JP4974845B2

JP4974845B2 - 誘導発熱ローラ装置

Info

Publication number: JP4974845B2
Application number: JP2007277348A
Authority: JP
Inventors: 良夫北野; 幸三岡本; 成之弘田; 英之長村
Original assignee: Tokuden Co Ltd Kyoto
Current assignee: Tokuden Co Ltd Kyoto
Priority date: 2007-10-25
Filing date: 2007-10-25
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2027-10-25
Also published as: JP2009104975A

Description

本発明は、誘導発熱ローラ装置、詳しくはローラ本体の中空内部の冷却構造に関するものである。

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。

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は一端がモータ５のハウジングに固定され、ローラ本体の中空内に伸びる軸受けハウジング、８は支持金具、９はモータ５への磁束を遮蔽する磁性円板、１０は誘導コイル２に交流電力を供給する電線である。

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７の内部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。
特開平１１−２５１０５２号公報

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／ｍｍ^２以上、銅電線で３．２Ａ／ｍｍ^２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ハウジングおよび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。

しかし、従来軸受けの冷却手段として採用されているこの軸受けへのオイル循環やオイルミスト潤滑では、潤滑・循環させるための構成が複雑であるばかりでなく、軸受け部でオイルやオイルミストを大気中に放出し易く、周囲環境に悪影響を与える恐れがあるといった問題があった。

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を、環境を汚染することなく簡単な構造で冷却効果を高め、斯かる問題を解消する点である。

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、前記ローラ本体の中空内部に挿入され先端部が前記ローラ本体の軸嵌合部に嵌合締結された回転軸を有するモータと、一端が前記モータのハウジングに固定され前記ローラ本体の中空内に延び前記回転軸を前記ローラ本体のほぼ重心位置で支持する軸受けを装着する軸受けハウジングと、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を備え、前記磁束発生機構を前記軸受けハウジングに固定してなる誘導発熱ローラ装置において、前記磁束発生機構の円筒状の鉄心の一端面を前記軸受けハウジングの先端面に密着するとともに、前記軸受けハウジングの肉厚内に、前記軸受けを冷却する冷却流体を通流する冷却流体通流孔を設けたことを主な特徴とする。

本発明に係る誘導発熱ローラ装置は、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、また、冷却された軸受けハウジングによって磁束発生機構を冷却するので、冷却構造が簡単・簡素でありながら、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により発生する熱、ローラ本体の熱が軸受けに伝達されるのを防止するとともに、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。また、冷却流体が直接に軸受けに通流しないので、軸受け部で冷却流体が漏れることがなく、その漏れによる周囲環境に悪影響を与える恐れがない。

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を、環境を汚染することなく簡単な構造で冷却効果を高める目的を、軸受けハウジングの肉厚内に、軸受けを冷却する環状の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することにより実現した。

図１は本発明の実施例に係る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、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、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、２４は円筒状の鉄心２３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、２５はモータ、２６はローラ本体１を回転駆動するモータ２５の回転軸、２７は一端がモータ５のハウジングに固定され、ローラ本体２１の中空内に伸びる軸受けハウジング、２８は断熱材、２９は軸受けである。

ローラ本体２１には、肉厚内に長手方向に伸びる気液二相の熱媒体を封入するジャケット室２１ｂが、周方向に複数形成され、各ジャケット室２１ｂ内の端部は環状の孔２１ｃと連通している。軸受けハウジング２７は、後端部に直径方向に延びるフランジ２７ａ（図７に示す従来の磁性円板９に相当する）が一体に形成され、軸受けハウジング２７の肉厚内に、フランジ２７ａの外周面で開口し、ローラ本体２１の中空内に突出する先端面近くに伸びる冷却流体通流孔２７ｂが周方向に複数形成され、各冷却流体通流孔２７ｂ内の端部は軸受け２９の近傍位置の周囲に形成された環状の冷却流体通流孔２７ｃと連通している。

すなわち、開口から流入した水や油などの冷却流体は冷却流体通流孔２７ｂ、環状の冷却流体通流孔２７ｃ、他の冷却流体通流孔２７ｂを経由して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２７を冷却し、軸受けハウジング２７の先端部でローラ本体２１のほぼ重心位置に設置した軸受け２９を冷却する。なお、外部に熱交換器を設けて軸受けハウジング２７内を通流する冷却水を循環させるようにしてもよい。また、図３に示すように環状の冷却流体通流孔２７ｃ内に熱交換用のフィン３６を設けるようにしてもよい。以上の冷却構造によれば、誘導コイルに、たとえばアルミ電線で２Ａ／ｍｍ^２以上、銅電線で３．２Ａ／ｍｍ^２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。

円筒状の鉄心２３の外周に巻回した誘導コイル２２からなる磁束発性機構は、軸受けハウジング２７の先端面からローラ本体２１の底面に渡って配置され、磁束発性機構の鉄心２３の端面を軸受けハウジング２７の先端面に密着し、図２に示すようにＬ状の金具３０とボルト３１によって固定支持されている。なお、この固定支持は、図４（ａ）および（ａ）のＡ−Ａ断面（ｂ）に示すように鉄心２３の端部にねじ孔２３ａを形成（鉄心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て構成されているので可能）し、軸受けハウジング２７から挿通したボルト３２によって固定支持するようにしてもよい。

磁束発性機構の長さはローラ本体２１の長さの比べて短く形成され、また、軸受けハウジング２７の外径は剛性を維持するために大きく形成されているが、ローラ本体２１の肉厚内に長手方向に伸びる気液二相の熱媒体を封入するジャケット室２１ｂが形成されているので、気液二相の熱媒体の潜熱の移動によりローラ本体２１の全長の表面温度を均一化することができる。また、軸受けハウジング２７の外面はローラ本体２１の内面に近づき、ローラ本体２１の熱が軸受けハウジング２７に伝達されるので、ローラ本体２１の内面と対向する軸受けハウジング２７の外面に断熱材２８が設けられている。

また、図５に示すようにフランジ２７ａの外周面の開口から軸受け２９の近傍位置の周囲に形成された環状の冷却流体通流孔２７ｃに至る冷却流体通流孔２７ｂに樹脂パイプ３７を挿入し、冷却流体通流孔２７ｂに流れる冷却流体による軸受けハウジング２７の冷却を抑制すると、軸受けハウジング２７の全体が冷却され、ローラ本体２１の内面と対向する面から軸受けハウジング２７への放熱、すなわちローラ本体２１の放熱ロスを低減することができる。

図６は本発明の他の実施例に係る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に示す誘導発熱ローラ装置と同一の部分には同一の符号を付している。図６に示す実施例は、磁束発性機構の長さを長くした場合で、磁束発性機構の鉄心２３の端面を軸受けハウジング２７の先端面に密着するだけでは、磁束発性機構の鉄心２３を十分に冷却することができない場合のものである。この図６おいて、３４は環状リング、３５は冷却流体配管である。環状リング３４は、図１に示す環状鋼帯２４と同様に円筒状の鉄心２３の内周面に溶接などで一体化され、円筒状の剛性を確保するリングであるが、そのリングには周面に沿う環状の冷却流体通流孔が形成されている。

そして、軸受けハウジング２７の冷却流体通流孔２７ｂを軸受けハウジング２７の先端面で開口するようにし、環状リング３４の環状の冷却流体通流孔と軸受けハウジング２７の冷却流体通流孔２７ｂとを冷却流体配管３５で連通するようにしている。このようにすると、軸受けハウジング２７のフランジ２７ａの外周面の開口から流入した冷却流体は冷却流体通流孔２７ｂ、冷却流体配管３５、リング３４の環状の冷却流体通流孔、他の冷却流体配管３５、他の冷却流体通流孔２７ｂを経由して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２９とともに鉄心２３を効果的に冷却することができる。

図６に示す例では、環状リング３４の環状の冷却流体通流孔と軸受けハウジング２７の冷却流体通流孔２７ｂとを冷却流体配管３５で直接連通するようにしているが、軸受けハウジング２７の環状の冷却流体通流孔２７ｃと連通するようにし、冷却流体通流孔２７ｂを通流する冷却流体を軸受けハウジング２７の環状の冷却流体通流孔２７ｃと環状リング３４の環状の冷却流体通流孔の双方を通流させるようにしてもよい。このように軸受けハウジング２７の冷却流体通流孔２７ｂを通流する冷却流体を環状リング３４の環状の冷却流体通流孔内に通流すると、軸受け２９と磁束発性機構をより効果的に冷却することができる。

なお、図６の図示では環状の冷却流体通流孔を有する環状リング３４は１箇所であるが複数箇所にこのような環状リング３４を設け、各環状の冷却流体通流孔に冷却流体をパイプで連結して通流させるようにしてもよい。また、磁束発性機構の固定支持は、図１に示す実施例と同様に図３に示すＬ状の金具３０とボルト３１によって固定支持する方法や、図４（ａ）（ｂ）に示す鉄心２３の端部にねじ孔２３ａを形成し、軸受けハウジング２７から挿通したボルト３２によって固定支持する方法を採用することができる。また、図５に示すようにフランジ２７ａの外周面の開口から軸受け２９の近傍位置の周囲に形成された環状の冷却流体通流孔２７ｃ至る冷却流体通流孔２７ｂに樹脂パイプ３７を挿入してもよい。

本発明に係る誘導発熱ローラ装置の構成を示す断面図である。本発明に係る誘導発熱ローラ装置の磁束発性機構の固定支持構造を示す断面図である。本発明に係る誘導発熱ローラ装置の軸受けハウジングの環状孔の構成を示す断面図である。本発明に係る誘導発熱ローラ装置の磁束発性機構の他の固定支持構造を示す断面図である。本発明に係る誘導発熱ローラ装置の他の構成を示す断面図である。本発明に係る誘導発熱ローラ装置の更に他の構成を示す断面図である。従来の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

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誘導コイル
２３円筒状の鉄心
２３ａ取り付け孔
２４冷却流体通流孔を有する環状鋼帯
２５モータ
２６回転軸
２７軸受けハウジング
２７ａフランジ
２７ｂ冷却流体通流孔
２７ｃ環状の冷却流体通流孔
２８断熱材
２９軸受け
３４環状リング
３５冷却流体配管
３６フィン
３７樹脂パイプ

Claims

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、前記ローラ本体の中空内部に挿入され先端部が前記ローラ本体の軸嵌合部に嵌合締結された回転軸を有するモータと、一端が前記モータのハウジングに固定され前記ローラ本体の中空内に延び前記回転軸を前記ローラ本体のほぼ重心位置で支持する軸受けを装着する軸受けハウジングと、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を備え、前記磁束発生機構を前記軸受けハウジングに固定してなる誘導発熱ローラ装置において、前記磁束発生機構の円筒状の鉄心の一端面を前記軸受けハウジングの先端面に密着するとともに、前記軸受けハウジングの肉厚内に、前記軸受けを冷却する冷却流体を通流する冷却流体通流孔を設けたことを特徴とする誘導発熱ローラ装置。
円筒状の鉄心を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。
軸受けハウジングの先端部の肉厚内に冷却流体通流孔に連通する軸受けの外周面に沿う環状の冷却流体通流孔を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の誘導発熱ローラ装置。
磁束発生機構の鉄心の内周面に密着し、軸受けハウジングの冷却流体通流孔と連通する環状の冷却流体通流孔を有する環状リング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に記載の誘導発熱ローラ装置。
軸受けハウジングのローラ本体の内周面と対向する外周面に断熱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に記載の誘導発熱ローラ装置。