JP4716705B2 - 熱処理用ローラ - Google Patents

Description

本発明は、加熱又は奪熱若しくは圧延など熱を伴う処理に用いる熱処理用ローラに関する。

樹脂フィルムを加熱したり、所定の温度にまで奪熱したり、あるいは金属薄板を圧延したりする場合、樹脂フィルムや金属薄板などの被処理物を所定の温度に加熱したローラ本体に掛け、ローラ本体に圧接して通過する間に加熱又は奪熱若しくは圧延などの処理を実行することが行われている。この場合のローラ本体の熱源として、電磁誘導発熱機構または加熱流体あるいはヒータがあり、その熱源はローラ本体の中空内に設けられている。

図６は加熱流体を熱源とする熱処理用ローラの一例の概略構成を示すもので、この図６において、１は円筒状のロールシェル（ローラ本体）、２は鏡板、３は回転駆動軸、４は機台、５は軸受、６は円筒状の中子、７はロータリジョイント、８はポンプ、９は熱交換器、１０は油などの熱媒流体、１１は貯油タンク、１２は温度検出器、１３は被処理物で、ローラ本体１の長手方向の両端に鏡板２を固着し、その鏡板２に回転駆動軸３が固着されている。そして、両側の回転駆動軸３を機台４に軸受５を介して回転自在に支持し、一方の回転駆動軸３は図示しないモータに連結しており、モータと回転駆動軸３の回転駆動によりローラ本体１は回転する。

鏡板２および回転駆動軸３には、適宜ローラ本体１の中空と連通する連通孔が形成され、連通孔の端部は回転駆動軸３に設けたロータリジョイント７に接続されている。すなわち、中子６の中空と連通孔は、熱媒流体１０（矢示）を通流する通流路とされ、この例では一方の回転駆動軸３に設けたロータリジョイント７から流入された加熱された熱媒流体１０は中子６の中空６ａおよび中子６の外周面とローラ本体１の中空内周面との間１ａを経て回転駆動軸３に設けたロータリジョイント７から流出する。流出した熱媒流体１０は貯油タンク１１に貯められ、貯められた熱媒流体１０はポンプ８により熱交換器９で温度検出器１２の温度検出にしたがい所定の温度に加熱または冷却してロータリジョイント７へ送るように構成されており、このローラ本体１の中空に流れる加熱された熱媒流体１０によりローラ本体１を所定の温度に維持し、ロールシェル１の表面に当接した被処理物１３を加熱又は奪熱或いは圧延などの熱処理を行う。

ところで、ローラ本体の肉厚内部に長手方向に伸びる例えばドリルなどで形成した複数の密閉室１ｂを設ける場合がある。この密閉室１ｂに水などの気液２相の熱媒体を封入しておくと、気液２相の熱媒体の潜熱移動によりローラ本体１の被処理物１３と当接する表面温度を均一することができ、上記のような熱媒通流ローラでは、表面温度の均一のための熱媒流体１０の流量を増加させる必要がなく、小型の熱交換器９やポンプ８を用いることができる。
特開２００４−１１６５３８号公報

しかし、このような熱処理用ローラでは、ローラ本体の熱がローラの両端面から大気中へ対流・輻射によって放熱することや回転駆動軸から軸受を介して機台に伝熱することのため、気液２相の熱媒体を封入した密閉室のないローラ両端部において、ローラ本体の表面温度分布が降下し、その降下と比例的にローラ本体の直径円筒精度が降下し、その直径円筒精度が降下によって被処理物の均一な加熱又は奪熱或いは圧延などの熱処理を行うことができないという問題があった。また、機台への伝熱量は、機台の温度が飽和状態に達するまで、機台の温度の上昇に応じて経時的に低下し、この伝熱量の変化に伴って、ローラ表面温度分布精度の降下度合いや直径円筒制度の降下度合いも経時的に変化するため、被処理物の加熱又は奪熱或いは圧延などの効果も経時的に変化するという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、熱処理用ローラの両端部における温度変化の度合いを簡単な構造で低減し、所定の温度まで加温した直後から、被処理物の均一な加熱又は奪熱或いは圧延などの熱処理を安定的に達成することができるようにし、斯かる問題を解消する点にある。

本発明は、ローラ本体と前記ローラ本体の長手方向の両側の端部に固定した鏡板と前記鏡板に固定した回転駆動軸とを有し、前記ローラ本体の肉厚内部に長手方向に伸びる気液2相の熱媒体を封入する密閉室を形成し、前記ローラ本体内部に、前記ローラ本体の表面に当接する被処理物を熱処理する熱源を配置してなる熱処理用ローラにおいて、前記密閉室を前記鏡板の肉厚内部および前記回転駆動軸の肉厚内部に延設してなることを主たる特徴とする。

本発明によれば、気液2相の熱媒体を封入する密閉室をローラの両端部の鏡板の肉厚内部および前記回転駆動軸の肉厚内部に延設しているので、ローラの両端面からの放熱や軸受を介しての放熱があっても、気液2相の熱媒体の潜熱の移動によりローラの両端部の温度低下を低減でき、したがってローラ本体両端面の温度分布も良好となり、また、ローラ本体の各部位の温度に依存した熱膨張により決定される直径円筒精度も良好とすることができ、さらにその経時的な変化も低減することができる。これにより、気液2相の熱媒体を封入する密閉室をローラの両端部に延設する簡単な構造で、所定の温度まで加温した直後から、被処理物の均一な加熱又は奪熱或いは圧延などの熱を伴う処理を安定的に達成することができる。

熱処理用ローラの両端部における温度変化の度合いを簡単な構造で低減し、所定の温度まで加温した直後から、被処理物の均一な加熱又は奪熱或いは圧延などの熱処理を安定的に達成することができるようにする目的を、ローラ本体の肉厚内部に長手方向に伸びる気液2相の熱媒体を封入する密閉室をローラの両端部の鏡板あるいは回転駆動軸にまで延設することにより実現した。

図１は一実施例に係る流体を熱源とする熱処理用ローラの概略構成を示す断面図である。図１において、２１は円筒状のロールシェル（ローラ本体）、２２は鏡板、２３は円筒状の回転駆動軸、２４は軸受、２５は油などの熱媒流体である。ローラはローラ本体１の長手方向の両端に鏡板２２を固着し、その鏡板２２に回転駆動軸２３が固着されて構成され、軸受２４を介して図示しない機台に回転自在に支持されている。両側の回転駆動軸２３には図示しないロータリジョイントが取付けられ、一方の回転駆動軸２３に取付けられたロータリジョイントを経て加熱された熱媒流体２５が回転駆動軸２３の中空孔に流入され、その熱媒流体２５はローラ本体２５の中空内を通流し、他方の回転駆動軸２３に取付けられたロータリジョイントを経て排出される。排出された熱媒流体２５は図７に示す貯油タンク１１、熱交換器９、ポンプ８を経て一方の回転駆動軸２３の中空孔に流入される。

ローラ本体２１の肉厚内には、長手方向に伸びる貫通孔２１ａが周方向に複数形成され、鏡板２２の肉厚内には、半径方向に伸びる孔２２ａが形成されている。そして、貫通孔２１ａと孔２２ａを合わせてローラ本体２１の端縁に鏡板２２が固着されている。この固着で貫通孔２１ａと孔２２ａとにより密閉室が形成され、その密閉室内に気液2相の熱媒体となる適量の水、アルコール、アンモニアなど適当な物質を注入し、減圧した状態で密封される。すなわち、ローラ本体２１の肉厚内部に長手方向に伸びる気液2相の熱媒体を封入する密閉室を鏡板２２の肉厚内部にまで延設している。

この延設によりローラの両端面からの放熱や軸受を介しての放熱があっても、ローラの両端部は気液2相の熱媒体の潜熱の移動でローラ本体２１の表面温度と同じ温度が維持され、したがってローラ本体２１の各部位の温度に依存した熱膨張により決定される直径円筒精度も良好とすることができる。

図２は他の実施例に係る加熱流体を熱源とする熱処理用ローラの概略構成を示す断面図である。図１に示す実施例と異なる点は、円筒状の回転駆動軸２３の肉厚内部に長手方向に伸びる孔２３ｂを形成し、この孔２３ｂと鏡板２２の肉厚内に形成した半径方向に伸びる孔２２ａとを連通し、ローラ本体２１の肉厚内部に長手方向に伸びる気液2相の熱媒体を封入する密閉室を鏡板２２の肉厚内部を経て回転駆動軸２３にまで延設している点である。このように気液2相の熱媒体を封入する密閉室を構成すると、回転駆動軸２３、鏡板２２を含めてローラ本体２１の表面温度と同じ温度が維持され、より一層ローラ本体２１の各部位の温度に依存した熱膨張により決定される直径円筒精度も良好とすることができる。

図３および図４はさらに他の実施例に係る加熱流体を熱源とする熱処理用ローラの概略構成を示す断面図である。図３および図４に示す実施例は、大径のロールシェル部３１ａと鏡板部３１ｂ（以下、ロールシェル部と鏡板部を合わせてローラ本体３１という。）および小径の回転駆動軸部３１ｃとを一体に形成したローラであり、ローラ本体３１の内部中空は長手方向の中央部で障壁３１ｄで二つに仕切られている。ローラ本体３１の両側の端部に内部中空に伸びる貫通孔３１ｅが図４に示すように周方向に複数形成され、両側の端部の貫通孔３１ｅと連通するローラ本体３１の長手方向に伸びる貫通孔３１ｆが周方向に複数形成され、貫通孔３１ｅのローラ本体３１の表面側端部、貫通孔３１ｆの両側端部はいずれも密封されている。

これにより一方の回転駆動軸部３１ｃの中空内に流入された熱媒流体２５は障壁３１ｄで仕切られた一方のローラ本体３１の中空内、貫通孔３１ｅ、貫通孔３１ｆ、障壁３１ｄで仕切られた他方のローラ本体３１の中空内を順に通流し、他方の回転駆動軸部３１ｃの中空内を経て排出される。排出された熱媒流体２５は各実施例と同様に、図６に示す貯油タンク１１、熱交換器９、ポンプ８を経て一方の回転駆動軸部３１ｃの中空内に流入される。

ローラ本体３１の表面側近傍位置の肉厚内には、長手方向に伸びる気液2相の熱媒体を注入する密閉室３１ｇが形成され、また、一方の回転駆動軸部３１ｃの肉厚内部、ローラ本体３１の肉厚内部および他方の回転駆動軸部３１ｃの肉厚内部に直線状に伸びる密閉室３１ｇとは独立した気液2相の熱媒体を注入する密閉室３１ｈが形成されている。このように気液2相の熱媒体を封入する密閉室を構成すると、回転駆動軸３１ｃとローラ本体３１とが同じ温度が維持され、ローラ本体３１の各部位の温度に依存した熱膨張により決定される直径円筒精度も良好とすることができる。

以上の各実施例は、ローラ本体を所定の温度に加温する熱源として熱媒流体を用いているが、熱源は熱媒流体に限らず、電磁誘導発熱機構やヒータを用いてもよい。図５は、図1に示す実施例において熱媒流体に変えて電磁誘導発熱機構とした場合の概略構成を示すもので、円筒状のロールシェル（ローラ本体）２１の中空内部に、回転駆動軸２３に回転自在に支持した電磁鉄心２５ａに誘導コイル２５ｂを巻回した電磁誘導発熱機構を配置する。この場合には、誘導コイル２５ｂに交流電圧を印加して交番磁束を発生させ、その交番磁束によりローラ本体２１をジュール発熱させることとなる。また、図２に示す実施例においても同様に電磁誘導発熱機構に変えることができる。図３示す実施例では、ローラ本体３１の中空内部を仕切る障壁３１ｄの両側、または障壁３１ｄを取り去った内部に電磁誘導発熱機構を配置するようにしても良い。この場合には貫通孔３１ｅと貫通孔３１ｆは不要である。

なお、気液2相の熱媒体を注入する密閉室は、当初その一端は開口されており、開口から気液2相の熱媒体となる適量の水、アルコール、アンモニアなど適当な物質を注入し、そのあと減圧して開口を密封して密閉室とするものである。

本発明に係る熱処理用ローラの概略構成を示す断面図である。（実施例１） 本発明に係る熱処理用ローラの概略構成を示す断面図である。（実施例２） 本発明に係る熱処理用ローラの概略構成を示す縦断面図である。（実施例３） 図３に示す熱処理用ローラの横断面図である。 図１に示す熱処理用ローラにおいて電磁誘導発熱機構を用いた場合の構成を示す断面図である。 従来の熱処理用ローラの構成を示す断面図である。

符号の説明

８ ポンプ
９ 熱交換器
１１ 貯油タンク
２１、３１ ローラ本体
２１ａ 密閉室を構成する貫通孔
２２ 鏡板
２２ａ 密閉室を構成する孔
２３、３１ｃ 回転駆動軸
２３ｂ 密閉室を構成する孔
２４ 軸受
２５ 熱媒流体
２５ａ 電磁鉄心
２５ｂ 誘導コイル
３１ｄ 障壁
３１ｅ 通流路を構成する貫通孔
３１ｆ 通流路を構成する貫通孔
３１ｇ 密閉室
３１ｈ 密閉室

Claims (4)

1. ローラ本体と前記ローラ本体の長手方向の両側の端部に固定した鏡板と前記鏡板に固定した回転駆動軸とを有し、前記ローラ本体の肉厚内部に長手方向に伸びる気液2相の熱媒体を封入する密閉室を形成し、前記ローラ本体内部に、前記ローラ本体の表面に当接する処理物を熱処理する熱源を配置してなる熱処理用ローラにおいて、前記密閉室を前記鏡板の肉厚内部および前記回転駆動軸の肉厚内部に延設してなることを特徴とする熱処理用ローラ。
2. ローラ本体と前記ローラ本体の長手方向の両側の端部に固定した鏡板と前記鏡板に固定した回転駆動軸とを有し、前記ローラ本体の肉厚内部に長手方向に伸びる気液2相の熱媒体を封入する密閉室を形成し、前記ローラ本体内部に、前記ローラ本体の表面に当接する処理物を熱処理する熱源を配置してなる熱処理用ローラにおいて、前記回転駆動軸の肉厚内部に長手方向に伸びる気液2相の熱媒体を封入する、前記ローラ本体の密閉室と独立し、前記ローラ本体と鏡板を貫通する密閉室を設けてなることを特徴とする熱処理用ローラ。
3. 熱源は、ローラ本体内部を通流する熱媒流体であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱処理用ローラ。
4. 熱源は、ローラ本体内部に配置した電磁誘導発熱機構であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱処理用ローラ。

Images