JP7368846B2 - マイクロ波処理装置及びマイクロ波処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、マイクロ波処理装置及びマイクロ波処理方法に関する。
共振器内にマイクロ波を照射することによって形成したシングルモードの定在波によって、共振器内の被処理対象物を効率的に加熱することができる。
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、円筒型の空胴共振器の中心軸に平行な軸対象マイクロ波電界を該空胴共振器内に発生させ、電界強度が集中する部分に配した円管内で被処理対象物を加熱し、化学反応を進行させる。
また特許文献２には、空胴共振器内に形成されるシングルモード定在波の電界強度が極大となる部分に沿って流通管を配し、流通管内に流体を流通させることにより当該流体を迅速かつ均一に加熱する流通型のマイクロ波利用化学反応装置が記載されている。
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、円筒型の空胴共振器の中心軸に平行な軸対象マイクロ波電界を該空胴共振器内に発生させ、電界強度が集中する部分に配した円管内で被処理対象物を加熱し、化学反応を進行させる。
また特許文献２には、空胴共振器内に形成されるシングルモード定在波の電界強度が極大となる部分に沿って流通管を配し、流通管内に流体を流通させることにより当該流体を迅速かつ均一に加熱する流通型のマイクロ波利用化学反応装置が記載されている。
共振器内にシングルモード定在波を形成するための共振周波数は、共振器内に配した被処理対象物の状態変化によっても変動する。そこで、シングルモード定在波による被処理対象物の加熱中に共振器内の共振周波数を測定し、この共振周波数の変動に応じて、照射するマイクロ波の周波数を制御することにより、連続的な、安定的な加熱処理が可能となる。
上記の通り、共振器内の定在波の共振周波数は、共振器内に配した被処理対象物の状態変化によっても変動する。一方、工業的にはＩＳＭ（工業・科学・医療用／Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ，Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ａｎｄ Ｍｅｄｉｃａｌ）バンドとよばれる特定の周波数範囲を超えるマイクロ波発生装置を組み入れた場合、電波法に則った許認可が必要となる。そのため、多くのマイクロ波処理装置はＩＳＭバンド内での運用が望まれている。すなわち、マイクロ波発生装置の周波数範囲が限定されることから、この限られた周波数範囲内へと共振器内の共振周波数を制御する必要がある。しかし、この共振周波数の周波数域の制御は、共振器の内部構造を変える必要があり、被処理対象物の配置、共振器の追加工（寸法調整等）が必要になるなど、実用上の課題となっていた。
また、例えば、被処理対象物を触媒とし、この触媒を共振器内に配し、そこに流体を送り込みながらマイクロ波の定在波により加熱して化学反応させる場合、触媒自体は製品評価基準値内にあるものでも一定のばらつきがあり、共振器内に触媒を配したときのマイクロ波に対する応答性が異なることがある。つまり、製品評価基準値を満たすある触媒を用いた場合の共振周波数と、当該製品評価基準値を満たす別の触媒を用いた場合の共振周波数とが異なる場合がある。その場合、共振器の共振周波数を調整するために、触媒製品一つ一つについて、共振器内への触媒の詰め直しやマイクロ波照射空間への追加工（寸法調整）を行うのは非効率であり、生産性に劣る。
本発明は、共振器内に形成されたシングルモード定在波の共振周波数の変動を、ＩＳＭバンドの周波数帯へと簡便に制御することを可能とするマイクロ波処理装置及びマイクロ波処理方法を提供することを課題とする。
本発明の上記課題は下記の手段により解決される。
［１］
マイクロ波発生器と、シングルモードの定在波を形成する共振器と、該共振器内に少なくとも一部が配された管とを有するマイクロ波処理装置であって、
前記管の内周面が前記共振器の共振器軸に対して平行な面で構成され、該管の管壁の厚さが該共振器軸方向に異なる部分を有する、
マイクロ波処理装置。
［２］
前記管の外壁面がテーパ及び／又は段差を有する、［１］に記載のマイクロ波処理装置。
［３］
前記管は、前記共振器内の電界強度もしくは磁界強度が極大かつ均一になる前記共振器軸に沿って該共振器軸方向に移動可能に配される、［１］又は［２］に記載のマイクロ波処理装置。
［４］
前記管は、多重管構造を有し、
前記管のうち最内周の管を除く他の管の少なくとも１層の管が前記共振器軸方向に移動可能である、［１］～［３］いずれかに記載のマイクロ波処理装置。
［５］
前記共振器内に形成される定在波の共振周波数を検出する検出部と、
前記検出部にて検出した共振周波数に基づいて前記共振器軸に沿う前記管の移動位置を決定する制御部と、
前記制御部により決定された管の挿入位置に基づいて前記共振器軸に沿って前記管を移動させる駆動部と、を有する［１］～［４］のいずれかに記載のマイクロ波処理装置。
［６］
共振器のマイクロ波照射空間内の電界強度もしくは磁界強度が極大かつ均一になる共振器軸方向に管の軸方向を合わせて該管を配し、該管内に配した被処理対象物にシングルモードの定在波を照射するマイクロ波処理方法であって、
前記管が、その内周面が前記共振器軸に対して平行な面で構成され、該管の管壁の厚さが前記共振器軸方向に異なる部分を有し、該管を前記共振器軸方向に移動させて前記共振器の共振周波数を調整するマイクロ波処理方法。
［１］
マイクロ波発生器と、シングルモードの定在波を形成する共振器と、該共振器内に少なくとも一部が配された管とを有するマイクロ波処理装置であって、
前記管の内周面が前記共振器の共振器軸に対して平行な面で構成され、該管の管壁の厚さが該共振器軸方向に異なる部分を有する、
マイクロ波処理装置。
［２］
前記管の外壁面がテーパ及び／又は段差を有する、［１］に記載のマイクロ波処理装置。
［３］
前記管は、前記共振器内の電界強度もしくは磁界強度が極大かつ均一になる前記共振器軸に沿って該共振器軸方向に移動可能に配される、［１］又は［２］に記載のマイクロ波処理装置。
［４］
前記管は、多重管構造を有し、
前記管のうち最内周の管を除く他の管の少なくとも１層の管が前記共振器軸方向に移動可能である、［１］～［３］いずれかに記載のマイクロ波処理装置。
［５］
前記共振器内に形成される定在波の共振周波数を検出する検出部と、
前記検出部にて検出した共振周波数に基づいて前記共振器軸に沿う前記管の移動位置を決定する制御部と、
前記制御部により決定された管の挿入位置に基づいて前記共振器軸に沿って前記管を移動させる駆動部と、を有する［１］～［４］のいずれかに記載のマイクロ波処理装置。
［６］
共振器のマイクロ波照射空間内の電界強度もしくは磁界強度が極大かつ均一になる共振器軸方向に管の軸方向を合わせて該管を配し、該管内に配した被処理対象物にシングルモードの定在波を照射するマイクロ波処理方法であって、
前記管が、その内周面が前記共振器軸に対して平行な面で構成され、該管の管壁の厚さが前記共振器軸方向に異なる部分を有し、該管を前記共振器軸方向に移動させて前記共振器の共振周波数を調整するマイクロ波処理方法。
本発明のマイクロ波処理装置によれば、共振器内に形成されたシングルモード定在波の共振周波数の変動を、ＩＳＭバンドの周波数帯へと簡便に制御することが可能になる。また、マイクロ波処理方法によれば、共振器軸方向に管を移動させることによって、共振器内に形成されたシングルモード定在波の共振周波数の変動を、ＩＳＭバンドの周波数帯へと簡便に制御することが可能になる。
本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して以下に説明する。本発明は、本発明で規定されること以外、下記実施形態に限定されるものではない。また、各図面に示される装置の形態は、本発明の理解を容易にするための模式図であり、各構成部材のサイズおよび相対的な大小関係等は説明の便宜上大小を変えている場合があり、実際の関係をそのまま示すものではない。また、本発明で規定する事項以外はこれらの図面に示された外形、形状に限定されるものでもない。
本発明に係るマイクロ波処理装置は、マイクロ波発生器と、シングルモードの定在波を形成する共振器と、該共振器内に少なくとも一部が配された管とを有する。その管の内周面は共振器の共振器軸に対して平行な面で構成される。また、該管の壁面の厚さは共振器軸方向に異なる部分を有する。
以下に、本発明のマイクロ波処理装置の好ましい一実施形態（第１実施形態）を、図面を参照して説明する。
以下に、本発明のマイクロ波処理装置の好ましい一実施形態（第１実施形態）を、図面を参照して説明する。
［マイクロ波処理装置］
図１に示すように、マイクロ波処理装置１は、共振器２及び該共振器２内に定在波を形成することができる周波数のマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段３と、該共振器２内に少なくとも一部が配された管６とを有する。
共振器２には、例えば、空胴共振器を用いることができる。以下、共振器２を空胴共振器２として説明する。マイクロ波供給手段３は、マイクロ波を出力するマイクロ波発生器４、出力したマイクロ波をマイクロ波供給口２Ｓより空胴共振器２内に供給するアンテナ５を含む。アンテナ５は、ケーブル７を介してマイクロ波発生器４と接続される。マイクロ波発生器４には、マイクロ波を発振するマイクロ波発振器が備えられ、さらに、マイクロ波発振器を制御する制御部１１、マイクロ波の減衰レベルを調節する減衰器、マイクロ波電力を増幅する増幅器、反射波を吸収するアイソレータ、反射波を抑制する整合器等（図示せず）を備えてもよい。制御部１１は、例えば、マイクロ波発生器４に内蔵されていても、又は別体に構成されていてもよい。
図１に示すように、マイクロ波処理装置１は、共振器２及び該共振器２内に定在波を形成することができる周波数のマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段３と、該共振器２内に少なくとも一部が配された管６とを有する。
共振器２には、例えば、空胴共振器を用いることができる。以下、共振器２を空胴共振器２として説明する。マイクロ波供給手段３は、マイクロ波を出力するマイクロ波発生器４、出力したマイクロ波をマイクロ波供給口２Ｓより空胴共振器２内に供給するアンテナ５を含む。アンテナ５は、ケーブル７を介してマイクロ波発生器４と接続される。マイクロ波発生器４には、マイクロ波を発振するマイクロ波発振器が備えられ、さらに、マイクロ波発振器を制御する制御部１１、マイクロ波の減衰レベルを調節する減衰器、マイクロ波電力を増幅する増幅器、反射波を吸収するアイソレータ、反射波を抑制する整合器等（図示せず）を備えてもよい。制御部１１は、例えば、マイクロ波発生器４に内蔵されていても、又は別体に構成されていてもよい。
空胴共振器２は、その内部のマイクロ波照射空間２Ａに定在波を形成する。定在波は、ＴＭｍｎ０モード（ｍ、ｎは１以上の整数である）又はＴＥｍ０ｐモード（ｍ、ｐは１以上の整数である）のシングルモードである。
例えば、電界を利用したマイクロ波処理を行う場合は、ＴＭ０ｎ０モード（ｎは１以上の整数）を用いることが好ましい。なかでも円筒型空胴共振器におけるＴＭ０１０モードの定在波は、マイクロ波照射空間２Ａの共振器（中心）軸Ｃにおいて、空胴共振器２内に形成される定在波のエネルギーが極大となる共振器軸Ｃ部分において電界強度が極大となるため、被処理対象物を設置する位置を決定しやすい。また共振器軸Ｃ方向には定在波エネルギーが均一となる。このエネルギーが極大でかつ均一となる共振器軸又はその近傍に沿って管６が移動可能に配される。管６内には被処理対象物３１（図面では矢印で示す）が配される。被処理対象物３１が配されるとは、管６の内部空間６ＳＵに被処理対象物３１が存在することを意味し、被処理対象物３１が管６内に静置されている形態も、被処理対象物３１が管６内を流動している形態も、一部が流動している形態も含む意味である。被処理対象物３１は、管６内のすべてを満たしていても、満たしていなくてもよい。
例えば、電界を利用したマイクロ波処理を行う場合は、ＴＭ０ｎ０モード（ｎは１以上の整数）を用いることが好ましい。なかでも円筒型空胴共振器におけるＴＭ０１０モードの定在波は、マイクロ波照射空間２Ａの共振器（中心）軸Ｃにおいて、空胴共振器２内に形成される定在波のエネルギーが極大となる共振器軸Ｃ部分において電界強度が極大となるため、被処理対象物を設置する位置を決定しやすい。また共振器軸Ｃ方向には定在波エネルギーが均一となる。このエネルギーが極大でかつ均一となる共振器軸又はその近傍に沿って管６が移動可能に配される。管６内には被処理対象物３１（図面では矢印で示す）が配される。被処理対象物３１が配されるとは、管６の内部空間６ＳＵに被処理対象物３１が存在することを意味し、被処理対象物３１が管６内に静置されている形態も、被処理対象物３１が管６内を流動している形態も、一部が流動している形態も含む意味である。被処理対象物３１は、管６内のすべてを満たしていても、満たしていなくてもよい。
また、磁界を利用したマイクロ波処理を行う場合は、ＴＭｍｎ０モード（ｍおよびｎは１以上の整数）を用いることが好ましい。なかでも円筒型の空胴共振器２におけるＴＭ１１０モードの定在波および矩形型空胴共振器におけるＴＥ１０２モードは、共振器軸Ｃ部分が磁界極大となるため、被処理対象物３１を設置する位置を決定しやすい。
被処理対象物は、空胴共振器２の内部の磁界強度に対応させて、磁界強度の強い部分に配されることが好ましい。特に、空胴共振器２内に形成された磁界強度が極大になる領域に配せば、より効率的な加熱が可能になる。例えば、被処理対象物３１が、磁性を有する物質の場合には磁界エネルギーを吸収することで、より効率的な加熱となる。被処理対象物３１が金属やイオンを含む物質などで電気伝導性を有する場合、磁界により物質内に誘起された電流によるジュール熱で発熱させることができ、より効率的な加熱が可能になる。
被処理対象物は、空胴共振器２の内部の磁界強度に対応させて、磁界強度の強い部分に配されることが好ましい。特に、空胴共振器２内に形成された磁界強度が極大になる領域に配せば、より効率的な加熱が可能になる。例えば、被処理対象物３１が、磁性を有する物質の場合には磁界エネルギーを吸収することで、より効率的な加熱となる。被処理対象物３１が金属やイオンを含む物質などで電気伝導性を有する場合、磁界により物質内に誘起された電流によるジュール熱で発熱させることができ、より効率的な加熱が可能になる。
上記マイクロ波発振器としては、発振周波数を２．４５ＧＨｚ帯のマイクロ波を発生できるマイクロ波発振器を挙げることができる。マイクロ波の周波数を微調整できるという観点、装置の小型化という観点から、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好ましい。このようなマイクロ波発振器としては、例えばガンダイオード、アバランシェダイオード（インパットダイオード）、等を用いたマイクロ波発振器が挙げられる。もしくは、ＭＨｚ帯ではコイルとコンデンサからなるＬＣ回路による発振回路も用いることができる。また、これらの素子と周波数制御機構をパッケージ化したＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）やＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｄ Ｌｏｏｐ）回路等も挙げることができる。マイクロ波発振器によって発生されるマイクロ波は、周波数が２．４５ＧＨｚ帯のマイクロ波に限定されるものではなく、９１５ＭＨｚ帯、５．８ＧＨｚ帯等、その他の周波数帯のマイクロ波を発生するものも、適宜、用いることができる。
［管］
マイクロ波処理する被処理対象物３１が配される管６について説明する。管６は、管の内壁面が共振器軸Ｃと平行な面で構成された形状を有し、管壁の厚さが共振器軸Ｃ方向に異なる部分を有するものである。以下、好ましい管の形態について詳述する。
マイクロ波処理する被処理対象物３１が配される管６について説明する。管６は、管の内壁面が共振器軸Ｃと平行な面で構成された形状を有し、管壁の厚さが共振器軸Ｃ方向に異なる部分を有するものである。以下、好ましい管の形態について詳述する。
＜テーパ管＞
図２に示すように、管６（６１）は、外壁面６１ＷＡが連続的に先太り形状を成し、内壁面６１ＷＢが共振器軸Ｃと平行な面で構成される。言い換えれば、管壁６１Ｗの断面における厚さが連続的に厚くなっていることが好ましい。「連続的」とは、外壁面６１ＷＡに段差がなく、管軸方向に外壁面６１ＷＡが滑らかに先太りになる形態を意味する。また、「先太り」とは、図面、上側より下側の外形が太くなることを意味する。外壁面６１ＷＡは、直線的に先太りになる形態と、曲線的に先太りになる形態とがある。直線的に先太りになる形態のテーパ率は、共振周波数の調整範囲が広いという観点から、１％以上が好ましく、５％以上がより好ましく、１０％以上がさらに好ましく、実際的には３０％以下である。また、貫通孔２１、２２と管６との隙間を小さくして貫通孔からの電磁波漏洩を抑制する観点から、２０％以下が好ましく、１８％以下がより好ましく、１５％以下がさらに好ましい。テーパ率は｜（管６１の入口側外径）－（管６１の出口側外径）｜／（管６１の管長）×１００％で求めることができる。先太りの形態では、（管６１の入口側外径）＜（管６１の出口側外径）である。具体的には、例えば、外壁面６１ＷＡは円錐台形状の外周面で構成され、内壁面６１ＷＢは円筒形状の外周面で構成されることが好ましい。また、図２に示した管６とは逆に、外形が先細り形状を有した管を用いることもできる。「先細り」とは、図面、上側より下側の外形が細くなることを意味する。直線的に先細りになる形態の場合、（管６１の入口側外径）＞（管６１の出口側外径）であり、上記テーパ率を求める式によってテーパ率を求めることができる。なお、本発明では、外壁面６１ＷＡが、曲線的に先細り又は先太りになる形態の場合（図示せず）もテーパ管の範疇に含める。以下、上側から下側に先太り形状となる形態について記載する。
図２に示すように、管６（６１）は、外壁面６１ＷＡが連続的に先太り形状を成し、内壁面６１ＷＢが共振器軸Ｃと平行な面で構成される。言い換えれば、管壁６１Ｗの断面における厚さが連続的に厚くなっていることが好ましい。「連続的」とは、外壁面６１ＷＡに段差がなく、管軸方向に外壁面６１ＷＡが滑らかに先太りになる形態を意味する。また、「先太り」とは、図面、上側より下側の外形が太くなることを意味する。外壁面６１ＷＡは、直線的に先太りになる形態と、曲線的に先太りになる形態とがある。直線的に先太りになる形態のテーパ率は、共振周波数の調整範囲が広いという観点から、１％以上が好ましく、５％以上がより好ましく、１０％以上がさらに好ましく、実際的には３０％以下である。また、貫通孔２１、２２と管６との隙間を小さくして貫通孔からの電磁波漏洩を抑制する観点から、２０％以下が好ましく、１８％以下がより好ましく、１５％以下がさらに好ましい。テーパ率は｜（管６１の入口側外径）－（管６１の出口側外径）｜／（管６１の管長）×１００％で求めることができる。先太りの形態では、（管６１の入口側外径）＜（管６１の出口側外径）である。具体的には、例えば、外壁面６１ＷＡは円錐台形状の外周面で構成され、内壁面６１ＷＢは円筒形状の外周面で構成されることが好ましい。また、図２に示した管６とは逆に、外形が先細り形状を有した管を用いることもできる。「先細り」とは、図面、上側より下側の外形が細くなることを意味する。直線的に先細りになる形態の場合、（管６１の入口側外径）＞（管６１の出口側外径）であり、上記テーパ率を求める式によってテーパ率を求めることができる。なお、本発明では、外壁面６１ＷＡが、曲線的に先細り又は先太りになる形態の場合（図示せず）もテーパ管の範疇に含める。以下、上側から下側に先太り形状となる形態について記載する。
上記のようなテーパ管からなる管６１を共振器軸Ｃ方向に沿って移動させることによって、マイクロ波照射空間２Ａ内における管６１の管壁６１Ｗの占める体積が変化する。これによって、マイクロ波照射空間２Ａ内の比誘電率が変化するため、空胴共振器２の共振周波数が変化して、共振周波数を変更することが可能になる。その際、変化範囲を大きくとるために、管壁６１Ｗの厚さを共振器軸Ｃ方向に薄い形態から厚い形態に大きく変化させることが好ましい。言い換えれば、管６１の外径を小径から大径に大きく変化させることが好ましい。
また、管６１の内壁面６１ＷＢが共振器軸Ｃに対して平行に構成された面であることから、管６１内部に被処理対象物として流体を流した場合、流体の流速が変化することなく、一定の流速でかつスムーズに流すことができる。これによって、流体を均一に加熱処理することができる。
空胴共振器２に形成された貫通孔２１及び２２と管６１の外壁面６１ＷＡとの隙間は、共振器軸Ｃ方向への管６１の移動が阻害されない程度に、必要最小限の隙間を設けることが好ましい。また、図示はしないが、管６１の外壁と貫通孔２１及び２２との隙間を塞ぐように、可動式の遮蔽板（図示せず）を設けて、状況に応じて遮蔽版によってマイクロ波照射空間２Ａ内のマイクロ波の漏洩を最小限にするようにしてもよい。
上記管６１は、内側に内壁面が共振器軸Ｃと平行な面で構成された内周管を配し、その外側に外壁面がテーパ形状のテーパ管を配した２層構造の管としてもよい。この場合の内周管は外周管に接合して一体化されていることが好ましい。また外周管は誘電損失が小さい樹脂やガラス管、セラミック等の材料を用いることが好ましい。
なお、テーパ管の場合、管６１は管内に被処理対象物３１を流通させる形態でなければ、管６１の内部空間６１ＳＵが管６１を貫通した形態とする必要はなく、例えば、管６１の一端を閉じた形状とすることができる。例えば、管６１の一端（例えば下端側）を閉じた構成とすることができる。
また、管６１の内壁面６１ＷＢが共振器軸Ｃに対して平行に構成された面であることから、管６１内部に被処理対象物として流体を流した場合、流体の流速が変化することなく、一定の流速でかつスムーズに流すことができる。これによって、流体を均一に加熱処理することができる。
空胴共振器２に形成された貫通孔２１及び２２と管６１の外壁面６１ＷＡとの隙間は、共振器軸Ｃ方向への管６１の移動が阻害されない程度に、必要最小限の隙間を設けることが好ましい。また、図示はしないが、管６１の外壁と貫通孔２１及び２２との隙間を塞ぐように、可動式の遮蔽板（図示せず）を設けて、状況に応じて遮蔽版によってマイクロ波照射空間２Ａ内のマイクロ波の漏洩を最小限にするようにしてもよい。
上記管６１は、内側に内壁面が共振器軸Ｃと平行な面で構成された内周管を配し、その外側に外壁面がテーパ形状のテーパ管を配した２層構造の管としてもよい。この場合の内周管は外周管に接合して一体化されていることが好ましい。また外周管は誘電損失が小さい樹脂やガラス管、セラミック等の材料を用いることが好ましい。
なお、テーパ管の場合、管６１は管内に被処理対象物３１を流通させる形態でなければ、管６１の内部空間６１ＳＵが管６１を貫通した形態とする必要はなく、例えば、管６１の一端を閉じた形状とすることができる。例えば、管６１の一端（例えば下端側）を閉じた構成とすることができる。
空胴共振器２の共振周波数を変更するには、空胴共振器２に対して管６１を共振器軸Ｃに沿って昇降させればよい。
例えば、内部空間６１ＳＵ内の物質の比誘電率が管６１を構成する材料の比誘電率より小さい場合であり、共振周波数が低くなっている場合には、共振周波数を上げる方向に管６１を移動させればよい。すなわち、図３（Ａ）に示すように、空胴共振器２（マイクロ波照射空間２Ａ）に対して管６１を下げる方向に移動させればよい。移動量（挿入位置）は、あらかじめ測定しておいた管６１の共振器軸Ｃ方向の挿入位置と共振周波数の関係から求めることができる。なお、本発明において、内部空間内の物質とは内部空間内に配された物を意味し、例えば、空気、被処理対象物、触媒等を挙げることができる。また、「管を上げる方向」とは、図面上、下から上に向かう方向を意味し、「管を下げる方向」とは、図面上、上から下に向かう方向を意味する。以下、同様である。
また、内部空間６１ＳＵ内の物質の比誘電率が管６１を構成する材料の比誘電率より小さい場合であり、共振周波数が高くなっている場合には、共振周波数を下げる方向に管６１を移動させればよい。すなわち、図３（Ｂ）に示すように、空胴共振器２（マイクロ波照射空間２Ａ）に対して管６１を上げる方向に移動させればよい。この場合の移動量（挿入位置）も、あらかじめ測定しておいた管６１の共振器軸Ｃ方向の挿入位置と共振周波数の関係から求めることができる。
なお、内部空間６１ＳＵ内の物質の比誘電率が管６１を構成する材料の比誘電率より大きい場合は、上記記載の管６１の移動操作の方向を逆転すればよい。
例えば、内部空間６１ＳＵ内の物質の比誘電率が管６１を構成する材料の比誘電率より小さい場合であり、共振周波数が低くなっている場合には、共振周波数を上げる方向に管６１を移動させればよい。すなわち、図３（Ａ）に示すように、空胴共振器２（マイクロ波照射空間２Ａ）に対して管６１を下げる方向に移動させればよい。移動量（挿入位置）は、あらかじめ測定しておいた管６１の共振器軸Ｃ方向の挿入位置と共振周波数の関係から求めることができる。なお、本発明において、内部空間内の物質とは内部空間内に配された物を意味し、例えば、空気、被処理対象物、触媒等を挙げることができる。また、「管を上げる方向」とは、図面上、下から上に向かう方向を意味し、「管を下げる方向」とは、図面上、上から下に向かう方向を意味する。以下、同様である。
また、内部空間６１ＳＵ内の物質の比誘電率が管６１を構成する材料の比誘電率より小さい場合であり、共振周波数が高くなっている場合には、共振周波数を下げる方向に管６１を移動させればよい。すなわち、図３（Ｂ）に示すように、空胴共振器２（マイクロ波照射空間２Ａ）に対して管６１を上げる方向に移動させればよい。この場合の移動量（挿入位置）も、あらかじめ測定しておいた管６１の共振器軸Ｃ方向の挿入位置と共振周波数の関係から求めることができる。
なお、内部空間６１ＳＵ内の物質の比誘電率が管６１を構成する材料の比誘電率より大きい場合は、上記記載の管６１の移動操作の方向を逆転すればよい。
＜段差管＞
図４に示すように、管６（６２）は、内壁面６２ＷＢが共振器軸Ｃと平行な面で構成され、外壁面６２ＷＡに段差部６２Ｓを有して、外形が段階的に先太り形状を成すことが好ましい。言い換えれば、管壁６２Ｗの断面における厚さが段階的に厚くなっている。「段階的」とは、管の外壁面６２ＷＡに段差があり、共振器軸Ｃ方向に階段状に共振器軸Ｃに対して直角方向の外形断面が変化する形態を意味する。すなわち、段差部前後の外壁面６２ＷＡは、管壁が滑らかで管の外形の断面積が変化しない形態であっても、管壁が滑らかで断面積が徐々に変化する形態であってもよい。上記段差部６２Ｓは、外壁面６２ＷＡに少なくとも１か所設けられ、２か所以上設けてもよい。図示例では、１段の段差部６２Ｓであるため、図面上の上部側の外形が細く、下部側の外形が太くなっている。
図４に示すように、管６（６２）は、内壁面６２ＷＢが共振器軸Ｃと平行な面で構成され、外壁面６２ＷＡに段差部６２Ｓを有して、外形が段階的に先太り形状を成すことが好ましい。言い換えれば、管壁６２Ｗの断面における厚さが段階的に厚くなっている。「段階的」とは、管の外壁面６２ＷＡに段差があり、共振器軸Ｃ方向に階段状に共振器軸Ｃに対して直角方向の外形断面が変化する形態を意味する。すなわち、段差部前後の外壁面６２ＷＡは、管壁が滑らかで管の外形の断面積が変化しない形態であっても、管壁が滑らかで断面積が徐々に変化する形態であってもよい。上記段差部６２Ｓは、外壁面６２ＷＡに少なくとも１か所設けられ、２か所以上設けてもよい。図示例では、１段の段差部６２Ｓであるため、図面上の上部側の外形が細く、下部側の外形が太くなっている。
上記のような段差部６２Ｓを有する管６２（段差管ともいう）を、貫通孔２１，２２を貫通して、共振器軸Ｃ方向に移動させる。管６２の移動によって、マイクロ波照射空間２Ａ内に存在する管６２の管壁６２Ｗの体積が変化して、マイクロ波照射空間２Ａ内の比誘電率を変化させることができる。それによって、空胴共振器２の共振周波数が変化して、共振周波数を変更することが可能になる。その際、変化範囲を大きくとるために、段差部６２Ｓの前後において、管壁６２Ｗの厚さの薄い部分と厚い部分との差を大きくとることが好ましい。「段差部の前後」とは、段差部６２Ｓを境にして、管６２の一端側と他端側とを意味する。言い換えれば、段差部６２Ｓの前後において管６２の外径を小径から大径に大きく変化させることを意味する。また、段差部６２Ｓをテーパ形状としてもよい。
また、管６２の内壁面６２ＷＢを共振器軸Ｃと平行な面で構成したことによって、上記テーパ管と同様に、管６１内を流れる流体の速度が変化することなく、一定の流速でスムーズに流すことができる。これによって、流体を均一に加熱処理することができる。
上記管６２は、図示はしていないが、内周管の内壁面を共振器軸Ｃと平行な面で構成し、その外壁面に厚さを増すための外壁面がテーパ形状のテーパ管からなる外周管を配した２層構造の管としてもよい。この場合の外周管は内周管の接合されていることが好ましい。また外周管には誘電損失が小さい樹脂やガラス、セラミック等の材料を用いることが好ましい。
なお、段差管の場合、管６２は管内に被処理対象物３１を流通させる形態でなければ、テーパ管と同様に、例えば、管６２の一端を閉じた形態とすることができる。例えば、管６２の一端（例えば下端側）を閉じた構成とすることができる。
また、管６２の内壁面６２ＷＢを共振器軸Ｃと平行な面で構成したことによって、上記テーパ管と同様に、管６１内を流れる流体の速度が変化することなく、一定の流速でスムーズに流すことができる。これによって、流体を均一に加熱処理することができる。
上記管６２は、図示はしていないが、内周管の内壁面を共振器軸Ｃと平行な面で構成し、その外壁面に厚さを増すための外壁面がテーパ形状のテーパ管からなる外周管を配した２層構造の管としてもよい。この場合の外周管は内周管の接合されていることが好ましい。また外周管には誘電損失が小さい樹脂やガラス、セラミック等の材料を用いることが好ましい。
なお、段差管の場合、管６２は管内に被処理対象物３１を流通させる形態でなければ、テーパ管と同様に、例えば、管６２の一端を閉じた形態とすることができる。例えば、管６２の一端（例えば下端側）を閉じた構成とすることができる。
空胴共振器２の共振周波数を変更するには、空胴共振器２に対して管６２を共振器軸Ｃに沿って昇降させればよい。
例えば、内部空間６２ＳＵ内の物質の比誘電率が管６２を構成する材料の比誘電率より小さい場合であり、共振周波数が低くなっている場合には、共振周波数を上げる方向に管６２を移動させればよい。すなわち、図５（Ａ）に示すように、管壁６２Ｗの薄い部分６２Ｗｔが空胴共振器２（マイクロ波照射空間２Ａ）内に多く入るように、空胴共振器２に対して管６２を下げる方向に移動させればよい。つまり、段差部６２Ｓがマイクロ波照射空間２Ａの底部に位置する方向に移動させればよい。移動量（挿入位置）は、あらかじめ測定しておいた管６２の共振器軸Ｃ方向の挿入位置と共振周波数の関係から求めることができる。
また、内部空間６２ＳＵ内の物質の比誘電率が管６２を構成する材料の比誘電率より小さい場合であり、共振周波数が高くなっている場合には、共振周波数を下げる方向に管６２を移動させればよい。すなわち、図５（Ｂ）に示すように、管壁６２Ｗの厚い部分６２ＷＴが空胴共振器２（マイクロ波照射空間２Ａ）内に多く入るように、空胴共振器２に対して管６２を上げる方向に移動させればよい。つまり、段差部６２Ｓがマイクロ波照射空間２Ａの上部に位置する方向に移動させればよい。この場合の移動量（挿入位置）も、あらかじめ測定しておいた管６２の共振器軸Ｃ方向の挿入位置と共振周波数の関係から求めることができる。
例えば、内部空間６２ＳＵ内の物質の比誘電率が管６２を構成する材料の比誘電率より小さい場合であり、共振周波数が低くなっている場合には、共振周波数を上げる方向に管６２を移動させればよい。すなわち、図５（Ａ）に示すように、管壁６２Ｗの薄い部分６２Ｗｔが空胴共振器２（マイクロ波照射空間２Ａ）内に多く入るように、空胴共振器２に対して管６２を下げる方向に移動させればよい。つまり、段差部６２Ｓがマイクロ波照射空間２Ａの底部に位置する方向に移動させればよい。移動量（挿入位置）は、あらかじめ測定しておいた管６２の共振器軸Ｃ方向の挿入位置と共振周波数の関係から求めることができる。
また、内部空間６２ＳＵ内の物質の比誘電率が管６２を構成する材料の比誘電率より小さい場合であり、共振周波数が高くなっている場合には、共振周波数を下げる方向に管６２を移動させればよい。すなわち、図５（Ｂ）に示すように、管壁６２Ｗの厚い部分６２ＷＴが空胴共振器２（マイクロ波照射空間２Ａ）内に多く入るように、空胴共振器２に対して管６２を上げる方向に移動させればよい。つまり、段差部６２Ｓがマイクロ波照射空間２Ａの上部に位置する方向に移動させればよい。この場合の移動量（挿入位置）も、あらかじめ測定しておいた管６２の共振器軸Ｃ方向の挿入位置と共振周波数の関係から求めることができる。
＜多重管＞
管は、２重管以上の多重管構造を有し、管のうち最内周の管の内壁面が共振器軸と平行な面で構成され、最内周の管を除く他の管の少なくとも１層の管が共振器軸方向に移動可能である。多重管構造とは、管中心軸方向に移動可能な、管中心軸を同じにする複数層の管が、例えば同心円状に配されている管構造を意味する。以下、多重管構造として、２層構造の管について説明する。
管は、２重管以上の多重管構造を有し、管のうち最内周の管の内壁面が共振器軸と平行な面で構成され、最内周の管を除く他の管の少なくとも１層の管が共振器軸方向に移動可能である。多重管構造とは、管中心軸方向に移動可能な、管中心軸を同じにする複数層の管が、例えば同心円状に配されている管構造を意味する。以下、多重管構造として、２層構造の管について説明する。
図６に示すように、管６（６３）は、２層構造を有し、内周管６３Ｂの外壁面６３ＢＷＡにそって外周管６３Ａが配される。したがって、最内周の管を除く他の管の少なくとも１層の管は、外周管６３Ａとなる。外周管６３Ａは、その内壁面６３ＡＷＢが内周管６３Ｂの外壁面６３ＢＷＡに対して摺動可能または遊挿可能に構成され、共振器軸Ｃ方向のマイクロ波照射空間２Ａの高さよりも長く、内周管６３Ｂより管長が短く形成されていることが好ましい。以下、本発明における「遊挿可能」には「摺動可能」な状態も含める。
内周管６３Ｂは空胴共振器２の貫通孔２１に固定されることが好ましい。内周管６３Ｂに対して外周管６３Ａを共振器軸Ｃ方向に移動させることによって、マイクロ波照射空間２Ａ内における外周管６３Ａと内周管６３Ｂとを合わせた管６３の管壁６３Ｗの占める体積が変化して、空胴共振器２内の比誘電率を変化させることができる。外周管６３Ａによる比誘電率の変化量を大きくするには、外周管６３Ａに樹脂のような誘電損失が小さい樹脂やガラス、セラミック等の材料を用いることが好ましい。それによって、マイクロ波照射空間２Ａの共振周波数が変化して、共振周波数を変更することが可能になる。その際、変化範囲を大きくとるために、外周管６３Ａは、マイクロ波照射空間２Ａ内に存在しない状態（わずかに存在する状態も含む）からマイクロ波照射空間２Ａ内の共振器軸Ｃ方向に外周管６３Ａが存在する状態に移動できることが好ましい。
また、内周管６３Ｂの外壁面６３ＢＷＡを貫通孔２１に対して固定できるため、管６３と空胴共振器２との間に隙間が生じないようにできる。また、外周管６３Ａは貫通孔２２との隙間を最小限にして配することが好ましい。これによって、貫通孔２１及び２２からマイクロ波照射空間２Ａ内のマイクロ波の漏洩が生じにくくなる。
また、内周管６３Ｂの内壁面６３ＢＷＢが共振器軸Ｃに対して平行に構成された面であることから、管６１内部に被処理対象物として流体を流した場合、流体の流速が変化することなく、一定の流速でかつスムーズに流すことができる。これによって、流体を均一に加熱処理することができる。
なお、多重管の場合、管６３は管内に被処理対象物３１を流通させる形態でなければ、管６３の内部空間６３ＳＵが管６３を貫通した形状とする必要はなく、例えば、管６３の一端を閉じた形状とすることができる。例えば、内周管６３Ｂの一端（例えば下端側）を閉じ、内周管６３Ｂの開放端（例えば上端側）又は閉塞端（例えば下端側）から外周管６３Ａを遊挿可能とする構成としてもよい。
内周管６３Ｂは空胴共振器２の貫通孔２１に固定されることが好ましい。内周管６３Ｂに対して外周管６３Ａを共振器軸Ｃ方向に移動させることによって、マイクロ波照射空間２Ａ内における外周管６３Ａと内周管６３Ｂとを合わせた管６３の管壁６３Ｗの占める体積が変化して、空胴共振器２内の比誘電率を変化させることができる。外周管６３Ａによる比誘電率の変化量を大きくするには、外周管６３Ａに樹脂のような誘電損失が小さい樹脂やガラス、セラミック等の材料を用いることが好ましい。それによって、マイクロ波照射空間２Ａの共振周波数が変化して、共振周波数を変更することが可能になる。その際、変化範囲を大きくとるために、外周管６３Ａは、マイクロ波照射空間２Ａ内に存在しない状態（わずかに存在する状態も含む）からマイクロ波照射空間２Ａ内の共振器軸Ｃ方向に外周管６３Ａが存在する状態に移動できることが好ましい。
また、内周管６３Ｂの外壁面６３ＢＷＡを貫通孔２１に対して固定できるため、管６３と空胴共振器２との間に隙間が生じないようにできる。また、外周管６３Ａは貫通孔２２との隙間を最小限にして配することが好ましい。これによって、貫通孔２１及び２２からマイクロ波照射空間２Ａ内のマイクロ波の漏洩が生じにくくなる。
また、内周管６３Ｂの内壁面６３ＢＷＢが共振器軸Ｃに対して平行に構成された面であることから、管６１内部に被処理対象物として流体を流した場合、流体の流速が変化することなく、一定の流速でかつスムーズに流すことができる。これによって、流体を均一に加熱処理することができる。
なお、多重管の場合、管６３は管内に被処理対象物３１を流通させる形態でなければ、管６３の内部空間６３ＳＵが管６３を貫通した形状とする必要はなく、例えば、管６３の一端を閉じた形状とすることができる。例えば、内周管６３Ｂの一端（例えば下端側）を閉じ、内周管６３Ｂの開放端（例えば上端側）又は閉塞端（例えば下端側）から外周管６３Ａを遊挿可能とする構成としてもよい。
管６３によって空胴共振器２の共振周波数を変更するには、空胴共振器２に対して管６３の内周管６３Ｂを共振器軸Ｃに沿って昇降させればよい。
例えば、内部空間６３ＳＵ内の物質の比誘電率が管６３を構成する材料の比誘電率より小さい場合であり、共振周波数が低くなっている場合には、共振周波数を上げる方向に内周管６３Ｂに沿って外周管６３Ａを移動させればよい。すなわち、図７（Ａ）に示したように、空胴共振器２に対して外周管６３Ａを下げてマイクロ波照射空間２Ａ内から出す方向に移動させればよい。移動量（挿入位置）は、あらかじめ測定しておいた外周管６３Ａの共振器軸Ｃ方向の挿入位置と共振周波数の関係から求めることができる。
また、内部空間６３ＳＵ内の物質の比誘電率が管６３を構成する材料の比誘電率より小さい場合であり、共振周波数が高くなっている場合には、共振周波数を下げる方向に内周管６３Ｂに沿って外周管６３Ａを移動させればよい。すなわち、図７（Ｂ）に示したように、空胴共振器２に対して外周管６３Ａを上げてマイクロ波照射空間２Ａ内に入れる方向に移動させればよい。この場合の移動量（挿入位置）も、あらかじめ測定しておいた外周管６３Ａの共振器軸Ｃ方向の挿入位置と共振周波数の関係から求めることができる。
例えば、内部空間６３ＳＵ内の物質の比誘電率が管６３を構成する材料の比誘電率より小さい場合であり、共振周波数が低くなっている場合には、共振周波数を上げる方向に内周管６３Ｂに沿って外周管６３Ａを移動させればよい。すなわち、図７（Ａ）に示したように、空胴共振器２に対して外周管６３Ａを下げてマイクロ波照射空間２Ａ内から出す方向に移動させればよい。移動量（挿入位置）は、あらかじめ測定しておいた外周管６３Ａの共振器軸Ｃ方向の挿入位置と共振周波数の関係から求めることができる。
また、内部空間６３ＳＵ内の物質の比誘電率が管６３を構成する材料の比誘電率より小さい場合であり、共振周波数が高くなっている場合には、共振周波数を下げる方向に内周管６３Ｂに沿って外周管６３Ａを移動させればよい。すなわち、図７（Ｂ）に示したように、空胴共振器２に対して外周管６３Ａを上げてマイクロ波照射空間２Ａ内に入れる方向に移動させればよい。この場合の移動量（挿入位置）も、あらかじめ測定しておいた外周管６３Ａの共振器軸Ｃ方向の挿入位置と共振周波数の関係から求めることができる。
上記のマイクロ波処理装置１（図１参照）では、被処理対象物が配される管６を配した空胴共振器２に対して、マイクロ波発生器４からマイクロ波を供給し、マイクロ波照射空間２Ａ内に上記の定在波を形成する。例えば、この定在波の電界強度が極大となる部分に沿って管６を設けたことにより、管６内の被処理対象物３１を高いエネルギー効率で処理することができる。
上記マイクロ波処理装置１において、マイクロ波発生器４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。マイクロ波の周波数の調整することにより、空胴共振器２内に定在波を安定して形成できる。またマイクロ波電力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、被処理対象物３１の加熱状態を制御することが可能になる。
本発明のマイクロ波処理装置１では、共振器軸Ｃ方向に被処理対象物３１が配される管６を前述の図３、５、７によって説明したように移動することによって、共振周波数を所定の範囲内（例えば、ＩＳＭバンド内）になるように調整することができる。すなわち、上記管６又はその一部を共振器軸Ｃに沿って移動することによって、マイクロ波照射空間２Ａ内の比誘電率が変化する。これによって、共振周波数が変更され、所望の共振周波数範囲にすることが可能になる。
管６又はその一部を上昇させることによって、マイクロ波照射空間２Ａ内において管壁６１Ｗ、６２Ｗ、６３Ｗの占める割合が大きくなる。この結果、内部空間６ＳＵ内の物質の比誘電率が管６を構成する材料の比誘電率より小さい場合では、マイクロ波照射空間２Ａ内の比誘電率が高くなり、共振周波数を低下させることができる。逆に管６又はその一部を下降させることによって、マイクロ波照射空間２Ａ内において管壁６１Ｗ、６２Ｗ、６３Ｗの占める割合が小さくなる。この結果、マイクロ波照射空間２Ａ内の比誘電率が低くなり、共振周波数を上昇させることができる。
一方、内部空間６ＳＵ内の物質の比誘電率が管６を構成する材料の比誘電率より大きい場合では、上記マイクロ波照射空間２Ａ内の比誘電率の高低が逆転するため、管６又はその一部の下降または上昇方向を反転させるとで、共振周波数の調整が可能となる。
管６又はその一部を上昇させることによって、マイクロ波照射空間２Ａ内において管壁６１Ｗ、６２Ｗ、６３Ｗの占める割合が大きくなる。この結果、内部空間６ＳＵ内の物質の比誘電率が管６を構成する材料の比誘電率より小さい場合では、マイクロ波照射空間２Ａ内の比誘電率が高くなり、共振周波数を低下させることができる。逆に管６又はその一部を下降させることによって、マイクロ波照射空間２Ａ内において管壁６１Ｗ、６２Ｗ、６３Ｗの占める割合が小さくなる。この結果、マイクロ波照射空間２Ａ内の比誘電率が低くなり、共振周波数を上昇させることができる。
一方、内部空間６ＳＵ内の物質の比誘電率が管６を構成する材料の比誘電率より大きい場合では、上記マイクロ波照射空間２Ａ内の比誘電率の高低が逆転するため、管６又はその一部の下降または上昇方向を反転させるとで、共振周波数の調整が可能となる。
例えば、管６１を位置調整する場合、まず共振器軸Ｃと、管６（６１）の中心軸とを合わせる。そして、共振器軸Ｃにおけるマイクロ波照射空間２Ａの中心位置２ＡＣと、管の中心軸における管６１の管長の中心位置６１Ｃとを一致させる。この一致させた点を管移動の基準位置（移動量が０の位置）とする。また管６２を位置調整する場合は、共振器軸Ｃに管６２の管の中心軸を合わせ、段差部６２Ｓの断面方向の中心位置６２Ｃと、マイクロ波照射空間２Ａの中心位置２ＡＣとを一致させ、上記同様の基準位置を規定する。また管６３を位置調整する場合は、共振器軸Ｃに管６３の管の中心軸を合わせ、管６３の中心軸における内周管６３Ｂの管長の中心位置６３Ｃと、マイクロ波照射空間２Ａの中心位置２ＡＣとを一致させ、上記同様の基準位置を規定する。
このようにして、管の移動開始点となる基準位置を規定する。
このようにして、管の移動開始点となる基準位置を規定する。
そして、検出部１２によって検出した空胴共振器２の共振周波数に基づいて、制御部１１によって共振器軸Ｃに沿う管６の挿入位置（移動量）を決定する。そのため、空胴共振器２には、マイクロ波照射空間２Ａ内の定在波の周波数を検出する検出部１２が配されていることが好ましい。検出部１２は、マイクロ波照射空間２Ａ内部のエネルギー強度を計測し、その信号を処理して周波数を検出するものであればよい。
あらかじめ、共振周波数とマイクロ波照射空間２Ａに対する管の挿入位置との関係を求めておき、その関係を制御部１１に記憶させておくことが好ましい。そして、検出器１２によって検出した共振周波数と、あらかじめ求めた上記関係に基づいて、ＩＳＭバンド内に共振周波数が収まるように、管６の挿入位置を決定し指示する。その指示は、図示はしていないが、管６を昇降させる駆動部に伝達されることが好ましい。このようにして、管６の挿入位置は、共振器２の共振周波数がＩＳＭバンド内に収まるように駆動部によって調整される。
あらかじめ、共振周波数とマイクロ波照射空間２Ａに対する管の挿入位置との関係を求めておき、その関係を制御部１１に記憶させておくことが好ましい。そして、検出器１２によって検出した共振周波数と、あらかじめ求めた上記関係に基づいて、ＩＳＭバンド内に共振周波数が収まるように、管６の挿入位置を決定し指示する。その指示は、図示はしていないが、管６を昇降させる駆動部に伝達されることが好ましい。このようにして、管６の挿入位置は、共振器２の共振周波数がＩＳＭバンド内に収まるように駆動部によって調整される。
また、制御部１１は、被処理対象物の処理を開始する前に、マイクロ波発生器４又は増幅器（図示せず）から発生するマイクロ波の周波数を、空胴共振器２のマイクロ波照射空間２Ａ内に形成される定在波の周波数に一致させることもできる。この一致させるとは、完全に一致することが好ましいが、ある範囲内、例えば１％以内の差の場合も含むものとする。そして、周波数を一致させたマイクロ波をマイクロ波照射空間２Ａ内に照射させる。
具体的には、検出部１２によってマイクロ波照射空間２Ａ内のマイクロ波のエネルギー強度に比例した出力信号を検出する。一方、マイクロ波照射空間２Ａに供給するマイクロ波は、マイクロ波発生器４から発生したマイクロ波もしくはマイクロ波発生器４から発生したマイクロ波を増幅器によって増幅したマイクロ波である。このとき、マイクロ波発生器４から発生する周波数を２．４５ＧＨｚ帯全域又は２．４５ＧＨｚ帯の一部の帯域で掃引すると、検出部１２からの出力信号は極大値をもつ分布を得る。この極大値はマイクロ波照射空間２Ａ内に定在波が形成できていることを意味しているので、あらかじめＴＭ０ｎ０モードの定在波の共振周波数と比較することで所定のモードの共振周波数を検出することができる。
そして制御部１１によって、マイクロ波発生器４から発生するマイクロ波の周波数を、検出したマイクロ波の周波数に一致させて、マイクロ波照射空間２Ａ内に共振周波数に一致させた周波数のマイクロ波を供給することもできる。
そして制御部１１によって、マイクロ波発生器４から発生するマイクロ波の周波数を、検出したマイクロ波の周波数に一致させて、マイクロ波照射空間２Ａ内に共振周波数に一致させた周波数のマイクロ波を供給することもできる。
マイクロ波発生器から発するマイクロ波の周波数を、マイクロ波照射空間２Ａ内の共振周波数に一致させる別の手段として、マイクロ波照発生器から発生するマイクロ波の周波数を固定しておき、管６を上げる方向または下げる方向に移動することにより、共振周波数を変化させることもできる。この場合、マイクロ波照射空間からの反射波が極小値になる、もしくは検出部１２からの出力信号が極大値となる位置に、管６を上げる方向または下げる方向に移動することで、共振周波数を調整することができる。
共振周波数を検出するための操作は定期的に行うことが望ましい。外乱が大きい場合や温度変化、流量変化、組成変化が大きい場合、マイクロ波処理を開始した直後は短い周期、例えば１秒以下で行うことが望ましい。一方外乱が少ない場合や、温度変化、流量変化、組成変化が少ない場合、マイクロ波処理を開始し十分な時間が経過し安定したのちは、長い周期、例えば１分おきに行ってもよい。
共振周波数を検出するためにマイクロ波発生器４からのマイクロ波の周波数を掃引する場合、掃引周波数の幅は狭いほうが望ましい。しかし変動が大きい場合は掃引周波数の幅が少ない場合は掃引周波数内に極大値が見つからない場合がある。その場合は掃引周波数幅を広げて、再度掃引することで共振周波数を検出することも望ましい。
共振周波数を検出するためにマイクロ波発生器４からのマイクロ波の周波数を掃引する場合、掃引周波数の幅は狭いほうが望ましい。しかし変動が大きい場合は掃引周波数の幅が少ない場合は掃引周波数内に極大値が見つからない場合がある。その場合は掃引周波数幅を広げて、再度掃引することで共振周波数を検出することも望ましい。
本発明のマイクロ波処理装置１の構成の好ましい一例について詳説する。
＜空胴共振器＞
マイクロ波処理装置に用いる空胴共振器２の形状は、一つのマイクロ波供給口２Ｓ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。例えば、円筒形又は角筒形の空胴共振器を用いることができる。本明細書において円筒形の空胴共振器とは、該空胴共振器の中心軸Ｃに垂直な内側断面形状が円形であるものの他、当該断面形状が楕円形もしくは長円形であるものを含む意味に用いる。また、角筒形の空胴共振器は、中心軸Ｃに直角な内側断面形状が多角形であるものを意味し、当該断面形状が４～１０角形であることが好ましい。また、多角形の角が、丸みを帯びた形状であってもよい。
空胴共振器２の大きさも上記説明した形態において、目的に応じて適宜に設計することができる。空胴共振器２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。
＜空胴共振器＞
マイクロ波処理装置に用いる空胴共振器２の形状は、一つのマイクロ波供給口２Ｓ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。例えば、円筒形又は角筒形の空胴共振器を用いることができる。本明細書において円筒形の空胴共振器とは、該空胴共振器の中心軸Ｃに垂直な内側断面形状が円形であるものの他、当該断面形状が楕円形もしくは長円形であるものを含む意味に用いる。また、角筒形の空胴共振器は、中心軸Ｃに直角な内側断面形状が多角形であるものを意味し、当該断面形状が４～１０角形であることが好ましい。また、多角形の角が、丸みを帯びた形状であってもよい。
空胴共振器２の大きさも上記説明した形態において、目的に応じて適宜に設計することができる。空胴共振器２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。
＜マイクロ波の供給＞
本発明のマイクロ波処理装置１は、マイクロ波発生器４またはマイクロ波増幅器（図示せず）から発生したマイクロ波をマイクロ波供給口２Ｓからアンテナ５を介して空胴共振器２のマイクロ波照射空間２Ａ内に供給される。
本発明のマイクロ波処理装置１は、マイクロ波発生器４またはマイクロ波増幅器（図示せず）から発生したマイクロ波をマイクロ波供給口２Ｓからアンテナ５を介して空胴共振器２のマイクロ波照射空間２Ａ内に供給される。
上記マイクロ波発生器４は、例えば、発振周波数を、ＩＳＭバンドの２．４５ＧＨｚ帯、５．８ＧＨｚ帯、９１５ＭＨｚ帯、等の範囲内にて調整できるマイクロ波発生器を挙げることができる。例えば、半導体固体素子を用いたマイクロ波発生器や、マグネトロン等の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、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好ましい。半導体固体素子を用いたマイクロ波発生器としては、例えばガンダイオード、アバランシェダイオード（インパットダイオード）、等を用いたマイクロ波発生器が挙げられる。なお、発振周波数は上記周波数帯に限定されるものではない。また、マイクロ波発生器４から発生したマイクロ波を増幅する増幅器を備えることが好ましい。この増幅器は、一般的な、高周波用の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いたマイクロ波増幅器を用いることができる。
図１に示す形態では、空胴共振器２として円筒形の空胴共振器を用いている。その空胴共振器２の中心軸Ｃに平行な壁面（円筒の側壁）又はその近傍には、マイクロ波供給口２Ｓが設けられている。マイクロ波供給口２Ｓを通じてマイクロ波照射空間２Ａには、高周波を印加することができるアンテナ５を有していることが好ましい。アンテナ５としては磁界励起アンテナ、例えばループアンテナ、または電界励起アンテナ、例えばモノポールアンテナ等を用いることが好ましい。アンテナ５は、ケーブル７を介してマイクロ波発生器４と接続されている。ケーブル７には、例えば同軸ケーブルを用いることができる。
この構成では、マイクロ波発生器４から発せられたマイクロ波を、ケーブル７を介してアンテナ５からマイクロ波照射空間２Ａ内に供給する。マイクロ波発生器４とアンテナ５の間には、反射波を抑制するための整合器（図示せず）やマイクロ波発生器を保護するためのアイソレータ（図示せず）を設置してもよい。またケーブルの長さを調整することによって整合器の機能を果たすようにしてもよい。
上記アンテナ５の端面は空胴共振器壁面など接地電位と接続することが好ましい。このアンテナ５にマイクロ波（高周波）を印加することで、例えばループアンテナの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、上記の円筒状の空胴共振器においてＴＭ０１０のシングルモード定在波を形成させた場合、共振器軸Ｃにおいて電界強度が極大になり、共振器軸Ｃ方向に電界強度が均一になる。したがって、管６において、その内部に存在し、又は流通する被処理対象物３１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。
なお、マイクロ波発生器４から導波管を用いてマイクロ波供給口３にマイクロ波を供給してもよい。
この構成では、マイクロ波発生器４から発せられたマイクロ波を、ケーブル７を介してアンテナ５からマイクロ波照射空間２Ａ内に供給する。マイクロ波発生器４とアンテナ５の間には、反射波を抑制するための整合器（図示せず）やマイクロ波発生器を保護するためのアイソレータ（図示せず）を設置してもよい。またケーブルの長さを調整することによって整合器の機能を果たすようにしてもよい。
上記アンテナ５の端面は空胴共振器壁面など接地電位と接続することが好ましい。このアンテナ５にマイクロ波（高周波）を印加することで、例えばループアンテナの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、上記の円筒状の空胴共振器においてＴＭ０１０のシングルモード定在波を形成させた場合、共振器軸Ｃにおいて電界強度が極大になり、共振器軸Ｃ方向に電界強度が均一になる。したがって、管６において、その内部に存在し、又は流通する被処理対象物３１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。
なお、マイクロ波発生器４から導波管を用いてマイクロ波供給口３にマイクロ波を供給してもよい。
＜被処理対象物の加熱＞
本発明のマイクロ波処理装置では、被処理対象物３１（例えば、管６内に配された被加熱対象物３１）は、空胴共振器２内部に定在波のエネルギー（電界又は磁界）強度に対応させて配される。特に、空胴共振器２内に形成された定在波の電界又は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。
本発明のマイクロ波処理装置では、被処理対象物３１（例えば、管６内に配された被加熱対象物３１）は、空胴共振器２内部に定在波のエネルギー（電界又は磁界）強度に対応させて配される。特に、空胴共振器２内に形成された定在波の電界又は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。
図１に示す形態のマイクロ波処理装置１においては、管６内に配される被加熱対象物３１に特に制限はなく、液体、固体、粉末およびそれらの混合物を挙げることができる。もしくは、管６内にあらかじめ設置したハニカム構造体、触媒等（図示せず）を挙げることができる。
被加熱対象物３１を管６内に流通させる場合、送給手段（例えば、ポンプ）４１等を用いて被加熱対象物３１を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。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処理装置１は化学反応の制御に好適に用いることができる。
被加熱対象物をハニカム構造体とした場合には、マイクロ波処理装置は、例えば、ハニカム構造体を通過するガス状物質の温度制御をするために用いることができる。また、被加熱対象物を触媒とした場合には、触媒の作用による化学反応を生じさせるために用いることができる。触媒は、ハニカム構造体に担持させた形態とすることも好ましい。
被加熱対象物３１を管６内に流通させる場合、送給手段（例えば、ポンプ）４１等を用いて被加熱対象物３１を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。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処理装置１は化学反応の制御に好適に用いることができる。
被加熱対象物をハニカム構造体とした場合には、マイクロ波処理装置は、例えば、ハニカム構造体を通過するガス状物質の温度制御をするために用いることができる。また、被加熱対象物を触媒とした場合には、触媒の作用による化学反応を生じさせるために用いることができる。触媒は、ハニカム構造体に担持させた形態とすることも好ましい。
［マイクロ波処理方法］
マイクロ波処理方法は、空胴共振器内にマイクロ波を照射して、該空胴共振器内にＴＭｍｎ０モード（ｍ、ｎは１以上の整数）又はＴＥｍ０ｐモード（ｍ、ｐは１以上の整数）のシングルモードの定在波を形成し、該定在波を用いて被処理対象物を処理する。マイクロ波には、例えば２．４５ＧＨｚ帯の周波数のマイクロ波を用いる。また定在波のエネルギー（電界または磁界）強度が極大となる部分に沿って被処理対象物を配する。
このマイクロ波処理方法には、上述のマイクロ波処理装置１にテーパ管を用いることが好ましい。以下、マイクロ波処理装置１にテーパ管を用いた場合を説明するが、段差管や多重管を用いた場合も同様に適用できる。
具体的には、上記マイクロ波処理装置１を用いて被処理対象物３１の加熱を行うことができる。まずマイクロ波発生器４から上記のように周波数を調整して供給されるマイクロ波を、空胴共振器２のマイクロ波照射空間２Ａ内に供給する。周波数の調整により、空胴共振器２内に形成される定在波の電界又は磁界強度分布を所望の分布状態に制御することができ、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、管６内（内部空間６ＳＵ）の被処理対象物３１の、例えば加熱状態（温度）を制御することが可能になる。
上記マイクロ波の周波数は、例えば上記２．４５ＧＨｚ帯の周波数であり、マイクロ波照射空間２Ａ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。
マイクロ波処理方法は、空胴共振器内にマイクロ波を照射して、該空胴共振器内にＴＭｍｎ０モード（ｍ、ｎは１以上の整数）又はＴＥｍ０ｐモード（ｍ、ｐは１以上の整数）のシングルモードの定在波を形成し、該定在波を用いて被処理対象物を処理する。マイクロ波には、例えば２．４５ＧＨｚ帯の周波数のマイクロ波を用いる。また定在波のエネルギー（電界または磁界）強度が極大となる部分に沿って被処理対象物を配する。
このマイクロ波処理方法には、上述のマイクロ波処理装置１にテーパ管を用いることが好ましい。以下、マイクロ波処理装置１にテーパ管を用いた場合を説明するが、段差管や多重管を用いた場合も同様に適用できる。
具体的には、上記マイクロ波処理装置１を用いて被処理対象物３１の加熱を行うことができる。まずマイクロ波発生器４から上記のように周波数を調整して供給されるマイクロ波を、空胴共振器２のマイクロ波照射空間２Ａ内に供給する。周波数の調整により、空胴共振器２内に形成される定在波の電界又は磁界強度分布を所望の分布状態に制御することができ、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、管６内（内部空間６ＳＵ）の被処理対象物３１の、例えば加熱状態（温度）を制御することが可能になる。
上記マイクロ波の周波数は、例えば上記２．４５ＧＨｚ帯の周波数であり、マイクロ波照射空間２Ａ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。
上記初期設定をした後、マイクロ波処理を行う。処理を進めるに従い、共振周波数にずれが生じてくる。その場合には、共振周波数のずれ量に応じて、管６（６１）を共振器軸Ｃ方向に移動させて、共振周波数を設定値に戻す。例えば、内部空間６１ＳＵ内の物質の比誘電率が管６１を構成する材料の比誘電率より小さい場合であって、共振周波数が設定値よりも小さい場合には、図３（Ａ）に示したように管６１を降下させてマイクロ波照射空間２Ａ内の管６１の体積が少なくなる方向（比誘電率が低くなる方向）に移動させて、共振周波数を高める。逆に、例えば、内部空間６１ＳＵ内の物質の比誘電率が管６１を構成する材料の比誘電率より小さい場合であって、共振周波数が設定値よりも大きい場合には、図３（Ｂ）に示したように管６１を上昇させてマイクロ波照射空間２Ａ内の管６１の体積が多くなる方向（比誘電率が高くなる方向）に移動させて、共振周波数を低くする。
図４及び６に示した管６（６２）及び６（６３）についても、図２に示した管６（６１）と同様に昇降させることによって、共振周波数を制御することができる。すなわち、マイクロ波照射空間２Ａ内の管６の占める体積が小さくなる方向に管６を移動させることで、共振周波数を高めることができ、マイクロ波照射空間２Ａ内の管６の占める体積が大きくなる方向に管６を移動させることで、共振周波数を低下させることができる。
図４及び６に示した管６（６２）及び６（６３）についても、図２に示した管６（６１）と同様に昇降させることによって、共振周波数を制御することができる。すなわち、マイクロ波照射空間２Ａ内の管６の占める体積が小さくなる方向に管６を移動させることで、共振周波数を高めることができ、マイクロ波照射空間２Ａ内の管６の占める体積が大きくなる方向に管６を移動させることで、共振周波数を低下させることができる。
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。
［実施例１］
図１に示したマイクロ波処理装置１を用いた。共振器には、ＴＭ０１０モードの定在波を形成するシングルモード共振器として、円筒型のマイクロ波照射空間２Ａを有する空胴共振器２を用いた。マイクロ波照射空間２Ａは、内径８４ｍｍの円筒型であった。空胴共振器２の上下面には、共振器軸（中心軸）Ｃを中心とする図２に示した外形テーパ形状の管６（６１）が貫通される貫通孔２１、２２を形成した。貫通孔２１、２２は、管６２の太い外形部分が遊挿可能に貫通される直径１５ｍｍの孔とした。貫通孔２１には管６２の細い外形部分を遊挿可能に貫通させて配し、貫通孔２２には管６２の太い外形部分を遊挿可能に貫通させて配した。したがって、共振器軸Ｃに管６１の中心軸が一致した。
管６１には、図２に示した、外径１５ｍｍ、長さ５０ｍｍで最小外径６ｍｍ、最大外径１５ｍｍの石英製のテーパ管（比誘電率４．０）を用いた。このような管６１を、マイクロ波照射空間２Ａに対して貫通孔２１、２２を通じて昇降可能に配した。なお、内部空間６１ＳＵ内の物質は空気（比誘電率１．０）とした。
管６１の中心軸（共振器軸Ｃに一致）の管長方向における管の中心位置と、共振器軸Ｃにおけるマイクロ波照射空間２Ａの中心位置２ＡＣが一致する位置を基準位置０とした。
そして、共振器軸Ｃにそって、基準位置０に対して、管６１を１０ｍｍ下降した位置（１０ｍｍ）（図３（Ａ）参照）から１０ｍｍ上昇した位置（－１０ｍｍ）（図３（Ｂ）参照）まで、２ｍｍ毎に挿入位置を変化させたときの共振周波数を測定した。その結果を図８に示した。図８に示したように、挿入位置を変化させることによって共振周波数を可変できることがわかった。工業分野で利用できるマイクロ波周波数帯のＩＳＭバンドの一つに帯域は２．４～２．５ＧＨｚとされていることから、管６２の挿入位置を－８ｍｍから＋８ｍｍに可変することで、工業的に利用できる周波数範囲（２．４ＧＨｚ～２．５ＧＨｚ）内に調整できることがわかった。マイクロ波照射空間や管を製作する際、加工精度により、実際の共振周波数が異なるが、加工精度や処理対象物の変化からくる、共振周波数のずれを、微調整できることがわかった。
図１に示したマイクロ波処理装置１を用いた。共振器には、ＴＭ０１０モードの定在波を形成するシングルモード共振器として、円筒型のマイクロ波照射空間２Ａを有する空胴共振器２を用いた。マイクロ波照射空間２Ａは、内径８４ｍｍの円筒型であった。空胴共振器２の上下面には、共振器軸（中心軸）Ｃを中心とする図２に示した外形テーパ形状の管６（６１）が貫通される貫通孔２１、２２を形成した。貫通孔２１、２２は、管６２の太い外形部分が遊挿可能に貫通される直径１５ｍｍの孔とした。貫通孔２１には管６２の細い外形部分を遊挿可能に貫通させて配し、貫通孔２２には管６２の太い外形部分を遊挿可能に貫通させて配した。したがって、共振器軸Ｃに管６１の中心軸が一致した。
管６１には、図２に示した、外径１５ｍｍ、長さ５０ｍｍで最小外径６ｍｍ、最大外径１５ｍｍの石英製のテーパ管（比誘電率４．０）を用いた。このような管６１を、マイクロ波照射空間２Ａに対して貫通孔２１、２２を通じて昇降可能に配した。なお、内部空間６１ＳＵ内の物質は空気（比誘電率１．０）とした。
管６１の中心軸（共振器軸Ｃに一致）の管長方向における管の中心位置と、共振器軸Ｃにおけるマイクロ波照射空間２Ａの中心位置２ＡＣが一致する位置を基準位置０とした。
そして、共振器軸Ｃにそって、基準位置０に対して、管６１を１０ｍｍ下降した位置（１０ｍｍ）（図３（Ａ）参照）から１０ｍｍ上昇した位置（－１０ｍｍ）（図３（Ｂ）参照）まで、２ｍｍ毎に挿入位置を変化させたときの共振周波数を測定した。その結果を図８に示した。図８に示したように、挿入位置を変化させることによって共振周波数を可変できることがわかった。工業分野で利用できるマイクロ波周波数帯のＩＳＭバンドの一つに帯域は２．４～２．５ＧＨｚとされていることから、管６２の挿入位置を－８ｍｍから＋８ｍｍに可変することで、工業的に利用できる周波数範囲（２．４ＧＨｚ～２．５ＧＨｚ）内に調整できることがわかった。マイクロ波照射空間や管を製作する際、加工精度により、実際の共振周波数が異なるが、加工精度や処理対象物の変化からくる、共振周波数のずれを、微調整できることがわかった。
［実施例２］
図１に示したマイクロ波処理装置１を用いた。共振器には、ＴＭ０１０モードの定在波を形成するシングルモード共振器であり、円筒型の空洞のマイクロ波照射空間２Ａを有する空胴共振器２を用いた。マイクロ波照射空間２Ａは内径８３ｍｍの円筒型であった。空胴共振器２の上下面には、共振器軸（中心軸）Ｃを中心とする図４に示した管６（６２）が貫通される貫通孔２１、２２を形成した。貫通孔２１は、管６２の細い外形部分が貫通する直径６ｍｍの孔とした。貫通孔２２は、管６２の太い外形部分が遊挿可能に貫通する直径１５ｍｍの孔とした。貫通孔２１には管６２の細い外形部分を遊挿可能に貫通させて配し、貫通孔２２には管６２の太い外形部分を遊挿可能に貫通させて配した。したがって、共振器軸Ｃに管６２の中心軸が一致した。
管６２には、図４に示した、内径４ｍｍ、長さ５０ｍｍで片端より２５ｍｍまでは外径６ｍｍ、そこから他端までの外径１５ｍｍの、外壁面に段違い外径を有する石英製の段差管（比誘電率４．１）を用いた。なお、内部空間６２ＳＵ内の物質は空気（比誘電率１．０）とした。このような管６２を、マイクロ波照射空間２Ａに対して貫通孔２１、２２を通じて昇降可能に配した。管６２の中心軸（共振器軸Ｃに一致）の管長方向における管の中心位置６２Ｃと、共振器軸Ｃにおけるマイクロ波照射空間２Ａの中心位置２ＡＣが一致する位置を基準位置０とした。管６２の中心位置６２Ｃは、外壁面６２ＷＡの段差部６２Ｓにおける管６２の断面の中心とした。
そして、共振器軸Ｃにそって、基準位置０に対して、管６２を１０ｍｍ下降した位置（－１０ｍｍ）（図５（Ａ）参照）から１０ｍｍ上昇した位置（１０ｍｍ）（図５（Ｂ）参照）まで、２ｍｍ毎に挿入位置を変化させたときの共振周波数を測定した。その結果を図９に示した。図９に示したように、挿入位置を変化させることによって共振周波数を可変できることがわかった。この段差型の管６の挿入位置を－４ｍｍから＋２ｍｍに可変することで、工業的に利用できる周波数範囲（２．４ＧＨｚ～２．５ＧＨｚ）内に調整することができることがわかった。マイクロ波照射空間や管を製作する際、加工精度により、実際の共振周波数が異なるが、加工精度や処理対象物の変化からくる、共振周波数のずれを、微調整できることがわかった。
図１に示したマイクロ波処理装置１を用いた。共振器には、ＴＭ０１０モードの定在波を形成するシングルモード共振器であり、円筒型の空洞のマイクロ波照射空間２Ａを有する空胴共振器２を用いた。マイクロ波照射空間２Ａは内径８３ｍｍの円筒型であった。空胴共振器２の上下面には、共振器軸（中心軸）Ｃを中心とする図４に示した管６（６２）が貫通される貫通孔２１、２２を形成した。貫通孔２１は、管６２の細い外形部分が貫通する直径６ｍｍの孔とした。貫通孔２２は、管６２の太い外形部分が遊挿可能に貫通する直径１５ｍｍの孔とした。貫通孔２１には管６２の細い外形部分を遊挿可能に貫通させて配し、貫通孔２２には管６２の太い外形部分を遊挿可能に貫通させて配した。したがって、共振器軸Ｃに管６２の中心軸が一致した。
管６２には、図４に示した、内径４ｍｍ、長さ５０ｍｍで片端より２５ｍｍまでは外径６ｍｍ、そこから他端までの外径１５ｍｍの、外壁面に段違い外径を有する石英製の段差管（比誘電率４．１）を用いた。なお、内部空間６２ＳＵ内の物質は空気（比誘電率１．０）とした。このような管６２を、マイクロ波照射空間２Ａに対して貫通孔２１、２２を通じて昇降可能に配した。管６２の中心軸（共振器軸Ｃに一致）の管長方向における管の中心位置６２Ｃと、共振器軸Ｃにおけるマイクロ波照射空間２Ａの中心位置２ＡＣが一致する位置を基準位置０とした。管６２の中心位置６２Ｃは、外壁面６２ＷＡの段差部６２Ｓにおける管６２の断面の中心とした。
そして、共振器軸Ｃにそって、基準位置０に対して、管６２を１０ｍｍ下降した位置（－１０ｍｍ）（図５（Ａ）参照）から１０ｍｍ上昇した位置（１０ｍｍ）（図５（Ｂ）参照）まで、２ｍｍ毎に挿入位置を変化させたときの共振周波数を測定した。その結果を図９に示した。図９に示したように、挿入位置を変化させることによって共振周波数を可変できることがわかった。この段差型の管６の挿入位置を－４ｍｍから＋２ｍｍに可変することで、工業的に利用できる周波数範囲（２．４ＧＨｚ～２．５ＧＨｚ）内に調整することができることがわかった。マイクロ波照射空間や管を製作する際、加工精度により、実際の共振周波数が異なるが、加工精度や処理対象物の変化からくる、共振周波数のずれを、微調整できることがわかった。
［実施例３］
図１に示したマイクロ波処理装置１を用いた。共振器には、ＴＭ０１０モードの定在波を形成するシングルモード共振器であり、円筒型の空洞のマイクロ波照射空間２Ａを有する空胴共振器２を用いた。マイクロ波照射空間２Ａは内径８３ｍｍの円筒型であった。空胴共振器２の上下面には、共振器軸（中心軸）Ｃを中心とする図６に示した管６（６３）が貫通される貫通孔２１、２２を形成した。貫通孔２１は、内周管６３Ｂが貫通する直径６ｍｍの孔とした。貫通孔２２は、外周管６３Ａが遊挿可能に貫通する直径２０ｍｍの孔とした。貫通孔２１には管６３の内周管６３Ｂを貫通させて配し、貫通孔２２には内周管６３Ｂを貫通させ、さらに管６３の外周管６３Ａを遊挿可能に配した。したがって、共振器軸Ｃに管６３の中心軸が一致した。
管６３は、図６に示した二重管構造の管であり、内周管６３Ｂに、内径４ｍｍ、外径６ｍｍ、長さ５０ｍｍの石英管（比誘電率４．１）を用い、外周管６３Ａに外径２０ｍｍ、内径６ｍｍのテフロン（登録商標）管（比誘電率２．０）を用いた。なお、内部空間６３ＳＵ内の物質は空気（比誘電率１．０）とした。そして外周管６３Ａの一部がマイクロ波照射空間２Ａ内に挿入されるよう配した。管６３の中心軸（共振器軸Ｃに一致）における管長の中心位置６３Ｃと、共振器軸Ｃにおけるマイクロ波照射空間２Ａの中心位置２ＡＣが一致する位置を基準位置０とした。管６３の中心位置６３Ｃは、外周管６３Ａが貫通孔２２からマイクロ波照射空間２Ａ内の中心位置２Ｃまで挿入した位置とした。
そして、共振器軸Ｃにそって、基準位置０に対して、管６３の外周管６３Ａを１０ｍｍ下降した位置（－１０ｍｍ）（図７（Ａ）参照）から１０ｍｍ上昇した位置（１０ｍｍ）（図７（Ｂ）参照）まで、２ｍｍ毎に挿入位置を変化させたときの共振周波数を測定した。その結果を図１０に示した。図１０に示したように、挿入位置を変化させることによって共振周波数を可変できることがわかった。この２重管の管６の挿入位置を－８ｍｍから０ｍｍに可変することで、工業的に利用できる周波数範囲（２．４ＧＨｚ～２．５ＧＨｚ）内に調整することができることがわかった。マイクロ波照射空間や管を製作する際、加工精度により、実際の共振周波数が異なるが、加工精度や処理対象物の変化からくる、共振周波数のずれを、微調整できることがわかった。
図１に示したマイクロ波処理装置１を用いた。共振器には、ＴＭ０１０モードの定在波を形成するシングルモード共振器であり、円筒型の空洞のマイクロ波照射空間２Ａを有する空胴共振器２を用いた。マイクロ波照射空間２Ａは内径８３ｍｍの円筒型であった。空胴共振器２の上下面には、共振器軸（中心軸）Ｃを中心とする図６に示した管６（６３）が貫通される貫通孔２１、２２を形成した。貫通孔２１は、内周管６３Ｂが貫通する直径６ｍｍの孔とした。貫通孔２２は、外周管６３Ａが遊挿可能に貫通する直径２０ｍｍの孔とした。貫通孔２１には管６３の内周管６３Ｂを貫通させて配し、貫通孔２２には内周管６３Ｂを貫通させ、さらに管６３の外周管６３Ａを遊挿可能に配した。したがって、共振器軸Ｃに管６３の中心軸が一致した。
管６３は、図６に示した二重管構造の管であり、内周管６３Ｂに、内径４ｍｍ、外径６ｍｍ、長さ５０ｍｍの石英管（比誘電率４．１）を用い、外周管６３Ａに外径２０ｍｍ、内径６ｍｍのテフロン（登録商標）管（比誘電率２．０）を用いた。なお、内部空間６３ＳＵ内の物質は空気（比誘電率１．０）とした。そして外周管６３Ａの一部がマイクロ波照射空間２Ａ内に挿入されるよう配した。管６３の中心軸（共振器軸Ｃに一致）における管長の中心位置６３Ｃと、共振器軸Ｃにおけるマイクロ波照射空間２Ａの中心位置２ＡＣが一致する位置を基準位置０とした。管６３の中心位置６３Ｃは、外周管６３Ａが貫通孔２２からマイクロ波照射空間２Ａ内の中心位置２Ｃまで挿入した位置とした。
そして、共振器軸Ｃにそって、基準位置０に対して、管６３の外周管６３Ａを１０ｍｍ下降した位置（－１０ｍｍ）（図７（Ａ）参照）から１０ｍｍ上昇した位置（１０ｍｍ）（図７（Ｂ）参照）まで、２ｍｍ毎に挿入位置を変化させたときの共振周波数を測定した。その結果を図１０に示した。図１０に示したように、挿入位置を変化させることによって共振周波数を可変できることがわかった。この２重管の管６の挿入位置を－８ｍｍから０ｍｍに可変することで、工業的に利用できる周波数範囲（２．４ＧＨｚ～２．５ＧＨｚ）内に調整することができることがわかった。マイクロ波照射空間や管を製作する際、加工精度により、実際の共振周波数が異なるが、加工精度や処理対象物の変化からくる、共振周波数のずれを、微調整できることがわかった。
１ マイクロ波処理装置
２ 共振器
２Ａ マイクロ波照射空間
２ＡＣ マイクロ波照射空間の中心位置
２Ｓ マイクロ波供給口
３ マイクロ波供給手段
４ マイクロ波発生器
５ アンテナ
６、６１、６２、６３ 管
６ＳＵ、６１ＳＵ、６２ＳＵ、６３ＳＵ、 内部空間
６Ｗ、６１Ｗ、６２Ｗ、６３Ｗ 管壁
７ ケーブル
１１ 制御部
１２ 検出部
２１、２２ 貫通孔
３１ 被処理対象物
６１Ｃ 管の中心軸における管長の中心位置
６２Ｗｔ 管壁の薄い部分
６２ＷＴ 管壁の厚い部分
６１ＷＡ、６２ＷＡ 外壁面
６１ＷＢ、６２ＷＢ 内壁面
６２Ｃ 段差部６２Ｓの断面方向の中心位置
６２Ｓ 段差部
６３Ａ 外周管
６３Ｂ 内周管
６３Ｃ 管の中心軸における内周管の管長の中心位置
Ｃ 共振器軸（中心軸）
２ 共振器
２Ａ マイクロ波照射空間
２ＡＣ マイクロ波照射空間の中心位置
２Ｓ マイクロ波供給口
３ マイクロ波供給手段
４ マイクロ波発生器
５ アンテナ
６、６１、６２、６３ 管
６ＳＵ、６１ＳＵ、６２ＳＵ、６３ＳＵ、 内部空間
６Ｗ、６１Ｗ、６２Ｗ、６３Ｗ 管壁
７ ケーブル
１１ 制御部
１２ 検出部
２１、２２ 貫通孔
３１ 被処理対象物
６１Ｃ 管の中心軸における管長の中心位置
６２Ｗｔ 管壁の薄い部分
６２ＷＴ 管壁の厚い部分
６１ＷＡ、６２ＷＡ 外壁面
６１ＷＢ、６２ＷＢ 内壁面
６２Ｃ 段差部６２Ｓの断面方向の中心位置
６２Ｓ 段差部
６３Ａ 外周管
６３Ｂ 内周管
６３Ｃ 管の中心軸における内周管の管長の中心位置
Ｃ 共振器軸（中心軸）
Claims (5)
- マイクロ波発生器と、シングルモードの定在波を形成する共振器と、該共振器内に少なくとも一部が配された管とを有するマイクロ波処理装置であって、
前記管の内周面が前記共振器の共振器軸に対して平行な面で構成され、該管の管壁の厚さが該共振器軸方向に異なる部分を有し、
前記管は、前記共振器内の電界強度もしくは磁界強度が極大かつ均一になる前記共振器軸に沿って該共振器軸方向に移動可能に配される、
マイクロ波処理装置。 - 前記管の外壁面がテーパ及び／又は段差を有する、請求項１に記載のマイクロ波処理装置。
- 前記管は、多重管構造を有し、
前記管のうち最内周の管を除く他の管の少なくとも１層の管が前記共振器軸方向に移動可能である、請求項１又は２に記載のマイクロ波処理装置。 - 前記共振器内に形成される定在波の共振周波数を検出する検出部と、
前記検出部にて検出した共振周波数に基づいて前記共振器軸に沿う前記管の移動位置を調整する制御部と、
前記制御部により決定された管の挿入位置に基づいて前記共振器軸に沿って前記管を移動させる駆動部と、を有する請求項１～３のいずれか１項に記載のマイクロ波処理装置。 - 共振器のマイクロ波照射空間内の電界強度もしくは磁界強度が極大かつ均一になる共振器軸方向に管の軸方向を合わせて該管を配し、該管内に配した被処理対象物にシングルモードの定在波を照射するマイクロ波処理方法であって、
前記管は、その内周面が前記共振器軸に対して平行な面で構成され、該管の管壁の厚さが前記共振器軸方向に異なる部分を有し、該管を前記共振器軸方向に移動させて前記共振器の共振周波数を調整するマイクロ波処理方法。
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