JPS6316865B2 - - 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
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＝
Ｏ）はチヨーク溝１８の開孔部Ｂで Z_B＝jZoctan2π／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＝−JZop１／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１つ以上の溝を設け、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・tanβ₁l₁＋Ktanβ₂l₂／１−Ktanβ₁l₁・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
TOP1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。 TOP1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TOP1
の寸法で溝の深さlTが変化する関係を示す。
TOP1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
TOP1＝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図は電子子レンジの斜視図でパツチング板
２１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８図には第７図のＡ―Ａ線断面図、第９
図には第８図の斜視図を示している。 第８図、第９図において、溝３２を構成する導
体片群、２６は先端がコの字状に折り曲げられた
ａ，ｂ，ｃ，ｄ部から成る。溝３２をカバーする
溝カバー２７はｅ，ｆ，ｇ部から成る。溝３２の
開孔部側溝は、短絡部底部側溝はで示され
る。で示されａ部とそれと対向する距離b₁だけ
離れた扉２２の壁面とから成り、短絡部底部溝は
で示されｄ部とそれと対向する距離b₂だけ離れ
た扉２２の壁面から成り、チヨーク溝は直列とな
つた開孔部側溝と短絡部底部溝により構成さ
れる。チヨーク溝は扉壁面をアース電位と考えれ
ばそれに対向したａ部とｄ部により構成される２
つの連続した溝からなり溝の特性インピーダン
スZo₁は

【式】比例し、溝の特性イン ピーダンスはZo₂b₂／a₂に比例する。 溝３２の開孔端と短絡端はそれぞれ２８，２９
で示される。パンチング板２１とドア２２は止め
具３０とともにビス３１でしめつけてある。 導体片２６はピツチＰで幅a₁のａ，ｂ，ｃ部と
幅a₂/2のｄ部から構成されている。溝３２の導体
片のａ部とドア２２との間隙をb₁、ｄ部とドア２
２との間隙をb₂としている。従つて溝３２におけ
る特性インピーダンスの比は となり、Ｋの値を１よりも大きくすることにより
溝の深さ（l₁＋l₂）を４分の１波長よりも小さく
構成している。 第１０図には第８図、第９図における導体片群
２６のみの斜視図を示した。 第１１図ａ，ｂには、導体片２７ａ，２７ｂの
他の形状の例を示した。この例では、導体板に切
り込みを底部の一部を残していれることにより、
導体片の底部を連結させ、強度を増している。 第１２図には第８図、第９図における測定例を
示している。測定は2450MHzで本体２３と扉のギ
ヤツプは２mmである。寸法l₁，l₃はそれぞれ７mm、
６mmで一定とした。幅a₁，a₂はそれぞれ21mm、７
mmb₁，b₂，b₃はそれぞれ７mm、14mm及び２mmと
し、誘電体カバーは厚さ２mmのABS樹脂、本体
２３と扉の重なり部分の寸法T₁は10mmで構成し
たものである。グラフの縦軸は漏洩実測値を対数
目盛で目盛り、横軸は溝の深さを使用波長との比
で目盛つたものである。 この特性図から明らかなように溝の深さは従来
のλ／４に比べて短かくできることを示してい
る。 第１３図には折り返し部分３３の寸法を変化さ
せたときの電波漏洩特性を示している。測定条件
は前記第９図の場合とほぼ同一で、寸法（l₁＋l₂）
を20mm（≒λ／６）で一定にし、寸法l₃を変数と
したところが異つている。グラフの縦軸は電波漏
洩実測値を目盛り、横軸はl₃の長さを目盛つた。 この特性図から明らかなように寸法l₃は、溝の
深さより少なくとも３mm短くすればよい。一般に
折り返し部分３３は、導体片の折り曲げ部分の先
端より短くすればよい。 以上のことは周波数915MHz、2450MHzに限ら
ず様々な高周波について同等のことがいえる。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
ればよいことはいうまでもない。 発明の効果 実施例と測定値から明らかなように、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) ドアに導体片を取りつけるだけという簡単な
構成で電波漏洩を少なくでき、低コスト化に適
する。 (2) 導体片の折り曲げ部分は誘電体溝カバー押さ
えに兼用できる。 (3) 扉の外周を下げたことにより、扉と本体の間
隙の変化に対する電波漏洩特性が改善される。 (4) 溝の開孔部側に誘電体を装荷することにより
開孔部側位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。 (5) 扉の外周を下げたことで、扉の開閉の障害が
なくなり、ヒンジ側の構成が容易になる。 (6) 溝の深さより折り曲げ部寸法が短かく（又は
ないので）材料が少なくてすむ。

【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2450MHz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図は第８図、第９図における
導体片群の斜視図、第１１図ａ，ｂは導体片群の
形状の一例を示す側面図、第１２図、第１３図は
本発明の電波シールの一実施例の特性図である。 ２１……扉、２３……本体、２６……導体片、
３２……溝、３３……折り返えし部分、３４……
底板部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 開口部を有し電波が内部に供給される本体と
   前記開口部を開閉自在に覆う扉とが対向する部分
   の少なくとも一方に構成され、前記本体と前記扉
   との対向部に外周縁側の隙間が広くなるように段
   差のある面を設け、段差のある面のうち隙間の広
   い面（底板部）に先端をコ字状に折り曲げ、かつ
   底部を開孔部よりも細くした導体片を開孔部が狭
   く底部が広い溝が形成される向きで前記溝の長手
   方向に周期的に配列し、溝の開孔部の特性インピ
   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。 ２ 前記導体片の外周に前記溝の底板部の外周縁
   端を折り曲げて折り返し部分を設け、この折り返
   し部分は、前記溝の深さよりも短くした特許請求
   の範囲第１項記載の電波シール装置。