WO2024014151A1 - マイクロ波照射装置、マイクロ波照射方法及び食品の製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a microwave irradiation device, a microwave irradiation method, and a food manufacturing method.
- heating devices are known that dielectrically heat an irradiated object by irradiating the irradiated object with microwaves. For efficient heating, it is necessary to match impedance so that energy is input to the irradiated object.
- impedance matching When heating an irradiated object by irradiating microwaves onto the irradiated object using a directional antenna without using a waveguide or the like, it is necessary to devise impedance matching.
- Patent Document 1 discloses that in consideration of such impedance matching, an irradiated object and an antenna are repeatedly moved closer and farther away in order to improve heating efficiency in a microwave heating device. An example of the moving distance at this time is shown to be in the range of several mm.
- the impedance matching disclosed in Patent Document 1 can be said to be fine adjustment.
- impedance matching is achieved by matching the output frequency of a microwave oscillator that generates microwaves to the resonant frequency of the irradiated object, in order to widen the output frequency range of a high-output oscillator, it is necessary to However, the frequency range that can be varied is limited because it involves reduced efficiency, increased size, and increased cost. For example, if the type or number of objects to be irradiated is changed, or if the position of the objects to be irradiated changes significantly, a different impedance matching mechanism is required.
- An external matching device for impedance matching may be connected to the device to achieve impedance matching.
- the resonant frequency is adjusted using the entire device as a load, so matching not only with the object to be irradiated but also with other parts of the device may be lost.
- An object of the present invention is to obtain good impedance matching with an object to be irradiated in microwave irradiation.
- a microwave irradiation device includes: a holder configured to hold an object to be irradiated at a holding position; a power supply device configured to communicate with an oscillator;
- the antenna is configured to irradiate microwaves by power feeding through conduction through the antenna, and includes a directional feeding antenna with an irradiation axis directed toward the holding position, and a feeding antenna facing the feeding antenna with the holding position in between. and a parasitic antenna which has directivity but is not fed with power and is arranged with its irradiation axis directed toward the holding position.
- good impedance matching with the object to be irradiated can be obtained in microwave irradiation.
- FIG. 1 is a diagram schematically showing an outline of a basic configuration example of a microwave irradiation device according to a first embodiment.
- FIG. 2A is a diagram schematically showing the relationship between return loss and frequency when there is no parasitic antenna in FIG. 1.
- FIG. 2B is a diagram schematically showing the relationship between return loss and frequency when a parasitic antenna is adjusted and provided at an appropriate position.
- FIG. 3A is a diagram schematically showing an example in which one antenna is provided as a feeding antenna and one antenna is provided as a parasitic antenna.
- FIG. 3B is a diagram schematically showing an example in which two antennas are provided as feeding antennas and one antenna is provided as a parasitic antenna.
- FIG. 1 is a diagram schematically showing an outline of a basic configuration example of a microwave irradiation device according to a first embodiment.
- FIG. 2A is a diagram schematically showing the relationship between return loss and frequency when there is no parasitic antenna in FIG. 1.
- FIG. 2B is a
- FIG. 3C is a diagram schematically showing an example in which two antennas are provided as feeding antennas and two antennas are provided as parasitic antennas.
- FIG. 4 is a diagram schematically showing the positional relationship between the first feeding loop antenna, the first parasitic loop antenna, and the irradiated object in Experimental Example 1.
- FIG. 5 is a diagram showing the values of resonance frequency and return loss with respect to the distance from the first fed loop antenna to the first parasitic loop antenna, which were measured in Experimental Example 1.
- FIG. 6 is a diagram schematically showing the positional relationship between the first feeding loop antenna, the second feeding loop antenna, the first parasitic loop antenna, and the irradiated object in Experimental Example 2.
- FIG. 4 is a diagram schematically showing the positional relationship between the first feeding loop antenna, the first parasitic loop antenna, and the irradiated object in Experimental Example 1.
- FIG. 7 is a diagram showing the value of the resonant frequency with respect to the distance from the first feeding loop antenna to the first parasitic loop antenna, which was measured in Experimental Example 2.
- FIG. 8 is a diagram schematically showing the positional relationship of the first feeding loop antenna, the second feeding loop antenna, the first parasitic loop antenna, the second parasitic loop antenna, and the irradiated object in Experimental Example 3.
- FIG. 9 is a diagram showing the value of the resonant frequency with respect to the distance from the feeding antenna to the parasitic antenna, which was measured in Experimental Example 3.
- FIG. 10 is a diagram schematically showing the positional relationship between the first feeding loop antenna, the second feeding loop antenna, and the irradiated object in the comparative experimental example.
- FIG. 11 shows the value of the resonant frequency with respect to the distance between the first feeding loop antenna and the second feeding loop antenna, which was measured in the comparative experimental example.
- FIG. 12 is a diagram schematically showing the positional relationship between the first feeding antenna, the first parasitic antenna, and the irradiated object in Experimental Example 4.
- FIG. 13 is a plan view schematically showing the basic configuration of a part of an example of the microwave irradiation device according to the second embodiment.
- FIG. 14 is a diagram schematically showing an outline of a basic configuration example of a microwave irradiation device according to a third embodiment.
- FIG. 15 is a diagram schematically showing the arrangement of antennas, etc. according to Experimental Example 5.
- FIG. 12 is a diagram schematically showing the positional relationship between the first feeding antenna, the first parasitic antenna, and the irradiated object in Experimental Example 4.
- FIG. 13 is a plan view schematically showing the basic configuration of a part of an example of the microwave irradiation device according
- FIG. 16 is a diagram showing the value of the resonant frequency with respect to the distance and length of two auxiliary antennas.
- FIG. 17 is a diagram showing simulation results of the temperature distribution of the irradiated object when the irradiated object is heated by the microwave irradiation apparatus of each configuration.
- FIG. 18 is a diagram showing changes in resonance frequency when one irradiated object is transported.
- FIG. 19 is a diagram showing changes in resonance frequency when three objects to be irradiated are transported.
- the microwave irradiation device of this embodiment is configured to irradiate an object with microwaves to internally heat the object.
- this microwave irradiation device uses a directional antenna and directs the directional irradiation axis toward the object to irradiate the microwave.
- the object to be irradiated may be, but is not limited to, food, for example. Therefore, this microwave irradiation device and the microwave irradiation method using the same can be used, for example, in the production of foods including packaged foods.
- the microwave irradiation device of this embodiment has an excellent impedance matching function. In particular, appropriate impedance matching can be obtained with the same device even in various situations where the type, number, position, etc. of objects to be irradiated are greatly different, and efficient heating can be realized with the same device.
- FIG. 1 is a diagram schematically showing an outline of a basic configuration example of a microwave irradiation device 1 according to the present embodiment.
- the microwave irradiation device 1 is configured to successively heat the irradiation target 90 that is transported by the transport device 85.
- the conveyance device 85 is, for example, a belt conveyor.
- the conveying device 85 has a belt 86 that moves in its longitudinal direction.
- the object 90 to be irradiated is placed at a holding position on the belt 86 and is conveyed in the longitudinal direction of the belt 86 .
- the transport device 85 functions as a holder that holds the irradiated object 90 at the holding position.
- the microwave irradiation device 1 includes a feeding antenna 40 configured to irradiate microwaves onto an irradiation target 90 transported by a transport device 85.
- the feeding antenna 40 is, for example, a directional antenna such as a loop antenna.
- the microwave irradiation device 1 has two loop antennas as the feeding antenna 40, that is, a first feeding loop antenna 41 and a second feeding loop antenna 42.
- the number of feeding loop antennas may be changed as appropriate.
- the first feeding loop antenna 41 and the second feeding loop antenna 42 are formed of, for example, a metal member having a length corresponding to one wavelength of the microwave to irradiate, and this metal member has, for example, an annular shape. ing.
- the metal member is not limited to a circular ring, and may have other annular shapes such as a square. Both ends of this metal member serve as power feeding points.
- a coaxial cable 21 as a power supply device is connected to this power supply point. High frequency power is fed from the oscillator 10 to the first feeding loop antenna 41 and the second feeding loop antenna 42 via this coaxial cable 21.
- the center of an aperture formed by a metal member serves as a radio wave irradiation source, and the aperture serves as an irradiation surface, and microwaves are radiated in both directions along an irradiation axis perpendicular to the aperture.
- the microwave irradiation device 1 is configured such that the object 90 to be irradiated is conveyed through the center of the aperture surface that is the irradiation surface of the first feeding loop antenna 41 and the second feeding loop antenna 42. Therefore, the belt 86 of the conveyance device 85 is provided so as to pass through the opening surfaces of the first feeding loop antenna 41 and the second feeding loop antenna 42.
- the irradiation surfaces of the first feeding loop antenna 41 and the second feeding loop antenna 42 are arranged perpendicularly to the longitudinal direction of the belt 86, and the directional irradiation of the first feeding loop antenna 41 and the second feeding loop antenna 42 is performed.
- the axis is arranged parallel to the longitudinal direction of belt 86. In this embodiment, the directional irradiation axis of the feeding antenna 40 will be referred to as a reference axis.
- the oscillator 10 outputs high frequency power according to the frequency of the microwave.
- the frequency is, for example, but not limited to, 450 MHz, 915 MHz, or 2.45 GHz.
- the output frequency of the oscillator 10 can be adjusted to some extent, but the range is limited.
- the oscillator 10 or its associated device has the function of monitoring reflected power.
- the microwave irradiation device 1 includes a parasitic antenna 50 for the above-mentioned impedance matching.
- the microwave irradiation device 1 includes one loop antenna, that is, a first parasitic loop antenna 51 as the parasitic antenna 50 .
- the number of parasitic loop antennas may be changed as appropriate.
- the first parasitic loop antenna 51 has the same configuration as the first power-fed loop antenna 41 and the like, except that the coaxial cable 21 is not connected and power is not fed thereto. That is, the first parasitic loop antenna 51 is formed of a metal member having a length corresponding to one wavelength of microwave, and this metal member has a ring shape or the like. The first parasitic loop antenna 51 is not grounded. The first parasitic loop antenna 51 is provided so that the irradiated object 90 passes through the center of the opening of the first parasitic loop antenna 51 and the belt 86 of the conveying device 85 passes through the opening. . The first parasitic loop antenna 51 is provided perpendicular to the longitudinal direction of the belt 86, that is, perpendicular to the reference axis. Therefore, the irradiation axis of the first parasitic loop antenna 51 is provided along the reference axis.
- the parasitic antenna 50 is installed so as to be movable along the reference axis. As will be described later, by moving the parasitic antenna 50 along the reference axis, the resonance frequency with the object 90 of the microwave irradiation device 1 as a load changes. In the microwave irradiation device 1, the position of the parasitic antenna 50 is adjusted along the reference axis for impedance matching. In this way, although the position of the irradiated object 90 is changed by the transport device 85 and the parasitic antenna 50 moves along the reference axis, the irradiation axes of the fed antenna 40 and the parasitic antenna 50 are It is directed toward the holding position of the conveying device 85 to be held.
- the microwave irradiation device 1 includes a position adjustment mechanism 60.
- the position adjustment mechanism 60 includes a support portion 62 that supports the parasitic antenna 50, and a rail 63 that supports the support portion 62 so as to be movable along the reference axis.
- the position adjustment mechanism 60 includes a control section 61 that controls the position of the support section 62 on the rail 63.
- the control unit 61 is also connected to the oscillator 10 and acquires information about the return loss measured by the oscillator 10.
- the configuration of the position adjustment mechanism 60 shown here is an example, and the position adjustment mechanism 60 may have any configuration as long as it can change the position of the parasitic antenna 50.
- the position adjustment mechanism 60 does not need to be able to continuously change the position of the parasitic antenna 50.
- the position adjustment mechanism 60 may be such that a user manually adjusts and fixes the position of the parasitic antenna 50.
- the position adjustment mechanism 60 may be configured to be able to change the position of the feeding antenna 40 as well. That is, the position adjustment mechanism 60 may be of any type as long as it is configured to change the relative distance between the feeding antenna 40 and the parasitic antenna 50.
- the position adjustment mechanism 60 may be a fixture that can fix the feed antenna 40 or the parasitic antenna 50 so that the position thereof can be changed.
- it is more preferable that the position of the feeding antenna 40 is fixed and the position of the parasitic antenna 50 is changed.
- the microwave irradiation device 1 includes a metal casing 80 for shielding microwaves. That is, the feeding antenna 40 and the parasitic antenna 50 are covered with a metal housing 80. Further, the belt 86 of the conveying device 85 passes through the metal casing 80. More specifically, the metal casing 80 includes a main casing 81. The feeding antenna 40 and the parasitic antenna 50 are arranged inside the main housing 81. A through hole through which the belt 86 passes is provided on both sides of the main housing 81. Each of the through holes is connected to a side housing 82 having a size that allows the belt 86 and the irradiated object 90 placed thereon to pass therethrough.
- FIG. 2A schematically shows the relationship between return loss and frequency when parasitic antenna 50 is not provided, that is, when parasitic antenna 50 is not provided in FIG. 1.
- FIG. 2B schematically shows the relationship between return loss and frequency when the parasitic antenna 50 is adjusted and provided at an appropriate position. Such a relationship can generally be easily obtained using a network analyzer or the like. It is assumed that the range of 445 MHz to 465 MHz shown by hatching in these figures is the frequency range that the oscillator 10 can output.
- the resonant frequencies are the resonant frequencies.
- the peak indicated by (a) in the figure is the resonance frequency related to the irradiated object 90.
- the resonant frequency related to the irradiated object 90 shown in (a) is outside the frequency range that can be output by the oscillator 10, which is shown in shaded areas.
- the resonant frequency related to the irradiated object 90 shown in (a) is within the frequency range that can be output by the oscillator 10 shown by the shaded area. . If the resonant frequency with the irradiated object 90 as a load is within the output frequency range of the oscillator 10, the output frequency can be made to match this resonant frequency by adjusting the oscillator 10. In such a case, the object 90 to be irradiated can be efficiently heated.
- the operation of the microwave irradiation device 1 of this embodiment will be explained.
- the high frequency power output from the oscillator 10 is supplied to the feeding antenna 40 via the coaxial cable 21.
- the feeding antenna 40 radiates microwaves based on this feeding.
- the position of the parasitic antenna 50 is adjusted in order to match the impedance according to the irradiated object 90.
- microwave irradiation is performed with the irradiated object 90 disposed between the feeding antenna 40 and the parasitic antenna 50, and reflection loss is monitored.
- the control unit 61 acquires the return loss value measured by the oscillator 10 etc., and the position adjustment mechanism 60 adjusts the parasitic antenna so that the resonance frequency of the irradiated object 90 falls within the output frequency range of the oscillator 10. Adjust the position of 50.
- the microwave irradiation device 1 After impedance matching is performed, the microwave irradiation device 1 is used. That is, heating of the object 90 to be irradiated using the microwave irradiation device 1 is performed.
- the objects 90 to be irradiated are transported one after another to a heating position between the feeding antenna 40 and the parasitic antenna 50 by the transport device 85, and the objects 90 are successively dielectrically heated by the microwave irradiation from the feeding antenna 40. heated.
- the transport device 85 may be moved intermittently so that the object 90 to be irradiated stops at the heating position, or the transport device 85 may be moved continuously so that the object 90 to be irradiated passes through the heating position over a sufficient period of time. may be moved by
- an example has been shown in which an operation related to impedance matching is performed before using the microwave irradiation device 1, but the present invention is not limited to this.
- An operation related to impedance matching may be performed while the microwave irradiation device 1 is in use.
- the above-mentioned microwave irradiation device 1 can have several patterns in which the numbers of feeding antennas 40 and parasitic antennas 50 are different. Three non-limiting examples are shown in FIGS. 3A-3C.
- one antenna that is, the first feeding loop antenna 41 is provided as the feeding antenna 40
- one parasitic antenna that is, the first parasitic loop antenna 51 is provided as the parasitic antenna 50.
- the first parasitic loop antenna 51 is configured to be movable along the reference axis.
- the feeding antenna 40 that is, the first feeding loop antenna 41 and the second feeding loop antenna 42
- one parasitic antenna is provided as the parasitic antenna 50, that is, the first feeding loop antenna 42.
- a feeding loop antenna 51 is provided.
- the first parasitic loop antenna 51 is arranged between the first feeding loop antenna 41 and the second feeding loop antenna 42 .
- the first parasitic loop antenna 51 is configured to be movable between the first fed loop antenna 41 and the second fed loop antenna 42 along the reference axis.
- two antennas are provided as the feeding antenna 40, that is, the first feeding loop antenna 41 and the second feeding loop antenna 42, and two parasitic antennas are provided as the parasitic antenna 50, that is, the first feeding loop antenna 42.
- a feeding loop antenna 51 and a second parasitic loop antenna 52 are provided.
- the first parasitic loop antenna 51 and the second parasitic loop antenna 52 are arranged between the first feeding loop antenna 41 and the second feeding loop antenna 42 .
- the first parasitic loop antenna 51 and the second parasitic loop antenna 52 are configured to be movable between the first feeding loop antenna 41 and the second feeding loop antenna 42, respectively, along the reference axis.
- the first fed loop antenna 41 and the first parasitic loop antenna 51 form a pair
- the second fed loop antenna 42 and the second parasitic loop antenna 52 form a pair. is forming.
- the first parasitic loop antenna 51 is arranged between the second parasitic loop antenna 42 and the second parasitic loop antenna 52
- the second parasitic loop antenna 52 is arranged between the first parasitic loop antenna 41 and the first parasitic loop antenna 52. It has a positional relationship in that it is arranged between the loop antenna 51 and the loop antenna 51 .
- the main housing 81 is made of aluminum material, and its dimensions are 440 mm in length along the conveyance direction, 350 mm in width perpendicular to the conveyance direction, and 400 mm in height. mm.
- Each of the side casings 82 was made of aluminum and had dimensions of 250 mm in length, 220 mm in width, and 80 mm in height.
- a resin belt 86 of a conveying device 85 was provided to pass through the metal casing 80, and its width was 150 mm.
- a circular first feeding loop antenna 41 was provided inside the main housing 81 so that the belt 86 penetrated therethrough.
- the first feeding loop antenna 41 was made of aluminum, and had an inner diameter of 232 mm, an outer diameter of 258 mm, and a thickness of 2 mm.
- the oscillator 10 was connected to the first feeding loop antenna 41 via the coaxial cable 21.
- a circular first parasitic loop antenna 51 is provided inside the main housing 81 so that the belt 86 passes through it.
- the first parasitic loop antenna 51 was made of aluminum, and had an inner diameter of 232 mm, an outer diameter of 258 mm, and a thickness of 2 mm.
- the object to be irradiated 90 was a polypropylene (PP) cup with a diameter of 85 mm filled with 140 g of potato salad.
- the object 90 to be irradiated was placed on the belt 86 such that the distance from the first feeding loop antenna 41 was 167 mm ( ⁇ /4).
- RL 20 log 10 (b 1 /a 1 )
- a 1 is the square root of the input power
- b 1 is the square root of the reflected power.
- FIG. 4 schematically illustrates the positional relationship between the first fed loop antenna 41, the first parasitic loop antenna 51, and the irradiated object 90 described above. Measurements were carried out under various conditions in which the distance between the first parasitic loop antenna 51 and the first fed loop antenna 41 was 42 mm, 83 mm, 125 mm, 167 mm, 208 mm, 250 mm, 292 mm, and 333 mm. Ta. That is, measurements were performed by placing the first parasitic loop antenna 51 at each position (a) to (h) indicated by broken lines in FIG.
- the initial temperature of the irradiated object 90 was set to 10° C.
- the output was set to 150 W
- the temperature was measured after heating for 5 minutes.
- FIG. 5 shows the values of the resonance frequency and return loss with respect to the distance from the first fed loop antenna 41 to the first parasitic loop antenna 51.
- the resonant frequency was lowest at 451 MHz when the distances from the first parasitic loop antenna 51 to the first fed loop antenna 41 were 167 mm and 208 mm.
- the resonance frequency became higher as the distance from the first parasitic loop antenna 51 to the first fed loop antenna 41 became smaller from 167 mm to 42 mm.
- the resonant frequency became higher.
- the reflection loss was almost constant when the distance from the first parasitic loop antenna 51 to the first fed loop antenna 41 was 167 mm or less, and when the distance was from 167 mm to 333 mm, the larger the distance, the smaller the reflection loss.
- the distance from the first feeding loop antenna 41 to the first parasitic loop antenna 51 is 167 mm.
- the irradiated object 90 is placed outside between the two antennas, the first fed loop antenna 41 and the first parasitic loop antenna 51.
- the distance from the first fed loop antenna 41 to the first parasitic loop antenna 51 is greater than 167 mm, the irradiated object 90 is located between the first fed loop antenna 41 and the first parasitic loop antenna 51. is placed inside.
- the temperature of the irradiated object 90 after heating was measured when the resonant frequency was 455 MHz, the median of the output frequency range of the oscillator 10, which is 445 MHz to 465 MHz. That is, the temperature of the heated object 90 was measured when the distance from the first feeding loop antenna 41 to the first parasitic loop antenna 51 was 125 mm and 241 mm. When the distance between the antennas was 125 mm, the return loss was -8 dB, and when the distance between the antennas was 241 mm, the return loss was -12 dB.
- the temperature was 32°C when the distance between the antennas was 125 mm, and 74°C when the distance between the antennas was 241 mm. From this, when the irradiated object 90 is placed between the fed antenna 40 and the parasitic antenna 50, and when the resonance frequencies are matched and impedance matching is achieved, the reflection loss is small and the heating efficiency is improved. it was thought.
- Example 2 Using the microwave irradiation device 1 having the configuration shown in FIG. 3B, that is, two feeding antennas 40, the first feeding loop antenna 41 and the second feeding loop antenna 42, and one first parasitic loop antenna 51. Using the microwave irradiation device 1 provided, the resonance frequency was measured with the object 90 to be irradiated as a load when changing the position of the first parasitic loop antenna 51.
- the experiment was conducted under the same conditions as in Experimental Example 1 except for the arrangement of the feeding antenna 40. That is, the configurations of the metal casing 80, belt 86, etc. are the same as in Experimental Example 1.
- the first feeding loop antenna 41 and the second feeding loop antenna 42 had the same configuration as the first feeding loop antenna 41 of Experimental Example 1.
- the first parasitic loop antenna 51 had the same configuration as the first parasitic loop antenna 51 of Experimental Example 1.
- the distance between the first feeding loop antenna 41 and the second feeding loop antenna 42 was set to 333 mm.
- the oscillator 10 was connected to the first feeding loop antenna 41 and the second feeding loop antenna 42 via the coaxial cable 21.
- the frequency of the output power of the oscillator 10 was 450 MHz, and power was fed to the first feeding loop antenna 41 and the second feeding loop antenna 42 in the same phase.
- the object to be irradiated 90 was a polypropylene (PP) cup with a diameter of 85 mm filled with 140 g of potato salad, as in Experimental Example 1.
- the irradiated object 90 is placed at an intermediate position between the first feeding loop antenna 41 and the second feeding loop antenna 42, that is, at a distance of 167 mm from the first feeding loop antenna 41 and the second feeding loop antenna 42, respectively. It was placed on the belt 86.
- PP polypropylene
- the resonance frequency was measured under various conditions in which the distance between the first parasitic loop antenna 51 and the first fed loop antenna 41 was 167 mm, 208 mm, 250 mm, and 292 mm. Furthermore, the resonant frequency was measured under the same conditions except that the first parasitic loop antenna 51 was not disposed.
- FIG. 6 schematically illustrates the positional relationship among the first feeding loop antenna 41, the second feeding loop antenna 42, the first parasitic loop antenna 51, and the irradiated object 90.
- a first parasitic loop antenna 51 was placed at each position (a) to (d) indicated by the broken line.
- the distance between the first parasitic loop antenna 51 and the feeding antenna 40 is set so that the irradiated object 90 is placed between the feeding antenna 40 and the parasitic antenna 50. Rather, it is defined as the distance between the first fed loop antenna 41 and the first parasitic loop antenna 51.
- FIG. 7 shows the value of the resonant frequency with respect to the distance from the first feed loop antenna 41 to the first parasitic loop antenna 51. Furthermore, when the first parasitic loop antenna 51 was not arranged, the resonant frequency was 513 MHz, and this value is shown by a broken line in FIG. In both cases, when the first parasitic loop antenna 51 was arranged, the resonant frequency was lower than when the first parasitic loop antenna 51 was not arranged.
- the resonant frequency was lowest at 460 MHz when the distance from the first parasitic loop antenna 51 to the first fed loop antenna 41 was 167 mm.
- the resonant frequency would deviate significantly from the oscillator 10's possible oscillation frequency of 445 MHz to 465 MHz, but by placing the first parasitic loop antenna 51, the resonant frequency of the oscillator 10 could be It has become clear that it is possible to set the frequency within the range of possible oscillation.
- the experiment was conducted under the same conditions as in Experimental Example 2 except for the arrangement of the parasitic antenna 50. That is, the configurations of the metal casing 80, belt 86, etc. are the same as in Experimental Example 2.
- the first feeding loop antenna 41 and the second feeding loop antenna 42 had the same configuration as the first feeding loop antenna 41 and the second feeding loop antenna 42 of Experimental Example 2.
- the interval between the first feeding loop antenna 41 and the second feeding loop antenna 42 was set to 333 mm.
- the first parasitic loop antenna 51 and the second parasitic loop antenna 52 had the same configuration as the first parasitic loop antenna 51 of Experimental Example 2.
- the object to be irradiated 90 was a polypropylene (PP) cup with a diameter of 85 mm filled with 140 g of potato salad, as in Experimental Example 2.
- the object to be irradiated 90 is placed at an intermediate position between the first feeding loop antenna 41 and the second feeding loop antenna 42, that is, at a distance of 167 mm from the first feeding loop antenna 41 and the second feeding loop antenna 42, respectively. It was placed on the belt 86.
- FIG. 8 schematically illustrates the positional relationship among the first feeding loop antenna 41, the second feeding loop antenna 42, the first parasitic loop antenna 51, the second parasitic loop antenna 52, and the irradiated object 90.
- a first parasitic loop antenna 51 and a second parasitic loop antenna 52 were placed at each position (a) to (c) indicated by broken lines.
- the distance between the parasitic antenna 50 and the feeding antenna 40 is defined such that the object 90 to be irradiated is placed between the feeding antenna 40 and the parasitic antenna 50.
- FIG. 9 shows the value of the resonant frequency with respect to the distance from the feeding antenna 40 to the parasitic antenna 50. Furthermore, when the parasitic antenna 50 was not arranged, the resonant frequency was 513 MHz, and this value is shown by the broken line in FIG. In either case, when the parasitic antenna 50 was arranged, the resonant frequency was lower than when the parasitic antenna 50 was not arranged. The resonance frequency became higher as the distance from the feeding antenna 40 to the parasitic antenna 50 became larger. This trend was similar to the results of Experimental Examples 1 and 2. However, even if the distance from the feeding antenna 40 to the parasitic antenna 50 is the same, Experimental Example 3 with two parasitic loop antennas has more resonance than Experimental Example 2 with one parasitic loop antenna. The frequency was dropping. In other words, the resonant frequency could be adjusted by changing the number of parasitic antennas arranged.
- the resonant frequency will deviate significantly from the oscillation possible frequency of 445 MHz to 465 MHz of the oscillator 10, but by disposing the first parasitic loop antenna 51 and the second parasitic loop antenna 52. It has become clear that it is possible to set the resonant frequency within the range of oscillation frequencies of the oscillator 10.
- the experiment was conducted under the same conditions as Experimental Example 2, except that the parasitic antenna 50 was not disposed and the distance between the first feeding loop antenna 41 and the second feeding loop antenna 42 was changed. That is, the configurations of the metal casing 80, belt 86, etc. are the same as in Experimental Example 2.
- the first feeding loop antenna 41 and the second feeding loop antenna 42 had the same configuration as the first feeding loop antenna 41 and the second feeding loop antenna 42 of Experimental Example 2.
- the object to be irradiated 90 was a polypropylene (PP) cup with a diameter of 85 mm filled with 140 g of potato salad, as in Experimental Example 2.
- the object 90 to be irradiated was placed on the belt 86 so as to be at a position intermediate between the first feeding loop antenna 41 and the second feeding loop antenna 42 .
- FIG. 10 schematically illustrates the positional relationship between the first feeding loop antenna 41, the second feeding loop antenna 42, and the irradiated object 90.
- a first feeding loop antenna 41 and a second feeding loop antenna 42 were placed at each position (a) to (d) indicated by broken lines.
- FIG. 11 shows the value of the resonant frequency with respect to the distance between the first feeding loop antenna 41 and the second feeding loop antenna 42.
- the resonant frequency decreased as the distance between the antennas increased. It has become clear that the resonant frequency can be adjusted even if the distance between the first feeding loop antenna 41 and the second feeding loop antenna 42 is changed.
- the reason why the resonant frequency decreases when the distance between the antennas is increased is thought to be because the coupling between the antennas weakens. Taking this into consideration, the reason why the resonant frequency is lowered by providing the parasitic antenna 50 in this embodiment is considered to be due to the following reason. That is, a current in the opposite direction to the feeding antenna 40 is induced in the parasitic antenna 50. It is thought that this induced current in the opposite direction acts to weaken the coupling between the feeding antennas 40 and the coupling between the feeding antenna 40 and other elements. Furthermore, this effect is stronger as the parasitic antenna 50 and the feeding antenna 40 are closer together, which is considered to be the reason for the results shown in Experimental Examples 1 to 3 above.
- the resonant frequency can be adjusted by changing the distance between the first feeding loop antenna 41 and the second feeding loop antenna 42 without using the parasitic antenna 50, this requires a large change in the position of the antenna. Therefore, it is necessary to use a large metal housing 80. Further, adjusting the positions of the first feeding loop antenna 41 and the second feeding loop antenna 42 to which the coaxial cable 21 is connected is larger than adjusting the position of the parasitic antenna 50 to which the coaxial cable 21 is not connected. accompanied by difficulties. Therefore, this embodiment, in which the resonant frequency can be adjusted by adjusting the position of the parasitic antenna 50 while fixing the position of the feeding antenna 40, is superior in terms of the size of the device and the simplicity of the device configuration. Conceivable.
- Example 4 Impedance matching is performed using the microwave irradiation device 1 having the configuration shown in FIG. The relationship between the position of the irradiated object 90 and the reflection loss when the irradiated object 90 is heated was investigated.
- the length of the main housing 81 of the microwave irradiation device 1 along the transport direction was 660 mm.
- the configurations of the side housing 82, belt 86, etc. are the same as in Experimental Example 1.
- the distance between the first feeding loop antenna 41 and the first parasitic loop antenna 51 was 333 mm.
- the other configuration of the microwave irradiation device 1 was the same as in Experimental Example 1.
- the object to be irradiated 90 was a polypropylene (PP) cup with a diameter of 85 mm filled with 140 g of potato salad, as in Experimental Example 1. Three objects 90 to be irradiated were arranged on the belt 86 at a pitch of 120 mm.
- PP polypropylene
- FIG. 12 schematically shows the positional relationship between the first feeding loop antenna 41, the first parasitic loop antenna 51, and the irradiated object 90.
- the resonance frequency and the reflection at that time are Losses were measured. That is, with one of the three irradiated objects 90 placed between the first fed loop antenna 41 and the first parasitic loop antenna 51, the resonant frequency is specified, and the output frequency is set to the resonant frequency. The reflection loss was measured when the settings were made. As shown in the lower left column of FIG. 12, three irradiated objects 90 are placed between the first fed loop antenna 41 and the first parasitic loop antenna 51 while keeping the output frequency fixed at the resonant frequency. , the reflection loss at this time was measured.
- the resonance frequency and the The reflection loss was measured. That is, with the irradiated object 90 placed at a position 60 mm away from the first parasitic loop antenna 51, which is outside the first parasitic loop antenna 41 and the first parasitic loop antenna 51, the resonant frequency is set. The reflection loss was measured when the output frequency was set to the resonant frequency. With the output frequency fixed at the resonant frequency, three irradiated objects 90 are placed between the first fed loop antenna 41 and the first parasitic loop antenna 51, as shown in the lower right column of FIG. The reflection loss at this time was measured.
- the resonant frequency is 427 MHz, and the return loss at this time was -12 dB.
- the irradiated object 90 is transported with the output frequency fixed at 427 MHz, and the irradiated object 90 is placed between the first fed loop antenna 41 and the first parasitic loop antenna 51, as shown in the lower left column of FIG. Three pieces were arranged. At this time, the return loss was -18 dB, maintaining a sufficiently small return loss.
- the resonant frequency is 432 MHz.
- the return loss at this time was -12 dB.
- the irradiated object 90 is transported with the output frequency fixed at 432 MHz, and as shown in the lower right column of FIG. It was assumed that three were arranged. At this time, the reflection loss was -4.4 dB, which was a large reflection loss and poor efficiency.
- the irradiated object 90 is placed between the first feeding loop antenna 41 and the first parasitic loop antenna 51. It has become clear that by performing impedance matching with the arrangement of , it is possible to achieve efficient heating with low reflection loss.
- the belt 86 of the conveying device 85 is provided so as to pass through the feeding antenna 40 and the parasitic antenna 50, but the present invention is not limited thereto.
- FIG. 13 is a plan view schematically showing this example.
- the first feeding loop antenna 41 and the second feeding loop antenna 42 are arranged to sandwich the belt 86, and the first parasitic feeding loop antenna 41 and the second feeding loop antenna 42 are arranged between the first feeding loop antenna 41 and the second feeding loop antenna 42.
- Loop antenna 51 and second parasitic loop antenna 52 are arranged to sandwich belt 86.
- the first parasitic loop antenna 51 and the second parasitic loop antenna 52 are configured to be movable so as to change the interval between them.
- first parasitic loop antenna 51 and the second parasitic loop antenna 52 may be provided.
- first feeding loop antenna 41 and the first parasitic loop antenna 51 may be provided.
- first feeding loop antenna 41 the second feeding loop antenna 42, the first parasitic loop antenna 51, the second parasitic loop antenna 52, etc. are arranged along the belt 86. may have been done.
- the feeding antenna 40 is not limited to a loop antenna, and various directional antennas such as a microstrip antenna may be used.
- the parasitic antenna 50 is not limited to a loop antenna, and other antennas or various conductors that function as an antenna may be used.
- the position of the irradiated object 90 is changed by the transport device 85, so at least temporarily, although not always, the irradiation axes of the powered antenna 40 and the parasitic antenna 50 are held by the irradiated object 90. It is then directed to the holding position of the conveying device 85.
- the present invention is not limited to this.
- a table configured to place the object 90 on the reference axis may be provided.
- the irradiated object 90 is held on the reference axis between the feeding antenna 40 and the parasitic antenna 50, even if temporarily, such as by the belt 86 of the conveying device 85 or the stand.
- Various types of holders configured in this way are used. That is, at least temporarily, the irradiation axes of the feed antenna 40 and the parasitic antenna 50 are directed toward the holding position where the object 90 to be irradiated is held.
- a third embodiment will be described. Here, the differences from the first embodiment will be explained, and the same parts will be given the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
- another parasitic antenna may be provided.
- FIG. 14 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the microwave irradiation device 1 according to the present embodiment.
- elongated plate-shaped parasitic auxiliary antennas 56 are provided on both sides of the belt 86 in parallel with the belt 86.
- Auxiliary antenna 56 is not grounded.
- auxiliary antenna 56 When power is supplied to the power feeding antenna 40, a current is also induced in this auxiliary antenna 56. This induced current also affects the electric field around the irradiated object 90.
- the length, width, shape, number, arrangement, etc. of the auxiliary antenna 56 may be changed as appropriate. Further, the auxiliary antenna 56 may be fixed in position or may be movable. Using the auxiliary antenna 56, it is possible to adjust the state of the electric field around the irradiated object 90. Of course, this embodiment can be applied in combination with the second embodiment.
- the length of the main housing 81 of the microwave irradiation device 1 along the transport direction was 660 mm.
- the configurations of the side housing 82, belt 86, etc. are the same as in Experimental Example 2.
- the experiment was conducted under the same conditions as Experimental Example 2, except that the parasitic antenna 50 was not placed, two auxiliary antennas 56 were placed, and the interval between the auxiliary antennas 56 was changed.
- FIG. 15 is a diagram schematically showing the arrangement of antennas, etc.
- the distance between the first feeding loop antenna 41 and the second feeding loop antenna 42 was 333 mm.
- the object 90 to be irradiated was a polypropylene (PP) cup with a diameter of 85 mm filled with 140 g of potato salad, as in Experimental Example 2.
- the object 90 to be irradiated was placed on the belt 86 so as to be at a position intermediate between the first feeding loop antenna 41 and the second feeding loop antenna 42 .
- PP polypropylene
- the auxiliary antenna 56 has a width W of 20 mm and a length L of three types: 320 mm, 400 mm, and 480 mm.
- the two auxiliary antennas 56 were placed on both sides with the object 90 in between, with their longitudinal axes parallel to the irradiation axes of the first feeding loop antenna 41 and the second feeding loop antenna 42.
- the resonance frequency was measured under various conditions in which the distance D between the auxiliary antennas 56 was varied from 90 mm to 150 mm.
- FIG. 16 shows the value of the resonant frequency versus the spacing and length of the two auxiliary antennas 56.
- the resonant frequency was 489 MHz. This value is shown by a broken line in FIG. In either case where the auxiliary antenna 56 was placed, the resonant frequency was lower than when the auxiliary antenna 56 was not placed. As the distance between the auxiliary antennas 56 increased, the resonant frequency increased. As the length of the auxiliary antenna increased, the resonant frequency decreased.
- the resonant frequency could also be adjusted by changing the spacing or length of the auxiliary antenna 56 without using the parasitic antenna 50.
- the adjustment range of the interval between the auxiliary antennas 56 is limited by the size of the object to be irradiated, and changing the length requires replacing parts, resulting in complicated and discontinuous adjustment.
- FIG. 17 shows the simulation results of the temperature distribution of the irradiated object 90 when the irradiated object 90 is heated by the above-mentioned microwave irradiation device.
- the upper row shows the model used in the analysis
- the lower row shows the temperature distribution that is the analysis result.
- (a) is a case where only the feeding antenna 40 is provided without providing the parasitic antenna 50 and the auxiliary antenna 56.
- (b) is a case where the parasitic antenna 50 is not provided and the auxiliary antenna 56 is provided.
- (c) and (d) are cases where the parasitic antenna 50 is provided without providing the auxiliary antenna 56.
- (c) is a case where the parasitic antennas 50 are arranged so that the gaps 54 provided in the two parasitic antennas 50 are both on the upper side
- (d) is a case where the parasitic antennas 50 are This is a case where the parasitic antenna 50 is arranged such that one of the provided gaps 54 is on the upper side and the other is on the lower side.
- the temperature distribution changes significantly compared to the case where only the feeding antenna 40 is used as shown in (a). It has been suggested that if the auxiliary antenna 56 is provided to adjust the resonant frequency, it will even affect the temperature distribution.
- the parasitic antenna 50 shown in (c) and (d) was used, a relatively similar temperature distribution was obtained as in the case of only the feeding antenna 40 shown in (a). Therefore, it was confirmed that by using the parasitic antenna 50, the resonant frequency could be adjusted while suppressing the influence on the temperature distribution.
- a comparison between (c) and (d) suggests that the temperature distribution when a plurality of parasitic antennas 50 are used is influenced by the position of the gap 54 provided in the parasitic antennas 50.
- the number of the parasitic antennas 50 is lower than when the parasitic antennas 50 are arranged so that the gaps 54 are on the same side.
- a temperature distribution close to that obtained in the case of only 40°C was obtained. It was confirmed that by arranging the parasitic antenna 50 so that the gap 54 is on the opposite side, it is possible to adjust the resonant frequency without affecting the temperature distribution.
- the method of adjusting the resonant frequency by adjusting the position of the parasitic antenna 50 is considered to be superior in terms of simplicity of the device configuration and less influence on temperature distribution.
- the length of the main housing 81 of the microwave irradiation device 1 along the transport direction was 660 mm.
- the configurations of the side housing 82, belt 86, etc. were the same as in Experimental Example 2.
- the distance between the first feeding loop antenna 41 and the second feeding loop antenna 42 was 333 mm.
- the length of the auxiliary antenna was 480 mm, and the interval between the two auxiliary antennas was 150 mm.
- one parasitic antenna 50 is placed at the center equidistant from the two feeding antennas 40.
- the object to be irradiated 90 was a polypropylene (PP) cup with a diameter of 85 mm filled with 140 g of potato salad, as in Experimental Example 2.
- One irradiation object 90 was placed on the belt 86.
- three objects 90 to be irradiated were arranged on the belt 86 at a pitch of 120 mm.
- the center thereof was taken as the position of the object 90 to be irradiated.
- the center of one of them was set as the position of the object 90 to be irradiated.
- the object 90 to be irradiated was transported, and the resonance frequency was measured at each position of the object 90 at intervals of 82.5 mm from the end position of the main housing 81.
- FIG. 18 shows the change in resonance frequency when one irradiated object 90 is transported.
- the resonance frequency was lowest at the center of the main housing 81 of the irradiated object 90, and the highest at the ends of the main housing 81.
- the maximum value of the resonant frequency was 496 MHz
- the minimum value was 489 MHz
- the fluctuation range was 7 MHz.
- the maximum value of the resonant frequency was 488 MHz
- the minimum value was 469 MHz
- the fluctuation range was 19 MHz.
- the maximum value of the resonant frequency was 457 MHz
- the minimum value was 454 MHz
- the fluctuation range was 3 MHz. That is, when the auxiliary antenna 56 was used, the fluctuation width of the resonant frequency due to transport was larger than when only the feeding antenna 40 was used. On the other hand, when the parasitic antenna 50 was used, the fluctuation width of the resonant frequency due to transport was smaller than when only the fed antenna 40 was used.
- FIG. 19 shows the change in resonance frequency when three objects 90 to be irradiated are transported.
- the resonance frequency was lowest at the center of the main housing 81 of the irradiated object 90, and the highest at the ends of the main housing 81.
- the maximum value of the resonant frequency was 494 MHz
- the minimum value was 477 MHz
- the fluctuation range was 17 MHz.
- the maximum value of the resonant frequency was 487 MHz
- the minimum value was 461 MHz
- the fluctuation range was 26 MHz.
- the maximum value of the resonant frequency was 455 MHz
- the minimum value was 448 MHz
- the fluctuation range was 7 MHz. That is, even when there are three objects 90 to be irradiated, as in the case where there is only one object 90 to be irradiated, when the auxiliary antenna 56 is used, the resonance caused by transportation is lower than when only the feeding antenna 40 is used. The frequency fluctuation range has become larger.
- the fluctuation width of the resonant frequency due to transport was smaller than when only the fed antenna 40 was used.
- the microwave irradiation device 1 can be incorporated into processing devices for various uses or configured in an appropriate manner.
- the microwave irradiation device 1 may be used to apply pressure to the irradiated object 90, which is the hermetically packaged food, or for a period of time required for sterilization. It will be incorporated into a device that is configured to maintain heat.
- the microwave irradiation device 1 can store food in a packaging container and seal the packaging container to produce a packaged food, and the microwave irradiation device 1 can be used to heat the packaged food. It can be used in the production of foods containing.
- the shape and size of the parasitic antenna 50 are similar to those of the feeding antenna 40, but the shape and size are not limited thereto. For example, if the diameter of the parasitic loop antenna is increased, the resonant frequency will decrease, and if the diameter is decreased, the resonant frequency will increase, so the size of the parasitic antenna 50 may be changed to obtain the required frequency band. .
- the reference axis which is the directional irradiation axis of the feeding antenna 40
- the reference axis may be provided vertically or inclined relative to the horizontal, for example.
- a powered antenna 40 and a parasitic antenna 50 are provided to sandwich an irradiated object 90 that is horizontally transported by the transport device 85 from above and below, and the powered antenna 40 is used to move the irradiated object from above, below, or both.
- 90 may be irradiated with microwaves.
- the transport device 85 may transport the irradiation object 90 in the vertical direction.
- the microwave irradiation device 1 may be configured as follows. Further, the microwave irradiation device 1 may be configured such that the object 90 to be irradiated is conveyed in the vertical direction by the conveyance device 85 and passes between antennas arranged with the reference axis horizontal. . In this way, the reference axis, transport direction, etc. can be set arbitrarily.
- Microwave irradiation device 10 Oscillator 21 Coaxial cable 40 Feeding antenna 41 First feeding loop antenna 42 Second feeding loop antenna 50 Parasitic antenna 51 First parasitic loop antenna 52 Second parasitic loop antenna 56 Auxiliary antenna 60 Position adjustment mechanism 61 Control unit 62 Support unit 63 Rail 80 Metal housing 81 Main housing 82 Side housing 85 Transport device 86 Belt 90 Irradiated object
Landscapes
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Abstract
マイクロ波照射装置(1)は、被照射物を保持位置で保持するように構成された保持具と、発振器(10)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マイクロ波を照射するように構成されており、照射軸を前記保持位置に向けて配置された指向性を有する給電アンテナ(40)と、前記保持位置を挟んで給電アンテナ(40)と対向して配置されており、照射軸を前記保持位置に向けて配置された、指向性を有するが給電されない無給電アンテナ(50)とを備える。
Description
本発明は、マイクロ波照射装置、マイクロ波照射方法及び食品の製造方法に関する。
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。効率的な加熱のためには被照射物にエネルギーが入力されるようにインピーダンスを整合させる必要がある。導波管などを用いずに、指向性アンテナを用いて被照射物に向けてマイクロ波を照射して被照射物を加熱する場合、インピーダンス整合に工夫が必要である。例えば特許文献1には、このようなインピーダンス整合を考慮して、マイクロ波加熱装置における加熱効率の向上のため、被照射物とアンテナとを繰り返し近づけたり遠ざけたりすることについて開示されている。このときの移動距離の例として数mmの範囲であることが示されている。
特許文献1に開示されたインピーダンス整合は、微調整ともいえるものである。マイクロ波を発生させるマイクロ波発振器の出力周波数を被照射物の共振周波数に合わせることでインピーダンス整合する場合、高出力な発振器の出力周波数範囲を広帯域にするには、構成部品の周波数帯域の制約や、効率低下、大型化、高コスト化を伴うことから、可変できる周波数範囲は限られる。例えば、被照射物の種類や数が変更される場合や、被照射物の位置が大きく変化する場合には、別なインピーダンス整合の仕組みが必要である。
インピーダンス整合のための外部整合器を装置に接続し、それによりインピーダンス整合を図ることがある。外部整合器を用いたインピーダンス整合では、装置全体を負荷とした共振周波数の調整が行われるので、被照射物に限らず、装置の他の部分との整合がとれてしまうことがある。
本発明は、マイクロ波照射において、被照射物との良好なインピーダンス整合を得ることを目的とする。
本発明の一態様によれば、マイクロ波照射装置は、被照射物を保持位置で保持するように構成された保持具と、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マイクロ波を照射するように構成されており、照射軸を前記保持位置に向けて配置された指向性を有する給電アンテナと、前記保持位置を挟んで前記給電アンテナと対向して配置されており、照射軸を前記保持位置に向けて配置された、指向性を有するが給電されない無給電アンテナとを備える。
本発明によれば、マイクロ波照射において、被照射物との良好なインピーダンス整合が得られる。
[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。特に、このマイクロ波照射装置は、指向性アンテナを用い、その指向性照射軸を被照射物に向けてマイクロ波を照射する。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、優れたインピーダンス整合機能を有する。特に、被照射物の種類、数、位置などが大きく異なる種々の状況に対しても同一の装置によって適切なインピーダンス整合が得られ、同一の装置によって効率的な加熱が実現され得る。
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。特に、このマイクロ波照射装置は、指向性アンテナを用い、その指向性照射軸を被照射物に向けてマイクロ波を照射する。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、優れたインピーダンス整合機能を有する。特に、被照射物の種類、数、位置などが大きく異なる種々の状況に対しても同一の装置によって適切なインピーダンス整合が得られ、同一の装置によって効率的な加熱が実現され得る。
〈マイクロ波照射装置の基本構成〉
図1は、本実施形態に係るマイクロ波照射装置1の基本的な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85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85は、例えばベルトコンベアである。搬送装置85は、その長手方向に移動するベルト86を有する。被照射物90は、ベルト86の上の保持位置に置かれ、ベルト86の長手方向に搬送される。このように、本実施形態では、搬送装置85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。
図1は、本実施形態に係るマイクロ波照射装置1の基本的な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85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85は、例えばベルトコンベアである。搬送装置85は、その長手方向に移動するベルト86を有する。被照射物90は、ベルト86の上の保持位置に置かれ、ベルト86の長手方向に搬送される。このように、本実施形態では、搬送装置85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。
マイクロ波照射装置1は、搬送装置85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給電アンテナ40を備える。給電アンテナ40は、例えば、ループアンテナといった指向性のアンテナである。図1に示す例では、マイクロ波照射装置1は、給電アンテナ40として、2つのループアンテナ、すなわち、第1給電ループアンテナ41及び第2給電ループアンテナ42を有する。給電ループアンテナの数は、適宜に変更され得る。
第1給電ループアンテナ41及び第2給電ループアンテナ42は、例えば、照射するマイクロ波の一波長分の長さを有する金属部材で形成されており、この金属部材は、例えば円環形状を有している。金属部材は、円環に限らず、四角形など他の環状形状を有していてもよい。この金属部材の両端は、給電点となっている。この給電点には、給電器具としての例えば同軸ケーブル21が接続されている。第1給電ループアンテナ41及び第2給電ループアンテナ42には、この同軸ケーブル21を介して、発振器10から高周波電力が給電される。給電により、エレメントとしての金属部材に電流が流れ、第1給電ループアンテナ41及び第2給電ループアンテナ42は、電波を放射して電界を形成する。ループアンテナでは、金属部材によって形成された開口面の中心が電波の照射源となり、開口面が照射面となって開口面に垂直な照射軸に沿って両方向にマイクロ波が放射される。
マイクロ波照射装置1は、被照射物90が第1給電ループアンテナ41及び第2給電ループアンテナ42の照射面である開口面の中央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、搬送装置85のベルト86は、第1給電ループアンテナ41及び第2給電ループアンテナ42の開口面を貫通するように設けられている。第1給電ループアンテナ41及び第2給電ループアンテナ42の照射面は、ベルト86の長手方向に対して垂直に配置されており、第1給電ループアンテナ41及び第2給電ループアンテナ42の指向性照射軸は、ベルト86の長手方向と平行に配置されている。本実施形態では、給電アンテナ40の指向性照射軸を基準軸と称することにする。
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、450MHz、915MHz又は2.45GHzといったものである。発振器10の出力周波数は、ある程度調整できるが、その範囲は限られている。被照射物90を効率的に適切に加熱するためには、発振器10及び給電アンテナ40を含む発振系のインピーダンスと被照射物90のインピーダンスとを整合させる必要がある。すなわち、被照射物90を負荷とした共振周波数を発振器10の発振可能周波数の範囲内とする必要がある。発振器10又はそれに付随する装置は、反射電力を監視する機能を有する。
マイクロ波照射装置1は、上述のインピーダンス整合のために、無給電アンテナ50を備える。図1に示す例では、マイクロ波照射装置1は、無給電アンテナ50として、1つのループアンテナ、すなわち、第1無給電ループアンテナ51を有する。無給電ループアンテナの数は、適宜に変更され得る。
第1無給電ループアンテナ51は、同軸ケーブル21が接続されておらず給電されないことの他は、第1給電ループアンテナ41等と同様の構成を有する。すなわち、第1無給電ループアンテナ51は、マイクロ波の一波長分の長さを有する金属部材で形成されており、この金属部材は、円環形状等を有している。第1無給電ループアンテナ51は、接地されていない。第1無給電ループアンテナ51の開口面の中央を被照射物90が通り抜けるように、搬送装置85のベルト86がその開口面を通過するように、第1無給電ループアンテナ51が設けられている。第1無給電ループアンテナ51は、ベルト86の長手方向に対して垂直に、すなわち、上記の基準軸に対して垂直に設けられている。したがって、第1無給電ループアンテナ51の照射軸は、基準軸に沿って設けられている。
また、無給電アンテナ50は、基準軸に沿って移動可能に設置されている。後述するように、無給電アンテナ50を基準軸に沿って移動させることで、マイクロ波照射装置1の被照射物90を負荷とした共振周波数が変化する。マイクロ波照射装置1では、インピーダンス整合のため、基準軸に沿って無給電アンテナ50の位置が調整される。このように、被照射物90の位置は搬送装置85によって変化し、無給電アンテナ50は基準軸に沿って移動するものの、給電アンテナ40及び無給電アンテナ50の照射軸は、被照射物90が保持される搬送装置85の保持位置に向けられている。
無給電アンテナ50の位置を調整するために、マイクロ波照射装置1は、位置調整機構60を備える。図1に示す例では、位置調整機構60は、無給電アンテナ50を支持する支持部62と、支持部62を基準軸に沿って移動可能に支持するレール63とを有する。また、位置調整機構60は、レール63上の支持部62の位置を制御する制御部61を備える。制御部61は、発振器10とも接続されており、発振器10が測定した反射損失についての情報を取得する。
ここで示した位置調整機構60の構成は一例であり、位置調整機構60は、無給電アンテナ50の位置を変更できればどのような構成であってもよい。例えば、位置調整機構60は、連続的に無給電アンテナ50の位置を変化させることができなくてもよい。位置調整機構60は、使用者が手動で無給電アンテナ50の位置を調整して固定するようなものであってもよい。また、位置調整機構60は、給電アンテナ40の位置も変更できるように構成されていてもよい。すなわち、位置調整機構60は、給電アンテナ40と無給電アンテナ50との相対距離を変更できるように構成されていればどのようなものであってもよい。例えば、位置調整機構60は、給電アンテナ40又は無給電アンテナ50の位置を変更可能に固定できる固定具であってもよい。ただし、位置調整機構60の構成としては、給電アンテナ40の位置は固定されており、無給電アンテナ50の位置が変更されることがより好ましい。
マイクロ波照射装置1は、マイクロ波の遮蔽のため、金属筐体80を備える。すなわち、給電アンテナ40及び無給電アンテナ50は、金属筐体80で覆われている。また、搬送装置85のベルト86は、金属筐体80を通り抜けている。より詳しくは、金属筐体80は、主筐体81を備える。給電アンテナ40及び無給電アンテナ50は、主筐体81内に配置されている。主筐体81の両側面には、ベルト86が通り抜ける貫通孔が設けられている。この貫通孔のそれぞれには、ベルト86及びその上に置かれる被照射物90が通る大きさの側筐体82が接続されている。
無給電アンテナ50によるインピーダンス整合について、図2A及び図2Bを参照して説明する。図2Aは、無給電アンテナ50を設けていない場合、すなわち、図1において無給電アンテナ50が無い場合の反射損失と周波数との関係を模式的に示す。図2Bは、無給電アンテナ50を調整して適切な位置に設けた場合の反射損失と周波数との関係を模式的に示す。このような関係は、一般に、ネットワークアナライザなどを用いることで容易に得ることができる。なお、これら図中において網掛けで示した445MHz~465MHzの範囲が、発振器10が出力可能な周波数範囲であるものとする。
図2Aにおいて、いくつかのピークが認められる。これらピークが共振周波数である。これらのピークのうち、図中(a)で示したピークが、被照射物90に係る共振周波数である。無給電アンテナ50を設けていない図2Aにおいては、(a)で示した被照射物90に係る共振周波数は、網掛けで示した発振器10の出力可能周波数範囲外となっている。
これに対して、無給電アンテナ50を設けた図2Bにおいては、(a)で示した被照射物90に係る共振周波数は、網掛けで示した発振器10の出力可能周波数範囲内となっている。被照射物90を負荷とした共振周波数が発振器10の出力可能周波数範囲内となっていれば、発振器10の調整によって、出力周波数をこの共振周波数に一致させることができる。このような場合、被照射物90は効率的に加熱され得る。
〈マイクロ波照射装置の動作〉
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から出力された高周波電力は、同軸ケーブル21を介して給電アンテナ40に供給される。給電アンテナ40は、この給電に基づいて、マイクロ波を放射する。
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から出力された高周波電力は、同軸ケーブル21を介して給電アンテナ40に供給される。給電アンテナ40は、この給電に基づいて、マイクロ波を放射する。
被照射物90を変更する場合などは、被照射物90に応じたインピーダンス整合のため、無給電アンテナ50の位置の調整が行われる。このとき、被照射物90が給電アンテナ40と無給電アンテナ50との間に配置された状態で、マイクロ波の照射が行われ、反射損失が監視される。発振器10等で計測された反射損失の値を制御部61が取得し、被照射物90に係る共振周波数が発振器10の出力周波数の範囲内になるように、位置調整機構60は、無給電アンテナ50の位置を調整する。
インピーダンス整合が行われた後、マイクロ波照射装置1が使用される。すなわち、マイクロ波照射装置1を用いた被照射物90の加熱が実施される。被照射物90は、搬送装置85によって給電アンテナ40と無給電アンテナ50との間の加熱位置に次々と搬送されて、給電アンテナ40から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85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85が連続的に動かされてもよい。
ここでは、マイクロ波照射装置1の使用の前にインピーダンス整合に係る動作が行われる例を示したが、これに限らない。マイクロ波照射装置1の使用中にインピーダンス整合に係る動作が行われてもよい。
〈マイクロ波照射装置の構成例〉
上述のマイクロ波照射装置1は、給電アンテナ40及び無給電アンテナ50の数が異なるいくつかのパターンが考えられる。これに限らないが、3つの例を図3A乃至図3Cに示す。
上述のマイクロ波照射装置1は、給電アンテナ40及び無給電アンテナ50の数が異なるいくつかのパターンが考えられる。これに限らないが、3つの例を図3A乃至図3Cに示す。
図3Aに示す例は、給電アンテナ40として1つのアンテナ、すなわち、第1給電ループアンテナ41が設けられ、無給電アンテナ50として1つの無給電アンテナ、すなわち、第1無給電ループアンテナ51が設けられている例である。第1無給電ループアンテナ51は、基準軸に沿って移動できるように構成されている。
図3Bに示す例は、給電アンテナ40として2つのアンテナ、すなわち、第1給電ループアンテナ41及び第2給電ループアンテナ42が設けられ、無給電アンテナ50として1つの無給電アンテナ、すなわち、第1無給電ループアンテナ51が設けられている例である。第1無給電ループアンテナ51は、第1給電ループアンテナ41と第2給電ループアンテナ42との間に配置されている。第1無給電ループアンテナ51は、基準軸に沿って、第1給電ループアンテナ41と第2給電ループアンテナ42との間で移動できるように構成されている。
図3Cに示す例は、給電アンテナ40として2つのアンテナ、すなわち、第1給電ループアンテナ41及び第2給電ループアンテナ42が設けられ、無給電アンテナ50として2つの無給電アンテナ、すなわち、第1無給電ループアンテナ51及び第2無給電ループアンテナ52が設けられている例である。第1無給電ループアンテナ51及び第2無給電ループアンテナ52は、第1給電ループアンテナ41と第2給電ループアンテナ42との間に配置されている。第1無給電ループアンテナ51及び第2無給電ループアンテナ52は、それぞれ基準軸に沿って第1給電ループアンテナ41と第2給電ループアンテナ42との間で移動できるように構成されている。
後述するように、この例では、第1給電ループアンテナ41と第1無給電ループアンテナ51とが対を形成しており、第2給電ループアンテナ42と第2無給電ループアンテナ52とが対を形成している。第1無給電ループアンテナ51は、第2給電ループアンテナ42と第2無給電ループアンテナ52との間に配置され、第2無給電ループアンテナ52は、第1給電ループアンテナ41と第1無給電ループアンテナ51との間に配置されるという位置関係を有する。
〈実験例1〉
図3Aに示した構成のマイクロ波照射装置1を用いて、すなわち、1つの第1給電ループアンテナ41と1つの第1無給電ループアンテナ51とを備えるマイクロ波照射装置1を用いて、第1無給電ループアンテナ51の位置を変化させたときの被照射物90を負荷とした共振周波数及び反射損失を測定した。また、同装置を用いて被照射物90を加熱したときの温度について測定した。
図3Aに示した構成のマイクロ波照射装置1を用いて、すなわち、1つの第1給電ループアンテナ41と1つの第1無給電ループアンテナ51とを備えるマイクロ波照射装置1を用いて、第1無給電ループアンテナ51の位置を変化させたときの被照射物90を負荷とした共振周波数及び反射損失を測定した。また、同装置を用いて被照射物90を加熱したときの温度について測定した。
(方法)
試験装置のマイクロ波照射装置1において、主筐体81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を440 mm、搬送方向に直交する幅を350 mm、高さを400 mmとした。側筐体82のそれぞれは、アルミニウム材で形成し、その寸法は、長さを250 mm、幅220 mm、高さ80 mmとした。金属筐体80内を通るように、搬送装置85の樹脂製のベルト86を設け、その幅は150 mmとした。
試験装置のマイクロ波照射装置1において、主筐体81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を440 mm、搬送方向に直交する幅を350 mm、高さを400 mmとした。側筐体82のそれぞれは、アルミニウム材で形成し、その寸法は、長さを250 mm、幅220 mm、高さ80 mmとした。金属筐体80内を通るように、搬送装置85の樹脂製のベルト86を設け、その幅は150 mmとした。
主筐体81内には、ベルト86が貫通するように、円形の第1給電ループアンテナ41を設けた。第1給電ループアンテナ41は、アルミニウム材で形成し、その内径は232 mm、外径は258 mm、厚みは2 mmとした。第1給電ループアンテナ41に同軸ケーブル21を介して、発振器10を接続した。発振器10の出力電力の周波数は、450 MHz(出力波長λ = 666 mm)とした。
第1給電ループアンテナ41と同様に、主筐体81内には、ベルト86が貫通するように、円形の第1無給電ループアンテナ51を設けた。第1無給電ループアンテナ51は、アルミニウム材で形成し、その内径は232 mm、外径は258 mm、厚みは2 mmとした。
被照射物90は、直径85 mmのポリプロピレン(PP)製のカップにポテトサラダ140 gを充填したものとした。被照射物90は、第1給電ループアンテナ41からの距離が167 mm(λ/4)となるように、ベルト86上に配置した。
ネットワークアナライザを用いて共振周波数及び反射損失を測定した。ここで、反射損失RLは、以下で定義した。
RL = 20 log10(b1/a1)
ここで、a1は入力電力の平方根であり、b1は反射電力の平方根である。
RL = 20 log10(b1/a1)
ここで、a1は入力電力の平方根であり、b1は反射電力の平方根である。
図4は、上述の第1給電ループアンテナ41、第1無給電ループアンテナ51及び被照射物90の位置関係を模式的に図示したものである。第1無給電ループアンテナ51と第1給電ループアンテナ41との距離が、42 mm、83 mm、125 mm、167 mm、208 mm、250 mm、292 mm、333 mmとなる各条件で測定を行った。すなわち、図4中に破線で示した(a)~(h)の各位置に第1無給電ループアンテナ51を配置して測定を行った。
被照射物90の温度測定実験においては、被照射物90の初期温度を10℃とし、出力を150 Wとし、5分間加熱した後の温度を測定した。
(結果)
図5は、第1給電ループアンテナ41から第1無給電ループアンテナ51までの距離に対する、共振周波数及び反射損失の値を示す。共振周波数は、第1無給電ループアンテナ51から第1給電ループアンテナ41までの距離が167 mm及び208 mmのときに451 MHzと最も低くなった。第1無給電ループアンテナ51から第1給電ループアンテナ41までの距離が167 mmから42 mmではより小さくなるほど、共振周波数はより高くなった。第1無給電ループアンテナ51から第1給電ループアンテナ41までの距離が208 mmから333 mmではより大きくなるほど、共振周波数はより高くなった。反射損失は、第1無給電ループアンテナ51から第1給電ループアンテナ41までの距離が167 mm以下のときほぼ一定であり、当該距離が167 mmから333 mmでは、距離が大きいほど小さくなった。
図5は、第1給電ループアンテナ41から第1無給電ループアンテナ51までの距離に対する、共振周波数及び反射損失の値を示す。共振周波数は、第1無給電ループアンテナ51から第1給電ループアンテナ41までの距離が167 mm及び208 mmのときに451 MHzと最も低くなった。第1無給電ループアンテナ51から第1給電ループアンテナ41までの距離が167 mmから42 mmではより小さくなるほど、共振周波数はより高くなった。第1無給電ループアンテナ51から第1給電ループアンテナ41までの距離が208 mmから333 mmではより大きくなるほど、共振周波数はより高くなった。反射損失は、第1無給電ループアンテナ51から第1給電ループアンテナ41までの距離が167 mm以下のときほぼ一定であり、当該距離が167 mmから333 mmでは、距離が大きいほど小さくなった。
なお、第1給電ループアンテナ41から第1無給電ループアンテナ51までの距離が167 mmの位置に被照射物90が配置されているので、第1給電ループアンテナ41から第1無給電ループアンテナ51までの距離が167 mmよりも小さいとき、被照射物90は第1給電ループアンテナ41と第1無給電ループアンテナ51との2つのアンテナ間の外側に配置されている。第1給電ループアンテナ41から第1無給電ループアンテナ51までの距離が167 mmよりも大きいとき、被照射物90は第1給電ループアンテナ41と第1無給電ループアンテナ51との2つのアンテナ間の内側に配置されている。
共振周波数が発振器10の出力可能周波数範囲である445 MHz~465 MHzの中央値の455 MHzとなった場合について、加熱後の被照射物90の温度測定を行った。すなわち、第1給電ループアンテナ41から第1無給電ループアンテナ51までの距離が125 mmの場合と241 mmの場合とについて、加熱後の被照射物90の温度測定を行った。アンテナ間距離が125 mmのとき反射損失は、-8 dBとなり、アンテナ間距離が241 mmのとき反射損失は、-12 dBとなった。初期温度10℃の被照射物90を150 Wで5分間加熱した後の温度は、アンテナ間距離が125 mmのとき32℃となり、アンテナ間距離が241 mmのとき74℃となった。このことから、給電アンテナ40と無給電アンテナ50との間に被照射物90が配置されており、かつ共振周波数を一致させてインピーダンス整合を取ったとき、反射損失が小さく、加熱効率が良くなると考えられた。
〈実験例2〉
図3Bに示した構成のマイクロ波照射装置1を用いて、すなわち、第1給電ループアンテナ41及び第2給電ループアンテナ42の2つの給電アンテナ40と、1つの第1無給電ループアンテナ51とを備えるマイクロ波照射装置1を用いて、第1無給電ループアンテナ51の位置を変化させたときの被照射物90を負荷とした共振周波数を測定した。
図3Bに示した構成のマイクロ波照射装置1を用いて、すなわち、第1給電ループアンテナ41及び第2給電ループアンテナ42の2つの給電アンテナ40と、1つの第1無給電ループアンテナ51とを備えるマイクロ波照射装置1を用いて、第1無給電ループアンテナ51の位置を変化させたときの被照射物90を負荷とした共振周波数を測定した。
(方法)
給電アンテナ40の配置を除いて、実験例1と同様の条件で実験を行った。すなわち、金属筐体80及びベルト86等の構成は、実験例1の場合と同じである。第1給電ループアンテナ41及び第2給電ループアンテナ42は、実験例1の第1給電ループアンテナ41と同様の構成とした。第1無給電ループアンテナ51は、実験例1の第1無給電ループアンテナ51と同様の構成とした。
給電アンテナ40の配置を除いて、実験例1と同様の条件で実験を行った。すなわち、金属筐体80及びベルト86等の構成は、実験例1の場合と同じである。第1給電ループアンテナ41及び第2給電ループアンテナ42は、実験例1の第1給電ループアンテナ41と同様の構成とした。第1無給電ループアンテナ51は、実験例1の第1無給電ループアンテナ51と同様の構成とした。
第1給電ループアンテナ41と第2給電ループアンテナ42との間隔を333 mmとした。第1給電ループアンテナ41と第2給電ループアンテナ42とに同軸ケーブル21を介して発振器10を接続した。発振器10の出力電力の周波数は、450 MHzとし、第1給電ループアンテナ41と第2給電ループアンテナ42とに同相で給電した。
被照射物90は、実験例1と同様に直径85 mmのポリプロピレン(PP)製のカップにポテトサラダ140 gを充填したものとした。被照射物90は、第1給電ループアンテナ41と第2給電ループアンテナ42との中間の位置、すなわち、第1給電ループアンテナ41及び第2給電ループアンテナ42からの距離がそれぞれ167 mmとなるように、ベルト86上に配置した。
第1無給電ループアンテナ51と第1給電ループアンテナ41との距離が、167 mm、208 mm、250 mm、292 mmとなる各条件で共振周波数の測定を行った。また、第1無給電ループアンテナ51を配置しないで、それ以外同条件で、共振周波数の測定を行った。
図6は、第1給電ループアンテナ41、第2給電ループアンテナ42、第1無給電ループアンテナ51及び被照射物90の位置関係を模式的に図示したものである。破線で示した(a)~(d)の各位置に第1無給電ループアンテナ51を配置した。実験例1において、給電アンテナ40と無給電アンテナ50との間に被照射物90が配置されている場合を考慮することが有意義であることが見出された。そこで、第1無給電ループアンテナ51と給電アンテナ40との距離は、給電アンテナ40と無給電アンテナ50との間に被照射物90が配置された状態となるように、第2給電ループアンテナ42ではなくて第1給電ループアンテナ41と第1無給電ループアンテナ51との距離として定義した。
(結果)
図7は、第1給電ループアンテナ41から第1無給電ループアンテナ51までの距離に対する、共振周波数の値を示す。また、第1無給電ループアンテナ51を配置しなかった場合、共振周波数は、513 MHzであったので、この値を図7中に破線で示す。第1無給電ループアンテナ51を配置した場合、何れの場合も第1無給電ループアンテナ51を配置しなかった場合よりも共振周波数は低下した。
図7は、第1給電ループアンテナ41から第1無給電ループアンテナ51までの距離に対する、共振周波数の値を示す。また、第1無給電ループアンテナ51を配置しなかった場合、共振周波数は、513 MHzであったので、この値を図7中に破線で示す。第1無給電ループアンテナ51を配置した場合、何れの場合も第1無給電ループアンテナ51を配置しなかった場合よりも共振周波数は低下した。
共振周波数は、第1無給電ループアンテナ51から第1給電ループアンテナ41までの距離が167 mmのときに460 MHzと最も低くなった。第1無給電ループアンテナ51から第1給電ループアンテナ41までの距離がより大きくなるほど、共振周波数はより高くなった。これは、実験例1の結果と同様の傾向であった。
第1無給電ループアンテナ51を配置しないと共振周波数は発振器10の発振可能周波数445 MHz~465 MHzから大きく外れたが、第1無給電ループアンテナ51を配置することで、共振周波数を発振器10の発振可能周波数の範囲内とすることが可能であることが明らかになった。
〈実験例3〉
図3Cに示した構成のマイクロ波照射装置1を用いて、すなわち、第1給電ループアンテナ41及び第2給電ループアンテナ42の2つの給電アンテナ40と、第1無給電ループアンテナ51及び第2無給電ループアンテナ52の2つの無給電アンテナ50とを備えるマイクロ波照射装置1を用いて、無給電アンテナ50の位置を変化させたときの被照射物90を負荷とした共振周波数を測定した。
図3Cに示した構成のマイクロ波照射装置1を用いて、すなわち、第1給電ループアンテナ41及び第2給電ループアンテナ42の2つの給電アンテナ40と、第1無給電ループアンテナ51及び第2無給電ループアンテナ52の2つの無給電アンテナ50とを備えるマイクロ波照射装置1を用いて、無給電アンテナ50の位置を変化させたときの被照射物90を負荷とした共振周波数を測定した。
(方法)
無給電アンテナ50の配置を除いて、実験例2と同様の条件で実験を行った。すなわち、金属筐体80及びベルト86等の構成は、実験例2の場合と同じである。第1給電ループアンテナ41及び第2給電ループアンテナ42は、実験例2の第1給電ループアンテナ41及び第2給電ループアンテナ42と同様の構成とした。第1給電ループアンテナ41と第2給電ループアンテナ42との間隔を333 mmとした。第1無給電ループアンテナ51及び第2無給電ループアンテナ52は、実験例2の第1無給電ループアンテナ51と同様の構成とした。
無給電アンテナ50の配置を除いて、実験例2と同様の条件で実験を行った。すなわち、金属筐体80及びベルト86等の構成は、実験例2の場合と同じである。第1給電ループアンテナ41及び第2給電ループアンテナ42は、実験例2の第1給電ループアンテナ41及び第2給電ループアンテナ42と同様の構成とした。第1給電ループアンテナ41と第2給電ループアンテナ42との間隔を333 mmとした。第1無給電ループアンテナ51及び第2無給電ループアンテナ52は、実験例2の第1無給電ループアンテナ51と同様の構成とした。
被照射物90は、実験例2と同様に直径85 mmのポリプロピレン(PP)製のカップにポテトサラダ140 gを充填したものとした。被照射物90は、第1給電ループアンテナ41と第2給電ループアンテナ42との中間の位置、すなわち、第1給電ループアンテナ41及び第2給電ループアンテナ42からの距離がそれぞれ167 mmとなるように、ベルト86上に配置した。
実験例1において、給電アンテナ40と無給電アンテナ50との間に被照射物90が配置されている場合を考慮することが有意義であることが見出された。そこで、被照射物90を挟んで配置された第1給電ループアンテナ41と第1無給電ループアンテナ51とを対として考え、被照射物90を挟んで配置された第2給電ループアンテナ42と第2無給電ループアンテナ52とを対として考えた。すなわち、第1無給電ループアンテナ51は、第2給電ループアンテナ42と第2無給電ループアンテナ52との間に配置され、第2無給電ループアンテナ52は、第1給電ループアンテナ41と第1無給電ループアンテナ51との間に配置されるという位置関係を有する。
第1無給電ループアンテナ51と第1給電ループアンテナ41との距離及び第2無給電ループアンテナ52と第2給電ループアンテナ42との距離が、208 mm、250 mm、292 mmとなる各条件で共振周波数の測定を行った。図8は、第1給電ループアンテナ41、第2給電ループアンテナ42、第1無給電ループアンテナ51、第2無給電ループアンテナ52及び被照射物90の位置関係を模式的に図示したものである。破線で示した(a)~(c)の各位置に第1無給電ループアンテナ51及び第2無給電ループアンテナ52を配置した。上述のとおり、無給電アンテナ50と給電アンテナ40との距離は、給電アンテナ40と無給電アンテナ50との間に被照射物90が配置された状態となるように定義した。
(結果)
図9は、給電アンテナ40から無給電アンテナ50までの距離に対する、共振周波数の値を示す。また、無給電アンテナ50を配置しなかった場合、共振周波数は、513 MHzであったので、この値を図9中に破線で示す。無給電アンテナ50を配置した場合、何れの場合も無給電アンテナ50を配置しなかった場合よりも共振周波数は、低下した。共振周波数は、給電アンテナ40から無給電アンテナ50までの距離がより大きくなるほど、共振周波数はより高くなった。これは、実験例1及び実験例2の結果と同様の傾向であった。ただし、給電アンテナ40から無給電アンテナ50までの距離が同じであっても無給電ループアンテナが1つ配置された実験例2より無給電ループアンテナが2つ配置された実験例3の方が共振周波数は低下していた。すなわち、無給電アンテナを配置する数によっても共振周波数の調整が可能であった。
図9は、給電アンテナ40から無給電アンテナ50までの距離に対する、共振周波数の値を示す。また、無給電アンテナ50を配置しなかった場合、共振周波数は、513 MHzであったので、この値を図9中に破線で示す。無給電アンテナ50を配置した場合、何れの場合も無給電アンテナ50を配置しなかった場合よりも共振周波数は、低下した。共振周波数は、給電アンテナ40から無給電アンテナ50までの距離がより大きくなるほど、共振周波数はより高くなった。これは、実験例1及び実験例2の結果と同様の傾向であった。ただし、給電アンテナ40から無給電アンテナ50までの距離が同じであっても無給電ループアンテナが1つ配置された実験例2より無給電ループアンテナが2つ配置された実験例3の方が共振周波数は低下していた。すなわち、無給電アンテナを配置する数によっても共振周波数の調整が可能であった。
第1無給電ループアンテナ51を配置しないと共振周波数は発振器10の発振可能周波数445 MHz~465 MHzから大きく外れたが、第1無給電ループアンテナ51及び第2無給電ループアンテナ52を配置することで、共振周波数を発振器10の発振可能周波数の範囲内とすることが可能であることが明らかになった。
〈比較実験例〉
無給電アンテナ50を設けずに、2つの給電アンテナ40の間隔を変化させたときの被照射物90を負荷とした共振周波数を測定した。
無給電アンテナ50を設けずに、2つの給電アンテナ40の間隔を変化させたときの被照射物90を負荷とした共振周波数を測定した。
(方法)
無給電アンテナ50を配置せずに、第1給電ループアンテナ41と第2給電ループアンテナ42との間隔を変化させたことを除いて、実験例2と同様の条件で実験を行った。すなわち、金属筐体80及びベルト86等の構成は、実験例2の場合と同じである。第1給電ループアンテナ41及び第2給電ループアンテナ42は、実験例2の第1給電ループアンテナ41及び第2給電ループアンテナ42と同様の構成とした。
無給電アンテナ50を配置せずに、第1給電ループアンテナ41と第2給電ループアンテナ42との間隔を変化させたことを除いて、実験例2と同様の条件で実験を行った。すなわち、金属筐体80及びベルト86等の構成は、実験例2の場合と同じである。第1給電ループアンテナ41及び第2給電ループアンテナ42は、実験例2の第1給電ループアンテナ41及び第2給電ループアンテナ42と同様の構成とした。
被照射物90は、実験例2と同様に直径85 mmのポリプロピレン(PP)製のカップにポテトサラダ140 gを充填したものとした。被照射物90は、第1給電ループアンテナ41と第2給電ループアンテナ42との中間の位置となるように、ベルト86上に配置した。
第1給電ループアンテナ41と第2給電ループアンテナ42との距離が、167 mm、250 mm、333 mm、417 mmとなる各条件で共振周波数の測定を行った。図10は、第1給電ループアンテナ41、第2給電ループアンテナ42及び被照射物90の位置関係を模式的に図示したものである。破線で示した(a)~(d)の各位置に第1給電ループアンテナ41及び第2給電ループアンテナ42を配置した。
(結果)
図11は、第1給電ループアンテナ41と第2給電ループアンテナ42との距離に対する、共振周波数の値を示す。アンテナ間の距離が広がるにしたがって共振周波数は低下した。第1給電ループアンテナ41と第2給電ループアンテナ42との距離を変更しても共振周波数を調整できることが明らかになった。
図11は、第1給電ループアンテナ41と第2給電ループアンテナ42との距離に対する、共振周波数の値を示す。アンテナ間の距離が広がるにしたがって共振周波数は低下した。第1給電ループアンテナ41と第2給電ループアンテナ42との距離を変更しても共振周波数を調整できることが明らかになった。
アンテナ間の距離を広げると共振周波数が低下するのは、アンテナ間の結合が弱まるためであると考えられる。このことを考慮すると、本実施形態において、無給電アンテナ50を設けることで共振周波数が低下するのは、以下の理由によると考えられる。すなわち、無給電アンテナ50には給電アンテナ40と逆向きの電流が誘導される。この逆向きの誘導電流が、給電アンテナ40同士の結合や、給電アンテナ40と他の要素との結合を弱める働きをすると考えられる。また、この働きは無給電アンテナ50と給電アンテナ40とが近いほど強いため、上記の実験例1~3のような結果になったと考えられる。
無給電アンテナ50を用いずに第1給電ループアンテナ41と第2給電ループアンテナ42との距離を変更することでも、共振周波数を調整できるものの、このためには、アンテナの位置を大きく変更するために、大きな金属筐体80を用いる必要がある。また、同軸ケーブル21が接続された第1給電ループアンテナ41及び第2給電ループアンテナ42の位置を調整することは、同軸ケーブル21が接続されていない無給電アンテナ50の位置を調整するよりも大きな困難を伴う。したがって、給電アンテナ40の位置を固定しつつ、無給電アンテナ50の位置を調整することで共振周波数を調整できる本実施形態は、装置のサイズ及び装置構成の単純さ等の点で優れていると考えられる。
〈実験例4〉
図3Aに示した構成のマイクロ波照射装置1を用いて、すなわち、1つの第1給電ループアンテナ41と1つの第1無給電ループアンテナ51とを備えるマイクロ波照射装置1を用いて、インピーダンス整合を行う際の被照射物90の位置と、被照射物90の加熱時の反射損失との関係を検討した。
図3Aに示した構成のマイクロ波照射装置1を用いて、すなわち、1つの第1給電ループアンテナ41と1つの第1無給電ループアンテナ51とを備えるマイクロ波照射装置1を用いて、インピーダンス整合を行う際の被照射物90の位置と、被照射物90の加熱時の反射損失との関係を検討した。
(方法)
マイクロ波照射装置1の主筐体81の搬送方向に沿う長さを、660 mmとした。側筐体82及びベルト86等の構成は、実験例1の場合と同じである。第1給電ループアンテナ41と第1無給電ループアンテナ51との距離は333 mmとした。マイクロ波照射装置1のその他の構成は、実験例1の場合と同様とした。
マイクロ波照射装置1の主筐体81の搬送方向に沿う長さを、660 mmとした。側筐体82及びベルト86等の構成は、実験例1の場合と同じである。第1給電ループアンテナ41と第1無給電ループアンテナ51との距離は333 mmとした。マイクロ波照射装置1のその他の構成は、実験例1の場合と同様とした。
被照射物90は、実験例1と同様に直径85 mmのポリプロピレン(PP)製のカップにポテトサラダ140 gを充填したものとした。被照射物90はベルト86上にピッチ120 mm間隔で3個配置した。
図12は、第1給電ループアンテナ41と第1無給電ループアンテナ51と被照射物90との位置関係を模式的に示す。第1給電ループアンテナ41と第1無給電ループアンテナ51との間に被照射物90が配置された状態でインピーダンス整合する場合、図12の左上欄に示す状態で、共振周波数とそのときの反射損失を測定した。すなわち、被照射物90の3個中の1個が第1給電ループアンテナ41と第1無給電ループアンテナ51との間に配置された状態で、共振周波数を特定し、出力周波数を共振周波数に設定したときの反射損失を測定した。出力周波数を共振周波数に固定したまま、図12の左下欄に示すように、第1給電ループアンテナ41と第1無給電ループアンテナ51との間に被照射物90が3個配置された状態とし、このときの反射損失を測定した。
第1給電ループアンテナ41と第1無給電ループアンテナ51との間に被照射物90が配置されていない状態でインピーダンス整合する場合は、図12の右上欄に示す状態で、共振周波数とそのときの反射損失を測定した。すなわち、第1給電ループアンテナ41と第1無給電ループアンテナ51との外側である、第1無給電ループアンテナ51から60 mm離れた位置に被照射物90が配置された状態で、共振周波数を特定し、出力周波数を共振周波数に設定したときの反射損失を測定した。出力周波数を共振周波数に固定したまま、図12の右下欄に示すように、第1給電ループアンテナ41と第1無給電ループアンテナ51との間に被照射物90が3個配置された状態とし、このときの反射損失を測定した。
(結果)
図12の左上欄に示すように、第1給電ループアンテナ41と第1無給電ループアンテナ51との間に被照射物90が1個配置された状態でインピーダンス整合を行うと、共振周波数は427 MHzであり、このときの反射損失は-12 dBであった。出力周波数を427 MHzに固定したまま被照射物90を搬送し、図12の左下欄に示すように、第1給電ループアンテナ41と第1無給電ループアンテナ51との間に被照射物90が3個配置された状態とした。このとき、反射損失は-18 dBであり、充分に小さな反射損失を維持していた。
図12の左上欄に示すように、第1給電ループアンテナ41と第1無給電ループアンテナ51との間に被照射物90が1個配置された状態でインピーダンス整合を行うと、共振周波数は427 MHzであり、このときの反射損失は-12 dBであった。出力周波数を427 MHzに固定したまま被照射物90を搬送し、図12の左下欄に示すように、第1給電ループアンテナ41と第1無給電ループアンテナ51との間に被照射物90が3個配置された状態とした。このとき、反射損失は-18 dBであり、充分に小さな反射損失を維持していた。
図12の右上欄に示すように、第1給電ループアンテナ41と第1無給電ループアンテナ51との間に被照射物90が配置されていない状態でインピーダンス整合を行うと、共振周波数は432 MHzであり、このときの反射損失は-12 dBであった。出力周波数を432 MHzに固定したまま被照射物90を搬送し、図12の右下欄に示すように、第1給電ループアンテナ41と第1無給電ループアンテナ51との間に被照射物90が3個配置された状態とした。このとき、反射損失は-4.4 dBとなり、反射損失が大きく、効率が悪い状態であった。
この結果から、特にマイクロ波の出力周波数を固定して被照射物90を搬送して加熱する場合においては、第1給電ループアンテナ41と第1無給電ループアンテナ51との間に被照射物90が配置された状態でインピーダンス整合を行うことで、反射損失が小さく効率のよい加熱ができることが明らかになった。
[第2の実施形態]
第2の実施形態として各種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1の実施形態では、搬送装置85のベルト86が給電アンテナ40及び無給電アンテナ50を貫通するように設けられているが、これに限らない。
第2の実施形態として各種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1の実施形態では、搬送装置85のベルト86が給電アンテナ40及び無給電アンテナ50を貫通するように設けられているが、これに限らない。
例えば、基準軸とベルト86の長手方向とは直交していてもよい。図13は、この一例を模式的に示す平面図である。この例では、ベルト86を挟むように第1給電ループアンテナ41及び第2給電ループアンテナ42が配置されており、第1給電ループアンテナ41と第2給電ループアンテナ42との間に第1無給電ループアンテナ51と第2無給電ループアンテナ52とがベルト86を挟むように配置されている。第1無給電ループアンテナ51及び第2無給電ループアンテナ52は、その間隔を変化させるように移動可能に構成されている。
また、第1無給電ループアンテナ51と第2無給電ループアンテナ52との何れか一方のみが設けられていてもよい。また、第1給電ループアンテナ41及び第1無給電ループアンテナ51のみが設けられていてもよい。
また、第1給電ループアンテナ41、第2給電ループアンテナ42、第1無給電ループアンテナ51及び第2無給電ループアンテナ52等からなる構成を一組として、それらがベルト86に沿って複数組配置されていてもよい。
これらの例では、給電アンテナ40には、ループアンテナに限らず、マイクロストリップアンテナなど、各種の指向性アンテナが用いられ得る。また、同様に、無給電アンテナ50には、ループアンテナに限らず他のアンテナやアンテナとして機能する各種導電体が用いられてもよい。これらの例では、被照射物90の位置は搬送装置85によって変化するので、常にではないが、少なくとも一時的には、給電アンテナ40及び無給電アンテナ50の照射軸は、被照射物90が保持される搬送装置85の保持位置に向けられることになる。
また、第1の実施形態及び第2の実施形態では、被照射物90が搬送装置85によって搬送される例を示したが、これに限らない。搬送装置85に代えて、基準軸上に被照射物90が載置されるように構成された台が設けられてもよい。このように、これら実施形態では、搬送装置85のベルト86や台などのように、被照射物90が一時的であれ給電アンテナ40と無給電アンテナ50との間の基準軸上に保持されるように構成された各種の保持具が用いられる。すなわち、少なくとも一時的には、給電アンテナ40及び無給電アンテナ50の照射軸は、被照射物90が保持される保持位置に向けられることになる。
[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1の実施形態の構成に加えて、さらに別の無給電アンテナが設けられていてもよい。
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1の実施形態の構成に加えて、さらに別の無給電アンテナが設けられていてもよい。
図14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。この例では、ベルト86の両脇に、ベルト86と平行に細長い板状の無給電の補助アンテナ56が設けられている。補助アンテナ56は、接地されていない。
給電アンテナ40に給電されたとき、この補助アンテナ56にも電流が誘導される。この誘導電流も被照射物90の周囲の電界に影響を与える。補助アンテナ56の長さ、幅、形状、個数、配置などは適宜に変更され得る。また、補助アンテナ56は、位置が固定されていても、可動式であってもよい。補助アンテナ56を用いて、被照射物90の周囲の電界の状態を調整することが可能である。本実施形態が第2の実施形態と組み合わせて適用され得ることはもちろんである。
〈実験例5〉
無給電アンテナ50を設けずに、2つの補助アンテナ56を設け、補助アンテナ56の間隔を変化させたときの被照射物90を負荷とした共振周波数を測定した。
無給電アンテナ50を設けずに、2つの補助アンテナ56を設け、補助アンテナ56の間隔を変化させたときの被照射物90を負荷とした共振周波数を測定した。
(方法)
マイクロ波照射装置1の主筐体81の搬送方向に沿う長さを660 mmとした。側筐体82及びベルト86等の構成は、実験例2の場合と同じである。無給電アンテナ50を配置せずに、2つの補助アンテナ56を配置し、補助アンテナ56の間隔を変化させたことを除いて、実験例2と同様の条件で実験を行った。
マイクロ波照射装置1の主筐体81の搬送方向に沿う長さを660 mmとした。側筐体82及びベルト86等の構成は、実験例2の場合と同じである。無給電アンテナ50を配置せずに、2つの補助アンテナ56を配置し、補助アンテナ56の間隔を変化させたことを除いて、実験例2と同様の条件で実験を行った。
図15は、アンテナの配置等を模式的に示す図である。第1給電ループアンテナ41と第2給電ループアンテナ42との距離は333 mmとした。被照射物90は、実験例2と同様に直径85 mmのポリプロピレン(PP)製のカップにポテトサラダ140 gを充填したものとした。被照射物90は、第1給電ループアンテナ41と第2給電ループアンテナ42との中間の位置となるように、ベルト86上に配置した。
補助アンテナ56は、幅Wを20 mmとし、長さLを320 mm、400 mm、480 mmの3種類とした。2つの補助アンテナ56を、その長手軸を第1給電ループアンテナ41及び第2給電ループアンテナ42の照射軸と平行にし、被照射物90を挟んで両側に配置した。長さが異なる補助アンテナ56のそれぞれについて、補助アンテナ56の間隔Dを90 mmから150 mmまで変化させた各条件で、共振周波数の測定を行った。
(結果)
図16は、2つの補助アンテナ56の間隔及び長さに対する、共振周波数の値を示す。補助アンテナ56を配置しなかった場合、共振周波数は、489 MHzであった。この値を図16中に破線で示す。補助アンテナ56を配置した何れの場合も、共振周波数は、補助アンテナ56を配置しなかった場合よりも低下した。補助アンテナ56の間隔が広がるにしたがって、共振周波数は上昇した。補助アンテナの長さは長くなるにしたがって、共振周波数は低下した。
図16は、2つの補助アンテナ56の間隔及び長さに対する、共振周波数の値を示す。補助アンテナ56を配置しなかった場合、共振周波数は、489 MHzであった。この値を図16中に破線で示す。補助アンテナ56を配置した何れの場合も、共振周波数は、補助アンテナ56を配置しなかった場合よりも低下した。補助アンテナ56の間隔が広がるにしたがって、共振周波数は上昇した。補助アンテナの長さは長くなるにしたがって、共振周波数は低下した。
無給電アンテナ50を用いずに、補助アンテナ56の間隔又は長さを変更することでも、共振周波数を調整できることが確認できた。ただし、補助アンテナ56の間隔の調整範囲は被照射物の大きさにより制約を受け、また、長さの変更は部品交換を伴い煩雑かつ不連続な調整となる。
図17は、上述のマイクロ波照射装置により被照射物90を加熱したときの被照射物90の温度分布のシミュレーション結果を示す。図17において、上段は解析に用いたモデルを示し、下段は解析結果である温度分布を示す。(a)は、無給電アンテナ50及び補助アンテナ56を設けずに、給電アンテナ40のみを設けた場合である。(b)は、無給電アンテナ50を設けずに、補助アンテナ56を設けた場合である。(c)及び(d)は、補助アンテナ56を設けずに、無給電アンテナ50を設けた場合である。ここで、(c)は、2つの無給電アンテナ50に設けられたギャップ54がいずれも上側になるように無給電アンテナ50が配置された場合であり、(d)は、無給電アンテナ50に設けられたギャップ54が、一方は上側に他方は下側になるように無給電アンテナ50が配置された場合である。
(b)に示す補助アンテナ56を用いた場合は、(a)に示す給電アンテナ40のみの場合に比べて、温度分布が大きく変化している。共振周波数を調整するために補助アンテナ56を設けると、温度分布にまで影響を及ぼしてしまうことが示唆された。(c)及び(d)に示す無給電アンテナ50を用いた場合は、(a)に示す給電アンテナ40のみの場合と比較的似た温度分布が得られた。したがって、無給電アンテナ50を用いることで、温度分布への影響を抑えながら共振周波数を調整できることが確認できた。
(c)と(d)との比較から、無給電アンテナ50を複数用いる場合の温度分布は、無給電アンテナ50に設けられたギャップ54の位置の影響を受けることが示唆された。無給電アンテナ50を複数用いる場合は、それぞれのギャップ54が反対側になるよう無給電アンテナ50を配置することで、ギャップ54が同側になるよう無給電アンテナ50を配置する場合よりも給電アンテナ40のみの場合に近い温度分布が得られた。ギャップ54が反対側になるよう無給電アンテナ50を配置することで、温度分布に影響を与えずに、共振周波数の調整が可能となることが確認できた。
以上のことから、無給電アンテナ50の位置を調整することで共振周波数を調整する方法は、装置構成の単純さ及び温度分布への影響が少ない等の点で優れていると考えられる。
〈実験例6〉
給電アンテナ40のみを配置した場合、及び、給電アンテナ40に加えて補助アンテナ56又は無給電アンテナ50を配置した場合の各装置において、被照射物90を搬送したときの共振周波数の変化を測定した。
給電アンテナ40のみを配置した場合、及び、給電アンテナ40に加えて補助アンテナ56又は無給電アンテナ50を配置した場合の各装置において、被照射物90を搬送したときの共振周波数の変化を測定した。
(方法)
マイクロ波照射装置1の主筐体81の搬送方向に沿う長さを660 mmとした。側筐体82及びベルト86等の構成は、実験例2の場合と同じとした。第1給電ループアンテナ41と第2給電ループアンテナ42との距離は333 mmとした。給電アンテナ40と補助アンテナ56とを組み合わせる場合、補助アンテナの長さは480 mmとし、2つの補助アンテナの間隔は150 mmとした。給電アンテナ40と無給電アンテナ50とを組み合わせる場合、無給電アンテナ50は、2つの給電アンテナ40から等距離の中央に1つ配置した。
マイクロ波照射装置1の主筐体81の搬送方向に沿う長さを660 mmとした。側筐体82及びベルト86等の構成は、実験例2の場合と同じとした。第1給電ループアンテナ41と第2給電ループアンテナ42との距離は333 mmとした。給電アンテナ40と補助アンテナ56とを組み合わせる場合、補助アンテナの長さは480 mmとし、2つの補助アンテナの間隔は150 mmとした。給電アンテナ40と無給電アンテナ50とを組み合わせる場合、無給電アンテナ50は、2つの給電アンテナ40から等距離の中央に1つ配置した。
被照射物90は、実験例2と同様に直径85 mmのポリプロピレン(PP)製のカップにポテトサラダ140 gを充填したものとした。ベルト86上に1個の被照射物90を配置した。あるいは、ベルト86上に3個の被照射物90をピッチ120 mm間隔で配置した。被照射物90が1個の場合、その中心を被照射物90の位置とした。被照射物90が3個の場合、その中央の1個の中心を被照射物90の位置とした。被照射物90を搬送し、被照射物90の位置について、主筐体81の端部位置から82.5 mm間隔の各位置で共振周波数を測定した。
(結果)
図18は、1個の被照射物90を搬送した場合の共振周波数の変化を示す。3パターンのアンテナ構成のいずれの場合も、被照射物90が主筐体81の中央位置で共振周波数が最も低く、主筐体81の端部で共振周波数が最も高くなった。給電アンテナ40のみの場合、共振周波数の最大値は496 MHzであり、最小値は489 MHzであり、変動幅は7 MHzであった。補助アンテナ56を用いた場合、共振周波数の最大値は488 MHzであり、最小値は469 MHzであり、変動幅は19 MHzであった。無給電アンテナ50を用いた場合、共振周波数の最大値は457 MHzであり、最小値は454 MHzであり、変動幅は3 MHzであった。すなわち、補助アンテナ56を用いた場合は、給電アンテナ40のみの場合と比較して、搬送に伴う共振周波数の変動幅が大きくなった。一方、無給電アンテナ50を用いた場合は、給電アンテナ40のみの場合と比較して、搬送に伴う共振周波数の変動幅が小さくなった。
図18は、1個の被照射物90を搬送した場合の共振周波数の変化を示す。3パターンのアンテナ構成のいずれの場合も、被照射物90が主筐体81の中央位置で共振周波数が最も低く、主筐体81の端部で共振周波数が最も高くなった。給電アンテナ40のみの場合、共振周波数の最大値は496 MHzであり、最小値は489 MHzであり、変動幅は7 MHzであった。補助アンテナ56を用いた場合、共振周波数の最大値は488 MHzであり、最小値は469 MHzであり、変動幅は19 MHzであった。無給電アンテナ50を用いた場合、共振周波数の最大値は457 MHzであり、最小値は454 MHzであり、変動幅は3 MHzであった。すなわち、補助アンテナ56を用いた場合は、給電アンテナ40のみの場合と比較して、搬送に伴う共振周波数の変動幅が大きくなった。一方、無給電アンテナ50を用いた場合は、給電アンテナ40のみの場合と比較して、搬送に伴う共振周波数の変動幅が小さくなった。
図19は、3個の被照射物90を搬送した場合の共振周波数の変化を示す。3パターンのアンテナ構成のいずれの場合も、被照射物90が主筐体81の中央位置で共振周波数が最も低く、主筐体81の端部で共振周波数が最も高くなった。給電アンテナ40のみの場合、共振周波数の最大値は494 MHzであり、最小値は477 MHzであり、変動幅は17 MHzであった。補助アンテナ56を用いた場合、共振周波数の最大値は487 MHzであり、最小値は461 MHzであり、変動幅は26 MHzであった。無給電アンテナ50を用いた場合、共振周波数の最大値は455 MHzであり、最小値は448 MHzであり、変動幅は7 MHzであった。すなわち、被照射物90が3個の場合でも、被照射物90が1個の場合と同様に、補助アンテナ56を用いた場合は、給電アンテナ40のみの場合と比較して、搬送に伴う共振周波数の変動幅が大きくなった。一方、無給電アンテナ50を用いた場合は、給電アンテナ40のみの場合と比較して、搬送に伴う共振周波数の変動幅が小さくなった。
無給電アンテナ50を用いることで共振周波数の調整だけでなく、搬送に伴う共振周波数の変動が抑えられることが確認できた。したがって、無給電アンテナ50を用いることで、マイクロ波の発振器10の出力周波数の調整範囲が小さくてすんだり、出力周波数を固定して照射できたりすることが明らかになった。
[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。
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。
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。
前述した実施形態において、無給電アンテナ50の形状及び大きさは、給電アンテナ40のそれらと同様としたが、これに限らない。例えば、無給電ループアンテナの直径を大きくすると共振周波数は低下し、直径を小さくすると共振周波数は上昇することから、必要な周波数帯域になるように無給電アンテナ50の大きさを変更してもよい。
上述の各実施形態は、給電アンテナ40の指向性照射軸である基準軸が水平である例を示したが、これに限らない。基準軸は、例えば、鉛直に設けられたり水平に対して傾斜して設けられたりしてもよい。例えば、搬送装置85によって水平に搬送される被照射物90を上下から挟むように給電アンテナ40及び無給電アンテナ50が設けられ、当該給電アンテナ40を用いて上、下又はその両方から被照射物90にマイクロ波が照射されてもよい。また、搬送装置85が被照射物90を鉛直方向に搬送してもよい。例えば給電アンテナ40及び無給電アンテナ50として、基準軸を鉛直にして開口面を水平にループアンテナが設けられ、搬送装置85によって搬送される被照射物90がこれらループアンテナを鉛直方向に通過するようにマイクロ波照射装置1は構成されてもよい。また、被照射物90が、搬送装置85によって鉛直方向に搬送され、基準軸を水平にして配置されたアンテナとアンテナとの間を通過するように、マイクロ波照射装置1は構成されてもよい。このように、基準軸、搬送方向などは任意に設定され得る。
1 マイクロ波照射装置
10 発振器
21 同軸ケーブル
40 給電アンテナ
41 第1給電ループアンテナ
42 第2給電ループアンテナ
50 無給電アンテナ
51 第1無給電ループアンテナ
52 第2無給電ループアンテナ
56 補助アンテナ
60 位置調整機構
61 制御部
62 支持部
63 レール
80 金属筐体
81 主筐体
82 側筐体
85 搬送装置
86 ベルト
90 被照射物
10 発振器
21 同軸ケーブル
40 給電アンテナ
41 第1給電ループアンテナ
42 第2給電ループアンテナ
50 無給電アンテナ
51 第1無給電ループアンテナ
52 第2無給電ループアンテナ
56 補助アンテナ
60 位置調整機構
61 制御部
62 支持部
63 レール
80 金属筐体
81 主筐体
82 側筐体
85 搬送装置
86 ベルト
90 被照射物
Claims (15)
- 被照射物を保持位置で保持するように構成された保持具と、
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マイクロ波を照射するように構成されており、照射軸を前記保持位置に向けて配置された指向性を有する給電アンテナと、
前記保持位置を挟んで前記給電アンテナと対向して配置されており、照射軸を前記保持位置に向けて配置された、指向性を有するが給電されない無給電アンテナと
を備えるマイクロ波照射装置。 - 前記無給電アンテナと前記給電アンテナとの相対距離を変更するように構成された位置調整機構をさらに備える、請求項1に記載のマイクロ波照射装置。
- 前記位置調整機構は、前記無給電アンテナの位置を変更するように構成されている、請求項2に記載のマイクロ波照射装置。
- 前記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照射するように構成されており、照射軸を前記保持位置に向けて配置された指向性を有するさらなる給電アンテナをさらに備える、請求項1乃至3の何れかに記載のマイクロ波照射装置。
- 前記保持位置を挟んで前記さらなる給電アンテナと対向して配置されており、照射軸を前記保持位置に向けて配置された、指向性を有するが給電されないさらなる無給電アンテナをさらに備える、請求項4に記載のマイクロ波照射装置。
- 前記さらなる無給電アンテナの位置を変更するように構成されている位置調整機構を備える、請求項5に記載のマイクロ波照射装置。
- 前記給電アンテナ又は前記無給電アンテナは、ループアンテナである、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、前記ループアンテナを貫通して設けられている、請求項7に記載のマイクロ波照射装置。
- 前記保持具は、前記被照射物を搬送するように構成されている搬送装置を有する、請求項1乃至8の何れかに記載のマイクロ波照射装置。
- 被照射物に照射軸を向けて当該被照射物を挟んで対向して配置された指向性のアンテナのうち一方のアンテナに給電して他方のアンテナに給電しないで前記被照射物にマイクロ波を照射することを含むマイクロ波照射方法。
- 前記対向して配置された指向性のアンテナの間隔を変更してインピーダンスを調整することをさらに含む、請求項10に記載のマイクロ波照射方法。
- 前記インピーダンスを調整することは、前記対向して配置された指向性のアンテナのうち給電している方のアンテナは移動させずに給電していない方のアンテナを移動させることを含む、請求項11に記載のマイクロ波照射方法。
- 請求項10乃至12の何れかに記載のマイクロ波照射方法を用いて食品を加熱することを含む食品の製造方法。
- 前記食品が包装容器食品である、請求項13に記載の食品の製造方法。
- 前記食品を包装容器に収容し、前記包装容器を密閉することで前記包装容器食品とすることをさらに含む、請求項14に記載の食品の製造方法。
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JP2022-114013 | 2022-07-15 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2024014151A1 true WO2024014151A1 (ja) | 2024-01-18 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/JP2023/020122 WO2024014151A1 (ja) | 2022-07-15 | 2023-05-30 | マイクロ波照射装置、マイクロ波照射方法及び食品の製造方法 |
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WO (1) | WO2024014151A1 (ja) |
Citations (5)
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---|---|---|---|---|
JP2005346931A (ja) * | 2004-05-31 | 2005-12-15 | Tokyo Univ Of Science | 高周波加熱装置用アンテナ |
JP2009100675A (ja) * | 2007-10-23 | 2009-05-14 | Daiwa Can Co Ltd | 円偏波による食品の連続均一加熱装置 |
WO2013159815A1 (en) * | 2012-04-25 | 2013-10-31 | Antrad Medical Ab | Heating of dielectric loads |
JP2019087410A (ja) * | 2017-11-07 | 2019-06-06 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | マイクロ波加熱装置及び化学反応方法 |
WO2022130915A1 (ja) * | 2020-12-14 | 2022-06-23 | 株式会社村田製作所 | 加熱用電磁波制御体及び加熱用電磁波制御体付き物品 |
-
2022
- 2022-07-15 JP JP2022114013A patent/JP2024011760A/ja active Pending
-
2023
- 2023-05-30 WO PCT/JP2023/020122 patent/WO2024014151A1/ja unknown
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