JPS6392747A - 熱媒入加熱ロ−ラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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の温度分布は常に
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、ヒートバイブ３内部
に介装された金網状のウィック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、ウィック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、ウィック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、′Ｉｗ
Ｅ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ィックおよび熱媒が封
入される。なお、この場合にもウィ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、ウィ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ィック
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、ウィックの効果
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１
２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、熱媒を封入する容器の内壁面に螺旋状
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、熱媒の液表面を攪拌して、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、ローラの外周面直下
に配設され該ローラと軸方向を一にする多数の円筒空間
と、少なくとも円筒空間を加熱する加熱手段と、円筒空
間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、前記円筒空間を画成する少なくとも
内周側壁面に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、この蒸気流は容器内壁面に形
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３
３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のローラ外筒部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には孔３７ｂが軸方向に穿設されており、孔３７
ｂ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の内部にはヒートバイブ３８が挿
入され、ヒートバイブ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。ヒートバイブ３８の
内部は本発明の主旨で述べたところの円筒空間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はヒートバイブ３８内の熱媒４３を間
接的に加熱する。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、その表面を攪拌しく彼女たせ）、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ｍｂｌ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。

表１ 但し、ｎ：溝数 ｈ：溝高さ Ｄ：ヒートパイプ外径、 α：ねじれ角 φ：金網線径 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ＴＩ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りの１／１０となるり、の点の温度
Ｔ２を求めて、これらの差を温度差ΔＴとした（ΔＴ　
＝　Ｔ’＋　　Ｔｔ　）　−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（Ｔ
　ｓ　＝　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、５
９７３　Ｇの遠心力下で設定温度１５０’Ｃの場合の温
度差へＴは、本発明のスパイラル溝式ヒートバイブの１
．４度に対して、ストレート溝式ヒートパイプは２．３
度、あるいはメツシュウイン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バイブは熱エネ
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６１１　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、熱媒を封入する容器の内壁面に螺旋状
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−１’矢矢視面図、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
２００°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■−ｎ　’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ｍ−ｍ　’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ｏ−−７（ローラ）、４０・・・・・・円筒
空間、 ４１・・・・・・内壁面（内周側壁面）、４３・・・・
・・熱媒。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 駆動力を受けて回転するローラと、ローラの外周面直下
   に配設され該ローラと軸方向を一にする多数の円筒空間
   と、少なくとも円筒空間を加熱する加熱手段と、円筒空
   間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、前記円筒空間を画成する少なくとも
   内周側壁面に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。