JP6833832B2 - マイクロ波透過領域を有するマイクロ波モードスターラ装置 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照

本願は、２０１５年９月３０日に出願された米国仮特許出願第６２／２３４，７５５号による優先権を主張するものであり、その内容に依拠すると共に、その全体を参照して本明細書に組み込む。

本開示は、マイクロ波用途で用いられるモードスターラに関し、具体的には、セラミック形成材料を乾燥させるために用いられるようなマイクロ波乾燥器において用いられる、マイクロ波透過領域を有するマイクロ波モードスターラ装置に関する。

工業用途において、例えば、医薬品、植物およびハーブ、木材、食品、およびセラミック形成材料等の品物を加熱および乾燥させるために、マイクロ波が用いられる。

幾つかのタイプのマイクロ波オーブン、特に、未焼成セラミック形成材料を乾燥させるために用いられるマイクロ波オーブンでは、マイクロ波チャンバ内において複数のマイクロ波モードが共振し得る。そのようなマイクロ波モードは、セラミック材料の非効率なおよび／または不均等な乾燥につながり得る。

本開示の１つの態様は、少なくとも１つのマイクロ波放射源からのマイクロ波放射を撹拌するためのモードスターラ装置である。モードスターラ装置は、マイクロ波放射を実質的に反射する本体を有する撹拌部材であって、外周と中心軸とを有し、該中心軸の周囲を回転可能な撹拌部材と、本体の外周の内側に形成された複数のマイクロ波透過領域であって、マイクロ波放射を実質的に透過させるよう構成されたマイクロ波透過領域とを含む。

本開示の別の態様は、セラミック形成未焼成体を乾燥させるためのマイクロ波乾燥器の内部にある少なくとも１つのマイクロ波出力ポートによって発せられるマイクロ波放射を撹拌するためのモードスターラ装置である。この装置は、中心軸、上面および底面、並びに複数のマイクロ波透過領域を有するコルゲート状の円錐形の本体と、近位端部および遠位端部を有する駆動軸であって、近位端部が、中心軸に沿った位置においてコルゲート状の円錐形の本体に動作可能に取り付けられた、駆動軸と、駆動軸の遠位端部に動作可能に取り付けられた駆動モータとを含む。

本開示の別の態様は、少なくとも１つのマイクロ波出力ポートから発せられるマイクロ波放射を用いて、乾燥チャンバ内のセラミック形成未焼成体を乾燥させる方法である。この方法は、発せられたマイクロ波放射の一部分を、回転するモード撹拌部材を用いて反射する工程であって、反射される一部分がマイクロ波パワーＰＲを有する、工程と、マイクロ波放射の別の一部分を、回転するモード撹拌部材のマイクロ波透過領域を通して透過させる工程であって、透過される一部分がマイクロ波パワーＰＴを有し、ＰＴ／ＰＲの比率が０．０１≦ＰＴ／ＰＲ≦０．５の範囲内である、工程と、マイクロ波の透過された一部分およびマイクロ波の反射された一部分がセラミック形成未焼成体に入射している間、セラミック形成未焼成体を、乾燥チャンバを通して移動させる工程とを含む。

本開示の別の態様は、セラミック形成未焼成体を乾燥させるためのマイクロ波乾燥システム、または「マイクロ波オーブン」である。マイクロ波オーブンは、マイクロ波乾燥のためにセラミック形成未焼成体を内部に配置可能なマイクロ波チャンバと、マイクロ波チャンバ内へとマイクロ波を発するマイクロ波源と、マイクロ波チャンバ内に配設された回転可能なモード撹拌部材であって、マイクロ波を実質的に反射する本体を有する回転可能なモード撹拌部材とを含み、回転可能なモード撹拌部材の本体は、外周と、外周の内側にある複数のマイクロ波透過領域とを含み、マイクロ波透過領域がマイクロ波を実質的に透過させて、マイクロ波透過領域が存在しない場合と比較してより均一なセラミック形成未焼成体のマイクロ波乾燥を提供する。

更なる特徴および長所は、以下の詳細な説明で述べられると共に、部分的にはその説明から当業者に自明であり、または、明細書、特許請求の範囲、および添付の図面に記載されているように実施形態を実施することによって認識される。上記の概要説明および以下の詳細な説明は、単に例示的なものであり、特許請求の範囲の性質および特徴を理解するための概観または枠組みを提供することを意図したものであることを理解されたい。

本明細書において示され説明される実施形態による、湿ったセラミック形成未焼成体を加熱して乾燥させるための例示的なマイクロ波乾燥器システムの模式図 図１の例示的なマイクロ波乾燥器システムの断面図 図１のマイクロ波乾燥器システムの一部分の上面図 本開示による例示的なモードスターラ装置の上方斜視図 本開示による例示的なモードスターラ装置の下方斜視図 図４Ｂのモードスターラ装置の例示的なモード撹拌部材の上面図 Ｉ１に拡大して示すように、マイクロ波透過領域のうちの少なくとも幾つかがマイクロ波透過材料を含む、単一のＳ字形状のブレードによって画成される例示的なモード撹拌部材の上方斜視図 円形の平板の形態を有する例示的なモード撹拌部材の、中心軸ＡＣが回転軸ＡＸに関して角度をつけて配置されたモード撹拌部材を示す、上方斜視図 ４つのブレードを含む例示的なモード撹拌部材の上方斜視図 ３つの楔形のブレードを含む例示的なモード撹拌部材の上面図 ブレードが水平な（ｘ−ｚ）平面に関して角度をつけられた、モード撹拌部材の例示的なブレードの上方斜視図 マイクロ波透過領域の７通りの異なる例示的な形状のうちの１つ、およびそれに対応する最大寸法ｄを示す（例示的な形状は円形である） マイクロ波透過領域の７通りの異なる例示的な形状のうちの１つ、およびそれに対応する最大寸法ｄを示す（例示的な形状は楕円形である） マイクロ波透過領域の７通りの異なる例示的な形状のうちの１つ、およびそれに対応する最大寸法ｄを示す（例示的な形状は正方形である） マイクロ波透過領域の７通りの異なる例示的な形状のうちの１つ、およびそれに対応する最大寸法ｄを示す（例示的な形状は長方形である） マイクロ波透過領域の７通りの異なる例示的な形状のうちの１つ、およびそれに対応する最大寸法ｄを示す（例示的な形状は多角形（例えば、六角形）である） マイクロ波透過領域の７通りの異なる例示的な形状のうちの１つ、およびそれに対応する最大寸法ｄを示す（例示的な形状は不規則形状である） マイクロ波透過領域の７通りの異なる例示的な形状のうちの１つ、およびそれに対応する最大寸法ｄを示す（例示的な形状は外周における凹部である） マイクロ波加熱チャンバ内に配設されたモードスターラ装置の例示的な構成の等角図 図７Ａの例示的なモードスターラ装置の断面模式図 従来のモードスターラを用いたマイクロ波乾燥器についての、例示的なセラミック形成未焼成体の長さＬ（インチ）と対比した、積分された散逸マイクロ波パワーＰＤ（相対単位）のプロット（積分パワー散逸が、破線によって示されている値の周囲においてばらついていることが示されている） 本明細書において開示されるモードスターラ装置を用いた同じマイクロ波乾燥についての図８Ａと類似のプロット（このプロットは、破線の周囲における積分パワー散逸のばらつきが低減されたことを示している）

添付の図面は、更なる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれてその一部をなすものである。図面は１以上の実施形態を示しており、詳細な説明と共に、様々な実施形態の原理および作用を説明する役割をするものである。従って、以下の詳細な説明を、添付の図面と共に読めば、本開示がより完全に理解されよう。

以下、本開示の様々な実施形態を詳細に参照する。それらの例が添付の図面に示されている。可能な場合には常に、同一または類似の部分を参照するために、図面を通して同一または類似の参照番号および記号が用いられる。図面は必ずしも縮尺通りではなく、本開示の主要な態様を示すために図面が簡略化されている部分は当業者に認識されよう。

後述する特許請求の範囲は、この詳細な説明に組み込まれてその一部をなすものである。

一部の図面には、参照のためにデカルト座標が示されているが、これらは、方向または向きに関する限定を意図しない。

以下の議論において、セラミック形成未焼成体を参照して用いられる「シリンダ形状」という用語は、円形に限定されない断面形状を有する物体を記述するために用いられる。

米国特許第６，２６９，０７８号明細書、同第６，４４５，８２６号明細書、同第６，７０６，２２３号明細書、同第７，５９６，８８５号明細書、同第７，８６２，７６４号明細書、同第８，０２０，３１４号明細書、同第８，７２９，４３６号明細書、および米国特許出願公開第２０１３／０１３３２２０号明細書を参照して本明細書に組み込む。

セラミックに基づく製品（例えば、ハニカム構造を有する基体およびフィルタ等）の製造において、マイクロ波乾燥が用いられ得る。セラミックに基づくフィルタおよび基体は、セラミック形成バッチ材料の押出し成形によって形成される。次に、押出し成形された湿った未焼成製品は、切断されて処理され、処理は、一例では、湿った未焼成製品をマイクロ波乾燥システムに通すことを含む。最終的な製品に悪影響を与える亀裂、クラック、サイズの変化等を回避するために、湿った未焼成製品は均等に乾燥するのが理想的である。

例えば、誘電特性、製品の幾何形状（即ち、サイズ、形状、長さ等）、製品相互の近接、およびマイクロ波乾燥器構成の等の幾つかのパラメータの全てが、所与の湿った未焼成製品がどの程度均等に乾燥するかに寄与する。

一部のケースでは、マイクロ波乾燥器内においてマイクロ波エネルギーを混合または分散するために、モードスターラ装置が用いられる。マイクロ波は、マイクロ波源に動作可能に接続されたマイクロ波導波路の端部にあるマイクロ波ポートを介して、マイクロ波乾燥器の内部へと発せられ得る。乾燥器の内部では、マイクロ波のエネルギーはマイクロ波モードの分布を有し、モードは、主に、マイクロ波乾燥器の幾何形状、マイクロ波の波長、および１以上の導波路ポートの位置によって定められる。

モードは、マイクロ波乾燥器内におけるエネルギーの均等な分布を示さない場合があるので、マイクロ波乾燥器を通過するセラミック形成未焼成体の不均等な乾燥に寄与し得る。従って、一部のケースでは、マイクロ波エネルギーのより均一な分布、およびそれに従ってより均等なマイクロ波加熱を設けるために、モードを混合する、即ち、マイクロ波エネルギーを分散させるためのモードスターラ装置が用いられ得る。

マイクロ波乾燥器システム
図１は、本明細書において示され説明される実施形態による、湿ったセラミック形成未焼成体１３２を加熱して乾燥させるための例示的なマイクロ波乾燥器システム（または「マイクロ波オーブン」）１００の模式図である。図２は、図１の例示的なマイクロ波乾燥器システム１００の断面図である。図３は、図１のマイクロ波乾燥器システム１００の一部分の上面図である。

図１〜図３を参照すると、マイクロ波乾燥器１００は、側壁１０４、入口１０６、出口１０８、上部１１０、および底部１１２を有するマイクロ波加熱チャンバ１０２を含む。側壁１０４、上部１１０、および底部１１２は、チャンバ内部１１４を画成する。一実施形態では、側壁１０４、上部１１０、および底部１１２は、２００℃の範囲内の温度における高い導電性および酸化耐性を示し得る、マイクロ波を通さない非磁性材料から形成され得る。マイクロ波加熱チャンバ１０２の上部１１０、底部１１２、および側壁１０４の各々は、絶縁体（例えば、ガラスファイバまたはそれに相当する絶縁性材料）の層が間に配設された内側シェルおよび外側シェルを含み得る。

連続したスループットを容易にするために、マイクロ波乾燥器１００は、チャンバ内部１１４を通してセラミック形成未焼成体１３２を輸送するための輸送システム１２０を含み得る。輸送システム１２０は、マイクロ波加熱チャンバ１０２のチャンバ内部１１４を通って入口１０６から出口１０８まで延びていてもよい。一実施形態では、輸送システム１２０は、ｚ方向に走行してチャンバ内部１１４を通過するコンベア１２２（例えば、ベルトまたはチェーンリンク）を含む。コンベア１２２は、入口１０６から出口１０８までｚ方向に移動するものであり、セラミック形成未焼成体１３２が個々に支持されるトレー１３０を担持する上面１２４を含む。セラミック形成未焼成体１３２はシリンダ形状であり、中心軸Ａ１および軸方向の長さＬを有する。一例では、セラミック形成未焼成体１３２は、中心軸ｌがｘ方向になるよう、即ち、コンベア１２２の移動方向に対して直角になるようトレー１３０上に支持される。マイクロ波加熱チャンバ１０２は、コンベア１２２の動作によってセラミック形成未焼成体１３２が連続してチャンバ内部１１４を通過し得るように構成され得る。

輸送システム１２０は、セラミック形成未焼成体１３２を、マイクロ波加熱チャンバ１０２を通して入口１０６から出口１０８まで搬送するための任意の適切なシステムを含み得ることを理解されたい。

マイクロ波乾燥器１００は、波長λおよびそれに対応する周波数ｆを有するマイクロ波エネルギー（「マイクロ波」）１５２を発生するマイクロ波源１５０を含む。マイクロ波源１５０は、マイクロ波加熱チャンバ１００のチャンバ内部１１４に動作可能に結合される。一例では、動作可能な結合は、マイクロ波加熱チャンバ１０２の上部１１０にある出力ポート１５６を有するマイクロ波導波路１５４を介したものである。例として、２つのマイクロ波導波路１５４および２つの出力ポート１５６が示されている。

例示的な実施形態では、マイクロ波源１５０は、パワー調節機能を有する従来のマグネトロンを含み得る。発生されるマイクロ波エネルギーの周波数ｆは、約９００ＭＨｚ（０．９ＧＨｚ）より大きいものであり得る。一実施形態では、マイクロ波源によって発生されるマイクロ波エネルギーの周波数ｆは約１０ＭＨｚ〜約１００ＧＨｚであり、より具体的には、米国における工業用のマイクロ波帯域に概ね対応する約１ＧＨｚ〜約６ＧＨｚの周波数ｆである。

一般的に、マイクロ波源１５０は、発せられるマイクロ波のパワーを高々約２００ｋＷまで変えるよう動作可能であり得る。例えば、マイクロ波源１５０は、約９１５ＭＨｚの周波数ｆで１００ｋＷのパワーを有するマイクロ波エネルギー１５２を発生可能であり得る。このタイプのマグネトロンは、負荷（例えば、セラミック形成未焼成体中の水分の重量を含むマイクロ波加熱チャンバ内のセラミック形成未焼成体の総重量）、セラミック形成未焼成体の幾何学的構成、セラミック形成未焼成体の組成、セラミック形成未焼成体の配置、およびセラミック形成未焼成体がマイクロ波加熱チャンバを通過する速度を含むがそれらに限定されない幾つかの要因に応じて、セラミック未焼成体１３２内の温度を僅か１〜１０分で乾燥温度まで急速に上昇させるのに十分なマイクロ波エネルギーを発生し得る。

一例では、マイクロ波源１５０とマイクロ波加熱チャンバ１０２の上部１１０との間には、チャンバ内部１１４から導波路１５４内に戻るよう反射されるマイクロ波エネルギー１５２および別様でマイクロ波源１５０に戻り得るマイクロ波エネルギー１５２を逸らすためのサーキュレータ（図示せず）が配設され得る。

マイクロ波源１５０の制御を容易にするために、マイクロ波源はプログラム可能論理コントローラ（ＰＬＣ）１６０に電気的に結合され得る。ＰＬＣ１６０は、マイクロ波源１５０によって発生されるマイクロ波エネルギーのパワーを変えるよう動作可能であり得る。一実施形態では、ＰＬＣ１６０は、マイクロ波源１５０に、マイクロ波源１５０によって発生されるマイクロ波エネルギーのパワーを変えるための電気信号を送るよう動作可能であり得る。また、ＰＬＣ１６０は、マイクロ波源１５０から、マイクロ波源１５０によって発生されているマイクロ波エネルギーのパワーを示す信号を受信するよう動作可能であり得る。

マイクロ波加熱チャンバ１０２の入口１０６および出口１０８には、チャンバ内部に向かうおよびチャンバ内部から出るセラミック形成未焼成体１３２の流れを可能にしつつ、チャンバ内部１１４からの放射の漏れを低減するためのシールド（図示せず）が備えられ得る。

一実施形態では、マイクロ波加熱チャンバ１０２は、チャンバ内部１１４が所与のマイクロ波周波数範囲内における多数の共振モードをサポートできるように、マルチモーダルであり得る。例示的な実施形態では、モードスターラ装置２００は、モードスターラ駆動器３１０（例えば、モータ）によって駆動され、セラミック形成未焼成体１３２の加熱および乾燥を改善するために、チャンバ内部においてマイクロ波エネルギー１５２の改善された均一性を提供するよう（例えば、チャンバ１０２の上部１１０に隣接して、または上部１１０上に、および／または側面１０４、１０６、１０８上に）動作可能に配置される。ここで、モードスターラ装置２００の実施形態を以下に述べる。

モードスターラ装置
図４Ａおよび図４Ｂは、本明細書において開示される例示的なモードスターラ装置２００の例の上方斜視図である。モードスターラ装置２００は、モード撹拌部材（「撹拌部材」）２１０を含む。撹拌部材２１０は、様々な形状および構成を有してよく、その例を以下に述べる。図４Ｃは、図４Ａのモードスターラ装置２００の例示的なモード撹拌部材２１０の上面図である。

撹拌部材２１０は、本体２１１、中心軸ＡＣ、上面２２２、底面２２４、および外周２２６を有する。撹拌部材は、複数のマイクロ波透過領域２５０も含み、それらについてはより詳細に後述する。

モードスターラ装置２００は、近位端部３０２および遠位端部３０４を有する駆動軸３００も含む。近位端部３０２は撹拌部材２１０に動作可能に接続されており、遠位端部３０４は駆動モータ３１０に動作可能に取り付けられるか、または別様で駆動モータ３１０によって機械的に係合される。

図２、図３、および図４Ａ〜図４Ｃに示されている例示的なモードスターラ装置２００では、例示的な撹拌部材２１０は概ね円錐形状を有する。以下の議論では、説明を容易にするために、この特定の円錐形の撹拌部材２１０を参照するが、議論は、この特定の撹拌部材への参照によって限定されないことが理解されよう。

例示的な円錐形の撹拌部材以外にも、撹拌部材２１０には他の幾何形状が用いられてもよい。例えば、図５Ａは、単一のＳ字形状のブレード２１３によって画成される例示的なモード撹拌部材２１０の上方斜視図であり、複数のマイクロ波透過領域のうちの少なくとも幾つかは、Ｉ１に拡大して示されているように、マイクロ波透過材料２１５を含む。

図５Ｂは、円形の平板の形態を有する例示的な撹拌部材２１０の上方斜視図である。撹拌部材２１０は、中心軸ＡＣが回転軸ＡＸに関して角度をつけて配置されており、従って、ｘ−ｚ平面内にある回転ＲＰの水平な平面に関して角度がつけられている。

図５Ｃは、互いに関して９０度に配置された４つのブレード２１３を含み、各ブレードが異なるサイズの複数のマイクロ波透過領域２５０を有する、例示的な撹拌部材２１０の上方斜視図である。

図５Ｄは、３つの楔形のブレードを含む別の例示的な撹拌部材２１０の上面図であり、各ブレードは、異なるサイズおよび異なる形状の複数のマイクロ波透過性領域２５０を含む。

図５Ｅは、例えば、図５Ｃに示されているような撹拌部材２１０の例示的なブレード２１３の上方斜視図であり、ブレードは水平な（ｘ−ｚ）平面に関して角度がつけられている。従って、上面２２２も角度のついた表面２２２Ａを画成する。

再び図４Ａ〜図４Ｃを参照すると、円錐形の撹拌部材２１０は、上面２２２において山２１４（図４Ｃの実線）および谷２１６（図４Ｃの破線）を画成するコルゲーション２１２を含む。コルゲーション２１２は、複数の角度のついた表面部分または面２２２Ａと、中心軸ＡＣ上にある頂点ＡＰとを画成する。角度のついた表面部分または面２２２Ａは、中心軸ＡＣに対して垂直な平面（例えば、水平な平面またはｘ−ｚ平面）に対して相対的に測定され得る。

以下に紹介して述べる図７Ｂも参照すると、円錐形の撹拌部材２１０は、半径ｒ（図４Ｃ）と、頂点ＡＰ（図７Ｂ）における半角α（「頂点角度」）とを有する。一例では、頂点角度αは５度から９０度未満（例えば、８９度）までの範囲内であり、α＝９０度は、本体２１１が平板である実施形態に対応する。また、円錐形の撹拌部材２１０の本体２１１は、一例では１０ミル〜２００ミル（０．２５４ミリメートル〜５．０８ミリメートル）の範囲内である厚さＴＨを有する。また、円錐形の撹拌部材２１０は、一例では２４インチ〜７２インチ（６０．９６センチメートル〜１８２．８８センチメートル）の範囲内である最大寸法（例えば直径）Ｄを有する。一例では、基部直径は、導波路出力ポート１５６間の中心間間隔Ｓによって画成され、Ｄ≧Ｓであり、更に一例ではＳ≦Ｄ≦（１．５）Ｓである。また、円錐形の撹拌部材２１０は、ベースラインＢＬから頂点ＡＰまで測定される高さｈを有する。

図４Ａおよび図４Ｂの例示的な円錐形の撹拌部材２１０は、６つのコルゲーション２１２を示しており、コルゲーションの数Ｎは、山２１４の数Ｎ_Ｐまたは谷の数Ｎ_Ｖ２１６によって定められ、Ｎ_Ｐ＝Ｎ_Ｖである。コルゲーションは、例えば図４Ａに示されているような比較的鋭いものであってもよく、または、比較的滑らかもしくは丸みのあるものであってもよい。６つのコルゲーション２１２は、１２面の角度のついた表面２２２Ａを画成する。円錐形の撹拌部材２１０の円錐形の主な目的は、マイクロ波１５２を、導波路出力ポート１５２に戻るのではなくチャンバ１０２の壁１０４に向かうよう偏向させることである。同様に、角度のついた表面部分２２２Ａは、モードスターラがその中心軸ＡＣ周りに回転する際に、表面２２２からのマイクロ波１５２の反射角度を変える役割をし、これは、以下に述べるように、チャンバ内部１１４においてマイクロ波モードを混合または「撹拌」する一助となる。

マイクロ波透過領域
上述のように、モードスターラ装置２００の撹拌部材２１０は、本体２１１に形成された複数のマイクロ波透過領域２５０を含み、各マイクロ波透過領域２５０は内面２５１によって画成される。一例では、マイクロ波透過領域２５０は、上面２２２から底面２２４まで延びる複数の開口部または穿孔によって画成される。一例では、マイクロ波透過領域２５０は外周２５６の内側にある、即ち、内面２５１は外周と交差しない。別の例では、マイクロ波透過領域２５０のうちの少なくとも１つは本体２１１の外周２２６と交差して、外周に、外周から内側に延びる凹部（例えば、溝またはスロット）を形成する（以下で紹介して述べる図６Ｇを参照）。一例では、マイクロ波透過領域２５０の全ては外周２２６の内側にある、即ち、外周には凹部タイプのマイクロ波透過領域は形成されない。

一例では、マイクロ波透過領域は、本体２１１にわたって略均等に分布している。一例では、マイクロ波透過領域２５０は、マイクロ波透過領域内には本体２１１の固体材料が存在しないという意味で「穴」である。穴の形態のマイクロ波透過領域２５０の長所は、穴が、乾燥処理中に蒸気が撹拌部材２１０を通過するのを可能にする手段として作用できることであり、それによってセラミック形成未焼成体上に結露する機会が低減される。別の例では、マイクロ波透過領域２５０のうちの１以上には、マイクロ波透過材料２１５（例えば、図５Ａに示されている上述のような誘電材料）が充填される。別の例では、マイクロ波透過領域２５０は、本体２１１にわたってランダムに分布している。

図４Ａは、説明のために、円錐形の撹拌部材２１０の角度のついた表面２２２Ａのうちの２つのみがマイクロ波透過領域２５０を有するものとして示している。一例では、全ての角度のついた表面２２２Ａがマイクロ波透過領域を含む。図４Ｂは、直径ｄを有し、エッジ間間隔ｓだけ離間された２つの例示的な円形マイクロ波透過領域２５０の拡大図を含む。

また、一例では、マイクロ波透過領域２５０は略同じサイズを有する（即ち、全てのマイクロ波透過領域についてｄが同じである）が、例えば図４Ｂの拡大図に示されているような別の例では、マイクロ波透過領域２５０は様々なサイズを有し得る（即ち、全てのマイクロ波透過領域についてｄが同じである必要はない）。一例では、マイクロ波透過領域２５０が円形の形状ではない場合には、寸法ｄは、（例えば、楕円形状のマイクロ波透過領域の長軸に沿って測定された）最大寸法に対応する。

図６Ａ〜図６Ｇは、マイクロ波透過領域２５０の７通りの異なる例示的な形状と、それらに対応する最大寸法ｄとを示しており、例示的な形状は、円形（図６Ａ）、楕円形（図６Ｂ）、正方形（図６Ｃ）、長方形スリット（図６Ｄ）、多角形（例えば、六角形）（図６Ｅ）、不規則形状（図６Ｆ）、および外周２２６において凹部を形成する開口部（即ち、溝またはスロット）である。

一例では、撹拌部材２１０はＭ個のマイクロ波透過領域２５０を有し、Ｍは１０〜１０００である。一例では、円錐形の撹拌部材２１０の角度のついた各部分２２２Ａは、５〜１５０個のマイクロ波透過領域２５０を含む。

一例では、マイクロ波透過領域２５０間の間隔ｓは均一である必要はない。例えば、間隔ｓは、本体２１１上におけるマイクロ波透過領域の位置の関数として変化してもよい。一例では、透過マイクロ波放射１５２Ｔに関して、マイクロ波透過領域の寸法ｄが０．０２５λ≦ｄ≦０．５λの範囲内であるように、マイクロ波透過領域２５０のうちの少なくとも幾つかの寸法ｄはλ／１５である。従って、約３３ｃｍの波長λを有するマイクロ波放射については、マイクロ波透過領域は、０．８ｃｍ〜１６．５ｃｍの範囲内の寸法ｄを有し得る。

透過マイクロ波放射１５２Ｔが実質的により高いことが所望される別の例では、マイクロ波透過領域のうちの少なくとも幾つかの寸法ｄは、ｄ＞０．５λの関係を満たし得る。

図７Ａは、例示的なモードスターラ装置２００の幾つかの例示的な幾何学的特性およびパラメータを示す等角図であり、図７Ｂは、図５Ａのモードスターラのｘ−ｚ平面における断面図である。

図２、図７Ａ、および図７Ｂを参照すると、モードスターラ装置２００の撹拌部材２１０は、撹拌部材がチャンバ内部１１４においてマイクロ波加熱チャンバ１０２の上面１１０に隣接し、且つ、１以上のマイクロ波出力ポート１５６と輸送システム１２０との間にあるように、駆動軸３００によって支持されている。表面２２２（または、円錐形の撹拌部材２１０の場合には頂点ＡＰ）は、加熱チャンバ１０２の上面１１０から距離Ｈだけ離間している。マイクロ波１５２は、１以上の導波路出力ポート１５６の各々から発せられ、撹拌部材２１０に入射する。一方、駆動モータ３１０は、作動されると、駆動軸３００を回転駆動し、それによって撹拌部材２１０がその中心軸ＡＣ周りに回転する。

発せられたマイクロ波１５２の一部分は、撹拌部材２１０の表面２２２から反射して、反射マイクロ波１５２Ｒを構成し、マイクロ波の別の一部分は、マイクロ波透過領域２５０を透過して、透過マイクロ波１５２Ｔを構成する。一例では、反射マイクロ波１５２Ｒは、加熱チャンバ１０２の壁１０６、上部１１０、および底部１１２のうちの少なくとも１つから反射してから、輸送システム１２０によってチャンバ内部１１４を通して搬送されているセラミック形成未焼成体１３２に到達する。透過マイクロ波１５２Ｔは、マイクロ波透過領域２５０を通って、より直接的な経路によってセラミック形成未焼成体１３２に到達する。

撹拌部材２１０の回転がマイクロ波１５２を「撹拌する」とは、チャンバ内部に静止したマイクロ波モードが確立されるのを防止するために、チャンバ内部１１４における反射マイクロ波１５２Ｒの方向が時変的に変えられることを意味する。撹拌部材２１０の回転によって、透過マイクロ波１５２の位置も時変的に移動する、即ち、撹拌部材は単にシャッターとして作用するのではない。マイクロ波１５２の撹拌は、少なくとも１つの角度のついた表面２２２Ａを有する撹拌部材２１０（例えば、円錐形の撹拌部材２１０等）によって、または、例えば、図５Ｃの例示的な撹拌部材に示されているように、撹拌部材自体を水平な平面に関して角度をつけて配置することによって、容易になる。撹拌部材２１０の例示的な回転速度は１回転／分（ＲＰＭ）〜２０ＲＰＭである。

一例では、少なくとも１つのマイクロ波出力ポート１５６から最初に発せられるマイクロ波１５２はマイクロ波パワーＰＥを有し、一方、反射マイクロ波１５２Ｒはマイクロ波パワーＰＲを有し、透過マイクロ波はマイクロ波パワーＰＴを有する。マイクロ波透過領域は、セラミック形成未焼成体１３２の乾燥の均一性を最適化するために、反射マイクロ波放射１５２Ｒと透過マイクロ波放射１５２Ｔとの相対的な量を調整するために用いられ得る。一例では、マイクロ波透過領域は、パワー比ＰＴ／ＰＲが０．０１≦ＰＴ／ＰＲ≦０．５、別の例では０．０５≦ＰＴ／ＰＲ≦０．５、更に別の例では０．１≦ＰＴ／ＰＲ≦０．５の範囲内であるように構成される。

一例では、撹拌部材２１０およびそのマイクロ波透過領域２５０を用いることにより、セラミック形成未焼成体１３２の加熱（およびそれに従って乾燥）は、マイクロ波透過領域を含まない同じ撹拌部材２１０を用いた（即ち、「中実の」または「穿孔されていない」撹拌部材を用いた）場合と比較して、より均一になる。一例では、セラミック形成未焼成体１３２にわたる加熱（およびそれに従って乾燥）の均一性の改善は、セラミック形成未焼成体に湿った領域が存在しないことによって明らかになる。本明細書において開示されるマイクロ波透過領域２５０を含まないモード撹拌装置を用いた乾燥中には、そのような湿った領域が生じることが見出された。ここで、「湿った領域」とは、（例えば、乾燥が完了した際に存在する液体含有量が最大量より少ないことによって定義される）所与の乾燥仕様を満たさないセラミック形成未焼成体１３２の領域を指す。

図８Ａは、いかなるマイクロ波透過領域も含まない従来のモードスターラを用いた比較例のマイクロ波乾燥構成について、セラミック形成未焼成体１３２上において測定された、長さＬ（インチ）と対比した、積分された散逸マイクロ波パワーＰＤ（相対単位）のプロットである。積分パワー散逸は、破線によって示されている約２の値の実質的に周囲においてばらついている。図８Ｂは、同じ乾燥構成についての、本明細書において開示されるモードスターラ装置２００を用いた場合の、図８Ａと類似のプロットである。このプロットは、破線の周囲における積分パワー散逸のばらつきが低減された（即ち、均一性が高まった）ことを示しており、セラミック形成未焼成体１３２乾燥させる際のマイクロ波パワーのばらつきの量の低減におけるモードスターラ装置２００の有効性を示している。散逸パワーがばらつきの中心領域付近まで低減されることは、乾燥の不均一性の低減に直につながる。

添付の特許請求の範囲において定められる本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書に記載された本開示の好ましい実施形態に対して様々な変更が行われ得ることが、当業者には自明であろう。従って、本開示は、添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物の範囲内である変形および変更を網羅する。

以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。

実施形態１
少なくとも１つのマイクロ波放射源からのマイクロ波放射を撹拌するためのモードスターラ装置において、
マイクロ波放射を実質的に反射する本体を有する撹拌部材であって、外周と中心軸とを有し、該中心軸の周囲を回転可能な撹拌部材と、
前記本体の前記外周の内側に形成された複数のマイクロ波透過領域であって、前記マイクロ波放射を実質的に透過させるよう構成されたマイクロ波透過領域と
を含むことを特徴とする装置。

実施形態２
前記本体が、前記中心軸に対して垂直な平面に対して相対的に測定された少なくとも１つの角度のついた表面を含む、実施形態１記載の装置。

実施形態３
前記少なくとも１つの角度のついた表面が、同じサイズおよび形状を有する複数の角度のついた表面を含む、実施形態１または２記載の装置。

実施形態４
前記撹拌部材が、頂点を有する概ね円錐形状を有し、前記中心軸が前記頂点を通る、実施形態１〜３のいずれか１つに記載の装置。

実施形態５
前記マイクロ波透過領域が同じサイズおよび形状を有する、実施形態１〜４のいずれか１つに記載の装置。

実施形態６
前記マイクロ波透過領域の全てが円形形状または楕円形状を有する、実施形態１〜５のいずれか１つに記載の装置。

実施形態７
前記マイクロ波透過領域が前記本体にわたって略均等に分布した、実施形態１〜６のいずれか１つに記載の装置。

実施形態８
前記マイクロ波透過領域の全てが完全に前記外周の内側にある、実施形態１〜７のいずれか１つに記載の装置。

実施形態９
前記マイクロ波透過領域が、前記本体にある複数の開口部を含む、実施形態１〜８のいずれか１つに記載の装置。

実施形態１０
前記マイクロ波放射が波長λを有するとき、各前記マイクロ波透過領域が０．０２５λ≦ｄ≦０．５λの範囲内の寸法ｄを有する、実施形態１〜９のいずれか１つに記載の装置。

実施形態１１
前記撹拌部材が複数のブレードを含む、実施形態１〜１０のいずれか１つに記載の装置。

実施形態１２
近位端部および遠位端部を有する駆動軸であって、前記近位端部が前記撹拌部材に動作可能に接続された駆動軸と、前記駆動軸の前記遠位端部に動作可能に接続された駆動モータであって、前記駆動軸を軸方向に回転させることによって前記撹拌部材に回転を付与するよう構成された駆動モータとを更に含む、実施形態１〜１１のいずれか１つに記載の装置。

実施形態１３
前記駆動軸が前記中心軸と同軸である、実施形態１２記載の装置。

実施形態１４
前記マイクロ波放射が、前記少なくとも１つのマイクロ波源に動作可能に結合され中心間距離Ｓだけ離間された２以上の出力ポートから発せられ、前記撹拌部材がＤ≧Ｓである寸法Ｄを有する、実施形態１〜１３のいずれか１つに記載の装置。

実施形態１５
前記複数のマイクロ波透過領域が１０〜１０００個ある、実施形態１〜１４のいずれか１つに記載の装置。

実施形態１６
前記マイクロ波透過領域のうちの１以上がマイクロ波透過材料を含む、実施形態１〜１５のいずれか１つに記載の装置。

実施形態１７
セラミック形成未焼成体を乾燥させるためのマイクロ波乾燥器の内部にある少なくとも１つのマイクロ波出力ポートによって発せられるマイクロ波放射を撹拌するためのモードスターラ装置において、
中心軸、上面および底面、並びに複数のマイクロ波透過領域を有するコルゲート状の円錐形の本体と、
近位端部および遠位端部を有する駆動軸であって、前記近位端部が前記中心軸に沿った位置において前記コルゲート状の円錐形の本体に動作可能に取り付けられた、駆動軸と、
前記駆動軸の前記遠位端部に動作可能に取り付けられた駆動モータと
を含むことを特徴とする装置。

実施形態１８
前記マイクロ波透過領域が複数の開口部によって画成される、実施形態１７記載の装置。

実施形態１９
前記マイクロ波透過領域の全てが同じサイズおよび同じ形状を有する、実施形態１７または１８記載の装置。

実施形態２０
前記マイクロ波透過領域のうちの少なくとも幾つかが周期的に分布していない、実施形態１７〜１９のいずれか１つに記載の装置。

実施形態２１
前記マイクロ波放射が波長λを有し、各前記マイクロ波透過領域が０．０２５λ≦ｄ≦０．５λの範囲内の最大寸法ｄを有する、実施形態１７〜２０のいずれか１つに記載の装置。

実施形態２２
少なくとも１つのマイクロ波出力ポートから発せられるマイクロ波放射を用いて、乾燥チャンバ内のセラミック形成未焼成体を乾燥させる方法において、
前記発せられたマイクロ波放射の一部分を、回転するモード撹拌部材を用いて反射する工程であって、前記反射される一部分がマイクロ波パワーＰＲを有する、工程と、
前記マイクロ波放射の別の一部分を、前記回転するモード撹拌部材のマイクロ波透過領域を通して透過させる工程であって、前記透過される一部分がマイクロ波パワーＰＴを有し、ＰＴ／ＰＲの比率が０．０１≦ＰＴ／ＰＲ≦０．５の範囲内である、工程と、
前記セラミック形成未焼成体に前記マイクロ波の前記透過された一部分および前記マイクロ波の前記反射された一部分を照射しながら、前記セラミック形成未焼成体を、前記乾燥チャンバを通して移動させる工程と
を含むことを特徴とする方法。

実施形態２３
前記回転するモード撹拌部材が、１０≦Ｍ≦１０００の範囲内であるＭ個のマイクロ波透過領域を有する、実施形態２２記載の方法。

実施形態２４
前記乾燥チャンバが、側壁、上部、および底部を含み、前記反射されたマイクロ波放射が、前記側壁、前記上部、および前記底部のうちの少なくとも１つから反射してから、前記セラミック形成未焼成体に入射する、実施形態２２または２３記載の方法。

実施形態２５
セラミック形成未焼成体を乾燥させるためのマイクロ波オーブンにおいて、
マイクロ波乾燥のためにセラミック形成未焼成体を内部に配置可能なマイクロ波チャンバと、
前記マイクロ波チャンバ内へとマイクロ波を発するマイクロ波源と、
前記マイクロ波チャンバ内に配設された回転可能なモード撹拌部材であって、前記マイクロ波を実質的に反射する本体を有する回転可能なモード撹拌部材と
を含み、
前記回転可能なモード撹拌部材の前記本体が、外周と、該外周の内側にある複数のマイクロ波透過領域とを含み、前記マイクロ波透過領域が前記マイクロ波を実質的に透過させて、前記マイクロ波透過領域が存在しない場合と比較してより均一な前記セラミック形成未焼成体のマイクロ波乾燥を提供する
ことを特徴とするマイクロ波オーブン。

実施形態２６
前記回転可能なモード撹拌部材の前記本体が、複数の角度のついた面を含む、実施形態２５記載のマイクロ波オーブン。

実施形態２７
前記本体が円錐形状を有する、実施形態２５または２６に記載のマイクロ波オーブン。

実施形態２８
前記マイクロ波透過領域の全てが完全に前記外周の内側にある、実施形態２５〜２７のいずれか１つに記載のマイクロ波オーブン。

１００ マイクロ波乾燥器システム（マイクロ波オーブン）
１０２ マイクロ波加熱チャンバ
１０４ 側壁
１０６ 入口
１０８ 出口
１１０ 上部
１１２ 底部
１１４ チャンバ内部
１２０ 輸送システム
１２２ コンベア
１３２ セラミック形成未焼成体
１５０ マイクロ波源
１５２ マイクロ波エネルギー（マイクロ波）
１５４ マイクロ波導波路
１５６ 出力ポート
１６０ プログラム可能論理コントローラ（ＰＬＣ）
２００ モードスターラ装置
２１０ 撹拌部材
２１１ 本体
２２２ 上面
２２４ 底面
２２６ 外周
２５０ マイクロ波透過領域
３００ 駆動軸
３０２ 近位端部
３０４ 遠位端部
３１０ 駆動モータ
ＡＣ 中心軸

Claims (5)

1. 少なくとも１つのマイクロ波放射源からの波長λを有するマイクロ波放射を撹拌するためのモードスターラ装置において、
   マイクロ波放射を反射する本体を有する撹拌部材であって、外周と中心軸とを有し、該中心軸の周囲を回転可能な撹拌部材と、
   前記本体の前記外周の内側に形成された複数のマイクロ波透過領域であって、前記マイクロ波放射を透過させるよう構成されたマイクロ波透過領域と
   を含み、
   前記複数のマイクロ波透過領域の各々は、最大寸法ｄが０．０２５λ≦ｄ≦０．５λであり、
   前記複数のマイクロ波透過領域の数は１０と１０００の間であることを特徴とする装置。
2. 前記撹拌部材が、頂点を有する円錐形状を有し、前記中心軸が前記頂点を通る、請求項１記載の装置。
3. セラミック形成未焼成体を乾燥させるためのマイクロ波乾燥器の内部にある少なくとも１つのマイクロ波出力ポートによって発せられる波長λを有するマイクロ波放射を撹拌するためのモードスターラ装置において、
   中心軸、上面および底面、並びに複数のマイクロ波透過領域であって、前記複数のマイクロ波透過領域の各々は、最大寸法ｄが０．０２５λ≦ｄ≦０．５λであり、前記複数のマイクロ波透過領域の数は１０と１０００の間である複数のマイクロ波透過領域を有するコルゲート状の円錐形の本体と、
   近位端部および遠位端部を有する駆動軸であって、前記近位端部が、前記中心軸に沿った位置において前記コルゲート状の円錐形の本体に動作可能に取り付けられた駆動軸と、
   前記駆動軸の前記遠位端部に動作可能に取り付けられた駆動モータと
   を含むことを特徴とする装置。
4. 少なくとも１つのマイクロ波出力ポートから発せられる波長λを有するマイクロ波放射を用いて、乾燥チャンバ内のセラミック形成未焼成体を乾燥させる方法において、
   前記発せられたマイクロ波放射の一部分を、回転するモード撹拌部材を用いて反射する工程であって、前記反射される一部分がマイクロ波パワーＰＲを有する、工程と、
   前記マイクロ波放射の別の一部分を、前記回転するモード撹拌部材のマイクロ波透過領域を通して透過させる工程であって、前記透過される一部分がマイクロ波パワーＰＴを有し、ＰＴ／ＰＲの比率が０．０１≦ＰＴ／ＰＲ≦０．５の範囲内であり、前記マイクロ波透過領域の各々は、最大寸法ｄが０．０２５λ≦ｄ≦０．５λであり、前記マイクロ波透過領域の数は１０と１０００の間である、工程と、
   前記セラミック形成未焼成体に前記マイクロ波の前記透過された一部分および前記マイクロ波の前記反射された一部分を照射しながら、前記セラミック形成未焼成体を、前記乾燥チャンバを通して移動させる工程と
   を含むことを特徴とする方法。
5. セラミック形成未焼成体を乾燥させるためのマイクロ波オーブンにおいて、
   マイクロ波乾燥のためにセラミック形成未焼成体を内部に配置可能なマイクロ波チャンバと、
   前記マイクロ波チャンバ内へと波長λを有するマイクロ波を発するマイクロ波源と、
   前記マイクロ波チャンバ内に配設された回転可能なモード撹拌部材であって、前記マイクロ波を反射する本体を有する回転可能なモード撹拌部材と
   を含み、
   前記回転可能なモード撹拌部材の前記本体が、外周と、該外周の内側にある複数のマイクロ波透過領域であって、前記複数のマイクロ波透過領域の各々は、最大寸法ｄが０．０２５λ≦ｄ≦０．５λであり、前記複数のマイクロ波透過領域の数は１０と１０００の間である複数のマイクロ波透過領域とを含み、前記マイクロ波透過領域が前記マイクロ波を透過させて、前記マイクロ波透過領域が存在しない場合と比較してより均一な前記セラミック形成未焼成体のマイクロ波乾燥を提供することを特徴とするマイクロ波オーブン。

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