JPH04502684A - 物質処理方法と処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 皮　物質処理方法と処理装置 この発明は、物質処理のために複数の順次的な無線周波数波処理モードを提供す る方法と装置に関するものである。特にこの発明は、物質処理の各段階において 最も好ましい共振で物質を自動的に処理する方法と装置に関する。

（２）、従来の技術 最も近接した従来技術は、発明者の１人であるアスムセン（Ａｓｍｕｓｓｅｎ） に与えられた米国特許Ｎｔ１４．７７７、３３６に開示のものであると信じられ る。本特許はこの発明においても利用できる物質処理用の単一モードの無線周波 数波（好ましくはマイクロ波）印加器を、開示している。同装置は良好に作動す るが、単一モードでの処理は、例えば充填材入りの未硬化樹脂のように推移して 行（複数の様相をもつ物質に対しては不十分であることがある。問題点は新たな モードの開始時に印加器中の以前のモードを、非制御下での処理が行なわれない ように完全に消去しなければならない点、及びモードの経時的な連らなりを、所 望の加熱パターンが生成されるように制御しなければならない点にあった。また 物質の制御された処理を達成するためには、印加器内に経時的にマルチモード（ 多重モード）を附与する必要がある。

目　的 したがってこの発明の目的とするところは、非制御下での処理を生じさせるモー ド間の干渉なしに−のモードから他のモードへと制御された移し変え（シフト） を行なう方法と装置を、提供するにある。またこの発明は、比較的経済的である と共に信頼度の高い作動を得させる方法と装置を提供することも、目的としてい る。これら及び他の目的は、以下の説明を参照することによって明白となる。

図面の簡単な説明 第１図は物質Ｂを処理するための印加器１１２中にマイクロ波を結合するための マイクロ波装置１０を示しており、本装置は印加器内にマイクロ波を供給するた めの電力可変１周波数可変のマイクロ波源９９を含む。このマイクロ波源はコン ピューター等のプログラム可能手段９８によって、印加器１１２内での第１のモ ードの消去後に該印加器１１２内の共振周波数を迅速に変更するため、制御され る。

第２図は１５インチ（３８，１ｃｍ）径の印加器内で種々の周波数で利用可能で あるＴＥ及びＴＭ空洞モードを示すグラフである。比較的高い周波数での単一モ ード及び比較的低い周波数での制御されたマルチモードを、選択することができ る。マルチモード領域（第２図の右手上方部）は、本発明方法では利用しない。

プログラム可能手段９８によって−の共振モード或は制御されたマルチモードか ら他のモードへのシフトが行なわれる。図示のモードは空の印加器１１２につい てのものである。物質Ｂを装填された印加器１１２は同様の一般的なパターンを 有するが、正確な周波数対空洞長さの関係曲線は図示の曲線からずれて来る。

第３図は１５インチ（３８，１ｃｍ）径の印加器１１２内でのＴＥモードを示し ている。１またはそれより多いＴＥモードを、プログラム可能手段９８によって 予めプログラミングできる。これは第２図に図示のモードの部分集合である。

第４図は１５インチ（，９８，１０）径の印加器１１２内でのＴＭモードを示し ている。°１またはそれより多いＴＭモードを、プログラム可能手段９８によっ て予めプログラミングできる：これは第２図に図示のモードの部分集合である。

第５図は周波数ｆｌ、ｆｚ　、ｆｓ等での種々のモードを示している。制御され たマルチモードは、２または３のみの重なり合った共振周波数をもつものとなる 。

第６図は第１図に示すようなマイクロ波回路を、３或はそれより多（有する印加 器１２０を備えたマイクロ波装置２０を示し、回路１１，１２．１３はブローな った周波数ｆ５．ｆｚ　、ｆｓで作動される。周波数はプログラム可能な制御手 段９９，１２３，１２４によって供給される。

一般的な説明 この発明は当初は液体または固体であり、加熱時間にわたり無線周波数波加熱に 伴ない変化する複素誘電率をもつ物質を加熱する方法に係り、同方法は、（ａ） ６次のような金属製の無線周波数波の印加器、すなわち予め選択した物質負荷共 振モードのうちの１つ或は複数のモードで印加器軸線まわりにおいて単一モード 或は制御されたマルチモードとして励起され、印加器内で上記物質の予定した加 熱が得られるようにする印加器、及びこの印加器に接続され該印加器の内部に、 印加器に対し無線周波数波を結合させるように臨ませであるアンテナ手段を、そ れぞれ備えている無線周波数波発生装置を用意し、（ｂ）、液体または固体であ り当初の複素誘電率をもつ上記物質を上記印加器内に精密に位置を設定して配置 し、第１のモードの無線周波数波により連続的に、加熱中の成る時間中、物質の 誘電率が変化するが無線周波数波の第１のモードは維持して加熱し、次に加熱中 に第１のモードを消去した上で少なくとも１つの第２のモードの無線周波数波に より、加熱中に物質の複素誘電率が変化するが第２のモードは維持して加熱し、 これらの加熱処理の間に印加器中の無線周波数波モードを入射電力及び反射電力 の測定値を用い、印加器からの反射電力が印加器内でほぼ零となるように連続的 に同調すると共に入射電力が印加器内で所望の水準となるように同調することに よって維持するものに、構成される。

またこの発明は当初は液体または固体であり、加熱時間にわたり無線周波数波加 熱に伴ない変化する複素誘電率をもつ物質を加熱する方法に係り、同方法は、（ ａ）１次のような金属製の無線周波数波の印加器、すなわち予め選択した物質負 荷共振モードのうちの１つ或は複数のモードで印加器軸線まわりにおいて単一モ ード或は制御されたマルチモードとして励起され、印加器内で上記物質の予定し た加熱が得られるようにする印加器、この印加器内に印加器軸線に対し垂直に配 置されており該印加器の内壁面に対し接触する電気接点を外周端に有する可動プ レート手段、及び上記印加器に接続され該印加器の内部に、印加器に対し無線周 波数波を結合させるように臨ませである可動プローブ手段を、それぞれ備えてい る無線周波数波発生装置を用意し、（ｂ）、液体または固体であり当初の複素誘 電率をもつ上記物質を上記印加器内に精密に位置を設定して配置し、上記したプ ローブ手段或はプレート手段を動かすか無線周波数波源の周波数及び電力を変更 するかして得た第１のモードの無線周波数波により上記物質を連続的に、加熱中 の成る時間中、物質の誘電率が変化するが無線周波数波の第１のモードは維持し て加熱し、次に加熱中に第１のモードを消去した上で少なくとも１つの第２のモ ードの無線周波数波により、加熱中に物質の複素誘電率が変化するが第２のモー ドは維持して加熱し、これらの加熱処理の間に印加器中の無線周波数波モードを 入射電力及び反射電力の測定値を用い、印加器からの反射電力が印加器内でほぼ 零となるように連続的に同調すると共に、液体または固体である上記物質の加熱 中に印加器内で最適した同調及び電力変動を時間の関数として得るものに、構成 される。

さらにこの発明は当初は液体または固体であり、加熱時間にわたり無線周波数波 加熱に伴ない変化する複素誘電率をもつ物質を加熱するための装置に係り、同装 置は、（ａ）、予め選択した１つ或は複数の共振モードで、軸線まわりにおいて 単一モード或は制御されたマルチモードとして励起させて内部で上記物質の予定 した加熱を得ることを可能とするところの、金属製の無線周波数波の印加器を有 する無線周波数波発生装置、及び（ｂ）、上記印加器内を第１のモードから、該 第１のモードを消去した上で少なくとも１つの第２のモードへとシフトするため のプログラム可能手段を備えたものに、構成される。

この発明はジエイ、アスムセン（Ｊ、　Ａ、ｓｍｕｓｓｅｎ）の米国特許Ｎα４ ，７７７．３３６についての改良に係る。本特許発明の目的は空洞または導波管 中に位置させた固体または液体物質について、より迅速で空間的により制御され た（普通、一様な処理が望まれる。）マイクロ波処理を可能とすることにある。

本米国特許では物質を充填した空洞（または導波管）の単一モード（または制御 されたマルチモード）励起が、利用されている。空洞印加器は物質を加熱及び処 理するため、物質装填モードの１またはそれより多い（僅かに重なり合った）共 振で励起せしめられる。電磁モードの選択は空洞を固定周波数で励起させ、次に 空洞を所与の物質装填共振長さへと同調することによって行なわれている。励起 を得る別の方法は固定寸法の空洞を、周波数可変のマイクロ波電力源で励起させ るといったものである。本方法では電力源が、物質装填空洞の所望の電磁共振モ ードへと周波数同調せしめられる。

物質を装填された空洞が励起され物質が加熱されるとき、物質の複素誘電率が変 化して物質装填空洞を共振を得るように再同調（空洞長さの調整とアンテナとも 称されるプローブの位置調整、或はプローブの位置調整と周波数同調による。） する必要が生じる。機械的な同調、電力の変更及び周波数同調を処理サイクルを 制御するため、或は所望の処理サイクル（時間及び空間に関しての加熱パターン ）を達成するために、利用できる。ここで問題としている「同調（ｔｕｎｉｎｇ ）　ｊは２つの機能を奏するものであることに、留意すべきである。すなわちそ の一つは（１）印加器を最初に所望の物質装填空洞共振へと同調させることであ り、他は（２）処理サイクル中に空洞を整合状態（すなわち反射電力が零である 状態）に同調させることである。同調及び入力電力制御のパターンは記録されて 、他の類似の物質を処理するために繰返えされる。

最初の物質装填モードは所望の結果（すなわち物質内での所望の加熱パターン） を生じさせるために選択される。したがって特定の励起モードが、処理サイクル を開始するのに最良の界パターンを附与するものであるといった観点から選択さ れる。普通１つの成るモードを、物質負荷中への優れた初期の制御下でのマイク ロ波結合が達成されるように選択する。物質の寸法、形状、空洞内での位置、及 び当初の誘電率ε　＝ε；−ｊｃＨで表される当初の誘電特性は全て、最初のモ ード共振周波数とそれによる最初の励起界パターンを決定するためのものとなる 。印加器界パターンは空洞内の「空の」物質非存在容積にだけでなく、印加器の 空洞中に装填された物質の内部にも存在する。

モードが励起されると物質が、古典電磁気宇に従って加熱される。物質内部の何 れの位置士での時間平均の吸収電力密度＜ｐ＞も、次式で表される。

＜Ｐ＞（ｚ’）＝ｌ／２．．ｃ。ｑ印。（の１２ここにωは励起周波数であり、 Ｅｏ（ｒ）は物質内の位置ｒでの電界量である。したがって空間的な吸収パター ン（したがって空間的な加熱パターン）は、モードの空間的な界パターンに依存 する。

物質の加熱が生じるにつれてモードの空間的な界パターンεｒ（ｒ）　及びε【 （【）が、そして物質の形状さえも、変化する。上述した同調法によってこれら の変動の成るもの、または全てが補償されることがよくある。しかし加熱を望ま しモードで開始しても同じ共振への連続した同調によっては処理過程完了のため の最適の励起状態は何ら生せしめられないような用途もある。また最初のモード の加熱パターンが極めて不均一なものであって、不均一な加熱を結果すると共に 物質中に熱い点と冷たい点を生じさせるような用途もある。

これらの両者の場合には物質負荷をより一様に、かつ、より迅速に加熱するため 、処理サイクル中に２またはそれより多いモードを使用するのが望ましい。

したがってこの発明は処理中に１つのモード（或は１組のモード）と他のモード （或は他の複数モード）間での切替えを行なうものである。この切替えは数多く の方法で逐行できる。１つの方法は印加器を固定周波数マイクロ波源で励起させ 、処理中に印加器を−の共振モードから他の共振モードへと機械的（摺動短絡子 によって）同調させることである。別の方法は処理中にマイクロ波発振器の周波 数を、−の共振モードから他の共振モードへと切替えることである。予め選択し ておく周波数切替え対時間の関係によってモード励起対時間の選択したパターン を得、これによって物質負荷中に所望の加熱パターンを得ることができ、また事 実、そのような周波数切替え対時間の関係の設定によって異なった複数の処理サ イクルを得ることができる。この後者の方法は電子工学的により複雑であるが、 周波数を変更及び制御するプロセス制御系の能力を各個別モードの励起中に印加 器を整合させるためにも利用するといった利点を与える。したがって本方法を採 用するときは印加器に摺動短絡子がもはや不必要となる。これらの２つの処理構 造は第１図及び第６図に示されており、摺動短絡子と共に、或は同短絡子無しに 、使用することができる。

詳細な説明 加熱及び処理に関する実験的な測定を、電力可変のＣＷマイクロ波装置１０　（ 第１図）或は２０（第６図）を用いて行なった。

回路１１．１２及び１３は（１）電力可変及び周波数可変の発振器・増幅器９９ 　、（２）サーキュレータ−１０１及び整合された擬似負荷１０２、（３）同軸 方向性結合器１０３．１０４、減衰器１０５，１０６、及び放射電力Ｐｉ及び反 射電力Ｐｒを測定する電力計１０８，１０９、（４）プローブないしアンテナ１ ｌｌａを備えた同軸結合系１１１、及び、（５）マイクロ波印加器１１２または １２０及び物質負荷Ｂから成る。印加器１１２または１２０中に結合されたマイ クロ波は、Ｐｔ　＝　Ｐｉ　−Ｐｒで与えられる。

同様に第１図及び第６図にそれぞれ示すように印加器１１２または１２０には同 軸電界探針１１５を挿入してあり、この探針１１５は減衰器１０７または１０６ を介して電力計１１０に接続されている。探針１１５は印加器１１２または１２ ０の導電表面上の電界の垂直成分の平方を測定する。計器１１４からのファイバ ーオプテツクの温度測定探針１１４ａを印加器１１２または１２０中に挿入し、 処理温度を測定するために物質Ｂ上または同物質内に位置するよう支持しである 。

電界探針１１５、ファイバーオプテツク温度測定探針１１４ａ、放射電力及び反 射電力計１０８，１１０は全てオンライン処理測定機構を構成するもので、モー ドの切替え時及び切替え場所についてプログラム可能手段９８に対し情報を、フ ィードバック信号として与えさせるのに使用できる。

図６は数個の独立した入力マイクロ波回路１１゜１２．１３及びプローブないし アンテナ１１１　ａ。

１２１ａ、１２２ａを有する複数ポートの空洞印加器１２０を、示している。空 洞１２０長さは摺動短絡子１２０ａによって変更することができる。プローブ１ １１ａ、１２１ａ、１２２ａは、回路１１，１２゜１３間の相互作用（クロスカ ップリング）を最小限とするように配置される。最も適当であるのは回路１１゜ １２．１３を、アンテナ１１１　ａ、１２１　ａ、１２２ａの近距離フィールド が相互作用し合わないような間隔をあけることである。各プローブ１ｌｌａ、１ ２１ａ。

１２２ａは周波数ｆｌ　＋　ｆ！　＋６で電力を生成可能である各別のマイクロ 波電力源（発振器）９９，１２３゜１２４に対し接続されている。電力源９９， １２３゜１２４は固定または可変の周波数Ｌ　、　ｆｚ　、　ｆｓのもので、一 般にｆｌ岬ｆ２〜ｒ、である。各マイクロ波回路は使用されないとき空洞と、機 械的或はダイオードによって切離すことができる。

周波数り、　ｆ、　、　ｆ、は個別的な（或は異なった）印加器１１２或は１２ ０に負荷される共振に合せることができ、したがって各個別回路１１，１２．１ ３は、空洞長さを変更可能とする摺動短絡子１１２ａまたは１２０ａ及び調整可 能なプローブ１ｌｌａ、１２１ａ或は１２２ａと共に米国特許Ｎα４，７７７． ３３６に記載されている共振で作動させることができる。各電力源９９゜１２３ ．１２４はプログラム可能手段９８によって−のモード、つまり一の共振モード から他の（共振）モードに、換言すると−の偏りから他の偏りに、物質（空洞） 負荷Ｂ内での所望の加熱を生じさせるよう時間の関数として切替えるように、プ ログラム制御できる。

コンピューター或はマイクロプロセッサ−としてのプログラム可能手段は、印加 器１１２または１２０内の共振モードの初期の周波数を選択するように用いられ る。印加器１１２または１２０の長さは、これまたコンピューター制御可能であ る摺動短絡子１１２ａまたは１２０ａによって変更できる。この方法で物質Ｂを 、同物質が処理され終るまで順次、異なった複数共振モードにさらす。

円筒状のものであるのが好ましい印加器１１２゜１２０の重要な特徴は、処理物 質Ｂに対し入射マイクロ波エネルギーを集中させ整合させる能力にある。これは 単一モード励起及び「内部空洞」整合によって達成される。印加器１１２または １２０中の単一電磁モードの適正な選択と励起によってマイクロ波エネルギーを 、処理物質Ｂ中に制御して集中させることができる。

整合は、全ての同調調整が印加器１１２または１２０の内部で生じることからし て「内部空洞」式と称しうる。印加器内での電磁エネルギーの結合と整合を行な う本方法は、マイクロ波イオン源で採用されている方法に類似している（Ｊ、　 Ａｓｍｕｓｓｅｎ　ａｎｄ　Ｊ、Ｒｏｏｔ：　Ａｐｐｌ。

Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔｅｒｓ４４．３９６　（１９８４）　、１９８５年３月２ ６日発行のＪ、　Ａｓｍｕｓｓｅｎ及びり、　Ｒｅ１ｎｈａｒｄの米国特許Ｎｏ 、　４．５８５．６６８、Ｊ、　Ｒｏｏｔ　ａｎｄ　Ｊ、　Ａｓｍｕｓｓｅｎ： 　Ｒｅｖ、　ｏｆＳｃＬ　Ｉｎｓｔｒｕｍ−５６、１５１１（１９８５）　、Ｍ 、　Ｄａｈｉｍｅｎｅａｎｄ　Ｊ、　Ａｓｍｕｓｓｅｎ：　Ｊ、　Ｖａｃ、　Ｓ ｃｉ、　Ｔｅｃｈｎｏｌ、Ｂ　４　、　１２６マイクロ波空洞１１２または１２ ０の入力インピーで与えられる。ここにＰｔは印加器１１２または１２０中に結 合された全電力（これは物質Ｂに引渡された電力だけでなく、印加器１１２また は１２０の金属壁中での損失も含む。）である。またＷｍ及びＷｅはそれぞれ、 印加器１１２または１２０中に貯えられた時間平均の磁気及び電気エネルギーで ある。ｌｌ０１は結合プローブ１ｌｌａ、１２１ａ或は１２２ａへの全入力電流 である。Ｒｉｎ及び　ｊＸｉｎは印加器１１２，１２０の入力抵抗及び入力リア クタンスであり、入力結合系である電力伝達ライン１１１から判るように複素負 荷インピーダンスを表す。

物質Ｂ負荷を伝達ライン１１１に対し整合させるためには、少な（とも２つのイ ンピーダンス調整が必要である。−の調整は負荷リアクタンスを消去しなければ ならず、一方他の調整は負荷抵抗を電力伝達系の特性インピーダンスに等しくな るようにしなければならない。空洞印加器１１２または１２０中において連続的 に可動のプローブ１ｌｌａ、１２１ａ或は１２２ａと空洞端板（摺動短絡子）　 １ｔＺａ或は１２Ｑａを調整することにより上記した２一つの必要な調整が行な われ、単一モード励起によりそれまでの物質Ｂ装填空洞リアクタンスを消去し物 質装填空洞１１２或は１２０の入力抵抗を入力結合系である電力伝達ライン１１ １゜１２１或は１２２の特性インピーダンスに等しくするように調整することが 可能である。

第１図に示すように増幅器９９はプログラム可能手段９８によって、２つ或はよ り多い個数の狭い振動数帯△ｆｌ　＋　△ｆ２　＋△ｆ１間で切替えを行なうよ うにプログラムされている。各個別振動数帯は中心周波数を異にしており、印加 器１１２中に異なった複数共振モードを励起し、これからして物質負荷Ｂ内に異 なった加熱パターンを生じさせる。特定のモードが励起されるとき周波数、摺動 短絡子１１２ａ、結合同調及び電力の制御を、加熱過程を制御するように印加器 １１２を整合させるために利用できる。モード間の切替えは、加熱処理過程に依 存した速さで行なえる。例えば成る用途においては各個別モードで数分の１秒間 のみ、つまり短いマイクロ波エネルギーパルスで加熱することが必要とされよう 。この場合には系が、数多くの加熱パターンで物質負荷Ｂを迅速に「バッチ」処 理するように１つの周波数ｆ、から他の周波数ら等に迅速に切替えられることに なろう。したがって物質負荷Ｂは数分の１秒から数秒間のみ、一様に加熱される ことになる。

モードの切替えはまた各モードが数秒間から数分或は数十分間、個別的に励起さ れて加熱処理が数十分から１時間以上にわたって行なわれるように、比較的ゆっ くりと行なうこともできる。

成る種の処理が行なわれる場合にはモードの切替えは、負荷に対する電磁エネル ギーの一様な印加のために必要とされるだけではなく、加熱中に物質（負荷）の 複素誘電率εがモード界を劇的に変化させて不所望の界パターンが生成するのを 避けるために必要とされうる。適正な加熱は１つのモードのみでは不可能である 。したがって処理サイクルを適正に完了するのに必要である正しい加熱パターン をもつ他のモードを励起させるように、処理系の周波数を切替える（もしくは空 洞長さを変更する）ようにしなければならない。前述したようにモードの切替え は、摺動短絡子１１２ａを機械的に動かすことによって達成できる。この場合に は励起周波数を一定に保つことができ、摺動短絡子１１２ａは１つのモードから 別のモードへと系を同調させるように予め定めたパターンで動かされる。モード 切替えのための本方法は機械的に行なわれ、普通はプログラム可能手段９８によ る振動周波数の電子的な切替えと対比してゆつ（りとしたものであるが、低コス トの一定周波数（概して２．４５ＧＨｚまたは９１５ＭＨｚ）励起源を使用でき る利点がある。

比較的「大」径の印加器１１２でも、単一モード或は制御されたマルチモードの 何れかの様式で運転するのに利用できる。空の印加器１１２モード線図を、５イ ンチ径の空洞について作成した（第２−２−４ｌ。第２−４図は空の印加器１１ ２に関しコンピューター計算してめたものである。印加器１１２内に物質負荷Ｂ を置くと空の印加器１１２モードが周波数偏移を生じるが、これらの共振モード 図の一般的な特徴は同じままに残る。したがって第２−４図は空のもののみなら ず物質負荷Ｂを装填された印加器１１２の共鳴モード対印加器１１２長さの関係 を示すものとして役立第２−４図は円筒状の１５インチ径印印加１１２について 、個別共振周波数対共振長さの関係を示すグラフとして画かれている。第２図に 示すように個々のモード共振周波数は、印加器１１２の軸線方向長さａ−ａが敵 国から５０ｃ［１１まで変更されるにつれて変動する。

第２−４図で各実線は印加器１１２長さが増されるにつれての１つの個別モード の共振周波数の変動を示している。左手下方領域は、所与の空洞長さ及び励起周 波数に対して単一モード（時々は縮退モード）のみしか励起されないことから単 一モード領域と名付けた。

右手上方隔部分は、励起周波数と空洞長さとを固定しても高密度の重なり合う複 数モードが励起されることから、マルチモード領域と名付けられた。このマルチ モード領域は、普通のマイクロ波加熱空洞が稼働せしめられる領域である。固定 空洞寸法に対してマルチモード領域では、狭い励起振動数帯によって多くの重な り合う共振モードが励起せしめられる。これらの各モードは物質負荷を励起させ 加熱する。

一定の印加器１１２を励起させる可変周波数発振器９９は数多くのモードを結合 可能である。このことは第２図に、数多くの共振モード線と交差する垂直線で示 されている。駆除する電力吸収性と周波数との関係は第５図に示されている。周 波数が８００　ＭＨｚよりも低い値から３　ＧＨｚを越える値へと増すに従い、 電力吸収帯数対周波数が単一励起モードからマルチモード吸収へと増すことに留 意すべきである。第２図からみて比較的低い周波数では発振器９９周波数自体が 、印加器１１２中に電力を結合するため単一モードの吸収帯と整列することが明 らかである。比較的高い周波数では発振器９９励起周波数が、数多くの分離した 共振モードへとエネルギーを結合する。そのとき印加器１１２内の電界及び磁界 は、個別的なモード界パターンの重ね合わせとなる。

長さを変更する印加器１１２内での単一モードの励起は、第２−４図から明瞭に 理解できる。例えば印加器１１２を９１５　ＭＨｚ　（第３図に水平線で示され ている。）で励起させると、空洞長さが増すにつれて多くのモードの単項励起が 生じる。これらのモードは第３図にＸ軸に平行させた挿入線で示されている。同 じ１５インチ径印印加１１２での類似の結果が２．４５ＧＨｚでも、交差数対長 さが増すことを別として、生じる。

前述したように円筒状印加器１１２内の電磁界パターンは数多（の要因に依存し 、物質負荷Ｂを装填した空洞に関して精密な解をめることはできない。しかし空 の（自由空間）印加器１１２についての界パターンは良く知られており、界パタ ーンの一般的な理解を得るのに利用できる。無数の組の共振周波数が可能である 。各共振は導波管モードによって生成され、軸線方向での導波モード半波長の整 数倍（つまりｎλｇ／２−ここにｎ＝１．２．・・・であり、λｇは誘導波半波 長である。）である。最も低い円形導波管モードについての界パターン例は様々 な標準的専門書、例えばＨ，Ａ。

Ａｔｗａｔｅｒ著ｒＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｔｏ　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｔ ｈｅｏｒｙ　Ｊ　（ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ　Ｂｏｏｋ　Ｃｏｍｐａｎｙ、　１ ９６２年発行）及びＲＦ、　Ｈａｒｒｉｎｇｔｏｎ著ｒＴｉｍｅ−Ｈａｒｍｏｎ ｉｃ　Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ＦｉｅｌｄｓＪ　（ＭｃＧｒａｗ−Ｈ ｉｌｌＢｏｏｋ　Ｃｏｍｐａｎｙ、　１９６１年発行）に示されており、また当 業者に良（知られている。モードは２つのグループ、すなわちＴＥモードとＴＭ モードに分類できる。

各モードは区別される各別の界パターンを有し、また高、低の電界強度の領域を 有する。これらのモードのいくつかを組合せることによって、印加器及び物質Ｂ 内部の所与の位置での界強度を調整することができる。したがって１つのモード から別のモードへと（時間に関し）切替えを行なうことにより、或は２つまたは それより多いモードを同時に励起させることにより、特定の点での時間平均電界 強度を制御することができる。モード重ね合わせについてのこの考えは本発明に おいて、空洞の内部に位置させる物質負荷のための一様な加熱パターンを生成す るのに利用される。

モード切替えの概念はまた、第３図に示されている。

例えばマイクロ波装置が一定の９１５　ＭＨｚ周波数で励起されるとすると、摺 動短絡子１１２ａを用いた空洞長さの機械的な調整によって印加器１１２を数モ ード間で変更して同調させることができる。このモード調整例は第３図で、９１ ５間七を表す水平線の曲線との交差によって示されている。

装置が固定長さの印加器１１２を有するものであれば同様の順次的なモード励起 を、周波数を９１５ＭＨｚから適当したモードでの励起を生じさせる周波数へと 高めることによって達成できる。

第３，４図に示すモード線図を注意深く吟味すると、モード切替えを簡単に達成 できる領域が存在することが判る。そのような領域のうちの１つは水平２．４５ ＧＨｚ周波数線として示されている。図示のように空洞長さまたは周波数の極く 僅かな変化で、９１５ＭＨｚで励起された３つの空洞モード間での迅速な切替え が得られる。したがって摺動短絡子１１２ａによるモード間切替えは、広い空洞 内において２．４５ＧＨｚでより簡単に達成される。印加器１１２寸法の注意深 い調整（円筒状印加器１１２の場合は長さの調整）によって、モード切替えにつ いての単純な（小さな長さ変更または小さな周波数変更による。）解決が得られ る。

第５図は固定寸法の長方形状空洞についてモード密度が次の式に従って増すこと を示している。

ｆｏ、　ｆｏ’　−励起周波数 これは第２−４図によって示される。本式は円筒状空洞についてのものと類似の 性質を有する。

以上の記述はこの発明を例示的に説明するためのみのものであり、この発明は次 に附す請求の範囲のみによって限定ささるべきである。

矛４閥須教（ＭＨｚ） ■ 国際調査報告

Claims (28)

【特許請求の範囲】
1. １．当初は液体または固体であり、加熱時間にわたり無線周波数波加熱に伴ない 変化する複素誘電率をもつ物質を加熱する方法において、 （ａ）．次のような金属製の無線周波数波の印加器、すなわち予め選択した物質 負荷共振モードのうちの１つ或は複数のモードで印加器軸線まわりにおいて単一 モード或は制御されたマルチモードとして励起され、印加器内で上記物質の予定 した加熱が得られるようにする印加器、及びこの印加器に接続され該印加器の内 部に、印加器に対し無線周波数波を結合させるように臨ませてあるアンテナ手段 を、それぞれ備えている無線周波数波発生装置を用意し、 （ｂ）．液体または固体であり当初の複素誘電率をもつ上記物質を上記印加器内 に精密に位置を設定して配置し、第１のモードの無線周波数波により連続的に、 加熱中の或る時間中、物質の誘電率が変化するが無線周波数波の第１のモードは 維持して加熱し、次に加熱中に第１のモードを消去した上で少なくとも１つの第 ２のモードの無線周波数波により、加熱中に物質の複素誘電率が変化するが第２ のモードは維持して加熱し、これらの加熱処理の間に印加器中の無線周波数波モ ードを入射電力及び反射電力の測定値を用い、印加器からの反射電力が印加器内 でほぼ零となるように連続的に同調すると共に入射電力が印加器内で所望の水準 となるように同調することによつて維持するようにした方法。
2. ２．前記印加器が横断面形状円形のものである請求項１の方法。
3. ３．加熱中に前記印加器内の無線周波数波モードを前記した第１のモードと少な くとも１つの第２のモード間で、切替え手段を用いて変更させる請求項１の方法 。
4. ４．前記切替え手段が、モード変更用の周波数切替え手段である請求項３の方法 。
5. ５．前記切替え手段が、前記印加器と接触する電気接点を外周端に有しモードを 変更するために印加器内で動かされる可動プレートである請求項３の方法。
6. ６．モードを生成させ維持するように前記切替え手段を、プログラム可能手段を 用いて制御する請求項３の方法。
7. ７．前記プログラム可能手段がマイクロプロセッサーである請求項６の方法。
8. ８．当初は液体または固体であり、加熱時間にわたり無線周波数波加熱に伴ない 変化する複素誘電率をもつ物質を加熱する方法において、 （ａ）．次のような金属製の無線周波数波の印加器、すなわち予め選択した物質 負荷共振モードのうちの１つ或は複数のモードで印加器軸線まわりにおいて単一 モード或は制御されたマルチモードとして励起され、印加器内で上記物質の予定 した加熱が得られるようにする印加器、この印加器内に印加器軸線に対し垂直に 配置されており該印加器の内壁面に対し接触する電気接点を外周端に有する可動 プレート手段、及び上記印加器に接続され該印加器の内部に、印加器に対し無線 周波数波を結合させるように臨ませてある可動プローブ手段を、それぞれ備えて いる無線周波数波発生装置を用意し、 （ｂ）．液体または固体であり当初の複素誘電率をもつ上記物質を上記印加器内 に精密に位置を設定して配置し、上記したプローブ手段或はプレート手段を動か すか無線周波数波源の周波数及び電力を変更するかして得た第１のモードの無線 周波数波により上記物質を連続的に、加熱中の或る時間、物質の誘電率が変化す るが無線周波数波の第１のモードは維持して加熱し、次に加熱中に第１のモード を消去した上で少なくとも１つの第２のモードの無線周波数波により、加熱中に 物質の複素誘電率が変化するが第２のモードは維持して加熱し、これらの加熱処 理の間に印加器中の無線周波数波モードを入射電力及び反射電力の測定値を用い 、印加器からの反射電力が印加器内でほぼ零となるように連続的に同調すると共 に、液体または固体である上記物質の加熱中に印加器内で最適した同調及び電力 変動を時間の関数として得るようにした方法。
9. ９．前記した第１のモードを消去し第２のモードでの励起を得る前に時間間隔を おく請求項８の方法。
10. １０．前記物質を前記印加器の軸線上で、前記可動プレート手段と反対側の印加 器内の底部分付近に配置する請求項８の方法。
11. １１．前記物質の一部分が加熱中に気化するものであり、前記印加器を換気する ようにした請求項８の方法。
12. １２．前記印加器の底部分が、該底部分を取外して印加器内に前記物質を配置で きるように取外し可能なものである請求項８の方法。
13. １３．前記印加器内の電界或は磁界強度を時間の関数として測定するための検出 器を挿入可能とする挿入口を、印加器に設けてある請求項８の方法。
14. １４．加熱中に前記印加器内の無線周波数波モードを前記した第１のモードと第 ２のモード間で、切替え手段を用いて変更させる請求項８の方法。
15. １５．前記切替え手段が、モード変更用の周波数切替え手段である請求項１４の 方法。
16. １６．前記切替え手段が、前記印加器と接触する電気接点を外周端に有しモード を変更するために印加器内で動かされる可動プレートである請求項１４の方法。
17. １７．モードを生成させ維持するように前記切替え手段を、プログラム可能手段 を用いて制御する請求項１４の方法。
18. １８．前記プログラム可能手段がマイクロプロセッサーである請求項１７の方法 。
19. １９．当初は液体または固体であり、加熱時間にわたり無線周波数波加熱に伴な い変化する複素誘電率をもつ物質を加熱するための装置であつて、（ａ）．予め 選択した１つ或は複数の共振モードで、軸線まわりにおいて単一モード或は制御 されたマルチモードとして励起させて内部で上記物質の予定した加熱を得ること を可能とするところの、金属製の無線周波数波の印加器を有する無線周波数波発 生装置、及び（ｂ）．上記印加器内を第１のモードから、該第１のモードを消去 した上で少なくとも１つの第２のモードヘとシフトするためのプログラム可能手 段、を備えた装置。
20. ２０．前記プログラム可能手段がコンピューターである請求項１９の装置。
21. ２１．前記プログラム可能手段がマイクロプロセッサーである請求項１９の装置 。
22. ２２．異なつた加熱処理モードを順次附与するために前記印加器中に無線周波数 波を順次結合可能とする複数個のプローブを備えた請求項１９の装置。
23. ２３．前記プローブがそれぞれ、異別の無線周波数波を結合するものである請求 項２２の装置。
24. ２４．加熱時間にわたり無線周波数波加熱に伴ない変化する複素誘電率をもつ、 液体または固体の物質を加熱或は制御する方法において、 （ａ）．予め選択した１つ或は複数の共振モードで、軸線まわりにおいて単一モ ード或は制御されたマルチモードとして励起させて内部で上記物質の予定した加 熱を得ることを可能とするところの、金属製の無線周波数波の印加器を有する無 線周波数波発生装置、及び上記印加器内を第１のモードから、該第１のモードを 消去した上で少なくとも１つの第２のモードヘとシフトするためのプログラム可 能手段を用意し、（ｂ）．上記プログラム可能手段によりモードを切替えさせつ つ、上記物質を無線周波数波により加熱するようにした方法。
25. ２５．前記プログラム可能手段がコンピューターである請求項２４の方法。
26. ２６．前記プログラム可能手段がマイクロプロセッサーである請求項２４の方法 。
27. ２７．異なつた加熱処理モードを順次附与するために前記印加器中に無線周波数 波を順次結合可能とする複数個のプローブを、前記無線周波数波発生装置に設け てある請求項２４の方法。
28. ２８．前記プローブがそれぞれ、異別の無線周波数波を結合するものである請求 項２７の方法。