JPS63281386A - 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、高周波電力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シ、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
するためにマグネトロンのカソードステムを覆うシール
ドケース内に設けたチョークコイルや、貫通コンデンサ
によシフイルター回路を構成している。しかるに、電源
として例えば２ａ曲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５図は従来の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５図において１４は発振管で、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２
ｏを設け、このカソードステム２０には夫々カソード端
子２１．２２を設けている。前記カソードステム２ｏを
取シ囲み、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によシ、シ
ールドケース２３の内側と外側とは高周波的に完全にし
ゃ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２３ａを介して夫々外に昇圧トランス６の１次側
巻線６ａ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ｓ６　ｃ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次側コア２４と２次側コア２
５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、
これによシ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おり引例説明の−１まで
は実現不可能な仮想の構成に過ぎない。

５”’ 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２０を取シ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シ、このシール
ドケース２３の壁面２３ａ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２゜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２３ａ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
高周波電流によシ発生する磁界は、シールドケース２３
の壁面２３ａに誘導電流すなわちうず電流を発生し、そ
の電気エネルギーはとのうず電流によるジュール熱とし
て消費されて、昇圧トランス６の２次側巻線ｅｂ、ｅｃ
には伝わらないか、もしくは大巾に減衰してし捷うから
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、６″′−・ 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。いずれにしても従来例の構成はシール
ドケース２３に従来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を得ない。

本発明は、従来例が解決しようとした問題を、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２０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２ｏを覆うシールドケー
スの壁面の一部又は全部を金属箔よりなるハニカムで構
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だも
のである。

作　　用 本発明は上記の構成により、マグネトロ／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（ａ）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（ａ）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
６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の出力する
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２０ｋＨｚ程度の高周波に
変換された後、昇圧トランス７０１次巻線７ａ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２゜を設けている。この
カソードステム２０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２８ａがアルミ箔
よジなるハニカムコア２８ｂと誘電体材料よりなる前記
ノ・ニカムコア２８ｂの構造支持体２８ｃ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９”　
　・ 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７ｐには１次巻線７ａが、内の２次側コア７ｇには２
次巻線７ｂ　、７ｃが巻き回されて構成されている。こ
こでコアの材質は、周波数の関係からフェライトコアを
使うのが一般的であ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。

第３図は上記アルミハニカムコア２８ｂの構造の詳細を
説明するためのもので、第３図（、）はアルミハニカム
コア２８ｂの一部を略長方形に切り出したものの斜視図
、第３図（ｂ）はアルミハニカムコア２８ｂを形成する
セル（単位構造）一つの拡大図である。ハニカムコアは
第３図（ｂ）の拡大図から理解されるように、アルミ箔
３２をはシ合せて六角形のセルを構成し、これを多数に
連続して出来１０＝’ でいる。非常に軽量にもかかわらず、相当の機械強度を
持たせることが出来るので、航空機の構造体として使用
される他、通気性を保ったままで、電磁波の遮蔽性能を
得られるので、電磁波遮蔽用シールドルームの換気口等
に広く用いられてイルものである。本実施例の場合、ノ
・ニカムコア２８ｂに使用されるアルミ箔の箔厚Ｓは、
例えばインバータ周波数に２０曲を用いた場合、この周
波数に対するアルミの浸透深さ０．６ｍｍの１／１０以
下のものを使用している。ハニカムコア２８ｂのセルサ
イズＤとコア高さＴは、遮蔽しようとする不要輻射の最
大周波数を基準に選定されるが、本実施例の場合、コア
高さＴは１．５門、セルサイズＤは３醍程度の値になっ
ている。

次に上記構成の作用について説明する。まず第４図に従
って昇圧トランスの機能に関する説明を行なう。第４図
体）はシールドケース２８のフタ２８ａの壁面を構成す
るアルミ箔３２よりなるハニカムコア２８ｂとこのハニ
カムコア２８ｂによシ−ルドケース２８の内と外に分割
配置された昇圧トランス７及び昇圧トランス７駆動時に
発生する２０北の高周波磁界の磁束線３１との関係を示
している。第４図（ｂ）はハニカムコア２８ｂと磁束線
３１との関係を拡大して示したもので、高周波磁界の磁
束線３１はノ・ニカムコア２８ｂを構成する各セル（単
位構造）の管軸方向と略平行になっている。

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
流密度工が、表面電流密度■。

の１／ｅになる深さを、浸透深さと呼びδ（ｍ）とし、
導電体の固有抵抗をρ（Ｑ−ｍ）、周波数をｆ（Ｈｚ）
、比透磁率をμｒとすると、δ−Ｌ７７ｂとなる。この
浸透深さδを用いて、表面からＸの位置の導体中の電流
密度工は、表面での電流密度をＩ。とじて、 Ｉ＝Ｉ。＋ｘ／δ・・・・・・・・・・・・（１）で表
わされる。例えば導電体をアルミとすると２０ｋｌｂで
の浸透深さは、０．６聴程度となる。又誘起される電流
の向きは、磁界（磁力線３１）の向きに垂直方向となる
。

さて第４図（Ｃ）は、ハニカムコアを形成する厚さＳの
アルミ箔３２とこれに平行に加わる交番磁界の磁力線３
１及びアルミ箔３２中に誘起される誘導電流の様子を説
明するためのものである。アルミ箔中に誘導される電流
は、（１）式で示されるように表面から指数関数的に減
少するが、その方向は磁界に垂直で、かつ箔の裏表で互
いに逆方向の電流密度Ｉ、、Ｉｂを有している。ところ
で、ノ・ニカム２８ｂを構成するアルミ箔の厚さＳは、
浸透深さδ−０．６＋ｎｍより十分小さ々値、例えば浸
透深さの届に選んでいれば、箔の裏表対称で、逆方向に
誘起される電流密度Ｉａ、Ｉｂが互いに打ち消し合って
、実際に流れる電流密度■は、工、とＩｂの差となる。

そして磁界に平行に置かれたこうしたアルミ箔中に誘起
される電流は、厚みが実施例のように浸透深さδの１／
１０以下の例えば０．０２ｍｍといった十分小さい場合
、はとんど無視できる程度となる。

１３Ａ−′ 従って、アルミノ・ニカム２８ｂは、昇圧トランス７０
１次側コアγｐと２次側コア７Ｓとの間に介在されてい
るにもかかわらず、２０曲の高周波磁界に対しては、は
とんど損失を発生せず、従って、昇圧トランス７はその
機能を十分に発揮する。

次にマグネトロン１３のシールドケース２８の機能につ
いて本発明の詳細な説明する。マグネトロン１３のカソ
ードステム２０から漏洩する不要輻射は、基本波である
２４５０朧の高調波以外にも巾広く低い周波数にまで及
ぶが、シールドケース２８がそのシールド効果を必要と
するのは広くみて２０用から２０Ｇ　Ｈｚ　　程度の範
囲である。

今２０犀の場合について、ノ１ニカムコア２８ｂを構成
するアルミの浸透深さδを計算すれば、２０１＆Ｊ）ｔ
ｊＡ合のＦ長石の１すなわち約０．０２酎とな乞木実施
例におけるノ・ニカムコア２８ｂの箔厚と一致する。す
なわち周波数が２ｏＩＩＩｌ＋以上になれば、ノ・ニカ
ムコア２８ｂを構成する箔厚０．００２　ａｍのアルミ
箔も、浸透深さ以上となり、従って普通のアルミ板とし
ての特性を示すように１４′′−” なる。その結果、ノ・ニカムコア２８ｂを構成する一つ
一つのセルを導波管とみなして、この個々の導波管が漏
洩電磁波に対してカットオフ現象を示すことによって生
ずる一般に知られた遮蔽特性を示すことになる。一方高
い方の周波数についてみれば本実施例の場合、セルサイ
ズＤを３咽に選んでいるから、仮に不要輻射の最高周波
数が２０ＧＨｚに及んだとしてもセルサイズＤは波長λ
−１５胴の５分の１となシ、十分遮断領域に入っている
ので、高いシールド効果を示すことになる。

以上の説明から理解されるように、本発明の構成によれ
ば、シールドケース２８はマグネトロン１３のカソード
ステム２ｏ側からの不要輻射の漏洩防止機能を有し、か
つシールドケース２８の壁面によシ分割されだ昇圧トラ
ンス７もトランスとしての機能を完全に発揮する。

しかも従来の商用周波数をそのまま昇圧する昇圧トラン
スの場合、例えば極一般的な１ＫＷ程度の電力を取扱う
ものでも、重量は４に９、外形寸法も略１１０Ｘ１１０
ｘ７０　ｍｍ程度というほとんど鉄の　、１５” 塊で、重量１ＫＷ、外形寸法１ｏ○×１００×８ＱＢ程
度のマグネトロンと比較して非常に重くかつ大きいため
、単に電源回路全体の重量と寸法が大きくなるというば
かシでなく、昇圧トランスをマグネトロンのシールドケ
ースと一体化するという事は不可能であった。しかるに
本発明の場合、高周波インバータ回路により数十器の高
周波に変換していることから、磁気コアもケイ素鋼板か
らフェライトに変わるといっだこともあり、重量４００
ｙ、外形寸法７０×７０Ｘ　４０　ｍｍ程度の軽量コン
パクトに構成されるため、上、記実施例に示すような構
成で昇圧トランスをマグネトロンのシールドケースと一
体化が可能となるものである。

ハニカムコア２８ｂを構成する金属箔の厚さは、これま
での説明から理解されるようにインバータ周波数（実施
例の場合２０ｋＨｚ）と遮蔽しようとする不要輻射の最
低の周波数とその効果及び昇圧トランスの効率をどの程
度とするかといった電気的特性によって決まるが、機械
的強度も考慮してインバータ周波数における浸透深さの
１／１０から１／１００の範囲が最適な厚みとなる。

又金属材質として磁性体金属を使用すると、このハニカ
ムコア２８ｂは昇圧トランス７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、上記
実施例で説明したアルミのような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（Ａ℃）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も小さくなシ、加工上の問題も生ずることも考慮す
べきであシハニカムコア２８ｂの材料はこうした点も考
慮して総合的に決められるべきである。例えば、モネル
等は非磁性体でかつ固有抵抗も比較的大きいので総合的
には望ましい特性を有していると言える。

ハニカムコア２８ｂ以外のシールドケース２８のシール
ド壁面も昇圧トランスからの漏洩磁気の影響を少なくす
るために、電気伝導度の良い非磁性体金属、例えばアル
ミで構成し、その板厚はアルミのインバータ周波数（２
０１，ｌｚ）での浸透深さ０．６ｍｍ以上とするのが望
ましい。

１７′−７ シールドケース２８の・壁面に設けられた通風孔２８ｄ
　、２８ｅは、昇圧トランス７０２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。

さらに本実施例では、昇圧トランスの２次側電圧はその
ま捷陽極電圧としてマグネトロンに印加される構成を示
しているが、ダイオードとコンデンサーで倍圧整流した
シ、複数のダイオードで全波整流した後に陽極に印加す
るなど種々の回路形式があることは言うまでもない。又
そのような回路構成の場合、ダイオード、コンデンサー
といった回路素子も当然のことながら、シールドケース
内に配置されることになる。第２図（ｂ）はこうした回
路構成を取った場合の回路構成の一例で、ダイオード２
９とコンデンサー３ｏで倍圧整流回路を構成している。

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

１８へ−７ （１）　　マグネトロンのカソードステム側かう漏洩す
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次側回路相互
の磁気結合が可能となりトランスとして機能することに
よシ、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、マグネトロンタンスをはぶけることで大巾
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１９　
ヘー／ 置の要部断面図、第２図（ａ）　、　（ｂ）は同高周波
加熱装置の回路構成図、第３図は同要部を構成するハニ
カムコアの斜視図、第３図（ｂ）は同拡大平面図、第４
図（ａ）〜（Ｃ）は同作用説明図、第５図は従来例の断
面図である。 ７・・・・昇圧トランス、７ｐ・・・−次側コア、７Ｓ
−・・・２次１１０コア、２８・・・−・シールドケー
ス、２８ａ−・・フタ、２８ｂ・・・・・ハニカムコア
。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第４
図 ＜ａ＞ 特開１］ａ６３−２８１３８６　（８）第５図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）カソードステム部を覆い電波漏洩を防止するため
   のシールドケースを有するマグネトロンと、商用周波数
   の電力を高周波電力に変換する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が供給される１次巻
   線及び前記マグネトロンの陽極電圧とカソード電圧をそ
   れぞれ供給する高圧２次巻線と低圧２次巻線およびこれ
   ら１次巻線と２次巻線を巻回したコアとを具備した昇圧
   トランスとからなり、前記マグネトロンのシールドケー
   スを構成する壁面の一部又は全部は金属箔よりなるハニ
   カムコアで構成し、このハニカムコアよりなる壁面部分
   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それぞれ１次側コア、２次側コアと
   し、それぞれに前記１次巻線及び２次巻線を巻回する構
   成とした高周波加熱装置。
2. （２）ハニカムコアを構成する金属箔は、その厚みをそ
   の金属のインバータ回路に使用される高周波の周波数に
   対する浸透深さの略１／１０以下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）ハニカムコアを構成する金属箔の材料を、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。
4. （４）シールドケースは、その壁面のハニカムコア以外
   の金属部を非磁性体金属で構成した特許請求の範囲第１
   項記載の高周波加熱装置。