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技術文献

【機関誌「エレクトロヒート」記事】

機関誌のご案内

EH_No.215(マイクロ波加熱・高周波誘電加熱の最新動向)
①RF・マイクロ波加熱と材料プロセシングの現状と将来展望

二川 佳央

国士舘大学

教授 理工学部長

  電磁波エネルギーによる加熱やプロセシング技術は、近年急速な発達を遂げている。高周波・マイクロ波を用いた電磁波エネルギー応用技術は、クリーンで高効率であることに加えて、選択性が高いため、対象物への効率的なエネルギー照射が可能であり、低炭素化社会に向けた優れた技術として大きな注目を浴びている。この技術は、設定温度までの到達時間の短縮化、無駄のない加工が可能で、食品加熱・加工はもとより、絶縁性の高い高分子材料から導電性の高い金属材料に対する加工、粉体材料の加熱加工、セラミックス材料の高速加熱焼成を含め、あらゆる材料のプロセシングが可能である。(後略)

 

②パワー半導体デバイスを用いたマイクロ波加熱・エネルギー応用技術

堀越 智

上智大学 理工学部物質生命理工学科 准教授

上智大学 マイクロ波サイエンス研究センター センター長

  最近、マイクロ波加熱やエネルギー利用のマイクロ波源として、パワー半導体デバイスを利用したマイクロ波半導体発振器がマグネトロン発振器からの代替え装置として世界中で注目されている。それに伴い、その応用に対する基礎研究も盛んに行われている。すでに、自動車、プラズマ、医療、環境保全、エネルギー、化学・材料、バイオの分野では、様々な新しいアイデアが報告されており今後ますます注目が集まる分野といえる。本稿では、半導体発振器の特徴や最近の性能状況、半導体発振器の利点を生かした応用例、今後の市場動向について解説する。

 

③マグネトロン式・半導体式ハイブリッドマイクロ波電源の開発

吉田 睦

富士電波工機株式会社

取締役技術部長

  近年マイクロ波を利用した化学反応プロセスの研究が、無機・有機反応プロセス、プラズマプロセス、触媒化学、環境化学分野等で盛んに行われている。これらの用途ではただ単にマイクロ波を使って対象物を加熱するだけでは無く、マイクロ波エネルギーを精密に制御する事が必要で有り、その特性を良く理解した上で利用する事が求められる。これらの事例でよく用いられるマイクロ波帯周波数は2.45 GHz 等が一般的で、半導体式は特性は良いが高価で低出力、マグネトロン式は安価で高出力である。今回はマグネトロン式・半導体式に加え双方の特徴を備え安価で制御性の良い、ハイブリッド式マイクロ波電源(注入同期型マイクロ波電源)を開発し、データを取得したので報告する。(後略)

 

④マイクロ波の化学プラントへの適用

塚原 保徳

マイクロ波化学株式会社 取締役CSO

大阪大学大学院工学研究科 特任准教授

   第3 のエネルギー伝達手段であるマイクロ波により、100 年以上も変わることがなかった化学産業にイノベーションを起こし、省エネルギー・高効率・コンパクトなマイクロ波化学プロセスをグローバルスタンダード化する。

 

⑤ロストワックス鋳型マイクロ波乾燥システムの開発~乾燥効率・生産性向上の実現~

千田 憲雄

日本ハイコム株式会社

企画開発事業部 主査

  ロストワックス鋳型を乾燥する場合、鋳型割れを防止する目的で通常温度21 ~ 25℃、湿度40~ 60%前後に保った恒温恒湿の乾燥室で一層あたり3 ~ 8 時間かけている。これを6 ~ 8 回繰り返し、鋳型とするのが一般的である。この基本技術は数10 年間変わっておらず、国内ならびに世界各国の精密鋳造業界で採用されている。我々はマイクロ波を用いてロストワックス鋳型を短時間で乾燥する技術を開発し、ロストワックス鋳型乾燥庫を2011 年に発表した。その後、複数のマイクロ波発生ユニットを機能毎に組合せ、鋳型表面の温度制御ソフトを新たに開発した。さらに、マイクロ波乾燥庫に強制循環ファンと局所ノズルを組込み、最適化を図った。これらにより、穴や孔がある複雑な形状を有する実操業の鋳型でも30 ~ 45 分程度で乾燥できるロストワックス鋳型乾燥庫の開発に成功し、現在、国内、台湾、北アメリカで使用されている。

 

実験検証を踏まえた生産装置の開発・導入~新型マイクロ波実験装置の紹介~

花井 辰矩

ミクロ電子株式会社

営業部 営業技術G

  マイクロ波は、ゴム、セラミックス、食品、医薬品等、様々な分野で利用が広がっており、弊社にも多数の引き合いがある。ただ、興味を持ち新規でマイクロ波加熱装置を検討する企業の中には、マイクロ波の有効性や問題点、コストといった疑問によって導入を躊躇されるケースが多々ある。そこで、弊社では所有しているマイクロ波実験装置を使用して実際にマイクロ波実験を実施し、マイクロ波を導入したい案件について有効か検証しつつ、どのような装置にすべきかスケールアップを含めて提案している。本稿では現在弊社で使用可能なマイクロ波実験装置の他、実験から生産装置にスケールアップした事例や、新しく開発中の装置についても紹介する。

 

⑦高周波、マイクロ波による誘電加熱の応用例と応用装置について

山本 泰司

山本ビニター株式会社 代表取締役社長

  高周波やマイクロ波を使った誘電加熱が工業加熱分野に利用されて既に80 年以上が経過している。熱伝導率が悪く、容量や厚みの大きい被加熱物を急速に加熱できる熱源としては、誘電加熱に勝る熱源はないといえる。主な利用分野は、プラスチック、木材、食品、ゴム、セラミックスなどの加熱や乾燥が中心であるが、医療用としても古くから利用されている。周波数の違いにより加熱効果や加熱分布が異なり、被加熱物の種類や形状、また加熱目的などにより、周波数が選択されている。ここでは誘電加熱の最近の応用例と応用装置について紹介する。

 

⑧高周波誘電加熱を利用した応用事例について

吉田 睦

富士電波工機株式会社 取締役技術部長

  高周波誘電加熱は電気部品をはじめ、食品業界・自動車業界・建材分野、医薬品分野、窯業分野、セラミック関連など多くの業界・分野で利用されている。これらはCO2 を排出せず、作業環境を悪化させないクリーンなエネルギーであるが、近年、生産工程での電気使用量の見直し機運の高まりから、高周波誘電加熱の特長である“対象物自身が自己発熱する高い加熱効率”が再度注目され、その動きは多くの業界・工程で起こっている。弊社ではお客様の『こんな事が出来ないか』という声を元に、装置を開発・提供し続けてきた。今回はその中でも高周波誘電加熱の基礎と応用例を紹介する。

 

 

 EH_No.208( 特別寄稿)
①GaN増幅器モジュールを加熱源とする産業用マイクロ波発振器

弥政 和宏、塩出 剛士、山中 宏治、福本 宏
三菱電機株式会社

石崎 俊雄

龍谷大学 教授

塚原 保徳

マイクロ波化学株式会社 取締役 CSO 博士(理学)

和田 雄二

東京工業大学 教授

  三菱電機株式会社、東京工業大学、龍谷大学、マイクロ波化学株式会社の4 事業者は、NEDO(国立研究開発法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構)からの受託事業を受け、産業用マイクロ波加熱装置として、2.45 GHz にて出力電力500 W のGaN(Gallium Nitride;窒化ガリウム)増幅器モジュール、および本モジュールを加熱源として接続可能な小型半導体加熱実証炉を開発した。本報告では、開発したGaN 増幅器モジュール、小型半導体加熱実証炉について紹介する。あわせて、その技術的な概要や、半導体方式の特徴、適用した場合のメリット等について述べる。

 

 

EH_No.207( 特別寄稿)
①マイクロ波化学のプロセス技術と事業展開

塚原 保徳

マイクロ波化学株式会社 取締役CSO 博士(理学)

渡辺 久夫

マイクロ波化学株式会社 エンジニアリング部部長

  第3のエネルギー伝達方法MTT(マイクロ波伝送技術)により化学プラントのデザインを革新さ せる。1980年代からマイクロ波の化学プロセスへの優位性が謳われ続けてきたが、2016年現在、未だ 産業化されていない。著者グループは、ベンチャーを興し、研究開発から、実証、事業化までを一気通 貫で行うことにより、マイクロ波プロセスの産業化を目指しているので、紹介する。

 

EH_No.204(連載講座)
①マイクロ波加熱技術の歴史

佐々木 英男

ミクロ電子株式会社 営業部長

 高周波による誘電体の加熱は、戦前から産業用装置 として製作されていた様である。 マイクロ波による加熱は、1945年、米国レイセオ ン社の技術者パーシー・スペンサー氏が、レーダー用 マグネトロンの開発中に偶然に発見され、それから2 年後の1947年にレイセオン社は最初の電子レン ジ:レーダーレンジ:を販売した。今では極一般的に 成っている家庭用調理器;電子レンジの第1号であ る。 ここでは、30余年、産業用マイクロ波加熱装置の 設計、製作に携わってきた私の経験、体験をもとに、 工業界に於けるマイクロ波加熱の歴史と今後の展望に ついて述べます。
 

 

EH_No.200(特集:エレクトロヒートの未来を展望する)
①電磁波加熱技術の未来
二 川 佳 央

国士舘大学 教授 理工学部長
一般社団法人 日本エレクトロヒートセンター 特別会員

 
 EH_No.198(特集:部品・製品への熱処理技術)
①マイクロ波加熱による薄膜焼成の紹介

吉田  睦

富士電波工機株式会社

第一機器部 

戦前から高周波(誘導・誘電・マイクロ波)を中心に電磁波を利用した各種装置は広く利用され てきた。これらの高周波技術は、電気部品をはじめ食品、自動車、建材、医薬品、セラミックス製造な ど多くの分野で利用されている。最近では薄膜の加熱・乾燥・焼成を目的に、マイクロ波を利用とした 応用装置が開発されている。これらの装置は最新の大電力半導体式マイクロ波電源とアプリケータ技術 (シングルモード・マルチモードキャビティー)が融合し、主に金属を含む、有機・無機粉末の焼結・反 応・合成・不純物除去をはじめ、特定のラジカル制御を狙ったプラズマプロセスやナノ粒子製造、新素 材開発等で使用され始めている。今回はマイクロ波加熱の基礎知識と、被加熱物の自己発熱・加熱効率 の特長を活かした例として、マイクロ波による薄膜焼成を紹介する。

 

②マイクロ波加硫缶の開発

 佐々木 英男

ミクロ電子株式会社

取締役営業部長

ゴムローラ、チューブ、ホース、電線、シートなどの連続押出が出来ないゴム製品は、一般的に、 加硫缶(第一種圧力容器)を用いて製造されている。ゴム加硫は、架橋反応に必要な温度と反応完了ま での時間が必要であり、加硫缶を用いた場合、数時間から1日規模の時間が必要になっている。省エネ がさけばれる昨今、マイクロ波エネルギーを併用することにより時間短縮を図ることを目的としてマイ クロ波加硫缶の開発を実施した。

 

EH_No.193(連載講座:電気加熱技術の基礎) 
①マイクロ波・高周波誘電加熱の基礎と応用

平山 鋼太郎

一般社団法人日本エレクトロヒートセンター 

電磁波加熱技術部会 部会長
第一高周波工業株式会社

代表取締役 社長

 

 

EH_No.175(特集:マイクロ波加熱システム)
マイクロ波加熱の原理と応用装置の紹介

山田 吉昭

ミクロ電子株式会社
営業部

本文ではマイクロ波加熱をテーマとして、マイクロ波加熱の原理を簡単に説明し、その原理を応用した加熱装置の基本構造を紹介する。マイクロ波は通信やレーダーなどの情報伝達手段として長く利用されているが、加熱分野での利用も以外に古く、1945年にレーダー用マグネトロンの試験中に試験機の上に置いたキャンディが溶けたことをヒントに電子レンジが発明されたと言われている。現在では食品加熱用の電子レンジを始めとして、多くの工業分野でも様々なタイプのマイクロ波加熱装置が稼働している。ミクロ電子による各種マイクロ波加熱装置の実績を例にとり、代表的な構造例も併せて紹介する。
 
マイクロ波加熱を利用した農商工連携等の取組み

岡村 邦康

西光エンジニアリング株式会社
代表取締役

弊社は創業以来ニッチ業界向け特殊乾燥機を設計・製作・販売してきたが、現状の熱風や冷風乾燥では限界と思っていた「乾燥品の品質向上」と「ランニングコストの低減」を「マイクロ波加熱を併用する乾燥方法」により改善することができた。本稿では、中小企業を支援する制度である経営革新計画の承認を受けてマイクロ波加熱を併用する乾燥技術を習得した後、新連携事業計画及び農商工連携事業計画の認定、更に系列企業㈱沖友の地域産業資源活用事業計画の認定を受け且つこれらの制度を一元化して活用し、マイクロ波加熱を併用する紙管・帆立貝柱・モズク乾燥の専用機を実用化し、九州工業大学との共同研究によるマイクロ波減圧乾燥機の実用化に至った迄を述べる。
 

半導体式マイクロ波電源とアプリケータ

(半導体式マイクロ波電915MHz,2.45GHz,5.8GHz,10GHz)

吉田 睦

富士電波工機株式会社
第一機器部 技術課 課長

弊社では半導体式マイクロ波電源(915MHz、2.45GHz、5.8GHz、10GHz)とアプリケータの製品化を行った。本稿では、半導体式マイクロ波電源とアプリケータ及び応用事例を紹介する。
従来の工業用マイクロ波装置では、電子管式(マグネトロン、クライストロン、ジャイラトロン)の発振素子を用いた電源が主に使われてきた。しかし近年各種研究が進むにつれ研究・開発部門向けに、半導体式マイクロ波電源が盛んに用いられている。半導体式マイクロ波電源は周波数や出力を任意可変し、変調を加える事が出来る。電源の主な用途としては、リチウムイオン電池やコンデンサ材料・太陽電池・燃料電池・創薬・医療・金属粉体・各種ガラス・セラミックス化合物・フェライト・SiC・カーボン・イットリアジルコニウム・各種ナノ粒子・各種新素材開発用等の加熱・乾燥・反応・化学合成・焼成・プラズマプロセスに用いられている。
アプリケータは磁界や電界を制御する事により、マイクロ波誘導加熱(IH加熱)やマイクロ波誘電加熱(DH加熱)が出来る。
 
 
高周波誘電加熱による食品解凍の実例

山本 泰司

山本ビニター株式会社
代表取締役

高周波やマイクロ波による誘電加熱を利用した解凍は、食品の自己発熱による内部加熱であり、短時間に品温を高めることができるため急速解凍が可能である。しかし熱暴走によるホットスポットを発生させないように注意が必要である。マイクロ波は、解凍における熱暴走のリスクが高く、日本では主に高周波が利用されている。氷点より少し低い温度帯で、部分的にまだ氷の残る半解凍状態にすることを、完全解凍と区別してテンパリングと呼んでいる。高周波テンパリング装置として、少量生産用のバッチ式小型装置と、大量生産用の連続式大型装置の2種類が普及している。実例として、鶏肉の解凍、骨付き鶏肉の解凍、牛肉の解凍を紹介する。
 
 

 

 

 

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