(57)【要約】【課題】短時間で羽毛の水分率や含水率を測定できるようにする。【解決手段】キャリアガスが流された雰囲気中で、秤量瓶に収納された羽毛にマイクロ波を照射して乾燥し、キャリアガスが流されかつ冷却された冷却ボックス３６に秤量瓶を保持し、乾燥された羽毛内にヒートシンク６０の一部分を挿入した状態で冷却し、冷却された羽毛の重さを測定して羽毛の水分率や含水率を求める。【選択図】  図６
2004333204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリアガスが流された第１の雰囲気中で、被測定物にマイクロ波を照射して該被測定物を乾燥する乾燥工程と、
キャリアガスが流されかつ冷却された第２の雰囲気中で、乾燥された前記被測定物内に放熱部材の一部分を挿入した状態で該被測定物を所定温度まで冷却する冷却工程と、
冷却された前記被測定物の重さを測定して該被測定物の水分状態を求める測定工程と、
を含む水分状態測定方法。
【請求項２】
前記被測定物が羽毛であり、前記キャリアガスが窒素ガスであり、前記放熱部材がアルミニウムで構成されている請求項１記載の水分状態測定方法。
【請求項３】
前記放熱部材を接地した請求項１または請求項２記載の水分状態測定方法。
【請求項４】
開閉可能な扉、キャリアガス供給口、及びキャリアガス排出口を備え、かつ該扉により内部が閉鎖される冷却室と、
被測定物が収納された測定容器を保持するように前記冷却室内に設けられた保持部材と、
前記保持部材に保持された測定容器内の被測定物内に一部分が挿入可能で、かつ該被測定物から露出される部分に放熱フィンが形成された放熱部材と、
を含む水分状態測定用冷却装置。
【請求項５】
前記被測定物が羽毛であり、前記不活性ガスが窒素ガスであり、前記放熱部材がアルミニウムで構成されている請求項４記載の水分状態測定用冷却装置。
【請求項６】
前記放熱部材を接地した請求項４または請求項５記載の水分状態測定用冷却装置。
【請求項７】
前記冷却室内に冷却ボックスを収納し、前記保持部材を該冷却ボックスに設けた請求項４〜請求項６のいずれか１項記載の水分状態測定用冷却装置。
【請求項８】
キャリアガスが流された第１の雰囲気中で、被測定物にマイクロ波を照射して該被測定物を乾燥する乾燥装置と、
キャリアガスが流されかつ冷却された第２の雰囲気中で、乾燥された前記被測定物内に放熱部材の一部分を挿入した状態で該被測定物を所定温度まで冷却する冷却装置と、
冷却された前記被測定物の重さを測定する測定装置と、
を含む水分状態測定装置。
【請求項９】
前記冷却装置を、
開閉可能な扉、キャリアガス供給口、及びキャリアガス排出口を備え、かつ該扉により内部が閉鎖される冷却室と、
被測定物が収納された測定容器を保持するように前記冷却室内に設けられた保持部材と、
前記保持部材に保持された測定容器内の被測定物内に一部分が挿入可能で、かつ該被測定物から露出される部分に放熱フィンが形成された放熱部材と、
を含んで構成した請求項８記載の水分状態測定装置。
【請求項１０】
前記被測定物が羽毛であり、前記キャリアガスが窒素ガスであり、前記放熱部材がアルミニウムで構成されている請求項８または請求項９記載の水分状態測定装置。
【請求項１１】
前記放熱部材を接地した請求項８〜請求項１０のいずれか１項記載の水分状態測定装置。
【請求項１２】
前記冷却室内に冷却ボックスを収納し、前記保持部材を該冷却ボックスに設けた請求項８〜請求項１１のいずれか１項記載の水分状態測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水分状態測定方法、水分状態測定用冷却装置、及び水分状態測定装置に係り、特に、羽毛中の水分率や含水率等の水分状態を測定するための水分状態測定方法、及びこの水分状態測定方法を使用した水分状態測定装置、水分状態を測定する際に使用する水分状態測定用冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来より、羽毛中の水分率を試験、評価、計測する場合には、ＪＩＳ  Ｌ１９０３「羽毛試験方法」が用いられている。この方法では、１０５±２℃に設定した加熱雰囲気中で被測定物である羽毛中の水分を蒸発させ、冷却デシケータ中で常温になるまで放置し、重量が恒量となった時点を水分が除去された状態として、電子天秤で重量を計測して水分率を求めている。
【０００３】
また、羽毛製品の品質確認を行なう個々の水分率測定作業現場においては、上記のＪＩＳに記されている方法に準じて羽毛中の水分率を求め、品質管理を行っている。この時、羽毛を乾燥させるためには、強制循環式恒温槽を備えた乾燥機が用いられている。この乾燥機では、電気ヒータによる空気加熱により羽毛中に含まれる水の加熱を行うように、乾燥機内の空気温度を所定温度に制御するように構成されている。このため、羽毛中の水分蒸発の機構は、空気熱伝導及び乾燥機壁面からの輻射熱により、羽毛中に含まれる水が蒸発する温度となり、羽毛中から離脱するものである。すなわち、羽毛中に含まれる水分は、熱伝導による温度上昇により水の温度が気化温度まで達し、蒸発するようになっている。
【０００４】
更に、乾燥機は、強制循環式恒温槽用いていることから、空気加熱を主とし、機内は出来る限りの閉鎖状態を維持出来る構造となっている。この結果、羽毛から蒸発した水分が、乾燥機内の雰囲気から除去されないため、乾燥機内の水蒸気圧が高くなり、羽毛中の水分の蒸発を妨げるように作用し、羽毛が絶乾状態になるまでの時間が長くかかっていた。
【０００５】
このため、ＪＩＳに準じた手法により水分率を求めるには、水分の蒸発により恒量が得られるまでに１５分以上の間隔で数回くり返して計量作業をする必要があり、この計測作業の繰り返しにより乾燥機内の雰囲気が繰り返し開放され、絶乾状態が得られるまでに４．５時間程度の長時間を要し、製品工程の品質管理上、障害となる、という問題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題点を解消するためになされたもので、マイクロ波を用いて羽毛等の被測定物の水分を除去することにより、短時間で絶乾状態を容易に得ることができ、短時間で水分率や含水率等の水分状態を測定することができる水分状態測定方法、及び水分状態測定装置を提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、上記の水分状態測定方法、及び水分状態測定装置に好適な水分状態測定用冷却装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の水分状態測定方法は、キャリアガスが流された第１の雰囲気中で、被測定物にマイクロ波を照射して該被測定物を乾燥する乾燥工程と、キャリアガスが流されかつ冷却された第２の雰囲気中で、乾燥された前記被測定物内に放熱部材の一部分を挿入した状態で該被測定物を所定温度まで冷却する冷却工程と、冷却された前記被測定物の重さを測定して該被測定物の水分状態を求める測定工程と、を含んで構成されている。
【０００９】
また、本発明の水分状態測定装置は、キャリアガスが流された第１の雰囲気中で、被測定物にマイクロ波を照射して該被測定物を乾燥する乾燥装置と、キャリアガスが流されかつ冷却された第２の雰囲気中で、乾燥された前記被測定物内に放熱部材の一部分を挿入した状態で該被測定物を所定温度まで冷却する冷却装置と、冷却された前記被測定物の重さを測定する測定装置と、を含んで構成されている。
【００１０】
本発明によれば、被測定物は、キャリアガスが流された第１の雰囲気中で、マイクロ波が照射されて、乾燥される。すなわち、本発明は、被測定物中に含まれる水の分子に直接マイクロ波を照射し、水の分子運動を活発化させ、液体から気体に移行するのに充分な運動エネルギーを供給し、この運動エネルギーにより被測定物から水を蒸発、発散させ、乾燥させるものである。
【００１１】
また、第１の雰囲気中にはキャリアガスが流されているので、被測定物から蒸発した水蒸気は、キャリアガスと共に第１の雰囲気から外部に排出され、第１の雰囲気が飽和水蒸気圧になることが防止される。従って、被測定物を従来と比較して速やかに乾燥させることができる。
乾燥された被測定物内には放熱部材の一部分が挿入され、被測定物は、放熱部材の一部分が挿入された状態で、キャリアガスが流されかつ冷却された第２の雰囲気中で所定温度まで冷却される。被測定物内には放熱部材の一部分が挿入されているので、被測定物の熱は、放熱部材を介して放熱され、また、冷却された第２の雰囲気中には、キャリアガスが流されているので、キャリアガスにより放熱部材が効率よく冷却される。従って、乾燥された被測定物を従来と比較して速やかに冷却させることができる。
【００１２】
そして、冷却された被測定物の重さが測定され、被測定物の水分状態を表す水分率または含水率が求められる。
【００１３】
本発明の水分状態測定方法及び水分状態測定装置によれば、キャリアガスが流された第１の雰囲気中でマイクロ波が照射されて、被測定物が乾燥されると共に、キャリアガスが流されかつ冷却された第２の雰囲気中で、乾燥された被測定物内に放熱部材の一部分を挿入した状態で、所定温度まで冷却されるので、短時間に被測定物の乾燥及び冷却を行うことができ、これによって被測定物の水分状態を短時間に求めることができる。
【００１４】
上記の冷却装置は、開閉可能な扉、キャリアガス供給口、及びキャリアガス排出口を備え、かつ該扉により内部が閉鎖される冷却室と、被測定物が収納された測定容器を保持するように前記冷却室内に設けられた保持部材と、前記保持部材に保持された測定容器内の被測定物内に一部分が挿入可能で、かつ該被測定物から露出される部分に放熱フィンが形成された放熱部材と、を含んで構成することができる。
【００１５】
この冷却装置によれは、被測定物が収納された測定容器が、冷却室内に設けられた保持部材に保持され、保持部材に保持された測定容器内の被測定物内に放熱部材の一部分が挿入され、閉鎖された冷却室で冷却される。この放熱部材の被測定物から露出された部分には放熱フィンが形成されており、また、キャリアガス供給口から冷却室にキャリアガスが供給され、供給されたキャリアガスが冷却室を流れてキャリアガス排出口から排出されるため、一部分が被測定物に挿入されかつ被測定物から露出された部分に放熱フィンが形成された放熱部材によって被測定物を効率よく冷却することができる。
【００１６】
上記の水分状態を測定する被測定物としては、羽毛、綿花、及び繊維等の保温特性が良好な材料を対象とすることができる。
【００１７】
また、キャリアガスとしては、乾燥不活性ガス、例えば、ドライ窒素ガスを用いることができる。また、放熱部材は、熱伝導率が良好な材料、例えば、アルミニウムで構成することができる。
【００１８】
さらに、被測定物に静電荷が帯電すると被測定物が放熱部材や測定容器等に吸着して取り扱いが困難になるため、放熱部材を接地して帯電された電荷を除去するのが好ましい。被測定物を冷却する所定温度は、室温付近の温度、好ましくは室温より３度程度高い温度が好適である。
【００１９】
また、冷却室内には、冷却ボックスを収納し、保持部材をこの冷却ボックスに設けることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２１】
本実施の形態の水分状態測定装置に使用される乾燥装置は、図１に示すように、キャビネット１０の内部に前面が開口した乾燥室１２を配置して構成されている。キャビネット１０の前面側には、乾燥室１２の前面側開口部を開閉する扉（図示せず）が回動可能に取り付けられている。
【００２２】
乾燥室１２の底部には、ターンテーブル１４が設けられている。ターンテーブル１４は、乾燥室１２の底面部の外側に配置されたターンテーブルモータ１６の回転軸に連結され、ターンテーブルモータ１６により回転されるように構成されている。
【００２３】
キャビネット１０と乾燥室１２との間には、機械室として機能するの空間が設けられている。この機械室内の乾燥室１２の上側には、マグネトロン１８及び導波管が配置されている。これにより、マグネトロン１８から放射されたマイクロ波は、導波管を介して乾燥室１２内に照射される。
【００２４】
また、機械室内には、冷却ファン２０、冷却ファン２０を回転させるモータ２２、倍電圧回路で構成されたマグネトロン駆動回路を介してマグネトロン１８に高電圧を印加するトランス２４が配置されている。このトランス２４には、マグネトロン１８に高電圧を印加する際にオンされるスイッチが接続されている。このスイッチは、液晶表示装置とタッチパネルとで構成された操作パネルに設けられている。この操作パネルには、出力を設定するための操作部、乾燥時間を設定するための操作部等が設けられている。
【００２５】
キャビネット１０の側面には、ドライ窒素ガス等のキャリアガスを供給するためのキャリアガス供給装置２６が取り付けられている。キャリアガス供給装置２６は、ドライ窒素ガス等のキャリアガスが充填されたボンベにガス供給管を介して接続されるキャリアガス導入口２６Ａ、キャリアガス導入口２６Ａに連続して設けられたキャリアガス閉鎖弁２６Ｂ、キャリアガスの流量を調整するキャリアガス流量調整弁２６Ｃ、キャリアガス流量計２６Ｄ、及び、一端がキャリアガス流量計２６Ｄに接続され、かつ他端が乾燥室１２の側壁を貫通して乾燥室１２内に突出したキャリアガス供給口２６Ｅで構成されている。
【００２６】
また、乾燥室１２の背面側側壁の上側には、乾燥室１２内のキャリアガスを乾燥室１２内から機械室に排出するためのキャリアガス排出口１２Ａが形成されている。
【００２７】
なお、１０Ａ、１０Ｂは、マグネトロン冷却用の外気を機械室に取り入れるための空気取り入れ口、１０Ｃはマグネトロン冷却用に使用された外気をキャリアガス排出口１２Ａから排出されたキャリアガスと共に機械室から排出するための排出口である。
【００２８】
この乾燥装置によれば、乾燥装置に設けられたプラグをコンセントに挿入して電源を供給し、キャリアガス閉鎖弁２６Ｂを開いてキャリアガスを所定の流量で供給し、操作パネルのスイッチをオンにすると、マグネトロン１８からマイクロ波が放射されると共に、ターンテーブル１４及びファン２０が回転され、乾燥室内に供給されたキャリアガスは乾燥室内を流れキャリアガス排出口１２Ａを通って、空気取り入れ口から取り入れられた外気と共に排出口から排出される。このため、被測定対象物である羽毛が収納され、かつ蓋が取られたガラス製の秤量瓶をターンテーブル１４の上に載置し、乾燥装置の扉を閉じ、操作部に設けられたスイッチをオンにすると、キャリアガスが流れている乾燥室の雰囲気中で、羽毛にマイクロ波が照射されて乾燥される。このとき、ターンテーブル１４が回転されるので、羽毛には略均等にマイクロ波が照射される。
【００２９】
この乾燥装置では、マイクロ波の照射により羽毛を加熱していることから乾燥室内の温度を恒温に保つ必要が無くなり、また、乾燥室内にキャリアガスが流れるようにキャリアガスを乾燥室内へ供給し、羽毛中から蒸発した水分をキャリアガスと共に乾燥室外へ排出させているので、乾燥室内が飽和水蒸気圧になるのが防止され、水分の蒸発を促進させることが可能となる。
【００３０】
次に、図２〜図６を参照して本実施の形態の冷却装置について説明する。冷却装置は、キャビネット３０の内部に前面が開口した冷却室３２を配置して構成されている。キャビネット３０の前面側には、冷却室３２の前面側の開口部を開閉する扉３４が回動可能に取り付けられている。
【００３１】
キャビネット３０の側面には、図１のキャリアガス供給装置と同様に、キャリアガス導入口２６Ａ、キャリアガス閉鎖弁２６Ｂ、キャリアガス流量調整弁２６Ｃ、キャリアガス流量計２６Ｄ、及びキャリアガス供給口２６Ｅで構成されたキャリアガス供給装置２６が取り付けられている。キャリアガスとしては、冷却装置で使用したキャリアガスと同じドライ窒素ガス等を使用することができる。
【００３２】
冷却室３２の側壁の上部には、羽毛の冷却に使用されたキャリアガスを排出するためのキャリアガス排出口３２Ａが形成されている。また、キャビネット３０にもキャリアガス排出口３２Ａから排出されたキャリアガスを外部に排出するための図示しない排出口が形成されている。、
冷却室３２の底部には、測定容器としての秤量瓶を保持するための保持部材を備え、かつアルミニウム等で構成された冷却ボックス３６が収納されている。この冷却ボックス３６は、秤量瓶が挿入される複数の挿入孔３８が穿設された上板４０、秤量瓶を底面側から保持する保持部材としての保持台４２が複数個内側に取り付けられた下板４４、及び、上板４０と下板４４とを連結する側板４６で箱状に構成されており、上板４０、下板４４、及び側板４６で囲まれた内部には通過するキャリアガスによって秤量瓶内の羽毛を冷却するための冷却室５０が形成されている。
【００３３】
保持台４２には、基端部が下板４４に固定された柱部４２Ｂが設けられており、柱部４２Ｂの先端部には秤量瓶の底面より小径の円盤状受け部４２Ａが形成されている。、
上板４０の略中央部には、キャリアガス取り入れ口４０Ａが穿設されており、このキャリアガス取り入れ口４０Ａの直下に位置するようにファン４８が取り付けられている。このファン４８は、冷却装置に電源が供給された状態で常時回転されている。また、上板４０の挿入孔３８の近傍には冷却ボックスの冷却室５０内のキャリアガスを排出するための排出口５２が複数個穿設されている。
【００３４】
キャビネット３０と冷却室３２を形成する壁面との間には、機械室が形成されており、この機械室の底面側には、冷媒を圧縮するためのコンプレッサ５４が配置され、機械室の上面側には冷却室３２を冷却するための冷却器５６が配置されている。また、キャビネット３０の背面には、コンプレッサ５４と冷却器５６とを連結する放熱器（図示せず）が設けられている。
【００３５】
また、一端が先鋭に形成された棒状部材６２と棒状部材６２の基端部に取り付けられた放熱フィン６４とで構成されると共に、冷却ボックス３６に保持された秤量瓶に収納された羽毛に棒状部材６２が先端側から挿入される放熱部材であるヒートシンク６０が複数個設けられている。
【００３６】
放熱フィン６４は、側面に複数の溝６４Ａが形成され、かつ下辺に秤量瓶への挿入部６４Ｂが形成された一対の板状部材６３を十文字状に組み合わせて構成されている。いずれか１つのヒートシンク６０の一方の板状部材６３の側面には、温度センサ６６が取り付けられている。
【００３７】
このヒートシンク６０は、熱伝導性が良好な材料、例えば、アルミニウムで形成されている。また、各ヒートシンクは、リード線６８で直列に接続されて冷却ボックス３６の上板に接地されている。
【００３８】
この冷却装置を使用するのは、冷却装置に設けられたプラグをコンセントに挿入して電源を供給して予め冷却室を冷却しておき、乾燥装置で乾燥された羽毛が収納され、かつ蓋が取られた秤量瓶の各々を冷却ボックス３６の挿入孔３８の各々に挿入し、保持台４２によって保持する。秤量瓶は、保持台４２によってのみ保持され、上板５２には接触していないので、冷却ボックスとの接触面積を小さくすることができる。
【００３９】
秤量瓶を保持台に保持した状態でヒートシンクの棒状部材６２を先端側から羽毛の中に挿入し、放熱フィン６４の挿入部６４Ｂを秤量瓶に挿入してヒートシンク６０を秤量瓶の開口部周縁で支持する。
【００４０】
そして、キャリアガス閉鎖弁２６Ｂを開いてキャリアガスを所定の流量で供給すると、回転しているファン４８により冷却室内に充満したキャリアガスが図４の矢印方向に循環されてキャリアガスの流れが形成され、キャリアガス供給装置２６からキャリアガスが供給されるに伴って、秤量瓶内の羽毛の冷却に使用されたキャリアガスがキャリアガス排出口３２Ａから排出される。
【００４１】
このとき、秤量瓶の外周にはファン４８によって循環されるキャリアガスが流れており、秤量瓶の内部にはヒートシンクの一部分が挿入され、かつ羽毛から露出したヒートシンクの放熱フィンは冷却ボックスを収納する冷却室で冷却されるため、効率よく秤量瓶中の羽毛を冷却することができる。
【００４２】
また、乾燥している羽毛に静電気が帯電した場合においても、電荷はリード線６８を介してアースに流されるので、羽毛がヒートシンクや秤量瓶等に付着したりすることがなくなる。
【００４３】
次に、上記の乾燥装置、冷却装置、及び電子天秤を使用して羽毛の水分率を測定する測定方法について説明する。
【００４４】
秤量瓶を空のままにして秤量瓶の空質量をＪＩＳと同様の電子天秤で計量し、その秤量瓶に水分率を求める羽毛を１ｇ程度採取し、再度計量する。その後、キャリアガス供給口からキャリアガスとしてドライ窒素ガスを所定流量（例えば、３リットル毎分）流している乾燥室内のターンテーブル１４上に、蓋を取った秤量瓶を載置し、乾燥機の扉を閉鎖する。乾燥装置の操作パネルを操作して出力を、例えば１０００Ｗに設定し、加熱時間を羽毛が絶乾状態になるまでの時間（例えば、１２分）に設定し、操作パネルのスイッチをオンにして羽毛にマイクロ波を照射して加熱し、乾燥する。本実施の形態の場合、複数個、例えば、２個の秤量瓶を同時にターンテーブル１４上に載置して各々の秤量瓶に採取された羽毛を同時に加熱し、乾燥する。
【００４５】
乾燥終了後、乾燥済みの羽毛が収納された秤量瓶を冷却装置のファン付き冷却ボックスの挿入孔に挿入し、ヒートシンクの棒状部材を羽毛中に挿入し、ヒートシンクの放熱フィンを秤量瓶の開口部周縁で支持することにより、ヒートシンクを支持する。この場合、ヒートシンクのいずれか１つは、温度センサが取り付けられたヒートシンクを使用する。
【００４６】
なお、冷却装置は、予め所定流量になるようにキャリアガスが供給されると共に、冷却室内の温度は所定温度（例えば、５〜６℃）に調整されており、また冷却ボックスに設けられているファンが回転されている。
【００４７】
温度センサにより測定された温度が、所定温度、例えば、室温より所定温度（例えば、３℃）高い温度になるまで冷却された後、秤量瓶よりヒートシンクを取り出し、秤量瓶に蓋をして冷却装置から取り出す。そして、電子天秤で羽毛が収納された状態の秤量瓶を計量する。なお、室温より所定温度高い状態まで冷却するのに要する時間は、１０分程度である。
【００４８】
これによって、乾燥前の羽毛の質量と乾燥して所定温度まで冷却された羽毛の質量が求まるので、これらの質量から水分率または含水率を求めることができる。
【００４９】
従来では、水分率または含水率を求めるのに４．５時間程度の時間を要していたが、本実施の形態では約３０分で水分率または含水率の測定を行うことができた。
【００５０】
なお、上記では、被測定物として羽毛の水分状態を測定する例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、綿花や繊維等の被測定物の水分状態を測定することができ、特に、保温性が良好な被測定物の水分状態の測定に良好である。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の水分状態測定方法、及び水分状態測定装置によれば、短時間で被測定物の水分状態を測定することができる、という効果が得られる。
【００５２】
また、本発明の水分状態測定用冷却装置によれば、加熱された被測定物を所定温度まで速やかに冷却することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の乾燥装置を示す概略図である。
【図２】本発明の冷却装置を示す概略図である。
【図３】図２に示す冷却装置の冷却ボックスの平面図である。
【図４】図２に示す冷却装置の冷却ボックスの縦断面図である。
【図５】ヒートシンクの平面図である。
【図６】図４に示す冷却ボックスの部分縦断面図である。
【符号の説明】
１０    キャビネット
１２    乾燥室
１４    ターンテーブル
１８    マグネトロン
２６    キャリアガス供給装置
３０    キャビネット
３２    冷却室
３６    冷却ボックス
５６    冷却器
６０    ヒートシンク
６２    棒状部材
６４    放熱フィン
６６    温度センサ
【図１】
2004333204.tif 000003
【図２】
2004333204.tif 000004
【図３】
2004333204.tif 000005
【図４】
2004333204.tif 000006
【図５】
2004333204.tif 000007
【図６】
2004333204.tif 000008