JP4176604B2 - 誘導発熱ローラ装置 - Google Patents

Description

本発明は、巻回方向の異なる誘導加熱コイルの複数を順にロールの軸方向に沿って配列して直列に接続した誘導加熱コイルを備える誘導発熱ローラ装置のロールの軸方向の端部における表面温度の調整を行うことのできる誘導発熱ローラ装置に関する。

誘導発熱ローラ装置は、一般に、回転する中空のロールと、そのロールの中空内に、軸方向に沿って配置された鉄心に巻装された誘導加熱コイルとにより構成されている。このような誘導発熱ローラ装置のローラ部の構成の一例を図５の断面図によって概略説明すると、１は中空のロールで、架台２に対して軸受３によって回転可能に支持され、図示しない回転源によって回転駆動される。４はロール１の肉厚部分に形成されてある密閉室で、内部に気液二相の熱媒体が封入されている。

ロール１の中空内には、軸方向に沿って鉄心５に巻装された複数個（この例では５個）の誘導加熱コイルＬ１〜Ｌ５が順次並んで配置されている。６は鉄心５および鉄心５に巻装された誘導加熱コイルＬ１〜Ｌ５を支持する支持ロッドで、これは軸受７を介してロール１に連なるジャーナル８の内部に支持されている。９は誘導加熱コイルＬ１〜Ｌ５のリード線で、支持ロッド６内を通って外部に導出され、外部の交流電源に接続される。

そして、各誘導加熱コイルＬ１・・・Ｌ５に交流電源から交流電圧が印加されると、各誘導加熱コイルＬ１・・・Ｌ５は同一方向に向く交番磁束を発生し、ロール１にこの交番磁束と交鎖する電流が流れ、この電流によりロール１はジュール発熱する。この例に示す誘導発熱ローラ装置では、各誘導加熱コイルＬ１・・・Ｌ５が近接して一列に並べられ、図６（ｂ）に示すように隣接する誘導加熱コイルの端部間に同電位の電圧が印加される。

すなわち、誘導加熱コイルＬ１とＬ２、Ｌ３とＬ４の間および一端部に位置する誘導加熱コイルＬ５の末端は単相交流電源１０の端子Ｖに、誘導加熱コイルＬ２とＬ３、Ｌ４とＬ５の間および他端部に位置する誘導加熱コイルＬ１の末端は単相交流電源の端子Ｕに電圧調整用のサイリスタ１１を介して接続されている。なお、この接続で各誘導加熱コイルＬ１・・・Ｌ５が同一方向に向く交番磁束を発生させるため、隣接する誘導加熱コイルの巻き方向は互いに逆向きとされている。

以上のように構成された誘導発熱ローラ装置では、隣接する誘導加熱コイルの端部は同電位であるため、その間に絶縁部材の挿入の必要がなく、隣接の誘導コイル間が狭い。したがって、その間における磁束量の低減が少なく、密閉室の気液二相の熱媒体による潜熱移動と相俟ってロール１の外表面の軸方向における温度分布の均一化を一増図ることができる。
特開昭２００２−１６４１５９号公報

本発明が解決しようとする課題は、以上のように構成された誘導発熱ローラ装置には、ロールの端部の熱が回転軸部を伝達して放熱されるため、ロールの長手方向の両側の端部の温度が図６（ａ）に示すように低下し、誘導加熱コイルの全長に対して、均一温度が得られる長さ、すなわち有効長さが短いという問題があり、一方、長手方向の両側の端部の温度が低下するとは言え依然としてその端部の温度は高く、そのためにニップロールとして使用する場合などでは、負荷を挟む高圧によりロールが湾曲し、ロールの端部同志が接触し、ロールが損傷するといった問題があり、斯かる問題を解消する点である。

本発明は、回転するロ−ルと、前記ロ−ルの中空内部に前記ロ−ルの軸方向に沿って順次並んで配置された複数個の誘導加熱コイルと、前記複数個の各誘導加熱コイルに印加する交流電源とからなり、誘導加熱コイルの巻き終わり端部と、その誘導加熱コイルに隣接する誘導加熱コイルの巻き始め端部に同電位を印加すると共に、各誘導加熱コイルが発生する磁束の方向が同方向となるように各誘導加熱コイルの巻回方向を設定してなる誘導発熱ローラ装置において、誘導加熱コイル全体に印加する電圧を制御する電圧制御手段と、前記電圧制御手段で制御された電圧に対し両側端部に位置する誘導加熱コイルに印加する交流電圧を個別に調整する交流電圧調整手段を備えてなることを主たる特徴とする。

発明によれば、ロ−ルの軸方向に沿って順次並んで配置された複数個の誘導加熱コイルのうち両側の端部に位置する誘導加熱コイルに印加する交流電圧を中間部に位置する誘導加熱コイルに印加する交流電圧に対して調節する交流電圧調整手段を備えているので、必要に応じて端部に位置する誘導加熱コイルに印加する交流電圧を、中間部に位置する誘導加熱コイルに印加する交流電圧よりも高くすることができ、ロールの端部における放熱による温度の低下を抑制することができ、誘導加熱コイルの全長に対して、均一温度が得られる長さを長くすることができる。言い換えればロールの寸法を短くし、小型化することが可能となる。

また、端部に位置する誘導加熱コイルに印加する交流電圧を、中間部に位置する誘導加熱コイルに印加する交流電圧よりも低くすることができ、ニップロールとして使用する場合などでは、ロールの端部の直径方向の膨張を抑制し、ロールの端部同志の接触を防ぎ、ロールの損傷を防止することができる。また、ロールの軸方向に対する負荷の長さが短い場合には省エネルギーとすることができる。

巻回方向の異なる誘導加熱コイルの複数を順にロールの軸方向に沿って配列して直列に接続した誘導加熱コイルを備える誘導発熱ローラ装置のロールの軸方向の端部における表面温度を調整する目的を、両端部に位置する誘導加熱コイルに電圧調整手段を介して交流電源に接続することにより実現した。

以下、本発明の実施例について図によって説明する。図１（ｂ）は、ロ−ルの中空内にロ−ルの軸方向に沿って順次並んで配置された複数個（この例では５個）の誘導加熱コイルＬ１・・・Ｌ５を単相交流電源に接続した場合の例を示す回路図、図１（ａ）はロ−ルの長さ方向の温度分布の説明図である。なお、誘導発熱ローラ部の構造は図５に示す誘導発熱ローラ部と同様であり、その詳細な説明は省略する。

図１（ｂ）において、１０は交流電源、１２はサイリスタ、１３は変圧器、１４および１５はソリッドステートリレー、マグネットリレーなどからなる制御スイッチ、Ｌ１〜Ｌ５は誘導加熱コイルである。誘導加熱コイルＬ１、Ｌ３、Ｌ５と誘導加熱コイルＬ２、Ｌ４とは互いに逆方向に巻回、すなわち誘導加熱コイルＬ１、Ｌ３、Ｌ５は順巻、誘導加熱コイルＬ２、Ｌ４は逆巻きとされており、コイルに流れる電流が逆方向であっても発生する磁束の方向は同一としている。

変圧器１３は、２次側の出力電圧を、複数段階（この例では４段階）に分圧した電圧をそれぞれに出力する出力端子Ｕ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２を備え、出力端子Ｕ２の電位は出力端子Ｕ１よりも低く、出力端子Ｖ２の電位は出力端子Ｖ１の電位よりも高い。

そして、誘導加熱コイルＬ１の一方の端部と隣接の誘導加熱コイルＬ２の他方の端部との接続点、誘導加熱コイルＬ３の一方の端部と隣接の誘導加熱コイルＬ４の他方の端部との接続点はともに出力端子Ｖ１に接続され、誘導加熱コイルＬ２の一方の端部と隣接の誘導加熱コイルＬ３の他方の端部との接続点、誘導加熱コイルＬ４の一方の端部と隣接の誘導加熱コイルＬ５の他方の端部との接続点はともに出力端子Ｕ１に接続されている。すなわち、中間部に位置する誘導加熱コイルＬ２、Ｌ３およびＬ４には出力端子Ｕ１、Ｖ１間の電圧が印加される。

一方の端部に位置する誘導加熱コイルＬ１の他方の端部は、制御スイッチ１４を介して出力端子Ｕ２に接続され、他方の端部に位置する誘導加熱コイルＬ５の一方の端部は、制御スイッチ１５を介して出力端子Ｖ２に接続されている。すなわち、誘導加熱コイルＬ１には、出力端子Ｕ１、Ｖ１間の電圧よりも高い出力端子Ｕ２、Ｖ１間の電圧が、誘導加熱コイルＬ５には、出力端子Ｕ１、Ｖ２間の電圧よりも高い電圧がそれぞれ制御スイッチ１４、１５を介して印加される。

したがって、制御スイッチ１４、１５の動作タイミングの設定によって端部に位置する誘導加熱コイルＬ１、Ｌ５に印加する電圧を、中間部に位置する誘導加熱コイルＬ２、Ｌ３およびＬ４に印加する電圧よりも高くすることにより、図１（ａ）に示すように端部に位置する誘導加熱コイルＬ１、Ｌ５に対向するロールの表面温度（ｄ３部分）を、同電圧を印加した場合（ｄ３部分の点線）に比し、ロールの軸方向の端部における表面温度の低下を防止し、図１（ａ）のｄ１に示すように誘導加熱コイルの全長に対して、均一温度が得られる長さを長くすることができる。

また、制御スイッチ１４、１５の動作タイミングの設定によって端部に位置する誘導加熱コイルＬ１、Ｌ５に印加する電圧を、中間部に位置する誘導加熱コイルＬ２、Ｌ３およびＬ４に印加する電圧よりも低くすることにより、ロールの軸方向の端部における表面温度の低下を促進し、図１（ａ）のｄ２に示すように誘導加熱コイルの全長に対して、均一温度が得られる長さを短くすることができる。すなわち、端部に位置する誘導加熱コイルＬ１、Ｌ５に対向するロールの表面温度を適宜の温度に調整することができる。なお、サイリスタ１２は変圧器１３に入力する電圧を制御し、この制御によって誘導加熱コイル全体に印加する電圧を制御する。この実施例では、変圧器１３と制御スイッチ１４、１５とにより交流電圧調整手段が構成される。なお、ロールの軸方向の端部における表面温度の低下の促進を必要としない場合には、制御スイッチ１４、１５を省略してもよい。

図２は、ロ−ルの中空内にロ−ルの軸方向に沿って順次並んで配置された複数個（この例では５個）の誘導加熱コイルＬ１・・・Ｌ５を単相交流電源に接続した場合の他の例を示す回路図である。図１に示す回路図と異なる点は、図１に示す変圧器１３に対応する変圧器１６に、２次側の出力電圧を、より多くの段階（この例では６段階）に分圧した電圧をそれぞれに出力する出力端子Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を備え、端部に位置する誘導加熱コイルＬ１、Ｌ５に印加する電圧を切換える切換スイッチ１７、１８を設けた点である。

すなわち、誘導加熱コイルＬ１の一方の端部と隣接の誘導加熱コイルＬ２の他方の端部との接続点、誘導加熱コイルＬ３の一方の端部と隣接の誘導加熱コイルＬ４の他方の端部との接続点はともに出力端子Ｖ１に接続され、誘導加熱コイルＬ２の一方の端部と隣接の誘導加熱コイルＬ３の他方の端部との接続点、誘導加熱コイルＬ４の一方の端部と隣接の誘導加熱コイルＬ５の他方の端部との接続点はともに出力端子Ｕ１に接続されている。すなわち、中間部に位置する誘導加熱コイルＬ２、Ｌ３およびＬ４には出力端子Ｕ１、Ｖ１間の電圧が印加される。

一方の端部に位置する誘導加熱コイルＬ１の他方の端部は、切換スイッチ１７を介して出力端子Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３のいずれかに接続され、他方の端部に位置する誘導加熱コイルＬ５の一方の端部は、切換スイッチ１８を介して出力端子Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３のいずれかに接続されている。すなわち、切換スイッチ１７の切換で誘導加熱コイルＬ１には、出力端子Ｕ１、Ｖ２間の電圧、出力端子Ｕ１、Ｖ１間の電圧よりも一段高い出力端子Ｕ２、Ｖ１間の電圧、出力端子Ｕ１、Ｖ１間の電圧よりもさらに一段高い出力端子Ｕ３、Ｖ１間の電圧のいずれかの電圧が印加される。また、誘導加熱コイルＬ５には、出力端子Ｕ１、Ｖ２間の電圧、出力端子Ｕ１、Ｖ１間の電圧よりも一段高い出力端子Ｕ１、Ｖ２間の電圧、出力端子Ｕ１、Ｖ１間の電圧よりもさらに一段高い出力端子Ｕ１、Ｖ３間の電圧のいずれかの電圧が印加される。

したがって、ロールの所望の表面温度に応じて切換スイッチ１７、１８を切換えることによりロールの軸方向の端部における表面温度の低下を防止し、誘導加熱コイルの全長に対して、均一温度が得られる長さを長くすることができる。また、端部に位置する誘導加熱コイルＬ１、Ｌ５に、中間部に位置する誘導加熱コイルＬ２、Ｌ３、Ｌ４に印加する電圧と等しくすることにより、ロールの軸方向の端部における表面温度は自然に低下し、この低下を利用することができる。すなわち、ロールの軸方向の端部（誘導加熱コイルＬ１、Ｌ５に対向するロールの表面）の温度を、ロールの中央部の表面温度に応じて所望の温度に調整することができる。なお、サイリスタ１２は変圧器１９に入力する電圧を制御し、この制御によって誘導加熱コイル全体に印加する電圧を制御する。この実施例では、変圧器１６と切換スイッチ１７、１８とにより交流電圧調整手段が構成されている。

なお、端部に位置する誘導加熱コイルＬ１、Ｌ５に対向するロールの表面温度をより低下させたい場合には、図１に示す前記実施例１と同様の制御スイッチを端部に位置する誘導加熱コイルＬ１の端部と切換スイッチ１７との間、誘導加熱コイルＬ５の端部と切換スイッチ１８との間に配置すればよい。

以上の実施例は、ロ−ルの中空内にロ−ルの軸方向に沿って順次並んで配置された誘導加熱コイルの数を奇数個とした場合であるが、誘導加熱コイルの数を偶数個とすることもある。誘導加熱コイルの数を偶数個にすると、配列した誘導加熱コイルの両側の末端の電位を等電位とすることができ、その分回路構成を簡素にすることができる。図３は、ロ−ルの中空内にロ−ルの軸方向に沿って順次並んで配置され偶数個（この例では４個）の誘導加熱コイルＬ１・・Ｌ４を単相交流電源に接続した場合の例を示す回路図である。図３において、１９は変圧器で出力端子Ｕ１、Ｖ１、Ｖ２を備え、出力端子Ｖ２の電位は出力端子Ｖ１の電位よりも高い。２０および２１はソリッドステートリレー、マグネットリレーなどからなる制御スイッチである。

誘導加熱コイルＬ１の一方の端部と隣接の誘導加熱コイルＬ２の他方の端部との接続点、誘導加熱コイルＬ３の一方の端部と隣接の誘導加熱コイルＬ４の他方の端部との接続点はともに出力端子Ｕ１に接続され、誘導加熱コイルＬ２の一方の端部と隣接の誘導加熱コイルＬ３の他方の端部との接続点は出力端子Ｖ１に接続されている。すなわち、中間部に位置する誘導加熱コイルＬ２、Ｌ３には出力端子Ｕ１、Ｖ１間の電圧が印加される。一方の端部に位置する誘導加熱コイルＬ１の他方の端部は、制御スイッチ２０を介して出力端子Ｖ２に接続され、同様に他方の端部に位置する誘導加熱コイルＬ４の一方の端部は、制御スイッチ２１を介して出力端子Ｖ２に接続されている。すなわち、誘導加熱コイルＬ１およびＬ４には、出力端子Ｕ１、Ｖ１間の電圧よりも高い出力端子Ｕ１、Ｖ２間の電圧が、それぞれ制御スイッチ２０、２１を介して印加される。

したがって、制御スイッチ２０、２１の動作タイミングの設定によって端部に位置する誘導加熱コイルＬ１、Ｌ４に印加する電圧を、中間部に位置する誘導加熱コイルＬ２、Ｌ３に印加する電圧よりも高くすることにより、図１に示す実施例と同様に端部に位置する誘導加熱コイルＬ１、Ｌ４に対向するロールの表面温度の低下を防止し、誘導加熱コイルの全長に対して、均一温度が得られる長さを長くすることができる。また、低くすることにより、ロールの軸方向の端部における表面温度の低下を促進し、誘導加熱コイルの全長に対して、均一温度が得られる長さを短くすることができる。すなわち、端部に位置する誘導加熱コイルＬ１、Ｌ４に対向するロールの表面温度を適宜の温度に調整することができる。サイリスタ１２は変圧器１９に入力する電圧を制御し、この制御によって誘導加熱コイル全体に印加する電圧を制御する。この実施例では、変圧器１９と制御スイッチ２０、２１とにより交流電圧調整手段が構成される。なお、一方の端部に位置する誘導加熱コイルＬ１の他方の端部と他方の端部に位置する誘導加熱コイルＬ４の一方の端部、すなわち末端どうしを接続した接続点と変圧器１９の出力端子Ｖ２との間に、制御スイッチ２０、２１のいずれかひとつを設けるようにしてもよい。

図４は、誘導加熱コイルの数を偶数個にした場合の他の例を示すもので、誘導加熱コイルＬ２の一方の端部と隣接の誘導加熱コイルＬ３の他方の端部との接続点をひとつの電源端子ＥＶにサイリスタ２４を介して接続し、一方の端部に位置する誘導加熱コイルＬ１の他方の端部および他方の端部に位置する誘導加熱コイルＬ４の一方の端部をそれぞれサイリスタ２２、２３を介して電源端子ＥＶに接続している。この場合は、サイリスタ２４により中間部に位置する誘導加熱コイルＬ２と誘導加熱コイルＬ３に印加する電圧を制御し、サイリスタ２２、２３により端部に位置する誘導加熱コイルＬ１と誘導加熱コイルＬ４に印加する電圧を制御する。

すなわち、サイリスタ２４の制御により中間部に位置する誘導加熱コイルＬ２と誘導加熱コイルＬ３に印加する電圧を、ロールの表面温度を所望の温度にする電圧にし、サイリスタ２２、２３の制御により端部に位置する誘導加熱コイルＬ１と誘導加熱コイルＬ４に印加する電圧を制御する。この制御によりロールの軸方向の中央部の温度と端部の温度と相対的に調整することができる。このようにすると複数の出力端子を備えた変圧器を省略することができ、回路構成は一層簡素となる。

なお、各実施例では、誘導加熱コイルを４個または５個を配列しているが、誘導加熱コイルの数は任意である。また、単相の交流電源を使用するものであるが、誘導加熱コイルの接続は複雑となるものの交流電源は３相以上としてもよい。

（ａ）は誘導発熱ローラ装置のロールの軸方向における温度分布の説明図、（ｂ）は誘導発熱ロール装置の回路構成図である。（実施例１） 誘導発熱ロール装置の回路構成図である。（実施例２） 誘導発熱ロール装置の回路構成図である。（実施例３） 誘導発熱ロール装置の回路構成図である。（実施例４） 誘導発熱ロール装置のロール部の構成を示す断面図である。 （ａ）は従来の誘導発熱ローラ装置のロールの軸方向における温度分布を示す特性図、（ｂ）は従来の誘導発熱ロール装置の回路構成図である。

符号の説明

１ ロール
５ 鉄心
６ 支持ロッド
９ リード線
１０ 電源
１２、２２、２３、２４ サイリスタ
１３、１６、１９ 変圧器
１４、１５、２０、２１ 制御スイッチ
１７、１８ 切換スイッチ
Ｌ１〜Ｌ５ 誘導加熱コイル

Claims (3)

1. 回転するロ−ルと、前記ロ−ルの中空内部に前記ロ−ルの軸方向に沿って順次並んで配置された複数個の誘導加熱コイルと、前記複数個の各誘導加熱コイルに印加する交流電源とからなり、誘導加熱コイルの巻き終わり端部と、その誘導加熱コイルに隣接する誘導加熱コイルの巻き始め端部に同電位を印加すると共に、各誘導加熱コイルが発生する磁束の方向が同方向となるように各誘導加熱コイルの巻回方向を設定してなる誘導発熱ローラ装置において、誘導加熱コイル全体に印加する電圧を制御する電圧制御手段と、前記電圧制御手段で制御された電圧に対し両側端部に位置する誘導加熱コイルに印加する交流電圧を個別に調整する交流電圧調整手段を備えてなることを特徴とする誘導発熱ローラ装置。
2. 端部に位置する誘導加熱コイルに印加する交流電圧を中間部に位置する誘導加熱コイルに印加する交流電圧よりも高い電圧に交流電圧調整手段を介して接続されてなることを特徴とする請求項１に記載の誘導発熱ローラ装置。
3. ロ−ルの軸方向に沿って順次並んで配置された複数個の誘導加熱コイルの個数を偶数個としてなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の誘導発熱ローラ装置。

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