JP4488866B2 - 熱ローラ用ジャケット室の密封装置 - Google Patents

Description

本発明は熱ローラ用ジャケット室の密封装置に関する。

たとえばローラ本体の中空内に誘導コイルあるいは鉄心に誘導コイルを巻回した交番磁束発生機構を設置し、交番磁束発生機構が発生する交番磁束によりジュール発熱する、いわゆる誘導発熱ローラは良く知られている。このような誘導発熱ローラでは一つの誘導コイルの長手方向の中心部における発熱量が多く、端部に行くにしたがい発熱量が小さくなる性質を有し、そのためにローラの長手方向における表面温度が不均一となる。この不均一を解消するためにローラ本体の周壁に長手方向に沿ってジャケット室を設け、このジャケット室に水などの熱媒体を適量注入し、そのあとジャケット室を密封するようにしている。このようにすると発熱量が多い箇所で熱媒体が熱を奪って気化し、気化した熱媒体は発熱量が小さい箇所に移動して熱を放出して液化する。この潜熱移動によりローラ本体の長手方向の表面温度を均一化する。

このように気液二相の熱媒体を封入したジャケット室を設けると、ローラ本体が異常に加熱された場合、ジャケット室内部に封入されている気液二相の熱媒体が高温となり、ジャケット室内部の圧力が異常に高められ、その圧力によってジャケット室ひいてはローラ本体が破損乃至は爆発する恐れがある。このおそれを防止するために、ジャケット室内部の圧力が所定の圧力以上になるとジャケット室の密封を解除することが必要となる。

図７は、ジャケット室の密封を解除する密封装置を設けた誘導発熱ローラ装置の一例を示すもので、図７において１は片持式のローラ本体で、これに軸２が連結されてあり、固定枠３に支持されている軸受４によって回転自在に支持されている。固定枠３には固定盤５がねじ６によって固定されてあり、この固定盤５はローラ本体１の開口面にこれを覆うように相対して配置されている。

この固定盤５にはローラ本体１と同軸の誘導コイル７などからなる交番磁束発生機構８が支持されている。図示の交番磁束発生機構８は鉄心を使用していない例であるが、鉄心を使用する場合はこれも固定盤５に支持するようにしておく。誘導コイル７を、リード線９を介して交流電源によって励磁すると、ローラ本体１の周壁１Ａに電流が誘起し、この電流によって周壁１Ａがジュール発熱する。

周壁１Ａの温度は温度センサ１１，１２によって検出される。温度センサ１１が検出した温度に対応して誘起した電圧はリード１３を介して、および温度センサ１２が検出した温度に対応して誘起した電圧は、回転トランス１４を介して、それぞれ外部に導出される。このようにして検出された温度に応じて誘導コイル７の励磁電圧を調整するなどして、周壁１Ａの表面温度を所望値に維持する。周壁１Ａの肉厚部内に気密のジャケット室１５が複数設置されてあり、ここに気液二相の熱媒体が密封されている。この熱媒体の相変化による潜熱の移動によって周壁１Ａの全域を均温化させ、均一な温度分布を得るようにしている。

ジャケット室１５には、ジャケット室１５内に通じる小径の封入孔１６と、この封入孔１６に連続し封入孔１６と同心の大径のねじ孔２５とからなる外気と連通する連通孔が設けられ、図の例ではローラ本体１の開口端縁に開口するようにこの連通孔が設けられている。ねじ孔２５の開口面は固定盤５に対して空隙を介して向き合っており、このねじ孔２５に、図８に拡大して示す密封装置１９が設けられている。密封装置１９は、金属たとえばスチールからなる球状の弁１７と、この弁１７が固定されてあるねじ１８とからなり、弁１７にはその中心を通る貫通孔２０が形成されており、この貫通孔２０にたとえば銅からなるピン２１がこれを貫く程度に挿入されている。そしてこのピン２１と貫通孔２０の内周面との間の微小な間隙２０Ａには、所定の温度で溶融状態となるたとえばハンダのような可溶性金属２２が充填されてある。この可溶性金属２２が所定値以下の低い温度状態にあって固体状態にあるとき、ピン２１は貫通孔２０の内部で固定される。

ねじ１８には弁１７の貫通孔２０とほぼ同径の孔２３と、これに連続するねじ締め孔２４が形成されてあり、この孔２３にピン２１の端部が挿入される。そしてこのピン２１を挿入したままの状態で弁１７とねじ１８とがたとえば接着剤によって固定される。孔２３はねじ１８の中心に形成されており、この孔２３にピン２１を挿入して弁１７をねじ１８に固定する。そのあとねじ１８を弁１７が封入孔１６の開口（以下、封入口という。）の端縁１６Ａにこれを弁座として押しつけられるように捩じ込む。これにより封入孔１６は確実に封止されることになる。また、ジャケット室１５の内部が異常高温状態になると可溶性金属が溶融し、ジャケット室１５の内圧でピン２１が弁１７から抜き取られ、これによりジャケット室１５の密封を解除する。
特公平５−８６６３８号公報 特開２００２−２０８４７０号公報

以上のように構成した密封装置では、球状の弁１７の貫通孔２０とねじ１８の貫通孔２３とを一直線に合せて弁１７をねじ１８の端面に取り付け、それをねじ孔２５に捩じ込み、弁１７を封入口の端縁１６Ａに押し付けて密封している。そのためにねじ１８に対し弁１７の貫通孔２０が偏芯して取付けられた場合には、弁１７を封入孔１６の封入口端縁１６Ａに対し均一な接触圧で密封することができず、また、ねじ１８で締め込む際の回転力が線接触面を通じて弁１７に伝わり、弁１７自体にも回転力が発生し、封入孔１６の封入口端縁１６Ａで滑りが生じ、その封入口端縁１６Ａを損傷し、その結果、ジャケット室１５内の熱媒体が漏洩するといった問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、内部にジャケット室の内部が異常高温状態となったときに溶融状態となる可溶性金属を充填した貫通孔を有する球状弁とその弁をねじ締め固定するねじとからなり、ジャケット室の封入口を弁で密封してなる密封装置において、ジャケット室の封入口端縁に均一な接触圧で簡単に弁を設置することができるようにし、斯かる問題を解消する点である。

本発明は、所定の温度で溶融状態となる可溶性金属を充填した貫通孔を有する球状弁と、前記球状弁をねじ締め固定するねじとを有し、熱ローラ本体の周壁内に形成した気液二相の熱媒体を注入してなるジャケット室の外部と連通する開口に前記球状弁の貫通孔の一方の孔口を当てて、前記ねじで前記熱ローラ本体にねじ締め固定して前記ジャケット室を密封してなる熱ローラ用ジャケット室の密封装置であって、前記球状弁と前記ねじとを前記球状弁の貫通孔の他方の孔口から隔てた一点で接触してなることを主たる特徴とする。

発明では、球状弁の貫通孔の孔口をジャケット室の封入口に対向させた状態で、球状弁を封入口端縁に当接して設置し、その弁をねじで締め付けて固定する。その際、弁の貫通孔の孔口とねじとの線接触がなく、ねじと弁の球面との一点で接触するので、ねじの回転力が弁に伝達されず、封入口端縁の弁の回転による損傷を防止することができ、また、封入口に当てた球状弁は、設置した状態を維持し偏芯することもなく、これによりジャケット室が正常な温度状態では密封が確実に維持され、また、ジャケット室が異常高温状態となると弁の貫通孔に充填した可溶性金属が溶融し、ジャケット室内の圧力は弁の貫通孔を経て外部に放出され確実に密封を解除することができる。

ジャケット室の封入口端縁に均一な接触圧で簡単かつ確実に弁を設置することができるようにする目的を、球状の弁の貫通孔の孔口をねじの当接面から外し、球状弁の球面とねじの端面とを当接することにより実現した。

図１は、本発明の実施例に係る熱ローラ用ジャケット室の密封装置の構成を示す図で、（ａ）は密封装置の断面図、（ｂ）はねじの平面図である。なお、図８に示す従来の密封装置と同一および対応する部分には同一の符号を付している。図１において、１は図７に示す誘導発熱ローラ装置と同様の中空内に誘導コイルなどの加熱源を備えた熱ローラ本体、１５は熱ローラ本体１の周壁の肉厚部内に熱ローラ本体１の長手方向に沿ってドリルなどで形成したジャケット室、１６はジャケット室１５内に通じる小径の封入孔、２５は封入孔１６に連続し封入孔１６と同心の大径のねじ孔であり、ジャケット室１５は封入孔１６およびねじ孔２５を介して外気と連通している。

３０は金属たとえばスチールからなる球状弁で、球状弁３０には半径に伸びる孔３０Ａと孔３０Ａと連通し直径に伸びる孔３０Ｂ、すなわち略Ｔ字状に分岐した球面の３方位置で開口する貫通孔が形成され、この貫通孔内にハンダなどの所定の温度で溶融する可溶性金属２２が気密に充填されている。３１はねじで、ねじ３１の球状弁３０と当接する端面は平坦（曲率面であっても良い。）をなし、その周壁には、球状弁３０を配置する空間２５と外部とを連通する連通路を形成する凹溝３１Ａが形成され、弁３０と当接する反対側の端面にねじ締め孔３１Ｂが形成されている。

なお、この連通路はジャケット室１５内の異常圧力を放出する通路であって、この例ではねじ３１の外周面に凹溝３１Ａで形成しているが、ねじ３１のねじの隙間を利用してもよく、図２に示すようにねじ３１の周壁の一部を平面状に切り落として連通路を形成するようにしてもよい。また、図３に示すようにねじ３１の端面の外周側の端部からねじ締め孔３１Ｂに伸びる貫通孔３１Ｃを形成し、この貫通孔３１Ｃを連通路としてもよく、さらには図４に示すように熱ローラ本体１に球状弁３０を配置する空間２５と外部とを連通する連通孔３１Ｄを形成し、この連通孔３１Ｃを連通路としてもよい。すなわち、ねじ３１と球状弁３０との接触において、連通路を形成する孔口などが接触しない位置であれば足りる。

そして、ジャケット室１５に気液二相の熱媒体となる水などを適量注入したあと、球状弁３０の半径に伸びる孔３０Ａの孔口を封入孔１６の封入口に対向させ、球状弁３０を封入孔１６の封入口端縁１６Ａに当接して置き、ねじ３１をねじ孔２５にねじ込み、ねじ３１の端面を弁３１の球面に押し当てて弁３１をねじ締め固定する。その固定の際、弁３０の貫通孔の孔口端縁とねじ３１の端面との線接触がなく、ねじ３１の端面と弁３０の球面との一点で接触するので、ねじ３１の回転力が弁に伝達されず、弁３０を封入口端縁１６Ａに対し常に均一な接触圧で密封することができる。

この密封によりジャケット室１５内の温度が正常の温度（可溶性金属２２の溶融温度以下）である場合、可溶性金属２２が溶融せずジャケット室１５は密封状態が維持され、ジャケット室１５内に密封した気液二相の熱媒体は潜熱の移動による均温化機能を達成する。ジャケット室１５内の温度が異常に上昇すると、弁３０の貫通孔に充填した可溶性金属２２が溶融して貫通孔は開通し、ジャケット室１５内の圧力は、弁３０の半径に伸びる孔３０Ａ、直径に伸びる孔３０Ｂおよびこの実施例ではねじ３１の凹溝３１Ａを経由して外部に放出される。

なお、以上の実施例では、弁３０の貫通孔を半径に伸びる孔３０Ａと孔３０Ａと連通し直径に伸びる孔３０Ｂとにより形成しているが、弁３０の貫通孔の構成は弁の貫通孔の孔口端縁とねじの端面とが接触しない構成であれば足り、たとえばＹ字状あるいは斜め直線状の貫通孔としても良い。

ところで、ジャケット室内の熱媒蒸気により弁の貫通孔に充填した可溶性金属が侵食され、弁の貫通孔が早期に開通する場合がある。この侵食による早期の開通を防止するために、弁の貫通孔内にたとえば銅からなる棒状或いは球状など適宜形状の障害部材を挿入するとよい。図５は弁の貫通孔内に棒状の障害部材（以下、ピンという。）を挿入した例を示し（図４もピンを挿入した例である。）、図６は弁の貫通孔内に球状の障害部材（以下、ボールという。）を挿入した例を示しものである。なお、図５および図６において、図１に示す実施例の密封装置と同一部分には同一の符号を付している。

図５に示す例では、半径に伸びる孔３０Ａと孔３０Ａと連通し直径に伸びる孔３０Ｂからなる貫通孔を備える球状弁３０で、直径に伸びる孔３０Ｂ内に直径にまたがって伸びるピン３２を挿入し、半径に伸びる孔３０Ａ内および直径に伸びる孔３０Ｂの内壁とピン３２の外壁との狭い空間内にたとえばハンダのような可溶性金属２２が気密に充填されている。この場合、半径に伸びる孔３０Ａ内の可溶性金属２２が侵食されても、直径に伸びる孔３０Ｂの内壁とピン３２の外壁との狭い空間内の可溶性金属２２が侵食され難く、弁の貫通孔が早期に開通することを防止することができる。なお、ピン３２は通常可溶性金属２２により固定され、ジャケット室内の温度が異常に上昇すると、弁３０の貫通孔に充填した可溶性金属２２が溶融し、ジャケット室内の圧力は、弁３０の半径に伸びる孔３０Ａ、直径に伸びる孔３０Ｂの内壁とピン３２の外壁との空間およびねじ３１の凹溝３１Ａを経由して外部に放出される。

図６に示す例では、半径に伸びる孔３０Ａと孔３０Ａと連通し直径に伸びる孔３０Ｂからなる貫通孔を備える球状弁３０で、半径に伸びる孔３０Ａのジャケット室の封入口に面する端部にボール３３を挿入し、そのボールを可溶性金属２２で固定する。この場合、半径に伸びる孔３０Ａの内壁とボール３３との間は狭く、可溶性金属２２が侵食され難くなる。なお、ボール３３の形状は多角形であってもよいが、ジャケット室内の温度が異常に上昇すると、弁３０の貫通孔に充填した可溶性金属２２が溶融し、ジャケット室の蒸気圧の放出によりボール３３が押し込められる。そのときにおいても蒸気の通る断面を確保するため、半径に伸びる孔３０Ａの端部にボール３３が位置する空間３０Ｃが形成されている。

なお、本発明は図７に示す片持式の誘導発熱ローラのみに適用されるものではなく、ローラ本体をその両端で支持する、いわゆる両持式の誘導発熱ローラについても、また、誘導発熱ローラのみならず加熱源をヒータあるいは熱媒流体とする加熱又は奪熱ローラについても適用できることはいうまでもない。

本発明の実施例に係る密封装置の構成を示す断面図である。 ねじの他の例を示す平面図である。 ねじの他の例を示す平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。 連通路の他の例を示す断面図である。 弁の他の構造を示す断面図である。 弁の更に他の構造を示す断面図である。 誘導発熱ローラ装置の断面図である。 従来の密封装置の構成を示す断面図である。

符号の説明

１ 熱ローラ本体
１５ ジャケット室
１６ 封入孔
１６Ａ 封入口端縁
２２ 可溶性金属
２５ ねじ孔
３０ 球状弁
３０Ａ 半径に伸びる孔
３０Ｂ 直径に伸びる孔
３１ ねじ
３１Ａ、３１Ｃ、３１Ｄ 連通路
３２ ピン
３３ ボール

Claims (5)

1. 所定の温度で溶融状態となる可溶性金属を充填した貫通孔を有する球状弁と、前記球状弁をねじ締め固定するねじとを有し、熱ローラ本体の周壁内に形成した気液二相の熱媒体を注入してなるジャケット室の外部と連通する開口に前記球状弁の貫通孔の一方の孔口を当てて、前記ねじで前記熱ローラ本体にねじ締め固定して前記ジャケット室を密封してなる熱ローラ用ジャケット室の密封装置であって、前記球状弁と前記ねじとを前記球状弁の貫通孔の他方の孔口から隔てた一点で接触してなることを特徴とする熱ローラ用ジャケット室の密封装置。
2. 球状弁を配置する空間と外部とを連通する連通路を設けたことを特徴とする請求項１に記載の熱ローラ用ジャケット室の密封装置。
3. 球状弁の貫通孔の他方の孔口を複数形成してなることを特徴とする請求項１に記載の熱ローラ用ジャケット室の密封装置。
4. 球状弁の貫通孔内に金属製の適宜形状の障害部材を挿入し、前記障害部材を前記球状弁の貫通孔に充填した可溶性金属で固定してなることを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の熱ローラ用ジャケット室の密封装置。
5. 球状弁の貫通孔に、可溶性金属が溶融したとき前記貫通孔の内部に挿入した金属製の障害部材を退避させる窪みを形成してなることを特徴とする請求項４に記載の熱ローラ用ジャケット室の密封装置。

Images