JP2016110752A

JP2016110752A - 高周波誘導加熱装置及びフィルムラベル貼着装置

Info

Publication number: JP2016110752A
Application number: JP2014245007A
Authority: JP
Inventors: 田中　宏樹; Hiroki Tanaka; 宏樹田中; 洸治脇坂; Koji Wakisaka
Original assignee: Toyo Seikan Kaisha Ltd
Current assignee: Toyo Seikan Group Holdings Ltd
Priority date: 2014-12-03
Filing date: 2014-12-03
Publication date: 2016-06-20
Anticipated expiration: 2034-12-03
Also published as: JP6550735B2; WO2016088301A1

Abstract

【課題】缶体の材質や容量、缶胴の厚みなどの形態の違いに応じて加熱コイルのパターンを変更するにあたり、高周波電源の共通化を図りつつ、形態の異なる種々の缶体の誘導加熱を良好に行うことができる高周波誘導加熱装置及びフィルムラベル貼着装置の提供を目的とする。【解決手段】所定の高周波発振ユニット２から加熱コイル３に特定の周波数帯域を有する高周波電流を流すことによって被加熱体を誘導加熱する高周波誘導加熱装置１であり、加熱コイル３を有する共振回路に接続され、共振回路の合成インダクタンスを所定の値に調整可能な調整用コイル４を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、高周波誘導加熱装置及びフィルムラベル貼着装置に関し、特に、被加熱体の種類に応じて適用する加熱コイルの巻き数、配置などのパターンが異なる高周波誘導加熱装置及びフィルムラベル貼着装置に関する。

従来、缶胴と缶底とが一体となった２ピース缶の缶胴外周面に、グラビア印刷等が施されたフィルムラベルを貼着するための装置が知られている。

例えば、特許文献１は、２ピース缶体を円柱状のマンドレルに嵌合して搬送し、その搬送中に缶胴外周面にフィルムラベルを貼着する装置を開示しており、特許文献１の図１には、等ピッチに配置されたマンドレルを自転させながら無端軌道を公転させるマンドレル回転搬送手段を有し、このマンドレル回転搬送手段のマンドレル搬送経路に沿って、搬送中の缶体を加熱する缶体加熱手段、搬送中の缶体にフィルムラベルを貼着するフィルムラベル貼着手段、フィルムラベル貼着後の缶体を強制冷却する缶体冷却手段等が配置された装置が示されている。

特開２００１−１７９８３０号公報

ところで、特許文献１の装置にあっては、缶体加熱手段として、マンドレルの移動経路の両側に加熱コイルを配置した高周波誘導加熱装置を採用しており、かかる高周波誘導加熱装置によれば、加熱コイルが発する交番磁界による誘導加熱作用により、缶体を非接触で加熱することができる。

しかしながら、缶胴全周面がフィルムラベルの貼着に適した所定温度に均一に加熱されるようにするために、缶体の材質や容量、缶胴の厚みなどの形態の違いに応じて、加熱コイルの巻き数、配置などのパターンを適宜変更するが、これに伴って加熱コイルのインダクタンスも異なってくる。
このため、一般に市販されている高周波発振ユニットでは、発振周波数帯域の比較的狭い高周波電流を出力することから、適用可能なインダクタンスの範囲が限られてしまい、加熱コイルのインダクタンスが大きく変化すると、発振が不安定になったり、発振が停止したりするなどの事態が生じることがある。そのため、適用可能な加熱コイルのパターンが制限され、それぞれの加熱コイルのインダクタンスに対応する高周波発振ユニットが必要になるといった問題があった。
また、それぞれの加熱コイルのインダクタンスに適用させるためには高周波発振ユニットが大型化するといった問題があった。

本発明は、以上のような問題を解決するために提案されたものであり、缶体の材質や容量、缶胴の厚みなどの形態の違いに応じて加熱コイルのパターンを変更するにあたり、高周波発振ユニットの共通化を図りつつ、形態の異なる種々の缶体の誘導加熱を良好に行うことができる高周波誘導加熱装置及びフィルムラベル貼着装置の提供を目的とする。

本発明に係る高周波誘導加熱装置は、所定の高周波発振ユニットから加熱コイルに特定の周波数帯域を有する高周波電流を流すことによって被加熱体を誘導加熱する高周波誘導加熱装置であって、前記加熱コイルを有する共振回路に接続され、前記共振回路の合成インダクタンスを所定の値に調整可能な調整用コイルを備える構成としてある。

また、本発明に係るフィルムラベル貼着装置は、複数のマンドレルを有し、前記マンドレルに嵌入された缶体を搬送する搬送手段と、前記マンドレルに嵌入された前記缶体を誘導加熱する缶体加熱手段と、この缶体加熱手段の下流側で、搬送中の前記缶体にフィルムラベルを貼着させる貼着手段とを備えたフィルムラベル貼着装置において、前記缶体加熱手段が、上記した高周波誘導加熱装置である構成としてある。

本発明によれば、缶体の材質や容量、缶胴の厚みなどの形態の異なる種々の缶体の誘導加熱を共通の高周波発振ユニットを用いて行うことができる。
このため、高周波発振ユニットが省スペース化、コストダウンが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態に係る高周波誘導加熱装置の概略回路図である。図２は、本発明の一実施形態に係る高周波誘導加熱装置の概略図を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。図３は、本発明の一実施形態に係る高周波誘導加熱装置を適用したフィルムラベル貼着装置の概略図である。

［高周波誘導加熱装置］
以下、フィルムラベル貼着装置の缶体加熱手段として適用される本発明の一実施形態に係る高周波誘導加熱装置について説明する。

高周波誘導加熱装置は、図１に示すように、高周波発振ユニット２、加熱コイル３及び調整用コイル４を備えている。
高周波発振ユニット２は、電源部２１、発振部２２、整合トランス２３及び共振コンデンサ２４を有し、出力端子から高周波電流を出力する。
高周波電流は、特定周波数の発振周期を有する交流電流であって、この交流電流が高周波発振ユニット２の出力端子に接続された加熱コイル３及び調整用コイル４に流れる。

加熱コイル３及び調整用コイル４は、例えば、図２に示すように、銅製のチューブ状巻き線から構成されており、コイル自体の発熱を抑制するために、チューブ状巻き線内部に冷却媒体（通常、冷却水）が循環される。
加熱コイル３は、断面略コの字状に形成された、例えば、磁界が外部に漏れることを防止するためにフェライト製のケース３０内に収容される。加熱コイル３は、ケース３０内において、巻き線の主要部分が缶体の移動方向に沿って、通過する缶体の左右両側に延設されるとともに、入口側と出口側で移動経路を横断することなく跨ぐように巻かれている。また、複数段に巻かれた巻き線の各段は、缶体の軸線方向に所定の間隔（ピッチ）を開けて配設されている。
なお、図２に示すケース３０は、ほぼ直方体状に図示してあるが、実際は、図３に示すように、缶体の搬送方向に沿って湾曲した形状を有している。

このような加熱コイル３を備えるケース３０は、缶体の材質や容量、缶胴の厚みなどの形態の違いに応じて複数種類用意されており、それぞれのケース３０は、加熱コイル３の巻き数、配置などが異なるものとなっている。その結果、ケース３０の種類ごとに加熱コイル３のインダクタンスが異なることになる。

一方、調整用コイル４は、加熱コイル３との相互誘導を回避すべく、ケース３０外に配置されている。
調整用コイル４は、複数の加熱コイル３の異なるインダクタンスを同一、或いは許容できるインダクタンスとするため接続され、調整用コイル４は銅パイプ用の継手等により交換接続可能に形成されている。また、調整用コイル４は、必要に応じて複数種類が用意され、インダクタンスの最も大きい加熱コイル３に合わせて高周波発振ユニット２のマッチングを行い、その他の加熱コイル３は、調整コイル４を用いてインダクタンスを増加する。さらに、調整用コイル４は、周辺への磁界の漏出を避けるため、フェライト製のケース等に収容されることが好ましい。
このような調整用コイル４は、加熱コイル３との組合せに応じて適宜選択される。
この組合せは、例えば、加熱コイル３、調整用コイル４及び共振コンデンサ２４により構成される共振回路の共振周波数ｆが、高周波発振ユニット２から流れる高周波電流の周波数ｆ_０に一致、或いは近似するように以下のように選定される。

加熱コイル３、調整用コイル４及び共振コンデンサ２４により構成される共振回路は、これらに基づいて求められる固有の共振周波数ｆを有する。
この場合の共振周波数ｆと、加熱コイル３及び調整用コイル４の合成インダクタンスＬ_３４と、共振コンデンサ２４の容量ｃとの関係は次式で表すことができる。

ただし、Ｌ_３、Ｌ_４は、加熱コイル３、調整用コイル４それぞれのインダクタンスを示し、式２は、これらが直列に接続されているときの関係を示している。

このような関係式から、この共振周波数ｆが高周波電流の周波数ｆ_０に一致するか（周波数ｆ_０に範囲があるときにはその中央値）、又は共振周波数ｆが周波数ｆ_０を中心とする所定の周波数帯域の範囲内（例えば、周波数ｆ_０の±２０％）の値となるように、加熱コイル３、調整用コイル４それぞれのインダクタンスＬ_３、Ｌ_４の組合せを求める。

例えば、既定の周波数ｆ_０及び容量ｃを（１）式に代入して求められる合成インダクタンスＬ_３４が４３μＨのときであって、加熱コイル３のインダクタンスＬ_３が３７μＨのときには、（２）式に基づいて、インダクタンスＬ_４が６μＨ（＝４３−３７）の調整用コイル４を選定することができる。

このように、巻き数、配置などが異なる複数種類の加熱コイル３をそれぞれ接続したときでも、合成インダクタンスＬ_３４が一定の値を示す調整用コイル４を選定することで、共振周波数ｆを高周波発振ユニット２から流れる高周波電流の周波数ｆ_０に一致、或いは近似させることができる。
これにより、共振回路の共振周波数ｆと高周波発振ユニット２の発振周波数ｆ_０とが同調して共振状態となることから、加熱コイル３により缶体が効率的に誘導加熱されることになり、高周波発振ユニット２の共通化を図りつつ、材質や容量、缶胴の厚みなどの形態の異なる種々の缶体の誘導加熱を良好に行うことができる
このように構成された高周波誘導加熱装置１は、フィルムラベル貼着装置１００における缶体加熱手段として以下のように適用される。

［フィルムラベル貼着装置］
フィルムラベル貼着装置１００は、図３に示すように、２ピース缶体をマンドレル１０に嵌合して搬送し、等ピッチに配置されたマンドレル１０を自転させながら無端軌道を公転させるマンドレル回転搬送手段５０、このマンドレル回転搬送手段５０のマンドレル搬送経路５１に沿って、搬送中の缶体を誘導加熱する高周波誘導加熱装置１、搬送中の缶体にフィルムラベルを貼着する貼着ローラ６０などを備えている。
このような構成からなるフィルムラベル貼着装置１００は、以下のように動作して、缶体を加熱しながらフィルムラベルを貼着する。

マンドレル回転搬送手段５０は、図３の（ｉ）に示す位置において、缶体供給装置４１から缶体の供給を受け入れるとともに、受け入れた缶体をマンドレル１０に装着する。マンドレル１０に装着された缶体は、自転しながらマンドレル搬送経路５１に沿って公転する。（ｉｉ）に示す区間においては、図２に示すように、缶体１０の移動方向に沿って、左右両側に延設された加熱コイル３により加熱される。このとき、缶体は常温から例えば約１６０℃まで加熱される。

フィルムラベルの貼着は、（ｉｉｉ）に示す区間で行われる。この区間には、貼着ローラ６０が配置されている。貼着ローラ６０の周面にはフィルムラベル供給装置７０から供給されたフィルムラベルが保持されており、保持されたフィルムラベルを缶体に押しつけながら巻き付けて貼着する。
その後、（ｉｖ）に示す位置において、マンドレル１０に装着された缶体を排出するとともに、排出した缶体を缶体回収装置４２に受け渡して、フィルムラベルの貼着工程が完了する。

ところで、このようなフィルムラベル貼着装置１００は、缶体の材質や容量、缶胴の厚みなどの形態が異なる種々の缶体に、フィルムラベルを貼着させるフィルムラベル貼着装置として汎用的に利用される。この場合、例えば、缶体の材質が変わると（例えば、缶体をスチール缶からアルミニウム缶に変更すると）、缶体のインピーダンスも変化するため、同じ周波数の高周波電流を同一の加熱コイル３に流して材質の異なる缶体を誘導加熱したときには、缶体の温度が高くなり過ぎたり、低くなり過ぎたりなどの温度変化が生じることになり、フィルムラベルの貼着に適した温度とならずに、貼着不良などの不具合が発生することになる。そこで、缶体の形態に応じてパターン設計された加熱コイル３に取り換える必要があるが、そうすると、取り換え後は加熱コイル３のインダクタンスが変化することから、共振回路の共振周波数と高周波発振ユニット２の発振周波数とが同調せずに共振しないおそれがある。

このようなときには、取り換え前の加熱コイル３のインダクタンス（この場合、このインダクタンスが合成インダクタンスＬ_３４となる）と、取り換え後の加熱コイル３のインダクタンスＬ_３をそれぞれ求めるとともに、合成インダクタンスＬ_３４（例えば、４３μＨ）とインダクタンスＬ_３（例えば、３７μＨ）を式２に代入して算出されるインダクタンスＬ_４（例えば、６μＨ）を有する調整用コイル４を共振回路に接続（この例では、直列接続）する。これにより、取り換え前と取り換え後の合成インダクタンスＬ_３４が同じ値となるので、共振回路の共振周波数を高周波発振ユニット２の発振周波数に一致させることができる。その結果、同じ高周波発振ユニット２を利用しながらも、缶体の形態に応じてパターン設計された加熱コイル３に取り換え可能として、形態の異なる種々の缶体をフィルムラベルの貼着に適した所定温度に均一に加熱することができるので、設備投資の削減が図られることになる。

以上、本発明の高周波誘導加熱装置及びフィルムラベル貼着装置について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明に係る高周波誘導加熱装置及びフィルムラベル貼着装置は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。

また、本実施形態では、誘導加熱及びフィルムラベルの貼着対象を２ピース缶としたが、筒状の缶胴に缶蓋と缶底とを巻き締めて取り付けた、いわゆる３ピース缶を対象とすることもできる。

本発明は、材質や容量、缶胴の厚みなどの形態の異なる缶体を誘導加熱する高周波誘導加熱装置及びこれを備えるフィルムラベル貼着装置に好適に利用することができる。

１高周波誘導加熱装置
２高周波発振ユニット
２１電源部
２２発振部
２３整合トランス
２４共振コンデンサ
３加熱コイル
３０ケース
４調整用コイル
１０マンドレル
５０マンドレル回転搬送手段
６０貼着ロール
１００フィルムラベル貼着装置

Claims

所定の高周波発振ユニットから加熱コイルに特定の周波数帯域を有する高周波電流を流すことによって被加熱体を誘導加熱する高周波誘導加熱装置であって、
前記加熱コイルを有する共振回路に接続され、前記共振回路の合成インダクタンスを所定の値に調整可能な調整用コイルを備えることを特徴とする高周波誘導加熱装置。
複数のマンドレルを有し、前記マンドレルに嵌入された缶体を搬送する搬送手段と、前記マンドレルに嵌入された前記缶体を誘導加熱する缶体加熱手段と、この缶体加熱手段の下流側で、搬送中の前記缶体にフィルムラベルを貼着させる貼着手段とを備えたフィルムラベル貼着装置において、
前記缶体加熱手段が、請求項１に記載の高周波誘導加熱装置であることを特徴とするフィルムラベル貼着装置。
前記缶体加熱手段が備える加熱コイルが、前記缶体の形態に応じてパターン設計された加熱コイルに取り換え可能である請求項２記載のフィルムラベル貼着装置。