JP2005222745A - Heating device of metal tube body - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、金属筒体を軸回転させながら加熱して高温にする金属筒体の加熱装置に関
し、詳しくは、加熱を誘導加熱にて行う金属筒体の加熱装置に関する。
このような金属筒体の加熱装置は、金属筒体を加熱しながら金属筒体内の収容物に遠心力を作用させることができ、例えば金属筒体の内周面に自溶合金被覆を施すのに好適である。
The present invention relates to a heating device for a metal cylinder that is heated to a high temperature while rotating the shaft of a metal cylinder, and more particularly to a heating device for a metal cylinder that performs heating by induction heating.
Such a heating device for a metal cylinder can apply centrifugal force to the contents in the metal cylinder while heating the metal cylinder. For example, a self-fluxing alloy coating is applied to the inner peripheral surface of the metal cylinder. It is suitable for.
金属筒体内面に自溶合金の融着被覆を施すに際し、金属筒体内に自溶合金粉末を装入して、金属筒体を軸回転させながら、即ち軸線を中心に金属筒体を回転させながら、金属筒体内の粉末を一度に加熱溶融させる、いわゆる一発方式の施工方法および金属筒体の加熱装置が知られている(例えば特許文献1参照)。この装置は、金属筒体を高速で軸回転させる筒体支持回転装置と、回転中の金属筒体を一発加熱する誘導加熱装置とを備えたものであり、一発加熱用の誘導子には、金属筒体の円周方向の小区間を金属筒体の全長に亘って誘導加熱する面焼形コイルが採用されている。 When applying the fusion coating of the self-fluxing alloy to the inner surface of the metal cylinder, the self-fluxing alloy powder is charged into the metal cylinder, and the metal cylinder is rotated around the axis while rotating the metal cylinder. However, there is known a so-called one-shot construction method and a metal cylinder heating apparatus in which powder in a metal cylinder is heated and melted at a time (see, for example, Patent Document 1). This device includes a cylinder support rotating device that rotates a metal cylinder at a high speed, and an induction heating device that heats the rotating metal cylinder in one shot. Employs a face-fired coil that induction-heats a small section in the circumferential direction of the metal cylinder over the entire length of the metal cylinder.
金属筒体の全長を誘導加熱する誘導子には鞍形の誘導コイルも多用されており、そのような誘導子22を装備した金属筒体加熱装置20の要部を図9(a)に示した。この誘導子22には、金属筒体10のほぼ全長に亘り金属筒体10に沿って軸方向に並走する部分が、二本分、含まれている。また、金属筒体加熱装置20における筒体支持回転装置は、図示した二本の受けローラ23,24を要部とするものであり、これらのローラ23,24を図示しないローラ駆動装置で軸支して回転駆動するようになっている。
A saddle-shaped induction coil is also frequently used as an inductor for induction heating the entire length of the metal cylinder, and the main part of the metal
受けローラ23,24は、加熱対象の金属筒体10を乗載できるよう、何れも水平な状態で且つ適宜な距離を保って平行に設置され、軸方向を揃えて金属筒体10が乗載されると、その金属筒体10を水平に且つ回転伝動可能に支持する。そして、受けローラ23,24の何れか一方または双方が回転駆動されると、外周面同士の接触転動にて金属筒体10を所望速度で軸回転させるようになっている。
The
このような金属筒体加熱装置20に金属筒体10を乗載して軸回転させながら誘導子22に高周波通電を行うと、金属筒体10の外周面に(図9(b)参照)ほぼ鞍形の一次誘導電流11が誘起され、その電路部分が加熱されるが、金属筒体10が高速で軸回転しているので、金属筒体10は全周がほぼ一様に加熱される。自溶合金の被覆施工の場合、自溶合金の粉末層の均一化のため遠心力(加速度)が30m/s2(≒3G、なおGは重力加速度)以上になるような速度で金属筒体10が回転させられ、自溶合金が融着する高温まで金属筒体10が加熱される。
When high-frequency energization is performed on the
従来、受けローラ23,24には、非磁性ステンレス(オーステナイト系スチール)製のローラが、採用されている。誘導加熱の場合、可能であれば、例えばアルミナのような電気絶縁体からなるローラを採用したいのであるが、絶縁材や非良導体の範疇では、高速での接触転動に長く耐えられる適切な材料が、見つからないからである。また、アルミナ等は、所望寸法の部材の調達や加工が困難で、高価なうえ、製造に長期間を要する。これに対し、ステンレスは、靱性に富んでいて割れや剥離などが発生し難いため過酷な長期の接触転動に耐えるうえ、所望寸法の部材の調達や加工が容易で価格が安く短期補充も可能である。
Conventionally, rollers made of non-magnetic stainless steel (austenitic steel) are employed as the receiving
しかしながら、受けローラ23,24がステンレス製の場合、ステンレスは電気良導体であるから、高周波通電時には受けローラ23,24にも二次誘導電流12が誘起される(図9(c)参照)。二次誘導電流12は、金属筒体10の両端部を経由して、受けローラ23,24を流れ、受けローラ23,24を加熱して、金属筒体10の加熱に間接的には役立つが、副次的・二義的なものである。軸回転に伴い受けローラ23,24や金属筒体10が振れたりしてローラ23,24と金属筒体10との接触が破られたときなど、二次誘導電流12の還流を継続しようとする誘導起電力が強いと、たとえば金属筒体10の両端における四カ所の転動面端部13,14,15,16に、放電によるスパークが発生する。
However, when the
スパークが発生すると、受けローラ23,24及び金属筒体10の外周面にスパーク痕が形成される。そして、一度スパーク痕が発生すると、そこの接触不良は恒常的なものとなり、更にスパークが大量に発生するようになる。そうすると、金属筒体10の品質は損なわれ、受けローラ23,24の寿命は短くなる。
そのため、従来の受けローラ23,24では、ステンレスの持つ靱性等の長期耐性という利点が十分には活用されず、安価で短期補充容易という利点しか活用されない。
When spark is generated, spark marks are formed on the outer peripheral surfaces of the
Therefore, in the
そこで、ステンレスの長期耐性も活用すべく、ステンレス製の受けローラ23,24に電気絶縁性を付与するために、その外周面にアルミナ溶射にて絶縁被覆を形成し、この絶縁被覆付き受けローラ33,34を装備した金属筒体加熱装置30を試作した(図10(a)参照)。この場合、金属筒体10のみを流れる一次誘導電流11は従来同様であるが(図9(b)参照)、受けローラ33,34に誘起される二次誘導電流12は(図10(b)参照)、一次誘導電流金属筒体10と受けローラ33,34とが電気絶縁されているので、受けローラ33,34それぞれの中で環流し各ローラ内にとどまる。そしてスパークは防止される。
Therefore, in order to utilize the long-term resistance of stainless steel, in order to provide electrical insulation to the stainless
しかしながら、加熱環境で高速転動するため絶縁被覆には割れや剥離が発生しやすく、そして、それが成長すると、やがて電気絶縁が破れて放電が起こり、スパークが発生すると割れ等が広がり、絶縁被覆の損耗が加速する。そうすると、絶縁被覆の無いときと同様、転動面端部13,14,15,16等にスパークが頻発して(図10(c)参照)、受けローラ33,34の寿命が尽きる。このため、絶縁被覆施工のコストアップを上回るほどの寿命延長は叶わない。
However, since it rolls at a high speed in a heating environment, the insulation coating is likely to crack and peel off, and as it grows, the electrical insulation eventually breaks and discharge occurs, and when a spark occurs, the crack spreads and the like spreads. Accelerates wear and tear. Then, as in the case where there is no insulation coating, sparks frequently occur at the rolling
そこで、ステンレス等の金属材料に具わっているローラ向け利点を総て活用するために、すなわち安価で短期補充容易という利点に加えて長期耐性という利点も十分に活用するために、金属材料からなる受けローラに電気絶縁性を付与するに際して、その具体的構造や絶縁手段の付加の仕方などに、更なる工夫を凝らすことが、技術的な課題となる。 Therefore, in order to make full use of the advantages for rollers such as stainless steel, that is, to make full use of the advantages of long-term durability in addition to the advantages of cheap and short-term replenishment, it is made of metal materials. When providing electrical insulation to the receiving roller, it is a technical problem to further devise the concrete structure and the way of adding insulating means.
本発明の金属筒体の加熱装置(当初請求項1)は、このような課題を解決するために創案されたものであり、加熱対象の金属筒体を回転させながら支持する二列構成の受けローラと、この受けローラを回転駆動するローラ駆動装置と、前記金属筒体を全長同時に誘導加熱する誘導加熱装置とを備えた金属筒体の加熱装置において、前記受けローラは、金属製の芯部材に金属製のスリーブが嵌装された構造を有し、そのスリーブは複数体の短尺スリーブに分割されていて、前記芯部材と電気絶縁された状態で且つ短尺スリーブ相互間に隙間を設けた配置形態にて嵌装されている、というものである。 The metal cylinder heating device of the present invention (initial claim 1) has been devised in order to solve such problems, and has a two-row receiving structure that supports the metal cylinder to be heated while rotating it. In a metal cylinder heating device comprising a roller, a roller driving device that rotationally drives the receiving roller, and an induction heating device that induction-heats the metal cylinder at the same time, the receiving roller is a metal core member The sleeve is divided into a plurality of short sleeves, and the sleeve is electrically insulated from the core member, and a gap is provided between the short sleeves. It is said that it is fitted in a form.
また、本発明の金属筒体の加熱装置(当初請求項2)は、上記の当初請求項1記載の金属筒体の加熱装置であって更に、前記複数体の短尺スリーブを前記芯部材と電気絶縁する手段は、前記芯部材の外周面または前記短尺スリーブの内周面に施された電気絶縁性の被覆であって、前記短尺スリーブはこの被覆を介して前記芯部材に緊着嵌装されている、というものである。 A metal cylinder heating apparatus according to the present invention (initial claim 2) is the metal cylinder heating apparatus according to the above-mentioned initial claim 1, and further, the plurality of short sleeves are electrically connected to the core member. The means for insulating is an electrically insulating coating applied to the outer peripheral surface of the core member or the inner peripheral surface of the short sleeve, and the short sleeve is tightly fitted to the core member via the coating. It is that.
さらに、本発明の金属筒体の加熱装置(当初請求項3)は、上記の当初請求項1記載の金属筒体の加熱装置であって更に、前記短尺スリーブの内周面にその短尺スリーブの全長に亘るキー溝が設けられており、また、前記芯部材の外周面にはキー部材が植設されていて、前記短尺スリーブは前記キー溝に前記キー部材を突出させることで前記芯部材に対して周方向固定されており、更に、前記短尺スリーブの前記キー溝にキー係合させて短尺スリーブ相互間に配置した電気絶縁性のスペーサによって、短尺スリーブ相互間の前記隙間が維持されている、というものである。 Further, the metal cylinder heating device according to the present invention (initial claim 3) is the metal cylinder heating device according to the above-mentioned initial claim 1, and further, the short sleeve is provided on the inner peripheral surface of the short sleeve. A key groove extending over the entire length is provided, and a key member is planted on the outer peripheral surface of the core member, and the short sleeve projects the key member into the key groove to form the core member. Further, the gap between the short sleeves is maintained by an electrically insulating spacer that is fixed in the circumferential direction and is key-engaged with the key groove of the short sleeve and disposed between the short sleeves. That's it.
また、本発明の金属筒体の加熱装置(当初請求項4)は、上記の当初請求項3記載の金属筒体の加熱装置であって更に、前記芯部材の端部に前記短尺スリーブの脱落を防止するためのストッパーが配設されている、というものである。
また、本発明の金属筒体の加熱装置(当初請求項5)は、上記の当初請求項1記載の金属筒体の加熱装置であって更に、前記スリーブがステンレス等の非磁性金属からなる、というものである。
A metal cylinder heating device according to the present invention (initial claim 4) is the metal cylinder heating device according to the above-mentioned initial claim 3, and further, the short sleeve is detached at the end of the core member. It is said that a stopper for preventing this is disposed.
Moreover, the metal cylinder heating device (initial claim 5) of the present invention is the metal cylinder heating device according to the initial claim 1, and the sleeve is made of a nonmagnetic metal such as stainless steel. That's it.
また、本発明の金属筒体の加熱装置(当初請求項6)は、上記の当初請求項1〜当初請求項5記載の金属筒体の加熱装置であって更に、前記ローラ駆動装置が対地絶縁されている、というものである。
また、本発明の金属筒体の加熱装置(当初請求項7)は、上記の当初請求項6記載の金属筒体の加熱装置であって更に、前記ローラ駆動装置に、前記芯部材の端部を軸支する両端軸受部と、前記芯部材の中間部を軸支する中間軸受部とが、具わっている、というものである。
Moreover, the metal cylinder heating device of the present invention (initial claim 6) is the metal cylinder heating device according to the above-mentioned initial claims 1 to 5, and further, the roller driving device is insulated from the ground. It has been said.
The metal cylinder heating device according to the present invention (initial claim 7) is the metal cylinder heating device according to the above-mentioned initial claim 6, further comprising an end portion of the core member at the roller driving device. Both end bearing portions that pivotally support and an intermediate bearing portion that pivotally supports the intermediate portion of the core member are provided.
このような本発明の金属筒体の加熱装置(当初請求項1)にあっては、金属筒体が、受けローラとローラ駆動装置とを具えた筒体支持回転装置によって、水平に支持され、更に軸回転させられる。また、誘導加熱装置によって、全長に亘って加熱される。これにより、金属筒体を一発加熱しながら金属筒体に遠心力を作用させることができ、例えば金属筒体の内周面に自溶合金被覆を適切に施すことができる。 In such a metal cylinder heating apparatus of the present invention (initial claim 1), the metal cylinder is horizontally supported by a cylinder support rotating device including a receiving roller and a roller driving device, Further, the shaft is rotated. Moreover, it heats over the full length with an induction heating apparatus. Thereby, centrifugal force can be made to act on a metal cylinder, heating a metal cylinder once, for example, self-fluxing alloy coating can be appropriately given to the inner peripheral surface of a metal cylinder.
しかも、受けローラを半径方向にも軸方向にも分割して分割体同士を相互に絶縁したことにより、すなわち受けローラをローラ駆動装置側の芯部材と金属筒体側のスリーブとに半径方向分割するとともに、そのスリーブを更に軸方向で幾つかの短尺スリーブに分割したうえで、各短尺スリーブの相互絶縁を行ったことにより、受けローラに誘起される二次誘導電流が短尺スリーブ単位で寸断されることとなる。そして、回転に伴って金属筒体と受けローラとの接触が破られたときなどに働く誘導起電力も分割されて個々には弱められることから、放電が発生し難くなるうえ発生しても消滅しやすいので、不所望なスパークの発生頻度は激減する。 Moreover, the receiving roller is divided in both the radial direction and the axial direction to insulate the divided bodies from each other. That is, the receiving roller is divided into a core member on the roller driving device side and a sleeve on the metal cylinder side in the radial direction. At the same time, the sleeve is further divided into several short sleeves in the axial direction, and each short sleeve is mutually insulated, so that the secondary induced current induced in the receiving roller is cut in units of short sleeves. It will be. And since the induced electromotive force that works when the contact between the metal cylinder and the receiving roller is broken with rotation is also divided and weakened individually, it becomes difficult for discharge to occur and even if it occurs, it disappears Therefore, the frequency of unwanted sparks is drastically reduced.
そのため、スリーブを金属材料製にしても放電による不都合が無く、絶縁手段を具現する絶縁部材を接触転動部位に配置する必要も無くなる。そして、安価・短期補充容易・長期耐性の利点を兼ね備えた部材を選出しやすい金属材料で短尺スリーブを作れば、受けローラの寿命が全うされる。
したがって、この発明によれば、安価で長期使用にも適う金属筒体の加熱装置を実現することができる。
Therefore, even if the sleeve is made of a metal material, there is no inconvenience due to electric discharge, and there is no need to dispose an insulating member that embodies the insulating means at the contact rolling site. If the short sleeve is made of a metal material that is easy to select a member having the advantages of low cost, easy short-term replenishment, and long-term durability, the life of the receiving roller is completed.
Therefore, according to the present invention, it is possible to realize a metal cylinder heating apparatus that is inexpensive and suitable for long-term use.
また、本発明の金属筒体の加熱装置(当初請求項2)にあっては、芯部材の外周面または短尺スリーブの内周面に絶縁被覆を形成して短尺スリーブを芯部材から電気絶縁するとともに上記被覆を介して短尺スリーブを芯部材に緊着嵌装したことにより、短尺スリーブの芯部材に対する同軸配置が容易かつ確実に実現されて、嵌装後の短尺スリーブ外周面に、高速回転に必要な、高度の同心度,真円度,同軸度が確保されて、本来のローラ機能が容易に確保される。しかも、この場合、芯部材の絶縁被覆はスリーブを外嵌されて金属筒体と接触転動しないので、絶縁被覆も長期に亘って維持される。上記緊着嵌装は、スリーブを焼嵌めにて芯部材に外嵌することで、容易に而も芯部材の絶縁被覆を傷めることなく、短尺スリーブを嵌装することができる。しかも、スリーブが短尺スリーブに分割されているので、スリーブの焼嵌めが一層容易であり、修理交換時の材工費も低く抑えることができる。 In the metal cylinder heating device of the present invention (initial claim 2), an insulating coating is formed on the outer peripheral surface of the core member or the inner peripheral surface of the short sleeve to electrically insulate the short sleeve from the core member. In addition, the short sleeve is tightly fitted to the core member through the above-described covering, so that the coaxial arrangement of the short sleeve with respect to the core member can be easily and reliably realized, and the short sleeve outer surface after fitting can be rotated at high speed. The required high degree of concentricity, roundness and coaxiality are ensured, and the original roller function is easily secured. In addition, in this case, since the insulating coating of the core member is fitted around the sleeve and does not roll in contact with the metal cylinder, the insulating coating is also maintained for a long period of time. In the above-described tight fitting, the short sleeve can be easily fitted without damaging the insulation coating of the core member by externally fitting the sleeve to the core member by shrink fitting. In addition, since the sleeve is divided into short sleeves, shrink fitting of the sleeve is easier, and material costs for repair and replacement can be kept low.
さらに、本発明の金属筒体の加熱装置(当初請求項3)にあっては、短尺スリーブ端部間に絶縁用スペーサを介挿させるようにもしたことにより、例えば異常昇温等により短尺スリーブが緩んで芯部材の軸方向に移動しうる状態になったときでも、短尺スリーブ相互の電気絶縁が確実に維持される。また、芯部材の外周面に植設したキー部材がスリーブの内周面のキー溝に嵌挿するようにもしたことにより、例えば異常昇温等によりスリーブが緩んで芯部材との周方向摩擦力が弱まったり失われたりしたときでも、芯部材の空回りが確実に防止される。しかも、キー溝がスリーブの両端に及んでいるので、キー部材がスリーブの焼嵌めを阻害することもない。 Further, in the metal cylinder heating device of the present invention (initial claim 3), an insulating spacer is interposed between the ends of the short sleeve, so that the short sleeve is caused by, for example, abnormal temperature rise. Even when the sleeve is loosened and can move in the axial direction of the core member, the electrical insulation between the short sleeves is reliably maintained. Also, since the key member implanted on the outer peripheral surface of the core member is inserted into the key groove on the inner peripheral surface of the sleeve, the sleeve loosens due to, for example, abnormal temperature rise, and the circumferential friction with the core member Even when the force is weakened or lost, the core member is reliably prevented from spinning around. In addition, since the key groove extends to both ends of the sleeve, the key member does not hinder the shrink fitting of the sleeve.
さらに、本発明の金属筒体の加熱装置(当初請求項4)には、芯部材の両端部に短尺スリーブの脱落を防止するためのストッパーが配設されているので、上記異常昇温が万一受けローラの端部に及ぶことがあっても、上記脱落が、その初動である短尺スリーブの芯部材端部からのはみ出しさえも抑止されることで、脱落やそれに伴うトラブル等の極めて好ましくない事態から無縁の装置となっている。 Furthermore, since the metal cylinder heating device of the present invention (initial claim 4) is provided with stoppers for preventing the short sleeve from dropping off at both end portions of the core member, the abnormal temperature rise is extremely low. Even if it reaches the end of the receiving roller, the above-mentioned drop-off is suppressed even by the short sleeve, which is the initial movement, from protruding from the end of the core member. It has become a device unrelated to the situation.
また、本発明の金属筒体の加熱装置(当初請求項5)にあっては、短尺スリーブを非磁性(非強磁性)金属製としたので、誘導加熱時に短尺スリーブに誘起される誘導電流の浸透深さ(誘導電流ひいてはそれに由来する入熱の磁束入力面近傍への集中度の指標/浸透深さが小さいほど集中度大)が強磁性金属における浸透深さの数十〜数百倍となることで、短尺スリーブの厚さ範囲内の入熱量(即ち短尺スリーブにおける入熱密度)を小さくできて、短尺スリーブの昇温が抑えられる。短尺スリーブを炭素鋼のような強磁性金属製としたときにも、磁気変態温度を超える温度では非磁性となるから、上記入熱の抑制は、金属筒体の加熱工程の途中段階までのことであるが、この磁気変態温度までの昇温差が加熱工程内での到達温度の抑制に大きく寄与する。その結果、たとえば、短尺スリーブの肉厚を、強磁性金属製とした場合のように上記到達温度を許容限度内に納めるために厚肉化するといった考慮なしに自由に選定できるなど、製作・保守コストの低減にも有用な対策となる。 In the metal cylinder heating device of the present invention (initial claim 5), since the short sleeve is made of a non-magnetic (non-ferromagnetic) metal, the induced current induced in the short sleeve during induction heating is reduced. Penetration depth (index of concentration of induced current and heat input derived from it in the vicinity of the magnetic flux input surface / concentration increases as the penetration depth decreases) is several tens to several hundreds times the penetration depth in ferromagnetic metals. As a result, the amount of heat input within the thickness range of the short sleeve (that is, the heat input density in the short sleeve) can be reduced, and the temperature rise of the short sleeve can be suppressed. Even when the short sleeve is made of a ferromagnetic metal such as carbon steel, it becomes non-magnetic at a temperature exceeding the magnetic transformation temperature, so the suppression of heat input is limited to the middle stage of the heating process of the metal cylinder. However, the temperature difference up to this magnetic transformation temperature greatly contributes to the suppression of the ultimate temperature in the heating process. As a result, for example, the thickness of the short sleeve can be freely selected without consideration of increasing the wall thickness in order to keep the temperature reached within the allowable limits, as in the case of a ferromagnetic metal. This is a useful measure for reducing costs.
また、本発明の金属筒体の加熱装置(当初請求項6)にあっては、ローラ駆動装置の対地絶縁まで行ったことにより、芯部材に誘起された誘導電流(言わば三次誘導電流)に起因する放電までも抑制される。 Further, in the metal cylinder heating device of the present invention (initial claim 6), due to the ground insulation of the roller driving device, it is caused by the induced current (so-called tertiary induced current) induced in the core member. Even the discharge to be suppressed is suppressed.
また、本発明の金属筒体の加熱装置(当初請求項7)にあっては、芯部材の両端を対地絶縁しながら軸支するだけでなく、芯部材の中間部も対地絶縁しながら軸支するようにしたことにより、受けローラの回転時振れが小さく抑制され、例えば受けローラが長いときや受けローラを高速回転させたときでも、金属筒体とスリーブとの接触転動部位における衝撃が小さくて済むうえ、接触転動部位等での放電も発生や成長し難くなる。 Moreover, in the metal cylinder heating device of the present invention (initial claim 7), not only the both ends of the core member are pivotally supported while being insulated against the ground, but also the intermediate portion of the core member is pivotally supported while being insulated from the ground. By doing so, the vibration during rotation of the receiving roller is suppressed to be small. For example, even when the receiving roller is long or when the receiving roller is rotated at high speed, the impact at the contact rolling portion between the metal cylinder and the sleeve is small. In addition, it is difficult to generate or grow a discharge at a contact rolling site.
また、中間軸受部に水冷カバーを付設することにより、受けローラや金属筒体の発する輻射熱から中間軸受部が守られる。 Moreover, by attaching a water cooling cover to the intermediate bearing portion, the intermediate bearing portion is protected from the radiant heat generated by the receiving roller and the metal cylinder.
本発明の金属筒体の加熱装置(以下、金属筒体加熱装置という)の一実施形態について、その構成を、図面を引用して説明する。図1(a)は、金属筒体加熱装置の全体構造を示す斜視図であり、図2は、受けローラ二本の平面図である。また、図3は、受けローラ各部の外観構造を示し、(a)が芯部材の斜視図、(b)が短尺スリーブの斜視図、(c)が絶縁用スペーサの斜視図、(d)が受けローラの展開図である。さらに、図4は、受けローラ各部の内部構造を示し、(a)が受けローラの正面図、(b)がAA断面矢視図、(c)がBB断面矢視図、(d)がその部分拡大図、(e)がC部拡大正面図、(f)がその断面図、(g)がその部分拡大図である。 A configuration of an embodiment of a metal cylinder heating apparatus (hereinafter referred to as a metal cylinder heating apparatus) according to the present invention will be described with reference to the drawings. Fig.1 (a) is a perspective view which shows the whole structure of a metal cylinder heating apparatus, and FIG. 2 is a top view of two receiving rollers. 3 shows the external structure of each part of the receiving roller, (a) is a perspective view of the core member, (b) is a perspective view of the short sleeve, (c) is a perspective view of the insulating spacer, and (d) is a perspective view of the insulating spacer. It is an expanded view of a receiving roller. Further, FIG. 4 shows the internal structure of each part of the receiving roller, (a) is a front view of the receiving roller, (b) is an AA sectional arrow view, (c) is a BB sectional arrow view, and (d) is its sectional view. (E) is a C-part enlarged front view, (f) is a sectional view thereof, and (g) is a partially enlarged view thereof.
なお、それらの図示に際しては、簡明化等のため、誘導子22の支持機構や,ベース,フレーム,ボルト等の締結具,ヒンジ等の連結具,モータドライバ等の電気回路,コントローラ等の電子回路などは図示を割愛し、発明の説明に必要なものや関連するものを中心に図示した。また、それらの図示に際し従来と同様の構成要素には同一の符号を付して示したので、重複する再度の説明は割愛し、以下、従来との相違点を中心に説明する。
In these drawings, for simplification and the like, a support mechanism for the
この実施形態の金属筒体加熱装置40が既述した金属筒体加熱装置20,30と相違するのは、受けローラ23,24や受けローラ33,34が受けローラ50,60になった点である。なお、図1(a)には、図9や図10では図示を割愛した一台の高周波電源21と四基の両端軸受部25と単機の電動機26も図示したが、これらは、従来の金属筒体加熱装置20にも装備されていたものである(特許文献1も参照)。
The metal
すなわち、金属筒体加熱装置40は、二本が水平かつ平行に設置され加熱対象の金属筒体10が乗載されるとこれを水平に且つ回転伝動可能に支持しうる受けローラ23,24と、この受けローラ23,24を軸支して回転駆動するローラ駆動装置25〜26と、金属筒体10の全長を誘導加熱する誘導加熱装置21〜22とを備えた金属筒体加熱装置20を基礎として、そのうち受けローラ23,24を受けローラ50,60で置換することにより、改良したものである。
In other words, the metal
自溶合金の被覆施工に適した速度で金属筒体10を軸回転させる筒体支持回転装置が受けローラ50,60とローラ駆動装置25〜26とで構成されることは既述した通りであるが、四基の両端軸受部25と一台の電動機26とからなるローラ駆動装置25〜26の具体例が図示されている(図1(a)参照)。両端軸受部25はそれぞれ受けローラ50,60の各端部を軸支するよう配設され、そのうち一基の両端軸受部25を介して電動機26が受けローラ50を回転駆動するようになっている。高周波電源21は、鞍形の誘導コイルからなる誘導子22に適切な通電スケジュールで適宜な高周波を通電するようになっている。
As described above, the cylindrical body supporting and rotating device that rotates the metal
受けローラ50,60は(図2参照)、同じ構造・形状のものであり、金属筒体10の直径より狭い軸間距離で平行配置されるが、その際に短尺スリーブ52間の隙間が受けローラ相互間で互い違いとなるように軸方向の向きを反転した状態で設置されるので、一方に符号「50」を付し、他方に「60」を付して、区別可能に図示した。また、受けローラ50の各部材には「50台」の符号を付し、受けローラ60の対応部材には「10」だけ多い「60台」の符号を付して示した。以下、受けローラ50の構造を詳述するが、受けローラ60の構造も同じである。この受けローラ50は(図2,図3参照)、両端軸受部25で軸回転可能に支持される一本の芯部材51と、軸方向に列ねて芯部材51に嵌装される十二個の短尺スリーブ52と、短尺スリーブ52を相互に導通を生じない形で相互間位置規制する二十二個のスペーサ54と、八個のストッパー55とからなる。
The receiving
芯部材51は(図3(a)参照)、良導体ではあるが靱性等に優れ而も安価なステンレスの棒材を軸回転体に加工したものである。両端は両端軸受部25に適合した細径にされるが、それ以外は同一径の円柱状に仕上げられ、その外周面にはキー部材51aが植設される。二十四個のキー部材51aは、軸線の両側に分けられ、何れも軸線と平行に列設される。また、芯部材51の外周面には短尺スリーブ52との電気絶縁のためアルミナ溶射等にて絶縁被覆が形成される。キー部材51aもステンレス製なので一緒に又は別個に絶縁被覆される。さらに、芯部材51の両端部にはストッパー55を取付けるためのネジ穴が形成され、重量を軽くする必要があれば芯部に中空51bが形成される(図4(b)参照)。
The core member 51 (see FIG. 3 (a)) is a shaft made of a stainless steel rod that is a good conductor but has excellent toughness and is inexpensive. Both ends have a small diameter suitable for the both-
短尺スリーブ52は(図3(b)参照)、ステンレス製の円筒体を芯部材51より短く切断して、その内周面にキー溝52aを彫り込み形成したものである。キー溝52aは、二本形成され、何れも短尺スリーブ52の両端部を含めた全長に及んでいる。キー溝52aの幅と深さは、一定であり、上述したキー部材51aの突出部を嵌挿しうるようになっている。短尺スリーブ52は、焼嵌めのため即ち加熱膨張させて芯部材51に嵌装するために、ステンレスの無垢材からなり、内径が芯部材51の外径より少しだけ小さくなっている。
The short sleeve 52 (see FIG. 3B) is formed by cutting a stainless steel cylindrical body shorter than the
絶縁用スペーサ54は(図3(c)参照)、端面が凸形のステンレス小片であり、一方の被保持部54bを何れかの短尺スリーブ52の端面からキー溝52aに差込み、その短尺スリーブ52と隣り合う別の短尺スリーブ52の端面からキー溝52aに他方の被保持部54bを差込むと、短尺スリーブ離隔部54aが両短尺スリーブ52の対向端面の間に突き出て、隣り合う短尺スリーブ52間の端部間隙53を一定以上に維持するようになっている。短尺スリーブ離隔部54aと被保持部54bは、少なくとも短尺スリーブ52と接触する可能性のある表面が、電気絶縁のためアルミナ溶射等で絶縁被覆されてこのスペーサに必要な電気絶縁性が具備されている。ストッパー55も絶縁被覆されている。
The insulating spacer 54 (see FIG. 3C) is a small piece of stainless steel with a convex end surface, and one held
これらを組み合わせて(図2参照)受けローラ50が作り上げられる(図4参照)。具体的には、芯部材51に短尺スリーブ52が一つずつ焼嵌めにて嵌装され、その際、キー部材51aの突出部がキー溝52aに嵌挿させられる。また、一つの短尺スリーブ52を嵌装後に次の短尺スリーブ52を嵌装するときには、それらの端部間に二個のスペーサ54が介装される。スペーサ54は、被保持部54bが短尺スリーブ52のキー溝52aの中に差し込んで短尺スリーブ52と芯部材51との間に納められ、短尺スリーブ離隔部54aがキー溝52aから外に出た状態で両側の短尺スリーブ52の端部間に介挿される。
These are combined (see FIG. 2) to form the receiving roller 50 (see FIG. 4). Specifically, the
この実施形態の金属筒体加熱装置40について、その使用態様及び動作を、図面を引用して説明する。図1(b)は、金属筒体加熱装置40の使用状態を示す斜視図、 図1(c)は、受けローラ60に誘起される二次誘導電流12の流れ方を示す斜視図である。
About the metal
金属筒体加熱装置40の使い方は基本的に従来通りである。すなわち(図1(b)参照)、金属筒体10の内周面に自溶合金の融着被覆を施す等のために金属筒体加熱装置40を用いて金属筒体10を加熱する場合、先ず受けローラ50,60上に金属筒体10を乗載し、次に自溶合金粉末の装入などアプリケーション対応の前作業も行い、さらに誘導子22を金属筒体10に近づけ又は誘導子22が金属筒体10に対して誘導加熱可能な位置にあることを確認し、それから電動機26と高周波電源21を作動させる。
The usage of the metal
そうすると、受けローラ50が軸回転し、これに随伴して金属筒体10及び受けローラ60も軸回転する。その回転速度は、図示しないコントローラ等の制御によって、金属筒体10の内周面に所望の遠心力を生じる速度に保たれる。自溶合金の被覆施工に適した遠心力(加速度)としては、30m/s2(≒3G、なおGは重力加速度)以上が望ましく、特許文献1には30〜100m/s2(3〜10G)や,50〜100m/s2(5〜10G)の範囲が例示されているが、最近では、200〜500m/s2(20G〜50G)の範囲も多用されている。
If it does so, the receiving
また、誘導子22に高周波通電が行われて、金属筒体10の外周面に(図9(b)参照)ほぼ鞍形の一次誘導電流11が誘起され、その電路部分が加熱される。金属筒体10が高速で軸回転しているので、金属筒体10は全周がほぼ一様に加熱される。自溶合金の被覆施工の場合、自溶合金が融着する高温まで金属筒体10が加熱される。その温度は、特許文献1に記載のように1000℃程度か又はそれ以上であり、それに要する高周波通電条件としては、周波数は0.3kHz〜5kHz程度の低周波帯でパワーは200kW〜1200kW程度の特大電力とする通電条件が多用されるが、それ以外も使用される。
Further, high frequency energization is performed on the
さらに、受けローラ50,60の大部分がステンレス製なので、高周波通電時には、やはり受けローラ50,60にも二次誘導電流12が誘起される。
もっとも、受けローラ50,60の構造が従来の受けローラ23,24と違っているので、受けローラ50,60における二次誘導電流12の流れ方が従来と異なるものとなっている。
Furthermore, since most of the receiving
However, since the structures of the receiving
すなわち(図1(c)参照)、受けローラ60では、二次誘導電流12誘起部位である外周面部分が、十二個の短尺スリーブ62に分割されており、それらが電気的に相互絶縁されていることから、二次誘導電流12も短尺スリーブ62に対応して分割され、各々の二次誘導電流12は該当短尺スリーブ62内の小さな閉ループを流れるので、二次誘導電流12の源の誘導起電力も同じく分割されて分散する。受けローラ50についても同様である。
That is, (see FIG. 1C), in the receiving
そのため、軸回転に伴い受けローラ50,60や金属筒体10が振れたりして受けローラ50,60と金属筒体10との接触が破られたときなどに、誘導電流の還流を継続しようとする誘導起電力が働いても、各短尺スリーブ62に分散した誘導起電力は、そうでないときより桁違いに弱いので、スパークの発生は激減する。
こうして、この金属筒体加熱装置40にあっては、受けローラ50,60がスパークにほとんど曝されないことから、ステンレスの持つ靱性等の長期耐性という利点を十分に享有するので、長期間に亘って不都合なく使用することができる。
Therefore, when the receiving
Thus, in this metal
また、長期使用の後、短尺スリーブ52,62が傷んだときには、その短尺スリーブだけ新品と交換することにより、他の部材は継続使用することができる。短尺スリーブの交換は、受けローラ50,60の組立時と同様に焼嵌めで行うことで、容易にできる。
さらに、絶縁手段として設けられた端部間隙53,63確保用のスペーサ54や,芯部材51の絶縁被覆,スペーサ54の絶縁被覆,ストッパー55の絶縁被覆は、受けローラ33,34の絶縁被覆とは異なり、過酷な接触転動に曝されることがないので、これも長期使用に耐える。
When the
Further, the
また、金属筒体10の加熱に伴い金属筒体10だけでなく受けローラ50も加熱され、その加熱が芯部材51よりも短尺スリーブ52に強く作用するため、短尺スリーブ52が熱膨張して芯部材51に対する締付け力が弱まる傾向を生じる。そして、それが行き過ぎて、不所望に緩んでしまうと、短尺スリーブ52が芯部材51の周方向にも軸方向にも移動しかねない状態となる。しかし、そのような万一の事態にも、受けローラ50にあっては、キー部材51aとキー溝52aとの協動によって、芯部材51の空回りが防止され、スペーサ54の介在によって、隣り合う短尺スリーブ52同士の接触短絡が防止され、ストッパー55によって短尺スリーブ52の抜け落ちが防止される。
In addition, not only the
本発明の金属筒体加熱装置の他の実施形態について、その構成を、図面を引用して説明する。図5は、金属筒体の加熱装置の全体構造を示す斜視図であり、図6は、受けローラ二本(又は四本を二列に配した構成)の平面図であり、図7は、中間軸受部の正面図と側面図である。なお、図7の正面図ではカバーを縦に切断して手前の部分を取り去った状態を示している。 The configuration of another embodiment of the metal cylinder heating device of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a perspective view showing the overall structure of the metal cylinder heating device, FIG. 6 is a plan view of two receiving rollers (or a configuration in which four are arranged in two rows), and FIG. It is the front view and side view of an intermediate bearing part. Note that the front view of FIG. 7 shows a state in which the cover is cut vertically and the front portion is removed.
この実施形態の金属筒体加熱装置70が上述した金属筒体加熱装置40と相違するのは、ローラ駆動装置25〜26に中間軸受部72追加された点と、そのローラ駆動装置が対地絶縁されている点である。
対地絶縁は(図5参照)、両端軸受部25と電動機26と中間軸受部72の各底面に絶縁板71を敷くことで行われ、これによって、受けローラの芯部材に誘起された誘導電流がローラ駆動装置を介して設置先床面等に流れるのが阻止されるので、それに起因する放電までも抑制される。
The metal
Insulation to the ground (see FIG. 5) is performed by laying insulating
芯部材の中間部を軸支する中間軸受部72の導入により、受けローラは一本で両側の両端軸受部25間に及ぶ長いものでも良く、両端軸受部25と中間軸受部72と間の短いものを二本連結させても良くなっているが、新たな受けローラ80,90も、受けローラ50,60同様、外周面に絶縁被覆を施したステンレス製の芯部材81,91に、ステンレス製の短尺スリーブ82,92を焼嵌めしたものである。この受けローラ80,90では、短尺スリーブ92を軸方向に列ねるに際して、総てを密に列ねるのでなく、部分的に省いている。中間軸受部72には、輻射熱を遮蔽するために、水冷のカバーが付設されている。
Due to the introduction of the
この場合、受けローラ80,90の軸支が両端の両端軸受部25だけでなく中間の中間軸受部72によってもなされていることから、受けローラ80,90を高速回転させたときでも、受けローラ80,90の振れが小さく抑えられるので、金属筒体10と短尺スリーブ82,92との接触転動部位における衝撃が小さくて済む。また、短尺スリーブ82,92が軸方向に分割および相互絶縁されているうえ、芯部材81,91を軸支するローラ駆動装置25〜26,72が対地絶縁されているので、接触転動部位等での放電もその悪影響もほとんどないので、受けローラ80,90は、より長期の使用に耐える。
In this case, since the shaft support of the receiving
さらに、中間軸受部72は、カバーの露呈部74が受けローラ80,90や金属筒体10の発する輻射熱を遮蔽することによって、加熱が緩和されるのに加えて、カバーの通水部73への通水によって積極的に冷却までされるので、過酷な環境下でも軸受部の過剰な温度上昇は回避され、やはり長期使用に耐えることができる。
Further, the
こうして、この金属筒体加熱装置70にあっては、受けローラ80,90がスパークにほとんど曝されないうえ、接触転動に伴う衝撃もあまり受けないことから、極めて長期間に亘って不都合なく使用することができる。
また、金属筒体加熱装置70にあっても、短尺スリーブ単位での交換に基づく利点や、絶縁被覆等の接触転動回避による寿命延長、短尺スリーブの異常弛緩に対するキー部材等での空回り防止および絶縁用スペーサ等で短絡防止等は、有効である。
Thus, in this metal
Even in the case of the metal
上述の金属筒体加熱装置40及び金属筒体加熱装置70を試作して、短尺スリーブの絶縁状態と、受けローラの無負荷時および有負荷時の振れと、スパーク痕の発現までの使用回数とを調べた。金属筒体加熱装置70については中間軸受部72の温度も測定した。
Prototyping the above-described metal
金属筒体加熱装置40の受けローラ50,60の芯部材51,61は、材質がJIS/SCM440で外径が120mmで長さが1920mmであり、その絶縁被覆は材質がアルミナで厚さが0.3mmであり溶射法で形成したものである。
短尺スリーブ52,62は、材質がJIS/SUS304で外径が150mmで内径が120mmで長さが155mmである。なお、一方の端に配置されるのは長さが半分しかない。
The
The
金属筒体加熱装置70の受けローラ80,90の芯部材81,91は、中間軸受部72のところで分割されており、一方の長さが1254mmで他方の長さが950mmであり、何れも材質がJIS/SCM440で外径が150mmである。その絶縁被覆は材質がアルミナで厚さが0.3mmであり溶射法で形成したものである。
短尺スリーブ82,92は、材質がJIS/SUS304で外径が180mmで内径が120mmで長さが155mmである。
The
The
金属筒体加熱装置40の短尺スリーブ52,62について隣同士の絶縁抵抗は、市販の一般的なメガーで測定したところ、最低が1MΩで、5MΩ、12MΩ、20MΩ、27MΩ、30MΩもあったが、他は無限大であった。
また、金属筒体加熱装置70の短尺スリーブ82,92について隣同士の絶縁抵抗は、同じメガーで測定したところ、総て無限大であった。
The insulation resistance between the adjacent
Moreover, when the insulation resistance of adjacent
そして、無負荷で運転して振れを測定したところ、金属筒体加熱装置40の受けローラ50,60では0.02mm以下、金属筒体加熱装置70の受けローラ80,90では0.02〜0.05mmであった。
これに対し、テスト用の金属筒体10を乗載して有負荷運転を行ったところ、金属筒体加熱装置40の受けローラ50,60の振れは0.25mm程度に増えたが、金属筒体加熱装置70の受けローラ80,90の振れは0.05〜0.07mmにとどまった。
When the runout was measured by operating with no load, it was 0.02 mm or less for the receiving
On the other hand, when the
さらに、誘導子22に高周波通電して誘導加熱も行い、金属筒体10の温度と、中間軸受部72のカバー露呈部74の温度と、中間軸受部72の軸受そのものの温度とを測定したところ、次のようになった。すなわち、筒体温度が600℃のときカバー温度が24℃で軸受温度が42℃であり、筒体温度が700℃のときカバー温度が25℃で軸受温度が42℃であり、筒体温度が850℃のときカバー温度が30℃で軸受温度が44℃であり、筒体温度が950℃のときカバー温度が35℃で軸受温度が75℃であり、筒体温度が1050℃のときカバー温度が38℃で軸受温度が68℃であった。
Furthermore, induction heating was performed by energizing the
そして、金属筒体10を15回転/秒で回転させながら1050℃まで加熱昇温させて、その状態を10秒間維持してから、金属筒体10を常温まで下げる、という処理を繰り返した。
従来の金属筒体加熱装置20であれば、大抵、そのような処理を10回ほど繰り返すと受けローラ23,24に視認可能なスパーク痕が現出するのであるが、金属筒体加熱装置40も金属筒体加熱装置70も、上記処理を100回以上繰り返しても受けローラ50,60,80,90にスパーク痕が現出せず、上記処理が継続されている。
And the process of heating and raising to 1050 ° C. while rotating the
In the case of the conventional metal
[その他]
なお、上記の実施形態では、誘導子22として鞍形の誘導コイルを挙げたが、これは例示であり、誘導子は、金属筒体の全長を一発加熱できるものであれば他の形状のものでも良く、例えば特許文献1記載の面焼形コイルやマルチターンコイルでも良い。
また、本発明の金属筒体加熱装置は、金属筒体内周面への自溶合金被覆施工に限られる訳でなく、例えばローラの熱処理などにも使用できる。
[Others]
In the above embodiment, a saddle-shaped induction coil is used as the
Further, the metal cylinder heating device of the present invention is not limited to the self-fluxing alloy coating construction on the circumferential surface of the metal cylinder, and can be used for heat treatment of rollers, for example.
さらに、上記の実施形態では、特許文献1に記載されたような押えローラを設けていなかったが、押えローラの付設は、他の部材と干渉しなければ、任意である。
また、上記の実施形態では、電動機での回転駆動を一本の受けローラに対してだけ行うようにしたが、回転同期を適切に採れば、複数本の受けローラを駆動するようにしても良い。
Furthermore, in the above-described embodiment, the press roller described in Patent Document 1 is not provided. However, the press roller may be arbitrarily provided as long as it does not interfere with other members.
Further, in the above embodiment, the rotation drive by the electric motor is performed only for one receiving roller, but a plurality of receiving rollers may be driven if rotation synchronization is appropriately taken. .
また、図8は、受けローラ51の一端部を中心とした詳細な側面図であり、短尺スリーブの上半分など一部分を断面で示しているが、ここに図示したストッパー55は、アングル部材状に曲がっていて、一端部が受けローラ51の端面にボルト55aで固定され、他端が受けローラ51の外周面上で短尺スリーブの端面に当接するようになっている。
FIG. 8 is a detailed side view centered on one end of the receiving
10 金属筒体(ワーク)
11 一次誘導電流(金属筒体に誘起)
12 二次誘導電流(受けローラに誘起)
13,14,15,16 転動面端部(放電頻発部位)
20 金属筒体加熱装置(金属筒体の加熱装置)
21 高周波電源(誘導加熱装置)
22 誘導子(コイル、誘導加熱装置)
23,24 受けローラ(筒体支持回転装置の要部)
25 両端軸受部(軸支部、ローラ駆動装置)
26 電動機(回転駆動源、ローラ駆動装置)
30 金属筒体加熱装置(金属筒体の加熱装置)
33,34 受けローラ(筒体支持回転装置の要部)
40 金属筒体加熱装置(金属筒体の加熱装置)
50,60 受けローラ(筒体支持回転装置の要部)
51,61 芯部材(金属製軸体、外周面に絶縁被覆)
51a キー部材
51b 中空
52,62 短尺スリーブ(焼嵌め可能なステンレス筒状体)
52a キー溝
53,63 端部間隙(電気絶縁手段)
54 スペーサ(電気絶縁手段)
54a 短尺スリーブ離隔部
54b 被保持部
55 ストッパー(電気絶縁手段、脱落防止手段)
70 金属筒体加熱装置(金属筒体の加熱装置)
71 絶縁板(対地絶縁手段)
72 中間軸受部(軸支部、ローラ駆動装置)
73 通水部(輻射熱遮蔽用の水冷カバー)
74 露呈部(輻射熱遮蔽用の水冷カバー)
80,90 受けローラ(筒体支持回転装置の要部)
81,91 芯部材(金属製軸体、外周面に絶縁被覆)
82,92 短尺スリーブ(焼嵌め可能なステンレス筒状体)
10 Metal cylinder (work)
11 Primary induced current (induced to metal cylinder)
12 Secondary induced current (induced to the receiving roller)
13, 14, 15, 16 End of rolling surface (discharge frequent occurrence part)
20 Metal cylinder heating device (Metal cylinder heating device)
21 High frequency power supply (induction heating device)
22 Inductor (coil, induction heating device)
23, 24 Receiving roller (main part of cylindrical body supporting rotating device)
25 Both end bearing (shaft support, roller drive)
26 Electric motor (rotation drive source, roller drive device)
30 Metal cylinder heating device (Metal cylinder heating device)
33, 34 Receiving roller (main part of cylindrical support rotating device)
40 Metal cylinder heating device (Metal cylinder heating device)
50, 60 Receiving roller (main part of cylindrical support rotating device)
51, 61 Core member (metal shaft, insulation coating on outer peripheral surface)
51a
54 Spacer (electrical insulation means)
54a Short
70 Metal cylinder heating device (Metal cylinder heating device)
71 Insulation plate (ground insulation means)
72 Intermediate bearing (shaft support, roller drive)
73 Water passage (water cooling cover for radiant heat shielding)
74 Exposed part (Water-cooled cover for radiant heat shielding)
80, 90 Receiving roller (main part of cylinder support rotating device)
81,91 core member (metal shaft, insulation coating on outer peripheral surface)
82,92 Short sleeve (Stainless tube that can be shrink fitted)
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