感应加热辊的制作方法

本发明涉及用于丝线加热的感应加热辊。

背景技术：

我们知道像例如专利文献1、2中记载的那样，借助使用了线圈的感应加热使辊表面升温的感应加热辊。专利文献1的感应加热辊采用在非磁性体并且是高热传导体的辊主体的内周面形成了作为磁性体的薄膜层的结构。当线圈通电时，辊主体内侧的薄膜层借助感应加热而发热，通过从薄膜层向辊表面的热传导而使辊表面升温。并且，专利文献2的感应加热辊在由碳素钢构成的辊主体的内周面设置导电体。并且，与专利文献1的感应加热辊同样，辊主体内侧的导电体借助感应加热而发热，通过从导电体向辊表面的热传导使辊表面升温。

【专利文献1】日本特开平7－218130号公报

【专利文献2】日本特许第4903327号

如以上所述的那样，专利文献1、2的感应加热辊不是辊主体借助感应加热而直接发热，而是辊主体内侧的部件发热。即，远离想要使其升温的辊表面(辊主体的外周面)的部位发热，因此存在不能够有效地使辊表面升温的问题。

并且，感应加热辊中因感应加热而产生的发热在轴向上不均匀，伴随于此，辊表面的温度在轴向上也不均匀。因此，在将感应加热辊用于丝线加热的情况下，根据丝线与辊表面接触的位置不同，丝线被加热的程度改变了，存在丝线的品质不稳定的风险。这一点，专利文献2的感应加热辊中，在辊主体上设置了封入有气液二相热介质的套管室，该套管室起加热管的作用，通过这样可以认为辊表面的温度在轴向上被一定程度均匀化了。但是，将套管室(加热管)设置在辊主体上的结构中，由于辊主体的厚度增大，因此辊主体的热容量变大，因此辊主体的升温说到底需要大量的热量，使辊表面有效地升温更困难了。

技术实现要素：

鉴于以上的问题，本发明所涉及的感应加热辊以同时实现辊表面上轴向的温度分布均匀化和辊表面的有效升温为目的。

本发明第1方式具备线圈，具有配置在所述线圈的径向外侧的圆筒状外筒部的辊主体，以及配置在所述线圈的径向外侧并且所述外筒部的径向内侧、与所述外筒部的内周面接触的均热部件；其特征在于，在轴向上所述均热部件的热传导率比所述外筒部的热传导率高、并且在周向上所述均热部件的电阻率比所述外筒部的电阻率高。

本发明第1方式中，以与辊主体的外筒部的内周面接触的方式设置均热部件，使轴向上均热部件的热传导率比外筒部高。因此，均热部件在轴向上的温度分布容易变均匀，即使在与均热部件相接的外筒部，也能够使轴向上的温度分布均匀化。而且，由于周向上均热部件的电阻率比外筒部高，因此电磁感应产生的涡电流在外筒部中流动的比在均热部件中流动的多，促进外筒部中的感应加热。因此，离辊表面(外筒部的外周面)近的部位比均热部件被更多加热，能够有效地使辊表面升温。并且，由于通过设置均热部件能够省略加热管，因此能够减小辊主体的外筒部的厚度。结果，外筒部的热容量变小，整个外筒部的温度容易上升，因此能够效率良好地使作为外筒部的外周面的辊表面升温。这样，根据本发明的第1方式，能够同时实现辊表面上轴向的温度分布均匀化和辊表面有效地升温。

本发明的第2方式具备线圈，具有配置在所述线圈的径向外侧的圆筒状外筒部的辊主体，以及配置在所述线圈的径向外侧并且所述外筒部的径向内侧、与所述外筒部的内周面接触的均热部件；其特征在于：在轴向上所述均热部件的热传导率比所述外筒部的热传导率高，并且所述均热部件的相对磁导率比所述外筒部的相对磁导率低。

本发明的第2方式中，以与辊主体的外筒部的内周面接触的方式设置均热部件，使轴向上均热部件的热传导率比外筒部的高。因此，均热部件的轴向上的温度分布容易变均匀，在与均热部件接触的外筒部上能够使轴向上的温度分布均匀化。而且，由于均热部件的相对磁导率比外筒部的低，因此在外筒部中流动的磁通比在均热部件中流过的多，促进外筒部中的感应加热。因此离辊表面(外筒部外周面)近的部位比均热部件被更多加热，能够有效地使辊表面升温。并且，由于通过设置均热部件能够省略加热管，因此能够减小辊主体的外筒部的厚度。结果，外筒部的热容量变小，整个外筒部的温度容易上升，因此能够效率良好地使作为外筒部的外周面的辊表面升温。这样，根据本发明的第2方式，能够同时实现辊表面上轴向的温度分布均匀化和辊表面有效地升温。

并且，在本发明中，优先所述均热部件为具有与所述外筒部的内径相同的外径的圆筒状部件。。

这种情况下，由于均热部件遍及全周与外筒部的内周面接触，因此在周向上也能够有效地使辊表面的温度分布均匀化。

并且，在本发明中，优选所述圆筒状部件在周向上被分割成多个。

这样，与将圆筒状部件作为单一零件制造时相比，制造变得容易。并且组装也变得容易。

并且，在本发明中，优选所述均热部件由包含纤维材料的材料构成。

在均热部件包含纤维材料而构成的情况下，由于能够提高纤维排列方向的热传导率，因此通过变更纤维材料的长度、取向能够高自由度地调整均热部件的热传导率、电阻率。

并且，在本发明中，优选所述纤维材料为碳纤维。

碳纤维为具有高的热传导率的轻量材料。因此，通过用包含碳纤维的材料构成均热部件，不仅能够更有效地使辊表面的温度分布均匀化，还能够实现整个感应加热辊的轻量化。

并且，在本发明中，优选所述碳纤维沿所述轴向取向。

若碳纤维沿轴向取向，则均热部件在轴向上的热传导率变高，因此使均热部件在轴向上的温度分布容易变得更均匀，进而能够使辊表面上轴向的温度分布更均匀化。并且，若碳纤维沿轴向取向，则均热部件在周向的电阻变大，因此电磁感应产生的涡电流在外筒部比在均热部件中流得多。结果，能够进一步促进外筒部中的感应加热，能够更有效地使辊表面升温。

并且，在本发明中，优选所述碳纤维随机取向。

在使碳纤维随机取向的情况下，由于能够使用成本比长纤维低的短纤维，因此能够降低成本。

并且，在本发明中，优选所述碳纤维为沥青系碳纤维。

作为碳纤维，我们知道使用了沥青的沥青系碳纤维和使用了腈纶纤维的pan系碳纤维，但沥青系碳纤维具有比pan系碳纤维高的热传导率。因此，通过使用沥青系碳纤维，能够进一步提高均热部件的热传导率，能够更有效地使辊表面的温度分布均匀化。

并且，在本发明中，优选所述均热部件由作为所述碳纤维与石墨的复合材料的碳纤维增强碳复合材料构成。

碳纤维增强碳复合材料具有包含碳纤维的复合材料中高的热传导率，耐高温性能也强。因此，通过采用碳纤维增强碳复合材料作为均热部件，不仅能够更有效地使辊表面的温度分布均匀化，而且能够提供耐高温的感应加热辊。

并且，在本发明中，优选所述均热部件由作为所述碳纤维和树脂的复合材料的碳纤维增强塑料构成。

碳纤维增强塑料与碳纤维增强碳复合材料相比虽然耐热性低、但价格便宜。因此，在感应加热辊不怎么要求耐热性的情况下，通过采用碳纤维增强塑料作为均热部件能够降低成本。

并且，在本发明中，优选所述均热部件的热容量比所述外筒部的热容量小。

这种情况下，由于外筒部的温度分布被更迅速地均匀化，因此伴随于此能够使辊表面的温度分布更迅速地均匀化。

附图说明

图1为表示具备本实施方式所涉及的感应加热辊的纺丝牵伸机的示意图；

图2为本实施方式所涉及的感应加热辊的剖视图；

图3为表示本实施方式中的辊主体和均热部件的各物理特性值的表；

图4为表示辊表面的温度的迁移的曲线图；

图5为表示其他实施方式中的辊主体和均热部件的各物理特性值的表。

图中，30-感应加热辊；31-辊主体；32-线圈；33-外筒部；36-均热部件

具体实施方式

(纺丝牵伸机)

对本发明的实施方式进行说明。图1为表示具备本实施方式所涉及的感应加热辊的纺丝牵伸机的示意图。如图1所示，纺丝牵伸机1采用在用纺丝拉伸装置3将从纺丝装置2纺出的多根(这里为6根)丝线y拉伸后，利用丝线卷取装置4进行卷取的结构。另外，下面参照各图中附加的方向进行说明。

纺丝装置2通过连续地纺出聚酯等熔融纤维材料生成多根丝线y。从纺丝装置2纺出的多根丝线y在被油剂引导件10赋予了油剂后，经由引导辊11输送给纺丝拉伸装置3。

纺丝拉伸装置3为对多根丝线y进行拉伸的装置，配置在纺丝装置2的下方。纺丝拉伸装置3具有收容在保温箱12内部的多个(这里为5个)导丝辊21～25。各导丝辊21～25为由电动机旋转驱动同时被线圈感应加热的感应加热辊，卷挂多根丝线y。在保温箱12右侧面部的下部形成有用来将多根丝线y导入保温箱12内部的导入口12a，在保温箱12右侧面部的上部形成有用来将多根丝线y导出到保温箱12的外部的导出口12b。多根丝线y从下侧的导丝辊21以360度以内的包绕角依次卷挂到各导丝辊21～25上。

下侧的3个导丝辊21～23为在拉伸之前对多根丝线y进行预热的预热辊，这些辊表面温度设定为丝线y的玻璃化转变温度以上的温度(例如90～100℃左右)。另一方面，上侧的2个导丝辊24、25为用来热定型被拉伸后的多根丝线y的调质辊，这些辊表面温度设定在比下侧的3个导丝辊21～23的表面温度高的温度(例如150～200℃左右)。并且，上侧的2个导丝辊24、25的送丝速度比下侧的3个导丝辊21～23的快。

经由导入口12a导入到保温箱12中的多根丝线y首先在被导丝辊21～23输送期间被预热到能够拉伸的温度。预热过的多根丝线y利用导丝辊23与导丝辊24之间的送丝速度之差而被拉伸。而且，多根丝线y在被导丝辊24、25输送期间被加热到更高的温度，拉伸的状态被热定型。这样一来，被拉伸过的多根丝线y经由导出口12b被导出到保温箱12之外。

被纺丝拉伸装置3拉伸过的多根丝线y经由引导辊13输送到丝线卷取装置4。丝线卷取装置4为卷取多根丝线y的装置，配置在纺丝拉伸装置3的下方。丝线卷取装置4具备筒管支架14、接触辊15等。筒管支架14具有沿前后方向延伸的圆筒形状，由未图示的电动机旋转驱动。在筒管支架14上沿其轴向以排列的状态安装有多个筒管b。丝线卷取装置4通过使筒管支架14旋转将多根丝线y同时卷取到多个筒管b上，生产多个卷装p。接触辊15与多个卷装p的表面接触赋予预定的接触压力，梳理卷装p的形状。

(感应加热辊)

图2为本实施方式所涉及的感应加热辊的剖视图。图2中对于连接感应加热辊30的电动机50只图示了输出轴51和壳体52的一部分。另外，图2所示的感应加热辊30为适用于图1中的导丝辊21～25的全部的辊。

感应加热辊30具有沿轴向(前后方向)的圆筒状的辊主体31和配置在辊主体31内部的线圈32。感应加热辊30为利用线圈32引起的感应加热使辊主体31的外周面31a(以下称为“辊表面31a”)升温的部件，由此对卷挂在辊表面31a上的多根丝线y进行加热。

辊主体31具有配置在线圈32的径向外侧的圆筒状的外筒部33、配置在线圈32的径向内侧的圆筒状的轴心部34以及连接外筒部33的前端部和轴心部34的前端部的圆板状的端面部35。辊主体31的后端一侧开口。并且，外筒部33、轴心部34和端面部35被整体成型。

在辊主体31的外筒部33的径向内侧并且线圈32的径向外侧，设置有圆筒状的均热部件36。均热部件36的外径与外筒部33的内径相同(严格地讲，为了使均热部件36能够插入到外筒部33中，均热部件36的外径稍微小一点)。由此，在均热部件36收容在辊主体31内部的状态下，均热部件36的外周面几乎遍及整个面地与外筒部33的内周面接触。如图2所示，如果将辊表面31a卷挂多根丝线y的轴向的区域作为卷挂区域r，则均热部件36遍及轴向上包含卷挂区域r的范围地设置。

均热部件36能够从辊主体31的后端一侧的开口插入外筒部33内。均热部件36的轴向上的长度为大致与外筒部33相同的长度，均热部件36的前端部与辊主体31的端面部35相抵接。外筒部33和均热部件36的后端部都固定在环形固定部件37上，由此，均热部件36相对于辊主体31固定。

在辊主体31的轴心部34形成有沿轴向延伸的轴安装孔34a。电动机50的输出轴51用未图示的固定机构固定在轴安装孔34a中，感应加热辊30能够与输出轴51一体旋转。

线圈32采用在圆筒状的筒管部件39的外周面上盘绕导线的结构。省略了图示，筒管部件39并不是完整的圆筒形状，具有周向的一部分被切断的c字形截面形状。因此，筒管部件39不容易流过沿周向的涡电流，能够抑制筒管部件39中的发热。筒管部件39安装在电动机50的壳体52上。在壳体52上形成有环形凹部52a，上述固定部件37以不与凹部52a的底面、侧面接触的方式配置在凹部52a内。电动机50的输出轴51经由未图示的轴承能够旋转地支承在壳体52上，当使电动机50动作时，感应加热辊30与输出轴51一体旋转。

其中，本实施方式的辊主体31为磁性体，由作为导体的碳素钢构成。并且，均热部件36由作为碳纤维与石墨的复合材料的c/c复合材料(碳纤维增强碳复合材料)构成，作为碳纤维使用热传导率高的沥青系碳纤维。该c/c复合材料采用碳纤维的长纤维沿轴向取向、碳纤维沿轴向连续的结构。换言之，该c/c复合材料采用碳纤维在周向、厚度方向上未必连续的结构。将有关本实施方式中的辊主体31和均热部件36的各物理特性值表示在图3中。另外，图3中的各物理特性值为常温下的数值(图5中也同样)。

如上所述，由于构成均热部件36的c/c复合材料中碳纤维沿轴向取向，因此在轴向上热、电都容易传导(热传导率高、电阻率低)。另一方面，由于在周向上纤维未必连续，因此热、电都不容易传导(热传导率低、电阻率高)。这样，通过使碳纤维具有取向，能够使均热部件36起各向异性材料的作用，能够高自由度地调整各方向上的物理特性值。

若给线圈32提供高频电流，则在线圈32的周围产生变化磁场。感应加热就是利用此时的电磁感应效应产生的沿周向流动的涡电流的焦耳热的过程。在本实施方式中，均热部件36的周向的电阻率比辊主体31(外筒部33)的高(参照图3)。因此，涡电流在外筒部33中比在均热部件36中流动的多，涡电流产生的焦耳热在外筒部33中比在均热部件36中产生的多。另外，由于趋肤效应，涡电流产生在外筒部33的主要是内周面附近。

并且，在本实施方式中，均热部件36的轴向的热传导率比辊主体31(外筒部33)的高(参照图3)。因此，均热部件36在轴向上的温度分布容易变均匀，即使在与均热部件36相接的外筒部33上，也能够使轴向上的温度分布均匀化。作为均热部件36在轴向上的热传导率的具体数值，优选例如200w/(m·k)以上。而且，在本实施方式中，为了使均热部件36的温度分布迅速变均匀，使均热部件36的热容量比外筒部33的热容量小。

另外，如果考虑有效地使辊表面31a的温度升温，优选尽可能使离辊表面31a近的外筒部33处的发热量比离辊表面31a远的均热部件36的大。但是，均热部件36处可以产生一些发热，在均热部件36处发热的情况下，优选其发热量比在外筒部33的发热量小。

(效果)

如上所述，本实施方式的感应加热辊30以与辊主体31的外筒部33的内周面接触的方式设置有均热部件36，在轴向上均热部件36的热传导率比外筒部33的高。因此，均热部件36在轴向上的温度分布容易变均匀，即使在与均热部件36接触的外筒部33上，也能够使轴向上的温度分布均匀化。而且，由于在周向上均热部件36的电阻率比外筒部33的高，因此电磁感应产生的涡电流在外筒部33中比在均热部件36中流动的多，促进外筒部33中的感应加热。因此，比均热部件36靠近辊表面31a的部位被更多加热，能够使辊表面31a有效地升温。并且，由于设置均热部件36能够省略加热管，因此能够减小辊主体31的外筒部33的厚度。结果，由于外筒部33的热容量变小，外筒部33整体的温度容易上升，因此能够使作为外筒部33的外周面的辊表面31a高效率地升温。这样，根据本实施方式的感应加热辊30，能够同时实现辊表面31a轴向的温度分布均匀化和辊表面31a的有效升温。

其中，图4为表示辊表面温度的迁移的曲线图，为将本实施方式的感应加热辊30与使用了专利文献2记载的加热管的现有技术的感应加热辊进行比较的图。表示加热器功率两者相同，温度达到大致一定的温度的迁移。如从图4可知的那样，本实施方式的感应加热辊30比以往的感应加热辊升温速度快，到达温度变成恒定的时间变短。即，通过使用本实施方式的感应加热辊30，能够使辊表面31a高效率地升温。

并且，本实施方式中，均热部件36采用具有与外筒部33的内径相同的外径的圆筒状的部件。因此，均热部件36遍及全周与外筒部33的内周面接触，能够有效地使辊表面31a的温度分布在周向上均匀化。

并且，本实施方式中，均热部件36由包含纤维材料的材料构成。因此，能够提高纤维排列方向上的热传导率，因此通过变更纤维材料的长度、取向，能够以高的自由度调整均热部件36的热传导率、电阻率。

并且，本实施方式中，纤维材料采用碳纤维。碳纤维为具有高的热传导率的轻型材料。因此，通过用包含碳纤维的材料构成均热部件36，能够使辊表面31a的温度分布有效地均匀化，同时能够实现整个感应加热辊30的轻量化。

并且，本实施方式中，碳纤维沿轴向取向。当碳纤维沿轴向取向时，由于均热部件36在轴向上的热传导率变高，因此均热部件36在轴向上的温度分布容易变得更均匀，进而能够使辊表面31a上轴向的温度分布更均匀化。并且，当碳纤维沿轴向取向时，由于均热部件36的周向的电阻变大，因此电磁感应产生的涡电流在外筒部33中比在均热部件36中更多流动。结果，能够进一步促进外筒部33中的感应加热，能够使辊表面31a更高效率地升温。

并且，本实施方式中，碳纤维采用沥青系碳纤维。作为碳纤维，我们知道使用了沥青的沥青系碳纤维和使用了腈纶纤维的pan系碳纤维，但沥青系碳纤维具有比pan系碳纤维高的热传导率。因此，通过使用沥青系碳纤维，能够进一步提高均热部件36的热传导率，能够更有效地使辊表面31a的温度分布均匀化。

并且，本实施方式中，均热部件36由作为碳纤维和石墨的复合材料的c/c复合材料(碳纤维增强碳复合材料)构成。c/c复合材料在包含碳纤维的复合材料中具有高的热传导率、耐高温性能也高。因此，通过采用c/c复合材料作为均热部件36，能够更有效地使辊表面31a的温度分布均匀化，同时能够提供能耐高温的感应加热辊30。

并且，本实施方式中均热部件36的热容量比外筒部33的热容量小。因此，外筒部33的温度分布能够更迅速地均匀化，伴随于此，辊表面31a的温度分布也能够更迅速地均匀化。

(其他实施方式)

虽然以上说明了本发明的实施方式，但能够应用本发明的方式并不局限于上述实施方式，能够像以下举例说明的那样在不超出本发明宗旨的范围内适当变更。

虽然在上述实施方式中，利用c/c复合材料构成均热部件36，但也可以取代c/c复合材料而使用作为碳纤维和树脂(例如环氧树脂)的复合材料的cfrp(碳纤维增强塑料)。与c/c复合材料相比，cfrp耐高温性能低但价格便宜。因此，通过例如仅对设定温度比较高的调质辊即导丝辊24、25采用c/c复合材料作为均热部件36、而对设定温度比较低的预热辊即导丝辊21～23采用cfrp作为均热部件36，能够降低成本。

并且，也可以使构成均热部件36的碳纤维为使用了腈纶纤维的pan系碳纤维取代沥青系碳纤维。并且，只要满足物理特性值的条件，碳纤维没必要沿轴向取向，也可以沿周向、螺旋方向取向。并且，也可以使碳纤维的短纤维随机取向。即使在随机取向的情况下，也像图3所示那样，均热部件36的热传导率比外筒部33高，并且均热部件36的电阻率比外筒部33高。因此，能够同时实现辊表面31a上轴向的温度分布均匀化和辊表面31a的高效率地升温。并且，碳纤维的短纤维具有比长纤维成本低这样的优点。而且，如果为能够收容到壳体内等来适当地维持碳纤维的形态的话，则也可以不使用c/c复合材料、cfrp等复合材料而单独使用碳纤维。并且，作为纤维材料也可以采用碳纤维以外的纤维。

并且，也可以用例如铝、铜等金属材料构成均热部件36。这种情况下，由于在轴向上均热部件36的热传导率比外筒部33高(参照图5)，因此均热部件36在轴向上的温度分布容易变均匀，即使在与均热部件36接触的外筒部33上，也能够使轴向上的温度分布均匀化。而且，由于均热部件36的相对磁导率比外筒部33的低，因此在外筒部33中流过比均热部件36中的多的磁通，促进外筒部33上的感应加热。因此，与上述实施方式同样，能够同时实现辊表面31a上轴向的温度分布均匀化和辊表面31a有效地升温。但是，由于这些金属材料与c/c复合材料相比密度大，因此考虑到感应加热辊30的轻量化，可以说c/c复合材料作为均热部件36的材料最合适。

另外，在随机取向的碳纤维和碳素钢、铝、铜等金属材料这样各向同性材料的情况下，热传导率、电阻率、相对磁导率等物理特性值不管方向如何都有一个数值。因此，在各向同性材料的情况下，将各物理特性值限定为“轴向上”“周向上”没有特别的意义，即使有这些限定，各物理特性值也意味着上述1个数值。

并且，虽然上述实施方式中，由碳素钢构成辊主体31(外筒部33)，但辊主体31的材料并不局限于碳素钢。例如也可以是铝、铜等。

并且，虽然上述实施方式中，使均热部件36为圆筒状的部件，但不是必须构成为圆筒状。例如，也可以通过沿周向排列将圆筒状部件沿周向分割成多个的长方形部件来构成均热部件36。如果这样，与将圆筒状部件作为单个部件进行制造的情况相比，制造变得容易。并且，组装也变得容易。

并且，上述实施方式中，由于在一个感应加热辊30卷挂多根丝线y，因此通过使辊表面31a在轴向的温度分布均匀化，在能够减少多根丝线y中的品质不均匀这一点上也有益。但是，很明显对于卷挂1根丝线的感应加热辊也能够应用本发明。