JP2003100437A - Induction heating roller device - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は誘導発熱ローラ装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】たとえばプラスチックフイルム、紙、
布、不織布、金属箔などのシート材あるいはウエブ材の
連続熱処理工程において、適度の温度に発熱して回転す
るローラが使用されることは、すでによく知られてい
る。このようなローラを使用して被処理材を一定の温度
で熱処理するためには、そのローラの表面温度分布を高
精度で均一化することが重要である。
【０００３】そのために従来からも、熱ローラの周壁
に、その円周方向に沿って多数のジャケット室を設け、
ここに気液二相の熱媒体を封入し、その相変換の際に発
生する潜熱を利用して、ローラの表面温度分布を均一化
するようにしている。しかしこのようにして温度分布を
均一化しても、たとえばローラの回転時における振れ精
度、あるいは真直度が劣悪であると、被処理材の走行時
に加わる張力が不安定となったり、またはローラ同志を
ニップして使用する場合のニップ圧が不均等となったり
することがある。前記した振れ精度、真直度を劣化させ
る主な原因は以下のように考えられる。
【０００４】すでによく知られているように、誘導発熱
ローラは、ローラの内部の磁束発生機構によって生じる
磁束がローラと鎖交し、これによる電磁誘導によって誘
起起電力が発生する。ローラの周壁は閉ループを構成し
ており、ここに誘導電流が流れてローラ自身がジュール
発熱する。このときのジュール発熱量は、誘導電流と閉
ループの抵抗値（電気抵抗値。以下同じ。）とにより決
定される。
【０００５】この場合もしローラの周壁の抵抗値が、前
記閉ループに沿う各位置において異なるようなことがあ
ると、ローラの周壁の、円周方向に沿う各位置における
発熱温度が異なるようになる。通常この種ローラの素材
は磁性を備えた炭素鋼が一般に使用されているが、製鋼
段階における硫黄、マンガンなどの添加物、あるいはク
ロム、ニッケルなどの合金成分が均等に分散せず、その
濃度が偏重してしまうことがあり、そのためその化学組
成を均質とすることは困難である。また熱処理過程にお
いても、焼き入れ時の冷却速度差、焼き戻し時の温度偏
重によって、結晶組織のバラツキが生じることがあり、
これによっても組成の均質化が損なわれる。
【０００６】そのためたとえばローラの円周方向に沿う
各位置の化学的成分のバラツキ、熱処理ムラによる組織
のバラツキなどが発生すると、このバラツキによって局
部的に抵抗値に差が生じるようになり、そのため局部的
にジュール発熱量が異なることにより、ローラの円周方
向に沿う表面温度分布を不均一とする原因となる。この
温度差のためローラの熱膨張差をもたらし、ローラをわ
ん曲させるので、振れ精度を劣化させるとともに、真直
度を劣化させたりする。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ローラ自身
の局部的な抵抗値の差異に基づく、円周方向に沿うジュ
ール発熱量の差異を低減し、ローラの振れ精度、真直度
の劣化を防止することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、磁性材料から
なり、回転されるローラの内部に磁束発生機構を設置し
た構成において、このローラの内周面に沿って、ローラ
よりも電気抵抗値が小さく、かつ磁束発生機構によって
発生する磁束をローラに対して遮蔽する導電性で、かつ
非磁性の磁気シールド材を設けたことを特徴とする。
【０００９】ローラの内部の磁束発生機構によって発生
した磁束は、磁気シールド材によってローラに対してシ
ールドされ、ローラには電磁誘導による誘導起電力は誘
起しない。誘起したとしても僅かであって、ローラ自身
を所要の温度まで十分に発熱させるに至らない。誘導電
流はローラの抵抗値との差に基づき、そのほとんどが磁
気シールド材に流れる。この電流により磁気シールド材
はジュール発熱する。ここに発生した熱はローラに伝熱
され、これによりローラが加熱されるようになる。
【００１０】ここに使用する磁気シールド材としては、
高純度のもの、たとえば９９％以上のもの、好ましくは
９９．５％以上のものが良い。高純度のものほど、その
材質は全体にわたって均一である。したがって局部的な
抵抗値の差異はほとんどなくなり、全体が均一に誘導発
熱する。したがってここに発生した熱がローラに均等に
伝導されることにより、ローラはその円周方向に沿う温
度分布が均一となる。
【００１１】なお従来においても、ローラの内周面に導
体を設けた構成が、たとえば実公昭４５−２９６４８号
公報に記載されているように知られている。しかしこれ
らの構成はローラと導体とを磁束と交差する閉ループを
並列接続とするものであり、あくまでもローラと導体と
の両方に誘導電流を流すことを意図したものである。こ
れに対し本発明は、意識的にローラには誘導電流が流れ
ないようし、もってローラには誘導発熱が発生しないよ
うにしたものである。そしてローラは磁気シールド材の
ジュール熱による熱伝導に依存して温度上昇するように
している。したがって前記した従来構成では本発明の構
成とは相違し、別個の作用を呈するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の実施態様を図１によって
説明する。１はたとえば炭素鋼によって製作されている
ローラ、２、３はその両側に一体的に取り付けられてい
るジャーナルで、軸受４を介して機台５に回転自在に支
持されている。そして外部の回転機構によって回転駆動
される。６は磁束発生機構で、鉄心７と、その外周に巻
装されている誘導コイル８とによって構成されている。
磁束発生機構６はホルダー９により支持されている。
【００１３】ローラ１の周壁の内部にはジャケット室１
０が設けられてあり、その内部に気液二相の熱媒体が封
入されている。ホルダー７の各端部に固定軸１１、１２
が取り付けられている。固定軸１１、１２はジャーナル
２、３内に挿通されてあり、軸受１３、１４を介してジ
ャーナル２、３に対して回転自在に支持されている。１
５は固定軸１２がジャーナルの回転につられて回転する
ことのないように固定しておくための回り止め機構であ
る。
【００１４】１６はローラ１の周壁部分の温度を検出す
る温度検出器で、これにより検出される検出信号は、リ
ード線１７を介して回転トランス１８に送られる。そし
てこの回転トランス１８を介してローラ１の外部に送り
出される。これらの構成は既によく知られている。本発
明にしたがい、ローラ１の内周面にはその全面に沿っ
て、磁気シールド材２０を設ける。これは非磁性の導電
体であって、ローラ１よりも小さい抵抗値を呈するよう
に、材質、厚さが選定されている。そして非磁性体によ
り構成されている。
【００１５】以上の構成において、磁束発生機構６を駆
動して磁束を発生させたとき、この磁束に対してローラ
１、磁気シールド材２０が鎖交する。これによりローラ
１および磁気シールド材２０には誘導起電力が誘起され
るが、ローラ１に対して磁気シールド材２０の抵抗値が
小さいので、誘導電流の殆どが磁気シールド材２０に流
れ、ローラ１には流れない。すなわち磁気シールド材２
０はローラ１に対して磁気的にシールドする。
【００１６】このようにして磁気シールド材２０に誘導
電流が誘起されることにより、ここにジュール熱が発生
する。このジュール熱はローラ１の周壁に熱伝導され、
これによりローラ１は所要の温度まで上昇する。磁気シ
ールド材２０はその局部的な抵抗値のバラツキは小さ
い。したがって磁気シールド材の発熱量は全般にわたっ
て均一となるので、これにともないローラ１の円周方向
に沿う温度も、ほぼ均一となる。
【００１７】ここでは前記のように磁気シールド材２０
として、可及的に高純度のもの、たとえば９０％以上、
好ましくは９９．５％以上のものが使用される。この程
度の純度のものは局部的に抵抗値が均一となる。具体的
な例としては、ローラを炭素鋼で製作した場合、純度９
９．８％以上、導電率９８％以上、厚さ２ｍｍ〜１０ｍ
ｍの電気銅、純度９９．５％以上、導電率６０％以上、
厚さ３ｍｍ〜１５ｍｍの電気用アルミニウムなどが適当
である。
【００１８】たとえば前記した電気銅にあっては、その
抵抗値の局部的差異は２％未満である。したがってその
ジュール発熱量の差異もそれに比例した値となる。一方
炭素鋼によるローラにおける抵抗値の差異は６％であ
る。これからしても本発明による磁気シールド材を設置
した場合の方が、ローラの円周方向に沿う熱のバラツキ
は少ないことが理解されよう。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ロ
ーラの内周面に沿って、ローラよりも電気抵抗値が小さ
く、かつ磁束発生機構によって発生する磁束を、ローラ
に対して遮蔽する、導電性で、かつ非磁性の磁気シール
ド材を設けたので、ローラ自身の局部的な抵抗値の差異
に基づく、円周方向に沿うジュール発熱量の差異を低減
することができ、もってローラの振れ精度、真直度の劣
化を防止することができる効果を奏する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an induction heating roller device. [0002] For example, plastic film, paper,
It is already well known that in a continuous heat treatment process for a sheet material or a web material such as cloth, nonwoven fabric, and metal foil, a roller that rotates by generating heat at an appropriate temperature is used. In order to heat-treat a material to be processed at a constant temperature using such a roller, it is important to make the surface temperature distribution of the roller uniform with high accuracy. For this purpose, conventionally, a large number of jacket chambers are provided on the peripheral wall of the heat roller along the circumferential direction thereof,
Here, a gas-liquid two-phase heat medium is sealed, and the surface temperature distribution of the roller is made uniform by utilizing the latent heat generated during the phase conversion. However, even if the temperature distribution is made uniform in this way, for example, if the runout accuracy or the straightness during rotation of the rollers is poor, the tension applied during running of the material to be processed becomes unstable or the rollers The nip pressure when the nip is used may be uneven. The main causes of the deterioration of the runout accuracy and straightness are considered as follows. As is well known, in an induction heating roller, a magnetic flux generated by a magnetic flux generating mechanism inside the roller interlinks with the roller, so that an induced electromotive force is generated by electromagnetic induction. The peripheral wall of the roller forms a closed loop, in which an induced current flows, and the roller itself generates Joule heat. The Joule heat value at this time is determined by the induced current and the resistance value of the closed loop (electric resistance value; the same applies hereinafter). In this case, if the resistance value of the peripheral wall of the roller is different at each position along the closed loop, the heat generation temperature at each position of the peripheral wall of the roller along the circumferential direction is different. Usually, carbon steel with magnetism is generally used as the material for this type of roller, but additives such as sulfur and manganese or alloying components such as chromium and nickel in the steelmaking stage are not evenly dispersed, and the In some cases, the composition is unbalanced, and it is difficult to make the chemical composition uniform. Also in the heat treatment process, the cooling rate difference at the time of quenching, temperature unevenness at the time of tempering may cause variations in the crystal structure,
This also impairs the homogenization of the composition. [0006] Therefore, for example, if a variation in the chemical components at each position along the circumferential direction of the roller, or a variation in the structure due to unevenness in the heat treatment occurs, the variation locally causes a difference in the resistance value. When the Joule heat value differs, the surface temperature distribution along the circumferential direction of the roller becomes non-uniform. This difference in temperature causes a difference in thermal expansion of the roller, which causes the roller to bend, thereby deteriorating the runout accuracy and deteriorating the straightness. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention reduces the difference in joule heat generation along the circumferential direction based on the difference in local resistance of the roller itself, and achieves the roller runout accuracy and straightness. The purpose of the present invention is to prevent the deterioration of the material. According to the present invention, in a configuration in which a magnetic flux generating mechanism is made of a magnetic material and is installed inside a roller that is rotated, the roller is arranged along the inner peripheral surface of the roller rather than the roller. It is characterized in that a conductive and non-magnetic magnetic shield material is provided, which has a small electric resistance value and shields a magnetic flux generated by a magnetic flux generating mechanism from a roller. The magnetic flux generated by the magnetic flux generating mechanism inside the roller is shielded from the roller by a magnetic shield material, and no induced electromotive force is induced on the roller by electromagnetic induction. Even if it is induced, it is slight and does not sufficiently heat the roller itself to a required temperature. Most of the induced current flows through the magnetic shield material based on the difference from the resistance value of the roller. This current causes the magnetic shield material to generate Joule heat. The heat generated here is transferred to the rollers, which heats the rollers. [0010] As the magnetic shielding material used here,
High-purity, for example, 99% or more, preferably 99.5% or more is good. The higher the purity, the more uniform the material is throughout. Therefore, there is almost no local difference in the resistance value, and the entire body uniformly generates heat. Therefore, the heat generated here is evenly transmitted to the roller, so that the roller has a uniform temperature distribution along the circumferential direction. [0011] Conventionally, a configuration in which a conductor is provided on the inner peripheral surface of a roller is known as described in Japanese Utility Model Publication No. 45-29648, for example. However, in these configurations, a closed loop that intersects the roller and the conductor with the magnetic flux is connected in parallel, and is intended only to cause an induced current to flow through both the roller and the conductor. On the other hand, in the present invention, the induced current is not intentionally caused to flow through the roller, so that induced heat is not generated in the roller. The temperature of the roller rises depending on the heat conduction by the Joule heat of the magnetic shield material. Therefore, the above-described conventional configuration is different from the configuration of the present invention, and exhibits a separate operation. An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Reference numeral 1 denotes a roller made of, for example, carbon steel, and reference numerals 2 and 3 denote journals integrally attached to both sides thereof. The journal is rotatably supported on a machine base 5 via a bearing 4. And it is rotationally driven by an external rotation mechanism. Reference numeral 6 denotes a magnetic flux generating mechanism, which is constituted by an iron core 7 and an induction coil 8 wound around the outer periphery thereof.
The magnetic flux generating mechanism 6 is supported by a holder 9. A jacket chamber 1 is provided inside the peripheral wall of the roller 1.
0 is provided therein, and a gas-liquid two-phase heat medium is sealed therein. Fixed shafts 11 and 12 are attached to each end of the holder 7.
Is attached. The fixed shafts 11 and 12 are inserted into the journals 2 and 3, and are rotatably supported by the journals 2 and 3 via bearings 13 and 14. 1
Reference numeral 5 denotes a rotation preventing mechanism for fixing the fixed shaft 12 so as not to rotate with the rotation of the journal. Reference numeral 16 denotes a temperature detector for detecting the temperature of the peripheral wall portion of the roller 1, and a detection signal detected thereby is sent to a rotary transformer 18 via a lead 17. Then, it is sent out of the roller 1 via the rotary transformer 18. These configurations are already well known. According to the present invention, a magnetic shield material 20 is provided on the inner peripheral surface of the roller 1 along the entire surface thereof. This is a non-magnetic conductor, and its material and thickness are selected so as to exhibit a resistance value smaller than that of the roller 1. And it is constituted by a non-magnetic material. In the above configuration, when the magnetic flux generating mechanism 6 is driven to generate a magnetic flux, the roller 1 and the magnetic shield material 20 are linked to the magnetic flux. As a result, an induced electromotive force is induced in the roller 1 and the magnetic shield material 20. However, since the resistance value of the magnetic shield material 20 is small with respect to the roller 1, most of the induced current flows through the magnetic shield material 20, Does not flow to That is, the magnetic shield material 2
0 magnetically shields the roller 1. When the induced current is induced in the magnetic shield material 20 in this way, Joule heat is generated here. This Joule heat is conducted to the peripheral wall of the roller 1,
As a result, the temperature of the roller 1 rises to a required temperature. The magnetic shield material 20 has a small local resistance value variation. Accordingly, the calorific value of the magnetic shield material is uniform over the whole area, and accordingly, the temperature along the circumferential direction of the roller 1 is also substantially uniform. Here, as described above, the magnetic shielding material 20 is used.
As high purity as possible, for example, 90% or more,
Preferably, 99.5% or more is used. Those having such a degree of purity have locally uniform resistance values. As a specific example, when the roller is made of carbon steel, the purity is 9%.
9.8% or more, conductivity 98% or more, thickness 2 mm to 10 m
m copper, purity 99.5% or more, conductivity 60% or more,
Aluminum for electrical use having a thickness of 3 mm to 15 mm is suitable. For example, in the above-described electrolytic copper, the local difference in the resistance value is less than 2%. Therefore, the difference in the Joule heat value also becomes a value proportional to it. On the other hand, the difference in resistance between the rollers made of carbon steel is 6%. From this, it will be understood that the variation in heat along the circumferential direction of the roller is smaller when the magnetic shield material according to the present invention is installed. As described above, according to the present invention, along the inner peripheral surface of the roller, the electric resistance value is smaller than that of the roller, and the magnetic flux generated by the magnetic flux generating mechanism is applied to the roller. Since the conductive and non-magnetic magnetic shield material is provided to shield and shield, it is possible to reduce the difference in the Joule heating value along the circumferential direction based on the difference in the local resistance value of the roller itself, As a result, there is an effect that it is possible to prevent deterioration of the runout accuracy and straightness of the roller.
【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施態様を示す断面図である。 【符号の説明】 １ ローラ本体 ６ 磁束発生機構 ２０ 磁気シールド材[Brief description of the drawings] FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention. [Explanation of symbols] 1 Roller body 6 Magnetic flux generation mechanism 20 Magnetic shielding material
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 外村 徹 京都市山科区西野離宮町40番地 トクデン 株式会社内 Ｆターム(参考） 3K059 AA08 AB04 AC33 AD05 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Tohru Toru 40 Tokuden, Nishino Rikyucho, Yamashina-ku, Kyoto Inside the company F term (reference) 3K059 AA08 AB04 AC33 AD05
Claims (1)
内部に磁束発生機構を設置した誘導発熱ローラ装置にお
いて、前記ローラの内周面に沿って、前記ローラよりも
電気抵抗値が小さく、かつ前記磁束発生機構によって発
生する磁束を前記ローラに対して遮蔽する、導電性で、
かつ非磁性の磁気シールド材を設けた誘導発熱ローラ装
置。Claims: 1. An induction heating roller device comprising a magnetic material and having a magnetic flux generating mechanism installed inside a rotating roller, the roller being more electrically driven along the inner peripheral surface of the roller than the roller. A conductive material that has a small resistance value and shields the magnetic flux generated by the magnetic flux generating mechanism from the roller,
An induction heating roller device provided with a non-magnetic magnetic shield material.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2001288232A JP4903327B2 (en) | 2001-09-21 | 2001-09-21 | Induction heating roller device |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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|---|---|
| JP2003100437A true JP2003100437A (en) | 2003-04-04 |
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