(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
未加硫ゴムと金属板とを交互に積層した積層体に対して電磁誘導加熱する加熱装置であって、
前記積層体の外周を拘束するモールドと、
前記モールドの外側に配設され、前記積層体の前記金属板を貫く交流磁界を発生させる誘導コイルとを備え、
前記モールドは非磁性又は弱磁性の導電性材料で形成されるとともに、前記モールドの周囲の少なくとも１か所で電気的に分断されていることを特徴とするゴムと金属板の積層体の加熱装置。
【請求項２】
前記モールドを形成する非磁性又弱磁性の導電性材料は、オーステナイト系ステンレス、非磁性鋼板、アルミ合金、銅合金から選ばれた１種以上である請求項１記載のゴムと金属板の積層体の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、未加硫ゴムと磁性体の金属板とを交互に積層した積層体の外周をモールドで拘束し、このモールドの外側にある誘導コイルで前記積層体を効率的に加熱する加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ゴムと金属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ためのものである。
【０００３】
このような免震装置に用いられるゴムと金属板との積層体は、ゴムと鋼板（金属板の代表例）を交互に積み重ね、加硫接着したものである。建物用の大型の免震装置の場合、設計荷重が７５０トン前後にもなり、その直径は１メートル前後の大きさになる。
【０００４】
このようなゴムと金属板の積層体は、まず未加硫ゴムと金属板を積層して積層体を形成し、ついで、この積層体の外周をモールドで拘束し、前記積層体の上下から加圧しながら所定の加硫温度まで加熱することにより製造される。加熱には熱盤等を用い、積層体の外部から熱を与えている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の建物用の大型の免震装置の場合、加硫行程において、１０〜２０時間という長時間を要し、エネルギー効率および生産性が著しく悪いという問題点があった。この理由は未加硫ゴムの熱伝導性が悪いため、積層体を外部から加熱しても内部まで熱が伝わるのに時間がかかるからである。また、前述の熱盤により加熱する装置では、熱盤に接する付近では高温になるため、積層体の周囲と内部とで温度分布に差が生じ、その温度差に伴う加硫の程度の不均一が生じるという問題点があった。
【０００６】
そこで、未公開の先願例（特願平８−１５３９９号）において、前記金属板が磁性体であることに着目し、電磁誘導を利用して、積層体の金属板に渦電流を発生させ、ジュール発熱により、加熱する新規な装置が提案されている。この先願例では、モールドにＳＵＳ３０４の如き非磁性又は弱磁性の導電性材料を使用し、このモールドを介して誘導コイルの磁束が前記積層体の金属板に及ぶようにしている。
【０００７】
前記先願例で提案された装置は熱盤を用いるものに比べて格段に優れたものであるが、改良の余地がないわけではない。すなわち、ＳＵＳ３０４は非磁性又は弱磁性であるものの、導電性であるため、モールドにも渦電流が励起される。そのため、積層体内の金属板に浸透する磁場が弱められ、金属板に発生するジュール発熱量が少なくなり、金属板に挟まれた未加硫ゴムの加熱効率が低下する。また、積層体の金属板とモールドの両方を加熱することになって、積層体の周囲が接するモールドも加熱されるため、積層体の周囲が内部に比べて高温となり、積層体内部の温度差が不均一となることもある。
【０００８】
そこで、本発明は、未加硫ゴムと磁性体の金属板とを交互に積層した積層体の外周をモールドで拘束し、前記積層体を前記モールドの外側にある誘導コイルで加熱する際に、より短時間でかつより均一に加熱することができる加熱装置を提供することを目的をするものである。
【０００９】
【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、未加硫ゴムと金属板とを交互に積層した積層体に対して電磁誘導加熱する加熱装置であって、前記積層体の外周を拘束するモールドと、前記モールドの外側に配設され、前記積層体の前記金属板を貫く交流磁界を発生させる誘導コイルとを備え、前記モールドは非磁性又は弱磁性の導電性材料で形成されるとともに、前記モールドの周囲の少なくとも１か所で電気的に分断されていることを特徴とするものである。
前記モールドの周囲の少なくとも１か所における、電気的分断手段としては、前記積層方向と平行なスリットがある。電気的に分断されておればよく、空間に代わって絶縁材を挟んで分断するものもあるし、積層方向と斜めの角度で分断されていもよい。
この場合、モールドのスリットより渦電流を小さくできるため、非磁性又は弱磁性の導電性材料に生じる誘導電流を少なくして、導電性材料のモールドを非導電性材料のモールドに近づけることができる。
請求項２記載の発明は、請求項１において、前記モールドを形成する非磁性又弱磁性の導電性材料は、オーステナイト系ステンレス、非磁性鋼板、アルミ合金、銅合金から選ばれた１種以上である。
【００１１】
【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断面図であり、同図（Ａ）は縦断面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＡ−Ａ線の横断面図である。図２は、図１の本発明装置による昇温のシミュレーションカーブを示すグラフ図である。
【００１２】
図１において、積層体１は、厚みが数ミリメートルの金属板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上下方向に交互に積層し、金属板２を未加硫ゴム３で挟んだ埋設状態とし、更に上下積層方向の両端に接続板４、５を張りつけたものである。
【００１３】
接続板４、５はフランジとして機能するため、金属板２よりも厚く、径が大きくなっている。金属板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と略同等の厚みの金属板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。なお、積層体１の形状は、図示の中実円柱に限らず、中空円筒柱、四角柱や立方体柱であってもよい。
【００１４】
このような積層体１のうち、金属板２と未加硫ゴム３の積層部分の外周は、モールド１１で拘束される。また、上側の接続板４に対して上プラテン１２が当接可能に配設され、下側の接続板５に対しても下プラテン１３が当接可能に配設されている。この上下プラテン１２、１３を図示されない締付シリンダで相対的に締めつけると、積層体１は加圧される。モールド１１は、このような加圧や後述する加熱により未加硫ゴム３が膨張するのを抑制するためのものである。なお、モールド１１と接続板４、５との間には図示されない上下方向の締め代が必要に応じて適宜設けられている。
【００１５】
このモールド１１の更に外側に加熱手段としてのらせん状に巻かれた誘導コイル１４が配設されている。この誘導コイル１４には図示されないインバーターから所定周波数の交流電流が通電可能になっており、誘導コイル１４による磁束が変化する。誘導コイル１４による磁束は積層体１の上下積層方向に沿う方向に形成され、磁束が金属板２を貫くようになっている。そのため、金属板２に磁束変化による渦電流が生じ、ジュール熱が発生するという誘導加熱が行われる。誘導コイル１４による磁束が積層方向に沿うように、誘導コイル１４は上下の金属製の接続板４、５の間に位置する幅に形成されるとともに、誘導コイル１４はモールド１１に出来るだけ近づけて配設されている。この誘導コイル１４からの磁束は、金属性の接続板４、５に入れ、それから金属板２の上下積層方向に沿って流れる。
【００１６】
モールド１１は加工性の良い金属ではあるものの、弱磁性又は非磁性であるＳＵＳ３０４で形成されている。ＳＵＳ３０４以外に非磁性鋼板、アルミ合金、銅合金などが使用できる。ここでＳＵＳ３０４は導電性であるため、モールド１１にも磁束変化による誘導電流が誘起動され発熱する。この誘導電流Ｉは円筒状のモールド１１の外周に沿うように長い距離を流れ、外周長に相当する大きな抵抗Ｒがあるため、大きなパワーＩ2 ×Ｒ）で発熱する。このモールド１１の外周に沿う誘導電流を遮断するために、モールド１１の外周に上下積層方向に沿ったスリット１５が設けられている。このスリット１５でモールド１１は積層方向と平行に電気的に分断されたことになる。そのため誘導電流は分断され、主として厚みの範囲内で渦を形成することなり、誘導電流の通過距離が短くなって発熱も少なくなる。
【００１７】
次に本発明装置の加熱原理を説明する。図１の配置において、モールド１１の外部に取り付けられた誘導コイル１４に交流電流を流すと、積層体１の積層方向に交流磁界が発生する。この交流磁界により、金属板２およびモールド１１にコイルの通電方向と逆向きの渦電流が励起され、渦電流によるジュール熱が発生する。未加硫ゴム３は発熱する金属板２の熱伝導で加熱されるとともに、モールド１１の発熱により周囲から加熱される。
【００１８】
モールド１１の材料には加工性の良い金属が用いられるのが一般的である。そこでモールド１１にＳＵＳ３０４のような導電性材料を用いると、前述のようにモールド１１内にも誘導コイル１４の通電方向と逆向きに渦電流が誘導される。この場合、図１に示すように、積層体１の上下積層方向に沿ったスリット１５を入れると、モールド１１内に誘導される渦電流を極力小さくでき、モールド１１に非導電性材料を用いたときに近づける効果を得ることが出来る。
【００１９】
表１に、φ６００の積層体１に対して、積層体１の内部の金属板２に発生するジュール発熱量に及ぼすＳＵＳ３０４製のモールド１１のスリット１５の有無の影響をシミュレーションにより求めた結果を示す。
【００２０】
【表１】
0003859795.tif 000002
【００２１】
表１によると、それぞれ同一に電流を印加しているにも拘わらず、モールド１１にスリット１５を設けると無い場合に比べ、内部鋼板（金属板１１）に発生するジュール発熱量が約２倍に大きくなることがわかる。
【００２２】
図２に、同一のコイル電流、周波数の条件下における、ＳＵＳ３０４製モールド１１のスリット１５のない時とそうでない時での昇温特性の比較を示す。このシミュレーションでは、φ５００の積層体１を対象としており、図２では積層体１１の中心と端での温度の履歴をそれぞれプロットしている。前述のジュール発熱量の差の通り、スリット１５を有したモールド１１の方がより短時間に加熱できること、およびスリット１５を設けると中心と端との温度差が小さくなることが確認できる。
【００２３】
図３はモールドの分断数を多くした他の加熱装置の横断面図を示す。図１と異なる点は、モールド１１１の構造である。他の構造は図１と同様であるので同じ符号を付してその説明を省略する。モールド１１１は、八個のセグメント１１２の間に絶縁板１１３を挟み、外周を絶縁被覆の緊迫部材１１４で保形したものである。各セグメント１１２内に更に分断された渦電流しか流れず、発熱は図１のものより更に抑制される。
【００２４】
図４はモールドに非導電性材料を用いた参考例の加熱装置の横断面図を示す。図１と異なる点は、モールド２１１の構造である。他の構造は図１と同様であるので同じ符号を付してその説明を省略する。理想的には、渦電流が流れない非導電性材料でモールドを形成する事が望ましい。非導電性材料としてセメント、セラミック、耐熱樹脂、カーボン繊維などを用いると、モールド２１１内には渦電流が全く又は殆ど発生せず、モールド２１１内のジュール発熱は完全になくなる。この場合、図１や図３のような導電性材料のモールド１１、１１１に流れる渦電流による反磁界（コイルが励起する磁界の方向の逆向きの磁界）がなくなるため、モールド２１１の内層に位置する積層体の金属板２に浸透する磁界が大きくなる。このため、積層体内の金属板２に発生するジュール熱が、導電性材料のモールド１１、１１１を用いた場合に比べて更に多くなり、金属板２に挟まれた未加硫ゴム３を効率よく加熱できる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のうち請求項１及び２記載の発明によると、非磁性又は弱磁性の導電性金属を用いて精度が良くメンテナンスがし易く耐久性のあるモールドを形成することができる。この非磁性又は弱磁性の導電性金属によるモールドにも誘導電流が誘起されるものの、モールドの周囲の少なくとも１か所を電気的に分断することにより、誘導電流によるモールドの発熱を抑えることができ、前記金属板に誘導される渦電流が大きくなり、発熱量が増すとともに、未加硫ゴムは主に内部から加熱されるため、積層体内部の温度の均一度が増す。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の加熱装置の概略断面図である。
【図２】  本発装置による昇温のシミュレーションカーブを示すグラフ図である。
【図３】  モールドの分断数を多くした他の加熱装置の横断面図である。
【図４】  モールドに非導電性材料を用いた参考例の加熱装置の横断面図である。
【図１】
0003859795.tif 000003
【図２】
0003859795.tif 000004
【図３】
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【図４】
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