JPS58189981A - 金属缶の加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 金属缶の急速加熱装置に関し、さらに詳しくは高分子接
着剤によって胴を接合された金属缶にも適用できる急速
加熱用誘導コイル装置に関する。

近年、缶入りコーヒーやココアなどの嗜好飲料あるいは
日本酒などを温めて自動販売することが行なわれるよう
になってきた。従来、この種の自動販売機における缶の
加熱は、その貯蔵雰囲気ないし浴を５５Ｃ程度の一定温
度に制御する方法で行なわれて来た。自動販売機内に貯
蔵されている全部の缶を前記温度に保っておく方法は、
待ち時間なしに連続的に温い飲料缶を供給できる利点が
あるが、飲料が長時間高温度に置かれることによる障害
が発生し易い。すなわち、味覚及び栄養価の低下と、好
高温菌の増殖による衛生上の問題及び缶の腐食の促進等
が起り易い。

以上のような問題を避けるために、最近になって購買者
が硬貨を投入し、品目選択ボタンを押すことによって個
別の缶の加熱が開始される方法を採用した、いわゆる瞬
間加熱型の自動販売機が出現した。

これにはできるだけ短い時間内に目的の温度まで缶を加
熱するため、エネルギー密度が高く、かつ効率の高い加
熱方法である高周波誘導加熱法が採用されるのが普通で
ある。従来この方法によって加熱される缶は、一般に鋼
板にスズをメンキしたブリキで出来ており、かつ円筒形
にハンダで接合されたものであった。従って、その缶を
高周波誘導加熱するには、第１図に示す様に円筒形に巻
いたソレノイドコイル１０１の中に目的の缶１０２を置
き、高周波誘導電源１０３から前記ソレノイドコイル１
０１に高周波電流を通電するだけで充分その目的が達成
できた。これは、缶の側壁接合部１０４が電気良導体の
ハンダで接合されているため、缶胴に誘起された単一の
誘導電流が缶胴の外周に沿ってほぼ一様に分布して流れ
得ることによる。

ところが最近になってＴＦＳ　（ティン・フリー・スチ
ール）等を高分子接着剤によって接合した缶が用いられ
るようになってきたが、その缶を前記のソレノイドコイ
ルによって加熱しようとしたところ、加熱効率が異状に
低いばかりか、缶胴接合部と缶底及び蓋の巻締部とが丁
字形に重なり合う部位に異状加熱による焼損が生じ、接
着部がはく離した。

種々調査した結果、その原因は、缶胴の接合部が第２図
に示すとおり、高分子接着剤２０１によって重ね合せら
れた内側の端部２０２と外部の端部２０３とが電気的に
絶縁されている事実にあることが判明した。すなわち缶
胴に誘起する誘導電流は第３図に示すように缶胴３０１
の外周に沿い、ソレノイドコイルと平行に流れようとす
るが、電気絶縁体である接着部３０２が存在するために
流れることが出来ない。

まだ、底及び蓋は巻締加工によって缶胴を接合されてい
るが、気密性確保のため、両者間に電気絶縁体であるゴ
ム質のシール材が介在している。

したがって胴と蓋及び底との電気的な導通は加工に伴う
シール材及び塗料膜の破断によって点接触的に行なわれ
ているに過ぎない。そこで誘起された全誘導電流３０３
が電気抵抗の大きい点接触部３０４．３０５へ仕口する
から、その部分での発熱量が大きくなって焼損を生じ、
かつ電気抵抗が大きいために流れる電流の総量が低下し
、その結果、加熱効率が異状に低くなる。

本発明は、このような従来の加熱方法および装置の欠点
に鑑み、缶胴接合部を流れようとする誘導電流が少ない
加熱方法、および上記加熱方法を実現するための構造が
簡単で製作が容易な高周波誘導加熱コイル装置を提供し
て、高分子接着剤によって接合された金属缶の急速加熱
をも可能ならしめようとするものである。

第４図に示すごとく、缶胴の接合部４０３を横断シない
ようなコイル４０１によって高周波磁界を缶４０２に与
えると、缶４０２に流れる誘導電（５） 流は、コイル４０１と対向する部分に、はぼコイル４０
１と同じような形に環流分布する。その電流分布は、は
ぼ一定の巾の帯となるため、場所によって異状に高温度
の発熱を生ずることはない。

しかし、缶胴接合部４０３がコイル４０１と対向しない
位置に常に置くことは、下記のような理由により実際的
に困難である。

自動販売機内における缶の移動搬送は、傾斜面あるいは
同様のガイドに従い、自重による転勤によって行なわれ
るので、接合部の位置は完全にランダムなものとなる。

１だ、缶は一般に円筒形であり、接合部も特に目立った
凹凸もないので、それを目印として接合部の位置を一定
方向に制御することは困難である。

そして缶胴接合部４０３がコイル４０１と対向する場合
は、胴壁部に生ずる誘起電流の多くは、従述の第８図の
８０２に示されるような蓋および底に迂回する電流とな
って、前述の異常加熱による焼損や接合部のはく離等の
欠陥を招き易い。

そこで接合部がコイルと対向することが避けも（６） れないのであるならば、いくつかの小さなコイル素子に
分割し、誘導電流の大部分を接合部以外の所で還流させ
れば、電流は接合部を横断できず、蓋及び底の方へ迂回
する電流を減少させることが出来ると考えられる。

電流による発熱；６は、ジーールの法則により、電流の
自乗に比例することが知られており、コイルの分割によ
り電流がＮ分の１になれば発熱量はＮ分の１となり、急
激に減少する。

第５図において加熱を受ける缶５０１の胴部外周に沿っ
て、はぼ鞍形をしたコイル素子５０２を配置し、高周波
電源５０３に接続した。コイル素子５０２は、缶の出し
入れが自由なように、かつ電気的に絶縁する目的で缶の
外径よりも５！ｌ！Ｉ１１だけ大きい内径を持ち、厚み
３ｍＤＩの硬質塩化ビニルで出来た筒（図示せず）にガ
ラス布で巻付けられ、固定されている。コイルの大きさ
、電線の太さ及び巻回数は投入電力による過熱がなく、
高周波電源５０３の出力インピーダンスと整合が取れる
ように適宜選定した。

一例を示すと、缶の直径５３喘、高さ１２０ｗｍのコー
ヒー飲料缶に対して、１個のコイル素子の大きさが縦８
０ＩＩ！ｌ１１１横３０ｍの長方形で横方向にビニール
筒の外径に沿う曲率を持たせ、巻線は直径３ｒＩａａの
銅線を７回巻き、４個のコイル素子を並列接続したもの
で、周波数２００　ｋＨｚ　、最犬出カ３　ｋＷの出力
変成器を備えた発振器と良好な整合が取ｔ１だ。

第５図のコイルと第１図のコイルとで加熱効率に差異が
生じるか否かにつき、実験的に２５０　ｍｅ入りコーヒ
ー缶を３　ｋＷの高周波電源で加熱し、加熱時間と昇温
の様子を調べたものを第６図に示す。

なお、第１図のコイルでは、高分子接着缶は加熱不可能
なので、ハンダ付は缶によって比較実験を行なった。

第６図において、曲線Ａは昇温を、曲線Ｂは加熱効率を
示す。また、実線は第５′図のコイルの結果を示したも
のであり、破線は従来の第１図に示したコイルで外径５
ｍ＋ｎの銅管を巻径６５肛、ヒ０ノチｌ０ｍｍで８回巻
いたものによる結果である。

両コイルの加熱特性の差は同図からほとんど差はないと
判断して差支えない。

次に第５図のコイルで高分子接着缶の加熱試験を行なっ
た結果、従来のコイルの場合にみられた焼損個所を生ず
ることなく、正常な昇温か出来た。

それを第７図に示す。

同図において、実線Ｃは缶胴の接合部が分割されたコイ
ル素子の１つと対向していない場合、破線りは対向して
いる場合である。この時の加熱効率は実線Ｃの場合６１
〜６９チ、破線りでは６０〜６７％となり、接合部がコ
イルと対向している場合であっても、加熱効率はほとん
ど変らない。

そしていずれも、従来のハンダ付は缶を従来のソレノイ
ドコイルで加熱した場合に比べ、目立った差は認められ
ず、実用上全く支障なかった。

しかしながら第５図のコイル装置は、構造が複雑で、製
作が困難であるという問題を有する。

本発明は上記技術的問題に鑑みなされたものであって、
本発、明は側壁接合部が高分子接着剤を介して接合する
ことによって形成され、底および蓋（９） が胴壁部に巻締されて、内容物が充填密封された金属缶
を加熱する方法であって、該方法は該胴壁部を円周方向
に沿って流れる、該金属缶の高さ方向に分散した複数の
誘導電流によって、かつ隣り合う該誘導電流が互いに逆
位相になるようにして該胴壁部を高周波誘導加熱するこ
とを特徴とする金属缶の加熱方法を提供するものである
。

さらに本発明は、側壁接合部が高分子接着剤を介して接
合することによって形成され、底および蓋が胴壁部に巻
締されて、内容物が充填密封された金属缶を加熱するだ
めの高周波誘導加熱コイル装置であって、該装置は該胴
壁部外面に接近して該胴壁部を包囲するように形成され
、該金属缶の高さ方向に分散して配設された複数の環状
コイル素子を備えており、かつ隣り合う各コイル素子を
流れる電流が逆位相となるよう各コイル素子は接続され
ていることを特徴とする金属缶加熱用の高周波誘導加熱
コイル装置を提供するものである。

第５図のコイルで高分子接着缶を加熱する時の缶胴に誘
導される電流について考えてみる。

（１０） 缶胴接合部とコイル素子とが対向しない部分は第８図に
破線矢印８０１で示すごとく、それぞれのコイル素子と
ほぼ同じ形の電流分布が出来るだけで、何ら問題はない
が、分割されたコイル素子の１つが缶胴接合部と対向し
た場合は、蓋及び底の巻締部へ迂回する電流が考えられ
る。

これらの電流分布を目視観察するために、缶胴全面に１
００Ｃ前後で変色する示温塗料を塗り、内容品を抜き出
して数秒間加熱してみたところ、蓋及び底の迂回電流に
よる昇温の外に、接合部に沿っても昇温した事実を示す
変色が見られた。

これは缶胴接合部と対向するコイル素子によって誘導さ
れた電流には第８図に示すように、蓋及び底の巻締部へ
迂回する電流８０２の外に缶胴接合部に沿って環流する
電流８０３があることを示すＯ しかし、もし仮に半分の電流が迂回するものとしても、
缶胴全体では８分の１となり、それによる発熱量はその
自乗倍、すなわち６４分の１にすぎない。従って電流の
迂回部分に特に目立った異（１１） 状発熱の跡もなく、正常な加熱が得られる訳である。

次に缶胴接合部に沿って流れる電流８０３の存在につい
て考えてみると、缶胴の上部、矢印Ｘ付近と−Ｆ部矢印
Ｙ付近とでは互いに逆方向の誘導起電力が生じているた
めに、上部と下部とで互いに電流が往き来して環流して
いる。このことに着目して、第１図に示した従来のソレ
ノイドコイルと同様な形をしているが、１回巻毎に位相
が逆になるようにした、第９図の実施例に示されるよう
な本発明の、構造が簡単な誘導加熱コイル装置に到達し
た。

第９図において、内径が缶よりも５胴たけ大きい絶縁物
の筒９０２に８個のコイル９０３を１０鰭のピッチで等
間隔に巻き、互いに隣り合うコイル素子は逆位相となる
様に接続した。１個のコイル素子は直径３＋＋ｏｎの銅
線を２回巻にし、これを８個直列に接続したが、交互に
逆位相であるためにコイル全体のインピーダンスは、は
とんど２回巻のコイル１個分と同じ程度しかなく、高周
波電源（１２） の出力インピーダンスを第５図に示すコイルの場合より
も低くなるように、出力変成器の一次側巻線が多くなる
方向ヘタノブを移動する必要があった。

この本発明のコイル９０３によって高分子接着剤の缶胴
に誘導さｆＩる電流分布は、前述の示温塗料を使用した
観察結果から、図中に破線矢印９０４で示したようなも
のであろうと推測される。すなわち、蓋及び底の巻締部
へ迂回する電流は、蓋及び底に最も近いコイル素子で誘
導された電流の一部が流れるだけで、その他の誘導電流
はすべて缶胴接合部において互いに隣り合うコイル素子
の方へ流れあっているものと考えられ、特に部分的な異
状昇温も見られないので、充分実用し得る。

２５〇−人やコーヒー缶の加熱実験では、効率は最大６
０％であった。その原因は、コイルインピーダンスが低
いので、同一電力を投入するためには、電流が増えなけ
ればならない一方、コイル内での電力損失は電流の自乗
に比例するので若干効率が低下することによると考えら
れる。しかしく１３） ながら隣り合う互いに逆位相の誘導電流が互いに打消し
合うことなく、比較的高い効率で金属缶を一加熱できる
ことは意外な現象である。

さらに第９図のコイル装置は、構造が簡単なため製作が
容易であり、コイル巻線を鋼管で行ない、冷却のだめの
通水がやり易いなどの利点がある。

第９図のコイルに強磁性体からなる磁芯を併用すること
も出来る。高周波電源が制御整流器などによる１　０　
ｋＨｚ以下の周波数の場合は、磁芯として積層した硅素
鋼板を用いることが出来る。壕だ周波数が５００　ｋＨ
ｚ以下の場合であれば、磁芯としてＭｎ−Ｚｎ系のフェ
ライト磁芯が有効である。

但し、周波数に応じて巻線回数の増減、及び直ダ１又は
並列に接続替えする等の方法で高周波電源とインピーダ
ンス整合を行なうことは言う捷でもない。

本発明の方法は、缶胴接合部が高分子接着剤で接合され
ている缶であっても高周波誘導による急速加熱が可能で
あり、瞬間加熱型の加温式自動販売機において、通常の
・・ンダ付缶はもちろん、高（１４） 分子接着缶の取扱いも出来るという効果を有し、さらに
本発明の装置は構造が簡単で製作が容易であるというメ
リノＩ・を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来からのソレノイドコイルによる缶の加熱
装置を示す図であり、第２図は、高分子接着剤で接合さ
れた缶胴の接合部を示す断面図であり、第３図は、第１
図に示したソレノイドコイルを用いて高分子接着缶を加
熱したときに缶胴に誘導される電流の分布を示す図であ
り、第４図は、比較例であるコイルの配置を示す図であ
り、第５図は、他の比較例のコイル装置の概略を示す斜
視図であり、第６図は、第５図のコイル装置及び第１図
のコイル装置の加熱温度上昇と効率を示すグラフであり
、第７図は、第５図のコイル装置による加熱温度上昇で
、缶胴接合部の方向による違いを示すグラフであり、第
８図は、第５図のコイル装置によって高分子接着剤の缶
胴に誘導される電流分布を示す図であり、第９図は、本
発明の１実施例のコイル装置の縦断面図及び同コイル装
置に（１５） よって高分子接着缶の缶胴に誘導される電流分布を示す
図面である。 １０１　ソレノイドコイル、１０４・ハンダ接合部、２
０１・高分子接着剤、３０３・・・誘導電流、３０４．
３０５・・・点接触部、４０１・・・誘導コイル、４０
３　・高分子接着剤による缶胴接合部、９０３・・・隣
り合う素子の電流が逆位相であるコイル素子列。 （１６） 謝１　口 廟２図 ２〇二３ 第３図 局　５図 一第　６図 ＸＩ　！！！ｔ、ＦＪ　　Ｍ　　（Ｓｅｃ）１７図 ０　　５　　１０　　１５　２０ 刀０　　熟　ＲＭ　　　（５ｅｃ） −箱８（ト）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）側壁接合部が高分子接着剤を介して接合すること
   によって形成され、底および蓋が胴壁部に巻締されて、
   内容物が充填密封された金属缶を加熱する方法であって
   、該方法は該胴壁部を円周方向に沿って流れる、該金属
   缶の高さ方向に分散した複数の誘導電流によって、かつ
   隣シ合う該誘導電流が互いに逆位相になるようにして、
   該胴壁部を高周波誘導加熱することを特徴とする金属缶
   の加熱方法。 Ｑ）側壁接合部が高分子接着剤を介して接合することに
   よって形成され、底および蓋が胴壁部に巻締されて、内
   容物が充填密封された金属缶を加熱するための高周波誘
   導加熱コイル装置であって、該装置は該胴壁部外面に接
   近して該胴壁部を包囲するように形成され、該金属缶の
   高さ方向に分散して配設された複数の環状コイル素子を
   備えており、かつ隣り合う各コイル素子を流れる電流が
   逆位相となるよう各コイル素子は接続されていることを
   特徴とする金属缶加熱用の高周波誘導加熱コイル装置。