(57)【要約】【課題】誘導加熱ローラの軸方向の発熱を均一化するとともに、固定コアにより磁束をローラに有効に導き加熱効率を高める。【解決手段】中空円筒状のローラ４の内側に固定コア５に巻回されたコイル６を備え、コイル６に交流電流が流されることによりローラ４が誘導加熱される誘導加熱ローラ装置において、磁性鋼板５ａをローラ４の軸方向に積層して固定コア５を構成するとともに、この固定コア５にコイル６をローラ４の軸方向と平行に巻回する。これにより、コイル６の磁束発生量がコイル軸方向に均一になり、ローラ軸方向の発生熱量も均一になる。また、磁性鋼板５ａをローラ４の軸方向に積層して固定コア５を構成することにより、固定コア５に軸方向に誘起される誘導電流が抑止され、固定コア５の発熱が抑えられる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空円筒状のローラの内側に固定コアに巻回されたコイルを備え、このコイルに交流電流が流されることにより前記ローラが誘導加熱される誘導加熱ローラ装置において、
磁性鋼板を前記ローラの軸方向に積層して前記固定コアを構成するとともに、この固定コアに前記コイルを前記ローラの軸方向と平行に巻回したことを特徴とする誘導加熱ローラ装置。
【請求項２】
前記固定コアを前記ローラの軸方向と平行な角柱状に形成し、この固定コアの軸方向両端面に跨るように前記コイルを巻回したことを特徴とする請求項１記載の誘導加熱ローラ装置。
【請求項３】
前記固定コアを軸方向に複数個に分割して構成し、これらの分割コアに分けて前記コイルを巻回したことを特徴とする請求項２記載の誘導加熱ローラ装置。
【請求項４】
前記固定コアの一端側から他端側に向かって、前記複数個の分割コアにおける左右一方の側に前記コイルを順次巻回し、次いで前記固定コアの他端側から一端側に向かって、前記複数個の分割コアにおける他方の側に前記コイルを順次巻回したことを特徴とする請求項３記載の誘導加熱ローラ装置。
【請求項５】
前記固定コアを前記ローラと同心の中空円筒状に形成し、この固定コアの外周面に前記コイルをジグザグ状に巻回したことを特徴とする請求項１記載の誘導加熱ローラ装置。
【請求項６】
前記固定コアを軸方向に複数個に分割して構成し、これらの分割コアに分けて前記コイルを巻回したことを特徴とする請求項５記載の誘導加熱ローラ装置。
【請求項７】
前記固定コアを前記磁性鋼板の積層に代えてフェライト材で構成したことを特徴とする請求項１記載の誘導加熱ローラ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ローラ表面に接触する物体を加熱する工程、例えば合成繊維製造プロセスの延伸加熱工程で使用される誘導加熱ローラ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記した誘導加熱ローラ装置として、中空円筒状のローラの内側に、固定コアに巻回されたコイルを備え、このコイルに交流電流が流されることによりローラが誘導加熱されるものが知られており、このような誘導加熱ローラ装置については、例えば特許文献１や特許文献２あるいは特許文献３に記載されている。
【特許文献１】特開平８−２９６１４２号公報
【特許文献２】特開平９−２２３５７３号公報
【特許文献３】実用新案登録第２５３２９８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、誘導加熱ローラ装置の重要な特性の一つとして、ローラ表面温度が軸方向に一定であることが要求されている。そこで、この要求を満たすようにしたものとして、特許文献１には、固定コアの外周面に周方向に巻回したコイルの巻密度をローラ軸方向で変化させる高周波誘導加熱ローラが示されている。具体的には、ローラの両端部は中央部に比べて誘導加熱による発生熱量が少なく、かつ放熱量が多いので、ローラ両端部においてコイルの巻密度を中央部より密にするものである。しかしながら、誘導加熱発生熱量や放熱量の軸方向の変化はローラの直径や長さ寸法により影響を受け、巻密度の粗密の付け方をローラごとに的確に定めることはなかなか困難である。
【０００４】
一方、ローラの表面を略均一に加熱するものとして、特許文献２には、ローラの内側に往復導体による直線状のコイル、つまりローラ軸方向にジグザグ状に往復するコイルを配置した有底円筒体の誘導加熱装置が示されている。この場合、ローラには往復導体に流れる電流の向きと逆向きの誘導電流が誘起され、この電流による発熱は軸方向で均一になる。しかしながら、特許文献２に記載の装置は、コイルに固定コアが設けられておらずコイル磁束をローラに効率よく導けない。
【０００５】
仮に、特許文献２のコイルに固定コアを設けるとしても、ローラ軸方向の直線状コイルによる誘導電流はローラ軸方向に流れるため、従来から知られている巻鉄心（磁性鋼板を円筒状に巻回して構成した鉄心）は鉄心軸方向の誘導電流による発熱が大きくなる。更に、ローラ軸方向の直線状のコイルによる磁束は、巻鉄心の磁性鋼板を厚さ方向に貫通するため、この貫通磁束により巻鉄心に生じる渦電流損も大きい。この貫通磁束による渦電流損の対策として、特許文献３に示されているように、円筒鉄心の周方向に磁性鋼板を積層した固定コアを用いることが考えられるが、その場合にもローラ軸方向に流れる誘導電流の発生は避けられない。
【０００６】
この発明は、上記した背景の下になされたもので、誘導加熱ローラの軸方向の発熱量を均一化するとともに、その際、固定コアを発熱させることなく磁束をローラに有効に導くようにすることを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、中空円筒状のローラの内側に固定コアに巻回されたコイルを備え、このコイルに交流電流が流されることにより前記ローラが誘導加熱される誘導加熱ローラ装置において、磁性鋼板を前記ローラの軸方向に積層して前記固定コアを構成するとともに、この固定コアに前記コイルを前記ローラの軸方向と平行に巻回するものである。
【０００８】
請求項１の発明によれば、コイルを固定コアにローラ軸方向と平行に巻回することにより、コイルの磁束発生量はローラ軸方向に均一に分布する。その結果、コイルの巻回に粗密を付けなくても誘導電流がローラ軸方向に均一に流れ、ローラ軸方向の発生熱量も均一になる。また、磁性鋼板を回転軸の軸方向に積層して固定コアを構成することにより、固定コアに軸方向に誘起される誘導電流を抑止することができる。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、コイルをローラ軸方向と平行に巻回する構成とするために、前記固定コアを前記ローラの軸方向と平行な角柱状に形成し、この固定コアの軸方向両端面に跨るように前記コイルを巻回するものである。この場合、ローラ静止状態ではローラ周方向の加熱は均一ではないが、ローラが回転すると誘導加熱部が周方向に逐次移動し、均一な加熱が得られるようになる。また、ローラを軸方向に流れた電流はローラ端部に集められるのでローラ端部の発熱量が多くなり、放熱の影響によるローラ端部の温度低下が小さくなる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記固定コアを軸方向に複数個に分割して構成し、この分割コアに分けて前記コイルを巻回するものである。固定コアを複数個に分割し、コイルを各分割コアに分けて巻回すればコイル巻き作業が容易になり、コイルのたるみが生じにくくなるとともに、分割コイルごとにコイル巻数を変化させて軸方向の発熱量を調整することが可能になる。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記固定コアの一端側から他端側に向かって、前記複数個の分割コアにおける左右一方の側に前記コイルを順次巻回し、次いで前記固定コアの他端側から一端側に向かって、前記複数個の分割コアにおける他方の側に前記コイルを順次巻回するものである。分割コイルを固定コアの一端側から他端側に向かって巻き進め、次いで他端側で折り返して一端側に巻き戻すことにより、コイルの巻線端末を固定コアの同一端側から引き出すための配線処理が容易になる。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１の発明において、コイルをローラ回転軸と平行に巻回する構成とするために、前記固定コアを前記ローラと同心の中空円筒状に形成し、この固定コアの外周面に前記コイルをジグザグ状に巻回するものである。請求項５の発明によれば、ローラ静止状態でもローラ周方向の加熱が均一になる。請求項６の発明は、請求項５の発明において、前記固定コアを軸方向に複数個に分割して構成し、この分割コアに分けて前記コイルを巻回するもので、この場合にも請求項３の発明と同様の利点が得られる。
【００１３】
請求項７の発明は、請求項１の発明において、前記固定コアを前記磁性鋼板の積層に代えて、フェライト材で構成するものである。コイルに供給する交流電流が商用周波数の場合は磁性鋼板の積層コアを使用し、高周波の場合はフェライトコアを用いるのがよい。固定コアの誘導電流は、フェライトコアの高抵抗により抑制することが可能である。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、ローラ内側の固定コアにコイルをローラ回転軸と平行に巻回することにより、ローラ軸方向に均一な誘導電流を生じさせ、ローラを軸方向に均一な温度分布で加熱することが可能になる。また、その場合、磁性鋼板を前記ローラの軸方向に積層して前記固定コアを構成し、あるいはフェライト材で構成することにより、コイルをローラ回転軸と平行に巻回することにより固定コアに生じる軸方向の誘導電流を抑止し、固定コアの発熱を最小限に抑えながらコイル磁束をローラに効率よく導くことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図１〜図１２に基づいて、この発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１はこの発明の実施例１を示す誘導加熱ローラ装置の縦断面図、図２は図１のII−II線に沿う断面図、図３は図１における固定コアの斜視図である。図１〜図３において、支持台１にモータ２が取り付けられ、モータ２の図示しない出力軸に連結された回転軸３に、底付き中空円筒体からなる鋼材のローラ４が回転軸３と一体に回転するように片持ち支持されている。ローラ４の内側中心には、固定コア５に巻回されたコイル６が配置されている。固定コア５は中心の円形穴に嵌合する非磁性材（例えばステンレス材）の支持パイプ７に保持され、支持パイプ７は一端に溶接などで固着された鋼板からなる支持フランジ８を介して支持台１に固定されている。
【００１７】
固定コア５は、長方形の磁性鋼板（珪素鋼板）５ａが回転軸３の軸方向に積層されて構成され、図３に示すように回転軸３と平行な角柱状に形成されている。磁性鋼板５ａの中心には丸穴が打ち抜かれ、この丸穴には上に述べたように支持パイプ７が密に嵌め込まれている。回転軸３は支持パイプ７の中心を隙間を持って貫通し、ローラ４はモータ２により回転軸３を介して回転駆動されるようになっている。
【００１８】
ここで、固定コア５にはコイル６が、ローラ４の軸方向（図１の左右方向）と平行に巻回されている。すなわち、図１及び図２に示すように、固定コア５の支持パイプ７を挟む両側（図２の左右両側）の肩部に、固定コア５の軸方向両端面（図１の左右両端面）に跨るようにコイル６が巻回されている。その際、コイル６は固定コア５における図２の左右一方の側に所定回数巻き掛けられた後、固定コア５の他方の側に同じ向きに所定回数巻き掛けられ、巻き始めと巻き終わりの巻線端末は支持パイプ７の付け根側（図１の左側）から引き出されて、交流電源（インバータ）９に接続されている。
【００１９】
図４は図１の装置における誘導電流の分布を示し、図４（Ａ）はローラの横断面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＢ−Ｂ表面図である。図１の装置において、交流電源９からコイル６に交流電流を流すと、コイル６は図４（Ａ）に示すように交番磁束１０を発生し、この磁束１０は固定コア５に導かれてローラ４を通り、ローラ４にコイル電流と逆方向の誘導電流を誘起する。この電流１１は図４（Ｂ）に示すように、ローラ４の一端から他端に向かって軸方向に流れ、端部で折り返して反対方向に流れる。
【００２０】
コイルを周方向に巻回した場合には、一般にローラの軸方向中央部が両端部よりも誘導電流が大きくなるが、コイル６をローラ軸方向と平行に巻回した図示構成では、ローラ４を通る磁束１０の量は原則的に軸方向に均一になる。従って、誘導電流も軸方向に均一に流れ、軸方向の発生熱量は均一になる。一方、図４（Ｂ）から分かるように、軸方向に流れた電流１１は両端部で集束して折り返すので、両端部での発熱量が増加し、端部からの放熱が多くてもそれによる温度低下が抑えられる。ローラ４を流れる電流は、図４（Ａ）の左右面と上下面とで異なるが、ローラ４が回転することにより発熱量は周方向にも均一になる。
【００２１】
更に、コイルを周方向に巻回した場合、固定コアの周方向に発生する短絡電流を防止する必要があり、そのために特許文献３に記載されているように、磁性鋼板を周方向に積層するとすると、積層作業に手間がかかり製作コストが高くなる。これに対して、図示実施例１の場合、磁性鋼板５ａは軸方向に積層すればよく、作業が簡単であり低コストで製作できる。
【実施例２】
【００２２】
図５はこの発明の実施例２を示す誘導加熱ローラ装置の縦断面図、図６（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ図５のＡ−Ａ線〜Ｃ−Ｃ線に沿う断面図である。この実施例２は、固定コア５を軸方向に複数個（図示は３個）に分割して構成し、この分割コア５Ａ〜５Ｃに分けてコイル６を巻回したものである。図６に示すように、コイル６はローラ４の中央部に対応する分割コア５Ｂよりも、熱放散の大きいローラ４の両端部に対応する分割コア５Ａ及び５Ｃの巻数が多く、更にローラ４の底壁を介して熱放散がより大きい分割コア５Ｃは最も多く巻かれている。実施例２によれば、コイル６を分割コア５Ａ〜５Ｃに分けて巻回することにより、分割コア当りの巻線の軸方向長さが短くなり、巻線作業が容易になるとともに巻線のたるみが小さくなる。また、上記の通り分割コアごとにコイル巻数を変えることにより、発熱量を調整することができる。
【００２３】
図７は、実施例２において、分割コイルを固定コアの一端側から他端側に向かって巻き進め、次いで他端側で折り返して一端側に巻き戻すようにしたものである。すなわち、図７において、固定コア５の一端側（図７の左側）から他端側（右側）に向かって、複数個（３個）の分割コア５Ａ〜５Ｃにおける左右一方の側（図７の上側）にコイル６が順次同じ向きに巻回され、次いで固定コア５の他端側から一端側に向かって、複数個の分割コア５Ｃ〜５Ａにおける他方の側（下側）にコイル６が順次同じ向きに巻回されて、コイル巻線の巻き終わり端部６ｂは巻き始め端部６ａと同じ向きに引き出されている。
【００２４】
分割コアごとに巻線を完結させて次の分割コアに移るようにすると、コイル巻線の巻き始め端部と巻き終り端部を同じ向きに揃えるには、例えば最後の分割コアの巻き終り端部を最初の分割コアまで引き回す必要がある。これに対して、図７の巻線方法によればその必要がなく、巻き終わりの端末処理が容易になる。
【実施例３】
【００２５】
図８はこの発明の実施例３を示す誘導加熱ローラ装置の縦断面図、図９は図１のIX−IX線に沿う断面図である。実施例３は、固定コアをローラ軸と同心の中空円筒状に形成し、この固定コアの外周面にコイルをジグザグ状に巻回したものである。図８及び図９において、実施例３の固定コア５は中心に丸穴を有する環状の磁性鋼板５ａが軸方向に積層されることにより、回転軸３と同心の中空円筒状に形成されている。ここで、図９に示すように、磁性鋼板５ａの外周面には多数の凹部が歯車状に等ピッチで切り欠かれており、この凹部の連続により固定コア５の外周面には軸方向に多数の条溝１２が形成されている。しかして、この条溝１２には、巻線が固定コア５の両端で折り返しながら円周方向に巻き進むように、コイル６がジグザグ状に巻回されている。その他の構成は実施例１と実質的に同じである。
【００２６】
図１０は図８の装置に電流を流したときの状態を示すもので、図１０（Ａ）はコイルを流れる電流を円周方向に展開して示した図、図１０（Ｂ）はローラに誘起される電流を円周方向に展開して示した図である。図１０（Ａ）に示した磁束１０がローラ４に半径方向に作用することにより、ローラ４には図１０（Ｂ）に示すように、ローラ４の軸方向に流れる多数の環状電流１１が誘起される。この電流１１は軸方向に均一に流れ、従ってローラ４の発熱量も軸方向に均一になる。
【実施例４】
【００２７】
図１１はこの発明の実施例４を示す誘導加熱ローラ装置の縦断面図、図１２（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ図１１のＡ−Ａ線〜Ｃ−Ｃ線に沿う断面図である。この実施例４は、固定コア５を軸方向に複数個（図示は３個）に分割して構成し、この分割コア５Ａ〜５Ｃごとにコイル６を巻回したものである。図１１において実施例２と同様に、コイル６はローラ４の中央部に対応する分割コア５Ｂよりも、ローラ４の両端部に対応する分割コア５Ａ及び５Ｃの巻数が多く、特に分割コア５Ｃが最も多く巻かれ、熱放散量による調整がなされている。実施例４においても、コイル６を分割コア５Ａ〜５Ｃに分けて巻回することにより、分割コア当りの巻線の軸方向長さが短くなり、巻線作業が容易になるとともに巻線のたるみが小さくなる。また、上記の通り分割コアごとにコイル巻数を変えることにより発熱量を調整することができる。
【００２８】
図示実施例１〜４においては、固定コア５はいずれも磁性鋼板５ａの積層により構成したが、交流電流に商用周波数よりも周波数の大きい高周波電流を用いる場合には、磁性鋼板の積層に代えて固定コア５に、高周波領域で固有抵抗の大きいフェライト材を用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の実施例１を示す誘導加熱ローラ装置の縦断面図である。
【図２】図１のII−II線に沿う断面図である。
【図３】図１における固定コアの斜視図である。
【図４】図４の装置の電流分布を示す図である。
【図５】この発明の実施例２を示す誘導加熱ローラ装置の縦断面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ〜Ｃ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図７】図５の装置におけるコイルの巻線方法を示す平面図である。
【図８】この発明の実施例３を示す誘導加熱ローラ装置の縦断面図である。
【図９】図８のIX−IX線に沿う断面図である。
【図１０】図８の装置の電流分布を示す図である。
【図１１】この発明の実施例４を示す誘導加熱ローラ装置の縦断面図である。
【図１２】図１１のＡ−Ａ〜Ｃ−Ｃ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
２    モータ
３    回転軸
４    ローラ
５    固定コア
６    コイル
９    交流電源
【図１】
2007005055.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2007005055.tif 000008
【図７】
2007005055.tif 000009
【図８】
2007005055.tif 000010
【図９】
2007005055.tif 000011
【図１０】
2007005055.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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