JP2019091680A - Induction heating roller device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、誘導発熱ローラ装置に関し、特に二次導体が設けられたローラ本体に関するものである。 The present invention relates to an induction heating roller device, and more particularly to a roller body provided with a secondary conductor.
誘導発熱ローラ装置としては、磁性材からなるローラ本体と、当該ローラ本体内に設けられ、誘導コイルを有する誘導発熱機構とを備え、誘導コイルに商用周波数の交流電圧を印加してローラ本体を誘導発熱させるものがある。この誘導発熱ローラ装置では、ローラ本体が、磁束を通る磁気回路と、電磁誘導によって短絡電流が流れる電流回路との両方を構成する。このため、ローラ本体には、短絡電流を流しにくくするインピーダンスが生じてしまい、力率が低下してしまう。 The induction heating roller device includes a roller body made of a magnetic material, and an induction heating mechanism provided in the roller body and having an induction coil, and applies an AC voltage of commercial frequency to the induction coil to induce the roller body. There is something that causes fever. In this induction heating roller device, the roller body constitutes both a magnetic circuit which passes a magnetic flux and a current circuit where a short circuit current flows by electromagnetic induction. For this reason, an impedance which makes it difficult to flow the short circuit current is generated in the roller body, and the power factor is lowered.
力率の低下を防止する手段としては、特許文献１に示すように、ローラ本体の内側周面に非磁性材からなる二次導体を設けることが考えられている。 As a means for preventing a decrease in power factor, as shown in Patent Document 1, it is considered to provide a secondary conductor made of a nonmagnetic material on the inner circumferential surface of the roller body.
従来、二次導体をローラ本体の内側周面に設ける方法は、以下のとおりである。
まず、銅板を曲げ加工した後に銀ロー付けなどで接合することによって円筒状の管体を成形する。この管体に錆止め用の鍍金処理を施す。そして、鍍金処理が施された管体をローラ本体の内側周面にろう付けする。これにより、二次導体がローラ本体の内側周面に設けられる。なお、ろう付けの他に、ローラ本体に前記管体を圧入又は焼き嵌めして設ける方法もある。
Conventionally, the method of providing the secondary conductor on the inner circumferential surface of the roller body is as follows.
First, a cylindrical pipe body is formed by bending a copper plate and then joining the same by silver brazing or the like. The pipe body is plated with rust. Then, the plated tube is brazed to the inner circumferential surface of the roller body. Thereby, the secondary conductor is provided on the inner circumferential surface of the roller body. In addition to the brazing, there is also a method of press-fitting or shrink-fitting the tubular body on the roller body.
しかしながら、上記の方法では、銅板から管体を製作する工程や、管体に錆止め用の鍍金処理をする工程、及び管体をローラ本体に装着する工程などの多くの加工工程が必要となってしまう。 However, the above method requires many processing steps such as a step of manufacturing a tube from a copper plate, a step of plating the tube for rust prevention, and a step of attaching the tube to the roller body. I will.
その他、ろう付けによる取り付け方法では、管体の外側周面全面に亘ってろう付けすることが困難であることから、高速回転するローラ本体には適さない場合もある。また、圧入や焼き嵌めなどの取り付け方法では、ローラ本体と二次導体とが単に機械的に密着しているだけであり、ローラ本体と二次導体には熱膨張差があることから、ローラ本体と二次導体の温度変化の繰り返しによって緩んでしまう。その結果、ローラ本体と二次導体との間での熱伝導性が低下してしまうという問題もある。 In addition, in the attachment method by brazing, since it is difficult to braze all over the outer peripheral surface of a tube, it may not be suitable as a roller body rotating at high speed. Further, in the mounting method such as press-fitting or shrink-fitting, the roller body and the secondary conductor are merely in close mechanical contact, and there is a difference in thermal expansion between the roller body and the secondary conductor. It becomes loose by the repetition of the temperature change of the secondary conductor. As a result, there is also a problem that the thermal conductivity between the roller body and the secondary conductor is reduced.
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、ローラ本体の内側周面に二次導体を設けるのに必要な加工工程を少なくすることをその主たる課題とするものである。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its main object is to reduce the number of processing steps required to provide a secondary conductor on the inner circumferential surface of the roller body.
すなわち本発明に係る誘導発熱ローラ装置は、回転自在に支持されたローラ本体と、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ための誘導コイルを有する誘導発熱機構とを備え、前記誘導コイルに商用周波数の交流電圧を印加して前記ローラ本体を誘導発熱させる誘導発熱ローラ装置であって、前記ローラ本体の内側周面に、肉盛溶接により二次導体が形成されており、前記二次導体はアルミニウム青銅からなり、前記二次導体の表面に防錆処理が施されていないことを特徴とする。 That is, the induction heating roller device according to the present invention comprises: a roller body rotatably supported; and an induction heating mechanism provided inside the roller body and having an induction coil for induction heating of the roller body, An induction heating roller device that applies an AC voltage of commercial frequency to the induction coil to cause the roller body to generate heat by induction, and a secondary conductor is formed on the inner circumferential surface of the roller body by build-up welding, The secondary conductor is made of aluminum bronze, and the surface of the secondary conductor is not subjected to an anticorrosion treatment.
このようなものであれば、肉盛溶接により二次導体を形成しているので、従来の管体成形工程及び管体装着工程を省略することができる。また、アルミニウム青銅には表面に薄い保護酸化被膜が形成されるので、高温での酸化を防ぐ特性を有し、腐食に強くなる。このアルミニウム青銅を二次導体に用いることによって、鍍金工程などの防錆処理工程を省略することができる。その結果、ローラ本体の内側周面に二次導体を設けるのに必要な加工工程を少なくすることができる。また、肉盛溶接するだけで良く、ローラ本体の内側周面への二次導体の取り付け作業を容易にすることができる。さらに、肉盛溶接により二次導体を形成しているので、ローラ本体と二次導体とが一体となり、高速回転にも適用可能であり、ローラ本体と二次導体との熱膨張率の差による緩みが無く、ローラ本体と二次導体との間の熱伝導性の低下も抑えることができる。 If it is such, since the secondary conductor is formed by build-up welding, the conventional tube formation process and tube attachment process can be omitted. In addition, since a thin protective oxide film is formed on the surface of aluminum bronze, it has the property of preventing oxidation at high temperature, and is resistant to corrosion. By using this aluminum bronze as a secondary conductor, the rustproofing process such as the plating process can be omitted. As a result, the number of processing steps required to provide the secondary conductor on the inner circumferential surface of the roller body can be reduced. In addition, it is sufficient to build-up weld only, and the work of attaching the secondary conductor to the inner circumferential surface of the roller body can be facilitated. Furthermore, since the secondary conductor is formed by overlay welding, the roller body and the secondary conductor are integrated, and can be applied to high-speed rotation, and the difference in thermal expansion coefficient between the roller body and the secondary conductor There is no loosening, and the reduction in thermal conductivity between the roller body and the secondary conductor can also be suppressed.
ここで、アルミニウム青銅の電気抵抗値は、銅の電気抵抗値に比べて約６倍大きく、銅と同等の効果を得るには約６倍の厚さが必要となる。しかし、商用周波数の誘導加熱におけるアルミニウム青銅の電流浸透深さは計算値で約２２ｍｍ（２０℃、６０Ｈｚ）と深いため、必要な厚さは電流が浸透する厚み以下での設定が可能となる。必要な厚さとは、目標の力率（例えば８０％以上）を得るための厚さであり、商用周波数の誘導加熱における等価電気回路図（図４参照）を用いれば計算することができる。 Here, the electrical resistance value of aluminum bronze is about six times larger than the electrical resistance value of copper, and it is necessary to have a thickness about six times to obtain the same effect as copper. However, since the current penetration depth of aluminum bronze in induction heating at commercial frequency is as deep as about 22 mm (20 ° C., 60 Hz) in calculation value, the required thickness can be set below the thickness through which the current penetrates. The required thickness is a thickness for obtaining a target power factor (for example, 80% or more), and can be calculated by using an equivalent electric circuit diagram (see FIG. 4) in induction heating at commercial frequency.
アルミニウム青銅は、アルミニウムの含有量が多くなればなるほど酸化物の保護特性は増大するが、６％以上のアルミニウムを添加しても酸化耐性はあまり改善されない（図５参照）。このため、前記アルミニウム青銅は、６％以上のアルミニウムを含有することが望ましい。 Aluminum bronze increases the protective properties of the oxide as the content of aluminum increases, but the addition of 6% or more of aluminum does not significantly improve the oxidation resistance (see FIG. 5). For this reason, the aluminum bronze desirably contains 6% or more of aluminum.
誘導発熱ローラ装置は、前記誘導発熱機構に電力を供給する電源部と、前記電源部を制御して前記ローラ本体の温度を制御する温度制御部とを備えており、温度制御部によってローラ本体の温度が所定値に制御される。
６％以上のアルミニウムを含有するアルミニウム青銅では、５００℃以下での酸化が極めて軽微であるが、５００℃よりも高温になると、酸化による重量増加が問題となってしまう（図６参照）。このため、前記温度制御部による設定可能温度が５００℃以下とされていることが望ましい。
The induction heating roller device includes a power supply unit that supplies power to the induction heating mechanism, and a temperature control unit that controls the temperature of the roller body by controlling the power supply unit. The temperature is controlled to a predetermined value.
In an aluminum bronze containing 6% or more of aluminum, oxidation at 500 ° C. or less is extremely slight, but if the temperature is higher than 500 ° C., the increase in weight due to oxidation becomes a problem (see FIG. 6). For this reason, it is desirable that the temperature that can be set by the temperature control unit be 500 ° C. or less.
肉盛り溶接したアルミニウム青銅は周方向や特に幅方向に若干の厚みムラを生じる。しかし、溶接するアルミニウム青銅の重量管理を行えば、誘導コイルの巻回幅における平均厚さは計算通りに製作することができる。その結果、電気容量及び力率を設計値通りに製作することが可能となる。
また、前記ローラ本体の肉厚内に、気液二相の熱媒体が減圧封入されたジャケット室が形成されていれば、アルミニウム青銅の厚さムラによる発熱ムラが生じても、ジャケット室の均温作用によりローラ本体の表面温度は均一な温度となる。このため、二次導体の厚さを均一化させる機械加工は必要ない。つまり、二次導体の表面に除去加工による平坦化処理を施す必要が無い。
The build-up-welded aluminum bronze causes slight thickness unevenness in the circumferential direction and particularly in the width direction. However, if weight control of the aluminum bronze to be welded is performed, the average thickness in the winding width of the induction coil can be manufactured as calculated. As a result, it is possible to manufacture the electric capacity and the power factor as designed.
Further, if a jacket chamber is formed in which the heat medium of gas and liquid two phases is decompressed and sealed within the thickness of the roller main body, even if the heat generation is uneven due to the thickness unevenness of aluminum bronze, the uniformity of the jacket chamber is equalized. The surface temperature of the roller body becomes uniform due to the heat action. For this reason, no machining is required to make the thickness of the secondary conductor uniform. That is, it is not necessary to perform the flattening process by removal processing on the surface of the secondary conductor.
ローラ本体の肉厚内のジャケット室は、ローラ本体の端面から軸方向に沿ってドリル穴加工を施してローラ本体の肉厚内にドリル穴を形成し、当該ドリル穴の開口を閉塞することによって形成される。ここで、ローラ本体は、軸方向寸法が長いことから、ドリル穴が直進せず曲がってしまう。肉厚の小さいローラ本体の場合には、ドリルがローラ本体の表面又は内側周面に突き抜けることがあり、作り直さなければならなくなってしまう。ローラ本体の表面は寿命を伸ばすために高周波焼き入れなどの硬化処理が施される場合があり、この場合には、ドリル穴は表面方向に曲がらずに、内側周面側に曲がることになる。
ところで、ローラ本体の内側周面に二次導体を肉盛り溶接した場合には、その組織は、外側から溶接金属、ボンド、熱影響部、母材原質部から成り立っている。ボンドは溶接金属と母材の境界線をいい、ボンドのすぐ母材側数ｍｍを熱影響部という。溶接熱によって高温になった熱影響部はアークが通り過ぎると急激に温度が下がり始め急冷されるが、この加熱急冷によって元の母材とは異なる組織になることから、硬度が高くなる結果となる。アルミニウム青銅を肉盛り溶接した場合には、ローラ本体の内側周面の硬度が高くなることから、ドリル穴は内側周面側に曲がりにくくなり、ドリル穴がローラ本体の内側周面に突き抜けるような不具合を低減することができる。
The jacket chamber in the thickness of the roller body is drilled in the axial direction from the end face of the roller body to form a drill hole in the thickness of the roller body, and the opening of the drill hole is closed. It is formed. Here, in the roller body, since the axial dimension is long, the drill hole does not go straight and is bent. In the case of a thin walled roller body, the drill may pierce the surface or the inner circumferential surface of the roller body, which would have to be reworked. The surface of the roller body may be subjected to hardening treatment such as induction hardening in order to extend the life, and in this case, the drill hole is bent toward the inner circumferential surface without being bent in the surface direction.
By the way, when the secondary conductor is built up and welded to the inner circumferential surface of the roller body, the structure is composed of the weld metal, the bond, the heat affected zone, and the base metal material from the outside. Bond refers to the boundary line between the weld metal and the base metal, and several mm immediately adjacent to the bond is called the heat-affected zone. The heat-affected zone, which became high temperature by the welding heat, is rapidly cooled down as the arc passes and is rapidly cooled, but this heating and quenching causes a structure different from the original base material, resulting in increased hardness. . When aluminum bronze is build-up welded, the hardness of the inner circumferential surface of the roller body increases, so the drill hole is less likely to bend toward the inner circumferential surface, and the drill hole penetrates the inner circumferential surface of the roller body Problems can be reduced.
誘導加熱において誘導コイルが発生する磁束はコイル中央に集中することから、ローラ本体の温度はその軸方向における中央が高くなる傾向となる。一方、二次導体を厚く肉盛りした部分は低抵抗となることから大きな電流が流れて発熱量が多くなる。したがって、誘導コイルの巻回幅における端部に対応する部分に厚く肉盛りすれば、ローラ本体における発熱量をその軸方向において均一化することができる。また、肉盛り厚を調整することによって、ローラ本体における発熱量を部分的に多くしたり少なくしたりすることができる。このためには、前記二次導体の厚みを前記ローラ本体の軸方向に沿って変化させることが望ましい。 Since the magnetic flux generated by the induction coil in induction heating is concentrated at the center of the coil, the temperature of the roller body tends to be higher at the center in the axial direction. On the other hand, a large current flows through a portion where the secondary conductor is thickly thickened, and a large amount of heat is generated since the resistance is low. Therefore, if the portion corresponding to the end in the winding width of the induction coil is thickly built up, the calorific value in the roller body can be made uniform in the axial direction. In addition, by adjusting the buildup thickness, it is possible to partially increase or decrease the calorific value in the roller body. To this end, it is desirable to change the thickness of the secondary conductor along the axial direction of the roller body.
前記二次導体は、前記ローラ本体の内側周面において間隔を空けてリング状に形成されていることが望ましい。このように間隔を空けて二次導体を形成することでその加工を容易にすることができる。 It is desirable that the secondary conductor is formed in a ring shape at intervals on the inner circumferential surface of the roller body. By forming the secondary conductors at such intervals, the processing can be facilitated.
特に二次導体の加工を容易にしつつ、二次導体の連続加工を可能にするためには、前記二次導体は、前記ローラ本体の内側周面において間隔を空けてスパイラル状に形成されていることが望ましい。 In particular, in order to facilitate the processing of the secondary conductor while facilitating the processing of the secondary conductor, the secondary conductor is formed in a spiral shape with an interval on the inner circumferential surface of the roller body. Is desirable.
各誘導発熱ローラ装置の電気特性を同一にするためには、前記誘導発熱ローラ装置の電気特性が、前記二次導体の重量により調整されていることが望ましい。例えば、各ローラ本体の仕様が同じであれば、加工する二次導体の重量を同じにすることで、力率及び電気容量も同じとなり、作業管理が極めて容易である。 In order to make the electrical characteristics of the induction heating roller devices identical, it is desirable that the electrical characteristics of the induction heating roller device be adjusted by the weight of the secondary conductor. For example, if the specifications of the respective roller bodies are the same, the power factor and the electric capacity become the same by making the weight of the secondary conductor to be processed the same, and the work management is extremely easy.
また、本発明に係る誘導発熱ローラ装置は、回転自在に支持されたローラ本体と、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ための誘導コイルを有する誘導発熱機構とを備え、前記誘導コイルに商用周波数の交流電圧を印加して前記ローラ本体を誘導発熱させる誘導発熱ローラ装置であって、前記ローラ本体の内側周面に、肉盛溶接により二次導体が形成されており、前記二次導体は白銅（キュプロニッケル、銅とニッケルの合金）、洋銀（洋白、銅と亜鉛とニッケルの合金）、赤銅（銅と金の合金）、砲金（ガンメタル、銅と錫の合金）又はそれらの組み合わせからなり、前記二次導体の表面に防錆処理が施されていないことを特徴とする。白銅（キュプロニッケル）、洋銀（洋白）、赤銅、砲金（ガンメタル）も耐食性の高い非磁性銅合金である。これらを二次導体に用いることによっても、アルミニウム青銅を用いた場合と同様の効果を得ることができる。 The induction heating roller device according to the present invention comprises a roller body rotatably supported, and an induction heating mechanism provided inside the roller body and having an induction coil for induction heating of the roller body. An induction heating roller device for applying an AC voltage of commercial frequency to the induction coil to cause the roller body to generate heat by induction, and a secondary conductor is formed on the inner circumferential surface of the roller body by build-up welding , Said secondary conductor is white copper (cupro nickel, copper and nickel alloy), nickel silver (nickel white, copper and zinc and nickel alloy), red copper (copper and gold alloy), gunmetal (gun metal, copper and tin alloy) Or a combination thereof, wherein the surface of the secondary conductor is not subjected to an anticorrosion treatment. White copper (cupro nickel), nickel silver (nickel white), red copper, gunmetal (gun metal) are also nonmagnetic copper alloys with high corrosion resistance. By using these for the secondary conductor, the same effects as in the case of using aluminum bronze can be obtained.
このように構成した本発明によれば、ローラ本体の内側周面に二次導体を設けるのに必要な加工工程を少なくすることができる。 According to the present invention configured as described above, the number of processing steps required to provide the secondary conductor on the inner circumferential surface of the roller body can be reduced.
以下に本発明に係る誘導発熱ローラ装置の一実施形態について図面を参照して説明する。 One embodiment of an induction heating roller device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
本実施形態に係る誘導発熱ローラ装置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。 The induction heating roller device 100 according to the present embodiment is, for example, in a continuous heat treatment process of a continuous material such as a plastic film, paper, cloth, non-woven fabric, synthetic fiber, sheet material or web material such as metal foil, wire (yarn) material It is used.
＜１．装置構成＞
具体的にこのものは、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。
<1. Device configuration>
Specifically, as shown in FIG. 1, this one includes a hollow cylindrical roller main body 2 rotatably supported, and an induction heating mechanism 3 provided inside the roller main body 2.
ローラ本体２の両端部には中空の駆動軸２１が設けられており、当該駆動軸２１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、駆動軸２１は、ローラ本体２の軸方向端面に接続されるフランジ２１１を有している（図２参照）。駆動軸２１を含むローラ本体２は、炭素鋼などの磁性材から形成されている。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の肉厚部である側周壁２０１には、気液二相の熱媒体が減圧封入されたジャケット室２Ａが形成されている。このジャケット室２Ａは、側周壁２０１において、長手方向（回転軸方向）に延びており、周方向に複数且つ等間隔に形成されている。 A hollow drive shaft 21 is provided at both ends of the roller body 2, and the drive shaft 21 is rotatably supported by the machine base 9 via a bearing 8 such as a rolling bearing. The drive shaft 21 has a flange 211 connected to the axial end face of the roller body 2 (see FIG. 2). The roller body 2 including the drive shaft 21 is formed of a magnetic material such as carbon steel. The roller body 2 is configured to be rotated by a driving force applied from the outside by, for example, a rotational driving mechanism (not shown) such as a motor. Further, in the side peripheral wall 201 which is a thick portion of the roller main body 2 of the present embodiment, a jacket chamber 2A in which a heat medium of gas and liquid two phases is sealed under reduced pressure is formed. The jacket chamber 2A extends in the longitudinal direction (rotational axis direction) in the side peripheral wall 201, and is formed in a plurality at equal intervals in the circumferential direction.
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。 The induction heating mechanism 3 includes a cylindrical iron core 31 having a cylindrical shape, and an induction coil 32 wound around the outer peripheral surface of the cylindrical iron core 31.
円筒状鉄心３１の両端部には支持軸３３が設けられており、当該支持軸３３は、それぞれ駆動軸２１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２１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。 Support shafts 33 are provided at both ends of the cylindrical iron core 31, and the support shafts 33 are respectively inserted into the inside of the drive shaft 21 and are rotatable on the drive shaft 21 via the bearings 10 such as rolling bearings. It is supported by As a result, the induction heating mechanism 3 is held stationary with respect to the machine base 9 (fixed side) inside the rotating roller body 2.
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）の交流電圧を印加するための電源装置５が接続されている。この電源装置５は、誘導発熱機構３に交流電力を供給する電源部５１と、当該電源部５１を制御してローラ本体２の温度を制御する温度制御部５２とを有している。温度制御部５２は、ＣＰＵ、内部メモリ、入出力インターフェース、ＡＤ変換器などを有する専用乃至汎用のコンピュータであり、ユーザから入力される設定温度信号に基づいて、電源部５１を制御して、ローラ本体２の表面温度を設定温度となるように制御するものである。なお、温度制御部５２は、アナログ回路により構成してもよい。 Further, an external lead L1 is connected to the induction coil 32, and a power supply device 5 for applying an AC voltage of commercial frequency (50 Hz or 60 Hz) is connected to the external lead L1. The power supply unit 5 includes a power supply unit 51 that supplies AC power to the induction heating mechanism 3 and a temperature control unit 52 that controls the power supply unit 51 to control the temperature of the roller body 2. The temperature control unit 52 is a dedicated or general-purpose computer having a CPU, an internal memory, an input / output interface, an AD converter, and the like, and controls the power supply unit 51 based on the set temperature signal input from the user. The surface temperature of the main body 2 is controlled to be a set temperature. The temperature control unit 52 may be configured by an analog circuit.
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２０１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２０１の回転軸方向の温度分布が均一となる。 Such an induction heating mechanism 3 generates an alternating magnetic flux when an alternating voltage is applied to the induction coil 32, and the alternating magnetic flux passes through the side peripheral wall 201 of the roller body 2. An induction current is generated in the roller body 2 by this passage, and the roller body 2 Joule heat is generated by the induction current. Further, the temperature distribution in the rotational axis direction of the side peripheral wall 201 of the roller body 2 becomes uniform due to the jacket chamber 2A.
しかして本実施形態のローラ本体２の内側周面には、肉盛溶接により二次導体４が形成されている。ここで、二次導体４の材質（肉盛材料）は、アルミニウム青銅（アルミニウムと銅の合金）である。本実施形態のアルミニウム青銅は、６％以上のアルミニウムを含有するものである。 Thus, the secondary conductor 4 is formed on the inner circumferential surface of the roller body 2 of the present embodiment by build-up welding. Here, the material (the overlaying material) of the secondary conductor 4 is aluminum bronze (an alloy of aluminum and copper). The aluminum bronze of the present embodiment contains 6% or more of aluminum.
具体的には、二次導体４が、ローラ本体２の内側周面２０１ａにおいて周方向全体に亘って形成されるとともに、ローラ本体２の回転軸方向に沿って連続的に形成されている。 Specifically, the secondary conductor 4 is formed over the entire circumferential direction on the inner circumferential surface 201 a of the roller main body 2 and continuously formed along the rotational axis direction of the roller main body 2.
ここで、二次導体４は、螺旋状（スパイラル状）に形成されており、互いに隣接する溶接部が互いに接触して連続するように形成されている。つまり、ローラ本体２の回転軸方向において誘導コイル３２の巻回幅全体に亘って連続的に形成されている。言い換えれば、二次導体４は、ローラ本体２の回転軸方向に沿って形成された円筒形状をなしている。また、このように構成されたアルミニウム青銅からなる二次導体４の表面には、保護酸化被膜が形成されている。この保護酸化被膜により二次導体４は防錆機能を有することになる。 Here, the secondary conductor 4 is formed in a spiral shape (spiral shape), and welding portions adjacent to each other are formed in contact with each other and continued. That is, they are continuously formed over the entire winding width of the induction coil 32 in the rotational axis direction of the roller body 2. In other words, the secondary conductor 4 has a cylindrical shape formed along the rotational axis direction of the roller body 2. In addition, a protective oxide film is formed on the surface of the secondary conductor 4 made of aluminum bronze configured as described above. Due to this protective oxide film, the secondary conductor 4 has an antirust function.
次に、ローラ本体２の内側周面２０１ａに二次導体４を形成する肉盛溶接作業の一例について図３を参照して説明する。
ローラ本体２を回転させる回転装置１１にローラ本体２を装着する。この状態のローラ本体２の内部に溶接トーチ１２を挿入して、回転装置１１によりローラ本体２を回転させながら、ローラ本体２に対して溶接トーチ１２を回転軸方向に相対移動させることによって、螺旋状の二次導体４がローラ本体２の内側周面２０１ａに形成される。この肉盛溶接において、ローラ本体２の予熱などの溶接前処理条件、溶接ワイヤのサイズ及び材質、トーチ角度、トーチ位置、電圧、電流、ローラ本体２の回転速度、溶接トーチ１２の移動速度（引きピッチ）などの溶接条件、ローラ本体２の後熱などの溶接後処理条件を適宜設定することによって、種々の二次導体４を形成することができる。
Next, an example of a buildup welding operation for forming the secondary conductor 4 on the inner circumferential surface 201a of the roller body 2 will be described with reference to FIG.
The roller body 2 is mounted on a rotating device 11 that rotates the roller body 2. The welding torch 12 is inserted into the inside of the roller body 2 in this state, and the welding torch 12 is moved relative to the roller body 2 in the rotational axis direction while rotating the roller body 2 by the rotating device 11. The secondary conductor 4 is formed on the inner circumferential surface 201 a of the roller body 2. In this buildup welding, welding pretreatment conditions such as preheating of the roller body 2, size and material of welding wire, torch angle, torch position, voltage, current, rotation speed of the roller body 2, moving speed of the welding torch 12 Various secondary conductors 4 can be formed by appropriately setting welding conditions such as pitch) and welding post-processing conditions such as post-heating of the roller body 2.
このように構成された二次導体４の表面には、保護酸化被膜が形成されるため、錆止め用の鍍金処理を施す必要が無く、本実施形態では、当該鍍金処理を施していない。 Since a protective oxide film is formed on the surface of the secondary conductor 4 configured in this manner, there is no need to perform plating treatment for rust prevention, and in the present embodiment, the plating treatment is not performed.
また、ローラ本体３の側周壁２０１にジャケット室２Ａが形成されているので、アルミニウム青銅の厚さムラによる発熱ムラが生じても、ジャケット室２Ａの均温作用によりローラ本体３の表面温度は均一な温度となる。このため、本実施形態では、二次導体４の厚さを均一化させる機械加工は必要ない。つまり、二次導体４の表面に、凸部を除去するための除去加工による平坦化処理を施していない。 Further, since the jacket chamber 2A is formed in the side peripheral wall 201 of the roller body 3, even if heat generation is uneven due to thickness unevenness of aluminum bronze, the surface temperature of the roller body 3 is uniform due to the temperature equalizing action of the jacket chamber 2A. Temperature. For this reason, in the present embodiment, no machining is required to make the thickness of the secondary conductor 4 uniform. That is, the surface of the secondary conductor 4 is not subjected to flattening processing by removal processing for removing the convex portion.
この誘導発熱ローラ装置１００では、前記温度制御部５２による設定可能温度は５００℃以下とされている。つまり、ユーザが５００℃よりも大きい温度に設定できないように構成されている。６％以上のアルミニウムを含有するアルミニウム青銅では、５００℃以下での酸化が極めて軽微であるが、５００℃よりも高温になると、酸化による重量増加が問題となってしまうためである。 In this induction heating roller device 100, the temperature that can be set by the temperature control unit 52 is 500 ° C. or less. That is, it is configured that the user can not set the temperature higher than 500 ° C. In an aluminum bronze containing 6% or more of aluminum, oxidation at 500 ° C. or less is extremely slight, but if the temperature is higher than 500 ° C., the increase in weight due to oxidation becomes a problem.
次に、誘導発熱ローラ装置の力率試験の結果を示す。この試験で用いたローラ本体は、直径が２３７ｍｍであり、面長が４００ｍｍであり、肉厚が２２ｍである。また、ジャケット室は、ローラ本体の肉厚２２ｍｍの中心に、直径１０ｍｍ、長さ３８０ｍｍのものが３０本等間隔で配置されている。二次導体の軸方向の幅は３８０ｍｍである。電気仕様は、入力が単相６０Ｈｚ２２０Ｖであり、容量は２次導体が無しの場合に５ｋＷである。 Next, the result of the power factor test of the induction heating roller device is shown. The roller main body used in this test has a diameter of 237 mm, a surface length of 400 mm, and a thickness of 22 m. Further, 30 jacket chambers having a diameter of 10 mm and a length of 380 mm are arranged at equal intervals in the center of the thickness 22 mm of the roller body. The axial width of the secondary conductor is 380 mm. The electrical specifications are single-phase 60 Hz 220 V input and the capacity is 5 kW without a secondary conductor.
以下の表１に、肉盛り無しの場合、銅を肉盛り溶接した場合（肉盛厚が０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ）、８％のアルミニウムを含有するアルミニウム青銅（アルミ青銅）を肉盛り溶接した場合（肉盛厚が１．５ｍｍ、３．０ｍｍ）それぞれにおける力率を示している。なお、肉盛厚（ｍｍ）は、軸方向の平均値である。 In Table 1 below, in the case of no overlay, aluminum bronze containing 8% of aluminum (aluminium bronze) when overlay welded copper (overlay thickness 0.5 mm, 1.0 mm, 1.5 mm) Shows the power factor in each of the cases where cladding welding is performed (the cladding thickness is 1.5 mm and 3.0 mm). The buildup thickness (mm) is an average value in the axial direction.
表１から分かるように、アルミ青銅を肉盛り溶接して二次導体４を形成することによって、肉盛り溶接をしない場合に比べて、８％アルミ青銅を１．５ｍｍ以上とすることで力率が向上しており、目標とする力率（８０％）以上となっている。なお、６％アルミ青銅であっても同様の効果を得ることができると考えられる。また、目標とする力率（８０％）以上となる肉盛厚は、商用周波数の誘導加熱における等価回路図を用いれば計算することができる。 As can be seen from Table 1, by forming the secondary conductor 4 by overlay welding aluminum bronze, the power factor is achieved by setting the 8% aluminum bronze to 1.5 mm or more as compared to the case where overlay welding is not performed. Of the power factor (80%) or more. It is considered that the same effect can be obtained even with 6% aluminum bronze. Further, the buildup thickness to be the target power factor (80%) or more can be calculated by using an equivalent circuit diagram for induction heating at a commercial frequency.
＜２．本実施形態の効果＞
このように構成した誘導発熱ローラ装置１００によれば、肉盛溶接により二次導体４を形成しているので、従来の管体成形工程及び管体装着工程を省略することができる。また、アルミニウム青銅には表面に薄い保護酸化被膜が形成されるので、高温での酸化を防ぐ特性を有し、腐食に強くなる。このアルミニウム青銅を二次導体４に用いることによって、鍍金工程などの防錆処理工程を省略することができる。その結果、ローラ本体２の内側周面２０１ａに二次導体４を設けるのに必要な加工工程を少なくすることができる。また、肉盛溶接するだけで良く、ローラ本体２の内側周面への二次導体４の取り付け作業を容易にすることができる。さらに、肉盛溶接により二次導体４を形成しているので、ローラ本体２と二次導体４とが一体となり、高速回転にも適用可能であり、ローラ本体２と二次導体４との熱膨張率の差による緩みが無く、ローラ本体２と二次導体４との間の熱伝導性の低下も抑えることができる。
<2. Effects of this embodiment>
According to the induction heating roller device 100 configured as described above, since the secondary conductor 4 is formed by overlay welding, the conventional tube forming process and tube installing process can be omitted. In addition, since a thin protective oxide film is formed on the surface of aluminum bronze, it has the property of preventing oxidation at high temperature, and is resistant to corrosion. By using this aluminum bronze for the secondary conductor 4, the rustproofing process such as the plating process can be omitted. As a result, the number of processing steps required to provide the secondary conductor 4 on the inner circumferential surface 201 a of the roller body 2 can be reduced. In addition, it is sufficient to build-up weld only, and the work of attaching the secondary conductor 4 to the inner circumferential surface of the roller body 2 can be facilitated. Furthermore, since the secondary conductor 4 is formed by overlay welding, the roller body 2 and the secondary conductor 4 are integrated, and can be applied to high-speed rotation, and the heat of the roller body 2 and the secondary conductor 4 There is no loosening due to the difference in expansion coefficient, and the decrease in thermal conductivity between the roller body 2 and the secondary conductor 4 can also be suppressed.
＜３．本発明の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
<3. Modified Embodiment of the Present Invention>
The present invention is not limited to the above embodiment.
例えば、二次導体４は、ローラ本体２の回転軸方向に沿って厚み調節されたものであってもよい。つまり、二次導体４の厚みをローラ本体２の回転軸方向に沿って変化させてもよい。この構成であれば、ローラ本体２における発熱量を部分的に多くしたり少なくしたりすることができる。 For example, the secondary conductor 4 may be adjusted in thickness along the rotation axis direction of the roller body 2. That is, the thickness of the secondary conductor 4 may be changed along the rotation axis direction of the roller body 2. With this configuration, it is possible to partially increase or decrease the amount of heat generation in the roller body 2.
また、前記実施形態の二次導体はアルミニウム青銅を用いて構成されているが、白銅、洋銀、赤銅、砲金又はそれらの組み合わせを用いて構成してもよい。これらは耐食性の高い非磁性銅合金であり、アルミニウム青銅と同様の効果を得ることができる。 Moreover, although the secondary conductor of the said embodiment is comprised using aluminum bronze, you may comprise using white copper, nickel silver, red copper, gunmetal, or those combination. These are non-magnetic copper alloys with high corrosion resistance, and can obtain the same effect as aluminum bronze.
さらに、二次導体は、ローラ本体の内側周面に円環状に形成されており、ローラ本体の回転軸方向に連続的に複数形成されたものであっても良い。 Furthermore, the secondary conductor may be annularly formed on the inner circumferential surface of the roller body, and a plurality of secondary conductors may be continuously formed in the rotational axis direction of the roller body.
その上、二次導体はローラ本体の回転軸方向に間欠的に複数形成されたものであっても良い。例えば、図７に示すように、二次導体４をローラ本体２の内側周面２０１ａにおいて間隔を空けてリング状に形成されているものであっても良いし、図８に示すように、二次導体４をローラ本体２の内側周面２０１ａにおいて間隔を空けてスパイラル状に形成されているものであっても良い。このように二次導体４を間隔を空けて形成することによって、連続的に形成する加工に比べて、その加工を容易にすることができる。また、図８に示すように、スパイラル状に形成することで、二次導体４を連続加工することができる。 Moreover, the secondary conductors may be intermittently formed in plural in the rotational axis direction of the roller main body. For example, as shown in FIG. 7, the secondary conductor 4 may be formed in a ring shape at intervals on the inner peripheral surface 201a of the roller main body 2, or as shown in FIG. The next conductor 4 may be formed in a spiral shape with an interval on the inner circumferential surface 201 a of the roller main body 2. By forming the secondary conductors 4 at intervals as described above, the processing can be facilitated compared to the processing formed continuously. Moreover, as shown in FIG. 8, the secondary conductor 4 can be continuously processed by forming it in a spiral shape.
加えて、誘導発熱ローラ装置の電気特性を、二次導体の重量により調整することもできる。例えば、各ローラ本体の仕様が同じであれば、加工する二次導体の重量を同じにすることで、力率及び電気容量も同じとなり、作業管理が極めて容易である。以下の表は、二次導体の重量を同じにした場合の電気特性であり、二次導体の重量が同じであれば、電気特性は実質的に同じであることが分かる。なお、以下において、ロール本体の寸法は、直径３００ｍｍ、内径２８０ｍｍ、面長１８９ｍｍであり、二次導体は純銅で、その重量は約８００ｇである。二次導体として純銅を用いた場合を示しているが、アルミニウム青銅を用いた場合でも同様である。 In addition, the electrical characteristics of the induction heating roller device can be adjusted by the weight of the secondary conductor. For example, if the specifications of the respective roller bodies are the same, the power factor and the electric capacity become the same by making the weight of the secondary conductor to be processed the same, and the work management is extremely easy. The following table shows the electrical characteristics when the weights of the secondary conductors are the same, and it can be seen that the electrical characteristics are substantially the same if the weights of the secondary conductors are the same. In the following, the dimensions of the roll body are a diameter of 300 mm, an inner diameter of 280 mm, and a plane length of 189 mm, the secondary conductor is pure copper, and its weight is about 800 g. Although the case where pure copper is used as a secondary conductor is shown, it is the same even when using aluminum bronze.
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。 In addition, it goes without saying that the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
１００・・・誘導発熱ローラ装置
２・・・ローラ本体
２０１ａ・・・内側周面
３・・・誘導発熱機構
３２・・・誘導コイル
４・・・二次導体
100 ... induction heating roller device 2 ... roller body 201a ... inner circumferential surface 3 ... induction heating mechanism 32 ... induction coil 4 ... secondary conductor
Claims (9)
前記ローラ本体の内側周面に、肉盛溶接により二次導体が形成されており、
前記二次導体はアルミニウム青銅からなり、
前記二次導体の表面に防錆処理が施されていない、誘導発熱ローラ装置。 It comprises: a roller body rotatably supported; and an induction heating mechanism provided inside the roller body and having an induction coil for inductionally heating the roller body, and applying an AC voltage of commercial frequency to the induction coil An induction heating roller device for induction heating the roller body,
A secondary conductor is formed on the inner circumferential surface of the roller body by build-up welding,
The secondary conductor is made of aluminum bronze,
An induction heating roller device in which the surface of the secondary conductor is not rustproofed.
前記電源部を制御して前記ローラ本体の温度を制御する温度制御部とをさらに備え、
前記温度制御部による設定可能温度が５００℃以下とされている、請求項１又は２記載の誘導発熱ローラ装置。 A power supply unit for supplying power to the induction heating mechanism;
A temperature control unit for controlling the temperature of the roller body by controlling the power supply unit;
The induction heating roller device according to claim 1, wherein a temperature that can be set by the temperature control unit is 500 ° C. or less.
前記二次導体の表面に除去加工による平坦化処理が施されていない、請求項１乃至３の何れか一項に記載の誘導発熱ローラ装置。 Within the thickness of the roller body, there is formed a jacket chamber in which a heat and liquid medium of gas and liquid two phases is sealed under reduced pressure,
The induction heating roller device according to any one of claims 1 to 3, wherein the surface of the secondary conductor is not subjected to flattening processing by removal processing.
前記ローラ本体の内側周面に、肉盛溶接により二次導体が形成されており、
前記二次導体は白銅、洋銀、赤銅、砲金又はそれらの組み合わせからなり、
前記二次導体の表面に防錆処理が施されていない、誘導発熱ローラ装置。 It comprises: a roller body rotatably supported; and an induction heating mechanism provided inside the roller body and having an induction coil for inductionally heating the roller body, and applying an AC voltage of commercial frequency to the induction coil An induction heating roller device for induction heating the roller body,
A secondary conductor is formed on the inner circumferential surface of the roller body by build-up welding,
The secondary conductor comprises copper, nickel silver, bronze, gunmetal or a combination thereof.
An induction heating roller device in which the surface of the secondary conductor is not rustproofed.
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