(57)【要約】高周波（ＲＦ）電力を共振キャビティ内の材料に印加することにより、材料を加熱又は乾燥する方法及び装置に関し、ＲＦ電源は、分布インダクタンスによって形成されアプリケータと共振する共振キャビティと、材料に誘電結合され、供給ラインによって形成された磁界がアプリケータに電圧を誘導し、ＲＦ電圧を共振キャビティへ供給する供給ラインの電圧は、同等のＲＦ加熱を、直接結合で行なったときに通常加えられる電圧よりも低くすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波（ＲＦ）電力を共振キャビティ内の材料に印加することにより、材料を加熱又は乾燥する方法であって、
分布インダクタンスによって形成されアプリケータと共振する共振キャビティ及び該キャビティ内の材料に対し、磁界を発生させることによって、ＲＦ電源を誘導結合することを含んでおり、前記磁界は、ＲＦ電圧をアプリケータに誘導し、これによって、ＲＦ電力を共振キャビティへ供給する供給ライン電圧は、同等のＲＦ加熱を、直接結合で行なったときに通常加えられる電圧よりも低くすることができる、方法。
【請求項２】
磁界の発生は、分布インダクタンスを用いて行われ、供給ラインで導電ループを形成し、磁界を発生させることを含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
分布インダクタンスは、キャビティ内の電界を整形し、材料に均一な強度の磁界を提供する請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
高周波（ＲＦ）電力を共振キャビティ内の材料に印加することにより、材料を加熱又は乾燥する装置であって、分布インダクタンスによって形成されアプリケータと共振する共振キャビティと、アプリケータにＲＦ電圧を誘導する磁界を発成させる材料手段とに対し、ＲＦ電源を誘導結合することを含んでおり、これによって、ＲＦ電力を共振キャビティへ供給する供給ライン電圧は、同等のＲＦ加熱を、直接結合で行なったときに通常加えられる電圧よりも低くすることができる、装置。
【請求項５】
磁界を発生させる手段は、分布インダクタンス及び少なくとも１本の供給ラインによって形成された導電ループを具えている請求項４に記載の装置。
【請求項６】
分布インダクタンスは、キャビティ内の電界を整形し、材料に均一な強度の磁界を提供する請求項４又は５に記載の装置。
【請求項７】
接地した導電チャンバー、チャンバー内のアプリケータ、アプリケータを高周波電源に連結する手段、アプリケータをチャンバーの隣接面に接続する分布インダクタンス手段、及び結果として特定高周波に同調する共振キャビティを具えている高周波加熱システム。
【請求項８】
チャンバーは、接地された導電性筐体を具えており、該筐体は、対向する一対の側壁、底部及び上壁を有しており、アプリケータは、前記側壁の間を筐体の横方向に延びており、分布インダクタンス手段は、アプリケータを側壁の隣接部に接続する請求項７に記載の高周波加熱システム。
【請求項９】
分布インダクタンス手段は、一対の分布インダクタンスセクションを具えており、第１の分布インダクタンスセクションはアプリケータの一方の面をその隣接チャンバー壁に接続し、第２の分布インダクタンスセクションはアプリケータの前記一方の面とは離れた側の面をその隣接チャンバー壁に接続する請求項７又は８に記載の高周波加熱システム。
【請求項１０】
インダクタンスセクションの各々は、アプリケータの端部へ接続された第１部分と、隣接チャンバー壁に接続された第３部分に対し、第１部分を接続する第２部分を有している請求項９に記載の高周波加熱システム。
【請求項１１】
アプリケータは中空であり、材料に面するアプリケータの表面をアプリケータの中空内部に接続する熱風用孔を有している請求項７、８、９又は１０に記載の高周波加熱システム。
【請求項１２】
アプリケータは中空であり、材料に面するアプリケータの表面をアプリケータの中空内部に接続する熱風用孔を有している請求項１０に記載の高周波加熱システム。
【請求項１３】
高周波電力を送電する可撓性の供給ラインであって、該供給ラインは、複数の導線束が共に織られて、中空円筒状の編組コネクタを形成し、該コネクタの外表面は、２０％を超える部分が導線によって形成され、８０％より少ない部分が開口しており、導線部と開口部は対称かつ均一に配置される可撓性供給ライン。
【請求項１４】
各束は、３〜１０本の導線を並べた構成である請求項１３に記載の可撓性供給ライン。
【請求項１５】
中空円筒状の編組コネクタは、断面が楕円形である請求項１３に記載の可撓性供給ライン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
本発明は、高周波（ｒａｄｉｏ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；ＲＦ）による誘電加熱又は誘電乾燥に関する。より具体的には、本発明は、ＲＦ電源をアプリケータへ連結するシステムの改良に関し、電界が特に均一性を有するように改良され、重大なアーク故障（ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ ａｒｃｉｎｇ ｆａｉｌｕｒｅ）の危険性を著しく少なくすることができる。
【０００２】
【発明の背景】
今日、誘電加熱に用られる代表的なアプリケータ（ａｐｐｌｉｃａｔｏｒ）（これは、電極又は容量板（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ ｐｌａｔｅ）とも呼ばれる）へのＲＦ電力の提供において、ＲＦ発生器は、広く知られた「直接結合（ｄｉｒｅｃｔ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）」という方法によってアプリケータに接続されている。「直接結合」では、ＲＦ発生器は、アプリケータに直接接続され、循環電流（電界を発生させる特性）は、ＲＦアプリケータから供給ライン（全てのフィードスルーを含む）を通じて戻され、ＲＦ発生器の出力部へ、又は選択的に整合ネットワーク（ｍａｔｃｈｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋ）（整合ネットワークが使用される場合）に戻される。フィードスルー（ｆｅｅｄｔｈｒｏｕｇｈ）は、ＲＦ電力の供給ラインが、加熱システムハウジングなどを通過する位置である。
【０００３】
ＲＦ発生器／整合ネットワークとアプリケータとの間のＲＦ供給ライン及びフィードスルー（ｆｅｅｄｔｈｒｏｕｇｈｓ）の固有インダクタンス（ｉｎｈｅｒｅｎｔ ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ）のために、高レベルのＲＦ電力が作用すると、大きな循環電流が発生し、ＲＦ供給ラインのフィードスルーで発生する電圧は非常に高くなり、循環電流は、直接結合されたＲＦ発生器／整合ネットワークの出力部に戻される。
【０００４】
フィードスルー、及び、ＲＦ発生器／整合ネットワークの出力部において、供給ラインのＲＦ電圧が高い（代表的な誘電加熱用では１０ｋＶを越えることもある）場合、重大なアーク故障発生の危険性が増す。ＲＦ電圧が極めて高い（５０ｋＶを越える）場合、一般的には、誘電加熱における重大な故障が差し迫っているといえる。重大故障の危険性の他にも、フィードスルー、供給ライン、及びＲＦ発生器／整合ネットワークの出力部において非常に高いＲＦ電圧に耐えることができるＲＦ構成要素を探し出し、設計することは、困難又は不可能であったり、コストが非常に高くなることがある。直接結合を用いた場合、ＲＦ電圧は極めて高くなる。このため、重大故障を防止する唯一の合理的解決策は、ＲＦ電力の出力を低下させることである。しかしながら、ＲＦ出力を低下させることは、加熱／乾燥システムの処理能力の低下を招くため、受け入れられないことである。このような問題があるため、ＲＦ電源は、その他に多くの用途があるにも拘わらず、適当な電源として認識されないことがしばしばある。
【０００５】
ＲＦ電力を高エネルギー物理学の粒子加速器のような特別な用途に用いる場合、「誘導結合（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）」と称される結合方法が、陽子や電子のような粒子を加速させる電界を形成するための唯一の方法であると知られている。粒子加速器に用いられる「誘導結合」は、分布インダクタンス（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ）を含んでおり、これはアプリケータと共振して、供給ラインの電圧を低下させ、適当な共振周波数を生じるが、電界を整形するものではない。これらの用途では、ＲＦ電力は、広く知られた相互結合の原理を用いてアプリケータに送られ、（供給ラインによって）形成された磁界がアプリケータに電圧を誘導する。また、出願人の知る限り、前述の誘導結合が、電界に存在する材料を誘電加熱又は乾燥するシステムに適用された例はない。
【０００６】
「誘導結合」の場合、循環電流経路は、「直接結合」とは著しく異なり、アプリケータに直接接続された供給ラインの中を流れる循環電流は極めて少なく、循環電流の流れは、アプリケータから、分布インダクタンス部を通じて、接地電位に送られる。発明者らが見い出したこの構成は、後述するように、循環電流の流れが少ないため、供給ライン、フィードスルー、及びＲＦ発生器／整合ネットワークの出力部における電圧が大幅に低下する利点がある。
【０００７】
粒子加速器における誘導結合の場合、ＲＦアプリケータの表面は、一般的には円形であり、非常に小さい（円周は３０ｃｍより小さい）。アプリケータはもっと長くてもよい場合もあるが、通常は、幅は５ｃｍより短い。どの場合も、誘導結合されたＲＦアプリケータは、移動ができない。また、あまりに小さすぎるために、誘電加熱の産業上利用を拡大するのに適しておらず、粒子を加速する構造として特に設計されたものである。
このような制約があるにも拘わらず、本発明は、「誘導結合」を誘電加熱に適用できる新規な技術を提供するものである。
【０００８】
【発明の要旨】
本発明の目的は、改良されたＲＦ加熱又は乾燥システムを提供することである。
本発明のさらなる目的は、誘導結合されたＲＦ加熱又はＲＦ乾燥を行なう方法及び装置を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、ＲＦ加熱システムにおいて、アプリケータをＲＦ源に接続する可撓性電気コネクタを提供することである。
【０００９】
広義において、本発明は、高周波（ＲＦ）電力を共振キャビティ内の材料に印加することにより、材料を加熱又は乾燥する方法及び装置に関し、ＲＦ電源を、該ＲＦ電力を送電する少なくとも１本の供給ラインによって形成された誘電キャビティ、アプリケータと共振する分布インダクタンス、アプリケータ及び材料に誘電結合することを含んでおり、アプリケータに電圧を誘導する磁界を発生させ、ＲＦ電圧を共振キャビティへ供給する供給ラインの電圧は、同等のＲＦ加熱を、直接結合で行なったときに通常加えられる電圧よりも低くすることができる。
磁界の発生は、分布インダクタンスを用いて行われ、供給ラインで導電ループを形成することが望ましい。
分布インダクタンスは、キャビティ内の電界を整形し、材料に均一な強度の磁界を印加することが望ましい。
【００１０】
広義において、本発明は、接地した導電チャンバー、チャンバー内に配備され導電性電極を有するアプリケータ、アプリケータを高周波電源に接続する手段、アプリケータをチャンバーに接続する分布インダクタンス手段を具える高周波加熱システムに関する。
【００１１】
チャンバーは、接地された導電性筐体を具えており、該筐体は、対向する一対の側壁、底部及び上壁を有しており、アプリケータは、前記側壁の間を筐体の横方向に延びており、分布インダクタンス手段は、その隣接する側壁にアプリケータを接続することが望ましい。
分布インダクタンス手段は、一対の分布インダクタンスセクションを具えており、第１の分布インダクタンスセクションはアプリケータの一方の面をチャンバーの隣接面に接続し、第２の分布インダクタンスセクションはアプリケータの前記一方の面とは離れた側の面をチャンバーの隣接面に接続することが望ましい。
【００１２】
インダクタンスセクションの各々は、アプリケータの端部へ接続された第１部分と、隣接するチャンバー壁に接続された第３部分と第１部分とを接続する第２部分を有することが望ましい。
アプリケータは中空であり、材料に面するアプリケータの表面をアプリケータの中空内部に接続する熱風用孔を有することが望ましい。
【００１３】
高周波電力をフィードスルーからアプリケータへ送電する可撓性の供給ラインであって、該供給ラインは、複数の導線束が共に織られて、中空円筒状の編組コネクタを形成し、該コネクタの外表面は、２０％を超える部分が導線によって形成され、８０％より少ない部分が開口しており、導線部と開口部の配置は対称で均一であり、集合して既知のインダクタンスを形成する。導線が占める最大面積は、導線の可撓性及び細さに依存し、コネクタに要求される可撓性によっては約１００％であってもよい。
各束は、３〜１０本の導線を並べた構成であることが望ましい。
中空円筒状の編組コネクタは、断面が楕円形であることが望ましい。
【００１４】
【望ましい実施例の説明】
加熱処理において、処理時間の速さと高処理能力が要求される場合、高周波（ＲＦ）電界（１０ｋＶより大きい）が必要となる場合がある。この状況で直接結合が困難になるのは、高循環電流のために、供給ライン、フィードスルー、及びＲＦ発生器／整合ネットワークの出力部のＲＦ電圧が極めて高くなることがしばしばあるからである。これは、アーク放電の重大故障の危険性（これまで、一般的に経験されている）が高いだけでなく、これらの高電圧に耐え得る構成要素を作製するのは、コストが非常に高く、時には不可能な場合もある。
【００１５】
商業的規模の誘電加熱、例えば食品関連の誘導加熱に要求されるＲＦアプリケータは、粒子加速器においてこれまで一般的に用いられてきた誘導結合されたものと比べて、幅や総面積を実質的に大きくする必要がある（例えば、面積では約５平方メートル以上のオーダ）。これは、ＲＦ電界の均一性を損なう不都合がある。適切な共振周波数の生成に影響を与え、また、誘電加熱におけるＲＦ電界の均一性に影響を与える要素として、さらに、アプリケータの形状／寸法／位置、材料の誘電特性の範囲、被処理材料の厚さ範囲、ＲＦアプリケータの下面と被処理材料の上面の間の空隙の範囲などが挙げられる。最適な電界均一性を得るには、電界を整形する（ｓｈａｐｉｎｇ）ための何らかの方法が必要である。
【００１６】
この発明では、電界の整形を次の３つの方法で行なうことができる。当該分野の専門家がこれまで極めて限定的に行なってきたことであるが、ＲＦアプリケータの下面の形状を規定する方法である。また、当該分野の専門家がこれまで極めて限定的に行なったきたことであるが、ＲＦ接続の数と配置を規定する方法である。また、後で詳しく説明するが、分布インダクタンスの形状と寸法を決める新規な方法である。後述するように、これらの３つの方法を組み合わせることは望ましいが、本発明の望ましい実施例を実施する上で、必ずしもその必要性はない。
【００１７】
電界の均一性は、材料の誘電加熱の均一性に直接関係している。材料と処理装置の多くは、最適な処理を行なうのに、均一加熱が重要である。多くの材料は、加熱が不均一であると、過熱や加熱不足などにより、製品品質に重大な問題が起こる。
この分布インダクタンスＲＦ加熱システムを用いることができる材料は、誘電加熱が可能であればどんな材料（損失正接が約０．００５より大きい材料）でもよく、様々な食品、製材（ｓｏｌｉｄ ｗｏｏｄ）、加工木材（ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ ｗｏｏｄ）製品、建築材、廃棄物質、セラミック、粉末、プラスチックなどを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【００１８】
出願人は、１本のＲＦ供給ラインで誘電結合されたアプリケータにおける電界の均一性は、１本のＲＦ供給ラインで直接結合されたアプリケータにおける電界の均一性と比べて、著しく均一であることを見い出したが、これは驚くべきことである。
【００１９】
誘電電界（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ）の均一性は、加熱又は乾燥される材料の加熱の均一性を決定する重要な要素である。電界の均一性が良好であるほど、乾燥及び加熱時の加熱均一性は良好である。また、最適な電界の均一性は、加熱又は乾燥される材料に応じて（具体的な処理次第）、望ましい程度から、必須の程度に至るまで多岐に亘る。
本発明が適用される商業的装置にＲＦを用いるには、粒子加速器のような非常にクリーンな環境と比べて、遙かに汚く、埃の多い環境下で、ＲＦが対応できるものでなければならない。誘電加熱に利用する場合、粒子加速器に誘導結合したこれまでの場合と比べると、汚れた環境下で使用するから、致命的なアーク放電を防止するために、ＲＦ電圧を低下させねばならず、遙かに厳しい要件が課せられる。
【００２０】
また、粒子加速器の場合、発生している電界の中に異なる処理品を入れることはないが、本発明の最適化された誘電電界の場合、一様でない異なる処理品を収容できるようにせねばならないから、最適な性能を得るために、電界を整形する必要がある。
【００２１】
しかしながら、以下で説明する適切なＲＦ結合の場合、１〜１００ＭＨｚの高周波を用いると、ＲＦ誘電加熱の利点がもたらされる。なお、高周波の望ましい範囲は、６〜４５ＭＨｚである。ここで、「共振キャビティ（ｒｅｓｏｎａｎｔ ｃａｖｉｔｙ）」という語は、特定高周波に共振又は同調する密閉キャビティを意味し、チャンバー、アプリケータ、及び分布インダクタンスの全ての特性によって規定される。共振キャビティの共振周波数は、チャンバー、アプリケータ及び分布インダクタンスの全部でなくても、それらの大部分で支配され、分布インダクタンスの全ての特性を含んでいる。この特性として、形状／寸法、ＲＦ供給ラインのアプリケータに対する合成インダクタンス、材料の誘電特性、材料とアプリケータとの間のギャップ、被加熱材料の厚さなどがある。
アプリケータの高さが異なったり、材料の形状／特性が異なると、本発明の共振キャビティの適用は困難となる。
【００２２】
ＲＦ電源がその共振周波数で共振キャビティに印加されると、キャビティが適切に連結されている場合、キャビティはＲＦ電力の１００％を「受け入れる」であろう。ＲＦ電源周波数が、キャビティの共振周波数から離れるほど、キャビティ／材料に吸収されるＲＦ電力の量は少なくなるが、反射してＲＦ電源に戻されるＲＦ電力は多くなる。共振キャビティの具体的特性（「Ｈｉｇｈ−Ｑ」又は「Ｌｏｗ−Ｑ」を形成するかどうか）は、ＲＦ電力周波数を共振キャビティにどのように近づける必要があるかどうかに影響を与える。「Ｈｉｇｈ−Ｑ」の場合、周波数を非常に近いところまで整合させる必要があるのに対し、「Ｌｏｗ−Ｑ」の場合、ＲＦ源周波数に関してもう少しフレキシビリティを有している。具体的な用途によっては、キャビティ内のインダクタンスを変えて共鳴周波数を変えることにより、キャビティの共鳴周波数を同調させることができる。共鳴周波数の同調を行なうことは、粒子加速器の分布インダクタンスの適用例でも広く知られている。
誘電加熱の殆ど全ての利用例において、ｄ１は１５ｃｍ〜１．５ｍの範囲であり、ｄ２は、１０ｃｍ〜６０ｃｍの範囲であるが、本発明ではこれらに限定されるものではない。
【００２３】
共振キャビティは、分布インダクタンスがアプリケータと共振するように作られる。アプリケータのキャパシタンスは、被加熱材料、アプリケータの底面と材料の頂面との空隙、アプリケータの寸法／形状／組成などの特性によって左右される。共振キャビティ内の対応インダクタンスは、ＲＦ供給ラインのインダクタンスを、合成分布インダクタンスと組み合わせて作られる。この明細書の中で説明した分布インダクタンスの構成の選択（図示の如く、エッジ部に丸みをつけることを含む）は、最も一般的で標準的な分布インダクタンスの形状を表しており、一般的には、全ての誘電加熱処理に使用されるものであるが、当該分野の専門家であれば、同じインダクタンスを得るために、異なる形状のものを作ることはできるであろう。例えば、この明細書の中で説明した初期設計では、分布インダクタンスは、約０．０３マイクロヘンリーに等しい。必要とされる分布インダクタンスは、一般的には、材料特性、アプリケータの寸法／形状、動作周波数に依存する。代表的な誘電加熱の適用例に対する分布インダクタンスは、１．０マイクロヘンリーよりも小さく、説明したように整形するのが望ましいが、それに限定されるものではなく、適度なレベルのインダクタンスが作成される限り、上記以外にも様々な形状が可能である。
【００２４】
本発明の加熱器又は乾燥器は、材料を高電力電界でＲＦ加熱するのに特に適しており、図１に模式的に示している。本発明の乾燥器又は加熱器の一実施例は、接地された導電性金属筐体構造（１）によって形成され、頂面つまり天板（２）と、２つの壁（４）と、底部（８）（全てがアルミニウム製であることが望ましい）を具えており、多くの場合、開口した端部（１６）（１８）を有する中空体（１）である。図示の構成では、端部が開口した筐体（１）の内部に、導電性金属の分離板（６）（これもアルミニウム製が望ましい）の上を通る導電性金属コンベヤベルト（４０）が配備される。ベルト駆動ユニット（４２）は、コンベヤベルト（４０）を駆動するものであって、図示のように筐体（１）の内部に配置されており、ベルトは筐体（１）の開口端から突出し、駆動ユニット（４２）は筐体（１）の外部に配置される。
【００２５】
誘電加熱されるべき材料（６０）は、ＲＦアプリケータ（１０）の下の移動ベルト（４０）により連続的に供給されるが、本発明は、この連続供給方式に限定されるものではない。当該分野の専門家であれば、適当な変更を加えて、バッチ式の加熱や乾燥に使用することもできる。チャンバーは、図示の構造に限定されるものでなく、具体的用途の要件に応じて、寸法、形状又は方向について変更を加えることもできる。
【００２６】
図１に示す実施例において、ＲＦアプリケータ（１０）は、一対の分布インダクタンス（導電性のコネクタ）のセクションＩを介して、接地された金属筐体構造（１）に接続されている。セクションＩの各々は、３つの部分（１２）（１３）（１４）から形成される（全ての部分が、アルミニウムその他の高導電性材料が望ましい）。これら３つの部分の組合せは、システムにおいて、「分布インダクタンス」として供される。一方の「分布インダクタンス」のセクションＩは、アプリケータ（１０）の各面に配置されており、一方のセクションは、アプリケータ（１０）の各々の側縁部に隣接して接続されている。図示の構成において、第１の部分（１４）は、深さがｄ１で、アプリケータ（１０）から上向きに突出している。第２の部分（１３）は、第１部分（１４）に対して略直角であり、幅がｄ２で、隣接する壁（４）まで延びている。第３の部分（１２）は、隣接する壁（４）と平行で且つ接している。
【００２７】
導電性ループは、ＲＦ電力入力部から、供給ライン（５２）（後で説明する）、分布インダクタンスセクションＩ、必要とされる連結程度に応じて（具体例は図示していない）、場合によってはアプリケータ（１０）へ、そして、筐体（１）つまり隣接する側壁（４）へ戻されるようになっている。このループは、ＲＦ電圧をアプリケータ（１０）へ誘導する磁界を発生させるように作られており、電界を発生させて、材料（６０）を加熱する。例示した構成において、供給ラインは、分布インダクタンスＩに接続されており、アプリケータ（１０）に直接接続してもよい。
【００２８】
本発明は、磁界がどのように生成され、電圧をアプリケータ（１０）へ誘導するのに用いられるかについての具体的詳細を、特に規定するものでない。前述のシステムは望ましい。その他に、粒子加速器でこれまで最も一般的にシステムがあるが、このシステムは、ＲＦ電力の供給ラインが「ループ」に整形され、ＲＦ供給ラインの端部は、接地電位、例えば、筐体（１）の側面に接続される。この「ループ」に発生した磁界は、アプリケータに接続された分布インダクタンスのセクションの磁界に結合される。この構成により、アプリケータ（１０）上に電圧が誘導される。
【００２９】
例示の構成では、アプリケータの各側面に、１つの分布インダクタンスセクションＩがある。セクションの個数はそれより多くても又は少なくてもよいが（又は形状が異なってもよい）、２つの分布インダクタンスをアプリケータの各側面に１つづずつ配置したときに、より均一な電界分布が得られる。
【００３０】
この発明の場合、インダクタンスのセクションＩの正確な寸法と形状は重要ではない。当該分野の専門家であれば、分布インダクタンスを様々な形状と寸法に設計し、所望される具体的な共振周波数に必要なインダクタンスを得ることはできるであろう。
（１２）の部分は、壁（４）の孔（２１）の中に挿入された複数のボルト（２０）によって、壁（４）にボルト留めされ、アプリケータ（１０）の高さ調節を可能としている。これについては後で説明する。
【００３１】
分布インダクタンスセクションＩの電界を発生させる側（この場合では底部）には、１９９９年８月２４日に発行された出願人の先行特許第５９４２１４６号に開示された最小半径原則に反する部分は皆無であることは重要である。なお、この特許の開示は、引用を以て本願への記載加入とする。即ち、電気コネクタは、コネクタのアーク放電を防止するために、その外面の最小曲率を、少なくとも半径ｒ以上としている。ｒは、次の式によって定義される。
ｒ＞＝１／５｛［（ＥＢＤ）（Ｄ）／ＶＭＡＸ］−２２｝
但し、ｒとＤはセンチメートル（ｃｍ）、ＥＢＤはボルト、ＶＭＡＸはボルト／ｃｍである。
セクションＩの形状は、図示したものが望ましい。セクションＩが不完全なＺ字型であるので、共振キャビティ周波数が変化する。従って、ｄ１及び／又はｄ２は、一般的に補正が必要である。
【００３２】
図１を参照すると、ＲＦアプリケータ（１０）の高さは、矢印Ａで示されるように調節可能であり、ボルト（２０）を緩めて、壁（４）のスロット（２１）の中で所望位置にセットし、その位置で再び締め付ければよい。この高さ調節システムでは、全ての高さ調節要素を、システム及び全ての電界の外部に配置することができる。
分布インダクタンスのセクションＩは、高循環電流に対して強固な電気的接続を行えるように、接地された壁（４）に連続的に接続されなければならない。
【００３３】
寸法ｄ１とｄ２は重要であり、共振キャビティ周波数に影響を及ぼす。当該分野に精通している者であれば、共振キャビティ周波数を定めるのに、これらの寸法をどのように選択すればよいかは理解し得るであろう。しかしながら、分布インダクタンスは、共振キャビティ周波数に影響を及ぼす唯一の要素ではない。共振キャビティ周波数は、アプリケータの形状（主に、幅と長さ）、アプリケータの底板から接地面まで距離、電界内のアプリケータと材料（６０）との間の空隙距離、材料の誘電定数の範囲、ＲＦアプリケータに取り付けられたＲＦコネクタの数とインダクタンスによっても影響を受ける。共振キャビティの構造を規定する簡単な式又は公式はない。所望の結果を得るためには、これら要素の全てについて、広範なコンピュータ・モデリングや実験室試験／実地試験が必要である。
【００３４】
部分（１２）（１３）（１４）の接続部が、高循環電流を扱うのに十分に大きく且つ連続的であることは重要である。
システムは、全ての材料に適することは恐らく無理であろうが、被加熱材料の誘電特性及び回路のＱの変化によっては、「そのままの状態」が適当な場合もあるし、誘導性同調（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ ｔｕｎｉｎｇ）が必要な場合もあるし、また、変化が非常に大きい場合には、設計を完全にやり直さなければならないこともあろう。
【００３５】
図２と図３は、ＲＦアプリケータと分布インダクタンスのさらなる例を示している。出願人による先の米国特許第５９４２１４６号（１９９９年８月２４日発行）に開示されているように、電界の中におかれる全ての縁部（例えば（１１））は、半径ｒで屈曲している。この半径は、全ての局部電界強さが最小となるように十分に大きなものであらねばならない。発明者らが実施したところでは、食料品のような材料を急速ＲＦ加熱する場合、最小半径ｒは５ｃｍである。
【００３６】
図２にも示されるように、分布インダクタンスは、３つの部分（１２）（１３）（１４）から構成される。この部分は、長さは夫々独立しており、例えば（１３）（１４）は、必ずしも連続しているわけでなく、また必ずしもアプリケータ（１０）の全長に及ぶ必要もない。
特定の用途によっては、さらなる電界整形のために、（１３）（１４）の部分を短くしたり、ノッチを設けたり、非連続にすることもできる。分布インダクタンスのこれら部分のサイズや形状について、短くしたり、ノッチを設けたり、非連続にすることは、試行錯誤法及び／又はコンピュータ・モデリングによって行なうことができる。
分布インダクタンスのこれら異なる構成は、上記の如く、電界を整形するのに使用される、図２で用いられる部分（１４）は、図１のように平面ではなく、滑らかに屈曲して、アプリケータ（１０）と部分（１３）を相互接続している。
【００３７】
図３に示す分布インダクタンスは、ノッチが取り除かれ、アプリケータの全長に亘っていない。この分布インダクタンスは、誘導結合された用途での電界整形に影響を及ぼすために使用できる可能性のあることを示している。分布インダクタンス形状が異なるものは全て、循環電流の流れに影響を与えるので、最終的には、電界を整形することになる。
【００３８】
図２及び図３に示す如く、可撓性供給ライン（５２）の数や位置は、誘導結合の応用の態様に応じて、適宜変えることができる。一般的には、最適な電界整形は、アプリケータ（１０）の整形（後で説明する）、可撓性供給ライン（５２）の配置と数、分布インダクタンス整形用セクションＩの組合せによってもたらされる。
【００３９】
例えば、図１と同じような形状で、４０．６８ＭＨｚの共振周波数を得るには、アプリケータの幅１．６５ｍ、アプリケータの長さ３．８ｍ、アプリケータの接地用金属板より上の高さ（即ち、被加熱材料の頂面の隙間と材料の厚さを加えたもの）が７ｃｍ〜１４ｃｍ、材料（６０）の高さ７〜１４ｃｍ、材料の最大誘電定数が２２、材料の最大損失正接が０．４１では、ｄ１＝６５ｃｍ、ｄ２＝１７．５ｃｍを必要とする。
【００４０】
供給ライン
ＲＦ発生器（５４）は、ＲＦ供給ライン（５０）（５２）（フィードスルー（５１）の中を通る）を通じて、アプリケータ（１０）に接続される。選択されるＲＦ発生技術に応じて、ＲＦ電力が１又は２以上の供給ライン（５０）に供給される前に、ＲＦ発生器（５４）は、整合ネットワーク（図示せず）に供給される。ＲＦアプリケータ（１０）の高さを調節した後、可撓性供給ライン（５２）を用いて、フィードスルー（５１）をＲＦアプリケータ（１０）へ接続する。
【００４１】
この発明の目的（但し、これに限定されるものではない）のために、固有の供給ライン（５２）が、フィードスルー（５１）とＲＦアプリケータ（１０）との間を通るように工夫されている。この供給ライン（５２）は、
１．高ＲＦ電流（即ち、アルミニウム又は銅のような高導電率の金属）を操作できること、
２．環境に適していること（即ち、腐食しないこと）、
３．可撓性であること（最も撓みやすいとして知られている同軸ケーブルよりもさらに撓みやすい）、
４．出願人による先の米国特許第５９４２１４６号（１９９９年８月２４日発行）に開示されているように、高電界を受け入れることができる最小半径にすること、即ち、全ての縁部の半径は、全ての局部電界強さが最小となるように十分に大きなものであること、
が必要である。
【００４２】
図４の横断面に示されるように、供給ライン、即ち後記するコネクタ（５２）として用いられるコネクタ（２００）は、中空内部（２０２）を有しており、図５の（２０４）で示す材料から作られ、図示の如く、円形又は、望ましくは楕円形に屈曲している。産業界では、通常、（２０４）の全体を「編組（Ｂｒａｉｄ）」と称している。
【００４３】
導線（２１０）は、周知技術を用いて編み上げられ、例えば断面楕円形の中空円筒体の如き形状を有する編組コネクタが作られる。即ち、個々の導線（２１０）（通常は、３〜１０本、典型的には５本をまとめた束（２０８））を、相互に織り合わして（編み合わせて）、可撓性で、ＲＦに導電性の自己支持性の中空管又は編組体を形成する。
【００４４】
コネクタ（２００）の表面の最小半径が、最小半径ｒに関する前記法則に従うことは重要である。応用例の多くの場合、コネクタは、その主軸（２０６）がアプリケータ（１０）の移動方向に対して略直交する面内を向く適当な位置に取り付けられる。しかしながら、場合によっては、アプリケータの移動を収容するために、コネクタを、長さ方向にある程度圧縮することもできる。
【００４５】
編組（２０４）は、個々の導体（２１０）からなる束（２０８）を編み上げることによって作るので、１本の導線が表面から突出してアンテナとなって、アーク放電の問題を引き起こすことはない。束（２０８）の各々は、複数の導線が並んで配置されており、ほぼ平らでリボン状の束（２０８）が形成される。これらの束又はリボンは、縦リボンと横リボンとして織られ、ファブリック（２０４）が形成される。
【００４６】
導線（２１０）は、ＲＦと一体形状であるかの如く、編組（２０４）の中で十分に密着していなければならない。編まれた導線は、円筒体に完全に織り込まれ、アプリケータに接続される前（伸縮される前）は、自己支持可能な状態であり、その表面は適当に固くなるように織られる。その結果、表面の約７０％は導線であり、３０％は空気である。図５は、表面の約４０％が導線の例である。
編組（２０４）の表面は、表面の２０％以上が導線となり、開口部分が８０％を超えないように作られるべきである。開口部と導線の領域は、編組（２０４）の表面上で、対称且つ均一となるように配置されるべきである。
【００４７】
導線の束又はリボン（２０８）（この場合、５本の導線（２１０）で構成される）は、相互に織られ、代表的な同軸ケーブルよりもはるかに可撓性を有する自己支持性の中空円筒体が形成される。
例えば、図４及び５に示されるように、直径０．０３５”の５本の導線（又は同様な導体）からなるアルミニウム編組を用いて束又はリボン（２０８）を形成すると、前述の可撓性ＲＦ供給ライン（５２）に固有の要件に適合することがわかった。
【００４８】
図１に示されるように、アプリケータ（１０）は、（１００）で示されるように中空であり、多数の孔（３０）が、望ましくは一定の間隔をあけて形成されている。これらの孔（３０）は、ＲＦアプリケータ（１０）の底板（１０２）（底板（１０２）は負荷（６０）に面する）に開設されているから、熱風を、アプリケータ（１０）の中空内部（１００）の中へ吹き入れると、熱風は孔（３０）の中を通り、誘電加熱される材料（６０）の上表面に吹き付けられる。例えば可撓性ダクト（図示せず）のような内部（１００）へ熱風を送り込むシステムは、適当なものであればどんなものでも使用可能である。熱風がこの処理の補助的役割を果たすには、どの場合にも、材料（６０）の中に発生した熱の５０％以上がＲＦ誘電加熱から送られ、その残りが熱風から送られる。
【００４９】
可撓性ダクト（図示せず）は、導電性であってはならず、また食品を加熱する場合は３５０℃までの高温に、耐えることができなくてはならない。
アプリケータ全体をほぼ一定の電界に維持するには、アプリケータの底面（１０２）を整形しなければならない。図１のアプリケータの底面は平らではなく、Ｖ字形である。他の例のアプリケータの底面を、図２と図３に示している。どの場合にも、アプリケータ（１０）の中央の長手部分は、負荷との間隔を縁部（１１）よりも大きくし、最適な電界の均一性が得られるようにしている。
【００５０】
誘導結合を用いたこれらの例では、電界全体を均一にするために、縁部の電界を増す必要がある。この目的を達成するために、底面の中央部分（３００）は凹んでおり、製品（６０）の表面からの距離が、縁部分（３０２）よりも大きくなるようにしている。
【００５１】
実施例１（ＲＦ電圧の低下）：
出願人が設計した食品ベーキングシステムのシミュレーションモデルでは、要求される高ＲＦ電力レベルで直接結合を使用したとき、ＲＦ電圧は供給ラインで２００ｋＶを超えた。しかし、誘導結合の場合、供給ラインのＲＦ電圧を約１０ｋＶまで低下させることができた。これらのシミュレーションモデルによる結果は、実験室規模の試験結果を確認することができた。
【００５２】
実施例２（時間依存性の電界均一性の最適化）：
出願人が設計した食品ベーキングシステムのシミュレーション・モデルでは、底面が平らなアプリケータを最初に用いたとき、理想的な電界均一性を得られないことがわかった。底面が平らな形状のアプリケータの場合、材料の中心部は十分加熱されるが、材料の縁部では加熱不足となる。製品がこのように不均一であると、このベーキング工程を、商業的に発展させることは無理であろう。出願人は、１本のＲＦ供給ラインの中心をアプリケータの一つの縁部に合わせて、分布インダクタンスをアプリケータの２つの縁部だけに接続し、アプリケータの２つの面の厚さを増して、それらの位置より下にある材料の有効電界強度を大きくすることにより、電界がより均一になるように電界を整形したものである。これらによって、ベーキング工程の商業的な発展が可能となった。
【００５３】
本発明を説明したが、当該分野の専門家であれば、請求の範囲に規定された発明の精神から逸脱することなく変更をなし得ることはできるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明に係るＲＦ加熱システム（明瞭にするため、部品を取り除いてある）の略斜視図である。
【図２】
本発明と共に用いられる中空電極構造と分布インダクタンスの他の実施例の略斜視図である。
【図３】
本発明と共に用いられる中空電極構造と分布インダクタンスの他の実施例の略斜視図である。
【図４】
可撓性供給ラインの端面図である。
【図５】
可撓性供給ラインの一部分の側面図である。
【図１】
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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年10月7日(2002.10.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバー壁を有し接地された導電チャンバーと、チャンバー内のアプリケータ、アプリケータを高周波電力源に連結する手段、一対の分布インダクタンスセクションを有する分布インダクタンス手段と、結果として特定高周波に同調する共振キャビティを具えており、一対の分布インダクタンスセクションは、アプリケータの一方の面をその隣接チャンバー壁に接続する第１の分布インダクタンスセクションと、アプリケータの前記一方の面とは離れた側の面をその隣接チャンバー壁に接続する第２の分布インダクタンスセクションを有している高周波加熱システム。
【請求項２】
チャンバーは、接地された導電性筐体を具えており、該筐体は、隣接チャンバー壁を形成する一対の側壁、底部及び上壁を有しており、アプリケータは、前記側壁の間を筐体の横方向に延びている請求項１に記載の高周波加熱システム。
【請求項３】
インダクタンスセクションの各々は、アプリケータの端部へ接続された第１部分と、隣接チャンバー壁に接続された第３部分に対し、第１部分を接続する第２部分を有している請求項１又は２に記載の高周波加熱システム。
【請求項４】
アプリケータは中空であり、材料に面するアプリケータの表面をアプリケータの中空内部に接続する熱風用孔を有している請求項１、２又は３に記載の高周波加熱システム。
【国際調査報告】
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