(57)【要約】【課題】熱交換器やポンプを大型化することなく、処理物の均一な熱処理を可能にする熱処理ローラの温度制御装置を提供すること。【解決手段】熱媒流体６を通流し表面を通過する処理物１３を熱処理する熱処理ローラ１と、前記ローラ１に供給する熱媒流体の温度と第１の設定温度S１とを比較出力する第１の温度制御手段１５と、前記ローラ１の表面温度と第２の設定温度S2とを比較出力する第２の温度制御手段１６と、前記流体の温度と前記第２の設定温度S２との差が所定の範囲A内のとき第２の温度制御手段１６の出力に、所定の範囲Aを越えるとき第１の温度制御手段１５の出力に切り換える切換手段１７とを備え、前記切換手段１７の出力により熱交換器７の加熱又は冷却量を制御し、熱処理ローラ１の表面温度を常に一定に保持にする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に熱媒流体を通流し表面に当接する処理物を熱処理する熱処理ローラと、前記熱処理ローラに熱媒流体を供給する熱媒流体供給手段と、前記熱媒流体供給手段から供給する熱媒流体の温度を検出する第１の温度センサと、前記第１の温度センサの検出温度と第１の設定温度とを比較して前記熱媒流体の温度を前記第１の設定温度に制御する第１の温度制御手段と、前記熱処理ローラの表面温度を検出する第２の温度センサと、前記第２の温度センサの検出温度と前記第１の設定温度と異なる第２の設定温度とを比較して前記熱媒流体の温度を前記第２の設定温度に制御する第２の温度制御手段と、前記第２の温度センサの検出温度と前記第２の設定温度との差が所定の範囲内のとき前記第２の温度制御手段に、前記所定の範囲を越えるとき前記第１の温度制御手段に切り換える切換手段とを備えてなることを特徴とする熱処理ローラの温度制御装置。
【請求項２】
内部に加熱流体を通流し表面に当接する処理物を加熱処理する熱処理ローラと、前記熱処理ローラに加熱流体を供給する加熱流体供給手段と、前記加熱流体供給手段から供給する加熱流体の温度を検出する第１の温度センサと、前記第１の温度センサの検出温度と第１の設定温度とを比較して前記加熱流体の温度を前記第１の設定温度に制御する第１の温度制御手段と、前記熱処理ローラの表面温度を検出する第２の温度センサと、前記第２の温度センサの検出温度と前記第１の設定温度よりも低い第２の設定温度とを比較して前記加熱流体の温度を前記第２の設定温度に制御する第２の温度制御手段と、前記第２の温度センサの検出温度と前記第２の設定温度との差が所定値以内のとき前記第２の温度制御手段に、前記所定値を越えるとき前記第１の温度制御手段に切り換える切換手段とを備えてなることを特徴とする熱処理ローラの温度制御装置。
【請求項３】
内部に奪熱流体を通流し表面に当接する処理物を熱処理する熱処理ローラと、前記熱処理ローラに奪熱流体を供給する奪熱流体供給手段と、前記奪熱流体供給手段から供給する奪熱流体の温度を検出する第１の温度センサと、前記第１の温度センサの検出温度と第１の設定温度とを比較して前記奪熱流体の温度を前記第１の設定温度に制御する第１の温度制御手段と、前記熱処理ローラの表面温度を検出する第２の温度センサと、前記第２の温度センサの検出温度と前記第１の設定温度よりも高い第２の設定温度とを比較して前記奪熱流体の温度を前記第２の設定温度に制御する第２の温度制御手段と、前記第２の温度センサの検出温度と前記第２の設定温度との差が所定値以内のとき前記第２の温度制御手段に、前記所定値を越えるとき前記第１の温度制御手段に切り換える切換手段とを備えてなることを特徴とする熱処理ローラの温度制御装置。
【請求項４】
熱処理ローラの表面温度を検出する第２の温度センサをローラ表面に近接する肉厚内に挿入してなることを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３に記載の熱処理ローラの温度制御装置。
【請求項５】
熱処理ローラの肉厚内部に長手方向に沿って気液2相の熱媒体を封入する密閉室を設けてなることを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４に記載の熱処理ローラの温度制御装置。
【請求項６】
熱処理ローラに電磁誘導発熱機構を付加してなることを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４又は請求項５に記載の熱処理ローラの温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体を熱媒体として樹脂フィルムなどの処理物を加熱又は奪熱処理する熱処理ローラの温度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
樹脂フィルムなどの処理物をローラに掛け、ローラに当接して通過する間に処理物を所定の温度に加熱したり、高温の処理物を所定の温度にまで奪熱することが行われている。加熱処理する場合、ローラは加熱処理に必要な温度に高められ、奪熱処理する場合、処理物からの奪熱作用によってローラ自体の温度が上昇するので、処理物の冷却に適応する温度までローラを冷却する。いずれの場合も熱を移送する媒体を必要とし、その媒体として流体たとえば油が使用されている。すなわち、適温の流体をローラの内部を通過させ、この流体でローラを加熱又はローラから奪熱するようにしている。
【０００３】
図３はこのような熱媒流体により加熱又は奪熱する場合のローラ装置の概略構成を示すもので、図３において、１はローラ本体を構成するロールシェル、２は図示しないモータにより回転してロールシェルを回転する回転駆動軸、３は中子、４はロータリジョイント、５は貯油タンク、６は油（熱媒流体）、７は熱交換器（加熱又は冷却）、８はポンプ、９は温度センサ、１０は温度制御装置、１１は電力制御回路、１２はヒータ、１３はロールシェルに当接して通過する樹脂フィルムなどの処理物である。ロールシェル１は円筒状をなし、その中空内部に中子３が配置され、中子３の中央部を貫通して熱媒通流路３ａが形成されている。熱媒通流路３ａは回転駆動軸２内を経てロータリジョイント４の流入口に連結され、ロールシェル１の内周壁と中子３の外周壁との間で形成された熱媒通流路１ａは回転駆動軸２内を経てロータリジョイント４の出口に連結されている。
【０００４】
すなわち、貯油タンク５の油６は熱交換器７を通り、所定の温度に加熱又は冷却され、その油６がポンプ８によってロールシェル１内に送られ、熱媒通流路３ａおよび１ａを通流し、貯油タンク５へ排出される。処理物１３を加熱する場合には、油６は熱交換器７内のヒータ１２により加熱され、加熱された油６がロールシェル１内の熱媒通流路３aおよび１aを通流し、ロールシェル１は加熱され、その熱でロールシェル１の表面に当接した処理物１３を加熱処理する。
【０００５】
熱交換器７の出力側に、通流する油（熱媒流体）６の温度を検出する温度センサ９が設けられ、温度センサ９の検出温度信号は温度制御装置１０に送られる。温度制御装置１０は、通流する油６の温度を設定する設定温度S（図４参照）が予め入力されており、この設定温度Sと入力された温度センサ９の検出温度信号とを比較し、その偏差に対応する制御信号をサイリスタなどからなる電力制御回路１１に送る。電力制御回路１１は制御信号に応じた電力をヒータ１２に供給し、ヒータ１２はその電力に応じて発熱して油（熱媒流体）６を設定温度Sにまで加熱し、この加熱温度を維持する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような油（熱媒流体）６の温度制御では、図４に示すように当初油（熱媒流体）６の温度T1の立ち上がりに対して、ロールシェル１の表面温度T2の立ち上がりが遅く、ロールシェル１の表面温度T2が設定温度Sの近傍にまで上昇するまでの時間ｔ１が長時間となる。特に、ロールシェル１内を通流する油（熱媒流体）６の少ない場合には、ロールシェル１の油（熱媒流体）６が通流する伝熱面（内面）における熱伝達率が低くなるため、その時間は長くなる傾向がある。
【０００７】
また、設定温度Sに制御された油（熱媒流体）６が、途中の配管で温度が低下したり、ロールシェル１の油（熱媒流体）６が通流する伝熱面（内面）から表面（外面）までの肉厚内に生じる温度差などにより、図４に示すように、ロールシェル１の表面温度T2と油（熱媒流体）６の温度T1とに偏差ｄ１が発生し、その偏差はロールシェル１の表面に処理物１３が当接通過すると、処理物１３が熱を奪うため表面温度は降下して大きくｄ２なり、これらを防止するためには油（熱媒流体）６の流量を上げなければならず、そのために熱交換器やポンプを大型にしなければならないという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような問題を解消すべくなされたもので、熱交換器やポンプを大型化することなく、処理物の均一な熱処理を可能にする熱処理ローラの温度制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る本発明は、内部に熱媒流体を通流し表面に当接する処理物を熱処理する熱処理ローラと、前記熱処理ローラに熱媒流体を供給する熱媒流体供給手段と、前記熱媒流体供給手段から供給する熱媒流体の温度を検出する第１の温度センサと、前記第１の温度センサの検出温度と第１の設定温度とを比較して前記熱媒流体の温度を前記第１の設定温度に制御する第１の温度制御手段と、前記熱処理ローラの表面温度を検出する第２の温度センサと、前記第２の温度センサの検出温度と前記第１の設定温度と異なる第２の設定温度とを比較して前記熱媒流体の温度を前記第２の設定温度に制御する第２の温度制御手段と、前記第２の温度センサの検出温度と前記第２の設定温度との差が所定の範囲内のとき前記第２の温度制御手段に、前記所定の範囲を越えるとき前記第１の温度制御手段に切り換える切換手段とを備えてなることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る本発明は、内部に加熱流体を通流し表面に当接する処理物を加熱処理する熱処理ローラと、前記熱処理ローラに加熱流体を供給する加熱流体供給手段と、前記加熱流体供給手段から供給する加熱流体の温度を検出する第１の温度センサと、前記第１の温度センサの検出温度と第１の設定温度とを比較して前記加熱流体の温度を前記第１の設定温度に制御する第１の温度制御手段と、前記熱処理ローラの表面温度を検出する第２の温度センサと、前記第２の温度センサの検出温度と前記第１の設定温度よりも低い第２の設定温度とを比較して前記加熱流体の温度を前記第２の設定温度に制御する第２の温度制御手段と、前記第２の温度センサの検出温度と前記第２の設定温度との差が所定値以内のとき前記第２の温度制御手段に、前記所定値を越えるとき前記第１の温度制御手段に切り換える切換手段とを備えてなることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に係る本発明は、内部に奪熱流体を通流し表面に当接する処理物を熱処理する熱処理ローラと、前記熱処理ローラに奪熱流体を供給する奪熱流体供給手段と、前記奪熱流体供給手段から供給する奪熱流体の温度を検出する第１の温度センサと、前記第１の温度センサの検出温度と第１の設定温度とを比較して前記奪熱流体の温度を前記第１の設定温度に制御する第１の温度制御手段と、前記熱処理ローラの表面温度を検出する第２の温度センサと、前記第２の温度センサの検出温度と前記第１の設定温度よりも高い第２の設定温度とを比較して前記加熱流体の温度を前記第２の設定温度に制御する第２の温度制御手段と、前記第２の温度センサの検出温度と前記第２の設定温度との差が所定値以内のとき前記第２の温度制御手段に、前記所定値を越えるとき前記第１の温度制御手段に切り換える切換手段とを備えてなることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に係る本発明は、請求項１又は請求項２又は請求項３に記載の発明において、熱処理ローラの表面温度を検出する第２の温度センサをローラ表面に近接する肉厚内に挿入してなることを特徴とし、請求項５に係る本発明は、請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４に記載の発明において、  熱処理ローラの肉厚内部に長手方向に沿って気液2相の熱媒体を封入する密閉室を設けてなることを特徴とし、請求項６に係る本発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の発明において、熱処理ローラに電磁誘導発熱機構を付加してなることを特徴とする。
【００１３】
本発明では、ローラの表面温度が、その目標値（第２の設定温度）の所定の範囲よりも低い（奪熱の場合は高い）ときには、熱媒流体の温度をローラの表面温度の目標値よりも高く（奪熱の場合は低く）設定（第１の設定温度）した温度制御手段（第１の温度制御手段）で制御し、ローラの表面温度が、その目標値（第２の設定温度）の所定の範囲内のときには、熱媒流体の温度をローラの表面温度の目標値に設定（第２の設定温度）した温度制御手段（第２の温度制御手段）で制御するので、ローラの表面温度がその目標値よりもかけ離れて低い当初は、ローラの表面温度をその目標値近傍にまで迅速に立ち上げられる。
【００１４】
また、ローラの表面温度が目標値に到達後、処理物のローラ表面の通過により表面温度が降下（奪熱の場合は上昇）し、この降下がローラ表面温度の目標値に対して所定の範囲、例えばその目標値の１０％（適宜）を越えると、熱媒流体の温度をローラの表面温度の目標値よりも高く（奪熱の場合は低く）設定（第１の設定温度）した温度制御手段（第１の温度制御手段）で制御するので、ローラの表面温度は目標値にほぼ維持され、熱交換器やポンプを大型化することなく、処理物の均一な熱処理を可能にする。
【００１５】
また、熱処理ローラの表面温度を検出する第２の温度センサをローラ表面に近接する肉厚内にローラの肉厚内部に挿入するようにするとローラ表面の温度を正確かつ安定に検出することができるとともに、温度センサと処理物との干渉を防止することができる。  さらに、ローラの長手方向に沿って形成した密閉室に気液2相の熱媒体を封入しておくと、入り口と出口間で熱媒流体に温度差があっても熱媒体の潜熱移動によりローラの表面は均温に維持され、ローラ表面を通過する処理物の幅方向（ローラの長手方向）の均一な熱処理を可能にするとともに、ローラの表面が均一であることから、表面温度の検出を容易に行うことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態に係る熱処理ローラの温度制御装置の構成図、図２は図１に示す熱処理ローラの温度制御装置の動作を示す特性図である。なお、図３に示す従来の熱処理ローラの温度制御装置と同一の部分および対応する部分には同一の符号を付している。
【００１７】
図１において、１はローラ本体を構成するロールシェル、２は図示しないモータにより回転してロールシェルを回転する回転駆動軸、３は中子、４はロータリジョイント、５は貯油タンク、６は油（熱媒流体）、７は熱交換器（加熱又は冷却）、８はポンプ、１１はサイリスタなどからなる電力制御回路、１２はヒータ、１３はロールシェルに当接して通過する樹脂フィルムなどの処理物である。
【００１８】
ロールシェル１は円筒状をなし、この例ではその肉厚内部に長手方向に沿う密閉室１ｂと温度センサ挿入孔１ｃが形成され、温度センサ挿入孔１ｃには、ロールシェル１の表面温度を検出する温度センサ１４が配置され、密閉室１ｂ内には、潜熱移動によってロールシェル１の表面の温度を均一化する水などの気液2相の熱媒体１８が封入されている。そして、中空内部に中子３が配置され、中子３の中央部を貫通して熱媒通流路３ａが形成されている。熱媒通流路３ａは回転駆動軸２内を経てロータリジョイント４の流入口に連結され、ロールシェル１の内周壁と中子３の外周壁との間で形成された熱媒通流路１ａは回転駆動軸２内を経てロータリジョイント４の出口に連結されている。
【００１９】
貯油タンク５の油６は熱交換器７を通り、所定の温度に加熱又は冷却され、その油６がポンプ８によってロールシェル１内に送られ、熱媒通流路３ａおよび１ａを通流し、貯油タンク５へ排出される。処理物１３を加熱処理する場合には、油６は熱交換器７内のヒータ１２により加熱され、加熱された油６がロールシェル１内の熱媒通流路３aおよび１aを通流し、その通流によってロールシェル１は加熱され、その熱でロールシェル１の表面に当接通過する処理物１３を加熱処理する。
【００２０】
処理物１３を奪熱する場合には、油６は熱交換器７内の冷媒により冷却され、冷却された油６がロールシェル１内の熱媒通流路３aおよび１aを通流し、その通流によってロールシェル１は奪熱され、その奪熱でロールシェル１の表面に当接通過する処理物１３を奪熱処理する。すなわち、貯油タンク５、熱交換器７およびポンプ８はロールシェル１内に熱媒流体６を供給する熱媒流体供給手段を構成している。
【００２１】
９は熱交換器７からロールシェル１へ供給する熱媒流体の温度を検出する第１の温度センサ、１４はロールシェル１の表面温度を検出する第２の温度センサ、１９は第２の温度センサ１４の検出温度を、回転体のロールから固定体の外部へ取り出すたとえばロータリ変成器、スリップリング、ロータリコネクタなどの回転接続器、１５は予め入力した熱媒流体の温度の目標値（第１の設定温度）S1と第１の温度センサ９で検出した熱媒流体の温度とを比較し、その偏差に応じた制御信号を電力制御回路１１へ出力する第１の温度制御回路（第１の温度制御手段）、１６は予め入力したロールシェル１の表面温度の目標値（第２の設定温度）S２と第２の温度センサ１４で検出したロールシェル１の表面温度とを比較し、その偏差に応じた制御信号を電力制御回路１１へ出力する第２の温度制御回路（第２の温度制御手段）である。
【００２２】
１７は電力制御回路１１へ送る制御信号を、ロールシェル１の表面温度の目標値（第２の設定温度）S２と第２の温度センサ１４で検出したロールシェル１の表面温度とを比較し、その偏差が予め入力した所定値Aの範囲内のときには、第２の温度制御回路が出力する制御信号に、所定値Aの範囲を越えるときには、第１の温度制御回路が出力する制御信号に切り換える切換回路（切換手段）である。
【００２３】
以上のように構成した熱処理ローラの温度制御装置において、たとえば処理物１３を２００℃で加熱処理しようとする場合、ロールシェル１の表面温度の目標値（第２の設定温度）S２を２００℃に、熱媒流体の温度の目標値（第１の設定温度）S1を３００℃に、所定値Aの値をロールシェル１の表面温度の目標値２００℃の１５％程度の３０℃に設定する。なお、これらの数値は説明のためであって、数値自体は適宜に設定するものである。
【００２４】
当初、ロールシェル１の温度は所定値Aの値３０℃よりも遥かに低く、切換回路１７は第１の温度制御回路が出力する制御信号を電力制御回路１１へ送る。電力制御回路１１は最大の電力をヒータ１２に供給し、ロールシェル１へ供給する熱媒流体の温度は図２のT4に示すように急速に立ち上がり、これに追従して図２のT３に示すようにロールシェル１の表面温度も迅速に立ち上がる。ロールシェル１の表面温度が１７０℃（２００℃−３０℃）に到達しない場合、熱媒流体は第１の温度制御回路が出力する制御信号によって加熱が続けられ３００℃に到達するとその温度に維持される。
【００２５】
ロールシェル１の表面温度が１７０℃に到達すると、切換回路１７は切換作動し、第２の温度制御回路が出力する制御信号を電力制御回路１１へ送る。電力制御回路１１はロールシェル１の表面温度すなわち第２の温度センサ１４の検出温度とロールシェル１の表面温度の設定値２００℃との偏差量に応じた電力をヒータ１２に供給し、熱媒流体の温度は図２の時点ｔ１に示すように３００℃から降下するとともに、ロールシェル１の表面温度は設定値２００℃に到達し、第２の温度制御回路が出力する制御信号によってロールシェル１の表面はその温度２００℃に維持される。
【００２６】
その後、処理物１３がロールシェル１の表面に当接（図２の時点ｔ２）すると、ロールシェル１の表面は処理物１３の奪熱により温度が低下するが、その低下によりロールシェル１の表面温度が１７０℃未満になると、切換回路１７は切換作動し、第１の温度制御回路が出力する制御信号を電力制御回路１１へ送る。電力制御回路１１はほぼ最大の電力をヒータ１２に供給し、ロールシェル１へ供給する熱媒流体の温度は図２のｔ２以降に示すように高められ、ロールシェル１の表面温度は迅速に設定値２００℃へ復帰する。処理物１３がロールシェル１の表面に当接通過中この動作が繰替えされ、熱伝達速度と相俟って熱媒流体の温度は処理物１３の奪熱量に見合う温度に維持、すなわちロールシェル１の表面温度を設定値２００℃に維持する。
【００２７】
また、処理物１３を所定の温度にまで奪熱する場合は、その所定の温度をロールシェル１の表面温度の目標値（第２の設定温度）S２、この目標値（第２の設定温度）S２よりも低い温度を熱媒流体の温度の目標値（第１の設定温度）S1とすれば、加熱処理しようとする場合と同様に処理物１３がロールシェル１の表面に当接通過中熱媒流体の温度は処理物１３から奪う熱量に見合う温度に維持、すなわちロールシェル１の表面温度を所定の温度に維持することができる。
【００２８】
なお、以上の実施の形態では、ロールシェルの肉厚内に気液2相の熱媒体を封入する密閉室を設けているが、本発明はこのような密閉室がない場合にも適用できる。また、回転駆動軸の一方に熱媒流体の入り口と出口を有するロータリジョイントを設けているが、回転駆動軸の一方に熱媒流体の入り口を有するロータリジョイントを、他方に出口を有するロータリジョイントを設けるようにしてもよい。さらに、ロールシェルの表面温度を検出する温度センサをロールシェルの肉厚内に配置しているが、図１に点線１４で示すようにロールシェルの表面近傍の外部に配置してもよく、必要に応じて両者を組み合わせるようにしてもよい。温度センサをロールシェルの外部にのみ配置する場合には、ロールシェルの表面温度を取り出すための回転接続器を省略することが可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ローラの表面温度の立ち上がりが速く、ローラ内を通流する熱媒流体の少ない場合においてもローラの表面温度が設定温度の近傍にまで上昇する時間を短くすることができ、かつ、ローラの表面温度と設定温度との間の偏差をほぼなくすことができる。したがって、熱交換器やポンプを大型化する必要がなく、小さい配管およびポンプの採用によって設備費を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施態様に係る熱処理ローラの温度制御装置の構成図である。
【図２】図１に示す熱処理ローラの温度制御装置の動作を示す特性図である。
【図３】従来の熱処理ローラの温度制御装置の構成図である。
【図４】図３に示す熱処理ローラの温度制御装置の動作を示す特性図である。
【符号の説明】
１  ロールシェル
1a 熱媒通流路
１ｂ  密閉室
１ｃ  温度センサ挿入孔
２  回転駆動軸
３  中子
３a 熱媒通流路
４  ロータリジョイント
５  貯油タンク
６  熱媒流体
７  熱交換器
８  ポンプ
９  第１の温度センサ
１１  電力制御回路
１２  ヒータ
１３  処理物
１４  第２の温度センサ
１５  第１の温度制御回路（第１の温度制御手段）
１６  第２の温度制御回路（第２の温度制御手段）
１７  切換回路（切換手段）
１８  気液2相の熱媒体
１９  回転接続器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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