誘導発熱ローラ装置
【課題】ローラ本体、磁束発生機構及び駆動モータ等の大型化させることなく、誘導発熱ローラ装置における回転軸の固有振動数を大きくする。
【解決手段】ローラ本体２と、先端部３ａがローラ本体２に固定され、後端部３ｂに駆動モータ６のロータ６１が固定される回転軸３と、先端部がローラ本体２の中空内に延び、回転軸３における先端部３ａ及び後端部３ｂの間を先端側軸受７及び後端側軸受８により回転可能に保持するとともに、回転軸３のロータ６１に対応する内周面に駆動モータ６のステータ６２を有するハウジング４と、ローラ本体２の内周面に沿うようにハウジング４の先端部に設けられた磁束発生機構５とを備え、回転軸３における両軸受間の径寸法Ｗ１を、先端部３ａの径寸法Ｗ２及び後端部３ｂの径寸法Ｗ３よりも大きくしている。
【解決手段】ローラ本体２と、先端部３ａがローラ本体２に固定され、後端部３ｂに駆動モータ６のロータ６１が固定される回転軸３と、先端部がローラ本体２の中空内に延び、回転軸３における先端部３ａ及び後端部３ｂの間を先端側軸受７及び後端側軸受８により回転可能に保持するとともに、回転軸３のロータ６１に対応する内周面に駆動モータ６のステータ６２を有するハウジング４と、ローラ本体２の内周面に沿うようにハウジング４の先端部に設けられた磁束発生機構５とを備え、回転軸３における両軸受間の径寸法Ｗ１を、先端部３ａの径寸法Ｗ２及び後端部３ｂの径寸法Ｗ３よりも大きくしている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導発熱ローラ装置に関し、特に片持ち式の誘導発熱ローラ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ナイロン、ポリエステル等の合成繊維等の製造工程において、紡糸後に加熱し長さ方向に引き伸ばすことによって分子配向を整えて、引張強度等の特性を向上させる直延伸工程が行われている。
【０００３】
そして、この直延伸工程においては、特許文献１に示すように、複数の誘導発熱ロール装置が用いられ、合成繊維の加熱を行うとともに、各誘導発熱ロール装置の回転速度差によって合成繊維を延伸することが一般的である。
【０００４】
この特許文献１に記載の誘導発熱ローラ装置は、底部中央部に軸嵌合部を有するローラ本体と、円筒状鉄心及び誘導コイルからなり、ローラ本体内部に配置された磁束発生機構と、を備え、モータの回転軸の先端をローラ本体の軸嵌合部に嵌合連結することによりローラ本体を片持ち式に支持してモータにより直接回転させるようにしたものである。このような構成において、モータによりローラ本体を回転させ、また磁束発生機構の誘導コイルを交流電源により励磁させることにより、ローラ本体が発熱する。
【０００５】
この誘導発熱ローラ装置のより具体的な構成として、ローラ本体の中空内に延びる筒部を有し、モータに一体的に連結されるフランジ部を備えている。この筒部は、ローラ本体の軸心方向に沿うようにローラ本体内部に延長させてある。そして、この筒部の外面に磁束発生機構が固定されている。また、筒部の先端側の内面と回転軸との間に軸受を設置し、この軸受により回転軸を筒部に対して回転自在に支持するようにしている。つまり、この誘導発熱ローラ装置においては、モータ内のロータ（回転子）を間に挟んで両側に２つの軸受が配置される構成である。
【０００６】
しかしながら、この誘導発熱ローラ装置は、モータの回転軸がローラ本体という重量物を片持ち状に保持し、高速回転するため、その回転軸系の固有振動数において共振現象を起こし、回転軸自身又はそれを回転自在に支持している軸受あるいはモータを損傷してしまうという問題がある。
【０００７】
ここで、両軸受間の剛性を高めることによって固有振動数を大きくし共振現象を防ぐためには、両軸受間の回転軸を太くすることが考えられる。しかし、両軸受間にはモータのロータが設けられていることから、回転軸の太さが制限されてしまう。そして、回転軸を太くするためには、ロータの大型化が必要となり、これに伴いステータも大型化し不必要に大きなモータになってしまうという問題がある。その結果、回転重量も重くなることから、高速運転に適さなくなってしまうという問題がある。一方、両軸受間において、ロータが取り付けられている部分以外を太くし、ロータが取り付けられている部分を細くすることも考えられるが、これでは両軸受間の剛性を大きくすることができず、また、構造も複雑化してしまうという問題がある。
【０００８】
上記誘導発熱ローラ装置は、回転軸においてロータを挟んで両軸受が設けられる構成であったが、特許文献２に示すように、取付イケール（筒部）の先端部及び取付イケール（フランジ部）において、先端側軸受及び後端側軸受によって回転軸を回転自在に支持するものがある。そして、ローラ本体は回転軸において先端側軸受の先端側に設けられ、モータのロータが後端側軸受の後端側に設けられている。つまり、この誘導発熱ローラ装置においては、モータ内のロータを両軸受の外側に配置して、両軸受間の距離を小さくして固有振動数を大きくする構成である。
【０００９】
しかしながら、両軸受間の距離を小さくすることだけでは、固有振動数を大きくすることに限界がある。また、固有振動数を大きくするために回転軸を太くすることが考えられるが、そうすると、回転軸を取り囲むように設けられた磁束発生機構を大きくすることが必要となり、さらにロールを大径化することが必要となる。このように磁束発生機構及びロールを大きくすると、ロール重量や慣性モーメントが大きくなり、したがって十分な回転速度を得ることができず、充分な回転速度を得るためには、それらを回転させるモータの容量を大きくする必要があるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−１７３７５８号公報
【特許文献２】特開平１０−３３６９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、ローラ本体、磁束発生機構及び駆動モータ等を大型化させることなく、誘導発熱ローラ装置における回転軸の固有振動数を大きくすることをその主たる所期課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
すなわち本発明に係る誘導発熱ローラ装置は、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に挿入され、先端部が前記ローラ本体の軸嵌合部に嵌合して固定され、後端部に駆動モータのロータが固定される回転軸と、先端部が前記ローラ本体の中空内に延び、前記回転軸における先端部及び後端部の間を先端側軸受及び後端側軸受により回転可能に保持するとともに、前記回転軸のロータに対応する内周面に駆動モータのステータを有するハウジングと、前記ローラ本体における軸方向先端側の内周面に沿うように前記ハウジングの先端部に設け、円筒状鉄心及びこの円筒状鉄心の外周面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、前記先端側軸受を、前記ハウジングの先端部近傍に設けることにより前記ローラ本体内に位置させるとともに、前記先端側軸受を前記磁束発生機構と向かい合わない位置に配置しており、前記回転軸における先端側軸受及び後端側軸受の間の径寸法を、前記ローラ本体が固定される先端部の径寸法及び前記ロータが固定される後端部の径寸法よりも大きくしていることを特徴とする。
【００１３】
このようなものであれば、磁束発生機構をハウジングの先端部に設けてローラ本体における軸方向先端側の内周面に沿うように配置し、ハウジングの先端部近傍に先端側軸受を設けて先端側軸受を前記磁束発生機構と向かい合わない位置に配置していることにより、先端側軸受が磁束発生機構の後方近傍に配置される構造としているので、磁束発生機構に邪魔されることなく、さらにはローラ本体を大径化することなく、先端側軸受及び後端側軸受の間の径寸法を大きくすることができる。
また、先端側軸受及び後端側軸受を回転軸の先端部及び後端部の間に設けているので、ロータが固定される後端部の径寸法に制約されることなく先端側軸受及び後端側軸受の間の径寸法（軸受間の径寸法）を大きくすることができる。そして、先端側軸受及び後端側軸受の間の径寸法を大きくすることによって、回転軸の固有振動数を大きくすることができ、回転危険速度を大きくすることができる。
さらに、先端側軸受を磁束発生機構の後方近傍に設けることにより、先端側軸受及び後端側軸受の間の距離を大きくすることができ、回転軸の固有振動数をさらに大きくすることができるとともに、回転軸の支持剛性を高くすることもできる。
【００１４】
前記回転軸における先端側軸受の設置部の径寸法及び後端側軸受の設置部の径寸法を前記ローラ本体が固定される先端部の径寸法及び前記ロータが固定される後端部の径寸法よりも大きくしていることが望ましい。
【００１５】
このように、各軸受の設置部の径寸法を大きくしていることにより、軸受の許容ラジアル荷重を増加させることができ、ラジアル荷重に対する寿命を長くすることができる。なお、軸受の転動体の相対速度が高速化することがら許容最高回転数が低下してしまうが、先端側軸受が磁束発生機構の後方に位置することから、ハウジングの軸受収容部を大きくとることができ、ラジアル荷重と回転数との両者において最適な軸受け選択が可能となる。
【００１６】
ローラ本体に磁束発生機構を収容しつつも、先端側軸受を可及的にローラ本体に収容して、先端側軸受及び後端側軸受間の距離を大きくするためには、前記磁束発生機構が、前記ローラ本体の中空内において、軸方向先端側から２／３〜１／３の範囲内に設けられていることが望ましい。
【００１７】
前記回転軸、前記ローラ本体及び前記ローラにより構成される回転軸系の軸長方向の重心位置が、前記先端側軸受及び前記後端側軸受の間に位置するように構成されていることが望ましい。これならば、回転軸系の重心位置が曲げ剛性の高い軸受間に存在するので、回転軸系の回転安定性が得やすく、振動加速度及び振動振幅を小さくすることができる。
【００１８】
前記ハウジングにおける先端側軸受が設けられる部分に、冷却流体が流通する冷却流体通路が形成されていることが望ましい。
【００１９】
先端側軸受は、ローラ本体からの伝熱又は自己発熱によって温度が経時的に変化し、その温度が定常状態になった際を想定して組み立て時の軸受隙間や予圧を考慮しなければならないが、逆に定常状態になるまでは適正な軸受隙間や予圧が得られないまま回転させることになり、軸受剛性が所定の値に至らず、不安定振動の原因となる。しかしながら、先端側軸受を冷却することより、熱的な定常状態における軸受温度を低くすることができるので、組み立て時と定常状態時との軸受隙間や予圧の差を小さくすることができ、定常状態に至るまでの間も不安定振動が発生することを抑制することができる。
【００２０】
同様に、前記ハウジングにおける前記ローラ本体の内周面と対向する外周面に断熱材を設けていることによっても、定常状態における先端側軸受の温度の上昇を抑えることができ、不安定振動の発生を抑制できる。
【００２１】
回転軸を支持している先端側軸受及び後端側軸受は、それが支持するラジアル荷重又はすラスト荷重に応じて、或いはその温度に応じて、寿命回転数が定まり、その寿命回転数に至る前に軸受を交換する必要がある。特に後端側軸受を交換する場合には、ロータを回転軸から取り外した後に、後端側軸受を回転軸から取り外す必要があるが、ロータは回転軸に焼き嵌めされており、容易に取り外すことができない。このような問題を解決するためには、前記ロータを前記回転軸の後端部に対して着脱自在に構成していることが望ましい。また、前記ロータが固定される後端部を、前記後端側軸受の設置部に対して着脱自在に構成していることが望ましい。
【００２２】
前記先端側軸受及び前記後端側軸受が、磁気軸受であっても良い。本発明では、先端側軸受及び後端側軸受の設置部の径寸法を大きくすることができ、磁気軸受に回転軸を保持するのに充分な剛性と減衰特性を有するだけの寸法的な自由度を持たせることができる。
【発明の効果】
【００２３】
このように構成した本発明によれば、ローラ本体、磁束発生機構及び駆動モータ等の大型化させることなく、誘導発熱ローラ装置における回転軸の固有振動数を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る誘導発熱ローラ装置の断面図である。
【図２】同実施形態の回転軸の側面図である。
【図３】変形実施形態に係る誘導発熱ローラ装置の断面図である。
【図４】変形実施形態に係る誘導発熱ローラ装置の断面図である。
【図５】変形実施形態に係る回転軸の側面図である。
【図６】回転軸及びロータの固定機構を主として示す断面図である。
【図７】回転軸及びロータの固定機構の変形例を主として示す断面図である。
【図８】後端側軸受の設置部及び回転軸の後端部の固定機構を主として示す断面図である。
【図９】磁気軸受を用いた場合の誘導発熱ローラ装置の断面図である。
【図１０】先端側磁気軸受のステータ及びロータを示すＡ−Ａ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に本発明に係る誘導発熱ローラ装置の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００２６】
本実施形態に係る誘導発熱ローラ装置１００は、図１に示すように、ローラ本体２と、先端部３ａにローラ本体２が固定され、後端部３ｂに駆動モータ６のロータ（回転子）６１が固定される回転軸３と、回転軸３を回転可能に保持するとともに、回転軸３のロータ６１に対応する内周面に駆動モータ６のステータ（固定子）６２を有するハウジング４と、円筒状鉄心及びこの円筒状鉄心の外周面に巻装された誘導コイルからなる磁束発生機構５と、を備えている。
【００２７】
ローラ本体２は、底部中央部において内部に突出する軸嵌合部２１を有する有底円筒状をなすものである。また、ローラ本体２の側周壁２２には、長手方向（軸方向）に延びる気液二相の熱媒体を封入するジャケット室２２Ａが、周方向に複数形成され、各ジャケット室２２Ａ内の端部は環状の孔と連通している。このジャケット室２２Ａ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２の表面温度を均一化する。また、ジャケット室２２Ａは、磁束発生機構５と向かい合う位置を超えて、ローラ本体２の側周壁２２において軸方向略全長に亘って設けられている。
【００２８】
回転軸３は、ローラ本体２の中空内に挿入され、先端部３ａがローラ本体２の軸嵌合部２１に嵌合して固定され、後端部３ｂに駆動モータ６のロータ６１が固定されるものである。回転軸３の先端部３ａには、ローラ本体２の軸嵌合部２１に嵌合するテーパ面が形成されている。また、回転軸３の後端部３ｂに固定されるロータ６１は周方向に等間隔に設けられている。
【００２９】
ハウジング４は、先端部がローラ本体２の中空内に延び、回転軸３における先端部３ａ及び後端部３ｂの間を先端側軸受７及び後端側軸受８により回転可能に保持するとともに、回転軸３のロータ６１に対応する内周面に駆動モータ６のステータ６２を有する。具体的にハウジング４は、先端側軸受７及び後端側軸受８が取り付けられるハウジング本体４１と、当該ハウジング本体４１の後端に設けられ、ステータ６２が固定されるステータ固定部４２とを備えている。
【００３０】
ハウジング本体４１は、ローラ本体２の内径よりも小さい外径を有する円筒部４１１と、当該円筒部４１１の外径よりも大きい外径を有し、円筒部４１１の基端部においてローラ本体２の開口部を覆うフランジ部４１２と、を有する。また、ハウジング本体４１の側周壁には、フランジ部４１２の外周面で開口し、円筒部４１１の先端部に延びる複数の冷却流体通路４Ａが形成され、各冷却流体通路４Ａは、ハウジング４の先端部で折り返してフランジ部４１２の外周面で開口する。この冷却流体通路４Ａ内には、例えば水又は油等の冷却流体が供給され、この冷却流体の流通によってハウジング４を冷却し、この冷却によって磁束発生機構５及び先端側軸受７を冷却する。
【００３１】
先端側軸受７は、ローラ本体２からの伝熱又は自己発熱によって温度が経時的に変化し、その温度が定常状態になった際を想定して組み立て時の軸受隙間や予圧を考慮しなければならないが、逆に定常状態になるまでは適正な軸受隙間や予圧が得られないまま回転させることになり、軸受剛性が所定の値に至らず、不安定振動の原因となる。しかしながら、このように、冷却流体通路４Ａを設けて先端側軸受７を冷却することより、熱的な定常状態における軸受温度を低くすることができるので、組み立て時と定常状態時との軸受隙間や予圧の差を小さくすることができ、定常状態に至るまでの間も不安定振動が発生することを抑制することができる。
【００３２】
磁束発生機構５は、ローラ本体２における軸方向先端側の内周面に沿うようにハウジング４（具体的には円筒部４１１）の先端部に設けられており、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形成される円筒状鉄心と、円筒状鉄心の外周面に巻装された誘導コイルとから円筒状のものである。この磁束発生機構５は、ローラ本体２の内周面全域に向かい合って設けられるものではなく、ローラ本体２の内周面の先端側部分に向かい合うよう、すなわち側面から視て（軸線と直交する方向から視て）重なる部分があるように設けられており、ローラ本体２の中空内において、先端側から２／３〜１／３の範囲内に設けられている。つまり、磁束発生機構５は、ローラ本体２の底部近傍から開口部までの長さの２／３〜１／３の軸方向長さを有する。なお、図１においては、ローラ本体２の中空内において、軸方向先端側から約１／２の範囲内に設けられた態様を示している。
【００３３】
このような磁束発生機構５により、誘導コイルに交流電圧が印加されると交番磁束が発生し、その交番磁束は円筒状鉄心及びローラ本体２の底部を経てローラ本体２の側周壁２２を通過する。この通過によりローラ本体２に電流が発生し、その電流でローラ本体２はジュール発熱する。
【００３４】
しかして本実施形態の誘導発熱ローラ装置１００は、先端側軸受７をハウジング４の先端部近傍に設けることによりローラ本体２内に位置させるとともに、先端側軸受７を磁束発生機構５と向かい合わない位置、すなわち、側面から視て（軸線と直交する方向から視て）磁束発生機構５と先端側軸受７とが互いに異なる位置であって一部分でも実質的に重ならないように配置している。より具体的には、ハウジング４の円筒部４１１の先端部に設けられており、この円筒部４１１の先端部前方には、磁束発生機構５が設けられることから、先端側軸受７は、磁束発生機構５の後端側の後方近傍に配置される構成となる。
【００３５】
また、後端側軸受８は、ハウジング４において機台９に固定される部分及びその近傍に設けられており、具体的には、フランジ部４１２が機台９に固定されることから、後端側軸受８は、フランジ部４１２内に設けられている。なお、図１においては、フランジ部４１２の軸方向における略中央部に設けられている態様を示している。
【００３６】
さらに、図２に示すように、回転軸３における先端側軸受７及び後端側軸受８の間の径寸法Ｗ１を、ローラ本体２が固定される先端部３ａの径寸法Ｗ２及びロータ６１が固定される後端部３ｂの径寸法Ｗ３よりも大きくしている。このとき、ハウジング４、具体的にはハウジング本体４１に関して言うと、回転軸３の両軸受間の径寸法Ｗ１に合わせて、ハウジング本体４１の回転軸収容部が大径化されている（図１中の符号Ｘ）。
【００３７】
また、図２に示すように、回転軸３における先端側軸受７の設置部３ｃの径寸法Ｗ４及び後端側軸受８の設置部３ｄの径寸法Ｗ５をローラ本体２が固定される先端部３ａの径寸法Ｗ２及びロータ６１が固定される後端部３ｂの径寸法Ｗ３よりも大きくしている。このように、各軸受７、８の設置部３ｃ、３ｄの径寸法Ｗ４、Ｗ５を大きくしていることにより、軸受７、８の許容ラジアル荷重を増加させることができ、ラジアル荷重に対する寿命を長くすることができる。なお、軸受７、８の転動体の相対速度が高速化することから許容最高回転数が低下してしまうが、先端側軸受７が磁束発生機構５の後方に位置することから、ハウジング４の軸受収容部を大きくとることができ、ラジアル荷重と回転数との両者において最適な軸受選択が可能となる。
【００３８】
さらに本実施形態の誘導発熱ローラ装置１００においては、回転軸３における先端側軸受７及び後端側軸受８の間の径寸法Ｗ１を、ローラ本体２が固定される先端部３ａの径寸法Ｗ２及びロータ６１が固定される後端部３ｂの径寸法Ｗ３よりも大きくすることによって、回転軸３、ローラ本体２及びロータ６１により構成される回転軸３系の軸方向の重心位置が、先端側軸受７及び後端側軸受８の間に位置するように構成されている。また、ローラ本体２の質量と回転軸３における先端側軸受７よりも先端側の質量との合成の重心位置が、先端側軸受７及び後端側軸受８の間に位置するように構成されている。これならば、回転軸３系の重心位置が曲げ剛性の高い軸受７、８間に存在するので、回転軸３系の回転安定性が得やすく、振動加速度及び振動振幅を小さくすることができる。したがって、回転危険速度を十分に大きくすることができ、要求回転速度を満たし易くなる。
【００３９】
＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態に係る誘導発熱ローラ装置１００によれば、磁束発生機構５をハウジング４の先端部に設けてローラ本体２における軸方向先端側の内周面に沿うように配置し、ハウジング４の先端部近傍に先端側軸受７を設けて先端側軸受７を磁束発生機構５と向かい合わない位置に配置していることにより、先端側軸受７が磁束発生機構５の後方近傍に配置される構造としているので、磁束発生機構５に邪魔されることなく、さらにはローラ本体２を大径化することなく、軸受７、８間の径寸法Ｗ１、先端側軸受７の設置部３ｃの径寸法Ｗ４及び後端側軸受８の設置部３ｄの径寸法Ｗ５を大きくすることができる。
【００４０】
また、先端側軸受７及び後端側軸受８を、回転軸３の先端部３ａ及び後端部３ｂの間に設けているので、ロータ６１が固定される後端部３ｂの径寸法Ｗ３に制約されることなく、軸受７、８間の径寸法Ｗ１を大きくすることができる。そして、軸受７、８間の径寸法Ｗ１を大きくすることによって、回転軸３の固有振動数を大きくすることができ、回転危険速度を大きくすることができる。
【００４１】
さらに、先端側軸受７を磁束発生機構５の後方近傍に設けることにより、軸受７、８間の距離を大きくすることができ、回転軸３の固有振動数をさらに大きくすることができるとともに、回転軸３の支持剛性を高くすることもできる。
【００４２】
＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【００４３】
例えば、前記実施形態では、磁束発生機構５及び先端側軸受７を冷却するためにハウジング４内に冷却流体通路４Ａを設けているが、その他、図３に示すように、ハウジング４におけるローラ本体２の内周面と対向する外周面（具体的には円筒部４１１の外周面）に断熱材１０を設けるようにしても良い。これによっても、定常状態における先端側軸受７の温度の上昇を抑えることができ、不安定振動の発生を抑制できる。また、図４に示すように、断熱材１０をハウジング４におけるローラ本体２の内周面と対向する外周面（具体的には円筒部４１１の外周面）及び磁束発生機構５の外周面に設けるようにしても良い。
【００４４】
また、前記実施形態では、回転軸３における軸受７、８間の径寸法Ｗ１が、回転軸３における先端側軸受７の設置部３ｃの径寸法Ｗ４及び後端側軸受８の設置部３ｄの径寸法Ｗ５よりも大きく構成されているが、図５に示すように、それらの径寸法Ｗ１、Ｗ４、Ｗ５を略同一（図４中Ｗ６）としても良い。
【００４５】
次に、変形実施形態に係る誘導発熱ローラ装置について説明する。この誘導発熱ローラ装置は、回転軸の後端側に固定されたロータ又はその近傍部材を取り外し可能に構成し、回転軸の後端側軸受の交換時にそれらが交換の邪魔にならないようにしている。
【００４６】
具体的にこの誘導発熱ローラ装置１００は、ロータ６１を回転軸３の後端部３ｂに対して着脱自在に構成している。つまり、図６に示すように、回転軸３の後端部３ｂが後端に行くに従って縮径するテーパ状をなし、ロータ６１の内周面が前記後端部３ｂのテーパに相対するテーパ状をなし、前記回転軸３の後端部３ｂにロータ６１が嵌合した状態で、ボルト、ナット等の締結要素１１によって後端部３ｂとロータ６１を締結固定している。このような構成により、後端側軸受８を交換する場合には、締結要素１１を取り外してロータ６１を取り外せば、後端側軸受１１を容易に後端側に抜くことができる。なお、このとき、ステータ６２を保持しているカバー（ステータ固定部４２）は予め取り外しておくことは言うまでもない。
【００４７】
上記の構成ではロータ６１の内面をテーパ状に加工する必要がありその加工が難しいという問題がある。そこで、図７に示すように、回転軸３の後端部３ｂとロータ６１との間にスペーサＳを介在させて、その後端部にロータ６１を固定することが考えられる。つまり、回転軸３の後端部３ｂが後端に行くに従って縮径するテーパ状をなし、スペーサＳの内周面が前記後端部３ｂのテーパに相対するテーパ状をなし、前記回転軸３の後端部３ｂにスペーサＳが嵌合した状態で、ボルト、ナット等の締結要素１１によって後端部３ｂとスペーサＳとを締結固定している。なお、スペーサＳの外面には、内径が軸方向に亘って同一のロータ６１が例えば焼き嵌めによって固定されている。このような構成により、後端側軸受８を交換する場合には、締結要素１１を取り外してスペーサＳと共にロータ６１を取り外せば、後端側軸受８を容易に後端側に抜くことができる。
【００４８】
さらに、誘導発熱ローラ装置１００は、ロータ６１が固定される後端部３ｂを後端側軸受８の設置部３ｄに対して着脱自在に構成しても良い。つまり、図８に示すように、回転軸３は、後端側軸受８の設置部３ｄ（以下、回転軸本体という。）とロータ６１が固定される後端部３ｂ（以下、後端部要素という。）とに分離されている。そして、回転軸本体３ｄが内面テーパ状をなす嵌合凹部３ｄ１を有し、後端部要素３ｂがその嵌合凹部３ｄ１のテーパに相対するテーパ状をなす挿入部３ｂ１を有し、後端部要素３ｂの挿入部３ｂ１を回転軸本体３ｄの嵌合凹部３ｄ１に挿入して嵌合した状態で、ボルト、ナット等の締結要素１１によって後端部要素３ｂと回転軸本体３ｄとを締結固定している。前記後端部要素３ｂにおける挿入部３ｂ１の後端側には、ロータ６１が例えば焼き嵌めによって固定されている。このような構成により、後端側軸受８を交換する場合には、締結要素１１を取り外して回転軸本体３ｄから後端部要素３ｂを取り外せば、後端側軸受８を容易に後端側に抜くことができる。
【００４９】
加えて前記実施形態の先端側軸受７及び後端側軸受８は転がり軸受であったが、図９に示すように、磁気軸受を用いても良い。このとき、磁気軸受のステータは、図１０に示すように、回転軸３の周りに等間隔に設けられている。本発明の誘導発熱ローラ装置１００においては、磁気軸受７、８の設置部の径を大きくすることができるので、回転軸３の周りに配置するステータの個数を多くすることができ、各ステータの吸引力（容積）を大きくすることなく、回転軸３を安定して支持することができる。なお、図１０においては、８個のステータが周方向に等間隔に配置されているが、ステータの個数はこれに限定されない。また、回転軸３の位置を安定的に維持するため、磁気軸受の近傍に位置センサ又はギャップセンサ等を配置し、磁気軸受の電磁吸引力を能動的に制御している。この磁気軸受はホモポーラ型でもバイポーラ型であっても良い。なお、磁気軸受は、ラジアル磁気軸受だけでなく、スラスト磁気軸受を併用しても良い。また、磁気軸受を用いて回転軸を支持する場合には、磁気軸受の故障又は停電などの不測の事態に回転体とその周囲の静止体とが接触しないように、定常状態では回転体と僅かな隙間を有する緊急時用の軸受（タッチダウン軸受）が配置されている。
【００５０】
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５１】
１００・・・誘導発熱ローラ装置
２ ・・・ローラ本体
２１ ・・・軸嵌合部
３ ・・・回転軸
３ａ ・・・回転軸の先端部
３ｂ ・・・回転軸の後端部
３ｃ ・・・先端側軸受の設置部
３ｄ ・・・後端側軸受の設置部
４ ・・・ハウジング
４Ａ ・・・冷却流体通路
５ ・・・磁束発生機構
６ ・・・駆動モータ
６１ ・・・ロータ
６２ ・・・ステータ
７ ・・・先端側軸受
８ ・・・後端側軸受
Ｗ１ ・・・先端側軸受及び後端側軸受の間の径寸法
Ｗ２ ・・・回転軸の先端部の径寸法
Ｗ３ ・・・回転軸の後端部の径寸法
Ｗ４ ・・・先端側軸受の設置部の径寸法
Ｗ５ ・・・後端側軸受の設置部の径寸法
１０ ・・・断熱材
１１ ・・・締結要素
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導発熱ローラ装置に関し、特に片持ち式の誘導発熱ローラ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ナイロン、ポリエステル等の合成繊維等の製造工程において、紡糸後に加熱し長さ方向に引き伸ばすことによって分子配向を整えて、引張強度等の特性を向上させる直延伸工程が行われている。
【０００３】
そして、この直延伸工程においては、特許文献１に示すように、複数の誘導発熱ロール装置が用いられ、合成繊維の加熱を行うとともに、各誘導発熱ロール装置の回転速度差によって合成繊維を延伸することが一般的である。
【０００４】
この特許文献１に記載の誘導発熱ローラ装置は、底部中央部に軸嵌合部を有するローラ本体と、円筒状鉄心及び誘導コイルからなり、ローラ本体内部に配置された磁束発生機構と、を備え、モータの回転軸の先端をローラ本体の軸嵌合部に嵌合連結することによりローラ本体を片持ち式に支持してモータにより直接回転させるようにしたものである。このような構成において、モータによりローラ本体を回転させ、また磁束発生機構の誘導コイルを交流電源により励磁させることにより、ローラ本体が発熱する。
【０００５】
この誘導発熱ローラ装置のより具体的な構成として、ローラ本体の中空内に延びる筒部を有し、モータに一体的に連結されるフランジ部を備えている。この筒部は、ローラ本体の軸心方向に沿うようにローラ本体内部に延長させてある。そして、この筒部の外面に磁束発生機構が固定されている。また、筒部の先端側の内面と回転軸との間に軸受を設置し、この軸受により回転軸を筒部に対して回転自在に支持するようにしている。つまり、この誘導発熱ローラ装置においては、モータ内のロータ（回転子）を間に挟んで両側に２つの軸受が配置される構成である。
【０００６】
しかしながら、この誘導発熱ローラ装置は、モータの回転軸がローラ本体という重量物を片持ち状に保持し、高速回転するため、その回転軸系の固有振動数において共振現象を起こし、回転軸自身又はそれを回転自在に支持している軸受あるいはモータを損傷してしまうという問題がある。
【０００７】
ここで、両軸受間の剛性を高めることによって固有振動数を大きくし共振現象を防ぐためには、両軸受間の回転軸を太くすることが考えられる。しかし、両軸受間にはモータのロータが設けられていることから、回転軸の太さが制限されてしまう。そして、回転軸を太くするためには、ロータの大型化が必要となり、これに伴いステータも大型化し不必要に大きなモータになってしまうという問題がある。その結果、回転重量も重くなることから、高速運転に適さなくなってしまうという問題がある。一方、両軸受間において、ロータが取り付けられている部分以外を太くし、ロータが取り付けられている部分を細くすることも考えられるが、これでは両軸受間の剛性を大きくすることができず、また、構造も複雑化してしまうという問題がある。
【０００８】
上記誘導発熱ローラ装置は、回転軸においてロータを挟んで両軸受が設けられる構成であったが、特許文献２に示すように、取付イケール（筒部）の先端部及び取付イケール（フランジ部）において、先端側軸受及び後端側軸受によって回転軸を回転自在に支持するものがある。そして、ローラ本体は回転軸において先端側軸受の先端側に設けられ、モータのロータが後端側軸受の後端側に設けられている。つまり、この誘導発熱ローラ装置においては、モータ内のロータを両軸受の外側に配置して、両軸受間の距離を小さくして固有振動数を大きくする構成である。
【０００９】
しかしながら、両軸受間の距離を小さくすることだけでは、固有振動数を大きくすることに限界がある。また、固有振動数を大きくするために回転軸を太くすることが考えられるが、そうすると、回転軸を取り囲むように設けられた磁束発生機構を大きくすることが必要となり、さらにロールを大径化することが必要となる。このように磁束発生機構及びロールを大きくすると、ロール重量や慣性モーメントが大きくなり、したがって十分な回転速度を得ることができず、充分な回転速度を得るためには、それらを回転させるモータの容量を大きくする必要があるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−１７３７５８号公報
【特許文献２】特開平１０−３３６９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、ローラ本体、磁束発生機構及び駆動モータ等を大型化させることなく、誘導発熱ローラ装置における回転軸の固有振動数を大きくすることをその主たる所期課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
すなわち本発明に係る誘導発熱ローラ装置は、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に挿入され、先端部が前記ローラ本体の軸嵌合部に嵌合して固定され、後端部に駆動モータのロータが固定される回転軸と、先端部が前記ローラ本体の中空内に延び、前記回転軸における先端部及び後端部の間を先端側軸受及び後端側軸受により回転可能に保持するとともに、前記回転軸のロータに対応する内周面に駆動モータのステータを有するハウジングと、前記ローラ本体における軸方向先端側の内周面に沿うように前記ハウジングの先端部に設け、円筒状鉄心及びこの円筒状鉄心の外周面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、前記先端側軸受を、前記ハウジングの先端部近傍に設けることにより前記ローラ本体内に位置させるとともに、前記先端側軸受を前記磁束発生機構と向かい合わない位置に配置しており、前記回転軸における先端側軸受及び後端側軸受の間の径寸法を、前記ローラ本体が固定される先端部の径寸法及び前記ロータが固定される後端部の径寸法よりも大きくしていることを特徴とする。
【００１３】
このようなものであれば、磁束発生機構をハウジングの先端部に設けてローラ本体における軸方向先端側の内周面に沿うように配置し、ハウジングの先端部近傍に先端側軸受を設けて先端側軸受を前記磁束発生機構と向かい合わない位置に配置していることにより、先端側軸受が磁束発生機構の後方近傍に配置される構造としているので、磁束発生機構に邪魔されることなく、さらにはローラ本体を大径化することなく、先端側軸受及び後端側軸受の間の径寸法を大きくすることができる。
また、先端側軸受及び後端側軸受を回転軸の先端部及び後端部の間に設けているので、ロータが固定される後端部の径寸法に制約されることなく先端側軸受及び後端側軸受の間の径寸法（軸受間の径寸法）を大きくすることができる。そして、先端側軸受及び後端側軸受の間の径寸法を大きくすることによって、回転軸の固有振動数を大きくすることができ、回転危険速度を大きくすることができる。
さらに、先端側軸受を磁束発生機構の後方近傍に設けることにより、先端側軸受及び後端側軸受の間の距離を大きくすることができ、回転軸の固有振動数をさらに大きくすることができるとともに、回転軸の支持剛性を高くすることもできる。
【００１４】
前記回転軸における先端側軸受の設置部の径寸法及び後端側軸受の設置部の径寸法を前記ローラ本体が固定される先端部の径寸法及び前記ロータが固定される後端部の径寸法よりも大きくしていることが望ましい。
【００１５】
このように、各軸受の設置部の径寸法を大きくしていることにより、軸受の許容ラジアル荷重を増加させることができ、ラジアル荷重に対する寿命を長くすることができる。なお、軸受の転動体の相対速度が高速化することがら許容最高回転数が低下してしまうが、先端側軸受が磁束発生機構の後方に位置することから、ハウジングの軸受収容部を大きくとることができ、ラジアル荷重と回転数との両者において最適な軸受け選択が可能となる。
【００１６】
ローラ本体に磁束発生機構を収容しつつも、先端側軸受を可及的にローラ本体に収容して、先端側軸受及び後端側軸受間の距離を大きくするためには、前記磁束発生機構が、前記ローラ本体の中空内において、軸方向先端側から２／３〜１／３の範囲内に設けられていることが望ましい。
【００１７】
前記回転軸、前記ローラ本体及び前記ローラにより構成される回転軸系の軸長方向の重心位置が、前記先端側軸受及び前記後端側軸受の間に位置するように構成されていることが望ましい。これならば、回転軸系の重心位置が曲げ剛性の高い軸受間に存在するので、回転軸系の回転安定性が得やすく、振動加速度及び振動振幅を小さくすることができる。
【００１８】
前記ハウジングにおける先端側軸受が設けられる部分に、冷却流体が流通する冷却流体通路が形成されていることが望ましい。
【００１９】
先端側軸受は、ローラ本体からの伝熱又は自己発熱によって温度が経時的に変化し、その温度が定常状態になった際を想定して組み立て時の軸受隙間や予圧を考慮しなければならないが、逆に定常状態になるまでは適正な軸受隙間や予圧が得られないまま回転させることになり、軸受剛性が所定の値に至らず、不安定振動の原因となる。しかしながら、先端側軸受を冷却することより、熱的な定常状態における軸受温度を低くすることができるので、組み立て時と定常状態時との軸受隙間や予圧の差を小さくすることができ、定常状態に至るまでの間も不安定振動が発生することを抑制することができる。
【００２０】
同様に、前記ハウジングにおける前記ローラ本体の内周面と対向する外周面に断熱材を設けていることによっても、定常状態における先端側軸受の温度の上昇を抑えることができ、不安定振動の発生を抑制できる。
【００２１】
回転軸を支持している先端側軸受及び後端側軸受は、それが支持するラジアル荷重又はすラスト荷重に応じて、或いはその温度に応じて、寿命回転数が定まり、その寿命回転数に至る前に軸受を交換する必要がある。特に後端側軸受を交換する場合には、ロータを回転軸から取り外した後に、後端側軸受を回転軸から取り外す必要があるが、ロータは回転軸に焼き嵌めされており、容易に取り外すことができない。このような問題を解決するためには、前記ロータを前記回転軸の後端部に対して着脱自在に構成していることが望ましい。また、前記ロータが固定される後端部を、前記後端側軸受の設置部に対して着脱自在に構成していることが望ましい。
【００２２】
前記先端側軸受及び前記後端側軸受が、磁気軸受であっても良い。本発明では、先端側軸受及び後端側軸受の設置部の径寸法を大きくすることができ、磁気軸受に回転軸を保持するのに充分な剛性と減衰特性を有するだけの寸法的な自由度を持たせることができる。
【発明の効果】
【００２３】
このように構成した本発明によれば、ローラ本体、磁束発生機構及び駆動モータ等の大型化させることなく、誘導発熱ローラ装置における回転軸の固有振動数を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る誘導発熱ローラ装置の断面図である。
【図２】同実施形態の回転軸の側面図である。
【図３】変形実施形態に係る誘導発熱ローラ装置の断面図である。
【図４】変形実施形態に係る誘導発熱ローラ装置の断面図である。
【図５】変形実施形態に係る回転軸の側面図である。
【図６】回転軸及びロータの固定機構を主として示す断面図である。
【図７】回転軸及びロータの固定機構の変形例を主として示す断面図である。
【図８】後端側軸受の設置部及び回転軸の後端部の固定機構を主として示す断面図である。
【図９】磁気軸受を用いた場合の誘導発熱ローラ装置の断面図である。
【図１０】先端側磁気軸受のステータ及びロータを示すＡ−Ａ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に本発明に係る誘導発熱ローラ装置の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００２６】
本実施形態に係る誘導発熱ローラ装置１００は、図１に示すように、ローラ本体２と、先端部３ａにローラ本体２が固定され、後端部３ｂに駆動モータ６のロータ（回転子）６１が固定される回転軸３と、回転軸３を回転可能に保持するとともに、回転軸３のロータ６１に対応する内周面に駆動モータ６のステータ（固定子）６２を有するハウジング４と、円筒状鉄心及びこの円筒状鉄心の外周面に巻装された誘導コイルからなる磁束発生機構５と、を備えている。
【００２７】
ローラ本体２は、底部中央部において内部に突出する軸嵌合部２１を有する有底円筒状をなすものである。また、ローラ本体２の側周壁２２には、長手方向（軸方向）に延びる気液二相の熱媒体を封入するジャケット室２２Ａが、周方向に複数形成され、各ジャケット室２２Ａ内の端部は環状の孔と連通している。このジャケット室２２Ａ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２の表面温度を均一化する。また、ジャケット室２２Ａは、磁束発生機構５と向かい合う位置を超えて、ローラ本体２の側周壁２２において軸方向略全長に亘って設けられている。
【００２８】
回転軸３は、ローラ本体２の中空内に挿入され、先端部３ａがローラ本体２の軸嵌合部２１に嵌合して固定され、後端部３ｂに駆動モータ６のロータ６１が固定されるものである。回転軸３の先端部３ａには、ローラ本体２の軸嵌合部２１に嵌合するテーパ面が形成されている。また、回転軸３の後端部３ｂに固定されるロータ６１は周方向に等間隔に設けられている。
【００２９】
ハウジング４は、先端部がローラ本体２の中空内に延び、回転軸３における先端部３ａ及び後端部３ｂの間を先端側軸受７及び後端側軸受８により回転可能に保持するとともに、回転軸３のロータ６１に対応する内周面に駆動モータ６のステータ６２を有する。具体的にハウジング４は、先端側軸受７及び後端側軸受８が取り付けられるハウジング本体４１と、当該ハウジング本体４１の後端に設けられ、ステータ６２が固定されるステータ固定部４２とを備えている。
【００３０】
ハウジング本体４１は、ローラ本体２の内径よりも小さい外径を有する円筒部４１１と、当該円筒部４１１の外径よりも大きい外径を有し、円筒部４１１の基端部においてローラ本体２の開口部を覆うフランジ部４１２と、を有する。また、ハウジング本体４１の側周壁には、フランジ部４１２の外周面で開口し、円筒部４１１の先端部に延びる複数の冷却流体通路４Ａが形成され、各冷却流体通路４Ａは、ハウジング４の先端部で折り返してフランジ部４１２の外周面で開口する。この冷却流体通路４Ａ内には、例えば水又は油等の冷却流体が供給され、この冷却流体の流通によってハウジング４を冷却し、この冷却によって磁束発生機構５及び先端側軸受７を冷却する。
【００３１】
先端側軸受７は、ローラ本体２からの伝熱又は自己発熱によって温度が経時的に変化し、その温度が定常状態になった際を想定して組み立て時の軸受隙間や予圧を考慮しなければならないが、逆に定常状態になるまでは適正な軸受隙間や予圧が得られないまま回転させることになり、軸受剛性が所定の値に至らず、不安定振動の原因となる。しかしながら、このように、冷却流体通路４Ａを設けて先端側軸受７を冷却することより、熱的な定常状態における軸受温度を低くすることができるので、組み立て時と定常状態時との軸受隙間や予圧の差を小さくすることができ、定常状態に至るまでの間も不安定振動が発生することを抑制することができる。
【００３２】
磁束発生機構５は、ローラ本体２における軸方向先端側の内周面に沿うようにハウジング４（具体的には円筒部４１１）の先端部に設けられており、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形成される円筒状鉄心と、円筒状鉄心の外周面に巻装された誘導コイルとから円筒状のものである。この磁束発生機構５は、ローラ本体２の内周面全域に向かい合って設けられるものではなく、ローラ本体２の内周面の先端側部分に向かい合うよう、すなわち側面から視て（軸線と直交する方向から視て）重なる部分があるように設けられており、ローラ本体２の中空内において、先端側から２／３〜１／３の範囲内に設けられている。つまり、磁束発生機構５は、ローラ本体２の底部近傍から開口部までの長さの２／３〜１／３の軸方向長さを有する。なお、図１においては、ローラ本体２の中空内において、軸方向先端側から約１／２の範囲内に設けられた態様を示している。
【００３３】
このような磁束発生機構５により、誘導コイルに交流電圧が印加されると交番磁束が発生し、その交番磁束は円筒状鉄心及びローラ本体２の底部を経てローラ本体２の側周壁２２を通過する。この通過によりローラ本体２に電流が発生し、その電流でローラ本体２はジュール発熱する。
【００３４】
しかして本実施形態の誘導発熱ローラ装置１００は、先端側軸受７をハウジング４の先端部近傍に設けることによりローラ本体２内に位置させるとともに、先端側軸受７を磁束発生機構５と向かい合わない位置、すなわち、側面から視て（軸線と直交する方向から視て）磁束発生機構５と先端側軸受７とが互いに異なる位置であって一部分でも実質的に重ならないように配置している。より具体的には、ハウジング４の円筒部４１１の先端部に設けられており、この円筒部４１１の先端部前方には、磁束発生機構５が設けられることから、先端側軸受７は、磁束発生機構５の後端側の後方近傍に配置される構成となる。
【００３５】
また、後端側軸受８は、ハウジング４において機台９に固定される部分及びその近傍に設けられており、具体的には、フランジ部４１２が機台９に固定されることから、後端側軸受８は、フランジ部４１２内に設けられている。なお、図１においては、フランジ部４１２の軸方向における略中央部に設けられている態様を示している。
【００３６】
さらに、図２に示すように、回転軸３における先端側軸受７及び後端側軸受８の間の径寸法Ｗ１を、ローラ本体２が固定される先端部３ａの径寸法Ｗ２及びロータ６１が固定される後端部３ｂの径寸法Ｗ３よりも大きくしている。このとき、ハウジング４、具体的にはハウジング本体４１に関して言うと、回転軸３の両軸受間の径寸法Ｗ１に合わせて、ハウジング本体４１の回転軸収容部が大径化されている（図１中の符号Ｘ）。
【００３７】
また、図２に示すように、回転軸３における先端側軸受７の設置部３ｃの径寸法Ｗ４及び後端側軸受８の設置部３ｄの径寸法Ｗ５をローラ本体２が固定される先端部３ａの径寸法Ｗ２及びロータ６１が固定される後端部３ｂの径寸法Ｗ３よりも大きくしている。このように、各軸受７、８の設置部３ｃ、３ｄの径寸法Ｗ４、Ｗ５を大きくしていることにより、軸受７、８の許容ラジアル荷重を増加させることができ、ラジアル荷重に対する寿命を長くすることができる。なお、軸受７、８の転動体の相対速度が高速化することから許容最高回転数が低下してしまうが、先端側軸受７が磁束発生機構５の後方に位置することから、ハウジング４の軸受収容部を大きくとることができ、ラジアル荷重と回転数との両者において最適な軸受選択が可能となる。
【００３８】
さらに本実施形態の誘導発熱ローラ装置１００においては、回転軸３における先端側軸受７及び後端側軸受８の間の径寸法Ｗ１を、ローラ本体２が固定される先端部３ａの径寸法Ｗ２及びロータ６１が固定される後端部３ｂの径寸法Ｗ３よりも大きくすることによって、回転軸３、ローラ本体２及びロータ６１により構成される回転軸３系の軸方向の重心位置が、先端側軸受７及び後端側軸受８の間に位置するように構成されている。また、ローラ本体２の質量と回転軸３における先端側軸受７よりも先端側の質量との合成の重心位置が、先端側軸受７及び後端側軸受８の間に位置するように構成されている。これならば、回転軸３系の重心位置が曲げ剛性の高い軸受７、８間に存在するので、回転軸３系の回転安定性が得やすく、振動加速度及び振動振幅を小さくすることができる。したがって、回転危険速度を十分に大きくすることができ、要求回転速度を満たし易くなる。
【００３９】
＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態に係る誘導発熱ローラ装置１００によれば、磁束発生機構５をハウジング４の先端部に設けてローラ本体２における軸方向先端側の内周面に沿うように配置し、ハウジング４の先端部近傍に先端側軸受７を設けて先端側軸受７を磁束発生機構５と向かい合わない位置に配置していることにより、先端側軸受７が磁束発生機構５の後方近傍に配置される構造としているので、磁束発生機構５に邪魔されることなく、さらにはローラ本体２を大径化することなく、軸受７、８間の径寸法Ｗ１、先端側軸受７の設置部３ｃの径寸法Ｗ４及び後端側軸受８の設置部３ｄの径寸法Ｗ５を大きくすることができる。
【００４０】
また、先端側軸受７及び後端側軸受８を、回転軸３の先端部３ａ及び後端部３ｂの間に設けているので、ロータ６１が固定される後端部３ｂの径寸法Ｗ３に制約されることなく、軸受７、８間の径寸法Ｗ１を大きくすることができる。そして、軸受７、８間の径寸法Ｗ１を大きくすることによって、回転軸３の固有振動数を大きくすることができ、回転危険速度を大きくすることができる。
【００４１】
さらに、先端側軸受７を磁束発生機構５の後方近傍に設けることにより、軸受７、８間の距離を大きくすることができ、回転軸３の固有振動数をさらに大きくすることができるとともに、回転軸３の支持剛性を高くすることもできる。
【００４２】
＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【００４３】
例えば、前記実施形態では、磁束発生機構５及び先端側軸受７を冷却するためにハウジング４内に冷却流体通路４Ａを設けているが、その他、図３に示すように、ハウジング４におけるローラ本体２の内周面と対向する外周面（具体的には円筒部４１１の外周面）に断熱材１０を設けるようにしても良い。これによっても、定常状態における先端側軸受７の温度の上昇を抑えることができ、不安定振動の発生を抑制できる。また、図４に示すように、断熱材１０をハウジング４におけるローラ本体２の内周面と対向する外周面（具体的には円筒部４１１の外周面）及び磁束発生機構５の外周面に設けるようにしても良い。
【００４４】
また、前記実施形態では、回転軸３における軸受７、８間の径寸法Ｗ１が、回転軸３における先端側軸受７の設置部３ｃの径寸法Ｗ４及び後端側軸受８の設置部３ｄの径寸法Ｗ５よりも大きく構成されているが、図５に示すように、それらの径寸法Ｗ１、Ｗ４、Ｗ５を略同一（図４中Ｗ６）としても良い。
【００４５】
次に、変形実施形態に係る誘導発熱ローラ装置について説明する。この誘導発熱ローラ装置は、回転軸の後端側に固定されたロータ又はその近傍部材を取り外し可能に構成し、回転軸の後端側軸受の交換時にそれらが交換の邪魔にならないようにしている。
【００４６】
具体的にこの誘導発熱ローラ装置１００は、ロータ６１を回転軸３の後端部３ｂに対して着脱自在に構成している。つまり、図６に示すように、回転軸３の後端部３ｂが後端に行くに従って縮径するテーパ状をなし、ロータ６１の内周面が前記後端部３ｂのテーパに相対するテーパ状をなし、前記回転軸３の後端部３ｂにロータ６１が嵌合した状態で、ボルト、ナット等の締結要素１１によって後端部３ｂとロータ６１を締結固定している。このような構成により、後端側軸受８を交換する場合には、締結要素１１を取り外してロータ６１を取り外せば、後端側軸受１１を容易に後端側に抜くことができる。なお、このとき、ステータ６２を保持しているカバー（ステータ固定部４２）は予め取り外しておくことは言うまでもない。
【００４７】
上記の構成ではロータ６１の内面をテーパ状に加工する必要がありその加工が難しいという問題がある。そこで、図７に示すように、回転軸３の後端部３ｂとロータ６１との間にスペーサＳを介在させて、その後端部にロータ６１を固定することが考えられる。つまり、回転軸３の後端部３ｂが後端に行くに従って縮径するテーパ状をなし、スペーサＳの内周面が前記後端部３ｂのテーパに相対するテーパ状をなし、前記回転軸３の後端部３ｂにスペーサＳが嵌合した状態で、ボルト、ナット等の締結要素１１によって後端部３ｂとスペーサＳとを締結固定している。なお、スペーサＳの外面には、内径が軸方向に亘って同一のロータ６１が例えば焼き嵌めによって固定されている。このような構成により、後端側軸受８を交換する場合には、締結要素１１を取り外してスペーサＳと共にロータ６１を取り外せば、後端側軸受８を容易に後端側に抜くことができる。
【００４８】
さらに、誘導発熱ローラ装置１００は、ロータ６１が固定される後端部３ｂを後端側軸受８の設置部３ｄに対して着脱自在に構成しても良い。つまり、図８に示すように、回転軸３は、後端側軸受８の設置部３ｄ（以下、回転軸本体という。）とロータ６１が固定される後端部３ｂ（以下、後端部要素という。）とに分離されている。そして、回転軸本体３ｄが内面テーパ状をなす嵌合凹部３ｄ１を有し、後端部要素３ｂがその嵌合凹部３ｄ１のテーパに相対するテーパ状をなす挿入部３ｂ１を有し、後端部要素３ｂの挿入部３ｂ１を回転軸本体３ｄの嵌合凹部３ｄ１に挿入して嵌合した状態で、ボルト、ナット等の締結要素１１によって後端部要素３ｂと回転軸本体３ｄとを締結固定している。前記後端部要素３ｂにおける挿入部３ｂ１の後端側には、ロータ６１が例えば焼き嵌めによって固定されている。このような構成により、後端側軸受８を交換する場合には、締結要素１１を取り外して回転軸本体３ｄから後端部要素３ｂを取り外せば、後端側軸受８を容易に後端側に抜くことができる。
【００４９】
加えて前記実施形態の先端側軸受７及び後端側軸受８は転がり軸受であったが、図９に示すように、磁気軸受を用いても良い。このとき、磁気軸受のステータは、図１０に示すように、回転軸３の周りに等間隔に設けられている。本発明の誘導発熱ローラ装置１００においては、磁気軸受７、８の設置部の径を大きくすることができるので、回転軸３の周りに配置するステータの個数を多くすることができ、各ステータの吸引力（容積）を大きくすることなく、回転軸３を安定して支持することができる。なお、図１０においては、８個のステータが周方向に等間隔に配置されているが、ステータの個数はこれに限定されない。また、回転軸３の位置を安定的に維持するため、磁気軸受の近傍に位置センサ又はギャップセンサ等を配置し、磁気軸受の電磁吸引力を能動的に制御している。この磁気軸受はホモポーラ型でもバイポーラ型であっても良い。なお、磁気軸受は、ラジアル磁気軸受だけでなく、スラスト磁気軸受を併用しても良い。また、磁気軸受を用いて回転軸を支持する場合には、磁気軸受の故障又は停電などの不測の事態に回転体とその周囲の静止体とが接触しないように、定常状態では回転体と僅かな隙間を有する緊急時用の軸受（タッチダウン軸受）が配置されている。
【００５０】
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５１】
１００・・・誘導発熱ローラ装置
２ ・・・ローラ本体
２１ ・・・軸嵌合部
３ ・・・回転軸
３ａ ・・・回転軸の先端部
３ｂ ・・・回転軸の後端部
３ｃ ・・・先端側軸受の設置部
３ｄ ・・・後端側軸受の設置部
４ ・・・ハウジング
４Ａ ・・・冷却流体通路
５ ・・・磁束発生機構
６ ・・・駆動モータ
６１ ・・・ロータ
６２ ・・・ステータ
７ ・・・先端側軸受
８ ・・・後端側軸受
Ｗ１ ・・・先端側軸受及び後端側軸受の間の径寸法
Ｗ２ ・・・回転軸の先端部の径寸法
Ｗ３ ・・・回転軸の後端部の径寸法
Ｗ４ ・・・先端側軸受の設置部の径寸法
Ｗ５ ・・・後端側軸受の設置部の径寸法
１０ ・・・断熱材
１１ ・・・締結要素
【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、
前記ローラ本体の中空内に挿入され、先端部が前記ローラ本体の軸嵌合部に嵌合して固定され、後端部に駆動モータのロータが固定される回転軸と、
先端部が前記ローラ本体の中空内に延び、前記回転軸における先端部及び後端部の間を先端側軸受及び後端側軸受により回転可能に保持するとともに、前記回転軸のロータに対応する内周面に駆動モータのステータを有するハウジングと、
前記ローラ本体における軸方向先端側の内周面に沿うように前記ハウジングの先端部に設け、円筒状鉄心及びこの円筒状鉄心の外周面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、
前記先端側軸受を、前記ハウジングの先端部近傍に設けることにより前記ローラ本体内に位置させるとともに、前記先端側軸受を前記磁束発生機構と向かい合わない位置に配置しており、
前記回転軸における先端側軸受及び後端側軸受の間の径寸法を、前記ローラ本体が固定される先端部の径寸法及び前記ロータが固定される後端部の径寸法よりも大きくしている誘導発熱ローラ装置。
【請求項２】
前記回転軸における先端側軸受の設置部の径寸法及び後端側軸受の設置部の径寸法を前記ローラ本体が固定される先端部の径寸法及び前記ロータが固定される後端部の径寸法よりも大きくしている請求項１記載の誘導発熱ローラ装置。
【請求項３】
前記磁束発生機構が、前記ローラ本体の中空内において、軸方向先端側から２／３〜１／３の範囲内に設けられている請求項１又は２記載の誘導発熱ローラ装置。
【請求項４】
前記回転軸、前記ローラ本体及び前記ローラにより構成される回転軸系の軸方向の重心位置が、前記先端側軸受及び前記後端側軸受の間に位置するように構成されている請求項１、２又は３記載の誘導発熱ローラ装置。
【請求項５】
前記ハウジングにおける先端側軸受が設けられる部分に、冷却流体が流通する冷却流体通路が形成されている請求項１、２、３又は４記載の誘導発熱ローラ装置。
【請求項６】
前記ハウジングにおける前記ローラ本体の内周面と対向する外周面に断熱材を設けている請求項１、２、３、４又は５記載の誘導発熱ローラ装置。
【請求項７】
前記ロータを前記回転軸の後端部に対して着脱自在に構成している請求項１、２、３、４、５又は６記載の誘導発熱ローラ装置。
【請求項８】
前記ロータが固定される後端部を、前記後端側軸受の設置部に対して着脱自在に構成している請求項１、２、３、４、５又は６記載の誘導発熱ローラ装置。
【請求項９】
前記先端側軸受及び前記後端側軸受が、磁気軸受である請求項１、２、３、４、５、６、７又は８記載の誘導発熱ローラ装置。
【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、
前記ローラ本体の中空内に挿入され、先端部が前記ローラ本体の軸嵌合部に嵌合して固定され、後端部に駆動モータのロータが固定される回転軸と、
先端部が前記ローラ本体の中空内に延び、前記回転軸における先端部及び後端部の間を先端側軸受及び後端側軸受により回転可能に保持するとともに、前記回転軸のロータに対応する内周面に駆動モータのステータを有するハウジングと、
前記ローラ本体における軸方向先端側の内周面に沿うように前記ハウジングの先端部に設け、円筒状鉄心及びこの円筒状鉄心の外周面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、
前記先端側軸受を、前記ハウジングの先端部近傍に設けることにより前記ローラ本体内に位置させるとともに、前記先端側軸受を前記磁束発生機構と向かい合わない位置に配置しており、
前記回転軸における先端側軸受及び後端側軸受の間の径寸法を、前記ローラ本体が固定される先端部の径寸法及び前記ロータが固定される後端部の径寸法よりも大きくしている誘導発熱ローラ装置。
【請求項２】
前記回転軸における先端側軸受の設置部の径寸法及び後端側軸受の設置部の径寸法を前記ローラ本体が固定される先端部の径寸法及び前記ロータが固定される後端部の径寸法よりも大きくしている請求項１記載の誘導発熱ローラ装置。
【請求項３】
前記磁束発生機構が、前記ローラ本体の中空内において、軸方向先端側から２／３〜１／３の範囲内に設けられている請求項１又は２記載の誘導発熱ローラ装置。
【請求項４】
前記回転軸、前記ローラ本体及び前記ローラにより構成される回転軸系の軸方向の重心位置が、前記先端側軸受及び前記後端側軸受の間に位置するように構成されている請求項１、２又は３記載の誘導発熱ローラ装置。
【請求項５】
前記ハウジングにおける先端側軸受が設けられる部分に、冷却流体が流通する冷却流体通路が形成されている請求項１、２、３又は４記載の誘導発熱ローラ装置。
【請求項６】
前記ハウジングにおける前記ローラ本体の内周面と対向する外周面に断熱材を設けている請求項１、２、３、４又は５記載の誘導発熱ローラ装置。
【請求項７】
前記ロータを前記回転軸の後端部に対して着脱自在に構成している請求項１、２、３、４、５又は６記載の誘導発熱ローラ装置。
【請求項８】
前記ロータが固定される後端部を、前記後端側軸受の設置部に対して着脱自在に構成している請求項１、２、３、４、５又は６記載の誘導発熱ローラ装置。
【請求項９】
前記先端側軸受及び前記後端側軸受が、磁気軸受である請求項１、２、３、４、５、６、７又は８記載の誘導発熱ローラ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２７７９８１（Ｐ２０１０−２７７９８１Ａ）
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８２６４８（Ｐ２００９−１８２６４８）
【出願日】平成２１年８月５日（２００９．８．５）
【出願人】（０００１１０１５８）トクデン株式会社 (91)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月５日（２００９．８．５）
【出願人】（０００１１０１５８）トクデン株式会社 (91)
【Ｆターム（参考）】
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