JPH0136717B2 - - 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／√_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個体化による長所
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（Iudustial、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＝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＝−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。

溝開孔部の特性インピーダンス、長さ位相定数
をZo₁，ll₁，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・tan
β₂l₂ ＝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。

実際に応用にあたつては、溝カバーのスペース
TOP１が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。ずれの内容を下に示す。

TOP１の寸法を２mmにした場合とlX１を５〜
６mm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Xl１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、第１の溝には折れ曲げ部ａを有する
封口板２６が臨み、第１の溝３５と第２の溝３６
を仕切る導体板群２７は全体がＵ字形に折り曲げ
られたｂ、ｃ、ｄ、ｅ部から成る。

第１の溝３５と第２の溝３６をカバーする溝カ
バー２８も同様形状のｆ、ｇ、ｈ部から成る。第
１、第２の溝３５，３６の開孔部側溝は，、
短絡部溝側溝は，で示される。

第１、２溝３５，３６の開孔端と短絡端はそれ
ぞれ２９，３０，３１，３２で示される。パンチ
ング板２１とドア２２は止め具３３とともにビス
３４でしめつけてある。

導体板２７はピツチｐで幅a₁₁のｃ、ｄ、ｅ部
と幅a₁₂のｂ部から構成されている。第１の溝３
５の折れ曲げ部ａとｃ部、ｂ部とドア２２との間
隙をそれぞれb₁A，b₁₂とし、第２の溝３６のド
ア壁とｅ部、ｂ部との間隙はそれぞれb₂₁，b₂₂と
している。従つて第１の溝３５における特性イン
ピーダンスの比K₁は となり第２の溝の値K₂は となり、いずれもK₁、K₂を１のよりも大きくす
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１０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915MHzで本体とドアのギヤ
ツプを２mmにして測定した。寸法l₁₁，l₂₁はとも
に15mm、b₁₁，b₂₁はともに５mm、b₁₂，b₂₂はとも
に15mm、幅a₁₁，a₁₂はそれぞれ40mm、５mm、ピツ
チｐは50mm、導板体ｄの寸法は約10mmとし、誘電
体カバーは厚み２mmのABS樹脂で構成したもの
である。グラフの縦軸は漏洩実測値を対数目盛で
目盛り、横軸は第１と第２の溝３５，３６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にくらべてさらに４分の１位にできるこ
とを示している。構成上のポイントは、導体板の
Ｃ部寸法、ｅ部寸法及び封口板折り曲げ部（ａ
部）寸法を殆んど等しくしてる点にある。

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) 封口板の折り曲げ部で寸法b₁₁をb₁₂より小さ
くしてあるのでドアの溝部をアンダーカツトな
しに製造できる。

(2) 折り曲げ部は誘電体カバー押えに兼用でき
る。

(3) 第１の溝とそれ以外の溝の特性インピーダン
ス比を実施例の如く等しくすることで単一の溝
よりシール性能の向上がはかれる。

(4) 第１の溝とそれ以外の溝の特性インピーダン
ス比を変えることで例えば一方を2450MHz用、
他方は915MHz用と、各溝のインピーダンス反
転周波数を設定することにより加熱室内で２つ
の発振源を有する高周波加熱器が実現できる。

よつて電子レンジにおいて、冷凍物の解凍の
ように低パワーでよい場合には915MHzの周波
数で調理し、高速加熱調理のように高パワーが
必要な場合には2450MHzの周波数で調理するこ
とができ、しかもどちらの電波洩れをも十分防
止できる電波シール体を提供できるものであ
る。

(5) 溝の開口部側に誘電体を装荷することにより
開口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ものである。

【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
側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図は同装置の特性図である。 ２１……扉、２６……封口板、２７……導体
板、３５……第１の溝、３６……第２の溝、ａ…
…折り曲げ部。

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
   なくとも一方に第１の溝と第２の溝とを平行に設
   け、前記第１の溝の開口部の一部を覆う封口板は
   開口部分と折り曲げ部分との寸法をほぼ等しく
   し、前記第２の溝の中に設けられほぼＵ字状をな
   し前記第２の溝の開口部の一部を覆い、溝の長手
   方向に周期的に切込み部を有する導体板を設け、
   この導体板の底部を細くして第２の溝の開口部の
   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。 ２ 第１の溝および第２の溝のそれぞれの開口部
   を短絡部の特性インピーダンスの比をほぼ等しく
   した特許請求の範囲第１項記載の電波シール装
   置。 ３ 第１の溝を第１の周波数の電波を吸収し、第
   ２の溝で第２の周波数の電波を吸収するよう、そ
   れぞれの溝の開口部と短絡部の比を決定した特許
   請求の範囲第１項記載の電波シール装置。