JPS63225491A - 高周波加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、高周波主人を昇圧トランスで昇圧して、マグ
ネトロンに供給する高周波加熱装置に関するものである
。

従来の技術 近年、高周波加熱装置において、マグネトロンの電源装
置の小形軽量化、低コスト化をはかるためインバータ回
路で商用周波数を一旦高周波化した後に昇圧してマグネ
トロンに印加する電源方式が検討されており、これをイ
ンバータ電源と呼んでいる。一般にマグネトロンは入力
端子側すなわちカソードステム側からの電波漏洩を防止
するために、カソードステムを覆うシールドケース内に
設けられているチョークコイルや、貫通コンデンサによ
りフィルター回路を構成していた。しかるに、電源とし
て例えば２０　ＫＨｚ以上の周波数を用いるインバータ
電源を用いると、この高周波化された電力自身がフィル
ター回路で抑制されてマグネトロンに供給され難くなる
という問題が生ずる。

第４図は公開公報に見られるインバータ電源を用いた高
周波加熱装置の要部断面図で、上記問題を解決すること
を目的として提案されたものである。

第４図において１４は発振管で、発振管１４は一部の端
部にアンテナ１９、他方の端部にカソードステム２０を
設け、このカソードステム２０には夫々カソード端子２
１．２２を設けている。前記カソードステム２０を取り
囲み、前記発振管１４と電気的に接続された非磁性体の
導電体で形成されたシールドケース２３により、シール
ドケース２３の内側と外側とは高周波的に完全に遮断さ
れる構成になっている。このシールドケース２３の壁面
２３ｇを介して夫々外に昇圧トランス６の１次側巻線６
ａとこれを巻回した１次側コア２４を、内側に高圧２次
側巻線６ｂと低圧２次側巻線６Ｇとこれを巻回した２次
側コア２５を対向して配置する構成としたものである。

本引例の場合、１次側＋７２４．！＝２次側コア２５は
、シールドケース２３の壁面２３ａを介して夫々外側と
内側に相互誘導による電磁結合するように配置し、これ
にょリマグネトロンの入力ステム側からの高周波の漏洩
を防止と、マグネトロンへの高周波化された電力の供給
を同時に実現できるとしている。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記のような構成は、−見説明通りの働
きをするように見えるが、次に述べるような理由により
、その構成は原理的に矛盾していると考えられる。

すなわち、引例の説明によれば、発振管１４の一端に設
けられたカソードステム２ｏを取り囲むシールドケース
２３は非磁性体の導電体で形成されており、このシール
ドケース２３の壁面２３ｍを介して外と内に昇圧トラン
スの１次側と２次側が配置されている。この場合、カソ
ードステム２０からの高周波の漏洩は確かに防止できる
が、昇圧トランス６の１次側と２次側も同時にシールド
されて電磁エネルギーの伝達はなされず、相互誘導によ
る電磁結合するような配置なるものは存在しない。何故
ならシールドケース２３の壁面２３ｍは導電体で構成さ
れているから、昇圧トランス６の１次巻線６ａに流れる
高周波電流により発生する磁界は、シールドケース２３
の壁面２３―に誘導電流すなわちうず電流を発生し、そ
の電気工ネルキーはこのうず電流によるジュール熱トシ
て消費されて、昇圧トランス６の２次側巻線６ｂ。

６ｃには伝わらないからである。この現象を別の視点か
ら説明すれば、導電体で構成されたシールドケース２３
は、昇圧トランス６に短絡された第３の２次巻線を付加
したのと同等で、この短絡された２次巻線に流れる短絡
電流でその電気エネルギーがほとんど消費されてしまう
状態と考えても良い。いずれにしても引例の構成は、シ
ールドケース２３に引例説明から理解される手段では物
理的に実現不可能な作用を持たせている点で、単なる空
想上の構成であると言わざると得ない。

本発明は上記公報記載の問題点を、物理的に意味のある
形で実現したもので、マグネトロンのカソードステム２
０側からの高周波の漏洩防止と、高周波化した電源によ
るマグネトロンへの電力供給の両方を同時に実現するこ
とを目的としたものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の高周波加熱装置は
、マグネトロンのカソードステムを覆うシールドケース
の壁面の一部又は全部を高周波インバータ回路に使用さ
れる周波数における浸透深さの１／１０以下の厚みを有
する金属薄膜もしくは金属蒸着膜とその構造支持体とな
る誘電体材料で構成し、この壁面部分を介してシールド
ケースの内と外に昇圧トランスの２次側と１次側を分割
する構成としたものである。

作　　　用 本発明は上記の構成により、マグネトロンのカソードス
テム側から漏洩するマイクロ波及び高周波電波雑音をシ
ールドケース内にとじ込める一方で、このシールドケー
ス内に配置した昇圧トランス７２次側回路と、外に配置
した１次側回路が互いにトランスとして動作し、インバ
ータで高周波化された電力をマグネトロンに供給できる
ようにしたものである。

実施例 以下、本発明の実施例を添付の図面にもとづいて説明す
る。第１図は本発明の一実施例による高周波加熱装置の
要部断面図、第２図は第１図で示した要部を含む本発明
の一実施例による高周波加熱装置の概略の回路構成を示
す回路図である。

第２図において、商用周波数の電源１で供給された電力
は、整流回路３で整流された後、インダクタンス５とコ
ンデンサー４からなるローパスフィルターを介して、コ
ンデンサー８、ダイオード９、及びスイッチング素子で
あるトランジスタ１０よりなるインバータ回路に供給さ
れる。トランジスタ１０は制御回路１１の出方する高周
波パルスでオン・オフ制御される。

前記インバータ回路で例えば２０にＨｚ　　程度の高周
波に変換された後、昇圧トランス７の１次巻線７ｓに供
給された電圧は、２次巻線７ｂ、７ｃにそれぞれマグネ
トロンの陽極電圧、及びカソード電圧として誘起されマ
グネトロン１３に印加される。第１図において１４はマ
グネトロンの管球本体である発振管で、この発振管１４
は一方の端部にアンテナ１９、他方の端部にカソードス
テム２０を設けている。このカソードステム２ｏには夫
々カソード端子２１．”２２を設けている。このカソー
ドステム２０を覆うシールドケース２８はその壁面の一
部であるふた２８ｍが非磁性の金属薄膜もしくは、金属
蒸着膜よりなるシールド膜２８ｂと、誘電体材料よりな
る前記シールド膜２８ｂの構造支持体２８ａで構成され
ている。

前記昇圧トランス７は、そのコアが前記シールドケース
２３の壁面の一部であるフタ２８ａにより、シールドケ
ース２８の内と外に分割配置され、外の１次側コア７ｄ
には１次巻線７磯が、内の２次側コア７ｅには２次巻線
７ｂ、７ａが巻き回されて構成されている。又それぞれ
の巻線について言えば、既に説明の通り１次巻線には、
インバータ回路で高周波に変換された電圧が供給され、
２次巻線７ｂ、７ｃに発生する高圧及び低圧は、それぞ
れマグネトロンの陽極電圧及びカソード電圧としてカソ
ード端子２０．２１を通じて印加される。

ここで、シールドケース２８のシールド効果ト昇圧トラ
ンス７の動作について説明する。

一般に金属に代表される導電体は、磁性体′、非磁性体
にかかわらず交流磁界が印加されると、誘導電流が発生
するがその誘導電流が表面から浸透する深さは有限で、
電流密度１が、表面電流密度Ｉｓの１　／　ｅになる深
さを、浸透深さと呼びδ（−とし、導電体の固有抵抗を
ρ（Ω・ｍ）、周波数をｒ　（Ｈｚ）、比透磁率をμ「
とすると、δ＝＄となる。

一般に、この浸透深さδを用いて、表面から真の位置の
導体中の電流密度１は表面での電流密度を１ａ　として １＝１ａ・−Ｘ／δ で表わされる。磁界の減衰は電流の減衰に比例し、その
減衰比Ａ（６日）は次のように表わされる。

従って、例えばＡＩ板を考えた場合２０　ＫＨｚでの浸
透深さδは０．６ｍｍ程度となり、仮に板厚Ｑ、６　ｍ
ｍ程度の薄いＡＩ板であっても、減衰比Ａは８．６８６
ｄＢとなりＡ１板の一方の面から加わった交流磁界はほ
とんど反対側へは透過せず、はとんどがＡ１板での誘導
電流によるオーム損として消費される。

しかし例えば厚さ２０μｍのＡ１箔を考えると、２０　
ＫＨｚ　　での浸透深さ３０．６ｍｍ（６００μｍ）の
１／ａＯであり、Ａ＝０．３ｄＢとなり逆にほとんどの
エネルギーを反対側に伝えることができる。

第３図は、こうした金属箔や、塗料膜の交流磁界に対す
るシールド率が周波数に対してどのように変化するかを
示した実測値の一例である。第３図や、浸透深さδの式
８＝１７Ｚ吉τからも理解されるように、周波数ｆの増
大に伴なって、浸透深さδは小さくなり、従って金属箔
や導電塗料膜のシールド性は増大する。

従って、今シールド膜２８ｂに非磁性ステンレス（ｓｕ
ｓ）ｓｏμｍの金属薄膜として採用した場合を考えると
、１００ＫＨｚ　以下の周波数の交流磁界に対しては全
く遮蔽特性がないと言っても良く前記昇圧トランス７は
、シールドケース２８の壁面の一部であるフタ２８ｍに
より１次側と２次側が分割されているにもかかわらず、
昇圧トランスとしての機能を完全に発揮する。−万、マ
グネトロンで発生する雑音は、基本周波数である２４５
０ＭＨｚ　の高周波以外にも巾広く低域周波数まで延び
ているが、実質的にシールド効果を必要とする１０ＭＨ
ｚ以上の高い周波数では、シールド膜２８ｂが非磁性ス
テンレス（ＳＵＳ）５０μｍの金属箔であっても、２５
ｄＢ（磁界モード）以上のシールド特性を有しており、
しかもその効果は周波数が高くなるほど大きくなる。又
ここで注目すべきは、トランスの巻線間の結合は交流磁
界によるもので、第３図のデータも磁界モードでの測定
であるが、同じ非磁性ステンレス（ＳＵＳ）５０μｍの
金属箔であっても、電界モードでの測定であれば、１０
ＭＨｚ　　以下も含めて、４０ｄＢ以上のシールド性能
が得られることが実験的に確められている。今漏洩を防
止しようとするカソードステム２０からの漏洩電磁波に
対しては、磁界モードと、電界モードの中間的な値が実
質的なシールド効果となると考えられることから、高周
波の漏洩防止という点では十分な効果を有している。

シールド膜２８ｂの厚さは、昇圧トランス７とシールド
特性等の特性を考慮して決定されるが、シールド膜２８
ｂでの損失を考慮して浸透深さδの１／１０以下が一つ
の目処と考えられる。

以上の説明から理解されるように、前記説明の実施例の
構成によれば、シールドケース２８はマグネトロンのカ
ソードステム２０側からの高周波の漏洩防止機能を有し
、かつシールドケース２８の壁面により分割された昇圧
トランス７もトランスとしての機能を完全に発揮する。

シールド膜２８ｂに磁性体金属を使用すると、このシー
ルド膜２８ｂは、コア７で形成される昇圧トランス６の
磁気回路の分流路（シャント回路）を形成し、磁気効率
が低下するため、非磁性体金属を使用することが望まし
い。しかし、銅（Ｃｕ）やアルミ（ＡＩ）に代表される
非磁性体の場合、固有抵抗ρ（Ω・ｍ）も小さいため浸
透深さδも小さくなり、加工上の問題が生じる事も考慮
すべきであり、シールド膜２８ｂの材料はこうした点を
総合して決められるべきである。

又シールド膜２８ｂ以外のシールドケース２８の壁面も
、昇圧トランス７からの磁気漏洩を少なくするために、
非磁性体金属で構成するのが好ましいＯ シールドケース２８の壁面に設けられた通風孔２８ｄは
、昇圧トランス７の２次側を冷却するためのもので、シ
ールドケース２８の外側から冷却ファン２で強制空冷す
る構成となっている。

発明の詳細 な説明の通り本発明の高周波加熱装置によれは、次の効
果が得られる。

（１）　　マグネトロンのカソードステム側から漏洩す
るマイクロ波及び高周波電波雑音をシールドケース内に
とじ込める一方で、このシールドケース内に配置した昇
圧トランスの２次側回路と外に配置した１次側回路が互
いにトランスとして動作し、インバータで高周波化され
た電力がマグネトロンに効率よく供給可能となる。

（２）その結果、従来マグネトロンのシールドケース内
に設けられていた、高周波の漏洩防止のためのインダク
タンスやキャパシタンスよりなるフィルター回路をなく
すことができ、したがってこのフィルター回路により生
じた電圧降下、電力ロスもなくなると共に、マグネトロ
ンの陽極電圧が４にＶ前後の高圧なために従来高耐圧で
従って高価なキャパシタンスやインダクタンスを省ける
ことで大巾なコストダウンも可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による高周波加熱装置の要部
断面、第２図は同高周波加熱装置の概略回路図、第３図
は本発明の詳細な説明するためのもので、金属箔や塗料
膜の交流磁界に対するシールド特性を示す特性図、第４
図は、従来提案されている高周波加熱装置の要部断面図
である。 ７・・・・・・昇圧トランス、７ｐ・・・・・・１次側
コア、７ｓ・・・・・・２次側コア、２８・・・・・・
シールドケース、２８ｍ・・・・・・フタ、２日ｂ・・
・・・・シールド膜。 代理人の圧気　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第２
図 第３図 ０．０７　０．’ｌ　　／　　１０　１θθ第４図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）マグネトロンと、高周波インバータ回路と、この
   高周波インバータ回路の出力に接続される１次巻線、前
   記マグネトロンの陽極電圧を供給する高圧２次巻線、前
   記マグネトロンのカソード電圧を供給する低圧２次巻線
   および前記１次巻線および前記高圧、低圧２次巻線を巻
   回したコアからなる昇圧トランスと、前記マグネトロン
   のカソードステム部を覆うシールドケースとからなり、
   このシールドケースの壁面の一部、又は全部は前記高周
   波インバータ回路に使用される周波数における浸透深さ
   以下の厚みを有する金属薄膜もしくは金属蒸着膜からな
   るシールド膜及び誘電体材料からなる前記シールド膜の
   構造支持体とからなり、この壁面部分によりシールドケ
   ースの外と内に分割配置された前記昇圧トランスのコア
   を１次側コア、２次側コアとし、それぞれに前記１次巻
   線と２次巻線を巻回した高周波加熱装置。
2. （２）シールド膜の材料を非磁性体金属とした特許請求
   の範囲第１項記載の高周波加熱装置。
3. （３）シールドケースは、その壁面をシールド膜とその
   構造支持体以外は非磁性体金属板で構成された特許請求
   の範囲第１項記載の高周波加熱装置。
4. （４）シールドケースは、その壁面のフタ部の全部もし
   くは１部のみをシールド膜とその構造支持体とした特許
   請求の範囲第１項記載の高周波加熱装置。