JP2595961Y2 - ヒートパイプ式加熱ローラ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この考案は、ヒートパイプ機能を
組込んだ加熱ローラに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】紙、プラスチックフィルム等の長尺連続
体の各種熱処理を行なう装置や、印刷機あるいは複写機
等の加熱部には、回転する加熱ローラを用いることがあ
る。この加熱ローラとしては、例えばローラ内部を中空
とし、この中空部に温水や蒸気あるいは熱媒油などを流
通させて加熱するか、あるいは遠赤外線ヒータやハロゲ
ンヒータ等の加熱手段を組込んで加熱するように、ロー
ラ内面を熱放射によって加熱する形式のものが多い。

【０００３】しかし、ローラ内面を加熱する形式の加熱
ローラにおいては、あらゆる運転条件下でローラ表面の
温度を均一に保持することが、熱処理される品物の熱履
歴を安定させること、すなわち製品の品質の安定化およ
び向上を図る上で欠かすことのできない条件である。

【０００４】しかし、ローラ内の中空部に温水や蒸気等
を流通させて加熱するか、あるいはハロゲンヒータ等を
組込んで加熱する前述の加熱ローラにおいては、熱処理
する品物の熱的負荷がない状態では、ローラ表面の温度
均一性を確保することは比較的容易であるが、熱処理す
る品物の熱的負荷にむらがある場合のみならず、他の種
々の条件下で表面温度の均一性を確保することは困難で
あった。

【０００５】そこで、あらゆる運転条件下においても、
ローラ表面の温度をほぼ均一に維持することのできるも
のとして、ヒートパイプの均温性に着目し、ローラ自体
を二重管式ヒートパイプ構造としたヒートパイプ式加熱
ローラが開発されている。

【０００６】このヒートパイプ式の加熱ローラ１は、図
２および図３に示すように、内管２と外管３とを同心状
に設けるとともに、内管２の外面と外管３の内面との間
の空間を密閉し、その内部を真空引きした後、その中に
凝縮性の作動流体Ｆが封入されている。この作動流体Ｆ
の封入量は、外管３内下部に滞溜するこの作動流体Ｆ
に、内管２の下部が充分に浸る量とする。

【０００７】また内管２内には、そのほぼ中心に棒状の
ハロゲンヒータ４が設けられ、ハロゲンヒータ４の熱
が、熱放射により蒸発部１ａとなる内管２の外面に伝達
されるようになっている。

【０００８】そして、ハロゲンヒータ４のスイッチを入
れた状態でこの加熱ローラ１を回転させると、ハロゲン
ヒータ４によって加熱された内管２の外面、すなわち蒸
発部１ａのうち、外管３内の下部に滞溜している作動流
体Ｆ中を通過して液面上に露出した部分に付着した作動
流体Ｆが、加熱されて蒸気ｖとなり、外管３の内面のう
ち、下部に滞溜した作動流体Ｆの液面上に露出した凝縮
部１ｂの部分へ移動して放熱する。このとき、凝縮部１
ｂで放出された熱は、外管３を加熱して、加熱ローラ１
によって行なわれる各種熱処理等に消費される。

【０００９】また、凝縮部１ｂで放熱した蒸気ｖは、凝
縮して液相の作動流体Ｆに戻り、再び外管３内下部へ還
流する。

【００１０】

【考案が解決しようとする課題】ところが、上記した二
重管式ヒートパイプ構造の加熱ローラ１においては、蒸
発部１ａである内管２の外面への作動流体Ｆの供給を、
この内管２の下部を作動流体Ｆの液溜り中に浸して、内
管２が作動流体Ｆ中を通過することによって内管２の外
面に作動流体Ｆを付着させている。したがって、作動流
体Ｆの付着量が少ないと、内管２の外周面が再び液溜り
中に浸される前に、作動流体Ｆが全て蒸発しきって乾燥
状態となると、凝縮部１ｂで凝縮する蒸気が不足し、加
熱ローラ１の表面に温度むらが発生してしまう。

【００１１】そこで、従来においては、内管２の外面が
作動流体Ｆ中に充分に浸るように、外管３内下部に大量
の作動流体Ｆを滞溜するようにし、内管２の下部側が深
く浸漬されるようにしていた。しかし、このように外管
３内に充填する作動流体Ｆの量が多くなると、外管３の
内面のうち凝縮部１ｂとなる部分の有効面積が減少して
しまい、熱輸送能力が低下するとともに、発生する蒸気
が少なくなるため加熱ローラ１の表面に温度むらが生じ
易いという問題があった。

【００１２】この考案は、上記の事情に鑑みなされたも
ので、ヒートパイプ式加熱ローラの蒸発部が乾燥しない
ように充分な量の作動流体を供給して熱輸送能力を向上
させて、ローラの均熱化を図ることを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この考案は、上記の目的
を達成するために、ローラ胴部が同心状に配置された内
管と外管とによって二重管構造とされるとともに、その
内管の内側に加熱手段が組み込まれ、かつ前記内管と外
管との間の空間が密閉されかつその密閉空間の内部に凝
縮性の作動流体が所定量封入されて前記内管の外周面が
蒸発部でかつ外管の内周面が凝縮部となるヒートパイプ
が構成されたヒートパイプ式加熱ローラにおいて、前記
ローラ胴部をその中心軸線が水平となるように配置した
状態で前記内管の一部が前記作動流体中に浸漬する程度
の量の作動流体が前記密閉空間に封入されるとともに、
前記内管の外周に、内管の半径方向で外側に延びかつ先
端部が前記ローラの回転方向前方側に屈曲して液溜め用
の窪みが形成された複数の羽根部材が設けられ、その羽
根部材同士の間隔が、等間隔でかつ少なくとも二つの羽
根部材が前記作動流体中に常時浸る間隔に設定されてい
ることを特徴とするものである。

【００１４】

【作用】この考案のヒートパイプ式加熱ローラにおいて
は、ローラ胴部がその中心軸線に沿って回転すると、羽
根部材が内管と共にローラ胴部と同方向に回転する。そ
の場合、各羽根部材の先端部がローラ胴部の回転方向で
前方側に向けて屈曲し、液溜め用の窪みが形成されてい
るので、外管内の下部に溜った作動流体の一部が液溜め
用の窪みに入り込んだ状態で各羽根部材によって汲み上
げられる。また、その汲み上げられた分の作動流体は、
ローラ胴部の回転に伴って羽根部材がローラ胴部の中心
軸線の上方に移動すると、内管の外面を覆うように広げ
られる。また羽根部材の間隔は、等間隔でかつ少なくと
も二つの羽根部材が前記作動流体中に常時浸る間隔に設
定されているので、内管の上方側においては、互いに隣
接する羽根部材の間に作動流体が溜まった状態に保持さ
れる。その結果、蒸発部の表面に作動流体が充分に供給
されて蒸発部の乾燥が防止されるとともに、充分な広さ
の凝縮部が確保されて熱輸送能力が向上することとな
る。このように充分な量の蒸気が発生し、また凝縮部と
して広い面積が確保されると、外管の外周側から消費さ
れる熱が不均一で、外管の表面に温度むらが生じても、
外管内周面の凝縮部のうち温度の低い部分に充分な量の
蒸気が供給されて、ローラ表面全体の均温化が図られ
る。

【００１５】

【実施例】以下、この考案のヒートパイプ式加熱ローラ
を普通紙用複写機のトナー定着用加熱ローラに適用した
一実施例を図１に基づいて説明すると、ヒートパイプ式
の加熱ローラ１１は、内管１２と外管１３とを同心状に
配設した二重管構造で、内管１２の中心にはハロゲンヒ
ータ１４が組込まれている。また内管１２と外管１３と
の間の空間は、密閉してその内部を真空引きした後、凝
縮性の作動流体Ｆを所定量封入してヒートパイプ構造が
形成され、内管１２の外周面が蒸発部１１ａに、また外
管１３の内周面が凝縮部１１ｂになっている。なお、作
動流体Ｆの量は、図１に示すように、水平の配置した状
態で内管１２の下側の部分（一部）が浸漬される量に設
定されている。

【００１６】また、内管１２の外周面には、幅が一定で
軸線方向に長い１６枚の汲上げ羽根１６が、内管１２の
内周をほぼ等分する位置に設けられている。すなわち、
これらの汲上げ羽根１６は、全体として放射状を成すよ
うに（内管１２の半径方向での外側に向けて）配設され
ている。各汲上げ羽根１６は、図１に示すように、内管
１２の外周面からその半径方向に延び、かつ先端をロー
ラ回転方向（図１において時計方向）にほぼ直角に折曲
させた構成となっている。なお、この屈曲した箇所がこ
の発明の液溜め用の窪みに相当している。また、これら
の汲上げ羽根１６の間隔を作動流体Ｆとの関係で説明す
れば、汲上げ羽根１６の間隔は、図１に示すように、少
なくとも二つ以上の汲上げ羽根１６が同時に作動流体Ｆ
に浸漬する間隔に設定されている。つまり、少なくとも
二つの羽根１６が、作動流体Ｆ中に常時浸漬された状態
となる。したがって、加熱ローラ１１が回転した際に、
各汲上げ羽根１６が外管１３内の下部に滞溜する作動流
体Ｆを汲み上げるようになっている。なお符号１７は、
外管１３の外側表面を被う、シリコンゴムあるいはテフ
ロン樹脂等の樹脂被覆である。

【００１７】次に、上記のように構成されるこの実施例
の作用を説明すると、ヒートパイプ式の加熱ローラ１１
を、その中心軸線を中心として図１での時計方向に回転
させると、内管１２の外周面に取付けられた各汲上げ羽
根１６も同じ方向に回転して、外管１３内の下部に溜っ
た作動流体Ｆ中を通過する。その場合、各汲上げ羽根１
６には、加熱ローラ１１の回転方向に開口した液溜め用
の窪みが形成されているから、そこに作動流体Ｆが自然
に入り込み、そのまま外管１３内の下部から取り出され
る。そして、汲上げ羽根１６に汲み上げられた作動流体
Ｆは、加熱ローラ１１の回転に伴って上方に移動すると
ともに、蒸発部１１ａである内管１２の外面を覆うよう
に広げられる。

【００１８】また各汲上げ羽根１６が、内管１２の外周
を１６等分する位置に、狭いピッチで設けられているた
め、各汲上げ羽根１６に汲上げられた作動流体ｆが、そ
の回転方向前方側に隣接して設けられた汲上げ羽根１６
との間に保持されて、最高点を通過した後も保持され続
け、外管１３の下部に滞溜する作動流体Ｆ内に再び浸漬
される直前まで各蒸発部１１ａが湿潤状態に維持され、
蒸発部１１ａのほぼ全域から蒸気が発生する。

【００１９】したがって、凝縮部１１ｂである外管１３
の内周面に接触して熱を奪われ、凝縮して液相に戻った
作動流体Ｆは、再び外管１３内下部の液溜りに還流す
る。そして、凝縮部１１ｂで放出された熱によって外管
１３が加熱され、外管１３の外周側から熱処理用の熱、
すなわち、トナー定着用の熱として消費される。

【００２０】このとき、作動流体Ｆの充填量を少なくし
て内管１２の内周面のうちの広い部分が凝縮部１１ｂと
して確保されているため、外管１３の外周側から消費さ
れる熱が不均一で、外管１３の外面、すなわち樹脂被覆
１７が施された加熱ローラ１１の表面に温度むらが生じ
ると、ローラ表面の温度が低い部分の内側となる外管１
３の内周面のうち温度の低い部分へ蒸気ｖが集中し、温
度が高い周囲の部分より多く熱輸送されて昇温し、ロー
ラ表面の全体が均温化され、トナーの定着むらの発生が
防止される。

【００２１】

【考案の効果】以上、説明したようにこの考案のヒート
パイプ式加熱ローラは、ローラ胴部の中心軸線を中心と
した回転の方向に向けて開口する液溜め用の窪みを備え
た複数の羽根部材が、内管の外周に取り付けられ、しか
もそれらの間隔が、等間隔でかつ少なくとも二つの羽根
部材が前記作動流体中に常時浸る間隔に設定されている
ので、内管の上部側すなわち蒸発部の上側の部分におい
ても充分に作動流体を供給・保持することができ、その
結果、蒸発部の乾燥が防止されるとともに、ローラ表面
の均温化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この考案のヒートパイプ式加熱ローラの一実
施例を示す断面図。

【図２】 従来のヒートパイプ式加熱ローラを示す断面
側面図。

【図３】 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図。

【符号の説明】

１１ ヒートパイプ式の加熱ローラ １１ａ 蒸発部 １１ｂ 凝縮部 １２ 内管 １３ 外管 １４ ハロゲンヒータ １６ 汲上げ羽根 Ｆ 作動流体 ｆ 汲み上げられた作動流体 ｖ 作動流体の蒸気

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 望月 正孝 東京都江東区木場一丁目５番１号 藤倉 電線株式会社内 (72)考案者 益子 耕一 東京都江東区木場一丁目５番１号 藤倉 電線株式会社内 (72)考案者 伊藤 雅彦 東京都江東区木場一丁目５番１号 藤倉 電線株式会社内 (72)考案者 斎藤 祐士 東京都江東区木場一丁目５番１号 藤倉 電線株式会社内 (56)参考文献 特開 昭53−58842（ＪＰ，Ａ) 実公 昭41−25427（ＪＰ，Ｙ１)

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ローラ胴部が同心状に配置された内管と
   外管とによって二重管構造とされるとともに、その内管
   の内側に加熱手段が組み込まれ、かつ前記内管と外管と
   の間の空間が密閉されかつその密閉空間の内部に凝縮性
   の作動流体が所定量封入されて前記内管の外周面が蒸発
   部でかつ外管の内周面が凝縮部となるヒートパイプが構
   成されたヒートパイプ式加熱ローラにおいて、 前記ローラ胴部をその中心軸線が水平となるように配置
   した状態で前記内管の一部が前記作動流体中に浸漬する
   程度の量の作動流体が前記密閉空間に封入されるととも
   に、前記内管の外周に、内管の半径方向で外側に延びか
   つ先端部が前記ローラの回転方向前方側に屈曲して液溜
   め用の窪みが形成された複数の羽根部材が設けられ、そ
   の羽根部材同士の間隔が、等間隔でかつ少なくとも二つ
   の羽根部材が前記作動流体中に常時浸る間隔に設定され
   ていることを特徴とするヒートパイプ式加熱ローラ。