JP5651116B2 - 電磁波加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、被加熱物を収納する加熱室と加熱室を閉成したドアとの隙間から加熱室外部に漏洩しようとする電磁波を遮蔽する電磁波遮蔽構造を有する電磁波加熱装置に関するものである。

従来の電磁波加熱装置において、加熱室とドアとの隙間から加熱室外部に漏洩しようとする電磁波を遮蔽する電磁波遮蔽構造としては、「チョーク方式」が一般的に用いられている。「チョーク方式」とは、加熱室を開閉するドアの周縁部にチョーク溝を形成して、漏洩しようとする電磁波を減衰させるものである。このチョーク溝の深さを示す開口始端部から短絡終端部までの長さは、遮蔽すべき電磁波の波長λの１／４に設定されている。このようにドアにチョーク溝を形成することにより、電磁波加熱装置の加熱室内部から加熱室とドアの隙間を通ってドア外側へ漏洩しようとする電磁波が減衰される。ドアに設けたチョーク溝の深さは、電磁波波長λの１／４（＝約３０ｍｍ）に設定されているため、このチョーク溝の開口始端部から見たインピーダンスＺｉｎは無限大となり、ドア外側へ漏洩しようとする電磁波を減衰させている。このように、電磁波波長λの１／４の深さのチョーク溝を用いて電磁波を減衰させる「チョーク方式」は、「λ／４インピーダンス反転方法」とも呼ばれている。

従来の電磁波加熱装置における電磁波遮蔽構造としては、「λ／４インピーダンス反転方法」の他に、チョーク溝における開口始端部側の特性インピーダンスと、短絡終端部側の特性インピーダンスが異なる構造のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に開示された電磁波遮蔽構造は、チョーク溝の開口始端部側の特性インピーダンスが短絡終端部側の特性インピーダンスより小さくなるよう構成されている。このように構成することにより、電磁波波長λの１／４より短いチョーク溝の深さで、加熱室とドアの隙間を通ってドア外側へ漏洩しようとする電磁波を減衰させようとするものである。

特開昭５９−３７６９２号公報

しかしながら、前記のような従来の電磁波加熱装置の構成では、下記に説明するように、電磁波遮蔽構造を小型化することが困難であるという課題を有していた。

従来の電磁波遮蔽構造において、λ／４インピーダンス反転方法を実現するチョーク溝をドアに形成した場合、ドア周縁部の厚み、またはドア周縁部の幅が電磁波波長λの１／４の長さを必要とする。

また、特許文献１に開示されているように、チョーク溝を複数の異なる特性インピーダンスを有するように構成した場合、チョーク溝が金属導体を複雑な形状に折り曲げて形成されるため、大きな形状を有する構造物となり、電磁波加熱装置の小型化には限界があった。

本発明は、前記のような従来の電磁波加熱装置における課題を解決するものであり、簡単な構成により、小型で確実に電磁波を遮蔽することができる電磁波遮蔽構造を形成して、小型で信頼性の高い電磁波加熱装置を提供することを目的とする。

本発明に係る第１の態様の電磁波加熱装置は、被加熱物を収容する加熱室と、
前記加熱室の開口部を開閉するドアと、
前記加熱室内に電磁波を供給する電磁波供給部と、を備えた電磁波加熱装置において、
前記ドアが前記加熱室の開口部を閉じた状態において、前記開口部の周囲の部分と前記ドアとの間に電磁波遮蔽部が配置されるよう構成され、
前記電磁波遮蔽部が誘電率と透磁率の少なくとも一方の値を所定値に設定したメタマテリアルで構成されるとともに、前記誘電体を複数の前記導電体で挟むことにより構成され、
前記電磁波遮蔽部が前記ドアまたは前記開口部の周縁部分にチョーク溝を形成するチョーク溝構成体を備え、
前記誘電体と前記導電体を積層した積層体が前記チョーク溝内に設けられ、前記積層体を構成する前記導電体の少なくとも一部が前記チョーク溝構成体に電気的に接続されている。このように構成された本発明に係る第１の態様の電磁波加熱装置は、簡単な構成により、小型で確実に電磁波を遮蔽することができる電磁波遮蔽構造を形成し、小型で信頼性の高い電磁波加熱装置を提供することができる。

上記のように構成された本発明に係る第１の態様の電磁波加熱装置は、誘電体と導電体で構成されたメタマテリアルの電磁波遮蔽部により電磁波を遮蔽することが可能となり、簡単な構成で小型の電磁波遮蔽構造を実現することができる。

上記のように構成された本発明に係る第１の態様の電磁波加熱装置は、積層体で構成したメタマテリアルにより電磁波の位相速度を制御して、チョーク溝内を伝播する電磁波の位相変動を意図した値に設定し、チョーク溝における短い距離でインピーダンス反転させて漏洩する電磁波を遮蔽することができる。

本発明に係る第２の態様の電磁波加熱装置は、前記の第１の態様の前記積層体が、平板状の誘電体と、前記誘電体とともにキャパシタを構成する第１の導電体と、前記第１の導電体と前記チョーク溝構成体との間にインダクタを構成する第２の導電体と、を有して、前記電磁波遮蔽部が構成されている。このように構成された本発明に係る第２の態様の電磁波加熱装置は、チョーク溝における開口始端部側と短絡終端部側との間を伝播する電磁波に対して、第１の導電体によるキャパシタンスと第２の導電体によるインダクタンスが構成されて、積層体がメタマテリアルとして機能し、短い距離でインピーダンス反転させて漏洩する電磁波を遮蔽することができる。

本発明に係る第３の態様の電磁波加熱装置は、前記の第２の態様の前記第２の導電体がインダクタンスを有する形状を持ち、前記第１の導電体と前記第２の導電体が一体的に形成されている。このように構成された本発明に係る第３の態様の電磁波加熱装置は、チョーク溝内を伝播する電磁波の位相変動を意図した値に設定して、チョーク溝における短い距離でインピーダンス反転させて漏洩する電磁波を遮蔽する電磁波遮蔽構造を容易に製造することができる。

本発明に係る第４の態様の電磁波加熱装置は、前記の第２の態様の前記積層体が、前記チョーク溝における開口始端部から短絡終端部に向かう方向に層を成すように積み重ねられている。このように構成された本発明に係る第４の態様の電磁波加熱装置は、チョーク溝における開口始端部から短絡終端部までの短い距離でインピーダンス反転させて漏洩する電磁波を遮蔽することができる。

本発明に係る第５の態様の電磁波加熱装置は、前記の第２の態様の前記積層体は、複数の第１の導電体のそれぞれが誘電体を挟んで対向して積層された積層構造を有し、前記積層構造の最上位および最下位の層の前記第１の導電体が前記チョーク溝構成体と電気的に絶縁されている。このように構成された本発明に係る第５の態様の電磁波加熱装置は、チョーク溝内を伝播する電磁波の位相変動を意図した値に設定して、チョーク溝における短い距離でインピーダンス反転させて漏洩する電磁波を遮蔽することができる。

本発明に係る第６の態様の電磁波加熱装置は、前記の第２の態様の前記積層体において、前記第２の導電体がジグザグ形状を有し、前記第２の導電体と前記チョーク溝構成体との接触面積を広くするため、前記第２の導電体に帯状の第３の導電体を設けている。このように構成された本発明に係る第６の態様の電磁波加熱装置は、第２の導電体により第１の導電体とアース間のインダクタンスを確実に構成して、積層体をメタマテリアルとして機能させ、短い距離でインピーダンス反転させて漏洩する電磁波を遮蔽することができる。

本発明に係る第７の態様の電磁波加熱装置は、前記の第６の態様の前記積層体において、前記第３の導電体と前記チョーク溝構成体が接触する部分に対応する前記誘電体における端面が前記チョーク溝構成体と接触しないように構成されている。このように構成された本発明に係る第７の態様の電磁波加熱装置は、簡単な構成で小型の電磁波遮蔽構造を実現することができる。

本発明に係る第８の態様の電磁波加熱装置は、前記の第６の態様の前記積層体において、前記誘電体における端面が前記チョーク溝構成体と接触する部分に対応する位置近傍に前記第３の導電体と略同形状の第４の導電体を設けている。このように構成された本発明に係る第８の態様の電磁波加熱装置は、積層体における積層間隔を一定に保ってチョーク溝の開口始端部側と短絡終端部側との間を伝播する電磁波に対して、確実にキャパシタンスを構成して、積層体をメタマテリアルとして機能させて、短い距離でインピーダンス反転させて漏洩する電磁波を遮蔽することができる。この結果、本発明に係る第８の態様の電磁波加熱装置は、簡単な構成を有して、小型で信頼性の高い電磁波加熱装置を実現できる。

本発明に係る第９の態様の電磁波加熱装置は、前記の第２の態様の誘電体と導電体とにより構成された前記積層体が、前記チョーク溝の内部において周回方向に周期的に配置されて前記電磁波遮蔽部が構成されている。このように構成された本発明に係る第９の態様の電磁波加熱装置は、ドアと本体との間の隙間を周回方向に伝播する電磁波に対して、チョーク溝内において隣り合う第１の導電体間のキャパシタンスと第２の導電体によるインダクタンスが構成されて、チョーク溝内で周期的に配置された積層体がメタマテリアルとして機能する。したがって、本発明に係る第９の態様の電磁波加熱装置における電磁波遮蔽部は、ドアと本体との間の隙間を周回方向に伝播する電磁波の周波数帯を阻止帯域とする電磁バンドギャップとして機能させて漏洩する電磁波を確実に遮蔽することができる。このため、本発明に係る第９の態様の電磁波加熱装置においては、簡単な構成で信頼性の高い小型の電磁波遮蔽構造を実現することができる。

本発明に係る第１０の態様の電磁波加熱装置は、前記の第９の態様の前記電磁波遮蔽部における周回方向に隣り合う前記第１の導電体の対向面に複数の突出部を形成し、隣り合う前記第１の導電体の突出部が互いに入り込むよう構成されている。このように構成された本発明に係る第１０の態様の電磁波加熱装置は、ドアと本体との間の隙間において、積層体が周回方向に周期的に配置する構造を有し、隣り合う第１の導電体間に確実にキャパシタを構成することができる。また、電磁波遮蔽部において周期的に配置した積層体はメタマテリアルとして働き、電磁バンドギャップとして機能するため、漏洩する電磁波を遮蔽することができる。この結果、本発明に係る第１０の態様の電磁波加熱装置は、簡単な構成で小型で信頼性の高い電磁波加熱装置を実現することができる。

本発明に係る第１１の態様の電磁波加熱装置は、前記の第１の態様の前記チョーク溝を覆うように保護誘電体が設けられ、前記保護誘電体と一体的に、前記積層体が構成されている。このように構成された本発明に係る第１１の態様の電磁波加熱装置は、チョーク溝保護用の保護誘電体に積層体で構成したメタマテリアルを一体的に設けることにより、簡単な構成で電磁波遮蔽構造を構築し、小型の電磁波加熱装置を実現することができる。

本発明に係る第１２の態様の電磁波加熱装置において、前記の第２の態様の前記電磁波遮蔽部は、前記誘電体を介して複数の前記第１の導電体に対向する面を有する平板状の第５の導電体を有し、前記第５の導電体が前記チョーク溝の内部において周回方向に周期的に配置され、前記第５の導電体が前記チョーク溝構成体に対して絶縁されている。このように構成された本発明に係る第１２の態様の電磁波加熱装置は、チョーク溝内部において積層体を周回方向に周期的に配置する構造であるため、隣り合う第１の導電体間にキャパシタを構成して、周期的に配置した積層体がメタマテリアルとして機能する。この結果、本発明に係る第１２の態様の電磁波加熱装置においては、電磁波遮蔽部の積層体が電磁バンドギャップとして機能して、漏洩する電磁波を遮蔽することができる。このため、本発明に係る第１２の態様の電磁波加熱装置は、簡単な構成で小型の電磁波遮蔽構造を有し、小型で信頼性の高い電磁波加熱装置となる。

本発明によれば、簡単な構成により小型で確実に漏洩しようとする電磁波を遮断することができる電磁波遮蔽構造を構築して、小型で信頼性の高い電磁波加熱装置を提供することができる。

本発明に係る実施の形態１の電磁波加熱装置の外観を示す斜視図 実施の形態１の電磁波加熱装置の内部構成を概略的に示した断面図 実施の形態１の電磁波加熱装置におけるチョーク溝の内部に設けた積層体の構成を示す分解斜視図 実施の形態１の電磁波加熱装置におけるチョーク溝内の積層体を示す断面図 電磁波を伝送する通常の伝送線路（右手系伝送線路）における微小区間の等価回路図 電磁波を伝送する理想的な左手系伝送線路の微小区間における等価回路図 電磁波を伝送する右手／左手系複合伝送線路の微小区間の等価回路図 実施の形態１の電磁波加熱装置におけるドアの一部を拡大して示した図 本発明に係る実施の形態２の電磁波加熱装置における電磁波遮蔽部の構成を示す図 本発明に係る実施の形態３の電磁波加熱装置における電磁波遮蔽部の構成を示す斜視図 実施の形態３における電磁波遮蔽部の断面図 本発明に係る実施の形態４の電磁波加熱装置の構成を概略的に示した断面図 実施の形態４の電磁波加熱装置におけるドアと本体との間に設けた電磁波遮蔽部の概略構成を示す断面図 実施の形態４の電磁波加熱装置における電磁波遮蔽部を示す斜視図 実施の形態４の電磁波加熱装置における電磁波遮蔽部がドア周縁部に設けられている状態を示す断面図

以下、本発明の電磁波加熱装置に係る実施の形態として電子レンジについて、添付の図面を参照しながら説明する。なお、本発明の電磁波加熱装置は、以下の実施の形態に記載した電子レンジの構成に限定されるものではなく、以下の実施の形態において説明する技術的思想と同等の技術的思想及び当技術分野における技術常識に基づいて構成される電磁波加熱装置を含むものである。

（実施の形態１）
図１は、本発明に係る実施の形態１の電磁波加熱装置としての電子レンジの外観を示す斜視図であり、ドア４が開成されて本体２０の加熱室１内部が開放された状態を示す。図２は、実施の形態１の電子レンジの内部構成を概略的に示した断面図である。

図１に示すように、開閉自在なドア４を開くことにより、略直方体構造を持つ加熱室１の開口部３が開放される。加熱室１の開口部３が開放された状態において、被加熱物６が加熱室１内部に収納される。加熱室１の内部に収納された被加熱物６は、ドア４を閉成して加熱室１を閉鎖状態とした後、電磁波供給部２において発生した電磁波（マイクロ波）、例えば２４００ＭＨｚ〜２５００ＭＨｚが加熱室１に供給されて、被加熱物６が加熱される。なお、図１及び図２においては、被加熱物６を載せるための載置台を設けていない構成を開示しているが、加熱室１の内部に載置台を設けた構成でもよい。

実施の形態１の電子レンジにおいて、加熱室１は、天井面、底面、左側面、右側面及び背面を構成する壁板が金属材料で構成されている。また、加熱室１の開口部３の周囲にある開口周縁部７、およびドア４は、金属材料により構成されている。被加熱物６が本体２０の加熱室１内に収納されてドア４が閉じられることにより、加熱室１内に供給された電磁波は略直方体構造の加熱室１の内部に閉じ込められる。しかしながら、ドア周縁部１０と開口周縁部７の間には多少の隙間８が生じ、この隙間８から電磁波が加熱室１内部からドア外側へ漏洩するおそれがある。図２においては、ドア４と本体２０との間の隙間８を誇張して示している。

実施の形態１の電子レンジにおいて、ドア周縁部１０にはチョーク溝構成体２１によりチョーク溝９が形成されており、金属材料のチョーク溝構成体２１とドア周縁部１０とは電気的に接続状態である。このチョーク溝９の内部には電磁波の位相を進めるメタマテリアルとして機能する積層体５が設けられている。ドア４の閉成状態において、ドア４に形成したチョーク溝９は、本体２０の開口部３を取り巻くように配置されており、チョーク溝９の開口部分である開口始端部側が本体の開口周縁部７に対向している。実施の形態１においては、電磁波遮蔽部がチョーク溝９を有するチョーク溝構成体２１と、チョーク溝９の内部の積層体５とにより構成されている。

なお、実施の形態１の電子レンジにおいては、メタマテリアルである積層体５を設けたチョーク溝９がドア４に設けた構成で説明するが、本体２０側となる加熱室１の開口部３の周りの開口周縁部７に設けてもよい。

図３は、実施の形態１の電子レンジにおけるチョーク溝９の内部に設けたメタマテリアルである積層体５の構成を示す分解斜視図である。図４は、実施の形態１の電子レンジにおけるチョーク溝９内の積層体５を示す断面図である。なお、図３及び図４において、積層体５の厚みを誇張して記載しており、実際の積層体５は薄膜を積層した構造であり、積層体５における各層の厚みは電子レンジの仕様、遮蔽すべき電磁波の波長などの各種条件により適宜設定される。

図３および図４に示すように、チョーク溝構成体２１は、ドア周縁部１０における第１の溝側壁１７ａ、第２の溝側壁１７ｂおよび溝終端壁（底壁）１７ｃにより凹状に形成されている。チョーク溝９の開口部分である開口始端部９ａは、本体２０の開口周縁部７に対向している。このように形成されたチョーク溝９がドア４の周縁部分であるドア周縁部１０に一続きに本体２０の開口部３を取り巻いて周回するよう設けられている。

チョーク溝９の内部に設けられたメタマテリアルである積層体５は、複数の導電体と複数の誘電体が積層されて構成されている。以下、積層体５の具体的な構造について説明する。

図３に示すように、積層体５は、平面形状の薄膜の誘電体１１と平面形状の薄膜の第１の導電体１２が、それぞれ交互に積層されて構成されている。積層体５における積層方向の両端部分には第１の導電体１２のみが配置されている。図３に示すように、誘電体１１により挟まれた第１の導電体１２にはジグザグ形状を有する第２の導電体１３の一端が電気的に接続されている。第２の導電体１３の他端には帯状の第３の導電体１４の一方の長辺部分が電気的に接続されている。第３の導電体１４の他方の長辺部分はチョーク溝構成体２１の第１の溝側壁１７ａに接続されている。このように、第３の導電体１４の長手方向の長い縁部分が第１の溝側壁１７ａの内壁面に確実に電気的に接続されている。

図４に示すように、積層された誘電体１１の間には、帯状の第４の導電体１５が設けられている。この第４の導電体１５は、第１の導電体１２には接触しない。すなわち、第４の導電体１５は、積層された誘電体１１の間において、第２の導電体１３および第３の導電体１４が配置されていない部分に配置されている。なお、第４の導電体１５は、第１の導電体１２、第２の導電体１３および第３の導電体１４とともに同じ厚みの薄膜体で構成されている。

また、図４に示すように、積層された誘電体１１において、第２の導電体１３および第３の導電体１４が配置されている側の端部は、チョーク溝構成体２１の第１の溝側壁１７ａには接触しないように構成されている。このように構成することにより、第３の導電体１４と第１の溝側壁１７ａとの接触が確実となる。
一方、積層された誘電体１１において、第４の導電体１５が配置されている側の端部は、チョーク溝構成体２１の第２の溝側壁１７ｂに接触するよう構成されている。

上記のように構成された積層体５において、第１の導電体１２は、第１の導電体１２より大きな面積を有する誘電体１１を挟んで次の層の第１の導電体１２とほぼ対向して配置されており、複数の第１の導電体１２と誘電体１１とによりキャパシタが構成されている。積層体５における最上位層や最下位層は、第１の導電体１２のみを配置する構成とすればよいが、第２の導電体１３および第３の導電体１４を設けてもよい。

チョーク溝９内の積層体５において、ジグザグ状の第２の導電体１３は、第１の導電体１２と第１の溝側壁１７ａとを電気的に接続しており、第１の導電体１２とアース間に設けたインダクタを構成している。なお、第１の導電体１２と第２の導電体１３は、一体的な構成とすることでより製造を容易なものとすることが可能となる。また、第１の導電体１２と第２の導電体１３と第３の導電体１４とを、一体的な構成としても良く、さらに製造が容易な構成となる。

第３の導電体１４は、チョーク構成体２１の第１の溝側壁１７ａとの接触面積を増やし、インダクタを構成する第２の導電体１３の一端を確実にアース接続している。第４の導電体１５は、帯状の第３の導電体１４とほぼ同じ形状をしている。第４の導電体１５は、第３の導電体１４が設けられていない誘電体１１の端面側に配置されており、積層体５における積層の間隔を一定に保ち、積層体５のメタマテリアルとしての性能を安定させている。

なお、チョーク溝構成体２１を構成する金属板と導電体との接続方法としては、金属板に溝を形成して嵌め込む接続方法や、溶着、カシメなどの一般的な接続方法を用いることができる。

上記の積層体５における誘電体１１の材料としては、一般的な誘電材料を用いることが可能であり、電子レンジの仕様、遮蔽すべき電磁波の波長などの各種条件により適宜設定される。また、導電体１２，１３，１４，１５の材料としては銅箔、アルミニウム箔などの導電材料を用いることができる。また、なお、実施の形態１の電子レンジにおいて、誘電体１１の材料としてはテフロンを用い、その厚みが０．１５ｍｍであった。また、導電体１２，１３，１４，１５の材料としては銅箔を用い、その厚みが０．０３ｍｍであった。

以上のように構成された実施の形態１の電磁波加熱装置である電子レンジの動作について、以下に説明する。
図５Ａは電磁波を伝送する通常の伝送線路（右手系伝送線路）における微小区間の等価回路図である。図５Ｂは理想的な左手系伝送線路の微小区間における等価回路図である。

電磁波を伝搬する通常の伝送線路（右手系伝送線路；ＲＨ）においては、図５Ａに示すように、伝送線路に対して直列のインダクタンス（Ｌ）と、伝送線路に対して並列のキャパシタンス（Ｃ）が逐次連なっている。一方、理想的な左手系伝送線路（左手系伝送線路；ＬＨ）は、図５Ａに示す等価回路とは逆の構造であり、直列のキャパシタンス（Ｃ）と、並列のインダクタンス（Ｌ）により構成される（図５Ｂ参照）。理想的な左手系伝送線路では、誘電率、透磁率ともに実効的に負の値となり、右手系伝送線路とは異なる特性を示す。しかし、現実的には理想的な左手系伝送線路は存在せず、伝送線路には直列の寄生インダクタンス（Ｌ）と、並列の寄生キャパシタンス（Ｃ）が存在する。このため、図５Ｃの等価回路に示すように、右手系伝送線路および左手系伝送線路を組み合わせた右手／左手系複合伝送線路（Composite Right/Left-Handed Transmission Line)がメタマテリアルとして機能する伝送線路となる。

図５Ｃは、右手／左手系複合伝送線路（以下、ＣＲＬＨ伝送線路と略称する）の微小区間の等価回路図である。ＣＲＬＨ伝送線路は、非共振型メタマテリアルの一般的なモデルの一つである。

実施の形態１の電子レンジにおける積層体５の構成を図５Ｃに示した等価回路に当てはめると、誘電体１１と複数の第１の導電体１２とにより層間のキャパシタンスＣ（ＬＨ）が形成され、第２の導電体１３によりアース間のインダクタンスＬ（ＬＨ）が形成される。また、寄生インダクタンスがＬ（ＲＨ）であり、寄生キャパシタンスがＣ（ＲＨ）とすると、積層体５において左手系伝送線路のキャパシタンスＣ（ＬＨ）およびインダクタンスＬ（ＬＨ）とともに、右手系伝送線路の寄生インダクタンスＬ（ＲＨ）および寄生キャパシタンスＣ（ＲＨ）とにより、ＣＲＬＨ伝送線路が形成される。

実施の形態１の電子レンジにおいては、積層体５を構成する第１の導電体１２および第２の導電体１３の形状を設計することにより、ＣＲＬＨ伝送線路を伝播する電磁波の位相速度を遅延させて、短い距離でも電磁波の位相を進めることが可能となる。

実施の形態１の電子レンジにおいて、加熱室１の内部から隙間８を通ってドア４外側に向かって漏洩する電磁波は、例えば図４に示す隙間８において、紙面の左から右の方向に伝播する。このように伝搬する電磁波の一部は、チョーク溝９の開口始端部９ａ側より積層体５を通り溝終端壁１７ｃの内壁面に向かって伝播し、短絡面となる溝終端壁１７ｃの内壁面で反射して、再び積層体５を通りチョーク溝９の開口始端部９ａ側に戻る。

チョーク溝９の開口始端部９ａから溝終端壁１７ｃの内壁面までの距離（チョーク溝９の深さ）において、電磁波の位相が略λ／４変動すれば、チョーク溝９の開口始端部９ａ側から見たインピーダンスＺｉｎが無限大となり、隙間８を通りドア外側に向かう電磁波は実質的に遮断される。実施の形態１の構成においては、チョーク溝９内にメタマテリアルの積層体５を設けることにより、積層体５の積層方向を伝播する電磁波の位相を進めることができるため、実質的にチョーク溝９の深さを短くすることができる。

前述のように、チョーク溝９の延設方向（長手方向）に直交する方向に漏洩する電磁波は、チョーク溝９内の積層体５の積層方向に伝搬して電磁波の位相が進められて深さの短いチョーク溝により実質的に遮断される。一方、チョーク溝９の延設方向（長手方向）と平行な方向に伝播する電磁波に関しては、チョーク溝９およびチョーク溝９内に並設された複数の積層体５により実質的に遮断される。

図６は、本発明に係る実施の形態１の電子レンジにおけるドア４の一部を拡大して示した図である。図６においては、ドア周縁部１０の一部を示しており、ドア４の中央部分には加熱室内を透視可能なパンチングメタル４ａなどが設けられている。

ドア周縁部１０には、一続きのチョーク溝９が形成されており、前述の積層体５がチョーク溝９の内部に複数並設されている。すなわち、ドア４の内壁面の外周部分に形成されたチョーク溝９には、複数の積層体５が並設されており、隣り合う第１の導電体１２，１２によりキャパシタンス（Ｃ）が構成される。また、ジグザグ状の第２の導電体１３によりインダクタンス（Ｌ）が構成される。ドア４の周回部分のチョーク溝９の内部には、チョーク溝９の延設方向に沿って積層体５が周期的に複数配置されている。

上記のように、チョーク溝９内において隣り合う第１の導電体１２，１２によりキャパシタンス（Ｃ）が存在し、第２の導電体１３によりインダクタンス（Ｌ）が存在する。したがって、加熱室１の内部からドア４の周回方向に伝播する電磁波に対して、隣り合う第１の導電体１２，１２により形成されるキャパシタンス（Ｃ）が図５の等価回路のＣ（ＬＨ）として働き、第２の導電体１３によるインダクタンスが図５の等価回路のＬ（ＬＨ）として働く。このため、チョーク溝９の延設方向（長手方向）に漏洩する電磁波に対して、寄生インダクタンスＬ（ＲＨ）、寄生キャパシタンスＣ（ＲＨ）とともに、チョーク溝９内の並設された積層体５によりＣＲＬＨ伝送路が形成される。

上記のように、実施の形態１の電磁波加熱装置である電子レンジにおいては、チョーク溝９内部に積層体５を周回方向に周期的に配置することにより、積層体５はドア４と本体２０との間の隙間８において周回方向に伝播する電磁波に対して、周波数帯域を阻止帯域とする電磁バンドギャップ特性のアンバランス型メタマテリアルとして機能する。実施の形態１の電子レンジにおいては、積層体５を構成する第１の導電体１２と第２の導電体１３のサイズ、形状、構成を、当該電子レンジの仕様などに応じて適宜設計することにより、積層体５をアンバランス型メタマテリアルとして機能させて、ドア４と本体２０との間の隙間８を通って漏洩しようとする電磁波を確実に遮蔽することができる。

なお、実施の形態１の電子レンジにおいては、積層体５を３枚の矩形状の誘電体１１と４枚の矩形状の第１の導電体１２により積層する構成で説明したが、本発明における積層体としては層数および形状を特定するものではなく、電磁波加熱装置における仕様、構造などの各種条件に応じて、積層体の層数および形状は適宜設定される。

また、実施の形態１の電子レンジにおいて、ドア４に設けたチョーク溝９の開口始端部９ａは、ゴミなどの進入を防止し、積層体５を保護するために保護誘電体（図示省略）が設けられている。この保護誘電体と一体的に、積層体５は形成されている。このようにチョーク溝保護用の保護誘電体に積層体で構成したメタマテリアルを一体的に形成することにより、簡単な構成で電磁波遮蔽構造を構築し、小型で信頼性の高い電磁波加熱装置が構成できる。

（実施の形態２）
次に、本発明に係る実施の形態２の電磁波加熱装置について添付の図７を参照して説明する。

図７は、実施の形態２の電磁波加熱装置である電子レンジにおける電磁波遮蔽部の積層体５０の構成を示す図である。実施の形態２の電子レンジにおいて、前述の実施の形態１の電子レンジと異なる点は積層体５０の構成であり、その他の構成は実施の形態１の電子レンジと同じである。実施の形態２の説明において、前述の実施の形態１の電子レンジと同じ機能、構成を有する要素には同じ符号を付して、その説明は省略する。実施の形態２においては、電磁波遮蔽部がチョーク溝構成体２１と積層体５０とにより構成されている。

図７に示すように、実施の形態２の電子レンジにおいて、積層体５０は平板状の誘電体５１、および平板状の第１の導電体５２が積層されて構成されている。第１の導電体５２にはジグザグ状の第２の導電体５３の一端が電気的に接続されており、第２の導電体５３の他端はチョーク溝構成体２１を構成する金属板（例えば実施の形態１における第１の溝側壁１７ａ）に接続されている。第２の導電体５３とチョーク溝構成体２１の金属板との間には、前述の実施の形態１と同様に第３の導電体（１４：図３参照）を設けて電気的接続を更に確実なものとしてもよい。

第１の導電体５２においては、櫛状の複数の突出部５２ａが対向する２辺に形成されている。第１の導電体５２の突出部分５２ａは、隣接する第１の導電体５２の方向に突出しており、隣り合う第１の導電体５２の突出部５２ａが互い違いに入り込むよう構成されている。

上記のように誘電体５１と第１の導電体５２が積層された積層体５０が、ドア周縁部１０に形成された一続きに周回するチョーク溝９の内部に、周回方向に周期的に並設されている。

実施の形態２の電子レンジにおいては、第１の導電体５２の対向する側縁に形成された突出部５２ａが隣り合う第１の導電体５２の突出部５２ａと互い違いに入り込むよう構成されている。このように形成された第１の導電体５２の突出部５２ａの数、サイズ、形状を決定することにより、第１の導電体５２間のキャパシタンスを設計することができる。このように構成された複数の積層体５０がチョーク溝９の内部に周期的に並設されている。このため、ドア４と本体２０との間の隙間８においてチョーク溝９の延設方向（長手方向）と平行な方向に伝播する電磁波に対して、隣り合う第１の導電体５２によるキャパシタンスＣ（ＬＨ）、第２の導電体１３によるアース間のインダクタンスＬ（ＬＨ）、寄生インダクタンスＬ（ＲＨ）、および寄生キャパシタンスＣ（ＲＨ）によりＣＲＬＨ伝送路が形成される。

上記のようにチョーク溝９の内部に周期的に配置された積層体５０は、ドア４と本体２０との間の隙間８をドア４のチョーク溝９の延設方向（長手方向）と平行な方向に伝播する電磁波の周波数帯を阻止帯域とする電磁バンドギャップ特性のアンバランス型メタマテリアルとして機能する。この結果、実施の形態２の電子レンジにおいては、加熱室１からドア４と本体２０との間の隙間８を通って漏洩しようとする電磁波を確実に遮蔽することができる。

なお、実施の形態２の電子レンジにおいては、積層体５０における第１の導電体５２に突出部５２ａを形成して隣り合う第１の導電体５２の突出部５２ａが互い違いに入れ込む構成で説明したが、本発明における積層体としては最上位の第１の導電体に突出部を形成して、隣り合う第１の導電体の突出部を互い違いに入れ組むように構成し、それより下位の第１の導電体を前述の実施の形態１の第１の導電体（１２）と同様に構成してもよい。

（実施の形態３）
次に、本発明に係る実施の形態３の電磁波加熱装置について添付の図８および図９を参照して説明する。

図８は、実施の形態３の電磁波加熱装置である電子レンジにおける積層体６０の構成を示す斜視図である。図９は実施の形態３における電磁波遮蔽部の積層体６０の断面図である。実施の形態３の電子レンジにおいて、前述の実施の形態１の電子レンジと異なる点は積層体６０の構成であり、その他の構成は実施の形態１の電子レンジと同じである。実施の形態３の説明において、前述の実施の形態１の電子レンジと同じ機能、構成を有する要素には同じ符号を付して、その説明は省略する。実施の形態３においては、電磁波遮蔽部がチョーク溝９と積層体６０とにより構成されている。

図８に示すように、実施の形態３の電子レンジにおける積層体６０は、最上位に複数の平板な第５の導電体６１がチョーク溝９の延設方向に並設されている。並設された第５の導電体６１の次の層として平板な誘電体６２が配置されている。複数の平板な第１の導電体６３は、チョーク溝９の延設方向に並設されており、第５の導電体６１の並設方向と同じ方向に配置されている。図８および図９に示すように、１つの第５の導電体６１は２つの第１の導電体６３，６３を、誘電体６２を介して跨ぐように配置されている。第１の導電体６３にはジグザグ状の第２の導電体６４の一端が電気的に接続されており、第２の導電体６４の他端はチョーク溝構成体２１を構成する金属板（例えば、実施の形態１における第１の溝側壁１７ａ）に接続されている。第２の導電体６４とチョーク溝構成体２１の金属板との間には、前述の実施の形態１と同様に第３の導電体（１４：図３参照）を設けて電気的接続を更に確実なものとしてもよい。

また、実施の形態３においては、前述の実施の形態１と同様に第４の導電体（１５：図３参照）を設けて積層体における積層の間隔を一定に保ち、メタマテリアルとしての性能を安定させる構成としてもよい。

図８および図９において、実施の形態３の電子レンジにおける積層体６０の概略構成を示しているが、積層体６０として誘電体６２および導電体６１，６３による３層構造で示しているが、電子レンジの仕様などに応じて積層体６０の層数、サイズおよび形状は適宜設定されるものであり、前記の誘電体６２および導電体６１，６３を用いて多層構造の所望形状の積層体が構成される。

また、実施の形態３の電子レンジにおいて、積層体６０がドア周縁部１０（図２参照）に形成されたチョーク溝９の内部において連続して形成されている。積層体６０の最上位層である第５の導電体６１は、チョーク溝９の内部において、ドア４の周回方向に周期的に配置されている。

上記のように、積層体６０においては、１つの第５の導電体６１が、誘電体６２を介して、複数（実施の形態３においては２個）の第１の導電体６３に対向するよう配置されており、隣り合う第１の導電体６３間によりキャパシタンスが構成されている。実施の形態３の積層体６０においては、誘電体６２、第１の導電体６３および第５の導電体６１のサイズ、形状などを決定することにより所望のキャパシタンスを設計することができる。したがって、ドア４と本体２０との間の隙間８において、ドア４のチョーク溝９の延設方向（長手方向）と平行な方向に伝播する電磁波に対して、誘電体を挟んだ第５の導電体６１を介した複数の第１の導電体６３間のキャパシタンスＣ（ＬＨ）、第２の導電体６４によるアース間のインダクタンスＬ（ＬＨ）、寄生インダクタンスＬ（ＲＨ）、および寄生キャパシタンスＣ（ＲＨ）によりＣＲＬＨ伝送路が形成される。

上記のようにチョーク溝９の内部に周期的に、且つ連続的に配置された積層体６０は、チョーク溝９の延設方向（長手方向）と平行な方向に伝播する電磁波の周波数帯を阻止帯域とする電磁バンドギャップ特性のアンバランス型メタマテリアルとして機能する。この結果、実施の形態３の電子レンジにおいては、加熱室１からドア４と本体２０との間の隙間８を通って漏洩しようとする電磁波を遮蔽することができる。

以上のように、本発明の電磁波加熱装置においては、実施の形態１において説明したように、誘電体と導電体とを積み重ねて構成した積層体をチョーク溝内部に配置することにより、チョーク溝の延設方向（長手方向）に直交する方向に漏洩する電磁波は、チョーク溝内の積層体の積層方向に伝搬して、伝播する電磁波の位相速度を遅延させて、短い距離でも電磁波の位相を進めることが可能となる。その結果、本発明によれば、チョーク溝における短い距離でインピーダンス反転させて漏洩しようとする電磁波を遮蔽することが可能となり、単純な構成で小型の電磁波遮蔽構造を有する電磁波加熱装置を実現することができる。

また、本発明の電磁波加熱装置においては、実施の形態１から実施の形態３において説明したように、ドアと本体との間の隙間をチョーク溝の延設方向（長手方向）と平行な方向に伝播する電磁波に対して、チョーク溝の内部に周期的に配置された積層体がメタマテリアルとして働くよう構成されている。このため、周期的に配置された積層体がチョーク溝の延設方向（長手方向）と平行な方向に伝播する電磁波の周波数帯を阻止帯域とする電磁バンドギャップとして機能して、電磁波を遮蔽することができる。したがって、本発明によれば、単純で簡単な構成により、小型で信頼性の高い電磁波遮蔽構造を有する電磁波加熱装置を実現することができる。

なお、実施の形態１から実施の形態３においては、ドア周縁部１０にチョーク溝９を設けて、そのチョーク溝９の内部に積層体５，５０，６０を設けた構成で説明したが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、チョーク溝を本体側の開口周縁部７におけるドア４との対向部分に設けて、そのチョーク溝の内部に積層体を配置する構成としても同様の効果を奏する。

（実施の形態４）
次に、本発明に係る実施の形態４の電磁波加熱装置について添付の図１０から図１３を参照して説明する。

図１０は、実施の形態４の電磁波加熱装置である電子レンジの内部構成を概略的に示した断面図である。図１１は、実施の形態４の電子レンジにおけるドア４と本体２０との間に設けた電磁波遮蔽部の概略構成を示す断面図である。図１０及び図１１においては、電磁波遮蔽部７０の厚みを誇張して記載しており、この電磁波遮蔽部７０の厚みは電子レンジの仕様、遮蔽すべき電磁波の波長などの各種条件により適宜設定される。

実施の形態４の電子レンジにおいて、前述の実施の形態１の電子レンジと異なる点は電磁波遮蔽部の構成であり、その他の構成は実施の形態１の電子レンジと同じである。実施の形態４の説明において、前述の実施の形態１の電子レンジと同じ機能、構成を有する要素には同じ符号を付して、その説明は省略する。

実施の形態４の電子レンジにおいては、ドア４と本体２０との間にメタマテリアルで構成された電磁波遮蔽部７０が設けられている。電磁波遮蔽部７０は、ドア４のドア周縁部１０に設けられており、ドア４の閉成状態において、本体２０の開口部３の周りの開口周縁部７と対向するよう配置されている。すなわち、電磁波遮蔽部７０はドア４と本体２０の開口周縁部７との間の隙間８を塞ぐように設けられている。

なお、実施の形態４の電子レンジにおいては、メタマテリアルの電磁波遮蔽部７０をドア周縁部１０に設けた構成で説明するが、本体２０側となる加熱室１の開口部３の周りの開口周縁部７に設けてもよい。

実施の形態４の電子レンジは、ドア４の閉成状態においてメタマテリアルの電磁波遮蔽部７０が本体２０の開口周縁部７に対向するように、電磁波遮蔽部７０が本体２０の開口部３を取り巻いて周回するように配置される。

図１２は、実施の形態４の電子レンジにおける電磁波遮蔽部７０を示す斜視図である。図１３は、電磁波遮蔽部７０がドア４のドア周縁部１０に設けられている状態を示す断面図である。

図１２に示すように、電磁波遮蔽部７０は、使用する電磁波の波長よりも十分小さい寸法を有する板状の四角形の小片である第１の導電体７２を平板な誘電体７１上に多数配置して構成されている。電磁波遮蔽部７０においては、平板な誘電体７１の上に複数の第１の導電体７２を等間隔で配置し、第１の導電体７２が金属製のドア４のドア周縁部１０と導電部材７３により電気的に接続されている。図１３に示すように、導電部材７３は誘電体７１に形成された貫通孔の内部に充填された導電材料である。電磁波遮蔽部７０の構造は例えばプリント基板作成技術を用いて形成することができる。

実施の形態４の電子レンジにおける電磁波遮蔽部７０は、実効的な誘電率や透磁率を所定の値に任意に設計出来るメタマテリアルによる構造体であり、誘電率や透磁率を所定値に設計することにより、電磁波遮蔽部７０のインピーダンスＺｉｎを無限大に設定可能である。実施の形態４の電子レンジにおいては、ドア４と本体２０との間の隙間８において、無限大のインピーダンスを有する電磁波遮蔽部７０を加熱室１の開口部３を取り巻くように設けることにより、加熱室１から隙間８を通りドア外部へ漏洩しようとする電磁波を遮断することが可能である。

また、本発明に係る電磁波加熱装置における電磁波遮蔽部を、誘電率および透磁率を同時に負の所定値に設計したメタマテリアルとすることにより、電磁波遮蔽部の内部を透過する電磁波の位相速度の方向と群速度の方向を逆向きとして、電磁波遮蔽部の内部を透過する電磁波と、電磁波遮蔽部と本体またはドアとの間の隙間を伝播する電磁波との位相速度を逆向きにすることが可能となる。

上記のように、メタマテリアルである電磁波遮蔽部の内部を透過する電磁波と、電磁波遮蔽部と本体またはドアとの間の隙間を伝播する電磁波との位相速度の方向を逆向きとすることにより、電界の向きが逆方向になり、電磁波が相互に打ち消し合って減衰または遮蔽することが可能となる。

本発明に係る電磁波加熱装置における電磁波遮蔽部は、実効的な誘電率や透磁率を所定値に任意に設計出来るメタマテリアルによる構造体である。このため、電磁波遮蔽部の誘電率および透磁率を所定値に設計することにより、電磁波遮蔽部の内部を透過する電磁波の波長を短くすることが可能である。

ドアのドア周縁部または本体の開口周縁部に形成するチョーク溝においては、開口始端部から短絡終端部までの長さ（チョーク溝の深さ）が電磁波の波長λの１／４の距離でインピーダンスが反転して、開口始端部から見たインピーダンスを無限大として、チョーク溝において電磁波が遮蔽されている。チョーク溝の深さはλ／４に設定されるため、電磁波遮蔽部の内部を透過する電磁波の波長を短縮することにより、チョーク溝の深さが短くなり、小型の電磁波遮蔽部を実現することができる。

本発明においては、小型で信頼性の高い電磁波遮蔽構造を提供できるため、電子レンジで代表されるような電磁誘導加熱を利用した加熱装置、生ゴミ処理機などの各種用途に適用できる。

１ 加熱室
２ 電磁波供給部
３ 開口部
４ ドア
５ 積層体
６ 被加熱物
７ 開口周縁部
８ 隙間
９ チョーク溝
１０ ドア周縁部
１１ 誘電体
１２ 第１の導電体
１３ 第２の導電体
１４ 第３の導電体
１５ 第４の導電体

Claims (12)

1. 被加熱物を収容する加熱室と、
   前記加熱室の開口部を開閉するドアと、
   前記加熱室内に電磁波を供給する電磁波供給部と、を備えた電磁波加熱装置において、
   前記ドアが前記加熱室の開口部を閉じた状態において、前記開口部の周囲の部分と前記ドアとの間に電磁波遮蔽部が配置されるよう構成され、
   前記電磁波遮蔽部が、誘電体と導電体とを積み重ねたメタマテリアルで構成されるとともに、前記誘電体を複数の前記導電体で挟むことにより構成され、
   前記電磁波遮蔽部が前記ドアまたは前記開口部の周縁部分にチョーク溝を形成するチョーク溝構成体を備え、
   前記誘電体と前記導電体を積層した積層体が前記チョーク溝内に設けられ、前記積層体を構成する前記導電体の少なくとも一部が前記チョーク溝構成体に電気的に接続された電磁波加熱装置。
2. 前記積層体が、平板状の誘電体と、前記誘電体とともにキャパシタを構成する第１の導電体と、前記第１の導電体と前記チョーク溝構成体との間にインダクタを構成する第２の導電体と、を有して、前記電磁波遮蔽部が構成された請求項１に記載の電磁波加熱装置。
3. 前記第２の導電体がインダクタンスを有する形状を持ち、前記第１の導電体と前記第２の導電体が一体的に形成された請求項２に記載の電磁波加熱装置。
4. 前記積層体が、前記チョーク溝における開口始端部から短絡終端部に向かう方向に層を成すように積み重ねられた請求項２に記載の電磁波加熱装置。
5. 前記積層体は、複数の第１の導電体のそれぞれが誘電体を挟んで対向して積層された積層構造を有し、前記積層構造の最上位および最下位の層の前記第１の導電体が前記チョーク溝構成体と電気的に絶縁されて構成された請求項２に記載の電磁波加熱装置。
6. 前記積層体において、前記第２の導電体がジグザグ形状を有し、前記第２の導電体と前記チョーク溝構成体との接触面積を広くするため、前記第２の導電体に帯状の第３の導電体を設けた請求項２に記載の電磁波加熱装置。
7. 前記積層体において、前記第３の導電体と前記チョーク溝構成体が接触する部分に対応する前記誘電体における端面が前記チョーク溝構成体と接触しないように構成された請求項６に記載の電磁波加熱装置。
8. 前記積層体において、前記誘電体における端面が前記チョーク溝構成体と接触する部分に対応する位置近傍に前記第３の導電体と略同形状の第４の導電体を設けた請求項６に記載の電磁波加熱装置。
9. 誘電体と導電体とにより構成された前記積層体は、前記チョーク溝の内部において周回方向に周期的に配置されて前記電磁波遮蔽部が構成された請求項２に記載の電磁波加熱装置。
10. 前記電磁波遮蔽部における周回方向に隣り合う前記第１の導電体の対向面に複数の突出部を形成し、隣り合う前記第１の導電体の突出部が互いに入り込むよう構成された請求項９に記載の電磁波加熱装置。
11. 前記チョーク溝を覆うように保護誘電体が設けられ、前記保護誘電体と一体的に、前記積層体が構成された請求項１に記載の電磁波加熱装置。
12. 前記電磁波遮蔽部は、前記誘電体を介して複数の前記第１の導電体に対向する面を有する平板状の第５の導電体を有し、前記第５の導電体が前記チョーク溝の内部において周回方向に周期的に配置され、前記第５の導電体を前記チョーク溝構成体に対して絶縁した請求項２に記載の電磁波加熱装置。

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