JPH0665770B2

JPH0665770B2 - 熱媒入加熱ロ−ラ

Info

Publication number: JPH0665770B2
Application number: JP61235329A
Authority: JP
Inventors: 茂直樹
Original assignee: 帝人製機株式会社
Priority date: 1986-10-01
Filing date: 1986-10-01
Publication date: 1994-08-24
Anticipated expiration: 2009-08-24
Also published as: JPS6392747A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、熱可塑性を有する連続製品の加熱処理に係
り、例えば、合成繊維等の糸条を製造するためのスピン
ドローに用いられる紡糸延伸用の熱媒入加熱ローラに関
する。

（従来の技術）一般に、熱可塑性合成繊維の直接紡糸延伸（いわゆるス
ピンドロー）工程で品質の高い糸条を得るためには、加
工する糸条の温度を一定に保つことが肝要であり、この
ため、糸条と接触する加熱ローラ外筒に温度分布は常に
均一であることが要求される。従来のこの種の温度分布
の均一化を図った紡糸延伸用の加熱ローラとしては、例
えば、第７〜10図に示すように、熱輸送媒体の働きをす
る作動流体（以下、熱媒という）をローラ内部に介在さ
せた以下の３つの例が知られている。。

第１の従来例第７図において、１は図中Ａで示す一点鎖線を回転軸と
して周速度ωで回転する加熱ローラであり、加熱ローラ
１の外周側には軸方向に多数の孔２が穿設され、孔２に
は夫々ヒートパイプ３が挿入される。ヒートパイプ３は
第10図にその詳細を示すように、ヒートパイプ３内部に
介装された金網状のウイック４と流動自在に封入された
熱媒５により構成される。ただし、ウイック４について
は必ずしも必要ではない。熱媒５は熱エネルギーの流入
（加熱）により蒸発し、さらに熱エネルギーの放出（放
熱）により凝縮して、いわゆる可逆２相変化を呈して熱
エネルギーの輸送を行う。また、ウイック４は毛細管作
用を発揮して熱媒５の還流を促し、熱エネルギーの輸送
を促進する。すなわち、図示しない熱源から流入した熱
エネルギーはヒートパイプ３を介して熱媒５を加熱す
る。このとき、ヒートパイプ３の両端部の放熱量は加熱
ローラの構造上の理由により大きくなり、第11図に示す
ように中央部が高温となって蒸発部を形成し熱媒５を蒸
発させて、蒸気流を発生する。この蒸気流は比較的低温
状態下にあるヒートパイプ３の両端側（凝縮部）に流れ
込み、高温蒸気を凝縮して熱エネルギーを放出し、両端
側の温度を上昇させる。凝縮した熱媒５は液化し、加熱
ローラ１の回転により発生する遠心力によって中央部へ
還流してひとつのサイクルを形成する。この蒸発、凝縮
の還流サイクルはヒートパイプ３の軸方向の温度差が解
消されるまで連続して行われ、このサイクルが加熱中は
常にくり返される、その結果、加熱ローラ１の温度分布
の均一化が図られる。

第２の従来例第８図において、加熱ローラ11の外周側には軸方向に多
数の密閉された孔12が穿設され、孔12内には図示は略す
が第１の従来例と同様にウイックおよび熱媒が封入され
る。なお、この場合にもウイックは必ずしも必要ではな
い。この熱媒は孔12内の温度差に応じて蒸発、凝縮の還
流サイクルを形成して、加熱ローラ11の温度分布を均一
化する。

第３の従来例第９図において、加熱ローラ21の外周側には、軸方向に
連続するとともに、周方向にも連続した空洞のジャケッ
ト22が形成され、ジャケット22内には熱媒が封入され
る。熱媒はジャケット22内の温度差に応じて蒸発、凝縮
の還流サイクルを形成し、加熱ローラ21の温度分布を均
一化する。

すなわち、上記各従来例は、何れも熱媒の還流サイクル
に伴う熱エネルギーの輸送作用を利用したものであり、
この熱輸送を効率的に行うためには還流サイクルの活性
化を高める必要がある。このため、第１および第２の従
来例では、ウイックの毛細管作用を利用して還流サイク
ルの円滑化を促し、熱エネルギーの輸送効率を高めて、
加熱ローラの温度分布のより一層の均一化を図ろうとし
ている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、このような従来の熱媒入加熱ローラにあ
っては、加熱ローラの外周側にヒートパイプ若しくは孔
を設けて、これに熱媒を流動自在に封入する構成となっ
ていたため、加熱ローラの回転に伴って発生する遠心力
によって熱媒が回転半径外側に偏り、蒸発部における内
壁面と熱媒の接触面積、いわゆる濡れ面積（第12図参
照）が減少する。したがって、熱媒に流入する熱エネル
ギーが少なくなって蒸気流の発生が抑制され、その結
果、還流サイクルの活性化が規制されて、熱エネルギー
の輸送効率が悪化するといった問題点があった。また、
還流サイクルの促進を目的として設けられているウイッ
クの毛細管作用は通常の重力場にあっては有効となるも
のの過大な加速度が生ずる遠心力下においては毛管高さ
が著しく低下して、その作用が阻害され、ウイックの効
果が失われる。ところで、上述した問題点の解決策とし
て、第１の従来例についてはヒートパイプ３の数を、第
２の従来例にあっては孔12の数をそれぞれ増加して、熱
輸送量の不足分を補うことが考えられるが、ヒートパイ
プ３あるいは孔12のそれぞれの相互間隙には強度上の最
小限界肉厚が必要となるため、数の増加自体に限界があ
った。したがって、ヒートパイプ３の内径あるいは孔12
の内径の増加で対処しなければならず、今度は加熱ロー
ラ外筒の肉厚が大きくなって慣性質量が増大し、駆動装
置の駆動トルクの増大を招来して、コストが上昇すると
いった新たな問題点が発生する。

（発明の目的）そこで本発明は、熱媒を封入する複数の熱媒収容室の筒
状壁面部に螺旋状の凹凸を形成することにより、蒸気流
の流方向をスパイラル状に変え、熱媒の液表面を撹拌し
て、濡れ面積の増大を図り、これにより還流サイクルを
活性化して、熱エネルギーの輸送効率を高め、加熱ロー
ラの温度分布を均一化することを目的としている。

（問題点を解決するための手段）本発明による熱媒入加熱ローラは上記目的達成のため、
駆動力を受けて回転するローラと、ローラの軸方向と略
平行な軸方向を有し該ローラの外周面直下に周方向所定
間隔に配設された複数の熱媒収容室と、ローラを加熱す
る加熱手段と、熱媒収容室内に封入された熱媒と、を有
し、該熱媒によってローラ外周面の温度分布を均一にす
るようになした熱媒入加熱ローラにおいて、前記複数の
熱媒収容室を画成する複数の筒状壁面部にそれぞれ螺線
状の凹凸を形成している。

（作用）本発明では、熱媒に熱エネルギーが流入すると、熱媒が
蒸発して蒸気流が発生し、この蒸気流は熱媒収容室の筒
状壁面部に形成された螺旋状の凹凸に沿ってスパイラル
状に流れる。すなわち、スパイラル状の一部は熱媒の液
表面に衝突して液面を乱れさせ、遠心力により減少して
いた濡れ面積を増大させる。したがって、熱媒に流入す
る熱エネルギーが増加して、蒸気流の生成が促進され、
還流サイクルが活性化して、熱エネルギーの輸送効率が
高められる。

（実施例）以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１〜６図は本発明に係る熱媒入加熱ローラの一実施例
を示す図であり、本発明を合成繊維の糸条を製造するた
めのスピンドローに適用した例である。

まず、構成を説明する。第１図において、31は駆動装置
である。駆動装置31のハウジング32にはボビン33が固定
され、ボビン33には誘導コイル（加熱手段）34が巻着さ
れる。また、駆動装置31の駆動シャフト35には加熱ロー
ラ（ローラ）36が固定され、加熱ローラ36は一面が閉鎖
した円筒形状に形成されるとともに、その外周側に所定
の肉厚ローラ外筒部37を有する。なお、ローラ外筒部37
の内周面37aは上記誘導コイル34と間隙をもって対向
し、誘導コイルの誘導電流により渦電流を発生し発熱す
る。さらに、ローラ外筒部37には複数の孔37bがそれぞ
れ加熱ローラ36の軸方向と平行でかつ第２図に示すよう
に周方向所定間隔に穿設されており、孔37bは第２図に
示すように加熱ローラ36の周方向に多数設けられる。孔
37bの内部にはヒートパイプ38が挿入され、ヒートパイ
プ38の両端は孔37bと嵌合する閉止部材39によって衡止
される。ヒートパイプ38はその内部に熱媒収容室である
円筒空間40を形成し、この円筒空間40を画成する内壁面
41（筒状壁面部）には、螺旋状の凹凸が形成される（第
３図参照）。また、円筒空間40はほぼ真空状態に保たれ
るとともに、第４図に示すように液状の熱媒43が流動自
在に封入される。なお、ローラ外筒部37の所定位置には
温度センサとしての感熱素子42が埋設されていて、図示
しない温度制御装置に温度情報を出力する。

次に、作用を説明する。

まず、誘導コイル34に図示しない温度制御装置からの電
流が供給されると、誘導コイル34は誘導電流を発生し、
対向する内周面37aは渦電流により発熱する。そして内
周面37aはヒートパイプ38内の熱媒43を間接的に熱す
る。加熱された熱媒43は外周面37cの温度分布に対応し
て気化し、円筒空間40内に蒸気圧の高い部分（蒸発部）
と低い部分（凝縮部）を形成する。このため、蒸発部か
ら凝縮部に向って高速に移動する蒸気流が生成され、こ
の蒸気流は内壁面41に螺旋状に形成された凹凸によって
その流れる方向が規制され、スパイラル流となる。スパ
イラル流は熱媒43の液表面に衝突して、その表面を撹拌
し（波立たせ）、熱媒43と内壁面41との接触面積（濡れ
面積）を増大させる。濡れ面積の増大は熱エネルギーの
熱媒43への流入を促進して、熱媒43を更に加熱する。し
たがって、蒸気の発生量が増大して、蒸発部の蒸気圧が
ますます高められ、蒸気流の移動速度をより高速化す
る。このような蒸気流は凝縮部において熱エネルギーを
放出しつつ液化し、液化した熱媒43は蒸発部に還流して
還流サイクルを完成する。この還流サイクルは前述した
外周面37cの温度分布が均一になるまで継続して行わ
れ、加熱中はこのサイクルが常にくり返される。その結
果、ローラ外筒部37全体の温度分布が一定となって均一
化される。

以下、本実施例における効果の確認結果を述べる。。

効果の確認は、次表１に示すような内部構造が異なる３
種類のヒートパイプを別々の同形態の加熱ローラに取り
付けて、各加熱ローラの外周表面における温度差ΔＴを
測定することにより行い、その温度差ΔＴの大小をもっ
て評価した。

なお、温度差ΔＴの測定方法は、加熱ローラ外周表面の
最高温度T₁を求め、さらに、第１図に示すように外周表
面の長手方向距離Ｌの１／10となるL₁の点の温度T₂を求
めて、これらの差を温度差ΔＴとした（ΔＴ＝T₁−
T₂）。

また、設定温度および遠心力がおよぼす影響を知るため
に、設定温度を２段階（Ts＝150゜および200゜）とし、
さらに遠心力を３段階（Ｇ＝3823、5973および8602）に
設定してそれぞれ実験を行った。

実験の結果は、第５、６図から明らかなように、本発明
のものと他のものとの差は歴然としており、例えば、59
73Gの遠心力下で設定温度150℃の場合の温度差ΔＴは、
本発明のスパイラル構式ヒートパイプの1.4度に対し
て、ストレート溝式ヒートパイプは2.3度、あるいはメ
ッシュウイック式ヒートパイプは2.0度であった。すな
わち、遠心力による熱媒の偏りにかかわらず、本発明の
スパイラル溝式ヒートパイプは熱エネルギーの輸送効果
が高いことが実証され、これにより、スパイラル溝の有
効性が確認された。。

一方、このようなスパイラル溝の形式による熱輸送効率
の向上は、ヒートパイプの内径および穿孔径を小さくし
ても従来と同等の熱輸送効率を得られることから、加熱
ローラの慣性質量を低下させることができ、駆動トルク
を低減して、駆動装置等の製造コストを大幅に削減する
ことができる。

なお、本実施例では壁面の凹凸によりスパイラル溝を形
成したが、本発明は、これに限定されるものではない。
例えば、線材をスパイラル状に加工して壁面に貼着する
ことでも同様の形状を得ることができる。また、本実施
例では不凝縮性ガスの発生が少ない無酸素銅を使用して
いるが、リン脱酸銅、白銅或いはそれに替わる材質でも
本発明の効果がある。またスパイラルのねじれ角αは本
実施例では25゜であるが、この角度が変わっても本発明
の効果はもちろん発生する。

（効果）本発明によれば、熱媒を封入する複数の熱媒収容室の筒
状壁面部に螺旋状の凹凸を形成しているので、濡れ面積
を増大することができ、還流サイクルを活性化して熱エ
ネルギーの輸送効率を高め、加熱ローラの温度分布を速
やかに均一化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１〜６図は本発明に係る熱媒入加熱ローラの一実施例
を示す図であり、第１図はその全体を示す断面図、第２
図は第１図におけるＩ−Ｉ′矢視断面図、第３図（ａ）
はヒートパイプの長手方向部分断面図、第３図（ｂ）は
ヒートパイプの横断面図、第４図はヒートパイプの内部
構造を示す斜視断面図、第５図はその設定温度150゜に
おける実験結果を示すグラフ、第６図はその設定温度20
0゜における実験結果を示すグラフ、第７〜12図は従来
の熱媒入加熱ローラを示す図であり、第７図（ａ）はそ
の第１の従来例を示す要部断面図、第７図（ｂ）は第７
図（ａ）におけるII−II′矢視断面図、第８図（ａ）は
その第２の従来例を示す要部断面図、第８図（ｂ）は第
８図（ａ）におけるIII−III′矢視断面図、第９図
（ａ）はその第３の従来例を示す要部断面図、第９図
（ｂ）は第９図（ａ）におけるIV−IV′矢視断面図、第
10図はその第１の従来例に用いられるヒートパイプの斜
視断面図、第11図はその作用を説明するための図、第12
図はその濡れ部を説明するための図である。 34……誘導コイル（加熱手段）、 36……加熱ローラ（ローラ）、 40……円筒空間（熱媒収容室）、 41……内壁面（筒状壁面部）、 43……熱媒。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動力を受けて回転するローラと、ローラ
の軸方向と略平行な軸方向を有し該ローラの外周面直下
に周方向所定間隔に配設された複数の熱媒収容室と、ロ
ーラを加熱する加熱手段と、熱媒収容室に封入された熱
媒と、を有し、該熱媒によってローラ外周面の温度分布
を均一にするようになした熱媒入加熱ローラにおいて、前記複数の熱媒収容室を画成する複数の筒状壁面部にそ
れぞれ螺旋状の凹凸を形成したことを特徴とする熱媒入
加熱ローラ。