２１の表面に当接する被処理製品は均一に加熱される。
【００３１】
磁束発生機構の配列を、図４に示すように、固定軸２３の両側の軸心方向に配置された複数の磁束発生機構を軸心方向に磁束発生機構の軸方向の長さの半分程度ずらせ、固定軸の表面上で千鳥状に配置すると、一方の側の磁束発生機構の配列による磁気分布の波形を他方の側の磁束発生機構の配列による磁気分布の波形で相殺し、磁束発生機構間に生じるサーマルクラウンによるローラ直径の凹部による影響が殆どなくなり、ローラの軸方向の温度分布の均一化がさらに良くなる。
【００３２】
すなわち、図４は３相電源に対応して磁束発生機構３２、３５を配置したものを示す図で、一方の側の軸心方向に３個の磁束発生機構３２を配置し、他方の側の軸心方向に４個の磁束発生機構３５を配置し、両側端部に位置する磁束発生機構３５の軸方向寸法を他の磁束発生機構３５のほぼ半分程度とし、１相分を２つに分離している。これにより両側の軸心方向に配置された隣りあう磁束発生機構間は一方の軸方向の磁束発生機構のほぼ中央部に位置する。
【００３３】
磁束発生機構は、図５に示すように、固定軸２３の両側の軸心方向に１個づつ配置するようにしても良い。また、磁束発生機構の鉄心は、図７および図８に示すようなコ字状に限らず、図６に示すように、固定軸２３の軸心と平行する直線状の鉄心３０、３３としても良い。この場合、コ字状の鉄心に比べ製作は容易であり、また、固定軸への取付けも簡単となる。なお、図６に示す磁束発生機構では、鉄心３０、３３に複数分割して誘導コイル３１、３４を巻装しているが、１個の誘導コイル３１、３４としても良いことは勿論である。
【００３４】
以上で説明した磁束発生機構の縦断面は、図９に示される構成となるが、さらに鉄心を、図１０に示すように、インボリュート曲線状に湾曲された鉄心鋼板を積層した構成としても良い。
【００３５】
なお、上記例はいずれも、軸心方向に沿って一列に配置された複数の油圧作動機構から周方向に９０度外れた両側の軸心方向位置に磁束発生機構を配置していて、油圧作動機構の反作用による固定軸のたわみ方向における断面２次モーメントを同一直径の固定軸に対して下げることなく、磁束発生機構により得られる加熱量を多くし、また、固定軸のたわみによる変位量が少ない位置に磁束発生機構を配置してローラとの電磁結合の安定性を確保して熱変換の効率を高めているが、９０度の外れは最適位置であり、９０度に限られるものではない。
【００３６】
また、磁束発生機構の数や列数、一列の油圧作動機構の数は図示したものに限らず任意に定めることができる。更に磁束発生機構を細分化して配置し、サーマルクラウンによるロール直径の凹部を分散するとともに、各磁束発生機構毎に制御された交流電圧を印加するようにして、ローラの軸方向の温度を部分的に制御するようにしても良い。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、ローラのたわみ量に応じてローラの形状を決め細かくより正確に変更するすることができるとともに、ローラの表面温度をより均一化することのでき、また、容量の大きい誘導発熱ローラ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る誘導発熱ローラ装置の一例の構成を示す縦断面図である。
【図２】図１の誘導発熱ローラ装置の油圧作動機構の配列を示す横断面図である。
【図３】図１の誘導発熱ローラ装置の磁束発生機構の配列を示す横断面図である。
【図４】本発明に係る誘導発熱ローラ装置の磁束発生機構の他の例の配列を示す横断面図である。
【図５】本発明に係る誘導発熱ローラ装置の他の例の磁束発生機構を示す横断面図である。
【図６】本発明に係る誘導発熱ローラ装置の磁束発生機構の他の例を示す横断面図である。
【図７】本発明に係る誘導発熱ローラ装置の鉄心の構成を示す斜視図である。
【図８】本発明に係る誘導発熱ローラ装置の鉄心の他の例の構成を示す斜視図である。
【図９】本発明に係る誘導発熱ローラ装置の磁束発生機構の縦断面図である。
【図１０】本発明に係る誘導発熱ローラ装置の磁束発生機構の他の例の縦断面図である。
【図１１】本発明に係る誘導発熱ローラ装置の油圧および電源回路の一例の構成を示す構成図である。
【図１２】従来の誘導発熱ローラ装置の横断面図である。
【図１３】図１２の誘導発熱ローラ装置の縦断面図である。
【符号の説明】
２１  ローラ
２２  ジャケット室
２３  固定軸
２５  シリンダ
２６  ピストン
２７  油圧作動機構
２８、２９  凹部
３０、３３  鉄心
３１、３４  誘導コイル
３２、３５  磁束発生機構
３６、３７、４０、４３  長孔
３８  プッシュ部
３９  貫通孔
４４  気密性導体貫通端子
４５  油タンク
４６、４７  油圧ポンプ
４８  熱交換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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