JP2002509059A - マイクロ波食物焼け焦げ遮蔽 - Google Patents

マイクロ波食物焼け焦げ遮蔽

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JP2002509059A JP2000540057A JP2000540057A JP2002509059A JP 2002509059 A JP2002509059 A JP 2002509059A JP 2000540057 A JP2000540057 A JP 2000540057A JP 2000540057 A JP2000540057 A JP 2000540057A JP 2002509059 A JP2002509059 A JP 2002509059A
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ホン ジ
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Abstract

(57)【要約】 マイクロ波照射に応じて比較的マイクロ波を透過する条件から比較的マイクロ波を阻止する条件に異形態化するマイクロ波容器。当該容器の壁部分は、始めは当該容器内へのマイクロ波エネルギーの透過を許容する複数の別々の不連結のマイクロ波反射材料要素と、所定量のマイクロ波エネルギーの吸収後にはマイクロ波エネルギーの透過が容器内に入ることを阻止する連結並び又はパターンへマイクロ波反射材料要素を合着するのに効力のある感熱性材料又はマイクロ波吸収材料のいずれかを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の背景】
本発明は食料品のためのパッケージング材料の分野、とりわけマイクロ波照射
のために食料品を包装することの分野に関するものである。従来、そのような包
装は食料品を包含し、包みに含まれた食物を加熱し調理するために熱エネルギー
を集中するサセプター(susceptor、感受体)を有していることもある。そのよう な包みは一般的には、或る実施形態を除いて、そのような包装の折り畳みにおい
て又はサセプターによって生じた集中を減らし又は省いて、食料品を過熱又は過
冷却から保護していない。1つの典型的な例はポップコーンのマイクロ波焼きは
じけであり、それは従来的にはサセプターを担持する紙バッグにおいてなされる
。ポップコーンがぽんぽんと焼けてはじけると、マイクロ波照射に連続的にさら
されることによって容易に焦がされることが見出された。これまで従来技術は非
常に長いマイクロ波照射に対する食料品のそのような連続的なさらしに注意を向
けていなかった。
【0002】 本発明は、マイクロ波照射に対して最初のうちは実質的に透明である(通常の
マイクロ波加熱及び調理を許容する)構造をもたらすことによって従来技術のこ
の欠如を克服する。予め定められた温度に達すると、本発明の構造はマイクロ波
遮蔽構造へ異形態となり、即ち、自身の形状を変え、食料品の更なる加熱又は調
理(又は焼け焦げ)を回避する。
【0003】
【発明の詳細な記載】
図面に関し、最も詳細には図1に関し、本発明の実施に有用なポップコーンバ
ッグ10の形状をしたマイクロ波融和性の(コンパチブル)食料包みが認識され
得る。バッグ10は好ましくは、内側層12、外側層14及び中央層16を有す
る層をなす構造である。内側層12と外側層14とは互いに好ましくは紙やプラ
スチックのようなマイクロ波透過材料でできている。中央層16は断続パターン
又は分散の、金属のようなマイクロ波反射材料でなっている。そのようなパター
ン又は配置の1つが図2に平面図で認識され、より詳細に図4に横断面図で認識
される。本発明のための構造に加えて且つ当該構造から離れて、パッグ又は包み
10はこれに取り付けられた従来のサセプター18を有していてもよい。中央層
16の構造は本発明の精神と範囲を越えることのないままに中央層よりほかのも
のとして用いることもできると理解されるべきで;例えば、中央層16に関して
記載されたマイクロ波反射材料のパターンは積層構造において「オフセンター」
に位置させることができ、また所望されるならば外側層として用いることもでき
る。
【0004】 図2と4に示されるように、この実施形態において断続パターンの中央層16
は好ましくは間隔をおいた金属製要素20,22からできている。要素20は複
数の間隔をおいた金属セグメントのようなプリント伝導性材料であり、長点とし
て形成されている。要素22は同様に間隔をおいた伝導性セグメントであり、長
点20の間で接触せず間隔をあけたドット点として形成されている。上記長点は
好ましくはマイクロ波照射によって影響されず本発明の実施において達する温度
にも影響されない材料でできており、ドット点22はそのようなマイクロ波照射
によって、より詳細には食料品や包み(あるいは両方)にそのような照射の熱的
作用によって影響を受けるようにデザインされていると理解されるべきである。
【0005】 本発明は、最初にさらされる段階ではマイクロ波照射に対して透明で次いで所
定のさらし乃至照射の後マイクロ波エネルギーに対し反射するようになり、それ
故にマイクロ波エネルギーの連続適用に関して焼け焦げ又は過熱からバッグ又は
包みの中身を遮蔽する構造をもたらす。
【0006】 図1〜5に示された実施形態において、ドット点22は、所定の溶融点に温度
を上げる所定のマイクロ波照射の適用で溶け、それが発生すると要素22は要素
20に接触するようになり、とぎれないパターンを形成してその後にマイクロ波
遮蔽をもたらす。図3と5は照射後に生じる(遮蔽)パターンを示す。実際問題
として、中央層16の大戸が所定値を越えるやただちに、ドット点22は相変化
を受け、電気的に隣接する要素20にショートし、図3と5に示されるように、
とぎれないパターン26となる。他の実施形態に関して明らかになるように、最
初に(好ましくは実質的な障害なしに)マイクロ波エネルギーの通過を許容する
との条件で、更に最後に遮蔽状態でマイクロ波照射衝突に関して実質的に不透過
性(好ましくは反射性)であるとの条件で、当該パターンは規則的、不規則的又
はランダムであり得る。
【0007】 中央層が反射性になる場合、 θ=δ/hλ≪1 (1) 等価条件: σh≫3×1020Ω−1 (2) であり、θはマイクロ波相互作用パラメーターであり、δは金属製中央層26に
おける電磁場の浸透乃至透過深さであり、hは金属製中央層26の厚みであり、
λは電磁エネルギー場の波長であり、σは金属製中央層26の伝導乃至導電率で
ある。
【0008】 中央層16のプレ照射規模がマイクロ波遮りとならないことを確認するために
、 b≫4πωha/c (3) ここでbは隣接する金属製要素20,22の間のギャップであり、ωはマイクロ
波の場のラジアン周波数(radian frequency)であり、hはマイクロ波要素20,
22の厚みでaは幅であって、cは光の速さ(3×1010cm/s)。b≫1
μmならば中央層は(その初期状態において)2450MHzで実質的なマイク
ロ波遮蔽をもたらさないことが見出された。また要素20,22の各々の長さが
関連のマイクロ波周波数の1/4波長よりもかなり小さいことも理解されるべき
である。ここで2450MHzでのマイクロ波周波数で波長は12.25cmで
ある。
【0009】 (ユニット範囲当たり)密度nで平坦表面に置かれた各々半径Rの金属製粒子
の並び乃至配列の反射及び吸収の係数は: αref=nR(R/λ)K (4) (ここでR≪δに対してK=0.026、R≫δに対してK=0.002)で、 αabs=(nR3δ)/2λ R≫δに対して (5a
) αabs=[(nR3δ)/2λ](2πRδ/λ) R≪δに対して (5
b) R=0.1mm、δ=0.01mm及びnR=0.01に対して、αref
10−14でαabsから10−4である。(記号〜はここでは「のオーダーで
」又は「の範囲で」の意味で用いられると理解されるべきである。)更に厚みh
=nRを有するような粒子でなるシートは: αref={h≪δに対し1−θ/π、h≫δに対し1−θ/4πλ} (6
) αabs={h≪δに対しθ/π、h≫δに対しθ/4πλ} (7
) である。αrefが≒0.999999に設定され、αabsが≒0.0000
1に設定される(比較的良好な反射物と劣悪なサセプター)ならば粒子半径に関
する制限がR>1ミクロンであることが見出される。(記号≒はここでは「約」
の意味で用いられると理解されるべきである。)
【0010】 粒子間のアーキング(arcing)を避けるために、これら粒子は各々が長寸aで短
(横)寸bによって特徴付けられる楕円体であることが想定される。隣接する粒
子の間の間隔の直線寸法はdである。隔離乃至絶縁されぴったりと隣接した伝導
性楕円体の間の場は: E〜=E(a/b)(1+b/d) (8) で、多数の材料に対する絶縁耐力(誘電強さ)がほぼEds=10〜10
/mで従来のマイクロ波オーブンでの電場強さがE=1KV/mのオーダーで
あるように注意される場合、非アーキングは: max{(a/b),(a/d)}<(Eds/E1/2=100 (
9)
【0011】 金属製粒子を包み温度に追従させるために、全体にわたる包み温度に関する粒
子の当然の熱惰性乃至不活発と熱マスのための重大なタイムラグを避けるべく粒
子半径Rを1mmよりも遥かに小さくすることが望ましいことを見出した。当然
ながら、或る状況において遮蔽状態への移行を遅らせることが望ましいことが見
出され得、そのような場合において粒子サイズはそのような遅れをもたらすため
に増大させられ得る。
【0012】 図6に関して、形状16から形状26に示されたような変化を受けるように隔
離セグメントを連結する方法によって描写されたマイクロ波透過(誘電)相から
マイクロ波反射(遮蔽)相にその形状を変化させ又は異形態とする構造を有する
ことが、又は連結パターン32を達成すべく別々の粒子30を溶融することによ
って所望の遮蔽結果を達成することが、又は隔離浮遊状態34から伝導凝結状態
36に伝導性粒子を沈降させることが、本発明の範囲内であると熟慮される。
【0013】 中央層16の様々な実施形態が図7,8及び9に示される。図7において、非
マイクロ波反応性粒子40とソルダ(鑞)ドット42を有するプリントミクロ回
路38がペーパーサブストレート又は層44に固定される。図8において、(例
えば金属でなる)伝導性粒子46がパウダーコーティングによってサブストレー
ト44に施されている。図9において、金属製又は他の伝導性粒子46が、熱に
よって追い払われ得る揮発性材料や樹脂のような絶縁溶媒48によって浮遊状に
保持されている。図示されているように図8及び9における粒子は図7における
粒子40の規模から相当に拡大されていると理解されるべきである。
【0014】 図10に関し、ミクロ回路38の非湿潤実施形態が認識されている。この図に
おいて、側断面50,52がそれぞれ線B−BとD−Dに沿って描かれ、上面断
面54,56が線A−AとC−Cに沿って描かれている。視図50と54はマイ
クロ波照射前、視図52,56はマイクロ波照射後にミクロ回路が出現されるも
のとして理解されるべきである。この実施形態は(プラスチックのような)保護
層60と(紙のような)サブストレート62の間に位置した浅裂のソルダ形状5
8を利用する。ミクロ回路要素64は、視図50及び54に認識可能なように照
射前のソルダ要素58から間隔をおいている。この時点で要素64と58は、マ
イクロ波が保護層60、ミクロ回路要素58,64及びサブストレート62から
なる複合包装を貫通することを重大に阻止しない。視図50と54に示された実
施形態が加熱されるにつれ、ソルダが視図52と56に示されるものに形態を変
え、ソルダ要素の形態66への「緩和」のためにマイクロ波遮蔽するミクロ回路
を有効に形成する。特徴的な新形態になる時間は、ソルダ材料が液化するや表面
張力に応じた粘性流れによって決定される。新形態になる時間τは: τ〜=ηR/γh (10) として概算可能で、ここでηは粘度であり、γは表面張力である。(記号〜=は
ここでは省略されたスケールファクターとの「にほぼ等しい」という意味に理解
されるべきである。)R=0.1cmとh=0.01cmに対してτは1秒と
同程度に短い。球状形態を想定するソルダ性向のために保護層とペーパーサブス
トレートの貫通又は浸透を避けることにも注意しなければならない。(非湿潤表
面に対し典型的な)接触角φが小さいと想定して、概算 p〜=(4γcosφ)/h (11) は、約1010dyne/cmの典型的な究極紙強さよりも相当に小さなp=10 〜10ダイン/cmを与える。
【0015】 ミクロ回路の実施形態において、食料が焼ける又は焼け焦げ得る前にソルダド
ット42の溶融が生じなければならないと理解されるべきである。更に湿潤して
いなくとも金属製要素40が図10に描写されるようにソルダで形成されたドッ
ト又は他の形態で利用可能である。
【0016】 切り換え可能なマイクロ波遮蔽層を形成すべくパウダーコーティングを用いる
ことに関連して、パウダー粒子広がりと合着のプロセスが考えられるべきである
。図11に関し、粒子の広がりが初期半径68Rで最終広がり長さ79Rの単
一粒子で模式的に描かれており、ここで広がり時間τが: τ〜=(νR/Δγ)(R/R〜=(10−3〜10−5)(R/R秒 (12) によって概算可能で、ここでΔγは(表面エネルギーと同じ大きさオーダーの)
湿潤エネルギーである。合着時間τが同様に: τ〜=ηR/hγ〜=(10−3〜10−5)(R/h)秒 (13
) として概算可能で、ここでRは初期半径72で、hは厚み74である。
【0017】 それ故、広がり時間と合着時間の各々が1秒よりも相当に小さいことが認識で
きる。広がりと合着の現象の巨視的な上平面図が図13に示され、ここで紙の層
76が従来のパウダーコーティングプロセスを用いて別々の金属製粒子78で始
めに被覆される。粒子78の広がりは、(幾つかの海港4を残して)比較的連続
する金属シート82への結果的な合着を伴って、80で描かれる。良く知られる
ように、各開口の寸法が適用されるマイクロ波の場の波長よりもかなり小さいと
すれば、当該開口は遮蔽に不都合に影響を及ぼさない。
【0018】 全ての金属製粒子を用いるパウダーコーティングに加えて、金属製粒子86が
(エポキシ樹脂のような)有機フラックス88に埋め込まれてサブストレート9
2上に金属製粒子を接触して形成された遮蔽構造90を達成すべく所望の溶融温
度を有する複合粒子89を形成する、図14に描かれるような複合パウダーコー
ティング技術を用いることも本発明の範囲内であると理解されるべきである。こ
の実施形態において、金属製粒子86は損なわれないままに残ることができ、あ
るいは代わりに図13に示されたように溶融して比較的連続するシート82を形
成することもできる。マイクロ波シールドとして供される層をパウダーコーティ
ングするにおいて、錫ベースのパウダーが粒子半径約10mm、40〜316℃
の範囲の溶融温度で用いられ得る。代わりに燒結金属パウダーが伝導性(遮蔽)
層を形成するために用いられ得る。
【0019】 図15及び16に関し、なお他のアプローチが溶媒含有コーティング96に分
散され浮遊した金属粒子94を用いる。コーティング96は従来の貯蔵と室温と
で物理的に安定し、所望の高められた所定温度で揮発され得ると理解されなけれ
ばならない。全体積に対する金属粒子の初期体積部分は好ましくは焼く10パー
セントより小さい。溶媒が意図して蒸発させられると、金属粒子の体積部分は上
がり、金属粒子94が互いに接触するようになるとマイクロ波遮蔽構造98がサ
ブストレート100に形成される。特徴的な溶媒蒸発時間τeは溶媒材料パラメ
ータと紙の間隙率乃至多孔性の両方に依存する: τe=l/[naνα(1+lna)] (14
) で、nは飽和蒸気の濃度であり、νは分子速度であり、aは分子半径であり、α
は紙の間隙率であり、lは溶媒層の厚み102であり、lは覆い紙(保護層
)の厚み104である。
【0020】 本発明は当該発明の精神又は範囲から逸脱することなく改良と変更がなされ得
る限りその詳細の全てにおいて限定されない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施において有用なマイクロ波ポップコーンバッグの斜視図である。
【図2】 マイクロ波エネルギーによって照射される前の本発明の実施において有用な構
造の詳細平面図である。
【図3】 マイクロ波エネルギーによる照射に応じて移行を受けた後の図2の構造の詳細
平面図である。
【図4】 図1及び2における4-4線に沿って切った、図2の構造を示す図1のバッグ の一部の側断面図である。
【図5】 図3の構造を示すことを除いて、図4のものと類似の側断面図である。
【図6】 マイクロ波前後での例示的な簡略化した形状での本発明の実施に有用な様々な
実施形態の混成図である。
【図7】 図2と4に似た、プリント伝導性材料を有した紙層の斜視図である。
【図8】 プリント伝導性材料に取って代わるパウダーコーティング材料を備えた、図7
に示されたものに対する代替的な実施形態である。
【図9】 絶縁溶剤に浮遊した伝導性材料粒子を備えた図7と8に示されたものに対する
更なる代替的な実施形態である。
【図10】 マイクロ波前後のミクロ回路の側断面と平面断面を示した本発明のソルダドッ
ト実施形態の混成図である。
【図11】 粒子広がりを描く簡略化した側面図である。
【図12】 粒子合着を描く簡略化した斜視図である。
【図13】 粒子広がりと合着の効果の上面平面図である。
【図14】 マイクロ波照射前後の金属とフラックスからなる複合材料を示す複合パウダー
コーティングの簡略化側面図である。
【図15】 マイクロ波照射前後の図9の実施形態の斜視図である。
【図16】 本発明の或る面を描く図9の実施形態の斜視図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM ,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM) ,AL,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG, BR,BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,D K,EE,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM ,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE, KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,L T,LU,LV,MD,MG,MK,MN,MW,MX ,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE, SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR,TT,U A,UG,US,UZ,VN,YU,ZW (72)発明者 カーポフ ヴィクター アメリカ合衆国 ミネソタ州 55416 エ スティー. ルイス パーク シャープ 202シー ミネトンカ ビーエルヴィディ ー. 4310 (72)発明者 ジ ホン アメリカ合衆国 ミネソタ州 55016 コ テージ グローブ シャープ1 ヒントン アヴェニュー サウス 7790

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マイクロ波の場での焼け焦げから食料品を遮蔽するための装
    置であって、 a)食料品のための一般に取り囲む容器を形成する一般にマイクロ波透過の基礎
    材料と; b)当該基礎材料に位置したエネルギー反応性材料と を備えて構成され、上記エネルギー反応性材料は i)容器内に位置した食料品を加熱すべく容器内へのマイクロ波エネルギーの伝
    播を許容する初期形態と ii)食料品の焼け焦げを防ぐために容器内へのマイクロ波エネルギーの透過を実
    質的に阻止する最終形態と を有し、上記エネルギー反応性材料はマイクロ波エネルギーに所定だけさらされ
    た後に初期形態から最終形態への移行を受けるような装置。
  2. 【請求項2】 上記移行がエネルギー反応性材料の相変化である、請求項1
    の装置。
  3. 【請求項3】 上記エネルギー反応性材料が、初期には中で分散したマイク
    ロ波反応性材料を備えた担体であり、上記移行が上記担体に作用してマイクロ波
    反応性材料をして一般にマイクロ波反射層を形成させる、請求項1の装置。
  4. 【請求項4】 更に c)中間に隙間を有したマイクロ波反射性要素の断続パターン を備えて構成され、エネルギー反応性材料がマイクロ波反応性材料の断続パター
    ンの要素間の隙間に位置しそれから間隔をおいた要素を備えてなり、更に最終形
    態への移行がマイクロ波反応性材料のパターンでの断続を接続する隙間でのエネ
    ルギー反応性要素に生じて上記パターンが実質的に不断続になり、その後の焼け
    焦げを防ぐために貫通するマイクロ波エネルギーの通過を実質的に阻止するよう
    に上記パターンが最終形態にてサイズを決められる、請求項1の装置。
  5. 【請求項5】 マイクロ波エネルギーに所定だけさらされることが所定温度
    に対応する、請求項1の装置。
  6. 【請求項6】 上記エネルギー反応性材料がマイクロ波エネルギーに直接的
    に反応する、請求項1の装置。
  7. 【請求項7】 上記エネルギー反応性材料が、マイクロ波エネルギーに所定
    だけさらされることに由来する所定の高められた温度で反応する、請求項1の装
    置。
  8. 【請求項8】 マイクロ波の場での焼け焦げから食料品を遮蔽するための装
    置であって、 a)食料品のための一般に取り囲む容器を形成する一般にマイクロ波透過の基礎
    材料と; b)当該基礎材料に位置した熱反応性材料と を備えて構成され、上記熱反応性材料は i)容器内に位置した食料品を加熱すべく容器内へのマイクロ波エネルギーの伝
    播を許容する初期形態と ii)食料品の焼け焦げを防ぐために容器内へのマイクロ波エネルギーの透過を実
    質的に阻止する最終形態と を有し、上記熱反応性材料は所定の温度に達するに関して初期形態から最終形態
    への移行を受けるような装置。
  9. 【請求項9】 上記熱反応性材料が金属である、請求項8の装置。
  10. 【請求項10】 上記金属が少なくとも部分的に溶融して最終形態を形成す
    る、請求項9の装置。
  11. 【請求項11】 上記熱反応性材料が金属粒子を含有する担体である、請求
    項8の装置。
  12. 【請求項12】 上記熱反応性材料が溶媒である、請求項11の装置。
  13. 【請求項13】 上記金属粒子が沈降して最終形態を形成する、請求項12
    の装置。
  14. 【請求項14】 上記熱反応性材料が更に、少なくとも互いに接触して最終
    形態を形成する金属粒子を備えて構成される、請求項8の装置。
  15. 【請求項15】 上記熱反応性材料が基礎材料上に被覆されたパウダーであ
    る、請求項8の装置。
  16. 【請求項16】 マイクロ波の場での焼け焦げから食料品を遮蔽する方法で
    あって、 a)食料品を含有するための一般にマイクロ波透過の材料の一般に取り囲む容器
    を形成すること; b)上記容器内に位置した食料品を加熱すべく容器内へのマイクロ波エネルギー
    の伝播を世要する初期形態にて基礎材料にエネルギー反応性材料を形成すること
    ; c)マイクロ波を容器に及ぼして、マイクロ波エネルギーに対する所定のさらさ
    れを受けるエネルギー反応性層に関して容器内の食料品の焼け焦げを防ぐために
    容器内へのマイクロ波エネルギーの透過を実質的に阻止する最終形態にエネルギ
    ー反応性材料が異形態化すること の各ステップを備えて構成される方法。
  17. 【請求項17】 上記エネルギー反応性層がミクロ回路をそこに印刷するこ
    とによって基礎層に施す、請求項16の方法。
  18. 【請求項18】 上記ミクロ回路を完成しマイクロ波遮蔽層を形成するため
    に超小型が高められた温度に対する反応性の要素を含有する、請求項17の方法
  19. 【請求項19】 上記エネルギー反応性層がパウダーコーティングによって
    基礎層に施される、請求項16の方法。
  20. 【請求項20】 上記パウダーコーティングが初期形態にて分散し一般に不
    連結のマイクロ波反射粒子を有し、当該マイクロ波反射粒子が最終形態にていっ
    しょにつながりマイクロ波遮蔽層を形成する、請求項19の方法。
  21. 【請求項21】 上記エネルギー反射層が、分散し一般に不連結のマイクロ
    波反射粒子を含有する溶媒である、請求項16の方法。
  22. 【請求項22】 上記溶媒がステップcにて蒸発して、マイクロ波反射粒子
    をして沈降させてマイクロ波遮蔽層を形成する、請求項21の方法。
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