JP3810471B2 - 薄板の積層型のコアを用いた集中誘導加熱装置を備えている缶のコーティングおよび硬化システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属の対象物を誘導的に加熱（誘導加熱）するための方法および装置に関し、そして特に、硬化などの目的のために缶の側部の継ぎ目を誘導加熱するための方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
或る種の金属の缶の製造時に、金属シート（金属薄板）の一部分を或る大きさにカットしたものが円筒状に巻かれる。その金属シートの合わせ目の２つのエッジ間の接合部が溶接され、溶接された継ぎ目、すなわち、側部の継ぎ目を生成する。金属シートの内面は製造者からあらかじめコートされて入って来るが、溶接のプロセスによってこの側部の継ぎ目の近くのコーティングが焼け落ちる。したがって、溶接された金属から缶の内容物を保護するためには、溶接プロセスの後で側部の継ぎ目の内面コートが再度塗布されなければならない。
【０００３】
ここで参照によって組み込まれているマニュエルの米国特許第３，５２６，０２７号は、粉末のコーティング材料のストリップを溶接された継ぎ目の内側に塗布し、その狭い継ぎ目の領域を加熱してその粉末を溶かし、そして硬化することを示している。この発明ではストリップ・ガス・バーナーまたは、ＲＦまたはＨＦの誘導コイルのいずれかがこの目的のために使えるが、そのようなコイルに対する構造を示していない。他の同様な特定しない、異なる応用に対する缶の側部の継ぎ目の誘導加熱を示しているものとしてはヤスムロの米国特許第４，７８３，２３３号（１９８８）およびリブニッツの米国特許第４，７５９，９４６号（１９８８）があり、両方とも参照によってここに組み込まれている。また、ＰＣＴの国際公開Ｎｏ．ＷＯ ９３／２４２４２（１９９３年１２月９日）およびモーアの米国特許第３，７９４，８０２号も参照されたい。これらは両方とも参照によってここに組み込まれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、磁気誘導によって缶の側部の継ぎ目を加熱することは、缶の金属シートの構造のために一部困難である。高周波による誘導加熱は加熱が不均一になるという問題を生じ、それによって金属シートの加工物の各種の部分がそのコイルおよび他の要素に近接していることによって非常に違った温度に熱せられる。その結果、側部の継ぎ目の他の部分が所望の温度に加熱される前でも、局部的な過熱が簡単に発生する可能性がある。
【０００５】
従来の誘導加熱技法についての別の問題は、特に高い周波数において、その作業コイルの導体の外側の表面に沿って、そして作業コイルとの間を接続している導線の外側に沿って電流密度が高くなるために、過熱が発生し、水冷が必要となる。通常、実際には、これらの導体は中央を水が流れている銅のチューブを使って作られている。水冷のシステムは高価で大きくなる可能性があり、誘導加熱システムに必要なコスト、サイズおよび保守が実質的に増加する可能性がある。
【０００６】
前記のヤスムロの米国特許第４，７８３，２３３号においては、側部の継ぎ目は単巻の加熱コイルによって誘導的に加熱される。そのようなコイルは缶の製造ラインにおいて問題を生じる可能性がある。というのは、加工物の運搬システムの磁性体サイドガイドにおいて望ましくない誘導加熱電流が発生するからである。しかし、より狭いコイル、すなわち、運搬装置の中に誘導される電流が最小になるような形状およびサイズのコイルでは十分なエネルギーを加工物に十分迅速に集中することはできない可能性がある。この問題はそのコイルが厚く、そして狭い領域に閉じ込めるのが困難な銅のパイプから構成されている場合にはさらに悪化する。
【０００７】
他の種類の金属の対象物を高周波誘導によって加熱することは、例えば、ミラーに対する米国特許第４，３３９，６４５号、モーリスに対する米国特許第４，４８１，３９７号、ベッカートに対する米国特許第４，２９６，２９４号、ノザキに対する米国特許第４，８４９，５９８号、ハンセンに対する米国特許第５，３１３，０３７号、およびディオンに対する米国特許第５，１０１，０８６号の中で示されており、それらは参照によってここに組み込まれている。これらの文献の中で開示されているシステムのいくつかは缶の側部の継ぎ目を加熱するために使える可能性があるが、それらは最適ではない。特に、例えば、それらは非常に大型で膨大なものになる可能性があり、水冷を必要とするものであったり、フラックス・エネルギーを不必要に浪費するため非効率的であり、缶の側部の継ぎ目のような加工物の十分に狭い領域においてフラックス・エネルギーを集中するためには適用できない可能性がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
したがって、本発明の目的は上記の欠点のいくつか、あるいはすべてを克服する、缶の側部の継ぎ目の加熱装置を提供することである。
本発明にしたがって、概要を説明すると、缶の側部の継ぎ目はコア上に巻かれた非液体冷却の誘導コイルによって発生される中程度の周波数の振動磁界を通過することによって誘導加熱される。そのコアは２つの磁極を持っていて、缶が移動する径路に沿って移動する缶の側部の継ぎ目の中にコイルから集中される方法で磁束を向けるような形状および向きになっている。
【０００９】
中程度の周波数（ここでは、５００Ｈｚ〜５０ｋＨｚと定義される）の誘導加熱を使うことは缶および缶の端部を製造する際に望ましいことである。というのは、加工物の中に電流が誘導される深さは、各種の缶サイズおよび形状および壁の厚さ（制限範囲内）の装置の許容範囲を広くし、また、各種の異なる生産ラインのスピードが許される装置とするからである。しかし、そのような周波数および必要な電力レベルにおいて、標準の固体フェライト・コアはうまく使えない。そのようなコアはそれ自身が渦電流を発生し、その結果の熱によってそれらが崩壊してしまう可能性がある。一方、側部の継ぎ目上で粉末のコーティングを溶融させて硬化させるためにパンケーキ状または螺旋状のコイルを使うことは困難である。というのは、非常に短い時間内に非常に小さい空間の中に熱を向ける必要があるからである。
【００１０】
トランス（変圧器）の技術分野においては、コアを複数の別々に絶縁された向かい合わせの薄板によって作ることにより、トランスのコアの中の電流を制限することはよく知られている。例えば、ロードンの「実際的なトランスの設計ハンドブック（Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ Ｄｅｓｉｇｎ Ｈａｎｄｂｏｏｋ）」第２版（ＴＡＢ Ｂｏｏｋｓ，１９８９）を参照されたい。この本は参照によってここに組み込まれている。積層型のフラックス集中誘導加熱は鋼鉄の焼き戻しの応用においても使われてきている。ただし、これらはエンジンのクランク・シャフトおよびギアの歯の表面の焼き戻しなどの、一般に非常に高い温度（鋼鉄が熱せられて赤くまたは白く輝く）での応用である。しかし、そのような積層型のコアは缶の側部の継ぎ目上の粉末コーティングを溶融及び硬化するための、ここで説明されているような誘導加熱に対しては使われていなかった。本発明の一態様にしたがって、誘導加熱のコアはそれぞれ厚さが約０．００６インチ（約０．１５２ｍｍ）より薄い高周波のコア材料の個々の薄板を使って作られる。１つの実施例においては、その薄板の厚さは約０．００２〜０．００６インチ（約０．０５〜０．１５２ｍｍ）の間にある。その薄板は互いに個別に絶縁されていて、束ねられてＵ型またはＥ型のコアを形成し、フラックスを加工物に向けて放出する。
【００１１】
本発明の一態様においては、誘導コイルは銅の管状材料から作られる代わりに、リッツ線の形を使って作られており、そのコイルは水冷ではなく空冷である。約２０ｋＨｚまでの周波数が水冷でない環境において使われる。
【００１２】
１つの実施例においては、コアは複数のポール・ピース（極性部分）を備え、その各々がその装置を通って長さ方向に運ばれる一連の缶の移動の径路に向かって並べられている。誘導コイルは移動の径路に沿っての一連のポール・ピースが交互に反対の磁気極性を持つようにコア上に巻かれている。
【００１３】
この誘導加熱装置は側部の継ぎ目のコートを硬化するために、缶の製造ライン上で側部の継ぎ目の内面コート塗布装置の下流に配置することができる。また、この誘導加熱装置を使ってその誘導加熱装置の上流または下流に配置することができる、従来のオーブン（例えば、ガス・オーブン）を支援する温度ブーストを提供することができる。１つの実施例においては、この誘導加熱装置は側部の継ぎ目の内面コート塗布装置の下流、そして硬化用オーブンの上流、ただし側部の継ぎ目の内面コート塗布装置に十分近い場所に置かれる予備硬化ステージとして使われ、そのコーティングが適切な場所に固着するのに十分な程度に加熱して、硬化用オーブンに到達する前に継ぎ目から落ちないようにする。そのような予備硬化は少なくとも２つの利点を提供する。第１にライン・スピードが上昇し、コーティングが長い年月にわたって変化してくると、既存のオーブンによる硬化が臨界点に達する可能性がある。硬化の品質は既存のオーブンの前（または、既存のオーブンの後で次に缶を加熱する前）で缶を予備加熱することによって改善することができる。第２の利点は、それ以降の処理に先立って粉末コーティングを固着させることによって、全面的な硬化オーブンに入る前に缶をあまり注意して扱う必要がないことである。ここでも、缶は既に部分的に所望の温度にまで加熱されているので、既存のオーブンを使ってライン・スピードを速くすることが可能である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は缶製造の生産ラインの一部分を示している。図１に示されている部分の前に、金属シートの缶の未加工品（素材）が不図示の心棒（マンドレル）の回りに円筒状に形成される。そうすることによって、未加工品のエッジは互いに突き合わされて溶接される。そのようにして溶接された缶のボディは側部の継ぎ目の内面コート塗布装置１０２の中に運び込まれ、その中で液体または粉末のコーティング材料が缶の側部の継ぎ目に沿って缶のボディの内部に塗布される。１つの実施例においては、コーティング材料はラッカーであり、側部の継ぎ目の内側のラッカーのコーティングを硬化すなわち乾燥させる目的で溶剤または水を追い出すために熱が使われる。他の実施例においては、コーティング材料は粉末であり、その粉末は熱せられると溶けてそして硬化し側部の継ぎ目の内面に丈夫なコーティングを形成する。缶の側部の継ぎ目に対する適切な内面コーティング塗布装置の一例が、参照によってここに取り組み込まれているワイスの米国特許第４，７４９，５９３号の中で示されている。
【００１５】
缶のボディ１０は継ぎ目上のコーティング材料に対して熱が加えられる前にコンベア１０４によって運ばれて、側部の継ぎ目の内面コート塗布装置１０２から現われる。缶のボディ１０は図１の中では１つだけしか示されていないが、連続の缶製造プロセスにおいては、複数の缶が側部の継ぎ目の内面塗布装置から順次現われことは理解される。これらの缶のボディは長さ方向に並べられ（すなわち、缶のボディの円筒の中心軸が缶のボディの移動方向に実質的に並行しているように）、そして互いに端と端が突き合わされるか、あるいはほとんど突き合わされている。図１の中で１２として示されている側部の継ぎ目は各缶のボディ１０の上に長さ方向に向いており、時計の１２時の位置において缶のボディの最上部の缶の内側にある。
【００１６】
コンベア１０４はコンベア・ベルトあるいは、リニア・モータ、チェイン・コンベア、プッシャー、プラー、重力スライド、などの他の移送機構であってよい。ここで使われている「コンベア」という用語は、２つまたはそれ以上のコンベアが順次組み合わせられているものも含む。
【００１７】
コンベア１０４は缶のボディ１０を側部の継ぎ目コート塗布装置から、図１の中では生産ラインの中で予備硬化ステーションとして動作するように示されている誘導加熱システム１０６へ運び込まれる。誘導予備硬化システム１０６の後、コンベア１０４は缶１０を硬化用オーブン１０８の中に運び込む。このオーブンは従来のガス・オーブンであってよい。次に、コンベア１０４は缶１０をそれ以降の処理（図示せず）のために運搬する。ここで使われている用語として、側部の継ぎ目の内面コート塗布装置１０２は誘導予備硬化システム１０６の「上流」に配置されていると考えられる。というのは、缶のボディ１０は側部の継ぎ目の内面コート塗布装置１０２から誘導予備硬化システム１０６へ向かって流れるからである。同様に、硬化用オーブン１０８は誘導予備硬化システム１０６の「下流」にあると考えられる。というのは、缶は誘導予備硬化システム１０６から硬化用オーブン１０８へ向かって流れるからである。
【００１８】
側部の継ぎ目の内面コート塗布装置が缶のボディ１０の側部の継ぎ目の内面に対して粉末を塗布する場合、誘導予備硬化システム１０６を側部の継ぎ目の内面コート塗布装置１０２の出力に近接して配置することが望ましい。そうでない場合、粉末のコーティングはその継ぎ目に対して静電的に、そして或る程度溶接の熱によって保持されているだけなので、粉末の粒子のいくつかはその継ぎ目からコンベア１０４の上に脱落する。時間が経つと、この粉末は堆積する可能性があり、保守上で問題となる。誘導予備硬化システム１０６が側部の継ぎ目の内面コート塗布装置１０２に十分近い場所に置かれることによって、粉末のコート材料の緩んで落ちる量がほとんど問題にならない時期に粉末のコート材料が部分的に硬化され、この問題を回避することができる。例えば、８０ｍ／分のライン・スピードにおいて、誘導予備硬化システム１０６を側部の継ぎ目の内面コート塗布装置１０２の中の粉末の噴霧器から１フィート以内に置くことができる。
【００１９】
他の実施例においては、側部の継ぎ目のヒータを噴霧器のノズルの上流に取り付けることができる。これによって、缶が十分に加熱されて粉末が缶に対して十分に固着し易くなる。
【００２０】
誘導加熱システム１０６がそのような予備硬化の目的のために使われるかどうかにかかわらず、それは最終の硬化用オーブン１０８の前に温度を上昇させる。これによって、硬化用オーブン１０８における条件が緩和され、硬化用オーブンの長さをより短くして、あるいは少ないエネルギーを使ってできるようになる。この目的のために、誘導加熱システム１０６を缶１０の移動の径路に沿って硬化用オーブン１０８の上流または下流のいずれかに置くことができる。
【００２１】
また、誘導加熱システム１０６は十分長い時間にわたって側部の継ぎ目の温度を十分高い温度に上げるのに十分長く作られていた場合、全面的な硬化用オーブンとして使うこともできる。例えば、適切な量の電流を流す誘導コイルの適切な並びによって、５ｍの長さの誘導ヒータ１０６を５０フィート（１５．２４ｍ）の長さの従来のガス・オーブンの代わりに使って（適切なライン・スピードで）側部の継ぎ目を硬化することができる。
【００２２】
図２は図１の生産ラインで使うことができるような誘導加熱システム１０６の正面図である。図３は線３−３’に沿って取られた平面図であり、図４は線４−４’に沿って取られた底面図であり、そして図５は図２の中の線５−５’に沿って取られた端面図である。図２を参照して、この装置はコンベア１０４の上部に支柱２０４によって隔てられて支持されているボックス２０２を含んでいる。このボックス２０２は誘導加熱コイルに対するタンク回路のキャパシタ（図示せず）を含んでいる。そのキャパシタは大電流容量の配線の必要な長さを最小にするために、誘導加熱コイルにできるだけ近い位置になければならない。
【００２３】
ボックス２０２の上面にはボックス２０２の一端部において空気の強制取り入れ口２０６、およびボックス２０２の他の端部にある空気の強制取り出し口２０８がある。空気は図２の中で２１６としてシンボリックに示されているファンによって空気の取り入れ口２０６へ強制的に吹き込まれる。図３で分かるように、また、以下の説明で明らかになる理由のために、取り出し口２０８はほとんど覆われている。図２に戻って、コンベア１０４は矢印２１２によって示されている移動の径路に沿って缶１０を運ぶテーブル２１０の上に乗っている。缶はベルトの下にある永久磁石によってコンベア上に保持される。ボックス２０２の下側に取り付けられていて、缶がその装置の中を運ばれる時に缶の側部の継ぎ目のちょうど上にぶら下がっている囲い２１４があり、誘導コイルを備えている磁束のコンセントレータがその上に含まれている。
【００２４】
囲い２１４の構造は図５に詳しく示されている。これから分かるように、コンセントレータ５０２は非磁性体で電気的に非伝導の材料から構成されている２つの垂直の壁５０４および５０６の間に誘導加熱装置１０６のほとんどの長さに沿って長さ方向に配置されている。コンセントレータ５０２の下にあってコンセントレータの長さにわたって伸びている非磁性体の電気的に非伝導の薄いシート５０８がある。このシートは例えば、２２０℃定格のガラス・ファイバーの薄板から作ることができる。２つのＬ型のブラケット５１０および５１２がシート５０８の両側に取り付けられている。シート５０８およびＬ型のブラケット５１０および５１２によって形成される構造は、冷却空気の或る部分が空気の取り入れ口２０６からの対流径路を提供するために、壁５０４および５０６の下側の端部のやや下に離して置かれている。すなわち、取り入れ口２０６へ強制的に吹き込まれた冷却空気の一部分は囲い２１４へ進行し、そこでコンセントレータ５０２および誘導加熱コイル５１４の回りを循環してから、一方の側面は壁５０４とＬ型のブラケット５１０によって、そして他の側面は壁５０６とＬ型のブラケット５１２によって形成されている空気流調整板（バフル）を通って脱出する。ここで説明されている装置は液体によって冷却される必要はない。
【００２５】
この装置を通る空気の流れが一般的に図１２に示されている。これから分かるように、空気は取り入れ口２０６に入る。空気の一部は完全にボックス２０２の内部にとどまり、その長さを通過して出口２０８を通って出て行く。この空気の流れによってボックス２０２の中のキャパシタが冷却される。しかし、出口２０８を部分的に覆っているもの（図３参照）によって出口２０８を通って出て行く空気の流れの一部が制限される。しかし、空気の一部は強制的に囲い２１４の中に送り込まれる。空気はコンセントレータ５０２のポストの間を流れて、コイルと同様にコアを冷却する。別の実施例においては、空気をコンセントレータに沿って１つの端部から他の端部へ長さ方向に強制的に送ることができるが、これはコンセントレータの出口の端部に向かって冷却の効率を下げる。というのは、空気は既に入口の端部の近くで熱せられているからである。
【００２６】
また、カバー・シート５０８を含んでいる囲い２１４はコイル５１４の中の中程度の周波数の振動電流からのオペレータの保護を提供する。カバー・シート５０８はコンセントレータ５０２の下側の面と缶の側部の継ぎ目１２との間のギャップを最小にするために、薄いものが使われている。１つの実施例においては、このギャップの高さは２〜７ミリメートルに過ぎない。しかし、そのようなカバー・シートはシステムを正常に動作させるために不可欠なものではない。１０６のような誘導加熱システムにおいて、移動の径路に沿って異なる点において缶の側部の継ぎ目に結合する磁束をそれぞれ減らすか、あるいは増やすために、移動の径路の或る部分ではそのギャップを意図的により広くし、また他の部分では意図的に狭くすることができる。
【００２７】
図６は図５の中の磁束コンセントレータ５０２および誘導コイル５１４の、一部分がシンボリックに描かれた正面図である。図７は図６の線７−７’に沿って取られた図６の装置の底面図である。図６を参照して、磁束コンセントレータ５０２は、端部と端部とがつながった関係に置かれていて缶１０の進行する径路に沿って長さ方向に伸びている列を形成している、複数のＵ型のコア６０２を含んでいる。他の実施例においては、コンセントレータは同じ方法で端部と端部とが接するように置かれたＥ型のコアから作ることができる。さらに他の実施例においては、コンセントレータを１個のユニットとすることができる。２個以上のコアが端部と端部とを接して置かれている場合（そしてここで記述されている目的を達成するために巻線が巻かれている）は、同じ総合的な形状を持っている単独のコアと同じ機能を果たすので、ここで使われている用語「コア」はいくつかの部品から構成することができ、それらの部品のそれぞれもここで「コア」と呼ぶこととする。
【００２８】
Ｕ型のコア６０２の各々は複数の個々に電気的に絶縁された薄板８０２を使って作られており、その１つが図８に示されている。図８の線９−９’に沿って取られた端面図が図９に示されており、図８の線１０−１０’に沿って取られた底面図が図１０に示されている。６０Ｈｚのトランスのコアを形成するために使われる比較的厚い薄板とは違って、薄板８０２は極端に薄く、好適には、０．００６インチ（０．１５２ｍｍ）の厚さ以下であることが好ましい（図８の中で紙面に垂直な方向の寸法）。循環電流および自己加熱を阻止するために、薄板８０２は薄いほど良い。しかし、在庫があっていつでもすぐ買える市販の実用的な薄板としては、約０．００２〜０．００６インチ（約０．０５１〜０．１５２ｍｍ）の範囲の厚さが好まれる。好適には、薄板は薄板の平面（図８の中の紙面の平面）の内部で磁束のラインを最も良く導くような方向に向けられたグレインを持つ、グレイン指向の珪素鋼板から作られていることが好ましい。しかし、代わりに他の種類の材料、例えば、ニッケル−鉄合金などを使うことができる。１つの実施例においては、これらの薄板をニュージャーシー州のカムデンにあるマグネティック・メタルス・コーポレーション（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｍｅｔａｌｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から入手できる部品番号ＤＵ３７の薄板から作ることができる。そのような薄板は普通は高周波のトランスで使うために作られており、この図面の中で示されているものより脚の長いＵ字型の形状で供給される。また、それらは磁束のループを完成するために、コイルがポストに巻かれた後で薄板の開放端部に渡して取り付けられる別のピースを持つことが意図されている。しかし、図８、図９および図１０に示されている形状を達成するために、Ｕ型のポストを短くし、後者のピースを捨てることによって本発明の実施例において使うためにその部品が変更される。薄板は電気的に絶縁特性を持つコーティングによってあらかじめコートされている。
【００２９】
図６に再び戻って、薄板８０２は電気的に絶縁特性を持つコーティングが施されて供給される。これらの多数の薄板（２００個程度）があり、互いに面と面を接して隣接して重ねられ、幅が約１インチ（約２．５４ｃｍ）（図６の紙面に垂直の方向で測られた長さ）のコアを形成する。これは側部の継ぎ目が比較的広いものであっても各種の異なる種類の缶１０を扱うのに十分な幅である。薄板は、薄板の中の穴８０４および８０６を通してネジが設けられたステンレス鋼のロッドによって互いに連結することができる。（図８参照。）
【００３０】
Ｕ字状の積層型のコアは図６の中に示されている列に互いに隣接して置かれて磁束コンセントレータ５０２を形成する。それらにはコイルの線５１４が交互に反対方向に巻かれ、ポール・ピース（極部分）６０４が１つ置きに反対の磁極を持つように極性が決められる。（代わりに、ポール・ピース６０４の１つ置きのものだけがコイルの巻き線を受け、それらのすべてが同じ方向に巻かれている構成も可能である）。これによって磁束のループが生成される。すなわち、コイルの巻き線を流れる電流の与えられた方向に対して、１つおきのポール・ピースから流れ出る方向および、その間の各ポール・ピースに入る方向での流れによるループが生成される。与えられた電流の方向に対する磁束の流れが図６および図７の中の矢印６０６として示されている。電源６０８は交流電源であり、したがって、磁束のライン６０６が電源６０８の周波数で方向を逆転する。
【００３１】
図６から、磁束のライン６０６が缶のボディ１０の壁を、側部の継ぎ目１２の中およびその回りに集中するように通過する。磁束のライン６０６はここでは実質的に長さ方向であるとしている。というのは、ほとんどの部分に対し、それらは缶１０の長さ方向の寸法に対応して縦方向に向いているからである。図７に示されているように、磁束のライン６０６は缶１０の中心軸に対して正確には並行になっていない。というのは、コア６０２の幅が有限であることによる磁束のラインに及ぼされる曲げの効果があるからである。それにもかかわらず、それらは実質的に長さ方向であるとここでは考えられている。
【００３２】
図１３は側部の継ぎ目１２を時計の１２時の位置にして横向けに置かれている、缶のボディ１０の平面図である。電流ループ１３０２は缶のボディ１０がコイルおよび磁束コンセントレータ５０２の下を通過する時に、缶の中に誘導される電流ループをシンボリックに示している。加工物の中に誘導される渦電流は実質的にコイルの巻き線の形状を鏡に映したようなものとなることはよく知られている。したがって、コイルは多数の比較的小さな電流ループとして形成されていて、その下を缶が縦方向に通過するので、缶のボディ１０の中に誘導される渦電流は同様な形状で流れるが、図１３の中に示されているように反対方向の径路を形成する。
【００３３】
側部の継ぎ目の誘導加熱は加熱ゾーン１３０４において主として行なわれることが分かる。ここで渦電流は側部の継ぎ目１２を横断して流れる。これらの交差している加熱ゾーンは同時に数個ある。側部の継ぎ目のある程度の加熱は渦電流ループ１３０２の長さ方向の部分の中の渦電流の加熱効果による伝導によって生じ、そしてコンセントレータのポール・ピースの１つから次のポール・ピースへ電流を流すコイルの配線の部分における電流を鏡のように映した、缶のボディ１０の中の渦電流によって側部の継ぎ目１２にある程度の加熱が生じるが、側部の継ぎ目１２の加熱のほとんど大部分は領域１３０４において側部の継ぎ目に交差する方向に流れる渦電流によるものである。これらの交差の加熱領域は缶がコンセントレータ５０２の下を長さ方向に移動する時に缶のボディ１０の長さに沿って縦方向の掃引が行なわれる。さらに、コンセントレータ５０２は缶１０の長さに比較して長いので、側部の継ぎ目１２はコンセントレータの長さの範囲を缶が移動するにつれて何回も加熱領域のそのような掃引が行なわれる。これによってコーティングを溶融または乾燥させるのに効果的である均一の加熱が行なわれる。
【００３４】
コイル５１４はリッツ線に似た形の束線を使って巻かれる。詳しく言えば、個々にラッカーが塗られた（電気的に絶縁された）細い撚線（ストランド）が互いにねじられて（例えば、１００本）第１の撚って編んだ（ツイストされた）束が形成される。例えば、３０ＡＷＧの撚線を１００本より合わせたものが第１の撚って編んだ束を形成する。そのような第１の束線が図１１に示されている。１本の比較的太い線または銅管を使う場合とは反対に、個々に絶縁された多数の撚線を使うことによって、その個々の撚線の線径はその表皮の厚さ（浸入度）に比較して小さくなる。したがって、線自身はそれほど大きくは誘導的には加熱されない。さらに、もっと大きい電流密度が中程度の周波数において得られる。というのは、よく知られている表皮効果はこの周波数帯では束の外周に対して電流を強制的に流すことはできないからである。中程度の周波数におけるより大きな電流密度を達成することによって、巻き線の総合的な厚さを薄くすることができ、それによってより小さいスペースでより大きな巻き線数が得られる。巻き線を多くすると、コイルの巻き線の中の総合的な与えられた電流に対して加工物の中により大きな渦電流が流れる。そして、それらの巻き線をより小さいスペースにパックすることができるということは、それらを加工物のより近くに置けることを意味し、それによって結合が改善される。
【００３５】
これらの第１の束線のいくつか（例えば、４つ）はふたたび一緒にねじられて図５、図６および図７に示されている束線を形成する。しかし、標準のリッツ線と違って、本発明の実施例で使われている配線は４本の第１の束を、個々に絶縁されている撚線が第１の束を形成するように一緒に撚って編まれる方向と同じ方向に撚って編まれている。これは標準のリッツ線の電流密度の利点のいくつかを捨てることになるが、束をより緊密にするために役立つ。そのような緊密な束はコア６０２のポール・ピースの回りにさらに多くの線を巻くことによって、おそらくさらに緊密に巻かれる。しかし、標準のリッツ線も十分に使える。
【００３６】
図６に示されているように、コイルはポール・ピース当たり約２．５回巻かれてコンセントレータ５０２のポール・ピースの回りに巻き付けられている。巻き線がこすれてコイルの線の電気的絶縁が破れるのを防ぐために、巻き線はボビンによってコアから物理的に離されている。このボビンは電気的に非伝導であり、約２２０℃までの温度にまで耐える必要がある。
【００３７】
電源６０８はコイルの線５１４の両端部に接続されている電流出力を備えた交流電源である。電流振動の周波数はボックス２０２（図２）の中のタンク容量との組み合わせられたコイルの共振周波数と本質的に同じであり、８ｋＨｚの程度である。他の周波数（例えば、１５ｋＨｚ）も適切なタンク容量が使われた場合には使うことができる。一般に、缶の側部の継ぎ目の壁の厚さが約０．０１インチ（約０．２５４ｍｍ）の程度である場合、約３ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの周波数範囲が好まれる。適切なキャパシタを見つけるか、あるいは作ることができると仮定して、８００Ｈｚの低い周波数も使える。一般に、中程度の周波数（約５００Ｈｚ〜５０ｋＨｚ）によって、加工物の狭い領域を集中加熱しながら、深い加熱および広い範囲の加工物の寸法的変化および導電性材料の種類が許される。電源６０８が最初に活性化される時、タンク容量およびインダクタンスが指定されて加工物への電力の伝達を最適化する周波数を自動的に従来の方法で決定することが望ましい。
【００３８】
電源６０８の電源出力は高調波をあまり含まない低い調波成分の比較的連続の波形である必要がある。高調波成分が低いことによって、タンク容量とコイルへのリード線に対する表皮効果が減少するので、より細いリード線を使うことができる。また、タンク容量はコイルそのものにできるだけ近い場所に置かれる必要がある。電源回路６０８は缶１０または側部の継ぎ目１２の異なる種類および寸法に適応する必要はない。というのは、コア６０２が広範囲の各種の缶の側部の継ぎ目をカバーするのに十分広いからである。
【００３９】
最後に、電源６０８の出力は低周波のデューティ・サイクルによって単に調整できるだけでなく、活性化および不活性化の間に連続的に調整可能であることが望ましい。これはデューティ・サイクルのパルスによって缶が振動する可能性があり、それによって側部の継ぎ目の内面粉末コートに好ましくない動揺によるある程度の緩みが生じる可能性がある。したがって、電源６０８の活性化および不活性化は電源６０８に対するＤＣ電圧を徐々に上昇または下降（それぞれ）させるか、あるいは振動周波数をタンク回路の共振周波数に向かって、あるいはその周波数から遠去かるように（それぞれ）徐々に変化させることによって達成される。さらに他の代わりの方法として、電源６０８の活性化および不活性化はタンク回路の共振周波数で動作しているパルス幅変調の一定振幅の電圧をタンク回路に供給することによって達成することができる。パルス幅が狭いほど、そのエネルギーがより高い高調波の周波数にあり、タンク回路の共振周波数における基本周波数の中には少なくなる。タンク回路は高い周波数の高調波に対しては応答しないので、活性化はエネルギーのほとんどまたは全部が基本周波数の中にあるようになるまでパルスの幅を徐々に広げることによって達成され、そして不活性化は基本周波数に存在しているエネルギーの割合いを減らすようにパルスの幅を徐々に狭めることによって達成することができる。上記の誘導加熱システムは４０ｍ／分またはそれ以下のスピードから１２００ｍ／分またはそれ以上のスピードの範囲の製造ラインにおいて、缶のボディの側部の継ぎ目の内面コートを予備硬化、後硬化または硬化するために使うことができる。そのようなライン・スピードの違いはコンセントレータ６０２と缶との間のギャップの距離、電源６０８の電力レベル、誘導コイルの巻き数、磁束反転の周波数、および缶の移動の径路に沿っての装置の長さなどを調整することによって対応される。
【００４０】
以上で、非常にコンパクトで狭い場所に集中した誘導加熱システムが記述された。誘導を集中するコアを長さ方向に置くことによって、缶のボディの加工物の側部の継ぎ目の必要な場所にエネルギーを直接集中する。したがって、集中度の低いコイルの場合に必要となるエネルギーより少ないエネルギーで済む。この装置の導電部分は過熱を避けながらコイルのより近くに置くことができる。中程度の周波数で誘導加熱の利点はエネルギーを側部の継ぎ目に集中しながら維持される。金属の温度の非常に高い増分すなわちデルタ値（例えば、少なくとも８０℃／秒のデルタ値）が非常に短い時間において得られる
【００４１】
本発明の前記の好適な実施例は例示および説明の目的のために提供されたものである。本発明はこの開示された実施例と正確に同じ形に限定されるか、あるいはこれですべてが示されているわけではない。明らかに、この分野に熟達した人にとっては多くの変更および変化が考えられることは明らかである。例えば、許された範囲内で周波数を変化させることが可能である。この実施例は、本発明の原理およびその実際的応用を最もよく説明するために選定され、説明された。これによってこの分野に熟達した人が考えられる特定の使用に適したような各種の変更を伴った各種の実施例に対して本発明を理解することができる。本発明の適用範囲は次の請求項およびそれぞれの等価物によって定義されることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】缶の製造ラインの一部を示している。
【図２】図１の中の誘導加熱システムの正面図である。
【図３】図２の線３−３’に沿って取られた平面図である。
【図４】図２の線４−４’に沿って取られた下側の面の図である。
【図５】図２の線５−５’に沿って取られた端面図である。
【図６】図５の中の磁束コンセントレータおよび誘導コイルの一部がシンボリックに描かれた正面図である。
【図７】図６の線７−７’に沿って取られた図６の装置の底面図である。
【図８】図６および図７のコアの中で使われる薄板の１つの図である。
【図９】図８の薄板の線９−９’に沿って取られた端面図である。
【図１０】図８の薄板の線１０−１０’に沿って取られた底面図である。
【図１１】図５、図６および図７の中で示されているコイルの線の部分の詳細である。
【図１２】空気の流れを示している図１の誘導加熱システムの正面図である。
【図１３】渦電流の流れを示している缶の平面図である。
【符号の説明】
１０ 缶のボディ
１２ 側部の継ぎ目
１０２ 側部の継ぎ目の内面コート塗布装置
１０４ コンベア
１０６ 誘導予備硬化システム
１０８ 硬化用オーブン

Claims (5)

1. 缶の側部の継ぎ目を加熱する装置であって、
   長手方向に側部の継ぎ目がある缶を移動径路に沿って運ぶコンベアと、
   それぞれが前記移動径路へ向けられている複数の極性部分を有し、前記極性部分は前記移動径路に沿って一列に配置されている磁束コンセントレータと、
   振動電流を通すための誘導コイルと、
   前記移動径路に沿って順に並んだ前記極性部分の１つ１つが交互に反対の磁気極性を持つように、そして同時に前記缶および側部の継ぎ目に複数の渦電流ループが誘導されるように、前記誘導コイルは、前記磁束コンセントレータの上に巻かれており、
   前記磁束コンセントレータは、囲い（２１４）に収納されており、前記囲いは、非導電性シート（５０８）によって覆われた開口部を有しており、前記非導電性シート（５０８）は、前記缶の長手方向にある前記側部の継ぎ目と前記極性部分との間に配置されており、
   前記加熱する装置から熱を奪うために前記囲いを通して空気を流す空冷システムと
   を備えていることを特徴とする装置。
2. さらに、約３ｋＨｚと約２０ｋＨｚとの間の周波数で振動する振動電流を供給するために接続されている電流源を備えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記磁束コンセントレータは、対面して隣接している複数の薄板を含み、それぞれの薄板は、その対面して隣接している薄板から絶縁されており、かつ、それぞれの薄板は、約０．１５２４ｍｍの厚さに等しいか、あるいはそれより薄いものであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記誘導コイルは、個々に絶縁されていて一緒にツイストされている複数の電導性の撚線を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 前記複数の電導性の撚線は、第１のツイスト方向に一緒にツイストされて第１の束を形成していることを特徴とする請求項４に記載の装置。

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