(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
飲料入りの缶を加熱する自動販売機の飲料缶の誘導加熱装置において、飲料缶の胴部を側面から加熱するレーストラック形の２個の加熱コイルと、該加熱コイルのトラック内側、および飲料缶から見てコイルの裏側に強磁性磁路を形成するフェライトと、両加熱コイルの外側に強磁性磁路を形成するフェライトとを設けて、第一の加熱コイルの磁束がコイル内側のフェライトから缶に入り第二の加熱コイルの内側のフェライトを通って裏側のフェライトを通り第一の加熱コイルの裏側のフェライトを通って内側のフェライトに戻るように構成するとともに、両コイル裏側のフェライトを互いに接近、もしくは離散する方向にスライドさせてインダクタンスを調整するようにしたことを特徴とする飲料缶の誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、コーヒー等の飲料缶を加熱する飲料缶の誘導加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は従来例の構成図を示し、図８（ａ）は図７の正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図を示す。この図７、図８において、１は円筒形の加熱コイル、３は飲料缶２を駆動する駆動ローラ、４は飲料缶２を押さえる押えローラ、５は加熱コイル１に高周波電流を供給するインバータを示す。この図７、図８において、加熱コイル１は円筒形で密巻に形成されており、飲料缶２を駆動する駆動ローラ３や、押えローラ４は飲料缶２の両端部に配されている。この図７、図８において、飲料缶２は駆動ローラ３の上に横倒しにして置かれ当該駆動ローラ３と押さえローラ４とで回転力を与えられて回転しながらインバータ５より高周波電流を供給される加熱コイル１の磁束と鎖交して誘導加熱される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで従来の構成では、加熱コイルによる磁束は飲料缶に鎖交し、加熱コイルの裏側を通って循環するので加熱コイル近辺の金属部品をローカルヒートする問題がある。
また、飲料缶を支持して駆動するローラが飲料缶の両端部にしか配備できないので、飲料缶を横倒しにして加熱コイル内に挿入する際に飲料缶を水平に保つための機構部品が必要になる問題がある。
【０００４】
また、コイルの巻方のばらつきによりインダクタンスのばらつきが生じるが、このばらつきをコイル自身では修正できず、インバータ側で対応しなければならない問題がある。
この発明は上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、加熱コイル近辺でのローカルヒートを無くし、加熱コイル内に飲料缶を装着する際の機構部品を少なくするとともに、加熱コイル自身でインダクタンスを調整できるようにした飲料缶の誘導加熱装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、飲料入りの缶を加熱する自動販売機の誘導加熱装置１において、加熱コイルは複数回の巻数を有し、軸方向の所定の位置に隙間を有する円筒形に形成することを特徴とする。上記構成により加熱コイルの軸方向の所定の位置に設けた間隙に飲料缶の駆動ローラを設けることで飲料缶を支持する間隔を飲料缶の長さの半分以下にすることが可能になり、飲料缶を横倒しにして加熱コイル内に装着する際に、該駆動ローラで飲料缶を略水平に支持して、支障無く加熱コイル内に飲料缶の装着を完了することが可能になる。
【０００６】
また、飲料缶の誘導加熱装置において、加熱コイルに外部磁路を形成するフェライトを設けることができる。上記構成により加熱コイルの裏側の磁束はフェライト内を循環するので漏れ磁束が無くなり加熱コイル近辺の金属部品のローカルヒートを防止することが可能になる。
【０００７】
また、飲料缶の誘導加熱装置において、加熱コイルにより生じる磁束が循環する磁気回路上の空隙部と、強磁性体部との長さを調整することにより加熱コイルのインダクタンスを調整することができる。また、飲料缶の誘導加熱装置において、前記磁気回路上の空隙部と、強磁性体部との長さは、加熱コイルの内側の円周方向に沿って設けた複数個の調整フェライトを軸方向にスライドさせることにより調整するようにしても良い。
【０００８】
ここで、加熱コイルのインダクタンスについて図３を用いて説明する。この図３において、加熱コイルは背面と前後端とをコ字状のフェライトで囲う強磁性体の磁路を有しており、内面に沿ってスライド可能な調整フェライト７ａ（コイルの内面の約３／４を覆っている）、７ｂ（説明のためコイルの内面全長を覆うフェライトを示した）が設けられている。
【０００９】
この調整フェライト７ｂのようにコイル内面の全長を覆うと加熱コイル１Ａはフェライトで囲われることになり磁束は全てフェライトの中を循環することになる。また、調整フェライトを７ａのようにした場合は、加熱コイルにより誘起する磁束Φは缶を通って調整フェライト７ａを経て、背面磁気回路を形成するコ字状のフェライトを通って再び缶に戻る循環路を循環する。ここで、調整フェライト７ａが挿入されていない部分をエアギャップとしその長さをＬa とすると加熱コイルのインダクタンスは
Ｌ＝Ｎ／Ｒｍ                                        （１）
Ｒｍ＝１／μ0 （Ｌf ／（μf ・Ｓ）＋Ｌa ／Ｓ）    （２）
Ｎ  ：コイル巻数
Ｒｍ：磁気抵抗
μ0 ：真空の透磁率
Ｌf ：調整フェライトの長さ
μf ：フェライトの比透磁率
Ｌa ：エアギャップの長さ
Ｓ  ：調整フェライトの断面積
で表される。
【００１０】
このことから調整フェライトの長さを長くすればインダクタンスを大きくすることが出来、調整フェライトの長さを短くすればインダクタンスを小さくすることができ、調整フェライトをコイル内に挿入する長さによりインダクタンスを調整できることが判る。従って、上記構成により加熱コイルのインダクタンスを調整することが可能になる。
【００１１】
また、請求項１記載の発明は、飲料入りの缶を加熱する自動販売機の飲料缶の誘導加熱装置において、飲料缶の胴部を側面から加熱するレーストラック形の２個の加熱コイルと、該加熱コイルのトラック内側、および飲料缶から見てコイルの裏側に強磁性磁路を形成するフェライトと、両加熱コイルの外側に強磁性磁路を形成するフェライトとを設けて、第一の加熱コイルの磁束がコイル内側のフェライトから缶に入り第二の加熱コイルの内側のフェライトを通って裏側のフェライトを通り第一の加熱コイルの裏側のフェライトを通って内側のフェライトに戻るように構成するとともに、両コイル裏側のフェライトを互いに接近、もしくは離散する方向にスライドさせてインダクタンスを調整するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
上記構成によりレーストラック形の加熱コイルにおいてもコイル裏側のフェライトを接近させたり離散させたりすることで両コイルにより発生する磁束の循環路の磁気抵抗を変化させてインダクタンスを調整することが可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の実施の形態の主要部の構成図を示し、図２（ａ）は図１の正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図を示す。この図１、図２において、従来例と同一の符号を付けた部材はおおよそ同一の機能を有するのでその説明は省略する。この図１、図２において、１Ａは円筒形に巻回され隣り合うコイルターン間の所定の位置に間隙を設けた加熱コイル、３は飲料缶２を駆動する駆動ローラ、４は飲料缶２を押さえる押えローラ、５は加熱コイル１に高周波電流を供給するインバータ、６はコイルの背面磁路を形成するフェライトを示す。図において、加熱コイル１Ａは円筒形で多層に巻かれており、隣り合うコイル素線が密接している部分と間隙を設けられている部分とがあり、間隙部分を側面から見るとＶ字状になっている。そして加熱コイル１Ａの外側には背面磁路を形成するコ字形のフェライト６を配備して、加熱コイル１Ａ近傍の金属部品のローカルヒートを抑制するように配慮されている。このフェライト６と加熱コイル１Ａの隙間の所定位置には飲料缶２を支持して駆動する駆動ローラ３および押さえローラ４を配備して、加熱中は飲料缶２を回転させて中身の飲料を攪拌して均一加熱できるようにしている。上記の構成により、加熱コイル１Ａの隙間に飲料缶２を駆動する駆動ローラ３、および押さえローラ４を配備する際に飲料缶２を回転し飲料を攪拌し易いように駆動ローラ３や、押えローラ４を配備する位置を自由に選ぶことができ、設計の自由度が増す。
【００１４】
次に、加熱時の磁束の流れについて図２を用いて説明する。加熱コイル１Ａにインバータ５から高周波電流を流すと、高周波電流によって生じた磁束は、加熱コイル１Ａの背面のフェライト６、飲料缶２の表面、加熱コイル１Ａの背面のフェライト６と加熱コイル１Ａを囲むように生じる。その際、飲料缶２の表面に沿って流れる磁束Φによって渦電流が生じ、この電流によって飲料缶２が発熱する。このとき、缶表面の電流は飲料缶２の円周方向に沿って流れる。
【００１５】
図３はこの発明の別の実施の形態の主要部の構成図を示す。この図３の実施例が図１、図２の実施例と異なる点は、図１、図２の実施例の加熱コイル１Ａに加熱コイルのインダクタンスを調整するための調整フェライト７ａ、７ｂを追加した点である。この調整フェライト７ａ、７ｂは、加熱コイル１Ａの内面に沿って長手方向にスライドできるようになっており、加熱コイル１Ａを囲む磁路の中でフェライト７ａ、７ｂが閉める長さと、フェライトが存在しない加熱コイル１Ａ内面の長さとを変えることによりインダクタンスを調整するものである。この図３における磁束の流れは図１、図２と同じであるが調整フェライト７ａ、７ｂがある部分は缶２には磁束が入らず調整フェライト７ａ、７ｂと、背面のフェライト６の内部を磁束が循環する。このとき、調整フェライト７ａ、７ｂの幅や高さは重要な意味を持ち、これらを剛性が保てる程度に小さくすることで、意図的に磁気飽和を起こし缶２に磁束が入るようにする必要がある。
【００１６】
図４はこの発明の他の実施の形態の主要部の構成図を示し、図５は図４の加熱コイルの概観図、図６は図４の断面図を示す。この図４、図５、図６において、２は飲料缶、３は飲料缶２を駆動する駆動ローラ、８ａ、８ｂはレーストラック形の加熱コイル、９ａ、９ｂは加熱コイル８ａ、８ｂのトラック内と、両加熱コイル８ａ、８ｂの外側とに装着され両加熱コイル８ａ、８ｂの後面にそれぞれ配備された調整フェライト１０ａ、１０ｂとで磁束の漏れを防止し、飲料缶２を加熱する磁界強度を高めるためのフェライトを示す。図において、コイル８ａ（８ｂ）により生じる磁束Φはコイル８ａ（８ｂ）のトラック内のフェライト９ａ（９ｂ）から缶２に入りコイル外側のフェライト９ａ（９ｂ）、調整フェライト１０ａ（１０ｂ）を経て再びトラック内のフェライト９ａ（９ｂ）に戻るそれぞれの加熱コイルで独立して循環するものと、一方の加熱コイル８ａのトラック内のフェライト９ａから出て飲料缶２に入り他方の加熱コイル８ｂのトラック内のフェライト９ｂ、調整フェライト１０ｂ、調整フェライト１０ａを経て再びフェライト９ａに戻り循環するものとになるように両加熱コイルを構成している。また、調整フェライト１０ａ、１０ｂは缶２に磁束が入り易いようにＶ字形になるように構成し、その全長は飲料缶２の蓋部に磁束が集中しないように飲料缶２の長さより短い長さになっている。また、両加熱コイル８ａ、８ｂのトラック内にはフェライト９ａ、９ｂの他に駆動ローラ３が配備されている。この駆動ローラ３をトラック内に配備した理由は、図中のＡ寸法を長くして飲料缶２に磁束をより多く入れるようにするためである。なお、駆動ローラ３はトラック内に装着されるので非金属を用いる必要がある。
【００１７】
また、調整フェライト１０ａ、１０ｂはＢＣ方向に移動可能に設置されており、両加熱コイル８ａ、８ｂにリンクして循環する磁束の磁路の磁気抵抗を調整することでコイルのインダクタンスが調整できるようにしている。この際調整フェライト１０ａと、１０ｂとの間は、缶の種類によるインダクタンスの変動を抑制するために少なくとも１ｍｍ以上のギャップを開けることが望ましい。
【００１８】
【発明の効果】
この発明によれば、円筒コイルの所望の位置に隙間を設けているので飲料缶を回転させて飲料を攪拌する際に駆動ローラ、および押さえローラの位置を自由に設計できて最適な回転攪拌を与えることができる効果がある。また、背面磁気回路をフェライトで構成しているので漏洩磁束が少なくなり飲料缶のみを加熱して加熱コイルの電気的効率を向上させる効果がある。また、調整フェライトを設けることでインダクタンスを加熱コイルの巻数をかえることなく調整することが可能となる。よって、加熱コイル毎のインダクタンスのばらつきを解消することや、例えば、鉄缶加熱時には調整フェライトでコイル内面の３／４を囲み、アルミ缶の加熱時にはコイル内面の殆ど全てを囲うなど、缶の材質により調整フェライトを移動させる機構と組み合せれば缶の材質によるインダクタンスの変動も小さくすることが可能になる。インダクタンスの差が小さくなれば、全ての缶をインバータの最も効率の良い制御範囲で運転することができ、全体とし省エネルギになる効果がある。
【００１９】
本発明はインダクタンスを調整することをレーストラック形の加熱コイルに適用したもので、缶材質によるインダクタンスの差を少なくしたり、インバータを効率よく運転できる効果がある。また、レーストラック形コイルでは加熱コイル、およびフェライトなど加熱用の部品を一個所に纏めることができるため、缶温度センサなどの配置の自由度を向上させる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態の主要部分の構成図
【図２】（ａ）は図１の正面図、（ｂ）は側面図
【図３】この発明の別の実施の形態の主要部分の構成図
【図４】この発明の他の実施の形態の主要部分の構成図
【図５】図４の加熱コイルの概観図
【図６】図４の断面図
【図７】従来例の構成図
【図８】（ａ）は図７の正面図、（ｂ）は図７の側面図
【符号の説明】
１Ａ、８ａ、８ｂ              加熱コイル
６、９ａ、９ｂ                フェライト
７ａ、７ｂ、１０ａ、１０ｂ    調整フェライト
【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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