JPH0118853B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はロール加熱装置に関し、さらに詳しく
はプラスチツクフイルムのラミネートや熱処理等
に用いられるロールの表面加熱装置に関する。

（従来の技術） プラスチツクフイルムとプラスチツクフイル
ム、あるいはプラスチツクフイルムと金属箔との
ラミネート等に用いられる加熱ロールは、その外
表面温度が、例えば約250℃という設定温度に、
長手方向に沿い実質的に均一に保持される必要が
ある。

従来この加熱は、ロール胴部に内蔵された商用
周波数の誘導加熱コイルあるいは電気抵抗加熱体
によつて行なわれていた。

また薄板、箔、紙などの製造に用いられるロー
ルの場合に、ロールの外周に配設された移動磁界
モータ固定子によつて回転磁界を形成し、この回
転磁界によつてロールを誘導加熱する手段も提案
されている（実開昭53−30555号公報）。

（発明が解決しようとする課題） ラミネート作業の場合、高速で供給されるプラ
スチツクフイルムが加熱ロールによつて溶融され
るが、この溶融に伴なう多量の潜熱のため、ロー
ル外表面は吸熱されて急速に冷却される。

前者の加熱源を内蔵する方式の場合、前記のロ
ール外表面における多量の吸熱を補償して、ロー
ル外表面を設定温度に保持するためには、ロール
の熱容量を大きくしなければならず、そのため必
要以上にロールの直径を大きくしなければならな
い（例えば数ｍの直径にしなければならない）と
いう問題があつた。

さらに加熱コイルや加熱体が内蔵されているの
で、作業中のそれらの位置調整等は実際的に不可
能であり、従つてロール胴部長手方向の外表面温
度分布を均一に調節することが不可能であり、そ
のためラミネート作業のさい、製品の軸方向に沿
つて不完全接着又は未接着の部分が生じるという
問題があつた。

後者の移動磁界モータ固定子方式の場合、電流
の周波数は通常商用周波数あるいはそれより若干
高い程度の周波数であるため、ロールの可成りの
肉厚の部分が誘導加熱される。そのため前記の内
蔵方式の場合と同様に、ロールの外表面における
多量の吸熱を補償して、ロール外表面を設定温度
に保持するためには、ロールの熱容量を大きくし
なければならず、従つてロール直径を大きくしな
ければならないという問題があつた。

ロールの加熱度は、ロールの回転速度と回転磁
界の同期速度の差が大きいほど大きくなるため、
作業中にロール回転速度を変えた場合、ロール外
表面温度を設定温度に保持するための制御が困難
であるという問題があつた。

本発明は、プラスチツクフイルムのラミネート
作業の場合のようにロール胴部の外表面が急速に
冷却され易い場合であつても、ロール胴部を比較
的小径にしても、ロール胴部の外表面温度を、設
定温度に長手方向に沿つて実質的に均一に保持す
ることが可能なロール加熱装置を提供することを
目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明のロール加熱装置は、少なくとも外殻部
が強磁性体金属よりなるロール胴部を備えるロー
ルを加熱する装置であつて、該装置は、該ロール
胴部の外側に近接して、かつ該ロール胴部の長手
方向に実質的に平行に固設され、電流の方向が互
に反対である、長さが該ロール胴部の長さにほぼ
等しい、少なくとも１対の導体を有する高周波誘
導加熱コイル；該１対の導体の長手方向に沿つ
て、該ロール胴部の半径方向に移動可能に配設さ
れた複数の磁芯；該ロール胴部の長手方向に沿う
外表面温度を測定可能な非接触型温度計；該ロー
ル胴部の外表面部分の測定温度にもとづく該温度
計よりの指令に従つて、該外表面部分に対応する
該磁芯を移動して、該磁芯と該ロール胴部表面間
の間隙幅を調節するための制御回路を備えてい
る。

（作用） 電流の方向が互に反対である、長さがロール胴
部の長さにほぼ等しい、少なくとも１対の導体を
有する高周波誘導加熱コイルが、少なくとも外殻
部が強磁性体金属よりなる該ロール胴部の外側に
近接して、かつ該ロール胴部の長手方向に実質的
に平行に固設されている。

そのためロール胴部を回転しながら高周波誘導
加熱コイルに通電すると、強磁性体金属を高周波
誘導加熱する場合に特有の表皮効果によつて、ロ
ール胴部の外表面近傍のみが誘導加熱される。

従つてプラスチツクフイルムの溶融により吸熱
されて、ロール胴部の外表面が急速に冷却されて
も、この吸熱は上記誘導加熱により容易に補償さ
れて、当該外表面は設定温度に戻ることができ
る。

高周波誘導加熱コイルの長さはロール胴部の長
さにほぼ等しく、かつロール胴部の長手方向に実
質的に平行に固設されているので、上記の作用は
ロール胴部のほぼ全長にわたつてほぼ一様に行な
われる。また１対の導体を流れる高周波電流の方
向は互に反対であるので、両導体間の部分におけ
る磁束密度が高まるので、誘導加熱効果が増強さ
れる。

以上のように、吸熱を補償するための熱を、ロ
ール胴部の内側からの熱伝導によつて補給する必
要がないので、ロール胴部の熱容量は小さくても
よく、従つてロール胴部の直径は小さくてもよ
い。

本発明の装置はさらに、前記１対の導体の長手
方向に沿つて、該ロール胴部の半径方向に移動可
能に配設された複数の、高透磁率材料よりなる磁
芯；該ロール胴部の長手方向に沿う外表面温度を
測定可能な非接触型温度計；該ロール胴部の外表
面部分の測定温度にもとづく該温度計よりの指令
に従つて、該外表面部分に対応する該磁芯を移動
して、該磁芯と該ロール胴部表面間の間隙幅を調
節するための制御回路を備えている。

通電によつて導体の周りに形成される磁束は、
高透磁率材料よりなる磁芯を集中して通過するの
で磁速密度が高まる。そのため電流の大きさは同
じでも、磁芯がロール胴部の外面に接近するほど
電磁結合度が高まつて、誘導加熱効率が上昇す
る。

従つて温度計によつてロール胴部の長手方向に
沿う外表面温度を測定し、測定温度にもとづくこ
の温度計よりの指令に従つて、対応する磁芯をロ
ール胴部の半径方向に移動して、磁芯とロール胴
部表面の間隙幅を調節するよう制御回路を動作さ
せることによつて、当該磁芯の対応するロール表
面部分を設定温度に調節することができる。その
ため磁芯をロール胴部の長手方向に沿つて複数
個、好ましくは互に比較的接近させて配設するこ
とによつて、ロール胴部の外表面温度を実質的に
均一に保持することが可能である。

温度計は非接触型であるので、接触子に当つて
ロール表面が傷いたり、あるいは摩擦熱のため測
温精度が失なわれたりするおそれがない。

第１図、第２図は、プラスチツクフイルムのラ
ミネートに用いられるロール加熱装置１を示した
ものであつて、２はロール、３はロール胴部、４
はロールジヤーナル部である。ロール胴部３は外
殻部３ａ、熱絶縁部３ｂおよび中心部３ｃよりな
つている。外殻部３ａは、高周波誘導加熱コイル
５によつて誘導加熱されるべく、強磁性体金属例
えば鋼（表面に弗素樹脂コーテイングや硬質クロ
ムメツキ等の表面処理を施された場合を含む）よ
りなつている。中心部３ｃとジヤーナル部４は一
体となつており、加熱された外殻部３ａからの熱
伝導によりジヤーナル部４が昇温、膨張して、軸
受６との滑動又は転動が不円滑になるのを防止す
る作用を熱絶縁部３ｂは有している。熱絶縁部３
ｂは機械的強度に優れた熱絶縁性材料、例えばベ
ークライト等によりなることが好ましい。なおロ
ール胴部とジヤーナル部が適当な手段によつて熱
絶縁されておるか、あるいはジヤーナル部の適当
な冷却手段が設けられておれば、ロール胴部は全
体が外殻部の材料よるなる中実のものであつても
よいし、あるいは外殻部のみよりなる中空のもの
であつてもよい（この場合は中空部に補助的熱源
として電気抵抗加熱体等と設けることができる）。
但し、前者の場合は、熱が不必要にロール胴部中
心まで流れるので、温度の立上り時間が長く、熱
損失が大きいという欠点を有する。熱効率の見地
からは、使用目的に応じた熱容量と機械的強度を
有する範囲内で、外殻部３ａは肉厚が小いことが
望ましい。

７および８は夫々、ラミネートされるべき第１
のプラスチツクフイルムおよび第２のプラスチツ
クフイルムであり、９はロールと押圧ロール１０
によつて、熱圧着（接着剤やアンカー剤介挿の場
合を含む）により形成されたラミネート材であ
る。

高周波誘導加熱コイル５（以下コイルと呼ぶ）
はロール胴部３をその長手方向に沿い均一に加熱
するために、ロール胴部３に近接して、かつロー
ル胴部表面の長手方向に実質的に平行に（すなわ
ち本実施例においてはロールの軸線に平行に）設
けられている。ここに実質的に平行と述べたの
は、例えばロール胴部３表面に僅かなクラウンが
設けられる場合等があるからである。コイル５は
互に平行な連続した中空の冷却導体５ａおよび５
ｂよりなり、互に反対方向の電流が流れるよう
に、フイーダー５′ａおよび５′ｂを介して、高周
波発振回路１１（第３図参照）に接続する。導体
５ａおよび５ｂが、図に示すように、Ｅ字形断面
を有する高透磁率材料、々えばフエライトよりな
る磁芯１２の凹部内に位置するように、磁芯１２
が設けられている。かくすることにより、導体５
ａおよび５ｂの周りに発生する磁束１３ａおよび
１３ｂの密度が高まり、外殻部３ａを通過する磁
力線の数が増え、誘導加熱効率が上昇し、かつ後
述のようにロール軸方向の温度分布の調製が可能
となるからである。加熱されるのは外殻部３ａの
コイル５ないし磁芯１２に対向する部分の表面附
近であるが、通常ロール胴部３は矢印方向に等周
速で回転するので、ロール３胴部の表面は円周方
向にも均一に加熱される。磁芯１２は第１図のよ
うに複数個の互に近接したもの（磁芯１２間の若
干の間隙、例えば磁芯１２のロール軸線方向の幅
が120mmの場合約20〜30mm程度の間隙は、外殻部
３ａが熱伝導性であるため、ロール表面の長手方
向温度分布の均一性にほとんど悪影響を与えな
い）であることが望ましい。

第３図、第４図はロール表面の長手方向の温度
分布を調整する方法の例を説明するための図面で
ある。１５はロール表面温度を測定するための非
接触型温度計（例えばスポツトタイプ又はフアイ
バースポツトタイプの赤外線放射温度計、又は焦
電型赤外線センサー式温度計）であつて、ロール
胴部３の軸線に平行に設けられた案内棒１６に沿
つて摺動可能に設けられており、図示されない送
り機構により、指示制御回路１７の指令により、
指令された磁芯例えば１２ｅに対向する位置に停
止するように構成されている。非接触型温度計の
出力は指示制御回路１７に入力し、指示制御回路
１７を介して、後述の停止位置に対応するモータ
１９を制御するように構成れている。磁芯１２は
断面コ字形の支持枠１８内にロール胴部３の半径
方向に摺動可能に設けられている。支持枠１８は
非磁性体の熱絶縁性材料例えば弗素樹脂等よりな
ることが望ましい。磁束通過による加熱および加
熱されたロール表面よりの輻射熱による温度上昇
を防止するためである。１９は例えばサーボモー
タ（又はパルスモータ）であつて、各磁芯１２
ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，
１２ｇに対応して設けられており、指示制御回路
１７よりの入力に基づき回転し、螺棒２０、支持
板２１を介して磁芯１２をロール胴部３表面に対
し近接又は離隔せしめる。なおコイル５は定位置
に固設されている。

以上の装置によりロール胴部３の昇温は、例え
ば次にようにして行なわれる。列えばロール表面
温度を250℃に設定した場合、指示制御回路１７
の指令により各モータ１９ａ，…，１９ｇを回転
して各磁芯１２ａ，…，１２ｇとロール胴部３表
面との間隙が、経験則に基づいた適当な値になる
ように先づしておく。そして非接触型温度計１５
を特定の磁芯、例えば１２ｅに対向する位置に停
止させる。次いでロール胴部３を定速度で回転し
ながら、指示制御回路１７の指令により、高周波
発振回路１１からコイル５に最大電力を供給す
る。ロール表面温度が設定温度に達したら、指示
制御回路１７の指令により高周波発振回路１１よ
りの出力は、自動的にフイードバツク制御され
る。そして当該正常出力により非接触型温度計１
５前面のロール表面温度が設定温度に安定するよ
う、指示制御回路１７の指令により磁芯１２ｅと
ロール胴部表面の間隙が調節される。次いで非接
触型温度計１５は案内棒１６に沿い、各磁芯１２
に対向する位置に自動的に移動、停止して、磁芯
１２ｅの場合と同様に各磁芯とロール胴部間の間
隙を調節する。以上のようにしてロール胴部表面
が軸線方向に均一な設定温度に達するが、その所
要時間は例えば５〜10分である。

以上の準備が終了した後、プラスチツクフイル
ム７，８を送入してラミネート作業を開始する
が、例えばプラスチツクフイルム７，８の幅が磁
芯１２ｃ，１２ｄ，１２ｅにほぼ対応する幅の場
合は、通常はその幅に対応するロール表面温度が
プラスチツクフイルム７，８の吸熱により経時と
共に低下しようとする。この低下を防止し、当該
ロール表面温度を設定温度に保持するため、非接
触型温度計１５は前述のように案内棒に沿い自動
的に移動、停止を継続して、磁芯１２ｃ，１２
ｄ，１２ｅとロール胴部３間の間隙を調節する
（この場合は狭める）。また生産品種の変更により
プラスチツクフイルムの幅が異り、かつロール表
面設定温度が変更になつた場合等、例えば幅が磁
芯１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆにほ
ぼ対応する幅に広がつた場合でも、当該幅に対応
するロール表面温度を前述と同様にして、容易に
新しい設定温度に調節することが可能である。

上述のように磁芯１２とロール胴部３の間隙を
変えることによりロール表面温度を制御できるた
めには、コイル５とロール胴部３表面間の距離
（コイル５のロール胴部３に最接近した部分より
測つた）は、磁芯により電磁結合度が調整できる
ようにしておく必要がある。しかし上記距離を余
り大きくすると、磁芯１２の突出部１２′（第４
図参照）を徒らに長くしなければならず、そのた
め磁芯コストの上昇を招くので好ましくない。

なお以上の例においては、１個の非接触型温度
計１５を用い、これを案内棒１６に沿つて摺動さ
せたが、案内棒１６上に各磁芯１２に対向して磁
芯１２と同数の非接触型温度計１５を固設して、
ロール胴部３表面の温度を、ほぼ前記と同様にし
て調節してもよい。また第５図に示すようにロー
ル胴部３と磁芯１２の間に沿つて移動可能のシー
ルド板２２（非磁性良導体、例えば銅又はアルミ
ニウムよりなる）を設け、図示されないモータ１
９を介してシールドされる面積を調節することに
より、磁束１３ａ，１３ｂのロール胴部３内を流
れる量を変えることによつてロール胴部３の表面
温度を調節することも可能である。ロール表面温
度の調整のために、電磁結合度を大幅に変えなけ
ればならない場合には、前述の磁芯による調整
と、当該シールド板２２による調整を併用する
と、調整をより効果的に行なうことができる。

本発明は以上の実施例に制約されるものでな
く、例えばコイル５はロール胴部３に沿い複数個
（各コイルに同一位相の電流が流れる）設けても
よい。また磁芯１２も断面Ｅ字形でなく、例えば
底部１２″がなく突出部１２′が１本、２本、又は
３本のみ、あるいは底部１２″のみであつてもよ
い。さらにロール胴部内に加熱体を設けるか、あ
るいはロール胴部の外部をバーナ等で加熱し、こ
のことにより生ずる可能性の大きい不均一なロー
ル胴部３の表面温度を、前述のようにして磁芯１
２又はシールド板２２の移動によつて調節して、
均一なロール表面温度を確保してもよい。この場
合は高周波誘導加熱コイル５は補助的熱源となる
が、高周波発振回路１１の容量を小さくすること
ができるので、設備費を軽減することができると
いう利点を有する。

本発明のロール加熱装置は、プラスチツクフイ
ルムの高速ラミネート作業の場合のように、ロー
ル外表面が急速に冷却され易い場合であつても、
ロール胴部を比較的小径にして、しかもロール胴
部の外表面温度を、設定温度に長手方向に沿つて
実質的に均一に保持できるという効果を奏する。

従つて比較的小径のロールを用いても、ラミネ
ート製品に不完全接着や未接着の部分が生ずるお
それがないという利点を有する。

また延伸プラスチツクフイルムの熱処理を行な
う場合も、比較的小径のロールを用いても、製品
に幅方向の品質（例えば強度、透明度等の）のバ
ラツキを生ずるおそれがないという利点を有す
る。

次に具体例について述べる。

具体例 第１図、第２図の構造の、ロール胴部３外径
500mm、長さ1000mm、外殻部３ａ（鋼製）肉厚20
mm、熱絶縁部３ｂ（ベークライト製）肉厚20mmの
ロールに近接して、その長手方向に平行に一対の
導体５ａ，５ｂよりなるコイル５を配設した。導
体の直径は10mmで、内部に冷却水を貫流して水冷
した。導体の中心とロール胴部３との半径方向に
沿う距離を10mmとし、導体５ａ，５ｂをＥ型フエ
ライトコア（10個の幅100mmの）で包囲し、コア
の先端部とロール胴部３との間隙をほぼ１mmに設
定した。上記ロール胴部３を毎分30ｍの周速で回
転しながら、室温の厚さ12μｍのポリエチレンテ
レフタレートフイルム、9μｍのアルミニウム箔、
10μｍの変性ポリプロピレン接着層、70μｍのポ
リプロピレンフイルムよりなる幅700mmの積層体
を通過させて熱処理を行なつた。コイル５に周波
数25KHz、出力40kWの高周波電力を供給し、第
３図に示す方法により磁芯（フエライトコア）１
２の間隙を調節して温度調整を行なつた所、作業
中のロール表面温度（スポツトタイプ赤外線放射
温度計で測定）は、長さ方向に沿い均一に、即ち
200℃±２℃に保持できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の装置の正面図、第
２図は第１図の−線に沿う縦断面図、第３図
は本発明の装置の温度制御を行なう例の説明用平
面図、第４図は第３図の−線に沿う縦断面
図、第５図は温度制御を行なう機構の例の要部側
面図である。 １……加熱ロール装置、３……ロール胴部、３
ａ……外殻部、５……高周波誘導加熱コイル、５
ａ，５ｂ……導体、１２……磁芯、１５……非接
触型温度計、１……制御回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 少なくとも外殻部が強磁性体金属よりなるロ
   ール胴部を備えるロールを加熱する装置におい
   て、該装置は、該ロール胴部の外側に近接して、
   かつ該ロール胴部の長手方向に実質的に平行に固
   設され、電流の方向が互に反対である、長さが該
   ロール胴部の長さにほぼ等しい、少なくとも１対
   の導体を有する高周波誘導加熱コイル；該１対の
   導体の長手方向に沿つて、該ロール胴部の半径方
   向に移動可能に配設された複数の、高透磁率材料
   よりなる磁芯；該ロール胴部の長手方向に沿う外
   表面温度を測定可能な非接触型温度計；該ロール
   胴部の外表面部分の測定温度にもとづく該温度計
   よりの指令に従つて、該外表面部分に対応する該
   磁芯を移動して、該磁芯と該ロール胴部表面間の
   間隙幅を調節するための制御回路を備えることを
   特徴とするロール加熱装置。