JPS583013B2 - 金属キャップの連続的な加熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属キャップの連続的な加熱装置に関し、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け等の
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、ピルファー・プルーフ・キャップ（ｐｉｌｆｅ
ｒ ｐｒｏｏｆ ｃａｐ）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、特にボルト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、ポリプロピレン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キ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、金属キャップのうち王冠（一般にブリキやテイン
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
け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要するため、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纏め
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。

これはコンベヤー上に載置されて送られる王冠を、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た
。

すなわち加熱コイルとキ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、キャップ
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、アルミニウムキ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
界されて、高周波電流導体の方向に作用する吸引力が生
成し、この吸引力が誘導電流にもとづく反発力より大き
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て金属キャップ
がその中間に入るように、上下方向に移動可能な案内盤
を設け、高周波電流により浮上しようとする金属キャッ
プをスプリング圧を介して案内盤によって押圧しながら
移送し、このようにして金属キャップの高さの若干の変
動に拘らず、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、特に非磁性金属キャップ底部の
高速、連続、多量加熱に適した加熱装置を提供すること
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
加熱に適した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、金属キャップの高さの若干の変動
に拘らず、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を提供することである。

本発明の特殊の目的は、熱可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力を有する
前記金属キャップの開口端部を対向面においてスプリン
グ圧を介して押圧する案内盤、ならびに前記金属キャッ
プを前記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（以下キャップとよぶ）
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２の周縁部には
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からキャップ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は回転テーブル２の回転方向（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から電流を供袷される高周波
電流導体７及び複数個の案内盤８及び案内盤支持装置９
ならびにガイド１０より構成されている。

第２図は１組の案内盤及びその支持装置を回転テーブル
側からみた正面図であり、第３図は第２図のＡ−Ａ線に
沿って切断した垂直断面図を示す。

第１図及び第３図において、高周波電流導体７（以下導
体とよぶ）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４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１３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４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対以上の導体を使用した方が、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と略等し
いか、稍太であって、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。

導体の直径は加熱されるべきキャップの直径と共に大き
くなる例えば、キャップ直径が１５〜２５ｍｍ、２６〜
４０ｍｍ、及び４１〜６０ｍｍの場合の好ましい導体直
径は、夫々約４ｍｍ、約６ｍｇ及び約８ｍｍである。

これはキャップ直径が大きくなるほど、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大きくなり、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３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）、あるいはフエライトのよ
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１１に、エポキシ樹脂のような接着
剤１２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、１００ｋＨ２〜１０ＭＨｚ程度の高い周波数の場合
は真空管方式のもの、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１１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
、導体のキャツプ同士の間隙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１１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。

ガイド１０は回転テーブルの周縁部を包囲するように円
環状に、かつその下側内径１０ａと半円形切欠部３の回
転テーブル２の中心に最も近い部分３ａとの距離がキャ
ップの外径より僅かに大きくなるように設けられる。

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は幅（短辺）がキャップの外径より稍大きい短
冊状の板であって、短辺の下端部にはテーパがつけられ
ており、キャップの開口端が移送中に引っかからないよ
うになっており、かつ導体７に対向して設けられる。

なお第３図では、案内盤８の幅はキャップの外径より稍
大きくなっているが、該外径と略等しいか、あるいは若
干小さくても差支えない。

案内盤の長辺は長さ方向に曲率を有するか、又は直線で
あって、案内盤を複数個の場合であっても、回転テーブ
ルの中心を中心とする同一円弧上にほぼ載るように配置
されている３案内盤８の長さに特に制限はないが、金属
キャップが同時に数個通過しうる程度の長さであること
が、作業のさいの高さ調節の容易さ等の上から好ましい
。

またこのようにすることによって、途中から高さの異な
るロットのキャップが入ってきた場合、加熱不良品の発
生を最小限に押えることができる。

従って後述の例示のように加熱装置１の全長が８０ｃｍ
程度に長い場合は、案内盤は複数個よりなることが好ま
しい。

この場合、隣接する案内盤の間隔が大きすぎると、金属
キャップの案内盤の下にない部分のみが浮上して、キャ
ップが傾いて次の案内盤の入口で引っかかって、作業を
中断したり、極端の場合は、キャップが加熱装置から飛
び出すおそれがある。

従って、各案内盤は、キャップの移行が円滑に行われる
程度に互に近接していることが必要である。

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る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
たす限り、特に制限はないが、これらの条件を満たす上
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。

第１図は透明ガラスを使用した場合を示す。案内盤８は
、押圧スプリングを有する案内盤支持装置９によって支
持される。

案内盤支持装置９は次のように構成されている。

底部がガイド１０に止着された略乙字形のブラケット９
ａの上方水平部の上に固定水平杆９ｂの中央部が固着さ
れている。

水平杆９ｂの両端近傍に穿設された垂直透孔を垂直ボル
ト９ｃが上下動可能に挿通している。

垂直ボルト９ｃの下端には中央辺が水平なコ字形支持枠
９ｄの水平中央部が固着されており、垂直ボルト９ｃの
上部ねし部に螺合され、かつ固定水平杆９ｂの上部に位
置する調節ダブルナット９ｅの回動によって、支持枠９
ｄの上下動調節が可能となるように構成されている３支
持枠９ｄの上面と固定水平杆９ｂの下面の間に、押圧ス
プリング９ｆが設けられ、その中を垂直ボルト９ｃが挿
通しており、支持枠９ｄを押し上げると、スプリング圧
による抵抗が加わるようになつている。

案内盤８は長さ方向両端部近傍において、支持枠９ｄの
内部にとがり先止めねじ９ｇによって水平に固定されて
いる。

案内盤支持装置９を構成する部材は押圧スプリングを除
いて、真鍮のような非磁性体によって構成されることが
望ましい。

金属キャップは通常、絞り成形後、胴壁部が一定高さに
なるように、エッジをトリムした後、ビード加工、ロー
レット加工等を施される。

そして実際作業の場合、同一種類のキャップであって、
トリム後のキャップ胴壁部高さは一定であっても、ビー
ド加工、ローレット加工後のキャップ高さは、作業ロッ
トにより±０．２ｍｍ程度の差が生ずる。

従って案内盤８の高さを固定した場合はキャップ底面５
ｂと導体上端部７ａ間の距離即ちギャップに最大約０．
４ｍｍの差がロットの間で生ずることになる。

上記０．４ｍｍの差は、第５図から明らかのように、キ
ャップ底部の温度上昇に数１０度の変化を齎らす。

しかしながら以下に述べるように、本発明の案内盤支持
装置を使用することにより、ロット間に於る上記ギャッ
プの差を実質的に解消せしめることができ、従って、キ
ャップ底部の温度を各ロットを通して、所定の温度に実
質的に一定に保つことができる。

先づ作業開始前に、各案内盤下面と固定体上面間の距離
がキャップの最小高さに等しくなるように、調節ダブル
ナット９ｅによって調節しておく。

作業中は、キャップは導体との電磁結合によって生ずる
浮上力が加わった状態で移動するのであるが、浮上力に
対して案内盤の重量と押圧スプリングの押圧力の和が大
きい場合は、キャップはその胴壁部高さに拘らず浮上す
ることなく、キャップの開口端部が案内盤下面を、キャ
ップ底面が固定体上を滑動するので、前記ギャップは一
定で、キャップ底部の温度上昇は一定に保たれる。

この場合、最小高さより高いロットのキャップが入って
きた場合は、案内盤８従って垂直ボルト９ｃが最小高さ
との差だけ上昇する。

第２図はこの状態を示す。

一方浮上力の方が案内盤の重量と初期設定の押圧スプリ
ングの押圧力の和よりも大きい場合は、キャップの浮上
が起る。

しかし浮上力はキャップ胴壁部の高さに無関係であり、
しかも押圧スプリングが十分に長い場合は、案内盤の上
下位置が±０．２ｍｍ程度変化しても、スプリングによ
る押圧力は実質的に変化しないので、浮上量はキャップ
胴壁部の高さによって変化しない。

従って前記ギャップは一定に保たれ、キャップ底部の温
度上昇がロットによって変らない。

この場合は、キャップの開口端部が案内盤下面に沿って
滑動するが、キャップの底面は固体上面と接触しない。

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５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１ｍ
ｍ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５図ｂ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、好ましくは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
エ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。

次にアルミニウムキャップ内底面にポリエチレンライナ
ーを接着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１６ｍｍの内底面に接着プライマー
（例えばエポキシフェノール系塗料に酸化ホリエチレン
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０．２ｍｍ
）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との距離０．７ｍｍ、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、キャップ底部は最低温度部１４０℃
、最高温度部１６０℃に加熱されて（温度はサーモペイ
ントによって測定した）、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プライマ
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、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。

次にキ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、固化してキャップ内底
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。

以上は主としてアルミニウムキャップのような非磁性金
属のキャップについて述べたが、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、キャップが跳曜、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ることはいうまで
もない。

本発明によれば、金属キャップ、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。

さらに金属キャップの高さが若干変動しても、押圧スプ
リングの作用によりその浮上量は一定に調整されるので
、キャップ底部の加熱温度を所望の一定値に保つことが
できる。

また、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
加熱装置の一部分の拡大正面図、第３図は第２図のＡ−
Ａ線に沿う縦断面図、第４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５図は、キャッ
プ底面と導体間の間隙とキャップ底部温度上昇（相対値
）との関係を示す線図を示す。 １・・・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
・・・案内盤、９・・・案内盤支持装置、９ｆ・・・押
圧スプリング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 間隔が金属キャン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力を有する前記金属キャ
   ップの開口端部を対向面においてスプリング圧を介して
   押圧する案内盤と、前記金属キャップを前記対向面上を
   滑動せしめる移送装置とを具備することを特徴とする金
   属キャップの連続的な加熱装置。 ２ 案内盤が複数個あり、かつ互に近接している特許請
   求の範囲第１項記載の金属キャップの連続的な加熱装置
   。