JP7441018B2 - Stirring device - Google Patents
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Description
本発明は、撹拌装置に関し、特にマイクロ波加熱を行いながら所定の条件で撹拌翼を動作させることができる撹拌装置に関する。 The present invention relates to a stirring device, and more particularly to a stirring device capable of operating stirring blades under predetermined conditions while performing microwave heating.
マイクロ波に、反応速度の向上や従来の加熱法とは異なる反応が促進するなどの化学反応促進効果がある。これらの効果はしばしばマイクロ波による加熱効果以外の効果、または加熱効果以上の効果という観点からマイクロ波効果またはマイクロ波電界効果、若しくは非熱的効果と呼ばれている。マイクロ波の応用分野は、有機化学、無機化学、セラミックス、医療等幅広く、例えば、有機化学反応としては、ポリエステル樹脂の製造、或いは、銅フタロシニアンの製造などが知られている。
マイクロ波による製法の再現性と精度を高めるためには、均一加熱パターンを得ることが重要である。加熱ムラの問題を解決するために、撹拌翼を設け、被照射物を混合しながら撹拌することが行われている（例えば、特許文献１）。
Microwaves have the effect of accelerating chemical reactions, such as increasing reaction rates and promoting reactions that are different from conventional heating methods. These effects are often referred to as microwave effects, microwave electric field effects, or non-thermal effects from the viewpoint of effects other than or greater than the heating effects caused by microwaves. Microwaves are applied to a wide range of fields, including organic chemistry, inorganic chemistry, ceramics, and medical care. For example, known organic chemical reactions include the production of polyester resin and the production of copper phthalocyanine.
In order to improve the reproducibility and precision of microwave manufacturing methods, it is important to obtain a uniform heating pattern. In order to solve the problem of uneven heating, a stirring blade is provided to stir the irradiated object while mixing it (for example, Patent Document 1).
固形材料にマイクロ波を照射して加熱溶融する工程においては、固形材料に加熱ムラが生じると特定箇所だけが高温となり、容器が溶けてしまうという問題がある。
しかしながら、固形材料の種類と照射条件によっては、はじめに溶融する深さは一様ではなく、規定の撹拌動作では充分な撹拌を行うことができない場合があった。
特に多品種少量生産が要求される現場では、多数の撹拌動作手順に対応する必要があり、自動化を行うことが難しいという問題があった。
In the process of heating and melting a solid material by irradiating it with microwaves, there is a problem in that if the solid material is heated unevenly, only certain parts will become high temperature and the container will melt.
However, depending on the type of solid material and the irradiation conditions, the initial melting depth may not be uniform, and sufficient stirring may not be achieved with the prescribed stirring operation.
Particularly in production sites where high-mix, low-volume production is required, it is necessary to respond to a large number of stirring operation procedures, making automation difficult.
そこで、本発明は、マイクロ波を照射した際に深さごとに溶融開始時間が異なる場合であっても、適切な深さで撹拌することを可能とする撹拌装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a stirring device that allows stirring at an appropriate depth even when the melting start time differs depending on the depth when irradiated with microwaves. .
第１の観点の本発明の撹拌装置は、下部に撹拌翼が固定された撹拌軸と、撹拌軸を回転させる回転装置と、撹拌翼を上下動させる昇降装置と、材料が入った撹拌容器を収納する収納部と、収納部内にマイクロ波を照射するマグネトロンと、撹拌翼の上下方向位置を規定するポジションを複数通り制御する制御装置と、を備え、前記撹拌翼が、前記撹拌軸を挿通する光ファイバを備える温度センサを備え、前記撹拌軸が、前記撹拌翼の回転時も光ファイバが回転しないように保持するロータリーコネクタに支持され、前記制御装置が、前記マグネトロンによるマイクロ波加熱をしながら前記撹拌翼による撹拌を行う加熱・撹拌工程を実行するプログラムを備え、第一の時間帯に前記撹拌翼が第一のポジションに位置するように前記昇降装置を制御し、第二の時間帯に前記撹拌翼が第一のポジションと異なる第二のポジションに位置するように前記昇降装置を制御する、第一の撹拌パターンを実行可能であることを特徴とする。
第２の観点の本発明の撹拌装置は、下部に撹拌翼が固定された撹拌軸と、撹拌軸を回転させる回転装置と、撹拌翼を上下動させる昇降装置と、撹拌翼の上下方向位置を規定するポジションを複数通り制御する制御装置と、材料が入った撹拌容器を収納する収納部と、収納部内にマイクロ波を照射するマグネトロンと、を備え、前記撹拌翼が、温度センサを備え、前記制御装置が、前記マグネトロンによるマイクロ波加熱をしながら前記撹拌翼による撹拌を行う加熱・撹拌工程を実行するプログラムを備え、前記制御装置が、第一の時間帯に前記撹拌翼が第一のポジションに位置するように前記昇降装置を制御し、第二の時間帯に前記撹拌翼が第一のポジションと異なる第二のポジションに位置するように前記昇降装置を制御する、第一の撹拌パターンを実行可能であること、前記撹拌容器外の温度センサの検出値が所定の温度以上である場合に、前記撹拌翼を下降して前記温度センサを材料に当接させた後、前記温度センサの検出値が所定の温度未満となるまで前記プログラムを実行しないことを特徴とする。
上記撹拌装置において、前記制御装置が、第一の時間帯に前記撹拌翼が前記第一のポジションと異なる第三のポジションに位置するように前記昇降装置を制御し、第二の時間帯に前記撹拌翼が第三のポジションと異なる第四のポジションに位置するように前記昇降装置を制御する、第二の撹拌パターンを実行可能であることを特徴としてもよい。
上記第２の観点の撹拌装置において、前記温度センサは、前記撹拌軸を挿通する光ファイバを備えており、前記撹拌軸が、前記撹拌翼の回転時も光ファイバが回転しないように保持するロータリーコネクタに支持されていることを特徴としてもよい。
上記撹拌装置において、前記撹拌翼が、前記撹拌軸に工具を用いずに着脱できるように固定されていることを特徴としてもよい。
The stirring device of the present invention according to the first aspect includes a stirring shaft having a stirring blade fixed to the lower part, a rotating device for rotating the stirring shaft, a lifting device for moving the stirring blade up and down, and a stirring container containing a material. A storage unit for storing the storage unit, a magnetron that irradiates the inside of the storage unit with microwaves, and a control device that controls a plurality of positions that define the vertical position of the stirring blade , the stirring blade passing through the stirring shaft. A temperature sensor including an optical fiber is provided, the stirring shaft is supported by a rotary connector that holds the optical fiber so as not to rotate even when the stirring blade is rotated, and the control device is configured to control the temperature sensor while performing microwave heating by the magnetron. The program includes a program for executing a heating/stirring process for stirring by the stirring blade, and controls the lifting device so that the stirring blade is located at a first position in a first time period, and controls the lifting device in a second time period. The invention is characterized in that it is possible to execute a first stirring pattern in which the lifting device is controlled so that the stirring blade is located at a second position different from the first position.
The stirring device of the present invention according to the second aspect includes a stirring shaft having a stirring blade fixed to the lower part, a rotating device for rotating the stirring shaft, a lifting device for moving the stirring blade up and down, and a vertical position of the stirring blade. a control device that controls a plurality of predetermined positions; a storage unit that stores a stirring container containing a material; and a magnetron that irradiates microwaves into the storage unit; The control device includes a program for executing a heating/stirring step of stirring by the stirring blade while performing microwave heating by the magnetron, and the control device is configured to control the stirring blade to be in a first position during a first time period. a first stirring pattern in which the lifting device is controlled so that the stirring blade is positioned at If the detection value of the temperature sensor outside the stirring container is equal to or higher than a predetermined temperature, the stirring blade is lowered to bring the temperature sensor into contact with the material, and then the temperature sensor detects the temperature sensor. The program is characterized in that the program is not executed until the value becomes less than a predetermined temperature.
In the stirring device, the control device controls the lifting device so that the stirring blade is located at a third position different from the first position in a first time period, and It may be characterized in that a second stirring pattern is executable, in which the lifting device is controlled so that the stirring blade is located at a fourth position different from the third position.
In the stirring device according to the second aspect , the temperature sensor includes an optical fiber that is inserted through the stirring shaft, and the stirring shaft is attached to a rotary shaft that holds the optical fiber so that it does not rotate even when the stirring blade rotates. It may also be characterized by being supported by a connector.
The agitation device may be characterized in that the agitation blades are fixed to the agitation shaft so that they can be attached to and removed from the agitation shaft without using tools.
上記撹拌装置において、収納部内を減圧する減圧装置を備え、前記プログラムが、前記収納部内を減圧し、前記加熱・撹拌工程を経た材料を脱泡する脱泡工程を実行することを特徴としてもよい。
上記撹拌装置において、収納部内に設置された撹拌容器内の材料を監視する監視センサと、収納部内の圧力を制御する圧力制御装置とを備え、前記脱泡工程において、前記プログラムが、前記監視センサからの信号に基づき前記撹拌容器内の材料が吹きこぼれないように前記収納部内の圧力を前記圧力制御装置により制御することを特徴としてもよい。
上記撹拌装置において、前記収納部には、前記撹拌軸が昇降自在に挿通されるシャフトシールが取り付けられており、前記シャフトシールが、前記撹拌軸が挿通され、前記撹拌軸に付着した材料をかきとるスクレーパーシールを備えることを特徴としてもよい。
上記撹拌装置において、前記シャフトシールが、前記スクレーパーシールの上方に設けられ、前記撹拌軸が挿通される第一のシール部材と、第一のシール部材から発生した摩耗粉を回収する摩耗粉回収部と、を備えることを特徴としてもよい。
上記撹拌装置において、前記シャフトシールが、前記収納部を気密とするための第二のシール部材を備えることを特徴としてもよい。
上記撹拌装置において、前記収納部が、前記撹拌翼を冷却するためのエア噴出口を備えることを特徴としてもよい。
The above stirring device may be characterized in that it includes a pressure reducing device that reduces the pressure inside the storage section, and the program executes a defoaming step of reducing the pressure inside the storage section and defoaming the material that has undergone the heating and stirring step. .
The above-mentioned stirring device includes a monitoring sensor that monitors the material in the stirring container installed in the storage section, and a pressure control device that controls the pressure inside the storage section, and in the defoaming step, the program runs on the monitoring sensor. The pressure control device may control the pressure in the storage section based on a signal from the stirring container so that the material in the stirring container does not boil over.
In the above stirring device, a shaft seal through which the stirring shaft is inserted so as to be freely raised and lowered is attached to the storage portion, and the shaft seal through which the stirring shaft is inserted scrapes the material attached to the stirring shaft. It may also be characterized by having a scraper seal that removes the scraper.
In the stirring device, the shaft seal is provided above the scraper seal, and includes a first seal member through which the stirring shaft is inserted, and a wear powder collection section that collects wear powder generated from the first seal member. It may be characterized by comprising the following.
In the above stirring device, the shaft seal may include a second seal member for making the storage section airtight.
The stirring device may be characterized in that the storage section includes an air outlet for cooling the stirring blade.
本発明の脱泡済み液体材料の製造方法は、上記監視センサを備える撹拌装置を用いた脱泡済み液体材料の製造方法であって、材料が投入された前記撹拌容器を前記収納部に収納し、前記加熱・撹拌工程および前記脱泡工程を実行することにより脱泡済み液体材料を自動で製造する。
上記脱泡済み液体材料の製造方法において、前記材料が、化粧品材料であるように構成してもよい。
上記脱泡済み液体材料の製造方法において、前記撹拌容器に投入される材料は、固形又は粘度の高い液体であるように構成してもよい。
The method for producing a defoamed liquid material of the present invention is a method for producing a defoamed liquid material using a stirring device equipped with the above-mentioned monitoring sensor, wherein the stirring container containing the material is stored in the storage section. , a defoamed liquid material is automatically produced by executing the heating/stirring step and the defoaming step.
In the above method for producing a defoamed liquid material, the material may be a cosmetic material.
In the above method for producing a defoamed liquid material, the material charged into the stirring container may be a solid or a highly viscous liquid.
第３の観点の本発明の撹拌装置は、材料が入った撹拌容器を収納する収納部と、収納部内にマイクロ波を照射するマグネトロンと、収納部内を減圧する減圧装置と、収納部内に設置された撹拌容器内の材料を監視する監視センサと、収納部内の圧力を制御する圧力制御装置と、下部に撹拌翼が固定された撹拌軸と、撹拌軸を回転させる回転装置と、制御装置と、を備え、前記制御装置が、前記マグネトロンによるマイクロ波加熱をしながら前記撹拌翼による撹拌を行う加熱・撹拌工程、および、前記収納部内を減圧し、前記撹拌容器内の材料を撹拌しながら脱泡する脱泡工程を実行するプログラムを備え、前記脱泡工程において、前記プログラムが、前記監視センサからの信号に基づき前記撹拌容器内の材料が吹きこぼれないように前記収納部内の圧力を前記圧力制御装置により制御することを特徴とする。
上記第３の観点の撹拌装置において、前記撹拌翼が、温度センサを備えていることを特徴としてもよい。
The stirring device of the present invention according to the third aspect includes a storage section that stores a stirring container containing a material, a magnetron that irradiates the inside of the storage section with microwaves, a pressure reducing device that reduces the pressure inside the storage section, and a pressure reduction device that is installed inside the storage section. a monitoring sensor that monitors the material in the stirring container, a pressure control device that controls the pressure inside the storage section, a stirring shaft with stirring blades fixed to the lower part, a rotation device that rotates the stirring shaft, and a control device; A heating/stirring step in which the control device performs stirring by the stirring blade while performing microwave heating by the magnetron, and depressurizing the inside of the storage section and defoaming while stirring the material in the stirring container. The program includes a program that executes a defoaming step, and in the defoaming step, the program controls the pressure in the storage section based on the signal from the monitoring sensor to prevent the material in the stirring container from boiling over. It is characterized by being controlled by.
The stirring device according to the third aspect may be characterized in that the stirring blade includes a temperature sensor.
本発明のシャフトシールは、上記撹拌装置の前記収納部に設けられた貫通孔に装着されるシャフトシールであって、前記貫通孔に挿入される胴部（１３１）と、前記胴部を貫通孔に固定する固定部（１３２，１３３）と、前記胴部（１３１）に形成された、円柱状のシャフトが回転自在かつ昇降自在に挿通される挿通孔（１３４）と、前記挿通孔（１３４）の下端部に設けられた、前記シャフトに付着した材料をかきとるスクレーパーシール（１３７）と、を備えることを特徴とする。
上記シャフトシールにおいて、前記シャフトシールが、前記スクレーパーシールの上方に設けられ、前記シャフトが挿通される第一のシール部材と、第一のシール部材から発生した摩耗粉を回収する摩耗粉回収部と、を備えることを特徴としてもよい。
上記シャフトシールにおいて、前記摩耗粉回収部が、前記挿通孔の上部を構成する大径部および前記挿通孔の下部を構成する小径部により構成されることを特徴としてもよい。
上記シャフトシールにおいて、前記シャフトシールが、前記貫通孔の下方を気密とするための第二のシール部材を備えることを特徴としてもよい。
The shaft seal of the present invention is a shaft seal installed in a through hole provided in the storage section of the stirring device , and includes a body part (131) inserted into the through hole, and a body part (131) inserted into the through hole. a fixing part (132, 133) fixed to the body part (131), an insertion hole (134) through which a cylindrical shaft is inserted rotatably and freely up and down, and the insertion hole (134) It is characterized by comprising a scraper seal (137) provided at the lower end of the shaft for scraping off material adhering to the shaft.
In the shaft seal, the shaft seal is provided above the scraper seal, and includes a first seal member through which the shaft is inserted, and a wear powder collection section that collects wear powder generated from the first seal member. It may be characterized by comprising the following.
The shaft seal may be characterized in that the abrasion powder collection section includes a large-diameter portion forming an upper portion of the insertion hole and a small-diameter portion forming a lower portion of the insertion hole.
The shaft seal may be characterized in that the shaft seal includes a second seal member for making the lower part of the through hole airtight.
本発明によれば、マイクロ波を照射した際に深さごとに溶融開始時間が異なる場合であっても、適切な深さで撹拌をすることが可能となる。 According to the present invention, even if the melting start time differs depending on the depth when irradiating microwaves, stirring can be performed at an appropriate depth.
以下では、図面を参照しながら、発明を実施するための形態例を説明する。
＜構成＞
図１は、実施形態に係る撹拌脱泡システム１の側面図である。
撹拌脱泡システム１は、真空ポンプ２と、制御装置３と、圧力調整部（４，５）と、撹拌装置１０と、キャビティ２１と、観察装置２２とを備えて構成されている。
Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings.
<Configuration>
FIG. 1 is a side view of the stirring and defoaming system 1 according to the embodiment.
The stirring and defoaming system 1 includes a vacuum pump 2, a control device 3, a pressure adjustment section (4, 5), a stirring device 10, a cavity 21, and an observation device 22.
真空ポンプ２は、後述のキャビティ２１内を減圧するための装置である。
制御装置３は、真空ポンプ２、撹拌装置１０等の装置の動作を制御するコンピュータであり、中央処理装置（ＣＰＵ）と、制御プログラムが格納された記憶装置と、表示装置とを備えている。ここで、表示装置は、無線通信が可能な外部の端末装置（例えば、タブレット端末）により構成してもよい。
圧力調整部は、真空レギュレータ４と、手動大気開放ボタン５と、圧力制御装置としての自動大気開放バルブ（図示せず）とを備えている。自動大気開放バルブは、制御装置３からの制御信号に基づき自動で開閉される。
The vacuum pump 2 is a device for reducing the pressure inside the cavity 21, which will be described later.
The control device 3 is a computer that controls the operation of devices such as the vacuum pump 2 and the stirring device 10, and includes a central processing unit (CPU), a storage device storing a control program, and a display device. Here, the display device may be configured by an external terminal device (for example, a tablet terminal) capable of wireless communication.
The pressure adjustment section includes a vacuum regulator 4, a manual atmosphere release button 5, and an automatic atmosphere release valve (not shown) as a pressure control device. The automatic atmosphere release valve is automatically opened and closed based on a control signal from the control device 3.
撹拌装置１０は、撹拌翼１１と、撹拌軸１２と、シャフトシール１３と、回転装置１４と、昇降装置１５と、操作部１７とを備えて構成されている。
撹拌翼１１は、撹拌軸１２に取り付けられた細長い矩形の板部材であり、底部側の角部は撹拌容器Ｃの内底面を傷つけないように丸みをおびている。なお、撹拌翼１１の形状は例示の形状に限定されない。また、複数枚の撹拌翼１１を撹拌軸１２に沿って多段に配置してもよい。
The stirring device 10 includes a stirring blade 11, a stirring shaft 12, a shaft seal 13, a rotating device 14, a lifting device 15, and an operating section 17.
The stirring blade 11 is an elongated rectangular plate member attached to the stirring shaft 12, and the corners on the bottom side are rounded so as not to damage the inner bottom surface of the stirring container C. Note that the shape of the stirring blade 11 is not limited to the illustrated shape. Further, a plurality of stirring blades 11 may be arranged in multiple stages along the stirring shaft 12.
図２は、撹拌軸１２を含む要部の側面断面図である。
撹拌軸１２内には、温度センサ１８が挿通されるセンサ挿通孔１２１が形成されている。温度センサ１８は、上部にロータリーコネクタを備える金属シース内に光ファイバーセンサを組み込んで構成されている。ロータリーコネクタは、例えば複数のボールベアリングを備える軸受機構により構成される。撹拌軸１２は、キャビティの天板２１３に着脱自在に挿着されたシャフトシール１３に挿通されている（なお、図２においては、後述のエア噴出口２１４ａ，２１４ｂを省略している。）。
FIG. 2 is a side sectional view of the main parts including the stirring shaft 12.
A sensor insertion hole 121 into which the temperature sensor 18 is inserted is formed in the stirring shaft 12 . The temperature sensor 18 is constructed by incorporating an optical fiber sensor into a metal sheath with a rotary connector on the top. A rotary connector is constituted by a bearing mechanism including, for example, a plurality of ball bearings. The stirring shaft 12 is inserted through a shaft seal 13 that is removably inserted into a top plate 213 of the cavity (note that air jet ports 214a and 214b, which will be described later, are omitted in FIG. 2).
撹拌軸１２の下端部には撹拌翼１１が着脱自在に取り付けられている。撹拌翼１１は、取付部１１１を中心に水平方向に延びる一対の板材により構成されている。取付部１１１の上部ネジ溝および下部ネジ溝が形成されており、上部ネジ溝の根元部分には第一のＯリング１１２が装着されている。取付部１１１の下部ネジ溝には先端キャップ１１３が螺着されている。取付部１１１および先端キャップ１１３の脱着は、ドライバーなどの工具を使わずに人手で行うことができる。 A stirring blade 11 is detachably attached to the lower end of the stirring shaft 12. The stirring blade 11 is composed of a pair of plate members extending horizontally around the mounting portion 111 . An upper thread groove and a lower thread groove are formed in the mounting portion 111, and a first O-ring 112 is attached to the root portion of the upper thread groove. A tip cap 113 is screwed into the lower thread groove of the mounting portion 111. The attachment portion 111 and the tip cap 113 can be attached and detached manually without using a tool such as a screwdriver.
先端キャップ１１３内には、温度センサ１８が挿通される第二のＯリング１１４が設けられており、先端キャップ１１３の底面からは温度センサ１８の先端部が突出している。図２で例示した先端キャップ１１３は円盤状の形状としているが、これとは異なり、固形物に刺さりやすい形状（例えば、円錐状（図４参照））に構成してもよい。また、撹拌翼１１の下端部に刃を設け（上述の板材をナイフの如く構成し）、押付時に固形物を切れるように構成してもよい。 A second O-ring 114 into which the temperature sensor 18 is inserted is provided inside the tip cap 113, and the tip of the temperature sensor 18 protrudes from the bottom surface of the tip cap 113. Although the tip cap 113 illustrated in FIG. 2 has a disk-like shape, it may be configured to have a shape (for example, a conical shape (see FIG. 4)) that easily sticks into solid objects. Further, a blade may be provided at the lower end of the stirring blade 11 (the above-mentioned plate material is configured like a knife) so that it can cut the solid material when pressed.
図３は、シャフトシール１３の側面断面図である。
シャフトシール１３は、胴部１３１と、上部固定部１３２と、下部固定部１３３と、挿通孔１３４と、第一のシール１３５と、第二のシール１３６と、スクレーパーシール１３７と、キャップ１３８とを備えている。シャフトシール１３は、上部固定部１３２と下部固定部１３３とによりキャビティの天板２１３を挟んで固定される。円盤状の下部固定部１３３の上面には、Ｏリングからなる第二のシール１３６を挿着するための環状溝が形成されている。胴部１３１、上部固定部１３２および下部固定部１３３は、マイクロ波透過性の材料（例えば、ポリプロピレンやテフロン（登録商標）などの樹脂）で構成されている。
FIG. 3 is a side sectional view of the shaft seal 13.
The shaft seal 13 includes a body portion 131, an upper fixing portion 132, a lower fixing portion 133, an insertion hole 134, a first seal 135, a second seal 136, a scraper seal 137, and a cap 138. We are prepared. The shaft seal 13 is fixed by an upper fixing part 132 and a lower fixing part 133 with the top plate 213 of the cavity in between. An annular groove for inserting a second seal 136 made of an O-ring is formed on the upper surface of the disc-shaped lower fixing part 133. The body portion 131, the upper fixing portion 132, and the lower fixing portion 133 are made of a microwave-transparent material (for example, a resin such as polypropylene or Teflon (registered trademark)).
胴部１３１には撹拌軸１２が挿通される挿通孔１３４が設けられている。挿通孔１３４の上端部には第一のシール１３５が配置されており、下端部にはスクレーパーシール１３７が配置されている。挿通孔１３４は上部大径部１３４ａおよび下部小径部１３４ｂから構成されている。ここで、下部小径部１３４ｂは、撹拌軸１２が摺動する直径を有している。このように挿通孔１３４の上部の径を大径とし、撹拌軸１２の外周との間に空間を設けることにより、上部大径部１３４ａで第一のシール１３５の摩耗粉が回収されるようにしている。 The body portion 131 is provided with an insertion hole 134 through which the stirring shaft 12 is inserted. A first seal 135 is arranged at the upper end of the insertion hole 134, and a scraper seal 137 is arranged at the lower end. The insertion hole 134 includes an upper large diameter part 134a and a lower small diameter part 134b. Here, the lower small diameter portion 134b has a diameter on which the stirring shaft 12 slides. In this way, by making the diameter of the upper part of the insertion hole 134 large and providing a space between it and the outer periphery of the stirring shaft 12, the abrasion powder of the first seal 135 is collected at the upper large diameter part 134a. ing.
スクレーパーシール１３７は、挿通孔１３４内を撹拌軸１２が上下動する際に、撹拌軸１２に付着した材料をかきとり、挿通孔１３４内に侵入させないために設けられている。スクレーパーシール１３７は、胴部１３１の下端とキャップ１３８により着脱可能に挟持固定されており、交換可能である。開発初期は、スクレーパーシール１３７ではなく通常のシールを採用していたところ、挿通孔１３４内に材料が侵入することがあったが、スクレーパーシール１３７を採用することにより材料侵入の問題を解消することができた。これにより材料替え時のコンタミネーションを防止することができるとともに、シャフトシール１３１および撹拌軸１２の分解洗浄の手間を削減することを可能としている。 The scraper seal 137 is provided to scrape off material adhering to the stirring shaft 12 when the stirring shaft 12 moves up and down within the insertion hole 134 to prevent it from entering into the insertion hole 134 . The scraper seal 137 is removably clamped and fixed between the lower end of the body 131 and the cap 138, and is replaceable. In the early stages of development, when a normal seal was used instead of the scraper seal 137, material sometimes entered the insertion hole 134, but by adopting the scraper seal 137, the problem of material entering was resolved. was completed. This makes it possible to prevent contamination when changing materials, and to reduce the effort required to disassemble and clean the shaft seal 131 and stirring shaft 12.
回転装置１４は、撹拌軸１２と連結され、回転させるモータにより構成される。回転装置１４による撹拌軸１２の回転速度は、制御装置３により設定することができる。
制御装置３は、撹拌開始から所定時間までの回転速度と、所定時間経過後の回転速度とを個別に設定する機能を備えている。撹拌開始から所定時間までは、材料の粘度が高く、回転速度を遅くするスロースタートが効果的であるからである。また、加熱・溶融工程の回転速度と、脱泡工程の回転速度とを個別に設定する機能を制御装置３に持たせてもよい。また、制御装置３は、材料が固形物であり、撹拌ができない場合に一定時間をおいて再度撹拌を試みるリトライの回数を設定する機能も備えている。 昇降装置１５は、垂直方向に往復動作する電動スライダー（図示せず）を備えている。電動スライダーは連結部材を介して回転装置１４と連結されており、撹拌翼１１の上下方向の位置決めをすることができる。
図４は、撹拌翼１１の上下方向のポジションを説明する図である。本実施形態では、撹拌翼１１は、待機ポジション（Ｐ１）を含む９つのポジションを取ることが可能である。別の観点からは、撹拌翼１１は撹拌容器Ｃ内でＰ２～Ｐ９の８つの撹拌ポジションを取ることが可能である。なお、撹拌ポジションは例示の９つに限らず、任意の複数の撹拌ポジションを自由に設定することが可能である。
The rotating device 14 is configured by a motor that is connected to the stirring shaft 12 and rotates it. The rotation speed of the stirring shaft 12 by the rotation device 14 can be set by the control device 3.
The control device 3 has a function of individually setting a rotation speed from the start of stirring to a predetermined time and a rotation speed after a predetermined time has elapsed. This is because the viscosity of the material is high until a predetermined time from the start of stirring, and a slow start that slows down the rotation speed is effective. Further, the control device 3 may have a function of individually setting the rotation speed for the heating/melting process and the rotation speed for the defoaming process. The control device 3 also has a function of setting the number of retries to try stirring again after a certain period of time when the material is solid and cannot be stirred. The lifting device 15 includes an electric slider (not shown) that reciprocates in the vertical direction. The electric slider is connected to the rotating device 14 via a connecting member, and can position the stirring blade 11 in the vertical direction.
FIG. 4 is a diagram illustrating the vertical position of the stirring blade 11. In this embodiment, the stirring blade 11 can take nine positions including a standby position (P1). From another point of view, the stirring blade 11 can take eight stirring positions P2 to P9 within the stirring container C. Note that the number of stirring positions is not limited to the nine illustrated, and any plurality of stirring positions can be set freely.
加熱・撹拌工程においては、撹拌翼１１の位置を時間の経過と共に変化させる。例えば、材料が表面から深い方向に向かって順次溶けていく条件の場合は、最初に撹拌翼１１を材料の表面部分（例えば、図４のＰ２）に下降させて撹拌を行い、一定時間経過後に１つ深いポジション（例えば、図４のＰ３）に位置させて撹拌を行い、一定時間経過後に１つ深いポジション（例えば、図４のＰ４）に位置させて撹拌を行い、これを繰り返すことが開示される。ここで、撹拌翼１１を下降後、化粧品材料が溶融温度に到達するまで、或いは一定時間を経過するまで動かさずに待機させる場合もある。また、材料の投入量によっては、最初にＰ３～Ｐ５に撹拌翼１１を位置させる場合もあるし、一定時間経過後に２つ以上深いポジションに移動させる場合もある。 In the heating/stirring step, the position of the stirring blade 11 is changed over time. For example, if the material is to melt sequentially from the surface to the depths, the stirring blade 11 is first lowered to the surface part of the material (for example, P2 in FIG. 4) to perform stirring, and after a certain period of time has elapsed, It is disclosed that stirring is performed by positioning the device one position deeper (for example, P3 in FIG. 4), and after a certain period of time has passed, stirring is performed by positioning the device one position deeper (for example, P4 in FIG. 4), and this is repeated. be done. Here, after the stirring blade 11 is lowered, there are cases where the stirring blade 11 is left unmoved and on standby until the cosmetic material reaches the melting temperature or until a certain period of time has elapsed. Further, depending on the amount of material input, the stirring blade 11 may be initially positioned at P3 to P5, or may be moved to two or more deeper positions after a certain period of time has elapsed.
また、表面から深い方向に順次ポジションを移動させるだけでなく、深い位置から表面方向に順次ポジションを移動させるようにしてもよいし、上下のポジション移動（例えば図４のＰ２およびＰ７の往復移動、Ｐ２からＰ７を経てＰ５への移動）を連続して行いながら撹拌を行うようにしてもよい。この際、設定されたポジションを順次移動するだけでなく、各ポジションにステイする時間（すなわち、ポジション毎の撹拌時間）を設定可能に構成することが好ましい。例えば、溶融初期では底近くの粘性が高く混ざりものが多い材料の場合、底近の下ポジションでの撹拌時間を表面近くの上ポジションでの撹拌時間の数倍に設定することが開示される。ここで、上ポジションでも短時間の撹拌を行うのは、上部が局所加熱されることや、オイルが多い材料などで見られる上下層での温度ムラを防ぐためである。
また、最初に各ポジションにおける温度を温度センサ１８により検出し、最も温度の高い位置で撹拌を開始するようにしてもよい。さらには、温度センサ１８の検出温度が一定以上になったことをトリガーに、ポジション移動を行うようにしてもよい。また、温度センサ１８の検出温度が所定温度以上である場合には、撹拌翼１１を下降させた後、回転動作をさせない機能を制御装置３に持たせてもよい。連続処理を行う場合、直前の脱泡処理により撹拌翼１１が加熱され、温度センサ１８の検出温度が実際の材料の温度よりも高くなる場合があるところ、撹拌翼１１を材料に埋没させて冷却することが効果的な場合があるからである。
In addition to sequentially moving the position from the surface to the deep direction, the position may be sequentially moved from the deep position to the surface, or the position may be moved up and down (for example, the reciprocating movement of P2 and P7 in FIG. 4, The stirring may be performed while continuously performing the movement from P2 to P7 and then to P5. At this time, it is preferable to not only sequentially move through the set positions, but also to be able to set the time for which the apparatus stays at each position (that is, the stirring time for each position). For example, in the case of a material that has high viscosity near the bottom and contains many mixtures in the initial stage of melting, it is disclosed that the stirring time at the lower position near the bottom is set to several times the stirring time at the upper position near the surface. Here, the reason why stirring is performed for a short time even in the upper position is to prevent local heating of the upper part and temperature unevenness between the upper and lower layers, which is seen with materials containing a lot of oil.
Alternatively, the temperature at each position may be first detected by the temperature sensor 18, and stirring may be started at the position with the highest temperature. Furthermore, the position may be moved using a trigger when the temperature detected by the temperature sensor 18 exceeds a certain level. Further, when the temperature detected by the temperature sensor 18 is equal to or higher than a predetermined temperature, the control device 3 may have a function of not rotating the stirring blade 11 after lowering it. When continuous processing is performed, the stirring blade 11 is heated by the immediately preceding degassing process, and the temperature detected by the temperature sensor 18 may become higher than the actual temperature of the material. However, the stirring blade 11 is buried in the material and cooled. This is because doing so may be effective.
操作部１７には操作用のボタンが設けられており、予め設定された照射パターンを選択することが可能である。操作部１７は、制御装置３と双方向通信が可能である。制御装置３は、温度センサを１８および監視センサ２１２の検出値に基づきマグネトロンの出力を制御することにより選択された照射パターンを実行する。 The operation unit 17 is provided with operation buttons, and it is possible to select a preset irradiation pattern. The operation unit 17 is capable of bidirectional communication with the control device 3. The control device 3 executes the selected irradiation pattern by controlling the output of the magnetron based on the detected values of the temperature sensor 18 and the monitoring sensor 212.
キャビティ２１は、直方体ないし立方体形の空間であり、被照射物へマイクロ波を照射するための撹拌容器Ｃが配置される。キャビティ２１の内壁には、マグネトロン（図示せず）と連通する照射口１６（図１中点線で図示）が配置されている。この照射口は、１つでもよいし、２つまたは３つでもよいが、複数設ける場合には１つの内壁面に１つの照射口を設けるようにする。図４に示すように、キャビティ２１の天板２１３には、撹拌翼１１を冷却するためのエアを噴出するエア噴出口２１４ａ，２１４ｂが設けられている。複数の撹拌容器Ｃに対して連続処理を行う際には、脱泡工程完了時には溶融した高温（例えば、９８℃）の材料により撹拌翼１１が加熱されており、温度センサ１８が実際の材料の温度よりも高い温度を表示することがある。そこで、脱泡工程完了後にエア噴出口２１４ａ，２１４ｂから冷却用エアを噴出し、待機ポジション（Ｐ１）にある撹拌翼１１および温度センサ１８を冷却してから次の撹拌容器Ｃ内の材料に対する処理を行うことが好ましい。なお、エア噴出口の数は図４に例示したものに限定されず、１個または３個以上であってもよいし、その位置についても、撹拌翼１１に付着した材料がエア噴出により撹拌容器Ｃ内に落下するのであれば任意の位置に設けることが可能である。 The cavity 21 is a rectangular parallelepiped or cubic space, and a stirring container C for irradiating microwaves to an object to be irradiated is arranged. An irradiation port 16 (shown by a dotted line in FIG. 1) communicating with a magnetron (not shown) is arranged on the inner wall of the cavity 21. The number of irradiation ports may be one, two, or three, but if a plurality of irradiation ports are provided, one irradiation port is provided on one inner wall surface. As shown in FIG. 4, the top plate 213 of the cavity 21 is provided with air outlets 214a and 214b that blow out air for cooling the stirring blades 11. When performing continuous processing on a plurality of stirring vessels C, the stirring blades 11 are heated by the molten high temperature (for example, 98°C) material when the defoaming process is completed, and the temperature sensor 18 detects the temperature of the actual material. It may display a temperature higher than the actual temperature. Therefore, after the defoaming process is completed, cooling air is jetted from the air jet ports 214a and 214b to cool the stirring blades 11 and temperature sensor 18 in the standby position (P1) before processing the next material in the stirring container C. It is preferable to do this. Note that the number of air jet ports is not limited to that illustrated in FIG. 4, and may be one or three or more, and the material attached to the stirring blades 11 can be removed from the stirring container by air jets. It can be installed at any position as long as it falls into C.
キャビティ２１は減圧機能を備えることもあれば、減圧機能を備えないこともある。後者の場合は、撹拌容器Ｃを減圧環境下に収納するデシケータをキャビティ２１に配置して使用する。キャビティ２１の側面には、マイクロ波の漏洩が生じない大きさに構成された観察窓２１１を有する扉が設けられている。カメラを備えた観察装置２２を観察窓２１１の付近に設置することにより、キャビティ内の状況を観察可能である。観察装置２２は、例えばタブレット端末により構成することができ、無線通信網を介して制御装置３に撮像画像を送信する。キャビティ２１の天面には監視センサ２１２が設けられており、脱泡工程の間、撹拌容器Ｃ内の液面の状態を監視する。監視センサ２１２は、例えば位置センサ、変位センサ、レーザセンサ、カメラ、カラーセンサ、光電センサ、距離センサにより構成することができる。 The cavity 21 may or may not have a pressure reducing function. In the latter case, a desiccator for storing the stirring container C in a reduced pressure environment is used by placing it in the cavity 21. A door having an observation window 211 configured to a size that prevents leakage of microwaves is provided on the side surface of the cavity 21. By installing an observation device 22 equipped with a camera near the observation window 211, it is possible to observe the situation inside the cavity. The observation device 22 can be configured by, for example, a tablet terminal, and transmits captured images to the control device 3 via a wireless communication network. A monitoring sensor 212 is provided on the top surface of the cavity 21, and monitors the state of the liquid level in the stirring container C during the defoaming process. The monitoring sensor 212 can be configured by, for example, a position sensor, a displacement sensor, a laser sensor, a camera, a color sensor, a photoelectric sensor, or a distance sensor.
制御装置３は、監視センサ２１２の検出信号に基づき圧力調整装置を制御することでキャビティ２１内の圧力を制御する。具体的には、監視センサ２１２が化粧品材料の液面が一定以上上昇したことを検出した場合、制御装置３は自動大気開放バルブを開き、キャビティ２１内の負圧を放出することであふれを防止する。ここで、制御装置３により、大気開放バルブの開き時間、開き度合い、ＯＮ／ＯＦＦパターンを設定可能に構成してもよいし、フィードバック制御を組み合わせてもよい。例えば、材料によっては大気開放バルブを短時間に連続してＯＮ／ＯＦＦさせる方が吹きこぼれを効率的に防ぐことができる場合もあるし、あふれる直前に大気近くまで一気に開放した後、再度大気開放バルブを閉めて真空度を復帰させるのがよい場合もある。また、圧力調整装置を例示の大気開放バルブではなく、真空レギュレータにより構成し、設定した真空度に圧力を制御するようにしてもよい。
脱泡工程では、撹拌翼１１による撹拌を行うことが好ましい場合がある。例えば、オイル分が多い材料では、マイクロ波照射により溶融が進むと上下層での温度ムラが生じやすいため、上下ポジションの往復移動を連続して行うことで上下方向にも撹拌を行うことが好ましい。また、脱泡工程の間、温度センサ１８の検出温度に基づきマイクロ波の照射出力の制御を行うことで、所望の温度を実現するようにしてもよい。
好ましい態様の制御装置３は、撹拌脱泡システム１の運転履歴（例えば、マグネトロンの出力の履歴、温度センサ１８の測定値の履歴、回転装置１４の回転数や稼働時間、圧力制御装置の稼働回数）を記録し、表示装置に表示させることができる。これによりＧＭＰ（Good Manufacturing Practice）での品質管理を行うこと、メンテナンスの時期を通知すること、トラブル時に原因を解析することなどが可能となる。
The control device 3 controls the pressure inside the cavity 21 by controlling the pressure adjustment device based on the detection signal of the monitoring sensor 212. Specifically, when the monitoring sensor 212 detects that the liquid level of the cosmetic material has risen above a certain level, the control device 3 opens the automatic atmosphere release valve and releases the negative pressure inside the cavity 21 to prevent overflow. do. Here, the control device 3 may be configured to be able to set the opening time, degree of opening, and ON/OFF pattern of the atmospheric release valve, or may be combined with feedback control. For example, depending on the material, it may be more efficient to prevent boiling over by turning the atmosphere release valve on and off in short succession, or after opening the air release valve all at once to near the atmosphere just before it overflows, the atmosphere release valve may be turned on and off again. In some cases, it may be a good idea to close the door to restore the vacuum. Furthermore, the pressure regulating device may be configured with a vacuum regulator instead of the exemplified atmosphere release valve, and the pressure may be controlled to a set degree of vacuum.
In the defoaming step, it may be preferable to perform stirring using the stirring blades 11. For example, if a material with a high oil content is melted by microwave irradiation, temperature unevenness tends to occur between the upper and lower layers, so it is preferable to perform stirring in the vertical direction by continuously moving back and forth between the upper and lower positions. . Further, during the defoaming process, the desired temperature may be achieved by controlling the microwave irradiation output based on the temperature detected by the temperature sensor 18.
In a preferred embodiment, the control device 3 controls the operation history of the stirring and degassing system 1 (for example, the history of the output of the magnetron, the history of the measured value of the temperature sensor 18, the number of rotations and operating time of the rotating device 14, and the number of operating times of the pressure control device). ) can be recorded and displayed on a display device. This makes it possible to perform quality control based on GMP (Good Manufacturing Practice), notify when maintenance is required, and analyze the cause of troubles.
＜動作＞
《従来例》
図５を参照しながら、従来の化粧品材料を加熱・撹拌および脱泡する工程を説明する。
［ＳＴＥＰ１０１］
化粧品材料（ブロック状）を切り崩し、切り崩した塊を撹拌容器Ｃに手作業で投入する。ここで、撹拌容器Ｃは、マイクロ波透過性の材料（例えば、ポリプロピレンやテフロン（登録商標）などの樹脂）で構成されたジョッキであり、例えば３～１０Ｌの容量である。パイレックスガラス（登録商標）などからなる撹拌容器は、破損時のコンタミネーションの問題があることから、使用不可である。仕込み量および加熱時間は、作業者の勘と経験による。
<Operation>
《Conventional example》
With reference to FIG. 5, a conventional process of heating, stirring, and defoaming cosmetic materials will be described.
[STEP101]
A cosmetic material (in the form of a block) is cut into pieces, and the cut pieces are manually put into a stirring container C. Here, the stirring container C is a jug made of a microwave-transparent material (for example, a resin such as polypropylene or Teflon (registered trademark)), and has a capacity of, for example, 3 to 10 L. Stirring containers made of Pyrex glass (registered trademark) or the like cannot be used because of the problem of contamination when broken. The amount of preparation and heating time depend on the intuition and experience of the operator.
［ＳＴＥＰ１０２］
市販業務用電子レンジに撹拌容器Ｃを投入し、加熱溶融を行う。加熱時間は、仕込み量と材料の種類により異なる。
［ＳＴＥＰ１０３］～［ＳＴＥＰ１０４］
電子レンジから撹拌容器Ｃを取り出し、作業者が撹拌器具により化粧品材料を手動で撹拌する。撹拌せずに一気に加熱を行うと局所加熱され、容器溶融のおそれがあるため、手動で測温しながら複数回に分けて加熱を行う。
[STEP102]
Stirring container C is placed in a commercially available commercial microwave oven, and heated and melted. Heating time varies depending on the amount of preparation and the type of ingredients.
[STEP103] ~ [STEP104]
The stirring container C is taken out from the microwave oven, and the operator manually stirs the cosmetic materials using a stirring device. If heating is done all at once without stirring, local heating may occur and the container may melt, so heating should be done in multiple batches while manually measuring the temperature.
［ＳＴＥＰ１０５］
専用の真空デシケータを用い、減圧下で脱泡処理を行う。まず、溶融された化粧品材料を真空デシケータに設置する。発泡により撹拌容器Ｃから化粧品材料が溢れる前に、手動で大気開放バルブを操作し調整する作業を脱泡が充分になされるまで繰り返す。
[STEP105]
Degassing is performed under reduced pressure using a dedicated vacuum desiccator. First, the molten cosmetic material is placed in a vacuum desiccator. Before the cosmetic material overflows from the stirring container C due to foaming, the work of manually operating and adjusting the atmosphere release valve is repeated until sufficient defoaming is achieved.
［ＳＴＥＰ１０６］～［ＳＴＥＰ１０７］
脱泡工程後の化粧品材料の温度を手動で測定し、必要に応じて再度電子レンジにて加熱する。
[STEP106] ~ [STEP107]
Manually measure the temperature of the cosmetic material after the defoaming process and heat it again in the microwave if necessary.
［ＳＴＥＰ１０８］
脱泡され、所望の温度範囲にある撹拌容器Ｃ内の化粧品材料（液体材料）を、充填タンクへ投入する。充填タンクへ投入された化粧品材料は、続く工程において、化粧品の容器（例えば、口紅の容器）に充填される。
図９に、従来の化粧品材料の加熱・撹拌工程における温度変化例を示す。図９に係る実験では、測定のために、撹拌容器Ｃ内の上層、中層および下層ならびに撹拌翼の最下端に光ファイバ温度計を設置して加熱・撹拌を行った。図９中、複数のピークが観察されるのは、電子レンジから撹拌容器Ｃを取り出し、作業者が撹拌器具により手動で撹拌する作業を複数回行っているからである。図９に係る実験からは、目標温度の９５℃に到達するまでに材料が品質保証限界温度の９８℃を超える場合があることを確認できる。
[STEP108]
The cosmetic material (liquid material) in the stirring container C, which has been defoamed and is in the desired temperature range, is charged into the filling tank. The cosmetic material introduced into the filling tank is then filled into a cosmetic container (for example, a lipstick container) in a subsequent step.
FIG. 9 shows an example of temperature change during the heating and stirring process of conventional cosmetic materials. In the experiment shown in FIG. 9, heating and stirring were performed by installing optical fiber thermometers in the upper, middle, and lower layers of the stirring container C and the lowest end of the stirring blade for measurement. The reason why multiple peaks are observed in FIG. 9 is that the operator took out the stirring container C from the microwave oven and manually stirred it with a stirring device multiple times. From the experiment shown in FIG. 9, it can be confirmed that the material may exceed the quality guarantee limit temperature of 98°C before reaching the target temperature of 95°C.
《実施形態》
図６を参照しながら、実施形態に係る化粧品材料の加熱・撹拌工程を説明する。
［ＳＴＥＰ２０１］
従来例と同様、化粧品材料の塊が投入された撹拌容器Ｃをキャビティ２１内に設置する。
［ＳＴＥＰ２０２］～［ＳＴＥＰ２０３］
操作部１７を操作して、加熱・撹拌および脱泡プログラムをスタートさせる。これにより、設置ポジションまで撹拌翼１１が下降するのと共に、キャビティ２１内へのマイクロ波照射が開始される。
《Embodiment》
The heating and stirring process of the cosmetic material according to the embodiment will be described with reference to FIG. 6.
[STEP201]
Similar to the conventional example, a stirring container C containing a lump of cosmetic material is installed in the cavity 21.
[STEP202] ~ [STEP203]
The operation unit 17 is operated to start the heating/stirring and defoaming programs. As a result, the stirring blade 11 is lowered to the installation position, and microwave irradiation into the cavity 21 is started.
［ＳＴＥＰ２０４］～［ＳＴＥＰ２０６］
一定時間経過後、撹拌翼１１を回転動作させて撹拌を開始する。化粧品材料の溶融が不十分であり、撹拌が開始できない場合は、撹拌翼１１を一定時間停止待機させた後、リトライ機能により再度撹拌を試みる。
[STEP204] ~ [STEP206]
After a certain period of time has elapsed, the stirring blades 11 are rotated to start stirring. If the cosmetic material is not sufficiently melted and stirring cannot be started, the stirring blades 11 are stopped for a certain period of time, and then stirring is attempted again using the retry function.
［ＳＴＥＰ２０７］
撹拌が正常に開始されると温度制御を開始する。温度センサ１８の検出温度に基づきマイクロ波照射の出力を制御することで、所望の温度範囲を維持する。
[STEP 207]
When stirring starts normally, temperature control starts. By controlling the output of microwave irradiation based on the temperature detected by the temperature sensor 18, a desired temperature range is maintained.
［ＳＴＥＰ２０８］
加熱・撹拌工程の終了条件を充足するまで温度制御加熱を継続する。終了条件としては、例えば所定時間を経過したこと、所定温度に到達することを設定することが開示される。
[STEP208]
Temperature-controlled heating is continued until the conditions for ending the heating/stirring process are satisfied. It is disclosed that the end conditions include, for example, that a predetermined time has elapsed and that a predetermined temperature is reached.
図７を参照しながら、実施形態に係る化粧品材料の脱泡工程を説明する。
［ＳＴＥＰ２０９］～［ＳＴＥＰ２１４］
加熱・撹拌工程の終了条件を充足すると、真空ポンプ２がＯＮとなり、キャビティ２１内が減圧される。脱泡工程は、予め定められた脱泡時間が経過するまで、キャビティ２１内を減圧環境とすることで実施される。
脱泡工程の間、監視センサ２１２は撹拌容器Ｃ内の状況を監視しており、吹きこぼれのおそれがある場合は、自動大気開放バルブを開き、キャビティ２１内の圧力を高めることで吹きこぼれを防止し、吹きこぼれのおそれが解消されると自動大気開放バルブを閉じる制御を行う。続いて、温度センサ１８の検出温度に基づきマイクロ波照射の出力を制御することで、所望の温度範囲を維持する。なお、脱泡工程においてはマイクロ波照射を行わないようにしてもよい（すなわち、ＳＴＥＰ２１４を行わないようにしてもよい。）。
A defoaming process for cosmetic materials according to an embodiment will be described with reference to FIG.
[STEP209] ~ [STEP214]
When the conditions for ending the heating/stirring process are satisfied, the vacuum pump 2 is turned on and the pressure inside the cavity 21 is reduced. The defoaming step is carried out by creating a reduced pressure environment in the cavity 21 until a predetermined defoaming time has elapsed.
During the defoaming process, the monitoring sensor 212 monitors the situation inside the stirring container C, and if there is a risk of boiling over, the automatic atmosphere release valve is opened and the pressure inside the cavity 21 is increased to prevent boiling over. When the risk of boiling over is resolved, the automatic atmosphere release valve is controlled to close. Subsequently, the desired temperature range is maintained by controlling the output of microwave irradiation based on the temperature detected by the temperature sensor 18. Note that microwave irradiation may not be performed in the defoaming process (that is, STEP 214 may not be performed).
［ＳＴＥＰ２１５］～［ＳＴＥＰ２１６］
脱泡工程の終了条件を充足すると、真空ポンプ２がＯＦＦとなり、自動大気開放バルブを開かれ、キャビティ２１内の圧力が開放される。撹拌が行われている場合には撹拌が停止され、撹拌翼１１は待機ポジション（Ｐ１）に上昇する。この際、スクレーパーシール１３７により撹拌軸１２に付着した材料は掻き取られる。脱泡工程を経ることにより脱泡済みの化粧品材料（液体材料）を製造することができる。
加熱・撹拌および脱泡の工程（ＳＴＥＰ２０２～２１６）が終了するまでキャビティ２１からの撹拌容器Ｃの取り出しは不要である。撹拌容器Ｃのキャビティ２１への設置時および取り出し時には、撹拌翼１１は待機ポジション（Ｐ１）にあるので、出し入れの邪魔になることはない。
図８に、実施形態に係る加熱・撹拌工程における温度変化例を示す。図８に係る実験においても、図９に係る実験と同様、測定のために、撹拌容器Ｃ内の上層、中層および下層ならびに撹拌翼の最下端に光ファイバ温度計を設置して加熱・撹拌を行った。マイクロ波の照射出力は、光ファイバ温度計の検出値に基づき自動制御されている。図８においては、６分経過時点頃から撹拌を開始している。図８に係る実験からは、目標温度の９５℃に到達するまでに材料が品質保証限界温度の９８℃を超えることはないことを確認できる。
[STEP215] ~ [STEP216]
When the conditions for completing the defoaming process are satisfied, the vacuum pump 2 is turned off, the automatic atmosphere release valve is opened, and the pressure inside the cavity 21 is released. If stirring is being performed, the stirring is stopped and the stirring blades 11 rise to the standby position (P1). At this time, the material adhering to the stirring shaft 12 is scraped off by the scraper seal 137. A defoamed cosmetic material (liquid material) can be produced through the defoaming process.
It is not necessary to take out the stirring container C from the cavity 21 until the heating, stirring and defoaming steps (STEPs 202 to 216) are completed. When the stirring container C is installed in the cavity 21 and when it is taken out, the stirring blade 11 is in the standby position (P1), so that it does not get in the way of loading and unloading.
FIG. 8 shows an example of temperature change in the heating/stirring process according to the embodiment. In the experiment related to FIG. 8, as well as the experiment related to FIG. 9, optical fiber thermometers were installed in the upper, middle, and lower layers of the stirring container C and at the bottom end of the stirring blade for heating and stirring. went. The microwave irradiation output is automatically controlled based on the detected value of the optical fiber thermometer. In FIG. 8, stirring is started around 6 minutes. From the experiment shown in FIG. 8, it can be confirmed that the material does not exceed the quality guarantee limit temperature of 98°C until the target temperature of 95°C is reached.
以上に説明した実施形態の撹拌脱泡システム１によれば、キャビティ２１内で温度制御および圧力制御を行いながら撹拌を行うため、材料にマイクロ波を照射して加熱溶融する工程において、深さごとに溶融開始時間が異なる場合（例えば、表面層から溶融が始まる場合）でも、溶融した深さに撹拌翼を位置させることで適格に撹拌することが可能となる。特に、加熱しても溶融しない沈殿物（例えば、雲母などのラメ入り材料）が含まれる混合材料においては、沈殿が生じ、撹拌しないと特定層の温度が上昇するという問題が生じるが、適切なポジションで撹拌することによりかかる問題を解消することが可能である。 According to the stirring defoaming system 1 of the embodiment described above, since stirring is performed while controlling the temperature and pressure within the cavity 21, in the process of heating and melting the material by irradiating microwaves, Even if the melting start times are different (for example, when melting starts from the surface layer), proper stirring can be achieved by positioning the stirring blade at the melting depth. In particular, in mixed materials that contain precipitates that do not melt even when heated (for example, lame materials such as mica), precipitation occurs and the temperature of a particular layer increases unless stirred. This problem can be solved by stirring in position.
また、実施形態の撹拌脱泡システム１は、温度センサ１８の検出値に基づきマイクロ波の照射出力を自動制御することで、材料が品質保証限界温度を超えて加熱されることを防ぐことが可能である。また、撹拌軸１２に温度センサ１８が組み込まれているので、市販の温度センサを撹拌容器Ｃ内に設置した際に生じる温度センサが撹拌翼１１の撹拌動作を邪魔するという問題がない。
また、スクレーパーシール１３７を採用することにより、材料替え時のコンタミネーションを防止するとともに、シャフトシール１３１および撹拌軸１２の分解洗浄の手間を削減することを可能としている。
また、挿通孔１３４の上部の径を大径とし、撹拌軸１２の外周との間に空間を設けることにより、上部大径部１３４ａで第一のシール１３５の摩耗粉を回収することで、コンタミネーションの問題が生じないようにしている。
さらには、加熱・撹拌工程から脱泡工程までの一連の工程を自動化することができるので、多品種少量生産を行う際の人件費を著しく削減させることが可能となる。
また、脱泡完了後にエア噴出口２１４ａ，２１４ｂから冷却用エアを噴出することで、撹拌翼１１が冷却されるまでの待ち時間を短くすることができるので、連続処理を行う際の生産性を向上させることが可能である。なお、エアによる冷却は、撹拌翼１１を液体により冷却する場合に生じるコンタミネーションの問題も生じない点でも有利である。
また、制御装置３が、撹拌が行えない場合には回転装置１４を無理に稼働させず、一定時間経過後に再度稼働を試みるリトライ機能を備えているので、回転装置１４の寿命を延ばすことが可能となる。
Furthermore, the stirring defoaming system 1 of the embodiment can prevent the material from being heated beyond the quality guarantee limit temperature by automatically controlling the microwave irradiation output based on the detected value of the temperature sensor 18. It is. Further, since the temperature sensor 18 is incorporated into the stirring shaft 12, there is no problem that the temperature sensor that occurs when a commercially available temperature sensor is installed in the stirring container C interferes with the stirring operation of the stirring blade 11.
Furthermore, by employing the scraper seal 137, it is possible to prevent contamination when changing materials and to reduce the effort required to disassemble and clean the shaft seal 131 and stirring shaft 12.
In addition, by making the diameter of the upper part of the insertion hole 134 large and providing a space between it and the outer periphery of the stirring shaft 12, the wear powder of the first seal 135 is collected in the upper large diameter part 134a, thereby reducing contamination. We are trying to prevent nation problems from arising.
Furthermore, since a series of processes from the heating and stirring process to the defoaming process can be automated, it is possible to significantly reduce labor costs when performing high-mix, low-volume production.
Furthermore, by jetting cooling air from the air jet ports 214a and 214b after the completion of defoaming, it is possible to shorten the waiting time until the stirring blades 11 are cooled, thereby improving productivity during continuous processing. It is possible to improve. Note that cooling with air is also advantageous in that it does not cause the problem of contamination that occurs when the stirring blades 11 are cooled with liquid.
Furthermore, since the control device 3 has a retry function that does not force the rotating device 14 to operate when stirring cannot be performed and tries to operate it again after a certain period of time, it is possible to extend the life of the rotating device 14. becomes.
１ 撹拌脱泡システム
２ 真空ポンプ
３ 制御装置
４ 真空レギュレータ
５ 手動大気開放ボタン
１０ 撹拌装置
１１ 撹拌翼
１１１ 取付部
１１２ 第一のＯリング
１１３ 先端キャップ
１１４ 第二のＯリング
１２ 撹拌軸（シャフト）
１２１ センサ挿通孔
１３ シャフトシール
１３１ 胴部
１３２ 上部固定部
１３３ 下部固定部
１３４ 挿通孔
１３５ 第一のシール
１３６ 第二のシール
１３７ スクレーパーシール
１３８ キャップ
１４ 回転装置
１５ 昇降装置
１６ 照射口
１７ 操作部
１８ 温度センサ
２１ キャビティ（収納部）
２１１ 観察窓
２１２ 監視センサ
２１３ 天板
２１４ａ，２１４ｂ エア噴出口
２２ 観察装置
Ｃ 撹拌容器
1 Stirring and defoaming system 2 Vacuum pump 3 Control device 4 Vacuum regulator 5 Manual atmospheric release button 10 Stirring device 11 Stirring blade 111 Mounting part 112 First O-ring 113 Tip cap 114 Second O-ring 12 Stirring shaft
121 Sensor insertion hole 13 Shaft seal 131 Body part 132 Upper fixing part 133 Lower fixing part 134 Insertion hole 135 First seal 136 Second seal 137 Scraper seal 138 Cap 14 Rotating device 15 Lifting device 16 Irradiation port 17 Operating part 18 Temperature Sensor 21 Cavity (storage part)
211 Observation window 212 Monitoring sensor 213 Top plate 214a, 214b Air outlet 22 Observation device C Stirring container
Claims (20)
撹拌軸を回転させる回転装置と、
撹拌翼を上下動させる昇降装置と、
材料が入った撹拌容器を収納する収納部と、
収納部内にマイクロ波を照射するマグネトロンと、
撹拌翼の上下方向位置を規定するポジションを複数通り制御する制御装置と、を備え、
前記撹拌翼が、前記撹拌軸を挿通する光ファイバを備える温度センサを備え、
前記撹拌軸が、前記撹拌翼の回転時も光ファイバが回転しないように保持するロータリーコネクタに支持され、
前記制御装置が、前記マグネトロンによるマイクロ波加熱をしながら前記撹拌翼による撹拌を行う加熱・撹拌工程を実行するプログラムを備え、第一の時間帯に前記撹拌翼が第一のポジションに位置するように前記昇降装置を制御し、第二の時間帯に前記撹拌翼が第一のポジションと異なる第二のポジションに位置するように前記昇降装置を制御する、第一の撹拌パターンを実行可能であることを特徴とする撹拌装置。 A stirring shaft with stirring blades fixed at the bottom,
A rotating device that rotates a stirring shaft;
A lifting device that moves the stirring blade up and down,
A storage section that stores a stirring container containing materials;
A magnetron that irradiates microwaves inside the storage compartment,
A control device that controls a plurality of positions that define the vertical position of the stirring blade,
The stirring blade includes a temperature sensor including an optical fiber inserted through the stirring shaft,
The stirring shaft is supported by a rotary connector that holds the optical fiber so that it does not rotate even when the stirring blade rotates,
The control device includes a program for executing a heating/stirring process in which stirring is performed by the stirring blade while microwave heating is performed by the magnetron, and the stirring blade is positioned at a first position during a first time period. A first stirring pattern can be executed, in which the lifting device is controlled during a second time period, and the lifting device is controlled such that the stirring blade is located at a second position different from the first position during a second time period. A stirring device characterized by:
撹拌軸を回転させる回転装置と、
撹拌翼を上下動させる昇降装置と、
撹拌翼の上下方向位置を規定するポジションを複数通り制御する制御装置と、
材料が入った撹拌容器を収納する収納部と、
収納部内にマイクロ波を照射するマグネトロンと、を備え、
前記撹拌翼が、温度センサを備え、
前記制御装置が、前記マグネトロンによるマイクロ波加熱をしながら前記撹拌翼による撹拌を行う加熱・撹拌工程を実行するプログラムを備え、
前記制御装置が、第一の時間帯に前記撹拌翼が第一のポジションに位置するように前記昇降装置を制御し、第二の時間帯に前記撹拌翼が第一のポジションと異なる第二のポジションに位置するように前記昇降装置を制御する、第一の撹拌パターンを実行可能であること、
前記撹拌容器外の温度センサの検出値が所定の温度以上である場合に、前記撹拌翼を下降して前記温度センサを材料に当接させた後、前記温度センサの検出値が所定の温度未満となるまで前記プログラムを実行しないことを特徴とする撹拌装置。 A stirring shaft with stirring blades fixed at the bottom,
A rotating device that rotates a stirring shaft;
A lifting device that moves the stirring blade up and down,
a control device that controls multiple positions that define the vertical position of the stirring blade;
A storage section that stores a stirring container containing materials;
Equipped with a magnetron that irradiates microwaves inside the storage compartment,
The stirring blade includes a temperature sensor,
The control device includes a program for executing a heating/stirring process in which stirring is performed by the stirring blade while performing microwave heating by the magnetron,
The control device controls the lifting device so that the stirring blade is located at a first position during a first time period, and the stirring blade is placed at a second position different from the first position during a second time period. being capable of performing a first stirring pattern, controlling the lifting device to be in position;
When the detected value of the temperature sensor outside the stirring container is equal to or higher than a predetermined temperature, after the stirring blade is lowered to bring the temperature sensor into contact with the material, the detected value of the temperature sensor is lower than the predetermined temperature. A stirring device characterized in that the program is not executed until .
前記撹拌軸が、前記撹拌翼の回転時も光ファイバが回転しないように保持するロータリーコネクタに支持されていることを特徴とする請求項２に記載の撹拌装置。 The temperature sensor includes an optical fiber that passes through the stirring shaft,
3. The stirring device according to claim 2 , wherein the stirring shaft is supported by a rotary connector that holds the optical fiber so that it does not rotate even when the stirring blade rotates.
前記プログラムが、前記収納部内を減圧し、前記加熱・撹拌工程を経た材料を脱泡する脱泡工程を実行することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の撹拌装置。 comprising a pressure reducing device that reduces the pressure inside the storage section,
The stirring device according to any one of claims 1 to 5, wherein the program executes a defoaming step of reducing the pressure inside the storage unit and defoaming the material that has undergone the heating and stirring step.
前記脱泡工程において、前記プログラムが、前記監視センサからの信号に基づき前記撹拌容器内の材料が吹きこぼれないように前記収納部内の圧力を前記圧力制御装置により制御することを特徴とする請求項６に記載の撹拌装置。 A monitoring sensor that monitors the material in the stirring container installed in the storage unit, and a pressure control device that controls the pressure in the storage unit,
6. In the defoaming step, the program controls the pressure in the storage section using the pressure control device based on the signal from the monitoring sensor so that the material in the stirring container does not boil over . The stirring device described in .
前記シャフトシールが、前記撹拌軸が挿通され、前記撹拌軸に付着した材料をかきとるスクレーパーシールを備えることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の撹拌装置。 A shaft seal through which the stirring shaft is inserted so as to be freely raised and lowered is attached to the storage part,
8. The stirring device according to claim 1 , wherein the shaft seal includes a scraper seal through which the stirring shaft is inserted and which scrapes off material attached to the stirring shaft.
材料が投入された前記撹拌容器を前記収納部に収納し、前記加熱・撹拌工程および前記脱泡工程を実行することにより脱泡済み液体材料を自動で製造する、脱泡済み液体材料の製造方法。 A method for producing a defoamed liquid material using the stirring device according to claim 7 ,
A method for producing a defoamed liquid material, comprising storing the stirring container loaded with the material in the storage section, and automatically producing a defoamed liquid material by performing the heating/stirring step and the defoaming step. .
収納部内にマイクロ波を照射するマグネトロンと、
収納部内を減圧する減圧装置と、
収納部内に設置された撹拌容器内の材料を監視する監視センサと、
収納部内の圧力を制御する圧力制御装置と、
下部に撹拌翼が固定された撹拌軸と、
撹拌軸を回転させる回転装置と、
制御装置と、を備え、
前記制御装置が、前記マグネトロンによるマイクロ波加熱をしながら前記撹拌翼による撹拌を行う加熱・撹拌工程、および、前記収納部内を減圧し、前記撹拌容器内の材料を撹拌しながら脱泡する脱泡工程を実行するプログラムを備え、
前記脱泡工程において、前記プログラムが、前記監視センサからの信号に基づき前記撹拌容器内の材料が吹きこぼれないように前記収納部内の圧力を前記圧力制御装置により制御することを特徴とする撹拌装置。 A storage section that stores a stirring container containing materials;
A magnetron that irradiates microwaves inside the storage compartment,
A decompression device that depressurizes the inside of the storage compartment;
a monitoring sensor that monitors the material in the stirring container installed in the storage section;
a pressure control device that controls the pressure within the storage section;
A stirring shaft with stirring blades fixed at the bottom,
A rotating device that rotates a stirring shaft;
comprising a control device;
a heating/stirring step in which the control device performs microwave heating by the magnetron and stirring by the stirring blade; and a defoaming step in which the inside of the storage section is depressurized and the material in the stirring container is defoamed while being stirred. Equipped with a program to execute the process,
In the defoaming step, the program controls the pressure in the storage section using the pressure control device based on the signal from the monitoring sensor so that the material in the stirring container does not boil over.
前記貫通孔に挿入される胴部と、
前記胴部を貫通孔に固定する固定部と、
前記胴部に形成された、円柱状のシャフトが回転自在かつ昇降自在に挿通される挿通孔と、
前記挿通孔の下端部に設けられた、前記シャフトに付着した材料をかきとるスクレーパーシールと、を備えることを特徴とするシャフトシール。 A shaft seal installed in a through hole provided in the storage section of the stirring device according to any one of claims 1 to 7 ,
a body inserted into the through hole;
a fixing part that fixes the body part to the through hole;
an insertion hole formed in the body portion through which a cylindrical shaft is inserted so as to be rotatable and movable up and down;
A shaft seal comprising: a scraper seal provided at a lower end of the insertion hole for scraping off material adhering to the shaft.
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