JP4963038B2 - Induction heating roller device - Google Patents
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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 heat roller device.
この種装置において、ローラの両端にジャーナルを一体的に連結し、この両端のジャーナルをそれぞれ機台に軸受を介して回転自在に支持することによって両持式とするとともに、ローラの内部に、ローラを誘導発熱させるための鉄心に巻回された誘導コイルからなる誘導発熱機構を配置し、これを両側のジャーナル内を通る支持ロッドによって支持する構成は既によく知られている。 In this type of device, journals are integrally connected to both ends of the roller, and the journals at both ends are rotatably supported by bearings on bearings via bearings, respectively. A structure in which an induction heating mechanism comprising an induction coil wound around an iron core for induction heating is arranged and supported by support rods passing through journals on both sides is already well known.
図9(a)(b)はこのような誘導発熱ローラ装置の一例の構成を示すもので、1は磁性材料からなるローラシェル、2、3はローラシェル1の両端に一体的に締結されたジャーナルで、これはその外周と機台4との間に配置された軸受5,6によって両持式に回転自在に支持されている。7は鉄心に巻回された誘導コイルからなる誘導発熱機構で、両側のジャーナル2,3内を通る支持ロッド8に固定されている。
FIGS. 9 (a) and 9 (b) show an example of the structure of such an induction heating roller device. 1 is a roller shell made of a magnetic material, 2 and 3 are integrally fastened to both ends of the roller shell 1. FIG. A journal, which is rotatably supported by both
支持ロッド8は、一端縁を閉塞した中空をなし、閉塞した端部側で、図9の(b)に拡大して示すようにジャーナル2の内周面と対向する周壁に中空内と外部と連通する細孔9が周囲方向および長手方向に複数形成され、中空内と連通する開口とされた他端部はジャーナル3から導出されて機台4に固定支持されている。そして、その開口から圧縮空気を供給し、細孔9から噴出させて閉塞した端部を空気圧でジャーナル2の内周面に空間を介して支持する、すなわち支持ロッド8の一端は静圧気体軸受10によりジャーナル2の内周面で空間を介して支持されている。また、ジャーナル2には支持ロッド8の細孔9から噴出した空気を排出する孔11が形成され、その端縁にモータ12が直結されている。
このようにローラシェルの内部に配置する誘導発熱機構を支持する支持ロッドを静圧気体軸受でジャーナルの内周面で空間を介して支持すると、すべり軸受や転がり軸受のような機械的軸受けでないため、軸受の長寿命化が図れ、軸受の保守、点検、交換などのための着脱作業が不要となり、また、機械的軸受がない分ローラの組立、解体における作業性が大幅に改善されるといった利点がある。 In this way, if the support rod that supports the induction heating mechanism arranged inside the roller shell is supported by the static pressure gas bearing through the space on the inner peripheral surface of the journal, it is not a mechanical bearing such as a slide bearing or a rolling bearing. The advantage is that the service life of the bearings can be extended, the work of attaching and detaching for maintenance, inspection and replacement of the bearings is not necessary, and the workability in assembly and disassembly of the rollers is greatly improved by the absence of mechanical bearings. There is.
しかし、静圧気体軸受であっても転がり軸受やすべり軸受などの機械軸受と同様に、ローラの回転にともなう振動を支持ロッドに伝達し、誘導発熱機構を振動させる。その振動数が誘導発熱機構を固定した支持ロッドの1次の固有振動数になると共振し大きな振幅の振動となる。たとえばローラの外径400mm、ローラの面長3800mmの場合、ローラの回転周速が600m/分(回転数約480RPM)に達すると、内部誘導発熱機構の1次の単純支持モードにおける機械的固有振動と合致して共振し大きな振幅の振動となる。そして、この振動は支持ロッドに伝達され、その振動による力が静圧気体軸受に加わる。静圧気体軸受はその力に抗することができず軸受としての機能を失い、誘導発熱機構の誘導コイルがローラシェルの内周面に接触して破損するといった問題があった。 However, even in the case of a static pressure gas bearing, as with a mechanical bearing such as a rolling bearing or a sliding bearing, the vibration accompanying the rotation of the roller is transmitted to the support rod, and the induction heating mechanism is vibrated. When the frequency becomes the primary natural frequency of the support rod to which the induction heat generating mechanism is fixed, it resonates and becomes a large amplitude vibration. For example, when the outer diameter of the roller is 400 mm and the roller surface length is 3800 mm, the mechanical natural vibration in the first simple support mode of the internal induction heating mechanism when the rotational peripheral speed of the roller reaches 600 m / min (rotation speed: about 480 RPM). Resonates with each other to produce large amplitude vibration. This vibration is transmitted to the support rod, and a force due to the vibration is applied to the static pressure gas bearing. The static pressure gas bearing cannot resist the force and loses its function as a bearing, and there is a problem that the induction coil of the induction heating mechanism contacts the inner peripheral surface of the roller shell and is damaged.
発明が解決しようとする課題は、ローラシェルの内部に配置する誘導発熱機構をジャーナルの内周面で軸受を介して支持しても誘導発熱機構の振動を抑制することができるようにし、斯かる問題を解消する点にある。 SUMMARY OF THE INVENTION The problem to be solved by the invention is that vibration of the induction heating mechanism can be suppressed even if the induction heating mechanism disposed inside the roller shell is supported on the inner peripheral surface of the journal via a bearing. The point is to solve the problem.
本発明は、ローラの両側に取り付けられた中空のジャーナルの外周を、その両側で軸受を介して機台に回転自在に支持するとともに、前記ローラを誘導発熱させるための誘導発熱機構を、前記両側のジャーナルの中空内を挿通する支持ロッドに固定して前記ローラの内部に配置し、前記支持ロッドに少なくとも一端部を軸受を介して前記ジャーナル内で支持してなる誘導発熱ローラ装置において、前記支持ロッドを支持する軸受より外側に位置する前記ジャーナルの内周面を磁性体とし、前記磁性体と対向する前記支持ロッドの外周面に、周方向に沿って複数の電磁石を配置するとともに、前記各電磁石の近傍に前記ジャーナルの内周面からの位置を検出する位置センサを設け、前記位置センサの検出信号に基づいて前記各電磁石が発する磁力を個別に制御し、前記ローラの回転により前記支持ロッドに伝達される振動を抑制してなることを主な特徴とする。 According to the present invention, an outer periphery of a hollow journal attached to both sides of a roller is rotatably supported on a machine base via bearings on both sides thereof, and an induction heating mechanism for causing the roller to generate induction heat is provided on the both sides. In the induction heating roller device, which is fixed to a support rod that is inserted through the hollow of the journal and disposed inside the roller, and at least one end of the support rod is supported in the journal via a bearing. the inner peripheral surface of the journal located outside the bearing for supporting the rod and the magnetic material, the outer peripheral surface of the front Symbol the support rods to the magnetic body and opposed, with arranging a plurality of electromagnets along the circumferential direction, before magnetic whose serial position sensor for detecting the position from the inner circumferential surface of the journal in the vicinity of the electromagnets provided, wherein each electromagnet is emitted based on a detection signal of the position sensor The individually controlled, as a main characterized in that by suppressing the vibration transmitted to the support rod by the rotation of the roller.
本発明では、支持ロッドの外周面に配置した複数の電磁石の磁力を、ジャーナルの内周面とこの内周面と対向する支持ロッドの外周面との変位に応じて個別に調整するので、ジャーナルの内周面とこの内周面と対向する支持ロッドの外周面との間隔が常に一定に保持される。これにより支持ロッドに固定された誘導発熱機構の振動が抑制され、共振による誘導コイルの破損や支持ロッドを支持する軸受の損傷を防止することができ、ローラの回転数を制限する必要がなくなる。 In the present invention, the magnetic force of the plurality of electromagnets arranged on the outer peripheral surface of the support rod is individually adjusted according to the displacement between the inner peripheral surface of the journal and the outer peripheral surface of the support rod facing the inner peripheral surface. The distance between the inner peripheral surface of the support rod and the outer peripheral surface of the support rod facing the inner peripheral surface is always kept constant. As a result, vibration of the induction heating mechanism fixed to the support rod is suppressed, damage to the induction coil due to resonance and damage to the bearing supporting the support rod can be prevented, and it is not necessary to limit the number of rotations of the roller.
ローラシェルの内部に配置する誘導発熱機構をジャーナルの内周面で軸受を介して支持しても誘導発熱機構の振動を抑制することができるようにする目的を、ジャーナルの内周面を磁性体で構成するとともに、前記磁性体と対向する支持ロッドの外周面に、周方向に沿って複数の電磁石を配置して、各電磁石の磁力をジャーナルの内周面とこの内周面と対向する支持ロッドの外周面との変位に応じて個別に調整することにより実現した。 For the purpose of suppressing vibration of the induction heating mechanism even if the induction heating mechanism arranged inside the roller shell is supported on the inner peripheral surface of the journal via a bearing, the inner peripheral surface of the journal is made of a magnetic material. A plurality of electromagnets are arranged along the circumferential direction on the outer peripheral surface of the support rod facing the magnetic body, and the magnetic force of each electromagnet is supported on the inner peripheral surface of the journal and the inner peripheral surface. This was realized by individually adjusting according to the displacement with the outer peripheral surface of the rod.
図1は、本発明の実施例に係る誘導発熱ローラ装置の一端部の断面図(a)と正面図(b)である。なお、図9に示す従来の誘導発熱ローラ装置と同一または対応する部分には同一の符号を付し、誘導発熱ローラ装置の全体構成についての説明は省略している。図1において、2はローラシェルの一方の端部に一体的に締結された中空内周面を磁性体としたジャーナル、8はローラシェル内に配置した誘導発熱機構を支持するための支持ロッド、10は静圧気体軸受、13a〜13dは電磁石、14a〜14d(14c、14dは図5参照)は位置センサである。支持ロッド8は図9に示す従来の誘導発熱ローラ装置と同様に中空内に供給された圧縮空気を細孔9から噴出させる静圧気体軸受10を介してジャーナル2の内周面で空間を介して支持されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view (a) and a front view (b) of one end of an induction heat roller device according to an embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part which is the same as that of the conventional induction heating roller apparatus shown in FIG. 9, or respond | corresponds, and the description about the whole structure of an induction heating roller apparatus is abbreviate | omitted. In FIG. 1, 2 is a journal having a hollow inner peripheral surface integrally fastened to one end of a roller shell as a magnetic material, 8 is a support rod for supporting an induction heating mechanism disposed in the roller shell, 10 is a static pressure gas bearing, 13a to 13d are electromagnets, and 14a to 14d (see FIG. 5 for 14c and 14d) are position sensors. As in the conventional induction heating roller device shown in FIG. 9, the
電磁石13a〜13dは、4個のホモポーラ型の電磁石(ヘテロポーラ型電磁石でもよい。)からなり、各電磁石13a、13b、13c、13dは静圧気体軸受10から端部に伸びる支持ロッド8の外周面に、周方向に沿って図1(b)に示すようにそれぞれ上下左右の4箇所、すなわち上部位置に電磁石13a、下部位置に電磁石13b、左位置に電磁石13c、右位置に電磁石13dが取り付けられ、各電磁石13a、13b、13c、13dの磁極はジャーナル2の内周面と空間を隔てて対向している。
The
そして、各電磁石13a、13b、13c、13dのコイルは、図5に示すようにそれぞれ制御可能のパワーアンプA1、A2、A3、A4に接続されている。すなわち、電磁石13aのコイルはパワーアンプA1、電磁石13bのコイルはパワーアンプA2、電磁石13cのコイルはパワーアンプA3、電磁石13dのコイルはパワーアンプA4に接続され、各電磁石13a、13b、13c、13dのコイルに流す電流は、各パワーアンプA1、A2、A3、A4よってそれぞれ個別に制御される。この制御で各電磁石13a、13b、13c、13dの磁力、すなわち吸引力が個別に制御される。
The coils of the
位置センサ14a〜14dはそれぞれの電磁石13a〜13dの近傍位置、すなわち、位置センサ14aは電磁石13aの近傍位置、位置センサ14bは電磁石13bの近傍位置、位置センサ14cは電磁石13cの近傍位置、位置センサ14dは電磁石13dの近傍位置に配置され、ジャーナル2の内周面に対する位置を各電磁石13a、13b、13c、13dの配置位置で検出する。
The
それぞれの位置で検出した位置センサ14a〜14dの検出量は、図5に示すように上部の電磁石13aの近傍位置に配置した位置センサ14aの検出量と下部の電磁石13bの近傍位置に配置した位置センサ14bの検出量と比較し、その差を制御器15に入力し、検出量の少ない側の電磁石のコイルに電流を流す。たとえば、誘導発熱機構が上下振動を始め、その振動で支持ロッド8が上部に移動し、位置センサ14aの検出量が増加したとすると下部の電磁石13bのコイルに電流を流す。
The detection amounts of the
この電流によって電磁石13bの吸引力が発生し、支持ロッド8はその吸引力で上部への移動が抑制される。また、下部への移動では位置センサ14bの検出量が増加し、上部の電磁石13aのコイルに電流を流し、この電流によって電磁石13aの吸引力が発生し、支持ロッド8はその吸引力で下部への移動が抑制される。また、支持ロッド8の左右への移動についても同様に左への移動で電磁石13dの磁力を発生し、支持ロッド8の左への移動を抑制し、右への移動で電磁石13cの磁力を発生し支持ロッド8の右への移動を抑制する。これらの抑制によって誘導発熱機構の振動が抑制される。
This current generates an attractive force of the
ところで、図1に示す実施例では、ジャーナル2を磁性体としているが、平坦状の珪素鋼板またはインボリュート曲線状に湾曲した珪素鋼板を放射状に積層して円筒状に形成した磁性体筒を、図2に示すように磁性体筒16の内周面と電磁石とが対向するジャーナル2の内周面に嵌め込むようにしてもよい。また、その磁性体筒の両端部を内側に突出する凹状に形成し、図3に示すように凹状に形成した磁性体筒17の内側に突出する端面を電磁石の磁極面と対向させてジャーナル2の内周面に嵌め込むようにしてもよい。この場合、図4に示すように磁性体筒17(磁性体筒16でもよい。)がジャーナル2の軸方向に沿ってすべり移動するようにすると、ローラおよび支持ロッドの熱による伸張差に対応することができる。
By the way, in the embodiment shown in FIG. 1, the
また、以上の実施例では、静圧気体軸受10に圧縮気体の供給ができなくなったときや各電磁石13a、13b、13c、13dのコイルに電流を供給するパワーアンプA1、A2、A3、A4の故障、電源の停電など不測の事態が発生し、静圧気体軸受や電磁石が作動しなくなると、支持ロッド8がジャーナル2の内面に落下し電磁石13などの部材を破損する恐れがある。この恐れを解消するために、図6に示すように支持ロッド8の外周面とジャーナル2の内面面との間に、支持ロッド8の外径よりも多少大きい内径を有するか、ジャーナル2の内径よりも多少小さい外径を有する転がり軸受あるいはすべり軸受などの機械軸受18を設けるようにするとよい。なお、図6は支持ロッド8の外径よりも多少大きい内径を有する転がり軸受を示しており、支持ロッド8と軸受の間に隙間がある。
Further, in the above embodiment, when the compressed gas can no longer be supplied to the static pressure gas bearing 10 or the power amplifiers A1, A2, A3, A4 for supplying current to the coils of the
以上は、静圧気体軸受が支持ロッドの加重を主として支える実施例であるが、静圧気体軸受を用いずに電磁石の磁力で支持ロッドの加重を支えるようにしてもよい。図7は電磁石の磁力で支持ロッドの加重を支える場合の誘導発熱ローラ装置の一端部の断面図である。この実施例では、図1に示す実施例と同様に、ジャーナル2の中空内周面を磁性体とするとともに、ジャーナルの中空内周面と対向する支持ロッド8の外周面に、周方向に沿って図7(b)に示すようにそれぞれ上下左右の4箇所、すなわち上部位置に電磁石13a、下部位置に電磁石13b、左位置に電磁石13c、右位置に電磁石13dが取り付けられている。
The above is an embodiment in which the static pressure gas bearing mainly supports the load of the support rod. However, the load of the support rod may be supported by the magnetic force of the electromagnet without using the static pressure gas bearing. FIG. 7 is a cross-sectional view of one end portion of the induction heating roller device when the load of the support rod is supported by the magnetic force of the electromagnet. In this embodiment, as in the embodiment shown in FIG. 1, the hollow inner peripheral surface of the
また、図1に示す実施例と同様に、それぞれの電磁石13a、13b、13c、13dの近傍位置にそれぞれ位置センサ14a、14b、14c、14d(位置センサ14c、14dは図示なし)が配置され、位置センサ14aは電磁石13aの近傍位置、位置センサ14bは電磁石13bの近傍位置、位置センサ14cは電磁石13cの近傍位置、位置センサ14dは電磁石13dの近傍位置でジャーナルの中空内周面からの位置を検出する。
Similarly to the embodiment shown in FIG. 1,
そして、各電磁石13a、13b、13c、13dのコイルは、図5に示すようにそれぞれ制御可能のパワーアンプA1、A2、A3、A4に接続され、それぞれのパワーアンプA1、A2、A3、A4によってそれぞれ個別に流す電流、すなわち各電磁石13a、13b、13c、13dの磁力が決定されるが、支持ロッド8の加重を支える分上部に配置した電磁石13aのコイルに、下部に配置した電磁石13bのコイルに流す電流よりも大きくし、各電磁石13a、13b、13c、13dに支持ロッド8がジャーナル2の内周面から離れ中間に浮遊して安定して留まる電流を加える。すなわち各電磁石13a、13b、13c、13dは磁気軸受としての機能を持たせる。
The coils of the
その上で、それぞれの位置で検出した位置センサ14a〜14dの検出量は、図5に示すように上部の電磁石13aの近傍位置に配置した位置センサ14aの検出量と下部の電磁石13bの近傍位置に配置した位置センサ14bの検出量と比較し、その差を制御器15に入力し、検出量の少ない側の電磁石のコイルに流す電流を増加する。たとえば、誘導発熱機構が上下振動を始め、その振動で支持ロッド8が上部に移動し、位置センサ14aの検出量が増加したとすると上部の電磁石13aに流す電流を減少し、下部の電磁石13bのコイルに電流を流す。これによって支持ロッド8は上部への移動が抑制される。
In addition, the detection amounts of the
また、下部への移動では位置センサ14bの検出量が増加し上部の電磁石13aのコイルに流す電流を増加する。この増加によって電磁石13aの吸引力が増加し、支持ロッド8はその吸引力の増加で下部への移動が抑制される。また、支持ロッド8の左右への移動についても同様に左への移動で電磁石13dの磁力を増加し、支持ロッド8の左への移動を抑制し、右への移動で電磁石13cの磁力を増加し支持ロッド8の右への移動を抑制する。これらの抑制によって誘導発熱機構の振動が抑制される。
Further, in the downward movement, the detection amount of the position sensor 14b increases, and the current flowing through the coil of the
上部の電磁石13aの吸引力が支持ロッド8の加重を支えるに吸引力に対して不足する場合、図8に示すように支持ロッド8の軸方向に上部の電磁石13aと並べて別の電磁石19と位置センサ20を設けるとよい。この場合、位置センサ20のジャーナル2の内周面に対する位置の検出で電磁石19のコイルに流す電流を単独で制御する。勿論電磁石13aの磁力と共同して誘導発熱機構の振動を抑制するようにしてもよい。
When the attraction force of the
なお、図7および図8に示す実施例においても、平坦状の珪素鋼板またはインボリュート曲線状に湾曲した珪素鋼板を放射状に積層して円筒状に形成した磁性体筒を、図2に示すように磁性体筒16の内周面と電磁石とが対向するジャーナル2の内周面に嵌め込むようにしても、また、その磁性体筒の両端部を内側に突出する凹状に形成し、図3に示すように凹状に形成した磁性体筒17の内側に突出する端面を電磁石の磁極面と対向させてジャーナル2の内周面に嵌め込むようにしてもよく、加えて図4に示すように磁性体筒17(磁性体筒16でもよい。)がジャーナル2の軸方向に沿ってすべり移動するようにすることができる。
7 and 8, the magnetic cylinder formed by cylindrically laminating flat silicon steel plates or silicon steel plates curved in an involute curve into a cylindrical shape as shown in FIG. Even if the inner peripheral surface of the
また、電源の停電など不測の事態が発生すると、支持ロッド8がジャーナル2の内面に落下し電磁石などの部材を破損する恐れがある。この恐れを解消するために、図6に示すように支持ロッド8の外周面とジャーナル2の内面面との間に、支持ロッド8の外径よりも多少大きい内径を有するか、ジャーナル2の内径よりも多少小さい外径を有する転がり軸受あるいはすべり軸受などの機械軸受18を設けるようにするとよい。
Further, when an unexpected situation such as a power failure occurs, the
以上、各実施例では支持ロッドの端部の外周面の周方向の4箇所に等間隔に位置センサを配置し、対向する位置センサの検出量の比較によって支持ロッドの振動を検出し、その検出で振動を抑制するように各電磁石が発する磁力を制御しているが、支持ロッドの振動をコンピュータ等で分析して予測し、その予測に基づいて各電磁石が発する磁力を制御するようにしても良く、位置センサの代わりに振動による加速度を検出する加速度センサを用いて各電磁石の磁力を制御しても良い。 As described above, in each embodiment, position sensors are arranged at equal intervals in four circumferential directions on the outer peripheral surface of the end portion of the support rod, and the vibration of the support rod is detected by comparing the detection amounts of the opposing position sensors. Although the magnetic force generated by each electromagnet is controlled so as to suppress vibration, the vibration of the support rod is analyzed and predicted by a computer or the like, and the magnetic force generated by each electromagnet is controlled based on the prediction. Alternatively, the magnetic force of each electromagnet may be controlled using an acceleration sensor that detects acceleration due to vibration instead of the position sensor.
また、電磁石は、支持ロッドの外周面に、周方向に上下左右の4箇所に取り付けているが、電磁石の数は4個に限定されるものでなく、その配置位置も上下左右の4箇所に限定されるものではない。 In addition, the electromagnets are attached to the outer peripheral surface of the support rod at four locations on the upper, lower, left, and right sides in the circumferential direction. However, the number of electromagnets is not limited to four, and the arrangement positions are also four locations on the upper, lower, left, and right sides. It is not limited.
さらに、以上の説明は、ローラシェルの両端に一体的に締結されたジャーナルの一方のジャーナル内で支持ロッドの一方を支持する場合の説明であるが、両側のジャーナル内で両側の支持ロッドを静圧気体軸受または電磁石の磁力によって支持するようにしてもよく、この場合、支持ロッドの回転を機台で阻止することとなる。 Further, the above explanation is for the case where one of the support rods is supported in one journal of the journal integrally fastened to both ends of the roller shell. You may make it support by the magnetic force of a pressurized gas bearing or an electromagnet, In this case, rotation of a support rod will be blocked | prevented with a base.
以上の実施例のいずれもジャーナルの内周面と空間を介して支持ロッドが支持されるので、軸受部の長寿命化が図れ、軸受の保守、点検、交換などのための着脱作業が不要となり、また、ローラの組立、解体における作業性が大幅に改善されるとともに、内部誘導発熱機構の1次の単純支持モードにおける機械的固有振動に伴う誘導発熱機構の誘導コイルがローラの内周面に接触して破損する恐れがなくなる。 In any of the above embodiments, the support rod is supported through the inner peripheral surface of the journal and the space, so that the life of the bearing portion can be extended, and the attachment / detachment work for maintenance, inspection, replacement, etc. of the bearing becomes unnecessary. In addition, the workability in the assembly and disassembly of the roller is greatly improved, and the induction coil of the induction heating mechanism accompanying the mechanical natural vibration in the primary simple support mode of the internal induction heating mechanism is formed on the inner peripheral surface of the roller. There is no risk of contact damage.
1 ローラシェル
2、3 ジャーナル
4 機台
7 誘導発熱機構
8 支持ロッド
10 静圧気体軸受
13a〜13d、19 電磁石
14a〜14d、20 位置センサ
16、17 磁性体筒
18 機械軸受
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