JPS6316868B2 - - 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垂手段は、チヨーク部の
深さを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（Industrial、Scientifia、
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
lc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
lp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＝jZoctan2π／λ となる。１９は電子レンジの加熱室、２０はドア
である。ここでlc＝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／λlp となる。ここでlp＝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、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・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／2λ／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。

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バツチング板２１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６図には第５図のＡ―Ａ線断面図、第７図に
はＢ―Ｂ線矢視図を示す。加熱室２６を囲う本体
２７は前面開口面を有する。加熱室内への突出部
２８を有する扉２９を設ける。扉２９は台板３０
封板３１などからなり、溝３２を構成している。
溝は誘電体３３で開口部を充填している。

導線路３４は開口部線幅ａ、短絡側線幅a₂のも
のをピツチＰで周期配置した例を示している。

溝の特性インピーダンスの比Ｋはこの場合、 Ｋ＝a₁／a₂×√_r（＞１） となり溝の深さｌがλ/4よりも短かい寸法でイン
ピーダンス反転できるのである。

発明の効果 本発明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) 溝壁の１つは導線路群で構成しているので導
線路方向への電波伝搬を防止できシール性能が
向上する。

(2) 溝を加熱室開口平面よりも加熱室内装着した
構成は、ドア開成時の漏波特性が比較的低く保
てる。ただし、唯一の欠点として加熱室内有効
容積がせまくなることがあつたが、本発明では
その欠点を少なくできる。

(3) 加熱室内突き出し寸法が小さいためにドア開
成が楽で、従来のこの種ドアで必要とされてい
た本体壁とドア側との間のクリアランスを小さ
くできる。従つて漏波量はさらに少なくでき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図ａ，ｂ、第３図は従来の電波シ
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である。 ２８…突出部、２９…扉、３２…溝、３４…導
線路、ｌ…溝の深さ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 開口部を有し電波が内部に供給される加熱室
   を有する本体を設け、この本体の前記開口部を開
   閉自在に覆う扉を設け、前記扉は閉成時に前記開
   口部の平面より前記加熱室内に突き出す突出部を
   有し、本体か扉の少なくとも一方に本体と突出部
   の対向する面に開口部を有する溝を設け、溝壁の
   １つはドア周辺方向に並べた導線路で構成し、溝
   内で誘電率導線路幅、溝幅のうち少なくともいず
   れか１つを短絡部の特性インピーダンスを開孔部
   の特性インピーダンスよりも増大すべく変化させ
   ることにより溝の深さを使用波長の４分の１未満
   でインピーダンス反転させた電波シール装置。