(57)【要約】【課題】ローラ表面における軸方向の温度分布の均一化と、ローラ表面の効率的な昇温とを両立させる。【解決手段】コイル３２と、コイル３２の径方向外側に配置された円筒状の外筒部３３を有するローラ本体３１と、コイル３２の径方向外側且つ外筒部３３の径方向内側に配置され、外筒部３３の内周面と接触する均熱部材３６と、を備える誘導加熱ローラ３０において、軸方向において均熱部材３６の熱伝導率は外筒部３３の熱伝導率よりも高く、且つ、周方向において均熱部材３６の電気抵抗率は外筒部３３の電気抵抗率よりも高い。【選択図】図２
2018035488.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルと、
前記コイルの径方向外側に配置された円筒状の外筒部、を有するローラ本体と、
前記コイルの径方向外側且つ前記外筒部の径方向内側に配置され、前記外筒部の内周面と接触する均熱部材と、
を備え、
軸方向において前記均熱部材の熱伝導率は前記外筒部の熱伝導率よりも高く、且つ、周方向において前記均熱部材の電気抵抗率は前記外筒部の電気抵抗率よりも高いことを特徴とする誘導加熱ローラ。
【請求項２】
コイルと、
前記コイルの径方向外側に配置された円筒状の外筒部、を有するローラ本体と、
前記コイルの径方向外側且つ前記外筒部の径方向内側に配置され、前記外筒部の内周面と接触する均熱部材と、
を備え、
軸方向において前記均熱部材の熱伝導率は前記外筒部の熱伝導率よりも高く、且つ、前記均熱部材の比透磁率は前記外筒部の比透磁率よりも低いことを特徴とする誘導加熱ローラ。
【請求項３】
前記均熱部材は、前記外筒部の内径と同じ外径を有する円筒状の部材である請求項１又は２に記載の誘導加熱ローラ。
【請求項４】
前記円筒状の部材は、周方向において複数に分割されている請求項３に記載の誘導加熱ローラ。
【請求項５】
前記均熱部材は、繊維材を含む材料からなる請求項１ないし４のいずれか１項に記載の誘導加熱ローラ。
【請求項６】
前記繊維材は、炭素繊維である請求項５に記載の誘導加熱ローラ。
【請求項７】
前記炭素繊維は、軸方向に配向されている請求項６に記載の誘導加熱ローラ。
【請求項８】
前記炭素繊維は、ランダム配向されている請求項６に記載の誘導加熱ローラ。
【請求項９】
前記炭素繊維は、ピッチ系炭素繊維である請求項６ないし８のいずれか１項に記載の誘導加熱ローラ。
【請求項１０】
前記均熱部材は、前記炭素繊維と黒鉛との複合材料である炭素繊維強化炭素複合材料からなる請求項６ないし９のいずれか１項に記載の誘導加熱ローラ。
【請求項１１】
前記均熱部材は、前記炭素繊維と樹脂との複合材料である炭素繊維強化プラスチックからなる請求項６ないし９のいずれか１項に記載の誘導加熱ローラ。
【請求項１２】
前記均熱部材の熱容量は、前記外筒部の熱容量よりも小さい請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の誘導加熱ローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、糸の加熱に用いられる誘導加熱ローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１、２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。特許文献１の誘導加熱ローラは、非磁性体且つ高熱伝導体であるローラ本体の内周面に、磁性体である薄膜層が形成された構成となっている。コイルに通電すると、ローラ本体の内側の薄膜層が誘導加熱により発熱し、薄膜層からローラ表面への熱伝導によって、ローラ表面が昇温する。また、特許文献２の誘導加熱ローラでは、炭素鋼からなるローラ本体の内周面に導電体が設けられている。そして、特許文献１の誘導加熱ローラと同様、ローラ本体の内側の導電体が誘導加熱により発熱し、導電体からローラ表面への熱伝導によって、ローラ表面が昇温する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２１８１３０号公報
【特許文献２】特許第４９０３３２７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように、特許文献１、２の誘導加熱ローラでは、ローラ本体が誘導加熱により直接的に発熱するのではなく、ローラ本体の内側の部材が発熱する。つまり、昇温させたいローラ表面（ローラ本体の外周面）から遠い部位が発熱することになり、ローラ表面を効率的に昇温させることができないという問題があった。
【０００５】
また、誘導加熱ローラでは、誘導加熱による発熱が軸方向において均一とならず、これに伴ってローラ表面の温度も軸方向において不均一となる。このため、誘導加熱ローラを糸の加熱に用いる場合、糸がローラ表面と接触する位置によって糸が加熱される程度が変わってしまい、糸の品質が安定しないおそれがある。この点、特許文献２の誘導加熱ローラでは、ローラ本体に気液二相の熱媒体が封入されたジャケット室が設けられており、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ある程度均一化されると考えられる。しかしながら、ジャケット室（ヒートパイプ）をローラ本体に設ける構成では、ローラ本体の厚みが大きくなることで、ローラ本体の熱容量が大きくなるため、ローラ本体の昇温にそもそも多くの熱量が必要となり、ローラ表面の効率的な昇温をさらに困難とさせていた。
【０００６】
以上の課題に鑑みて、本発明に係る誘導加熱ローラは、ローラ表面における軸方向の温度分布の均一化と、ローラ表面の効率的な昇温とを、両立させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１態様は、コイルと、前記コイルの径方向外側に配置された円筒状の外筒部、を有するローラ本体と、前記コイルの径方向外側且つ前記外筒部の径方向内側に配置され、前記外筒部の内周面と接触する均熱部材と、を備え、軸方向において前記均熱部材の熱伝導率は前記外筒部の熱伝導率よりも高く、且つ、周方向において前記均熱部材の電気抵抗率は前記外筒部の電気抵抗率よりも高いことを特徴とする。
【０００８】
本発明の第１態様では、ローラ本体の外筒部の内周面に接触するように均熱部材が設けられており、軸方向において均熱部材の熱伝導率は外筒部よりも高くされている。このため、均熱部材の軸方向における温度分布は均一になりやすく、均熱部材に接している外筒部においても、軸方向における温度分布を均一化させることができる。しかも、周方向において均熱部材の電気抵抗率は外筒部よりも高くされているので、電磁誘導による渦電流が均熱部材よりも外筒部を多く流れ、外筒部における誘導加熱が促進される。このため、均熱部材よりもローラ表面（外筒部の外周面）に近い部位がより加熱され、ローラ表面を効率的に昇温させることができる。また、均熱部材を設けることで、ヒートパイプを省略することができるので、ローラ本体の外筒部の厚みを小さくすることができる。その結果、外筒部の熱容量が小さくなり、外筒部全体の温度が上昇しやすくなるので、外筒部の外周面であるローラ表面を効率よく昇温させることができる。このように、本発明の第１態様によれば、ローラ表面における軸方向の温度分布の均一化と、ローラ表面の効率的な昇温とを、両立させることが可能となる。
【０００９】
本発明の第２態様は、コイルと、前記コイルの径方向外側に配置された円筒状の外筒部、を有するローラ本体と、前記コイルの径方向外側且つ前記外筒部の径方向内側に配置され、前記外筒部の内周面と接触する均熱部材と、を備え、軸方向において前記均熱部材の熱伝導率は前記外筒部の熱伝導率よりも高く、且つ、前記均熱部材の比透磁率は前記外筒部の比透磁率よりも低いことを特徴とする。
【００１０】
本発明の第２態様では、ローラ本体の外筒部の内周面に接触するように均熱部材が設けられており、軸方向において均熱部材の熱伝導率は外筒部よりも高くされている。このため、均熱部材の軸方向における温度分布は均一になりやすく、均熱部材に接している外筒部においても、軸方向における温度分布を均一化させることができる。しかも、均熱部材の比透磁率は外筒部よりも低くされているので、均熱部材よりも外筒部を多くの磁束が流れることになり、外筒部における誘導加熱が促進される。このため、均熱部材よりもローラ表面（外筒部の外周面）に近い部位がより加熱され、ローラ表面を効率的に昇温させることができる。また、均熱部材を設けることで、ヒートパイプを省略することができるので、ローラ本体の外筒部の厚みを小さくすることができる。その結果、外筒部の熱容量が小さくなり、外筒部全体の温度が上昇しやすくなるので、外筒部の外周面であるローラ表面を効率よく昇温させることができる。このように、本発明の第２態様によれば、ローラ表面における軸方向の温度分布の均一化と、ローラ表面の効率的な昇温とを、両立させることが可能となる。
【００１１】
また、本発明において、前記均熱部材は、前記外筒部の内径と同じ外径を有する円筒状の部材であると好適である。
【００１２】
この場合、均熱部材が、全周にわたって外筒部の内周面と接触することになるので、ローラ表面の温度分布を周方向においても効果的に均一化させることができる。
【００１３】
また、本発明において、前記円筒状の部材は、周方向において複数に分割されていると好適である。
【００１４】
こうすることで、円筒状の部材を単一の部品として製造する場合と比べて製造が容易になる。また、組み付けも容易となる。
【００１５】
また、本発明において、前記均熱部材は、繊維材を含む材料からなると好適である。
【００１６】
均熱部材が繊維材を含んで構成されている場合、繊維配列方向の熱伝導率を高くすることができるため、繊維材の長さや配向を変更することによって、均熱部材の熱伝導率や電気抵抗率を高い自由度で調整することができる。
【００１７】
また、本発明において、前記繊維材は、炭素繊維であると好適である。
【００１８】
炭素繊維は、高い熱伝導率を有する軽量の素材である。したがって、炭素繊維を含む材料で均熱部材を構成することにより、ローラ表面の温度分布をより効果的に均一化できるとともに、誘導加熱ローラ全体の軽量化を図ることができる。
【００１９】
また、本発明において、前記炭素繊維は、前記軸方向に配向されていると好適である。
【００２０】
炭素繊維が軸方向に配向されていると、均熱部材の軸方向における熱伝導率が高くなるので、均熱部材の軸方向における温度分布がより均一になりやすく、ひいては、ローラ表面における軸方向の温度分布をより均一化させることができる。また、炭素繊維が軸方向に配向されていると、均熱部材の周方向の電気抵抗が大きくなるので、電磁誘導による渦電流が均熱部材よりも外筒部を多く流れるようになる。その結果、外筒部における誘導加熱をより促進することができ、ローラ表面をより効率的に昇温させることができる。
【００２１】
また、本発明において、前記炭素繊維は、ランダム配向されていると好適である。
【００２２】
炭素繊維をランダム配向する場合には、長繊維よりもコストの低い短繊維を用いることができるため、コストを低減することができる。
【００２３】
また、本発明において、前記炭素繊維は、ピッチ系炭素繊維であると好適である。
【００２４】
炭素繊維として、ピッチを使ったピッチ系炭素繊維と、アクリル繊維を使ったＰＡＮ系炭素繊維とが知られているが、ピッチ系炭素繊維のほうが、ＰＡＮ系炭素繊維よりも高い熱伝導率を有する。このため、ピッチ系炭素繊維を用いることで、均熱部材の熱伝導率をより高めることができ、ローラ表面の温度分布をより効果的に均一化できる。
【００２５】
また、本発明において、前記均熱部材は、前記炭素繊維と黒鉛との複合材料である炭素繊維強化炭素複合材料からなると好適である。
【００２６】
炭素繊維強化炭素複合材料は、炭素繊維を含む複合材料の中でも高い熱伝導率を有しており、耐熱性も高い。したがって、均熱部材として炭素繊維強化炭素複合材料を採用することで、ローラ表面の温度分布をより効果的に均一化できるとともに、高温にも耐え得る誘導加熱ローラを提供することができる。
【００２７】
また、本発明において、前記均熱部材は、前記炭素繊維と樹脂との複合材料である炭素繊維強化プラスチックからなると好適である。
【００２８】
炭素繊維強化プラスチックは、炭素繊維強化炭素複合材料と比べると、耐熱性は低いが安価である。したがって、誘導加熱ローラにそれほど耐熱性が求められない場合には、均熱部材として炭素繊維強化プラスチックを採用することで、コストを低減することができる。
【００２９】
また、本発明において、前記均熱部材の熱容量は、前記外筒部の熱容量よりも小さいと好適である。
【００３０】
この場合、外筒部の温度分布がより迅速に均一化されるため、これに伴って、ローラ表面の温度分布もより迅速に均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】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。
【図２】本実施形態に係る誘導加熱ローラの断面図。
【図３】本実施形態におけるローラ本体及び均熱部材の各物性値を示す表。
【図４】ローラ表面における温度の推移を示すグラフ。
【図５】他の実施形態におけるローラ本体及び均熱部材の各物性値を示す表。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
（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（ここでは６本）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。
【００３３】
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。
【００３４】
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（ここでは５つ）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、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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
（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の断面図である。図２では、誘導加熱ローラ３０が連結されるモータ５０については、出力軸５１及びハウジング５２の一部のみを図示している。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の全てに適用されるローラである。
【００３９】
誘導加熱ローラ３０は、軸方向（前後方向）に沿った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」と称する）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。
【００４０】
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外筒部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、外筒部３３の前端部と軸心部３４の前端部とをつなぐ円板状の端面部３５と、を有する。ローラ本体３１の後端側は開口している。また、外筒部３３と軸心部３４と端面部３５とは一体形成されている。
【００４１】
ローラ本体３１の外筒部３３の径方向内側、且つ、コイル３２の径方向外側には、円筒状の均熱部材３６が設けられている。均熱部材３６の外径は、外筒部３３の内径と同じにされている（厳密には、均熱部材３６を外筒部３３に挿入できるように、均熱部材３６の外径のほうがわずかに小さい）。これによって、均熱部材３６がローラ本体３１の内部に収容された状態では、均熱部材３６の外周面が略全面にわたって外筒部３３の内周面に接触する。図２に示すように、ローラ表面３１ａに複数の糸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、均熱部材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。
【００４２】
均熱部材３６は、ローラ本体３１の後端側の開口から外筒部３３内に挿入可能である。均熱部材３６の軸方向の長さは、概ね外筒部３３と同じ長さとされており、均熱部材３６の前端部は、ローラ本体３１の端面部３５に当接している。外筒部３３及び均熱部材３６の後端部は、ともに、環状の固定部材３７に固定されており、これによって、均熱部材３６がローラ本体３１に対して固定される。
【００４３】
ローラ本体３１の軸心部３４には、軸方向に沿って延設された軸取付孔３４ａが形成されている。軸取付孔３４ａには、不図示の固定手段によって、モータ５０の出力軸５１が固定されており、誘導加熱ローラ３０が出力軸５１と一体回転可能となっている。
【００４４】
コイル３２は、円筒状のボビン部材３９の外周面に導線が巻き回された構成となっている。図示は省略するが、ボビン部材３９は完全な円筒形状ではなく、周方向の一部分が切断されたＣ字状の断面形状を有する。このため、ボビン部材３９には周方向に沿った渦電流が流れにくく、ボビン部材３９における発熱を抑えることができるようになっている。ボビン部材３９は、モータ５０のハウジング５２に取り付けられている。ハウジング５２には環状の凹部５２ａが形成されており、上述の固定部材３７が、凹部５２ａの底面や側面に接触しないように凹部５２ａ内に配置されている。モータ５０の出力軸５１は、不図示の軸受を介してハウジング５２に回転可能に支持されており、モータ５０を作動させると、誘導加熱ローラ３０が出力軸５１と一体回転する。
【００４５】
ここで、本実施形態のローラ本体３１は、磁性体であり、導体でもある炭素鋼からなる。また、均熱部材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）からなり、炭素繊維としては熱伝導率の高いピッチ系炭素繊維が用いられている。このＣ／Ｃコンポジットは、炭素繊維の長繊維が軸方向に配向されており、炭素繊維が軸方向に連続する構成となっている。言い方を変えると、このＣ／Ｃコンポジットは、炭素繊維が周方向や厚み方向においては必ずしも連続しない構成となっている。本実施形態におけるローラ本体３１及び均熱部材３６に関する各物性値を図３に示す。なお、図３の各物性値は常温での数値である（図５も同様）。
【００４６】
上述のように、均熱部材３６を構成するＣ／Ｃコンポジットは、炭素繊維が軸方向に配向されているため、軸方向においては熱も電気も伝わりやすくなっている（熱伝導率が高く、電気抵抗率が低い）。一方、周方向においては必ずしも繊維が連続していないため、熱も電気も伝わりにくくなっている（熱伝導率が低く、電気抵抗率が高い）。このように、炭素繊維に配向を持たせることで、均熱部材３６を異方性材料として機能させることができ、各方向における物性値を高い自由度で調整することができる。
【００４７】
コイル３２に高周波電流を供給すると、コイル３２の周りに変動磁界が発生する。誘導加熱とは、このときの電磁誘導効果によって周方向に流れる渦電流のジュール熱を利用するものである。本実施形態では、均熱部材３６の周方向の電気抵抗率が、ローラ本体３１（外筒部３３）よりも高い（図３参照）。このため、渦電流が均熱部材３６よりも外筒部３３を多く流れ、渦電流によるジュール熱が均熱部材３６よりも外筒部３３において多く発生する。なお、表皮効果により、渦電流は外筒部３３の主に内周面近傍に発生する。
【００４８】
また、本実施形態では、均熱部材３６の軸方向の熱伝導率が、ローラ本体３１（外筒部３３）よりも高い（図３参照）。このため、均熱部材３６の軸方向における温度分布は均一になりやすく、均熱部材３６に接している外筒部３３においても、軸方向における温度分布を均一化させることができる。均熱部材３６の軸方向の熱伝導率の具体的な数値としては、例えば、２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましい。さらに、本実施形態では、均熱部材３６の温度分布を迅速に均一とするため、均熱部材３６の熱容量が外筒部３３の熱容量よりも小さくされている。
【００４９】
なお、ローラ表面３１ａの温度を効率的に昇温させることを考えると、ローラ表面３１ａから遠い均熱部材３６よりも、ローラ表面３１ａに近い外筒部３３での発熱量をできるだけ大きくしたほうがよい。しかしながら、均熱部材３６で多少の発熱があってもよく、均熱部材３６で発熱がある場合は、その発熱量は外筒部３３での発熱量よりも小さいことが好ましい。
【００５０】
（効果）
以上のように、本実施形態の誘導加熱ローラ３０は、ローラ本体３１の外筒部３３の内周面に接触するように均熱部材３６が設けられており、軸方向において均熱部材３６の熱伝導率は外筒部３３よりも高くされている。このため、均熱部材３６の軸方向における温度分布は均一になりやすく、均熱部材３６に接している外筒部３３においても、軸方向における温度分布を均一化させることができる。しかも、周方向において均熱部材３６の電気抵抗率は外筒部３３よりも高くされているので、電磁誘導による渦電流が均熱部材３６よりも外筒部３３を多く流れ、外筒部３３における誘導加熱が促進される。このため、均熱部材３６よりもローラ表面３１ａに近い部位がより加熱され、ローラ表面３１ａを効率的に昇温させることができる。また、均熱部材３６を設けることで、ヒートパイプを省略することができるので、ローラ本体３１の外筒部３３の厚みを小さくすることができる。その結果、外筒部３３の熱容量が小さくなり、外筒部３３全体の温度が上昇しやすくなるので、外筒部３３の外周面であるローラ表面３１ａを効率よく昇温させることができる。このように、本実施形態の誘導加熱ローラ３０によれば、ローラ表面３１ａにおける軸方向の温度分布の均一化と、ローラ表面３１ａの効率的な昇温とを、両立させることが可能となる。
【００５１】
ここで、図４は、ローラ表面における温度の推移を示すグラフであり、本実施形態の誘導加熱ローラ３０と、特許文献２に記載されているようなヒートパイプを用いた従来の誘導加熱ローラとを比較するものである。ヒーター出力は両者で同じとしてあり、温度が略一定となるまでの温度の推移を示している。図４から明らかなように、本実施形態の誘導加熱ローラ３０のほうが従来の誘導加熱ローラよりも昇温速度が速く、温度が一定となるまでの時間が短くなっている。すなわち、本実施形態の誘導加熱ローラ３０を用いることによって、ローラ表面３１ａを効率的に昇温できることが示されている。
【００５２】
また、本実施形態では、均熱部材３６は、外筒部３３の内径と同じ外径を有する円筒状の部材とされている。このため、均熱部材３６が、全周にわたって外筒部３３の内周面と接触し、ローラ表面３１ａの温度分布を周方向においても効果的に均一化させることができる。
【００５３】
また、本実施形態では、均熱部材３６は、繊維材を含む材料からなる。したがって、繊維配列方向の熱伝導率を高くすることができるため、繊維材の長さや配向を変更することによって、均熱部材３６の熱伝導率や電気抵抗率を高い自由度で調整することができる。
【００５４】
また、本実施形態では、繊維材は、炭素繊維とされている。炭素繊維は、高い熱伝導率を有する軽量の素材である。したがって、炭素繊維を含む材料で均熱部材３６を構成することにより、ローラ表面３１ａの温度分布を効果的に均一化できるとともに、誘導加熱ローラ３０全体の軽量化を図ることができる。
【００５５】
また、本実施形態では、炭素繊維は、軸方向に配向されている。炭素繊維が軸方向に配向されていると、均熱部材３６の軸方向における熱伝導率が高くなるので、均熱部材３６の軸方向における温度分布がより均一になりやすく、ひいては、ローラ表面３１ａにおける軸方向の温度分布をより均一化させることができる。また、炭素繊維が軸方向に配向されていると、均熱部材３６の周方向の電気抵抗が大きくなるので、電磁誘導による渦電流が均熱部材３６よりも外筒部３３をより多く流れるようになる。その結果、外筒部３３における誘導加熱をより促進することができ、ローラ表面３１ａをより効率的に昇温させることができる。
【００５６】
また、本実施形態では、炭素繊維は、ピッチ系炭素繊維とされている。炭素繊維として、ピッチを使ったピッチ系炭素繊維と、アクリル繊維を使ったＰＡＮ系炭素繊維とが知られているが、ピッチ系炭素繊維のほうが、ＰＡＮ系炭素繊維よりも高い熱伝導率を有する。このため、ピッチ系炭素繊維を用いることで、均熱部材３６の熱伝導率をより高めることができ、ローラ表面３１ａの温度分布をより効果的に均一化することができる。
【００５７】
また、本実施形態では、均熱部材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。Ｃ／Ｃコンポジットは、炭素繊維を含む複合材料の中でも高い熱伝導率を有しており、耐熱性も高い。したがって、均熱部材３６としてＣ／Ｃコンポジットを採用することで、ローラ表面３１ａの温度分布をより効果的に均一化できるとともに、高温にも耐え得る誘導加熱ローラ３０を提供することができる。
【００５８】
また、本実施形態では、均熱部材３６の熱容量は、外筒部３３の熱容量よりも小さくされている。このため、外筒部３３の温度分布がより迅速に均一化され、これに伴って、ローラ表面３１ａの温度分布もより迅速に均一化することができる。
【００５９】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明を適用可能な形態は、上述の実施形態に限られるものではなく、以下に例示するように、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることが可能である。
【００６０】
上記実施形態では、均熱部材３６をＣ／Ｃコンポジットで構成するものとしたが、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。ＣＦＲＰは、Ｃ／Ｃコンポジットと比べると、耐熱性は低いが安価である。したがって、例えば、設定温度の比較的高い調質ローラであるゴデットローラ２４、２５に対してのみ、均熱部材３６としてＣ／Ｃコンポジットを採用し、設定温度の比較的低い予熱ローラであるゴデットローラ２１〜２３に対しては、均熱部材３６としてＣＦＲＰを採用することで、コストを低減することができる。
【００６１】
また、均熱部材３６を構成する炭素繊維を、ピッチ系炭素繊維の代わりに、アクリル繊維を使ったＰＡＮ系炭素繊維としてもよい。また、物性値の条件さえ満たすのであれば、炭素繊維は軸方向に配向されている必要はなく、周方向や螺旋方向に配向されていてもよい。また、炭素繊維の短繊維をランダム配向してもよい。ランダム配向の場合でも、図３に示すように、均熱部材３６の熱伝導率は外筒部３３よりも高く、且つ、均熱部材３６の電気抵抗率は外筒部３３よりも高くなる。したがって、ローラ表面３１ａにおける軸方向の温度分布の均一化と、ローラ表面３１ａの効率的な昇温とを、両立させることができる。また、炭素繊維の短繊維は長繊維よりもコストが低いという点も有利である。さらに、ケースに収納するなどして炭素繊維の形態が適切に維持できるのであれば、Ｃ／ＣコンポジットやＣＦＲＰ等の複合材料ではなく、炭素繊維を単体で用いてもよい。また、繊維材として炭素繊維以外のものを採用してもよい。
【００６２】
また、均熱部材３６を、例えばアルミニウムや銅等の金属材料で構成してもよい。この場合、軸方向において均熱部材３６の熱伝導率は外筒部３３よりも高い（図５参照）ので、均熱部材３６の軸方向における温度分布は均一になりやすく、均熱部材３６に接している外筒部３３においても、軸方向における温度分布を均一化させることができる。しかも、均熱部材３６の比透磁率は外筒部３３よりも低いので、均熱部材３６よりも外筒部３３を多くの磁束が流れることになり、外筒部３３における誘導加熱が促進される。このため、上記実施形態と同様に、ローラ表面３１ａにおける軸方向の温度分布の均一化と、ローラ表面３１ａの効率的な昇温とを、両立させることが可能となる。ただし、これら金属材料は、Ｃ／Ｃコンポジットと比較して密度が大きいので、誘導加熱ローラ３０の軽量化まで考慮すると、均熱部材３６の材料としてＣ／Ｃコンポジットが最適と言える。
【００６３】
なお、ランダム配向された炭素繊維、並びに、炭素鋼、アルミニウム、銅等の金属材料のように等方性材料の場合には、熱伝導率、電気抵抗率、比透磁率等の物性値は方向にかかわらず１つの数値を有することになる。したがって、等方性材料の場合は、各物性値を「軸方向における」、「周方向における」と限定することは特に意味をなさず、これらの限定があっても各物性値は上記１つの数値を意味することになる。
【００６４】
また、上記実施形態では、ローラ本体３１（外筒部３３）を炭素鋼からなるものとしたが、ローラ本体３１の材料は炭素鋼に限定されない。例えば、アルミニウムや銅等でもよい。
【００６５】
また、上記実施形態では、均熱部材３６を円筒状の部材としたが、円筒状に構成することは必須ではない。例えば、円筒状の部材を周方向において複数に分割した短冊状の部材を周方向に並べることによって、均熱部材３６を構成してもよい。こうすれば、円筒状の部材を単一の部品として製造する場合と比べて製造が容易になる。また、組み付けも容易となる。
【００６６】
また、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。
【符号の説明】
【００６７】
３０：誘導加熱ローラ
３１：ローラ本体
３２：コイル
３３：外筒部
３６：均熱部材
【図１】
2018035488.tif 000003
【図２】
2018035488.tif 000004
【図３】
2018035488.tif 000005
【図４】
2018035488.tif 000006
【図５】
2018035488.tif 000007