(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部中央部に軸嵌合部を有する有底円筒状のローラ本体と、前記ローラ本体の内周面に沿って配置された前記ローラ本体を発熱する、円筒状の鉄心の外周に巻装された誘導コイルからなる磁束発生機構と、一端に前記ローラ本体の開口を覆うフランジを有し、前記円筒状の鉄心の中空内部に前記ローラ本体のほぼ重心位置まで延びる軸受けハウジングと、前記軸受けハウジング内に挿通され、前記ローラ本体の軸嵌合部に嵌合締結された回転軸と、前記回転軸を駆動するモータとを備え、前記フランジを前記モータの外殻に固定してなる片持ち式誘導発熱ローラ装置において、前記軸受けハウジングの肉厚内に前記軸受けハウジングの先端部まで伸びる冷却流体通流孔を設け、前記冷却流体通流孔に冷却流体を通流して前記軸受けハウジングを冷却するとともに、前記軸受けハウジングの外周面に前記円筒状の鉄心の一部または全部を密着嵌合し、前記軸受けハウジングの冷却により前記軸受けハウジングの先端部内に装着した前記回転軸を回転自在に支持する軸受けおよび前記磁束発生機構を冷却してなることを特長とする片持ち式誘導発熱ローラ装置。
【請求項２】
ローラ本体の肉厚内に気液二相の熱媒体を封入するジャケット室を設けたことを特徴とする請求項１に記載の片持ち式誘導発熱ローラ装置。
【請求項３】
円筒状の鉄心の全部を軸受けハウジングの外周面に密着嵌合するとともに、前記軸受けハウジングの先端とローラ本体の底部との間に、円筒状の鉄心の外周に巻装された誘導コイルからなる第２の磁束発生機構を配置したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の片持ち式誘導発熱ローラ装置。
【請求項４】
軸受けハウジングの外周面に軸方向に延びる凹部を形成し、前記凹部に磁束発生機構を嵌め込んでなることを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３に記載の片持ち式誘導発熱ローラ装置。
【請求項５】
ローラ本体の内周面と対向する軸受けハウジングの外周面に断熱部材を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４に記載の片持ち式誘導発熱ローラ装置。
【請求項６】
軸受けハウジングの先端部に誘導コイルのリード線接続用の端子またはコネクタを設けたことを特徴とする請求項３又は請求項４又は請求項５に記載の片持ち式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、片持ち式誘導発熱ローラ装置、詳しくは片持ち式誘導発熱ローラ装置における軸受および磁束発生機構の冷却構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
合成繊維などを熱延伸する場合、４０００ｍ／ｍｉｎ〜６０００ｍ／ｍｉｎの高速の生産速度を満たす周速で回転する片持式の誘導発熱ローラを用いる場合がある。このような片持式の誘導発熱ローラ装置においては、ローラを安定して高速回転させるなどのため、ローラ本体を回転駆動する回転軸をローラ本体の重心位置に近付けて軸受けで支持することが行われている。
【０００３】
図７は、このようにローラ本体を回転駆動する回転軸をローラ本体の重心位置に近付けて軸受けで支持した場合の片持式の誘導発熱ローラ装置の一例の構成を示すもので、この図７において、１は底部中央部で内部に突出する軸嵌合部１ａを有する有底円筒状のローラ本体、２は誘導コイル、３は湾曲する磁性鋼板を放射状に円周方向に沿って配列積層した円筒状の鉄心、４は円筒状の鉄心３の内周面に一体化され、円筒状の剛性を確保する環状鋼帯、５はモータ、６はローラ本体１を回転駆動するモータ５の回転軸、７は一端にローラ本体１の開口を覆いモータ５の外殻に固定するフランジ７ａを有する軸受けハウジング、誘導コイル２に交流電力を供給する電線である。
【０００４】
円筒状の鉄心３の外周に巻回した誘導コイル２からなる円筒状の磁束発生機構は、ローラ本体１の内周面に沿って配置され、その円筒状の磁束発生機構の中空内部に伸びる軸受けハウジング７の先端で支持金具８により固定支持されている。ローラ本体１は、軸受けハウジング７内を挿通したモータ５の回転軸６の先端部を軸嵌合部１ａに嵌合して固定して支持されている。軸受けハウジングの先端部には図示しない軸受けが装着されており、モータ５の回転軸６はこの軸受けで支持されている。軸受けの位置はローラ本体１のほぼ重心位置に配置され、支持金具８の位置は磁束発生機構のほぼ重心位置となっている。このようにローラ本体１や磁束発生機構を重心位置の近くで支持することによってローラの回転による振動を抑制し、安定した高速回転が得られる。
【０００５】
ところで、ローラ本体１は高温（１００℃〜３００℃）に加熱して回転させるため、誘導コイルには、たとえばアルミ電線で２Ａ／ｍｍ２以上、銅電線で３．２Ａ／ｍｍ２以上の電流を流し、鉄心の磁束密度を８０００Ｇａｕｓｓ以上とする必要がある。そのために誘導コイルに流れる電流による銅損や、鉄心に発生する磁束による鉄損も大きく、これによってローラ本体１の内部も高温となり、ローラ本体１の内部に配置した軸受けの温度が上昇し、軸受け自体が発生する熱と相乗して軸受機能が早期に低下するという問題がある。この問題を解消するためには軸受けを冷却する必要がある。
【０００６】
この軸受けを冷却する手段として、モータの回転軸の内部に、軸受の設置箇所に対応する位置から、モータのファンの位置に達する程度に中空の孔を設け、この孔の内部に気液二相の熱媒体を封入し、軸受の熱を気液二相の熱媒体の潜熱移動により放出するようにしたものが提案されている。しかし、気液二相の熱媒体の潜熱移動では、冷却能力に限度があるばかりでなく、熱の発生源となる磁束発生機構を冷却することができないといった問題があった。
【特許文献１】特開平１１−２５１０５２号公報
【特許文献２】特開２０００−１７３７５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、誘導発熱するローラ本体の中空内部に配置される軸受けおよび磁束発生機構の両者を、簡単な構造で冷却することができるようにし、斯かる問題を解消する点である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、底部中央部に軸嵌合部を有する有底円筒状のローラ本体と、前記ローラ本体の内周面に沿って配置された前記ローラ本体を発熱する、円筒状の鉄心の外周に巻装された誘導コイルからなる磁束発生機構と、一端に前記ローラ本体の開口を覆うフランジを有し、前記円筒状の鉄心の中空内部に前記ローラ本体のほぼ重心位置まで延びる軸受けハウジングと、前記軸受けハウジング内に挿通され、前記ローラ本体の軸嵌合部に嵌合締結された回転軸と、前記回転軸を駆動するモータとを備え、前記フランジを前記モータの外殻に固定してなる片持ち式誘導発熱ローラ装置において、前記軸受けハウジングの肉厚内に前記軸受けハウジングの先端部まで伸びる冷却流体通流孔を設け、前記冷却流体通流孔に冷却流体を通流して前記軸受けハウジングを冷却するとともに、前記軸受けハウジングの外周面に前記円筒状の鉄心の一部または全部を密着嵌合し、前記軸受けハウジングの冷却により前記軸受けハウジングの先端部内に装着した前記回転軸を回転自在に支持する軸受けおよび前記磁束発生機構を冷却してなることを主な特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る片持ち式誘導発熱ローラ装置は、一端にローラ本体を固定した回転軸は、ローラ本体のほぼ重心位置まで延びる軸受けハウジングの先端部内に装着した軸受けで支持するので、片持ち式ローラでありながらローラの回転による振動を抑制し、安定した高速回転が得られるとともに、ローラ本体中空内に配置される軸受けハウジングの肉厚内に、冷却流体通流孔を形成し、この軸受けハウジングの外周面に磁束発生機構の円筒状の鉄心の一部または全部を密着嵌合し、冷却流体通流孔に冷却流体を通流して軸受けハウジングを冷却して、軸受けハウジング内の軸受けおよび磁束発生機構を冷却するので、簡単・簡素な構成で磁束発生機構と軸受けの両者を冷却することができる。また、磁束発生機構を冷却するので、磁束発生機構の熱による絶縁劣化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
誘導発熱するローラ本体の中空内部に配置される軸受けおよび磁束発生機構の両者を、簡単な構造で冷却することができるようにする目的を、軸受けハウジングの肉厚内に冷却流体通流孔を形成し、この冷却流体通流孔に水や油などの冷却流体を通流して軸受けハウジングを冷却し、冷却した軸受けハウジングで軸受けや磁束発生機構を冷却することにより実現した。
【実施例１】
【００１１】
図１は本発明の一実施例（第１実施例）に係る片持ち式誘導発熱ローラ装置の構成を示す断面図である。図１において、５はモータ、６はモータ５の回転軸、２１は底部中央部で内部に突出する軸嵌合部２１ａを有する有底円筒状のローラ本体で、ローラ本体２１の肉厚内に気液二相の熱媒体を封入する軸方向と同方向に伸びるジャケット室２１ｂが周方向に複数形成されており、各複数のジャケット室２１ｂはローラ本体２１の端部に形成した環状孔２１ｃと連通している。このジャケット室２１ｂ内に封入した気液二相の熱媒体の潜熱移動によりローラ本体２１の表面温度を均一化する。
【００１２】
２２は誘導コイル、２３は湾曲する磁性鋼板を放射状に円周方向に沿って配列積層した円筒状の鉄心で、誘導コイル２２は、この鉄心２３の外周に巻回され、誘導コイル２２と鉄心２３とにより円筒状の磁束発生機構が構成されている。なお、２３ａは鉄心２３の端部に連結したローラ本体２１の内周面に向かう磁路を構成するヨークである。２３ｂはコイル押さえ具である。このコイル押さえ具２３ｂはローラ本体２１の底部がヨークとして利用できる場合で、底部がヨークとして利用できないときにはヨークに置き替える。そして、この磁束発生機構はローラ本体２１内でローラ本体２１のほぼ底部から開口部に至る長さとされ、ローラ本体２１の内周面に沿って配置されている。誘導コイル２２に交流電圧が印加されると交番磁束が発生し、その交番磁束は鉄心２３、ヨーク２３ａおよびローラ本体２１の底部を経てローラ本体２１の肉厚内を通過する。その通過によりローラ本体２１に電流が発生し、その電流でローラ本体２１はジュール発熱する。
【００１３】
２５は軸受けハウジングで、軸受けハウジング２５の一端部にはローラ本体２１の開口を覆うフランジ２５ａが形成され、他端の先端部はローラ本体２１の重心位置にほぼ位置する。その先端部の内部にモータ５の回転軸６を回転自在に支持する軸受け２６が装着され、軸受けハウジング２５の外周面に円筒状の鉄心２３の一部を密着嵌合している。この密着嵌合に際し、軸受けハウジング２５の外周面と円筒状の鉄心２３の内周面にとの間にコーキング樹脂やモールド樹脂などの接着剤を充填し、軸受けハウジング２５と円筒状の鉄心２３とを一体化してもよい。この場合、軸受けハウジング２５と円筒状の鉄心２３間の熱抵抗が低減され、軸受けハウジング２５と円筒状の鉄心２３間の熱伝導効率を高めることができる。
【００１４】
軸受けハウジング２５の肉厚内には、フランジ２５ａの外周面で開口し、軸受けハウジング２５の先端部に伸びる複数の冷却流体通流孔２５ｂが形成され、各冷却流体通流孔２５ｂは先端部で折り返してフランジ２５ａの外周面で開口する。図１に示す例では、各冷却流体通流孔２５ｂは軸受けハウジング２５の先端部に形成した環状の冷却流体通流孔２５ｃと連通しており、軸受けハウジング２５のフランジ２５ａの外周面の開口から流入された水や油などの冷却流体は冷却流体通流孔２５ｂ、環状の冷却流体通流孔２５ｃおよび冷却流体通流孔２５ｂを流れてフランジ２５ａの外周面の他の開口から排出され、この冷却流体の通流によって軸受けハウジング２５を冷却し、この冷却により磁束発生機構および軸受け２６を冷却する。なお、２７は軸受け２６を押さえる押さえ金具である。
【００１５】
以上の片持ち式誘導発熱ローラ装置は、磁束発生機構と軸受けハウジング２５とを一体化し、軸受けハウジング２５内にモータ５から突出する回転軸６を挿通し、軸受けハウジング２５のフランジ２５ａをモータ５の外殻に直接固定する。そして軸受け２６を取り付けて回転軸６を支持し、回転軸６の先端部をローラ本体２１は底部中央部で内部に突出する軸嵌合部２１ａに嵌め込みボルトなどで固定する。この固定により回転軸６が回転するとローラ本体２１が回転する。
【実施例２】
【００１６】
図２は本発明の他の実施例（第２実施例）に係る片持ち式誘導発熱ローラ装置の構成を示す断面図である。なお、図１に示す第１実施例と同一部分および対応する部分には同一の符号を付し、重複する部分の説明は省略する。図１に示す第１実施例と異なる点は、軸受けハウジング２５の外周面に凹部２５ｄを形成し、その凹部２５ｄに誘導コイル２２と鉄心２３およびヨーク２３ａ、２３ｃとにより構成された円筒状の磁束発生機構を嵌め込むとともに、軸受けハウジング２５の先端部の外周面に形成されたローラ本体２１の内面と対向する凸部２５ｅの外周面に断熱部材２８を配置した点である。この断熱部材２８の配置によりローラ本体２１で発生した熱が軸受けハウジング２５に伝達されることを抑制することができる。また、軸受けハウジング２５の外周面の凹部２５ｄに磁束発生機構を嵌め込むことにより、ローラ本体２１の内径の小さい場合でも軸受けハウジング２５の外周面に円筒状の鉄心２３を密着嵌合させることができる。
【実施例３】
【００１７】
図３は本発明の更に他の実施例（第３実施例）に係る片持ち式誘導発熱ローラ装置の構成を示す断面図である。なお、図１に示す第１実施例と同一部分および対応する部分には同一の符号を付し、重複する部分の説明は省略する。図１に示す第１実施例と異なる点は、誘導コイル２２と鉄心２３およびヨーク２３ａ、２３ｃとにより構成された円筒状の磁束発生機構（第１の磁束発生機構という。）の長さを短くし、鉄心２３の全長を軸受けハウジング２５の外周面に密着嵌合させるとともに、軸受けハウジング２５の先端からローラ本体２１のほぼ底部までの間に、誘導コイル３２と円筒状の鉄心３３およびヨーク３３ａ、コイル押さえ具３３ｂとにより構成された円筒状の第２の磁束発生機構を配置し、ヨーク３３ａを軸受けハウジング２５の先端面に密着させた点である。このように磁束発生機構を二分することにより軸受け２６の交換がしやすくなるとともに、磁束発生機構の発熱が二分され、磁束発生機構全体の冷却効果を高めることができる。
【００１８】
この場合、第１の磁束発生機構と第２の磁束発生機構との間に隙間を設け、図５に示すようにその隙間の軸受けハウジング２５の外周面に第２の磁束発生機構の誘導コイル３２から引き出したリード線３４を接続した端子３５または軸受けハウジング２５の先端部にコネクタを設けるとよい。この端子またはコネクタを設けると軸受けハウジング２５の軸受け２６の交換の際に第２の磁束発生機構が簡単に着脱できる。なお、２８は端子３５またはコネクタを覆いその隙間に配置した断熱材である。
【実施例４】
【００１９】
図４は本発明の更に他の実施例（第４実施例）に係る片持ち式誘導発熱ローラ装置の構成を示す断面図である。なお、図２に示す第２実施例と同一部分および対応する部分には同一の符号を付し、重複する部分の説明は省略する。図２に示す第２実施例と異なる点は、軸受けハウジング２５の先端からローラ本体２１のほぼ底部までの間に、誘導コイル３２と円筒状の鉄心３３およびヨーク３３ａ、コイル押さえ具３３ｂとにより構成された円筒状の第２の磁束発生機構を配置し、ヨーク３３ａを軸受けハウジング２５の先端面に密着させた点である。このように磁束発生機構を二分することにより軸受け２６の交換がしやすくなるとともに、磁束発生機構の発熱が二分され、磁束発生機構全体の冷却効果を高めることができる。
【００２０】
この場合、第１の磁束発生機構と第２の磁束発生機構との間に位置する軸受けハウジング２５の凸部２５ｅの外周面に、図６に示すように第２の磁束発生機構の誘導コイル３２から引き出したリード線３４を接続する端子３５またはコネクタを設けるとよい。この端子またはコネクタを設けると軸受けハウジング２５の軸受け２６の交換の際に第２の磁束発生機構が簡単に着脱できる。なお、２８は端子３５またはコネクタを覆いその凸部２５ｅに配置した断熱材である。
【００２１】
以上のいずれの実施例においてもで、誘導コイルに、たとえばアルミ電線で２Ａ／ｍｍ２以上、銅電線で３．２Ａ／ｍｍ２以上の電流を流し、鉄心の磁束密度を８０００Ｇａｕｓｓ以上として、ローラ本体２１を高温（１００℃〜３００℃）に加熱して４０００ｍ／ｍｉｎ〜６０００ｍ／ｍｉｎの高速回転させても、通常のグリス潤滑の軸受けを使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る第１実施例の構成を示す断面図である。
【図２】本発明に係る第２実施例の構成を示す断面図である。
【図３】本発明に係る第３実施例の構成を示す断面図である。
【図４】本発明に係る第４実施例の構成を示す断面図である。
【図５】本発明に係る第３実施例の変形例を示す断面図である。
【図６】本発明に係る第３実施例の変形例を示す断面図である。
【図７】従来の片持ち式誘導発熱ローラ装置の一部断面で示す構成図である。
【符号の説明】
【００２３】
５  モータ
６  モータの回転軸
２１  有底円筒状のローラ本体
２１ａ  軸嵌合部
２１ｂ  ジャケット室
２２、３２  誘導コイル
２３、３３  円筒状の鉄心
２５  軸受けハウジング
２５ａ  フランジ
２５ｂ  冷却流体通流孔
２５ｃ  冷却流体通流孔
２４ｄ  凹部
２５ｅ  凸部
２６  軸受け
２７  押さえ金具である。
２８  断熱部材
３４  リード線
３５  端子
【図１】
0005083891.tif 000002
【図２】
0005083891.tif 000003
【図３】
0005083891.tif 000004
【図４】
0005083891.tif 000005
【図５】
0005083891.tif 000006
【図６】
0005083891.tif 000007
【図７】
0005083891.tif 000008