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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022140343
(43)【公開日】2022-09-26
(54)【発明の名称】マイクロ波照射装置
(51)【国際特許分類】
H05B 6/72 20060101AFI20220915BHJP
H05B 6/78 20060101ALI20220915BHJP
【ＦＩ】
H05B6/72 C
H05B6/78 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022033018
(22)【出願日】2022-03-03
(31)【優先権主張番号】P 2021040836
(32)【優先日】2021-03-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000003768
【氏名又は名称】東洋製罐グループホールディングス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002354
【氏名又は名称】弁理士法人平和国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】山田 真司
(72)【発明者】
【氏名】丸山 友樹
(72)【発明者】
【氏名】山崎 隆明
【テーマコード（参考）】
3K090
【Ｆターム（参考）】
3K090AA01
3K090AB01
3K090DA17
3K090EA03
3K090NA08
(57)【要約】
【課題】マイクロ波照射装置において加熱むらを抑制する。
【解決手段】マイクロ波照射装置は、被照射物９０を保持する保持具６６と、発振器１０と導通するように構成された給電器具２０と、給電器具２０を介した導通による給電によって照射面４２内の照射源４４からマイクロ波を照射するように構成された、照射面４２が開口面５４であるループアンテナ５１であるアンテナ４０とを備える。
【選択図】図１
【解決手段】マイクロ波照射装置は、被照射物９０を保持する保持具６６と、発振器１０と導通するように構成された給電器具２０と、給電器具２０を介した導通による給電によって照射面４２内の照射源４４からマイクロ波を照射するように構成された、照射面４２が開口面５４であるループアンテナ５１であるアンテナ４０とを備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被照射物を保持する保持具と、
発振器と導通するように構成された給電器具と、
前記給電器具を介した導通による給電によって照射面内の照射源からマイクロ波を照射するように構成された、前記照射面が開口面であるループアンテナと
を備えるマイクロ波照射装置。
発振器と導通するように構成された給電器具と、
前記給電器具を介した導通による給電によって照射面内の照射源からマイクロ波を照射するように構成された、前記照射面が開口面であるループアンテナと
を備えるマイクロ波照射装置。
【請求項2】
前記ループアンテナと前記保持具との少なくとも何れか一方は、前記照射源から照射される前記マイクロ波の指向性照射軸に沿って移動し、前記ループアンテナと前記保持具との相対的な位置関係を変化させるように構成されている、請求項１に記載のマイクロ波照射装置。
【請求項3】
前記保持具は、前記開口面を貫通して設けられている、
請求項１又は２に記載のマイクロ波照射装置。
請求項１又は２に記載のマイクロ波照射装置。
【請求項4】
前記保持具は、前記開口面を貫通する方向に移動するように構成されている、請求項３に記載のマイクロ波照射装置。
【請求項5】
前記ループアンテナは、前記照射源から照射される前記マイクロ波の指向性照射軸が、前記保持具を構成する前記マイクロ波を反射する構造物と交わらないように配置されている、請求項１乃至４の何れかに記載のマイクロ波照射装置。
【請求項6】
前記照射源から照射される前記マイクロ波の指向性照射軸に沿って設けられた複数の前記ループアンテナを有するアンテナ群を備える、請求項１乃至５の何れかに記載のマイクロ波照射装置。
【請求項7】
複数の前記ループアンテナを有するアンテナ群を備え、
前記保持具は、前記アンテナ群の複数の前記開口面を貫通して設けられている、
請求項１乃至６の何れかに記載のマイクロ波照射装置。
前記保持具は、前記アンテナ群の複数の前記開口面を貫通して設けられている、
請求項１乃至６の何れかに記載のマイクロ波照射装置。
【請求項8】
前記保持具は、前記開口面を貫通する方向に移動するように構成されている、請求項７に記載のマイクロ波照射装置。
【請求項9】
前記アンテナ群を構成する前記ループアンテナは、前記照射源から照射される前記マイクロ波の指向性照射軸が、少なくとも、当該ループアンテナの前記開口面と向き合う、前記アンテナ群を構成する他のループアンテナの前記開口面との間に存在する前記保持具を構成する前記マイクロ波を反射する構造物と交わらないように配置されている、請求項６乃至８の何れかに記載のマイクロ波照射装置。
【請求項10】
マイクロ波を照射して食品を加熱することを含む食品の製造方法であって、
前記マイクロ波の照射は、
発振器と導通するように構成された給電器具と、
前記給電器具を介した導通による給電によって照射面内の照射源からマイクロ波を照射するように構成された、前記照射面が開口面であるループアンテナと
を用いて行われる、食品の製造方法。
前記マイクロ波の照射は、
発振器と導通するように構成された給電器具と、
前記給電器具を介した導通による給電によって照射面内の照射源からマイクロ波を照射するように構成された、前記照射面が開口面であるループアンテナと
を用いて行われる、食品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、マイクロ波照射装置に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、被照射物にマイクロ波を照射することで被照射物を誘電加熱する加熱装置が知られている。誘電加熱では、種々の理由により均等に被照射物が加熱されないことがある。そこで均等な加熱のための工夫が様々行われている。
【0003】
例えば特許文献１には、導電性格納容器内に、被照射物が入れられるマイクロ波反応容器が配置され、マイクロ波反応容器を囲むように複数のダイポールアンテナが均等に配置されたマイクロ波加熱装置について開示されている。このマイクロ波加熱装置では、各アンテナと導電性格納庫の内壁との距離が、マイクロ波反応容器から各ダイポールアンテナを見る方向では、照射されるマイクロ波の波長のほぼ１／４となるように、各部が配置されている。このような配置によって、ダイポールアンテナから放射されるマイクロ波がマイクロ波反応容器の方向を指向する。その結果、マイクロ波反応容器内の被照射物が、均等に加熱される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２０－２１６７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記は一例であり、誘電加熱における加熱むらの抑制方法は種々あり得る。本発明は、マイクロ波照射装置において加熱むらを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一態様によれば、マイクロ波照射装置は、被照射物を保持する保持具と、発振器と導通するように構成された給電器具と、前記給電器具を介した導通による給電によって照射面内の照射源からマイクロ波を照射するように構成された、前記照射面が開口面であるループアンテナとを備える。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、マイクロ波照射装置において加熱むらを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
［第１の実施形態］
第１の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、マイクロ波照射装置に関する。本実施形態のマイクロ波照射装置は、被照射物に対してマイクロ波を照射して、被照射物を内部加熱するように構成されている。被照射物は、これに限らないが、例えば食品である。したがって、このマイクロ波照射装置やそれを用いたマイクロ波の照射方法は、例えば包装食品を含む食品の製造に用いられ得る。
第１の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、マイクロ波照射装置に関する。本実施形態のマイクロ波照射装置は、被照射物に対してマイクロ波を照射して、被照射物を内部加熱するように構成されている。被照射物は、これに限らないが、例えば食品である。したがって、このマイクロ波照射装置やそれを用いたマイクロ波の照射方法は、例えば包装食品を含む食品の製造に用いられ得る。
【0010】
図１は、本実施形態に係るマイクロ波照射装置１の構成例の概略を模式的に示す図である。この図に示すように、マイクロ波照射装置１は、加熱対象物であってマイクロ波が照射される被照射物９０を保持する保持具６６を備える。保持具６６は、例えば被照射物９０が載置される台であり得る。マイクロ波照射装置１は、保持具６６によって保持される被照射物９０にマイクロ波を照射するように構成されたアンテナ４０を備える。アンテナ４０は、例えば、ループアンテナ、パッチアンテナ等といった指向性のアンテナである。すなわち、アンテナ４０は、照射面４２を有し、照射面４２内の照射源４４から指向性照射軸４５の方向にマイクロ波を照射するように構成されている。アンテナ４０の指向性照射軸４５の方向は、保持具６６の載置面に沿っている。アンテナ４０は、例えば同軸ケーブルといった給電器具２０を介して導通した発振器１０から給電される。アンテナ４０の周囲は、マイクロ波の遮蔽のため、金属で覆われている。すなわち、保持具６６及びアンテナ４０は、金属筐体８２内に配置されている。
【0011】
アンテナ４０の向きについて説明する。図２は、アンテナ４０の向きについて説明するための模式図である。本実施形態では、アンテナ４０は、例えば図２に示すように、指向性照射軸４５が、被照射物９０が載せられる保持具６６の表面と平行になるように配置されている。あるいは、少なくとも指向性照射軸４５が、保持具６６を構成する構造物のうちマイクロ波を反射する構造物と交差しないように、アンテナ４０は配置されている。
【0012】
指向性のアンテナ４０から照射されるマイクロ波は、図２に拡散照射軸４６として示すように、ある程度広がるものの、その照射角は比較的狭く、指向性照射軸４５に沿って強度が最も強くなっている電界が形成される。指向性照射軸４５が、マイクロ波を反射する構造物と交差しないことで、強い反射波が生じない。その結果、入射波と反射波とが干渉することによって生じ得る定在波が発生しない。
【0013】
図３は、比較例を示す模式図である。図３に示すように、指向性照射軸４５が保持具６６の表面と交差する場合、マイクロ波は保持具６６の表面で反射する。強い反射波が生じる結果、入射波と反射波とが干渉し、定在波が発生する。定在波が発生すると、定在波の特に腹の位置と節の位置とで電界強度が大きく異なり、被照射物９０における加熱むらが生じ得る。
【0014】
本実施形態のマイクロ波照射装置１では、図２を参照して説明したように、入射波と反射波との干渉による定在波が発生しないために、被照射物９０において加熱むらが生じることが防止されている。なお、上述のマイクロ波を反射する構造物とは、上述の加熱むらが生じるほどの定在波が発生する程度にマイクロ波を反射する構造物を意味する。
【0015】
本実施形態のマイクロ波照射装置１の動作について説明する。発振器１０は、マイクロ波の周波数に応じた高周波電力を出力する。その周波数は、これに限らないが、例えば、２．４５ＧＨｚ又は９１５ＭＨｚといったものや、４５０ＭＨｚといったものである。この発振器１０から出力された高周波電力は、給電器具２０を介してアンテナ４０に供給される。アンテナ４０は、この給電に基づいて、マイクロ波を指向性照射軸４５の方向に照射する。アンテナ４０の前の保持具６６上に配置された被照射物９０には、アンテナ４０からマイクロ波が照射される。このマイクロ波によって、被照射物９０は、誘電加熱される。
【0016】
上述の通り、本実施形態では、マイクロ波を照射するアンテナとして指向性のアンテナ４０が用いられ、指向性照射軸４５が保持具６６のマイクロ波を反射する構造物と交差しないように設計されている。このため、照射されるマイクロ波について、反射波に由来する定在波が発生しない。その結果、被照射物９０は、均一に加熱される。
【0017】
誘電加熱による加熱装置として、例えば、金属筐体内でマイクロ波を反射させて被加熱物を加熱するマルチモードの加熱装置が知られている。また、マイクロ波を搬送する導波管内に被加熱物を配置するシングルモードの加熱装置が知られている。このような装置では、マイクロ波の反射が意図的に利用されている。すなわち、反射による定在波が意図的に作り出され、この定在波によって誘電加熱が行われる。しかしながら、このような定在波では、腹位置と節位置とで顕著であるように場所により電界強度に差が生じる。この電界強度のむらは、被加熱物の加熱むらを生じさせる。本実施形態のマイクロ波照射装置１では、定在波が生じないように調整されているので、均一な加熱が実現され得る。
【0018】
また、導波管を用いる加熱装置は、特に周波数が低い場合に導波管が大型化するなど、装置が大型化しやすい。また、均一加熱のために、複数種類の加熱装置を組み合わせる等する場合には、装置全体が大型化しやすい。これに対して、本実施形態のマイクロ波照射装置１は、導波管を用いることなく、複数種類の装置を組み合わせる必要もないので、装置の小型化も容易である。また、導波管を用いないので、比較的低い周波数のマイクロ波を使用することも容易である。周波数を低くすることで、電力半減深度を深くすることもできる。
【0019】
なお、より均一な加熱のために、保持具６６は、アンテナ４０の指向性照射軸４５に沿って前後に移動したり、指向性照射軸４５と平行な面内で回転したりしてもよい。被照射物９０をこのような方向に移動させることで、被照射物９０はより均一に加熱され得る。また、保持具６６ではなくアンテナ４０を移動させて、同様のことが行われてもよい。
【0020】
［第２の実施形態］
第２の実施形態について説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。本実施形態のマイクロ波照射装置は、例えば食品といった被照射物に対してマイクロ波を照射して、被照射物を内部加熱するように構成されている。マイクロ波照射装置は、搬送装置を有し、複数の被照射物が次々と搬送されて、次々と加熱される。
第２の実施形態について説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。本実施形態のマイクロ波照射装置は、例えば食品といった被照射物に対してマイクロ波を照射して、被照射物を内部加熱するように構成されている。マイクロ波照射装置は、搬送装置を有し、複数の被照射物が次々と搬送されて、次々と加熱される。
【0021】
図４Ａは、第２の本実施形態に係るマイクロ波照射装置２の構成例の概略を模式的に示す正面図である。図４Ｂは、第２の本実施形態に係るマイクロ波照射装置２の構成例の概略を模式的に示す平面図である。図４Ｃは、第２の本実施形態に係るマイクロ波照射装置２のアンテナ４０の位置において側方から見た端面の構成例の概略を模式的に示す図である。
【0022】
これら図に示すように、マイクロ波照射装置２は、加熱対象物であってマイクロ波が照射される被照射物９０を搬送する、保持具としての搬送装置６０を備える。搬送装置６０は、例えば、ベルト６１とローラ６２とを備える。ベルト６１は、ローラ６２に掛けられている。ローラ６２は、図示しないモータによって回転し、ベルト６１を長手軸方向に移動させる。被照射物９０は、ベルト６１に載せられて、ベルト６１の移動によって搬送方向９１に搬送される。搬送装置６０の搬送方向９１上流側には、被照射物９０をベルト６１の上に次々と供給する供給装置８４が設けられている。搬送装置６０の搬送方向９１下流側には、搬送された被照射物９０をベルト６１から搬出する搬出装置８６が設けられている。
【0023】
マイクロ波照射装置２は、搬送装置６０によって搬送される被照射物９０にマイクロ波を照射するように構成されたアンテナ４０を備える。アンテナ４０は、例えば、指向性のアンテナの一種であるループアンテナである。アンテナ４０は、例えば同軸ケーブルといった給電器具２０を介して導通した発振器１０から給電される。
【0024】
ループアンテナについて、図５を参照して説明する。図５は、ループアンテナ５１の構成例の概略を示す模式図である。ループアンテナ５１は、例えば、照射するマイクロ波の一波長分の長さを有して円環形状に形成された導線５２を備える。導線５２の両端は、給電点５３となっている。給電点５３には、給電器具２０としての例えば同軸ケーブル２１が接続されている。同軸ケーブル２１は、発振器１０とループアンテナ５１とを接続して導通させる。発振器１０は、同軸ケーブル２１を介して高周波電力をループアンテナ５１に供給する。給電されると、エレメントとしての導線５２に電流が生じ、ループアンテナ５１は電波を放射して電界を形成する。
【0025】
円環形状のループアンテナ５１では、導線５２によって形成された開口面５４が照射面４２となり、開口面５４の中心が照射源４４となる。照射源４４を通り、開口面５４に垂直な方向に指向性照射軸４５が形成され、指向性照射軸４５に沿って両方向にマイクロ波が放射される。なお、導線５２が形成する形状は、円環に限らず、四角形など他の形の環状でもよい。
【0026】
図４Ａ乃至図４Ｃに戻って説明を続ける。本実施形態のマイクロ波照射装置２では、ループアンテナ５１であるアンテナ４０の開口面５４である照射面４２を貫通するように、搬送装置６０のベルト６１が設けられている。すなわち、被照射物９０は、アンテナ４０を通り抜けるように搬送方向９１に搬送される。例えば、アンテナ４０の照射面４２は、搬送方向９１に対して垂直となっており、アンテナ４０の指向性照射軸４５は、搬送方向９１と平行である。
【0027】
アンテナ４０の周囲は、マイクロ波の遮蔽のため、金属で覆われている。すなわち、搬送装置６０は、金属筐体８２を通り抜けるように設けられており、アンテナ４０は、金属筐体８２内に配置されている。
【0028】
本実施形態のマイクロ波照射装置２でも、アンテナ４０の指向性照射軸４５は、搬送装置６０を構成する構造物のうちマイクロ波を反射する構造物と交差しない。その結果、入射波と反射波とが干渉することによって生じ得る定在波が発生しない。本実施形態のマイクロ波照射装置２でも、このような定在波が発生しないために、被照射物９０において加熱むらが生じることが防止されている。
【0029】
さらに、本実施形態のマイクロ波照射装置２では、被照射物９０がアンテナ４０の照射源４４を通過することで、効率よく、かつ、均等な被照射物９０の加熱が実現される。図６は、波線９２の振幅で場所に応じた電界強度を模式的に示す。この図に示すように、本実施形態のマイクロ波照射装置２では、被照射物９０の中心部が、電界強度が強いアンテナ４０の照射源４４を通過する。このため、被照射物９０は、その中心部で発熱し、被照射物９０の内部から効率よく加熱される。すなわち、被照射物９０の外部からマイクロ波を照射するときのように電力半減深度を考慮しなくてもよい。また、搬送装置６０のベルト６１に載っている被照射物９０は、搬送方向９１の方向に移動するので、被照射物９０内で発熱位置が変化して、均等に加熱される。
【0030】
比較例を図７に示す。図７は、一般に知られている搬送装置６０の搬送方向９１に対して側方にアンテナ４０が配置された加熱装置を模式的に示す。波線９２で電界強度を模式的に示すように、図７に示すような配置では、被照射物９０がアンテナ４０の照射源４４から離れており、被照射物９０の中心部まで電力が届きにくい。このため、中心部が加熱されにくいことがある。これに対して、本実施形態のマイクロ波照射装置２では、被照射物９０の中心部で電界強度が強くなる。
【0031】
本実施形態のマイクロ波照射装置２の動作について説明する。発振器１０は、マイクロ波の周波数に応じた高周波電力を出力する。その周波数は、これに限らないが、例えば、２．４５ＧＨｚ、９１５ＭＨｚ又は４５０ＭＨｚといったものである。この発振器１０から出力された高周波電力は、給電器具２０を介してアンテナ４０に供給される。アンテナ４０は、この給電に基づいて、マイクロ波を指向性照射軸４５の方向に照射する。
【0032】
搬送装置６０は、ローラ６２の回転により、ベルト６１を回転させる。供給装置８４は、搬送装置６０のベルト６１上に、例えば一定間隔で、被照射物９０を供給する。搬送装置６０は、供給された被照射物９０を搬送方向９１に搬送し、金属筐体８２内のループアンテナ５１であるアンテナ４０の開口面５４を通過させる。アンテナ４０の開口面５４を通過する被照射物９０に対して、アンテナ４０からマイクロ波が照射される。このマイクロ波によって、被照射物９０は、誘電加熱される。加熱された被照射物９０は、搬送装置６０によって金属筐体８２の外部まで搬送される。搬出装置８６は、加熱された被照射物９０を搬送装置６０から搬出する。
【0033】
上述の通り、本実施形態では、指向性のアンテナ４０が用いられ、指向性照射軸４５が搬送装置６０のマイクロ波を反射する構造物と交差しないように設計されている。このため、照射されるマイクロ波について、反射波に由来する定在波が発生しない。その結果、被照射物９０は、均一に加熱される。また、被照射物９０は、アンテナ４０の照射源４４を通過する。このため、被照射物９０の内部で強い電界が発生し、被照射物９０が内部から効率よく加熱される。その他、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【0034】
本実施形態に係るマイクロ波照射装置２は、種々の用途の処理装置に組み込まれたり、適切な態様で構成されたりし得る。例えば、密封包装された食品の加熱殺菌のために用いられる場合には、マイクロ波照射装置１は、密封包装された食品である被照射物９０が加圧されたり、殺菌のために必要な時間保温されたりするように構成された装置内に組み込まれることになる。あるいは、材料の反応処理等に用いられるためには、処理対象物である被照射物９０は、適当な反応容器に収容されてもよいし、搬送装置６０を処理対象物が流れる管などとして構成してもよい。
【0035】
［第３の実施形態］
第３の実施形態について説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。
第３の実施形態について説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【0036】
図８は、第３の実施形態に係るマイクロ波照射装置３の構成例の概略を模式的に示す図である。この図に示すように、マイクロ波照射装置３は、２つのアンテナ４０を含むアンテナ群３０を備える。アンテナ４０は、例えば、ループアンテナ、パッチアンテナ等といった指向性のアンテナである。これに限らないが、ここでは、アンテナ４０は、ループアンテナ５１であるものとする。アンテナ群３０の２つのアンテナ４０は、互いに照射面４２を対向させるように平行に配置されている。この照射面４２を形成する開口面５４を貫通するように、被照射物９０が載置される保持具６６が設けられている。このように、保持具６６に載置される被照射物９０が２つのアンテナ４０に挟まれるように構成されている。２つのアンテナ４０の指向性照射軸４５は、それぞれ強い反射波が生じないように保持具６６の被照射物９０が載置される面と平行となっている。２つのアンテナ４０は、それぞれ反対側から被照射物９０にマイクロ波を照射するようになっている。各々のアンテナ４０から照射されたマイクロ波は、重なり合うようになっている。
【0037】
図９に、波線９２の振幅で場所に応じた電界強度を模式的に示す。この図に示すように、本実施形態のマイクロ波照射装置３では、被照射物９０の両側からマイクロ波が照射される。
【0038】
図１０は、対向して設けられたアンテナ４０の指向性照射軸４５に沿った位置に応じた電界実効値の大きさを示す模式図である。第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２とに対向するアンテナ４０の各々が配置されている。したがって、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２との間に、被照射物９０が配置されることになる。図１０に示すように、本実施形態のマイクロ波照射装置１は、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２との間で、電界実効値がほぼ一定となるように構成されている。
【0039】
本実施形態によれば、被照射物９０の両側から、マイクロ波が照射され、それらが形成する電界強度は場所が異なってもほぼ等しいので、被照射物９０の均一な加熱が実現され得る。対向するアンテナ４０とアンテナ４０との間の電界強度が一定とは、被照射物９０の加熱の均一さに関する要求が満たされる程度に、電界強度が一定であることを意味する。本実施形態によれば、被照射物９０の加熱がより均一に行われ得る。その他、第１の実施形態のマイクロ波照射装置１と同様の効果が得られる。
【0040】
ここでは、２つのアンテナ４０の指向性照射軸４５は、それぞれ強い反射波が生じないように保持具６６の被照射物９０が載置される面と平行となっている場合を例に挙げて説明した。指向性照射軸４５は、保持具６６の載置面と平行であることが好ましいが、これに限らない。しかし、２つのアンテナ４０は、少なくとも、指向性照射軸４５が２つのアンテナ４０の互いに向き合う開口面５４と開口面５４との間に存在する保持具６６を構成するマイクロ波を反射する構造物と交わらないように、配置されていることが好ましい。このようにすることで、照射されるマイクロ波について、反射波に由来する定在波が発生せず、その結果、被照射物９０は、均一に加熱される。
【0041】
［第４の実施形態］
第４の実施形態について説明する。ここでは、第２の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。
第４の実施形態について説明する。ここでは、第２の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【0042】
図１１Ａは、第４の実施形態に係るマイクロ波照射装置４の構成例の概略を模式的に示す正面図であり、図１１Ｂは、第４の実施形態に係るマイクロ波照射装置４の構成例の概略を模式的に示す平面図である。これら図に示すように、第４の実施形態に係るマイクロ波照射装置４は、第２の実施形態に係るマイクロ波照射装置２と同様に、加熱対象物であってマイクロ波が照射される被照射物９０を搬送する搬送装置６０を備える。
【0043】
第４の実施形態のマイクロ波照射装置４は、搬送装置６０によって搬送される被照射物９０にマイクロ波を照射するように構成された複数のアンテナ４０を有するアンテナ群３０を備える。複数のアンテナ４０は、搬送方向９１に沿って配置されている。各々のアンテナ４０は、例えば、ループアンテナ５１である。搬送装置６０のベルト６１は、各アンテナ４０を通り抜けるように配置されている。各々のアンテナ４０は、例えば同軸ケーブルといった給電器具２０を介して導通した発振器１０から給電される。複数のアンテナ４０は、第３の実施形態のマイクロ波照射装置３のアンテナ４０と同様に、隣り合うアンテナ４０とアンテナ４０との間で、電界実効値がほぼ一定となるように配置されている。アンテナ群３０の周囲は、マイクロ波の遮蔽のため、金属筐体８２で覆われている。
【0044】
第４の実施形態のマイクロ波照射装置４によれば、複数のアンテナ４０によって、ベルト６１に沿ってマイクロ波による電界強度がほぼ一定になる。搬送装置６０によって搬送される被照射物９０は、この一定の強度を有する電界の中を移動する。また、被照射物９０は、各アンテナ４０の照射源４４を通過するように構成されている。これらにより、マイクロ波照射装置４は、効率的にかつ均等に被照射物９０を加熱することができる。その他、第１乃至第３の実施形態のマイクロ波照射装置と同様の効果が得られる。
【0045】
［第５の実施形態］
第５の実施形態について説明する。ここでは、第４の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。図１２は、第５の実施形態に係るマイクロ波照射装置５の構成例の概略を模式的に示す平面図である。この図に示すように、第５の実施形態に係るマイクロ波照射装置５は、第４の実施形態に係るマイクロ波照射装置４と同様であるが、一部のアンテナ４０の向きが変更されており、そのアンテナ４０の指向性照射軸４５が搬送方向９１に沿っていない点が第４の実施形態に係るマイクロ波照射装置４と異なる。
第５の実施形態について説明する。ここでは、第４の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。図１２は、第５の実施形態に係るマイクロ波照射装置５の構成例の概略を模式的に示す平面図である。この図に示すように、第５の実施形態に係るマイクロ波照射装置５は、第４の実施形態に係るマイクロ波照射装置４と同様であるが、一部のアンテナ４０の向きが変更されており、そのアンテナ４０の指向性照射軸４５が搬送方向９１に沿っていない点が第４の実施形態に係るマイクロ波照射装置４と異なる。
【0046】
被照射物９０の加熱においては、必ずしも均一に電力が供給されることが好ましいとは限らない。例えば、被照射物９０内において、加熱されやすい領域と加熱されにくい領域とがあるときには、加熱されにくい領域により多くの電力が投入されることで被照射物９０の全体が均一に加熱されることになる。
【0047】
図１２に示す例は、被照射物９０の図下側及び図上側が加熱されにくい領域となっている例である。供給装置８４側の２つのアンテナ４０の対向する指向性照射軸４５が一つは搬送方向９１に対して図下側に、一つは図上側に偏るようにアンテナ４０が配置されていることで、それぞれ図下側と図上側に向かった電界が形成され、そこを通過する被照射物９０に対し異なる方向から電力が投入される。その結果、被照射物９０の全体が均一に加熱される。その他、第４の実施形態のマイクロ波照射装置４と同様の効果が得られる。
【0048】
［実験例１］
上述の実施形態に係るマイクロ波照射装置による加熱の均一性を、加熱対象物を容器詰めされたポテトサラダとして評価した。
上述の実施形態に係るマイクロ波照射装置による加熱の均一性を、加熱対象物を容器詰めされたポテトサラダとして評価した。
【0049】
〈方法〉
評価には、図８を参照して説明した第３の実施形態に係るマイクロ波照射装置３と同様の構成を有する試験装置を用いた。この試験装置１００の構成例の概略を図１３に示す。試験装置１００は、発振器１１０と、金属筐体１８２内に配置された２つのループアンテナ１４０及び食品保持台１６６とを有する。
評価には、図８を参照して説明した第３の実施形態に係るマイクロ波照射装置３と同様の構成を有する試験装置を用いた。この試験装置１００の構成例の概略を図１３に示す。試験装置１００は、発振器１１０と、金属筐体１８２内に配置された２つのループアンテナ１４０及び食品保持台１６６とを有する。
【0050】
発振器１１０の発振周波数は450 MHzとした。ループアンテナ１４０には、アルミニウム製であり、周長が１波長（λ = 666 mm）に相当する方形のループアンテナを用いた。２つのループアンテナ１４０を、互いの開口面が対向し、かつ、指向性照射軸１４５が食品保持台１６６と平行になるように配置した。２つのループアンテナ１４０の間隔は、λ/4 = 166.5 mmとした。ループアンテナ１４０への給電は、同相給電とした。食品保持台１６６には、厚さ5 mmのポリエチレン（ＰＥ）製の板を用いた。食品保持台１６６を、２つのループアンテナ１４０を貫通するように配置した。
【0051】
加熱対象物１９０は、長さ115 mm、幅80 mm、深さ20 mmのポリプロピレン（ＰＰ）製のトレーに、150 gのポテトサラダを盛りつけたものとした。加熱対象物１９０を、食品保持台１６６上の２つのループアンテナ１４０間の中央に配置した。加熱対象物１９０の配置は、トレーの長さ方向が指向性照射軸１４５に対して垂直になるような配置（縦置）と、トレーの長さ方向が指向性照射軸１４５に対して平行になるような配置（横置）との２通りとした。温度計測は、複数のサーモラベル（登録商標）をポテトサラダ表面に貼付することで行った。温度計測は、出力150 Wで5分間加熱した後に行った。
【0052】
また、２つのループアンテナ１４０間に形成される電界強度の数値解析を行った。
【0053】
〈結果〉
電界強度の数値シミュレーションの結果、２つのループアンテナ１４０間では、図１０に示したような均一な電界が得られた。
電界強度の数値シミュレーションの結果、２つのループアンテナ１４０間では、図１０に示したような均一な電界が得られた。
【0054】
加熱対象物１９０を縦置して加熱した試験結果を図１４に示す。指向性照射軸１４５に沿って、すなわち、トレーの２つの長辺の中点を結ぶ線に沿って並べて配置したサーモラベル(a)、(b)、(c)は、何れも90℃を示した。一方、指向性照射軸１４５から離れた位置、すなわち、トレーの短辺中央近くに配置したサーモラベル(d)、(e)は、何れも50℃未満を示した。
【0055】
加熱対象物１９０を横置して加熱した試験結果を図１５に示す。指向性照射軸１４５に沿って、すなわち、トレーの２つの短辺の中点を結ぶ線に沿って並べて配置したサーモラベル(f)、(g)、(h)は、何れも100℃を示した。一方、指向性照射軸１４５から離れた位置、すなわち、トレーの長辺中央近くに配置したサーモラベル(i)、(j)は、何れも80℃を示した。
【0056】
図１４及び図１５に示した何れの結果からも、指向性照射軸１４５に沿っては短時間で均一に加熱可能であることが明らかになった。何れの場合も指向性照射軸１４５から離れるに従い温度が低下するような温度勾配が生じており、指向性照射軸１４５上では拡散照射軸上よりも加熱効率は高かった。加熱効率の高い指向性照射軸１４５を食品保持台１６６等の構造物と交差しないように配置することによって、マイクロ波の反射による定在波の発生や吸収によるエネルギー損失を抑えた加熱が可能であることが明らかになった。
【0057】
［実験例２］
上述の実施形態に係るマイクロ波照射装置による加熱特性を、加熱対象物を食品モデルとしての熱インジケータゲルとして、さらに評価した。
上述の実施形態に係るマイクロ波照射装置による加熱特性を、加熱対象物を食品モデルとしての熱インジケータゲルとして、さらに評価した。
【0058】
〈方法〉
図１６は、評価に用いた試験装置２００の構成例の概略を示す。この試験装置２００は、図８を参照して説明した第３の実施形態のマイクロ波照射装置３の構成に相当する。また、この状況は、図１１Ａ及び図１１Ｂを参照して説明した第４の実施形態において、搬送装置６０によって被照射物９０が２つのアンテナ４０の中間に位置している状態に相当する。試験装置２００の構成は、以下のとおりとした。
図１６は、評価に用いた試験装置２００の構成例の概略を示す。この試験装置２００は、図８を参照して説明した第３の実施形態のマイクロ波照射装置３の構成に相当する。また、この状況は、図１１Ａ及び図１１Ｂを参照して説明した第４の実施形態において、搬送装置６０によって被照射物９０が２つのアンテナ４０の中間に位置している状態に相当する。試験装置２００の構成は、以下のとおりとした。
【0059】
試験装置２００は、電磁波を遮蔽する金属筐体２８２を備える。金属筐体２８２は、アルミニウム材で形成し、その寸法は、幅500 mm、長さ350 mm、高さ400 mmとした。金属筐体２８２内には、載置台２６６を水平に設けた。載置台２６６は、ガラスエポキシ製であり、その寸法は、幅331 mm、厚さ5 mmとした。載置台２６６の幅方向一端には、第１のブラケット２４９ａを介して第１のループアンテナ２４０ａを設け、載置台２６６の幅方向他端には、第２のブラケット２４９ｂを介して第２のループアンテナ２４０ｂを設けた。第１のブラケット２４９ａ及び第２のブラケット２４９ｂは、それぞれポリエチレン（ＰＥ）製とした。第１のループアンテナ２４０ａ及び第２のループアンテナ２４０ｂは、それぞれアルミニウム材で角形に形成し、その外寸は、長さ214 mm、高さ111 mm、厚み2 mmとした。第１のループアンテナ２４０ａ及び第２のループアンテナ２４０ｂは、互いに対向するように配置し、放射されるマイクロ波の指向性照射軸が載置台２６６に対して平行となるように設置した。第１のループアンテナ２４０ａと第２のループアンテナ２４０ｂとの間隔は、333 mmとした。
【0060】
なお、金属筐体２８２の材料は、アルミニウムに限らず、鉄、ステンレスなどの他の金属素材であってもよい。また、載置台２６６、第１のブラケット２４９ａ及び第２のブラケット２４９ｂの材料は、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート等といった樹脂素材など、他の低誘電率、低損失な素材であってもよい。
【0061】
図示しないマイクロ波発振器を、図示しない同軸ケーブルを介して金属筐体２８２に設けられた第１の給電ポート２２３ａ及び第２の給電ポート２２３ｂに接続した。この同軸ケーブルは、途中で分岐しており、発振器から出力された電力は、第１の給電ポート２２３ａ及び第２の給電ポート２２３ｂに並列に給電される。第１の給電ポート２２３ａは、第１のループアンテナ２４０ａの第１の給電点２５３ａに接続されている。第２の給電ポート２２３ｂは、第２のループアンテナ２４０ｂの第２の給電点２５３ｂに接続されている。一つの発振器から途中分岐し、並列に各アンテナに給電することによって、一方のアンテナからの出力を他方のアンテナが反射として誤認識することなく同時照射が可能である。
【0062】
マイクロ波発振器の出力電力の周波数を450 MHzとした。マイクロ波発振器から出力されたマイクロ波電力は、第１のループアンテナ２４０ａ及び第２のループアンテナ２４０ｂへ、同相で給電される。第１のループアンテナ２４０ａ及び第２のループアンテナ２４０ｂからは、マイクロ波が放射される。ここで、第１のループアンテナ２４０ａと第２のループアンテナ２４０ｂとの間隔は、上述のとおり333 mmであり、これは出力波長λ = 666 mmの1/2波長分である。
【0063】
食品モデル２９０として、熱インジケータゲルを用いた。この熱インジケータゲルは、キシロースとグリシンを含み、それらによるメイラード反応によって、おおよそ70℃以上になったときに褐色に変色するように構成されている。熱インジケータゲルの誘電率、導電率などの電気特性は、添加する油、塩分等の濃度を調整することで、概して市販のポテトサラダの電気特性と等しくなるように調整した。食品モデル２９０は、150 gの熱インジケータゲルを、ポリプロピレン（ＰＰ）製のカップに充填して作製した。なお、充填後にシールはしていない。
【0064】
この食品モデル２９０を、載置台２６６上の第１のループアンテナ２４０ａと第２のループアンテナ２４０ｂとの中間位置に配置した。すなわち、第１のループアンテナ２４０ａ及び第２のループアンテナ２４０ｂから、食品モデル２９０の中心までの距離は、166.5 mmとした。出力150 Wとして、食品モデル２９０を加熱した。
【0065】
また、比較実験として、食品モデル２９０を業務用電子レンジ（パナソニック社製、出力250 W）で加熱した。
【0066】
〈結果〉
図１７は、試験装置２００を用いて出力150 Wとして加熱した後の食品モデル２９０の写真を示す。図１７において、上段は加熱時間が4分の場合であり、下段は加熱時間が6分の場合である。図１７において、左列は、食品モデル２９０を上から撮影した食品モデル２９０の表面の様子を示す。この図において、左右方向が第１のループアンテナ２４０ａ及び第２のループアンテナ２４０ｂの指向性照射軸の方向である。図１７において、右列は、左列の一点鎖線で示す線で切断した食品モデル２９０の縦断面の様子を示す。
図１７は、試験装置２００を用いて出力150 Wとして加熱した後の食品モデル２９０の写真を示す。図１７において、上段は加熱時間が4分の場合であり、下段は加熱時間が6分の場合である。図１７において、左列は、食品モデル２９０を上から撮影した食品モデル２９０の表面の様子を示す。この図において、左右方向が第１のループアンテナ２４０ａ及び第２のループアンテナ２４０ｂの指向性照射軸の方向である。図１７において、右列は、左列の一点鎖線で示す線で切断した食品モデル２９０の縦断面の様子を示す。
【0067】
図１７に示すように、食品モデル２９０の中央部分が均一に褐色に変色しており、中央部分が均一に加熱されたことがわかる。
【0068】
図１８は、比較実験として、業務用電子レンジを用いて出力250 Wで加熱した後の食品モデル２９０の写真を示す。図１８において、上段は加熱時間が3分の場合であり、下段は加熱時間が5分の場合である。図１８において、左列は、食品モデル２９０を上から撮影した食品モデル２９０の表面の様子を示す。図１８において、右列は、左列の一点鎖線で示す線で切断した食品モデル２９０の縦断面の様子を示す。
【0069】
業務用電子レンジを用いた場合、食品モデル２９０の外周部が濃い褐色に変色しており、外周部で過加熱が生じたことがわかった。マイクロ波は、庫内で多重反射しながら食品モデル２９０の外周部に照射され続けたと考えられる。さらに、食品モデル２９０の外周部で生じた発熱は、容器周上に沿って等しいわけではなく、図において丸２９９で囲った部分において発熱していない発熱欠損が生じていた。これは、マイクロ波の金属筐体における反射によって形成された定在波分布に均一性が無いことを示している。このことから、加熱の再現性がないことが示唆された。
【0070】
これに対して、本実施形態に係る試験装置２００を用いた場合、定在波を抑制した照射方式により、食品中心部を選択的に加熱可能であることが確認された。
【0071】
［実験例３］
上述の実験例２では、第１のループアンテナ２４０ａ及び第２のループアンテナ２４０ｂから等距離の位置における加熱状況について検討した。本実験例では、第１のループアンテナ２４０ａ及び第２のループアンテナ２４０ｂの何れか一方側に偏った位置における加熱状況について検討した。この状況は、図１１Ａ及び図１１Ｂを参照して説明した第４の実施形態において、搬送装置６０によって被照射物９０が２つのアンテナ４０に対して偏った位置に搬送された状態に相当する。
上述の実験例２では、第１のループアンテナ２４０ａ及び第２のループアンテナ２４０ｂから等距離の位置における加熱状況について検討した。本実験例では、第１のループアンテナ２４０ａ及び第２のループアンテナ２４０ｂの何れか一方側に偏った位置における加熱状況について検討した。この状況は、図１１Ａ及び図１１Ｂを参照して説明した第４の実施形態において、搬送装置６０によって被照射物９０が２つのアンテナ４０に対して偏った位置に搬送された状態に相当する。
【0072】
〈方法〉
図１９は、本実験例の実施状況の概略を示す図である。本実験例では、図１６に示した試験装置２００を用いた。食品モデル２９０を、第１のループアンテナ２４０ａから食品モデル２９０の中心までの距離が56.5 mmになる位置に配置した。試験装置２００の出力を150 Wとし、5分間加熱した。
図１９は、本実験例の実施状況の概略を示す図である。本実験例では、図１６に示した試験装置２００を用いた。食品モデル２９０を、第１のループアンテナ２４０ａから食品モデル２９０の中心までの距離が56.5 mmになる位置に配置した。試験装置２００の出力を150 Wとし、5分間加熱した。
【0073】
〈結果〉
図２０は、加熱後の食品モデル２９０の写真を示す。図２０において、左の写真は、食品モデル２９０を上から撮影した食品モデル２９０の表面の様子を示す。この図において、左右方向が第１のループアンテナ２４０ａ及び第２のループアンテナ２４０ｂの指向性照射軸の方向であり、左側が食品モデル２９０に近い第１のループアンテナ２４０ａ側であり、右側が食品モデル２９０から離れている第２のループアンテナ２４０ｂ側である。図２０において、右の写真は、左の写真に示した一点鎖線の位置で切断した食品モデル２９０の縦断面の様子を示す。同様に、左側が食品モデル２９０に近い第１のループアンテナ２４０ａ側であり、右側が食品モデル２９０から離れている第２のループアンテナ２４０ｂ側である。
図２０は、加熱後の食品モデル２９０の写真を示す。図２０において、左の写真は、食品モデル２９０を上から撮影した食品モデル２９０の表面の様子を示す。この図において、左右方向が第１のループアンテナ２４０ａ及び第２のループアンテナ２４０ｂの指向性照射軸の方向であり、左側が食品モデル２９０に近い第１のループアンテナ２４０ａ側であり、右側が食品モデル２９０から離れている第２のループアンテナ２４０ｂ側である。図２０において、右の写真は、左の写真に示した一点鎖線の位置で切断した食品モデル２９０の縦断面の様子を示す。同様に、左側が食品モデル２９０に近い第１のループアンテナ２４０ａ側であり、右側が食品モデル２９０から離れている第２のループアンテナ２４０ｂ側である。
【0074】
図２０より、この場合、食品モデル２９０の外周部が発熱していることがわかった。また、アンテナ近傍側の発熱範囲はアンテナ遠方側の発熱範囲より広く、発熱の程度も大きいことがわかった。加熱対象物を一対の対向するアンテナのうち一方側に寄せて一対のアンテナに対して非対称に配置して、それぞれのアンテナからの距離を異ならせて加熱対象物にマイクロ波を照射することによって、加熱対象物の外周部への電界の回り込みが増加し、発熱欠損を生じることなく外周部を効率よく加熱することができることが見出された。
【0075】
［実験例４］
上述の実験例２の状況について、数値シミュレーションによる解析を行った。
上述の実験例２の状況について、数値シミュレーションによる解析を行った。
【0076】
〈方法〉
解析には、熱連成解析ソフトであるCST STUDIO SUITE（ダッソー・システムズ社製）を用い、熱と電磁界の連成解析を行った。図１６に示した試験装置２００の解析モデルを構築した。加熱対象物は、ポリプロピレン（ＰＰ）製のカップに詰めた市販のポテトサラダ150 gを模擬したものとした。加熱対象物の電気特性は、市販のポテトサラダの実測値に基づいて、比誘電率εr = 51、導電率ρ = 1.2 s/m、誘電正接tanδ = 0.95とした。
解析には、熱連成解析ソフトであるCST STUDIO SUITE（ダッソー・システムズ社製）を用い、熱と電磁界の連成解析を行った。図１６に示した試験装置２００の解析モデルを構築した。加熱対象物は、ポリプロピレン（ＰＰ）製のカップに詰めた市販のポテトサラダ150 gを模擬したものとした。加熱対象物の電気特性は、市販のポテトサラダの実測値に基づいて、比誘電率εr = 51、導電率ρ = 1.2 s/m、誘電正接tanδ = 0.95とした。
【0077】
解析結果を示す図２１Ａに示されるように、この加熱対象物３９０を、互いに対向する第１のループアンテナ３４０ａ及び第２のループアンテナ３４０ｂの中間位置に配置した。すなわち、加熱対象物３９０の中心からそれぞれのアンテナまでの距離は166.5 mmとした。
【0078】
本解析実験例では、加熱対象物３９０が配置される載置台３６６は、第１のループアンテナ３４０ａ及び第２のループアンテナ３４０ｂを貫通するように配置されている。この点において、このモデルは、図１６に示した試験装置２００よりも図８に示した第３の実施形態に係るマイクロ波照射装置３に近い。一方で、載置台３６６の物性値は低誘電率、低損失な樹脂を模して設定されているため、実質的にこのモデルは、図１６に示した試験装置２００の装置構成と図８に示した第３の実施形態に係るマイクロ波照射装置３の構成とを共に再現していると考えることができる。
【0079】
上記のモデルを用いて、出力を150 Wとし、5分間加熱した場合の温度分布を解析した。
【0080】
〈結果〉
図２１Ａ及び図２１Ｂは、熱連成解析結果を示す。図２１Ａは、解析結果を斜視図で示し、図２１Ｂは、加熱対象物３９０の中心を通り第１のループアンテナ３４０ａ及び第２のループアンテナ３４０ｂの指向性照射軸に対して垂直な断面を示す。図１７に示した実験例２の結果と同様に、加熱対象物３９０の中心部が強く発熱して高温になった。本数値解析の結果は、実験結果とよく一致した。この数値解析には信頼性があることが確認された。
図２１Ａ及び図２１Ｂは、熱連成解析結果を示す。図２１Ａは、解析結果を斜視図で示し、図２１Ｂは、加熱対象物３９０の中心を通り第１のループアンテナ３４０ａ及び第２のループアンテナ３４０ｂの指向性照射軸に対して垂直な断面を示す。図１７に示した実験例２の結果と同様に、加熱対象物３９０の中心部が強く発熱して高温になった。本数値解析の結果は、実験結果とよく一致した。この数値解析には信頼性があることが確認された。
【0081】
［実験例５］
図１を参照して説明した第１の実施形態のマイクロ波照射装置１及び図４Ａ等を参照して説明した第２の実施形態のマイクロ波照射装置２に相当する装置構成における、数値シミュレーションによる解析を行った。
図１を参照して説明した第１の実施形態のマイクロ波照射装置１及び図４Ａ等を参照して説明した第２の実施形態のマイクロ波照射装置２に相当する装置構成における、数値シミュレーションによる解析を行った。
【0082】
〈方法〉
実験例４と同様の解析を行った。解析結果を示す図２２Ａに示されるように、図１を参照して説明した第１の実施形態のマイクロ波照射装置１及び図４Ａ等を参照して説明した第２の実施形態のマイクロ波照射装置２に相当するモデルを構築して解析を行った。すなわち、このモデルでは、載置台４６６上に配置した加熱対象物４９０の片側のみにループアンテナ４４０を配置した。加熱対象物４９０は、実験例４の加熱対象物３９０と同様とした。
実験例４と同様の解析を行った。解析結果を示す図２２Ａに示されるように、図１を参照して説明した第１の実施形態のマイクロ波照射装置１及び図４Ａ等を参照して説明した第２の実施形態のマイクロ波照射装置２に相当するモデルを構築して解析を行った。すなわち、このモデルでは、載置台４６６上に配置した加熱対象物４９０の片側のみにループアンテナ４４０を配置した。加熱対象物４９０は、実験例４の加熱対象物３９０と同様とした。
【0083】
図２２Ａに結果が示されている解析では、ループアンテナ４４０から加熱対象物４９０の中心までの距離を166.5 mmとした。図２２Ｂに結果が示されている解析では、ループアンテナ４４０から加熱対象物４９０の中心までの距離を56.5 mmとした。出力を150 Wとし、5分間加熱した場合の温度分布をそれぞれ解析した。
【0084】
〈結果〉
図２２Ａ及び図２２Ｂは、熱連成解析結果を示す。図２２Ａに示すように、ループアンテナ４４０から加熱対象物４９０の中心までの距離が166.5 mmであるとき、加熱対象物４９０の外周部のうち、特にループアンテナ４４０に近い側が発熱することがわかった。加熱対象物に対してアンテナを片側のみに配置し、加熱対象物に対して非対称にマイクロ波を照射することによって、アンテナ側の加熱対象物の外周部を選択的に加熱可能であることが明らかになった。
図２２Ａ及び図２２Ｂは、熱連成解析結果を示す。図２２Ａに示すように、ループアンテナ４４０から加熱対象物４９０の中心までの距離が166.5 mmであるとき、加熱対象物４９０の外周部のうち、特にループアンテナ４４０に近い側が発熱することがわかった。加熱対象物に対してアンテナを片側のみに配置し、加熱対象物に対して非対称にマイクロ波を照射することによって、アンテナ側の加熱対象物の外周部を選択的に加熱可能であることが明らかになった。
【0085】
図２２Ａの場合よりも加熱対象物４９０とループアンテナ４４０との距離を縮めて、ループアンテナ４４０から加熱対象物４９０の中心までの距離を56.5 mmとした場合の結果を図２２Ｂに示す。加熱対象物４９０とループアンテナ４４０との距離を縮めることで、加熱対象物４９０の外周部のうち図２２Ａの場合よりも広い範囲の温度が上昇した。この結果は、図２０に示した実験例３の結果と一致した。
【0086】
マイクロ波を非対称に照射し、さらに、加熱対象物とアンテナとの距離を調整することで、加熱対象物において発熱させる領域を調整可能であることが明らかになった。
【0087】
［実験例６］
加熱方法を検討する実験を行った。
加熱方法を検討する実験を行った。
【0088】
〈方法〉
図１６に示した試験装置２００を用いて、ポリプロピレン（ＰＰ）製のカップに市販のポテトサラダ140 gを充填して充填後シールしない試料を加熱対象物として、実験を行った。加熱条件を以下のようにした。まず、加熱対象物を第１のループアンテナ２４０ａと第２のループアンテナ２４０ｂとの中間位置に配置して、出力150 Wで2.5分間加熱した。加熱後、インターバルとして1.5分間放置した。続いて、加熱対象物を第１のループアンテナ２４０ａから加熱対象物の中心までの距離が56.5 mmとなる位置に配置して、出力150 Wで2.5分間加熱した。この間の加熱対象物の温度を、光ファイバー温度計を用いて測定した。
図１６に示した試験装置２００を用いて、ポリプロピレン（ＰＰ）製のカップに市販のポテトサラダ140 gを充填して充填後シールしない試料を加熱対象物として、実験を行った。加熱条件を以下のようにした。まず、加熱対象物を第１のループアンテナ２４０ａと第２のループアンテナ２４０ｂとの中間位置に配置して、出力150 Wで2.5分間加熱した。加熱後、インターバルとして1.5分間放置した。続いて、加熱対象物を第１のループアンテナ２４０ａから加熱対象物の中心までの距離が56.5 mmとなる位置に配置して、出力150 Wで2.5分間加熱した。この間の加熱対象物の温度を、光ファイバー温度計を用いて測定した。
【0089】
〈結果〉
図２３は、加熱対象物の中心部（実線）と外周部（破線）との温度測定の結果を示す。加熱対象物を第１のループアンテナ２４０ａと第２のループアンテナ２４０ｂとの中間位置に配置した場合、加熱対象物の中心部が外周部よりもより加熱され、2.5分加熱後の温度は、中心部で70℃、外周部で45℃となった。1.5分間のインターバル期間での温度低下はあまりなく、インターバル期間終了時の温度は、中心部で67℃、外周部で45℃となった。その後、加熱対象物を第１のループアンテナ２４０ａ側に寄せて加熱したところ、加熱対象物の外周部が中心部よりもより加熱され、2.5分加熱後の温度は、中心部で73℃、外周部で100℃となった。
図２３は、加熱対象物の中心部（実線）と外周部（破線）との温度測定の結果を示す。加熱対象物を第１のループアンテナ２４０ａと第２のループアンテナ２４０ｂとの中間位置に配置した場合、加熱対象物の中心部が外周部よりもより加熱され、2.5分加熱後の温度は、中心部で70℃、外周部で45℃となった。1.5分間のインターバル期間での温度低下はあまりなく、インターバル期間終了時の温度は、中心部で67℃、外周部で45℃となった。その後、加熱対象物を第１のループアンテナ２４０ａ側に寄せて加熱したところ、加熱対象物の外周部が中心部よりもより加熱され、2.5分加熱後の温度は、中心部で73℃、外周部で100℃となった。
【0090】
加熱対象物を第１のループアンテナ２４０ａと第２のループアンテナ２４０ｂとの中間位置に配置して両アンテナから均等にマイクロ波を照射することと、加熱対象物を第１のループアンテナ２４０ａに寄せて配置して両アンテナから不均等にマイクロ波を照射することとを組み合わせることによって、中心部と外周部とをそれぞれ加熱することができ、加熱対象物の全体をまんべんなく加熱できることが明らかになった。すなわち、第２の実施形態のマイクロ波照射装置２や第４の実施形態のマイクロ波照射装置４のように、搬送装置６０によって被照射物９０を移動させて、アンテナ４０と被照射物９０との位置関係を変化させることで、被照射物９０の中心部と外周部とをそれぞれ加熱することができ、被照射物９０の全体をまんべんなく加熱できることが明らかになった。
【0091】
［実験例７］
第４の実施形態のマイクロ波照射装置４に相当する試験装置を作製して、加熱対象物を搬送しながら加熱した場合の加熱特性を評価した。
第４の実施形態のマイクロ波照射装置４に相当する試験装置を作製して、加熱対象物を搬送しながら加熱した場合の加熱特性を評価した。
【0092】
〈方法〉
図２４は、本実験例に係る試験装置５００の構成例の概略を示す図である。試験装置５００は、電磁波を遮蔽する第１の金属筐体５８２ａと、第２の金属筐体５８２ｂと、第３の金属筐体５８２ｃとを備える。第１の金属筐体５８２ａは、アルミニウム材で形成し、その寸法は、搬送方向に沿う長さ440 mm、搬送方向に直交する幅350 mm、高さ400 mmとした。第１の金属筐体５８２ａ内を通るように、幅140 mmの樹脂製のコンベア５６１を設けた。第１の金属筐体５８２ａのコンベア５６１の入口部分に第１の金属筐体５８２ａと接続するように第２の金属筐体５８２ｂを設け、第１の金属筐体５８２ａのコンベア５６１の出口部分に第１の金属筐体５８２ａと接続するように第３の金属筐体５８２ｃを設けた。第２の金属筐体５８２ｂ及び第３の金属筐体５８２ｃのそれぞれは、アルミニウム材で形成し、その寸法は、長さ220 mm、幅248 mm、高さ80 mmとした。
図２４は、本実験例に係る試験装置５００の構成例の概略を示す図である。試験装置５００は、電磁波を遮蔽する第１の金属筐体５８２ａと、第２の金属筐体５８２ｂと、第３の金属筐体５８２ｃとを備える。第１の金属筐体５８２ａは、アルミニウム材で形成し、その寸法は、搬送方向に沿う長さ440 mm、搬送方向に直交する幅350 mm、高さ400 mmとした。第１の金属筐体５８２ａ内を通るように、幅140 mmの樹脂製のコンベア５６１を設けた。第１の金属筐体５８２ａのコンベア５６１の入口部分に第１の金属筐体５８２ａと接続するように第２の金属筐体５８２ｂを設け、第１の金属筐体５８２ａのコンベア５６１の出口部分に第１の金属筐体５８２ａと接続するように第３の金属筐体５８２ｃを設けた。第２の金属筐体５８２ｂ及び第３の金属筐体５８２ｃのそれぞれは、アルミニウム材で形成し、その寸法は、長さ220 mm、幅248 mm、高さ80 mmとした。
【0093】
第１の金属筐体５８２ａ内には、コンベア５６１が貫通するように、円形の第１のループアンテナ５４０ａ及び第２のループアンテナ５４０ｂを設けた。第１のループアンテナ５４０ａ及び第２のループアンテナ５４０ｂは、それぞれアルミニウム材で形成し、その内径は232 mm、厚みは2 mmとした。第１のループアンテナ５４０ａ及び第２のループアンテナ５４０ｂは、互いに対向するように配置し、放射されるマイクロ波の指向性照射軸がコンベア５６１の載置面に対して平行となるように設置した。第１のループアンテナ５４０ａと第２のループアンテナ５４０ｂとの間隔は、333 mmとした。
【0094】
第１のループアンテナ５４０ａ及び第２のループアンテナ５４０ｂに同軸ケーブル５２１を介して、発振器５１０を接続した。発振器５１０の出力電力の周波数は、450 MHzとした。発振器５１０の出力電力は、同軸ケーブル５２１を介して第１のループアンテナ５４０ａ及び第２のループアンテナ５４０ｂに並列かつ同相で給電される。第１のループアンテナ５４０ａ及び第２のループアンテナ５４０ｂの間隔は、上述のとおり333 mmであり、これは出力波長λ = 666 mmの1/2波長分である。一つの発振器から途中分岐し、並列に各アンテナに給電することによって、一方のアンテナからの出力を他方のアンテナが反射として誤認識することなく同時照射が可能である。
【0095】
ポリプロピレン（ＰＰ）製のカップにポテトサラダ140 gを充填して充填後シールしない試料を加熱対象物５９０とした。加熱対象物５９０として、第１の加熱対象物５９１、第２の加熱対象物５９２及び第３の加熱対象物５９３の３個を用意し、コンベア５６１上にそれらを所定の間隔で配置した。コンベア５６１の搬送速度を1 mm/秒とし、出力を300 Wとした。第３の金属筐体５８２ｃの出口に設置したサーモグラフィーで、加熱後のポテトサラダの表面温度を測定した。
【0096】
また、比較実験として、同様のカップ詰めポテトサラダを、業務用電子レンジを用いて出力150 Wで5分間加熱し、サーモグラフィーで表面温度を測定した。
【0097】
〈結果〉
図２５は、試験装置５００を用いて加熱した第１の加熱対象物５９１、第２の加熱対象物５９２及び第３の加熱対象物５９３のサーモグラフィーで得られた画像を示す。また、図２６は、比較実験として、業務用電子レンジを用いて加熱した加熱対象物５９０のサーモグラフィーで得られた画像を示す。
図２５は、試験装置５００を用いて加熱した第１の加熱対象物５９１、第２の加熱対象物５９２及び第３の加熱対象物５９３のサーモグラフィーで得られた画像を示す。また、図２６は、比較実験として、業務用電子レンジを用いて加熱した加熱対象物５９０のサーモグラフィーで得られた画像を示す。
【0098】
図２６に示すように、電子レンジで加熱した場合、マイクロ波は庫内で多重反射しながら常に加熱対象物５９０の外周部から照射されていると考えられ、加熱対象物５９０の外周部において過加熱が生じていた。この比較実験では、外周部と中心部との温度差は33℃であった。さらに、加熱対象物５９０の外周部の発熱は、周上に沿って等しい温度分布を示しているわけではなく、図において丸５９９で囲った部分のように、低温部が生じていた。これは、マイクロ波の金属筐体における反射によって形成された定在波分布に均一性が無いことを示している。このことから、加熱の再現性がないことが示唆された。
【0099】
これに対して、図２５に示すように、試験装置５００を用いて加熱した第１の加熱対象物５９１、第２の加熱対象物５９２及び第３の加熱対象物５９３は、いずれも中心部に対して外周部が若干高温になっていたが、この温度差は7℃程度であり、均一性は高かった。以上のように、電子レンジに代表されるような電力反射を積極的に利用した加熱方式に対して、電力反射の抑制を図った本加熱方式は、均一性の高い加熱を実現できることが示された。
【0100】
［実験例８］
第４の実施形態のマイクロ波照射装置４について、数値シミュレーションによる解析を行った。
第４の実施形態のマイクロ波照射装置４について、数値シミュレーションによる解析を行った。
【0101】
〈方法〉
図２７に示す第４の実施形態に係るマイクロ波照射装置４のモデルを作製した。このモデルにおいて、金属筐体６８２は、アルミニウム製とし、その寸法は、長さ1320 mm、幅350 mm、高さ400 mmとした。金属筐体６８２内を通るように、樹脂製のコンベア６６１を設けた。金属筐体６８２内には、コンベア６６１が貫通するように、３つのループアンテナである第１のループアンテナ６４０ａ、第２のループアンテナ６４０ｂ及び第３のループアンテナ６４０ｃを設けた。これらループアンテナは、いずれもアルミニウム製であり、外寸を214 mm×111 mmとした。第１のループアンテナ６４０ａの第１の給電部６５３ａ、第２のループアンテナ６４０ｂの第２の給電部６５３ｂ、及び第３のループアンテナ６４０ｃの第３の給電部６５３ｃのそれぞれに給電する電力の周波数は450 MHz（波長λ = 666 mm）とした。各ループアンテナ間の距離は、333 mm（λ/2）とした。
図２７に示す第４の実施形態に係るマイクロ波照射装置４のモデルを作製した。このモデルにおいて、金属筐体６８２は、アルミニウム製とし、その寸法は、長さ1320 mm、幅350 mm、高さ400 mmとした。金属筐体６８２内を通るように、樹脂製のコンベア６６１を設けた。金属筐体６８２内には、コンベア６６１が貫通するように、３つのループアンテナである第１のループアンテナ６４０ａ、第２のループアンテナ６４０ｂ及び第３のループアンテナ６４０ｃを設けた。これらループアンテナは、いずれもアルミニウム製であり、外寸を214 mm×111 mmとした。第１のループアンテナ６４０ａの第１の給電部６５３ａ、第２のループアンテナ６４０ｂの第２の給電部６５３ｂ、及び第３のループアンテナ６４０ｃの第３の給電部６５３ｃのそれぞれに給電する電力の周波数は450 MHz（波長λ = 666 mm）とした。各ループアンテナ間の距離は、333 mm（λ/2）とした。
【0102】
中央に配置された第２のループアンテナ６４０ｂの位置を座標原点とし、各アンテナ間に形成される電界強度を解析した。
【0103】
比較解析として、導波管内において周波数450 MHz、出力電界1 v/mでマイクロ波発振をおこなったときの発振器からの照射距離に対する電界強度の算出を行った。
【0104】
また、図２７に示すモデルを用いて、ポリプロピレン（ＰＰ）製のカップにポテトサラダ150 gを充填した試料を加熱対象物とした解析を行った。解析には、熱連成解析ソフトであるCST STUDIO SUITE（ダッソー・システムズ社製）を用い、熱と電磁界の連成解析を行った。加熱対象物であるポテトサラダの電気物性値は、実測値に基づいて、比誘電率εr = 51、導電率ρ = 1.2 s/m、誘電正接tanδ = 0.95とした。加熱対象物１個を搬送しながら出力150 W、加熱時間5分でマイクロ波加熱を行ったときの加熱対象物の発熱分布を解析した。
【0105】
〈結果〉
図２８は、図２７に示すモデルにおいて各アンテナ間に形成される電界強度を解析した結果を示す。この図において、破線で示す-333 mm、0 mm、333 mmの位置は、ループアンテナが配置されている位置を示す。また、図２９は、比較解析として行った導波管内で発振器からの照射距離に対する電界強度の解析結果を示す。
図２８は、図２７に示すモデルにおいて各アンテナ間に形成される電界強度を解析した結果を示す。この図において、破線で示す-333 mm、0 mm、333 mmの位置は、ループアンテナが配置されている位置を示す。また、図２９は、比較解析として行った導波管内で発振器からの照射距離に対する電界強度の解析結果を示す。
【0106】
図２９に示されるように、公知のとおり、導波管内には金属筐体との反射による定在波の腹と節が交互に形成される。腹位置において、電界強度は発振器出力の２倍となり、節位置において電界強度はゼロとなる。すなわち、場所に応じた電界強度の差は大きい。これに対して、図２８に示されるように、第４の実施形態に係るマイクロ波照射装置では、電界強度分布は、節のない均一性の高いものであった。
【0107】
図３０は、ポリプロピレン（ＰＰ）製のカップにポテトサラダ150 gを充填した加熱対象物６９０を加熱した際の、加熱対象物６９０の発熱分布の解析結果を示す。左図は、コンベア６６１による搬送方向に沿った断面を示し、右図は、コンベア６６１による搬送方向に直交する方向の断面を示す。加熱対象物６９０における均一な発熱分布が確認された。
【0108】
以上、本発明について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明は、前述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【0109】
１，２，３，４，５ マイクロ波照射装置
１０ 発振器
２０ 給電器具
２１ 同軸ケーブル
３０ アンテナ群
４０ アンテナ
４２ 照射面
４４ 照射源
４５ 指向性照射軸
４６ 拡散照射軸
５１ ループアンテナ
５２ 導線
５３ 給電点
５４ 開口面
６０ 搬送装置
６１ ベルト
６２ ローラ
６６ 保持具
８２ 金属筐体
８４ 供給装置
８６ 搬出装置
９０ 被照射物
９１ 搬送方向
１００ 試験装置
１１０ 発振器
１４０ ループアンテナ
１４５ 指向性照射軸
１６６ 食品保持台
１８２ 金属筐体
１９０ 加熱対象物
２００ 試験装置
２２３ａ 第１の給電ポート
２２３ｂ 第２の給電ポート
２４０ａ 第１のループアンテナ
２４０ｂ 第２のループアンテナ
２４９ａ 第１のブラケット
２４９ｂ 第２のブラケット
２５３ａ 第１の給電点
２５３ｂ 第２の給電点
２６６ 載置台
２８２ 金属筐体
２９０ 食品モデル
３４０ａ 第１のループアンテナ
３４０ｂ 第２のループアンテナ
３６６ 載置台
３９０ 加熱対象物
４４０ ループアンテナ
４６６ 載置台
４９０ 加熱対象物
５００ 試験装置
５１０ 発振器
５２１ 同軸ケーブル
５４０ａ 第１のループアンテナ
５４０ｂ 第２のループアンテナ
５６１ コンベア
５８２ａ 第１の金属筐体
５８２ｂ 第２の金属筐体
５８２ｃ 第３の金属筐体
５９０ 加熱対象物
５９１ 第１の加熱対象物
５９２ 第２の加熱対象物
５９３ 第３の加熱対象物
６４０ａ 第１のループアンテナ
６４０ｂ 第２のループアンテナ
６４０ｃ 第３のループアンテナ
６５３ａ 第１の給電部
６５３ｂ 第２の給電部
６５３ｃ 第３の給電部
６６１ コンベア
６８２ 金属筐体
６９０ 加熱対象物
１０ 発振器
２０ 給電器具
２１ 同軸ケーブル
３０ アンテナ群
４０ アンテナ
４２ 照射面
４４ 照射源
４５ 指向性照射軸
４６ 拡散照射軸
５１ ループアンテナ
５２ 導線
５３ 給電点
５４ 開口面
６０ 搬送装置
６１ ベルト
６２ ローラ
６６ 保持具
８２ 金属筐体
８４ 供給装置
８６ 搬出装置
９０ 被照射物
９１ 搬送方向
１００ 試験装置
１１０ 発振器
１４０ ループアンテナ
１４５ 指向性照射軸
１６６ 食品保持台
１８２ 金属筐体
１９０ 加熱対象物
２００ 試験装置
２２３ａ 第１の給電ポート
２２３ｂ 第２の給電ポート
２４０ａ 第１のループアンテナ
２４０ｂ 第２のループアンテナ
２４９ａ 第１のブラケット
２４９ｂ 第２のブラケット
２５３ａ 第１の給電点
２５３ｂ 第２の給電点
２６６ 載置台
２８２ 金属筐体
２９０ 食品モデル
３４０ａ 第１のループアンテナ
３４０ｂ 第２のループアンテナ
３６６ 載置台
３９０ 加熱対象物
４４０ ループアンテナ
４６６ 載置台
４９０ 加熱対象物
５００ 試験装置
５１０ 発振器
５２１ 同軸ケーブル
５４０ａ 第１のループアンテナ
５４０ｂ 第２のループアンテナ
５６１ コンベア
５８２ａ 第１の金属筐体
５８２ｂ 第２の金属筐体
５８２ｃ 第３の金属筐体
５９０ 加熱対象物
５９１ 第１の加熱対象物
５９２ 第２の加熱対象物
５９３ 第３の加熱対象物
６４０ａ 第１のループアンテナ
６４０ｂ 第２のループアンテナ
６４０ｃ 第３のループアンテナ
６５３ａ 第１の給電部
６５３ｂ 第２の給電部
６５３ｃ 第３の給電部
６６１ コンベア
６８２ 金属筐体
６９０ 加熱対象物
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21A】
【図21B】
【図22A】
【図22B】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
