JPH07231846A - 食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ、インピーダンス整合のための複合材料、並びにマイクロ波エネルギ遮蔽のための複合材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電子レンジ加熱においてマイクロ波エネルギ
を直接損失することなく食品の温度を均一に上昇させ
る。 【構成】 食品１２を保存及びマイクロ波加熱するため
の食品パッケージ１０は、食品受容キャビティ１４を形
成する頂部パネル１６、側面パネル１８及び底部パネル
２０を有する。インピーダンス整合部材２２は、パッケ
ージに入るマイクロ波エネルギをインピーダンス整合さ
せるために少なくとも１つのパネル上に設けられる。イ
ンピーダンス整合部材２２は好ましくは食品に関して大
きさ及び形状が決められる誘電性バインダに埋め込まれ
た薄いフレーク材料の連続フィルムである。フレーク材
料は少なくとも１０００のアスペクト比を有し、これに
より提供されるインピーダンス整合部材２２は、少なく
とも４０００の有効誘電率を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は食品のマイクロ波調理に
関する。更に詳細には、本発明は、熱を生成するために
マイクロ波エネルギと相互作用を起こさずにマイクロ波
エネルギを食品内により均等に分散させるように、電子
レンジ内でマイクロ波エネルギをインピーダンス整合さ
せる手段を含むマイクロ波食品パッケージに関する。

【０００２】

【従来の技術】食事全体又は一部を調理するための電子
レンジの流行は、食品が保存されている食品パッケージ
の中で食品を直接電子レンジで調理することのできる多
数の食品パッケージの開発をもたらした。パッケージ又
はその構成部分の中で食品を調理する便利さは多数の消
費者の心をとらえた。しかしながら、ある食品をマイク
ロ波調理する場合、外側を焦がしたりひどく脱水させた
りすることなく食品の中心部を加熱又は温められないこ
とが不満の１つとなっている。特に、量が多い場合に
は、従来の食品パッケージを用いて電子レンジで均一に
加熱するのは非常に困難である。外側部分が十分に調理
された場合でも、望ましくないことに中心部は通常冷た
い。

【０００３】食品をかりかりに焼くために食品表面で熱
を生成することのできるマイクロ波相互作用フィルムが
生産された。米国特許第４、６４１、００５号（ Seife
rthへ発行、本出願の譲受人である Virginia の James
River Corporationへ譲渡）は、食品の表面をこんがり
と焼くことのできる食品パッケージに有用なマイクロ波
相互作用材料を開示している。特に、相互作用材料に
は、剛性基板に接着されたポリマ材料へ塗布された非常
に薄い金属フィルムが含まれる。このようなフィルムは
実際にマイクロ波エネルギと相互作用を起こして食品表
面に熱を生成する。このような相互作用材料により供給
される熱は食品表面をこんがりと焼くのに有利である
が、食品の外側部分は相互作用材料のない場合よりさら
に速く調理され、その結果内部が十分に加熱されないの
で、大きい誘電率を有する厚い食品を調理するためには
不都合である。

【０００４】また、主として食品パッケージで使用する
ために、追加的なマイクロ波加熱装置が開発された。米
国特許第４、８７６、４２３号（Tighe 等へ発行）は、
局在化されたマイクロ波放射加熱を生ずるための媒体を
開示している。ここでは、媒体は、基板上に塗布又は印
刷することのできる高分子バインダと導体及び半導体粒
子との混合物から形成される。しかしながらこの場合
も、このような媒体は電磁マイクロ波エネルギと相互作
用を起こして熱を生成することにより食品の表面をこん
がりと又はかりかりに焼くように設計されているが、食
品中心部の加熱を強化することは提供しない。

【０００５】また、均一に加熱するため、あるいはマイ
クロ波エネルギの反射率、透過率又は吸収率を調整する
ために設計された多数のマイクロ波食品パッケージ又は
容器も開発された。米国特許第４、２６６、１０８号
（ Anderson 等）は、温度自己制限装置を提供するのに
十分な距離だけ離間されたマイクロ波反射部材とマイク
ロ波吸収部材の両方を含むマイクロ波加熱装置を開示し
ている。しかしながら上述の特許において提供されたの
と同じように、この装置には、熱を生成するためにマイ
クロ波エネルギと相互作用を起こすことにより食品を伝
導加熱する加熱部材が含まれる。

【０００６】更に、米国特許第４、９２７、９９１号
（Wendt 等）は食品パッケージに関するものであり、グ
リッドと組み合わされた蓄熱器又は加熱素子を開示して
いる。ここでは、蓄熱器表面は最大マイクロ波出力吸収
のために整合されたインピーダンスへ同調される。特
に、加熱素子の反射率、透過率及び吸収率は、グリッド
孔サイズ、蓄熱器インピーダンス、グリッド形状、グリ
ッドと蓄熱器の間隔、及び隣接孔の間隔を含む設計因子
を変化させることにより調整することができる。このよ
うなパッケージで調理するために意図された食品は上記
のものと同様であり、特に、ピザ、フィッシュスティッ
ク又はフレンチフライ等のように表面をある程度こんが
り又はかりかりに焼くことを必要とする食品である。更
に、これらの食品の中心部を適度に加熱するという問題
は、これらが全体として比較的薄い種類のものであるた
めこの装置では要求されない。

【０００７】また、特別に設計されたカバー又は蓋を含
む容器も開発された。これらはマイクロ波場のパターン
を修正することができると共に、マイクロ波加熱中に誘
電率が変化され、加熱が進行するにつれて容器内の発熱
分布を変更することができる。米国特許第４、８８８、
４５９号（ Keefer へ発行）は、これらの特性を提供す
るために誘電性の構造を含むマイクロ波容器を開示して
いる。特に、この特許は単一又は複数の金属プレート又
はシートが上に配置された蓋を含む容器を開示する。マ
トリックス中の金属粒子の分散から電気的により濃密な
領域が形成され、この電気的に高い部分の誘電率は、非
制限領域については２５乃至３０の範囲であると開示さ
れている。更に、少なくとも最初はこの領域がマイクロ
波吸収性であり、従ってマイクロ波エネルギにさらされ
ると加熱され得るという特性において、この領域は損失
性（lossy ）である。その上、電気的により濃密な領域
は、マイクロ波加熱の進行中に実際に誘電率が減少され
る。残念ながら、この特許及び関連の米国特許第４、８
６６、２３４号に開示された電気的により濃密な領域は
マイクロ波エネルギと少なくとも部分的に相互作用を起
こす。その結果、この領域は、マイクロ波調理中にポッ
トパイ（深皿のパイ）又はフルーツパイ等の食品では所
望されない熱を生成するであろう。更には、遮断機能が
なければ、熱の生成は長い調理時間を必要とする食品に
ついては焦げたり燃えたりする危険も引き起こすであろ
う。

【０００８】また、米国特許第４、６５６、３２５（ K
eefer ）には、アルミニウム箔皿等のマイクロ波反射性
の食品収容皿と共に使用するためのカバー構成を含むマ
イクロ波加熱パッケージが開示されている。カバーは食
品を収容している容器内へのマイクロ波放射を可能にす
るので光学上の非反射性コーティングにたとえられる
が、食品表面及び容器底部から反射されるマイクロ波放
射が漏れるのを実質的に防止し、これによりエネルギは
容器内に捕獲又は濃縮される。この特許に開示されるカ
バーは、とりわけ、食品表面をこんがりと焼く及び／又
はかりかりに焼くことを提供するために設計されてい
る。

【０００９】また、マイクロ波透過性を変化させて食品
を表面加熱するための食品ラップも開発されている。米
国特許第４、９７２、０５８号（Benson等）は、多孔性
の誘電性基板と、誘電性マトリックス及びマイクロ波感
受性材料のフレーク（薄片）を含むコーティングと、か
ら成り、マイクロ波エネルギの吸収により熱を発生する
ための複合材料を開示している。フレークのアスペクト
比は少なくとも１０である。しかしながら、この特許で
開示される複合材料に使用されるフレーク材料は、縁が
ぎざぎざの金属フレークに限られる。

【００１０】従って、食品、特に誘電率の高い食品の温
度を均一且つ一様に上昇させるための手段を有するマイ
クロ波パッケージが必要とされる。特に、熱を生成する
ためにマイクロ波エネルギと相互作用を起こさず、素子
のサイズ及び形状に依存する所定領域において食品温度
を上昇させることのできる高誘電率のマイクロ波パッケ
ージ素子が厚みのある食品のために必要とされる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の主要
な目的は、上記のような先行技術の欠陥を克服し、特
に、加熱のためにマイクロ波エネルギを直接損失するこ
となく食品の温度を上昇させる食品の保存及びマイクロ
波加熱用パッケージを提供することである。

【００１２】本発明のもう１つの目的は、パッケージ内
に保存された食品の温度を食品中心部を含めて均一に上
昇させるためにパッケージに入るマイクロ波エネルギを
インピーダンス整合させるための手段を含むパッケージ
を提供することである。インピーダンス整合手段は熱を
生成するためにマイクロ波エネルギと相互作用を起こさ
ない。

【００１３】本発明の更にもう１つの目的は、パッケー
ジに入るマイクロ波エネルギをインピーダンス整合させ
るためにパッケージの一部に設けられたインピーダンス
整合手段を含む食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケ
ージを提供することである。インピーダンス整合手段
は、熱を生成するためにマイクロ波エネルギと相互作用
を起こすことなく食品の所定領域の温度を上昇させるこ
とのできる誘電性バインダに埋め込まれた薄いフレーク
材料の連続膜を含む。

【００１４】

【課題を解決するための手段及び作用】上記の目的は、
食品受容キャビティを形成するパッケージ本体を含むパ
ッケージを提供することにより達成される。特に、パッ
ケージ本体は底部パネル及び頂部パネルと底部及び頂部
パネルを結合する側面パネルとを有する。インピーダン
ス整合素子は、パッケージに入るマイクロ波エネルギを
インピーダンス整合させるために、少なくとも１つのパ
ネル上に設けられる。インピーダンス整合素子は好まし
くは食品に関して大きさ及び形状が決められる誘電性バ
インダに埋め込まれた薄いフレーク材料の連続膜であ
り、インピーダンス整合によって、熱を生成するために
マイクロ波エネルギと相互作用を起こすことなく膜のサ
イズ及び間隔に依存する所定領域内の食品の温度が上昇
されるようにする。その結果、ポットパイ等のように厚
みのある食品の中心部は、その外側の部分を焦がしたり
過熱したりすることなく完全に加熱される。

【００１５】

【実施例】大型のポットパイ又はフルーツパイ等の厚み
のある多くの食品は縁部が中央部よりも早く調理される
ので、食品のマイクロ波調理はあらゆる調理ニーズのた
めに消費者に商業的に容認されていない。本発明は、マ
イクロ波エネルギを食品の特定領域に効果的に結合させ
ることにより通常はゆっくりと加熱されるこれらの領域
の温度を上昇させるために、マイクロ波エネルギをイン
ピーダンス整合させる調理手段及びその調理手段を含む
食品パッケージを提供する。数学的な解析によって、本
発明のインピーダンス整合手段はより高い誘電率を有す
る負荷においてより明白であり、インピーダンス整合の
最適な間隔は誘電率と共に減少するがごく僅かであるこ
とが決定された。インピーダンス整合は、食品と入って
くるマイクロ波放射との間に離間されたフィルムを利用
することにより達成される。インピーダンス整合フィル
ムの存在は食品へ直接伝達されるマイクロ波エネルギ量
を増大させる。

【００１６】本発明をよりはっきりと理解するために、
まず図１に注目する。特に図１は食品パッケージ１０を
示す。食品パッケージ１０は、食品受容空間１４内に、
ポットパイとして示される食品１２を含んでいる。フル
ーツパイ及びシチュー等の多数の追加的な食品も、本発
明に従って製造されるパッケージによって効果的に加熱
することができる。

【００１７】食品パッケージ１０は、マイクロ波エネル
ギを実質的に透過させると共に種々のマイクロ波透過性
材料から構成される食品受容空間１４を形成する頂部パ
ネル１６、側面パネル１８、及び底部パネル２０を有す
る。好ましくは食品パッケージは紙又は板紙から製造さ
れるが、マイクロ波適合プラスチック材料から製造され
てもよい。インピーダンス整合部材２２は食品１２の上
方で頂部パネル１６上に配置されるのが好ましい。図１
に示されるようにインピーダンス整合部材２２を食品１
２上方に配置させることによって、パッケージ１０に入
るマイクロ波エネルギは部材２２によりインピーダンス
整合され、マイクロ波エネルギを食品１２の中心部へ効
果的に分散させる。ここで、部材２２は熱を生成するた
めにマイクロ波エネルギと相互作用を起こさない。その
結果、部材２２は従来の意味でのヒータではなく、代わ
りに食品に作用する入射マイクロ波エネルギをインピー
ダンス整合させることにより食品内部の温度を効果的に
上昇させるための新規な手段を提供する。

【００１８】図２は、食品１２の上方で頂部パネル１６
の内部表面に配置されたインピーダンス整合部材２２を
明確に示す。好ましくは、インピーダンス整合部材２２
は食品１２の表面より１／８インチ乃至５／８インチ上
に配置される。インピーダンス整合部材２２は、容器１
０へ直接印刷又はコーティングされてもよいし、あるい
は予め別の基板へ塗布されてもよい。基板は、板紙、
紙、ポリエステル薄膜、又はインピーダンス整合部材２
２を支持することのできる他の任意のマイクロ波透過性
材料である。

【００１９】食品パッケージ１０は多数の追加的な構成
で設計されることもでき、そのうちの幾つかは図３〜図
９に示されている。特に、図３は、インピーダンス整合
部材がパッケージ外側で頂部パネル１６上に配置された
パッケージ１０を示す。更に、インピーダンス整合部材
２２は異なる材料の間に配置されてもよい。例えば、図
４及び図５は、基板２４と、食品パッケージ１０の頂部
パネル１６へインピーダンス整合部材を積層するために
使用される接着層２６と、の間に配置されたインピーダ
ンス整合部材２２を示している。基板２４は、インピー
ダンス整合部材２２が印刷又はコーティングされること
のできる紙、板紙又は薄膜である。

【００２０】図６及び図７は、例えば従来の印刷プロセ
スにより表面へ塗布された樹脂又はインクの薄膜２８に
インピーダンス整合部材２２が埋め込まれる又は包囲さ
れる追加的な実施例を示す。更に、インピーダンス整合
部材２２は、図８及び図９に示されるように接着層２６
により表面へ接着される紙、板紙、又はプラスチック等
の材料３０によって挟持されることができる。これらの
実施例は、インピーダンス整合部材２２を利用すること
ができる多くのパッケージ構成のうちの幾つかにすぎな
い。

【００２１】図１０は更に別の可能なパッケージ構成１
０を示す。ここでは、インピーダンス整合部材２２は、
図１及び図２〜図９に示されるように別の容器上ではな
く、食品トレイの蓋上に配置される。

【００２２】インピーダンス整合部材２２は誘電性バイ
ンダ材料内に埋め込まれる又は保持される薄いフレーク
（薄片）材料膜を含む。好ましくは、インピーダンス整
合部材２２は食品１２よりも直径方向に小さいような形
状とされる。誘電性バインダは、例えばシリコン又はア
クリルバインダ等の市販されている種々のバインダ材料
から選択される。

【００２３】特に、好ましい誘電性バインダは、損失正
接が低く、誘電率が高く、且つ絶縁耐力が高い材料であ
る（全て２．４５ＧＨｚで評価される）。ダウコーニン
グ（Dow Corning ）１−２５７７等の低損失シリコンバ
インダや、ジョンソンワックス（Johnson Wax ）からの
スチレン／アクリルのジョンクリル（Joncryl ）６１１
等のアクリルバインダは、マイクロ波エネルギの存在下
有害な熱を生成することなく所望のインピーダンス整合
応答を有するコーティングを提供するために利用され
る。これに反して、ニトロセルロースのように損失正接
が高い樹脂がバインダ材料として使用されると、得られ
るインピーダンス整合コーティングはマイクロ波エネル
ギへさらされた場合に過度に加熱され、その結果、コー
ティング基板が焦げたり溶融する等の種々の望ましくな
い副作用が起こる。

【００２４】本発明の薄いフレーク材料は、有利な結果
を達成するために不可欠である。フレークは一般に平坦
且つ平面状であり、金属材料から製造される。フレーク
はバインダ材料内に実質的に平らに置かれるのを可能に
する長さを有することが重要である。同時に、フレーク
はグラビア印刷等の従来の印刷プロセスにより基板上に
印刷されるのを可能にする長さでなければならない。一
般的に、所望されるフレークは、平均最長寸法が約８〜
７５マイクロメートル（μｍ）の範囲内であり、より小
さい寸法、即ち幅が５〜３５μｍの範囲内のアルミニウ
ム金属である。好ましくは、最長寸法は１０〜３０μｍ
の範囲内である。アルミニウム金属が好ましいが、他の
金属材料も同様に本発明へ適用することができる。

【００２５】図１１及び図１２を参照すると、本発明の
好ましいフレークが拡大されて示されている。図面から
わかるように、フレーク自体は実質的に滑らかな周囲を
有し、わずかな数の破片となったフレークがバインダ内
に存在するように見える。フレークの外見上の滑らかさ
は拡大の度合いによるであろう。しかしながら、フレー
ク周囲が滑らかであるとみなすことは、ぎざぎざの周囲
を有するフレークとの比較によって定義されることがで
きる。特に、フレーク周囲の滑らかさは、ぎざぎざなフ
レークが多数の交差する直線を含んで１８０°より小さ
い角を形成する程度までぎざぎざにされたフレークと対
比されることができる。フレークの滑らかな周囲は、ぎ
ざぎざな周囲よりも小さいパラメータの全長を提供す
る。図１３〜図１５及び図１６〜図１８は先行技術の金
属フレークを示している。図１３〜図１５及び図１６〜
図１８に示されるフレークと図１１及び図１２に示され
るフレークとを比較することにより、図１１及び図１２
に示されるフレークがより小さいパラメータ長さを有す
るのは明らかである。

【００２６】本発明の有利な特徴を得るには、長さに加
えてフレーク材料の厚さも重要である。フレークはフレ
ーク寸法の完全性を保持するために十分な厚さを有する
と共に、バインダ材料内の分散に耐えるように十分な機
械的強度を有しなければならない。また一方では、フレ
ーク材料は、隣接するフレーク間に緊密なパッキングを
提供できなくなる程厚くてはならない。好ましくは、フ
レークは１００〜５００Åの範囲内の厚さを有する。更
に好ましくは、フレークは約１００〜２００Åの範囲内
の厚さを有する。フレーク材料がアルミニウム金属から
成る場合、好ましいアルミニウムフレークは蒸着により
アルミニウム金属から製造され、厚さは１〜４の範囲内
の光学密度を提供する。

【００２７】またフレーク材料は、少なくとも１０００
のアスペクト比を有するのが好ましい。このようなアス
ペクト比は、少なくとも４０００の有効誘電率を有する
インピーダンス整合部材２２を提供する。このような高
い誘電率では、薄いインピーダンス整合部材２２は電子
レンジ内に存在するマイクロ波エネルギのインピーダン
スを整合させることができ、その間、インピーダンス整
合部材２２下方でパッケージ内に保持された食品内部へ
マイクロ波エネルギをより効果的に方向付けることがで
きる。

【００２８】これらのフレークが誘電性バインダ中に懸
濁されて印刷される場合、フレークは多くの位置でほと
んど接触している平坦な導電性島から成る群島を形成
し、インピーダンス整合部材２２を形成する。これによ
り、フレーク間の領域に電界が集中され、蓄積される電
気エネルギ量が著しく増大される。こうして形成される
インピーダンス整合部材２２は、全ての意図及び目的の
ために、非常に高い誘電率を有する非導電性フィルムで
ある。

【００２９】インピーダンス整合のためのフィルム能力
の量的な表現は、単一の無次元フィルムパラメータｘで
表される。このような表現は以下に実証される有利な結
果を理解する上で役立つであろう。特に、抵抗性及び容
量性フィルムについて、ｘは次のように定義される。

【００３０】 ｘ＝σｄＺ₀ ／２ （抵抗性フィルム） （１） ｘ＝πｉｆε_r ε₀ Ｚ₀ ｄ （容量性フィルム） （２）

【００３１】これらの式において、Ｚ₀ はフィルム平面
へ投射される放射の自由空間インピーダンス、σは抵抗
性フィルムのバルク導電率、ｄはフィルム厚、ｉはマイ
ナス１の平方根（虚数）、ｆは周波数、ε₀ は自由空間
の誘電率（一般的に、８．８５×１０^-12 ファラッド／
メートルに等しい）、ε_r は容量性フィルムの複素数の
比誘電率である。

【００３２】本発明のインピーダンス整合部材の数学的
表現へもう一度戻って、無限の大きさのフィルムが自由
空間に置かれる場合、反射係数Ｒ及び透過係数Ｔは、抵
抗性及び容量性フィルムについて以下の式で示される。

【００３３】 Ｒ＝−ｘ／（１＋ｘ） （３） Ｔ＝１／（１＋ｘ） （４）

【００３４】抵抗性フィルムでは、ｘは実数、Ｔは入っ
てくる放射と同位相、Ｒは１８０°位相が異なり、Ｒ及
びＴの絶対値は合計して１になる。容量性フィルムでは
ｘは複素数なので、Ｒ及びＴの位相はｘの大きさ及びε
_r の位相次第である。複素数として合計される場合、Ｔ
はなお１＋Ｒに等しいが、Ｔ及びＲの絶対値の合計は１
より大きくなる。完全な誘電体ではエネルギは損失され
ないので、抵抗性フィルムと同一の反射振幅を有する容
量性フィルムは、より多くの放射を透過する。以下の議
論において、容量性フィルムのｘ値が複素数であること
は理解されるにちがいない。

【００３５】抵抗性フィルムで損失される入射パワーの
部分は式（５）で示され、容量性フィルムでは損失され
るパワーは式（６）で示される。

【００３６】 Ａ_r ＝２ｘ／（１＋ｘ）² （５） Ａ_c ＝２｜ｘ｜ sinδ／（１＋｜ｘ｜² ＋２｜ｘ｜ sinδ） （６）

【００３７】上記の式において、δは誘電体の損失角で
ある。抵抗性フィルムはｘ＝１においてピーク吸収０．
５を有し、容量性フィルムは｜ｘ｜＝１においてピーク
吸収sinδ／（１＋ sinδ）を有することに注意すべき
である。完全な誘電体（ sinδ＝０）は任意の大きさの
ｘに対して吸収を有しない。また、これらの式は薄いフ
ィルムに対してのみ適用可能であり、これはフィルムの
厚さがフィルム内の放射の波長よりも遙に小さくなけれ
ばならないことを意味することにも注意すべきである。

【００３８】薄いフィルムの放射におけるパワー分散
は、簡単な電気ネットワークを用いて計算される。入射
される放射は自由空間の出力インピーダンス（Ｚ₀ ）を
有するソースとして表現され、フィルムはＺ₀ ／２ｘの
値を有する接地された抵抗器又はコンデンサであり、フ
ィルムの後ろの空間は接地された別のＺ₀ 抵抗器であ
る。後ろにある自由空間が食品等の誘電体で置き換えら
れる場合、２番目のＺ₀ は誘電体のインピーダンス（Ｚ
_d ）で置き換えられなければならない。垂直に入る放射
ではＺ_d 対Ｚ₀ の比率は１／ε _r ^1/2 なので、簡単な回
路表現により、容量性フィルムコーティングを有する誘
電体への透過係数は次式で与えられる。

【００３９】 Ｔ＝２／（１＋２ｘ＋ε _r ^1/2 ） （７）

【００４０】抵抗性フィルムでは，ｘは実数なので、Ｔ
はｘと共に単調減少する。誘電体が損失性（lossy ）の
場合、ε_r は負の虚数成分を有する。従って、容量性フ
ィルム（ｘが虚数）では｜ｘ｜が最初に増大するとき、
ｘ項はε_r の虚数部分を相殺し始め、Ｔは実際には増大
する。結局は、ｘはε_r に優位を占め、Ｔは降下する
が、しばらくの間容量性フィルムは損失性の食品のイン
ピーダンス整合を改良し、その結果食品へのエネルギ入
力を増大させる。Ｔが一度既知になると、誘電性食品の
負荷内へ透過されるエネルギの部分はε _r ^1/2 ＴＴ^* の
実数部分として計算されることができる。ここで、Ｔ^*
はＴの共役複素数である。

【００４１】本発明のインピーダンス整合フィルムが距
離Ｌだけ隔てられている場合、食品によるマイクロ波エ
ネルギの吸収は大幅に増大される。誘電体のインピーダ
ンスを距離Ｌだけ自由空間を通ってフィルムへ伝達する
ために透過ラインインピーダンスの式を用いて、以下に
与えられるように、Ｚ_d はＬの関数としてのＺ_d で置き
換えることができる。

【００４２】

【数１】

【００４３】上記の式（８）において、ｋ₀ は２πｆ
（ε₀ μ₀ ）^1/2 に等しい自由空間での波数であり、μ
₀ は４π×１０^-7ヘンリ／メートルに等しい。１／ε
^1/2 についての式（７）に式（８）からのＺ_d ／Ｚ₀ を
置き換えることにより、半波長の整数倍のフィルム−誘
電体間隔において、容量性フィルムはかなり十分に遮蔽
できることがわかった。間隔が約１ｃｍ（＋半波長の整
数倍）及びｘが約１．０ｉ（あるいは、２．４５ＧＨｚ
での垂直放射についての誘電率と厚さの積が約０．０４
メートル）の場合、ほとんど完全な吸収が無限の負荷で
実現される。

【００４４】上記に説明された回路モデルを用いると、
フィルム及び負荷（例えば水）の有効負荷は、フィルム
とフィルムへ伝達される負荷との並列な組み合わせであ
る。従って、有効負荷の逆数はフィルムインピーダンス
及び伝達された負荷のインピーダンスの逆数の和であ
る。式（８）がＬの関数としてインピーダンス（Ｚ）を
伝達するために使用される場合、Ｚ₀ へ正規化されるイ
ンピーダンス（及びその逆数）は実数軸を｜Ｚ｜／Ｚ₀
及びＺ₀ ／｜Ｚ｜で切断する複素インピーダンス平面に
円を描く。

【００４５】曲線に沿ったある場所、即ちある間隔Ｌに
おいて、正規化されたインピーダンスの逆数は１．０に
ある正の虚数Ｎｉを加えたものである。ｘがｉ／Ｎであ
るところでフィルムが選択されると、ｘの逆数は−Ｎｉ
であり、全インピーダンスはＺ₀ であり、エネルギが反
射されない完全なインピーダンス整合である。本発明の
容量性フィルムは吸収しないので、全てのエネルギは最
後には負荷中の熱となる。この理由で、ポットパイやフ
ルーツパイ等の高誘電性の食品の内部を加熱するために
非常に有効である。

【００４６】適切な間隔における全吸収のためのｘの値
は、食品の誘電率の関数として以下に表現される。

【００４７】

【数２】

【００４８】その結果、高誘電率を有する食品について
は、インピーダンス整合のために最良のフィルム容量は
｜ε_r ｜−１の４乗根に多少依存する。従って、容量は
ε_rに対して極端に敏感ではなく、単一のフィルムは広
範囲の食品負荷に対して効果的に作用する。

【００４９】例１ 上記のモデルは、接地された円形導波管を水の負荷のた
めの容器として用いて電子レンジ内で実験的にテストさ
れた。導波管は直径８．５ｃｍであり、水位は３．５ｃ
ｍであった。本発明に従って製造された容量性フィルム
（ｘ＝１．４ｉ及びｘ＝０．８ｉ）は板紙へ積層され、
８．５ｃｍより少し小さい直径を有する円形に切断され
た。円形の容量性フィルムは水より上の種々のレベルで
導波管内に配置され、６５０ワットの電子レンジ内で２
分後の温度上昇が記録された。この温度上昇は同じ位置
に裸板を配置した場合の温度上昇と比較された。結果は
以下の表１及び表２に示される。

【００５０】

【表１】

【００５１】

【表２】

【００５２】裸板温度変化は間隔と共に僅かに減少する
ことがわかる。しかしながら、本発明の容量性フィルム
を裸板、即ち容量性フィルムのないむき出しの板と比較
する場合、各例において、より短い間隔では水の熱吸収
が２倍以上増大される。中間の間隔では、予期されたと
おり、容量性フィルムの明らかな効果は見られなかっ
た。

【００５３】エイブリデニスン社（Avery Dennison Cor
poration）は、実際的な厚さのフィルムにおいて本発明
のために必要とされるｘ値を提供する少なくとも１００
０のアスペクト比を有するアルミニウムフレークを生産
している。特に、本発明のために有用な好ましいアルミ
ニウムフレークはエイブリデニスン社の装飾フィルム部
（Decorative Films Division ）により生産され、ＭＥ
ＴＡＬＵＲＥ^TMＬ−５７０８３、Ｌ−５５３５０、Ｌ−
５６９０３、Ｌ−５７０９７、Ｌ−５７１０３及びＬ−
５７１０２という製品名を有する。

【００５４】これらの特定のフレークは、滑らかな支持
体に塗布された薄い可溶性ポリマコーティング上に金属
層を真空蒸着することにより生産される。好ましくは、
支持体としてはＭＹＬＡＲ^TM（デュポン社の製品）等の
二軸延伸ポリエステル型フィルムが使用される。支持体
上に形成される金属層は可溶性コーティングを溶解する
ことにより剥離される。アルミニウム金属の好ましい蒸
着厚は、剥離前に１〜４の光学密度を与える。これによ
り、所望の形状及び寸法を有するフレークが提供され
る。蒸着された金属フィルムが薄すぎる場合、フレーク
は、剥離時に巻き上がるのを防止するのに十分な強度を
有しないであろう。一方、蒸着された金属フィルムが厚
すぎる場合、フィルムの表面はフレークに粗い表面を与
えやすい。剥離に続いて、金属層は、フレークの破砕を
実質的に防止しながら所望のフレーク粒子サイズを提供
するために機械的に混合される。

【００５５】フレークは、一般的に、大きい方の寸法即
ち長さの平均が８〜７５μｍであり、大きい方の寸法が
５μｍより小さい細かいフレークをごく少量だけ有す
る。好ましくは、フレークの幅は５〜３５μｍの範囲内
に入る。細かい粒子はフレークの表面を離して保持する
のに役立つ。ダップル画像解析装置（Dapple Image Ana
lyzer ）により測定されるように、以下は上記フレーク
の平均長さ及び幅寸法である。

【００５６】

【表３】

【００５７】Ｌ−５７１０３及びＬ−５７１０２フレー
クはマイクロ波応答性であるが、これらのフレークはコ
ーティングするのが困難であり、従って、インピーダン
ス整合のために最も好ましいフレーク材料ではない。し
かしながらこれらのフレークは、以下により詳細に議論
されるマイクロ波遮蔽を提供するために好ましいフレー
ク材料である。

【００５８】好ましいエイブリ型フレーク材料と市販の
フレーク材料との違いは、顕微鏡で見ると容易に明らか
になる。他の市販されている金属フレーク材料は、食品
に入るマイクロ波エネルギを薄いフィルム内で適切にイ
ンピーダンス整合させて中心部を均一に加熱するのに必
要な高い誘電率を提供するのに十分なアスペクト比及び
平坦さを有しない。この違いを示すために、市販のフレ
ーク材料は拡大されて、好ましいエイブリ型フレーク材
料と視覚的に比較され、その間の明確な差異が示され
た。

【００５９】図１３〜図１５はオブロン社（Obron Cor
p. ）により生産されるＳＴＡＰＡ−Ｃ VIII 型アルミ
ニウムフレークを示し、図１６〜図１８はアルキャン
（Alcan）により生産されるＡＬＣＡＮ５２２５型アル
ミニウムフレーク材料を示す。いずれも×３０００及び
×８０００で取られたこれらの写真から明らかなよう
に、これらの材料は図１１及び図１２に示されるエイブ
リ型フレークよりも表面積が小さい。この結果、アスペ
クト比は、ＡＬＣＡＮ５２２５フレークではたった７５
〜８０、ＳＴＡＰＡ−Ｃ VIII フレークでは約２００で
ある。エイブリ型フレークは大きい表面積を有し、ま
た、より高いアスペクト比、そして結局は、バインダに
浸漬された場合に他のアルミニウムフレーク材料より高
い誘電率をエイブリフレークに提供するために非常に薄
い。更には、エイブリフレークは、従来のフレーク材料
により示される粗い縁部よりもかなり丸まった滑らかな
パラメータ縁部を有すると共に、より少ないフレーク破
片を含む。

【００６０】エイブリにより生産されるアルミニウムフ
レーク材料は、主としてこれらのフレークにより提供さ
れる極めて高い誘電率のために、本発明のインピーダン
ス整合フィルムの作用にとって重要である。エイブリア
ルミニウムフレークと他の製造者により生産されるアル
ミニウムフレーク材料との性能比較により、全アルミニ
ウム量が同じときのエイブリ型フレーク材料の際立った
利点が明白に示される。多数の従来フレーク材料と１つ
のエイブリフレークサンプルについて上記に数学的に記
載されたｘ値を比較するためのテストが実行された。

【００６１】例２ ダウコーニング１−２５７７コンフォーマルコーティン
グ７．７８ｇ（トルエン中に５．６ｇのシリコン樹脂固
体）は、トルエン３０．３ｇ及びハーキュリーズ（Herc
ules）エチルセルロース１．４ｇ（トルエン２９．７ｇ
に溶解されたＴ−３００グレード）と混合された。アル
キャン５２２５（粒子サイズが１２〜１３μｍであり、
イソプロピルアルコール中、固体６５％のアルミニウム
フレークペースト）１０．７７ｇとエチルアセテート６
０ｇとの混合物は均一な分散が得られるまで攪拌された
後、上記のバインダ混合物へ加えられた。得られた調合
物は全固体量が１０％であり、アルミニウムフレーク対
バインダ比が５０／５０であった。ポリエステルフィル
ムのシート（ＩＣＩからのメリネックス８１３／９２）
は、一連のバードフィルム塗布器（Bird film applicat
or）を用いて調合物でコーティングされた。

【００６２】同様の調合物は、ＳＴＡＰＡ−Ｃ VIII
（粒子サイズが１１μｍであり、イソプロピルアルコー
ル中、固体６０％のアルミニウムフレークペースト）１
１ｇをエチルアセテート１２．５ｇと、フレークが均一
に分散されるまで予め混合することによって製造され
た。これに、ダウコーニング１−２５７７コンフォーマ
ルコーティング７．８ｇ（トルエン中に５．６ｇのシリ
コン樹脂固体）と、トルエン３０．３ｇと、ハーキュリ
ーズエチルセルロース１．４ｇ（トルエン２９．７ｇに
溶解されたＴ−３００グレード）と、が添加された。得
られた調合物は固体が１０％であり、アルミニウムフレ
ーク対全バインダ比が５０／５０であった。この調合物
も、上記のようにポリエステルシートフィルムへ塗布さ
れた。

【００６３】同様の混合物は好ましいエイブリフレーク
材料Ｌ−５６９０３を用いて形成された。以下の例７に
詳細に記載されるように、アルミニウムフレーク対全バ
インダ比が５０／５０のものが形成された。垂直入射さ
れた放射（Ｚ₀ ＝３７７オーム）に対する２．４５ＧＨ
ｚのｘ値は、例えば式（３）及び式（４）、並びにＳバ
ンド導波管に横向きに搭載されたサンプル上でのネット
ワークアナライザの透過及び反射測定値を用いて計算さ
れた。これらの３つのシート材料の結果は、アルミニウ
ムコーティング量の関数として図１９に示される。

【００６４】図１９は、これらの従来アルミニウムフレ
ーク材料の使用が、エイブリフレークの特性を有するフ
レーク材料よりも、本発明の薄膜のインピーダンス整合
能力を達成するためには実際的でないことを明白に示
す。特に、所望のｘ値０．７ｉ〜２．０ｉ、更に好まし
くは１．０ｉ〜１．８ｉに到達するためには、３０００
平方フィート当たり２０〜４０ポンドの従来フレークが
必要とされる。このように極端な量のフレーク材料は薄
膜を容易に形成することができない。更に、この極端に
高いレベルにおいてでさえも、このような大量のフレー
ク材料が実際に本発明のインピーダンス整合機能を実行
できるという徴候はない。

【００６５】また、シリコンバインダ及びアクリルバイ
ンダ中の好ましいフレーク材料と、シリコンバインダ中
の従来のフレーク材料とについて、グラビア印刷の可能
性を比較するために更なるテストが実行された。

【００６６】例３ コーティングはトルエン５０００ｇとアルミニウムフレ
ーク（メタルーアＬ−５６９０３、エチルアセテート中
固体１０％）４０００ｇとを混合することにより製造さ
れた。これに、シリコン樹脂であるダウコーニング１−
２５７７（トルエン中固体７３％）５５６ｇとトルエン
４４４ｇとの混合物が添加された。得られた調合物は固
体が８％であり、アルミニウムフレークとバインダ固体
との比が１：１であった。調合物の粘度は、＃２ザーン
カップ（Zahn cup）で２２秒であった。この調合物は、
エッチングされた四角形セルを有する１００ラインシリ
ンダを用いて１１３フィート／分でウェブ送りグラビア
プレス上でＰＥＴフィルム（ＩＣＩからのグレード８１
３／９２）へ塗布された。

【００６７】例４ コーティングは、アルミニウムフレーク（メタルーアＬ
−５６９０３、エチルアセテート中固体１０％）３３６
０ｇとｎ−プロピルアセテート１９２０ｇとを混合する
ことにより製造された。この混合物に、ｎ−プロピルア
セテート２５２ｇ中１０８ｇのジョンクリルＳＣＸ−６
１１（Ｓ．Ｃ．ジョンソン＆サンズ社からのアクリル樹
脂）と、ｎ−プロピルアセテート３２４ｇ中３６ｇのエ
チルセルロース（ハーキュリーズ社からのグレードＮ−
３００）と、が添加された。この混合物は、ｎ−プロピ
ルアセテート２０００ｇを更に添加することにより全固
体量が６％へ希釈された。得られた混合物の粘度は＃２
ザーンカップで２４秒であった。得られた混合物は、例
３において上記に記載されたように、１２５フィート／
分のライン速度でグラビアプレスを用いてＰＥＴフィル
ムへ塗布された。

【００６８】例５ また、従来のアルミニウムフレーク材料を用いるコーテ
ィングは、始めにＳＴＡＰＡ−Ｃ VIII （イソプロピル
アルコール中６５％の固体ペースト）３２００ｇをエチ
ルアセテート２３００ｇ及びイソプロピルアセテート１
０００ｇと均一な分散が得られるまで混合することによ
り製造された。この分散に、ダウコーニング１−２５７
７（トルエン中固体７２％）１２５０ｇとトルエン２２
５０ｇの混合物が添加された。合わされた調合物は固体
が３０％であり、＃２ザーンカップで１７秒の粘度を有
した。得られた混合物は、例３において上記に記載され
たように、７５〜８５フィート／分のライン速度でグラ
ビアプレスを用いてＰＥＴフィルムへ塗布された。例３
〜例５の調合物について、得られたコーティング重量及
び２．４５ＧＨｚでの垂直放射におけるｘ値は以下の表
４に与えられる。

【００６９】

【表４】

【００７０】また、エイブリにより生産されるフレーク
の特性を有する好ましいアルミニウムフレーク材料のフ
レークサイズがｘ値に及ぼす影響も、所望のインピーダ
ンス整合特性を達成する上で重要である。オブロン社か
らのＳＴＡＰＡ−Ｃ VIII フレークを用いる調合物と同
様に、多数のコーティング調合物がエイブリ社から得ら
れる上記フレークのそれぞれを用いて製造された。

【００７１】例６ コーティング調合物は、エチルアセテート中の固体１０
％のアルミニウムフレークスラリ（メタルーアＬ−５５
３５０）５６ｇとｎ−プロピルアセテート３２ｇとを混
合することにより製造された。これに、ｎ−プロピルア
セテート４．２ｇ中１．８ｇのジョンクリルＳＣＸ−６
１１（Ｓ．Ｃ．ジョンソン＆サンズ社からのアクリル樹
脂）と、ｎ−プロピルアセテート５．４ｇ中０．６ｇの
エチルセルロース（ハーキュリーズ社からのグレードＮ
−３００）と、が添加された。７０／３０のアルミニウ
ムフレーク対バインダ比を有するこの固体８％の調合物
はバードバー塗布器（Bird bar applicator ）を用いて
ＰＥＴフィルムへ塗布され、以下の表５に示されるコー
ティング重量が得られた。

【００７２】一般的な手順は、Ｌ−５７０８３、Ｌ−５
６９０３、Ｌ−５７１０３、Ｌ−５７１０２及びＳＴＡ
ＰＡ−Ｃ VIII のフレーク材料について繰り返された。
この比較の結果は以下の表５に与えられ、図２０にグラ
フで示される。この比較の結果は、その全てが従来フレ
ークよりも優れている好ましいエイブリフレークのフレ
ークサイズの範囲内では、１７μｍのフレークサイズが
インピーダンス整合のために一貫して最良の容量性ｘ値
を提供することを示す。また、表５の結果は、本発明で
達成可能な極めて効果的な誘電率が、先行技術の材料で
はたった１０００であるのと比べて、１８０００を越え
ることを示す。

【００７３】

【表５】

【００７４】好ましいフレークを用いて、所望のｘ値を
達成するために適切なフレーク対バインダ比を使用する
ことも重要である。以下のテストは、バインダ中のアル
ミニウムフレーク材料の比率がｘ値に与える影響を示す
ために実施された。容量性フィルム内のバインダ量が増
大するに従ってフレーク間の間隔も同様に増大されると
考えられる。一般的に、本発明の有利な効果を達成する
ために、フレークはフィルムの約３０〜８０重量パーセ
ントを構成することができる。好ましくは、フレークは
約３０〜７０重量パーセント存在する。

【００７５】例７ 第１バインダとしてシリコン樹脂、増粘剤及び第２バイ
ンダとしてエチルセルロースを使用するアルミニウムフ
レークコーティングのマスタバッチが調製された。マス
タバッチには、ダウコーニング１−２５７７コンフォー
マルコーティング４．４４ｇ（トルエン中３．２ｇのシ
リコン樹脂固体）と、ハーキュリーズのエチルセルロー
ス２．８ｇ（トルエン５９．２ｇに予め溶解されたＴ−
３００グレード）と、が含まれた。この混合物へ、アル
ミニウムフレーク固体（固体１０％のエチルアセテート
中のＬ−５６９０３）１４ｇが添加された。従って、ア
ルミニウムフレーク対バインダ比は７０／３０であっ
た。

【００７６】（１）７０／３０アルミニウムフレーク対
バインダコーティング：上記マスタバッチ５１．５ｇ
（５ｇの結合固体を含む）は、トルエンで１００ｇへ希
釈された。この固体５％の調合物のウェットフィルム
は、バードフィルム塗布器を用いてポリエステルフィル
ムシート（ＭＥＬＩＮＥＸ８１３／９２）へ塗布され
た。０．０００５、０．００１及び０．００２インチの
ウェットフィルムを塗布するように設計された塗布器を
用いることにより、それぞれ３０００平方フィート当た
り０．４、０．８及び１．５ポンドのアルミニウムフレ
ーク固体を含むドライコーティングを得ることができ
た。

【００７７】（２）５０／５０アルミニウムフレーク対
バインダコーティング：上記マスタバッチ３６．８ｇ
（アルミニウムフレーク２．５ｇ、シリコン樹脂０．５
７ｇ、及びエチルセルロース固体０．５０ｇを含む）
へ、ダウコーニング１−２５７７シリコン樹脂溶液１．
７ｇ（固体１．２３ｇ）と、ハーキュリーズエチルセル
ロース０．２ｇ（トルエン４．３ｇに溶解されたＴ−３
００グレード）と、トルエン５２ｇと、が添加され、５
０％のアルミニウムフレーク及び５０％の全バインダを
含む全固体５％の調合物が提供された。この調合物は上
記の技法を用いてフィルムへ塗布され、３０００平方フ
ィート当たり０．７、１．２及び２．０ポンドのアルミ
ニウムフレーク固体を含むドライコーティングが得られ
た。

【００７８】（３）３０／７０アルミニウムフレーク対
バインダコーティング：上記マスタバッチ２２．１ｇ
（アルミニウムフレーク１．５ｇ、シリコン樹脂０．３
４ｇ、及びエチルセルロース固体０．３０ｇを含む）
へ、ダウコーニング１−２５７７シリコン樹脂溶液３．
４ｇ（固体２．４６ｇ）と、ハーキュリーズエチルセル
ロース０．４ｇ（トルエン８．５ｇに溶解されたＴ−３
００グレード）と、トルエン６５．６ｇと、が添加さ
れ、３０％のアルミニウムフレーク及び７０％の全バイ
ンダを含む全固体５％の調合物が製造された。この調合
物は上記の技法を用いてフィルムへ塗布され、３０００
平方フィート当たり０．６、１．０及び１．３ポンドの
アルミニウムフレーク固体を含むドライコーティングが
得られた。

【００７９】それぞれのコーティングのｘ値は、上記の
ようなＳバンド導波管及びヒューレットパッカードのネ
ットワークアナライザ（モデル８７５３Ａ）を用いて行
われた測定値から計算された。結果は以下の表６に示さ
れ、図２１にグラフで示される。これらの結果から容易
に明らかなように、フレーク比が増大するにつれて、ア
ルミニウム１ポンド当たりのｘ値は改善される。

【００８０】

【表６】

【００８１】本発明のインピーダンス整合部材２２によ
り提供される加熱の向上を証明するために実際の食品サ
ンプルを用いて更に多数のテストが行われた。以下の例
においては、図１のカートン１０と同様の食品カートン
が使用された。

【００８２】例８ 楕円形のインピーダンス整合部材２２は、タイソン（Ty
son ）１８オンス（oz）チキンポットパイより５／８イ
ンチ上方に配置された。幅８と７／８インチ、深さ６と
１／８インチ、及び高さ１と１／２インチのコントロー
ルカートンが使用された。コントロールカートンにはイ
ンピーダンス整合部材は含まれない。図１に示されるカ
ートンと同様の変形カートン１０は、高さが１と７／８
インチであった。楕円形インピーダンス整合部材２２
は、長さ３と１／２インチに幅２と７／８インチであ
り、ｘ＝１．０１ｉであった。各ランは、ポットパイを
５分間加熱し、ポットパイを９０°回転させた後、ポッ
トパイを更に５分間加熱することを含む。

【００８３】４回の調理ランが実行され、ポットパイ
は、ボックス無し（＃１）、コントロールボックス中
（＃２）、インピーダンス整合部材２２で内部表面全体
が被覆されたボックス中（＃３）、及び図１に示される
ように頂部パネル上に配置された楕円形部材２２を含む
ボックス中（＃４）で調理された。温度プローブは、図
１０に示される位置でポットパイ内に配置された。これ
らのランの結果は以下の表７に示される。

【００８４】

【表７】

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

【００８６】

【表８】

【００８７】例１０ また、テスト（＃８）は、上記の例８及び例９で使用さ
れたインピーダンス整合部材２２に関して上記に提供さ
れたのと同一の楕円形状の従来のアルミニウム箔片を用
いて実行された。アルミニウム箔楕円は、タイソン１８
ozポットパイ上方３／８インチの位置に持ち上げられ
た。

【００８８】例１１ テスト（＃９）は、上記インピーダンス整合部材の２倍
の厚さ（ｘ＝１．３ｉ＋０．８ｉ）及び上記と同一の楕
円形状を有するインピーダンス整合部材２２を用いて行
われた。

【００８９】例１２ テスト（＃１０）は、４インチ×４と１／２インチの寸
法を有する拡大楕円形インピーダンス整合部材２２（こ
こではｘ＝１．３である）を用いて行われた。他の条件
は上記と同一であった。

【００９０】例１３ また、３インチ×３と１／２インチの楕円寸法を有する
インピーダンス整合部材２２の距離は、中心パイ加熱を
決定するために調整された（＃１１）。特に、部材は、
パイの表面上方１／２インチのカートンの頂部表面内側
に配置された。例１０〜例１３の結果は以下の表９に与
えられる。

【００９１】

【表９】

【００９２】例１４ また、カートン１０及び部材２２の寸法は、ポットパイ
中心の加熱の度合いを最適化するために調整された（＃
１２）。例えば、長さ９インチ、幅６インチ及び高さ２
と１／４インチを有する端部開放カートン又はスリーブ
は、タイソン１８ozチキンポットパイを加熱するために
使用された。ポットパイは、３層の段ボール紙上に置か
れ、パイとインピーダンス整合部材との距離は５／８イ
ンチであった。４と１／２インチ×４インチでｘ＝１．
１ｉのより大きい楕円インピーダンス整合部材が使用さ
れた。

【００９３】例１５ 例８と同様のテスト（＃１３）は、同一の調理スリーブ
を使用して行われた。しかしながら、楕円インピーダン
ス整合部材の寸法は２インチ×１と３／４インチへ縮小
され、ｘ＝１．１ｉであった。

【００９４】例１６ 例８及び例９と同様の２つの更なるテスト（＃１４及び
＃１５）は、同一の調理スリーブを使用して行われた。
しかしながら、楕円インピーダンス整合部材の寸法は２
と１／２インチ×２インチで、ｘ＝１．１ｉであった。

【００９５】例１７ 最後に、例１４〜例１６で使用されたのと同様のポット
パイでコントロールテスト（＃１６）が実行された。し
かしながら、ポットパイはカートン無しで調理された。
例１４〜例１７の結果は、以下の表１０に与えられる。

【００９６】

【表１０】

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

【００９８】

【表１１】

【００９９】上記のそれぞれの結果に見られるように、
本発明のインピーダンス整合部材を用いて、ポットパイ
の中心温度の実質的な増大が達成された。

【０１００】また、本発明のインピーダンス整合部材
は、２つの異なる食品の相対的な調理速度及び温度を変
更するためにも有用である。このような結果は、それぞ
れが異なる加熱特性を要求する種々の異なる食品を含む
完成したマイクロ波ディナーにおいて非常に効果的であ
ろう。例えば、完成したディナーの肉の部分は野菜の部
分よりも高い加熱温度を必要とするであろう。しかしな
がら、消費者に更なる便利さを提供するために、これら
の食品は一般に同一のパッケージングトレイで提供され
る。本発明のインピーダンス整合部材をトレイの一部分
に使用し、他の部分には使用しないことにより、温度に
顕著な差異をもたらすことができる。

【０１０１】例１８ 水の入ったビーカ２個は同時に６００ワットの電子レン
ジ内に配置された。１つのビーカは電子レンジの左側
に、もう１つのビーカは右側に置かれた。室温から沸騰
までの平均出力吸収は各ビーカ毎に計算された。可能性
のある全ての組み合わせ、即ちインピーダンス整合部材
を使用しない場合、左側をインピーダンス整合させ右側
は整合させない場合、左側は整合させずに右側をインピ
ーダンス整合させる場合、及び両側をインピーダンス整
合させる場合について、データがとられた。実験は１０
０ｍＬの水負荷及び４００ｍＬの水負荷の両方について
行われた。結果は以下の表１２に示される。

【０１０２】

【表１２】

【０１０３】レンジ内容物のインピーダンス整合された
部分は整合されていない部分よりも速く加熱された。し
かしながら、内容物全体をインピーダンス整合させる
と、レンジ出力全体は増大されない。部分的なインピー
ダンス整合は一般的にレンジ内での加熱を再分配する。

【０１０４】食品の領域を加熱するためハード内への放
射をインピーダンス整合させるために使用される均一な
インピーダンス整合部材に加えて、本発明のインピーダ
ンス整合部材は、凸ガラスレンズと同様に電子レンジ内
で機能するように不均一に形成されることもできる。図
２３は、凸光学レンズと同様に形作られたパッケージ１
０内の変形インピーダンス整合部材２２′の例を示す。
このような形状はパッケージ１０の所望の領域にマイク
ロ波放射を更に方向付けるために有用である。

【０１０５】上記のように、透過係数は複素数である。
従って、式（１０）で表されるフィルムによる位相シフ
トがあるであろう。

【０１０６】 Φ＝− tan^-1ｘ （１０）

【０１０７】本発明のインピーダンス整合部材が縁部よ
りも中心が厚くなるように印刷されると、部材の周辺部
に近づくにつれて位相シフトが低減される。その結果、
マイクロ波の放射は、凸光学レンズを通る光と同様に焦
点が合わされる。

【０１０８】特に、光学レンズの場合と同様に、縁部で
行程深さがより大きいことによる余分なシフトと等しい
中心での位相シフトのために焦点条件が発生する。すな
わち、式（１１）で示される。

【０１０９】 tan^-1ｘ＝２π[(ｈ² ＋Ｌ²)^1/2 −１] ／λ （１１）

【０１１０】ここで、ｈはレンズの半分の高さ、Ｌは焦
点距離、λは放射の波長である。本発明に従って形成さ
れる最良のレンズ形状、ｙ（レンズ中心からの距離）の
関数としてのレンズのｘ値、を実現するために、以下の
式が適用される。

【０１１１】

【数３】

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

【０１１３】

【数４】

【０１１４】ここで、εは有効誘電率である。この関係
により証明されるように、容量性フィルムのレベルは誘
電率に依存する。誘電率が５０の典型的な食品では、容
量性ｘ値は少なくとも１０ｉである。表５は遮蔽を提供
することのできるフレーク材料及びコーティング量の例
を与える。特に、平均長さ２５μｍを有するＬ−５７１
０３フレーク及び３０００平方フィート当たり１．０〜
１．７ポンドのコーティング量である。

【０１１５】例１９ 電子レンジ内で食品を遮蔽するための高ｘ値容量性フィ
ルムの有用性を実証するためにテストが実行された。特
に、水１２０ｇを含む２つの紙のカップは、７００ワッ
トのリットン（Litton）電子レンジ内にそれぞれ置かれ
た。まず始めに、カップにフレーク材料が取り入れられ
ていないそれぞれの水のカップは、７００ワットのＬＩ
ＴＴＯＮ^TM電子レンジで一方が約２００°Ｆに達するま
で加熱された。各カップ内の温度は、水中の再現可能な
位置に固定して吊り下げられた２つのラクストロン（Lu
xtron ）プローブでモニタされた。ワット数で示される
平均熱損失は、平均温度上昇及び加熱時間からそれぞれ
の水のカップについて計算された。次に、アルミニウム
箔パッチは、カップＢで示される一方のカップの底部及
び側面に接着された。再度、平均出力損失が計算され
た。この手順は、アルミニウム箔パッチの代わりにそれ
ぞれ１．５ｉ及び２０ｉのｘ値を有する容量性フィルム
を用いて更に２回実行された。この結果は、以下の表１
３に示される。

【０１１６】

【表１３】

【０１１７】これらの結果から分かるように、１．５ｉ
フィルムは、容器表面に配置された場合に出力損失に対
して少ししか影響を与えない。しかしながら、アルミニ
ウム箔は、テスト２のカップＢの出力損失の減少により
示されるように著しい遮蔽を提供する。テスト４により
示されるように、２０ｉフィルムも遮蔽を提供し、本発
明に従って製造された容量性フィルムを用いることによ
り、フィルムのｘ値を調整することで遮蔽の量を制御で
きることも実証される。

【０１１８】以上の説明は本発明の原理の単なる例証と
考えられる。更に、当業者には種々の変更及び変化が容
易に行えるので、本発明は図示及び記載された正確な構
成に制限されるものではない。従って、全ての適切な変
更及び同等物は本発明の範囲内にある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のマイクロ波インピーダンス整合素子を
含む食品パッケージである。

【図２】図１のパッケージの線２−２についての分解断
面図である。

【図３】図１のパッケージの第２実施例の分解断面図で
ある。

【図４】図１のパッケージの第３実施例の分解断面図で
ある。

【図５】図１のパッケージの第４実施例の分解断面図で
ある。

【図６】図１のパッケージの第５実施例の分解断面図で
ある。

【図７】図１のパッケージの第６実施例の分解断面図で
ある。

【図８】図１のパッケージの第７実施例の分解断面図で
ある。

【図９】図１のパッケージの第８実施例の分解断面図で
ある。

【図１０】本発明のマイクロ波インピーダンス整合素子
を含む食品パッケージの別の実施例の断面図である。

【図１１】本発明のアルミニウムフレークの強化された
顕微鏡画像である。

【図１２】本発明のアルミニウムフレークの強化された
顕微鏡画像である。

【図１３】先行技術のアルミニウムフレークの強化され
た顕微鏡画像である。

【図１４】先行技術のアルミニウムフレークの強化され
た顕微鏡画像である。

【図１５】先行技術のアルミニウムフレークの強化され
た顕微鏡画像である。

【図１６】先行技術のアルミニウムフレークの強化され
た顕微鏡画像である。

【図１７】先行技術のアルミニウムフレークの強化され
た顕微鏡画像である。

【図１８】先行技術のアルミニウムフレークの強化され
た顕微鏡画像である。

【図１９】本発明のアルミニウムフレークを含む容量性
フィルムと、より効果の低い他のアルミニウムフレーク
を含むフィルムとのグラフによる比較である。

【図２０】本発明のアルミニウムフレークを含む容量性
フィルムと、より効果の低い他のアルミニウムフレーク
を含むフィルムとのグラフによる比較である。

【図２１】異なるバインダ対フレーク比で本発明のアル
ミニウムフレークを含む容量性フィルムのグラフによる
比較である。

【図２２】上記の例で使用されたサンプル食品内での温
度プローブ位置を示す。

【図２３】本発明のマイクロ波インピーダンス整合素子
の第２実施例の分解断面側面図である。

【符号の説明】

１０ 食品パッケージ １２ 食品 １４ 食品受容空間 １６ 頂部パネル １８ 側面パネル ２０ 底部パネル ２２ インピーダンス整合部材 ２４ 基板 ２６ 接着層

フロントページの続き (72)発明者 ケネス エイ．ポラート アメリカ合衆国 45040 オハイオ州 マ ソンヒッデン クリーク サークル 5300 (72)発明者 カール ジョセフィー アメリカ合衆国 90036 カリフォルニア 州 ロサンジェルス ノース ハイランド アベニュ 450 (72)発明者 ジェイムズ ピー．レットカー アメリカ合衆国 46307 イリノイ州 ク ラウン ポイント キングスウェイ ドラ イブ 3592 (72)発明者 リチャード エム．トーマス アメリカ合衆国 46311 インディアナ州 ダイアー ジェイムズ ドライブ 2721

Claims (48)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）底部パネル及び頂部パネルと該底
   部パネル及び該頂部パネルを結合する側面パネルとを有
   する食品受容キャビティを形成する、実質的にマイクロ
   波エネルギ透過性のパッケージ本体と、 （ｂ）誘電性バインダに埋め込まれたフレークの連続フ
   ィルムを含み、パッケージに入るマイクロ波エネルギを
   インピーダンス整合させるために前記底部パネル、頂部
   パネル及び側面パネルのうちの少なくとも１つの表面に
   設けられたインピーダンス整合手段であって、熱を生成
   するためにマイクロ波エネルギと相互作用を起こすこと
   なく、前記フィルムのサイズ及び間隔に依存する少なく
   とも食品の所定領域において食品へ向けられるマイクロ
   波エネルギ量を増大させることによってインピーダンス
   整合が食品の温度を上昇させるようにするため、食品に
   関してサイズ及び間隔が定められるインピーダンス整合
   手段と、 を備えた食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
2. 【請求項２】 前記フレークは概して平面状であり、最
   長平均寸法が約８〜７５マイクロメートルの範囲内にあ
   るアルミニウム金属を含む請求項１に記載の食品の保存
   及びマイクロ波加熱用パッケージ。
3. 【請求項３】 前記フレークは少なくとも約１０００の
   アスペクト比を有する請求項２に記載の食品の保存及び
   マイクロ波加熱用パッケージ。
4. 【請求項４】 前記インピーダンス整合手段は少なくと
   も４０００の有効誘電率を有する請求項２に記載の食品
   の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
5. 【請求項５】 前記フレークは約０．７ｉ〜２．０ｉの
   範囲内の容量性ｘ値を有する請求項４に記載の食品の保
   存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
6. 【請求項６】 前記フレークは３０００平方フィート当
   たり約０．３０〜２．６ポンドの範囲内のコーティング
   重量で存在する請求項４に記載の食品の保存及びマイク
   ロ波加熱用パッケージ。
7. 【請求項７】 前記フレークは３０００平方フィート当
   たり約０．３０〜１．８ポンドの範囲内のコーティング
   重量で存在する請求項６に記載の食品の保存及びマイク
   ロ波加熱用パッケージ。
8. 【請求項８】 前記フレークは３０００平方フィート当
   たり０．３０から２．６ポンドの範囲内のコーティング
   重量で存在する請求項５に記載の食品の保存及びマイク
   ロ波加熱用パッケージ。
9. 【請求項９】 前記フレークは３０００平方フィート当
   たり約０．３０〜１．８ポンドの範囲内のコーティング
   重量で存在する請求項８に記載の食品の保存及びマイク
   ロ波加熱用パッケージ。
10. 【請求項１０】 前記フレークは約１００〜５００Åの
    範囲内の厚さを有する請求項４に記載の食品の保存及び
    マイクロ波加熱用パッケージ。
11. 【請求項１１】 前記フレークは約１００〜２００Åの
    範囲内の厚さを有する請求項１０に記載の食品の保存及
    びマイクロ波加熱用パッケージ。
12. 【請求項１２】 前記フレークはフィルムの約３０〜７
    ０重量パーセントを構成する請求項８に記載の食品の保
    存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
13. 【請求項１３】 前記フレークはフィルムの７０重量パ
    ーセントを構成する請求項１２に記載の食品の保存及び
    マイクロ波加熱用パッケージ。
14. 【請求項１４】 前記フレークは、（ａ）支持体へ塗布
    された可溶性ポリマコーティング上にアルミニウム金属
    層を蒸着するステップと、（ｂ）支持体から層を剥離す
    るステップと、によって形成される請求項２に記載の食
    品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
15. 【請求項１５】 アルミニウム金属層は約１乃至４の範
    囲内の光学密度を有する請求項１４に記載の食品の保存
    及びマイクロ波加熱用パッケージ。
16. 【請求項１６】 前記底部パネル、頂部パネル及び側面
    パネルのうちの少なくとも１つの前記表面は紙又は板紙
    を含む請求項４に記載の食品の保存及びマイクロ波加熱
    用パッケージ。
17. 【請求項１７】 前記インピーダンス整合手段は食品上
    方で前記頂部パネル上に配置される請求項１６に記載の
    食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
18. 【請求項１８】 前記インピーダンス整合手段は前記食
    品よりも約１／８インチ乃至５／８インチ上方に配置さ
    れる請求項１７に記載の食品の保存及びマイクロ波加熱
    用パッケージ。
19. 【請求項１９】 前記インピーダンス整合手段は前記パ
    ッケージ内に保持される食品よりも直径方向に小さい請
    求項１８に記載の食品の保存及びマイクロ波加熱用パッ
    ケージ。
20. 【請求項２０】 前記インピーダンス整合手段は楕円形
    状である請求項１９に記載の食品の保存及びマイクロ波
    加熱用パッケージ。
21. 【請求項２１】 （ａ）底部パネル及び頂部パネルと該
    底部パネル及び該頂部パネルを結合する側面パネルとを
    有する食品受容キャビティを形成する、実質的にマイク
    ロ波エネルギ透過性のパッケージ本体と、 （ｂ）パッケージに入るマイクロ波エネルギをインピー
    ダンス整合させるために前記パネルのうちの少なくとも
    １つの拡張表面に設けられたインピーダンス整合手段で
    あって、熱を生成するためにマイクロ波エネルギと相互
    作用を起こすことなく、インピーダンス整合手段のサイ
    ズとインピーダンス整合手段の食品からの間隔とに応じ
    た領域において食品へ向けられるマイクロ波エネルギ量
    を増大させることによって食品の温度を上昇させるよう
    に、インピーダンス整合されたマイクロ波エネルギの焦
    点を食品へ向けて合わせるために中心部が周辺部の厚さ
    よりも厚くなるような凸形状であるインピーダンス整合
    手段と、 を備えた食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
22. 【請求項２２】 前記インピーダンス整合手段は前記食
    品の上方で前記頂部パネル上に配置される請求項２１に
    記載の食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
23. 【請求項２３】 前記インピーダンス整合手段は誘電性
    バインダに埋め込まれた概して平面状のフレークの連続
    フィルムを含む請求項２２に記載の食品の保存及びマイ
    クロ波加熱用パッケージ。
24. 【請求項２４】 前記フレークは約８〜７５マイクロメ
    ートルの範囲内の最長平均寸法を有するアルミニウムを
    含む請求項２３に記載の食品の保存及びマイクロ波加熱
    用パッケージ。
25. 【請求項２５】 前記フレークは少なくとも約１０００
    のアスペクト比を有する請求項２４に記載の食品の保存
    及びマイクロ波加熱用パッケージ。
26. 【請求項２６】 前記インピーダンス整合手段は少なく
    とも約４０００の誘電率を有する請求項２４に記載の食
    品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
27. 【請求項２７】 前記フレークは、（ａ）支持体へ塗布
    された可溶性ポリマコーティング上にアルミニウム金属
    層を蒸着するステップと、（ｂ）支持体から層を剥離す
    るステップと、によって形成される請求項２４に記載の
    食品の保存及びマイクロ波加熱用パッケージ。
28. 【請求項２８】 アルミニウム金属層は約１乃至４の範
    囲内の光学密度を有する請求項２７に記載の食品の保存
    及びマイクロ波加熱用パッケージ。
29. 【請求項２９】 前記インピーダンス整合手段は前記パ
    ッケージ内に保持される食品よりも直径方向に小さい請
    求項２８に記載の食品の保存及びマイクロ波加熱用パッ
    ケージ。
30. 【請求項３０】 熱を生成するためにマイクロ波エネル
    ギと相互作用を起こさずにマイクロ波エネルギをインピ
    ーダンス整合させるための複合材料であって、 （ａ）実質的にマイクロ波エネルギ透過性の基板と、 （ｂ）誘電性バインダに埋め込まれた概して平面状のフ
    レークの連続フィルムを含み、マイクロ波エネルギをイ
    ンピーダンス整合させるために基板の少なくとも一部に
    設けられたインピーダンス整合手段であって、前記フレ
    ークは約８〜７５マイクロメートルの範囲内の最長平均
    寸法を有するアルミニウムを含むインピーダンス整合手
    段と、 を備えたインピーダンス整合のための複合材料。
31. 【請求項３１】 前記フレークは少なくとも約１０００
    のアスペクト比を有する請求項３０に記載のインピーダ
    ンス整合のための複合材料。
32. 【請求項３２】 前記インピーダンス整合手段は少なく
    とも約４０００の誘電率を有する請求項３０に記載のイ
    ンピーダンス整合のための複合材料。
33. 【請求項３３】 前記フレークは約０．７ｉ〜２．０ｉ
    の範囲内の容量性ｘ値を有する請求項３２に記載のイン
    ピーダンス整合のための複合材料。
34. 【請求項３４】 前記フレークは３０００平方フィート
    当たり０．３０〜２．６ポンドの範囲内のコーティング
    重量で存在する請求項３３に記載のインピーダンス整合
    のための複合材料。
35. 【請求項３５】 前記フレークは３０００平方フィート
    当たり０．３０〜１．８ポンドの範囲内のコーティング
    重量で存在する請求項３４に記載のインピーダンス整合
    のための複合材料。
36. 【請求項３６】 前記フレークは約１００〜５００Åの
    範囲内の厚さを有する請求項３４に記載のインピーダン
    ス整合のための複合材料。
37. 【請求項３７】 前記フレークは約１００〜２００Åの
    範囲内の厚さを有する請求項３６に記載のインピーダン
    ス整合のための複合材料。
38. 【請求項３８】 前記フレークはフィルムの約３０〜７
    ０重量パーセントを構成する請求項３４に記載のインピ
    ーダンス整合のための複合材料。
39. 【請求項３９】 前記フレークはフィルムの７０重量パ
    ーセントを構成する請求項３８に記載のインピーダンス
    整合のための複合材料。
40. 【請求項４０】 前記基板は紙、板紙又はプラスチック
    フィルムである請求項３８に記載のインピーダンス整合
    のための複合材料。
41. 【請求項４１】 前記フレークは、（ａ）支持体へ塗布
    された可溶性ポリマコーティング上にアルミニウム金属
    層を蒸着するステップと、（ｂ）支持体から層を剥離す
    るステップと、によって形成される請求項３４に記載の
    インピーダンス整合のための複合材料。
42. 【請求項４２】 アルミニウム金属層は約１乃至４の範
    囲内の光学密度を有する請求項４１に記載のインピーダ
    ンス整合のための複合材料。
43. 【請求項４３】 最も近くに配置されるマイクロ波エネ
    ルギから食品を遮蔽するための複合材料であって、 （ａ）実質的にマイクロ波エネルギ透過性の基板と、 （ｂ）最も近くに配置される食品へ到達するマイクロ波
    エネルギの量を低減させるために基板の少なくとも一部
    に設けられた遮蔽手段であって、前記複合材料が最も近
    くに配置された場合に食品へ到達するマイクロ波エネル
    ギを低減させるのに十分な量だけ誘電性バインダに埋め
    込まれた概して平面状のフレークの連続フィルムを含む
    遮蔽手段と、 を備えたマイクロ波エネルギ遮蔽のための複合材料。
44. 【請求項４４】 前記複合材料の容量性ｘ値は１０ｉよ
    りも大きい請求項４３に記載のマイクロ波エネルギ遮蔽
    のための複合材料。
45. 【請求項４５】 前記フレークは約８〜７５マイクロメ
    ートルの範囲内の最長平均寸法を有するアルミニウムを
    含む請求項４４に記載のマイクロ波エネルギ遮蔽のため
    の複合材料。
46. 【請求項４６】 前記フレークは３０００平方フィート
    当たり約１．０〜１．７ポンドの範囲内で前記バインダ
    中に存在する請求項４５に記載のマイクロ波エネルギ遮
    蔽のための複合材料。
47. 【請求項４７】 前記遮蔽手段の有効誘電率は少なくと
    も約１０００００である請求項４６に記載のマイクロ波
    エネルギ遮蔽のための複合材料。
48. 【請求項４８】 前記フレークは少なくとも約１０００
    のアスペクト比を有する請求項４７に記載のマイクロ波
    エネルギ遮蔽のための複合材料。