JP2012014845A - Induction heating roller device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、誘導発熱ローラ装置に関するものである。 The present invention relates to an induction heat roller device.
従来の誘導発熱ローラ装置は、特許文献１に示すように、ローラ本体の中空内部に鉄心及び誘導コイルからなる磁束発生機構を配置して、ローラ本体を誘導加熱するとともに、当該ローラ本体の側周壁内（肉厚内）に温度センサを配置している。そして、温度センサの温度検出信号に基づいて誘導コイルに流す電流を制御して、ローラ本体の表面温度を所定の温度に制御している。このとき、温度検出信号は、ローラ本体の端部に連結されたジャーナルに配置した回転トランスを介して、ローラ本体の外部（固定側）に配置した温度調整機構に送られる。また、回転側に配置した温度センサ等への電力は、固定側に配置した交流電源から回転トランスを介して供給するように構成している。 As shown in Patent Document 1, a conventional induction heating roller device is provided with a magnetic flux generation mechanism including an iron core and an induction coil in a hollow interior of a roller main body, induction heating the roller main body, and a side peripheral wall of the roller main body. A temperature sensor is arranged inside (thickness). The current flowing through the induction coil is controlled based on the temperature detection signal of the temperature sensor, thereby controlling the surface temperature of the roller body to a predetermined temperature. At this time, the temperature detection signal is sent to a temperature adjustment mechanism disposed outside (fixed side) of the roller body through a rotary transformer disposed in a journal connected to the end of the roller body. Further, the power to the temperature sensor or the like disposed on the rotation side is configured to be supplied from an AC power source disposed on the fixed side via a rotation transformer.
しかしながら、温度検出信号を、回転トランスを介して温度調整機構に送信する構成では、検出精度の高い温度センサを用いても、回転トランスの信号伝達精度などにより信号が劣化してしまい、ローラ本体の表面温度を高精度に調整することが難しく、ローラ本体の表面温度の変動を例えば±０．１℃以内に収めることが難しいという問題があった。 However, in the configuration in which the temperature detection signal is transmitted to the temperature adjustment mechanism via the rotary transformer, even if a temperature sensor with high detection accuracy is used, the signal deteriorates due to the signal transmission accuracy of the rotary transformer, etc. There is a problem that it is difficult to adjust the surface temperature with high accuracy, and it is difficult to keep the fluctuation of the surface temperature of the roller body within ± 0.1 ° C., for example.
このようなことから、回転トランスによる伝達精度の問題を解決すべく、特許文献２に示すように、ローラ本体の側周壁内に設置された信号変換送信機構で温度検出信号をデジタル信号に変換し、ローラ本体の外部に設置された温度調整機構に無線送信するものが考えられている。具体的には無線送信するための信号変換送信機構をローラ本体の端部に連結されたジャーナルに配置することにより構成している。 For this reason, in order to solve the problem of transmission accuracy by the rotary transformer, as shown in Patent Document 2, the temperature detection signal is converted into a digital signal by a signal conversion transmission mechanism installed in the side peripheral wall of the roller body. A device that wirelessly transmits to a temperature adjustment mechanism installed outside the roller body is considered. Specifically, a signal conversion transmission mechanism for wireless transmission is arranged in a journal connected to the end of the roller body.
そして、信号変換送信機構に電力供給を行う電源部として、特許文献２に示すように、ロール本体の回転を利用して発電する発電機や太陽電池を用いたものがある。この発電機や太陽電池は、ロール本体の両端に連結されたジャーナルに設けられている。 And as shown in patent document 2, as a power supply part which supplies electric power to a signal conversion transmission mechanism, there exists a thing using the generator and solar cell which generate electric power using rotation of a roll body. The generator and the solar cell are provided in journals connected to both ends of the roll body.
しかしながら、発電機方式の場合、回転エネルギを電気エネルギに変換する機構であり、ジャーナルの回転により回転する歯車、当該歯車に接続された回転軸を支持する軸受又は交流発電機の場合はスリップリング（回転側のリングや固定側のブラシ）、直流発電機の場合には整流子を備えており、それらの摩耗等に伴い、交換やメンテナンスが必要となるという問題がある。 However, in the case of a generator system, it is a mechanism that converts rotational energy into electrical energy. In the case of a gear that rotates by rotation of a journal, a bearing that supports a rotating shaft connected to the gear, or an AC generator, a slip ring ( In the case of a ring on the rotating side and a brush on the stationary side) and a DC generator, there is a commutator, and there is a problem that replacement or maintenance is required due to wear or the like thereof.
また、太陽電池を電源部として用いた場合には、太陽電池パネル（受光部）もジャーナルの回転に伴い回転することになるので、太陽電池パネルが陰にならないように別途光源を設ける必要がある。 In addition, when a solar cell is used as a power supply unit, the solar cell panel (light receiving unit) also rotates with the rotation of the journal. Therefore, it is necessary to provide a separate light source so that the solar cell panel is not shaded. .
一方、信号変換送信機構の電源部として、特許文献３に示すように、磁束発生機構の誘導コイルと電磁結合して発電する発電コイルを用いたものがある。 On the other hand, as a power supply unit of a signal conversion transmission mechanism, as shown in Patent Document 3, there is one using a power generation coil that generates power by electromagnetic coupling with an induction coil of a magnetic flux generation mechanism.
しかしながら、磁束発生機構の誘導コイルに供給される電圧が交流電圧であるため、当該誘導コイルにより生じる磁束が交番磁束となり、発電コイルにより発生する電圧が交流電圧となってしまう。そうすると、信号変換送信機構に直流電圧を供給するためにはＡＣ−ＤＣコンバータが必要になってしまう。この場合、ジャーナルに信号変換送信機構を設ける上にＡＣ−ＤＣコンバータを設けることは構造上難しいという問題がある。 However, since the voltage supplied to the induction coil of the magnetic flux generation mechanism is an alternating voltage, the magnetic flux generated by the induction coil becomes an alternating magnetic flux, and the voltage generated by the power generation coil becomes the alternating voltage. As a result, an AC-DC converter is required to supply a DC voltage to the signal conversion transmission mechanism. In this case, there is a problem that it is difficult to provide an AC-DC converter in addition to providing a signal conversion / transmission mechanism in the journal.
そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、ローラ本体周辺の信号ケーブルや電源ケーブルを無くして配線を簡素化するとともに、電源部の構成を可及的に簡単化することをその主たる所期課題とするものである。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems all at once, simplifying the wiring by eliminating the signal cable and power cable around the roller body, and simplifying the configuration of the power supply unit as much as possible. The main goal is to make it easier.
すなわち本発明に係る誘導発熱ローラ装置は、円筒状のローラ本体と、前記ローラ本体の中空内にその軸方向に沿って配置された鉄心及びこの鉄心に巻回された誘導コイルからなる磁束発生機構と、前記誘導コイルに供給する電力を制御することにより前記ローラ本体の温度を調整する温度調整機構と、前記ローラ本体の側周壁内に挿入して設けられており、ローラ本体表面の温度を検出する温度センサと、前記ローラ本体に設けられており、前記温度センサの検出信号をデジタル信号に変換して前記温度制御機構に無線送信する信号変換送信機構とを備え、前記信号変換送信機構に電力を供給する電源部が、加熱面がローラ本体側に接触して設けられ、冷却面が外気側に面して設けられて、ローラ本体側の温度と外気温との温度差を利用して発電する熱電変換素子を用いて構成されていることを特徴とする。 That is, the induction heating roller device according to the present invention is a magnetic flux generation mechanism comprising a cylindrical roller body, an iron core disposed along the axial direction in the hollow of the roller body, and an induction coil wound around the iron core. And a temperature adjusting mechanism for adjusting the temperature of the roller body by controlling the power supplied to the induction coil, and inserted into the side peripheral wall of the roller body, and detects the temperature of the roller body surface And a signal conversion transmission mechanism that is provided in the roller body, converts a detection signal of the temperature sensor into a digital signal, and wirelessly transmits the digital signal to the temperature control mechanism, and supplies power to the signal conversion transmission mechanism. The power supply section is provided with the heating surface in contact with the roller body side, the cooling surface is provided with the outside air side, and utilizes the temperature difference between the temperature on the roller body side and the outside air temperature. Characterized in that it is constructed using a thermoelectric conversion element that generates electric power.
ここで、「熱電変換素子の加熱面がローラ本体側に接触して設けられる」とは、ローラ本体に加熱面を直接又は熱良導体を介して接触させて設けることの他、ローラ本体に熱的に連続して設けられた別部材に直接又は熱良導体を介して接触させて設けることを含む。また、「熱電変換素子の冷却面が外気側に面して設けられる」とは、冷却面そのものが外気に接触して設けられることの他、外気に接触して設けられたヒートパイプ等の熱伝達素子に接触して設けられることを含む。 Here, “the heating surface of the thermoelectric conversion element is provided in contact with the roller body side” means that the heating surface is provided in contact with the roller body directly or through a good thermal conductor, and the roller body is thermally And providing it in contact with another member provided continuously or via a good thermal conductor. In addition, “the cooling surface of the thermoelectric conversion element is provided facing the outside air” means that the cooling surface itself is provided in contact with the outside air, and heat of a heat pipe or the like provided in contact with the outside air. Including being provided in contact with the transmission element.
このようなものであれば、温度センサの温度検出信号を温度調整機構に無線送信することによって、少なくとも温度センサの検出信号を温度調整機構に送信するための配線を不要とすることができ、ローラ本体周辺の配線を簡素化することができる。これにより、ローラ本体の設置自由度を高めることができる。また、ローラ本体側の温度と外気温との温度差を利用して発電する熱電変換素子を用いて電源部を構成しているので、ローラ本体の熱を有効活用して電力供給することができるとともに、従来の発電機方式、太陽電池方式又は発電コイル方式に比べて構成を簡単化することができる。 If this is the case, wirelessly transmitting the temperature detection signal of the temperature sensor to the temperature adjustment mechanism eliminates the need for wiring for transmitting at least the detection signal of the temperature sensor to the temperature adjustment mechanism. Wiring around the main body can be simplified. Thereby, the installation freedom degree of a roller main body can be raised. In addition, since the power supply unit is configured using a thermoelectric conversion element that generates electricity using the temperature difference between the temperature on the roller body side and the outside air temperature, it is possible to supply power by effectively utilizing the heat of the roller body. In addition, the configuration can be simplified as compared with the conventional generator system, solar cell system, or generator coil system.
熱電変換素子の加熱面及び冷却面での温度差を可及的に大きくして熱電変換素子により生じる出力電圧（起電力）を可及的に大きくするためには、前記ローラ本体の両端部に設けられたジャーナルに前記熱電変換素子が設けられており、前記熱電変換素子の加熱面がジャーナルに接触して設けられており、前記熱電変換素子の冷却面には放熱フィンが設けられていることが望ましい。これならば、ローラ本体により生じる熱により加熱面を加熱しながら、ローラ本体の回転を利用して冷却面を冷却することができ、両面の温度差を可及的に大きくすることができる。また、冷却面に放熱フィンを設けることによって、ローラ本体の回転に伴い冷却面の熱が放熱フィンによって放熱されて冷却されることから、より一層温度差を大きくすることができる。 In order to increase the output voltage (electromotive force) generated by the thermoelectric conversion element as much as possible by increasing the temperature difference between the heating surface and the cooling surface of the thermoelectric conversion element as much as possible, The thermoelectric conversion element is provided in the provided journal, the heating surface of the thermoelectric conversion element is provided in contact with the journal, and the heat dissipation fin is provided on the cooling surface of the thermoelectric conversion element. Is desirable. In this case, while the heating surface is heated by the heat generated by the roller body, the cooling surface can be cooled using the rotation of the roller body, and the temperature difference between both surfaces can be increased as much as possible. Further, by providing the heat radiation fins on the cooling surface, the heat on the cooling surface is radiated and cooled by the heat radiation fins as the roller body rotates, so that the temperature difference can be further increased.
このとき、ローラ本体の回転に伴い放熱フィンによる放熱が効率的に行われるようにするためには、前記放熱フィンが、前記ローラ本体の回転方向に沿って延びるように複数設けられていることが望ましい。 At this time, in order to efficiently perform heat radiation by the radiation fins with the rotation of the roller body, a plurality of the radiation fins are provided so as to extend along the rotation direction of the roller body. desirable.
その他の熱電変換素子の配置態様としては、前記熱電変換素子が、前記ローラ本体の中空内に設けられており、当該熱電変換素子の加熱面がローラ本体の内側周面に接触して設けられており、前記熱電変換素子の冷却面には、外部に延出して設けられたヒートパイプが接触して設けられていることが望ましい。これならば、熱電変換素子の加熱面がローラ本体の内側周面に接触して設けられているため、加熱面をローラ本体の温度と略同一に加熱することができるとともに、冷却面がヒートパイプにより外気温と略同一にされることから、熱電変換素子の加熱面及び冷却面の温度差を可及的に大きくすることができ、熱電変換素子により生じる出力電圧を可及的に大きくすることができる。 As another thermoelectric conversion element arrangement mode, the thermoelectric conversion element is provided in the hollow of the roller body, and the heating surface of the thermoelectric conversion element is provided in contact with the inner peripheral surface of the roller body. In addition, it is preferable that a heat pipe extending outside is provided in contact with the cooling surface of the thermoelectric conversion element. In this case, since the heating surface of the thermoelectric conversion element is provided in contact with the inner peripheral surface of the roller body, the heating surface can be heated substantially the same as the temperature of the roller body, and the cooling surface is a heat pipe. Therefore, the temperature difference between the heating surface and the cooling surface of the thermoelectric conversion element can be increased as much as possible, and the output voltage generated by the thermoelectric conversion element should be increased as much as possible. Can do.
このとき、ヒートパイプを可及的に冷却して、熱電変換素子の冷却面を冷却するためには、前記ヒートパイプの外側端部に放熱フィンが設けられていることが望ましい。 At this time, in order to cool the heat pipe as much as possible and cool the cooling surface of the thermoelectric conversion element, it is desirable that a radiation fin is provided at the outer end of the heat pipe.
熱電変換素子の出力電圧を有効活用するとともに、熱電変換素子の出力電圧が小さい場合に信号変換送信機構に動作を行わせるためには、前記信号変換送信機構に電力を供給する電源部が、熱電変換素子の他に二次電池を備えており、前記熱電変換素子の出力電圧が、前記信号変換送信機構の駆動電圧よりも大きい場合には、その余剰電圧を前記二次電池に充電させるとともに、前記熱電変換素子の出力電圧が、前記信号変換送信機構の駆動電圧よりも小さい場合には、その不足電圧を前記二次電池から出力するように構成している。これならば、ローラ本体が冷間状態であり、熱電変換素子に加熱面及び冷却面の温度差が十分でない場合であっても、信号変換送信機構を動作させることができる。 In order to make effective use of the output voltage of the thermoelectric conversion element and to cause the signal conversion transmission mechanism to operate when the output voltage of the thermoelectric conversion element is small, a power supply unit that supplies power to the signal conversion transmission mechanism includes a thermoelectric A secondary battery is provided in addition to the conversion element, and when the output voltage of the thermoelectric conversion element is larger than the drive voltage of the signal conversion transmission mechanism, the secondary battery is charged with the surplus voltage, When the output voltage of the thermoelectric conversion element is smaller than the drive voltage of the signal conversion transmission mechanism, the insufficient voltage is output from the secondary battery. In this case, even when the roller body is in a cold state and the temperature difference between the heating surface and the cooling surface of the thermoelectric conversion element is not sufficient, the signal conversion transmission mechanism can be operated.
前記ローラ本体が、その側周壁内に軸方向に沿って設けられて、気液二相の熱媒体が封入されたジャケット室を有することが望ましい。これならば、ローラ本体の軸方向の温度分布を均一にすることができ、ローラ本体の温度不均一によって熱電変換機構が設けられた部分が低温領域となってしまい、加熱面及び冷却面の温度差が十分に得られてないという不具合を解消することができる。 It is desirable that the roller main body has a jacket chamber provided in the side peripheral wall along the axial direction and enclosing a gas-liquid two-phase heat medium. In this case, the temperature distribution in the axial direction of the roller body can be made uniform, and the portion where the thermoelectric conversion mechanism is provided becomes a low temperature region due to uneven temperature of the roller body, and the temperature of the heating surface and the cooling surface is reduced. The problem that a difference is not sufficiently obtained can be solved.
このように構成した本発明によれば、ローラ本体周辺の信号ケーブルや電源ケーブルを無くして配線を簡素化するとともに、電源部の構成を可及的に簡単化することができる。 According to the present invention configured as described above, the signal cable and the power cable around the roller body can be eliminated to simplify the wiring, and the configuration of the power supply unit can be simplified as much as possible.
以下に本発明に係る誘導発熱ローラ装置の一実施形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of an induction heat roller device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施形態に係る誘導発熱ローラ装置１００は、例えばプラスチックフィルム、紙、布、不織布、合成繊維、金属箔等のシート材又はウェブ材、線（糸）材等の連続熱処理工程等において用いられるものであり、図１に示すように、回転可能に設けられた中空円筒状のローラ本体２と、このローラ本体２内に収容される磁束発生機構３と、を備えている。 The induction heating roller device 100 according to the present embodiment is used in a continuous heat treatment process of a sheet material such as a plastic film, paper, cloth, nonwoven fabric, synthetic fiber, and metal foil, a web material, a wire (thread) material, and the like. As shown in FIG. 1, a hollow cylindrical roller body 2 provided rotatably and a magnetic flux generation mechanism 3 accommodated in the roller body 2 are provided.
ローラ本体２の両端部には、ジャーナル４１が一体的に取り付けられている。このジャーナル４１は、中空の駆動軸４２が一体に構成されたフランジ形状をなすものである。このジャーナル４１は、ローラ本体２の端部開口を覆うように当該本体２の端部に連結されている。また、駆動軸４２は、転がり軸受等の軸受５１を介して基台５２に回転自在に支持されている。そして、ローラ本体２は、例えばモータ等により外部から与えられる駆動力によって回転されるように構成されている。 Journals 41 are integrally attached to both ends of the roller body 2. The journal 41 has a flange shape in which a hollow drive shaft 42 is integrally formed. The journal 41 is connected to the end of the main body 2 so as to cover the end opening of the roller main body 2. The drive shaft 42 is rotatably supported on the base 52 via a bearing 51 such as a rolling bearing. The roller body 2 is configured to be rotated by a driving force applied from the outside, for example, by a motor or the like.
また、ローラ本体２の側周壁２１には、長手方向（軸方向）に延びる気液二相の熱媒体を封入するジャケット室２１Ａが、周方向に複数形成されている。当該複数のジャケット室２１Ａの端部は、隣接するジャケット室２１Ａの端部と連通している。このジャケット室２１Ａ内に封入した気液二相の熱媒体の潜熱移動によりローラ本体２の表面温度を均一化する。 A plurality of jacket chambers 21 </ b> A are formed in the circumferential direction on the side peripheral wall 21 of the roller body 2 to enclose a gas-liquid two-phase heat medium extending in the longitudinal direction (axial direction). The ends of the plurality of jacket chambers 21A communicate with the ends of the adjacent jacket chambers 21A. The surface temperature of the roller body 2 is made uniform by the latent heat transfer of the gas-liquid two-phase heat medium sealed in the jacket chamber 21A.
さらに、ローラ本体２には、ローラ本体２の表面温度を検出するための例えばＰｔ１００等の測温抵抗体又は例えばＫ熱電対等の熱電対からなる温度センサＴ１が設けられている。本実施形態では、ローラ本体２においてジャケット室２１Ａとローラ本体２の外周面との間に細孔を穿ち、この細孔に温度センサＴ１を挿入することによって、温度センサＴ１がローラ本体２の側周壁内に設けられる。なお、符号Ｌ１は、温度センサＴ１の検出信号を後述する信号変換送信機構９に伝送するためのリード線である。 Further, the roller body 2 is provided with a temperature sensor T1 formed of a temperature measuring resistor such as Pt100 or a thermocouple such as a K thermocouple for detecting the surface temperature of the roller body 2. In the present embodiment, a hole is formed between the jacket chamber 21 </ b> A and the outer peripheral surface of the roller body 2 in the roller body 2, and the temperature sensor T <b> 1 is inserted into the hole so that the temperature sensor T <b> 1 is on the roller body 2 side. It is provided in the peripheral wall. Reference symbol L1 is a lead wire for transmitting the detection signal of the temperature sensor T1 to a signal conversion transmission mechanism 9 described later.
磁束発生機構３は、円筒形状をなす円筒状鉄心３１と、当該円筒状鉄心３１の外側周面に巻装された誘導コイル３２とから構成されている。円筒状鉄心３１の両端にはそれぞれ、支持ロッド６が取り付けられている。この支持ロッド６は、それぞれ駆動軸４２の内部に挿通されており、転がり軸受等の軸受７を介して駆動軸４２に対して回転自在に支持されている。これにより、磁束発生機構３は、ローラ本体２の内部において、宙づり状態で支持されることになる。また、磁束発生機構３は、図示しない廻り止めにより架台との間で回転が拘束されている。誘導コイル３２には、リード線Ｌ２が接続されており、このリード線Ｌ２には、交流電圧を印加するための交流電源Ｐが後述する温度調整機構８を介して接続されている。 The magnetic flux generation mechanism 3 includes a cylindrical iron core 31 having a cylindrical shape, and an induction coil 32 wound around the outer peripheral surface of the cylindrical iron core 31. Support rods 6 are attached to both ends of the cylindrical iron core 31, respectively. Each of the support rods 6 is inserted into the drive shaft 42 and is rotatably supported with respect to the drive shaft 42 via a bearing 7 such as a rolling bearing. Thereby, the magnetic flux generation mechanism 3 is supported in a suspended state inside the roller body 2. Further, the rotation of the magnetic flux generation mechanism 3 is restricted between the magnetic flux generation mechanism 3 and a gantry by a rotation stopper (not shown). A lead wire L2 is connected to the induction coil 32, and an AC power source P for applying an AC voltage is connected to the lead wire L2 via a temperature adjusting mechanism 8 described later.
このような磁束発生機構３により、誘導コイル３２に交流電圧が印加されると交番磁束が発生し、その交番磁束はローラ本体２の側周壁２１を通過する。この通過によりローラ本体２に誘導電流が発生し、その誘導電流でローラ本体２はジュール発熱する。ローラ本体２は、内部に設けられたジャケット室２１Ａにより、ローラ本体２の軸方向の表面温度を均一化する。 By such a magnetic flux generation mechanism 3, an alternating magnetic flux is generated when an AC voltage is applied to the induction coil 32, and the alternating magnetic flux passes through the side peripheral wall 21 of the roller body 2. This passage generates an induced current in the roller body 2, and the roller body 2 generates Joule heat by the induced current. The roller body 2 makes the surface temperature in the axial direction of the roller body 2 uniform by means of a jacket chamber 21A provided inside.
しかして、本実施形態の誘導発熱ローラ装置１００は、誘導コイル３２に供給する電力を制御することによりローラ本体２の温度を調整する温度調整機構８と、温度センサＴ１の検出信号をデジタル信号に変換して温度制御機構８に無線送信する信号変換送信機構９とを備えている。 Thus, the induction heating roller device 100 according to the present embodiment uses the temperature adjustment mechanism 8 that adjusts the temperature of the roller body 2 by controlling the power supplied to the induction coil 32, and the detection signal of the temperature sensor T1 as a digital signal. A signal conversion transmission mechanism 9 for converting and wirelessly transmitting to the temperature control mechanism 8 is provided.
温度調整機構８は、誘導コイル３２と交流電源Ｐとの間に介在して設けられており、交流電源Ｐから誘導コイル３２に印加される交流電圧を調整することによって、ローラ本体２の表面温度を調整するものである。具体的な構成は、図１に示すように、受信用アンテナ、受信ＩＣ、マイコン及びＤ／Ａコンバータを有する受信部８１と、当該受信部８１により変換されたアナログ信号である温度検出信号と予め設定したローラ本体２の表面温度と比較し、その偏差を算出する温度調整部８２と、当該温度調整部８２により得られた偏差に応じて誘導コイル３２に印加する電圧を制御する例えばサイリスタユニットからなる電圧調整部８３とを備えている。 The temperature adjustment mechanism 8 is provided between the induction coil 32 and the AC power supply P. By adjusting the AC voltage applied from the AC power supply P to the induction coil 32, the surface temperature of the roller body 2 is adjusted. Is to adjust. As shown in FIG. 1, a specific configuration includes a receiving unit 81 having a receiving antenna, a receiving IC, a microcomputer and a D / A converter, a temperature detection signal which is an analog signal converted by the receiving unit 81, and Compared with the set surface temperature of the roller body 2, a temperature adjusting unit 82 that calculates the deviation, and a voltage that is applied to the induction coil 32 according to the deviation obtained by the temperature adjusting unit 82, for example, from a thyristor unit And a voltage adjusting unit 83.
信号変換送信機構９は、ジャーナル４１に固定して設けられており、温度センサＴ１がリード線Ｌ１を介して接続されるとともに、その温度検出信号をアナログ信号から例えば１６ビットのデジタル信号に変換して温度調整機構８の受信部８１に無線送信するものである。具体的な構成は、図２に示すように、温度センサＴ１により得られるアナログ信号である温度検出信号を無線伝送に最適なデジタル信号（例えば１６ビット）に変換する温度検出信号変換部９１と、変換されたデジタル信号を温度調整機構８の受信部８１に送信する、受信用アンテナ、受信ＩＣ、マイコンを有する送信部９２とを備えている。温度検出信号変換部９１と送信部９２とはリード線Ｌ４により接続されている。 The signal conversion / transmission mechanism 9 is fixed to the journal 41, and a temperature sensor T1 is connected via a lead wire L1, and the temperature detection signal is converted from an analog signal to a 16-bit digital signal, for example. Wirelessly transmitted to the receiving unit 81 of the temperature adjusting mechanism 8. As shown in FIG. 2, the specific configuration includes a temperature detection signal conversion unit 91 that converts a temperature detection signal that is an analog signal obtained by the temperature sensor T1 into a digital signal (for example, 16 bits) that is optimal for wireless transmission, A transmission unit 92 including a reception antenna, a reception IC, and a microcomputer for transmitting the converted digital signal to the reception unit 81 of the temperature adjustment mechanism 8 is provided. The temperature detection signal converter 91 and the transmitter 92 are connected by a lead wire L4.
さらに本実施形態の誘導発熱ローラ装置１００は、信号変換送信機構９に電力を供給する電源部１０が、ローラ本体２の熱エネルギを直接電気エネルギに変換する熱電変換素子１０１を用いて構成されている。具体的に熱電変換素子１０１は、図３に示すように、加熱面１０１ａがローラ本体２側に接触して設けられ、冷却面１０１ｂが外気側に面して設けられて、ローラ本体２側の温度と外気温との温度差を利用して発電するゼーベック素子である。なお、熱電変換素子１０１は、定電圧回路１０２を介して、リード線Ｌ３によって信号変換送信機構９に接続されている（図２参照）。 Furthermore, in the induction heating roller device 100 of the present embodiment, the power supply unit 10 that supplies power to the signal conversion transmission mechanism 9 is configured using a thermoelectric conversion element 101 that directly converts the heat energy of the roller body 2 into electric energy. Yes. Specifically, as shown in FIG. 3, the thermoelectric conversion element 101 is provided with a heating surface 101 a in contact with the roller body 2 side and a cooling surface 101 b facing the outside air side. It is a Seebeck element that generates electricity using the temperature difference between temperature and outside air temperature. In addition, the thermoelectric conversion element 101 is connected to the signal conversion transmission mechanism 9 by the lead wire L3 through the constant voltage circuit 102 (refer FIG. 2).
具体的には、熱電変換素子１０１は、ローラ本体２の端部に連結されたジャーナル４１の少なくとも一方に１又は複数設けられている。このとき、熱電変換素子１０１は、信号変換送信機構９が設けられたジャーナル４１に設けることが、リード線Ｌ１の配線の簡単化の観点から望ましい（図２参照）。そして、熱電変換素子１０１は、その加熱面１０１ａがジャーナル４１のフランジ部外端面に接触して設けられており、冷却面１０１ｂには放熱フィン１０３が設けられている（図３参照）。 Specifically, one or more thermoelectric conversion elements 101 are provided on at least one of the journals 41 connected to the end of the roller body 2. At this time, it is desirable to provide the thermoelectric conversion element 101 in the journal 41 provided with the signal conversion transmission mechanism 9 from the viewpoint of simplifying the wiring of the lead wire L1 (see FIG. 2). The heating surface 101a of the thermoelectric conversion element 101 is provided in contact with the outer end surface of the flange portion of the journal 41, and the radiation fin 103 is provided on the cooling surface 101b (see FIG. 3).
ここで、ジャーナル４１のフランジ部との熱伝導率を向上させるために、熱電変換素子１０１の加熱面１０１ａとフランジ部端面との間にサーモグリス等の熱良導体（不図示）を介在させている。また、熱電変換素子１０１は、ジャーナル４１のフランジ部端面において径方向外縁部に設けられていることが望ましい。これにより、熱電変換素子１０１の加熱面１０１ａをローラ本体２の表面に可及的に近づけることができ、加熱面１０１ａを加熱し易くすることができる。また、ローラ本体２の回転により、熱電変換素子１０１の移動距離を大きくして冷却面１０１ｂの冷却効率を向上させることをこともできる。 Here, in order to improve the thermal conductivity with the flange portion of the journal 41, a good thermal conductor (not shown) such as thermo grease is interposed between the heating surface 101a of the thermoelectric conversion element 101 and the end surface of the flange portion. . Further, it is desirable that the thermoelectric conversion element 101 is provided on the outer edge portion in the radial direction on the end surface of the flange portion of the journal 41. Thereby, the heating surface 101a of the thermoelectric conversion element 101 can be brought as close as possible to the surface of the roller body 2, and the heating surface 101a can be easily heated. Further, by rotating the roller body 2, the moving distance of the thermoelectric conversion element 101 can be increased to improve the cooling efficiency of the cooling surface 101b.
熱電変換素子１０１の冷却面１０１ｂに密着して設けられた放熱フィン１０３は、ローラ本体２の回転方向に沿って延びるように複数設けられている。この放熱フィン１０３は、例えばアルミニウムや銅等の熱伝導性に優れた材質からなるものであり、冷却面１０１ｂから外気への放熱を促進している。本実施形態では、放熱フィン１０３の加工を容易にする観点から平板状の放熱フィン１０３を回転方向に沿って設けている。また、加熱面１０１ａと同様にして、冷却面１０１ｂと放熱フィン１０３の基材との間に熱良導体（不図示）を介在させている。この放熱フィン１０３により、ローラ本体２の回転により放熱フィン１０３から外気への熱伝達（放熱）が促進されて、熱電変換素子１０１の両面１０１ａ、１０１ｂ間の温度差が大きくなり、熱起電力を大きくすることができる。 A plurality of heat radiation fins 103 provided in close contact with the cooling surface 101 b of the thermoelectric conversion element 101 are provided so as to extend along the rotation direction of the roller body 2. The heat dissipating fins 103 are made of a material having excellent thermal conductivity such as aluminum or copper, and promote heat dissipation from the cooling surface 101b to the outside air. In this embodiment, from the viewpoint of facilitating the processing of the radiating fins 103, the flat radiating fins 103 are provided along the rotation direction. Similarly to the heating surface 101 a, a good thermal conductor (not shown) is interposed between the cooling surface 101 b and the base material of the radiating fin 103. The heat dissipating fin 103 promotes heat transfer (heat dissipating) from the heat dissipating fin 103 to the outside air by the rotation of the roller body 2, and the temperature difference between both surfaces 101a and 101b of the thermoelectric conversion element 101 is increased, and the thermoelectromotive force is reduced Can be bigger.
さらに、電源部１０は、熱電変換素子１０１の他に二次電池１０４を備えている。この二次電池１０４は、過充電保護回路１０５を介して熱電変換素子１０１に接続されている。 Furthermore, the power supply unit 10 includes a secondary battery 104 in addition to the thermoelectric conversion element 101. The secondary battery 104 is connected to the thermoelectric conversion element 101 via the overcharge protection circuit 105.
この二次電池１０４には、熱電変換素子１０１から出力された出力電圧が充電される。具体的には、熱電変換素子１０１の出力電圧が、信号変換送信機構９の駆動電圧よりも大きい場合に、その余剰電圧が二次電池１０４に充電される。また、ローラ本体２の温度が低く熱電変換素子１０１が十分に機能していない等により、熱電変換素子１０１の出力電圧が信号変換送信機構９の駆動電圧よりも小さい場合には、その不足電圧を二次電池１０４から出力する。 The secondary battery 104 is charged with the output voltage output from the thermoelectric conversion element 101. Specifically, when the output voltage of the thermoelectric conversion element 101 is larger than the drive voltage of the signal conversion transmission mechanism 9, the surplus voltage is charged in the secondary battery 104. Further, when the output voltage of the thermoelectric conversion element 101 is smaller than the drive voltage of the signal conversion transmission mechanism 9 due to the temperature of the roller body 2 being low and the thermoelectric conversion element 101 not functioning sufficiently, the insufficient voltage is reduced. Output from the secondary battery 104.
また、電源部１０には、二次電池充電用の外部端子（不図示）が設けられている。これにより、熱電変換素子１０１により二次電池１０４が充電されていない場合（例えば誘導発熱ローラ装置１００の起動後から一定時間の間）であっても、事前に別途電源ケーブルを外部端子に接続して、二次電池１０４に充填することができるので、二次電池１０４の充電量不足により信号変換送信機構９が動作しないという不具合を解消することができる。 The power supply unit 10 is provided with an external terminal (not shown) for charging a secondary battery. Accordingly, even when the secondary battery 104 is not charged by the thermoelectric conversion element 101 (for example, for a certain period of time after the induction heating roller device 100 is started), a power cable is separately connected to the external terminal in advance. In addition, since the secondary battery 104 can be filled, the problem that the signal conversion / transmission mechanism 9 does not operate due to insufficient charge of the secondary battery 104 can be solved.
＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態に係る誘導発熱ローラ装置１００によれば、温度センサＴ１の温度検出信号を温度調整機構８に無線送信することによって、少なくとも温度センサＴ１の温度検出信号を温度調整機構８に送信するための配線を不要とすることができ、ローラ本体２周辺の配線を簡素化することができる。これにより、ローラ本体２の設置自由度を高めることができる。
<Effect of this embodiment>
According to the induction heating roller device 100 according to the present embodiment configured as described above, the temperature detection signal of the temperature sensor T1 is wirelessly transmitted to the temperature adjustment mechanism 8, thereby at least the temperature detection signal of the temperature sensor T1. Wiring for transmitting to 8 can be made unnecessary, and wiring around the roller body 2 can be simplified. Thereby, the installation freedom degree of the roller main body 2 can be raised.
また、ローラ本体２側の温度と外気温との温度差を利用して発電する熱電変換素子１０１を用いて電源部１０を構成しているので、ローラ本体２の熱を有効活用して電力供給することができるとともに、従来の発電機方式、太陽電池方式又は発電コイル方式に比べて構成を簡単化することができる。 In addition, since the power supply unit 10 is configured using the thermoelectric conversion element 101 that generates electricity using the temperature difference between the temperature on the roller body 2 side and the outside air temperature, the heat supply from the roller body 2 is effectively utilized to supply power. In addition, the configuration can be simplified as compared with the conventional generator system, solar cell system, or generator coil system.
＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
<Other modified embodiments>
The present invention is not limited to the above embodiment.
例えば、前記実施形態の熱電変換素子１０１の配置の他、以下のように配置しても良い。
つまり、図４に示すように、熱電変換素子１０１をローラ本体２の中空内に設けて、当該熱電変換素子１０１の加熱面１０１ａをローラ本体２の内側周面に接触して設けるとともに、熱電変換素子１０１の冷却面１０１ｂに伝熱部材１０６を介してヒートパイプ１０７の一端部１０７ａを接続している。なお、ローラ本体２の中空内において、熱電変換素子１０１及びヒートパイプ１０７の一端部１０７ａを覆うように断熱材からなるカバー１０８が設けられている。また、ヒートパイプ１０７の他端部１０７ｂである外側端部は、ジャーナル４１に設けられた貫通孔４１ｈからローラ本体２の外部に延出されており、その端部には放熱フィン１０９が設けられている。放熱フィン１０９は、回転方向に沿って設けられた例えば円板状をなすものである。このように構成することで、熱電変換素子１０１の冷却面１０１ｂを冷却することができ、熱電変換素子１０１の両面１０１ａ、１０１ｂ間に十分な温度差をつけることができる。なお、図４の符号１１０は、ジャーナル４１の端面から突き出たヒートパイプ１０７及び放熱フィン１０９と外部との接触を防止するための、パンチングメタル等の通気性保護カバー１１０である。
For example, in addition to the arrangement of the thermoelectric conversion element 101 of the above embodiment, the arrangement may be as follows.
That is, as shown in FIG. 4, the thermoelectric conversion element 101 is provided in the hollow of the roller body 2, the heating surface 101a of the thermoelectric conversion element 101 is provided in contact with the inner peripheral surface of the roller body 2, and the thermoelectric conversion is performed. One end 107 a of a heat pipe 107 is connected to the cooling surface 101 b of the element 101 via a heat transfer member 106. In the hollow of the roller body 2, a cover 108 made of a heat insulating material is provided so as to cover the thermoelectric conversion element 101 and the one end 107 a of the heat pipe 107. Further, the outer end portion which is the other end portion 107b of the heat pipe 107 is extended to the outside of the roller body 2 from a through hole 41h provided in the journal 41, and a heat radiating fin 109 is provided at the end portion. ing. The heat radiating fin 109 has, for example, a disk shape provided along the rotation direction. With this configuration, the cooling surface 101b of the thermoelectric conversion element 101 can be cooled, and a sufficient temperature difference can be provided between the both surfaces 101a and 101b of the thermoelectric conversion element 101. 4 denotes a breathable protective cover 110 such as a punching metal for preventing the heat pipe 107 and the heat radiation fin 109 protruding from the end face of the journal 41 from coming into contact with the outside.
また、前記実施形態の放熱フィン１０３は、平板状をなすものであったが、図５に示すように、ローラ本体２の回転方向に沿って湾曲した湾曲板状をなすものであっても良い。これにより、ローラ本体２の回転中において放熱フィン１０３により生じる回転抵抗を可及的に小さくすることができる。また、放熱フィン１０３と外気との接触面積を大きくすることができ、放熱効率を向上させることができる。なお、放熱フィン１０３は、板状をなすものの他、棒状をなすものであっても良い。 Moreover, although the radiation fin 103 of the above embodiment has a flat plate shape, it may have a curved plate shape curved along the rotation direction of the roller body 2 as shown in FIG. . Thereby, the rotational resistance generated by the heat radiating fins 103 during the rotation of the roller body 2 can be made as small as possible. In addition, the contact area between the heat radiation fins 103 and the outside air can be increased, and the heat radiation efficiency can be improved. The heat dissipating fins 103 may have a rod shape in addition to a plate shape.
さらに、前記実施形態においては、複数の熱電変換素子を用いた場合のその配置態様については特に言及していないが、例えば、図６に示すように、ジャーナルのフランジ部端面に周方向に等間隔に設けること（図６（Ａ）参照）や、径方向において異なる位置に設けること（図６（Ｂ）参照）等が考えられる。また、それら複数の熱電変換素子のうち、一部又は全部を直列接続しても良いし、並列接続しても良い。 Furthermore, in the above-described embodiment, no particular mention is made of the arrangement mode when a plurality of thermoelectric conversion elements are used. For example, as shown in FIG. 6, the flange portion end face of the journal is equally spaced in the circumferential direction. (See FIG. 6 (A)) or at different positions in the radial direction (see FIG. 6 (B)). Moreover, some or all of the plurality of thermoelectric conversion elements may be connected in series or may be connected in parallel.
さらに、前記実施形態では、両持ち式の誘導発熱ローラ装置について説明したが、片持ち式の誘導発熱ローラ装置に適用することもできる。具体的に片持ち式の誘導発熱ローラ装置Ｘは、図７に示すように、底部中央部に軸嵌合部を有する有底円筒状のローラ本体Ｘ１と、ローラ本体Ｘ１の中空内部に挿入され先端部がローラ本体Ｘ１の軸嵌合部に嵌合締結された回転軸Ｍ１と、回転軸Ｍ１を軸受を介して支持する軸受ハウジング（機台）Ｘ２と、ローラ本体Ｘ１の内周面に沿うように軸受ハウジングＸ２に固定されてローラ本体Ｘ１を発熱する誘導発熱機構Ｘ３とを備えている。そして、温度センサＴ１が、ローラ本体Ｘ１の先端側周壁内に配置されており、当該温度センサＴ１の検出信号は、リード線Ｌ５（Ｌ１とＬ３からなる。）を介して、信号変換送信機構９に送られる。この信号変換送信機構９は、回転軸Ｍ１の後端部に設けられている。また、信号送信返信機構の電源部は、ローラ本体Ｘ１の先端面に設けられている。その他の構成は前記実施形態と同様である。 Furthermore, in the above-described embodiment, the double-sided induction heating roller device has been described. However, the invention can also be applied to a cantilever type induction heating roller device. Specifically, as shown in FIG. 7, the cantilever induction heating roller device X is inserted into a hollow cylindrical body X1 having a bottomed cylindrical roller body X1 having a shaft fitting portion at the center of the bottom, and the roller body X1. A rotating shaft M1 whose front end is fitted and fastened to the shaft fitting portion of the roller body X1, a bearing housing (machine base) X2 that supports the rotating shaft M1 via a bearing, and an inner peripheral surface of the roller body X1. As described above, an induction heating mechanism X3 is provided which is fixed to the bearing housing X2 and generates heat from the roller body X1. And the temperature sensor T1 is arrange | positioned in the front end side surrounding wall of the roller main body X1, The detection signal of the said temperature sensor T1 is the signal conversion transmission mechanism 9 via the lead wire L5 (it consists of L1 and L3). Sent to. This signal conversion transmission mechanism 9 is provided at the rear end portion of the rotation shaft M1. Further, the power supply unit of the signal transmission reply mechanism is provided on the tip surface of the roller body X1. Other configurations are the same as those of the above embodiment.
その上、熱電変換素子に設けられた放熱フィンを外部から強制的に冷却する冷却機構を設けても良い。例えば、放熱フィンに冷却された空気を送風するようにしても良いし、冷却水を循環させる冷却水流通管を放熱フィン近傍に設けても良い。 In addition, a cooling mechanism that forcibly cools the radiating fins provided in the thermoelectric conversion element from the outside may be provided. For example, air cooled by the radiating fins may be blown, or a cooling water circulation pipe for circulating cooling water may be provided in the vicinity of the radiating fins.
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。 In addition, it goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
１００ ・・・誘導発熱ローラ装置
２ ・・・ローラ本体
２１Ａ ・・・ジャケット室
３ ・・・磁束発生機構
３１ ・・・鉄心
３２ ・・・誘導コイル
４１ ・・・ジャーナル
Ｔ１ ・・・温度センサ
８ ・・・温度調整機構
９ ・・・信号変換送信機構
１０ ・・・電源部
１０１ ・・・熱電変換素子（ゼーベック素子）
１０１ａ・・・加熱面
１０１ｂ・・・冷却面
１０３ ・・・放熱フィン
１０４ ・・・二次電池
１０７ ・・・ヒートパイプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Induction heating roller apparatus 2 ... Roller main body 21A ... Jacket chamber 3 ... Magnetic flux generation mechanism 31 ... Iron core 32 ... Inductive coil 41 ... Journal T1 ... Temperature sensor 8・ ・ ・ Temperature adjustment mechanism 9 ・ ・ ・ Signal conversion transmission mechanism 10 ・ ・ ・ Power source 101 ・ ・ ・ Thermoelectric conversion element (Seebeck element)
101a ... Heating surface 101b ... Cooling surface 103 ... Radiation fin 104 ... Secondary battery 107 ... Heat pipe
Claims (7)
前記ローラ本体の中空内にその軸方向に沿って配置された鉄心及びこの鉄心に巻回された誘導コイルからなる磁束発生機構と、
前記誘導コイルに供給する電力を制御することにより前記ローラ本体の温度を調整する温度調整機構と、
前記ローラ本体の側周壁内に挿入して設けられており、ローラ本体表面の温度を検出する温度センサと、
前記ローラ本体に設けられており、前記温度センサの検出信号をデジタル信号に変換して前記温度制御機構に無線送信する信号変換送信機構とを備え、
前記信号変換送信機構に電力を供給する電源部が、加熱面がローラ本体側に接触して設けられ、冷却面が外気側に面して設けられて、ローラ本体側の温度と外気温との温度差を利用して発電する熱電変換素子を用いて構成されている誘導発熱ローラ装置。 A cylindrical roller body;
A magnetic flux generating mechanism comprising an iron core disposed along the axial direction in the hollow of the roller body and an induction coil wound around the iron core;
A temperature adjustment mechanism for adjusting the temperature of the roller body by controlling the power supplied to the induction coil;
A temperature sensor provided to be inserted into a side peripheral wall of the roller body, and detecting the temperature of the roller body surface;
A signal conversion transmission mechanism provided on the roller main body, which converts a detection signal of the temperature sensor into a digital signal and wirelessly transmits the signal to the temperature control mechanism;
A power supply unit that supplies power to the signal conversion transmission mechanism is provided such that the heating surface is in contact with the roller body side, the cooling surface is provided facing the outside air side, and the temperature of the roller body side and the outside air temperature are An induction heating roller device configured using a thermoelectric conversion element that generates power using a temperature difference.
前記熱電変換素子の加熱面が前記ジャーナルに接触して設けられており、前記熱電変換素子の冷却面には放熱フィンが設けられている請求項１記載の誘導発熱ローラ装置。 The thermoelectric conversion elements are provided in journals provided at both ends of the roller body,
The induction heating roller device according to claim 1, wherein a heating surface of the thermoelectric conversion element is provided in contact with the journal, and a heat radiation fin is provided on a cooling surface of the thermoelectric conversion element.
前記熱電変換素子の出力電圧が、前記信号変換送信機構の駆動電圧よりも大きい場合には、その余剰電圧を前記二次電池に充電させるとともに、前記熱電変換素子の出力電圧が、前記信号変換送信機構の駆動電圧よりも小さい場合には、その不足電圧を前記二次電池から出力するように構成している請求項１、２、３、４又は５記載の誘導発熱ローラ装置。 The power supply unit that supplies power to the signal conversion transmission mechanism includes a secondary battery in addition to the thermoelectric conversion element,
When the output voltage of the thermoelectric conversion element is larger than the drive voltage of the signal conversion transmission mechanism, the surplus voltage is charged in the secondary battery, and the output voltage of the thermoelectric conversion element is the signal conversion transmission. The induction heating roller device according to claim 1, 2, 3, 4, or 5, wherein when the voltage is lower than a driving voltage of the mechanism, the undervoltage is output from the secondary battery.
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