JP4963039B2

JP4963039B2 - 誘導発熱ローラ装置

Info

Publication number: JP4963039B2
Application number: JP2006149625A
Authority: JP
Inventors: 良夫北野; 幸三岡本; 長通松川; 敏治魚住
Original assignee: Tokuden Co Ltd Kyoto
Current assignee: Tokuden Co Ltd Kyoto
Priority date: 2006-05-30
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2026-05-30
Also published as: JP2007321793A

Description

本発明は、誘導発熱ローラ装置に関するものである。

この種装置において、ローラの両端にジャーナルを一体的に連結し、この両端のジャーナルをそれぞれ機台に軸受を介して回転自在に支持することによって両持式とするとともに、ローラの内部に、ローラを誘導発熱させるための鉄心とその鉄心に巻回した誘導コイルからなる誘導発熱機構を配置し、これを両側のジャーナル内を通る支持ロッドによって支持する構成は既によく知られている。

図８（ａ）（ｂ）はこのような誘導発熱ローラ装置の一例の構成を示すもので、１は磁性材料からなるローラシェル、２、３はローラシェル１の両端に一体的に締結されたジャーナルで、これはその外周と機台４との間に配置された軸受５，６によって両持式に回転自在に支持されている。７は誘導発熱機構で、両側のジャーナル２，３内を通る支持ロッド８に固定されている。

支持ロッド８は、一端縁を閉塞した中空をなし、閉塞した端部側で、図８（ｂ）に拡大して示すようにジャーナル２の内周面と対向する周壁に中空内と外部と連通する細孔９が周囲方向および長手方向に複数形成され、中空内と連通する開口とされた他端部はジャーナル３から導出されて機台４に固定支持されている。そして、その開口から圧縮空気を供給し、細孔９から噴出させて閉塞した端部を空気圧でジャーナル２の内周面に空間を介して支持する、すなわち支持ロッド８の一端は静圧気体軸受１０によりジャーナル２の内周面で空間を介して支持されている。また、ジャーナル２には支持ロッド８の細孔９から噴出した空気を排出する孔１１が形成され、その端縁にモータ１２が直結されている。
特公平６−７８７６７号公報

このようにローラシェルの内部に配置する誘導発熱機構を固定する支持ロッドを静圧気体軸受でジャーナルの内周面で空間を介して支持すると、静圧気体軸受に供給する空気により誘導発熱機構を冷却することができ、また、軸受に機械的な制限がないので長寿命化が図れ、軸受の保守、点検、交換などのための着脱作業が不要となり、さらには、ローラの組立、解体における作業性が大幅に改善されるといった利点がある。

しかし、静圧気体軸受であっても転がり軸受やすべり軸受などの機械軸受と同様に、ローラの回転にともなう振動を支持ロッドに伝達し、誘導発熱機構を振動させる。その振動数が誘導発熱機構を固定した支持ロッドの１次の固有振動数になると共振し大きな振幅の振動となる。たとえばローラの外径４００ｍｍ、ローラの面長３８００ｍｍの場合、ローラの回転周速が６００ｍ／分（回転数約４８０ＲＰＭ）に達すると、内部誘導発熱機構の１次の単純支持モードにおける機械的固有振動と合致して共振し大きな振幅の振動となる。そして、この振動は支持ロッドに伝達され、その振動による力が静圧気体軸受に加わる。静圧気体軸受はその力に抗することができず軸受としての機能を失い、誘導発熱機構の誘導コイルがローラシェルの内周面に接触して破損するといった問題があった。

発明が解決しようとする課題は、ローラシェルの内部に配置する誘導発熱機構をジャーナルの内周面で軸受を介して支持しても誘導発熱機構の振動による軸受機能の喪失を防止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、ローラの両側に取り付けられた中空のジャーナルの外周を、その両側で軸受を介して機台に回転自在に支持するとともに、前記ローラを誘導発熱させるための誘導発熱機構を、前記両側のジャーナルの中空内を挿通する支持ロッドに固定して前記ローラの内部に設置してなる誘導発熱ローラ装置において、少なくとも一側の前記ジャーナルの内周面を磁性体で構成するとともに、前記ジャーナル内に位置する前記支持ロッドの外周面に少なくとも一つの電磁石を設け、前記電磁石の磁極を前記磁性体と対向させ、前記電磁石の磁極に発生する磁力により、前記電磁石を設けた側の前記支持ロッドの端部を前記ジャーナル内で懸垂させてなることを特徴とする。

本発明では、少なくとも一側の前記ジャーナルの内周面を磁性体で構成するので、ローラの熱による伸張および支持ロッドの熱による伸張に差が発生しても、常に電磁石の磁極と磁性体が対向し、電磁石による吸引力を一定に保持することができる。また、誘導発熱機構の１次の単純支持モードにおける機械的固有振動と合致して共振し大きな振幅の振動も電磁石の磁力の調整で簡単に抑制できる。これにより、ローラの熱容量およびローラの回転速度を増加することができローラによる処理速度を高めることができる。
勿論、誘導発熱機構と一体化した支持ロッドの少なくとも一端部を、支持ロッドの外周面に取り付けた電磁石の、誘導発熱機構に働く重力と逆方向の吸引作用によりジャーナルの内周面から離して支持するので、軸受に機械的な制限がなく軸受の長寿命化が図れ、軸受の保守、点検、交換などのための着脱作業が不要となり、また、ローラの組立、解体における作業性が大幅に改善されるとともに、支持ロッドのジャーナルの中空内面に対する位置の調整がし易く、この調整により簡単に誘導発熱機構の共振による振動の作用力に抗することができ、ローラ軸受機能の喪失を防止することができる。

ローラシェルの内部に配置する誘導発熱機構をジャーナルの内周面で軸受を介して支持しても誘導発熱機構の振動による軸受機能の喪失を防止することができるようにする目的を、ジャーナル内に位置する支持ロッドの外周面に電磁石を固定し、この電磁石の吸引作用で支持ロッドをジャーナルの内周面から離して支持することにより実現した。

図１は、本発明の一実施例に係る誘導発熱ローラ装置の一端部の断面図（ａ）と正面図（ｂ）である。なお、図８に示す誘導発熱ローラ装置と対応する部分には同一の符号を付している。図１（ａ）（ｂ）において、２はローラシェルの一方の端部に一体的に締結された中空内周面を磁性体としたジャーナル、８は図示しないローラシェル内に配置した誘導発熱機構を支持する支持ロッド、１３ａ〜１３ｄは電磁石、１４ａ〜１４ｄ（１４ｃおよび１４ｄは図示なし）は位置センサである。

電磁石１３ａ〜１３ｄは、４個のホモポーラ型の電磁石（ヘテロポーラ型電磁石でもよい。）からなり、各電磁石１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄはジャーナル２内に伸びる支持ロッド８の外周面に、周方向に沿って図１（ｂ）に示すようにそれぞれ上下左右の４箇所、すなわち上部位置に電磁石１３ａ、下部位置に電磁石１３ｂ、左位置に電磁石１３ｃ、右位置に電磁石１３ｄが取り付けられ、各電磁石１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの磁極はジャーナル２の内周面と空間を隔てて対向している。

そして、各電磁石１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄのコイルは、図５に示すようにそれぞれ制御可能のパワーアンプＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４に接続されている。すなわち、電磁石１３ａのコイルはパワーアンプＡ１、電磁石１３ｂのコイルはパワーアンプＡ２、電磁石１３ｃのコイルはパワーアンプＡ３、電磁石１３ｄのコイルはパワーアンプＡ４に接続され、各電磁石１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄのコイルに流す電流は、各パワーアンプＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４よってそれぞれ個別に制御される。この制御で各電磁石１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの磁力、すなわち吸引力が個別に制御される。

位置センサ１４ａ〜１４ｄはそれぞれの電磁石１３ａ〜１３ｄの近傍位置、すなわち、位置センサ１４ａは電磁石１３ａの近傍位置、位置センサ１４ｂは電磁石１３ｂの近傍位置、位置センサ１４ｃは電磁石１３ｃの近傍位置、位置センサ１４ｄは電磁石１３ｄの近傍位置に配置され、ジャーナル２の内周面に対する位置を各電磁石１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの配置位置で検出する。

それぞれの位置で検出した位置センサ１４ａ〜１４ｄの検出信号は、図５に示すように上部の電磁石１３ａの近傍位置に配置した位置センサ１３ａの検出信号と下部の電磁石１３ｂの近傍位置に配置した位置センサ１３ｂの検出信号と比較し、その比較結果を制御器１７に入力し、また、左部の電磁石１３ｃの近傍位置に配置した位置センサ１４ｃの検出信号と右部の電磁石１３ｄの近傍位置に配置した位置センサ１４ｄの検出信号と比較し、その比較結果を制御器１５に入力する。

上部位置の電磁石１３ａのコイルには、誘導発熱機構（図示なし）と一体化した支持ロッド８に働く重力と均衡する磁力を発生させる電流を流し、この磁力の吸引作用で支持ロッド８を浮揚させる。また、浮揚した支持ロッド８の位置を安定させるために、左右の電磁石１３ｃ、１３ｄのコイルに吸引力が均衡する電流を流す。これにより支持ロッド８はジャーナル２内で磁力により懸垂され、支持ロッド８をジャーナル２の内周面から離れて位置する。この状態でローラが回転し、支持ロッド８と一体化されローラシェルの内部に配置した誘導発熱機構が振動し始め、その振動が支持ロッド８に伝達されると、振動の作用力で支持ロッド８はジャーナル２内を移動する。

支持ロッド８の上方向への移動分は、上部の位置センサ１４ａと下部の位置センサ１４ｂが検出して出力する。その両者の出力は比較され、その比較に基づいて制御器１５からパワーアンプＡ２に下部の電磁石１３ｂのコイルに電流を流し、必要に応じて上部の電磁石１３ａのコイルに流す電流を減少する。これにより支持ロッド８を下方向への吸引力が増加し支持ロッド８の上方向への移動を抑制する。同様に下方向への移動は、電磁石１３ａのコイルに流す電流を増加し、この増加によって支持ロッド８の上方向への吸引力が増加し、支持ロッド８の下方向への移動を抑制する。左右方向への移動についても同様に、左方向への移動では、右部の電磁石１３ｄのコイルに流す電流を増加し、この増加によって支持ロッド８の右方向への吸引力が増加し、支持ロッド８の左方向への移動を抑制し、左方向への移動では、左部の電磁石１３ｃのコイルに流す電流を増加し、この増加によって支持ロッド８の左方向への吸引力が増加し、支持ロッド８の右方向への移動を抑制する。これらの上下左右の移動の抑制により誘導発熱機構の振動を抑制することができる。

ところで、図１に示す実施例では、ジャーナル２を磁性体としているが、平坦状の珪素鋼板またはインボリュート曲線状に湾曲した珪素鋼板を放射状に積層して円筒状に形成した磁性体筒を、図２に示すように磁性体筒１６の内周面と電磁石とが対向するジャーナル２の内周面に嵌め込むようにしてもよい。また、その磁性体筒の両端部を内側に突出する凹状に形成し、図３に示すように凹状に形成した磁性体筒１７の内側に突出する端面を電磁石の磁極面と対向させてジャーナル２の内周面に嵌め込むようにしてもよい。この場合、図４に示すように磁性体筒１７（磁性体筒１６でもよい。）がジャーナル２の軸方向に沿ってすべり移動するようにすると、ローラおよび支持ロッドの熱による伸張差に対応することができる。

また、以上の実施例では、電源の停電など不測の事態が発生すると、支持ロッド８がジャーナル２の内面に落下し電磁石などの部材を破損する恐れがある。この恐れを解消するために、図６に示すように支持ロッド８の外周面とジャーナル２の内面面との間に、支持ロッド８の外径よりも多少大きい内径を有するか、ジャーナル２の内径よりも多少小さい外径を有する転がり軸受あるいはすべり軸受などの機械軸受１８を設けるようにするとよい。なお、図６は支持ロッド８の外径よりも多少大きい内径を有する転がり軸受を示しており、支持ロッド８と軸受の間に隙間がある。

また、上部に配置した電磁石１３ａのみでは支持ロッド８を浮揚する力以上の力が得られない場合には、図７に示すように電磁石１３ａと支持ロッド８の軸方向に別の電磁石１９と位置センサ２０を付加するとよい。この場合、位置センサ２０のジャーナル１３の内周面との位置の検出で電磁石１９のコイルに流す電流を単独で制御する。勿論電磁石１３ａの磁力と協働して誘導コイルの振動を抑制するようにしてもよい。

以上の各実施例では支持ロッドの端部の外周面の周方向の４箇所に等間隔に位置センサを配置し、対向する位置センサの検出信号の比較によって支持ロッドの振動を検出し、その検出信号の比較によって振動を抑制するように各電磁石が発する吸引作用力を制御しているが、支持ロッドの振動をコンピュータ等で分析して予測し、その予測に基づいて各電磁石が発する吸引作用力を制御するようにしても良く、位置センサの代わりに振動による加速度を検出する加速度センサを用いて各電磁石の吸引作用力を制御しても良い。

また、各実施例では電磁石は、支持ロッドの外周面に、周方向に上下左右の対象位置の４箇所に取り付けているが、電磁石の数は４個に限定されるものでなく、その配置位置も上下左右の４箇所に限定されるものではない。

さらに、以上の説明は、ローラシェルの両端に一体的に締結されたジャーナルの一方のジャーナル内で支持ロッドの一方を支持する場合の説明であるが、両側のジャーナル内で両側の支持ロッドを電磁石の吸引作用力によって支持するようにしてもよい。この場合、支持ロッドの回転を機台で阻止することとなる。

以上の実施例のいずれもジャーナルの内周面と空間を介して支持ロッドが支持されるので、軸受部の長寿命化が図れ、軸受の保守、点検、交換などのための着脱作業が不要となり、また、ローラの組立、解体における作業性が大幅に改善されるとともに、内部誘導コイルの１次の単純支持モードにおける機械的固有振動に伴う誘導コイルが破損する恐れをなくすることができる。

本発明の実施例に係る誘導発熱ローラ装置の一端部の断面図（ａ）と正面図（ｂ）である。本発明の他の実施例に係る誘導発熱ローラ装置の一端部の断面図（ａ）と説明用正面図（ｂ）である。本発明の他の実施例に係る誘導発熱ローラ装置の一端部の断面図である。本発明の他の実施例に係る誘導発熱ローラ装置の一端部の断面図である。本発明の実施例に係る制御回路の構成図である。本発明の他の実施例に係る誘導発熱ローラ装置の一端部の断面図である。本発明の他の実施例に係る誘導発熱ローラ装置の一端部の断面図である。誘導発熱ローラ装置の断面図（ａ）と要部拡大断面図（ｂ）である。

符号の説明

１ローラシェル
２、３ジャーナル
４機台
７誘導発熱機構
８支持ロッド
１３ａ〜１３ｄ、１９電磁石
１４ａ〜１４ｄ、２０位置センサ
１６、１７磁性体筒
１８機械軸受

Claims

ローラの両側に取り付けられた中空のジャーナルの外周を、その両側で軸受を介して機台に回転自在に支持するとともに、前記ローラを誘導発熱させるための誘導発熱機構を、前記両側のジャーナルの中空内を挿通する支持ロッドに固定して前記ローラの内部に設置してなる誘導発熱ローラ装置において、少なくとも一側の前記ジャーナルの内周面を磁性体で構成するとともに、前記ジャーナル内に位置する前記支持ロッドの外周面に少なくとも一つの電磁石を設け、前記電磁石の磁極を前記磁性体と対向させ、前記電磁石の磁極に発生する磁力により、前記電磁石を設けた側の前記支持ロッドの端部を前記ジャーナル内で懸垂させてなることを特徴とする誘導発熱ローラ装置。