JP5753357B2

JP5753357B2 - Induction heating device

Info

Publication number: JP5753357B2
Application number: JP2010211283A
Authority: JP
Inventors: 真松下; 山下　大輔; 大輔山下; 彰一藤澤; 英雅岩田
Original assignee: Pola Chemical Industries Inc
Current assignee: Pola Chemical Industries Inc
Priority date: 2010-09-21
Filing date: 2010-09-21
Publication date: 2015-07-22
Anticipated expiration: 2030-09-21
Also published as: JP2012069289A

Description

本発明は、誘導加熱装置に関する。 The present invention relates to an induction heating apparatus.

化粧品の製造プロセスには、原材料を加熱しながら乳化する工程や、適切な温度になるまで冷却する工程がある。加熱方式としては、例えば特許文献１にあるような蒸気を用いたものの他に、例えば特許文献２にあるような電磁誘導を用いたものがある。 The cosmetic manufacturing process includes a step of emulsifying raw materials while heating, and a step of cooling to an appropriate temperature. As a heating method, for example, there is a method using electromagnetic induction as disclosed in Patent Document 2 in addition to the method using steam as disclosed in Patent Document 1, for example.

特開平８−１４１３８１号公報Japanese Patent Laid-Open No. 8-141381 特開２００３−２９００３１号公報JP 2003-290031 A

化粧品は、肌に直接触れるため、これを生産する製造設備類については極めて高い衛生度が要求される。すなわち、化粧品の原材料が触れる製造釜や配管類は、高い衛生度を保つため、耐食性に優れる材質を用いることが必要である。 Since cosmetics are in direct contact with the skin, a very high level of hygiene is required for the production equipment that produces them. That is, it is necessary to use a material excellent in corrosion resistance for manufacturing pots and piping that are touched by cosmetic raw materials in order to maintain a high level of hygiene.

ここで、原材料を加熱する場合に、電磁誘導による加熱方式を採用すれば、高温の蒸気配管等を製造釜に接続する場合に比べて製造釜の搬送が容易になるため、少量多品種生産等への対応が容易である。しかし、製造釜に要求される衛生度を保つためには、誘導加熱に好適でない材質を製造釜に用いざるを得ないことがある。そのような材質としては、例えば、耐食性に優れる非磁性のオーステナイト形のステンレス鋼等を例示できる。 Here, when heating the raw material, if the heating method using electromagnetic induction is adopted, the transport of the production kettle becomes easier compared to the case where a high-temperature steam pipe is connected to the production kettle. Is easy to deal with. However, in order to maintain the sanitary level required for the production kettle, a material that is not suitable for induction heating must be used for the production kettle. Examples of such a material include nonmagnetic austenitic stainless steel having excellent corrosion resistance.

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、非磁性の金属で構成される製造釜を効果的に加熱できる誘導加熱装置を提供することを課題とする。 This invention is made | formed in view of such a subject, and makes it a subject to provide the induction heating apparatus which can heat the manufacturing pot comprised with a nonmagnetic metal effectively.

本発明は、上記課題を解決するため、磁性体を、誘導加熱コイルを挟んで製造釜と反対側に配置することにした。 In the present invention, in order to solve the above-described problems, the magnetic body is arranged on the side opposite to the manufacturing kettle with the induction heating coil interposed therebetween.

詳細には、非磁性の金属で構成される製造釜と、前記製造釜を高周波磁界で誘導加熱する誘導加熱コイルと、前記誘導加熱コイルを挟んで前記製造釜と反対側に配置される磁性体と、を備える。 Specifically, a manufacturing pot composed of a non-magnetic metal, an induction heating coil for induction heating the manufacturing pot with a high frequency magnetic field, and a magnetic body disposed on the opposite side of the manufacturing pot across the induction heating coil And comprising.

非磁性の金属は、透磁率が低くて渦電流が小さいためジュール熱が生じにくく、また、透磁率の低い金属は一般に磁気モーメントも小さいためヒステリシス熱も生じにくい。一方、磁性体は、透磁率が高いため、誘導加熱コイルに近接する位置に配置すれば、誘導加熱コイルの周囲に広範に形成される磁界の磁束の多くを集約することができる。誘導加熱コイルの周囲に広範に形成される磁界の磁束が集約されれば、これらの磁束によって形成される磁界の中に置かれた非磁性の金属で生じるジュール熱やヒステリシス熱も増加することになる。 A nonmagnetic metal has a low magnetic permeability and a small eddy current, so that Joule heat is hardly generated. A metal having a low magnetic permeability generally has a small magnetic moment and thus hardly generates hysteresis heat. On the other hand, since the magnetic material has a high magnetic permeability, if it is disposed at a position close to the induction heating coil, it is possible to collect a large amount of magnetic flux of the magnetic field that is widely formed around the induction heating coil. If the magnetic flux of the magnetic field formed widely around the induction heating coil is concentrated, the Joule heat and hysteresis heat generated in the nonmagnetic metal placed in the magnetic field formed by these magnetic fluxes will increase. Become.

ここで、磁性体を単に非磁性の金属の周辺に置いた場合、磁束の多くが磁性体を透過することになってしまい、非磁性の金属を有効に誘導加熱できない虞がある。しかし、上記誘導加熱装置は、磁性体を、誘導加熱コイルを挟んで製造釜と反対側に配置しているため
、製造釜に透過させるべき磁束が磁性体に集約されてしまうことが無い。また、誘導加熱コイルを挟んで製造釜と反対側の磁束の多くが磁性体に集約されることにより、誘導加熱コイルを挟んで磁性体と反対側に形成される磁界の磁束も製造釜が配置される空間に集約されて、製造釜を通過する磁束の密度が高まることになる。この結果、製造釜の効果的な加熱が実現される。 Here, when the magnetic body is simply placed around the nonmagnetic metal, much of the magnetic flux passes through the magnetic body, and there is a possibility that the nonmagnetic metal cannot be effectively induction-heated. However, in the induction heating device, since the magnetic body is disposed on the opposite side of the manufacturing pot with the induction heating coil interposed therebetween, the magnetic flux to be transmitted through the manufacturing pot is not concentrated on the magnetic body. In addition, since most of the magnetic flux on the opposite side of the production kettle across the induction heating coil is concentrated on the magnetic body, the production kettle also arranges the magnetic flux formed on the opposite side of the magnetic body across the induction heating coil. The density of the magnetic flux passing through the manufacturing pot is increased by being concentrated in the space to be generated. As a result, effective heating of the production pot is realized.

なお、前記磁性体は、棒状であり、前記誘導加熱コイルの中心から放射状に複数個配置されるものであってもよい。磁束は誘導加熱コイルの巻線を周回するように形成されるため、棒状の磁性体を放射状に配置することにより、製造釜の発熱部分がまだらになることなく、概ね均一に加熱することができる。 In addition, the said magnetic body is rod-shaped, and a plurality may be arrange | positioned radially from the center of the said induction heating coil. Since the magnetic flux is formed so as to circulate around the winding of the induction heating coil, by arranging the rod-like magnetic bodies radially, the heating portion of the production kettle can be heated almost uniformly without being mottled. .

また、前記製造釜は、下部に設けられた排出孔に向けて底面が窄んでおり、前記誘導加熱コイルは、尻窄み状の前記製造釜の下部に沿って巻線が形成されており、前記磁性体は、尻窄み状の前記製造釜の下部に沿って形成された巻線の下側を覆うように、放射状に複数個配置されるものであってもよい。製造釜の下部に排出孔が設けられており、製造釜の底面が排出孔に向けて窄んでいれば、製造釜を搬送して製造釜の中の化粧品を排出する際、排出が容易であり、製造釜の容易な搬送可能を実現する非接触の誘導加熱方式との相乗効果により、生産効率が向上する。 Further, the bottom of the manufacturing kettle is narrowed toward the discharge hole provided in the lower portion, and the induction heating coil is formed with a winding along the lower portion of the bottom of the manufacturing kettle, A plurality of the magnetic bodies may be arranged radially so as to cover the lower side of the winding formed along the bottom portion of the manufacturing pot having a bottomed shape. If the bottom of the manufacturing pot is provided with a discharge hole at the bottom of the manufacturing pot and the bottom of the manufacturing pot is narrowed toward the discharge hole, it is easy to discharge when transporting the manufacturing pot and discharging cosmetics in the manufacturing pot. The production efficiency is improved by the synergistic effect with the non-contact induction heating method that enables easy transport of the production kettle.

非磁性の金属で構成される製造釜を効果的に加熱することが可能になる。 It is possible to effectively heat the production pot made of non-magnetic metal.

セル生産システムのレイアウト図である。It is a layout diagram of a cell production system. 製造セルの正面図である。It is a front view of a manufacturing cell. 製造釜の構造図である。It is a structural diagram of a manufacturing pot. 排出機構の構造図である。It is a structural diagram of a discharge mechanism. 排出機構の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of a discharge mechanism. ＩＨ加温装置の構造図である。It is a structural diagram of an IH heating device. 高周波磁界の磁力線と製造釜に誘起される渦電流との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the magnetic field line of a high frequency magnetic field, and the eddy current induced in a manufacturing pot. 数種類の金属材について、常温における比透磁率を示したグラフである。It is the graph which showed the relative magnetic permeability in normal temperature about several types of metal materials. オーステナイト系ステンレス鋼とフェライト系ステンレス鋼のヒステリシス曲線を示したグラフである。It is the graph which showed the hysteresis curve of austenitic stainless steel and ferritic stainless steel. オーステナイト系ステンレス鋼の板状のワークを加熱コイルで誘導加熱した場合に形成される磁力線を示した図である。It is the figure which showed the magnetic force line formed when the plate-shaped workpiece | work of austenitic stainless steel is induction-heated with a heating coil. フェライトコアを加熱コイルの下側に配した状態で、オーステナイト系ステンレス鋼の板状のワークをコイルで電磁誘導した場合に形成される磁力線を示した図である。It is the figure which showed the magnetic force line formed when the plate-shaped workpiece | work of an austenitic stainless steel is electromagnetically induced with a coil in the state which has arranged the ferrite core under the heating coil. 蓋の構成図である。It is a block diagram of a lid | cover. アンカーミキサーの内部構造を示す図である。It is a figure which shows the internal structure of an anchor mixer. 昇降装置による蓋の開閉動作を示した図である。It is the figure which showed the opening / closing operation | movement of the lid | cover by a raising / lowering apparatus. 製造セルにおける化粧品の製造工程の処理フロー図である。It is a processing flow figure of the manufacturing process of the cosmetics in a manufacturing cell.

以下、本願発明の実施形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本願発明の一態様を例示するものである。すなわち、本願発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. The embodiment described below exemplifies one aspect of the present invention. That is, the present invention is not limited to the following embodiments.

図１は、本実施形態に係るセル生産システム１のレイアウト図である。セル生産システ
ム１は、原材料の溶解や乳化といった化粧品の製造プロセスを司る製造セル２と、製造した化粧品を容器に充填するプロセスを司る充填セル３とを備える。セル生産システム１は、製造セル２や充填セル３の操作機器類が一つのオペレーションエリア４に集約されるようにレイアウトされており、原材料の溶解から充填までの一連のプロセスを１名で行うことも可能である。 FIG. 1 is a layout diagram of a cell production system 1 according to the present embodiment. The cell production system 1 includes a manufacturing cell 2 that controls a cosmetic manufacturing process such as dissolution and emulsification of raw materials, and a filling cell 3 that controls a process of filling the manufactured cosmetic into a container. The cell production system 1 is laid out so that the operation devices of the production cell 2 and the filling cell 3 are integrated into one operation area 4, and a series of processes from melting of raw materials to filling are performed by one person. Is also possible.

図２は、製造セル２の正面図である。製造セル２は、溶解ユニット５Ａ，Ｂ、及び乳化ユニット５Ｃの３つのユニットを備えている。各ユニットは、制御盤６が併設された架台７に搭載されており、原材料を入れた製造釜８Ａ〜Ｃがそれぞれセットされる。架台７は、溶解ユニット５Ａ，Ｂや乳化ユニット５Ｃと床との間に隙間を確保することで、製造釜を搬送するハンドリフターの脚が干渉しないようになっている。なお、各ユニットにセットされる製造釜８Ａ〜Ｃは全て同じものであるが、説明の便宜上、本願では、溶解ユニット５Ａにセットされる製造釜を製造釜８Ａ、溶解ユニット５Ｂにセットされる製造釜を製造釜８Ｂ、乳化ユニット５Ｃにセットされる製造釜を製造釜８Ｃと称する。 FIG. 2 is a front view of the manufacturing cell 2. The production cell 2 includes three units, a dissolution unit 5A, B, and an emulsification unit 5C. Each unit is mounted on a gantry 7 provided with a control panel 6, and manufacturing pots 8A to 8C containing raw materials are set. The gantry 7 secures a gap between the dissolution units 5A and 5B or the emulsification unit 5C and the floor, so that the legs of the hand lifter that transports the manufacturing kettle do not interfere with each other. Although the manufacturing pots 8A to 8C set in each unit are all the same, for convenience of explanation, in the present application, the manufacturing pot set in the melting unit 5A is manufactured in the manufacturing pot 8A and the melting unit 5B. The kettle is referred to as a production kettle 8B, and the production kettle set in the emulsification unit 5C is referred to as a production kettle 8C.

溶解ユニット５Ａは、製造釜８Ａを加温するためのＩＨ（Induction Heating）加温装
置９Ａや、製造釜８Ａの開口部を塞ぐ蓋１０Ａ、蓋１０Ａを昇降する昇降装置１１Ａ、ＩＨ加温装置９を制御する制御ユニット１２Ａを備えている。蓋１０Ａには、製造釜８Ａの中に投入された原材料を攪拌する攪拌機１３Ａが取り付けられている。溶解ユニット５Ａは、圧力調整機構を有しており、蓋１０Ａによって開口部が塞がれた製造釜８Ａの内部を必要に応じて減圧あるいは加圧し、圧力を適当に調整する。溶解ユニット５Ｂおよび乳化ユニット５Ｃについても同様である。 The melting unit 5A includes an IH (Induction Heating) heating device 9A for heating the production kettle 8A, a lid 10A for closing the opening of the production kettle 8A, an elevating device 11A for raising and lowering the lid 10A, and an IH heating device 9 12A is provided. A stirrer 13A that stirs the raw material charged into the manufacturing pot 8A is attached to the lid 10A. The melting unit 5A has a pressure adjustment mechanism, and adjusts the pressure appropriately by depressurizing or pressurizing the inside of the manufacturing pot 8A whose opening is closed by the lid 10A. The same applies to the dissolution unit 5B and the emulsification unit 5C.

攪拌機１３Ａは、ロータと多数のスリットを有するスクリーンとによって構成されており、ロータを高速回転することにより、微小なクリアランスが保たれたロータとスクリーンとの間に原材料を通過させて、溶解および攪拌を行なう。攪拌機１３Ａは、蓋１０Ａに取り付けられている。 The stirrer 13A is composed of a rotor and a screen having a large number of slits. By rotating the rotor at a high speed, the raw material is passed between the rotor and the screen with a minute clearance maintained, and dissolved and stirred. To do. The stirrer 13A is attached to the lid 10A.

図３は、製造釜８Ａの構造図である。製造釜８Ａは、上側が開口しており、円筒状の側部１４と逆円錐状の底部１５とを備える。製造釜８Ａは、入手が容易なオーステナイト系のステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）で構成されている。ステンレス鋼は、鋼材に添加されているクロム（Ｃｒ）によって形成される薄く均一な不働体皮膜により、優れた耐食性を発揮する。ステンレス鋼は、その耐食性により衛生面に優れ、化粧品の生産に好適である。 FIG. 3 is a structural diagram of the production hook 8A. The manufacturing hook 8 A is open on the upper side and includes a cylindrical side portion 14 and an inverted conical bottom portion 15. The production pot 8A is made of austenitic stainless steel (SUS304) which is easily available. Stainless steel exhibits excellent corrosion resistance due to a thin and uniform passive film formed by chromium (Cr) added to the steel material. Stainless steel is excellent in hygiene due to its corrosion resistance and is suitable for the production of cosmetics.

製造釜８Ａの側部１４は、二重構造になっており、冷却用の冷水を流す空間（以下、側面ジャケット１６という）が周回するように形成されている。また、製造釜８Ａの外側面には、側面ジャケット１６に流す冷水配管を繋ぐための継ぎ手１７が取り付けられている。冷水配管は、フレキシブルなホースであり、着脱自在な継ぎ手１７により、製造釜８Ａに接続および取り外しが可能である。 The side portion 14 of the manufacturing hook 8A has a double structure, and is formed so that a space (hereinafter referred to as a side jacket 16) through which cooling water for cooling flows. A joint 17 for connecting a cold water pipe flowing to the side jacket 16 is attached to the outer surface of the manufacturing pot 8A. The cold water pipe is a flexible hose, and can be connected to and detached from the manufacturing kettle 8A by a detachable joint 17.

製造釜８Ａの底部１５には、製造釜８Ａの中にある原材料を排出するための排出機構１８が取り付けられている。底部１５は、逆円錐状になっているため、製造釜８Ａ内の原材料が排出機構１８に集まり、容易に排出できる。図４は、排出機構１８の構造図である。排出機構１８は、製造釜８Ａの底部１５にある排出孔を開閉するためのボール弁２０と、排出孔にできるデッドスペースを埋めるピストン状の治具２２とを備える。 A discharge mechanism 18 for discharging the raw material in the manufacturing pot 8A is attached to the bottom 15 of the manufacturing pot 8A. Since the bottom portion 15 has an inverted conical shape, the raw materials in the manufacturing pot 8A gather in the discharge mechanism 18 and can be easily discharged. FIG. 4 is a structural diagram of the discharge mechanism 18. The discharge mechanism 18 includes a ball valve 20 for opening and closing a discharge hole in the bottom 15 of the manufacturing hook 8A, and a piston-like jig 22 that fills a dead space that can be formed in the discharge hole.

治具２２は、デッドスペースに嵌る頭部２３と、頭部２３を押し上げるためのシャフト２４とを備える。頭部２３は、排出孔の内径と同じ外径になっており、デッドスペースに嵌ると排出孔の流路を塞ぐ。 The jig 22 includes a head 23 that fits in the dead space and a shaft 24 for pushing up the head 23. The head 23 has the same outer diameter as the inner diameter of the discharge hole, and closes the flow path of the discharge hole when fitted in a dead space.

他方、ボール弁２０の中の通路は、頭部２３の外径よりもやや大きい内径になっている。また、シャフト２４は、中空になっており、中空部２５、及び中空部２５に通じる微小孔２６Ａ，Ｂが設けられている。 On the other hand, the passage in the ball valve 20 has an inner diameter that is slightly larger than the outer diameter of the head 23. The shaft 24 is hollow, and is provided with a hollow portion 25 and minute holes 26 A and B that communicate with the hollow portion 25.

図５は、排出機構１８の動作説明図である。製造釜８Ａは、通常、原材料が排出されないようにボール弁２０が閉じられている（図５（Ａ））。一方、製造釜８Ａの中に投入された原材料を攪拌し、あるいは乳化を行なう場合には、ボール弁２０を開いてから治具２２を押し上げる（図５（Ｂ））。治具２２を最後まで押し上げれば、デッドスペース（窪み）に頭部２３が嵌ってデッドスペースが埋まると共に、排出経路が塞がる（図５（Ｃ））。 FIG. 5 is an explanatory diagram of the operation of the discharge mechanism 18. In the production pot 8A, the ball valve 20 is normally closed so that the raw materials are not discharged (FIG. 5A). On the other hand, when the raw material put into the production pot 8A is stirred or emulsified, the ball valve 20 is opened and then the jig 22 is pushed up (FIG. 5B). When the jig 22 is pushed up to the end, the head 23 fits in the dead space (indentation) to fill the dead space, and the discharge path is blocked (FIG. 5C).

他方、原材料を排出する場合は、ボール弁２０を開き、治具２２はそのままの状態にする（図５（Ｄ））。ボール弁２０が開くことにより、製造釜８Ａの中にある原材料が排出孔およびボール弁２０を通過する。原材料は、微小孔２６Ａ、中空部２５、微小孔２６Ｂを通過して製造釜８Ａの下へ排出される。 On the other hand, when discharging the raw material, the ball valve 20 is opened and the jig 22 is left as it is (FIG. 5D). When the ball valve 20 is opened, the raw material in the manufacturing pot 8 A passes through the discharge hole and the ball valve 20. The raw material passes through the micro holes 26A, the hollow portion 25, and the micro holes 26B and is discharged below the manufacturing pot 8A.

製造釜８Ａの説明については以上の通りである。なお、製造釜８Ｂ，ＸＣについても、製造釜８Ａと同様である。 The description of the manufacturing pot 8A is as described above. The manufacturing pots 8B and XC are the same as the manufacturing pot 8A.

次に、ＩＨ加温装置９Ａについて説明する。図６は、ＩＨ加温装置９Ａの構造図である。ＩＨ加温装置９Ａは、コイル２７、及びフェライトコア２８を備える。コイル２７は、製造釜８Ａが嵌るスペースを周回する導線であり、高周波電流を発生するインバータによって数十ｋＨｚの交流電流が流されると、高周波磁界を発生する。インバータは、製造釜８Ａに入力される加熱電力が一定になるように、コイル２７を流れる電流と出力電圧との位相を制御する。コイル２７の両極間には、コイル２７を流れる電流を共振作用によって増幅させるための共振コンデンサが接続されている。その他、ＩＨ加温装置９Ａには、コイル２７やインバータを冷却する冷却ファンや電源ユニット等の補機類が設けられている。 Next, the IH heating device 9A will be described. FIG. 6 is a structural diagram of the IH heating device 9A. The IH heating device 9 A includes a coil 27 and a ferrite core 28. The coil 27 is a conducting wire that circulates in the space in which the manufacturing hook 8A is fitted, and generates a high-frequency magnetic field when an alternating current of several tens of kHz is applied by an inverter that generates a high-frequency current. The inverter controls the phase between the current flowing through the coil 27 and the output voltage so that the heating power input to the manufacturing pot 8A is constant. A resonance capacitor for amplifying the current flowing through the coil 27 by a resonance action is connected between both poles of the coil 27. In addition, the IH heating device 9A is provided with auxiliary equipment such as a cooling fan and a power supply unit for cooling the coil 27 and the inverter.

なお、溶解ユニット５Ｂ、及び乳化ユニット５Ｃについても、ＩＨ加温装置９Ａと同様のＩＨ加温装置９Ｂ，Ｃが設けられている。 The dissolution unit 5B and the emulsification unit 5C are also provided with IH heating devices 9B and 9C similar to the IH heating device 9A.

図７は、コイル２７周辺に発生する高周波磁界の磁力線と、製造釜８Ａに誘起される渦電流との関係を示した図である。なお、図７では、理解を容易にするため、製造釜８やコイル２７の形状を簡略化している。コイル２７が発生する高周波磁界に製造釜８Ａを置くと、製造釜８Ａはステンレス鋼で構成されているため、製造釜８Ａを構成する材料に高周波磁界を打ち消す方向（レンツの法則）の渦電流が誘起される。製造釜８Ａを構成するステンレス鋼は、電気抵抗を有しているため、ジュールの法則に従って以下の数式１に示されるジュール熱を発生する。この結果、製造釜８Ａ自身が発熱し、誘導加熱が実現される。

FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the magnetic field lines of the high-frequency magnetic field generated around the coil 27 and the eddy current induced in the manufacturing hook 8A. In FIG. 7, the shapes of the manufacturing hook 8 and the coil 27 are simplified for easy understanding. When the production kettle 8A is placed in the high frequency magnetic field generated by the coil 27, the production kettle 8A is made of stainless steel. Induced. Since the stainless steel constituting the manufacturing pot 8A has electric resistance, it generates Joule heat represented by the following Equation 1 according to Joule's law. As a result, the manufacturing pot 8A itself generates heat, and induction heating is realized.

誘導加熱において加熱対象物であるワーク（製造釜に相当する）に入力される入力電力Ｐは、ワークの表皮抵抗Ｒｓに比例し、渦電流の発生源である磁界の強さＨの２乗に比例する。ワークの表皮抵抗Ｒｓは、ワークを構成する材料の電気抵抗率ρと透磁率μ、加熱コイルを流れる電流の周波数ｆの平方根に比例する。また、磁界の強さＨは、加熱コイルの巻き数Ｎと加熱コイルを流れる電流Ｉに比例する。よって、入力電力Ｐは、以下の数式
２で表すことができる。

In induction heating, the input power P input to the workpiece (corresponding to the manufacturing kettle) that is the object to be heated is proportional to the skin resistance Rs of the workpiece and is the square of the magnetic field strength H that is the source of the eddy current. Proportional. The skin resistance Rs of the workpiece is proportional to the square root of the electrical resistivity ρ and permeability μ of the material constituting the workpiece, and the frequency f of the current flowing through the heating coil. The strength H of the magnetic field is proportional to the number N of turns of the heating coil and the current I flowing through the heating coil. Therefore, the input power P can be expressed by the following formula 2.

ワークを効果的に発熱させるには、ワーク自身に流れる渦電流が大きくなるように、入力電力Ｐを大きくすればよい。入力電力Ｐを大きくするためには、数式２から明らかなように、加熱コイルの巻き数Ｎや加熱コイルを流れる電流Ｉ、加熱コイルを流れる電流の周波数ｆを大きくするといった、コイル側の方策が効果的である。 In order to heat the work effectively, the input power P may be increased so that the eddy current flowing through the work itself increases. In order to increase the input power P, as is apparent from Equation 2, there is a coil side measure such as increasing the number N of turns of the heating coil, the current I flowing through the heating coil, and the frequency f of the current flowing through the heating coil. It is effective.

ここで、加熱コイルの巻き数Ｎや加熱コイルを流れる電流Ｉを大きくする場合、加熱コイルの低損失化や高耐圧化を図る必要があり、具体的には、コイル素線の細線化や撚り線化、コイル線間の絶縁強化といった対応を採る必要がある。また、加熱コイルを流れる電流の周波数ｆを大きくする場合、インバータ内の半導体スイッチング素子がＯＮ−ＯＦＦ動作する回数が周波数ｆに比例して増えるため、半導体スイッチング素子のスイッチング損失の増大を抑制するべく、インバータの低損失化を図る必要がある。 Here, when increasing the number of turns N of the heating coil and the current I flowing through the heating coil, it is necessary to reduce the loss and increase the breakdown voltage of the heating coil. Specifically, the coil wire is made thin or twisted. It is necessary to take measures such as wiring and strengthening insulation between coil wires. In addition, when the frequency f of the current flowing through the heating coil is increased, the number of times the semiconductor switching element in the inverter performs ON-OFF operation increases in proportion to the frequency f, so that an increase in switching loss of the semiconductor switching element should be suppressed. Therefore, it is necessary to reduce the loss of the inverter.

しかし、加熱コイルの低損失化や高耐圧化といった処置を採る場合、コイル素線を細線化するとコイル素線を撚る際のテンション調整や絶縁膜の厚さの確保が難しくなる。また、インバータの低損失化といった処置を採る場合、スイッチング損失を抑制するためのゼロ電流スイッチングを行なう回路の制御が周波数ｆに比例して難しくなる。 However, when taking measures such as reducing the loss and increasing the breakdown voltage of the heating coil, if the coil wire is made thin, it becomes difficult to adjust the tension when twisting the coil wire and to secure the thickness of the insulating film. Further, when taking measures such as reducing the loss of the inverter, it becomes difficult to control the circuit that performs the zero current switching for suppressing the switching loss in proportion to the frequency f.

以上から明らかなように、加熱コイルの巻き数Ｎや加熱コイルを流れる電流Ｉ、加熱コイルを流れる電流の周波数ｆを大きくするといったコイル側の方策を採る場合、技術的な問題から、入力電力Ｐを大きくするには自ずと限界がある。よって、ワークの材質を電気抵抗率ρや透磁率μの側面から選定するという、ワーク側における方策も肝要であることが判る。 As is clear from the above, when the coil side measures such as increasing the number of turns N of the heating coil, the current I flowing through the heating coil, and the frequency f of the current flowing through the heating coil are taken, due to technical problems, the input power P There is a natural limit to increasing the size. Therefore, it can be understood that a work-side policy of selecting the work material from the side of electric resistivity ρ and magnetic permeability μ is also important.

図８は、数種類の金属材について、常温における比透磁率を示したグラフである。詳細には、普通鋼、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、銅、アルミニウムの５種類の金属材の比透磁率を示している。このグラフから判るように、オーステナイト系ステンレス鋼の比透磁率は、普通鋼やフェライト系ステンレス鋼の比透磁率よりも低い。よって、本実施形態に係るセル生産システム１のように、衛生面や設備面、生産効率の側面からの要請により、オーステナイト系ステンレスで構成した製造釜８Ａを誘導加熱したい場合、何ら工夫を施さないと、入力電力Ｐを大きくすることができない。 FIG. 8 is a graph showing the relative magnetic permeability at room temperature for several types of metal materials. In detail, the relative magnetic permeability of five kinds of metal materials of ordinary steel, ferritic stainless steel, austenitic stainless steel, copper, and aluminum is shown. As can be seen from this graph, the relative permeability of austenitic stainless steel is lower than that of ordinary steel and ferritic stainless steel. Therefore, as in the cell production system 1 according to the present embodiment, when it is desired to induction-heat the production pot 8A made of austenitic stainless steel in response to a request from the aspect of hygiene, equipment, and production efficiency, no device is applied. Then, the input power P cannot be increased.

この場合の対策として、オーステナイト系ステンレスの外側の面に透磁率の高い材質を熱溶射してコーティングすることも考えられる。しかし、製造釜８Ａ〜Ｃは、ＩＨ加温装置９Ａ〜Ｃから出し入れして搬送したりすることを前提とするため、搬送時にコーティングが損傷して剥がれる虞がある。 As a countermeasure in this case, it is conceivable to coat the outer surface of austenitic stainless steel by thermal spraying a material having high magnetic permeability. However, since the production pots 8A to 8C are assumed to be taken in and out of the IH warming devices 9A to 9C and transported, the coating may be damaged and peeled off during transport.

ここで、オーステナイト系ステンレス鋼の比透磁率がフェライト系ステンレス鋼に比べて低いのは、次のような理由による。すなわち、フェライト系ステンレス鋼を構成する粒子の量子スピンは、常温では、熱ゆらぎによる乱れが生ずることなく、隣り合うスピン同士が同一の方向を向いて整列し続けるので、全体として大きな磁気モーメントを持った強磁性を呈する。これに対し、オーステナイト系ステンレス鋼を構成する粒子の量子スピンは、常温では、熱ゆらぎによる乱れにより、自発的な配向が無い状態に陥り、磁気モーメントがほとんど無い常磁性を呈するためである。 Here, the reason why the relative permeability of austenitic stainless steel is lower than that of ferritic stainless steel is as follows. In other words, the quantum spin of the particles that make up ferritic stainless steel has a large magnetic moment as a whole because adjacent spins continue to be aligned in the same direction at room temperature without being disturbed by thermal fluctuations. Exhibits strong ferromagnetism. On the other hand, the quantum spin of the particles constituting the austenitic stainless steel falls into a state where there is no spontaneous orientation at room temperature due to disturbance due to thermal fluctuation, and exhibits paramagnetism with almost no magnetic moment.

なお、オーステナイト系ステンレス鋼は、常温のみならず、ネール温度以下においても磁気モーメントを持たないが、これは、オーステナイト系ステンレス鋼を構成する粒子の量子スピンが、隣り合うスピン同士が互い反対方向を向いた状態で整列することにより、全体として磁気モーメントを持たない状態になることで、反強磁性を呈するためである。もっとも、オーステナイト系ステンレス鋼のネール温度は数十Ｋ程度であるため、常温ではオーステナイト系ステンレス鋼が反強磁性を呈するに至ることはない。 Note that austenitic stainless steel does not have a magnetic moment not only at normal temperature but also below the Neel temperature, but this is because the quantum spin of particles constituting the austenitic stainless steel is such that adjacent spins are in opposite directions. This is because, when aligned in a state of being oriented, the whole has no magnetic moment and exhibits antiferromagnetism. However, since the Neel temperature of the austenitic stainless steel is about several tens of K, the austenitic stainless steel does not exhibit antiferromagnetism at room temperature.

また、フェライト系ステンレス鋼についても、如何なる環境下にあっても強磁性を呈するわけではない。すなわち、フェライト系ステンレス鋼がキュリー温度よりも温度の高い場合、フェライト系ステンレス鋼を構成する粒子の量子スピンは、熱ゆらぎによる乱れが発生して自発的な配向が無い状態に陥り、磁気モーメントがほとんど無い常磁性を呈するに至る。しかしながら、フェライト系ステンレス鋼のキュリー温度は、ステンレス鋼を構成する材料の成分比に応じて若干異なるものの一般的に千℃程度に達するため、本セル生産システム１において使用される温度領域では、フェライト系ステンレス鋼が常磁性を呈するに至ることはない。 Also, ferritic stainless steel does not exhibit ferromagnetism under any circumstances. That is, when the ferritic stainless steel has a temperature higher than the Curie temperature, the quantum spin of the particles constituting the ferritic stainless steel falls into a state where there is no spontaneous orientation due to disturbance due to thermal fluctuation, and the magnetic moment is reduced. It shows almost no paramagnetism. However, since the Curie temperature of ferritic stainless steel is slightly different depending on the component ratio of the materials constituting the stainless steel, but generally reaches about 1000 ° C., in the temperature range used in the cell production system 1, ferrite Stainless steel does not reach paramagnetism.

なお、ジュール熱は、オームの法則を勘案すると、以下の数式で表すことができる。

The Joule heat can be expressed by the following mathematical formula in consideration of Ohm's law.

ここで、電圧Ｅ（Ｖ）はファラデーの電磁誘導の法則により磁束の変化率に比例にするため、これを一定とした場合、ワークを構成する材料の電気抵抗率ρを低くすることで渦電流を増大させてジュール熱を増大させる方策が考えられる。しかし、衛生面の観点から製造釜８Ａ〜Ｃの材料としてステンレス鋼を採用せざるを得ない場合、電気抵抗率ρを最適化するという方策を採る余地はあまり無い。ステンレス鋼は、フェライト系やオーステナイト系、その他の如何なるものであっても、常温では銅の電気抵抗率ρの数十倍である約６０〜７０μΩ・ｃｍ程度の抵抗値を呈するためである。 Here, since the voltage E (V) is proportional to the rate of change of the magnetic flux according to Faraday's law of electromagnetic induction, if this is constant, the eddy current can be reduced by lowering the electrical resistivity ρ of the material constituting the workpiece. It is conceivable to increase the Joule heat by increasing. However, when stainless steel is unavoidable as a material for the manufacturing pots 8A to 8C from the viewpoint of hygiene, there is not much room for taking measures to optimize the electrical resistivity ρ. This is because stainless steel exhibits a resistance value of about 60 to 70 μΩ · cm, which is several tens of times the electrical resistivity ρ of copper at room temperature, regardless of whether it is ferritic or austenitic.

ところで、誘導加熱においては、上述したジュール熱の他に、ワークが有する磁気ヒステリシスに起因して発生するヒステリシス熱が加わる。ヒステリシス熱Ｐｎは、加熱コイルを流れる電流の向きの変化に対する高周波磁界の磁束の変化の追従の遅れによって生じ、下記の数式で表される。

By the way, in induction heating, in addition to the Joule heat described above, hysteresis heat generated due to the magnetic hysteresis of the workpiece is applied. Hysteresis heat Pn is caused by a delay in tracking the change in the magnetic flux of the high-frequency magnetic field with respect to the change in the direction of the current flowing through the heating coil, and is expressed by the following equation.

ここで、ヒステリシス係数ηは、ワークを構成する材料に固有のものであり、ヒステリシス熱Ｐｎは、ヒステリシス係数ηに比例することが数式４から導かれる。よって、誘導加熱を効果的に行なうには、ヒステリシス熱による加熱促進の観点から、ヒステリシス係数ηの大きいものがワークの材料として選定し、あるいは磁束密度Ｂを高くすることが望まれる。 Here, the hysteresis coefficient η is unique to the material constituting the workpiece, and it can be derived from Equation 4 that the hysteresis heat Pn is proportional to the hysteresis coefficient η. Therefore, in order to effectively perform induction heating, it is desired that a material having a large hysteresis coefficient η is selected as a workpiece material or the magnetic flux density B is increased from the viewpoint of promoting heating by hysteresis heat.

図９は、オーステナイト系ステンレス鋼とフェライト系ステンレス鋼のヒステリシス曲線を示したグラフである。フェライト系ステンレス鋼の透磁率は、オーステナイト系ステ
ンレス鋼の透磁率に比べて極めて大きい。よって、フェライト系ステンレス鋼のヒステリシス曲線で囲まれた部分の大きさ、換言すると、フェライト系ステンレス鋼のヒステリシス係数ηの大きさは、オーステナイト系ステンレス鋼のヒステリシス係数ηよりも極めて大きい値になる。このことから、オーステナイト系ステンレス鋼は、フェライト系ステンレス鋼に比べると、ヒステリシスによる加熱効果が劣ることが判る。 FIG. 9 is a graph showing hysteresis curves of austenitic stainless steel and ferritic stainless steel. The permeability of ferritic stainless steel is extremely large compared to the permeability of austenitic stainless steel. Therefore, the size of the portion surrounded by the hysteresis curve of the ferritic stainless steel, in other words, the size of the hysteresis coefficient η of the ferritic stainless steel is much larger than the hysteresis coefficient η of the austenitic stainless steel. From this, it can be seen that austenitic stainless steel is inferior in the heating effect due to hysteresis as compared with ferritic stainless steel.

本ＩＨ加温装置９Ａのフェライトコア２８は、以上のような事情を勘案した上で、オーステナイト系ステンレス鋼で構成される製造釜の誘導加熱を促進するべく、コイル２７の下側を覆うように放射状に取り付けたものである。以下、フェライトコア２８の効果について説明する。 In consideration of the above circumstances, the ferrite core 28 of the IH heating device 9A covers the lower side of the coil 27 in order to promote induction heating of a manufacturing pot made of austenitic stainless steel. It is attached radially. Hereinafter, the effect of the ferrite core 28 will be described.

図１０は、オーステナイト系ステンレス鋼の板状のワークを加熱コイルで誘導加熱した場合に形成される磁力線を示す。オーステナイト系ステンレス鋼は、透磁率が空気とさほど変わらないため、フェライトコアを設置しない場合、加熱コイルの回りには図１０に示すような磁力線が形成される。 FIG. 10 shows lines of magnetic force formed when an austenitic stainless steel plate-like workpiece is induction-heated with a heating coil. Since the magnetic permeability of austenitic stainless steel is not much different from that of air, magnetic lines of force as shown in FIG. 10 are formed around the heating coil when no ferrite core is installed.

図１１は、フェライトコアを加熱コイルの下側に配した状態で、オーステナイト系ステンレス鋼の板状のワークを加熱コイルで誘導加熱した場合に形成される磁力線を示す。フェライトコアは、金属酸化物をセラミックで焼結した強磁性体であり、透磁率が極めて高い。このため、フェライトコアを加熱コイルの下側に設置すると、加熱コイルの下側の磁束がフェライトコアに引き寄せられて通過することになる。これにより、加熱コイルの周囲で広範囲に広がっていた磁束の多くが加熱コイルの周辺に集まり、ワークが設置されている空間の磁束密度や磁界の強さが増すことになる。この結果、ワークを通過する磁束が増えて見かけ上の透磁率が増加し、ワークで発生するジュール熱やヒステリシス熱が増えて効果的な誘導加熱が実現される。 FIG. 11 shows lines of magnetic force formed when an austenitic stainless steel plate-like workpiece is induction-heated with a heating coil in a state where the ferrite core is arranged below the heating coil. The ferrite core is a ferromagnetic body obtained by sintering a metal oxide with ceramic and has extremely high magnetic permeability. For this reason, when the ferrite core is installed on the lower side of the heating coil, the magnetic flux on the lower side of the heating coil is attracted to the ferrite core and passes therethrough. As a result, most of the magnetic flux that has spread over a wide area around the heating coil gathers around the heating coil, and the magnetic flux density and magnetic field strength in the space where the workpiece is installed increase. As a result, the magnetic flux passing through the workpiece increases, the apparent permeability increases, and the Joule heat and hysteresis heat generated in the workpiece increase to realize effective induction heating.

ＩＨ加温装置９Ａについては以上の通りである。ＩＨ加温装置９Ｂ〜Ｃも同様である。次に、蓋１０Ａ〜Ｃのうち蓋１０Ｃについては蓋１０Ａ，ＸＢと異なる点があるため、その相違点について説明する。 The IH heating device 9A is as described above. The same applies to the IH heating devices 9B to 9C. Next, since the lid 10C among the lids 10A to 10C is different from the lids 10A and XB, the difference will be described.

図１２は、蓋１０Ｃの構成図である。蓋１０Ｃは、上述した攪拌機１３Ｃの他、アンカーミキサー２９が取り付けられている。蓋１０Ｃには、中心を貫通するように配置されたアンカーミキサー２９と、アンカーミキサー２９の脇に配置された攪拌機１３Ｃとが設けられている。 FIG. 12 is a configuration diagram of the lid 10C. In addition to the agitator 13C described above, an anchor mixer 29 is attached to the lid 10C. The lid 10 C is provided with an anchor mixer 29 disposed so as to penetrate the center and a stirrer 13 C disposed on the side of the anchor mixer 29.

アンカーミキサー２９は、その名が示すように、船舶などを海上で停泊させる際に用いられるアンカーと同様の外形を有している。アンカーミキサー２９は、モータ３０に連結されたシャフト３６を中心に、シャフト３６の下端から斜め上方に延在する攪拌翼３１が回転する。モータ３０は、タップの切り替え、あるいはインバータの周波数調整を行なうことによって回転速度の調整が可能である。攪拌翼３１には、製造釜８Ｃの底面及び側面に近接するようにスクレーパー３７が取り付けられており、製造釜８の内面についた原材料を削ぎ取る。 The anchor mixer 29 has the same external shape as the anchor used when anchoring a ship etc. on the sea as the name shows. In the anchor mixer 29, a stirring blade 31 extending obliquely upward from the lower end of the shaft 36 is rotated around the shaft 36 connected to the motor 30. The motor 30 can adjust the rotation speed by switching taps or adjusting the frequency of the inverter. A scraper 37 is attached to the stirring blade 31 so as to be close to the bottom surface and the side surface of the manufacturing pot 8 C, and the raw material attached to the inner surface of the manufacturing pot 8 is scraped off.

なお、攪拌機１３Ｃは、ロータやスクリーンが内蔵されている下側の作動部分が、シャフト３６と攪拌翼３１との間の空間に配置されることにより、回転するアンカーミキサー２９に接触しないようになっている。 The agitator 13C is arranged such that the lower working part in which the rotor and the screen are built is disposed in the space between the shaft 36 and the agitating blade 31, so that it does not come into contact with the rotating anchor mixer 29. ing.

アンカーミキサー２９は、ジャケット構造になっており、工場内のユーティリティ配管から供給される冷水が内部を流れる。冷水は、ロータリージョイント３２を介して供給され、攪拌翼３１の内部を通過するようになっている。 The anchor mixer 29 has a jacket structure, and cold water supplied from utility piping in the factory flows inside. The cold water is supplied through the rotary joint 32 and passes through the inside of the stirring blade 31.

図１３は、アンカーミキサー２９の内部構造を示す図である。シャフト３６は、二重管構造になっており、ユーティリティ配管からロータリージョイント３２を介して供給される冷水が内側の管内３３Ｉを流れるようになっている。シャフト３６を構成する二重管のうち内側の管内３３Ｉを流れる冷水は、シャフト３６の下端部分で各攪拌翼３１に分岐する。攪拌翼３１は、２つの水室によって構成されたアンカージャケット３４を有しており、シャフト３６の下端部分で各攪拌翼３１に分岐した冷水はアンカージャケット３４の下側の水室３５Ｂに流入する。下側の水室３５Ｂに流入した冷水は、攪拌翼３１の周囲にある原材料の熱を除去しながら、上側の水室３５Ｕに流入する。そして、シャフト３６を構成する二重管のうち外側の管内３３Ｏを通過し、ロータリージョイント３２を介してユーティリティ設備へ排送される。 FIG. 13 is a view showing the internal structure of the anchor mixer 29. The shaft 36 has a double-pipe structure, and cold water supplied from the utility pipe through the rotary joint 32 flows through the inner pipe 33I. The cold water flowing through the inner pipe 33 I of the double pipes constituting the shaft 36 branches to the respective stirring blades 31 at the lower end portion of the shaft 36. The stirring blade 31 has an anchor jacket 34 constituted by two water chambers, and the cold water branched to each stirring blade 31 at the lower end portion of the shaft 36 flows into the water chamber 35B below the anchor jacket 34. . The cold water that has flowed into the lower water chamber 35 B flows into the upper water chamber 35 U while removing the heat of the raw materials around the stirring blade 31. Then, it passes through the outer pipe 33 O of the double pipe constituting the shaft 36, and is discharged to the utility facility via the rotary joint 32.

なお、アンカージャケット３４をこのように構成したのは、次のような理由による。すなわち、製造釜８Ｃを加温するＩＨ加温装置９Ｃは、製造釜８Ｃのうち主に下側を加熱するように加熱コイル２７が配設されている。また、製造釜８Ｃの外側面には、側面ジャケット１６が設けられており、冷却の際には冷水が通水される。よって、製造釜８Ｃのうち下側の部分については、上側の部分よりも冷えにくいと推定される。そこで、本実施形態のアンカーミキサー２９では、アンカージャケット３４の流通経路を、最初に下側の水室３５Ｂを通過し、次に上側の水室３５Ｕを通過するようにしたものである。 The anchor jacket 34 is configured in this way for the following reason. That is, the heating coil 27 is disposed in the IH heating device 9C for heating the manufacturing pot 8C so as to mainly heat the lower side of the manufacturing pot 8C. Further, a side jacket 16 is provided on the outer surface of the production hook 8C, and cold water is passed through during cooling. Therefore, it is estimated that the lower part of the manufacturing pot 8C is more difficult to cool than the upper part. Accordingly, in the anchor mixer 29 of the present embodiment, the flow path of the anchor jacket 34 first passes through the lower water chamber 35B and then passes through the upper water chamber 35U.

蓋１０Ｃの構成については以上の通りである。次に、蓋１０Ａ〜Ｃの開閉動作について説明する。 The configuration of the lid 10C is as described above. Next, the opening / closing operation | movement of lid | cover 10A-C is demonstrated.

図１４は、昇降装置１１Ｃによる蓋１０Ｃの開閉動作を示した図である。蓋１０Ｃが製造釜８Ｃの開口部を閉じた状態（図１４（Ａ））で昇降装置１１Ｃを作動させると、蓋１０Ｃが上昇する（図１４（Ｂ））。昇降装置１１Ｃは、蓋１０Ｃが所定の高さまで上昇すると、自動的に停止する（図１４（Ｃ））。蓋１０Ｃを降下させる場合は、上述と逆の順に動作する。なお、図１４では、蓋１０Ｃを上昇させる場合を例示しているが、蓋１０Ａ，Ｂについても同様である。 FIG. 14 is a diagram illustrating an opening / closing operation of the lid 10C by the lifting device 11C. When the lifting device 11C is operated with the lid 10C closing the opening of the manufacturing hook 8C (FIG. 14A), the lid 10C rises (FIG. 14B). The lifting device 11C automatically stops when the lid 10C is raised to a predetermined height (FIG. 14C). When the lid 10C is lowered, it operates in the reverse order to the above. 14 illustrates the case where the lid 10C is raised, the same applies to the lids 10A and 10B.

蓋１０Ａ〜Ｃが昇降装置１１Ａ〜Ｃにより所定の高さまで上昇すると、製造釜８Ａ〜ＣをＩＨ加温装置９Ａ〜Ｃから取り出し可能になる。これにより、製造釜８Ａ〜Ｃを他の溶解ユニット５Ａ，ＸＢや乳化ユニット５Ｃ、或いは充填セル３へ移動させることが可能になる。製造釜８Ａ〜Ｃを動かす場合は、製造釜８Ａ〜Ｃを２本の爪で挟持するように支持するフォークを備えたハンドリフターなどを使い、製造釜８Ａ〜Ｃの昇降や位置の移動を行う。 When the lids 10A to 10C are raised to a predetermined height by the elevating devices 11A to 11C, the production pots 8A to 8C can be taken out from the IH warming devices 9A to 9C. This makes it possible to move the production pots 8A to 8C to the other dissolution units 5A, XB, the emulsification unit 5C, or the filling cell 3. When moving the production hooks 8A to 8C, use a hand lifter equipped with a fork that supports the production hooks 8A to C so as to be sandwiched between two claws, and move the production hooks 8A to 8C up and down and move their positions. .

以上のように構成される製造セル２では、図１５に示すような処理フローで化粧品の製造を行う。すなわち、製造釜８Ａにおいては、原材料の投入（Ｓ１０１）を行なった後に蓋１０Ａを閉じ、攪拌機１３Ａを起動して原材料の攪拌および溶解（Ｓ１０２）を行う。また、適切なタイミングでＩＨ加温装置９Ａを起動して製造釜８Ａを加熱（Ｓ１０３）し、原材料を適切な温度に制御する。そして、原材料が適切な温度に調整されたら、原材料を製造釜８Ｃに投入（Ｓ１０４）する。 In the manufacturing cell 2 configured as described above, cosmetics are manufactured in a processing flow as shown in FIG. That is, in the production pot 8A, after the raw materials are charged (S101), the lid 10A is closed, and the stirrer 13A is activated to stir and dissolve the raw materials (S102). Further, the IH heating device 9A is activated at an appropriate timing to heat the manufacturing pot 8A (S103), and the raw material is controlled to an appropriate temperature. And if a raw material is adjusted to suitable temperature, a raw material will be thrown into the manufacturing pot 8C (S104).

また、製造釜８Ｂにおいては、製造釜８Ａに投入されたのとは異種の原材料の投入（Ｓ２０１）を行なった後に蓋１０Ｂを閉じ、攪拌機１３Ｂを起動して原材料の攪拌および溶解（Ｓ２０２）を行なう。また、適切なタイミングでＩＨ加温装置９Ｂを起動して製造釜８Ｂを加熱（Ｓ２０３）し、原材料を適切な温度に制御する。そして、原材料が適切な温度に調整されたら、原材料を製造釜８Ｃに投入（Ｓ２０４）する。 In addition, in the production pot 8B, after the raw material different from that charged in the production pot 8A is charged (S201), the lid 10B is closed and the stirrer 13B is started to stir and dissolve the raw material (S202). Do. In addition, the IH heating device 9B is activated at an appropriate timing to heat the manufacturing pot 8B (S203), and the raw material is controlled to an appropriate temperature. And if a raw material is adjusted to suitable temperature, a raw material will be thrown into the manufacturing pot 8C (S204).

また、製造釜８Ｃにおいては、適切なタイミングでＩＨ加温装置９Ｃを起動して製造釜８Ｃを加熱（Ｓ４０１）する。また、原材料が投入されたら蓋１０Ｃを閉じた後、攪拌機１３Ｃやアンカーミキサー２９を起動し、乳化（Ｓ４０２）を行なう。また、乳化が完了したら、アンカーミキサー２９を作動させた状態のまま攪拌機１３ＣやＩＨ加温装置９Ｃを停止すると共に、アンカージャケット３４や側面ジャケット１６に冷水を流して冷却（Ｓ４０３）を行なう。 Further, in the production pot 8C, the IH heating device 9C is activated at an appropriate timing to heat the production pot 8C (S401). Further, when the raw materials are charged, the lid 10C is closed, and then the stirrer 13C and the anchor mixer 29 are activated to perform emulsification (S402). When the emulsification is completed, the stirrer 13C and the IH heating device 9C are stopped while the anchor mixer 29 is operated, and cooling is performed by flowing cold water through the anchor jacket 34 and the side jacket 16 (S403).

また、製造釜８Ｃを冷却している間の適切なタイミングで、ステンレス容器等に投入（Ｓ３０１）した各種の添加成分を製造釜８Ｃに投入（Ｓ３０２）する。製造釜８Ｃにおいては、投入された添加成分が回転するアンカーミキサー２９によって原材料と混ざり、適切な温度まで冷えれば化粧品の製造プロセスが完了する。なお、製造された化粧品は、サンプリングされて検査等が行なわれる。また、冷却が完了したら、側面ジャケット１６やアンカージャケット３４内の水は高圧の空気で排出する。 In addition, various additive components charged into a stainless steel container or the like (S301) are charged into the manufacturing kettle 8C (S302) at an appropriate timing while the manufacturing kettle 8C is being cooled. In the production pot 8C, the added additive component is mixed with the raw material by the rotating anchor mixer 29 and cooled to an appropriate temperature, whereby the cosmetic production process is completed. The manufactured cosmetics are sampled and inspected. When the cooling is completed, the water in the side jacket 16 and the anchor jacket 34 is discharged with high-pressure air.

以上により、製造セル２における化粧品の製造プロセスが完了すると、製造釜８Ｃを充填セル３へ搬送する。充填セル３においては、ハンドリング装置としてのロボットハンドが充填用の容器を把持して移動し、容器への化粧品の充填が行なわれる。容器への化粧品の充填に際しては、製造釜８Ｃの下部に設けられた排出孔を開くことにより、製造釜８Ｃが充填ホッパーとしての機能を発揮する。容器に充填された化粧品は、梱包された後に商品として出荷される。なお、本実施形態に係るセル生産システム１によって実行される生産プロセスは、上記に説明した処理フローに限定されるものではない。 As described above, when the cosmetic manufacturing process in the manufacturing cell 2 is completed, the manufacturing pot 8C is conveyed to the filling cell 3. In the filling cell 3, a robot hand as a handling device grips and moves the filling container, and the container is filled with cosmetics. When filling the container with cosmetics, the manufacturing pot 8C functions as a filling hopper by opening a discharge hole provided in the lower portion of the manufacturing pot 8C. The cosmetics filled in the container are shipped as goods after being packed. Note that the production process executed by the cell production system 1 according to the present embodiment is not limited to the processing flow described above.

上記実施形態によれば、製造釜８Ａ〜Ｃが蒸気配管に接続されておらず、非接触の誘導加熱によって加温されるため、製造釜８Ａ〜Ｃを製造セル２から充填セル３へ容易に搬送できる。このため、少量多品種生産に容易に対応でき、且つ、一連の生産プロセスを一人で行なうこともできる。 According to the above embodiment, the production kettles 8A to 8C are not connected to the steam pipes and are heated by non-contact induction heating, so that the production kegs 8A to 8C can be easily transferred from the production cell 2 to the filling cell 3. Can be transported. For this reason, it is possible to easily cope with small-quantity and multi-product production, and a series of production processes can be performed alone.

また、上記実施形態によれば、アンカーミキサー２９によって攪拌されながら、側面ジャケット１６のみならずアンカージャケット３４を通過する冷水によって効率的に冷却されるため、化粧料の品質はそのままに、従来の製法に比べて約８０％程度の時間で所望の温度まで冷却することができる。冷却時間が短縮されることにより、化粧品中に含まれる油脂類等の品質劣化を防ぐことができる。 In addition, according to the above-described embodiment, while being stirred by the anchor mixer 29, it is efficiently cooled by the cold water passing through the anchor jacket 34 as well as the side jacket 16, so that the quality of the cosmetic is kept as it is and the conventional manufacturing method is used. Compared to the above, it can be cooled to a desired temperature in about 80% of the time. By shortening the cooling time, it is possible to prevent quality deterioration of fats and oils contained in cosmetics.

また、上記実施形態によれば、アンカーミキサー２９で攪拌しながら乳化を行なうため、均一な乳化を短時間で行うことができる。よって、加熱時間が短縮され、油脂類等の品質劣化を防ぐことができる。 Moreover, according to the said embodiment, since it emulsifies, stirring with the anchor mixer 29, uniform emulsification can be performed in a short time. Therefore, heating time is shortened and quality deterioration of fats and oils etc. can be prevented.

フェライトコアの効果を検証する実験を行なったので、以下、実験の内容および結果について説明する。本実験では、誘導加熱するワークとして、以下の表に示す２つのサンプルを用意した。

Since the experiment for verifying the effect of the ferrite core was conducted, the contents and results of the experiment will be described below. In this experiment, two samples shown in the following table were prepared as work to be induction-heated.

また、本実験で使用した誘導加熱用のインバータの定格消費電力は５ｋＷであり、加熱
コイルは直径２７０ｍｍの円板状コイルであり、フェライトコアは寸法が６４ｍｍ（Ｌ）×１０ｍｍ（Ｗ）×５ｍｍ（Ｈ）である。 In addition, the rated power consumption of the induction heating inverter used in this experiment is 5 kW, the heating coil is a disk-shaped coil having a diameter of 270 mm, and the ferrite core has a dimension of 64 mm (L) × 10 mm (W) × 5 mm. (H).

実験における記録項目は、コイル特性（負荷時と無負荷時のそれぞれの場合におけるインダクタンスＬ（μＨ）およびコイル性能Ｑ）、ギャップ、電力、出力周波数、最大出力電流、入力電圧、温度分布である。コイル性能Ｑは、リアクタンス成分と抵抗成分との比である。 The recorded items in the experiment are coil characteristics (inductance L (μH) and coil performance Q in each case when loaded and unloaded), gap, power, output frequency, maximum output current, input voltage, and temperature distribution. The coil performance Q is the ratio of the reactance component and the resistance component.

実験条件は、フェライトコアが無い状態（通常運転）、フェライトコアをワークとコイルとの間に置いた本実施形態に相当する状態（条件変更１）、フェライトコアをワークと反対側であるコイルの下側に置いた状態（条件変更２）の３つの条件を設定した。実験結果を以下の表に示す。

The experimental conditions are a state in which there is no ferrite core (normal operation), a state corresponding to the present embodiment in which the ferrite core is placed between the workpiece and the coil (condition change 1), and a coil in which the ferrite core is on the opposite side of the workpiece. Three conditions were set: the state placed on the lower side (condition change 2). The experimental results are shown in the following table.

上記の表が示す実験結果から、通常運転の場合、サンプル１に比べてサンプル２は電力（ｋＷ）が半分以下になり、有効に加熱できていないことが判る。これは、コイルとワークとがアンマッチング状態になったためと推定される。また、実験結果から、出力周波数が増大することが判る。これは、サンプル２の方がサンプル１よりも比透磁率が低いためにインダクタンスが低下し、これにより共振周波数が低下したためと推定される。また、実験結果から、最大出力電流が増大することが判る。これは、共振周波数の低下に伴ってコイルの表面における表皮効果が低減され、これにより高周波抵抗が減って電流値が増大したためと推定される。 From the experimental results shown in the above table, it can be seen that in normal operation, the power (kW) of Sample 2 is less than half that of Sample 1 and cannot be effectively heated. This is presumably because the coil and the workpiece are in an unmatched state. Moreover, it turns out that an output frequency increases from an experimental result. This is presumed that the inductance of sample 2 is lower than that of sample 1 because the relative permeability is lower than that of sample 1, thereby reducing the resonance frequency. Also, the experimental results show that the maximum output current increases. This is presumably because the skin effect on the surface of the coil is reduced as the resonance frequency is lowered, thereby reducing the high-frequency resistance and increasing the current value.

また、上記の表が示す実験結果から、条件変更１の場合、通常運転に比べるとサンプル１とサンプル２ともに電力（ｋＷ）が増えており、加熱効果が改善されていることが判る。この結果から、フェライトコアをワークと反対側であるコイルの下側に置くことで、コイルで発生する磁束がワークの誘導加熱に効果のある磁束へと変化することが判る。 Further, from the experimental results shown in the above table, it can be seen that in the case of condition change 1, the power (kW) is increased in both sample 1 and sample 2 compared to the normal operation, and the heating effect is improved. From this result, it can be seen that by placing the ferrite core on the lower side of the coil opposite to the workpiece, the magnetic flux generated in the coil changes to a magnetic flux effective for induction heating of the workpiece.

また、上記の表が示す実験結果から、条件変更２の場合、通常運転に比べるとサンプル１とサンプル２ともに電力（ｋＷ）が減っており、有効な加熱ができないことが判る。この結果から、フェライトコアをワークとコイルとの間に置くことで、ワークを通過すべき磁束のほとんどがフェライトコアに吸収されてしまうことが判る。 From the experimental results shown in the above table, it can be seen that in the case of condition change 2, the power (kW) is reduced in both sample 1 and sample 2 compared to normal operation, and effective heating cannot be performed. From this result, it can be seen that by placing the ferrite core between the workpiece and the coil, most of the magnetic flux that should pass through the workpiece is absorbed by the ferrite core.

なお、上記実施形態では、アンカーミキサー２９について、例えば図１２に示すように
攪拌翼３１を２つとしていたが、３つ以上であってもよい。また、攪拌翼３１の枚数やモータ３０の回転速度、製造釜８Ｃの温度、冷水の流量等は、製造釜８Ｃに投入されている原材料の物性に応じて適宜調整する。例えば、原材料を乳化するときの攪拌翼３１の枚数やモータ３０の回転速度、製造釜８Ｃの温度は、化粧料の品質（例えば、粘度や気泡の大きさ）が製品としての要件を満たすように調整する。攪拌翼３１の枚数は、攪拌翼３１の枚数が互いに異なる数種類のアンカーミキサーの中から適宜選択して交換することにより調整する。また、乳化した原材料を冷却するときのモータ３０の回転速度や冷水の流量は、アンカーミキサー２９や製造釜８Ｃへの化粧料の付着の程度（ダマの解消）等に基づいて決定する。 In the above embodiment, the anchor mixer 29 has two stirring blades 31 as shown in FIG. 12, for example, but may be three or more. Further, the number of stirring blades 31, the rotation speed of the motor 30, the temperature of the manufacturing pot 8 C, the flow rate of cold water, and the like are adjusted as appropriate according to the physical properties of the raw materials charged in the manufacturing pot 8 C. For example, the number of stirring blades 31 when emulsifying the raw material, the rotation speed of the motor 30, and the temperature of the production kettle 8C are such that the quality of the cosmetic (for example, the viscosity and the size of the bubbles) satisfies the requirements as a product. adjust. The number of the stirring blades 31 is adjusted by appropriately selecting from several types of anchor mixers having different numbers of the stirring blades 31 and exchanging them. Further, the rotation speed of the motor 30 and the flow rate of the cold water when cooling the emulsified raw material are determined based on the degree of adhesion of cosmetics to the anchor mixer 29 and the manufacturing pot 8C (elimination of lumps).

１・・セル生産システム
２・・製造セル
３・・充填セル
５Ａ，Ｂ・・溶解ユニット
５Ｃ・・乳化ユニット
８Ａ，Ｂ，Ｃ・・製造釜
９Ａ，Ｂ，Ｃ・・ＩＨ（Induction Heating）加温装置
１３Ａ，Ｂ，Ｃ・・攪拌機
１６・・側面ジャケット
１７・・継ぎ手
１８・・排出機構
２２・・治具
２７・・コイル
２８・・フェライトコア
２９・・アンカーミキサー
３１・・攪拌翼
３４・・アンカージャケット 1. Cell production system 2. Manufacturing cell 3. Filling cell 5A, B ... Melting unit 5C ... Emulsification unit 8A, B, C ... Manufacturing kettle 9A, B, C ... IH (Induction Heating) addition Heater 13A, B, C ·· Stirrer 16 · Side jacket 17 · Joint 18 · Discharge mechanism 22 · Jig 27 · Coil 28 · Ferrite core 29 · Anchor mixer 31 · Stirrer blade 34 ·・ Anchor jacket

Claims

非磁性の金属で構成され、底部に排出機構が設けられている製造釜と、
前記製造釜を高周波磁界に晒して誘導加熱により発熱させる誘導加熱コイルと、
前記誘導加熱コイルを挟んで前記製造釜と反対側に配置される磁性体と、を備え、
前記誘導加熱コイルおよび前記磁性体が前記製造釜の少なくとも垂直な側面の側方を垂直に取り囲むように形成されている、
誘導加熱装置。 Is composed of a non-magnetic metal, a manufacturing kettle that has discharge mechanism is provided at the bottom,
An induction heating coil that exposes the production kettle to a high frequency magnetic field to generate heat by induction heating;
A magnetic body disposed on the opposite side of the manufacturing kettle across the induction heating coil,
The induction heating coil and the magnetic body are formed so as to vertically surround at least the side of the vertical side surface of the manufacturing pot.
Induction heating device.

前記磁性体は、棒状であり、前記誘導加熱コイルの中心から放射状に複数個配置される、
請求項１に記載の誘導加熱装置。 The magnetic body has a rod shape, and a plurality of the magnetic bodies are arranged radially from the center of the induction heating coil.
The induction heating apparatus according to claim 1.

前記製造釜は、下部に設けられた排出孔に向けて底面が窄んでおり、
前記誘導加熱コイルは、尻窄み状の前記製造釜の下部に沿って巻線が形成されており、
前記磁性体は、尻窄み状の前記製造釜の下部に沿って形成された巻線の下側を覆うように、放射状に複数個配置される、
請求項１または２に記載の誘導加熱装置。
The bottom of the manufacturing kettle is narrowed toward the discharge hole provided in the lower part,
The induction heating coil has a winding formed along the bottom of the bottom of the manufacturing kettle,
A plurality of the magnetic bodies are arranged radially so as to cover the lower side of the winding formed along the lower part of the bottom of the manufacturing pot.
The induction heating apparatus according to claim 1 or 2.