高周波誘電加熱の応用例
下記の（表7-2-3）は代表的なプラスチックの種類と物理定数を示したものですが、これもあくまでも1つの目安です。
表7-2-3／プラスチックの種類と物理定数
| 樹脂名 | 比重 | 比熱 cal/g℃ |
熱伝導率 | 熱変形温度 ℃ |
耐電圧 KV/mm |
誘電率 ε | 誘電体力率 tanδ | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 60HZ | 10KHZ | 1MHZ | 60HZ | 10KHZ | 1MHZ | ||||||
| 硬質塩化ビニール | 1.34～ 1.45 |
0.2～ 0.28 |
3.0～ 7.0 |
60～ 85 |
25～ 30 |
3.4～ 3.6 |
3.0～ 3.3 |
2.8～ 3.0 |
0.012～ 0.02 |
0.009～ 0.017 |
0.006～ 0.04 |
| 軟質塩化ビニール | 1.16～ 1.30 |
0.3～ 0.5 |
3.0～ 4.0 |
- | 30～ 34 |
5.0～ 6.0 |
4.0～ 5.0 |
3.5～ 4.5 |
0.1～ 0.15 |
0.09～ 0.16 |
0.09～ 0.10 |
| 塩化ビニリデン | 1.65～ 1.72 |
0.32 | 3.0 | 54～ 66 |
12 | 4.5～ 6.0 |
3.5～ 5.0 |
3.0～ 4.0 |
0.03～ 0.15 |
0.06～ 0.075 |
0.05～ 0.08 |
| ポリエチレン | 0.92～ 0.94 |
0.55 | 7.0～ 8.0 |
41～ 49 |
16 | 2.3 | 2.3 | 2.3 | <0.0005 | <0.0005 | <0.0005 |
| ポリプロピレン | 0.90～ 0.91 |
0.46 | 3.3 | 100～ 110 |
30 | - | - | 2.0～ 2.1 |
- | - | 0.0002～ 0.0003 |
| ナイロン （ポリアミド） |
1.14 | 0.40 | 5.8 | 182 | 13 | 5～ 14.0 |
4.9～ 10 |
4.0～ 4.7 |
0.06～ 0.10 |
0.06～ 0.11 |
0.04～ 0.13 |
| ポリウレタン | 1.20～ 1.21 |
- | - | 60 | - | 3.7～ 4.2 |
3.2～ 3.4 |
3.5～ 3.9 |
0.01～ 0.02 |
0.01～ 0.02 |
0.02～ 0.04 |
| デルリン （ポリアセタール） |
1.425 | 0.35 | 5.5 | 170 | 18 | - | 3.7 | 3.7 | - | 0.004 | 0.004 |
| ポリカーボネイト | 1.2 | 0.30 | 4.6 | 138～ 143 |
16 | 3.17 | 3.02 | 2.96 | 0.0009 | 0.0011 | 0.010 |
| ポリ四弗化エチレン | 2.1～ 2.3 |
0.25 | 6.0 | 132 | 17 | 2.0 | 2.0 | 2.0 | <0.0005 | <0.0005 | <0.0005 |
| ポリスチロール | 1.04～ 1.07 |
0.32 | 2.4～ 3.3 |
71～ 99 |
16～ 24 |
2.45～ 2.65 |
2.4～ 2.65 |
2.4～ 2.65 |
0.0001～ 0.0003 |
0.0001～ 0.0003 |
0.0001～ 0.0003 |
| ポリエステル | 1.0～ 1.46 |
- | 4.0 | 60～ 204 |
15～ 20 |
3.0～ 4.36 |
2.8～ 5.2 |
2.8～ 4.1 |
0.003～ 0.028 |
0.005～ 0.025 |
0.006～ 0.026 |
| セルロースアセテート | 1.23～ 1.34 |
0.3～ 0.42 |
4.0～ 8.0 |
45～ 95 |
10～ 14 |
3.0～ 4.36 |
3.5～ 7.0 |
3.2～ 7.0 |
0.01～ 0.05 |
0.01～ 0.06 |
0.01～ 0.10 |
| ベークライト （フェノール） |
1.25～ 1.30 |
0.38～ 0.42 |
3.0～ 6.0 |
115～ 126 |
10～ 14 |
5～ 6.2 |
4.5～ 6.0 |
4.5～ 5.0 |
0.06～ 0.10 |
0.03～ 0.08 |
0.015～ 0.03 |
樹脂の種類や可塑剤の種類・量の違いによる損失係数の違い
被加熱物の比重をSとし、比熱をCとすれば、この材料をΔT℃だけ上昇させる高周波電源に要求される出力Wは
W＝4.186×S×C×ΔT（ワット） です。
これで1cm3の材料を1秒間にΔT℃昇温させる電力が求められます。
周波数とε・tanδの関係をみると電極間電圧Eは通常コロナ放電開始の電圧30kV／cmに対して10kV／cm程度が使用されるので、この値を用いると塩化ビニールにて、
比重S＝1.5、比熱C＝0.25、ΔT＝150℃、ε・tanδ＝0.6より
W＝4.186×1.5×0.25×150＝235（ワット） となります。
これで得られた出力をP148の式のPに代入し周波数f を求めると
同様の計算をポリエチレンにておこなうと、
比重S＝0.92、比熱C＝0.55、ΔT＝150℃、ε・tanδ＝0.001より
W＝4.186×0.92×0.55×150＝317.7（ワット）
よって周波数f は
となります。つまり、塩化ビニールを誘電加熱しようとすると7MHz以上であれば可能ですが、ポリエチレンでは理論上5700MHzという非常に高い周波数が必要となり、現行の最大周波数40MHzではポリエチレンの誘電加熱は不可能ということになります。マイクロ波で考慮しても周波数は2450MHzなので不可能です。電子レンジの加熱用容器はポリエチレン製が採用されているのは、このような理由によります。
このことから、ε・tanδ、比重、比熱が塩化ビニールに近い樹脂は誘電加熱が可能であると考えることができますが、樹脂の溶融温度と熱特性により加熱効率が低くなる場合があり、検討時の注意が必要です。
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