JPH034480A - ヒートパイプ付きロール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ヒートパイプを用いた金属製ロールの改良に
関する。さらに詳しくは、ヒートパイプとロール部の金
属との熱伝導性に優れたロールを提供する。

［従来の技術］ ヒートパイプを用いた加熱ロールは、ロール表面の熱伝
導性に優れ、昇温か早く、かつ均一に加熱することがで
き、さらには被処理物によって熱を奪われてもすぐに設
定温度に回復するという好ましい性質を有する。この理
由は、ヒートパイプ内の高真空下における水などの作動
媒体の沸騰と凝縮の平衡関係によって、ロールの軸方向
の温度分布が即時に解消されるからと説明されている。

このため従来から多くの提案がなされている。

たとえば特開昭５５−１２２０３７号公報によれば、磁
性材料からなるローラーシェルと、この内面に熱伝導性
に優れたたとえばアルミ材料からなる密閉容器を設け、
該密閉容器内にヒートパイプを組み込む発明が提案され
ている。

別の公知例によれば、熱伝導性を向上させるため、ロー
ルの貫通孔にヒートパイプを挿入したのち、ヒートパイ
プを機械的手段で拡管して貫通孔に密着一体化する発明
が提案されている（特開昭６３−９１９９１号公報）。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら特開昭５５−１２２０３７号公報は、ロー
ルの断面構造が２層以上となり、しがも内層にヒートパ
イプを組み込むために、ヒートパイプの特徴を生かしき
れないという問題点がある。

さらにヒートパイプとそのまわりの材料との接着を銀ロ
ウなどの接着剤を用いるため、熱伝導性はそれほど向上
せず、さらにロールの製造工程が複雑で製造コストが高
いという問題があり、大型のロール製造には向かないも
のであった。

次に特開昭６３−９１９９１号公報は、機械的手段によ
ってヒートパイプを拡管して貫通孔に密着一体化してい
るので下記のような問題があった。

■　拡管、パイプ内洗浄、作動液の封入など作業工程が
複雑で製造コストが高い。すなわちヒートパイプの最終
仕上げをロール製造現場で行わなければならないので、
製造コストがかさむ。

■　機械的拡管によりヒートパイプが傷む。

■　ヒートパイプの挿入口の直径を、ヒートパイプの外
側直径よりわずかに広く開ける必要があり、この工作精
度を出すために製造コストが高くなる。

■　パイプ内洗浄、作動液の封入など作業のため、ヒー
トパイプの端部をロール端面から突出させることが必要
であり、この突出部の引っ掛かりなどによる事故防止の
ため、ロール端面の外側にフランジを設ける必要があっ
た。

■　作動温度を変えるなどの理由によりヒートパイプを
別なものと交換するとき、ヒートパイプを破壊させなけ
れば取り出すことができなかった。

すなわち機械的応力により拡管されているので、ポーリ
ング等の手段により切削しなければ取り出すことができ
なかった。従ってヒートパイプの交換には手間と高いコ
ストが必要であった。

本発明は前記従来技術の課題を改善するため、ヒートパ
イプと金属製ロール部との間に、ヒートパイプ材料およ
びロール部金属材料より融点が低い金属材料を充填する
ことにより、ヒートパイプとロール部との熱伝導性を向
上し、しかも安全性を向上し、加えて製造コストを大幅
に安価にできるロールを提供する。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため本発明は下記の構成からなる。

すなわち本発明は、中空の金属製ロールの軸方向に沿っ
てヒートパイプが挿入されてなるロールにおいて、前記
ヒートパイプは金属製ロール部分に挿入されており、か
っヒートパイプと金属製ロール部との間に、ヒートパイ
プ材料およびロール部金属材料より融点が低い金属材料
が充填されていることを特徴とするヒートパイプ付きロ
ールである。

上記構成において、ヒートパイプの長さが金属製ロール
部の長さより短く、かつロール端面のヒートパイプの挿
入口が封止されているこきが好ましい。

本発明において特徴的なことは、ヒートパイプと金属製
ロール部との間に、ヒートパイプ材料およびロール部金
属材料より融点が低い金属材料を充填（以下、充填する
金属を単に「充填金属」という。）したことである。こ
れによりヒートパイプとロール部との良好な熱伝導を保
つことができる。かかる充填金属としては、ヒートパイ
プ材料およびロール部金属材料より融点がひ（ければい
かなる金属材料を用いることができるが、好ましくは融
点が３００℃未満の金属であり、より好ましくは融点が
２５０℃未満の金属である。かかる充填金属の具体例と
しては、たとえば半田などのすず一鉛系合金などである
。そして作動時（ロール加熱時）は、前記充填金属は液
相状態であってもよいし、固相状態であってもよい。要
は熱伝導性に優れた金属でヒートパイプとロールとの空
間を充填することがポイントである。

なお参考までに、前記ヒートパイプ材料は、加工性、熱
伝導性の点から銅が好ましい。またロール部の金属材料
は、炭素鋼（鉄製）が好ましい。

本発明を利用できるロールとしては、加熱ロールのほか
、冷却ロールであってもよい。要はロール表面において
、非処理物との熱の交換が行われるものに対しては、ど
のようなものにも効果がある。前記において加熱ロール
きしては、カレンダーロール、エンボスロール、不織布
製造ロール、フィルム加工ロールのようないわゆる両持
式ロール、合成繊維のフィラメント糸やタイヤコードな
どの延伸ロール、同延伸仮撚ロール、合成繊維のステー
プル繊維を製造する際のトウ用延伸ロールなどのいわゆ
る片持ちロールなどいかなるロールであってもよい。ま
た加熱ロールの場合、加熱方式はいかなる方式でもよい
。例えば誘導加熱方式、シーズヒータ（電熱加熱）方式
、ガス加熱方式などである。

し作用］ ■　本発明は、ヒートパイプと金属製ロール部との間に
、充填金属を存在させたので、ヒートパイプとロール部
との良好な熱伝導を保つことができる。この結果、ロー
ル表面の温度の分布斑がきわめて小さくなり、均一温度
を保つことができる。

■　市販されているヒートパイプをそのまま利用でき、
しかも充填金属の充填方法はきわめて容易であるので、
製造コストを安価にできる。

■　ヒートパイプを機械的に変形加工などしないので、
ヒートパイプが傷まない。この結果、作動時のヒートパ
イプの破損などの危険性は無く、安全性が向上する。

■　ヒートパイプの挿入口の穴開は精度を要求されない
。すなわち、ヒートパイプの挿入口の直径を、ヒートパ
イプの外側直径より広く開けておけば足り、広い分には
不都合は生じない。したがって穴開けの工作の製造コス
トは安価ですむ。

■　ヒートパイプの端部をロール端面から突出させる必
要がなく、ロール内に装着することができる。したがっ
て回転するロールの作業操作の安全性を図ることができ
る。またロール端面のメツキのシール作業なども容易に
なる。

■　作動温度を変えるなどの理由によりヒートパイプを
別なものと交換するとき、充填金属を溶融するだけでヒ
ートパイプを取り出すことができる。

従ってヒートパイプは再度使用でき、また新たなヒート
パイプの挿入・充填作業も容易に行うことができる。

［実施例コ 以下本発明の好ましい一実施態様を図面を用いて説明す
る。なお本発明は以下の実施例に限定して解釈されない
。

第１図は本発明一実施態様のロールの側面から見た断面
図であり、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図である。炭素
鋼材料からなるロール１の内部の位置にヒートパイプの
挿入孔２が配置され、この内部にヒートパイプ３が挿入
されている。そしてヒートパイプ３とロール１との間に
は充填金属４が充填されている。充填金属として半田（
すず−鉛系合金）を使った場合、ロール１を予め加熱し
ておき、ヒートパイプ３を挿入した後に、溶融半田を流
し込むことにより充填できる。このときエアーをかまな
いように作業を行なうことが好ましい。他の方法として
は、ヒートパイプ３にワイヤー状の半田を巻き付けた状
態で挿入口２に設置し、次いでロールを加熱し、半田を
溶融させ、不足分を流し込む方法でも製造できる。そし
て最高使用温度プラスα（αは任意の数）の温度でシー
ル部５をシールし充填金属を封入しておけば、熱膨張に
よる膨張を吸収できる。

第３図はヒートパイプ３の端部の拡大図である。

ヒートパイプ３の端部は熱により伸び、冷却すると収縮
するので、シール部５には多少の空間を開けておくこと
が好ましい。さらにヒートパイプ３が常に挿入口２の中
央に位置するようにシール部を形成しておくことが好ま
しい。このため第３図のようにヒートパイプ３の端部の
部分を固定しておくことが好ましい。

ヒートパイプ挿入孔２の直径は１０〜２０ｍｍ程度が好
ましい。ヒートパイプは肉厚０．４〜２ｍｍ。

とくには１ｍｍ程度の銅製パイプが好ましく用いられる
。

またヒートパイプの内部の真空度は１〜１０′５１ｏｔ
ｒの範囲が好ましく、内部に封入する作動媒体は水が好
ましく用いられる。温度によっては水辺外にアルコール
やほかの液体を任意に使用できる。

さらにヒートパイプの数は、ロールの大きさ、要求され
る温度精度などによって異なり、適宜選択可能である。

−例としては、直径４００〜５０Ｑｍｍ程度の大型ロー
ルの場合、同心円状に１０〜４０本程度配置させるのが
適当である。

さらに本発明のロール１は、通常炭素鋼からなり、１本
の円柱状の鉄柱を繰り抜いて中空としたものを用いる。

第１図に軸方向と平行な方向から見た断面図を示す。前
記したロールの中空部分に、中心軸６とその周りの巻線
７が配置されている。

巻線７につながるリード線８に電力を与えると巻線７の
周囲に磁束が発生し、これが発熱源となってロール１が
加熱されるという、いわゆる誘導加熱の原理を応用する
ためである。この誘導加熱の原理は前記した特開昭５５
−１２２０３７号公報、特開昭６３−９１９９１号公報
などですでに業界周知の方式であるので説明を省略する
。

なお中心軸６は固定式でもよいし、回転する方式であっ
てもよい。中心軸６が回転する方式は、いわゆるスリッ
プリング方式といい、中心軸とともに巻線も回転するも
ので、当業界でよく知られた方式である。中心軸６が固
定式のものを例示すると第１図のようになり、中心軸６
は、たとえば回り止め金具９によって回転しないように
支持されている。またロール１の両端部には駆動軸１１
を設け、この駆動軸１１と中心軸６との間には軸受を設
けて、ロール１を中心軸６に軸受機構を介して回転自在
に支持する。好ましくは、機台１０とロール１との間、
およびロール１と中心軸６との間６に軸受を配置し、ロ
ール１のみが回転する構造とする。

本発明のロールの表面は無地であってもよいし、表面に
彫刻が施されていてもよい。

実施例１ 円柱状の炭素鋼を用いて、断面直径が１５２　ｍｍ。

肉厚４０ｍｍ、長さ５２０ｍｍの中空状ロールを切削し
て作り、ロール１の最表面から２０ｍｍ離れた内部位置
に、直径１７＋＋＋＋＋＋のヒートパイプ挿入孔を同心
円状に１２本開け、この中に市販の直径１２゜７　ｍｍ
、長さ５００ｍｍの銅製のヒートパイプ（作動液は水）
を挿入した。そして空間部に半田を２５０°Ｃで溶融し
て充填し、ヒートパイプとロール１を密着一体化した。

そして端部を第３図に示すようにシールした。

次に第１図、第２図に示すように、誘導加熱ロールを作
りあげた。このロールは、ロール表面の熱伝導性に優れ
、昇温が早（、かつ均一に加熱することができ、さらに
は被処理物によって熱を奪われてもすぐに設定温度に回
復するという好ましい性質を有していた。また長期間使
用しても軸方向の温度分布や寸法変化などもなく、安定
して使用することができた。

実際に常温から２２０℃まで昇温しで軸方向の温度分布
を測定したところ、軸方向で±１℃の温度範囲の中にす
べての点が入っていた。従って均熱性に優れていた。

［発明の効果］ 本発明は、ヒートパイプと金属製ロール部との間に、充
填金属を充填したので、ヒートパイプとロール部との熱
伝導性を向上し均熱性に優れ、しかも安全性を向上し、
加えて製造コストを安価にできるロールを提供するする
ことができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施態様の断面図を示す。 第２図は第１図のＡ−Ａ断面図を示す。第３図は本発明
のヒートパイプのシール部を示す。 １：ロール　　　　２：ヒートパイプ挿入孔３：ヒート
パイプ　４：充填金属 ５：シール部 第２図 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）中空の金属製ロールの軸方向に沿ってヒートパイ
   プが挿入されてなるロールにおいて、前記ヒートパイプ
   は金属製ロール部分に挿入されており、かつヒートパイ
   プと金属製ロール部との間に、ヒートパイプ材料および
   ロール部金属材料より融点が低い金属材料が充填されて
   いることを特徴とするヒートパイプ付きロール。
2. （２）ヒートパイプの長さが金属製ロール部の長さより
   短く、かつロール端面のヒートパイプの挿入口が封止さ
   れてなる請求項第１項のヒートパイプ付きロール。