JPS58735B2 - 金属キャップの連続加熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属キャップの連続加熱装置に関し、さらに詳
しくは、特にアルミニウムのような非磁性金属のキャッ
プの加熱に好適に使用される連続高周波加熱装置に関す
る。

ここに金属キャップとは、金属板の浅絞り又は深絞り加
工によって製造され、さらに必要に応じてねじ付は等の
加工が施されたカップ又はキャップ、あるいは王冠類等
をいい、ピルファ−・プルーフ・キャップ（ｐｉｌｆｅ
ｒｐｒｏｏｆｃａｐ）類等をも含むものである。

加熱前の金属キャップは無塗装のもの、印刷・塗装を施
こしたもの、底部内面に接着剤を塗布したもの、あるい
は熱可塑性樹脂ライニングを施こしたもの等を含む。

本発明に好適に使用されるキャップ素材はアルミニウム
又はアルミニウム合金薄板あるいは銅、真鍮のような非
磁性金属板であるが、低炭素鋼板の如き磁性金属板も後
述のように条件によっては使用することができる。

金属キャップのうち、特にボトルや広口瓶等の容器の開
口部の密封用に使用されるものは、バッキング材として
、キャップの内底面にコルク又は塩化ビニールやポリエ
チレン、ポリグロビル等の熱可塑性樹脂シート（ライナ
ー）がライニングされている。

特に最近は後者の使用が増えているが、この場合キャッ
プ内底面にライナーを固着させるために、一般に内底面
に接着性プライマーが塗布されたギャップにライナー材
を装入し、その装入の前工程又は後工程においてキャッ
プ底面を約１００〜２００℃に加熱する手段が採用され
ている。

従来、金にキャップのうち王冠（一般にプリギやティン
フリースチールのような強磁性体よりなっている）の連
続加熱装置としては、特公昭４１−５５８８号に開示さ
れているような加熱空気による加熱装置が知られている
。

この場合王冠は、ターンテーブルの周縁部に隔離して設
げられた多数の切欠部の上部に形成された皿穴状内側突
出部に王冠フレア部が着座せしめられて移送されながら
約１６０℃に加熱される。

この種の加熱方式では加熱に長時間を璧するため、例え
ば毎分約１０００個のような高速加熱を行なうためには
、長大な加熱部を必要として、設備がコンパクトに纒め
られない欠点がある。

また必らずしも加熱を必要としない胴壁部までをも加熱
するという問題点がある。

以上のような欠点を解消する手段として、特公昭４７−
４１３９８号に提案されているような高周波加熱装置が
ある。

これはコンベヤートに載置されて送られる王冠な、コン
ベヤーの下部に設けられたヘアピン状の高周波加熱コイ
ルによって急速加熱する装置であるが、本発明者等の実
験によれば、このような装置によっては、磁束を集中で
きる強磁性体よりなる王冠に対しては有効に加熱するこ
とができるが、アルミニウムキャップのような非磁性金
属キャップの場合は加熱が全く不可能なことが判明しだ
。

すなわち加熱コイルとギャップの間にはある厚みを有す
るコンベアが介在しているので、両者間の相互誘導係数
が非常に小さくてキャップの温度が殆んど上らない。

又相互誘導係数を高めるために実用的でない程度までコ
ンベアを薄くして両者を接近せしめた場合は、ギャップ
がコンベア上を浮上、跳躍して、やはり加熱が全く不可
能であった。

跳躍の原因は、アルミニウムギャップ底部及びその近傍
に誘起された誘導電流と高周波コイル磁界とによって形
成される反発作用によるものである。

王冠のような強磁性金属キャップの場合は、一般には高
周波電流によって生ずる磁界によってキャップ自体が磁
化されて高周波電流導体の方向に作用する吸引力が生成
ｔ〜この吸引力が誘導電流にもとづく反発力より太きい
ので上記のような跳躍は通常は起らない。

本発明者等は上記従来技術の問題点を解消するため種々
研究の結果、高周波加熱コイルと対向しで金属ギャップ
がその中間に入るように案内盤を設けることによって、
高周波電流により浮上した金属ギャップを案内盤の対向
面によって支承しながら移送し、かつ金属キャップ底部
と高周波コイル間の距離を可及的小さくかつ一定にする
ことによって、加熱効率を高め、また底部の比較的均一
な加熱が可能となることを見出した。

本発明の主たる目的は、特に非磁性金属ギャップ底部の
高速、連続、多量加熱に適した加熱装置な提供すること
である。

本発明の次の目的は、特に非磁性金属キャップの高周波
加熱に適しだ連続加熱装置を提供することである。

本発明の他の目的は、金属キャップ底部の可及的均一な
加熱が可能な高周波連続加熱装置な提供することである
。

本発明の特殊の目的は、熱用塑性樹脂ライナーの密着性
賦与のためのアルミニウムキャップの高速・連続加熱装
置を提供することである。

本発明によれば、間隔が金属キャップ底部の直径より小
であって、かつ電流の方向が互に逆である高周波電流導
体の少なくとも１対と、前記高周波電流導体に対向して
設けられ、かつ高周波電流の作用により浮上する前記金
属キャップの開口端部を対向面において支承する案内盤
、ならびに前記支承された金属キャップを前記対向面上
を滑動せしめる移送装置、又は前記支承された金属ギャ
ップと共に前記案内盤を移動するための手段を具備する
ことを特徴とする金属キャップの連続加熱装置が提供さ
れる。

以下本発明について、実施例を示す図面を参照しながら
詳細に説明する。

第１図はアルミニウムキャップ（以下キャップとよぷ）
の連続加熱装置１及びその前後附帯設備の概略を示す平
面図である。

キャップの移送装置である回転テーブル２０周縁部には
多数の半円形切欠部３が間隔をおいて設けられており、
シュート４かもキャップ５が底部が下側となって、切欠
部３に装入される。

装入されたキャップ５は回転デープル２０回転方向（図
の矢印方向）に移送されて、加熱装置１に装入される。

なお加熱装置１に入る前、及び出た後のキャップは図示
されていないガイド上を滑動する。

加熱装置１は高周波電源６から電流を供給される高周波
電流導体７及び案内盤８ならびに垂直ガイド９より構成
されている。

第２図は加熱装置１の構成を一層明確に示すため、第１
図のＡ−Ａ線に沿って切断した垂直断面図を示す。

図において高周波電流導体７（以下導体とよふ）は２本
（１対）よりなっているが、各導体の電流の方向は互に
逆であることが重要である。

これは第３図に示すように電流の方向が互に逆の場合は
、非磁性体であるアルミニウム底部及び胴壁部下部に誘
起された誘導電流が閉回路１２を形成して多量に流れる
のでジュール熱による温度上昇も効率よく行なわれるが
、電流の方向が同じ場合は第３図のような閉回路を形成
せず誘導電流誘起の効率が低いため温度上昇が殆んど認
められないからである。

同じ理由で導体が１本のみの場合も殆んど温度上昇は認
められない。

図では１対の導体のみを示したが、キャップ径が大きい
場合等には１対以上の導体？使用した方が、キャップ底
部の温度上昇速度及び温度分布の均一性の点から好まし
い。

また導体の間隔（導体中心線間の間隔をいう）は金属キ
ャップ底部の直径（円でない場合は最短部の長さ）より
小であることが重要である。

一方の導体が無効辺となると、加熱効率が著るしく低下
して、キャップの加熱が不可能となるからである。

さらに前記導体の間隔は、キャップ底部の半径の略等し
いか、稍犬であって、かつキャップ底部の中心が導体間
のほぼ中央線を通ることが、加熱効率を高く、温度分布
を均一にする上で好ましい。

導体７の内部は水冷されている。

導体の値径は加熱されるべきキャップの直径と共に太き
くなる例えば、キャップ直径が１５〜２５ｍｍ、２５〜
４０ｍｍ、及び４１〜６０ｍｍの場合の好ましい導体直
径は、夫々約４ｍｍ、約６ｍｍ及び約８龍である。

これはキャップ直径が太きくなるほど、導体に大電流を
流す必要があること、そして導体の直径が小さいと、導
体でのジュール損失が太きくなり、一方導体直径が大き
くなると導体とキャップ間の電磁結合が小さくなって加
熱効率が低下するからである。

導体とキャップ底部間の距離の僅かの差によって両者間
の相互誘導係数が敏感に影響されて、キャップ底部の誘
導電流量、 従って加熱温度に変化を生ずること、ならびにキャップ
底部と導体間の短絡を防止するため、導体は第２図に示
すようにベークライトのような合成樹脂（真空管式発振
器を用いる場合）、あるいはフェライトのような絶縁性
高透磁率材料（トランジスタ一式発振器を用いる場合）
の固定体１０に、エポキシ樹脂のような接着剤１１によ
って固定して、加熱処理中に導体が不安定に動くことが
ないようにすることが好ましい。

高周波電源６としては、任意の型式のものが使用される
が、１００ｋＨｚ〜１０ＭＨｚ程度の高い周波数の場合
は真空管式方式のもの、１０ｋＨｚ〜８０ｋＨｚ程度の
周波数の場合はトランジスタ一方式のものが好適に使用
される。

トランジスタ一式発振器の場合は、固定体１０に絶縁性
高透磁率材料を用いることによって、導体（コイル）と
キャップ底部の電磁結合度を増して、加熱効率を上げる
とともに、底部加熱の均一性をも上げることができる。

しかし真空管式発振器の場合は、使用周波数が高いので
、導体のキャップ同士の間隔に相当する部分のインピー
ダンスが、絶縁性高透磁率材料を用いることによって高
くなり電流の流れが妨げられるので、固定体１０に絶縁
性高透磁率材料を使用しても効果は少ない。

またトランジスタ一方式発振器は、動作電圧が低いので
、発生した高周波電力をそのまま導体（加熱コイル）に
供給できるので、出力インピーダンス調整用の出力変流
器を必要とせず、従って効率が高く、かつ装置を小型化
できるという利点を有する。

前述のように、非磁性体であるキャップが高周波電流導
体上にくると、反発力によってキャップは上方に浮上・
跳躍せしめられる。

案内盤８はこの跳躍・現象のためキャップの加熱が不可
能となるのを防止し、かつその下面８ａをキャップ５の
開口端部５ａが、移送装置により駆動されて滑動すると
いう機能を有する。

同時に案内盤８は、キャップ底面５ｂと導体７間の距離
を調節して、キャップ底部の有効な加熱を確保し、かつ
、該底部の温度分布を可及的均一に保持する機能を有す
る。

案内盤８は、跳躍したキャップによる衝撃力によって変
形又は損傷を起さないこと、またその下面にはキャップ
開口端部の滑動を妨げろような凹凸がないこと、さらに
上記滑動による摩耗、損傷の起らないこと等の条件を満
たず限り、特に制限はないが、これらの条件を満たず上
で、セラミック板、特に約５〜１０ｍｍ厚の強化ガラス
板を使用することが好ましい。

その中でも、作業の監視が容易であるという点で透明強
化ガラス板が好ましい。

導体とキャップ底部の相互誘導係数を高め、キャップ底
部が所定の温度に達するように′するためには、第４図
ａ曲線に示されるように、高透磁率材料を使用しない場
合は、導体上端部７ａとキャップ底面５ｂとの距離が１
市以下、好ましくは０．５ｍｍ以下であることが必要で
ある。

なお約０．１ｍｍ以下に接近することは短絡のおそれが
あるので望ましくない。

また固定体１０に絶縁性高透磁率材料を使用する場合は
、第４図す曲線に示されるように、固定体上面１０ａと
キャップ底面５ｂ間の距離は２ｍｍ以下、好そしくは１
ｍｍ以下にすることが必要である。

この場合一般に絶縁性高透磁率材料として用いられるフ
ェライトは脆弱なので、固定体上面１０ａを略０．４ｍ
ｍ厚のベークライトのような絶縁性シートで保護する必
要があるので、固定体上面とキャップ底部間の距離を約
０．４ｍｍ以下にすることは困難である。

各ロットのキャップの高さは一定に管理されているので
、導体上端部とギャップ底面間の距離は案内器８の高さ
の調節によって行なうことができる。

なお、通過しているキャップよりも高さが若干高いロッ
トのキャップが後続して入ってくる場合等を考慮して、
−たん高さの調節された案内盤８が上方に移行可能のよ
うにしておくことが好ましい。

この場合、必要に応じて案内盤８０上から空圧制御ラム
等により押圧力を加えて、ギャップ底面と導体上端部間
の距離が所定値になるようにする。

またキャップ底部の温度分布を可及的均一にするために
、２本の導体の上端部が形成する仮想平面と案内盤下面
とが平行であることが好ましい。

キャップには第３図に示されるような誘導電流回路１２
が形成され、そのジュール熱によって加熱されるので、
加熱時間が約１秒の場合は、最も好ましい条件でも、通
常はキャップ底部には約２０〜３０℃の温度差が生ずる
。

この温度差の存在が好ましくない場合は、誘導が熱中に
キャップを回動させることによって、温度差を一層減少
させるごとができる。

ギャップの回動は、例えば、切欠部３のギャップが接触
する部分に低摩擦材料（例えばテフロン）のライニング
を施こし、一方垂直ガイド９のキャップと接触する内面
に比較的摩擦係数の高いシリコンラバーのような弾性材
料のライニングを施こし、キャップを垂直ガイド９の内
向に押圧しながら移送することによって実現することが
できる。

ただし、２本の導体が互に近接してギャップ底部中心附
近直下にある場合の回動は、逆に底部中心附近の温度上
昇が周辺附近の夫よりも著るしく犬きくなって、温度の
不均一度が高くなる。

このような温度分布は懸賞ギャップのようにライナ一層
の剥離容易性が要求される場合には好適である。

本究明はこのようにキャップ底部の不均一加熱が可能な
加熱装置をも包含するものである。

次にアルミニウムギーヤップ内底面にポリエチレンライ
ナーを装置させるのに本発明の加熱装置を使用する場合
の具体例について説明する。

外径２８ｍｍ、高さ１６酊の内底面に接着ゾライマ−１
３（例えばエポキシフェノール系塗料に酸化ポリエチレ
ン又は無水マレイン酸変性ポリエチレンを分散したもの
）を塗布、焼付したアルミニウムキャップ（厚ｏ、２ｍ
ｍ）５をシュート４から回転テーブル２の切欠部３に供
給する。

キャップは長さ８０ｃｍの加熱装置１に送られ、主とし
て底部を高周波誘導加熱される。

トランジスター発振器の周波数２５ｋＨｚ、出力１０ｋ
Ｗ、キャップ底面と固定体上面１０ａとの距離０．７朋
、加熱装置に同時に装入されているキャップ数２０個、
加熱装置通過時間１秒、キャップの回動なしの場合、キ
ャップ底部は最低温度部１４０℃、最高温度部１６０℃
に加熱されて（温度はザーモペイントによって測定し７
た）、加熱装置より出て来る。

この温度は、後述のプレスステーションで接着ゾライマ
ーとポリエチレンとが完全接着するのに十分な温度であ
る。

以上のように加熱されたキャップは、図示されないガイ
ドを通って、溶融ポリエチレン粒供給装置１４に入り、
ここでその底面のほぼ中央に溶融ポリエチレン粒を供給
される。

次にギャップは図示されないプレスステーションに送ら
れ、ここで冷却されたポンチによって溶融ポリエチレン
粒は圧縮されてシート状となり、固化してギャラグ内底
面に密着したライナーを形成する。

この場合胴壁部は殆んど加熱されていないので、その余
熱によって固化が遅延されるおそれがない。

以上は、１対の高周波電流導体が水平面上にある場合に
ついて説明したが、本発明は上記に限定されるものでは
なく、水平面以外の任意の面、例えば垂直面をもとりう
ろ。

この場合は轟然案内盤の対向面も垂直となる。

また、移送装置も、直線方向に移動する切欠部付移送装
置その他事発明の目的を達成しうる範囲内で任意の装置
が使用されうる。

第５図は、案内盤自体が移動して金属キャップを移送す
る連続加熱装置１の他の実施例の概略平面図を示したも
のであり、第６図は第５図のＢ−Ｂ線上に沿う断面図を
示したものである。

第１図第２図と同一符号の部分は同一部分を表示する。

この場合案内盤１８は駆動プーリー１４によって駆動さ
れる無限ベルトよりなり、矢印方向に移動する。

シュート４より加熱装置１の高周波電流導体上に装入さ
れた金属キャップ５は、高周波電流により浮上せしめら
れて案内盤１８の下面によって支承されながら、案内盤
１８と共に移動し、加熱装置の出口端に到達したときプ
ランジャー１５によって進行方向に垂直に押し出されて
、次のステーション１６に装入される。

案内盤が無限ベルトの代りに回転円板であっても同様の
機能を果すことができる。

以上は主としてアルミニウムキャップのように非磁性金
属のキヤツジについて述べたが、ブリキキャップのよう
に強磁性体を素材とするキャップでも、キャップ重量、
サイズ、形状等及び導体を流れる電流の強さ、周波数、
キャップ底面と導体間の距離等によって決まる条件によ
って、キャップが跳躍、浮上する場合がある。

このような場合にも本発明が適用しうろことはいうまで
もない。

本発明によれば、金ボキャップ、特に非磁性金属キャッ
プ底部をコンパクトな装置で毎分１０００個以上の高速
、大量加熱が可能である。

また底部の加熱温度分布も、ある範囲内で任意に調節可
能であり、かつ加熱を必要としない胴壁部は殆んど加熱
されないので、製品の品質低下が防止でき、さらに電力
のロスも少ないという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示す概略平面図、′第２図
は、第１図のＡ−Ａ線に沿う縦断面図、第３図は金属キ
ャップ底部及びその近傍の誘導電流回路を示す斜視図、
第４図は、キャップ底面と導体間の間隔とキャップ底部
温度上昇（相対値）との関係を示す線図、第５図は本発
明の他の実施例の概略平面図、第６図は、第５図のＢ−
Ｂ線に沿う断面図を示す。 １：連続加熱装置、２：回転テーブル（移送装置）、５
：金属キャップ、７：高周波電流導体、８．１８：案内
盤、１４：駆動プーリー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １金属キヤツプの底部を連続的に高周波誘導加熱するた
   めの金属キャップの連続加熱装置であって、該装置は、
   流れる電流の方向が互に逆である少なくとも１対の高周
   波電流導体であって、互の間隔が該金属キャップの底部
   の直径より小である高周波電流導体、該高周波電流導体
   に対向して固設され、かつ高周波電流の作用により浮上
   する該金属キャップの開口端部を対向面において支承す
   る案内盤、および支承された該金属キャップを、その底
   部の中心が核高周波電流導体間のほぼ中央線上を通るよ
   うにして、該対向面上を滑動せしめる移送装置を具備す
   ることを特徴とする金属キャップ連続加熱装置。 ２金属キヤツプの底部を連続的に高周波誘導加熱するた
   めの金属キャップの連続加熱装置であって、該装置は、
   流れる電流の方向が互に逆である少なくとも１対の高周
   波電流導体であって、互の間隔が該金属キャップの底部
   の直径より小である高周波電流導体、該高周波電流導体
   に対向して移動可能に設けられ、かつ高周波電流の作用
   により浮上する該金属キャップの開口端部を対向面にお
   いて支承する案内盤、および支承された該金属キャップ
   と共に該案内盤を、該金属キャップの底部の中心が該高
   周波電流導体間のほぼ中央線上を通るようにして、移動
   するための手段を具備することを特徴とする金属キャッ
   プの連続加熱装置。 ３金属キヤツプが非磁性金属キャップである特許請求の
   範囲第１項及び第２項記載の連続加熱装置。 ４案内盤がガラス板よりなる特許請求の範囲第１項記載
   の連続加熱装置。