(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送を兼ねる加熱面であるスチールベルトコンベアの上部スチールベルトの下部に誘導加熱用コイルを設置した加熱装置において、上部スチールベルト表面に接するローラーを１個あるいは複数配置し、加熱時の上部スチールベルトの浮上を防止することを特徴とする加熱安定化装置。
【請求項２】
ローラーが、上部スチールベルトの蛇行に追従して移動することにより、ローラーと上部スチールベルトの相対的な位置関係を保持することを特徴とする請求項１に記載の加熱安定化装置。
【請求項３】
ローラーが、直径の異なる２つのローラーを同心で接着した二段ローラーであり、直径の小さいローラーが、上部スチールベルト端部の上面に接するように、直径の大きいローラーの側面が上部スチールベルト端部の外側に横方向から接するように設置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加熱安定化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発熱体として誘導加熱用コイルにより加熱されるスチールベルトを用いた加熱装置において、加熱処理を安定化する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
食品等を連続的に加熱処理する場合、しばしばスチールベルトコンベアが利用される。クッキーやシュークリーム等の焼き菓子には、ガス加熱によるスチールベルトオーブンが多く用いられている。しかし、エネルギー効率が悪い、温度面での作業環境の悪化、安全上の不安等の課題があった。これらの課題を解決するために、例えば特開平９−２１５６０５号公報のような、スチールベルトと誘導加熱用コイルを組み合わせた加熱装置が考案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、スチールベルトと誘導加熱用コイルを組み合わせた加熱装置には、原理的に避けられない課題が存在する。
【０００４】
誘導加熱に限らず、スチールベルトが加熱されると、スチールベルトの材質や温度等に応じてスチールベルトが膨張する。スチールベルトの膨張は、スチールベルトを把持する両端のプーリーに接続されたバネの張力によりある程度吸収されるが、部分的には吸収しきれず、加熱分布に応じて、スチールベルト全体が浮き上がる部分や、スチールベルト中央部のみが浮き上がる部分等が発生することが多い。ここで、「浮き上がる」と表現したが、一般的なスチールベルトコンベア装置の構造は、スチールベルトを多数のローラー等により下方から支持する形態をとっており、このためスチールベルトは下方よりも上方へ移動しやすいためである。誘導加熱用コイルがスチールベルトの下方に設置されている場合には、スチールベルトが下方へ移動する余地がさらに少ないため、膨張による移動は専ら上方へと発生する。
【０００５】
ガスによりスチールベルトを加熱する場合には、膨張によって部分的にスチールベルトが上方あるいは下方へ移動しても、その部分のスチールベルトが受け取る熱量の変化は小さい。しかし、誘導加熱によりスチールベルトを加熱する場合には、スチールベルトが上方に移動すると、加熱効率が著しく低下し、加熱不足になる。さらにスチールベルトと誘導加熱コイルの距離が、特有の範囲を超えた場合、回路が無負荷となり、加熱が停止する。これらの現象により、膨張し浮き上がった部分の加熱が不完全となり、そこに載っていた被加熱物に、所望の加熱処理が出来なくなる。この現象は、コンベア長５ｍ以下では発生しにくく、コンベア長が長くなるにつれ、発生しやすくなる。
【０００６】
また、急激な加熱や冷却によっても発生しやすい。例えば、食品をコンベア上で加熱調理する場合には、加熱中、被加熱物からの水分蒸発によって、被加熱物が載っている部分のスチールベルト温度は上がりにくい。対して、被加熱物が載っていない部分のスチールベルト温度は上がりやすい。このように食品を加熱する場合、被加熱物付近で急激な温度変化が生じやすい。
【０００７】
このように、スチールベルトと誘導加熱用コイルを組み合わせた加熱装置、特にコンベア長が５ｍを超える大型装置の場合は、スチールベルトの浮き上がりによる加熱不足とそれによるスチールベルト温度の不均衡の増大という現象が発生しやすく、所望の加熱条件を維持することは困難である。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決し、スチールベルトと誘導加熱用コイルを組み合わせた加熱装置において、安定した加熱を実現する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】
本発明者らは上記の課題を解決するために鋭意検討を行った結果、搬送を兼ねる加熱面であるスチールベルトコンベアの上部スチールベルトの下部に誘導加熱用コイルを設置した加熱装置において、上部スチールベルト表面に接するローラーを１個あるいは複数配置し、加熱時の上部スチールベルトの浮上を防止することを特徴とする加熱安定化装置を用いることにより、加熱処理を安定化できること見いだし、本発明を完成した。
【００１０】
次に本発明を構成する加熱安定化装置について逐次説明する。
スチールベルトコンベアとは、鋼帯を輪状に加工し、両端をプーリーで引っ張って駆動する形式のものをいう。スチールベルトとして用いられる鋼材の厚みは、一般に用いられている０．８ｍｍないし１．５ｍｍの鋼帯を用いるのが良いが、実用可能であれば特に限定されない。スチールベルトの材質は、スチールという表現にこだわらず、電磁誘導によって渦電流が発生する材質のものを広く指す。
【００１１】
誘導加熱用コイルは、一般的な材料、例えば平角銅線を渦巻状に配置したものであり、円形、長円形または長方形等に巻かれたものであるが、コイルの材質、巻き数等は、広く一般に誘導加熱用コイルとして使用される方法に従う。
【００１２】
これらを組み合わせた加熱装置、特にコンベア長が５ｍを超える大型装置の場合は、上部スチールベルトの浮き上がりによる加熱不足と、それによる上部スチールベルト温度の不均衡の増大という現象が発生しやすく、所望の加熱条件を維持することは困難である。この浮き上がりは、上部スチールベルト表面にローラーを１個あるいは複数配置し、上部スチールベルトが非加熱時の位置よりも上に移動しないようにすることにより防止できた。
【００１３】
ローラーの材質は、使用する部分での最高温度においても剛性を保ち、装置あるいは被加熱物に悪影響を及ぼさないものであれば特に制限されない。例えば、食品を加熱する場合には、テトラフロロエチレン樹脂等が適している。
【００１４】
ローラーの厚みは、少なくとも上部スチールベルトの膨張時の応力に耐えられるだけの厚みが必要である。例えばテトラフロロエチレン樹脂であれば１０ｍｍ以上の厚みが望ましい。また、非加熱物に接触したり、押しつぶしたりしない程度の厚みに抑える必要がある。ローラー径は、特に限定されない。
【００１５】
ローラーの支持方法は特に限定されない。一般的には、ローラーの軸を上部スチールベルトの外側にある装置筐体に接続、固定する。ローラーの鉛直位置は、上部スチールベルトが非加熱のときの表面に、ローラーの最下部が接するように設置するのが望ましいが、加熱時の上部スチールベルトの膨張状態に応じて、多少上方あるいは下方に設置することができる。ただし、下方に設置した場合、上部スチールベルトへ過剰な応力が掛かることは避けるべきである。
【００１６】
ローラーは、上部スチールベルトの幅方向のどの位置に設置してもよい。上部スチールベルトの端部に設置してもよいし、それより内側に設置してもよい。また、ローラーは、上部スチールベルトの進行方向のどの位置に設置してもよい。適した設置位置は、装置形状、装置能力、被加熱物、加熱条件等によって異なるため、都度試験によって決定すればよい。ただし、ローラーが被加熱物に接触したり、押しつぶしたりしないように注意する必要がある。
【００１７】
加熱時の上部スチールベルトの蛇行量が大きい場合、ローラーが上部スチールベルト端部から外れたり、非加熱物を押しつぶしたりする可能性がある。その場合、ローラーが上部スチールベルトの蛇行に追従して移動することにより、ローラーと上部スチールベルトの相対的な位置関係が保持されるような構造にするのがよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の加熱安定化装置を設置した加熱装置の側面図を描いたものである。ここで装置としての種々の詳細部品については、本発明の範囲内で適宜設計されるものなので、図は装置の全体構造を原理的に描いてある。図１のように加熱装置１は、２つの駆動用プーリー２の間に、スチールベルト３が架け渡され、この上部スチールベルト３の上面が被加熱物の加熱面かつ搬送面となり、さらに上部スチールベルト３の下方には、上部スチールベルト３から適切な距離の位置に、誘導加熱コイル４が設置されている。上部スチールベルト３の上面に接するように、本発明の加熱安定化装置であるローラー５が設置されている。
【００１９】
ローラー５の設置位置は、上部スチールベルト３の流れ方向、幅方向のどの位置でもよいが、上部スチールベルト３の歪みを抑えるための効果的な位置に設置するのが望ましい。例えば、図１のように誘導加熱コイル４の下流端上方に設置するのがよい。図１のようにコイル４が配置されている場合には、上部スチールベルト３はコイル４の上方では加熱されるが、コイル間４の隙間上方では全く加熱されず、上部スチールベルト３はコイル４の下流端上方で歪みを生じやすい。
【００２０】
図２は、上部スチールベルト３の幅方向の端部に加熱安定化装置を設置した加熱装置の正面図である。上部スチールベルト３の端部上面に接するように設置されたローラー５は、ローラー支持軸７により、加熱装置筐体の一部６に固定されている。この設置例は、スチールベルト幅が比較的狭く、具体的には８００ｍｍ以下で、比較的蛇行量が少ない場合に適している。スチールベルト幅が８００ｍｍを超えると、上部スチールベルト３の幅方向の中央部が盛り上がり、端部を押さえるだけでは歪みを解消できない場合がある。また、蛇行量が多い場合には、上部スチールベルト３端部がローラー５から外れてしまうおそれがある。
【００２１】
図３は、上部スチールベルト３端部および上部スチールベルト３内側に加熱安定化装置を設置した加熱装置の正面図である。上部スチールベルト３端部および上部スチールベルト３内部の上面に接するように設置されたローラー５は、ローラー支持軸７により、加熱装置筐体の一部６に固定されている。また、ローラー５は、被加熱物８と干渉しない位置に設置されている。この設置例は、例えばスチールベルト幅が８００ｍｍを超え、上部スチールベルト３中央部が盛り上がりやすい場合で、比較的蛇行量が少ない場合に適している。ローラー５のスチールベルト幅方向の設置数は、スチールベルト幅、被加熱物８の形状、個数、通過位置、ローラー５を設置しない場合における上部スチールベルト３の歪みの程度、等を考慮し、適切な数を選ぶのがよい。ただし、蛇行量が多い場合には、上部スチールベルト３端部がローラー５から外れてしまったり、被加熱物８とローラー５が干渉したりするおそれがある。
【００２２】
図４は、上部スチールベルト３の蛇行に追従する仕組みを持った加熱安定化装置の設置例の正面図である。二段ローラー９は、直径の異なる２つのローラーを同心で接着したものであるが、削り出して同様の形状にしてもよい。二段ローラー９は、ローラー支持軸７により、加熱装置筐体の一部６に固定されている。ローラー支持軸７にはばね１０が通されており、二段ローラー９が常に上部スチールベルト３に沿うような力が掛かるようになっている。二段ローラー９のうち直径の小さいローラーが、上部スチールベルト３端部の上面に接するように、直径の大きいローラーの側面が上部スチールベルト３端部の外側に横方向から接するように設置されている。この設置例では、ばね１０の力により二段ローラー９が上部スチールベルト３端に接し続けるため、上部スチールベルト３の蛇行に追従し、二段ローラー９が上部スチールベルト３から外れることがない。ただし、ばね１０により押しつける力が、新たに上部スチールベルト３の蛇行の原因とならないように調整する必要がある。
【００２３】
図５は、上部スチールベルト３の蛇行に追従する仕組みを持った加熱安定化装置（ユニットタイプ）の設置例の正面図である。また、図６はその側面図である。この設置例では、ローラー４本を２列配置し互いに連結したユニットタイプとなっている。５はローラー支持軸７により支持されたローラー５、上部スチールベルト３端部に接し、鉛直の回転軸を持つガイドローラー１３、加熱装置筐体の一部６に接続された加熱安定化装置支持部１２に挟まれた加熱安定化装置支持ローラー１１が接続され、ユニットとなっている。上部スチールベルト３が蛇行した場合でも、ガイドローラー１３が追従することでユニット全体が追従し、上部スチールベルト３とローラー５の相対的な位置関係を常に一定に保つ。ローラー５の幅方向の個数、流れ方向の個数、ユニットを成す個数は特に限定されない。
【００２４】
また、図５、図６のようなユニットタイプにおいて、蛇行検知および追従方法を電気的なものにすることも可能である。例えば、上部スチールベルト３端を認識する位置センサ、ユニットをスチールベルト３幅方向に駆動するモーター等を使用することができる。この場合の位置センサは、光電センサ、近接センサ、変位センサ、画像センサ等を使用できる。
【００２５】
【実施例】
厚さ１．２ｍｍ、幅１ｍ、長さ６０ｍの炭素焼き入れ鋼スチールベルトをエンドレス加工し、２箇所の直径８００ｍｍ、幅８００ｍｍのプーリーに掛けて引っ張り、全長約３０ｍのスチールベルトコンベアとした。次に、１ｍ四方のユニット内に納まる誘導加熱用コイルを１０基作成し、上部スチールベルトの後半１１ｍ部分に、上部スチールベルト下１０ｍｍの位置に並べて配置した。コイル同士の隙間は約１００ｍｍとなった。各コイルユニットは、３０ｋＷの誘導加熱用インバータに接続した。各コイルユニットの下流５０ｍｍの位置で、上部スチールベルトの幅方向の中央部裏面に、温度センサを設置した。この温度センサは、ばねによって常に上部スチールベルトの裏面に接するように設置され、測定値は温度コントローラーに送られ、上流側に隣接するコイルユニットに対応する誘導加熱用インバータの出力を制御した。これら温度センサ、温度コントローラーにより、任意の温度設定を実現した。
【００２６】
この加熱装置を、ベルト速度３ｍ／分、各コイルユニットの設定温度を、上流側から順に１２０℃、１２０℃、１２０℃、１６０℃、１６０℃、１６０℃、２００℃、２００℃、２００℃、２２０℃として起動した。加熱開始２分後に、コイルが設置されている１１ｍの部分のうち中間部以降で上部スチールベルトの歪み、約２０ｍｍの浮き上がりが観察された。上部スチールベルトが浮き上がることでその部分の誘導加熱回路が切れて加熱が停止し、加熱が停止して上部スチールベルト温度が低下するにつれコイルに接近し再び加熱される、という現象が不定期に発生した。そのときの上流側から７番目のコイルユニットの下流５０ｍｍ、上部スチールベルト幅方向の中央部裏面の温度変化を図９に示す（立ち上げから１５分後まで）。設定温度２００℃に対し、不定期な温度の振れが発生しているのがわかる。被加熱物を加熱してみたところ、焼け過ぎたり、焼きが不足したりするものが不定期に発生し、安定した加熱処理ができなかった。
【００２７】
そこで、図７（平面図）、図８（側面図）のようなユニットタイプの加熱安定化装置を製作した。１ｍ四方の誘導加熱コイル４とほぼ同じ面積を占めるユニット中には、３本のローラー支持軸７により、１０個のローラー５が支持される。ローラー５の位置は、５列で流される被加熱物８と干渉しない位置に調整され、かつ製作コスト低減のため、効果的な部分にのみローラー５を配置した。ユニット全体は、加熱装置筐体に接続された加熱安定化装置支持棒１４により支持され、加熱安定化装置支持摺動部１５によって、スチールベルト幅方向に動作可能になっている。ガイドローラー１３は、上部スチールベルト３端部に追従して動くため、上部スチールベルト３が蛇行した場合においても、ローラー５と上部スチールベルト３の相対的な位置は保持される。
【００２８】
この加熱安定化装置を５基用意し、誘導加熱コイルに対して１個置きに設置して同様に加熱を開始したところ、開始直後から５時間後の加熱停止まで、上部スチールベルトの歪み、浮き上がりが抑えられ、安定した加熱がなされた。そのときの上流側から７番目のコイルユニットの下流５０ｍｍ、上部スチールベルト幅方向の中央部裏面の温度変化を図１０に示す（立ち上げから１５分後まで）。設定温度２００℃に対し、温度が安定して推移しているのがわかる。被加熱物を流し加熱してみたところ、安定して所望の焼き具合のものが得られた。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、搬送を兼ねる加熱面であるスチールベルトコンベアの上部スチールベルト下部に誘導加熱用コイルを設置した加熱装置において、上部スチールベルト表面に接するローラーを１個あるいは複数配置し、加熱時の上部スチールベルトの浮き上がりを防止することで、安定した加熱をすることができる。更に、ローラーが上部スチールベルトの蛇行に追従して移動することで、ローラーと上部スチールベルトの相対的な位置関係が保持され、被加熱物を押しつぶしたりすることがなくなる。これらにより、上部スチールベルトと誘導加熱コイルを組み合わせた加熱装置が持つ原理的な課題が解決され、長時間運転しても信頼の高い加熱装置となるという、優れた効果を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の加熱安定化装置を設置した加熱装置の側面図である。
【図２】上部スチールベルトの幅方向の端部に加熱安定化装置を設置した加熱装置の正面図である。
【図３】上部スチールベルトの幅方向の端部及び内側に加熱安定化装置を設置した加熱装置の正面図である。
【図４】上部スチールベルトの蛇行に追従する仕組みを持った加熱安定化装置を設置した例の正面図である。
【図５】上部スチールベルトの蛇行に追従する仕組みを持った加熱安定化装置（ユニットタイプ）を設置した例の正面図である。
【図６】上部スチールベルトの蛇行に追従する仕組みを持った加熱安定化装置（ユニットタイプ）を設置した例の側面図である。
【図７】上部スチールベルトの蛇行に追従する仕組みを持った加熱安定化装置（ユニットタイプ）の実施例の平面図である。
【図８】上部スチールベルトの蛇行に追従する仕組みを持った加熱安定化装置（ユニットタイプ）の実施例の側面図である。
【図９】加熱安定化装置を設置しない場合の、上部スチールベルト裏面温度の推移の例である。
【図１０】図７および図８の加熱安定化装置を設置した場合の、上部スチールベルト裏面温度の推移の例である。
【図１】
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【図２】
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【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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