JPS6353676B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は誘導発熱ローラ装置に関する。

たとえばプラスチツク、紙、布、不織布、金属
箔等のシート材、あるいはウエブ材の連続熱圧延
工程において、ホツトカレンダロール、エンボス
ロール、サーマルボンデイングロール等のロール
類が使用されることはよく知られている。通常こ
の種ロールは、第１図に示すようにその２本Ａ，
Ｂを１組とするか、１本のロールとこれに対向す
る弾性ロールとをもつて１組とするなどして組み
合わされる。いずれにしても、両ロール間にウエ
ブ又はシートをニツプして、ホツトロールによつ
て加熱することに変りはない。

ところでこの種ホツトロールによる加熱にあた
り、材料に一定の均等なニツプ圧を加えるために
は、ロールの加熱温度分布の精度が重要な要素と
なる。すなわちたとえば直経500mmのホツトカレ
ンダロールにおいて、もし10℃の表面温度差があ
るときは、0.05mm程度の熱膨張差が生じるとされ
ており、このような熱膨張差の存在により、被処
理製品の品質に重大な影響を及ぼすことがある。
したがつてロールの表面温度は均一でムラのない
均温特性が要求されるようになる。これを解決す
るために、ローラの周壁の肉厚部内に密閉された
中空室を設け、ここに気液二相の熱媒を封入し、
その潜熱によつてロールの表面温度分布の均一化
を図つており、すでに多く実用化されている。

しかしながらこのようにロールの表面温度の均
温化が可能となつても、なお前記したニツプ圧の
均等化は十分でない。これは被処理製品の加圧の
ためにロールに荷重をかけるとき、その荷重によ
りロールにたわみが生ずることに基因する。この
種のたわみにより、ロールの軸心方向に沿う中央
部附近において、対をなすロール間に隙間が生ず
るようになる。このような傾向は、ロールＡ，Ｂ
の回転軸Ｃ，Ｄを互いに接近させるように各回転
軸に荷重をかけるとき顕著に現われる。

これを解決するためにクラウンロールが実用化
されている。これは第２図に示すようにロール
Ａ，Ｂの中央部の外径を両端部よりもあらかじ
め、たわみ量に見合つた分だけ大きくなるよう
に、台形もしくは弧形の形状に加工したものであ
り、これによつて荷重を加えたときのたわみは補
正されるようになる。

これによればニツプ圧の均等化が可能となるに
しても、実際問題としてたわみ量に応じて台形も
しくは弧形の形状にロール外周を加工しなければ
ならず、その加工は極めて面倒であり、かつ高精
度が要求される。のみならず、たわみ量は荷重の
大きさによつて異なるものであるのに対し、加工
された形状は不変であるから、荷重の大小によつ
ては、加工された形状ではニツプ圧の均等化が不
可能になることもある。

この発明はローラの表面温度分布を均一化しつ
つ、ロールのたわみ量に応じてロール形状を変更
可能とすることを目的とする。

この発明は、ロールの軸心方向に沿う発熱量を
部分的に制御自在とし、その制御された発熱量に
基く熱膨張差によつてロールの外周形状を変更可
能とし、かつロールの周壁の肉厚部内に、気液二
相の熱媒を封入した中空室の設置によつてロール
の表面温度分布の均一化を図つたことを特徴とす
る。

そのための発熱機構として、この発明では特に
誘導発熱機構を使用する。この種機構はすでに知
られているように、鉄心（たとえば巻鉄心）とそ
の外周に巻装した電磁線輪とによつて主として構
成されてあり、これを回転ローラの内部に設置し
て使用する。電磁線輪を交流電源によつて附勢す
るとき、これによつて生じる交番磁束が回転ロー
ラの円周側壁に円周方向の短絡電流を誘導し、ロ
ーラ自体をジユール熱によつて発熱させる。

前記電磁線輪を変圧器の１次コイルとし、ロー
ラを２次短絡コイルとした両者間に形成される電
磁結合に基く電圧分布、したがつて発熱分布は、
電磁線輪の軸心方向に沿う中央部で最も強い放物
線状の分布となることが推察できる。この発明で
はこの分布状態を積極的に変更自在として発熱温
度の差を制御するために、ローラの軸心方向に沿
う電磁線輪の各部分のアンペアターンを制御自在
としてしたものである。

この発明の実施例を第３図以降の各図によつて
説明する。第３図において、１は磁性材料からな
るローラで、その両端は回転軸２，３に連なるフ
ランジ４，５に連結されてあり、一方の回転軸が
回転駆動源によつて回転されるとき、ローラ１は
回転するようになつている。６はローラ１の周壁
の肉厚部に形成されたジヤケツト室で、これはロ
ーラ１の円周方向に沿つて互いに独立又は端部で
連通するように複数並設されてある。そして内部
に気液二相の熱媒体が封入されている。

熱媒体はローラ１の発熱によつて蒸発気化し、
これがローラ１内の温度の低い部分（ローラ１の
表面側のジヤケツト室内壁面）に触れたときに凝
縮して潜熱を発生する。この潜熱によつて前記温
度の低い部分を加熱する。これによつてローラ１
の表面温度は均一化されるようになる。凝縮した
熱媒体は、ローラ１内の温度の高い部分（ローラ
１の内面側のジヤケツト室内壁面）に触れたとき
に蒸発気化する。以下これを繰返す。

なお熱媒体の均熱作用により、外周壁面が均温
化すると同時に内周壁面も均温化する傾向はある
ものの、発熱の熱流束はローラの肉厚内を半径方
向に外方へ向かうので、発熱分布曲線は多少平坦
化するにしても、これが均一な分布となる程度ま
で均温するものではない。

７は回転軸２，３内を通る固定された軸、８は
軸７に支持され、ローラ１内に配置された磁束発
生機構で、軸７に支持された鉄心（たとえば巻鉄
心）９及び鉄心９に巻装された複数の電磁線輪１
０，１１，１２によつて構成されてある。ここで
は中央の電磁線輪１０はその両端附近で、両側の
電磁線輪１１，１２の端部と重なるように巻回し
てある。各電磁線輪は互いに独立してそのアンペ
アターンが制御自在となるようにしてある。具体
例としては各電磁線輪の附勢電流をたとえば可飽
和リアクトルによつて調整自在としている。

そのための回路図を示したのが第４図である。
ここでは三相電源を用いて各電磁線輪を附勢する
ようにしており、すなわちＵ−Ｖ相間、Ｖ−Ｗ相
間及びＷ−Ｕ相間のそれぞれに電磁線輪１１，１
０，１２を、可飽和リアクトル１３，１４，１５
を介して接続する。

この構成ではローラ１の表面温度を均一に保
ち、ローラ１の中央部における発熱量を端部の発
熱量より大きくして、ローラ１の中央部を端部よ
りも熱膨張差によつて径を大きくすることを意図
しており、そのために第３図に示すように、ロー
ラ１の表面温度を検出する温度検出器１６、ロー
ラ１の内面側における中央部及び端部の温度を検
出する温度検出器１７，１８を設置する。各温度
検出器１６〜１８の各検出値をθ_S，θ_H，θ_Lとする
とき、検出値θ_Sが一定となるように、及び検出値
θ_H，θ_Lの差が所望のたわみ量から決まる値となる
ように制御されるようにすればよい。

そのため第４図に示すように検出値θ_Sは比較器
２１により、維持しようとするローラ表面温度に
応じた設定基準値と比較され、両値が一定となる
ように、その出力によつて可飽和リアクトル１
３，１５の制御巻線１３ａ，１５ａを制御して、
電磁線輪１１，１２の附勢電流を制御する。又検
出値θ_H，θ_Lは引算器２２により両値の差が演算さ
れる。その出力は比較器２３により、維持しよう
とするたわみ量（クラウン量）に応じた温度差に
より定められる設定基準値と比較され、両値が一
定となるようにその比較出力により可飽和リアク
トル１４の制御巻線１４ａを制御して、電磁線輪
１０の附勢電流を制御する。

各電磁線輪が附勢されたことによつて、その各
電磁線輪と向かい合うローラ１の各部分に磁束が
誘起する。各磁束は、各電磁線輪の軸心方向に沿
う中央部と向かい合う部分で最大となり、端部側
に向う程少なくなる。すなわち第５図に示すよう
に、横軸にローラ１の軸心方向の距離をとつた場
合、各電磁線輪１０，１１，１２により発生する
磁束はそれぞれφ₁，φ₂，φ₃のような分布となる。
各電磁線輪と向かい合うローラ１の部分に誘起す
る電圧はローラの部分に鎖交する磁束量に比例す
ることから、電磁線輪が互いに重なり合つている
部分と向かい合う部分に誘起する電圧もベクトル
的に合成された値となる。ただし中央の電磁線輪
１０の極性を逆としている。

以上の結果、各磁束φ₁〜φ₃は合成されて中央
において最大となる山形又は弧状の分布状態とな
る。したがつてこのような分布による磁束に基く
発熱の分布も山形又は弧状となるから、ローラ１
における中央部と端部とでの発熱に差が生じ、ロ
ーラ１がその軸心方向に沿つて山形又は弧状に、
すなわち第２図に示すようなクラウンローラのよ
うに変形されていくようになるのである。ただし
ローラの外径方向の熱膨張は、ローラの肉厚の半
径方向における平均温度によつて発生する。ロー
ラの内周壁面の温度分布がそのままクラウン量に
反映するわけではない。この変形の程度は検出値
θ_H，θ_Lの差にしたがうことは言うまでもなく、し
たがつて比較器２３の設定基準値を適宜変更すれ
ばよい。

たとえば電磁線輪１０の附勢電流が増大される
とすれば、第４図中の磁束φ₁は点線で示すよう
に磁束φ′₁となる。したがつて合成磁束もφ′₀とな
るので、ローラ１のクラウン量はそれまでよりも
大きくなる。

なお検出値θ_L，θ_Hの温度差はローラ１の周壁内
面における値である。ローラ１の表面はジヤケツ
ト室６内の熱媒体の凝縮気化によつて均温化され
ることは言うまでもない。

第６図は単相電源を用いて電磁線輪を附勢する
場合の実施例を示す。この場合は中央部に電磁線
輪１０を、又ローラ１の軸心方向のほぼ全長にわ
たる電磁線輪１１を設置し、両電磁線輪１０，１
１を可飽和リアクトル１４，１３を介して単相電
線の線路間に並列に接続する。第７図はこの場合
の磁束分布を示し、電磁線輪１０による磁束を
φ₁、電磁線輪１１による磁束をφ₂、両磁束の合
成磁束をφ₀とする。合成磁束φ₀から理解される
ように、これは山形又は弧形となり、したがつて
ローラ１の発熱分布をほぼこれと同形となる。ロ
ーラ１の中央部分と端部との発熱分布の差によつ
てローラ１の周壁が山形又は弧形に変形するこ
と、及びその変形の程度が電磁線輪１０の附勢電
流の増減によることは第４図、第５図の場合と同
じである。

なお以上の説明では、電磁線輪に流れる電流の
変更によつてアンペアターンを調整しているが、
これに代えて電磁線輪に印加する電圧を変更する
なり、或いはターン数を変更するなりしてアンペ
アターンを調整するようにしてもよい。

以上詳述したようにこの発明によれば、ローラ
への荷重によるたわみに基くニツプ圧の不均一性
を、ローラのクラウン加工を必要とせずに、熱膨
張差による外周形状によつて解決することがで
き、したがつてローラ加工の煩雑さが解消できる
とともに、ローラのたわみ量に応じた補正も可能
となるといつた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はローラ装置の使用例を示す正面図、第
２図は従来例の正面図、第３図はこの発明の実施
例を示すもので、上半部を断面とした正面図、第
４図は回路図、第５図は磁束分布曲線図、第６図
はこの発明の別の実施例の回路図、第７図は同磁
束分布曲線図である。 １……ローラ、２，３……回転軸、６……ジヤ
ケツト室、８……磁束発生機構、９……鉄心、１
０〜１２……電磁線輪、１３〜１５……可飽和リ
アクトル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 回転するローラの周壁内に、気液二相の熱媒
   体を封入したジヤケツト室を設けるとともに、前
   記ローラの内部に鉄心及び電磁線輪からなる磁束
   発生機構を設置し、前記ローラの軸心方向に沿う
   内周面を部分的に他の部分とは発熱量を異ならせ
   て熱膨張差を発生させるように、前記電磁線輪の
   アンペアターンを局部的に制御自在としてなる誘
   導発熱ローラ装置。