JP7296111B2 - 熱ローラ装置、熱ローラ装置の製造方法、及び熱ローラ装置の冷却能力の調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱ローラ装置、熱ローラ装置の製造方法、及び熱ローラ装置の冷却能力の調整方法に関するものである。

従来の誘導発熱ローラ装置としては、特許文献１に示すように、誘導発熱されるローラ本体の側周壁に冷却媒体を通流させる冷却用流路を形成して、ローラ本体を冷却媒体で冷却して、ローラ本体の表面温度を所望の温度に調整するものが考えられている。

しかしながら、ローラ本体が加熱されてその温度が例えば１００～２００℃或いはそれ以上である場合に、例えば２５℃の冷却媒体を通流させると、ローラ本体が冷却されすぎてしまい、所望の温度に調整することが難しい場合がある。

特開２００９－２８３１５９号公報

そこで本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、熱ローラ装置の冷却容量（冷却能力）を容易に調整可能とすることをその主たる課題としたものである。

すなわち、本発明に係る熱ローラ装置は、回転自在に支持されたローラ本体と、前記ローラ本体内に形成された内部流路に冷却媒体を通流させる冷却機構と、前記内部流路を形成する内面に設けられた断熱部材とを備えることを特徴とする。

このような熱ローラ装置によれば、内部流路を形成する内面に断熱部材を設けているので、冷却媒体からローラ本体への熱伝達率を低下させることができる。これにより、ローラ本体の温度や熱ローラ装置により処理される処理物の温度を冷却媒体によって下がり過ぎるという問題を解決することができる。その結果、ローラ本体の温度や熱ローラ装置により処理される処理物の温度を所望の温度に調節しやすくすることができる。

断熱部材の設置の具体的な態様としては、前記断熱部材は、前記内部流路の内面において周方向全体に設けられていることが望ましい。
この構成であれば、内部流路の内面において部分的に過度に冷やされる部分がなくなり、温度の調節をしやすくできる。
その他、ローラ本体の表面温度を所望の温度に調整しやすくするためには、内部流路の内面において径方向外側部分に断熱部材を設けることも考えられる。

前記断熱部材としては、樹脂製のものであることが望ましい。
この構成であれば、ローラ本体の内部流路に断熱部材を設けやすくすることができるし、低コストで断熱部材を準備することができる。

ローラ本体の内部流路に断熱部材を設けやすくするためには、前記断熱部材は、管形状をなすものであることが望ましい。これならば、内部流路に管形状の断熱部材を挿し込むだけで良い。

ローラ本体の表面温度を軸方向において均一化するためには、前記ローラ本体の側周壁には、気液二相の熱媒体が封入されるジャケット室が形成されていることが望ましい。

また、本発明に係る熱ローラ装置の製造方法は、回転自在に支持されたローラ本体と、前記ローラ本体内に形成された内部流路に冷却媒体を通流させる冷却機構とを備える熱ローラ装置の製造方法であって、前記内部流路を形成する内面に断熱部材を設けることを特徴とする。

さらに、本発明に係る熱ローラ装置の冷却能力の調整方法は、回転自在に支持されたローラ本体と、前記ローラ本体内に形成された内部流路に冷却媒体を通流させる冷却機構とを備える熱ローラ装置の冷却能力の調整方法であって、前記内部流路を形成する内面に断熱部材を設けることを特徴とする。

このように構成した本発明によれば、熱ローラ装置の冷却容量（冷却能力）を容易に調整可能とすることができる。

第１実施形態に係る誘導発熱ローラ装置の構成を模式的に示す断面図である。 同実施形態に係るローラ本体の軸方向に沿った部分拡大断面図である。 同実施形態に係るローラ本体の軸方向に直交する部分拡大断面図である。 変形実施形態に係るローラ本体の軸方向に直交する部分拡大断面図である。 変形実施形態に係るローラ本体の軸方向に直交する部分拡大断面図である。

以下に本発明に係る熱ローラ装置の一実施形態について図面を参照して説明する。

＜１．装置構成＞
本実施形態に係る熱ローラ装置１００は、例えばプラスチックフィルム、紙、布、不織布、合成繊維、金属箔等のシート材又はウェブ材、線（糸）材等の連続材（被処理物）の連続熱処理工程等において用いられるものである。

具体的に熱ローラ装置１００は、図１に示すように、回転自在に支持されたローラ本体２と、ローラ本体２の内部に設けられ、ローラ本体２を誘導発熱させる誘導発熱機構３とを備え、ローラ本体２を軸方向の両側から支持する所謂両持ち式の誘導発熱ローラ装置である。

ローラ本体２は、円筒状をなすロールシェル部２ａと、当該ロールシェル部２ａの軸方向両端部に設けられて、ロールシェル部２ａの両端開口を閉塞するジャーナル部２ｂと、ジャーナル部２ｂからロールシェル部２ａ外においてロールシェル部２ａの回転中心軸上に延び設けられた中空の駆動軸部２ｃとを有する。駆動軸部２ｃは、転がり軸受等の軸受４を介して機台５に回転自在に支持されている。そして、ローラ本体２は、例えばモータ等の回転駆動機構（不図示）により外部から与えられる駆動力によって回転されるように構成されている。なお、ローラ本体２には、ロールシェル部２ａの温度を検出するための温度センサ（不図示）が設けられている。

誘導発熱機構３は、例えば円筒状の鉄心３１と、当該鉄心３１の外側周面に巻装された誘導コイル３２とから構成されている。鉄心３１の両端部にはそれぞれ、支持軸６が取り付けられている。この支持軸６は、それぞれ駆動軸部２ｃの内部に挿通されており、転がり軸受等の軸受７を介して駆動軸部２ｃに対して回転自在に支持されている。これにより、誘導発熱機構３は、回転するローラ本体２の内部において、ローラ本体２に対して静止状態に保持される。誘導コイル３２には、リード線Ｌ１が接続されており、このリード線Ｌ１には、交流電圧を印加するための交流電源Ｖが接続されている。

このような誘導発熱機構３により、誘導コイル３２に交流電圧が印加されると交番磁束が発生し、その交番磁束はローラ本体２の側周壁であるロールシェル部２ａを通過する。この通過によりロールシェル部２ａに誘導電流が発生し、その誘導電流でロールシェル部２ａはジュール発熱する。このとき、ロールシェル部２ａの温度は、温度センサにより検出された温度に基づいてフィードバック制御される。

しかして本実施形態の誘導発熱ローラ装置１００において、ローラ本体２のロールシェル部２ａには、気液二相の熱媒体が封入されるジャケット室２１が形成されている。本実施形態の熱媒体は、例えば純水等の水であるが、これに限られない。

ジャケット室２１は、ローラ本体２のロールシェル部２ａに軸方向に沿って複数形成されている。複数のジャケット室２１は、ロールシェル部２ａの周方向に例えば等間隔に設けられている。また、複数のジャケット室２１は、少なくとも一方の軸方向端部において連通路２２により互いに連通するように構成されている。これにより、１つのジャケット室２１から別のジャケット室２１に熱媒体が流入可能に構成されている。なお、複数のジャケット室２１は、互いに連通する構成でなくてもよく、１つずつ独立したものであっても良い。

また、本実施形態の誘導発熱ローラ装置１００は、ローラ本体２内に形成された内部流路８１（冷却用流路８１）に冷却媒体を通流させて、ローラ本体２を冷却する冷却機構８をさらに備えている。

ここで、冷却用流路８１は、ローラ本体２のロールシェル部２ａに形成された直線流路部８１ａと、一方のジャーナル部２ｂ及び駆動軸部２ｃに形成され、直線流路部８１ａに冷却媒体を導入する導入流路部８１ｂと、他方のジャーナル部２ｂ及び駆動軸部２ｃに形成され、直線流路部８１ａを通過した冷却媒体を導出する導出流路部８１ｃとを有している。この冷却用流路８１は、ローラ本体２の外部に設けられた例えば循環ポンプ及び冷却器等を有する冷却媒体循環機構（不図示）に接続されている。

ここで、冷却用流路８１の直線流路部８１ａは、ローラ本体２のロールシェル部２ａにおいて、ジャケット室２１よりも径方向内側に形成されている。また、直線流路部８１ａは、ローラ本体２のロールシェル部２ａにおいて、軸方向に沿って複数形成されている。複数の直線流路部８１ａは、ロールシェル部２ａの周方向に例えば等間隔に設けられている。また、複数の直線流路部８１ａの軸方向一端部は、導入流路部８１ｂに接続されており、複数の直線流路部８１ａの軸方向他端部は、導出流路部８１ｃに接続されている。

そして、本実施形態では、ローラ本体２において冷却用流路８１を形成する内面に断熱部材９が設けられている。具体的には、冷却用流路８１の直線流路部８１ａを形成する内面に断熱部材９が設けられている。

断熱部材９は、冷却媒体からローラ本体２への熱伝達率を低下させるものであり、本実施形態ではテフロン等のフッ素系樹脂からなる。

また、断熱部材９は、直線流路部８１ａの内面において周方向全体に設けられている。本実施形態の断熱部材９は、管形状をなすものである。ここで、管形状をなす断熱部材９は、直線流路部８１ａの内径に嵌まる外径を有している。なお、製造段階において、直線流路部８１ａに管形状をなす断熱部材９を挿入して直線流路部８１ａに断熱部材９を設けることになるが、この挿入作業を容易にするために、管形状をなす断熱部材９に軸方向に沿ってスリットを形成しておくことが考えられる。これにより挿入作業時に断熱部材９が変形しやすくなり、挿入作業が容易になる。

さらに、製造段階において、断熱部材９の素材の選択や、断熱部材９の厚みを調節することによって、ローラ本体２の冷却性能（冷却容量）を調節することができる。例えば、管形状の断熱部材９であれば、管径の異なる断熱部材９を２重や３重等にして多層構造にして、断熱部材９の厚みを調節することが考えられる。

＜２．本実施形態の効果＞
このように構成した熱ローラ装置１００によれば、冷却用流路８１を形成する内面に断熱部材９を設けているので、冷却媒体からローラ本体２のロールシェル部２ａへの熱伝達率を低下させることができる。これにより、ローラ本体２のロールシェル部２ａの温度や熱ローラ装置１００により処理される被処理物の温度が冷却媒体によって下がり過ぎてしまうという問題を解決することができる。その結果、ローラ本体２のロールシェル部２ａの温度や熱ローラ装置１００により処理される被処理物の温度を所望の温度に調節しやすくすることができる。

＜３．本発明の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、前記実施形態のローラ本体２は、ジャケット室２１が形成されたものであったが、ジャケット室２１が形成されていないものであっても良い。

また、前記実施形態の断熱部材９はテフロン等のフッ素樹脂を用いたものであったが、その他の樹脂を用いたものであっても良いし、冷却媒体からローラ本体２への熱伝達率を低下させるものであれば、樹脂以外の素材を用いても良い。

さらに、前記実施形態の断熱部材９は、冷却用流路８１の直線流路部８１ａの内面において周方向全体に設けられているが、直線流路部８１ａの内面において周方向の一部に設けても良い。この場合、図４に示すように、直線流路部８１ａの内面において径方向外側部分に断熱部材９を設けることが考えられる。その他、断熱部材９は、直線流路部８１ａの内面において、軸方向の一部に設けた構成としても良い。

その上、ジャーナル部２ｂに形成した導入流路部８１ｂや導出流路部８１ｃにも断熱部材９を設けても良い。

前記実施形態では、ローラ本体２のロールシェル部２ａにおいて、ジャケット室２１の径方向内側に冷却用流路８１の直線流路部８１ａが形成されていたが、図５（Ａ）に示すように、ジャケット室２１と同心円状に形成されていても良いし、図５（Ｂ）に示すように、ジャケット室２１を貫通するようにジャケット室２１の内部に形成されても良いし、図５（Ｃ）に示すように、ジャケット室２１の径方向外側に形成されていても良い。

前記実施形態の熱ローラ装置１００は、誘導発熱ローラ装置であったが、その他、ローラ本体の内部に加熱用流体を通流させる通流ローラ装置に適用しても良いし、加熱機能を有さない熱ローラ装置に適用しても良い。

その上、前記実施形態の熱ローラ装置１００は、両持ち式の熱ローラ装置であったが、ローラ本体２の軸方向一端側からローラ本体２を支持する片持ち式の熱ローラ装置であっても良い。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・誘導発熱ローラ装置
２ ・・・ローラ本体
２１ ・・・ジャケット室
８ ・・・冷却機構
８１ ・・・内部流路（冷却用流路）
９ ・・・断熱部材

Claims (9)

1. 回転自在に支持されたローラ本体と、
   前記ローラ本体内に形成された冷却用流路に冷却媒体を通流させる冷却機構とを備え、
   前記ローラ本体は、円筒状をなすロールシェル部を有し、
   前記冷却用流路は、前記ロールシェル部の内側周面と外側周面との間に形成されており、
   前記冷却用流路を形成する内面に断熱部材が設けられている、熱ローラ装置。
2. 前記冷却用流路は、前記ロールシェル部の軸方向に沿って形成された直線流路部を有している、請求項１に記載の熱ローラ装置。
3. 前記直線流路部は、前記ロールシェル部において周方向に複数形成されている、請求項２に記載の熱ローラ装置。
4. 前記断熱部材は、前記冷却用流路の内面において周方向全体に設けられている、請求項１乃至３の何れか一項に記載の熱ローラ装置。
5. 前記断熱部材は、樹脂製のものである、請求項１乃至４の何れか一項に記載の熱ローラ装置。
6. 前記断熱部材は、管形状をなすものである、請求項１乃至５の何れか一項に記載の熱ローラ装置。
7. 前記ロールシェル部には、気液二相の熱媒体が封入されるジャケット室が形成されている、請求項１乃至６の何れか一項に記載の熱ローラ装置。
8. 回転自在に支持されたローラ本体と、前記ローラ本体内に形成された冷却用流路に冷却媒体を通流させる冷却機構とを備える熱ローラ装置の製造方法であって、
   前記ローラ本体の円筒状をなすロールシェル部の内側周面と外側周面との間に前記冷却用流路を形成し、
   前記冷却用流路を形成する内面に断熱部材を設けることを特徴とする、熱ローラ装置の製造方法。
9. 回転自在に支持されたローラ本体と、前記ローラ本体内に形成された冷却用流路に冷却媒体を通流させる冷却機構とを備える熱ローラ装置の冷却能力の調整方法であって、
   前記ローラ本体の円筒状をなすロールシェル部の内側周面と外側周面との間に前記冷却用流路を形成し、
   前記冷却用流路を形成する内面に断熱部材を設けることを特徴とする、熱ローラ装置の冷却能力の調整方法。

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