JP2022013229A - 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するものである。 The present invention relates to an induction heating roller device.
従来、誘導発熱ローラ装置には、特許文献1に示すように、回転可能な円筒状ローラと、円筒状鉄心とを備え、円筒状鉄心に誘導コイルを巻装して円筒状ローラの内部に配置したものがある。この誘導発熱ローラ装置には、円筒状鉄心又は誘導コイルを冷却するための冷却構造が設けられている。 Conventionally, as shown in Patent Document 1, the induction heating roller device includes a rotatable cylindrical roller and a cylindrical iron core, and an induction coil is wound around the cylindrical iron core and arranged inside the cylindrical roller. There is something I did. This induction heating roller device is provided with a cooling structure for cooling a cylindrical iron core or an induction coil.
この冷却構造は、円筒状鉄心の内周面に、中空帯体を螺旋状にして設け、円筒状ローラの一端側に冷却媒体の入出口を設けて構成されている。具体的には、中空帯体の一端部に導入配管を接続し、中空帯体の他端部に導出配管を接続し、導入配管から冷却媒体を供給するとともに、導出配管から冷却媒体を排出する構成である。 This cooling structure is configured by providing a hollow band spirally on the inner peripheral surface of the cylindrical iron core and providing an inlet / outlet for a cooling medium on one end side of the cylindrical roller. Specifically, the introduction pipe is connected to one end of the hollow band body, the outlet pipe is connected to the other end of the hollow band body, the cooling medium is supplied from the introduction pipe, and the cooling medium is discharged from the outlet pipe. It is a composition.
しかしながら、中空帯体の他端部に接続される導出配管は、中空帯体を貫くことが出来ないため、中空帯体に対して内周寄り又は外周寄り(例えば鉄心内)にシフトして配置する必要があり、配管構造が複雑化したり、周囲構造との関係で配置できない場合がある。 However, since the lead-out pipe connected to the other end of the hollow band cannot penetrate the hollow band, it is arranged so as to shift toward the inner circumference or the outer circumference (for example, inside the iron core) with respect to the hollow band. In some cases, the piping structure may be complicated or it may not be possible to arrange it due to the relationship with the surrounding structure.
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、円筒状鉄心を冷却する冷却管の配管構造を簡単にすることをその主たる課題とするものである。 Therefore, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its main object is to simplify the piping structure of the cooling pipe for cooling the cylindrical iron core.
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た円筒状鉄心と、前記円筒状鉄心の外側周面に巻回された誘導コイルと、前記円筒状鉄心の内側周面に溶接された冷却管とを備え、前記冷却管は、前記円筒状鉄心の内側周面に沿って互いに同じ巻方向で螺旋状に巻かれた往路管部及び復路管部を有し、前記往路管部及び前記復路管部は一端側で連通しており、前記往路管部の他端部に冷却媒体入口が形成され、前記復路管部の他端部に冷却媒体出口が形成されていることを特徴とする。 That is, the induction heating roller device according to the present invention has a roller body rotatably supported, a cylindrical iron core provided inside the roller body, and an induction coil wound around the outer peripheral surface of the cylindrical iron core. The cooling pipe is provided with a cooling pipe welded to the inner peripheral surface of the cylindrical iron core, and the cooling pipe is spirally wound in the same winding direction along the inner peripheral surface of the cylindrical iron core. And the return pipe portion, the outward pipe portion and the return pipe portion communicate with each other on one end side, a cooling medium inlet is formed at the other end portion of the outward pipe portion, and the other end portion of the return pipe portion. It is characterized in that a cooling medium outlet is formed in the air.
このような誘導発熱ローラ装置であれば、冷却管に対して冷却媒体入口から冷却媒体を導入すると、往路管部を冷却媒体が流れた後に、往路管部に接続された復路管部を流れて冷却媒体出口から導出されることになる。ここで、往路管部及び復路管部はともに円筒状鉄心の内側周面に沿って互いに同じ巻方向で螺旋状に巻かれているので、冷却管を冷却媒体入口から冷却媒体出口に亘って円筒状鉄心の内側周面に沿わせて配置することができる。その結果、円筒状鉄心を冷却する冷却管の配管構造を簡単にすることができる。また、円筒状鉄心の内側周面に冷却管を沿わせる構成において冷却媒体の導入及び導出ができるので、冷却管の占有空間を小さくすることができる。さらに、冷却管の往路管部及び復路管部を鉄心の肉厚内に設ける構成でないので、鉄心の断面積の低下を防ぐこともできる。 In such an induction heating roller device, when the cooling medium is introduced into the cooling pipe from the cooling medium inlet, the cooling medium flows through the outward pipe portion and then flows through the return pipe portion connected to the outward pipe portion. It will be derived from the cooling medium outlet. Here, since both the outward pipe portion and the return pipe portion are spirally wound along the inner peripheral surface of the cylindrical iron core in the same winding direction, the cooling pipe is cylindrical from the cooling medium inlet to the cooling medium outlet. It can be placed along the inner peripheral surface of the spiral core. As a result, the piping structure of the cooling pipe for cooling the cylindrical iron core can be simplified. Further, since the cooling medium can be introduced and derived in the configuration in which the cooling pipe is placed along the inner peripheral surface of the cylindrical iron core, the occupied space of the cooling pipe can be reduced. Further, since the outward pipe portion and the return pipe portion of the cooling pipe are not provided within the wall thickness of the iron core, it is possible to prevent a decrease in the cross-sectional area of the iron core.
誘導発熱ローラ装置には、片持ち型のものがある。具体的には、前記ローラ本体は、有底円筒状のものであり、前記誘導発熱ローラ装置は、前記ローラ本体の底部中央部に接続され、前記ローラ本体の内部において前記ローラ本体の回転中心軸上に沿って設けられた回転軸をさらに備え、前記円筒状鉄心は、前記回転軸が内部に挿入されるとともに、前記ローラ本体及び前記回転軸の間の中空内に配置される構成になる。
このような片持ち型の誘導発熱ローラ装置では、ローラ本体の内部に回転軸が配置されることに加えて、ローラ本体の小径化等から、円筒状鉄心が配置されるローラ本体及び回転軸の間の空間が狭くなってしまう。このような狭い空間に配置される円筒状鉄心を好適に冷却するためには、本発明のように、円筒状鉄心の内側周面に沿って互いに同じ巻方向で螺旋状に巻かれた往路管部及び復路管部を有する構成とすることが望ましい。
Some induction heating roller devices are cantilevered. Specifically, the roller body has a bottomed cylindrical shape, and the induction heating roller device is connected to the center of the bottom of the roller body, and the rotation center axis of the roller body is inside the roller body. A rotation shaft provided along the top is further provided, and the cylindrical iron core is configured such that the rotation shaft is inserted inside and is arranged in a hollow space between the roller main body and the rotation shaft.
In such a cantilever type inductive heating roller device, in addition to the rotation shaft being arranged inside the roller body, the roller body and the rotation shaft on which the cylindrical iron core is arranged are arranged due to the reduction in the diameter of the roller body and the like. The space between them becomes narrow. In order to suitably cool the cylindrical iron core arranged in such a narrow space, as in the present invention, the outbound pipes spirally wound in the same winding direction along the inner peripheral surface of the cylindrical iron core. It is desirable to have a configuration having a portion and a return pipe portion.
具体的には、前記円筒状鉄心の内側周面と前記回転軸の外側周面との距離は、前記冷却管の1本分以上、かつ、2本分未満である場合に、本発明の冷却管の構成とすることの効果が顕著となる。 Specifically, the cooling of the present invention is made when the distance between the inner peripheral surface of the cylindrical iron core and the outer peripheral surface of the rotating shaft is one or more and less than two of the cooling pipes. The effect of the tube configuration is remarkable.
円筒状鉄心を軸方向に亘って全体的に均一に冷却するためには、前記往路管部及び前記復路管部は、互いに同じピッチで巻かれていることが望ましい。 In order to cool the cylindrical iron core uniformly over the axial direction, it is desirable that the outward pipe portion and the return pipe portion are wound at the same pitch.
具体的には、互いに隣り合う前記往路管部の螺旋要素及び前記復路管部の螺旋要素は、互いに等距離であることが考えられる。また、前記往路管部の螺旋要素及び前記復路管部の螺旋要素は、互いに接触していることが考えられる。 Specifically, it is considered that the spiral element of the outward pipe portion and the spiral element of the return pipe portion adjacent to each other are equidistant from each other. Further, it is considered that the spiral element of the outward pipe portion and the spiral element of the return pipe portion are in contact with each other.
このように構成した本発明によれば、冷却管が円筒状鉄心の内側周面に沿って互いに同じ巻方向で螺旋状に巻かれた往路管部及び復路管部を有するので、円筒状鉄心を冷却する冷却管の配管構造を簡単にすることができる。 According to the present invention configured as described above, since the cooling pipe has an outward pipe portion and a return pipe portion spirally wound in the same winding direction along the inner peripheral surface of the cylindrical core, the cylindrical core is provided. The piping structure of the cooling pipe for cooling can be simplified.
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。 Hereinafter, an embodiment of the induction heating roller device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
<1.装置構成>
本実施形態に係る誘導発熱ローラ装置100は、いわゆる片持ち型のものであり、図1に示すように、ローラ本体2と、ローラ本体2の内部に設けられた磁束発生機構3とを備えている。
<1. Device configuration>
The induction
ローラ本体2は、有底円筒状のものであり、その底部中央部には、回転軸4が接続されている。この回転軸4は、ローラ本体2の内部においてローラ本体2の回転中心軸上に沿って設けられており、ローラ本体2の外部において転がり軸受等の軸受5を介して機台(不図示)に回転自在に支持されている。この回転軸4が回転自在に支持されることによって、ローラ本体2も回転自在に支持されることになる。なお、回転軸4は、図示しないモータにより回転される。
The roller
磁束発生機構3は、円筒状鉄心31と、円筒状鉄心31の外側周面に巻回された誘導コイル32とを備えている。円筒状鉄心31は、湾曲部を有する鉄心鋼板を放射状に配列積層して構成されたものである。なお、湾曲部は、例えばインボリュート形状を有するものである。この円筒状鉄心31は、回転軸4が内部に挿入されるとともに、ローラ本体2及び回転軸4の間の中空内に配置される。また、誘導コイル32のリード線L1には、図示しない交流電源が接続される。また、磁束発生機構3は、機台に固定されるフランジ部材6に支持されている。
The magnetic
このような磁束発生機構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の円筒部(シェル部)を通過する。この通過によりシェル部に誘導電流が発生し、その誘導電流でシェル部はジュール発熱する。なお、シェル部での均温性を向上させるために、シェル部には、気液二相の熱媒体が封入されたジャケット室を形成しても良い。
When an AC voltage is applied to the
そして、本実施形態の誘導発熱ローラ装置100は、ローラ本体2の内部に設けられ、円筒状鉄心31及び誘導コイル32を冷却するための冷却管7を備えている。なお、冷却管7には、図示しない冷却媒体供給源から例えば冷却水等の冷却媒体が供給される。
The induction
具体的に冷却管7は、円筒状鉄心31の内側周面に溶接されており、円筒状鉄心31の内側周面に沿って互いに同じ巻方向で螺旋状に巻かれた往路管部71及び復路管部72を有している。本実施形態の冷却管7は、円管を用いて構成されており、1条の往路管部71と1条の復路管部72を有している。なお、冷却管7は、耐熱性を有し、かつ、非磁性体であることが望ましく、例えばステンレス鋼等を用いることができる。
Specifically, the
そして、特に図2に示すように、往路管部71及び復路管部72は一端側で連通しており、往路管部71の他端部に冷却媒体入口P1が形成され、復路管部72の他端部に冷却媒体出口P2が形成されている。なお、冷却媒体入口P1及び冷却媒体出口P2は、ローラ本体2の開口部側に設けられており、ここでは、フランジ部材6を貫通して機台側に位置している。
Then, as shown in FIG. 2, in particular, the
また、往路管部71及び復路管部72は、互いに同じピッチで巻かれており、互いに隣り合う往路管部71の螺旋要素及び復路管部72の螺旋要素は、互いに等距離となるように構成されている。また、往路管部71の螺旋要素と復路管部72の螺旋要素とは、ローラ本体2の軸方向に沿って交互となるように配置される。
Further, the
なお、本実施形態の冷却管7は1本の管をU字状に折り曲げた後に、螺旋状に折り曲げることにより、一端側で連通する1条の往路管部71及び1条の復路管部72が構成される。このように構成した冷却管7を円筒状鉄心31の内側周面に溶接する方法としては、円筒状鉄心31と円管状の冷却管7との隙間に線状の溶加材を入れて溶接することで、円筒状鉄心31と冷却管7との溶接を強固にできるとともに伝熱面積を大きくすることができる。
The
本実施形態の誘導発熱ローラ装置100においては、円筒状鉄心31の内側周面と回転軸4の外側周面との距離W(図1参照)が、冷却管7の1本分以上、かつ、2本分未満となるように構成されており、上述した2条構成の冷却管7とすることで、円筒状鉄心31の内側周面と回転軸4の外側周面との間に無理なく冷却管7を設けることができる。また、冷却管7と回転軸4との距離が近いため、ローラ本体2からの熱により加熱される回転軸4を冷却することもでき、当該回転軸4を回転可能に支持する軸受5が高温になることを防ぎ、軸受5の熱劣化を防ぐことができる。
In the induction
<2.本実施形態の効果>
このように構成された本実施形態に係る誘導発熱ローラ装置100によれば、冷却管7に対して冷却媒体入口P1から冷却媒体を導入すると、往路管部71を冷却媒体が流れた後に、往路管部71に接続された復路管部72を流れて冷却媒体出口P2から導出されることになる。ここで、往路管部71及び復路管部72はともに円筒状鉄心31の内側周面に沿って互いに同じ巻方向で螺旋状に巻かれているので、冷却管7を冷却媒体入口P1から冷却媒体出口P2に亘って円筒状鉄心31の内側周面に沿わせて配置することができる。その結果、円筒状鉄心31を冷却する冷却管7の配管構造を簡単にすることができる。また、円筒状鉄心31の内側周面に冷却管7を沿わせる構成において冷却媒体の導入及び導出ができるので、冷却管7の占有空間を小さくすることができる。さらに、冷却管7の往路管部71及び復路管部72を鉄心31の肉厚内に設ける構成でないので、鉄心31の断面積の低下を防ぐこともできる。
<2. Effect of this embodiment>
According to the induction
<3.その他の本実施形態の効果>
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
<3. Other effects of this embodiment>
The present invention is not limited to the above embodiment.
例えば、前記実施形態の冷却管7は、1条の往路管部71と1条の復路管部72とを有する構成であったが、2条以上の往路管部と2条以上の復路管部とを有する構成であっても良い。この場合、2条以上の往路管部の冷却媒体入口を往路管部それぞれに独立して設けても良いし、1つの冷却媒体入口から分岐させて2条以上の往路管部に冷却媒体を導入しても良い。同様に、2条以上の復路管部の冷却媒体出口を復路管部それぞれに独立して設けても良いし、2条以上の復路管部を合流させて1つの冷却媒体出口から導出しても良い。
For example, the
また、図3に示すように、往路管部71の螺旋要素及び復路管部72の螺旋要素は、互いに接触するように構成しても良い。
Further, as shown in FIG. 3, the spiral element of the
さらに、前記実施形態では、1本の管を変形させることにより、往路管部71及び復路管部72を一体に構成していたが、往路管部71となる螺旋状の管と復路管部72となる螺旋状の管とをそれらの一端部で接続管などを用いて接続することにより、往路管部71と復路管部72とを連通させるようにしても良い。
Further, in the above-described embodiment, the
その上、前記実施形態の冷却管は、断面円形の円管であったが、断面楕円形の楕円管であっても良いし、断面矩形の矩形管であっても良い。 Moreover, although the cooling tube of the embodiment is a circular tube having a circular cross section, it may be an elliptical tube having an elliptical cross section or a rectangular tube having a rectangular cross section.
また、誘導コイル32の外周に断熱材を配置しても良い。この断熱材は、ローラ本体2から誘導コイル32への熱輻射、空気熱伝導等の熱流を遮断し、誘導コイル32の低温化に寄与するものである。
Further, a heat insulating material may be arranged on the outer periphery of the
さらに、円筒状鉄心31、誘導コイル32及び冷却管7を耐熱性樹脂でモールド化しても良い。具体的には、円筒状鉄心31、誘導コイル32及び冷却管7の隙間に耐熱性樹脂を含浸させてモールド化し、各部位に存在する空気層を耐熱性樹脂の充填で無くし総括伝熱係数を大きくすると、磁束発生機構3の空隙部がなくなり、熱抵抗が更に小さく、円筒状鉄心31及び誘導コイル32の熱は効果的に冷却管7を流れる冷却媒体に伝達することができる。
Further, the
加えて、前記実施形態では片持ち型の誘導発熱ローラ装置に適用した例を説明したが、両持ち型の誘導発熱ローラ装置に適用しても良い。この場合、ローラ本体は、円筒状をなすシェル部と、当該シェル部の両端部に設けられた一対のジャーナル部とを有している。また、ジャーナル部は、シェル部の端部開口を覆うフランジ部と、当該フランジ部に一体形成された中空の駆動軸とを有している。駆動軸は、転がり軸受等の軸受を介して機台に回転自在に支持されており、例えばモータ等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。このローラ本体の内部に前記実施形態の磁束発生機構が配置される。 In addition, although the example applied to the cantilever type induction heating roller device has been described in the above embodiment, it may be applied to the double-sided type induction heating roller device. In this case, the roller body has a cylindrical shell portion and a pair of journal portions provided at both ends of the shell portion. Further, the journal portion has a flange portion that covers the end opening of the shell portion and a hollow drive shaft that is integrally formed with the flange portion. The drive shaft is rotatably supported by a machine base via a bearing such as a rolling bearing, and is configured to be rotated by a driving force externally given by, for example, a motor or the like. The magnetic flux generation mechanism of the embodiment is arranged inside the roller body.
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, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
100・・・誘導発熱ローラ装置
2 ・・・ローラ本体
31 ・・・円筒状鉄心
32 ・・・誘導コイル
4 ・・・回転軸
7 ・・・冷却管
71 ・・・往路管部
72 ・・・復路管部
P1 ・・・冷却媒体入口
P2 ・・・冷却媒体出口
100 ・ ・ ・ Induction
Claims (6)
前記ローラ本体の内部に設けられた円筒状鉄心と、
前記円筒状鉄心の外側周面に巻回された誘導コイルと、
前記円筒状鉄心の内側周面に溶接された冷却管とを備え、
前記冷却管は、前記円筒状鉄心の内側周面に沿って互いに同じ巻方向で螺旋状に巻かれた往路管部及び復路管部を有し、前記往路管部及び前記復路管部は一端側で連通しており、前記往路管部の他端部に冷却媒体入口が形成され、前記復路管部の他端部に冷却媒体出口が形成されている、誘導発熱ローラ装置。 A roller body that is rotatably supported and
A cylindrical iron core provided inside the roller body and
An induction coil wound around the outer peripheral surface of the cylindrical iron core,
A cooling pipe welded to the inner peripheral surface of the cylindrical iron core is provided.
The cooling pipe has an outward pipe portion and a return pipe portion spirally wound in the same winding direction along the inner peripheral surface of the cylindrical iron core, and the outward pipe portion and the return pipe portion are on one end side. An inductive heat-generating roller device in which a cooling medium inlet is formed at the other end of the outward pipe portion and a cooling medium outlet is formed at the other end of the return pipe portion.
前記誘導発熱ローラ装置は、前記ローラ本体の底部中央部に接続され、前記ローラ本体の内部において前記ローラ本体の回転中心軸上に沿って設けられた回転軸をさらに備え、
前記円筒状鉄心は、前記回転軸が内部に挿入されるとともに、前記ローラ本体及び前記回転軸の間の中空内に配置されるものである、請求項1に記載の誘導発熱ローラ装置。 The roller body has a bottomed cylindrical shape.
The induction heating roller device is connected to a central portion of the bottom of the roller body, and further includes a rotation shaft provided inside the roller body along the rotation center axis of the roller body.
The induction heating roller device according to claim 1, wherein the cylindrical iron core is arranged in a hollow space between the roller main body and the rotating shaft while the rotating shaft is inserted therein.
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