(57)【要約】【課題】被加熱物の表面の過加熱を抑制して良好な解凍ができ、且つ軽量で低コストのピン電極からなる加熱電極を提供する。【解決手段】加熱電極の少なくとも一方の電極が、被加熱物の形状に沿って追従するピン電極１の集合体であり、被加熱物と接触するピン電極の先端部５に部分的に凹部６又は断熱材からなる断熱部を形成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向して配置された被加熱物を電気的に加熱する加熱電極であって、該加熱電極の少なくとも一方の電極が、被加熱物の形状に沿って追従するピン電極の集合体であり、該ピン電極は被加熱物と接触するピン先端面に部分的に断熱部を有することを特徴とする加熱電極。
【請求項２】
前記断熱部は凹部により形成されている請求項１に記載の加熱電極。
【請求項３】
前記ピン電極は、導電性の中空パイプの胴部と導電性のリベットの先端部からなり、該リベットが前記中空パイプ先端に挿入された状態で圧接してあることを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱電極。
【請求項４】
前記ピン電極が導電性の中実ロッドで形成されている請求項１又は２に記載の加熱電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピン電極の集合体からなる加熱電極、特にピン電極の先端構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明者らは、冷凍食品の急速解凍等を誘電加熱等の電気的加熱により行なうための加熱電極として、ピン電極の集合体からなる加熱電極を先に提案した（特許文献１、２）。これらピン電極集合体からなる加熱電極は、例えば図５に示すように、圧力可変チャンバー２１の底板を構成する導電性のピン支持台２２に複数のピン電極２５を軸方向摺動自在に支持して加熱電極２０を構成し、各ピン電極は高周波電源２３からピン支持台２２を介して通電しながら、軸方向に個々に独立して相対変位して冷凍食品等の表面形状に追従して被加熱物Ｍの表面に当接して、被加熱物を電気的に加熱して解凍する。従って、ピン電極は、平板電極と比べて被加熱物の表面形状に追従でき効果的に被加熱物を加熱でき、冷凍食品等を効率よく良好に解凍できるメリットがある。
【０００３】
一方、誘電加熱等による急速解凍の場合、解凍が進むにつれて電力半減深度が減少するので、食品等の解凍物表面に電界が集中して表面温度が中心温度と比べて上昇することは避けられない現象である。表面温度が中心温度と比べて上昇度合いが大きくなり過ぎて表面が過加熱となるとそれだけ品質の低下をもたらすので、電界加熱において中心温度と表面温度差をなるべく少なくして加熱することは解決すべき大きな技術課題であるが、未だ満足する解決策には至っていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−９９２６３号公報
【特許文献２】再公表２００９／００８４２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
また、従来のピン電極は導電性金属の丸棒あるいは多角形状棒体が使用されているが、図５に示すように加熱電極は多数本のピン電極の集合体として構成されているので、多数のピン電極を必要とし電極製造コストが高くなると共に、重量が重くなりアクチュエーター負荷が大きくなるという問題点があった。
そこで、本発明はピン電極の上記メリットを活かして効率的に加熱でき、且つ被加熱物の表面の過加熱を抑制して良好な解凍ができるようにしたピン電極からなる加熱電極を得ることを第一の目的とし、且つ軽量で低コストのピン電極からなる加熱電極を得ることを第二の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ピン電極による被加熱物の加熱は、電極の先端の面積が電界強度に影響し、面積（投影面積）が大きい程電界が大きくなり被加熱物の加熱面積が大きくなるので、効率的に加熱するには加熱電極は中実で先端部も均一面になっているのが望ましい。しかしながら、本発明者は、上記課題を解決するために種々実験した結果、電極先端を中実の平坦面あるいは凸球面にしなくても、ピン電極においては投影面積が同じであれば、ピン電極先端部の一部に凹部を形成しても加熱効率には殆ど差がないことが判明した。一方、冷凍食品等を解凍する場合、被加熱物中心部に比べて表面が過解凍となる原因として、電力半減深度が浅い程表面部に電解が集中することに原因があるが、本発明者の実験によれば、被加熱物表面の加熱は電界による加熱のほかに、ピン電極自体からの熱伝導による熱加入も原因であることが判明した。即ち、被加熱物が冷凍食品等の大気温度との差が大きい場合、ピン電極と被加熱物表面は常温状態のピン電極からの熱伝導による熱流入も無視できない。したがって、電極からの熱流入を防ぐためには電極の接触面積を小さくするか電極との接触部を断熱構造にすればよいが、逆にその場合電極による電界の形成に悪影響を及ぼし、加熱効率を低下させるおそれがある。本発明者は、その相反する問題点を解決すべく種々研究した結果、本発明に至ったものである。
即ち、本発明の加熱電極は、対向して配置された被加熱物を電気的に加熱する加熱電極であって、該加熱電極の少なくとも一方の電極が、被加熱物の形状に沿って追従するピン電極の集合体であり、該ピン電極は被加熱物と接触するピン先端面に部分的に断熱部を有することを特徴とする構成を採用することによって、上記課題を解決したものである。
【０００７】
前記断熱部は、ピン電極先端面に１乃至複数個の凹部を設けることにより形成することができる。凹部によって被加熱物表面との間にエアギャップができるので該個所が断熱部となる。
また、前記ピン電極は、導電性の中空パイプの胴部と導電性のリベットの先端部からなり、該リベットが前記中空パイプに挿入された状態で圧接して電極先端面を構成することによって、従来の中実のロッドで形成した場合と比べて材料費が節約でき、且つ容易に安価に製作することができる。
また、前記断熱部は、ピン電極から被加熱物表面への伝熱による熱流入を低減させることが可能となる。
また、前記ピン電極の本体は、中実ロッドで形成することも可能である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ピン電極先端部に断熱部があるため、ピン電極が被加熱物と接触した場合、該断熱部からの被加熱物表面への熱の移動が阻止され、その分ピン電極から被加熱物への熱伝導が少なくなり、被加熱物表面の過加熱度を低下させることができる。
また、前記断熱部をピン電極先端面に凹部を形成することにより構成することによって、該凹部で被加熱物表面との間にエアギャップができ、簡単な構造で効果的に断熱効果を高めることができる。
さらに、ピン電極を導電性中空パイプで構成することによって、軽量であり且つ材料費も安価に構成できる。リベットはリベッターで前記中空パイプの先端部に容易に取付けることができ、且つリベットのシャフトの破断により容易に先端部に凹部を形成することができる。
一方、ピン電極を中実のロッドを用いることも可能であり、その場合その下端面の任意位置に任意形状の断熱部の形成が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）は本発明の実施形態に係るピン電極単体の正面図である。（ｂ）はその先端要部の拡大斜視図である。
【図２】図１のピン電極の製造工程を示す説明図であり、（ａ）はピン電極となる中空パイプの断面図、（ｂ）は該中空パイプの先端部にブラインドリベットの挿入工程図、（ｃ）は前記ブラインドリベット挿入後リベッターでかしめ開始時の状態図、（ｄ）はかしめ終了後の状態図である。
【図３】従来のピン電極（比較例）と本発明の実施例のピン電極における解凍時間と内部温度の変化を示すグラフである。
【図４】従来のピン電極（比較例）と本発明の実施例のピン電極における内部温度と表面平均温度の変化を示すグラフである。
【図５】従来のピン電極集合体からなる加熱電極による加熱状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を基に本発明に係る加熱電極のピン電極の実施形態を図面を基に詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態に係る単体のピン電極１を示し、ピン電極本体が導電性金属の中空パイプ（本実施形態ではアルミニウム製パイプ）２で形成され、その上端（基端）部は外側に屈曲してフランジ部３となっており、その下端（先端）は、後述する方法で圧着されたブラインドリベットで構成される凹部６を有する湾曲面状の先端部５となっている。
【００１１】
ピン電極本体２の先端部にブラインドリベットを圧着する（かしめる）ことによって電極の先端部に凹部を形成する製造方法を図２を基に詳細に説明する。
ブラインドリベット１０は公知のものが採用でき、フランジ頭部１１及びシェル１２からなるリベット本体１３と、拡大頭部１４を有する円形ステム１５の組合せからなる。該ブラインドリベット１０は、フランジ頭部１１が中空パイプ２の外径と略等しい外径を有するものを選択し、そのシェル１２をピン電極本体を構成する中空パイプ２の先端部内周面にかしめて固定するものであるが、本実施形態ではシェル１２の外径と中空パイプ２の外径との差を調整するために、シェル外周面に導電性金属製のスリーブ１６が挿入されている状態で図２（ｂ）〜（ｄ）に示すような方法によってピン電極本体の先端部にブラインドリベットをかしめる。
【００１２】
まず、図２（ｂ）に示すようにブラインドリベット１０の外周部にスリーブ１６を嵌合した状態で中空パイプ２の先端部に嵌合し、フランジ頭部１１が中空パイプ２の先端に直接又はスリーブがフランジ付の場合は該フランジを介して当たった状態で図示しないリベッターによって、円形ステム１５を矢印Ｂ方向に引っ張ることによって、拡大頭部１４がシェル１２の基端内周縁に圧着してシェル１２及びスリーブ１６を外側に拡径変形を開始させ（同図（ｃ））、さらに円形ステム１５を図において下方に引っ張ることによって、同図（ｄ）に示すように、シェル及びスリーブを変形させて中空パイプ内周面と圧着させながら移動するが、圧着加工が進むにしたがって、ステムにかかる抵抗が大きくなり、ついにはステムが弱化部１７から破断して、破断面からの上方と拡大頭部１４がシェル内に残った状態でブラインドリベットが中空パイプ２の先端部に圧着されて、フランジ頭部１１によってピン電極１の湾曲面状の先端部５が形成される。リベットの円形ステム１５には予め破断箇所となる切込み等の弱化部１７が形成されているため、該弱化部１７の位置がシェルの内方に位置する寸法のものを採用することによって、破断後には図２（ｄ）に示すように、先端から深さｈの凹部６が先端中心部に自動的に形成されることになる。
【００１３】
本実施形態のピン電極は、以上のように構成され、その先端部にステム破断による凹部６が形成されているため、該ピン電極が被加熱物と接触する際に凹部６の部分は被加熱物との間に円形空間となって断熱部となるので、その分ピン電極１から被加熱物表面への伝熱面積が減少し、ピン電極による誘電加熱中のピン電極自体からの熱伝導による加熱を低下させることができる。一方、凹部の深さｈをステムの破断位置を浅くすることによって、電界強度の低下を抑制することができ、誘電加熱効率に殆ど影響は及ぼさない。したがって、以上のように下端面に凹部６を有するピン電極を使用することによって、下端面に凹部がなく全体が接触面となっているピン電極に比べて、加熱効率を低下させることなく、且つ被加熱物の表面が過加熱になることを防ぎながら効率よく冷凍食品等の解凍ができる。
【００１４】
なお、上記実施形態ではピン電極に凹部を形成することによってエアギャップによる断熱構造としたが、必ずしもエアギャップによる断熱に限らず、凹部に相当する部分に断熱材を埋め込み又は添付（貼付）して、該断熱材が設けられている部分からの熱伝導を抑えるように構成することも可能である。また、凹部に食品などの異物が入らないように、ピン電極先端を膜で覆っても良い。また、凹部及び断熱材の貼付個所はピン電極先端の中央部１ヶ所に限らず、電界強度を低下させない範囲で、例えばその個々の面積を小さくして複数箇所に凹部又は断熱材を添付することも可能である。小さい凹部の形成として、例えば先端面を粗面加工して、先端に小さい凹凸を形成するようにすることも可能である。
また、中空パイプの下端にリベット加工により凹部を形成した本実施形態のものと比べ、材料費や軽量化の点では劣るが、例えば従来の中実の電極ロッド先端面に単一または複数の凹部や粗面加工による凹凸面の形成又は断熱材による部分的な断熱構造にすることも可能である。また、上記実施形態では、電極先端がリベット本体のフランジ頭部によって湾曲状の凸面に形成されているが、これに限定されるものでなく、平坦面であってもよい。
【実施例】
【００１５】
単体のピン電極１の実施例として、直径８ｍｍ、内径６ｍｍ、長さ５５ｍｍの中空アルミパイプ２のピン電極本体の先端部に図２に示すようにブラインドリベット１０を嵌着して中央部に直径２．５〜３ｍｍ、深さ１〜１０ｍｍ程度の円形凹部６を形成し、該リベット加工した単体のピン電極１を２．５ｍｍ間隔で千鳥状に配置して加熱電極を形成した。一方、比較例１として先端面が平坦な従来の中実ロッドからなるピン電極、比較例２として中空のアルミニウムパイプからなるピン電極を実施例と同様に配列して加熱電極を形成した。
加熱電極の一方を前記実施例の加熱電極又は比較例１、２の加熱電極を使用し、反対側は平板電極を使用して、豚ヒレブロック肉（重量２５０ｇ〜３００ｇ、最大肉厚４０〜５０ｍｍ、品温−４０℃）の冷凍食品を誘電加熱により解凍した。
それぞれの場合の解凍時間に対する内部温度の変化を計測した。その結果を図３に示す。同図に示すように、解凍時間に対する内部温度の変化は、実施例及び比較例１とも略同じ結果を示したが、比較例２は実施例及び比較例１と比較して加熱効率がやや劣っていた。この結果より、実施例及び比較例１とも加熱効率には殆ど差異がないことが確認された。
また、同時に内部（中心部）温度と表面温度を測定し、内部温度の上昇に対する表面温度の上昇具合を調べた。なお、内部温度は、被加熱物の中心部を測定し、表面温度は表面の複数箇所を測定してその平均値を表面温度として、両者の変化を調べた。
その結果を図４に示す。該図から明らかなように、解凍が進むにつれて内部温度と表面温度は上昇するが、ピン電極先端に凹部を有する実施例の場合は、凹部を有しない比較例１及び中空先端になっている比較例２に比べて表面温度の上昇勾配が小さくその分表面温度の過熱が緩和されていることがわかる。
従って、実施例の場合は比較例１、２と比較して表面の過加熱が防止され、良好に解凍でき、本発明の効果が確認された。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
本発明の加熱電極は、電界強度を低下させずに被加熱物の表面の過加熱を防止できるから、冷凍食品等の急速解凍に好適であるばかりでなく、工業用の電界加熱装置の電極として広く適用でき、産業上の利用可能性が高い。
【符号の説明】
【００１７】
１  ピン電極
２  中空パイプ（ピン電極本体）
３  フランジ部
５  先端部
６  凹部
１０  ブラインドリベット
１１  フランジ頭部
１２  シェル
１３  リベット本体
１４  拡大頭部
１５  ステム
１６  スリーブ
１７  弱化部
１８  破断面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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