JPS6316864B2 - - 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にに形成し
た周縁部８の厚さ９は４分の１波形より大きい値
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ε_r）を
充填すると、電波の波長λ′は、 λ′≒λo／√_r に圧縮される。この場合チヨーク部の深さL′は、 L′≒Ｌ√_r 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915M
Hz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５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
l_c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
l_p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／λl_cとなる。１９は電子レンジの加熱室、２０ はドアである。ここでl_c＝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／λl_pとなる。ここでl_p＝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ε_r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／√_r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。

満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・tanβ₁l₁＋Ktanβ₂l₂／１−Ktanβ₁l₁・tan
β₂l₂………(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。

図面に基づき実施例の詳細を説明する。

第５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６図には第５図のＡ―Ａ線断面図、第７図
には第６図の斜視図を示している。第６図、第７
図において、第１の溝３４と第２の溝３５を仕切
る導体板２６は矩形波状に折り曲げられたａ、
ｂ、ｃ、ｄ、ｅ部から成り、ａ、ｂ部とそれに向
い合う扉２２の壁面部で第１の溝３４を構成し第
１のチヨーク部とし、ｄ、ｅ部とそれに向い合う
扉２２の壁面部で第２の溝３５を構成し第２のチ
ヨーク部とし、溝の長手方向に交互に平行に設置
され、それぞれがｃ部で接続されている。第１の
溝３４と第２の溝３５をカバーする溝カバー２７
はｆ、ｇ、ｈ部から成る。第１、第２の溝３４，
３５の開孔部側溝は、、短絡部側溝は、
で示される。

第１、２溝３４，３５の開孔端と短絡端はそれ
ぞれ２８，２９，３０，３１で示される。パンチ
ング板２１とドア２２は止め具３２とともにビス
３３でしめつけてある。

導体板２６は幅a₁のａ、ｄ部と幅a₂／２のｂ構
成されている。第１の溝３４の開孔部側溝の特
性インピーダンスZo₁は１／a₁√に比例し、短
絡部側溝の特性インピーダンスZo₂は１／a₂に
比例する。同様のことが第２の溝３５のチヨーク
部にもいえる。従つて各溝の特性インピーダンス
比Ｋは となり、Ｋを１よりも大きくすることにより溝の
深さ（l₁₁＋l₁₂）及び（l₂₁＋l₂₂）を４分の１波長
よりも小さく構成している。

第８図には第６図、第７図における導体板２６
のみ斜視図を示した。

第９図は導体板２６ａの他の形状を示す。これ
は、溝の開孔端にあたる部分の導体板を一部折り
曲げてある。

第１０図ａ，ｂ，ｃに示すように導体板２６
ｂ，２６ｃ，２６ｄの溝の長手方向に対する周期
的折り曲げ構造は、様々な形が考えられる。

これまで述べた事は周波数が915MHzのときだ
けでなく、2450MHz及び他の周波数のときも同様
であることは言うまでもない。また溝の構成方法
は、金属板を折り曲げることにより構成する以外
にプラスチツク樹脂にメツキする方法も可能であ
る。

溝の短絡部の特性インピーダンスを開口部の特
性インピーダンスより小さくするために、導体板
２７の短絡部に長方形の穴をあけた例を示した
が、この穴は、台形、三角形、半円形等他の形で
も同等の効果が得られる。また、短絡部側では伝
送線路を２つに分けた例を示したが、もちろんこ
れは１つ以上であればよいことは言うまでもな
い。

発明の効果 発明の目的である小型化を実現できる効果に加
えて次の効果が出る。

１ 導体片を折り曲げることにより強度が増し、
精度が安定する。

２ 導体片底部の穴は誘電体カバー押えに兼用で
きる。

３ ドアに導体片を取りつけるという簡単な構成
により低コスト化に適する。

４ 溝の開口部側に誘電体を装荷することにより
開口部側相定数を大きくでき、これも溝の寸法
の小型化に寄与できる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図ａ，ｂ、第３図はそれぞれ従来
の電波シール装置の断面図、第４図ａ，ｂ，ｃは
本発明における溝部の電界解析図、第５図は一般
的な電子レンジの斜視図、第６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７図は
第６図の斜視図、第８図は第６図、第７図におけ
る導体板の斜視図、第９図、第１０図ａ，ｂ，ｃ
は導体板の他の形状の側面図である。 ２１……扉、２３……本体、２６……導体板、
３４……第１の溝、３５……第２の溝、３６……
穴。

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、導体板に仕切られた２つ以上の
   溝を設け、前記導体板は第１の溝幅と第２の溝幅
   を溝の長手方向に周期的に変化させるように折り
   曲げ、前記導体板の底部に穴を周期的に設け、溝
   の開口部の特性インピーダンスを底部の特性イン
   ピーダンスよりも小さくした電波シール装置。