KR20220118911A

KR20220118911A - 유도 발열 롤러 장치

Info

Publication number: KR20220118911A
Application number: KR1020220008175A
Authority: KR
Inventors: 다카츠구 기타노
Original assignee: 토쿠덴 가부시기가이샤
Priority date: 2021-02-19
Filing date: 2022-01-20
Publication date: 2022-08-26
Also published as: US20220272799A1; DE102022103749A1; CN216905360U; TW202233973A; JP2022127326A

Abstract

본 발명은 피가열물이 롤러 본체로부터 빼앗는 부하 열량에 상관없이, 롤러 본체의 축방향에 있어서의 원하는 위치에서의 열팽창량을 조정하는 것으로, 중공 원통 모양의 롤러 본체와, 롤러 본체의 내부에 축방향을 따라서 마련된 복수의 유도 코일과, 복수의 유도 코일 각각에 공급하는 전력을 개별로 제어하는 전원 회로와, 롤러 본체에 냉매를 공급하여 롤러 본체를 냉각하는 냉각 기구를 구비한다.

Description

유도 발열 롤러 장치{INDUCTION HEATED ROLL APPARATUS}

본 발명은 유도 발열 롤러 장치에 관한 것이다.

예를 들어 시트 모양의 피가열물의 압연(壓延) 프로세스 등에 있어서는, 한 쌍의 유도 발열 롤러 장치가 이용되고 있고, 각 유도 발열 롤러 장치의 롤러 본체는, 하중에 의해 휘어 버린다. 이 롤러 본체의 휨에 의해서, 시트 모양의 피가열물의 균일한 압연 가공을 행하는 것이 어렵다.

이 대책으로서, 특허문헌 1에 나타내는 바와 같이, 롤러 본체의 중공(中空) 내에 축방향을 따라서 복수의 유도 코일을 마련하고, 그들 복수의 유도 코일을 개별로 전압 제어하는 것이 고려되어 있다. 이 유도 발열 롤러 장치는, 복수의 유도 코일을 개별로 전압 제어함으로써, 롤러 본체의 각 유도 코일에 대향하는 부분 사이에서 발열차를 주어, 소정의 부위만을 국소적으로 열팽창시켜, 롤러 본체의 직경 프로파일을 조정하는 것이다. 이것에 의해, 시트 모양의 피가열물의 두께 분포를 균일하게 할 수 있다.

그렇지만, 이 유도 발열 롤러 장치에서는, 복수의 유도 코일 전체적으로, 시트 모양의 피가열물이 롤러 본체로부터 빼앗는 부하 열량에 상당하는 출력밖에 하고 있지 않다. 그 때문에, 시트 모양의 피가열물의 두께 분포를 균일하게 하기 위한 출력을 복수의 유도 코일에 줄 수 없는 경우가 있다. 예를 들면, 저부하 열량의 시트재의 가공시에 있어서는, 복수의 유도 코일 전체의 출력이 작게 되어, 두께 분포를 균일하게 하기 위한 유도 코일 간의 출력차를 얻을 수 없어, 두께 분포의 불균일을 해소할 수 없다.

일본 실용신안공개 소62-178494호 공보

그래서 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 피가열물이 롤러 본체로부터 빼앗는 부하 열량에 상관없이, 롤러 본체의 축방향에 있어서의 원하는 위치에서의 열팽창량을 조정하는 것을 그 주된 과제로 하는 것이다.

즉 본 발명에 따른 유도 발열 롤러 장치는, 중공 원통 모양의 롤러 본체와, 상기 롤러 본체의 중공 내에 축방향을 따라서 마련된 복수의 유도 코일과, 상기 복수의 유도 코일 각각에 공급하는 전력을 개별로 제어하는 전원 회로와, 상기 롤러 본체에 냉매를 공급하여 상기 롤러 본체를 냉각하는 냉각 기구를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 것이면, 전원 회로에 의해 복수의 유도 코일 각각에 공급하는 전력을 개별로 제어함으로써, 롤러 본체의 축방향에 있어서의 원하는 위치에서의 열팽창량을 조정할 수 있다. 그리고, 본 발명에서는, 냉각 기구에 의해 롤러 본체를 냉각하고 있으므로, 피가열물이 롤러 본체로부터 빼앗는 부하 열량이 작은 경우에 있어서, 필요한 부하 열량을 냉각 기구에 의해 보충할 수 있어, 피가열물이 롤러 본체로부터 빼앗는 부하 열량에 상관없이, 롤러 본체의 축방향에 있어서의 원하는 위치에서의 열팽창량을 조정할 수 있다.

유도 발열 롤러 장치의 구체적인 실시 형태로서는, 시트 모양의 피가열물을 열처리하는 것이며, 상기 전원 회로는, 상기 롤러 본체의 온도가 소정의 온도로 됨과 아울러, 상기 피가열물이 소정의 두께 분포로 되도록, 상기 복수의 유도 코일 각각에 공급하는 전력을 개별로 제어하는 것이 바람직하다.

롤러 본체의 축방향에 있어서의 원하는 위치에서의 열팽창량을 부하 열량에 따라서 효율 좋게 조정하기 위해서는, 부하 열량에 따라서 상기 냉각 기구에 의한 냉매의 공급량을 제어하는 냉각 기구 제어부를 더 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 복수의 유도 코일의 전력을 개별로 제어하고 있기 때문에, 롤러 본체의 내면에서는 발열량차에 의한 온도차가 발생한다. 또한, 롤러 본체의 외면에서는 피가열물의 탈(奪)열량차에 의한 온도차가 발생한다.

이들 온도차를 해소하여 롤러 본체의 외면의 온도를 균일하게 하기 위해서는, 상기 롤러 본체의 측주벽(側周壁)에 기액 2상(氣液二相)의 열매체가 봉입되는 재킷실이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

냉각 기구의 구체적인 실시 형태로서는, 상기 냉각 기구는 상기 롤러 본체의 중공 내에 냉매를 공급하는 것인 것이 바람직하다.

이 구성이면, 롤러 본체의 내면과 유도 코일의 틈새에 냉매를 흘리는 것만으로 되어, 냉각 기구의 구성을 간단하게 할 수 있다.

상기 냉각 기구는 상기 롤러 본체의 측주벽에 있어서 상기 재킷실보다도 내측에 형성된 냉매 유통로에 냉매를 공급하는 것인 것이 바람직하다.

이 구성이면, 롤러 본체의 측주벽을 효율 좋게 냉각할 수 있다.

상기 냉각 기구는 상기 롤러 본체의 내면에 있어서 상기 복수의 유도 코일에 대향하는 부분 각각에 개별로 냉매를 공급하는 것인 것이 바람직하다.

이 구성이면, 롤러 본체의 내면에 있어서의 소정 부위의 국소적인 저온화가 가능하게 되어, 열팽창에 의한 변형대(變形代)의 축방향에 있어서의 상대차(열팽창차)를 최대화할 수 있다.

이와 같이 구성한 본 발명에 의하면, 피가열물이 롤러 본체로부터 빼앗는 부하 열량에 상관없이, 롤러 본체의 축방향에 있어서의 원하는 위치에서의 열팽창량을 조정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태의 유도 발열 롤러 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태의 냉매의 흐름을 나타내는 부분 확대 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태의 냉각 기구의 작용을 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 변형 실시 형태의 냉매의 흐름을 나타내는 부분 확대 단면도이다.
도 5는 본 발명의 변형 실시 형태의 냉매의 흐름을 나타내는 부분 확대 단면도이다.

<본 발명의 일 실시 형태>

이하에 본 발명에 따른 유도 발열 롤러 장치(100)의 일 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.

이 유도 발열 롤러 장치(100)는 예를 들면 플라스틱 필름, 종이, 천, 부직포, 합성 섬유, 금속박 등의 시트 모양의 피가열물의 열처리 공정 등에 있어서 이용되는 것이다. 예를 들면, 유도 발열 롤러 장치(100)를 2개 이용하여 시트 모양의 피가열물(W)의 압연 처리를 행할 수 있다.

본 실시 형태의 유도 발열 롤러 장치(100)는, 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(41)을 가지는 저널(4)이 마련되어 있고, 해당 구동축(41)은 롤링 베어링 등의 베어링(8)을 개재하여 기대(機台)(9)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 또한, 저널(4)은 구동축(41)과, 롤러 본체(2)의 축방향 단부에 고정되는 플랜지(42)를 가지고 있다. 그리고, 롤러 본체(2)는 예를 들면 모터 등의 회전 구동 기구(도시하지 않음)에 의해 외부로부터 주어지는 구동력에 의해서 회전되도록 구성되어 있다. 또한, 본 실시 형태의 롤러 본체(2)의 측주벽(側周壁)에는, 기액 2상의 열매체가 감압(減壓) 봉입되는 재킷실(2A)이 길이 방향(회전축 방향)을 따라서 형성되어 있다. 이 재킷실(2A)은 둘레 방향으로 복수이며 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 복수의 유도 코일(32)을 구비하고 있다.

원통 모양 철심(31)의 양단부는, 지지축(33)에 지지되어 있고, 해당 지지축(33)은 각각 구동축(41)의 내부에 삽입 통과되어, 롤링 베어링 등의 베어링(10)을 개재하여 구동축(41)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 이것에 의해, 유도 발열 기구(3)는, 회전하는 롤러 본체(2)의 내부에 있어서, 기대(9)(고정측)에 대해서 정지 상태로 유지된다.

또한, 복수의 유도 코일(32)은 롤러 본체(2)의 축방향을 따라서 마련되어 있고, 복수의 유도 코일(32) 각각에는 외부 리드선(L1)이 접속되어 있다. 이들 외부 리드선(L1)에는, 상용 주파수(50Hz 또는 60Hz)의 교류 전압 등을 인가하기 위한 전원 회로(5)가 접속되어 있다. 전원 회로(5)는 복수의 유도 코일(32) 각각에 공급하는 전력을 개별로 제어하는 것이다.

이와 같은 유도 발열 기구(3)에 의해, 유도 코일(32)에 교류 전압이 인가되면 교번 자속이 발생하고, 그 교번 자속은 롤러 본체(2)의 측주벽을 통과한다. 이 통과에 의해 롤러 본체(2)에 유도 전류가 발생하고, 그 유도 전류로 롤러 본체(2)는 줄(Joule) 발열한다. 또한, 재킷실(2A)에 의해, 롤러 본체(2)의 측주벽의 회전축 방향의 온도 분포가 균일하게 된다.

그리고, 전원 회로(5)는 롤러 본체(2)의 온도가 소정의 온도로 됨과 아울러, 피가열물(W)이 소정의 두께 분포로 되도록, 복수의 유도 코일(32) 각각에 공급하는 전력을 개별로 피드백 제어한다. 여기서, 롤러 본체(2)의 온도는, 롤러 본체(2)의 측주벽에 있어서 재킷실(2A)보다도 지름 방향 외측에 마련된 온도 센서(도시하지 않음)에 의해 검출된다. 또한, 피가열물(W)의 두께 분포는, 예를 들면 레이저 변위계 등을 이용한 복수의 두께 센서(도시하지 않음)에 의해 검출된다.

그리고, 본 실시 형태의 유도 발열 롤러 장치(100)는, 롤러 본체(2)에 냉매를 공급하여 롤러 본체(2)를 냉각하는 냉각 기구(6)를 더 구비하고 있다.

냉각 기구(6)는, 피가열물(W)이 롤러 본체(2)로부터 빼앗는 부하 열량에 더하여, 냉매를 이용하여 롤러 본체(2)로부터 부하 열량을 빼앗는 것이다. 본 실시 형태의 냉각 기구(6)는, 롤러 본체(2)의 축방향에 있어서 원하는 변형대(열팽창차)를 얻기 위해 부족한 부하 열량을 빼앗는 것이다. 여기서, 「부족한 부하 열량」 = 「원하는 변형대(열팽창차)를 얻기 위한 부하 열량」-「피가열물이 롤러 본체로부터 빼앗는 부하 열량」이다.

구체적으로 냉각 기구(6)는, 롤러 본체(2)의 중공 내에 냉매를 공급하여 롤러 본체(2)의 내면을 냉각하는 것이다. 이 냉각 기구(6)는 예를 들면 롤러 본체(2)의 한쪽 저널(4)에 형성된 냉매 도입 포트(도시하지 않음)로부터 롤러 본체(2)의 중공 내에 냉매를 공급하고, 다른 쪽 저널(4)에 형성된 냉매 도출 포트(도시하지 않음)로부터 냉매를 도출한다. 냉매로서는, 소정 온도로 냉각된 냉각 가스여도 되고, 액상 또는 미스트상의 냉각액이어도 된다.

이 냉각 기구(6)에 의해 공급되는 냉매량은, 피가열물(W)이 롤러 본체(2)로부터 빼앗는 부하 열량에 따라서, 냉각 기구 제어부(7)에 의해서 제어된다. 즉, 냉각 기구 제어부(7)는, 「피가열물이 롤러 본체로부터 빼앗는 부하 열량」 ≥ 「원하는 변형대를 얻기 위한 부하 열량」인 경우에는, 냉매량을 제로로 하여 롤러 본체(2)에 냉매를 공급하지 않는다. 한편, 냉각 기구 제어부(7)는, 「원하는 변형대를 얻기 위한 부하 열량」 > 「피가열물이 롤러 본체로부터 빼앗는 부하 열량」인 경우에는, 「부족한 부하 열량」에 기초하는 소정의 냉매량을 롤러 본체(2)에 공급한다. 또한, 냉각 기구 제어부(7)는 냉각 기구(6)의 냉매 공급로(61)에 마련된 유량 제어 기기(62)를 제어함으로써 냉매량을 제어한다. 여기서, 피가열물(W)이 롤러 본체(2)로부터 빼앗는 부하 열량은, 롤러 본체(2)를 소정의 온도로 제어하기 위해서 필요한 복수의 유도 코일(32)의 전력(kW)으로부터 구해진다.

다음으로, 냉각 기구(6)의 작용을 도 3을 참조하여 설명한다. 또한, 도 3은, 설명의 편의상, 제1~제5 유도 코일(32)을 이용한 예를 나타내고 있다.

(1) 「피가열물이 롤러 본체로부터 빼앗는 부하 열량」 ≥ 「원하는 변형대를 얻기 위한 부하 열량」인 경우

전원 회로(5)는 롤러 본체(2)의 온도가 200℃가 되도록 복수의 유도 코일(32)에 공급하는 전력을 제어하고, 그때의 피가열물(W)이 롤러 본체(2)로부터 빼앗는 부하 열량이 30kW였던 것으로 한다.

여기서, 전원 회로(5)는, 열처리 후의 피가열물(W)의 두께 분포가 균일하게 되도록, 복수의 유도 코일(32) 각각에 공급하는 전력을 개별로 제어한다. 열처리 후의 피가열물(W)의 두께 분포가 균일하게 되기 위해서는, 제1, 제2, 제4, 제5 유도 코일(32)의 전력이 5kW이며, 제3 유도 코일(32)의 전력이 10kW인 것으로 한다. 두께를 균일하게 하기 위해서는, 예를 들면 제3 유도 코일의 전력과 제2 유도 코일의 전력의 차가 5kW 필요하며, 원하는 변형대를 얻기 위한 부하 열량은 30kW가 된다.

(2) 「원하는 변형대를 얻기 위한 부하 열량」 > 「피가열물이 롤러 본체로부터 빼앗는 부하 열량」인 경우

피가열물이 롤러 본체(2)로부터 빼앗는 부하 열량이 10kW가 되었을 경우라도, 전원 회로(5)는 롤러 본체(2)의 온도가 200℃가 되도록 복수의 유도 코일(32)에 공급하는 전력을 제어한다.

전원 회로(5)는 열처리 후의 피가열물(W)의 두께 분포가 균일하게 되도록, 복수의 유도 코일(32) 각각에 공급하는 전력을 개별로 제어하지만, 복수의 유도 코일(32)로의 합계 전력이 10kW이기 때문에, 제1, 제2, 제4, 제5 유도 코일(32)의 전력이 약 1.6kW이며, 제3 유도 코일(32)의 전력이 약 3.2kW가 되어 버린다. 그러면, 예를 들면 제3 유도 코일(32)의 전력과 제2 유도 코일(32)의 전력의 차가 약 1.6kW가 되어 버려, 두께를 균일하게 하기 위해서 필요한 5kW에 못 미친다.

이 경우에 있어서, 냉각 기구(6)에 의해 롤러 본체(2)를 냉각하여, 부족한 부하 열량 20kW를 보충함으로써, 전원 회로(5)에 의해서 복수의 유도 코일(32)에 30kW의 전력을 공급하게 된다. 그러면, 제1, 제2, 제4, 제5 유도 코일(32)의 전력이 5kW가 되고, 제3 유도 코일(32)의 전력이 10kW가 되므로, 원하는 변형대를 얻기 위한 부하 열량이 된다. 그 결과, 열처리 후의 피가열물(W)의 두께 분포가 균일하게 될 수 있다.

<본 실시 형태의 효과>

이와 같이 구성한 유도 발열 롤러 장치(100)에 의하면, 전원 회로(5)에 의해 복수의 유도 코일(32) 각각에 공급하는 전력을 개별로 제어함으로써, 롤러 본체(2)의 축방향에 있어서의 원하는 위치에서의 열팽창량을 조정할 수 있다. 그리고, 본 실시 형태에서는, 냉각 기구(6)에 의해 롤러 본체(2)를 냉각하고 있으므로, 피가열물(W)이 롤러 본체(2)로부터 빼앗는 부하 열량이 작은 경우라도, 피가열물(W)의 두께 분포의 균일화에 필요한 부하 열량을 냉각 기구(6)에 의해 보충할 수 있으므로, 피가열물(W)이 롤러 본체(2)로부터 빼앗는 부하 열량에 상관없이, 롤러 본체(2)의 축방향에 있어서의 원하는 위치에서의 열팽창량을 조정할 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 유도 발열 롤러 장치(100)를 이용하여 시트 모양의 피가열물(W)의 압연 처리를 행하는 경우에, 닙(nip) 압력을 균일하게 할 수 있어, 고품질인 시트 모양 제품을 제조하는 것이 가능하게 된다.

<그 외의 변형 실시 형태>

예를 들면, 도 4에 나타내는 바와 같이, 냉각 기구(6)가 롤러 본체(2)의 측주벽에 있어서 재킷실(2A)보다도 지름 방향 내측에 형성된 냉매 유통로(21)에 냉매를 공급하는 것이어도 된다. 냉매 유통로(21)는 둘레 방향으로 복수이며 등간격으로 형성되어 있다. 냉각 기구(6)는 냉매 유통로(21)에 대해서 예를 들면 롤러 본체의 한쪽 저널(4)에 형성된 냉매 도입 포트로부터 냉매를 공급하고, 다른 쪽 저널(4)에 형성된 냉매 도출 포트로부터 냉매를 도출한다.

또한, 도 5에 나타내는 바와 같이, 냉각 기구(6)가 롤러 본체(2)의 내면에 있어서 복수의 유도 코일(32)에 대향하는 부분 각각에 개별로 냉매를 공급하는 것인 것이 바람직하다. 구체적으로 냉각 기구(6)는, 복수의 냉매 공급구(63)를 가지고 있고, 복수의 냉매 공급구(63) 각각으로부터 냉매를 공급함/공급하지 않음을 전환할 수 있다. 예를 들면, 냉각 기구(6)는 복수의 냉매 공급구(63) 각각이 형성된 복수의 공급관(64)을 가지고, 해당 복수의 공급관(64) 각각에 개폐 밸브(도시하지 않음)를 마련하는 것을 생각할 수 있다. 또한, 냉매 공급구(63)의 수는, 유도 코일(32)의 수와 같아도 되고, 달라도 된다. 이 구성이면, 롤러 본체(2)의 내면에 있어서의 소정 부위의 국소적인 저온화가 가능하게 되어, 열팽창에 의한 변형대의 축방향에 있어서의 상대차(열팽창차)를 최대화할 수 있다.

그 외, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되지 않으며, 그 취지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능한 것은 말할 필요도 없다.

100…유도 발열 롤러 장치 2…롤러 본체
2A…재킷실 32…복수의 유도 코일
5…전원 회로 6…냉각 기구
7…냉각 기구 제어부 21…냉매 유통로

Claims

중공 원통 모양의 롤러 본체와,
상기 롤러 본체의 중공 내에 축방향을 따라서 마련된 복수의 유도 코일과,
상기 복수의 유도 코일 각각에 공급하는 전력을 개별로 제어하는 전원 회로와,
상기 롤러 본체에 냉매를 공급하여 상기 롤러 본체를 냉각하는 냉각 기구를 구비하는 유도 발열 롤러 장치.
청구항 1에 있어서,
시트 모양의 피가열물을 열처리하는 것이며,
상기 전원 회로는, 상기 롤러 본체의 온도가 소정의 온도로 됨과 아울러, 상기 피가열물이 소정의 두께 분포로 되도록, 상기 복수의 유도 코일 각각에 공급하는 전력을 개별로 제어하는 유도 발열 롤러 장치.
청구항 1에 있어서,
부하 열량에 따라서 상기 냉각 기구에 의한 냉매의 공급량을 제어하는 냉각 기구 제어부를 더 구비하는 유도 발열 롤러 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 롤러 본체의 측주벽에 기액 2상의 열매체가 봉입되는 재킷실이 형성되어 있는 유도 발열 롤러 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 냉각 기구는, 상기 롤러 본체의 중공 내에 냉매를 공급하는 것인 유도 발열 롤러 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 냉각 기구는, 상기 롤러 본체의 측주벽에 있어서 상기 재킷실보다도 지름 방향 내측에 형성된 냉매 유통로에 냉매를 공급하는 것인 유도 발열 롤러 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 냉각 기구는 상기 롤러 본체의 내면에 있어서 상기 복수의 유도 코일에 대향하는 부분 각각에 개별로 냉매를 공급하는 것인 유도 발열 롤러 장치.