JP3946783B2 - 食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ、インピーダンス整合のための複合材料、並びにマイクロ波エネルギ遮蔽のための複合材料 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は食品のマイクロ波調理に関する。更に詳細には、本発明は、熱を生成するためにマイクロ波エネルギと相互作用を起こさずにマイクロ波エネルギを食品内により均等に分散させるように、電子レンジ内でマイクロ波エネルギをインピーダンス整合させる手段を含むマイクロ波食品パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
食事全体又は一部を調理するための電子レンジの流行は、食品が保存されている食品パッケージの中で食品を直接電子レンジで調理することのできる多数の食品パッケージの開発をもたらした。パッケージ又はその構成部分の中で食品を調理する便利さは多数の消費者の心をとらえた。しかしながら、ある食品をマイクロ波調理する場合、外側を焦がしたりひどく脱水させたりすることなく食品の中心部を加熱又は温められないことが不満の１つとなっている。特に、量が多い場合には、従来の食品パッケージを用いて電子レンジで均一に加熱するのは非常に困難である。外側部分が十分に調理された場合でも、望ましくないことに中心部は通常冷たい。
【０００３】
食品をかりかりに焼くために食品表面で熱を生成することのできるマイクロ波相互作用フィルムが生産された。米国特許第４、６４１、００５号（ Seiferth へ発行、本出願の譲受人である Virginia の James River Corporationへ譲渡）は、食品の表面をこんがりと焼くことのできる食品パッケージに有用なマイクロ波相互作用材料を開示している。特に、相互作用材料には、剛性基板に接着されたポリマ材料へ塗布された非常に薄い金属フィルムが含まれる。このようなフィルムは実際にマイクロ波エネルギと相互作用を起こして食品表面に熱を生成する。このような相互作用材料により供給される熱は食品表面をこんがりと焼くのに有利であるが、食品の外側部分は相互作用材料のない場合よりさらに速く調理され、その結果内部が十分に加熱されないので、大きい誘電率を有する厚い食品を調理するためには不都合である。
【０００４】
また、主として食品パッケージで使用するために、追加的なマイクロ波加熱装置が開発された。米国特許第４、８７６、４２３号（Tighe 等へ発行）は、局在化されたマイクロ波放射加熱を生ずるための媒体を開示している。ここでは、媒体は、基板上に塗布又は印刷することのできる高分子バインダと導体及び半導体粒子との混合物から形成される。しかしながらこの場合も、このような媒体は電磁マイクロ波エネルギと相互作用を起こして熱を生成することにより食品の表面をこんがりと又はかりかりに焼くように設計されているが、食品中心部の加熱を強化することは提供しない。
【０００５】
また、均一に加熱するため、あるいはマイクロ波エネルギの反射率、透過率又は吸収率を調整するために設計された多数のマイクロ波食品パッケージ又は容器も開発された。米国特許第４、２６６、１０８号（ Anderson 等）は、温度自己制限装置を提供するのに十分な距離だけ離間されたマイクロ波反射部材とマイクロ波吸収部材の両方を含むマイクロ波加熱装置を開示している。しかしながら上述の特許において提供されたのと同じように、この装置には、熱を生成するためにマイクロ波エネルギと相互作用を起こすことにより食品を伝導加熱する加熱部材が含まれる。
【０００６】
更に、米国特許第４、９２７、９９１号（Wendt 等）は食品パッケージに関するものであり、グリッドと組み合わされた蓄熱器又は加熱素子を開示している。ここでは、蓄熱器表面は最大マイクロ波出力吸収のために整合されたインピーダンスへ同調される。特に、加熱素子の反射率、透過率及び吸収率は、グリッド孔サイズ、蓄熱器インピーダンス、グリッド形状、グリッドと蓄熱器の間隔、及び隣接孔の間隔を含む設計因子を変化させることにより調整することができる。このようなパッケージで調理するために意図された食品は上記のものと同様であり、特に、ピザ、フィッシュスティック又はフレンチフライ等のように表面をある程度こんがり又はかりかりに焼くことを必要とする食品である。更に、これらの食品の中心部を適度に加熱するという問題は、これらが全体として比較的薄い種類のものであるためこの装置では要求されない。
【０００７】
また、特別に設計されたカバー又は蓋を含む容器も開発された。これらはマイクロ波場のパターンを修正することができると共に、マイクロ波加熱中に誘電率が変化され、加熱が進行するにつれて容器内の発熱分布を変更することができる。米国特許第４、８８８、４５９号（ Keefer へ発行）は、これらの特性を提供するために誘電性の構造を含むマイクロ波容器を開示している。特に、この特許は単一又は複数の金属プレート又はシートが上に配置された蓋を含む容器を開示する。マトリックス中の金属粒子の分散から電気的により濃密な領域が形成され、この電気的に高い部分の誘電率は、非制限領域については２５乃至３０の範囲であると開示されている。更に、少なくとも最初はこの領域がマイクロ波吸収性であり、従ってマイクロ波エネルギにさらされると加熱され得るという特性において、この領域は損失性（lossy ）である。その上、電気的により濃密な領域は、マイクロ波加熱の進行中に実際に誘電率が減少される。残念ながら、この特許及び関連の米国特許第４、８６６、２３４号に開示された電気的により濃密な領域はマイクロ波エネルギと少なくとも部分的に相互作用を起こす。その結果、この領域は、マイクロ波調理中にポットパイ（深皿のパイ）又はフルーツパイ等の食品では所望されない熱を生成するであろう。更には、遮断機能がなければ、熱の生成は長い調理時間を必要とする食品については焦げたり燃えたりする危険も引き起こすであろう。
【０００８】
また、米国特許第４、６５６、３２５（ Keefer ）には、アルミニウム箔皿等のマイクロ波反射性の食品収容皿と共に使用するためのカバー構成を含むマイクロ波加熱パッケージが開示されている。カバーは食品を収容している容器内へのマイクロ波放射を可能にするので光学上の非反射性コーティングにたとえられるが、食品表面及び容器底部から反射されるマイクロ波放射が漏れるのを実質的に防止し、これによりエネルギは容器内に捕獲又は濃縮される。この特許に開示されるカバーは、とりわけ、食品表面をこんがりと焼く及び／又はかりかりに焼くことを提供するために設計されている。
【０００９】
また、マイクロ波透過性を変化させて食品を表面加熱するための食品ラップも開発されている。米国特許第４、９７２、０５８号（Benson等）は、多孔性の誘電性基板と、誘電性マトリックス及びマイクロ波感受性材料のフレーク（薄片）を含むコーティングと、から成り、マイクロ波エネルギの吸収により熱を発生するための複合材料を開示している。フレークのアスペクト比は少なくとも１０である。しかしながら、この特許で開示される複合材料に使用されるフレーク材料は、縁がぎざぎざの金属フレークに限られる。
【００１０】
従って、食品、特に誘電率の高い食品の温度を均一且つ一様に上昇させるための手段を有するマイクロ波パッケージが必要とされる。特に、熱を生成するためにマイクロ波エネルギと相互作用を起こさず、素子のサイズ及び形状に依存する所定領域において食品温度を上昇させることのできる高誘電率のマイクロ波パッケージ素子が厚みのある食品のために必要とされる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の主要な目的は、上記のような先行技術の欠陥を克服し、特に、加熱のためにマイクロ波エネルギを直接損失することなく食品の温度を上昇させる食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージを提供することである。
【００１２】
本発明のもう１つの目的は、パッケージ内に保存された食品の温度を食品中心部を含めて均一に上昇させるためにパッケージに入るマイクロ波エネルギをインピーダンス整合させるための手段を含むパッケージを提供することである。インピーダンス整合手段は熱を生成するためにマイクロ波エネルギと相互作用を起こさない。
【００１３】
本発明の更にもう１つの目的は、パッケージに入るマイクロ波エネルギをインピーダンス整合させるためにパッケージの一部に設けられたインピーダンス整合手段を含む食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージを提供することである。インピーダンス整合手段は、熱を生成するためにマイクロ波エネルギと相互作用を起こすことなく食品の所定領域の温度を上昇させることのできる誘電性バインダに埋め込まれた薄いフレーク材料の連続膜を含む。
【００１４】
【課題を解決するための手段及び作用】
上記の目的は、食品受容キャビティを形成するパッケージ本体を含むパッケージを提供することにより達成される。特に、パッケージ本体は底部パネル及び頂部パネルと底部及び頂部パネルを結合する側面パネルとを有する。インピーダンス整合素子は、パッケージに入るマイクロ波エネルギをインピーダンス整合させるために、少なくとも１つのパネル上に設けられる。インピーダンス整合素子は好ましくは食品に関して大きさ及び形状が決められる誘電性バインダに埋め込まれた薄いフレーク材料の連続膜であり、インピーダンス整合によって、熱を生成するためにマイクロ波エネルギと相互作用を起こすことなく膜のサイズ及び間隔に依存する所定領域内の食品の温度が上昇されるようにする。その結果、ポットパイ等のように厚みのある食品の中心部は、その外側の部分を焦がしたり過熱したりすることなく完全に加熱される。
【００１５】
【実施例】
大型のポットパイ又はフルーツパイ等の厚みのある多くの食品は縁部が中央部よりも早く調理されるので、食品のマイクロ波調理はあらゆる調理ニーズのために消費者に商業的に容認されていない。本発明は、マイクロ波エネルギを食品の特定領域に効果的に結合させることにより通常はゆっくりと加熱されるこれらの領域の温度を上昇させるために、マイクロ波エネルギをインピーダンス整合させる調理手段及びその調理手段を含む食品パッケージを提供する。数学的な解析によって、本発明のインピーダンス整合手段はより高い誘電率を有する負荷においてより明白であり、インピーダンス整合の最適な間隔は誘電率と共に減少するがごく僅かであることが決定された。インピーダンス整合は、食品と入ってくるマイクロ波放射との間に離間されたフィルムを利用することにより達成される。インピーダンス整合フィルムの存在は食品へ直接伝達されるマイクロ波エネルギ量を増大させる。
【００１６】
本発明をよりはっきりと理解するために、まず図１に注目する。特に図１は食品パッケージ１０を示す。食品パッケージ１０は、食品受容空間１４内に、ポットパイとして示される食品１２を含んでいる。フルーツパイ及びシチュー等の多数の追加的な食品も、本発明に従って製造されるパッケージによって効果的に加熱することができる。
【００１７】
食品パッケージ１０は、マイクロ波エネルギを実質的に透過させると共に種々のマイクロ波透過性材料から構成される食品受容空間１４を形成する頂部パネル１６、側面パネル１８、及び底部パネル２０を有する。好ましくは食品パッケージは紙又は板紙から製造されるが、マイクロ波適合プラスチック材料から製造されてもよい。インピーダンス整合部材２２は食品１２の上方で頂部パネル１６上に配置されるのが好ましい。図１に示されるようにインピーダンス整合部材２２を食品１２上方に配置させることによって、パッケージ１０に入るマイクロ波エネルギは部材２２によりインピーダンス整合され、マイクロ波エネルギを食品１２の中心部へ効果的に分散させる。ここで、部材２２は熱を生成するためにマイクロ波エネルギと相互作用を起こさない。その結果、部材２２は従来の意味でのヒータではなく、代わりに食品に作用する入射マイクロ波エネルギをインピーダンス整合させることにより食品内部の温度を効果的に上昇させるための新規な手段を提供する。
【００１８】
図２は、食品１２の上方で頂部パネル１６の内部表面に配置されたインピーダンス整合部材２２を明確に示す。好ましくは、インピーダンス整合部材２２は食品１２の表面より１／８インチ乃至５／８インチ（約３．１８ｍｍ乃至１５．８８ｍｍ）上方に配置される。インピーダンス整合部材２２は、容器１０へ直接印刷又はコーティングされてもよいし、あるいは予め別の基板へ塗布されてもよい。基板は、板紙、紙、ポリエステル薄膜、又はインピーダンス整合部材２２を支持することのできる他の任意のマイクロ波透過性材料である。
【００１９】
食品パッケージ１０は多数の追加的な構成で設計されることもでき、そのうちの幾つかは図３〜図９に示されている。特に、図３は、インピーダンス整合部材がパッケージ外側で頂部パネル１６上に配置されたパッケージ１０を示す。更に、インピーダンス整合部材２２は異なる材料の間に配置されてもよい。例えば、図４及び図５は、基板２４と、食品パッケージ１０の頂部パネル１６へインピーダンス整合部材を積層するために使用される接着層２６と、の間に配置されたインピーダンス整合部材２２を示している。基板２４は、インピーダンス整合部材２２が印刷又はコーティングされることのできる紙、板紙又は薄膜である。
【００２０】
図６及び図７は、例えば従来の印刷プロセスにより表面へ塗布された樹脂又はインクの薄膜２８にインピーダンス整合部材２２が埋め込まれる又は包囲される追加的な実施例を示す。更に、インピーダンス整合部材２２は、図８及び図９に示されるように接着層２６により表面へ接着される紙、板紙、又はプラスチック等の材料３０によって挟持されることができる。これらの実施例は、インピーダンス整合部材２２を利用することができる多くのパッケージ構成のうちの幾つかにすぎない。
【００２１】
図１０は更に別の可能なパッケージ構成１０を示す。ここでは、インピーダンス整合部材２２は、図１及び図２〜図９に示されるように別の容器上ではなく、食品トレイの蓋上に配置される。
【００２２】
インピーダンス整合部材２２は誘電性バインダ材料内に埋め込まれる又は保持される薄いフレーク（薄片）材料膜を含む。好ましくは、インピーダンス整合部材２２は食品１２よりも直径方向に小さいような形状とされる。誘電性バインダは、例えばシリコン又はアクリルバインダ等の市販されている種々のバインダ材料から選択される。
【００２３】
特に、好ましい誘電性バインダは、損失正接が低く、誘電率が高く、且つ絶縁耐力が高い材料である（全て２．４５ＧＨｚで評価される）。ダウコーニング（Dow Corning ）１−２５７７等の低損失シリコンバインダや、ジョンソンワックス（Johnson Wax ）からのスチレン／アクリルのジョンクリル（Joncryl ）６１１等のアクリルバインダは、マイクロ波エネルギの存在下有害な熱を生成することなく所望のインピーダンス整合応答を有するコーティングを提供するために利用される。これに反して、ニトロセルロースのように損失正接が高い樹脂がバインダ材料として使用されると、得られるインピーダンス整合コーティングはマイクロ波エネルギへさらされた場合に過度に加熱され、その結果、コーティング基板が焦げたり溶融する等の種々の望ましくない副作用が起こる。
【００２４】
本発明の薄いフレーク材料は、有利な結果を達成するために不可欠である。フレークは一般に平坦且つ平面状であり、金属材料から製造される。フレークはバインダ材料内に実質的に平らに置かれるのを可能にする長さを有することが重要である。同時に、フレークはグラビア印刷等の従来の印刷プロセスにより基板上に印刷されるのを可能にする長さでなければならない。一般的に、所望されるフレークは、平均最長寸法が約８〜７５マイクロメートル（μｍ）の範囲内であり、より小さい寸法、即ち幅が５〜３５μｍの範囲内のアルミニウム金属である。好ましくは、最長寸法は１０〜３０μｍの範囲内である。アルミニウム金属が好ましいが、他の金属材料も同様に本発明へ適用することができる。
【００２５】
図１１及び図１２を参照すると、本発明の好ましいフレークが拡大されて示されている。図面からわかるように、フレーク自体は実質的に滑らかな周囲を有し、わずかな数の破片となったフレークがバインダ内に存在するように見える。フレークの外見上の滑らかさは拡大の度合いによるであろう。しかしながら、フレーク周囲が滑らかであるとみなすことは、ぎざぎざの周囲を有するフレークとの比較によって定義されることができる。特に、フレーク周囲の滑らかさは、ぎざぎざなフレークが多数の交差する直線を含んで１８０°より小さい角を形成する程度までぎざぎざにされたフレークと対比されることができる。フレークの滑らかな周囲は、ぎざぎざな周囲よりも小さいパラメータの全長を提供する。図１３〜図１５及び図１６〜図１８は先行技術の金属フレークを示している。図１３〜図１５及び図１６〜図１８に示されるフレークと図１１及び図１２に示されるフレークとを比較することにより、図１１及び図１２に示されるフレークがより小さいパラメータ長さを有するのは明らかである。
【００２６】
本発明の有利な特徴を得るには、長さに加えてフレーク材料の厚さも重要である。フレークはフレーク寸法の完全性を保持するために十分な厚さを有すると共に、バインダ材料内の分散に耐えるように十分な機械的強度を有しなければならない。また一方では、フレーク材料は、隣接するフレーク間に緊密なパッキングを提供できなくなる程厚くてはならない。好ましくは、フレークは１００〜５００Åの範囲内の厚さを有する。更に好ましくは、フレークは約１００〜２００Åの範囲内の厚さを有する。フレーク材料がアルミニウム金属から成る場合、好ましいアルミニウムフレークは蒸着によりアルミニウム金属から製造され、厚さは１〜４の範囲内の光学密度を提供する。
【００２７】
またフレーク材料は、少なくとも１０００のアスペクト比を有するのが好ましい。このようなアスペクト比は、少なくとも４０００の有効誘電率を有するインピーダンス整合部材２２を提供する。このような高い誘電率では、薄いインピーダンス整合部材２２は電子レンジ内に存在するマイクロ波エネルギのインピーダンスを整合させることができ、その間、インピーダンス整合部材２２下方でパッケージ内に保持された食品内部へマイクロ波エネルギをより効果的に方向付けることができる。
【００２８】
これらのフレークが誘電性バインダ中に懸濁されて印刷される場合、フレークは多くの位置でほとんど接触している平坦な導電性島から成る群島を形成し、インピーダンス整合部材２２を形成する。これにより、フレーク間の領域に電界が集中され、蓄積される電気エネルギ量が著しく増大される。こうして形成されるインピーダンス整合部材２２は、全ての意図及び目的のために、非常に高い誘電率を有する非導電性フィルムである。
【００２９】
インピーダンス整合のためのフィルム能力の量的な表現は、単一の無次元フィルムパラメータｘで表される。このような表現は以下に実証される有利な結果を理解する上で役立つであろう。特に、抵抗性及び容量性フィルムについて、ｘは次のように定義される。
【００３０】
ｘ＝σｄＺ₀／２ （抵抗性フィルム） （１）
ｘ＝πｉｆε_rε₀Ｚ₀ｄ （容量性フィルム） （２）
【００３１】
これらの式において、Ｚ₀はフィルム平面へ投射される放射の自由空間インピーダンス、σは抵抗性フィルムのバルク導電率、ｄはフィルム厚、ｉはマイナス１の平方根（虚数）、ｆは周波数、ε₀は自由空間の誘電率（一般的に、８．８５×１０^-12ファラッド／メートルに等しい）、ε_rは容量性フィルムの複素数の比誘電率である。
【００３２】
本発明のインピーダンス整合部材の数学的表現へもう一度戻って、無限の大きさのフィルムが自由空間に置かれる場合、反射係数Ｒ及び透過係数Ｔは、抵抗性及び容量性フィルムについて以下の式で示される。
【００３３】
Ｒ＝−ｘ／（１＋ｘ） （３）
Ｔ＝１／（１＋ｘ） （４）
【００３４】
抵抗性フィルムでは、ｘは実数、Ｔは入ってくる放射と同位相、Ｒは１８０°位相が異なり、Ｒ及びＴの絶対値は合計して１になる。容量性フィルムではｘは複素数なので、Ｒ及びＴの位相はｘの大きさ及びε_ｒの位相次第である。複素数として合計される場合、Ｔはなお１＋Ｒに等しいが、Ｔ及びＲの絶対値の合計は１より大きくなる。完全な誘電体ではエネルギは損失されないので、抵抗性フィルムと同一の反射振幅を有する容量性フィルムは、より多くの放射を透過する。以下の議論において、容量性フィルムのｘ値が複素数であることは理解されるにちがいない。
【００３５】
抵抗性フィルムで損失される入射パワーの部分は式（５）で示され、容量性フィルムでは損失されるパワーは式（６）で示される。
【００３６】
Ａ_r ＝２ｘ／（１＋ｘ）² （５）
Ａ_c ＝２｜ｘ｜ sinδ／（１＋｜ｘ｜² ＋２｜ｘ｜ sinδ） （６）
【００３７】
上記の式において、δは誘電体の損失角である。抵抗性フィルムはｘ＝１においてピーク吸収０．５を有し、容量性フィルムは｜ｘ｜＝１においてピーク吸収 sinδ／（１＋ sinδ）を有することに注意すべきである。完全な誘電体（ sinδ＝０）は任意の大きさのｘに対して吸収を有しない。また、これらの式は薄いフィルムに対してのみ適用可能であり、これはフィルムの厚さがフィルム内の放射の波長よりも遙に小さくなければならないことを意味することにも注意すべきである。
【００３８】
薄いフィルムの放射におけるパワー分散は、簡単な電気ネットワークを用いて計算される。入射される放射は自由空間の出力インピーダンス（Ｚ₀）を有するソースとして表現され、フィルムはＺ₀／２ｘの値を有する接地された抵抗器又はコンデンサであり、フィルムの後ろの空間は接地された別のＺ₀抵抗器である。後ろにある自由空間が食品等の誘電体で置き換えられる場合、２番目のＺ₀は誘電体のインピーダンス（Ｚ_d）で置き換えられなければならない。垂直に入る放射ではＺ_d対Ｚ₀の比率は１／ε_r ^1/2 なので、簡単な回路表現により、容量性フィルムコーティングを有する誘電体への透過係数は次式で与えられる。
【００３９】
Ｔ＝２／（１＋２ｘ＋ε_r ^1/2 ） （７）
【００４０】
抵抗性フィルムでは，ｘは実数なので、Ｔはｘと共に単調減少する。誘電体が損失性（lossy ）の場合、ε_rは負の虚数成分を有する。従って、容量性フィルム（ｘが虚数）では｜ｘ｜が最初に増大するとき、ｘ項はε_rの虚数部分を相殺し始め、Ｔは実際には増大する。結局は、ｘはε_rに優位を占め、Ｔは降下するが、しばらくの間容量性フィルムは損失性の食品のインピーダンス整合を改良し、その結果食品へのエネルギ入力を増大させる。Ｔが一度既知になると、誘電性食品の負荷内へ透過されるエネルギの部分はε_r ^1/2ＴＴ^*の実数部分として計算されることができる。ここで、Ｔ^*はＴの共役複素数である。
【００４１】
本発明のインピーダンス整合フィルムが距離Ｌだけ隔てられている場合、食品によるマイクロ波エネルギの吸収は大幅に増大される。誘電体のインピーダンスを距離Ｌだけ自由空間を通ってフィルムへ伝達するために透過ラインインピーダンスの式を用いて、以下に与えられるように、Ｚ_dはＬの関数としてのＺ_dで置き換えることができる。
【００４２】
【数１】

【００４３】
上記の式（８）において、ｋ₀は２πｆ（ε₀μ₀）^1/2 に等しい自由空間での波数であり、μ₀は４π×１０^-7ヘンリ／メートルに等しい。１／ε^1/2 についての式（７）に式（８）からのＺ_d／Ｚ₀を置き換えることにより、半波長の整数倍のフィルム−誘電体間隔において、容量性フィルムはかなり十分に遮蔽できることがわかった。間隔が約１ｃｍ（＋半波長の整数倍）及びｘが約１．０ｉ（あるいは、２．４５ＧＨｚでの垂直放射についての誘電率と厚さの積が約０．０４メートル）の場合、ほとんど完全な吸収が無限の負荷で実現される。
【００４４】
上記に説明された回路モデルを用いると、フィルム及び負荷（例えば水）の有効負荷は、フィルムとフィルムへ伝達される負荷との並列な組み合わせである。従って、有効負荷の逆数はフィルムインピーダンス及び伝達された負荷のインピーダンスの逆数の和である。式（８）がＬの関数としてインピーダンス（Ｚ）を伝達するために使用される場合、Ｚ₀へ正規化されるインピーダンス（及びその逆数）は実数軸を｜Ｚ｜／Ｚ₀及びＺ₀／｜Ｚ｜で切断する複素インピーダンス平面に円を描く。
【００４５】
曲線に沿ったある場所、即ちある間隔Ｌにおいて、正規化されたインピーダンスの逆数は１．０にある正の虚数Ｎｉを加えたものである。ｘがｉ／Ｎであるところでフィルムが選択されると、ｘの逆数は−Ｎｉであり、全インピーダンスはＺ₀であり、エネルギが反射されない完全なインピーダンス整合である。本発明の容量性フィルムは吸収しないので、全てのエネルギは最後には負荷中の熱となる。この理由で、ポットパイやフルーツパイ等の高誘電性の食品の内部を加熱するために非常に有効である。
【００４６】
適切な間隔における全吸収のためのｘの値は、食品の誘電率の関数として以下に表現される。
【００４７】
【数２】

【００４８】
その結果、高誘電率を有する食品については、インピーダンス整合のために最良のフィルム容量は｜ε_r｜−１の４乗根に多少依存する。従って、容量はε_rに対して極端に敏感ではなく、単一のフィルムは広範囲の食品負荷に対して効果的に作用する。
【００４９】
例１
上記のモデルは、接地された円形導波管を水の負荷のための容器として用いて電子レンジ内で実験的にテストされた。導波管は直径８．５ｃｍであり、水位は３．５ｃｍであった。本発明に従って製造された容量性フィルム（ｘ＝１．４ｉ及びｘ＝０．８ｉ）は板紙へ積層され、８．５ｃｍより少し小さい直径を有する円形に切断された。円形の容量性フィルムは水より上の種々のレベルで導波管内に配置され、６５０ワットの電子レンジ内で２分後の温度上昇が記録された。この温度上昇は同じ位置に裸板を配置した場合の温度上昇と比較された。結果は以下の表１及び表２に示される。
【００５０】
【表１】

【００５１】
【表２】

【００５２】
裸板温度変化は間隔と共に僅かに減少することがわかる。しかしながら、本発明の容量性フィルムを裸板、即ち容量性フィルムのないむき出しの板と比較する場合、各例において、より短い間隔では水の熱吸収が２倍以上増大される。中間の間隔では、予期されたとおり、容量性フィルムの明らかな効果は見られなかった。
【００５３】
エイブリデニスン社（Avery Dennison Corporation）は、実際的な厚さのフィルムにおいて本発明のために必要とされるｘ値を提供する少なくとも１０００のアスペクト比を有するアルミニウムフレークを生産している。特に、本発明のために有用な好ましいアルミニウムフレークはエイブリデニスン社の装飾フィルム部（Decorative Films Division ）により生産され、ＭＥＴＡＬＵＲＥ^TMＬ−５７０８３、Ｌ−５５３５０、Ｌ−５６９０３、Ｌ−５７０９７、Ｌ−５７１０３及びＬ−５７１０２という製品名を有する。
【００５４】
これらの特定のフレークは、滑らかな支持体に塗布された薄い可溶性ポリマコーティング上に金属層を真空蒸着することにより生産される。好ましくは、支持体としてはＭＹＬＡＲ^TM（デュポン社の製品）等の二軸延伸ポリエステル型フィルムが使用される。支持体上に形成される金属層は可溶性コーティングを溶解することにより剥離される。アルミニウム金属の好ましい蒸着厚は、剥離前に１〜４の光学密度を与える。これにより、所望の形状及び寸法を有するフレークが提供される。蒸着された金属フィルムが薄すぎる場合、フレークは、剥離時に巻き上がるのを防止するのに十分な強度を有しないであろう。一方、蒸着された金属フィルムが厚すぎる場合、フィルムの表面はフレークに粗い表面を与えやすい。剥離に続いて、金属層は、フレークの破砕を実質的に防止しながら所望のフレーク粒子サイズを提供するために機械的に混合される。
【００５５】
フレークは、一般的に、大きい方の寸法即ち長さの平均が８〜７５μｍであり、大きい方の寸法が５μｍより小さい細かいフレークをごく少量だけ有する。好ましくは、フレークの幅は５〜３５μｍの範囲内に入る。細かい粒子はフレークの表面を離して保持するのに役立つ。ダップル画像解析装置（Dapple Image Analyzer ）により測定されるように、以下は上記フレークの平均長さ及び幅寸法である。
【００５６】
【表３】

【００５７】
Ｌ−５７１０３及びＬ−５７１０２フレークはマイクロ波応答性であるが、これらのフレークはコーティングするのが困難であり、従って、インピーダンス整合のために最も好ましいフレーク材料ではない。しかしながらこれらのフレークは、以下により詳細に議論されるマイクロ波遮蔽を提供するために好ましいフレーク材料である。
【００５８】
好ましいエイブリ型フレーク材料と市販のフレーク材料との違いは、顕微鏡で見ると容易に明らかになる。他の市販されている金属フレーク材料は、食品に入るマイクロ波エネルギを薄いフィルム内で適切にインピーダンス整合させて中心部を均一に加熱するのに必要な高い誘電率を提供するのに十分なアスペクト比及び平坦さを有しない。この違いを示すために、市販のフレーク材料は拡大されて、好ましいエイブリ型フレーク材料と視覚的に比較され、その間の明確な差異が示された。
【００５９】
図１３〜図１５はオブロン社（Obron Corp. ）により生産されるＳＴＡＰＡ−Ｃ VIII 型アルミニウムフレークを示し、図１６〜図１８はアルキャン（Alcan ）により生産されるＡＬＣＡＮ５２２５型アルミニウムフレーク材料を示す。いずれも×３０００及び×８０００で取られたこれらの写真から明らかなように、これらの材料は図１１及び図１２に示されるエイブリ型フレークよりも表面積が小さい。この結果、アスペクト比は、ＡＬＣＡＮ５２２５フレークではたった７５〜８０、ＳＴＡＰＡ−Ｃ VIII フレークでは約２００である。エイブリ型フレークは大きい表面積を有し、また、より高いアスペクト比、そして結局は、バインダに浸漬された場合に他のアルミニウムフレーク材料より高い誘電率をエイブリフレークに提供するために非常に薄い。更には、エイブリフレークは、従来のフレーク材料により示される粗い縁部よりもかなり丸まった滑らかなパラメータ縁部を有すると共に、より少ないフレーク破片を含む。
【００６０】
エイブリにより生産されるアルミニウムフレーク材料は、主としてこれらのフレークにより提供される極めて高い誘電率のために、本発明のインピーダンス整合フィルムの作用にとって重要である。エイブリアルミニウムフレークと他の製造者により生産されるアルミニウムフレーク材料との性能比較により、全アルミニウム量が同じときのエイブリ型フレーク材料の際立った利点が明白に示される。多数の従来フレーク材料と１つのエイブリフレークサンプルについて上記に数学的に記載されたｘ値を比較するためのテストが実行された。
【００６１】
例２
ダウコーニング１−２５７７コンフォーマルコーティング７．７８ｇ（トルエン中に５．６ｇのシリコン樹脂固体）は、トルエン３０．３ｇ及びハーキュリーズ（Hercules）エチルセルロース１．４ｇ（トルエン２９．７ｇに溶解されたＴ−３００グレード）と混合された。アルキャン５２２５（粒子サイズが１２〜１３μｍであり、イソプロピルアルコール中、固体６５％のアルミニウムフレークペースト）１０．７７ｇとエチルアセテート６０ｇとの混合物は均一な分散が得られるまで攪拌された後、上記のバインダ混合物へ加えられた。得られた調合物は全固体量が１０％であり、アルミニウムフレーク対バインダ比が５０／５０であった。ポリエステルフィルムのシート（ＩＣＩからのメリネックス８１３／９２）は、一連のバードフィルム塗布器（Bird film applicator）を用いて調合物でコーティングされた。
【００６２】
同様の調合物は、ＳＴＡＰＡ−Ｃ VIII （粒子サイズが１１μｍであり、イソプロピルアルコール中、固体６０％のアルミニウムフレークペースト）１１ｇをエチルアセテート１２．５ｇと、フレークが均一に分散されるまで予め混合することによって製造された。これに、ダウコーニング１−２５７７コンフォーマルコーティング７．８ｇ（トルエン中に５．６ｇのシリコン樹脂固体）と、トルエン３０．３ｇと、ハーキュリーズエチルセルロース１．４ｇ（トルエン２９．７ｇに溶解されたＴ−３００グレード）と、が添加された。得られた調合物は固体が１０％であり、アルミニウムフレーク対全バインダ比が５０／５０であった。この調合物も、上記のようにポリエステルシートフィルムへ塗布された。
【００６３】
同様の混合物は好ましいエイブリフレーク材料Ｌ−５６９０３を用いて形成された。以下の例７に詳細に記載されるように、アルミニウムフレーク対全バインダ比が５０／５０のものが形成された。垂直入射された放射（Ｚ₀＝３７７オーム）に対する２．４５ＧＨｚのｘ値は、例えば式（３）及び式（４）、並びにＳバンド導波管に横向きに搭載されたサンプル上でのネットワークアナライザの透過及び反射測定値を用いて計算された。これらの３つのシート材料の結果は、アルミニウムコーティング量の関数として図１９に示される。
【００６４】
図１９は、これらの従来アルミニウムフレーク材料の使用が、エイブリフレークの特性を有するフレーク材料よりも、本発明の薄膜のインピーダンス整合能力を達成するためには実際的でないことを明白に示す。特に、所望のｘ値０．７ｉ〜２．０ｉ、更に好ましくは１．０ｉ〜１．８ｉに到達するためには、３０００平方フィート（約２．７９×１０ ² ｍ ² ）当たり２０〜４０ポンド（約９．０７〜１８．１４ｋｇ）の従来フレークが必要とされる。このように極端な量のフレーク材料は薄膜を容易に形成することができない。更に、この極端に高いレベルにおいてでさえも、このような大量のフレーク材料が実際に本発明のインピーダンス整合機能を実行できるという徴候はない。
【００６５】
また、シリコンバインダ及びアクリルバインダ中の好ましいフレーク材料と、シリコンバインダ中の従来のフレーク材料とについて、グラビア印刷の可能性を比較するために更なるテストが実行された。
【００６６】
例３
コーティングはトルエン５０００ｇとアルミニウムフレーク（メタルーアＬ−５６９０３、エチルアセテート中固体１０％）４０００ｇとを混合することにより製造された。これに、シリコン樹脂であるダウコーニング１−２５７７（トルエン中固体７３％）５５６ｇとトルエン４４４ｇとの混合物が添加された。得られた調合物は固体が８％であり、アルミニウムフレークとバインダ固体との比が１：１であった。調合物の粘度は、＃２ザーンカップ（Zahn cup）で２２秒であった。この調合物は、エッチングされた四角形セルを有する１００ラインシリンダを用いて１１３フィート（約３４．５ｍ）／分でウェブ送りグラビアプレス上でＰＥＴフィルム（ＩＣＩからのグレード８１３／９２）へ塗布された。
【００６７】
例４
コーティングは、アルミニウムフレーク（メタルーアＬ−５６９０３、エチルアセテート中固体１０％）３３６０ｇとｎ−プロピルアセテート１９２０ｇとを混合することにより製造された。この混合物に、ｎ−プロピルアセテート２５２ｇ中１０８ｇのジョンクリルＳＣＸ−６１１（Ｓ．Ｃ．ジョンソン＆サンズ社からのアクリル樹脂）と、ｎ−プロピルアセテート３２４ｇ中３６ｇのエチルセルロース（ハーキュリーズ社からのグレードＮ−３００）と、が添加された。この混合物は、ｎ−プロピルアセテート２０００ｇを更に添加することにより全固体量が６％へ希釈された。得られた混合物の粘度は＃２ザーンカップで２４秒であった。得られた混合物は、例３において上記に記載されたように、１２５フィート（約３８．１ｍ）／分のライン速度でグラビアプレスを用いてＰＥＴフィルムへ塗布された。
【００６８】
例５
また、従来のアルミニウムフレーク材料を用いるコーティングは、始めにＳＴＡＰＡ−Ｃ VIII （イソプロピルアルコール中６５％の固体ペースト）３２００ｇをエチルアセテート２３００ｇ及びイソプロピルアセテート１０００ｇと均一な分散が得られるまで混合することにより製造された。この分散に、ダウコーニング１−２５７７（トルエン中固体７２％）１２５０ｇとトルエン２２５０ｇの混合物が添加された。合わされた調合物は固体が３０％であり、＃２ザーンカップで１７秒の粘度を有した。得られた混合物は、例３において上記に記載されたように、７５〜８５フィート（約２２．９〜２５．９ｍ）／分のライン速度でグラビアプレスを用いてＰＥＴフィルムへ塗布された。例３〜例５の調合物について、得られたコーティング重量及び２．４５ＧＨｚでの垂直放射におけるｘ値は以下の表４に与えられる。
【００６９】
【表４】

【００７０】
また、エイブリにより生産されるフレークの特性を有する好ましいアルミニウムフレーク材料のフレークサイズがｘ値に及ぼす影響も、所望のインピーダンス整合特性を達成する上で重要である。オブロン社からのＳＴＡＰＡ−Ｃ VIII フレークを用いる調合物と同様に、多数のコーティング調合物がエイブリ社から得られる上記フレークのそれぞれを用いて製造された。
【００７１】
例６
コーティング調合物は、エチルアセテート中の固体１０％のアルミニウムフレークスラリ（メタルーアＬ−５５３５０）５６ｇとｎ−プロピルアセテート３２ｇとを混合することにより製造された。これに、ｎ−プロピルアセテート４．２ｇ中１．８ｇのジョンクリルＳＣＸ−６１１（Ｓ．Ｃ．ジョンソン＆サンズ社からのアクリル樹脂）と、ｎ−プロピルアセテート５．４ｇ中０．６ｇのエチルセルロース（ハーキュリーズ社からのグレードＮ−３００）と、が添加された。７０／３０のアルミニウムフレーク対バインダ比を有するこの固体８％の調合物はバードバー塗布器（Bird bar applicator ）を用いてＰＥＴフィルムへ塗布され、以下の表５に示されるコーティング重量が得られた。
【００７２】
一般的な手順は、Ｌ−５７０８３、Ｌ−５６９０３、Ｌ−５７１０３、Ｌ−５７１０２及びＳＴＡＰＡ−Ｃ VIII のフレーク材料について繰り返された。この比較の結果は以下の表５に与えられ、図２０にグラフで示される。この比較の結果は、その全てが従来フレークよりも優れている好ましいエイブリフレークのフレークサイズの範囲内では、１７μｍのフレークサイズがインピーダンス整合のために一貫して最良の容量性ｘ値を提供することを示す。また、表５の結果は、本発明で達成可能な極めて効果的な誘電率が、先行技術の材料ではたった１０００であるのと比べて、１８０００を越えることを示す。
【００７３】
【表５】

【００７４】
好ましいフレークを用いて、所望のｘ値を達成するために適切なフレーク対バインダ比を使用することも重要である。以下のテストは、バインダ中のアルミニウムフレーク材料の比率がｘ値に与える影響を示すために実施された。容量性フィルム内のバインダ量が増大するに従ってフレーク間の間隔も同様に増大されると考えられる。一般的に、本発明の有利な効果を達成するために、フレークはフィルムの約３０〜８０重量パーセントを構成することができる。好ましくは、フレークは約３０〜７０重量パーセント存在する。
【００７５】
例７
第１バインダとしてシリコン樹脂、増粘剤及び第２バインダとしてエチルセルロースを使用するアルミニウムフレークコーティングのマスタバッチが調製された。マスタバッチには、ダウコーニング１−２５７７コンフォーマルコーティング４．４４ｇ（トルエン中３．２ｇのシリコン樹脂固体）と、ハーキュリーズのエチルセルロース２．８ｇ（トルエン５９．２ｇに予め溶解されたＴ−３００グレード）と、が含まれた。この混合物へ、アルミニウムフレーク固体（固体１０％のエチルアセテート中のＬ−５６９０３）１４ｇが添加された。従って、アルミニウムフレーク対バインダ比は７０／３０であった。
【００７６】
（１）７０／３０アルミニウムフレーク対バインダコーティング：
上記マスタバッチ５１．５ｇ（５ｇの結合固体を含む）は、トルエンで１００ｇへ希釈された。この固体５％の調合物のウェットフィルムは、バードフィルム塗布器を用いてポリエステルフィルムシート（ＭＥＬＩＮＥＸ８１３／９２）へ塗布された。０．０００５、０．００１及び０．００２インチ（約０．０１２７、０．０２５４及び０．０５０８ｍｍ）のウェットフィルムを塗布するように設計された塗布器を用いることにより、それぞれ３０００平方フィート（約２．７９×１０ ² ｍ ² ）当たり０．４、０．８及び１．５ポンド（約１．８１×１０ ^-1 、３．６３×１０ ^-1 及び６．８０×１０ ^-1 ｋｇ）のアルミニウムフレーク固体を含むドライコーティングを得ることができた。
【００７７】
（２）５０／５０アルミニウムフレーク対バインダコーティング：
上記マスタバッチ３６．８ｇ（アルミニウムフレーク２．５ｇ、シリコン樹脂０．５７ｇ、及びエチルセルロース固体０．５０ｇを含む）へ、ダウコーニング１−２５７７シリコン樹脂溶液１．７ｇ（固体１．２３ｇ）と、ハーキュリーズエチルセルロース０．２ｇ（トルエン４．３ｇに溶解されたＴ−３００グレード）と、トルエン５２ｇと、が添加され、５０％のアルミニウムフレーク及び５０％の全バインダを含む全固体５％の調合物が提供された。この調合物は上記の技法を用いてフィルムへ塗布され、３０００平方フィート（約２．７９×１０ ² ｍ ² ）当たり０．７、１．２及び２．０ポンド（約３．１８×１０ ^-1 、５．４４×１０ ^-1 及び９．０７×１０ ^-1 ｋｇ）のアルミニウムフレーク固体を含むドライコーティングが得られた。
【００７８】
（３）３０／７０アルミニウムフレーク対バインダコーティング：
上記マスタバッチ２２．１ｇ（アルミニウムフレーク１．５ｇ、シリコン樹脂０．３４ｇ、及びエチルセルロース固体０．３０ｇを含む）へ、ダウコーニング１−２５７７シリコン樹脂溶液３．４ｇ（固体２．４６ｇ）と、ハーキュリーズエチルセルロース０．４ｇ（トルエン８．５ｇに溶解されたＴ−３００グレード）と、トルエン６５．６ｇと、が添加され、３０％のアルミニウムフレーク及び７０％の全バインダを含む全固体５％の調合物が製造された。この調合物は上記の技法を用いてフィルムへ塗布され、３０００平方フィート（約２．７９×１０ ² ｍ ² ）当たり０．６、１．０及び１．３ポンド（約２．７２×１０ ^-1 、４．５４×１０ ^-1 及び５．９０×１０ ^-1 ｋｇ）のアルミニウムフレーク固体を含むドライコーティングが得られた。
【００７９】
それぞれのコーティングのｘ値は、上記のようなＳバンド導波管及びヒューレットパッカードのネットワークアナライザ（モデル８７５３Ａ）を用いて行われた測定値から計算された。結果は以下の表６に示され、図２１にグラフで示される。これらの結果から容易に明らかなように、フレーク比が増大するにつれて、アルミニウム１ポンド（約４．５４×１０ ^-1 ｋｇ）当たりのｘ値は改善される。
【００８０】
【表６】

【００８１】
本発明のインピーダンス整合部材２２により提供される加熱の向上を証明するために実際の食品サンプルを用いて更に多数のテストが行われた。以下の例においては、図１のカートン１０と同様の食品カートンが使用された。
【００８２】
例８
楕円形のインピーダンス整合部材２２は、タイソン（Tyson ）１８オンス（oz）（約５０４ｇ）チキンポットパイより５／８インチ（約１５．８８ｍｍ）上方に配置された。幅８と７／８インチ（約２０３ｍｍ）、深さ６と１／８インチ（約１５６ｍｍ）、及び高さ１と１／２インチ（約３８．１ｍｍ）のコントロールカートンが使用された。コントロールカートンにはインピーダンス整合部材は含まれない。図１に示されるカートンと同様の変形カートン１０は、高さが１と７／８インチ（約４７．６ｍｍ）であった。楕円形インピーダンス整合部材２２は、長さ３と１／２インチ（約８８．９ｍｍ）に幅２と７／８インチ（約７３．０ｍｍ）であり、ｘ＝１．０１ｉであった。各ランは、ポットパイを５分間加熱し、ポットパイを９０°回転させた後、ポットパイを更に５分間加熱することを含む。
【００８３】
４回の調理ランが実行され、ポットパイは、ボックス無し（＃１）、コントロールボックス中（＃２）、インピーダンス整合部材２２で内部表面全体が被覆されたボックス中（＃３）、及び図１に示されるように頂部パネル上に配置された楕円形部材２２を含むボックス中（＃４）で調理された。温度プローブは、図１０に示される位置でポットパイ内に配置された。これらのランの結果は以下の表７に示される。
【００８４】
【表７】

【００８５】
例９
インピーダンス整合部材を有しないコントロールカートン（＃５）と、矩形のインピーダンス整合部材３と１／２インチ（約８８．９ｍｍ）×３インチ（約７６．２ｍｍ）（＃６）と、上記の楕円形インピーダンス整合部材２２（ここではｘ＝０．８ｉ）と、を比較するために、別の一連のテストが実行された。ポットパイは各カートン中で例８で上記したように調理され、これらのランの結果は以下の表８に示される。
【００８６】
【表８】

【００８７】
例１０
また、テスト（＃８）は、上記の例８及び例９で使用されたインピーダンス整合部材２２に関して上記に提供されたのと同一の楕円形状の従来のアルミニウム箔片を用いて実行された。アルミニウム箔楕円は、タイソン１８ozポットパイ上方３／８インチ（約９．５３ｍｍ）の位置に持ち上げられた。
【００８８】
例１１
テスト（＃９）は、上記インピーダンス整合部材の２倍の厚さ（ｘ＝１．３ｉ＋０．８ｉ）及び上記と同一の楕円形状を有するインピーダンス整合部材２２を用いて行われた。
【００８９】
例１２
テスト（＃１０）は、４インチ×４と１／２インチ（約１１４ｍｍ）の寸法を有する拡大楕円形インピーダンス整合部材２２（ここではｘ＝１．３である）を用いて行われた。他の条件は上記と同一であった。
【００９０】
例１３
また、３インチ（約１９．１ｍｍ）×３と１／２インチ（約８８．９ｍｍ）の楕円寸法を有するインピーダンス整合部材２２の距離は、中心パイ加熱を決定するために調整された（＃１１）。特に、部材は、パイの表面上方１／２インチ（約１２．７ｍｍ）のカートンの頂部表面内側に配置された。例１０〜例１３の結果は以下の表９に与えられる。
【００９１】
【表９】

【００９２】
例１４
また、カートン１０及び部材２２の寸法は、ポットパイ中心の加熱の度合いを最適化するために調整された（＃１２）。例えば、長さ９インチ（約２２９ｍｍ）、幅６インチ（約１５２ｍｍ）及び高さ２と１／４インチ（約５７．２ｍｍ）を有する端部開放カートン又はスリーブは、タイソン１８ozチキンポットパイを加熱するために使用された。ポットパイは、３層の段ボール紙上に置かれ、パイとインピーダンス整合部材との距離は５／８インチ（約１５．８８ｍｍ）であった。４と１／２インチ（約１１４ｍｍ）×４インチ（約１０２ｍｍ）でｘ＝１．１ｉのより大きい楕円インピーダンス整合部材が使用された。
【００９３】
例１５
例８と同様のテスト（＃１３）は、同一の調理スリーブを使用して行われた。しかしながら、楕円インピーダンス整合部材の寸法は２インチ（約５０．８ｍｍ）×１と３／４インチ（約４４．５ｍｍ）へ縮小され、ｘ＝１．１ｉであった。
【００９４】
例１６
例８及び例９と同様の２つの更なるテスト（＃１４及び＃１５）は、同一の調理スリーブを使用して行われた。しかしながら、楕円インピーダンス整合部材の寸法は２と１／２インチ（約６３．５ｍｍ）×２インチ（約５０．８ｍｍ）で、ｘ＝１．１ｉであった。
【００９５】
例１７
最後に、例１４〜例１６で使用されたのと同様のポットパイでコントロールテスト（＃１６）が実行された。しかしながら、ポットパイはカートン無しで調理された。例１４〜例１７の結果は、以下の表１０に与えられる。
【００９６】
【表１０】

【００９７】
また、カートンは 楕円設計により提供される有利な加熱と同様にポットパイの温度を上昇させる矩形又は正方形のインピーダンス整合部材の最適サイズを決定するためにテストされた。一連のテストは、カートン深さ１と５／８インチ（約４１．３ｍｍ）を有する上記例１４〜１７で使用されたカートンと同様のカートンを使用し、楕円インピーダンス整合部材の代わりに矩形部材２と１／２インチ（約６３．５ｍｍ）×２インチ（約５０．８ｍｍ）を用いて、タイソン１８ozチキンポットパイで実行された。表１１は矩形部材について実行された３つの異なるテストの結果を与える（＃１７、＃１８、＃１９、＃２０）。また、コントロールテストはカートン無しで実行された（＃２１）。
【００９８】
【表１１】

【００９９】
上記のそれぞれの結果に見られるように、本発明のインピーダンス整合部材を用いて、ポットパイの中心温度の実質的な増大が達成された。
【０１００】
また、本発明のインピーダンス整合部材は、２つの異なる食品の相対的な調理速度及び温度を変更するためにも有用である。このような結果は、それぞれが異なる加熱特性を要求する種々の異なる食品を含む完成したマイクロ波ディナーにおいて非常に効果的であろう。例えば、完成したディナーの肉の部分は野菜の部分よりも高い加熱温度を必要とするであろう。しかしながら、消費者に更なる便利さを提供するために、これらの食品は一般に同一のパッケージングトレイで提供される。本発明のインピーダンス整合部材をトレイの一部分に使用し、他の部分には使用しないことにより、温度に顕著な差異をもたらすことができる。
【０１０１】
例１８
水の入ったビーカ２個は同時に６００ワットの電子レンジ内に配置された。１つのビーカは電子レンジの左側に、もう１つのビーカは右側に置かれた。室温から沸騰までの平均出力吸収は各ビーカ毎に計算された。可能性のある全ての組み合わせ、即ちインピーダンス整合部材を使用しない場合、左側をインピーダンス整合させ右側は整合させない場合、左側は整合させずに右側をインピーダンス整合させる場合、及び両側をインピーダンス整合させる場合について、データがとられた。実験は１００ｍＬの水負荷及び４００ｍＬの水負荷の両方について行われた。結果は以下の表１２に示される。
【０１０２】
【表１２】

【０１０３】
レンジ内容物のインピーダンス整合された部分は整合されていない部分よりも速く加熱された。しかしながら、内容物全体をインピーダンス整合させると、レンジ出力全体は増大されない。部分的なインピーダンス整合は一般的にレンジ内での加熱を再分配する。
【０１０４】
食品の領域を加熱するためハード内への放射をインピーダンス整合させるために使用される均一なインピーダンス整合部材に加えて、本発明のインピーダンス整合部材は、凸ガラスレンズと同様に電子レンジ内で機能するように不均一に形成されることもできる。図２３は、凸光学レンズと同様に形作られたパッケージ１０内の変形インピーダンス整合部材２２′の例を示す。このような形状はパッケージ１０の所望の領域にマイクロ波放射を更に方向付けるために有用である。
【０１０５】
上記のように、透過係数は複素数である。従って、式（１０）で表されるフィルムによる位相シフトがあるであろう。
【０１０６】
Φ＝− tan^-1ｘ （１０）
【０１０７】
本発明のインピーダンス整合部材が縁部よりも中心が厚くなるように印刷されると、部材の周辺部に近づくにつれて位相シフトが低減される。その結果、マイクロ波の放射は、凸光学レンズを通る光と同様に焦点が合わされる。
【０１０８】
特に、光学レンズの場合と同様に、縁部で行程深さがより大きいことによる余分なシフトと等しい中心での位相シフトのために焦点条件が発生する。すなわち、式（１１）で示される。
【０１０９】
tan^-1ｘ＝２π[(ｈ²＋Ｌ²)^1/2 −１] ／λ （１１）
【０１１０】
ここで、ｈはレンズの半分の高さ、Ｌは焦点距離、λは放射の波長である。本発明に従って形成される最良のレンズ形状、ｙ（レンズ中心からの距離）の関数としてのレンズのｘ値、を実現するために、以下の式が適用される。
【０１１１】
【数３】

【０１１２】
インピーダンス整合の上記の利点に加えて、フィルムのｘ値が十分に高い場合には、フィルムは遮蔽体として作用することもできる。特に、例えばｘ値が１０ｉよりも高い場合には、フィルムは遮蔽体として機能し、フィルム下方に配置された食品に到達するマイクロ波エネルギ量を減少させることができる。垂直に入る放射では、表面に容量性フィルム遮蔽体を有する誘電性食品に入る電界振幅と、このような遮蔽体のない食品に入る電界との比率は以下の式（１３）で表現される。
【０１１３】
【数４】

【０１１４】
ここで、εは有効誘電率である。この関係により証明されるように、容量性フィルムのレベルは誘電率に依存する。誘電率が５０の典型的な食品では、容量性ｘ値は少なくとも１０ｉである。表５は遮蔽を提供することのできるフレーク材料及びコーティング量の例を与える。特に、平均長さ２５μｍを有するＬ−５７１０３フレーク及び３０００平方フィート（約２．７９×１０ ² ｍ ² ）当たり１．０〜１．７ポンド（約４．５４×１０ ^-1 〜７．７２×１０ ^-1 ｋｇ）のコーティング量である。
【０１１５】
例１９
電子レンジ内で食品を遮蔽するための高ｘ値容量性フィルムの有用性を実証するためにテストが実行された。特に、水１２０ｇを含む２つの紙のカップは、７００ワットのリットン（Litton）電子レンジ内にそれぞれ置かれた。まず始めに、カップにフレーク材料が取り入れられていないそれぞれの水のカップは、７００ワットのＬＩＴＴＯＮ^TM電子レンジで一方が約２００°Ｆに達するまで加熱された。各カップ内の温度は、水中の再現可能な位置に固定して吊り下げられた２つのラクストロン（Luxtron ）プローブでモニタされた。ワット数で示される平均熱損失は、平均温度上昇及び加熱時間からそれぞれの水のカップについて計算された。次に、アルミニウム箔パッチは、カップＢで示される一方のカップの底部及び側面に接着された。再度、平均出力損失が計算された。この手順は、アルミニウム箔パッチの代わりにそれぞれ１．５ｉ及び２０ｉのｘ値を有する容量性フィルムを用いて更に２回実行された。この結果は、以下の表１３に示される。
【０１１６】
【表１３】

【０１１７】
これらの結果から分かるように、１．５ｉフィルムは、容器表面に配置された場合に出力損失に対して少ししか影響を与えない。しかしながら、アルミニウム箔は、テスト２のカップＢの出力損失の減少により示されるように著しい遮蔽を提供する。テスト４により示されるように、２０ｉフィルムも遮蔽を提供し、本発明に従って製造された容量性フィルムを用いることにより、フィルムのｘ値を調整することで遮蔽の量を制御できることも実証される。
【０１１８】
以上の説明は本発明の原理の単なる例証と考えられる。更に、当業者には種々の変更及び変化が容易に行えるので、本発明は図示及び記載された正確な構成に制限されるものではない。従って、全ての適切な変更及び同等物は本発明の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のマイクロ波インピーダンス整合素子を含む食品パッケージである。
【図２】 図１のパッケージの線２−２についての分解断面図である。
【図３】 図１のパッケージの第２実施例の分解断面図である。
【図４】 図１のパッケージの第３実施例の分解断面図である。
【図５】 図１のパッケージの第４実施例の分解断面図である。
【図６】 図１のパッケージの第５実施例の分解断面図である。
【図７】 図１のパッケージの第６実施例の分解断面図である。
【図８】 図１のパッケージの第７実施例の分解断面図である。
【図９】 図１のパッケージの第８実施例の分解断面図である。
【図１０】 本発明のマイクロ波インピーダンス整合素子を含む食品パッケージの別の実施例の断面図である。
【図１１】 本発明のアルミニウムフレークの強化された顕微鏡画像である。
【図１２】 本発明のアルミニウムフレークの強化された顕微鏡画像である。
【図１３】 先行技術のアルミニウムフレークの強化された顕微鏡画像である。
【図１４】 先行技術のアルミニウムフレークの強化された顕微鏡画像である。
【図１５】 先行技術のアルミニウムフレークの強化された顕微鏡画像である。
【図１６】 先行技術のアルミニウムフレークの強化された顕微鏡画像である。
【図１７】 先行技術のアルミニウムフレークの強化された顕微鏡画像である。
【図１８】 先行技術のアルミニウムフレークの強化された顕微鏡画像である。
【図１９】 本発明のアルミニウムフレークを含む容量性フィルムと、より効果の低い他のアルミニウムフレークを含むフィルムとのグラフによる比較である。
【図２０】 本発明のアルミニウムフレークを含む容量性フィルムと、より効果の低い他のアルミニウムフレークを含むフィルムとのグラフによる比較である。
【図２１】 異なるバインダ対フレーク比で本発明のアルミニウムフレークを含む容量性フィルムのグラフによる比較である。
【図２２】 上記の例で使用されたサンプル食品内での温度プローブ位置を示す。
【図２３】 本発明のマイクロ波インピーダンス整合素子の第２実施例の分解断面側面図である。
【符号の説明】
１０ 食品パッケージ
１２ 食品
１４ 食品受容空間
１６ 頂部パネル
１８ 側面パネル
２０ 底部パネル
２２ インピーダンス整合部材
２４ 基板
２６ 接着層

Claims (48)

1. （ａ）底部パネル及び頂部パネルと該底部パネル及び該頂部パネルを結合する側面パネルとを有する食品受容キャビティを形成する、実質的にマイクロ波エネルギ透過性のパッケージ本体と、
   （ｂ）誘電性バインダに埋め込まれた複数のフレークを含み、パッケージに入るマイクロ波エネルギをインピーダンス整合させるために前記底部パネル、頂部パネル及び側面パネルのうちの少なくとも１つの表面に設けられたインピーダンス整合手段であって、熱を生成するためにマイクロ波エネルギと相互作用を起こすことなく、食品の温度を上昇させるように、前記複数のフレークのサイズ及び間隔が定められるインピーダンス整合手段と、 を備えた食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
2. 前記フレークは概して平面状であり、最長平均寸法が約８〜７５マイクロメートルの範囲内にあるアルミニウム金属を含む請求項１に記載の食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
3. 前記フレークは少なくとも約１０００のアスペクト比を有する請求項２に記載の食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
4. 前記インピーダンス整合手段は少なくとも４０００の有効誘電率を有する請求項２に記載の食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
5. 前記フレークは約０．７ｉ〜２．０ｉの範囲内の容量性ｘ値を有する請求項４に記載の食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
6. 前記フレークはインピーダンス整合手段の３０００平方フィート（約２．７９×１０²ｍ²）当たり約０．３０〜約２．６ポンド（約１．３６×１０^-1〜１１．８×１０^-1ｋｇ）の量で存在する請求項４に記載の食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
7. 前記フレークはインピーダンス整合手段の３０００平方フィート（約２．７９×１０²ｍ²）当たり約０．３０〜約１．８ポンド（約１．３６×１０^-1〜８．１７×１０^-1ｋｇ）の量で存在する請求項６に記載の食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
8. 前記フレークはインピーダンス整合手段の３０００平方フィート当たり約０．３０〜約２．６ポンド（約１．３６×１０^-1〜１１．８×１０^-1ｋｇ）の量で存在する請求項５に記載の食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
9. 前記フレークはインピーダンス整合手段の３０００平方フィート（約２．７９×１０²ｍ²）当たり約０．３０〜約１．８ポンド（約１．３６×１０^-1〜８．１７×１０^-1ｋｇ）の量で存在する請求項８に記載の食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
10. 前記フレークは約１００〜５００Åの範囲内の厚さを有する請求項４に記載の食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
11. 前記フレークは約１００〜２００Åの範囲内の厚さを有する請求項１０に記載の食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
12. 前記インピーダンス整合手段は約３０〜約７０重量パーセントのフレークを有する請求項８に記載の食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
13. 前記インピーダンス整合手段は約７０重量パーセントのフレークを有する請求項１２に記載の食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
14. 前記フレークは、（ａ）支持体へ塗布された可溶性ポリマコーティング上にアルミニウム金属層を蒸着するステップと、（ｂ）支持体からアルミニウム金属層を剥離するステップと、によって形成される請求項２に記載の食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
15. 前記可溶性ポリマコーティング上に蒸着されたアルミニウム金属は約１乃至４の範囲内の光学密度を有する請求項１４に記載の食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
16. 前記底部パネル、頂部パネル及び側面パネルのうちの少なくとも１つの前記表面は紙又は板紙を含む請求項４に記載の食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
17. 前記インピーダンス整合手段は食品上方で前記頂部パネル上に配置される請求項１６に記載の食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
18. 前記インピーダンス整合手段は前記食品よりも約１／８インチ乃至５／８インチ（約３．１８ｍｍ乃至１５．８８ｍｍ）上方に配置される請求項１７に記載の食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
19. 前記インピーダンス整合手段は前記パッケージ内に保持される食品よりも直径方向に小さい請求項１８に記載の食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
20. 前記インピーダンス整合手段は楕円形状である請求項１９に記載の食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
21. （ａ）底部パネル及び頂部パネルと該底部パネル及び該頂部パネルを結合する側面パネルとを有する食品受容キャビティを形成する、実質的にマイクロ波エネルギ透過性のパッケージ本体と、
    （ｂ）パッケージに入るマイクロ波エネルギをインピーダンス整合させるために前記パネルのうちの少なくとも１つの表面に設けられ、中心部、周辺部を有するインピーダンス整合手段であって、熱を生成するためにマイクロ波エネルギと相互作用を起こすことなく、食品の温度を上昇させるように、インピーダンス整合されたマイクロ波エネルギの焦点を食品へ向けて合わせるために、前記中心部が前記周辺部の厚さよりも厚くなるような凸形状であるインピーダンス整合手段と、を備えた食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
22. 前記インピーダンス整合手段は前記食品の上方で前記頂部パネル上に配置される請求項２１に記載の食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
23. 前記インピーダンス整合手段は誘電性バインダに埋め込まれた概して平面状の複数のフレークを含む請求項２２に記載の食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
24. 前記フレークは約８〜７５マイクロメートルの範囲内の最長平均寸法を有するアルミニウムを含む請求項２３に記載の食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
25. 前記フレークは少なくとも約１０００のアスペクト比を有する請求項２４に記載の食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
26. 前記インピーダンス整合手段は少なくとも約４０００の誘電率を有する請求項２４に記載の食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
27. 前記フレークは、（ａ）支持体へ塗布された可溶性ポリマコーティング上にアルミニウム金属層を蒸着するステップと、（ｂ）支持体からアルミニウム金属層を剥離するステップと、によって形成される請求項２４に記載の食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
28. 前記可溶性ポリマコーティング上に蒸着されたアルミニウム金属は約１乃至４の範囲内の光学密度を有する請求項２７に記載の食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
29. 前記インピーダンス整合手段は前記パッケージ内に保持される食品よりも直径方向に小さい請求項２８に記載の食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
30. 熱を生成するためにマイクロ波エネルギと相互作用を起こさずにマイクロ波エネルギをインピーダンス整合させるための複合材料であって、（ａ）実質的にマイクロ波エネルギ透過性の基板と、（ｂ）誘電性バインダに埋め込まれた概して平面状の複数のフレークを含み、マイクロ波エネルギをインピーダンス整合させるために基板の少なくとも一部に設けられたインピーダンス整合手段であって、前記フレークは約８〜７５マイクロメートルの範囲内の最長平均寸法を有するアルミニウムを含むインピーダンス整合手段と、を備えたインピーダンス整合のための複合材料。
31. 前記フレークは少なくとも約１０００のアスペクト比を有する請求項３０に記載のインピーダンス整合のための複合材料。
32. 前記インピーダンス整合手段は少なくとも約４０００の誘電率を有する請求項３０に記載のインピーダンス整合のための複合材料。
33. 前記フレークは約０．７ｉ〜２．０ｉの範囲内の容量性ｘ値を有する請求項３２に記載のインピーダンス整合のための複合材料。
34. 前記フレークはインピーダンス整合手段の３０００平方フィート（約２．７９×１０²ｍ²）当たり約０．３０〜約２．６ポンド（約１．３６×１０^-1〜１１．８×１０^-1ｋｇ）の量で存在する請求項３３に記載のインピーダンス整合のための複合材料。
35. 前記フレークはインピーダンス整合手段の３０００平方フィート（約２．７９×１０²ｍ²）当たり約０．３０〜約１．８ポンド（約１．３６×１０^-1〜８．１７×１０^-1ｋｇ）の量で存在する請求項３４に記載のインピーダンス整合のための複合材料。
36. 前記フレークは約１００〜５００Åの範囲内の厚さを有する請求項３４に記載のインピーダンス整合のための複合材料。
37. 前記フレークは約１００〜２００Åの範囲内の厚さを有する請求項３６に記載のインピーダンス整合のための複合材料。
38. 前記インピーダンス整合手段は約３０〜約７０重量パーセントのフレームを有する請求項３４に記載のインピーダンス整合のための複合材料。
39. 前記インピーダンス整合手段は約７０重量パーセントのフレームを有する請求項３８に記載のインピーダンス整合のための複合材料。
40. 前記基板は紙、板紙又はプラスチックフィルムである請求項３８に記載のインピーダンス整合のための複合材料。
41. 前記フレークは、（ａ）支持体へ塗布された可溶性ポリマコーティング上にアルミニウム金属層を蒸着するステップと、（ｂ）支持体からアルミニウム金属層を剥離するステップと、によって形成される請求項３４に記載のインピーダンス整合のための複合材料。
42. 前記可溶性ポリマコーティング上に蒸着されたアルミニウム金属は約１乃至４の範囲内の光学密度を有する請求項４１に記載のインピーダンス整合のための複合材料。
43. 前記インピーダンス整合手段は前記頂部パネル上に配置されている、請求項１に記載の食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
44. 前記インピーダンス整合手段は前記頂部パネル上の中央部に配置されている、請求項４３に記載の食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
45. 前記インピーダンス整合手段は前記頂部パネル上に配置されている、請求項２１に記載の食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
46. 前記インピーダンス整合手段は前記頂部パネル上の中央部に配置されている、請求項４５に記載の食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
47. 前記インピーダンス整合手段は前記基板の頂面上に配置されている、請求項３０に記載の複合材料。
48. 前記インピーダンス整合手段は前記基板の頂面上の中央部に配置されている、請求項４７に記載の複合材料。

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