(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイル素子が円形状の場合は、円の中心が頂角である中心角θ、コイル素子が四角形状の場合は、四角形の対角線の交点が頂角である中心角θ、コイル素子が楕円形状の場合は、楕円の中心が頂角である中心角θが、１０〜９０度の欠落部を有する複数かつ偶数（２ｍ）個のコイル素子が軸心方向に配設され、欠落部により軸心方向に延びるスリット状の開口部を形成された筒状の高周波誘導加熱コイルを備える高周波誘導加熱コイル装置であって、
前記高周波誘導加熱コイルは、第１の端部よりｎ（ｎは１からｍまでの整数）番目のコイル素子の欠落部の第１の側縁部と、第２の端部よりｎ番目のコイル素子の欠落部の同じ側の第１の側縁部が直接接続されており、かつ第１の端部より（ｎ＋１）番目のコイル素子の欠落部の第２の側縁部と、第２の端部よりｎ番目の欠落部の同じ側の第２の側縁部が直接接続されており、さらに第１の端部より１番目のコイル素子の欠落部の第２の側縁部と、第２の端部よりｍ番目のコイル素子の欠落部の第２の側縁部が高周波電源に接続されており、
前記高周波誘導加熱コイルは、前記開口部と対応する箇所にスリットを有する高透磁率材料によって包囲されている、
ことを特徴とする高周波誘導加熱コイル装置。
【請求項２】
前記開口部に沿って軸心方向に移動可能な、搬送具の支持アームが設けられている請求項１記載の高周波誘導加熱コイル装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波誘導加熱コイル装置に関し、さらに詳しくは、複数のコイル素子よりなる筒状の高周波誘導加熱コイルを備える高周波誘導加熱コイル装置であって、高周波誘導加熱コイルの軸心方向に高周波誘導加熱コイル内の被加熱物を移動することが可能な高周波誘導加熱コイル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属缶蓋、金属キャップあるいは塗装金属板等の導電性被加熱体を積み重ねた状態で、予熱や殺菌あるいはシーリング・コンパウンドの軟化等のために筒状の高周波誘導加熱コイルの中を通って所定の温度範囲に加熱する場合に、従来はスパイラル状の高周波誘導加熱コイルを使用していた。この場合、被加熱体の加熱後の工程の故障等のための原因で被加熱体の送りを中断し、同時に高周波誘導加熱コイルをＯＦＦにしなければならない時が起こる。この時途中まで加熱された被加熱体は冷却するので、作業再開までに、高周波誘導加熱コイル内の被加熱体を同コイルの入口前まで戻しておく必要がある。しかしスパイラル状の高周波誘導加熱コイルではこれが至難であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、筒状の高周波誘導加熱コイル装置内の被加熱体を、加熱停止時に搬送具に載せて高周波誘導加熱コイルの軸心方向に移動することが可能で、しかも比較的高い加熱効率を有する高周波誘導加熱コイル装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、コイル素子が円形状の場合は、円の中心が頂角である中心角θ、コイル素子が四角形状の場合は、四角形の対角線の交点が頂角である中心角θ、コイル素子が楕円形状の場合は、楕円の中心が頂角である中心角θが、１０〜９０度の欠落部を有する複数かつ偶数（２ｍ）個のコイル素子が軸心方向に配設され、欠落部により軸心方向に延びるスリット状の開口部を形成された筒状の高周波誘導加熱コイルを備える高周波誘導加熱コイル装置であって、前記高周波誘導加熱コイルは、第１の端部よりｎ（ｎは１からｍまでの整数）番目のコイル素子の欠落部の第１の側縁部と、第２の端部よりｎ番目のコイル素子の欠落部の同じ側の第１の側縁部が直接接続されており、かつ第１の端部より（ｎ＋１）番目のコイル素子の欠落部の第２の側縁部と、第２の端部よりｎ番目の欠落部の同じ側の第２の側縁部が直接接続されており、さらに第１の端部より１番目のコイル素子の欠落部の第２の側縁部と、第２の端部よりｍ番目のコイル素子の欠落部の第２の側縁部が高周波電源に接続されており、前記高周波誘導加熱コイルは、前記開口部と対応する箇所にスリットを有する高透磁率材料によって包囲された構成としてある。
そのためコイルの片半部の複数（ｍ）のコイル素子と、他半部の複数（ｍ）のコイル素子を通って流れる電流の方向が逆方向になる。
【０００５】
中心角に対して、コイル素子が円形状の場合は、円の中心が頂角となり、四角形状の場合は、四角形の対角線の交点が頂角となり、楕円形状の場合は、楕円の中心が頂角となる。
高周波誘導加熱コイルは、軸心方向に配設された、欠落部を有する複数かつ偶数（２ｍ）個のコイル素子より形成され、欠落部により軸心方向に延びるスリット状で、中心角θが１０度以上の開口部を形成されているので、開口部に搬送具の支持アームを設けることによって、被加熱体を高周波誘導加熱コイルの軸心方向に移動させることができる。
前記のように、コイルの片半部の複数（ｍ）のコイル素子と、他半部の複数（ｍ）のコイル素子を通って流れる電流の方向が逆方向であるので、片半部と他半部の間の部分で若干加熱効率が低下する以外は、全長に亘って電流の流れ方向が等しい場合とほぼ等しい加熱効率を得ることができる（図５の曲線１、２、４参照）。
またコイルの中央付近で磁束の打ち消しが行なわれるので、コイル長さを大きくすることができる（例えば約３０ｃｍ以上に）。しかし従来のスパイラル状のコイルの場合は、長くなる（例えば約３０ｃｍ以上に）と、磁束が飽和して、高周波発振器とのマッチングが崩れて発振が停止して加熱ができなくなる。
中心角θが９０度を越えることは、被加熱体を周方向に循環する誘導電流の密度が欠落部の所で小さくなり、加熱効率の低下を招き易いので好ましくない。
【０００６】
請求項２に係る発明は、開口部に沿って移動可能な、搬送具の支持アームが設けられている請求項１記載の高周波誘導加熱コイル装置である。
開口部に沿って移動可能な搬送具の支持アームが設けられているので、搬送具に被加熱体を載置して、支持アームを開口部に沿って移動することによって、高周波誘導加熱コイル装置内の被加熱体を高周波誘導加熱コイルの軸心方向に移動することが可能である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１、図２において、１は高周波誘導加熱コイル装置であって、円周方向の一部に軸心方向に延びるスリット状の開口部２ａを除いて、全体として円筒形状である高周波誘導加熱コイル２を備えている。高周波誘導加熱コイル２は、複数かつ偶数個（図２では８個）のコイル素子３を備えている。すなわち上方からコイル素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇおよび３ｆの順にコイル素子３を備えている。
各コイル素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇおよび３ｈは、直径が等しく同心で軸心方向に垂直で、互いに等間隔であり、すなわち各コイル素子間の間隔ｈが等しく、かつ円周方向同じ位置にそれぞれ、中心角θが１０〜９０度の、より好ましくは２０〜７０度の、開口部２ａを形成する欠円部３ａ1、３ｂ1、３ｃ1、３ｄ1、３ｅ1、３ｆ1、３ｇ1および３ｈ1を有している。なお各コイル素子間の間隔は、必ずしも等しくなくてもよい。
【０００８】
最上端のコイル素子３ａの欠円部３ａ1の右側の側縁部３ａ2は高周波発振器３７（図４参照）に接続する。左側の側縁部３ａ3は立下り導管４を介して、最下部のコイル素子３ｈの左側の側縁部３ｈ3に接続し、その右側の側縁部３ｈ2は立上り導管５を介して、上から２番目のコイル素子３ｂの欠円部３ｂ1の右側の端部３ｂ2に接続する。欠円部３ｂ1の左側の側縁部３ｂ3は立下り導管６を介して、下から２番目のコイル素子３ｇの欠円部３ｇ1の左側の側縁部３ｇ3に接続し、その右側の側縁部３ｇ2は立上り導管７を介して、上から３番目のコイル素子３ｃの欠円部３ｃ1の右側の側縁部３ｃ2に接続する。欠円部３ｃ1の左側の側縁部３ｃ3は立下り導管８を介して、下から３番目のコイル素子３ｆの欠円部３ｆ1の左側の側縁部３ｆ3に接続し、欠円部３ｆ1の右側の側縁部３ｆ2は立上り導管９を介して、上から４番目のコイル素子３ｄの欠円部３ｄ1の右側の側縁部３ｄ2に接続する。欠円部３ｄ1の左側の側縁部３ｄ3は立下り導管１０を介して、下から４番目のコイル素子３ｅの欠円部３ｅ1の左側の側縁部３ｅ3に接続し、欠円部３ｅ1の右側の側縁部３ｅ3は立上り導管１１を介した後高周波発振器３７に接続する。
従って高周波電流は、上側半部のコイル素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄには同方向に流れ、下側半部のコイル素子３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈには同方向の電流が、コイル素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの電流の流れとは逆方向に流れる。
【０００９】
高周波誘導加熱コイル装置１は、高周波誘導加熱コイル２を包囲する、開口部２ａに対応する箇所がスリット１４ａになっている円筒状の高透磁率材料、例えばフェライト１４を備えるのが、漏洩磁束を減少させたり、加熱効率を高めたりする上で好ましい。
１５は、被加熱体を開口部２ａを通って軸心方向に移動するための搬送具１２の支持アームである。図１、図３に示すように、支持アーム１５の後端部に孔部１５ａが設けられており、孔部１５ａにジョイント１６のピン１７が挿通していて、支持アーム１５はピン１７の周りに回動可能になっている。常時は支持アーム１５は１点鎖線で示す位置に回動していて、搬送具１２は高周波誘導加熱コイル２の中に入っていない。
搬送具１２が移動中に回動し難いように、支持アーム１５をジョイント１６の下部に向けて押して摩擦力を高めるためのスプリング１８が設けられている。
【００１０】
ジョイント１６は、高さ方向に延びるスリット１９ａを有するガイド筒１９内を昇降可能の移動コマ２０に、スリット１９ａを挿通する連結腕２１を介して固着している。移動コマ２０に、上部ワイヤ２２および下部ワイヤ２３が着設している。上部ワイヤ２２は、減速機付の逆転可能なモータ（図示されない）の出力軸に設けられたドラム（図示されない）の上端が巻付けられている。下部ワイヤ２３の下端に重錘（図示されない）が吊されている。そのため上部ワイヤ２２に張力が作用するので、移動コマ２０は安定して昇降することが可能である。
【００１１】
次にアセプチック充填、密封による缶詰（例えばビール缶）製造のために缶蓋を加熱殺菌するのに、高周波誘導加熱コイル装置１を適用する場合について説明する。
図４において、高周波誘導加熱コイル２は、熱硬化性樹脂等の耐熱性絶縁体、例えばベークライトよりなる固定垂直案内筒３６を包囲して、案内筒３６の上フランジ部３６ａと下フランジ部３６ｂの間に位置する。案内筒３６の内径は、その内部を通過する缶蓋４０の直径より僅かに大きい（例えば約２〜３ｍｍ大きい）。高周波誘導加熱コイル２は、フィーダ３８により高周波発振器３７に接続する。
【００１２】
丸棒よりなるガイドロッド４１は、円周方向に４個等間隔に配設され、斜め下方に向って湾曲しており、自重によって互に積み重なった状態で降下する缶蓋４０を高周波誘導加熱コイル装置１に導くものである。
高周波誘導加熱コイル装置１に接近してその下方に、無菌エア４２が図の左側から右方に向ってほぼ水平方向に流れるエア冷却装置４３が配設されており、その下方に充填、密封装置（図示されない）が配設されている。４４ａ、４４ｂは、垂直ガイドである。高周波誘導加熱コイル装置１と、エア冷却装置４３の上のガイド４４ａとの間の高さの位置に放射温度計４５が設けられており、放射温度計４５の出力信号は高周波発振器３７に入力して、高周波発振器３７の出力を制御する。ガイド筒１９、移動コマ２０等は、高周波誘導加熱コイル２の後方に配設されており、図４では図示を省略した。
【００１３】
正常の充填密封作業の際、互に積み重なって下降する缶蓋４０は、高周波誘導加熱コイル装置１で加熱された（例えば約１３０℃ｘ５〜１０秒）後、エア冷却室４３を通って、充填密封装置に入るまでに約５０℃に冷却される。
充填密封装置が故障等で停止した場合は、直ちに高周波発振器３７がＯＦＦとなる。同時にストッパー（図示されない）が動作して、缶蓋４０の下降も停止する。直ちに支持アーム１５を回動させて、搬送具１２が、加熱コイル２の下端近傍のガイド４４ａと案内筒３６の間の隙間から缶蓋４０の間に挿入され、モータ（図示されない）が回転して支持アーム１５を上昇させて、搬送具１２の上にある缶蓋４０を高周波誘導加熱コイル装置１の上方に押し上げる。
搬送具１２と充填密封装置の入口の間に残った缶蓋４０は、そのまま充填密封装置に送られる。
【００１４】
【実施例】
図１、図２に示すタイプの高周波誘導加熱コイル装置１を用いてアルミニウム合金よりなる缶蓋４０を加熱した試験例について以下に説明する。
高周波誘導加熱コイル装置１として、高周波誘導加熱コイル２のコイル素子数は８で、各コイル素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈの内径は６５ｍｍで、コイル素子３ａ等を形成する導管（銅管）の外径は５ｍｍで、各コイル素子３ａ等の高さ方向の間隔ｈは２５ｍｍであり、高周波誘導加熱コイル２の全高は３０ｃｍであった。各欠円部の中心角θは２５度で、開口部２ａの幅（ｄ）は１８ｍｍであった。厚さ８ｍｍの円筒形状のフェライト１４によって高周波誘導加熱コイル２を包囲した。
缶蓋の直径は６０ｍｍで、室温（２５℃）の状態でベークライト円棒（図示されない）の上に１００枚を積み重ねて、全高が３０ｃｍになった状態で高周波誘導加熱コイル装置１内に挿入した。積み重ねた缶蓋４０の側面に予め黒体化塗料を塗布した。
この状態で、高周波発振器３７の出力（周波数２３．５ｋＨｚ）を１４５Ｖ、２０Ａにして１分間加熱後、直ちに缶蓋４０全部を高周波誘導加熱コイル装置１の直下に降下させ停止した状態で、放射温度計によって、高さ方向５ｃｍ毎に、缶蓋４０の開口部２ａに対向する部分と、その周方向反対側の部分の温度を測定した。
結果を図５に示す。曲線１は開口部２ａと１８０度反対側の温度を、曲線２は開口部２ａ側の温度を示す。開口部２ａに対向する部分と、その１８０度反対側において加熱温度の差が殆どないことが分かる。高さ方向ほぼ中央において温度が若干低いのは、ここで電流の向きが逆になっているので、高周波誘導作用が相殺されるためであると思われる。
【００１５】
比較例１：
中心角θが１１０度である点以外は、高周波誘導加熱コイル装置１と同様な高周波誘導加熱コイル装置（図示されない）を用いて、同様にして缶蓋４０の加熱を行なった。開口部側の温度を測定した結果を図５の曲線３に示す。
比較例２：
高周波誘導加熱コイルがスパイラル状である点を除いては、高周波誘導加熱コイル装置１と同様な高周波誘導加熱コイル装置（図示されない）を用いて、同様な試験を行なった結果を、図５の曲線４に示す。高さ方向中央部付近を除いて曲線１、２と殆ど差がないことが分かる。
【００１６】
【発明の効果】
本発明の筒状の高周波誘導加熱コイル装置は、搬送具の支持アームを備えることによって、内部の被加熱体を、搬送具を用いて軸心方向に移動することが可能で、しかも比較的高い加熱効率を有するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施の形態である高周波誘導加熱コイル装置の平面図である。
【図２】図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線側からみた、図１の高周波誘導加熱コイル装置の要部正面図である。
【図３】図３は、高周波誘導加熱コイル装置を除いた図１の一部切断側面図であって、搬送具および支持アームの移動機構を示す図面である。
【図４】  図４は、図１の高周波誘導加熱コイル装置を用いて、缶蓋を加熱する装置の例の、一部切断正面図である。
【図５】図５は、図１の高周波誘導加熱コイル装置および比較例の高周波誘導加熱コイル装置を用いて、積み重ねられた缶蓋を加熱した場合の、高さ方向位置と加熱温度の関係の例を示す線図である。
【符号の説明】
１          高周波誘導加熱コイル装置
２          高周波誘導加熱コイル
２ａ        開口部
３          コイル素子
３ａ        第１の端部より１番目のコイル素子
３ｂ        第１の端部より２番目のコイル素子
３ｃ        第１の端部より３番目のコイル素子
３ｄ        第１の端部より４番目のコイル素子
３ｅ        第２の端部より４番目のコイル素子
３ｆ        第２の端部より３番目のコイル素子
３ｇ        第２の端部より２番目のコイル素子
３ｈ        第２の端部より１番目のコイル素子
３ａ1       欠円部（欠落部）
３ｂ1       欠円部（欠落部）
３ｃ1       欠円部（欠落部）
３ｄ1       欠円部（欠落部）
３ｅ1       欠円部（欠落部）
３ｆ1       欠円部（欠落部）
３ｇ1       欠円部（欠落部）
３ｈ1       欠円部（欠落部）
３ａ2       第２の側縁部
３ｂ2       第２の側縁部
３ｃ2       第２の側縁部
３ｄ2       第２の側縁部
３ｅ2       第２の側縁部
３ｆ2       第２の側縁部
３ｇ2       第２の側縁部
３ｈ2       第２の側縁部
３ａ3       第１の側縁部
３ｂ3       第１の側縁部
３ｃ3       第１の側縁部
３ｄ3       第１の側縁部
３ｅ3       第１の側縁部
３ｆ3       第１の側縁部
３ｇ3       第１の側縁部
３ｈ3       第１の側縁部
１２        搬送具
１５        支持アーム
３７        高周波発振器（高周波電源）
【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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