KR101399648B1 - 유도 가열식 롤 장치 - Google Patents

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KR101399648B1
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히로아키 이마이즈미
히로토모 마에다
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가부시키가이샤 아이에이치아이 기카이 시스템
가부시키가이샤 아이에이치아이
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Abstract

수지 재료를 사이에 끼움으로써 당해 수지 재료를 압연하거나 혼련하는 제1 및 제2 수지 가공체를 구비한다. 제1 및 제2 수지 가공체의 적어도 한쪽은 롤(5a)이다. 롤(5a)의 내부에 마련된 유도 가열 코일(25)과, 롤(5a)의 내부에 형성된 냉매 유로(37)에 냉매를 공급하는 냉매 공급 장치(27)를 더 구비한다. 유도 가열 코일(25)은 롤(5a)을 유도 가열하고, 냉매 공급 장치(27)는 냉매 유로(37)에 냉매를 공급함으로써 가열된 롤(5a)을 냉각한다.

Description

유도 가열식 롤 장치{INDUCTION HEATING ROLL DEVICE}
본 발명은 열가소성 수지 재료를 가압함으로써 수지 재료를 압연하면서 또는 혼련하면서, 당해 수지 재료를 가열하는 유도 가열식 롤 장치에 관한 것이다.
플라스틱이나 고무 등의 수지 재료로부터 수지 필름을 성형하기 위해, 압연 가공이나 혼련 가공이 행해지고 있다.
압연 가공에서는, 수지 재료를 압연하면서 200℃ 정도로 가열한다. 압연 가공은 다음과 같이 행해진다.
우선, 한 쌍의 롤 내에 열 매체를 공급함으로써 당해 롤을 200℃ 정도로 가열한다. 이 상태에서 한 쌍의 롤 사이에 수지 재료를 공급해, 한 쌍의 롤 사이에서 수지 재료를 압연한다. 한편, 수지 재료는 롤에 부착되므로, 압연된 수지 재료는 테이크오프 롤에 의해 한 쌍의 롤로부터 떼어낸다.
혼련 가공에서는 수지 재료를 혼련하면서 200℃ 정도로 가열한다. 혼련 가공은 다음과 같이 행해진다.
우선, 압연 가공과 마찬가지로, 한 쌍의 롤 내에 열 매체를 공급함으로써 당해 롤을 200℃ 정도로 가열한다. 이 상태에서 한 쌍의 롤 사이에 수지 재료를 공급해, 한 쌍의 롤 사이에서 수지 재료를 가압해 혼련한다. 한편, 수지 재료는 롤에 부착되면서 한 쌍의 롤과 함께 회전해, 한 쌍의 롤 사이에서 반복적으로 가압되고 혼련된다.
특허 문헌 1: 일본 특허공개 2010-7142호 공보 특허 문헌 2: 일본 특허 제2781836호 특허 문헌 3: 일본 특허 제3968879호
전술한 압연 가공이나 혼련 가공에 있어서, 롤을 가열하기 위한 열 매체(기름 등)는 롤과는 따로 마련된 온도 조절 장치에 의해 가열된다. 이와 같이 가열된 열 매체에 의해, 롤의 온도를 설정 온도(예를 들면 200℃)까지 상승시켰다.
한편, 롤의 온도가 설정 온도까지 상승한 다음, 설정 상한 온도(예를 들면, 250℃)보다 고온이 된 경우에는, 온도 조절 장치의 냉각 기능에 의해 열 매체를 냉각해 롤의 온도를 하강시킬 수 있다.
그러나, 온도 조절 장치에 의한 가열에서는, 롤의 온도 상승에 시간이 걸린다. 예를 들면, 온도 조절 장치에 의한 가열에서는 40 ℃/hr 정도의 온도 상승률로 롤의 온도를 상승시킬 수밖에 없었다.
따라서, 본 발명의 목적은 롤의 온도를 설정 온도까지 단시간에 상승시킬 수 있을 뿐만 아니라, 설정 온도까지 상승한 후에 롤의 온도를 상한 온도 이하로 억제할 수도 있는 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의하면, 수지 재료를 가압하면서 당해 수지 재료를 유도 가열하는 유도 가열식 롤 장치로서,
수지 재료를 사이에 끼움으로써 당해 수지 재료를 가압하는 제1 및 제2 수지 가공체를 구비하고, 제1 및 제2 수지 가공체의 적어도 한쪽은 롤이며,
상기 롤의 내부에 마련된 유도 가열 코일과,
상기 롤의 내부에 형성된 냉매 유로에, 냉매를 공급하는 냉매 공급 장치를 더 구비하고,
유도 가열 코일은 상기 롤을 유도 가열하고, 냉매 공급 장치는 상기 냉매 유로에 냉매를 공급함으로써 가열된 상기 롤을 냉각하는 것을 특징으로 하는 유도 가열식 롤 장치가 제공된다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 의하면, 냉매 공급 장치는 상기 냉매 유로에 안개상의 냉매를 공급한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 의하면, 전술한 유도 가열식 롤 장치는, 상기 롤의 온도를 검출하는 온도 센서와,
검출된 온도에 기초해, 상기 롤의 온도가 설정 상한 온도 이하가 되도록, 냉매 공급 장치에 의한 냉매 유로에의 냉매 공급을 제어하는 제어 장치를 구비한다.
바람직하게는, 상기 롤의 직경 방향에서, 상기 유도 가열 코일은 상기 롤의 중심축쪽에 위치하고, 상기 냉매 유로는 상기 롤의 외주면쪽에 위치한다.
전술한 본 발명에 따르면, 롤의 내부에 마련된 유도 가열 코일이 롤을 유도 가열하므로, 롤의 온도를 설정 온도까지 단시간에 상승시킬 수 있다.
한편, 수지 재료는 가압됨으로써 발열한다. 그 결과, 롤의 온도를 설정 온도까지 상승시킨 후, 롤의 온도가 상한 온도를 넘어 버리는 경향이 있다. 따라서, 본 발명에서는, 롤의 내부에 형성된 냉매 유로에 냉매 공급 장치에 의해 냉매를 공급하므로, 롤의 온도를 상한 온도 이하로 억제할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 유도 가열식 롤 장치가 적용 가능한 캘린더 장치를 나타낸다.
도 2는 도 1의 화살표 II-II선을 따라 본 단면도이다.
도 3a는 도 2의 화살표 IIIA-IIIA선을 따라 본 도면이다.
도 3b는 도 3a의 화살표 B-B선을 따라 본 도면이다.
도 4는 압연 롤에 적용한 유도 가열식 롤 장치의 구성도이다.
도 5는 도 4의 화살표 V-V선을 따라 본 단면도이다.
도 6은 캘린더 장치의 변형예를 나타낸다.
도 7은 도 6의 화살표 VII-VII선을 따라 본 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시 형태를 도면에 근거해 설명한다. 한편, 각 도면에서 공통되는 부분에는 동일한 부호를 부여하고 중복되는 설명을 생략한다.
먼저, 본 실시 형태에 따른 유도 가열식 롤 장치(20)를 적용 가능한 캘린더 장치(10)에 대해 설명하고, 그 다음, 유도 가열식 롤 장치(20)에 대해 설명한다.
유도 가열식 롤 장치(20)는 후술하는 제1 롤 유니트(5)의 각 압연 롤(5a, 5b), 및 제2 롤 유니트(7)의 각 압연 롤(7a, 7b, 7c)에 적용 가능하다.
압연 롤(5a, 5b), 압연 롤(7a, 7b, 7c)은 수지 가공체이다.
[캘린더 장치]
도 1은 본 발명의 유도 가열식 롤 장치(20)를 적용 가능한 캘린더 장치(10)의 구성도이다. 캘린더 장치(10)는 플라스틱이나 고무 등의 수지 재료로부터 수지 필름을 성형하는 장치이다. 캘린더 장치(10)는 압출 유니트(3), 제1 롤 유니트(5), 제2 롤 유니트(7), 복수의 냉각 롤(9a, 9b, 9c, 9d), 및 권취 롤(11)을 구비한다.
압출 유니트(3)(연속 혼련기)에는 용융된 수지 재료가 공급된다. 압출 유니트(3)는 수지 재료를 혼련해 제1 롤 유니트(5)(도 1의 예에서는 압연 롤(5a, 5b) 사이)에 공급한다. 압출 유니트(3)는 수지 재료가 공급되는 재료 공급구(3a)를 갖는다. 압출 유니트(3)는 재료 공급구(3a)로부터 공급된 수지 재료를 후방으로부터 전방으로 보내면서 혼련해 혼합한다.
이와 같은 압출 유니트(3)는, 그 내부 공간에 마련된 스크류(3b)에 의해 수지 재료를 후방으로부터 전방으로 보내면서 혼련해 혼합하는 것이면 된다. 이 경우, 후방으로부터 전방으로 축이 연장된 스크류(3b)가 자신의 축 주위로 회전함으로써, 나선상의 스크류(3b)(나사)를 형성하는 나선홈의 사이를 지나 수지 재료가 후방으로부터 전방으로 보내진다.
제1 롤 유니트(5)는 압출 유니트(3)에서 압출된 수지 재료를 압연한다. 이 예에서 제1 롤 유니트(5)는, 자신의 축 주위로 회전 구동되는 압연 롤(5a, 5b)을 갖는다. 압연 롤(5a, 5b)의 사이에 수지 재료가 압출 유니트(3)로부터 공급되고, 이에 따라 압연 롤(5a, 5b)의 사이에서 수지 재료가 가압되어 압연된다.
제2 롤 유니트(7)는 제1 롤 유니트(5)를 통과한 수지 재료를 압연한다. 이 예에서, 제2 롤 유니트(7)는 자신의 축 주위로 회전 구동되는 압연 롤(7a, 7b, 7c)을 갖는다. 압연 롤(7a, 7b) 사이에는 제1 롤 유니트(5)로부터 수지 재료가 들어온다. 이 수지 재료가 압연 롤(7a, 7b) 사이에서 가압되어 압연되고, 계속해서 압연 롤(7b, 7c) 사이에서 가압되어 압연된다. 제2 롤 유니트(7)를 통과한 수지 재료는 제1 및 제2 롤 유니트(5, 7)의 압연에 의해 필름상이 된다. 본원에서 필름상의 수지 재료를 수지 필름이라고 한다.
테이크오프 롤(13)은 자신의 축 주위로 회전 가능하며, 제2 롤 유니트(7)로부터 수지 필름을 떼어낸다. 도 1의 예에서, 테이크오프 롤(13)은 압연 롤(7c)로부터 수지 필름을 떼어낸다.
복수의 냉각 롤(9a, 9b, 9c, 9d)은 회전 구동되고, 내부를 흐르는 냉매에 의해 냉각된다. 각 냉각 롤(9a, 9b, 9c, 9d)이 테이크오프 롤(13)로부터의 수지 필름에 접촉함으로써 수지 필름을 냉각한다. 도 1에서, 복수의 냉각 롤(9a, 9b, 9c, 9d)은 도면의 상하 방향으로 일렬로 배치된다.
권취 롤(11)은 자신의 축 주위로 회전 구동되어, 복수의 냉각 롤(9a, 9b, 9c, 9d)로부터의 수지 필름을 권취한다.
압출 유니트(3)는 상단에 배치되고, 압출 유니트(3)의 재료 공급구(3a)는 상단의 후방(도 1에서 우측)에 위치하고, 제1 롤 유니트(5)는 상단의 전방(도 1에서 좌측)에 배치되고, 제2 롤 유니트(7)는 하단의 전방(도 1에서 좌측)에 배치된다. 이러한 배치에 의해, 상단의 후방에서 재료 공급구(3a)에 공급된 수지 재료는 전방으로 이동하는 과정에서 압출 유니트(3)에 의해 혼련되고, 계속해서 상단의 전방에 위치하는 제1 롤 유니트(5)에서 압연된 후, 하단의 전방에 위치하는 제2 롤 유니트(7)에서 압연되어 수지 필름이 되어 후방으로 보내진다.
이와 같이, 수지 재료는 후방(도 1에서 우측)에서 전방(도 1에서 좌측)으로 보내지고 유턴하듯이 후방으로 이동하는 과정에서 수지 필름으로 되므로, 캘린더 장치(10)의 전체 길이를 짧게 할 수 있다. 예를 들면, 캘린더 장치(10)의 전체 길이를 2.5m 정도로 할 수 있다.
또한, 테이크오프 롤(13)은 제2 롤 유니트(7)의 후방(도 1에서 우측)에 마련되고, 복수의 냉각 롤(9a, 9b, 9c, 9d)은 테이크오프 롤(13)의 후방(도 1에서 우측)에서 상단으로부터 하단에 걸쳐 배치되고, 권취 롤(11)은 복수의 냉각 롤(9a, 9b, 9c, 9d)의 후방(도 1에서 우측)에 마련된다. 이러한 배치에 의해, 수지 재료로부터 성형된 수지 필름이, 전방에서 후방으로 돌아오는 과정에서, 당해 수지 필름에 대해, 제2 롤 유니트(7)로부터의 박리, 냉각, 및 권취를 행할 수 있다. 따라서, 테이크오프 롤(13), 냉각 롤(9a, 9b, 9c, 9d), 권취 롤(11)을 마련해도 캘린더 장치(10)의 전체 길이를 짧게 억제할 수 있다.
캘린더 장치(10)는 성형부(15), 엠보싱 유니트(17), 트리밍 유니트(19)를 더 구비하고 있어도 된다.
성형부(15)는 압출 유니트(3)로부터 압출된 수지 재료를 판상으로 성형한다. 도 2는 도 1의 화살표 II-II선을 따라 본 단면도이다. 도 1과 도 2에 도시하는 바와 같이, 성형부(15)는 압출 유니트(3)로부터 수지 재료를 받아들이는 유입구(15a)와, 유입구(15a)로부터 하방으로 연장되는 제1 부분(15b)과, 제1 부분(15b)의 하단에 결합되는 제2 부분(15c)을 갖는다. 유입구(15a)로부터의 수지 재료가 제1 부분(15b)과 제2 부분(15c)의 내부 공간을 통과한다. 제2 부분(15c)의 내부 공간은, 도 2의 좌우 방향에서는 제1 부분(15b)의 내부 공간보다 확대되지만, 도 2의 지면과 수직인 방향에서는 제1 부분(15b)의 내부 공간보다 축소된다. 이에 따라, 성형부(15) 내를 통과하는 수지 재료는, 도 2의 지면과 수직인 방향으로 얇은 판상이 된다.
도 1에서, 엠보싱 유니트(17)는 회전 구동되는 한 쌍의 엠보싱 롤(17a, 17b)로 이루어진다. 엠보싱 롤(17a, 17b)의 적어도 한쪽의 외주면에는 요철에 의해 모양이 그려져 있다. 따라서, 수지 필름이 한 쌍의 엠보싱 롤(17a, 17b)의 사이를 통과함으로써, 엠보싱 롤(17a, 17b)의 상기 모양이 수지 필름에 전사된다.
트리밍 유니트(19)는 한 쌍의 핀치 롤(19a, 19b)과, 커터(19c)로 이루어진다. 한 쌍의 핀치 롤(19a, 19b)로 수지 필름을 협지함으로써 수지 필름에 장력을 부여한다. 이 상태로 커터(19c)가 수지 필름을 잘라냄으로써 수지 필름의 폭 방향 단부를 잘라 떨어뜨려 수지 필름의 폭을 좁게 한다.
바람직하게는, 캘린더 장치(10)를 소형화하기 위해, 이하의 구성 1을 채용하는 것이 좋다.
(구성 1)
도 3a는 도 1의 화살표 IIIA-IIIA선을 따라 본 도면이다. 도 3b는 도 3a의 화살표 B-B선을 따라 본 도면이다. 도 3b에 도시하는 바와 같이, 바람직하게는, 각 압연 롤(5a, 5b)에는 압연 롤의 축 방향으로 모터(21a, 21b)가 직결되어 있다. 압연 롤(5a)에 직결되는 모터(21a)와 압연 롤(5b)에 직결되는 모터(21b)는 서로 간섭하지 않도록, 이들 압연 롤(5a, 5b)의 축 방향에서, 압연 롤(5a, 5b)을 기준으로 서로 반대쪽에 위치하고 있다.
이에 따라, 유니버설 조인트(universal joint)를 이용하지 않아도, 각 압연 롤(5a, 5b)을 회전 구동할 수 있으므로, 캘린더 장치(10)의 폭(도 1의 지면과 수직인 방향에서의 치수)을 억제할 수 있다. 한편, 압연 롤(5a, 5b)은 프레임부(61a)에 회전 가능하게 지지된다.
마찬가지로, 각 압연 롤(7a, 7b, 7c)에는, 당해 압연 롤의 축 방향으로 모터가 직결되어 있다. 압연 롤(7a, 7c)에 직결되는 모터와 압연 롤(7b)에 직결되는 모터는, 이들 압연 롤(7a, 7b, 7c)의 축 방향에서, 압연 롤(7a, 7b, 7c)을 기준으로 서로 반대쪽에 위치한다.
[유도 가열식 롤 장치]
도 4는 본 실시 형태에 따른 유도 가열식 롤 장치(20)를 압연 롤(5a)에 적용한 경우를 나타낸다. 도 5는 도 4의 화살표 V-V선을 따라 본 단면도이다. 이하에서는, 간단히 압연 롤(5a)의 경우만을 설명하지만, 다른 압연 롤(5b, 7a, 7b, 7c)에도 마찬가지로 유도 가열식 롤 장치(20)를 적용할 수 있다.
유도 가열식 롤 장치(20)는 압연 롤(5a), 유도 가열 코일(25), 냉매 공급 장치(27), 온도 센서(29), 및 제어 장치(31)로 구성된다.
유도 가열 코일(25)은 압연 롤(5a)의 내부에 마련된다. 유도 가열 코일(25)은 자신에게 교류 전압이 인가되면 압연 롤(5a)을 유도 가열한다. 도 4의 예에서 유도 가열 코일(25)은 압연 롤(5a)의 중심축(Ca)의 둘레에 감겨지도록 배치된다. 회전측에 있는 유도 가열 코일(25)에, 정지측으로부터 비접촉으로 전압을 공급하기 위해, 도 4와 같이, 회전 트랜스(33)가 마련된다. 회전 트랜스(33)는 정지측에 있는 스테이터 코일(33a)과, 회전측에 있는 로터 코일(33b)을 갖고, 스테이터 코일(33a)과 로터 코일(33b) 사이의 자계의 작용에 의해, 정지측의 전원(34)으로부터 유도 가열 코일(25)에 교류 전압을 인가한다.
한편, 로터 코일(33b)은 압연 롤(5a)에 결합된 원기둥 모양의 연장부(35)에 마련된다. 도 4의 예에서 연장부(35)는, 모터(21a)와 반대쪽에 위치하고, 압연 롤(5a)보다 직경이 작다.
또한, 유도 가열 코일(25)은, 예를 들면, 다음과 같이 압연 롤(5a) 내에 배치되어도 된다. 압연 롤(5a)을 그 단부의 분할면(P)에서 분할해 둔다. 이 분할면(P)으로부터 환상의 내부 공간(S)에 유도 가열 코일(25)을 배치한다. 그 후, 분할되어 있는 압연 롤 부분의 분할면(P)끼리를 적절한 수단으로 결합시킨다.
냉매 공급 장치(27)는, 압연 롤(5a)의 내부에 형성된 냉매 유로(37)에 안개상의 냉매를 공급함으로써, 유도 가열 코일(25)에 의해 유도 가열된 압연 롤(5a)을 냉각한다.
도 4의 예에서 냉매 공급 장치(27)는, 공기원(27a), 냉매원(27b), 노즐부(27c)를 갖는다. 공기원(27a)은 노즐부(27c)에 가압된 공기(가스)를 공급한다. 냉매원(27b)은 액체(바람직하게는, 물)인 냉매를 노즐부(27c)에 공급한다. 노즐부(27c)는 공급된 냉매를 공급된 가압 공기에 의해 냉매 유로(37)쪽에(도 4의 예에서는 연통로(36)) 분무함으로써, 안개상의 냉매를 냉매 유로(37)에 공급한다. 도 4의 예에서 노즐부(27c)는, 연장부(35)의 내부에 형성된 연통로(36)를 통해 안개상의 냉매를 냉매 유로(37)에 공급한다. 이에 따라, 냉매 유로(37)에는 안개상의 냉매가 공급된다. 냉매 유로(37)에 공급된 안개상의 냉매는, 냉매 유로(37)를 통과함으로써 압연 롤(5a)을 냉각한 후, 압연 롤(5a) 및 연장부(35)의 내부에 형성된 배출 유로(39)를 지나 압연 롤(5a) 밖으로 배출된다. 배출 유로(39)는 냉각 유로(37)와 연통되어 있다.
냉매 유로(37)는, 이 예에서는, 도 5와 같이, 압연 롤(5a)의 축 방향에서 본 형상이 원호상이며, 둘레 방향으로 간격을 둔 4개의 원호상 유로로서 형성된다. 각 원호상 유로는 압연 롤(5a)의 축 방향으로 연장된다. 각 원호상 유로에는, 연통로(36)로부터 안개상의 냉매가 공급되고, 당해 냉매는 압연 롤(5a)의 축 방향으로 각 원호상 유로를 흐른 후, 배출 유로(39)로 유입된다. 도 4의 예에서 배출 유로(39)는, 냉매 유로(37)보다 중심축(Ca)쪽에 위치하고, 압연 롤(5a)의 축 방향으로 연장된다.
노즐부(27c)는 압연 롤(5a)에 결합된 원기둥 모양의 연장부(35) 내부에 공간으로서 형성된다. 노즐부(27c)에는 공기원(27a)으로부터 공기 공급관(41), 공기 공급로(43), 및 공기 도입로(45)를 통해 가압 공기가 공급된다. 공기 공급관(41)은 공기원(27a)으로부터 연장되어, 공기원(27a)으로부터의 가압 공기를 공기 공급로(43)에 공급한다. 공기 공급로(43)는 연장부(35)를 회전 가능하게 지지하는 정지측 부재(44)의 내부에 형성되어, 공급된 가압 공기를 공기 도입로(45)에 공급한다. 공기 도입로(45)는 연장부(35)의 내부에서 압연 롤(5a)의 축 방향에서 보아 환상으로 형성되고, 연장부(35)의 외주면으로 개구함으로써 공기 공급로(43)로부터의 가압 공기를 받는다. 공기 도입로(45)는 공기 공급로(43)로부터 받은 가압 가스를 노즐부(27c)에 도입한다.
한편, 도 4에서, 연장부(35)의 외주면에는 축 방향에서 본 형상이 환상인 씰 링(47)이 복수 개 마련된다. 씰 링(47)에 의해 공기 공급로(43)와 공기 도입로(45)의 연통 부분에서 외부로 가압 공기가 새는 것을 방지한다.
마찬가지로, 노즐부(27c)에는 냉매원(27b)으로부터 냉매 공급관(49), 냉매 공급로(51), 및 냉매 도입로(53)를 통해 액체상의 냉매가 공급된다. 냉매 공급관(49)은 냉매원(27b)으로부터 연장되어, 냉매원(27b)으로부터의 냉매를 냉매 공급로(51)에 공급한다. 냉매 공급로(51)는 정지측 부재(44)의 내부에 형성되어, 공급된 냉매를 냉매 도입로(53)에 공급한다. 냉매 도입로(53)는 연장부(35)의 내부에서 압연 롤(5a)의 축 방향에서 보아 환상으로 형성되고, 연장부(35)의 외주면으로 개구함으로써 냉매 공급로(51)로부터의 냉매를 받는다. 냉매 도입로(53)는 냉매 공급로(51)로부터 받은 냉매를 노즐부(27c)에 도입한다.
한편, 도 4에서, 연장부(35)의 외주면에는 압연 롤(5a)의 축 방향에서 본 형상이 환상인 씰 링(47)이 마련된다. 씰 링(47)에 의해 냉매 공급로(51)와 냉매 도입로(53)의 연통 부분에서 외부로 냉매가 새는 것을 방지한다.
온도 센서(29)는 압연 롤(5a)의 온도를 검출한다. 온도 센서(29)는, 도 4의 예에서는, 압연 롤(5a)에 조립되어 있다. 회전측에 있는 온도 센서(29)로부터 정지측의 제어 장치(31)에 온도 검출 신호(전압 신호)를 비접촉으로 전달하기 위해, 도 4와 같이 회전 트랜스(55)가 마련된다. 회전 트랜스(55)는 정지측에 있는 스테이터 코일(55a)과 회전측에 있는 로터 코일(55b)을 갖고, 스테이터 코일(55a)과 로터 코일(55b) 사이에서의 자계의 작용에 의해, 회전측의 온도 센서(29)로부터 정지측의 제어 장치(31)에 온도 검출 신호(전압 신호)를 전달한다.
제어 장치(31)는, 온도 센서(29)에 의해 검출된 온도에 기초하여, 압연 롤(5a)의 온도가 설정 상한 온도(예를 들면, 250℃) 이하가 되도록, 냉매 공급 장치(27)에 의한 냉매 유로(37)에의 냉매 공급을 제어한다. 제어 장치(31)는 냉매 공급 장치(27)에 의한 냉매 유로(37)로의 냉매 공급의 제어를, 유량 조절 밸브(57, 59)의 개방도를 제어함으로써 행해도 된다. 유량 조절 밸브(57)는 냉매 공급관(49)에 마련된 것이고, 유량 조절 밸브(59)는 공기 공급관(41)에 마련된 것이다.
제어 장치(31)는, 전술한 제어를, 예를 들면 다음 제어 방법 A1, A2 또는 A3과 같이 행할 수 있다.
(제어 방법 A1)
제어 장치(31)는 온도 센서(29)에 의해 검출된 온도가 설정 상한 온도에 도달하면, 냉매 공급 장치(27)가 냉매 유로(37)에 냉매를 공급하도록 냉매 공급 장치(27)를 제어한다. 이 경우, 제어 장치(31)는 온도 센서(29)에 의해 검출된 온도가 설정 상한 온도에 도달하면, 유량 조절 밸브(57, 59)를 개방함으로써 냉매 공급 장치(27)가 냉매 유로(37)에 안개상의 냉매를 공급하도록 하면 된다. 이에 따라, 압연 롤(5a)의 온도가 설정 상한 온도(예를 들면, 250℃) 이하로 억제된다. 이와 같이 제어하면서, 동시에 유도 가열 코일(25)에 의해 압연 롤(5a)을 유도 가열하면 된다.
(제어 방법 A2)
제어 장치(31)는 온도 센서(29)에 의해 검출된 온도와 설정 온도 범위(예를 들면, 200℃ 내지 250℃)에 기초해, 냉매 유로(37)에 공급하는 안개상 냉매의 양을 조절한다. 이에 따라, 압연 롤(5a)의 온도가 설정 상한 온도(예를 들면, 250℃) 이하로 억제됨과 함께, 압연 롤(5a)의 온도가 설정 온도 범위 내로 유지된다. 이 경우, 제어 장치(31)는, 도 4의 예에서는, 유량 조절 밸브(57)의 개방도를 조절함으로써, 냉매 유로(37)에 공급하는 안개상 냉매의 양을 조절한다. 대신에, 제어 장치(31)는 유량 조절 밸브(57)의 개방도 뿐만이 아니라 유량 조절 밸브(59)의 개방도도 조절함으로써, 냉매 유로(37)에 공급하는 안개상 냉매의 양을 조절해도 된다. 이와 같이 제어하면서, 동시에 유도 가열 코일(25)에 의해 압연 롤(5a)을 유도 가열하면 된다.
(제어 방법 A3)
제어 장치(31)는 온도 센서(29)에 의해 검출된 온도와 설정 온도 범위에 기초해, 냉매 유로(37)에 공급하는 안개상 냉매의 양을 조절할 뿐만 아니라, 공급 전력 조절부(32)를 제어함으로써, 유도 가열 코일(25)에 전원(34)으로부터 공급하는 전력량을 조절해도 된다. 이에 따라, 압연 롤(5a)의 온도를 보다 쉽게 설정 온도 범위 내로 유지할 수 있게 된다. 이 제어 방법 A3에서, 냉매 유로(37)에 공급하는 안개상 냉매의 양은 유량 조절 밸브(57)의 개방도 또는 유량 조절 밸브(57, 59)의 개방도를 조절함으로써 조절한다.
본 실시 형태에 의한 유도 가열식 롤 장치(20)에 의해, 다음 효과 (1)~(7)을 얻을 수 있다.
(1) 압연 롤(5a)의 내부에 마련된 유도 가열 코일(25)이 압연 롤(5a)을 유도 가열하므로, 압연 롤(5a)의 온도를 설정 온도(예를 들면, 200℃)까지 단시간에 상승시킬 수 있다. 예를 들면, 종래의 온도 조절 장치에서는 압연 롤(5a)의 온도를 40 ℃/hr 정도로 밖에 상승시킬 수 없었지만, 본 실시 형태에서는 압연 롤(5a)의 온도를 200 ℃/hr 정도로 상승시킬 수 있다.
(2) 수지 재료는 가압됨으로써 발열한다. 그 결과, 압연 롤(5a)의 온도를 설정 온도까지 상승시킨 후, 압연 롤(5a)의 온도가 상한 온도(예를 들면, 250℃)를 넘어 버리는 경향이 있다. 이에 대해, 본 실시 형태에서는 압연 롤(5a)의 내부에 형성된 냉매 유로(37)에 냉매 공급 장치(27)에 의해 냉매를 공급하므로, 압연 롤(5a)의 온도를 상한 온도 이하로 억제할 수 있다. 한편, 종래에는 캘린더 장치에서의 압연 롤(5a)의 가열에 유도 가열 코일을 이용하지 않았다. 왜냐하면, 수지 재료가, 전술한 바와 같이, 압연 롤(5a)에 압연됨으로써 발열하지만, 유도 가열 코일에는 냉각 기능이 없기 때문에, 압연 롤(5a)의 온도를 설정 온도 범위 내로 조절하는 것이 곤란했기 때문이다. 이에 대해, 본 실시 형태에서는 냉매의 공급에 의해 압연 롤(5a)의 온도 조절을 가능하게 했다.
(3) 냉매를 안개상으로 하여 압연 롤(5a)의 내부에 공급하면, 냉매는 고온의 압연 롤(5a) 내에서 증발하기 쉽다. 따라서, 압연 롤(5a)의 열을 냉매의 기화열로 변환할 수 있으므로, 압연 롤(5a)을 급속히 냉각할 수 있다.
(4) 압연 롤(5a)의 열을 냉매의 기화열로 변환함으로써, 적은 양의 냉매로 압연 롤(5a)을 냉각할 수 있다. 그 결과, 냉매의 사용량을 억제할 수 있다.
(5) 공기를 오염시키지 않는 유도 가열 코일(25)로 가열하고, 공기를 오염시킬 가능성이 작은 소량의 물을 냉매로 이용할 수 있으므로, 클린룸에서도 유도 가열식 롤 장치(20)를 사용할 수 있다.
(6) 압연 롤(5a)을 가열하기 위한 장치를, 다음과 같이 종래에 비해 소형으로 할 수 있다. 종래는, 압연 롤을 가열하기 위해, 기름이나 연수 등의 열 매체를 가열해 압연 롤의 내부에 공급했다. 이 경우, 압연 롤의 온도 조절은 열 매체를 가열하는 온도 조절 장치에 의한 당해 가열을 조절함으로써 행해졌다. 그러나, 온도 조절 장치를 설치하는 만큼 캘린더 장치가 대형화한다. 이에 대해, 본 실시 형태에서는 온도 조절 장치를 마련하지 않고, 유도 가열 코일(25)을 압연 롤(5a)의 내부에 마련했으므로, 캘린더 장치를 소형화할 수 있다.
(7) 도 4에서는, 압연 롤(5a)의 직경 방향에서, 유도 가열 코일(25)이 압연 롤(5a)의 중심축(Ca)쪽에 위치하고, 냉매 유로(37)는 압연 롤(5a)의 외주면쪽에 위치한다. 이에 따라, 압연 롤(5a)의 외주면을 한층 신속하게 냉각할 수 있다.
본 발명은 전술한 실시의 형태로 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변경을 가할 수 있는 것은 물론이다. 예를 들면, 이하의 변형예 1, 2, 3을 임의로 조합하거나 또는 단독으로 채용해도 된다.
[변형예 1]
도 6은 캘린더 장치(10)의 변형예를 나타낸다. 도 7은 도 6의 화살표 VII-VII선을 따라 본 도면이다.
제1 롤 유니트(5)는, 수지 재료를 압연하는 대신에 복수 종류의 수지로 이루어지는 수지 재료를 혼련해 혼합해도 된다. 이 경우, 도 8과 같이, 전술한 성형부(15)가 생략되어, 제1 롤 유니트(5)는 회전 구동되는 제1 및 제2 혼합 롤(5a, 5b)로 이루어진다.
혼합 롤(5a, 5b)은 수지 가공체이다.
각 혼합 롤(5a, 5b)의 외주면에는, 압출 유니트(3)로부터 공급되는 수지 재료가 부착된다. 부착된 수지 재료는, 혼합 롤(5a, 5b)의 회전과 함께 회전하면서 혼합 롤(5a, 5b)의 사이를 통과해, 혼합 롤(5a, 5b) 사이에서 가압되어 혼련되고, 이 과정에서 혼합된다. 혼합 롤(5a, 5b)에 부착되어 있는 수지 재료는, 도 7과 같이, 한 쌍의 커터(71)에 의해 혼합 롤(5a, 5b)로부터 잘라져 제2 롤 유니트(7)로 보내진다.
한편, 도 6의 경우에서 그 외의 점은 전술한 바와 마찬가지이다. 예를 들면, 다음과 같다.
혼합 롤(5a, 5b)에 전술한 구성 1을 채용해도 된다. 즉, 혼합 롤(5a, 5b)에는, 당해 혼합 롤의 축 방향으로 당해 혼합 롤을 회전 구동하는 모터(21a, 21b)가 직결되어도 된다. 혼합 롤(5a)에 직결되는 모터(21a)와 혼합 롤(5b)에 직결되는 모터(21b)는, 이들 혼합 롤(5a, 5b)의 축 방향에서 혼합 롤(5a, 5b)을 기준으로 서로 반대측에 위치한다.
이와 같은 경우에, 혼합 롤(5a, 5b)의 한쪽 또는 양쪽 모두에 전술한 유도 가열식 롤 장치(20)를 적용해도 된다.
[변형예 2]
전술한 냉매 공급 장치(27)는 안개상의 냉매 대신에 안개상이 아닌 액체의 냉매를 냉매 유로(37)에 공급함으로써, 유도 가열 코일(25)에 의해 유도 가열된 압연 롤(5a)을 냉각해도 된다. 이 경우, 도 4에서 공기원(27a), 공기 공급관(41), 공기 공급로(43), 공기 도입로(45), 유량 조절 밸브(59)가 생략되고, 노즐부(27c)는 연통로(36)에 연통하는 단순한 공간이면 된다.
제어 장치(31)는, 온도 센서(29)에 의해 검출된 온도에 근거해, 압연 롤(5a)의 온도가 설정 상한 온도(예를 들면, 250℃) 이하가 되도록, 냉매 공급 장치(27)에 의한 냉매 유로(37)에의 액체 냉매 공급을 제어한다.
제어 장치(31)는, 이 제어를, 예를 들면 다음의 제어 방법 B1, B2 또는 B3과 같이 행해도 된다.
(제어 방법 B1)
제어 장치(31)는, 온도 센서(29)에 의해 검출된 온도가 설정 상한 온도에 도달하면, 냉매 공급 장치(27)가 냉매 유로(37)에 액체의 냉매를 공급하도록 냉매 공급 장치(27)를 제어한다. 이 경우, 제어 장치(31)는, 온도 센서(29)에 의해 검출된 온도가 설정 상한 온도에 도달하면, 유량 조절 밸브(57)를 개방함으로써 냉매 공급 장치(27)가 냉매 유로(37)에 냉매를 공급하면 된다. 이에 따라, 압연 롤(5a)의 온도가 설정 상한 온도(예를 들면, 250℃) 이하로 억제된다. 이와 같이 제어하면서, 동시에 유도 가열 코일(25)에 의해 압연 롤(5a)을 유도 가열하면 된다.
(제어 방법 B2)
제어 장치(31)는, 온도 센서(29)에 의해 검출된 온도와 설정 온도 범위(예를 들면, 200℃ 내지 250℃)에 근거해, 냉매 유로(37)에 공급하는 액체의 냉매량을 조절한다. 이에 따라, 압연 롤(5a)의 온도가 설정 상한 온도(예를 들면, 250℃) 이하에 억제됨과 함께, 압연 롤(5a)의 온도가 설정 온도 범위 내로 유지된다. 이 경우, 제어 장치(31)는 유량 조절 밸브(57)의 개방도를 조절함으로써, 냉매 유로(37)에 공급하는 냉매의 양을 조절한다. 이와 같이 제어하면서, 동시에 유도 가열 코일(25)에 의해 압연 롤(5a)을 유도 가열하면 된다.
(제어 방법 B3)
제어 장치(31)는, 온도 센서(29)에 의해 검출된 온도와 설정 온도 범위에 근거해, 냉매 유로(37)에 공급하는 액체의 냉매량을 조절할 뿐만 아니라, 공급 전력 조절부(32)를 제어함으로써, 유도 가열 코일(25)에 전원(34)으로부터 공급하는 전력량을 조절해도 된다. 이에 따라, 압연 롤(5a)의 온도를 설정 온도 범위 내로 유지하기가 보다 쉬워진다. 제어 방법 B3에 있어서, 냉매 유로(37)에 공급하는 냉매의 양의 조절은 유량 조절 밸브(57)의 개방도를 조절함으로써 행한다.
변형예 2에 있어서, 그 외의 점은 전술한 바와 마찬가지이다.
[변형예 3]
압연 롤(5a, 5b), 압연 롤(7a, 7b), 압연 롤(7b, 7c), 또는 혼합 롤(5a, 5b)은 수지 재료를 사이에 협지하고, 당해 수지 재료를 가압함으로써 당해 수지 재료를 압연하거나 혼련하는 제1 및 제2 수지 가공체를 구성한다.
즉, 수지 가공체는, 전술한 예에서는, 압연 롤(5a, 5b), 압연 롤(7a, 7b, 7c) 또는 혼합 롤(5a, 5b)이다.
본 발명에 의하면, 제1 및 제2 수지 가공체의 적어도 한쪽이 롤이면 되고, 제1 및 제2 수지 가공체의 다른 쪽은 롤이 아니어도 무방하다. 예를 들면, 압연 롤(5a, 5b) 중 압연 롤(5b)을 롤 이외의 수지 가공체로 치환해도 된다.
한편, 제1 및 제2 수지 가공체의 적어도 한쪽에 본 발명의 유도 가열식 롤 장치를 적용하면 되고, 제1 및 제2 수지 가공체의 다른 쪽에는 본 발명의 유도 가열식 롤 장치를 적용해도 되고, 적용하지 않아도 된다.
5a, 5b: 압연 롤 또는 혼합 롤(수지 가공체), 7a, 7b, 7c: 압연 롤(수지 가공체), 20: 유도 가열식 롤 장치, 27: 냉매 공급 장치, 27a: 공기원, 27b: 냉매원, 27c: 노즐부, 29: 온도 센서, 31: 제어 장치, 32: 공급 전력 조절부, 33: 회전 트랜스, 33a: 스테이터 코일, 33b: 로터 코일, 34: 전원, 35: 압연 롤의 연장부, 36: 연통로, 37: 냉매 유로, 39: 배출 유로, 41: 공기 공급관, 43: 공기 공급로, 44: 정지측 부재, 45: 공기 도입로, 47: 씰 링, 49: 냉매 공급관, 51: 냉매 공급로, 53: 냉매 도입로, 55: 회전 트랜스, 55a: 스테이터 코일, 55b: 로터 코일, 57, 59: 유량 조절 밸브

Claims (4)

  1. 수지 재료를 가압하면서 당해 수지 재료를 가열하는 유도 가열식 롤 장치로서,
    수지 재료를 사이에 협지함으로써 당해 수지 재료를 가압하는 제1 및 제2 수지 가공체를 구비하고, 제1 및 제2 수지 가공체의 적어도 한쪽은 롤이며,
    상기 롤의 내부에 마련된 환상의 내부 공간에 배치된 유도 가열 코일과,
    상기 롤의 내부에 형성된 냉매 유로에, 안개상의 냉매 또는 액체의 냉매를 공급하는 냉매 공급 장치를 더 구비하고,
    유도 가열 코일은 상기 롤을 유도 가열하고, 냉매 공급 장치는 상기 냉매 유로에 냉매를 공급함으로써 가열된 상기 롤을 냉각하며,
    상기 롤의 직경 방향에서, 상기 환상의 내부 공간은 상기 냉매 유로보다 상기 롤의 중심축쪽에 위치하고, 상기 냉매 유로는 상기 환상의 내부 공간보다 상기 롤의 외주면쪽에 위치하고,
    상기 냉매 유로와 상기 환상의 내부 공간이 상기 직경 방향에서 서로 분리되어 있음으로써, 상기 냉매 유로와 상기 유도 가열 코일이 상기 직경 방향에서 서로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 유도 가열식 롤 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    냉매 공급 장치는, 상기 냉매 유로에 안개상의 냉매를 공급하는 것을 특징으로 하는 유도 가열식 롤 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 롤의 온도를 검출하는 온도 센서와,
    검출된 온도에 기초해, 상기 롤의 온도가 설정 상한 온도 이하가 되도록, 냉매 공급 장치에 의한 냉매 유로에의 냉매 공급을 제어하는 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 유도 가열식 롤 장치.
  4. 삭제
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