JP4570282B2 - ローラ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はローラ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえばプラスチックフイルム、不織布、金属箔などのシート材、あるいはウエブ材などの被処理材を連続して処理する工程において、回転自在に支持されたローラを使用することはよく知られている。その典型的な例として、被処理材を圧延処理する工程において、図１３に示すように、回転駆動される一対のローラＡ，Ｂを用意し、そのローラローラＡ，Ｂ間に被処理材をニップして通すことによって圧延する処理工程がある。
【０００３】
このような処理工程において、被処理材に一定のニップ圧を加えるために、両ローラＡ，Ｂの回転軸同志を接近させることにより、両ローラに荷重をかけるようにする。この荷重によって被処理材Ｃにニップ圧を加えることができるようになる。しかしこのような荷重を加える手段によると、図１６に示すように、各ローラＡ，Ｂはその軸心方向に沿う中央部付近を頂点とするわん曲状にたわんで変形する。そのため被処理材Ｃに均等にニップ圧を加えることができなくなる。
【０００４】
そのため従来ではクラウンローラが実用化されている。これは図１４に示すように、対をなすローラＡ．Ｂの各中央部の外形を、両端部の外形よりも予めたわみ量に見合った分だけ大きくなるように加工されている。これによればローラに荷重を加えたときのたわみは補正されるが、しかしたわみ量は加える荷重の大きさにほぼ比例するものであるから、加える荷重の大きさ如何にかかわらず、ニップ圧を常に同じとすることはできない。
【０００５】
これを解決するために、ローラのたわみ量に応じて、ローラの外形の形状を変形させる構成が提案された（特許第２５６２９４４号公報参照。）。これはローラをその軸心に沿ってわん曲させるとともに、そのわん曲形状を自在に調整可能とするものである。そのためにローラの内部に、そのローラを半径方向に沿って縮小、または拡大させるための機構を設けたものである。
【０００６】
これによれば、ローラの軸心に沿う変形、すなわち軸心に沿うわん曲形状を自在に調整できる。ところが前掲した特許公報に示されている構成では、ローラの半径方向の膨張には油圧ピストンなどを利用している。しかしこのような機械力を利用するときは、その機械力の発生のために、装備が堅固であることが必要であり、必然的に構成が煩雑となる。
【０００７】
またローラの半径方向の収縮のために、電磁石による磁気吸引力を利用する構成としている。これは磁気吸引力によってローラの周壁を変形させようとするものである。しかし周知のように磁気吸引力は、磁気空隙長の二乗に比例して大きくなるので、磁気吸引が進行して磁気空隙長が短くなっていくと、磁気吸引力が大きくなっていくので、そのため微細な磁気空隙を維持することは困難である。
したがってローラの変形度の調整化は困難となる。
【０００８】
また磁気吸引の進行によって吸着してしまって、磁気空隙長がゼロとなってしまうと、そこにはローラを変形させるための磁気吸引は作用することがない。したがってこれ以上のローラの変形化は不可能となってしまう。これを避けるためには電磁石を後退させて磁気空隙長を確保すればよいが、しかしその位置調整は極めて難しい。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、磁気力を利用してローラを変形させるにあたり、その変形化を容易とするとともに、その変形の度合いの調整をも自在とすることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回転自在のローラの周面を非磁性かつ導電性とし、ＥまたはＣ型鉄心に電磁コイルを巻回した該鉄心の両端の磁極が、前記ローラの周方向の半周内で前記ローラの周面と対向するようにした交流電磁石の複数を、前記ローラの軸心方向と同方向に沿って一直線状に、前記ローラとは独立して固定して配置し、前記複数の各交流電磁石の電磁コイルに所定の交流電流を印加することにより各交流電磁石の磁極に対向する前記ローラの周面との間に、所定の交流電流に応じて発生する磁気反発力をもって、前記ローラをその軸心に沿って変形させることを特徴とする。
【００１１】
図１５に示すように、鉄心Ｄとこれに巻回されたコイルＥとによって交流電磁石Ｆを構成し、その磁極Ｇを、非磁性の導電材Ｈに対向させる。そしてコイルＥを交流電源によって励磁する。これによって発生する交番磁束が導電材Ｈを貫通すると、導電材Ｈには渦電流Ｊが発生する。この渦電流Ｊよる磁束は、磁極Ｇから出て導電材Ｈを貫通した磁束とは反対の位相となるので、磁極Ｇと導電材Ｈとの間に磁気反発力が発生する。磁極Ｇが導電材Ｈに対して独立しており、かつ固定位置にあるとすれば、導電材Ｈはこの磁気反発力によって磁極Ｇから離間する方向、すなわちＫで示す方向に動かされる。
【００１２】
したがって、たとえば両側を固定した状態で回転自在に支持したローラについて、その外周面が導電材Ｈであるとすると、固定位置にある交流電磁石Ｆを、その磁極Ｇがローラの軸心方向の中央部分の外周面に向い合うように配置しておいてから、交流電磁石を交流電源で励磁したとすると、ローラは磁気反発力によってその両端の固定位置を支点として、磁極Ｇと向い合っている個所が磁極Ｇから離れるように変形してわん曲状態となる。図１５で言えば導電材Ｈの左右両側を固定した状態としておけば、磁極Ｇに向い合っている導電材Ｈの部分が押し上げられるように変形してわん曲するのである。
【００１３】
磁気反発力は前記した説明から理解されるように、交流電磁石の励磁特性に応じた最大値までの範囲において、磁気空隙長の二乗に反比例する。したがってローラが変形していくにしたがって磁気反発力は減少していくが、磁気反発力とローラの変形に基づく復元力とが釣り合ったとき、そのときの変形状態が維持されることになる。変形度すなわちわん曲度を変更しようとするには、交流電磁石Ｆの励磁電圧を増減して、磁気反発力を調整すればよい。このように磁気反発力を利用するようにしているので、磁気吸引力を利用する場合のように、磁極とローラの周面とが接近しても吸着することはなく、したがってローラのわん曲化は確実に可能となるし、またわん曲度の調整も容易となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施態様を説明する。この第１の実施態様は交流電磁石をローラの外周面に向い合わせた形態である。図１において、１はローラで、その両端に設けられた軸２とその軸受２Ａ（図６参照。）を介して回転自在に支持されている。このときの軸受は、たとえば機台のような固定された位置にあるものとする。なおこの軸受としては、自動調心ロールベアリングのように、軸２したがってローラにたわみが生じても、これを回転自在に支持し得る機能を備えているものが望ましい。ローラ１は任意の駆動源により、歯車、ベルトなどを介して回転駆動される。
【００１５】
ローラ１の少なくとも外周面は、銅、アルミニウム、ステンレス鋼、これらの合金あるいは金属炭化物、金属酸化物、金属ホウ化物などのような、非磁性であって、かつ導電材とされている。具体的にはこれらの材料によって直接ローラを製作しておいてもよいし、あるいは炭素鋼のような磁性材でローラを製作した場合は、図２に示すように磁性材のローラ本体１Ａの外周面に、前記した非磁性の導電材３を蒸着、メッキなどによって被覆したものであってもよい。
【００１６】
４は交流電磁石装置である。図示する例は複数の交流電磁石５からなり、これをローラ１の軸心方向に沿って並べられて配置し、固定支持台６によって固定された位置に設置された構成を示す。交流電磁石５は図２、図３に示すように、Ｅ型の鉄心７と、その中央脚に巻回された電磁コイル８とから構成されている。中央脚、両側脚の先端の磁極９は、ローラ１の円周方向に沿って並ぶようにして、ローラ１の外周面に向い合うように位置している。
【００１７】
図１、図６のように交流電磁石装置４をローラ１の下側に配置した状態で、各交流電磁石５の電磁コイル８を交流電源によって励磁すると、前記した説明のように、各磁極９とこれに向い合っているローラ１の外周面部分との間に磁気反発力が発生し、この磁気反発力によって、ローラ１はその両側の軸２を支持している軸受２Ａを支点として、上方に向かうようにわん曲して変形される。図７はわん曲されて変形した状態を示す。
【００１８】
そして交流電磁石装置４のうちの中央の交流電磁石５による磁気反発力が最大となるように、かつその左右の交流電磁石による磁気反発力が徐々に小さくなるように、各交流電磁石の励磁を調整すれば、ローラ１はその軸心方向に沿う中央部分を中心として山形状にわん曲するようになる。逆に中央の交流電磁石５による磁気反発力が最小となるように、かつその左右の交流電磁石による磁気反発力が徐々に大きくなるように、各交流電磁石の励磁を調整すれば、ローラ１はその軸心方向に沿う中央部分を中心として逆山形状にわん曲するようになる。もちろん各交流電磁石５の励磁を調整すれば、自在の形状にわん曲させて変形可能となることはいうまでもない。
【００１９】
使用する交流電磁石５の鉄心は、図４に示すようなＣ型形状であってもよい。図４は交流電磁石５をローラ１の円周方向に沿って複数、図の例では２個並べた構成を示している。一つの交流電磁石のみによってローラ１をわん曲させた場合に、ローラ１の断面形状が当初の円形から楕円形のように変形する恐れがあるので、これをできるだけ円形となるように補正するのに有効である。図５は図４に示す交流電磁石５の斜視図である。
【００２０】
得ようとするロール１の変形態様によっては、予め交流電磁石５の磁極９とローラ１の周面との間の距離、すなわち磁気空隙長を可変とすることが望まれることがある。そのための構成を示したのが図８である。複数用意された交流電磁石５のそれぞれと固定支持台６との間に、エアシリンダ、油圧シリンダ、ネジ式ジャッキなどのアクチュエータ１０を設置しておき、このアクチュエータ１０を利用して交流電磁石５の磁極９をローラ１の周面に対して遠近させればよい。
【００２１】
なお交流電磁石５の磁極９をローラ１の周面に対して接近させ、ローラ１をわん曲させている状態で、交流電磁石の励磁のための交流電源が停電するような事態が想定される。そのような場合磁極９とローラ１の周面とが接触してしまうこともある。このような事態の発生を阻止するために、交流電源の無電圧といった異常状態を検出して、アクチュエータ１０を利用して瞬時に磁極９を遠ざけるなり、あるいは無停電電源装置を常備しておき、異常事態発生時に瞬時に無停電電源装置に切替るなど、適当な安全対策を備えておくことが肝要である。
【００２２】
前記したように、ローラ本体１Ａの周面に置ける導電材３には渦電流が発生する。この渦電流によってジュール熱が発生し、ローラ１なり、導電材３の温度が上昇する。この温度上昇によりその電気抵抗値が上昇するので、交流電磁石５を同一条件で励磁し続けると、導電材３に発生する渦電流が減少するので、したがって磁気反発力が低下することとなる。これを防止するためには磁気反発力を検出し、その検出値が所定値を超えて減少したとき、交流電磁石５の励磁電圧を調整して、渦電流の減少を補正するようにすればよい。
【００２３】
またローラ１なり、導電材３の温度上昇を望まない場合は、ローラ１を冷却すればよい。そのための一例を示したのが図９である。ここではローラ１を中空とし、その両端にロータリジョイント１１を設置する。このロータリジョイント１１を介して冷媒をローラ１の中空内部に供給し、循環させる。このときの冷媒がジュール熱を奪い、ローラ１の温度上昇を回避する。
【００２４】
なお前記したジュール熱は、交流電磁石５の磁極９に対向する部分のみに集中して発生するので、温度上昇部分も局部的となる。この局部的温度上昇を回避するには、図１０に示すように、ローラ本体１Ａの外周壁の内部に、ローラの軸心方向に沿ってジャケット室１２を設け、ここに気液二相の熱媒体１２Ａを減圧して密封しておけばよい。ローラ本体の発熱にともなう熱媒体の潜熱の移動によって、ローラのジュール熱はローラ１の全域に分散するので、ローラの周面温度の均一化が図れるようになる。
【００２５】
一方交流電磁石５もその鉄心７、電磁コイル８が、鉄損、銅損によって発熱することがある。これを冷却する必要があるときは、図１１、図１２に示すように固定支持台６の内部に冷却機構１３を設置するとよい。具体的には固定支持台６の内部に冷却媒体用の通路１４を多数並設し、これらをパイプ１５で順次連結しておく。そして一方の入口１６から他方の出口１７に向けて冷却媒体を循環させればよい。この循環の過程で交流電磁石５から固定支持台６に伝達された熱を冷却媒体が奪うことによって、交流電磁石５の温度上昇を防ぐことができる。
【００２６】
対のローラ間を通る被処理材が図１６に示すように、ローラにたわみによって均等にニップ圧を与えることができない場合、これが均等になるように補正するには、ニップ圧を加えた状態で両ローラの軸心が平行となるように、ローラＡ，Ｂを変形すればよい。そのためには図１７に示すように、ローラＡ，Ｂのそれぞれの外周に交流電磁石装置４を配置し、ニップ圧を加えるためにわん曲してしまったローラについて、そのわん曲がなくなるように交流電磁石５による磁気反発力によって変形させて、たわみを補正すればよい。被処理材Ｃがわん曲していても差し支えない場合は、図１８に示すように、いずれか一方たとえばローラＢのみについて、わん曲が補正されるように変形させて、両ローラのわん曲度が同心円状となるようにしてもよい。
【００２７】
以上の説明から理解されるように、交流電磁石による磁気反発力によりローラのわん曲を変形により補正したとき、その補正に基づく力がローラから被処理材に、ニップ圧に加算されて加わるようになる。ローラから加わる力がローラ全域にわたって均等ならば特に問題はないが、必ずしも均等とはかぎらない。このような場合でも被処理材に加わる力がローラ全域にわたって均等となるようにするには、図１９に示すような構成を用いるとよい。
【００２８】
図１９において、一方のローラＢに沿って配置されてある交流電磁石装置４の各交流電磁石５とその固定支持台６との間に、ロードセル２０を設置する。この各ロードセル２０によって交流電磁石５による磁気反発力を、交流電磁石５に作用する反力から測定する。この測定値を演算器２１で演算し、その合計値をもって、ローラＢのローラＡへの加圧力を調整すればよい。具体的にはローラＢへの加圧力を調整しているたとえば油圧機構２２を制御する。油圧機構２２はピストン２３を駆動し、ローラＢによるローラＡへの加圧力を調整して、ニップ圧が均等となるように制御する。
【００２９】
以上述べた第１の実施態様は、交流電磁石装置４をローラ１の外周面に向い合わせて配置した構成である。以下に説明する本発明の第２の実施態様は、交流電磁石装置４を、ローラ１の内部にあって、ローラ１の内周面に向い合わせて配置した構成である。
【００３０】
図２０、図２１において、ローラ１のローラ本体１Ａは、その内周面が、第１の実施態様と同様に、非磁性の導電材３とされている。３１はローラ１を貫通している支持構造体で、ローラ１は軸受３２（例えば自動調心ロールベアリング）を介して支持構造体３１に回転自在に支持されている。支持構造体３１は、その両端が機台３３に静止状態で支持されている。ローラ１は任意の駆動源により回転駆動される。このときローラ１は支持構造体３１により支持された状態で回転される。
【００３１】
交流電磁石装置４の交流電磁石５は、支持構造体３１に設置される。交流電磁石５が複数である場合は、ローラ１の軸心方向に沿って設置される。交流電磁石５は図２２，図２３に示すように、Ｅ型またはＣ型の鉄心７とその脚に巻回された電磁コイル８とによって構成されている。この構成は図３，図５に示す構成と特に相違するものではないが、磁極９の磁極面はローラ１の内周面と同心円の弧状となるように形成してあり、磁極９とローラ１の内周面とが平行するように交流電磁石５をローラ１の内部に設置する。なお図４に示す構成に対応して図２４に示すように交流電磁石５を複数列（図の例では２列）並べて構成してもよい。
【００３２】
図２０の構成において、交流電磁石５の電磁コイル８を交流電源によって励磁すると、磁極９とローラ１の内周面との間に磁気反発力が作用する。このことは第１の実施態様における構成と相違するものではない。この磁気反発力によってローラ１は、図２５に示すようにその両端を支点としてわん曲するように変形する。このときその反力により支持構造体３１はその両端を支点としてローラ１とは反対側にわん曲変形する。このときのわん曲状態を維持したまま、ローラ１は回転される。
【００３３】
ローラ１のわん曲変形の程度を変更するには、交流電磁石５の電磁コイル８に供給する励磁電力を変更させるなり、磁極９とローラ１の内周面との間の距離が変更するように、交流電磁石５を移動させればよい。またこの場合、図２６に示すように、支持構造体３１の両端に油圧シリンダー３４を設け、図中矢印に示す方向に向けて支持構造体３１に力を加えて、これをローラ１の変形方向と同じ方向にわん曲変形させれば、各交流電磁石５の磁極９とローラ１の内周面との間の距離をほぼ同一とすることができる。なお第２の実施態様においても、第１の実施態様と同様にローラ本体１Ａにジャケット室１２を設け、内部に気液二相の熱媒体を減圧密封することにより、ローラ１のジュール熱による発熱温度の均等化を図ることも可能である（図２７，図２８参照。）。
【００３４】
第１および第２の実施態様において、ローラ１として誘導発熱ローラを利用することも可能である。例えば第２の実施態様におけるローラ１の内部にあって、図２７に示すように支持構造体３１に誘導発熱機構３５を設置する。誘導発熱機構３５は図２９に示すように、例えばコ字状の鉄心３６と、これに巻回された誘導コイル３７とにより構成される。そして鉄心３６をその長手方向がローラ１の軸心方向と平行するように配置する。
【００３５】
誘導コイル３７を交流電源によって励磁すると、これによって発生する交番磁束がローラ１の軸心方向に貫通することにより誘導電流が発生し、またローラ１の周壁を通るので渦電流が発生し、これらによってローラ１が誘導発熱するようになる。誘導発熱機構３５はローラ１の軸心方向に沿って複数設置してもよい。また図２８に示すように、支持構造体３１の両側に向い合わせで二列に並べて配置してもよい。
【００３６】
この第２の実施態様においても、一対のローラをもって被処理材を加圧処理する場合、そのうちの一方または両方のローラに交流電磁石装置４を付属させて、ローラのわん曲を補正させて変形するのに使用する。また第１および第２の実施態様におけるローラを用いて、たとば被処理材のしわ伸ばしのために、被処理材をローラに添纏させて搬送するのにも使用される。この場合はローラを積極的にわん曲させておいてから被処理材を添纏させるのであるが、このときのわん曲変形化のために交流電磁石装置を使用すればよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、磁気力を利用して回転するローラをわん曲させるにあたり、磁気反発力を利用するようにしたので、磁気吸引力を利用する場合に比較して、わん曲化が容易となるとともに、わん曲の度合いの調整も自在に可能となるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施態様を示す要部の斜視図である。
【図２】図１の拡大断面図である。
【図３】図１の交流電磁石の斜視図である。
【図４】図１の変形拡大断面図である。
【図５】図４の交流電磁石の斜視図である。
【図６】図１における変形動作の実施以前の状態を示す正面図である。
【図７】図６の状態から変形動作を実施した状態を示す正面図である。
【図８】本発明の第１の実施態様における変形態様を示す正面図である。
【図９】本発明の第１の実施態様における他の変形態様を示す正面図である。
【図１０】本発明の第１の実施態様における更に他の変形態様を示す正面図である。
【図１１】本発明の第１の実施態様における更に他の変形態様を示す正面図である。
【図１２】図１１の交流電磁石装置の斜視図である。
【図１３】通常のローラ装置の使用状態を示す斜視図である。
【図１４】従来のローラ装置の正面図である。
【図１５】本発明の動作原理を説明するための斜視図である。
【図１６】ローラにたわみの補正を実施以前の状態を示す正面図である。
【図１７】ローラにたわみの補正を実施した状態を示す正面図である。
【図１８】ローラにたわみの補正を実施した別の状態を示す正面図である。
【図１９】本発明の第１の実施態様における更に他の変形態様を示す正面図である。
【図２０】本発明の第２の実施態様を示す断面図である。
【図２１】図２０の断面図である。
【図２２】図２０に示す交流電磁石の斜視図である。
【図２３】図２０に示す他の交流電磁石の斜視図である。
【図２４】本発明の第２の実施態様における断面図である。
【図２５】本発明の第２の実施態様における動作状態を示す断面図である。
【図２６】図２５の動作状態を補正した状態を示す断面図である。
【図２７】本発明の第２の実施態様における変形態様を示す断面図である。
【図２８】本発明の第２の実施態様における他の変形態様を示す断面図である。
【図２９】図２７、図２８に示す誘導発熱機構の鉄心の斜視図である。
【符号の説明】
１ ローラ
１Ａ ローラ本体
３ 導電材
４ 交流電磁石装置
５ 交流電磁石
７ 鉄心
８ 電磁コイル
９ 磁極

Claims (3)

1. 回転自在のローラの周面を非磁性かつ導電性とし、ＥまたはＣ型鉄心に電磁コイルを巻回した該鉄心の両端の磁極が、前記ローラの周方向の半周内で前記ローラの周面と対向するようにした交流電磁石の複数を、前記ローラの軸心方向と同方向に沿って一直線状に、前記ローラとは独立して固定して配置し、前記複数の各交流電磁石の電磁コイルに所定の交流電流を印加することにより各交流電磁石の磁極に対向する前記ローラの周面との間に、所定の交流電流に応じて発生する磁気反発力をもって、前記ローラをその軸心に沿って変形させてなるローラ装置。
2. 回転自在のローラの周面を非磁性かつ導電性とし、ＥまたはＣ型鉄心に電磁コイルを巻回した該鉄心の両端の磁極が、前記ローラの周方向の半周内で前記ローラの外周面と対向するようにした交流電磁石の複数を、前記ローラの軸心方向と同方向に沿って一直線状に、前記ローラとは独立して固定して配置し、前記複数の各交流電磁石の電磁コイルに所定の交流電流を印加することにより各交流電磁石の磁極に対向する前記ローラの外周面との間に、所定の交流電流に応じて発生する磁気反発力をもって、前記ローラをその軸心に沿って変形させてなるローラ装置。
3. 回転自在のローラの周面を非磁性かつ導電性とし、ＥまたはＣ型鉄心に電磁コイルを巻回した該鉄心の両端の磁極が、前記ローラの周方向の半周内で前記ローラの内周面と対向するようにした交流電磁石の複数を、前記ローラの軸心方向と同方向に沿って一直線状に、前記ローラとは独立して固定して配置し、前記複数の各交流電磁石の電磁コイルに所定の交流電流を印加することにより各交流電磁石の磁極に対向する前記ローラの内周面との間に、所定の交流電流に応じて発生する磁気反発力をもって、前記ローラをその軸心に沿って変形させてなるローラ装置。

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