(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能且つ集電可能ホイールと、このホイールの外周に間隔を隔てて植生され、回転方向に屈曲自在なカーボンファイバープレートと、を備えて成るスパークレスホイール。
【請求項２】
前記カーボンファイバープレートは、ファイバーの軸方向の押圧に対して屈曲性を有する、１Ｄ型のＣ／Ｃコンポジットから形成される請求項１記載のスパークレスホイール。
【請求項３】
前記カーボンファイバープレートは、前記１Ｄ型のＣ／Ｃコンポジットを複数枚重ねて構成される請求項２記載のスパークレスホイール。
【請求項４】
前記複数枚は、４〜１２枚である請求項３記載のスパークレスホイール。
【請求項５】
前記カーボンファイバープレートは、前記ホイールの外周に楔を介して植生されている請求項１に記載のスパークレスホイール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通電加熱に用いられるスパークレスホイールであって、特に電気火花（スパーク）の発生が抑制されたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
線材、帯状製品の走行体の通電加熱装置は、走行体の上流と下流とに、この線材に接して回転する低温側電極輪と高温側電極輪とを配置し、低温側電極輪から走行体、走行体から高温側電極輪へと通電することにより、線材並びに帯状製品を通電加熱するものである。
【０００３】
この通電加熱には、回転可能且つ集電可能なホイールの外周に導電材料を嵌め込んだ電極輪が用いられる。このホイール外周の導電材料には、黒鉛鋳鉄の輪が用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような黒鉛鋳鉄輪を用いる電極輪にあっては、走行体に対する電流密度を上げるためには、走行体と電極輪とを押圧状態にして走行体を変形させ、走行体と電極輪の接触面積を増大させることが行われる。
【０００５】
しかしながら、黒鉛鋳鉄輪のように固体の環状導電材料を用いる場合、露出している黒鉛（通電スポット(a-spot)）が少ないため、押圧力を増大する割りには電流が上がらないという問題点がある。それに、走行体である被加熱体の断面が押圧力により変形するという問題点がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、走行体に対する接触面積の増大つまり通電スポット(a-spot)の増加を可能にし、スパークの発生を実質的に抑制できるスパークレスホイールを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明者は、回転可能且つ集電可能なホイールの外周に、回転方向に屈曲自在なカーボンファイバープレートを間隔を隔てて植生することにより、電流密度の増大とスパークレスとを実現できるということを見出して本発明を完成した。
【０００８】
すなわち、本発明のスパークレスホイールは、回転可能且つ集電可能なホイールと、このホイールの外周に間隔を隔てて植生され、回転方向に屈曲自在なカーボンファイバープレートとを備えて成るものである。  ホイール外周に間隔を隔てて植生されたカーボンファイバープレートは、走行体に対して走行方向に屈曲することにより、多数のカーボンファイバープレートが走行体に接触する。そのため、電流密度を増大させることができる。また、多数のカーボンファイバープレートが走行体に接触しているため、走行体に接触しているカーボンファイバープレートの数が確保され、スパークの発生も抑制される。
ここで、スパークレスホイールとは、通電条件及び接触条件を適切にした場合、実質的にスパークレスで運転できる電極輪を意味する。
【０００９】
前記カーボンファイバープレートは、カーボンファイバーの列設方向の通電特性に優れるとともに、前記列設方向に対して弓なりになるという屈曲性を有し、曲面と平面との間に通電スポットを多数形成する。
【００１０】
前記カーボンファイバープレートは、１Ｄ型のＣ／Ｃコンポジットプレートという複合材料であることが好ましい。ここでＣ／Ｃコンポジットとは、カーボンファンバーをフィラー（骨材）とし、カーボンをマトリックス（母材）とするカーボンファンバー／カーボン  コンポジットのことであり、１Ｄとは、カーボンファイバーが一方向に揃っていることである。この１ＤタイプのＣ／Ｃコンポジットを複数枚重ねて構成されるものが好ましい。また、この複数枚は、４〜１２枚が好ましい。１Ｄ型のＣ／Ｃコンポジットプレートを複数枚重ねると、屈曲性と接触面積の増大の両方を確保できる。
【００１１】
また、前記カーボンファイバープレートは、前記ホイールの外周に楔を介して固定されているものが好ましい。例えば、１Ｄ型のＣ／Ｃコンポジットプレートを複数枚重ねたカーボンブラシが、楔により、ホイール外周に所定間隔で列設することが確実にできる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて詳述する。図１は、スパークレスホイール１の構成図であり、図２はカーボンファイバープレート１６の複数枚からなるアッセンブリー３の部分斜視図である。
【００１３】
図１において、スパークレスホイール１は、ホイールアッセンブリー２の外周にカーボンファイバープレートアッセンブリー３を間隔隔てて植生して形成される。このスパークレスホイール１は、走行体（ワーク）４に対してカーボンファイバープレートアッセンブリー３が屈曲状態になる程度に押圧し、連れ回り回転させて使用される。
【００１４】
ホイールアッセンブリー２は、その外周から中心に向かって、植生部１２、集電部１３、水冷部１４を備えて構成される。なお、符号１５で示されるものは、回転するホイールアッセンブリー２に対する固定電刷子である。カーボンファイバープレートアッセンブリー３は、その外周から順に、屈曲部１１、植生部又は固定部１２とから構成されている。
【００１５】
図２に示すように、ホイールアッセンブリー２の中心から放射状に列設されるカーボンファイバープレートアッセンブリー３は、多数枚（図示例では９枚）のカーボンファイバープレート１６をホイールアッセンブリー２の周方向に重ねたものである。カーボンファイバープレート１６は、ホイールアセンブリー２の中心からの放射方向に、多数のカーボンファイバー３ａを列設し、カーボンマトリックスで固めた、１Ｄ型のＣ／Ｃ（カーボンファイバー／カーボン）コンポジットプレート１６である。
【００１６】
カーボンファイバー３ａには、ＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維が用いられる。この炭素繊維の軸方向を揃えて、樹脂を含浸させプリプレグにして積層、硬化し、次にピッチ又は熱硬化性樹脂を含浸、焼成する処理を数回繰り返し、緻密化を行う。そして、緻密化処理後、引き続き高温（２０００〜３０００℃）で熱処理を行い更に黒鉛化処理を行って、多数のカーボンファイバー３ａをカーボンマトリックスで固めたＣ／Ｃコンポジットプレート（カーボンファイバープレート）１６を形成する。なお、ピッチと熱硬化性樹脂を併用して緻密化を行っても構わない。このようにして形成されたＣ／Ｃコンポジットプレート（カーボンファイバープレート）１６は、厚さδ＝０．２５ｍｍ以下、弾性係数Ｅ＝５０〜１００ＧＰａ：抵抗率ρ＝１５μΩ・ｍ以下、曲げ応力σB＝４５ＭＰａ以上のものが好適に用いられる。
【００１７】
図２のように、Ｃ／Ｃコンポジットプレート（カーボンファイバープレート）１６自体が軸方向の押圧に対して屈曲性を有する。このＣ／Ｃコンポジットプレート（カーボンファイバープレート）１６の屈曲性を損なうことなく、厚み方向を増大させるために、Ｃ／Ｃコンポジットプレート（カーボンファイバープレート）１６の複数枚（図示例では９枚）を重ねて、カーボンファイバープレートアッセンブリー３にしたものを用いる。このカーボンファイバープレートアッセンブリー３の剛性と屈曲性の両方を確保するためには、Ｃ／Ｃコンポジットプレート（カーボンファイバープレート）１６を４〜１２枚重ねることが好ましく、７〜１０枚であると特に好ましい。
【００１８】
図１に示すように、このようなカーボンファイバープレートアッセンブリー３は、スペーサ３６又は導電板３７を介して所定間隔ε１でスパークレスホイール２の外周に放射状に列設される。
【００１９】
図５に示すように、ホイールアッセンブリー２は、集電ホイール２１と、外周の両側のカバーリング２２と、内周の両側のホイールキャップ２３とを備えてなる。集電ホイール２１は、その外周に、カーボンファイバープレートアッセンブリー３が差し込まれるリング状の空洞部２５と、後述する導電板が差し込まれる側面方向に抜けるスリット２６と、内周側の円盤状の空洞部２７とを有している。空洞部２５は、外側の幅狭の部分２５ａと内側の広幅の部分２５ｂとからなる。なお、符号２８は、カバーリング２２を集電ホイール２１の側面に固定するためのボルトであり、符号２９は、ホイールキャップ２３を集電ホイール２１の側面に固定するためのボルトであり、符号３０は、ホイールキャップ２３と集電ホイール２１との間の密封シール用のＯリングである。
【００２０】
つぎに、カーボンファイバープレートアッセンブリー３のホイールアッセンブリー２に対する植生構造を説明する。図３は、カーボンファイバープレートアッセンブリー３の側面からの植生状態を示す図であり、図４は、カーボンファイバープレートアッセンブリー３の上面からの植生状態を示す図であり、図５は、図３の５−５線の断面図であり、図６は、図３の６−６線の断面図であり、図７は、図３の７−７線の断面図である。
【００２１】
図３に示すように、カーボンファイバープレートアッセンブリー３は、スペーサ３６及び導電板３７を交互に挟むことにより、所定間隔ε１を隔てて順に配設される。導電板３７の３枚と、スペーサ３６の４枚を間に挟んだ７枚のカーボンファイバープレートアッセンブリー３の両側を更に楔３５で挟んだ状態にして、ホイールアッセンブリー２の外周に植生される。
【００２２】
図６に示すように、導電板３７は、集電ホイール２１の幅と同じ幅を有し、厚肉の接触部３７ａと、薄肉の逃げ部３７ｂとを備える。図７に示すように、スペーサ３６は、幅狭部分２５ａに対応する幅狭であって且つ厚肉の接触部３６ａと、幅広部分２５ｂに対応する幅広であって且つ薄肉の逃げ部３６ｂとを有する。図６に示すように、接触部３６ａでカーボンファイバープレートアッセンブリー３に接する導電板３７は、導電塗料等の導電材料３８及びカバーリング２２を介して、集電ホイール２１に電気的に導通している。また、カバーリング２２の段部２２ａが導電板３７を径方向に抜けないように止めている。
【００２３】
楔３５は、導電板３７と同様のものであるが、厚みが厚くて調整可能であり、楔効果の押し込みができるように、中心側に隙間が生じるような長さとなっている。また、楔３５は、導電板３７より厚く、図３に示すように、間隔がε２のように広くなっている。
【００２４】
外周の要所に配設された楔３５を、中心に向かって押し込むことにより、カーボンファイバープレートアッセンブリー３がホイールアッセンブリー２の外周に所定の間隔ε１又はε２を隔てて導電可能に植生された状態になる。この植生状態はカバーリング２２で固定される。
【００２５】
図３に示すように、カーボンファイバープレートアッセンブリー３の全長Ｌのうち、先端のＬ１がプレート厚み方向に屈曲する屈曲部１１となり、中程のＬ２が保持部分となり、下端のＬ３が自由端部分となる。
【００２６】
つぎに、上述した構造のスパークレスホイール１の作動を以下に説明する。図１において、例えば線材等の走行体４を速度Ｕ１で走行させ、これに対してスパークレスホイール１を速度Ｕ２で回転させる。すると、カーボンファイバープレートアッセンブリー３は摩擦力Ｆ２により図示のようにプレート厚み方向に屈曲する。スパークレスホイール１は、鋳鉄電極輪のように黒鉛の接触面積を確保するために圧下力を必要としない。もちろん走行体４の速度Ｕ１にも拘束されない。スパークレスホイール１の回転数によって、通電量（電流Ｉ（Ａ））が確保される。例えば、５０ＲＰＭで６３０Ａを流すことができるスパークレスホイール１であれば、１２５０Ａ流したい場合、１００ＲＰＭで回転させればよい。
【００２７】
図３に示すように、カーボンファイバープレートアッセンブリー３の複数枚（図示例では８枚）が屈曲して、走行体４に接触するようになっている。このように、常時接触しているカーボンファイバープレートアッセンブリー３が確保されているため、走行体４から離れるカーボンファイバープレートアッセンブリー３に於ける電気火花の発生が実質的に抑制される。
【００２８】
図３に示すように、カーボンファイバープレートアッセンブリー３からの電流は、○１矢印（ただし、「○数字」は、丸付き数字を表す。以下同様）のように、導電板３７と楔３５に流れる。図４に示すように、導電板３７と楔３５からの電流は、○２矢印のように、カバーリング２２に流れる。カバーリング２２から集電ホイール２１に電流が流れる。走行体４に電流を流す場合は、以上とは逆の流れとなる。
【００２９】
また、走行体４からカーボンファイバープレートアッセンブリー３に伝達される熱は、電流と同様の経路をたどって集電ホイール２１に至り、水冷部１４に吸収される。
【００３０】
このようなスパークレスホイール１による走行体４の通電加熱を図８及び図９により説明する。図８は、片側通電式の通電加熱を示し、図９は、両側通電式の通電加熱を示す。
【００３１】
図８において、走行体４は、入り側送りローラー５０と出側送りローラー５１とにより、所定速度Ｕ１で走行駆動される。この両ローラー５０，５１の間に、入り側スパークレスホイール５２とサポートローラー５３の対と、出側スパークレスホイール５４とサポートローラー５５の対とが配設されて通電加熱装置が構成される。入り側スパークレスホイール５２から走行体４、更に走行体４から出側スパークレスホイール５４と電流Ａが流れ、走行体４に流れる電流Ａによって発生するジュール熱により走行体４が加熱される。
【００３２】
図９において、サポートローラー５３とサポートローラー５５に代わり、スパークレスホイール５２に対向するスパークレスホイール５６と、スパークレスホイール５４に対向するスパークレスホイール５７とを配設して、通電加熱装置が構成される。入り側スパークレスホイール５２，５６から走行体４、更に走行体４から出側スパークレスホイール５４，５７と各々に電流Ａが流れ、走行体４に流れる電流２Ａによって発生するジュール熱により走行体４が加熱される。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は以上述べたように、回転可能且つ集電可能なホイールと、このホイールの外周に間隔を隔てて植生され、回転方向に屈曲自在なカーボンファイバープレートとを備えて成り、多数のカーボンファイバープレートが走行体に接触するため、電流密度を増大させることができるとともに、スパークの発生も抑制されるという効果を奏する。
【００３４】
また、前記カーボンファイバープレートを1D型のC/Cコンポジットにより形成すると、カーボンファイバーの列設方向の通電特性に優れるとともに、前記列設方向に対して弓なりになるという優れた屈曲性を有するという効果を奏する。
【００３５】
また、前記カーボンファイバープレートを１D型のＣ／Ｃコンポジットプレートを複数枚重ねて構成すると、屈曲性と接触面積の増大の両方を確保できるという効果を奏する。
【００３６】
また、前記カーボンプレートは、前記ホイールの外周に楔を介して固定されているものにすると、楔により、ホイール外周に所定間隔で列設することが確実にできるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係るスパークレスホイールの構成図である。
【図２】本実施形態に係るカーボンファイバーブレートアッセンブリーの部分斜視図である。
【図３】カーボンファイバープレートアッセンブリー３の側面からの植生状態を示す図である。
【図４】カーボンファイバープレートアッセンブリー３の上面からの植生状態を示す図である。
【図５】図３の５−５線の断面図である。
【図６】図３の６−６線の断面図である。
【図７】図３の７−７線の断面図である。
【図８】通電加熱装置の構成図である。
【図９】通電加熱装置の構成図である。
【符号の説明】
１      スパークレスホイール
２      ホイールアッセンブリー（ホイール）
３      カーボンファイバープレートアッセンブリー（カーボンファイバープレート）
４      走行体
１１      屈曲部
１２      植生部
１３      集電部
１６      カーボンファイバープレート（Ｃ／Ｃコンポジットプレート）
３５      楔
【図１】
0003649710.tif 000002
【図２】
0003649710.tif 000003
【図３】
0003649710.tif 000004
【図４】
0003649710.tif 000005
【図５】
0003649710.tif 000006
【図６】
0003649710.tif 000007
【図７】
0003649710.tif 000008
【図８】
0003649710.tif 000009
【図９】
0003649710.tif 000010