(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能の円筒状ローラと、湾曲部を有する鉄心鋼板を放射状に配列積層した円筒状鉄心とを備え、前記円筒状鉄心に誘導コイルを巻装して前記円筒状ローラの内部に配置してなる誘導発熱ローラ装置において、前記円筒状鉄心の内周面に、複数の環状の中空帯体を、間隔をおいて嵌合し、前記各環状の中空帯体と前記鉄心の内周面とを溶接によって一体化するとともに、前記各環状の中空帯体の中空と連通する配管を設け、前記配管を介して前記各環状の中空帯体の内部に冷却媒体を流通させてなることを特徴とする誘導発熱ローラ装置。
【請求項２】
誘導コイルの外周面に断熱材を配置してな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３】
誘導コイル、円筒状鉄心及び中空帯体を耐熱樹脂でモールド化してな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】
複数の各環状の中空帯体と配管とを一体化し、中空帯体を螺旋状にして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に記載の誘導発熱ローラ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導発熱ローラ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように誘導発熱ローラ装置は、回転可能の円筒状ローラと、その中空内部に配置された固定の磁束発生機構とにより主に構成されてあり、磁束発生機構は、通常、磁性鋼板を巻回して構成した巻鉄心に誘導コイルを巻装して構成されている。そして、誘導コイルに交流電流を印加することにより、誘導コイルと鎖交する鉄心とローラとからなる磁気回路に交番磁束が発生し、この交番磁束によってローラに誘導電流が発生し、この誘導電流によってローラはジュール発熱して高温となる。
【０００３】
この場合、磁束発生機構自体は自己の鉄損、銅損によるわずかな発熱であるが、磁束発生機構はローラの内部に配置されてあるので、ローラからの輻射および空気の熱伝導によって徐々に高温となり、やがてローラと同一か、やや更に高い温度となる。
【０００４】
ところで、鉄心には使用可能な最高温度の限界がある。すなわち、キユーリーポイント（非磁化温度）があり、この温度に近づくにつれて透磁率が１となって、誘導コイルは空心化され、ローラの発熱が困難となるため、ローラの使用できる最高温度が制限されている。また、誘導コイルも高温使用すると、電線の酸化や絶縁物の耐熱性の上から寿命も短くなり、電線の酸化防止手段や絶縁物の耐熱性を上げなければならずコスト高になる、という問題がある。
【０００５】
この問題を解決するためにローラ本体と誘導コイルとの間にローラからの熱を遮断するための断熱材を介在させ、さらに鉄心の内部に冷却媒体を流通させるためのジャケットを配し、誘導コイル、鉄心を低温に維持するという提案がなされている（詳しくは特公昭６３−４９８７７号公報参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このように鉄心の内部に冷却媒体流通ジャケットを設け、鉄心及び誘導コイルを冷却するようにしても、鉄心は、前述のように磁性鋼板を巻回して構成した巻鉄心であり、半径方向に多数の層間接触部が存在し、鉄心の半径方向の熱抵抗は非常に大きく、すなわち総括伝熱係数は非常に低く、鉄心ならびに誘導コイルの温度は期待されるほどには低温化できないという問題がある。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みなされたもので、鉄心及び誘導コイルの効果的な冷却を可能にしてローラの温度を高めることができ、また、誘導コイルの耐熱仕様を下げ、製作コストが低減できる誘導発熱ローラ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、回転可能の円筒状ローラと、湾曲部を有する鉄心鋼板を放射状に配列積層した円筒状鉄心とを備え、前記円筒状鉄心に誘導コイルを巻装して前記円筒状ローラの内部に配置してなる誘導発熱ローラ装置において、前記円筒状鉄心の内周面に、複数の環状の中空帯体を、間隔をおいて嵌合し、前記各環状の中空帯体と前記鉄心の内周面とを溶接によって一体化するとともに、前記各環状の中空帯体の中空と連通する配管を設け、前記配管を介して前記各環状の中空帯体の内部に冷却媒体を流通させてなることを特徴とする誘導発熱ローラ装置とすることによって達成される。
【０００９】
また、本発明の上記目的は、請求項１に係る本発明において、誘導コイルの外周面に断熱材を配置してなることを特徴とする誘導発熱ローラ装置とすることによって達成される。
【００１０】
さらに、本発明の上記目的は、請求項１に係る本発明において、誘導コイル、円筒状鉄心及び中空帯体を耐熱樹脂でモールド化してなることを特徴とする誘導発熱ローラ装置とすることによって達成される。
【００１１】
さらにまた、本発明の上記目的は、請求項１ないし請求項３のいずれかに係る本発明において、複数の各環状の中空帯体と配管とを一体化し、中空帯体を螺旋状にしてなることを特徴とする誘導発熱ローラ装置とすることによって達成される。
【００１２】
本発明の特徴によれば、円筒状鉄心は鉄心鋼板を放射状に配列積層して構成されているので半径方向に層間接触部がなく、半径方向の熱抵抗が小さく、円筒状鉄心及び誘導コイルの熱は効果的に中空帯体内を通流する冷却媒体に伝達されて外部に放出され、円筒状鉄心及び誘導コイルの温度上昇が抑制される。したがって、ローラの温度をより高めることができ、また、誘導コイルの耐熱仕様を下げ、製作コストの低減を図ることが可能になる。
【００１３】
この場合、誘導コイルの外周面に断熱材を配置すると、ローラからの熱を遮断し円筒状鉄心及び誘導コイルの温度をより低く維持することができ、また、誘導コイル、円筒状鉄心及び中空帯体からなる磁束発生機構に耐熱樹脂を含浸してモールド化すると、磁束発生機構の空隙部がなくなり熱抵抗がさらに小さく、円筒状鉄心及び誘導コイルの熱は効果的に中空帯体を通流する冷却媒体に伝達される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る誘導発熱ローラ装置の実施形態例について、図を参照して説明する。図１は本発明に係る一例の誘導発熱ローラ装置の断面図、図２は本発明に係る誘導発熱ローラ装置の鉄心の斜視図、図３は鉄心の配列積層説明図、図４は鉄心構成部材の拡大断面図である。
【００１５】
図１において、１は円筒状ローラ本体、２は駆動軸、３は軸受、４は支持ロッド、５は円筒状鉄心、６は誘導コイル、７は磁束発生機構、８は支持ロッド４の端部のフランジ、９は軸受、１０は中空帯体、１６ａ〜１６ｅは配管、１７は誘導コイル６のリード線で、円筒状ローラ本体１は両端に駆動軸２が連結され、軸受３を介して機台に対して回転自在に支持されている。
【００１６】
磁束発生機構７は、円筒状鉄心５とこの鉄心５に巻装されている誘導コイル６とからなり、機台に固定支持された円筒状ローラ本体１の駆動軸２に軸受９を介して回転可能に挿通されている支持ロッド４のフランジ８に円筒状鉄心５の端縁を溶接によって固定し、円筒状ローラ本体１の内部に円筒状ローラ本体１に対して回転自在に配置されている。これにより、磁束発生機構７は機台に対して固定されるが、円筒状ローラ本体１は磁束発生機構７および機台に対して回転自在となる。
【００１７】
円筒状鉄心５は、図４に示すように、半径方向に例えばインボリュート曲線状に湾曲された湾曲部１２と、この湾曲部１２に連続して屈曲角度θ、例えば３０度で形成された屈曲部１３とによって形成された鉄心鋼板を、図３に示すように、屈曲部１３の端縁を円筒状内周に、また、湾曲部１２の端縁を円筒状外周に沿うように放射状に配列積層して図２に示すような円筒状にされている。
【００１８】
円筒状鉄心５の内周には、複数の環状に形成された中空帯体１０が適当な間隔をおいて円筒状鉄心５の内周面に当接して嵌合されており、円筒状鉄心５の内周面と環状の中空帯体１０とは溶接によって一体化されている。この場合、環状の中空帯体１０は耐熱性があり、かつ非磁性体であることが望ましく、例えばステンレス鋼などが好適である。
【００１９】
そして、円筒状鉄心５の内周に当接された複数の環状の中空帯体１０は、配管１６ｂ〜１６ｄによって互いに中空内部が連通されていて、両端部に位置する環状の中空帯体１０の中空内部は冷却媒体を供給する配管１６ｅ及び冷却媒体を排出する配管１６ａに連通されている。すなわち、複数の環状の中空帯体１０及び配管１６ａ〜１６ｅは冷却媒体の流通路１５となっている。なお、図示例では環状の中空帯体１０の中空は断面矩形状に形成されているが、それを円形、楕円形としても良い。
【００２０】
円筒状鉄心５と環状の中空帯体１０の組立ては、図３、図４に示すとおり、湾曲部１２、屈曲部１３からなる鉄心鋼板１１を放射歌に配列積層して円筒状鉄心５を構成し、この円筒状鉄心５の内周に配管１６ｂ〜１６ｄを介して連結した複数の環状の中空帯体１０を嵌合する。そのあと円筒状鉄心５の外周を鋼帯などで締め付けて、円筒状鉄心５の内面と環状の中空帯体１０の外周とを十分に密着させておいてから、円筒状鉄心５の内面と環状の中空帯体１０とを溶接して一体化する。このあと円筒状鉄心５を締め付けておいた鋼帯を取り除いて製作される。
【００２１】
以上のように構成された誘導発熱ローラ装置は、リード線１７が交流電源に接続され、誘導コイル６に交流電圧が印加されると、誘導コイル６と鎖交する円筒状鉄５と円筒状ローラ本体１とからなる磁気回路に交番磁束が発生し、この交番磁束によって円筒状ローラ本体１の円周方向に誘導電流が発生し、この誘導電流によって円筒状ローラ本体１はジュール発熱して高温となる。
【００２２】
このとき、配管１６ｅに例えば水等の冷却媒体を供給すると、その冷却媒体は各配管１６ｂ〜１６ｄおよび各環状の中空帯体１０内を通流し配管１６ａを通流して排出（熱交換器を介して配管１６ｅに供給するようにしても良い。）される。この環状の中空帯体１０内の冷却媒体の通流によって、円筒状鉄心５は冷却される。
【００２３】
この冷却効果は、円筒状鉄心５が鉄心鋼板を放射状に配列積層して構成されているので半径方向に層間接触部がなく、半径方向の熱抵抗が小さく、円筒状鉄心５の外周面にまで及び、円筒状鉄心５の外周面に巻装されてある誘導コイル６の冷却が行なわれる。すなわち、誘導コイル６の熱は円筒状鉄心５を流れて冷却媒体に効果的に伝達され、円筒状鉄心５及び誘導コイル６の温度上昇が抑制される。これにより、円筒状鉄心５がキューリーポイントに達するまでの円筒状ローラ本体１の温度を高くすることができ、また、誘導コイル６の絶縁物の耐熱仕様を下げることができる。
【００２４】
また、環状の中空帯体１０は、湾曲部１２、屈曲部１３からなる鉄心鋼板１１を放射状に配列積層して円筒状に形成した鉄心の内周面に嵌合して溶接固定して一体化されているので、円筒状鉄心５はこの環状の中空帯体１０によって剛性が維持される。すなわち、環状の中空帯体１０は円筒状鉄心５の形状を固定する固定帯体として兼用できる。言い替えれば、円筒状鉄心５の剛性を維持するために形成される帯体を中空にすることにより形成でき、部品点数や製作手間をさほど増すこと無く冷却媒体流通路を形成することができる。
【００２５】
図１に示した誘導発熱ローラ装置では、円筒状鉄心５の内周に複数の環状に形成した中空帯体１０を嵌合し、その間を配管１６ｂ〜１６ｄで連結しているが、図５に示すように、中空帯体１０を螺旋状に形成し円筒状鉄心５の内周面に螺旋状に当接して嵌合するようにしても良い。なお、図５において、図１と同一部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２６】
円筒状鉄心５と螺旋状の中空帯体１８の組立ては、図３、図４に示すとおり、湾曲部１２、屈曲部１３からなる鉄心鋼板１１を積層して円筒状鉄心５を構成し、この円筒状鉄心５の内周に螺旋状の中空帯体１８を嵌合する。そのあと円筒状鉄心５の外周を鋼帯などで締め付けて、円筒状鉄心５の内面と螺旋状の中空帯体１８の外周とを十分に密着させておいてから、円筒状鉄心５の内面と螺旋状の中空帯体１８とを溶接して一体化する。このあと円筒状鉄心５を締め付けておいた鋼帯を取り除いて製作される。
【００２７】
以上のように構成された誘導発熱ローラ装置も図１に示した誘導発熱ローラ装置と同様に、リード線１７が交流電源に接続され、誘導コイル６に交流電圧が印加されることにより円筒状ローラ本体１はジュール発熱して高温となる。このとき、配管１６ｅに冷却媒体を供給すると、その冷却媒体は螺旋状の中空帯体１８内を通流し配管１６ａを通流して排出（熱交換器を介して配管１６ｅに供給するようにしても良い。）される。この螺旋状の中空帯体１８内の冷却媒体の通流によって、円筒状鉄心５は冷却される。
【００２８】
この冷却効果は、円筒状鉄心５の外周面にまで及び、円筒状鉄心５の外周面に巻装されてある誘導コイル６の熱は円筒状鉄心５を流れて冷却媒体に効果的に伝達され、円筒状鉄心５及び誘導コイル６の温度上昇が抑制される。これにより、円筒状鉄心５がキューリーポイントに達するまでの円筒状ローラ本体１の温度を高くすることができ、また、誘導コイル６の絶縁物の耐熱仕様を下げることができる。
【００２９】
図６は、図１に示した誘導発熱ローラ装置の誘導コイル６の外周に断熱材１９を配した誘導発熱ローラ装置の断面図で、断熱材１９は、円筒状ローラ本体１から誘導コイル６への輻射熱、空気熱伝導等の熱流を遮断し、誘導コイル６の低温化に寄与させたものである。なお、誘導発熱ローラ装置は図１に示したものに限るものではない。
【００３０】
図７は、本発明に係る誘導発熱ローラ装置のモールド化の要部拡大断面図で、５は湾曲部１２、屈曲部１３からなる鉄心鋼板１１を図３に示すように放射状に配列積層した図２に示す円筒状鉄心、６は誘導コイル、１０（又は１８）は中空帯体、２０は耐熱性樹脂を示している。図示のように誘導コイル６、円筒状鉄心５及び中空帯体１０（又は１８）からなる磁束発生機構の隙間に耐熱性樹脂２０を含浸し、モールド化して、各部位に存在する空気層を耐熱性樹脂の充填で無くし総括伝熱係数を大きくすると、磁束発生機構の空隙部がなくなり熱抵抗がさらに小さく、円筒状鉄心５及び誘導コイル６の熱は効果的に中空帯体１０（又は１８）を通流する冷却媒体に伝達することができる。
【００３１】
実験によれば、総括伝熱係数は従来の２倍以上とれるようになり、円筒状鉄心５がキューリーポイントに達するまでの円筒状ローラ本体１の温度を格段に高くすることができ、また、誘導コイル６の絶縁物の耐熱仕様をより下げることができた。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、円筒状鉄心は鉄心鋼板を放射状に配列積層して構成されているので半径方向に層間接触部がなく、半径方向の熱抵抗が小さく、円筒状鉄心内面に冷却媒体を通流する中空帯体を配設しても円筒状鉄心及び誘導コイルの熱は効果的に冷却することができ、したがって、ローラの温度を高めることができ、また、誘導コイルの耐熱仕様を下げ、製作コストの低減を図ることが可能になる。
【００３３】
また、誘導コイルの外周面に断熱材を配置すると、ローラからの熱を遮断し円筒状鉄心及び誘導コイルの温度をより低く維持することができ、さらに、誘導コイル、円筒状鉄心及び中空帯体からなる磁束発生機構に耐熱樹脂を含浸してモールド化すると、磁束発生機構の空隙部がなくなり熱抵抗がさらに小さく、円筒状鉄心及び誘導コイルの熱は効果的に中空帯体を通流する冷却媒体に伝達され、よりローラの温度を高めることができ、また、誘導コイルの耐熱仕様を下げ、製作コストの低減を図ることが可能になる。
【００３４】
さらには、中空帯体は、円筒状に形成した鉄心の内周面に当接して固定して一体化されているので、円筒状鉄心はこの環状の中空帯体によって剛性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一例の誘導発熱ローラ装置の断面図である。
【図２】本発明に係る誘導発熱ローラ装置の鉄心の斜視図である。
【図３】図２の鉄心の配列積層説明図である。
【図４】図３の鉄心構成部材の拡大断面図である。
【図５】本発明に係る他の例の誘導発熱ローラ装置の断面図である。
【図６】図１の誘導発熱ローラ装置に断熱材を配した例の断面図である。
【図７】本発明に係る誘導発熱ローラ装置のモールド化の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１    ローラ本体
２    駆動軸
３、９  軸受
４    支持ロッド
５    円筒状鉄心
６    誘導コイル
７    磁束発生機構
８    フランジ
１０、１８  中空帯体
１１  鉄心鋼板
１２  湾曲部
１３  屈曲部
１５  冷却媒体流通路
１７  リード線
１９  断熱材
２０  耐熱性樹脂
【図１】
0003756261.tif 000002
【図２】
0003756261.tif 000003
【図３】
0003756261.tif 000004
【図４】
0003756261.tif 000005
【図５】
0003756261.tif 000006
【図６】
0003756261.tif 000007
【図７】
0003756261.tif 000008