JP2024137596A - マイクロ波の照射方法及び照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロ波照射による加熱において加熱むらを抑制する。
【解決手段】マイクロ波照射装置１は、開口面５４を有して発振器１０から給電器具２０を介した導通により給電されることで開口面５４から指向性照射軸５７の方向へマイクロ波を放射するように構成された指向性のアンテナ４０と、略平面を含む周壁を有する被照射物９０を搬送するように構成された搬送装置８５とを備え、被照射物９０が搬送される面である搬送面への、前記周壁の前記略平面の投影と前記マイクロ波によって被照射物９０内に形成される電界の電界ベクトルの投影とは、斜めに交差するように構成されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、マイクロ波の照射方法及び照射装置に関する。

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。誘電加熱では、種々の理由により均等に被照射物が加熱されないことがある。そこで均等な加熱のための工夫が様々行われている。

例えば特許文献１には、導電性格納容器内に、被照射物が入れられるマイクロ波反応容器が配置され、マイクロ波反応容器を囲むように複数のダイポールアンテナが均等に配置されたマイクロ波加熱装置について開示されている。このマイクロ波加熱装置では、各アンテナと導電性格納庫の内壁との距離が、マイクロ波反応容器から各ダイポールアンテナを見る方向では、照射されるマイクロ波の波長のほぼ１／４となるように、各部が配置されている。このような配置によって、ダイポールアンテナから放射されるマイクロ波がマイクロ波反応容器の方向を指向する。その結果、マイクロ波反応容器内の被照射物が、均等に加熱される。

特開２０２０－２１６７８号公報

上記は一例であり、誘電加熱における加熱むらの抑制方法は種々あり得る。本発明は、マイクロ波照射による加熱において加熱むらを抑制することを目的とする。

本発明の一態様によれば、マイクロ波照射装置は、開口面を有して発振器から給電器具を介した導通により給電されることで前記開口面から指向性照射軸の方向へマイクロ波を放射するように構成された指向性のアンテナと、搬送面に沿って搬送方向に、略平面を含む周壁を有する被照射物を当該周壁が前記搬送面に対して略垂直となる姿勢で搬送するように構成された搬送装置とを備えるマイクロ波照射装置であって、前記搬送面への前記周壁の前記略平面の投影と前記マイクロ波によって前記被照射物内に形成される電界の電界ベクトルの投影とは、斜めに交差するように構成されている。

本発明によれば、マイクロ波照射による加熱において加熱むらを抑制できる。

図１は、一実施形態に係るマイクロ波照射装置の基本的な構成の一例の概略を模式的に示す図である。 図２は、ループアンテナの構成例と放射されるマイクロ波とについて説明するための模式図である。 図３は、トレー形状の容器に入ったポテトサラダを被照射物とした場合の、被照射物と指向性照射軸及び電界振幅面との位置関係、及び当該位置関係でマイクロ波を照射して加熱した後にサーモグラフィーで取得した被照射物の温度分布の例を示す図である。 図４は、マイクロ波照射装置の構成の第１の態様の概略を模式的に示す図である。 図５は、マイクロ波照射装置の構成の第２の態様の概略を模式的に示す図である。 図６は、第２の態様の実験及び解析の概要及び結果例を示す図である。 図７は、第１ループアンテナ及び第２ループアンテナの角度を様々に設定した場合の実験結果の一例を示す図である。 図８は、搬送方向に対して第１ループアンテナ及び第２ループアンテナを２７度傾けて配置したときの実験結果の一例を示す図である。 図９は、搬送方向に対して第１ループアンテナを２７度傾けて配置し、第２ループアンテナを垂直に配置したときの実験結果の一例を示す図である。 図１０は、第１加熱ユニット及び第２加熱ユニットを有する第２の態様のマイクロ波照射装置の構成例の概略を模式的に示す図である。 図１１は、第１加熱ユニット及び第２加熱ユニットを有する第２の態様のマイクロ波照射装置の別の構成例の概略を模式的に示す図である。 図１２Ａは、マイクロ波照射装置の構成の第３の態様の概略を模式的に示す図である。 図１２Ｂは、マイクロ波照射装置の構成の第３の態様の概略を模式的に示す図である。 図１３は、２次放射アンテナが（ａ）設けられていない場合と（ｂ）設けられている場合との、数値シミュレーションによる電磁界解析の結果の一例を示す図である。 図１４は、２次放射アンテナを完全に対向させた比較例に係る、２次放射アンテナが（ａ）設けられていない場合と（ｂ）設けられている場合との、数値シミュレーションによる電磁界解析の結果の一例を示す図である。 図１５は、第３の態様の実験結果の一例を示す図である。 図１６は、第３の態様の実験結果の一例を示す図である。 図１７は、第３の態様の実験結果の一例を示す図である。 図１８は、第１加熱ユニット及び第２加熱ユニットを有する第３の態様のマイクロ波照射装置の構成例の概略を模式的に示す図である。 図１９は、第１加熱ユニット及び第２加熱ユニットを有する第３の態様のマイクロ波照射装置の構成例の概略を模式的に示す図である。 図２０は、２次放射アンテナが（ａ）主筐体と導通している場合と（ｂ）主筐体と導通していない場合との、数値シミュレーションによる電磁界解析の結果の一例を示す図である。 図２１は、被照射物が円形カップに入った物である場合の、２次放射アンテナが（ａ）設けられていない場合と（ｂ）設けられている場合との、数値シミュレーションによる電磁界解析の結果の一例を示す図である。 図２２は、２次放射アンテナを完全に対向させた比較例に係る、被照射物が円形カップに入った物である場合の、２次放射アンテナが（ａ）設けられていない場合と（ｂ）設けられている場合との、数値シミュレーションによる電磁界解析の結果の一例を示す図である。 図２３Ａは、指向性照射軸の傾きについて説明するための模式図である。 図２３Ｂは、電界振幅面の傾きについて説明するための模式図である。

一実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、マイクロ波照射装置及びそれを用いたマイクロ波照射方法に関する。本実施形態のマイクロ波照射装置は、被照射物に対してマイクロ波を照射して、被照射物を内部加熱するように構成されている。特に、このマイクロ波照射装置では、指向性アンテナが用いられている。本実施形態のマイクロ波照射装置は、被照射物の加熱むらを低減するように構成されている。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。

［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の基本的な構成の一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の長手方向を搬送方向として搬送される。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アンテナ４０を備える。アンテナ４０は、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、アンテナ４０として、２つのループアンテナ、すなわち、第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２を有する。ループアンテナの数は、適宜に変更され得る。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、２００ＭＨｚ～５００ＭＨｚ、９１５ＭＨｚ又は２．４５ＧＨｚといったものである。第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２には、同軸ケーブル２１を介して、発振器１０からマイクロ波電力が給電される。

アンテナ４０について説明する。図２は、ループアンテナ５１の構成例及び放射されるマイクロ波について説明するための模式図である。ループアンテナ５１は、例えば、照射するマイクロ波の一波長分の長さを有して円環形状に形成された導線５２を備える。導線５２の両端は、給電点５３となっている。給電点５３には、給電器具２０としての例えば同軸ケーブル２１が接続されている。同軸ケーブル２１は、発振器１０とループアンテナ５１とを接続して導通させる。発振器１０は、同軸ケーブル２１を介してマイクロ波電力をループアンテナ５１に供給する。給電されると、エレメントとしての導線５２に電流が生じ、ループアンテナ５１は電波を放射して電界を形成する。

円環形状のループアンテナ５１では、導線５２によって形成された開口面５４がマイクロ波の照射面５５となり、開口面５４の中心がマイクロ波の照射源５６となる。照射源５６を通り、開口面５４に垂直な方向に指向性照射軸５７が形成され、指向性照射軸５７に沿って両方向にマイクロ波が放射される。

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

ループアンテナ５１から放射されるマイクロ波は、直線偏波である。円環状のループアンテナ５１から放射されるマイクロ波の電界Ｅの振動方向について説明する。この電界Ｅの振動方向は、指向性照射軸５７を通りそれに対して垂直な方向のうち、給電点５３と照射源５６とを通る直線に対して垂直な面上の方向となる。すなわち、電界振幅面は、指向性照射軸５７を通り、給電点５３と照射源５６とを通る直線に対して垂直な面となる。本実施形態のマイクロ波照射装置１では、電界振幅面が被照射物９０の載置面であるベルト８６と平行になるように、すなわち搬送面と平行になるように、ループアンテナ５１は配置されている。なお、磁界Ｈの振動方向は、電界Ｅの振動方向と垂直な方向である。

図１に戻って説明を続ける。マイクロ波照射装置１は、被照射物９０が第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２の照射面５５である開口面５４を通り抜けて搬送されるように構成されている。このため、搬送装置８５のベルト８６は、第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２の開口面５４を貫通するように設けられている。すなわち、搬送装置８５は、開口面５４を通過する搬送面に沿って搬送方向に被照射物９０を搬送する。

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、アンテナ４０は、金属筐体８０で覆われている。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。アンテナ４０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。

金属筐体８０内でループアンテナであるアンテナ４０によってマイクロ波を形成するため、マイクロ波の電界振幅方向についての金属筐体８０の主筐体８１の幅は、次の条件を満たすように構成されている。ここで、図１に示す例では、マイクロ波の電界振幅方向は、ベルト８６の長手方向に対して直交する水平方向である。

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

主筐体８１内にループアンテナが配置されているため、ループアンテナの幅の分だけ主筐体８１内の実効的な空間が狭まる。主筐体８１のマイクロ波の電界振幅方向についての筐体見かけ幅Ｌ´は、この方向の主筐体８１の幅をＬとし、この方向のループアンテナの幅をｔとしたときに、Ｌ´＝Ｌ－２ｔとなる。この筐体見かけ幅Ｌ´に基づいて、主筐体８１の遮断波長λｃを、λｃ＝２Ｌ´＝２（Ｌ－２ｔ）と定義する。さらに、上述のループアンテナの導線５２の長さが給電波長λのｎ倍（ｎは整数、ループアンテナの導線５２の長さを給電波長λで除した値に最も近い整数をｎとする）であるときに、アンテナ１波長換算の遮断波長λｃ´を、λｃ´＝λｃ／ｎと定義する。

主筐体８１の幅Ｌは、アンテナ１波長換算の遮断波長λｃ´と給電波長λとが、
λｃ´＞λ
を満たすように、設定される。すなわち、
Ｌ´＝Ｌ－２ｔ＞ｎλ／２
を満たすように、主筐体８１の幅Ｌは設定される。主筐体８１内でループアンテナによってマイクロ波を形成するためには、原則としてこの条件を満たさなければならないことは、数値シミュレーションによっても確認されている。この条件を満たさない場合には、電界形成の再現性が低下する。

また、主筐体８１の筐体見かけ幅Ｌ´はｎλ／２より大きくなければならないが、更にｎλ／２ずつ増加した場合、主筐体８１の内部に複数のピーク波形が形成され、主筐体８１内でマイクロ波の多重反射が生じ得る。多重反射が生じると、複数の共振周波数が生じ、インピーダンス整合のための共振周波数の検出が難しくなる。そこで、
Ｌ´＝Ｌ－２ｔ＜ｎλ/２＋ｎλ／２＝ｎλ
となるように、主筐体８１の幅Ｌは設計される。

以上のように、主筐体８１のマイクロ波の電界振幅方向の幅Ｌは、筐体見かけ幅Ｌ´＝Ｌ－２ｔが
ｎλ／２＜Ｌ´＜ｎλ
を満たすように、設計されている。

［マイクロ波照射装置の動作の概要］
本実施形態のマイクロ波照射装置１の動作について説明する。発振器１０から出力されたマイクロ波電力は、同軸ケーブル２１を介して第１ループアンテナ４１と第２ループアンテナ４２とに供給される。第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２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は、搬送装置８５によって第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２から放射されたマイクロ波が照射される加熱位置に次々と搬送される。このマイクロ波の照射によって、被照射物９０は次々と誘電加熱される。被照射物９０が加熱位置で停止するように搬送装置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。

［マイクロ波の指向性照射軸と被照射物との関係］
本実施形態では、被照射物９０は、次のような形状を有する。すなわち、図２に示すように、被照射物９０は、略平面を含む周壁９２を有する。一例としては、被照射物９０は、略四角形の底面と開口とを有するトレー状の概形を有する容器９１に内容物９４が入れられたものである。本実施形態では、被照射物９０は、その略平面を含む周壁９２が例えばベルト８６の表面といった搬送装置８５の載置面に対して略垂直となる姿勢で、当該載置面に配置される。すなわち、搬送装置８５は、アンテナ４０の開口面５４を通過する搬送面に沿って被照射物９０を搬送方向に搬送する。ここで、被照射物９０は、略平面を含む周壁９２が搬送面に対して略垂直となる姿勢をとっている。ここで、周壁９２が搬送面に対して略垂直とは、周壁９２が容器９１の側面等を形成していることを示すものであり、容器９１の周壁９２と認識できる程度に周壁９２が搬送面に対して傾いているものを含む。

図３は、被照射物９０と指向性照射軸５７及び電界振幅面５８との位置関係、及び当該位置関係でマイクロ波を照射して加熱した後にサーモグラフィーで取得した被照射物９０の温度分布を示す。ここで、被照射物９０は、トレー形状の容器９１に入ったポテトサラダを内容物９４としたものである。（ａ）は、被照射物９０の長手方向が指向性照射軸５７と平行になっている場合である。このとき、被照射物９０の短辺側の周壁面又はそれを延長した平面が指向性照射軸５７と略垂直になっており、被照射物９０の長辺側の周壁面に略垂直に電界が入射する。（ｂ）は、被照射物９０の長手方向が指向性照射軸５７と垂直になっている場合である。このとき、被照射物９０の長辺側の周壁面又はそれを延長した平面が指向性照射軸５７と略垂直になっており、被照射物９０の短辺側の周壁面に略垂直に電界が入射する。（ｃ）は、被照射物９０の長手方向が指向性照射軸５７に対して４５度傾いている場合である。このとき、被照射物９０の短辺側及び長辺側の周壁面又はそれを延長した平面に対して指向性照射軸５７が約４５度傾いており、被照射物９０の短辺側及び長辺側の周壁面に対して、約４５度傾いて電界が入射する。

（ａ）の場合の加熱後の温度分布から、（ａ）の場合、被照射物９０の中央部分が十分に加熱されない加熱むらが生じていることがわかる。（ｂ）の場合の加熱後の温度分布から、（ｂ）の場合、被照射物９０の短辺側の部分が十分に加熱されない加熱むらが生じていることがわかる。これらに対して、（ｃ）の場合の加熱後の温度分布から、（ｃ）の場合、被照射物９０の中央部分を含めて被照射物９０の大部分が比較的均一に加熱されていることがわかる。

本実施形態のマイクロ波照射装置１は、（ｃ）の場合のように、被照射物９０の周壁９２の略平面又はそれを延長した平面に対して、指向性照射軸５７が傾くように構成されており、被照射物９０の周壁９２の略平面に対して傾いて電界が入射するように構成されている。被照射物９０の周壁９２の略平面にマイクロ波が斜めに入射することで、入射面においてマイクロ波の屈折が生じる。このような屈折の発生も、被照射物９０の均一な加熱に貢献していると考えられる。例えば、屈折により形成されたマイクロ波の伝搬経路が、被照射物９０の良好な加熱に貢献することが考えられる。また、入射角によって反射率が変化することは知られており、入射角による被照射物９０の表面におけるマイクロ波の反射の減少などが、被照射物９０の良好な加熱に貢献することが考えられる。

このとき、後述するように、被照射物９０内に形成される電界の向きは、周壁９２の略平面に対して、傾いた向きとなる。すなわち、被照射物９０が搬送される面である搬送面への、周壁９２の略平面の投影とマイクロ波によって被照射物９０内に形成される電界ベクトルの投影とは、斜めに交差する。同様に表現すると、被照射物９０が搬送される搬送面への、被照射物９０の周壁９２の略平面の投影とマイクロ波の指向性照射軸５７の投影とは、斜めに交差する。なお、ここでは、略四角形の被照射物９０の例として、長方形の被照射物９０を示したが、正方形の被照射物９０など、他の形状の被照射物９０であっても同様のことが成り立つ。このような位置関係を実現する態様は、いくつかある。それらを以下に示す。

［第１の態様］
図４は、マイクロ波照射装置１の構成の第１の態様の概略を模式的に示す図である。第１の態様では、搬送装置８５のベルト８６の進行方向、すなわち搬送方向に対して、第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２を含むアンテナ４０は垂直に配置されている。したがって、アンテナ４０から照射されるマイクロ波の指向性照射軸５７は、ベルト８６の進行方向、すなわち搬送方向と平行である。第１の態様では、このような指向性照射軸５７に対して、被照射物９０の周壁９２の略平面が斜めとなるように、被照射物９０がベルト８６の載置面に斜めに配置されている。例えば、被照射物９０を搬送装置８５に導入する搬入装置８８が、ベルト８６の載置面に被照射物９０を斜めに配置してもよい。ベルト８６の載置面に被照射物９０が斜めに配置されることで、指向性照射軸５７と被照射物９０との位置関係が図３（ｃ）に示したような位置関係になり、被照射物９０の均一な加熱が実現される。

［第２の態様］
図５は、マイクロ波照射装置１の構成の第２の態様の概略を模式的に示す図である。第２の態様では、搬送装置８５のベルト８６の進行方向、すなわち搬送方向に対して、第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２を含むアンテナ４０が傾斜して設けられている。したがって、アンテナ４０から照射されるマイクロ波の指向性照射軸５７は、被照射物９０が搬送される面である搬送面に対しては平行であるが、搬送方向に対して傾いている。すなわち、アンテナ４０は、搬送面への指向性照射軸５７の投影が搬送装置８５の搬送方向の投影に対して斜めに交差するように配置されている。第２の態様では、被照射物９０は、その長手方向がベルト８６の進行方向と平行又は垂直になるようにベルト８６の載置面に配置される。アンテナ４０から放射されるマイクロ波の指向性照射軸５７に対して、被照射物９０の周壁９２の略平面が斜めとなっているので、図３（ｃ）に示したような位置関係が実現され、被照射物９０の均一な加熱が実現される。

〈実験及び解析例〉
図６は、実験及び解析の概要及び結果例を示す図である。４種類の第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２の配置に関して、実験及び解析を行った。最上段は、被照射物９０を搬送するベルト８６に対する第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２の位置関係を模式図で示すものである。

図６において、左から１列目の「（ａ）傾斜なし」は、第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２を、ベルト８６による被照射物９０の搬送方向に対して垂直に配置した場合である。この場合、図３（ａ）に示したように、アンテナ４０から放射されるマイクロ波の指向性照射軸５７は、被照射物９０の長手方向と平行になっている。左から２列目の「（ｂ）逆方向に２０度傾斜」は、第１ループアンテナ４１を、ベルト８６による被照射物９０の搬送面と指向性照射軸５７とが平行になるように、かつベルト８６による被照射物９０の搬送方向に対して指向性照射軸５７が２０度傾くように、配置し、第２ループアンテナ４２を、第１ループアンテナ４１とは逆方向に２０度傾けて、被照射物９０の搬送方向に垂直な面に対して第１ループアンテナ４１と対称になるように、配置した場合である。左から３列目の「（ｃ）同一方向に２０度傾斜」は、第１ループアンテナ４１を、ベルト８６による被照射物９０の搬送面と指向性照射軸５７とが平行になるように、かつベルト８６による被照射物９０の搬送方向に対して指向性照射軸５７が２０度傾くように、配置し、第２ループアンテナ４２を、第１ループアンテナ４１と平行になるように配置した場合である。左から４列目の「（ｄ）片側のみ４０度傾斜」は、第１ループアンテナ４１を、ベルト８６による被照射物９０の搬送面と指向性照射軸５７とが平行になるように、かつベルト８６による被照射物９０の搬送方向に対して指向性照射軸５７が４０度傾くように、配置し、第２ループアンテナ４２を、ベルト８６による被照射物９０の搬送方向に対して垂直に配置した場合である。

図６の２段目は、「（ａ）傾斜なし」、「（ｂ）逆方向に２０度傾斜」、及び「（ｃ）同一方向に２０度傾斜」の各場合のマイクロ波照射装置１を用いて被照射物９０を加熱した後の被照射物９０の温度分布をサーモグラフィーで取得したものである。実験は、次のように行った。

実験装置の主筐体８１は、アルミニウム材で形成した。主筐体８１の寸法は、ベルト８６が延びる方向に沿う長さを666 mm、その方向に直交する幅を400 mm、高さを400 mmとした。主筐体８１内を通るように、幅150 mmの樹脂製のベルト８６を設けた。

主筐体８１内には、ベルト８６が貫通するように、第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２を設けた。第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２は、それぞれアルミニウム材で形成し、その内径は258 mm、厚みは2 mmとした。第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２は、放射されるマイクロ波の指向性照射軸がベルト８６の載置面に対して平行であり、かつ、上述の各角度となるように配置した。

第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２には、一つの発振器１０から並列かつ同相に給電した。このため、一つの発振器１０に接続された同軸ケーブル２１を、途中で分岐させ、分岐したそれぞれの端を、第１ループアンテナ４１の給電点５３と第２ループアンテナ４２の給電点５３とに接続した。発振器１０の出力電力の周波数は、450 MHzとした。

ポリプロピレン（ＰＰ）製のトレー（152×115×30 mm）にポテトサラダ150 gを充填し、充填後シールしない試料を被照射物９０とした。被照射物９０を、ベルト８６上に配置してベルト８６によって搬送しながら、出力を200 Wとし、4分間加熱した。金属筐体８０の出口に設置したサーモグラフィーカメラを用いて加熱後のポテトサラダの表面温度を測定した。

図６の２段目に示したサーモグラフィーの結果とおり、「（ａ）傾斜なし」及び「（ｂ）逆方向に２０度傾斜」の場合、被照射物９０の中央部分の加熱が不十分となる加熱むらが生じた。これに対して、「（ｃ）同一方向に２０度傾斜」の場合、被照射物９０の中央部分の加熱も十分となり、加熱むらがほとんど生じないことが明らかになった。

図６の３段目から５段目までに、「（ａ）傾斜なし」、「（ｂ）逆方向に２０度傾斜」、「（ｃ）同一方向に２０度傾斜」、及び「（ｄ）片側のみ４０度傾斜」の各場合の数値シミュレーションによる電磁界解析の結果を示す。被照射物９０を第１ループアンテナ４１と第２ループアンテナ４２との中間に配置した場合について解析を行った。図６の３段目及び４段目は、「（ａ）傾斜なし」、「（ｂ）逆方向に２０度傾斜」、「（ｃ）同一方向に２０度傾斜」、及び「（ｄ）片側のみ４０度傾斜」に関し、発振器１０からアンテナ４０に高周波電力が供給されたときのある瞬間の、それぞれ電力及び電界の向き及び大きさを多数のベクトルの向き及び大きさで示した図である。図６の５段目は、「（ｂ）逆方向に２０度傾斜」、「（ｃ）同一方向に２０度傾斜」、及び「（ｄ）片側のみ４０度傾斜」に関し、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である。

これらの図に示すように、「（ａ）傾斜なし」及び「（ｂ）逆方向に２０度傾斜」の場合、電力のベクトルは、被照射物９０の長手方向に沿っており、電界のベクトルは、被照射物９０の長手方向と垂直な方向に沿っている。すなわち、電力ベクトル及び電界ベクトルは、いずれも被照射物９０の周壁面に対して垂直に被照射物９０に入射している。そして、被照射物９０の中央部分や長辺に沿った部分など広い領域で電力ベクトルが小さく発熱が小さくなっていることがわかる。

これに対して、「（ｃ）同一方向に２０度傾斜」の場合、電力ベクトルは、被照射物９０に斜めに入り、被照射物９０の表面でその向きを変えている。同様に電界ベクトルは、被照射物９０に斜めに入り、被照射物９０の表面でその向きを変えている。電界ベクトルは、被照射物９０内でおおよそ対角線に沿った方向に斜めに向いている。そして、被照射物９０の対角線に沿った一部の狭い領域を除いて電力ベクトルは大きくなっており、全体的に発熱が大きくなっていることがわかる。

「（ｄ）片側のみ４０度傾斜」の場合も、「（ｃ）同一方向に２０度傾斜」の場合とおおよそ同様の傾向が認められた。「（ｄ）片側のみ４０度傾斜」の場合について「（ｃ）同一方向に２０度傾斜」の場合と比較すると、被照射物９０の中央部分で電界ベクトルが被照射物９０の長手方向と垂直に近い方向を向いており、電力ベクトルが比較的小さい領域が広く、やや加熱むらが生じていることがわかる。このように、複数のアンテナ４０は、それらの指向性照射軸５７が平行など略平行となるように配置されていることがより好ましい。

５段目の温度分布のシミュレーション結果に基づいて中央部分の発熱している範囲を比較すると、「（ｃ）同一方向に２０度傾斜」の場合、「（ｄ）片側のみ４０度傾斜」の場合、「（ｂ）逆方向に２０度傾斜」の場合の順に大きくなることがわかった。

図７は、第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２の角度を様々に設定した場合の実験結果を示す。この実験では、図６に示した実験の場合と異なり、被照射物９０を第１ループアンテナ４１と第２ループアンテナ４２との中間位置に配置し、300 Wで3分間加熱した。その他の実験条件は、図６に示した実験の場合と同様である。上段は、第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２の位置関係を模式的に示し、下段は、各マイクロ波照射装置１で加熱後の被照射物９０の温度分布をサーモグラフィーで取得したものである。

「（ａ）逆方向に２０度傾斜」は、第１ループアンテナ４１を、ベルト８６による被照射物９０の搬送方向に対して２０度傾けて配置し、第２ループアンテナ４２を、第１ループアンテナ４１とは逆方向に２０度傾けて配置した場合である。「（ｂ）同一方向に１２度傾斜」、及び「（ｃ）同一方向に２７度傾斜」は、第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２を平行とし、ベルト８６による被照射物９０の搬送方向に対して、それぞれ１２度及び２７度傾けて配置した場合である。「（ｄ）同一方向に２７度、１２度傾斜」は、ベルト８６による被照射物９０の搬送方向に対して、第１ループアンテナ４１を２７度、第２ループアンテナ４２を１２度、傾けて配置した場合である。

サーモグラフィーで示された実験結果より、第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２を同一方向に傾斜させることにより、被照射物９０の中央部分の発熱を良好にすることができることが明らかになった。また、第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２を、１２度傾斜させるよりも２７度傾斜させた方が、より効率よく良好な加熱を実現できることが明らかになった。

図８は、図７の「（ｃ）同一方向に２７度傾斜」のように、第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２を配置したときの実験結果である。図８の例では、（ａ）では被照射物９０を第１ループアンテナ４１側に配置し、（ｂ）では被照射物９０を第１ループアンテナ４１と第２ループアンテナ４２との中間に配置し、（ｃ）では被照射物９０を第２ループアンテナ４２側に配置し、それぞれ300 Wで3分間加熱した。

サーモグラフィーで示された実験結果より、被照射物９０の位置によらず何れの位置でも被照射物９０の中央部分の加熱が良好となったことが確認できた。このことから、第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２を斜めに配置することは、本実施形態のように、搬送装置８５によって被照射物９０を搬送しながら加熱する場合において有効であることが確認できた。

なお、図９は、ベルト８６による被照射物９０の搬送方向に対して、第１ループアンテナ４１を２７度傾けて配置し、第２ループアンテナ４２を垂直に配置した場合の、同様の実験結果である。図９に示した場合では、被照射物９０が傾斜して配置された第１ループアンテナ４１の近傍にある場合には、中央部も含めてむらなく良好に加熱される一方、被照射物９０が垂直に配置された第２ループアンテナ４２の近傍にある場合には、中央部分が加熱されずに加熱むらが生じることが明らかになった。すなわち、図９に示したようなアンテナ４０の配置構成は、搬送装置８５によって被照射物９０を搬送しながら加熱する場合には、加熱むらを生じさせないようにするという点では、図８に示したようなアンテナ４０を平行に配置した構成に比べて、やや劣ることが明らかになった。

実験結果によると、第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２を傾ける方向によって、被照射物９０の２つの対角線のうち一方の対角線に沿って特に加熱されている。これについては、例えばマイクロ波照射装置１を図１０のように構成することで、さらに均一な加熱が実現され得ることがわかる。すなわち、第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２を傾斜させる向きを逆にした第１加熱ユニット３１と第２加熱ユニット３２との２組の加熱ユニットを、ベルト８６による搬送方向に並べて配置し、被照射物９０が第１加熱ユニット３１及び第２加熱ユニット３２の両方を通過して加熱されるように、マイクロ波照射装置１は構成されていればよい。

あるいは、例えばマイクロ波照射装置１を図１１のように構成することでも、均一な加熱が実現され得ることがわかる。すなわち、ベルト８６を挟んで一方に第１ループアンテナ４１が配置され、他方に第２ループアンテナ４２が配置された加熱ユニットが形成される。ここで、これら第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２は、ベルト８６による搬送面に対して垂直に設けられ、搬送方向に垂直な方向に対して、斜めに配置されている。このように構成された２組の加熱ユニット、すなわち、第１加熱ユニット３１と第２加熱ユニット３２とが、ベルト８６による搬送方向に並べて配置され、被照射物９０が第１加熱ユニット３１及び第２加熱ユニット３２の両方を通過して加熱されるようにする。ここで、第１加熱ユニット３１と第２加熱ユニット３２とでは、第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２を傾斜させる向きが逆になっている。

なお、マイクロ波照射装置１は、第１加熱ユニット３１と第２加熱ユニット３２との一方を有していてもよい。すなわち、マイクロ波照射装置１は、ベルト８６を挟んで一方に第１ループアンテナ４１が配置され、他方に第２ループアンテナ４２が配置され、第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２が、ベルト８６による搬送面に対して垂直に設けられ、搬送方向に垂直な方向に対して斜めに配置された、加熱ユニットを１つ有していてもよい。

また、第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２から放射されるマイクロ波の波長と主筐体８１の大きさとの関係についても別途に検討を行った。この検討では、２種類の主筐体８１を用意した。一方の主筐体８１は、上述の主筐体８１と同様にその幅を400 mmとした。他方の主筐体８１は、その幅を350 mmとした。

アンテナ等の配置については、図６（ａ）に示す構成とした。すなわち、第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２を、ベルト８６による被照射物９０の搬送方向に対して垂直に配置した。第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２には、内径232 mm、外径256 mm、その幅12 mmの円形のループアンテナを用いた。

また、発振器の出力電力の周波数も２種類とした。すなわち、２種類の主筐体８１を用いて、それぞれ、発振器の出力電力の周波数を450 MHzとした場合と、915 MHzとした場合との２通りの給電周波数で実験を行った。その他の実験条件は、図６（ａ）に示す場合と同様にした。

その結果、幅が異なる２種類の主筐体８１を有する試験装置１００を用いて、２種類の給電周波数を用いた実験結果は次のようになった。すなわち、加熱後の加熱対象物の中央領域の温度を比較すると、給電周波数が450 MHz及び915 MHzの何れの場合においても、主筐体８１の幅が350 mmの場合は、加熱対象物の中央部で発熱不足が生じ、中央領域の温度が低かった。これに対して、主筐体８１の幅が400 mmの場合は、加熱対象物の中央部で発熱不足が改善し、中央領域も含めて、比較的均一な加熱結果が得られた。

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

本実験において、第１ループアンテナ１４１及び第２ループアンテナ１４２の給電点は、鉛直上側に設けられている。このようなループアンテナの配置の場合、ループアンテナから放射されるマイクロ波の電界振幅方向は、指向性照射軸５７に対して垂直で水平な方向になる。２種類の主筐体８１では、この水平な方向の幅Ｌが異なる。

また、主筐体８１内に設置された第１ループアンテナ１４１及び第２ループアンテナ１４２の幅ｔは12 mmである。したがって、幅Ｌが350 mmの主筐体８１の筐体見かけ幅Ｌ´は、Ｌ´＝350 mm－12 mm×2＝326 mmである。したがって、幅が350 mmの主筐体８１の遮断波長λｃは、λｃ＝326 mm×2＝652 mmである。また、幅Ｌが400 mmの主筐体８１の筐体見かけ幅Ｌ´は、Ｌ´＝400 mm－12 mm×2＝376 mmである。したがって、幅が400 mmの主筐体８１の遮断波長λｃは、λｃ＝376 mm×2＝752 mmである。

給電周波数が450 MHzであり、給電波長λが667 mmであるとき、第１ループアンテナ１４１及び第２ループアンテナ１４２は１波長分のループ長さを有しているので、幅が350 mmの主筐体８１のアンテナ１波長換算の遮断波長λｃ´は、λｃ´＝652 mmである。すなわち、このとき、λｃ´＜λであり、主筐体８１内で、第１ループアンテナ１４１及び第２ループアンテナ１４２により、マイクロ波が適切に形成されなかったと考えられる。このため、加熱対象物の中央領域の温度が低くなったと考えられる。

一方、幅が400 mmの主筐体８１のアンテナ１波長換算の遮断波長λｃ´は、λｃ´＝752 mmである。すなわち、このとき、λｃ´＞λであり、主筐体８１内で、第１ループアンテナ１４１及び第２ループアンテナ１４２により、マイクロ波が適切に形成されたと考えられる。このため、加熱対象物の中央領域の温度が比較的高くなったと考えられる。

給電周波数が915 MHzであり、給電波長λが328 mmであるとき、第１ループアンテナ１４１及び第２ループアンテナ１４２は２波長分のループ長さを有しているので、幅が350 mmの主筐体８１のアンテナ１波長換算の遮断波長λｃ´は、λｃ´＝λｃ／２＝326 mmである。すなわち、このとき、λｃ´＜λであり、主筐体８１内で、第１ループアンテナ１４１及び第２ループアンテナ１４２により、マイクロ波が適切に形成されなかったと考えられる。このため、加熱対象物の中央領域の温度が低くなったと考えられる。

一方、幅が400 mmの主筐体８１のアンテナ１波長換算の遮断波長λｃ´は、λｃ´＝λｃ／２＝376 mmである。すなわち、このとき、λｃ´＞λであり、主筐体８１内で、第１ループアンテナ１４１及び第２ループアンテナ１４２により、マイクロ波が適切に形成されたと考えられる。このため、加熱対象物の中央領域の温度が比較的高くなったと考えられる。

以上の関係をまとめると次の表１の通りとなる。

［第３の態様］
図１２Ａ及び図１２Ｂは、マイクロ波照射装置１の構成の第３の態様の概略を模式的に示す図である。第３の態様では、搬送装置８５のベルト８６の進行方向、すなわち搬送方向に対して、第１ループアンテナ４１及び第２ループアンテナ４２を含むアンテナ４０が垂直に設けられている。したがって、アンテナ４０から照射されるマイクロ波の指向性照射軸５７は、ベルト８６の進行方向、すなわち搬送方向と平行である。一方で、第３の態様では、アンテナ４０から照射されたマイクロ波によって形成される電界を変化させる２次放射アンテナ７０が設けられている。２次放射アンテナ７０は、金属板などの電導体である。２次放射アンテナ７０は、アンテナ４０から放射されたマイクロ波によって電磁誘導される。その結果、２次放射アンテナ７０による電界が発生する。２次放射アンテナ７０が、アンテナ４０によって放射されたマイクロ波によって電磁誘導され、その結果、搬送面への被照射物９０内の電界ベクトルの投影が搬送面への周壁９２の略平面の投影と斜めに交差するような電界が形成されることで、図３（ｃ）に示したような被照射物９０の均一な加熱が実現され得る。

２次放射アンテナ７０は、第１の２次放射アンテナ７１及び第２の２次放射アンテナ７２を含む。第１の２次放射アンテナ７１は、第１ループアンテナ４１側に配置されており、第２の２次放射アンテナ７２は、第２ループアンテナ４２側に配置されている。また、ベルト８６に対して、すなわち指向性照射軸５７に対して、第１の２次放射アンテナ７１は一方側に配置されており、第２の２次放射アンテナ７２は他方側に配置されている。すなわち、２つの２次放射アンテナ７０は、指向性照射軸５７を挟んで両側に、指向性照射軸５７に対して非対称に設けられている。第１の２次放射アンテナ７１及び第２の２次放射アンテナ７２は、金属筐体８０と導通しており、アースがとられている。

図１３は、数値シミュレーションによる電磁界解析の結果を示す。（ａ）は、図１２Ａ及び図１２Ｂに示した装置構成から２次放射アンテナ７０を取り除いた装置構成の場合の結果であり、（ｂ）は、図１２Ａ及び図１２Ｂに示したように、２次放射アンテナ７０が設けられている装置構成の場合の結果である。被照射物９０を第１ループアンテナ４１と第２ループアンテナ４２との中間に配置した場合について解析を行った。発振器１０からアンテナ４０に高周波電力が供給されたときのある瞬間の、それぞれ電力及び電界の向き及び大きさを多数のベクトルの向き及び大きさで示した図である。

これらの図に示すように、（ａ）の２次放射アンテナ７０が設けられていない場合には、電力のベクトルは、被照射物９０の長手方向に沿っており、電界のベクトルは、被照射物９０の長手方向と垂直な方向に沿っている。すなわち、電力ベクトル及び電界ベクトルは、いずれも被照射物９０の周壁面に対して垂直に被照射物９０に入射している。そして、被照射物９０の中央部分や長辺に沿った部分など広い領域で電力ベクトルが小さく発熱が小さくなっていることがわかる。

これに対して、（ｂ）の２次放射アンテナ７０が設けられている場合には、電力ベクトルは、被照射物９０に斜めに入り、被照射物９０の表面でその向きを変えている。同様に電界ベクトルは、被照射物９０に斜めに入り、被照射物９０の表面でその向きを変えている。電界のベクトルは、被照射物９０内をおおよそ対角線に沿った方向に斜めに向いている。そして、被照射物９０の対角線に沿った一部の狭い領域を除いて電力ベクトルは大きくなっており、全体的に発熱が大きくなることがわかる。

すなわち、アンテナ４０を被照射物９０の搬送方向と垂直に設けているものの、２次放射アンテナ７０を設けることで、第２の態様でアンテナ４０を傾けて配置した場合と同様の効果が得られることがわかる。

上述の例では、第１の２次放射アンテナ７１は第１ループアンテナ４１側に配置されて、第２の２次放射アンテナ７２は第２ループアンテナ４２側に配置されている。すなわち、第１の２次放射アンテナ７１と第２の２次放射アンテナ７２とは、ずらして配置されている。これに対して、２つの２次放射アンテナ７０を、指向性照射軸５７に対して対称に、すなわち、指向性照射軸５７を挟んで完全に対向させた場合について同様の解析を行った。図１４は、数値シミュレーションによる電磁界解析の結果であり、ある瞬間の電界の向き及び大きさを示す図である。（ａ）は、２次放射アンテナ７０が設けられていない場合であり、（ｂ）は、２つの２次放射アンテナ７０が完全に対向して設けられた場合である。この解析結果から、２つの２次放射アンテナ７０が完全に対向している場合、２次放射アンテナ７０が無い場合と電界分布は変わらず、本実施形態に係る２次放射アンテナ７０の効果は発揮されないことが明らかになった。

〈実験例〉
図１５及び図１６は、実験結果例を示す図である。図１２Ａに示したようなマイクロ波照射装置１の第３の態様の構成において、第１の２次放射アンテナ７１と第２の２次放射アンテナ７２との間隔ｄを変化させて、被照射物９０をベルト８６で搬送しながら加熱したときの加熱後の被照射物９０の温度をサーモグラフィーで測定した。いずれの場合も、出力を300 Wとし、加熱時間を4分とした。

図１５に示す例では、何れの実験においても、第１ループアンテナ４１と第２ループアンテナ４２との間隔を550 mmとし、第１の２次放射アンテナ７１及び第２の２次放射アンテナ７２の搬送方向の長さを200 mmとし、第１の２次放射アンテナ７１及び第２の２次放射アンテナ７２は、主筐体８１と導通させた。（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、第１の２次放射アンテナ７１と第２の２次放射アンテナ７２との間隔が、それぞれ85 mm、35 mm、及び-65 mm（65 mmオーバーラップしている）の場合である。

図１６に示す例では、何れの実験においても、第１ループアンテナ４１と第２ループアンテナ４２との間隔を480 mmとし、第１の２次放射アンテナ７１及び第２の２次放射アンテナ７２の搬送方向の長さを150 mmとし、第１の２次放射アンテナ７１及び第２の２次放射アンテナ７２は、主筐体８１と導通させた。（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、第１の２次放射アンテナ７１と第２の２次放射アンテナ７２との間隔が、それぞれ110 mm、0 mm、及び-20 mm（20 mmオーバーラップしている）の場合である。

図１５に示した場合では、図の左下から右上に向けて効率よく加熱される領域が得られたのに対して、図１６に示した場合では、図の右下から左上に向けて効率よく加熱される領域が得られた。このように、第１の２次放射アンテナ７１及び第２の２次放射アンテナ７２の長さに応じて、形成される電界の状態が異なることが明らかになった。図１５に示した場合と図１６に示した場合との何れにおいても、第１の２次放射アンテナ７１と第２の２次放射アンテナ７２とがオーバーラップしている場合には、被照射物９０の中央部の加熱が不十分となるような加熱むらが生じた。これらのことから、第１の２次放射アンテナ７１と第２の２次放射アンテナ７２とは重なり合う部分が無い方がより好ましいことが明らかになった。

図１５に示す場合と図１６に示す場合との比較で、第１の２次放射アンテナ７１及び第２の２次放射アンテナ７２の配置に応じて、効率よく加熱される領域が異なることが明らかになった。そこで、図１７に示すように、（ａ）に示す第１の２次放射アンテナ７１及び第２の２次放射アンテナ７２の配置で加熱した後に、（ｂ）に示す第１の２次放射アンテナ７１及び第２の２次放射アンテナ７２の配置で加熱した。第１ループアンテナ４１と第２ループアンテナ４２との間隔を550 mmとし、第１の２次放射アンテナ７１及び第２の２次放射アンテナ７２の搬送方向の長さを200 mmとし、第１の２次放射アンテナ７１と第２の２次放射アンテナ７２との間隔を85 mmとし、第１の２次放射アンテナ７１及び第２の２次放射アンテナ７２は、主筐体８１と導通させた。（ａ）に示す第１の２次放射アンテナ７１及び第２の２次放射アンテナ７２の配置で2分間加熱した後に、1分間の間隔をあけて、（ｂ）に示す第１の２次放射アンテナ７１及び第２の２次放射アンテナ７２の配置で2分間加熱した。加熱後の温度を（ｃ）に示す。この結果のように、被照射物９０は、ほぼ均一に加熱されることが明らかになった。

図１７に示した結果に基づくと、例えばマイクロ波照射装置１を図１８又は図１９に示すように構成することで均一な加熱が可能であることがわかる。

すなわち、図１８に示すように、例えば、第１ループアンテナ４１と第２ループアンテナ４２との間に、第１ループアンテナ４１側から第２ループアンテナ４２側に向けて順に、ベルト８６の一方側に第１の２次放射アンテナ７１を設け、ベルト８６の他方側に第２の２次放射アンテナ７２を設け、再び、ベルト８６の一方側に第３の２次放射アンテナ７３を設ける。このような配置によって、第１の２次放射アンテナ７１と第２の２次放射アンテナ７２とによって形成される第１加熱ユニット３１と、第２の２次放射アンテナ７２と第３の２次放射アンテナ７３とによって形成される第２加熱ユニット３２と有するマイクロ波照射装置１が構成される。被照射物９０が第１加熱ユニット３１及び第２加熱ユニット３２の両方を通過して加熱されるように、マイクロ波照射装置１を構成することで、被照射物９０の均一な加熱が可能となる。

あるいは、図１９に示すように、ベルト８６に対する第１の２次放射アンテナ７１と第２の２次放射アンテナ７２との配置を逆にした第１加熱ユニット３１と第２加熱ユニット３２との２組の加熱ユニットを、ベルト８６による搬送方向に並べて配置し、被照射物９０が第１加熱ユニット３１及び第２加熱ユニット３２の両方を通過して加熱されるように、マイクロ波照射装置１を構成することで、被照射物９０の均一な加熱が可能となる。

図２０は、数値シミュレーションによる電磁界解析の結果を示す。第１ループアンテナ４１と第２ループアンテナ４２との間隔を465 mmとし、第１の２次放射アンテナ７１及び第２の２次放射アンテナ７２の搬送方向の長さを150 mmとし、第１の２次放射アンテナ７１と第２の２次放射アンテナ７２との間隔を25 mmとした。（ａ）は第１の２次放射アンテナ７１及び第２の２次放射アンテナ７２を主筐体８１と導通させた場合であり、（ｂ）は第１の２次放射アンテナ７１及び第２の２次放射アンテナ７２を主筐体８１と非導通とした場合である。被照射物９０を第１ループアンテナ４１と第２ループアンテナ４２との中間に配置した場合について解析を行った。発振器１０からアンテナ４０に高周波電力が供給されたときのある瞬間の、それぞれ電界の向き及び大きさを多数のベクトルの向き及び大きさで示した図である。第１の２次放射アンテナ７１及び第２の２次放射アンテナ７２を導通させた場合と導通させなかった場合とで、被照射物９０内の電界ベクトルは逆向きに傾くことが明らかになった。したがって、第１の２次放射アンテナ７１及び第２の２次放射アンテナ７２のそれぞれの金属筐体８０への導通状態を、マイクロ波の照射途中で変更することで、形成される電界の状態を変更して、被照射物９０の均一な加熱が実行されてもよい。

さらにここまでは、被照射物９０が略四角形のトレーに入った物である場合について説明してきたが、被照射物９０が円形のカップに入った物である場合についても検討した。すなわち、同様のマイクロ波照射装置１におけるアンテナ４０から照射されたマイクロ波によって形成される電界の２次放射アンテナ７０による変化について、円形カップに係る被照射物９０の場合も検討した。図２１は、数値シミュレーションによる電磁界解析の結果を示す。（ａ）は、２次放射アンテナ７０を設けていない場合の解析結果であり、（ｂ）は、２次放射アンテナ７０を設けた場合の解析結果である。第１ループアンテナ４１と第２ループアンテナ４２との間隔を465 mmとした。（ｂ）の場合は、第１の２次放射アンテナ７１及び第２の２次放射アンテナ７２の搬送方向の長さを150 mmとし、第１の２次放射アンテナ７１と第２の２次放射アンテナ７２との間隔を25 mmとした。また、第１の２次放射アンテナ７１及び第２の２次放射アンテナ７２は、主筐体８１と非導通とした。被照射物９０を第１ループアンテナ４１と第２ループアンテナ４２との中間に配置した場合について解析を行った。発振器１０からアンテナ４０に高周波電力が供給されたときのある瞬間の、それぞれ電力及び電界の向き及び大きさを多数のベクトルの向き及び大きさで示した図である。

これらの図に示すように、（ａ）の２次放射アンテナ７０が設けられていない場合には、電力のベクトルは、指向性照射軸５７に沿っており、電界のベクトルは、指向性照射軸と垂直な方向に沿っている。被照射物９０内の中央部分の指向性照射軸５７に垂直な部分やその両端部分など広い領域で電力ベクトルが小さく発熱が小さくなっていることがわかる。

これに対して、（ｂ）の２次放射アンテナ７０が設けられている場合には、被照射物９０内において、電力ベクトルは斜めを向き、同様に電界ベクトルは斜めを向いている。そして、当該斜めに沿った一部の狭い領域を除いて電力ベクトルは大きくなっており、全体的に発熱が大きくなることがわかる。すなわち、被照射物９０が円形のカップに入った物である場合についても、２次放射アンテナ７０の配置によって発熱の状態が改善することが明らかになった。

なお、図１４を参照して説明したように、２つの２次放射アンテナ７０を、指向性照射軸５７を挟んで完全に対向させた場合について同様の解析を行うと、図２２に示すように、（ａ）２次放射アンテナ７０が設けられていない場合と、（ｂ）２次放射アンテナ７０が完全に対向して設けられた場合とでは、電界分布は変わらず、本実施形態に係る２次放射アンテナ７０の効果は発揮されないことが明らかになった。

なお、第１の態様、第２の態様及び第３の態様は、適宜に組み合わせて用いられ得る。例えば、第２の態様のように、アンテナ４０を傾けつつ、被照射物９０の周壁９２が指向性照射軸５７と平行にならないように、被照射物がベルト８６上に斜めに配置されてもよい。また、第３の態様についても同様に第１の態様又は第２の態様と組み合わせて用いられ得る。

［指向性照射軸及び電界振幅面の傾きについて］
以上の説明では、指向性照射軸５７及び電界振幅面５８が被照射物９０の搬送面と平行であるものとして説明を行った。指向性照射軸５７及び電界振幅面５８は、被照射物９０の搬送面と完全に平行でなくてもよい。例えば、図２３Ａに示すようにベルト８６の上面のような被照射物９０の搬送面に垂直な搬送方向に沿った平面でみたときに、少なくとも、例えば、搬送面と指向性照射軸５７との成す角θが、被照射物９０の対角線が成す角φよりも小さければ、上述のことは同様に成り立つ。また、例えば、少なくとも、図２３Ｂに示す電界振幅面５８ａ及び電界振幅面５８ｂのように、電界振幅面５８が被照射物９０を完全に横切るとき、上述のことは同様に成り立つ。一方、図２３Ｂに示す電界振幅面５８ｃのように、電界振幅面５８が被照射物９０を横切らずに、上面又は下面を通るとき、上述のことは成り立たない可能性がある。

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

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。

１：マイクロ波照射装置
１０：発振器、２０：給電器具、２１：同軸ケーブル、
３１：第１加熱ユニット、３２：第２加熱ユニット
４０：アンテナ、４１：第１ループアンテナ、４２：第２ループアンテナ
５１：ループアンテナ、５２：導線、５３：給電点、５４：開口面、５５：照射面、５６：照射源、５７：指向性照射軸、５８：電界振幅面
７０：２次放射アンテナ、７１：第１の２次放射アンテナ、７２：第２の２次放射アンテナ、７３：第３の２次放射アンテナ
８０：金属筐体、８１：主筐体、８２：側筐体、８５：搬送装置、８６：ベルト、８８：搬入装置
９０：被照射物、９１：容器、９２：周壁、９４：内容物

Claims (16)

1. 給電器具を介した導通により発振器から開口面を有する指向性のアンテナに給電し、前記アンテナの前記開口面から指向性照射軸の方向へマイクロ波を放射させることと、
   搬送面に沿って搬送方向に、略平面を含む周壁を有する被照射物を当該周壁が前記搬送面に対して略垂直となる姿勢で搬送することと
   を含み、
   前記搬送面への、前記周壁の前記略平面の投影と前記マイクロ波によって前記被照射物内に形成される電界の電界ベクトルの投影とは、斜めに交差するように構成されている、
   マイクロ波の照射方法。
2. 前記搬送面は、前記開口面を通過する、請求項１に記載のマイクロ波の照射方法。
3. 開口面を有して発振器から給電器具を介した導通により給電されることで前記開口面から指向性照射軸の方向へマイクロ波を放射するように構成された指向性のアンテナと、
   搬送面に沿って搬送方向に、略平面を含む周壁を有する被照射物を当該周壁が前記搬送面に対して略垂直となる姿勢で搬送するように構成された搬送装置と
   を備えるマイクロ波照射装置であって、
   前記搬送面への前記周壁の前記略平面の投影と前記マイクロ波によって前記被照射物内に形成される電界の電界ベクトルの投影とは、斜めに交差するように構成されている、
   マイクロ波照射装置。
4. 前記アンテナは、前記搬送面への前記指向性照射軸の投影と前記搬送方向の投影とが斜めに交差するように配置されている、
   請求項３に記載のマイクロ波照射装置。
5. 前記指向性照射軸に沿って配置され、前記アンテナによって放射されたマイクロ波によって電磁誘導されることで、前記搬送面への前記被照射物内の前記電界ベクトルの投影が前記搬送面への前記周壁の前記略平面の投影と斜めに交差するような、電界を形成するように構成された２次放射アンテナをさらに備える、請求項３に記載のマイクロ波照射装置。
6. 前記アンテナは、複数の指向性アンテナを備え、
   前記２次放射アンテナは、前記複数の指向性アンテナの間に設けられた複数の２次放射アンテナを備え、
   前記複数の２次放射アンテナは、前記指向性照射軸を挟んで両側に、前記指向性照射軸に対して非対称に設けられている、
   請求項５に記載のマイクロ波照射装置。
7. 前記アンテナは、複数の指向性アンテナを備え、
   前記複数の指向性アンテナは、複数の前記指向性照射軸が略平行となるように配置されている、
   請求項３乃至６の何れかに記載のマイクロ波照射装置。
8. 前記アンテナは、前記指向性照射軸が前記搬送面と略平行となるように、配置されている、請求項３乃至６の何れかに記載のマイクロ波照射装置。
9. 前記搬送面は、前記開口面を通過する、請求項３乃至６の何れかに記載のマイクロ波照射装置。
10. 前記搬送面への前記被照射物内に形成される前記電界の電界ベクトルの投影が第１の方向となる第１加熱ユニットと、前記搬送面への前記被照射物内に形成される前記電界の電界ベクトルの投影が第１の方向とは異なる第２の方向となる第２加熱ユニットとを含む、請求項３乃至６の何れかに記載のマイクロ波照射装置。
11. 前記アンテナから照射される前記マイクロ波の電界振幅面は、前記搬送面に略平行である、請求項３乃至６の何れかに記載のマイクロ波照射装置。
12. 前記アンテナは、ループアンテナである、請求項３乃至６何れかに記載のマイクロ波照射装置。
13. 前記アンテナは、前記指向性照射軸が前記搬送方向と平行になるように配置されており、
    前記搬送面への前記周壁の前記略平面の投影が、前記搬送方向に対して斜めに交差するように、前記被照射物を前記搬送装置に導入する搬入装置をさらに備える、
    請求項３に記載のマイクロ波照射装置。
14. 開口面を有して発振器から給電器具を介した導通により給電されることで前記開口面から指向性照射軸の方向へマイクロ波を放射するように構成された指向性のアンテナと、
    前記指向性照射軸に沿って配置された複数の２次放射アンテナであって、前記指向性照射軸を挟んで両側に、前記指向性照射軸に対して非対称に設けられており、前記アンテナによって放射されたマイクロ波によって電磁誘導されることで電界を形成するように構成された２次放射アンテナと、
    搬送面に沿って搬送方向に、被照射物を、当該被照射物の周壁が前記搬送面に対して略垂直となる姿勢で、前記電界内を搬送するように構成された搬送装置と
    を備えるマイクロ波照射装置。
15. 請求項１又は２に記載のマイクロ波の照射方法によって被照射物に前記マイクロ波を照射して、前記被照射物を加熱することを含む、加熱方法。
16. 請求項１５に記載の加熱方法によって、食品である前記被照射物を加熱することを含む、食品の製造方法。

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