(57)【要約】【課題】外径や肉厚の異なる部分を有するロール本体の肉厚内に気液２相の熱媒体を封入する密閉室を設けたロール本体において、外周面の温度分布の均一化を維持し、かつ軽量化することのできる加熱ローラを提供すること。【解決手段】円筒状の中空内部１２ｂを有し、外径の異なる部分たとえば外周面をテーパー状としてなるロール本体１２と、前記中空内部１２ｂに配置した鉄心８および誘導コイル９からなる誘導発熱機構と、前記ロール本体１２の一端部に連結し前記ロール本体１２を回転駆動する回転駆動軸１４とを備えた加熱ローラであって、前記ロール本体１２の肉厚内部に、ロール本体１２の長手方向に伸びる気液２相の熱媒体１０を封入するテーパー形状などの肉厚の厚みに応じて内径を異ならせた密閉室１２ｄを設けて前記ロール本体１２を構成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空内部を有し、肉厚の異なる部分を有するロール本体と、前記中空内部に配置した発熱機構と、前記ロール本体に連結し前記ロール本体を回転駆動する回転駆動軸とを備えた加熱ローラであって、前記ロール本体の肉厚内部に、前記ロール本体の長手方向に伸びる気液２相の熱媒体を封入する密閉室を周方向に複数設けるとともに、前記密閉室の内径を前記ロール本体の異なる肉厚のそれぞれの厚みに対応した大きさとしてなることを特徴とする加熱ローラ。
【請求項２】
円筒状の中空内部を有し、外径の異なる部分を有するロール本体と、前記中空内部に配置した発熱機構と、前記ロール本体に連結し前記ロール本体を回転駆動する回転駆動軸とを備えた加熱ローラであって、前記ロール本体の肉厚内部に、前記ロール本体の長手方向に伸びる気液２相の熱媒体を封入する密閉室を周方向に複数設けるとともに、前記密閉室の内径を前記ロール本体の異なる外径のそれぞれの肉厚の厚みに対応した大きさとしてなることを特徴とする加熱ローラ。
【請求項３】
円筒状の中空内部を有し、外周面をテーパー状としてなるロール本体と、前記中空内部に配置した発熱機構と、前記ロール本体に連結し前記ロール本体を回転駆動する回転駆動軸とを備えた加熱ローラであって、前記ロール本体の肉厚内部に、前記ロール本体の長手方向に伸びる気液２相の熱媒体を封入する密閉室を周方向に複数設けるとともに、前記密閉室の内径を前記ロール本体の肉厚の厚みに対応した大きさとしてなることを特徴とする加熱ローラ。
【請求項４】
内径の異なる部分を有する中空内部を有し、外径の異なる部分を有するロール本体と、前記中空内部に配置した発熱機構と、前記ロール本体に連結し前記ロール本体を回転駆動する回転駆動軸とを備えた加熱ローラであって、前記ロール本体の肉厚内部に、前記ロール本体の長手方向に伸びる気液２相の熱媒体を封入する密閉室を周方向に複数設けるとともに、前記密閉室の内径を前記ロール本体の内径と外径との差による肉厚の厚みに対応した大きさとしてなることを特徴とする加熱ローラ。
【請求項５】
中空内部を有し、外周面をテーパー状としてなるロール本体と、前記中空内部に配置した発熱機構と、前記ロール本体に連結し前記ロール本体を回転駆動する回転駆動軸とを備えた加熱ローラであって、前記ロール本体の内周面を外周面と並行するテーパー状にするとともに、前記ロール本体の肉厚内部に、前記ロール本体の長手方向に伸び、前記ロール本体の外周面のテーパー状に沿う気液２相の熱媒体を封入する密閉室を周方向に複数設けるとともに、前記密閉室の内径を前記ロール本体の内径と外径との差による肉厚の厚みに対応した大きさとしてなることを特徴とする加熱ローラ。
【請求項６】
ロール本体は長手方向に対して複数区分され、密閉室の内径は各区分ごとのロール本体の肉厚の厚みと対応させるとともに、各区分ごとの密閉室は長手方向に互いに連通してなることを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４又は請求項５に記載の加熱ローラ。
【請求項７】
前記ロール本体は長手方向に対して複数区分され、前記密閉室は各区分ごとに前記ロール本体の軸と平行するとともに、各区分ごとの密閉室は長手方向に互いに連通してなることを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４又は請求項５に記載の加熱ローラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば合成繊維糸などを加熱延伸する場合などに使用する加熱ローラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば合成繊維糸（以下、合繊糸という）を加熱延伸する場合、図５に示すように２つの加熱ローラ１，２を、軸心方向をずらせて配置し、合繊糸５をモータＭの回転駆動軸３に連結した加熱ローラ１のロール本体１ａおよびモータＭの回転駆動軸４に連結した加熱ローラ２のロール本体２ａの外周面に当接位置を変えて複数回掛け渡し、各加熱ローラ１および２により送り出される間に加熱されるとともに、外周面間の距離の開きによって張力が加えられて延伸するようにしている。この場合、ロール本体として、たとえば特開昭５１−１５０１６号公報に示されているように、外周面を先端側に広がるテーパー状にしたロール、特開昭６０−１１０９０９号公報に示されているように、両側の端部を平坦状にし中央部分をテーパー状にしたロール、特開昭６２−２１５０１２号公報に示されているように、多段のテーパー状にしたロールなどが使用されている。
【０００３】
一方、合繊糸などの加熱延伸に使用する加熱ローラの一つとして、たとえば特開２０００−１５０１３０号公報に示されているように、肉厚の厚い円筒状のロール本体の中空部に、鉄心にコイルを巻回した誘導発熱機構を配置し、円筒状のロール本体の肉厚内部に、ロール本体の長手方向に伸びる気液２相の熱媒体を封入した密閉室を、周方向に複数設けた誘導発熱（加熱）ローラが知られている。
【０００４】
このような加熱ローラは、誘導コイルに交流電流を流すことによってロール本体に交番磁束を発生し、この交番磁束と鎖交する電流を発生してロール本体自体がジュール発熱することによって加熱される。その加熱によって密閉室内の水などの気液２相の熱媒体が加熱気化し、温度の低い方へ移動して液化し、この繰り返しによって合繊糸などを当接しているロール本体の外周面を均一に加熱する。すなわち、合繊糸などにより奪われた熱は潜熱移動により補給される。
【０００５】
ところで、このようにロール本体の肉厚内に外周面を均一に加熱する気液２相の熱媒体を封入した密閉室を設けた加熱ローラを上記のようなテーパー状にしたロールとすることが望まれている。図６はこの場合の構成を示すもので、（ａ）は縦断面、（ｂ）は図（ａ）のＱ−Ｑにおけるロール本体の横断面である。図６に示すように、ロール本体２ａは底部２ｂを備え、内側を円筒状の空洞部２ｃとした有低筒状をなし、外周面２ｄは先端側の肉厚が厚く外径が大きく、後端側の肉厚が薄く外径が小さいテーパー状をなし、先端底部２ｂの中心位置に図示しないモータＭの回転駆動軸６の先端が固定されている。
【０００６】
空洞部２ｃ、つまり中空内部２ｃには回転駆動軸６を囲んで円筒状の鉄心８が配置され、その鉄心８に誘導コイル９が巻回されており、この誘導コイル９に交流電流を流すことによってロール本体２ａに交番磁束を発生し、この交番磁束と鎖交する電流を発生してロール本体２ａ自体がジュール発熱する。また、ロール本体２ａの肉厚内部に長手方向（軸と同方向）に伸びる密閉室２ｅが、図６（ｂ）に示すように周方向に適宜間隔を隔てて複数形成され、複数の各密閉室２ｅは周方向に形成した孔２ｆで連通しており、密閉室２ｅ内には水などの気液２相の熱媒体１０が適量注入されている。なお、図６（ａ）（ｂ）では熱媒体１０の液体が密閉室２ｅの下方に留まるように記載しているが、実際は遠心力によってロール本体２ａの外表面側に寄せて留まる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、密閉室２ｅは、その内径をロール本体２ａの後部の比較的に肉厚の薄い部分に合わせ、同内径のままドリルによりロール本体の軸芯と平行して形成するため、先端へ行くにしたがいロール本体２ａの肉厚が厚く、密閉室２ｅからロール本体２ａの外表面に至る肉厚の厚みが異なることによってロール本体の外周面の温度分布が不均一になる場合があるという問題があり、また、ロール本体２ａの重量も大きく、そのために大容量のモータを必要とし、省エネルギーを果たしにくく、また回転時振動しやすいという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような問題を解消すべくなされたもので、外径や肉厚の異なる部分を有するロール本体の肉厚内に気液２相の熱媒体を封入する密閉室を設けたロール本体において、外周面の温度分布の均一化を維持し、かつ軽量化することのできる加熱ローラを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る本発明は、中空内部を有し、肉厚の異なる部分を有するロール本体と、前記中空内部に配置した発熱機構と、前記ロール本体に連結し前記ロール本体を回転駆動する回転駆動軸とを備えた加熱ローラであって、前記ロール本体の肉厚内部に、前記ロール本体の長手方向に伸びる気液２相の熱媒体を封入する密閉室を周方向に複数設けるとともに、前記密閉室の内径を前記ロール本体の異なる肉厚のそれぞれの厚みに対応した大きさとしてなることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る本発明は、円筒状の中空内部を有し、外径の異なる部分を有するロール本体と、前記中空内部に配置した発熱機構と、前記ロール本体に連結し前記ロール本体を回転駆動する回転駆動軸とを備えた加熱ローラであって、前記ロール本体の肉厚内部に、前記ロール本体の長手方向に伸びる気液２相の熱媒体を封入する密閉室を周方向に複数設けるとともに、前記密閉室の内径を前記ロール本体の異なる外径のそれぞれの肉厚の厚みに対応した大きさとしてなることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に係る本発明は、円筒状の中空内部を有し、外周面をテーパー状としてなるロール本体と、前記中空内部に配置した発熱機構と、前記ロール本体に連結し前記ロール本体を回転駆動する回転駆動軸とを備えた加熱ローラであって、前記ロール本体の肉厚内部に、前記ロール本体の長手方向に伸びる気液２相の熱媒体を封入する密閉室を周方向に複数設けるとともに、前記密閉室の内径を前記ロール本体の肉厚の厚みに対応した大きさとしてなることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に係る本発明は、  内径の異なる部分を有する中空内部を有し、外径の異なる部分を有するロール本体と、前記中空内部に配置した発熱機構と、前記ロール本体に連結し前記ロール本体を回転駆動する回転駆動軸とを備えた加熱ローラであって、前記ロール本体の肉厚内部に、前記ロール本体の長手方向に伸びる気液２相の熱媒体を封入する密閉室を周方向に複数設けるとともに、前記密閉室の内径を前記ロール本体の内径と外径との差による肉厚の厚みに対応した大きさとしてなることを特徴とする。
【００１３】
請求項５に係る本発明は、中空内部を有し、外周面をテーパー状としてなるロール本体と、前記中空内部に配置した発熱機構と、前記ロール本体に連結し前記ロール本体を回転駆動する回転駆動軸とを備えた加熱ローラであって、前記ロール本体の内周面を外周面と並行するテーパー状にするとともに、前記ロール本体の肉厚内部に、前記ロール本体の長手方向に伸び、前記ロール本体の外周面のテーパー状に沿う気液２相の熱媒体を封入する密閉室を周方向に複数設けるとともに、前記密閉室の内径を前記ロール本体の内径と外径との差による肉厚の厚みに対応した大きさとしてなることを特徴とする。
【００１４】
請求項６に係る本発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の本発明において、加熱ローラロール本体は長手方向に対して複数区分され、密閉室の内径は各区分ごとのロール本体の肉厚の厚みと対応させるとともに、各区分ごとの密閉室は長手方向に互いに連通してなることを特徴とし、請求項７に係る本発明は、ロール本体は長手方向に対して複数区分され、密閉室は各区分ごとに前記ロール本体の軸と平行するとともに、各区分ごとの密閉室は長手方向に互いに連通してなることを特徴とする。
【００１５】
本発明では、ロール本体の肉厚内部に形成する、気液２相の熱媒体を封入する密閉室の内径をロール本体の肉厚の厚みの大きさに応じて大きくするので、ロール本体の軽量化を図ることができ、かつ、密閉室からロール本体の外表面に至る肉厚の厚みをほぼ等しくすることができるので、ロール本体の外周面の温度分布の均一化が図れる。また、ロール本体の中空部を円筒状にすると、特に誘導発熱機構を配置しやすい。さらに、内径の異なる部分、たとえばテーパー状の中空内部とすれば、ロール本体を一層軽量化を図ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は一実施の形態に係る加熱ローラの縦断面図である。なお、図６に示す加熱ローラと同一部分には同一の符号を付し、その部分の詳細な説明は省略する。また、各図では熱媒体の液体が密閉室の下方に留まるように記載しているが、実際は遠心力によってロール本体の外表面側に寄せて留まるものである。
【００１７】
図１において、８は鉄心、９は誘導コイル、１０は気液２相の熱媒体、１２はロール本体、１３は固定盤、Ｍはモータ、１４はモータＭの回転駆動軸である。固定盤１３はモータＭの外郭に固定されてもよいがモータＭとともに機枠に固定されてもよい。ロール本体１２は内部を円筒状の空洞１２ｂとし、先端側の端部１２ａは閉塞され、いわゆる有低筒状をなしている。ロール本体１２の外周は先端側の外径大きく肉厚が厚く、後端側の外径が小さく肉厚が薄いテーパー状（円錐台状）をなし、後端にフランジ１２ｃが形成されている。先端底部１２ａの中心部にロール本体１２の空洞、つまり中空内部１２ｂを後端から挿通したモータＭの回転駆動軸１４が固定されている。  モータＭの駆動により回転駆動軸１４が回転し、ロール本体１２を回転駆動する。
【００１８】
ロール本体１２の肉厚内に長手方向に伸びる密閉室１２ｄが形成され、その密閉室１２ｄの内部に気液２相の熱媒体１０が封入されている。密閉室１２ｄはロール本体１２の先端側に位置する肉厚が厚い部分の内径が大きく、後端に行くにしたがい内径が小さく、ロール本体１２の肉厚に応じた大きさとなっている。このように形成した密閉室１２ｄを図６（ｂ）で示すと同様に、ロール本体１２の周方向に適宜間隔を隔てて複数形成され、各密閉室１２ｄの端部は円周に沿って形成された孔１２ｅにより連通している。
【００１９】
このような密閉室１２ｄおよび連通孔１２ｅの形成は、たとえばフランジ１２ｃ部分が分離されている状態で、後にフランジ１２ｃが固着されるロール本体１２の端面に環状の凹溝を形成し、先端側の端面からドリルなどにより凹溝に至る貫通孔を周方向に適宜間隔を隔てて複数形成する。そして、フランジ１２ｃを溶接などによって圧着し、一端をフランジ１２ｃにより閉塞（凹溝が連通孔１２ｅとなる。）した貫通孔に、気液２相を形成する水などの熱媒体を注入し、先端側の他端を栓などにより閉塞して密閉室１２ｄおよび連通孔１２ｅを完成する。    なお、先端側も底部１２ａを分離しておき、熱媒体の注入後に溶接などによって圧着し、先端側の他端を閉塞することも可能である。また、ロール本体１２のテーパー加工前に孔あけ加工を行うようにしてもよい。
【００２０】
以上の実施の形態では、密閉室１２ｄを後端側へ伸びるにしたがい連続的に肉厚の厚みに応じて内径を小さくするものであるが、図２に示すようにロール本体１２を長さ方向に複数区分し、その区分１２１，１２２，１２３ごとに、後端側に位置するにしたがい内径を小さくし、互いに連通させた密閉室１２ｄ１、１２ｄ２、１２ｄ３にすると密閉室１２ｄの形成は容易となる。この場合、ロール本体１２を、複数に分割した筒状部材１２１，１２２，１２３を溶接などによって圧着することにより構成する。
【００２１】
すなわち、各分割した筒状部材１２１，１２２，１２３のそれぞれに、先端側に位置する筒状部材１２１に最大内径を、後端に位置する筒状部材１２３に最小内径を、中間に位置する筒状部材１２２に中間の内径をと、後部側の肉厚に応じた孔径をドリルにより軸と平行する方向に形成する。その際、固着する端面に上記と同様の、後に連通孔１２ｅとなる環状の凹溝を形成しておく。そして、筒状部材１２１，１２２，１２３を溶接などによって圧着することにより互いに連通する密閉室１２ｄ１、１２ｄ２、１２ｄ３が形成される。  このようにすると密閉室を形成するための孔加工を容易に行うことができ、その作業が簡単化される。
【００２２】
各筒状部材１２１，１２２，１２３を固着したあと、フランジ１２ｃを溶接などによって圧着し、一端をフランジ１２ｃにより閉塞（凹溝が連通孔１２ｅとなる。）した連通孔１２ｄ１、１２ｄ２、１２ｄ３に、気液２相を形成する水などの熱媒体を適量注入し、先端側の他端を栓などにより閉塞して連通孔１２ｄ１、１２ｄ２、１２ｄ３からなる密閉室および連通孔１２ｅを完成する。なお、先端側も底部１２ａを分離しておき、熱媒体の注入後に溶接などによって圧着し、先端側の他端を閉塞するようにしてもよい。なお、図１に示す実施の形態においても、この実施の形態と同様に複数に分割した筒状部材から溶接などによって圧着することにより形成してもよい。
【００２３】
図１および図２に示すロール本体１２は、内周面１２ｆが長さ方向で軸と平行する円筒状にしているが、ロール本体の内周面を先端側の内径が大きく後端側の内径が小さい、外周面のテーパーと平行するテーパー状としてもロール本体１２の重量を低減することができる。この場合の実施の形態を図３および図４に示す。図３および図４に示す実施の形態では、ロール本体２２の長さ方向における肉厚の厚みはほぼ一定とされ、密閉室の内径もほぼ一定とされている。
【００２４】
図３に示す実施の形態では、ロール本体２２を長さ方向に複数区分し、その区分２２１，２２２，２２３ごとにロール本体２２の軸にほぼ平行する内径同一の密閉室２２ｄ１、２２ｄ２、２２ｄ３とし、密閉室２２ｄ１、２２ｄ２、２２ｄ３は長手方向に連通している。なお、この場合の密閉室の形成は図２に示すロール本体の形成と同様であり、ここではその説明は省略する。
【００２５】
図３に示すロール本体２２では、各区分の密閉室２２ｄ１、２２ｄ２、２２ｄ３は軸線と平行し、段差を有しているが、図４に示すようにロール本体２２のテーパーに沿って形成すれば段差を解消することができる。この場合、ロール本体２２を分割することなく密閉室２２ｄを形成することも多少困難ではあるが可能である。なお、図３および図４に示す実施の形態では、内周面を外周面のテーパーと平行するテーパー状としているが、内周面が外周面と平行するテーパー状とするものに限るものではない。この場合、図１または図２に示す実施の形態と同様に密閉室の内径をロール本体の内径と外径との差による肉厚の厚みに対応した大きさとすればよい。
【００２６】
以上のように構成したロール本体は、たとえば外径２３２ｍｍ、長さ４００ｍｍ、内径１９３ｍｍ、テーパー角３．５／１００、とした場合、図６に示すロール本体よりも、図１ないし図４に示す実施の形態に係るロール本体では１０％以上の重量の低減を図ることができた。特に図２および図４に示す実施の形態に係るロール本体では１６％以上の重量の低減を図ることができた。
【００２７】
なお、発熱機構は任意であるが、図２ないし図４に示すロール本体においても、図１に示す鉄心８および誘導コイル９からなる誘導発熱機構をロール本体の内部空洞に配置するようにしてもよい。ロール本体の内周がテーパー状とした場合においても、鉄心の端部をロール本体の内周面近傍に位置させ，漏洩磁束を低減する。また、以上の実施の形態はいずれもロール本体の外形をテーパー状としたものであるが、ロール本体の外形をたとえば階段状あるいは凹凸状に形成してもよく、内形も同様である。この場合、密閉室の内径をロール本体の肉厚が大きい部分は大きく、小さい部分は小さく肉厚の厚みに対応させる。さらに、以上は片持型のロールについて説明するものであるが、両持型のロールにも本発明は適用できる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、肉厚内に気液２相の熱媒体を封入する密閉室を設けたロール本体の重量を低減することができ、これによりロール本体を回転させるモータを小型化、高速回転化することができるとともに、回転時の振動発生を抑止することができる。また、ロール本体の長手方向に沿って外表面に近い位置に密閉室を位置させることができ、外径の異なる部分を有するロール本体においてロール本体の長手方向における外表面の温度分布の均一性をより高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係る加熱ローラの縦断面図である。
【図２】本発明の他の実施態様に係る加熱ローラのロール本体の縦断面図である。
【図３】本発明の他の実施態様に係る加熱ローラのロール本体の縦断面図である。
【図４】本発明の他の実施態様に係る加熱ローラのロール本体の縦断面図である。
【図５】加熱ローラ装置の構成の概略を示す説明図である。
【図６】説明用の加熱ローラの断面図である。
【符号の説明】
８    鉄心
９    誘導コイル
１０  気液２相の熱媒体
１２、２２  テーパー形ロール本体
１２ｄ、２２ｄ  密閉室
１２ｅ  連通孔
１３  固定盤
Ｍ  モータ
１４  回転駆動軸
【図１】
2004152724.tif 000003
【図２】
2004152724.tif 000004
【図３】
2004152724.tif 000005
【図４】
2004152724.tif 000006
【図５】
2004152724.tif 000007
【図６】
2004152724.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成14年12月12日(2002.12.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2004152724.tif 000009