(57)【要約】      （修正有）【課題】導体管の長寿命化ができ、導体管と熱媒体との接触面積を増やして加熱効率を向上する熱媒体通流ローラ装置を通流する熱媒体の加熱装置の提供。【解決手段】内部に熱媒体が通流する熱媒体通流路２Ｒが形成されたローラ本体２と、加熱装置４で加熱された熱媒体を熱媒体通流路２Ｒに供給する熱媒体供給路３とを備え、熱媒体通流路２Ｒに供給された熱媒体によってローラ本体２を加熱し、ローラ本体２の表面に接触する被処理物を熱処理する熱媒体通流ローラ装置１００。加熱装置４は、熱媒体が流れる導体管を電磁誘導に発熱させて熱媒体を加熱し、螺旋状に巻回された第１導体管及び第２導体管の巻径が互いに異なり２層構造とされ、第１導体管及び第２導体管の巻回方向が互いに異なり、両端部において電気的に接続されて熱媒体が通流可能に接続されている、熱媒体通流ローラ装置１００。【選択図】図１
2018051848.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に熱媒体が通流する熱媒体通流路が形成されたローラ本体と、前記熱媒体を加熱する加熱装置が設けられ、前記加熱装置で加熱された熱媒体を前記ローラ本体の熱媒体通流路に供給する熱媒体供給路とを備え、前記熱媒体通流路に供給された熱媒体によって前記ローラ本体を加熱し、前記ローラ本体の表面に接触する被処理物を熱処理する熱媒体通流ローラ装置において、
前記加熱装置は、前記熱媒体が流れる導体管を電磁誘導により発熱させて前記熱媒体を加熱するものであり、螺旋状に巻回された第１導体管及び第２導体管を備え、
前記第１導体管及び前記第２導体管の巻径が互いに異なることにより２層構造とされるとともに、前記第１導体管及び前記第２導体管の巻回方向が互いに異なり、
前記第１導体管及び前記第２導体管が、両端部において電気的に接続されるとともに前記熱媒体が通流可能に接続されている熱媒体通流ローラ装置。
【請求項２】
前記加熱装置は、円筒状鉄心と、前記円筒状鉄心の外部に設けられ、前記円筒状鉄心とともに閉磁路を形成する磁路形成部と、前記円筒状鉄心及び前記磁路形成部の間に設けられ、前記円筒状鉄心の内部に磁束を発生させる誘導コイルとをさらに備え、
前記第１導体管及び前記第２導体管が、前記円筒状鉄心及び前記磁路形成部の間に設けられている、請求項１記載の熱媒体通流ローラ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱媒体通流ローラ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばプラスチックフィルム、紙、布、不織布、合成繊維、金属箔等のシート材又はウェブ材、線（糸）材等の連続材の連続熱処理工程等には、特許文献１に示すような熱媒体通流ローラ装置がある。
【０００３】
この熱媒体通流ローラ装置は、回転するローラ本体の内部に加熱された例えば油などの流体からなる熱媒体を、加熱装置を介して循環ポンプにより循環通流し、この通流によってローラ本体の表面温度を所定の温度に保持するものである。
【０００４】
熱媒体通流ローラ装置に用いられる加熱装置としては、例えば特許文献２に示すように、閉磁路鉄心に一次コイルを巻回するとともに、熱媒体が流れる導体管を二次コイルとして螺旋状に巻回したものがある。ここで、導体管は、電気的リアクタンスを低減させて加熱効率を向上させるべく、導体管の外側周面において全ターン部分を、螺旋の軸方向に延びる電気接続部材で溶接等により電気的に接続し、導体管内で短絡回路を形成するように構成されている。そして、この加熱装置は、前記一次コイルに交流電圧を印加して、導体管内に短絡電流を流すことにより、導体管をジュール発熱させて熱媒体を加熱している。
【０００５】
しかしながら、導体管に電気接続部材が固定されていると、ジュール発熱する導体管が熱変形しようとした際に、大きな応力が発生し、導体管や電気接続部材、あるいは導体管と電気接続部材との固定箇所等に疲労が蓄積したりや破損したりするおそれが生じる。
【０００６】
一方、熱媒体の加熱効率をさらに向上させることが求められており、そのためには導体管と熱媒体との接触面積を大きくすることが考えられる。導体管の外側周面に電気接続部材を固定する構成であることから、接触面積を簡単に大きくするには、螺旋の軸方向に巻き数を増やす構成が考えられる。
【０００７】
ところが、導体管の巻き数を増やすことによって、導体管の軸方向寸法が大きくなってしまい、それに伴って加熱装置全体の大型化を招いてしまう。また、導体管の巻き数を増やすことによって、導体管と電気接続部材との固定箇所が増えてしまい、導体管や電気接続部材、あるいは導体管と電気接続部材との固定箇所等に疲労が蓄積したりや破損したりするおそれが生じやすくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１６８２２２号公報
【特許文献２】特開２０１０−７１６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、熱媒体通流ローラ装置を通流する熱媒体の加熱装置において、導体管を長寿命化するとともに導体管と熱媒体との接触面積を増やして加熱効率を向上することをその主たる課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち本発明に係る熱媒体通流ローラ装置は、内部に熱媒体が通流する熱媒体通流路が形成されたローラ本体と、前記熱媒体を加熱する加熱装置が設けられ、前記加熱装置で加熱された熱媒体を前記ローラ本体の熱媒体通流路に供給する熱媒体供給路とを備え、前記熱媒体通流路に供給された熱媒体によって前記ローラ本体を加熱し、前記ローラ本体の表面に接触する被処理物を熱処理する熱媒体通流ローラ装置において、前記加熱装置は、前記熱媒体が流れる導体管を電磁誘導により発熱させて前記熱媒体を加熱するものであり、螺旋状に巻回された第１導体管及び第２導体管を備え、前記第１導体管及び前記第２導体管の巻径が互いに異なることにより２層構造とされるとともに、前記第１導体管及び前記第２導体管の巻回方向が互いに異なり、前記第１導体管及び前記第２導体管が、両端部において電気的に接続されるとともに前記熱媒体が通流可能に接続されていることを特徴とする。
【００１１】
この熱媒体通流ローラ装置であれば、巻回方向が互いに逆向きの第１導体管及び第２導体管の一端部同士及び他端部同士を接続しているので、当該第１導体管及び第２導体管の間で短絡回路が形成されるため、電気接続部材を不要にすることができる。これにより、第１導体管及び第２導体管に生じる熱応力を低減して、第１導体管及び第２導体管を長寿命化することができる。
また、第１導体管及び第２導体管からなる２層構造とし、それらの第１導体管及び第２導体管に熱媒体が通流するように構成されているので、導体管を螺旋の軸方向に巻き数を増やすことなく、導体管と熱媒体との接触面積を大きくすることができ、加熱効率を向上することができる。
さらに、二次コイルである導体管の巻き数により、短絡電流及び容量（熱媒体の処理量）の調整が可能となる。
【００１２】
前記加熱装置は、円筒状鉄心と、前記円筒状鉄心の外部に設けられ、前記円筒状鉄心とともに閉磁路を形成する磁路形成部と、前記円筒状鉄心及び前記磁路形成部の間に設けられ、前記円筒状鉄心の内部に磁束を発生させる誘導コイルとをさらに備え、前記第１導体管及び前記第２導体管が、前記円筒状鉄心及び前記磁路形成部の間に設けられていることが望ましい。
この構成であれば、円筒状鉄心及び磁路形成部の間に、熱源である第１導体管及び第２導体管を配置する構成としているので、第１導体管及び第２導体管から外部に漏れ出る熱を、磁路形成部の内側に閉じ込めることができる。
【発明の効果】
【００１３】
このように構成した本発明によれば、熱媒体通流ローラ装置を通流する熱媒体の加熱装置において、導体管を長寿命化するとともに導体管と熱媒体との接触面積を増やして加熱効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る熱媒体通流ローラ装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】同実施形態の加熱装置の内部構造を示す軸方向に沿った断面図である。
【図３】同実施形態の加熱装置の内部構造を示すＡ−Ａ断面図（断熱材を除く。）である。
【図４】同実施形態の第１導体管及び第２導体管の構成を示す正面図及び側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に本発明に係る熱媒体通流ローラ装置の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
＜１．装置構成＞
本実施形態に係る熱媒体通流ローラ装置１００は、例えばプラスチックフィルム、紙、布、不織布、合成繊維、金属箔等のシート材又はウェブ材、線（糸）材等の連続材の連続熱処理工程に用いられるものであり、回転するローラ本体２の表面温度を所定の温度に保持して、ローラ本体２の表面に接触する被処理物を熱処理するものである。
【００１７】
具体的に熱媒体通流ローラ装置１００は、図１に示すように、内部に例えば油などの熱媒体が通流する熱媒体通流路２Ｒが形成されたローラ本体２と、熱媒体を加熱する加熱装置４が設けられ、加熱装置４で加熱された熱媒体をローラ本体２の熱媒体通流路２Ｒに供給する熱媒体供給路３とを備えている。
【００１８】
ローラ本体２は、円筒状をなすシェル部２１と、当該シェル部２１の両端部に設けられた一対のジャーナル部２２とを有している。このジャーナル部２２は、シェル部２１の端部開口を覆うフランジ部２２１と、当該フランジ部２２１に一体形成された駆動軸２２２とを有している。また、駆動軸２２２は、転がり軸受等の軸受５１を介して機台５２に回転自在に支持されている。そして、ローラ本体２は、例えばモータ等により外部から与えられる駆動力によって回転されるように構成されている。なお、符号５３は、モータからの駆動力を駆動軸２２２に伝達するための駆動プーリである。
【００１９】
そして、このローラ本体２では、シェル部２１の側周壁内部に、回転軸方向に沿って密閉空間であるジャケット室２Ｓが形成されている。このジャケット室２Ｓの内部には、潜熱移動によってシェル部２１の表面の温度を均一化する水などの気液二相の熱媒体が封入されている。その他、シェル部２１には、回転軸方向に沿って温度センサ挿入孔２Ｈが形成されている。この温度センサ挿入孔２Ｈには、シェル部２１の表面温度を検出するためのシェル温度センサＴＳ１が配置されている。なお、シェル温度センサＴＳ１の出力信号は、回転変圧器２３を介して後述する温度制御回路１０に送られる。
【００２０】
また、シェル部２１及びジャーナル部２２により形成される内部空間には、それらの内面から離間して中子６が設けられている。当該中子６の軸方向一端部からは、ジャーナル部２２の駆動軸２２２の内部に離間して支持軸７が延出している。この中子６及び支持軸７の中央部には、軸方向に沿って貫通孔が形成されている。この構成により、貫通孔ととともに、中子６の外面及び支持軸７の外面とローラ本体２の内面との間の空間とにより熱媒体通流路２Ｒが形成される。熱媒体通流路２Ｒの上流側接続ポート及び下流側接続ポートは、ローラ本体２の一端部に設けられたロータリジョイント２４を介して設けられている。
【００２１】
熱媒体供給路３は、ローラ本体２の内部に形成された熱媒体通流路２Ｒとともに循環流路を形成するものであり、ローラ本体２の上流側接続ポート及び下流側接続ポートに接続されている。
【００２２】
この熱媒体供給路３には、熱媒体を加熱する加熱装置４の他に、熱媒体を循環させるための循環ポンプ８と、熱媒体を一時的に貯留する貯留タンク９と、加熱装置４により加熱された熱媒体の温度を検出する熱媒体温度センサＴＳ２とが設けられている。
【００２３】
本実施形態の循環ポンプ８は、熱媒体供給路３において加熱装置の上流側に設けられており、当該循環ポンプ８の上流側に貯留タンク９が設けられている。また、熱媒体温度センサＴＳ２は、熱媒体供給路３において加熱装置４の下流側に設けられている。
【００２４】
熱媒体温度センサＴＳ２からの検出信号は、温度制御回路１０に送られて、当該温度制御回路１０により熱媒体の温度が算出される。この温度制御回路１０は、シェル温度センサＴＳ１からの検出信号を受信して、シェル部２１の表面の温度も算出する。そして、温度制御回路１０は、算出したシェル部２１の表面の温度及び算出した熱媒体の温度と、それらの目標値とを比較して、それらの偏差に応じた電力制御信号により加熱装置４を電力制御して、循環する熱媒体の温度を調整する。
【００２５】
しかして本実施形態の加熱装置４は、熱媒体が流れる導体管４１を電磁誘導により発熱させて、発熱した導体管により熱媒体を加熱するものであり、図２及び図３に示すように、円筒状鉄心４２１と、円筒状鉄心４２１の径方向外側に設けられた円筒状をなす外側磁路形成部４２２と、円筒状鉄心４２１及び外側磁路形成部４２２の軸方向一端部を連結する第１径方向磁路形成部４２３と、円筒状鉄心４２１及び外側磁路形成部４２２の軸方向他端部を連結する第２径方向磁路形成部４２４とを有する閉磁路鉄心要素４２を備えている。この閉磁路鉄心要素４２は、概略円筒形状をなすものであり、その側周壁内部に概略円筒状の空間を形成するものである。
【００２６】
なお、円筒状鉄心４２１及び外側磁路形成部４２２はともに、いわゆるインボリュート鉄心であり、幅方向断面がインボリュート曲線状に湾曲した湾曲部を有する複数の珪素鋼板を円周方向に放射状に積み重ねて円筒状に形成したものである。
【００２７】
そして、この加熱装置４は、円筒状鉄心４２１及び外側磁路形成部４２２の間に設けられ、電磁誘導により発熱して内部を流れる熱媒体を加熱する導体管４１と、円筒状鉄心４２１及び外側磁路形成部４２２の間に設けられ、円筒状鉄心４２１の内部に磁束を発生させる誘導コイル４３とを備えている。
【００２８】
なお、閉磁路鉄心要素４２の内部空間において、導体管４１及び誘導コイル４３以外の部分は断熱材４４が充填されている。また、閉磁路鉄心要素４２は、導体管４１、誘導コイル４３及び断熱材４４を収容した状態で、軸方向に貫通する締結ボルト等の締結機構４５により軸方向から第１径方向磁路形成部４２３及び第２径方向磁路形成部４２４を締結して一体化される。
【００２９】
また、本実施形態の誘導コイル４３は、導体管４１及び外側磁路形成部４２２の間において、円筒状鉄心４２１と同軸上に配置されている。誘導コイル４３の両端部は、閉磁路鉄心要素４２から外部に延出しており、それら両端部には、外部の交流電源１１が接続される外部端子Ｔ１、Ｔ２が設けられている。この誘導コイル４３と導体管４１との間には、誘導コイル４３と導体管４１とが短絡しないように絶縁材４６が設けられている。
【００３０】
そして、導体管４１は、図２に示すように、円筒状鉄心４２１の外周に沿って螺旋状（コイル状）に巻回されたものである。この導体管４１は、円筒状鉄心４２１と同軸上に配置されている。
【００３１】
具体的に導体管４１は、図４に示すように、軸方向に沿って螺旋状に巻回された第１導体管４１１と、軸方向に沿って螺旋状に巻回された第２導体管４１２を備えており、第１導体管４１１及び第２導体管４１２の巻径が互いに異なることにより２層構造とされている。本実施形態では第１導体管４１１の巻径が、第２導体管４１２の巻径よりも大きく、第１導体管４１１と第２導体管４１２とは互いに接触しないように構成されている。また、第１導体管４１１及び第２導体管４１２の巻回方向は互いに異なる（逆向き）となるように構成されている。さらに、第１導体管４１１と第２導体管４１２とは、管径（内径及び外径）が略同一であり、第１導体管４１１の巻き数を第２導体管４１２の巻き数よりも多くして、それらの導体管長が略同一となるように構成しても良い。
【００３２】
そして、第１導体管４１１及び第２導体管４１２は、それらの両端部が電気的に接続されるとともに熱媒体が通流可能に接続されている。これらの構成のために、第１導体管４１１及び第２導体管４１２はそれぞれ、螺旋部分４１１ｘ、４１２ｘの他に、当該螺旋部分４１１ｘ、４１２ｘの巻き始め部分及び巻き終わり部分に後述する接続部４１３、４１４に接続される接続管部４１１ｙ、４１２ｙを有する（図４の側面図参照）。
【００３３】
詳細には、第１導体管４１１の一端部４１１ｍ及び第２導体管４１２の一端部４１２ｍが導電性を有する接続配管等の一端側接続部４１３により電気的に接続されるとともに流体的に接続されている。第１導体管４１１の他端部４１１ｎ及び第２導体管４１２の他端部４１２ｎが導電性を有する接続配管等の他端側接続部４１４により電気的に接続されるとともに流体的に接続されている。これらの接続部４１３、４１４は、熱媒体を第１導体管４１１及び第２導体管４１２に分流させるための分岐路又は第１導体管４１１及び第２導体管４１２を流れた熱媒体を合流させるための合流路を内部に有するものである。
【００３４】
そして、本実施形態では、一端側接続部４１３から熱媒体が導入される。一端側接続部４１３には、導入ポートＰ１が接続されている。一端側接続部４１３に流入した熱媒体は、第１導体管４１１及び第２導体管４１２に分岐して流れる。第１導体管４１１及び第２導体管４１２を流れた熱媒体は、他端側接続部４１４で合流して導出される。他端側接続部４１４には、導出ポートＰ２が接続されている。この導入ポートＰ１及び導出ポートＰ２それぞれには、熱媒体供給路３を形成する配管が接続される。
【００３５】
このように構成した本実施形態の加熱装置４において、温度制御回路１０により制御された交流電圧が誘導コイル４３の外部端子Ｔ１及び外部端子Ｔ２に印加され、それによって誘導コイル４３に電流が流れて閉磁路鉄心要素４２に磁束が流れる。当該磁束によって第１導体管４１１及び第２導体管４１２に短絡電流が流れて、第１導体管４１１及び第２導体管４１２がジュール発熱する。これにより、第１導体管４１１及び第２導体管４１２を流れる熱媒体が第１導体管４１１及び第２導体管４１２によって加熱される。
【００３６】
具体的には、第１導体管４１１及び第２導体管４１２が互いに逆向きに巻回されているため、第１導体管４１１に流れる誘導電流と第２導体管４１２に流れる誘導電流とが逆向きとなり、両端部の接続部４１３、４１４で短絡して、第１導体管４１１及び第２導体管４１２に短絡電流が流れる。このように第１導体管４１１及び第２導体管４１２に短絡回路が形成される。
【００３７】
＜２．本実施形態の効果＞
このように構成した熱媒体通流ローラ装置１００によれば、巻回方向が互いに逆向きの第１導体管４１１及び第２導体管４１２の一端部同士及び他端部同士を接続しているので、第１導体管４１１及び第２導体管４１２の間で短絡回路が形成されるため、電気接続部材を不要にすることができる。これにより、第１導体管４１１及び第２導体管４１２に生じる熱応力を低減して、第１導体管４１１及び第２導体管４１２を長寿命化することができる。また、第１導体管４１１及び第２導体管４１２からなる２層構造とし、それらの第１導体管４１１及び第２導体管４１２に熱媒体が通流するように構成されているので、導体管４１を螺旋の軸方向に巻き数を増やすことなく、導体管４１と熱媒体との接触面積を大きくすることができ、熱媒体の加熱効率を向上することができる。さらに、二次コイルである導体管４１の巻き数により、短絡電流及び容量（熱媒体の処理量）の調整が可能となる。
【００３８】
また、本実施形態では、円筒状鉄心４２１、外側磁路形成部４２２、第１及び第２径方向磁路形成部４２３、４２４により形成された空間内に、熱源である導体管４１を配置する構成としているので、導体管４１から外部に漏れ出る熱を、閉磁路鉄心要素４２の内部に閉じ込めることができる。
【００３９】
＜３．本発明の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【００４０】
例えば、前記実施形態では１本の第１導体管及び１本の第２導体管を有するものであったが、複数の第１導体管及び複数の第２導体管を有するものであっても良い。この場合、複数の第１導体管は、軸方向に沿って並列に螺旋状に巻回し、複数の第２導体管は、軸方向に沿って並列に螺旋状に巻回する。そして、１本の第１導体管及び１本の第２導体管同士（対をなす導体管）の両端部において電気的に接続するとともに、熱媒体が通流可能となるように接続する。これにより、熱媒体が複数対の導体管に分岐して流れるとともに、複数の短絡回路が形成されることになる。
【００４１】
前記実施形態では、第１導体管及び第２導体管を導電性を有する接続配管等の単一の接続部により接続して電気的及び流体的に接続するように構成しているが、電気的に接続する構成と、流体的に接続する構成を別体としても良い。例えば、第１導体管及び第２導体管を導電性を有さない接続配管により接続するとともに、第１導体管及び第２導体管の端部同士を導電性部材で互いに接続する構成としても良い。
【００４２】
前記実施形態では、導体管を２層構造としていたが、前記実施形態の第１導体管及び第２導体管からなる組を複数用いて２ｎ（ｎは２以上）層の多層構造としても良い。
【００４３】
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４４】
１００  ・・・熱媒体通流ローラ装置
２Ｒ    ・・・熱媒体通流路
２      ・・・ローラ本体
４      ・・・加熱装置
５      ・・・熱媒体供給路
２１    ・・・円筒状鉄心
２２    ・・・外側磁路形成部
２３    ・・・第１径方向磁路形成部
２４    ・・・第２径方向磁路形成部
４１    ・・・導体管
４１１  ・・・第１導体管
４１１ｍ・・・一端部
４１１ｎ・・・他端部
４１２  ・・・第２導体管
４１２ｍ・・・一端部
４１２ｎ・・・他端部
４１３    ・・・一端側接続部
４１４    ・・・他端側接続部
４４    ・・・誘導コイル
【図１】
2018051848.tif 000003
【図２】
2018051848.tif 000004
【図３】
2018051848.tif 000005
【図４】
2018051848.tif 000006