(57)【要約】誘導加熱ローラに設けられた固定リングの発熱を抑制すること。誘導加熱ローラ２０は、ローラユニット３０と、ローラユニット３０の径方向における内側に配置されたコイル５２を有するヒータ５０と、を備える。ローラユニット３０は、コイル５２に流れる電流によって生成される磁束がローラユニット３０の軸方向に通ることで誘導加熱される外筒部３４を有するローラ本体３１と、外筒部３４の内周面３４ｂと接触し、且つ、軸方向に延びた、少なくとも内周面３４ｂよりも熱伝導率が高い均熱部材４１を有する均熱部３２と、外筒部３４の軸方向基端部及び均熱部３２の軸方向基端部と接触するように設けられた、ローラ本体３１と均熱部３２とを固定する固定リング３３と、径方向において外筒部３４とコイル５２との間に配置され、且つ、外筒部３４の中心よりも基端側且つ固定リング３３よりも先端側に配置された第１磁性部材４６と、を有する。
2019077914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能なローラユニットと、
前記ローラユニットの径方向における内側に配置されたコイルを有するヒータと、を備える誘導加熱ローラであって、
前記ローラユニットは、
前記コイルに流れる電流によって生成される磁束が前記ローラユニットの軸方向に通ることで誘導加熱される円筒状の被加熱部、を有するローラ本体と、
前記被加熱部の内周面と接触し、且つ、前記軸方向に延びた、前記被加熱部の少なくとも前記内周面よりも熱伝導率が高い均熱部材、を有する均熱部と、
前記被加熱部の前記軸方向における一方側の端部及び前記均熱部の前記軸方向における前記一方側の端部と接触するように設けられた、前記ローラ本体と前記均熱部とを固定する固定リングと、
前記径方向において前記被加熱部と前記コイルとの間に配置され、且つ、前記軸方向において前記被加熱部の中心よりも前記一方側且つ前記固定リングよりも他方側に配置された第１磁性部材と、を有することを特徴とする誘導加熱ローラ。
【請求項２】
前記均熱部材の比透磁率は、前記固定リングの比透磁率よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱ローラ。
【請求項３】
前記第１磁性部材は、前記固定リングの周方向において、全周に亘って配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の誘導加熱ローラ。
【請求項４】
前記第１磁性部材は、前記被加熱部の内周面と接触していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の誘導加熱ローラ。
【請求項５】
前記第１磁性部材は、前記均熱部材と接触していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の誘導加熱ローラ。
【請求項６】
前記軸方向において、前記第１磁性部材と前記固定リングとの間に隙間が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の誘導加熱ローラ。
【請求項７】
前記均熱部は、
前記均熱部材の前記軸方向における前記一方側に並べて配置された、前記均熱部材を押圧するための押圧部材と、
前記軸方向において前記押圧部材と前記固定リングとの間に配置され、前記押圧部材を前記軸方向における前記他方側へ付勢する付勢部材と、を有し、
前記第１磁性部材として前記押圧部材が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の誘導加熱ローラ。
【請求項８】
前記ヒータは、
前記コイルよりも前記径方向における外側に配置され、且つ、前記径方向において前記第１磁性部材と対向するように設けられた第２磁性部材を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の誘導加熱ローラ。
【請求項９】
前記第２磁性部材は、前記固定リングの周方向において、複数配置されていることを特徴とする請求項８に記載の誘導加熱ローラ。
【請求項１０】
前記ヒータは、
前記コイルの前記軸方向における前記一方側の端部に隣接配置され、前記コイルよりも前記径方向における外側に延びた第３磁性部材を有し、
前記第２磁性部材は、前記第３磁性部材と接触するように配置されていることを特徴とする請求項８又は９に記載の誘導加熱ローラ。
【請求項１１】
前記固定リングの比透磁率は、前記第１磁性部材の比透磁率よりも低いことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の誘導加熱ローラ。
【請求項１２】
回転可能なローラユニットと、
前記ローラユニットの径方向における内側に配置されたコイルを有するヒータと、を備える誘導加熱ローラであって、
前記ローラユニットは、
前記コイルに流れる電流によって生成される磁束が前記ローラユニットの軸方向に通ることで誘導加熱される円筒状の被加熱部、を有するローラ本体と、
前記被加熱部の内周面と接触し、且つ、前記軸方向に延びた、前記被加熱部の少なくとも前記内周面よりも熱伝導率が高い均熱部材、を有する均熱部と、
前記被加熱部の前記軸方向における一方側の端部及び前記均熱部の前記軸方向における前記一方側の端部と接触するように設けられた、前記ローラ本体と前記均熱部とを固定する固定リングと、を有し、
前記固定リングは、
前記固定リングの周方向における一部に設けられた、前記周方向に流れる渦電流を弱める高抵抗部を有することを特徴とする誘導加熱ローラ。
【請求項１３】
前記高抵抗部は、
前記固定リングのうち、前記高抵抗部以外の部分と比べて、前記周方向に直交する断面の面積が小さい部分であることを特徴とする請求項１２に記載の誘導加熱ローラ。
【請求項１４】
前記高抵抗部には、前記高抵抗部以外の部分と比べて前記断面の面積を小さくするための穴が形成されていることを特徴とする請求項１３に記載の誘導加熱ローラ。
【請求項１５】
前記穴が、絶縁部材によって塞がれていることを特徴とする請求項１４に記載の誘導加熱ローラ。
【請求項１６】
前記固定リングは、前記周方向において複数のリング片に分割されており、
前記複数のリング片は、絶縁部材を介して互いに連結されており、
前記高抵抗部は、前記固定リングの前記周方向における、前記絶縁部材が配置された部分であることを特徴とする請求項１２に記載の誘導加熱ローラ。
【請求項１７】
前記ローラ本体は、片持ち支持されており、
前記固定リングは、前記軸方向において、前記被加熱部の前記一方側の端部である基端部に設けられていることを特徴とする請求項１〜１６のいずれかに記載の誘導加熱ローラ。
【請求項１８】
請求項１〜１７の何れか１項に記載の誘導加熱ローラを備える紡糸延伸装置であって、
前記誘導加熱ローラの外周面に複数の糸が前記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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導加熱ローラ、及び、誘導加熱ローラを備える紡糸延伸装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、糸を温める誘導加熱ローラが開示されている。誘導加熱ローラは、中空のローラ本体と、ローラ本体の径方向内側に配置されたコイルとを備える。コイルに交流電流が流れると、電磁誘導によってローラ本体に渦電流が発生し、ジュール熱によってローラ本体が発熱する（すなわち、誘導加熱が起こる）。また、当該誘導加熱ローラは、糸が容易に巻き掛けられるように、片持ち支持される構成となっている。【０００３】
一般に、誘導加熱ローラにおいては、軸方向において発熱が均一になりにくいことや、軸方向端部においてローラ本体から外部への放熱が起こりやすいことに起因して、ローラ本体の軸方向における表面温度の分布が均一になりにくい。そこで、特許文献２に記載の誘導加熱ローラにおいては、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ローラ本体に設けられている。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、軸方向におけるローラ本体の表面温度の分布が改善される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２５１０５２号公報
【特許文献２】特開２００３−１００４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ローラ本体にジャケット室を設ける構成では、ローラ本体の径方向における厚みを大きくする必要があるため、ローラ本体の熱容量が大きくなり、ローラ本体の加熱効率が悪くなる。そこで、本願発明者は、ローラ本体よりも熱伝導性が高い筒状の均熱部材を、ローラ本体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。これにより、均熱部材がヒートパイプの役割を果たすため、ローラ本体の表面温度の分布を均一化できる。また、ローラ本体を薄く保つことで熱容量の増大を抑制できるため、ローラ本体を効率良く加熱できる。【０００６】
ここで、特許文献１に記載のように片持ち支持されている誘導加熱ローラに均熱部材を適用する場合、均熱部材は、ローラ本体の軸方向基端側に形成された開口から、ローラ本体の径方向内側の空間内に挿入される。さらに、例えば、ローラ本体の軸方向基端部に、ローラ本体と均熱部材とを固定するためのリング状の固定部材（以下、固定リングとする）が取り付けられる。固定リングは、ローラ本体の径方向内側に配置された均熱部材をしっかり固定するために、均熱部材よりも径方向内側に延びることとなる。【０００７】
前述のように、ローラ本体の軸方向端部では、外部への放熱が起こりやすいため、表面温度が低くなりやすい。そこで、本願発明者は、以下の理由から、固定リングの材質として、強磁性体である炭素鋼を適用した。すなわち、固定リングに磁束を通しやすくして渦電流を発生させやすくし、ローラ本体の基端部における発熱量を増加させて、ローラ本体の表面温度の分布を改善するために、そのような固定リングを用いた。しかし、この構成において実際にヒータを動作させたとき、固定リングが過剰に発熱し、ローラ本体の基端部の温度が軸方向中央部の温度よりも高くなるという問題が生じた。つまり、上記構成においては、ローラ本体よりも径方向内側（コイルに近い側）に延びた固定リングに磁束が過剰に通って渦電流が過剰に発生し、固定リングが発熱し過ぎることが、本願発明者により知見された。【０００８】
本発明の目的は、誘導加熱ローラに設けられた固定リングの発熱を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明の誘導加熱ローラは、回転可能なローラユニットと、前記ローラユニットの径方向における内側に配置されたコイルを有するヒータと、を備える誘導加熱ローラであって、前記ローラユニットは、  前記コイルに流れる電流によって生成される磁束が前記ローラユニットの軸方向に通ることで誘導加熱される円筒状の被加熱部、を有するローラ本体と、前記被加熱部の内周面と接触し、且つ、前記軸方向に延びた、前記被加熱部の少なくとも前記内周面よりも熱伝導率が高い均熱部材、を有する均熱部と、前記被加熱部の前記軸方向における一方側の端部及び前記均熱部の前記軸方向における前記一方側の端部と接触するように設けられた、前記ローラ本体と前記均熱部とを固定する固定リングと、前記径方向において前記被加熱部と前記コイルとの間に配置され、且つ、前記軸方向において前記被加熱部の中心よりも前記一方側且つ前記固定リングよりも他方側に配置された第１磁性部材と、を有することを特徴とするものである。【００１０】
まず、本発明では、固定リングが、ローラユニットの軸方向（以下、単に軸方向とする）において、被加熱部の一端部及び均熱部の一端部と接触するように設けられ、ローラ本体と均熱部とを固定している。そして、このような固定リングの少なくとも一部は、通常、被加熱部及び均熱部よりも、径方向においてコイルに近い位置関係にある。一般的に、磁束は、磁束が通る経路のうち、磁束が通りやすい最短経路に集中しようとする性質を有するため、上記構成では、固定リングに磁束が流れ込みやすくなる。このため、誘導加熱によって固定リングが発熱しやすくなるおそれがある。【００１１】
そこで、本発明では、被加熱部よりも径方向内側、且つ、被加熱部の軸方向中心よりも軸方向一方側且つ固定リングよりも軸方向他方側に、第１磁性部材が設けられている。このため、第１磁性部材を適切に配置することで、固定リングを経由する経路以上に磁束が通りやすい別の経路を新たに形成することができる。これにより、第１磁性部材が配置されていない場合と比べて、固定リングを通る磁束の量を減少させることができ、固定リングにおける渦電流の発生を抑制できる。したがって、誘導加熱ローラに設けられた固定リングの発熱を抑制することができる。【００１２】
第２の発明の誘導加熱ローラは、前記第１の発明において、前記均熱部材の比透磁率は、前記固定リングの比透磁率よりも低いことを特徴とするものである。【００１３】
均熱部材の比透磁率が低い構成では、磁束が均熱部材を通りにくいため、磁束はますます固定リングに集中しやすくなるおそれがある。本発明では、このような構成において、第１磁性部材によって磁束が通りやすい別の経路を形成することで、固定リングを通る磁束の量を効果的に減少させることができる。【００１４】
第３の発明の誘導加熱ローラは、前記第１又は第２の発明において、前記第１磁性部材は、前記固定リングの周方向において、全周に亘って配置されていることを特徴とするものである。【００１５】
本発明では、第１磁性部材が固定リングの周方向の一部にのみ配置されている場合と比べて、固定リングに磁束が流れ込むことをさらに抑制できる。【００１６】
第４の発明の誘導加熱ローラは、前記第１〜第３のいずれかの発明において、前記第１磁性部材は、前記被加熱部の内周面と接触していることを特徴とするものである。【００１７】
第１磁性部材と被加熱部との間で磁束が通りにくいと、磁束が迂回して固定リングの方に流れ込むおそれがある。本発明では、第１磁性部材が被加熱部と接触していない場合（第１磁性部材と被加熱部との間に隙間がある場合）と比べて、第１磁性部材と被加熱部との間で磁束が通りやすくなるので、磁束が迂回して固定リングの方に流れ込むことを抑制できる。【００１８】
第５の発明の誘導加熱ローラは、前記第１〜第４のいずれかの発明において、前記第１磁性部材は、前記均熱部材と接触していることを特徴とするものである。【００１９】
磁束が第１磁性部材を通ることで、第１磁性部材も誘導加熱される。本発明では、第１磁性部材が均熱部材と接触しているので、第１磁性部材に発生した熱を、均熱部材を介して被加熱部に伝導させることができる。したがって、被加熱部を効率良く加熱することができる。【００２０】
第６の発明の誘導加熱ローラは、前記第１〜第５のいずれかの発明において、前記軸方向において、前記第１磁性部材と前記固定リングとの間に隙間が形成されていることを特徴とするものである。【００２１】
本発明では、第１磁性部材と固定リングとの間に隙間がない場合（第１磁性部材と固定リングが互いに接触している場合）と比べて、第１磁性部材に流れる渦電流により発生する熱が固定リング側に伝わることを抑制できる。したがって、固定リングの温度上昇を抑制できる。また、隙間が形成されていることで、磁束を固定リング側に流れ込みにくくすることができる。【００２２】
第７の発明の誘導加熱ローラは、前記第１〜第６のいずれかの発明において、前記均熱部は、前記均熱部材の前記軸方向における前記一方側に並べて配置された、前記均熱部材を押圧するための押圧部材と、前記軸方向において前記押圧部材と前記固定リングとの間に配置され、前記押圧部材を前記軸方向における前記他方側へ付勢する付勢部材と、を有し、前記第１磁性部材として前記押圧部材が設けられていることを特徴とするものである。【００２３】
本発明では、押圧部材が軸方向に付勢されることで、押圧部材によって均熱部材が軸方向に押圧される。したがって、軸方向において均熱部材をしっかり固定することができる。また、押圧部材が第１磁性部材として設けられているため、第１磁性部材と押圧部材とが別々に設けられる場合と比べて、コストの増大を抑えることができる。【００２４】
第８の発明の誘導加熱ローラは、前記第１〜第７のいずれかの発明において、前記ヒータは、前記コイルよりも前記径方向における外側に配置され、且つ、前記径方向において前記第１磁性部材と対向するように設けられた第２磁性部材を有することを特徴とするものである。【００２５】
本発明では、ヒータに第２磁性部材が設けられている。これにより、第２磁性部材に沿って、磁束が通りやすい経路を形成することができる。このため、磁束は、径方向内側に配置されたヒータと径方向外側に配置されたローラユニットとの間で流れる際に、径方向において互いに対向する第１磁性部材と第２磁性部材との間で流れやすくなる。したがって、固定リングを通る磁束の量を確実に減少させることができる。【００２６】
第９の発明の誘導加熱ローラは、前記第８の発明において、前記第２磁性部材は、前記固定リングの周方向において、複数配置されていることを特徴とするものである。【００２７】
本発明では、第２磁性部材が固定リングの周方向の一部にのみ配置されている場合と比べて、第１磁性部材との間で磁束をさらに流しやすくすることができる。【００２８】
第１０の発明の誘導加熱ローラは、前記第８又は第９の発明において、前記ヒータは、  前記コイルの前記軸方向における前記一方側の端部に隣接配置され、前記コイルよりも前記径方向における外側に延びた第３磁性部材を有し、前記第２磁性部材は、前記第３磁性部材と接触するように配置されていることを特徴とするものである。【００２９】
本発明では、コイルに流れる電流によって生成される磁束を、第３磁性部材によって第２磁性部材へ積極的に導くことができる。したがって、磁束を確実に第２磁性部材に通すことができる。【００３０】
第１１の発明の誘導加熱ローラは、前記第１〜第１０のいずれかの発明において、前記固定リングの比透磁率は、前記第１磁性部材の比透磁率よりも低いことを特徴とするものである。【００３１】
本発明では、固定リングの比透磁率が低く、磁束が固定リングを通りにくいため、固定リングに渦電流が流れにくい。したがって、固定リングの発熱をさらに抑制できる。【００３２】
第１２の発明の誘導加熱ローラは、回転可能なローラユニットと、前記ローラユニットの径方向における内側に配置されたコイル、を有するヒータと、を備える誘導加熱ローラであって、前記ローラユニットは、前記コイルに流れる電流によって生成される磁束が前記ローラの軸方向に通ることで誘導加熱される円筒状の被加熱部、を有するローラ本体と、前記被加熱部の内周面と接触し、且つ、前記軸方向に延びた、前記被加熱部の少なくとも前記内周面よりも熱伝導率が高い均熱部材、を有する均熱部と、前記被加熱部の前記軸方向における一方側の端部及び前記均熱部の前記軸方向における前記一方側の端部と接触するように設けられた、前記ローラ本体と前記均熱部とを固定する固定リングと、を有し、前記固定リングは、前記固定リングの周方向における一部に設けられた、前記周方向に流れる渦電流を弱める高抵抗部を有することを特徴とするものである。【００３３】
まず、本発明では、第１の発明と同様に、被加熱部及び均熱部よりも、固定リングの方が径方向内側に延びることとなるため、固定リングに磁束が流れ込みやすくなる。このため、固定リングを通る磁束によって、固定リングの周方向に沿って回るように渦電流が生じることで、固定リングが大きく発熱する懸念がある。そこで、本発明では、固定リングの周方向の一部に高抵抗部が設けられており、高抵抗部によって、固定リングの周方向に流れる渦電流が弱められる。したがって、誘導加熱ローラに設けられた固定リングの発熱を抑制することができる。【００３４】
第１３の発明の誘導加熱ローラは、前記第１２の発明において、前記高抵抗部は、前記固定リングのうち、前記高抵抗部以外の部分と比べて、前記周方向に直交する断面の面積が小さい部分であることを特徴とするものである。【００３５】
本発明では、高抵抗部において、周方向に直交する断面の面積が小さいため、周方向における電気抵抗が高くなる。したがって、固定リングの周方向における電気抵抗を高くして、渦電流を流しにくくすることができる。【００３６】
第１４の発明の誘導加熱ローラは、前記第１３の発明において、前記高抵抗部には、穴が形成されており、前記高抵抗部は、前記穴によって、前記高抵抗部以外の部分と比べて前記断面の面積が小さくなっていることを特徴とするものである。【００３７】
本発明では、固定リングの一部に穴を開けるだけで、断面積が小さい高抵抗部を容易に形成することができる。【００３８】
第１５の発明の誘導加熱ローラは、前記第１４の発明において、前記穴が、絶縁部材によって塞がれていることを特徴とするものである。【００３９】
固定リングの周方向の一部に穴が開いている構成では、高抵抗部において固定リングの強度が低下するおそれがある。本発明では、穴を塞いでいる絶縁部材によって、固定リングの強度低下を抑制することができる。【００４０】
第１６の発明の誘導加熱ローラは、前記第１２の発明において、前記固定リングは、前記周方向において複数のリング片に分割されており、前記複数のリング片は、絶縁部材を介して互いに連結されており、前記高抵抗部は、前記固定リングの前記周方向における、前記絶縁部材が配置された部分であることを特徴とするものである。【００４１】
本発明では、複数のリング片の間に介在する絶縁部材によって、固定リングの周方向に回るように渦電流が流れることを確実に抑制できる。【００４２】
第１７の発明の誘導加熱ローラは、前記第１〜第１６のいずれかの発明において、前記ローラ本体は、片持ち支持されており、前記固定リングは、前記軸方向において、前記被加熱部の前記一方側の端部である基端部に設けられていることを特徴とするものである。【００４３】
ローラ本体が片持ち支持されている構成では、ローラ本体の基端部は先端部と比べて外気に接する部分が少なく、放熱されにくい。このため、被加熱部の基端部に設けられた固定リングが発熱すると、発生した熱は、外部に放出されるよりも前に被加熱部の先端側へ伝わりやすい。これにより、被加熱部の軸方向において基端側の温度が高く、先端側の温度が低くなるという温度勾配が生じやすくなり、被加熱部の表面の温度分布が悪くなるおそれがある。本発明では、基端部に配置された固定リングの発熱を抑制することで、上述したような温度勾配の発生を抑制し、被加熱部の基端部における表面の温度分布を改善できる。【００４４】
第１８の発明の紡糸延伸装置は、前記第１〜第１７のいずれかの発明の誘導加熱ローラを備える紡糸延伸装置であって、前記誘導加熱ローラの外周面に複数の糸が前記軸方向に並んで巻き掛けられていることを特徴とするものである。【００４５】
本発明では、ローラ表面の温度分布を均一化できるとともに、ローラ表面を効率的に昇温することが可能となる。したがって、誘導加熱ローラに巻き掛けられた糸の品質が安定し、高品質な糸を生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１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２】誘導加熱ローラの断面図である。
【図３】均熱部等の斜視図及び側面図である。
【図４】磁束が通りやすい経路を示す説明図である。
【図５】第１磁性部材及び第２磁性部材が配置された構成における、磁束が通りやすい経路を示す説明図である。
【図６】誘導加熱ローラの軸方向における温度分布を示すグラフである。
【図７】本発明の第２実施形態に係る誘導加熱ローラを示す図である。
【図８】固定リングを示す図である。
【図９】第２実施形態の変形例に係る固定リングを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
＜第１実施形態＞
次に、本発明の第１実施形態について、図１〜図６を参照しながら説明する。
【００４８】
（紡糸引取機）
まず、図１を用いて、第１実施形態に係る誘導加熱ローラ２０を備える紡糸引取機１の構成について説明する。図１は、紡糸引取機１の正面図である。なお、図１に示す上下方向、前後方向、及び、左右方向を、紡糸引取機１の上下方向、前後方向、及び、左右方向とそれぞれ定義して、以下の説明を進める。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。
【００４９】
紡糸装置２は、ナイロンやポリエステル等の溶融ポリマー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。
【００５０】
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。ゴデットローラ２１〜２５は、モータによってそれぞれ回転駆動される。ゴデットローラ２１〜２５は、それぞれが、コイルによって誘導加熱される誘導加熱ローラ２０である。ゴデットローラ２１〜２５の外周面には、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、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。
【００５１】
下側の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。上側の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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
（誘導加熱ローラの構成）
次に、ゴデットローラ２１〜２５に適用される誘導加熱ローラ２０の構成について、図２及び図３を用いて説明する。図２は、誘導加熱ローラ２０の断面図である。図３（ａ）は、後述する均熱部３２等の斜視図である。図３（ｂ）は、均熱部材４１が押圧部材４２によって押圧されている状態を示す図である。ここで、誘導加熱ローラ２０のローラ本体３１は、ローラ本体３１を回転駆動するモータ１００によって片持ち支持されている。以下では、ローラ本体３１の延びている方向（図２の紙面左右方向）を軸方向と呼ぶ。なお、本実施形態では、ローラ本体３１の軸方向は、ローラユニット３０（後述）の軸方向及び均熱部３２（後述）の軸方向と一致している。軸方向において、モータ１００側を基端側（本発明の一方側）とし、その反対側を先端側（本発明の他方側）とする。また、ローラ本体３１の径方向を、単に径方向とも呼ぶ。同じく、ローラ本体３１の周方向を、単に周方向とも呼ぶ。
【００５５】
誘導加熱ローラ２０は、回転可能なローラユニット３０と、ローラユニット３０の径方向における内側に配置されたヒータ５０とを有する。誘導加熱ローラ２０は、ヒータ５０に設けられたコイル５２による誘導加熱を利用してローラユニット３０の外周面を昇温させ、それによって、ローラユニット３０に巻き掛けられた複数の糸Ｙを加熱する。ローラユニット３０は、モータ１００によって回転駆動される。ヒータ５０は、モータ１００に取り付けられたヒータ支持部（不図示）に固定されている。つまり、ローラユニット３０は回転し、ヒータ５０は回転しないように構成されている。
【００５６】
まず、ローラユニット３０について説明する。ローラユニット３０は、ローラ本体３１と、均熱部３２と、固定リング３３とを有する。ローラ本体３１は、円筒状の部材であり、モータ１００によって回転駆動される。均熱部３２は、ローラ本体３１の径方向内側且つコイル５２の径方向外側に配置され、ローラ本体３１の軸方向における温度分布を均一化させるためのものである。固定リング３３は、ローラ本体３１の軸方向基端部に取り付けられ、ローラ本体３１と均熱部３２とを固定する。以下、各構成要素の詳細について説明する。
【００５７】
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５２の径方向外側に配置されて軸方向に延びた円筒状の外筒部３４（本発明の被加熱部）と、コイル５２の径方向内側に配置された円筒状の軸心部３５と、外筒部３４の先端部と軸心部３５の先端部とをつなぐ端面部３６とを有する。ローラ本体３１の基端側は、開口している。外筒部３４と軸心部３５と端面部３６とは、例えば、１つの部材として一体的に形成されている。或いは、外筒部３４、軸心部３５及び端面部３６のうち少なくとも２つが異なる部材から形成されていても良い。一例として、外筒部３４が１つの第１部材からなり、軸心部３５及び端面部３６が１つの第２部材からなる構成でも良い。この場合、第１部材と第２部材とが、例えば、溶接や、ネジ等の固定部材を用いた固定方法等によって、互いに固定されている。また、ローラ本体３１全体が必ずしも１種類の材料（例えば、上述した炭素鋼）で形成されていなくても良い。つまり、外筒部３４及び端面部３６が、磁性体且つ導体であれば良い（なお、軸心部３５は必ずしも磁性体でなくても良い）。外筒部３４の外周面３４ａには、複数の糸Ｙが巻き掛けられる。外周面３４ａの軸方向における長さは、例えば１８０ｍｍである。外筒部３４の内周面３４ｂには、均熱部３２が接触している。軸心部３５には、モータ１００の駆動軸１０１が挿通される軸取付孔３５ａが形成されている。駆動軸１０１が軸取付孔３５ａに嵌装されることで、ローラ本体３１が駆動軸１０１に固定される。これにより、ローラ本体３１は、モータ１００によって片持ち支持されており、且つ、駆動軸１０１と一体回転可能となっている。端面部３６の径方向外側端部には、均熱部材４１の先端部が当接する当接面３６ａが形成されている。当接面３６ａは、径方向外側へ向かうほど軸方向先端側へ傾斜しているテーパ面となっている。
【００５８】
均熱部３２は、均熱部材４１と、押圧部材４２と、ばね４３（本発明の付勢部材）とを有する。均熱部材４１は、ローラ本体３１の外筒部３４の表面温度の分布を軸方向において均一化するためのものである。均熱部材４１は、ローラ本体３１の外筒部３４の径方向内側、且つ、コイル５２の径方向外側に設けられた円筒状の部材である。均熱部材４１は、押圧部材４２及びばね４３によって軸方向先端側及び径方向外側へ押圧されることで、ローラ本体３１に固定されている（詳細は後述）。
【００５９】
均熱部材４１は、例えば、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、軸方向に延びた円筒状の部材である。均熱部材４１は、炭素鋼からなるローラ本体３１よりも（少なくとも、外筒部３４の内周面３４ｂよりも）高い熱伝導率を有しており、熱伝導により外筒部３４の軸方向における温度分布を均一化する役割を持つ。例えば、炭素鋼の熱伝導率が５１．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるのに対し、Ｃ／Ｃコンポジットの軸方向における熱伝導率は４０４Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。また、均熱部材４１は、ローラ本体３１よりも低い比透磁率を有する。例えば、炭素鋼の比透磁率が１００〜２０００であるのに対し、Ｃ／Ｃコンポジットの比透磁率は概ね１である。
【００６０】
均熱部材４１は、ローラ本体３１の外筒部３４の内周面３４ｂに接触している。外筒部３４の外周面３４ａのうち、複数の糸Ｙが巻き掛けられる軸方向の領域を巻掛領域Ｒとしたとき、均熱部材４１は、軸方向において巻掛領域Ｒを含む範囲に亘って設けられている。また、均熱部材４１は、周方向において複数の均熱片４４に分割されている（図３（ａ）参照）。各均熱片４４の基端側の端面４４ａ及び先端側の端面４４ｂは、テーパ面となっている。すなわち、端面４４ａは、径方向外側に向かうほど軸方向基端側に突出し、端面４４ｂは、径方向外側に向かうほど軸方向先端側に突出している。端面４４ｂは、ローラ本体３１の端面部３６の当接面３６ａと合致する形状となっている。
【００６１】
押圧部材４２は、ばね４３によって付勢されることで、均熱部材４１を軸方向先端側及び径方向外側へ押圧するためのものである。押圧部材４２は、リング状の部材であり（図３（ａ）参照）、外径及び内径が均熱部材４１と略等しい。押圧部材４２の先端側の端面４２ａは、径方向内側に向かうほど軸方向先端側に突出するテーパ状の押圧面となっている。つまり、端面４２ａと、上述した均熱片４４の基端側の端面４４ａとが、互いに合致する形状となっている。ばね４３は、軸方向において押圧部材４２と固定リング３３との間に形成された隙間４５に収容されている。ばね４３は、基端部が固定リング３３に、先端部が押圧部材４２にそれぞれ接触しており、軸方向に圧縮されている。これにより、ばね４３は、復元力によって押圧部材４２を軸方向先端側へ付勢する。押圧部材４２がばね４３によって付勢されることで、均熱部材４１が軸方向先端側へ押圧される（図３（ｂ）の紙面左右方向の矢印参照）と、テーパ状の端面４２ａによって均熱部材４１が径方向外側にも押圧される（図３（ｂ）の紙面上下方向の矢印参照）。これにより、各均熱片４４の外周面４４ｃが、ローラ本体３１の外筒部３４の内周面３４ｂとしっかり接触する。なお、ばね４３の数はいくつでも良い。また、押圧部材４２を付勢するための付勢部材として、ばね４３の代わりにゴム製の弾性部材等を用いても良い。
【００６２】
固定リング３３は、ローラ本体３１の外筒部３４の軸方向基端部に設けられた、リング状の部材である。固定リング３３は、例えば、ローラ本体３１と同じく炭素鋼からなる。つまり、前述した均熱部材４１の比透磁率は、固定リング３３の比透磁率よりも低い。固定リング３３は、ローラ本体３１の外筒部３４よりも径方向外側、且つ、均熱部３２よりも径方向内側に延びている。固定リング３３の径方向内側端部は、外筒部３４及び均熱部３２よりも、径方向においてコイル５２に近い。つまり、固定リング３３とコイル５２との径方向における間隔が、均熱部３２とコイル５２との径方向における間隔よりも小さい。固定リング３３は、ローラ本体３１の軸方向基端部及び均熱部３２の軸方向基端部と接触するように設けられている。具体的には、図３（ｂ）に示すように、固定リング３３には、囲い部３３ａが形成されている。囲い部３３ａは、ローラ本体３１と均熱部３２とを径方向外側、径方向内側及び軸方向基端側の三方向から囲う形状を有している。これにより、ローラ本体３１の外筒部３４の基端部と押圧部材４２の基端部とが囲われ、ローラ本体３１と均熱部３２とが固定されている。また、固定リング３３には、ばね４３を収容するための凹部３３ｂが形成されている。凹部３３ｂによって、軸方向において押圧部材４２と固定リング３３との間に隙間４５が形成されている。
【００６３】
次に、ヒータ５０について説明する。ヒータ５０は、ボビン部材５１と、コイル５２と、フランジ５３とを有する。ヒータ５０においては、軸方向に延びたボビン部材５１にコイル５２が巻き付けられている。ボビン部材５１の軸方向基端部は、フランジ５３に取り付けられている。
【００６４】
ボビン部材５１は、径方向において、ローラ本体３１の外筒部３４よりも内側且つ軸心部３５よりも外側に配置された円筒状の部材である。ボビン部材５１は、例えば、ローラ本体３１と同じく炭素鋼からなる。ボビン部材５１の外周にコイル５２が巻き付けられる。
【００６５】
コイル５２は、ローラ本体３１を誘導加熱するためのものである。コイル５２は、ボビン部材５１に巻き付けられ、ローラ本体３１の外筒部３４よりも内側且つ軸心部３５よりも外側に配置されている。コイル５２に交流電圧が印加されることで、コイル５２に交流電流が流れて交流磁場が発生する。
【００６６】
フランジ５３は、円板状の部材である。フランジ５３の径方向中心部には、フランジ５３とモータ１００の駆動軸１０１とが互いに干渉しないように、貫通孔５３ａが形成されている。フランジ５３は、例えば、ローラ本体３１と同じく炭素鋼からなる。フランジ５３は、ヒータ４０の軸方向基端部に配置されている。フランジ５３には、ボビン部材５１の軸方向基端部が取り付けられている。フランジ５３は、モータ１００のヒータ支持部（不図示）に固定されている。フランジ５３は、コイル５２よりも径方向外側に延びている。フランジ５３の径方向外側端部は、ローラユニット３０の固定リング３３よりも軸方向基端側に位置し、固定リング３３を覆うように配置されている。回転しないヒータ５０のフランジ５３と、回転するローラユニット３０の固定リング３３とが互いに干渉しないよう、フランジ５３と固定リング３３との間には隙間が設けられている。
【００６７】
以上のような構成を有する誘導加熱ローラ２０において、コイル５２に交流電圧が印加されることで、コイル５２に交流電流が流れて交流磁場が生成され、磁束が、ローラ本体３１の外筒部３４を軸方向に通る。これにより、ローラ本体３１において周方向に渦電流が流れ、ジュール熱によって外筒部３４が加熱される。誘導加熱ローラ２０においては、一般的に、軸方向において発熱が均一になりにくいことや、軸方向端部においてローラ本体３１から外部への放熱が起こりやすいことに起因して、ローラ本体３１の表面温度の分布が均一になりにくい。そこで、均熱部材４１によって、外筒部３４の軸方向における温度分布の均一化がなされる。なお、上述したように、均熱部材４１の比透磁率は低いため、磁束は均熱部材４１を通りにくく、均熱部材４１自体は発熱しにくい。
【００６８】
（固定リングの過剰発熱の問題）
上述したように、ローラ本体３１の軸方向端部では、外部への放熱が起こりやすいため、表面温度が低くなりやすい。そこで、本願発明者は、固定リング３３に磁束を通しやすくして渦電流を発生させやすくし、ローラ本体３１の基端部における発熱量を増加させてローラ本体の表面温度の分布を改善するために、固定リング３３の材質を強磁性体である炭素鋼とした。また、磁束は、磁束が通る経路のうち、磁束が通りやすい最短経路に集中しようとする性質を有するため、当初、押圧部材４２の材質を非磁性体であるＳＵＳとし、押圧部材４２よりも固定リング３３に磁束が通りやすくなるようにしていた。しかし、この構成において実際にヒータ５０を動作させると、固定リング３３が過剰に発熱し、ローラ本体３１の基端部の温度が軸方向中央部の温度よりも高くなるという問題が生じた。
【００６９】
上記問題について、図４を用いて模式的に説明する。誘導加熱ローラ２０においては、強磁性体である炭素鋼からなる部材によって、磁束が通りやすい経路２０１が形成されている（なお、矢印は単に見やすさのために記載しているものであり、コイル５２に流れる電流の向きの変化に応じて、磁束の向きも変わる）。具体的には、経路２０１は、ボビン部材５１、フランジ５３、固定リング３３、ローラ本体３１の外筒部３４及び端面部３６を通る経路である。なお、磁束は、強磁性体の表面を通りやすい性質を有する（表皮効果）ので、経路２０１は、上述した部材の表面又はその近傍を通るように形成されている。
【００７０】
経路２０１に磁束が集中的に通ると、固定リング３３に渦電流が過剰に発生し、固定リング３３の発熱が大きくなる。特に、磁束が固定リング３３を軸方向に通ることで、固定リング３３の周方向に回るように渦電流が発生するため、発熱がいっそう顕著となる。さらに、片持ち支持されたローラユニット３０の基端部に設けられた固定リング３３においては、ローラユニット３０の先端部と比べて外部に面する部分が小さく、外部への放熱が起こりにくい。このため、固定リング３３が発熱すると、発生した熱は、外部に放出されるよりも前にローラ本体３１の外筒部３４の先端側へ伝わりやすい。これにより、外筒部３４の基端側の温度が高く、先端側の温度が低くなるという温度勾配が生じやすくなり、外筒部３４の外周面３４ａの温度分布が悪くなるという問題が発生したと、本願発明者は考察した。
【００７１】
そこで、固定リング３３の発熱を抑制するために、誘導加熱ローラ２０は、以下の構成を有する。具体的には、図２及び図３に戻って説明する。
【００７２】
（第１磁性部材及び第２磁性部材）
第１実施形態においては、上述した経路２０１（図４参照）とは別の、磁束が通りやすい経路が形成されるように、誘導加熱ローラ２０が以下の構成を有する。まず、均熱部材４１を押圧するための押圧部材４２は、ローラ本体３１等と同じく、強磁性体である炭素鋼からなる。以下では、押圧部材４２を第１磁性部材４６と称する。言い換えると、押圧部材４２は、第１磁性部材４６として用いられる。図２に示すように、第１磁性部材４６は、径方向においてローラ本体３１の外筒部３４とコイル５２との間に配置され、且つ、外筒部３４の軸方向における中心よりも基端側且つ固定リング３３よりも先端側に配置されている。第１磁性部材４６は、外筒部３４の内周面３４ｂと接触し、且つ、均熱部材４１と接触している。軸方向において、第１磁性部材４６と固定リング３３との間に、隙間４５が形成されている。第１磁性部材４６は、例えば図３（ａ）に示すように、周方向において全周に亘って配置されていることが好ましいが、これに限られるものではない。例えば、第１磁性部材４６が周方向において分割されており、互いに離間して複数配置されていても良い。
【００７３】
また、ヒータ５０は、第２磁性部材５４を有する。第２磁性部材５４は、第１磁性部材４６と同様、炭素鋼からなる部材である。図２に示すように、第２磁性部材５４は、コイル５２よりも径方向外側に配置され、径方向において第１磁性部材４６と対向するように設けられている。第２磁性部材５４は、フランジ５３（本発明の第３磁性部材）に取り付けられ、フランジ５３と接触している。第２磁性部材５４は、回転するローラユニット３０に設けられている第１磁性部材４６とは互いに干渉しないように配置されている。第２磁性部材５４は、例えば図３（ａ）に示すように、周方向において互いに離間させて複数配置されていることが好ましいが、これに限られるものではない。
【００７４】
（磁束の経路について）
以上の構成を有する誘導加熱ローラにおいては、第１磁性部材４６及び第２磁性部材５４によって、磁束が通りやすい経路が新たに形成される。以下、図５を用いて模式的に説明する。
【００７５】
図５に示すように、第１磁性部材４６及び第２磁性部材５４によって、経路２０１とは別の、磁束が通りやすい経路２０２（図５の太線参照）が形成されている。具体的には、経路２０２は、ボビン部材５１、フランジ５３、第２磁性部材５４、固定リング３３の一部、第１磁性部材４６、ローラ本体３１の外筒部３４及び端面部３６を通る経路である。特に、磁束が通りうる経路のうち、ローラユニット３０に形成される経路については、ローラ本体３１の基端部及び固定リング３３を通る経路（経路２０１を参照）よりも、第１磁性部材４６を通る経路（経路２０２を参照）の方が短くなっている。このため、磁束は経路２０１以上に経路２０２を通りやすくなっており、固定リング３３を通る磁束の量が減少する。これにより、固定リング３３において渦電流の発生が抑制される。
【００７６】
上述した構成においては、以下の２つの理由により、磁束が固定リング３３側に流れ込むことがさらに抑制されている。１つ目の理由は、第１磁性部材４６が、外筒部３４の内周面３４ｂと接触していることである。これにより、第１磁性部材４６と外筒部３４との間で磁束が通りやすくなっているため、磁束が迂回して固定リング３３に流れ込むことが抑制される。２つ目の理由は、軸方向において、第１磁性部材４６と固定リング３３との間に隙間４５が形成されていることである。これにより、第１磁性部材４６を通っている磁束が固定リング３３に流れ込むことが抑制される。
【００７７】
ここで、磁束が第１磁性部材４６を通ることで、第１磁性部材４６も誘導加熱される。上述したように、第１磁性部材４６は、外筒部３４の内周面３４ｂと接触し、且つ、均熱部材４１と接触している。このため、第１磁性部材に発生した熱が外筒部３４に直接伝導され、或いは均熱部材４１を介して外筒部３４に伝導される。これにより、外筒部３４が効率良く加熱される。
【００７８】
（第１磁性部材及び第２磁性部材の有無による温度分布の差異）
次に、第１磁性部材４６及び第２磁性部材５４の有無による、ローラ本体３１の外筒部３４の外周面３４ａにおける軸方向の温度分布の差異について、図６を用いて説明する。本願発明者は、第１磁性部材４６及び第２磁性部材５４を設けた場合と設けない場合（押圧部材４２を非磁性体とし、第２磁性部材５４を設けない場合）とで、外周面３４ａの軸方向における温度分布を実測して比較した。共通条件として、外周面３４ａの軸方向中心における設定温度を１５０℃とした。また、ローラユニット３０の運転速度（周速度）を５５００ｍ／ｍｉｎとした。その上で、第１磁性部材４６及び第２磁性部材５４を設けた場合（実施例）と設けない場合（比較例）とで、外周面３４ａの軸方向における温度分布を比較した。
【００７９】
比較結果を図６に示す。横軸は、外周面３４ａの、ローラ本体３１の先端からの距離を表す。つまり、上記距離が小さい部分はローラ本体３１の先端に近く、大きい部分はローラ本体３１の基端に近い。なお、上述したように、外周面３４ａの軸方向長さは１８０ｍｍである。縦軸は、外周面３４ａの軸方向中心（上記距離が９０ｍｍの位置）における表面温度との差を表す。比較例（図６の破線参照）においては、ローラ本体３１の先端からの距離が大きくなる（すなわち、基端側の固定リング３３に近づく）ほど表面温度が高くなり、位置によっては、軸方向中心部における表面温度よりも１℃以上高くなった。一方、実施例（図６の実線参照）においては、外周面３４ａの軸方向基端部の温度が、軸方向中心部の温度よりもやや低くなった。さらに、外周面３４ａの軸方向基端部と軸方向中心との表面温度差は、いずれの位置においても１℃以下となり、外周面３４ａの軸方向基端部における温度勾配が改善された。つまり、第１磁性部材４６及び第２磁性部材５４を設けることによって、経路２０１以上に磁束が通りやすい経路２０２（図５参照）が形成され、固定リング３３の発熱が抑制されることが裏付けられた。
【００８０】
以上のように、外筒部３４よりも径方向内側、且つ、外筒部３４の軸方向中心よりも軸方向基端側且つ固定リング３３よりも軸方向先端側に、第１磁性部材４６が設けられている。このため、第１磁性部材４６を適切に配置することで、固定リング３３を経由する経路２０１以上に磁束が通りやすい別の経路２０２を新たに形成することができる。これにより、第１磁性部材４６が配置されていない場合と比べて、固定リング３３を通る磁束の量を減少させることができ、固定リング３３における渦電流の発生を抑制できる。したがって、誘導加熱ローラ２０に設けられた固定リング３３の発熱を抑制することができる。
【００８１】
また、均熱部材４１の比透磁率が低く、磁束が固定リング３３に集中しやすくなる構成において、第１磁性部材４６によって磁束が通りやすい経路２０２を形成することで、固定リング３３を通る磁束の量を効果的に減少させることができる。
【００８２】
また、第１磁性部材４６が周方向において全周に亘って配置されている構成では、第１磁性部材４６が周方向の一部にのみ配置されている場合と比べて、固定リング３３に磁束が流れ込むことをさらに抑制できる。
【００８３】
また、第１磁性部材４６は、外筒部３４の内周面３４ｂと接触している。したがって、第１磁性部材４６と外筒部３４との間に隙間がある場合と比べて、第１磁性部材４６と外筒部３４との間で磁束が通りやすくなるので、磁束が迂回して固定リング３３の方に流れ込むことを抑制できる。
【００８４】
また、第１磁性部材４６が均熱部材４１と接触しているので、均熱部材４１を介して、誘導加熱によって第１磁性部材４６に発生した熱を外筒部３４に伝導させることができる。したがって、外筒部３４を効率良く加熱することができる。
【００８５】
また、第１磁性部材４６と固定リング３３との間に隙間４５が形成されている。このため、第１磁性部材４６と固定リング３３が互いに接触している場合と比べて、第１磁性部材４６に流れる渦電流により発生する熱が固定リング３３側に伝わることを抑制できる。したがって、固定リング３３の温度上昇を抑制できる。また、隙間４５が形成されていることで、磁束を固定リング３３側に流れ込みにくくすることができる。
【００８６】
また、押圧部材４２（第１磁性部材４６）が軸方向に付勢されることで、押圧部材４２によって均熱部材４１が軸方向に押圧されるので、軸方向において均熱部材４１をしっかり固定することができる。また、押圧部材４２が第１磁性部材４６であるため、第１磁性部材４６と押圧部材４２とが別々に設けられる場合と比べて、コストの増大を抑えることができる。
【００８７】
また、ヒータ５０に第２磁性部材５４が設けられているので、第２磁性部材５４に沿って、磁束が通りやすい経路を形成することができる。このため、磁束は、径方向内側に配置されたヒータ５０と径方向外側に配置されたローラユニット３０との間で流れる際に、径方向において互いに対向する第１磁性部材４６と第２磁性部材５４との間で流れやすくなる。したがって、固定リング３３を通る磁束の量を確実に減少させることができる。
【００８８】
また、第２磁性部材５４が周方向において複数配置されている構成では、第２磁性部材５４が周方向の一部にのみ配置されている場合と比べて、第１磁性部材４６との間で磁束をさらに流しやすくすることができる。
【００８９】
また、生成される磁束を、第３磁性部材であるフランジ５３によって第２磁性部材５４へ積極的に導くことができる。したがって、磁束を確実に第２磁性部材５４に通すことができる。
【００９０】
また、ローラ本体３１が片持ち支持されている構成において、基端部に配置された固定リング３３の発熱を抑制することで、温度勾配の発生を抑制し、外筒部３４の外周面３４ａの軸方向基端部における温度分布を改善できる。
【００９１】
また、上記のような誘導加熱ローラ２０を備える紡糸延伸装置３においては、ローラ表面の温度分布を均一化できるとともに、ローラ表面を効率的に昇温することが可能となる。したがって、誘導加熱ローラ２０に巻き掛けられた糸Ｙの品質が安定し、高品質な糸を生産することができる。
【００９２】
次に、第１実施形態に変更を加えた変形例について説明する。但し、第１実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
【００９３】
（１）前記第１実施形態においては、固定リング３３が強磁性体である炭素鋼からなるものとしたが、これには限られない。すなわち、固定リング３３が炭素鋼からなる第１磁性部材４６よりも低い比透磁率を有していても良い。例えば、固定リング３３は、比透磁率が概ね１であるＳＵＳ等の非磁性体で形成されていても良い。これにより、磁束が固定リング３３を通りにくくなるため、固定リング３３に渦電流が流れにくくなる。したがって、固定リング３３の発熱をさらに抑制できる。なお、このような構成でも、第１磁性部材４６が設けられていることで、ローラ本体３１の外筒部３４に磁束が通りやすいように、磁束の経路が形成される。これにより、外筒部３４の誘導加熱の効率悪化は抑制される。
【００９４】
（２）前記第１実施形態においては、第２磁性部材５４がフランジ５３と接触しているものとしたが、これには限られない。すなわち、第２磁性部材５４とフランジ５３との間に隙間が形成されていても良い。このような構成でも、隙間を小さくすることで、第２磁性部材５４とフランジ５３との間で磁束を通しやすくすることができる。
【００９５】
（３）前記第１実施形態においては、ヒータ５０に第２磁性部材５４が設けられているものとしたが、これには限られない。すなわち、ローラユニット３０に第１磁性部材４６が設けられているだけでも、固定リング３３を避けて磁束が通りやすい経路が形成されるため、固定リング３３に流れ込む磁束の量を減らし、固定リングの発熱を抑えることができる。
【００９６】
（４）前記第１実施形態においては、第１磁性部材４６がばね４３によって付勢されるものとしたが、これには限られない。第１磁性部材４６は、必ずしも軸方向に付勢されていなくても良い。また、第１磁性部材４６と固定リング３３との間に、必ずしも隙間４５が形成されていなくても良い。また、第１磁性部材４６がばね４３によって付勢されていない構成では、固定リング３３は、必ずしもローラ本体３１及び均熱部３２を囲う形状を有していなくても良い。
【００９７】
（５）前記第１実施形態においては、押圧部材４２が第１磁性部材４６であるものとしたが、これには限られない。第１磁性部材４６は、押圧部材４２とは別に設けられていても良い。この場合でも、前述したとおり、押圧部材４２が必ずしもばね４３によって付勢されていなくても良い。また、第１磁性部材４６は、必ずしも外筒部３４や均熱部材４１と接触していなくても良い。
【００９８】
（６）前記第１実施形態においては、ローラ本体３１が片持ち支持されているものとしたが、これには限られない。すなわち、誘導加熱ローラは、両持ち支持されている構成でも良い。このような構成でも、固定リング３３が設けられた軸方向端部において、固定リング３３が誘導加熱されることで過剰に発熱するおそれがある。このような構成においても、第１磁性部材４６等を設けて磁束が通りやすい経路を形成し、固定リング３３への磁束の流入を抑制し、渦電流の発生を抑制して固定リング３３の発熱を抑制することは有効である。
【００９９】
（７）前記第１実施形態においては、糸Ｙを加熱する誘導加熱ローラ２０について説明した。しかしながら、誘導加熱ローラ２０は、糸Ｙの加熱に限定されず、糸Ｙ以外のフィルム、紙、不織布、樹脂シート等のシート材の加熱や、複写機等に備えられるシート上のトナー像等の加熱に用いられてもよい。
【０１００】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について、図７及び図８を参照しながら説明する。但し、第１実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
【０１０１】
図７は、本発明の第２実施形態に係る誘導加熱ローラ６０の断面図である。図８（ａ）は、後述する固定リング７２を軸方向基端側から見た図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）のＶＩＩＩ（ｂ）−ＶＩＩＩ（ｂ）断面図である。
【０１０２】
本発明の第２実施形態に係る誘導加熱ローラ６０は、ローラ７０と、ヒータ８０とを有する。ローラ７０は、外筒部３４を有するローラ本体３１と、均熱部材４１を有する均熱部３２と、炭素鋼からなる固定リング７２とを有する。ローラ本体３１は、片持ち支持されている。
【０１０３】
誘導加熱ローラ６０の、第１実施形態に係る誘導加熱ローラ２０との相違点について説明する。ローラ７０において、押圧部材４２は、ＳＵＳ等の非磁性体からなる。つまり、第１磁性部材４６が設けられていない。また、ヒータ８０には、第２磁性部材５４が設けられていない。
【０１０４】
以上の構成により、誘導加熱ローラ６０には、磁束が通りやすい経路として、炭素鋼からなる固定リング７２を通る経路２０３（太線参照）が形成されている。磁束が固定リング７２を通ることで、固定リング７２の周方向に渦電流が過剰に流れると、固定リング７２が過剰に発熱するおそれがある。そこで、固定リング７２は、渦電流を抑制することで固定リング７２の発熱を抑制するために、以下の構成を備える。
【０１０５】
図８（ａ）、（ｂ）に示すように、固定リング７２は、高抵抗部７４を有する。高抵抗部７４は、固定リング７２の周方向における一部分であり、他の部分よりも周方向における電気抵抗が高い部分である。図８（ａ）においては、２つの高抵抗部７４が設けられている。高抵抗部７４は、導電体からなるリング本体７３のうち、周方向において穴７５が形成された部分である。穴７５は、例えば、リング本体７３を軸方向に貫通している、径方向に延びたスリット状の穴である（図８（ａ）、（ｂ）参照）。このため、高抵抗部７４の周方向に直交する断面の面積（厳密には、導電体であるリング本体７３の断面積）は、高抵抗部７４以外の部分と比べて小さくなっている。これにより、高抵抗部７４の周方向における電気抵抗が、高抵抗部７４以外の電気抵抗よりも高くなる。したがって、高抵抗部７４によって、周方向に流れる渦電流が弱められ、固定リング７２の発熱が抑えられる。また、穴７５は、絶縁部材７６によって塞がれている。絶縁部材７６は、穴７５を塞ぐことで、高抵抗部７４の強度低下を抑制する。絶縁部材７６は、例えば合成樹脂からなり、穴７５の内周面７５ａに固着されている。
【０１０６】
なお、穴７５の形状等は、高抵抗部７４の断面積を小さくするものであれば何でも良い。例えば、スリット状でなく、丸穴でも良い。また、穴７５は、リング本体７３を軸方向に貫通するものでなくても良く、例えば径方向に貫通していても良い。さらに、穴７５は、必ずしもリング本体７３を貫通していなくても良い。また、穴７５の数は２つに限られるものではない。また、高抵抗部７４には、穴７５の代わりに、切り欠き等が形成されていても良い。
【０１０７】
以上のように、固定リング７２に高抵抗部７４が設けられている。このため、高抵抗部７４によって、固定リング７２の周方向に流れる渦電流が弱められるので、誘導加熱ローラ６０に設けられた固定リングの発熱を抑制することができる。
【０１０８】
また、高抵抗部７４において、周方向に直交する断面の面積が小さいため、周方向における電気抵抗が高くなる。したがって、固定リング７２の周方向における電気抵抗を高くして、渦電流を流しにくくすることができる。
【０１０９】
また、固定リング７２のリング本体７３の一部に穴７５を開けるだけで、断面積の小さい高抵抗部７４を容易に形成することができる。
【０１１０】
また、穴７５を塞いでいる絶縁部材によって、固定リング７２の強度低下を抑制することができる。
【０１１１】
次に、第２実施形態に変更を加えた変形例について説明する。但し、第２実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
【０１１２】
（１）前記第２実施形態においては、固定リング７２の高抵抗部７４は、リング本体７３に形成された穴７５を有するものとしたが、これには限られない。例えば、図９に示すように、固定リング９０は、周方向において複数のリング片９１に分割されており、絶縁部材９２を介して互いに連結されていても良い。絶縁部材９２は、例えば合成樹脂からなり、２つのリング片９１に挟まれて固着されている。このように、複数のリング片９１の間に介在する絶縁部材９２によって、固定リング９０の周方向に回るように渦電流が流れることを確実に抑制できる。この変形例では、固定リング９０の周方向において、絶縁部材９２が配置された部分が、本発明の高抵抗部に相当する。
【０１１３】
（２）前記第２実施形態においても、ローラ本体３１が片持ち支持されているものとしたが、これには限られない。すなわち、誘導加熱ローラ６０は、両持ち支持されている構成でも良い。このような構成においても、固定リング７２に高抵抗部７４を設けて渦電流の発生を抑制し、固定リング７２の発熱を抑制することは有効である。
【０１１４】
（３）誘導加熱ローラ６０は、上記第１実施形態で説明した誘導加熱ローラ２０と同様、糸Ｙ以外のものを加熱しても良い。すなわち、誘導加熱ローラ６０は、フィルム、紙、不織布、樹脂シート等のシート材や、複写機等に備えられるシート上のトナー像等を加熱してもよい。
【符号の説明】
【０１１５】
３        紡糸延伸装置
２０      誘導加熱ローラ
３０      ローラユニット
３１      ローラ本体
３２      均熱部
３３      固定リング
３４      外筒部（被加熱部）
３４ｂ    内周面
４１      均熱部材
４２      押圧部材
４２ａ    端面
４３      ばね（付勢部材）
４４ａ    端面
４５      隙間
４６      第１磁性部材
５０      ヒータ
５２      コイル
５３      フランジ（第３磁性部材）
５４      第２磁性部材
６０      誘導加熱ローラ
７２      固定リング
７４      高抵抗部
７５      穴
７６      絶縁部材
９０      固定リング
９１      リング片
９２      絶縁部材
Ｙ        糸
【図１】
2019077914.tif 000003
【図２】
2019077914.tif 000004
【図３】
2019077914.tif 000005
【図４】
2019077914.tif 000006
【図５】
2019077914.tif 000007
【図６】
2019077914.tif 000008
【図７】
2019077914.tif 000009
【図８】
2019077914.tif 000010
【図９】
2019077914.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】令和2年3月26日(2020.3.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
第１２の発明の誘導加熱ローラは、回転可能なローラユニットと、前記ローラユニットの径方向における内側に配置されたコイル、を有するヒータと、を備える誘導加熱ローラであって、前記ローラユニットは、前記コイルに流れる電流によって生成される磁束が前記ローラユニットの軸方向に通ることで誘導加熱される円筒状の被加熱部、を有するローラ本体と、前記被加熱部の内周面と接触し、且つ、前記軸方向に延びた、前記被加熱部の少なくとも前記内周面よりも熱伝導率が高い均熱部材、を有する均熱部と、前記被加熱部の前記軸方向における一方側の端部及び前記均熱部の前記軸方向における前記一方側の端部と接触するように設けられた、前記ローラ本体と前記均熱部とを固定する固定リングと、を有し、前記固定リングは、前記固定リングの周方向における一部に設けられた、前記周方向に流れる渦電流を弱める高抵抗部を有することを特徴とするものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
第１４の発明の誘導加熱ローラは、前記第１３の発明において、前記高抵抗部には、前記高抵抗部以外の部分と比べて前記断面の面積を小さくするための穴が形成されていることを特徴とするものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
フランジ５３は、円板状の部材である。フランジ５３の径方向中心部には、フランジ５３とモータ１００の駆動軸１０１とが互いに干渉しないように、貫通孔５３ａが形成されている。フランジ５３は、例えば、ローラ本体３１と同じく炭素鋼からなる。フランジ５３は、ヒータ５０の軸方向基端部に配置されている。フランジ５３には、ボビン部材５１の軸方向基端部が取り付けられている。フランジ５３は、モータ１００のヒータ支持部（不図示）に固定されている。フランジ５３は、コイル５２よりも径方向外側に延びている。フランジ５３の径方向外側端部は、ローラユニット３０の固定リング３３よりも軸方向基端側に位置し、固定リング３３を覆うように配置されている。回転しないヒータ５０のフランジ５３と、回転するローラユニット３０の固定リング３３とが互いに干渉しないよう、フランジ５３と固定リング３３との間には隙間が設けられている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７７】
ここで、磁束が第１磁性部材４６を通ることで、第１磁性部材４６も誘導加熱される。上述したように、第１磁性部材４６は、外筒部３４の内周面３４ｂと接触し、且つ、均熱部材４１と接触している。このため、第１磁性部材４６に発生した熱が外筒部３４に直接伝導され、或いは均熱部材４１を介して外筒部３４に伝導される。これにより、外筒部３４が効率良く加熱される。
【国際調査報告】
2019077914.tif 000012
2019077914.tif 000013
2019077914.tif 000014
2019077914.tif 000015