JP2005076977A

JP2005076977A - ガラスフレークの乾燥装置

Info

Publication number: JP2005076977A
Application number: JP2003307647A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Kato; 浩昭加藤; Kazuaki Yuki; 一哲結城; Hidekazu Nakaoka; 英一中岡
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2003-08-29
Publication date: 2005-03-24

Abstract

【課題】ガラスフレークを短時間で均一に加熱滅菌できるガラスフレークの乾燥装置を提供する。
【解決手段】ガラスフレーク乾燥装置１００は、内部に高周波を発振する発振器１０２を有する発振機１０１と、発振機１０１からの高周波を伝送する円形導波管１０３と、ガラスフレークを入れるＳＵＳから成る容器２０１を内部に設置するアプリケータ１０４と、容器２０１内のガラスフレークの温度を測定する熱電対１０６とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラスフレークの乾燥装置に関し、特に化粧料に配合するガラスフレークの乾燥装置に関する。

従来、厚みがミクロンオーダーの非常に細かいガラス材料であるガラスフレークは、その表面にチタニア等から成る膜が被覆されると、パール調の色調を呈することが知られており、このパール調のガラスフレークを、化粧料や樹脂に配合することによって、パール調を有する商品が提供されている（例えば、特許文献１参照）。

また、このガラスフレークを乾熱滅菌器に入れ、ガラスフレーク内部の温度を１６０度〜１７０度にして１〜２時間保ち、ウィルス、細菌、細菌芽胞、カビ、酵母を含めた全ての微生物を死滅させるか、完全に除去することにより、衛生規格（ＪＩＳＬ１９０２４．３．１）を満たす必要がある。

従来の乾熱滅菌器は、その内部に都市ガスの燃焼熱や電熱により暖めた空気を熱風として循環させ、被加熱物を対流により加熱する熱伝達方式が採られている。乾熱滅菌器に被加熱物としてガラスフレークを入れる場合、熱風によりガラスフレークが飛散したり、異物がガラスフレークに混入したりすることを防止するため、フタが設けられているステンレス製容器中にガラスフレークを入れた後に、乾熱滅菌器内にこのステンレス容器を設置する。熱風により乾熱滅菌器内のステンレス容器を加熱し、ステンレス容器からの熱伝導によってガラスフレーク又はガラスフレーク中の水分に熱エネルギーが伝えられる。
特開２００２―０３８０５１号公報

しかしながら、熱伝導による加熱では、ガラスフレークのように熱伝導性の悪い粉体の内部と表面部を均一に加熱することができないため、上述の衛生規格を満たすガラスフレークとするには長時間乾熱滅菌器内のステンレス製容器にガラスフレークを入れて、熱風乾燥させる必要があり、熱効率が非常に悪いという問題があった。

この乾燥時間を短縮させるためには乾熱滅菌器に供給するエネルギー量を増やす、即ちステンレス容器の加熱温度を上げるという方法も考えられるが、ガラスフレークの表面に被覆されるチタニア等から成る膜は熱により変質するため、２００℃以上には加熱することができない。このため、加熱温度を上げることとすると、上記輻射加熱におけるガラスフレーク内部の温度調整をより厳密にしなくてはならないという問題があった。

本発明の目的は、ガラスフレーク短時間で均一に加熱滅菌できるガラスフレークの乾燥装置を提供することにある。

請求項１記載のガラスフレーク乾燥装置は、ガラスフレークを高周波で誘電加熱する加熱手段を備えることを特徴とする。

請求項２記載のガラスフレーク乾燥装置は、請求項１記載のガラスフレーク乾燥装置において、前記高周波は１００ＭＨｚ〜３００ＧＨｚのであることを特徴とする。

請求項３記載のガラスフレーク乾燥装置は、請求項２記載のガラスフレーク乾燥装置において、前記高周波は１０〜２０ＧＨｚであることを特徴とする。

請求項４記載のガラスフレーク乾燥装置は、請求項１乃至３のいずれか1項に記載のガラスフレーク乾燥装置において、前記誘電加熱により蒸発した前記ガラスフレークの水分を排気する排気手段を備えることを特徴とする。

以上詳細に説明したように、請求項１記載のガラスフレーク装置によれば、ガラスフレークを高周波で誘電加熱する加熱手段を備えるので、ガラスフレークを短時間で均一に加熱滅菌できる。

請求項２記載のガラスフレーク乾燥装置によれば、誘電加熱に用いる高周波は、１００ＭＨｚ〜３００ＧＨｚであるので、ガラスフレーク中の水の加熱除去、及びガラスフレーク自体の加熱を効率よく行うことができる。

請求項３記載のガラスフレーク乾燥装置によれば、誘電加熱に用いる高周波は、１０〜２０ＧＨｚであるので、ガラスフレーク中の水をより確実に加熱除去することができる。

請求項４記載のガラスフレーク乾燥装置によれば、誘電加熱により蒸発したガラスフレークの水分を排気するので、ガラスフレーク中から蒸発した水分が再度ガラスフレーク中に入ることを防止し、ガラスフレークの乾燥を確実に行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて詳説する。

図１は、本発明の実施の形態に係るガラスフレーク乾燥装置の概略構成図である。

図１において、ガラスフレーク乾燥装置１００は、内部に１００ＭＨｚ〜３００ＧＨｚの範囲の高周波を発振する発振器１０２を有する発振機１０１と、ガラスフレークを入れるＳＵＳから成る容器２０１を内部に設置するアプリケータ１０４と、発振機１０１からの高周波をアプリケータ１０４に伝送する円形導波管１０３と、容器２０１内のガラスフレークの温度を測定する熱電対１０６と、発振機１０１に電源を供給する電源盤１０７と、熱電対１０６及び電源盤１０７を制御するＣＰＵ１０５とを備える。

円形導波管１０３には、その内部にアプリケータ１０４より反射する過大な反射電力のみを吸収するアイソレータ１０８と、発振機１０１からの入射電力及びアプリケータ１０８からの反射電力を測定するパワーモニタ１０９と、パワーモニタ１０９で測定される反射電力が０となるように調整する整合機１１０と、円形導波管１０３内部を伝送する高周波の伝送モードのうち、主モードであるＴＥ０２モードの高周波のみを透過し、それ以外のモードの高周波の透過を妨げるモードフィルタ１１１と、窒化珪素の板から成り、アプリケータ１０４からの反射電力を吸収するバリアウィンドウ１１２と、導波管放電を検知し、発振機１０１の検知回路と連動してアーク発生による発振機１０１のダメージを防止するアークディテクタ２１３とが設けられている。

アプリケータ１０４は、容器２０１を円形導波管１０３からの電界の一番強い位置に有し、また外部に冷却器２０５を有する。冷却器２０５は、アプリケータ１０４の周りを冷却水によって冷却している。さらに、ポンプ２０２からの圧縮エアーをアプリケータ１０４内に導入するエアー導入口２０３と、アプリケータ内を循環した圧縮エアーを排気するエアー排気口２０４とを備える。

また、容器２０１は、図１に図示するような蓋を有しないものであってもよいが、圧縮エアーにより容器２０１内部のガラスフレークがアプリケータ１０４内に散乱することを防止するため、図２に示すような孔付きの蓋２０６を有するものであってもよい。

尚、本実施の形態では、ガラスフレークをアプリケータ１０４内の容器２０１に入れて乾燥していたが、これに限定されるわけでなく、例えば、図７に示すように、導波管１０３の代わりに折曲げ導波管１０３’を用いて、この折曲げ導波管１０３’内をガラスフレークがコンベアで搬送されるような構成としてもよい。これにより、アプリケータ１０４からのガラスフレーク出し入れを不要とすることができる。

次に、図１のガラスフレーク乾燥装置１００により容器２０１内のガラスフレークを誘電加熱する原理を図３，図４を用いて説明する。

誘電加熱とは、誘電体を高周波電解中に配置し、誘電体自身の損失による発熱による昇温させる加熱方式をいう。図３に示すように、対向する電極板の間に誘電体を置き、電圧を印加すると、誘電体を構成する分子や有極性の基などが電界の方向へ配列しようとするが、交番周期の短い高周波電界中では高速な振動・回転による分子間摩擦により熱が発生する。図４において、電極の面積Ｓ（ｍ^２）、電極間隔ｄ（ｍ）、誘電体の比誘電率ε_ｒ、誘電正接ｔａｎδ、周波数ｆ（Ｈｚ）、電圧Ｅ（Ｖ）とすると、このコンデンサの容量Ｃ及び誘電正接ｔａｎδは以下の関係式を満たす。

Ｃ＝ε_０×ε_ｒ×Ｓ／ｄ（Ｆ）・・・（１）
（ε_０：真空の誘電率）
ｔａｎδ＝１／（Ｒ×２πｆＣ）・・・（２）
従って、誘電体の発熱にかかる電力Ｐは上式（１），（２）により
Ｐ＝Ｅ^２／Ｒ＝Ｅ^２×ｔａｎδ×２πｆＣ
＝Ｅ^２×ｔａｎδ×２πｆ×ε_０×ε_ｒ×Ｓ／ｄ（Ｗ）・・・（３）
となる。よって、発熱にかかる単位体積当たりの電力は、電界の強さ（Ｅ／ｄ）の２乗、周波数ｆ、比誘電率ε_ｒ、誘電正接ｔａｎδに比例する。ε_ｒ・ｔａｎδを誘電損失係数と呼び、誘電加熱の容易さを判断する目安となる。

以上説明したように、誘電加熱は、他の加熱方式が放射・伝導・対流による外部の熱源からの熱の移動に依存するのに対し、被加熱物自身の発熱によるため、（１）物質自体の熱伝導を必要としないため、急速且つ均一な加熱が可能であり、（２）基本的に炉体や雰囲気の昇温を必要とせず、被加熱物自体が昇温するので加熱効率が良好となり、（３）高周波電力の印加に対し温度が迅速に上昇し、加熱のレスポンスがよいので制御が容易となり、（４）発熱が物質自体の特性ε_ｒ・ｔａｎδに依存するので選択加熱が可能となり、（５）減圧下や特殊雰囲気での加熱が可能となり、（６）被加熱物が誘電体に限定され、金属のような良好な導電体は誘電加熱の対象とならず、（７）電界を印加するための電極を必要とする特徴がある。

特に、図５に示すように、水の誘電損失係数は１０〜２０ＧＨｚ帯がピークとなっているため、発信機１０１からの周波数を１０〜２０ＧＨｚにすると、短時間でガラスフレークの乾燥を行うことができる。

以下、本発明の実施例について説明する。

実施例１として、以下の方法によりガラスフレークの乾燥を行った。

まず、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｂ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、及びＫ_２Ｏから成るガラスにＳｎＯ_２及びＴｉＯ_２から成る膜を被膜し、全体の厚みが５μｍ以下になるまで薄くし、その後に粒径が６００μｍ以下となるまで粉砕し、ガラスフレークを生成した。

次に、上述のガラスフレークを、発振機（市販のジャイロトロン）のアプリケータ内のＳＵＳから成る容器に入れ、このガラスフレークを衛生規格（ＪＩＳＬ１９０２４．３．１）を満たす商品とすべく、ガラスフレーク内部の温度を１８０度で１時間保つべく、アプリケータ内の容器中のガラスフレークの温度を測定しつつ、発振機からの周波数２８ＧＨｚの高周波が図６のようなビーム電圧出力となるように誘電加熱した。

また、この誘電加熱中、アプリケータ内に圧縮エアを循環させ、ガラスフレークから蒸発した水分を順次排気していった。

一方、比較例１として、以下の方法によりガラスフレークの乾燥を行った。

上述のガラスフレークを内部に入れたＳＵＳから成る容器を熱風を循環させる乾熱滅菌器の内部に入れ、熱風によりこの容器を加熱した。また、熱風をこの乾熱滅菌器内で循環させている間、このＳＵＳから成る容器とその中のガラスフレークの温度を夫々測定した。

実施例１では、ガラスフレークは誘電加熱されているため、誘電損失の大きいガラスフレーク内の水分がまず均一に加熱される。このとき、図６に示すように、約５００秒でガラスフレーク内の水分の乾燥が終了することがわかった。その後、ガラスフレーク自体が誘電加熱により均一に加熱される。図６に示すように、５００秒でガラスフレークの温度を１８０度まで上昇させることができることがわかった。

一方、比較例１ではガラスフレークが入っているＳＵＳから成る容器を２００℃の乾熱滅菌器内を循環する熱風によって加熱することにより、この容器と接している部分から内部へとガラスフレークが加熱される。最終的には、２４時間熱風を乾熱滅菌器内で循環させないと、ガラスフレーク内部が１８０度の温度で、１時間維持できなかった。

この結果より、上記実施例１は、比較例１と比べてガラスフレークを短時間で均一に加熱滅菌できることがわかった。

本実施の形態に係る乾燥装置は、ガラスフレークを乾燥するのに用いたが、誘電体（絶縁体）を乾燥させるのであれば本実施の形態に限定されるものでなく、特に、輻射加熱では加熱効率が悪い粉体の乾燥炉に転用することが可能である。

本発明の実施の形態に係るガラスフレーク乾燥装置の概略構成図である。図１における容器２０１の変形例である。誘電加熱の模式図である。誘電加熱の等価モデルである。水の誘電損失係数と誘電加熱の周波数の関係を示すグラフである。ガラスフレークの温度及び高周波のビーム出力強度を示すグラフである。ガラスフレーク乾燥装置の変形例である。

符号の説明

１００ガラスフレーク乾燥装置
１０１発振機
１０４アプリケータ

Claims

ガラスフレークを高周波で誘電加熱する加熱手段を備えることを特徴とするガラスフレーク乾燥装置。
前記高周波は１００ＭＨｚ〜３００ＧＨｚであることを特徴とする請求項１記載のガラスフレーク乾燥装置。
前記高周波は１０〜２０ＧＨｚであることを特徴とする請求項２記載のガラスフレーク乾燥装置。
前記誘電加熱により蒸発した前記ガラスフレークの水分を排気する排気手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか1項に記載のガラスフレーク乾燥装置。