JPS6316866B2 - - 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、 ｜N_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。この場合チヨーク部の深さ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。実際によれば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＝−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。

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。

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lK1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に寸法を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TRP1
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
TRP1＝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、第１０図には導体片群のみ
の斜視図を示している。第８図、第９図におい
て、第１の溝３４と第２の溝３５を仕切る導体板
群２６は全体がコの字形に折り曲げられたａ，
ｂ，ｃ，ｄ，ｅ部から成る。第１の溝３４と第２
の溝３５をカバーする溝カバー２７は抜け防止の
構造となつていて、ｆ，ｇ，ｈ，ｉ，ｊ部から成
る。第１の溝３４は開口部側溝とそれにつなが
る短絡部側溝で構成された第１のチヨーク溝を
形成し開口部側溝の特性インピーダンスZo₁が
１／ａ_１に比例し、短絡部側溝の特性インピーダン
スZo₂が1/a₂に比例するのでZo₂/Zo₁（＝K₁）はa
_１／ａ_２に比例する。また第２の溝３５は開口部側溝
とそれにつながる短絡部側溝で構成された第
２のチヨーク溝を形成し、第１の溝と同様に開口
部側溝の特性インピーダンスをZo₃、短絡部側
溝の特性インピーダンスをZo₄とするとZo₄/Zo
_３（＝K₂）はa₁/a₂に比例する。

第１、２溝３４，３５の開口端と短絡端はそれ
ぞれ２８，２９，３０，３１で示される。パンチ
ング板２１とドア２２は止め具３２とともにビス
３３でしめつけてある。

導体板２６はピツチＰで幅a₁のｂ，ｃ，ｄ部と
幅a₂のａ，ｄ部から構成されている（第１０図参
照）。第１の溝３４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図で示した導体片群を用いて説明を行つ
てきたが、第１１図ａ，ｂの２６ａ、２６ｂ、第
１２図の２６ｃ、第１３図の２６ｄで示したよう
な他の構成方法でも同様のことがいえる。また、
第１の溝に対する導体片壁と第２の溝に対する導
体片壁は、同じ形でなくとも同等の効果が得ら
れ、溝の幅も同間隔でなくてよい。

溝の開孔部の特性インピーダンスを短絡部の特
性インピーダンスよりも小さくするために、溝を
構成する導体片の短絡部側に長方形の孔を用いて
いるが、この孔の形は、台形、三角形、半円形等
でも、導体片幅が短くすることができるので、当
然、同様の効果が得られる。また、短絡部の導体
片が２つの線路によつて構成される例を示したが
これは、１つまたは３つ以上でもよい。

第１４図ａには２つの溝の共振周波数をずらし
た時の電波漏洩量を示し、第１４図ｂには、２つ
の溝の共振周波数を一致させたときの電波漏洩量
を示す。

前記のことは周波数が915MHzのときだけでな
く、2450MHzの場合でも当然成りたつ。

また、導体片群は板金で構成する以外に、プラ
スチツク樹脂にメツキすることで構成することも
可能である。

２つの溝を仕切つている１対の導体片は一部だ
け接続してもよいことは申すまでもない。

発明の効果 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) 小型化するとそれに伴つてシール構造の寸法
精度を高くする必要があるが、２つの溝の共振
周波数特性をわずかにずらすことにより、精度
の管理が簡単化できる。（第１４図ａ） (2) ２つの溝の共振周波数を一致させることによ
り、単一の溝よりシール性能の向上がはかれ
る。（第１４図ｂ） (3) 機械強度が強く、初期性能が長期にわたつて
保証できる。

(4) 導体幅の異なる部分を溝カバーの抜け防止に
利用できる。

(5) 機械強度が強いので、より薄い板金で導体片
を作成できる。

【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
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図は導体片部分の斜視図、第
１１図ａ，ｂ、第１２図、第１３図は導体片群の
構成の斜視図、第１４図ａ，ｂは２つの溝による
電波漏洩特性図である。 ２１……扉、２６……導体片、３４……第１の
溝、３５……第２の溝、a₁……開口部の導体片
幅、a₂／２……短絡部の導体片幅。

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
   なくとも一方に扉の周辺方向に平行な２つの溝を
   設け、各溝は少くとも一部が接続された一対の導
   体片で仕切られ前記導体片は溝の長手方向に複数
   個、間隔をあけて連続設置され、前記導体片群の
   各々の導体片は開口部の幅の方が短絡部の幅より
   も大きく設け、溝の開口部の特性インピーダンス
   を短絡部の特性インピーダンスよりも小さくし、
   使用波長をλとしたとき、溝の深さがλ／４より
   も短くした電波シール装置。 ２ 導体片群を１枚の板をほぼコ字状に曲げた特
   許請求の範囲第１項記載の電波シール装置。 ３ ２つの溝の開口部と短絡部の導体片幅の寸法
   比をほぼ同一にした特許請求の範囲第１項記載の
   電波シール装置。