マイクロ波を用いた誘電加熱装置
【課題】エネルギー効率に優れ、加熱対象物に対して簡単な構造で効率よく加熱することができるうえ、装置の小型化が図れる。
【解決手段】誘電加熱装置１は、閉空間からなる上部空胴部Ｓ１を形成した上層部２と、この上層部２から下方に延びる下部周壁部３１を有するとともに下側が開放された下層部３とを備えた上下二層構造をなし、さらに上層部２の上部空胴部Ｓ１に導波管４を介してマイクロ波Ｍを供給する発振器５を備え、上層部２と下層部３との間の仕切板６には、上部空胴部Ｓ１と下層部３の下部周壁部３１によって囲まれる下部空胴部Ｓ２とを連通する開口穴７が設けられ、上部空胴部Ｓ１は、マイクロ波Ｍの電磁界分布が中央部に集中する共振領域が形成可能とされ、開口穴７が共振領域の位置となる構成となっている。
【解決手段】誘電加熱装置１は、閉空間からなる上部空胴部Ｓ１を形成した上層部２と、この上層部２から下方に延びる下部周壁部３１を有するとともに下側が開放された下層部３とを備えた上下二層構造をなし、さらに上層部２の上部空胴部Ｓ１に導波管４を介してマイクロ波Ｍを供給する発振器５を備え、上層部２と下層部３との間の仕切板６には、上部空胴部Ｓ１と下層部３の下部周壁部３１によって囲まれる下部空胴部Ｓ２とを連通する開口穴７が設けられ、上部空胴部Ｓ１は、マイクロ波Ｍの電磁界分布が中央部に集中する共振領域が形成可能とされ、開口穴７が共振領域の位置となる構成となっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波のエネルギーを与えることで加熱対象物を加熱するためのマイクロ波を用いた誘電加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アスファルト舗装の補修工事等では、アスファルト混合物を溶解したり、アスファルト舗装表面に散布された溶剤を速く揮発させるために、アスファルト舗装表面を広い面積にわたって加熱することが行われている。
このような加熱方法として、重油等を燃焼させたバーナによる加熱方式が一般的であるが、間接加熱であることから、加熱効率が低く、且つ過熱によるアスファルトの劣化が問題となっている。
一方、加熱方式として骨材に含まれる水分を利用したマイクロ波加熱も提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。この場合、直接加熱であることから効率が高く、アスファルト自身がマイクロ波によってほとんど加熱されないことから、アスファルト加熱溶解におけるアスファルトの過熱劣化という問題も発生しないという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３０３４０８号公報
【特許文献２】特開平９−１８９００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のマイクロ波加熱による加熱方式では、以下のような問題があった。
すなわち、従来提案されているマイクロ波加熱では、マイクロ波をアスファルト舗装の表面に向けて放射する方式であるため、マイクロ波のアスファルト混合物表面からの反射が大きかったり、反射を低く抑えられた場合でもアスファルト舗装表層を透過して加熱の必要のない舗装深部へマイクロ波の供給するエネルギーが浸透してしまうといった欠点があった。つまり、マイクロ波をアスファルト舗装表面に照射しただけでは、効率よくマイクロ波のエネルギーをその加熱の必要な部分のみに吸収させることが困難であった。
【０００５】
また、アスファルト舗装表面で反射したマイクロ波が装置周辺に施されるマイクロ波遮蔽器具とアスファルト舗装表面との間を直接伝搬し、容易に減衰しないため、総体として漏洩マイクロ波の遮蔽対策が大規模になるといった不具合があった。
さらに、マイクロ波のエネルギーをアスファルト舗装内部に効率よく浸透させる手段として、アスファルト舗装下部に金属板や金網などの電気伝導度の高いものを挿入しておくことにより一定の効果は得られるが、既設の通常アスファルト舗装にこの状態を実現することは橋梁などを除いて事実上不可能であるうえ、予め新設の舗装に対してこのような構造を採用することはコストの増大を招くとともに、舗装工事前に実施する舗装への影響（例えば、滑りなどの問題）等の事前調査を十分に行わなければならないといった問題があった。
このように、従来のマイクロ波加熱では、個々の利点のすべてを同時に満足するものは無く、マイクロ波を使用した誘電加熱の利点を十分に発揮されていない現状があり、その点で改良の余地があった。
【０００６】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、エネルギー効率に優れ、加熱対象物に対して簡単な構造で効率よく加熱することができるうえ、装置の小型化が図れるマイクロ波を用いた誘電加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係るマイクロ波を用いた誘電加熱装置では、閉空間からなる第１空胴部を形成した上層部と、上層部から下方に延びる周壁部を有するとともに下側が開放された下層部とを備えた上下二層構造をなし、上層部と下層部との間の仕切板には、第１空胴部と下層部の周壁部によって囲まれる第２空胴部とを連通する開口穴が設けられ、第１空胴部は、マイクロ波の電磁界分布が中央部に集中する共振領域が形成可能とされ、開口穴が共振領域の位置となる構成とされたことを特徴としている。
また、第１空胴部の平面形状は、楕円形であることが好ましい。
【０００８】
本発明では、上層部内の第１空胴部にマイクロ波を供給し、第１空胴部内におけるマイクロ波の電界の向きＦを第１空胴部の水平断面に対して直交方向となる上下方向に一致させ、第１空胴部内に電磁波を集中させることで、その電磁界分布が中央部に集中する好適な共振領域を形成することができる。とくに第１空胴部の断面を短軸長と長軸長との比率が１：√２となる楕円形断面とすることでファブリ・ペロ共振器を模擬することができ、第１空胴部の短軸付近に電磁界のエネルギーが集中し易くなるとともに、電磁界分布が安定しその崩れが抑えられることから、好適で且つ堅固な場をなす共振領域を形成することができる。
【０００９】
そして、仕切板に形成される開口穴の位置が第１空胴部に形成された共振領域の位置となるので、その開口穴から下層部の第２空胴部へ向けてマイクロ波が放射され、さらにそのマイクロ波が下層部の開放縁端から放射されることになる。つまり、開口穴に対向する位置の被加熱領域に対して、開口穴から放射されるマイクロ波のエネルギーを与えて加熱することができる。
そのため、誘電加熱装置を横移動させることで、所定面積の加熱領域全体にわたって加熱することが可能となる。
しかも、加熱対象物がアスファルト舗装によるアスファルト混合物である場合には、マイクロ波によってアスファルト混合物内部の水分にマイクロ波Ｍが吸収され、その水分や骨材が直接加熱されることでその周囲のアスファルトも間接的に加熱して、アスファルト混合物を溶融することができる。そのため、アスファルト自体の過熱による熱劣化を防ぐことが可能となり、マイクロ波加熱の直接加熱方式という特性を効果的に発揮することができる。
【００１０】
さらに、下層部における周壁部の開放縁端を加熱対象物上に接地することで、第２空胴部もまた下層部と加熱対象物とによって囲まれた閉空間となり、第１空胴と同様の共振特性を持つことから、開口穴から下方に向けて放射されるマイクロ波が下層部より外方の空気中に漏出することを抑制することができる。そのため、開口穴から放射されたマイクロ波供給の安定性が増し、加熱対象物に対して効率よく加熱することができる。
さらにまた、本誘電加熱装置を例えば既設のアスファルト舗装の補修工事に適用する場合、従来のようにアスファルト舗装体の表層下部に金属板や金網を敷設するといった困難な作業が不要となることから、現場での施工が容易になる。
【００１１】
また、本発明に係るマイクロ波を用いた誘電加熱装置では、周壁部は、上下方向の高さ寸法が調整可能であることが好ましい。
この場合、開口穴から放射されるマイクロ波のエネルギーの強さに応じて下層部における周壁部の上下方向の高さ寸法を変えることで、加熱対象物に対する加熱量を調整することができる。そのため、加熱対象物の表面からの加熱深さ寸法を薄くする場合には、周壁部の高さ寸法を大きくして開口穴から加熱対象物の表面までの距離を大きくすることで、加熱対象物の表面に達するマイクロ波のエネルギーが小さくなるため、加熱対象物が受ける加熱量を少なくすることができる。
【００１２】
また、本発明に係るマイクロ波を用いた誘電加熱装置では、第１空胴部には、マイクロ波を供給するための導波管が接続される。その位置は中央或いは電界強度の最も強い部分を避けた位置である。
本発明では、第１空胴部でマイクロ波によって形成される共振領域が安定して形成され、開口穴より放射させるマイクロ波の強度を制御することができる。
【００１３】
また、本発明に係るマイクロ波を用いた誘電加熱装置では、仕切板は着脱可能に設けられていてもよい。
本発明では、開口穴の形状、大きさ、位置の異なる仕切板を使用条件に合わせて適宜取り替えることが容易となる利点がある。
【００１４】
また、本発明に係るマイクロ波を用いた誘電加熱装置では、上層部又は下層部には、下層部の開放縁端を加熱対象物に接地させた状態で、その接地部を覆う遮蔽部材が設けられていることがより好ましい。
この場合、開口穴から放射されるマイクロ波は周壁部と遮蔽部材とによって二重に覆われることから、マイクロ波の空気中への漏出をより確実に防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のマイクロ波を用いた誘電加熱装置によれば、一旦、第１空胴部において電磁界分布を安定させるための空間を設け、その開口穴から必要な強度のマイクロ波を放射させ、エネルギーを加熱対象物に与えることで、その加熱対象物を効率よく加熱することができることから、エネルギー効率の向上を図ることができる。
また、第２空胴も共振特性を持ちマイクロ波のエネルギーを内部に閉じこめる構造になっていることから、誘電加熱装置の外側の空気中への漏出に対する遮蔽手段は簡易なもので済み、遮蔽対策にかかる装置の増大を抑えて、装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態による誘電加熱装置の構成を示す一部破断斜視図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１に示すＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】誘電加熱装置の仕切板の平面図である。
【図５】上層部の上部空胴部内に形成される共振領域を示す平面図である。
【図６】開口穴から放射されるマイクロ波によって加熱される被加熱領域を示す図である。
【図７】第１変形例による開口穴の形状を示す仕切板の平面図であって、図４に対応する図である。
【図８】第２変形例による開口穴の形状を示す仕切板の平面図であって、図４に対応する図である。
【図９】第３変形例による開口穴の形状を示す仕切板の平面図であって、図４に対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態によるマイクロ波を用いた誘電加熱装置について、図１乃至図６に基づいて説明する。
【００１８】
図１に示す誘電加熱装置１は、マイクロ波のエネルギーを加熱対象物１０（図２および図３参照）に与えて加熱溶融するためのものである。例えば既設のアスファルト舗装表層に含まれるアスファルト混合物が挙げられ、加熱対象物１０を現場で再生処理する施工等が適用対象となる。つまり、加熱対象物１０の要補修箇所に誘電加熱装置１を持ち込み、その現場において再生処理を行う際に用いられる。
【００１９】
図１乃至図３に示すように、誘電加熱装置１は、閉空間からなる上部空胴部Ｓ１（第１空胴部）を形成した上層部２と、この上層部２から下方に延びる下部周壁部３１を有するとともに下側が開放された下層部３とを備えた上下二層構造をなし、さらに上層部２の上部空胴部Ｓ１に導波管４を介してマイクロ波Ｍを供給するマイクロ波発振器（以下、単に「発振器５」という）を備えて概略構成されている。
【００２０】
そして、上層部２と下層部３との間の仕切板６には、上部空胴部Ｓ１と下層部３の下部周壁部３１によって囲まれる下部空胴部Ｓ２（第２空胴部）とを連通する開口穴７（図４参照）が設けられ、上部空胴部Ｓ１は、マイクロ波Ｍの電磁界分布が一様に揃う共振領域Ｔ（図３および図５参照）が形成可能とされ、開口穴７が共振領域Ｔの位置となる構成となっている。
ここで、後述する上層部２、下層部３それぞれの中心軸は共通軸上に位置している。以下、この共通軸を中心軸Ｏ（図５）といい、中心軸Ｏ方向に沿って上層部２側を上側、下層部３側を下側という。
【００２１】
発振器５は、例えば１ｋＷの電源により周波数２４５０ＭＨｚのマイクロ波を波長１２．２４ｃｍで発振させ、そのエネルギーを導波管４の基本モード（ＴＥ１０）によって上部空胴部Ｓ１に供給するためのものである。
【００２２】
導波管４は、スリースタブ整合器を含むものが採用され、一端が発振器５に接続されていて他端が上部空胴部Ｓ１に連通している。そして、上部空胴部Ｓ１に対する導波管４の取り付け位置は、後述する楕円形断面をなす上部空胴部Ｓ１の短軸ｙ（図５参照）に沿うようにしてマイクロ波のエネルギーが集中する状態において、中央（Ｘ＝０）あるいは電界強度が強い部分（共振領域Ｔに相当する）を避けた位置に配置されている。
つまり、導波管４が共振領域Ｔを避けた位置に設けられた場合、空胴から導波管４を通して電源に向かう反射波を低く抑えることが容易になる。
設けられているので、その共振領域Ｔが導波管４によって供給されるマイクロ波の影響を受けることがなく安定した状態となり、開口穴７より放射されるマイクロ波の強度を一定にすることが可能となっている。
【００２３】
上層部２は、薄板状の中空円盤形状で、上部空胴部Ｓ１の水平断面形状が楕円形をなし、その楕円形の外殻を形成する上部周壁部２１と、上部周壁部２１の上部を覆う上板２２とを備え、下側を塞ぐようにして上部周壁部２１の下端部には前記仕切板６が設けられている。
【００２４】
上層部２は、図５に示す上部空胴部Ｓ１の高さ寸法Ｄ１（上板２２の下面から仕切板６の上面６ａまでの長さ寸法）がマイクロ波の１波長以下での寸法（例えば５ｃｍ）となる。上部空胴部Ｓ１に面する部位、すなわち上部周壁部２１、上板２２及び仕切板６の上面６ａは、銅、アルミニウムなどの金属製の部材からなり例えば金属箔の部材で被覆されている。
【００２５】
図５に示すように、上部空胴部Ｓ１は、短軸ｙ長と長軸ｘ長の比率（アスペクト比）が略１：√２となる楕円形状をなしている。さらに、上部空胴部Ｓ１は、内部に供給されるマイクロ波の電界の向きＦが上部空胴部Ｓ１の水平断面方向に対して直交する方向（上下方向）に一致する構成となっており、上述したように断面形状を楕円形状とし、上部空胴部Ｓ１の空間内に発振されるマイクロ波のエネルギーが短軸ｙ付近に集中した状態（図５に示す共振領域Ｔが形成される状態）を形成することで、電磁界を安定させることが可能となっている。
【００２６】
図３に示すように、下層部３は、仕切板６の下側で下部周壁部３１に囲まれた構成をなしている。下部周壁部３１の高さ寸法（下部空胴部Ｓ２の高さ寸法Ｄ２）は、加熱対象物１０となるアスファルト舗装体の厚さ寸法、開口穴７の形状、マイクロ波の強度等の条件に応じて適宜変更可能であるが、例えば１ｃｍ程度に設定することができる。つまり、下層部３の開放縁端３ａを加熱対象物１０に接地させたとき、開口穴７から放射されるマイクロ波Ｍが開口穴７に対向する領域（被加熱領域Ｒという）をマイクロ波Ｍの強度に応じた所定の加熱温度で加熱するようになっている。
【００２７】
なお、下部周壁部３１の高さ寸法を大きくすると、マイクロ波が開口穴７から放射されるエネルギーが加熱対象物１０に達するまでに弱くなり、十分な照射ができず、所望の加熱ができなくなる。
【００２８】
仕切板６に設けられる開口穴７は、図４に示すように、平面視で略中央に配置されるとともに、導波管４（図５参照）寄りに頂部を配置させた二等辺三角形状をなしている。この開口穴７は、上部空胴部Ｓ１内の電磁界の安定した状態（つまり、マイクロ波のエネルギーが短軸ｙ付近に集中した状態）を保ちつつ、上部空胴部Ｓ１から下部空胴部Ｓ２へ向けてマイクロ波を所望の強度分布で放射させるためのものである。
【００２９】
次に、誘電加熱装置１の作用について、図面に基づいてさらに具体的に説明する。
図１に示すように、誘電加熱装置１において、上層部２内の上部空胴部Ｓ１に発振器５から導波管４を通してマイクロ波Ｍを供給し、上部空胴部Ｓ１内におけるマイクロ波の電界の向きＦを上部空胴部Ｓ１の水平断面に対して直交方向となる上下方向に一致させ、上部空胴部Ｓ１内に電磁波を集中させることで、その電磁界分布が中央部に集中する好適な共振領域Ｔを形成して蓄えた状態とする。
【００３０】
図５に示すように、とくに上部空胴部Ｓ１を短軸長と長軸長の比率が１：√２となる楕円形断面とすることで、ファブリ・ペロ共振器を模擬することができ、上部空胴部Ｓ１の短軸ｙ付近に電磁界のエネルギーが集中し易くなるとともに、電磁界分布が安定しその崩れが抑えられることから、好適で且つ堅固な場をなす共振領域Ｔを形成することができる。すなわち、導波管４と加熱対象物１０との間にＱ値（共振状態を示す周知の値）の高い上部空胴部Ｓ１を介挿させることで、加熱対象物１０のコンディションに左右されない崩れ難い場の分布を実現することが可能となる。
【００３１】
そして、図３に示すように、仕切板６に形成される開口穴７の位置が上部空胴部Ｓ１に形成された共振領域Ｔの位置となるので、その開口穴７から下層部３の下部空胴部Ｓ２へ向けてマイクロ波が放射され、開口穴７に対向する位置の被加熱領域Ｒに対して、開口穴７から放射されるマイクロ波Ｍのエネルギーを与えて加熱することができる。このときの被加熱領域Ｒは、図６に示すように開口穴７の形状とほぼ同形状の領域となる。
このような構成をなす誘電加熱装置１では、この装置自体を横移動させ、所定面積の加熱領域全体にわたって加熱することが可能となる。
【００３２】
しかも、加熱対象物１０がアスファルト舗装によるアスファルト混合物である場合には、マイクロ波によってアスファルト混合物内部の水分にマイクロ波Ｍが吸収され、その水分や骨材が直接加熱されることでその周囲のアスファルトも間接的に加熱し、アスファルト混合物を溶融することができる。そのため、アスファルト自体の過熱による熱劣化を防ぐことが可能となり、マイクロ波加熱の直接加熱方式という特性を効果的に発揮することができる。
【００３３】
さらに、下層部３における下部周壁部３１の開放縁端３ａを加熱対象物１０上に接地することで、下部空胴部Ｓ２もまた下層部３と加熱対象物１０とによって囲まれた閉空間となることから、開口穴７から下方に向けて放射されるマイクロ波Ｍが下層部３より外方の空気中に漏出することを抑制することができる。
このように、開口穴７から放射されたマイクロ波供給の安定性が増し、加熱対象物１０に対して効率よく加熱することができる。つまり、誘電加熱装置１では、導波管４から加熱対象物１０に直接マイクロ波を供給する従来技術のように、加熱対象物１０の形状、材質、状態等に応じて導波管４での導波モードが崩れ、加熱対象物１０に供給されるマイクロ波の強度にばらつきが生じてしまい、安定した加熱が行えないといった不具合をなくすことができる。
【００３４】
さらにまた、本誘電加熱装置１を例えば既設のアスファルト舗装の補修工事に適用する場合、従来のようにアスファルト舗装体の表層下部に金属板や金網を敷設するといった困難な作業が不要となることから、現場での施工が容易になる。
【００３５】
次に、上述した誘電加熱装置１を用いた誘電加熱方法の一例について、図面を用いて具体的に説明する。ここでは、加熱対象物１０を既設のアスファルト舗装体とし、このアスファルト舗装体の再生処理を現場で行うケースを対象とする。
先ず、加熱対象となるアスファルト舗装体の表面に対して下層部３の開放縁端３ａを上から当てるようにして誘電加熱装置１を接地する。そして、このアスファルト舗装体の表面層をマイクロ波により例えば８０℃程に加熱し、柔らかくする。これにより、加熱したアスファルト表層がほぐし易くなり、切削が容易になるとともに、切削音が小さくなるといった施工上の利点がある。
【００３６】
本再生処理による作業は、標準的な作業手順とほぼ同様であり、従来の加熱装置である間接加熱方式の路面ヒータに代えて誘電加熱装置１を使用し、アスファルト舗装体の舗装表層を加熱し、掻きほぐし、新規アスファルト混合物との混合、敷き均し、締固めの手順で行われる。その機械編成としては、誘電加熱装置１を先頭にして、カッタ、ミキサ、スクリード、転圧ローラの順で配置する。
【００３７】
このとき、図３に示す被加熱領域Ｒは、下部空胴部Ｓ２のうち開口穴７に対向する位置のみであるので、誘電加熱装置１を開口穴７からマイクロ波Ｍを放射させた状態で例えば横移動させながら加熱対象物の所定領域全体を加熱する。
つまり、発振器５から導波管４を介してマイクロ波を上部空胴部Ｓ１の内部に供給し、この上部空胴部Ｓ１に供給されたマイクロ波のエネルギーを加熱対象物１０に与えることで加熱する。
【００３８】
次に、誘電加熱装置１による加熱により溶解して柔らかい状態となった舗装表層を、誘電加熱装置１の後方に配置された前記カッタで掻きほぐし、それをミキサに投入して新規アスファルト混合物や再生用添加材料などと混合して舗装表層部に排出し、スクリードによって敷き均し、その後、転圧ローラによって締め固めるといった一連の作業手順により再生処理が行われる。このときの誘電加熱装置１での加熱より後方の作業については、従来の作業手順と同様であるので、詳しい説明は省略する。
【００３９】
上述のように本実施の形態によるマイクロ波を用いた誘電加熱装置１では、一旦、上部空胴部Ｓ１において電磁界分布を安定させるための空間を設け、その電磁界分布の安定状態が崩れない程度に開口穴７を設け、その開口穴７からエネルギー強度の安定したマイクロ波Ｍを放射させ、下層部３より放射されるマイクロ波Ｍのエネルギーを加熱対象物１０に与えることで、その加熱対象物１０を効率よく加熱することができることから、エネルギー効率の向上を図ることができる。
また、開口穴７から放射されるマイクロ波Ｍは、下層部３の下部周壁部３１によって遮蔽されているので、誘電加熱装置１の外側の空気中への漏出に対する遮蔽手段は簡易なもので済み、遮蔽対策にかかる装置の増大を抑えて、装置の小型化を図ることができる。
【００４０】
以上、本発明によるマイクロ波を用いた誘電加熱装置の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施の形態では開口穴７の形状を二等辺三角形としているが、これに限定されることはない。例えば、図７、図８、および図９に示すような形状の開口穴であってもかまわない。すなわち、図７に示す第１変形例による開口穴７Ａは、楕円の短軸ｙ方向に長辺方向を向けた長方形状となっている。図８に示す第２変形例による開口穴７Ｂは、台形状をなし、短軸方向の一方から他方に向けて幅寸法が大きくなる形状となっている。また、図９に示す第３変形例による開口穴７Ｃは、短軸方向に沿って幅が正弦波状に変化する形状となっている。ここで、その幅は第１空胴の電界の強い部分および弱い部分に対応して、それぞれ狭く、広くなっている。これによって第２空胴へ向かって放射されるマイクロ波のエネルギーは、短軸方向にほぼ均一な正弦波状の分布になる。周期性のない均一性を求める場合には加熱装置全体を短軸方向にその周期の半分だけ移動させる。さらに、面状の均一な加熱を行う場合には横方向移動を加える。
【００４１】
また、下層部３の下部周壁部３１は上下方向の高さ寸法が調整可能であってもかまわない。この場合、開口穴７から放射されるマイクロ波のエネルギーの強さに応じて下層部３における下部周壁部３１の上下方向の高さ寸法を変えることで、加熱対象物１０に対する加熱の深さ寸法を調整することができる。そのため、加熱対象物１０の表面からの加熱深さ寸法を薄くする場合には、下部周壁部３１の高さ寸法を大きくして開口穴７から加熱対象物１０の表面までの距離を大きくすることで、加熱対象物１０の表面に達するマイクロ波Ｍのエネルギーが小さくなるため、加熱対象物１０が受ける加熱量を少なくすることができる。
【００４２】
また、本実施の形態の仕切板６は着脱可能に設けられていてもよい。これにより、開口穴７の形状、大きさ、位置の異なる仕切板を使用条件に合わせて適宜取り替えることが容易となる利点がある。例えば、上層部２の上部周壁部２１と下層部３の下部周壁部３１との間に仕切板をその面方向にスライドさせて着脱できる構成とすることができる。
【００４３】
上層部２又は下層部３には、下層部３の開放縁端３ａを加熱対象物１０に接地させた状態で、その接地部を覆う遮蔽部材（図示省略）が設けられていてもよい。この場合、開口穴７から放射されるマイクロ波は下部周壁部３１と前記遮蔽部材とによって二重に覆われることから、マイクロ波Ｍの空気中への漏出をより確実に防ぐことができる。
【００４４】
さらにまた、本実施の形態では上部空胴部Ｓ１の平面視形状を楕円形としているが、楕円形であることに限定されることはなく、円形、或いは楕円を僅かに外れるような形状であってもかまわない。但し、円の場合には短軸の向きを特定することができないので、共振領域Ｔの向きを固定することが難しく、上部空胴部Ｓ１の形状に僅かな変化が生じたときに、共振領域Ｔの向きが変わる可能性がある。そのため、略円形断面より略楕円形断面の方が確実に共振領域Ｔを安定させることができる。
【００４５】
さらに、上部空胴部Ｓ１及び下部空胴部Ｓ２の高さ寸法、アスペクト比、開口穴７の形状などの構成は、本実施の形態に限定されることはなく、上述した上部空胴部Ｓ１内の電磁界を安定させることができ、加熱対象物１０を所望温度で加熱させることができる範囲で任意に設定することができる。
【００４６】
また、本実施の形態では既設のアスファルト舗装体の再生処理に誘電加熱装置１を採用しているが、このような適用対象に制限されることはなく、例えば公園の砂場等の砂にマイクロ波のエネルギーを与えて加熱することにより清浄化させる場合にも適用可能である。軽く均して転圧しなおすといった用途にも使用することができる。
他に、本発明による誘電加熱装置１は、既設舗装路面のひび割れ等を補修するときに当該路面を加熱する用途にも採用できる。また、この誘電加熱装置１は、再生アスファルト混合物の原材料となる再生骨材等を加熱する用途や、既設舗装の内部に溜まった水を加熱乾燥する用途等の各種用途にも採用できる。
【符号の説明】
【００４７】
１ 誘電加熱装置
２ 上層部
３ 下層部
３ａ 開放縁端
４ 導波管
５ 発振器
６ 仕切板
７ 開口穴
１０ 加熱対象物
３１ 下部周壁部
Ｓ１ 上部空胴部（第１空胴部）
Ｓ２ 下部空胴部（第２空胴部）
Ｔ 共振領域
Ｒ 被加熱領域
ｙ 上部空胴部の短軸
Ｆ 電界の向き
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波のエネルギーを与えることで加熱対象物を加熱するためのマイクロ波を用いた誘電加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アスファルト舗装の補修工事等では、アスファルト混合物を溶解したり、アスファルト舗装表面に散布された溶剤を速く揮発させるために、アスファルト舗装表面を広い面積にわたって加熱することが行われている。
このような加熱方法として、重油等を燃焼させたバーナによる加熱方式が一般的であるが、間接加熱であることから、加熱効率が低く、且つ過熱によるアスファルトの劣化が問題となっている。
一方、加熱方式として骨材に含まれる水分を利用したマイクロ波加熱も提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。この場合、直接加熱であることから効率が高く、アスファルト自身がマイクロ波によってほとんど加熱されないことから、アスファルト加熱溶解におけるアスファルトの過熱劣化という問題も発生しないという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３０３４０８号公報
【特許文献２】特開平９−１８９００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のマイクロ波加熱による加熱方式では、以下のような問題があった。
すなわち、従来提案されているマイクロ波加熱では、マイクロ波をアスファルト舗装の表面に向けて放射する方式であるため、マイクロ波のアスファルト混合物表面からの反射が大きかったり、反射を低く抑えられた場合でもアスファルト舗装表層を透過して加熱の必要のない舗装深部へマイクロ波の供給するエネルギーが浸透してしまうといった欠点があった。つまり、マイクロ波をアスファルト舗装表面に照射しただけでは、効率よくマイクロ波のエネルギーをその加熱の必要な部分のみに吸収させることが困難であった。
【０００５】
また、アスファルト舗装表面で反射したマイクロ波が装置周辺に施されるマイクロ波遮蔽器具とアスファルト舗装表面との間を直接伝搬し、容易に減衰しないため、総体として漏洩マイクロ波の遮蔽対策が大規模になるといった不具合があった。
さらに、マイクロ波のエネルギーをアスファルト舗装内部に効率よく浸透させる手段として、アスファルト舗装下部に金属板や金網などの電気伝導度の高いものを挿入しておくことにより一定の効果は得られるが、既設の通常アスファルト舗装にこの状態を実現することは橋梁などを除いて事実上不可能であるうえ、予め新設の舗装に対してこのような構造を採用することはコストの増大を招くとともに、舗装工事前に実施する舗装への影響（例えば、滑りなどの問題）等の事前調査を十分に行わなければならないといった問題があった。
このように、従来のマイクロ波加熱では、個々の利点のすべてを同時に満足するものは無く、マイクロ波を使用した誘電加熱の利点を十分に発揮されていない現状があり、その点で改良の余地があった。
【０００６】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、エネルギー効率に優れ、加熱対象物に対して簡単な構造で効率よく加熱することができるうえ、装置の小型化が図れるマイクロ波を用いた誘電加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係るマイクロ波を用いた誘電加熱装置では、閉空間からなる第１空胴部を形成した上層部と、上層部から下方に延びる周壁部を有するとともに下側が開放された下層部とを備えた上下二層構造をなし、上層部と下層部との間の仕切板には、第１空胴部と下層部の周壁部によって囲まれる第２空胴部とを連通する開口穴が設けられ、第１空胴部は、マイクロ波の電磁界分布が中央部に集中する共振領域が形成可能とされ、開口穴が共振領域の位置となる構成とされたことを特徴としている。
また、第１空胴部の平面形状は、楕円形であることが好ましい。
【０００８】
本発明では、上層部内の第１空胴部にマイクロ波を供給し、第１空胴部内におけるマイクロ波の電界の向きＦを第１空胴部の水平断面に対して直交方向となる上下方向に一致させ、第１空胴部内に電磁波を集中させることで、その電磁界分布が中央部に集中する好適な共振領域を形成することができる。とくに第１空胴部の断面を短軸長と長軸長との比率が１：√２となる楕円形断面とすることでファブリ・ペロ共振器を模擬することができ、第１空胴部の短軸付近に電磁界のエネルギーが集中し易くなるとともに、電磁界分布が安定しその崩れが抑えられることから、好適で且つ堅固な場をなす共振領域を形成することができる。
【０００９】
そして、仕切板に形成される開口穴の位置が第１空胴部に形成された共振領域の位置となるので、その開口穴から下層部の第２空胴部へ向けてマイクロ波が放射され、さらにそのマイクロ波が下層部の開放縁端から放射されることになる。つまり、開口穴に対向する位置の被加熱領域に対して、開口穴から放射されるマイクロ波のエネルギーを与えて加熱することができる。
そのため、誘電加熱装置を横移動させることで、所定面積の加熱領域全体にわたって加熱することが可能となる。
しかも、加熱対象物がアスファルト舗装によるアスファルト混合物である場合には、マイクロ波によってアスファルト混合物内部の水分にマイクロ波Ｍが吸収され、その水分や骨材が直接加熱されることでその周囲のアスファルトも間接的に加熱して、アスファルト混合物を溶融することができる。そのため、アスファルト自体の過熱による熱劣化を防ぐことが可能となり、マイクロ波加熱の直接加熱方式という特性を効果的に発揮することができる。
【００１０】
さらに、下層部における周壁部の開放縁端を加熱対象物上に接地することで、第２空胴部もまた下層部と加熱対象物とによって囲まれた閉空間となり、第１空胴と同様の共振特性を持つことから、開口穴から下方に向けて放射されるマイクロ波が下層部より外方の空気中に漏出することを抑制することができる。そのため、開口穴から放射されたマイクロ波供給の安定性が増し、加熱対象物に対して効率よく加熱することができる。
さらにまた、本誘電加熱装置を例えば既設のアスファルト舗装の補修工事に適用する場合、従来のようにアスファルト舗装体の表層下部に金属板や金網を敷設するといった困難な作業が不要となることから、現場での施工が容易になる。
【００１１】
また、本発明に係るマイクロ波を用いた誘電加熱装置では、周壁部は、上下方向の高さ寸法が調整可能であることが好ましい。
この場合、開口穴から放射されるマイクロ波のエネルギーの強さに応じて下層部における周壁部の上下方向の高さ寸法を変えることで、加熱対象物に対する加熱量を調整することができる。そのため、加熱対象物の表面からの加熱深さ寸法を薄くする場合には、周壁部の高さ寸法を大きくして開口穴から加熱対象物の表面までの距離を大きくすることで、加熱対象物の表面に達するマイクロ波のエネルギーが小さくなるため、加熱対象物が受ける加熱量を少なくすることができる。
【００１２】
また、本発明に係るマイクロ波を用いた誘電加熱装置では、第１空胴部には、マイクロ波を供給するための導波管が接続される。その位置は中央或いは電界強度の最も強い部分を避けた位置である。
本発明では、第１空胴部でマイクロ波によって形成される共振領域が安定して形成され、開口穴より放射させるマイクロ波の強度を制御することができる。
【００１３】
また、本発明に係るマイクロ波を用いた誘電加熱装置では、仕切板は着脱可能に設けられていてもよい。
本発明では、開口穴の形状、大きさ、位置の異なる仕切板を使用条件に合わせて適宜取り替えることが容易となる利点がある。
【００１４】
また、本発明に係るマイクロ波を用いた誘電加熱装置では、上層部又は下層部には、下層部の開放縁端を加熱対象物に接地させた状態で、その接地部を覆う遮蔽部材が設けられていることがより好ましい。
この場合、開口穴から放射されるマイクロ波は周壁部と遮蔽部材とによって二重に覆われることから、マイクロ波の空気中への漏出をより確実に防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のマイクロ波を用いた誘電加熱装置によれば、一旦、第１空胴部において電磁界分布を安定させるための空間を設け、その開口穴から必要な強度のマイクロ波を放射させ、エネルギーを加熱対象物に与えることで、その加熱対象物を効率よく加熱することができることから、エネルギー効率の向上を図ることができる。
また、第２空胴も共振特性を持ちマイクロ波のエネルギーを内部に閉じこめる構造になっていることから、誘電加熱装置の外側の空気中への漏出に対する遮蔽手段は簡易なもので済み、遮蔽対策にかかる装置の増大を抑えて、装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態による誘電加熱装置の構成を示す一部破断斜視図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１に示すＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】誘電加熱装置の仕切板の平面図である。
【図５】上層部の上部空胴部内に形成される共振領域を示す平面図である。
【図６】開口穴から放射されるマイクロ波によって加熱される被加熱領域を示す図である。
【図７】第１変形例による開口穴の形状を示す仕切板の平面図であって、図４に対応する図である。
【図８】第２変形例による開口穴の形状を示す仕切板の平面図であって、図４に対応する図である。
【図９】第３変形例による開口穴の形状を示す仕切板の平面図であって、図４に対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態によるマイクロ波を用いた誘電加熱装置について、図１乃至図６に基づいて説明する。
【００１８】
図１に示す誘電加熱装置１は、マイクロ波のエネルギーを加熱対象物１０（図２および図３参照）に与えて加熱溶融するためのものである。例えば既設のアスファルト舗装表層に含まれるアスファルト混合物が挙げられ、加熱対象物１０を現場で再生処理する施工等が適用対象となる。つまり、加熱対象物１０の要補修箇所に誘電加熱装置１を持ち込み、その現場において再生処理を行う際に用いられる。
【００１９】
図１乃至図３に示すように、誘電加熱装置１は、閉空間からなる上部空胴部Ｓ１（第１空胴部）を形成した上層部２と、この上層部２から下方に延びる下部周壁部３１を有するとともに下側が開放された下層部３とを備えた上下二層構造をなし、さらに上層部２の上部空胴部Ｓ１に導波管４を介してマイクロ波Ｍを供給するマイクロ波発振器（以下、単に「発振器５」という）を備えて概略構成されている。
【００２０】
そして、上層部２と下層部３との間の仕切板６には、上部空胴部Ｓ１と下層部３の下部周壁部３１によって囲まれる下部空胴部Ｓ２（第２空胴部）とを連通する開口穴７（図４参照）が設けられ、上部空胴部Ｓ１は、マイクロ波Ｍの電磁界分布が一様に揃う共振領域Ｔ（図３および図５参照）が形成可能とされ、開口穴７が共振領域Ｔの位置となる構成となっている。
ここで、後述する上層部２、下層部３それぞれの中心軸は共通軸上に位置している。以下、この共通軸を中心軸Ｏ（図５）といい、中心軸Ｏ方向に沿って上層部２側を上側、下層部３側を下側という。
【００２１】
発振器５は、例えば１ｋＷの電源により周波数２４５０ＭＨｚのマイクロ波を波長１２．２４ｃｍで発振させ、そのエネルギーを導波管４の基本モード（ＴＥ１０）によって上部空胴部Ｓ１に供給するためのものである。
【００２２】
導波管４は、スリースタブ整合器を含むものが採用され、一端が発振器５に接続されていて他端が上部空胴部Ｓ１に連通している。そして、上部空胴部Ｓ１に対する導波管４の取り付け位置は、後述する楕円形断面をなす上部空胴部Ｓ１の短軸ｙ（図５参照）に沿うようにしてマイクロ波のエネルギーが集中する状態において、中央（Ｘ＝０）あるいは電界強度が強い部分（共振領域Ｔに相当する）を避けた位置に配置されている。
つまり、導波管４が共振領域Ｔを避けた位置に設けられた場合、空胴から導波管４を通して電源に向かう反射波を低く抑えることが容易になる。
設けられているので、その共振領域Ｔが導波管４によって供給されるマイクロ波の影響を受けることがなく安定した状態となり、開口穴７より放射されるマイクロ波の強度を一定にすることが可能となっている。
【００２３】
上層部２は、薄板状の中空円盤形状で、上部空胴部Ｓ１の水平断面形状が楕円形をなし、その楕円形の外殻を形成する上部周壁部２１と、上部周壁部２１の上部を覆う上板２２とを備え、下側を塞ぐようにして上部周壁部２１の下端部には前記仕切板６が設けられている。
【００２４】
上層部２は、図５に示す上部空胴部Ｓ１の高さ寸法Ｄ１（上板２２の下面から仕切板６の上面６ａまでの長さ寸法）がマイクロ波の１波長以下での寸法（例えば５ｃｍ）となる。上部空胴部Ｓ１に面する部位、すなわち上部周壁部２１、上板２２及び仕切板６の上面６ａは、銅、アルミニウムなどの金属製の部材からなり例えば金属箔の部材で被覆されている。
【００２５】
図５に示すように、上部空胴部Ｓ１は、短軸ｙ長と長軸ｘ長の比率（アスペクト比）が略１：√２となる楕円形状をなしている。さらに、上部空胴部Ｓ１は、内部に供給されるマイクロ波の電界の向きＦが上部空胴部Ｓ１の水平断面方向に対して直交する方向（上下方向）に一致する構成となっており、上述したように断面形状を楕円形状とし、上部空胴部Ｓ１の空間内に発振されるマイクロ波のエネルギーが短軸ｙ付近に集中した状態（図５に示す共振領域Ｔが形成される状態）を形成することで、電磁界を安定させることが可能となっている。
【００２６】
図３に示すように、下層部３は、仕切板６の下側で下部周壁部３１に囲まれた構成をなしている。下部周壁部３１の高さ寸法（下部空胴部Ｓ２の高さ寸法Ｄ２）は、加熱対象物１０となるアスファルト舗装体の厚さ寸法、開口穴７の形状、マイクロ波の強度等の条件に応じて適宜変更可能であるが、例えば１ｃｍ程度に設定することができる。つまり、下層部３の開放縁端３ａを加熱対象物１０に接地させたとき、開口穴７から放射されるマイクロ波Ｍが開口穴７に対向する領域（被加熱領域Ｒという）をマイクロ波Ｍの強度に応じた所定の加熱温度で加熱するようになっている。
【００２７】
なお、下部周壁部３１の高さ寸法を大きくすると、マイクロ波が開口穴７から放射されるエネルギーが加熱対象物１０に達するまでに弱くなり、十分な照射ができず、所望の加熱ができなくなる。
【００２８】
仕切板６に設けられる開口穴７は、図４に示すように、平面視で略中央に配置されるとともに、導波管４（図５参照）寄りに頂部を配置させた二等辺三角形状をなしている。この開口穴７は、上部空胴部Ｓ１内の電磁界の安定した状態（つまり、マイクロ波のエネルギーが短軸ｙ付近に集中した状態）を保ちつつ、上部空胴部Ｓ１から下部空胴部Ｓ２へ向けてマイクロ波を所望の強度分布で放射させるためのものである。
【００２９】
次に、誘電加熱装置１の作用について、図面に基づいてさらに具体的に説明する。
図１に示すように、誘電加熱装置１において、上層部２内の上部空胴部Ｓ１に発振器５から導波管４を通してマイクロ波Ｍを供給し、上部空胴部Ｓ１内におけるマイクロ波の電界の向きＦを上部空胴部Ｓ１の水平断面に対して直交方向となる上下方向に一致させ、上部空胴部Ｓ１内に電磁波を集中させることで、その電磁界分布が中央部に集中する好適な共振領域Ｔを形成して蓄えた状態とする。
【００３０】
図５に示すように、とくに上部空胴部Ｓ１を短軸長と長軸長の比率が１：√２となる楕円形断面とすることで、ファブリ・ペロ共振器を模擬することができ、上部空胴部Ｓ１の短軸ｙ付近に電磁界のエネルギーが集中し易くなるとともに、電磁界分布が安定しその崩れが抑えられることから、好適で且つ堅固な場をなす共振領域Ｔを形成することができる。すなわち、導波管４と加熱対象物１０との間にＱ値（共振状態を示す周知の値）の高い上部空胴部Ｓ１を介挿させることで、加熱対象物１０のコンディションに左右されない崩れ難い場の分布を実現することが可能となる。
【００３１】
そして、図３に示すように、仕切板６に形成される開口穴７の位置が上部空胴部Ｓ１に形成された共振領域Ｔの位置となるので、その開口穴７から下層部３の下部空胴部Ｓ２へ向けてマイクロ波が放射され、開口穴７に対向する位置の被加熱領域Ｒに対して、開口穴７から放射されるマイクロ波Ｍのエネルギーを与えて加熱することができる。このときの被加熱領域Ｒは、図６に示すように開口穴７の形状とほぼ同形状の領域となる。
このような構成をなす誘電加熱装置１では、この装置自体を横移動させ、所定面積の加熱領域全体にわたって加熱することが可能となる。
【００３２】
しかも、加熱対象物１０がアスファルト舗装によるアスファルト混合物である場合には、マイクロ波によってアスファルト混合物内部の水分にマイクロ波Ｍが吸収され、その水分や骨材が直接加熱されることでその周囲のアスファルトも間接的に加熱し、アスファルト混合物を溶融することができる。そのため、アスファルト自体の過熱による熱劣化を防ぐことが可能となり、マイクロ波加熱の直接加熱方式という特性を効果的に発揮することができる。
【００３３】
さらに、下層部３における下部周壁部３１の開放縁端３ａを加熱対象物１０上に接地することで、下部空胴部Ｓ２もまた下層部３と加熱対象物１０とによって囲まれた閉空間となることから、開口穴７から下方に向けて放射されるマイクロ波Ｍが下層部３より外方の空気中に漏出することを抑制することができる。
このように、開口穴７から放射されたマイクロ波供給の安定性が増し、加熱対象物１０に対して効率よく加熱することができる。つまり、誘電加熱装置１では、導波管４から加熱対象物１０に直接マイクロ波を供給する従来技術のように、加熱対象物１０の形状、材質、状態等に応じて導波管４での導波モードが崩れ、加熱対象物１０に供給されるマイクロ波の強度にばらつきが生じてしまい、安定した加熱が行えないといった不具合をなくすことができる。
【００３４】
さらにまた、本誘電加熱装置１を例えば既設のアスファルト舗装の補修工事に適用する場合、従来のようにアスファルト舗装体の表層下部に金属板や金網を敷設するといった困難な作業が不要となることから、現場での施工が容易になる。
【００３５】
次に、上述した誘電加熱装置１を用いた誘電加熱方法の一例について、図面を用いて具体的に説明する。ここでは、加熱対象物１０を既設のアスファルト舗装体とし、このアスファルト舗装体の再生処理を現場で行うケースを対象とする。
先ず、加熱対象となるアスファルト舗装体の表面に対して下層部３の開放縁端３ａを上から当てるようにして誘電加熱装置１を接地する。そして、このアスファルト舗装体の表面層をマイクロ波により例えば８０℃程に加熱し、柔らかくする。これにより、加熱したアスファルト表層がほぐし易くなり、切削が容易になるとともに、切削音が小さくなるといった施工上の利点がある。
【００３６】
本再生処理による作業は、標準的な作業手順とほぼ同様であり、従来の加熱装置である間接加熱方式の路面ヒータに代えて誘電加熱装置１を使用し、アスファルト舗装体の舗装表層を加熱し、掻きほぐし、新規アスファルト混合物との混合、敷き均し、締固めの手順で行われる。その機械編成としては、誘電加熱装置１を先頭にして、カッタ、ミキサ、スクリード、転圧ローラの順で配置する。
【００３７】
このとき、図３に示す被加熱領域Ｒは、下部空胴部Ｓ２のうち開口穴７に対向する位置のみであるので、誘電加熱装置１を開口穴７からマイクロ波Ｍを放射させた状態で例えば横移動させながら加熱対象物の所定領域全体を加熱する。
つまり、発振器５から導波管４を介してマイクロ波を上部空胴部Ｓ１の内部に供給し、この上部空胴部Ｓ１に供給されたマイクロ波のエネルギーを加熱対象物１０に与えることで加熱する。
【００３８】
次に、誘電加熱装置１による加熱により溶解して柔らかい状態となった舗装表層を、誘電加熱装置１の後方に配置された前記カッタで掻きほぐし、それをミキサに投入して新規アスファルト混合物や再生用添加材料などと混合して舗装表層部に排出し、スクリードによって敷き均し、その後、転圧ローラによって締め固めるといった一連の作業手順により再生処理が行われる。このときの誘電加熱装置１での加熱より後方の作業については、従来の作業手順と同様であるので、詳しい説明は省略する。
【００３９】
上述のように本実施の形態によるマイクロ波を用いた誘電加熱装置１では、一旦、上部空胴部Ｓ１において電磁界分布を安定させるための空間を設け、その電磁界分布の安定状態が崩れない程度に開口穴７を設け、その開口穴７からエネルギー強度の安定したマイクロ波Ｍを放射させ、下層部３より放射されるマイクロ波Ｍのエネルギーを加熱対象物１０に与えることで、その加熱対象物１０を効率よく加熱することができることから、エネルギー効率の向上を図ることができる。
また、開口穴７から放射されるマイクロ波Ｍは、下層部３の下部周壁部３１によって遮蔽されているので、誘電加熱装置１の外側の空気中への漏出に対する遮蔽手段は簡易なもので済み、遮蔽対策にかかる装置の増大を抑えて、装置の小型化を図ることができる。
【００４０】
以上、本発明によるマイクロ波を用いた誘電加熱装置の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施の形態では開口穴７の形状を二等辺三角形としているが、これに限定されることはない。例えば、図７、図８、および図９に示すような形状の開口穴であってもかまわない。すなわち、図７に示す第１変形例による開口穴７Ａは、楕円の短軸ｙ方向に長辺方向を向けた長方形状となっている。図８に示す第２変形例による開口穴７Ｂは、台形状をなし、短軸方向の一方から他方に向けて幅寸法が大きくなる形状となっている。また、図９に示す第３変形例による開口穴７Ｃは、短軸方向に沿って幅が正弦波状に変化する形状となっている。ここで、その幅は第１空胴の電界の強い部分および弱い部分に対応して、それぞれ狭く、広くなっている。これによって第２空胴へ向かって放射されるマイクロ波のエネルギーは、短軸方向にほぼ均一な正弦波状の分布になる。周期性のない均一性を求める場合には加熱装置全体を短軸方向にその周期の半分だけ移動させる。さらに、面状の均一な加熱を行う場合には横方向移動を加える。
【００４１】
また、下層部３の下部周壁部３１は上下方向の高さ寸法が調整可能であってもかまわない。この場合、開口穴７から放射されるマイクロ波のエネルギーの強さに応じて下層部３における下部周壁部３１の上下方向の高さ寸法を変えることで、加熱対象物１０に対する加熱の深さ寸法を調整することができる。そのため、加熱対象物１０の表面からの加熱深さ寸法を薄くする場合には、下部周壁部３１の高さ寸法を大きくして開口穴７から加熱対象物１０の表面までの距離を大きくすることで、加熱対象物１０の表面に達するマイクロ波Ｍのエネルギーが小さくなるため、加熱対象物１０が受ける加熱量を少なくすることができる。
【００４２】
また、本実施の形態の仕切板６は着脱可能に設けられていてもよい。これにより、開口穴７の形状、大きさ、位置の異なる仕切板を使用条件に合わせて適宜取り替えることが容易となる利点がある。例えば、上層部２の上部周壁部２１と下層部３の下部周壁部３１との間に仕切板をその面方向にスライドさせて着脱できる構成とすることができる。
【００４３】
上層部２又は下層部３には、下層部３の開放縁端３ａを加熱対象物１０に接地させた状態で、その接地部を覆う遮蔽部材（図示省略）が設けられていてもよい。この場合、開口穴７から放射されるマイクロ波は下部周壁部３１と前記遮蔽部材とによって二重に覆われることから、マイクロ波Ｍの空気中への漏出をより確実に防ぐことができる。
【００４４】
さらにまた、本実施の形態では上部空胴部Ｓ１の平面視形状を楕円形としているが、楕円形であることに限定されることはなく、円形、或いは楕円を僅かに外れるような形状であってもかまわない。但し、円の場合には短軸の向きを特定することができないので、共振領域Ｔの向きを固定することが難しく、上部空胴部Ｓ１の形状に僅かな変化が生じたときに、共振領域Ｔの向きが変わる可能性がある。そのため、略円形断面より略楕円形断面の方が確実に共振領域Ｔを安定させることができる。
【００４５】
さらに、上部空胴部Ｓ１及び下部空胴部Ｓ２の高さ寸法、アスペクト比、開口穴７の形状などの構成は、本実施の形態に限定されることはなく、上述した上部空胴部Ｓ１内の電磁界を安定させることができ、加熱対象物１０を所望温度で加熱させることができる範囲で任意に設定することができる。
【００４６】
また、本実施の形態では既設のアスファルト舗装体の再生処理に誘電加熱装置１を採用しているが、このような適用対象に制限されることはなく、例えば公園の砂場等の砂にマイクロ波のエネルギーを与えて加熱することにより清浄化させる場合にも適用可能である。軽く均して転圧しなおすといった用途にも使用することができる。
他に、本発明による誘電加熱装置１は、既設舗装路面のひび割れ等を補修するときに当該路面を加熱する用途にも採用できる。また、この誘電加熱装置１は、再生アスファルト混合物の原材料となる再生骨材等を加熱する用途や、既設舗装の内部に溜まった水を加熱乾燥する用途等の各種用途にも採用できる。
【符号の説明】
【００４７】
１ 誘電加熱装置
２ 上層部
３ 下層部
３ａ 開放縁端
４ 導波管
５ 発振器
６ 仕切板
７ 開口穴
１０ 加熱対象物
３１ 下部周壁部
Ｓ１ 上部空胴部（第１空胴部）
Ｓ２ 下部空胴部（第２空胴部）
Ｔ 共振領域
Ｒ 被加熱領域
ｙ 上部空胴部の短軸
Ｆ 電界の向き
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱対象物にマイクロ波のエネルギーを与えて加熱するマイクロ波を用いた誘電加熱装置であって、
閉空間からなる第１空胴部を形成した上層部と、該上層部から下方に延びる周壁部を有するとともに下側が開放された下層部とを備えた上下二層構造をなし、
前記上層部と前記下層部との間の仕切板には、前記第１空胴部と前記下層部の周壁部によって囲まれる第２空胴部とを連通する開口穴が設けられ、
前記第１空胴部は、前記マイクロ波の電磁界分布が中央部に集中する共振領域が形成可能とされ、
前記開口穴が前記共振領域の位置となる構成とされたことを特徴とするマイクロ波を用いた誘電加熱装置。
【請求項２】
前記第１空胴部の平面形状は、楕円形であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波を用いた誘電加熱装置。
【請求項３】
前記周壁部は、上下方向の高さ寸法が調整可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロ波を用いた誘電加熱装置。
【請求項４】
前記第１空胴部には、前記マイクロ波を供給するための導波管が前記共振領域を避けた位置に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のマイクロ波を用いた誘電加熱装置。
【請求項５】
前記仕切板は着脱可能に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のマイクロ波を用いた誘電加熱装置。
【請求項６】
前記上層部又は前記下層部には、前記下層部の開放縁端を前記加熱対象物に接地させた状態で、その接地部を覆う遮蔽部材が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のマイクロ波を用いた誘電加熱装置。
【請求項１】
加熱対象物にマイクロ波のエネルギーを与えて加熱するマイクロ波を用いた誘電加熱装置であって、
閉空間からなる第１空胴部を形成した上層部と、該上層部から下方に延びる周壁部を有するとともに下側が開放された下層部とを備えた上下二層構造をなし、
前記上層部と前記下層部との間の仕切板には、前記第１空胴部と前記下層部の周壁部によって囲まれる第２空胴部とを連通する開口穴が設けられ、
前記第１空胴部は、前記マイクロ波の電磁界分布が中央部に集中する共振領域が形成可能とされ、
前記開口穴が前記共振領域の位置となる構成とされたことを特徴とするマイクロ波を用いた誘電加熱装置。
【請求項２】
前記第１空胴部の平面形状は、楕円形であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波を用いた誘電加熱装置。
【請求項３】
前記周壁部は、上下方向の高さ寸法が調整可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロ波を用いた誘電加熱装置。
【請求項４】
前記第１空胴部には、前記マイクロ波を供給するための導波管が前記共振領域を避けた位置に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のマイクロ波を用いた誘電加熱装置。
【請求項５】
前記仕切板は着脱可能に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のマイクロ波を用いた誘電加熱装置。
【請求項６】
前記上層部又は前記下層部には、前記下層部の開放縁端を前記加熱対象物に接地させた状態で、その接地部を覆う遮蔽部材が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のマイクロ波を用いた誘電加熱装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−２８９１７（Ｐ２０１１−２８９１７Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７１５０９（Ｐ２００９−１７１５０９）
【出願日】平成２１年７月２２日（２００９．７．２２）
【出願人】（５９０００２４８２）株式会社ＮＩＰＰＯ (130)
【出願人】（５０４１９３８３７）国立大学法人室蘭工業大学 (70)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２２日（２００９．７．２２）
【出願人】（５９０００２４８２）株式会社ＮＩＰＰＯ (130)
【出願人】（５０４１９３８３７）国立大学法人室蘭工業大学 (70)
【Ｆターム（参考）】
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