加热电极以及使用该加热电极的被加热材料的加热方法 【技术领域】
本发明涉及加热电极以及使用该加热电极加热被加热材料的加热方法，特别是涉及能够均匀地对不定形状的被加热材料进行加热、并且能够稳定地进行基于加热电极的被加热材料的加热·保持输送的加热电极以及使用该加热电极加热被加热材料的加热方法。
背景技术
作为对被加热材料、例如食材进行电加热的方法，公知有通电加热方法、介质加热法、感应加热法。其中，通电加热法和介质加热法在通过被加热物自身(食材)的发热来进行加热这点上与利用通过感应电流(涡电流)在金属容器内部产生的焦耳热进行加热的感应加热法存在很大的差异。在通电加热法的情况下，由于直接使电流流过食材，因此上下电极需要与食材接触。此时，在食材的厚度不一样的情况下，在食材的表面上会产生不与电极抵接的部位和与电极抵接的部位，因此存在该非抵接部位未被充分加热从而加热变得不均匀，另一方面，抵接部位被过度加热从而变得过加热的可能性。在介质加热法的情况下，虽然并不直接使电流流过食材，但是，在食材的厚度不一样的情况下，在与电极接近的部位和非接近部位之间，电场强度或介电常数显著不同，依然会招致与通电加热法同样的问题。因此，为了均匀地对这种厚度不一样的不定形状的食材进行加热，公知有如下的通电加热装置：将电解液喷雾到食材的表面上从而形成电解液的薄膜，作为上部电极采用材质具有良好的导电性且柔软的部件、例如由钛、铝、铁、铂、不锈钢等金属箔形成且形状形成为从框架垂下的帘状(すだれ状)的柔性电极，并且使该上部电极能够上下升降，通过调节该上部电极的高度，能够将食材的厚部和薄部形成为均匀的加热状态(例如参照专利文献1)。并且，作为同样的通电加热装置，公知有以下述方式构成的食品的通电加工装置：上部通电部(上部电极)由供给电解液的供给槽和从该供给槽垂下的柔性的帘状的导电性刷构成，电解液沿着该刷滴下或者流下到食品(例如参照专利文献2)。并且，还公知有如下的杀菌完毕固形食材的制造方法：利用包装材料对固形食材进行密封包装而形成包装体，将该包装体与流体一起配置于压力可变容器的内部，通过对该容器施加高频电场来对包装体进行介质加热(例如参照专利文献3)。
专利文献1日本特开2003‑47413号公报
专利文献2日本特许第3352388号
专利文献3日本特许第3604109号
在上述通电加热装置的情况下，为了实现对不定形状食材的均匀加热，在输送该食材并使其通过帘状的上部电极的“通常的通电加热处理”之前，需要实施如下的特别的“前处理”：使该上部电极仅与食材的厚部抵接，并保持该状态数十秒的时间，然后，进一步使上部电极与厚部和薄部双方抵接，并保持该状态数十秒的时间进行加热。
但是，由于上部电极是帘状的柔性电极，无法利用电极进行保持输送，因此在实施该“前处理”的期间内，考虑需要暂时停止基于传送带的食材的输送。并且，一般情况下，通过涂布电解液或者使电解液滴下而在不定形状的食材的表面上形成电解液一样的无差别的薄膜几乎是不可能的，因此，在基于经由该电解液薄膜的通电的加热中，存在难以对不定形状的食材进行稳定的均匀的加热的问题。
并且，在上述将包装体与流体一起封入容器中并对该容器施加高频电场而进行加热的杀菌完毕固形食材的制造方法的情况下，虽然极板间隔是恒定的而与容器的场所无关，但是容器内部的流体的厚度因容器的场所的不同而不同。因此，根据容器的场所不同，介电常数不同，存在产生加热不均匀的可能性，同样存在难以进行稳定的均匀的加热的问题。
【发明内容】
因此，本发明就是鉴于上述现有技术的问题点而做出的，其目的在于提供一种能够均匀地对不定形状的被加热材料进行加热、并且能够稳定地进行基于加热电极的被加热材料的加热·保持输送的加热电极以及使用该加热电极加热被加热材料的加热方法。
为了达成上述目的，在第一方面所记载的加热电极中，所述加热电极对置配置，并对被加热材料进行电加热，其特征在于，该加热电极中的至少一方的电极是由多个导电性针构成的针电极的集合体，并且该针电极能够沿轴向伸缩。
在上述加热电极中，由于至少一方的加热电极是由多个导电性针构成的针电极的集合体，并且各针电极能够沿轴向伸缩，因此，各针电极能够追随被加热材料的形状，其结果是，各针电极能够均匀地与被加热材料的整个表面抵接并对其施加电作用。由此，能够进行不依赖于被加热材料的形状的稳定的均匀加热。进一步，在能够对针电极与被加热材料抵接的按压力进行控制的情况下，通过适度地设定按压力，能够利用加热电极保持被加热材料。因此，例如不用停止利用传送带输送被加热材料的作业就能够利用加热电极在对被加热材料进行加热·保持的状态下进行被加热材料的定位输送。
在第二方面所记载的加热电极中，所述加热电极具备：针支承机构，其将所述针电极支承为能够沿轴向滑动；以及针变位机构，其使所述针电极相对于该针支承机构沿轴向相对变位。
在上述加热电极中，由于导电性针能够在针支承机构上滑动，因此能够一边接收来自外部的电或热的供给一边追随被加热材料的形状。并且，由于通过针变位机构使针电极相对于针支承机构沿轴向相对变位，因此例如不用对针电极赋予伸缩机构，能够简化电极的结构。
在第三方面所记载的加热电极中，所述针支承机构由具备多个贯通孔的导电性底座构成，所述针电极能够在所述贯通孔中滑动。
在上述加热电极中，通过在导电性底座上设置可供针电极滑动的贯通孔，能够使电或热可靠地传递到相对变位的针电极。并且，由于相对于针电极的电接点和热接点是极为普通的结构，因此能够提高作为加热电极的可靠性。
在第四方面所记载的加热电极中，所述针变位机构由与所述导电性底座结合的压力可变气室构成，通过改变该气室的内压而在所述贯通孔中形成压力梯度，从而使所述针电极沿轴向相对变位。
在上述加热电极中，贯通孔的一个开口端部朝被加热材料开口，另一个开口端部在上述气室中开口。因此，由于贯通孔的被加热材料侧开口端部的压力(出口压力)不变，因此，通过改变上述气室的内压，能够在贯通孔中形成压力梯度。进而，在贯通孔的入口压力＞出口压力的情况下，气体以将导电性针从导电性底座压出的方式发挥作用，另一方面，在贯通孔的入口压力＜出口压力的情况下，气体以朝导电性底座牵拉导电性针的方式发挥作用。特别地，在前者的情况下，由于导电性针相对于被加热材料的按压力与该压力梯度成比例，因此，通过确保较大的压力梯度能够一边利用电极对被加热材料进行加热·保持一边进行被加热材料的定位输送。
在第五方面所记载的加热电极中，电或热在被施加于所述导电性底座之后经由所述贯通孔的内壁对所述针电极通电或者传热。
在上述加热电极中，由于导电性针配设成在贯通孔中滑动，因此，通过对导电性底座施加电或者热，能够适当地对导电性针通电或者传热。
在第六方面所记载的加热电极中，在所述导电性底座的内部形成有纵贯所述贯通孔之间的温度调节水的流路。
在上述加热电极中，例如在想要使被加热材料的加热温度下降的情况下，作为温度调节水流过冷却水，由此经由贯通孔的内壁从被加热材料夺取热从而防止被加热材料的过加热，另一方面，在想要使被加热材料的加热温度上升的情况下，作为温度调节水流过热水，由此经由贯通孔的内壁对被加热材料供给热从而将被加热材料的温度调整到期望的温度。即，通过使上述温度调节水的流路纵贯贯通孔之间，并使温度调节水在该流路中流动，不仅能够防止对被加热材料过加热或者加热不良，而且能够对难以利用高频电源的频率或输出调整进行温度调整的被加热材料进行加热温度的微调整。
在第七方面所记载的加热电极中，对置的另一方的电极是具有与所述被加热材料的外表面形状的一部分相适应的形状的凹陷形状的电极。
在上述加热电极中，例如在被加热材料包含杯或盘等刚性的容器的情况下，通过将对置的电极的内表面形状形成为与该容器的外表面形状(底部形状)嵌合的形状，能够高效地进行加热，进一步，能够抑制加热时的由内容物引起的容器的膨胀。
在第八发明所记载的使用加热电极加热被加热材料的加热方法中，其特征在于，利用第一方面至第七方面中的任一方面所记载的加热电极对被加热材料进行加热·保持或者一边使被加热材料相对于该加热电极相对移动一边对该被加热材料进行加热。
在上述加热方法中，通过使用上述加热电极，各针电极能够沿轴向相对变位从而追随被加热材料的形状，进一步，能够抑制针电极按压被加热材料的按压力，因此，能够形成为被加热材料由多个针电极保持的定位状态，能够在该状态下进行加热·保持输送、即所谓的利用电极对被加热材料进行定位输送。并且，能够进行一边使被加热材料与针电极抵接一边使它们相对移动并进行加热的加热输送。进一步，针电极以能够滑动的方式配设在导电性底座上，由于该导电性底座具备温度控制功能，因此能够对难以利用高频电源的频率或输出调整进行温度调整的被加热材料进行加热温度的微调整。因此，通过使用上述加热电极，能够对被加热材料进行稳定且均匀的加热。
在第九方面所记载的使用加热电极加热被加热材料的加热方法中，其特征在于，在隔着包裹材料的状态下，对所述被加热材料进行加热或者保持。
在上述加热方法中，由于能够在隔着包裹材料的状态下对被加热材料进行加热·保持输送，因此针电极不会直接与被加热材料抵接，能够进行卫生的加热·保持输送。
根据本发明的加热电极以及使用该加热电极的加热方法，加热电极的至少一方的电极是由多个导电性针构成的针电极的集合体，各针电极以能够滑动的方式配设于导电性底座的贯通孔中，进一步，该导电性底座与压力可变气室结合。由此，能够根据压力可变气室的内压使各针电极相对于该导电性底座相对变位。其结果是，各针电极追随被加热材料的形状与被加热材料抵接，从而能够均匀地对被加热材料施加电作用。除此之外，通过在针电极与被加热材料抵接的状态下适度地设定压力可变气室的内压，能够调整针电极按压被加热材料的按压力。因此，能够通过适度地调整压力可变气室的内压来利用加热电极对被加热材料进行加热·保持输送。并且，由于温度调节水用流路以纵贯导电性底座的贯通孔之间的方式配设，因此能够经由导电性针对被加热材料供给热或者对被加热材料进行冷却。由此，能够对厚度不一样的不定形状的被加热材料进行稳定的均匀加热。
【附图说明】
图1是示出本发明的加热电极所涉及的加热针(pin)电极的主要部分剖视说明图。
图2是示出利用本发明的加热电极所涉及的加热针电极来加热食材的加热例的说明图。
图3是示出实施例1所涉及的针支承座的主要部分剖视说明图。
图4是示出实施例2所涉及的针电极的说明图。
图5是示出使用实施例3所涉及的加热针电极的加热方法的说明图。
图6是示出使用实施例4所涉及的加热针电极以及使用加热电极的加热方法的说明图。
标号说明
10：针电极；11：针头；12：杆；13：针帽；14：弹簧；20：针支承座；21：贯通孔；30：压力可变气室(gas chamber)；31：内部空间；32：通道；33：导气孔(gas port)；34：压缩机；35：真空泵；36：三向阀；100：加热针电极。
【具体实施方式】
以下，根据图示的实施方式进一步详细地说明本发明。
图1是示出本发明的加热电极所涉及的加热针电极100的主要部分剖视说明图。另外，作为要加热的被加热材料使用食材。
该加热针电极100构成为具备：多个针电极10，它们与食材抵接从而对食材施加电作用或者热作用；针支承座20，其将各针电极10支承为能够滑动，并且是作为相对于针电极10的电源或者热源的导电性底座；以及压力可变气室30，其使针电极10相对于针支承座20相对变位。
针电极10由以下部分构成：针头11，其直接与食材抵接；杆12，其与针头11结合，是与针支承座20之间的电接点或者热接点，并限制针电极10相对于针支承座20移动的移动量(行程)；以及针帽13，其限制针头11的端部位置，并且作为止挡件发挥功能。
针头11例如形成为半球部和圆筒部组合的形状，杆12例如形成为细长圆筒形状，一方的端部与针头11螺纹结合，相反侧的端部与针帽13螺纹结合。并且，杆12贯穿插入于后述的贯通孔21，是与针支承座21之间的电接点或者热接点。
另外，对于针头11与杆12的结合，优选是能够根据食材的形状更换针头的螺纹结合，但是，也可以通过切削或者焊接等形成为一体。并且，也可以是杆12和针帽13通过切削、焊接、铆接等形成为一体，且针头11与杆12螺纹结合。
并且，作为针头11、杆12以及针帽13的材质，可以是铝、铜、石墨、钛、铂等导电材料。
在针支承座20上，针对各个针电极10分别单独地设有贯通孔21，针电极10能够在该贯通孔21中滑动且相对于该贯通孔21相对变位。该贯通孔21的内径是比针电极10的杆12的外径稍大的大小。由此，各针电极10能够与针支承座20通电或者传热并相对于针支承座20沿轴向分别独立地相对变位，从而能够适当地追随食材的形状。
另外，如后所述，针电极10的驱动通过改变压力可变气室30的内压来进行。因此，考虑杆12与贯通孔21之间的间隙会对针电极10的驱动造成影响，如上所述，由于该间隙极其微小，因此从压力可变气室30通过该间隙泄漏的气体泄漏量极其微量，其结果是，压力可变气室30的压力变动极其微小，结果该间隙几乎不会对针电极10的驱动造成影响。另外，针电极10的驱动除了使用压力可变气室实现之外，还可以使用弹簧或橡胶等弹性工具容易地实现。
并且，由于针支承座20是相对于针电极10的电源或者热源，因此，作为该针支承座20的材质优选为具有与针电极10同等或者更高的导电率和热传导率的材质。
并且，针支承座20的形状除了平板之外还可以是具有曲面的复合形。
压力可变气室30由贮存气体的内部空间31、作为气体的流路的通道32、以及与外部的高压气体源(压缩机)或者(真空)泵连结的导气孔33构成，内部空间31的压力调整通过经由通道32供给气体或者排气来进行。此处，在内部空间31的压力P
in比外部气体压力P
out高的情况下，在贯通孔21的入口和出口会产生压力梯度，从而针电极10通过内部空间31的气体压力被压下而朝下方相对变位。另一方面，在内部空间31的气体压力P
in比外部气体压力P
out低的情况下，会产生与上述压力梯度反向的压力梯度，从而针电极10通过外部气体压力被推起而朝上方相对变位。这样，通过调整内部空间31的压力，能够使针电极10相对于针支承座20相对变位。并且，通过在针电极10与食材抵接的状态下调整内部空间31的压力，能够改变针电极10与食材抵接的按压力。因此，通过在针电极10与食材抵接的状态下调整内部空间31的压力，能够利用多个针电极10对食材进行加热·保持。因此，通过使该加热针电极100具备输送机构，能够稳定地进行基于电极的食材的加热·保持输送。
另外，使用的气体例如是洁净的空气和氮等惰性气体。
图2是示出利用本发明的加热电极所涉及的加热针电极100来加热食材的加热例的说明图。
在该加热例中，由包裹材料50包裹的食材51被上下(垂直方向)对置配置的加热针电极100、100加热·保持，在电极板间的位置被定位的状态下被介质加热并通过未图示的输送机构被输送。
压力可变气室30的压力调整例如通过下述方式进行：使压缩机34和真空泵35经由三向阀36与压力可变气室30结合，在加压的情况下使三向阀转换至压缩机34侧，在减压的情况下使三向阀转换至真空泵35侧。
并且，高频电源40的频率例如为从数KHz到数百MHz或者从3MHz到100MHz。
并且，包裹材料50的材质例如是PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PET(聚对苯二甲酸乙二酯)等树脂、铁或铝等金属、纸、玻璃、以及由上述材料组合而成的复合材料等，包装方式可以是薄膜、盘状、杯状的容器等，并无特殊规定。并且，也可以对这些容器实施涂覆或者蒸镀处理等各种表面处理。
另外，在本加热例中示出了使用两个加热针电极100、100的介质加热例，但是并不限于此，也可以是基于加热针电极100和普通的平板电极的组合的介质加热。并且，对于电极的配置，不仅可以是垂直方向，也可以是水平方向。进一步，在包装方式为盘状或杯状等容器的情况下，如后述的实施例那样，也可以使另一方的对置电极为与容器的底部形状对应的电极。
实施例1
图3是示出实施例1所涉及的针支承座20的主要部分剖视说明图。
在该针支承座20中，在贯通孔21、21之间纵贯有供温度调节用水(以下称为“温度调节水”)流动的水路22。因此，通过在针电极10与食材抵接的状态下使温度调节水流动，能够在温度调节水和针电极10之间进行热交换，同时，能够在针电极10和食材之间进行热交换，因此，其结果是能够间接地对食材的表面进行加热或者冷却。因此，在温度上升缓慢从而加热不良的情况下通过使热水作为温度调节水流过，相反，在温度上升急剧从而超过目标温度的过加热的情况下通过使冷水作为温度调节水流过，能够对食材进行高精度的温度控制。这样，通过在针支承座20的内部形成水路22并使温度调节水流过，能够通过对环境整体进行调节而有效地对食材进行温度控制。并且，能够对难以利用高频电源40的频率或输出调整进行温度调整的食材进行加热温度的微调整。
实施例2
图4是示出实施例2所涉及的针电极10a的说明图。
该针电极10a具备弹簧14。例如在使针电极10返回的情况下，需要通过真空泵35使压力可变气室30的内压成为负压，但是，由于具备弹簧14，仅通过使加压状态的压力可变气室30放气(blow off)针电极就能够通过弹簧14的弹性力返回原来的位置。即，由于具备弹簧14，针电极具有自动恢复功能，其结果是，不需要真空泵35，针电极的驱动机构简化。另一方面，在对压力可变气室30加压以将针电极压出的情况下，通过弹簧14的弹性力，针电极的初期动作变得平稳。这样，通过具备弹簧14，能够简化与相对变位有关的驱动机构，并且能够使针电极的伸缩(相对变位)动作稳定。
实施例3
图5是示出使用实施例3所涉及的加热针电极100、100的加热方法的说明图。另外，为了说明的便利，仅描绘针电极10和针支承座20，省略其他的结构部件。
该加热电极以针电极10的轴向与传送带C的输送面平行且与输送方向正交的方式水平对置地配设。因此，食材51由传送带C输送并通过该加热针电极之间，由此食材51从针电极10承受介质加热从而被加热杀菌。另外，也可以使传送带C停止一定时间，从而食材51集中地承受介质加热而被加热杀菌。
实施例4
图6是示出使用实施例4所涉及的加热针电极200和加热电极300的加热方法的说明图。
该加热方法表示被加热材料为处于非密闭状态且填充于盘或者杯等容器53中的食材51(食品)的情况下的加热方法。电极的一方是配置于上方且适当地追随食材51的凹凸形状对食材51进行加热的加热针电极200，另一方是配设于下方且具有凹部形状300a的对食材51进行加热的加热电极300，所述凹部形状300a形成为容器53的底部形状。但是，加热针电极200除了上述加热针电极100的结构之外，还具备适当地保护针的罩52，以免针由于与食品接触而被污染、或者由于加热食品时从食品中产生的蒸气或者周围环境而被腐蚀。并且，作为罩52的材质，只要具有柔软性从而不会有损于针动作即可，并无特殊限定，例如可以是厚度为0.3mm～5mm左右的硅橡胶或氟橡胶、厚度为0.05mm～0.2mm左右的PP、PE、PET等热塑性树脂薄膜、或者由上述材料组成的复合材料，也可以是铝、铜、石墨、钛、铂等导电性金属箔或者导电性箔。并且，加热电极300是对被加工成凹形状的铝材实施特氟龙涂布、硬质碳化镀铬(ダイクロンコ一ト)涂布、非电解镀镍等以作为高耐蚀性表面处理而成的电极，所述凹形状形成为容器53的底部形状，除此之外还可以是铜、石墨、钛、铂等导电性材料。
另外，在上述实施例中，作为被加热材料使用了食材，但是，作为本发明所涉及的被加热材料并不限定于食材，而是包含能够与加热针电极100抵接的所有的被加热材料。
产业上的利用可能性
本发明的加热电极以及使用该加热电极的被加热材料的加热方法尤其是能够适用于对不定形状的被加热材料进行加热。