JPS6316871B2 - - 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ε_r）を
充填すると、電波の波長λ′は、 λ′≒Ｌ／√_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体であるのに
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±
50MHz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、従来マグネト
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80
mm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＝
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＝−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。

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は無限大にす
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、解折結果の一部を第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バツチング板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Ｂ−Ｂ線矢視図を示す。加熱室２８を
囲う本体２７、封口板２６、台板２９で構成され
る溝３０、溝３０は誘電体３１で溝の開口部を封
口している。台板２９とガラス３２は止め具３４
で合体される。本体側からの突き出し部材３３は
実施例では本体カバーと兼用構造でビス３５によ
り本体に係止されている。溝３０内は比誘電率ε_r
の誘電体３１のある部分と溝底部に２分されてい
る。それぞれの部分の特性インピーダンスを
Zo₁、Zo₂とすると特性インピーダンスの比Ｋは となる。

実施例で溝幅ｂはb₁＝b₂＝ｂであるから、第７
図で導線路３６の詳は開口部の線幅a₁で短絡部線
幅a₂の線路をピツチｐで連続配置している。

図から明らかなように特性インピーダンスの比
Ｋは１よりも大きく実効波長の４分の１未満の溝
深さｌでインピーダンスの反転ができるのであ
る。

第８図に他の実施例を示す。

溝の断面代表寸法は深さｌと幅ｂであり実施例
の場合溝の最大寸法はｌとなる。

この図はドア側に溝をつけた例であるが、本体
側に設けてもよいことはいうまでもない。

発明の効果 本発明は実施例から明らかなように発明の目的
である小型化を実施できる効果に加えて次の効果
が出る。

(1) 本体の幅は実質的に溝の幅ｂ程度でよく、従
来の半分以下にできる。

(2) 扉の閉成時に突出し部材と、溝の開口部が対
向している間はシール効果が大きく、本体とド
アの隙間管理が楽である。

(3) 台板の折り曲げることにより溝巾（第８図）
を小さくすること、ガラスのストツパ、強度補
強のすべてが達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図ａ，ｂ、第３図は従来例の電波
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図は本発明の一
実施例の電波シール装置を用いた電子レンジの斜
視図、第６図、第７図はそれぞれ本発明の一実施
例の電波シール装置の断面図、第８図は他の実施
例の断面図である。 ２１…扉（ドア）、２６…封口板、３０…溝、
３３…突き出し部材、３６…導線路、ｌ…溝の最
大寸法。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 開閉自在のドアを有する高周波加熱器の加熱
   室の開口周辺の外周部に本体側から突き出し部材
   を設け、前記ドア又は前記突き出し部材のいずれ
   か一方に溝を設け、前記ドアの閉成時に上記溝の
   開口部は、前記ドア又は前記突き出し部材に相対
   して設け、前記溝は導線路幅又は溝幅の少なくと
   も一方を溝内で短絡部の特性インピーダンスを開
   孔部の特性インピーダンスよりも増大すべく変化
   させることにより、前記溝の断面最大寸法を使用
   波長の４分の１未満にした電波シール装置。