(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在に支持されてあるローラ本体と、前記ローラ本体の内部に、前記ローラ本体に対して静止状態に前記ローラ本体内を貫通する支持軸に保持されてあって、前記ローラ本体を誘導発熱させる誘導発熱機構と、前記支持軸の内部に挿通されてあって、液相の冷媒を導入する第１の冷媒配管と、前記第１の冷媒配管に連結され、その冷媒配管で導入された前記冷媒を、前記ローラ本体の内周壁面に向かって水滴または霧状に散布する前記誘導発熱機構の外周面に沿って前記誘導発熱機構の軸心方向に沿う全長に延びる散布管と、前記第１の冷媒配管および前記散布管の内部にあって、前記第１の冷媒配管および前記散布管内の冷媒を液相に維持する冷媒を通流する第２の冷媒配管とを備え、前記散布管で散布した液相の冷媒が、ローラ本体の内周壁面に触れて気化するときの蒸発潜熱によって、前記ローラ本体を冷却する冷却ローラ装置。
【請求項２】
ローラ本体の内部を減圧する減圧手段を備えた請求項１に記載の冷却ローラ装置。
【請求項３】
ローラ本体の内部の気化した冷媒を回収する回収手段、前記回収手段によって回収された冷媒を液相に戻す相変換手段とを備え、相変換手段によって液相に戻された冷媒を、再度第１の冷媒配管に導入するようにした請求項１に記載の冷却ローラ装置。
【請求項４】
誘導発熱機構の外周にモールド層を設け、前記モールド層に散布管を埋設し、第１の冷媒配管および散布管を、誘導発熱機構に支持してなる請求項１に記載の冷却ローラ装置。
【請求項５】
第２の冷媒配管に冷媒を通流して誘導発熱機構を冷却してなる請求項１に記載の冷却ローラ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂フィルム、合成繊維糸などの、キャスティング、延伸その他の処理工程の過程で使用される、冷却ローラ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
樹脂フィルム、合成繊維糸などの負荷を処理する工程において、高温状態にあるこれらの負荷を冷却することが行なわれることがある。そのために回転しているローラに、負荷を添接あるいは添纏させ、その過程で負荷から奪熱して冷却することが行なわれている。この冷却に際しては、負荷からの奪熱作用によってローラ自体の温度が上昇するので、負荷の冷却に適応する温度までローラを冷却する。
【０００３】
なおローラが過度に冷却され、負荷の冷却に適応する所定温度より低下してしまったとき、あるいは処理条件の変更によって、前記所定の温度をそれまでよりも高める必要が生じたときは、ローラを発熱させてその温度を高めることが必要となる。そのためにローラには冷却機能とは別に、発熱機能を備えていることが要求される。ローラの発熱のためには誘導発熱機構が利用できる。
【０００４】
ところでローラの冷却には冷媒が一般的に利用されている。従来では、冷媒をローラの内部に直接あるいは間接的に接触させ、ローラの熱を冷媒に伝導させるようにしている。この熱伝導によって温度上昇した冷媒はローラの外部に移し、熱交換器によって冷却してから再びローラの内部に導入する。しかしこのような熱伝導による奪熱作用は、ローラと冷媒との間の熱伝導率が小さいので、効率良くローラを冷却することができない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ローラを冷却するためローラから奪熱するにあたり、その奪熱作用の効率を高めることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回転自在に支持されてあるローラ本体と、前記ローラ本体の内部に、前記ローラ本体に対して静止状態に前記ローラ本体内を貫通する支持軸に保持されてあって、前記ローラ本体を誘導発熱させる誘導発熱機構と、前記支持軸の内部に挿通されてあって、液相の冷媒を導入する第１の冷媒配管と、前記第１の冷媒配管に連結され、その冷媒配管で導入された前記冷媒を、前記ローラ本体の内周壁面に向かって水滴または霧状に散布する前記誘導発熱機構の外周面に沿って前記誘導発熱機構の軸心方向に沿う全長に延びる散布管と、前記第１の冷媒配管および前記散布管の内部にあって、前記第１の冷媒配管および前記散布管内の冷媒を液相に維持する冷媒を通流する第２の冷媒配管とを備え、前記散布管で散布した液相の冷媒が、ローラ本体の内周壁面に触れて気化するときの蒸発潜熱によって、前記ローラ本体を冷却することを特徴とする。
【０００７】
冷媒の気化温度は負荷の温度より低く設定されている。負荷が回転しているローラに接触することによって、ローラの温度が高められたとき、ローラの内部に冷媒を導入し、これをローラの内周面に向かって散布する。散布された冷媒がローラの内周面に触れると、その冷媒はローラの熱によって気化し、このとき発生する蒸発潜熱によりローラは冷却される。
【０００８】
このようにしてローラは負荷を冷却するに必要な温度まで、冷却されることになる。このときの冷却量は冷媒の散布量によって決まる。したがって目的とするローラの温度に応じて冷媒の散布量、したがってその供給量を調整すればよい。ローラの温度が過度に冷却された場合、あるいは負荷を冷却する設定温度が変更されたことによって、ローラの温度を高める必要が生じた場合は、ローラの内部にある誘導発熱機構によって、ローラを誘導発熱させてその温度を高める。
【０００９】
一般に任意の物体を冷媒を利用して等量の熱を奪って冷却する場合、冷媒をその物体に接触させて熱を伝導により奪うのに比較して、冷媒を気化してそのとき発生する蒸発潜熱によって冷却するほうが、多くのエネルギーを必要とする。したがって従来のように冷媒を利用する熱伝導による冷却よりも、冷媒の蒸発潜熱による冷却は効率よく行なわれるようになる。
【００１０】
冷媒の熱伝導による場合、冷媒の温度とローラの温度との差によって、奪熱量が異なる。たとえばローラの温度が１００℃である場合、冷媒の温度が９０℃の場合と、２０℃である場合とでは、前者に比較して後者の場合の奪熱量は当然大きい。したがって冷媒の熱伝導による冷却は、奪熱量の制御が円滑に行なわれない。しかし冷媒の蒸発潜熱による冷却は、ローラ、冷媒の両温度の差とは無関係であり、常に一定である。したがって奪熱量の制御が円滑に行なわれる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施態様を図１によって説明する。１はローラ本体、２はその両側に取り付けられたジャーナルで、その外周は軸受３を介して機台４に回転自在に支持されている。一方のジャーナル２に回転駆動力が与えられることによって、ローラ本体１は回転駆動される。
【００１２】
５はローラ本体１の内部に配置される誘導発熱機構で、筒状の鉄心６と、その外周に巻回された誘導コイル７とによって主として構成されている。誘導発熱機構５はその内部を貫通する支持軸８に取り付けられている。支持軸８はその両端外周において、軸受９を介してジャーナル２の内側に支持されている。支持軸８はその一方の端部がジャーナル２の外部に導出され、回り止め具などによって回転が拘束されている。これによりローラ本体１が回転しても、支持軸８したがって誘導発熱機構５は静止状態を維持する、固定部となる。
【００１３】
１０は後記する冷媒との接触を防ぐために、誘導コイル７の外周に設けられたモールド層１０である。１１はローラ本体１の周壁の温度を検出する温度センサーで、これによって検出された温度電気信号は、線路１２を介して回転トランス１３のローター１４に与えられ、その信号はステーター１５に介して温度制御器１６に送られる。温度制御器１６によって、誘導コイル７の電源線１７に供給される電力が制御され、ローラ本体１の誘導発熱温度が制御される。
【００１４】
本発明にしたがい、気液二相の冷媒（たとえば蒸留水）をローラ本体１の内部に導入するためのための冷媒配管２１が用意される。冷媒配管２１は支持軸８の一端からその内部に挿通される。図に示す構成では、冷媒配管２１は誘導発熱機構５の内部中央を通り、その先端が屈曲してローラ本体１の内周壁面に向っている。２２は散布管で、図２、図３に示すように誘導発熱機構５の外周にあって、その軸心方向に沿う全長に延びるようにして、モールド層１０内に埋設されている。以上のようにして散布管２２は、回転体であるローラ本体１に対して静止体である支持軸８、誘導発熱機構５に固定されて支持されることになる。
【００１５】
散布管２２は誘導コイル７の円周方向に沿って複数設けられている。散布管２２は図２に示すように誘導コイル７の全円周に沿って設けてもよいし、あるいは誘導コイル７の下半円周に沿ってのみ設けてもよい。各散布管２２のそれぞれの一端は、冷媒配管２１の屈曲された先端に連通している。散布管２２の、モールド層１０の外周面から露出している周壁には、冷媒がローラ本体１の内周壁面に向かって滴下または噴霧される散布孔２３が、ローラ本体１の軸心方向に沿って、多行多列に多数設けてある。
【００１６】
２５は後記するように冷媒がローラ本体１の内周壁面に触れて気化したとき、その蒸気を吸収して回収する排気配管である。その先端はローラ本体１の内部に向かって開口しており、また他方の先端は誘導発熱機構５の内部中央を通り、支持軸８から外部に導出されている。これにより排気配管２５は固定体である支持軸８に対して支持可能となる。そして外部に導出された排気配管２５は排気ポンプ２６に連結されてあり、このポンプ２６により排気配管２５を介してローラ本体１の内部にある気相の冷媒が排気される。ポンプ２６を通った冷媒は、復水器２７により液相に相変換され、再び給水ポンプ２９により、ローラ本体１内部に冷媒を導入するための冷媒配管２１に送られる。
【００１７】
ローラ本体１の冷却量をローラ本体１の温度に応じて制御するために、温度制御器１６からの信号により、流量調節弁２８の開閉量が制御される。これにより復水器２７から冷媒配管２１に送られる冷媒の量が調整される。３０はローラ本体１の内部の気相の冷媒が、ローラ本体１、ジャーナル２から外部に漏出するのを防ぐために、支持軸８とジャーナル２との間に設置された、Ｏリングのようなシール部材である。
【００１８】
以上の構成において、ローラ本体１の温度が、高温度の負荷の接触による負荷からの熱伝導によって所定値より上昇したとすると、その温度上昇を温度センサー１１が検出し、温度制御器１６からの信号により、流量調節弁２８が開き、冷媒が冷媒配管２１を通って散布管２２に送られる。そしてその散布孔２３より液相の冷媒が散布される。図中Ｍはその散布された冷媒を示す。この場合、ローラ本体１は回転しているので、冷媒は、ローラ本体１の内周壁面の、回転方向に沿う全面にわたって散布される。したがって以下に述べる冷却作用のための冷却面積は、ローラ本体１の内周壁面の全面にわたるので、冷却効果は極めて良い。
【００１９】
散布された冷媒がローラ本体１の内周壁面に付着すると、ローラ本体１の熱によって気化される。このときローラ本体は冷媒の蒸発潜熱により冷却され、その温度を下げる。このようにしてローラ本体１は冷却される。気化した冷媒（図中符号Ｎで示す。）は、排気配管２５の先端である吸引口より吸引回収され、ポンプ２６を経て復水器２７に送られる。ここで液相に戻され、再び冷媒配管２１に送られる。以上の動作を繰り返すことによって、ローラ本体１の温度は低下していく。そして所定の温度に達したとき、これを温度センサー１１が検出して、以降の冷媒の供給を止める。
【００２０】
ローラ本体１の温度が所定値より低下した場合、あるいはその温度を上昇させる必要が生じた場合は、誘導発熱機構５を駆動する。すなわち誘導コイル７を交流電源によって励磁することにより、ローラ本体１は誘導発熱して、その温度を高める。そのときの温度値は温度センサー１１により検出され、温度制御器１６からの信号により、発熱温度が制御される。
【００２１】
この構成において、冷媒の気化蒸発を促進する必要があるときは、排気ポンプ２６、あるいは別に排気配管２５の途上に設けた排気ブロアーにより、ローラ本体１の内部を減圧すればよい。この減圧により、ローラ本体１の内部における冷媒の沸点が低下するので、その気化蒸発が促進される。これによりローラ本体１の、冷媒の蒸発潜熱による冷却作用が促進されるようになる。
【００２２】
また何らかの原因によってローラ本体１の温度が異常に上昇し、冷媒による冷却が不足するような自体が発生した場合、冷媒は散布管２２から散布される以前に気化してしまい、冷媒によるローラ本体１のための冷却作用が不能となる恐れがある。これを防ぐために、本発明では、冷媒を冷却する別個の冷却機能を備えている。
【００２３】
その構成を説明すると、図３の拡大図に示すように、各散布管２２の内部に第２の冷媒配管３１、３２を通す。両冷媒配管３１、３２は誘導発熱機構５の軸心方向に沿う全長に延びている。各散布管２２内にあるすべての冷媒配管３１の基端側は互いに連通され、これを連通している連通管は冷媒配管２１内を通って循環装置３３の冷媒供給部に連結されている。冷媒配管３１、３２の両先端側は連通管３１Ａにより散布管２２内で互いに連通されている（図４参照）。各散布管２２内にあるすべての冷媒配管２２の、先端側とは反対側の基端側は互いに連通され、これを連通している連通管は、冷媒配管２１内を通って、循環装置３３の冷媒回収部に連結されている。
【００２４】
循環装置３３が駆動されると、その中にある第２の冷媒が散布管２２内にあるすべての冷媒配管３１に供給される。冷媒配管３１に供給された冷媒は、続いて冷媒配管３２に送られ、そのあと循環装置３３に戻って回収される。このようにして循環装置３３により冷媒配管３１、３２の全長に沿って第２の冷媒が循環する。この過程で冷媒配管２２内を循環している最初の冷媒が冷媒配管３１、３２に接触して冷却される。これにより最初の冷媒の、散布管２２から散布される以前の気化による冷却作用が不能となる恐れを回避することができる。
【００２５】
なおこの第２の冷媒によって冷媒配管２２、モールド層１０を介して誘導コイル７、鉄心６が冷却されるので、この第２の冷媒を常時循環させておくことにより、誘導発熱機構５を冷却させることもできる。
【００２６】
図５は片軸持ち式のローラ装置について本発明を実施した場合の構成を示す。これは外部の駆動源によって回転される駆動軸４０の先端に、ローラ本体１の端面を固定した構成である。駆動軸４０は機台などに固定されている軸受箱４１の中の軸受４２により回転自在に支持される。誘導発熱機構５はフレーム４３に取り付けられている。フレーム４３と軸受箱４１は機械的に一体とされている。４４はローラ本体１のフレーム４３とは反対側の端面を覆うカバーである。その他の構成は図１〜図４に示す構成と同様である。
【００２７】
図６は図１の構成の変形例を示すもので、一方のジャーナル２（図の例では左側のジャーナル）を機台に支持することなく、他方のジャーナル２のみを機台４に回転自在に支持した構成である。５０は左側のジャーナル２を覆うカバーである。その他の構成は図１の構成と特に相違するものではない。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、回転するローラを冷却するのに、冷媒の気化による蒸発潜熱を利用するようにしたので、従来のように冷媒による熱伝導によって冷却する場合よりも、冷却効率を高めることができる。また、第１の冷媒配管および散布管の内部に挿入した第２の冷媒配管に第１の冷媒配管および散布管内の冷媒を液相に維持する冷媒を通流することができるので、ローラ本体の温度が異常に上昇してもそのローラを冷却することができ、また、同時に誘導発熱機構が冷却されるので誘導発熱機構の熱による劣化を防止することができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施態様を示す断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】図２の一部分を拡大した断面図である。
【図４】図３の部分横断面図である。
【図５】本発明の他の実施態様を示す断面図である。
【図６】本発明の他の実施態様を示す断面図である。
【符号の説明】
１  ローラ本体
５  誘導発熱機構
２１  冷媒配管
２２  散布管
２３  散布孔
２５  排気配管
２７  復水器
３１  冷媒配管
３２  冷媒配管
【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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