JP4963038B2 - 誘導発熱ローラ装置 - Google Patents

Description

本発明は、誘導発熱ローラ装置に関するものである。

この種装置において、ローラの両端にジャーナルを一体的に連結し、この両端のジャーナルをそれぞれ機台に軸受を介して回転自在に支持することによって両持式とするとともに、ローラの内部に、ローラを誘導発熱させるための鉄心に巻回された誘導コイルからなる誘導発熱機構を配置し、これを両側のジャーナル内を通る支持ロッドによって支持する構成は既によく知られている。

図９（ａ）（ｂ）はこのような誘導発熱ローラ装置の一例の構成を示すもので、１は磁性材料からなるローラシェル、２、３はローラシェル１の両端に一体的に締結されたジャーナルで、これはその外周と機台４との間に配置された軸受５，６によって両持式に回転自在に支持されている。７は鉄心に巻回された誘導コイルからなる誘導発熱機構で、両側のジャーナル２，３内を通る支持ロッド８に固定されている。

支持ロッド８は、一端縁を閉塞した中空をなし、閉塞した端部側で、図９の（ｂ）に拡大して示すようにジャーナル２の内周面と対向する周壁に中空内と外部と連通する細孔９が周囲方向および長手方向に複数形成され、中空内と連通する開口とされた他端部はジャーナル３から導出されて機台４に固定支持されている。そして、その開口から圧縮空気を供給し、細孔９から噴出させて閉塞した端部を空気圧でジャーナル２の内周面に空間を介して支持する、すなわち支持ロッド８の一端は静圧気体軸受１０によりジャーナル２の内周面で空間を介して支持されている。また、ジャーナル２には支持ロッド８の細孔９から噴出した空気を排出する孔１１が形成され、その端縁にモータ１２が直結されている。
特公平６−７８７６７号公報

このようにローラシェルの内部に配置する誘導発熱機構を支持する支持ロッドを静圧気体軸受でジャーナルの内周面で空間を介して支持すると、すべり軸受や転がり軸受のような機械的軸受けでないため、軸受の長寿命化が図れ、軸受の保守、点検、交換などのための着脱作業が不要となり、また、機械的軸受がない分ローラの組立、解体における作業性が大幅に改善されるといった利点がある。

しかし、静圧気体軸受であっても転がり軸受やすべり軸受などの機械軸受と同様に、ローラの回転にともなう振動を支持ロッドに伝達し、誘導発熱機構を振動させる。その振動数が誘導発熱機構を固定した支持ロッドの１次の固有振動数になると共振し大きな振幅の振動となる。たとえばローラの外径４００ｍｍ、ローラの面長３８００ｍｍの場合、ローラの回転周速が６００ｍ／分（回転数約４８０ＲＰＭ）に達すると、内部誘導発熱機構の１次の単純支持モードにおける機械的固有振動と合致して共振し大きな振幅の振動となる。そして、この振動は支持ロッドに伝達され、その振動による力が静圧気体軸受に加わる。静圧気体軸受はその力に抗することができず軸受としての機能を失い、誘導発熱機構の誘導コイルがローラシェルの内周面に接触して破損するといった問題があった。

発明が解決しようとする課題は、ローラシェルの内部に配置する誘導発熱機構をジャーナルの内周面で軸受を介して支持しても誘導発熱機構の振動を抑制することができるようにし、斯かる問題を解消する点にある。

本発明は、ローラの両側に取り付けられた中空のジャーナルの外周を、その両側で軸受を介して機台に回転自在に支持するとともに、前記ローラを誘導発熱させるための誘導発熱機構を、前記両側のジャーナルの中空内を挿通する支持ロッドに固定して前記ローラの内部に配置し、前記支持ロッドに少なくとも一端部を軸受を介して前記ジャーナル内で支持してなる誘導発熱ローラ装置において、前記支持ロッドを支持する軸受より外側に位置する前記ジャーナルの内周面を磁性体とし、前記磁性体と対向する前記支持ロッドの外周面に、周方向に沿って複数の電磁石を配置するとともに、前記各電磁石の近傍に前記ジャーナルの内周面からの位置を検出する位置センサを設け、前記位置センサの検出信号に基づいて前記各電磁石が発する磁力を個別に制御し、前記ローラの回転により前記支持ロッドに伝達される振動を抑制してなることを主な特徴とする。

本発明では、支持ロッドの外周面に配置した複数の電磁石の磁力を、ジャーナルの内周面とこの内周面と対向する支持ロッドの外周面との変位に応じて個別に調整するので、ジャーナルの内周面とこの内周面と対向する支持ロッドの外周面との間隔が常に一定に保持される。これにより支持ロッドに固定された誘導発熱機構の振動が抑制され、共振による誘導コイルの破損や支持ロッドを支持する軸受の損傷を防止することができ、ローラの回転数を制限する必要がなくなる。

ローラシェルの内部に配置する誘導発熱機構をジャーナルの内周面で軸受を介して支持しても誘導発熱機構の振動を抑制することができるようにする目的を、ジャーナルの内周面を磁性体で構成するとともに、前記磁性体と対向する支持ロッドの外周面に、周方向に沿って複数の電磁石を配置して、各電磁石の磁力をジャーナルの内周面とこの内周面と対向する支持ロッドの外周面との変位に応じて個別に調整することにより実現した。

図１は、本発明の実施例に係る誘導発熱ローラ装置の一端部の断面図（ａ）と正面図（ｂ）である。なお、図９に示す従来の誘導発熱ローラ装置と同一または対応する部分には同一の符号を付し、誘導発熱ローラ装置の全体構成についての説明は省略している。図１において、２はローラシェルの一方の端部に一体的に締結された中空内周面を磁性体としたジャーナル、８はローラシェル内に配置した誘導発熱機構を支持するための支持ロッド、１０は静圧気体軸受、１３ａ〜１３ｄは電磁石、１４ａ〜１４ｄ（１４ｃ、１４ｄは図５参照）は位置センサである。支持ロッド８は図９に示す従来の誘導発熱ローラ装置と同様に中空内に供給された圧縮空気を細孔９から噴出させる静圧気体軸受１０を介してジャーナル２の内周面で空間を介して支持されている。

電磁石１３ａ〜１３ｄは、４個のホモポーラ型の電磁石（ヘテロポーラ型電磁石でもよい。）からなり、各電磁石１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは静圧気体軸受１０から端部に伸びる支持ロッド８の外周面に、周方向に沿って図１（ｂ）に示すようにそれぞれ上下左右の４箇所、すなわち上部位置に電磁石１３ａ、下部位置に電磁石１３ｂ、左位置に電磁石１３ｃ、右位置に電磁石１３ｄが取り付けられ、各電磁石１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの磁極はジャーナル２の内周面と空間を隔てて対向している。

そして、各電磁石１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄのコイルは、図５に示すようにそれぞれ制御可能のパワーアンプＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４に接続されている。すなわち、電磁石１３ａのコイルはパワーアンプＡ１、電磁石１３ｂのコイルはパワーアンプＡ２、電磁石１３ｃのコイルはパワーアンプＡ３、電磁石１３ｄのコイルはパワーアンプＡ４に接続され、各電磁石１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄのコイルに流す電流は、各パワーアンプＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４よってそれぞれ個別に制御される。この制御で各電磁石１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの磁力、すなわち吸引力が個別に制御される。

位置センサ１４ａ〜１４ｄはそれぞれの電磁石１３ａ〜１３ｄの近傍位置、すなわち、位置センサ１４ａは電磁石１３ａの近傍位置、位置センサ１４ｂは電磁石１３ｂの近傍位置、位置センサ１４ｃは電磁石１３ｃの近傍位置、位置センサ１４ｄは電磁石１３ｄの近傍位置に配置され、ジャーナル２の内周面に対する位置を各電磁石１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの配置位置で検出する。

それぞれの位置で検出した位置センサ１４ａ〜１４ｄの検出量は、図５に示すように上部の電磁石１３ａの近傍位置に配置した位置センサ１４ａの検出量と下部の電磁石１３ｂの近傍位置に配置した位置センサ１４ｂの検出量と比較し、その差を制御器１５に入力し、検出量の少ない側の電磁石のコイルに電流を流す。たとえば、誘導発熱機構が上下振動を始め、その振動で支持ロッド８が上部に移動し、位置センサ１４ａの検出量が増加したとすると下部の電磁石１３ｂのコイルに電流を流す。

この電流によって電磁石１３ｂの吸引力が発生し、支持ロッド８はその吸引力で上部への移動が抑制される。また、下部への移動では位置センサ１４ｂの検出量が増加し、上部の電磁石１３ａのコイルに電流を流し、この電流によって電磁石１３ａの吸引力が発生し、支持ロッド８はその吸引力で下部への移動が抑制される。また、支持ロッド８の左右への移動についても同様に左への移動で電磁石１３ｄの磁力を発生し、支持ロッド８の左への移動を抑制し、右への移動で電磁石１３ｃの磁力を発生し支持ロッド８の右への移動を抑制する。これらの抑制によって誘導発熱機構の振動が抑制される。

ところで、図１に示す実施例では、ジャーナル２を磁性体としているが、平坦状の珪素鋼板またはインボリュート曲線状に湾曲した珪素鋼板を放射状に積層して円筒状に形成した磁性体筒を、図２に示すように磁性体筒１６の内周面と電磁石とが対向するジャーナル２の内周面に嵌め込むようにしてもよい。また、その磁性体筒の両端部を内側に突出する凹状に形成し、図３に示すように凹状に形成した磁性体筒１７の内側に突出する端面を電磁石の磁極面と対向させてジャーナル２の内周面に嵌め込むようにしてもよい。この場合、図４に示すように磁性体筒１７（磁性体筒１６でもよい。）がジャーナル２の軸方向に沿ってすべり移動するようにすると、ローラおよび支持ロッドの熱による伸張差に対応することができる。

また、以上の実施例では、静圧気体軸受１０に圧縮気体の供給ができなくなったときや各電磁石１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄのコイルに電流を供給するパワーアンプＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４の故障、電源の停電など不測の事態が発生し、静圧気体軸受や電磁石が作動しなくなると、支持ロッド８がジャーナル２の内面に落下し電磁石１３などの部材を破損する恐れがある。この恐れを解消するために、図６に示すように支持ロッド８の外周面とジャーナル２の内面面との間に、支持ロッド８の外径よりも多少大きい内径を有するか、ジャーナル２の内径よりも多少小さい外径を有する転がり軸受あるいはすべり軸受などの機械軸受１８を設けるようにするとよい。なお、図６は支持ロッド８の外径よりも多少大きい内径を有する転がり軸受を示しており、支持ロッド８と軸受の間に隙間がある。

以上は、静圧気体軸受が支持ロッドの加重を主として支える実施例であるが、静圧気体軸受を用いずに電磁石の磁力で支持ロッドの加重を支えるようにしてもよい。図７は電磁石の磁力で支持ロッドの加重を支える場合の誘導発熱ローラ装置の一端部の断面図である。この実施例では、図１に示す実施例と同様に、ジャーナル２の中空内周面を磁性体とするとともに、ジャーナルの中空内周面と対向する支持ロッド８の外周面に、周方向に沿って図７（ｂ）に示すようにそれぞれ上下左右の４箇所、すなわち上部位置に電磁石１３ａ、下部位置に電磁石１３ｂ、左位置に電磁石１３ｃ、右位置に電磁石１３ｄが取り付けられている。

また、図１に示す実施例と同様に、それぞれの電磁石１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの近傍位置にそれぞれ位置センサ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ（位置センサ１４ｃ、１４ｄは図示なし）が配置され、位置センサ１４ａは電磁石１３ａの近傍位置、位置センサ１４ｂは電磁石１３ｂの近傍位置、位置センサ１４ｃは電磁石１３ｃの近傍位置、位置センサ１４ｄは電磁石１３ｄの近傍位置でジャーナルの中空内周面からの位置を検出する。

そして、各電磁石１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄのコイルは、図５に示すようにそれぞれ制御可能のパワーアンプＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４に接続され、それぞれのパワーアンプＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４によってそれぞれ個別に流す電流、すなわち各電磁石１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの磁力が決定されるが、支持ロッド８の加重を支える分上部に配置した電磁石１３ａのコイルに、下部に配置した電磁石１３ｂのコイルに流す電流よりも大きくし、各電磁石１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄに支持ロッド８がジャーナル２の内周面から離れ中間に浮遊して安定して留まる電流を加える。すなわち各電磁石１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは磁気軸受としての機能を持たせる。

その上で、それぞれの位置で検出した位置センサ１４ａ〜１４ｄの検出量は、図５に示すように上部の電磁石１３ａの近傍位置に配置した位置センサ１４ａの検出量と下部の電磁石１３ｂの近傍位置に配置した位置センサ１４ｂの検出量と比較し、その差を制御器１５に入力し、検出量の少ない側の電磁石のコイルに流す電流を増加する。たとえば、誘導発熱機構が上下振動を始め、その振動で支持ロッド８が上部に移動し、位置センサ１４ａの検出量が増加したとすると上部の電磁石１３ａに流す電流を減少し、下部の電磁石１３ｂのコイルに電流を流す。これによって支持ロッド８は上部への移動が抑制される。

また、下部への移動では位置センサ１４ｂの検出量が増加し上部の電磁石１３ａのコイルに流す電流を増加する。この増加によって電磁石１３ａの吸引力が増加し、支持ロッド８はその吸引力の増加で下部への移動が抑制される。また、支持ロッド８の左右への移動についても同様に左への移動で電磁石１３ｄの磁力を増加し、支持ロッド８の左への移動を抑制し、右への移動で電磁石１３ｃの磁力を増加し支持ロッド８の右への移動を抑制する。これらの抑制によって誘導発熱機構の振動が抑制される。

上部の電磁石１３ａの吸引力が支持ロッド８の加重を支えるに吸引力に対して不足する場合、図８に示すように支持ロッド８の軸方向に上部の電磁石１３ａと並べて別の電磁石１９と位置センサ２０を設けるとよい。この場合、位置センサ２０のジャーナル２の内周面に対する位置の検出で電磁石１９のコイルに流す電流を単独で制御する。勿論電磁石１３ａの磁力と共同して誘導発熱機構の振動を抑制するようにしてもよい。

なお、図７および図８に示す実施例においても、平坦状の珪素鋼板またはインボリュート曲線状に湾曲した珪素鋼板を放射状に積層して円筒状に形成した磁性体筒を、図２に示すように磁性体筒１６の内周面と電磁石とが対向するジャーナル２の内周面に嵌め込むようにしても、また、その磁性体筒の両端部を内側に突出する凹状に形成し、図３に示すように凹状に形成した磁性体筒１７の内側に突出する端面を電磁石の磁極面と対向させてジャーナル２の内周面に嵌め込むようにしてもよく、加えて図４に示すように磁性体筒１７（磁性体筒１６でもよい。）がジャーナル２の軸方向に沿ってすべり移動するようにすることができる。

また、電源の停電など不測の事態が発生すると、支持ロッド８がジャーナル２の内面に落下し電磁石などの部材を破損する恐れがある。この恐れを解消するために、図６に示すように支持ロッド８の外周面とジャーナル２の内面面との間に、支持ロッド８の外径よりも多少大きい内径を有するか、ジャーナル２の内径よりも多少小さい外径を有する転がり軸受あるいはすべり軸受などの機械軸受１８を設けるようにするとよい。

以上、各実施例では支持ロッドの端部の外周面の周方向の４箇所に等間隔に位置センサを配置し、対向する位置センサの検出量の比較によって支持ロッドの振動を検出し、その検出で振動を抑制するように各電磁石が発する磁力を制御しているが、支持ロッドの振動をコンピュータ等で分析して予測し、その予測に基づいて各電磁石が発する磁力を制御するようにしても良く、位置センサの代わりに振動による加速度を検出する加速度センサを用いて各電磁石の磁力を制御しても良い。

また、電磁石は、支持ロッドの外周面に、周方向に上下左右の４箇所に取り付けているが、電磁石の数は４個に限定されるものでなく、その配置位置も上下左右の４箇所に限定されるものではない。

さらに、以上の説明は、ローラシェルの両端に一体的に締結されたジャーナルの一方のジャーナル内で支持ロッドの一方を支持する場合の説明であるが、両側のジャーナル内で両側の支持ロッドを静圧気体軸受または電磁石の磁力によって支持するようにしてもよく、この場合、支持ロッドの回転を機台で阻止することとなる。

以上の実施例のいずれもジャーナルの内周面と空間を介して支持ロッドが支持されるので、軸受部の長寿命化が図れ、軸受の保守、点検、交換などのための着脱作業が不要となり、また、ローラの組立、解体における作業性が大幅に改善されるとともに、内部誘導発熱機構の１次の単純支持モードにおける機械的固有振動に伴う誘導発熱機構の誘導コイルがローラの内周面に接触して破損する恐れがなくなる。

本発明の実施例に係る誘導発熱ローラ装置の一端部の断面図（ａ）と正面図（ｂ）である。 本発明の他の実施例に係る誘導発熱ローラ装置の一端部の断面図（ａ）と説明用正面図（ｂ）である。 本発明の他の実施例に係る誘導発熱ローラ装置の一端部の断面図である。 本発明の他の実施例に係る誘導発熱ローラ装置の一端部の断面図である。 本発明の実施例に係る制御回路の構成図である。 本発明の他の実施例に係る誘導発熱ローラ装置の一端部の断面図である。 本発明の他の実施例に係る誘導発熱ローラ装置の一端部の断面図（ａ）と正面図（ｂ）である。 本発明の他の実施例に係る誘導発熱ローラ装置の一端部の断面図である。 誘導発熱ローラ装置の断面図（ａ）と要部拡大断面図（ｂ）である。

符号の説明

１ ローラシェル
２、３ ジャーナル
４ 機台
７ 誘導発熱機構
８ 支持ロッド
１０ 静圧気体軸受
１３ａ〜１３ｄ、１９ 電磁石
１４ａ〜１４ｄ、２０ 位置センサ
１６、１７ 磁性体筒
１８ 機械軸受

Claims (3)

1. ローラの両側に取り付けられた中空のジャーナルの外周を、その両側で軸受を介して機台に回転自在に支持するとともに、前記ローラを誘導発熱させるための誘導発熱機構を、前記両側のジャーナルの中空内を挿通する支持ロッドに固定して前記ローラの内部に配置し、前記支持ロッドに少なくとも一端部を軸受を介して前記ジャーナル内で支持してなる誘導発熱ローラ装置において、前記支持ロッドを支持する軸受より外側に位置する前記ジャーナルの内周面を磁性体とし、前記磁性体と対向する前記支持ロッドの外周面に、周方向に沿って複数の電磁石を配置するとともに、前記各電磁石の近傍に前記ジャーナルの内周面からの位置を検出する位置センサを設け、前記位置センサの検出信号に基づいて前記各電磁石が発する磁力を個別に制御し、前記ローラの回転により前記支持ロッドに伝達される振動を抑制してなることを特徴とする誘導発熱ローラ装置。
2. 前記ジャーナル内で支持ロッドに支持する軸受を静圧気体軸受とし、前記支持ロッドをジャーナルの内周面に対して空間を介して支持してなることを特徴とする請求項１に記載の誘導発熱ローラ装置。
3. 支持ロッドの外周面とジャーナルの内周面との間に隙間を介して機械軸受を配置してなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の誘導発熱ローラ装置。

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