(57)【要約】【課題】高温下においても長期的に使用できるオーバリティ計測センサを提供する。【解決手段】回転炉の円筒状外周面の周方向に間隔をおいて固定可能な一対の第一磁石と、両第一磁石の間に懸架された弾性変形可能な変形板と、両第一磁石の間で変形板に固定され、両第一磁石を回転炉に固定したときに、回転炉に固定されて変形板を支持する支持部材と、変形板の表面に設けられ、該変形板のひずみ値を検出するひずみゲージと、ひずみゲージの前記ひずみ値を測定するとともに外部機器との通信を行う制御部と、を備え、第一磁石は、回転炉の円筒状外周面が変位した際に変位した円筒状外周面を変形板の懸架方向に移動可能に構成されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転炉の円筒状外周面の周方向に間隔をおいて固定可能な一対の第一磁石と、両第一磁石の間に懸架された弾性変形可能な変形板と、両第一磁石の間で前記変形板に固定され、前記両第一磁石を前記回転炉に固定したときに、前記回転炉に固定されて前記変形板を支持する支持部材と、前記変形板の表面に設けられ、該変形板のひずみ値を検出するひずみゲージと、前記ひずみゲージの前記ひずみ値を測定するとともに外部機器との通信を行う制御部と、を備え、
前記第一磁石は、前記回転炉の前記円筒状外周面が変位した際に変位した前記円筒状外周面を前記変形板の懸架方向に移動可能に構成されていることを特徴とするオーバリティ計測センサ。
【請求項２】
前記第一磁石の前記円筒状外周面への固定面と該円筒状外周面との間に配置され、前記第一磁石との間で前記懸架方向に相対移動可能な非磁性の金属板からなる滑り板を有することを特徴とする請求項１に記載のオーバリティ計測センサ。
【請求項３】
前記第一磁石の前記円筒状外周面への固定面に前記円筒状外周面に接触する摺動板が固定されており、
前記摺動板は、前記固定面より前記懸架方向の長さが大きい平板であることを特徴とする請求項１に記載のオーバリティ計測センサ。
【請求項４】
前記第一磁石の前記円筒状外周面への固定面に前記円筒状外周面に接触する摺動板が固定されており、
前記摺動板は、前記固定面を覆う平板部と、該平板部の前記懸架方向の両端に設けられた屈曲部と、を有することを特徴とする請求項１に記載のオーバリティ計測センサ。
【請求項５】
前記第一磁石の前記円筒状外周面への固定面は、前記懸架方向に湾曲する凸状円弧面により構成されていることを特徴とする請求項１に記載のオーバリティ計測センサ。
【請求項６】
前記第一磁石の前記円筒状外周面への固定面に前記円筒状外周面に接触する摺動板が固定されており、
前記摺動板は、前記懸架方向に湾曲する凸状円弧面により構成されていることを特徴とする請求項１に記載のオーバリティ計測センサ。
【請求項７】
前記第一磁石は、ころ状に形成され、前記変形板に、前記円筒状外周面を前記懸架方向に転動可能に支持されていることを特徴とする請求項１に記載のオーバリティ計測センサ。
【請求項８】
前記変形板に、前記第一磁石を前記変形板の前記懸架方向に沿って移動可能に支持するスライド支持機構が設けられていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のオーバリティ計測センサ。
【請求項９】
前記ひずみゲージ及び前記制御部に電源を供給する熱電変換器をさらに備え、
前記熱電変換器は、前記第一磁石を前記回転炉に固定したときに、前記回転炉に当接可能な吸熱部と、前記吸熱部の前記回転炉とは反対側に設けられた熱電発電モジュールと、該熱電発電モジュールの前記吸熱部とは反対側の面に固定された放熱器と、を有することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のオーバリティ計測センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータリーキルンの回転炉に取り付けられ、その回転炉の変位を計測するための回転炉用のオーバリティ計測センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ごみ焼却設備やセメント製造設備等で使用されているロータリーキルン（回転炉）は、例えば特許文献１に記載されているように、筒状に形成された長尺な重量物（胴体）により構成され、胴体の軸心方向に沿って並列に配置された複数のタイヤと、このタイヤに転動するローラで支持されている。このため、特許文献１にも記載されているように、ロータリーキルンを長時間稼働させると、タイヤやローラの偏摩耗、キルン支持基礎の沈降（胴体の落ち込み）や熱劣化が生じる。そして、これらの現象が生じる初期段階では、胴体に歪みが生じ、オーバリティ（胴体の変形率）が大きくなることが知られている。
【０００３】
また、特許文献２には、回転炉の直径方向の変形を測定する測定器として、差動トランスを用いた変形測定装置の例が記載されている。この変形測定装置では、差動トランスを固定した細長いビームを回転炉の外面から一定距離に保持し、差動トランスの作動軸先端の接触子をバネにより常に下方に押し下げられるようにして回転炉の外面に接触させ、回転炉の外面の変形状態によって上下に変位する作動軸の変位量を測定することにより、回転炉の変形量（オーバリティ）を算出している。この変形測定装置では、ビームの左右両端部に脚が固定されており、これらの脚の先端が回転炉外面と接触することで、ビームが回転炉の外面から一定距離に保持されるようになっている。また、ビームの中央箇所には、差動トランスの挿入孔があけられ、差動トランスの作動軸、バネ、接触子が、ビームの下方に顕出する構成とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１８５７８８号公報
【特許文献２】特開昭６２−３４００２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２に記載されるような変形測定装置（オーバリティ計測センサ）では、差動トランス（測定器）の作動軸先端の接触子を高熱の回転炉外面に直接接触させることから、長期的に継続して測定を行うことができない。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、高温下においても長期的に使用できるオーバリティ計測センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のオーバリティ計測センサは、回転炉の円筒状外周面の周方向に間隔をおいて固定可能な一対の第一磁石と、両第一磁石の間に懸架された弾性変形可能な変形板と、両第一磁石の間で前記変形板に固定され、前記両第一磁石を前記回転炉に固定したときに、前記回転炉に固定されて前記変形板を支持する支持部材と、前記変形板の表面に設けられ、該変形板のひずみ値を検出するひずみゲージと、前記ひずみゲージの前記ひずみ値を測定するとともに外部機器との通信を行う制御部と、を備え、前記第一磁石は、前記回転炉の前記円筒状外周面が変位した際に変位した前記円筒状外周面を前記変形板の懸架方向に移動可能に構成されている。
【０００８】
本発明では、第一磁石が回転炉の円筒状外周面に固定されると、変形板は、一対の第一磁石及び支持部材の３点で円筒状外周面に支持される。このため、円筒状外周面が変形すると、その変形に伴って表面形状の変化に追従するように弾性変形する。そして、この弾性変形した変形板のひずみ値をひずみゲージにより検出することで回転炉の変位を確実に測定できる。また、変形板が回転炉と隙間を開けて上記３点で支持されるので、変形板や変形板の表面に設けられたひずみゲージが高温になることを抑制できる。これにより、回転炉の外面の変位を継続して測定でき、長期間にわたって監視できる。
【０００９】
ところで、両第一磁石が回転炉の円筒状外周面に固定され、回転炉の変位量の長期計測中に回転炉の円筒状外周面の形状が変位する際、例えば、両第一磁石が回転炉の円筒状外周面に強固に固定されていると、変形板が回転炉の変位に追従して変形できないため、回転炉の外面の変位を正確に検出できなくなる。
これに対し、本発明では、回転炉の円筒状外周面が変位した際に第一磁石が変位した円筒状外周面に沿って移動可能であるため、変形板を円筒状外周面の変位に追従して変形させることができ、回転炉の外面の変位を確実に検出できる。
【００１０】
本発明のオーバリティ計測センサの好ましい態様としては、前記第一磁石の前記円筒状外周面への固定面と該円筒状外周面との間に配置され、前記第一磁石との間で前記懸架方向に相対移動可能な非磁性の金属板からなる滑り板を有するとよい。
上記態様では、非磁性の金属板からなる滑り板と第一磁石とが相対移動可能に構成されていることから、第一磁石を円筒状外周面に当接した滑り板上で滑らせて移動させることができ、変形板の形状を回転炉の円筒状外周面の変形に確実に追従させることができる。
【００１１】
本発明のオーバリティ計測センサの好ましい態様としては、前記第一磁石の前記円筒状外周面への固定面に前記円筒状外周面に接触する摺動板が固定されており、前記摺動板は、前記固定面より前記懸架方向の長さが大きい平板であるとよい。
なお、上記平板は、該平板の中央から懸架方向に向かうにしたがって薄く構成されるとよい。
上記態様では、円筒状外周面に接触する摺動板が第一磁石の固定面に固定されているので、摺動板が固定された第一磁石が円筒状外周面上を摺動する際に、円筒状外周面に該摺動板が引っかかって、第一磁石が円筒状外周面を摺動できなくなる可能性を低減できる。
【００１２】
本発明のオーバリティ計測センサの好ましい態様としては、前記第一磁石の前記円筒状外周面への固定面に前記円筒状外周面に接触する摺動板が固定されており、前記摺動板は、前記固定面を覆う平板部と、該平板部の前記懸架方向の両端に設けられた屈曲部と、を有するとよい。
上記態様では、摺動板が屈曲部を有しているので、摺動板が固定された第一磁石が円筒状外周面上を摺動する際に、円筒状外周面に該摺動板が引っかかって、第一磁石が円筒状外周面を摺動できなくなる可能性を低減できる。
【００１３】
本発明のオーバリティ計測センサの好ましい態様としては、前記第一磁石の前記円筒状外周面への固定面は、前記懸架方向に湾曲する凸状円弧面により構成されているとよい。
上記態様では、第一磁石の上記固定面が懸架方向に湾曲する凸状円弧面により構成されているので、第一磁石が円筒状外周面を滑らかに摺動でき、変形板の形状を回転炉の円筒状外周面の変形に確実に追従させることができる。
【００１４】
本発明のオーバリティ計測センサの好ましい態様としては、前記第一磁石の前記円筒状外周面への固定面に前記円筒状外周面に接触する摺動板が固定されており、前記摺動板は、前記懸架方向に湾曲する凸状円弧面により構成されているとよい。
上記態様では、摺動板が懸架方向に湾曲する凸状円弧面により構成されているので、第一磁石が円筒状外周面を滑らかに摺動でき、変形板の形状を回転炉の円筒状外周面の変形に確実に追従させることができる。また、摺動板を上記凸状円弧面に加工する方が、第一磁石の円筒状外周面への固定面を上記凸状円弧面に加工するよりも容易である。
【００１５】
本発明のオーバリティ計測センサの好ましい態様としては、前記第一磁石は、ころ状に形成され、前記変形板に、前記円筒状外周面を前記懸架方向に転動可能に支持されているとよい。
上記態様では、ころ状の第一磁石が円筒状外周面を上記懸架方向に転動可能に変形板に支持されているので、第一磁石が円筒状外周面を滑らかに移動でき、変形板の形状を回転炉の円筒状外周面の変形に確実に追従させることができる。
【００１６】
本発明のオーバリティ計測センサの好ましい態様としては、前記変形板に、前記第一磁石を前記変形板の前記懸架方向に沿って移動可能に支持するスライド支持機構が設けられているとよい。
上記態様では、第一磁石が変形板の懸架方向に移動可能に支持されているので、第一磁石が円筒状外周面を滑らかに移動でき、変形板の形状を回転炉の円筒状外周面の変形に確実に追従させることができる。
【００１７】
本発明のオーバリティ計測センサの好ましい態様としては、前記ひずみゲージ及び前記制御部に電源を供給する熱電変換器をさらに備え、前記熱電変換器は、前記第一磁石を前記回転炉に固定したときに、前記回転炉に当接可能な吸熱部と、前記吸熱部の前記回転炉とは反対側に設けられた熱電発電モジュールと、該熱電発電モジュールの前記吸熱部とは反対側の面に固定された放熱器と、を有するとよい。
上記態様では、第一磁石が回転炉の円筒状外周面に固定されたときに、吸熱部が回転炉（円筒状外周面）に当接するので、回転炉の熱を吸熱部により確実に吸収でき、該熱を熱電発電モジュールに伝達することができる。また、熱電発電モジュールの吸熱部とは反対側の面に放熱器が固定されているので、熱電発電モジュールからの熱を確実に放熱でき、これらにより構成される熱電変換器による発電効率を高めることができる。したがって、略永続的に電源を制御部及びひずみゲージに供給でき、バッテリーの交換を不要にし、かつ回転炉の円筒状外周面（外面）の変位を長期間にわたって測定できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、高温下においても長期的に使用できるオーバリティ計測センサを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係るオーバリティ計測センサの斜視図である。
【図２】図１に示すオーバリティ計測センサの正面図である。
【図３】図１に示すオーバリティ計測センサの側面図である。
【図４】図１に示すオーバリティ計測センサが回転炉の外面に固定された状態を示す図である。
【図５】上記第１実施形態の第１変形例に係るオーバリティ計測センサの側面図であり、（ａ）は、図３と同方向から見た第一磁石近傍を示し、（ｂ）は、（ａ）とは９０°異なる方向から見た第一磁石近傍を示している。
【図６】上記第１実施形態の第２変形例に係るオーバリティ計測センサの側面図であり、（ａ）は、図３と同方向から見た第一磁石近傍を示し、（ｂ）は、（ａ）とは９０°異なる方向から見た第一磁石近傍を示している。
【図７】本発明の第２実施形態に係るオーバリティ計測センサの側面図であり、（ａ）は、図３と同方向から見た第一磁石近傍を示し、（ｂ）は、（ａ）とは９０°異なる方向から見た第一磁石近傍を示している。
【図８】本発明の第３実施形態に係るオーバリティ計測センサの正面図である。
【図９】図８に示すオーバリティ計測センサの断面図である。
【図１０】本発明の第４実施形態に係るオーバリティ計測センサの正面図である。
【図１１】図１０に示すオーバリティ計測センサの側面図である。
【図１２】本発明の第５実施形態に係るオーバリティ計測センサの正面図である。
【図１３】図１２に示すオーバリティ計測センサの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照しながら説明する。
［オーバリティ計測センサの概略構成］
図１〜図３に示す本発明の第１実施形態に係るオーバリティ計測センサ１は、図４に示すように、高温に加熱される鉄鋼等の磁性体により構成されるロータリーキルンの回転炉（鋼管、シェル）９の円筒状外周面９１に装着され、回転する回転炉９の歪み（変形量）を計測するものである。
オーバリティ計測センサ１は、回転炉９の円筒状外周面９１の周方向に間隔をおいて固定可能な一対の第一磁石２と、両第一磁石２の間に懸架された弾性変形可能な変形板３と、変形板３の表面に設けられ、該変形板３のひずみ値を検出するひずみゲージ４と、ひずみゲージ４のひずみ値を測定するとともに外部機器との通信を行う制御部５と、両第一磁石２の間で変形板３に固定され、ひずみゲージ４及び制御部５に電源を供給する熱電変換器６と、回転炉９の温度を検出する熱電対７と、を備えている。
【００２１】
［第一磁石の構成］
第一磁石２は、変形板３の裏面３１の両端部に固定され、回転炉９の円筒状外周面９１に固定可能な磁石により構成されている。この磁石としては、例えばアルニコ磁石やサマリウムコバルト磁石等のキュリー温度が高く、高温使用が可能な耐性磁石により構成されている。このような第一磁石２は、略円柱状に形成され、円筒状外周面９１への固定面２０には、第一磁石２が回転炉９の円筒状外周面９１に固定された際に、該円筒状外周面９１に当接する摺動板２２が固定されている。
【００２２】
［摺動板の構成］
この摺動板２２は、金属板により構成される矩形板状の平板であり、摺動板２２の図４に示す変形板３の懸架方向Ｈ１の長さは、固定面２０の懸架方向Ｈ１の長さよりも大きく形成されている。すなわち、摺動板２２の面積は、固定面２０の面積より大きい。また、摺動板２２は、中央から懸架方向Ｈ１に向かうにしたがって薄く形成されている。
ここで、回転炉９の円筒状外周面９１は鉄製であり、鏡面加工されていないことから錆等も発生しており、数ｍｍ程度の凹凸が無数に存在する。このため、これら凸凹の面を第一磁石２を当接させたまま移動させると、凸凹による引っ掛かりが生じて第一磁石２がスムーズに移動できない。
これに対し、摺動板２２の懸架方向Ｈ１の長さは、固定面２０の懸架方向Ｈ１の長さよりも大きく、かつ、中央から懸架方向Ｈ１に向かうにしたがって薄く形成されているので、摺動板２２が固定された第一磁石２が円筒状外周面９１上を摺動する際に、円筒状外周面９１に該摺動板２２が引っかかって、第一磁石２が円筒状外周面９１を摺動できなくなる可能性を低減できる。すなわち、第一磁石２の固定面２０が直接円筒状外周面９１上を摺動するよりも摺動板２２の方が摺動し易くなる。
［変形板の構成］
変形板３は、図２に示すように、平面視で略矩形の短冊状に形成される弾性変形可能な非磁性の金属性の鋼板である。この変形板３は、例えばＳＵＳ３０４（ステンレス鋼）等により構成されている。なお、本実施形態では、変形板３は、短辺の長さが５０ｍｍ、長辺の長さが３００ｍｍ、厚さ寸法が１．０ｍｍに設定されている。このような変形板３の裏面３１の両端部には、第一磁石２が固定されている。この第一磁石２の高さは、例えば１０〜２０ｍｍ程度とされる。
また、変形板３の表面３２の第一磁石２の上側には、取手２１が固定されている。さらに、変形板３の裏面３１の略中央には、熱電変換器６の熱電発電モジュール６２が金属板６４を介して固定され、変形板３の表面３２には、放熱器６３が固定されている。
【００２３】
［ひずみゲージの構成］
ひずみゲージ４は、電気絶縁物により構成されるベース上に金属箔や抵抗線により構成される抵抗体が形成され、これに引き出し線がつけられたものである。このひずみゲージ４は、測定対象物である変形板３の表面３２及び裏面３１に接着剤等により固定され、変形板３が湾曲（弾性変形）すると、その伸縮に比例して上記抵抗体が伸縮して抵抗値（電圧）が変化し、この変化を検出する。
このようなひずみゲージ４は、図１及び図３に示すように、熱電変換器６と両第一磁石２との間に２つずつ設けられ、２つのひずみゲージ４は、変形板３を挟んで対向して平行に設けられている。これら４つのひずみゲージは、図示を省略するがそれぞれ結線され、４ゲージ法のブリッジ回路を構成し、これらは制御部５に接続されている。
【００２４】
［制御部の構成］
制御部５は、外部機器（例えば、無線通信可能なコンピュータ等）との通信を行う。また、制御部５には、メモリ（図示省略）が搭載されている。これにより、例えば制御部５は、上記ブリッジ回路に現れる電位差からひずみ値を算出し、外部機器（図示省略）に送信する。
なお、このような制御部５は、放熱器６３における変形板３に固定されている面とは反対側、すなわち、放熱器６３の上側に設けられており、オーバリティ計測センサ１が回転炉９に装着された際に、該回転炉９の熱にさらされることを抑制している。
【００２５】
［熱電変換器の構成］
熱電変換器６は、図３に示すように、第一磁石２を回転炉９に固定したときに、回転炉９に当接可能な吸熱部６１と、吸熱部６１と変形板３との間に設けられた熱電発電モジュール６２と、該熱電発電モジュール６２とは反対側の変形板３の表面３２に固定された放熱器６３と、を備え、吸熱部６１と放熱器６３との間の温度差を利用して熱電発電モジュール６２により発電する構成とされている。熱電発電モジュール６２で発電された電力は、制御部５に供給され、さらに制御部５を介してひずみゲージ４に供給される。
吸熱部６１は、アルミニウムや銅などの熱伝導性の高い材料により形成され、本実施形態では、吸熱部６１は、アルミニウムにより形成された矩形板状の金属板により構成されている。この吸熱部６１は、第一磁石２が回転炉９に固定された際に、回転炉９の円筒状外周面９１に当接して回転炉９の熱を吸収する。この吸熱部６１の変形板３側の面には、熱電発電モジュール６２及び熱電対７が載置され、回転炉９の熱が吸熱部６１を介して熱電発電モジュール６２及び熱電対７に伝達されるようになっている。
【００２６】
熱電発電モジュール６２は、図示は省略するが、配線基板の間に、一対のＰ型熱電変換素子とＮ型熱電変換素子とを、Ｐ型、Ｎ型、Ｐ型、Ｎ型の順に交互に配置されるように、電気的に直列に接続した構成とされ、両配線基板間に温度差を付与して各熱電変換素子にゼーベック効果により起電力を生じさせるものである。なお、熱電発電モジュール６２の吸熱側及び放熱側のそれぞれには、セラミックス板（図示省略）が配置され、絶縁されている。
この熱電発電モジュール６２は、例えばアルミニウム等により構成される矩形板状の金属板６４を介して変形板３に固定され、その周囲には、第二磁石６５が配置されている。この第二磁石６５は、熱電発電モジュール６２の４隅に配置され、上記第一磁石２と同様に、例えばアルニコ磁石やサマリウムコバルト磁石等のキュリー温度が高く、高温使用が可能な耐性磁石により構成され、その直径は、例えば１６ｍｍに設定されている。このような熱電発電モジュール６２及び第二磁石６５は、吸熱部６１と金属板６４との間に挟持されて固定されている。
このような吸熱部６１及び熱電発電モジュール６２は、変形板３の裏面３１側に位置し、吸熱部６１は、第一磁石２が回転炉９に固定された際に、円筒状外周面９１に当接して変形板３を支持することから、吸熱部６１及び熱電発電モジュール６２は、本発明の支持部材を構成している。
【００２７】
放熱器６３は、いわゆるヒートシンクであり、アルミニウム、銅等の熱伝導性の高い材料により形成される。本実施形態では、放熱器６３は、放熱性と強度とのバランスに優れたアルミニウムにより形成されており、変形板３の表面３２における熱電発電モジュール６２と対向する位置に固定される平板状の熱拡散部６３１と、この熱拡散部６３１の変形板３に固定される面とは反対側の上面に立設された複数の帯板状の放熱用フィン６３２とを有している。この放熱用フィン６３２は、オーバリティ計測センサ１が回転炉９に固定され、回転炉９とともにオーバリティ計測センサ１が回転した際に、複数の帯板状の放熱用フィン６３２間に外気を流通させやすくするため、上記回転方向に沿って形成されている。このような放熱用フィン６３２の高さ寸法は、例えば、５０ｍｍに設定されている。
【００２８】
そして、熱拡散部６３１と熱電発電モジュール６２とが変形板３を介して対向して配置されているので、熱拡散部６３１の下面から伝達された熱電発電モジュール６２の熱は、熱拡散部６３１から放熱用フィン６３２に向けて拡散するとともに、表面積が広く設けられた放熱用フィン６３２により外気に放出されるようになっている。このため、放熱器６３においては、熱電発電モジュール６２から離れるにつれて、すなわち熱拡散部６３１の下面側から放熱用フィン６３２の先端側に向かうにつれて温度が低くなり、放熱器６３の上部側が下部側よりも低温になる。なお、放熱器６３では、放熱用フィン６３２の先端側が最も低温となる。
【００２９】
そして、オーバリティ計測センサ１においては、放熱器６３の熱電発電モジュール６２から離れた位置の低温部側であり、また、放熱器６３において最も低温となる放熱用フィン６３２の先端側に、制御部５がスペーサ６６を介して配置されている。なお、制御部５は、放熱器６３の熱電発電モジュール６２から離れた位置に配置すればよく、熱電発電モジュール６２から離して制御部５を配置することで、制御部５に熱が伝達されることを抑制できる。
【００３０】
なお、放熱器６３は、平板状の熱拡散部６３１と帯板状の放熱用フィン６３２とを有する構成としたが、放熱器の形状はこれに限定されるものではなく、例えば平板状の熱拡散部６３１の上面に、ピン状の放熱用フィンが複数立設した形状を採用することもできるし、オーバリティ計測センサ１の構成に応じて適宜形状を変更したその他の形状を有する放熱器を採用することができる。
【００３１】
［オーバリティ計測センサの回転炉への装着方法］
このようなオーバリティ計測センサ１は、例えば以下の手順にて回転炉９に固定（装着）される。
まず、ユーザは、オーバリティ計測センサ１の両側の取手２１を把持し、回転炉９の円筒状外周面９１に第一磁石２の固定面２０に固定されている摺動板２２を当接させる。この際、第一磁石２は、摺動板２２を介して回転炉９の円筒状外周面９１に磁力により固定される。このように第一磁石２が回転炉９に固定されると、変形板３の両端が回転炉９側に引っ張られて、該変形板３の中央部分に位置する熱電変換器６の吸熱部６１も回転炉９に当接する。また、吸熱部６１の上側には、熱電発電モジュール６２が位置し、その周囲には４つの第二磁石６５が位置しているため、これら第二磁石６５の磁力により吸熱部６１が回転炉９の円筒状外周面９１に確実に当接する。
このように、回転炉９の円筒状外周面９１には、２つの第一磁石２及び吸熱部６１が当接することから、変形板３は、これらにより３点で支持される。このため、両第一磁石２の間の部分で円筒状外周面９１が変形すると、図４に示すように、変形板３が円筒状外周面９１の変形に伴って表面形状の変化に追従するように弾性変形する。このように弾性変形した変形板３の変形は、４つのひずみゲージにより検出され、回転炉９の円筒状外周面９１の変位が算出されることとなる。
【００３２】
ここで、両第一磁石２が回転炉９の円筒状外周面９１に固定され、回転炉９の変位量の長期計測中に回転炉９の円筒状外周面９１の形状が変位する際、例えば、両第一磁石２が回転炉９の円筒状外周面９１に強固に固定されていると、回転炉９の変位に追従して変形板３が変形できないため、回転炉９の外面の変位を正確に検出できなくなる。
これに対し、本実施形態では、回転炉９の円筒状外周面９１が変位した際に第一磁石２が変位した円筒状外周面９１上を変形板３の懸架方向Ｈ１に沿って移動可能である。具体的には、第一磁石２の固定面２０に摺動板２２が固定されているので、円筒状外周面９１上を摺動し易くなる。これにより、円筒状外周面９１の形状と変形板３の形状とを略同じとすることができ、回転炉９の外面の変位を確実に検出できる。
【００３３】
本実施形態では、第一磁石２が回転炉９の円筒状外周面９１に固定されたときに、吸熱部６１が回転炉９（円筒状外周面９１）に当接するので、回転炉９の熱を吸熱部６１により確実に吸収でき、該熱を熱電発電モジュール６２に伝達することができる。また、熱電発電モジュール６２とは反対側の変形板３の表面３２に放熱器６３が固定されているので、熱電発電モジュール６２からの熱を確実に放熱でき、これらにより構成される熱電変換器６による発電効率を高めることができる。したがって、略永続的に電源を制御部５及びひずみゲージ４に供給でき、バッテリーの交換を不要にし、かつ回転炉９の円筒状外周面９１（外面）の変位を長期間にわたって測定できる。
また、変形板３が回転炉９と隙間を開けて上記３点で支持されるので、変形板３が高温になることを抑制できる。これにより、回転炉９の外面の変位を継続して測定でき、長期間にわたって監視できる。
【００３４】
［第１実施形態の第１変形例］
次に、本発明の第１実施形態の第１変形例について図面を用いて説明する。図５（ａ）は、本変形例のオーバリティ計測センサ１Ａの第一磁石２近傍を拡大した側面図であり、図５（ｂ）は、第一磁石２及び摺動板２２Ａを図５（ａ）とは９０°異なる方向から見た（懸架方向Ｈ１に沿って見た）側面図である。
オーバリティ計測センサ１Ａは、図５に示すように、第一磁石２の固定面２０に固定される摺動板２２Ａを備え、摺動板２２Ａが平板部２２０に加えて屈曲部２２１を有する。この摺動板２２Ａは、変形板３に向かう方向に屈曲する屈曲部２２１を平板部２２０の両端に有している。
【００３５】
本変形例では、第一磁石２の円筒状外周面９１への固定面２０に固定された摺動板２２Ａが平板部２２０の両端に変形板３に向かって屈曲する屈曲部２２１を有しているので、例えば、第１実施形態の平板２２が固定面２０に固定されている場合に比べて摺動板２２Ａが固定された第一磁石２が円筒状外周面９１上を摺動する際に、円筒状外周面９１に該摺動板２２Ａが引っかかって、第一磁石２が円筒状外周面９１を摺動できなくなる可能性をさらに低減できる。
【００３６】
［第１実施形態の第２変形例］
次に、本発明の第１実施形態の第２変形例について図面を用いて説明する。
図６は、上記第１実施形態の第２変形例に係るオーバリティ計測センサの側面図であり、（ａ）は、図３と同方向から見た第一磁石近傍を示し、（ｂ）は、（ａ）とは９０°異なる方向から見た第一磁石近傍を示している。
オーバリティ計測センサ１Ｂは、図６に示すように、第一磁石２に代えて、第一磁石２Ｂを備え、この第一磁石２Ｂの円筒状外周面９１への固定面２０Ｂは、懸架方向Ｈ１に湾曲する凸状円弧面により構成されている。なお、該固定面２０Ｂは、半球状面により構成されていてもよい。
【００３７】
本変形例では、第一磁石２Ｂの円筒状外周面９１への固定面２０Ｂが懸架方向Ｈ１に湾曲する凸状円弧面により構成されているので、第一磁石２Ｂが円筒状外周面９１を滑らかに摺動でき、変形板３の形状を回転炉９の円筒状外周面９１の変形に確実に追従させることができる。なお、第一磁石２Ｂの固定面２０Ｂが半球状面により構成されている場合には、該固定面２０Ｂと円筒状外周面９１との接触面積が小さくなるので、第一磁石２Ｂをより滑らかに円筒状外周面９１上を摺動させることが可能となる。
【００３８】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について図面を用いて説明する。図７（ａ）は、本実施形態のオーバリティ計測センサ１Ｃの第一磁石２Ｃ近傍を拡大した側面図であり、図６（ｂ）は、第一磁石２Ｃ及び第一磁石２Ｃを支持する各部材を図７（ａ）とは９０°異なる方向から見た（懸架方向Ｈ１に沿って見た）側面図である。
オーバリティ計測センサ１Ｃは、円柱状の第一磁石２に代えて、ころ状の第一磁石２Ｃを備え、摺動板２２を備えていない点で上記第１実施形態と異なる。なお、以下の説明では、上記第１実施形態と同一又は略同一の構成については、同じ番号を付し、説明を省略又は簡略化する。
オーバリティ計測センサ１Ｃは、図７に示すように、変形板３に固定される台座２２２と、台座２２２の両側に回転自在に支持されるころ状の第一磁石２Ｃと、を備えている。第一磁石２Ｃは、円板状に形成され、その両面にころ状の第一磁石２Ｃを両側から挟持する偏向ヨーク２２３が配置されている。
第一磁石２Ｃを挟持する一対の偏向ヨーク２２３は、該第一磁石２Ｃよりも若干大きい径の円板状に形成され、例えば、ＳＵＳ４００や鉄等の強磁性金属により構成されている。このような一対の偏向ヨーク２２３により挟持された第一磁石２Ｃは、図７に示すように、台座２２２を中心として両側に軸部材２２４及びナット２２５により支持され、円筒状外周面９１を懸架方向Ｈ１に転動可能になっている。
【００３９】
本実施形態では、ころ状の第一磁石２Ｃが円筒状外周面９１を懸架方向Ｈ１に転動可能な状態で台座２２２に固定されているので、第一磁石２Ｃが円筒状外周面９１を滑らかに移動でき、変形板３の形状を回転炉９の円筒状外周面９１の変形に確実に追従させることができる。
【００４０】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について図面を用いて説明する。図８は、本実施形態のオーバリティ計測センサ１Ｄの正面図であり、図９は、オーバリティ計測センサ１Ｄを図８のＡ１−Ａ１線で切断した断面を示す断面図である。
オーバリティ計測センサ１Ｄは、変形板３Ｄに第一磁石２を変形板３の懸架方向Ｈ１に沿って移動可能に支持具２３（スライド支持機構）が設けられ、擦り板２２を備えていない点で上記第１実施形態と異なる。なお、以下の説明では、上記第１実施形態と同一又は略同一の構成については、同じ番号を付し、説明を省略又は簡略化する。
オーバリティ計測センサ１Ｄは、図８及び図９に示すように、変形板３Ｄの両端部に懸架方向Ｈ１に沿って延びるスリット３３が形成されている。また、オーバリティ計測センサ１Ｄは、第一磁石２を変形板３Ｄの懸架方向Ｈ１に沿って移動可能に支持する支持具２３を備えている。
【００４１】
この支持具２３は、図９に示すように、第一磁石２及びスペーサ２３４に固定したねじ２３１をスリット３３に挿通するとともに、そのねじ２３１に挿通されるワッシャー２３３を変形板３Ｄの両面に配置し、ナット２３２とスペーサ２３４とにより、両ワッシャー２３３間に変形板３Ｄを挟持した状態にする。なお、ナット２３２は、懸架方向Ｈ１に第１磁石２が移動可能な程度のゆるみを有する位置に固定される。これにより、第一磁石２が変形板３Ｃのスリット３３に沿って移動可能となる。
【００４２】
本実施形態では、第一磁石２が懸架方向Ｈ１に延びるスリット３３に沿って移動可能に支持されているので、第一磁石２が円筒状外周面９１を懸架方向Ｈ１に沿って滑らかに移動でき、変形板３Ｄの形状を回転炉９の円筒状外周面９１の変形に確実に追従させることができる。
なお、上記実施形態では、２つのワッシャー２３３間に変形板３Ｄを挟持する構成としたが、これに限らず、例えば２つのワッシャー２３３はなくてもよい。この場合、ナット２３２及びスペーサ２３４により変形板３Ｄを挟持する構成であってもよい。
【００４３】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について図面を用いて説明する。図１０は、本実施形態のオーバリティ計測センサ１Ｅの平面図であり、図１１は、オーバリティ計測センサ１Ｅの側面図である。
オーバリティ計測センサ１Ｅは、図１０及び図１１に示すように、非磁性の金属板からなる滑り板８を備える点及び第一磁石２を変形板３の両端部に２つずつ設けた点で上記第１実施形態と異なる。
なお、以下の説明では、上記第１実施形態と同一又は略同一の構成については、同じ番号を付し、説明を省略又は簡略化する。
オーバリティ計測センサ１Ｅは、図１０及び図１１に示すように、変形板３の第一磁石２が設けられている側に位置し、ひずみゲージ４に対向して滑り板８が設けられている。この滑り板８は、平面視で変形板３よりも幅広く両側に張り出す略矩形の短冊状に形成され、かつ、変形板３よりも面積が同程若しくは大きい弾性変形可能な非磁性の金属板である。この滑り板８は、変形板３と同様に、例えばＳＵＳ３０４（ステンレス鋼）等により構成されている。なお、本実施形態では、滑り板８は、短辺の長さが７５ｍｍ、長辺の長さが３００ｍｍ、厚さ寸法が０．５ｍｍに設定されている。また、本実施形態では、滑り板８は、オーバリティ計測センサ１Ｅの吸熱部６１に固定されている。
【００４４】
このような滑り板８は、図１１に示すように、第一磁石２の円筒状外周面９１への固定面２０と該円筒状外周面９１との間に配置され、この滑り板８上を第一磁石２が懸架方向Ｈ１に摺動可能に構成されている。
また、滑り板８は、磁性を有していないため、第一磁石２の円筒状外周面９１への磁力に基づく固定力は、第一磁石２の固定面２０が直接円筒状外周面９１に固定される場合に比較して小さくなっている。具体的には、滑り板８を介してオーバリティ計測センサ１Ｅを円筒状外周面９１に固定する第一磁石２の磁力は、オーバリティ計測センサ１Ｅの滑り板８を確実に円筒状外周面９１に固定でき、かつ、第一磁石２が滑り板８上を摺動可能な磁力に設定されている。
また、本実施形態では、第一磁石２は、変形板３の両端部に２つずつ配置され、その上側には、取手２１が取り付けられている。これにより、変形板３をより安定して回転炉９の円筒状外周面９１に固定することができる。
【００４５】
本実施形態では、非磁性の滑り板８の上側に第一磁石２が配置される構成としたことから、第一磁石２を滑り板８上で滑らせて移動させることができ、変形板３の形状を回転炉９の円筒状外周面９１の変形に確実に追従させることができる。
【００４６】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態について図面を用いて説明する。図１２は、本実施形態のオーバリティ計測センサ１Ｆの平面図であり、図１３は、オーバリティ計測センサ１Ｆの側面図である。
オーバリティ計測センサ１Ｆは、図１２及び図１３に示すように、変形板３に熱電変換器６を固定していたのに対して、熱電変換器６Ｆを変形板３から離間させ、変形板３とは異なる支持板８Ｆに熱電変換器６Ｆが支持されている点が第１実施形態と大きく異なる点であり、その他、第一磁石２を変形板３の両端部に２つずつ設けた点、放熱器６３Ｆの放熱用フィン６３２Ｆの高さ寸法が大きい点、支持板８Ｆを備える点、及び支持板８Ｆの下側に磁石６８，６９をさらに設ける点も上記第１実施形態と異なる。
なお、以下の説明では、上記第１実施形態と同一又は略同一の構成については、同じ番号を付し、説明を省略又は簡略化する。
オーバリティ計測センサ１Ｆには、図１２及び図１３に示すように、変形板３の第一磁石２が設けられている側（下側）に位置し、ひずみゲージ４に対向して支持板８Ｆが設けられている。
この支持板８Ｆは、平面視で変形板３よりも幅広く両側に張り出す形状であり、その張り出した部分の略中央部分がさらに外側に張り出す形状に形成され、かつ、変形板３よりも面積が大きい。この支持板８Ｆは、アルミニウム板等により構成されている。
【００４７】
具体的には、支持板８Ｆは、平面視において略矩形短冊状の本体部８１Ｆと、本体部８１Ｆの一方側（図１２における上側）の端部の略中央から外側に張り出す第１張出部８２Ｆと、本体部８１Ｆの他方側（図１２における下側）の端部の略中央から外側に張り出す第２張出部８３Ｆと、を備えている。これらのうち、第１張出部８２Ｆは、第２張出部８３Ｆよりもさらに外側に張り出しており、その面積は、第２張出部８３Ｆの面積より大きく形成されている。このような第１張出部８２Ｆには、図１２に示すように、熱電変換器６Ｆが配置される。すなわち、本実施形態では、熱電変換器６Ｆは、支持板８Ｆにおける平面視において変形板３と重ならない位置に固定されている。
また、支持板８Ｆの下側（回転炉９の円筒状外周面９１側）には、例えばアルニコ磁石やサマリウムコバルト磁石等のキュリー温度が高く、高温使用が可能な耐性磁石により構成される磁石６８，６９が配置されている。具体的には、磁石６８は、支持板８Ｆの第２張出部８３Ｆの下側に配置され、磁石６９は、本体部８１Ｆの下側で、かつ平面視において変形板３の略中央に配置される。このため、支持板８Ｆは、図１３に示すように、上記第４実施形態における滑り板８とは異なり、第一磁石２を回転炉９の円筒状外周面９１に固定した際に、円筒状外周面９１には当接しない。
【００４８】
なお、本実施形態では、第一磁石２は、変形板３の両端部にスペーサ２４を介して２つずつ配置され、その上側には、取手２１が取り付けられている。また、第一磁石２の下面、磁石６８，６９及び熱電変換器６Ｆの吸熱部６１の下面のそれぞれは、同一面上に位置している。これにより、変形板３をより安定して回転炉９の円筒状外周面９１に固定することができる。
【００４９】
また、放熱器６３Ｆの放熱用フィン６３２Ｆの高さ寸法は、上記放熱用フィン６３２の高さ寸法（例えば、５０ｍｍ）の略２倍（例えば、９０ｍｍ）となっている。
また、熱拡散部６３１は、支持板８Ｆの第１張出部８２Ｆ上に固定され、第１張出部８２Ｆの下側には、金属板６４が配置されている。
【００５０】
さらに、オーバリティ計測センサ１Ｆは、スペーサ６６に代えて、４つのスタッド６６Ｆを備え、これら４つのスタッド６６Ｆは、変形板３の両側に２本ずつ本体部８１Ｆ及び第２張出部８３Ｆに配置され、制御部５を支持する。これにより、制御部５は、放熱器６３Ｆの上側に支持されていなくても、４つのスタッド６６Ｆにより支持板８Ｆ上に固定されるので、制御部５が回転炉９の熱に直接さらされることを抑制している。
また、変形板３と支持板８Ｆとの間には、柱状のスペーサ６７が配置され、このスペーサ６７は、平面視において磁石６９と重なるように変形板３と支持板８Ｆとの間に固定されている。すなわち、スペーサ６７は、支持板８Ｆを介して磁石６９に対向する位置に配置され、変形板３と支持板８Ｆとを固定している。これにより、変形板３の中央部は、スペーサ６７を介して磁石６９により支持される。すなわち、磁石６９及びスペーサ６７は、本発明の支持部材に相当する。
【００５１】
本実施形態では、第一磁石２の変形板３とは反対側の面に固定される強磁性の摺動板２５の円筒状外周面９１側の面が懸架方向Ｈ１に湾曲する凸状円弧面により構成されているので、第一磁石２が円筒状外周面９１を滑らかに摺動でき、変形板３の形状を回転炉９の円筒状外周面９１の変形に確実に追従させることができる。また、摺動板２５を上記凸状円弧面に加工する方が、第一磁石２の円筒状外周面９１への固定面２０を上記凸状円弧面に加工するよりも容易である。
【００５２】
ここで、例えば、上記各実施形態のように変形板３の中心部に熱電変換器６Ｆが固定されていると、放熱器６３や金属板６４に接触している変形板３は、回転炉９の円筒状外周面９１の変形をトレースしにくい。
これに対し、本実施形態では、熱電変換器６Ｆは、支持板８Ｆの第１張出部８２Ｆに設けられている、すなわち、平面視において変形板３と重ならない位置に設けられ、変形板３は、熱電変換器６Ｆよりも変形板３に当接する面積が小さいスペーサ６７（磁石６９）により支持されていることから、変形板３により円筒状外周面９１の変形をより精度よくトレースできる。なお、変形板３は、第一磁石２が回転炉９の円筒状外周面９１に固定された際に、両第一磁石２及び磁石６９により回転炉９と隙間を開けて３点で支持されるので、本実施形態においても変形板３が高温になることを抑制できる。
また、支持板８Ｆは、第一磁石２を回転炉９の円筒状外周面９１に固定した際に、円筒状外周面９１には当接しないので、支持板８Ｆが回転炉９の熱により劣化することを抑制でき、ひずみゲージ４が回転炉９の熱にさらされることを抑制できる。
さらに、第一磁石２が回転炉９の円筒状外周面９１に固定された際に、熱電変換器６Ｆの吸熱部６１が確実に当接するので、吸熱部６１により回転炉９の熱を確実に吸収でき、熱電変換器６Ｆの発電効率を向上できる。
【００５３】
その他、細部構成は上記各実施形態の構成のものに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、変形板３は、例えばＳＵＳ３０４（ステンレス鋼）等により構成されていることとしたが、これに限らず、弾性変形可能で、耐熱性を有するものであればよい。
また、摺動板２２は、非磁性の金属板により構成されていることとしたが、磁性を有しているものであってもよく、回転炉９の円筒状外周面９１に確実に固定でき、かつ、円筒状外周面９１の変位に追従して上記懸架方向Ｈ１に移動可能であればよい。
さらに、上記各実施形態では、熱電変換器６，６Ｆを備えることとしたが、これに限らず、熱電変換器６，６Ｆに代えて電池などを備える構成であってもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１  １Ａ  １Ｂ  １Ｃ  １Ｄ  １Ｅ  １Ｆ  オーバリティ計測センサ
２  ２Ｂ  ２Ｃ  第一磁石
２０Ｂ  固定面
２１  取手
２２  摺動板
２２Ａ  摺動板
２２０  平板部
２２１  屈曲部
２３  支持具（スライド支持機構）
２３１  ねじ
２３２  ナット
２３３  ワッシャー
２３４  スペーサ
２４  スペーサ
３  ３Ｃ  変形板
３１  裏面
３２  表面
３３  スリット
４  ひずみゲージ
５  制御部
６  ６Ｆ  熱電変換器
６１    吸熱部（支持部材）
６２  熱電発電モジュール（支持部材）
６３  ６３Ｆ  放熱器
６３１  熱拡散部
６３２  ６３２Ｆ  放熱用フィン
６４  金属板
６５  第二磁石
６６  ６６Ｆ  スタッド
６７  スペーサ
６８  磁石
６９  磁石（支持部材）
７  熱電対
８  滑り板
８Ｆ  支持板
８１Ｆ  本体部
８２Ｆ  第１張出部
８３Ｆ  第２張出部
９  回転炉
９１  円筒状外周面
【図１】
2019148434.tif 000003
【図２】
2019148434.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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