JP4070022B2 - Heating roller device - Google Patents
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Description
本発明は、合成繊維糸などを加熱延伸する場合などに使用する加熱ローラ装置に関する。 The present invention relates to a heating roller device used for heating and drawing synthetic fiber yarns.
たとえば合成繊維糸(以下、合繊糸という)を加熱延伸する場合、図4に示すように2つの加熱ローラA、Bを配置し、合繊糸Tを加熱ローラAと加熱ローラBの外周面に当接位置を変えて複数回掛け渡し、各加熱ローラAおよびBにより走行する合繊糸Tを加熱延伸するようにしている。この場合に使用する加熱ローラの一つとして図3に示すような誘導発熱ローラ装置がある。 For example, when a synthetic fiber yarn (hereinafter referred to as synthetic fiber yarn) is heated and stretched, two heating rollers A and B are arranged as shown in FIG. 4, and the synthetic yarn T is applied to the outer peripheral surfaces of the heating roller A and the heating roller B. The contact yarn is changed a plurality of times and the synthetic yarn T traveling by the heating rollers A and B is heated and stretched. As one of the heating rollers used in this case, there is an induction heating roller device as shown in FIG.
この図3において、1は円筒状のロール、2は回転駆動軸、3は円筒状の鉄心、4は円筒状の鉄心3の外周に巻回された誘導コイル、5は図示しないモータに固定された軸受ハウジング、6は軸受、7は軸受ハウジング5に固定された固定盤である。鉄心3と誘導コイル4は誘導コイル4に交流電圧を印加して交番磁束を発生する磁束発生機構を構成し、この磁束発生機構は固定盤7に固定されロール1の中空内部に軸方向に沿って配置されている。
In FIG. 3, 1 is a cylindrical roll, 2 is a rotary drive shaft, 3 is a cylindrical iron core, 4 is an induction coil wound around the outer periphery of the cylindrical iron core 3, and 5 is fixed to a motor (not shown). A bearing housing 6, a bearing 6, and a
円筒状のロール1は、その一端がその中空内部の軸心に沿って挿入された回転駆動軸2の先端に固定され、回転駆動軸2の回転により軸心を回転中心として回転駆動する。ロール1の肉厚内には、軸方向に一端部から他端部に伸びる密閉室1aが周方向に複数設けられ、各密閉室1aには気液2相の熱媒体が封入されている。また、各密閉室1aの固定盤7側の端部は環状の連通孔1bと連通している。
One end of the cylindrical roll 1 is fixed to the tip of the
このように構成された誘導発熱ローラ装置では、誘導コイル4に交流電流を流すことによってロール1に交番磁束を発生し、この交番磁束と鎖交する電流を発生してロール1自体がジュール発熱することによって加熱される。すなわち、磁束発生機構は加熱源を構成し、ロール1は加熱ローラとなる。この加熱では、誘導コイル4の長手方向の中央部部分における発熱量が多く両側の端部にいくにしたがい発熱量が少なくなり、ロール1の軸方向における表面温度も中央部部分が高く、両側の端部にいくにしたがい低くなる。しかし、気液2相の熱媒体を封入した密閉室1aを設けているので、高温部で気化された熱媒体が低温部へ移動して液化し、この繰り返し、すなわち潜熱移動によってロール1の外周面を均一に加熱する。 In the induction heating roller device configured as described above, an alternating current is passed through the induction coil 4 to generate an alternating magnetic flux in the roll 1, and an electric current interlinking with the alternating magnetic flux is generated to cause the roll 1 itself to generate Joule heat. By heating. That is, the magnetic flux generation mechanism constitutes a heating source, and the roll 1 becomes a heating roller. In this heating, the amount of heat generated in the central portion of the induction coil 4 in the longitudinal direction is large, and the amount of heat generated is reduced as it goes to both ends, and the surface temperature in the axial direction of the roll 1 is also high in the central portion. As it goes to the end, it becomes lower. However, since the sealed chamber 1a in which the gas-liquid two-phase heat medium is enclosed is provided, the heat medium vaporized in the high temperature part moves to the low temperature part and liquefies. Heat the surface evenly.
ところで、円筒状の加熱ロールを2つ平行に配置し、合繊糸をこの2つの加熱ローラに複数回掛け渡して加熱延伸すると、加熱によって合繊糸が自己伸張し走行する糸がゆれあるいはたるみが生じ、加熱ロール上で融着するなどのトラブルを発生する場合がある。このトラブルを避けるために、加熱ロールを円錐状に形成し、円錐状の表面に糸を走行させてたるみなどが発生しないようにしており、上記の誘導発熱ローラ装置におけるロール1においても円錐状に形成することが望まれている。
しかし、上記の誘導発熱ローラ装置におけるロール1において、円錐状の表面とするためには先端部(回転駆動軸2が固定される側の端部)に行くにしたがい外径を大きくする必要があるが、先端部に行くにしたがい外径を大きくするとロール1の肉厚が先端部に行くにしたがい厚くなり、ロール1の重心が先端へ移動し、そのために回転駆動軸2を太くしなければならないという問題や密閉室1aのロール1の表面からの距離が先端部に行くにしたがい遠くなり、潜熱移動による効果が薄れるという問題があった。
However, in order to obtain a conical surface in the roll 1 in the induction heating roller device described above, it is necessary to increase the outer diameter in the direction of the tip (the end on the side to which the
これらの問題を解消するためにロール1の中空部を先端部に行くにしたがい径、すなわちロール1の内径を大きくし、ロール1の肉厚の増加を低減し、同時に密閉室1aをロール1の軸心に対して傾斜させるとよいが、密閉室1aを傾斜させると遠心力の相違により熱媒体の液相がロール1の軸心から最も離れたロール1の先端部に集中し、潜熱移動を妨げ、ロール1の表面温度を不均一にするという問題があった。 In order to solve these problems, the diameter of the roll 1 is increased as it goes to the tip, that is, the inner diameter of the roll 1 is increased, and the increase in the thickness of the roll 1 is reduced. Although it is good to incline with respect to an axial center, if the sealed chamber 1a is inclined, the liquid phase of the heat medium concentrates on the tip of the roll 1 farthest from the axial center of the roll 1 due to the difference in centrifugal force, and latent heat transfer is caused. interfere up, there is a problem that the surface temperature of the furnace Lumpur 1 uneven.
発明が解決しようとする課題は、中空のロールを円錐状の表面とし、その肉厚内に、ロールの軸方向に円錐状の表面に沿って伸びる気液2相の熱媒体を封入した密閉室を備えた加熱ローラにおいて、気液2相の熱媒体による潜熱移動を速やかにし、もって斯かる問題を解消することにある。 The problem to be solved by the invention is a sealed chamber in which a hollow roll is formed into a conical surface, and a gas-liquid two-phase heat medium extending along the conical surface in the axial direction of the roll is enclosed in the thickness of the hollow roll. In the heating roller provided with the above, the latent heat transfer by the gas-liquid two-phase heat medium is made quick to eliminate such a problem.
本発明は、円錐状の表面を有する中空のロールと、前記ロールの中空内部に配置し、前記ロールを加熱する加熱源と、前記ロールに連結し前記ロールの軸心を回転中心として回転駆動する回転駆動軸とを備えた加熱ローラ装置において、前記ロールの肉厚内部に、前記ロールの大径側端部から小径側端部へ円錐状の表面に沿って伸びる気液2相の熱媒体を封入する密閉室を周方向に複数設けるとともに、前記加熱源を前記ロールの中間部より大径側の中空内に配置してなることを最も主要な特徴とする。 The present invention provides a hollow roll having a conical surface, a heating source disposed in the hollow of the roll, connected to the roll, and driven to rotate about the axis of the roll as a rotation center. In the heating roller device provided with a rotation drive shaft, a gas-liquid two-phase heat medium extending along a conical surface from the large-diameter side end portion to the small-diameter side end portion of the roll is provided inside the wall thickness of the roll. a plurality provided in a sealed chamber enclosing the circumferential direction, and the most important feature that formed by placing the heat source into the hollow of the large diameter side than the middle portion of the roll.
本発明では、気液2相の熱媒体を封入した密閉室をロールの大径側端部から小径側端部へ適宜区間円錐状の傾斜に沿って伸びて形成し、加熱源をロールの大径側の中空内一部に配置するので、加熱源と対向する密閉室内の液体は気化され、加熱源と対向しない密閉室内の気体は液化され易く、これにより気液2相の熱媒体による潜熱移動が促進される。したがって、ロール表面の温度分布の均一性を高めること、言い換えると温度分布が均一な領域を広げることができる。また、ロールの内周面を円錐状の内面とすることができロールの軽量化を図ることができる。さらに、加熱源をロールの大径側の中空内一部に配置するので、ロールの小径側の中空内に空間が形成され、その空間に軸受ハウジングを配置することが可能となり、回転駆動軸を支持する軸受をロールの重心に近づけて配置し、これにより細い回転駆動軸で高速回転時の振動などを抑制することが可能となる。 In the present invention, a sealed chamber in which a gas-liquid two-phase heat medium is sealed is formed to extend from a large-diameter side end of the roll to a small-diameter side end along a conical slope as appropriate. Since it is arranged in a part of the hollow inside on the diameter side, the liquid in the sealed chamber facing the heating source is vaporized, and the gas in the sealed chamber not facing the heating source is liable to be liquefied, thereby latent heat by the gas-liquid two-phase heat medium Movement is promoted. Therefore, the uniformity of the temperature distribution on the roll surface can be improved, in other words, the region where the temperature distribution is uniform can be expanded. Moreover, the inner peripheral surface of the roll can be a conical inner surface, and the weight of the roll can be reduced. Furthermore, since the heating source is disposed in a part of the hollow on the large diameter side of the roll, a space is formed in the hollow on the small diameter side of the roll, and a bearing housing can be disposed in the space. The bearing to be supported is arranged close to the center of gravity of the roll, and this makes it possible to suppress vibrations and the like during high-speed rotation with a thin rotary drive shaft.
中空のロールを円錐状の表面とし、ロールの肉厚内にロールの表面の傾斜に沿って伸びる気液2相の熱媒体を封入した密閉室を備えた加熱ローラにおいて、気液2相の熱媒体による潜熱移動を速やかにする目的を、加熱源をロールの大径側の中空内一部に配置する構成により実現した。 In a heating roller having a sealed chamber in which a hollow roll has a conical surface and a gas-liquid two-phase heat medium extending along the inclination of the roll surface is enclosed in the thickness of the roll, the heat of the gas-liquid two-phase The purpose of speeding up the latent heat transfer by the medium is realized by a configuration in which the heating source is arranged in a part of the hollow inside the large diameter side of the roll.
以下本発明の実施例について図1を参照して説明する。図1は実施例に係る加熱ローラの縦断面図である。図1において、11は中空のロール、12は回転駆動軸、13は鉄心、14は鉄心13の外周に巻回された誘導コイル、15は鉄心13と誘導コイル14とからなる磁束発生機構(加熱源)、16は図示しないモータまたは軸受ハウジングに固定したフランジ、17は支持体、18はロール11の肉厚内に形成された密閉室、19は連通孔、20は液相20aと気相20bとからなる気液2相の熱媒体である。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a heating roller according to an embodiment. In FIG. 1, 11 is a hollow roll, 12 is a rotary drive shaft, 13 is an iron core, 14 is an induction coil wound around the outer periphery of the
中空ロール11は表面および内面ともに円錐状とされ、ロール11の大径側端部から小径側端部に至る肉厚はほぼ一定の厚みとされている。ロール11の小径側端縁は開口され、大径側端縁は閉塞され、その中心位置にロール11の中空内の軸心に沿って挿入された回転駆動軸12の先端部が嵌合固定されている。ロール11の大径側端部から小径側端部に至る肉厚内には、円錐状の表面の傾斜に沿ってドリルなどにより作成した密閉室18が周方向に複数形成され、各密閉室18はその中間部で環状の連通孔19を介して連通している。なお、この連通孔19は図2に示すように、ロール11の大径側端部に設けるようにしてもよい。この場合、ロール11の大径側端部の重量をより低減することができる。
The hollow roll 11 has a conical shape on both the surface and the inner surface, and the wall thickness from the large-diameter side end of the roll 11 to the small-diameter side end is substantially constant. The small-diameter side edge of the roll 11 is opened, the large-diameter side edge is closed, and the tip of the
密閉室18内には、水などの熱媒体20が封入されており、ロール11の加熱により液相20aと気相20bが形成される。熱媒体20の量はロール11の回転時に密閉室18の全長にまたがり気相20bが形成される量とされている。この量により密閉室18がロール11の回転時の遠心力による熱媒体20の液体20aが充満する部位をなくし、これにより密閉室18の全長において潜熱の移動がしやすくなる。
A
フランジ16はその内面中央から一体的に突き出た円筒状の支持体17を有し、この支持体17は外径を大きくした適宜長さの基部17aと外径を小さくした固定部17bを有し、固定部17bを先端にしてロール11の軸心方向に沿い、ロール11の閉塞端部近傍位置まで延長している。磁束発生機構15は支持体17の固定部17bに設置され、ロール11の中間部の適宜位置より大径側に配置される。なお、基部17aの外径を大きくしロール11の内周面に近づけることによりロール11の輻射熱をロール11へ反射させ熱放散を抑制する一方、基部17a内へのロール11の輻射熱を遮蔽し、この輻射熱による軸受への影響を抑制する。
The
磁束発生機構15の大径側に寄せた配置により密閉室18の全長のうち磁束発生機構15と対向する部分では加熱量は大きく液体の気化を促進し、磁束発生機構15と対向しない部分は加熱量は小さく気体の液化が促進される。液化した液体は遠心力により加熱量の大きい部位に移動し、気体は加熱量の小さい部位に移動し、この循環、すなわち潜熱の移動が速やかに行われ、ロール11の軸方向における磁束発生機構15の長さよりも長い区間の表面温度を均一化する。
Due to the arrangement of the magnetic
なお、実施例はロールの内周面も円錐状とし、ロール11の大径側端部から小径側端部に至る肉厚はほぼ一定の厚みとするとともに、密閉室の内径もほぼ一定とするものであるが、ロールの内周面を軸心と平行する円筒状としてもよく、その際、密閉室の内径を大径側端部に行くにしたがい大きくしてもよい。また、実施例は加熱源を磁束発生機構とするものであるが、加熱源は磁束発生機構に限らず、たとえばヒータであってもよい。さらに、実施例の中空ロールは方持型であるが両持型であってもよい。なお、本発明は、円錐状の表面を軸方向に複数有するロールにおいても適用することができる。 In the embodiment, the inner peripheral surface of the roll is also conical, and the thickness from the large-diameter side end of the roll 11 to the small-diameter side end is substantially constant, and the inner diameter of the sealed chamber is also substantially constant. However, the inner peripheral surface of the roll may be formed in a cylindrical shape parallel to the axis, and the inner diameter of the sealed chamber may be increased as it goes to the end portion on the large diameter side. In the embodiment, the heating source is a magnetic flux generation mechanism, but the heating source is not limited to the magnetic flux generation mechanism, and may be a heater, for example. Furthermore, although the hollow roll of an Example is a holding type, it may be a both-end holding type. The present invention can also be applied to a roll having a plurality of conical surfaces in the axial direction.
11 中空ロール
12 回転駆動軸
13 鉄心
14 誘導コイル
15 磁束発生機構(加熱源)
16 フランジ
17 支持体
18 密閉室
19 連通孔
20 熱媒体
20a 液相
20b 気相
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16
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