CN111630937A - 加热辊以及纺丝拉伸装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及加热辊以及纺丝拉伸装置。在设置有均热部件的构成中，使辊表面有效地升温。加热辊(30)为，辊主体(31)的外筒部(33)被加热，具备均热部件(36)，该均热部件(36)以与外筒部(33)的内周面接触的方式构成为圆筒状，轴向的热传导率比外筒部(33)的至少内周面的热传导率高，均热部件(36)的径向的热传导率比轴向的热传导率低。

Description

加热辊以及纺丝拉伸装置

技术领域

本发明涉及加热辊以及具备该加热辊的纺丝拉伸装置。

背景技术

作为辊的外筒部被加热的加热辊，例如已知有在外周面上卷挂多根丝线并对多根丝线进行加热的加热辊。在这样的加热辊中，当辊表面的温度在轴向上变得不均匀时，在各丝线之间加热程度产生差异，丝线的质量有可能产生偏差。关于这一点，在专利文献1所记载的加热辊中，在辊主体的外筒部中，以沿着轴向延伸的方式设置有被封入了气液两相的热介质的封套室。该封套室作为热管发挥功能，由此能够使辊表面的温度在轴向上均匀化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-100437号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，在如专利文献1那样，将热管(封套室)设置于辊主体的外筒部的构成中，不得不增大外筒部的厚度。其结果，外筒部的热容量变大，存在辊表面的升温需要较多能量这样的问题。因此，本申请发明人研究了如下情况：以与辊主体的外筒部的内周面接触的状态设置热传导率比辊主体高的圆筒状的均热部件。如此，均热部件能够发挥热管的作用，能够省略外筒部的热管，因此能够减小外筒部的厚度。然而，当仅使热传导率较高的均热部件简单地与外筒部的内周面接触时，即使外筒部的厚度较小，也存在无法如预想那样使辊表面有效地升温这样的问题。

鉴于以上的课题，本发明的加热辊的目的在于，在设置有均热部件的构成中，使辊表面有效地升温。

用于解决课题的手段

本发明的加热辊的第一方式为一种加热辊，辊主体的被加热部被加热，其特征在于，具备均热部件，该均热部件以与上述被加热部的内周面接触的方式构成为圆筒状，轴向的热传导率比上述被加热部的至少内周面的热传导率高，上述均热部件的径向的热传导率比轴向的热传导率低。

本申请发明人进行锐意研究的结果，发现：在设置有均热部件的情况下，无法使辊表面的温度有效地升温的原因在于，较多的热从辊主体的被加热部在均热部件中向径向内侧移动，并从均热部件的内周面散热。因此，在本发明的第一方式中，使均热部件的径向的热传导率比轴向的热传导率低。由此，热变得难以从辊主体的被加热部向径向内侧逃逸，能够抑制辊表面的温度下降。因而，能够使辊表面有效地升温。

在本发明中可以为，上述均热部件的周向的热传导率比径向的热传导率高。

在使均热部件的热传导性具有各向异性的情况下，当周向的热传导率与径向的热传导率同样较低时，在辊表面的周向上温度分布容易产生不均。因此，如上所述，通过使周向的热传导率大于径向的热传导率，由此不仅能够使轴向的温度分布有效地均匀化，而且还能够使周向的温度分布有效地均匀化。

在本发明中可以为，上述均热部件由纤维复合材料构成，该纤维复合材料是多根纤维材料隔着热传导率比上述纤维材料低的母材在径向上层叠而成的。

根据这样的纤维复合材料，在径向上存在于纤维材料与纤维材料之间的母材具有绝热的作用，能够降低径向的热传导率。因而，适合作为均热部件的材料。

在本发明中可以为，上述纤维复合材料具有包含上述纤维材料和上述母材的片状部件在径向上层叠而成的构造。

如此，通过使纤维复合材料成为片状部件的层叠构造，由此能够在各片状部件之间形成由母材构成的层，能够更有效地降低径向的热传导率。

在本发明中可以为，在上述纤维复合材料中，上述纤维材料主要被沿着轴向取向。

如果纤维材料主要被沿着轴向取向，则能够提高轴向的热传导率，能够使辊表面的轴向的温度分布更有效地均匀化。另外，“主要被沿着轴向取向”的含义为，不需要全部纤维材料都被沿着轴向取向，只要至少过半数的纤维材料被沿着轴向取向即可。

在本发明中可以为，在上述纤维复合材料中，上述纤维材料被三维地随机取向。

这样的被随机取向的纤维复合材料的制造成本通常比纤维材料被沿着预定方向取向的成本低。因而，能够降低加热辊的制造成本。

在本发明中可以为，在由上述纤维复合材料构成的上述均热部件中，在径向的各位置处得到的与径向正交的截面中的上述纤维材料的填充率的最低值，小于在轴向的各位置处得到的与轴向正交的截面中的上述纤维材料的填充率的最低值。

虽然将在之后进行详细说明，但是根据这样的构成，能够使径向的热传导率比轴向的热传导率低，因此适合作为均热部件的材料。

在本发明中可以为，在由上述纤维复合材料构成的上述均热部件中，在径向的各位置处得到的与径向正交的截面中的上述纤维材料的填充率的最低值，比在周向的各位置处得到的与周向正交的截面中的上述纤维材料的填充率的最低值小。

虽然将在之后进行详细说明，但根据这样的构成，能够使径向的热传导率比周向的热传导率低，因此适合作为均热部件的材料。

在本发明中可以为，由上述纤维复合材料构成的上述均热部件，通过将多个均热片沿着周向排列而形成为圆筒状。

根据纤维复合材料的制造方法的不同，有时难以成型为圆筒状。但是，通过将均热部件构成为多个均热片的集合体，由此即使是难以成型为圆筒状的纤维复合材料，也能够采用为均热部件。

在本发明中可以为，上述纤维材料为碳纤维。

碳纤维是具有较高的热传导率的轻量材料。因而，通过由含有碳纤维的纤维复合材料来构成均热部件，由此能够使辊表面的温度分布更均匀化，并且能够实现加热辊的轻量化。

在本发明中可以为，在上述均热部件的内周面上，设置有热阻值比上述被加热部的至少内周面高的绝热部。

通过设置这样的绝热部，能够更有效地抑制从均热部件的内周面散热，能够使辊表面更有效地升温。

本发明的加热辊的第二方式为一种加热辊，辊主体的被加热部被加热，其特征在于，具备均热部件，该均热部件以与上述被加热部的内周面接触的方式构成为圆筒状，轴向的热传导率比上述被加热部的至少内周面的热传导率高，在上述均热部件的内周面上设置有热阻值比上述被加热部的至少内周面高的绝热部。

在本发明的第二方式中，在均热部件的内周面上设置有绝热部。由此，抑制从均热部件的内周面散热，热变得难以从辊主体的被加热部向径向内侧逃逸，因此能够抑制辊表面的温度下降。因而，能够使辊表面有效地升温。

在本发明中可以为，上述绝热部为非磁性体且为非导电体。

如果使绝热部为非磁性体且为非导电体，则在加热辊为感应加热式的情况下，能够抑制磁通在绝热部中通过以及在绝热部中流动涡电流。其结果，能够使辊主体的被加热部中的发热量增加，能够使辊表面有效地升温。

在本发明的第一方式和第二方式中可以为，具备配置在上述辊主体内部的线圈，通过对上述线圈通电，由此上述被加热部被感应加热。

在这样的感应加热式的加热辊的情况下，难以精细地控制发热分布，而温度分布容易产生不均。因而，能够通过均热部件使辊表面的温度分布均匀化的本发明尤其有效。

在本发明中可以为，上述均热部件的相对磁导率比上述被加热部的相对磁导率低。

如此，在加热辊为感应加热式的情况下，与均热部件相比，磁通更容易在辊主体的被加热部中通过。其结果，能够使辊主体的被加热部中的发热量增加，能够使辊表面有效地升温。

在本发明中可以为，上述均热部件的周向的电阻率比上述被加热部的电阻率高。

如此，在加热辊为感应加热式的情况下，与均热部件相比，在辊主体的被加热部中流动更多涡电流。其结果，能够使辊主体的被加热部中的发热量增加，能够使辊表面有效地升温。

本发明的纺丝拉伸装置为，具备上述任一个加热辊，其特征在于，在上述加热辊的外周面上沿着轴向排列地卷挂有多根丝线。

根据本发明的纺丝拉伸装置，能够使辊表面的温度分布均匀化，并且能够使辊表面有效地升温。因而，卷挂于加热辊的丝线的质量稳定，能够生产高质量的丝线。

附图说明

图1是表示具备本实施方式的感应加热辊的纺丝牵引机的示意图。

图2是本实施方式的感应加热辊的沿着轴向的截面图。

图3是表示均热部件的立体图。

图4是表示均热片的制造工序的立体图。

图5是表示均热片的变形例的立体图。

图6是与周向正交的截面中的均热片的示意图以及表示碳纤维的填充率的分布的图。

图7是与轴向正交的截面中的均热片的示意图以及表示碳纤维的填充率的分布的图。

图8是表示辊主体以及均热部件的各物理参数的表。

图9是表示基于单纤维卷绕法的均热部件的制造工序的立体图。

图10是其他实施方式的感应加热辊的沿着轴向的截面图。

图11是表示其他实施方式的辊主体以及均热部件的各物理参数的表。

具体实施方式

(纺丝牵引机)

对本发明的实施方式进行说明。图1是表示具备本实施方式的感应加热辊的纺丝牵引机的示意图。如图1所示，纺丝卷绕机1构成为，对于从纺丝装置2连续地纺出的由聚酯等熔融纤维材料固化而形成的多根(此处为6根)丝线Y，在通过纺丝拉伸装置3进行了拉伸之后，通过丝线卷绕装置4进行卷绕。另外，在以下，参照在各图中标注的方向来进行说明。

纺丝装置2通过将聚酯等熔融纤维材料连续地纺出而生成多根丝线Y。从纺丝装置2纺出的多根丝线Y，在通过油剂导丝器10赋予了油剂之后，经由引导辊11被送至纺丝拉伸装置3。

纺丝拉伸装置3是对多根丝线Y进行加热拉伸的装置，配置在纺丝装置2的下方。纺丝拉伸装置3具有收纳在保温箱12内部的多个(此处为5个)导丝辊21～25。各导丝辊21～25是由马达旋转驱动并且通过向线圈通电而被感应加热的感应加热辊，卷挂有多根丝线Y。在保温箱12的右侧面部的下部形成有用于将多根丝线Y向保温箱12内部导入的导入口12a，在保温箱12的右侧面部的上部形成有用于将多根丝线Y向保温箱12外部导出的导出口12b。多根丝线Y从下侧的导丝辊21起依次对各导丝辊21～25以小于360度的卷挂角进行卷挂。

下侧3个导丝辊21～23是用于在对多根丝线Y进行拉伸之前进行预热的预热辊，这些辊的表面温度被设定为丝线Y的玻璃化转变点以上的温度(例如90～100℃左右)。另一方面，上侧2个导丝辊24、25是用于对拉伸后的多根丝线Y进行热定形的调质辊，这些辊的表面温度被设定为比下侧3个导丝辊21～23的辊表面温度高的温度(例如150～200℃左右)。此外，上侧2个导丝辊24、25的丝线输送速度比下侧3个导丝辊21～23的丝线输送速度快。

经由导入口12a导入到保温箱12的多根丝线Y，首先在通过导丝辊21～23输送的期间被预热至能够拉伸的温度。预热后的多根丝线Y通过导丝辊23与导丝辊24之间的丝线输送速度之差而被拉伸。进而，多根丝线Y在通过导丝辊24、25输送的期间被加热到更高温度，拉伸后的状态被热定形。如此拉伸后的多根丝线Y经由导出口12b导出到保温箱12的外部。

由纺丝拉伸装置3拉伸后的多根丝线Y，经由引导辊13被送至丝线卷绕装置4。丝线卷绕装置4是卷绕多根丝线Y的装置，配置在纺丝拉伸装置3的下方。丝线卷绕装置4具备筒管支架14、接触辊15等。筒管支架14具有沿着前后方向延伸的圆筒形状，由未图示的马达旋转驱动。在筒管支架14上，以沿着其轴向排列的状态安装有多个筒管B。丝线卷绕装置4通过使筒管支架14旋转，由此在多个筒管B上同时卷绕多根丝线Y，而生产多个卷装P。接触辊15与多个卷装P的表面接触而赋予规定的接触压力，对卷装P的形状进行调整。

(感应加热辊)

图2是本实施方式的感应加热辊30的沿着轴向的截面图。在图2中，对于与感应加热辊30连结的马达50，仅图示出输出轴51以及壳体52的一部分。图2所示的感应加热辊30被应用于图1中的导丝辊21～25的全部。

感应加热辊30具有沿着轴向(前后方向)的圆筒状的辊主体31、以及配置在辊主体31内部的线圈32。通过向线圈32供给高频电流，由此在线圈32的周围产生变动磁场。此时，通过电磁感应产生在辊主体31的外筒部33沿着周向流动的涡电流，通过其焦耳热对外筒部33进行加热。另外，由于集肤效应，涡电流主要在外筒部33的内周面附近产生。

辊主体31由既是磁性体又是导体的碳钢构成。辊主体31一体形成有：位于线圈32的径向外侧的圆筒状的外筒部33；位于线圈32的径向内侧的圆筒状的轴心部34；以及将外筒部33的前端部与轴心部34的前端部相连的圆板状的端面部35。但是，只要外筒部33以及端面部35是磁性体且是导体，则外筒部33以及端面部35也可以是不同材料。此外，即使在外筒部33以及端面部35由相同材料构成的情况下，也可以使外筒部33以及端面部35成为不同部件。辊主体31的后端侧开口，马达50的输出轴51从该开口插入到辊主体31内。另外，轴心部34并不限定于圆筒状，例如也可以是圆锥台那样具有倾斜的形状。

在辊主体31的内部设置有圆筒状的均热部件36，该均热部件36以与外筒部33的内周面接触的方式配置。均热部件36的外径与外筒部33的内径大致相同，均热部件36的外周面遍及整面与外筒部33的内周面接触。当将在辊表面上卷挂有多根丝线Y的轴向的区域设为卷挂区域R时，均热部件36在轴向上遍及包括卷挂区域R在内的范围而设置。

均热部件36能够从辊主体31后端侧的开口插入。均热部件36的轴向长度与辊主体31的外筒部33的轴向长度大致相同。均热部件36的前端部与辊主体31的端面部35抵接。均热部件36的后端部通过环状的固定部件37固定于外筒部33的后端部。关于均热部件36将在之后进行详细说明。

在辊主体31的轴心部34形成有沿着轴向延伸设置的轴安装孔34a。在轴安装孔34a中，通过未图示的固定机构固定有马达50的输出轴51。由此，辊主体31由马达50悬臂支承，辊主体31能够与输出轴51一体旋转。

线圈32具有在圆筒状的绕线管部件39的外周面上卷绕有导线的构成。绕线管部件39与辊主体31同样由碳钢构成。虽然省略图示，但绕线管部件39不是完全的圆筒形状，而具有周向的一部分被切断的C字状的截面形状。因此，在绕线管部件39中难以流动涡电流，能够抑制绕线管部件39中的发热。绕线管部件39安装于马达50的壳体52。

在壳体52上形成有环状的凹部52a。在凹部52a内，以不与凹部52a的构成面接触的方式配置有上述固定部件37。马达50的输出轴51经由未图示的轴承而能够旋转地支承于壳体52，当使马达50动作时，辊主体31与输出轴51一体旋转。

(均热部件)

设置均热部件36是为了使辊主体31的外筒部33的外周面(辊表面)上的温度分布均匀化。为了实现这样的目的，要求均热部件36的热传导率比辊主体31的热传导率高。但是，当仅简单地使用具有较高热传导率的材料时，在均热部件36中也会产生较多向径向内侧的热移动，从均热部件36的内周面的散热量容易变大。于是，热容易从辊主体31的外筒部33向径向内侧逃逸，变得无法使辊表面有效地升温。因此，在本实施方式中，通过在均热部件36中采用径向的热传导率比轴向的热传导率低的各向异性材料，来解决上述问题。具体而言，本实施方式的均热部件36由含有碳纤维和石墨的C/C复合材料(碳纤维强化碳复合材料)构成。

图3是表示均热部件36的立体图。均热部件36作为整体形成为圆筒状。但是，如在之后说明的那样，构成均热部件36的C/C复合材料的形状一般为板状，难以成型为圆筒状。因此，在本实施方式中，将圆筒状的均热部件36构成为集合体，该集合体是将多个较小板状的均热片38沿着周向以铺满的方式排列而成的。

对均热片38的制造方法进行说明。图4是表示均热片38的制造工序的立体图。在制造C/C复合材料时，首先，如图4的a图所示那样，准备多个片状部件41。该片状部件41是包括被沿着规定方向取向的碳纤维41a和由树脂、沥青构成的母材41b的片状的部件。各片状部件41基本上以碳纤维41a的取向方向一致的方式层叠。但是，为了避免产生强度较弱的方向，一部分的片状部件41(例如，图4的a图中的从上起第三层的片状部件41)以碳纤维41a的取向方向与其他片状部件41的碳纤维41a的取向方向交叉的方式层叠。在图4的a图中，图示了从上起第三层的片状部件41的碳纤维41a的取向方向与其他片状部件41的碳纤维41a的取向方向正交的情况，但不必须正交。另外，由于一根碳纤维非常细，因此碳纤维一般以将多根纤维捆束而成的纤维束的状态使用。此外，在本实施方式中，作为碳纤维，使用热传导率较高的沥青类碳纤维。

接着，对层叠配置的多个片状部件41进行烧成，并使母材41b碳化，由此如图4的b图所示，得到较薄的长方体状的板状部件42。碳化而成为石墨的母材41b的热传导率比碳纤维41a的热传导率小。此处，当保持板状部件42不变时，无法使其沿着辊主体31的外筒部33的内周面，因此如图4的c图所示，对板状部件42的一部分进行切削加工，以使板状部件42的表面成为圆弧状。由此，完成均热片38。另外，在图4的c图中，不仅均热片38的外周面成为圆弧状，而且内周面也成为圆弧状，但并不必须使内周面成为圆弧状。例如，如图5所示，也可以使均热片38的内周面保持平面状不变。如此，能够缩短板状部件42的切削工时。

均热片38被配置为，片状部件41的层叠方向与感应加热辊30的径向一致，碳纤维41a的主要取向方向与感应加热辊30的轴向一致。另外，在图4以及图5中，为了方便而记载了相互邻接的片状部件41的边界面，但实际上各片状部件41的母材41b连续，无法观察到边界面(在图6以及图7中也同样)。

对如此制造出的均热片38的内部构造进行详细说明。图6是与周向正交的截面中的均热片38的示意图以及表示碳纤维41a的填充率的分布的图，图7是与轴向正交的截面中的均热片38的示意图以及表示碳纤维41a的填充率的分布的图。此处，所谓碳纤维41a的填充率，表示在某个截面中存在碳纤维41a(实际上是纤维束)的区域的比例。在以下，将碳纤维41a的填充率简称为填充率。此外，在图6以及图7的截面图中，示意性地图示了纤维束状态下的碳纤维41a。

在图6中，均热片38的截面图的左侧所记载的曲线图，表示均热片38的径向的各位置(实际上是每规定距离)处的与径向正交的截面中的填充率。此外，均热片38的截面图的下侧所记载的曲线图，表示均热片38的轴向的各位置(实际上是每规定距离)处的与轴向正交的截面中的填充率。同样，在图7中，均热片38的截面图的左侧所记载的曲线图，表示均热片38的径向的各位置(实际上是每规定距离)处的与径向正交的截面中的填充率(与图6的情况相同)。此外，均热片38的截面图的下侧所记载的曲线图，表示均热片38的周向的各位置(实际上是每规定距离)处的与周向正交的截面中的填充率。

在具有将片状部件41层叠而成的构造的均热片38中，相互邻接的片状部件41的边界面附近主要被母材41b占据。因此，在边界面附近填充率变得极低，在径向上填充率的变动较大(参照图6以及图7)。另一方面，由于碳纤维41a主要被沿着轴向取向，因此在轴向上填充率的变动较小，而以比较高的值成为大致一定(参照图6)。此外，由于碳纤维41a主要被沿着轴向取向，因此在周向上在碳纤维41a之间存在母材41b的部分较多。因此，在周向上填充率的变动较大(参照图7)。

某个方向上的均热片38的热传导率与该方向上的填充率的变动存在较大的相关性。即，如果在某个方向上存在填充率较低的部分，则该部分的热传导率变低，作为均热片38整体而该方向上的热传导率也降低。反之，如果在某个方向上填充率以比较高的值成为大致一定，则在该方向上容易沿着碳纤维41a产生热传导，而均热片38的热传导率变高。本发明人发现：能够通过与某个方向正交的截面中的填充率的最低值S1～S3将这种特性指标化。S1表示与轴向正交的截面中的填充率的最低值，S2表示与径向正交的截面中的填充率的最低值，S3表示与周向正交的截面中的填充率的最低值。

在图6所示的例子中，S2＜S1这样的关系成立。这意味着均热片38的径向的热传导率比轴向的热传导率低。同样，在图7所示的例子中，S2≈S3这样的关系成立。这意味着均热片38的径向的热传导率与周向的热传导率大致相同。

图8是表示辊主体31以及均热部件36的各物理参数的表。另外，图8的各物理参数是常温下的数值(图11也同样)。通过用上述均热片38来构成均热部件36，由此均热部件36(轴向取向的C/C复合材料)的轴向的热传导率变得高于辊主体31(外筒部33)的热传导率。因此，能够使辊表面的轴向上的温度分布均匀化，这对于使丝线Y的质量稳定来说较重要。另外，只要均热部件36的轴向的热传导率比外筒部33的至少内周面的热传导率高，就能够得到使辊表面的温度分布均匀的效果。此外，均热部件36的径向的热传导率变得低于轴向的热传导率。因此，能够抑制从辊主体31的外筒部33向径向内侧的热传导，由此能够使辊表面有效地升温。

进而，由C/C复合材料构成的均热部件36在以下方面也有利。C/C复合材料是非磁性体，相对磁导率比构成辊主体31(外筒部33)的碳钢的相对磁导率低。因此，与均热部件36相比，磁通更容易通过辊主体31的外筒部33，能够使外筒部33中的发热量增加。此外，C/C复合材料的周向的电阻率比辊主体31(外筒部33)的电阻率高。因此，与均热部件36相比，在外筒部33中流动更多的涡电流，能够使外筒部33中的发热量增加。因而，能够使辊表面更有效地升温。进而，C/C复合材料还具有耐热性优异、非常轻量这样的优点，因此最适合用于感应加热辊30。

(效果)

如以上那样，在本实施方式中，使均热部件36的径向的热传导率比轴向的热传导率低。由此，热难以从辊主体31的外筒部33(相当于本发明的被加热部)向径向内侧逃逸，能够抑制辊表面的温度下降。因而，能够使辊表面有效地升温。

在本实施方式中，均热部件36由纤维复合材料构成，该纤维复合材料是多个纤维材料41a隔着热传导率比该纤维材料41a低的母材41b在径向上层叠而成的。根据这样的纤维复合材料，在径向上存在于纤维材料41a与纤维材料41a之间的母材41b具有绝热的作用，由此能够降低径向的热传导率。因而，适合作为均热部件36的材料。

在本实施方式中，上述纤维复合材料具有包括纤维材料41a和母材41b的片状部件41在径向上层叠而成的构造。如此，通过使纤维复合材料成为片状部件41的层叠构造，由此能够在各片状部件41之间形成由母材41b构成的层，能够更有效地降低径向的热传导率。

在本实施方式中，上述纤维复合材料具有的构成为，纤维材料41a主要被沿着轴向取向。如果纤维材料41a主要被沿着轴向取向，则能够提高轴向的热传导率，能够更有效地使辊表面的轴向的温度分布均匀化。另外，“主要被沿着轴向取向”的含义为，不需要全部纤维材料41a都被沿着轴向取向，而至少过半数的纤维材料41a被沿着轴向取向即可。

在本实施方式中，在由上述纤维复合材料构成的均热部件36中，在径向的各位置处得到的与径向正交的截面中的纤维材料41a的填充率的最低值S2，比在轴向的各位置处得到的与轴向正交的截面中的纤维材料41a的填充率的最低值S1小。根据这样的构成，由于能够使径向的热传导率比轴向的热传导率低，因此适合作为均热部件36的材料。

在本实施方式中，由上述纤维复合材料构成的均热部件36为，通过将多个均热片38沿着周向排列而形成为圆筒状。根据纤维复合材料的制造方法的不同，有时难以成型为圆筒状。但是，通过将均热部件36构成为多个均热片38的集合体，由此即使是难以成型为圆筒状的纤维复合材料，也能够采用于均热部件36。

在本实施方式中，使纤维材料41a为碳纤维。碳纤维是具有较高的热传导率的轻量材料。因而，通过用含有碳纤维的纤维复合材料来构成均热部件36，由此能够使辊表面的温度分布更均匀化，并且能够实现加热辊30的轻量化。

在本实施方式中，使上述碳纤维为沥青类碳纤维。作为碳纤维，已知有使用了沥青的沥青类碳纤维和使用了丙烯纤维的PAN类碳纤维，沥青类碳纤维具有比PAN类碳纤维高的热传导率。因此，通过使用沥青类碳纤维，能够进一步提高均热部件36的热传导率，能够更有效地使辊表面的温度分布均匀化。

在本实施方式中，使上述纤维复合材料为含有碳纤维和石墨的C/C复合材料(碳纤维强化碳复合材料)。即使是在含有碳纤维的纤维复合材料中，C/C复合材料也具有较高的热传导率，且耐热性也较高。因而，通过在均热部件36中采用C/C复合材料，由此能够提供一种加热辊30，能够更有效地使辊表面的温度分布均匀化，并且还能够耐受高温。

在本实施方式中构成为，具备配置在辊主体31内部的线圈32，通过对线圈32通电，由此外筒部33被感应加热。在这样的感应加热式的加热辊30的情况下，难以精细地控制发热分布，而温度分布容易产生不均。因而，能够通过均热部件36使辊表面的温度分布均匀化的本发明尤其有效。

在本实施方式中，均热部件36的相对磁导率比外筒部33的相对磁导率低。如此，在加热辊30为感应加热式的情况下，与均热部件36相比，磁通更容易通过辊主体31的外筒部33。其结果，能够使辊主体31的外筒部33中的发热量增加，能够使辊表面有效地升温。

在本实施方式中，均热部件36的周向的电阻率比外筒部33的电阻率高。如此，在加热辊30为感应加热式的情况下，与均热部件36相比，在辊主体31的外筒部33中流动更多的涡电流。其结果，能够使辊主体31的外筒部33中的发热量增加，能够使辊表面有效地升温。

如本实施方式那样，通过使均热部件36的相对磁导率比外筒部33的相对磁导率低，且使均热部件36的周向的电阻率比外筒部33的电阻率高，由此使辊主体31的外筒部33中的发热量增加的效果变得更加显著，能够使辊表面更有效地升温。

在本实施方式中，在加热辊30的外周面上沿着轴向排列地卷挂有多根丝线Y。如上所述，本实施方式的加热辊30能够使辊表面的温度分布均匀化，并且能够使辊表面有效地升温。因而，卷挂于加热辊30的丝线Y的质量稳定，能够生产高质量的丝线Y。

(均热部件的变形例1)

在上述实施方式中，使用了碳纤维41a主要被沿着轴向取向的均热部件36，但不必须使碳纤维41a沿着轴向取向。例如，也可以使均热部件36成为具有将碳纤维被三维地随机取向的片状部件层叠而成的构造的C/C复合材料。在该情况下，由于相互邻接的片状部件的边界面附近主要被母材占据，因此也能够降低径向的热传导率。

在将碳纤维随机取向的情况下，关于上述填充率，S2＜S1、S2＜S3这样的关系成立。其结果，如图8所示，即使在随机取向的情况下，均热部件36的径向的热传导率也变得低于轴向的热传导率。此外，周向的热传导率变得高于径向的热传导率。如此，通过使周向的热传导率大于径向的热传导率，由此不仅轴向的温度分布而且周向的温度分布也能够有效地均匀化。此外，纤维材料被随机取向的纤维复合材料的制造成本一般比纤维材料被沿着规定方向取向的成本便宜。因而，能够降低加热辊30的制造成本。

(均热部件的变形例2)

在上述实施方式中，均热部件36由C/C复合材料构成，但也可以使用其他纤维复合材料。例如，也可以使用碳纤维和树脂(例如环氧树脂)的纤维复合材料即CFRP(碳纤维强化塑料)。与C/C复合材料相比，CFRP虽然耐热性更低但更廉价。因而，在加热辊30不被要求太高耐热性的情况下，通过在均热部件36中采用CFRP，能够降低成本。此外，也可以代替沥青类碳纤维，而使构成均热部件36的碳纤维成为使用了丙烯纤维的PAN类碳纤维。进而，作为纤维材料，也可以采用碳纤维以外的材料。

(均热部件的变形例3)

在上述实施方式中，对层叠片状部件41来制造由C/C复合材料构成的均热部件36的方法进行了说明，但均热部件36的制造方法并不限定于此。例如，在制造由上述CFRP构成的均热部件的情况下，还能够采用单纤维卷绕法。图9是表示基于单纤维卷绕法的均热部件44的制造工序的立体图。

在单纤维卷绕法中，首先，如图9的a图所示，在圆筒状的心轴100的外周面上卷绕纤维束43。心轴100由未图示的支承装置支承为能够绕轴旋转，相对于旋转的心轴100一边使纤维束43在轴向上移动一边卷绕纤维束43。纤维束43由多根碳纤维构成，预先含浸有液状的母材。

如图9的b图所示，遍及心轴100的外周面整面卷绕多层纤维束43。之后，对纤维束43进行烧成，并如图9的c图所示那样，拔出心轴100，由此由圆筒状的CFRP构成的均热部件44完成。在该均热部件44中，纤维束43在径向上依次重叠卷绕，因此成为碳纤维隔着母材在径向上层叠的构成，能够降低径向的热传导率。如此，即使是除了层叠片状部件的方法以外的方法，只要成为在径向上在纤维材料与纤维材料之间存在母材的构造，则能够降低径向的热传导率。此外，通过采用单纤维卷绕法，能够直接得到圆筒状的均热部件44，因此不需要对均热片38进行加工的作业、进行组装的作业。

(其他实施方式)

(1)在上述实施方式中，使均热部件36由C/C复合材料等纤维复合材料构成。但是，例如，也能够通过热传导率比辊主体31高的铝、铜等金属材料来构成均热部件36(参照图11)，并实现辊表面的轴向以及周向的温度分布的均匀化。但是，在将这样的各向同性的金属材料用于均热部件36的情况下，容易产生向径向内侧的热传导，从均热部件36的内周面的散热量容易变大。

因此，可以如图10所示那样，在均热部件36的内周面上设置热阻值比外筒部33的至少内周面高的绝热部49。该绝热部49可以一体地形成于均热部件36的内周面，也可以以与均热部件36的内周面接触的方式配置与均热部件36不同的部件。通过设置绝热部49，能够抑制从均热部件36的内周面散热，使辊表面有效地升温。此外，由于均热部件36能够使用一般的各向同性材料，因此能够廉价地供应均热部件36。此外，一般金属材料比纤维复合材料容易进行加工，而容易成型为圆筒状，因此能够比较简单地制造圆筒状的均热部件36。

绝热部49优选为非磁性体且为非导电体。如此，能够抑制磁通在绝热部49中通过以及在绝热部49中流动涡电流。其结果，能够使辊主体31的外筒部33中的发热量增加，能够使辊表面有效地升温。具体而言，作为适合于绝热部49的材料，能够列举出：为非磁性体且为非导电体，轻量(例如比重为2.0左右以下)且耐热性(例如耐热温度为180℃左右以上)优异的玻璃棉片、含陶瓷涂料等绝热涂料。此外，根据所需要的耐热温度，还能够使用酚醛发泡材料等发泡材料(耐热温度为120℃左右)。

上述热阻值能够通过如下公式求出。

热阻值[(m²·K)/W]＝厚度[m]/热传导率[W/(m·K)]

即，如果决定了绝热部49的种类，则只要根据其热传导率以热阻值变得高于辊主体31的外筒部33的方式决定绝热部49的厚度即可。例如，在辊主体31的外筒部33的厚度为8mm、热传导率为51.5[W/(m·K)]的情况下，外筒部33的热阻值为1.6×10^-4[(m²·K)/W]。与此相对，例如，如果在绝热部49采用厚度为2mm、热传导率为0.05[W/(m·K)]的玻璃棉，则绝热部49的热阻值成为0.04[(m²·K)/W]，成为与外筒部33相比足够高的热阻值。另外，也可以在绝热部49的进一步径向内侧设置其他部件。在该情况下，在径向上位于辊主体31的外筒部33与绝热部49之间的部件作为均热部件发挥功能。

如图11所示，铝、铜为非磁性体，相对磁导率比构成辊主体31(外筒部33)的碳钢低，因此与均热部件36相比磁通更容易通过辊主体31的外筒部33。其结果，能够使辊主体31的外筒部33中的发热量增加，能够使辊表面有效地升温。

然而，在碳钢、铝、铜等金属材料那样的各向同性材料的情况下，各物理参数与方向无关而具有一个数值。因而，在各向同性材料的情况下，被限定为“轴向上”、“周向上”、“径向上”的物理参数意味着上述一个数值。

(2)如上述实施方式那样，在由C/C复合材料等纤维复合材料构成了均热部件36的情况下，也可以进一步在其内周面上设置与图10的绝热部49同样的绝热部。如此，能够更有效地抑制从均热部件36的内周面散热，能够使辊表面更有效地升温。

(3)在上述实施方式中，辊主体31被悬臂支承。但是，也可以是辊主体31被两端支承的构成。

(4)在上述实施方式中，在一个感应加热辊30上卷挂有多根丝线Y，因此通过使辊表面的轴向的温度分布均匀化，在能够降低多根丝线Y的质量偏差这一点上有益。但是，本发明当然也能够应用于卷绕有一根丝线的感应加热辊。

(5)在上述实施方式中，对将本发明的加热辊应用于感应加热辊30的情况进行了说明。但是，也可以将本发明应用于不是感应加热式的加热辊。

(6)在上述实施方式中，说明了对丝线Y进行加热的加热辊30。但是，加热辊30的用途并不限定于对丝线Y进行加热，也可以对丝线Y以外的薄膜、纸等进行加热。

符号的说明

3：纺丝拉伸装置；30：感应加热辊(加热辊)；31：辊主体；32：线圈；33：外筒部(被加热部)；36：均热部件；38：均热片；41：片状部件；41a：碳纤维(纤维材料)；41b：母材；49：绝热部；Y：丝线。

Claims (17)

1.一种加热辊，辊主体的被加热部被加热，其特征在于，

具备均热部件，该均热部件以与上述被加热部的内周面接触的方式构成为圆筒状，轴向的热传导率比上述被加热部的至少内周面的热传导率高，

上述均热部件的径向的热传导率比轴向的热传导率低。

2.如权利要求1所述的加热辊，其特征在于，

上述均热部件的周向的热传导率比径向的热传导率高。

3.如权利要求1或2所述的加热辊，其特征在于，

上述均热部件由纤维复合材料构成，该纤维复合材料是多个纤维材料隔着热传导率比上述纤维材料低的母材在径向上层叠而成的。

4.如权利要求3所述的加热辊，其特征在于，

上述纤维复合材料具有包含上述纤维材料和上述母材的片状部件在径向上层叠而成的构造。

5.如权利要求3或4所述的加热辊，其特征在于，

在上述纤维复合材料中，上述纤维材料主要被沿着轴向取向。

6.如权利要求3或4所述的加热辊，其特征在于，

在上述纤维复合材料中，上述纤维材料被三维地随机取向。

7.如权利要求3至6中任一项所述的加热辊，其特征在于，

在由上述纤维复合材料构成的上述均热部件中，在径向的各位置处得到的与径向正交的截面中的上述纤维材料的填充率的最低值，小于在轴向的各位置处得到的与轴向正交的截面中的上述纤维材料的填充率的最低值。

8.如权利要求3至7中任一项所述的加热辊，其特征在于，

在由上述纤维复合材料构成的上述均热部件中，在径向的各位置处得到的与径向正交的截面中的上述纤维材料的填充率的最低值，小于在周向的各位置处得到的与周向正交的截面中的上述纤维材料的填充率的最低值。

9.如权利要求3至8中任一项所述的加热辊，其特征在于，

由上述纤维复合材料构成的上述均热部件，通过将多个均热片沿着周向排列而形成为圆筒状。

10.如权利要求3至9中任一项所述的加热辊，其特征在于，

上述纤维材料为碳纤维。

11.如权利要求1至10中任一项所述的加热辊，其特征在于，

在上述均热部件的内周面上，设置有热阻值比上述被加热部的至少内周面高的绝热部。

12.一种加热辊，辊主体的被加热部被加热，其特征在于，

具备均热部件，该均热部件以与上述被加热部的内周面接触的方式构成为圆筒状，轴向的热传导率比上述被加热部的至少内周面的热传导率高，

在上述均热部件的内周面上，设置有热阻值比上述被加热部的至少内周面高的绝热部。

13.如权利要求12所述的加热辊，其特征在于，

上述绝热部为非磁性体且为非导电体。

14.如权利要求1至13中任一项所述的加热辊，其特征在于，

具备配置在上述辊主体内部的线圈，

通过对上述线圈通电，由此上述被加热部被感应加热。

15.如权利要求1至14中任一项所述的加热辊，其特征在于，

上述均热部件的相对磁导率比上述被加热部的相对磁导率低。

16.如权利要求1至15中任一项所述的加热辊，其特征在于，

上述均热部件的周向的电阻率比上述被加热部的电阻率高。

17.一种纺丝拉伸装置，其特征在于，

具备权利要求1至16中任一项所述的加热辊，

在上述加热辊的外周面上沿着轴向排列地卷挂有多根丝线。

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