JP2023530093A - 狭帯域缶製造 - Google Patents
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Abstract
第一ステーション、第二ステーションおよび第三ステーションを含み、第一ステーションは、集合搬送用コンベアまたは直列搬送用コンベヤのメッシュベルトまたはオープンスペースベルトを通して缶を照射および乾燥させるように配置された半導体ベースの狭帯域照射装置の第一アレイを含み、第二ステーションは、コンベア上を搬送される缶の外側に塗布されたインクを照射およびキュアリングするように配置された半導体ベースの狭帯域照射装置の第二アレイを含み、第三ステーションは、キュアリングゾーンに移動してきた各缶の内側表面を缶の開口端の外側に配置された光学要素を使用して個別に電気的に加熱するように配置された半導体ベースの狭帯域照射装置の第三アレイを含む、缶を洗浄し、装飾しおよび/または缶の内面に塗料を吹き付る、缶の製造で使用するためのシステム。
Description
本願は、２０２０年６月１０日に提出された米国特許仮出願第６３／０３７，４３７号「狭帯域缶製造」および２０２０年１０月２１日に提出された米国特許仮出願第６３／０９４，６０１号「狭帯域缶製造」に基づき優先権を主張し、上記二つの米国特許仮出願の全体を参照し本明細書に組み込まれる。
ツーピースのアルミ製またはスチール製の飲料缶などの缶を製造する過程で、缶の原料である生のアルミニウムや生のスチールが、最終的に缶に詰められる製品に、直接触れないように、塗料を塗布する必要がある。ある種の液体は、缶に入れてアルミニウム素材に触れると、台無しになってしまうことがある。別のある種の液体においては、アルミニウムと有害な化学反応を起こし、容器の完全性（integrity）を損なうことがある。例えば、ビールは、生のアルミニウムとわずかでも接触すると、駄目になる。清涼飲料水は酸性であることが多いので、アルミニウムの表面を化学的にエッチングして、すでに非常に薄いアルミニウムの強度と完全性（integrity）を弱める。その他に、味の変化という点で、製品に悪影響を及ぼすことがある。アルミニウム材料が最終的な缶の形状に成形される前の、フラットでカットされた状態の長尺物またはコイルストックとして在る間に、アルミニウム材料に塗装するプロセスがいくらか使用される。しかし、ほとんどの缶は、出発材料であるフラット コイル ストックを成形プロセスによって成形した後に、塗装を行う。食品または飲料に用いる缶の現代的な製造プロセスは、一般に、二つに分類される。具体的に、一つは、ドロー リドロー プロセス(draw-redraw process ：Ｄ＆Ｒ)を経るものであり、もう一つは、ドロー アンド アイアン プロセス(draw and iron process ：Ｄ＆Ｉ)を経るものである。Ｄ＆Ｉプロセスは、ドローウォール アイアン プロセスまたはＤＷＩと呼ばれることもある。どちらのプロセスでも、(通常は)フラット コイル ストックからドローン カップ（drawn cup）を製造する。そのカップはさらに延伸されて、さらに深いが最終的なサイズのカップに加工される。Ｄ＆Ｉプロセスにおける第二番目のステップでは、カップの壁が所望の正確な厚さおよび寸法になるまで、カップの壁を連続的に「アイロンがけ（ironing）」する。相当量の工作(engineering)と試験(experimentation)とによって、そのプロセス、ならびに缶の底部と後続プロセスにおける最終的な缶の首部との両方の最終的な展開形状が、検討された。完成した缶が、缶に充填される液状食品若しくは飲料からのガスによって加えられる圧力に耐えることができるようにする、正確な形状幾何(shape geometry)は非常に重要である。この構造的な成形は、側壁に沿って圧力を保持することを目的としているが、最終的には、底部がドーム形に膨れ上がってしまうこと、いわゆるボトム反転障害の発生、を実質的に防ぐ必要がある。
より詳細に説明するために、例として典型的なドローアンドアイロンプロセス（Ｄ＆ＩまたはＤＷＩ）を使用する、図６を参照する。図６には、Ｄ＆Ｉを使用して缶を形成するプロセス600の例が示されている。図示のように、アンコイラ(uncoiler 602)、ルブリケイタ(lubricator 604)、カッパ(cupper 606)、ボディメーカ(body maker 608)、およびトリマ(trimmer 610)を使用して缶が形成される。当業者は、典型的なD&Iプロセスにおけるこれらの要素の形態および機能を理解するであろう。
真っ直ぐな壁の首のない缶の形になった後、内部コーティングプロセスを含むコーティングプロセスを経る前に、それらはウォッシャ(washer 612)を使用して洗浄され、例えばガス乾燥オーブン（614）を使用して華氏約４００度で乾燥される。
コーティングプロセスは、先ず最初に、任意(optionally)に、ベースコータ(basecoater 616)を使用してインクのベース塗料を缶の外側に塗布し、次に華氏約４００度で作動する任意のベースコータオーブン(basecoater oven 618)を使用して塗布されたベース塗料を乾燥させる。 次に、缶をデコレータ（decorator 620）に通してインクパターンを缶の外面に付け、ボトムコータ(bottom coater 622)に通して保護被膜の層を缶の底に付ける。缶は次にデコオーブン(deco oven 624)（これも華氏約４００度で作動される）に送られ、付けられた外部塗料を乾燥させる。
次に、缶の内面を塗装するための内部コーティングプロセスが開始される。内部コーティングプロセスは、一般に、インデックススターホイールまたは連続走行スターホイールのいずれかで、スプレーガンが作動して缶の内側をコーティングする内部コータ(internal coater 626)に通過する缶の単一列ラインを関わらせる。スプレーガンは、すべての表面が覆われるように、乾いていない塗料の非常に細かいミストを缶に向けるために高度に開発されている。缶はスプレーガン稼働中にスプレーガンの下で回転し、缶の内周３６０度を均一に被覆する。一般的に、缶の内部にスプレーしている間、缶が２～５回転することが目標である。乾いていない塗料は缶の内側全体の表面に付着した薄い白いペンキ(paint）のように見える。プロセス中に缶を高速で回転させ、求心力を使用して塗料を均一にする。スプレーコーティングはアルミニウム缶またはスチール缶のストック（stock)を十分にカバーできるように適切な厚さで行うことが重要である。適切に実行するには、薄すぎても厚すぎてもいけない。厚すぎると、にじみや厚い部分が発生し、適切にキュアリングせず、塗料が無駄になる可能性がある。スプレー コーティング プロセスの直後に、ＩＢＯ(inside bake oven 628) として知られるオーブン内で缶を熱的にキュアリングさせる必要がある。
スプレーコーターから出てくる単一列の缶は集合搬送に回される。集合搬送用コンベヤでは、３０～８０インチのコンベア幅全体に数十個の缶幅にネスト化させて、できるだけ近接させて、まとまりになるようにする。缶をＩＢＯ(628)に通すためのベルトコンベアは、ベルト材がオーブンを安全に通過し、缶をキュアリングオーブンに運ぶことができるように、高温の繰り返しの厳しさに対処できるように設計されている。キュアリングオーブンの通過には、通常２～４分間かかる。オーブンには、通常、缶が漸進的に通過する複数の加熱セクションがある。典型的なＩＢＯのオーブン構成では、缶をオーブンの最初のセクションに導入し、予熱として約６０秒間、缶を華氏２００～２７０度にさらす。セクションまたはゾーン２では、さらに約６０秒間、温度を２７０～４００度に上げる。最後のセクションまたはゾーン３では、通常、約６０秒間、華氏３８０～４５０度の温度に保持され、最後のキュアリングを行う。缶はオーブン内に合計約１８０秒間滞在する。この時間は多少異なる場合もあるが、これは従来の状況を表している。
集合搬送された缶がＩＢＯを出るとき、適切にキュアリングされておれば、内側のエポキシ塗膜は実質的に透明に見えるはずである。透明度はひとつの指標であるが、塗料が完全にキュアリングされていることを保証するものではない。これを確実にするには、ラボでテストする必要がある。ＩＢＯのコンセプトは、集合搬送された缶の温度を徐々に完全なキャリング温度まで上げること、および少なくとも最小秒数で華氏３８０～４５０度で保持されていることを確実にすることである。これは、エポキシ塗料が適切且つ完全にキュアリングされるための必要なリンキングまたはリンキングプロセスが開始されるのに必要な時間である。この「温度×時間（time at temperature）」で一度開始されたそのリンキングプロセスは、指定された時間で、３７５度以上の温度に実際に保持されていれば、完全にキュアリングされるまで継続される。前述のように、「透明な」合成物は、適切にキュアリングされたことを意味するものではない。少し低い温度×時間が提供された場合で、正しいリンキング温度で開始されていなくても、透明になる。また、温度が高すぎたり、時間が長すぎたりすると、キュアリングし過ぎて塗膜が黄色くなったり、ブリスターが発生したりすることがある。たとえば、コーティングされた缶が高温で１５分間保持されると、目に見える黄ばみや水ぶくれが生じるが、これは明らかに許容できるキュアリング結果ではない。これは、通常、オーブン内に大量の缶が残っている状態で、何らかの理由でオーブン コンベアが失速した場合に発生することがある。飲料缶には、通常、適切にキュアリングされる必要のある内部塗料が、総重量で８０～１５０ｍｇ塗られる。
缶がＩＢＯ(628)を出た後、それらはさらなる処理のためにワックサ(waxer 630)に送られる。ワックサによる処理が完了した後、当業者に知られているように、ネッカ(necker 632)およびフランジャ(flanger 634)を利用して缶形成プロセスを完了する。光テスター(light tester 636)も使用することができる。最後に、形成された缶はパレッタイザー(palletizer 638)に送られる。
このプロセスは世界中で使用されており、食品および飲料の安全なパッケージング用のツーピース缶において標準として広く受け入れられている。同じまたは非常に類似したプロセスが、他のタイプの缶にもよく使用されている。
ただし、特に現在のＩＢＯオーブンは、信じられないほどの量のエネルギーを使用する。オーブンはほとんどが天然ガス燃焼式で、一部が電気式である。どちらのタイプも非常に大量のエネルギーを使用し、大量の床面積を占有する。２４時間３６５日連続で、缶の集合搬送の行われるベルトがオーブンを通過し、高温/低温サイクルにさらされるため、オーブンには大がかりなメンテナンスが必要である。ベアリング、ドライブ トレイン、ガイドおよびベルトの部材自体のすべては、継続的な熱的および機械的な損耗を受ける。また、一般的なオーブンのエネルギー源である化石燃料ベースで考えると、ＩＢＯのオーブンまわりにおいて、持続可能性と大気汚染とに問題がある。さらに、通常、ベルトを動かし、オーブン関連の空気を換気、排気、洗浄し続けるために、合計で約９５馬力の５つの大型電気モーターが必要である。
缶製造業界において、ＩＢＯにて実際に費やされた時間に応じて、缶の素材であるアルミニウムの強度が低下することが、よく知られている。缶が高温で２～３分間さらされると、３００４アルミニウム合金を弱体化させる、焼き戻し／焼き鈍しの効果の発生が広く認識されている。焼き鈍しが生じるには、通常、この時間よりもかなり長い時間を要するが、非常に薄いアルミニウムにおいては、熱が完全に浸透し、事実上すぐに粒子構造に影響を与え始める可能性があるために、焼き鈍しが缶体で発生しているのであると考えられている。
この焼き戻し／焼き鈍しの効果の発生を考慮して、最終仕様よりも高い強度の缶を製造する必要が結果として生じる。ＩＢＯのオーブン内を通過した結果として、缶は、適切な性能に必要なボトム反転強度(bottom reversal strength)の約 8 ～ 10％ を失う。「ボトム反転(bottom reversal)」の発生前に圧力格納強度(pressure containment strength)を、炭酸飲料の場合は９２～９５ＰＳＩに維持する必要があり、ビールの場合は１０５～１１０ＰＳＩに維持する必要がある。このような高速な軟化、弱体化または焼き鈍しは、アルミニウム合金の引張強度と降伏強度を低下させる効果があるため、アルミニウム缶は、焼き鈍しされていない缶と比較して、必要な強度を得るために厚くする必要がある。
また、アルミニウム製もしくはスチール製の飲料缶や食品缶などのツーピース缶の製造工程では、缶の内部をキュアリングさせるだけでなく、さまざまな目的で缶にオーブンで生成された熱を加える必要がある。大まかに言うと、洗浄工程後の缶の乾燥、加飾工程後のインキのキュアリング、ならびに先述の缶内部塗料のキュアリングおよびこれと同時に行われる加飾インキの最終深部キュアリングにおいて加熱が行われる。２０２０年４月２０日に出願された米国特許出願第１６／８５３，５３６号「缶内部のキュアリング用のシステムおよび方法」は、狭帯域照射装置を使用することを含む缶内部キュアリングを詳述しており、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。しかし、伝統的または従来型の缶製造工場では、これら３つのタイプのオーブンすべてが、非常に大量の天然ガスを継続的に使用している。洗浄機の後に缶を乾燥させるガス乾燥オーブン (図６の614など)は、缶から排水できるように缶の開口端を下にして非常に広い幅の集合搬送ができるように構成されている。コンベアの幅はプラントのスループットによって異なるが、多くの場合、標準の１２オンス缶の幅で２０～４０個である。乾燥オーブンの設定温度は、多くの場合、華氏４００～４２０度で、通常は実際の設定温度よりも２５～５０度低い温度に維持する。オーブンを通過する時間は、毎分１５～２５フィートの典型的なコンベアベルト速度で、通常、１．５～２．０分間である。
洗浄プロセスは、複数の段階、通常６段階で、構成されている。缶がボディメーカ(body maker)から出てきた後、処理を改善するために使用された延伸液／冷却合成物(drawing fluid/cooling compound)で覆われる。完成した缶にさらなる加工をする前に、これを洗い流して、缶をきれいにする必要がある。缶がボディメーカを出た後、通常、缶は一連のトラックワークを滑り落ちてある種の搬送手段に載り、そこで他の多くの缶と合流し、集合搬送用コンベヤ上にて合流した缶の集合が幅広で連続した流れを形成する。この時点で、缶は逆さまになっているため、重力によって水がすぐに流れ落ちる。缶の集合は洗浄機をゆっくりと通過し、(通常は)フッ化水素酸が２つの連続したステップにおいて噴霧される。酸の多くが滴り落ち、缶の内側から残りの酸をすすぎ落とすことが期待される脱イオン水を３回または４回の連続したすすぎステップで噴霧する。引き続き、缶の集合は乾燥オーブンに導入される。ほとんどの水は滴り落ちすが、一部はまだ残っている。乾燥オーブンの実際の目的は、水を加熱して缶から蒸発させ、完全に乾燥した缶にすることである。バルク燃焼式熱風オーブンには水だけを加熱する機能がないため、缶も加熱され、およそ４００度になり、乾燥オーブンを通過する際の１．５～２．０分間のほとんどの間、缶はその温度状態に維持される。この温度では、缶を乾燥させるのに非常に長い時間がかかるため、アルミニウムに驚くべき量の焼き鈍しまたは弱体化がもたらされる。アルミニウムは非常に薄く、優れた熱伝導体であるため、熱はすぐに全体に浸透し、粒子の成長と弱体化のプロセスが始まる。
ピン チェーン オーブン(pin chain oven)またはデコ オーブン(deco oven)と呼ばれることもあるオーブン(図６の624など)は、デコレータの出口で缶を受け取るように配置されている。その全体的な目的は、装飾されたばかりの缶の外面が何にも触れないように、乾燥オーブンを通して缶を運ぶことである。少しでも触れただけで、まだ湿っているインクが擦れ、染みになる。そこで、ピンチェーンコンベヤ(pin chain conveyor)の独特な外観と構造をご説明する。その心臓部は、一連のスプロケットの周りをジグザグに動くように構成されたリンク ベルトまたはオートバイのチェーン スタイルの「ベルト」であり、それがオーブン内の蛇行またはジグザグの搬送路を通ることである。曲がりくねった搬送路の目的は、缶に付いたインクを乾燥させるのに十分な時間を確保できるように、オーブン内の缶の滞在時間を大幅に増やすことである。各缶は、缶の内側の深さよりも少し長いピンに載る。各ピンは事実上、各リンクのスプロケットと係合するヒンジ ピンの延長部分である。間隔はさまざまであるが、一般に、各缶の間に１個の缶の直径におおよそ相当する間隔になるように配置される。毎分２８００缶ものデコレータからの搬出に対応できるように、ベルトは高速で移動する。ピン チェーン コンベヤのベルトは、平面で曲がりくねって進み、オーブンを通過する。その平面は、オーブンを通過する間、重力が缶を所定の位置に保持するのに役立つように後ろに傾いている。オーブンはガス燃焼式であり、送風機が過熱状態の空気を缶に吹き付けて対流式オーブンのように機能するため、高いレベルの騒音が発生する。多くの場合、設定温度は４５０度の範囲にあるが、オーブンの一部セクションは開放されており、空気の流量が高いので、実際に維持される温度は設定温度よりも６０～９０度低くなる。デフォルトでは、ピン チェーン オーブンはプラントを実質的にも加熱する。繰り返しになるが、工場の仕様によって異なるが、通常、ピンチェーンオーブンに缶が１５～２５秒間滞在することがある。
これら３つの大型オーブンはすべて、加熱しようとしている缶よりもはるかに多くのものを加熱するという点で非効率である。それらオーブンは大量の天然ガスまたは炭化水素ベースの燃料を燃やし、それによって空気をおおむね加熱し、その空気が缶と塗料/水を二次的に加熱する。缶の加熱が遅く非効率である大きな原因はこの２段階の加熱プロセスにある。また、それらオーブンは、コンベヤ自体を動作させるだけでなく、熱を誘導して集中させるためのならびに排気から不純物を除去し適切な排気を促進するための多数の送風機を動作させるのに、多数の高馬力モーターを備える必要があり、電気エネルギーを多量に消費する。３つのオーブンの複合体は、非常に高温度のプラント状態を作り出し、不快な作業環境を作り出し、プラントの場所によってはＨＶＡＣコストを劇的に増加させる可能性がある。空調が望まれるまたは必要とする、世界の地域にあるプラントの場合、この余分な熱負荷は膨大なエネルギー消費であり、二酸化炭素排出量(carbon footprint)に大きく寄与する。
ガス乾燥オーブンは、内面洗浄に従って、１．５～２．０分間このような高温に缶をさらすため、ＩＢＯオーブンよりもわずかに少ない程度ではあるが、ＩＢＯオーブンとおなじように、焼き鈍しまたは弱体化を進行させることに寄与する。同様に、これは、弱体化されていない缶が通常持つのと同じ強度を持つために、より多くの量のアルミニウムで缶を作る必要があることを意味する。そのため、乾燥オーブンは非常に大量の炭化水素燃料および高いメンテナンス コストもかかる電気エネルギーを使用するだけでなく、缶を弱体化させ、缶の最終的な強度と性能を低下させる。
ピン チェーン オーブンも同様の問題を引き起こすが、暴露時間が短くなるほど弱体化はわずかに減る。缶は、ピン チェーン オーブンに、通常、１５～２０秒間、滞在するが、最高設定温度は、通常、華氏４３０～４６０度である。焼き鈍しは時間と温度の組み合わせで効果が発生するため、ピンチェーンオーブンは弱体化と焼き鈍し効果にさらに大きく寄与する。ピン チェーン自体には、潤滑が必要な多くの可動部品がある。十分な潤滑を維持しようとするあまりに、ピン チェーンに過剰な潤滑剤が施され、それによる汚染の問題または継続的なハウスキーピングを引き起こす。ピン自体がしばしば折れ曲がり、ロード、アンロード、およびクラッシュのような独自の問題を引き起こしやすい。ここでもまた、高い維持費、高い炭化水素燃料費、および缶の性能低下はすべて、缶製造工場において削減または排除したいと考えられている問題である。
本願で説明されている一実施形態では、缶を洗浄し、装飾しおよび／または缶の内面に塗料を吹き付ける、缶の製造に使用するためのシステムは、第一ステーション、第二ステーションおよび第三ステーションを含み、第一ステーションは、集合搬送用コンベヤ（mass conveyor)のメッシュベルトまたはオープンスペースベルトを通して缶を照射および乾燥するように、または直列搬送用コンベヤ（serial conveyor)の選択要素を通して個々の缶を個別に照射および乾燥するように配置された、半導体ベースの狭帯域照射装置の第一アレイを含み、且つ缶を６０秒間未満で乾燥できるように構成されており、第二ステーションは、コンベア上を搬送される缶の外側に塗布されたインクを照射およびキュアリングするように配置された、半導体ベースの狭帯域照射装置の第二アレイを含み、且つ２０秒間未満でインクをキュアリングできるように構成されており、第三ステーションは、缶の開口端の外側に配置された光学要素を使用して、キュアリングゾーンに移動してきた各缶の内側表面を個別に電気的に加熱するように配置された半導体ベースの狭帯域照射装置の第三アレイを含み、且つ直列に連なる各缶の内面の塗料が、焼き戻しまたは焼き鈍しが発生するのを防ぐ２０秒間未満で、塗料のリンキングキュアリングプロセスが進行する臨界温度に達するように構成されている。
本願で説明されている別の一実施形態では、第一ステーションは、５０秒間未満、４０秒間未満、３０秒間未満、または２０秒間未満で缶を乾燥できるように構成されている。
本願で説明されている別の一実施形態では、第二ステーションは、１５秒間未満、１０秒間未満、または５秒間未満でインクをキュアリングできるように構成されている。
本願で説明されている別の一実施形態では、第三ステーションの少なくともひとつは、１０秒間未満、５秒間未満または２秒間未満で、塗料のリンキングまたはクロスリンキングを進行させる臨界温度に缶を加熱できるように構成されており、且つ塗料が狭帯域キュアリングに最適化されている。
本願で説明されている別の一実施形態では、６０秒間未満で缶を乾燥させる第一ステーションおよび２０秒間未満でインクをキュアリングする第二ステーションの少なくともひとつは、缶に焼き戻しまたは焼き鈍しが発生するのを防ぐように構成されている。
本願で説明されている別の一実施形態では、缶を洗浄し、装飾しおよび／または缶の内面に塗料を吹き付ける、缶の製造に使用するための方法は、第一ステーションにある半導体ベースの狭帯域照射装置の第一アレイを使用して、集合搬送用コンベヤーのメッシュベルトまたはオープンスペースベルトを通して缶を照射および乾燥するかまたは直列搬送用コンベヤの選択要素を通して個々の缶を個別に照射および乾燥し、 インクデコレーターの後に配置された第二ステーションにある半導体ベースの狭帯域照射装置の第二アレイを使用して、コンベア上を搬送される缶の外側に塗布されたインクを照射およびキュアリングし、 第三ステーションにある半導体ベースの狭帯域照射装置の第三アレイを使用して、キュアリングゾーンに移動してきた各缶の内側表面を、缶の開口端の外側に配置された光学要素を使用して直列に連なる生産缶の各缶の内面の塗料が塗料のリンキングキュアリングプロセスを進行させる臨界温度に到達するように、個別に電気的に加熱することを含み、この３つのステーションのそれぞれでは、前記缶に焼き戻しまたは焼き鈍しまたは弱体化が発生するのを防ぐ２０秒間未満で乾燥またはキュアリングの機能を実行する。
本願で説明されている別の一実施形態では、インクは、１５秒間未満、１０秒間未満または５秒間未満のいずれかでキュアリングが起きる。
本願で説明されている別の一実施形態では、内面塗料は、１０秒間未満、５秒間未満または２秒間未満のいずれかでリンキングまたはクロスリンキングを進行させる臨界温度に到達する。
本願で説明されている別の一実施形態では、缶を洗浄し、装飾しおよび／または缶の内面に塗料を吹き付ける、缶の製造で使用するためのシステムは、第一ステーションを含み、 第一ステーションは、集合搬送用コンベアのメッシュベルトまたはオープンスペースベルトを通して缶を照射および乾燥するように配置された半導体ベースの狭帯域照射装置の第一アレイを含み、 第一アレイは、ハウジング内で且つ缶の内側に面するように配置されており、 ハウジングは、湿気がアレイハウジングに入るのを防ぐために密閉して配置された保護窓を有し、 保護窓は、適用された波長で光学的に透明であり、 第一アレイには、照射を缶に向けて誘導するための反射バッフルまたは照射のビームを選択的に広げたり狭めたりするための光学要素の少なくともひとつが設けられており、 システムは、照射がシステムから出ないように構成されている。
本願で説明されている別の一実施形態では、保護窓は、保護窓の縁の近くに配置されたトラフ(trough)またはガター(gutter)に向かって水の流出を促進する角度で取り付けられているか、または適用された狭い波長帯域で機能する反射防止コーティングが施されている。
本願で説明されている別の一実施形態では、前記システムは、缶の口に高速の空気流を供給して水蒸気をより効率的に除去するために、ファンまたは送風機の少なくともひとつをさらに含む。
本願で説明されている別の一実施形態では、前記システムは、第二ステーションをさらに含み、 第二スレーションは、キュアリングゾーンに移動してきた各缶の内側表面を缶の開口端の外側に配置された光学要素を使用して個別に電気的に加熱するように配置された半導体ベースの狭帯域照射装置の第二アレイを有し、直列に連なる生産缶の各缶の内面の塗料を、前記缶に焼き戻しまたは焼き鈍しが発生するのを防ぐ２０秒間未満で塗料のリンキングキュアリングプロセスを進行させる臨界温度に到達させる。
本願で説明されている別の一実施形態では、缶を洗浄し、装飾しおよび／または缶の内面に塗料を吹き付ける、缶の製造で使用するためのシステムは、第一ステーション、第二ステーションおよびコーナーキューブ反射材を含み、 第一ステーションは、ピンチェーン上で輸送される缶の外面に塗布されたインクを照射およびキュアリングするように配置された半導体ベースの狭帯域照射装置の第一アレイを含み、第一アレイは、近づいてくる缶の外面を第一角度で照射するようにピンチェーンに沿って配置され、 第二ステーションは、ピンチェーン上で搬送される缶の外面に塗布されたインクを照射およびキュアリングするように配置された半導体ベースの狭帯域照射装置の第二アレイを含み、第二アレイは、近づいてくる缶の外面を第一角度とは異なる角度の第二角度で照射するようにピンチェーンに沿って配置され、 コーナーキューブ反射材は、各ステーションに対して、缶の外面の接線に実質的に直交し且つアレイ間に、缶の外面から反射された照射が、その後コーナーキューブ反射材で反射して、照射が最初に反射した缶外面の元の位置に実質的に近い位置の缶外面に戻るようにする戦略で配置されている。
本願で説明されている別の一実施形態では、前記システムは、第三ステーションをさらに含み、第三ステーションは、キュアリングゾーンに移動してきた各缶の内側表面を缶の開口端の外側に配置された光学要素を使用して個別に電気的に加熱するよう配置された半導体ベースの狭帯域照射装置の第三アレイを含み、直列に連なる生産缶の各缶の内面の塗料を前記缶に焼き戻しまたは焼き鈍しが発生するのを防ぐ２０秒間未満で塗料のリンキングキュアリングプロセスを進行させる臨界温度に到達させる。
本願で説明されている別の一実施形態では、前記システムは、複数の追加ステーションをさらに含み、追加ステーションは、缶の外面に塗布されたインクを照射およびキュアリングするための半導体ベースの照射装置のアレイを含み、複数のステーションの組み合わせで各缶の外面全体にあるインクを照射するように各アレイは戦略的な角度で配置されている。
本願で説明されている別の一実施形態では、前記システムは、換気システムをさらに含み、換気システムは、少なくとも揮発性有機化合物を含む蒸気を第一ステーションおよび第二ステーションから熱分解または触媒分解ユニットに運び、蒸気を低くても閾値温度に維持する。
本願で説明されている別の一実施形態では、前記システムは、乾燥ステーションをさらに含み、乾燥ステーションは、集合搬送用コンベヤのメッシュベルトまたはオープンスペースベルトを通して缶を照射および乾燥するように、または直列搬送用コンベヤの選択要素を介して個々の缶を個別に照射および乾燥するように配置された、半導体ベースの狭帯域照射装置の少なくともひとつのアレイを含み、且つ乾燥ステーションは、缶を２０秒間未満で乾燥できるように構成されている。
本願で説明されている別の一実施形態では、缶の内面に塗料を吹き付ける、内面コーティングおよびキュアリングプロセスでの缶の製造に使用するためのシステムは、缶ハンドリングシステム、半導体ベースの狭帯域照射装置のアレイおよび換気システムを含み、缶ハンドリングシステムは、生産缶を少なくともひとつのキュアリングゾーンに順次に移動できるように構成されており、半導体ベースの狭帯域照射装置のアレイは、キュアリングゾーンに移動してきた各缶の内側表面を缶の開口端の外側に配置された光学要素を使用して個別に電気的に加熱するように配置されており、直列に連なる生産缶の各缶の内面の塗料を、前記缶に焼き戻しまたは焼き鈍しが発生するのを防ぐ２０秒間未満で塗料のリンキングキュアリングプロセスを進行させる臨界温度に到達させるように構成されており、 換気システムは、少なくとも揮発性有機化合物を含む蒸気を熱分解または触媒分解ユニットに運び、蒸気を低くても閾値温度に維持する。
本願で説明されている別の一実施形態では、缶の内面に塗料を吹き付ける、内面コーティングおよびキュアリングプロセスでの缶の製造に使用するためのシステムは、缶ハンドリングシステム、広帯域赤外線源および換気システムを含み、 缶ハンドリングシステムは、生産缶を少なくともひとつのキュアリングゾーンに順次に移動できるように構成されており、 広帯域赤外線源は、缶の内側表面の上部側壁に照射を向けるように配置された光学要素を使用してキュアリングゾーンに移動してきた各缶の内側表面を個別に電気的に加熱するように配置されており、直列に連なる生産缶の各缶の内面の塗料を、前記缶において弱体化、焼き戻しまたは焼き鈍しが発生するのを防ぐ２０秒間未満で塗料のリンキングキュアリングプロセスを進行させる臨界温度に到達させるように構成されており、 換気システムは、少なくとも揮発性有機化合物を含む蒸気を熱分解または触媒分解ユニットに運び、蒸気および蒸気に含まれるアウトガス化合物を低くても閾値温度に維持する。
本願で説明されている別の一実施形態では、缶を洗浄し、装飾しおよび／または缶の内面に塗料を吹き付ける、缶の製造で使用するためのシステムは、第一ステーション、および第二ステーションを含み、第一ステーションは、ピンチェーンコンベヤ上を搬送される缶の外側に塗布されたインクを照射およびキュアリングするように配置された半導体ベースの狭帯域照射装置のアレイを複数含み、第一ステーションのアレイは、２０秒間未満でインクをキュアリングするように構成されており、 第二ステーションは、缶の開口端の外側に配置された光学要素を使用してキュアリングゾーンに移動してきた各缶の内側表面を缶の開口端の外側に配置された光学要素を使用して個別に電気的に加熱するように配置された半導体ベースの狭帯域照射装置のアレイ複数の第二構成を含み、直列に連なる生産缶の各缶の内面の塗料を前記缶に焼き戻しまたは焼き鈍しが発生するのを防ぐ２０秒間未満で塗料のリンキングキュアリングプロセスを進行させる臨界温度に到達させる。
本願で説明されている別の一実施形態では、缶を洗浄し、装飾しおよび／または缶の内面に塗料を吹き付ける、缶の製造で使用するためのシステムは、半導体ベースの狭帯域照射装置の第一アレイ、半導体ベースの狭帯域照射装置の第二アレイ、および半導体ベースの狭帯域照射装置の第三アレイの少なくとも一つを含み、第一アレイは、集合搬送用コンベアのメッシュベルトまたはオープンスペースベルトを通して缶を照射および乾燥するように、または直列搬送用コンベアの選択要素を介して個々の缶を個別に照射および乾燥するように配置されており、 第二アレイは、ピンチェーンで輸送される缶の外側に塗布されたインクを照射およびキュアリングするように配置されており、 第三アレイは、キュアリングゾーンに移動してきた各缶の内側表面を缶の開口端の外側に配置された光学要素を使用して個別に電気的に加熱するように配置されており、直列に連なる生産缶の各缶の内面の塗料を前記缶に焼き戻しまたは焼き鈍しが発生するのを防ぐ２０秒間未満で塗料のリンキングキュアリングプロセスを進行させる臨界温度に到達させるように構成されている。
本願で説明されている別の一実施形態では、缶を洗浄し、装飾しおよび／または缶の内面に塗料を吹き付ける、缶の製造に使用するための方法は、半導体ベースの狭帯域照射装置の第一アレイを使用して、集合搬送用コンベヤーのメッシュベルトまたはオープンスペースベルトを通して缶を照射および乾燥することまたは直列搬送用コンベヤーの選択要素を介して個々の缶を個別に照射および乾燥することの少なくともひとつ、 半導体ベースの狭帯域照射装置の第二アレイを使用して、ピンチェーンで搬送される缶の外側に塗布されたインクを照射およびキュアリングすること、ならびに半導体ベースの狭帯域照射装置の第三アレイを使用して、キュアリングゾーンに移動してきた各缶の内側表面を、缶の開口端の外側に配置された光学要素を使用して、個別に電気的に加熱し、直列に連なる生産缶の各缶の内面の塗料を、前記缶に焼き戻しまたは焼き鈍しが発生するのを防ぐ２０秒間未満で塗料のリンキングキュアリングプロセスを進行させる臨界温度に到達させることを含む。
本願で説明されている別の一実施形態では、缶の内面に塗料を吹き付ける、内面コーティングおよびキュアリングプロセスでの缶の製造に使用するための方法は、缶を少なくともひとつのキュアリングステーションに向かって大まかに輸送し、 該少なくともひとつのキュアリングステーションで缶の外側に配置された光学要素と狭帯域放射赤外線エネルギーとを使用して缶を個別に電気的に加熱し、直列に連なる生産缶の各缶の内面の塗料を前記缶に焼き戻しまたは焼き鈍しが発生するのを防ぐ２０秒間未満で塗料のキュアリングリンキングプロセスを開始させる臨界温度に到達させることを含む。
本願で説明されている別の一実施形態では、各缶は、缶用の開始カップの絞り出しに使用されるブランクのカット エッジの直径を小さくするように再構成された製造ツールから形成され、それによってコイルストックアルミニウムの厚さはツールの再構成前と実質的に同じであるが、コイルストックがより幅狭になり、各缶の製造に必要なアルミニウムの重量が３％より多く削減される。
本願で説明されている別の一実施形態では、各缶は、缶の製造に使用されるアルミニウムを減らすために、より薄いコイルストック材料から缶を製造するように変更された缶設計とツールとを使用して形成され、それによって、各缶は、２０秒間未満でリンキングキュアリングプロセスを達成する加熱によって強度低下がなくなり、上記缶が、上記缶より厚い缶において金属を弱める上記時間より長い時間でキュアリングされたときと同程度の側壁軸方向強度(sidewall axial strength)、ボトム反転強度(bottom reversal strength)および全体強度(overall strength)を持つようになる。
本願で説明されている別の一実施形態では、塗料の電気的なキュアリングは、狭帯域の半導体ベースの放射加熱システムによって実行される。
本願で説明されている別の一実施形態では、狭帯域放射エネルギーを生成する半導体ベースのシステムは、マイクロ秒以内にオンまたはオフに切り替えることができ、塗料および/または缶を１０秒間未満でキュアリング温度に加熱することができる。
本願で説明されている別の一実施形態では、コンベアは、キュアリングプロセス中に缶を輸送し、連続回転運動を利用する。コンベアの連続回転運動により、少なくとも一つの照射キュアリングステーションは、それによってキュアリングされる缶と同期して連続回転運動し、電力(electrical power)、冷却液(cooling liquid)および制御信号(control signals)の少なくとも一つは、転ユニオンを介して前記少なくとも一つのキュアリングステーションに繋がれている。
本願で説明されている別の一実施形態では、少なくともひとつのキュアリングステーションに役立つ、ＤＣ電源供給器(DC power supply)、冷却熱交換器(cooling heat exchanger)、冷却チラー（cooling chiller）、冷却再循環ポンプ(cooling recirculation pump)および制御システム(control system)の少なくとも一つは、缶と同期して回転運動で移動して、システムの連続運動が冷却機能を助けるようにされた連続回転運動キュアリングシステム(continuous rotary motion curing system)を備える。
本願で説明されている別の一実施形態では、コンベアは、キュアリングプロセス中に缶を輸送し、インデックス回転運動(indexing rotary motion)を利用する。コンベアのインデックス回転運動により、複数の照射キュアリングステーションがタレット(turret)の上ではなくタレットの周囲に配置され、缶がそれぞれの狭帯域キュアリングステーションの下にそれぞれあるようにタレットが回転インデックスしながら缶のグループがタレットの周りの選択された数の空のステーションに順次にロードされ、キュアリングステーションを作動させて缶をキュアリングし、次いでタレットが再び回転インデックスして、キュアリングされた缶を取り出し一方で新しい缶のセットがキュアリングステーションの下の位置にインデックスされ、この一連のプロセスが繰り返される。
本願で説明されている別の一実施形態では、缶は５秒間未満で個々にキュアリングされる。
本願で説明されている別の一実施形態では、狭帯域半導体装置は、連続する缶の各缶の内面にある塗料の吸収特性に一致する波長で狭帯域放射赤外線エネルギーを放出する。
本願で説明されている別の一実施形態では、加熱に使用される狭帯域放射赤外線エネルギーの波長は、８００ｎｍ～１２００ｎｍ、１４００ｎｍ～１６００ｎｍ、および１８５０ｎｍ～２０００ｎｍのうちのひとつの範囲である。
本願で説明されている別の一実施形態では、加熱に使用される狭帯域赤外線放射エネルギーは、半導体ベース照射装置、発光ダイオード(LED)、およびレーザー ダイオードの少なくともひとつを使用して生成される。
本願で説明されている別の一実施形態では、前記照射を生成する半導体装置は、１０個を超える半導体装置の個々から放出される光出力パワーを合わせて、１００ワットを超える合計光出力パワーにするように構成されたマルチデバイス アレイで構成される。
本願で説明されている別の一実施形態では、半導体装置はレーザーダイオードであり、出力の半値全幅(full width / half max output bandwidth)が２０ｎｍより狭い。
本願で説明されている別の一実施形態では、半導体装置は、面発光レーザダイオードであｒ、出力の半値全幅(full width / half max output bandwidth)が２ｎｍよりも狭い。
本願で説明されている別の一実施形態では、エネルギー源は、８２５～１０７５ｎｍの光子エネルギー出力を生成する面発光レーザーダイオードのアレイを含む。
本願で説明されている別の一実施形態では、毎分３００缶を超える生産速度で１レーンの缶の個々のキュアリングをできるように材料／缶がハンドリングされる。
本願で説明されている別の一実施形態では、複数のキュアリングステーションが並列に配置され、一つのレーンを除くすべてのレーンを動かして、毎分１８００缶を超える合計スループット速度で個別にキュアリングし、除かれた一つのレーンは、必要なメンテナンスを施したり、必要に応じて追加の生産に利用したりして、全体的なアップタイム(overall up-time)のレベルを引き上げることができる。
本願で説明されている別の一実施形態では、前記方法は、炭化水素ベースの燃料の使用を排除し、缶体のアルミニウムの焼き鈍しと弱体化を排除する２０秒間未満の高速キュアリングの結果として、缶製造プロセスで３％より多いアルミニウムが節約される。
本願で説明されている別の一実施形態では、キュアリングされた塗料の性能または機能性を向上させるために、狭帯域赤外線光と相互作用する特定の添加剤が塗料に追加される。
本願で説明されている別の一実施形態では、前記方法は、塗料配合においてＢＰＡまたは他の望ましくない成分を排除するために塗料成分の再構成を促す。
本願で説明されている別の一実施形態では、前記のキュアリングの方法に係る装置構成は、缶または製造プロセスに悪影響を与えることなく、簡単に、始動および停止されることができる。
本願で説明されている別の一実施形態では、検査システムで得られるセンサ情報からわかる前記方法における変調に対して、動作中に且つ即座に、応答する能力（ability)を実装している。
本願で説明されている別の一実施形態では、缶の内面に塗料を吹き付ける、内面コーティングおよびキュアリングプロセスでの缶の製造に使用するためのシステムは、缶ハンドリングシステムと、半導体ベースの狭帯域照射装置のアレイとを含み、缶ハンドリングシステムは、生産缶を少なくともひとつのキュアリングゾーンに順次に移動するように構成されており、半導体ベースの狭帯域照射装置のアレイは、キュアリングゾーンに移動してきた各缶の内側表面を、缶の開口端の外側に配置された光学要素を使用して、個別に電気的に加熱するように配置され、直列に連なる生産缶の各缶の内面の塗料を前記缶に焼き戻しまたは焼き鈍しが発生するのを防ぐ２０秒間未満で塗料のリンキングキュアリングプロセスを進行させる臨界温度に到達させるように構成されている。
本願で説明されている別の一実施形態では、半導体ベースの狭帯域照射装置のアレイと光学要素は、缶のカットエッジの上面のすぐ外側に、半導体ベースの狭帯域照射装置によって生成される狭帯域赤外線光子エネルギーの９０％以上をキュアリング中の缶の内部に向け、エネルギーの大部分を側壁の上半分に集中させ、内部反射によって缶の下部に当たるように、配置されている。
本願で説明されている別の一実施形態では、光学要素は、少なくともひとつのマイクロレンズアレイと、集光レンズと、ピンホールまたはアパーチャを含み、少なくともひとつのマイクロレンズアレイは、柱状エネルギー(columnated energy)を形成するために半導体ベースの狭帯域照射装置のアレイ中のそれぞれの狭帯域照射装置に位置合わせされており、集光レンズは、ピンホールまたはアパーチャ要素に向かってかつピンホールまたはアパーチャ要素を通ってキュアリング中の缶の内部に柱状エネルギーを集束させるように構成されており、ピンホールまたはアパーチャは、そうでなければ缶から逃げたであろう反射した狭帯域エネルギーを缶に戻すように機能する反射加工された成形面の頂を通る開口を提供する。
本願で説明されている別の一実施形態では、反射円錐面には、キュアリングされている缶からの蒸気の除去を促す通気用のスロットまたは開口が装備されている。
本願で説明されている別の一実施形態では、反射加工面はほぼ円錐形であり、銅、アルミニウム、金メッキ金属、銀メッキ材、および高反射ナノ構造のうちのひとつで作られている。
本願で説明されている別の一実施形態では、光学要素および半導体ベースの狭帯域照射装置のアレイは、ピンホールまたはアパーチャ要素を通過する場合を除き赤外線エネルギーが逸れてハウジングから漏れるのを防ぐように構成されたハウジングに取り付けられ、アレイおよび光学要素を製造キュアリング環境で許容可能な動作温度に維持するために再循環水冷するように構成されている。
本願で説明されている別の一実施形態では、半導体ベースの狭帯域照射装置のアレイは、缶の外側に配置されたレーザーダイオードの少なくともひとつのアレイを含み、対応する光学要素はキュアリングの少なくとも一部の間に、各缶の内側にアーティキュレート（articulate)される。
本願で説明されている別の一実施形態では、光学要素は対物レンズを含み、対物レンズは、光学系およびミラーアセンブリを介して、半導体ベースの狭帯域照射装置のアレイからエネルギーを受け取るように構成されており、システムは、挿入(insertion)および引抜(withdrawal)の機構を含み、挿入(insertion)および引抜(withdrawal)の機構は、各缶の上に配置されるように構成された反射封じ込めプレート(reflection containment plate)を介して、光学要素を缶に移転させることができ、挿入機構が光学系アセンブリの一部を缶の内側に適切に配置するときにエネルギーの光学伝達が整列され、光の流れ(optical train)が容器内にキュアリングが行われるように適切に配置されたとき照射が作動される。
本願で説明されている別の一実施形態では、容器の内壁に吹き付けられた塗料をキュアリングするための缶または容器の製造で使用するシステムは、搬入用の軌道機能(trackwork)またはコンベヤ、第二コンベヤ、少なくともひとつのキュアリングステーションを含み、
搬入用の軌道機能(trackwork)またはコンベヤは、個々の容器を第二コンベヤに向けて一列に整列するように編成または移動させることができるように構成されており、 第二コンベヤは、個々の容器を少なくともひとつのキュアリングステーションに出し入れする回転タレット(rotary turret)として構成されており、 少なくともひとつのキュアリングステーションは、面発光レーザーダイオードの少なくともひとつのアレイからの光子エネルギーが柱状光学系(columnating optics)を通過し、次いで被覆された容器の側壁の内側を照射するために光子エネルギーがそこを超えると発散するピンホールまたはアパーチャを通して少なくともひとつの集光レンズ要素によって集束させる光学構成(optical configuration)を含み、そのようなピンホールまたはアパーチャは、反射円錐の頂点に位置し、そのような反射円錐は、光子エネルギーを反射して容器に戻し、さらなるキュアリング作業を行うように機能し、塗料は、容器を構成するアルミニウムの弱体化または焼き鈍しが発生するのを防ぐのに十分な速さである２０秒間未満でキュアリングされ、第二コンベヤ手段は、容器を搬送し、第二コンベヤから容器を取り出し運び去るように構成された第三コンベヤに案内され、順次キュアリング(serial curing)を継続するために待機中の未キュアリングの缶を積み込むために空のポケットが利用可能であり、キュアリングされた容器は、次の容器製造作業に向けて第三コンベヤー上を移動する。
搬入用の軌道機能(trackwork)またはコンベヤは、個々の容器を第二コンベヤに向けて一列に整列するように編成または移動させることができるように構成されており、 第二コンベヤは、個々の容器を少なくともひとつのキュアリングステーションに出し入れする回転タレット(rotary turret)として構成されており、 少なくともひとつのキュアリングステーションは、面発光レーザーダイオードの少なくともひとつのアレイからの光子エネルギーが柱状光学系(columnating optics)を通過し、次いで被覆された容器の側壁の内側を照射するために光子エネルギーがそこを超えると発散するピンホールまたはアパーチャを通して少なくともひとつの集光レンズ要素によって集束させる光学構成(optical configuration)を含み、そのようなピンホールまたはアパーチャは、反射円錐の頂点に位置し、そのような反射円錐は、光子エネルギーを反射して容器に戻し、さらなるキュアリング作業を行うように機能し、塗料は、容器を構成するアルミニウムの弱体化または焼き鈍しが発生するのを防ぐのに十分な速さである２０秒間未満でキュアリングされ、第二コンベヤ手段は、容器を搬送し、第二コンベヤから容器を取り出し運び去るように構成された第三コンベヤに案内され、順次キュアリング(serial curing)を継続するために待機中の未キュアリングの缶を積み込むために空のポケットが利用可能であり、キュアリングされた容器は、次の容器製造作業に向けて第三コンベヤー上を移動する。
本願で説明されている別の一実施形態では、その後の製造作業には、第三コンベアの上にある検査ステーションを含み、検査ステーションの機能は、少なくとも、各容器に内側の画像化と覆われていない金属領域の探索によってコーティングとキュアリングの正確性(veracity)を検証すること、およびキュアリングされた塗料の画像品質レベルが十分でない場合は、検査ステーションの後の第三コンベヤの途上にある拒絶ステーションで、被膜に欠陥のある容器を不合格にし、次に、それぞれのプロセスを修正するためにコーティングシステム制御システムおよびキュアリング制御システムのうちの少なくともひとつに信号を送ることである。
本願で説明されている別の一実施形態では、容器の内面に吹き付けられた塗料をキュアリングするための缶またはオープントップ容器の製造で使用するシステムは、搬入用の軌道機能(trackwork)またはコンベヤ、第二コンベヤ、少なくともひとつのキュアリングステーションを含み、搬入用の軌道機能(trackwork)またはコンベヤは、一列に並べられた個々の容器を第二コンベヤに向かって移動できるように構成されており、 第二コンベヤは、回転運動テーブルを使用して前記容器を少なくともひとつのキュアリングステーションに入れそして出すように構成されており、 少なくともひとつのキュアリングステーションは、アレイからの光子エネルギーを、容器の開口上部を通って、容器の内面の吹き付けられた塗料に直接に向け直して、キュアリングプロセスの効果が機能するように設計された反射器のひとつが組み込まれており、塗料は、容器を構成するアルミニウムの弱体化または焼き鈍しが発生するのを防ぐのに十分な速さである２０秒間未満でキュアリングされ、 第二コンベヤは、キュアリング済みの容器を第三コンベヤに排出できるように回転し、一方で、新しいキュアリングされていない缶を空いた位置に順次に積み込むように構成されており、第三コンベヤはキュアリング済みの容器を出口で受け取り、次の容器製造作業に向けて搬送するように構成されている。
本願で説明されている別の一実施形態では、第二コンベヤは、周囲に配置された複数のキュアリングステーションを備えた回転構成(rotating configuration)であり、それぞれが同時に機能して、少なくともひとつのレーザー ダイオード アレイによって生成された赤外線エネルギーで容器の内部をキュアリングすることができる。
本願で説明されている別の一実施形態では、複数のキュアリングステーションは、８つを超えるキュアリングステーションを含むものである。
本願で説明されている別の一実施形態では、第二コンベヤは、テーブルの回転を開始または停止することなくキュアリングを継続できように、容器と同期して回転する複数のキュアリングステーションを備えた回転構成であり、少なくともひとつのロータリーユニオンを介してキュアリングステーションに、電力信号、冷却信号、および制御信号のうちの少なくともひとつで、接続されている。
本願で説明されている別の一実施形態では、搬入用の軌道機能またはコンベヤは、重力を使用して容器を直列に順次前進させ、重力の圧力を使用して個々の缶を第二コンベヤに送り込むように構成されている。
本願で説明されている別の一実施形態では、 缶の内面に塗料を吹き付ける、内面コーティングおよびキュアリングプロセスでの缶の製造に使用するためのシステムは、缶ハンドリング システムと、広帯域赤外線源と、制御システムとを含み、
缶ハンドリングシステムは、生産缶を少なくともひとつのキュアリングゾーンに順次に移動させるように構成されており、広帯域赤外線源は、缶の内面の上部側壁に照射を向けるように配置された光学要素を使用して、キュアリングゾーンに移動する各缶の内側表面を個別に電気的に加熱するように配置されており、直列に連なる生産缶の各缶の内面の塗料を、前記缶に焼き戻しまたは焼き鈍しが発生するのを防ぐ２０秒間未満で、塗料のリンキングキュアリングプロセスを進行させる臨界温度に到達させるように構成されており、 制御システムは、センサー情報を使用して広帯域赤外線源の出力を調節し、キュアリングが一貫した温度および結果を維持するように構成されている。
缶ハンドリングシステムは、生産缶を少なくともひとつのキュアリングゾーンに順次に移動させるように構成されており、広帯域赤外線源は、缶の内面の上部側壁に照射を向けるように配置された光学要素を使用して、キュアリングゾーンに移動する各缶の内側表面を個別に電気的に加熱するように配置されており、直列に連なる生産缶の各缶の内面の塗料を、前記缶に焼き戻しまたは焼き鈍しが発生するのを防ぐ２０秒間未満で、塗料のリンキングキュアリングプロセスを進行させる臨界温度に到達させるように構成されており、 制御システムは、センサー情報を使用して広帯域赤外線源の出力を調節し、キュアリングが一貫した温度および結果を維持するように構成されている。
本願で説明されている実施形態は、以下のようなことを含む、缶に熱を加えるための完全に新しい概念を教示する。
1) 食品缶、飲料缶、およびその他の種類の缶の、内側の塗料のキュアリング、
2) 洗浄後の缶の乾燥，
3) 缶の外側のインクまたは塗料のキュアリング。
本願で説明されている実施形態によれば、その実施の多くは、缶を形成する既知の技術に関連して上述したガス乾燥オーブン、デコオーブン、および／またはインサイドベークオーブン（ＩＢＯ）（および／または場合によってはベースコータオーブン）などを含む、製缶で使用される従来のオーブンのすべてまたは一部を置き換えるのに適している。すなわち、上記で識別された缶の内側の塗料のキュアリング、缶の乾燥、または缶の外側のインクもしくは塗料のキュアリング、またはこれらの機能の様々な組み合わせに関連して本明細書に記載されたすべてまたは選択された機能を実施することができる。
1) 食品缶、飲料缶、およびその他の種類の缶の、内側の塗料のキュアリング、
2) 洗浄後の缶の乾燥，
3) 缶の外側のインクまたは塗料のキュアリング。
本願で説明されている実施形態によれば、その実施の多くは、缶を形成する既知の技術に関連して上述したガス乾燥オーブン、デコオーブン、および／またはインサイドベークオーブン（ＩＢＯ）（および／または場合によってはベースコータオーブン）などを含む、製缶で使用される従来のオーブンのすべてまたは一部を置き換えるのに適している。すなわち、上記で識別された缶の内側の塗料のキュアリング、缶の乾燥、または缶の外側のインクもしくは塗料のキュアリング、またはこれらの機能の様々な組み合わせに関連して本明細書に記載されたすべてまたは選択された機能を実施することができる。
本願で説明されている実施形態によれば、パフォーマンスの効率向上は、さまざまな方法で実現される。例えば、キュアリング時間および乾燥時間は有利に短縮される。例えば、本願で説明されている実施形態をキュアリングステーションで缶内側の塗料をキュアリングするために適用すると、缶を加熱して臨界温度に到達させ、塗料にリンキング（またはクロスリンキング）キュアリングプロセスを、例えば、２０秒間未満（または、さらなる例として、１０秒間未満、５秒間未満または２秒間未満）で、進行させることができる。 例えば、本願で説明されている実施形態をキュアリングステーションで缶の外側のインクまたは塗料のキュアリングに適用すると、各缶のインクまたは塗料を、例えば、２０秒間未満（または、さらなる例として、１５秒間未満、１０秒間未満または５秒間未満）で、キュアリングさせることができる。例えば、本願で説明されている実施形態を缶の乾燥に適用すると、順次に各缶を、または多量の缶の中の各缶もしくは缶の群を、乾燥ステーションで、例えば２０秒間未満で乾燥させることができる。乾燥および/またはキュアリング機能のそれぞれを２０秒間未満で実行することで、缶の焼き戻し、焼き鈍しまたは脆弱化が防止される。また、３つまたは２つの機能すべてが実行され、照射ステーション、乾燥ステーションまたはキュアリングステーションのそれぞれにおいて、２０秒間未満で乾燥またはキュアリング機能を実行する実施形態では、缶の焼き戻し、焼き鈍し、弱体化を防ぐ。 少なくともひとつの代替案では、（洗浄後の）乾燥機能は、６０秒間以下（または、さらなる例として、５０秒間未満、４０秒間未満、３０秒間未満、または２０秒間未満）で実施され得る。ここで、缶の焼き戻し、焼き鈍し、または弱体化は依然として防止できる。
まず、缶の内部キュアリングを、図１～８を参照して説明する。洗浄後の乾燥およびインクのキュアリングの技術について、一般的に図９～１４を参照して（必要に応じて他の図を参照して）説明する。
この点について、ひとつの好ましい実施は、缶キュアリングステーションの内側で、非常に高速なキュアリング結果に影響を与えるために缶の内側に集束される狭帯域半導体生成赤外線エネルギーを使用することを検討する。塗料材料と缶の壁の両方にエネルギーを急速に伝達し、反射して、塗料材料に戻して再放射する、缶の内側の塗料および側壁に直接影響を与える、集束された高出力の放射エネルギーを使用することを検討する。この高出力の放射狭帯域エネルギーは、個々の缶に直接導入され、ほぼすべてのエネルギーが塗料とアルミニウム基板に吸収されるまで、缶内で光の速度で跳ね返る。
広帯域光源を使用して、同じ大きさの直接放射エネルギーを缶の内部に影響を与えることは可能であるが、多くの理由で、狭帯域光源が推奨され、おそらく最も理想的なソリューションである。石英ランプなどの広帯域光源を使用できるが、多くの利点が得られず、実装はそれほど有益ではない。 しかしながら、広帯域光源を用いて本願で説明されている実施形態を実装および実践することは可能である。例えば、石英ランプ、高輝度放電ランプ、またはアークランプを利用することができる。それらは、通常のガラス光学系で焦点を合わせるのに十分短い波長範囲である波長出力帯域を持つ傾向がある。通常の光学ガラスは効果がなくなり始めるが、波長が約２．７ミクロンを超えると、ほとんどの広帯域光源と抵抗加熱源の上限のほとんどが集光光学系を透過せずに、光学系を時に極めて高温に過熱することがある。屈折光学系で熱光子エネルギーを集束する代わりに、反射光学構成を使用できる。例えば、缶または容器の上部側壁の内側に赤外線エネルギーを集束させるために、ほぼ円錐形の反射鏡または楕円体の円対称鏡を使用することができる。それは、エネルギーが缶の内側に当たるのに最適な領域である、なぜならば、そこからの内部反射が、その好ましい開始領域からエネルギーを分散させるためである。缶の塗料のキュアリングに取り組んでいるある種の生産速度では、さまざまな広帯域光源は、このアプリケーションに必要な速度でオン/オフを切り替えることができないため、ほぼ確実に継続的にオンにしておく必要がある。それは可能であるが、例えば、各キュアリングステーションに必要な２，０００～３，０００ワットの石英バルブを取り扱うために、そのようなシステムにスイッチング電子機器を装備することは高い費用がかかる。リンキングキュアリング作用を達成するのに必要な温度まで缶を加熱するが、缶のアルミニウム本体を焼き鈍しするほど熱くならないように、細心の注意を払う必要がある。缶の温度を綿密に監視し、電子制御で広帯域デバイスの出力を調整することが非常に望ましいでしょう。本願で説明されている実施形態の基本的な利点のひとつは、現在世界の缶業界でほぼ普遍的に使用されている従来のプロセスから得られる缶と同等の強度の缶を、より少ない重量のアルミニウムを使用して、アルミニウムへの弱体化効果を排除し、製造することができることである。広帯域光源に関するもうひとつの考慮事項は、狭帯域光源に使用されている半導体デバイスよりも本質的に耐用年数が短いことである。たとえば石英ランプの場合、寿命は短くなるが、消耗するにつれて光子出力も低下し続ける。電子機器によって、出力の低下を継続的に補うために電力を調整しなければならない。監視センサーを、狭帯域デバイスと一緒に使用することで、缶の温度、つまりキュアリングの完全性に関するフィードバックを提供することができる。
（例えば、本明細書に記載されるすべての実施形態において、例えば、図１～１４に関連して記載されるすべての実施形態において）、高出力レーザー、さまざまな半導体ベース照射装置、レーザー ダイオード、エッジ エミッター レーザー ダイオード、VCSEL レーザー ダイオード、SE-DFB レーザー ダイオードを含む面発光レーザー ダイオード、レーザー アレイ、さらには ハイパワーLEDアレイなどの発光ダイオード(LED)を含む、多くの狭帯域光源を使用することができる。複数のデバイス アレイ(たとえば、アレイごとに１０個を超えるデバイス)を使用して、出力電力 (たとえば、１００ワットを超える)を生成できる。本願において説明されている実施形態は、実装が容易で、そして実装が好ましい効果をもたらすので、他のモダリティ(modalities)、高出力のレーザーダイオードアレイで実行することができる。また、半導体狭帯域赤外線源またはレーザーダイオードアレイなどのアレイを含む、狭帯域光源またはアレイのさまざまな例および実装が、例えば、２００４年１２月３日に出願された米国出願第１１／００３，６７９号（現在は米国特許第７，４２５，２９６号）、２０１０年３月５日に出願された米国出願番号１２／７１８，８９９号（現在の米国公開番号２０１１／０００２６７７Ａ１）、および２０１０年３月５日に出願された米国出願番号１２／７１８，９１９号（現在の米国特許番号９，２８２，８５１号）に記載されており－これらはすべて、参照により本明細書に組み込まれる。
狭帯域エネルギーは、より優れた光学精度にも有利である。なぜなら、ほぼ同じ波長は十分類似した焦点に合わせることができるが、これは広帯域放射源ではできない。いくつかの実装形態では、反射防止コーティングなどの光学系のコーティングを使用しているが、これは、特定の波長または使用する狭い範囲の波長でのみ非常に効率的に最適化することができる。
レーザーダイオードアレイは、瞬時にオンおよび瞬時にオフにデジタル的に切り替えることができるので、それらは、本願で説明されている実施形態の非常に多様な可能な実施に有利である。それらはまた、高速キュアリングを効果的に実施するために缶の必要な正確な領域に適切なエネルギーを向けることを容易にするために、多くの便利な方法で光学的に処理できるように構成することもできる。本開示は、ここで説明する実施形態の実施者の正確な用途および好みに応じて、可能な例である多数の光学的な実施および多数の缶ハンドリングの機械的な実施を教示する。
本願で説明されている実施形態が効果的に実施される場合、１秒間という素早さで、缶の内側の塗料をキュアリングするシステムに影響を与えることができるはずである。 放射源からの十分なパワーがあれば、リンキングプロセスを十分に速く開始するように塗料が配合されている場合、１秒間未満でキュアリングすることさえ可能である。 従来の方法と比較してキュアリング時間を短縮すると、全体的な効率、利益、および結果が改善されることを理解できるはずである。 特に、キュアリング時間が、例えば１分間未満に減れば、改善は実質的に増加する。 さらなる例として、３０秒間未満、２０秒間未満、１０秒間未満、５秒間未満、２秒間未満、および（上記のように）１秒間未満のキュアリング時間は、さらに大きな改善をもたらす。 キュアリングが十分に速い場合、例えば、少なくともひとつの実施形態では２０秒間未満、またはさらなる例として、少なくとも別のひとつの実施形態では３０秒間未満である場合、缶の焼き鈍し（Annealing)は防止される。同様に、キュアリング時間が短い（例えば、１０秒間未満、５秒間未満、または１秒間未満）ほど、焼き鈍しが回避されやすい。 焼き鈍し効果を防ぐことができれば、キュアリングプロセス後に十分な強度を維持するために缶を過度に強化する必要がなくなる。 標準的な缶の部品コストと製造コストの約７０％は、缶の製造に使用されるアルミニウム材のコストであるため、これは缶メーカーにとって大きな利点となる。 缶を８～１０％過剰に強化する必要がなければ、材料を大幅に節約できる可能性があり、したがって非常に大きなコストを節約できる。 これまで、製造において高速キュアリングを行うことで、缶のオーバースペックを防止する方法はなかった。 以前の考え方では、このような急速な速度でキュアリングさせることは不可能であったため、製造業者は缶に十分な強度を常に維持するために缶をオーバースペックで製造する必要があったので、これはまったく新しい考えである。缶は、歴史的に集合輸送でキュアリングされてきました。これに対して、本願で説明されている実施形態では、各個々の缶の高速狭帯域キュアリングを導入する。
本願で説明されている実施形態の適切な実施から生じる多くの利点を概説することは有用である。 材料の量を減らすことは、缶の製造における大きな利点である。 材料の量を減らす代わりに、わずかにしか合金化していないアルミニウム材を用いることでも節約が可能である。これは、現在のより高度に合金化されたアルミニウムよりも低コストで入手できるからである。ここで説明する実施形態のさらなる利点は、アルミニウムコイルストックの幅を減らすことができることである。 カットエッジの長さが短くなるため、絞りカップ(drawn cup)の直径が小さくなる。 幅の縮小は、低コスト化を意味し、供給装置およびコイル処理装置の信頼性の向上を意味する。 これはまた、より狭いベッド、ダブル アクション スタンピング プレス、および小型、軽量、高速のプレス ツールを購入して実装できることを意味する。 プレスベッドが狭くなると、機械の剛性が高くなり、移動質量が小さくなることを意味し、プレス機の寿命と工具の寿命が長くなる。 より小さい直径のカップを作るカッパー ツーリング(cupper tooling)は、初期費用が安くなり、交換用のツーリング コンポーネントも安くなる。これは、関与する直径が小さくなり、関与する工具鋼が少なくなるからである。 別の利点は、本願で説明されている実施形態が、例えば、レベルおよび全体的なキュアリングプロセスを改善または最適化するためにキュアリングパラメータを変更および正確に調整することを容易にするデジタル狭帯域キュアリングシステムを使用することである。 さらなる利点は、この調整を動的に実行して、選択した生産速度に完全に対応し、エネルギー節約を改善または最適化できることである。 キュアリングの正確性を検証し、発生することがある過少キュアリング(under-curing)または過剰キュアリング(over-curing)を修正するクローズド ループ プロセスを開発することもできる。 また、マシン ビジョン検査、レーザー スキャンなどを使用してリアルタイムでキュアリングを確認することにより、キュアリングエネルギーの量を最適化できる。 これは、適切なキュアリングに本当に必要であるジュール数のエネルギーを超えるエネルギーを缶に注入しすぎないということで、さらにエネルギーを節約するために、使用できる。 さらなる利点は、本願で説明されている実施形態が、いくつかの実施形態において、選択した波長でより容易に且つ最適に吸収されるようにする添加剤を塗料に入れることで、より低いエネルギーでのキュアリングと潜在的により高いスループット速度への道が開かれることである。 本願で説明されている実施形態は、大幅なエネルギー節約を促進するというさらなる利点を有する。 さらに別の利点は、キュアリングプロセスにおける炭化水素または化石燃料の排除またはほぼ排除である。 他の周囲の缶と比較して、缶がそれ自体の中で均一にキュアリングすることから、さらに別のひとつの利点が生じる。 別のひとつの利点は、最小限の悪影響で生産ラインを即座に停止および起動できることである。 同様の利点は、予加熱の省略である。従来、予加熱は、コールドスタートであろうと、シャットダウン後のウォームスタートであろうと、生産ラインの起動前に必要であった。 さらに関連する利点は、予定外の停止、停電などの結果として、オーブンを片付けて缶を廃棄する必要がなくなることである。 その他の品質上の利点は、有害な結果を招くことなくラインをより気軽に停止できることから生じる。 現在の技術のユーザーが避けている慣行、ラインを停止するは、そのような有害な結果を招く恐れがある。 ＩＢＯオーブンの周囲で発生するプラントへの不要な余分な熱移動をなくすことで、さらなる利点が生まれる。これにより、多くの環境下で、プラントへの余分な冷却や空調の必要性を減少させる。 さらなる利点には、炭化水素系燃料の使用の削減または排除が含まれる。 ここで説明する実施形態のさらに別の利点は、プログラマブル制御下で、あるタイプの缶から別のタイプの缶に非常に迅速かつ完全に切り替えることができることである。 さらに別の利点は、個々の直列のキュアリングレーンは個別独立に整備できるため、ラインのキュアリング部の一部を、ラインの残りの部分が稼働し続けている間に、整備できることから生じる。 これにより、より連続的に稼働できるというさらなる利点がもたらされ、オーブンのメンテナンスのために定期的にシャットダウンする必要がなくなる。 最終的に、これにより生産スループットが向上し、ダウンタイムが短縮されるはずである。
さて、図面を参照すると、 本願で説明されている実施形態に関連して説明されている狭帯域で高速の缶内キュアリングの技術は、多くの異なる方法で実施することができる。本願で説明されている例示的な実施形態を実施するさまざまな方法は、主に２つの一般的な領域に関するものである。一つ目は、缶が、狭帯域照射源に導入され、そこから取り除かれるようにどのようにシステムを配置するかであり、二つ目は、狭帯域照射がどのように生成され、缶の内側で必要な領域に具体的にどのように向けられるかである。
本願で説明されている実施形態によれば、キュアリングされた内部塗膜を備えたツーピース飲料缶は、通常、業界で一般的に知られており、図１に示すように、以下に説明するセクションを備えている。 テーパー壁からなる缶など、他の形状や構成の缶もキュアリングできるが、ほとんどのツーピース缶は、本願で説明されている実施形態の実践に関する教示のためにここで詳述される構成のままである。 これに関して、缶(22)は、モート(moat)(26)およびヒール領域(25)から缶の上まで延びる真っ直ぐな垂直壁(straight vertical wall)(23)を備える。 ネックのない真っ直ぐな壁の缶(22)の最上部は、典型的にはトリムドエッジまたはトリムエッジ(21)と呼ばれる。 内側の塗料塗布とその後のキュアリング操作は、典型的には、まっすぐな壁のネックのない缶(22)で行われる。 それは、ネッカー(necker)/フランジャー マシン(flanger machine)操作においてトリム エッジ近くの領域で後の操作でネッキングおよびフランジ付けされる。 缶(22)の底に、壁(23)の底部から始まり形成された領域があり、これはヒール(25)と呼ばれ、モート領域(26)に移行し、最終的に缶(22)の底部中央のアーチ型ドーム領域(24)に移行する。 缶(22)のこれらのさまざまなセクションは、ソフト ドリンクやビールの容器に必要な圧力に耐えられるように設計され、徹底的にテストされる。 この圧力範囲は、一般に９０から１１０ＰＳＩの範囲である。 缶(22)の本体全体が製造されるベース金属(28)は、最も典型的にはアルミニウム合金＃３，００４から製造される。 この合金は、製缶プロセスと用途に応じて、強度、成形性、および弾力性の組み合わせにより、ほとんどの業界で選択され、標準化されている。 確かに、この合金はストレートアルミニウム材料よりも高価である。低合金化材料から完全に機能する缶の製造をすることが容易であれば、製造業者にとってお金の節約になる。
缶(22)の外面は、典型的には、図示のように塗料またはインクの層(29)で覆われまたは印刷されている。現在の業界慣行では、缶(22)の内面全体が層(27)などのエポキシ系材料の層で被覆され、これを焼き付けて適切にキュアリングされる。 適切にキュアリングされた塗料の業界仕様は、業界内で実際によく知られており、メーカーの仕様の一部である。 もちろん、完全に被覆されていない、または適切にキュアリングされていない領域が缶の内側にあることはまったく受け入れられない。 缶製造業界は、塗料がすべて正しくキュアリングされていること、および最終製品においてエポキシの未キュアリング部であるボイド領域が存在しないことを確認することに常に関心を持っている。 エポキシ以外の塗料が実験されているが、広く展開されていない。 他のタイプの塗料または部分的な塗布塗料が加熱または熱キュアリングを必要とする場合、本願で説明されている実施形態はそれらに対しても非常に有効である。 同じことは、熱キュアリングされる塗料中のＢＰＡを削減または排除する新しい仕様の塗料にも当てはまる。
設計上の注意が必要な主な領域がふたつあるが、 本願で説明されている実施形態を実践する人が遭遇する最初の課題は、強力な狭帯域照射をどのように生成するかである。 設計者の最初の衝動は、３６０度パターンではないにしても、多方向に照射し且つ缶に挿入できるものを構成しようとすることである。 これは可能であるが、高出力の狭帯域エネルギーを生成するために利用できる技術のほとんどは、サイズが、未ネッキングの飲料缶の上部から缶に挿入できるサイズよりもかなり大きい。 技術の進歩によって、狭帯域エネルギーデバイスがより小型化し、より多くの電力をより効率的に、より小さなパッケージで生成できるようになることによって、これがより実用的になる可能性は確かにある。 エネルギー生成デバイスのサイズに関係なく、「缶に挿入」する技術の問題は、それがより多くの可動部品とメカニズムを含むことである。 差し込み/引き戻しは、毎分２００～４００回のストロークまたはインサーションで動作させる必要があり、その要求速度は将来的に増加する可能性がある。 これは、製缶ライン全体の生産フローが６～８つのキュアリングレーンに分割されていることを前提として、それぞれが毎分２００～４００缶のスループット速度で稼働している。 これに関して、例えば、典型的な生産速度は、毎分約３００缶以上であり得る。それでも、缶からの照射源の差し込みおよび引き戻しの概念は実行可能な実装技術であるが、この高速で照射源装置を差し込みおよび引き戻しするには、より多くのメカニズムが必要になる。これは、缶本体の開口面を通って進入しない非関節構造よりも複雑であり、したがってより多くのメンテナンスを必要とすることが予想される。
狭帯域照射の実際の光源を差し込みおよび引き戻しする代わりに、差し込みおよび引き戻しの可能な部分が、缶の外側で生成された狭帯域照射を缶の内側の適切な位置に向けるための光学系または何らかの形の光ガイドであることができる。 これは、ひとつの狭帯域源または複数の狭帯域源からエネルギーを収集し、それを缶に送達するように構成された光学ファイバーライトガイド(fiber optic light guide)の形を取ることができる。 たとえば、単一の非常に高出力のレーザーを使用して狭帯域放射エネルギーを提供した場合、光学ファイバー ライト ガイドは、実際のキュアリングステーションの過酷さ(rigors)、振動(vibration)、および汚染物質(contaminants)から安全に離れた場所に結合することができる。 缶の内側の塗料を適切に照射する出力パターンを生成するには、光ファイバー ライト ガイドの出口端で正しいレンズ効果または拡散効果を設計する必要があるだろう。
ライト ガイドは、レンズ構成の形を取ることもできる(図３を参照)。 これは、光源(32)の近くで狭帯域エネルギーを収集し、関節機構(33)が缶(22)内の照射位置に完全に挿入されていたときに正確な焦点距離(exact right focal length)にある、対物レンズ構成 (38) とミラー アセンブリ(34)を最終的に通して、それを投影するように配置される。光子エネルギー(photonic energy)(30)は、チューブ(35)を下って、缶(22)内の対物レンズ(38)の出力に導かれ、場合によっては追加のディフューザー(37)を使用して、缶の内側の塗料(27)を直接照射することができる。 高エネルギーのレンズ系および光学系の設計に関わる当業者は、レンズ式および光ガイド式のアプローチの多くの異なる順列を構成することができる。 垂直な差し込みおよび引き戻しの機構(33)は、理想的には、光子エネルギーを反射して缶に戻すことで、光子エネルギーを缶内に保持し続ける、閉じ込め反射板配置(containment reflection plate arrangement)(36)を有する。 また、照射がすべて缶の内部に届くようにすることで、配置をより安全に保つ。 すべてのコンポーネントとメカニズムは、大量生産の要件を満たすために、高速で缶に差し込み缶から引き戻しする厳しい作業に対応できるように設計する必要がある。 この方法論は、均一な照射パターンで缶の内側を照射する優れた方法であることを証明するかもしれないが、関節機構とエンジニアリングの点で多くを必要とするため、実装するためのコストが高くなる。 これには、優れた結果を得るために、塗料被覆された表面に狭帯域照射を投影する非常に直接的な方法を提供するという明確な利点がある。 それは、エネルギーが尽きるまで塗料被覆された表面に当たり続ける必要のある反射されたエネルギー(39)の一部を遮断する障害物(35)を缶に入れるという欠点を有する。 それ自体(35)がリフレクタになるが、被覆されていない表面での反射中に失われるエネルギー(30)の一部が無駄になる。また、光学アセンブリ(35)および(34)にかなりの熱を与えるが、これを処理して除去する必要がある。
缶(22)の内側に照射エネルギーを提供するための別の技術が図２に示されている。これは、缶の内部に突出することによってトリムドエッジ(trimmed edge)(21) の平面を壊すコンポーネントがないという設計コンセプトを備えている。照射機構は、缶の内および外に向かう関節運動をする必要はなく、何らかの方法で缶のわずかに上に固定でき、それでも缶内に十分かつ適切に分散した照射を提供できることを想定している。この点に関して、光学システムを照射システムに組み込み、および／または照射システムと共に使用することができる。適切に設計された光照射システムは、少なくともいくつかの実施形態では、キュアリング目的のために、光学構成から出てくる光エネルギーの例えば９０％超をまたは９５％超の比較的高い割合を直接かつ均一に缶の内部に集束させることができる。アルミニウムはこれらの赤外線波長に対して非常に反射性が高く、缶が円筒形であるため、多くの内部反射が確実に予測される。ほとんどの実装では、缶の開口上部から出るランダムに反射されたエネルギーが、反射され缶の中に戻って、エネルギーが使い果たされるまで内部反射プロセスを継続するように設計することに留意する必要がある。赤外線光エネルギーは光の速度で移動するため、数秒間という長さの露光時間内に多くの反射が発生して、高速キュアリングできる。
この構成は、アルミニウムが可視光線および近赤外線だけでなく、短波赤外線波長帯でも高度に反射するという事実に依存している。狭帯域照射アセンブリの底部の平面が、例えば、缶(21)のトリムされた上部エッジから約０．０３０インチから０．０４５インチ離れた位置にある場合、これはギャップを介して過度のエネルギー損失が発生しない程度に十分に近く、缶の内側の周りにエネルギーを跳ね返すことによって塗料を効率的にキュアリングさせるために必要な角度で十分に良好なエネルギー伝達が行われるのにも十分近い。円錐または円錐面(64)が缶の内部形状(interior geometry)と相互作用(interface)して、缶の開口上部から反射され出たエネルギーのほとんどを缶に戻すことができるように、十分に近くする必要がある。円錐面は、銅、アルミニウム、金メッキ金属、銀メッキ金属、および／または高反射ナノ構造材料を含む様々な異なる材料から形成することができる。
図２に示した実施形態も変更することができる。この点に関して、図７を参照すると、反射コーン(64)、またはどのような形状が選択されても、ほとんどの実施形態において、それに応じてルーバーを配置することによって、缶からの水蒸気の換気を最も最適に提供する必要がある。ルーバー(louvers)(74) は、缶の内部に面するリフレクターになるように成形する必要があるが、真空ポートまたは通気管 75を通る吸引された空気の流れ(vacuum air flow)を提供するために、ルーバー間にスペースが在る。適切に設計された気流システムは、実際には空気を缶に押し込むだけでなく、ルーバー(74)または反射コーンに設けた通気孔を通して缶から蒸気を含んだ空気を引き出す必要がある。
たとえば、９０度の頂角(included angle)(69)で円錐(64)の内部形状に設計されている場合、キュアリングをさらにするために狭帯域エネルギーを反射し缶に戻すのに優れた多角度反射体として機能する。エネルギーは、選択した波長に応じて、すべてのエネルギーが塗料(27)または基板のアルミニウム(28)に吸収されるまで、缶の内側で数百回または数千回も跳ね返ることがある。
図２（または図７）に示される光学配置の主な目的は、示されるように缶(22)の内部に光子エネルギーを注入することである。一例では、狭帯域光子放射エネルギーは、図２中の上部にあるアレイ(51)で生成される。ひとつまたは複数のアレイ(51)は、適切な電源に接続された任意の数のレーザーダイオードを有することができる。アレイの設計者は、レーザー ダイオード デバイスの直列接続および/または並列接続の組み合わせを使用して、設計中のシステムに適合するように、希望する電流および電圧の入力設定を実現できる。これにより、電源に必要な電流容量(current capacity)と電圧(voltage)が決まる。適切な組み合わせを選択することで、電源仕様の最適化が可能である。レーザー ダイオードは、エッジ発光デザインまたは面発光タイプのデザインにすることができる。面発光デザインには、有効開口がはるかに大きく、汚染物質による損傷を受けにくいため、堅牢性に大きな利点がある。従来のエッジ発光はほとんどの場合、光ファイバー ライト ガイドに結合されており、光ファイバー ライト ガイドは、壊滅的なアパーチャー障害を引き起こす可能性のある困難な環境や汚染物質によって壊れやすいアパーチャーをさらすことなく、狭帯域エネルギーを光学トレイン(optical train)に供給するより良い方法を提供する。 デバイスへの光ファイバー結合に関連する追加のコストとアッセンブリーの複雑さにより、従来のエッジ発光レーザー ダイオードは、本願で説明されている実施形態を実践するための実行可能なソリューションになり得るが、他のソリューションよりも望ましくなく、はるかにコストがかかる。 一方、面発光タイプのレーザー ダイオードは、多くの場合、ファイバー結合する必要はない。それらは、通常、狭帯域出力を缶に直接導く光学構成に直接照射するように構成できる。この配置は、場合によっては、キュアリング場所により近いので、より脆弱(vulnerable)になる可能性もあるが、ファイバー結合を排除できることは、コストを大幅に節約でき、構成全体の信頼性を高めることができる。用途にどのタイプのデバイスを選択するかに関係なく、デバイスは、その光出力が集光レンズ(56)に向けられるようにハウジング(55)に取り付けなければならない。少なくともひとつの実施形態では、ハウジングは、ピンホール要素または適切なサイズの（後述の）アパーチャ要素を介する場合を除き、逸れた赤外線エネルギーがハウジングから漏れるのを防ぐようにさまざまに構成して実装することができる。レーザー ダイオードの出力は、進相軸と遅相軸の 2 方向に発散するか、単一方向に発散する。SE-DFBの場合、出力は一方向に柱状に配され(columnated)、もう一方の方向にはゆっくりと発散する。SE-DFB では、遅相軸は円柱方向と見なされ、進相軸は通常７～１０度で発散する。VCSELを狭帯域の光子エネルギー生成デバイスとして使用する場合、円錐形の出力パターンを持つ。どのタイプのレーザー ダイオードを選択するかに関係なく、複数のデバイスをアレイにパッケージ化して構成し、合計出力パワーが十分になるようにする必要がある。SE-DFB、VCEL、およびその他の面発光デバイスを使用すると、Ｘ × Ｙ またはその他のパターンで、冷却された回路基板にパッケージできるが、エネルギーの多くは実装回路基板に対して垂直な方向に向けられる。
アレイは、本願で説明されている実施形態を実行するために、様々なサイズであってもよいことは確かである。少なくともいくつかの実施形態では、全出力が２５０ワットから５００ワットを超える範囲の缶内キュアリング用のアレイを構築して使用することができる。たとえば、５００ワットのアレイは、それぞれが１０ワットの光学的狭帯域近赤外線出力を生成できる面発光レーザー ダイオード５０個で構成できる。これは、指定された時間内に缶内の塗料のキュアリングを実行するのに十分な光出力ではない可能性があるため、設計者は最適な構成とするために同じアレイを複数用いることもできる。ある試験では、最適化された光学配置に細心の注意を払うことなく、単一の３００ワット レーザー ダイオード アレイが１０～１５秒間未満で内部コーティングの極厚層を適切にキュアリングできることが示された。図２に示す例のような適切な光学構成の例では、光子エネルギーを必要な場所に正確に分配して、均一性を改善することで、キュアリングを大幅に高速化することができる。この光学構成により、光子エネルギーの浪費が少なくなり、キュアリング時間が大幅に短縮される。適切な数と設計のアレイを組み合わせることで、改善された(たとえば、最適化された)生産技術構成では、個々の缶内のエポキシ塗料を１秒間未満で非常に合理的にキュアリングさせることができる。光学構成は、少なくともいくつかの実施形態では、缶の内側の所望の位置に所望の量のエネルギーを正確に置く(deposit)ように設計または調整できることを理解されたい。例えば、缶の側壁の内面の上部により多くのエネルギーを正確に置き(deposit)、缶の側壁に沿って下方にエネルギーを漸減するように光学構成を実装することができる。さまざまな光学要素（たとえば、屈折、反射、非線形、非球面またはその他の要素）を使用して、これらの目的および特定の構成のニーズに適合するその他の目的を達成することができる。
このような改善または最適化された構成では、引き続き図２(および図７)を参照すると、光学系またはマイクロレンズ アレイ(52)を選択して、システムの中心光軸と平行に向けられた柱状エネルギー(54)を生成する。柱状エネルギーが生成され、集光レンズ(56)に向けられると、出力エネルギー(57)はピンホール(65)内にある焦点に向かって収束し、光エネルギーはピンホール(65)内で交差し、発散光線(58)に発出し、缶(22)の内側の塗料に向かう。光子エネルギーが塗料(27)の層を先ず通過して、缶の内側の壁に到達すると缶(28)の内壁で反射し、エネルギーが再び塗料(27)の層を通って戻る。例えば(59)に示されるように、光子エネルギーは、塗料と缶壁にすべてのエネルギーを与えるまで、塗料(27)を通って処理され、壁(28)で跳ね返り、塗料(27)を通って処理され戻る。これらの跳ね返りの一部は、反射性の円錐面(64)に突き当たり、跳ね返って缶に戻りプロセスを続行する。円錐面(64)は、反射率の高い材料で製造するか、被膜する必要がある。それは、銅、銀被膜、金被膜、または利用されている赤外線の特定の波長を可能な限り高度に反射するようなものであってもよい。ピンホール(65) & (71)はプレート(62)にある。このプレートは交換可能に設計されており、きれいで且つ鋭いピンホール領域を維持するためのメンテナンスが容易である。ピンホール プレート(62)にエネルギーを置いていくことなく、事実上すべての集束光子エネルギーが穴を通過するが、プレート(62)およびコーン(64)において不必要に大きな開口部でないように、ピンホールのサイズ (一例として３ｍｍなど) と側壁の形状は、光学構成が対応できる最小のものにする必要がある。しかしながら、ピンホール(65)として、またはピンホール(65)の代わりに、適切なサイズのアパーチャを使用できることを理解されたい。この点に関して、ピンホール(65)などのピンホールは、缶の内部への照射のより正確な集束を必要とする、本願で説明されている実施形態によるシステムに対して十分に実施され得る。ただし、そのような構成 (より多くの熱を生成するか、実装コストが高くなる可能性がある) は、すべての構成に必要なわけではない。 したがって、所望の結果を達成するために、任意の適切なサイズのアパーチャ、例えば、缶の上部の開口部より小さい直径を有するアパーチャを実装することができる。この点に関して、そのようなアパチャーは、一例として、２インチ未満、または缶のサイズに依存する別の寸法であり得る。エネルギーを缶に反射で戻すのに最適な幾何学的形状に形成できる反射構造(64)は、きれいな反射面を提供できるように簡単に交換できるように作られている。必要に応じて定期的にすばやく簡単に交換でき、最小限の工具で交換できるように設計するべきである。反射円錐インサート(64)の角度は、缶のジオメトリの特定の形状を考慮して、最大量のエネルギーを反射して缶に戻すように慎重にモデル化すべきである。ハウジング(55)は、含まれる赤外線の散乱反射を処理できる材料で作成するべきである。ハウジング全体について冷却孔(61)を設計して、水または冷却剤をハウジング内に循環させてハウジングを常に冷却できるようにすることが好ましい。これは、半導体デバイスアレイ(51)が暖かすぎる周囲環境で動作しようとしないように、それを快適な動作温度に保つために必要である。レーザー ダイオード アレイ(51)も、何らかの形で冷却するべきである。それらは、実際のアレイを通る冷媒循環システムによって冷却するか、脱イオン水にすることができる。最も望ましい実装では、アレイを通る普通の水(plain water)の循環であってもよい。将来的にそうなる可能性があるように、デバイスが非常に効率的である場合、ガスまたは液体の冷却剤は必要ない場合があり、ヒートシンクとファンによる空冷でデバイスを快適な動作温度範囲に保つのに十分な場合がある。光学部品やレーザー ダイオード アレイなど、そこに取り付けられているどのコンポーネントも、あまり熱を感じないように、ハウジング(55)は冷却設備をさらに有してもよい。この場合も、ハウジング(66)の冷却は、再循環水ジャケットでも、強制空冷装置でもよい。底面(67)は、少なくともひとつの形態で、缶(22)の内側から逃げるエネルギーの反射を制御するように構成されることも理解されたい。この目的を達成するために、さまざまな構成および／または技法を実施することができるが、図示のように、表面(67)には逃げるエネルギーを制御するための深い溝などの溝が設けられている。 底面(67)の形状に関係なく、ハウジング(55)の前後の面一な合わせ面は、入射面(73)が、ハウジング(55)の底面(67)の最も遠い到達点と同じレベルになるように、設計して組み立てる必要がある。また、出射面(72)は、缶(22)の上部のトリムエッジ面が隆起に遭遇しないように、ハウジング(55)の底面(67)の最も遠い到達点と同じレベルか、それよりわずかに高くなければならない。
これらの様々な技術を用いて、石英ランプまたは高エネルギー放電ランプなどの広帯域赤外線照射源を使用することが可能である。ただし、これらはエネルギーを正確に集中させることはより困難である。それらは、最良かつ最速のキュアリングのために塗料に一致する最も効率的な波長を生成するという点で、エネルギー効率が高くない。それらは、基本的な出力エネルギーを生成する方法により、本質的に極めて熱くなるものである。これには、すべてを低温に保ち、缶が完全に過熱しないようにするために、さらに多くのエンジニアリングが必要になる。缶が過熱すると、たとえそれが短時間であっても、缶は焼き鈍しまたは焼き戻しされる可能性がある。これらの広帯域赤外線源は、缶に与える熱量をあまり正確に制御できず、スループット速度の関数として出力を調整する必要がある。ただし、半導体ベースの照射のようにすばやく正確にオン/オフを切り替えることはできないが、これは慎重なエンジニアリングによって調整できる。例えば、上述のように、石英ランプ、高輝度放電ランプ、アークランプなどの広帯域電気赤外線コンポーネントを利用することができる。ここでも、屈折光学構成で熱光子エネルギーを集中させる代わりに、反射光学構成を使用できる。例えば、適切に設計された反射器配置、ほぼ円錐形の反射器または楕円形の円対称ミラーを使用して、缶または容器の上部側壁の内側に赤外線エネルギーを集束させることができる。それは、エネルギーが缶の内側に当たるのに最適な領域である。なぜなら、そこからの内部反射が、その好ましい開始領域からエネルギーを分散させるためである。この点に関して、図３に示される構成（および図２に示される構成も）は、ブロードバンドの実施形態を実装するために適切に修正され得る。ここで、放射源は広帯域源で実装され、光学要素は屈折要素ではなく反射要素を使用して実装され、それらは、缶の内面の上部側壁に放射を向ける、または方向付けるように配置される。
また、ここで図８を参照すると、広帯域赤外線システム200が代表的に示されている。缶の内面に塗料を吹き付ける内面塗布およびキュアリングのプロセスで缶製造するのに使用するためのシステム200は、生産缶を少なくともひとつのキュアリングゾーンに順次（serially)に移動させるように構成された缶ハンドリングシステム205（詳細には図示せず）を含む。さらに、システム200は、石英ランプ220を含む広帯域赤外線源230などの広帯域赤外線源を含み、広帯域赤外線源は、缶の内面の上部側壁に向けて照射（例えば、代表的に260で示される）を向けるように配置される光学要素240を使用してキュアリングゾーンに移動してきた各缶22（断面で示される）の内側表面を個別に電気的に加熱するように配置され、直列に連なる生産缶の各缶の内面の塗料が、缶の焼き戻しや焼き鈍しを防止する２０秒間未満で、塗料のリンキングキュアリングプロセスを進行する臨界温度に達するようにする。システムには、センサ情報（図示せず）を使用して広帯域赤外線源の出力を調節し、一貫したキュアリング温度および結果を維持するように構成される、制御システム210（これは、リンク250を使用して接続され - さまざまな形式を取ることができ、ここでは代表的になもののみ示している。）も備わっている。そのようなシステム200の形態は、示されるように、変更し得るが、光学要素は、上記の例で説明したように、缶または容器22の上部側壁の内側に赤外線エネルギーを集束させるために使用される、適切に設計された反射器配置、一般に円錐形の反射器、または楕円形の円対称ミラーの形式をとることができる。少なくともひとつの形式で、そのような光学要素は、缶へのエネルギーの適切な伝達と、キュアリング目的での缶内のそのエネルギーの適切な維持を可能にするため、容器22などの、容器の直径または容器の開口部よりも少なくともわずかに小さいサイズである。
しかし、本明細書で述べたように、正確なデジタル制御と正確なエネルギー制御は、半導体ソリューションに有利に働く。半導体ベースの照射構成は、寿命がはるかに長く、その耐用期間中の出力がはるかに安定しているはずである。広帯域光源の耐用年数は数千時間であるが、その間の出力は継続的に低下するため、安定したキュアリング結果を得るには慎重に調整する必要がある。各広帯域光源はすべて同じ速度で損耗するわけではないため、各ランプの照射出力が適切なキュアリングを確保するのに十分であることを確認することは、エンジニアリング上の課題であり、慢性的なメンテナンスの問題でもある。
ここで図４および５を参照すると、本願で説明されている実施形態の実装は、ほとんどの形態で、機械的な缶の取り扱いのための好ましい構成にも対処するべきである。これらの構成には、少なくとも４つの異なる形式がある。 また、図４および５の説明は、狭帯域照射源の例への言及を含むが、広帯域赤外線源および対応するシステムも、必要に応じて適切な変更を加えてこれらの実施形態で使用できることを理解されたい。
さらに、例示的な実装が図４および５に示されているが、実装はさまざまな形態をとることができる。これらの線に沿って、ここで説明する実施形態による方法および／またはシステムは、缶の内面に塗料を吹き付ける内面塗布およびキュアリングプロセスでの缶の製造に実施することができる。缶ハンドリングシステム（例えば、様々な形態をとることができるコンベヤを含む）は、缶を少なくともひとつのキュアリングステーションに向かって順次に搬送する。そして、缶は、例えば、少なくともひとつのキュアリングステーションにおいて、狭帯域半導体が生成する放射赤外線エネルギー（例えば、半導体ベースの狭帯域照射装置のアレイによって生成される）および缶の外側に配置された光学要素を使用して、個別に電気的に加熱され、直列に連なる缶の各缶の内面上の塗料は、焼き戻しまたは焼き鈍しが発生するのを防ぎことができる２０秒間未満で塗料のリンキングキュアリングプロセスを達成する臨界温度にされる。そして、この技術により、従来の技術と比較すると、例えば３％以上のアルミニウム量を減らすことができる。 キュアリング時間が長くなるほど弱体化しやすいのでそれを補うように缶を厚くするが、この技術では、より薄く軽い缶で短いキュアリング時間として、厚く重い缶と同様の側壁軸方向強度、ボトム反転強度、および全体強度を持つようにできる。また、例示的な実施形態は、搬入軌道機能(ingoing trackwork)またはコンベヤ、第二コンベヤ、ひとつのキュアリングステーションおよび第三コンベヤを含み、 搬入軌道機能(ingoing trackwork)またはコンベヤは、個々の容器を第二コンベヤに向けて一列に整列するように編成または移動させることを容易にするように構成されており、第二コンベヤは、個々の容器を少なくともひとつのキュアリングステーションに出し入れする回転タレットとして構成されており、少なくともひとつのキュアリングステーションは、光学構成を含む。ここで、光学構成は、面発光レーザーダイオードの少なくともひとつのアレイからの光子エネルギーが、柱状光学系(columnating optics)を通過し、次に、少なくともひとつの集光レンズ要素によってピンホールまたはアパーチャで集束され通って、ピンホールまたはアパーチャを超えると光子エネルギーが発散して、塗料塗布された容器の側壁の内側を照射する。そのようなピンホールまたはアパーチャは、反射円錐の頂点に位置し、そのような反射円錐は、光子エネルギーを反射して容器に戻し、さらなるキュアリング作業を行うように機能する。塗料は、容器を構成するアルミニウムの弱体化または焼き鈍しが起こるのを防ぐのに十分な速さである２０秒間未満でキュアリングされる。第二コンベヤは、容器を運び、第二コンベヤから容器を取り除くように構成された第三コンベヤに案内する。そして、順次キュアリングを続けるために、キュアリング済みの容器が次の容器製造作業に向けて第三コンベヤーで移送される間に、待機していた未キュアリングの缶を利用可能となった空のポケットに積み込む。 さらに、例示的な実施形態は、搬入軌道機能(ingoing trackwork)またはコンベヤ、第二コンベヤ、ひとつのキュアリングステーションおよび第三コンベヤを含み、搬入軌道機能またはコンベヤは、個々の容器を第二コンベヤに向けて一列に整列するように編成または移動させることを容易にするように構成されており、第二コンベヤは、個々の容器を少なくともひとつのキュアリングステーションに出し入れする回転タレットとして構成されており、少なくともひとつのキュアリングステーションは、光学構成を含む。ここで、光学構成は、面発光レーザーダイオードの少なくともひとつのアレイからの光子エネルギーが、柱状光学系(columnating optics)を通過し、次に、少なくともひとつの集光レンズ要素によってピンホールまたはアパーチャで集束され通過し、ピンホールまたはアパーチャを超えると光子エネルギーが発散して、塗料塗布された容器の側壁の内側を照射する。そのようなピンホールまたはアパーチャは、反射円錐の頂点に位置し、そのような反射円錐は、光子エネルギーを反射して容器に戻し、さらにキュアリング作業を行うように機能する。塗料は、容器を構成するアルミニウムの弱体化または焼き鈍しが起こるのを防ぐのに十分な速さである、２０秒間未満でキュアリングされる。第二コンベヤは、容器を運び、第二コンベヤから容器を取り除くように構成された第三コンベヤに案内する。そして、順次キュアリング(serial curing)を続けるために、キュアリング済みの容器が次の容器製造作業に向けて第三コンベヤーで移送されている間に、待機していた未キュアリングの缶を利用可能となった空のポケットに積み込む。
より具体的には、図面を再度参照すると、図５に関連して概説される構成の一例は、連続回転運動を含む構成である。この構成では、狭帯域照射源、（および場合によってはコントローラー）、光学系、冷却系（熱交換器、チラー、および/または再循環ポンプなど）、および電源（DC 電源など）がスターホイールと共に回転する。スターホイールは、缶を正しい間隔に編成し、缶を動かす推進力を提供し、照射に適した場所に缶を運ぶ。回転ユニオンは、連続的に回転するターンテーブルまたはターレットに必要な、電力、制御信号、圧縮空気、真空および/または冷却を提供するようにシステム内に設計される。ここでの前提は、狭帯域照射アレイまたは狭帯域照射源が、完全なキュアリングを行うのに十分なジュール数のエネルギーを与えるのに必要な時間に光学構成を介して缶の内側を連続的に照射できるように構成されていることである。照射システム全体が同期運動で缶と一緒に適切に回転する。エネルギーの照射は、缶が開始照射ステーションを通って回転するときにオン（入り）になり、缶がスターホイールを出る前にオフ（切り）になる。 一例として、特定の狭帯域照射システムが５００ジュールを生成でき、特定の缶を正確にキュアリングさせるために８５０ジュールが必要な場合、スターホイールが回転して描く弧の上に１．７秒間照射がオンになるようにする必要がある。照射がオンとなる開始時間とオンとなっている持続時間は、固定することも、より理想的にはプログラム可能なパラメータにすることもできる。オンとなっている時間の割合（デューティ サイクル（duty cycle））は、少なくともいくつかの形式で、強度またはパルス幅の調節で、プログラム可能であるはずである。 ユーザー インターフェイスは、エンド カスタマーのニーズに合わせて構成できる。 ユーザー インターフェイスは、プログラマブル コントローラのディスプレイ上の画面エントリのような単純なものから、オン/オフのタイミング、持続時間および強度を示すユーザーフレンドリーなグラフィックスを備えたPC 駆動のユーザー インターフェイスのような複雑なものまで、あり得る。 また、時間またはターンテーブル位置の関数としての強度曲線をプログラム可能にまたはグラフィック設定可能にすることもできる。 システムのコントローラーは、タブレット、スマートフォン、スマートウォッチなどのポータブルデバイスと通信することができ、キュアリングシステムの設定、速度、および機能を監視するのに非常に便利にすることができる。 スターホイールの直径と RPM（回転速度）は、照射によって適切なキュアリングが実行されるのに十分な滞在時間(dwell period)が提供されるように設定する必要がある。本願で説明されている実施形態のこの構成は、以下でより詳細に説明される。
この狭帯域放射キュアリングシステムは非常にプログラム可能で柔軟性があるため、他の関連手段にも接続できる。 下流の検査システム(97)は、出荷される缶(89)を検査して、被膜が缶の内側全体を覆っていることを確認し、完全かつ適切にキュアリングされていることを確認することができる。この検査システムは、可視光グレー スケール カメラまたはカラー カメラのいずれかを使用するか、キュアリングシステムの出口で赤外線カメラを使用するか、または両方のタイプを使用することができる。検査システムは、最終的に、むき出しの、被覆されていない金属または未キュアリングの塗料が存在するかどうかを判断しようとすることができる。検査システム(97)が、塗料が適切にキュアリングしていないことを検証できない場合、システムはループを閉じ、それぞれのステーションからさまざまな缶に適用されるエネルギーのジュール数を徐々に上げて、それらが正しくキュアリングされていることを確認する。システムは、どの缶がどのキュアリングシステム(91)によってキュアリングされたかの情報を関連付けることができる。個々のキュアリングステーションからの缶のキュアリングが不十分であった場合、システムは、特定のキュアリングステーションからのキュアリングエネルギーを修正して増加させることができる。検査ステーションから特定のキュアリングステーションに戻るループを閉じることによる同様のプロセス修正は、ここで説明する実施形態を実施できる任意の構成で達成することができる。
図５のシステムは次のように機能する。スプレーされたが未だキュアリングされていない缶(82)が、コンベア、軌道機能（トラックワーク）、または同様のメカニズム、または例えば、別のコンベヤまたは装置に向けて、個々の容器を一列に並べて移動するように編成または容易にするように構成されたシステムによって届く。このようなコンベヤは、真空コンベヤを含む任意の形式のコンベヤであることができ、空気または重力で缶を押しながら缶を単に案内するトラックワークであることもできる。概略的に示されているのは、缶の列の両側に沿ってガイドトラックワーク(81)も有する真空ベルト式コンベヤ(80)である。次に積み込まれる缶がデッドプレート(96)上に着座するとホールドアウトプレート(87)にわずかな圧力が加えられるように、缶(82)の列が押し進められる。ターンテーブルまたはタレット(84)が回転すると、次の空のポケット(86)が到着して缶をそのポケットに押し込むことができるまで、缶はホールドアウトプレート(87)を押し続ける。缶がポケット(86)に押し込まれると、ターンテーブルの中心に最も近い部分であるネスト ホールド アウト プレート(87)の後部から真空の補助により吸引する。ホールドアウト/ネスト プレートの形状は、ポケットが空いて使用可能になったときに缶がスムーズに滑り込み、缶が凹んだり変形したりしないように、慎重に導出する必要がある。また、缶のある一貫した位置を決定し、キュアリング中はその一貫した位置にしっかりと保持する必要がある。ターンテーブル(84)が回転し続けると、缶がネスト位置(86)に移動し、ローディング ステーションを通過すると、エネルギーの照射を開始（オン）にする信号が送信される。制御システムは、照射装置が有害な影響を与えずに処理できるが、キュアリングに有効に使用できる時間が無駄になるほど遅くはない速度でエネルギーの照射をオン（入り）にする。各照射ステーションに対応する制御システムおよび電源(95)が電力を投入し照射装置(85)のアレイが起動する。缶は、ターンテーブルによって回されている間ずっと、照射光学系(91)の下の中央に配置すべきである。光学系(91)、アレイ(85)、および電源および制御システム(95)は、ターンテーブル(84)とともに回転し、全回転プロセス実施中は互いの相対位置が維持される。エンコーダ(93)は、ケーブル(98)を介して、回転位置および回転速度の情報を中央制御システム(99)に継続的にフィードバックしている。中央制御システム(99)は、各ステーションが各照射ステーション(91)を適切なタイミングおよび出力レベルで適切に作動させるために必要とする関連情報をローカル制御(95)にフィードバックしている。各制御システム(95)は、各ステーションの冷却状況を監視し、相互接続(98)を介して中央制御(99)にフィードバックし、すべてのステーションの完全な監視制御を円滑に進める。
キュアリングされた缶(89)が荷降ろしステーションに近づくと、缶はストリッパー アーム(90)に徐々に接触し、ストリッパー アームは、ステーションから、缶を既に動いている真空コンベア ベルト (88)に徐々に穏やかに押し出す。キュアリングされた缶(89)は引き続き真空コンベア(88)を進み、キュアリングシステムから出る経路上で検査ステーション(97)の下を通過する。真空コンベアの代替として、重力または大量低圧空気を利用して缶を移動させキュアリングシステムから出るトラックワークシステムを採用することもできる。
本願で説明されている実施形態の別の実行可能な構成は、連続的な回転運動または直線運動を使用するという点で幾分類似しているが、缶が正しい位置を通過するときにストロボでエネルギーを与える固定位置照射システムを使用する。この構成は、正確なタイミングで行われなければならない非常に強力で非常に短い照射エネルギーのパルスを必要とする。このような高速ストロボ パルスの持続時間は、正確な実装の詳細とマテリアル ハンドリングのスループット速度によって異なるが、ほとんどの場合、５００ミリ秒間未満のパルスが必要である。ただし、一部の高速アプリケーションでは、３００マイクロ秒間ほどの短さにすることである。非常に短時間で非常に高い出力を得ることができる狭帯域赤外線半導体のパルスアレイでオーバーパルス(over pulse)することも可能である。ここでの概念(concept)は、おそらくアレイの通常の電源電流定格(normal electrical supply current rating)がｘである場合、おそらく１０ｘ、１５ｘ、または２０ｘの非常に短い時間で、より高いピーク出力を得ることができるということである。たとえば、適正な照射のために１７００ジュールが必要で、照射アレイのグループが１５アンペアの電流入力で１．７秒間に１７００ジュールを通常出すことができる場合に、１７０ミリ秒間に１７００ジュールを生成するためには通常の電流の１０倍(この場合は１５０アンペア)でストローブすることができる。この構成においては、全体的に必要な機構（mechanism)が少なくなり、照射アレイを機械的に動かしたり、動的に連結したりする必要がなくなるが、そのような大電流の電力をパルスするには、より多くの電気的および電子的な作業を行う必要があり、アレイはインパルス電力に耐え、比例して高い出力を生成できる必要がある。それらをテストして、実際にこの程度までオーバーパルスできるかどうか、特定の実装で使用可能な耐用年数があるかどうかを確認する必要がある。
ストローブおよびオーバーパルスの構成は、回転運動構成システムまたは連続直線運動構成システムのいずれかで実行できる。いずれの配置でも、缶が一列で狭帯域照射アレイの下を順次通過できるようにすることが、キュアリングのためのストロボ露光を円滑にする。本願で説明されている実施形態の実施者は、照射システムの電力および構成に対するマテリアルハンドリングスループット速度の相対的メリットについて常に議論している。より強力な照射システムは、表向きは、組み込まれる電力に直接比例してより短い時間で照射できる。たとえば、実用的な目的のために、２，０００ワットのアレイは、１，０００ワットのアレイの約２倍の速さで照射するが、１，０００ワットのアレイに要求される低速で動作するマテリアル ハンドリング機器をより多く必要になる。なぜなら、特定のスループット速度を達成するには、より多くのシリアルまたはパラレル メカニズムを使用してシステムを設計する必要があるためである。 マテリアル ハンドリング システムは、スターホイールであろうと、コンベヤであろうと、またはその他であろうと、２倍の速度でキュアリングするには、所定の時間内に２倍ほど多くの缶を処理できる。しかし、２倍速度でキュアリングするためには、狭帯域照射システムはおおよそ２倍の電力出力が必要であり、そして、より大きな電源などが必要になる。高出力の照射システムは、一般に、より多くの冷却が必要であり、且つ光学トレインを含むシステム内のすべてが、はるかに高いパワー レベルを処理できる必要がある。同様に、高速マテリアル ハンドリング機器にも独自の課題がある。移動するアイテムの運動エネルギーはその速度の２乗で増加するため、２倍の速度で動作するマテリアル ハンドリング システムは、処理される缶を含むシステム全体で４倍の慣性エネルギーまたは運動エネルギーを処理する必要がある。これらすべての要因の結果として、本願で説明されている実施形態の設計者および実装者は、指定されたスループットを得るために、システムをいくつの別個のレーンに分割するか、そしてマテリアルハンドリングシステムが要求する速度でキュアリングするために照射システムで必要とされる電力がどの程度かを決定しなければならない。
一般的な現在の缶製造ラインは、生産の流れを７レーンに分け、缶内面の塗装を行っている。これらのレーンのうちのひとつには、他の６つのレーンが継続的な生産を実行している間の適時に、メンテナンスを施すことができることを想定している。ここで説明する実施形態によれば、各キュアリングレーンは、例えば、毎分３００缶の生産速度で個々の缶をキュアリングすることができる（これは、６レーンにおいて、毎分１８００缶に相当する）。これらの６つのアクティブなレーンから出てきたものは、全て、ＩＢＯに通す前に集合搬送に戻される。本願で説明されている実施形態では、各レーンは、分離されたまま、対応するキュアリングレーンを通って進む。 したがって、各キュアリングレーンは平行で独立したレーンであるため、独立して開始および停止することができる。それらは、制御、サービス、および速度の最適化について、独立性を維持している。独立したキュアリングレーンのこのような構成により、プラント全体またはライン全体において生産を停止することなく、何らかの理由で任意のレーンを開始または停止できる。 生産が維持されている間にスケジュールされたメンテナンス、および自発的なメンテナンスまたは詰まりの解消の両方を生産を停止することなく円滑に進めることができる。電子的なトラブルシューティングやコンポーネントの交換が必要な場合は、通常の生産の進行中にシームレスに行うことができる。 次に、分かれていた複数のキュアリングレーンを、次の製造ステップ、通常はネッカー フランジャーを、缶が通過できるように、ひとつの高速の一列レーンに統合する。
本願で説明されている実施形態に従って実装され得る別の構成は、高速のインデックス回転運動を組み込んでいる。この構成には、回転インデックス構成を組み込んだ、指定された弧運動（アーク運動）を繰り返す、ターンテーブルまたはスターホイールが配置される。インデックス技術は、多くの機械的または電気機械的な考慮事項のうちのひとつである。定期的なインデックスは、電気サーボ、カム、ラチェットまたはクラッチなどの機械、空気圧、または任意の数の他のインデックス機構を含む多数の技術のうちのひとつであることができる。ここでは独自の方法で使用されているが、これらの機械的メカニズムはすべて、文献や特許データベースで詳しく説明されているため、ここでは詳しく説明しない。市販の製品は、高速照射キュアリングステーションで缶を処理するには、非常に特殊なツールを使用する必要があるが、基本的なメカニズムは、このニーズを十分に満たすことができる。
適切にインデックスされた照射源の下で缶を移動させるスターホイールまたはターンテーブルは、缶を照射源の下に移動させ、照射源がオン（入り）になり最終的にオフになるまでの間、缶を滞留させ、そして、狭帯域照射源の下からでる缶をインデックスし、そして新しい缶をそれに照射できる所定の位置に持ってくる。この繰り返しのインデックスサイクルには、アプリケーションに必要などんな長さの滞留時間であっても対応できるという利点がある。適切なキュアリングに必要などんなジュール数のエネルギーでも提供しなければならないが、速度とスループットは、システムの全体的な生産需要を満たすために、ある特定の放射パワーをインデクサーの適切な速度と一致させることが求められる。
インデックス装置は、単一列の缶が狭帯域照射源に入りそして出るという移動に備えることができる。代わりに、各インデックスを使用して、複数の缶を複数の照射源の下の位置に移動させることできる。したがって、インデックスターンテーブルをそのメカニズムが高い信頼性を有する範囲内での速度で動作させつつ、キュアリング業務を処理するために完全な数の照射源を有するようにシステムを最適化設計することは可能である。
サーボ駆動のインデックスシステムを設計して、インデックスの休止時間、インデックス作成時間およびインデックスアーク長を適切な比率にすることが重要である。これにより、実際のインデックス作成時間を最小限に抑えつつ、最大放射の時間を最大限に活用できるように狭帯域照射源の構成をすることができる。すべての照射を単一のステーションで行う必要がないように、複数の照射ステーションを設けることも可能である。この技術は、数回の照射停止を伴う逐次の照射での缶内塗料の加熱を、円滑に行えるようにする。アルミニウム缶は非常に急速に冷め、かなりの量の熱が失われる可能性があるので、後続のステーションでそれに見合うより多くの熱を注入する必要がある。塗料を高温でより長時間維持する必要のあるタイプの特定塗料においても、この技術は、実行可能な構成である。また、長い照射時間が必要な場合にも、複数回の繰り返し照射は、そのメカニズムでより短い時間で円滑に行うことができる。慎重に構成すれば、これによりスループット速度が向上する可能性もある。場合によっては、水を追い出すために、または他のキュアリングの理由で、より長い有効持続時間が必要になることがある。
本願で説明されている実施形態の回転運動構成のいずれかの実装は、重力を利用して、それぞれの様々な軌道機能（トラックワーク）による缶の移動を補助することができる。狭帯域の高速放射キュアリングステーションへの経路またはそこからの経路をトラックワークで缶が移動するときに、缶は基本的に互いに接触する可能性がある。次の缶をそれぞれのターンテーブル輸送ネストに押し込むための穏やかな圧力を提供するには、缶でいっぱいの急な傾斜または垂直なトラックワークが非常に役立つ。たとえば、図５では、真空コンベヤ(80)によって裏打ちされているかどうかに関係なく、軌道機能（トラックワーク）(81)を、缶（82）が互いに押し合うように、垂直または急な角度のいずれかに沿うように構成できる。重力による穏やかな押す力は、ピールオフ ガイド(87)の助けを借りて、垂直度またはスタック長を増加させることによって、増加または低減でき、そして、その押す力で、次の缶を輸送ネスト(86)に静かに誘導できる。
本願で説明されている実施形態を実施する別の方法は、例えば、図４に示されるような直線脱進機(escapement)構成によるものである。これには、搬入コンベヤと搬出コンベヤのふたつの平行なコンベヤが関わる。それらは互いに平行に並んで配置されているが、それらの間に脱進機トラックとステーションのためのスペースがある。プログラム可能な脱進機プッシャーは、搬入コンベアに沿って配置され、ふたつのコンベア間にある脱進機トラックに適切なタイミングで押し出すように構成されている。狭帯域照射システムは、ワークステーションの上方に設置され、ワークステーションは、脱進機ワークステーションの各脱進機トラックの上に在り、缶が押し出されてワークステーションに置かれているときに、適切なキュアリングに必要な長さの照射を行うことができるようにする。キュアリング時間が満了すると、缶はワークステーションから適切なタイミングで出口コンベアに押し出され、高速の出口コンベアで処理中の他の缶の間の隙間に収まる。このタイプの構成により、長い滞在時間(dwell time)に対して多くの並列処理の実施を可能にするが、プログラミング可能性は高くなる。通常、低コストで実装でき、他のほとんどの構成よりも高い柔軟性と高いモジュール性を提供できる。ただし、より多くのセンシング、より多くのプログラミング、および缶のより多くのアーティキュレーションが必要である。ここで、図４の直線脱進機構成について詳しく説明する。
直線脱進機構成は次のように機能する。図４を参照すると、搬入コンベヤ(111)は直立缶を単一の列にして運ぶ。缶の開口上部は、それが運ばれる真空コンベヤから離れる側に向いている。コンベア(111)による搬入速度は、システム全体のバランスであるスループット速度とハンドリング速度に依存する。実際の速度とベルト位置は、コンベア(118)と(119)の駆動に直接リンクされているエンコーダ(109)によって常に監視されている。エンコーダは、コンピュータ、制御システム、またはプログラマブル コントローラに接続されている。ベルトの位置が常に記録され、フォト セル(100)からの入力によって、マテリアル ハンドリング システムに入るすべての缶の位置が監視される。キュアリングされていない缶(112)が搬入ベルト上に入ると、制御システムは、缶が入ることができる照射ステーションを決定する。７つの完全に独立した照射キュアリングステーション(106)を図４に示す。プログラマブル コントローラが缶をステーション３に搬入させると判断した場合、ステーション３のダイバータ(114)に、非常に正確なタイミングでフィンガーを伸ばして缶を角度を付けて照射ステーション３に向けるのに必要なベクトル力を提供するように、アラートする。ステーション３に近づき、缶がダイバータ(114)のフィンガーに当たると、移動するベルトによって提供される運動作用との組み合わせによって、フィンガーが押しスライド運動を発生させる。缶がステーション３のサイドトラック コンベヤに押し出されると、最初にデッド プレート(113)の上を滑り、次いでステーション ダイバータ コンベヤ(105)によってピックアップされる。ダイバータコンベアは、中心点(110)がキュアリングステーション(106)の下の未キュアリング缶の中心点を超えるまで、未キュアリング缶をそれぞれのキュアリングステーション(106)に搬送し続ける。ダイバータ(105)は、フォトセル(120)がその到着を確認するまで、缶をキュアリングステーション(106)に向かって移送し続ける。その瞬間に、ダイバータコンベヤ(105)はコンベヤの移動を停止し、照射ステーション(106)が起動され、缶の内側を照射する。電気光学システムは、図２に示すものと非常によく似ていることがある。正しいジュール数のエネルギーが缶の内側に与えられたことがオン（入り）の継続時間（on time)によって示されたとき、狭帯域キュアリングシステム(106)がオフ（切り）にされ、制御システムは、缶がたった今キュアリングを完了して搬出できる状態になったことを知る。システム内のすべての缶の位置を追跡している制御システムは、迂回コンベヤ（diversion conveyor）が缶を出口コンベヤ(108)に運ぶのにかかる時間を知る。タイミングが正しく且つ図４のように缶(107)の間に隙間があるとき、キュアリングされた缶を、出口コンベヤ (108) を下って移動している缶の間の適切な隙間に運ぶために、ダイバータ コンベヤを再起動する準備をする。それは、出口コンベア(108)上で適度に均等な間隔で缶を配置するのを円滑に進めるように装備されている場合に、ダイバータ コンベア(105)の速度を認識し、且つダイバータ コンベアの速度を調整できる。ダイバータコンベヤ(105)には、缶がしっかりと付着し、迅速に加速できるように真空引きされる穴を有するベルトを装備することができる。出口コンベヤ(108)は、また、良好な加速および制御のために缶をベルト上にしっかりと保持するために真空引きできる真空孔(104)を備えることができる。入口コンベア(111)はモーター(119)とギアドライブ(118)によって駆動され、出口コンベア(108)は、モーター(101)とギアドライブ(102)によって同様に駆動され、モータは両方とも、サポートされている生産速度に応じて、最も滑らかな缶の噛み合いを実現するために、制御システムによって調整可能な可変速モーターであることができる。ダイバータ(114)は、フィンガーが缶をそらすのに十分な速さであるが、缶がひっくり返ったり変形したりしないようにスムーズに行う必要があるように、設計する必要がある。しかし、フィンガーは、また、近づいてくる次の缶が来る前に邪魔にならないように、十分な速さで引っ込める必要がある。制御システムは、フィンガを伸ばしたり、フィンガを引っ込めたりする、反応時間を知らなければならず、コンベヤ(108)上の、すべての缶の輸送、迂回、およびシステムからの退出のタイミングを調整できなければならない。
認識すべきことは、少なくともいくつかの形で、狭帯域赤外線エネルギー（または広帯域エネルギー）を生成する機能、缶を生産する機能、缶/被膜および/またはフィードバック情報を検査する機能、および缶の取り扱いを実行する機能などの本願で説明されている実施形態の機能（例えば、図１～１４に関連して説明した実施形態を含む）の多くは、適切なコントローラまたは制御システムによって制御されることである。そのようなコントローラまたは制御システムは、特定の実装に応じてさまざまな形式を取り得るが、少なくともひとつの形式では、本願で説明されている実施形態の形式および機能を実現するために、適切なハードウェア構成および/またはソフトウェアルーチンで、実装される。例えば、そのようなコントローラまたは制御システムは、少なくともひとつの形態で、少なくともひとつのプロセッサと、実行されたときにシステムのプロセッサまたはその他のコンポーネントが特定の方法で動作または機能するコードまたは命令の格納された少なくともひとつのメモリとを含む。メモリは、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、または他のメモリ構造などの非一時的なコンピュータ可読媒体またはデバイスを含む、さまざまな形態を採ることができる。さらに、そのようなコントローラまたは制御システムは、例えば、独立型システム、分散型システム、または別のまたはより包括的なシステムに組み込まれたものであってもよい。。
上述した、本願で説明している実施形態を実行できるさまざまなフォームファクタ（要因）は、主に、キュアリングの部分の直接狭帯域照射を円滑に進めるためのものである。さまざまな要因に応じて、完全なキュアリングのために上記の構成を増強する必要のある場合がある。増強の一形態は、狭帯域照射セクションの直前に缶が通過する予加熱セクションを設けることを含み得る。このように缶を予熱すると、狭帯域照射セクションで必要とされるエネルギーのジュール数を減らすことができる。
増強の別の一形態は、狭帯域照射の後にポストブローセクションを設けることを含み得る。未乾燥の塗料の大部分は液体の水であるため、キュアリングプロセスのある時点で水分を追い出す必要がある。キュアリングおよびクロスリンキングのための温度に達する直前に発生するはずの水が蒸発したら、その蒸気を缶から除去する必要がある。缶から蒸気を取り除くために、暖かい空気が必要な場合もあれば、缶に空気を吹き付けるだけの場合もある。これは、それぞれのセクションを介して缶を案内するトラックワークを備えた円形または線形の配置のいずれかとした後加熱（post-warming）セクションとして構成することもできる。
予加熱セクションは、温風式でもよいし、輻射式でもよく、例えば石英ランプ列を備えて穏やかな輻射予熱式で装備することもできる。増強セクションは、システムの正確な設置状況、プラント構成および地理的気候によって、さまざまに変えることができる。当業者は、狭帯域キュアリングシステムが、ここで教示される特定の例を超えて多くの異なる方法で構成できるだけでなく、その前後の増強も同様に多くの形態をとることができることを理解するであろう。
飲料缶の内部をキュアリングさせることに関する、本願で説明されている実施形態と、従来の方法との間の重要な違いのひとつは、本願で説明されている実施形態が直接放射エネルギーによってキュアリングすることである。従来のＩＢＯキュアリングオーブンは、熱風対流によって缶の内側を加熱する。ＩＢＯは、何らかの形で、天然ガスを燃焼させることによって、または抵抗電気加熱によって空気を加熱する。これらは両方とも空気を加熱し、その熱風が缶を加熱する。缶が置かれているベルトは高温になるため、コンベヤベルトから金属缶の底への伝導によって、わずかな加熱が生じる。これもＩＢＯの欠点であり、非効率性である。ベルトがオーブンを繰り返し通過するごとにベルトを継続的に加熱することになり、オーブンから熱が排出される。このとおり、現在のビンテージＩＢＯの意図は、缶の加熱の大部分が熱対流する空気によって直接に行われることである。
対流加熱は、一般に非効率的な熱伝達プロセスである。これは多段階のプロセスであり、本質的に各段階の間で損失が生じる。空気が最初に加熱されなければならず、次に空気を缶に接触させてその熱を缶とそれに塗布された塗料とに伝達しなければならない。缶の内側と同程度の量の熱風が缶の外側にも当たる。もちろん、缶の内側に当たる熱風は、塗料に当たり、次いで伝導的に伝わって金属を加熱する。一方で、缶の外側に当たる熱風は、金属を加熱し、次にその金属が塗料を加熱するはずである。完璧な世界では、塗料だけを、クロスリンキング、キュアリングする温度まで加熱する方がはるかに望ましい。これは事実上不可能であるが、塗布された塗料は、缶の本体を構成するアルミニウム基材と密接に接触しており、非常に薄いため、熱は金属基材に直接伝わる。この加熱方法により、金属基材は塗料と同じくらい加熱される。また、オーブン内の熱風は完全に均一ではない。ホット スポットはオーブン内に本質的に存在し、空気の動きは場所によって異なるため、一部の缶は加熱しすぎ（オーバーヒート）になり、他の一部の缶は加熱不足（アンダーヒート）になる傾向がある。この傾向を是正する方法は、未キュアリングの缶が生じることを防ぐための本当に最適な数のオーブンによる加熱よりも多くの数のオーブンによる加熱を使用することである。
特に、アルミニウム缶の場合、このような温度で長時間アルミニウムが保持されると、アルミニウム缶が弱体化する。ＩＢＯ内の高温で２～３分間過ごした後に発生する弱体化効果を補うために、原料の缶は、最終的な仕様よりも重く、強く製造する必要があるということが、業界内でよく知られている。
この弱体化効果が焼き戻し効果なのか焼き鈍し効果なのかは完全には明らかではない。冶金学者は、この効果を何と名付けるべきかについて意見が分かれている。非常に明確でよく知られていることは、アルミニウムはＩＢＯを通過する過程で確実に弱体化するということである。一般に、オーブンを通過した直接的な結果として、ボトム反転強度の８～１０％が失われると考えられている。
従来の焼き鈍しは、通常、ＩＢＯオーブン内の温度より高く、且つ缶がＩＢＯオーブン内に滞在する時間よりも長くされることで生じる。文献調査は、３００４合金および他の同様の合金ファミリーについてこれを裏付けている。文献や少なくともひとつの研究を詳しく調べると、アルミニウムが非常に薄いために、この焼き鈍しと焼き戻しのプロセスが缶において非常に迅速に発生する可能性があることを示している。アルミニウムは優れた熱伝導体であり、典型的な１０００分の３～１０００分の４インチの壁の厚さにおいては、熱がほとんどすぐに染み込む。焼き鈍しの対象となるほとんどのアイテムの場合のような分や時間の単位ではなく、アルミニウム缶は秒の単位で、測定される。
ＵＮＳ Ａ９３００４としても知られる３００４合金アルミニウムは、ベース アルミニウムに加えて、次の化学組成を持っている。シリコンは最大０．３％、鉄は最大０．７％、銅は最大０．２５％、マンガンは１％～１．５％、マグネシウムは最大０．８％～１．３％、亜鉛は最大０．２５％、その他の要素は各０．０５％以下で合計で０．１５％までである。この合金には、いくつかの焼き戻しバリエーションがある。利用可能な標準焼き戻しの例としては、０（焼き鈍し）、Ｈ３２、Ｈ３４、Ｈ３６、およびＨ３８が挙げられる。Ｈはひずみ硬化度を示し、ひずみ硬化度および安定化度を、Ｈ３Ｘで表している。アルミニウム飲料缶に通常使用される特定の焼き戻しは、Ｈ３２よりもひずみ硬化度が小さいが、焼き鈍し状態よりも硬いＨ１９である。Ｈ１９焼き戻しは、Ｄ＆Ｉ（Drawn & Ironed）プロセス中に行われる重要な処理である冷間加工において理想的である。引張強度に関する仕様は、２６ＫＰＳＩ～４１ＫＰＳＩで、さまざまである。降伏強度は、０焼き戻しまたは焼き鈍しの製品での１０ＫＰＳＩから、Ｈ３８焼き戻しの製品での３６ＫＰＳＩまでさまざまである。
缶の強度が８～１０％低下するということは、缶が圧力下で維持できるバックル強度(buckle strength)またはボトム反転強度(bottom reversal strength)が低下するということである。注意すべきことは、缶のバックル強度は降伏強度または引張強度と直接相関せず、缶の形状の正確な幾何（geometry)および厚さが缶の強度における重要な因子である。しかし、これらはキュアリング前とキュアリング後の両方で測定できるほど一致しているため、バックル強度またはボトム反転強度の損失の原因となっているのは明らかに引張強度と降伏強度の変化である。この焼き鈍し/焼き戻しの効果は、缶製造業界で適切に対処しなければならない要因であることは明らかである。
本願で説明されている実施形態では、ＩＢＯで生じるこの焼き鈍し／焼き戻しの効果を事実上排除することができる。本願で説明されている実施形態は、ＩＢＯの使用を止め、その代わりに高速の狭帯域赤外線放射キュアリング技術を用いている。缶は単一列であり、照射は各缶に個別に向けられる。それらは、グループとしてまとめてではなく、一度にひとつずつ順番にキュアリングされる。狭帯域照射加熱の制御性と相対的な効率性により、塗料をわずか数秒間で完全なキュアリングおよびクロスリンキングのための温度に到達させることができる。缶が高温にさらされる時間が非常に短いため、弱体化効果が発生する余裕がない。この高速の放射キュアリング技術を実装するための詳細と技術は、本願全体でより詳細に説明される。
吸収スペクトル分析の結果に基づいて、スプレー塗布されたサンプルの浸透深さを計算できる。この用途では、低い透過率はＩＲ放射の速い吸収に対応するので、低い透過率は、実際上、好ましい。
浸透深さ(９５％吸収)を表す式は次のとおりである。 β＝（３ × ｌ）／Ａ ここで、βはミリメートル単位の浸透深さ、ｌは実験サンプルの光路長、Ａは特定の波長での吸収度である。一例として、吸収が１．５２６である１９３０ｎｍの波長で、浸透深さβ＝３．９３ｍｍとなった。これは、入射エネルギーの９５％が吸収されるために、赤外光が３．９３ｍｍの塗料を通過する必要があることを意味する。これは、缶の側壁の塗料の厚さが０．００２５４ｍｍと薄いことを考えると、明らかに不可能である。ところが、幸いなことに、アルミニウムはＩＲ放射を非常によく反射する。赤外光はスプレー塗布の塗料を最初に通過するときにわずかに吸収され、塗料の下のアルミニウム基板で反射し、その反射で戻るときに塗料を再び通過するという、缶の内側まわりでのこの反射プロセスが始まる。各反射での光路においてスプレー塗布の塗料とアルミニウム壁とに接触する。このわずかに不完全な反射中にアルミニウムによって吸収されるエネルギーは少量であるが、キュアリングプロセスには役立つ。それは、スプレーされた化合物を保持しているアルミニウム表面にエネルギーが移り熱が発生し、化合物がさらに加熱されるためである。また、アルミニウムが十分に加熱されると、缶の外部装飾もキュアリングできることを理解されたい。これは、一部の実装では望ましい場合があるため、このような加熱およびキュアリングの目的に対応するようにシステムを設計、構成、または調整できる。
前記のような最も薄い標準塗膜厚の場合、各反射で２回、塗料を通過するので、缶内での反射ごとにスプレー塗布の塗料を通過する距離は０．００５０８ｍｍになる。上記で決定された９５％の吸収率に到達するには、缶体を７７４回通過すると、塗布の塗料に３．９３ｍｍ長で作用したことになる。幅６５ｍｍの缶では（現実的ではないが、壁から壁への完全な直交反射を仮定すると）、光が完全に吸収される前に約５０ｍ移動する必要があることを意味する。これは長いプロセスのように見えるかもしれないが、光の速度（ｃ＝３×１０８ｍ／ｓ）は非常に速いため、実際には非常に高速なプロセスである。最も薄い塗料厚が０．１ミルである場合は０．１７ナノ秒間かかり、最も厚い塗料厚が０．５ミルである場合は０．０３ナノ秒間かかることが算出できる。この計算結果が示すように、レーザー ダイオードからエネルギーを放出する時間は、塗料に吸収されるよりもはるかに長いことが実際には求められる。
すでに説明したように、缶の塗料のキュアリングの現在の伝統的な方法は、集合搬送用コンベアを備えた大型オーブンを利用している。連続する３つのセクションで缶を加熱する。オーブンには天然ガスが供給され、最終セクションの温度は華氏３７５～４５０度に維持される。缶は、集合搬送用コンベヤーベルトを使用して、オーブンのこの最も高温のセクションを１分間のオーダーのキュアリング時間で通過する。初期起動時のオーブン加熱手順に関連するコストが高いため、これらのオーブンは可能な限りオン（入り）のままにされる。常時オンは、ラインが停止している間(down time)、およびオーブンの前またはオーブン内で流れを止めることがある缶の詰まりが生じている間、の両方で、無駄である。
表１は、合理的な仮定と米国の現在の天然ガスの価格とに基づいたコストの上昇を示している。表１が示すように、オーブン内部を一定の高温に保つためには、かなりの量の熱を継続的に供給しなければならない。天然ガスのコストも、年間総運用コストの重要な要素である。
これは、最悪のシナリオを表すために、上記の厚い塗料厚の場合の結果を使用した。この分析と従来の変数との間のさらなる違いには、次のようなものがある。天然ガスから熱への変換効率と電気から放射熱への変換効率との差、天然ガスの＄／ＭＣＦと電気の＄／ｋＷｈとの差、およびオーブンの稼働時間とダイオード アレイの稼働時間との違い。
直接比較することはできないが、この違いは狭帯域放射電気加熱に有利に働く。一般的なライン稼働時間（実際に缶を製造するのに使用される時間）が、１年間に利用可能な全時間の８９％であると仮定すると、コールド スタートに伴うコストと時間のために、オーブンは実際にはより長い期間アクティブなままであると想定されている。そのため、ラインでは８９％の時間しか缶を生産していないかもしれないが、オーブンは、実際には年間で利用可能な時間の９５％において、高い温度が保たれている。一方、狭帯域放射加熱要素はパルス化されるように設計されているため、缶が存在し、実際にキュアリングしているときにのみ電力を使用する。これにより、動作中の効率が高いだけでなく、ラインが保守またはラインジャムのためにダウン（停止）している場合にダイオードを動作させなくて済む。その結果、ダイオード アレイの稼働時間は、実際のラインの稼働時間と同等になる。
純粋に環境的な観点から、見積上(pro-forma)の例では、缶をキュアリングし、オーブンを適正な温度範囲に保つために必要な３，０００，０００ＢＴＵ／ｈｒは、３，０００，０００ＢＴＵ＝３，１６５，１６７，７００ジュールのようにジュール変換できる。これを放射加熱システムの１時間あたりのプラグ電力(plug power)と比較すると、表２に示すように、熱が適切に「向けられた」場合には、劇的な節約となる。従来のオーブンの加熱だけでも、塗料をキュアリングするために狭帯域放射加熱システムが理論上要求するエネルギーと比較して、１２倍以上のエネルギーが必要である。つまり、現在のＩＢＯ技術では、消費されるエネルギーの約９２％が実際に無駄になっている。
従来の現標準キュアリング方法の結果との比較において、本願で説明されている実施形態は、ここでのコスト見積もりに基づいて、明白に、年間約２４０，０００ドルの大幅な節約ができる。
この技術が缶メーカーにもたらすメリットは数多くある。上記の見積上の例で説明したように、エネルギーが大幅に節約されるだけでなく、大気汚染も大幅に減少する。エネルギーとコストの節約は、実際には上記の例よりも大きい。それは、典型的には９５馬力の電気モーターの使用を要しないことによるエネルギーの節約、および集合搬送用コンベヤー スタイルのオーブンの高度なメンテナンスの観点でのエネルギーの節約を未だ考慮していないためである。おそらく、缶製造業者にとって最も劇的な利点は、本願で説明されている実施形態が適正び実施される場合、焼き鈍し／焼き戻しの効果が完全にまたはほぼ完全に排除されるという事実である。その結果、缶メーカーはより少ないアルミニウム量で缶を作ることができる。一部の生産缶の重量は約０．３４～０．３９オンスであるが、缶の重量/塊(can weight/mass)が厳密な幾何および材料厚さなどの関数として変化する可能性があることは理解されるだろう。また、メーカーは定期的に缶を再設計し、金型や製造プロセスを変更して重量/塊を変える(例: 缶の重量を軽くする)ことができる。さらに、いくつかの缶、特殊な缶は、重量/塊が増加するように設計することもある。うまく実装すれば、使用するアルミニウムを９～１４％も節約できる可能性がある。しかし、アルミニウムの重量を３％、５％、８％またはそれ以上減らすなど、アルミニウムの量を減らすことは有益であろう。飲料缶のコストの約７０％はアルミニウム材料のコストであるので、缶メーカーまたは缶ユーザーにとって大きな節約になる。また、アルミニウムの採掘、精製、製造、輸送などの必要性が減るので、異なる形で環境的利益にも貢献する。
オーブンによる弱体化効果の排除は、３つの点のいずれかまたは組み合わせにおいて、有益である。缶は、現在のアルミニウムと工具で作ることができるが、アルミニウムの弱体化をなくするため、現在の缶よりもかなり強力になる。第２は、缶の製造に必要なアルミニウムの量が少なくなる。 第３は、現在の高価なアルミニウム製品の代わりに、より安価な低合金化アルミニウム品または低い焼き戻しのアルミニウムを使用できることである。これは、本願で説明されているこの技術の実施形態を実装するためにメーカーがどのように選択するかに応じて、これらの組み合わせにすることもできる。
本願で説明されている実施形態を採用する場合、缶を製造するために使用されるアルミニウムの量を削減する複数の新規な方法がある。アルミニウム コイル ストックの製造業者と供給業者は、アルミニウムを特定の精度と厚さに圧延することに対して規定どおりに割増料金（プレミアム）を請求する。アルミニウムはポンド単位で価格設定され、販売されているが、所定厚さへの圧延および仕上げのプロセスにもかなりのプロセス料金がかかる。厚さが薄くなるほど必要なアルミニウムの重量は少なくて済むが、アルミニウム コイル ストックの製造業者は、高い精度の仕様にて圧延する必要があり、利益を維持するために、厚さが厚く且つ高重量のアルミニウムに対しての請求よりも、より大きな圧延プレミアムを請求することがある。圧延工場がこのようなビジネス アプローチを採用し、それが事実である場合、節約は得られないかもしれない。 本願で説明されている実施形態を実施するより新規な方法は、ブランクのカットエッジ直径を減少させ、結果として得られるカップの直径を減少させることである。典型的な１２オンスのツーピース缶の開始カップは、直径５．１００インチである。この技術は、カップのサイズを比例的に減らすことによって重量を減らすが、同じコイルシートの厚さを維持するため、同じ圧延プレミアムが維持される。Ｄ＆Ｉプロセスの最初のステップは、「開始カップ」を深絞りすることである。繰り返すが、これは、アルミニウム コイルの幅が狭くなるが、厚さは現在と同じであることを意味する。したがって、単純に幅を狭くするだけであるから、業界標準の価格設定に収まるはずである。より小さな直径のカップから始めることで、缶体の最終製品は、従来完成缶での厚さよりも薄い仕様になるが、アルミニウムをより薄いゲージ仕様に圧延するためのプレミアムを支払う必要がない。工具の変更または再構成は、熟練した工具製作者によって理解される。比例してより小さい直径のカップを用いて終わるために、Ｄ＆Ｉプロセスの最初のステップである、比例してより小さい直径のカップを深絞りする。工具は、そのすべての部分が意図され、新しい直径に対して正しく指定されるように作成または変更する必要がある。カップはダブル アクション カッピング プレスで作られ、カッピング プレスのセットアップのデザインおよびヴィンテージに応じて、工具は多くのカップの幅に対応したものがある。ブランクの直径を、いわゆる「カットエッジ」を減らすように、小さくする必要がある。これらのブランクは、ブランク間のスクラップ量を最小にし、ブランクの接線エッジ間に最小限のアルミニウム ウェブが残るように、コイル エッジに対して６０度の角度でコイルの幅全体にしっかりとネスト化される。これを実装するには、コイル ストックの全幅を縮小し、より大きな直径である従来サイズのブランクとして、その全幅全体で、同じ数のカップ ブランクを作成する。別の方法は、広いコイル幅を維持しながら、より多くのカップブランクとカップをその幅全体で作成するように改造することある。いずれにせよ、スタンピングダイの各工具ステーションにある、複数の部分から構成される深絞り工具は、適正な新しい直径、クリアランスおよび深さで再作成する必要がある。新しいパンチ、ドロー リング、ホールドダウンおよび関連するすべての工具コンポーネントは、新しい直径に一致する必要がある。各工具ステーションの幾何学的な関係を調整して、それぞれのブランク間において、しっかりとしたネスト化の構成と最小スクラップ量との関係を維持する必要がある。工具コンポーネントは直径が小さくなるため、工具に必要な鋼および機械加工が少なくなる。そのため、現在の大型バージョンよりも比較的安価になるはずである。より小さな直径のカップを作るには、カッパー プレス ツールの変更が必要になるが、その変更を行うことによる見返りはかなりのものになる可能性がある。カッパープレス、供給装置およびシステム全体のバランスは、新しい工具の使用または工具の変更のために再構成可能であるはずである。
この技術を正しく実装するためには、本願で説明されている実施形態がどのように機能するかについてより詳細に理解することが重要である。実施するのに好ましい、本願で説明されている実施形態は、強力な赤外線狭帯域エネルギーを缶の内部および塗料自体にできるだけ直接注入することを教示する。これは、赤外線エネルギーを個々の各缶の内部に向けて直接投射することは、工場内にエネルギーを跳ね飛ばしたり、缶を群または塊で加熱しようとしたりして、エネルギーを無駄にしないことを意味する。缶の外側、または缶の外側と内側の両方を照射することによって、本願で説明されている実施形態を実施することが可能であるが、より効率的な実施は、エネルギーを缶の内側に直接向けることである。これは、狭帯域エネルギーからの光子が、実際に液体状態、プレキュアリング状態、の塗料を通過し、エネルギが部分的に吸収されるので、極めて効率的である。それは実際には塗料を通過して一部のエネルギーが塗料に直接吸収され、アルミニウム基板で反射され戻って、塗料を再び通過してさらなる吸収が行われる。往復(return trip)で光子が塗料を通過するごとにエネルギーが追加吸収される。その後のすべての反射ごとに２回塗料を通過する。塗料は薄いので、光子のエネルギの全部を素早く吸収しないが、光子が次の塗布された塗料表面に衝突するまで反射経路をたどり続ける。ビリヤードボールがインバウンドパスで塗料を通って缶の内面で跳ね返りアウトバウンドパスで塗料を通り、さらに跳ね返りごとに追加の反射で塗料を通過することをイメージしてください。ビリヤード ボールの例えを続けると、ビリヤード ボールが最終的に減速して停止する理由は、すべてのエネルギーがバンパーで失われ、転がり摩擦が少なくなるためである。同様に、光子は主に２つの方法でエネルギーを失う。エネルギーは塗料を通過するたびに吸収され、わずかな量のエネルギーが不完全な反射の影響でアルミニウムで失われる。使用されている狭帯域赤外線照射エネルギーの波長に応じて、光子の全エネルギーが塗料とアルミニウムの加熱によって吸収されきるまで、数百回から約１，５００回の反射が発生する。もちろん、塗布塗料が厚いほど、塗料を通過するたびにより多くのエネルギーが塗料に吸収される。塗料を通過する経路が長いということは、光子が塗料を通過する際に発生する光子からの衝撃が、より多く発生し、吸収されることを意味する。一例として、塗料への進入および通過の角度が急峻であると、経路長が長くなり、吸収が大きくなる。
強力な狭帯域照射エネルギーを生成し、効果的に缶の内側に向ける方法はいくつかある。広帯域の照射エネルギーを使用することは可能であるが、効果的かつ効率的に実装するのは極めて面倒である。たとえば、石英ランプから生成される広帯域エネルギーは、本当にクリーンな実装に必要な種類の速度でオンとオフを切り替えることができない。石英ランプのオンにする際のスルーレート(slewing rate)と完全なウォームアップ時間は秒単位で測定され、多くの構成全体での最適なオンまでの時間は、１秒または２秒、あるいはほんの僅かの秒数でさえある。また、固有の形状とフィラメント構成のため、エネルギーを必要な場所に正確に集中させることは極めて困難である。それは、正しいジュール数の正確な場所への送達を行うのは容易でないが、ジュール熱エネルギーがより大きな特定領域に送達されるフルード構成（大量に送り込む構成）において制御は難しいがうまく機能する傾向がある。広帯域源は、その固有の特性により、超高速キュアリングを行おうとすると、缶を急速に加熱しすぎてしまい、一部または全部に焼き鈍し効果が誘発されるかもしれない。狭帯域照射と狭帯域エネルギーの半導体ベースの生成の両方に多くの利点がある。まず、マイクロ秒の速度でオンとオフを切り替えることができる。それは、実際にＤＣ電圧(通常は１．２～３．３ボルト）の入力を受電しているときにのみ光子エネルギーが生成される。それは、石英やガス放電ランプのような、入力が止まり電流が流れなくなった後にも出力を実質的に生成するようなヒステリシスまたは高い黒体等価性(black body equivalence)を持たない。広帯域源は、通常、非常に高い温度で動作するため、一連の実装上の問題が発生する。それらの存在により、キュアリング環境全体が非常に高温になり、コンポーネントの信頼性が低下し、はるかに高い温度に対応できる光学部品が必要になる。それは本質的に寿命を極めて短くし、頻繁に交換する必要が生じ、メンテナンスとダウンタイムが増加する。さらに、狭帯域の機構(set up)は、反射防止コーティングの優れた実装にも役立つ。これは、使用されている正確な狭波長帯域に対して塗料を設計および最適化できるためである。広帯域の反射防止コーティングは最適化し難くい。同様に、コールドミラーコーティングなどの光学系および光学コーティングは、狭い特定の波長範囲に対してより簡単に設計できる。レンズは波長ごとに異なる距離で焦点を結ぶため、狭帯域システム用の光学トレインをより高い精度で設計する際に有利になる可能性がある。狭帯域は別の解釈ができることを理解されたいので、波長の半値全幅が、典型的な、１００ナノメートル未満である光または光子エネルギーの生成について言及する。狭帯域エネルギー源が固体状態(solid state)または半導体の光源である場合、これは、通常、広帯域蛍光(broadband fluorescence)がデバイス構成に追加されない場合に当てはまる。ＬＥＤからの生の出力は一般にその範囲内で本質的に狭帯域であるが、レーザー ダイオードはより狭く、たとえば、２０ナノメートル（ｎｍ）未満、通常は±１０ナノメートル（半値全幅）未満、または特定のタイプでは±１ｎｍ（半値全幅）ほどの狭さである。たとえば、ＶＣＥＬＳおよびＳＥ－ＤＦＢデバイスは、通常、帯域幅が±２ｎｍ（半値全幅)未満である。正確な帯域幅は、出力の中心波長ほど重要でない。波長は、エネルギーが塗料自体に吸収される速さを決定する。塗料の透過率はさまざまな波長で測定でき、最良の吸収結果を達成する波長を選択できる。例えば、少なくともいくつかの実施形態では、キュアリングに使用される狭帯域赤外線エネルギー(上記で詳述したように、実施形態に応じて、±１ｎｍ(半値全幅)まで狭くすることができる。)は、塗料の少なくともひとつの吸収特性と一致させる。したがって、缶の内面に一般的に塗布される水性エポキシ塗料の例では、狭帯域波長は、８００～１２００ｎｍの範囲、例えば、約９７２ｎｍにすることができる。本願で論じるように、９７２ｎｍは、水性エポキシ塗料の深浸透波長(deep penetration wavelength)を表す。塗料によって、実質的なより速い吸収は、１４００ｎｍ～１６００ｎｍの範囲で、例えば約１，４５４ｎｍまたは１４５６ｎｍで可能であるが、ウォールプラグ（wall plug)効率はそれほど高くないため、このトレードオフはシステム設計者が決定する必要がある。１８５０ｎｍ～２０００ｎｍの範囲で、たとえば１９３５ｎｍにも同様のウォールプラグ効率の課題がある。
多くのハイパワーの産業プロセスと同様に、このプロセスは、システム設計者が安全を第一に考えて実装する必要がある。本願で説明されている実施形態がその最終設計でどのように実践されるかに関係なく、技術の危険な面への物理的または光学的な露出を防ぐために適切な安全ガードが必要である。強力な赤外線エネルギーは目の損傷や失明を引き起こす可能性があるため、安全な設計によってそれらを抑止する必要がある。システムの実際のマテリアル ハンドリング部分には多くの可動部分があり、移動したり、機能を実行するために突然作動したりするという、危険があり得る。人間が居る場合に動きを安全に停止する、物理的なガードまたは電子感知のいずれかのガードを実装する必要がある。システムの安全性のすべての観点について、システムの設計時にＯＳＨＡ、ＣＳＡ、またはＣＥの安全基準を遵守する必要がある。
システムの狭帯域照射については、システムの安全面に非常に厳密な注意を払う必要がある。塗料を急速にキュアリングさせるのに非常に効果的な強力な赤外線エネルギーは、肉眼にとって非常に危険である。それは目に見えず、人や動物がまばたきする前に素早く目をくらませるほど強力である。サングラスや溶接メガネでさえ、フィルターが弱く、間違った波長をフィルタリングしている可能性があるため、強力な光子エネルギーが目を損傷させるのを防ぐのに十分ではない。実際に使用できる波長より長い赤外線波長の一部は、目の網膜に浸透しないが、それでも目の角膜、強膜、虹彩および/または水晶体に損傷を与える可能性がある。多くの場合、そのような波長は「目に安全」であると誤って言及されているが、それは目の網膜への潜在的な損傷に関してのみ真実である。システムは、レーザー ダイオードまたはそれらのアレイが生成する狭帯域光子エネルギーへの最小限の安全しきい値を超えて、誰かが目にさらされる可能性を排除するように設計する必要がある。二重バックアップ インターロック システムなどのフェールセーフは、コントロール パネルや安全ガードに組み込むことができる。狭帯域デバイスに電力が供給されている間はガードを取り外せないように設計する必要がある。また、安全ガードが取り外されている間はデバイスに電力が供給されないように、ジャンパ(jumpered)したり、ジェリーリグ(jerry-rigged)を使用したりできないように設計する必要がある。さらに、すべての筐体とガードは、電力を狭帯域デバイスに供給しているときに、遮光されるように設計する必要がある。また、アレイがシステム内にない場合に電源に簡単に接続できないように、サービス担当者や好奇心旺盛な人がデバイスの電源を入れたくならないように、結果としてけがをしないように、アレイを設計することを強くお勧めする。強力な狭帯域赤外線エネルギーは人間の目には完全に見えないため、損傷が発生するまで目はまばたき反射を起こすことができない。体の他の部分への曝露は不快であったり、重度のやけどを引き起こす可能性があるが、このエネルギーに眼を瞬間的に曝露するほど深刻ではない。したがって、適用されるすべての機関の安全基準を順守し、狭帯域高速キュアリングシステムが安全であることを確認するために、しっかりした設計常識を働かせる必要がある。それは優れた有用性を提供するが、安全性は、本願で説明されている実施形態に従って構築されたシステムを使用するすべての点で不可欠な部分でなければならない。
また、本願で説明されている実施形態の性能をさらに改善する強力な方法は、特別な添加剤を塗料に入れることを含む。これにより、特定の波長での吸収が劇的に増加する。慎重に選択し、キュアリングに使用する波長に合わせれば、より多くの熱を塗料に投入でき、アルミニウム缶やスチール缶のストック（stock)への投入量を減らすことができる。換言すれば、添加物または露点(addtive or dew point)は、使用されている波長で塗料を非常に吸収性を高くし、より多くの熱が金属から伝導されるのではなく、塗料自体に直接入るようにする。跳ね返りが減るので、キュアリングまたはクロスリンキングのための必要な温度を達成するために、非キュアリング機能で浪費されるエネルギーが少なくなるため、システムの効率を向上させることができる。
使用される塗料をさらに最適化することを、このキュアリングシステムの狭帯域赤外線エネルギーを使用して、組み込むことも可能である。塗料の製造業者は、缶の内側の塗装目的に適した赤外線感受性の化学反応アクチュエーターまたはアクセラレーターを使用することができる。また、特定の狭帯域赤外線波長帯域で吸収が生じる機能性染料も利用できる。このような染料は、例えば、山田化学社によって製造されている。狭帯域ＩＲ照射を、化学塗料メーカーが、独創的な方法で使用して、塗料を改善したり、ＢＰＡベースの塗料を削減または排除したりまたはさまざまな方法で性能を向上させたりすることができる。缶内の反射の一部は、本質的に缶の開口上部から外にエネルギーを放出する。適切に設計されたシステムは、反射面を適切に配置して、少なくとも部分的に、放出されたエネルギーを缶に戻して、消費されるまで、さらにキュアリングに利用できるようにする。ただし、最も反射性の高い表面でさえ、衝撃エネルギーの数パーセントを反射材料に奪われる。それはしばしばフレネル反射と呼ばれる。また、エネルギーの一部が誤って散乱または反射され、缶に戻らない場合がある。 適切に設計された反射形状または反射円錐(64)では、返されたエネルギーに対してより良い配置を提供できるため、塗料を通過する追加のパスと基材からの反射でより多くのエネルギーが塗料に吸収される。
詳細な缶内部キュアリングを含む実施形態により、乾燥オーブン（例えば、乾燥ステーション）およびピンチェーンオーブン（例えば、缶外側表面キュアリングステーション）の両方の機能が、同様に、正確に指示および制御された狭帯域加熱技術を使用することによって、主要な利点を伴って達成され得る。前述のように、これらのステーションのそれぞれが２０秒間未満で乾燥またはキュアリングの機能を実行することで、缶の焼き戻し、焼き鈍し、または弱体化が防止される。また、それぞれのオーブンの設計と構成は大きく異なるが、狭帯域赤外線放射技術を使用するという共通点がある。狭帯域赤外線技術は、基本的なエネルギーを提供する電気を使用して、最終的に赤外線エネルギーを生成するため、オーブンでの炭化水素の使用を完全に排除できる。プラント全体が、乾燥、インキキュアリングおよび内部塗料キュアリングの３つの主要な「ヒート プロセス」機能でこれを行う場合、プラント全体で、炭化水素燃料ベースの加熱またはオーブン プロセスが不要になる。
乾燥オーブンまたは乾燥ステーションは、図６に示すように、一連の製缶工程で洗浄プロセスの直後にあり、集合搬送システムの形をとっている。オープン メッシュ コンベヤ ベルトまたはオープン ヒンジ付きスラット配置(open hinged slat arrangement)を使用して、放射赤外線エネルギーを下にある開口端から缶に下から上に投射できるようにする。理想的には、赤外線エネルギーが通過できる最大のオープン スペースを有し、可能な限り最大のメッシュ断面を持つように作成するのが、最も効率的なデザインである。集合搬送用コンベヤの幅および速度は、プラントの速度とスループットの要求に応じて決定される。それは、通常、缶の直径の２０～４０倍の幅があるが、その範囲を外れる場合もある。しかし、缶製造工場のスループットと生産速度の要件に合わせて、どのような幅が望ましく、最適であるかは、簡単に構成できる。
この集合搬送用コンベアにおける乾燥プロセスの用途では、実際の加熱は、本願で説明されている実施形態において、２つの方法で行われる。狭帯域放射赤外線エネルギーは、上部に開口を有し逆さにされた缶に対してメッシュベルトまたはオープンスペースベルトを通して上に向け投射される。エネルギーは缶の内側で跳ね始め、跳ねるたびに缶にエネルギーを与える。光子エネルギーが缶の内側の壁に向かう途中で水に遭遇すると、水を通過し、遭遇した水の厚さに応じてエネルギーを量子で水に与える。この相互作用は、水とアルミニウムの組み合わせによって十分な光子エネルギーが吸収され、水が蒸発温度まで加熱されるまで続く。蒸発の増加は、適度な温度で発生するが、温度が高くなるほど加速される。もちろん、水が華氏２１２度のガス転移温度に達すると、水蒸気になり、空気の動きだけで缶から水を取り除くことができる。空気の動きは、新鮮で乾燥した空気を缶に導入するように構成されたファンと送風機によって提供され、より重い蒸気を含んだ空気がダクトを通して排出されるようにすることができる。
この用途では多くの異なる赤外線波長が効果的に機能するが、ターゲットによってはるかに急速に吸収される波長を利用することで、さらに高い効率を得ることができる。水は塗料の主成分である。最短波長の水吸収ピークは１４５６ナノメートルにある。どの水吸収ピークも使用できるが、１４５６は強力な半導体ベースの照射装置を製造するのに最も簡単な波長である。約１４５０ナノメートルでの吸収性向は、たとえば１０００ナノメートルでの吸収速度の何倍にもなる。別の吸収ピークが１９３２ナノメートルに存在し、これは１４５０ピークの約４倍の吸収である。しかし、半導体ベースの照射装置を１９３２ｎｍで製造するのは、１４５０ｎｍにくらべて、極めて困難である。波長が長くなるほど、半導体デバイスのウォールプラグ効率(wall plug efficiency)が低下する。ただし、アルミニウムは、より長い波長よりも約１０００ナノメートルで大きな吸収を持つため、考慮すべき最適化のトレードオフが存在するかもしれない。そのため、アプリケーション エンジニアは、より長い波長でのデバイスに典型的なパワーの低下とウォールプラグ効率(wall plug efficiency)の低下に見合った追加の吸収率が得られるかどうかを判断する必要がある。
これまでに説明してきたことは、集合搬送用コンベヤを使用した狭帯域技術を利用しているが、たとえば直列搬送用コンベヤで個々の缶を乾燥させるように構成することもできる。構成は、上記しような、缶のキュアリングにおける内情に非常に似ている。最大の違いは、缶にはまだ塗料が塗布されておらず、缶内側に塗料塗布された缶をキュアリングしているときほど高い温度に加熱する必要がないことである。乾燥オーブンの目的は、シンプルで、缶からまだ排出または蒸発していない残りの脱イオン水を除去することである。繰り返しになるが、水の蒸発は温度上昇によって加速されるが、海面で華氏２１２度の沸点を超える必要はない。標高の高い場所では、状態を水蒸気に変化させるために温度をそれほど高くする必要がないため、蒸発が速くなる。
ピン チェーン オーブンまたは缶外側表面キュアリングステーションでは、狭帯域技術のまったく異なる展開が必要である。ピン チェーン オーブンの目的は、缶の外周に印刷されたばかりのインクをキュアリングさせることである。実際には、このオーブンでインクを完全にキュアリングさせるわけではないが、ピン チェーン オーブンにて短時間さらすだけで十分にキュアリングでき、ＩＢＯでさらにキュアリングするまで、印刷をこすったり、汚したり、台無しにしたりしないことである。
ピン チェーン オーブンの用途の要件は、レーザー アレイの照準と集束の機能を十分に活用するように適切に設定することである。放射エネルギーは缶の円筒外周に向けられるため、エネルギーの一部はインクに吸収されて進行し、一部はアルミニウム基板に吸収される。アルミニウム基板で跳ね返り、インクに戻り、インクを通過して出るまでに、より多くの熱エネルギーがインクに置かれる。ただし、エネルギーが缶の内部に投射される場合とは異なり、この用途では、エネルギーがランダムな空間に反射されて無駄にならないよう缶に戻されるように注意する必要がある。鏡面を缶の周りに配置して、エネルギーを反射して缶の方向に戻すことができる。しかし、ミラーの問題は、入射角が反射角に等しいため、実際にエネルギーを反射する鏡面を缶の外側の必要な場所に正確に配置することは、不可能ではないにしても非常に困難である。モデリングでは、最初の２回の反射の後、反射の方向の制御がほぼ完全に失われることを示している。
エネルギーを反射して缶に戻すもっとエレガントな方法は、コーナー キューブ反射シートを利用することである。このシートは構成が異なる場合もあるが、例として、実装に応じて望ましい結果を達成するために、適切なサイズのコーナー キューブ リフレクターを複数 (たとえば、数十、数百、または数千) 持つように構成される。そのようなシートおよび関連技術の様々な用途および使用は、２０１１年５月６日に出願された米国特許出願第１３／１０２，５８８号（および「コーナーキューブ照射制御」という名称）に完全に記載されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。基本的に、このシートは、缶から反射されたポイントに正確にエネルギーを送り返すために、反射が予想される方向に対してできるだけ直角に配置する必要がある。図９は、コーナー キューブ反射シートを示しているが、コーナー キューブ反射シートは缶の周囲に配列されるが、缶がコンベア上を移動する必要がある「飛行禁止区域(no fly zone)」を超える位置に配列される。缶が何かに触れたり、インクがにじんだりしないように細心の注意を払う必要がある。効果的に実行されなければならない概念は、缶に直接影響を与える狭帯域エネルギーの量を最大化し、反射エネルギーをできるだけ多く利用して、インクの塗られた缶の外面に戻すことである。
レーザーアレイは、非常に正確に照準を合わせて焦点に合わせることができるため、インクと缶を非常に急速に加熱するのに高集中なエネルギーを利用できるようにする。缶が通過するときにエネルギーを缶の側壁に集中させた場合、実際には、ほんの一瞬だけ適切に集束され、その後は缶の間に向かうことになって無駄になる。これに対するひとつの解決策は、サーボまたはガルバノメーター制御ミラーを使用して通過する缶を統合して追跡し、エネルギーがより長期間にわたって缶本体の適切な位置に集中し続けるようにすることである。これは実行可能なソリューションであるが、追加のメカニズムと高度な機能が必要であり、メンテナンスとセットアップの問題が発生する可能性がある。
別の解決策は、缶が焦点領域にないときにアレイをオフにすることである。そして、次の缶が視界に入ってきたときに、アレイは必要なタイミングでオンに戻される。これを戦略的に行うと、２つ以上のアレイが同じ電源を共有できるように配置とタイミングを調整することで、電源を節約できる。電源からのＤＣ電力は、電力を必要とするタイミングで電力を必要とするアレイに単純に切り替える。
インクをキュアリングするための急速加熱を強化する追加の方法は、缶の内部に熱の一部または全部を注入することである。これには、あまり多くの反射管理を必要としないという利点がある。なぜなら、缶の開口上部に注入されたエネルギーが、吸収されるかまたは缶から完全に跳ね返されるまで、本質的にあちこちを跳ねためである。缶の開口部が焦点パターンと完全に一致するときのタイミングに強力なエネルギーパルスを発する時間を決め、そのエネルギーが缶の開口端に集束するように高度に焦点を絞ったひとつまたは複数のアレイを設置することによって、急速加熱を行うためのエネルギー注入が可能である。光子エネルギーを、缶が正しい位置でなくなる前のほんの一瞬のパルスよりも長い間、オン（入り）にしておくことはできないため、通常、缶が高速狭帯域オーブンを通過する経路に沿って進むにつれて、エネルギーをより多く順次注入するような一連のアレイを用意する必要がある。ただし、レーザー ダイオード アレイは、瞬時パルスにおける入力電流レベルを定常状態動作における入力電流レベルと比較してはるかに高くすることは可能である。ハイパワーな狭帯域光子エネルギーを缶の開口端に注入する方法は他にもある。これは、インデックス方式または内部ベーク オーブンで教示されている概念と同様の連続追跡のいずれかで、缶に適用されるマテリアル ハンドリング手段を設計することである。唯一の大きな違いは、インクがぶつかったり、こすれたり、にじんだりしないように、缶を真空で保持する必要があることである。
缶工場全体で電気または狭帯域照射を使用する利点のひとつは、アルミニウム コイルから完成した缶までのプロセス全体を通じて、炭化水素燃料、ＣＯ２、亜酸化窒素、およびその他の汚染物質を完全に排除できることである。
炭化水素燃料、ＣＯ２、亜酸化窒素、およびその他の燃焼汚染物質を排除することのもうひとつの利点は、オーブンのひとつから臭いまたは有毒な汚染物質が発生するかもしれないプラントの近くに住んでいる人々との広報活動が劇的に改善されることである。燃焼がクリーンで、適切に洗浄され、オーブンが適切に維持され、最適化されていることを確認するために、時々、会うことがなかなかできないような知識のある人々による、継続的なメンテナンスが必要である。環境擁護者は、缶工場での天然ガスまたは炭化水素燃料オーブンに非常に反対している。
缶工場全体で電気または狭帯域照射を使用する別のひとつの利点は、風力発電、水力発電、ソーラー パネル/光電池など、再生可能な燃料源を使用して工場全体に電力を供給できることである。
別の利点は、狭帯域照射を利用している場合、本明細書に記載の３つのタイプのオーブンのいずれからも得られる。本願で説明されている実施形態が正しく実装されている場合には乾燥またはキュアリングを急速に行うことができるが、現在利用されている技術では乾燥またはキュアリングを急速に行うと焼き鈍しや強度の低下が急速に発生する。このキュアリング方法では所定温度での時間が短すぎて、より長いキュアリング時間で発生する脆弱化現象の基本である粒子の成長を不可能にする。高速乾燥または高速キュアリング、またはその両方が採用されているため、アルミニウムはより強いままであり、したがってより強い缶になる。
狭帯域によるキュアリングおよび乾燥の別のひとつの利点は、この技術が導入されたプラント内の連続するオーブンごとに、徐々に大きな利点が得られることである。したがって、プロセス内の３つのオーブンすべてを高速、狭帯域技術で使用して缶を製造すると、Ｄ＆Ｉプロセス後のアルミニウムが、本来持っている強度をすべて維持することができる。言い換えれば、Ｄ＆Ｉプロセスは、アルミニウムの粒子サイズおよび硬化に独自の影響を及ぼし、焼き鈍しがオーブンのために現在発生している。ところが、狭帯域、高速乾燥/キュアリングを排他的に使用することによってプロセスの最後に焼き鈍しが発生しない。
キュアリングと乾燥のための迅速な狭帯域技術を実装する別のひとつの重要な利点は、プロセスで１０～１４％の大幅な量のアルミニウムを節約できることである。製缶工具、還元ステップおよびオーブン処理に非常に多くの違いがあるため、アルミニウムの節約は、多くの変数の関数として最適化することができる。同じ強度の缶をより薄いコイルストック材料から製造することで、アルミニウムの使用量をより少なくできる。代替の主な利点は、開始コイルストックの厚さを変えず維持するが、同じ基本的な缶の形状、液体容量および仕様を製造するためのツールの変更によって、より小さな直径のブランクから最終的な缶を選択的に薄い部分で形成することができるので、缶の製造に必要なアルミニウムの量を大幅に節約できることである。
これらの利点のさらなる利益は、従来と同じ厚さだが従来より狭いコイルストリップから所定数の缶を製造できることである。
これらの用途に狭帯域技術を実装する別のひとつの利点は、さまざまな方法で原材料のリソースを節約できることである。それは、アルミニウム製造と製缶プロセスを通じて、二酸化炭素排出量、処理コスト、原材料を削減する。アルミ圧延工場から製缶工場に、製缶工場から充填工場に、充填工場から物流倉庫に、物流倉庫から小売店に、および小売店から製品を使用する消費者に、輸送する費用を削減する。また、リサイクル ストリームに関わる、トン税とリソースも削減される。この方法で作られた缶はより薄くなるため、より簡単に解砕してブリケット化することができ、より少ないエネルギーで溶融させて再生/リサイクルすることができる。
狭帯域技術はデジタルでプログラム可能で且つ高度に制御できるため、理想的な温度を超えて缶が加熱されることがないため、エネルギーを節約し、不必要な金属の弱体化や焼き鈍しを防ぐことができる。
これらのオーブンを狭帯域技術で実装することのさらに別の利点は、赤外線センサー、熱電対、または赤外線カメラを使用して缶の温度を確認することにより、ループを閉じることができ、そして、狭帯域のエネルギー供給を調整して、エネルギーの使用と温度を最適に保つことができることである。
集合搬送の実装が利用される場合、照射エネルギーの投射を適正な幅にしてエネルギーを節約することができる。たとえば、上流のボディ メーカーおよびトリマーのいくつかがそれらを維持するためまたはその他の理由で使用されていない場合、従来の広帯域オーブンでは必要以上の幅が当然にあったが、そのような余分な幅を要することなく缶のより狭い幅の流れでオーブンを通して処理できる。現在の広帯域オーブンは、オンにするかオフにするかは、オール オア ナッシングの選択が求まれるだけであった。これは、生産期間が短縮または調整された場合にも利点となり、生産量を需要またはニーズに合わせやすくする。
集合搬送に使用する場合のこの技術の別のひとつの利点は、コンベヤの幅全体で缶の温度を測定し、ループを閉じて、温度をすばやく補正して、缶を加熱しすぎたりまたは加熱不足にしないようにする機能である。赤外線センサーまたは赤外線カメラなどの複数の非接触センサーを配置して温度を測定し、その温度を確認し、その測定情報を制御システムに送信し、それに応じて出力またはコンベア速度を調整することで照射アレイを制御する。コンベア全体で一貫して加熱されていない場合または対流空気流れまたは何か他のものが一部の缶を他の缶よりも冷却している場合に、コンベヤの幅全体またはコンベヤ上の塊全体のどこにおいても、温度を調節することができる。
ピンチェーンオーブンに狭帯域技術を実装する場合、別のひとつの利点は、缶が照射位置に到着したときにアレイをオンにし、缶の間が照射位置であるときアレイをオフにすることである。これには、缶の間が照射位置であるときにも入力電源エネルギーの引き込みを行うという無駄をなくすという利点がある。
狭帯域ピン チェーン オーブンのもうひとつの利点は、２つ以上のアレイの間で電源を共有できることである。適切な計画を立てることで、システムの実装に必要な電源の数が減り、システム コストが削減される。正しく実装された場合、電子部品への熱サイクルがそれほど厳しくないため、電源の寿命を延ばすこともできる。
アルミニウムの強度を維持することのさらなる利点は、同じ厚さの缶材料で、ボトム反転強度をより高くし、缶内により大きな圧力を安全に加えることができることである。アルミニウムの強度を完全に維持することのもうひとつの利点は、缶をより薄い材料で製造しても、従来のオーバービルド方法で製造された缶の所定強度を維持できることである。
アルミニウムの強度を完全に維持することで、より幅狭のカット ストリップ コイルを使用して、より小さな直径のブランクを作成し、それからより小さな直径のカップを作成し、それからプロセスのバランスを進めることができるという利点が得られる。これにより、同様の強度を維持しながら、アルミニウムの使用量を約１０～１４％削減できる。
アルミニウムの強度を完全に維持し、焼き鈍しや弱体化が生じないことにより、まったく同じ工具とアルミニウム基板でより強力な缶を製造できるという利点が生じる。
より軽量な缶の製造を可能にするこの技術のさらなる利点は、加熱するアルミニウムの質量が少ないことである。これは、乾燥オーブン、ピン チェーン オーブン、インサイド ベーク オーブン（ＩＢＯ）のいずれであっても、そのオーブンの意図された目的のために望ましい効果を得るために缶を加熱するのに必要なエネルギーのジュール数は、質量に比例して少なくなる。これにより、エネルギー コストが削減されるだけでなく、可能なスループット速度が向上する。したがって、各缶を目標温度まで加熱するため、または意図した目的を達成するために必要な時間とエネルギーを削減できる。
この高速狭帯域技術でピン チェーン コンベヤを実装することのさらに別の利点は、オーブンのサイズを７５％以上まで削減できることである。
ピン チェーン オーブンに狭帯域技術を実装することのさらなる利点は、オーブンの近くのプラントに放出される周囲熱の劇的な減少と、すべての可動チェーン/ベルト コンポーネントおよび対流ブロワーによって生成される音圧レベルの劇的な減少である。
この高速狭帯域加熱技術を工場全体に実装するもうひとつの利点は、缶体製造工場に必要な床面積を大幅に削減できることである。オーブンは、プラントの機械および設備の中で最もスペースを消費するもののひとつであり、適切に実装すれば、それぞれに必要なスペースを７５％以上まで削減することができる。
この技術のさらなる利点は、技術の実施において、エネルギーを非常に正確に向け、集中させ、制御する能力を与えることができることである。この技術を実装するのに最適なタイプの狭帯域デバイスは、通常、レーザー ダイオードである。レーザー ダイオードは、特に集合化されたアレイで構成されている場合、非常に真っすぐに非常に高い出力レベルを生成できるためである。ファイバーレーザーやその他の狭帯域デバイスを利用することができる。任意のタイプのレーザー デバイスを使用する場合、通常は赤外線デバイスが選択されるが、出力光子または光エネルギーは可視光に使用されるものと同様のモダリティで形成できる。したがって、屈折、回折、反射、および拡散の要素のいずれも、本願で説明されている実施形態を実装する者によって非常に効果的に使用され、エネルギーが必要な場所に適切な時間および強度で得られるよう支援することができる。これは、全体的なシステム効率を達成し、非常に多くの利点を生み出す加熱速度を得るために非常に重要である。
狭帯域ピン チェーン オーブンが適切に実装されていれば、缶が照射ユニットの前を通過するときに、缶を回したり回転させたりする必要がなくなる。照準の精度と缶間に隙間があるため、缶を回転させずに缶の全周３６０度を正確に照射できる。
ここで再び図面を参照する。狭帯域乾燥オーブンは、例えば、図６に記載されたシステムで参照される、ガス乾燥オーブン(614)を交換、補足、または増強するために、集合搬送用コンベヤとして機能するように構成される。図１２は、集合搬送用コンベアの俯瞰図を示している。これは、重力の助けを借りて排水するように缶が逆さまになっているため、缶の底(121)を示している。ベルト材料(112)が缶の集合を方向(114)に移動するように図示されている。ベルト(112)は、あるレベルで、狭帯域照射源によって使用されている光または照射の波長に対して透明である必要があるだけである。非常に目の粗い織りのメッシュ生地や、ある種のチェーンメール（鎖帷子）やチェーンリンクのベルト素材など、さまざまな種類の素材を使用できる。好ましくは、垂直方向の断面ベースで非常に高い割合のオープン スペースを必要とする。そのアイデアは、最大量の光を通過させ、後方反射をあまり引き起こさないようにすることである。ベルトの透明性または開口性が高いほど、ベルトの加熱が少なくなり、対象となる缶部品へのエネルギ伝達が多くなる。垂直方向の断面が大きく、水平方向の断面が非常に小さく、薄くて、戦略的に形づくられたヒンジ付きの垂直金属スラットは、非常にうまく機能する。それはベルトの幅と長さ全体に亘って十分な強度を有し、それでもなお垂直方向に多くのパススルースペースを有するからである。また、そのようなヒンジ付きコンベヤ部品の垂直側壁は、その垂直側壁からのすごくよい反射光を提供することができ、最終的に缶に到達して、加熱プロセスを支援する。ベルトの素材にどのような素材を選択しても、非常に高い負荷サイクルで照射による熱を処理できなければならず、残った滴り落ちるフッ化水素酸や熱水にも耐性がなければならない。ベルトは、ベルトの幅に亘ってに垂れ下がらず、缶の移動や位置決めに問題が生じないように、構造的に十分に剛性が高い必要がある。ベルト材料(112)は、縁に沿ったフレーム(111)および追加の構造(110)によって支持される。 追加の構造(110)は、正しい機能のために、コンベヤのすべてのセクションおよび構成要素、ならびに駆動構成要素を構造的に配列および位置合わせするために必要に応じて構成されている。典型的なコンベヤと同様に、通常、各端にプーリーがあり、そのうちの少なくともひとつはモーター システムによって駆動される。このモーター システムは、効果的な機能のために乾燥プロセスを通じて正しい速度を維持するように調整できる。最高の機能を得るには、ベルトのすぐ下にあり、缶を運ぶ部分(112A、図１３)を駆動して、ベルトを押し込むのではなく、オーブンの作業部分を通して引くようにする。ベルトの戻り部分(112B、図１３)が上部構造の下および照射ユニットの下に移動する間に、缶を酸および脱イオン水リンス槽から遠ざかるように移動させる必要がある。コンベヤの両側に沿って、缶がコンベヤから分れ且つ滑り落ちたりしないように、缶を囲い込み、パック内で一緒に移動するように、単純に機能する何らかの手すり構造(railing structure)(113)を配置するべきがある。
照射は強力な赤外線であるため、安全のためにコンベア システムを完全に覆い、赤外線光子エネルギーを人の目や身体から完全に遠ざけることが重要である。 赤外線は目に見えないため、目の通常のまばたき反射は、強力な光エネルギーから目と網膜を保護するために機能しない。赤外線は、ワイヤの絶縁部、プラスチック部品、およびその他多くのものを容易に気づかずに溶かしたり損傷させたりする可能性があるため、高速狭帯域オーブンを設計する際には、このことを理解しておかなければならない。エネルギーに直接さらされるすべてのアイテムは、エネルギーを継続的に反射できるか、またはさらされる可能性のある熱に耐えることができなければならない。本願で説明されている実施形態の実施者は、いかなる方法でもオーブンから出て目に入る跳ね返り経路ができないように、狭帯域照射のいずれかの構成をレイアウトすることを常に意識しなければならない。通常、バッフルとシュラウド（覆い）、またはシュラウドの下または内側の曲がり角を効果的に使用して、コンベヤーの覆いを出る前に、エネルギーの集中を弱めたり、エネルギーの強度を安全なレベルにまで弱まるように、エネルギーの十分な跳ね返りを確実に行えるようにすることができる。いずれにせよ、エネルギーがオーブンから出る経路ができる前に、安全なレベルまでエネルギーを十分に吸収または拡散する必要がある。また、標識は、強力なＩＲ放射エネルギー ベースのシステムで回避しなければならない固有の危険性を人やオペレータに警告するために適切に配置する必要がある。電気技師または技術者は、これらのシステムに、作業、トラブルシューティングまたはその他の方法で関わるときに危険な操作を実行しないように、これらの危険について警告されなければならない。少なくともひとつの形態では、制御システムは、（例えば、適切なセンサを通じて）人員が関心領域に入るか、または望ましくないエネルギーが封じ込められていないかを監視するように機能させることができる。
図１３の視線方向を示す図１２に示すように、図１３は、その長さに沿ったコンベヤの断面図である。これは、缶の閉じたドーム型の端を上にして、ベルト(112A)に載った缶(121)を示している。本願で説明されている実施形態によるこの乾燥ステーションでは、照射アレイが、照射ハウジング(130)内に配置され、その数は、特定の用途および速度に必要な総照射出力および局所照射出力の量に依存する。本願で説明されている実施形態の実施者は、使用されるアレイからの照射電力密度がどのようなものであるかをよく知り且つ理解しているはずである。古典的な計算と実用的な分析の両方を使用して、缶自体に吸収されるエネルギーとともに、缶の中/上に残る、塗料、インクまたは水の温度を上げるために必要なエネルギーのジュール数を決定できる。
すでに示したように、場合によっては望ましいこともあるが、缶と残り水の温度を華氏２１２度の沸点よりも高くすることは一般的には推奨されない。温度が上昇すると水の蒸発傾向が高まり、水の蒸発傾向は蒸発した水を運び去ることができる空気の流れによってさらに改善される。必要なだけの数のハウジング(130)をコンベヤの幅と長さで配置して、適時に乾燥操作を行うのに十分な速さで熱を上昇させるのに必要な量のエネルギーを提供するようにできる。利用可能な標準的な狭帯域レーザー アレイのひとつのタイプは、３００ワットをやや超える放射光子エネルギーを出すことができる。130のようなハウジングの長さに沿って互いに端から端までそのようなアレイを配置することは、ベルト(112)の幅を横切る連続的な照射出力を可能にする。出力パターンを十分に理解して、ターゲットである缶の位置で比較的均一なエネルギー場を提供するようにアレイまたは個々のデバイスを配置できるようにする必要がある。細心の技術的な注意を払って、(130)のようなハウジングに配置されたこれらバンクをコンベア(111)の長さに沿って十分に配置することで、ほぼすべての乾燥用途に優れた一貫性のある出力密度で十分な照射出力を提供できる。
アレイ(141)の面は、メッシュベルトを介して、壁がまだ真っ直ぐな缶(121)の開口端の中に向かって、上を向いている。照射(151)は、バッフル反射器(132)によって大まかに反射誘導され、エネルギーがターゲットに向かう。レンズ、マイクロ レンズ アレイまたはディフューザーを選択して使用し、それに応じてビームを広げたり狭めたりして、エネルギが缶へ最良の状態で入るようにできる。特に乾燥操作の初期段階では、液体の水が缶から滴り落ちる可能性があるため、光学的に透明な窓(133)を配置して、直接滴る水からアレイを保護することができる。窓は、少なくともひとつの形態で、少なくとも乾燥プロセスで適用される波長および／または波長範囲で光学的に透明または透過性である。保護窓(133)は、屋根のように水の流出を促進するために、わずかな角度を付けて取り付けるのが最適である。保護窓(133)は、反射構造(132)と遭う場所で適切に密閉して、水や液体の湿気が密閉されたチャンバーに入らないようにするべきである。保護窓には、適用された波長または波長帯域で機能する反射防止コーティングを施すこともできる。液体の水は、重力によって133の斜面を下って排水トラフまたはガター(134)に運ばれる。排水トラフまたはガターは、保護窓の端またはその近くに適切に配置して液体の水を運び去ることができるようにする。いずれにせよ、アレイが保護され、損傷を受けにくく、ベルトや缶の内側から落下する傾向がある水やその他のランダムな汚染物質にさらされないように、システムを配置することが賢明である。
基本的な狭帯域デバイスは、最も一般的にはレーザー ダイオードである。一般に、数十から数百のデバイス(141)からアレイに組み立てられる。その効率は、実際のところ、変わり得り、多くの要因に応じて、通常は２０％～６５％の「ウォール プラグ効率」である。実装のために選択される波長は効率の最大の要因であるが、選択されたデバイスのスタイルも決定要因である。レーザーの出力ファセットから光または光子エネルギーとして出てこない入力ＤＣ電気エネルギーは熱に変わり、デバイス、ひいてはアレイ全体を温める。効率と全体的な堅牢性を兼ね備えた最高のデバイスのひとつは面発光デバイスである。具体的に、SE-DFBデバイスは堅牢な性能であることが証明されているが、優れたコスト効率と実用性のために理想的な駆動電圧で連続実行できる。
レーザー ダイオード アレイ内の過剰な熱エネルギーを除去する必要がある。典型的な高負荷サイクルの産業用アプリケーションでは、半導体デバイスを温度スイート スポットに保つために、水冷または冷媒ベースのチラー冷却のいずれかをするのが望ましい。より冷たいほど、より長く持続するほど、より高い出力になる。他の理由で損傷するかもしれないほどに、冷たすぎるか、結露が発生しやすい場合には、冷やすことができない。一般的に言えば、半導体レーザーアレイは、寿命を延ばすために通常の室温以下に保つべきである。冷却管および電線(131)は、ハウジング(130)を通過し、その中のアレイのそれぞれに接続される。産業用アプリケーションでは、さまざまな種類の冷却を採用できる。熱交換器から冷媒ベースのチラーまで、さまざまな冷却または冷却技術を採用できる。涼しい季節の気温を利用する屋上ユニットは、効果的な冷却のために追加の効果を奏する。冷却塔、地熱システムまたは大量の水設備も、適切に設計されていれば、非常に効果的に使用できる。
図１３の139に示すファンと送風機は、効果的な乾燥に十分な空気の流れを提供するために、必要に応じて実装すべきである。ベルト(112A)の直下でラメラ空気流を使用して、照射アレイ保護ガラス(133)とベルト(112A)の底部との間の空隙を連続的に変えることができる。少なくともひとつの形態では、より効率的に水蒸気を除去するために、より高速の空気流を缶の口に向けることができる。本願で説明されている実施形態の実施者は、効果的な乾燥のために照射を補強するのに十分な空気流を提供するように注意しなければならないが、缶(121)をベルト(112A)から持ち上げる傾向があるほどの多くの流れまたは空気圧を与えないように注意しなければならない。少し実験するだけで、アルミニウムを焼き鈍して弱体化させるような温度状況にある時間を作ることなく、非常に速い乾燥を提供する適切な実装を達成することができる。
また、アレイを低温に保つために熱交換ブロワーを使用すると、二つの目的を兼ねた機能性を得ること、および効率を向上させること、もできる。熱交換器やチラーから出る空気は、すでに少し暖められているが、缶から浸る水蒸気を含んだ空気の除去を助けるために、空気が缶の開口端を通過するように案内して加速させるという利点として効力を生じる。
さらに、このシステムは、缶のドーム（逆さになっている）に溜まる可能性のある水を吹き飛ばしたり乾燥させたりするための追加の送風機を備えていてもよいことを理解されたい。送風機は、乾燥プロセスの前または最中に機能させることができる。
図１０を参照すると、この例示的な実施形態ではピンチェーンコンベヤが示されているが、他のタイプのコンベヤ、例えば、真空コンベヤまたはベルトコンベヤなども実装できることを、理解されるべきである。ピン チェーン コンベヤは、リンク ベルト(162A)と共に拡大されて図１０に示されている。なお、拡大図は、概念を明確にするために示されている。スプロケットのアレイは単一平面に配置されるが、各スプロケット間の直線部分が８～１５フィートになるように、リンク ベルトがジグザグにオーブンを通って移動するようになっている。ジグザグまたは蛇行の目的は、インクを塗ったばかりの缶がオーブンで過ごす時間を延長することである。リンクベルトの蛇行した平面は、高速走行中に缶がピンに留まるのを重力が助けるように、やや後ろに傾いている。インクは湿っているので、湿ったインクを汚してしまうから、缶の円筒形の外周に何も触れないようにすることが重要である。ベルトの接合部ごとのヒンジピンの長さ延長部分で形成されるピン(161)は、設計上、缶の深さよりもいくらか長い。このようにして、缶をオーブン内で効果的に乾燥できるように、相互に離し、リンクベルトから離し、それらの間にスペースを保持する。図１０は、ピン チェーン オーブンを通過する際に缶がピンによってどのように支えられるかを示している。
缶にはある程度の自由度がある。例えば、缶122Aは、それが載っているピン(161)に対して単に完全に中心にあるにすぎない。スプロケットのひとつの周りでベルトが振動するときに発生する押し合い、重力または求心力のために、缶がその位置にたどり着くことがある。しかし、より一般的には、コンベアの現在の曲がりくねって進む方向(164)が重力に逆らっている場合、122Bのような位置に落ち着くが、同じ缶が衝突して、たとえば122Cのような位置に再配置される場合もある。缶はピンの上でわずかに動くが、インクがにじまないように互いに離して保持される。本願で説明されている実施形態は、現在のものと類似または同一でさえあるピンチェーン構成で実施することができる。たとえば、図６を参照すると、ピンチェーンコンベア／オーブンまたはデコオーブン(例: デコオーブン (624)) (および/または、場合によって、ベースコーターオーブン(618))は、本願で説明されている実施形態による適切な構成で、交換、補足または増強することができる。これに関しては、例えば、図９は、キュアリングステーションまたは照射ステーションと、マルチリンクコンベア(162B)の図におけるのと同様のピン(161)の長軸に沿った図を示す。図９は、アレイアセンブリハウジング(143)を通過する缶(122)を示す。アレイ(143)に最も近くに面し、または直交する缶の部分に、ほぼ直交するアレイで照射できるようにする。少なくともひとつの形式で、照射の一部は、システム内のボトムコーターによって塗布されることがあるボトム塗料をキュアリングするように狙って向けられてもよい（例えば、図６を参照）。図９に戻ると、エンコーダ(162)がコンベアの進行状況を追跡する。制御システムはアレイ(142)へのＤＣ電気をオン（入り）にして、アレイに最も近い缶の周囲に向かって強力な狭帯域照射を送ることができる。インクは非常に薄いので、エネルギーはインクを透過するが、エネルギーの一部はすぐにインクに直接吸収される。吸収されずに移動する多くの光子エネルギーは、インクの下の基板であるアルミニウム缶体(122)に衝突する。アルミニウム缶体に衝突すると、光子エネルギーの一部がアルミニウムに置かれ、その後、ほとんどのエネルギーが反射される。単純な平らな反射面からの通常の反射では、入射角は反射角に等しくなる。これは各微小位置について当てはまるが、光子の束にはビーム幅がある。そのため、曲面に当たると、エネルギーは全部そろっていない曲がった広がりで反射される。エンジニアリング上の課題は、反射されたエネルギーを無駄にせず、ミラーまたはある種の反射デバイスを配置してそれを缶に戻すことである。問題は、平面ミラーには入射角と反射角が等しいという特性があることである。ミラーが缶の表面に向かって申し分のない角度を付けられていない限り、エネルギーは望ましくない一連の角度で反射し、そのほとんどが缶から完全に逸れてしまう可能性が高い。最初のはね返りで必要な場所に反射させたとしても、次のはね返りでランダムな方向に向かってしまう可能性がある。これをよりうまく構成する方法がある。図９で光線153を缶の衝突点までたどると、光線154としてはね返る。本願で説明されている実施形態に関連して、異なるタイプのミラーまたは光学装置を実装することができるが（少なくともいくつかは、言及したような課題を伴う）、コーナー キューブ反射シート(171)を実装すると、光線155を反射して、最初の反射が発生した缶体の表面の場所のすぐ近くまでまっすぐ戻るように機能する。すなわち、コーナーキューブ反射材またはシートを、缶の外面から反射された照射が、続いてコーナーキューブ反射材で反射して、照射が最初に反射した場所に近い缶の外面上の位置に実質的に戻るようにする戦略的に配置する。
このプロセスは、エネルギーが尽きるまで何度も繰り返される。光子エネルギーがインクを通過して、アルミニウムで反射し、再びインクを通過するたびに、インクの温度が上昇する。コーナーキューブ反射シート材を、反射が来ると予想される方向に対してできるだけ直交するように配置すると、このエネルギー利用を大幅に改善することができる。もうひとつの例は、光線156である。光線156は、缶からの最初の跳ね返りから戻り、アレイ自体の何かで奇妙な角度で反射する。そして、光線157が作成される。光線157は缶の表面に衝突し、158として反射する。コーナー キューブ反射シート(171)を適切に配置すると、光線159が再び缶体に戻る。この同じタイプの最適化の他のいくつかの例を図９に示す。
図１１は、経路に沿って缶を狙っている複数のキュアリングステーションまたは照射ステーションの俯瞰図である。さまざまな角度で缶に照射(152)が投影されていることがわかる。複数の照射ステーションの通過で、最終的に、缶のすべての表面に直接光子放射エネルギーが当たる。照射ハウジング(143)は、コンベアに沿って様々な角度で配置され、直接放射エネルギーが缶(122)の正しい位置に影響を与えるようにする。本願で説明されている実施形態の実装者は、コーナー キューブ反射シート(171)のために各アレイの周囲により多くのスペースがあるようにアレイを広げることができる。または、異なるステーションでの放射エネルギー線量間で実際に発生する温度損失を減らすことができるようにアレイをより近くに配置することができる。特定のジオメトリとアプリケーション環境を考慮して実験する必要のあるエンジニアリング上のトレードオフがある。例えば、コーナーキューブ反射材またはコーナーキューブ反射アレイのシートは、アレイ間に、缶の外面の接線に実質的に直交し、各キュアリングステーションまたは照射ステーションに対して、戦略的に、配置することができる。述べたように、複数の照射ステーションは、少なくともいくつかの形態では、各缶の全表面または全周または円周の周りのインクまたは塗料をキュアリングするように設計された様々な角度でアレイが配置されるように構成される。
図１４は、バキューム フラット ベルト コンベヤ(183)に徐々に近づいているピン チェーン コンベヤを示している。コンベヤ(183)は、真空ベルト(182)の表面の平面に対して、ピン チェーン コンベヤー上の缶の上部の平面の間に角度(186)を持っている。緩やかなアプローチアングルを作ることで、真空ベルト(182)の平坦な表面に沿って缶(122)の非常に安定した平坦な流れを作り出すことができる。これは缶の安定性を高めるために使用でき、オプションで図９および図１１に示す構成と組み合わせて使用できる。真空プレナム(plenum)(185)は、真空コンベアベルトに缶の底面（開いた缶がテーブルの上に置かれる平面）をしっかりと引っ張るために、真空ベルト(182)の真空穴を通して空気を引き込む。
本願で説明されている実施形態の少なくともいくつかでは、システムには、キュアリングプロセス中の望ましくない揮発性有機化合物(ＶＯＣ)の放出に対処するために、加熱システム/サブシステムおよび適切な分解システム/サブシステムが備わっている。この点について、望ましくないＶＯＣは、缶内側の塗料のキュアリングプロセス中に、または容器の外側のインクのキュアリングプロセス中にも、生成、放出されることがある。したがって、ここで説明する実施形態によれば、触媒酸化システムなどを含む触媒分解システム、および／または、望ましくないＶＯＣやその他のキュアリングに伴うアウトガスを破壊または燃やしきるための、熱焼却炉、酸化装置またはアフターバーナーなどを含む熱分解システムなどの分解システム/サブシステムにＶＯＣが到達するまでに生じるかもしれないＶＯＣの望ましくない集積、例えば、望ましくない方法および/または望ましくない場所でＶＯＣが被覆すること、を防止するために、ＶＯＣの閾値温度を維持するように、キュアリングプロセスにおいて加熱システム/サブシステムに換気構成を備える。缶の内部のキュアリングなどの実施形態の少なくともひとつの形態において、その閾値温度は、本願で企図される缶の内部キュアリングプロセス中に生成されるＶＯＣが典型的にはそのような閾値未満の温度で凝縮する限りにおいて、少なくとも華氏約２９０度である。もちろん、閾値温度は、用途や、実際に生成されるＶＯＣの種類によって異なる。閾値温度は、ＶＯＣをその領域から運び去るか除去するために、および、ほとんどの場合、分解するために、求められる。たとえば、缶の外側に塗布されたインクは、キュアリング中に生成するさまざまな ＯＣまたは蒸気状生成物(vaporous products)を含む場合がある。
缶の内側をキュアリングさせるために、加熱コイルなどの適切な加熱システムまたはサブシステムが、通気管を加熱するために、たとえば、図７の、触媒コンバーターステーションに輸送されるまでのＶＯＣの温度を十分な高さに維持するために、備えられる。より具体的には、特に図７を参照すると、真空ポートまたは通気管７５は、少なくともいくつかの実施形態では、加熱コイル310などの加熱装置を備えることができ、ＶＯＣやその他の生成化合物を含む蒸気がキュアリングプロセスから引き出される間中、真空ポート内の温度が低くとも閾値温度に維持される。通気管75は、キュアリングプロセスから望ましくない蒸気を引き離すという目的を達成するために、様々な構成のいずれかを取ることができる。さらに、通気管75は、少なくともいくつかの実施形態では、加熱コイル310などの加熱装置を含むものとして示されているが、加熱コイル310および通気管75と関連する加熱コイルの実装は、様々な形態をとることができる。例えば、加熱コイル310は、通気管の通路内に配置するか、または通気管の外側に配置する（例えば、巻き付ける）ことができる。別の代替手段として、通気管は、図７（断面 A-A）に例として示すように、加熱コイルが複数層の間に配置された多層構成とすることができる。断熱された外層を設けて、失われる熱を減らし、管の内壁を最低閾値温度以上に維持するためのコストを削減することができる。さらに、加熱コイルを補助しまたは加熱コイルと置き換えて、他の適切な加熱機構を実装することができる。
認識すべきことはＶＯＣおよび他の生成化合物を含む、キュアリングプロセス中に放出される蒸気は、通気管75を通って触媒分解システムまたはユニットまたは熱分解システムまたはユニット350に運ばれ、分解、排出、または除去されるということである。この構造は、図７に代表的に示される。しかしながら、キュアリングステーションから延びる通気管75のネットワークまたはシステムは、本明細書を読めば当業者において明らかとなる様々な適切な方法のいずれかでも実施することができる。また、熱分解または触媒分解ユニット350は、様々な形態をとることができることを理解されたい。上述のように、分解ユニットは、例えば、触媒酸化システムなどの触媒分解システムの形態をとることができる。分解ユニットは、また、例えば、熱焼却炉、酸化装置またはアフターバーナーなどの熱分解システムの形態をとることもできる。
同様に、図８に関連して説明した缶の内側キュアリングの実施形態も、キュアリングプロセス中の望ましくないＶＯＣ放出に対処するためのシステムで補うことができる。これに関して、図８を参照すると、換気ユニット320を、ＶＯＣおよび他の生成化合物を含む蒸気を熱分解または触媒分解ユニット350に運ぶように配置することができる。換気ユニット320は、その機能を実現するために、様々な形態をとることができ、様々な異なる位置（例えば、容器22の上部付近）に配置することができる。また、換気ユニット320から分解ユニット350まで蒸気を運ぶために、適切な通気管375（加熱コイルなどの加熱機構を備えた通気管を含む）も実装され得る。いくつかの形態では、通気管375は、図７の通気管75と同様に、要素240に（換気ユニット320の代わりに、またはその補助として）直接接続される。図７の通気管および分解ユニットと同様に、これらの構成要素は、上述のものおよび他のものを含む様々な形態をとり得る。
表面のインクをキュアリングさせるために、十分に加熱されたＶＯＣを触媒コンバーターステーションに運ぶために、エアフローシステムに適切な加熱換気を備えることができる。より具体的には、ここで図９と１１を参照すると、代表的に図示された換気ユニット330などの適切な換気システムを設けて、望ましくないＶＯＣを運び去り、除去することができる。この点について、適切な加熱機能（加熱コイル310など）を備えた換気チューブまたはポート375（図７の通気管75など）をＶＯＣおよび他の生成化合物を含む蒸気をキュアリングオーブンから除き、処理および／または除去のための触媒分解または熱分解システムまたはユニット350に運ぶために、実装することができる。
これに関して、換気ユニット330は、図９または１１のキュアリングステーションの外側、上方、または横に配置することができる。換気ユニット330は、また、必要に応じて、反射アレイ内または反射アレイ間に配置することができる。代替または補助として、適切な換気条件で、通気管を、蒸気を受け取って分解ユニット350に運ぶために、（換気ユニット330の有無にかかわらず）様々な場所に配置することができる。
ＶＯＣおよびその他の望ましくない蒸気または放出生成物の問題は、当業者には明らかなさまざまな方法で対処できることを理解されたい。ここで考えられる構成は単なる例示である。本開示および提示された課題を読むと、当業者は、本願で説明されている実施形態の範囲内に入る他のアプローチを十分に考案することができる。
これらの狭帯域照射技術をＩＢＯ、ピンチェーン オーブン、および乾燥オーブン (および、いくつかの例では、ベースコーター オーブン) に実装すると、缶製造工場内のすべてのオーブン加熱作業を実行することにより、缶工場全体ではるかに効率的な加熱シナリオを実現できるだけではなく、すべての炭化水素、亜酸化窒素、およびＣＯ２を排除すると同時に、缶工場内で何度も発生する焼き鈍しおよび弱体化を起こす加熱×時間のシナリオも排除することができる。運用上の問題を減らし、アップタイムの割合を高めることができる。本願で説明されている実施形態による高速の狭帯域オーブンの実装によって、より良い缶製造を提供するために本願で説明されている実施形態をさらなる最適化のできる方法が、理解されるであろう。また、飲料シェル内のコンパウンドの乾燥/キュアリングなど、缶または容器の製造の他の面にどのように拡張できるかについても理解できる。インクを塗ったばかりの装飾シートを乾燥させて、食品缶工場の小窓オーブン(wicket oven)を交換または更新するのに非常に効果的に使用できる。その利点は多く、本願で説明されている実施形態の用途は、ここで説明されているよりもはるかに広い。
例えば、狭帯域赤外線キュアリングの本願で説明されている実施形態をどのように実施するかに関してここで教示される概念は、特定の用途および生産のニーズに合わせて本願で説明されている実施形態を構成したい人を助けることを意図している。これらの例は、与えられた特定の例をはるかに超えて、本願で説明されている実施形態を実施する多くの異なる方法がどのように存在するかを示す。それぞれの技術に熟練した個人またはチームは、新しい概念を拡張して、独自のアプリケーション要件を満たすことができる。
Claims (20)
- 第一ステーション、第二ステーションおよび第三ステーションを含み、
第一ステーションは、集合搬送用コンベアのメッシュベルトまたはオープンスペースベルトを通して缶を照射および乾燥させるようにまたは直列搬送用コンベヤの選択要素を介して個々の缶を個別に照射および乾燥させるように、配置された半導体ベースの狭帯域照射装置の第一アレイを含み、且つ第一ステーションは缶を６０秒間未満で乾燥できるように構成されており、
第二ステーションは、コンベア上を搬送される缶の外側に塗布されたインクを照射およびキュアリングするように配置された半導体ベースの狭帯域照射装置の第二アレイを含み、且つ第二ステーションは２０秒間未満でインクをキュアリングできるように構成されており、
第三ステーションは、キュアリングゾーンに移動してきた各缶の内側表面を個別に電気的に加熱するように配置された半導体ベースの狭帯域照射装置の第三アレイを含み、缶の開口端の外側に配置された光学要素を使用して、直列に連なる缶の各缶の内面の塗料が、缶の焼き戻し若しくは焼き鈍しを防止する２０秒間未満で、塗料のリンキングキュアリングプロセスが進行する臨界温度に到達できるように構成されている、
缶を洗浄し、装飾しおよび／または缶の内面に塗料を吹き付る、缶の製造で使用するためのシステム。 - 前記第一ステーションが、５０秒間未満、４０秒間未満、３０秒間未満、または２０秒間未満で、缶を乾燥できるように構成されている、請求項１に記載のシステム。
- 前記第二ステーションが、１５秒間未満、１０秒間未満、または５秒間未満のいずれかで、インクをキュアリングできるように構成されている、請求項１に記載のシステム。
- 前記第三ステーションの少なくとも一つが、１０秒間未満、５秒間未満、または２秒間未満のいずれかで、塗料のリンキング若しくはクロスリンキングを進行させる臨界温度に、缶を加熱できるように構成されており、且つ塗料は狭帯域キュアリングに最適化されている、請求項１に記載のシステム。
- ６０秒間未満で缶を乾燥させる第一ステーションおよび２０秒間未満でインクをキュアリングする第二ステーションの少なくともひとつは、缶に焼き戻しまたは焼き鈍しが発生するのを防ぐように構成されている、請求項１に記載のシステム。
- 第一ステーションにある半導体ベースの狭帯域照射装置の第一アレイを使用して、集合搬送用コンベヤーのメッシュベルトまたはオープンスペースベルトを通して缶を照射および乾燥させること、または直列搬送用コンベア上の選択要素を介して個々の缶を個別に照射および乾燥させること、
インクデコレータの後に配置された第二ステーションにある半導体ベースの狭帯域照射装置の第二アレイを使用して、コンベア上を搬送される缶の外側に塗布されたインクを照射及びキュアリングすること、および
第三ステーションにある半導体ベースの狭帯域照射装置の第三アレイを使用して、キュアリングゾーンに移動してきた各缶の内側表面を、缶の開口端の外側に配置された光学要素を使用して、個別に電気的に加熱して、直列に連なる生産缶の各缶の内面の塗料を、塗料にリンキングキュアリングプロセスが生じる臨界温度に到達させること、を含み、
これら３つのステーションのそれぞれが、缶に焼き戻しまたは焼き鈍しが発生するのを防ぐ２０秒缶未満で乾燥またはキュアリングする機能を実行する、
缶を洗浄し、装飾しおよび／または缶の内面に塗料を吹き付ける、缶の製造に使用するための方法。 - インクのキュアリングが、１５秒間未満、１０秒間未満、または５秒間未満で生じる、請求項６に記載の方法。
- 内面の塗料が、１０秒間未満、５秒間未満、または２秒間未満のいずれかで、リンキングまたはクロスリンキングを進行させる臨界温度に到達する、請求項６に記載の方法。
- 第一ステーションを含み、
第一ステーションは、集合搬送用コンベアのメッシュベルトまたはオープンスペースベルトを通して缶を照射および乾燥させるように配置された半導体ベースの狭帯域照射装置の第一アレイを含み、
第一アレイは、ハウジング内で且つ缶の内側に面するように配置され、
ハウジングは、湿気がアレイハウジングに入るのを防ぐために密閉して配置された保護窓を有し、
保護窓は、適用される波長で光学的に透明であり、
第一アレイには、照射を缶に向けて誘導するための反射バッフルまたは照射のビームを選択的に広げたり狭めたりするための光学要素の少なくともひとつが設けられており、
照射がシステムから出ないように構成されている、
缶を洗浄し、装飾しおよび／または缶の内面に塗料を吹き付ける、缶の製造で使用するためのシステム。 - 保護窓は、保護窓の端の近くに配置されたトラフまたはガターに向かって水の流出を促進する角度で取り付けられているか、または適用される狭い波長帯域で機能する反射防止コーティングが施されているかの少なくともひとつである、請求項９に記載のシステム。
- より効率的に水蒸気を除去するために、缶の口に高速の空気流を提供するファンまたは送風機の少なくともひとつをさらに含む、請求項９に記載のシステム。
- 第二ステーションをさらに含み、
第二ステーションは、缶の開口端の外側に配置された光学要素を使用して、キュアリングゾーンに移動してきた各缶の内側表面を個別に電気的に加熱して、直列に連なる生産缶の各缶の内面の塗料が、缶に焼き戻しまたは焼き鈍しが発生するのを防ぐ２０秒間未満で、塗料のリンキングキュアリングプロセスを進行させる臨界温度に達するように、配置された半導体ベースの狭帯域照射装置の第二アレイを有する、
請求項９に記載のシステム。 - 第一ステーション、第二ステーション、およびコーナー キューブ反射材を含み、
第一ステーションは、ピンチェーンで輸送される缶の外面に塗布されたインクを照射およびキュアリングするように配置された半導体ベースの狭帯域照射装置の第一アレイを含み、第一アレイはピンチェーンに沿って配置され、近づいてくる缶の外面を第一角度で照射できるように構成され、
第二ステーションは、ピンチェーンで輸送される缶の外面に塗布されたインクを照射およびキュアリングするように配置された半導体ベースの狭帯域照射装置の第二アレイを含み、第二アレイはピン チェーンに沿って配置され、近づいてくる缶の外面を第一角度とは異なる角度の第二角度で照射できるように構成され、
コーナー キューブ反射材は、各ステーションに対して、アレイ間に、缶の外面の接線に実質的に直交し、缶の外面から反射された照射が、続いてコーナーキューブ反射材で反射して、照射が最初に反射した場所に近い缶の外面上の位置に実質的に戻るようにする戦略で配置されている、
缶を洗浄し、装飾しおよび／または缶の内面に塗料を吹き付ける、缶の製造で使用するためのシステム。 - 第三ステーションをさらに含み、
第三ステーションは、缶の開口端の外側に配置された光学要素を使用して、キュアリングゾーンに移動してきた各缶の内側表面を個別に電気的に加熱するように配置された半導体ベースの狭帯域照射装置の第三アレイを有し、直列に連なる生産缶の各缶の内面の塗料が、缶に焼き戻しまたは焼き鈍しが発生するのを防ぐ２０秒間未満で塗料のリンキングキュアリングプロセスを進行させる臨界温度に到達できるように構成されている、
請求項１３に記載のシステム。 - 複数の追加ステーションをさらに含み、
複数の追加ステーションは、缶の外面に塗布されたインクを照射およびキュアリングするための半導体ベースの照射装置のアレイを含み、
各アレイは、複数のステーションの組み合わせが各缶の外面全体にあるインクを照射するようにする戦略の角度で配置されている。
請求項１３に記載のシステム。 - 第一ステーションおよび第二ステーションから熱分解または触媒分解ユニットに、少なくとも揮発性有機化合物を含む蒸気を、運ぶための換気システムをさらに含み、
換気システムは、蒸気を低くても閾値温度に維持できるように構成されている、
請求項１３に記載のシステム。 - 乾燥ステーションをさらに含み、
乾燥ステーションは、集合搬送用コンベアのメッシュベルトまたはオープンスペースベルトを通して缶を照射および乾燥させるように若しくは直列搬送用コンベアの選択要素を介して個々の缶を個別に照射および乾燥させるように配置された半導体ベースの狭帯域照射装置の少なくともひとつのアレイを含み、
乾燥ステーションは、缶を２０秒間未満で乾燥できるように構成されている。
請求項１３に記載のシステム。 - 缶ハンドリングシステム、半導体ベースの狭帯域照射装置のアレイおよび換気システムを含み、
缶ハンドリングシステムは、生産缶を少なくともひとつのキュアリングゾーンに順次に移動させるように構成されており、
半導体ベースの狭帯域照射装置のアレイは、キュアリングゾーンに移動してきた各缶の内側表面を缶の開口端の外側に配置された光学要素を使用して、個別に電気的に加熱するように配置されており、直列に連なる生産缶の各缶の内面の塗料が、缶に焼き戻しまたは焼き鈍しが発生するのを防ぐ２０秒間未満で、塗料のリンキングキュアリングプロセスを進行させる臨界温度に到達できるように構成されており、
換気システムは、少なくとも揮発性有機化合物を含む蒸気を熱分解または触媒分解ユニットに運び、蒸気を低くても閾値温度に維持できるように構成されている、
缶内面に塗料を吹き付け、缶内側の塗料をキュアリングする、缶の製造に使用するためのシステム。 - 缶ハンドリングシステム、広帯域赤外線源および換気システムを含み、
缶ハンドリングシステムは、生産缶を少なくともひとつのキュアリングゾーンに順次に移動させるように構成されており、
広帯域赤外線源は、キュアリングゾーンに移動してきた各缶の内側表面を、缶の内面の上部側壁に照射を向けるように配置された光学要素を使用して、個別に電気的に加熱するように配置されており、缶体に弱体化、焼き戻しまたは焼き鈍しが発生するのを防ぐ２０秒間未満で、直列に連なる製造缶の各缶の内面の塗料が、塗料のリンキングキュアリングプロセスを進行させる臨界温度に到達できるように構成されており、
換気システムは、少なくとも揮発性有機化合物を含む蒸気を熱分解または触媒分解ユニットに運び、蒸気および蒸気中のアウトガス化合物を低くても閾値温度に維持できるように構成されている、
缶内面に塗料を吹き付け、缶内側の塗料をキュアリングする、缶の製造に使用するためのシステム。 - 第一ステーションおよび第二ステーションを含み、
第一ステーションは、ピンチェーンコンベヤ上を搬送される缶の外側に塗布されたインクを照射およびキュアリングするように配置された半導体ベースの狭帯域照射装置の複数のアレイを含み、第１ステーションのアレイは、インクを２０秒間未満でキュアリングできるように構成されており、
第二ステーションは、キュアリングゾーンに移動してきた各缶の内面を缶の開口端の外側に配置された光学要素を使用して個別に電気的に加熱するように配置された半導体ベースの狭帯域照射装置の複数のアレイからなる第二構成を含み、直列に連なる生産缶の各缶の内面の塗料が、缶に焼き戻しまたは焼き鈍しが発生するのを防ぐ２０秒間未満で、塗料のリンキングキュアリングプロセスを進行させる臨界温度に到達できるように構成されている、
缶を洗浄し、装飾しおよび／または缶の内面に塗料を吹き付ける、缶の製造で使用するためのシステム。
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