JPS58677B2 - コウシユウハカネツコイル オヨビ コウシユウハユウドウカネツシ−ルホウホウ - Google Patents

コウシユウハカネツコイル オヨビ コウシユウハユウドウカネツシ−ルホウホウ

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JPS58677B2
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heating
heated
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高周波加熱コイルおよび高周波誘導加熱シール
方法、特に力率の改善された高周波加熱コイル及び高周
波誘導加熱シール方法に関するものである。
交番磁界内に置かれた良導体あるいは磁性体が電磁誘導
作用により加熱される誘導加熱現象は周知であり、この
加熱現象を用いたいくつかの高周波加熱装置が実用化さ
れている。
高周波加熱装置の好適な使用例として調理済み食品用の
保存容器を製造する際の加熱シール工程及びこの保存容
器に調理済み食品を充填した後にこれを密封する加熱シ
ール工程が知られている。
通常の保存容器はアルミニウム等の金属箔を両面から樹
脂膜で積層した三重構造のシートで形成され、このシー
トを袋状あるいは他の容器形状にした後に一部を残して
接合部を加熱シールする。
こうして製作された保存容器には調理済み食品が充填さ
れ、直ちに充填開口部が加熱シールされる。
従来の加熱シール手段として、加熱体をシール部に押圧
して、熱伝導により接合部の樹脂膜を溶融接合するもの
が知られているが、金属箔の外側の樹脂膜の溶融を防ぐ
ために押圧する加熱体の温度をある程度以上にできない
ので、接合部である内側の樹脂膜が溶融するのに長時間
かかる。
特に、食品の風味を損ねないためと、加熱殺菌作業の能
率を上げるために、高温短時間殺菌が行なわれる場合に
は、内側の樹脂膜の溶融温度は高温に耐えねばならず、
また外側の樹脂膜を溶融温度の高いものとすることは価
格の点で不利であるので、内側と外側との溶融温度の差
は少なくなり、内側のものを溶融するのに、かなり長い
時間がかかる。
また、保存容器が破損しないように内側の樹脂膜として
強靭なナイロンを使用することが好ましいが、ナイロン
はその特性上水分を吸収しやすいので、内側の樹脂膜を
溶融接合する際、ナイロンに吸収されている水分が蒸発
し、内側の樹脂膜は発泡するので、押圧したままの状態
で接合部の温度を蒸発した水分が再びナイロンに吸収さ
れる温度まで下げなければならない。
この様な加熱シール工程に高周波誘導加熱を使用すれば
、シートの金属箔が直接加熱され、内側の樹脂膜が効果
的に溶融接合され、その作業効率は極端に向上するし、
押圧状態で加熱コイルへの高周波電力の供給を停止すれ
ば、加熱されたシートの熱は温度の低い加熱コイルへと
移り、前述したような発泡も抑えることができる。
加熱シールする際、シートへ加熱コイルを押付けるので
、加熱コイルと被加熱物である金属箔とは、極めて接近
し、加熱コイルと金属箔との相互誘導係数は大きく、加
熱コイルの力率が高い状態で使用される。
このような力率の高い負荷へ電力を供給するために、最
適の高周波電源は電力用トランジスタあるいはサイリス
クを用いたスイッチング方式のインバータである。
すなわち、この方式の高周波電源は、前述した真空管発
振器式の様な大きなタンク回路を必要としないので、小
型で低順かつ高効率が得られる。
この高周波誘導加熱用の電源回路としては小型低順でか
つ加熱効率の高い電力用トランジスタを利用したスイッ
チング方式のインバータによる高周波電源回路が好まし
い。
この様なトランジスタ方式の電源回路を用いて電力を供
給する場合、取り出し得る最大電力は負荷の力率が高け
れば高いほど大きくなる。
即ち負荷に供給される電力は駆動トランジスタの破壊限
界で規制される電圧と電流との積に比例するが、負荷の
力率が低い場合には負荷のインダクタンスに蓄えられる
エネルギが増加し、この蓄積エネルギは駆動トランジス
タのスイッチング動作の毎に電源とインダクタンス間で
往復するのみで有効電力とすることができない。
従ってトランジスタ電源回路を用いた高周波誘導加熱装
置には高力率の加熱コイルが要求される加熱コイルの力
率を高めるためには、加熱コイルと被加熱体との相互誘
導係数をできるだけ１に近ずけることが好ましい。
調理済み食品の保存容器を加熱シールする場合、力率の
高い加熱コイルを得ることは比較的困難である。
その１つの困難性は保存容器をシールする時の加熱が巾
の狭い帯状に形成されねばならないという点から生じる
。
本発明は前述した従来の課題に鑑み為されたものであり
、高周波加熱シール装置に好適な高力率の加熱コイルを
提供することを目的とする。
以下図面に基づいて本発明に係る加熱コイルを詳細に説
明する。
第１図には通常の加熱コイルの基本的な偏平渦巻きコイ
ル形状が示されている。
この加熱コイル１０は被加熱体に絶縁状態で押し付けら
れ、コイル形状に対応した部位が加熱される。
第２図には袋状の保存容器を製作する途中段階が示され
ており、アルミニウム等の金属箔を両面から樹脂膜で積
層した積層シート１１が２枚重ねられ、その上を加熱コ
イル１０が矢印の様に移動することにより斜線で示され
る接合部１２が加熱シールされる。
そして接合部１２を鎖線に示す様に切断すれば、三辺が
接合された袋状の保存容器を得ることができる。
この製作時に、第１図に示した偏平渦巻きコイル１０は
第２図の若干誇張した図から明らかな様に破線の部分ま
で加熱シールしてしまう点で使用することができない。
このために実際の使用上は恐らく加熱コイル１０の一方
の辺１０Ａを無効辺とするべく被加熱体である積層シー
ト１１から浮離させることが必要であろう。
第３図には第２図の説明の様にして製作された保存容器
に調理済み食品を充填した後に、その開口部１３を加熱
コイル１０により加熱シールする状態が示されている。
この場合でも加熱コイル１０の無効辺１０Ａは被加熱体
と近接しないことが容易に理解される。
こうした無効辺を有する加熱コイルは無効辺が被加熱体
と電磁結合しないために相互誘導係数は低下し、高力率
の加熱コイルを得ることは不可能である。
第１図において、加熱コイル１０の無効辺１０Ａを加熱
辺１０Ｂに近接することにより１本の狭い帯状の加熱シ
ールが達成されるかにみえる。
しかし、より現実的にはこの結果相互誘導係数自体が低
下してしまうのでこの考えは否定される。
第４図には保存容器の開口部を気密シールする従来の改
良された加熱コイルが示され、偏平渦巻きコイル１０に
フェライトの磁芯１４を固定したものである。
この従来例では加熱コイル１０から生じた磁束のほとん
どは矢印Ｐで示される様に磁芯１４中を通り、相互誘導
係数の増大に寄与する。
しかし、この場合であっても無効辺１０Ａによる被加熱
体と鎖交しない磁束Ｑの存在により加熱コイル全体の相
互誘導係数は抑制されてしまう。
第５図には本発明に係る高周波加熱コイルの概略構成図
が示され、無効辺１０Ａとのみ鎖交する洩れ磁束Ｑを減
少するために短絡コイル１５が設けられている。
短絡コイル１５はその一方の辺部が加熱コイル１０の無
効辺１０Ａに接近して配置され、磁芯１４の磁気回路を
囲む短絡電流通路を形成する。
短絡コイル１５が図示の様に設けられると、洩れ磁束Ｑ
が短絡コイル１５と鎖交するので、短絡コイル１５には
この洩れ磁束Ｑを打ち消す方向の電流が図示の様に流れ
る。
この結果、洩れ磁束Ｑは短絡コイル１５により打ち消さ
れ、加熱コイルの相互誘導係数が増加することが理解さ
れる。
なを、短絡コイル１５を磁芯１４の磁気回路を囲むよう
に設けた理由は、洩れ磁束Ｑとの電磁結合を最大ならし
めるためにある。
つまり、無効辺１０Ａにより形成される洩れ磁束Ｑは、
実質的に全て磁芯１４を通るものであるから、磁芯１４
を包囲させて短絡電流通路を形成すれば、上記の電磁結
合を容易に最大ならしめることができるのである。
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、洩れ磁
束Ｑと鎖交され、且つ十分に電磁結合された短絡電流通
路が形成されたものであればよい。
第５図の実施例において、短絡コイル１５は銅線の巻回
コイルから成るが、導電性の金属板で実質的に環状の短
絡電流通路を形成することも可能である。
加熱コイルを固定する金属製の取付台で短絡コイルを兼
用した実施例が第６，７図に示される。
この実施例において、取付台１６は電気伝導度及び機械
的強度が大きく、加工の容易な真ちゅうからなり、短絡
コイルの役目を果す。
取付台１６はほぼコ字状断面形状を有する棒からなり、
第７図に示される様に、保存容器加熱シール機械の可動
腕１７にねじ１８，１９にて強固に固定されている。
取付台１６の長手方向にはこれもコ字状断面形状を有す
るフェライト製の磁芯１４が固着されている。
磁芯１４には更にヒータ２０が埋め込まれ、このヒータ
２０は保存容器の加熱シール工程で保存容器と加熱コイ
ル装置とが接触する様に、加熱コイル装置自体が保存容
器の熱を奪うことを防止する。
このヒータ２０は接触型の高周波誘導加熱装置には極め
て好適であり、もしこのヒータ２０が設けられていない
場合には、所望のシール部の周辺部も無用に加熱されて
しまう事態が生じるであろう。
加熱コイル１０の加熱辺１０Ｂがヒータ２０の前面にま
たその無効辺１０Ａが取付台１６に固定され、この結果
加熱コイル１０は磁芯１４を取り巻く様に配置される。
この状態で取付台１６は無効辺１０Ａに接近した辺部１
６Ａとその反対側の端部１６Ｂとで磁芯１４の磁気回路
を囲む短絡電流通路を形成し、無効辺１０Ａによる洩れ
磁束を吸収する。
加熱コイル１０の加熱辺１０Ｂ及び無効辺１０Ａの前面
には銅製の保護板２１．２２が固定され、加熱コイル１
０に損傷が与えられることを防止する。
第８図には本発明の他の実施例が示され、加熱コイル１
０の無効辺１０Ａが加熱辺１０Ｂに対して９０度折り曲
げられて取付台１６に固定された状態が示されている。
この実施例によれば加熱コイル装置を小型化できると共
に、加熱コイル１０の無効辺１０Ａと被加熱物との相互
誘導係数が小さいので、第２図に示すような製袋時の帯
状シールを行なうことができる利点がある。
第９図には本発明の更に他の実施例が示され、この実施
例では加熱コイルの無効辺１０Ａがヒータ２０をはさん
で加熱辺１０Ｂと反対側に位置されている。
取付台１６にはその一部に開口部１６ａが形成され、こ
の開口部１６ａに無効辺１０Ａが挿入されている。
この実施例によれば加熱コイル装置を小型化できると共
に加熱コイル１０の無効辺１０Ａと被加熱物との相互誘
導係数は極めて小さいので、第２図に示すような製袋時
の帯状シールを行う際にも好ましいものである。
本発明による加熱コイルで高周波誘導加熱によるシール
を行う場合には、前述の説明のように実質的に同じ加熱
コイル２個を用いて加熱コイルの加熱辺でシール部を押
圧する方法と、１個の加熱コイルの加熱辺をシール部へ
押圧し、対向する側にはその加熱コイルの磁芯と磁気回
路を形成すべき磁芯を配置する方法とがあるが、両者の
加熱特性には大差はない。
本発明の高周波誘導加熱コイルは、加熱辺と被加熱物と
の相互誘導係数を大きく、無効辺と被加熱物との相互誘
導係数を小さくし、所望とする加熱部分の電流密度を高
め、それ以外の部分の電流密度を低めると共に、無効辺
で生じる洩れ磁束を短絡コイルにより減少せしめ力率の
高いコイルであるので、効率のよい高周波誘導加熱シー
ル用のコイルである。
次にこの高周波誘導加熱コイルで、金属箔の内側にナイ
ロンのような吸湿性の樹脂膜をもつシートのシール方法
を述べる。
この加熱コイルによれば所望とする部分のみを有効に加
熱できるので、前述した加熱片のみを加熱するヒータの
加熱温度は、それほど高くしない場合でも良好なシール
を得ることができる。
したがって、吸湿性の樹脂を含むシートをシールする場
合には、この加熱コイルでシール個所を押圧した後、高
周波電力を供給し、シール部が溶融したら高周波電力の
供給を停止する。
シール部が溶融する温度では樹脂膜内に吸収されている
水分が蒸発し、シール部は発泡するが、高周波電力の供
給停止と共に、シール部の温度は温度の低い加熱コイル
へ移り、シール部の発泡がなくなる。
シール部の温度が十分低下したら加熱コイルによるシー
ル部の押圧を止めればよい。
この場合でも、コイルの加熱片の温度は高いほど効率の
よい加熱が行えるので、シール部がシールを終了した段
階で発泡が認められない程度に高温に保つのがよい。
以上説明した様に本発明に係る高周波誘導加熱コイルに
よれば、極めて高い力率を得ることができる。
本発明に係るコイルの力率は０．９以上の値にすること
が万能であり、従来の一般的な誘導コイルの力率値が０
．１以下であることと比較してその改良は極めて大きな
効果を奏することが明らかである。
高力率の加熱コイルはその加熱効率を極端に向上するこ
とができる。
即ち被加熱物へ供給される電力は加熱コイルの力率に比
例するので、同一の電力を被加熱物に供給する場合、高
力率の加熱コイルでは電流値を減少することができる。
加熱コイルの電流値を減少させることは高周波誘導加熱
装置の製作に際して種々の利点を呈する。
このことは本発明における加熱コイルが従来に比してそ
の力率が１０倍以上そしてその電流値が１／１０以下に
することを可能にしたことから理解されるであろう。
これらの数値は同一の電力を供給するための加熱コイル
線径を１／１０以下に１得ることを意味し、この点は極
めて重要である。
加熱コイル線径を細くすることは加熱コイルを任意の形
状に形成することを容易にする。
また電流値の減少は導線部分の構造を簡単にすることが
でき更に導線を細くし冷却装置を必要としない利点を有
する。
特に加熱コイルを移動可能としなければならない装置に
おいて径の細い可撓性の導線を用いることができる利点
を有する。
本発明に係る高周波加熱コイルに適する電源回路として
は電力用トランジスタあるいはサイリスクを利用して高
効率の大出力高周波電力を得ることのできる小型かつ低
順な高周波加熱装置用電源回路が好適である。
第１０図には本発明に用いる電源回路の基本構成が示さ
れている。
出カドランス２１０は一次巻線２１１と二次巻線２１２
とを含み、一次巻線２１１には電源回路２２０に接続さ
れる中間タップ２１３を有する。
出カドランス２１０の二次巻線２１２は本発明に係る高
周波加熱コイルに接続される。
電源回路２２０は商用電源２２１と全波整流回路２２２
と高周波バイパスコンデンサ２２３とを含み、全波整流
電力を出カドランス２１０の中間タップ２１３に印加す
る。
出カドランス２１０の一次巻線２１１の両端には出力ト
ランジスタ回路２３０，２４０はそれぞれ出力トランジ
スタ２３１，２４１、電流制限用抵抗２３２，２４２、
無効電力返還用ダイオード２３３，２４３を含む。
出力トランジスタ２３１，２４１のコレクタはそれぞれ
一次巻線２１１の両端に接続され、またそのベースには
発振回路２５０からの信号が駆動回路２３４，２４４で
増巾され印加される。
なお駆動回路のトランジスタ２３５，２３６，２４５゜
２４６は飽和状態で使用される。
出力トランジスタ２３１のコレクタは帰還回路２７１、
駆動回路２４４を介して出力トランジスタ２４１のベー
スに接続され、同様に出力トランジスタ２４１のコレク
タは帰還回路２７２、駆動回路２３４を介して出力トラ
ンジスタ２３１のベースに接続されている。
この実施例では駆動回路２３４，２４４は、帰還信号３
７１，３７２がかなり高電圧のａ、ｂ点から与えられる
ために生ずる電力損失を低減させるために設けられたも
のでこの回路のトランジスタは飽和状態で使用される。
すなわち、出力トランジスタ２３１，２４１のベース電
圧は低電圧でよいので、低電圧の電源電圧＋Ｅ、−Ｅを
もつ駆動回路２３４，２４４を設け、帰還信号３７１゜
３７２の電流をこの駆動回路２３４，２４４にて増巾す
ることにより、帰還信号３７１，３７２の電流値を低減
可能とし、帰還抵抗１１１，１１２での電力損失を少く
するものである。
駆動回路２３４．２４４はコレクタに正電圧＋Ｅの印加
されたＮＰＮトランジスタ２３５，２４５とコレクタに
負電圧−Ｅの印加されたＰＮＰトランジスタ２３６゜２
４６とを含む。
駆動回路２３４，２４４には制御トランジスタ２７７．
２７８が接続され、これらの制御トランジスタ２７７．
２７８は通常はオフ状態に保持されているが、電力制御
あるいは過電流保護時にオン作動する。
制御トランジスタ２７７．２７８のそれぞれのベースに
は電力制御信号ｃ、過電流保護信号ｄおよびゼロボルト
スタート信号ｅが印加されている。
ゼロボルトスタート信号ｅがオフとなり、中間タップ２
１３の脈動電圧が出力トランジスタ２３１２４１をオン
作動するに十分となり、出力トランジスタ２３１，２４
１のいずれか不定であるが、例えば発振回路２５０を形
成する矩形波発生器の出力ｊが正で出力トランジスタ２
３１がオン作動しているとする。
すると出力トランジスタ２３１のコレクタａの電圧はゼ
ロに、出力トランジスタ２４０のコレクタｂの電圧は出
カドランスの変圧器作用により中間タップ２１３の電圧
の２倍となる。
したがって出力トランジスタ２３１はオンに、出力トラ
ンジスタ２４１はオフに保持される。
やがて矩形波発生器の出力ｊが負となり、出力ｋが正と
なると、出力トランジスタ２３１の駆動信号はオフとな
るが、出力トランジスタ２３１のオフ作動には蓄積電荷
により若干の遅れが生じ、やがて出力トランジスタ２３
１がオフとなると、出力トランジスタ２３１のコレクタ
ａが正となり、帰還信号３７２が駆動回路２４４で増巾
され、出力トランジスタ２４１をオン作動させる。
以上の様にして、一方の出力トランジスタのオフ動作を
確認後、他力の出力トランジスタをオン動作させるので
、両川力トランジスタ回路が同時に作動することがなく
、回路に悪影響を与える電流スパイク等の発生が阻止さ
れ駆動トランジスタ等の破壊が防止される。
【図面の簡単な説明】 第１図は通常の加熱コイルの基本的な偏平渦巻きコイル
形状を示す概略図、第２図は第１図の加熱コイルにより
袋状保存容器を製作する工程を示す平面図、第３図は第
１図の加熱コイルにより袋状保存容器の開口部を気密シ
ールする工程を示す平面図、第４図は従来の加熱コイル
を示す概略図、薬５図は本発明に係る高周波加熱コイル
の概略構成図、第６図は本発明に係る高周波加熱コイル
の好適な実施例を示す斜視図、第７図は第６図の断面図
、第８図は本発明の他の実施例を示す断面図、第９図は
本発明の更に他の実施例を示す断面図、第１０図は本発
明に好適な電源回路図である。 １０・・・・・・加熱コイル、１０Ａ・・・・・・無効
辺、１０Ｂ・・・・・・加熱辺、１４・・・・・・磁芯
、１５・・・・・・短絡コイル。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 被加熱体に接近して配置される加熱辺と電流帰路を
    形成する無効辺とを有する高周波加熱コイルと、前記加
    熱辺を支持するＵ字形の磁芯と、を有し、前記磁芯は前
    記加熱辺を包囲する如く且つ当該磁路端面位置が前記加
    熱辺位置に一致させて配置されたものとし、且つ、前記
    高周波加熱コイルの無効辺に接近して配置された実質的
    電流通路部を有し該無効辺の形成する磁束とのみ鎖交さ
    せて配置される実質的環状の短絡電流通路部材を備えて
    構成されたことを特徴とする高周波加熱コイル。 ２ 加熱辺および無効辺を含む高周波加熱コイルを被加
    熱体に押圧して加熱辺に対応する被加熱体のシール部の
    み誘導加熱する工程と、シール部の溶融接合完了後に加
    熱コイルの高周波電流をしゃ断する工程と、シール部の
    温度が所定温度まで低下する間加熱コイルを被加熱体に
    押圧保持する冷却工程とを含む高周波誘導加熱シール方
    法。
JP50025415A 1975-02-28 1975-02-28 コウシユウハカネツコイル オヨビ コウシユウハユウドウカネツシ−ルホウホウ Expired JPS58677B2 (ja)

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