KR102254202B1 - 유도 발열 롤러 장치 - Google Patents

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도루 도노무라
야스히로 후지모토
마사요시 기무라
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토쿠덴 가부시기가이샤
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Abstract

본 발명은 유도 발열 롤러 장치에 있어서, 롤 본체의 온도를 측정하는 온도 검출 소자를 불필요하게 하는 것을 목적으로 하고 있으며, 권선(32)의 임피던스를 산출하는 임피던스 산출부(61)와, 권선(32)의 임피던스와 롤 본체(2)의 온도의 관계를 나타내는 관계 데이터를 격납하는 관계 데이터 격납부(63)와, 임피던스 산출부(61)에 의해 얻어진 임피던스와 관계 데이터 격납부(63)에 격납된 관계 데이터로부터 롤 본체(2)의 온도를 산출하는 롤 온도 산출부(64)를 구비한다.

Description

유도 발열 롤러 장치{INDUCTION-HEATED ROLLER APPARATUS}
본 발명은 유도 발열 롤러 장치에 관한 것이다.
유도 발열 롤러 장치에 있어서, 특허 문헌 1에 도시한 것처럼, 피가열체인 롤 본체에 온도 검출 소자를 장착하여 직접 온도를 측정하는 것이 있다.
그런데, 롤 본체는 회전체이기 때문에, 온도 검출 소자의 장착이 곤란한 경우가 많다. 또, 온도 검출 소자를 롤 본체에 장착하는 경우에는, 개별로 온도 검출 소자와 롤 본체의 접촉 상황이 달라서, 검출 온도의 오차가 되는 일이 있다. 또, 롤 본체에 마련한 온도 검출 소자를 고정측의 제어 기기에 입력하기 위해서는, 회전 트랜스 등의 고도한 기기가 필요하다.
또한, 복사식(輻射式) 온도계 등의 비접촉식 온도 검출 수단을 이용하여 롤 본체의 온도를 검출하는 방법도 생각할 수 있지만, 검출 정밀도가 낮거나, 롤 본체의 표면 복사율(방사율)에 영향을 받아서, 정확한 온도 검출이 곤란한 경우가 많다.
특허 문헌 1: 일본국 특개 2001－23766호 공보
여기서 본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 유도 발열 롤러 장치에 있어서, 롤 본체의 온도를 측정하는 온도 검출 소자를 불필요하게 하는 것을 그 주된 과제로 하는 것이다.
즉 본 발명에 따른 유도 발열 롤러 장치는, 회전 가능하게 지지된 롤 본체와, 상기 롤 본체의 내부에 마련되어, 철심 및 당해 철심에 감긴 권선(卷線)으로 이루어진 자속(磁束) 발생 기구와, 상기 권선에 접속됨과 아울러, 교류 전류 또는 교류 전압을 제어하는 제어 소자가 마련된 전원 회로를 구비한 유도 발열 롤러 장치로서, 상기 권선을 흐르는 교류 전류를 검출하는 교류 전류 검출부로부터 얻어지는 교류 전류치 및 상기 권선에 인가되는 교류 전압을 검출하는 교류 전압 검출부로부터 얻어지는 교류 전압치에 의해, 상기 권선의 임피던스를 산출하는 임피던스 산출부와, 상기 권선의 임피던스와 상기 롤 본체의 온도의 관계를 나타내는 관계 데이터를 격납하는 관계 데이터 격납부와, 상기 임피던스 산출부에 의해 얻어진 임피던스와 상기 관계 데이터 격납부에 격납된 관계 데이터로부터 상기 롤 본체의 온도를 산출하는 롤 온도 산출부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이러한 것이면, 임피던스 산출부에 의해 얻어진 임피던스와, 권선의 임피던스 및 롤 본체의 온도의 관계를 나타내는 관계 데이터로부터 롤 본체의 온도를 산출하는 롤 온도 산출부를 가지므로, 롤 본체에 온도 검출 소자를 마련하지 않고, 권선의 임피던스를 산출함으로써, 롤 본체의 온도를 산출할 수 있다.
임피던스 산출부에 의해 얻어진 임피던스는, 발열부인 롤 본체의 내면 온도와의 사이에 일정한 변화 특성을 나타낸다.
검증된 롤 본체(내경(內徑) Φ×면 길이(面長) L)의 정격 전압 인가시에 있어서의, 임피던스와 롤 본체의 내면 온도의 관계는, 이하의 근사식이 된다.
θi=knZn＋kn －1Zn －1＋kn －2Zn －2＋, ···, ＋k2Z2＋k1Z＋k0
여기서,θi는 롤 본체의 내면 온도 [℃], Z는 임피던스(=E/I), kn(n=1, 2, ···, n) 및 k0은, 실측치에 의해 정해지는 계수이다.
또, 정상시의 롤 본체의 내면 온도와 롤 본체의 표면 온도의 사이에도 소정의 관계가 있다. 여기서, 상기 롤 온도 산출부가, 상기 임피던스와 상기 관계 데이터로부터 얻어진 상기 롤 본체의 온도를, 상기 롤 본체의 내면 온도와 표면 온도의 온도차를 θ[℃]라고 했을 때에, 이하의 식으로부터 얻어지는 온도차 θ를 이용하여 보정하는 것이 바람직하다.
θ=kP/[2π/{1n(d2/d1)/λ}]
여기서, d1은 롤 본체의 내경 [m]이고, d2는 롤 본체의 외경(外徑)[m]이고, λ는 롤 본체의 평균 온도에 있어서의 열전도율 [W/m·℃]이고, P는 열유속 [W/m]이고, 여기에서는 롤 본체의 내면의 발열량 [W]을 발열 내면 길이 [m](권선폭과 같음)로 나눈 값이다. 또, k는 실측치로부터 산출한 보정 계수이다.
또한, 열전도율 λ는, 롤 본체의 재질 및 온도에 의해서 변화하고, 예를 들면 온도와 탄소강(炭素鋼)의 열전도율의 특성을 도 4에 나타낸다. 또, 수십~수백kHz의 고주파에서는 롤 본체의 전류 침투도는 수 ㎛이지만, 50~1000Hz의 중주파(中周波)에서는 수mm~수십mm의 전류 침투도가 얻어진다. 예를 들면 탄소강에서는, 60Hz·500℃에 있어서 전류 침투도가 10mm정도이다. 즉, 중주파 유도 가열에서는 전류 침투도가 깊기 때문에, 발열부 온도(내면 온도)와 표면 온도의 차가 고주파에 비해 작게 된다.
어느 1개의 조건의 발열 밀도 또한 도달 온도의 온도 상승 계측을 행하여, 롤 본체의 표면 온도와 임피던스의 관계를 근사식화하여, 그 근사식에 의해서 임피던스로부터 롤 본체의 표면 온도를 구한다. 발열 밀도가 바뀌면, 두께 t에 있어서의 온도차 θ도 바뀌고, 또, 롤 본체의 도달 표면 온도가 바뀌면 평균 온도가 바뀜으로써 열전도율도 변화한다. 그것들을 환산식으로 연산하면, 롤 본체의 표면 온도가 얻어지고, 임피던스에 의한 롤 본체의 표면 온도의 산출이 가능해진다.
상기 롤 본체의 측주벽에 기액(氣液) 2상의 열매체(熱媒體)가 봉입되는 쟈켓실이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 쟈켓실은, 봉입된 기액 2상의 열매체에 의한 열수송에 의해서 롤 본체의 온도를 균일하게 하는 것으로, 롤 본체의 표면 온도도 동시에 균일화한다.
즉, 임피던스에 의한 롤 본체의 온도의 검출은 내면 온도의 평균 온도를 검출하는 것이기 때문에, 쟈켓실에 의해서 균일화된 롤 본체의 각부 표면 온도는 임피던스에 의해서 검출한 온도를 필요한 보정을 가하여 표면 온도로 환산한 값과 등가라고 말할 수 있다.
여기서, 상기 롤 본체의 단면적을 S라고 하고, 상기 쟈켓실의 단면적의 총합을 Sj라고 하고, 상기 롤 본체의 두께를 t라고 했을 때에, 상기 롤 온도 산출부가, 상기 롤 본체의 내경 d1을, dj1=d1＋t{1－α(1－Sj/S)}라고 하고, 상기 롤 본체의 외경 d2를, dj2=d2－t{1－α(1－Sj/S)}라고 하여 얻어지는 온도차 θ를 이용하여, 상기 롤 본체의 온도를 산출하는 것이 바람직하다. 또한, dj1은 쟈켓실에 의한 두께 저하분을 고려한 가상(假想) 내경이고, dj2는 쟈켓실에 의한 두께 저하분을 고려한 가상 외경이다.
여기서, 롤 본체의 회전축에 직교하는 단면적을 S라고 하고, 쟈켓실의 상기 회전축에 직교하는 단면적의 총합을 Sj라고 하고, 롤 본체의 두께를 t라고 했을 때에, 열적(熱的)으로 환산한 두께 tj는, 이하의 식이 된다.
tj=α×t(S－Sj)/S (α>1)
여기서, α는 온도 저하에 따른 열매체의 압력 저하에 의한 쟈켓실의 기능 저하의 비율을 나타내는 변수이다. α-θ의 관계는 열매체의 종류와, 쟈켓실 내의 불순물 농도에 의해서 특성이 정해진다.
두께 t와 열적 환산 두께 tj의 차이는,
t－tj=t－α×t(S－Sj)/S
=t{1－α(S－Sj)/S}
=t{1－α(1－Sj/S)}
따라서 열적으로 환산한 롤 본체의 가상 내경 dj1 및 가상 외경 dj2는, 이하가 된다.
dj1=d1＋t{1－α(1－Sj/S)}
dj2=d2－t{1－α(1－Sj/S)}
즉, 계산상의 외내경비(外內徑比)가 작게 되어, 온도차 θ는 작게 되므로, 온도 계측 오차도 작게 된다.
상기 임피던스 산출부에 의해 얻어진 임피던스를, 상기 전원 회로의 전원 전압을 검출하는 전원 전압 검출부로부터 얻어지는 전원 전압치에 의해 보정하는 임피던스 보정부를 추가로 구비하고, 상기 롤 온도 산출부가, 상기 임피던스 보정부에 의해 보정된 보정 임피던스와 상기 관계 데이터로부터 상기 롤 본체의 온도를 산출하는 것이 바람직하다.
전원 전압은, 제품 출하시와 유저의 사용시에서 바뀌는 것이 일반적이다. 예를 들면 사양이 200V이면, 190V~210V의 범위에서 유도 발열 롤러 장치가 정상적으로 동작하는 것이 요구된다. 특히, 롤 본체의 온도의 초기 승온(昇溫)시에는 입력 전(全) 전압이 인가되므로, 수전(受電) 전압치에 맞춘 임피던스 값의 보정을 행할 필요가 있다.
여기서, 출하시의 전원 전압 V1에서 산출한 임피던스-온도 특성식(상기 관계 데이터)을, 유저의 사용시에 있어서의 전원 전압 V2에 따라 보정해야 한다.
이것은, 도 5에 도시한 단상(單相)의 유도 발열 롤러(단상 롤러)의 등가 회로에 있어서, 전원 전압이 바뀌면, 자기 회로에 있어서의 자속 밀도가 변화하기 때문에, 여자(勵磁) 임피던스 r0, l0 및 쉘 리액턴스(롤 본체의 리액턴스) l2가 변화하고, 또, 자속 밀도의 변화에 의한 쉘 투자율(롤 본체의 투자율)이 변화함으로써 전류 침투도가 바뀌어 쉘 저항(롤 본체의 저항) r2가 변화하여, 회로 임피던스도 변화하기 때문이다. 여기서, 유도 발열 롤러란, 롤 본체 및 자속 발생 기구로 이루어진 부분이다.
롤 본체의 표면 온도와 임피던스의 관계를 근사식화했을 경우, 입력 전압의 변화에 의한 자속 밀도의 변화에 의해서 전류 침투도가 바뀌기 때문에 임피던스의 변화를 일으킨다. 이 때문에, 근사식의 독취(讀取)를 보정할 필요가 있다.
롤 본체의 전류 침투도 σ는, σ=5.033√(ρ/㎲×f)로 계산할 수 있다. 식 중의 ρ는 고유 저항, ㎲는 비투자율, f는 주파수이다. 여기서, 자성재제(磁性材製)의 롤 본체의 비투자율은 자속 밀도에 의해서 변화하여, 금속 타입마다 고유한 특성을 나타낸다. 이 자성재의 비투자율-자속 밀도 특성을 미리 측정해 두고, 입력 전압에 따른 자속 밀도일 때의 전류 침투도를 산출하여, 전류 침투도에 반비례한 임피던스를 수정하여 온도를 독취하게 된다. 또한, 롤 본체의 재질이 예를 들면 탄소강 S45C인 경우, 자속 밀도와 비투자율의 관계는, 도 7에 도시한 것이 된다.
또, 고유 저항도 금속 타입마다 온도와의 고유한 변화 특성을 나타내므로, 온도 변화에 따라 전류 침투도 σ도 변화하여 임피던스가 바뀐다. 그러나 롤 본체의 발열부 온도와 임피던스의 관계 근사식은, 롤 본체의 발열부 온도의 변화를 포함한 식이며, 이것에 관한 보정은 필요없다.
구체적으로는, 상기 제어 소자가, 유도 전압 조정기와 같은 전압 가변 장치이면 유도 코일인 권선으로의 입력 전압이 변화함으로써 자기 회로의 자속 밀도가 변화하고, 또, 반도체에 의해 전류 또는 전압의 위상각(통전각(通電角))을 제어하는 것인 경우, 통전각에 의해서 입력 전압이 바뀌면, 자기 회로의 자속 밀도가 변화하여, 추가로 롤 본체의 온도도 변화하므로, 롤 본체의 전류 침투도 σ가 바뀐다.
입력 전압의 변화에 따른 자속 밀도의 변화에 의해서, 자기 회로의 여자 특성도 변화하여, 도 5의 등가 회로의 여자 임피던스 r0 및 l0의 값도 변화한다. 이 여자 특성은, 롤 본체 및 철심의 재질에 의해서, 자기 회로의 자속 밀도와 고유한 관계를 나타내므로, 미리 특성을 측정해 두고, 임피던스를 보정하게 된다. 또한, 자속 발생 기구의 철심이 두께 0.23mm의 방향성 규소 강판으로서, 롤 본체의 재질이 탄소강 S45C의 열처리재인 경우의, 자속 발생 기구에 의해 생기는 자속 밀도와 여자 저항의 관계는, 도 8에 도시한 것이 된다.
또, 입력 전압의 변화에 따른 자속 밀도의 변화에 의해서, 도 5의 등가 회로의 쉘 리액턴스 l2의 값도 변화한다. 쉘 리액턴스 l2는 롤 본체의 고유 저항 및 자속 밀도에 관계한 변화를 나타내므로, 미리 특성을 측정해 두고 임피던스를 보정하게 된다. 또 리액턴스 l1은 롤 본체의 구조에 의해서 정해지는 값으로, 미리 계산해 둘 필요가 있다.
또, 유도 발열 롤러 장치의 운전중에 전원 전압이 급격하게 변동했을 때, 자기 회로의 자속 밀도도 급격하게 변화하여 전류 침투도가 바뀌므로, 임피던스가 변화하지만, 롤 본체의 온도 변화에는 상당한 시간 지연이 발생한다. 온도의 시간 지연은 롤 본체 구조(재질·치수·중량 등)에 따라서 다르므로, 롤 본체의 종류마다 개별의 보정식을 정할 필요가 있다.
검증된 롤 장치의 경우, 보정식은 하기가 되었다.
Zn={1－a(E－Vin)b}Zon
여기서, E는 정격 전원 전압이고, Vin은 제어 소자 입력 전압이고, Zon은 보정 전의 시간 tn에 있어서의 임피던스이고, n은 검출순서를 나타내는 수이고, a 및 b는 롤 마다의 상수이다.
예를 들면 수십 마이크로초 정도로 분할한 시간 tn 동안의 실효 전압 및 실효 전류로부터 산출한 Zon를, 상기 보정식에 대입하여, 보정한 임피던스 Zn를 구한다.
추가로 다음 분할된 시간 t(n＋1)의 실효 전압 및 실효 전류로부터 구한 Zo (n＋1)를 보정식에 대입하여, 보정 임피던스 Z(n＋1)를 구한다. 이렇게 하여 순차 분할된 시간 마다의 임피던스 보정을 연속적으로 행한다.
추가로, 상기 제어 소자가 반도체인 경우에는, 통전각에 의해서 전압 및 전류의 파형 형상이 바뀌지만, 그것은 각각 다른 형상으로 바뀌므로, 각각의 임피던스의 분담 전압이 바뀜으로써, 여자 임피던스의 전압이 변화하여 자속 밀도가 바뀌고, 여자 임피던스 및 비투자율도 변화한다. 이때, 제어 소자와 통전각과 부하가 정해지면, 전압 및 전류는 각각 일정한 형상이 되기 때문에, 통전각에 의한 보정 계수가 정해진다.
여기서, 상기 임피던스 산출부에 의해 얻어진 임피던스를, 상기 제어 소자의 통전각에 의해 보정하는 임피던스 보정부를 추가로 구비하고, 상기 롤 온도 산출부가, 상기 임피던스 보정부에 의해 보정된 보정 임피던스와 상기 관계 데이터로부터 상기 롤 본체의 온도를 산출하는 것인 것이 바람직하다.
제어 소자가 사이리스터이고, 검증된 롤 본체(내경 Φ×면 길이 L)인 경우는, 파형 왜곡에 의한 고조파(高調波) 성분의 변화에 의해서, 등가 회로에 있어서의 리액턴스 성분의 l1 및 l2에 걸리는 전압이 변화하게 된다. 따라서 여자 임피던스에 인가되는 전압이 변화하여, 자속 밀도도 바뀌게 된다. 즉, 자속 밀도에 따라서 여자 임피던스 및 비투자율이 변화하기 때문에, 그 영향을 보정할 필요가 있다.
사이리스터의 위상각 변화에 의한 영향을 보정한 보정 임피던스 Z는, 하기와 같이 된다.
Z=a×Zx
여기서, C=V/Vin이라고 하면,
a=anCn＋an －1Cn －1＋an －2Cn －2＋, ···, ＋a2C2＋a1C＋a0
여기서, an은 각 유도 발열 롤러 장치에 의해 정해지는 실측치에 기초한 계수이고, a0은 상수이다.
또, Zx는 보정 전의 임피던스이고, Vin은 사이리스터의 수전 전압이고, V는 사이리스터의 출력 전압이다.
상기 임피던스 보정부가, 상기 임피던스 산출부에 의해 얻어진 임피던스를, 상기 권선의 온도를 검출하는 온도 검출부로부터 얻어지는 권선 온도에 의해 보정하는 것인 것이 바람직하다.
통전에 의해서 1차 코일인 권선의 온도가 변화하면, 도 5에 도시한 단상의 유도 발열 롤러(단상 롤러)의 등가 회로에 있어서의 r1이 변화하므로, 회로 임피던스도 변화하게 되어, 즉, V/I도 바뀌게 된다. 그런데, 이 변화는, 롤 본체의 발열부 온도의 변화와는 관계가 없으므로, 그 변화분을 보정할 필요가 있다.
권선의 저항율과 온도는, 대략 절대온도에 비례하는 관계가 있지만, 그 재질에 따라서 고유한 변화 특성을 나타낸다. 예를 들면 전선 재질이 동(銅)이면, 하기 식의 관계가 되므로, 권선에 온도 센서를 매설하여 권선 온도를 검출하면, r1을 산출할 수 있다.
r1=kL/100S[Ω]
k=2.1(234.5＋θc)/309.5
여기서, L은 전선 길이 [m]이고, S는 전선 단면적 [mm2]이고,θc는 권선 온도 [℃]이다.
유도 발열 롤러에서는, 롤 본체는 회전하지만, 유도 코일인 권선은 회전하지 않는 구조로 하는 것이 일반적이므로, 권선에 온도 센서를 매설하는 것은 곤란하게는 되지 않는다.
또, 유도 발열 롤러 장치가, 직류 전원을 제어하여, 상기 권선에 간헐적으로 직류 전압을 인가하는 직류 전압 인가부와, 상기 직류 전압 인가부에 의해 인가되는 직류 전압과 당해 직류 전압을 인가했을 때에 상기 권선에 흐르는 직류 전류로부터 상기 권선 저항값을 산출하는 저항값 산출부를 구비하고, 상기 임피던스 보정부가 상기 임피던스 산출부에 의해 얻어진 임피던스를, 상기 저항값 산출부에 의해 얻어진 권선 저항값에 의해 보정하는 것이어도 좋다.
권선 저항값은, 코일에 수 초 이내의 단시간에 일정한 직류 전압을 인가하여, 당해 직류 전압을 권선에 흐르는 직류 전류로 나누면 산출할 수 있다. 여기서, 직류 전압이면 유도 작용은 없기 때문에, 직류 전류는 롤 본체 및 철심의 영향은 받지 않고, 권선 저항값만과의 관계가 된다. 또한, 권선 온도는 급격하게는 변화하지 않기 때문에, 주기적으로 또한 단시간의 측정치를 채용해도, 큰 측정 오차를 낳지는 않는다.
또, 간헐적인 직류 전압의 인가란, 수 초 이내의 인가 시간을 수 초에서부터 수십 분의 예를 들면 일정한 주기로 행하는 것이다. 이러한 간헐적인 인가이면, 직류 성분으로부터 받는 편자 작용을 작게 함과 아울러, 유도 발열시키기 위한 교류 회로로의 영향도 최소한으로 억제할 수 있다. 추가로, 유도 발열 롤러 장치의 권선은 일반적으로 열관성이 크고, 또한 통상의 일정 부하 조건하의 운전에서는 권선 온도의 변화는 그다지 큰 값으로는 되지 않는다. 따라서 수 초 이내의 단시간의 인가 시간에 의해서 이루어지는 온도 검출이, 수 초에서부터 수십 분 단위, 바람직하게는, 수십 초에서부터 수 분 단위로 실시되면, 롤 본체의 온도 제어에 있어서는 충분하다고 말할 수 있다.
상기 전원 회로에 마련된 제어 소자에 의해, 상기 교류 전류 또는 교류 전압을 차단 또는 최소한으로 한 상태에서, 상기 저항값 산출부가 상기 권선에 직류 전압을 인가하여 권선 저항값을 산출하는 것인 것이 바람직하다.
교류 전압이 인가되고 있는 권선에 직류 전압을 인가하여, 교류 전류와 직류 전류가 중첩된 전류로부터 직류 성분(직류 전류)만을 검출하려면, 복잡한 검출 회로가 필요하게 되어 버린다. 여기서, 통상의 유도 발열 롤러 장치에서는, 롤 본체의 온도를 제어하기 위한 교류 전류 또는 교류 전압을 제어하는 제어 소자를 가지는 전원 회로를 구비하고 있다. 이 때문에, 제어 소자에 의해, 직류 전압을 인가하는 인가 시간만, 교류 전류 또는 교류 전압을 차단 또는 최소한의 값으로 하면, 교류 전류(교류 성분)의 영향을 억제할 수 있어, 직류 전류(직류 성분)의 검출을 용이하게 행할 수 있다. 여기서, 교류 전류 또는 교류 전압의 차단 또는 최소한의 값으로 하는 것은, 수 초 이내의 단시간으로서, 수 초에서부터 수십 분의 시간 간격이며, 유도 발열 작용의 장해는 되지 않는다.
교류 전류 또는 교류 전압의 차단 또는 최소한의 값으로 하는 실시 형태로서는, 제어 소자가 예를 들면 전자 접촉기 등의 스위치 기기를 가지는 경우는, 당해 스위치 기기를 차단하는 양태, 또는 제어 회로부가 예를 들면 사이리스터 등의 반도체 소자(전력 제어 소자)를 가지는 경우는, 당해 반도체 소자의 통전 위상각을 최소로 하는 양태를 생각할 수 있다.
상기 롤 온도 산출부가, 상기 롤 본체 및 자속 발생 기구로 이루어진 유도 발열 롤러의 역률을 검출하는 역률 검출부로부터 얻어지는 역률과, 상기 유도 발열 롤러의 역률과 기준이 되는 유도 발열 롤러의 역률의 관계를 나타내는 역률 관계 데이터를 이용하여, 상기 롤 본체의 온도를 보정하는 것이 바람직하다.
유도 발열 롤러 장치는, 1개의 제어 장치에 대해서, 복수의 예비 유도 발열 롤러를 가지고 있는 것이 일반적이고, 즉, 1개의 제어 장치에 대해서, 사양이 같은 복수의 예비 유도 발열 롤러간에 호환성이 요구되고, 또 롤 본체 및 권선의 조합에 있어서의 호환성이 요구되기도 한다.
여기서, 유도 발열 롤러는 사양이 같은 롤러더라도, 유도 코일인 권선의 완성 상태에 미묘한 차이가 생기거나, 롤 본체의 재질의 불균일성 및 완성 치수에도 미묘한 차이가 발생한다. 추가로 권선이 감기는 철심 및 롤 본체의 소둔(燒鈍) 상황에 의해서 투자율에도 차이가 발생한다.
상술한 차이에 의해, 도 5에 도시한 단상의 유도 발열 롤러(단상 롤러)에 있어서, 등가 회로 중의 모든 임피던스(r1, l1, r0, l0, r2, l2)가 조금씩 변화한다. 회로 전체적으로서는, 토탈 임피던스 Z가 변화하여, 즉, 그 레지스턴스 성분 R 및 리액턴스 ωL이 변화한다.
역률은 cosφ=R/√{R2＋(ωL)2}가 되기 때문에, R 및 L이 변화하면, 특이점을 제외하고 역률도 변화한다. 또, 임피던스 Z는 Z=√{R2＋(ωL)2}=V/I이므로, 이것도 R 및 L이 변화하면 V/I도 변화하고, 또, 입력 전압이 같더라도 전류 I 및 역률 cosφ가 변화하므로, 용량 P도 변화한다. 따라서 기준이 되는 근사식으로부터 산출한 롤 본체의 표면 온도에 오차가 발생한다.
그런데, 롤 본체가 자성 또는 자성과 비자성의 복합재제로서, 자성이 없어지지 않는 온도 이하(탄소강에서는 600℃이하 정도)에서는, 자속 밀도가 포화 자속 밀도 이내인 경우는, 1개의 롤 본체의 역률은 일정하게 변화하지 않는 특성을 나타낸다(아래의 표 1 참조). 이 표 1은, 주파수 60Hz에 있어서의 승온 전기 특성을 나타내는 표이다.
온도(℃) 전압(V) 전류(A) 용량(kW) 역률 전류/전압
17 201.0 198.0 31.34 0.787 0.985
50 201.9 184.1 29.31 0.789 0.912
100 201.0 167.1 26.53 0.788 0.831
120 201.4 163.3 25.93 0.788 0.811
여기서, 1대의 유도 발열 롤러를 기준(이하, 기준 롤러라고 한다.)으로 하고, 교류 전압을 Vr, 교류 전류를 Ir, 역률을 cosφr, 실효 용량을 Pr이라고 한다. 또, 온도 검출 대상인 유도 발열 롤러(이하, 검출 대상 롤러라고 한다.)와 같은 교류 전압 Vr을 인가했을 때의 교류 전류를 Ix, 역률을 cosφx, 실효 용량을 Px라고 한다.
검출 대상 롤러와 기준 롤러의 실효 용량의 차를 ΔP라고 하면 다음 식이 성립한다.
Px=Pr＋ΔP
cosφx=(Pr＋ΔP)/{Pr/cosφr＋ΔP/k}
Pr＋ΔP=Pr·cosφx/cosφr＋ΔPcosφx/k
ΔP(1－cosφx/k)=Pr(cosφx/cosφr－1)
ΔP{(k－cosφx)/k}=Pr{(cosφx－cosφr)/cosφr}
ΔP={(cosφx－cosφr)/cosφr}{k/(k－cosφx)}Pr
={k(cosφx－cosφr)/cosφr(k－cosφx)}Pr … (식 1)
Px=[{k(cosφx－cosφr)/cosφr(k－cosφx)}＋1]Pr … (식 2)
용량비 Px/Pr=(식 2)/Pr
={k(cosφx－cosφr)/cosφr(k－cosφx)}＋1 … (식 3)
용량비는 전류비와 역률비의 곱으로 구성되어 있기 때문에, (식 3)을 역률비로 나누면, 전류비가 구해진다.
Ix/Ir=[{k(cosφx－cosφr)/cosφr(k－cosφx)}＋1]/(cosφx/cosφr)
=(k－cosφr)/(k－cosφx) … (식 4)
복수 대의 유도 발열 롤러를 제작하는 경우는, 각 유도 발열 롤러의 역률 및 용량을 측정하여, (식 3) 및 (식 4)로부터 계수 k를 구한다.
도 6은 롤 본체의 표면 온도 θ[℃]와 교류 전압/교류 전류(V/I)의 관계를 나타내는 특성 그래프이고, 굵은 점선은 기준 롤러의 특성이고, 굵은 실선은 검출 대상 롤러의 특성이다. 검출 대상 롤러의 굵은 실선의 θx[℃]를 구하는 것이지만, 격납되어 있는 기준 롤러의 특성 그래프로부터는, Vr/Ix의 θx＇[℃]밖에 구할 수 없다.
그러나 검출 대상 롤러의 특성 그래프는, 기준 롤러의 특성 그래프에 대해서 큰 특성 변화는 없다고 생각할 수 있으므로, 검출 대상 롤러의 특성 그래프와 기준 롤러의 특성 그래프는 평행이동의 관계라고 생각하여 계산을 진행시킨다.
우선 (식 4)로부터 구한 전류 Ir=Ix(k－cosφx)/(k－cosφr)을 기준 롤러의 특성 그래프에 대입하여, 기준 롤러의 Vr/Ir일 때의 온도 θr을 산출한다.
여기서, 교류 전류 Ix 또한 역률 cosφx일 때는, 검출 대상 롤러의 용량은, 기준 롤러의 용량에 비해 (식 3)의 배율만큼 변화하므로, 온도 상승치도 같은 비율로 변화한다.
온도 상승치는, 롤 본체의 온도와 주위 온도의 차이며, 기준 롤러의 온도 상승치를 Δθr[℃], 기준 롤러의 V/I－θ 특성 근사식에 있어서의 주위 온도를 θa[℃], 검출 대상 롤러의 온도 상승치를 Δθx[℃]라고 하면,
Δθx={k(cosφx－cosφr)/cosφr(k－cosφx)＋1}Δθr … (식 5)
θx={k(cosφx－cosφr)/cosφr(k－cosφx)＋1}Δθr＋θa … (식 6)
이하의 표 2는, 검출 대상 롤러(롤 본체의 외경 190mm, 내경 167mm, 면 길이 310mm, 탄소강제)의 내주에 0.3mm 및 0.4mm의 두께의 동(銅) 라이닝을 입혀, 임피던스를 극단적으로 바꾸었을 때의 시험 데이터이다.
No.1 롤러：동 라이닝 없음,
No.2 롤러：동 라이닝 있음, 동 라이닝의 두께 0.3mm,
No.3 롤러：동 라이닝 있음, 동 라이닝의 두께 0.4mm
No. 내주 동 라이닝 용량(kW) 전류(A) 역률
1 무 25.8 6.98 0.711
2 0.3mm 43.3 14.15 0.859
3 0.4mm 53.8 17.84 0.872
이 데이터로부터 (식 3)(식 4)의 계수 k를 구하면,
No.1 롤러 및 No.2 롤러에서는, k=1.24,
No.1 롤러 및 No.3 롤러에서는, k=1.10,
No.2 롤러 및 No.3 롤러에서는, k=0.93이 된다.
이 데이터는, 극단적인 임피던스 변화의 상황으로서, 검출 대상 롤러에서는 약간의 변화밖에 없고, ΔP는 Pr에 비해 충분히 작은 것이므로, ΔP≒ΔP/k, 즉, k=1로 해도 상관없다. 따라서 (식 1)~(식 6)은, 근사식으로서 하기와 같이 된다.
ΔP={(cosφx－cosφr)/cosφr(1－cosφx)}Pr
Px=[{(cosφx－cosφr)/cosφr(1－cosφx)}＋1]Pr
Px/Pr={(cosφx－cosφr)/cosφr(1－cosφx)}＋1
Ix/Ir=(1－cosφr)/(1－cosφx)
Δθx={(cosφx－cosφr)/cosφr(1－cosφx)＋1}Δθr
θx={(cosφx－cosφr)/cosφr(1－cosφx)＋1}Δθr＋θa
제작 대수 1대로는, 실측으로부터 k를 산출할 수 없지만, 사양이 같은 유도 발열 롤러를 복수 대 제작하는 경우에는, k=1로 하여, 상기 식으로부터 온도를 산출하면, 근사치를 얻을 수 있다.
이와 같이 구성한 본 발명에 의하면, 롤 본체에 온도 검출 소자를 마련하지 않고, 권선의 임피던스를 산출함으로써, 롤 본체의 온도를 산출할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 유도 발열 롤러 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 동 실시 형태의 제어 장치의 기능 구성도이다.
도 3은 동 실시 형태의 온도 산출 플로우를 나타내는 도면이다.
도 4는 탄소강(S45C)의 온도와 열전도율의 관계를 나타내는 특성 그래프이다.
도 5는 단상의 유도 발열 롤러(단상 롤러)의 등가 회로를 나타내는 도면이다.
도 6은 롤 본체의 표면 온도와 교류 전압/교류 전류의 관계를 나타내는 특성 그래프이다.
도 7은 탄소강(S45C)의 자속 밀도와 비투자율의 관계를 나타내는 특성 그래프이다.
도 8은 탄소강(S45C)으로 이루어진 롤 본체와 방향성 규소강판으로 이루어진 철심으로 구성되는 자기 회로의 자속 밀도와 여자 저항의 관계를 나타내는 특성 그래프이다.
이하에 본 발명에 따른 유도 발열 롤러 장치의 일 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
본 실시 형태에 따른 유도 발열 롤러 장치(100)는, 도 1에 도시한 것처럼, 회전 가능하게 지지된 롤 본체(2)와, 이 롤 본체(2)의 내부에 마련되고, 철심(31) 및 당해 철심(31)에 감긴 권선(32)으로 이루어진 자속 발생 기구(3)와, 권선(32)에 접속됨과 아울러, 전류 또는 전압을 제어하는 제어 소자(4)가 마련된 전원 회로(5)를 구비하고 있다.
롤 본체(2)의 측주벽(側周壁)의 두께 내에는, 기액 2상의 열매체가 봉입되는 복수의 쟈켓실(2S)이 원주 방향으로 등간격으로 형성되어 있다. 또, 본 실시 형태의 제어 소자(4)는, 반도체에 의해 교류 전류 또는 교류 전압의 통전각을 제어하는 것이며, 구체적으로는 사이리스터이다.
그리고 본 실시 형태의 유도 발열 롤러 장치(100)를 제어하는 제어 장치(6)은, 권선(32)의 임피던스로부터, 롤 본체(2)의 표면 온도를 산출하는 표면 온도 산출 기능을 가진다.
구체적으로 제어 장치(6)은 CPU, 내부 메모리, A/D 컨버터, D/A 컨버터, 입출력 인터페이스 등을 구비한 전용 내지 범용의 컴퓨터이고, 내부 메모리에 미리 기억시킨 소정 프로그램에 따라서 상기 CPU나 주변기기가 동작함으로써, 도 2에 도시한 것처럼, 임피던스 산출부(61), 임피던스 보정부(62), 관계 데이터 격납부(63), 롤 온도 산출부(64) 등으로서의 기능을 발휘한다.
이하, 각 부에 대해서, 도 2와 함께, 도 3의 온도 산출 순서도를 참조하여 설명한다.
임피던스 산출부(61)는 권선(32)을 흐르는 교류 전류 I를 검출하는 교류 전류 검출부(7)로부터 얻어지는 교류 전류치 및 권선(32)에 인가되는 교류 전압 V를 검출하는 교류 전압 검출부(8)로부터 얻어지는 교류 전압치에 의해, 권선(32)의 임피던스 Z1(=V/I)을 산출한다(도 3의 (1)).
임피던스 보정부(62)는 임피던스 산출부(61)에 의해 얻어진 임피던스 Z1을, 제품 출하시에 관계 데이터를 작성한 전원 전압과, 유저가 사용하는 전원 전압의 차분(양자의 전원 전압의 차)에 의해 보정한다(도 3의 (2)).
또, 임피던스 보정부(62)는 임피던스 Z1을, 제어 소자(사이리스터)(4)의 통전각(위상각)에 의해 보정한다(도 3의 (3)).
구체적으로 임피던스 보정부(62)는, 이하의 식에 의해, 임피던스 Z1을 보정한다.
Z2=a×Z1
여기서, C=V/Vin이라고 하면,
a=anCn＋an －1Cn －1＋an －2Cn －2＋, ···, ＋a2C2＋a1C＋a0
여기서, an은 각 유도 발열 롤러 장치에 의해 정해지는 실측치에 기초한 계수이며, a0은 상수이다.
또, Z1은 보정 전의 임피던스이고, Vin은 사이리스터의 수전 전압이고, V는 사이리스터의 출력 전압이다.
또, 유도 발열 롤러 장치(100)의 운전중에 전원 전압이 급격하게 변동했을 경우, 자기 회로의 자속 밀도도 급격하게 변화하여, 롤 본체의 전류 침투도가 바뀌므로, 임피던스가 변화하지만, 롤 본체의 온도 변화에는 상당한 시간 지연이 발생한다. 이 때문에, 본 실시 형태의 임피던스 보정부(62)는, 상기 통전각에 의해 보정된 Z2를, 전원 회로(5)의 전원 전압을 검출하는 전원 전압 검출부(9)로부터 얻어지는 전원 전압치 E에 의해 보정한다(도 3의 (4)).
구체적으로 임피던스 보정부(62)는, 이하의 식에 의해, 임피던스 Z2를 보정한다.
Z3={1－a(E－Vin)b}Z2
여기서, E는 정격 전원 전압이고, Vin은 제어 소자 입력 전압이고, Z2는 보정 전의 임피던스이고, a 및 b는 롤 마다의 상수이다. 이 보정은 분할된 시간마다 연속적으로 행한다.
추가로, 임피던스 보정부(62)는 상기 통전각 및 전원 전압 E에 의해 보정된 임피던스 Z3를, 권선(32)의 온도를 검출하는 온도 검출부(10)로부터 얻어지는 권선 온도 θc[℃]에 의해 보정한다(도 3의 (5)). 또한, 온도 검출부(10)는 권선(32)에 매설되어 있다.
구체적으로 임피던스 보정부(62)는, 이하의 식에 의해, 권선(32)의 저항 r1을 산출하여, 임피던스 Z3를 보정한다.
r1=kL/100S[Ω]
k=2.1(234.5＋θc)/309.5
여기서, L은 전선 길이 [m]이고, S는 전선 단면적 [mm2]이고, θc는 권선 온도 [℃]이다.
관계 데이터 격납부(63)는 권선(32)의 임피던스와 롤 본체(2)의 온도의 관계(V/I－θ 특성 근사식)를 나타내는 관계 데이터를 격납하고 있다. 구체적으로 관계 데이터는, 권선(32)의 임피던스와 롤 본체(2)의 내면 온도의 관계를 나타내는 데이터이다. 또, 권선(32)의 임피던스는 미리 관계 데이터를 구할 때에, 상술한 대로, 전류 검출부(7)의 교류 전류치 및 전압 검출부(8)의 교류 전압치에 의해 구해지는 임피던스를, 통전각, 전원 전압 및 권선 온도에 의해 보정하여 얻어진 것이다(도 3의 (1)~(5)). 또한, 이 관계 데이터는, 기준이 되는 유도 발열 롤러 장치를 이용하여 얻어진 것이다. 또, 관계 데이터 격납부(63)는 내부 메모리의 소정 영역에 설정된 것이어도 좋고, 상기 제어 장치(6)에 외부 장착되는 외부 메모리의 소정 영역에 설정된 것이어도 좋다.
롤 온도 산출부(64)는 상기 임피던스 보정부(62)에 의해 보정된 보정 임피던스와, 상기 관계 데이터 격납부(63)에 격납된 관계 데이터를 이용하여, 롤 본체(2)의 내면 온도를 산출한다(도 3의 (6)).
구체적으로 롤 온도 산출부(64)는, 롤 본체(2)의 내면 온도와 표면 온도(외면 온도)의 온도차를 θ[℃]라고 했을 때에, 이하의 식으로부터 얻어지는 온도차 θ를 이용하여 내면 온도를 보정해 표면 온도를 산출한다(도 3의 (7)).
θ=kP/[2π/{ln(d2/d1)/λ}]
여기서, d1은 롤 본체의 내경 [m]이고, d2는 롤 본체의 외경 [m]이고, λ는 롤 본체의 평균 온도에 있어서의 열전도율 [W/m·℃]이고, P는 열유속 [W/m]이며, 여기에서는 롤 본체의 내면의 발열량 [W]을 발열 내면 길이 [m](권선폭과 같음)로 나눈 값이다. 또, k는 실측치로부터 산출한 보정 계수이다. 또한, 열유속 [W/m]을 구함에 있어서, 롤 온도 산출부(64)는 전력 검출부(11)로부터 얻어지는 전력치를 이용한다.
또, 롤 온도 산출부(64)는 롤 본체(2)에 형성된 쟈켓실(2S)에 의한 두께 저하분을 고려하여, 롤 본체(2)의 외면 온도를 산출한다.
구체적으로 롤 온도 산출부(64)는 롤 본체(2)의 단면적을 S라고 하고, 쟈켓실(2S)의 단면적의 총합을 Sj라고 하고, 롤 본체(2)의 두께를 t라고 했을 때에, 롤 본체(2)의 내경 d1을, 두께 저하분을 고려한 가상 내경 dj1(=d1＋t{1－α(1－Sj/S)})라고 하고, 롤 본체(2)의 외경 d2를, 두께 저하분을 고려한 가상 외경 dj2(=d2－t{1－α(1－Sj/S)})라고 하고, 상기 온도차 θ의 식으로부터 얻어지는 온도차 θ를 이용하여, 롤 본체(2)의 외면 온도를 산출한다.
추가로, 롤 온도 산출부(64)는 기준이 되는 유도 발열 롤러(기준 롤러)에 대한 온도 검출 대상인 유도 발열 롤러(검출 대상 롤러)의 기기 차이(器差)를 보정한다. 구체적으로 롤 온도 산출부(64)는, 검출 대상 롤러의 역률을 검출하는 역률 검출부(12)로부터 얻어지는 역률 cosφx와, 기준 롤러의 역률 cosφr의 관계를 나타내는 역률 관계 데이터를 이용하여, 롤 본체(2)의 외면(外面) 온도를 보정한다(도 3의 (8)).
보다 상세하게 롤 온도 산출부(64)는, 기준 롤러의 온도 상승치(롤 본체의 온도와 주위 온도의 차)를 Δθr[℃], 기준 롤러의 V/I－θ 특성 근사식에 있어서의 주위 온도를 θa[℃], 검출 대상 롤러의 온도 상승치를 Δθx[℃], 기준 롤러의 역률을 cosφr, 검출 대상 롤러의 역률을 cosφx라고 하면, 이하의 식에 의해 얻어지는 θx[℃]를 이용하여, 검출 대상 롤러의 롤 본체의 표면 온도를 산출한다.
θx= Δθx＋θa
={(cosφx－cosφr)/cosφr(1－cosφx)＋1}Δθr＋θa
이와 같이 구성한 본 실시 형태의 유도 발열 롤러 장치(100)에 의하면, 임피던스 산출부(61)에 의해 얻어진 임피던스와, 권선(32)의 임피던스 및 롤 본체(2)의 온도의 관계를 나타내는 관계 데이터로부터 롤 본체(2)의 온도를 산출하는 롤 온도 산출부(64)를 가지므로, 롤 본체(2)에 온도 검출 소자를 마련하지 않고, 권선(32)의 임피던스를 산출함으로써, 롤 본체(2)의 온도를 산출할 수 있다.
또, 임피던스 산출부(61)에 의해 얻어진 임피던스를, 임피던스 보정부(62)에 의해, 사이리스터(4)의 통전각, 전원 회로(5)의 전원 전압 E 및 권선(32)의 온도를 이용하여 보정하고 있으므로, 롤 본체(2)의 온도를 정밀도 좋게 산출할 수 있다.
추가로, 롤 온도 산출부(64)가 롤 본체(2)의 내면 온도와 표면 온도의 온도차 θ에 의해, 표면 온도를 산출함과 아울러, 기준 롤러에 대한 온도 검출 대상인 유도 발열 롤러 장치의 기기 차이를 보정하고 있으므로, 롤 본체(2)의 표면 온도를 정밀도 좋게 산출할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 상기 실시 형태에서는, 임피던스 보정부가 권선(32)의 온도를 이용하여 임피던스를 보정하는 것이었지만, 롤 온도 산출부(64)가 임피던스 및 관계 데이터로부터 산출한 롤 본체의 온도를, 권선(32)의 온도를 이용하여 보정하도록 해도 좋다. 이 경우, 보정치 Δt는, 예를 들면 m×θc＋n(단, m, n은, 실측치로부터 산출한 계수이다.)
또, 상기 실시 형태에서는, 롤 본체의 내면 온도와 임피던스의 소정의 관계인 근사식을 기본으로 하여, 당해 근사식에 보정을 가하여 롤 본체의 표면 온도를 구하는 것이었지만, 롤 본체의 표면 온도 또는 롤 본체의 측벽의 두께 내 온도와 임피던스의 소정의 관계인 근사식을 기본으로 하여, 유도 발열 롤러 장치의 여러 가지의 조건과 그 변화가 표면 온도에 주는 영향에 기초하여, 상기 근사식에 보정을 가하여, 롤 본체의 표면 온도를 구하는 것도 좋다. 예를 들면, 롤 본체의 표면 온도와 임피던스의 소정의 관계인 근사식을 구할 때에, 복사 온도계를 이용하여 외부로부터 롤 본체의 표면 온도를 측정하는 것을 생각할 수 있다. 또, 근사식을 보정할 때에, 상기 실시 형태에 있어서의 도 3의 (2)~(4) 및 (8) 등과 마찬가지의 보정을 행하는 것을 생각할 수 있다.
또, 상기 실시 형태의 유도 발열 롤러는, 롤 본체의 축방향 양단부가 회전 가능하게 지지된 소위 양면 지지 유도 발열 롤러(double-sided support induction-heated roller)여도 좋고, 바닥이 있는 통 모양을 이루는 롤 본체의 바닥부에 회전축을 접속하여 회전 가능하게 지지된 소위 단면 지지 유도 발열 롤러(single-sided support induction-heated roller)여도 좋다.
그 외, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되지 않고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변형이 가능하다는 것은 말할 필요도 없다. 또, 각 계산 과정에 있어서 실측치와 계산치에 차이가 생기는 경우에는, 실측치로부터 산출한 보정 계수를 이용하여 보정을 행하는 것도 말할 필요도 없는 것이다.
100: 유도 발열 롤러 장치
2: 롤 본체
2S: 쟈켓실
3: 자속 발생 기구
32: 권선
4: 제어 소자
5: 전원 회로
6: 제어 장치
61: 임피던스 산출부
62: 임피던스 보정부
63: 관계 데이터 격납부
64: 롤 온도 산출부
7: 교류 전류 검출부
8: 교류 전압 검출부
9: 전원 전압 검출부
10: 온도 검출부
11: 전력 검출부
12: 역률 검출부

Claims (8)

  1. 회전 가능하게 지지된 롤 본체와, 상기 롤 본체의 내부에 마련되어, 철심 및 당해 철심에 감긴 권선으로 이루어진 자속 발생 기구와, 상기 권선에 접속됨과 아울러, 교류 전류 또는 교류 전압을 제어하는 제어 소자가 마련된 전원 회로를 구비한 유도 발열 롤러 장치로서,
    상기 권선을 흐르는 교류 전류를 검출하는 교류 전류 검출부로부터 얻어지는 교류 전류치 및 상기 권선에 인가되는 교류 전압을 검출하는 교류 전압 검출부로부터 얻어지는 교류 전압치에 의해, 상기 권선의 임피던스를 산출하는 임피던스 산출부와,
    상기 권선의 임피던스와 상기 롤 본체의 내면 온도의 관계를 나타내는 관계 데이터를 격납하는 관계 데이터 격납부와,
    상기 임피던스 산출부에 의해 얻어진 임피던스와 상기 관계 데이터 격납부에 격납된 관계 데이터로부터 상기 롤 본체의 내면 온도를 산출하는 롤 온도 산출부를 구비하고,
    상기 롤 온도 산출부가, 상기 임피던스와 상기 관계 데이터로부터 얻어진 상기 롤 본체의 내면 온도를, 상기 롤 본체의 내면 온도와 표면 온도의 온도차를 θ[℃]라고 했을 때에,
    θ=kP/[2π/{ln(d2/d1)/λ}](여기서, d1은 롤 본체의 내경 [m]이고, d2는 롤 본체의 외경 [m]이고, λ는 롤 본체의 평균 온도에 있어서의 열전도율 [W/m·℃]이고, P는 열유속 [W/m]이고, k는 보정 계수이다.)로부터 얻어지는 온도차 θ를 이용하여 보정하여, 상기 롤 본체의 표면 온도를 산출하는 유도 발열 롤러 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 롤 본체의 측주벽(側周壁)에 기액(氣液) 2상의 열매체(熱媒體)가 봉입되는 쟈켓실이 형성되어 있고,
    상기 롤 본체의 단면적을 S라고 하고, 상기 쟈켓실의 단면적의 총합을 Sj라고 하고, 상기 롤 본체의 두께를 t라고 해, 온도 저하에 따른 열매체의 압력 저하에 의한 쟈켓실의 기능 저하의 비율을 나타내는 변수를 α라고 했을 때에,
    상기 롤 온도 산출부가, 상기 롤 본체의 내경 d1을, dj1=d1＋t{1－α(1－Sj/S)}라고 하고, 상기 롤 본체의 외경 d2를, dj2=d2－t{1－α(1－Sj/S)}라고 하여 상기 온도차 θ의 식으로부터 얻어지는 온도차 θ를 이용하여, 상기 롤 본체의 표면 온도를 산출하는 유도 발열 롤러 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 임피던스 산출부에 의해 얻어진 임피던스를, 상기 전원 회로의 전원 전압을 검출하는 전원 전압 검출부로부터 얻어지는 전원 전압치에 의해 보정하는 임피던스 보정부를 추가로 구비하고,
    상기 롤 온도 산출부가, 상기 임피던스 보정부에 의해 보정된 보정 임피던스와 상기 관계 데이터로부터 상기 롤 본체의 내면 온도를 산출하는 유도 발열 롤러 장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제어 소자가, 반도체에 의해 전류 또는 전압의 통전각(通電角)을 제어하는 것이고,
    상기 임피던스 산출부에 의해 얻어진 임피던스를, 상기 제어 소자의 통전각에 의해 보정하는 임피던스 보정부를 추가로 구비하고,
    상기 롤 온도 산출부가, 상기 임피던스 보정부에 의해 보정된 보정 임피던스와 상기 관계 데이터로부터 상기 롤 본체의 내면 온도를 산출하는 유도 발열 롤러 장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 임피던스 보정부가, 상기 임피던스 산출부에 의해 얻어진 임피던스를, 상기 권선의 온도를 검출하는 온도 검출부로부터 얻어지는 권선 온도에 의해 보정하는 것인 유도 발열 롤러 장치.
  6. 청구항 3에 있어서,
    직류 전원을 제어하여, 상기 권선에 간헐적으로 직류 전압을 인가하는 직류 전압 인가부와,
    상기 직류 전압 인가부에 의해 인가되는 직류 전압과 당해 직류 전압을 인가했을 때에 상기 권선에 흐르는 직류 전류로부터 권선 저항값을 산출하는 저항값 산출부를 구비하고,
    상기 임피던스 보정부가, 상기 임피던스 산출부에 의해 얻어진 임피던스를, 상기 저항값 산출부에 의해 얻어진 권선 저항값에 의해 보정하는 것인 유도 발열 롤러 장치.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 롤 온도 산출부가, 상기 롤 본체 및 자속 발생 기구로 이루어진 유도 발열 롤러의 역률을 검출하는 역률 검출부로부터 얻어지는 역률과, 상기 유도 발열 롤러의 역률과 기준이 되는 유도 발열 롤러의 역률의 관계를 나타내는 역률 관계 데이터를 이용하여, 상기 롤 본체의 표면 온도를 보정하는 유도 발열 롤러 장치.
  8. 삭제
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