(57)【要約】【課題】炭素鋼を素材とする従来のローラ本体と比べて、ローラ本体の軽量化を図る。【解決手段】ロールシェル部１ａが、炭素鋼より比重の小さい導電性材料から形成されており、ローラ本体１を軽量化することができる。フランジ部１ｂおよびボス部１ｃのうち少なくとも一方がロールシェル部１ａより低熱伝導性の部材であるか、ボス部１ｃと回転軸２との熱膨張率が同一または近似するものとされることにより、ローラ昇温時、ボス部１ｃと回転軸２との嵌合不具合を防止できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロールシェル部、フランジ部およびボス部を有する有底円筒状のローラ本体と、当該ローラ本体の回転中心軸上に沿うよう配設され、前記ボス部に嵌合締結される回転軸と、当該回転軸が内部に挿入されるとともに、前記ロールシェル部および前記回転軸の間の中空内に配設される円筒状鉄心および当該円筒状鉄心に巻装された誘導コイルからなる磁束発生機構が設けられた支持体とを備えた誘導発熱ローラ装置において、
前記ロールシェル部が、炭素鋼より比重の小さい導電性材料から形成されており、
前記フランジ部および前記ボス部のうち少なくとも一方が、前記ロールシェル部より低熱伝導性の材料から形成されていることを特徴とする、誘導発熱ローラ装置。
【請求項２】
ロールシェル部、フランジ部およびボス部を有する有底円筒状のローラ本体と、当該ローラ本体の回転中心軸上に沿うよう配設され、前記ボス部に嵌合締結される回転軸と、当該回転軸が内部に挿入されるとともに、前記ロールシェル部および前記回転軸の間の中空内に配設される円筒状鉄心および当該円筒状鉄心に巻装された誘導コイルからなる磁束発生機構が設けられた支持体とを備えた誘導発熱ローラ装置において、
前記ロールシェル部が、炭素鋼より比重の小さい導電性材料から形成されており、
前記ボス部と前記回転軸との熱膨張率が、同一または近似することを特徴とする、誘導発熱ローラ装置。
【請求項３】
前記ボス部と前記回転軸との熱膨張率が、同一または近似することを特徴とする、請求項１に記載の誘導発熱ローラ装置。
【請求項４】
前記ロールシェル部が、マグネシウム合金から形成されていることを特徴とする、請求項１乃至３の何れかに記載の誘導発熱ローラ装置。
【請求項５】
前記フランジ部が、非磁性材料から形成されていることを特徴とする、請求項１乃至４の何れかに記載の誘導発熱ローラ装置。
【請求項６】
前記ロールシェル部と前記フランジ部との接合部および前記フランジ部と前記ボス部との接合部のいずれか一方または両方が、摩擦圧接または摩擦攪拌接合で接合されたことを特徴とする、請求項１乃至５の何れかに記載の誘導発熱ローラ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導発熱ローラ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導発熱ローラ装置において、内部を中空としたローラ本体の中空内部に磁束発生機構を配置し、ローラ本体を磁束発生機構により誘導発熱させるようにした構成は、よく知られている。
【０００３】
合成繊維などを熱延伸する場合、５００ｍ／ｍｉｎ．〜７０００ｍ／ｍｉｎ．の周速で回転する片持ち式の誘導発熱ローラ装置を用いる場合がある。図５はこのような片持ち式の誘導発熱ローラ装置の一例の構成を示すもので、ローラ本体１、回転軸２、磁束発生機構３から構成されており、ローラ本体１は、ロールシェル部１ａ、フランジ部１ｂおよびボス部１ｃからなる。
【０００４】
回転軸２は、軸受６を介して支持台５に対して回転自在に支持されている。回転軸２の先端は、ボス部１ｃにボルト８およびナット９により嵌合締結されている。回転軸２の後端には図示しないモータ等の駆動機構が接続されている。この駆動機構によりローラ本体１および回転軸２を回転させることができる。
【０００５】
磁束発生機構３は、円筒状鉄心３ａおよび円筒状鉄心３ａに巻装された誘導コイル３ｂからなり、支持体４に支持されている。支持体４は、支持台５に静止状態で保持されている。誘導コイル３ｂに交流電圧が印加されると、ローラ本体１および円筒状鉄心３ｂに交番磁束が発生し、この交番磁束によってローラ本体１に誘導電流が発生し、この誘導電流によってローラ本体１（ロールシェル部１ａ）はジュール発熱する。
【０００６】
この種の誘導発熱ローラ装置においては、ロールシェル部、フランジ部およびボス部が同種の素材で一体として成形されている。ロールシェル部は、ローラ表面温度分布の均一化、誘導コイルの温度低下などの観点から高熱伝導性であることが望ましく、誘導発熱方式であることから導電性部材でなければならない。このような素材として従来からローラ本体には炭素鋼が多く用いられる。また、回転軸とローラ本体との熱膨張率差が大きい場合、ローラ昇温時において、これらの嵌合部に空隙ができるなどの不具合が生じることから、ローラ本体の素材が炭素鋼の誘導発熱ローラ装置に用いられる回転軸には同素材たる炭素鋼や熱膨張率の近似するステンレス鋼が用いられている。
【０００７】
一般に誘導発熱ローラ装置においては、軸受の長寿命化、軸振動の危険速度向上、省エネなどの観点から、ローラ本体の軽量化が求められている。例えば特許文献１においては、ローラ本体の肉厚内部に空洞穴を設けることで軽量化を図る発明について本特許出願人より提案されている。特許文献１に記載の発明においてもローラ本体の軽量化は実現できるものの、更なる軽量化が求められるところである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−３６９６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、炭素鋼を素材とする従来のローラ本体と比べて、ローラ本体の軽量化を図るとともに、ローラ本体のボス部と回転軸との嵌合部に生じる空隙などの不具合を防止することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の請求項１に係る誘導発熱ローラ装置は、ロールシェル部、フランジ部およびボス部を有する有底円筒状のローラ本体と、当該ローラ本体の回転中心軸上に沿うよう配設され、前記ボス部に嵌合締結される回転軸と、当該回転軸が内部に挿入されるとともに、前記ロールシェル部および前記回転軸の間の中空内に配設される円筒状鉄心および当該円筒状鉄心に巻装された誘導コイルからなる磁束発生機構が設けられた支持体とを備えた誘導発熱ローラ装置において、前記ロールシェル部が、炭素鋼より比重の小さい導電性材料から形成されており、前記フランジ部および前記ボス部のうち少なくとも一方が、前記ロールシェル部より低熱伝導性の材料から形成されていることを特徴とする。
【００１１】
このようなものであれば、ロールシェル部が炭素鋼より比重の小さい導電性材料から形成されているので、炭素鋼を素材とする従来のローラ本体と比べて、ローラ本体を軽量化することができる。また、フランジ部およびボス部のうち少なくとも一方が、ロールシェル部より低熱伝導性の材料から形成されているので、ロールシェル部からボス部及び回転軸の嵌合部への伝熱を低減することができ、ボス部及び回転軸の嵌合部に空隙ができるなどの不具合を防止することができる。
【００１２】
本発明の請求項２に係る誘導発熱ローラ装置は、ロールシェル部、フランジ部およびボス部を有する有底円筒状のローラ本体と、当該ローラ本体の回転中心軸上に沿うよう配設され、前記ボス部に嵌合締結される回転軸と、当該回転軸が内部に挿入されるとともに、前記ロールシェル部および前記回転軸の間の中空内に配設される円筒状鉄心および当該円筒状鉄心に巻装された誘導コイルからなる磁束発生機構が設けられた支持体とを備えた誘導発熱ローラ装置において、前記ロールシェル部が、炭素鋼より比重の小さい導電性材料から形成されており、前記ボス部と前記回転軸との熱膨張率が、同一または近似することを特徴とする。
【００１３】
このようなものであれば、ロールシェル部が炭素鋼より比重の小さい導電性材料から形成されているので、炭素鋼を素材とする従来のローラ本体と比べて、ローラ本体を軽量化することができる。また、ボス部と回転軸との熱膨張率が、同一または近似しているので、ロールシェル部からの伝熱によるボス部及び回転軸の嵌合部に空隙ができる等の不具合を防止することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の誘導発熱ローラ装置は、炭素鋼を素材とする従来のローラ本体と比べて、ローラ本体を軽量化するとともに、ローラ本体のボス部と回転軸との嵌合部に生じる空隙などの不具合を防止する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る誘導発熱ローラ装置の構成を示す概略断面図である。
【図２】ローラ本体の接合の一例を示す部分断面図である。
【図３】ローラ本体の接合の一例を示す部分断面図である。
【図４】ローラ本体の接合の一例を示す部分断面図である。
【図５】従来の実施形態に係る誘導発熱ローラ装置の構成を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
つぎに、本発明に係る誘導発熱ローラ装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
本実施形態の誘導発熱ローラ装置は、図１に示すようにローラ本体１、回転軸２、磁束発生機構３を備えている。
【００１８】
ローラ本体１は、有底円筒状をなすものであり、円筒状をなすロールシェル部１ａと、当該ロールシェル部１ａの軸方向一端部に設けられて、ロールシェル部１ａの一端開口を閉塞するフランジ部１ｂと、当該フランジ部１ｂからロールシェル部１ａ内においてロールシェル部１ａの回転中心軸上に延び設けられたボス部１ｃとを有する。
【００１９】
ローラ本体１の成形については、例えば丸鋼やパイプ材から削り出してローラ本体１全部を一体成形しても良く、図２や図３に示すように、ローラ本体１の一部を成形したものと他の部材とを接合させても良く、図４に示すように、各部をそれぞれ接合させて成形しても良い。なお、図２は、ロールシェル部１ａと、フランジ部１ｂ及びボス部１ｃを一体成形したものとを接合する例を示し、図３は、ロールシェル部１ａ及びフランジ部１ｂを一体成形したものと、ボス部１ｃとを接合する例を示し、図４は、ロールシェル部１ａと、フランジ部１ｂと、ボス部１ｃとを別々に成形して、それらを接合する例を示している。接合方法としては、ボルト締結、溶接、摩擦圧接、摩擦攪拌接合などがあるが、好ましくは摩擦圧接または摩擦攪拌接合が良い。異種金属間の溶接は困難であるが、これに対し摩擦圧接または摩擦攪拌接合は簡便であり、接合部Ｂも高強度に接合することができる。
【００２０】
回転軸２は、軸受６を介して支持台５に支持されている。回転軸２の先端部は、ボルト８およびナット９によりボス部１ｃに嵌合締結されている。回転軸２の後方にはモータ等の駆動機構が接続されている。本実施形態において支持台５は、モータ等の駆動機構により構成されたものであっても良いし、支持台５とは別に駆動機構が設けられても良い。この駆動機構によりローラ本体１および回転軸２を回転させることができる。なお、本実施形態において回転軸２は支持台５に対して回転自在に支持されているが、これに限られるものではない。軸受位置等は任意の設計事項であり、種々の態様をとり得る。また、図１における符号１０は、フランジ部１ｂに取り付けられるカバーである。
【００２１】
磁束発生機構３は、円筒状鉄心３ａおよび円筒状鉄心３ａに巻装された誘導コイル３ｂからなり、支持体４に支持されている。支持体４は、支持台５に静止状態で保持されている。誘導コイル３ｂに交流電圧が印加されると、ローラ本体１および円筒状鉄心３ａに交番磁束が発生し、この交番磁束によってローラ本体１に誘導電流が発生し、この誘導電流によってローラ本体１（ロールシェル部１ａ）はジュール発熱する。なお、図１における符号１１は、誘導コイルのリード線である。
【００２２】
以上の構成において、ロールシェル部１ａは、炭素鋼より比重の小さい導電性材料から形成されている。炭素鋼より比重の小さい導電性材料としては、アルミニウム合金やマグネシウム合金などを用いることができ、好ましくはマグネシウム合金が良い。このようなものであれば、炭素鋼を素材とする従来のローラ本体と比べて、ローラ本体１を軽量化することができ、駆動機構（モータ）の負担及び回転軸２を支持する軸受６の負担を小さくすることができるとともに、高速回転において危険速度を向上させることができる。また、更なる軽量化やローラ表面温度分布の均一化のため、本実施形態においてはロールシェル部１ａの肉厚内に軸方向に沿って、気液２相の熱媒体を密封状態で封入した複数のジャケット室７を設けている。
【００２３】
フランジ部１ｂおよびボス部１ｃのうち少なくとも一方は、ロールシェル部１ａより低熱伝導性の材料から形成されていることが望ましい。前記低熱伝導性の材料としては、例えば、炭素鋼やステンレス鋼などを用いることができる。このようなものであれば、ロールシェル部１ａ（発熱部）から回転軸２への伝熱を低減でき、軸受６の高温化を防止することができる。また、ボス部１ｃと回転軸２との熱膨張率差が大きい場合でも、嵌合部Ａに空隙ができる不具合を防止することができる。
【００２４】
ボス部１ｃと回転軸２との熱膨張率は近似することが望ましい。ここで、熱膨張率が近似するとは、ボス部１ｃと回転軸２との線膨張係数の差が±８×１０−６以内を指す。さらに好ましくは、熱膨張率は同一であるものが良い。例えば回転軸２がステンレス鋼から形成されたものの場合には、ボス部１ｃもステンレス鋼から形成されたものが好ましい。このようなものであれば、嵌合部Ａが高温となったとしても嵌合不具合を防止することができる。
【００２５】
フランジ部１ｂは、例えばステンレス鋼等の非磁性材料から形成されていることが望ましい。このようなものであれば、軸受６を長寿命化することができる。フランジ部１ｂに磁性材を用いると、誘導コイル３ｂへの通電時に、フランジ部１ｂが誘導コイル３ｂに引き寄せられて、回転軸２にスラスト力が発生する。フランジ部１ｂを非磁性材料から形成することで、スラスト荷重による軸受６への負荷を低減することができる。
【符号の説明】
【００２６】
１・・・ローラ本体
１ａ・・・ロールシェル部
１ｂ・・・フランジ部
１ｃ・・・ボス部
２・・・回転軸
３・・・磁束発生機構
３ａ・・・円筒状鉄心
３ｂ・・・誘導コイル
４・・・支持体
５・・・支持台
６・・・軸受
７・・・ジャケット室
８・・・ボルト
９・・・ナット
１０・・・カバー
１１・・・誘導コイルのリード線
Ａ・・・嵌合部
Ｂ・・・接合部
【図１】
2015079612.tif 000003
【図２】
2015079612.tif 000004
【図３】
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【図４】
2015079612.tif 000006
【図５】
2015079612.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成25年11月8日(2013.11.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2015079612.tif 000008
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2015079612.tif 000009