(57)【要約】【課題】ローラ本体及び／又は誘導発熱機構を気体により均一に冷却できるようにする。【解決手段】中空のローラ本体２と、中空内に設けられ、ローラ本体２を誘導発熱させる誘導発熱機構３と、ローラ本体２及び誘導発熱機構３の間の空隙部Ｘ１に気体流を発生させてローラ本体２及び／又は誘導発熱機構３を冷却する冷却機構７とを備え、冷却機構７は、ローラ本体２の軸方向一端側に形成されて、空隙部Ｘ１に連通する吸気口７１と、ローラ本体２の軸方向他端側に形成されて、空隙部Ｘ１に連通する排気口７２と、排気口７２に接続されて排気口７２から空隙部Ｘ１の気体を吸引する吸引機構７３とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空のローラ本体と、前記中空内に設けられ、前記ローラ本体を誘導発熱させる誘導発熱機構と、前記ローラ本体及び前記誘導発熱機構の間の空隙部に気体流を発生させて前記ローラ本体及び／又は前記誘導発熱機構を冷却する冷却機構とを備え、
前記冷却機構は、前記ローラ本体の軸方向一端側に形成されて前記空隙部に連通する吸気口と、前記ローラ本体の軸方向他端側に形成されて前記空隙部に連通する排気口と、前記排気口に接続されて前記排気口から前記空隙部の気体を吸引する吸引機構とを備える誘導発熱ローラ装置。
【請求項２】
前記ローラ本体は、軸方向両端部に設けられた一対のジャーナル部を有し、
前記吸気口は、軸方向一端側のジャーナル部に複数形成されている、請求項１記載の誘導発熱ローラ装置。
【請求項３】
前記吸気口は、前記軸方向一端側のジャーナル部において周方向に等間隔に形成されている、請求項２記載の誘導発熱ローラ装置。
【請求項４】
前記吸気口には、吸引される気体中の異物を除去するフィルタが設けられている、請求項１乃至３の何れか一項に記載の誘導発熱ローラ装置。
【請求項５】
前記吸引機構は、静止側において前記排気口を覆うように設けられた静止体と、当該静止体に接続されて前記排気口から前記空隙部の気体を吸引する吸引装置とを備える、請求項１乃至４の何れか一項に記載の誘導発熱ローラ装置。
【請求項６】
前記ローラ本体は、軸方向両端部に設けられた一対の駆動軸を有し、
前記排気口は、軸方向他端側の駆動軸の外側周面に形成されており、
前記静止体は、軸受を介して、前記排気口を覆うように前記駆動軸に設けられている、請求項５記載の誘導発熱ローラ装置。
【請求項７】
前記誘導発熱機構は、誘導コイルと、当該誘導コイルを支持する支持軸とを有し、
前記支持軸の軸方向一端部は、軸受を介して前記ローラ本体に支持されており、
前記支持軸の軸方向他端部は、静止側に設けられた部材に支持されている、請求項１乃至６の何れか一項に記載の誘導発熱ローラ装置。
【請求項８】
前記誘導発熱機構は、誘導コイルと、当該誘導コイルを支持する支持軸とを有し、
前記支持軸は、前記ローラ本体の軸方向両端側それぞれにおいて軸受を介して支持されており、
前記ローラ本体の軸方向他端側に設けられた軸受は、前記排気口よりも軸方向外側に形成されている、請求項１乃至６の何れか一項に記載の誘導発熱ローラ装置。
【請求項９】
前記誘導発熱機構は、誘導コイルと、当該誘導コイルを支持する支持軸とを有し、
前記静止体は、前記支持軸の軸方向他端側を支持するものである、請求項５記載の誘導発熱ローラ装置。
【請求項１０】
前記吸引装置は、配管を介さずに前記静止体に一体的に設けられている、請求項５記載の誘導発熱ローラ装置。
【請求項１１】
前記吸引装置は、気体流増幅器である、請求項１０記載の誘導発熱ローラ装置。
【請求項１２】
前記吸気口に気体を供給する供給機構をさらに備え、
前記供給機構は、前記吸気口に気体を供給する供給配管と、当該供給配管と前記吸気口とを接続するジョイント部材とを有する、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の誘導発熱ローラ装置。
【請求項１３】
前記ローラ本体の外部において前記吸気口及び前記排気口を連通し、前記吸引装置により前記排気口から吸引された気体を前記吸気口に戻す循環経路と、
前記循環経路に設けられ、前記気体を冷却する熱交換器とをさらに備える、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の誘導発熱ローラ装置。
【請求項１４】
前記ローラ本体は、気液二相の熱媒体が封入されて軸方向に延設されたジャケット室を有する、請求項１乃至１３の何れか一項に記載の誘導発熱ローラ装置。
【請求項１５】
前記冷却機構は、前記空隙部を流れる気体流量を調整するものである、請求項１乃至１４の何れか一項に記載の誘導発熱ローラ装置。
【請求項１６】
前記誘導発熱機構の誘導コイルの外周面は絶縁ワニスによって被覆されている、請求項１乃至１５の何れか一項に記載の誘導発熱ローラ装置。
【請求項１７】
前記誘導発熱機構の外周に、前記ローラ本体の内周径よりも小さい絶縁パイプが固定されており、
前記ローラ本体と前記絶縁パイプとの間に前記空隙部が形成されている、請求項１乃至１６の何れか一項に記載の誘導発熱ローラ装置。
【請求項１８】
前記ローラ本体の内面は防錆材料によって被覆されている、請求項１乃至１７の何れか一項に記載の誘導発熱ローラ装置。
【請求項１９】
前記ローラ本体の内面に凹凸構造が形成されている、請求項１乃至１８の何れか一項に記載の誘導発熱ローラ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導発熱ローラ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、回転するローラ本体の内部に誘導発熱機構を配置し、これによりローラ本体の周壁部を誘導電流によって発熱させる誘導発熱ローラ装置が用いられている。
【０００３】
そして近年、例えば連続材の種類を変更することに伴うローラ本体による加熱温度の変更を短時間で行う要請がある。また、熱処理工程の終了後において、安全衛生上の観点から、ローラ本体の温度が一定温度以下に低下しなければ、作業者がその場から離れることができない。このようなことからローラ本体を可及的短時間で冷却する必要がある。
【０００４】
ローラ本体を冷却するものとしては、特許文献１に示すように、ローラ本体及び誘導発熱機構の間の空隙部に空気を供給することによってローラ本体を冷却する空冷式のものが考えられている。具体的にこのローラ装置は、ローラ本体の一端部に空気供給管を接続して、ローラ本体の他端部に空気排出管を接続している。そして、空気供給管には、空隙部に空気を供給するための送風機が接続されている。
【０００５】
しかしながら、このような構成では、送風機によりローラ本体の一端部から空気が供給するだけであり、ローラ本体の他端部側では空隙部で暖められた空気が積極的に排気されず、ローラ本体の冷却ムラが生じるという問題がある。
【０００６】
なお、ローラ本体の内部に水やミストを供給してローラ本体を水冷する方式も考えられているが、水供給回路の設置コストが大きく、また、水漏れ等が発生した場合には、絶縁破壊によって事故に至る恐れもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１７９４３公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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、ローラ本体及び／又は誘導発熱機構を気体により均一に冷却できるように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】
【０００９】
すなわち本発明に係る誘導発熱ローラ装置は、中空のローラ本体と、前記中空内に設けられ、前記ローラ本体を誘導発熱させる誘導発熱機構と、前記ローラ本体及び前記誘導発熱機構の間の空隙部に気体流を発生させて前記ローラ本体及び／又は前記誘導発熱機構を冷却する冷却機構とを備え、前記冷却機構は、前記ローラ本体の軸方向一端側に形成されて前記空隙部に連通する吸気口と、前記ローラ本体の軸方向他端側に形成されて前記空隙部に連通する排気口と、前記排気口に接続されて前記排気口から前記空隙部の気体を吸引する吸引機構とを備えることを特徴とする。
【００１０】
このようなものであれば、吸引機構をローラ本体の軸方向他端側に形成された排気口に接続して、当該排気口から気体を吸引することによって、ローラ本体の軸方向一端側に形成された吸気口から外部気体が吸い込まれて、ローラ本体及び誘導発熱機構の間の空隙部を流れる。このとき、ローラ本体及び誘導発熱機構の間の空隙は概略円筒形状をなしており、吸気口から吸い込まれた外部気体は、円周方向に均一に流れるようになり、ローラ本体及び／又は誘導発熱機構の冷却を均一に行うことができる。ここで、空隙部を流れて暖められた空気が積極的に吸引機構により吸引されて排気されるので、ローラ本体及び／又は誘導発熱機構をより一層均一に冷却することができる。また、ローラ本体を均一に冷却するという主たる効果を得るためのローラ本体の周辺構造としては、ローラ本体の軸方向他端側に吸引機構を設けるだけで良いので、ローラ本体の周囲の構成を複雑にすることもない。
その他、吸引機構に排気ダクトを設ける等により、高温気体を屋外等の適切な場所に排出し、ローラ本体の設置空間に高温気体が排出されないようにすることで、高温気体によって作業者の安全が脅かされることを防ぐだけでなく、連続材の連続熱処理工程に悪影響を及ぼすことも防ぐことができる。
【００１１】
ローラ本体は、円筒状をなすシェル部と、シェル部の軸方向両端部に接続された一対のジャーナル部とを有している。また、ロール本体等の冷却効果やロール本体の周方向均温性を得るためには、空隙部を流れる気体は周方向において均一な流速で流れることが望ましい。
このためには、前記吸気口は、軸方向一端側のジャーナル部に複数形成されていることが望ましい。吸気口を複数設けることによって、ジャーナル部の機械的強度を確保しながらも、吸気抵抗を小さくしつつ、空隙部の周方向に万遍なく気体を吸い込むことができる。
【００１２】
空隙部における気体の流速を周方向においてより一層均一にするためには、前記吸気口は、前記軸方向一端側のジャーナル部において周方向に等間隔に形成されていることが望ましい。
【００１３】
吸気口からローラ本体内に異物が侵入すると、誘導発熱機構の誘導コイルが破損するなどの問題が生じ得る。この問題を好適に解決するためには、前記吸気口には、吸引される気体中の異物を除去するフィルタが設けられていることが望ましい。ここで、フィルタの開口率（又は目開き）は、ローラ本体の周囲に発生する粉塵に応じて種々設定することができる。なお、フィルタの開口率が小さい場合には、吸気抵抗が大きくなってしまうため、所望の風速を得るためには、高圧の吸引装置を用いる等のように吸引機構の吸引能力を大きくする必要がある。
【００１４】
排気口はローラ本体側に設けられているので回転するが、吸引機構は静止側に設けられているので回転しない。回転する排気口から空隙部の気体を吸引するための具体的な実施の態様としては、前記吸引機構は、静止側において前記排気口を覆うように設けられた静止体と、当該静止体に接続されて前記排気口から前記空隙部の気体を吸引する吸引装置とを備えることが考えられる。ここで、静止体は、吸引機構の専用の部品であっても良いし、ローラ本体に温度検出装置の回転トランスが設けられている場合には、当該回転トランスのステータを保持するステータハウジングであっても良いし、又は、当該ステータハウジングと一体形成されたものであっても良い。
【００１５】
前記ローラ本体が軸方向両端部に設けられた一対の駆動軸を有する構成の場合、空隙部を流れる気体とローラ本体のシェル部の内面との接触面をできる限り大きくするためには、排気口を軸方向他端側の駆動軸の外側周面に形成することが考えられる。この構成において、前記静止体は、軸方向に前記排気口を挟むように設けられた２つの軸受を介して、前記排気口を覆うように前記駆動軸に設けることが考えられる。
【００１６】
前記誘導発熱機構は、誘導コイルと、当該誘導コイルを支持する支持軸とを有している。この構成において、支持軸は軸受を介してローラ本体の内部に支持されている。このとき、軸受が高温に晒されるとグリス劣化が早くなり損傷に早期に至る恐れがある。この軸受の損傷は、誘導コイルとローラ本体との共回りの要因となり、電気的な重大事故を招く恐れがある。
排出側の高温気体に晒される可能性がある軸受を無くして、上記の問題を好適に解決するためには、前記支持軸の軸方向一端部は、軸受を介して前記ローラ本体に支持されており、前記支持軸の軸方向他端部は、静止側に設けられた部材（例えば支持軸用機台）に支持されていることが望ましい。
なお、この構成の場合には、軸方向他端側において、ローラ本体におけるジャーナル部の駆動軸と支持軸との間の隙間から外部気体を吸い込まないように、回転シールを設ける必要がある。
【００１７】
また、前記支持軸が、前記ローラ本体の軸方向両端側それぞれにおいて軸受を介して支持された構成の場合には、前記ローラ本体の軸方向他端側に設けられた軸受は、前記排気口よりも軸方向外側に形成されていることが望ましい。
この構成であれば、軸方向他端側の軸受が排気口よりも軸方向外側にあるので、当該軸受が積極的に高温気体に晒されることを避けることができ、軸受の寿命低下を抑制することができる。また、軸方向他端側の軸受と排気口との間に遮蔽板等の遮蔽構造を設けて通気抵抗を増大することにより、軸受からの外部気体の吸い込みを防止し、また、軸受の高温化対策を行うことができる。
【００１８】
ローラ本体の軸方向他端側の構成を簡単にするためには、前記静止体は、前記支持軸の軸方向他端側を支持するものであることが望ましい。
【００１９】
吸引機構の構成を簡単にするためには、前記吸引装置は、配管を介さずに前記静止体に一体的に設けられていることが望ましい。
【００２０】
吸引装置としては、例えば電動送風機やブロアといった電動のものが考えられる。一方、工場などの誘導発熱ローラ装置の設置場所に圧縮気体源がある場合には、前記吸引装置として、前記圧縮気体源から圧縮気体が供給されて排出口から気体を吸引する気体流増幅器を用いることができる。
【００２１】
誘導発熱ローラ装置が腐食性ガスや可燃性ガスが含まれる雰囲気に設置される場合には、当該腐食性ガス又は可燃性ガスがローラ本体の吸い込まれることによって、重大な事故を招く恐れがある。この問題を好適に解決するためには、誘導発熱ローラ装置が前記吸気口に気体を供給する供給機構をさらに備え、前記供給機構は、前記吸気口に気体を供給する供給配管と、当該供給配管と前記吸気口とを接続するジョイント部材とを有することが望ましい。
【００２２】
吸引装置により排気口から排出される気体は高温となっており、当該高温気体は外部に排出される。そうすると、周囲環境への熱影響の問題が生じる。このため、前記ローラ本体の外部において前記吸気口及び前記排気口を連通し、前記吸引装置により前記排気口から吸引された気体を前記吸気口に戻す循環経路と、前記循環経路に設けられ、前記気体を冷却する熱交換器とをさらに備えることが望ましい。この構成であれば、吸気及び排気による影響を低減することができる。
【００２３】
ローラ本体等の冷却を行う目的は、運転終了後に早く安全な温度に低下させることや、生産品種の変更に伴う運転温度の低い方への設定変更の際に早く温度を低下させること、又は、他の機能を持った別のローラ本体に交換する際に早く温度を低下させること等である。これらの場合には、基本的に負荷運転はされない。
一方、ロール本体に入ってくる負荷（熱処理物）が高温であるため、負荷からローラ本体に入熱があることで、電気入力を切断してもローラ本体の温度が徐々に上昇してしまう場合がある。このような場合は、負荷の入熱を少し上回る抜熱をして、その上回った分だけを誘導加熱によって入熱することにより、所定の温度に安定制御する温度制御方法がある。このような運転では、負荷運転時の冷却が必要であるため、冷却時におけるローラ本体の軸方向の均温性が要求される。このため、前記ローラ本体は、気液二相の熱媒体が封入されて軸方向に延設されたジャケット室を有することが望ましい。
【００２４】
ロール本体における冷却熱量及び冷却に要する時間は、気体の流速すなわち流量との比例関係がある。つまり、空隙部における気体の流量を上げると、冷却熱量が増加して冷却に要する時間は短縮される。しかし、負荷運転においては、負荷の熱量や運転条件によって必要な冷却量は異なってくるので、それに応じて、前記冷却機構は、前記空隙部を流れる気体の流量を調整するものであることが望ましい。この構成であれば、効率的に所定のローラ本体の温度に調整することができる。
【００２５】
冷却機構により、誘導発熱機構の誘導コイルの外側周面には気体が流れるので、湿気や汚染物質が侵入して、絶縁低下を招く恐れがある。このため、前記誘導発熱機構の誘導コイルの外周面は、例えばポリイミド系、シリコン系又はエポキシ系等の絶縁ワニスによって被覆されていることが望ましい。なお、絶縁ワニスは、誘導コイルが達する最高温度に耐える種類のものを選択することができる。
【００２６】
誘導発熱機構とローラ本体とが接触すると地絡事故に繋がる恐れがあり、両者の間には、一定の空隙が必要となる。ローラ本体と誘導発熱機構との間の空隙部を小さくして気流の流速を大きくし、冷却効果を向上させるためには、前記誘導発熱機構の外周に、前記ローラ本体の内周径よりも小さい絶縁パイプが固定されており、前記ローラ本体と前記絶縁パイプとの間に前記空隙部が形成されていることが望ましい。また、絶縁パイプを設けているので、万が一、絶縁パイプとローラ本体とが接触しても、大きな事故に繋がりにくくなる。
【００２７】
ローラ本体の内面に湿気が付着すると錆が発生して、絶縁低下を招く恐れがある。このため、前記ローラ本体の内面は防錆材料（例えば、硬質クロムメッキ、ニッケルメッキ、ステンレスコート（商品名）などの防錆塗料等）によって被覆されていることが望ましい。
【００２８】
ローラ本体の内面の伝熱面積を大きくして冷却効果を増大させるためには、前記ローラ本体の内面に凹凸構造が形成されていることが望ましい。ここで、ローラ本体の内面は誘導加熱による発熱部となるため、発熱量の平準化の観点から、円周方向及び軸方向に規則的な形状の加工であることが望ましい。
【発明の効果】
【００２９】
このように構成した本発明によれば、ローラ本体及び／又は誘導発熱機構を気体により均一に冷却できるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１実施形態の誘導発熱ローラ装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】同実施形態の吸気口の構成を示すＡ−Ａ線断面図である。
【図３】同実施形態の排気口の構成を示すＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】同実施形態のローラ本体の軸方向他端側の構成を示す断面図である。
【図５】風量の違いによるローラ本体の降温特性を示すグラフである。
【図６】第２実施形態のローラ本体の軸方向他端側の構成を示す断面図である。
【図７】第３実施形態のローラ本体の軸方向他端側の構成を示す断面図である。
【図８】吸引機構の変形例を模式的に示す断面図である。
【図９】吸引機構の変形例を模式的に示す断面図である。
【図１０】吸引機構の変形例を模式的に示す断面図である。
【図１１】吸気口の変形例を模式的に示す断面図である。
【図１２】吸気口の変形例を模式的に示す断面図である。
【図１３】吸気口の変形例を模式的に示す断面図である。
【図１４】吸気口の変形例を模式的に示す断面図である。
【図１５】変形実施形態の誘導発熱ローラ装置における供給機構を模式的に示す断面図である。
【図１６】変形実施形態の誘導発熱ローラ装置の構成を模式的に示す図である。
【図１７】変形実施形態のローラ本体の構成を示す断面図である。
【図１８】変形実施形態のローラ本体の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
＜第１実施形態＞
第１実施形態に係る誘導発熱ローラ装置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等において用いられるものである。
【００３２】
具体的にこの誘導発熱ローラ装置１００は、図１に示すように、回転自在に支持された中空円筒状のローラ本体２と、このローラ本体２の中空内に静止状態で配置される誘導発熱機構３とを備えている。
【００３３】
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に一体形成された中空の駆動軸２２２とを有している。また、駆動軸２２２は、転がり軸受等の軸受４１、４２を介して機台５１、５２に回転自在に支持されている。そして、ローラ本体２は、例えばモータ等の回転駆動機構（不図示）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。
【００３４】
また、ローラ本体２のシェル部２１には、長手方向（軸方向）に延びる気液二相の熱媒体を封入するジャケット室２１Ａが、周方向全体に間隔を空けて例えば等間隔に複数形成されている。このジャケット室２１Ａ内に封入した気液二相の熱媒体の潜熱移動によりシェル部２１の表面温度を均一化する。
【００３５】
誘導発熱機構３は、円筒形状をなす円筒状鉄心３１と、当該円筒状鉄心３１の外側周面に巻装された誘導コイル３２と、それらを支持する支持軸３３１、３３２とを有する。支持軸３３１、３３２は、円筒状鉄心３１の両端部それぞれに設けられている。この支持軸３３１、３３２は、それぞれ駆動軸２２２の内部に挿通されており、転がり軸受等の軸受６１、６２を介して駆動軸２２２に対して回転自在に支持されている。これにより、誘導発熱機構３は、回転するローラ本体２の内部において、ローラ本体２に対して静止状態に保持される。誘導コイル３２には、リード線Ｌ１が接続されており、このリード線Ｌ１には、交流電圧を印加するための交流電源（不図示）が電力調整装置（不図示）を介して接続されている。
【００３６】
このような誘導発熱機構３により、誘導コイル３２に交流電圧が印加されると交番磁束が発生し、その交番磁束はローラ本体２のシェル部２１を通過する。この通過によりシェル部２１に誘導電流が発生し、その誘導電流でシェル部２１はジュール発熱する。
【００３７】
そして、本実施形態の誘導発熱ローラ装置１００は、ローラ本体２及び誘導発熱機構３の間の空隙部Ｘ１に気体流を発生させてローラ本体２及び誘導発熱機構３を冷却する冷却機構７を備えている。なお、本実施形態の冷却媒体である気体は、ローラ本体２の設置空間の雰囲気ガスである空気であるが、その他、雰囲気ガスを例えば窒素ガス等にすることによって、前記気体を窒素ガス等にしても良い。
【００３８】
この冷却機構７は、図１に示すように、ローラ本体２の外部気体を、ローラ本体２及び誘導発熱機構３の間に形成される概略円筒状をなす空隙部Ｘ１の軸方向一端部から導入するとともに、空隙部Ｘ１の軸方向他端部から外部に排出することにより、ローラ本体２及び誘導発熱機構３を冷却するものである。なお、軸方向とは、図１の矢印に示すように紙面左右方向である。
【００３９】
具体的に冷却機構７は、ローラ本体２の軸方向一端側に形成されて空隙部Ｘ１に連通する吸気口７１と、ローラ本体２の軸方向他端側に形成されて空隙部Ｘ１に連通する排気口７２と、排気口７２に接続されて排気口７２から空隙部Ｘ１の気体を吸引する吸引機構７３とを備えている。
【００４０】
吸気口７１は、図２に示すように、軸方向一端側のジャーナル部２２におけるフランジ部２２１に複数形成されている。また、吸気口７１は、軸方向一端側のフランジ部２２１において周方向に例えば等間隔に形成されている。各吸気口７１は、フランジ部２２１に軸方向に沿って形成された貫通孔から形成されている。本実施形態の吸気口７１の開口形状は、円形状をなすものであるが、その他、長円形状、楕円形状、矩形状や多角形状等種々の形状とすることができる。そして、吸気口７１には、吸引される気体中の異物を除去するフィルタ８が設けられている。本実施形態のフィルタ８は、複数の吸気口７１を閉塞する一体のものとしているが、複数の吸気口７１それぞれに設けられるものであっても良い。
【００４１】
排気口７２は、図３に示すように、軸方向他端側のジャーナル部２２における駆動軸２２２の外側周面に複数形成されている。また、排気口７２は、軸方向他端側の駆動軸２２２において周方向に例えば等間隔に形成されている。各排気口７２は、駆動軸２２２の側周壁において径方向に沿って形成された貫通孔から形成されている。本実施形態の排気口７２の開口形状は、円形状をなすものであるが、その他、長円形状、楕円形状、矩形状や多角形状等種々の形状とすることができる。なお、軸方向他端側の駆動軸２２２において、排気口７２よりも軸方向外側に軸受６２が設けられている。
【００４２】
吸引機構７３は、特に図４に示すように、静止側において排気口７２を覆うように設けられた静止体たるカバー体７３１と、当該カバー体７３１に接続されて排気口７２から空隙部Ｘ１の気体を吸引する吸引装置７３２とを備える。なお、本実施形態では、カバー体７３１と吸引装置７３２とは接続配管（接続ダクト）７３３により接続されている。
【００４３】
カバー体７３１は、排気口７２が形成された駆動軸２２２の外側周面の外側に設けられた概略円筒形状をなすものである。カバー体７３１の内側周面は、駆動軸２２２の外側周面とともに、排気口７２から排出される気体を外部に排出するための排出空間Ｘ２を形成する。カバー体７３１には、接続ダクト７３３が接続される接続ポートＰ１が形成されており、前記排出空間Ｘ２は接続ポートＰ１と連通している。そして、このカバー体７３１は、軸方向において排気口７２を挟むように設けられた２つの軸受９１、９２を介して、排気口７２を覆うように駆動軸２２２に設けられている。本実施形態では、カバー体７３１は、駆動軸２２２において機台５２よりも軸方向外側に設けられている。また、カバー体７３１は、駆動軸２２２とともに回転しないように、静止側に固定されている。
【００４４】
なお、カバー体７３１が設けられた駆動軸２２２の軸方向外側には、ローラ本体２のシェル部２１の温度を検出する温度センサＴ１（図１参照）の検出信号を静止側の制御部に送信するための回転トランス１０が設けられている。回転トランス１０は、ジャーナル部２２の駆動軸２２２に設けられたロータ１０１と、当該ロータ１０１の周囲に配置されたステータ１０２とからなり、ステータ１０２は、円筒状をなすステータハウジング１０３に設けられている。
【００４５】
吸引装置７３２は、カバー体７３１の接続ポートＰ１から排出空間Ｘ２を介して空隙部Ｘ１の気体を吸引するものであり、例えば、電動送風機やブロア、吸引ポンプ等である。この吸引装置７３２は、静止側に設けられている。また、吸引装置７３２の排気ポートＰ２には排気ダクト（不図示）が接続されており、当該排気ダクトの排気ポートＰ２は、例えば誘導発熱ローラ装置１００の設置空間とは異なる外部空間（例えば屋外）に設けられている。なお、吸引装置７３２を前記外部空間に設けて、接続ダクト７３３によって外部空間に設けられた吸引装置７３２とカバー体７３１の接続ポートＰ１とを接続しても良い。また、吸引装置７３２は、例えば回転数を変更することによって吸引力が変更可能に構成されており、これにより、空隙部Ｘ１を流れる気体流量を調整することができる。その他、接続ダクトに流量調整バルブなどの流量調整機構を設けても良い。
【００４６】
このような構成において、吸引装置７３２により吸引を開始すると、排気口７２から空隙部Ｘ１の気体が吸引されるとともに、吸気口７１からローラ本体２の周囲の外部気体が空隙部Ｘ１に吸い込まれる。そして、吸気口７１から吸い込まれた気体が空隙部Ｘ１の内部を流れて排気口７２から排出される。ここで、排気口７２よりも軸方向外側に軸受６２が位置しているため、大部分の高温気体は、軸受６２に当たる前に排出口７２から排出され、軸受６２が高温気体に積極的に晒されることを防ぐことができる。
【００４７】
また、本実施形態では、軸方向他端側の軸受６２と排気口７２との間に遮蔽板等の遮蔽構造１１が設けられている。この遮蔽構造１１によって、軸方向他端側の軸受６２に高温気体が当たりにくくすることができ、また、軸受６２側の通気抵抗が増大するので軸受６２から外部気体が吸引されることを防止することができる。
【００４８】
同様に、カバー体７３１と駆動軸２２２との間に設けられた軸受９１、９２の内側にも、遮蔽板等の遮蔽構造１２が設けられている。この遮蔽構造１２によって、軸受９１、９２に高温気体が当たりにくくすることができ、また、軸受９１、９２から外部気体が吸引されることを防止することができる。
【００４９】
さらに本実施形態では、吸気口７１から吸い込まれる外部気体が接触する部分に次のような処理が施されている。つまり、外部気体が接触する誘導コイル３２の外周面は、例えばポリイミド系、シリコン系又はエポキシ系等の耐熱絶縁ワニスによって被覆されている。具体的には誘導コイル３２の外側周面は、耐熱絶縁ワニスが塗布されている。また、外部気体が接触するローラ本体２の内面は、耐熱材料によって被覆されている。具体的には、ローラ本体２の内面は、耐熱塗料又は防錆塗料が塗布される、又は、防錆用のメッキ処理が施されている。
【００５０】
＜第１実施形態の効果＞
このように構成した誘導発熱ローラ装置１００によれば、吸引機構７３をローラ本体２の軸方向他端側に形成された排気口７２に接続して、当該排気口７２から気体を吸引することによって、ローラ本体２の軸方向一端側に形成された吸気口７１から外部気体が吸い込まれて、ローラ本体２及び誘導発熱機構３の間の空隙部Ｘ１を流れる。このとき、ローラ本体２及び誘導発熱機構３の間の空隙部Ｘ１は概略円筒形状をなしており、吸気口７１から吸い込まれた外部気体は、円周方向に均一に流れるようになり、ローラ本体２及び誘導発熱機構３の冷却を均一に行うことができる。ここで、空隙部Ｘ１を流れて暖められた空気が積極的に吸引機構７３により吸引されて排気されるので、ローラ本体２及び誘導発熱機構３をより一層均一に冷却することができる。また、ローラ本体２を均一に冷却するという主たる効果を得るためのローラ本体２の周辺構造としては、ローラ本体２の軸方向他端側に吸引機構７３を設けるだけで良いので、ローラ本体２の周囲の構成を複雑にすることもない。
【００５１】
その他、本実施形態によれば、吸引機構７３に排気ダクトを設ける等により、高温気体を屋外等の適切な場所に排出し、ローラ本体２の設置空間に高温気体が排出されないようにすることで、高温気体によって作業者の安全が脅かされることを防ぐだけでなく、連続材の連続熱処理工程に悪影響を及ぼすことも防ぐことができる。
【００５２】
ここで、風量（排出口から出る空気流量、すなわちＸ１部の空気の流速）の違いによるローラ本体の降温特性を調べた。なお、ローラ本体の寸法は、直径２５０ｍｍ、軸長１４００ｍｍである。周囲温度は２０℃であり、ローラ本体の冷却開始温度は、２００℃である。また、ローラ本体の回転数を９０ｒｐｍとした状態においてローラ本体を冷却した場合のローラ本体の表面温度を測定した。風量は、７ｍ３／ｍｉｎ、４ｍ３／ｍｉｎ、１ｍ３／ｍｉｎ、自然冷却（０ｍ３／ｍｉｎ）とし、ローラ本体の表面温度が３０℃に低下するまでの時間を計測した。
その結果を図５に示す。図５に示すように、自然冷却の場合は４２０分以上かかっているが、風量を上げるに連れて冷却時間が短縮されており、風量が７ｍ３／ｍｉｎの場合は６０分未満となっている。
【００５３】
ところで、ロール本体２（熱ロール）には必要な運転温度よりも高温の負荷が入ってくることで、電気入力を切断してもロール温度が上昇してくる場合がある。このような場合では気体通流による冷却だけでは高精度の温度制御が困難であることから、負荷からの入熱を少し上回る通風冷却をおこない、その上回った分の熱量だけを誘導加熱によって入力することで、所望の温度に精度よく制御する方法がある。この制御を行うにあたっては、前記に示した風量調整による冷却熱量制御が有効となる。
【００５４】
さらに、冷却時であっても負荷運転されている場合はロール本体２のシェル部２１の温度分布の均一性が極めて重要である。ローラ本体２のシェル部２１には気液二相の熱媒体が封入されたジャケット室２１Ａが形成されているので、冷却運転時におけるローラ本体２のシェル部２１の軸方向の均温性を向上させることができる。
【００５５】
また、吸気口７１が、軸方向一端側のジャーナル部２２に複数形成されているので、ジャーナル部２２の機械的強度を確保しながらも、吸気抵抗を小さくしつつ、空隙部Ｘ１の周方向に万遍なく気体を吸い込むことができる。
【００５６】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る誘導発熱ローラ装置について説明する。なお、前記第１実施形態と同一又は対応する部材には、同一の符号を付している。
【００５７】
第２実施形態の誘導発熱ローラ装置１００は、前記第１実施形態とは、主として、誘導発熱機構３の支持軸３３１、３３２の支持形式が異なる。
【００５８】
具体的にこの誘導発熱ローラ装置１００は、図６に示すように、軸方向一端側の支持軸３３１が、転がり軸受等の軸受６１を介して、軸方向一端側の駆動軸２２２に対して回転自在に支持されており、軸方向他端側の支持軸３３２が、軸方向他端側の駆動軸２２２から外部に延出して、静止側に設けられた部材（支持軸用機台）１３に固定されている。
【００５９】
この構成において吸引機構７３により排気口７２から吸引すると、ローラ本体２及び誘導発熱機構３の間の空隙部Ｘ１の気体が吸引されるだけでなく、軸方向他端側の駆動軸２２２と支持軸３３２との間の隙間、及び、回転トランス１０から外部気体が吸引されてしまう。このため、本実施形態では、軸方向他端側において、駆動軸２２２の内側周面と支持軸３３２の外側周面との間に回転シール１４が設けられている。なお、回転シール１４は、回転トランス１０のステータハウジング１０３の内側周面と駆動軸２２２の外側周面との間に設けても良い。
【００６０】
このような構成において、吸引装置７３２により吸引を開始すると、排気口７２から空隙部Ｘ１の気体が吸引されるとともに、吸気口７１からローラ本体２の周囲の気体が空隙部Ｘ１に吸い込まれる。このとき、排気口７２よりも軸方向他端側には回転シール１４が設けられているので、軸方向他端側から外部気体が吸引されることを防ぐことができる。そして、吸気口７１から吸い込まれた気体が空隙部Ｘ１の内部を流れて排気口７２から排出される。ここで、ローラ本体２の内部において軸方向他端側には軸受（前記実施形態の軸受６２）が設けられていないので、高温気体が軸受に当たることはない。
【００６１】
＜第２実施形態の効果＞
このように構成した誘導発熱ローラ装置１００によれば、前記第１実施形態の効果に加えて、軸方向他端側の支持軸３３２を静止側の機台１３に支持させているので、高温気体に晒される可能性がある軸受を無くして、高温気体により生じる軸受の損傷を防止して、誘導コイル３２とローラ本体２との共回りを防ぐことができる。
【００６２】
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態に係る誘導発熱ローラ装置について説明する。なお、前記第１、２実施形態と同一又は対応する部材には、同一の符号を付している。
【００６３】
第３実施形態の誘導発熱ローラ装置１００は、前記第２実施形態の構成において、図７に示すように、少なくともカバー体７３１と、回転トランス１０のステータハウジング１０３とが一体形成されたものである。なお、図７では、カバー体７３１及びステータハウジング１０３に加えて、支持軸用機台１３も一体形成された例を示している。
【００６４】
具体的にこの誘導発熱ローラ装置１００は、カバー体７３１、ステータハウジング１０３及び支持軸用機台１３が、静止体である共通の円筒状部材１５から構成されている。この円筒状部材１５の側周壁が２つの軸受９１、９２を介して駆動軸２２２に設けられている。当該２つの軸受９１、９２の間の空間が排出空間Ｘ２となる。側周壁において２つの軸受９１、９２の間には、吸引装置７３２が接続される接続ポートＰ１が形成されている。また、側周壁の内側周面には、回転トランス１０のロータ１０１に対向する位置に回転トランス１０のステータ１０２が設けられている。さらに、円筒状部材１５の底壁には支持軸３３２が貫通しており、当該支持軸３３２は底壁に固定されている。この円筒状部材１５は図示しない部材により静止側に固定されている。この静止側の部材は、円筒状部材１５の回転を防止するとともに、ロール本体２等の熱伸びを逃がすべく軸方向にはスライド自在に支持する構成となっている。
【００６５】
＜第３実施形態の効果＞
このように構成した誘導発熱ローラ装置１００によれば、前記第１、第２実施形態の効果に加えて、カバー体７３１、ステータハウジング１０３及び支持軸用機台１３が、共通の円筒状部材１５から構成されているので、ローラ本体２の軸方向他端側の構成を簡単にするとともに、部品点数を削減することができる。
【００６６】
＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記各実施形態に限られるものではない。
【００６７】
例えば、図８に示すように、吸引装置７３２をカバー体７３１（又は円筒状部材１５）の接続ポートＰ１に接続ダクトを介さずに直接取り付ける構成であっても良い。
【００６８】
この場合、吸引装置７３２として、圧縮気体源から圧縮気体が供給されて排出口から気体を吸引する気体流増幅器を用いても良い。この構成であれば、工場などの誘導発熱ローラ装置１００の設置場所に圧縮気体源がある場合に、別途送風機やブロア等を準備する必要が無い。
【００６９】
前記第３実施形態において、カバー体７３１、ステータハウジング１０３及び支持軸用機台１３を一体形成したものであったが、カバー体７３１及びステータハウジング１０３を一体形成したものであっても良い。この場合、長手方向他端側の支持軸３３２は、支持軸用機台１３により支持される。また、第１実施形態の構成においてカバー体７３１及びステータハウジング１０３を一体形成しても良い。
【００７０】
カバー体７３１及びステータハウジング１０３等を一体形成する場合には、接続ポートＰ１は、図９及び図１０に示すように、共通の円筒状部材１５において回転トランス１０のステータ１０２よりも軸方向外側（底壁側）に形成しても良い。なお、図９は、支持軸３３２が支持軸用機台１３により支持される構成であり、図１０は、支持軸３３２が円筒状部材１５により支持される構成である。このとき、排気口７２は、軸方向他端側における駆動軸２２２（又はロータ１０１）と支持軸３３２との間に形成される円環状の空間から構成される。
【００７１】
また、図９の構成の場合、円筒状部材１５の開口部分、つまり、ロータ１０１及びステータ１０２の間から外部気体が吸引されてしまうので、円筒状部材１５の側周壁においてステータ１０２よりも開口側に、回転シール１６を設けることが望ましい。また、図９及び図１０の何れにおいても、円筒状部材１５の側周壁においてステータ１０２と回転シール１６又は軸受９との間に外部と連通する貫通孔１５ｈを形成して、当該貫通孔１５ｈから適度な流量の気体を吸い込ませて、ロータ１０１及びステータ１０２を冷却してそれらの劣化を抑制する構成としている。なお、図１０では、軸受９には、軸受９からの外部気体の吸い込みを防止するために遮蔽板等の遮蔽構造を設けることが望ましい。
【００７２】
前記各実施形態では、排気口７２をジャーナル部２２の駆動軸２２２の外側周面に形成しているが、前記実施形態の吸気口７１と同様に、ジャーナル部２２のフランジ部２２１に形成しても良い。この場合には、当該フランジ部２２１に対向するように円環状のカバー体７３１が設けられる。
【００７３】
前記各実施形態では、吸気口７１を軸方向一端側におけるジャーナル部２２のフランジ部２２１に形成しているが、その他、空隙部Ｘ１の軸方向一端側に気体を供給できる位置であれば、種々変更が可能である。
【００７４】
例えば、図１１に示すように、軸方向一端側の支持軸３３１をローラ本体２の外部に設けた機台１７に支持させて、軸方向一端側における駆動軸２２２と支持軸３３１との間に形成される円環状の空間を吸気口７１としても良い。なお、他の位置に設けられた吸気口と併用しても良い。また、この吸気口７１にフィルタを設ける場合には、回転部（駆動軸２２２）と非回転部（支持軸３３１）との間に設置する必要があるため、フィルタの内側周面と支持軸３３１の外側周面との間のクリアランスは、許容される異物のサイズ以下である必要がある。
【００７５】
また、図１２に示すように、支持軸３３１の内部に軸中心に同軸上に内部流路Ｒ１を形成し、当該内部流路Ｒ１を支持軸３３１の誘導コイル３２側で放射状に分岐させて、支持軸３３１の外側周面において開口するように構成しても良い。この場合、支持軸３３１の軸方向端面における内部流路Ｒ１の開口が吸気口７１となる。なお、他の位置に設けられた吸気口と併用しても良い。
【００７６】
さらに、図１３に示すように、軸方向一端側における駆動軸２２２の側周壁に軸方向に沿って貫通孔Ｈ１を形成しても良い。このとき、貫通孔Ｈ１は、側周壁において周方向において複数、等間隔に形成することが望ましい。この場合、駆動軸２２２の軸方向端面における貫通孔Ｈ１の開口が吸気口７１となる。なお、他の位置に設けられた吸気口と併用しても良い。
【００７７】
その上、図１４に示すように、軸方向一端側における駆動軸２２２の側周壁に径方向に沿って貫通孔Ｈ２を形成しても良い。このとき、貫通孔Ｈ２は、軸方向一端側の軸受６１よりも軸方向内側に形成される。この場合、貫通孔Ｈ２の径方向外側の開口が吸気口７１となる。なお、他の位置に設けられた吸気口と併用しても良い。
【００７８】
誘導発熱ローラ装置１００が腐食性ガスや可燃性ガスが含まれる有害な雰囲気に設置される場合には、図１５に示すように、誘導発熱ローラ装置１００が、吸気口７１に気体を供給する供給機構１８をさらに備えるものであっても良い。この構成であれば、雰囲気中の腐食性ガス又は可燃性ガスがローラ本体２の吸い込まれることによって、重大な事故を招く恐れを解消することができる。なお、供給する気体は、空気の他に、例えば窒素ガス等の不活性ガスであっても良い。また、必要に応じて、気体中にミストを含んだものを供給しても良い。
【００７９】
この供給機構１８は、吸気口７１に気体を供給する供給配管１８１と、当該供給配管１８１と前記吸気口７１とを接続するジョイント部材１８２とを有する構成とすることが考えられる。なお、供給配管１８１は、ジョイント部材１８２に形成された接続ポートＰ３に接続されている。図１５の構成では、吸気口７１は、駆動軸２２２の外側周面に形成されており、供給配管１８１の気体導入口１８１ａは、有害な雰囲気と壁Ｗによって隔離された雰囲気に設けられている。
【００８０】
ジョイント部材１８２は、吸気口７１が形成された駆動軸２２２の外側周面の外側に設けられた概略円筒形状をなすものである。ジョイント部材１８２の内側周面は、駆動軸２２２の外側周面とともに、吸気口７１に気体を導くための導入空間Ｘ３を形成する。ジョイント部材１８２には、供給配管１８１が接続される接続ポートＰ３が形成されており、前記導入空間Ｘ３は接続ポートＰ３と連通している。そして、このジョイント部材１８２は、軸方向において吸気口７１を挟むように設けられた２つの軸受１９１、１９２を介して、吸気口７１を覆うように駆動軸２２２に設けられている。なお、ジョイント部材１８２は、駆動軸２２２とともに回転しないように、静止側に固定されている。また、軸受６１及び軸受１９１、１９２には、有害な雰囲気のガスを吸い込まないように遮蔽板等の遮蔽構造を設けることが望ましい。
【００８１】
また、誘導発熱ローラ装置１００は、図１６に示すように、ローラ本体２の外部において吸気口７１及び前記排気口７２を連通し、吸引装置７３２により排気口７２から吸引された気体を吸気口７１に戻す循環経路ＣＰと、循環経路ＣＰに設けられ、気体を冷却する熱交換器ＨＥとをさらに備えるものであってもよい。
【００８２】
図１６に示す循環経路ＣＰは、前記実施形態の吸引機構７３と、当該吸引機構７３の吸引装置７３２の排気ポートＰ２と吸気口７１とを接続する接続配管（接続ダクト）ＣＰ１とを有する。接続配管ＣＰ１と吸気口７１とは、排気口７２と吸引機構７３との接続構造に用いられるカバー体７３１と同じ構造のカバー体ＣＰ２により接続されている。このような循環経路ＣＰを有する構成であれば、吸気及び排気による影響を低減することができる。
【００８３】
さらに誘導発熱ローラ装置１００は、図１７に示すように、誘導発熱機構３の外周に、ローラ本体２の内周径よりも小さい絶縁パイプ３４が固定されており、ローラ本体２と絶縁パイプ３４との間に空隙部Ｘ１が形成されていてもよい。この絶縁パイプは、誘導発熱機構３の誘導コイル３２の全体を覆うように設けられている。また、絶縁パイプ３４は、誘導コイル３２から外径方向に離間して設けられている。この絶縁パイプ３４によりローラ本体２と誘導発熱機構３との間の空隙部Ｘ１を小さくして気流の流速を大きくし、冷却効果を向上させることができる。また、万が一、絶縁パイプ３４とローラ本体２とが接触しても、大きな事故に繋がりにくくなる。
【００８４】
その上、ローラ本体２の内面の伝熱面積を大きくして冷却効果を増大させるためには、図１８に示すように、ローラ本体２の内面に凹凸構造２Ｚが形成されていることが望ましい。図１８では、ローラ本体２の内面に凹部を形成することにより凹凸構造２Ｚを形成しているが、当該内面に凸部を形成することにより凹凸構造２Ｚを形成してもよい。ここで、ローラ本体２の内面は誘導加熱による発熱部となるため、発熱量の平準化の観点から、円周方向及び軸方向に規則的な形状の加工であることが望ましい。
【００８５】
前記実施形態のカバー体７３１及び円筒状部材１５は、円筒形状をなすものであったが、駆動軸２２２の外周を覆う形状であれば、円筒形状に限られず、例えば、四角筒などの多角筒形状をなすものなどであってもよい。
【００８６】
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】
【００８７】
１００・・・誘導発熱ローラ装置
２・・・ローラ本体
２１・・・シェル部
２１Ａ・・・ジャケット室
２２・・・ジャーナル部
２２２・・・駆動軸
３・・・誘導発熱機構
３１・・・誘導コイル
３３１、３３２・・・支持軸
Ｘ１・・・空隙部
７・・・冷却機構
７１・・・吸気口
８・・・フィルタ
７２・・・排気口
７３・・・吸引機構
７３１・・・カバー体（静止体）
７３２・・・吸引装置
６１、６２・・・軸受
９１、９２・・・軸受
１３・・・機台（支持軸用機台）
１５・・・円筒状部材（静止体）
１８・・・供給機構
１８１・・・供給配管
１８２・・・ジョイント部材
【図１】
2019075357.tif 000003
【図２】
2019075357.tif 000004
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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