特許 7591261 熱処理用ローラ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-20

(45)【発行日】2024-11-28

(54)【発明の名称】熱処理用ローラ装置

(51)【国際特許分類】

   H05B 6/14 20060101AFI20241121BHJP

   F16C 13/00 20060101ALI20241121BHJP

【ＦＩ】

H05B6/14

F16C13/00 D

F16C13/00 C

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021005858

(22)【出願日】2021-01-18

(65)【公開番号】P2022110444

(43)【公開日】2022-07-29

【審査請求日】2023-12-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000110158

【氏名又は名称】トクデン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100121441

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 竜平

(74)【代理人】

【識別番号】100154704

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 真大

(74)【代理人】

【識別番号】100129702

【弁理士】

【氏名又は名称】上村 喜永

(74)【代理人】

【識別番号】100206151

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 惇志

(74)【代理人】

【識別番号】100218187

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 治子

(72)【発明者】

【氏名】北野 孝次

【審査官】礒部 賢

(56)【参考文献】

【文献】実公平０２－０３１９９９（ＪＰ，Ｙ２）

【文献】特開２０１７－１３９８９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５４－１３９７１３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０２－２６１９２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｂ ６／０２ － ６／４４

Ｆ１６Ｃ １３／００ － １３／０６

Ｄ０２Ｊ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

中空円筒状のローラ本体と、
前記ローラ本体の両端部に設けられ、回転自在に支持される駆動軸と、
前記ローラ本体と前記駆動軸との間に介在し、前記ローラ本体の熱変形に追従する熱変形追従機構とを備え、
前記熱変形追従機構は、前記駆動軸の円周方向に沿って設けられた複数のばね要素を有し、前記複数のばね要素が変形することによって前記ローラ本体の熱変形に追従するものであり、
前記駆動軸は、軸受により支持される軸受け部と、前記複数のばね要素が接合される接合部とを有し、
前記接合部は、前記軸受け部よりも径が大きい、熱処理用ローラ装置。

【請求項2】

中空円筒状のローラ本体と、
前記ローラ本体の両端部に設けられ、回転自在に支持される駆動軸と、
前記ローラ本体と前記駆動軸との間に介在し、前記ローラ本体の熱変形に追従する熱変形追従機構とを備え、
前記熱変形追従機構は、前記駆動軸の円周方向に沿って設けられた複数のばね要素を有し、前記複数のばね要素が変形することによって前記ローラ本体の熱変形に追従するものであり、
前記複数のばね要素は、前記駆動軸の軸方向に所定の幅を有する板状体であり、
前記複数のばね要素の駆動軸側は、径方向内側に行くに連れて幅寸法が大きくなる、熱処理用ローラ装置。

【請求項3】

中空円筒状のローラ本体と、
前記ローラ本体の両端部に設けられ、回転自在に支持される駆動軸と、
前記ローラ本体と前記駆動軸との間に介在し、前記ローラ本体の熱変形に追従する熱変形追従機構とを備え、
前記熱変形追従機構は、前記駆動軸の円周方向に沿って設けられた複数のばね要素を有し、前記複数のばね要素が変形することによって前記ローラ本体の熱変形に追従するものであり、
前記複数のばね要素の軸方向外側に、前記ローラ本体の両端部の開口を塞ぐ端面板が設けられている、熱処理用ローラ装置。

【請求項4】

前記複数のばね要素は、径方向外側に行くに連れて周方向に折れ曲がっている部分を有する、請求項１乃至３の何れか一項に記載の熱処理用ローラ装置。

【請求項5】

前記複数のばね要素は、周方向において対称形状となるように設けられている、請求項１乃至４の何れか一項記載の熱処理用ローラ装置。

【請求項6】

前記複数のばね要素は、円環状をなすリング状部材から構成される、請求項１乃至５の何れか一項に記載の熱処理用ローラ装置。

【請求項7】

前記ローラ本体の肉厚内に、気液二相の熱媒体が封入されたジャケット室が形成されている、請求項１乃至６の何れか一項に記載の熱処理用ローラ装置。

【請求項8】

前記ローラ本体の内部に設けられ、前記ローラ本体を誘導発熱させる誘導発熱機構をさらに備える、請求項１乃至７の何れか一項に記載の熱処理用ローラ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱処理用ローラ装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

誘導発熱ローラ装置などの熱処理用ローラ装置は、熱処理物が外側周面に接触する中空円筒状のローラ本体を有しており、当該ローラ本体の両端部には軸受により回転自在に支持される駆動軸が設けられている。ここで、従来の熱処理用ローラ装置では、ローラ本体の両端部には、駆動軸に設けられたフランジ状の端板が固定されている。

【0003】

この熱処理用ローラ装置では、ローラ本体の両端部が端板によって拘束される構成に加えて、端板とローラ本体の中央部との温度差による熱膨張差によって、ローラ本体の両端部は、ローラ本体の中央部に比べて小径化してしまう。その結果、熱処理物に対してニップ圧が低下する等の悪影響を及ぼしてしまう。

【0004】

ここで、特許文献１に示すように、ローラ本体の両端部における中空内に補助加熱装置を設けることによって、ローラ本体の中央部と端板との温度差による熱膨張差を解消する誘導発熱ローラ装置が考えられている。その他、特許文献１では、端板の形状を円錐形状にして可撓性を持たせる構成にもしている。

【0005】

しかしながら、ローラ装置に補助加熱装置を設ける必要があり、装置のコストアップに繋がるだけでなく、駆動軸が補助加熱装置により加熱されることになり、当該駆動軸を支持する軸受への熱影響が問題となってしまう。なお、端板の形状を円錐形状にすると、その分、ローラ装置の軸方向寸法が大きくなり、設置スペースの自由度が低下してしまう。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特許第３５５６２８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、駆動軸への熱伝導を抑えつつ、ローラ本体の熱変形に対して両端部を追従できるようすることをその主たる課題とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

すなわち本発明に係る熱処理用ローラ装置は、中空円筒状のローラ本体と、前記ローラ本体の両端部に設けられ、回転自在に支持される駆動軸と、前記ローラ本体と前記駆動軸との間に介在し、前記ローラ本体の熱変形に追従する熱変形追従機構とを備え、前記熱変形追従機構は、前記駆動軸の円周方向に沿って設けられた複数のばね要素を有し、前記複数のばね要素が変形することによって前記ローラ本体の熱変形に追従することを特徴とする。

【0009】

このようなものであれば、ローラ本体と駆動軸との間に介在してローラ本体の熱変形に追従する熱変形追従機構を備え、この熱変形追従機構が、駆動軸の円周方向に沿って設けられた複数のばね要素を有しているので、複数のばね要素が変形することによってローラ本体の熱変形に追従することができる。その結果、ローラ本体の熱変形に対して両端部を追従できるようすることができる。つまり、ローラ本体の中央部と両端部とを同じように熱変形させることができ、熱処理物に対してニップ圧が低下する等の問題を解消することができる。また、ローラ本体と駆動軸とが周方向において複数のばね要素により接続される構成となり、ローラ本体からの熱が駆動軸に伝わる経路が制約されることになり、駆動軸への熱伝導を抑えることができる。さらに、従来のように端板を円錐形状にする必要がないので、設置スペースの自由度が低下することもない。

【0010】

複数のばね要素の具体的な実施の態様としては、前記複数のばね要素は、径方向外側に行くに連れて周方向に折れ曲がっている部分を有することが望ましい。ここで、周方向に折れ曲がる態様としては、径方向外側に行くにつれて周方向に湾曲している構成の他、屈曲している構成であっても良い。

【0011】

ローラ本体の熱変形に対して周方向全体に亘って均一に追従するためには、前記複数のばね要素は、周方向において対称形状となるように設けられていることが望ましい。

【0012】

複数のばね要素に所定の剛性を持たせるためには、前記複数のばね要素は、前記駆動軸の軸方向に所定の幅を有する板状体であることが望ましい。

【0013】

前記複数のばね要素の駆動軸側は、径方向内側に行くに連れて幅寸法が大きくなることが望ましい。この構成であれば、曲げ剛性に対する強度を確保することができる。

【0014】

ばね要素の構成を簡単にするためには、前記複数のばね要素は、円環状をなすリング状部材から構成されることが望ましい。このようにばね要素をリング状部材から構成した場合、所定管径の円管を切断することによって各ばね要素を形成することができ、加工コストを削減することができる。

【0015】

前記駆動軸は、軸受により支持される軸受け部と、前記複数のばね要素が接合される接合部とを有し、前記接合部は、前記軸受け部よりも径が大きいことが望ましい。この構成であれば、軸受の構成を従来通りとしつつ、複数のばね要素の設置スペースを小さくすることができる。また、曲げ剛性に対する強度も確保することができる。

【0016】

複数のばね要素が回転することによって、騒音及び放熱の問題が生じる恐れがある。この問題を好適に解決するためには、前記複数のばね要素の軸方向外側に、前記ローラ本体の両端部の開口を塞ぐ端面板が設けられていることが望ましい。

【0017】

前記ローラ本体の肉厚内に、気液二相の熱媒体が封入されたジャケット室が形成されていることが望ましい。この構成であれば、ローラ本体の軸方向の温度が均一になるので、熱変形追従機構を設けた構成と相俟って、ローラ本体の中央部と両端部とを同じように熱変形させることができる。

【0018】

本発明の適用例としては、前記ローラ本体の内部に設けられ、前記ローラ本体を誘導発熱させる誘導発熱機構をさらに備える誘導発熱ローラ装置とすることが望ましい。

【発明の効果】

【0019】

このように構成した本発明によれば、駆動軸への熱伝導を抑えつつ、ローラ本体の熱変形に対して両端部を追従できるようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の一実施形態の熱処理用ローラ装置の構成を模式的に示す断面図である。

【図2】同実施形態の熱変形追従機構を主として示す斜視図及び側面図である。

【図3】同実施形態のサポートフランジの固定構造を示す拡大断面図である。

【図4】本発明の熱変形追従機構の変形例を模式的に示す断面図及び斜視図である。

【図5】本発明の熱変形追従機構の変形例を模式的に示す断面図及び側面図である。

【図6】本発明の熱変形追従機構の変形例を模式的に示す断面図及び側面図である。

【図7】本発明の熱変形追従機構の変形例を模式的に示す斜視図及び側面図である。

【図8】本発明の熱変形追従機構の変形例を模式的に示す斜視図及び側面図である。

【図9】本発明の熱変形追従機構の変形例を模式的に示す斜視図及び側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

＜本発明の一実施形態＞
以下に本発明に係る熱処理用ローラ装置１００の一実施形態について図面を参照して説明する。

【0022】

この熱処理用ローラ装置１００は、例えばプラスチックフィルム、紙、布、不織布、合成繊維、金属箔等のシート材又はウェブ材、線（糸）材等の連続材の連続熱処理工程等において用いられるものである。

【0023】

本実施形態の熱処理用ローラ装置１００は、誘導発熱ローラ装置であり、図１に示すように、回転自在に支持された中空円筒状のローラ本体２と、このローラ本体２の内部に設けられた誘導発熱機構３とを備えている。

【0024】

ローラ本体２の両端部には中空の駆動軸４１を有するジャーナル４が設けられており、当該駆動軸４１は、転がり軸受等の軸受８を介して機台９に回転自在に支持されている。なお、ジャーナル４は、駆動軸４１と、当該駆動軸４１に設けられた熱変形追従機構４２と、ローラ本体２の軸方向端部に固定されるサポートフランジ４３とを有している。これらの詳細は後述する。そして、ローラ本体２は、例えばモータ等の回転駆動機構（不図示）により外部から与えられる駆動力によって回転されるように構成されている。また、本実施形態のローラ本体２の側周壁には、長手方向（回転軸方向）に延びる気液二相の熱媒体を封入するジャケット室２Ａが、周方向に複数且つ等間隔に形成されている。

【0025】

誘導発熱機構３は、円筒形状をなす円筒状鉄心３１と、当該円筒状鉄心３１の外側周面に巻装された誘導コイル３２とを備えている。

【0026】

円筒状鉄心３１の両端部は、フランジ部材３３を介して支持軸３４に支持されており、当該支持軸３４は、それぞれ駆動軸４１の内部に挿通されて、転がり軸受等の軸受１０を介して駆動軸４１に回転自在に支持されている。これにより、誘導発熱機構３は、回転するローラ本体２の内部において、機台９（固定側）に対して静止状態に保持される。

【0027】

また、誘導コイル３２には、外部リード線Ｌ１が接続されており、この外部リード線Ｌ１には、商用周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の交流電圧などを印加するための電源回路５が接続されている。

【0028】

このような誘導発熱機構３により、誘導コイル３２に交流電圧が印加されると交番磁束が発生し、その交番磁束はローラ本体２の側周壁を通過する。この通過によりローラ本体２に誘導電流が発生し、その誘導電流でローラ本体２はジュール発熱する。また、ジャケット室２Ａにより、ローラ本体２の側周壁の回転軸方向の温度分布が均一となる。

【0029】

しかして、本実施形態の熱処理用ローラ装置１００において軸方向両端部それぞれのジャーナル４は、図２及び図３に示すように、ローラ本体２と駆動軸４１との間に介在し、ローラ本体２の熱変形に追従する熱変形追従機構４２を備えている。

【0030】

熱変形追従機構４２は、駆動軸４１の円周方向（ローラ本体２の回転方向）に沿って設けられた複数のばね要素４２１を有し、複数のばね要素４２１が変形することによってローラ本体２の径方向に沿った熱変形に追従するように構成されている。

【0031】

具体的に複数のばね要素４２１は、径方向外側に行くに連れて周方向に折れ曲がっている部分を有する。また、複数のばね要素４２１は、周方向において対称形状となるように設けられている。

【0032】

本実施形態の複数のばね要素４２１は、駆動軸４１の軸方向に所定の幅を有する帯状体であり、より詳細には、軸方向から見た側面視において円環状をなすリング状部材から構成されている。

【0033】

複数のばね要素４２１は、駆動軸４１の外側周面に接触した状態で固定される複数の第１リング状部材４２１ａと、ローラ本体２の軸方向端部に固定されるサポートリング４３の内側周面に接触した状態で固定される複数の第２リング状部材４２１ｂとを有している。また、複数の第１リング状部材４２１ａと複数の第２リング状部材４２１ｂとも互いに接触した状態で固定される。なお、固定の方法としては、ねじ固定としても良いし、溶接固定としても良いが、複数のばね要素４２１を交換可能に構成するにはねじ固定が望ましい。

【0034】

ここで、図２においては、複数の第１リング状部材４２１ａは、互いに隣り合うもの同士も接触した状態で固定される構成としているが、互いに離れた構成としても良い。また、複数の第２リング状部材４２１ｂは、互いに隣り合うもの同士が互いに離れた構成としているが、互いに接触した状態で固定された構成としても良い。

【0035】

なお、複数の第１リング状部材４２１ａは、所定の同一管径の円管を所定軸長に切断することによって形成される。また、複数の第２リング状部材４２１ｂは、所定の同一管径の円管を所定軸長に切断することによって形成される。本実施形態では、第２リング状部材４２１ｂの管径が第１リング状部材４２１ａの管径よりも大きい構成としているが、大小関係が逆であっても良いし、互いに同一管径であっても良い。

【0036】

サポートフランジ４３は、図３に示すように、ローラ本体２の軸方向端部に対して嵌合されており、ローラ本体２にボルト４６によって固定される。また、サポートフランジ４３は、ローラ本体２の軸方向端部に対して被さるように嵌合する態様としてある。この構成により、ローラ本体２の軸方向端部が熱変形した場合に、サポートフランジ４３がその変形を受けることになり、複数のばね要素４２１による追従機能が発揮される。

【0037】

また、本実施形態では、複数のばね要素４２１の軸方向外側に、ローラ本体２の両端部の開口を塞ぐ端面板４４が設けられている。具体的に端面板４４は、円環状をなすサポートフランジ４３の外側開口を塞ぐように設けられることによって、ローラ本体２の両端部の開口を塞ぐように構成されている。

【0038】

＜本実施形態の効果＞
このように構成した熱処理用ローラ装置１００によれば、ローラ本体２と駆動軸４１とを接続し、ローラ本体２の熱変形に追従する熱変形追従機構４２を備え、この熱変形追従機構４２が、駆動軸４１の円周方向に沿って設けられた複数のばね要素４２１を有しているので、複数のばね要素４２１が変形することによってローラ本体２の熱変形に追従することができる。その結果、ローラ本体２の熱変形に対して両端部を追従できるようすることができる。つまり、ローラ本体２の中央部と両端部とを同じように熱変形させることができ、熱処理物に対してニップ圧が低下する等の問題を解消することができる。また、ローラ本体２と駆動軸４１とが周方向において複数のばね要素４２１により接続される構成となり、ローラ本体２からの熱が駆動軸４１に伝わる経路が制約されることになり、駆動軸４１への熱伝導を抑えることができる。さらに、従来のように端板を円錐形状にする必要がないので、設置スペースの自由度が低下することもない。

【0039】

また、本実施形態では、複数のばね要素４２１をリング状部材から構成しているので、ばね要素４２１の製作が簡単であり、特に小ロットの製造においてコストを低減することができる。加えて、熱変形追従機構４２の軸長寸法を従来の端板構成と同じにすることができるので、ローラ本体２における誘導発熱機構３の設置スペースを小さくすることもない。

【0040】

さらに、複数のばね要素４２１が固定されるサポートフランジ４３がローラ本体２の軸方向端部に被せて嵌合させているので、ローラ本体２の熱膨張によりローラ本体２とサポートフランジ４３との間に隙間が生じず、逆に締まり勝手となり構造体として堅牢性を維持し、加熱状態においても高精度を維持することができる。

【0041】

＜本発明の変形例１＞
図４に本発明の変形例を示す。図４に示す熱処理用ローラ装置１００は、前記実施形態とは、複数のばね要素４２１の構成が異なる。

【0042】

具体的にこの熱処理用ローラ装置１００は、複数のばね要素４２１の駆動軸側は、径方向内側に行くに連れて幅寸法が大きくなるように構成されている。図４の例では、第１リング状部材４２１ａのローラ本体２とは反対側の端面を傾斜面にすることによって、径方向内側に行くに連れて幅寸法が大きくなるように構成されている。この第１リング状部材４２１ａは、軸長が最長となる外側周面を駆動軸４１の外側周面に正接した状態で固定される。このように構成することで、曲げ剛性を確保することができ、ローラ本体２から受ける曲げ荷重に対する強度を確保することができる。

【0043】

＜本発明の変形例２＞
図５に本発明の変形例を示す。図５に示す熱処理用ローラ装置１００は、前記実施形態とは、複数のばね要素４２１の構成が異なる。つまり、前記実施形態では、第１リング状部材４２１ａ及び第２リング状部材４２１ｂの二重構成であったが、図５に示す熱処理用ローラ装置１００は、単一のリング状部材からなる一重構成である。

【0044】

具体的にこの熱処理用ローラ装置１００において、駆動軸４１は、軸受８により支持される軸受け部４１ａと、複数のばね要素４２１である複数のリング状部材４２１ｃが接合される接合部４１ｂとを有している。そして、接合部４１ｂは、軸受け部４１ａよりも径が大きい鍔部とされている。このように構成することで、軸受８の構成を従来通りとしつつ、複数のばね要素４２１の設置スペースを小さくすることができる。また、曲げ剛性に対する強度も確保することができる。

【0045】

上記の構成に加えて、図６に示すように、複数のリング状部材４２１ｃの内側に複数のリング状部材４２１ｃが正接した状態で固定される内側サポートリング４５を有していても良い。この内側サポートリング４５の外側周面に複数のリング状部材４２１ｃが正接した状態で固定される。また、内側サポートリング４５は、駆動軸４１の接合部４１ｂに着脱可能に嵌合されるとともにボルトによって固定される。なお、この内側サポートリング４５を用いた構成は、前記実施形態にも適用可能であり、また、図４の構成にも適用可能である。

【0046】

＜本発明の変形例３＞
図７に本発明の変形例を示す。図７に示す熱処理用ローラ装置１００は、前記実施形態とは、複数のばね要素４２１の構成が異なる。

【0047】

具体的にこの熱処理用ローラ装置１００において、複数のばね要素４２１は、駆動軸４１の外側周面及びサポートフランジ４３の内側周面の両方に正接した状態で固定される複数の主リング状部材４２１ｄと、互いに隣接するリング状部材４２１ｄの間に設けられ、それらに正接した状態で固定されるとともにサポートフランジ４３の内側周面に正接した状態で固定される複数の副リング状部材４２１ｅとから構成される。

【0048】

＜本発明の変形例４＞
図８に本発明の変形例を示す。図８に示す熱処理用ローラ装置１００は、前記実施形態とは、複数のばね要素４２１の構成が異なる。

【0049】

具体的にこの熱処理用ローラ装置１００において、複数のばね要素４２１は、円弧波型板形状をなすものであり、駆動軸４１の外側周面に正接した状態で固定される複数の内側円弧部４２１ｆと、サポートフランジ４３の内側周面に正接した状態で固定される複数の外側円弧部４２１ｇと、互いに隣接する内側円弧部４２１ｆ及び外側円弧部４２１ｇを接続する接続部４２１ｈとから構成される。複数の内側円弧部４２１ｆ及び複数の外側円弧部４２１ｇは、周方向に等間隔に設けられている。

【0050】

＜本発明の変形例５＞
図９に第１実施形態の変形例を示す。図９に示す熱処理用ローラ装置１００は、前記実施形態とは、複数のばね要素４２１の構成が異なる。

【0051】

具体的にこの熱処理用ローラ装置１００において、複数のばね要素４２１は、径方向外側に向かって周方向に湾曲した板状をなすものであり、駆動軸４１の外側周面とサポートフランジ４３の内側周面とを接続する。図９に示すばね要素４２１は、側面視においてインボリュート曲線形状をなすものである。なお、ばね要素４２１の形状は、インボリュート曲線形状に限られず、円弧形状をなすものであっても良いし、一部に湾曲した形状をなすものであっても良い。その他、ばね要素４２１の形状は、周方向に屈曲した形状をなすものであっても良い。

【0052】

さらに、複数のばね要素４２１は、サポートフランジ４３と内側サポートリング４５とを連結するスポーク状をなすものであっても良い。このばね要素４２１は、例えば直線棒状をなすものであり、径方向に対して傾斜した状態でサポートフランジ４３と内側サポートリング４５とを連結する。これによっても、複数のばね要素４２１をローラ本体２の熱変形に追従させることができる。

【0053】

その上、前記実施形態では、ばね要素は、円環状をなすリング状部材から構成されているが、別の形状、例えば楕円形状をなすリング状部材であっても良いし、対角線が径方向に沿って配置されるひし形状又は矩形状をなすリング状部材であっても良い。

【0054】

前記実施形態は、本発明を誘導発熱ローラ装置に適用した例を示したが、ローラ本体の内部に別の熱源を収容した熱処理用ローラ装置であっても良い。

【0055】

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

【符号の説明】

【0056】

１００・・・熱処理用ローラ装置（誘導発熱ローラ装置）
２ ・・・ローラ本体
２Ａ ・・・ジャケット室
３ ・・・誘導発熱機構
４１ ・・・駆動軸
４２ ・・・熱変形追従機構
４２１・・・複数のばね要素
４１ａ・・・軸受け部
４１ｂ・・・接合部
４４ ・・・端面板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】