KR20190054960A - 유도 발열 롤러 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 롤러 본체의 내측 둘레면에 2차 도체를 마련하는데 필요한 가공 공정을 적게 하는 것이며, 회전 가능하게 지지된 롤러 본체(2)와, 상기 롤러 본체(2)의 내부에 마련되고, 상기 롤러 본체(2)를 유도 발열시키는 유도 코일(32)을 가지는 유도 발열 기구(3)를 구비하는 유도 발열 롤러 장치(100)로서, 상기 롤러 본체(2)의 내측 둘레면(201a)에, 오버레이 용접에 의해 2차 도체(4)가 형성되어 있다.
Description
본 발명은, 유도 발열 롤러 장치에 관한 것이며, 특히 2차 도체가 마련된 롤러 본체에 관한 것이다.
유도 발열 롤러 장치로서는, 자성재로 이루어지는 롤러 본체와, 해당 롤러 본체 내에 마련되고, 유도 코일을 가지는 유도 발열 기구를 구비하며, 유도 코일에 상용 주파수의 교류 전압을 인가하여 롤러 본체를 유도 발열시키는 것이 있다. 이 유도 발열 롤러 장치에서는, 롤러 본체가, 자속을 통과하는 자기(磁氣) 회로와, 전자 유도에 의해서 단락(短絡) 전류가 흐르는 전류 회로 양쪽 모두를 구성한다. 이 때문에, 롤러 본체에는, 단락 전류를 흘리기 어렵게 하는 임피던스가 생겨 버려, 역률이 저하되어 버린다.
역률의 저하를 방지하는 수단으로서는, 특허 문헌 1에 나타내는 바와 같이, 롤러 본체의 내측 둘레면에 비자성재로 이루어지는 2차 도체를 마련하는 것이 고려되고 있다.
종래, 2차 도체를 롤러 본체의 내측 둘레면에 마련하는 방법은, 이하와 같다.
먼저, 동판을 휨가공한 후에 은납땜 등에 의해 접합하는 것에 의해서 원통 모양의 관체(管體)를 성형한다. 이 관체에 방청용 도금 처리를 실시한다. 그리고, 도금 처리가 실시된 관체를 롤러 본체의 내측 둘레면에 납땜한다. 이것에 의해, 2차 도체가 롤러 본체의 내측 둘레면에 마련된다. 또, 납땜 외에, 롤러 본체에 상기 관체를 압입 또는 수축 끼워맞춤하여 마련하는 방법도 있다.
그렇지만, 상기의 방법에서는, 동판으로부터 관체를 제작하는 공정이나, 관체에 방청용 도금 처리를 하는 공정, 및 관체를 롤러 본체에 장착하는 공정 등의 많은 가공 공정이 필요하게 되어 버린다.
그 외, 납땜에 의한 장착 방법에서는, 관체의 외측 둘레면 전면(全面)에 걸쳐 납땜 하는 것이 곤란하기 때문에, 고속 회전하는 롤러 본체에는 적합하지 않는 경우도 있다. 또, 압입이나 수축 끼워맞춤 등의 장착 방법에서는, 롤러 본체와 2차 도체가 단순히 기계적으로 밀착하고만 있으며, 롤러 본체와 2차 도체에는 열팽창차가 있기 때문에, 롤러 본체와 2차 도체의 온도 변화의 반복에 의해서 헐거워져 버린다. 그 결과, 롤러 본체와 2차 도체와의 사이에서의 열전도성이 저하되어 버린다고 하는 문제도 있다.
그래서 본 발명은, 상기 문제점을 해결할 수 있도록 이루어진 것이며, 롤러 본체의 내측 둘레면에 2차 도체를 마련하는데 필요한 가공 공정을 적게 하는 것을 그 주된 과제로 하는 것이다.
즉 본 발명에 관한 유도 발열 롤러 장치는, 회전 가능하게 지지된 롤러 본체와, 상기 롤러 본체의 내부에 마련되고, 상기 롤러 본체를 유도 발열시키기 위한 유도 코일을 가지는 유도 발열 기구를 구비하며, 상기 유도 코일에 상용 주파수의 교류 전압을 인가하여 상기 롤러 본체를 유도 발열시키는 유도 발열 롤러 장치로서, 상기 롤러 본체의 내측 둘레면에, 오버레이(overlay) 용접에 의해 2차 도체가 형성되어 있고, 상기 2차 도체는 알루미늄 청동(靑銅)으로 이루어지며, 상기 2차 도체의 표면에 방청 처리가 실시되어 있지 않은 것을 특징으로 한다.
이러한 것이면, 오버레이 용접에 의해 2차 도체를 형성하고 있으므로, 종래의 관체(管體) 성형 공정 및 관체 장착 공정을 생략할 수 있다. 또, 알루미늄 청동에는 표면에 얇은 보호 산화 피막이 형성되므로, 고온에서의 산화를 방지하는 특성을 가지며, 부식에 강해진다. 이 알루미늄 청동을 2차 도체에 이용하는 것에 의해서, 도금 공정 등의 방청 처리 공정을 생략할 수 있다. 그 결과, 롤러 본체의 내측 둘레면에 2차 도체를 마련하는데 필요한 가공 공정을 적게 할 수 있다. 또, 오버레이 용접만으로도 되어, 롤러 본체의 내측 둘레면으로의 2차 도체의 장착 작업을 용이하게 할 수 있다. 게다가, 오버레이 용접에 의해 2차 도체를 형성하고 있으므로, 롤러 본체와 2차 도체가 일체가 되어, 고속 회전에도 적용 가능하며, 롤러 본체와 2차 도체와의 열팽창률의 차이에 의한 헐거움이 없어, 롤러 본체와 2차 도체와의 사이의 열전도성의 저하도 억제할 수 있다.
여기서, 알루미늄 청동의 전기 저항값은, 동의 전기 저항값에 비해 약 6배 크고, 동과 동등의 효과를 얻으려면 약 6배의 두께가 필요하게 된다. 그러나, 상용 주파수의 유도 가열에서의 알루미늄 청동의 전류 침투 깊이는 계산값으로 약 22mm(20℃, 60Hz)로 깊기 때문에, 필요한 두께는 전류가 침투하는 두께 이하에서의 설정이 가능해진다. 필요한 두께란, 목표의 역률(예를 들면 80% 이상)을 얻기 위한 두께이며, 상용 주파수의 유도 가열에서의 등가(等價) 전기 회로도(도 4 참조)를 이용하면 계산할 수 있다.
알루미늄 청동은, 알루미늄의 함유량이 많아질수록 산화물의 보호 특성은 증대하지만, 6% 이상의 알루미늄을 첨가해도 산화 내성은 그다지 개선되지 않는다(도 5 참조). 이 때문에, 상기 알루미늄 청동은, 6% 이상의 알루미늄을 함유하는 것이 바람직하다.
유도 발열 롤러 장치는, 상기 유도 발열 기구에 전력을 공급하는 전원부와, 상기 전원부를 제어하여 상기 롤러 본체의 온도를 제어하는 온도 제어부를 구비하고 있으며, 온도 제어부에 의해서 롤러 본체의 온도가 소정값으로 제어된다.
6% 이상의 알루미늄을 함유하는 알루미늄 청동에서는, 500℃ 이하에서의 산화가 매우 경미하지만, 500℃보다도 고온이 되면, 산화에 의한 중량 증가가 문제로 되어 버린다(도 6 참조). 이 때문에, 상기 온도 제어부에 의한 설정 가능 온도가 500℃ 이하로 되어 있는 것이 바람직하다.
오버레이(overlay) 용접한 알루미늄 청동은 둘레 방향이나 특히 폭방향으로 약간의 두께 불균일을 일으킨다. 그러나, 용접하는 알루미늄 청동의 중량 관리를 행하면, 유도 코일의 권회폭(卷回幅)에서의 평균 두께는 계산한 대로 제작할 수 있다. 그 결과, 전기용량 및 역률을 설계값 대로 제작하는 것이 가능해진다.
또, 상기 롤러 본체의 두께부 내에, 기액(氣液) 2상(相)(vapor-liquid two-phase)의 열매체가 감압 봉입된 쟈켓실이 형성되어 있으면, 알루미늄 청동의 두께 불균일에 의한 발열 불균일이 생겨도, 쟈켓실의 균온(均溫) 작용에 의해 롤러 본체의 표면 온도는 균일한 온도가 된다. 이 때문에, 2차 도체의 두께를 균일화시키는 기계 가공은 필요없다. 즉, 2차 도체의 표면에 제거 가공에 의한 평탄화 처리를 실시할 필요가 없다.
롤러 본체의 두께부 내의 쟈켓실은, 롤러 본체의 단면(端面)으로부터 축방향을 따라서 드릴 구멍 가공을 실시하여 롤러 본체의 두께부 내에 드릴 구멍을 형성하고, 해당 드릴 구멍의 개구를 폐색하는 것에 의해서 형성된다. 여기서, 롤러 본체는, 축방향 치수가 길기 때문에, 드릴 구멍이 직진하지 않고 구부러져 버린다. 두께가 작은 롤러 본체의 경우에는, 드릴이 롤러 본체의 표면 또는 내측 둘레면에 관통하는 경우가 있어, 다시 만들지 않으면 안 되게 되어 버린다. 롤러 본체의 표면은 수명을 늘리기 위해서 고주파 담금질 등의 경화 처리가 실시되는 경우가 있으며, 이 경우에는, 드릴 구멍은 표면 방향으로 구부러지지 않고, 내측 둘레면측으로 구부러지게 된다.
그런데, 롤러 본체의 내측 둘레면에 2차 도체를 오버레이 용접한 경우에는, 그 조직은, 외측으로부터 용접 금속, 본드, 열영향부, 모재(母材) 원질부(原質部)로 구성되어 있다. 본드는 용접 금속과 모재의 경계선을 말하고, 본드의 바로 모재측 수mm를 열영향부라고 한다. 용접열에 의해서 고온이 된 열영향부는 아크가 통과하여 지나가면 급격하게 온도가 내려가기 시작하여 급냉되지만, 이 가열 급냉에 의해서 원래의 모재와는 다른 조직이 되기 때문에, 경도가 높아지는 결과가 된다. 알루미늄 청동을 오버레이 용접한 경우에는, 롤러 본체의 내측 둘레면의 경도가 높아지기 때문에, 드릴 구멍은 내측 둘레면측으로 구부러지기 어려워져, 드릴 구멍이 롤러 본체의 내측 둘레면으로 관통하는 문제점을 저감할 수 있다.
유도 가열에서 유도 코일이 발생하는 자속은 코일 중앙에 집중하기 때문에, 롤러 본체의 온도는 그 축방향에서의 중앙이 높아지는 경향이 된다. 한편, 2차 도체를 두껍게 오버레이한 부분은 저저항이 되기 때문에 큰 전류가 흘러 발열량이 많아진다. 따라서, 유도 코일의 권회폭에서의 단부에 대응하는 부분에 두껍게 오버레이하면, 롤러 본체에서의 발열량을 그 축방향에 있어서 균일화할 수 있다. 또, 오버레이 두께를 조정하는 것에 의해서, 롤러 본체에서의 발열량을 부분적으로 많게 하거나 적게 하거나 할 수 있다. 이를 위해서는, 상기 2차 도체의 두께를 상기 롤러 본체의 축방향을 따라서 변화시키는 것이 바람직하다.
상기 2차 도체는, 상기 롤러 본체의 내측 둘레면에서 간격을 두고 링 모양으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 간격을 두고 2차 도체를 형성함으로써 그 가공을 용이하게 할 수 있다.
특히 2차 도체의 가공을 용이하게 하면서, 2차 도체의 연속 가공을 가능하게 하기 위해서는, 상기 2차 도체는, 상기 롤러 본체의 내측 둘레면에서 간격을 두고 스파이럴 모양으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
각 유도 발열 롤러 장치의 전기 특성을 동일하게 하기 위해서는, 상기 유도 발열 롤러 장치의 전기 특성이, 상기 2차 도체의 중량에 의해 조정되어 있는 것이 바람직하다. 예를 들면, 각 롤러 본체의 사양이 동일하면, 가공하는 2차 도체의 중량을 동일하게 함으로써, 역률 및 전기용량도 동일하게 되어, 작업 관리가 매우 용이하다.
또, 본 발명에 관한 유도 발열 롤러 장치는, 회전 가능하게 지지된 롤러 본체와, 상기 롤러 본체의 내부에 마련되고, 상기 롤러 본체를 유도 발열시키기 위한 유도 코일을 가지는 유도 발열 기구를 구비하며, 상기 유도 코일에 상용 주파수의 교류 전압을 인가하여 상기 롤러 본체를 유도 발열시키는 유도 발열 롤러 장치로서, 상기 롤러 본체의 내측 둘레면에, 오버레이 용접에 의해 2차 도체가 형성되어 있고, 상기 2차 도체는 백동(큐프로니켈(cupronickel), 동과 니켈의 합금), 양은(양백(洋白), 동과 아연과 니켈의 합금), 적동(동과 금의 합금), 포금(砲金)(건메탈(gunmetal), 동과 주석의 합금) 또는 그들 조합으로 이루어지며, 상기 2차 도체의 표면에 방청 처리가 실시되어 있지 않은 것을 특징으로 한다. 백동(큐프로니켈), 양은(양백(洋白)), 적동, 포금(건메탈)도 내식성이 높은 비자성 동합금이다. 이들을 2차 도체에 이용하는 것에 의해서도, 알루미늄 청동을 이용한 경우와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
오버레이 용접된 2차 도체는, 둘레 방향이나 특히 폭방향으로 두께 불균일이 생기는 경우가 있다. 이 두께 불균일에 의해서 발열 불균일이 생겨 버린다. 이 때문에 종래, 2차 도체의 두께를 균일화하기 위해서, 2차 도체의 표면에 기계 가공(평탄화 처리)을 실시할 필요가 있다. 또, 2차 도체에 평탄화 처리를 실시하는 것을 고려하여, 2차 도체를 두껍게 형성하여 기계 가공에 의해 제거하기 때문에, 여분으로 재료가 필요하게 되어 버린다.
이 문제를 바람직하게 해결하기 위해, 본 발명에 관한 유도 발열 롤러 장치는, 회전 가능하게 지지된 롤러 본체와, 상기 롤러 본체의 내부에 마련되고, 상기 롤러 본체를 유도 발열시키기 위한 유도 코일을 가지는 유도 발열 기구를 구비하며, 상기 유도 코일에 상용 주파수의 교류 전압을 인가하여 상기 롤러 본체를 유도 발열시키는 유도 발열 롤러 장치로서, 상기 롤러 본체의 두께부 내에, 기액 2상의 열매체가 감압 봉입된 쟈켓실이 형성되어 있고, 상기 롤러 본체의 내측 둘레면에, 오버레이 용접에 의해 2차 도체가 형성되어 있고, 상기 2차 도체는 동 또는 동합금으로 이루어지며, 상기 2차 도체의 표면에 제거 가공에 의한 평탄화 처리가 실시되어 있지 않은 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 오버레이 용접에 의해 2차 도체를 형성하고 있으므로, 종래의 관체 성형 공정 및 관체 장착 공정을 생략할 수 있다. 그 결과, 롤러 본체의 내측 둘레면에 2차 도체를 마련하는데 필요한 가공 공정을 적게 할 수 있다. 또, 오버레이 용접하는 것만으로 되어, 롤러 본체의 내측 둘레면으로의 2차 도체의 장착 작업을 용이하게 할 수 있다. 게다가, 오버레이 용접에 의해 2차 도체를 형성하고 있으므로, 롤러 본체와 2차 도체가 일체로 되어, 고속 회전에도 적용 가능하고, 롤러 본체와 2차 도체와의 열팽창률의 차이에 의한 헐거움이 없어, 롤러 본체와 2차 도체와의 사이의 열전도성의 저하도 억제할 수 있다.
오버레이 용접한 동 또는 동합금은 둘레 방향이나 특히 폭방향으로 약간의 두께 불균일을 일으킨다. 그러나, 용접할 동 또는 동합금의 중량 관리를 행하면, 유도 코일의 권회폭에서의 평균 두께는 계산한 대로 제작할 수 있다. 그 결과, 전기용량 및 역률을 설계값 대로 제작하는 것이 가능해진다.
또, 상기 롤러 본체의 두께부 내에, 기액 2상의 열매체가 감압 봉입된 쟈켓실이 형성되어 있으면, 동 또는 동합금의 두께 불균일에 의한 발열 불균일이 생겨도, 쟈켓실의 균온 작용에 의해 롤러 본체의 표면 온도는 균일한 온도가 된다. 이 때문에, 2차 도체의 두께를 균일화시키는 기계 가공은 필요없다. 즉, 2차 도체의 표면에 제거 가공에 의한 평탄화 처리를 실시할 필요가 없다. 그 결과, 2차 도체로의 가공 처리를 적게 할 수 있음과 아울러, 2차 도체를 제거하지 않으므로 여분의 재료를 불필요하게 할 수 있다.
유도 발열 롤러 장치의 역률을 한층 향상시키기 위해서는, 상기 2차 도체는, 롤러 본체의 축방향 일단부로부터 타단부에 걸쳐서 연속적으로 형성된 원통 형상을 이루는 것인 것이 바람직하다.
동은 고온이 되면 산화가 진행되어 산화물화하기 때문에, 그 전기 특성이 변화하여 유도 발열 특성이 바뀌어 버린다. 또, 동합금에서도 많은 종류의 것이 고온에서는 산화가 진행되는 경향이 있다. 이 때문에, 상기 2차 도체의 표면에 방청 처리가 실시되어 있는 것이 바람직하다.
이 방청 처리로서는, 사용하는 롤러 본체의 온도에 견디고, 그 온도에서는 산화하기 어려운 금속 또는 세라믹스의 피막으로 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들면 니켈 도금을 실시하면 400℃ 정도까지 사용할 수 있고, 알루미늄 증착을 실시하면 알루미늄이 고온에서는 알루마이트화(Alumite化)함으로써 500℃ 정도까지 사용할 수 있다.
이와 같이 구성한 본 발명에 의하면, 롤러 본체의 내측 둘레면에 2차 도체를 마련하는데 필요한 가공 공정을 적게 할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 관한 유도 발열 롤러 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 실시 형태에 관한 2차 도체의 형성 패턴을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 실시 형태에 관한 2차 도체의 형성 방법을 나타내는 모식도이다.
도 4는 유도 발열 롤러 장치의 등가 전기 회로도이다.
도 5는 알루미늄 청동의 각 알루미늄 함유율에서의 산화물 증가량과 경과 시간의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 알루미늄 청동의 각 알루미늄 함유율에서의 산화물 증가량과 온도와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 변형 실시 형태에 관한 2차 도체의 형성 패턴을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 8은 변형 실시 형태에 관한 2차 도체의 형성 패턴을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 실시 형태에 관한 2차 도체의 형성 패턴을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 실시 형태에 관한 2차 도체의 형성 방법을 나타내는 모식도이다.
도 4는 유도 발열 롤러 장치의 등가 전기 회로도이다.
도 5는 알루미늄 청동의 각 알루미늄 함유율에서의 산화물 증가량과 경과 시간의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 알루미늄 청동의 각 알루미늄 함유율에서의 산화물 증가량과 온도와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 변형 실시 형태에 관한 2차 도체의 형성 패턴을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 8은 변형 실시 형태에 관한 2차 도체의 형성 패턴을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
이하에 본 발명에 관한 유도 발열 롤러 장치의 일 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
본 실시 형태에 관한 유도 발열 롤러 장치(100)는, 예를 들면 플라스틱 필름, 종이, 포(布), 부직포, 합성 섬유, 금속박 등의 시트재 또는 웹재(web材), 선(실(絲))재 등의 연속재의 연속 열처리 공정 등에서 이용되는 것이다.
＜1.장치 구성＞
구체적으로 이것은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 회전 가능하게 지지된 중공 원통 모양의 롤러 본체(2)와, 이 롤러 본체(2)의 내부에 마련된 유도 발열 기구(3)를 구비하고 있다.
롤러 본체(2)의 양단부에는 중공의 구동축(21)이 마련되어 있고, 해당 구동축(21)은, 구름 베어링 등의 베어링(8)을 매개로 하여 기대(機台)(9)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 또, 구동축(21)은, 롤러 본체(2)의 축방향 단면(端面)에 접속되는 플랜지(211)를 가지고 있다(도 2 참조). 구동축(21)을 포함하는 롤러 본체(2)는, 탄소강 등의 자성재로 형성되어 있다. 그리고, 롤러 본체(2)는, 예를 들면 모터 등의 회전 구동 기구(도시하지 않음)에 의해 외부로부터 부여되는 구동력에 의해서 회전되도록 구성되어 있다. 또, 본 실시 형태의 롤러 본체(2)의 두께부인 측둘레벽(201)에는, 기액(氣液) 2상(相)의 열매체(熱媒體)가 감압 봉입된 쟈켓실(2A)이 형성되어 있다. 이 쟈켓실(2A)은, 측둘레벽(201)에서, 길이 방향(회전축 방향)으로 연장되어 있고, 둘레 방향으로 복수로 또한 등간격으로 형성되어 있다.
유도 발열 기구(3)는, 원통 형상을 이루는 원통 모양 철심(31)과, 해당 원통 모양 철심(31)의 외측 둘레면에 감겨진 유도 코일(32)을 구비하고 있다.
원통 모양 철심(31)의 양단부에는 지지축(33)이 마련되어 있고, 해당 지지축(33)은, 각각 구동축(21)의 내부에 삽입 통과되어, 구름 베어링 등의 베어링(10)을 매개로 하여 구동축(21)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 이것에 의해, 유도 발열 기구(3)는, 회전하는 롤러 본체(2)의 내부에서, 기대(機台)(9)(고정측)에 대해서 정지 상태로 유지된다.
또, 유도 코일(32)에는, 외부 리드선(L1)이 접속되어 있고, 이 외부 리드선(L1)에는, 상용 주파수(50Hz 또는 60Hz)의 교류 전압을 인가하기 위한 전원 장치(5)가 접속되어 있다. 이 전원 장치(5)는, 유도 발열 기구(3)에 교류 전력을 공급하는 전원부(51)와, 해당 전원부(51)를 제어하여 롤러 본체(2)의 온도를 제어하는 온도 제어부(52)를 가지고 있다. 온도 제어부(52)는, CPU, 내부 메모리, 입출력 인터페이스, AD 변환기 등을 가지는 전용 내지 범용의 컴퓨터이며, 유저로부터 입력되는 설정 온도 신호에 근거하여, 전원부(51)를 제어하여, 롤러 본체(2)의 표면 온도를 설정 온도가 되도록 제어하는 것이다. 또, 온도 제어부(52)는, 아날로그 회로에 의해 구성해도 괜찮다.
이러한 유도 발열 기구(3)에 의해, 유도 코일(32)에 교류 전압이 인가되면 교번(交番) 자속이 발생하고, 그 교번 자속은 롤러 본체(2)의 측둘레벽(201)을 통과한다. 이 통과에 의해 롤러 본체(2)에 유도 전류가 발생하고, 그 유도 전류에 의해 롤러 본체(2)는 줄발열(Joule發熱)한다. 또, 쟈켓실(2A)에 의해, 롤러 본체(2)의 측둘레벽(201)의 회전축 방향의 온도 분포가 균일하게 된다.
그러나 본 실시 형태의 롤러 본체(2)의 내측 둘레면에는, 오버레이 용접에 의해 2차 도체(4)가 형성되어 있다. 여기서, 2차 도체(4)의 재질(오버레이 재료)은, 알루미늄 청동(알루미늄과 동의 합금)이다. 본 실시 형태의 알루미늄 청동은, 6% 이상의 알루미늄을 함유하는 것이다.
구체적으로는, 2차 도체(4)가, 롤러 본체(2)의 내측 둘레면(201a)에서 둘레 방향 전체에 걸쳐서 형성됨과 아울러, 롤러 본체(2)의 회전축 방향을 따라서 연속적으로 형성되어 있다.
여기서, 2차 도체(4)는, 나선 모양(스파이럴 모양)으로 형성되어 있고, 서로 인접하는 용접부가 서로 접촉하여 연속하도록 형성되어 있다. 즉, 롤러 본체(2)의 회전축 방향에서 유도 코일(32)의 권회폭 전체에 걸쳐 연속적으로 형성되어 있다. 환언하면, 2차 도체(4)는, 롤러 본체(2)의 회전축 방향을 따라서 형성된 원통 형상을 이루고 있다. 또, 이와 같이 구성된 알루미늄 청동으로 이루어지는 2차 도체(4)의 표면에는, 보호 산화 피막이 형성되어 있다. 이 보호 산화 피막에 의해 2차 도체(4)는 방청 기능을 가지게 된다.
다음으로, 롤러 본체(2)의 내측 둘레면(201a)에 2차 도체(4)를 형성하는 오버레이 용접 작업의 일례에 대해 도 3을 참조하여 설명한다.
롤러 본체(2)를 회전시키는 회전 장치(11)에 롤러 본체(2)를 장착한다. 이 상태의 롤러 본체(2)의 내부에 용접 토치(12)를 삽입하고, 회전 장치(11)에 의해 롤러 본체(2)를 회전시키면서, 롤러 본체(2)에 대해서 용접 토치(12)를 회전축 방향으로 상대 이동시키는 것에 의해서, 나선 모양의 2차 도체(4)가 롤러 본체(2)의 내측 둘레면(201a)에 형성된다. 이 오버레이 용접에서, 롤러 본체(2)의 예열 등의 용접 사전 처리 조건, 용접 와이어의 사이즈 및 재질, 토치 각도, 토치 위치, 전압, 전류, 롤러 본체(2)의 회전 속도, 용접 토치(12)의 이동 속도(당김 피치) 등의 용접 조건, 롤러 본체(2)의 후열(後熱) 등의 용접 후처리 조건을 적절히 설정하는 것에 의해서, 여러가지의 2차 도체(4)를 형성할 수 있다
이와 같이 구성된 2차 도체(4)의 표면에는, 보호 산화 피막이 형성되기 때문에, 방청용 도금 처리를 실시할 필요가 없어, 본 실시 형태에서는, 해당 도금 처리를 실시하고 있지 않다.
또, 롤러 본체(2)의 측둘레벽(201)에 쟈켓실(2A)이 형성되어 있으므로, 알루미늄 청동의 두께 불균일에 의한 발열 불균일이 생겨도, 쟈켓실(2A)의 균온 작용에 의해 롤러 본체(2)의 표면 온도는 균일한 온도가 된다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 2차 도체(4)의 두께를 균일화시키는 기계 가공은 필요없다. 즉, 2차 도체(4)의 표면에, 볼록부를 제거하기 위한 제거 가공에 의한 평탄화 처리를 실시하고 있지 않다.
이 유도 발열 롤러 장치(100)에서는, 상기 온도 제어부(52)에 의한 설정 가능 온도는 500℃ 이하로 되어 있다. 즉, 유저가 500℃보다도 큰 온도로 설정할 수 없도록 구성되어 있다. 6% 이상의 알루미늄을 함유하는 알루미늄 청동에서는, 500℃ 이하에서의 산화가 매우 경미하지만, 500℃보다도 고온이 되면, 산화에 의한 중량 증가가 문제가 되어 버리기 때문이다.
다음으로, 유도 발열 롤러 장치의 역률 시험의 결과를 나타낸다. 이 시험에서 이용한 롤러 본체는, 직경이 237mm이며, 면 길이가 400mm이고, 두께가 22mm이다. 또, 쟈켓실은, 롤러 본체의 두께 22mm의 중심에, 직경 10mm, 길이 380mm의 것이 30개 등간격으로 배치되어 있다. 2차 도체의 축방향의 폭은 380mm이다. 전기 사양은, 입력이 단상(單相) 60Hz 220V이며, 용량은 2차 도체가 없는 경우에 5kW이다.
이하의 표 1에, 오버레이가 없는 경우, 동을 오버레이 용접한 경우(오버레이 두께가 0.5mm, 1.0mm, 1.5mm), 8%의 알루미늄을 함유하는 알루미늄 청동(알루미늄 청동)을 오버레이 용접한 경우(오버레이 두께가 1.5mm, 3.0mm) 각각에서의 역률을 나타내고 있다. 또, 오버레이 두께(mm)는, 축방향의 평균값이다.
표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 알루미늄 청동을 오버레이 용접하여 2차 도체(4)를 형성하는 것에 의해서, 오버레이 용접을 하지 않는 경우에 비해, 8%알루미늄 청동을 1.5mm 이상으로 함으로써 역률이 향상되어 있고, 목표로 하는 역률(80%) 이상으로 되어 있다. 또, 6%알루미늄 청동이라도 동일한 효과를 얻을 수 있다고 생각되어진다. 또, 목표로 하는 역률(80%) 이상이 되는 오버레이 두께는, 상용 주파수의 유도 가열에서의 등가 회로도를 이용하면 계산할 수 있다.
＜2.본 실시 형태의 효과＞
이와 같이 구성한 유도 발열 롤러 장치(100)에 의하면, 오버레이 용접에 의해 2차 도체(4)를 형성하고 있으므로, 종래의 관체 성형 공정 및 관체 장착 공정을 생략할 수 있다. 또, 알루미늄 청동에는 표면에 얇은 보호 산화 피막이 형성되므로, 고온에서의 산화를 방지하는 특성을 가지며, 부식에 강해진다. 이 알루미늄 청동을 2차 도체(4)에 이용하는 것에 의해서, 도금 공정 등의 방청 처리 공정을 생략할 수 있다. 그 결과, 롤러 본체(2)의 내측 둘레면(201a)에 2차 도체(4)를 마련하는데 필요한 가공 공정을 적게 할 수 있다. 또, 오버레이 용접하는 것만으로 되어, 롤러 본체(2)의 내측 둘레면으로의 2차 도체(4)의 장착 작업을 용이하게 할 수 있다. 게다가, 오버레이 용접에 의해 2차 도체(4)를 형성하고 있으므로, 롤러 본체(2)와 2차 도체(4)가 일체가 되어, 고속 회전에도 적용 가능하며, 롤러 본체(2)와 2차 도체(4)와의 열팽창률의 차이에 의한 헐거움이 없어, 롤러 본체(2)와 2차 도체(4)와의 사이의 열전도성의 저하도 억제할 수 있다.
＜3.본 발명의 변형 실시 형태＞
또, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다.
상기 실시 형태의 2차 도체의 재질을 동 또는 동합금으로 해도 좋다. 동합금으로서는, 예를 들면 내식성이 높은 비자성 동합금이며, 알루미늄 청동(알루미늄과 동의 합금), 백동(큐프로니켈, 동과 니켈의 합금), 양은(양백, 동과 아연과 니켈의 합금), 적동(동과 금의 합금), 포금(건메탈, 동과 주석의 합금) 또는 그들 조합을 이용하는 것이 고려되어진다. 또, 이 2차 도체(4)의 표면에는, 방청 처리가 실시되어 있다. 방청 처리로서는, 예를 들면, 니켈 도금 등의 도금 처리나, 알루미늄 증착 등의 증착 처리가 고려되어진다. 이 방청 처리는, 2차 도체(4)를 상기 실시 형태와 동일한 방법으로 형성한 후에 행해진다.
또, 상기 실시 형태와 마찬가지로, 롤러 본체(3)의 측둘레벽(201)에 쟈켓실(2A)이 형성되어 있으므로, 동 또는 동합금의 두께 불균일에 의한 발열 불균일이 생겨도, 쟈켓실(2A)의 균온 작용에 의해 롤러 본체(3)의 표면 온도는 균일한 온도가 된다. 이 때문에, 2차 도체(4)의 두께를 균일화시키는 기계 가공은 필요없다. 즉, 2차 도체(4)의 표면에, 볼록부를 제거하기 위한 제거 가공에 의한 평탄화 처리를 실시하고 있지 않다.
다음으로, 유도 발열 롤러 장치의 역률 시험의 결과를 나타낸다. 이 시험에서 이용한 롤러 본체는, 직경이 237mm이며, 면 길이가 400mm이고, 두께가 22mm이다. 또, 쟈켓실은, 롤러 본체의 두께 22mm의 중심에, 직경 10mm, 길이 380mm의 것이 30개 등간격으로 배치되어 있다. 2차 도체의 축방향의 폭은 380mm이다. 전기 사양은, 입력이 단상 60Hz 220V이며, 용량은 2차 도체가 없는 경우에 5kW이다.
이하의 표 2에, 오버레이가 없는 경우, 동을 오버레이 용접한 경우(오버레이 두께가 0.5mm, 1.0mm, 1.5mm) 각각에서의 역률을 나타내고 있다. 또, 오버레이 두께(mm)는, 축방향의 평균값이다.
표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 동을 오버레이 용접하여 2차 도체(4)를 형성하는 것에 의해서, 오버레이 용접을 하지 않는 경우에 비해 역률이 향상되어 있고, 목표로 하는 역률(80%) 이상으로 되어 있다. 또, 목표로 하는 역률(80%) 이상이 되는 오버레이 두께는, 상용 주파수의 유도 가열에서의 등가 회로도를 이용하면 계산할 수 있다.
이 유도 발열 롤러 장치(100)에서는, 상기 온도 제어부(52)에 의한 설정 가능 온도는 예를 들면 500℃ 이하로 되어 있다. 즉, 유저가 500℃보다도 큰 온도로 설정할 수 없도록 구성되어 있다. 이 설정 가능 온도는, 2차 도체(4)의 표면에 실시되는 방청 처리의 종류에 따라 결정된다. 예를 들면, 방청 처리가 니켈 도금이면, 설정 가능 온도는 400℃ 이하이며, 방청 처리가 알루미늄 증착이면 500℃ 이하이다.
이와 같이 구성한 유도 발열 롤러 장치(100)라도, 오버레이 용접에 의해 2차 도체(4)를 형성하고 있으므로, 종래의 관체 성형 공정 및 관체 장착 공정을 생략할 수 있다. 그 결과, 롤러 본체(2)의 내측 둘레면(201a)에 2차 도체(4)를 마련하는데 필요한 가공 공정을 적게 할 수 있다. 또, 오버레이 용접하는 것만으로 되어, 롤러 본체(2)의 내측 둘레면(201a)으로의 2차 도체(4)의 장착 작업을 용이하게 할 수 있다. 게다가, 오버레이 용접에 의해 2차 도체(4)를 형성하고 있으므로, 롤러 본체(2)와 2차 도체(4)가 일체가 되어, 고속 회전에도 적용 가능하며, 롤러 본체(2)와 2차 도체(4)와의 열팽창률의 차이에 의한 헐거움이 없어, 롤러 본체(2)와 2차 도체(4)와의 사이의 열전도성의 저하도 억제할 수 있다.
또, 롤러 본체(2)의 두께부 내에, 기액 2상의 열매체가 감압 봉입된 쟈켓실(2A)이 형성되어 있으면, 동 또는 동합금의 두께 불균일에 의한 발열 불균일이 생겨도, 쟈켓실(2A)의 균온 작용에 의해 롤러 본체(2)의 표면 온도는 균일한 온도가 된다. 이 때문에, 2차 도체(4)의 두께를 균일화시키는 기계 가공은 필요없다. 즉, 2차 도체(4)의 표면에 제거 가공에 의한 평탄화 처리를 실시할 필요가 없다. 그 결과, 2차 도체(4)로의 가공 처리를 적게 할 수 있음과 아울러, 2차 도체(4)를 제거하지 않으므로 여분의 재료를 불필요하게 할 수 있다.
2차 도체(4)는, 롤러 본체(2)의 회전축 방향을 따라서 두께 조절된 것이라도 좋다. 즉, 2차 도체(4)의 두께를 롤러 본체(2)의 회전축 방향을 따라서 변화시켜도 괜찮다. 이 구성이면, 롤러 본체(2)에서의 발열량을 부분적으로 많이 하거나 적게 하거나 할 수 있다.
또, 상기 실시 형태의 2차 도체는 알루미늄 청동을 이용하여 구성되어 있지만, 백동, 양은, 적동, 포금 또는 그들 조합을 이용하여 구성해도 괜찮다. 이들은 내식성이 높은 비자성 동합금으로, 알루미늄 청동과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
게다가, 2차 도체는, 롤러 본체의 내측 둘레면에 링 모양으로 형성되어 있고, 롤러 본체의 회전축 방향으로 연속적으로 복수 형성된 것이라도 좋다.
게다가, 2차 도체는 롤러 본체의 회전축 방향으로 간헐적으로 복수 형성된 것이라도 좋다. 예를 들면, 도 7에 나타내는 바와 같이, 2차 도체(4)는 롤러 본체(2)의 내측 둘레면(201a)에서 간격을 두고 링 모양으로 형성되어 있는 것이라도 좋고, 도 8에 나타내는 바와 같이, 2차 도체(4)는 롤러 본체(2)의 내측 둘레면(201a)에서 간격을 두고 스파이럴 모양으로 형성되어 있는 것이라도 좋다. 이와 같이 2차 도체(4)를 간격을 두고 형성하는 것에 의해서, 연속적으로 형성하는 가공에 비해, 그 가공을 용이하게 할 수 있다. 또, 도 8에 나타내는 바와 같이, 스파이럴 모양으로 형성함으로써, 2차 도체(4)를 연속 가공할 수 있다.
게다가, 유도 발열 롤러 장치의 전기 특성을, 2차 도체의 중량에 의해 조정할 수도 있다. 예를 들면, 각 롤러 본체의 사양이 동일하면, 가공할 2차 도체의 중량을 동일하게 함으로써, 역률 및 전기용량도 동일하게 되어, 작업 관리가 매우 용이하다. 이하의 표는, 2차 도체의 중량을 동일하게 한 경우의 전기 특성이며, 2차 도체의 중량이 동일하면, 전기 특성은 실질적으로 동일하다는 것을 알 수 있다. 또, 이하에서, 롤 본체의 치수는, 직경 300mm, 내경 280mm, 면 길이 189mm이며, 2차 도체는 순동이며, 그 중량은 약 800g이다. 2차 도체로서 순동을 이용한 경우를 나타내고 있지만, 알루미늄 청동을 이용한 경우에서도 마찬가지이다.
그 외, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변형이 가능한 것은 말할 필요도 없다.
100 - 유도 발열 롤러 장치
2 - 롤러 본체
201a - 내측 둘레면 3 - 유도 발열 기구
32 - 유도 코일 4 - 2차 도체
201a - 내측 둘레면 3 - 유도 발열 기구
32 - 유도 코일 4 - 2차 도체
Claims (9)
- 회전 가능하게 지지된 롤러 본체와, 상기 롤러 본체의 내부에 마련되고, 상기 롤러 본체를 유도 발열시키기 위한 유도 코일을 가지는 유도 발열 기구를 구비하며, 상기 유도 코일에 상용 주파수의 교류 전압을 인가하여 상기 롤러 본체를 유도 발열시키는 유도 발열 롤러 장치로서,
상기 롤러 본체의 내측 둘레면에, 오버레이(overlay) 용접에 의해 2차 도체가 형성되어 있고,
상기 2차 도체는 알루미늄 청동(靑銅)으로 이루어지며,
상기 2차 도체의 표면에 방청 처리가 실시되어 있지 않은 유도 발열 롤러 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 알루미늄 청동은, 6% 이상의 알루미늄을 함유하는 유도 발열 롤러 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 유도 발열 기구에 전력을 공급하는 전원부와,
상기 전원부를 제어하여 상기 롤러 본체의 온도를 제어하는 온도 제어부를 더 구비하며,
상기 온도 제어부에 의한 설정 가능 온도가 500℃ 이하로 되어 있는 유도 발열 롤러 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 롤러 본체의 두께부 내에, 기액(氣液) 2상(相)의 열매체(熱媒體)가 감압 봉입(封入)된 쟈켓실이 형성되어 있고,
상기 2차 도체의 표면에 제거 가공에 의한 평탄화 처리가 실시되어 있지 않은 유도 발열 롤러 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 2차 도체의 두께가 상기 롤러 본체의 축방향을 따라서 변화하고 있는 유도 발열 롤러 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 2차 도체는, 상기 롤러 본체의 내측 둘레면에서 간격을 두고 링 모양으로 형성되어 있는 유도 발열 롤러 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 2차 도체는, 상기 롤러 본체의 내측 둘레면에서 간격을 두고 스파이럴 모양으로 형성되어 있는 유도 발열 롤러 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 유도 발열 롤러 장치의 전기 특성이, 상기 2차 도체의 중량에 의해 조정되어 있는 유도 발열 롤러 장치. - 회전 가능하게 지지된 롤러 본체와, 상기 롤러 본체의 내부에 마련되고, 상기 롤러 본체를 유도 발열시키기 위한 유도 코일을 가지는 유도 발열 기구를 구비하며, 상기 유도 코일에 상용 주파수의 교류 전압을 인가하여 상기 롤러 본체를 유도 발열시키는 유도 발열 롤러 장치로서,
상기 롤러 본체의 내측 둘레면에, 오버레이 용접에 의해 2차 도체가 형성되어 있고,
상기 2차 도체는 백동(白銅), 양은(洋銀), 적동(赤銅), 포금(砲金) 또는 그들 조합으로 이루어지며,
상기 2차 도체의 표면에 방청 처리가 실시되어 있지 않은 유도 발열 롤러 장치.
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