JP3923203B2 - 誘導発熱ローラ装置 - Google Patents

Description

【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。
【０００２】
【従来の技術】
ローラ本体と、誘導コイル、鉄心からなり、ローラ本体の内部に配置された誘導発熱機構とを備え、モータの回転軸の先端をローラ本体に連結することによりローラ本体を片持式に支持してモータにより直接回転させるようにした誘導発熱ローラ装置が使用されている。この場合ローラ本体の内部の誘導発熱機構はモータに対して一体的に取り付けられる。
【０００３】
図５はその従来構成を示し、１はローラ本体、２はモータである。モータ２の回転軸３はモータ２の一方の端面から外部に導出され、ローラ本体１の軸心を通り、先端においてローラ本体１にナット４によって連結される。これによりローラ本体１はモータ２によって直接回転されるようになる。５はローラ本体１の内部にあって回転軸３を囲むように配置された誘導発熱機構で、環状の鉄心６とその外周に巻装された環状の誘導コイル７とにより主として構成されている。
【０００４】
８はフランジで、ローラ本体１の開放端面を覆うように配置され、かつモータ２と一体的に連結されてある。このフランジ８はその内面中央から一体的に突き出た筒部９を有し、この筒部９はローラ本体１の軸心方向に沿う内部にまで延長させてある。この筒部９に誘導発熱機構５が取付金具１０によって固定されている。筒部９の内部には回転軸３が挿通されてある。１１はモータ２を冷却するためのフアンを収納しているフアン室である。
【０００５】
このような構成において、モータ２によってローラ本体１は直接回転し、また誘導発熱機構５の誘導コイル７が交流電源によって励磁されることにより、ローラ本体１は通常の誘導発熱ローラ装置と同様に誘導発熱するようになる。通常このようにローラ本体を片持式に支持してモータにより直接回転させる誘導発熱ローラ装置は、そのローラ本体に糸を添纏させつつ移行させ、その過程でその糸を加熱するのに使用するが、その運転に際して、ローラ本体１を８７００ｒｐｍ程度で高速回転させることがある。そこでこのような高速回転に対処するため、筒部９の先端側の内面と回転軸３との間に軸受１２を設置し、この軸受１２により回転軸３を、筒部９に対して回転自在に支持するようにしている。
【０００６】
ところでこのような誘導発熱ローラ装置では、その運転に際してはローラ本体１を２５０℃程度まで上昇させて使用することがあり、そのためには誘導コイル７は３００℃程度に上昇させる必要がある。このような高温度で運転させると、ローラ本体１の内部にあって回転軸３を支持している軸受１２も高温度となり、軸受機能が低下するので、これを冷却する必要が生じる。
【０００７】
そのため従来では軸受１２のハウジング内に冷却ジャケットを設け、ここに外部から循環ポンプにより冷却油を循環させて冷却するようにしている。しかしこのような構成によれば、冷却ジャケットを構成する必要があるので、軸受ハウジングの構成が複雑となる。また循環させる冷却油を冷却するための熱交換器、配管を必要とするほか、冷却油を循環させるためのポンプと、その電源も必要となる。そのため冷却機構全体が複雑となり、かつ製作費が高騰するばかりでなく、これらの保守、点検が煩雑となる欠点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、モータの回転軸の先端をローラ本体に連結してこれを片持式に支持し、ローラ本体をモータにより直接回転させるようにした構成において、ローラ本体の内部にあって、モータの回転軸を回転自在に支持している軸受を冷却するための構成の簡略化を図り、製作費を低減するとともに、その保守、点検の容易化を図ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、モータの回転軸の内部に、その軸心方向に沿って、軸受の取付位置からモータのフアンに達する程度の長さの孔を設け、この孔を利用して気液二相の熱媒を封入する封入室としたことを特徴とする。
【００１０】
封入室の内部において、軸受の近辺にある熱媒は高温となった軸受の熱によって加熱され気化される。気化された熱媒は封入室の内部を通ってフアン側に到達する。フアンの近辺はフアンによって空冷により低温となっているので、ここで気相の熱媒は冷却され液相に戻る。このようにして軸受の熱は熱媒によってフアン側に輸送される。これを繰り返すことにより軸受は冷却されることになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１により説明する。なお図５と同じ符号を付した部分は、同一又は対応する部分を示す。本発明にしたがい、回転軸３の内部にその軸心方向に沿って延びる孔１３を設け、この孔１３を気液二相の熱媒（たとえば蒸留水）を封入する封入室として利用する。具体的には図１に示すように孔１３にヒートパイプ１４を挿入してこれを封入室とし、その内部に前記した熱媒を密封する。または孔１３をジャケット室としてこれをそのまま封入室とし、その内部に前記した熱媒を直接封入するようにしてもよい（図４参照。）。
【００１２】
孔１３はその一端は軸受１２の設置個所に対応する位置まで到達し、他端はフアン室１１内にあるフアン１５の設置個所に対応する位置まで到達する程度に設けられる。フアン１５の設置個所に対応する個所が気相の熱媒の凝縮部となる。なお２Ａはモータ２の電機子コイルで、回転軸３と機械的に一体とされてあり、１６はモータ２の内部にあって、電機子コイル２Ａとフアン１５との間で回転軸３を回転自在に支持している軸受である。
【００１３】
図１の構成において、モータ２によってローラ本体１が回転され、誘導コイル７が励磁されて運転状態となると、ローラ本体１が発熱する。またこの発熱によって軸受１２の温度が上昇することは既に述べたとおりである。このときの軸受１２の熱を孔１３内のヒートパイプ１４の内部にある熱媒が奪い、加熱されて気化する。
【００１４】
気化された熱媒はヒートパイプ１４内を通り、低温となっているフアン１５側すなわち凝縮部に到達し、ここで冷却されて凝縮して放熱する。このようにして軸受１２の熱は熱媒によってフアン１５側に輸送される。以下これを繰り返す。このため軸受１２は冷却され、極端な温度上昇が回避されることになる。
【００１５】
このような構成によれば、気液二相の熱媒を回転軸３の内部の封入室に封入しておくだけで、軸受１２を冷却することができる。そのため冷却油を使用して冷却する従来構成のように軸受１２に冷却ハウジングを設ける必要はなく、また熱交換器、配管、循環用ポンプ、その電源などは全く不要となる。またモータ２に予め付属しているフアン１５を軸受の冷却にそのまま兼用できる。
【００１６】
ところでこのような構成において、封入室に封入された熱媒が軸受１２からの熱によって気化され、その気相の熱媒がフアン１５側に向かうとき、その過程で電機子コイル２Ａ、軸受１６に対応する個所を通過するとき、もしその近辺の温度が熱媒の温度より低いと、その熱媒はその近辺において放熱してしまうことがある。このような放熱作用が生じると、電機子コイル２Ａ、軸受１６の温度が上昇してしまう。
【００１７】
これを解決するための構成を示したのが図２である。図２の構成は孔１３にヒートパイプ１４を設けた構成において、電機子コイル２Ａ、軸受１６の設置位置の近辺に対応する孔１３の部分の径を大きくしておく。するとこの径の大きい部分の内面とヒートパイプ１４の外周との間にギャップ１７が形成されるようになる。このギャップ１７の存在によりヒートパイプ１４は孔１３の内面と直接に接することがない。このためギヤップ１７が断熱部となり、電機子コイル２Ａ、軸受１６が熱媒の液相への変化の際の放熱によって温度上昇するのが抑制されるようになる。なお図２乃至図４においてＬは液相の熱媒である。
【００１８】
図３は凝縮部における気相の熱媒の凝縮作用に支障が生じないようにした構成を示す。すなわち図２に示すように孔１３にヒートパイプ１４を設けた構成において、ヒートパイプ１４のフアン１５側の端部近辺、すなわち気相の熱媒の凝縮部における内面を肉厚として、段部１８を設けている。回転軸３が回転すると、液相の熱媒は遠心力によってヒートパイプ１４の内面に貼り付けられるように付着する。この場合軸受１６より軸受１２側に向かう内面に液相の熱媒が付着するが、図のように段部１８が設けてあると、熱媒はこの段部１８を乗り越えてまで軸受１６からフアン１５側に向かうことができず、これにより液相の熱媒の移動が阻止される。
【００１９】
すなわち段部１８の表面には液相の熱媒は付着しない。もし段部１８の表面が液相の熱媒に覆われていたとすると、この部分での熱媒の凝縮作用が損なわれるが、段部１８の存在によってその表面が液相の熱媒で覆われることがないので、前記凝縮作用は円滑に行われる。なお熱媒が多量に封入されると、段部１８を超えてその内面に熱媒が付着することがあるので、適度の量の封入が必要である。
【００２０】
図４は孔１３をジャケット室としてそのまま封入室とした場合の、電機子コイル２Ａ、軸受１６の温度上昇を避けるための構成を示したものである。ここでは孔１３のうち電機子コイル２Ａ、軸受１６の設置位置に対応する個所の肉厚を薄くして内径を大きくし、大径部１９としてある。
【００２１】
このように構成しておくと、回転軸３の回転により液相の熱媒が孔１３の内面に付着するが、大径部１９においては内径が大きいことにより多量の熱媒が溜って付着し、これが断熱層を形成する。そのため気化した熱媒が大径部１９にある液相の熱媒に接して凝縮したとしても、この熱媒による断熱作用により電機子コイル２Ａ、軸受１６の温度上昇は阻止される。
【００２２】
またこの構成においても、孔１３におけるフアン１５側の凝縮部となる部分の肉厚を大きくして内径を小さくし、図３の場合と同様に段部２０を形成する。これにより段部２０を乗り越えてその表面まで液相の熱媒が達することはなく、凝縮部が液相の熱媒により覆われることはない。したがって図３の構成と同様に気相の熱媒の凝縮作用が損なわれることはない。なおこの場合でも適度の量の液相の熱媒の封入が必要である。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、モータの回転軸に直結してローラ本体を回転させる構成において、回転軸の内部に気液二相の熱媒を封入した封入室を設けたことにより、回転を支持するためにローラ本体の内部に設置された軸受を、従来に比較して簡単で、しかも安価な構成で冷却することができるとともに、気相の熱媒の凝縮にモータに付属しているフアンを兼用するでき、更に保守、点検が不要となるといった効果を奏する。また熱媒を使用したため、その熱媒の凝縮によりモータの電機子コイルの温度が上昇するような恐れがあっても、これを確実に阻止し、かつ熱媒の円滑な凝縮作用を果たすことができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すもので一部を断面とした正面図である。
【図２】モータの回転軸の実施形態を示す断面図である。
【図３】モータの回転軸の他の実施形態を示す断面図である。
【図４】モータの回転軸の更に他の実施形態を示す断面図である。
【図５】従来例を示すもので一部を断面とした正面図である。
【符号の説明】
１ ローラ本体
２ モータ
３ 回転軸
５ 誘導発熱機構
８ フランジ
９ 筒部
１２ 軸受
１３ 孔
１４ ヒートパイプ
１５ フアン
１７ ギャップ
１８ 段部
１９ 大径部
２０ 段部

Claims (4)

1. ローラ本体と、誘導コイル、鉄心からなり、前記ローラ本体の内部に配置された誘導発熱機構とを備え、モータの回転軸の先端を前記ローラ本体に連結することにより前記ローラ本体を片持式に支持して前記モータにより直接回転させるようにした誘導発熱ローラ装置において、前記回転軸を前記ローラ本体の内部に配置された軸受により回転自在に支持するするとともに、前記回転軸の内部に、前記軸受の設置位置に対応する個所から前記モータの冷却用のフアンの設置位置に対応する個所に達する長さの孔を設け、前記孔の内部を気液二相の熱媒を封入した封入室として利用してなり、かつ前記封入室のうちの前記フアンの設置個所に対応する個所を、気相の熱媒の凝縮部としてなる誘導発熱ローラ装置。
2. 液相の熱媒が凝縮部を覆うように移動してくるのを阻止するための段部を、前記凝縮部に設けてなる請求項１記載の誘導発熱ローラ装置。
3. 回転軸の内部の孔にヒートパイプを配置して前記ヒートパイプを封入室とするとともに、前記回転軸のうちの少なくともモータの電機子コイルの設置位置に対応する前記孔の内面と前記ヒートパイプの外周との間に断熱用のギャップを形成してなる請求項１記載の誘導発熱ローラ装置。
4. 回転軸の内部の孔をジャケット室としてその内部を封入室とするとともに、前記封入室のうちの少なくともモータの電機子コイルの設置位置に対応する個所を大径部とし、前記大径部に留まる液相の熱媒により断熱層を形成してなる請求項１記載の誘導発熱ローラ装置。

Images