JPS6316873B2 - - 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を電磁誘電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′≒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±
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、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、固体発振器では
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、周波数の内部まで電
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＝
Ｏ）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｜＝Ｏと変換できる。チヨ
ーク溝１８の低部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
が得られる。

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波長相当の寸法と異つた形状とした
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ドアの
少なくとも一方に溝を少なくとも１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
部側のそれと変えることにより、開孔端から短絡
端までの溝の深さを使用周波数の４分の１波長に
限定されないようにし、かつ、溝の長手方向に開
孔部と短絡部の特性インピーダンス比の異なる溝
を周期的に並べてあることに特徴を有する。

溝の深さが４分の１波長に限定されない基本的
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により、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、Ｋ≠
１である。インピーダンスＺを無限大にするに
は、(1)式の分母が零となればよいので１＝
Ktanβ₁l₁・tanβ₂l₂を満たせばよく、例えば特性
インピーダンス比Ｋの値を１より大きくしたと
き、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、ltotalがλ/4相当の長
さを必ずしも必要としないのである。このことは
言い換えると、寸法ltotalを一定にして、特性イ
ンピーダンスの比Ｋを変えると、インピーダンス
反転のおこる波長が変化するといえる。

本発明では、このことを利用して、チヨーク溝
の長手方向に、特性インピーダンス比Ｋの異なつ
た溝を周期的に並べて、２種類以上の周波数の電
波漏洩防止を行なつている。

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線路ではない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ａ，ｂ，
ｃ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l_Tを変化させたとき、伝送路内の
電界は、第４図ａ，ｂ，ｃのように変化し、Ｄ端
に電波がとどかないのは２の場合、すなわち溝の
深さl_T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かくても
（第４図ａ，ｃの場合）、第４図ｂにくらべて電波
がよく洩れる。これはl₁＝l₂＝l_T／２＝λ／10.2、Ｋ ＝b₂／b₁＝２を１≒Ktanβl₁・tanβl₂に代入する
ことで確認できよう。

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構部を一方を接地導体と
し間隙寸法ｂ離して幅寸法ａの導体片を配置した
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
率をε_lff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Ｋ≠１と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パツチング板２
１を有するドア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Ｂ−Ｂ線断面図を示す。溝２６を形成する
壁面は２種類あつて、溝の長手方向に交互に並べ
られており、その様子を第８図に示す。第６図、
第８図に於て、溝を形成する一壁面である導体片
２２ａはほぼコの字状に折り曲げられ、ｃ、ｄ、
ｅ、ｆ部からなる。溝の開孔端は２７、短絡端は
２８で示される。溝の開孔部側を覆う溝カバー２
９は、ある間隔毎に抜け防止用のツメ３０を備え
ている。ドア２２の外側は合成樹脂製のドアカバ
ー３１が覆つている。導体片２２ａは幅a₁のｃ、
ｄ、ｅ部と幅a₂のｆ部とからなり、導体片の折れ
曲げ部Ｃとドア２２との間隙をb₁、ｆ部とドア２
２の間隙がb₂としている。従つて溝２６における
開孔側溝()と短絡側溝()の特性インピーダン
スの比K_aは となる。

このK_aの値が１のとき溝の深さ（l₁＋l₂）のほ
ぼ４倍相当の波長の電波に対して、この溝はチヨ
ーク部として働く。K_aを１より大きくすると、
より長い波長の電波に対応し、K_aを１より小さ
くするとより短い波長の電波に対応したチヨーク
溝として働く。この例ではK_aを１より大きくし、
溝の深さ（l₁＋l₂）の４倍よりも長い波長の電波
に対して有効なように構成している。

第７図、第８図に於て、溝２６の一壁面の導体
片２２ｂは、先端を折り曲げた構造をしている。
この例に於て、溝の開孔端側()と短絡端側()
の特性インピーダンスの比K_bはほぼ１となる構
成にしている。従つて、溝の深さ（l₁＋l₂）のほ
ぼ４倍相当の波長に対してチヨーク溝として働く
構成になつている。

このように深さが一定の一つの溝で、異つた波
長の電波漏洩防止のできる構造としている。

第９図ａ，ｂには、溝の壁面を構成する導体板
の他の形状の例を示す。第９図ｂは溝に封口板を
設け、溝の２つの壁面の形成を周期的に変えてい
る。

上記では、板金を折り曲げて溝を構成する例を
示したが、プラスチツクに金属メツキをする方法
でも可能である。また、このシール構造は
915MHzの電波シールのみならず、2450MHz及
びその他の高周波についても同等の効果があると
いうことは、いうまでもない。

上記のように従来、２種類以上の波長、例えば
基本波と第２高調波の電波シールを行うために、
２本以上の溝が必要なものが、一つにすることが
可能であり、Ｋの値を大きくとれば、溝の深さも
小さくできる。

本質的に１＝Ktanβ₁l₁・tanβ₂l₂を満たすイン
ピーダンス反転法の誤差要因について述べる。

本発明の実際の製品へ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（l_x1）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
し上式通り計算した寸法から多少ずれるものであ
る。ズレの内容を以下に示す。

TOP1の寸法を２mmにした場合とI_x1を５〜６mm
にした場合の例を示す。

第１０図は915MHzのシール装置検討例で
TOP1の寸法で溝の深さl_Tが変化する関係を示す。
TOP1の寸法を１〜３mmにするとl_Tは１〜６mm深
くなる。

第１１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（l_x1）で溝の
深さl_Tが変化する関係を示す。スペースl_x1を２〜
６mmにすることで溝の深さl_Tは１〜３mm深くな
る。

発明の効果 以上の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) 溝の壁面の形状を変えるという簡単な構成で
電波シール装置が提供でき、低コスト化に貢献
できる。

(2) 折り曲げ部を誘電体カバー押さえに兼用でき
る。

(3) 溝の特性インピーダンス比を例えば一方を
2450MHz用、他方を915MHz用にインピーダ
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防止
できる電波シール体を提供できる。

(4) 溝の深さが限定されないので、デザインや強
度の面を考えた設計が容易になる。

(5) 溝カバーを取りつけることにより、外観を美
しく仕上げることができる。

【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の解析図、第５図は
一般的な電子レンジの斜視図、第６図、第７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８図は第６図、第７図の溝の壁面部の斜視
図、第９図ａ，ｂは、他の本発明におけるシール
用溝の斜視図、第１０図ａ，ｂ，ｃは915MHzの
シール装置の断面図、正面図、特性図、第１１図
ａ，ｂ，ｃは2450MHzのシール装置の断面図、
正面図、特性図である。 ２２…ドア、２２ａ，２２ｂ…導体片、２６…
溝、２７…溝の開孔部、２８…溝の短絡部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 開口部を有し周波数が異なる２種類の電波が
   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ドアを設け、前記本体と前
   記ドアとが対向する部分の少なくとも一方に一つ
   以上の溝部を設け、前記溝部の少なくとも一つの
   壁面は、溝の長手方向に間隔をおいて連続的に設
   置された導体片群により構成され、前記溝は、各
   導体片単位で溝の開孔部側と溝の短絡部側とで、
   溝幅、導体片幅及び、実効誘電率のうち少なくと
   も一つが異なる構成をとり、前記導体片群は二種
   類以上の異なつた形状を持つ導体片を溝の長手方
   向に周期的に配置し、少なくとも一種類は溝の開
   孔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、周期的に異なつた周波数
   の電波に対するシール特性を持たした電波シール
   装置。 ２ 二種類以上の異つた形状の導体片群のうち、
   導体片の底部を細くして、溝の深さを使用波長の
   ４分の１よりも短くした特許請求の範囲第１項記
   載の電波シール装置。 ３ 二種類の導体片を交互に溝の長手方向に配置
   し、各々の導体片によつて形成される溝の開孔部
   側の特性インピーダンスと短絡部側の特性インピ
   ーダンスの比を変えて、同一の溝で基本周波と第
   ２高調波を吸収させた特許請求の範囲第１項記載
   の電波シール装置。