JPH1175722A - 処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課 題】 食品等を煮炊きする処理を、超音波エネ
ルギーを導入して行うのに適した処理装置を提供するこ
と。 【解決手段】 処理槽１内の食品等に万辺なく超音波を
作用させるよう、槽１の側壁1a外面に複数基の超音波振
動子２を、該振動子２のホーン３の先端をその外周側か
らの溶込み溶接によって接合する形で分散配備して堅牢
且つ処理作業の行いやすい処理装置を構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は抽出，調理，熟成，
殺菌，合成，分解などのために薬草，食品，化学品など
の被処理物を煮炊きし、あるいは液媒に浸潰して経時さ
せるような云わば液相変成処理を高能率にないしは高品
質レベルで行うための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記液相変成処理は、薬草のような固形
物を液浸状態で加熱しないしは経時させてエキス分を抽
出し、あるいはシチューのような液状物を煮込むために
数10〜100℃、更には100℃を超える高温で煮炊きするも
のである。

【０００３】しかして、元より能率，品質に関する経験
的な知見の豊富な分野ではあるが、昨今においても、コ
スト低減と付加価値の向上に主眼をおいた処理時間短
縮，収率向上，品質展開の要請が途絶えることがない。
しかしながら、加熱温度スケジュール，液媒組成その他
の検討の余地は殆ど残されておらず、所望の成果が得に
くい状況にあった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記状況の打開を図る
べく、本願の発明者らは、上記液相変成処理への超音波
エネルギーの導入を指向した。即ち、超音波の導入によ
ってキャビテーション作用などに由来する拡散の促進，
細胞膜の破壊，分子会合頻度の増大といった諸効果を利
用しようとするものである。しかるに、超音波洗浄を温
度条件を変えて行う程度の装置は存在するが、槽の内圧
を維持して、100℃を超える温度で長時間に亘って煮炊
きを行なうこともある液相変成処理への超音波エネルギ
ーの導入に関しては、撹拌が容易でないことも多い被処
理物に対して、万辺なく、且つ、処理作業あるいは内圧
の維持に支障をもたらさずに超音波を照射する方案、
又、高温下での耐振性に優れた振動子取付け方案等に関
して何ら知見もなく、好適に実用できるような堅牢な装
置が提供されていなかった。本発明の課題はかかる装置
の提供にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべくな
された本発明装置は、内圧を維持できる処理槽の側壁外
面に、複数基の超音波振動子を、該振動子の超音波放射
面を冶金的な接合手段によって接合して分散配備したこ
とを特徴とするものある。ここで、超音波振動子とは、
振動素子であるトランスデューサーと共振体ないしは振
動伝達子であるコーン又はホーンとを結合させた超音波
印加手段を指すものとする。トランスデューサーは電気
振動を機械振動に変換する素子であり、代表的なものと
して圧電体を交番電界で振動させる電歪式と、強磁性体
を交番磁界で振動させる磁歪式とを例示できる。コーン
又はホーンは金属棒などから成り、その一端（駆動端）
に結合させたトランスデューサーから入力された機械振
動を他端（作用端）に伝えて該作用端の端面（超音波放
射面）から超音波を出力する役目をする。なお、コーン
の振動伝播方向の断面形状を振動振巾変換のために異形
化したホーンもコーンの一種であるが、等断面のコーン
もホーンと通称されることが多いので、以下、両者を包
括して「ホーン」と呼ぶこととする。

【０００６】上記本発明装置にあっては、複数基の超
音波振動子を処理槽の側壁外面に分散配備したので、槽
内に向かって多方位から超音波が照射されることとなっ
て、撹拌されにくい被処理物に対しても万辺なく超音波
を作用させることができ、更には、空地として残された
槽の底面に加熱手段を係合させ、あるいは、蓋体に調圧
弁を取付けたり冷却手段の導入路を設ける等の造作も行
いやすく、上記振動子を、その超音波放射面を処理槽
側壁の外面側に接合する形で配設したので、振動子が被
処理物に接触することがなく、したがって、耐食性，被
処理物の汚染等に係る装置材質の問題は処理槽の内面に
ついてのみ考慮すればよく、又、被処理物の出し入れや
槽内の洗浄といった作業に支障をもたらさず、更には、
槽内圧を確保するための気密性の問題も蓋体との取合の
考慮のみで済み、処理槽外面への振動子放射面の接合
を溶接などの冶金的接合手段により行なって、金属結合
により一体化された形としたので、超音波が効率よく伝
達されるとともに、接合状態が高温・長時間の処理作業
の間に劣化し、あるいは、大振巾の超音波振動（振動子
の放射面は振動の腹の部分に概ね一致し、振巾が特に大
きい）によって接合が破壊されるといった問題も生じな
い。即ち、前記液相変成処理への超音波エネルギーの導
入に好適な処理装置を提供できて、前記本発明の課題が
解決されるものである。

【０００７】因に、超音波振動子のホーンの先端部分を
槽内に貫入させる配設形態では、振動子を、ホーンの振
動の節の部分に設けたフランジをシールパッキングを介
して槽壁に固定する等の形で取付けざるをえず、この結
果、1/4波長の奇数倍の長さ（10〜数10mm程度）に亘っ
てホーンの先端部を接液させる形態を余儀なくされる。
即ち、ホーンが槽内に突出するか、ないしは、ホーンの
先端を槽壁内面と面一化させるべくホーンを後退させた
形で取付けるとホーン先端部の周囲に袋状のスペースが
生じることになる。このため、前記本発明装置の利点の
が得られないばかりでなく、槽内に超音波の死角が生
じたり、処理スペースが減殺されるといった不利が加わ
る。更には、シールパッキングなどによる上記造作が、
100℃を超える高温度の被処理物に直に接する状態での
シール手段として耐久性等に難点を有することは周知の
通りである。上記諸問題は本発明装置のように複数の振
動子を配備した形態において特に重要であることは云う
迄もない。

【０００８】次いで、振動子放射面の処理槽外面への接
合について云えば、これを従来のように接着剤により行
なったのでは処理槽の側壁が曲面の場合、超音波の伝達
効率を損なわないような接合ができないか、又は、放射
面に摺合わせ態様の曲面加工を要することになる。側壁
が平面の場合でも、接着剤の接着力では、接合の当初か
ら、あるいは高温・長時間の処理作業により接着が劣化
した段階で、前記大振巾の超音波振動によって接着が破
壊する。これに対して、本発明装置に採用した冶金的な
接合手段によれば、前記の利点に加えて、曲面状の処
理槽外面への接合も、接合面の隙間を溶着金属で埋めて
溶接する等の手法により堅牢且つ超音波の伝達効率に優
れた接合が行なえる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明装置の処理槽は、100℃を
超える温度での変成処理も行なえるよう、内圧の維持で
きる構造とする。そのための造作は常法によればよく、
たとえば、処理槽としては円筒形のものが耐圧性を確保
しやすく、又、製作も容易である。又、蓋体の気密化は
耐熱ゴム製のパンキング材によって行なえばよく（高温
の被処理物に直に接しない部位であるため多くの場合耐
久する）、必要に応じて銅パッキング構造等を採用すれ
ばよい。その他、圧力調整弁，圧力計，温度計等を装備
し、必要に応じて槽外からの加圧や減圧、更には冷却が
行なえるようにすることもできる。槽の材質としては多
くの場合ステンレス鋼が適するが、用途に応じてチタ
ン，ハステロイ，ガラス，セラミックスなどの高耐食材
料を用いる。又、槽の内面に高耐食材料によるめっきな
いしはライニングを施した仕様も有用である。槽の肉厚
は、当然ながら所定の耐圧性が得られるように選定す
る。上記構成により、本発明装置は、減圧下で行う変成
処理にも有用となるものである。又、常圧下で行う処理
にも当然利用できる。

【００１０】本発明装置により、加熱形式の処理を行う
際の加熱手段は任意であるが、処理槽の壁に近接して誘
導コイルを配し、該コイルに交流を通電することによっ
て器壁を流れる渦電流を生じさせて器壁を内部加熱する
誘導加熱が、処理槽回りの所要スペースが小さくて済
み、又、処理槽回りに熱気を生じることなく高能率で加
熱が行なえることから特に好適である。この場合、器壁
が発熱源となるので、処理槽の底壁を誘導加熱するのが
槽内温度分布の点で好ましい。

【００１１】又、マイクロ波を槽内に導入して被処理物
に吸収させ、被処理物の分子を振動させて内部加熱する
マイクロ波加熱も同様に好適である。この場合、導波管
との係合を加熱槽の吃水線より上方又は蓋体で行なうの
が水じまいなどの点で好ましい。マイクロ波加熱によれ
ば、被処理物自体が発熱源となるので槽内の温度分布は
本質的に優れたものとなる。

【００１２】本発明装置における超音波振動子の配備基
数及び配置形態は、処理の仕様，装置の寸法・形状等に
応じて適宜設定されればよいが、被処理物に均等に超音
波を作用させるためには、３基以上の振動子の配備が望
ましい。配備数が多いほど超音波の作用は均等化される
が、この指向は８基程度迄で十分達成される。６基配備
の例を図１，図２に示す。図において、１は処理槽，1a
は処理槽の側壁、1bは底壁、２は超音波振動子、３，４
は夫々該振動子を構成するホーン及び振動素子（トラン
スデューサー）、3aはホーンの超音波放射面、５は誘導
加熱用の誘導コイル、11は処理槽の蓋、12は圧力調整弁
である。

【００１３】振動子は、図２に示したように周方向に１
列に配置してもよく、又、槽の寸法・形状等に応じて図
３に示したような千鳥状に、あるいは、図４に示したよ
うな複数列状に行ってもよい。これらの場合には好適配
備数が６〜16となる。

【００１４】複数基配備した超音波振動子２の駆動は常
法によって行えばよく、たとえば、各振動子２の共振周
波数のばらつきをカバーする変動巾で周波数を時系列的
に変動させた出力を発振器から適用して、各振動子２を
順繰りに重点駆動させることにより、各振動子２の作用
が均等化される。

【００１５】本発明装置にあっては、前述のように、超
音波振動子を、その超音波放射面を処理槽の外面に冶金
的に接合させる形で配設する。冶金的な接合手段として
は、溶接，液相拡散接合，ろう接，摩擦圧接を例示でき
るが、実施しやすく、又、堅牢且つ超音波伝達性に優れ
た接合部を形成できるという点で、溶接が最適である。
但し、超音波の伝達路を確保するために、振動子の超
音波放射面がなるべく大きい面積率を以て溶接されてい
ることが望ましい。しかして、図５，図６に夫々正断面
図及び平面図を例示したような、放射面3aの外縁側に開
先６を設けた溶込み溶接を行うことによって上記面積率
を十分大きくすることができる。たとえば、図５，図６
に示した開先奥行きＬを振動子のホーン３の直径Ｄの1/
4にとった場合、ホーン３の直径内の接合面積率は3/4、
即ち、75％であり、加えて溶着金属７のはみ出しによっ
て溶接部の外径が10％以上増すことにより、本来の放射
面々積と同等の接合面積が確保される。超音波放射面全
域に亘る溶込み溶接を行なっても無論差支えないが上述
のように放射面の外縁側の環状領域の溶込み溶接で十分
であることから、手数が大巾に増大する全域溶込み溶接
を行なうメリットは少ない。

【００１６】上記溶込み溶接方式によれば曲面状の処理
槽１の外面1aに曲面加工していない超音波放射面3aを突
合わせて、放射面の外縁側に生じる隙間を溶着金属７で
埋めた形の接合部を形成できる。しかして、該接合部を
構成する両側の母材（処理槽１及びホーン３）及び溶着
金属７は同系統の材質のものであるため、上記接合部は
堅牢であるばかりでなく、連続体と同様に超音波を伝達
することができる。液相拡散接合等、溶接以外の冶金的
な接合手段も利用可能であるが、処理槽外面が平面状
（たとえば６角筒形の処理槽など）の場合には平面状の
超音波放射面を難なく接合できるが、処理槽外面が曲面
状の場合には放射面を摺合わせ態様の曲面状に加工する
などの別途処置が必要となる。なお、本発明装置におい
ては、超音波振動子からの超音波出力が処理槽の器壁を
介して被処理物に放射されることになるので、器壁の肉
厚が無視できない場合には、振動子のホーンの長さを、
所定の共振長さ（1/2波長の整数倍）から器壁肉厚分を
差引いた長さとするのがよい。

【００１７】

【発明の効果】本発明装置は、上述のように、被処理物
の煮炊きなどを行う変成処理に超音波エネルギーの導入
を図るべく、100℃を超える温度で長時間の煮炊きを行
なっても耐久し、しかも処理作業に支障をもたらさずに
超音波エネルギーを効率よく適用できる処理装置を提供
したものである。

【００１８】上記処理装置により、薬草からのエキス分
の抽出、あるいは食品の調理，加工などの液相変成処理
において、能率，品質等に亘る新たな技術展開が可能と
なった。即ち、上記処理業務におけるコスト低減，付加
価値向上指向を強力に支援できることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の一例の要部の平面図。

【図２】図１の装置の正断面図。

【図３】本発明装置における振動子の配置態様の別例を
示す斜視図。

【図４】振動子の配置態様の他の例を示す斜視図。

【図５】本発明装置における振動子の接合態様例を示す
平断面図。

【図６】図５の接合態様における接合部の正断面図。

【符号の説明】

１ 処理槽 1a 処理槽の側壁 1b 処理槽の底壁 ２ 振動子 ３ ホーン 3a 超音波放射面 ４ トランスデューサー ５ 誘導コイル ６ 開先 ７ 溶着金属 Ｄ ホーンの直径 Ｌ 開先の奥行き

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内圧を維持できる処理槽の側壁外面に、
   複数基の超音波振動子を、該振動子の超音波放射面を冶
   金的な接合手段によって接合して分散配備したことを特
   徴とする処理装置。
2. 【請求項２】 前記冶金的な接合手段が、前記超音波放
   射面の少なくとも外縁側の環状領域に溶込み部を形成し
   た溶込み溶接である請求項１に記載の処理装置。