JP2002541389A - ヒートパイプローラーの密閉装置 - Google Patents

ヒートパイプローラーの密閉装置

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JP2002541389A
JP2002541389A JP2000597496A JP2000597496A JP2002541389A JP 2002541389 A JP2002541389 A JP 2002541389A JP 2000597496 A JP2000597496 A JP 2000597496A JP 2000597496 A JP2000597496 A JP 2000597496A JP 2002541389 A JP2002541389 A JP 2002541389A
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ハイルバーグ，ブルース，イー．
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アメリカン ローラ カンパニー
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    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヒートパイプの密閉構造を提供する。 【解決手段】 ヒートパイプ空洞部（12）を持つローラー（10）は、媒体が流れ真空が作られる出入口（25）を有する。出入り（25）は、栓（20）によって密閉され、この栓はヒートパイプ空洞部（12）内の圧力に耐える金属対金属の密閉を形成するために、ねじ（16）を栓（20）に向かって前進させることで、穴部（14）に配置される。グリース塊の使用は、穴部（14）において栓（20）を中央に位置させる。ねじ(16)は、従来のアレン・スパナや特殊工具(35)により前進でき、この工具は、媒体を運ぶか真空をつくるためのケーシング(24)を貫通して延びる軸（23）のドライバー・ヘッドを有する。ねじ（16）は、出入り口（25）が密閉される時に真空を作る通気孔を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、種々の産業機械で使用されるローラーの出入口の密閉に関するもの
である。
【０００２】
【技術的背景】
蒸気加熱や誘導加熱ローラーは、製紙，印刷，新聞，フィルムそして薄箔加工
工業に於いて利用されている。幾つかの例を挙げると、巻取紙加熱ローラー，乾
燥ローラー及びドラム，薄板化ローラー，押し型ローラーそして鋳物薄膜押し出
しローラーなどがある。蒸気加熱ローラーは、特に高温においては、実際は圧力
容器である。蒸気加熱及び誘導加熱双方のコア内部構造は、均一な温度を必要と
するために極めて複雑で高価である。加えて、ローラーへの電力供給または加熱
のために、かなりの量の補助設備を必要とする。
【０００３】 ヒートパイプの技術は、宇宙空間や、遠隔監視所の様々の設備や、熱の移動が
必要なあらゆる場所での熱制御に使用されてきた。基本的な産業用ヒートパイプ
ローラーは、ノーレン氏の米国特許第3,700,028号に開示されている。1974年8月
19日のケミカル・エンジニアリング誌の“ヒートパイプの作動方法”でノーレン
氏が報告している如く、産業界におけるヒートパイプの受け入れは、緩慢であっ
た。その時以来、多数のヒートパイプ構造特許が取られ、それらはしばしば事務
用コピー機やプリンターに使われる小型ローラー用のものであった。しかしなが
ら、産業用や大型装置への応用に対する進歩は、依然として緩慢である。
【０００４】 1998年7月16日発行の国際出願公開第WO98/31194号は、内側円筒コアと外側円
筒シェル（殻部）間に環状の空洞を有するヒートパイプローラーを開示している
。空洞を空にして蒸発した媒体を空洞に注入できるようにするために、ローラー
の一端にはネジ状栓を有する充填用出入口が設けられている。従来の技術では、
空洞から空気を排出し空洞に媒体を流入した後で、充填用出入口を密閉するのに
、真鍮蝋または半田を用いていた。
【０００５】 従来技術のヒートパイプにはガンドリル型もあり、一以上の長いヒートパイプ
管が、ローラー・コア内の長手方向に延びたガンドリル孔に挿入される。
【０００６】 ヒートパイプにおける欠陥の主な原因は、凝縮不能な気体の形成にある。ヒー
トパイプ中の僅か１％の空気または他の気体が、ヒートパイプの効率を約50％低
下させる。凝縮不能な気体は、衝突，混濁，真空喪失の結果として、毛細管物質
と媒体の反応または媒体の劣化をもたらす。
【０００７】 充填用出入口における密閉構造の維持は、凝縮不能な気体を阻止する点で重要
である。そのような密閉構造は、容易に組み立てられ、さらにヒートパイプに掛
かる内部圧力に耐えるようにすべきである。密閉構造は、ヒートパイプ空洞から
空気が排出されて媒体が空洞に流入し、充填口が密閉される装填順序に合致する
ものでなけばならない。
【０００８】
【発明の概要】
本発明は、ヒートパイプの入口部の密閉構造と密閉方法を包含するものである
。
【０００９】 出入口は金属対金属接触で密閉され、栓後部のネジを回転させることにより、
栓が穴部に押し込まれる。この栓は、栓を受ける穴部を形成する金属よりも柔ら
かい金属で作られている。穴部を形成する材料は、傷，バリまたはその他の不整
形部が無く、円形であり、90°か僅かに面取りをされた十分に鋭い縁部を形成し
ている。この栓は穴部を形成する金属よりも約30％柔らかい金属で作られており
、栓は変形するが穴部は変形しない。他方では、栓の材料があまりにも柔らかい
と、時間の経過により密閉構造は緩んでくる。真鍮，銅そしてニッケル製の栓は
、鋼鉄製の穴部に使用するのに好ましい。
【００１０】 密閉がなされた時にヒートパイプの空洞を真空にするために、ネジは長手方向
に伸びる一個またはそれ以上の通気孔を有する。
【００１１】 本発明は、熱油，蒸気，熱湯，電気によって加熱されたローラー、或いは水ま
たは他の媒体により冷却される各ローラーに適用され、特に、熱が動いている巻
取紙材料へ移動するか、あるいはそこから戻ってくるような所で有益である。
【００１２】 本発明は、ヒートパイプローラーを水平位置で装填可能にする。本発明は、ヒ
ートパイプローラーの再利用を可能にする。また、野外での再装填も可能である
。
【００１３】 上記で論じたことに加えて、以下に述べる好ましい実施態様の説明から、それ
以外の目的や利点が当業者により明らかになるであろう。この説明では、これら
の部分を形成し本発明の例を説明する添付図面が参照される。しかしながら、そ
のような例は、本発明の種々の実施態様を説明しきれるものではないので、発明
の範囲を定める説明に続く請求項を参照されたい。
【００１４】
【好ましい実施態様の詳細な説明】
図１を参照すると、ヒートパイプ空洞部12を有するローラー部10が示されてい
る。1998年7月16日発行の国際出願公開第WO98/31194号では、本発明の周辺部を
提供するヒートパイプローラーを説明しており、そのようなローラーの説明は参
考としてここに編入されている。
【００１５】 図１における関心ある部分において、ローラー10は、内部鋼製コア11と、外部
殻部（図１に示されてない）と、コア11および殻部の間に有る環状のヒートパイ
プ空洞部12を備えている。コア11の一端において、本発明の密閉構造の一部をな
す出入口25が、外部からヒートパイプ空洞部12に向かって開けられた直径1/8イ
ンチ（１インチ＝25.4ミリメートルとして、3.175ミリメートル）の穴部14を有
している。中心位置の案内用として穴部14を利用して、より大きなタップ穴部15
が、3/8−20のねじ付きソケット頭部ネジ16を受けるために、浅い深さで開けら
れている。この大きな穴部15は内部に平坦な底部17を残しつつも、縁部19の周囲
に小さな面取りを残すように、ビット（刃）で穿孔される。この実施態様に於い
て、出入口25が鋼鉄製ローラーコア11の壁に形成されるが、他の実施態様では、
出入口を殻部内またはコア11と殻部との間に形成してもよい。更に他の実施態様
では、ローラーコア11内で長手方向に延びるガンドリルで開けられた穴部の中に
、ヒートパイプを挿入してもよい。
【００１６】 テーパー状の鍛造穴あけ具18は、小さな穴部14の内部に置かれると共に（図２
）、穴部14への入口周囲の縁部19を修正するために、数個の浅いタップを与えら
れている。適合する穴あけ具は、先端が3/32で、5/16インチ（7.9375ミリメート
ル）の軸を持つマックマスター・カー製の3420 A2である。この段階では、穴部
の入口を円形に再整形する。またここでは、穴部14への入口周囲のあらゆるバリ
或いは不整形部をも除去する。さらに、大きなタップ穴部15用のドリルの刃先に
よって残されたいかなる丸部をも除去すると共に、縁19をほぼ一様の鋭端部にす
る。
【００１７】 密閉構造の次の部分は金属栓20であり、真鍮の球体が好ましいが、銅、ニッケ
ルまたはその他の柔らかい金属に変わってもよい。この例では、球は直径3/16イ
ンチ（4.7625ミリメートル）であり（入口穴部14の1.5倍の直径）、1/8インチの
入口穴部14に対して好ましい寸法である。栓は他の形状でもよく、円錐形、弾丸
形でもよいが、球形が好ましい。ボール20の背後には、頭部の無い3/8−20のア
レン形ソケット頭部ネジ16があり、穴部15に挿入される。挿入に先立って、少量
のシリコン・グリース21がネジ16の端面の中央に置かれ、球はグリース21中に置
かれる。グリース21は、ボール20が十分に前進して穴部14を密閉するまでは、ボ
ール20を回転させること無く、ネジ16をボール20の表面で滑動させる。ネジは、
一般的には穴部14に対向する平坦な終端面を有するが、この面27は他の表面形状
を有してもよい。
【００１８】 ネジ16は工具により穴部15の中を前進するが、この工具は、標準のアレン・ス
パナまたは図１に示されている工具35のいずれかで、工具35はシャフト23の端部
に頭部22を持ち、頭部22は真空圧を加えたり、あるいは入口25に流体を流すため
にケーシング24を貫通して延びている。密閉を行なうために、穴部14の位置にボ
ール20を押し込むトルクがネジ16に与えられる。それから密閉構造を形成するた
めに、ネジ16を1/4回転〜3/4回転させて10〜60ミル（0.254〜1.524ミリメートル
）の深さまでボールを穴部14に押し込む。密閉は僅か1/8回転で形成でき、少な
くとも完全に一回転するとさらに強固に形成されるであろう。
【００１９】 一度ボール20が穴部14に収容すると、穴部14の外から力を受けなくても600°F
で1000psiの圧力に耐える。穴部14との接触がなされた後で、ネジ16を1/4回転し
てもボール20を穴部14に収容させることができる。3/8インチ（9.525ミリメート
ル）のタップ付き穴部15と1/8インチの入口穴部14に対して、ボール20は直径1/4
インチ（6.35ミリメートル）か直径5/16インチ（7.9375ミリメートル）でもよい
が、穴部14においてボール20が大きくなれば密閉するために必要な力は大きくな
る。穴部14の好ましい寸法は直径1/8インチであるが、直径1/16インチ（1.5875
ミリメートル）のような小さなものか、直径1/2インチ（12.7ミリメートル）の
ような大きなものでもよい。
【００２０】 ネジを最後に1/4回転（直径1/8インチの穴部と3/16インチのボールの場合）す
るのに、約30ポンド−インチのトルクが必要である。1/2回転かそれ以上ボール
を回転するためには、それ以上のトルクが必要である。1/4回転すると、ボール
に対して約400ポンド（１ポンド＝0.4536キログラムとして、約181.44キログラ
ム）の力が掛かる。ボール20と穴部14の端部間の接触面積が小さいので、密閉力
は100,000psi（7030.8kg/cm２）を超えると見積もられる。水がヒートパイプの
媒体として使われる場合、動作中にヒートパイプ圧力は、212°F（100℃）から5
00°F（260℃）のローラー温度に対して通常14.7〜680psiの範囲になるであろう
。密閉領域では、ボールに約10〜60ミル線幅の環状圧痕が与えられる。ネジ16は
、図１に見られる長手方向の溝28で形成される通気路を有する。入口25が密閉さ
れつつある時、この通気路によって真空が作られる。溝28は、ネジ条を通して延
びているが、ネジ16の本体にも存在することがある。
【００２１】 ボール20を中心に置く他の実施態様が、図３と図４で説明される。図３におい
て、プラスチック製または金属製のリング30とシリコーングリース21は、ネジ16
がボール20に向かって前進するに従がって、ボール20を中心に位置させるために
使われる。図４において、ネジ16ａの前面端には、機械加工によりネジ16の軸に
沿ってボール20を中心に保持するために、凹部32が設けられている。凹部32の形
状は円筒形、半球形または円錐形でよい。
【００２２】 ヒートパイプの動作圧力は、媒体と動作温度で決められる。ヒートパイプ空洞
部12は、圧力開放バルブ或いは好ましくは圧力ラプチャー・ディスクの様なある
種の過圧装置（図示せず）を備えている。
【００２３】 ヒートパイプ空洞部12に流入する媒体29（図１）は、熱的安定性、非腐食性で
あり、ヒートパイプが使用されるであろう温度範囲で、液体と気体の両方で存在
可能な材料であればよい。最良の動作のためには、媒体の大気中における沸騰点
はヒートパイプの動作温度より多少低いほうがよい。水は100℃（212°F）で沸
騰し、この温度以上での媒体として最良の動作をする。しかし、ヒートパイプの
中は真空であるため（水蒸気による圧力のみが存在する）、水は65.5℃（150°F
）以下の温度でも未だ動作する。ヒートパイプは、大気中の沸騰点以上で十分に
効率良く動作でき、低圧力でもまた十分にうまく動作する。低圧力で動作させる
と、ローラー10の外殻を比較的薄くできる。260℃（500°F）において、水の蒸
気圧は47.804kg/cm２（680psi）となり、ヒートパイプ空洞部12を囲んで非常に
強度のある厚い壁を持ったローラーである場合を除いて、水は熱伝導媒体29とし
て好ましいものでなくなる。ドウサーム（Dowtherm）Ａという熱伝導合成流体は
、動作圧力が僅か約1.054kg/cm２（15psi）であるので、260℃（500°F）或いは
それ以上の高温で好ましい動作をする。これにより、外殻壁は比較的薄くできる
。
【００２４】 新しい分量の媒体29でヒートパイプ空洞部12を充填する前に、ローラー10は吸
着性ガスを除去するために、真空下で高温度に熱せられる。それから、ローラー
10は冷却される。さらに外部容器内の媒体は、ヒートパイプ空洞部12に媒体29を
流入する前に、中に閉じ込められている気体を追い出すために、真空に曝されね
ばならない。特殊工具35の図１に示される頭部終端は、ケーシング24を貫通して
延びるシャフト23の一方の端部に、アレン式頭部ドライバー22を持っている。工
具35は、穴部15の中にねじ込むことのできるネジ管40を備えた適合部39を含む。
Ｏリング41が、適合部39のカラー部43にある溝42に保持されている。カラー39は
入口25から離れた円形開口部を形成し、この開口部は工具35のケーシング24をな
すもう一つの管状部44を受け入れる。ケーシング24は、真空（マイナスの）圧力
源と加熱された液体媒体源用の各注入口（図示せず）を有する。遮断バルブが、
真空の利用とケーシング24への流体の流入を制御する。工具の一端の頭部22は、
穴部14，15が封鎖されず流入が制限されないようにするために、真空源の反対側
にネジ16を引き込むために使用される。加熱された媒体源はそれから、穴部14，
15を通してヒートパイプ空洞部12へ媒体を流入するために使用される。それから
工具22，23は、図１に示されるグリース21を利用して、ボール20が縁部19に接触
するまでボール20の背後にネジ16を前進させるために使用される。シャフト23は
、1/4回転から3/4回転され、その後で引き出される。それから栓または第２のネ
ジ（図示せず）が、穴部15の開放端に挿入され、穴部15を密閉しネジ16を外乱か
ら保護するために、蝋付若しくは別の方法でその場所に固定される。
【００２５】 この方法は、現行の方法に対して利点を有する。即ち、媒体の導入，真空の作
成，および出入口25の密閉が、水平な位置にあるローラー10で行なうことができ
、工場と同様に野外でも行なうことが可能になる。本発明の方法と装置により、
ローラー10は、出入口25から何回でも再装填が可能である。ヒートパイプが再装
填される時、小さなネジ回しで、穴部14の外にボール20を取り出すことができる
。
【００２６】 以上、本発明がどのようにして実行されるかを実例で説明した。当業者であれ
ば、種々の詳細な方法において修正されて他の詳細な実施態様に行き着くであろ
うが、これ等の実施態様も本発明の範囲に入ってくるであろう。
【００２７】 それ故に、本発明の範囲と、本発明に含まれる実施態様を公に知らせるために
、次の請求項が作られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の構造を説明するヒートパイプローラーの密閉部の部分断面図である。
【図２】 密閉部の一部を整形する工具を更に示す図１の実施態様の部分断面図である。
【図３】 図１の発明の代案実施例である部分断面図である。
【図４】 図１の発明の代案実施例である部分断面図である。
【符号の説明】
10 ローラー 12 空洞部 14 入口穴部 15 ネジ穴部 16 ネジ 17 底部 19 縁部 20 金属栓 21 グリース 22 頭部 23 工具のシャフト 24 ケーシング 25 出入口（壁部） 28 通気穴 29 媒体 32 凹部 35 工具 41 リング

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 金属から成り、媒体を保持するためのヒートパイプ内の空洞
    部と通じる入口穴部を有すると共に、前記入口穴部はほぼ一様な鋭縁部を有する
    ヒートパイプの壁部を備え、前記壁部は入口穴部と一列に並んで入口穴部と通じ
    るネジ穴部を有し、このネジ穴部はほぼ平坦な底部を有しており、さらに縁部と
    係合して入口穴部を閉塞する金属栓と、ネジ穴部に挿入されるネジとを備え、前
    記ネジは前記栓と強固な剛性駆動関係をなし、縁部の端部と係合するように栓を
    推し進めるのに回転が可能であると共に、前記栓は入口穴部を密閉するために、
    縁部の周囲で変形して気密した単独使用の金属対金属密閉構造を形成する表面を
    有することを特徴とするローラー用ヒートパイプの出入口密閉装置。
  2. 【請求項２】 前記栓が球体である請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 球体を中心位置に保持するため及びネジの前進によって球体
    が入口穴部へ推し進められる時に球体の回転を阻止するため、グリースの塊があ
    ることを特徴とする請求項２記載の装置。
  4. 【請求項４】 入口穴部の中心に球体を位置させるために、ネジ穴部の奥部
    に配置されるリングを有することを特徴とする請求項２記載の装置。
  5. 【請求項５】 入口穴部の中心と一列に並ぶネジ軸に沿って球体を受け入れ
    、球体を中心に位置させるために、ネジの一端に凹部を有することを特徴とする
    請求項２記載の装置。
  6. 【請求項６】 ネジの一端から反対側の他端に通じる少なくとも一個の長手
    方向の通気穴を、そのネジが有することを特徴とする請求項１記載の装置。
  7. 【請求項７】 ネジを回すための工具の頭部を受け入れるためのソケットを
    、そのネジが有することを特徴とする請求項１記載の装置。
  8. 【請求項８】 栓が、入口穴部直径の約1.5倍の直径を有する球体であるこ
    とを特徴とする請求項１記載の装置。
  9. 【請求項９】 約10ミルから約60ミルの幅を有する栓の表面の変形で、この
    栓が密閉線を形成することを特徴とする請求項１記載の装置。
  10. 【請求項１０】 ネジの長手方向軸に沿って栓が中心に保持されるように、
    ネジの一端に対して栓を配置し、ヒートパイプの空洞部への入口穴部に導くネジ
    穴部に栓とネジを配置し、栓がネジ穴部中の底部に至り、入口穴部に栓が入り込
    む一方で、ネジを通じて真空が作られるまでネジを進め、栓を穴部に収容し、外
    部環境から穴部とヒートパイプの空洞部を密閉するように、さらにネジを進める
    ことを特徴とするローラー用ヒートパイプの出入口密閉方法。
  11. 【請求項１１】 栓が、約10ミルから約60ミルの幅を有する栓の表面に密閉
    線を形成したことを特徴とする請求項１０記載の方法。
  12. 【請求項１２】 ネジをさらに進める量が約1/4回転から約3/4回転であるこ
    とを特徴とする請求項10の方法。
  13. 【請求項１３】 ネジを外乱から守るために、ネジ穴部を覆うことを特徴と
    する請求項１０記載の方法。
  14. 【請求項１４】 栓が金属製球体であることを特徴とする請求項１０記載の
    方法。
  15. 【請求項１５】金属栓が出入口を再密閉するために取り除かれ、新しい金属
    栓に交換される請求項１０記載の方法。
  16. 【請求項１６】 ネジによって金属栓に加えられ、金属栓の金属表面を変形
    する力が少なくとも400ポンドである請求項１０記載の方法。
  17. 【請求項１７】 密閉されている時に栓の回転を阻止するために、金属栓と
    ネジの間にグリースのような潤滑材を与える請求項１０記載の方法。
  18. 【請求項１８】 密閉が、少なくとも500°Ｆまでの温度に耐えるように形
    成される請求項１０記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記栓が、真鍮，銅またはニッケルからなる請求項１記載
    の装置。
  20. 【請求項２０】 前記球体が、真鍮，銅またはニッケルからなる請求項２記
    載の装置。
JP2000597496A 1999-02-02 2000-01-28 ヒートパイプローラーの密閉装置 Pending JP2002541389A (ja)

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US09/243,043 US6286836B1 (en) 1999-02-02 1999-02-02 Sealed charging port and method of charging for a heat pipe roller
US09/243,043 1999-02-02
PCT/US2000/002127 WO2000046443A1 (en) 1999-02-02 2000-01-28 Sealing assembly in a heat pipe roller

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