WO2019077864A1 - 加熱ローラ及び紡糸延伸装置 - Google Patents

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WO2019077864A1
WO2019077864A1 PCT/JP2018/030735 JP2018030735W WO2019077864A1 WO 2019077864 A1 WO2019077864 A1 WO 2019077864A1 JP 2018030735 W JP2018030735 W JP 2018030735W WO 2019077864 A1 WO2019077864 A1 WO 2019077864A1
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WO
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heat
heating roller
axial direction
roller
heat equalizing
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PCT/JP2018/030735
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English (en)
French (fr)
Inventor
翔 加賀田
遼 森永
Original Assignee
Ｔｍｔマシナリー株式会社
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/14—Tools, e.g. nozzles, rollers, calenders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C13/00—Rolls, drums, discs, or the like; Bearings or mountings therefor

Definitions

  • the present invention relates to a heating roller and a spinning and drawing apparatus.
  • Patent Document 1 there is known an induction heating roller that raises the temperature of the roller surface by induction heating using a coil.
  • an induction heating roller it is difficult to make the calorific value by induction heating uniform in the axial direction, and the temperature of the roller surface tends to be uneven in the axial direction. Therefore, in the induction heating roller described in Patent Document 1, a jacket chamber in which a heat medium of gas-liquid two phase is enclosed is provided in the axial direction in the vicinity of the surface of the roller body. By the jacket chamber functioning as a heat pipe, the temperature of the roller surface is made uniform in the axial direction.
  • the inventors of the present invention have examined providing a cylindrical heat equalizing body having a thermal conductivity higher than that of the roller main body in a state of being in contact with the inner peripheral surface of the heated portion.
  • the heat equalizer in contact with the roller body plays the role of a heat pipe, so that the temperature distribution in the axial direction of the roller surface can be made uniform.
  • the heat spreader is cylindrical, there is no need to provide a structure for supporting the heat spreader on the inner side in the radial direction of the heat spreader, and the thickness of the roller main body can be reduced. As a result, the roller surface can be efficiently heated.
  • the structure which provides such a cylindrical uniform heat spreader is effective also in the heating roller of not only an induction heating roller but another heating system.
  • a carbon fiber composite material which is excellent in thermal conductivity and is lightweight can be mentioned as a candidate.
  • the carbon fiber composite material has a very low coefficient of linear expansion. For this reason, at the time of induction heating, the roller body expands more than the heat equalizer, and a gap is generated between the roller body and the heat equalizer. As a result, it becomes difficult to transfer heat between the roller main body and the heat equalizing member, and there is a problem that the heat equalizing effect by the heat equalizing member is not sufficiently exhibited.
  • the heat roller according to the present invention has a gap due to the thermal expansion difference.
  • the purpose is to prevent reduction of the soaking effect by the soaking body.
  • the heating roller according to the present invention is arranged to be in contact with the roller body having a cylindrical heated portion, and the inner peripheral surface of the heated portion, and has a thermal conductivity higher than that of the roller body and a linear expansion coefficient
  • a low temperature cylindrical heat spreader wherein the heat spreader is cylindrically formed by arranging a plurality of heat spreaders extending in the axial direction in the circumferential direction, and
  • the apparatus further comprises a pressing mechanism that presses toward the inner circumferential surface of the heated portion.
  • the cylindrical heat spreader is constituted by the plurality of heat spreaders, and each heat spreader is pressed toward the inner peripheral surface of the heated portion by the pressing mechanism. For this reason, even if the roller main body expands more than the heat equalizing body at the time of heating, it is possible to maintain the state in which the heat equalizing pieces are in contact with the inner peripheral surface of the heated portion. Therefore, it can prevent that the soaking effect by a soaking body reduces.
  • by adhering the heat equalizing piece to the inner circumferential surface of the heated portion it is possible to maintain the heat equalizing piece in contact with the inner circumferential surface of the heated portion.
  • each heat spreader is simply pressed toward the inner peripheral surface of the heated portion, each heat spreader is displaced relative to the heated portion in the axial direction or circumferential direction. It is possible and there is no such concern.
  • the heating device may further include a coil disposed radially inward of the heated portion, and the heated portion may be inductively heated by the coil.
  • the heat equalizing piece in the cross section orthogonal to the axial direction, may have an arc-shaped surface on the radially outer side.
  • the radially outer surface of the heat spreader can be shaped along the inner peripheral surface of the heated portion, so the contact area between the heat spreader and the heated portion can be increased.
  • the soaking effect can be further enhanced.
  • the pressing mechanism may be disposed outside the heat equalizing piece in the axial direction.
  • the pressing mechanism when the pressing mechanism is disposed on the outer side of the heat equalizing piece in the axial direction, the pressing mechanism does not have to be disposed at the central portion of the roller main body, and the rotational balance of the roller main body is easily maintained. Further, in the case of the induction heating type, the magnetic flux penetrating the pressing mechanism can be reduced, and accordingly, there is an advantage that the heating efficiency of the roller body can be improved.
  • the end face of at least one side of the heat equalizing piece in the axial direction is a tapered surface that protrudes axially outward as it goes radially outward, and the pressing mechanism axially moves the tapered surface. You may press it.
  • the heat equalizing piece when the pressing mechanism axially presses the tapered surface of the heat equalizing piece, the heat equalizing piece is pressed radially outward, that is, toward the inner circumferential surface of the heated portion. Therefore, even when the pressing mechanism is disposed on the outer side of the heat equalizing piece in the axial direction, the heat equalizing piece can be pressed toward the inner peripheral surface of the heated portion with a simple configuration.
  • the pressing mechanism is configured to press the tapered surface in the axial direction by the interposed member having a tapered pressing surface that contacts the tapered surface and matches the tapered surface, and the pressing surface. And a biasing member for biasing the intervening member in the axial direction.
  • the tapered surface can be reliably pressed in the axial direction by the pressing surface, so that the heat equalizing piece can be more effectively covered. It can press toward the inner skin of a heating part.
  • the interposed member may be an annular member contacting with all the tapered surfaces of the heat equalizing pieces.
  • a plurality of the biasing members are arranged at equal intervals in the circumferential direction.
  • all the heat equalizing pieces can be uniformly pressed by one intervening member, so that each heat equalizing piece can be uniformly pressed toward the inner circumferential surface of the portion to be heated.
  • the tapered surfaces are formed on both sides of the heat equalizing piece in the axial direction, and the pressing mechanism is provided only on one side of the heat equalizing piece in the axial direction. It is preferable that a tapered engagement surface be formed that matches the tapered surface on the other side of the heat spreader in the direction.
  • the tapered surface on one side of the heat equalizing piece is pressed by the pressing mechanism, and the tapered surface on the other side is pressed by the reaction force from the engagement surface. Therefore, the heat equalizing pieces are uniformly pressed radially outward, and the entire heat equalizing pieces can be favorably brought into contact with the inner peripheral surface of the heated portion. Moreover, the number of parts can be reduced by providing the pressing mechanism only on one side of the heat equalizing piece.
  • the roller body may be supported in a cantilever manner, and the pressing mechanism may be disposed on the proximal side where the roller body is supported in the axial direction.
  • the distal end portion of the roller body When the roller body is supported in a cantilever manner, the distal end portion of the roller body has more portions facing the outside air than the proximal end portion, so it is easy to dissipate heat and the temperature is easily lowered. Therefore, as described above, by disposing the pressing mechanism on the proximal end side of the roller main body, the heat spreader can be pressed to the distal end side to be reliably brought into contact with the distal end portion of the roller main body. Therefore, the heat is easily transmitted to the front end portion of the roller main body through the heat spreaders, the temperature decrease at the front end portion of the roller main body can be suppressed, and the heat uniformity effect can be improved.
  • the heat equalizer may be made of a carbon fiber composite material.
  • a carbon fiber composite material is suitable as a material for a heat spreader because it is lightweight in addition to high thermal conductivity.
  • the carbon fiber composite material has a very low coefficient of linear expansion, and a gap is likely to be generated between the roller body and the heat equalizing body when it is heated. According to the present invention, since such a gap can be eliminated by the pressing mechanism, it is possible to use a carbon fiber composite material as the heat spreader.
  • the spinning and stretching apparatus is a spinning and stretching apparatus including any one of the above-described heating rollers, wherein a plurality of yarns are wound in a row in the axial direction on the surface of the heating roller.
  • the heating roller according to the present invention as described above, it is possible to prevent the soaking effect of the heat spreader from being reduced, and it is possible to make the axial temperature distribution on the surface of the heating roller uniform. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of variations in quality among a plurality of yarns wound around the heating roller, and to produce high quality yarns.
  • FIG. a is a perspective view of the heat spreader
  • b and c are cross sectional views of the heat spreader.
  • surface which shows each physical-property value of a roller main body and a heat spreader. It is sectional drawing to which the periphery of the heat equalizing piece and the press mechanism was expanded. It is sectional drawing of the induction heating roller which concerns on a modification.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a spinning draw-off machine including an induction heating roller according to the present embodiment.
  • the spinning draw-off machine 1 has a configuration in which a plurality of yarns Y spun from the spinning device 2 are drawn by the spinning and drawing device 3 and then wound by the yarn winding device 4. The following description will be made with reference to the directions attached to the respective drawings.
  • the spinning device 2 produces a plurality of yarns Y by continuously spinning a molten fiber material such as polyester.
  • the plurality of yarns Y spun from the spinning device 2 are sent to the spinning and drawing device 3 through the guide roller 11 after the oil agent is applied by the oil agent guide 10.
  • the spinning and drawing apparatus 3 is an apparatus for drawing a plurality of yarns Y and is disposed below the spinning apparatus 2.
  • the spinning and drawing apparatus 3 has a plurality of godet rollers 21 to 25 accommodated inside the heat insulation box 12.
  • Each of the godet rollers 21 to 25 is an induction heating roller rotationally driven by a motor and induction heated by a coil, and a plurality of yarns Y are wound thereon.
  • an introduction port 12a for introducing a plurality of yarns Y into the inside of the heat insulation box 12 is formed.
  • an outlet 12b for leading the plurality of yarns Y to the outside of the heat insulation box 12 is formed.
  • the plurality of yarns Y are wound around the godet rollers 21 to 25 sequentially from the lower godet roller 21 at a winding angle less than 360 degrees.
  • the lower three godet rollers 21 to 23 are preheating rollers for preheating the plurality of yarns Y before drawing, and the surface temperature of these rollers is a temperature (for example, 90 to 100 ° C.) higher than the glass transition point of the yarns Y. Degree) is set.
  • the upper two godet rollers 24 and 25 are temper rollers for heat-setting a plurality of drawn yarns Y, and their roller surface temperature is higher than the roller surface temperature of the lower three godet rollers 21-23.
  • the temperature is set to a high temperature (for example, about 150 to 200.degree. C.). Further, the yarn feeding speed of the upper two godet rollers 24 and 25 is higher than that of the lower three godet rollers 21-23.
  • the plurality of yarns Y introduced into the heat insulating box 12 through the inlet 12a are first preheated to a temperature at which they can be drawn while being fed by the godet rollers 21-23.
  • the plurality of preheated yarns Y are drawn by the difference in the yarn feeding speed between the godet roller 23 and the godet roller 24. Further, the plurality of yarns Y are further heated to a high temperature while being fed by the godet rollers 24 and 25 and the stretched state is heat-set.
  • the plurality of yarns Y drawn in this manner are led out of the heat insulating box 12 through the outlet 12b.
  • the plurality of yarns Y drawn by the spinning and drawing device 3 are sent to the yarn winding device 4 through the guide roller 13.
  • the yarn winding device 4 is a device for winding a plurality of yarns Y, and is disposed below the spinning and drawing device 3.
  • the yarn winding device 4 includes a bobbin holder 14, a contact roller 15 and the like.
  • the bobbin holder 14 has a cylindrical shape extending in the front-rear direction, and is rotationally driven by a motor (not shown).
  • a plurality of bobbins B are mounted on the bobbin holder 14 in the axial direction.
  • the yarn winding device 4 winds the plurality of yarns Y simultaneously on the plurality of bobbins B by rotating the bobbin holder 14 to produce a plurality of packages P.
  • the contact roller 15 contacts the surface of the plurality of packages P to apply a predetermined contact pressure, and the shape of the packages P is adjusted.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the induction heating roller 30 according to the present embodiment.
  • the induction heating roller 30 shown in FIG. 2 may be applied to all or part of the godet rollers 21 to 25 in FIG.
  • the roller body 31 of the induction heating roller 30 is cantilevered by a motor 50 that rotationally drives the roller body 31. Therefore, in the following, the motor 50 side in the axial direction is referred to as the “proximal side”, and the opposite side is referred to as the “distal side”.
  • the induction heating roller 30 has a cylindrical roller body 31 and a cylindrical coil 32 disposed inside the roller body 31.
  • the induction heating roller 30 heats the outer peripheral surface 31a (hereinafter referred to as "roller surface 31a") of the roller main body 31 by using induction heating by the coil 32, thereby winding around the roller surface 31a.
  • the plurality of yarns Y that have been hung are heated.
  • the motor 50 is configured such that the output shaft 53 is rotatably supported by a bearing 52 provided in the housing 51.
  • the roller body 31 is made of, for example, carbon steel which is a magnetic body and a conductor.
  • the roller body 31 has a cylindrical heated portion 33 disposed radially outside of the coil 32, a cylindrical axial center portion 34 disposed radially inward of the coil 32, and a distal end portion of the heated portion 33. And a disc-shaped end face 35 connecting the tip of the shaft center 34 and the shaft center 34 are integrally formed.
  • the proximal end of the roller body 31 is open, and the output shaft 53 of the motor 50 is inserted.
  • the output shaft 53 is fixed to a shaft mounting hole 34 a formed in the shaft center portion 34. As a result, the roller body 31 can rotate integrally with the output shaft 53.
  • a cylindrical heat equalizing body 36 is provided radially inward of the heated portion 33 of the roller main body 31 and radially outward of the coil 32.
  • the heat equalizer 36 is made of a C / C composite (carbon fiber reinforced carbon composite material) which is a composite material of carbon fiber and graphite.
  • the heat spreader 36 has a thermal conductivity higher than that of the roller body 31 and has a role of making the temperature distribution in the axial direction of the heated portion 33 uniform.
  • the outer diameter of the heat spreader 36 is substantially the same as the inner diameter of the heated portion 33, and the heat spreader 36 is in contact with the inner circumferential surface 33 a of the heated portion 33.
  • the heat spreader 36 is provided in a range including the winding region R in the axial direction.
  • the heat equalizer 36 will be described in detail later.
  • the coil 32 has a configuration in which a conductive wire is wound around a cylindrical bobbin member 38.
  • the bobbin member 38 is attached to, for example, the housing 51 of the motor 50.
  • a power supply not shown
  • an eddy current is generated in the heated portion 33 by the alternating magnetic flux penetrating the heated portion 33, and the heated portion 33 is inductively heated.
  • the proximal end of the heated portion 33 is covered by an annular cover member 39.
  • FIG. 3A shows a perspective view of the heat spreader 36
  • FIGS. 3b and 3c show cross-sectional views orthogonal to the axial direction of the heat spreader 37 forming the heat spreader 36.
  • FIG. 3A the heat spreader 36 is formed in a cylindrical shape as a whole by arranging a plurality of heat spreaders 37 extending in the axial direction in the circumferential direction.
  • each heat equalizing piece 37 has an arc-shaped surface on the radially outer side in a cross section orthogonal to the axial direction.
  • the shape of the radially inner surface of the heat equalizing piece 37 is not particularly limited, and may be, for example, an arc as shown in b and a linear as shown in c.
  • the C / C composite constituting the heat spreader 36 is manufactured by stacking carbon fibers in layers with a matrix material (base material) and firing it under high pressure and high temperature. For this reason, the shape of the C / C composite is generally plate-like, and it is difficult to form it into a cylindrical shape. Therefore, in the present embodiment, as shown by the alternate long and short dash line in b and c of FIG. 3, a plate-like member having a rectangular cross-sectional shape is first produced, and a part of this plate-like member is cut to equalize. A thermal strip 37 is produced.
  • FIG. 4 is a table showing respective physical property values of the roller main body 31 and the heat equalizer 36.
  • the C / C composite can adjust the orientation of carbon fibers at the time of preparation.
  • "Axial orientation" in the table indicates one in which carbon fibers are oriented in an axial direction
  • "random orientation” indicates one in which carbon fibers are not particularly oriented in a predetermined direction.
  • the thermal conductivity varies depending on the direction.
  • the heat spreader 36 of the present embodiment is to make the temperature distribution in the axial direction of the heated portion 33 uniform, so it is important that the thermal conductivity in the axial direction be high. Therefore, when the thermal conductivity of the heat spreader has anisotropy, it means the thermal conductivity in the axial direction.
  • a C / C composite in which carbon fibers are oriented in an axial direction or randomly is used.
  • the C / C composite is suitable as the material of the heat spreader 36 because it is lightweight in addition to high thermal conductivity.
  • the linear expansion coefficient is extremely small compared to carbon steel.
  • the roller main body 31 expands more than the heat equalizer 36, and a gap is generated between the heated portion 33 and the heat equalizer 36.
  • a pressing mechanism 40 for pressing the heat equalizing pieces 37 constituting the heat equalizing member 36 toward the inner peripheral surface 33 a of the heated portion 33 is provided.
  • Each heat equalizing piece 37 is configured to be able to maintain a state in which it comes into contact with the heated portion 33.
  • FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the area around the heat equalizing piece 37 and the pressing mechanism 40.
  • Both end surfaces in the axial direction of the heat equalizing piece 37 are tapered surfaces 37 a and 37 b that project outward in the axial direction toward the radially outer side.
  • the inclinations of the tapered surfaces 37a and 37b are the same.
  • the pressing mechanism 40 is disposed on the proximal end side of the heat equalizing piece 37.
  • the pressing mechanism 40 has an interposing member 41 adjacent to the tapered surface 37 a on the base end side of the heat equalizing piece 37, and a spring 42 biasing the interposing member 41 to the distal end side.
  • the interposing member 41 is an annular member extending in the circumferential direction of the roller body 31.
  • the intervening member 41 of the present embodiment is made of, for example, an iron-based material, a stainless steel material, or the like.
  • the interposing member 41 has a pressing surface 41 a that contacts all the heat equalizing pieces 37 arranged in the circumferential direction.
  • the pressing surface 41a has a tapered shape that matches the tapered surface 37a.
  • the interposed member 41 is sandwiched between the heated portion 33 of the roller main body 31 and the restricting portion 39a of the cover member 39 in the radial direction, and the movement in the radial direction is restricted.
  • the spring 42 is disposed on the proximal end side of the interposing member 41, and is accommodated in a recess 39 b formed in the cover member 39.
  • the plurality of springs 42 are arranged at equal intervals in the circumferential direction. For example, one spring 42 may be disposed for one heat spreader 37, or a plurality of springs 42 may be disposed for one heat spreader 37, or a plurality of heat spreaders 37. A single spring 42 may be arranged for one.
  • a tapered engagement surface 31b is formed which matches the tapered surface 37b on the tip side of the heat equalizing piece 37 There is.
  • the heat equalizing piece 37 is disposed so as to be sandwiched between the interposing member 41 and the engagement surface 31 b in the axial direction.
  • the spring 42 urges the interposing member 41 to the tip side, whereby the tapered surface 37 a of the heat equalizing piece 37 is pressed to the tip side by the pressing surface 41 a of the interposing member 41.
  • the pressing force is converted by the tapered surface 37 a into a force that presses the heat equalizing piece 37 radially outward.
  • the tapered surface 37b of the heat equalizing piece 37 is pressed to the proximal side by the reaction force from the engagement surface 31b. This reaction force is also converted into a force for pressing the heat equalizing piece 37 radially outward by the tapered surface 37 b.
  • the heat equalizing pieces 37 are equally pressed radially outward in the axial direction (see the arrow in FIG. 5). Therefore, even if the roller body 31 expands more than the heat equalizing members 36 during induction heating, the heat equalizing pieces 37 are pressed against the inner peripheral surface 33 a of the heated portion 33. It is possible to maintain the contact state of
  • the cylindrical heat spreader 36 is constituted by a plurality of heat spreaders 37, and each heat spreader 37 is a pressing mechanism It is pressed toward the inner peripheral surface 33 a of the heated portion 33 by 40. Therefore, even if the roller body 31 expands more than the heat spreader 36 at the time of heating, the heat spreaders 37 can be kept in contact with the inner circumferential surface 33 a of the heated portion 33. Therefore, it can prevent that the soaking effect by the soaking body 36 is reduced.
  • the heat equalizing piece 37 can be kept in contact with the inner circumferential surface 33 a of the heated portion 33.
  • the heat equalizing piece 37 since each heat equalizing piece 37 is simply pressed toward the inner circumferential surface 33 a of the heated portion 33, each heat equalizing piece 37 is axially opposed to the heated portion 33. And relative displacement in the circumferential direction, and there is no concern as described above.
  • the heating device further includes a coil 32 disposed radially inward of the heated portion 33, and the heated portion 33 is induction heated by the coil 32.
  • a coil 32 disposed radially inward of the heated portion 33, and the heated portion 33 is induction heated by the coil 32.
  • the heat equalizing piece 37 has an arc-shaped surface on the radially outer side in a cross section orthogonal to the axial direction.
  • the radially outer surface of the heat equalizing piece 37 can be shaped along the inner peripheral surface of the heated portion 33, so the contact area between the heat equalizing piece 37 and the heated portion 33 can be increased. And the soaking effect can be further enhanced.
  • the pressing mechanism 40 is disposed outside the heat equalizing piece 37 in the axial direction. As described above, if the pressing mechanism 40 is disposed on the outer side of the heat equalizing piece 37 in the axial direction, the pressing mechanism does not need to be disposed at the central portion of the roller main body 31, and the rotational balance of the roller main body 31 is maintained well. It's easy to do. Further, in the case of the induction heating type, the magnetic flux penetrating the pressing mechanism 40 can be reduced, and accordingly, there is an advantage that the heating efficiency of the roller main body 31 can be improved.
  • the end face of at least one side of the heat equalizing piece 37 in the axial direction is a tapered surface 37a that protrudes axially outward as it goes radially outward, and the pressing mechanism 40 has an axis of the tapered surface 37a. Press in the direction.
  • the heat equalizing piece 37 is radially outward, ie, on the inner circumferential surface 33 a of the heated portion 33. It is pushed towards. Therefore, even when the pressing mechanism 40 is disposed on the outer side of the heat equalizing piece 37 in the axial direction, the heat equalizing piece 37 can be pressed toward the inner circumferential surface 33 a of the portion to be heated 33 with a simple configuration.
  • the pressing mechanism 40 contacts the tapered surface 37a and has the tapered surface 37a in the axial direction by the intervening member 41 having the tapered pressing surface 41a that matches the tapered surface 37a, and the pressing surface 41a. And a spring 42 (biasing member) for biasing the interposing member 41 in the axial direction so as to press it.
  • the tapered surface 37a can be reliably pressed in the axial direction by the pressing surface 41a. It can be effectively pressed toward the inner circumferential surface 33 a of the heated portion 33.
  • the interposing member 41 is an annular member in contact with the tapered surfaces 37 a of the heat equalizing pieces 37. According to such a configuration, it is not necessary to provide the interposing member 41 for each heat equalizing piece 37, and only one interposing member 41 is required, which is advantageous from the viewpoint of cost and assembly efficiency.
  • a plurality of springs 42 are arranged at equal intervals in the circumferential direction. In this way, all the heat equalizing pieces 37 can be uniformly pressed by one interposing member 41, so each heat equalizing piece 37 is uniformly pressed toward the inner circumferential surface 33a of the heated portion 33. be able to.
  • tapered surfaces 37a and 37b are formed on both sides of the heat equalizing piece 37 in the axial direction, and the pressing mechanism 40 is provided only on one side of the heat equalizing piece 37 in the axial direction.
  • a tapered engagement surface 31b is formed that matches the tapered surface 37b on the other side of the heat equalizing piece 37 in the axial direction. According to this structure, the tapered surface 37a on one side of the heat equalizing piece 37 is pressed by the pressing mechanism 40, and the tapered surface 37b on the other side is pressed by the reaction force from the engagement surface 31b.
  • the heat equalizing pieces 37 can be uniformly pressed radially outward, and the entire heat equalizing pieces 37 can be favorably brought into contact with the inner circumferential surface 33 a of the heated portion 33. Further, by providing the pressing mechanism 40 only on one side of the heat equalizing piece 37, the number of parts can be reduced.
  • the roller body 31 is supported in a cantilever manner, and the pressing mechanism 40 is disposed on the base end side where the roller body 31 is supported in the axial direction.
  • the tip end portion of the roller main body 31 has more portions facing the outside air than the base end portion, so heat is easily dissipated and the temperature is easily lowered. Therefore, by arranging the pressing mechanism 40 on the proximal end side of the roller main body 31 as described above, the heat equalizing piece 37 can be pressed to the distal end side, and the distal end portion of the roller main body 31 can be reliably contacted. Therefore, heat is easily transmitted to the tip end portion of the roller main body 31 through the heat spreader 37, so that the temperature decrease at the tip end portion of the roller main body 31 can be suppressed and the heat spread effect can be improved.
  • the heat equalizer 36 is made of a C / C composite (carbon fiber composite material).
  • the carbon fiber composite material is suitable as the material of the heat spreader 36 because it is lightweight in addition to high thermal conductivity.
  • the carbon fiber composite material has a very small coefficient of linear expansion, and a gap is likely to be generated between the roller body 31 and the heat equalizing member 36 during heating. According to the present embodiment, since such a gap can be eliminated by the pressing mechanism 40, it is possible to use the carbon fiber composite material as the heat equalizing body 36.
  • a plurality of yarns Y are wound around the surface of the induction heating roller 30 in line in the axial direction.
  • the induction heating roller 30 as described above, it is possible to prevent the soaking effect of the heat spreader 36 from being reduced, and to make the temperature distribution in the axial direction on the surface of the induction heating roller 30 uniform. Therefore, the occurrence of variation in quality among the plurality of yarns Y wound around the induction heating roller 30 can be suppressed, and high quality yarn Y can be produced.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of an induction heating roller 130 according to a modification.
  • the components common to those of the induction heating roller 30 of the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • the tapered surfaces such as the heat equalizing pieces 37 are not particularly formed on both axial end surfaces of the heat equalizing pieces 137 constituting the heat equalizing body 136.
  • the pressing mechanism 140 consists of two annular ring members 141.
  • the ring member 141 is made of a material having a linear expansion coefficient higher than that of the roller main body 31 (for example, an aluminum alloy, a copper alloy, or the like).
  • the two ring members 141 are cold-fitted inside the both ends of the heat equalizing piece 137 in the axial direction.
  • the cold-fitted ring member 141 is expanded at normal temperature, and thus the heat equalizing piece 137 is pressed toward the inner circumferential surface 33 a of the heated portion 33. Therefore, even if the roller body 31 expands during induction heating, the heat equalizing piece 137 can be maintained in a state of being in contact with the inner circumferential surface 33 a of the portion to be heated 33.
  • the number and arrangement of the ring members 141 are not limited to the form of this modification, and can be changed as appropriate.
  • the pressing mechanism 140 can be configured very easily.
  • the magnetic flux passing through the pressing mechanism 140 increases, thereby reducing the heating efficiency of the heated portion 33 of the roller main body 31.
  • the pressing mechanism 40 is disposed on the axially outer side of the heat equalizing piece 37 as in the above embodiment, the magnetic flux penetrating the pressing mechanism 40 can be reduced. Is advantageous because it can improve the
  • the pressing mechanism 40 is configured by the interposing member 41 and the spring 42.
  • the intervening member 41 can be omitted. Even when the heat equalizing piece 37 is urged to the tip end side directly by the spring 42, the taper face 37b on the tip end side receives the reaction force from the engaging face 31b. It is possible to press towards the surface 33a.
  • the interposed member 41 is made of a material (such as aluminum alloy or copper alloy) having a linear expansion coefficient higher than that of the heated portion 33 (the roller body 31) and the heat equalizing piece 37 (the heat equalizing member 36),
  • the spring 42 may be omitted. In this case, the tapered surface 37 a of the heat equalizing piece 37 can be pressed by the thermally expanding interposition member 41.
  • the end surface of the axial direction of the heat equalizing piece 37 was made into the taper surfaces 37a and 37b which have the same inclination.
  • the inclinations of the tapered surfaces 37a and 37b do not have to be the same.
  • the other end face may not be a tapered surface.
  • the pressing mechanism 40 is provided only on one side of the heat equalizing piece 37 in the axial direction.
  • the pressing mechanism 40 may be provided on both sides of the heat equalizing piece 37.
  • the radially outer surface of the heat equalizing piece 37 is arc-shaped.
  • the plurality of heat equalizing pieces 37 may be heated to the heated portion 33 even if the radial outer surface of the heat equalizing piece 37 is not necessarily arcuate. It is possible to arrange so as to be generally along the inner circumferential surface of
  • the roller body 31 is made of carbon steel
  • the heat spreader 36 is made of a C / C composite.
  • the respective materials are not limited to these.
  • aluminum or copper may be used as the material of the roller body 31.
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic
  • the heat spreader 36 may be made of a sintered metal material having a thermal conductivity higher than that of the roller body 31 and a low linear expansion coefficient.
  • roller body 31 is supported in a cantilever manner.
  • roller main body 31 may be supported at both ends.
  • a plurality of yarns Y are wound around one induction heating roller 30, and the yarns Y are heated.
  • the application of the induction heating roller 30 is not limited to that for heating the yarn Y, but it is for heating sheet materials such as films other than the yarn Y, paper, non-woven fabric, resin sheet, etc.
  • the toner image of the toner may be heated.

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Abstract

ローラ本体よりも熱伝導率が高く且つ線膨張率の低い円筒状の均熱体を設けた加熱ローラにおいて、熱膨張差により隙間が生じることで均熱体による均熱効果が低減することを防止する。円筒状の被加熱部３３を有するローラ本体３１と、被加熱部３３の内周面３３ａに接触するように配置され、ローラ本体３１よりも熱伝導率が高く且つ線膨張率の低い円筒状の均熱体３６と、を備え、均熱体３６は、軸方向に延びる複数の均熱片３７を周方向に並べることによって円筒状に構成されており、各均熱片３７を被加熱部３３の内周面３３ａに向けて押圧する押圧機構４０をさらに備える。

Description

加熱ローラ及び紡糸延伸装置
　本発明は、加熱ローラ及び紡糸延伸装置に関する。
　例えば、特許文献１に記載されているように、コイルを用いた誘導加熱によってローラ表面を昇温させる誘導加熱ローラが知られている。このような誘導加熱ローラでは、誘導加熱による発熱量を軸方向において均一とすることは難しく、ローラ表面の温度が軸方向において不均一となりやすい。そこで、特許文献１に記載の誘導加熱ローラでは、ローラ本体の表面付近に、気液二相の熱媒体が封入されたジャケット室が軸方向に延びるように設けられている。このジャケット室がヒートパイプとして機能することで、ローラ表面の温度が軸方向において均一化される。
特開２００３－１００４３７号公報
　特許文献１のようにヒートパイプ（ジャケット室）をローラ本体に設ける構成では、ヒートパイプを配置するために、ローラ本体の厚みを大きくせざるを得ない。その結果、ローラ本体の熱容量が大きくなり、ローラ表面を効率的に昇温できないという問題があった。
　そこで、本願発明者らは、ローラ本体よりも熱伝導性が高い円筒状の均熱体を、被加熱部の内周面に接触させた状態で設けることを検討している。ローラ本体に接触している均熱体がヒートパイプの役割を果たすことで、ローラ表面の軸方向の温度分布を均一化させることができる。また、均熱体が円筒状であるので、均熱体の径方向内側に均熱体を支持するための構造を設ける必要がなく、ローラ本体の厚みを小さくすることができる。その結果、ローラ表面を効率的に昇温することができる。なお、このような円筒状の均熱体を設ける構成は、誘導加熱ローラに限らず、他の加熱方式の加熱ローラにおいても有効である。
　均熱体の材料としては、例えば、熱伝導性に優れ、しかも軽量な炭素繊維複合材料が候補として挙げられる。しかしながら、炭素繊維複合材料は線膨張率が非常に小さい。このため、誘導加熱時にローラ本体が均熱体よりも大きく膨張し、ローラ本体と均熱体との間に隙間が生じる。その結果、ローラ本体と均熱体との間で伝熱しにくくなり、均熱体による均熱効果が十分に発揮されないという問題があった。
　以上の課題に鑑みて、本発明に係る加熱ローラは、ローラ本体よりも熱伝導率が高く且つ線膨張率の低い円筒状の均熱体を設けた場合に、熱膨張差により隙間が生じることで均熱体による均熱効果が低減することを防止することを目的とする。
　本発明に係る加熱ローラは、円筒状の被加熱部を有するローラ本体と、前記被加熱部の内周面に接触するように配置され、前記ローラ本体よりも熱伝導率が高く且つ線膨張率の低い円筒状の均熱体と、を備え、前記均熱体は、軸方向に延びる複数の均熱片を周方向に並べることによって円筒状に構成されており、前記各均熱片を前記被加熱部の内周面に向けて押圧する押圧機構をさらに備えることを特徴とする。
　本発明では、円筒状の均熱体が複数の均熱片によって構成されており、各均熱片は押圧機構によって被加熱部の内周面に向けて押圧されている。このため、加熱時にローラ本体が均熱体より大きく膨張したとしても、各均熱片が被加熱部の内周面に接触した状態を維持することができる。したがって、均熱体による均熱効果が低減することを防止できる。ここで、均熱片を被加熱部の内周面に接着等することで、均熱片が被加熱部の内周面に接触した状態を維持することもできる。しかしながら、この場合には、ローラ本体と均熱体との膨張差によって軸方向や周方向への相対変位が生じると、接着等した部分が破壊されてしまうおそれがある。これに対し、本発明では、各均熱片を被加熱部の内周面に向けて単に押圧しているだけなので、各均熱片は被加熱部に対して軸方向や周方向に相対変位可能であり、上述のような懸念はない。
　本発明において、前記被加熱部の径方向内側に配置されたコイルをさらに備え、前記被加熱部は、前記コイルによって誘導加熱されるとよい。
　このような誘導加熱式の加熱ローラの場合は、被加熱部における軸方向の温度分布を均一にすることが特に難しいので、誘導加熱時に均熱体による均熱効果を確実に維持できる本発明の意義が大きい。
　本発明において、前記均熱片は、軸方向に直交する断面において、径方向外側の表面が円弧状であるとよい。
　こうすることで、均熱片の径方向外側の表面を被加熱部の内周面に沿った形状とすることができるので、均熱片と被加熱部との接触面積を広くすることができ、均熱効果をより高めることができる。
　本発明において、前記押圧機構は、軸方向において前記均熱片の外側に配置されているとよい。
　このように、押圧機構を軸方向において均熱片の外側に配置しておけば、ローラ本体の中心部に押圧機構を配置する必要がなく、ローラ本体の回転バランスを良好に維持しやすい。また、誘導加熱式の場合は、押圧機構を貫く磁束を減らすことができ、その分、ローラ本体の加熱効率を向上させることができるという利点もある。
　本発明において、軸方向において前記均熱片の少なくとも一方側の端面が、径方向外側に向かうほど軸方向外側に突出するテーパー面となっており、前記押圧機構は、前記テーパー面を軸方向に押圧するとよい。
　このような構成によれば、押圧機構が均熱片のテーパー面を軸方向に押圧することで、均熱片が径方向外側、すなわち、被加熱部の内周面に向けて押圧される。したがって、押圧機構を軸方向において均熱片の外側に配置した場合でも、簡易な構成で均熱片を被加熱部の内周面に向けて押圧することができる。
　本発明において、前記押圧機構は、前記テーパー面に接触し、且つ、前記テーパー面に合致するテーパー形状の押圧面、を有する介在部材と、前記押圧面によって前記テーパー面を軸方向に押圧するように、前記介在部材を軸方向に付勢する付勢部材と、を有するとよい。
　このように、付勢部材と均熱片との間に介在部材を介在させることで、テーパー面を押圧面によって確実に軸方向に押圧することができるので、均熱片をより効果的に被加熱部の内周面に向けて押圧することができる。
　本発明において、前記介在部材は、前記各均熱片の全ての前記テーパー面に接触する円環状の部材であるとよい。
　このような構成によれば、介在部材を均熱片ごとに設ける必要はなく、介在部材が１つで済むので、コストや組立効率の観点から有利となる。
　本発明において、前記付勢部材は、周方向において等間隔に複数配置されているとよい。
　このようにすれば、全ての均熱片を１つの介在部材によって均等に押圧することができるので、各均熱片を被加熱部の内周面に向けて均等に押圧することができる。
　本発明において、軸方向において前記均熱片の両側に前記テーパー面が形成されており、前記押圧機構は、軸方向において前記均熱片の一方側にのみ設けられ、前記ローラ本体には、軸方向において前記均熱片の他方側の前記テーパー面に合致するテーパー形状の係合面が形成されているとよい。
　このように構成すれば、均熱片の一方側のテーパー面が押圧機構によって押圧され、他方側のテーパー面が係合面からの反力によって押圧される。したがって、均熱片が均等に径方向外側に押圧され、均熱片の全体を良好に被加熱部の内周面に接触させることができる。また、押圧機構を均熱片の片側にのみ設けることで、部品点数を削減することができる。
　本発明において、前記ローラ本体は片持ち支持されており、前記押圧機構は、軸方向において前記ローラ本体が支持されている基端側に配置されているとよい。
　ローラ本体が片持ち支持されている場合、ローラ本体の先端部は基端部と比べて外気に面する部分が多くなるため、放熱しやすく、温度が低下しやすい。そこで、上述のように、押圧機構をローラ本体の基端側に配置することで、均熱片を先端側に押圧してローラ本体の先端部に確実に接触させることができる。したがって、均熱片を介してローラ本体の先端部に熱が伝わりやすくなり、ローラ本体の先端部における温度低下を抑え、均熱効果を向上させることができる。
　本発明において、前記均熱体は炭素繊維複合材料からなるとよい。
　炭素繊維複合材料は、熱伝導性が高いことに加えて軽量であるので、均熱体の材料としては好適である。しかしながら、炭素繊維複合材料は線膨張率が非常に小さく、加熱時にローラ本体と均熱体との間に隙間が生じやすい。本発明によれば、このような隙間を押圧機構によってなくすことができるので、均熱体に炭素繊維複合材料を用いることが可能となる。
　本発明に係る紡糸延伸装置は、上記何れかの加熱ローラを備える紡糸延伸装置であって、前記加熱ローラの表面に複数の糸が軸方向に並んで巻き掛けられていることを特徴とする。
　本発明に係る加熱ローラによれば、上述のように、均熱体による均熱効果が低減することを防止でき、加熱ローラの表面における軸方向の温度分布を均一化することができる。したがって、加熱ローラに巻き掛けられた複数の糸間で品質にばらつきが生じることを抑え、高品質の糸を生産することができる。
本実施形態に係る誘導加熱ローラを備える紡糸引取機を示す模式図である。 本実施形態に係る誘導加熱ローラの断面図である。 ａ図は均熱体の斜視図であり、ｂ図及びｃ図は均熱片の断面図である。 ローラ本体及び均熱体の各物性値を示す表である。 均熱片及び押圧機構の周辺を拡大した断面図である。 変形例に係る誘導加熱ローラの断面図である。
　（紡糸引取機）
　本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る誘導加熱ローラを備える紡糸引取機を示す模式図である。図１に示すように、紡糸引取機１は、紡糸装置２から紡出された複数の糸Ｙを、紡糸延伸装置３で延伸した後、糸巻取装置４で巻き取る構成となっている。なお、以下では、各図に付した方向を参照しつつ説明を行う。
　紡糸装置２は、ポリエステル等の溶融繊維材料を連続的に紡出することで、複数の糸Ｙを生成する。紡糸装置２から紡出された複数の糸Ｙは、油剤ガイド１０によって油剤が付与された後、案内ローラ１１を経て紡糸延伸装置３に送られる。
　紡糸延伸装置３は、複数の糸Ｙを延伸する装置であり、紡糸装置２の下方に配置されている。紡糸延伸装置３は、保温箱１２の内部に収容された複数のゴデットローラ２１～２５を有している。各ゴデットローラ２１～２５は、モータによって回転駆動されるとともに、コイルによって誘導加熱される誘導加熱ローラであり、複数の糸Ｙが巻き掛けられている。保温箱１２の右側面部の下部には、複数の糸Ｙを保温箱１２の内部に導入するための導入口１２ａが形成されている。保温箱１２の右側面部の上部には、複数の糸Ｙを保温箱１２の外部に導出するための導出口１２ｂが形成されている。複数の糸Ｙは、下側のゴデットローラ２１から順番に、各ゴデットローラ２１～２５に対して３６０度未満の巻き掛け角で巻き掛けられている。
　下側３つのゴデットローラ２１～２３は、複数の糸Ｙを延伸する前に予熱するための予熱ローラであり、これらのローラ表面温度は、糸Ｙのガラス転移点以上の温度（例えば９０～１００℃程度）に設定されている。一方、上側２つのゴデットローラ２４、２５は、延伸された複数の糸Ｙを熱セットするための調質ローラであり、これらのローラ表面温度は、下側３つのゴデットローラ２１～２３のローラ表面温度よりも高い温度（例えば１５０～２００℃程度）に設定されている。また、上側２つのゴデットローラ２４、２５の糸送り速度は、下側３つのゴデットローラ２１～２３よりも速くなっている。
　導入口１２ａを介して保温箱１２に導入された複数の糸Ｙは、まず、ゴデットローラ２１～２３によって送られる間に延伸可能な温度まで予熱される。予熱された複数の糸Ｙは、ゴデットローラ２３とゴデットローラ２４との間の糸送り速度の差によって延伸される。さらに、複数の糸Ｙは、ゴデットローラ２４、２５によって送られる間にさらに高温に加熱されて、延伸された状態が熱セットされる。このようにして延伸された複数の糸Ｙは、導出口１２ｂを介して保温箱１２の外に導出される。
　紡糸延伸装置３で延伸された複数の糸Ｙは、案内ローラ１３を経て糸巻取装置４に送られる。糸巻取装置４は、複数の糸Ｙを巻き取る装置であり、紡糸延伸装置３の下方に配置されている。糸巻取装置４は、ボビンホルダ１４やコンタクトローラ１５等を備えている。ボビンホルダ１４は、前後方向に延びる円筒形状を有し、図示しないモータによって回転駆動される。ボビンホルダ１４には、その軸方向に複数のボビンＢが並んだ状態で装着される。糸巻取装置４は、ボビンホルダ１４を回転させることによって、複数のボビンＢに複数の糸Ｙを同時に巻取り、複数のパッケージＰを生産する。コンタクトローラ１５は、複数のパッケージＰの表面に接触して所定の接圧を付与し、パッケージＰの形状を整える。
　（誘導加熱ローラ）
　図２は、本実施形態に係る誘導加熱ローラ３０の断面図である。なお、図２に示す誘導加熱ローラ３０は、図１におけるゴデットローラ２１～２５の全てに適用してもよいし、一部に適用してもよい。誘導加熱ローラ３０のローラ本体３１は、ローラ本体３１を回転駆動するモータ５０によって片持ち支持されている。したがって、以下では、軸方向のうちモータ５０側を「基端側」と言い、反対側を「先端側」と言う。
　誘導加熱ローラ３０は、円筒状のローラ本体３１と、ローラ本体３１の内部に配置された円筒状のコイル３２とを有する。誘導加熱ローラ３０は、コイル３２による誘導加熱を利用して、ローラ本体３１の外周面３１ａ（以下、「ローラ表面３１ａ」と言う）を昇温させるものであり、それによって、ローラ表面３１ａに巻き掛けられた複数の糸Ｙを加熱するものである。一方、モータ５０は、ハウジング５１に設けられた軸受５２によって出力軸５３が回転可能に支持された構成となっている。
　ローラ本体３１は、例えば、磁性体且つ導体である炭素鋼からなる。ローラ本体３１は、コイル３２の径方向外側に配置された円筒状の被加熱部３３と、コイル３２の径方向内側に配置された円筒状の軸心部３４と、被加熱部３３の先端部と軸心部３４の先端部とをつなぐ円板状の端面部３５と、が一体形成された構成を有する。ローラ本体３１の基端部は開口しており、モータ５０の出力軸５３が挿入される。出力軸５３は、軸心部３４に形成された軸取付孔３４ａに固定される。これによって、ローラ本体３１が出力軸５３と一体回転可能となっている。
　ローラ本体３１の被加熱部３３の径方向内側、且つ、コイル３２の径方向外側には、円筒状の均熱体３６が設けられている。均熱体３６は、炭素繊維と黒鉛との複合材料であるＣ／Ｃコンポジット（炭素繊維強化炭素複合材料）からなる。均熱体３６は、ローラ本体３１よりも高い熱伝導率を有しており、被加熱部３３の軸方向における温度分布を均一化させる役割を有する。均熱体３６の外径は被加熱部３３の内径と略同じとされており、均熱体３６は被加熱部３３の内周面３３ａに接触している。ローラ表面３１ａのうち、複数の糸Ｙが巻き掛けられている軸方向の領域を巻掛領域Ｒとすると、均熱体３６は、軸方向において巻掛領域Ｒを含む範囲にわたって設けられている。均熱体３６については、後で詳細に説明する。
　コイル３２は、円筒状のボビン部材３８に導線が巻き回された構成となっている。ボビン部材３８は、例えば、モータ５０のハウジング５１に取り付けられる。不図示の電源からコイル３２に高周波電流を供給することで、被加熱部３３を貫く交番磁束によって被加熱部３３に渦電流が生じ、被加熱部３３が誘導加熱される。被加熱部３３の基端部は、円環状のカバー部材３９によってカバーされている。
　（均熱体）
　次に、均熱体３６の詳細について説明する。図３のａ図は、均熱体３６の斜視図を示しており、ｂ図及びｃ図は、均熱体３６を構成する均熱片３７の軸方向に直交する断面図を示している。均熱体３６は、図３のａ図に示すように、軸方向に延びる複数の均熱片３７が周方向に並べられることで、全体として円筒状に構成されている。各均熱片３７は、図３のｂ図及びｃ図に示すように、軸方向に直交する断面において径方向外側の表面が円弧状とされている。均熱片３７の径方向内側の表面の形状は特に限定されず、例えば、ｂ図に示すような円弧状でもよいし、ｃ図に示すような直線状でもよい。
　均熱体３６を構成するＣ／Ｃコンポジットは、炭素繊維をマトリクス材（母材）とともに層状に積み重ね、高圧・高温下で焼成することによって製造される。このため、Ｃ／Ｃコンポジットの形状は一般的に板状となり、円筒状に成形することは困難である。そこで、本実施形態では、図３のｂ図及びｃ図において一点鎖線で示すように、断面形状が矩形状の板状部材をまず作製し、この板状部材の一部を切削することにより均熱片３７を作製している。
　図４は、ローラ本体３１及び均熱体３６の各物性値を示す表である。Ｃ／Ｃコンポジットは、作製時に炭素繊維の配向を調整することが可能である。表中の「軸方向配向」とは炭素繊維を軸方向に配向させたものを示し、「ランダム配向」とは炭素繊維を特に所定の方向に配向しなかったものを示す。炭素繊維を配向させた場合は、方向によって熱伝導率が異なる。本実施形態の均熱体３６は、上述のように、被加熱部３３の軸方向における温度分布を均一化させるものであるから、軸方向における熱伝導率が高いことが重要である。したがって、均熱体の熱伝導率が異方性を有する場合には、軸方向における熱伝導率を意味するものとする。本実施形態では、炭素繊維を軸方向又はランダムに配向させたＣ／Ｃコンポジットを用いるものとする。
　図４から明らかなように、Ｃ／Ｃコンポジットは、熱伝導率が高いことに加えて軽量であるので、均熱体３６の材料としては好適である。ただし、線膨張率が炭素鋼と比べて極端に小さい。このため、誘導加熱時にローラ本体３１が均熱体３６よりも大きく膨張し、被加熱部３３と均熱体３６との間に隙間が生じる。その結果、被加熱部３３と均熱体３６との間で伝熱しにくくなり、均熱体３６による均熱効果が十分に発揮されないという問題があった。そこで、本実施形態では、均熱体３６を構成する各均熱片３７を被加熱部３３の内周面３３ａに向けて押圧する押圧機構４０（図２参照）を設けることで、誘導加熱時に各均熱片３７が被加熱部３３に接触した状態を維持できるように構成されている。
　（押圧機構）
　押圧機構４０の詳細について、図５を参照しつつ説明する。図５は、均熱片３７及び押圧機構４０の周辺を拡大した断面図である。均熱片３７の軸方向における両端面は、径方向外側に向かうほど軸方向外側に突出するテーパー面３７ａ、３７ｂとされている。本実施形態では、テーパー面３７ａ、３７ｂの傾きを同じにしている。
　押圧機構４０は、均熱片３７の基端側に配置されている。押圧機構４０は、均熱片３７の基端側のテーパー面３７ａに隣接する介在部材４１と、介在部材４１を先端側に付勢するばね４２と、を有する。介在部材４１は、ローラ本体３１の周方向に延びる円環状の部材である。本実施形態の介在部材４１は、例えば鉄系材料やステンレス材料等によって作製されている。介在部材４１は、周方向に並べられた全ての均熱片３７に接触する押圧面４１ａを有する。押圧面４１ａは、テーパー面３７ａに合致するテーパー形状を有する。介在部材４１は、径方向においてローラ本体３１の被加熱部３３とカバー部材３９の規制部３９ａとによって挟まれており、径方向への移動が規制されている。ばね４２は、介在部材４１の基端側に配置されており、カバー部材３９に形成された凹部３９ｂに収容されている。ばね４２は、周方向において等間隔に複数配置されている。例えば、１つの均熱片３７に対して１つのばね４２が配置されてもよいし、１つの均熱片３７に対して複数のばね４２が配置されてもよいし、複数の均熱片３７に対して１つのばね４２が配置されてもよい。
　ローラ本体３１の端面部３５の内面（被加熱部３３との角部近傍の内面）には、均熱片３７の先端側のテーパー面３７ｂに合致するテーパー形状の係合面３１ｂが形成されている。均熱片３７は、軸方向において介在部材４１と係合面３１ｂとによって挟まれるように配置される。
　ばね４２が介在部材４１を先端側に付勢することで、均熱片３７のテーパー面３７ａが介在部材４１の押圧面４１ａによって先端側に押圧される。この押圧力が、テーパー面３７ａによって均熱片３７を径方向外側に押圧する力へと変換される。さらに、均熱片３７のテーパー面３７ｂは、係合面３１ｂからの反力によって基端側に押圧される。この反力も、テーパー面３７ｂによって均熱片３７を径方向外側に押圧する力へと変換される。
　このように、均熱片３７の両側のテーパー面３７ａ、３７ｂが軸方向内側に押圧されることによって、均熱片３７が軸方向において均等に径方向外側に押圧される（図５の矢印参照）。したがって、誘導加熱時にローラ本体３１が均熱体３６よりも大きく膨張しても、各均熱片３７が被加熱部３３の内周面３３ａに押し付けられるので、被加熱部３３と均熱体３６の接触状態を維持することができる。
　（効果）
　本実施形態に係る誘導加熱ローラ３０（本発明における「加熱ローラ」に相当）では、円筒状の均熱体３６が複数の均熱片３７によって構成されており、各均熱片３７は押圧機構４０によって被加熱部３３の内周面３３ａに向けて押圧されている。このため、加熱時にローラ本体３１が均熱体３６より大きく膨張したとしても、各均熱片３７が被加熱部３３の内周面３３ａに接触した状態を維持することができる。したがって、均熱体３６による均熱効果が低減することを防止できる。ここで、均熱片３７を被加熱部３３の内周面３３ａに接着等することで、均熱片３７が被加熱部３３の内周面３３ａに接触した状態を維持することもできる。しかしながら、この場合には、ローラ本体３１と均熱体３６との膨張差によって軸方向や周方向への相対変位が生じると、接着等した部分が破壊されてしまうおそれがある。これに対し、本実施形態では、各均熱片３７を被加熱部３３の内周面３３ａに向けて単に押圧しているだけなので、各均熱片３７は被加熱部３３に対して軸方向や周方向に相対変位可能であり、上述のような懸念はない。
　本実施形態では、被加熱部３３の径方向内側に配置されたコイル３２をさらに備え、被加熱部３３は、コイル３２によって誘導加熱される。このような誘導加熱式の加熱ローラ３０の場合は、被加熱部３３における軸方向の温度分布を均一にすることが特に難しいので、誘導加熱時に均熱体３６による均熱効果を確実に維持できる本発明の意義が大きい。
　本実施形態では、均熱片３７は、軸方向に直交する断面において、径方向外側の表面が円弧状である。こうすることで、均熱片３７の径方向外側の表面を被加熱部３３の内周面に沿った形状とすることができるので、均熱片３７と被加熱部３３との接触面積を広くすることができ、均熱効果をより高めることができる。
　本実施形態では、押圧機構４０は、軸方向において均熱片３７の外側に配置されている。このように、押圧機構４０を軸方向において均熱片３７の外側に配置しておけば、ローラ本体３１の中心部に押圧機構を配置する必要がなく、ローラ本体３１の回転バランスを良好に維持しやすい。また、誘導加熱式の場合は、押圧機構４０を貫く磁束を減らすことができ、その分、ローラ本体３１の加熱効率を向上させることができるという利点もある。
　本実施形態では、軸方向において均熱片３７の少なくとも一方側の端面が、径方向外側に向かうほど軸方向外側に突出するテーパー面３７ａとなっており、押圧機構４０は、テーパー面３７ａを軸方向に押圧する。このような構成によれば、押圧機構４０が均熱片３７のテーパー面３７ａを軸方向に押圧することで、均熱片３７が径方向外側、すなわち、被加熱部３３の内周面３３ａに向けて押圧される。したがって、押圧機構４０を軸方向において均熱片３７の外側に配置した場合でも、簡易な構成で均熱片３７を被加熱部３３の内周面３３ａに向けて押圧することができる。
　本実施形態では、押圧機構４０は、テーパー面３７ａに接触し、且つ、テーパー面３７ａに合致するテーパー形状の押圧面４１ａ、を有する介在部材４１と、押圧面４１ａによってテーパー面３７ａを軸方向に押圧するように、介在部材４１を軸方向に付勢するばね４２（付勢部材）と、を有する。このように、ばね４２と均熱片３７との間に介在部材４１を介在させることで、テーパー面３７ａを押圧面４１ａによって確実に軸方向に押圧することができるので、均熱片３７をより効果的に被加熱部３３の内周面３３ａに向けて押圧することができる。
　本実施形態では、介在部材４１は、各均熱片３７のテーパー面３７ａに接触する円環状の部材である。このような構成によれば、介在部材４１を均熱片３７ごとに設ける必要はなく、介在部材４１が１つで済むので、コストや組立効率の観点から有利となる。
　本実施形態では、ばね４２は、周方向において等間隔に複数配置されている。このようにすれば、全ての均熱片３７を１つの介在部材４１によって均等に押圧することができるので、各均熱片３７を被加熱部３３の内周面３３ａに向けて均等に押圧することができる。
　本実施形態では、軸方向において均熱片３７の両側にテーパー面３７ａ、３７ｂが形成されており、押圧機構４０は、軸方向において均熱片３７の一方側にのみ設けられ、ローラ本体３１には、軸方向において均熱片３７の他方側のテーパー面３７ｂに合致するテーパー形状の係合面３１ｂが形成されている。このように構成すれば、均熱片３７の一方側のテーパー面３７ａが押圧機構４０によって押圧され、他方側のテーパー面３７ｂが係合面３１ｂからの反力によって押圧される。したがって、均熱片３７が均等に径方向外側に押圧され、均熱片３７の全体を良好に被加熱部３３の内周面３３ａに接触させることができる。また、押圧機構４０を均熱片３７の片側にのみ設けることで、部品点数を削減することができる。
　本実施形態では、ローラ本体３１は片持ち支持されており、押圧機構４０は、軸方向においてローラ本体３１が支持されている基端側に配置されている。ローラ本体３１が片持ち支持されている場合、ローラ本体３１の先端部は基端部と比べて外気に面する部分が多くなるため、放熱しやすく、温度が低下しやすい。そこで、上述のように、押圧機構４０をローラ本体３１の基端側に配置することで、均熱片３７を先端側に押圧してローラ本体３１の先端部に確実に接触させることができる。したがって、均熱片３７を介してローラ本体３１の先端部に熱が伝わりやすくなり、ローラ本体３１の先端部における温度低下を抑え、均熱効果を向上させることができる。
　本実施形態では、均熱体３６はＣ／Ｃコンポジット（炭素繊維複合材料）からなる。炭素繊維複合材料は、熱伝導性が高いことに加えて軽量であるので、均熱体３６の材料としては好適である。しかしながら、炭素繊維複合材料は線膨張率が非常に小さく、加熱時にローラ本体３１と均熱体３６との間に隙間が生じやすい。本実施形態によれば、このような隙間を押圧機構４０によってなくすことができるので、均熱体３６に炭素繊維複合材料を用いることが可能となる。
　本実施形態では、誘導加熱ローラ３０の表面に複数の糸Ｙが軸方向に並んで巻き掛けられている。誘導加熱ローラ３０によれば、上述のように、均熱体３６による均熱効果が低減することを防止でき、誘導加熱ローラ３０の表面における軸方向の温度分布を均一化することができる。したがって、誘導加熱ローラ３０に巻き掛けられた複数の糸Ｙの間で品質にばらつきが生じることを抑え、高品質の糸Ｙを生産することができる。
　（他の実施形態）
　上記実施形態に種々の変更を加えた変形例について説明する。
　（１）上記実施形態では、本発明に係る加熱ローラを誘導加熱ローラ３０に適用した場合について説明した。しかしながら、誘導加熱式の加熱ローラ以外にも本発明を適用することは可能である。
　（２）上記実施形態では、均熱片３７の軸方向外側に押圧機構４０が配置されていたが、図６に示すように、均熱片１３７の径方向内側に押圧機構１４０を配置してもよい。図６は、変形例に係る誘導加熱ローラ１３０の断面図である。誘導加熱ローラ１３０の各構成のうち、上記実施形態の誘導加熱ローラ３０と共通する構成には同じ符号を付し、説明を省略する。均熱体１３６を構成する各均熱片１３７の軸方向の両端面には、均熱片３７のようなテーパー面は特に形成されていない。
　押圧機構１４０は、２つの円環状のリング部材１４１からなる。リング部材１４１は、ローラ本体３１より線膨張率の高い材料（例えばアルミニウム合金や銅合金等）で作製されている。２つのリング部材１４１は、軸方向における均熱片１３７の両端部の内側に冷し嵌めされる。冷し嵌めされたリング部材１４１は、常温で膨張することによって、均熱片１３７を被加熱部３３の内周面３３ａに向けて押圧した状態となる。したがって、誘導加熱時にローラ本体３１が膨張しても、均熱片１３７を被加熱部３３の内周面３３ａに接触させた状態を維持することができる。なお、リング部材１４１の個数や配置は、本変形例の形態に限定されず、適宜変更が可能である。
　このようにリング部材１４１を冷し嵌めすることによって、非常に簡易に押圧機構１４０を構成することができる。ただし、押圧機構１４０が均熱片１３７の径方向内側に配置されている場合、押圧機構１４０（リング部材１４１）を貫く磁束が増えることによって、ローラ本体３１の被加熱部３３の加熱効率が低下するおそれがある。この点、上記実施形態のように、押圧機構４０を均熱片３７の軸方向外側に配置しておけば、押圧機構４０を貫く磁束を減らすことができ、その分、ローラ本体３１の加熱効率を向上させることができるので有利である。
　（３）上記実施形態では、押圧機構４０を、介在部材４１とばね４２とによって構成した。しかしながら、介在部材４１を省略することも可能である。ばね４２によって均熱片３７を直接先端側に付勢した場合でも、先端側のテーパー面３７ｂが係合面３１ｂからの反力を受けることによって、均熱片３７を被加熱部３３の内周面３３ａに向けて押圧することが可能である。あるいは、介在部材４１が被加熱部３３（ローラ本体３１）及び均熱片３７（均熱体３６）よりも線膨張率が高い材料（例えばアルミニウム合金や銅合金等）で作製されていれば、ばね４２を省略してもよい。この場合、熱膨張する介在部材４１によって均熱片３７のテーパー面３７ａを押圧することができる。
　（４）上記実施形態では、均熱片３７の軸方向の端面を、同じ傾きを有するテーパー面３７ａ、３７ｂとした。しかしながら、テーパー面３７ａ、３７ｂの傾きは必ずしも同じである必要はない。また、均熱片３７の軸方向の端面のいずれか一方のみをテーパー面とすれば、他方の端面はテーパー面でなくてもよい。
　（５）上記実施形態では、軸方向において均熱片３７の片側にのみ押圧機構４０を設けるものとした。しかしながら、押圧機構４０を均熱片３７の両側に設けてもよい。
　（６）上記実施形態では、均熱片３７の径方向外側の表面が円弧状であるとした。しかしながら、例えば、周方向の幅が狭い均熱片３７を用いれば、均熱片３７の径方向外側の表面が必ずしも円弧状になっていなくても、複数の均熱片３７を被加熱部３３の内周面に概ね沿うように配置することが可能である。
　（７）上記実施形態では、ローラ本体３１を炭素鋼で、均熱体３６をＣ／Ｃコンポジットで構成するものとしたが、それぞれの材料はこれらに限定されない。例えば、ローラ本体３１の材料としてアルミニウムや銅を使ってもよい。また、均熱体３６を、Ｃ／Ｃコンポジットの代わりに、炭素繊維と樹脂（例えばエポキシ樹脂）との複合材料であるＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）を用いてもよい。また、均熱体３６を、ローラ本体３１よりも熱伝導率が高く、且つ、線膨張率の低い金属焼結材で構成してもよい。一般的に、焼結材を円筒状に成形するのは困難であるが、上記実施形態のように均熱体３６を複数の均熱片３７によって構成する場合には、均熱体３６の材料として焼結材を採用することも可能である。
　（８）上記実施形態では、ローラ本体３１が片持ち支持されるものとした。しかしながら、ローラ本体３１が両持ち支持される構成であってもよい。
　（９）上記実施形態では、１つの誘導加熱ローラ３０に、複数の糸Ｙが巻き掛けられるものとしたので、ローラ表面３１ａの軸方向の温度分布を均一化することで、複数の糸Ｙにおける品質のばらつきを低減できるという点においても有益である。しかしながら、１本の糸が巻き掛けられる誘導加熱ローラに対しても、本発明を適用可能であることは言うまでもない。
　（１０）上記実施形態では、１つの誘導加熱ローラ３０に、複数の糸Ｙが巻き掛けられ、糸Ｙを加熱するものとした。しかしながら、誘導加熱ローラ３０の用途は糸Ｙを加熱するものに限定されず、糸Ｙ以外のフィルム、紙、不織布、樹脂シート等のシート材を加熱するものや、複写機等に備えられるシート上のトナー像等を加熱するものでもよい。
　　３０、１３０：誘導加熱ローラ（加熱ローラ）
　　３１：ローラ本体
　　３２：コイル
　　３３：被加熱部
　　３３ａ：内周面
　　３６、１３６：均熱体
　　３７、１３７：均熱片
　　３７ａ、３７ｂ：テーパー面
　　４０、１４０：押圧機構
　　４１：介在部材
　　４１ａ：押圧面
　　４２：ばね（付勢部材）

Claims (12)

  1. 　円筒状の被加熱部を有するローラ本体と、
    　前記被加熱部の内周面に接触するように配置され、前記ローラ本体よりも熱伝導率が高く且つ線膨張率の低い円筒状の均熱体と、
    　を備え、
    　前記均熱体は、軸方向に延びる複数の均熱片を周方向に並べることによって円筒状に構成されており、
    　前記各均熱片を前記被加熱部の内周面に向けて押圧する押圧機構をさらに備えることを特徴とする加熱ローラ。
  2. 　前記被加熱部の径方向内側に配置されたコイルをさらに備え、
    　前記被加熱部は、前記コイルによって誘導加熱されることを特徴とする請求項１に記載の加熱ローラ。
  3. 　前記均熱片は、軸方向に直交する断面において、径方向外側の表面が円弧状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱ローラ。
  4. 　前記押圧機構は、軸方向において前記均熱片の外側に配置されていることを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の加熱ローラ。
  5. 　軸方向において前記均熱片の少なくとも一方側の端面が、径方向外側に向かうほど軸方向外側に突出するテーパー面となっており、
    　前記押圧機構は、前記テーパー面を軸方向に押圧することを特徴とする請求項４に記載の加熱ローラ。
  6. 　前記押圧機構は、
    　前記テーパー面に接触し、且つ、前記テーパー面に合致するテーパー形状の押圧面、を有する介在部材と、
    　前記押圧面によって前記テーパー面を軸方向に押圧するように、前記介在部材を軸方向に付勢する付勢部材と、
    　を有することを特徴とする請求項５に記載の加熱ローラ。
  7. 　前記介在部材は、前記各均熱片の前記テーパー面に接触する円環状の部材であることを特徴とする請求項６に記載の加熱ローラ。
  8. 　前記付勢部材は、周方向において等間隔に複数配置されていることを特徴とする請求項７に記載の加熱ローラ。
  9. 　軸方向において前記均熱片の両側に前記テーパー面が形成されており、
    　前記押圧機構は、軸方向において前記均熱片の一方側にのみ設けられ、
    　前記ローラ本体には、軸方向において前記均熱片の他方側の前記テーパー面に合致するテーパー形状の係合面が形成されていることを特徴とする請求項５～８の何れか１項に記載の加熱ローラ。
  10. 　前記ローラ本体は片持ち支持されており、
    　前記押圧機構は、軸方向において前記ローラ本体の基端側に配置されていることを特徴とする請求項９に記載の加熱ローラ。
  11. 　前記均熱体は炭素繊維複合材料からなることを特徴とする請求項１～１０の何れか１項に記載の加熱ローラ。
  12. 　請求項１～１１の何れか１項に記載の加熱ローラを備える紡糸延伸装置であって、
    　前記加熱ローラの表面に複数の糸が軸方向に並んで巻き掛けられていることを特徴とする紡糸延伸装置。
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