JP2010015695A - 回転ロールの誘導加熱装置および加熱加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気回路の発熱を最小とする回転ロールの誘導加熱装置を提供する。
【解決手段】固定鉄芯２に直流電源と接続した超電導コイル５を巻き付けた固定体を備え、前記固定体の磁路を分断して形成した空間２ｅに、該固定体と隙間をあけて金属製の回転ロール３を配置し、回転ロール３をモータ４で回転駆動させ、磁路と直交方向に回転主軸を設けた回転ロール３の回転で、該回転ロールに渦電流を発生させて加熱している。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転ロールの誘導加熱装置および、誘導加熱されたロールを用いた加熱加工装置に関するものである。

従来、金属箔の積層加工、樹脂フィルムのラミネート加工、さらにカレンダ加工用として誘導発熱ロールが提供されている。(特開２００７−３０３３７号公報参照）
前記特許文献に開示された誘導発熱するラミネートロール１００は、図５（Ａ）に示すように、ロールシェルとなる中空ロール１０１内に固定鉄芯１０２を配置し、該固定鉄芯１０２の外周に軸線方向に分割して誘導コイル１０３を巻回し、該誘導コイル１０３は中空ロール１０１の内周面と非接触としている。固定鉄芯１０２の両側の支持ロッド１０２ａは中空ロール１０１の軸受部１０１ａで回転自在に支持し、これにより固定鉄芯１０２に対して中空ロール１０１を回転自在に支持している。誘導コイル１０３のリード線１０４は支持ロッド１０２ａの中空部から引き出して外部の交流電源と接続している。
前記誘電コイル１０３に交流電圧を印加すると、各コイルに交番磁束が発生し、この交番磁束により中空ロール１０１の内側に誘導電流が誘起され、その抵抗熱によって中空ロール１０１を誘導発熱（自己発熱）している。
前記構成のラミネートロール１００を、図５（Ｂ）に示すように、左右一対配置して逆回転させることで、その間で被加工材１０５を加熱しながら搬送している。

前記誘導加熱方式によるロール加熱により鋼材等を熱間圧延する場合には、回転ロールの発熱量を大として、回転ロールを高温化する必要がある。その場合には、常電導線から誘導コイルを形成する場合、有効な加熱力を得るには、コイルに大電流の交流電流を流して誘導電流を発生させる必要がある。しかしながら、交流の大電流を流すことにより誘導コイル自体が発熱する問題があり、よって、冷却水を内部に流通させた銅管をコイルの導体として用いる必要があり、加熱効率が悪くなり、高効率で加熱できない問題がある。

特開２００７−３０３３７号公報

本発明は、誘導加熱方式を採用しながら、該誘導加熱方式における問題点である大電流の通電時において、磁気回路を構成するコイルの発熱を最小限とし、その結果、加熱効率を高めて、高効率で加熱できるようにすることを課題としている。

前記課題を解決するため、本発明は、
直流電源と接続した超電導の固定体と、
前記固定体の磁路を分断して形成した空間に、該固定体と隙間をあけて配置する磁性体からなる回転ロールと、
前記回転ロールを回転させる回転駆動源を備え、
前記磁路と直交方向に回転主軸を設けた前記回転ロールの回転で、該回転ロールに渦電流を発生させて、該回転ロールを加熱する構成としていることを特徴とする回転ロールの誘導加熱装置を提供している。

前記固定体は、直流電源と接続した超電導コイルを固定鉄芯に巻き付けて形成することが好ましい。なお、バルク超電導体からなる永久磁石を固定鉄芯の中に入れて形成してもよい。
固定鉄芯は鉄損による渦電流の発生を抑制するために、珪素鋼鉄の積層体とすることが好ましい。
前記回転ロールの回転駆動源は回転速度を調節できるモータとすることが好ましい。

本発明では、前記のように、超電導コイルを直流電源と接続して直流の大電流を流し、該磁路を分断して形成した空間に回転ロールを配置し、該回転ロールを回転駆動させている。このように、回転ロールを回転させることにより、回転ロールに渦電流が発生し、回転ロール自体を自己加熱することができる。
従来、超電導コイルは極低温の超電導温度に保持して使用するため、加熱用の導体としては用いられていなかったが、本発明では、大電流を流すことができる超電導コイル（または超電導磁石）を加熱用として用いている。かつ、超電導コイルに交流の大電流を流すと発熱が生じるが、直流の大電流を通電した場合には発熱が生じない特性を利用し、従来の問題点である通電時の発熱を抑制し、加熱効率を高めることでロールを高効率で加熱している。
また、交流電流とした場合に、特許文献１に記載されているように、ロールの内周側に交番磁界を発生させて加熱することはできるが、本発明では直流電流としているため、前記のように、超電導コイルを巻き付けた固定鉄芯を分断して空間を形成し、該空間に回転ロールを配置し、該回転ロールを回転させることで直流電流を流しながら渦電流を発生させている。その結果、交流電流を用いた場合と同様に、ロール内周側に発生する渦電流で回転ロールを内部から加熱することができる。
しかも、回転ロールの回転駆動手段としてモータを用いると、回転ロールの回転速度を任意に制御でき、それに応じて、加熱温度を容易に調節することができる。

具体的には、前記固定鉄芯は、断面Ｃ型で且つ前記回転ロールと軸線方向の長さと同等な長さを有する長尺なものとし、前記断面Ｃ型の両端の端面の間の長尺な空間を前記回転ロールを配置する空間とし、前記回転ロールの軸線方向の両側面を前記固定鉄芯の分断端面と隙間をあけて対向させている。

前記した誘導加熱されるロールを用いることにより種々の加工を行うことができる。
例えば、１つの誘導加熱ロールを定位置で回転させる一方、対向した下部に固定台を配置し、固定台上に被加工材を載置し、該被加工材に誘導加熱ロールを回転しながら押し付けることにより、ヒートシール等の種々の加熱処理を行うことができる。

さらに、前記した誘導加熱ロールを左右一対または上下一対に対向させて設けると共に、これら誘導加熱ロールを逆方向に回転駆動することで、被加工材を搬送しながら加熱加工を行うことができる。
前記構成からなる加熱加工装置として、本発明は、前記した誘導加熱装置で加熱された回転ロールを一対備え、
前記回転ロールを逆方向に回転させて、前記回転ロールの間で加工材を搬送し、該加工材を熱間圧延、熱延伸、カレンダ加工、ラミネート加工、コーティング加工、乾燥のいずれかの加熱処理を行う加熱加工装置を提供している。

特に、本発明では、誘電コイルとして超電導線を用いると共に、該超電導線に直流電流を流しているため、発熱を伴うことなく大電流を流してロールを高熱に加熱できるため、高温で加熱処理する必要がある鋼材や非鉄金属の熱間圧延処理等に好適に用いることができる。

本発明では回転ロールを誘電加熱用として直流の超電導コイルを用いているため、大電流を流してもコイルの発熱を最小とでき、回転ロールに発生する渦電流で回転ロール自体を効率よく加熱することができる。
特に、回転ロールをモータで回転するため、高速回転が可能で高周波、高出力の渦電流を生成させることができ、投入エネルギーはモータの回転力となり、モータの効率が加熱効率となり、高効率で加熱することができる。かつ、ロールの回転速度をモータで任意に制御でき、それに応じて、渦電流密度を調節して、加熱温度を容易に調節することができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図３に第１実施形態のロールの誘導加熱装置１を示す。
誘導加熱装置１は、断面略Ｃ型で左右両側壁２ａ、２ｂ、上壁２ｃを有すると共に、下壁２ｄは中央部を分断して空間２ｅを設けた固定鉄芯２を備えている。空間２ｅには回転ロール３を配置し、該回転ロール３をモータ４で回転駆動している。前記固定鉄芯２は珪素鋼板の積層体で形成している。

前記回転ロール３は長尺であり、前記固定鉄芯２も前記空間２ｅの長さが回転ロール３の長さに相当する長尺としている。
回転ロール３の回転中心軸線Ｌ１は、固定鉄芯２の空間２ｅを挟んで対向する下壁２ｄの分断端面２ｄ−１、２ｄ−２の仮想連結線Ｌ２に対して直交方向に配置している。また、回転ロール３の外周面と固定鉄芯２の分断端面２ｄ−１、２ｄ−２との間にはそれぞれ微小な隙間をあけている。

回転ロール３は磁性材からなる金属材であればよく、例えば、磁性ステンレス、鉄、鉄合金、銅、銅合金等からなるものでよい。
該回転ロール３の一端側より突設した支軸３ａをモータ４の出力軸４ａをベルト５を介して連結し、モータ４の回転数に応じて回転ロール３の回転速度を調節自在としている。

前記固定鉄芯２の上壁２ｃに、超電導線材からなる超電導コイル５を取り付けている。該超電導コイル５は環状枠とした断熱容器６に収容し、該断熱容器６を固定鉄芯の上壁２ｃに外嵌している。
超電導コイル５は直冷伝熱式で超電導温度に冷却しており、前記断熱容器６の上面に冷凍機７を搭載し、該冷凍機７から垂下したコールドヘッド７ａを断熱容器６内に突出させ、超電導コイル５と接触させている。

前記超電導コイル５のリード線５ａは直流電源８と接続し、超電導コイル５に直流電流を流して、回転ロール３をモータ４で回転している。

前記構成からなるロールの誘導加熱装置１においては、図１に示すように、超電導コイル５に直流電流を流すと、該超電導コイル５を巻き付けた固定鉄芯２に直流電流が流れる。該直流電流は回転ロール３を配置した空間２ｅで分断され、回転駆動される回転ロール３に渦電流が発生する。これにより、回転ロール３を加熱している。
特に、大電流を流すことができる超電導コイル５を用い、かつ、該超電導コイル５に直流電流を流しているため、超電導コイル５自体は発熱を生じさせず、あるいは発熱を最小限とすることができる。回転ロール３の加熱に投入するエネルギーは、回転ロール３を回転するモータの回転駆動エネルギーとなり、モータの効率が加熱効率となり、高効率で回転ロール３を加熱することができる。

図３に前記誘導加熱装置１により加熱される回転ロール３を用いた加熱加工装置の第１実施形態を示す。
加工用の固定台１０の上部に、前記回転ロール３を備えた誘導加熱装置１を配置し、該誘導加熱装置１を昇降手段１１で昇降自在に配置している。
固定台１０上に第１被加工材２０を載置し、該第１被加工材２０に溶着する第２加工材２１の溶着部を重ねて配置し、重ねた部分に前記回転ロール３を下降させて当接し、第２加工材２を第１加工材に溶着している。

図４に前記誘導加熱される回転ロール３を用いた加熱加工装置の第２実施形態を示す。
第２実施形態の加熱加工装置は、被加工材３０は例えばアルミ材とし、回転ロール３は圧延ロールとして用いた熱間圧延装置からなる。
被加工材３０の連続搬送経路の上下両側に回転ロール３を備えた誘導加熱装置１を上下一対配置している。上下の回転ロール３の回転方向は逆方向とし、鋼材を上下の回転ロール３により連続搬送している。

前記熱間圧延装置では、誘導加熱される上下の回転ロール３により被加工材３０は連続搬送されると共に、上下両側から所要の圧力で当接される上下の回転ロール３により被加工材を圧延することができる。

本発明では、回転ロールの誘導加熱を超電導コイルを用いると共に直流を流しているため、発熱量を抑制しながら大電流としているため、従来の誘導加熱ロールよりも高温に加熱することができる。よって、加熱処理しやすい樹脂フィルム等の加熱処理に限らず、鋼材や非鉄金属の加熱処理に用いることができ、これらの熱延伸処理、カレンダ処理等に好適に用いることができる。

本発明の回転ロールの誘導加熱装置の実施形態の概略構成図である。 （Ａ）は概略斜視図、（Ｂ）は概略側面図である。 誘導加熱される回転ロールを用いた第１実施形態の加熱加工装置を示す概略図である。 誘導加熱される回転ロールを用いた第２実施形態の加熱加工装置を示す概略図である。 （Ａ）（Ｂ）は従来例を示す図面である。

符号の説明

１ 誘導加熱装置
２ 固定鉄芯
２ｅ 空間
３ 回転ロール
４ モータ
５ 超電導コイル
６ 断熱容器
２０、３０ 被加工材

Claims (4)

1. 直流電源と接続した超電導の固定体と、
   前記固定体の磁路を分断して形成した空間に、該固定体と隙間をあけて配置する磁性体からなる回転ロールと、
   前記回転ロールを回転させる回転駆動源を備え、
   前記磁路と直交方向に回転主軸を設けた前記回転ロールの回転で、該回転ロールに渦電流を発生させて、該回転ロールを加熱する構成としていることを特徴とする回転ロールの誘導加熱装置。
2. 前記固定体は、直流電源と接続した超電導コイルを固定鉄芯に巻き付けて形成し、
   または、バルク超電導体からなる永久磁石を固定鉄芯の中に入れて形成している請求項１に記載の回転ロールの誘導加熱装置。
3. 前記固定鉄芯は、断面Ｃ型で且つ前記回転ロールと軸線方向の長さと同等な長さを有する長尺なものとし、前記断面Ｃ型の両端の端面の間の長尺な空間を、前記回転ロールを配置する空間としている請求項２に記載の回転ロールの誘導加熱装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の誘導加熱装置で加熱される回転ロールを対向して一対備え、
   前記回転ロールを逆方向に回転させて、前記回転ロールの間で被加工材を搬送し、該被加工材を熱間圧延、熱延伸、カレンダ加工、ラミネート加工、コーティング加工、乾燥のいずれか１種の加工をするものである加熱加工装置。

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