TWI754792B

TWI754792B - 加熱輥及紡絲延伸裝置

Info

Publication number: TWI754792B
Application number: TW108102190A
Authority: TW
Inventors: 加賀田翔; 森永遼
Original assignee: 日商Ｔｍｔ機械股份有限公司
Priority date: 2018-02-23
Filing date: 2019-01-21
Publication date: 2022-02-11
Also published as: JPWO2019163311A1; EP3758445B1; EP3758445A1; CN111630937A; EP3758445A4; CN111630937B; WO2019163311A1; JP6990762B2; TW201937986A

Abstract

在設有均熱構件的構造中，將輥表面有效率地昇溫。輥主體(31)的外筒部(33)被加熱之加熱輥(30)，係具備均熱構件(36)，均熱構件(36)是以與外筒部(33)之內周面接觸的方式構成為圓筒狀，且軸向的熱傳導率比外筒部(33)之至少內周面的熱傳導率更高，均熱構件(36)之徑向的熱傳導率比軸向的熱傳導率更低。

Description

加熱輥及紡絲延伸裝置

本發明是關於加熱輥及具有該加熱輥之紡絲延伸裝置。

作為輥的外筒部被加熱之加熱輥，例如在外周面捲掛複數根絲而將複數根絲加熱之加熱輥是已知的。在這樣的加熱輥中，若輥表面的溫度在軸向上變得不均一，在各絲之間會產生加熱程度的差異，而有絲的品質發生偏差的疑慮。針對這點，專利文獻1所記載的加熱輥，是在輥主體的外筒部，將封入有氣液二相的熱媒體之夾套室以沿軸向延伸的方式設置。該夾套室是作為熱管發揮作用，藉此使輥表面的溫度在軸向上變得均一化。

[專利文獻1] 日本特開2003-100437號公報

[發明所欲解決之問題]

然而，像專利文獻1那樣將熱管(夾套室)設置於輥主體的外筒部之構造，不得不將外筒部的厚度增大。結果，外筒部的熱容量變大，而有輥表面的昇溫需要更多的能量之問題。於是，本發明人等正在檢討，將熱傳導率比輥主體更高之圓筒狀的均熱構件設置成與輥主體之外筒部的內周面接觸的狀態。如此，讓均熱構件發揮熱管的作用，而能將外筒部之熱管省略，因此能將外筒部的厚度減小。然而，僅讓熱傳導率高的均熱構件和外筒部的內周面接觸，雖外筒部的厚度小，但仍有無法將輥表面如預期般有效率地昇溫之問題。

有鑑於以上的問題，本發明之目的，是在設有均熱構件之加熱輥的構造中，將輥表面有效率地昇溫。 [解決問題之技術手段]

本發明的加熱輥之第1態樣，係輥主體的被加熱部被加熱之加熱輥，其特徵在於，係具備均熱構件，該均熱構件是以與前述被加熱部之內周面接觸的方式構成為圓筒狀，且軸向之熱傳導率比前述被加熱部之至少內周面的熱傳導率更高，前述均熱構件之徑向的熱傳導率比軸向的熱傳導率更低。

本發明人等苦心探討的結果發現，在設有均熱構件的情況無法將輥表面的溫度有效率地昇溫之理由在於，從輥主體的被加熱部有大量的熱是在均熱構件往徑向內側移動，而從均熱構件的內周面被散熱。於是，在本發明的第1態樣，是將均熱構件之徑向的熱傳導率設定成比軸向的熱傳導率更低。藉此，使熱不容易從輥主體的被加熱部往徑向內側散失，而能抑制輥表面的溫度降低。因此，能夠將輥表面有效率地昇溫。

本發明可構成為，前述均熱構件之周方向的熱傳導率比徑向的熱傳導率更高。

在均熱構件的熱傳導性具有異向性的情況，當周方向的熱傳導率與徑向的熱傳導率同樣地低，在輥表面之周方向的溫度分布容易發生偏差。於是，如上述般，將周方向的熱傳導率設定成比徑向的熱傳導率更大，不僅軸向，連周方向的溫度分布也能有效地均一化。

本發明可構成為，前述均熱構件是由纖維複合材料所構成，該纖維複合材料，是將複數個纖維材透過具有比前述纖維材更低的熱傳導率之母材沿徑向進行積層而成。

依據這樣的纖維複合材料，在徑向上位於纖維材和纖維材之間的母材發揮隔熱的作用，而將徑向的熱傳導率降低。因此，作為均熱構件的材料是適合的。

本發明可構成為，前述纖維複合材料具有：將包含前述纖維材及前述母材之薄片狀構件沿徑向進行積層而成的構造。

如此般，纖維複合材料是採用薄片狀構件的積層構造，在各薄片狀構件之間形成由母材所構成的層，而能將徑向的熱傳導率更有效地降低。

本發明可構成為，在前述纖維複合材料，前述纖維材主要被朝軸向配向。

如果纖維材主要被朝軸向配向，可將軸向的熱傳導率提高，而能將輥表面的軸向之溫度分布更有效地均一化。又「主要被朝軸向配向」的意思是指，沒有必要所有的纖維材都被朝軸向配向，只要至少過半數的纖維材被朝軸向配向即可。

本發明可構成為，在前述纖維複合材料，前述纖維材被3維地隨機配向。

如此般被隨機配向之纖維複合材料的製造成本，一般而言是比纖維材被朝向既定的方向配向者便宜。因此，可將加熱輥的製造成本降低。

本發明可構成為，在由前述纖維複合材料所構成之前述均熱構件中，在徑向的各位置所獲得之與徑向正交的剖面上之前述纖維材的填充率之最低值，是比在軸向的各位置所獲得之與軸向正交的剖面上之前述纖維材的填充率之最低值更小。

隨後會做詳細地說明，依據這樣的構造，可將徑向的熱傳導率設定成比軸向的熱傳導率更低，因此作為均熱構件的材料是適當的。

本發明可構成為，在由前述纖維複合材料所構成之前述均熱構件中，在徑向的各位置所獲得之與徑向正交的剖面上之前述纖維材的填充率之最低值，是比在周方向之各位置所獲得之與周方向正交的剖面上之前述纖維材的填充率之最低值更小。

隨後會做詳細地說明，依據這樣的構造，可將徑向的熱傳導率設定成比周方向的熱傳導率更低，因此作為均熱構件的材料是適當的。

本發明可構成為，由前述纖維複合材料所構成之前述均熱構件，是藉由將複數個均熱片沿周方向排列而形成為圓筒狀。

依纖維複合材料的製造方法，會有難以成形為圓筒狀的情況。然而，藉由將均熱構件以複數個均熱片之集合體的方式構成，縱使是難以成形為圓筒狀之纖維複合材料，仍能在均熱構件採用。

本發明可構成為，前述纖維材是碳纖維。

碳纖維是具有高熱傳導率之輕量素材。因此，由含有碳纖維之纖維複合材料來構成均熱構件，可將輥表面的溫度分布更加均一化，且能謀求加熱輥的輕量化。

本發明可構成為，在前述均熱構件之內周面，設置具有比前述被加熱部之至少內周面更高的熱阻之隔熱部。

藉由設置這樣的隔熱部，可將從均熱構件之內周面的散熱更有效地抑制，能將輥表面更有效率地昇溫。

本發明的加熱輥之第2態樣，係輥主體的被加熱部被加熱之加熱輥，其特徵在於，係具備均熱構件，該均熱構件是以與前述被加熱部之內周面接觸的方式構成為圓筒狀，且軸向之熱傳導率比前述被加熱部之至少內周面的熱傳導率更高，在前述均熱構件的內周面，設置具有比前述被加熱部之至少內周面更高的熱阻之隔熱部。

在本發明的第2態樣，是在均熱構件的內周面設置隔熱部。藉此，可抑制從均熱構件之內周面的散熱，使熱不容易從輥主體之被加熱部往徑向內側散失，因此可抑制輥表面的溫度降低。因此，能將輥表面有效率地昇溫。

本發明可構成為，前述隔熱部是非磁性體且非導電體。

如果隔熱部是使用非磁性體且非導電體，當加熱輥為感應加熱式的情況，可抑制磁通通過隔熱部及渦電流流過隔熱部。結果，能讓在輥主體之被加熱部的發熱量增加，而能將輥表面有效率地昇溫。

本發明的第1態樣及第2態樣可構成為，具備配置於前述輥主體的內部之線圈，藉由對前述線圈通電而使前述被加熱部被感應加熱。

這樣的感應加熱式加熱輥的情況，難以將發熱分布精細地控制，溫度分布容易發生偏差。因此，能利用均熱構件將輥表面的溫度分布均一化之本發明是特別有效。

本發明可構成為，前述均熱構件之相對磁導率比前述被加熱部的相對磁導率更低。

如此，當加熱輥為感應加熱式的情況，比起均熱構件，磁通更容易通過輥主體的被加熱部。結果，能讓在輥主體的被加熱部之發熱量增加，而能將輥表面有效率地昇溫。

本發明可構成為，前述均熱構件之周方向的電阻率比前述被加熱部的電阻率更高。

如此，當加熱輥為感應加熱式的情況，比起均熱構件，有更多的渦電流流過輥主體的被加熱部。能讓在輥主體的被加熱部之發熱量增加，而能將輥表面有效率地昇溫。

本發明之紡絲延伸裝置，其特徵在於，係具備上述任一個加熱輥之紡絲延伸裝置，是在前述加熱輥的外周面將複數根絲以沿軸向排列的方式捲掛。

依據本發明之紡絲延伸裝置，可將輥表面的溫度分布均一化，並能將輥表面有效率地昇溫。因此，捲掛於加熱輥之絲的品質穩定，而能生產出高品質的絲。

(紡絲牽引機) 針對本發明的實施形態做說明。圖1係顯示具備本實施形態的感應加熱輥之紡絲牽引機的示意圖。如圖1所示般，紡絲牽引機1構成為，讓從紡絲裝置2連續紡出之聚酯等的熔融纖維材料固化而形成複數根(在此為6根)絲Y，將該等絲Y利用紡絲延伸裝置3延伸後，利用絲捲繞裝置4進行捲繞。又在以下，是參照在各圖所標注的方向進行說明。

紡絲裝置2，是將聚酯等的熔融纖維材料連續紡出而生成複數根絲Y。從紡絲裝置2紡出之複數根絲Y，藉由油劑導件10賦予油劑之後，經由導引輥11送往紡絲延伸裝置3。

紡絲延伸裝置3，是將複數根絲Y加熱延伸的裝置，且配置於紡絲裝置2的下方。紡絲延伸裝置3具有：被收容於保溫箱12的內部之複數個(在此為5個)導絲輥21~25。各導絲輥21~25是藉由馬達進行旋轉驅動且藉由對線圈通電進行感應加熱之感應加熱輥，其是供複數根絲Y捲繞。在保溫箱12之右側面部的下部，形成有用於將複數根絲Y導入保溫箱12的內部之導入口12a，在保溫箱12之右側面部的上部，形成有用於將複數根絲Y往保溫箱12外部導出之導出口12b。複數根絲Y，從下側的導絲輥21依序對於各導絲輥21~25以未達360度的捲掛角度進行捲掛。

下側3個導絲輥21~23，是用於將複數根絲Y在延伸之前進行預熱的預熱輥，其等的輥表面溫度設定為絲Y的玻璃轉移點以上的溫度(例如90~100℃左右)。另一方面，上側2個導絲輥24、25，是用於將延伸後之複數根絲Y實施熱定型之調質輥，其等的輥表面溫度設定為比下側3個導絲輥21~23之輥表面溫度更高的溫度(例如150~200℃左右)。此外，上側2個導絲輥24、25的絲進給速度是比下側3個導絲輥21~23更快。

透過導入口12a導入保溫箱12之複數根絲Y，首先在藉由導絲輥21~23進給的期間被預熱至可延伸的溫度。預熱後的複數根絲Y，利用導絲輥23和導絲輥24間之絲進給速度的差而被延伸。再者，複數根絲Y，在藉由導絲輥24、25進給的期間被加熱到更高溫，而以延伸後的狀態進行熱定型。如此般延伸後之複數根絲Y，是透過導出口12b往保溫箱12的外部導出。

藉由紡絲延伸裝置3延伸後之複數根絲Y，經由導引輥13送往絲捲繞裝置4。絲捲繞裝置4，是將複數根絲Y捲繞的裝置且配置在紡絲延伸裝置3的下方。絲捲繞裝置4係具備筒管支架14、接觸輥15等。筒管支架14，是具有沿前後方向延伸之圓筒形狀，且藉由未圖示的馬達進行旋轉驅動。在筒管支架14，以沿其軸向排列的狀態裝設有複數個筒管B。絲捲繞裝置4，是藉由讓筒管支架14旋轉，在複數個筒管B上同時捲繞複數根絲Y，而生產複數個卷裝P。接觸輥15，是與複數個卷裝P之表面接觸而賦予既定的接觸壓，藉此使卷裝P的形狀一致。

(感應加熱輥) 圖2係本實施形態的感應加熱輥30之沿著軸向的剖面圖。在圖2，關於與感應加熱輥30連結之馬達50，僅圖示出輸出軸51及殼體52的一部分。圖2所示的感應加熱輥30，是適用於圖1中所有的導絲輥21~25。

感應加熱輥30係具有：沿著軸向(前後方向)之圓筒狀的輥主體31、及配置於輥主體31的內部之線圈32。藉由對線圈32供給高頻電流，在線圈32的周圍產生變動磁場。這時，藉由電磁感應產生沿周方向流過輥主體31的外筒部33之渦電流，藉由其焦耳熱將外筒部33加熱。又基於集膚效應(skin effect)，渦電流是在外筒部33之主要為內周面附近發生。

輥主體31是由屬於磁性體且為導體之碳鋼所構成。輥主體31係一體形成地具有：配置於線圈32的徑向外側之圓筒狀的外筒部33、配置於線圈32的徑向內側之圓筒狀的軸心部34、以及連結外筒部33的前端部和軸心部34的前端部之圓板狀的端面部35。但只要外筒部33及端面部35都屬於磁性體且為導體，外筒部33和端面部35是使用不同材料亦可。此外，縱使是外筒部33和端面部35由相同材料構成的情況，使外筒部33和端面部35成為不同的構件亦可。在輥主體31之後端側形成有開口，從該開口將馬達50之輸出軸51插入輥主體31內。軸心部34並不限定為圓筒狀，亦可為例如圓錐台般之具有傾斜的形狀。

在輥主體31的內部，以與外筒部33之內周面接觸的方式設置圓筒狀的均熱構件36。均熱構件36的外徑是與外筒部33的內徑大致相同，均熱構件36之外周面是全面與外筒部33的內周面接觸。當將輥表面之供複數根絲Y捲掛之軸向的區域設定為捲掛區域R時，均熱構件36設置成在軸向上橫跨包含捲掛區域R的範圍。

均熱構件36可從輥主體31之後端側的開口插入。均熱構件36之軸向的長度，是設定成與輥主體31之外筒部33大致相同的長度。均熱構件36的前端部抵接於輥主體31之端面部35。均熱構件36之後端部，是藉由環狀的固定構件37固定於外筒部33的後端部。關於均熱構件36，隨後詳細說明。

在輥主體31之軸心部34，形成有沿著軸向延伸設置之軸安裝孔34a。利用未圖示的固定手段，將馬達50的輸出軸51固定在軸安裝孔34a。藉此，輥主體31是藉由馬達50予以懸臂支承，而使輥主體31和輸出軸51可一體地旋轉。

線圈32，是在圓筒狀的筒管構件39之外周面捲繞導線而構成。筒管構件39，與輥主體31同樣是由碳鋼所構成。雖圖示省略，筒管構件39並不是完全的圓筒形狀，而是具有周方向的一部分被切斷之C字狀的剖面形狀。因此，讓渦電流不容易流過筒管構件39，而能抑制筒管構件39的發熱。筒管構件39安裝於馬達50的殼體52。

在殼體52形成有環狀的凹部52a。在凹部52a內，以與凹部52a之構成面不接觸的方式配置上述固定構件37。馬達50的輸出軸51，是透過未圖示的軸承而藉由殼體52可旋轉地支承，當讓馬達50作動時，輥主體31會和輸出軸51一體地旋轉。

(均熱構件) 均熱構件36，是為了將輥主體31之外筒部33的外周面(輥表面)之溫度分布均一化而設置的。為了這樣的目的，均熱構件36要求具有比輥主體31更高的熱傳導率。然而，若僅採用具有高熱傳導率的材料，在均熱構件36往徑向內側的熱移動會大量產生，而容易使從均熱構件36的內周面之散熱量變大。這樣的話，熱容易從輥主體31之外筒部33往徑向內側散失，變得無法將輥表面有效率地昇溫。於是，在本實施形態，為了解決上述的問題，均熱構件36是採用徑向的熱傳導率比軸向的熱傳導率更低之異向性材料。具體而言，本實施形態的均熱構件36，是由含有碳纖維及石墨之C/C複合材料(碳纖維強化碳複合材料)所構成。

圖3係顯示均熱構件36的立體圖。均熱構件36，其全體形成為圓筒狀。然而，如隨後所說明般，構成均熱構件36之C/C複合材料的形狀一般為板狀，難以成形為圓筒狀。於是，在本實施形態，圓筒狀的均熱構件36構成為，將小的板狀的均熱片38複數個沿著周方向以鋪滿的方式排列而成的集合體。

針對均熱片38的製造方法做說明。圖4係顯示均熱片38的製程之立體圖。在製造C/C複合材料時，首先如圖4(a)所示般，準備複數個薄片狀構件41。該薄片狀構件41係包含：被朝既定方向配向之碳纖維41a、由樹脂或瀝青(pitch)所構成的母材41b。各薄片狀構件41，基本上是以碳纖維41a的配向方向一致的方式進行積層。然而，為了避免發生強度弱的方向，一部分的薄片狀構件41(例如，圖4(a)之從往下數第3層的薄片狀構件41)是以碳纖維41a的配向方向與其他層交叉的方式進行積層。在圖4(a)雖圖示出從上往下數第3層的薄片狀構件41之碳纖維41a之配向方向與其他層正交的情況，但正交並不是必須的。又因為1根碳纖維非常細，碳纖維一般是以將複數根纖維聚集成束狀之纖維束的狀態來使用。此外，在本實施形態，作為碳纖維，是使用熱傳導率高的瀝青系碳纖維。

接著，將積層配置後之複數個薄片狀構件41進行燒成，讓母材41b碳化，如圖4(b)所示般獲得薄的長方體狀之板狀構件42。碳化成石墨之母材41b的熱傳導率，是比碳纖維41a的熱傳導率更小。在此，如果板狀構件42維持原狀的話，並無法沿著輥主體31之外筒部33的內周面，因此是如圖4(c)所示般，以使板狀構件42之表面成為圓弧狀的方式將板狀構件42的一部分進行切削加工。如此完成均熱片38。又在圖4(c)，不僅均熱片38的外周面，連內周面也形成為圓弧狀，但將內周面形成為圓弧狀並不是必須的。例如圖5所示般，將均熱片38的內周面維持平面狀亦可。如此，可縮短板狀構件42的切削工時。

均熱片38是配置成，使薄片狀構件41之積層方向與感應加熱輥30的徑向一致，且使碳纖維41a的主要配向方向與感應加熱輥30的軸向一致。又在圖4及圖5，為了方便而圖示出相鄰接的薄片狀構件41之邊界面，但實際上各薄片狀構件41的母材41b是連續的，並無法觀察到邊界面(圖6及圖7也是同樣的)。

針對如此般製造出之均熱片38的內部構造詳細地說明。圖6係顯示在與周方向正交的剖面上之均熱片38的示意圖及碳纖維41a的填充率之分布圖，圖7係顯示在與軸向正交的剖面上之均熱片38的示意圖及碳纖維41a的填充率之分布圖。在此，碳纖維41a的填充率是指，在某個剖面上存在有碳纖維41a(實際上為纖維束)的區域之比例。以下，將碳纖維41a的填充率簡稱為填充率。此外，在圖6及圖7的剖面圖，是將纖維束狀態的碳纖維41a示意地圖示。

圖6中，均熱片38的剖面圖之左方的曲線圖，係顯示在均熱片38之徑向的各位置(實際上，每隔既定距離)之與徑向正交的剖面上之填充率。此外，均熱片38的剖面圖之下方的曲線圖，係顯示在均熱片38之軸向的各位置(實際上，每隔既定距離)之與軸向正交的剖面上之填充率。同樣的，圖7中，均熱片38的剖面圖之左方的曲線圖，係顯示在均熱片38之徑向的各位置(實際上，每隔既定距離)之與徑向正交的剖面上之填充率(與圖6者相同)。此外，均熱片38的剖面圖之下方的曲線圖，係顯示在均熱片38之周方向的各位置(實際上，每隔既定距離)之與周方向正交的剖面上之填充率。

具有將薄片狀構件41積層而成的構造之均熱片38，相鄰接之薄片狀構件41的邊界面附近主要是由母材41b占據。因此，在邊界面附近，填充率極低，在徑向之填充率的變動大(參照圖6及圖7)。另一方面，因為碳纖維41a主要被朝軸向配向，在軸向之填充率的變動小，而以較高的填充率值成為大致一定(參照圖6)。此外，因為碳纖維41a主要被朝軸向配向，在周方向上於碳纖維41a之間存在有母材41b的部分較多。因此，在周方向之填充率的變動大(參照圖7)。

在某個方向之均熱片38的熱傳導率，是與該方向之填充率的變動之相關程度大。亦即，在某個方向上如果有填充率低的部分存在，該部分的熱傳導率變低，就均熱片38全體而言，在該方向的熱傳導率降低。相反的，在某個方向上如果填充率以較高值成為大致一定，在該方向上容易沿著碳纖維41a產生熱傳導，而使均熱片38的熱傳導率變高。本發明人等發現，利用在與某個方向正交的剖面上之填充率的最低值S1~S3，可將這樣的特性指標化。S1代表在與軸向正交的剖面上之填充率的最低值，S2代表在與徑向正交的剖面上之填充率的最低值，S3代表在與周方向正交的剖面上之填充率的最低值。

在圖6所示的例子成立S2＜S1的關係。這表示，均熱片38之徑向的熱傳導率比軸向的熱傳導率低。同樣的，在圖7所示的例子成立S2≒S3的關係。這表示，均熱片38之徑向的熱傳導率與周方向的熱傳導率大致相同。

圖8係顯示輥主體31及均熱構件36的各物性值之表。又圖8的各物性值為常溫下的數值(圖11也是同樣的)。利用上述均熱片38來構成均熱構件36，使均熱構件36(軸向配向的C/C複合材料)之軸向的熱傳導率比輥主體31(外筒部33)之熱傳導率更高。因此，可將在讓絲Y品質穩定方面非常重要的輥表面之軸向的溫度分布均一化。只要均熱構件36之軸向的熱傳導率比外筒部33之至少內周面的熱傳導率更高，就能獲得將輥表面的溫度分布均一化的效果。此外，均熱構件36之徑向的熱傳導率是比軸向的熱傳導率低。因此，可抑制從輥主體31之外筒部33往徑向內側的熱傳導，而能將輥表面有效率地昇溫。

再者，利用C/C複合材料所構成的均熱構件36，在如下的點也是有利的。C/C複合材料為非磁性體，具有比構成輥主體31(外筒部33)之碳鋼更低的相對磁導率。因此，比起均熱構件36，磁通更容易通過輥主體31的外筒部33，能讓在外筒部33的發熱量增加。此外，C/C複合材料之周方向的電阻率是比輥主體31(外筒部33)的電阻率更高。因此，比起均熱構件36，有更多的渦電流流過外筒部33，能讓在外筒部33的發熱量增加。因此，能夠讓輥表面更有效率地昇溫。再者，C/C複合材料的耐熱性優異，還具有非常輕量的優點，使用於感應加熱輥30是最適當的。

(效果) 如以上般，在本實施形態，將均熱構件36之徑向的熱傳導率設定成比軸向的熱傳導率更低。如此，使熱不容易從輥主體31的外筒部33(相當於本發明的被加熱部)往徑向內側散失，而能抑制輥表面的溫度降低。因此，能將輥表面有效率地昇溫。

在本實施形態，均熱構件36是由纖維複合材料所構成，該纖維複合材料，是將複數個纖維材41a透過具有比纖維材41a更低的熱傳導率之母材41b沿徑向進行積層而成。依據這樣的纖維複合材料，在徑向上存在於纖維材41a和纖維材41a之間的母材41b發揮隔熱的作用，能將徑向的熱傳導率降低。因此，作為均熱構件36的材料是適當的。

在本實施形態，上述纖維複合材料具有：將包含纖維材41a及母材41b之薄片狀構件41沿徑向進行積層而成的構造。如此般，纖維複合材料是採用薄片狀構件41的積層構造，在各薄片狀構件41之間可形成由母材41b所構成的層，能將徑向的熱傳導率更有效地降低。

在本實施形態，在上述纖維複合材料，纖維材41a主要被朝軸向配向。如果纖維材41a主要被朝軸向配向，可將軸向的熱傳導率提高，而能將輥表面的軸向之溫度分布更有效地均一化。又「主要被朝軸向配向」的意思是指，沒有必要所有的纖維材41a都被朝軸向配向，只要至少過半數的纖維材41a被朝軸向配向即可。

在本實施形態，在由上述纖維複合材料所構成的均熱構件36中，在徑向的各位置所獲得之與徑向正交的剖面上之纖維材41a的填充率之最低值S2，是比在軸向的各位置所獲得之與軸向正交的剖面上之纖維材41a的填充率之最低值S1更小。依據這樣的構成，能使徑向的熱傳導率比軸向的熱傳導率更低，作為均熱構件36的材料是適當的。

在本實施形態，由上述纖維複合材料所構成的均熱構件36，是藉由將複數個均熱片38沿周方向排列而形成為圓筒狀。依纖維複合材料的製造方法，會有難以成形為圓筒狀的情況。然而，藉由將均熱構件36以複數個均熱片38之集合體的方式構成，縱使是難以成形為圓筒狀之纖維複合材料，仍能在均熱構件36採用。

在本實施形態，纖維材41a是碳纖維。碳纖維是具有高熱傳導率之輕量素材。因此，由含有碳纖維之纖維複合材料來構成均熱構件36，可將輥表面的溫度分布更加均一化，且能謀求加熱輥30的輕量化。

在本實施形態，上述碳纖維是瀝青系碳纖維。作為碳纖維，使用瀝青之瀝青系碳纖維、使用丙烯酸纖維之PAN系碳纖維是已知的，瀝青系碳纖維具有比PAN系碳纖維更高的熱傳導率。因此，藉由使用瀝青系碳纖維，可將均熱構件36的熱傳導率進一步提高，能將輥表面的溫度分布更有效地均一化。

在本實施形態，上述纖維複合材料是含有碳纖維及石墨之C/C複合材料(碳纖維強化碳複合材料)。C/C複合材料，甚至在含有碳纖維之纖維複合材料當中也具有高熱傳導率，且耐熱性高。因此，藉由在均熱構件36採用C/C複合材料，可提供能將輥表面的溫度分布更有效地均一化還能耐高溫之加熱輥30。

在本實施形態是構成為，具備配置於輥主體31的內部之線圈32，藉由對線圈32通電而使外筒部33被感應加熱。這樣的感應加熱式加熱輥30的情況，難以將發熱分布精細地控制，溫度分布容易發生偏差。因此，能利用均熱構件36將輥表面的溫度分布均一化之本發明是特別有效。

在本實施形態，均熱構件36具有比外筒部33更低的相對磁導率。如此，當加熱輥30為感應加熱式的情況，比起均熱構件36，磁通更容易通過輥主體31的外筒部33。結果，能讓在輥主體31的外筒部33之發熱量增加，而能將輥表面有效率地昇溫。

在本實施形態，均熱構件36之周方向的電阻率是比外筒部33的電阻率更高。如此，當加熱輥30為感應加熱式的情況，比起均熱構件36，有更多的渦電流流過輥主體31的外筒部33。能讓在輥主體31的外筒部33之發熱量增加，而能將輥表面有效率地昇溫。

如本實施形態般，將均熱構件36之相對磁導率設定成比外筒部33之相對磁導率更低，且將均熱構件36之周方向的電阻率設定成比外筒部33的電阻率更高，藉此使在輥主體31之外筒部33的發熱量增加的效果更加顯著，而能將輥表面更有效率地昇溫。

在本實施形態，是在加熱輥30的外周面將複數根絲Y以沿軸向排列的方式捲掛。本實施形態的加熱輥30是如上述般，能將輥表面的溫度分布均一化，且能將輥表面有效率地昇溫。因此，捲掛於加熱輥30之絲Y的品質穩定，而能生產出高品質的絲Y。

(均熱構件的變形例1) 在上述實施形態，是採用碳纖維41a主要被朝軸向配向的均熱構件36，但讓碳纖維41a朝軸向配向並不是必須的。例如，構成均熱構件36之C/C複合材料，亦可具有：將碳纖維被3維地隨機配向之薄片狀構件進行積層而成的構造。在此情況也是，相鄰接之薄片狀構件的邊界面附近主要是由母材占據，因此可將徑向的熱傳導率降低。

當將碳纖維隨機配向的情況，關於上述填充率，是成立S2＜S1、S2＜S3的關係。結果如圖8所示般，縱使是隨機配向的情況，均熱構件36之徑向的熱傳導率仍比軸向的熱傳導率更低。此外，周方向的熱傳導率比徑向的熱傳導率更高。如此般，使周方向的熱傳導率比徑向的熱傳導率更大，不僅軸向，連周方向的溫度分布也能有效地均一化。此外，纖維材被隨機配向之纖維複合材料的製造成本，一般而言是比纖維材被朝既定方向配向者更低。因此，可將加熱輥30的製造成本降低。

(均熱構件的變形例2) 在上述實施形態，均熱構件36是由C/C複合材料所構成，但也能使用其他的纖維複合材料。例如，可使用碳纖維和樹脂(例如環氧樹脂)的纖維複合材料CFRP(碳纖維強化塑膠)。CFRP比起C/C複合材料，雖耐熱性低但便宜。因此，在對加熱輥30不要求那麼高的耐熱性的情況，藉由在均熱構件36採用CFRP，可將成本降低。此外，構成均熱構件36之碳纖維，是取代瀝青系碳纖維而成為使用丙烯酸纖維之PAN系碳纖維亦可。再者，作為纖維材，也能採用碳纖維以外者。

(均熱構件的變形例3) 在上述實施形態所說明的，C/C複合材料所構成的均熱構件36是將薄片狀構件41進行積層而製造的，但均熱構件36的製造方法並不限定於此。例如，在製造上述CFRP所構成之均熱構件的情況，也能採用纏繞成型法。圖9係顯示利用纏繞成型法之均熱構件44的製程之立體圖。

在纏繞成型法，首先如圖9(a)所示般，在圓筒狀的心軸(mandrel)100之外周面捲繞纖維束43。心軸100是藉由未圖示的支承裝置支承成可繞軸旋轉，一邊相對於旋轉中的心軸100讓纖維束43沿軸向移動一邊捲繞纖維束43。纖維束43是由複數根碳纖維所構成，且事先含浸液狀的母材。

如圖9(b)所示般，在心軸100的外周面全面將纖維束43捲繞複數層。然後，將纖維束43燒成，如圖9(c)所示般，將心軸100移除，藉此完成圓筒狀之CFRP所構成的均熱構件44。在該均熱構件44中，因為纖維束43被沿徑向依序重疊捲繞，而成為碳纖維透過母材沿徑向進行積層的構造，可將徑向的熱傳導率降低。如此般，縱使是將薄片狀構件積層的方法以外，只要成為在徑向上於纖維材和纖維材之間存在有母材的構造，就能將徑向的熱傳導率降低。此外，藉由採用纏繞成型法，可直接獲得圓筒狀的均熱構件44，均熱片38之加工作業、組裝作業變得不需要。

(其他實施形態) (1)在上述實施形態，均熱構件36是由C/C複合材料等的纖維複合材料所構成。然而，均熱構件36也能例如由具有比輥主體31更高的熱傳導率之鋁、銅等的金屬材料所構成(參照圖11)，而能謀求輥表面的軸向及周方向之溫度分布的均一化。然而，當將這樣的等向性之金屬材料運用於均熱構件36的情況，容易產生往徑向內側的熱傳導，容易使從均熱構件36的內周面之散熱量變大。

於是，如圖10所示般，可在均熱構件36之內周面設置：具有比外筒部33之至少內周面更高的熱阻之隔熱部49。該隔熱部49，可在均熱構件36之內周面一體地形成，亦可將與均熱構件36為不同個體的構件配置成與均熱構件36的內周面接觸。藉由設置隔熱部49，可抑制從均熱構件36的內周面之散熱，而能將輥表面有效率地昇溫。此外，均熱構件36可使用一般的等向性材料，因此可低成本地供應均熱構件36。此外，一般而言金屬材料是比纖維複合材料更容易加工，容易成形為圓筒狀，因此圓筒狀的均熱構件36能夠比較簡單地製造。

隔熱部49較佳為非磁性體且非導電體。如此，可抑制磁通通過隔熱部49及渦電流流過隔熱部49。結果，能讓在輥主體31之外筒部33的發熱量增加，能將輥表面有效率地昇溫。具體而言，作為適用於隔熱部49之材料可列舉：非磁性體且非導電體、輕量(例如比重2.0程度以下)且耐熱性(例如耐熱溫度180℃程度以上)優異之玻璃棉薄片、含陶瓷的塗料等之隔熱塗料。此外，按照所需要的耐熱溫度，也能使用酚醛發泡材等之發泡材(耐熱溫度120℃程度)。

上述熱阻可由以下式子求出。熱阻[(m² ･K)/W]=厚度[m]/熱傳導率[W/(m･K)] 亦即，只要隔熱部49的種類確定，以按照其熱傳導率使熱阻比輥主體31之外筒部33更高的方式來決定隔熱部49的厚度即可。例如，當輥主體31之外筒部33的厚度為8mm且熱傳導率為51.5[W/(m･K)]的情況，外筒部33的熱阻成為1.6×10^-4 [(m² ･K)/W]。相對於此，例如，如果隔熱部49是採用厚度2mm、熱傳導率0.05[W/(m･K)]的玻璃棉，隔熱部49的熱阻成為0.04[(m² ･K)/W]，而成為相對於外筒部33為充分高的熱阻。又在隔熱部49之徑向內側設置其他構件亦可。在此情況，在徑向上位於輥主體31的外筒部33和隔熱部49間之構件，是發揮均熱構件的作用。

如圖11所示般，鋁、銅為非磁性體，具有比構成輥主體31(外筒部33)之碳鋼更低的相對磁導率，比起均熱構件36，磁通更容易通過輥主體31的外筒部33。結果，能讓在輥主體31的外筒部33之發熱量增加，能將輥表面有效率地昇溫。

附帶一提，像碳鋼、鋁、銅等之金屬材料那樣的等向性材料的情況，各物性值具有與方向無關之1個數值。因此，等向性材料的情況，「在軸向」、「在周方向」、「在徑向」所限定之物性值是指上述1個數值。

(2)像上述實施形態那樣，當均熱構件36是由C/C複合材料等的纖維複合材料所構成的情況，進一步在其內周面設置與圖10之隔熱部49同樣的隔熱部亦可。如此，可更有效地抑制從均熱構件36的內周面之散熱，能將輥表面更有效率地昇溫。

(3)在上述實施形態，輥主體31是被懸臂支承。然而，輥主體31亦可構成為被兩端支承。

(4)在上述實施形態，是在1個感應加熱輥30捲掛複數根絲Y，藉由將輥表面的軸向之溫度分布均一化，能降低複數根絲Y之品質的偏差，在這點是有益的。然而，縱使是對於捲掛1根絲的感應加熱輥，當然也能運用本發明。

(5)在上述實施形態是說明，將本發明的加熱輥運用於感應加熱輥30的情況。然而，在非感應加熱式的加熱輥也能運用本發明。

(6)在上述實施形態是說明，將絲Y加熱之加熱輥30。然而，加熱輥30的用途並不限定於將絲Y加熱，亦可為將絲Y以外之薄膜、紙等加熱者。

3‧‧‧紡絲延伸裝置 30‧‧‧感應加熱輥(加熱輥) 31‧‧‧輥主體 32‧‧‧線圈 33‧‧‧外筒部(被加熱部) 34‧‧‧軸心部 34a‧‧‧軸安裝孔 35‧‧‧端面部 36‧‧‧均熱構件 37‧‧‧固定構件 38‧‧‧均熱片 39‧‧‧筒管構件 41‧‧‧薄片狀構件 41a‧‧‧碳纖維(纖維材) 41b‧‧‧母材 49‧‧‧隔熱部 50‧‧‧馬達 51‧‧‧輸出軸 52‧‧‧殼體 52a‧‧‧凹部 R‧‧‧捲掛區域 Y‧‧‧絲

圖1係顯示具備本實施形態之感應加熱輥的紡絲牽引機之示意圖。圖2係本實施形態的感應加熱輥之沿著軸向的剖面圖。圖3係顯示均熱構件之立體圖。圖4(a)~(c)係顯示均熱片的製程之立體圖。圖5係顯示均熱片的變形例之立體圖。圖6係顯示在與周方向正交的剖面上之均熱片的示意圖及碳纖維的填充率之分布圖。圖7係顯示在與軸向正交的剖面上之均熱片的示意圖及碳纖維的填充率之分布圖。圖8係顯示輥主體及均熱構件的各物性值之表。圖9(a)~(c)係顯示利用纏繞成型法(Filament Winding)之均熱構件的製程之立體圖。圖10係其他實施形態的感應加熱輥之沿著軸向的剖面圖。圖11係顯示其他實施形態的輥主體及均熱構件之各物性值的表。

30‧‧‧感應加熱輥(加熱輥)

31‧‧‧輥主體

32‧‧‧線圈

33‧‧‧外筒部(被加熱部)

34‧‧‧軸心部

34a‧‧‧軸安裝孔

35‧‧‧端面部

36‧‧‧均熱構件

37‧‧‧固定構件

39‧‧‧筒管構件

50‧‧‧馬達

51‧‧‧輸出軸

52‧‧‧殼體

52a‧‧‧凹部

R‧‧‧捲掛區域

Y‧‧‧絲

Claims

一種加熱輥，係輥主體的被加熱部被加熱之加熱輥，其特徵在於，係具備均熱構件，該均熱構件是以與前述被加熱部之內周面接觸的方式構成為圓筒狀，且軸向之熱傳導率比前述被加熱部之至少內周面的熱傳導率更高，前述均熱構件之徑向的熱傳導率比軸向的熱傳導率更低，前述均熱構件是由纖維複合材料所構成，該纖維複合材料，是將複數個纖維材透過具有比前述纖維材更低的熱傳導率之母材沿徑向進行積層而成，由前述纖維複合材料所構成之前述均熱構件，是藉由將複數個均熱片沿周方向排列而形成為圓筒狀。
如請求項1所述之加熱輥，其中，前述均熱構件之周方向的熱傳導率比徑向的熱傳導率更高。
如請求項1所述之加熱輥，其中，前述纖維複合材料具有：將包含前述纖維材及前述母材之薄片狀構件沿徑向進行積層而成的構造。
如請求項1所述之加熱輥，其中，在前述纖維複合材料，前述纖維材主要被朝軸向配向。
如請求項1所述之加熱輥，其中，在前述纖維複合材料，前述纖維材被3維地隨機配向。
如請求項1所述之加熱輥，其中，在由前述纖維複合材料所構成之前述均熱構件中，在徑向的各位置所獲得之與徑向正交的剖面上之前述纖維材的填充率之最低值，是比在軸向的各位置所獲得之與軸向正交的剖面上之前述纖維材的填充率之最低值更小。
如請求項3所述之加熱輥，其中，在由前述纖維複合材料所構成之前述均熱構件中，在徑向的各位置所獲得之與徑向正交的剖面上之前述纖維材的填充率之最低值，是比在軸向的各位置所獲得之與軸向正交的剖面上之前述纖維材的填充率之最低值更小。
如請求項4所述之加熱輥，其中，在由前述纖維複合材料所構成之前述均熱構件中，在徑向的各位置所獲得之與徑向正交的剖面上之前述纖維材的填充率之最低值，是比在軸向的各位置所獲得之與軸向正交的剖面上之前述纖維材的填充率之最低值更小。
如請求項5所述之加熱輥，其中，在由前述纖維複合材料所構成之前述均熱構件中，在徑向的各位置所獲得之與徑向正交的剖面上之前述纖維材的填充率之最低值，是比在軸向的各位置所獲得之與軸向正交的剖面上之前述纖維材的填充率之最低值更小。
如請求項1所述之加熱輥，其中，在由前述纖維複合材料所構成之前述均熱構件中，在徑向的各位置所獲得之與徑向正交的剖面上之前述纖維材的填充率之最低值，是比在周方向之各位置所獲得之與周方向正交的剖面上之前述纖維材的填充率之最低值更小。
如請求項1所述之加熱輥，其中，前述纖維材是碳纖維。
如請求項3所述之加熱輥，其中，前述纖維材是碳纖維。
如請求項4所述之加熱輥，其中，前述纖維材是碳纖維。
如請求項5所述之加熱輥，其中，前述纖維材是碳纖維。
如請求項6所述之加熱輥，其中，前述纖維材是碳纖維。
如請求項7所述之加熱輥，其中，前述纖維材是碳纖維。
如請求項8所述之加熱輥，其中，前述纖維材是碳纖維。
如請求項9所述之加熱輥，其中，前述纖維材是碳纖維。
如請求項10所述之加熱輥，其中，前述纖維材是碳纖維。
如請求項1至19中任一項所述之加熱輥，其中，在前述均熱構件之內周面，設置具有比前述被加熱部之至少內周面更高的熱阻之隔熱部。
如請求項1至19中任一項所述之加熱輥，其係具備：配置於前述輥主體的內部之線圈，藉由對前述線圈通電，使前述被加熱部被感應加熱。
如請求項20所述之加熱輥，其係具備：配置於前述輥主體的內部之線圈，藉由對前述線圈通電，使前述被加熱部被感應加熱。
如請求項1至19中任一項所述之加熱輥，其中，前述均熱構件，係具有比前述被加熱部更低的相對磁導率。
如請求項1至19中任一項所述之加熱輥，其中，前述均熱構件之周方向的電阻率是比前述被加熱部的電阻率更高。
一種紡絲延伸裝置，其特徵在於，係具備如請求項1至24中任一項所述之加熱輥之紡絲延伸裝置，在前述加熱輥的外周面將複數根絲以沿軸向排列的方式捲掛。