JP3807831B2 - ゴムと金属板の積層体の加熱装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、未加硫ゴムと磁性体の金属板とを交互に積層した積層体を効率よく加熱および加硫できる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ゴムと金属板の積層体としては、例えば免震装置に用いられるものがある。この免震装置はビル、建物、橋梁、機械装置等の構造物の基礎に取り付けられるものであり、地震等による加振力に対する応答加速度を減少させ、加振力による被害を最小限にとどめるためのものである。
【０００３】
このような免震装置に用いられるゴムと金属板との積層体は、ゴムと鋼板（金属板の代表例）を交互に積み重ね、加硫接着したものである。建物用の大型の免震装置の場合、設計荷重が７５０トン前後にもなり、その直径は１メートル前後の大きさになる。
【０００４】
このようなゴムと金属板の積層体は、まず未加硫ゴムと金属板を積層して積層体を形成し、ついで、この積層体の外周をモールドで拘束し、前記積層体の上下から加圧しながら所定の加硫温度まで加熱することにより製造される。
【０００５】
その加熱方法としては、従来から、熱盤等を用いて外部から加熱する方法が一般的であるが、未加硫ゴムの熱伝導性が悪いため、積層体を外部から加熱して内部まで熱が伝わらせるには時間がかかり過ぎるという問題があった。とくに、建物用など大型の免震装置の場合、加硫行程において１０〜２０時間という長時間を要しており、エネルギー効率および生産性が著しく悪かった。そこで、最近では、電磁誘導加熱により、内部の金属板を発熱させ、昇温した金属板からの熱伝導により内部から未加硫ゴムを加熱する方法が研究されている（未公開）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらまだ、この電磁誘導による加熱は、積層体のみならず、積層体の周囲のモールドなどを発熱させており、エネルギー効率を向上させるために、改善する余地があると考えられる。
【０００７】
例えば、加圧時に積層体を拘束するためのモールドは、積層体へ導入される磁束の妨げにならないように、非または弱磁性体により形成されるが、なかでも、加工性が良く、強度が有り、低コストであるという観点からＳＵＳ３０４などのステンレス鋼板が好まれる。しかし一方で、ステンレス鋼板は導電性材料であり、磁界の影響下に置かれると、積層体を構成する金属板と同様に、体内に渦電流が発生し、発熱する。この渦電流（誘導電流）Ｉは、円筒状（モールド本体）および円盤状（上下蓋体）のモールドの外周を沿うように長い距離を流れると、外周長に相当する大きな抵抗Ｒがあるため、大きなパワーＩ² ×Ｒで発熱する。このようなモールドの発熱は、場合によっては、積層体を構成する金属板より以上の高温となり、積層体の外周部と内奥部とでの温度格差が大きくなるため、加硫製品の品質を落とさしめる結果を招くおそれがある。
【０００８】
また、モールド体内の渦電流や発熱したモールドからの熱がモールドからモールドと接触する加熱装置の各部に伝導すると、熱効率が低下するので所定温度に到達する加熱時間が長くなるばかりか、冷却工程においても装置全体を冷やさなければならなくなり、生産サイクルが長くなるという問題もある。
【０００９】
一方で、加熱装置への渦電流や熱の伝導を避けるために、絶縁体や断熱材などをモールドの上下に置くと積層体へ流入する磁束が減少するという問題がある。すなわち、モールドを上下方向から挟持する上下プラテンは磁性体で形成されているため、上下プラテンを誘導コイルに近接させた状態で誘導コイルに通電すると、磁束は上下プラテンから、誘導コイルの軸心となる中空部に導入されるが、上下プラテンが断熱材などによって誘導コイルから遠ざけられると、誘導コイルからの磁束が上下プラテンのある上下方向に逃げてしまい、誘導コイルの中空部に流入する磁束が減少するのである。したがって、中空部に置かれる積層体を形成する金属板で発生する渦電流が減少し、うまく加熱できない。
【００１０】
本発明は前述のような問題に鑑みてなされたものであり、未加硫ゴムと磁性体の金属板とを交互に積層した積層体を迅速に効率よく加熱できる装置を提供することを目的とするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１にかかる発明は、未加硫ゴムと金属板を交互に積層した積層体の全方位を拘束するモールドを備えており、該モールド内に収納された状態で電磁誘導加熱を行うよう構成されてなる加熱装置であって、前記モールドの外周に誘導コイルを、そのコイルの軸心と積層体の積層方向の中心が一致するように配設するとともに、前記モールドの上下に、前記誘導コイルの端面を覆いうる幅を有する磁束誘導板を配置して、モールドに収納された前記積層体への磁束の流入を促進させるよう構成されてなるものである。磁束誘導板は磁性体であり、モールドの上下、つまり誘導コイルの端面近傍に置かれ、誘導コイルからの磁束を磁束誘導板体内から積層体へと導く。この磁束誘導板を置くことによって、他の磁性体（加熱装置の一部、上下プラテンなど）に影響されることがなく、常に一定の磁束が積層体に導入される。なお、前記効果を減じさせない範囲で、磁束誘導板とモールドとの間に絶縁材を挿入し、渦電流が２部材の間で大きくなるのを防ぐようにしてもよい。
【００１８】
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載の発明に加えて、前記磁束誘導体が、渦電流の発生を抑制するためのスリットまたは分断部を有してなるものであり、そのスリットまたは分断部と前記モールドに設けられたスリットまたは分断部とが一致するように配設されてなるものである。モールドと磁束誘導板との間で発生する渦電流を抑制し、発熱量が増大しないようにする。
【００１９】
請求項３にかかる発明は、ゴムと金属板を交互に積層した積層体の外周に誘導コイルを、そのコイルの軸心と積層体の積層方向の中心が一致するように配設してなる加熱装置であって、前記誘導コイルの軸方向の端面近傍に、該誘導コイルの端面を覆いうる幅を有する磁束誘導板を設けて、前記誘導コイルの軸心となる中空部に配置された前記積層体への磁束の流入を促進させるよう構成されてなることを特徴としている。磁束誘導板は、磁性体である。より磁界を強められるという観点からは、強磁性体であることが好ましい。磁束誘導板は誘導コイルの軸方向の端面近傍に設けられ、磁束を誘導コイルの軸心となる中空部へ導くことができ、中空部の磁界を強めることができる。したがって、中空部に配置される積層体の加熱を効率よく行うことができる。磁束誘導板は、磁性体であればよい（例ＳＳ材、ＳＵＳ材など）。大きさは、誘導コイルの外周に匹敵し、厚さは、２mm以上である。このような磁束誘導板を設けておくことによって、たとえば、加圧機構を備えた加熱装置の場合、モールドがセットされる上下プラテン（磁性体）の位置を自由に設定することができる。つまり、断熱や絶縁のために上下プラテンとモールドの間に断熱材や絶縁体を設け、上下プラテンをモールドか遠ざけておいても、誘導コイルの軸心の中空部に置かれた積層体へ流入する磁束を減少させることがない。
【００２０】
請求項４にかかる発明は、請求項３に記載の発明に加えて、前記磁束誘導板が、渦電流の発生を抑制するためのスリットまたは分断部を有してなるものである。磁束誘導板の発熱を抑えられる。
【００２１】
請求項５にかかる発明は、請求項３または４に記載の発明に加えて、前記磁束誘導板と加熱装置のモールドセット部との間に断熱材または絶縁材を挿入してなるものである。加熱装置との間に断熱材または絶縁材を挿入しても、磁束は、磁束誘導板からを積層体に導かれるので、減少することはない。
【００２２】
【本発明の実施形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
まず、図１乃至図９に基づいて、本発明の加熱装置に適用されるモールドの実施態様例を説明する。
【００２３】
図１において、このモールド１は、モールド本体２と上下蓋体３、４とに分割されている。モールド本体２は筒状であり、内側の中空部には積層体が装入され、加圧時に上下方向（軸方向）から加圧される積層体の外周を拘束する。モールド本体２は、図示例のような円筒形状の他４角筒形状など、３角以上の多角形状が可能であるが、収納される積層体の外周に沿った形状となる。上下蓋体３、４は、モールド本体２の開口端を塞ぐものであり、モールド本体２の外周に等しい大きさと形状を備えている。これら分割体（モールド本体２と上下蓋体３、４）は、それぞれ電気的に分断されている。すなわち、図１に示されるように、導電性材料からなるモールド本体２と接する上下蓋体３、４は非導電性材料で形成される。モールド本体２の体内で発生する渦電流は、上下蓋体３、４に伝わることがなく、発熱量が抑えられる。
【００２４】
また、図２に示されるように、モールド本体２を非導電体で、上下蓋体３、４を導電体で形成してもよい。
【００２５】
さらに、図３に示されるように、モールド本体２と上下蓋体３、４との間に絶縁体５、６を設けてもよい。
【００２６】
また、図４に示されるように、モールド本体２が導電体であり、上下蓋体３、４が非導電体であるときにも、モールド本体２の体内に発生する渦電流が大きくなる場合、たとえば、筒状のモールド本体２の外周に沿って矢印７のように電流が流れる場合、縦にスリット８を入れることにより大きな渦電流をカットし、発熱を抑えることができる。
【００２７】
さらに、図５の（ａ）に示されるように、モールド本体２にスリット８を入れても、上下蓋体３、４が導電性材料である場合には、その間に絶縁体５、６を設けておくと、図５の（ｂ）に示されるように、スリット８で一端分断された電流が矢印のように上下蓋体を経由することがなく、この部分９、１０での発熱を防ぐことができる。
【００２８】
また、図６に示されるように、上下蓋体３、４にスリット１１、１２を設けることによっても、上下蓋体３、４に矢印１３のような大きな渦電流が発生するのを防ぐことができ、発熱を抑えることができる。
【００２９】
さらに、図７に示されるように、上下蓋体３、４に、短いスリット１４を多数設けても長い１つのスリット１１、１２を有するものと同様の効果が得られる。
【００３０】
図８に示されるように、モールド本体２および上下蓋体３、４をともに導電性材料で形成する場合には、モールド本体２と上下蓋体３、４の間に絶縁体５、６を設け、モールド本体２および上下蓋体３、４のそれぞれにスリット８、１１、１２を設けておく。
【００３１】
図示例では、３つの部分（モールド本体２と上下蓋体３、４）に分割されたものを挙げているが、本発明ではこれに限らず、さらに細かく分割することによって、さらに渦電流を小さく抑えることができる。また、導電性材料に設けられる電気的分断手段としてのスリットまたは分断部に絶縁材を挟み込むなどしてもよい。
【００３２】
導電性材料として好適な材料には、強度、低コスト、加工性の良さなどからＳＵＳ３０４のようなステンレス鋼材が挙げられる、このステンレス鋼材は、非または弱磁性体でもあり、積層体への磁束の流入を妨げることはなく、その点でもモールドを形成するには好ましい材料ということができる。本発明では、このような導電性材料を用いても、渦電流を極力小さくでき、非導電性材料を用いたときと同様の効果を得ることができる。
【００３３】
また、非導電材料としては、耐熱性および耐圧力性の良好な、セラミック、熱硬化性樹脂（例えば、ポリイミド、エポキシ等）などを用いることができる。非導電性材料でモールドの分割体を形成した場合、電気的分断手段としてのスリットや分断部を設けなくてよいので形成が容易である。
【００３４】
絶縁板５、６は、モールド本体２の外径および内径と等しい環状の薄板であり、高温に耐えれるように、ポリイミド、テフロンなどの樹脂製であることが好ましい。
【００３５】
図９に示されるモールド５０は、積層体の高さに応じてモールド本体５２の段差５２ａ、５２ｂの間の高さを変えれるよう構成されたものである。このモールド５０は、モールド本体５２、上下蓋体５３、５４の他に内環５１と追加用蓋体５５を有している。
【００３６】
図９において、積層体６０および積層体６１は、それぞれ金属板６２とゴム６３を積層し、その外周を環状のゴム６４でくるんで金属板６２を完全にゴム内に埋設させたものであるが、金属板６２の枚数によって、積層体６０の方が背が高くなっている。また、積層体の積層方向端面には、連結用金属板６５、６６が設けられる。この連結用金属板６５、６６には、取り付け用のネジ孔などが設けられるため、径が大きくなっている。
【００３７】
図９の（ａ）では、背の高い積層体６０に対応するため、モールド本体の段差５２ａの上に内環５１を載せるようになっている。加硫前には、内環５１の上面５１ａと連結用金属板６６との間に加圧用に空間が設けられるが、加硫が終了すると内環５１の上面５１ａと連結用金属板６６とは接する。一方、図９の（ｂ）では、背の低い積層体６１のために、内環５１は除かれ追加用蓋体５５が設けられる。加圧機構によって上下蓋体５３、５４が押圧されると、追加用蓋体５５によって上蓋体５３からの押圧力が積層体６１に到達する。内環５１および追加用蓋体５５は、２以上としてもよい。
【００３８】
本発明では、図９に示されるように、内環５１や追加用蓋体５５を有するモールド５０においても好適に利用される。すなわち、内環５１や追加用蓋体５５を非導電性材料で形成したり、絶縁体を挟んだり、スリットや分断部を設けたりすることによって、内環５１や追加用蓋体５５で発生する渦電流を抑制することができる。
【００３９】
さらに、モールド体内で発生した渦電流が加熱装置本体に伝導しないように、上下蓋体３、４と加熱装置との間に絶縁体を設けておくことが好ましい。例えば、図１０に示されるように、上下蓋体２と、加熱装置の上プラテン１４との間に絶縁体１６を挿入する。上プラテン１４は、支柱１５を介してフレームに固定されており、図示されない下プラテンは、加圧シリンダを介してフレームに固定される。したがって、上下プラテン（モールドセット部）の間にセットされたモールドは、加圧シリンダの駆動により加圧される。モールド体内で渦電流が発生し、上下プラテンより加圧装置本体に伝導すると、渦電流が長い距離を流れるため発熱し、熱効率が低下する。したがって、上下蓋体３、４を導電性材料で形成する場合には、絶縁体１６を配置しておくことが好ましい。また、モールドで発熱した熱が加熱装置本体に伝導し、加熱装置が加熱されても熱効率が低下するので、絶縁体が断熱材として機能することも、同様に好ましい。また、上下プラテンの一部を非導電性材料で形成してもよい。
【００４０】
一方、図１０に示されるように、上下プラテンと上下蓋体３、４との間に絶縁体または断熱材が挿入されると、上下プラテンがモールドから遠ざかる。このことによって、上下プラテンの磁束誘導機能が損なわれる。上下プラテンは磁性体であり、誘導コイルの端面近傍に設けられて誘導コイルからの磁束を誘導コイルの軸心となる中空部に磁束を導く機能を有していたが、上下プラテンが遠ざかると、誘導コイルからの磁束が、上下方向に分散されて中空部に入り難くなるのである。そこで、図１１乃至図１５に示されるように、磁束誘導板３７を設けて磁束を中空部に導くよう構成することが好ましい。
【００４１】
次に、このような機能を有する磁束誘導板について、図１１乃至図１５に基づいて説明する。磁束誘導板を設けることによって、積層体への磁束を減じさせることなく、上下プラテンと磁束誘導板との間に絶縁体または断熱材を設けることができるので、加熱装置全体の発熱および加熱を防いで、熱効率を高めることができる。
【００４２】
図１１において、この加硫装置３０は、加圧機構の加圧面となる上下プラテン３１、３２を備えており、積層体３３はモールド３４内に収納され、モールド３４の外周には誘導コイル３５が配設されている。誘導コイル３５と上プラテン３１との間には、誘導コイル３５から上プラテン３１にむけて、絶縁体３６、磁束誘導板３７、断熱体３８がこの順に設けられている。誘導コイル３５から下プラテン３２にむけても同様に、絶縁体３６、磁束誘導板３７、断熱体３８がこの順に設けられている。
【００４３】
磁束誘導板３７は、図１１に示されるように、誘導コイル３５の外周とほぼ等しい大きさを有し、誘導コイル３５の端部近辺を覆うように置かれる。その形状は、図１２または図１３に示される円盤状のものの他、図１４に示されるように、上下プラテン３１、３２に合わせた矩形であってもよい。また、前述した上下蓋体３、４と同様に、渦電流の発生を抑制するための構造を有していることが好ましく、図１２に示されるように、２個割に分断したり、図１３に示されるように、スリットをもうけてもよい。スリットの長さは、破線で示されるようにできるだけ長くすることが好ましい。磁束誘導板３７は、磁性体であればよい。
【００４４】
図１１に示されるように、モールド３４と磁束誘導板３７のあいだには絶縁体３６が挿入されることが、やはり渦電流を抑制するという観点から好ましいが、誘導コイルの磁界の強度との関係から、上下蓋体と接触状態で置かれることが好ましいばあいもある。そのばあい、図１４に示されるように、磁束誘導板３７のスリットまたは分断部と上下蓋体３、４のスリット１１、１２が一致するように置かれることが好ましい。
【００４５】
断熱材３８は、主に磁束誘導板３７が発熱した場合の熱が加熱装置全体へ伝導しないように設けられるものであるが、絶縁体としての機能も有している。すなわち、加圧機構の上下プラテン３１は、一般にＳＳ材、ステンレスなど導電体で形成される。磁束誘導板３７で発生した渦電流が上下プラテン３１に伝導すると発熱量が大きくなるのでエネルギーロスとなる。断熱材は、そのエネルギーロスも防ぐことができる。なお、磁束が上下プラテン３１まで漏れて上下プラテンが発熱するおそれがあるときには、断熱材の厚さを大きくして上下プラテンをされに遠ざけるか、上下プラテンを非導電性材料で形成してもよい。
【００４６】
次に、図１５に基づいて磁束誘導板による磁束の状態変化を、磁束誘導板がないときと比較して説明する。
【００４７】
図１５において、４１は上蓋体、４２は断熱材、４３は上プラテン、４４は誘導コイルであり、図１５の（ａ）では、磁束誘導板４５が、上蓋体４１と上プラテン４３との間に設けられている。図１５の（ｂ）に示されるように、誘導コイル４４の上下に磁束誘導板４５がない場合、磁束が空間に発散してしまい、加熱対象物である積層体４６に流入する磁束が少なくなってしまっている。そこで、図１５の（ａ）のように、磁束誘導板４５を設けると、誘導コイル４４からの磁束は磁性体である磁束誘導板４５に導かれて積層体４６へ流入することがわかる。
【００４９】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によると、誘導コイルからの磁束を積層体に導く磁束誘導板を設けたので、上下プラテンなど、モールドの真直に置かれる磁性体の位置によって積層体へ流入する磁束が影響をうけることがなく、安定した磁束を積層体へ流入させることができる。したがって、上下プラテンとモールドの間に断熱材や絶縁体を設けて、モールド体内で発生する渦電流や高温になったモールドからの熱が上下プラテンへ伝導しないようにすることができる。したがって、さらに熱効率よく加熱することができる。
【００５０】
請求項２に記載の発明によると、磁束誘導板を上下蓋体の上に直におくようなばあいでも、それぞれのスリットまたは分断部を一致させておくことにより、上蓋体（または下蓋体）と磁束誘導板の体内で発生する渦電流を抑制することができる。
【００５１】
請求項３乃至５に記載の発明によると、モールドを用いない加熱においても、同様に、磁束誘導板により積層体に浸透する磁束を強め、効率よく電磁誘導加熱を行うことができる。磁束誘導板にスリットまたは分断部を設けたものでは、磁束誘導板の体内で発生する渦電流を抑制することができる。また、磁束誘導板と加熱装置との間に絶縁材または断熱材を設けたものでは、装置が加熱されるのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の加熱装置に用いられるモールドの一実施例の説明図である。
【図２】モールドの他の実施例の説明図である。
【図３】モールドのさらに他の実施例の説明図である。
【図４】モールドの他の実施例の説明図である。
【図５】モールドのさらに他の実施例の説明図である。
【図６】モールドの他の実施例の説明図である。
【図７】モールドのさらに他の実施例の説明図である。
【図８】モールドの他の実施例の説明図である。
【図９】モールドのさらに他の実施例の説明図である。
【図１０】本発明の加熱装置の一実施例の説明図である。
【図１１】本発明の加熱装置の一実施例の断面説明図である。
【図１２】磁束誘導板の一例の説明図である。
【図１３】磁束誘導板の他の例の説明図である。
【図１４】図１１の加熱装置の分解説明図である。
【図１５】磁束誘導板の効果を示す磁束分布図である。
【符号の説明】
１、３４、５０ モールド
２ ５２ モールド本体
３、４１、５３ 上蓋体
４、５４ 下蓋体
５、６ 絶縁体
８、１１、１２、１４ スリット
３３、４６、６０、６１ 積層体
６２、６５、６６ 金属板
６３ ゴム
１４、３１、４３ 上プラテン
１６ 絶縁体（断熱材）
３０ 加熱装置
３２ 下プラテン
３４ モールド
３５、４４ 誘導コイル
３７、４５ 磁束誘導板
３８、４２ 断熱材（絶縁体）

Claims (5)

1. 未加硫ゴムと金属板を交互に積層した積層体の全方位を拘束するモールドを備えており、該モールド内に収納された状態で電磁誘導加熱を行うよう構成されてなる加熱装置であって、
   前記モールドの外周に誘導コイルを、そのコイルの軸心と積層体の積層方向の中心が一致するように配設するとともに、
   前記モールドの上下に、前記誘導コイルの端面を覆いうる幅を有する磁束誘導板を配置して、モールドに収納された前記積層体への磁束の流入を促進させるよう構成されてなるものであることを特徴とする加熱装置。
2. 前記磁束誘導板が渦電流の発生を抑制するためのスリットまたは分断部を有しており、そのスリットまたは分断部と前記モールドに設けられたスリットまたは分断部とが一致するように配設されてなる請求項１記載の加熱装置。
3. ゴムと金属板を交互に積層した積層体の外周に誘導コイルを、そのコイルの軸心と積層体の積層方向の中心が一致するように配設してなる加熱装置であって、
   前記誘導コイルの軸方向の端面近傍に、該誘導コイルの端面を覆いうる幅を有する磁束誘導板を設けて、前記誘導コイルの軸心となる中空部に配置された前記積層体への磁束の流入を促進させるよう構成されてなることを特徴とする加熱装置。
4. 前記磁束誘導板が、渦電流の発生を抑制するためのスリットまたは分断部を有してなる請求項３記載の加熱装置。
5. 前記磁束誘導板と加熱装置のモールドセット部との間に断熱材または絶縁材を挿入してなる請求項３または４記載の加熱装置。

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