JPH07150437A - ホットローラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 温度制御の応答が俊敏で高速回転から低速回
転まで広範囲の速度対応ができるホットローラを提供す
る。 【構成】 ローラ９を固定コイル４の外周に設けた誘導
加熱体から構成し、このローラ９を回転駆動する駆動手
段を設けると共にローラ９を発熱させるために固定コイ
ル４に高周波を印加するインバータ回路２５を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、紡糸巻取機におけるホ
ットローラに係り、特に、温度制御の応答が俊敏で高速
回転から低速回転まで広範囲の速度対応ができるホット
ローラに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】紡糸巻取機では、高温のローラからなる
ホットローラを使用し紡出糸を延伸させて巻き取ること
がある。即ち、複数のローラには紡出糸が掛け渡され、
それぞれのローラが回転されることによって紡出糸が送
り出される。同時に紡出糸がホットローラに接すること
によって紡出糸が加熱される。両ローラの周速が異なる
と紡出糸には張力が加わるため加熱された紡出糸が両ロ
ーラの間で延伸される。両ローラの周速比が紡出糸の延
伸比となる。例えば周速比が１．５であると、両ローラ
の間で紡出糸が１．５倍に延伸される。ナイロンフィラ
メントやポリエステルフィラメント等の紡出糸は、それ
ぞれローラの周速比が異なるホットローラを通されるこ
とにより、所望の延伸比で延伸され、ＦＤＹ(Full Draw
Yarn)となる。紡糸巻取機にあっては両ローラの周速比
が延伸比となるので、延伸比を安定させるために、各ロ
ーラの回転数を安定させることが重要となる。

【０００３】ローラの温度を制御することも同様に重要
である。従来のホットローラは、固定されたヒータと、
そのヒータを覆い回転される筒状のローラとを有し、ヒ
ータの熱をローラに伝える仕組みであった。しかし、ヒ
ータとローラとの間が空いているため熱の伝搬性が低
く、このため熱効率や温度制御の応答性がよくなかっ
た。従来のヒータを用いたホットローラは、温度制御が
容易でないために、温度変動を小さくするにはローラの
熱容量を大きくする必要があり、このためにはローラに
所定以上の肉厚が必要であった。これに対し、近年、誘
導加熱の原理を利用したホットローラが実用化されてい
る。即ち、上記ヒータの代りに固定コイルを設け、その
固定コイルを覆い回転される筒状のローラを誘導加熱体
で構成し、固定コイルに電流を流すと、誘導加熱体であ
るローラに二次短絡電流が流れてローラ自体が発熱する
ものである。これによればローラ自体が発熱するので熱
の伝搬性の問題がなくなり、ヒータを用いたホットロー
ラに比べて熱効率や温度制御の応答性が改善される。し
かし、実用化されている誘導加熱ローラは、固定コイル
に低周波である商用周波数を印加しているため、電流が
熱に変換される効率が低い。従って、電流を多く流して
もすぐにはローラの温度が上昇しないので、ローラの温
度を応答よく制御することが困難である。また、低周波
誘導加熱では、ローラに熱容量の大きいある程度の肉厚
を有するものが必要であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】紡糸巻取を行う工場で
は大量生産のために多数の紡糸巻取機が設けられる。１
台の紡糸巻取機で消費される電力の大小は工場全体では
非常に大きな電力の差となる。省エネルギ、電力コスト
の低減のためには、個々の紡糸巻取機の電力効率を改善
することが重要である。ところが、上記商用周波数を用
いたローラの誘導加熱は力率が低いため設備容量が大き
くなってしまっていた。

【０００５】さらに、ローラの肉厚が厚く、ローラの質
量が大であったため、ローラの固有振動数が低く、高速
回転で振動が発生するという問題があった。

【０００６】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、温度制御の応答が俊敏で高速回転から低速回転まで
広範囲の速度対応ができるホットローラを提供すること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、高温のローラの外周に糸を巻き付けて案内
し、糸に熱を与えるホットローラにおいて、上記ローラ
を固定コイルの外周に設けた誘導加熱体から構成し、こ
のローラを回転駆動する駆動手段を設けると共に上記ロ
ーラを発熱させるために上記固定コイルに高周波を印加
するインバータ回路を設けたものである。

【０００８】

【作用】上記構成により、インバータ回路が固定コイル
に高周波電流を印加する。ここで高周波とは、数十ＫＨ
ｚ以上を意味している。インバータ回路は商用周波数を
数十ＫＨｚ以上高周波に変換して固定コイルに印加する
ものである。ローラは固定コイルに流れる高周波電流の
誘導により温度が急速に上昇する。高周波誘導加熱にあ
っては、固定コイルに対向するローラの表面にのみ電流
が流れるので、ローラの誘導加熱部の肉厚を薄くでき
る。ローラの肉厚が薄くなると、ローラの質量が小さく
なり固有振動数が高くなるので広範囲の速度対応が可能
になる。

【０００９】高周波による誘導加熱は商用周波数程度の
低周波による誘導加熱に比べて、力率が優れているの
で、設備及び配線容量を小さくすることができる。

【００１０】

【実施例】以下本発明の一実施例を添付図面に基づいて
詳述する。

【００１１】図３を用いて紡糸巻取機におけるホットロ
ーラ装置を説明する。ホットローラ装置は第１加熱ロー
ラＧＲ１及び第１セパレータローラＳＲ１からなる第１
ローラ対と、第２加熱ローラＧＲ２及び第２セパレータ
ローラＳＲ２からなる第２ローラ対とから構成される。
第１加熱ローラＧＲ１は第１セパレータローラＳＲ１よ
り、第２加熱ローラＧＲ２は第２セパレータローラＳＲ
２より径が大きい。第１ローラ対の上方には、図示され
ない紡糸機が設けられている。第２ローラ対は、第１ロ
ーラ対の上方に、かつ軸方向に位置をずらせて配置され
る。第２ローラ対の下方に巻取機ＴＫが設けられる。

【００１２】紡糸機から複数本の紡出糸が紡出される。
この複数本の紡出糸は互いに平行な糸群ＹＧ１を形成
し、その最外幅はＷである。この糸群ＹＧ１が第１加熱
ローラＧＲ１の一端に掛けられ、次いで第１セパレータ
ローラＳＲ１に掛けられる。糸群ＹＧ１は、第１加熱ロ
ーラＧＲ１と第１セパレータローラＳＲ１とに、軸方向
にピッチＬ１でずらして数回巻き回される。ここでは、
糸群ＹＧ１が第１加熱ローラＧＲ１の軸方向にずれるよ
う第１セパレータローラＳＲ１の軸が第１加熱ローラＧ
Ｒ１の軸に対してやや傾けて設置されている。第１加熱
ローラＧＲ１の他端から出た糸群ＹＧ２は第２加熱ロー
ラＧＲ２の一端に掛けられ、次いで第２セパレータロー
ラＳＲ２に掛けられる。糸群ＹＧ２は、第２加熱ローラ
ＧＲ２と第２セパレータローラＳＲ２とに、軸方向にピ
ッチＬ２でずらして数回巻き回される。ここでも、糸群
ＹＧ２が第２加熱ローラＧＲ２の軸方向にずれるよう第
２セパレータローラＳＲ２の軸が第２加熱ローラＧＲ２
の軸に対してやや傾けて設置されている。第２加熱ロー
ラＧＲ２の他端から出た糸群ＹＧ３は、各紡出糸が図示
されない案内具により展開されて幅を広げられ、巻取機
ＴＫに導入される。巻取機ＴＫ内では紡出糸は、各々パ
ッケージに巻き取られる。

【００１３】加熱ローラＧＲ１、ＧＲ２の間で糸群ＹＧ
２の紡出糸が延伸される。加熱ローラＧＲ１、ＧＲ２の
周速比が延伸比となる。例えばＧＲ２／ＧＲ１＝１．５
であると、加熱ローラＧＲ１、ＧＲ２の間で各紡出糸が
１．５倍に延伸される。紡出糸は、加熱ローラＧＲ１、
ＧＲ２の周速比が異なるホットローラを通されることに
より、所望の延伸比で延伸され、ＦＤＹとなる。加熱ロ
ーラＧＲ１、ＧＲ２の周速比が延伸比となる。

【００１４】次に、本発明による加熱ローラを図１に示
す。加熱ローラＧＲ１、ＧＲ２を構成するホットローラ
１は回転されるローラ側と固定されている側とからな
る。固定されている側には、先端（図の左方向）が開放
され基端（図の右方向）がモータ部２に固定された中空
円筒状のコア３が設けられている。コア３は、非磁性体
からなる中空円筒の外周に周方向に所定間隔で複数のフ
ェライト板１１を取り付けたものであり、基端から先端
まで所定の長さを有し、その間、コア３の外周に固定コ
イル４が所定のピッチで巻き付けられている。モータ部
２には図示されないモータ回転子を備えた回転軸５が設
けられている。

【００１５】コア３の内側には、コア中空部内に挿通さ
れたローラ軸部６がモータ部２の回転軸５に連結されて
設けられている。コア３の外側には、固定コイル４を覆
う円筒状のローラ外筒部７が設けられている。ローラ軸
部６の先端とローラ外筒部７の先端とは円盤状のローラ
先端部８を介してつながっている。ローラ外筒部７の内
側、即ちコイル４に対向する部分には鉄等の誘導加熱体
１７が設けられ、その他のローラ軸部６、ローラ外筒部
７、及びローラ先端部８は軽量化のためアルミ等により
一体的に形成されている。この一体的なローラ９の外周
に紡出糸が巻き回される。ローラ９を回転駆動する駆動
手段は、モータ部２及び図示されない回転数制御回路か
ら構成される。

【００１６】ローラ外筒部７にはローラ９の温度を検出
する温度センサ１０が埋めこまれている。この実施例で
は温度センサ１０は、ローラ外筒部の先端と基端のほぼ
中央に１８０°隔てて２個設けられている。２個の温度
センサ１０のうち、１個は温度制御用に他の１個は異常
検出用にあてられる。

【００１７】ローラ先端部８にはプリント基板に回路を
組み込んだ回路モジュール１２が取り付けられている。
温度センサ１０は図示されないリード線で回路モジュー
ル１２に接続されている。ローラ軸部６内にも回路モジ
ュール１２からのリード線１３が引き出されており、こ
のリード線１３はモータ部２の回転軸５内を通ってロー
ラ９と反対側の回転軸端部５ａに達している。この回転
軸端部５ａには光によりデータ通信を行うローラ側光送
受信器１４が取り付けられている。ローラ側光送受信器
１４の光軸は回転軸５の中心に一致している。

【００１８】ローラ側光送受信器１４の光軸に合わせて
固定光送受信器１５が設けられている。固定光送受信器
１５の出力は、温度調節モジュール１６に接続されてい
る。温度調節モジュール１６には固定コイル４に高周波
を印加するインバータ回路が含まれている。

【００１９】また、図示省略されているが、回路モジュ
ール１２よりセンサ１０の電源用のリード線が引き出さ
れており、このリード線はモータの軸端部に設けられた
回転トランスに接続されている。

【００２０】図２の回路図に示されるように、ローラ側
回路２１は、温度センサ１０、図示省略した回転トラン
スの起電力を用いた安定化ローカル電源２２、２個の温
度センサの検出値を計測する温度計測回路２３、及びロ
ーラ側光送受信器１４から構成されている。安定化ロー
カル電源２２及び温度計測回路２３は上記回路モジュー
ル１２に搭載されている。温度計測回路２３の温度計測
データは、パルス変調されてローラ側光送受信器１４に
出力される。

【００２１】固定光送受信器１５に接続された温度調節
モジュール１６は、復調回路を有する温度調節回路２４
とインバータ回路２５とからなり、温度調節回路２４に
は温度設定値が入力され、ローラ側回路２１から送信さ
れた温度計測データと温度設定値との差に応じてインバ
ータ電圧制御信号（温度制御信号）２７が出力される。
このインバータ電圧制御信号２７によりインバータ回路
２５の電圧が制御される。インバータ回路２５には５０
Ｈｚ又は６０Ｈｚの商用電源２６が入力され、この実施
例ではインバータ回路２５内で３０ＫＨｚに変換され
る。インバータ回路２５の出力はローラ９を誘導加熱す
る固定コイル３に導かれている。

【００２２】次に実施例の作用を述べる。

【００２３】ホットローラ１の稼働開始時、ローラ９は
常温になっているものとし、温度調節回路２４は無条件
にインバータ回路２５を最大出力を要求する。インバー
タ回路２５は固定コイル（高周波誘導加熱コイル）４を
３０ＫＨｚで全位相駆動する。

【００２４】２個の温度センサ１０はそれぞれローラ外
筒部７に埋め込まれているので、ローラ９の温度を直接
検知する。２個の温度センサ１０で検知されたローラ９
の温度が温度計測回路２３で温度計測データとなる。こ
のうち制御用の温度センサ１０からのものが、温度制御
に使われる。なお、２個の温度センサ１０の温度を平均
してもよい。パルス変調された温度計測データがローラ
側光送受信器１４を駆動し、その光信号が固定光送受信
器１５に到達する。ここで、ローラ側光送受信器１４か
ら固定光送受信器１５への光軸はモータ部２の回転軸５
の中心に位置しているので、ローラ９の回転角には無関
係に常に温度計測データの送受信が行われる。

【００２５】温度調節回路２４は、固定光送受信器１５
を介して温度計測データが得られるようになると、この
温度計測データと温度設定値とを比較し、インバータ回
路２５の電圧を制御するようになる。従って、ローラ９
の温度が温度設定値を上回りそうになると固定コイル４
に流れる電流が抑制され、逆にローラ９の温度が温度設
定値を下回りそうになると固定コイル４に流れる電流が
解放される。このようにしてインバータ制御によってロ
ーラ９の温度が安定に保持される。

【００２６】従来の低周波誘導加熱の場合、誘導加熱体
の厚みとして約３〜５ｍｍが必要であったが、本発明の
高周波誘導加熱の場合、誘導加熱体の厚みは約１ｍｍで
よく、ローラ９の肉厚が薄くできる。ローラ９の肉厚が
薄くなると、ローラ９の質量が小さくなり、ローラ９の
固有振動数を高くできる。従って、低速回転から高速回
転まで広い範囲で振動が発生することがなくなり、広範
囲の速度対応が可能となる。

【００２７】本発明の３０ＫＨｚの高周波による誘導加
熱は商用周波数程度の低周波による誘導加熱に比べて、
力率が優れている。従って、設備及び配線容量を小さく
することができる。

【００２８】また、発熱体（ローラ９）からコイル３を
遠ざけることが可能となるので、コイル温度の上昇を少
なくでき、この結果、消費電力を少なくすることができ
る。なお、上記実施例のセパレータローラを加熱ローラ
としたものにも本発明は適用できる。

【００２９】

【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。

【００３０】（１）力率が高いため工場の変電設備、送
電設備に小規模かつ安価なものを使用することができ
る。

【００３１】（２）ローラの厚みを薄くして、質量を小
さくし、固有振動数を高めることができるので、広範囲
の速度対応が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すホットローラの破断側
面図である。

【図２】本発明の一実施例を示すホットローラの回路図
である。

【図３】紡糸巻取機の（ａ）側面図及び（ｂ）正面図で
ある。

【符号の説明】

１ ホットローラ ４ 固定コイル ９ ローラ ２５ インバータ回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高温のローラの外周に糸を巻き付けて案
   内し、糸に熱を与えるホットローラにおいて、上記ロー
   ラを固定コイルの外周に設けた誘導加熱体から構成し、
   このローラを回転駆動する駆動手段を設けると共に上記
   ローラを発熱させるために上記固定コイルに高周波を印
   加するインバータ回路を設けたことを特徴とするホット
   ローラ。