(57)【要約】【課題】被加熱材を均一に加熱することが可能な高周波誘電加熱装置を提供する。【解決手段】互いに対向する一対の下部電極１１、上部電極１２の間に、被加熱材１３を挟圧する。下部電極１１、上部電極１２間に高周波電圧を印加し、高周波誘電により被加熱材１３を加熱する。下部電極１１と被加熱材１３の間、及び上部電極１２と被加熱材１３の間それぞれに、被加熱材１３を保温するための加硫ゴム層から成る下部副資材１４、上部副資材１５を配置する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する一対の電極の間に、被加熱材を挟み、前記両電極間に高周波電圧を印加し、高周波誘電により前記被加熱材を加熱するための高周波誘電加熱装置において、少なくともいずれか一方の前記電極と前記被加熱材の間に、前記被加熱材を保温するための加硫ゴム体を含む副資材を配置することを特徴とする高周波誘電加熱装置。
【請求項２】
前記副資材は、前記電極と前記被加熱材の間を電気的に絶縁させることを特徴とする請求項１に記載の高周波誘電加熱装置。
【請求項３】
前記加硫ゴム体は、非導電性であることを特徴とする請求項１に記載の高周波誘電加熱装置。
【請求項４】
前記加硫ゴム体には、カーボンブラックが配合されず、またはゴム成分１００重量部に対して５重量部以下のカーボンブラックが配合されることを特徴とする請求項３に記載の高周波誘電加熱装置。
【請求項５】
前記加硫ゴム体には、金属含有顔料が添加されることを特徴とする請求項１に記載の高周波誘電加熱装置。
【請求項６】
前記副資材は、前記電極から前記被加熱材に向けて、非導電体、前記加硫ゴム体、非導電体が順に配置されて成り、前記電極と前記被加熱材の間を電気的に絶縁させることを特徴とする請求項１に記載の高周波誘電加熱装置。
【請求項７】
互いに対向する一対の電極の間に、被加熱材を挟み、前記両電極間に高周波電圧を印加し、高周波誘電により前記被加熱材を加熱する高周波誘電加熱方法において、少なくともいずれか一方の前記電極と前記被加熱材の間に、前記被加熱材を保温するための加硫ゴム体を含む副資材を配置することを特徴とする被加熱材の加熱方法。
【請求項８】
前記副資材が設けられる側の電極は、前記高周波誘電加熱以外の加熱手段により加熱されないことを特徴とする請求項７に記載の被加熱材の加熱方法。
【請求項９】
互いに対向する一対の電極の間に、被加熱材を挟み、前記両電極間に高周波電圧を印加し、高周波誘電により前記被加熱材を加熱する高周波誘電加熱装置に用いられる副資材であって、少なくともいずれか一方の前記電極と前記被加熱材の間に配置され、前記被加熱材を保温するための加硫ゴム体を含むことを特徴とする副資材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、副資材を用いて被加熱材を保温しつつ加熱するための、高周波誘電加熱装置、及び高周波誘電加熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ゴム、樹脂、木材等の各種被加熱材を加熱する方法として、高周波誘電を利用して加熱する高周波誘電加熱方法が知られており、この加熱方法の一例として特許文献１に記載された方法が開示されている。特許文献１においては、平板状を呈し金属から成る一対の電極間に、被加熱物が挟み込まれ、両電極間に高周波電圧が印加され、被加熱物が加熱されている。
【０００３】
この方法においては、被加熱材は熱伝導率が相対的に高い金属から成る電極に接し、その接触部分は電極によって吸熱されるので、特許文献１に記載の高周波誘電加熱方法においては、その吸熱を防止するため、電極自体を加熱するための加熱手段が設けられている。加熱手段としては、例えばスチームや伝熱ヒーターが用いられる。
【特許文献１】特開平９−２８９０７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１のように、高周波誘電加熱とは別に加熱手段を設けると、装置の構成が複雑になり、また、加熱手段に伝熱ヒーターを用いると、電極の昇温に長い時間を要する。また、加熱手段としてスチームを用いると、スチーム漏れが生じる場合があり、この場合、スチームが電極間に入ると、被加熱材に急激な昇温が生じ、被加熱材に爆発的な破裂が生じる場合がある。
【０００５】
そこで、本発明においては、上記問題点に鑑みて成されたものであり、高周波誘電加熱以外の加熱手段を設けなくても、被加熱材を均一に加熱することが可能な高周波誘電加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る高周波誘電加熱装置は、互いに対向する一対の電極の間に、被加熱材を挟み、両電極間に高周波電圧を印加し、高周波誘電により被加熱材を加熱するための高周波誘電加熱装置において、少なくともいずれか一方の電極と被加熱材の間に、被加熱材を保温するための加硫ゴム体を含む副資材を配置することを特徴とする。
【０００７】
副資材は、電極と被加熱材の間を電気的に絶縁させたほうが良く、これにより、高周波電圧が印加されたとき、電極間におけるスパークの発生が防止される。加硫ゴム体は、非導電性であることが好ましく、例えば、加硫ゴム体には、カーボンブラックが配合されず、またはゴム成分１００重量部に対して５重量部以下のカーボンブラックが配合される。
【０００８】
加硫ゴム体には、金属含有顔料が添加されることが好ましい。これにより、絶縁物である副資材中に通電可能な金属（銅含有顔料）が分散されるので、金属が通電され、その周囲の絶縁物の誘電によって、副資材が相体的に早く加熱され、副資材の保温効果が高まると推察される。
【０００９】
副資材は、電極から被加熱材に向けて、非導電体、加硫ゴム体、非導電体が順に配置されて成ることにより、電極と被加熱材の間を電気的に絶縁させても良い。
【００１０】
本発明に係る被加熱材の加熱方法は、互いに対向する一対の電極の間に、被加熱材を挟み、両電極間に高周波電圧を印加し、高周波誘電により被加熱材を加熱する高周波誘電加熱方法において、少なくともいずれか一方の電極と被加熱材の間に、被加熱材を保温するための加硫ゴム体を含む副資材を配置することを特徴とする。そして、副資材が設けられる側の電極は、高周波誘電加熱以外の加熱手段による加熱が必要ない。
【００１１】
本発明に係る副資材は、互いに対向する一対の電極の間に、被加熱材を挟み、両電極間に高周波電圧を印加し、高周波誘電により被加熱材を加熱する高周波誘電加熱装置に用いられる副資材であって、少なくともいずれか一方の電極と被加熱材の間に配置され、被加熱材を保温するための加硫ゴム体を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明においては、電極と被加熱材の間に副資材を配置したことにより、高周波誘電により被加熱材を加熱したとき、副資材自体も同様に加熱され、被加熱材は副資材によって保温されるので、高周波誘電加熱以外の別の熱源により被加熱材を加熱しなくても、被加熱材を均等に加熱することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は、第１の実施形態に係る高周波誘電加熱装置を示す。図１に示すように高周波誘電加熱装置１０は、金属から成り、離間して対向する下部電極１１、及び上部電極１２を備え、下部電極１１及び上部電極１２の互いに対向する面は平面状を呈し、それらの面にはそれぞれ板状の下部副資材１４、上部副資材１５が取り付けられている。
【００１４】
下部電極１１に設けられた下部副資材１４の上面には、被加熱材１３が載置される。被加熱材１３は、例えば、四角柱、円柱形状等を呈し、その外周を取り巻くように、例えば円筒形状、または四角筒形状の断熱材１７が設けられ、断熱材１７も下部副資材１４の上面に載置されている。
【００１５】
上部電極１２には、シリンダー１６が取り付けられており、上部電極１２はシリンダー１６によって上下に駆動させられる。下部電極１１、上部電極１２には、高周波電圧を印加するための電源（不図示）が接続される。
【００１６】
被加熱材１３は、高周波誘電により加熱され得るものならば良く、未加硫ゴム、各種樹脂、エラストマー、天然高分子材料等を含むものであれば良い。勿論、ゴムと布、ゴムと合成樹脂等のように複合材料であって良い。
【００１７】
下部副資材１４、上部副資材１５は、本実施形態においては、被加熱材１３が加熱されるとき、被加熱材１３を保温するために使用され、本実施形態においては、それぞれ加硫ゴム層のみから成る。加硫ゴム層のゴム成分としては、それぞれ天然ゴム、スチレン−ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、アルキル化クロロスルフォン化ポリエチレン、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体配合物（ＥＰＤＭ）、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＲ）、ニトリルゴム、水素添加ニトリルゴム等の単体、またはこれらの混合物が用いられる。ただし、ゴム成分としては、ＥＰＤＭ等耐熱性に優れるものが用いられることが好ましい。加硫ゴム層が耐熱性に優れると、副資材を繰り返し使用することができるからである。また、シリコンゴムのように誘電損失係数が低いゴム成分を、本実施形態のゴム成分に用いないほうが良い。
【００１８】
加硫ゴム層は、その誘電損失係数が被加熱材１３と等しいか若しくは被加熱材１３に比べ高いことが好ましい。誘電損失係数がこのように設定されると、副資材１４、１５も被加熱材１３と共に加熱され、若しくは副資材１４、１５が被加熱材１３より優先的に加熱され、副資材１４、１５の被加熱材１３を保温する効果が高められるからである。なお、誘電損失係数とは、比誘電率（εγ）と誘電体損失角（ｔａｎδ）の積（εγ×ｔａｎδ）で定義される値である。
【００１９】
加硫ゴム層は、上記ゴム成分から成る未加硫ゴムに、加硫剤、補強剤等の各種添加剤が配合されて加硫成型されて得られたものである。加硫剤としては硫黄系、パーオキサイド等の加硫剤を用いることができるが、パーオキサイドの加硫剤を用いた方が良い。パーオキサイドを用いた場合、硫黄系の加硫剤を用いた場合に比べ、副資材の耐熱性が向上し、副資材を繰り返し使用することが可能になるからである。また、添加剤として、加硫ゴム層には銅含有顔料等の金属含有顔料が添加されていることが好ましい。絶縁物である副資材中に通電可能な金属（銅含有顔料）が分散されたことにより、金属が通電され、その周囲の絶縁物の誘電によって、副資材が相体的に早く加熱されるからである。
【００２０】
加硫ゴム層は非導電性であり、その体積固有抵抗値は例えば、１×１０９Ω・ｃｍ以上である。したがって、加硫ゴム層に用いられる主たる補強剤には、導電性物質であるカーボンブラックが用いられないことが好ましい。すなわち、加硫ゴム層に用いられる主たる補強剤としては、非導電性物質であることが好ましく、例えばシリカが用いられる。シリカは、例えば、ゴム成分１００重量部に対して５〜１００重量部配合される。補強剤としては、カーボンブラックが配合されても良いが、カーボンブラックの配合量は、シリカの配合量より少なく、例えば、ゴム成分１００重量部に対して５重量部以下の割合で配合される。勿論、加硫ゴム層にはカーボンブラックが配合されていなくても良い。
【００２１】
図２に示すように、シリンダー１６によって、上部電極１２が下側に移動させられ、被加熱材１３は、それぞれ下部副資材１４、上部副資材１５を介して、下部電極１１及び上部電極１２によって挟圧される。この挟圧とともに、下部電極１１及び上部電極１２の間には、高周波電圧が印加される。ここで、高周波電圧は高電圧（例えば１万Ｖ）であるが、下部副資材１４及び上部副資材１５は、非導電性であって、両電極１１、１２と被加熱材１３の間を、電気的に絶縁させるので、両電極間に高電圧が印加されたとしても両電極間にスパーク等が生じることがない。
【００２２】
被加熱材１３は、高周波電圧の印加により、下部副資材１４、上部副資材１５とともに加熱される。ここで、両電極１１、１２は金属から成り、その熱伝導率が相対的に極めて高い一方、副資材１４、１５は、加硫ゴム層から成り、その熱伝導率は相対的に極めて低い。したがって、高周波誘電により加熱された副資材１４、１５は両電極１１、１２によって吸熱されるが、副資材１４、１５の断熱効果により被加熱材１３が両電極１１、１２によって吸熱されることはほとんどない。また、被加熱材１３の外周面は、上述したように断熱材１７によって取り囲まれるので、被加熱材１３はその外周面から放熱することもない。これにより、被加熱材１３は、いずれの部分も均一に加熱される。
【００２３】
また、下部副資材１４、上部副資材１５は加硫ゴムから成るため弾性が高く（弾性率が低く）、両電極１１、１２による挟圧時、被加熱材１３に充分に密着することができる。したがって、被加熱材１３は、両電圧１１、１２により適正に圧力が付与されるとともに、高周波誘電によって効率良く加熱される。
【００２４】
なお、断熱材１７は、両電極１１、１２の挟圧により、被加熱材１３と同様に、圧縮変形するものが用いられても良いし、電極１１、１２によって挟圧されないように、予め被加熱材１３の圧縮量が考慮され、被加熱材１３に比べ高さが小さく設定されていても良い。
【００２５】
なお、被加熱材１３は図３に示すように、エポキシ樹脂のように合成樹脂から成る円筒形の成型型２１の内部に充填された未加硫ゴム等であっても良い。成型型２１が用いられる場合、図３に示すように被加熱材１３は成型型２１より僅かに高く設けられ、これにより、被加熱材１３が両電極１１、１２で狭圧されるとき、成型型２１には電極からの圧力が付勢されない。
【００２６】
図４は、本発明の第２の実施形態における下部副資材１４の構成を示す。第２の実施形態は、副資材１４、１５以外の構成は第１の実施形態と同様の構成であるので、その説明は省略する。また、第２の実施形態における上部副資材１５の構成は、第２の実施形態の下部副資材１４の構成と同様の構成を有するのでその説明も省略する。
【００２７】
第１の実施形態においては、下部副資材１４は、加硫ゴム層のみから成ったが、第２の実施形態においては、下部副資材１４は、非導電体から成る第１及び第２の非導電シート３１、３２と、これら非導電シート３１、３２によって挟まれた加硫ゴム層３３から成る。このような構成により、下部副資材１４は、下部電極１１と被加熱材１３とを絶縁することができる。したがって、第２の実施形態においても、両電極間に高周波電圧が印加されても、その電極間にスパークが生じることがない。
【００２８】
第１及び第２の非導電シート３１、３２は、フッ素樹脂等の非導電性の樹脂から成り、例えばポリテトラフルオロエチレンシートから成る。一方第２の実施形態における加硫ゴム層３３は、第１の実施形態の加硫ゴム層と同様の構成を有し非導電性であっても良いが、好ましくは導電性である方が良い。加硫ゴム層３３が導電性である場合、その体積固有抵抗値は１×１０３Ω・ｃｍ〜１×１０７Ω・ｃｍである。したがって、加硫ゴム層３３は、ゴム成分が第１の実施形態と同様であるが、そのゴム成分に配合される主たる補強剤としては、カーボンブラックが配合された方が良く、カーボンブラックは例えばゴム成分１００重量部に対して２０〜６０重量部配合される。
【００２９】
また、副資材１４は、弾性率が相対的に低い加硫ゴム層３３と、弾性率が相対的に高い非導電シート３１、３２から成るが、非導電シート３１、３２は加硫ゴム層３３に比べ薄いので、第２の実施形態においても、被加熱材１３が両電極間によって挟圧されるとき、副資材１４、１５は被加熱材１３に密着することが可能である。
【００３０】
以上のように、第１及び第２の実施形態においては、電極と被加熱材の間に被加熱材を保温するための副資材を配置したことにより、高周波誘電により被加熱材を加熱したとき、被加熱材は副資材によって保温されるので、高周波誘電加熱以外の別の熱源により被加熱材を加熱しなくても、被加熱材を均等に加熱することができる。また、副資材が弾性が高い加硫ゴム体から形成されたことにより、被加熱材を両電極によって適正に加圧することが可能である。
【００３１】
なお、第１及び第２の実施形態においては、副資材１４、１５と被加熱材１３の間には、副資材１４、１５から被加熱材１３を離型しやすくするために、離型剤が塗布されても良い。
【００３２】
また、第１及び第２の実施形態においては、副資材は、両電極１１、１２と被加熱材１３の間のいずれにも設けられたが、いずれか一方の電極１１、１２と被加熱材１３の間のみに副資材が設けられていても良い。この場合、副資材が設けられる側の電極は、高周波誘電加熱以外の加熱手段により加熱される必要はない。また、副資材が設けられない側の電極は、高周波誘電加熱とは異なる加熱手段によって加熱されたほうが良い。なお、本明細書において、導電性の物質とは、その体積固有抵抗値が１×１０８Ω・ｃｍ未満のものをいい、非導電性の物質とは、その体積固有抵抗値が１×１０８Ω・ｃｍ以上のものをいう。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明について実施例を用いて説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるわけではない。
【００３４】
本実施例においては、以下に示す実験例１乃至３を実施した。実験例１乃至３においては、図３に示すように、エポキシ樹脂から成る円筒状の成型型を用意し、その成型型の内部に充填された未加硫ゴムを被加熱材とした。成型型は、その外径が１０ｃｍ、内径が９ｃｍ、高さが３ｃｍであった。被加熱材は高さが３．３ｃｍであり、その一部が成型型の上部から０．３ｃｍ外に出ていた。そして、図３に示すように、互いに対向する面に下部副資材、上部副資材が取り付けられた上部電極、下部電極により未加硫ゴムを１．２ＭＰａで挟圧するとともに、上部電極、下部電極により高周波電圧を印加することにより高周波誘電加熱を行い、未加硫ゴムを加硫成型した。各実験例１乃至３においては、上部副資材、下部副資材の厚さが、３ｍｍ、５ｍｍ、８ｍｍに設定されて、それぞれ実施されるとともに、上部副資材、下部副資材が無い場合でも実施された。また、本試験に用いた高周波発振器は７ｋＷで発振器電流値は０．４Ａであるとともに、他の熱源は用いられなかった。
【００３５】
［副資材の配合］
実験例１乃至３の上部副資材、下部副資材は、それぞれ加硫ゴム層から成り、その配合を表１に示す。表１から理解できるように、実験例１は主たる補強剤としてシリカを用いた例である。実験例２の副資材の配合は、銅含有顔料が加えられた点以外は、実験例１と同一の配合である。実験例３は、主たる補強剤としてカーボンブラックを用いた例である。
【表１】
2007234535.tif 000003
【００３６】
［被加熱材の配合］
実験例１乃至３の被加熱材の配合は同一であり、表２に示す配合であった。
【表２】
2007234535.tif 000004
【００３７】
［実験結果］
実験例１及び実験例２の実験結果をそれぞれ、表３及び４に示す。本実験例１乃至３においては、高周波電圧を５分間印加し、１、３、５分経過した時点それぞれで、被加熱材の温度を測定した。被加熱材の温度は、被加熱材に差し込まれた光ファイバー温度計によって、被加熱材の軸心における、高さ方向の中間位置、上方位置、下方位置についてそれぞれ測定した。なお、高さ方向の上方位置、下方位置とは、挟圧前の被加熱材の上面、下面からそれぞれ２ｍｍ、２ｍｍ離間した位置をいう。また中間位置は、上方位置、下方位置の中間の位置をいう。さらに、本実施例においては、成型型に穴を開け、その穴から被加熱材に温度計を差し込んだ。
【表３】
2007234535.tif 000005
【表４】
2007234535.tif 000006
【００３８】
表３に示すように、実験例１においては、副資材が設けられない場合に比べ、下部副資材、上部副資材が設けられた場合、中間位置と、上方及び下方位置との温度差が小さくなり、被加熱材が均一に加熱されていることが理解できる。また、副資材の厚さが大きくなるほど、より均一に加熱されていることが理解できる。すなわち、厚さが大きいほど、被加熱材から電極への熱エネルギーの伝播が少なくなり、被加熱材はより均一に加熱されていることが理解できる。また、副資材が設けられない場合に比べ、副資材が設けられた場合、加熱時間が同じでも被加熱材の温度が全体的に高くなっていることから、副資材が設けられた場合、効率的に被加熱材が加熱されていることが理解できる。
【００３９】
表３、４に示すように、実験例２では実験例１に比べ昇温速度が速くなっており、実験例１に比べより効率的に加熱された。これは、実験例２においては、絶縁物である副資材中に通電可能な金属（銅含有顔料）が分散されたことにより、金属が通電され、その周囲の絶縁物の誘電によって、副資材が相体的に早く加熱され、副資材の保温効果が高まったためと推察される。特に厚さが８ｍｍのときには、中間位置より上方位置、下方位置の温度が高くなっているので、副資材から被加熱材に熱エネルギーが伝播していると推察される。すなわち、実験例２では被加熱材より副資材の誘電損失係数が高く、副資材の昇温速度が被加熱材の昇温速度より速いと推察される。
【００４０】
以上のように、副資材のゴム配合を変えることで被加熱材の昇温速度を変えることができるので、本発明においては副資材を適宜選択することにより、被加熱材を効率的に加熱し、その温度分布を均一にすることができる。
【００４１】
実験例３においては、副資材の厚さが３、５、８ｍｍ全ての場合において、両電極間でスパークが発生し、被加熱材を安定的に加熱することができなかった。すなわち、副資材がゴム層単体からなる場合、ゴム層が導電性であると、高周波の高圧電圧によりスパークが発生するため、副資材は非導電性であるほうが良いことが理解できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】第１の実施形態に係る高周波誘電加熱装置を模式的に示す断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る高周波誘電加熱装置を模式的に示す断面図であって、両電極で被加熱材を加圧するときの様子を示す。
【図３】被加熱材が成型型の内部に充填された未加硫ゴムである場合の、高周波誘電加熱装置を模式的に示す断面図である。
【図４】第２の実施形態における下部副資材の断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  高周波誘電加熱装置
１１  下部電極
１２  上部電極
１３  被加熱材
１４  下部副資材
１５  上部副資材
２１  成型型
【図１】
2007234535.tif 000007
【図２】
2007234535.tif 000008
【図３】
2007234535.tif 000009
【図４】
2007234535.tif 000010