(57)【要約】【課題】テーパ部の不要な発熱を低減する。【解決手段】マイクロ波が伝播する導波管もしくは同軸管によるマイクロ波伝送部を備える２系統のマイクロ波発生部２，３と、２系統のマイクロ波発生部に結合され、内部の少なくとも一個所にマイクロ波被照射物の載置場所を有して２系統のマイクロ波発生部からマイクロ波被照射物へのマイクロ波照射を可能とするアプリケータ部１とを有するマイクロ波電磁界照射装置１００であって、アプリケ−タ部は、内部の前記マイクロ波被照射物の載置場所に、マイクロ波発生部２により強い電界と弱い磁界との双方が照射され、マイクロ波発生部３により強い磁界と弱い電界との双方が照射される電磁界モードとなる位置にマイクロ波短絡部１５が配設され、２系統のマイクロ波発生部の何れか一方又は双方は、テーパ部と、フィルタ部又は整合用のリアクタンス部との双方を用いてアプリケ−タ部に接続されている。【選択図】図１
2011034795.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波発振素子が放射するマイクロ波が伝播する導波管もしくは同軸管によるマイクロ波伝送部を備える２系統のマイクロ波発生部と、前記２系統のマイクロ波発生部に結合され、内部の少なくとも一個所にマイクロ波被照射物の載置場所を有して前記２系統のマイクロ波発生部から前記マイクロ波被照射物へのマイクロ波照射を可能とするアプリケータ部とを有するマイクロ波電磁界照射装置であって、
前記アプリケ−タ部は、内部の前記マイクロ波被照射物の載置場所に、一つの系統のマイクロ波発生部により強い電界と弱い磁界との双方が照射され、他の系統のマイクロ波照射系により強い磁界と弱い電界との双方が照射される電磁界モードとなる位置に単一の短絡面が配設され、
前記２系統のマイクロ波発生部の何れか一方又は双方は、フィルタ部を介して前記アプリケ−タ部に接続されていることを特徴とするマイクロ波電磁界照射装置。
【請求項２】
前記アプリケータ部は、矩形断面を持った筒状導電体で主要部が構成され、
前記２系統のマイクロ波発生部と前記アプリケ−タ部との接続断面は長方形をなしており、
前記２系統のマイクロ波発生部からアプリケータに照射される電磁界の管内波長が異なるように前記アプリケータ部の矩形断面寸法が配設され、
前記一つの系統のマイクロ波発生部が照射せしめる電磁界モードの電界偏波面に対して、前記他の系統のマイクロ波発生部が照射せしめる電磁界モードの電界偏波面とが互いに直交することを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波電磁界照射装置。
【請求項３】
前記フィルタ部は、一方のマイクロ波発生部からのマイクロ波に対しては透過させ、他方のマイクロ波発生部からの偏波面が直交するマイクロ波に対しては遮断するように構成したことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波電磁界照射装置。
【請求項４】
前記アプリケータ部と前記短絡面との間に前記フィルタ部が配設されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波電磁界照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被照射物にマイクロ波を照射するマイクロ波電磁界照射装置に関し、被照射物を構成している複数の材料間に加熱による化学反応を発生させるマイクロ波加熱装置に用いて好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来の加熱方式である温風加熱炉や熱線式加熱炉などは、被照射物への熱の伝達度が悪く、被照射物に熱が達してからも被照射物表面から内部への熱伝導に時間がかかり、一般的に全体エネルギ効率が低くなってしまう。これに対し、マイクロ波電力を応用した加熱方法は、マイクロ波エネルギが被照射物の内部に直接伝達され、迅速で高効率の加熱を実現することができ、大きな長所となっている。このため、家庭用電子レンジに代表されるように、マイクロ波電力加熱方法は、食品の加熱・調理・解凍などの加熱用途に一般的に使用されるに至っている。
【０００３】
また、産業用としても、各種食材や木材などへのマイクロ波加熱方法は古くから知られており、近年では、半導体製造装置におけるマイクロ波によるプラズマ生成、エッチングやアッシングへの応用、石英バルブ中のガスにマイクロ波を照射するガス分子励起、強力なＵＶ発光による硬化型塗料や接着材、印刷への応用など、プラズマ分野にまで、マイクロ波電力の応用は広がってきている。
【０００４】
その上、化学産業分野においても、マイクロ波照射によって化学反応を著しく促進する効果が多数報告され、マイクロ波電力応用は化学分野へも拡大しつつある状況である。
一般に、被照射物にマイクロ波照射を行った場合の被照射物におけるエネルギ損失は、次の（１）式のように、マイクロ波電場Ｅに基づくエネルギ損失分と、マイクロ波磁場Ｈに基づくエネルギ損失分とに分けられる。
Ｐ＝１／２・σ｜Ｅ｜２＋ｐｆε０εｒ”｜Ｅ｜２＋ｐｆμ０μｒ”｜Ｈ｜２      （１）
ここで、Ｐ：単位体積あたりのエネルギ損失［Ｗ／ｍ３］、Ｅ：電場［Ｖ／ｍ］、
Ｈ：磁場［Ａ／ｍ］、σ：電気伝導度［Ｓ／ｍ］、ｆ：周波数［１／ｓ］、
ε０：真空中の誘電率［Ｆ／ｍ］、εｒ”：誘電損失率、μ０：真空中の透磁率［Ｈ／ｍ］、μｒ”：磁気損失率、ｐ：係数
である。（１）式において、
１／２・σ｜Ｅ｜２は、電子やイオンの伝導による損失であり、無機固体（半導体等）の発熱が例示される。ｐｆε０εｒ”｜Ｅ｜２は、誘電損失であり、分子の摩擦によって説明される水の発熱が例示される。ｐｆμ０μｒ”｜Ｈ｜２は、磁性損失であり、磁性体（フェライト等）の発熱が例示される。
【０００５】
電子レンジを中心としたマイクロ波電力応用は、主としてマイクロ波電場に基づく損失を利用して被照射物をマイクロ波加熱しようとするものであり、プラズマへのマイクロ波電力応用は、マイクロ波電場による励起現象を利用してマイクロ波プラズマを生成しようとするものである。このため、マイクロ波照射装置についても、主としてマイクロ波電場を主体にした照射装置に形成されるのが通例となっている。
【０００６】
一方、最近の化学反応分野へのマイクロ波電力応用においては、電場のみならず、むしろ磁場によるマイクロ波照射効果が重要と考えられる研究例（例えば、磁性体の焼結加熱）が出てきており、マイクロ波磁場を主体とした照射装置の必要性が生じている。本発明は、マイクロ波磁場を主体にしたマイクロ波照射を可能にするとともに、マイクロ波電場主体のマイクロ波照射も同時に行うことができ、さらに、マイクロ波磁場とマイクロ波電場とを独立に制御して照射することのできる独自のマイクロ波照射方式及び独自のマイクロ波照射装置とを与えるものである。
【０００７】
マイクロ波照射を行う方式にはいろいろな種類があるが、照射の電磁界モードで区別すると、シングルモード方式とマルチモード方式とに大別される。シングルモード方式は、簡単に云えば導波管内に被照射物を置いて電磁場を照射する方式である。通常、導波管中では特定の電磁界モードのみが伝播するように設計されているので、その電磁界モードの分布にしたがって、電場の強い個所や、磁場の強い個所を選択して使用することができる。一方、マルチモード方式は、電子レンジに代表され、被照射物が配置される加熱筐体中に多数の電磁界モードが発生する方式であり、電場・磁場が混在して、時間的にも微妙に変化する照射方式である。このため、マルチモード方式は電場（もしくは、磁場）を主体にした照射を行おうとしても、不要な磁場（もしくは、電場）が必ず照射されてしまい、電場・磁場を分離した制御はほとんど不可能である。
【０００８】
したがって、シングルモード方式を選定することになるが、それでも次のような問題が生じる。
１．導波管中の場所の選定によって、電場もしくは磁場の強度比率を調整することが可能であるが、場所を固定するとその比率は固定されてしまい、比率を可変することができない。
２．マイクロ波照射出力を調整することで、磁場（もしくは電場）を調整することができるものの、電磁場とも同じ比率で変化してしまうため、不都合を生じることがある。例えば、電場を一定に保っておいて磁場のみを変えるということができない。
３．マイクロ波照射中に導波管中の被照射物位置を変更し、マイクロ波照射出力も調整して、電場（もしくは磁場）を一定にしながら磁場（もしくは電場）を変えるということは不可能ではないが、機械的な操作が必要で迅速な調整ができず、調整の精度が悪くなる。
【０００９】
電場、磁場を各々独立して制御する技術が必要になり、このような独立制御可能な技術が特許文献１に開示されている。このマイクロ波照射装置は、被照射物を収納しうる内部空間を有するアプリケータ部と、第１のモードで第１のマイクロ波を前記内部空間へ出力し前記内部空間の所定箇所で大きい電界および小さい磁界を生じさせる第１のマイクロ波照射系と、前記第１のマイクロ波と偏波面が交差する第２のモードで第２のマイクロ波を前記内部空間へ出力し前記所定箇所で大きい磁界および小さい電界を生じさせる第２のマイクロ波照射系とを具備している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−２７６９８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１に記載のマイクロ波電磁界照射装置は、第１マイクロ波発生部と第２マイクロ波発生部とを接続する接続部は縦と横との長さが異なるため、テーパが設けられており、このテーパが発熱するという問題がある。このため、マグネトロンが放射した電力のすべてが試料に入射せず、測定が困難となってしまう。
【００１２】
そこで、本発明は、このような問題点を解消するためになされたものであり、テーパ部の発熱を低減することができるマイクロ波電磁界照射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成するため、本発明は、マイクロ波発振素子（３１）が放射するマイクロ波が伝播する導波管もしくは同軸管によるマイクロ波伝送部を備える２系統のマイクロ波発生部（２，３）と、前記２系統のマイクロ波発生部に結合され、内部の少なくとも一個所にマイクロ波被照射物の載置場所（１３）を有して前記２系統のマイクロ波発生部から前記マイクロ波被照射物へのマイクロ波照射を可能とするアプリケータ部（１）とを有するマイクロ波電磁界照射装置（１００）であって、前記アプリケ−タ部は、内部の前記マイクロ波被照射物の載置場所に、一つの系統のマイクロ波発生部により強い電界と弱い磁界（磁界と電界とのエネルギ比較で、電界のエネルギよりも弱いエネルギを持つ磁界）との双方が照射され、他の系統のマイクロ波照射系により強い磁界と弱い電界（磁界と電界のエネルギ比較で、磁界のエネルギーよりも弱いエネルギを持つ電界）との双方が照射される電磁界モードとなる位置に単一の短絡面（１５）が配設され、前記２系統のマイクロ波発生部の何れか一方又は双方は、テーパ部（２６）と、フィルタ部（２７）又は整合用のリアクタンス部との双方を用いて前記アプリケ−タ部に接続されていることを特徴とする。なお、かっこ内の符号は例示である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、テーパ部の発熱を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態によるマイクロ波電磁界照射装置の構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態によるマイクロ波電磁界照射装置の上面図である。
【図３】本発明の第１実施形態によるマイクロ波電磁界照射装置の左側面図である。
【図４】本発明の第１実施形態によるマイクロ波電磁界照射装置のフィルタ部の縦断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態によるマイクロ波電磁界照射装置のフィルタ部のＸ−Ｘ断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態によるマイクロ波電磁界照射装置のアプリケータ部の正面図である。
【図７】本発明の第１実施形態によるマイクロ波電磁界照射装置のアプリケータ部の角型筒体部の断面図であり、電界方向を示す説明図である。
【図８】本発明の第１実施形態によるマイクロ波電磁界照射装置のアプリケータ部の角型筒体部内部の電磁界の強度分布を示す説明図である。
【図９】本発明の第１実施形態によるマイクロ波電磁界照射装置のマイクロ波短絡部の縦断面図である。
【図１０】本発明の第１実施形態によるマイクロ波電磁界照射装置の仕切り窓部の縦断面図である。
【図１１】本発明の第１実施形態によるマイクロ波電磁界照射装置の観測窓部の縦断面図である。
【図１２】本発明の第２実施形態によるマイクロ波電磁界照射装置の平面図である。
【図１３】本発明の第２実施形態によるマイクロ波電磁界照射装置の上面図である。
【図１４】Ｅ面コーナ部の左側面図である。
【図１５】マイクロ波短絡部変形例の構成を示す縦断面図である。
【図１６】仕切り窓部の変形例を示す縦断面図である。
【図１７】仕切り窓部他の変形例の構成を示す縦断面図である。
【図１８】本発明によるマイクロ波電磁界照射装置のアプリケータ部の角型筒体部の代案である楕円形の筒体部の断面図である。
【図１９】本発明によるマイクロ波電磁界照射装置のアプリケータ部の角型筒体部の代案である多角形の筒体部を示す断面図である。
【図２０】本発明によるマイクロ波電磁界照射装置のアプリケータ部の変形例を示す外形図である。
【図２１】本発明によるマイクロ波電磁界照射装置のマイクロ波フィルタ部の変形例を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１実施形態）
以下、本発明の具体的な実施の形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態によるマイクロ波電磁場照射装置の正面図である。
図１において、マイクロ波電磁界照射装置１００は、アプリケータ部１と、第１マイクロ波発生部２と、第２マイクロ波発生部３とを備え、これらの部分が適切に接続された構成となっている。アプリケータ部１は、金属からなる角型筒体部１１と、マイクロ波短絡部１５、仕切り窓部１４、マイクロ波発生部との接続部１６などからなり、さらに、その角型筒体部１１の内部には被照射物１２とそれを保持するための絶縁体からなる支持体１３が配設されている。また、ガス供給システム１７は、角型筒体部１１に設けられ、角型筒体部１１の内部にアルゴンや窒素などの不活性ガスなどのガス体を供給し、内部を加圧あるいは減圧調整できるようになっている。
【００１７】
第１マイクロ波発生部２は、２４５０ＭＨｚ帯のマイクロ波電力を発振するマグネトロン２１、マグネトロン２１を支持するとともにマグネトロン２１の出力部２１ａからのマイクロ波出力を有効に取り出すための導波管マウント部２２、アプリケータ部１からの反射波からマグネトロン２１を保護するためのアイソレータ部２３、マイクロ波進行電力とマイクロ波反射電力との状態を計測表示するパワーモニタ部２４、マイクロ波のインピーダンス調整をするためのチューナ部２５、テーパ導波管部２６、及び本実施形態の特徴構成であるマイクロ波フィルタ部２７を備える。
【００１８】
この内、標準的なマイクロ波素子であるアイソレータ部２３、パワーモニタ部２４、及びチューナ部２５は、簡単のために導波管系のみ表示してある。第１マイクロ波発生部２を形成しているマグネトロン２１、導波管マウント部２２、アイソレータ部２３、パワーモニタ部２４、及びチューナ部２５は２ＧＨｚ帯の標準導波管系（例えば、ＷＲ４３０導波管系）で構成されるのに対して、アプリケータ部１を形成する主要部である角型筒体部１１の断面寸法は、２ＧＨｚ帯の標準導波管系の断面寸法と縦・横ともに異ならしめてある。テーパ導波管部２６は、その異なった開口断面寸法を有するチューナ部２５とマイクロ波フィルタ部２７との間に配設されて、開口断面寸法が滑らかにつながるようにしている。但し、テーパ導波管部２６は、入力端と出力端とで特性インピーダンスが異なるという特性を有する。
【００１９】
第２マイクロ波発生部３は、２４５０ＭＨｚ帯のマイクロ波電力を発振するマグネトロン３１、マグネトロン３１を支持するとともにマグネトロン３１の出力部３１ａからのマイクロ波を有効に取り出すための導波管マウント部３２、アプリケータ部１からのマイクロ波反射からマグネトロン３１を保護するためのアイソレータ部３３、マイクロ波進行電力とマイクロ波反射電力との状態を計測表示するパワーモニタ部３４、マイクロ波のインピーダンス調整をするためのチューナ部３５、テーパ導波管部３６、扁平導波管３７等を備える。
【００２０】
第２マイクロ波発生部３の標準的なマイクロ波素子であるアイソレータ部３３、パワーモニタ部３４、及びチューナ部３５については、第１マイクロ波発生部２の場合と同様に、簡単のために導波管系のみ図１に示してあり、第１マイクロ波発生部２の２３〜２５と同様に２ＧＨｚ帯の標準導波管系（例えば、ＷＲ４３０導波管系）で構成されている。第１マイクロ波発生部２がアプリケータ部１の開口部に直結し、管軸方向に配設されているのに対して、第２マイクロ波発生部３はアプリケータ部１の管軸に対して直角方向に配設されている。
【００２１】
図２は、本発明によるマイクロ波電磁界照射装置の上面図であり、第２マイクロ波発生部３については扁平導波管３７のみを残し、他の部品を取り外した状態を示している。
観測窓部１８は、アプリケータ１内に配設された被照射物１２の状態を観察し、温度測定を行うためのものである。扁平開口部１６ａは、アプリケータ部１の接続部１６の上面に設けられ、第２マイクロ波発生部３の扁平導波管３７が取り付けられている。この扁平開口部１６ａを介して、第２マイクロ波発生部３のマイクロ波電力は、アプリケータ部１の内部に伝播する。
【００２２】
図３は、第２マイクロ波発生部３とアプリケータ部１の接続部１６との接続状態を示す図であり、図１の要部側面図（左側面図）に相当するものである。
接続部１６に入射された第２マイクロ波発生部３のマイクロ波電力は、アプリケータ部１とは逆の方向、つまり第１マイクロ波発生部２の方向にも進行しようとする。
図４，５において、マイクロ波フィルタ部２７は、２つの金属片２７ｃの間隔Ｇ寸法が第２マイクロ波発生部３からのマイクロ波に対して遮断せしめる寸法に設定されている。このため、第１マイクロ波発生部２の方向に進行しようとした第２マイクロ波発生部３からのマイクロ波は、マイクロ波フィルタ部２７ですべて反射され、ほとんどすべてアプリケータ部１の方向へ進行する。これにより、マイクロ波は、効率的にアプリケータ部１内の被照射物１２に照射される。
マイクロ波フィルタ部２７により一方のマイクロ波照射系からのマイクロ波電力が他方のマイクロ波発生装置のマイクロ波発生源（マグネトロン）へ進行して干渉や損失を発生させることがなく、アプリケータ部１内へのマイクロ波照射の効率が向上する。
【００２３】
図４，５に示されるように、マイクロ波フィルタ部２７は、アプリケータ部１（図１）と同じ断面寸法の矩形導波管部２７ａとその内壁上下にそれぞれ固定された直方体形状の金属片２７ｃと、矩形導波管部２７ａの両端部に設けられたフランジ部２７ｂとで構成され、第１マイクロ波発生部２から伝送されるマイクロ波は２ヶの金属片２７ｃの隙間の長手方向（右図のＷの方向）とは直交する電場方向となっているので、その隙間Ｇをすり抜けてアプリケータ部１に照射される。なお、第１マイクロ波発生部２から伝送されるマイクロ波は金属片２７ｃへの入口と出口とで反射が生じるが、両者の反射波が打ち消しあうように金属片２７ｃの長さＬが設定されているので、マイクロ波フィルタ部２７が第１マイクロ波発生部からのマイクロ波伝送に障害となることはない。
【００２４】
図６乃至図８は、本実施形態によるマイクロ波照射装置において、アプリケータ部１内にはどのような電磁場が生まれるのかを説明するための説明図である。図６は、アプリケータ部１を示しているが、簡単のために二つのマイクロ波発生部２，３（図１）の記載を省略したものである。
短絡面１５ａは、アプリケータ部１の端部に配設されたマイクロ波短絡部１５中の短絡面位置を示している。また、距離Ｘは、短絡面１５ａの位置を基準にした、アプリケータ部１の任意の位置までの距離である。
【００２５】
図７は、アプリケータ部１の角型筒体部１１の距離Ｘにおける縦断面図であり、縦方向と横方向とで長さが異なっている。第１マイクロ波発生部２によって照射されたマイクロ波の電場の向きは、実線矢印で示されるように上下方向となるのに対して、第２マイクロ波発生部３によって照射されたマイクロ波の電場の向きは、接続部１６の上面に設けられた扁平開口部１６ａを通して照射される関係で、破線矢印で示されるように水平方向となる。すなわち、実線矢印と破線矢印とは直交する。
【００２６】
図８は、アプリケータ部１の内部に発生したマイクロ波の電磁場強度の二乗値が距離Ｘと共にどのように変化するかを示している。観測位置が変わったときの距離Ｘを横軸にとると、第１マイクロ波発生部２によってアプリケータ部１内に生じる電場、磁場の二乗値（相対値）は、各々、図８の（Ｅ１）２、（Ｈ１）２で示す曲線のようになり、第２マイクロ波発生部３によってアプリケータ部１内に生じる電場、磁場の二乗値（相対値）は、各々、図８の（Ｅ２）２、（Ｈ２）２で示す曲線となる。
【００２７】
アプリケータ部１の角型筒体部１１の断面寸法は、例えば、横方向内径Ａ１＝６９．３ｍｍ、縦方向内径Ａ２＝８６．０ｍｍと、互いに異なった寸法であり、横方向内径が縦方向内径よりも小さく設定されている。このため、第１のマイクロ波発生部２によってアプリケータ部１内に生じた縦方向の電場Ｅ１を有する伝播モードの管内波長λ１は、第２マイクロ波発生部３によってアプリケータ部１内に生じた横方向の電場Ｅ２を有する伝播モードの管内波長λ２に比して大きな値となる。導波管寸法Ａ（Ａ１，Ａ２）と管内波長λとの関係は、一般に次の式で表わされる。但し、λoは自由空間におけるマイクロ波の波長である。
【数１】
2011034795.tif 000003
【００２８】
アプリケータ部１は、マイクロ波短絡部１５が端部に設けられていて、電気的に短絡状態になっている。このため、アプリケータ部１内を伝播してきたマイクロ波は、短絡面１５ａで完全反射される。このため、短絡面１５ａの位置、つまり距離Ｘ＝０の位置では、電場Ｅ１、電場Ｅ２共にゼロとなる。また、Ｘ＞０の位置ではマイクロ波の進行波と短絡面１５ａからの反射波とが干渉して定在波を形成しているので、観測位置を変えて、距離Ｘを次第に大きくしてゆくと、（Ｅ１）２、（Ｅ２）２  は、図８のように管内波長λの半分の周期で大きく変化する。また、導波管断面中央部における電場と磁場の分布は、電場が強い箇所では磁場が小さく、電場が小さい箇所では磁場が大きくなるので、（Ｈ１）２、（Ｈ２）２  の分布は、図８の破線で示したように変化する。
【００２９】
そして、前記したように電場Ｅ１と電場Ｅ２との伝播モードは管内波長が異なっていることから、距離Ｘとともに両者の分布のずれが大きくなり、（Ｅ２）２が極大値を示すのに対して、（Ｅ１）２は略ゼロとなる。また、この位置の磁場分布は、（Ｈ２）２がゼロを示し、（Ｈ１）２は極大値を示すような、距離Ｘ＝Ｘoの場所が存在する。つまり、距離Ｘ＝Ｘoの場所では、第２マイクロ波発生部３によって発生した電場Ｅ２と、第１マイクロ波発生部２によって発生した磁場Ｈ１とが同時に存在することになるので、この位置に被照射物１２を配置せしめれば、被照射物１２に電場Ｅ２、磁場Ｈ１とを同時に、また独立に制御しながら照射することが可能となる。これが本実施形態のマイクロ波電磁界照射装置１００の基本的な考え方である。
【００３０】
図９は、本実施形態によるマイクロ波電磁界照射装置１００のマイクロ波短絡部１５の縦断面図である。マイクロ波短絡部１５（１５Ａ）は、角型筒体部１１の端面に金属からなるフランジ部１５ｂがろう付けにより固着され、フランジ部１５ｂの短絡面１５ａには短絡板１５ｃが接合され、複数のボルト１５ｄと複数のナット１５ｅとにより締め付けられている。マイクロ波短絡部１５（１５Ａ）は、フランジ部１５ｂと短絡板１５ｃとの接触部分である短絡面１５ａの微小隙間からの電波漏れを防ぐため、金属メッシュからなる導電性ガスケット１５ｆがフランジ部１５ｂの溝部に配設され、さらに隣接して、機密性を保つためのシール用ガスケット１５ｇが挟みこまれている。シール用ガスケット１５ｇは、シリコンゴムやプラスチックなどで形成されているが、導電性ガスケット１５ｆによって漏洩電波が遮断されるので、シール用ガスケット１５ｇへのマイクロ波加熱が生じない状態にせしめられている。
【００３１】
図１０は、本実施形態によるマイクロ波電磁界照射装置１００の仕切り窓部１４の縦断面図である。仕切り窓部１４（１４Ａ）は、アプリケータ部１の角型筒体部１１の別な端面に金属からなる窓フランジ１４ｄがろう付けにより固着され、アプリケータの接続部１６の端面には金属からなる窓フランジ１４ｃがろう付けにより固着されている。
【００３２】
仕切り窓１４ａは、アルミナセラミックの角型平板からなり、角型筒体部１１の電波通過空間に対応した中央部表面を別にして金属メッキされている。仕切り窓部１４は、仕切り窓１４ａを窓フランジ１４ｃと窓フランジ１４ｄとで、サンドイッチ状に挟み込まれ、複数のボルト１４ｅと複数のナット１４ｆとで締め付けられた状態に形成されている。このフランジ１４ｃ，１４ｄは、断面が四角状に形成されており、それぞれが対向する対向面にシール材が挿入される円環状又は四角状の凹部が形成され、ビスが貫通する貫通孔が開けられている。仕切り窓部１４は、仕切り窓１４ａの金属メッキ部１４ｂと窓フランジ１４ｃ，４ｄとの接触面には、微小隙間からの電波漏れを防ぐためのλ／４チョーク１４ｇが配設され、機密性を保つためのシール用ガスケット１４ｈが挟みこまれている。
【００３３】
シール用ガスケット１４ｈは、シリコーンゴムやテフロン（登録商標）などのプラスチックＯリングで形成されているが、マイクロ波基本波に対するλ／４チョーク１４ｇによって接触部からの電波漏洩が遮断されるので、シール用ガスケット１４ｈへのマイクロ波加熱が生じない状態にされている。前記したように、仕切り窓１４ａを窓フランジ１４ｃと窓フランジ１４ｄとで、サンドイッチ状に挟み込む構成とすることから、部品寸法のバラツキを吸収するための若干の隙間１４ｊが設けられている。
【００３４】
λ／４チョーク１４ｇはマイクロ波の基本波に対して最適化されている関係で、マイクロ波の第二高調波〜第五高調波などの高調波成分に対しては十分遮断されず、隙間１４ｊを伝播して外部に漏洩することがある。導電性ガスケット１４ｉは、隙間１４ｊに配設されて、マイクロ波の高調波成分が外部に漏れ出るのを阻止するものである。
【００３５】
図１１は、本実施形態によるマイクロ波電磁界照射装置１００の観測窓部１８の縦断面図である。観測窓部１８は、アプリケータの角型筒体部１１の側面に設けられるものであり、中心孔１８ｃを有する金属円筒１８ｂの端部が角型筒体部１１の側面にろう付けにより固着されている。観測窓部１８は、石英ガラス円盤１８ａが金属円筒１８ｂの他端部に配設され、締め付け金具１８ｆのネジ部１８ｇと金属円筒１８ｂのネジ部１８ｄとを噛み合わせてネジ締め固定される。１８ｅは気密シール用ガスケットである。金属円筒１８ｂの中心孔部１８ｃの内径は、マイクロ波の遮断波長よりも十分に小さくされているのでマイクロ波の漏洩はここで遮断される。中心孔１８ｈは、締め付け金具１８ｆに設けられた観測用の孔であり、孔１１ａは角型筒体部１１に設けられた孔である。
【００３６】
本実施形態は、被照射物１２を収納して有効にマイクロ波エネルギを照射させるように作用する一個のアプリケータ１に対して、少なくとも二つのマイクロ波発生部２，３を有する構成にせしめている。そして、二つのマイクロ波発生部２，３の内、一つはアプリケータ内の被照射物１２に（あるいは、被照射物１２を配置する空間部分に）マイクロ波電界を照射せしめ、他のマイクロ波発生部は、アプリケータ内の被照射物１２にマイクロ波磁界を照射せしめる。このような構成では、電場と磁場とが各々独立のマイクロ波発生部で供給されるため、被照射物１２における電場と磁場とを、各々独立して調整することが可能となる。二つのマイクロ波発生部２，３からのマイクロ波エネルギを一つの場所に照射すると、二つのマイクロ波電磁界が干渉してしまい、所定の電場、もしくは磁場を維持できなくなってしまうのが通常であるが、本実施形態の方式では、電場照射用のマイクロ波照射モードと磁場照射用のマイクロ波照射モードの偏波面が直交するように構成し、相互に干渉せしめないようにしている。
【００３７】
また、電場照射用のマイクロ波照射モードの位相は、被照射物１２（あるいは、被照射物１２を配置する空間部分）において、電場が最大で磁場が最小になるようにせしめられ、磁場照射用のマイクロ波照射モードの位相は、被照射物１２において、磁場が最大で電場が最小になるようにせしめられている。このような本実施形態の構成では、電場照射用のマイクロ波発生部を制御することで、被照射物１２における電場の強さを単独に調整することができ、磁場照射用のマイクロ波発生部の制御で、被照射物１２における磁場の強さを単独に調整することも可能となるのである。
【００３８】
本実施形態の方式によれば、被照射物（あるいは被照射物を配置する空間部分）に対して、磁場と電場とを独立して同時に照射することが可能となるので、本実施形態の装置を利用することで、各種化学反応システムや加熱処理システムにおける、電場・磁場のマイクロ波照射効果の追求が極めて容易になる。電場・磁場の同時照射により、最も効果的なマイクロ波照射方法や、効率的なマイクロ波電力応用装置を実現することができる。
【００３９】
また、本実施形態の方式では、被照射物１２の位置を固定したままで、磁場の照射と電場の照射とを同時に行なう方式や、各々単独に照射する方式が可能となり、その切り替えにアプリケータ１の機械的な操作を必要としないため、加圧や減圧雰囲気中で被照射物にマイクロ波磁場・電場を照射するマイクロ波電力応用システムの構築が容易になる。さらに、マイクロ波磁場を照射して、マイクロ波磁場が関与した化学反応を進める装置において、被照射物１２に誘電加熱性の材料を混ぜたり、被照射物を誘電加熱性の材料からなる容器に収納したりあるいはカバーした状態として、マイクロ波磁場と同時に照射したマイクロ波電場によって被照射物の温度上昇を図ること可能となる。この方式では、マイクロ波電界照射で被照射物１２の温度制御を行いながら、同時に、マイクロ波磁界に基づく化学反応を進めることが可能な、独自のマイクロ波照射装置１００を与えることができる。
【００４０】
（第２実施形態）
図１２は、第２実施形態によるマイクロ波電磁界照射装置の正面図であり、図１３はその上面図である。基本的には第１実施形態と同じ構成であるが、第１実施形態では第２マイクロ波発生部３を上方に配設しなければならないので、機械的な安定性が悪いという欠点がある。これに対して、第２実施形態のマイクロ波電磁界照射装置１５０は、第２マイクロ波発生部３を横に折り曲げた形に構成されているため、装置全体の機械的な安定性と空間利用効率とが改善されている。
【００４１】
第２実施形態の構成部品も第１実施形態と同様であるため、同一の構成部品には同一の符号を付して、説明を省略する。Ｈ面コーナ部３８、及びＥ面コーナ部３９で、第２マイクロ波発生部３におけるマイクロ波の伝播方向をＨ面コーナ部３８によって水平に９０度変更するとともに、さらにＥ面コーナ部３９によって下向きに変更せしめている。
【００４２】
図１４は、Ｅ面コーナ部３９の左側面図である。Ｅ面コーナ部３９は、短いつなぎ導波管部３９ｂとそれに続く下方に直角に曲げられたＥコーナ３９ａで構成されている。図１４の矢印で示したように電波の方向を最終的に下向きに９０度変化せしめ、図１３に示すアプリケータ部１の接続部１６の扁平開口部１６ａにスムースにマイクロ波が入射するようにしている。第２実施形態では、第１マイクロ波発生部２と同様に第２マイクロ波発生部３も水平方向に配設されるので、第１実施形態よりも安定に支持することができ、空間利用効率も向上させることができる。もし、第１マイクロ波発生部２と第２マイクロ波発生部３との保持位置を同じ平面に合わせることが望ましい場合は、Ｈ面コーナ部３８、Ｅ面コーナ部３９やつなぎ用導波管などの導波管部品の使用数をさらに増やすことで、同一平面での保持も可能となる。
【００４３】
図１５は、図９と同様に本発明によるマイクロ波電磁場照射装置のマイクロ波短絡部１５の縦断面図である。マイクロ波短絡部１５Ｂは、図９の導電性ガスケット１５ｆの代わりに、λ／４チョーク１５ｈを設けている。すなわち、マイクロ波短絡部１５（１５Ｂ）は、角型筒体部１１の端面にろう付けにより固着されたフランジ部１５ｂと、フランジ部１５ｂの短絡面１５ａに接合された短絡板１５ｃとを備え、フランジ部１５ｂの溝部に配設されたシール用ガスケット１５ｇと、λ／４チョーク１５ｈとを設けている。
（変形例）
【００４４】
図１６は、図１０と同様に本発明によるマイクロ波電磁界照射装置の仕切り窓部１４の縦断面図である。仕切り窓部１４Ｂは、図１０の四分の一波長チョーク１４ｇの代わりに、導電性ガスケット（Ｂ）１４ｋを設けている。この構成の仕切り窓部１４Ｂは、導電性ガスケット（Ｂ）１４ｋにより、接触部に侵入したマイクロ波の基本波成分のみならず高調波成分も含めて電気的に短絡する形になるので、導電性ガスケット（Ａ）１４ｉの配設は必ずしも必要性はない。二重に不要電波漏洩を防止する処置である。
【００４５】
図１６も、図１０と同様に本発明によるマイクロ波電磁界照射装置の第１実施形態及び第２実施形態の仕切り窓部１４の縦断面図である。仕切り窓部１４Ｂは、仕切り窓１４ａを単なるアルミナセラミックの角型平板とし、表面の金属メッキを省略している。導電性ガスケット１４ｋは金属メッシュからなり、隙間１４ｊからの不要電波の漏洩を防止する。また、仕切り窓部１４Ｂは、仕切り窓１４ａの両面に接して、シール用ガスケット１４ｈが挟みこまれるが、シール用ガスケットの挿入位置は、マイクロ波が電気的に短絡される導電性ガスケット１４ｋに近接した場所が選定され、マイクロ波電界によって過熱しないよう配慮されている。
【００４６】
これに対して、図１７の仕切り窓部１４Ｃの構成では、仕切り窓１４ａの金属メッキが省略されている。このため、気密シール用ガスケット１４ｈが電界の弱い場所に配設されるとはいっても、仕切り窓部１４Ｃは、金属メッキ１４ｂ付き仕切り窓部１４Ａ，１４Ｂ（図１０、図１６）の構成に比べて、マイクロ波加熱され易い。このため、図１０、及び図１６の仕切り窓方式は、より高出力のマイクロ波電磁界照射装置に適している。
【００４７】
図１８と図１９とは、前記実施形態の角型筒体部１１の代案を示すものである。図９の角型筒体部１１は、平行四辺形の断面形状としているが、図１８では楕円形の断面を有する筒体部１１Ａとし、図１９では多角形（六角形）の断面形状の筒体部１１Ｂとしている。このような断面形状であっても、二つの電場の方向を直交するようにマイクロ波を給電し、断面内径寸法を縦横で異ならせ、さらに二つのマイクロ波電場（磁場）の管内波長が異なるようにすることによって、図９と同様に本実施形態の作用効果を得ることができる。
本実施形態の構成にすることにより、被照射物（あるいは被照射物を配置する空間部分）に対して、磁場と電場とを独立して同時に照射することを初めて可能とするものである。
【００４８】
なお、第１のマイクロ波発生部２、第２のマイクロ波発生部３は２４５０ＭＨｚ帯のマイクロ波を発生させる装置としたが、別の周波数帯、例えば５８００ＭＨｚ帯や９１５ＭＨｚなどを使用してもよく、アプリケータ１の角型筒体部１１の寸法や接続部、マイクロ波短絡部１５や観察窓部１４、接続部１６、関連するマイクロ波素子などの寸法も対応して変更することで、本実施形態の作用効果が得られることは勿論である。
また、被照射物１２の寸法や材質、それを保持するための絶縁体からなる支持体１３の寸法や材質によっては、図８の距離Ｘｏがずれることがあるので、あらかじめマイクロ波電磁場シミュレーションやマイクロ波電磁場測定を行って、最適な位置に被照射物１２、及び支持体１３を配設するように配慮することが好ましい。マイクロ波短絡部に金属スペーサを挿入して短絡位置変更を可能とする方法や、公知の可変短絡板構造とする方法としてもよい。
【００４９】
前記実施形態では、観測位置Ｘ＝Ｘoの場所において、被照射物１２に電場Ｅ２、及び磁場Ｈ１  を同時に、また独立に制御しながら照射することが可能となるとしたが、アプリケータ１の角型筒体部１１の内径寸法設定を変えることにより、またＸｏ場所を選択しなおすことにより、電場Ｅ２、及び磁場Ｈ１を照射するのではなく、代わりに電場Ｅ１、及び磁場Ｈ２  を同時に照射することが可能となるようにすることもできる。
【００５０】
図９、図１５において、マイクロ波短絡部１５（１５Ａ，１５Ｂ）の気密シール用ガスケットはプラスチックからなるＯリングとしたが、この代わりに、銅のような柔らかい金属体で気密性と導電性との両方を満足させる構成も可能であり、その場合は、導電性ガスケット１５ｇやλ／４チョーク１５ｈを省略することができる。図１０、図１６の導電性ガスケット１４ｈに対しても同様で、気密性と導電性との両方を併せ持った銅ガスケットとして、導電性ガスケット１４ｋやλ／４チョーク１４ｇを省略してもよい。
【００５１】
なお、図１０、図１６において、導電性ガスケット１４ｉは、導電性ガスケット１４ｋやλ／４チョーク１４ｇを補強する副次的なものであり、省略も可能である。電波漏れのチェック状況により必要性があれば挿入することで構わない。
【００５２】
前記各実施形態においては、アプリケータ部１は、マイクロ波短絡部１５を外した状態で被照射物１２の挿入や取り出しを行う方式であるが、マイクロ波短絡部１５の締め付けをボルトとナットとで行うのではなく、簡単なハンドル方式のロック機構で締め付ける方式としてもよいことは勿論である。さらに、被照射物１２と支持体１３を配設する位置の角型筒体部１１の底部に、取り外し可能の金属金具部を設け、この金属金具部に被照射物１２と支持体１３とを乗せたままで下側に移動せしめて、被照射物１２の挿入や取り出しを行う方式としてもよい。
【００５３】
本実施形態では、被照射物（あるいは、被照射物を配置する空間部分）に対して、磁場と電場とを独立して同時に照射することを可能にしているが、更にその上に、被照射物が配設されるアプリケータ内の雰囲気を加圧もしくは減圧することができる構成としている。しかし、これに限定されるものではなく、大気圧のままでの雰囲気としてもよいのは勿論のことである。
【００５４】
なお、図１、図２において、マイクロ波短絡部１５は単純な平板の短絡板１５ｃで構成される構造例としたが、図２１のマイクロ波短絡部１５Ｃのように、つなぎ導波管部４０を介した短絡板１５ｃとしてもよい。さらに、マイクロ波短絡部１５Ｃは、つなぎ導波管４０の内壁上下に金属片２７ｃを各々固定してマイクロ波フィルタ部２７の機能を持たせることにより、第１マイクロ波発生部２のマイクロ波に対しては短絡板１５ｃを有効にせしめて、短絡板の位置で反射させ、第２マイクロ波発生部３のマイクロ波に対しては、金属片２７ｃの間隔Ｇ寸法が遮断波長になるようにして金属片の入り口で完全に反射させることが可能となる。つまり、第１マイクロ波発生部２のマイクロ波と第２マイクロ波発生部３からのマイクロ波とを、異なった位置で完全反射させることができるので、それらの位置を適当に設定すれば、被照射物１２の位置において、第１マイクロ波発生部２のマイクロ波に対しては磁界（電界）を最大にし、第２マイクロ波発生部３のマイクロ波に対しては電界（磁界）を最大にすることが可能になる。
【００５５】
図１、図２の単純な平板状短絡板を持ったマイクロ波短絡部１５の場合は、アプリケータ部の縦横寸法を適切な値にして、磁界最大と電界最大とを実現したが、図２１のマイクロ波短絡部１５Ｃを用いれば、アプリケータ部の断面寸法は自由度が大きくなり、縦横同寸法にすることも可能である。図２０は、アプリケータ部１（図１）に図２１のマイクロ波短絡部１５Ｃを接続した要部外形図である。
また、前記各実施形態では、テーパ部２６、及びマイクロ波フィルタ部２７の直列素子を第１マイクロ波発生部２に設けたが、第２マイクロ波発生部３に設けてもよく、第１マイクロ波発生部２と第２マイクロ波発生部３との双方に設けててもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１，１Ａ，１Ｂ    アプリケータ部
２，２Ａ    第１マイクロ波発生部
３，３Ａ    第２マイクロ波発生部
１１    角型筒体部
１１Ａ，１１Ｂ  筒体部
１１ａ  孔
１２    被照射物
１３    支持体
１４    仕切り窓部
１４ａ  仕切り窓
１４ｂ  金属メッキ
１４ｃ，１４ｄ  窓フランジ
１４ｅ，１５ｄ  ボルト
１４ｆ，１５ｅ  ナット
１４ｇ，１５ｈ  λ／４チョーク
１４ｈ，１５ｇ，１８ｅ  シール用ガスケット
１４ｉ，１４ｋ，１４Ｌ  金属ガスケット
１４ｊ  すきま
１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ    マイクロ波短絡部
１５ａ  短絡面
１５ｂ  フランジ部
１５ｃ  短絡板
１５ｆ  導電性ガスケット
１６    接続部
１６ａ  扁平開口部
１７    ガス供給システム
１８    観測窓部
１８ａ  石英ガラス円盤
１８ｂ  金属円筒
１８ｃ，１８ｈ  中心孔
１８ｄ  ネジ部
１８ｆ  締め付け金具
１８ｇ  ネジ部
２１，３１    マグネトロン（マイクロ波発振素子）
２１ａ，３１ａ  出力部
２２，３２  導波管マウント部
２３，３３  アイソレータ部
２４，３４  パワーモニタ部
２５，３５  チューナ部
２６，３６  テーパ部（テーパ導波管部）
２７    マイクロ波フィルタ部
２７ａ  矩形導波管部
２７ｂ  フランジ部
２７ｃ  金属片
３７    扁平導波管
３８    Ｈ面コーナ部
３９    Ｅ面コーナ部
３９ａ  Ｅコーナ
３９ｂ，４０  つなぎ導波管
１００  マイクロ波電磁界照射装置
【図１】
2011034795.tif 000004
【図２】
2011034795.tif 000005
【図３】
2011034795.tif 000006
【図４】
2011034795.tif 000007
【図５】
2011034795.tif 000008
【図６】
2011034795.tif 000009
【図７】
2011034795.tif 000010
【図８】
2011034795.tif 000011
【図９】
2011034795.tif 000012
【図１０】
2011034795.tif 000013
【図１１】
2011034795.tif 000014
【図１２】
2011034795.tif 000015
【図１３】
2011034795.tif 000016
【図１４】
2011034795.tif 000017
【図１５】
2011034795.tif 000018
【図１６】
2011034795.tif 000019
【図１７】
2011034795.tif 000020
【図１８】
2011034795.tif 000021
【図１９】
2011034795.tif 000022
【図２０】
2011034795.tif 000023
【図２１】
2011034795.tif 000024