(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部中央部に内側に突出する軸嵌合部を有する有底円筒状のローラと、前記ローラの中空内部に同心状に配置され前記ローラを発熱する円筒状の磁束発生機構と、前記磁束発生機構の中空内部に挿入され先端部が前記ローラの軸嵌合部に嵌合される回転軸を有するモータとを備えてなる誘導発熱ローラ装置において、前記回転軸を支持する軸受部を前記円筒状の磁束発生機構の中空内部に前記磁束発生機構の重心近傍位置まで延設するとともに、前記磁束発生機構を、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前記円筒状鉄心に巻回してなる誘導コイルとにより形成し、該磁束発生機構を前記延設した軸受部の先端に固定保持してなることを特徴とする誘導発熱ローラ装置。
【請求項２】
磁束発生機構を延設した軸受部の先端と前記軸受部の基部に固定してなる請求項１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、回転可能の円筒状のローラと、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おり、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形成されている。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、磁束発生機構はローラの内部の近傍位置に配置されているので、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、更に磁束発生機構自体も自己の鉄損や銅損により発熱して高温化する傾向にある。たとえばローラの設定温度を摂氏２５０度とした場合、磁束発生機構の温度も摂氏２５０度〜３５０度と高温化する。
【０００４】
ところで、誘導発熱ローラ装置には、たとえば合成繊維などの糸を熱延伸するために使用する場合のようにローラ表面に糸を導き巻き付ける必要から、ローラを回転駆動するモータにローラおよび磁束発生機構を片持ち状に固定保持しなければならないものがある。この場合、磁束発生機構の熱がモータに伝達されると、その熱によってモータの回転ベアリングやコイルの寿命を縮めることとなる。そのために磁束発生機構のモータへ固定保持には、磁束発生機構からモータへの熱伝達をできるだけ避けるようにする必要がある。
【０００５】
図６はこのような場合の誘導発熱ローラ装置の構成を示すもので、この図において、１は有底円筒状のローラ、４は円筒状の巻鉄心３に誘導コイル２を巻回して形成された磁束発生機構、５はローラ１を回転駆動するモータ、６は磁性円板（コイルフランジ）、７は断熱ブロックである。モータ５は円筒状の巻鉄心３の中空内部に伸びる回転軸５ａとこれを支持する軸受５ｃとを有し、端部に磁束発生機構４を取り付けるためのモータフランジ５ｂが形成されている。
【０００６】
有底筒状のローラ１は、その底部中央部で内部に伸びる軸嵌合部１ａが形成されており、この軸嵌合部１ａをモータ５の回転軸５ａの先端部に嵌合させて締結固定されている。磁束発生機構４はモータ５側の端部に巻鉄心３とローラ１とが少ない隙間の磁路を形成し、かつモータ側に漏れ磁束が流れないように（モータ側に漏れ磁束が流れると、その部位にジュール熱を発生して加熱される。）磁性体からなるコイルフランジ６が取付金具８により取り付けられている。
【０００７】
そして、コイルフランジ６とモータフランジ５ｂとの間に断熱ブロック７を挿入し、コイルフランジ６とモータフランジ５ｂとの接触面積を少なくして熱伝達を低減し、コイルフランジ６とモータフランジ５ｂとをボルト９により締結固定する。これにより磁束発生機構４がモータ５に固定保持される。なお、符号１０は誘導コイル２に交流の電力を供給するリード線である。
【０００８】
すなわち、このような誘導発熱ローラ装置では、磁束発生機構４をモータ５側の端部にコイルフランジ６を設けてモータ側に漏れ磁束が流れないようにするとともに、コイルフランジ６とモータフランジ５ｂとの間に断熱ブロック７を挿入して断熱し、片持ちでモータ５に固定するようにしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、合成繊維などの熱延伸などでは生産速度が４０００ｍ／ｍｉｎ〜６０００ｍ／ｍｉｎと高速であり、その速度を満たす周速でローラ１を回転させる必要がある。そのために磁束発生機構４のモータ５への取付けを強固にする必要がある。この取付けが弱いと、磁束発生機構４は機械的に低い共振周波数が形成されることになり、軸受５ｃやローラ１の加工精度の限界などにより回転速度に応じて発生するローラ１の回転速度での振動と共振し、回転軸５ａや軸受５ｃが共振破壊するといった不具合につながる。
【００１０】
しかし、従来の磁束発生機構４の固定保持構造では、このような高速回転が安定して得られるほど強固なものにすることができず（鉄心３を例えば支持金具により軸受５ｃの端部でも固定保持すれば取付けは強固になるが、鉄心３が巻鉄心で構成されており、磁束が軸受５ｃを流れて軸受５ｃが加熱されるのでこのような取付けはできない。）、したがって、モータ５の回転軸５ａの強度を高めなければならないという問題がある。
【００１１】
本発明は、このような実情に鑑みなされたもので、磁束発生機構のモータへの取付け構造の簡素化を図ることができ、かつモータの回転軸の強度を高めることなく安定したより高速の回転が得られる誘導発熱ローラ装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、底部中央部に内側に突出する軸嵌合部を有する有底円筒状のローラと、前記ローラの中空内部に同心状に配置され前記ローラを発熱する円筒状の磁束発生機構と、前記磁束発生機構の中空内部に挿入され先端部が前記ローラの軸嵌合部に嵌合される回転軸を有するモータとを備えてなる誘導発熱ローラ装置において、前記回転軸を支持する軸受部を前記円筒状の磁束発生機構の中空内部に前記磁束発生機構の重心近傍位置まで延設するとともに、前記磁束発生機構を、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前記円筒状鉄心に巻回してなる誘導コイルとにより形成し、該磁束発生機構を前記延設した軸受部の先端に固定保持してなることを主要な特徴とする。
【００１３】
磁束発生機構の鉄心を湾曲部、すなわちインボリュート曲線等を有する鉄心鋼板で構成し、また鉄心のモータ側端部でローラとの間に間隙を設けることができるので、鉄心の表面から半径方向に貫通して放出される漏れ磁束数は増加するが、鉄心内を通過する主磁束数が減じられ、磁束発生機構によるモータ側への磁束の影響を少なくすることができ、また磁束発生機構の熱は該間隙によってモータ側への伝導は低減される。したがって、従来のようなコイルフランジやスペーサを省略することができ、その分磁束発生機構およびローラをよりモータ側に接近して保持する、すなわちローラの重心位置とモータ内部の軸受ベアリング位置との距離を短かくでき、回転軸に生じる応力の低減ならびに回転軸の危険速度の増加を図ることができる。
【００１４】
また、磁束発生機構を円筒状鉄心の中空内部に伸びるモータの回転軸の軸受部の先端と基部の２点で固定保持する（請求項２）と、この固定によって磁束発生機構のモータへの取付けをさらに強固にすることができ、回転軸の強度を高めることなく安定したより高速の回転が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。図１は実施の形態に係る誘導発熱ローラ装置の断面図、図２は図１に示す誘導発熱ローラ装置の鉄心の斜視図、図３は図２に示す鉄心の部分拡大平面図、図４は他の実施の形態に係る誘導発熱ローラ装置の断面図、図５はさらに他の実施の形態に係る誘導発熱ローラ装置の断面図である。なお、各図において同一部分には同一の符号を付している。
【００１６】
図１において、１１は有底円筒状のローラ、１４は円筒状の鉄心１３に誘導コイル１２を巻回して形成された磁束発生機構、１５はローラ１１を回転駆動するモータである。有底円筒状のローラ１１およびモータ１５は図６に示す従来と同様に構成され、ローラ１１はテーパー面に形成された軸嵌合部１１ａをモータ１５の回転軸１５ａの先端部に形成されたテーパー面と嵌合させて締結固定することによりモータ１５に取り付けられている。なお、２０は誘導コイル１２に交流電力を供給するリード線である。
【００１７】
磁束発生機構１４は、鉄心１３が、図２および図３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１３ａと、この湾曲部１３ａに連続して屈曲角度θ、例えば３０度で形成された屈曲部１３ｂとによって形成された鉄心鋼板１３ｃを、屈曲部１３ｂの端縁を円筒状内周に、また、湾曲部１３ａ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円筒状に形成されており、この鉄心１３に誘導コイル１２が巻回されて構成されている。
【００１８】
そして、磁束発生機構１４はローラ１１のモータ１５側の端部内で適宜の間隙１６を形成するようにローラ１１よりも短く形成され、支持金具２１によりモータ１５の軸受１５ｃの先端部の磁束発生機構１４の重心近傍位置で固定保持されている。この固定により磁束発生機構１４は機械的に高い共振周波数となり、ローラ１１の回転速度を高めることができる。
【００１９】
このように磁束発生機構１４を形成する鉄心１３を湾曲部、すなわちインボリュート曲線を有する鉄心鋼板１３ｃで形成し、モータ側端部において鉄心１３とローラ１１との磁路内に間隙１６を設けると、この間隙１６を大きくするほど磁気抵抗が大きくなり鉄心１３内を通過する主磁束数が減じられる。つまりモータ１５側への漏れ磁束が減じられ、従来のようなコイルフランジを省略することができる。
【００２０】
一方、この間隙１６を設けることにより、鉄心１３の表面から半径方向に貫通して放出される磁束数は増加する。しかし、鉄心１３はインボリュート曲線を有する鉄心鋼板１３ｃを放射状に配列積層して構成されているので、その磁束による渦電流損、つまり鉄損が低く抑えられ磁束発生機構１４自体の自己発熱は防止される。また、ローラ１１からの輻射、対流による伝熱で磁束発生機構１４は高温化するが、この間隙１６によってモータ１５側への伝熱を低減することができる。これにより従来のような断熱ブロックを省略することができ、組立部品点数の低減が図れる。
【００２１】
以上の実施の形態では、磁束発生機構１４はモータ１５の軸受１５ｃの先端部で支持金具２１により固定保持しているが、この固定保持は図４に示すように、モータ１５の端部の軸受１５ｃの基部２２の外径を大きくし、磁束発生機構１４のモータ１５側の端部をその基部２２に嵌入し、この嵌入による嵌合固定とモータ１５の軸受１５ｃの先端部の支持金具２１による固定とにより保持するようにしても良い。この場合、磁束発生機構１４をより強固にモータ１５に固定支持することができ、ローラ１１のより安定な高速回転が可能になる。
【００２２】
また、図５に示すように、磁束発生機構１４の端部に取付け金具１７を取付け、この取付け金具１７をモータフランジ１５ｂに当て、ボルト１８で締結して固定保持するようにしても良い。
【００２３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、磁束発生機構を形成する鉄心をインボリュート曲線等の湾曲部を有する鉄心鋼板で形成し、モータ側端部において鉄心とローラとの磁路内に適宜の間隙を設けることができるので、磁束発生機構のモータ側への磁束の影響および伝熱による影響が少なく、従来のようなコイルフランジや断熱ブロックを設けることなくローラおよび磁束発生機構をモータに接近させて固定することができ、ローラの重心位置とモータ内部の軸受ベアリング位置との距離を短くすることができ、磁束発生機構のモータへの取付けを強固にすることができる。
【００２４】
これにより、モータの回転軸に要する強度が減じられ、低級の材料で軸径も小さくでき、設計の自由度が広げられコストの低減が図れるとともに、危険速度（機械的共振周波数）も高く設計でき高速であっても安定的に回転させることができるようになる。また、従来必要としたコイルフランジや断熱ブロックも不要となるので、磁束発生機構のモータへの取付け構造の簡素化が図れ、その製作コストや組み込みコストの低減が図れる。
【００２５】
また、磁束発生機構を円筒状鉄心の中空内部に伸びるモータの回転軸の軸受端部でその一端あるいは両端を固定保持するようにすると、磁束発生機構はモータフランジとは遊離するので、磁束発生機構からモータフランジへの伝熱をより防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る誘導発熱ローラ装置の断面図である。
【図２】図１に示す誘導発熱ローラ装置の鉄心の斜視図である。
【図３】図３は図２に示す鉄心の部分拡大平面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態に係る誘導発熱ローラ装置の断面図である。
【図５】本発明のさらに他の実施の形態に係る誘導発熱ローラ装置の断面図である。
【図６】従来の誘導発熱ローラ装置の断面図である。
【符号の説明】
１１    ローラ
１１ａ  軸嵌合部
１２    誘導コイル
１３    円筒状鉄心
１３ａ  湾曲部
１３ｂ  屈曲部
１３ｃ  鉄心鋼板
１４    磁束発生機構
１５    モータ
１５ａ  回転軸
１５ｂ  モータフランジ
１５ｃ  軸受
１６    間隙
１７    取付金具
１８    ボルト
２１    支持金具
２２    軸受の基部
【図１】
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【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】
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