JP6881793B1 - マイクロ波処理装置、及びマイクロ波処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】円筒状形状のキャビティの軸方向の長さが長くても、マイクロ波を照射したい箇所において、マイクロ波の照射対象物にマイクロ波を適切に照射することができるマイクロ波処理装置を提供する。【解決手段】マイクロ波処理装置１は、回転可能に支持され、マイクロ波の照射対象物が入れられる空間を内部に有すると共に、軸方向の一部の領域にマイクロ波の１または複数の透過領域を有する円筒状形状のキャビティ１１と、キャビティ１１を軸周りに回転させる回転駆動部と、マイクロ波の１または複数の透過領域の外周側に、キャビティ１１を円周方向の全体に亘って覆うように設けられ、マイクロ波の導波路を形成すると共に、ベース側に固定されたカバー部材１３と、マイクロ波発生器１４とを備える。マイクロ波発生器１４からのマイクロ波は、導波路を介してキャビティ１１の円周側面から内部の空間に導入される。【選択図】図１

Description

本発明は、円筒状形状のキャビティ内の対象物にマイクロ波を照射するマイクロ波処理装置、マイクロ波導入装置、及びマイクロ波処理方法に関する。

従来、円筒形状のキャビティを回転させながら、そのキャビティ内の対象物（被加熱物）にマイクロ波を照射して加熱することによって、対象物の乾燥または反応などを行う処理装置が知られている（特許文献１参照）。

特開２０１７−１９５０９６号公報

しかしながら、従来の処理装置においては、円筒形状のキャビティの端部からマイクロ波をキャビティ内に導入するため、キャビティの軸方向の長さが長くなった場合に、キャビティ内の対象物を適切に加熱することができなくなる可能性があるという問題があった。一般的に言えば、回転可能な円筒状形状のキャビティ内の対象物により適切にマイクロ波を照射するようにしたいという要望があった。

本発明は、上記状況に応じてなされたものであり、回転可能な円筒状形状のキャビティ内の対象物により適切にマイクロ波を照射することができるマイクロ波処理装置、マイクロ波導入装置、及びマイクロ波処理方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様によるマイクロ波処理装置は、固定されたベースに回転可能に支持され、マイクロ波の照射対象物が入れられる空間を内部に有する円筒状形状のキャビティと、キャビティを円筒状形状の軸周りに回転させる回転駆動部と、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生器と、を備え、マイクロ波発生器によって発生されたマイクロ波は、キャビティの円周側面から内部の空間に導入される、ものである。

また、本発明の一態様によるマイクロ波処理装置では、キャビティにおける軸方向の一部の領域にマイクロ波の１または複数の透過領域が設けられていてもよい。

また、本発明の一態様によるマイクロ波処理装置では、マイクロ波透過性の窓が、マイクロ波の１または複数の透過領域のそれぞれを構成してもよい。

また、本発明の一態様によるマイクロ波処理装置では、キャビティは、マイクロ波透過性の部材が内張りされており、部材の一部が、マイクロ波の１または複数の透過領域のそれぞれを構成してもよい。

また、本発明の一態様によるマイクロ波処理装置では、マイクロ波の１または複数の透過領域の外周側に、キャビティを円周方向の全体に亘って覆うように設けられ、マイクロ波発生器から導入されたマイクロ波の導波路をキャビティの外周側に形成するカバー部材をさらに備えてもよい。

また、本発明の一態様によるマイクロ波処理装置では、カバー部材は、キャビティと相対的に移動可能にベース側に固定されていてもよい。

また、本発明の一態様によるマイクロ波処理装置では、マイクロ波の１または複数の透過領域は、キャビティの円周方向の全体に亘って設けられていてもよい。

また、本発明の一態様によるマイクロ波処理装置では、マイクロ波の１または複数の透過領域は、スリット状であってもよい。

また、本発明の一態様によるマイクロ波導入装置は、固定されたベースに回転可能に支持され、マイクロ波の照射対象物が入れられる空間を内部に有する円筒状形状のキャビティにおける軸方向の一部の領域に設けられたマイクロ波の１または複数の透過領域の外周側に、キャビティを円周方向の全体に亘って覆うように設けられ、マイクロ波の導波路をキャビティの外周側に形成するカバー部材と、導波路に導入されるマイクロ波を発生させるマイクロ波発生器と、を備えたものである。

また、本発明の一態様によるマイクロ波処理方法は、固定されたベースに回転可能に支持され、マイクロ波の照射対象物が入れられる空間を内部に有する円筒状形状のキャビティを円筒状形状の軸周りに回転させるステップと、キャビティの円周側面から内部の空間にマイクロ波を導入するステップと、を備えたものである。

本発明の一態様によるマイクロ波処理装置、マイクロ波導入装置、及びマイクロ波処理方法によれば、例えば、円筒状形状のキャビティの軸方向の長さが長い場合であっても、マイクロ波を照射したい箇所において、マイクロ波の照射対象物にマイクロ波を照射することができるようになる。

本発明の実施の形態によるマイクロ波処理装置を示す斜視図 同実施の形態によるマイクロ波処理装置の正面図 同実施の形態によるマイクロ波処理装置の側面図 同実施の形態におけるキャビティを示す斜視図 同実施の形態におけるマイクロ波の複数の透過領域が設けられた部分の正面図及び縦断面図 同実施の形態におけるマイクロ波処理装置の軸方向に垂直な平面における断面図 同実施の形態におけるマイクロ波処理装置の中心軸を通る平面における断面図 同実施の形態によるマイクロ波処理装置の他の一例を示す側面図 同実施の形態によるマイクロ波処理装置の他の一例を示す正面図 同実施の形態におけるキャビティと複数のマイクロ波発生器との一例を示す図

以下、本発明によるマイクロ波処理装置及びマイクロ波処理方法について、実施の形態を用いて説明する。なお、以下の実施の形態において、同じ符号を付した構成要素は同一または相当するものであり、再度の説明を省略することがある。本実施の形態によるマイクロ波処理装置は、回転可能な円筒形状のキャビティの円周側面から内部の空間にマイクロ波を導入するものである。

図１は、本実施の形態によるマイクロ波処理装置１の主な構成を示す斜視図である。図２は、マイクロ波処理装置１の正面図であり、図３は、マイクロ波処理装置１の側面図である。図４は、キャビティ１１の外観を示す斜視図である。なお、図４は、図１においてカバー部材１３を取りのけた状態を示す図である。図５（ａ）は、キャビティ１１におけるマイクロ波の複数の透過領域１１ｄの設けられたマイクロ波の透過部分１１ｂを示す正面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＶｂ−Ｖｂ線断面図である。図６は、図１で示されるマイクロ波処理装置１の軸方向に垂直な平面であって、導波管１４ａを通る平面における切断面の端面のみを示す縦断面図である。なお、図６では、マイクロ波発生器１４については省略している。図７は、図１で示されるマイクロ波処理装置１の軸方向に平行な平面における縦断面図である。なお、図７では、マイクロ波処理装置１の上部側のみの断面を示している。

本実施の形態によるマイクロ波処理装置１は、キャビティ１１と、カバー部材１３と、マイクロ波発生器１４と、回転駆動部１５とを備える。マイクロ波が照射され、マイクロ波加熱の対象となる対象物は、どのようなものであってもよい。対象物は、例えば、セメント材料、生石灰の材料である炭酸カルシウム、鉱石、ゴミ等であってもよく、化学反応の材料であってもよく、乾燥の対象となるものであってもよく、マイクロ波の照射の対象となるその他の物であってもよい。対象物は、例えば、粒状固体または粉体などであってもよく、液体であってもよい。通常、対象物は、キャビティ１１の内部に直接、入れられ、キャビティ１１の回転に応じて撹拌されながらマイクロ波が照射される。

マイクロ波が照射されている際に、キャビティ１１の内部の空間１１ｃ内の対象物は、移動してもよく、または、そうでなくてもよい。すなわち、マイクロ波を照射することによって行われる対象物への処理は、連続式で行われてもよく、バッチ式で行われてもよい。対象物への処理が連続式で行われる場合に、対象物は、例えば、継続的に移動していてもよく、移動と停止とを繰り返してもよい。対象物への処理が連続式で行われる場合には、例えば、キャビティ１１は、下流側が低くなるように傾斜しており、キャビティ１１の回転に応じて、対象物が上流側の端部から、下流側の端部に撹拌されながら送られてもよい。また、対象物を撹拌したり、搬送したりする機構がキャビティ１１の内部に別途、存在してもよい。

対象物へのマイクロ波の照射は、例えば、対象物の乾燥のために行われてもよく、対象物の融解、昇華、または蒸発のために行われてもよく、対象物の反応のために行われてもよく、対象物の焼成のために行われてもよく、対象物の殺菌のために行われてもよく、その他の用途のために行われてもよい。対象物の反応は、例えば、化学反応であってもよい。対象物へのマイクロ波の照射は、例えば、常圧、減圧下、または加圧下で行われてもよい。また、マイクロ波の照射は、例えば、空気、または不活性ガスの気流下で行われてもよく、または、そうでなくてもよい。不活性ガスは、例えば、ヘリウム、アルゴンなどの希ガス、または窒素であってもよい。

キャビティ１１は、マイクロ波の照射対象物が入れられる空間１１ｃを内部に有する円筒形状のキャビティである。キャビティ１１の内部の空間１１ｃにおいて、対象物にマイクロ波が照射される。空間１１ｃにおけるマイクロ波のモードは、通常、マルチモードである。図４で示されるように、キャビティ１１は、キャビティ本体１１ａと、キャビティ１１の軸方向の一部の領域に設けられたマイクロ波の透過部分１１ｂとを有している。図４、図５では、キャビティ本体１１ａとマイクロ波の透過部分１１ｂとの境界を破線で示している。キャビティ本体１１ａ、及びマイクロ波の透過部分１１ｂは、通常、中空の円筒形状、すなわちパイプ形状である。なお、軸方向とは、キャビティ１１である円筒形状の中心軸の方向のことである。また、その円筒形状の円周の方向を円周方向と呼ぶこともある。また、その円筒形状の軸方向に垂直な面における中心軸を通る直線の方向を半径方向と呼ぶこともある。また、キャビティ１１は、通常、中心軸が略水平方向になるように配設されるが、それ以外の方向になるように配設されてもよい。

キャビティ本体１１ａは、マイクロ波を透過しないものであることが好適である。キャビティ本体１１ａは、マイクロ波反射性の材料によって構成されてもよい。マイクロ波反射性の材料は、例えば、金属であってもよい。金属は、特に限定されるものではないが、例えば、ステンレス鋼、炭素鋼、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金などであってもよい。図２、図３で示されるように、キャビティ１１は、固定されたベース７に対して回転可能となるように、支持ローラ２２によって支持されている。なお、キャビティ１１は、支持ローラ２２以外の機構、例えば、ボールベアリング等によって、ベース７に回転可能となるように支持されてもよい。キャビティ１１の回転は、円筒形状の中心軸を中心として行われる。また、図１では、回転駆動部１５、ベース７、及び支持ローラ２２等を省略している。キャビティ１１が回転可能であるとは、キャビティ１１の全体が回転可能であることであってもよく、または、円周側面の少なくとも一部が回転可能であることであってもよい。なお、本実施の形態では、キャビティ１１の全体が回転する場合について主に説明し、端面板、または円周側面の一部が回転しない場合については後述する。キャビティ本体１１ａの外周のうち、カバー部材１３によって覆われていない領域は、断熱材、ジャケット等によって覆われていてもよい。

対象物への処理が連続式で行われる場合には、キャビティ１１の軸方向の端部には、対象物が通過する入口、出口が設けられていてもよい。図１、図３、図４では、キャビティ１１の端部が端面板１１ｅ，１１ｆによって塞がれており、対象物の流入口１１ｇが上流側の端面板１１ｅに設けられており、対象物の流出口１１ｈが下流側の端面板１１ｆに設けられている場合について示している。また、キャビティ１１の内部のマイクロ波が外に漏洩することを防止するため、流入口１１ｇ、流出口１１ｈにはチョーク構造などのマイクロ波の漏洩防止機構が設けられてもよい。また、マイクロ波の照射がバッチ式で行われる場合には、キャビティ１１の軸方向の端部は、閉じられていてもよい。なお、キャビティ１１内部への対象物の出し入れを行うため、例えば、その端部は、開閉可能となっていてもよい。

マイクロ波の透過部分１１ｂには、マイクロ波の１または複数の透過領域１１ｄが設けられている。マイクロ波の透過領域１１ｄは、例えば、キャビティ１１の円周方向の全体に亘って設けられていてもよく、または、円周方向の一部に設けられていてもよい。本実施の形態では、円周方向の全体に亘って、マイクロ波の複数の透過領域１１ｄが設けられている場合について主に説明する。

なお、マイクロ波の透過領域１１ｄの個数は、例えば、１個であってもよく、または、複数であってもよい。マイクロ波の透過領域１１ｄは、マイクロ波を透過しない円筒形状の部材に設けられることが好適である。その円筒形状の部材は、マイクロ波反射性の材料によって構成されてもよい。マイクロ波反射性の材料の例示は上記のとおりである。マイクロ波の複数の透過領域１１ｄは、通常、マイクロ波の透過部分１１ｂの表面に均等に設けられているが、そうでなくてもよい。マイクロ波の透過領域１１ｄの形状は、例えば、図５（ａ）で示されるように、スリット状であってもよく、丸形状、正方形状、矩形状、多角形状などであってもよく、その他の形状であってもよい。また、マイクロ波の透過領域１１ｄの個数、形状、配置箇所等を選択することにより、マイクロ波のキャビティ１１内への導入の程度などをコントロールすることができる。マイクロ波の透過領域１１ｄがスリット状である場合に、スリット状の透過領域１１ｄは、例えば、図５（ａ）で示されるように、円筒形状の円周方向に延びていてもよく、円筒形状の軸方向、またはその他の方向に延びていてもよい。図５（ａ）では、スリット状の透過領域１１ｄが軸方向の２つの位置に設けられている場合、すなわちスリット状の透過領域１１ｄが２列に設けられている場合について示しているが、スリット状の透過領域１１ｄは、１列だけ設けられてもよく、３列以上設けられてもよい。また、図５（ａ）、図５（ｂ）では、スリット状の透過領域１１ｄが、各列の円周方向において９０度ごとに４箇所設けられている場合について示しているが、スリット状の透過領域１１ｄは、各列の円周方向において、（３６０／Ｎ）度ごとにＮ箇所設けられていてもよい。ここで、Ｎは、２以上の任意の整数である。また、マイクロ波の複数の透過領域１１ｄは、列ごとに整列しないように設けられてもよい。図５で示されるように、マイクロ波の透過領域１１ｄが円周方向の全体に亘って設けられることによって、キャビティ１１の円周側面における円周方向の種々の方向から、マイクロ波をキャビティ１１の内部に導入することができるようになる。

マイクロ波透過性の窓が、マイクロ波の１または複数の透過領域１１ｄのそれぞれを構成してもよい。この場合には、マイクロ波の透過領域１１ｄは、例えば、マイクロ波を透過しない円筒形状の部材に設けられた開口がマイクロ波透過性の材料によってシールされたものであってもよい。この場合には、キャビティ１１の内部の対象物、キャビティ１１の内部において発生した水蒸気、ガスなどが、マイクロ波の透過領域１１ｄを介してマイクロ波発生器１４側に移動することを防止でき、マイクロ波発生器１４の故障などを防止することができる。

キャビティ１１の内面が、後述するように、マイクロ波透過性の部材５１で内張りされている場合には、部材５１の一部が、マイクロ波の１または複数の透過領域１１ｄのそれぞれを構成してもよい。この場合には、マイクロ波の透過領域１１ｄは、マイクロ波を透過しない円筒形状の部材に設けられた開口と、その開口に相当する部材５１の部分とによって構成されることになる。この場合にも、キャビティ１１の内部の対象物などが、マイクロ波の透過領域１１ｄを介してマイクロ波発生器１４側に移動することを防止でき、マイクロ波発生器１４の故障などを防止することができる。

マイクロ波の透過部分１１ｂと、キャビティ本体１１ａとの間には隙間がないことが好適である。キャビティ本体１１ａと、円筒形状の部材であるマイクロ波の透過部分１１ｂとは、例えば、ネジ止め、溶接、または接着等によって接続されてもよく、一体的に形成されてもよい。本実施の形態では、後者の場合、すなわち、金属によって構成されたキャビティ１１におけるマイクロ波の透過部分１１ｂに、マイクロ波の複数の透過領域１１ｄが設けられた場合について主に説明する。

なお、後述する導波路１３ｂからキャビティ１１の内側に、マイクロ波の透過領域１１ｄを介してマイクロ波が効率よく透過するためには、スリット状の透過領域１１ｄは、円筒形状の円周方向に延びていることが好適である。また、円周方向に延びているスリット状の透過領域１１ｄの円周方向の間隔、及び軸方向の間隔は、マイクロ波がキャビティ１１の内部に進入しやすいように設定されることが好適である。その間隔としては、例えば、方形導波管の一面に、長手方向に延びるスリット状の複数のスロットが設けられた公知の漏洩導波管と同様の間隔を採用してもよい。

マイクロ波透過性材料は、比誘電損失が小さい材料であり、特に限定されるものではないが、例えば、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂、石英、ガラス等であってもよい。マイクロ波透過性材料の比誘電損失は、例えば、マイクロ波処理装置１の稼働時のマイクロ波の周波数及び温度において、１より小さいことが好適であり、０．１より小さいことがより好適であり、０．０１より小さいことがさらに好適である。なお、キャビティ１１の内部の対象物が高温になる場合には、マイクロ波透過性材料として、石英、ガラスが用いられることが好適である。

なお、キャビティ１１の内面には、図５〜図７で示されるように、マイクロ波透過性の部材５１が内張りされていてもよい。マイクロ波透過性の部材５１は、例えば、マイクロ波透過性材料によって構成された部材であってもよく、マイクロ波透過性の断熱材であってもよい。後者の場合には、部材５１は、例えば、マイクロ波透過性の耐火煉瓦であってもよい。部材５１は、キャビティ本体１１ａの内面、及びマイクロ波の透過部分１１ｂの内面の両方に設けられていてもよい。部材５１が断熱性を有する場合には、キャビティ１１の壁面が高温になることを防止することができる。マイクロ波処理装置１がロータリーキルンとして用いられ、内部が１０００℃以上などのような高温になる場合には、キャビティ１１の内面に断熱材である部材５１が内張りされていることが好適である。キャビティ１１の内面に断熱材である部材５１を内張りすることによって、キャビティ１１の内部の対象物が高温になっても、キャビティ１１の壁面が高温になることを防止することができると共に、マイクロ波が部材５１を介して対象物に適切に到達できるようになる。一方、内部が高温にならない場合には、キャビティ１１の内面に断熱材である部材５１が設けられていなくてもよい。また、マイクロ波の１または複数の透過領域１１ｄが、上述のマイクロ波透過性の窓である場合には、キャビティ１１の内面に部材５１が設けられていなくてもよい。マイクロ波透過性の部材５１は、他の部材と比較して比誘電損失が小さいものであってもよい。部材５１の比誘電損失は、例えば、マイクロ波処理装置１の稼働時のマイクロ波の周波数及び温度において、１より小さいことが好適であり、０．１より小さいことがより好適であり、０．０１より小さいことがさらに好適である。

キャビティ１１の軸方向の長さは、長くてもよい。例えば、マイクロ波処理装置１がロータリーキルンとして用いられる場合には、キャビティ１１の軸方向の長さは、３０メートル以上、５０メートル以上などのように、長くてもよい。なお、マイクロ波処理装置１がロータリーキルンとして用いられるのではない場合などには、キャビティ１１の軸方向の長さは、それほど長くなくてもよい。例えば、１メートル、５メートル、１０メートル等であってもよい。

カバー部材１３は、マイクロ波の透過部分１１ｂの外周側、すなわちマイクロ波の１または複数の透過領域１１ｄの外周側に、キャビティ１１を円周方向の全体に亘って覆うように設けられる。カバー部材１３によって、マイクロ波発生器１４から導入されたマイクロ波の導波路１３ｂがキャビティ１１の外周側に形成される。そして、導波路１３ｂに導入されたマイクロ波が、マイクロ波の１または複数の透過領域１１ｄを介して、キャビティ１１の内部の空間１１ｃに進入し、対象物が加熱されることになる。なお、カバー部材１３は、回転しないものである。すなわち、カバー部材１３は、ベース７側に固定されており、回転するキャビティ１１に対して相対的に移動可能となっている。カバー部材１３は、例えば、図２，図３で示されるように、ベース７に固定された支持部２３によって支持されることによって、ベース７側に固定されてもよい。

導波路１３ｂは、中空円柱形状である。導波路１３ｂは、方形導波管を円形状に曲げることによって形成された中空円柱形状と同様の形状であると考えることもできる。導波路１３ｂは、カバー部材１３以外をも用いて、形成されることになる。本実施の形態では、導波路１３ｂは、図６，図７で示されるように、マイクロ波の透過部分１１ｂと、カバー部材１３とによって形成されている。より具体的には、導波路１３ｂの外周面は、カバー部材１３によって形成されており、導波路１３ｂの内周面は、マイクロ波の透過部分１１ｂの外周面によって形成されており、導波路１３ｂの側面（すなわち、外周面と内周面とを繋ぐ面）は、カバー部材１３によって形成されている。なお、導波路１３ｂの軸方向の長さと、マイクロ波の透過部分１１ｂの軸方向の長さとは、同じであることが好適であり、両者の軸方向の位置も同じであることが好適である。

導波路１３ｂは、マイクロ波発生器１４によって発生されたマイクロ波が導入されるための開口１３ｃを有している。開口１３ｃには、導波管１４ａが接続されている。そして、導波管１４ａによって、マイクロ波発生器１４からのマイクロ波が導波路１３ｂにまで導かれることになる。導波管１４ａは、図６で示されるように、中空円柱形状である導波路１３ｂの接線方向に延びるように設けられていることが好適である。なお、マイクロ波発生器１４は、開口１３ｃの部分に直接、接続されてもよい。また、開口１３ｃは、マイクロ波透過性材料によってシールされていてもよい。マイクロ波透過性材料の例示は上記のとおりである。

導波路１３ｂの円周方向に垂直な平面における断面は、導波路１３ｂを伝搬するマイクロ波の周波数に適した方形導波管の断面と同様のサイズとなることが好適である。例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波が導波路１３ｂを伝搬する場合には、導波路１３ｂの軸方向の長さは、１０９．２（ｍｍ）であり、半径方向の長さは、５４．６（ｍｍ）であってもよい。

導波路１３ｂには、２以上のマイクロ波発生器１４からのマイクロ波が導入されてもよい。導波路１３ｂは、導入されるマイクロ波の周波数に応じたサイズとなるため、２以上のマイクロ波発生器１４からのマイクロ波が導波路１３ｂに導入される場合であっても、通常、その２以上のマイクロ波発生器１４が発生するマイクロ波の周波数は同じになる。

カバー部材１３は、マイクロ波を透過しないものであることが好適である。カバー部材１３は、マイクロ波反射性の材料によって構成されてもよい。マイクロ波反射性の材料は、例えば、金属であってもよい。金属の例示は、上記のとおりである。

なお、本実施の形態では、カバー部材１３の外形が円柱形状である場合について示しているが、そうでなくてもよい。カバー部材１３の外形は立方体形状等であってもよい。その場合であっても、カバー部材の内周面は、導波路１３ｂを形成するため、円筒形状となっている。

図７で示されるように、カバー部材１３は、ボールベアリング４１によってキャビティ１１の外周側において回転可能に設けられてもよい。なお、キャビティ１１の外周面と、カバー部材１３の導波路１３ｂ以外の部分との間に形成された隙間の半径方向の長さは、一定であることが好適である。ボールベアリング４１は、図７とは別の位置に設けられてもよく、また、より多くのボールベアリングが設けられてもよい。なお、ボールベアリング４１は、マイクロ波が照射されないようにするため、後述する漏洩防止機構によってマイクロ波の進入が遮断される箇所に設けられてもよい。図１においては、説明の便宜上、ボールベアリング４１を省略している。

また、キャビティ１１とカバー部材１３との隙間から、導波路１３ｂを伝搬するマイクロ波が外側に漏洩しないようにするための漏洩防止機構が、キャビティ１１とカバー部材１３との間に設けられてもよい。マイクロ波の漏洩防止機構は、図７で示されるチョーク構造３１であってもよい。なお、チョーク構造については、すでに公知であるため、その詳細な説明を省略する。本実施の形態では、カバー部材１３にチョーク構造３１が設けられる場合について示しているが、チョーク構造は、例えば、キャビティ１１側に設けられてもよい。

また、キャビティ１１、カバー部材１３の導波路１３ｂ部分の内周面、及びカバー部材１３の導波路１３ｂ以外の部分の内周面は、同軸に形成されていることが好適である。

マイクロ波発生器１４は、マイクロ波を発生させる。マイクロ波発生器１４は、例えば、マグネトロン、クライストロン、ジャイロトロン等を用いてマイクロ波を発生させてもよく、半導体素子を用いてマイクロ波を発生させてもよい。マイクロ波の周波数は、例えば、９１５ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ、２４ＧＨｚであってもよく、その他の３００ＭＨｚから３００ＧＨｚの範囲内の周波数であってもよい。また、マイクロ波の強度は、図示しない制御部によって適宜、制御されてもよい。その制御は、例えば、キャビティ１１の内部の温度、対象物の温度、対象物の水分量などのセンシング結果を用いたフィードバック制御であってもよい。

回転駆動部１５は、キャビティ１１を円筒形状の軸周りに回転させる。回転駆動部１５は、例えば、モータ等であってもよい。回転駆動部１５は、例えば、図２、図３で示されるようにベース７に固定されてもよい。また、回転駆動部１５によって回転されるチェーンホイール１５ａと、キャビティ１１に同軸となるように設けられたチェーンホイール１５ｂとにチェーン２１が掛け渡されており、回転駆動部１５によってチェーンホイール１５ａが回転されることによって、キャビティ１１が回転される。その回転は、導波路１３ｂを伝搬するマイクロ波と同じ方向であってもよく、または、逆方向であってもよい。前者の場合には、図６において、時計回りにキャビティ１１が回転することになり、後者の場合には、図６において、反時計回りにキャビティ１１が回転することになる。また、回転駆動部１５は、キャビティ１１を揺動させてもよい。なお、その揺動は、対象物にマイクロ波が均一に照射される角度の範囲内で行われることが好適である。なお、キャビティ１１を回転させる回転機構として、上記以外のものを使用してもよいことは言うまでもない。例えば、ギヤ等を介してキャビティ１１が回転されてもよい。回転駆動部１５は、キャビティ１１を一定の回転速度で回転させてもよく、または、そうでなくてもよい。

なお、本実施の形態では、キャビティ１１の軸方向の１箇所においてマイクロ波の照射を行う場合について説明したが、キャビティ１１の軸方向の２箇所以上においてマイクロ波の照射を行ってもよい。その場合には、キャビティ１１の軸方向の２箇所以上に、マイクロ波の透過部分１１ｂが設けられ、マイクロ波の導波路１３ｂが形成されてもよい。なお、カバー部材１３、及び回転駆動部１５は、例えば、マイクロ波の導波路１３ｂごとに設けられてもよく、複数のマイクロ波の導波路１３ｂに対して一つのカバー部材１３、及び回転駆動部１５が用いられてもよい。後者の場合には、カバー部材１３は、複数の導波路１３ｂを形成することになる。また、キャビティ１１の軸方向の２箇所以上でマイクロ波の照射が行われる場合に、マイクロ波処理装置１は、１個のマイクロ波発生器１４を備えていてもよく、または、複数のマイクロ波発生器１４を備えていてもよい。前者の場合には、１個のマイクロ波発生器１４によって発生されたマイクロ波が分岐されて照射されてもよい。また、複数のマイクロ波発生器１４が用いられる場合には、各マイクロ波発生器１４が発生させるマイクロ波の周波数は、同じであってもよく、異なっていてもよい。

また、本実施の形態では、マイクロ波発生器１４によって発生されたマイクロ波が、導波管１４ａによって導波路１３ｂに導入される場合について説明したが、マイクロ波発生器１４によって発生されたマイクロ波は、同軸ケーブル等の他の伝送手段によって導波路１３ｂに導入されてもよい。同軸ケーブルによってマイクロ波が伝送される場合には、同軸ケーブルに接続された、マイクロ波を放射するためのアンテナが導波路１３ｂに設けられてもよい。

次に、本実施の形態によるマイクロ波処理装置１による対象物へのマイクロ波の照射方法について、簡単に説明する。キャビティ１１の内部の空間１１ｃに対象物を入れ、マイクロ波発生器１４によってマイクロ波を発生させると共に、キャビティ１１を回転駆動部１５によって回転させる。その結果、マイクロ波発生器１４から導波路１３ｂに導かれたマイクロ波が、回転しているマイクロ波の透過部分１１ｂにおけるマイクロ波の１または複数の透過領域１１ｄを介して対象物に照射されることになる。ここで、マイクロ波の透過部分１１ｂが回転しているため、マイクロ波は、円周方向の種々の位置から対象物に照射されることになる。その結果、対象物へのマイクロ波の均等な照射を実現することができる。なお、バッチ式の場合には、対象物への処理が終了するごとに、対象物の入れ替えを行う。一方、連続式の場合には、キャビティ１１内への流入口１１ｇからの処理前の対象物の投入と、流出口１１ｈからの処理後の対象物の流出とが連続して行われることになる。

以上のように、本実施の形態によるマイクロ波処理装置１によれば、キャビティ１１の円周側面から内部にマイクロ波を導入することができる。したがって、キャビティ１１の軸方向の長さが長い場合であっても、マイクロ波を照射したい位置において、キャビティ１１内の対象物にマイクロ波を照射することができるようになる。また、例えば、キャビティ１１の軸方向における複数箇所にマイクロ波の透過部分１１ｂ、及び導波路１３ｂが設けられることによって、キャビティ１１の軸方向の長さが長くても、端部のみからマイクロ波が導入される場合と比較して、キャビティ１１内の対象物の温度の低下を抑えることができ、対象物を適切に加熱することができるようになる。また、マイクロ波の透過部分１１ｂが、マイクロ波反射性の円筒形状部材に、マイクロ波の複数の透過領域１１ｄを円周方向の全体に亘って設けたものである場合には、その複数の透過領域１１ｄが回転しながらマイクロ波がキャビティ１１の内部に導入されるため、キャビティ１１の内部の対象物に円周方向の様々な方向からより均一にマイクロ波を照射することができるようになり、より均一な加熱が可能となる。

なお、本実施の形態では、マイクロ波の透過部分１１ｂに、マイクロ波の複数の透過領域１１ｄが設けられる場合について主に説明したが、そうでなくてもよい。マイクロ波の透過部分１１ｂそのものが、マイクロ波の１個の透過領域１１ｄとなっていてもよい。その場合には、マイクロ波の透過部分１１ｂは、例えば、円筒形状のマイクロ波透過性材料によって構成されてもよく、または、その透過部分１１ｂの領域に、上述の部材５１が設けられていてもよい。

次に、本実施の形態によるマイクロ波処理装置の変形例について説明する。

［固定されたキャビティの端面板］
キャビティ１１の端面板１１ｅ，１１ｆがキャビティ１１の側面と一緒に回転する場合について説明したが、そうでなくてもよい。キャビティ１１の端面板１１ｅ，１１ｆの少なくとも一方は、ベース７側に固定されていてもよい。図８は、端面板１１ｆがベース７に固定されている状態を示す側面図である。図８では、端面板１１ｆが、ベース７に固定された支持部２５によって支持されている状態を示している。この場合には、キャビティ本体１１ａと、端面板１１ｆとの隙間からマイクロ波が漏れないように、チョーク構造などマイクロ波の漏洩防止機構が両者の間に設けられていることが好適である。また、マイクロ波の照射対象物も、その隙間から漏れないようになっていることが好適である。この場合には、図８で示されるように、流出口１１ｈを任意の位置に設けることができるようになる。なお、端面板が固定されており、キャビティの円周側面のみが回転する構成は、上記特許文献１に開示されており、その詳細な説明を省略する。

［キャビティの端面からのマイクロ波の導入］
キャビティ１１の円周側面からキャビティ１１の内部にマイクロ波を導入する場合について説明したが、キャビティ１１の端面からも、マイクロ波を導入するようにしてもよい。その場合には、端面板は、円周側面と一緒に回転しないことが好適である。

［カバー部材を用いない構成］
本実施の形態では、カバー部材１３によって形成された導波路１３ｂに導入されたマイクロ波が、マイクロ波の透過部分１１ｂに設けられたマイクロ波の１または複数の透過領域１１ｄを介してキャビティ１１の内部に導入される場合について主に説明したが、そうでなくてもよい。図９は、導波路１３ｂを介さないでキャビティ１２の内部にマイクロ波が導入されるマイクロ波処理装置２の構成を示す正面図である。図９で示されるマイクロ波処理装置２は、キャビティ１２と、マイクロ波発生器１４と、回転駆動部１５とを有する。キャビティ１２は、軸方向の一部に、ベース７側に固定された固定部１２ｃを有している。固定部１２ｃは、図９で示されるように、支持部２４によってベース７に固定されてもよい。なお、固定部１２ｃ以外の回転部１２ａ，１２ｂは、キャビティ１１と同様に回転するものである。マイクロ波処理装置２の構成は、キャビティ１２における固定部１２ｃが回転しない以外は、マイクロ波処理装置１と同様であり、その詳細な説明を省略する。

固定部１２ｃは、回転しない円筒形状の部材であり、マイクロ波を透過しない材料によって構成されることが好適である。固定部１２ｃは、マイクロ波反射性の材料によって構成されてもよい。マイクロ波反射性の材料の例示は上記のとおりである。また、固定部１２ｃの内部は、導波管１４ａと連通しており、マイクロ波発生器１４によって発生されたマイクロ波は、導波管１４ａを介して、固定部１２ｃにおいて、キャビティ１１の内部の空間に導入されるようになっている。なお、固定部１２ｃは回転しないため、その軸方向の長さは短いほうが好適である。また、マイクロ波発生器１４からのマイクロ波は、導波管１４ａを介さないでキャビティ１２の内部に導入されてもよい。また、マイクロ波発生器１４と、キャビティ１２の内部との間は、例えば、マイクロ波透過性材料によってシールされてもよい。このような簡単な構成によって、キャビティ１１の円周側面から内部にマイクロ波を導入することもできる。

この場合には、固定部１２ｃと、回転部１２ａ，１２ｂとの隙間からマイクロ波が漏れないように、チョーク構造などマイクロ波の漏洩防止機構が両者の間に設けられていることが好適である。また、マイクロ波の照射対象物も、その隙間から漏れないようになっていることが好適である。また、固定部１２ｃと、回転部１２ａ，１２ｂとは、例えば、ボールベアリング等によって、回転部１２ａ，１２ｂ側が回転可能となるように連結されていてもよい。

また、キャビティ１２の内面に、マイクロ波透過性の内張部材（例えば、部材５１に相当する部材）が設けられている場合には、例えば、固定部１２ｃの内面の内張部材は、回転の対象となる回転部１２ａ，１２ｂの内面の内張部材と一体的に設けられており、キャビティ１２の内面の内張部材は、軸方向の全体について一体的に回転するようになっていてもよい。この場合には、固定部１２ｃの領域において、固定部１２ｃの円筒形状の部材の内周面と、内張部材の外周面との間に隙間が存在することが好適である。また、キャビティ１２の内面の内張部材は、通常、回転部１２ａ，１２ｂと一緒に回転することになる。したがって、回転部１２ａ，１２ｂは連動して同じ方向に同じ回転速度で回転されることが好適である。

なお、回転部１２ａ，１２ｂの内面と、固定部１２ｃの内面とにおいて、それぞれ別々に内張部材が設けられている場合、またはキャビティ１２の内面に内張部材が設けられていない場合などには、固定部１２ｃの内側では、対象物が撹拌されないことになる。したがって、キャビティ１２の内側の空間に、撹拌手段が設けられてもよい。その撹拌手段は、固定部１２ｃの領域においてのみ対象物を撹拌するものであってもよく、キャビティ１２の軸方向の全体に亘って対象物を撹拌するものであってもよい。

また、回転部１２ａ，１２ｂの内面と、固定部１２ｃの内面とにおいて、それぞれ別々に内張部材が設けられている場合、またはキャビティ１２の内面に内張部材が設けられていない場合などには、回転部１２ａと回転部１２ｂとは、連動して回転されてもよく、または、独立して回転されてもよい。前者の場合には、両者は同じ方向に同じ回転速度で回転されることになり、後者の場合には、例えば、両者を逆方向に回転させてもよく、両者の回転速度を異ならせてもよい。

また、この場合には、固定部１２ｃの複数箇所において、マイクロ波を導入することもできる。その場合に、例えば、図１０で示されるように、２以上のマイクロ波発生器１４からのマイクロ波がそれぞれキャビティ１２の内部に導入されてもよく、１つのマイクロ波発生器１４からのマイクロ波が分岐されてキャビティ１２の内部に導入されてもよい。前者の場合には、２以上のマイクロ波発生器１４の発生させるマイクロ波のそれぞれの周波数は、同じであってもよく、または、異なっていてもよい。また、複数のマイクロ波を導入する際のキャビティ１２の円周方向の位置、複数のマイクロ波の照射の角度は問わない。例えば、図１０では、２つのマイクロ波の照射の角度が６０度となっているが、例えば、９０度、１２０度、１８０度等となるように２つのマイクロ波がキャビティ１２内に導入されてもよい。なお、図１０において、回転駆動部１５、及び支持ローラ２２等は省略している。

また、キャビティ１２の軸方向の２箇所以上に固定部１２ｃが設けられ、各固定部１２ｃの位置において、キャビティ１２の内部にマイクロ波が導入されてもよい。その場合にも、例えば、２以上のマイクロ波発生器１４からのマイクロ波がそれぞれ複数の固定部１２ｃにおいてキャビティ１２の内部に導入されてもよく、１つのマイクロ波発生器１４からのマイクロ波が分岐されてそれぞれ複数の固定部１２ｃにおいてキャビティ１２の内部に導入されてもよい。前者の場合には、複数のマイクロ波発生器１４が発生させるマイクロ波の周波数は、同じであってもよく、異なっていてもよい。

なお、マイクロ波発生器１４がキャビティと一緒に回転してもよい場合には、回転可能に支持されたキャビティの外側にマイクロ波発生器１４を固定して、キャビティの全体を回転させるようにしてもよい。そして、マイクロ波発生器１４からのマイクロ波が、キャビティの円周側面から内部に導入されてもよい。この場合には、キャビティの全体を回転させることができると共に、導波路１３ｂを設ける必要がないため、マイクロ波処理装置の構成を簡易なものとすることができる。マイクロ波発生器１４は、例えば、キャビティ１２の円周側面に固定されてもよい。なお、マイクロ波発生器１４への給電は、例えば、キャビティの外周側において円周方向に設けられた電線を介して行われてもよく、無線給電によって行われてもよく、キャビティに固定されたバッテリを用いて行われてもよい。

また、上記実施の形態において、キャビティ１１，１２が円筒形状であること、すなわち、キャビティ１１，１２の軸方向に垂直な断面が正円であることを前提に説明をしたが、断面は正円から少しずれた形状、例えば、楕円形状、または正多角形状であってもよい。軸方向に垂直な断面が正円である場合、及び正円から少しずれた形状である場合を含めて、キャビティ１１，１２の形状を円筒状形状（ｃｙｌｉｎｄｅｒ−ｌｉｋｅ ｓｈａｐｅ）と呼ぶことがある。キャビティ１１の軸方向に垂直な断面が正円から少しずれた形状である場合には、カバー部材１３は、内周側でキャビティ１１が回転できるようになっていることが好適である。

また、例えば、ロータリーキルンなどの既存のキャビティ１１に、カバー部材１３とマイクロ波発生器１４とを装着することによって、マイクロ波処理装置１を構成することができる。したがって、その場合には、カバー部材１３と、マイクロ波発生器１４とを有するマイクロ波導入装置を、軸方向の一部の領域にマイクロ波の透過部分を有する回転可能なキャビティ１１に装着するようにしてもよい。そのマイクロ波導入装置は、例えば、固定されたベース７に回転可能に支持され、マイクロ波の照射対象物が入れられる空間を内部に有する円筒形状のキャビティ１１における軸方向の一部の領域に設けられたマイクロ波の１または複数の透過領域１１ｄの外周側に、キャビティ１１を円周方向の全体に亘って覆うように設けられ、マイクロ波の導波路１３ｂをキャビティ１１の外周側に形成するカバー部材１３と、導波路１３ｂに導入されるマイクロ波を発生させるマイクロ波発生器１４と、を備えたものであってもよい。

また、本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。

以上より、本発明の一態様によるマイクロ波処理装置、マイクロ波処理方法、及びマイクロ波導入装置によれば、例えば、円筒状形状のキャビティの軸方向の長さが長い場合であっても、マイクロ波を照射したい箇所において、マイクロ波の照射対象物にマイクロ波を適切に照射することができるという効果が得られ、対象物にマイクロ波を照射するマイクロ波処理装置等として有用である。

１、２ マイクロ波処理装置
１１、１２ キャビティ
１１ｂ マイクロ波の透過部分
１１ｄ マイクロ波の透過領域
１２ｃ 固定部
１３ カバー部材
１３ｂ 導波路
１４ マイクロ波発生器
１５ 回転駆動部

Claims (4)

1. 固定されたベースに回転可能に支持され、マイクロ波の照射対象物が入れられる空間を内部に有する円筒状形状のキャビティと、
   前記キャビティを前記円筒状形状の軸周りに回転させる回転駆動部と、
   マイクロ波を発生させるマイクロ波発生器と、を備え、
   前記キャビティにおける軸方向の一部の領域にマイクロ波の１または複数の透過領域が設けられており、
   前記マイクロ波発生器によって発生されたマイクロ波は、前記キャビティの円周側面から前記１または複数の透過領域を透過して内部の空間に導入され、
   前記キャビティは、マイクロ波透過性の部材が内張りされており、
   前記部材の一部が、前記マイクロ波の１または複数の透過領域のそれぞれを構成する、マイクロ波処理装置。
2. 前記マイクロ波の１または複数の透過領域の外周側に、前記キャビティを円周方向の全体に亘って覆うように設けられ、前記マイクロ波発生器から導入されたマイクロ波の導波路を前記キャビティの外周側に形成するカバー部材をさらに備えた、請求項１記載のマイクロ波処理装置。
3. 前記カバー部材は、前記キャビティと相対的に移動可能に前記ベース側に固定されている、請求項２のマイクロ波処理装置。
4. 固定されたベースに回転可能に支持され、マイクロ波の照射対象物が入れられる空間を内部に有する円筒状形状のキャビティであって、軸方向の一部の領域にマイクロ波の１または複数の透過領域が設けられているキャビティを前記円筒状形状の軸周りに回転させるステップと、
   前記キャビティの円周側面から前記１または複数の透過領域を透過して内部の空間にマイクロ波を導入するステップと、を備え、
   前記キャビティは、マイクロ波透過性の部材が内張りされており、
   前記部材の一部が、前記マイクロ波の１または複数の透過領域のそれぞれを構成する、マイクロ波処理方法。

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