(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
未加硫ゴムと磁性板を交互に積層した積層体を誘導コイルの影響下に配置し、該誘導コイルに交流を通電して前記積層体を構成する複数の磁性板の各々に渦電流を発生せしめて各磁性板を発熱させ、各磁性板からの熱伝導によって前記未加硫ゴムを加熱する装置であって、
前記誘導コイルが複数で構成され、それぞれのコイルの交流電流の強度が調節可能にされてなることを特徴とするゴムと磁性板の積層体の加熱装置。
【請求項２】
前記複数の誘導コイルが、積層体の外周に積層方向に配置されてなる請求項１記載の加熱装置。
【請求項３】
前記積層体の積層方向の両端に熱盤を設けてなる請求項１または２記載の加熱装置。
【請求項４】
前記積層体が積層方向に貫通する中空を有する環状のものであり、前記中空にコア熱源を設けてなる請求項１乃至３のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項５】
前記積層体の積層方向と直交する方向を外側から拘束するモールドと、該モールドに拘束された前記積層体を積層方向から圧縮しうる上下プラテンを有してなり、前記積層体に対して、積層方向に加圧力を作用させながら電磁誘導加熱ができる請求項１乃至４のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項６】
前記熱盤が前記上下プラテンまたは前記モールドを兼ねるものである請求項５記載の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、未加硫ゴムと磁性板とを交互に積層した積層体を加熱する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６に示されるように、ゴムと磁性板の積層体１は、内部磁性板２と未加硫ゴム３とを平行状態を保ったまま交互に積層し、その積層方向の両端に連結磁性板４、５を張りつけて、加圧しながら加硫温度まで加熱することにより製造される。
【０００３】
このようなゴムと磁性板の積層体としては、例えば免震装置に用いられるものがある。この免震装置は、ビル、建物、橋梁、機械装置等の構造物の基礎に取り付けられるものであり、地震等による加振力に対する応答加速度を減少させ、加振力による被害を最小限にとどめることができる。しかしながら、建物用の大型の免震装置に用いられる積層体では、設計荷重が５００トン前後で、その直径は１メートル前後の大きさになり、加硫には、１０〜２０ｈｒという長時間を要するという問題があった。何故ならば、未加硫ゴムは一種の断熱材であるため、未加硫ゴムと磁性板の積層体を外部から加熱しても内部まで熱がいきわたるまでに時間がかかるからである。
【０００４】
そこで、積層体を内部から加熱して短時間で昇温させる方法として、電磁誘導による加熱方法が提案されている（未公開）。この方法は、図６に示されるように、積層体１の側面の外周に誘導コイル６をらせん状に巻回して配設し、誘導コイル６に交流を通電するための低周波交流発生器７が接続されてなるものであり、磁性板２、４、５の各々に渦電流を発生せしめて各磁性板２、４、５を発熱させ、各磁性板２、４、５からの熱伝導によって未加硫ゴム３を加熱する方法である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の電磁誘導による加熱は、誘導コイル６に流れる交流電流、電圧、周波数をコントロールして発熱量の大小を制御し、比較的短時間で目標温度内に昇温させることはできるが、積層体内部に温度格差を生じ易いという問題があることがわかった。また、昇温途中で誘導コイルの電源を一時的にＯＦＦにして、均一な温度で序々に昇温されるように制御することもできるが、最終的な目標温度に達するには、概して時間が長くなるという問題もある。
【０００６】
図７は、１つの誘導コイルで、図２に示されるような中空環状型の積層体１０を加熱したときの内部の各点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄでの時間と温度の関係を示したものである。点Ａは外周中央、点Ｂは内周中央、点Ｃは外周端部、点Ｄは内周端部である。それぞれは、比較的短時間で昇温してはいるが、２４０分を経過したあとも、２０℃以上の温度差があり均一にならない。
【０００７】
このような内部の温度格差は、加硫後のゴムの品質に大きな影響を与える。概して加硫後のゴムの品質は、温度と時間との関数によって決まり、一定温度以上に上がり過ぎたばあい、いわゆるゴム焼けという現象が起こり、ゴム本来の柔軟性を失い不適格なものとなる。また、適正温度内で加硫が行われても、内部に温度勾配があった場合には加硫の度合いが異なり、均一な品質が得られない。最悪の場合には、未加硫部分が生じることとなる。
【０００８】
一方、電磁誘導加熱では、磁束密度の大きい部分が最も発熱量が大きいので、積層体１０の外周部分（点Ａおよび点Ｃ）が最も速く昇温し、外周から内部に向けて（点Ａから点Ｂ、または点Ｃから点Ｄに向けて）温度勾配が生じやすく、温度差が激しくなる傾向にある。
【０００９】
また、積層体１０の積層方向端面（連結磁性板１４、１５）からの放熱が起こり易く、端部の温度が上がりにくい傾向にある。この傾向は、加圧機構が並設された加熱装置において、連結磁性板１４、１５と接するプラテンの熱伝導性が良好であるため、さらに深刻なものとなっている。
【００１０】
そこで、珪素鋼板を用いて必要な箇所に磁束を導く方法も考えられるが、装置が複雑でコスト高となる上に、珪素鋼板を組み込む構造の為に加圧機構のレイアウトに制約が生じるので好ましくない。
【００１１】
本発明は、前述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、局所的な発熱を防いで内部温度を均一に同じ速度で昇温しかつ保温できる安価かつ単純な構成の装置であり、短時間で高品質の加硫ができる積層体の加熱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】
上記課題を解決する本発明のうち請求項１記載の発明は、未加硫ゴムと磁性板を交互に積層した積層体を誘導コイルの影響下に配置し、該誘導コイルに交流を通電して前記積層体を構成する複数の磁性板の各々に渦電流を発生せしめて各磁性板を発熱させ、各磁性板からの熱伝導によって前記未加硫ゴムを加熱する装置であって、前記誘導コイルが複数で構成され、それぞれのコイルの交流電流の強度が調節可能にされてなることを特徴とするものである。
誘導コイルを分割したことにより、磁束の部分的な制御ができ、均一な加熱ができる。
複数の誘導コイルは各々交流電流が流れるが、その電流の強さはそれぞれに調節可能である。また、各々の誘導コイルにより発生する磁場は周波数および位相共に同一となるように調整する。これは各々コイルによる磁場が打ち消し合わないためである。
また、複数のコイルの位相をすべて一致させることができない場合には、それぞれのコイルへの通電を単独で行えばよい。例えば、ａ、ｂ、ｃの３つのコイルが配置されている場合、ｂおよびｃの電流を遮断し、ａのみを通電することによってａコイルの影響下部分の加熱を行い、次に、ｂを通電、他を遮断するなどの制御により、被加熱物を均一に加熱することができる。
【００１３】
請求項２にかかる発明は、前記複数の誘導コイルが、積層体の外周に積層方向に配置されてなるものである。
積層方向の温度分布をなくすように複数のコイルを制御することができる。
誘導コイルは、積層方向中央付近外周と、端部付近外周の少なくとも３つの部分からなることが好ましい。また、加圧を行わなう前の予熱工程においても、複数の誘導コイルを用いることが均一急速昇温の観点から好ましい。
積層方向に前記誘導コイルを複数配置することにより積層磁性体両端部外周部にさらに磁束を印加あるいは、積層磁性体中央部端部の磁束を相対的に減少させることが可能となる。これによって、放熱の多い両端部などの発熱を大きくするなど、発熱箇所を制御できる。その結果、均一な加熱が可能となる。
また、全体を速やかに加熱しようとした場合においても、任意の箇所の発熱を任意に調整することにより保持（加熱なし）時間は大幅に減少し、全体が目標温度に達する時間が短縮される。
【００１４】
請求項３にかかる発明は、請求項１または２に記載の発明に加えて、前記積層体の積層方向の両端に熱盤を設けてなるものである。
積層体の積層方向の温度勾配を減少させて均一な加熱ができ、加熱時間の短縮を図ることができる。熱盤としては、内部に設けられた中空部に蒸気などの加熱媒体を供給するもののほか、電気ヒータを内蔵するものなどがある。
【００１５】
請求項４にかかる発明は、請求項１、２または３に記載の発明に加えて、前記積層体が積層方向に貫通する中空を有する環状のものであり、前記中空にコア熱源を設けてなるものである。
積層方向に直交する方向の外周から内部に向けての温度勾配を緩和することができる。
中空となる積層体の内周部分にヒーター、スチーム、誘導コイルなどからなるコア熱源を設ける。外周にのみ誘導コイルを設けた場合、誘導コイルの磁界による発熱は磁性板の外周部分でおこり、内部は外周からの熱伝導により発熱する。したがって、熱の伝わりが最も遅い内部に熱源を設けることにより、積層方向に直行する方向の温度分布をなくして、速やかに目標温度に到達させることができる。
【００１６】
請求項５にかかる発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明に加えて、前記積層体の積層方向と直交する方向を外側から拘束するモールドと、該モールドに拘束された前記積層体を積層方向から圧縮しうる上下プラテンを有してなり、前記積層体に対して、積層方向に加圧力を作用させながら電磁誘導加熱ができるものである。
【００１７】
請求項６にかかる発明は、請求項５に記載の発明に加えて、前記熱盤が前記上下プラテンまたは前記モールドを兼ねるものである。
【００１８】
【本発明の実施形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の加熱装置の一実施例の説明図であり、図２は、本発明の加熱装置の他の実施例の説明図であり、図３乃至図５は、図２の加熱装置による積層体の内部の各点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおける、時間と温度の関係を示す図である。
【００１９】
図１において、積層体１は、厚みが数ミリメートルの内部磁性板２の多数と厚みが数ミリメートルの未加硫ゴム３とを平行状態を保ったまま交互に積層し、内部鋼板２を未加硫ゴム３で挟んで埋設状態とし、更に積層方向の両端に連結磁性板４、５を張りつけたものである。各磁性板２、４、５としては、強度を有するという観点から鋼板が好適に利用される。
【００２０】
連結磁性板４、５は、取付けプレート等をネジ止めするためのフランジとして機能する。そのため、内部磁性板２よりも厚く、径も大きくなっている。円板形状の内部磁性板２はゴムの積層方向の剛性を高めるためのものであり、未加硫ゴム３と略同等の厚みの内部磁性板２が未加硫ゴム３内に埋設状態になるように所定間隔を隔てて積層されている。尚、積層体１の形状としては、図１例の中実柱、図２例の中空柱などがある。
【００２１】
本発明の一実施例は、積層体１の側面の外周に複数のコイルからなる分割型誘導コイル６ａ、６ｂ、６ｃを配してなるものである。各コイル６ａ、６ｂ、６ｃは、積層体１の積層方向に積層され、それぞれに電流・電圧調整器８ａ、８ｂ、８ｃが接続されている。図１において、分割型誘導コイル６ａ、６ｂ、６ｃは、積層方向中央部６ｂと、端部近辺６ａ、６ｃの、積層方向に３個に分割されているが、このような３分割型に限らず、４分割以上にすることもできる。しかしながら、温度の上がりやすい中央部と、放熱しやすい端部を別けて制御したほうが、効率的であるので、３個以上の奇数個分割とすることが好ましい。各コイル６ａ、６ｂ、６ｃは、電流・電圧調整器８ａ、８ｂ、８ｃによって、それぞれに電流の強さが調節されるが、各コイル６ａ、６ｂ、６ｃにより発生する磁場が打ち消し合わないように、各電流・電圧調整器８ａ、８ｂ、８ｃは、同一の周波数変換器９に接続され、周波数および位相共に同一となるように調整される。また、それぞれのコイル６ａ、６ｂ、６ｃへの通電を単独で行う。例えば、中央の温度が端部よりも上がっている場合、端部のコイル６ａ、６ｃを通電し、中央のコイル６ｂを遮断する。均一になったところでコイル６ａ、６ｂ、６ｃに通電するなどの制御を行う。
【００２２】
次に、本発明の他の実施例を図２に基づいて説明する。図２に示される積層体１０は、中空を有する環状のものであり、加圧機構２０内に配設され、モールド３０を介して外周に複数の誘導コイル６ａ、６ｂ、６ｃが、上下端に熱盤２１、２２（加圧機構２０の上下プラテンを兼ねる）が、積層体１０の中空にコア熱源２３がそれぞれ設けられている。
【００２３】
モールド３０は、積層体１０の外周を拘束するものであり、筒状の胴部３１と、上下蓋部３２、３３からなる。分割型誘導コイル６ａ、６ｂ、６ｃは、胴部３１の外周に、出来るだけ、隙間が少ないように配設される。上下蓋部３２、３３は、積層体１０の連結磁性板１４、１５と接する。上蓋部３２および連結磁性板１４と胴部３１との間には、加圧代としての隙間εが設けられている。
【００２４】
加圧機構２０は、フレーム２４内の上部に高さ調節機構２５を介して熱盤２１を保持し、フレーム２４内の下部に加圧シリンダ２６を介して熱盤２２を保持する構造になっている。積層体１０は、モールド３０内に収納された状態で、加圧機構２０内に設置される。積層体１０が所定の温度に昇温すると、シリンダ２６が駆動して積層体１０の加圧が始まる。加圧中は、昇温された一定の温度に保たれている。
【００２５】
熱盤２１、２２は、それぞれ、加熱中および加圧中は、モールド３０の上下蓋部３２、３３と接触するように配設され、それぞれ、上下蓋部３２、３３を介して、積層体１０の端面に位置する連結磁性板１４および連結磁性板１５を加熱する。したがって、連結磁性板１４、１５からの放熱が防がれ、積層体１０の内部における積層方向の温度勾配を緩和することができる。熱盤２１、２２としては、内部に中空部（図示せず）を有して、加熱媒体としての蒸気などを中空部に供給するもののほか、電気ヒータを内蔵するものなどが適宜用いられる。また、加熱できなくても保温効果を有するようなものを利用しても放熱による積層体内部の温度勾配を緩和する観点から好ましい。また、本発明の熱盤２１、２２は、図示例のように、加圧機構２０の上下プラテンを兼ねたものに限定されず、上下プラテンの間に配設されてもよい。また、熱盤２１、２２は、図１に示される積層体１のように中空のない中実柱状のものにも利用できる。さらに、モールド３０の上下蓋部３２、３３を利用して、前述のような構成の熱盤とすることもできる。
【００２６】
コア熱源２３は、中空を有する環状の積層体１０の中空に配設され、積層体１０を内周側から加熱し、外周から内周に向けての積層体内部の温度勾配を緩和する。コア熱源２３としては、内部に中空部２３ａを有して、加熱媒体としての蒸気などを中空部２３ａに供給するもののほか、電気ヒータを内蔵するもの、あるいは、誘導コイル（分割型も可）などが適宜用いられる。加熱熱源２３と連結磁性板１４との間には、モールド３０の上蓋部３２と胴部３１との間と同様に、押し込み可能な加圧代εが設けられている。また、図示されないが、連結磁性板１４には、中央部から外部に向けて貫通する放射状のスリットが設けられており、それを利用して、コア熱源２３の中空部２３ａは、外部に設けられた図示しない熱供給原と接続されている。
【００２７】
本発明の加熱装置における加硫方法を、図２に基づいて説明する。まず、加圧シリンダ２６を短縮した状態にして、積層体１０をモールド３０ごと、例えば紙面厚み方向から横滑りして所定位置にして装着し、加圧シリンダ２６を伸長して積層体１０がモールド３０を介して熱盤（上下プラテン）２１、２２の上下水平面と接触状態となるようにする。その後、分割型誘導コイル６ａ、６ｂ、６ｃに通電し、同時に熱盤（上下プラテン）２１、２２およびコア熱原２３に蒸気を供給すると、積層体１０は、外周側からばかりでなく、上下（積層方向端部）側および内周側からも加熱され、予熱される。適温まで昇温されたところで、加圧シリンダ２６をさらに伸長し、積層体１０に対して加圧力を作用させながら加熱をする加硫工程に入る。
【００２８】
積層体１０はモールド３０を介して熱盤（上下プラテン）２１、２２の間で加圧され、同時に、それぞれ別個に制御される分割型誘導コイル６ａ、６ｂ、６ｃ、熱盤（上下プラテン）２１、２２、およびコア熱原２３によって内部の各点が同一温度であるように昇温され、保温される。こうして、所定形状に加圧したままで硬化させるという加硫が進行する。このような加熱は、内部の磁性板を渦電流により加熱し、磁性板からの熱伝導により未加硫ゴムの温度を上げるという電磁誘導加熱による方法であるので、内部の温度を速く適温まで昇温させることができる。それに加えて、誘導コイル６ａ、６ｂ、６ｃが複数からなり、積層方向の温度勾配を無くし、熱盤２１、２２によって積層方向の放熱を無くし、さらに、コア熱源２３によって、外周から内周への温度勾配も無くして、積層体１０の内部が同一温度を保ちつつ昇温されるようにしたので、品質が向上する。しかも、各部の温度調整のための、昇温途中での電流や熱源のオフ時間を必要としないので、急速加熱が可能であり、加硫時間をさらに短縮することができる。
【００２９】
次に、本発明の加熱装置による積層体１０の内部の各点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおける昇温の状態を図３乃至図５に基づいて説明する。図３は、３分割型誘導コイルのみの使用、図４は、３分割誘導コイルと熱盤の使用、図５は、３分割誘導コイルと熱盤およびコア熱源の使用によるものである。図２において、点Ａは外周中央、点Ｂは内周中央、点Ｃは外周端部、点Ｄは内周端部である。昇温は、全ての方式において、最高温度が１６０℃になれば電源をＯＦＦにした。
【００３０】
図３は、３分割型誘導コイルのみの使用であり、点Ｃ、点Ａを測定点とし、被加熱体上下を上下の分割コイル６ａ、６ｃで加熱している。この３分割型誘導コイルでは、１４０分で各点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄでの温度差が１０℃程度となる。これは、従来の１つの誘導コイルによる加熱（図７参照）が、全体の温度が２４０分かかっても均一にならない（２０℃以上の温度差がある）のと比較するとわかるように、格段に速く、しかも均一に昇温されているのがわかる。したがって、全体の目標温度を１５０℃としたばあい、誘導コイルが１つの場合は２４０分でもダメであるが、３分割誘導コイルによると１００分程度でできることがわかる。
【００３１】
さらに、図４に示すように、３分割型誘導コイルに熱盤を設けると、端面の放熱が防がれた結果、端部の各点Ｃ、Ｄが、外周中央の点Ａに近づき、積層方向の温度分布が緩和されていることがわかる。
【００３２】
また、図５に示すように、３分割型誘導コイルと熱盤に加えて、コア熱源を設けると、内周中央の点Ｂが、外周中央の点Ａに近づき、４点は殆どおなじ傾斜で昇温しており、全体の温度を均一に保ちつつ昇温され、結果として加硫時間の短縮が可能であることがわかる。また、加硫後の品質も向上する。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のうち請求項１および２にかかる発明は、誘導コイルを複数にして、部分的に発熱量をコントロールできるようにしたことにより、積層体内での温度の不均一をなくし、部分的なゴム焼けや未加硫を無くすことができる。また、均一な上昇により、内部温度調整のための昇温途中でのオフ時間が必要なくなり、加硫時間の短縮が図れる。
【００３４】
さらに、請求項３乃至６にかかる発明は、複数の誘導コイルによる発熱量のコントロールに加え、放熱の起こりやすい積層体の積層方向端面に熱盤を設けたことにより、積層方向の温度格差をなくすことができる。また、中空を有する環状の積層体にあっては、中空にコア熱源を設けたので、内周と外周の温度格差をなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の加熱装置の一実施例の説明図である。
【図２】本発明の加熱装置の他の実施例の説明図である。
【図３】図２の加熱装置による積層体の内部の各点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおける、時間と温度の関係を示す図であり、３分割誘導コイルのみの使用による。
【図４】図２の加熱装置による積層体の内部の各点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおける、時間と温度の関係を示す図であり、３分割誘導コイルと熱盤の使用による。
【図５】図２の加熱装置による積層体の内部の各点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおける、時間と温度の関係を示す図であり、３分割誘導コイルと熱盤とコア熱源の使用による。
【図６】積層体および従来の加熱装置の説明図である。
【図７】従来の加熱装置による積層体の内部の各点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおける、時間と温度の関係を示す図であり、誘導コイル１個の使用による。
【符号の説明】
１、１０  積層体
２  内部磁性板
３  未加硫ゴム
４、１４  連結磁性板
５、１５  連結磁性板
６ａ、６ｂ、６ｃ  分割型誘導コイル
２１、２２  熱盤（上下プラテン）
２３  コア熱源
３０  モールド
【図１】
0004011155.tif 000002
【図２】
0004011155.tif 000003
【図３】
0004011155.tif 000004
【図４】
0004011155.tif 000005
【図５】
0004011155.tif 000006
【図６】
0004011155.tif 000007
【図７】
0004011155.tif 000008