マイクロ波照射装置
【課題】多数の試料を均一処理することができ、必要に応じ連続処理も行えるようなマイクロ波照射装置を提案する。
【解決手段】本発明によるマイクロ波照射装置は、Ｘ軸辺の長さがａ（ａ＞０）、Ｙ軸辺の長さがｂ（ｂ＞０）、Ｚ軸辺の長さがｃ（ｃ＞０）であるＴＭ（Transverse Magnetic）１１０モードの方形共振空洞とした照射室１０と、この照射室１０のＹ−Ｚ面壁１１，１２に設けたスリット１３，１４と、該スリット１３，１４を通して照射室１０に進入し、照射室１０内のＸ−Ｚ面に従って移動可能な搬送シート２０と、この搬送シート２０に設けた試料ホルダ２１と、を含んで構成される。
【解決手段】本発明によるマイクロ波照射装置は、Ｘ軸辺の長さがａ（ａ＞０）、Ｙ軸辺の長さがｂ（ｂ＞０）、Ｚ軸辺の長さがｃ（ｃ＞０）であるＴＭ（Transverse Magnetic）１１０モードの方形共振空洞とした照射室１０と、この照射室１０のＹ−Ｚ面壁１１，１２に設けたスリット１３，１４と、該スリット１３，１４を通して照射室１０に進入し、照射室１０内のＸ−Ｚ面に従って移動可能な搬送シート２０と、この搬送シート２０に設けた試料ホルダ２１と、を含んで構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照射室内に位置した物体にマイクロ波を照射するマイクロ波照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、バイオ関連分野において、試料の処理にマイクロ波を使用することが提案されている。すなわち、試料を保持した試料ホルダを、いわゆる電子レンジの中に入れて処理するようにしたマイクロ波照射装置である。この場合、試料ホルダに保持した複数の試料に対し、いかに均一にマイクロ波を照射するか、が問題となる。
【０００３】
電子レンジ型のマイクロ波照射装置の場合、照射室内に定在波が発生してしまうので、どうしてもその定在波に起因するマイクロ波の強弱箇所が偏在し、試料ホルダに並んだ試料を均一に４０℃前後の温度に処理することが難しい。そこで、たとえば特許文献１，２に記載されたような手法が提案されている。当該手法は、試料ホルダに工夫を加えたもので、試料を保持する有底穴の間隔とマイクロ波の波長とを連関させ、さらには、試料ホルダの下にダミー負荷となる物体を設けることで、全試料に対する照射の均一化を図っている。
【特許文献１】特開平０７−１９８５７２号公報
【特許文献２】特開平０９−０１７５６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献の技術は、試料を保持した試料ホルダを一回一回人の手で出し入れして行うバッチ処理であり、自動で連続処理を行うことは想定されていない。すなわち、バイオテクノロジーや医療に関係した試料の処理においては、微量の試料を４０℃程度の比較的低温に均一処理することが求められるが、これに適した低出力のマイクロ波を照射しつつ多数の試料を連続処理することの可能なマイクロ波照射装置は、未だ提案されたことがない。
【０００５】
本発明はこの点に着目したもので、多数の試料を均一処理することができ、必要に応じ連続処理も行えるようなマイクロ波照射装置を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では、Ｘ軸辺の長さがａ（ａ＞０）、Ｙ軸辺の長さがｂ（ｂ＞０）、Ｚ軸辺の長さがｃ（ｃ＞０）であるＴＭ（Transverse Magnetic）１１０モードの方形共振空洞とした照射室と、この照射室のＹ−Ｚ面壁に設けたスリットと、該スリットを通して照射室に進入し、照射室内のＸ−Ｚ面に従って移動可能な搬送シートと、この搬送シートに設けた試料ホルダと、を含んで構成されるマイクロ波照射装置を提案する。
【発明の効果】
【０００７】
ＴＭ１１０モードの方形共振空洞においてマイクロ波は、Ｘ軸及びＹ軸でサイン半波（正弦半波）の電場分布となり、Ｚ軸には一定の電場分布となる。つまり、当該方形共振空洞とした照射室では、そのＸ軸辺の長さａ及びＹ軸辺の長さｂはそれぞれサイン半波に一致し、任意の座標（ｘ，ｙ）のＺ軸方向線分において一定の電場分布が形成される。そこで、照射室内における所定の座標ｙのＸ−Ｚ面で、Z軸方向に試料を並べてこれをＸ軸方向へ搬送するようにすれば、Ｚ軸方向に並べられた試料に対しマイクロ波が効率良く均一照射されることになり、複数の試料を均一に連続処理することができる。すなわち、照射室を構成するＹ−Ｚ面壁に設けたスリットを通して搬送シートを進入させ、照射室内のＸ−Ｚ面に従って移動させるようにすれば、この搬送シートに試料ホルダを設けることで、多数の試料を連続して均一処理することのできるマイクロ波照射装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
まず、本発明に至る基本思想から説明する。
【０００９】
図１（Ａ）に示すように、ＴＭ１１０モードの方形共振空洞においては、Ｘ軸及びＹ軸に関してそれぞれ電場分布がサイン半波になり、Ｚ軸に関して一定の電場分布になる。そこで、このＴＭ１１０モードの方形共振空洞を照射室にした場合、任意座標ｙのＸ−Ｚ面に従ってＸ軸方向へシート体Ｓを通し、当該シート体Ｓに、Ｚ軸方向へ並べて複数の被照射物を載置すれば、マイクロ波が均等に照射され、効率良く均一な処理を実現することができる。
【００１０】
特に、Ｘ軸辺の長さａ（ａ＞０，単位は一例としてｍｍ）、Ｙ軸辺の長さｂ（ｂ＞０，単位は一例としてｍｍ）、Ｚ軸辺の長さｃ（ｃ＞０，単位は一例としてｍｍ）としたＴＭ１１０モードの方形共振空洞を照射室にした場合、図１（Ｂ）に示すように、そのＹ軸においてマイクロ波強度のピークとなる座標ｙ＝ｂ／２のＸ−Ｚ面に従ってＸ軸方向へシート体Ｓを通すと、このシート体Ｓは、マイクロ波強度最大域となる座標（ｘ，ｙ）＝（ａ／２，ｂ／２）のＺ軸方向線分Ｐを通ることになる。当該シート体Ｓに、Ｚ軸方向へ並べて複数の被照射物を載置すれば、マイクロ波が均等に照射され、最も効率良く均一な処理を実現することができる。この場合、シート体Ｓは、照射室のＹ−Ｚ面壁に開けられたスリットＳＬ，ＳＬを通して照射室内へ進入させればよい。特に、座標ｙ＝ｂ／２のＸ−Ｚ面に従ってＸ軸方向へシート体Ｓを通すスリットＳＬ，ＳＬは、座標（ｘ，ｙ）＝（０，ｂ／２）でＺ軸方向に延びる中心線に沿うスリットと、座標（ｘ，ｙ）＝（ａ，ｂ／２）でＺ軸方向に延びる中心線に沿うスリットと、をそれぞれＹ−Ｚ面壁に形成したものとすることができる。
【００１１】
この基本思想に基づいたマイクロ波照射装置の好適例について、図２に概略を示している。
【００１２】
この例のマイクロ波照射装置における照射室１０は、Ｘ軸辺の長さをａ（ｍｍ）、Ｙ軸辺の長さをｂ（ｍｍ）、Ｚ軸辺の長さをｃ（ｍｍ）とした図１に示すようなＴＭ１１０モードの方形共振空洞である。そして、この照射室１０のＹ−Ｚ面壁１１，１２に、スリット１３，１４が形成されている。Ｙ−Ｚ面壁１１は座標ｘ＝ａのＹ−Ｚ面にあり、当該Ｙ−Ｚ面壁１１のスリット１３は、座標（ｘ，ｙ）＝（ａ，ｂ／２）のＺ軸方向線分を中心線として（精密に一致している必要はない）形成されている。また、Ｙ−Ｚ面壁１２は座標ｘ＝０のＹ−Ｚ面にあり、当該Ｙ−Ｚ面壁１２のスリット１４は、座標（ｘ，ｙ）＝（０，ｂ／２）のＺ軸方向線分を中心線として（精密に一致している必要はない）形成されている。
【００１３】
当照射室１０には、スリット１３，１４を通して搬送シート２０が進入して貫通しており、照射室１０内の座標ｙ＝ｂ／２のＸ−Ｚ面に従って（精密にトレースする必要はない）移動可能になっている。搬送シート２０には、試料ホルダ２１が組み込まれ、この試料ホルダ２１に、試料ＳＭＰＬを保持するための試料保持部２２を穴状に凹設してある。試料ホルダ２１は、上底よりも下底の短い台形の断面形状をもち、これに対応する台形断面を呈するように形成された搬送シート２０の組込開口部２３に組み入れられる。これにより、試料ホルダ２１は搬送シート２０に対して表裏とも面一で組込開口部２３を埋めるように組み込まれ、搬送シート２０において、当該試料ホルダ２１を設けた部分の外形と、この試料ホルダ２１を設けた部分以外の部分の外形と、が略同形状になっている。つまり、搬送シート２０は、試料ホルダ２１を設けた部分を含め、試料保持部２２以外には、表裏面とも全体的に略凹凸のない形状をもつ。
【００１４】
さらに、搬送シート２０と試料ホルダ２１とは、照射室１０内のマイクロ波を乱さないように、あるいは、エネルギー効率を向上させるために、マイクロ波吸収の少ない材料、具体的には、比誘電率εｒが１０以下且つ誘電体損失角ｔａｎδが０．０００５以下の材料を用いて形成したものとする。一例としては、ポリスチレン（εｒ≒２．８，ｔａｎδ≒０．０００３）、石英ガラス（εｒ≒３．８，ｔａｎδ≒０．０００１５）、ポリテトラフルオロエチレン（εｒ≒２．２，ｔａｎδ＝０．０００２）がある。この他にも、ポリプロピレン、ポリエチレンなどが使用可能である。そして、搬送シート２０と試料ホルダ２１とは同じ材料を使用して形成し、マイクロ波を乱さないようにほぼ両者の誘電率を等しくしておくのがよい。
【００１５】
あるいは、搬送シート２０及び試料ホルダ２１の誘電率を試料ＳＭＰＬの誘電率にできるだけ近く（できれば同じ）に設定してもよい。目標値としては、その差がεｒ≦１０になるようにする。この場合、エネルギー効率は上記の場合よりも悪くなるが、共振状態のずれを防止する目的には適している。
【００１６】
搬送シート２０の長さ（Ｘ軸方向）については、照射室１０のＸ軸辺長さａよりも十分に長いものとし（例えばａの二倍以上）、特に図３に示すように、試料ホルダ２１が照射室１０に入るよりも前に、試料ホルダ２１よりも先の部分が照射室１０を貫通して位置するようにするとよい。この場合、試料ホルダ２１よりも先の搬送シート２０が照射室１０内に入っている状態で、マイクロ波照射を開始してマイクロ波の出力条件を調整すると、この後に搬送シート１０を移動させて試料ホルダ２１を照射室１０へ入れたときに、マイクロ波の乱れを抑制することができる。すなわち、空の照射室１０でマイクロ波照射を開始して調整した後に搬送シート２０の進入を始めると、その搬送シート２０の進入で照射室１０内の性状が大きく変化するため、共振状態に影響する。しかし、予め搬送シートが２０が照射室１０に入った状態でマイクロ波を調整すれば、その後に搬送シート２０が移動したとしても、性状変化は小さいのでマイクロ波への影響が少ない。また、搬送シート２０と試料ホルダ２１は誘電率を合わせてあるので、試料ホルダ２１が照射室１０に進入するときにもマクロ波への影響は少ない。
【００１７】
このような照射室１０にマイクロ波を供給する制御部は、フィードバックコントローラ３０と、可変周波数発振器３１と、可変増幅器３２と、アイソレータ３３と、ダミーロード（負荷）３４と、パワーモニタ３５と、マイクロ波伝搬のための同軸ケーブル３６と、を含んで構成される。
【００１８】
可変周波数発振器３１は、所定周波数のマイクロ波を発生して同軸ケーブル３６により可変増幅器３２へ送出する。可変増幅器３２は、レベルのプリセットが可能で、後述のフィードスルーモード処理の場合は例えば２〜５Ｗ（ワット）の５段階増幅を行い、セットポジションモード処理の場合はフィードバックコントローラ３０の制御信号に応じて増幅を行うことができる。増幅されたマイクロ波は、アイソレータ３３を経由して同軸ケーブル３６により照射室１０へ導かれる。アイソレータ３３は、照射室１０からの反射波をダミーロード３４へ導き、可変増幅器３２の方へ戻らないようにする。ダミーロード３４に導かれた反射波は、熱に変換される。このとき、アイソレータ３３からダミーロード３４へ送られる反射波をパワーモニタ３５で監視できるので、［照射室１０内消費パワー］＝［可変増幅器３２の出力端表示パワー］−［パワーモニタ３５の表示パワー］により、照射室１０内の消費パワーを実測することができる。フィードバックコントローラ３０は、照射室１０内に設けられたアンテナ３７の検知信号に基づいて制御信号を出力し、可変周波数発振器３１及び可変増幅器３２を制御する。アンテナ３７は照射室１０内の磁場状態を検知するもので、フィードバックコントローラ３０は、その検知信号に基づいて照射室１０の磁場状態を最適に保つように制御する。
【００１９】
このような制御部のコントロールパネル（図示略）は、電源オンオフ、可変増幅器出力設定、搬送シートの移動速度、送り／戻し切り換え、ホーム位置の設定、タイマー、試料温度設定、データロガーの設定等を行えるようにしてある。
【００２０】
図３には、搬送シート２０の移動機構について一例を示している。この移動機構は、搬送シート２０の照射室１０から出ている部分を支持するために、照射室１０を挟んでＸ軸方向両脇に設置された支持台４０ａ，４０ｂを有し、その外角部に滑車４１ａ，４１ｂが設けられると共に外端部に巻取機４２ａ，４２ｂが設けられている。巻取機４２ａ，４２ｂからは牽引紐４３ａ，４３ｂが取り出されて、滑車４１ａ，４１ｂを介し搬送シート２０の端部に結びつけられている。
【００２１】
この移動機構によれば、片方の巻取機４２ａ（図中左側）を巻き取り動作させ、他方の巻取機４２ｂ（図中右側）をアイドル状態にすると、搬送シート２０がＸ軸方向に前進して試料ホルダ２１が照射室１０に送り込まれる。反対に、片方の巻取機４２ａをアイドル状態とし、他方の巻取機４２ｂ（図中右側）を巻き取り動作させると、搬送シート２０がＸ軸方向に後退して試料ホルダ２１が照射室１０から送り出される。
【００２２】
搬送シート２０の移動機構に関しては、この他にも、エアシリンダ等によるプッシュプル式としたり、スクリューによる送りねじ式とすることもできる。また、搬送シート２０を可撓性のものとして無端状にし、無限軌道式の機構を用いてもよい。
【００２３】
搬送シート２０に組み込む試料ホルダ２１の形状、すなわち、試料ホルダ２１に凹設する試料保持部２２の各種レイアウトについて、図４に例示してある。
【００２４】
図４（Ａ）は、試料保持部２２を一つ中央に凹設した例、図４（Ｂ）は、二つの試料保持部２２をＸ軸方向に並べて凹設した例を示す。図４（Ｂ）の場合、二つの試料保持部２２は、試料ホルダ２１が照射室１０に入ったときに、上述のＺ軸方向線分Ｐを対称軸とした対称位置に位置させることが可能である。図４（Ｃ）は、Ｚ軸方向へ一列に並べて複数の試料保持部２２を凹設した例を示す。この場合の各試料保持部２２は、試料ホルダ２１が照射室１０に入ったときに、上述のＺ軸方向線分Ｐに沿って位置させることが可能である。図４（Ｄ）は、Ｚ軸方向へ二列平行に並べて複数の試料保持部２２を凹設した例を示す。この場合、試料保持部２２の二つの列は、試料ホルダ２１が照射室１０に入ったときに、上述のＺ軸方向線分Ｐを対称軸とした対称位置に位置させることが可能である。
【００２５】
図５に、複数の試料ホルダ２１を搬送シート２０に設ける例を示している。図５（Ａ）に示すように、複数の試料ホルダ２１は、搬送シート２０においてＸ軸方向へ並べて設けられ、各試料ホルダ２１には図４（Ｃ）に示した一列の試料保持部２２が凹設されている。試料ホルダ２１のＸ軸方向の設置間隔（ピッチ）ｍについては、例えば照射室１０のＸ軸辺の長さａよりも大きくし、試料ホルダ２１の一つに保持されている試料が照射室１０内に位置しているときに、他の試料ホルダ２１に保持されている試料が当該照射室１０の外に位置する間隔とする。
【００２６】
図５（Ｂ）〜（Ｄ）には、搬送シート２０に対する試料ホルダ２１の組み込み形状の例を示している。すなわち、上述の台形断面形状とする他にも、図５（Ｂ）のように段部を形成して係合させる逆さ凸形断面形状としたり、図５（Ｃ）のように組込開口部として有底の凹部を搬送シート２０に形成してこれに相応する断面形状とした試料ホルダ２１を嵌め込むようにすることもできる。また、図５（Ｄ）のように、石英ガラスの蓋２４で試料保持部２２に蓋をすることも可能である。
【００２７】
以上のようなマイクロ波照射装置において、照射室１０内に位置した試料ＳＭＰＬの温度を測定する温度測定手段を設け、この温度測定手段による測定信号に基づいて制御部がマイクロ波出力を制御する構成とすることもできる。この温度測定手段について、図６に例示してある。
【００２８】
この例の温度測定手段には放射温度計５０を使用しており、同軸ケーブル３６に開けた測定孔５１を通して、照射室１０内の座標（ｘ，ｙ）＝（ａ／２，ｂ／２）の位置、つまり上述のＺ軸方向線分Ｐの位置にある試料ＳＭＰＬの温度を測定する。測定位置はこれに限られるわけではないが、マイクロ波強度最大域での測定は、温度の上がりすぎなどの検出に向いている。この温度測定信号をフィードバックコントローラ３０に入力することで、マイクロ波出力や搬送シート移動速度を制御することができる。
【００２９】
温度測定手段を設ける場合、試料ＳＭＰＬを処理する前に、照射室１０内の状態が所望の状態になっているか否か、あるいは、マイクロ波照射装置が正常動作しているか否か確認することが可能である。すなわち、図７に示すように、サーマルインジケータＴＩを一番初めの試料ホルダ２１に保持させて照射室１０に送り込み、まず最初に該サーマルインジケータＴＩに定量のマイクロ波照射を行って、その温度上昇を放射温度計５０により測定することで確認する。サーマルインジケータＴＩは、誘電率が大きくマイクロ波をよく吸収して、温度上昇が大きくて温度測定を精度良く行えるものを用いる。例えば、熱転写式のプリンタで使用されている熱転写インクリボンを切り出したものを使用することが可能で、この場合、黒色であるから、放射温度計５０にとっても好都合である。
【００３０】
なお、この制御を行う場合、マイクロ波照射量（マイクロ波強度×マイクロ波照射時間）とサーマルインジケータＴＩの温度との関係を示した検量グラフを前もって作成しておく。また、サーマルインジケータＴＩの温度と試料ＳＭＰＬの温度との相関関係も前もって作成しておく。
【００３１】
温度測定手段はこの他にも、図８に示す構成とすることもできる。すなわち、照射室１０の前後に温度測定手段として放射温度計６０，６１を設置し、試料ＳＭＰＬの温度を測定する構成である。第１の放射温度計６０が照射室１０に入る前の試料温度を測定し、第２の放射温度計６１が照射室１０から出た後の試料温度を測定する。これらの放射温度計６０，６１による測定信号がフィードバックコントローラ３０に入力され、これに基づいて制御部によるマイクロ波出力や搬送速度の制御が行われる。
【００３２】
より具体的には、処理前の試料温度を第１の放射温度計６０で測定すると共に、処理後の試料温度を第２の放射温度計６１で測定し、その温度差から正常動作しているか否かを確認する。この場合もサーマルインジケータＴＩを先行させて照射の試行を実施することが可能で、一番最初の試料ホルダ２１にサーマルインジケータＴＩを保持させて初めに照射室１０に送り込み、その処理前後の温度差を第１及び第２の放射温度計６０，６１で測定することにより、マイクロ波が正常照射されているか否か確認する。これにより正常動作が確認されれば、続く試料ホルダ２１に保持した試料ＳＭＰＬに対する処理を実行する。このような放射温度計６０，６１は、上記の放射温度計５０と併用することもできる。
【００３３】
サーマルインジケータＴＩは、試料ホルダ２１で保持する他に、搬送シート２０に直接貼り付けて、毎回チェックするようにしてもよい。
【００３４】
以上のマイクロ波照射装置の諸元について、一例を示す。可変周波数発振器３１は２〜６ＧＨｚ、あるいは２．４〜２．５ＧＨｚ（廉価版）の間で周波数可変、ＴＭ１１０モードの方形共振空洞の照射室１０は、Ｘ軸辺の長さａが外径１３０ｍｍ／内径１０９．２ｍｍ、Ｙ軸辺の長さｂが外径８４ｍｍ／内径７３．８ｍｍ、Ｚ軸辺の長さｃが外径２４０ｍｍ／内径２００ｍｍで、スリット１３，１４の横幅が２００ｍｍ、開口幅が８ｍｍ、温度測定孔５１の径が５ｍｍである。搬送シート２０は、ポリスチレン材質、Ｘ軸方向の長さが８００ｍｍ、Ｙ軸方向の厚さが２ｍｍ、Ｚ軸方向の幅が１８０ｍｍ、試料ホルダ２１の設置間隔ｍが１６０ｍｍで、台形断面形状式の組み込み方式である。試料ホルダ２１は、ポリスチレン材質、Ｘ軸方向の長さが４０ｍｍ、Ｙ軸方向の厚さが２ｍｍ、Ｚ軸方向の幅が１８０ｍｍで、試料保持部２２が開口径８ｍｍ、深さ０．５ｍｍの穴である。
【００３５】
本実施形態のマイクロ波照射装置によれば、セットポジションモードの処理とフィードスルーモードの処理の二種類の処理モードを実施することが可能である。
【００３６】
セットポジションモードは、搬送シート２０を移動させて試料ホルダ２１を照射室１０内に進入させ、該試料ホルダ２１の試料保持部２２に保持した試料ＳＭＰＬが線分Ｐ相当の位置に到達したところで搬送シート２０を停止させ、該位置においてマイクロ波を所定量（マイクロ波強度×マイクロ波照射時間）照射するモードである。照射終了後は、搬送シート２０を再び移動させて試料ＳＭＰＬを照射室１０から取り出す。つまり、試料ホルダ２１の一つごとに照射室１０内で一旦停止させてマイクロ波照射を行うモードである。
【００３７】
一方、フィードスルーモードは、照射室１０内に一定条件を保ってマイクロ波を照射し続けながら、搬送シート２０を一定の速度で移動させ、試料ホルダ２１の試料保持部２２に保持した試料ＳＭＰＬをノンストップで処理していくモードである。つまり、ベルトコンベアで搬送しながら照射するといった流れ作業のモードである。
【００３８】
これらのモードについて、サーマルインジケータＴＩを使用した場合を例示して制御フローを説明する。当該フローは、フィードバックコントローラ３０により実行される。
【００３９】
セットポジションモードでは、例えば図７の放射温度計５０を備えたマイクロ波照射装置が使用され、まず、サーマルインジケータＴＩを保持した試料ホルダ２１が搬送シート２０の先頭位置にセットされると共に試料ＳＭＰＬを保持した試料ホルダ２１が搬送シート２０の後続位置にセットされる。そして、フィードバックコントローラ３０の制御で、搬送シート２０の搬送によりサーマルインジケータＴＩが照射室１０に入れられ、線分Ｐの位置に停止する。ここで、所定の照射条件に設定したマイクロ波照射が開始され、処理が始まる。照射開始と共に放射温度計５０によりサーマルインジケータＴＩの温度が測定され、該測定信号に基づいて所定の目標温度に到達するか否かが判断される。このサーマルインジケータＴＩによる先行照射確認のステップにより、マイクロ波照射装置が正常かどうか、マイクロ波の設定条件が適合しているかどうかがチェックされる。チェックの結果、条件設定等の見直しが必要であれば、条件変更してサーマルインジケータＴＩの処理からやり直す。
【００４０】
サーマルインジケータＴＩの温度が目標温度に到達すると、マイクロ波照射が停止され、継いで、搬送シート２０が移動してサーマルインジケータＴＩの次に位置した試料ＳＭＰＬの試料ホルダ２１が照射室１０に搬送される。当該試料ＳＭＰＬも、線分Ｐの位置で停止し、同条件でマイクロ波照射が行われ、処理される。そして、放射温度計５０により試料ＳＭＰＬの温度が測定され、その測定信号に基づいて、目標温度に到達したことが確認されると、マイクロ波照射が停止される。照射停止後、搬送シート２０が移動して、処理の終了した試料ＳＭＰＬが照射室１０から取り出され、後続の試料ホルダ２１の試料ＳＭＰＬが照射室１０に送り込まれる。この後は、後続の全試料ホルダ２１の試料ＳＭＰＬについて、同様の搬送→停止→マイクロ波照射→マイクロ波停止→取り出しの過程が実行される。
【００４１】
次に、フィードスルーモードでは、例えば図８の放射温度計６０，６１を備えたマイクロ波照射装置が使用され、まず、サーマルインジケータＴＩを保持した試料ホルダ２１が搬送シート２０の先頭位置にセットされると共に試料ＳＭＰＬを保持した試料ホルダ２１が搬送シート２０の後続位置にセットされる。そして、フィードバックコントローラ３０の制御で、所定の照射条件に設定したマイクロ波照射が開始され、さらに、所定の移動速度に設定した搬送シート２０の移動が開始される。
【００４２】
搬送シート２０の搬送によりサーマルインジケータＴＩが照射室１０に向かうと、まず、第１の放射温度計６０により、照射室１０に入る前におけるサーマルインジケータＴＩの温度が測定される。続いて、サーマルインジケータＴＩを保持した試料ホルダ２１が照射室１０に入ってマイクロ波照射による処理が実行されつつ、照射室１０を通過し、照射室１０から出たところで第２の放射温度計６１により温度が測定される。これら第１及び第２の放射温度計６０，６１による測定信号に基づいて所定の目標温度に到達するか否かが判断され、このサーマルインジケータＴＩによる先行照射確認のステップにより、マイクロ波照射装置が正常かどうか、マイクロ波及び搬送速度（搬送シートの移動速度）の設定条件が適合しているかどうかがチェックされる。チェックの結果、条件設定等の見直しが必要であれば、条件変更してサーマルインジケータＴＩの処理からやり直す。
【００４３】
サーマルインジケータＴＩの温度が目標温度に到達したことが確認されると、そのまま搬送シート２０の移動が継続され、サーマルインジケータＴＩの次に位置した試料ＳＭＰＬの試料ホルダ２１が照射室１０に搬送される。当該試料ＳＭＰＬについても、同様にマイクロ波照射による処理が実行されつつ照射室１０を通過し、また、第１及び第２の放射温度計６０，６１による温度測定も行われ、その測定信号に基づいて、目標温度に到達するか否か確認される。これ以降、同様に温度確認しつつ後続の全試料ホルダ２１の試料ＳＭＰＬについて、同じく搬送及びマイクロ波照射の過程が実行される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】ＴＭ１１０モードの方形共振空洞とした照射室の説明図。
【図２】本発明に係るマイクロ波照射装置の構成例を示した図。
【図３】搬送シートの移動機構の構成例を示した照射室部分の図。
【図４】試料ホルダにおける試料保持部の配置例を示した図。
【図５】試料ホルダの構成例を示した図。
【図６】温度測定手段を備える場合の構成例を示した図。
【図７】図６のマイクロ波照射装置でサーマルインジケータを使用する例を示した図。
【図８】照射室の前後に温度測定手段を備える場合の構成例を示した図。
【符号の説明】
【００４５】
１０ 照射室
１１，１２ Ｙ−Ｚ面壁
１３，１４ スリット
２０ 搬送シート
２１ 試料ホルダ
２２ 試料保持部
２３ 組込開口部
３０ フィードバックコントローラ（ＣＰＵ）
３１ 可変周波数発振器
３２ 可変増幅器
３３ アイソレータ
３４ ダミーロード
３５ パワーモニタ
３６ 同軸ケーブル
３７ アンテナ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照射室内に位置した物体にマイクロ波を照射するマイクロ波照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、バイオ関連分野において、試料の処理にマイクロ波を使用することが提案されている。すなわち、試料を保持した試料ホルダを、いわゆる電子レンジの中に入れて処理するようにしたマイクロ波照射装置である。この場合、試料ホルダに保持した複数の試料に対し、いかに均一にマイクロ波を照射するか、が問題となる。
【０００３】
電子レンジ型のマイクロ波照射装置の場合、照射室内に定在波が発生してしまうので、どうしてもその定在波に起因するマイクロ波の強弱箇所が偏在し、試料ホルダに並んだ試料を均一に４０℃前後の温度に処理することが難しい。そこで、たとえば特許文献１，２に記載されたような手法が提案されている。当該手法は、試料ホルダに工夫を加えたもので、試料を保持する有底穴の間隔とマイクロ波の波長とを連関させ、さらには、試料ホルダの下にダミー負荷となる物体を設けることで、全試料に対する照射の均一化を図っている。
【特許文献１】特開平０７−１９８５７２号公報
【特許文献２】特開平０９−０１７５６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献の技術は、試料を保持した試料ホルダを一回一回人の手で出し入れして行うバッチ処理であり、自動で連続処理を行うことは想定されていない。すなわち、バイオテクノロジーや医療に関係した試料の処理においては、微量の試料を４０℃程度の比較的低温に均一処理することが求められるが、これに適した低出力のマイクロ波を照射しつつ多数の試料を連続処理することの可能なマイクロ波照射装置は、未だ提案されたことがない。
【０００５】
本発明はこの点に着目したもので、多数の試料を均一処理することができ、必要に応じ連続処理も行えるようなマイクロ波照射装置を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では、Ｘ軸辺の長さがａ（ａ＞０）、Ｙ軸辺の長さがｂ（ｂ＞０）、Ｚ軸辺の長さがｃ（ｃ＞０）であるＴＭ（Transverse Magnetic）１１０モードの方形共振空洞とした照射室と、この照射室のＹ−Ｚ面壁に設けたスリットと、該スリットを通して照射室に進入し、照射室内のＸ−Ｚ面に従って移動可能な搬送シートと、この搬送シートに設けた試料ホルダと、を含んで構成されるマイクロ波照射装置を提案する。
【発明の効果】
【０００７】
ＴＭ１１０モードの方形共振空洞においてマイクロ波は、Ｘ軸及びＹ軸でサイン半波（正弦半波）の電場分布となり、Ｚ軸には一定の電場分布となる。つまり、当該方形共振空洞とした照射室では、そのＸ軸辺の長さａ及びＹ軸辺の長さｂはそれぞれサイン半波に一致し、任意の座標（ｘ，ｙ）のＺ軸方向線分において一定の電場分布が形成される。そこで、照射室内における所定の座標ｙのＸ−Ｚ面で、Z軸方向に試料を並べてこれをＸ軸方向へ搬送するようにすれば、Ｚ軸方向に並べられた試料に対しマイクロ波が効率良く均一照射されることになり、複数の試料を均一に連続処理することができる。すなわち、照射室を構成するＹ−Ｚ面壁に設けたスリットを通して搬送シートを進入させ、照射室内のＸ−Ｚ面に従って移動させるようにすれば、この搬送シートに試料ホルダを設けることで、多数の試料を連続して均一処理することのできるマイクロ波照射装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
まず、本発明に至る基本思想から説明する。
【０００９】
図１（Ａ）に示すように、ＴＭ１１０モードの方形共振空洞においては、Ｘ軸及びＹ軸に関してそれぞれ電場分布がサイン半波になり、Ｚ軸に関して一定の電場分布になる。そこで、このＴＭ１１０モードの方形共振空洞を照射室にした場合、任意座標ｙのＸ−Ｚ面に従ってＸ軸方向へシート体Ｓを通し、当該シート体Ｓに、Ｚ軸方向へ並べて複数の被照射物を載置すれば、マイクロ波が均等に照射され、効率良く均一な処理を実現することができる。
【００１０】
特に、Ｘ軸辺の長さａ（ａ＞０，単位は一例としてｍｍ）、Ｙ軸辺の長さｂ（ｂ＞０，単位は一例としてｍｍ）、Ｚ軸辺の長さｃ（ｃ＞０，単位は一例としてｍｍ）としたＴＭ１１０モードの方形共振空洞を照射室にした場合、図１（Ｂ）に示すように、そのＹ軸においてマイクロ波強度のピークとなる座標ｙ＝ｂ／２のＸ−Ｚ面に従ってＸ軸方向へシート体Ｓを通すと、このシート体Ｓは、マイクロ波強度最大域となる座標（ｘ，ｙ）＝（ａ／２，ｂ／２）のＺ軸方向線分Ｐを通ることになる。当該シート体Ｓに、Ｚ軸方向へ並べて複数の被照射物を載置すれば、マイクロ波が均等に照射され、最も効率良く均一な処理を実現することができる。この場合、シート体Ｓは、照射室のＹ−Ｚ面壁に開けられたスリットＳＬ，ＳＬを通して照射室内へ進入させればよい。特に、座標ｙ＝ｂ／２のＸ−Ｚ面に従ってＸ軸方向へシート体Ｓを通すスリットＳＬ，ＳＬは、座標（ｘ，ｙ）＝（０，ｂ／２）でＺ軸方向に延びる中心線に沿うスリットと、座標（ｘ，ｙ）＝（ａ，ｂ／２）でＺ軸方向に延びる中心線に沿うスリットと、をそれぞれＹ−Ｚ面壁に形成したものとすることができる。
【００１１】
この基本思想に基づいたマイクロ波照射装置の好適例について、図２に概略を示している。
【００１２】
この例のマイクロ波照射装置における照射室１０は、Ｘ軸辺の長さをａ（ｍｍ）、Ｙ軸辺の長さをｂ（ｍｍ）、Ｚ軸辺の長さをｃ（ｍｍ）とした図１に示すようなＴＭ１１０モードの方形共振空洞である。そして、この照射室１０のＹ−Ｚ面壁１１，１２に、スリット１３，１４が形成されている。Ｙ−Ｚ面壁１１は座標ｘ＝ａのＹ−Ｚ面にあり、当該Ｙ−Ｚ面壁１１のスリット１３は、座標（ｘ，ｙ）＝（ａ，ｂ／２）のＺ軸方向線分を中心線として（精密に一致している必要はない）形成されている。また、Ｙ−Ｚ面壁１２は座標ｘ＝０のＹ−Ｚ面にあり、当該Ｙ−Ｚ面壁１２のスリット１４は、座標（ｘ，ｙ）＝（０，ｂ／２）のＺ軸方向線分を中心線として（精密に一致している必要はない）形成されている。
【００１３】
当照射室１０には、スリット１３，１４を通して搬送シート２０が進入して貫通しており、照射室１０内の座標ｙ＝ｂ／２のＸ−Ｚ面に従って（精密にトレースする必要はない）移動可能になっている。搬送シート２０には、試料ホルダ２１が組み込まれ、この試料ホルダ２１に、試料ＳＭＰＬを保持するための試料保持部２２を穴状に凹設してある。試料ホルダ２１は、上底よりも下底の短い台形の断面形状をもち、これに対応する台形断面を呈するように形成された搬送シート２０の組込開口部２３に組み入れられる。これにより、試料ホルダ２１は搬送シート２０に対して表裏とも面一で組込開口部２３を埋めるように組み込まれ、搬送シート２０において、当該試料ホルダ２１を設けた部分の外形と、この試料ホルダ２１を設けた部分以外の部分の外形と、が略同形状になっている。つまり、搬送シート２０は、試料ホルダ２１を設けた部分を含め、試料保持部２２以外には、表裏面とも全体的に略凹凸のない形状をもつ。
【００１４】
さらに、搬送シート２０と試料ホルダ２１とは、照射室１０内のマイクロ波を乱さないように、あるいは、エネルギー効率を向上させるために、マイクロ波吸収の少ない材料、具体的には、比誘電率εｒが１０以下且つ誘電体損失角ｔａｎδが０．０００５以下の材料を用いて形成したものとする。一例としては、ポリスチレン（εｒ≒２．８，ｔａｎδ≒０．０００３）、石英ガラス（εｒ≒３．８，ｔａｎδ≒０．０００１５）、ポリテトラフルオロエチレン（εｒ≒２．２，ｔａｎδ＝０．０００２）がある。この他にも、ポリプロピレン、ポリエチレンなどが使用可能である。そして、搬送シート２０と試料ホルダ２１とは同じ材料を使用して形成し、マイクロ波を乱さないようにほぼ両者の誘電率を等しくしておくのがよい。
【００１５】
あるいは、搬送シート２０及び試料ホルダ２１の誘電率を試料ＳＭＰＬの誘電率にできるだけ近く（できれば同じ）に設定してもよい。目標値としては、その差がεｒ≦１０になるようにする。この場合、エネルギー効率は上記の場合よりも悪くなるが、共振状態のずれを防止する目的には適している。
【００１６】
搬送シート２０の長さ（Ｘ軸方向）については、照射室１０のＸ軸辺長さａよりも十分に長いものとし（例えばａの二倍以上）、特に図３に示すように、試料ホルダ２１が照射室１０に入るよりも前に、試料ホルダ２１よりも先の部分が照射室１０を貫通して位置するようにするとよい。この場合、試料ホルダ２１よりも先の搬送シート２０が照射室１０内に入っている状態で、マイクロ波照射を開始してマイクロ波の出力条件を調整すると、この後に搬送シート１０を移動させて試料ホルダ２１を照射室１０へ入れたときに、マイクロ波の乱れを抑制することができる。すなわち、空の照射室１０でマイクロ波照射を開始して調整した後に搬送シート２０の進入を始めると、その搬送シート２０の進入で照射室１０内の性状が大きく変化するため、共振状態に影響する。しかし、予め搬送シートが２０が照射室１０に入った状態でマイクロ波を調整すれば、その後に搬送シート２０が移動したとしても、性状変化は小さいのでマイクロ波への影響が少ない。また、搬送シート２０と試料ホルダ２１は誘電率を合わせてあるので、試料ホルダ２１が照射室１０に進入するときにもマクロ波への影響は少ない。
【００１７】
このような照射室１０にマイクロ波を供給する制御部は、フィードバックコントローラ３０と、可変周波数発振器３１と、可変増幅器３２と、アイソレータ３３と、ダミーロード（負荷）３４と、パワーモニタ３５と、マイクロ波伝搬のための同軸ケーブル３６と、を含んで構成される。
【００１８】
可変周波数発振器３１は、所定周波数のマイクロ波を発生して同軸ケーブル３６により可変増幅器３２へ送出する。可変増幅器３２は、レベルのプリセットが可能で、後述のフィードスルーモード処理の場合は例えば２〜５Ｗ（ワット）の５段階増幅を行い、セットポジションモード処理の場合はフィードバックコントローラ３０の制御信号に応じて増幅を行うことができる。増幅されたマイクロ波は、アイソレータ３３を経由して同軸ケーブル３６により照射室１０へ導かれる。アイソレータ３３は、照射室１０からの反射波をダミーロード３４へ導き、可変増幅器３２の方へ戻らないようにする。ダミーロード３４に導かれた反射波は、熱に変換される。このとき、アイソレータ３３からダミーロード３４へ送られる反射波をパワーモニタ３５で監視できるので、［照射室１０内消費パワー］＝［可変増幅器３２の出力端表示パワー］−［パワーモニタ３５の表示パワー］により、照射室１０内の消費パワーを実測することができる。フィードバックコントローラ３０は、照射室１０内に設けられたアンテナ３７の検知信号に基づいて制御信号を出力し、可変周波数発振器３１及び可変増幅器３２を制御する。アンテナ３７は照射室１０内の磁場状態を検知するもので、フィードバックコントローラ３０は、その検知信号に基づいて照射室１０の磁場状態を最適に保つように制御する。
【００１９】
このような制御部のコントロールパネル（図示略）は、電源オンオフ、可変増幅器出力設定、搬送シートの移動速度、送り／戻し切り換え、ホーム位置の設定、タイマー、試料温度設定、データロガーの設定等を行えるようにしてある。
【００２０】
図３には、搬送シート２０の移動機構について一例を示している。この移動機構は、搬送シート２０の照射室１０から出ている部分を支持するために、照射室１０を挟んでＸ軸方向両脇に設置された支持台４０ａ，４０ｂを有し、その外角部に滑車４１ａ，４１ｂが設けられると共に外端部に巻取機４２ａ，４２ｂが設けられている。巻取機４２ａ，４２ｂからは牽引紐４３ａ，４３ｂが取り出されて、滑車４１ａ，４１ｂを介し搬送シート２０の端部に結びつけられている。
【００２１】
この移動機構によれば、片方の巻取機４２ａ（図中左側）を巻き取り動作させ、他方の巻取機４２ｂ（図中右側）をアイドル状態にすると、搬送シート２０がＸ軸方向に前進して試料ホルダ２１が照射室１０に送り込まれる。反対に、片方の巻取機４２ａをアイドル状態とし、他方の巻取機４２ｂ（図中右側）を巻き取り動作させると、搬送シート２０がＸ軸方向に後退して試料ホルダ２１が照射室１０から送り出される。
【００２２】
搬送シート２０の移動機構に関しては、この他にも、エアシリンダ等によるプッシュプル式としたり、スクリューによる送りねじ式とすることもできる。また、搬送シート２０を可撓性のものとして無端状にし、無限軌道式の機構を用いてもよい。
【００２３】
搬送シート２０に組み込む試料ホルダ２１の形状、すなわち、試料ホルダ２１に凹設する試料保持部２２の各種レイアウトについて、図４に例示してある。
【００２４】
図４（Ａ）は、試料保持部２２を一つ中央に凹設した例、図４（Ｂ）は、二つの試料保持部２２をＸ軸方向に並べて凹設した例を示す。図４（Ｂ）の場合、二つの試料保持部２２は、試料ホルダ２１が照射室１０に入ったときに、上述のＺ軸方向線分Ｐを対称軸とした対称位置に位置させることが可能である。図４（Ｃ）は、Ｚ軸方向へ一列に並べて複数の試料保持部２２を凹設した例を示す。この場合の各試料保持部２２は、試料ホルダ２１が照射室１０に入ったときに、上述のＺ軸方向線分Ｐに沿って位置させることが可能である。図４（Ｄ）は、Ｚ軸方向へ二列平行に並べて複数の試料保持部２２を凹設した例を示す。この場合、試料保持部２２の二つの列は、試料ホルダ２１が照射室１０に入ったときに、上述のＺ軸方向線分Ｐを対称軸とした対称位置に位置させることが可能である。
【００２５】
図５に、複数の試料ホルダ２１を搬送シート２０に設ける例を示している。図５（Ａ）に示すように、複数の試料ホルダ２１は、搬送シート２０においてＸ軸方向へ並べて設けられ、各試料ホルダ２１には図４（Ｃ）に示した一列の試料保持部２２が凹設されている。試料ホルダ２１のＸ軸方向の設置間隔（ピッチ）ｍについては、例えば照射室１０のＸ軸辺の長さａよりも大きくし、試料ホルダ２１の一つに保持されている試料が照射室１０内に位置しているときに、他の試料ホルダ２１に保持されている試料が当該照射室１０の外に位置する間隔とする。
【００２６】
図５（Ｂ）〜（Ｄ）には、搬送シート２０に対する試料ホルダ２１の組み込み形状の例を示している。すなわち、上述の台形断面形状とする他にも、図５（Ｂ）のように段部を形成して係合させる逆さ凸形断面形状としたり、図５（Ｃ）のように組込開口部として有底の凹部を搬送シート２０に形成してこれに相応する断面形状とした試料ホルダ２１を嵌め込むようにすることもできる。また、図５（Ｄ）のように、石英ガラスの蓋２４で試料保持部２２に蓋をすることも可能である。
【００２７】
以上のようなマイクロ波照射装置において、照射室１０内に位置した試料ＳＭＰＬの温度を測定する温度測定手段を設け、この温度測定手段による測定信号に基づいて制御部がマイクロ波出力を制御する構成とすることもできる。この温度測定手段について、図６に例示してある。
【００２８】
この例の温度測定手段には放射温度計５０を使用しており、同軸ケーブル３６に開けた測定孔５１を通して、照射室１０内の座標（ｘ，ｙ）＝（ａ／２，ｂ／２）の位置、つまり上述のＺ軸方向線分Ｐの位置にある試料ＳＭＰＬの温度を測定する。測定位置はこれに限られるわけではないが、マイクロ波強度最大域での測定は、温度の上がりすぎなどの検出に向いている。この温度測定信号をフィードバックコントローラ３０に入力することで、マイクロ波出力や搬送シート移動速度を制御することができる。
【００２９】
温度測定手段を設ける場合、試料ＳＭＰＬを処理する前に、照射室１０内の状態が所望の状態になっているか否か、あるいは、マイクロ波照射装置が正常動作しているか否か確認することが可能である。すなわち、図７に示すように、サーマルインジケータＴＩを一番初めの試料ホルダ２１に保持させて照射室１０に送り込み、まず最初に該サーマルインジケータＴＩに定量のマイクロ波照射を行って、その温度上昇を放射温度計５０により測定することで確認する。サーマルインジケータＴＩは、誘電率が大きくマイクロ波をよく吸収して、温度上昇が大きくて温度測定を精度良く行えるものを用いる。例えば、熱転写式のプリンタで使用されている熱転写インクリボンを切り出したものを使用することが可能で、この場合、黒色であるから、放射温度計５０にとっても好都合である。
【００３０】
なお、この制御を行う場合、マイクロ波照射量（マイクロ波強度×マイクロ波照射時間）とサーマルインジケータＴＩの温度との関係を示した検量グラフを前もって作成しておく。また、サーマルインジケータＴＩの温度と試料ＳＭＰＬの温度との相関関係も前もって作成しておく。
【００３１】
温度測定手段はこの他にも、図８に示す構成とすることもできる。すなわち、照射室１０の前後に温度測定手段として放射温度計６０，６１を設置し、試料ＳＭＰＬの温度を測定する構成である。第１の放射温度計６０が照射室１０に入る前の試料温度を測定し、第２の放射温度計６１が照射室１０から出た後の試料温度を測定する。これらの放射温度計６０，６１による測定信号がフィードバックコントローラ３０に入力され、これに基づいて制御部によるマイクロ波出力や搬送速度の制御が行われる。
【００３２】
より具体的には、処理前の試料温度を第１の放射温度計６０で測定すると共に、処理後の試料温度を第２の放射温度計６１で測定し、その温度差から正常動作しているか否かを確認する。この場合もサーマルインジケータＴＩを先行させて照射の試行を実施することが可能で、一番最初の試料ホルダ２１にサーマルインジケータＴＩを保持させて初めに照射室１０に送り込み、その処理前後の温度差を第１及び第２の放射温度計６０，６１で測定することにより、マイクロ波が正常照射されているか否か確認する。これにより正常動作が確認されれば、続く試料ホルダ２１に保持した試料ＳＭＰＬに対する処理を実行する。このような放射温度計６０，６１は、上記の放射温度計５０と併用することもできる。
【００３３】
サーマルインジケータＴＩは、試料ホルダ２１で保持する他に、搬送シート２０に直接貼り付けて、毎回チェックするようにしてもよい。
【００３４】
以上のマイクロ波照射装置の諸元について、一例を示す。可変周波数発振器３１は２〜６ＧＨｚ、あるいは２．４〜２．５ＧＨｚ（廉価版）の間で周波数可変、ＴＭ１１０モードの方形共振空洞の照射室１０は、Ｘ軸辺の長さａが外径１３０ｍｍ／内径１０９．２ｍｍ、Ｙ軸辺の長さｂが外径８４ｍｍ／内径７３．８ｍｍ、Ｚ軸辺の長さｃが外径２４０ｍｍ／内径２００ｍｍで、スリット１３，１４の横幅が２００ｍｍ、開口幅が８ｍｍ、温度測定孔５１の径が５ｍｍである。搬送シート２０は、ポリスチレン材質、Ｘ軸方向の長さが８００ｍｍ、Ｙ軸方向の厚さが２ｍｍ、Ｚ軸方向の幅が１８０ｍｍ、試料ホルダ２１の設置間隔ｍが１６０ｍｍで、台形断面形状式の組み込み方式である。試料ホルダ２１は、ポリスチレン材質、Ｘ軸方向の長さが４０ｍｍ、Ｙ軸方向の厚さが２ｍｍ、Ｚ軸方向の幅が１８０ｍｍで、試料保持部２２が開口径８ｍｍ、深さ０．５ｍｍの穴である。
【００３５】
本実施形態のマイクロ波照射装置によれば、セットポジションモードの処理とフィードスルーモードの処理の二種類の処理モードを実施することが可能である。
【００３６】
セットポジションモードは、搬送シート２０を移動させて試料ホルダ２１を照射室１０内に進入させ、該試料ホルダ２１の試料保持部２２に保持した試料ＳＭＰＬが線分Ｐ相当の位置に到達したところで搬送シート２０を停止させ、該位置においてマイクロ波を所定量（マイクロ波強度×マイクロ波照射時間）照射するモードである。照射終了後は、搬送シート２０を再び移動させて試料ＳＭＰＬを照射室１０から取り出す。つまり、試料ホルダ２１の一つごとに照射室１０内で一旦停止させてマイクロ波照射を行うモードである。
【００３７】
一方、フィードスルーモードは、照射室１０内に一定条件を保ってマイクロ波を照射し続けながら、搬送シート２０を一定の速度で移動させ、試料ホルダ２１の試料保持部２２に保持した試料ＳＭＰＬをノンストップで処理していくモードである。つまり、ベルトコンベアで搬送しながら照射するといった流れ作業のモードである。
【００３８】
これらのモードについて、サーマルインジケータＴＩを使用した場合を例示して制御フローを説明する。当該フローは、フィードバックコントローラ３０により実行される。
【００３９】
セットポジションモードでは、例えば図７の放射温度計５０を備えたマイクロ波照射装置が使用され、まず、サーマルインジケータＴＩを保持した試料ホルダ２１が搬送シート２０の先頭位置にセットされると共に試料ＳＭＰＬを保持した試料ホルダ２１が搬送シート２０の後続位置にセットされる。そして、フィードバックコントローラ３０の制御で、搬送シート２０の搬送によりサーマルインジケータＴＩが照射室１０に入れられ、線分Ｐの位置に停止する。ここで、所定の照射条件に設定したマイクロ波照射が開始され、処理が始まる。照射開始と共に放射温度計５０によりサーマルインジケータＴＩの温度が測定され、該測定信号に基づいて所定の目標温度に到達するか否かが判断される。このサーマルインジケータＴＩによる先行照射確認のステップにより、マイクロ波照射装置が正常かどうか、マイクロ波の設定条件が適合しているかどうかがチェックされる。チェックの結果、条件設定等の見直しが必要であれば、条件変更してサーマルインジケータＴＩの処理からやり直す。
【００４０】
サーマルインジケータＴＩの温度が目標温度に到達すると、マイクロ波照射が停止され、継いで、搬送シート２０が移動してサーマルインジケータＴＩの次に位置した試料ＳＭＰＬの試料ホルダ２１が照射室１０に搬送される。当該試料ＳＭＰＬも、線分Ｐの位置で停止し、同条件でマイクロ波照射が行われ、処理される。そして、放射温度計５０により試料ＳＭＰＬの温度が測定され、その測定信号に基づいて、目標温度に到達したことが確認されると、マイクロ波照射が停止される。照射停止後、搬送シート２０が移動して、処理の終了した試料ＳＭＰＬが照射室１０から取り出され、後続の試料ホルダ２１の試料ＳＭＰＬが照射室１０に送り込まれる。この後は、後続の全試料ホルダ２１の試料ＳＭＰＬについて、同様の搬送→停止→マイクロ波照射→マイクロ波停止→取り出しの過程が実行される。
【００４１】
次に、フィードスルーモードでは、例えば図８の放射温度計６０，６１を備えたマイクロ波照射装置が使用され、まず、サーマルインジケータＴＩを保持した試料ホルダ２１が搬送シート２０の先頭位置にセットされると共に試料ＳＭＰＬを保持した試料ホルダ２１が搬送シート２０の後続位置にセットされる。そして、フィードバックコントローラ３０の制御で、所定の照射条件に設定したマイクロ波照射が開始され、さらに、所定の移動速度に設定した搬送シート２０の移動が開始される。
【００４２】
搬送シート２０の搬送によりサーマルインジケータＴＩが照射室１０に向かうと、まず、第１の放射温度計６０により、照射室１０に入る前におけるサーマルインジケータＴＩの温度が測定される。続いて、サーマルインジケータＴＩを保持した試料ホルダ２１が照射室１０に入ってマイクロ波照射による処理が実行されつつ、照射室１０を通過し、照射室１０から出たところで第２の放射温度計６１により温度が測定される。これら第１及び第２の放射温度計６０，６１による測定信号に基づいて所定の目標温度に到達するか否かが判断され、このサーマルインジケータＴＩによる先行照射確認のステップにより、マイクロ波照射装置が正常かどうか、マイクロ波及び搬送速度（搬送シートの移動速度）の設定条件が適合しているかどうかがチェックされる。チェックの結果、条件設定等の見直しが必要であれば、条件変更してサーマルインジケータＴＩの処理からやり直す。
【００４３】
サーマルインジケータＴＩの温度が目標温度に到達したことが確認されると、そのまま搬送シート２０の移動が継続され、サーマルインジケータＴＩの次に位置した試料ＳＭＰＬの試料ホルダ２１が照射室１０に搬送される。当該試料ＳＭＰＬについても、同様にマイクロ波照射による処理が実行されつつ照射室１０を通過し、また、第１及び第２の放射温度計６０，６１による温度測定も行われ、その測定信号に基づいて、目標温度に到達するか否か確認される。これ以降、同様に温度確認しつつ後続の全試料ホルダ２１の試料ＳＭＰＬについて、同じく搬送及びマイクロ波照射の過程が実行される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】ＴＭ１１０モードの方形共振空洞とした照射室の説明図。
【図２】本発明に係るマイクロ波照射装置の構成例を示した図。
【図３】搬送シートの移動機構の構成例を示した照射室部分の図。
【図４】試料ホルダにおける試料保持部の配置例を示した図。
【図５】試料ホルダの構成例を示した図。
【図６】温度測定手段を備える場合の構成例を示した図。
【図７】図６のマイクロ波照射装置でサーマルインジケータを使用する例を示した図。
【図８】照射室の前後に温度測定手段を備える場合の構成例を示した図。
【符号の説明】
【００４５】
１０ 照射室
１１，１２ Ｙ−Ｚ面壁
１３，１４ スリット
２０ 搬送シート
２１ 試料ホルダ
２２ 試料保持部
２３ 組込開口部
３０ フィードバックコントローラ（ＣＰＵ）
３１ 可変周波数発振器
３２ 可変増幅器
３３ アイソレータ
３４ ダミーロード
３５ パワーモニタ
３６ 同軸ケーブル
３７ アンテナ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ軸辺の長さがａ（ａ＞０）、Ｙ軸辺の長さがｂ（ｂ＞０）、Ｚ軸辺の長さがｃ（ｃ＞０）であるＴＭ１１０モードの方形共振空洞とした照射室と、
該照射室のＹ−Ｚ面壁に設けたスリットと、
該スリットを通して前記照射室に進入し、前記照射室内のＸ−Ｚ面に従って移動可能な搬送シートと、
該搬送シートに設けた試料ホルダと、
を含んで構成されることを特徴とするマイクロ波照射装置。
【請求項２】
前記試料ホルダは、Ｚ軸方向へ一列に並べて凹設した複数の試料保持部を有することを特徴とする請求項１記載のマイクロ波照射装置。
【請求項３】
前記試料ホルダは、Ｘ軸方向に並べて凹設した二つの試料保持部を有することを特徴とする請求項１記載のマイクロ波照射装置。
【請求項４】
前記試料ホルダは、Ｚ軸方向へ二列平行に並べて凹設した複数の試料保持部を有することを特徴とする請求項１記載のマイクロ波照射装置。
【請求項５】
前記試料ホルダは、前記搬送シートにおいてＸ軸方向へ複数並べて設けることができ、且つそのＸ軸方向の設置間隔について、前記試料ホルダの一つに保持されている試料が前記照射室内に位置しているときに他の前記試料ホルダに保持されている試料が当該照射室の外に位置する間隔とすることを特徴とする請求項１記載のマイクロ波照射装置。
【請求項６】
前記搬送シートのもつ誘電率と前記試料ホルダのもつ誘電率とが等しいことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のマイクロ波照射装置。
【請求項７】
前記搬送シートにおいて、前記試料ホルダを設けた部分の外形と、該試料ホルダを設けた部分以外の部分の外形と、が略同形状になることを特徴とする請求項６記載のマイクロ波照射装置。
【請求項８】
前記搬送シートのＸ軸方向の長さについて、前記試料ホルダが前記照射室に入るよりも前に該試料ホルダよりも先の部分が前記照射室を貫通して位置する長さ以上とすることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のマイクロ波照射装置。
【請求項９】
前記スリットは、
座標（ｘ，ｙ）＝（０，ｂ／２）でＺ軸方向に延びる中心線に沿う第１のスリットと、
座標（ｘ，ｙ）＝（ａ，ｂ／２）でＺ軸方向に延びる中心線に沿う第２のスリットと、
からなることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のマイクロ波照射装置。
【請求項１０】
前記照射室内の磁場状態を検知するアンテナと、
前記照射室に提供するマイクロ波を、前記アンテナによる検知信号に基づいて制御する制御部と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のマイクロ波照射装置。
【請求項１１】
前記照射室内に位置した試料の温度を測定する温度測定手段と、
前記照射室に提供するマイクロ波を、前記温度測定手段による測定信号に基づいて制御する制御部と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のマイクロ波照射装置。
【請求項１２】
前記照射室に入る前の試料温度を測定する第１の温度測定手段と、
前記照射室から出た後の試料温度を測定する第２の温度測定手段と、
前記照射室に提供するマイクロ波を、前記第１及び第２の温度測定手段による測定信号に基づいて制御する制御部と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のマイクロ波照射装置。
【請求項１】
Ｘ軸辺の長さがａ（ａ＞０）、Ｙ軸辺の長さがｂ（ｂ＞０）、Ｚ軸辺の長さがｃ（ｃ＞０）であるＴＭ１１０モードの方形共振空洞とした照射室と、
該照射室のＹ−Ｚ面壁に設けたスリットと、
該スリットを通して前記照射室に進入し、前記照射室内のＸ−Ｚ面に従って移動可能な搬送シートと、
該搬送シートに設けた試料ホルダと、
を含んで構成されることを特徴とするマイクロ波照射装置。
【請求項２】
前記試料ホルダは、Ｚ軸方向へ一列に並べて凹設した複数の試料保持部を有することを特徴とする請求項１記載のマイクロ波照射装置。
【請求項３】
前記試料ホルダは、Ｘ軸方向に並べて凹設した二つの試料保持部を有することを特徴とする請求項１記載のマイクロ波照射装置。
【請求項４】
前記試料ホルダは、Ｚ軸方向へ二列平行に並べて凹設した複数の試料保持部を有することを特徴とする請求項１記載のマイクロ波照射装置。
【請求項５】
前記試料ホルダは、前記搬送シートにおいてＸ軸方向へ複数並べて設けることができ、且つそのＸ軸方向の設置間隔について、前記試料ホルダの一つに保持されている試料が前記照射室内に位置しているときに他の前記試料ホルダに保持されている試料が当該照射室の外に位置する間隔とすることを特徴とする請求項１記載のマイクロ波照射装置。
【請求項６】
前記搬送シートのもつ誘電率と前記試料ホルダのもつ誘電率とが等しいことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のマイクロ波照射装置。
【請求項７】
前記搬送シートにおいて、前記試料ホルダを設けた部分の外形と、該試料ホルダを設けた部分以外の部分の外形と、が略同形状になることを特徴とする請求項６記載のマイクロ波照射装置。
【請求項８】
前記搬送シートのＸ軸方向の長さについて、前記試料ホルダが前記照射室に入るよりも前に該試料ホルダよりも先の部分が前記照射室を貫通して位置する長さ以上とすることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のマイクロ波照射装置。
【請求項９】
前記スリットは、
座標（ｘ，ｙ）＝（０，ｂ／２）でＺ軸方向に延びる中心線に沿う第１のスリットと、
座標（ｘ，ｙ）＝（ａ，ｂ／２）でＺ軸方向に延びる中心線に沿う第２のスリットと、
からなることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のマイクロ波照射装置。
【請求項１０】
前記照射室内の磁場状態を検知するアンテナと、
前記照射室に提供するマイクロ波を、前記アンテナによる検知信号に基づいて制御する制御部と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のマイクロ波照射装置。
【請求項１１】
前記照射室内に位置した試料の温度を測定する温度測定手段と、
前記照射室に提供するマイクロ波を、前記温度測定手段による測定信号に基づいて制御する制御部と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のマイクロ波照射装置。
【請求項１２】
前記照射室に入る前の試料温度を測定する第１の温度測定手段と、
前記照射室から出た後の試料温度を測定する第２の温度測定手段と、
前記照射室に提供するマイクロ波を、前記第１及び第２の温度測定手段による測定信号に基づいて制御する制御部と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のマイクロ波照射装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１４６６５０（Ｐ２００９−１４６６５０Ａ）
【公開日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２０８００（Ｐ２００７−３２０８００）
【出願日】平成１９年１２月１２日（２００７．１２．１２）
【出願人】（３０７０４６８６６）株式会社サイダ・ＦＤＳ (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月１２日（２００７．１２．１２）
【出願人】（３０７０４６８６６）株式会社サイダ・ＦＤＳ (4)
【Ｆターム（参考）】
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