JPS6316863B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、高周波電波を遮蔽する電波シール
装置に関するものである。

従来例の構成とその問題点 従来、この種の電波シール装置として、たとえ
ば高周波により調理物を誘電加熱して調理する電
子レンジを例に挙げて説明する。電子レンジは調
理物を収納して高周波加熱する加熱庫と、この加
熱庫の調理物出入用の開口部を開閉自在に覆う扉
とを備えたものであるが、調理物の出入時に扉を
開ける際、加熱庫内の高周波電磁波が庫外へ漏洩
して人体に弊害を及ぼさないように電波シール対
策が施されている。

従来の一例として米国特許第3182164号を第１
図に示す。第１図において、１は電子レンジの加
熱庫であり、この加熱庫１の開口部２を開閉自在
に覆う取手３を有する扉４が設けられている。こ
の扉４の周縁部には加熱庫１側に向いて開口した
隙間部５を有する空胴のチヨーク部６が形成され
ている。このチヨーク部６の奥行７は、使用され
る高周波の波長の実質的に４分の１に設計されて
いる。この場合扉４の厚みも４分の１波長であ
る。すなわち従来電子レンジで使用されている電
磁波の周波数は2450MHzであるので、４分の１波
長は約30mmとなる。この長さのチヨーク部６と対
向させるために、加熱庫１の開口部２に形成した
周縁部８の厚さ９は４分の１波長より大きい値と
なる。したがつて加熱庫１の開口部２の有効大き
さは周縁部８の分だけひとまわり小さい。

次に従来の他の一例として、米国特許第
2500676号を第２図ａ，ｂに示す。この例も電子
レンジの構成を示したものであり、マグネトロン
１０の発振によつて得た高周波を加熱庫１１に供
給し、調理物１２を電磁誘導により加熱調理する
ものである。この加熱庫１１の開口部１３にはこ
の開口部１３を開閉自在に覆う扉１４が設けられ
ている。この扉１４の周縁部にも溝状のチヨーク
部１５が形成され、高周波が外部へ漏洩するのを
このチヨーク部１５で防いでいる。このチヨーク
部１５の深さ１６もやはり使用周波数の４分の１
波長で設計されている。このため開口部１３の有
効大きさは第１図同様、加熱庫１１よりもひとま
わり小さい。

上述のとおり従来のチヨーク部は４分の１波長
の深さとして高周波を減衰させるという技術思想
に基づいている。

すなわち、チヨーク部の特性インピーダンスを
Zo、深さをＬとし、終端部を短絡したときにチ
ヨーク部開口部でのインピーダンスZ_INは、 Z_IN＝jZotan（2πL／λo） （λoは自由空間波長） となる。

チヨーク方式の電波減衰手段は、チヨーク部の
深さＬを４分の１波長に選定することにより、 ｜Z_IN｜＝Zotan（π／２）＝∞ を達成するという原理に基づいている。

もし、チヨーク部内に誘電体（比誘電率εr）を
充填すると、電波の波長λ′は、 λ′≒λo／√
に圧縮される。この場合チヨーク部の深さL′は L′≒Ｌ／√ と短くなる。しかしながらL′＝λ′／４とすること
に変りはなく、チヨーク方式においては、深さを
実質的に４分の１波長よりも小さくすることがで
きず、チヨーク部の小型化に限界のあるものであ
つた。

近年、固体発振器の開発が進み実用化の時代が
到来した。電子レンジも例外ではなく、従来のマ
グネトロン発振器から固体発振器へと移行しつつ
ある。

電子レンジにおいて発振器の固体化による長所
は次のとおりである。

(1) マグネトロンの駆動電圧は約3kvであるのに
対し、トランジスタ等による固体発振器の駆動
電圧は約400v以下でよく、実際には約40vが使
用されている。よつて電源電圧が低いので人体
にとつて安全であり、たとえリークしても感電
事故が発生しにくいものである。このためアー
スレス化が可能となり、ポータブル化の展開も
図れる。

(2) マグネトロンの寿命は約5000時間であるのに
対し、固体発振器はその約10倍以上であり、長
寿命である。

(3) マグネトロンの発振周波数は固定であるのに
対し、固体発振器の発振周波数は可変可能であ
り、たとえば915MHzに対して上下13MHzの範
囲で変化させることができる。したがつて、負
荷（調理物）の大きさで周波数を自動追尾させ
ることにより、共振周波数が変わり高効率動作
を得ることができる。実験によれば2450±50M
Hz内で周波数を自動追尾させると、実用負荷効
率を固定周波数に比べて約60〜80％向上させる
ことができた。

(4) 固体発振器は大量生産により、将来マグネト
ロンよりも低価格となり得る。

また現在高周波調理用として国際的に割り当
てられているISM周波数（Industrial、
Scientific、Medical）は5880MHz、2450MHz、
915MHz、400MHz等であり、これを逸脱して使
用してはならない。現在のマグネトロンは上述
のとおり2450MHzで発振させているが、固体発
振器で、同一周波数2450MHzで発振させると、
十分な出力電力が得られずパワー不足となつて
しまう。

そこで所望の出力電力を得るためには必然的
により低い周波数を選定しなければならず、た
とえば915MHzが適当である。しかしながらこ
の周波数は従来の周波数に比べて約2.7分の１
であるので、波長は逆に約2.7倍となり、４分
の１波長は約80mmとなつてしまう。したがつ
て、電子レンジの周波数として915MHzを選定
すると、第１図、第２図で説明したチヨーク部
の厚みは約80mmを超えることになり、加熱室の
開口部の有効大きさは従来例に比してきわめて
小さくなり、実用化はきわめて困難となる不都
合を有するものである。

一方、発振周波数を2450MHzから915MHzに変
更する長所は次のとおりである。

１ 波長が長くなつたため、調理物の内部まで電
波が浸透し、加熱調理時間の速度を速くするこ
とができた。たとえば直径12cmの肉塊の中央部
を約50℃にするのに、2450MHz、600Wで50分
以上要したのに対し、915MHz、300Wで50分以
下しかかからない。

２ 焼けむらの原因は定在波であり、定在波ピツ
チは波長と相関がある。915MHzを使用した場
合は定在波ピツチが大きく、調理物に焼けむら
が目立ちにくいものである。

よつて、電子レンジの使用周波数を915MHzに
変更することの短所は、電波シール手段が大きく
なつてしまうことである。

なお、チヨーク部の厚さを小さくする手段の一
つとして、チヨーク部に誘電体を充填する構成が
ある。この構成によればチヨーク部の誘電率が大
きくなるので、チヨーク部を４分の１波長よりも
小さくでき、しかも４分の１波長のチヨーク部と
同等の効果を奏する。しかしながら誘電体が高価
であるために電子レンジ全体の価格も高価なもの
となつてしまい、また製造上手間とコストがかか
り、実用化の妨げとなつていた。

以下、従来例の原理を理論的に説明する。

チヨーク方式は周知の４分の１波長インピーダ
ンス変換原理にもとづくものである。即ち、チヨ
ーク溝の特性インピーダンスをZoc、溝の深さを
lcとし、加熱室からチヨーク溝に至る漏波路１の
特性インピーダンスをZop、漏波路１７の長さを
lp使用波長をλとしたときに、第３図の如くチヨ
ーク溝１８の底Ｃの短絡インピーダンス（Zc＝
０）はチヨーク溝１８の開孔部ＢでZ_B＝jZoctan
2π／λlcとなる。１９は電子レンジの加熱室、２０ はドアである。ここでlc＝λ／４と選ぶことにより ｜Z_B｜＝∞と変換できる。この開孔部Ｂのインピ
ーダンスZ_Bを線路始点Ａ部でみたときのインピー
ダンスZ_AはZ_A＝−J2op１／tan2π／λlpとなる。

ここでlp＝λ／４と選ぶことにより｜Z_A｜＝０と 変換できる。チヨーク溝１８の底部Ｃでの短絡状
態が４分の１波長インピーダンス変換原理をたく
みに利用することで線路始点に現出することによ
り電波シール装置として実用化しているものであ
る。

漏波路１７やチヨーク溝１８に誘電率εrの誘電
体を装荷することにより波長λ′は自由空間波長λ
のλ／√になるが、４分の１波長（λ′／４）イ
ンピーダンス原理を用いることにより同様の効果
を得られる。

発明の目的 この発明は、発振周波数を低くしても、チヨー
ク部の大きさが大きくならない電波シール装置を
提供するものである。

発明の構成 この発明は、新しいインピーダンス変換原理を
用いた電波シールであり、漏波路と溝のそれぞれ
が特性インピーダンス不連続構成をとることによ
り、４分の１波長相当の寸法よりも小さい形状と
したものである。

実施例の説明 本発明はたとえば電子レンジの本体又は扉の少
くとも一方に溝を少くとも２つ設け、この溝の形
状は短絡部側の特性インピーダンスを開孔部側の
それよりも大きく構成し、開孔端から短絡端まで
の溝深さは４分の１波長未満である点に特徴を有
する。

小型化を可能にする基本的考え方としては、以
下のとおりである。

溝開孔部の特性インピーダンス、長さ位相定数
をZo₁、l₁、β₁とする。溝短絡部の特性インピー
ダンス、長さ位相定数をZo₂、l₂、β₂とする溝の
開孔端から短絡端までの距離（溝の深さ）をｌ
（total）とするとｌ（total）＝l₁＋l₂となる。

上記条件で溝の開孔端のインピーダンスＺは、 Ｚ＝Zo₁・tanβ₁l₂＋Ktanβ₂l₂／１−Ktanβ₁l₂・tanβ
₂l₂……(1) （但しＫ＝Zo₂／Zo₁） となることは、簡単な計算で導出できる。

従来例ではZo₂＝Zo₁、β₁＝β₂（即ちＫ＝１）に
相当するものである。従つてそのインピーダンス
Z′は１式より Z′＝Zo₁・tanβ₁l₁＋tanβ₂l₂／１−tanβ₁l₁・tanβ₂
l₂ ＝Zo₁tan（β₁l₁＋β₂l₂） ＝Zo₁tan（β₁・ltotal） ……(2) となり、ltotalをλ／４とすることでインピーダン ス反転していた。

一方本発明の構成によれば構成要件より、特性
インピーダンスがZo₂＞Zo₁であるから、１式に
おいて特性インピーダンスの比Ｋの値は必らず１
より大きくなる。インピーダンスＺを無限大にす
るためには１式の分母が零になればよいので、１
＝Ktanβ₁l₁・tanβ₂l₂を満たせばよく、特性イン
ピーダンス比Ｋの値を１より大きくした分だけ寸
法l₁、l₂を小さくしても従来と同様のインピーダ
ンス反転がはかれるのである。本発明は電波シー
ルの分野で歴史的に用いられていたλ／４線路で
はなく、λ／４未満線路でインピーダンス反転を
実施するものである。この原理を、理解しやすく
するために、解析結果の一部を第４図に示す。第
４図は、Ａ端を励振源としＤ端を開放した伝送路
の１部に、先端Ｃが短絡された開孔Ｂを有する溝
を設けている。溝は開孔側より短絡側の溝幅を２
倍にしている。Ａ点を同一条件で励振し、溝の深
さlTを変化させたとき、伝送路内の電界は、ａ、
ｂ、ｃのように変化し、Ｄ端に電波がとどかない
のはｂの場合、すなわち溝の深さlTが、４分の
１波長の約80％のとき（λ／４未満線路）であ
り、それよりも長くても短くても（ａ、ｃの場
合）、ｂにくらべて電波がよく洩れる。これはl₁
＝l₂＝lT／２＝λ／10.2、Ｋ＝b₂／b₁＝２を１≒
Ktanβl₁・tanβl₂に代入することで確認できる。

特性インピーダンスを不連続にする考え方は以
下のとおりである。

本発明はシール装置の溝部を一方を接地導体と
し間隙寸法ｂ離して幅寸法ａの導体板を配置した
構成からなる。

詳細には溝開孔部側の幅をa₁間隙をb₁実効誘電
体をε_effとし、溝短絡部側の幅をa₂間隙をb₂とし
た構成で特性インピーダンスの比Ｋを次式で計算
し、 Ｋの値を１より大きくなるようにすることで特
性インピーダンスを不連続にする工夫をしてい
る。

実際の応用にあたつては、溝カバーのスペース
（TPO1）や折り曲げ補強スペース（lX1）を設け
ることが少なくない。これらは原理説明をした場
合にくらべ電波の乱れが発生し計算寸法から多少
ずれるものである。ずれの内容を以下に示す。

TPO1の寸法を２mmにした場合とlX1を５〜６
mmにした場合の例を示す。

第５図は915MHzのシール装置検討例でTPO1
の寸法で溝の深さlTが変化する関係を示す。
TPO1の寸法を１〜３mmにするとlTは１〜６mm深
くなる。

第６図は、2450MHzのシール装置の検討例で
TPO1＝２mmと固定し補強スペース（lX1）で溝
の深さlTが変化する関係を示す。スペースlX1を
２〜６mmにすることで溝の深さlTは１〜３mm深
くなる。

図面に基づき実施例の詳細を説明する。

第７図は電子レンジの斜視図でパツチング板２
１を有する扉２２が本体カバー２３で覆われた本
体に装着されている。本体には操作パネル２４が
設けられドア把手２５は上記ドアに装着されてい
る。

第７図には第７図のＡ―Ａ断面図、第８図には
第７図の斜視図を示している。

第７図、第８図において、加熱室２６は本体部
材２７で形成され、開孔をドア２８で閉成してい
る。ドア２８にはシール装置を有する。シール装
置は２つの溝２９，３０の仕切部材３１からなる
上記仕切部材は溝の深さ方向に切欠き部３２を施
こしている。又、各溝の開孔をカバーし、かつ、
抜け防止を有する誘電体カバー３３を設けてい
る。溝の深さを実質波長の４分の１よりも小さく
て共振させるには溝の開孔部と短絡部の特性イン
ピーダンスの比Ｋを１より大きくすればよい。そ
のためには前述の如く溝巾ｂを変化させてもよい
が特性インピーダンスを規定する別の要因である
導体巾ａを変化させてもよい、具体的には以下の
如くなる。

第９図に示すように仕切部材３１は切欠部３２
を施こすことによりその導体幅は溝開孔側でa₁溝
短絡部側でa₂＝a′₂＋a″₂と異なる寸法でかつa₁＞
a₂としている。

従つて溝開孔側の特性インピーダンスZo₁は
ｂ／a₁に比例する値となり短絡部側Zo₂はｂ／a₂に比例 する値となる。よつてＫ＝Zo₂／Zo₁＝a₁／a₂（＞
１）となるので寸法l₁、l₂をそれぞれ１＝
Ktanβ₁l₁tanβ₂l₂となるように選んでやることに
より寸法l₁＋l₂が４分の１波長よりも短かい寸法
でインピーダンス反転ができる。（β₁β₂はそれぞ
れ溝開孔部、短絡部の位相定数である） 第１０図には、仕切部の別の実施例を示す。相
隣る立上り部３４ａ，３４ｂの一方のみに切欠き
部を施こした例である。第８図には別の切欠き法
を示している。実施例では立上り部３４ａ，３４
ｂを平行にし線路間の幅ｂは一定としているが、
この寸法は溝の開孔側と短絡側とで変化させても
よいことはもちろんである。切欠き形状について
の変形も数多くあると思うが、それらはいずれも
本発明に含まれるものである。

又、実施例は１枚の板で立上り部を連続的に固
着しているが立上り部はそれぞれ独立させてもよ
い。

発明の効果 溝の形状を小型化できることはもちろんである
が、さらに (1) 各立上り部は、全体コの字形に折り曲げ固定
されるので機械的に丈夫である。

(2) (1)と同じ理由で長期にわたり高いシール性能
が維持できる。

(3) 仕切部の各立上り部の特性インピーダンスの
比をそれぞれ少し異ならせることで寸法の変化
に対して強いシール装置にできる。

特にこの特徴は、小型化をはかるときに、寸法
管理精度は高める必要が出るのが普通であるが、
本発明によればこの問題解決も容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は従来例を示す断面図、第４図
ａ，ｂ，ｃは本発明における溝部の電界解析図、
第５図ａ，ｂ，ｃは915MHzにおける装置の断面
図、側面図、特性図、第６図ａ，ｂ，ｃは2450M
Hzにおける装置の断面図、側面図、特性図、第７
図は一般的な電子レンジの斜視図、第８図は本発
明の一実施例における電波シール装置の断面図、
第９図は第８図の斜視図、第１０図、第１１図は
他の実施例を示す断面図、斜視図である。 ２９，３０……第１の溝、第２の溝、３０……
仕切部、３４ａ，３４ｂ……立上り部、a₁，a′₂，
a″₂，a₂……導体幅。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 開口部を有し電波が内部に供給される本体を
   設け、この本体の前記開口部を開閉自在に覆う扉
   を設け、前記本体と前記扉とが対向する部分の少
   なくとも一方に第１の溝と第２の溝とを平行に設
   け、前記溝の間には溝の長手方向と略直角をなす
   立上がり部をもつ仕切部を設け、前記立上り部は
   溝の深さ方向に導体幅を変え、かつ前記導体幅は
   溝の開孔側が短絡部よりも広くすることにより溝
   の深さを使用波長の４分の１よりも小さく構成し
   た電波シール装置。