(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空状のロール本体の内部に、蒸発と凝縮を繰り返す熱搬送液を封入するとともに、該ロール本体のロール軸方向に延びる複数本の水冷管からなる水冷管束を配設し、該水冷管束の両端を、前記ロール本体の両端部に設けられる水室部に連結して冷却水路を設け、かつ前記ロール本体の外面のロール軸方向にクラウンニングを付与してなることを特徴とする均温ロール。
【請求項２】
連続送給される被加熱帯材をその送給路の沿って所定間隔を隔てて配置された、押さえロールと通電ロールからなるロール対に接触させ、該ロール対のあいだで前記被加熱帯材を通電加熱するための通電加熱装置であって、少なくとも前記被加熱帯材の高温領域で該被加熱帯材に接触する前記押さえロールおよび通電ロールの少なくとも一方のロールに請求項１記載の均温ロールを用いてなることを特徴とする通電加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は均温ロールおよび通電加熱装置に関する。さらに詳しくは、たとえば帯状鋼板などの被加熱帯材に焼入れまたは焼なましなどの熱処理を施す際に用いられる均温ロールおよび通電加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、帯状鋼板などの被加熱帯材に焼入れまたは焼なましなどの熱処理を施すための通電加熱装置として、連続送給される被加熱帯材をその送給路に沿って所定間隔を隔てて配置されたロール対に接触させ、該ロール対の通電ロール間に電圧を印加して前記被加熱帯材を通電加熱するための通電加熱装置が知られている。
【０００３】
前記通電加熱装置において、前記ロール対の押さえロールは、通電加熱によって高温になった被加熱帯材によって加熱されるが、このとき、押さえロールの軸方向の長さは、被加熱帯材の幅よりも長いので、押さえロールの中央近傍の接触部分が直接、かつ集中的に加熱され、該押さえロールの両末端近傍の非接触部分は、それほど加熱されない。したがって、押さえロールには、その製造時の直径寸法が完全であっても、稼働中に軸方向に温度偏差が生じ、直径偏差（以下、サーマルクラウンという）が発生する。
【０００４】
このように、押さえロールにサーマルクラウンが発生した場合には、通電ロールと被加熱帯材とのあいだ、とくに両者の間隙が大きくなる被加熱帯材のエッジ部分で接触不良が生じ、両者間でスパークが発生する。そしてこのスパークにより、通電ロールの表面および被加熱帯材の表面にスパーク疵が入り、とくに通電ロールのスパーク疵は、以降継続的に被加熱帯材に転写疵を生じさせてしまうという問題がある。その結果、通電ロールの寿命の低下や被加熱帯材の品質の低下などを引き起こす原因となっている。
【０００５】
そこで、近年、通電ロールと被加熱帯材とのあいだでスパークが発生するのを防止することができる通電加熱装置として、押さえロールのシェル厚を小さくし、シェルの径方向への弾性変形による偏平を利用して、押さえロールと被加熱帯材との接触および被加熱帯材と通電ロールとの接触を確保することができるようにした通電加熱装置が提案されている（特開平５−２９５４２２号公報または特開平５−３６４６７号公報参照）。
【０００６】
かかる通電加熱装置を用いた場合には、確かに押さえロールと被加熱帯材との接触および被加熱帯材と通電ロールとの接触を確保することができるようになるが、稼働中に押さえロールの通板部分が過熱されるため、該押さえロール自身にサーマルクラウンが生じ、押さえロールと被加熱帯材との接触が確保されなくなり、通電ロールと被加熱帯材のエッジ部分とのあいだでスパークが発生することがある。
【０００７】
そこで、押さえロールと被加熱帯材との接触が確保されるようにするために、押さえロールのシェル厚を小さくし、押さえロールをバックアップロールで押圧し、押さえロールのシェルのサーマルクラウンを変形させて被加熱帯材に密着させる方法が考えられる。
【０００８】
しかしながら、かかる方法を採用した場合には、押さえロールのシェルに過大な応力が加わって該シェルが破損したり、該押さえロールのシェルが変形することに起因して、被加熱帯材の形状の悪化を招く惧れがある。
【０００９】
かかる被加熱帯材の形状の悪化を防止する方法として、特開平９−２６００２８号公報では、ヒートパイプを内蔵した金属シェルを有し、前記金属シェルと軸とのあいだに柔軟性材料を設けたロール（シェル内蔵タイプロール）を用いる方法がある。このロールはヒートパイプのロール軸方向の均温化作用により、ロールのサーマルクラウンを軽減することが可能である。しかも、シェルと軸とのあいだに柔軟性材料が設けられており、シェルを柔軟に被加熱帯材に密着させることと、シェルを軸に保持する役割を果たしている。
【００１０】
しかしながら、この方法では、シェル内にヒートパイプを内蔵させるため、ヒートパイプの容量が限定され、そのため均温化作用が限定され、充分な均温化が得られない惧れがある。また、シェルと軸とのあいだに設けた柔軟性材料が、使用とともに圧縮による永久歪で、シェルと柔軟性材料とのあいだに隙間が発生し、被加熱帯材に密着しなくなる惧れがある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記従来の技術に鑑みてなされたものであり、均温性を高めて、ロールのサーマルクラウンを低減し、ロールが被加熱帯材と最適に密着できる均温ロールおよび該均温ロールを用いる通電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】
本発明の請求項１記載の均温ロールは、中空状のロール本体の内部に、蒸発と凝縮を繰り返す熱搬送液を封入するとともに、該ロール本体のロール軸方向に延びる複数本の水冷管からなる水冷管束を配設し、該水冷管束の両端を、前記ロール本体の両端部に設けられる水室部に連結して冷却水路を設け、かつ前記ロール本体の外面のロール軸方向にクラウンニングを付与してなることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項２記載の通電加熱装置は、連続送給される被加熱帯材をその送給路の沿って所定間隔を隔てて配置された、押さえロールと通電ロールからなるロール対に接触させ、該ロール対のあいだで前記被加熱帯材を通電加熱するための通電加熱装置であって、少なくとも前記被加熱帯材の高温領域で該被加熱帯材に接触する前記押さえロールおよび通電ロールの少なくとも一方のロールに請求項１記載の均温ロールを用いてなることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の均温ロールおよび通電加熱装置を添付図面に基づいて説明する。
【００１５】
本発明の均温ロールは、通電加熱装置における押さえロールと通電ロールの少なくとも一方に適用することができるが、本実施の形態では、押さえロールへ適用した場合について説明する。
【００１６】
図１は本発明の通電加熱装置の一実施の態様を示す概略説明図である。図１において、被加熱帯材１の下面には、通電ロール２、３が配置されている。通電ロール２、３の上部には、被加熱帯材１を挟んで通電ロール２、３と対向する押さえロール４、５がそれぞれ配置されている。連続送給される被加熱帯材１は、その送給路に沿って所定間隔を隔てて配置されたロール対に接触させられる。かかるロール対は、通電ロール２および押さえロール４と、通電ロール３および押さえロール５とによって構成されている。
【００１７】
通電ロール２、３および押さえロール４、５は、それぞれ軸６、７、８、９を中心にして回転自在であり、通電ロール２、３は、被加熱帯材１の矢印Ａ方向への連続送給に同調してモータにより回転駆動される場合もある。
【００１８】
被加熱帯材１の高温領域で該被加熱帯材１に接触する通電ロール３と前記被加熱帯材１を挟んで対向している押さえロール５は、バックアップロール１１と接触しており、バックアップロール１１による圧下によって押さえロール５が押圧され、該押さえロール５は、通電ロール３に発生する微小サーマルクラウンおよび被加熱帯材１の形状になじむように変形し、押さえロール５と被加熱帯材１との接触が確保される。
【００１９】
なお、本発明においては、図１に示されるように、被加熱帯材１の低温領域でも、必要により、該被加熱帯材１に接触する通電ロール２と前記被加熱帯材１を挟んで対向している押さえロール４は、バックアップロール１０と接触していてもよい。この場合、バックアップロール１０による圧下によって押さえロール４が押圧され、前記高温領域と同様に、押さえロール４と被加熱帯材１との接触がより確保されるようになる。
【００２０】
図１において、通電ロール２と通電ロール３とのあいだには、被加熱帯材１の外周囲に環状トランス１２が配置されている。環状トランス１２は、磁路として好適な性質を有するケイ素鋼板を矩形環状に形成して所定の長さに積層した環状鉄心１３と、該環状鉄心１３の内外周に沿って巻回された一次コイル１４とによって構成されている。また、環状トランス１２の一次コイル１４は、パワーコントロールスイッチを有する交流電源１５に接続されている。
【００２１】
通電ロール２、３は、たとえばそれぞれ軸６、７などに受電部を有しており、該受電部にそれぞれ摺動子１６、１７が摺接されている。摺動子１６と摺動子１７とのあいだには、導電部材（ブスバー）１８が架設され、通電ロール２と通電ロール３とが電気的に接続されている。この導電部材１８には、所定の幅および厚さを有する銅材などの良導電材が用いられる。
【００２２】
通電ロール２と通電ロール３とのあいだにおける被加熱帯材１の電気抵抗Ｒ１と、導電部材１８の電気抵抗Ｒ２との関係は、Ｒ１＞＞Ｒ２となるように設定される。導電部材１８は、環状トランス１２および被加熱帯材１の上下にほぼ等間隔で近接して配置され、通電ロール２、３の近傍で一体に結合され、摺動子１６、１７に接続されている。
【００２３】
なお、本実施の形態では、被加熱帯材１の外周囲に環状トランス１２を配置し、給電する方法について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、通電ロール２、３間に直接外部より電気を供給することもできる。
【００２４】
図２は本発明の通電加熱装置に用いられる押さえロールの、軸に直交する方向の概略断面図で、図３は図２のＢ―Ｂ線断面図である。
【００２５】
本実施の形態の押さえロール５は、両端部が閉塞され、内部が中空状のロール本体（シェル）２１と、該ロール本体２１の内部に封入される熱搬送液２２と、前記ロール本体２１の両端部の閉塞部材（隔壁）２１ａに設けられた水室部２４と、該両水室部２４に配設される複数の水冷管２３からなる水冷管束とからなり、前記熱搬送液２２を保持および密閉したロール構造である。運転中は、一方の軸を挿通する管から水が水室部２４、水冷管２３および水室部２４を経由して他の軸を挿通する管へと流れている（矢印Ｆ方向参照）。この熱搬送液２２は、ロール本体の内部を真空処理したのちに、封入されており、蒸発と凝縮を繰り返す。前記ロール本体２１の外面のロール軸方向にクラウンニングＣが形成されている。
【００２６】
前記ロール本体の材質は、普通鋼または低合金鋼などである。そして、たとえばロールセンターの厚さが１６ｍｍであり、クラウンニングＣの望ましい値は、１２０μｍのサインカーブ（ロールセンターの頂点を９０度とし、左右のロールエッジを０度と１８０度（ゼロ点）としたときに、高低差が１２０μｍであるサインカーブ）にされている。前記熱搬送液としては、水、フロンまたはナフタリンなどを用いることができる。この熱搬送液は被加熱帯材側の高温域で蒸発し、生成した蒸気が水冷管２３で冷却され、凝縮して液体に戻り、ロールの熱が放出される。
【００２７】
前記押さえロール４および通電ロール２、３としては、通電加熱装置に用いられているものを適用することができる。その一例として、たとえば普通鋼または低合金鋼などの材質からなる外径が３００〜６００ｍｍ程度の導電性のロールなどがあげられる。
【００２８】
前記のように構成された通電加熱装置においては、図１に示されるように、交流電源１５から環状トランス１２の一次コイル１４に一次電圧が印加されると、一次コイル１４の環内に挿入された被加熱帯材１が二次コイルとして機能するので、該被加熱帯材１に二次電圧が誘起され、該被加熱帯材１は通電加熱される。
【００２９】
前記押さえロール５はロール本体全体がヒートパイプとなるため均温性を高くできる。すなわちヒートパイプの均温化性能、つまり熱移送能力は直径の３乗に比例すると言われており、従来のシェル内蔵タイプロールは限界があるが、本実施の形態における押さえロール５のロール本体全体がヒートパイプとなるため、極めて大きな均温化性能が得られ、サーマルクラウンを低減させることができる。
【００３０】
また、従来のシェル内蔵タイプロールの場合、ロール軸方向、円周方向で圧縮永久歪の量が異なり、この結果、シェルの保持力のバラツキが発生し、シェルによる被加熱帯材の圧下力のバラツキによる接触不良が発生する惧れがあるが、本実施の形態における押さえロール５はロール本体の弾性のみで被加熱帯材を圧下するため圧力バラツキが発生しにくい。
【００３１】
さらにロール本体を水室部を設けた閉塞部材で支持する構造であるため、被加熱帯材のエッジ部に過大な圧力が掛るが、外面にクラウンニングを形成しているため、過大な圧力を回避し、ロール本体の最適な変形により被加熱帯材に密着させることができる。
【００３２】
なお、本実施の形態では、高温領域での押さえロールを均温ロールとしているが、本発明においては、これに限定されるものではなく、低温領域での押さえロールについても均温ロールとすることもできる。
【００３３】
また、本発明においては、被加熱帯材１に熱処理を施す際、高温領域での押さえロール５の開閉時に、バックアップロール１１と押さえロール５とのあいだで衝撃力が発生しないようにするために、押さえロール５は、バックアップロール１１に連結されていることが好ましい。このように、押さえロール５とバックアップロール１１とを連結させる手段としては、たとえば、通板方向における概略説明図である図４に示されるように、押さえロール５の軸９の軸受２５と、バックアップロール１１の軸２６の軸受２７とを、たとえば板バネまたはスプリングなどの連結バネ２８で連結する手段などがあげられる。なお、押さえロール５とバックアップロール１１とを連結し、被加熱帯材から開放した際には、両者のあいだで常に、２．９Ｎ／ｍｍ程度以上の圧力が掛かっているように調整することが好ましい。
【００３４】
前記押さえロール５とバックアップロール１１との開閉は、バックアップロール１１の軸２６の上方に設けられたシリンダ２９などにより、押さえロール５およびバックアップロール１１を上下動させることによって行なうことができる。
【００３５】
本実施の形態では、押さえロールをバックアップロールで押圧し、押さえロールのロール本体を変形させて被加熱帯材に密着させる際に、バックアップロールから押さえロールのロール本体に加わる応力が小さくても、押さえロールと被加熱帯材との接触を確保することができ、また、バックアップロールから押さえロールに加わる応力が小さくてよいので、該押さえロールのロール本体が破損したり、被加熱帯材の形状の悪化を招くことがない。
【００３６】
なお、本実施の形態において、前記被加熱帯材の低温領域でも、図１に示されるように、必要により押さえロール４と接触してバックアップロール１０が設けられている場合、前記高温領域と同様に、バックアップロール１０と押さえロール４とのあいだで衝撃力が発生しないようにするために、押さえロール４とバックアップロール１０とが連結されていることが好ましい。押さえロール４とバックアップロール１０とを連結させる手段としては、高温領域の場合と同様に、図４に示されるような連結バネで連結する手段があげられる。
【００３７】
つぎに本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。
【００３８】
実施例および比較例１〜２
ロール本体の材質として、低炭素鋼を用いてロールの外径がφ３５０ｍｍ、ロール面長さが１４００ｍｍ、シェルの厚さが１６ｍｍおよびクラウンニング量が１２０μｍ（サインカーブ）であるロール本体を作製し、その内部に水冷管を２６本配設し、熱搬送液として、フロンを封入した押さえロールＲを用意した。ロール本体の両端部の閉塞部材に連結される軸の材質も低炭素鋼を用いた。また、同様に従来のヒートパイプを内蔵したシェルを柔軟性材料で保持したロ−ル（シェル内蔵タイプロール）Ｒ１も用意した。
【００３９】
ついで押さえロールとバックアップロールとのあいだに連結ばねが連結される図１に示す通電加熱装置を用意して、押さえロールとして前記押さえロールＲを組み込んだ。こときの鋼鈑の高温領域と低温領域におけるロール対間での加熱長さは２０００ｍｍであり、通電加熱条件として、加熱温度８５０℃および線電流密度１２Ａ／ｍｍを設定して鋼鈑（板幅１０００ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ）を通板させた。
【００４０】
ついで押さえロールＲのロールセンターからの距離（鋼板の板幅方向距離）とロールの表面温度との関係を調べた（実施例）。また、同様に押さえロールとして、シェル内蔵タイプロールＲ１を組み込んで、このときの距離と温度の関係も調べた（比較例１）。
【００４１】
その結果を図５に示す。図５において、板幅中心部と板幅端部とのロ−ルの表面温度から、本実施例の押さえロールＲの場合は、板幅方向の温度偏差は約５℃程度であるのに対し、比較例１のシェル内蔵タイプロールＲ１の場合は約１５℃の偏差を生じた。
【００４２】
したがって、実施例は比較例１に比較して非常に温度偏差が小さいことがわかる。
【００４３】
つぎに前記実施例の押さえロールＲと、同一材質であるが、クラウンニングを加工しない押さえロールＲ２を用意した。そして、同一の通電加熱装置を用いてロールクラウンの有無の影響について調べるために、前記実施例と同様にロールセンターからの距離（鋼板の板幅方向距離）とロールの表面温度との関係を調べた（比較例２）。
【００４４】
その結果を図６に示す。図６から、クウランニングがない押さえロールＲ２の場合は、ロールセンターから±４００ｍｍ近傍の鋼鈑端部の温度がロールの圧下が高いため、鋼鈑からの入熱が多くなり高温になっている。また、ロールセンター部の圧下力が低いため、温度が低くなっている。このときの押さえロールＲ２の外観観察により、鋼鈑端部は圧下により圧延され、大きな形状不良が発生しており、また、鋼鈑のロールセンター部では圧下力の低下で接触抵抗の低減により大きなスパークが発生した。これに対し、クラウンニングを付与した押さえロールＲは形状不良の発生もなく、また、スパークの発生も全く見られなかった。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、均温性を高めて、ロールのサーマルクラウンを低減し、ロールが被加熱帯材と最適に密着できるので、被加熱帯材の形状の悪化を招くことがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の通電加熱装置の一実施の態様を示す概略説明図である。
【図２】本発明の通電加熱装置に用いられる押さえロールの、軸に直交する方向の概略断面図である。
【図３】本発明の通電加熱装置に用いられる押さえロールの軸方向（Ｂ−Ｂ線）の概略断面図である。
【図４】本発明の通電加熱装置の通板方向における押さえロールとバックアップロールの他の例を示す概略説明図である。
【図５】本発明における押さえロールと従来の押さえロールにおける、ロールセンターからの距離（鋼板の板幅方向距離）とロールの表面温度との関係を示す図である。
【図６】押さえロールのクラウンニングの有りなしによる、ロールセンターからの距離（鋼板の板幅方向距離）とロールの表面温度との関係を示す図である。
【符号の説明】
１    被加熱帯材
２、３    通電ロール
４、５    押さえロール
１０、１１    バックアップロール
２１    ロール本体
２１ａ  閉塞部材
２２    熱搬送液
２３    水冷管
２４    水室部
Ｃ    クラウンニング
【図１】
0003999935.tif 000002
【図２】
0003999935.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003999935.tif 000005
【図５】
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【図６】
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