特開 2024-37681 マイクロ波の照射方法及び照射装置

(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】P2024037681

(43)【公開日】2024-03-19

(54)【発明の名称】マイクロ波の照射方法及び照射装置

(51)【国際特許分類】

   H05B 6/72 20060101AFI20240312BHJP

   H05B 6/74 20060101ALI20240312BHJP

   H05B 6/78 20060101ALI20240312BHJP

【ＦＩ】

H05B6/72 C

H05B6/74 E

H05B6/78 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023118287

(22)【出願日】2023-07-20

(31)【優先権主張番号】P 2022142102

(32)【優先日】2022-09-07

(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

【テーマコード（参考）】

3K090

【Ｆターム（参考）】

3K090AA01

3K090AB01

3K090DA19

3K090NA01

3K090NA05

3K090PA01

(57)【要約】

【課題】マイクロ波照射による加熱において加熱むらを抑制する。
【解決手段】マイクロ波の照射方法は、マイクロ波放射部から照射軸に沿ってマイクロ波を放射させることと、前記照射軸に対して対象物の厚肉方向が傾いた状態で、前記対象物と前記マイクロ波放射部との相対的な位置関係を前記照射軸に沿って変化させることとを含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

マイクロ波放射部から照射軸に沿ってマイクロ波を放射させることと、
前記照射軸に対して対象物の厚肉方向が傾いた状態で、前記対象物と前記マイクロ波放射部との相対的な位置関係を前記照射軸に沿って変化させることと
を含むマイクロ波の照射方法。

【請求項2】

前記位置関係を変化させることは、前記照射軸が前記対象物に関する２つの薄肉方向形成面を貫通する状態で前記位置関係を変化させることを含む、請求項１に記載の照射方法。

【請求項3】

前記マイクロ波を放射させることは、給電器具を介した導通により発振器からアンテナに給電し、前記アンテナの照射面内の照射源から前記照射軸に沿ってマイクロ波を放射させることを含む、請求項１又は２に記載の照射方法。

【請求項4】

前記アンテナは、ループアンテナであり、
前記位置関係を変化させることは、前記対象物が前記ループアンテナの開口面を通過することを含む、請求項３に記載の照射方法。

【請求項5】

前記位置関係を変化させることは、前記対象物と前記マイクロ波放射部との少なくとも何れか一方を鉛直方向に移動させることを含む、請求項１又は２に記載の照射方法。

【請求項6】

請求項１又は２に記載の照射方法によって前記対象物に前記マイクロ波を照射して、前記対象物を加熱することを含む、加熱方法。

【請求項7】

請求項６に記載の加熱方法によって、食品である前記対象物を加熱することを含む、食品の製造方法。

【請求項8】

照射軸に沿ってマイクロ波を放射するように構成されたマイクロ波放射部と、
前記照射軸に対して対象物の厚肉方向が傾いた状態で、前記対象物を前記照射軸に沿って移動させるように構成された搬送装置と
を備えるマイクロ波照射装置。

【請求項9】

前記搬送装置は、前記対象物を鉛直方向に搬送するように構成されている、請求項８に記載のマイクロ波照射装置。

【請求項10】

前記搬送装置は、前記照射軸が前記対象物に関する２つの薄肉方向形成面を貫通する状態で、前記対象物を前記照射軸に沿って移動させるように構成されている、請求項８又は９に記載のマイクロ波照射装置。

【請求項11】

前記マイクロ波放射部は、発振器と導通するように構成された給電器具を介した導通による給電によって、マイクロ波を放射するように構成されたループアンテナを含む、請求項８又は９に記載のマイクロ波照射装置。

【請求項12】

前記搬送装置は、前記対象物を前記ループアンテナの開口面を通過させるように構成されている、請求項１１に記載のマイクロ波照射装置。

【請求項13】

鉛直方向に設けられた照射軸に沿ってマイクロ波を放射するマイクロ波放射部と、
対象物を前記照射軸に沿って鉛直方向に搬送する搬送装置と
を備えるマイクロ波照射装置。

【請求項14】

前記マイクロ波放射部は、発振器と導通するように構成された給電器具を介した導通による給電によって、マイクロ波を放射するように構成されたループアンテナを含み、
前記搬送装置は、前記対象物を前記ループアンテナの開口面を通過させるように構成されている、
請求項１３に記載のマイクロ波照射装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マイクロ波の照射方法及び照射装置に関する。

【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、水平方向に被照射物を搬送する搬送路に沿って２つのマイクロ波照射室を設け、互いに異なる周波数のマイクロ波を照射する加熱処理装置について開示されている。この装置では、２つのマイクロ波照射室の各々において、被照射物の上下に導波管が設けられ、水平方向に搬送される被照射物の上下からマイクロ波が照射される。一つ目のマイクロ波照射室では、導波管と被照射物との距離がマイクロ波の波長と同じかそれよりも短くなるように配置した導波管から、比較的低い周波数のマイクロ波が被照射物に照射される。これにより、被照射物の中心部分が加熱される。二つ目のマイクロ波照射室では、比較的高い周波数のマイクロ波が被照射物に照射される。上側に配置された導波管は、被照射物との距離がマイクロ波の波長と同じかそれよりも長くなるように配置され、被照射物の周辺部分が加熱される。下側に配置された導波管は、被照射物との距離がマイクロ波の波長と同じかそれよりも短くなるように配置され、被照射物の中心部分が加熱される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平７－２５５３８８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、マイクロ波照射による加熱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、マイクロ波の照射方法は、マイクロ波放射部から照射軸に沿ってマイクロ波を放射させることと、前記照射軸に対して対象物の厚肉方向が傾いた状態で、前記対象物と前記マイクロ波放射部との相対的な位置関係を前記照射軸に沿って変化させることとを含む。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、マイクロ波照射による加熱において加熱むらを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、一実施形態に係るマイクロ波照射装置の構成例の概略を模式的に示す図である。

【図2】図２は、マイクロ波照射装置の搬入コンベア及び上昇コンベアの部分の構成例の概略を模式的に示す拡大図である。

【図3】図３は、マイクロ波照射装置の第１ループアンテナ及び第２ループアンテナについて説明するための模式図である。

【図4A】図４Ａは、被照射物と対象物の薄肉方向について説明するための図である。

【図4B】図４Ｂは、被照射物と対象物の薄肉方向について説明するための図である。

【図4C】図４Ｃは、被照射物と対象物の薄肉方向について説明するための図である。

【図4D】図４Ｄは、被照射物と対象物の薄肉方向について説明するための図である。

【図5A】図５Ａは、比較例に係る試験装置の構成の概略を示す図である。

【図5B】図５Ｂは、実験例に係る試験装置の構成の概略を示す図である。

【図6】図６は、実験によって得られたサーモグラフィー画像の一例を示す図である。

【図7】図７は、サーモグラフィー画像に示された各領域の温度と、最大温度差とを示す図である。

【図8】図８は、変形例に係るマイクロ波照射装置の構成例の概略を模式的に示す図である。

【図9】図９は、変形例に係る導波管を用いたマイクロ波放射部の構成例の概略を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

一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及びそれを用いたマイクロ波照射方法に関する。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。本実施形態のマイクロ波照射装置は、被照射物の加熱むらを低減するように構成されている。このため、マイクロ波照射装置は、マイクロ波が主に照射される照射軸に対して、被照射物の薄肉方向が交差するように構成されている。また、マイクロ波照射装置は、被照射物を照射軸に沿って搬送するように構成されている。

【0010】

〈マイクロ波照射装置の構成〉
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。マイクロ波照射装置１は、搬送装置７０によって、搬送される被照射物９０を次々と加熱するように構成されている。搬送装置７０は、例えば、搬入コンベア７１と、上昇コンベア７２と、移載コンベア７３と、降下コンベア７４と、搬出コンベア７５とを備える。

【0011】

マイクロ波照射装置１に搬入された被照射物９０は、例えばベルトコンベアである搬入コンベア７１によって水平に搬送され、上昇コンベア７２によって上昇方向に垂直搬送され、例えばベルトコンベアである移載コンベア７３によって再び水平に搬送され、降下コンベア７４によって降下方向に垂直搬送され、例えばベルトコンベアである搬出コンベア７５によって再び水平に搬送されて搬出される。本実施形態では、上昇コンベア７２及び降下コンベア７４で垂直搬送されているときに、被照射物９０はマイクロ波加熱される。このように、本実施形態では、搬送装置７０は、被照射物９０を保持位置で保持する保持具として機能する。

【0012】

上昇コンベア７２及び降下コンベア７４は、それぞれ同期して昇降する２列のコンベア７２ａを有する。図２は、搬入コンベア７１及び上昇コンベア７２の拡大図である。図２に示すように、上昇コンベア７２の２列のコンベア７２ａのそれぞれには、複数のフィンガー７２ｂが設けられている。搬入コンベア７１によって搬送された被照射物９０は、フィンガー７２ｂ上に載置又は保持され、垂直搬送される。

【0013】

図１に戻って説明を続ける。上昇コンベア７２によって垂直搬送される被照射物９０がマイクロ波加熱されるように、上昇コンベア７２には、マイクロ波を放射するアンテナ４０が設けられている。より詳細には、図１に示す例では、上昇コンベア７２によって垂直搬送される被照射物９０がその開口面を通り抜けるように、第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２が設けられている。第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２が設けられた部分は、マイクロ波が外部に放出されないように、遮蔽のための金属筐体８０によって覆われている。ループアンテナの数は、適宜に変更され得る。上昇コンベア７２では、図示が省略されているが、降下コンベア７４で図示されているように、上昇コンベア７２のコンベア７２ａは、保護カバー８２によって覆われている。このように、主に上昇コンベア７２及びアンテナ４０等によって、上昇加熱ユニット２が形成されている。

【0014】

発振器１０は、マイクロ波の周波数に応じたマイクロ波電力を出力する。その周波数は、これに限らないが、例えば、２００ＭＨｚ～５００ＭＨｚ、９１５ＭＨｚ又は２．４５ＧＨｚといったものである。第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２には、図示しない同軸ケーブルを介して、発振器１０から高周波電力が給電される。

【0015】

ループアンテナについて、図３を参照して説明する。図３は、第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２の構成例の概略を示す模式図である。第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２は、同様の構成を有する。第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２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、給電器具としての例えば同軸ケーブルが接続されている。同軸ケーブルは、発振器１０とループアンテナとを接続して導通させる。発振器１０は、同軸ケーブルを介して高周波電力をループアンテナに供給する。給電されると、エレメントとしての導線５２に電流が生じ、ループアンテナは電波を放射して電界を形成する。

【0016】

円環形状のループアンテナでは、導線５２によって形成された開口面５４が照射面５５となり、開口面５４の中心が照射源５６となる。すなわち、開口面５４の中心の照射源５６が、マイクロ波放射部となる。照射源５６を通り、開口面５４に垂直な方向にマイクロ波が主に照射される照射軸５７が形成され、照射軸５７に沿って両方向にマイクロ波が放射される。

【0017】

なお、導線５２が形成する形状は、円環に限らず、四角形、三角形、非対称形など他の形の環状でもよい。ループアンテナは、形状や給電点の位置によって照射源の位置や、照射軸の向きが変わり得る。しかしながら、何れの場合においてもループアンテナでは、給電されたときに電波が放射される源としての照射源が開口面に形成されるという概念が得られる。また、給電されたときに照射源から電波が主として放射される方向を示す照射軸が形成されるという概念が得られる。

【0018】

本実施形態では、後述するように、被照射物９０の加熱すべき対象物の薄肉方向に沿ってマイクロ波の照射軸５７が配置されるように、マイクロ波照射装置１は構成されている。また、このマイクロ波の照射軸５７に沿って被照射物９０が搬送されるように、マイクロ波照射装置１は構成されている。

【0019】

金属筐体８０内でループアンテナによってマイクロ波を形成するため、マイクロ波の電界振幅方向についての金属筐体８０の幅は、次の条件を満たすように構成されている。ここで、円環状のループアンテナから放射されるマイクロ波の電界振幅方向は、照射軸５７を通りそれに対して垂直な方向のうち、給電点５３と照射源５６とを通る直線に対して垂直な面上の方向である。

【0020】

まず、ループアンテナに所定の周波数のマイクロ波電力が給電されることでループアンテナから放射されるマイクロ波の波長を、給電波長λと定義する。給電波長λは、自由空間波長である。上述のとおり、ループアンテナを構成する円環状の導線５２の長さは、給電波長λの整数倍以上であり、そのときの整数値を用いて、例えば１波長ループアンテナ、２波長ループアンテナのように定義される。

【0021】

金属筐体８０内にループアンテナが配置されているため、ループアンテナの幅の分だけ金属筐体８０内の実効的な空間が狭まる。金属筐体８０のマイクロ波の電界振幅方向についての筐体見かけ幅Ｌ´は、この方向の金属筐体８０の幅をＬとし、この方向のループアンテナの幅をｔとしたときに、Ｌ´＝Ｌ－２ｔとなる。この筐体見かけ幅Ｌ´に基づいて、金属筐体８０の遮断波長λｃを、λｃ＝２Ｌ´＝２（Ｌ－２ｔ）と定義する。さらに、上述のループアンテナの導線５２の長さが給電波長λのｎ倍（ｎは整数、ループアンテナの導線５２の長さを給電波長λで除した値に最も近い整数をｎとする）であるときに、アンテナ１波長換算の遮断波長λｃ´を、λｃ´＝λｃ／ｎと定義する。

【0022】

金属筐体８０の幅Ｌは、アンテナ１波長換算の遮断波長λｃ´と給電波長λとが、
λｃ´＞λ
を満たすように、設定される。すなわち、
Ｌ´＝Ｌ－２ｔ＞ｎλ／２
を満たすように、金属筐体８０の幅Ｌは設定される。金属筐体８０内でループアンテナによってマイクロ波を形成するためには、原則としてこの条件を満たさなければならないことは、数値シミュレーションによっても確認されている。この条件を満たさない場合には、電界形成の再現性が低下する。

【0023】

また、金属筐体８０の筐体見かけ幅Ｌ´はｎλ／２より大きくなければならないが、更にｎλ／２ずつ増加した場合、金属筐体８０の内部に複数のピーク波形が形成され、金属筐体８０内でマイクロ波の多重反射が生じ得る。多重反射が生じると、複数の共振周波数が生じ、インピーダンス整合のための共振周波数の検出が難しくなる。そこで、
Ｌ´＝Ｌ－２ｔ＜ｎλ/２＋ｎλ／２＝ｎλ
となるように、金属筐体８０の幅Ｌは設計される。

【0024】

以上のように、金属筐体８０のマイクロ波の電界振幅方向の幅Ｌは、筐体見かけ幅Ｌ´＝Ｌ－２ｔが
ｎλ／２＜Ｌ´＜ｎλ
を満たすように、設計されている。

【0025】

図１に戻って説明を続ける。マイクロ波照射装置１では、第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２は、それらの照射面５５である開口面５４が水平となるように配置されている。マイクロ波照射装置１は、被照射物９０が第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２の開口面５４を通り抜けて搬送されるように構成されている。このため、上昇コンベア７２のフィンガー７２ｂが設けられた部分は、第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２の開口面５４を貫通するように移動する。第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２は、それらの照射軸５７が上昇コンベア７２の搬送方向と平行に、すなわち、鉛直になるように配置されている。第１ループアンテナ４１と第２ループアンテナ４２とは、それらの照射軸５７が一致するように配置されている。

【0026】

上昇コンベア７２は被照射物９０を上昇方向に搬送するのに対して、降下コンベア７４は被照射物９０を降下方向に搬送する。その他については、上昇コンベア７２と降下コンベア７４とは、同様の構成を有する。すなわち、降下コンベア７４には、搬送される被照射物９０がその開口面を通り抜けるように第１ループアンテナ及び第２ループアンテナが設けられている。第１ループアンテナ及び第２ループアンテナは、その照射軸が降下コンベア７４の搬送方向と平行に鉛直方向となるように設けられている。第１ループアンテナ及び第２ループアンテナは、金属筐体８０によって覆われている。このように、主に降下コンベア７４及びアンテナ４０等によって、降下加熱ユニット３が形成されている。

【0027】

本実施形態では、照射軸５７に沿って放射されたマイクロ波が加熱対象物に入りやすいように、被照射物９０が配置される。具体的には、照射軸５７が対象物をその薄肉方向に通り抜けるように、マイクロ波照射装置１が構成されている。

【0028】

ここで、薄肉方向について、図４Ａ乃至図４Ｄを参照して説明する。図４Ａに示すように、被照射物９０が、容器９１の中に加熱されるべき対象物９２が収容されているものである場合を考える。対象物９２は、例えば食品である。対象物９２に着目して、図４Ｂに示すように、対象物９２がそのすべての面に内接する直方体９６を考える。直方体９６の３組の対向する面のうち、最も間隔が狭い面を薄肉方向形成面９７とし、薄肉方向形成面９７と直交する方向を薄肉方向９８と定義した。この定義では、例えば、同じ容器９１であっても、図４Ｃに示すように、容器９１の底の方にのみ対象物９２が入っている場合には容器９１の高さ方向が薄肉方向９８となり、図４Ｄに示すように、容器９１一杯に対象物９２が入っている場合には容器９１の厚さ方向が薄肉方向９８となる。また、直方体９６の３組の対向する面のうち薄肉方向形成面よりも間隔が広い２対の面が対向する方向を、厚肉方向と称することにする。

【0029】

図１に戻って説明を続ける。本実施形態では、搬送装置７０は、被照射物９０の薄肉方向を上下方向として被照射物９０を搬送する。すなわち、被照射物９０の薄肉方向は上下方向に設定され、アンテナ４０の照射軸も上下方向に設定されている。被照射物９０は、上昇コンベア７２及び降下コンベア７４によって薄肉方向である上下方向に搬送されながら、その照射軸が薄肉方向となるマイクロ波によって加熱される。上昇コンベア７２及び降下コンベア７４は、アンテナ４０の開口面を通るように被照射物９０を上下方向に搬送する。

【0030】

搬出コンベア７５に対応する部分には、熱画像カメラ３１が設けられている。熱画像カメラ３１は、搬出コンベア７５によって搬送される加熱後の被照射物９０を撮影するように構成されている。熱画像カメラ３１の撮影結果に基づいて、被照射物９０の温度が監視される。

【0031】

また、被照射物９０が食品であるとき、当該食品から蒸気が出ることがある。このような蒸気が例えば金属筐体８０内やマイクロ波照射装置１の各部にこもると、装置や被照射物９０などに悪影響を与える可能性がある。特に、被照射物９０の容器の材料として紙を用いる場合などには、蒸気が容器に悪影響を与えるおそれがある。このため、マイクロ波照射装置１は、被照射物９０から発生した蒸気がマイクロ波照射装置１の外部に抜けるように、蒸気抜きの構造や機構等を備えることが好ましい。

【0032】

〈マイクロ波照射装置の動作の概要〉
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。上昇加熱ユニット２及び降下加熱ユニット３において、発振器１０から出力されたマイクロ波電力は、同軸ケーブルを介して第１ループアンテナと第２ループアンテナとに供給される。第１ループアンテナ及び第２ループアンテナは、この給電に基づいて、マイクロ波を放射する。

【0033】

マイクロ波照射装置１に搬入された被照射物９０は、搬送装置７０によって、第１ループアンテナ及び第２ループアンテナから放射されたマイクロ波が照射される加熱位置に次々と搬送される。このマイクロ波の照射によって、被照射物９０は次々と誘電加熱される。被照射物９０が加熱位置で停止するように搬送装置７０が間歇的に動かされてもよいし、被照射物９０が加熱位置を十分な時間をかけて通過するように搬送装置７０が連続的に動かされてもよい。加熱された被照射物９０の温度は、搬出コンベア７５において、熱画像カメラ３１を用いて監視される。

【0034】

［実験例］
上述の実施形態では、アンテナ４０から放射されるマイクロ波の照射軸５７は、被照射物９０の加熱すべき対象物の薄肉方向に合わせてられており、マイクロ波は、対象物の薄肉方向に沿って照射される。被照射物９０の加熱について、マイクロ波の照射方向が与える影響を実験により評価した。

【0035】

〈方法〉
図５Ａ及び図５Ｂは、本実験例に係る試験装置１００の構成の概略を示す図である。試験装置１００では、被照射物１９０が水平方向に搬送されるように構成されている。試験装置１００は、電磁波を遮蔽する金属筐体１８０を備える。金属筐体１８０は、アルミニウム材で形成した。金属筐体１８０の寸法は、搬送方向に沿う長さを666 mm、搬送方向に直交する幅を400 mm、高さを400 mmとした。金属筐体１８０内を通るように、幅140 mmの樹脂製のコンベア１７０を設けた。

【0036】

金属筐体１８０内には、コンベア１７０が貫通するように、第１ループアンテナ１４１及び第２ループアンテナ１４２を設けた。第１ループアンテナ１４１及び第２ループアンテナ１４２は、それぞれアルミニウム材で形成した。第１ループアンテナ１４１及び第２ループアンテナ１４２は、それぞれ円形の環状とし、その内径は232 mm、外径は256 mm、幅は12 mm、厚みは2 mmとした。第１ループアンテナ１４１及び第２ループアンテナ１４２は、互いに対向し、コンベア１７０に対して同一高さになるように配置した。放射されるマイクロ波の照射軸が、コンベア１７０の載置面に対して平行となるように、第１ループアンテナ１４１及び第２ループアンテナ１４２を設置した。第１ループアンテナ１４１と第２ループアンテナ１４２との間隔は、450 mmとした。

【0037】

第１ループアンテナ１４１及び第２ループアンテナ１４２には、図示しない同軸ケーブルを介して、図示しない発振器を接続した。発振器の出力電力の周波数は450 MHzとした。発振器の出力電力を、同軸ケーブルを介して第１ループアンテナ１４１及び第２ループアンテナ１４２に並列かつ同相で給電した。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。

【0038】

第１ループアンテナ１４１及び第２ループアンテナ１４２への給電によって、第１ループアンテナ１４１及び第２ループアンテナ１４２の中心に照射源１５６が形成される。また、照射源１５６から開口面１５４に対して法線方向に照射軸１５７が形成される。第１ループアンテナ１４１と第２ループアンテナ１４２との間隔は、上述のとおり450 mmであり、これは、出力波長λ = 666 mmの1/2波長分よりやや長い。

【0039】

ポリプロピレン（ＰＰ）製のトレー（150×115×30 mm）にポテトサラダ140 gを充填し、充填後シールしない試料を被照射物１９０とした。被照射物１９０をコンベア１７０上に配置し、コンベア１７０による搬送速度を1 mm／秒とし、出力を150 Wとし、6分間加熱した。金属筐体１８０の出口に設置したサーモグラフィーカメラを用いて加熱後のポテトサラダの表面温度を測定した。搬送方向に沿って３等分したそれぞれの領域の平均温度を熱画像解析ソフトにより算出した。

【0040】

図５Ａに示す比較例の場合では、照射軸１５７が金属筐体１８０の高さ寸法に対して下面から146 mmとなるように、第１ループアンテナ１４１及び第２ループアンテナ１４２を設置した。被照射物１９０の厚肉方向と照射軸１５７とが一致し、被照射物１９０の加熱対象物の中央部分を照射軸１５７が通るように、コンベア１７０上に被照射物１９０載置した。

【0041】

一方、図５Ｂに示す実験例の場合では、照射軸１５７が金属筐体１８０の高さ寸法に対して下面から186 mmとなるように、第１ループアンテナ１４１及び第２ループアンテナ１４２を設置した。搬送方向に沿って被照射物１９０の長手方向が斜め45°となるように、コンベア１７０上に図示しない樹脂製の傾斜台を設置し、その上に被照射物１９０載置した。このようにして、照射軸１５７は、被照射物１９０の薄肉方向を斜めに通り、被照射物１９０の加熱対象物の対向する２面の薄肉方向形成面を貫通し、加熱対象物の中央部分を通る。

【0042】

また、第１ループアンテナ１４１及び第２ループアンテナ１４２から放射されるマイクロ波の波長と金属筐体１８０の大きさとの関係についても別途に検討を行った。この検討では、２種類の金属筐体１８０を用意した。一方の金属筐体１８０は、上述の金属筐体１８０と同様にその幅を400 mmとした。他方の金属筐体１８０は、その幅を350 mmとした。

【0043】

また、発振器の出力電力の周波数も２種類とした。すなわち、２種類の金属筐体１８０を用いて、それぞれ、発振器の出力電力の周波数を450 MHzとした場合と、915 MHzとした場合との２通りの給電周波数で実験を行った。その他の実験条件は、図５Ａに示す比較例の場合と同様にした。

【0044】

〈結果及び考察〉
実験結果を図６及び図７に示す。図６は、上段に図５Ａに示した試験装置１００の構成を用いた比較例に係るサーモグラフィーで得られた画像を示し、下段に及び図５Ｂに示した試験装置１００の構成を用いた実験例に係るサーモグラフィーで得られた画像を示す。図７は、図６Ａの画像中に示すＡ－Ｃの領域のそれぞれの平均温度と、これら各領域の温度のうち最高温度から最低温度を引いた最大温度差とを示す。

【0045】

比較例の場合、加熱対象物の中央の領域Ｂにおいて発熱が低く、最高温度を示した端部の領域Ｃに対して8℃の温度差が生じた。比較例の場合、厚肉方向に沿ってマイクロ波が加熱対象物内に浸透するため、加熱対象物の内部で電力の減衰が生じ、加熱対象物の中央の領域Ｂにおいて発熱が低くなったと考えられる。

【0046】

これに対して、実験例の場合、加熱対象物の中央の領域Ｂにおける発熱は向上し、最高温度を示した端部の領域Ｃに対する温度差は3℃に抑制された。すなわち、比較例に対して実験例では、加熱の均一性が大きく改善した。これは、実験例の場合、薄肉方向に沿ってマイクロ波が加熱対象物内に浸透するため、加熱対象物の内部での電力の減衰が抑制されたためと考えられる。

【0047】

本実験に用いたような薄く長さがある形状を有する被照射物９０の場合には特に、マイクロ波の照射軸と厚肉方向とが一致していると被照射物９０中央部分が発熱しにくくなる。このため、マイクロ波の照射軸に対して厚肉方向を傾けることが、均一な加熱に貢献することが明らかになった。

【0048】

上述のように、マイクロ波の照射軸が、加熱対象物の薄肉方向形成面を貫通するように、すなわち、薄肉方向に沿うように、マイクロ波照射装置を構成することが好ましい。特に、上述の実施形態のように、マイクロ波の照射軸が、加熱対象物の薄肉方向形成面と直交することは、一つの好ましい態様である。

【0049】

また、幅が異なる２種類の金属筐体１８０を有する試験装置１００を用いて、２種類の給電周波数を用いた実験結果は次のようになった。すなわち、加熱後の加熱対象物の中央領域の温度を比較すると、給電周波数が450 MHz及び915 MHzの何れの場合においても、金属筐体１８０の幅が350 mmの場合は、加熱対象物の中央部で発熱不足が生じ、中央領域の温度が低かった。これに対して、金属筐体１８０の幅が400 mmの場合は、加熱対象物の中央部で発熱不足が改善し、中央領域も含めて、比較的均一な加熱結果が得られた。

【0050】

この結果は次の理由によると考えられる。まず、給電周波数が450 MHzのとき、給電波長λは、667 mmとなる。第１ループアンテナ１４１及び第２ループアンテナ１４２は、１波長分のループ長さを有している。給電周波数が915 MHzのとき、給電波長λは、328 mmとなる。第１ループアンテナ１４１及び第２ループアンテナ１４２は、２波長分のループ長さを有している。

【0051】

図５Ａに示すように、本実験において、第１ループアンテナ１４１及び第２ループアンテナ１４２の給電点は、鉛直上側に設けられている。このようなループアンテナの配置の場合、ループアンテナから放射されるマイクロ波の電界振幅方向は、照射軸１５７に対して垂直で水平な方向になる。２種類の金属筐体１８０では、この水平な方向の幅Ｌが異なる。

【0052】

また、金属筐体１８０内に設置された第１ループアンテナ１４１及び第２ループアンテナ１４２の幅ｔは12 mmである。したがって、幅Ｌが350 mmの金属筐体１８０の筐体見かけ幅Ｌ´は、Ｌ´＝350 mm－12 mm×2＝326 mmである。したがって、幅が350 mmの金属筐体１８０の遮断波長λｃは、λｃ＝326 mm×2＝652 mmである。また、幅Ｌが400 mmの金属筐体１８０の筐体見かけ幅Ｌ´は、Ｌ´＝400 mm－12 mm×2＝376 mmである。したがって、幅が400 mmの金属筐体１８０の遮断波長λｃは、λｃ＝376 mm×2＝752 mmである。

【0053】

給電周波数が450 MHzであり、給電波長λが667 mmであるとき、第１ループアンテナ１４１及び第２ループアンテナ１４２は１波長分のループ長さを有しているので、幅が350 mmの金属筐体１８０のアンテナ１波長換算の遮断波長λｃ´は、λｃ´＝652 mmである。すなわち、このとき、λｃ´＜λであり、金属筐体１８０内で、第１ループアンテナ１４１及び第２ループアンテナ１４２により、マイクロ波が適切に形成されなかったと考えられる。このため、加熱対象物の中央領域の温度が低くなったと考えられる。

【0054】

一方、幅が400 mmの金属筐体１８０のアンテナ１波長換算の遮断波長λｃ´は、λｃ´＝752 mmである。すなわち、このとき、λｃ´＞λであり、金属筐体１８０内で、第１ループアンテナ１４１及び第２ループアンテナ１４２により、マイクロ波が適切に形成されたと考えられる。このため、加熱対象物の中央領域の温度が比較的高くなったと考えられる。

【0055】

給電周波数が915 MHzであり、給電波長λが328 mmであるとき、第１ループアンテナ１４１及び第２ループアンテナ１４２は２波長分のループ長さを有しているので、幅が350 mmの金属筐体１８０のアンテナ１波長換算の遮断波長λｃ´は、λｃ´＝λｃ／２＝326 mmである。すなわち、このとき、λｃ´＜λであり、金属筐体１８０内で、第１ループアンテナ１４１及び第２ループアンテナ１４２により、マイクロ波が適切に形成されなかったと考えられる。このため、加熱対象物の中央領域の温度が低くなったと考えられる。

【0056】

一方、幅が400 mmの金属筐体１８０のアンテナ１波長換算の遮断波長λｃ´は、λｃ´＝λｃ／２＝376 mmである。すなわち、このとき、λｃ´＞λであり、金属筐体１８０内で、第１ループアンテナ１４１及び第２ループアンテナ１４２により、マイクロ波が適切に形成されたと考えられる。このため、加熱対象物の中央領域の温度が比較的高くなったと考えられる。

【0057】

以上の関係をまとめると次の表１の通りとなる。

【表1】

【0058】

［変形例］
図１に示す実施形態では、上昇コンベア７２と降下コンベア７４とにそれぞれ２つのアンテナ４０が設けられ、被照射物９０がこれらのアンテナ４０を通り抜けるときに加熱される例を示した。被照射物９０が通り抜けるアンテナ４０の数はいくつであってもよい。例えば上昇コンベア７２及び降下コンベア７４が鉛直方向により長く、１つの上昇コンベア７２又は降下コンベア７４により多くのアンテナ４０が設けられてもよい。

【0059】

あるいは、上昇コンベア７２又は降下コンベア７４とアンテナ４０と等を含むユニットと同様の構成のユニットがさらに設けられてもよい。ユニット数を増やすことで、各給電ケーブルへの電力負担を軽減させることができる。また、加熱条件を調整するために、設けられるユニットごとにアンテナの大きさ、配置等のアンテナ構成、出力などが異なるように構成されてもよい。

【0060】

また、図１に示したマイクロ波照射装置１と同様の構成が複数並列に配置されてもよい。すなわち、図８に示すように、マイクロ波照射装置３００は、図１に示したマイクロ波照射装置１と同様の構成を有する第１のユニット３０１、第２のユニット３０２及び第３のユニット３０３が並列に配置された構成を有していてもよい。各ユニットが、上昇コンベア３７２とそこに設けられたアンテナ３４０とを有する上昇加熱ユニット３１１と、降下コンベア３７４とそこに設けられたアンテナ３４０とを有する降下加熱ユニット３１２とを備えている。各ユニットに熱画像カメラ３３０が設けられてもよい。各ユニットが並列に設けられることで、マイクロ波照射装置３００全体として、処理能力が向上し得る。

【0061】

また、例えばループアンテナへの給電によって形成される電界の分布や、系の共振周波数などは、例えば電界内に配置された給電されていないループアンテナ、金属板、金属片などといった導電体の存在によって変化し得る。そこで、例えば電界分布を変化させるために、あるいは、インピーダンス整合のために、マイクロ波照射装置１の例えば金属筐体８０内に、適当な導電体が配置されてもよい。

【0062】

上述の実施形態では、被照射物９０をアンテナ４０が放射するマイクロ波の照射軸５７に沿って搬送する例を示した。被照射物９０とアンテナ４０との相対的な位置関係が照射軸５７に沿って変化すれば、現象としては同様のことが起こるので、被照射物９０を移動させず、アンテナ４０を照射軸５７に沿って移動させてもよい。ただし、一般的には、アンテナ４０を移動させるよりも被照射物９０を移動させる方が容易であることが多い。

【0063】

以上の実施形態では、マイクロ波の放射源としてループアンテナを用いた例を示した。マイクロ波の放射源はこれに限らない。例えば、給電器具を介した導通により発振器から給電されることでアンテナの照射面内の照射源から照射軸に沿ってマイクロ波を放射させる各種アンテナが用いられ得る。このようなアンテナには、ループアンテナの他に、例えばマイクロストリップアンテナなどが知られている。

【0064】

また、上述のような指向性アンテナが用いられるに限らず、例えば、図９に示すように、例えばマグネトロンなどのマイクロ波の照射源２４２から導波管２４４を用いてマイクロ波が伝送されてマイクロ波放射部２４６から放射されたマイクロ波が、被照射物９０に照射されてもよい。このとき、マイクロ波放射部２４６からマイクロ波が被照射物９０に照射される照射軸２４８が、被照射物９０の薄肉方向に沿っており、被照射物９０が照射軸２４８に沿って搬送されるとき、上述の実施形態と同様に、被照射物を均一に加熱する効果が得られる。

【0065】

［マイクロ波照射装置の用途］
上述の各実施形態に係るマイクロ波照射装置１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。その他、マイクロ波照射装置１は、食品を包装容器に収容し、この包装容器を密閉することで包装容器食品とすることと、マイクロ波照射装置１を用いて、この包装容器食品を加熱することとを含む食品の製造に用いられ得る。

【0066】

また、マイクロ波照射装置１による加熱の対象物９２、すなわち、マイクロ波照射装置１がマイクロ波を照射する被照射物９０は、殺菌を目的とした食品に限らない。対象物９２は、被解凍物としての冷凍食品であり、マイクロ波照射装置１は、冷凍食品の解凍のために用いられてもよい。また、加熱の対象物９２は、食品に限らない。例えば、対象物９２は、凍結保存された細胞であり、マイクロ波照射装置１は、凍結保存された細胞の解凍のために用いられてもよい。また、対象物９２は、加熱によってガス化、合成、分解等される各種反応物質であり、マイクロ波照射装置１は、各種反応物質のガス化、合成、分解等のために用いられてもよい。このように、マイクロ波照射装置１がマイクロ波を照射する被照射物９０は種々あり得、どのようなものであってもよいし、マイクロ波照射装置１の用途もそれに応じてどのようなものであってもよい。

【0067】

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】

【0068】

１：マイクロ波照射装置
２：上昇加熱ユニット、３：降下加熱ユニット
１０：発振器、２０：給電器具、３１：熱画像カメラ、８０：金属筐体、８２：保護カバー
４０：アンテナ、４１：第１ループアンテナ、４２：第２ループアンテナ
５２：導線、５３：給電点、５４：開口面、５５：照射面、５６：照射源、５７：照射軸
７０：搬送装置、７１：搬入コンベア、７２：上昇コンベア、７２ａ：コンベア、７２ｂ：フィンガー、７３：移載コンベア、７４：降下コンベア、７５：搬出コンベア
９０：被照射物、９１：容器、９２：対象物、９６：直方体、９７：薄肉方向形成面、９８：薄肉方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】