特許 6966565 誘導加熱ローラ及び紡糸延伸装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6966565

(24)【登録日】2021年10月25日

(45)【発行日】2021年11月17日

(54)【発明の名称】誘導加熱ローラ及び紡糸延伸装置

(51)【国際特許分類】

   H05B 6/14 20060101AFI20211108BHJP

   D02J 1/22 20060101ALI20211108BHJP

【ＦＩ】

   H05B6/14

   D02J1/22 302G

【請求項の数】15

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2019-549148(P2019-549148)

(86)(22)【出願日】2018年9月5日

(86)【国際出願番号】JP2018032854

(87)【国際公開番号】WO2019077899

(87)【国際公開日】20190425

【審査請求日】2020年3月25日

(31)【優先権主張番号】特願2017-200810(P2017-200810)

(32)【優先日】2017年10月17日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2018-30816(P2018-30816)

(32)【優先日】2018年2月23日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2018-72511(P2018-72511)

(32)【優先日】2018年4月4日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】502455511

【氏名又は名称】ＴＭＴマシナリー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001841

【氏名又は名称】特許業務法人梶・須原特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】加賀田 翔

(72)【発明者】

【氏名】森永 遼

【審査官】 土屋 正志

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭５２−１１７６６２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０９−１２７８１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５４−１５７３５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−０４６３１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｂ ６／１４

Ｄ０２Ｊ １／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

円筒状の磁性体からなる被加熱部と、前記被加熱部の軸方向の一端側の端部に接続される磁性体からなる端面部と、を有するローラ本体と、
前記ローラ本体の内部に配置されたコイルを有するヒータと、
を備え、
前記コイルに交流電流が供給されることによって、前記被加熱部が誘導加熱される誘導加熱ローラであって、
前記端面部の内面のうち、径方向において前記被加熱部と前記ヒータとの間の領域に、周方向に延びる溝部が形成されており、
前記被加熱部の外周面が前記ローラ本体の外周面であることを特徴とする誘導加熱ローラ。

【請求項2】

前記溝部は、前記被加熱部に隣接して形成されている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】

前記端面部のうち前記溝部が形成されていない部分の厚さは、前記被加熱部の厚さよりも大きい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】

前記端面部のうち前記溝部が形成されている部分の最小厚さは、前記被加熱部の厚さよりも小さいことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の誘導加熱ローラ。

【請求項5】

円筒状の被加熱部と、前記被加熱部の軸方向の一端側の端部に接続される端面部と、を有するローラ本体と、
前記ローラ本体の内部に配置されたコイルを有するヒータと、
を備え、
前記コイルに交流電流が供給されることによって、前記被加熱部が誘導加熱される誘導加熱ローラであって、
前記端面部の内面のうち、径方向において前記被加熱部と前記ヒータとの間の領域に、周方向に延びる溝部が形成されており、
前記溝部は、前記被加熱部に隣接して形成されており、
前記端面部のうち前記溝部が形成されていない部分の厚さは、前記被加熱部の厚さよりも大きく、
前記端面部のうち前記溝部が形成されている部分の最小厚さは、前記被加熱部の厚さよりも小さいことを特徴とする誘導加熱ローラ。

【請求項6】

前記溝部は、周方向において全周にわたって形成された環状構造であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の誘導加熱ローラ。

【請求項7】

前記溝部は、前記端面部の内面のうち、径方向において前記被加熱部と前記ヒータとの間の領域にのみに形成されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の誘導加熱ローラ。

【請求項8】

前記溝部は、径方向の最も外側で最も深くなっていることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の誘導加熱ローラ。

【請求項9】

前記端面部のうち前記溝部が形成されている部分の最小厚さは、３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の誘導加熱ローラ。

【請求項10】

前記溝部が非磁性体部材で埋められていることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の誘導加熱ローラ。

【請求項11】

前記被加熱部の内周面と接触するように配置され、軸方向の熱伝導率が前記被加熱部の少なくとも内周面の熱伝導率よりも高い非磁性体の均熱部材をさらに備え、
前記非磁性体部材として、前記均熱部材の一部が前記溝部に挿入されていることを特徴とする請求項１０に記載の誘導加熱ローラ。

【請求項12】

前記均熱部材は、繊維複合材料からなることを特徴とする請求項１１に記載の誘導加熱ローラ。

【請求項13】

前記均熱部材は、前記被加熱部の少なくとも内周面より熱伝導率が高い非磁性体の金属材料からなることを特徴とする請求項１１に記載の誘導加熱ローラ。

【請求項14】

前記ローラ本体は軸方向の他端側の端部において片持ち支持されていることを特徴とする請求項１〜１３の何れか１項に記載の誘導加熱ローラ。

【請求項15】

請求項１〜１４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、
前記ローラ本体の外周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。

【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当該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】

例えば特許文献１に記載の誘導加熱ローラは、磁性体からなるローラ本体の内部に、コイルを有するヒータが配置されており、コイルに交流電流が供給されることによって、ローラ本体の外筒部（被加熱部）が誘導加熱される。具体的には、外筒部の軸方向の一端側の端部には、前蓋（以下、端面部と言う）が接続されており、外筒部の軸方向の他端側に隣接して、磁性継鉄が配置されている。そして、コイルに交流電流が供給されると、ヒータの鉄心、端面部、外筒部、磁性継鉄を一周する交番磁束が発生する。すると、電磁誘導によって外筒部を周方向に流れる渦電流が生じ、そのジュール熱によって外筒部が加熱される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開昭５４−１０６６１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、磁束は最短経路を通ろうとする性質を有するため、磁束は外筒部と端面部との角部の内側を主に通る。したがって、端面部がある程度の厚さを有する場合、端面部及び外筒部の上記一端側をほとんど磁束が通らずに、ローラ本体の一端部を十分に加熱することができない。その結果、ローラ本体の外周面（ローラ表面）の軸方向における温度分布が不均一になるという問題があった。一方、端面部の厚さを小さくすれば、端面部及び外筒部の一端側を磁束が通るようになり、ローラ本体の一端部での発熱を促進できるので、ローラ表面の温度分布は改善する。しかし、そうすると端面部の剛性が低くなり、ローラ本体の強度が低下してしまうという問題があった。

【0005】

以上の課題に鑑みて、本発明に係る誘導加熱ローラは、ローラ本体の強度低下を抑えつつ、ローラ表面の軸方向における温度分布を均一化することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る誘導加熱ローラは、円筒状の被加熱部と、前記被加熱部の軸方向の一端側の端部に接続される端面部と、を有するローラ本体と、前記ローラ本体の内部に配置されたコイルを有するヒータと、を備え、前記コイルに交流電流が供給されることによって、前記被加熱部が誘導加熱される誘導加熱ローラであって、前記端面部の内面のうち、径方向において前記被加熱部と前記ヒータとの間の領域に、周方向に延びる溝部が形成されていることを特徴とする。

【0007】

本発明によれば、端面部を通る磁束は、溝部を回避するように軸方向の一端側に回り込むことになる。したがって、ローラ本体の一端部での発熱を促進することができ、ローラ表面の軸方向における温度分布を改善できる。また、端面部の内面の一部に溝部を形成するだけなので、端面部の剛性が大きく低下することはない。このように、本発明によれば、ローラ本体の強度低下を抑えつつ、ローラ表面の軸方向における温度分布を均一化することができる。

【0008】

本発明において、前記溝部は、周方向において全周にわたって形成された環状構造であるとよい。

【0009】

溝部を環状構造とすることで、周方向の全周にわたってローラ本体の一端部での発熱を促進することができるので、ローラ表面の軸方向における温度分布を効果的に均一化することができる。

【0010】

本発明において、前記溝部は、前記被加熱部に隣接して形成されているとよい。

【0011】

溝部が被加熱部に隣接していると、溝部を回避するように一端側に回り込む磁束は、被加熱部の一端部を通ることにもなる。したがって、被加熱部の一端部での発熱を促進することができ、ローラ表面の軸方向における温度分布をより効果的に均一化することができる。

【0012】

本発明において、前記溝部は、前記端面部の内面のうち、径方向において前記被加熱部と前記ヒータとの間の領域にのみに形成されているとよい。

【0013】

溝部を形成する範囲を、被加熱部とヒータとの間の領域に限定することで、端面部の剛性低下、ひいては、ローラ本体の強度低下を抑えることができる。

【0014】

本発明において、前記溝部は、径方向の最も外側で最も深くなっているとよい。

【0015】

このように、溝部の深さを変化させることで、溝部の容積を小さくすることができ、端面部の剛性低下、ひいては、ローラ本体の強度低下を抑えることができる。しかも、溝部は径方向の最も外側で最も深くなっているので、溝部の最も深い部分を一端側に回り込む磁束が、被加熱部の一端部を通りやすくなる。したがって、被加熱部の一端部での発熱を促進することができ、ローラ表面の軸方向における温度分布をより効果的に均一化することができる。

【0016】

本発明において、前記端面部のうち前記溝部が形成されていない部分の厚さは、前記被加熱部の厚さよりも大きいとよい。

【0017】

こうすれば、端面部の剛性を高くすることができ、ローラ本体の強度を向上させることができる。

【0018】

本発明において、前記端面部のうち前記溝部が形成されている部分の最小厚さは、前記被加熱部の厚さよりも小さいとよい。

【0019】

こうすれば、溝部の最も深い部分（端面部の厚さが最も小さい部分）を通る磁束が、より一端側を通ることになる。したがって、ローラ本体の一端部での発熱をより促進することができ、ローラ表面の軸方向における温度分布をより効果的に均一化することができる。

【0020】

本発明において、前記端面部のうち前記溝部が形成されている部分の最小厚さは、３ｍｍ以上であるとよい。

【0021】

こうすれば、端面部の厚さが最小となっている部分で磁束が飽和してしまうことを避けることができ、誘導加熱による加熱効率の低下を抑えることができる。

【0022】

本発明において、前記溝部が非磁性体部材で埋められているとよい。

【0023】

こうすれば、溝部が単なる空間となっている場合と比べて、端面部の剛性を高くすることができ、ローラ本体の強度を向上させることができる。

【0024】

本発明において、前記被加熱部の内周面と接触するように配置され、軸方向の熱伝導率が前記被加熱部の少なくとも内周面の熱伝導率よりも高い非磁性体の均熱部材をさらに備え、前記非磁性体部材として、前記均熱部材の一部が前記溝部に挿入されているとよい。

【0025】

このような均熱部材を設けることで、ローラ表面の軸方向における温度分布をより効果的に均一化することができる。しかも、その均熱部材を利用して溝部を補強できるので好適である。

【0026】

本発明において、前記均熱部材は、繊維複合材料からなるとよい。

【0027】

繊維複合材料の場合、繊維の配向を工夫することによって、熱伝導率や電気抵抗率等の物性値に異方性を持たせることができ、均熱部材の材料として使い勝手がよい。

【0028】

本発明において、前記均熱部材は、前記被加熱部の少なくとも内周面より熱伝導率が高い非磁性体の金属材料からなるとよい。

【0029】

一般的に、金属材料は繊維複合材料より加工がしやすいので、均熱部材を金属材料で構成すれば、均熱部材の成形が容易となる。

【0030】

本発明において、前記ローラ本体は軸方向の他端側の端部において片持ち支持されているとよい。

【0031】

ローラ本体が他端側の端部で片持ち支持されている場合、ローラ本体の一端部は外気にさらされた自由端となり、ローラ表面の温度が特に低下しやすい。したがって、ローラ本体の一端部での発熱を促進することができる本発明が特に有効である。

【0032】

本発明に係る紡糸延伸装置は、上記何れかの誘導加熱ローラを備える紡糸延伸装置であって、前記ローラ本体の外周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。

【0033】

本発明によれば、ローラ表面の軸方向における温度分布を均一化することができる。したがって、ローラ本体に巻き掛けられた複数の糸を均一に加熱することができ、複数の糸の品質がばらつくことを抑え、糸の品質を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【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軸方向に沿った断面図。

【図3】本実施形態に係るローラ本体及び均熱部材の各物性値を示す表。

【図4】本実施形態の誘導加熱ローラの一部拡大断面図及びローラ表面の温度分布を示すグラフ。

【図5】誘導加熱ローラの変形例を示す断面図。

【図6】誘導加熱ローラの変形例を示す断面図。

【図7】誘導加熱ローラの変形例を示す断面図。

【図8】従来の誘導加熱ローラの一部拡大断面図及びローラ表面の温度分布を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0035】

（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から連続的に紡出されたポリエステル等の溶融繊維材料が固化して形成された複数（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。

【0036】

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。

【0037】

紡糸延伸装置３は、複数の糸Ｙを加熱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、コイルへの通電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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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を同時に巻き取り、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。

【0041】

（誘導加熱ローラ）
次に、ゴデットローラ２１〜２５に適用される誘導加熱ローラ３０の構成について、図２を用いて説明する。図２は、本実施形態に係る誘導加熱ローラ３０の軸方向に沿った断面図である。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１００によって片持ち支持されている。以下では、円筒状のローラ本体３１の延びている方向（図２の左右方向）を軸方向と呼ぶ。軸方向において、ローラ本体３１の先端側（図２の右側）が本発明の一端側に相当し、その反対の基端側（図２の左側）が本発明の他端側に相当する。また、適宜、ローラ本体３１の径方向を単に径方向、ローラ本体３１の周方向を単に周方向と呼ぶ。

【0042】

誘導加熱ローラ３０は、軸方向に延びる円筒状のローラ本体３１と、ローラ本体３１の外周面（以下、ローラ表面３１ａと言う）を昇温させるヒータ４０とを有する。誘導加熱ローラ３０は、ヒータ４０に設けられたコイル４１による誘導加熱を利用して、ローラ表面３１ａを昇温させる。その結果、ローラ表面３１ａに軸方向に並んだ状態で巻き掛けられた複数の糸Ｙが加熱される。

【0043】

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。ローラ本体３１は、コイル４１の径方向外側に位置する円筒状の外筒部３３と、コイル４１の径方向内側に位置する円筒状の軸心部３４と、外筒部３３の先端部と軸心部３４の先端部とを接続する円板状の端面部３５と、が一体形成されたものである。ただし、外筒部３３及び端面部３５が磁性体且つ導体であるならば、外筒部３３及び端面部３５が異なる材料であってもよい。また、外筒部３３及び端面部３５が同じ材料で構成されている場合であっても、外筒部３３及び端面部３５を異なる部材としてもよい。ローラ本体３１の基端側は開口しており、この開口からモータ１００の出力軸１０１がローラ本体３１の内部に挿入される。

【0044】

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、基端側から挿入されたモータ１００の出力軸１０１が、不図示の固定手段によって固定されている。これによって、ローラ本体３１の基端部が、モータ１００の出力軸１０１によって片持ち支持され、ローラ本体３１が出力軸１０１と一体回転可能となっている。

【0045】

本実施形態では、ローラ表面３１ａを効率的に昇温させるため、外筒部３３の厚さを６〜８ｍｍ程度とある程度小さくしている。これに対して、端面部３５の厚さを外筒部３３と同程度とすると、ローラ本体３１の強度が不足するおそれがあるため、端面部３５の厚さを８〜１０ｍｍ程度と外筒部３３よりも大きくしている。ただし、ここに示した厚さは一例にすぎず、外筒部３３の厚さを端面部３５と同程度以上の厚さとすることも可能である。

【0046】

ローラ本体３１の内部には、外筒部３３の内周面に接触するように配置された円筒状の均熱部材３６が設けられている。均熱部材３６は、例えば炭素繊維と黒鉛とを含むＣ／Ｃコンポジット（炭素繊維強化炭素複合材料）からなる。図３は、本実施形態に係るローラ本体３１及び均熱部材３６の各物性値を示す表である。均熱部材３６に使われるＣ／Ｃコンポジットは、炭素繊維が軸方向配向又はランダム配向されている。このため、図３に示すように、均熱部材３６の軸方向の熱伝導率はローラ本体３１（少なくとも、外筒部３３の内周面）の熱伝導率よりも高く、均熱部材３６によってローラ表面３１ａの軸方向における温度分布を均一にすることができる。また、均熱部材３６の周方向の電気抵抗率は、外筒部３３の電気抵抗率より大きいので、均熱部材３６には渦電流が流れにくい。さらに、Ｃ／Ｃコンポジットは非磁性体なので、磁束は均熱部材３６をほとんど通らず、均熱部材３６が誘導加熱されることを抑制できる。

【0047】

図２に戻って、均熱部材３６の外径は外筒部３３の内径と略同じであり、均熱部材３６の外周面が略全面にわたって外筒部３３の内周面に接触している。均熱部材３６の軸方向の長さは、概ねローラ本体３１の外筒部３３と同じ長さである。均熱部材３６の先端部は、後述する溝部３５ａに挿入されており、均熱部材３６の基端部は、環状の固定リング３７によって外筒部３３の基端部に固定されている。固定リング３７は、例えば炭素鋼等の磁性体からなる。

【0048】

ローラ本体３１の基端側には、フランジ３８が配置されている。フランジ３８は、磁性体であり、例えばローラ本体３１と同じく炭素鋼からなる。フランジ３８は、円板状の部材であり、その中心部には、モータ１００の出力軸１０１を挿通させるための貫通孔３８ａが形成されている。フランジ３８は、コイル４１よりも径方向外側まで延びており、周縁部の内面に環状溝３８ｂが形成されている。この環状溝３８ｂには、上述の固定リング３７が、環状溝３８ｂの構成面に接触しないように配置されている。

【0049】

次に、ヒータ４０について説明する。ヒータ４０は、コイル４１及びボビン部材４２を有する。コイル４１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４１は、円筒状のボビン部材４２に巻き付けられており、径方向において、ローラ本体３１の外筒部３３よりも内側且つ軸心部３４よりも外側に配置されている。

【0050】

ボビン部材４２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４２は、コイル４１が巻き付けられる円筒状の鉄心部４２ａと、鉄心部４２ａの先端部から径方向外側に突出したフランジ部４２ｂとを有する。ボビン部材４２の先端部は端面部３５からわずかに離間しており、ボビン部材４２の基端部はフランジ３８に取り付けられている。図示は省略するが、ボビン部材４２は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４２には渦電流が流れにくく、ボビン部材４２が誘導加熱されるのを抑えることができるようになっている。

【0051】

図４は、本実施形態の誘導加熱ローラ３０の一部拡大断面図及びローラ表面の温度分布を示すグラフである。コイル４１に高周波電流を供給すると、コイル４１の周りに変動磁界が発生する。そして、電磁誘導によってローラ本体３１の外筒部３３を周方向に流れる渦電流が生じ、そのジュール熱によって外筒部３３が加熱され、ローラ表面３１ａの温度が上昇する。このとき、図４で矢印に示すように、ボビン部材４２の鉄心部４２ａ、ボビン部材４２のフランジ部４２ｂ、ローラ本体３１の端面部３５、ローラ本体３１の外筒部３３、固定リング３７、フランジ３８を通る磁束経路が形成される。なお、電流の向きに応じて、磁束の向きは変わる。

【0052】

（従来技術の問題点）
図８は、従来の誘導加熱ローラ９０の一部拡大断面図及びローラ表面３１ａの温度分布を示すグラフである。本実施形態の誘導加熱ローラ３０と共通の構成については同じ符号を付している。

【0053】

磁束は最短経路を通ろうとする性質を有するため、磁束は外筒部３３と端面部３５との角部の内側を主に通る。このため、端面部３５がある程度の厚さを有する場合、外筒部３３の先端部（図８の破線部分参照）をほとんど磁束が通らずに、外筒部３３の先端部を十分に加熱することができなかった。その結果、ローラ表面３１ａの温度が先端部で急激に低下し、軸方向における温度分布が不均一となっていた。特に、ローラ本体３１がモータ１００によって片持ち支持されており、ローラ本体３１の先端部が外気にさらされている場合には、このような問題が顕著であった。

【0054】

一方、端面部３５の厚さを小さくすれば、磁束が外筒部３３の先端部も通るようになり、外筒部３３の先端部も加熱することができるので、ローラ表面３１ａの温度分布は改善する。しかし、そうすると端面部３５の剛性が低くなり、ローラ本体３１の強度が低下してしまうという問題があった。

【0055】

（溝部の構成）
以上のような問題を解決するため、本実施形態では、図４に示すように、ローラ本体３１の端面部３５の内面のうち、径方向において外筒部３３とヒータ４０との間、より正確には、径方向において外筒部３３の内周面とボビン部材４２のフランジ部４２ｂの径方向外側端との間の領域の一部に、溝部３５ａを形成している。この溝部３５ａは、外筒部３３に隣接する位置に形成されており、周方向の全周にわたって延びる環状構造とされている。溝部３５ａには、均熱部材３６の先端部が挿入されている。

【0056】

溝部３５ａには均熱部材３６が挿入されているが、均熱部材３６は非磁性体なので、均熱部材３６を磁束が通ることはほとんどない。つまり、溝部３５ａ（均熱部材３６）を回避するように、磁束はローラ本体３１の端面部３５及び外筒部３３の先端側に回り込むことになる（図４の破線部分参照）。その結果、外筒部３３の先端部での発熱量を増加させることができ、ローラ表面３１ａの温度分布を均一化することが可能となる。

【0057】

本実施形態の溝部３５ａは、周方向に直交する断面形状が三角形状であり、径方向外側ほど深さが深くなるテーパー状となっている。すなわち、溝部３５ａの深さは径方向の最も外側で最も深くなっており、溝部３５ａを先端側に回り込む磁束が、外筒部３３の先端部を通りやすくなっている。このため、外筒部３３の先端部を効率的に発熱させることができる。また、端面部３５のうち溝部３５ａが形成されている部分の最小厚さ（溝部３５ａが最も深い箇所における厚さ）は、例えば３〜５ｍｍ程度とされており、外筒部３３の厚さ（６〜８ｍｍ程度）よりも小さい。最小厚さを小さくすればするほど磁束は先端側を通るようになるが、あまりに小さすぎると磁束が飽和して加熱効率が低下するので、最小厚さが３ｍｍ以上であることが好ましい。

【0058】

（効果）
本実施形態の誘導加熱ローラ３０は、ローラ本体３１の端面部３５の内面のうち、径方向において外筒部３３（本発明の被加熱部に相当）とヒータ４０との間の領域に、周方向に延びる溝部３５ａが形成されている。このような構成によれば、端面部３５を通る磁束は、溝部３５ａを回避するように軸方向の先端側（一端側）に回り込むことになる。したがって、ローラ本体３１の先端部での発熱を促進することができ、ローラ表面３１ａの軸方向における温度分布を改善できる。また、端面部３５の内面の一部に溝部３５ａを形成するだけなので、端面部３５の剛性が大きく低下することはない。このように、本実施形態の誘導加熱ローラ３０によれば、ローラ本体３１の強度低下を抑えつつ、ローラ表面３１ａの軸方向における温度分布を均一化することができる。

【0059】

本実施形態では、溝部３５ａは、周方向において全周にわたって形成された環状構造である。溝部３５ａを環状構造とすることで、周方向の全周にわたってローラ本体３１の先端部での発熱を促進することができるので、ローラ表面３１ａの軸方向における温度分布を効果的に均一化することができる。

【0060】

本実施形態では、溝部３５ａは、外筒部３３に隣接して形成されている。溝部３５ａが外筒部３３に隣接していると、溝部３５ａを回避するように先端側に回り込む磁束は、外筒部３３の先端部を通ることにもなる。したがって、外筒部３３の先端部での発熱を促進することができ、ローラ表面３１ａの軸方向における温度分布をより効果的に均一化することができる。

【0061】

本実施形態では、溝部３５ａは、端面部３５の内面のうち、径方向において外筒部３３とヒータ４０との間の領域にのみに形成されている。このように、溝部３５ａを形成する範囲を、外筒部３３とヒータ４０との間の領域に限定することで、端面部３５の剛性低下、ひいては、ローラ本体３１の強度低下を抑えることができる。

【0062】

本実施形態では、溝部３５ａは、径方向の最も外側で最も深くなっている。このように、溝部３５ａの深さを変化させることで、溝部３５ａの容積を小さくすることができ、端面部３５の剛性低下、ひいては、ローラ本体３１の強度低下を抑えることができる。しかも、溝部３５ａは径方向の最も外側で最も深くなっているので、溝部３５ａが最も深い部分を先端側に回り込む磁束が、外筒部３３の先端部を通りやすくなる。したがって、外筒部３３の先端部での発熱を促進することができ、ローラ表面３１ａの軸方向における温度分布をより効果的に均一化することができる。

【0063】

本実施形態では、端面部３５のうち溝部３５ａが形成されていない部分の厚さは、外筒部３３の厚さよりも大きい。こうすれば、端面部３５の剛性を高くすることができ、ローラ本体３１の強度を向上させることができる。

【0064】

本実施形態では、端面部３５のうち溝部３５ａが形成されている部分の最小厚さは、外筒部３３の厚さよりも小さい。こうすれば、溝部３５ａの最も深い部分（端面部３５の厚さが最も小さい部分）を通る磁束が、より先端側を通ることになる。したがって、ローラ本体３１の先端部での発熱をより促進することができ、ローラ表面３１ａの軸方向における温度分布をより効果的に均一化することができる。

【0065】

本実施形態では、端面部３５のうち溝部３５ａが形成されている部分の最小厚さは、３ｍｍ以上である。こうすれば、端面部３５の厚さが最小となっている部分で磁束が飽和してしまうことを避けることができ、誘導加熱による加熱効率の低下を抑えることができる。

【0066】

本実施形態では、溝部３５ａが非磁性体部材３６で埋められている。こうすれば、溝部３５ａが単なる空間となっている場合と比べて、端面部３５の剛性を高くすることができ、ローラ本体３１の強度を向上させることができる。

【0067】

本実施形態では、外筒部３３の内周面と接触するように配置され、軸方向の熱伝導率が外筒部３３の少なくとも内周面の熱伝導率よりも高い非磁性体の均熱部材３６をさらに備え、上記非磁性体部材として、均熱部材３６の一部が溝部３５ａに挿入されている。このような均熱部材３６を設けることで、ローラ表面３１ａの軸方向における温度分布をより効果的に均一化することができる。しかも、その均熱部材３６を利用して溝部３５ａを補強できるので好適である。

【0068】

本実施形態では、均熱部材３６は、繊維複合材料からなる。繊維複合材料の場合、繊維の配向を工夫することによって、熱伝導率や電気抵抗率等の物性値に異方性を持たせることができ、均熱部材３６の材料として使い勝手がよい。

【0069】

本実施形態では、上記繊維複合材料は、炭素繊維と黒鉛とを含むＣ／Ｃコンポジット（炭素繊維強化炭素複合材料）である。Ｃ／Ｃコンポジットは、炭素繊維を含む繊維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に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。

【0070】

本実施形態では、ローラ本体３１は軸方向の基端側（他端側）の端部において片持ち支持されている。ローラ本体３１が基端部で片持ち支持されている場合、先端部は外気にさらされた自由端となり、ローラ表面３１ａの温度が特に低下しやすい。したがって、ローラ本体３１の先端部での発熱を促進することができる本発明が特に有効である。

【0071】

本実施形態では、ローラ本体３１の外周面に複数の糸Ｙが軸方向に並んで巻き掛けられている。本発明によれば、ローラ表面３１ａの軸方向における温度分布を均一化することができる。したがって、ローラ本体３１に巻き掛けられた複数の糸Ｙを均一に加熱することができ、複数の糸Ｙの品質がばらつくことを抑え、糸Ｙの品質を向上させることができる。

【0072】

（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。

【0073】

上記実施形態では、溝部３５ａの周方向に直交する断面形状は三角形状であるとした。しかしながら、溝部３５ａの具体的な形状はこれに限定されない。例えば、図５のａ図に示すように、断面形状が矩形状の溝部３５ｂでもよいし、図５のｂ図に示すように、断面形状が円弧状の溝部３５ｃでもよいし、これら以外の形状でもよい。

【0074】

上記実施形態では、溝部３５ａに均熱部材３６の先端部が挿入されているものとしたが、こうすることは必須ではない。例えば、図６のａ図に示すように、溝部３５ｄに均熱部材３６が挿入されていなくてもよいし、図６のｂ図に示すように、均熱部材３６を省略し、溝部３５ｅに何も挿入されていない状態であってもよい。溝部３５ｄ、３５ｅのような単なる空間であっても、空気の比透磁率はローラ本体３１（炭素鋼）よりも低いので、端面部３５を通る磁束は、溝部３５ｄ、３５ｅを先端側に回り込み、外筒部３３の先端部での発熱を促進することができる。また、図７のａ図に示すように、均熱部材ではない非磁性体部材３９で溝部３５ｆを埋めるようにしてもよい。ここでの、「埋められている」とは、溝部３５ａの全てが非磁性体部材によって埋められている場合に限定されず、端面部３５の剛性を高めることが可能な程度に溝部３５ａの一部が非磁性体部材で埋められていることも含む。

【0075】

上記実施形態では、溝部３５ａが、ローラ本体３１の外筒部３３に隣接して形成されている（外筒部３３と端面部３５との角部に形成されている）ものとした。しかしながら、溝部が外筒部３３に隣接して形成されていることは必須ではない。例えば、図７のｂ図に示す溝部３５ｇのように、径方向において外筒部３３とヒータ４０との間の領域に形成されていれば、外筒部３３から離間していてもよい。この場合でも、端面部３５の先端部を発熱させることにより、端面部３５からの熱伝導により外筒部３３の先端部を昇温させやすくなる。

【0076】

上記実施形態では、溝部３５ａが周方向において全周にわたって形成された環状構造であるとものとした。しかしながら、溝部は必ずしも環状構造である必要はなく、周方向の一部が途切れていてもよいし、環状構造の溝を周方向に複数に分割した溝でもよい。

【0077】

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。しかしながら、均熱部材３６を、炭素繊維と樹脂とを含むＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）で構成してもよい。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、誘導加熱ローラ３０にそれほど耐熱性が求められない場合には、均熱部材３６にＣＦＲＰを採用することで、コストを低減することができる。

【0078】

さらには、均熱部材３６をＣ／ＣコンポジットやＣＦＲＰ等の繊維複合材料ではなく、外筒部３３（炭素鋼）の少なくとも内周面より熱伝導率が高い非磁性体の金属材料、例えば、アルミニウムや銅等で構成してもよい。一般的に、金属材料は繊維複合材料より加工がしやすいので、均熱部材３６を金属材料で構成すれば、均熱部材３６の成形が容易となる。

【0079】

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。

【0080】

上記実施形態では、誘導加熱ローラ３０の外周面に複数の糸Ｙが巻き掛けられるものとした。しかしながら、誘導加熱ローラ３０の外周面に巻き掛けられる糸Ｙの数が１本であってもよい。

【0081】

上記実施形態では、糸Ｙを加熱する誘導加熱ローラ３０について説明した。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。

【符号の説明】

【0082】

３：紡糸延伸装置
３０：誘導加熱ローラ
３１：ローラ本体
３１ａ：ローラ表面
３３：外筒部（被加熱部）
３５：端面部
３５ａ〜３５ｇ：溝部
３６：均熱部材（非磁性体部材）
４０：ヒータ
４１：コイル
Ｙ：糸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】