(57)【要約】【課題】マイクロ波の照射をエネルギー損失を最小限にして高効率で行うことができ、しかもメンテナンス性にも優れたマイクロ波照射装置を提供する。【解決手段】導波管５を通して導かれるマイクロ波を透過させて容器の開口部から容器内へ導入するマイクロ波受波部６が、円形孔を有する取付座７と、導波管５の管端に取り付けられ、該導波管５の内法寸法と略同じ内法寸法の矩形断面のマイクロ波導入路（矩形内周面８ｅ）を有する第１連結部材８と、第１連結部材８のマイクロ波導入路が嵌合される内径を有する第２連結部材９と、取付座７と第２連結部材９との間に挟持される誘電性部材１０とを備える構成とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物が受容されるとともに、マイクロ波を導入するための円形の開口部を有する容器と、マイクロ波を導くための矩形断面よりなる導波管と、前記導波管を通して導かれるマイクロ波を透過させて前記開口部から前記容器内へ導入するマイクロ波受波部とを備えるマイクロ波照射装置において、
前記マイクロ波受波部が、前記容器の開口部に配される円形孔を有する取付座と、前記導波管の管端に取り付けられ、該導波管の内法寸法と略同じ内法寸法の矩形断面のマイクロ波導入路を有する連結部材と、前記取付座と前記連結部材との間に挟持される誘電性部材とを備えることを特徴とするマイクロ波照射装置。
【請求項２】
前記連結部材は、内法が矩形断面で、外法が円形断面のマイクロ波導入路を有する第１連結部材と、前記第１連結部材のマイクロ波導入路が嵌合される内径を有する第２連結部材よりなり、これら第１連結部材と第２連結部材とが一体化されて構成されている請求項１に記載のマイクロ波照射装置。
【請求項３】
前記誘電性部材は、その外周面が金属製ケースにより覆われた状態で、前記取付座と前記連結部材との間に挟持される請求項１または２に記載のマイクロ波照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波によって被処理物を連続的に処理するマイクロ波照射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、マイクロ波の照射による被処理物の加熱処理は、マイクロ波が被処理物自身の分子に直接作用するため、従来方式の加熱方式に比べて格段に加熱速度が速くなり、加熱の作業効率が高く、また均一に加熱できるなど、多くの利点を有することから、物質の加熱、殺菌、乾燥、抽出や、有機合成などの幅広い用途で利用されている。
【０００３】
従来のマイクロ波による連続加熱装置としては、特許文献１に示されるようなものが知られている。この連続加熱装置５０は、図５に示されるように、シールドハウジング５１に、マイクロ波発振装置５２から発生されるマイクロ波を導く導波管５３が連通され、シールドハウジング５１内には、一端側に原料槽５４内に貯留される被処理物（原料）５５を供給する原料供給機５６が接続され、他端側に加熱・加圧処理後の被処理物５５を収容するレシーバ５７が圧力調整弁５８を介して接続されるセラミック管５９が貫通して設けられている。マイクロ波発振装置５２にて発生されるマイクロ波は誘電性材料を透過し、シールドハウジング５１内に存在する被処理物に照射されるとともに、シールドハウジング５１内で乱反射するため、被処理物５５は、マイクロ波を吸収して効率的に加熱される。
【０００４】
しかしながら、図５に示された装置では、シールドハウジング５１とセラミック管５９との間のキャビティが大気圧であるため、万一、セラミック管５９が破損した場合の安全性の確保が不十分であるという問題点がある。このようなことから、圧力容器内に被処理物を供給しつつ、圧力容器に設けた開口部に導波管を接続することにより、この開口部に嵌め込まれたガラス等の誘電性材料を通してマイクロ波を照射するようにした照射装置が提案され、実用に供されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平４−６８７５９号公報
【特許文献２】国際公開第２０１０／０１３６９６号
【０００６】
ところで、圧力容器を備えるマイクロ波照射装置において、マイクロ波を圧力容器に導くための導波管の断面形状は、通常、矩形とされている。これは、マイクロ波の伝送性能が良く、電極をシンプルに構成することができる等の理由による。一方、圧力容器に設けられる開口部（窓）の形状は、その開口部への応力集中を回避するために円形にする必要がある。このため、矩形の導波管を円形の開口部に接続するために、導波管と開口部との間に、図６に示されるような矩形−円形変換部材６０が介挿される。この矩形−円形変換部材６０は、導波管に接続される側に矩形管部６１が設けられるとともに、その端部に矩形状のフランジ部６２が設けられ、開口部に接続される側に円形管部６３が設けられるとともに、その端部に円形状のフランジ部６４が設けられ、矩形管部６１と円形管部６３との間にテーパ状に変形させた形状変換管部６５が設けられて構成されている。
【０００７】
また、特許文献２のものにおいて、圧力容器と導波管との接続部であるマイクロ波受波部７０は、図７に示されるような構造になっている。すなわち、容器７１側に筒状のガラスハウジング７２が設けられ、このガラスハウジング７２の容器側には内方突出部７３が設けられて、この内方突出部７３によってガラス７４およびガスケット７５，７６が担持される一方、ガラスハウジング７２の導波管側にはフランジ部７７が設けられ、このフランジ部７７が導波管７８の容器側に設けられたフランジ部７９に接合・固定されている。また、ガラス７４の導波管側にあるガスケット７５と導波管７８のフランジ部７９との間にはスペーサ８０が配され、導波管７８と容器７１を固定する圧力はスペーサ８０を介してガスケット７５、ガラス７４およびガスケット７６に伝えられる。また、ガラスハウジング７２の内壁には、周囲方向に溝８１が設けられ、この溝８１内にはＯリング８２が挿入されて容器７１の内圧の漏れを防止するようにされている。
【０００８】
しかしながら、導波管と圧力容器（反応室）との接続部に図６に示されるような形状変換部が存在すると、この形状変換部でマイクロ波の電界強度分布が変化するなどによってマイクロ波に乱れが生じ、これによってその接続部にエネルギー損失が生じて発熱を引き起こすという問題点がある。
【０００９】
また、図７に示されるようなマイクロ波受波部の構造では、ガラスハウジング７２を深く形成してそのガラスハウジング７２内にガラス７４を完全に埋め込んだ構造とされているために、このマイクロ波受波部７０を分解・修理する際に、ガラス７４を容易に取り外すことができず、ガラス７４を破損してしまうといった問題点があるほか、このような形状のガラスハウジング７２は加工においても手間がかかるという問題点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、前述のような問題点に鑑みてなされたもので、マイクロ波の照射をエネルギー損失を最小限にして高効率で行うことができ、しかもメンテナンス性にも優れたマイクロ波照射装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するために、本発明によるマイクロ波照射装置は、
被処理物が受容されるとともに、マイクロ波を導入するための円形の開口部を有する容器と、マイクロ波を導くための矩形断面よりなる導波管と、前記導波管を通して導かれるマイクロ波を透過させて前記開口部から前記容器内へ導入するマイクロ波受波部とを備えるマイクロ波照射装置において、
前記マイクロ波受波部が、前記容器の開口部に配される円形孔を有する取付座と、前記導波管の管端に取り付けられ、該導波管の内法寸法と略同じ内法寸法の矩形断面のマイクロ波導入路を有する連結部材と、前記取付座と前記連結部材との間に挟持される誘電性部材とを備えることを特徴とするものである（第１発明）。
【００１２】
本発明において、前記連結部材は、内法が矩形断面で、外法が円形断面のマイクロ波導入路を有する第１連結部材と、前記第１連結部材のマイクロ波導入路が嵌合される内径を有する第２連結部材よりなり、これら第１連結部材と第２連結部材とが一体化されて構成されているのが好ましい（第２発明）。
【００１３】
また、前記誘電性部材は、その外周面が金属製ケースにより覆われた状態で、前記取付座と前記連結部材との間に挟持されるのが好ましい（第３発明）。
【発明の効果】
【００１４】
第１発明によれば、矩形断面の導波管を通して導かれるマイクロ波を円形の開口部を通して容器内に導入するのに際し、マイクロ波導入路に従来のような矩形−円形変換部のような形状変換部が存在することがなく、マイクロ波を矩形のマイクロ波導入路のまま直接円形の開口部に導くことができるので、マイクロ波に乱れが生じることによるエネルギー損失の発生を防ぐことができ、照射効率を格段に向上することができる。また、マイクロ波受波部のメンテナンスに際しては、容器側の取付座から連結部材を取り外すことで、誘電性部材に傷をつけることなく容易に分解することができる。しかも、連結部材等の加工も容易である。
【００１５】
第２発明の構成を採用すれば、第１連結部材を導波管側の部品、第２連結部材を容器側の部品として両者を分離することができ、容器の耐圧性を確保しつつ、メンテナンス性の更なる向上を図ることができる。
【００１６】
第３発明の構成によれば、連結部材と取付座との間に間隙があっても、誘電性部材の外周面が金属製ケースにより覆われているので、上記間隙からのマイクロ波の漏れを確実に防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係るマイクロ波照射装置の要部概略断面図
【図２】マイクロ波受波部の断面図（ａ）とそのＡ−Ａ矢視図（ｂ）
【図３】マイクロ波受波部の分解断面図
【図４】他の実施形態におけるマイクロ波受波部の断面図
【図５】従来のマイクロ波による連続加熱装置の全体構成図
【図６】従来の矩形−円形変換部材の説明図
【図７】従来のマイクロ波受波部の断面図（ａ）とそのＡ−Ａ矢視図（ｂ）、Ｂ−Ｂ矢視図（ｃ）
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明によるマイクロ波照射装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１９】
図１には、本発明の一実施形態に係るマイクロ波照射装置の要部概略断面図が示されている。また、図２には、マイクロ波受波部の断面図（ａ）とそのＡ−Ａ矢視図（ｂ）が、図３には、同マイクロ波受波部の分解断面図がそれぞれ示されている。
【００２０】
本実施形態のマイクロ波照射装置１は、非誘電性材料により構成される金属製容器（以下、「容器」という。）２と、例えばマグネトロン等のマイクロ波発振装置３と、このマイクロ波発振装置３から発生されるマイクロ波を前記容器２に設けられた開口部（窓）４を介してその容器２内に導く導波管５とを備えている。ここで、容器２は、十分な耐圧構造を有する円筒形状のものであり、マイクロ波を透過しない、または反射する性質を持った例えばステンレス、アルミニウム等の材料により形成される。また、開口部４は、耐圧性に優れるという観点から断面円形形状とされている。
【００２１】
前記容器２内には、セラミック管（図示せず）が貫通配設され、このセラミック管内をポンプ等の圧力によって被処理物が流通される。このセラミック管としては、マイクロ波を透過させることができるとともに、熱伝導が均一で温度係数が小さく、吸水率の低いものが選択される。こうして、セラミック管内を流れる被処理物は、容器２の開口部４を介して導入されるマイクロ波の照射を受けて加熱され、容器２外へ排出される。
【００２２】
前記導波管５は、マイクロ波発振装置３で発生したマイクロ波を通過させるための管であり、マイクロ波を透過しない、または反射する性質を持った材料、例えばステンレス、アルミニウム等により構成される。
【００２３】
マイクロ波を容器２に導く導波管５と、容器２の開口部４との接続部分には、導波管５を通して導かれるマイクロ波を透過させて前記開口部４へ導入するマイクロ波受波部６が設けられている。以下、このマイクロ波受波部６の詳細構造について図２、図３を参照しつつ説明する。
【００２４】
マイクロ波受波部６は、容器２の開口部４に隣接配置される円板状の取付座７と、導波管５の管端に取り付けられる第１連結部材８と、この第１連結部材８に連設される第２連結部材９と、第２連結部材９と前記取付座７との間に挟み付けられる誘電性部材１０と、第２連結部材９と誘電性部材１０との間および誘電性部材１０と取付座７との間にそれぞれ介挿されるガスケット１１，１２とを備えた構成とされている。
【００２５】
前記第１連結部材８は、外周面が円形で内周面が矩形の胴部８ａ（符号８ｅは矩形内周面を、符号８ｆは円形外周面をそれぞれ示す。）と、この胴部８ａの基端部外周に形成される円環状のフランジ部８ｂとを有し、このフランジ部８ｂに複数個のボルト挿通孔（キリ孔）８ｃが設けられるとともに、これらボルト挿通孔８ｃの内方に複数個のタップ穴８ｄが設けられて構成されている。タップ穴８ｄにはスタッドボルトが立てられ、このスタッドボルトが導波管５の管端に設けられるフランジ部に形成されたボルト挿通孔に通されてナットで締め付けられることにより、第１連結部材８が導波管５の管端に取り付けられる。この取付状態においては、導波管５の矩形の内周面と、第１連結部材８の胴部８ａの矩形内周面８ｅとが面一になる。
【００２６】
前記第２連結部材９は、第１連結部材８の胴部８ａが嵌合される円形孔９ａを中央部に有する円環状の板体である。円形孔９ａの外周側には、第１連結部材８のボルト挿通孔８ｃと合致する位置に複数個のタップ穴９ｂが形成され、これらタップ穴９ｂの更に外周側には、後述のスタッドボルト１４を挿通するための複数個のボルト挿通孔（キリ孔）９ｃが形成されている。また、円形孔９ａの容器２側の端部には座繰り部９ｄが形成されて円形孔９ａがやや大径にされている。この座繰り部９ｄには、後述するように誘電性部材１０が嵌め込まれる。
【００２７】
前記取付座７は、第２連結部材９の円形孔９ａと略同じ大きさの円形孔７ａを中央部に有する円環状の板体である。円形孔７ａの外周側には、第２連結部材９のボルト挿通孔９ｃと合致する位置に複数個のタップ穴７ｂが形成され、これらタップ穴７ｂの更に外周側には、当該取付座７を容器２のノズルフランジ２ａ（図１参照）にボルト・ナット結合するための複数個のボルト挿通孔（キリ孔）７ｃが形成されている。また、円形孔７ａの第２連結部材９側の端部には座繰り部７ｄが形成されて円形孔７ａがやや大径にされている。この座繰り部７ｄには、後述するように誘電性部材１０が嵌め込まれる。
【００２８】
前記誘電性部材１０は、耐圧性に優れるという観点から円板状とされるとともに、取付座７の円形孔７ａの内径よりやや大きめの寸法とされている。この誘電性部材１０の外周部は円環状の金属製（例；ステンレス製）ケース１３により覆われてマイクロ波の漏れを防止するようにされている。また、この誘電性部材１０は金属製ケース１３が嵌められた状態で、その外径が上述の座繰り部９ｄ，７ｄに丁度嵌め込まれる寸法にされている。ここで、誘電性部材１０を構成する材料としては、マイクロ波を透過し易い性質を持った、石英ガラス、フッ素樹脂、セラミックス、アルミナ等が用いられる。
【００２９】
前記誘電性部材１０は、金属製ケース１３が嵌められた状態で、容器２のノズルフランジ２ａにボルト・ナット結合された取付座７の座繰り部７ｄに対し、ガスケット１２を介して嵌め込まれ、上面がガスケット１１を介して第２連結部材９の座繰り部９ｄに嵌め込まれる。そして、取付座７のタップ穴７ｂに立てられたスタッドボルト１４が第２連結部材９のボルト挿通孔９ｃに挿通されてナット１５にて締め付けられることにより、誘電性部材１０が容器２の開口部４に取り付けられる。一方、導波管５の管端には、ボルト・ナット結合により第１連結部材８が取り付けられ、第１連結部材８と第２連結部材９とは、第１連結部材８のボルト挿通孔８ｃに挿通されるボルト１６を第２連結部材９のタップ穴９ｂに螺合させて締め付けることにより固定される。この組み付け時において、第２連結部材９と取付座７との間には間隙が形成されるが、誘電性部材１０の外周部は金属製ケース１３により覆われており、また誘電性部材１０の上下面はガスケット１１，１２により封止されているので、上記間隙から容器２の内圧が漏れることはない。また、ガスケット１１，１２は誘電性部材１０の締め付け圧力のクッションの役割も担っている。
【００３０】
こうして、導波管５と容器２の開口部４との接続部に配されるマイクロ波受波部６は、図２（ａ）に示されるように、導波管５の矩形内周面に連続する矩形内周面８ｅを有するマイクロ波導波通路を形成することになり、導波管５を通して導かれるマイクロ波は、矩形通路のまま直接円形の誘電性部材１０を透過して円形の開口部４に導かれることになる。したがって、マイクロ波導入路に図６に示されるような形状変換管部６５が存在することがないので、マイクロ波に乱れが生じることがなく、エネルギー損失が生じることによる発熱の問題に対処することができる。
【００３１】
また、本実施形態のマイクロ波照射装置１によれば、誘電性部材１０が第２連結部材９と取付座７との間に挟持された構造となっているので、マイクロ波受波部６のメンテナンスに際しては、ボルト・ナットによる締結部を緩めることで容易に分解することができ、誘電性部材１０についても傷を付けることなく、取り外すことができる。また、図７に示された構造では、ガラスハウジング７２の加工に手間がかかるのに対し、本実施形態の構造では、加工が容易であるという利点もある。
【００３２】
本実施形態のマイクロ波受波部６を用いたマイクロ波照射装置１の効果を確認するために、以下の２種類のシュミレーションテストを実施した。
１）テスト１
マイクロ波導入路の断面形状を矩形のままで変更させずに、マイクロ波を伝送させたときのマイクロ波反射率ａと、マイクロ波導入路に形状変換部（図６参照）を設けてマイクロ波を伝送させたときのマイクロ波反射率ｂとを求めた。この結果、反射率ａは０．０１０６９％であるのに対し、反射率ｂは０．１６６６％であった。
２）テスト２
本実施形態のマイクロ波受波部６によりマイクロ波を伝送させて円形のガラス（誘電性部材１０）を透過させたときのマイクロ波反射率ｃと、従来の形状変換部を有するマイクロ波受波部によりマイクロ波を伝送させて円形のガラスを透過させたときのマイクロ波反射率ｄとを求めた。この結果、反射率ｃは２．５１％であるのに対し、反射率ｄは３．７９％であった。
これらのテスト結果から、本実施形態のマイクロ波受波部６を用いたマイクロ波照射装置１のマイクロ波透過効率が従来例に比して格段に改善されていることが明らかとなった。
【００３３】
本実施形態においては、第２連結部材９により誘電性部材１０を挟み込むとともに、この第２連結部材９に第１連結部材８を固着してその第１連結部材８の内周面に矩形導波路（矩形内周面８ｅ）を形成するように構成したが、図４に示されるように、これら第１連結部材８および第２連結部材９を連結部材１７として一体化する実施形態も可能である。
この場合、連結部材１７の中央部には、導波管５の矩形の内周面に連通する矩形孔１７ａが形成されるとともに、上面に導波管５と連結するための複数個のタップ穴１７ｂが形成される。これ以外の構成については先の実施形態と同様であるので、その詳細な説明は省略することとする。
【００３４】
また、本実施形態においては、容器２のノズルフランジ２ａに取付座７をボルト・ナット結合したものを説明したが、この取付座７は容器２に一体化することもできる。
【００３５】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものである。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明のマイクロ波照射装置は、被処理物へのマイクロ波の照射を連続的に、かつ高効率に行うことができ、しかもメンテナンスも容易に行えることから、各種製品製造分野において幅広く利用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１      マイクロ波照射装置
２      容器
２ａ    ノズルフランジ
３      マイクロ波発振装置
４      開口部（窓）
５      導波管
６      マイクロ波受波部
７      取付座
８      第１連結部材
８ｅ    矩形内周面（マイクロ波導入路）
９      第２連結部材
１０    誘電性部材
１１，１２    ガスケット
１３      金属製ケース
１７      連結部材
１７ａ    矩形孔（マイクロ波導入路）
【図１】
2013206537.tif 000003
【図２】
2013206537.tif 000004
【図３】
2013206537.tif 000005
【図４】
2013206537.tif 000006
【図５】
2013206537.tif 000007
【図６】
2013206537.tif 000008
【図７】
2013206537.tif 000009