(57)【要約】      （修正有）【課題】空胴共振器内に定在波を形成した際に、空胴共振器内の磁界強度が極大になる位置に、被加熱対象物を通過させて、効率良く、均一に加熱することができるマイクロ波加熱装置を提供する。【解決手段】円筒型又は筒中心軸に対して垂直方向の断面が長方形の筒型を除く筒中心軸Ｃを中心として対向する２面が平行な多角筒型のマイクロ波照射空間となる空胴共振器１１と、前記空胴共振器１１内の磁界のエネルギー分布が均一な空間に、磁性体、磁気損失のある材料若しくは導電性のある材料の被加熱対象物６、又は、磁性体、磁気損失のある材料若しくは導電性のある材料を含む複合材料の被加熱対象物を、該空胴共振器の磁界強度が極大かつ均一になる磁界照射空間を通るように供給する供給部３１を備え、前記供給部によって供給された前記被加熱対象物を前記磁界照射空間にて加熱するマイクロ波加熱装置１。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒型又は筒中心軸に対して垂直方向の断面が長方形の筒型を除く筒中心軸を中心として対向する２面が平行な多角筒型のマイクロ波照射空間となる空胴共振器と、
前記空胴共振器内の磁界のエネルギー分布が均一な空間に、磁性体、磁気損失のある材料若しくは導電性のある材料の被加熱対象物、又は、磁性体、磁気損失のある材料若しくは導電性のある材料を含む複合材料の被加熱対象物を、該空胴共振器の磁界強度が極大かつ均一になる磁界照射空間を通るように供給する供給部を備え、
前記供給部によって供給された前記被加熱対象物を前記磁界照射空間にて加熱するマイクロ波加熱装置。
【請求項２】
前記供給部は、前記被加熱対象物が前記マイクロ波照射空間を通過する際、前記被加熱対象物を電界強度が極小となる空間を通す請求項１記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項３】
前記マイクロ波照射空間内部に形成される定在波がＴＭ１１０モードであり、
前記磁界照射空間は、前記空胴共振器の筒中心軸に沿う空間である請求項１又は２に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項４】
前記ＴＭ１１０モードの定在波を形成させる手段は、前記マイクロ波照射空間に被加熱対象物が挿入された状態で、常に前記筒中心軸に沿って磁界の均一分布状態を維持する、前記マイクロ波の周波数を制御する機構を有する請求項３に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項５】
前記マイクロ波の周波数を制御する機構は、前記被加熱対象物の挿入状態に応じて変動するＴＭ１１０モードの定在波に一致する共振周波数を検出し、該共振周波数と一致するマイクロ波を照射する請求項４に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項６】
前記ＴＭ１１０モードの定在波に一致する共振周波数を検出する手段は、前記マイクロ波照射空間からの反射波を計測する機構を有し、その計測信号をもとに反射波が極小となる周波数から、共振周波数を検出する前記マイクロ波の周波数を制御する機構を有する請求項５に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項７】
前記ＴＭ１１０モードの定在波に一致する共振周波数を検出する手段は、前記マイクロ波照射空間内のエネルギー状態を計測する機構を有し、その計測信号をもとにマイクロ波照射空間内のエネルギー密度が極大となる周波数から、共振周波数を検出する前記マイクロ波の周波数を制御する機構を有する請求項５に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項８】
前記空胴共振器の前記筒中心軸で極大となる磁界を作用させて前記被加熱対象物に誘導電流を発生させ、前記被加熱対象物を加熱する請求項１〜７のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項９】
前記マイクロ波加熱装置が、前記被加熱対象物をマイクロ波により加熱して、化学反応を生じさせる化学反応装置である、請求項１〜８のいずれか１項記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置を用いた加熱方法。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置を用いた化学反応方法であって、前記被加熱対象物を加熱することにより化学反応を生じさせることを含む、化学反応方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波加熱装置、加熱方法及び化学反応方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波は、電子レンジのような家庭用から利用が広まり、その後、産業用の加熱システムとして、実用的な開発、利用が研究されている。マイクロ波照射により、被加熱対象物が直接発熱するため短時間に加熱できること、熱伝導に起因する温度ムラが少なくできる利点がある。このほかに、非接触で加熱できる、マイクロ波吸収の良いものだけを選択的に加熱できるなどの利点がある。
成膜、半導体素子製造、印刷、エレクトロニクス配線、表面処理などの産業分野においては、シート状物質若しくはシート状物質の表面に塗工した薄膜を連続的に熱処理することは、熱処理の自動化や省力化につながるなど、生産コストや品質向上につながる。そのため、マイクロ波熱処理方法の連続化について種々の方法が提案されている。
【０００３】
マイクロ波照射による熱処理として、電磁波であるマイクロ波は、波長周期でエネルギー強度が変化するため、加熱ムラが発生しやすい。このため、被加熱対象物の位置を時間的に移動させることによって、均一に加熱するなどの対策が行われることが多い。この問題に対処した技術として、例えば、特許文献１には、空胴共振器を用いたマイクロ波加熱装置が記載されている。この技術では、直方体状の空胴共振器内にＴＭ１１０モードの定在波を発生させ、導電性又は磁性の薄膜を含むシートを高効率で均一に加熱することが記載されている。また特許文献２には、角型導波管（角型空胴共振器）を用いたマイクロ波加熱装置によって、被加熱対象物を、定在波の磁界が最大になる位置に配置し、かつその位置に対して移動させて効率よく加熱を行うことが記載されている。
このように空胴共振器を用いることによって、内部に定在波を形成して被加熱対象物を均一に、高効率に加熱に加熱することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６‐２２１９５８号公報
【特許文献２】特開２０１３‐１０１８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
空胴共振器を用いた定在波の形成では、定在波を持続的に発生させるために共振器内の定在波の状態がモニタリングされ、必要により空胴内に供給するマイクロ波の周波数を調整したり、空胴内に誘電体や金属片を挿入することで共振周波数が調整される。このような場合、空胴内に誘電体や金属片を挿入すると、挿入量により空胴共振器内に形成される定在波の磁界強度分布にずれが生じることがある。その結果、被加熱対象物の加熱に当たり、空胴共振器内の常に一定の位置に被加熱対象物を供給したのでは、被加熱対象物の供給位置と、磁界強度の極大位置との間にずれが生じることになる。これに対処するために、被加熱対象物の供給位置を、変化した磁界強度の極大位置に追随するように変化させることが考えられるが、装置が大がかりになり現実的ではない。
【０００６】
本発明は、空胴共振器内に形成した定在波により、磁性体、磁気損失のある材料又は導電性のある材料、磁性体、磁気損失のある材料や半導体を含む導電性のある材料を含む複合材料からなる被加熱対象物を、磁界強度分布に沿った位置合わせ等を要さずに、効率的に、かつ高い再現性で加熱することを可能とするマイクロ波加熱装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記課題に鑑み鋭意検討を重ねた。その結果、円筒型空胴共振器を用いることにより、磁界の極大部分が常に空胴共振器の中心軸となる定在波の形成が可能になることを見出した。そして、磁気損失のある材料又は磁気損失のある材料を含む複合材料からなる被加熱対象物を空胴共振器の中心軸を通るように供給することにより、供給された被加熱対象物の加熱状態を常に一定にできることを見出した。
本発明はこれらの知見に基づきさらに検討を重ね、完成されるに至ったものである。
【０００８】
すなわち、本発明の上記課題は下記の手段により解決される。
［１］
円筒型又は筒中心軸に対して垂直方向の断面が長方形の筒型を除く筒中心軸を中心として対向する２面が平行な多角筒型のマイクロ波照射空間となる空胴共振器と、
前記空胴共振器内の磁界（磁場）のエネルギー分布が均一な空間に、磁性体、磁気損失のある材料若しくは導電性のある材料の被加熱対象物、又は、磁性体、磁気損失のある材料若しくは導電性のある材料を含む複合材料の被加熱対象物を、該空胴共振器の磁界強度が極大かつ均一になる磁界照射空間を通るように供給する供給部を備え、
前記供給部によって供給された前記被加熱対象物を前記磁界照射空間にて加熱するマイクロ波加熱装置。
［２］
前記供給部は、前記被加熱対象物が前記マイクロ波照射空間を通過する際、前記被加熱対象物を電界（電場）強度が極小となる空間を通す［１］に記載のマイクロ波加熱装置。
［３］
前記マイクロ波照射空間内部に形成される定在波がＴＭ１１０モードであり、
前記磁界照射空間は、前記空胴共振器の筒中心軸に沿う空間である［１］又は［２］記載のマイクロ波加熱装置。
［４］
前記ＴＭ１１０モードの定在波を形成させる手段は、前記マイクロ波照射空間に被加熱対象物が挿入された状態で、常に前記筒中心軸に沿って磁界の均一分布状態を維持する、マイクロ波の周波数を制御する機構を有する、［３］記載のマイクロ波加熱装置。
［５］
前記マイクロ波の周波数を制御する機構は、前記被加熱対象物の挿入状態に応じて変動するＴＭ１１０モードの定在波に一致する共振周波数を検出し、該共振周波数と一致するマイクロ波を照射する［４］に記載のマイクロ波加熱装置。
［６］
前記ＴＭ１１０モードの定在波に一致する共振周波数を検出する手段は、前記マイクロ波照射空間からの反射波を計測する機構を有し、その計測信号をもとに反射波が極小となる周波数から、共振周波数を検出する前記マイクロ波の周波数を制御する機構を有する［５］に記載のマイクロ波加熱装置。
［７］
前記ＴＭ１１０モードの定在波に一致する共振周波数を検出する手段は、前記マイクロ波照射空間内のエネルギー状態を計測する機構を有し、その計測信号をもとにマイクロ波照射空間内のエネルギー密度が極大となる周波数から、共振周波数を検出する前記マイクロ波の周波数を制御する機構を有する［５］に記載のマイクロ波加熱装置。
［８］
前記空胴共振器の前記筒中心軸で極大となる磁界を作用させて前記被加熱対象物に誘導電流を発生させ、前記被加熱対象物を加熱する［１］〜［７］のいずれかに記載のマイクロ波加熱装置。
［９］
前記マイクロ波加熱装置が、前記被加熱対象物をマイクロ波により加熱して、化学反応を生じさせる化学反応装置である［１］〜［８］のいずれかに記載のマイクロ波加熱装置。
［１０］
［１］〜［９］のいずれかに記載のマイクロ波加熱装置を用いた加熱方法。
［１１］
［１］〜［９］のいずれかに記載のマイクロ波加熱装置を用いた化学反応方法であって、前記被加熱対象物を加熱することにより化学反応を生じさせることを含む、化学反応方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のマイクロ波加熱装置は、空胴共振器内に定在波を形成した際に、空胴共振器内の磁界強度が極大かつ均一になる位置に、被加熱対象物を通過させて、効率良く、均一に再現性高く加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のマイクロ波加熱装置の好ましい一実施形態の一例を模式的に示した概略断面図である。
【図２】円筒型の空胴共振器に発生する電界及び磁界分布図であり、（Ａ）は電界分布図であり、（Ｂ）は磁界分布図である。
【図３】実施例３で用いた静電気防止アルミ蒸着バッグのシート材を磁界照射（反応）空間内で移動させながら加熱した時のシート材の温度変化、及びマイクロ波加熱装置１の入射波と反射波、共振周波数の変化を示した図である。
【図４】実施例３で用いた静電気防止アルミ蒸着バッグのシート材を磁界照射（反応）空間内で移動させながら加熱した時の、熱画像計測装置を用いて測定したシート材の幅方向の温度分布図である。図中、中括弧で示した領域がシート材の幅を表す。
【図５】マイクロ波出力を変えて導電性ガラスを加熱した結果を、それぞれ放射温度計を用いてシート中心部の温度測定結果を示した図である。
【図６】マイクロ波出力を変えて導電性シリコンゴムを加熱し、それぞれ放射温度計を用いてシート中心部の温度測定をした結果を示した図である。
【図７】実施例７で用いた導電性ペーストの塗布物を磁界照射（反応）空間内の中心部に設置して加熱した時のシート材の温度変化、及びマイクロ波加熱装置１の入射波と反射波、共振周波数の変化を示した図である。
【図８】実施例７で用いた導電性ペーストのシート材を磁界照射（反応）空間内の中心部に設置して加熱した時の、熱画像計測装置を用いて測定したシート材の幅方向の温度分布図である。図中、中括弧で示した領域がシート材の幅を表す。
【図９】実施例７で用いた導電性ペーストのシート材の外観を示した図面代用写真であり、（Ａ）図は磁界加熱前の観察結果であり、（Ｂ）図は磁界加熱後の観察結果である。
【図１０】比較例８で用いた導電性ペーストのシート材を空胴共振器内の中心部に設置し、ＴＭ０１０モードの定在波を形成して誘電加熱を行った時のシート材の温度変化、及びマイクロ波加熱装置の入射波と反射波、共振周波数の変化を示した図である。
【図１１】実施例９で用いた半導体材料の一つであるシリコン基板を磁界照射（反応）空間内の中心部に設置して加熱した時の、放射温度計を用いて測定した基板表面温度の時間変化を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明のマイクロ波加熱装置の好ましい実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１２】
［マイクロ波加熱装置］
本発明のマイクロ波加熱装置の好ましい一実施形態を、円筒型の空胴共振器を有するマイクロ波加熱装置を一例として、図１を参照して説明する。
図１に示すように、マイクロ波加熱装置１は、円筒形のマイクロ波照射空間を有する空胴共振器（以下、（円筒型の）空胴共振器ともいう）１１を有する。空胴共振器１１は、円筒型であっても、筒中心軸に対して垂直方向の断面が長方形の筒型（以下。長方形筒型という）を除く筒中心軸を中心として対向する２面が平行な多角筒型であっても、中心軸において磁界強度が極大かつ一様な定在波を形成できる。
空胴共振器１１には、該空胴共振器の筒中心軸（以下、円筒中心軸又は中心軸ともいう）Ｃを挟んで対向する、空胴共振器１１の胴部壁１１ＳＡに設けられた供給口１２と、胴部壁１１ＳＡに対向する胴部壁１１ＳＢに設けられた排出口１３とを有する。また、空胴共振器１１内の磁界強度が極大かつ均一になる磁界照射空間に、磁気損失のある材料又は導電性材料又は磁気損失や導電性のある材料を含む複合材料の被加熱対象物を供給する供給部３１を備える。「極大」とは、極大点を含むその周囲の磁界強度が他の領域よりも強い部分も含む意味である。例えば、極大値の３／４以上の領域である。また「磁気損失のある材料又は磁気損失のある材料を含む複合材料」は、「磁性若しくは導電性を有する材料又は磁性若しくは導電性を有する材料を含む複合材料」ともいえる。更に、空胴共振器１１内に定在波を形成するマイクロ波を供給するためのアンテナ２５を有する。
磁気損失のある材料としては、例えば、鉄やニッケル、コバルトがあり、鉄族元素や希土類元素を含む合金として、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｃｏ、 Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ、ＭｎＡｌや、化合物としてＳｍＣｏ５、ＳｍＣｏ５を挙げられる。また酸化物としてＦｅ３Ｏ４などもある。磁気損失のある材料は磁性体だけではなく、アルミや銅、スズなど導電性材料も渦電流による磁気損失を生じる材料である。導電性材料には半導体材料を含む。半導体材料としてはシリコンやゲルマニウムがあり、化合物半導体としてはＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＺｎＯ，ＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＧａＮ，ＳｉＣ，ＳｉＧｅなどがある。これらの半導体材料に不純物を注入し導電性を制御したものも含まれる。導電性を担うキャリアは電子だけでなく、半導体内に形成される正孔も含まれ、マイクロ波による加熱作用を生じさせることができる。
【００１３】
例えば、ＴＭ１１０モードの定在波が発生する円筒型の空胴共振器１１の場合、磁界照射空間は、中心軸Ｃにおける磁界強度が極大となり、中心軸Ｃに沿っては磁界強度が均一となる空間である。被加熱対象物のシート６は、磁界照射空間を通るように、すなわち中心軸Ｃを通るように配されることが好ましい。またシート６は空胴共振器の対称面に沿って通るように配されることが好ましい。したがって、シート６の供給口１２と排出口１３は、中心軸Ｃを挟んで対向する位置の円筒型の空胴共振器１１の胴部壁１１ＳＡ、１１ＳＢに配されることが好ましい。言い換えれば、供給口１２と中心軸Ｃと排出口１３とは同一平面を含む位置に配されることが好ましい。上記「シート」は、紙やフィルムのような薄いものから、ある程度の厚みを有する半導体基板や配線基板のような基板も含む意味に用いる。
空胴共振器１１には、マイクロ波発生器２１が配され、空胴共振器１１に対してマイクロ波が供給される。一般にマイクロ波周波数は２〜４ＧＨｚのＳバンドが用いられる。又は９００〜９３０ＭＨｚや、５．７２５〜５．８７５ＧＨｚが用いられることもある。ただし、これ以外の周波数についても用いるこができる。
【００１４】
上記のマイクロ波加熱装置１では、空胴共振器１１に対して、マイクロ波発生器２１で発生させたマイクロ波をマイクロ波供給口１４から空胴共振器１１内に供給し、空胴共振器１１の中心軸Ｃの位置に定在波を形成する。マイクロ波供給口１４には、例えば、同軸導波管変換器型マイクロ波供給口を用いることができる。その定在波の磁界強度が極大となる部分（円筒共振器１１の中心軸Ｃ）にて被加熱対象物であるシート６を加熱する。
【００１５】
上記マイクロ波加熱装置１では、マイクロ波発生器２１から供給されるマイクロ波は、周波数を調整して供給される。周波数の調整により、空胴共振器１１内に形成される定在波の磁界強度分布を所望の分布状態に制御し、またマイクロ波の出力によって定在波の強度を調整することができる。つまり、被加熱対象物の加熱状態を制御することが可能になる。
なお、マイクロ波供給口１４から供給されるマイクロ波の周波数は、空胴共振器１１内に特定のシングルモード定在波を形成することができるものである。
本発明のマイクロ波加熱装置１の構成について、順に説明する。
【００１６】
＜空胴共振器＞
マイクロ波加熱装置に用いる円筒型の空胴共振器（キャビティー）１１は、一つのマイクロ波供給口１４を有し、マイクロ波を供給した際にシングルモードの定在波が形成されるものであれば特に制限はない。本発明に用いる空胴共振器は、図面に示されるような円筒型に限られない。すなわち、円筒型でなくても、中心軸に対して垂直方向の断面が長方形の筒型を除く、中心軸を中心として対向する２面が平行な多角筒型の空胴共振器であっても良い。例えば、中心軸に垂直方向の断面が、正６角形、正８角形、正１２角形、正１６角形等の正偶数角形の筒型、又は正偶数角形の筒型の中心軸に対して対向する２面間で潰した形状の多角形の筒型であってもよい。上記の多角筒型の空胴共振器の場合、空胴共振器内部の角は丸みを有してもよい。また、マイクロ波照射空間としては、上記の筒型の他に、上記の丸みを大きくした柱状体、楕円体、等の空間を有する空胴共振器であってもよい。
このような多角形であっても、円筒型と同様の作用（すなわち、中心軸において磁界強度が極大かつ一様な定在波を形成できる）を実現することができる。
空胴共振器１１の大きさも目的に応じて適宜に設計することができる。空胴共振器１１は電気抵抗率の小さいものが望ましく、通常は金属製であり、一例として、アルミニウム、銅、鉄、マグネシウム、黄銅、ステンレス、若しくはそれらの合金等を用いることができる。又は、樹脂やセラミック、金属の表面に電気抵抗率の小さい物質をめっき、蒸着などによりコーティングしてもよい。コーティングには銀、銅、金、スズ、ロジウムを含む材を用いることができる。
【００１７】
＜供給部＞
供給部３１は、供給側搬送部３１Ａと送り出し側搬送部３１Ｂとを有する。
供給側搬送部３１Ａは、１対のニップロール３２Ａ、３２Ｂにより構成され、そのいずれか一方にニップロールを駆動する回動駆動装置（図示せず）が備えられている。ニップロール３２Ａ、３２Ｂの回動により、ニップロール３２Ａ、３２Ｂに挟まれたシート６が空胴共振器１１内に搬送される。送り出し側搬送部３１Ｂは、１対のニップロール３３Ａ、３３Ｂにより構成され、そのいずれか一方にニップロールを駆動する回動駆動装置（図示せず）が備えられている。ニップロール３３Ａ、３３Ｂの回動により、ニップロール３３Ａ、３３Ｂに挟まれたシート６が空胴共振器１１外に搬送される。供給側搬送部３１Ａと送り出し側搬送部３１Ｂとは、常に一定速度にてシート６を搬送することが好ましい。また上記各ニップロール３２Ａ、３２Ｂ、３３Ａ、３３Ｂの周速度は同等であることが好ましい。
別な供給方法として、磁気損失の小さいプレートを支持台（図示せず）として供給口１２から排出口１３にわたって懸架しておき、その上に被加熱対象物を配置することもできる。この場合被加熱対象物を移動させる手段として、支持台を移動させてもよいし、被加熱対象物を押し入れることや、引き出すこともできる。
若しくは、供給部３１や供給口１２、排出口１３を設置しなくても良い。この場合、被加熱対象物はあらかじめ空胴共振器内の磁界が極大となる位置に配置しておき、しかるべき時間処理した後にマイクロ波を停止し、空胴共振器の一部を開放し被加熱対象物を取り出すことができる。
若しくは、供給部３１として特段の搬送機構を用いず、空胴共振器自体を移動することもできる。この場合は、被加熱対象物６を固定しておき、空胴共振器内の磁界が極大となる位置が被加熱対象物６から外れないように空胴共振器自体を被加熱対象物に沿って平行移動させることが適している。
若しくは、供給口１２や、排出口１３を重力方向に沿って配置することもできる。柔軟性がある被加熱対象物の場合、重力に従って垂下するため、供給口１２を上側にして重力に従って被加熱対象物６を送り出しても良い。若しくは、排出口１３を上側にして重力に逆らって、引き出しても良い。
【００１８】
＜マイクロ波の供給＞
マイクロ波の供給には、マイクロ波発生器２１、マイクロ波増幅器２２、アイソレータ２３、インピーダンス整合器２４、アンテナ２５を備えることが好ましい。
【００１９】
空胴共振器１１の中心軸Ｃに平行な壁面（円筒の内面）又はその近傍には、マイクロ波供給口１４が設けられている。一実施形態において、マイクロ波供給口１４は、高周波を印加することができるアンテナ２５を有している。図１では、同軸導波管変換器を用いたマイクロ波供給口１４を示している。この場合アンテナ２５は電界励振型のモノポールアンテナとなっている。このとき定在波を効果的に形成するためには、マイクロ波供給口１４と空胴共振器１１の間に適切な開口部としてアイリス（図示せず）を用いても良い。また、マイクロ波供給口１４を用いず直接、空胴共振器１１にアンテナを設置してもよい。この場合は空胴共振器の側壁近傍に時間励振アンテナとなるループアンテナ（図示せず）を設置してもよい。又は、空胴共振器上面若しくは下面に電界励振となるモノポールアンテナを設置することも可能である。
アンテナ２５は、マイクロ波発生器２１からマイクロ波の供給を受ける。具体的には、マイクロ波発生器２１に、各ケーブル２６（２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ）を順に介して、上記のマイクロ波増幅器２２、アイソレータ２３、整合器２４、アンテナ２５の順に接続されている。
各ケーブル２６には、例えば同軸ケーブルが用いられる。この構成では、マイクロ波発生器２１から発せられたマイクロ波を、各ケーブル２６を介してアンテナ２５によってマイクロ波供給口１４から空胴共振器１１内に供給する。
【００２０】
［マイクロ波発生器］
本発明のマイクロ波加熱装置１に用いるマイクロ波発生器２１は、例えば、マグネトロン等のマイクロ波発生器や、半導体固体素子を用いたマイクロ波発生器を用いることができる。マイクロ波の周波数を微調整できるという観点から、ＶＣＯ（Voltage-Controlled oscillator：電圧制御発振器）やＶＣＸＯ（Voltage-controlled Xtal oscillator)若しくはＰＬＬ（Phase-locked loop）発振器を用いることが好ましい。
【００２１】
［マイクロ波増幅器］
図１のマイクロ波加熱装置１はマイクロ波増幅器２２を備える。マイクロ波増幅器２２は、マイクロ波発生器２１によって発生されたマイクロ波の出力を増幅する機能を有する。その構成に特に制限はないが、例えば、高周波トランジスタ回路で構成される半導体固体素子を用いることが好ましい。マイクロ波発生器としてマグネトロンなど発振出力が大きいものを用いた場合はマイクロ波増幅回路を用いないこともできる。
【００２２】
［アイソレータ］
図１のマイクロ波加熱装置１はアイソレータ２３を備える。アイソレータ２３は、空胴共振器１１内で発生する反射波の影響を抑制してマイクロ波発生器２１を保護するためのものであり、一方向（アンテナ２５方向）にマイクロ波が供給されるようにするものである。マイクロ波増幅器２２やマイクロ波発生器２１が反射波により破損する恐れがない場合は、アイソレータを設置しなくてもよい。この場合は装置が小型化できることや、低コスト化が可能になるメリットがある。
【００２３】
［整合器］
図１のマイクロ波加熱装置１は整合器２４を備える。整合器２４は、マイクロ波発生器２１〜アイソレータ２３のインピーダンスとアンテナ２５のインピーダンスを整合させる（合わせる）ためのものである。不整合による反射波が生じてもマイクロ波増幅器２２やマイクロ波発生器２１が損傷を受けうる恐れがない場合は整合器を設置しなくてもよい。若しくは、あらかじめ不整合が発生しないようアンテナ構造やマイクロ波増幅器２２の持つ回路定数やケーブル２６を調整することで、整合器を設置しないこともできる。この場合は装置が小型化できることや、低コスト化が可能になるメリットがある。
【００２４】
［アンテナ］
アンテナ２５には、例えば、モノポールアンテナやループアンテナあるいはパッチアンテナを用いることができる。モノポールアンテナの場合、空胴共振器１１の筐体や、マイクロ波供給口の筐体を接地面とし機能するよう、筐体とは絶縁体を介し空間内にアンテナ端部を露出する（図示せず）。ループアンテナの場合ループアンテナの端部は、図示しないが、空胴共振器壁面など接地電位と接続する。このアンテナ２５にマイクロ波（高周波）を印加することで、ループ内に磁界が励振され空胴共振器内に定在波を形成する形態とすることができる。
例えば、上記の円筒型の空胴共振器においてＴＭ１１０のシングルモード定在波を形成させた場合、中心軸Ｃにおいて、磁界強度が最大になり、中心軸Ｃ方向に磁界強度が均一になる。したがって、シート６において、その上面に存在する、又はシート自体である被加熱対象物を、均一に、高効率にマイクロ波加熱することが可能になる。
【００２５】
＜制御系統＞
上記マイクロ波加熱装置１には、被加熱対象物のシート６の温度を測定する熱画像計測装置（サーモビュアー）４１若しくは、放射温度計（図示せず）が配されている。空胴共振器１１には、熱画像計測装置４１若しくは放射温度計（図示せず）によってシート６の温度分布を測定するための窓１５が配されている。熱画像計測装置４１によって測定されたシート６の温度分布の測定画像若しくは放射温度計によって計測された温度情報は、ケーブル４２を介して制御部４３に送信される。更に、空胴共振器１１の胴壁１１Ｓには電磁波センサ４４が配されている。電磁波センサ４４によって検出した空胴共振器１１内の電磁界エネルギーに応じた信号は、ケーブル４５を介して制御部４３に送信される。制御部４３は電磁波センサ４４の信号をもとに、空胴共振器１１内に発生させた定在波の形成状況（共振状況）を検知することができる。定在波が形成されている、つまり共振しているときは、電磁波センサ４４の出力が大きくなる。電磁波センサ４４の出力が極大となるよう、マイクロ波発生器の発振周波数を調整することで、空胴共振器１１の持つ共振周波数と一致するようマイクロ波周波数を制御することができる。被加熱対象物の状況（挿入状態、温度等）により共振周波数は変動するため、この制御は適切な間隔で行う必要がある。変化が速い場合、被加熱対象物の供給速度が速い場合は、供給速度が変動する場合は、１ミリ秒〜１秒の間隔で行うことが望ましい。被加熱対象物が固定されている場合や供給速度が変動しない場合など変化が小さい場合は、１０秒〜１分間隔でもよい。又は、加熱前に一度、共振周波数を求めておけば、その後、常時制御する必要がない場合もある。
【００２６】
制御部４３では、検出された周波数に基づいて、空胴共振器１１内に一定の周波数の定在波が立つマイクロ波の周波数を、ケーブル４６を介してマイクロ波発生器２１にフィードバックする。このフィードバックに基づいて、制御部４３では、マイクロ波発生器２１から供給されるマイクロ波の周波数を精密に制御する。このようにして、空胴共振器１１内に定在波を安定して発生させることができる。したがって、定在波によって被加熱対象物のシート６を効率良く、高い再現性で、均一に加熱することができる。また、制御部４３では、マイクロ波増幅器２２にマイクロ波の出力を指示することによって、一定の出力のマイクロ波をアンテナ２５に供給できるように調整することができる。若しくは、マイクロ波増幅器２２の増幅率は変化させず、マイクロ波発生器２１とマイクロ波増幅器２２の間に設置した減衰器（図示せず）の減衰率を制御部４３の指示により調整することもできる。マイクロ波出力は、熱画像計測装置４１若しくは放射温度計の指示値をもとに、被加熱対象物を目的温度となるようフィードバック制御してもよい。マイクロ波発振器２１としてマグネトロンのような大出力を出せる装置を用いた場合は、マイクロ波発生器２１に対し、マイクロ波出力を調整するよう、制御部４３の指示を与えても良い。
【００２７】
電磁波センサ４４を用いない制御方法として、空胴共振器１１の反射波の大きさを測定しその値を利用してもよい。反射波の測定はアイソレータ２３から得られるアイソレーション量を用いることができる。若しくは、整合器２４（設置しない場合は、マイクロ波供給口に接続したケーブル２６Ｄ）とアイソレータ２３の間に設置する方向性結合器（図示せず）から得られる反射信号を用いることができる。反射波信号が極小となるよう、マイクロ波発生器の周波数を調整することで、空胴共振器１１へのマイクロ波のエネルギーを効率的に供給することができる。このとき、空胴共振器１１の共振周波数とマイクロ波発生器の周波数が一致している可能性が高い。ただし、この方法ではケーブル２６やアンテナ２５、導波管１４などでマイクロ波が消費されている可能性もあり、かならずしも共振周波数と一致していない場合もある。
【００２８】
＜被加熱対象物の加熱＞
本発明のマイクロ波加熱装置１では、被加熱対象物は、磁気損失のある材料又は磁気損失のある材料を含む複合材料であり、言い換えれば、磁性若しくは導電性を有する材料又は磁性若しくは導電性を有する材料を含む複合材料である。このような被加熱対象物は、空胴共振器１１内部の磁界強度に対応させて配される。特に、空胴共振器１１内に形成された定在波の磁界強度が極大になる部分に沿って配せば、より効率的な加熱が可能になる。具体的には、シート６が空胴共振器１１の中心軸Ｃを通るように、供給口１２から供給され排出口１３から排出される。
被加熱対象物は電界が極大となる部分を通過しないほうが望ましい。たとえば金属など導電性材料を電界中に配置すると、火花放電などが生じる可能性があり、被加熱対象物を損傷する恐れが生じる。図２（Ａ）に示すようＴＭ１１０モードの電界分布は、中心軸Ｃをとおる水平面（マイクロ波供給口１４が鉛直下側に配置した場合）は電界強度が極小となっている。この面に沿って被加熱対象物を配置、あるいは供給・排出すれば、被加熱対象物の電界による損傷を抑えることができる。なお、電界強度が極小となる領域としては、空胴共振器内の電界強度が最大のところの１／４が目安となる。
【００２９】
図１に示したマイクロ波加熱装置１においては、磁気損失若しくは導電性のある材料、又は磁気損失若しくは導電性のある材料を含む複合材料であれば、被加熱対象物に特に制限はなく、液体、固体、粉末及びそれらの混合物であっても加熱することができる。
被加熱対象物を液体、固体、粉末とした場合は、それらをシート上に配して搬送することで連続的に被加熱対象物の温度を制御することができる。本発明のマイクロ波加熱装置１はシート上の被加熱対象物を選択的に加熱することができる。例えば、基板上の半田を選択的に加熱することができる。また多くの化学反応は温度により反応の進行を制御することができるため、本発明のマイクロ波加熱装置１は化学反応の制御に用いることが好ましい。
被加熱対象物はそれ自体がシート形状を維持できるものであってもよい。例えば、被加熱対象物が繊維状の固体であれば、シート等の支持がなくても搬送が可能となる。
また、被加熱対象物を触媒とした場合には、後述するように、触媒の作用による化学反応を生じさせるために、本発明のマイクロ波加熱装置１を用いることができる。触媒は、シートに担持させた形態とすることも好ましい。
上記化学反応としては、転移反応、置換反応、付加反応、環化反応、還元反応、酸化反応、選択的触媒還元反応、選択的酸化反応、ラセミ化反応、開裂反応、接触分解反応（クラッキング）等が例示されるが、これらに限定されず種々の化学反応が挙げられる。
【００３０】
本発明の化学反応方法において、反応時間、反応温度、反応基質、反応媒体等の条件は、目的の化学反応に応じて適宜に設定すればよい。例えば、化学ハンドブック（鈴木周一・向山光昭編、朝倉書店、２００５年）、マイクロ波化学プロセス技術ＩＩ（竹内和彦、和田雄二監修、シーエムシー出版、２０１３年）、特開２０１０−２１５６７７号公報等を参照し、化学反応条件を適宜に設定できる。
【００３１】
図１に示した形態において、定在波の周波数は、空胴共振器１１内に定在波を形成できれば特に制限はない。上記マイクロ波供給口１４からマイクロ波を供給した場合、空胴共振器１１内に上述したＴＭ１１０モードの定在波が形成される周波数とすることができる。上記ＴＭ１１０モードの定在波の他には、例えばＴＭ２１０、ＴＭ３１０、ＴＭ４１０のモードが挙げられる。空胴共振器１１の中心軸Ｃに沿って磁界強度の極大部を効率的に形成できる点で、ＴＭ１１０の定在波であることが最も好ましい。また、被加熱対象物が導電性材料の場合は、電界が集中する部位に被加熱対象物が通過することが望ましくないため、磁界強度の極大部を通過する面上に電界強度が極小となる面が形成できるＴＭ１１０モードは特に好ましい。このように、電界強度が極小となる面に被加熱対象物を通すことによって、電界による被加熱対象物の破壊は生じない。
空胴共振器として立方体や中心軸に直角方向の断面が正方形の直方体を用いた場合、ＴＥ１０ｎ（ｎは２以上の整数）も同様に磁界強度の極大部を有する電磁波照射空間を形成することができる。
【００３２】
ＴＭ１１０モードの定在波を形成させる手段は、空胴共振器１１内（マイクロ波照射空間）に被加熱対象物が挿入された状態で、常に円筒中心軸Ｃに沿って磁界の均一分布状態を維持するための、マイクロ波の周波数を制御する機構を有することが好ましい。若しくはマイクロ波照射空間の形状を制御する機構を有することが好ましい。
【００３３】
具体的には、マイクロ波の周波数を制御する機構は、被加熱対象物の挿入状態に応じて変動するＴＭ１１０モードの定在波に一致する共振周波数を検出し、その共振周波数と一致するマイクロ波を照射するものである。
ＴＭ１１０モードの共振状態においては、空胴共振器１１内に効率的にエネルギーが供給されている状態である。このとき、空胴共振器側壁に設置した電磁波センサ４４の出力は空胴共振器１１内のエネルギー強度に比例した信号を出力することから、この信号出量が極大となるように、マイクロ波発生器２１の発振周波数を調整すればよい。調整する方法として、マイクロ波発生器２１の発振周波数を一定範囲（一例として１００ＭＨｚ）で掃引すれば、共振周波数に一致するところで、電磁波センサ４４の出力にピークが生じるスペクトルを得ることができる。このスペクトルと、空胴共振器の形状等から導出される理論共振周波数とを見比べることで、ＴＭ１１０モードの共振周波数を同定可能となる。一度同定したのちは、その共振周波数近傍で定期的にマイクロ波発生器２１の発振周波数を狭い範囲（一例として５ＭＨｚ）で掃引すれば、被加熱対象物の変化（挿入量や温度等）による、ＴＭ１１０モード共振周波数の変化を追跡することができる。よって、つねに最適なマイクロ波照射条件を維持できることになる。共振周波数を追跡するための間隔や、掃引幅は、被加熱対象物の変化の速さや量（供給速度や、温度変化量、均一性）に応じて、適切に監視することが望ましい。
【００３４】
空胴共振器内のエネルギー強度を計測するもう一つの方法として、マイクロ波照射用のアンテナ２５からの反射波の強度を利用する方法がある。この場合は、空胴共振器内のエネルギー強度が高い状態では、反射波が小さくなることを利用する。具体的には、反射波強度が極小になるよう、マイクロ波発生器の発振周波数を調整することになる。
ただし、反射波による方法では、空胴共振器以外に、アンテナ２５や整合器２４、マイクロ波照射口１４、ケーブル２６など、複数の要因による重ね合わせによって信号強度が変わってくる。精密な制御が必要な場合は、空胴共振器に直接とりつけた電磁波センサ４４を用いることが好ましい。
【００３５】
もう一つの、空胴共振器１１の共振周波数とマイクロ波発生器の発振周波数を一致させる方法として、マイクロ波照射空間の形状を変更し共振周波数を調整する方法がある。具体的には空胴共振空胴共振器内に誘電体又は金属片を挿入することで、共振周波数を調整することができる。例えば、空胴共振器１１内にセラミックやテフロン（登録商標）などマイクロ波吸収の少ない誘電体（図示せず）を挿入すると、その誘電率や挿入量に応じで、共振周波数が低い方向に変化する。誘電体の代わりにアルミニウムや銅などの金属片を挿入すると、共振周波数は高い方向に変化する。挿入量を自動調整する機構を用いれば、マグネトロンのようにマイクロ波発生器の発振周波数を変化できない場合においても、共振周波数とマイクロ波発生器の発振周波数を一致させることができる。
ただし、空胴共振器１１に誘電体や金属を挿入すると磁界が極大になる位置も、その挿入量・挿入位置に応じで移動する。このため、被加熱対象物を供給する位置を適切に管理することが望ましい。
【００３６】
上記のように、空胴共振器１１内のマイクロ波照射空間に対して、誘電体又は金属の挿入量を制御すること、又はＴＭ１１０モードの定在波に一致する共振周波数を調整する機構を具備することにより、マイクロ波発生器から照射されるマイクロ波の周波数と共振周波数を一致させることが好ましい。
【００３７】
上記空胴共振器１１は、共振周波数がＩＳＭバンド内に収まるよう設計することが望ましい。共振周波数は被加熱対象物の温度変化や組成変化により変動するため、その変動域を考慮したうえでＩＳＭバンドに収まることが望ましい。「ＩＳＭ」は、Ｉｎｄｕｓｔｒｙ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｍｅｄｉｃａｌの略であり、ＩＳＭバンドは、産業、科学、医療分野で汎用的に使うために割り当てられた周波数の帯域のことである。ただし、空胴共振器の開口部に電磁波漏洩対策手段（電磁波吸収体の設置、カットオフ周波数を考慮した開口部設計、チョーク構造の設置）を講じるか、シールド空間内に空胴共振器を設置するなど、空間への電磁波放射を抑制すれば、ＩＳＭバンドに制約されることはない。
【００３８】
上記のマイクロ波加熱装置１では、空胴共振器１１内にマイクロ波を供給して特定の定在波を形成させると、空胴共振器１１の中心軸Ｃにおいて磁界が発生しかつ当該磁界を極大とすることができ、また中心軸方向に磁界を均一に分布させることができる。このため、磁気損失のある材料又は磁気損失のある材料を含む複合材料の被加熱対象物を有するシート６を供給口１２から中心軸Ｃを通して排出口１３より排出させると、中心軸Ｃにおいて極大になっている磁界をシート６の幅方向に均一に照射することができる。このため、磁界の照射によって磁気損失のある材料が発熱する。
上記加熱では、シート６が紙で形成され、その紙上に磁気損失のある材料（導電性材料）からなる被加熱対象物が配されている場合、被加熱対象物は加熱されるが紙のシート６は加熱されない。一般的に紙は乾燥状態であっても水分を含んでおり、磁界を照射しても水分を含む紙には誘導電流が発生しないため、加熱されない。一方、被加熱対象物には誘導電流が発生するため、加熱される。このように、被加熱対象物を選択的に加熱することができる。
なお、円筒中心軸Ｃ部分は、電界強度が極小（図２（Ａ）の電界分布図参照）となり、かつ、磁界強度が極大（図２（Ｂ）の磁界分布図参照）となる。
【００３９】
上記説明したように、マイクロ波加熱装置１は、例えばＴＭ１１０モードの定在波を形成する円筒型の空胴共振器１１を使用することによって、中心軸Ｃに磁界が集中するため、磁界の極大域となり、中心軸方向に磁界強度が均一になる。このため、中心軸Ｃを通る被加熱対象物の温度制御性（均一性）が高くなる。また、定在波を形成するマイクロ波の周波数、出力を制御することによって、常に一定の定在波を形成することができるため、より温度制御性が向上し、更に均一な加熱を実現できる。
【００４０】
電磁波センサ４４によって定在波の周波数を正確に検出することができる。そのため、検出した定在波の周波数をマイクロ波発生器２１にフィードバックして、マイクロ波発生器２１から供給されるマイクロ波の周波数を精密に制御することができる。このようにして、空胴共振器１１内に安定して定在波を発生させることができる。したがって、定在波によって被加熱対象物を効率良く、均一に加熱することができ、かつ、空胴共振器内の定在波の形成状態を安定的に維持することができる。
【実施例】
【００４１】
以下に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定して解釈されるものではない。
【００４２】
［実施例１〜３］
実施例１〜３のそれぞれは、表１示す市販されている表面抵抗率の異なる幅８ｃｍの樹脂製シート材を測定試料とした。実施例１はシート材の基材がポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の透明導電性シート（スタクリアーＮＣＦ）を用いた。実施例２はシート材の基材がポリオレフィンの導電袋（カーボンブラック添加）を用いた。実施例３はシート材の基材がＰＥＴの静電気防止アルミ蒸着バッグを用いた。そして図１に示したマイクロ波加熱装置１を用いて、円筒型の空胴共振器１１の幅１０ｃｍの磁界照射空間内に、各シート材を固定し、磁界加熱及び誘電加熱を実施した。磁界加熱には、ＴＭ１１０モードの定在波を形成させ、誘電加熱には、ＴＭ０１０モードの定在波を形成させ、中心軸に沿って各測定試料を固定した。磁界加熱及び誘電加熱共に、マイクロ波の周波数は２．３〜２．７ＧＨｚの範囲にて、マイクロ波の出力は０〜１００Ｗの範囲にて実施した。なお、実施例４〜７及び比較例においても同様である。
【００４３】
［比較例１］
一方、比較例１として、シート材の基材がポリプロピレン（ＰＰ）の導電性ファイルを用いた。それぞれのシートの厚さ、表面抵抗率は表１に記載した通りである。
実施例１〜３及び比較例１の加熱結果を表１に示した。
【００４４】
【表１】
2019140103.tif 000003
表１において、誘電加熱が可能の場合にはＹ印、誘電加熱が不可の場合にはＮ印で示した。また磁界加熱が可能の場合にはＹ印、磁界加熱が不可の場合にはＮ印で示した。なお、誘電加熱に用いた空胴共振器と、磁界加熱に用いた空胴共振器では、異なる空胴共振器を用いており、それぞれの円筒共振器は円筒部内径が異なっている。
【００４５】
実施例１〜３の表面抵抗率の小さい（１０８Ω／□以下）樹脂製シート材は、一般的に用いられる誘電加熱では加熱はできない。一方で、磁界加熱では加熱できることが分かった。なお、誘電加熱及び磁界加熱の可否は、前述の段落［００３３］に記載した方法により、ＴＭ０１０モード（誘電加熱の可否）あるいはＴＭ１１０モード（磁界加熱の可否）の共振周波数が検出できるか調べることで判断した。
【００４６】
［実施例４］
次に、実施例４は、上記実施例３で用いた静電気防止アルミ蒸着バッグの幅８ｃｍのシート材を測定試料とした。その測定試料を、幅１０ｃｍの磁界照射（反応）空間内に０．２ｃｍ／ｓの速度で移動させながら、加熱した時のシート材の温度変化、及び、マイクロ波加熱装置１の入射波と反射波、共振周波数の変化を、電磁波センサにて測定した。電磁波センサには、ループアンテナを用いダイオードによる整流回路により直流信号として計測できるものを用いた。温度測定には、ジャパンセンサー製の放射温度計ＴＭＨＸ−ＣＮ０５００を用いてシート中心部の温度を測定した。この磁界加熱には、ＴＭ１１０モード用の空胴共振器を用いたうえ、ＴＭ１１０モードの定在波を形成させ、中心軸に沿って測定試料を固定した。その結果を図３に示した。設定温度である８０℃に対して、８０±１℃で安定して温度は推移した。また、熱画像計測装置４１を用いてシート材の幅方向の温度分布を測定した結果、シート全体が均質に加熱されていることが確認された（図４参照）。
【００４７】
［実施例５〜６］
実施例５は、表２に示した市販されている幅８ｃｍのシート状の導電性ガラスを測定試料とした。実施例６は、表２に示した市販されている幅８ｃｍのシート状の導電性シリコンゴム（カーボン混合）を測定試料とした。そして、図１に示したマイクロ波加熱装置１を用いて、それらの測定試料を、幅１０ｃｍの空胴共振器内に固定し、磁界加熱及び誘電加熱した。一方。比較例５、６は、実施例５、６において、加熱方法を磁界加熱から誘電加熱に変えた以外、実施例５及び６と同様の試料を用いた。磁界加熱には、ＴＭ１１０モード用の空胴共振器を用いたうえＴＭ１１０モードの定在波を形成させ、誘電加熱には、ＴＭ０１０モード用の空胴共振器を用いたうえＴＭ０１０モードの定在波を形成させ、中心軸に沿って各測定試料を固定した。
その加熱結果を表２に示した。
【００４８】
【表２】
2019140103.tif 000004
表２において、誘電加熱が可能の場合にはＹ印、誘電加熱が不可の場合にはＮ印で示した。また磁界加熱が可能の場合にはＹ印、磁化加熱が不可の場合にはＮ印で示した。
【００４９】
その結果、一般的に用いられる誘電加熱では加熱はできないことがわかった。一方で、磁界加熱では加熱できることが分かった。樹脂製シート材の加熱と同様に、誘電加熱及び磁界加熱の可否は、本マイクロ波加熱装置にてマイクロ波の定在波が形成されるかどうかで確認した。更に、マイクロ波出力を変えて導電性ガラス及び導電性シリコンゴムを加熱した結果を、それぞれ図５及び図６に示した。放射温度計を用いてシート中心部の温度測定を行った結果、マイクロ波出力が高くなると到達温度も高くなることが確認された。
【００５０】
［実施例７］
導電性ペーストを加熱した。
実施例７は、石英ガラス上に導電性銀ペースト（トーヨーケム株式会社製  製品名ＲＥＸＡＬＰＨＡ）を７５ｍｍ×１０ｍｍ、厚さ０．０５ｍｍに塗布して、測定試料を作製した。塗布１０分後に、図１に示したマイクロ波加熱装置１を用いて磁界加熱を行った。磁界加熱には、ＴＭ１１０モードの定在波を形成させた。測定試料は、マイクロ波加熱装置１の磁界照射空間内の中心部（中心軸Ｃを含む）に設置し、磁界加熱にて到達温度１３０℃で５分間加熱を行った。加熱時のペースト塗布部の温度変化及びマイクロ波加熱装置の入射波と反射波、共振周波数の変化を図７に示した。それらの測定には電磁波センサを用いた。電磁波センサには、ループアンテナを用いた。温度は連続的に上昇し、誘電加熱においては懸念される導電性ペーストのスパークによる急激な温度上昇は、磁界加熱においては生じなかった。熱画像計測装置４１を用いて、加熱時のペースト塗布部全体の温度分布を測定した結果、均質に加熱されていることが確認された（図８）。また、図９に示す磁界加熱前（（Ａ）図参照）と加熱後（（Ｂ）図参照）の各試験片の外観において、スパークによる異常加熱部は見られなかった。
【００５１】
［比較例７］
比較例７は、実施例７と同様な測定試料を作製した。その測定試料に対して、電気炉にて１３０℃で５分間及び３０分間の加熱を行い、ペースト塗布面内５か所の電気抵抗率を測定した結果を表３に示した。
【００５２】
【表３】
2019140103.tif 000005
【００５３】
マイクロ波の磁界加熱を施した測定試料の電気抵抗率は５か所共にほぼ同じ値を示し、塗布面全体が均質に加熱されているといえる。電気炉加熱の結果と比較すると、磁界加熱による試験片の方が電気抵抗率を低くすることができ（導電性を高めることができ）、加熱効率にも優れることがわかる。
【００５４】
［比較例８］
また、比較例８は、石英ガラス上に導電性銀ペースト（トーヨーケム株式会社製  製品名ＲＥＸＡＬＰＨＡ）を１５ｍｍ×４ｍｍ、厚さ０．０５ｍｍで塗布して、測定試料とした。塗布１０分後に空胴共振器内の中心部（中心軸Ｃを含む）に設置し、ＴＭ０１０モードの定在波を形成して誘電加熱を行った。加熱時のペースト塗布部の温度変化及び、マイクロ波加熱装置の入射波と反射波、共振周波数の変化を図１０に示した。温度は約６０℃まで上昇し、それ以降は徐々に低下し、温度低下と共に共振周波数は上昇した。１００秒の誘電加熱を終えた後の試験片の電気抵抗率は０．１３Ω・ｃｍであり、磁界加熱と比較して導電性が劣っていることを確認した。導電性ペーストの誘電加熱では、導電性が高くなるにつれてマイクロ波の吸収が低下し、加熱が困難になると考えられる。
【００５５】
[実施例９−１１]
半導体材料として用いられるシリコン基板（高純度化学研究所製  製品名：シリコン、１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚さ１ｍｍ）、窒化ガリウム基板（高純度化学研究所製  製品名：窒化ガリウム、１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚さ２ｍｍ）、窒化アルミニウム基板（高純度化学研究所製  製品名：窒化アルミニウム（円柱状）、直径１０ｍｍ、厚さ２ｍｍ）を図１に示すマイクロ波加熱装置１を用いて、加熱を行った。本加熱には図１に示す供給部３１は用いず、シート（被加熱対象物）６と同じ位置に、被加熱対象物となる基板を保持するためのポリイミドフィルム（厚さ１２５μｍ）を設置した。なおポリイミドフィルムは、磁性材料でもなく導電性材料でもないためマイクロ波による加熱が生じない。基板は空胴共振器１１の中心軸位置に一致するようポリイミドフィルム上に配置し、ＴＭ１１０モードの定在波を形成できるよう所定のマイクロ波電力をマイクロ波供給口１４から供給した。実施条件及び結果を表４に示す。また、図１１はシリコン基板にマイクロ波電力１００Ｗを供給したときの基板の表面温度を放射温度計（ジャパンセンサー製、ＴＭＨＸ−ＣＮ０５００）により計測した結果を示す。３０℃から３１秒後には３００℃に加熱できていることがわかった。このことは、半導体材料の加熱操作が適切であることを示している。同様に窒化ガリウム基板では１００Ｗのマイクロ波照射によって３０℃から２５秒後には３００℃に加熱することができ、窒化アルミニウム基板では１００Ｗのマイクロ波照射によって３０℃から３００秒後には５６℃に加熱することができた。
【００５６】
【表４】
2019140103.tif 000006
【符号の説明】
【００５７】
１  マイクロ波加熱装置
６  シート（被加熱対象物）
１１  空胴共振器
１２  供給口
１３  排出口
１４  マイクロ波供給口（同軸導波管変換器型マイクロ波供給口）
２１  マイクロ波発生器
２２  マイクロ波増幅器
２３  アイソレータ
２４  整合器
２５  アンテナ
２６  ケーブル
３１  供給部
３１Ａ  供給側搬送部
３１Ｂ  送り出し側搬送部
４１  熱画像計測装置
４２、４５、４６  ケーブル
４２  制御器
４４  電磁波センサ
Ｃ  空胴中心軸（中心軸）
【図１】
2019140103.tif 000007
【図２】
2019140103.tif 000008
【図３】
2019140103.tif 000009
【図４】
2019140103.tif 000010
【図５】
2019140103.tif 000011
【図６】
2019140103.tif 000012
【図７】
2019140103.tif 000013
【図８】
2019140103.tif 000014
【図９】
2019140103.tif 000015
【図１０】
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【図１１】
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