JPS6325476B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高周波加熱装置の改良された電波シ
ール装置に関する。

従来の高周波加熱装置の代表例である電子レン
ジは、加熱室開口周辺部と出入れ扉とがつくる間
隙（以下電波通路と呼ぶ）からの電波漏洩を防止
する手段として、導電性ガスケツトを用いた接触
方式，電波吸収材を用いた方式，共振を利用した
チヨーク方式などが提案され、夫々の組み合わせ
で実用化されている。

これらの方式の中で性能面，信頼性の面等を考
慮すると共振を利用したチヨーク方式が最良方式
と考えられる。しかしながらこのチヨーク方式は
共振を利用するがために、必然的に電波通路を伝
播し漏洩しようとする電波波長に関与した構造寸
法が必要である。

従来のチヨーク方式構成を第１図を参照して説
明する。第１図ａは構成図、同図ｂはその等価回
路、同図ｃは同図ａのｙ方向平面図である。

この電波シール装置は、加熱室開口フランジ１
と出入れ扉２とがつくる電波通路３とチヨーク空
洞４から構成されている。電波通路３の入り口Ａ
からチヨーク空洞の入り口Ｂに至る長さを漏洩電
波波長の1/4なる寸法にすることにより電波通路
の入り口Ａに電波的に見たインピーダンスが零の
壁を形成して電波シールが達成される。しかしな
がらこのような構成であるが故に装置本体外方向
であるＺ方向の寸法は漏洩電波波長の少なくとも
１／４の寸法が必要でありＺ方向寸法のコンパクト
化が難しい第１の欠点を有する。このような電波
シール装置の等価回路は第１図ｂで示される。こ
こでZ_Bは点Ｂよりチヨーク空洞側を見た時のイン
ピーダンス、Z_Lは電波通路３の終端部Ｃから本体
外を見たインピーダンス、ｌは点Ａから点Ｂまで
の寸法である。

点Ａより電波シール機構を見た時のインピーダ
ンスは（Z_L＋Z_B）＋jtanβl／１＋ｊ（Z_L＋Z_B）tanβl
で与えられる。

ここでβ＝2π／λg，λgは漏洩電波波長である。
なお各インピーダンスは正規化している。

Ｚ方向に漏洩しようとする電波に対してはｌ
λg／４，Z_B＝無限大より点Ａより電波シール機
構を見たインピーダンスはほぼ零になる。

ところがこの電波シール機構は漏洩しようとす
る電波の進行方向をＺ方向に規制する手段がない
ため、第１図ｃに示すようにＺ方向に対して任意
の角度θでもつて進む漏洩電波に対して以下の問
題点を有する。

すなわち点Ａから点Ｂに至る長さｌは角度θに
より種々な寸法になるため点Ａから角度θでもつ
て入射する電波に対しては点Ａにインピーダンス
零の壁を形成することができずシール性能が低下
する欠点がある。

本発明はかかる従来の問題を解消するものであ
り、電波シール装置に入射するあらゆる方向の電
波は高性能に漏洩抑止するとともにコンパクトな
構成からなる新規な電波シール装置を提供するこ
とを目的とする。

上記問題点を解決するために本発明の電波シー
ル装置は、短絡終端された分岐路を有する伝送線
路を周期配列した新規概念の構成からなり、この
分岐路に所定の厚みを有する誘電体を装荷した構
成からなる。

本発明は上記した構成によつて、漏洩しようと
する電波の進行方向は伝送線路に沿つた方向に規
制される。このため伝送線路の構成を最適化する
ことによりあらゆる方向の電波を漏洩抑止でき
る。さらに最適構成の分岐路を設けることにより
伝送線路の伝送長手方向寸法の小形化がはかれる
とともに分岐路に誘電体を装荷することにより、
分岐路の長手方向構成を小形化できるので電波シ
ール装置全体の小形化がはかれる。

以下、本発明を図面を参照して説明する。

第２図は本発明の電波シール装置の基本構成図
であり、第２図ａが構成図、同図ｂがその等価回
路である。図中第１図と照合するところは同一番
号で示す。

加熱室開口フランジ１に対向して本体外方向に
伸びる伝送線路群５ａ，５ｂ，５ｃが周期配設さ
れている。この伝送線路は近接の伝送線路とすき
ま間隔Ｓでもつて配設されその輻寸法はＷであ
る。

近接した伝送線路との間にすきまを設けること
により第１図ｃに示したＺ方向に対して角度θで
もつて入射する電波の進行を抑制している。

この伝送線路のＺ方向の構成および作用につい
て伝送線路群を代表させて伝送線路５ａに基づき
以下に説明する。

伝送線路５ａは、電波通路３の入力端Ａから分
岐路６が形成されるところまでの寸法がl₁、分岐
路の深さ寸法はl₂、また分岐路から電波通路の終
端Ｃに至る寸法がl₃で構成されている。

このような伝送線路の等価回路はマイクロ波工
学で周知のように第２図ｂのように表わされる。

ここで第１図ｂとの大きな違いは、伝送熱路の
幅が規定されているので電波通路、分岐路は伝送
線路として位置づけることができるので分岐点に
誘導性、容量性のパラメータを介在させた等価回
路表現が可能となる。またこれらのパラメータ値
算出に当つては「Waveguide Handbook」M.I.
T.Radiation Laboratory P.337に詳しく説明し
てある。

点Ａから電波シール装置側を見たインピーダン
スZ_Aは等価回路ｂの各パラメータを用いて関係
づけられる。この得られたインピーダンスZ_Aを
Z_A＝Ｒ＋jXとし、点Ａより加熱室側を見たイン
ピーダンスをZ_pvとすると電波シール装置に入射
するマイクロ波パワーP_ioに対して点Ｃより本体
外へ漏洩するマイクロ波パワーP_Lは次式で関係
づけられることを本発明者らは実験的に確認して
いる。

R_L∝Ｒ・Z_pv／（Z_pv＋Ｒ）²＋X²・P_io この実験によつて裏づけられた関係式を用い
て、P_io一定の条件下でシミユレーシヨンを行な
つた結果l₁が小さいほど漏洩するマイクロ波パワ
ーP_Lが少ない結果を得た。これを実証すべくl₁寸
法30mm，12mmに対する電波シール装置の減衰特性
を実測したところl₁＝12mmの方がl₁＝30mmに比し
て1/2〜1/3低い電波漏洩量の結果を得た。なお実
測時の主要構成寸法は以下のとおりである。加熱
室開口フランジと電波シール装置とのすきま寸法
１mmおよび４mm，分岐路の対向寸法８mm，分岐路
の深さl₂＝32mm，l₁＝12mmのときl₃＝10mm，l₁＝30
mmの時l₃＝12mm，伝送線路の幅Ｗ＝10mm，すきま
Ｓ＝10mm。

計算上l₁寸法は小さいほどよい結果を得るが、
電波シール装置のＺ方向に対して角度θで入射す
る電波のθ方向伝送を阻止するために、l₁寸法は
加熱室開口フランジと対向するための少なからず
の寸法を設けるべきである。実構成を考えればl₁
＝12mmはl₁のほゞ最小寸法に値すると考えられ
る。

この結果、従来周知の事実として用いられてい
たチヨーク方式における電波の入り口からチヨー
ク空胴に至る寸法を1/4波長とする事実が、本発
明基本構成に示すように、チヨーク空胴に対応す
る分岐路を有する伝送線路をすきまＳを介して周
期的に配列した電波シール装置構成を採ることに
より、その分岐路に至るまでの長さを1/4波長よ
りも十分小さい寸法にて構成できるため、ｚ方向
の電波シール装置寸法を従来のチヨーク方式に比
してよりコンパクトに構成することができる特長
が示された。

そしてこの電波シール装置は、分岐路の深さを
漏洩電波波長のほゞ1/4にとればよいことから、
誘電材を分岐路内に介在して分岐路における漏洩
電波波長の圧縮化を行ない、分岐路の実寸法（第
２図ａのｙ方向寸法）のコンパクト化をはかるの
が本発明の原点である。

第３図は本発明の電波シール装置の概念構成図
である。

ａは分岐路６を空気層７のみで構成した図であ
り、分岐路の深さl₂は漏洩電波波長の約1/4であ
る。この分岐路内を１例として比誘電率が４なる
誘電体層８で満たせば、分岐路内を伝搬する波長
は1/2に圧縮されるため分岐路の深さl₄はａ図構
成に比して1/2でよいことになる。これを示した
のが第３図ｂである。

なお第３図において第２図と照合する部分は同
一番号で示す。

ところでこの分岐路内に誘電材を挿入して分岐
路の電波に対する実効長は同じで、実寸法を小さ
くする機構は、第３図に示すように理論的には簡
単明瞭であるが実設計に対しては以下のような困
難さが生ずる。

成形された誘電材を分岐路内へ挿入装荷する組
立てにおいては、分岐路を構成する導体と誘電材
との間に少なからずのすきま（空気層）を生ず
る。

また分岐路導体を金型として樹脂を流し込む成
形構成においても、樹脂収縮のために金型である
導体と収縮後の樹脂（誘電材）の間に少なからず
のすきまが生じ得る。

このすきま（空気層）の影響を第４図，第５図
を参照して説明する。

第４図は、本発明の電波シール装置の分岐路に
おける空気層の影響を説明する図であり、第５図
は、誘電体層と空気層とを組み合わせた時の分岐
路における実効誘電率特性を示すものである。

第４図ａは本発明の電波シール装置における電
界分布を示すものである。

Ａより入力された高周波は図に示すように分岐
路６内へ伝搬される。この図において線路導体は
９、接地導体は１０である。分岐路中、円１１で
囲む部分を拡大した図が第４図ｂである。

第４図ｂにおいて、接地導体１０と線路導体９
とは所望の比誘電率をもつ厚さｈの誘電体層１２
と厚さｇの空気層１３とを仲介としてｄなる間隔
で隔てられている。図中矢印は電界の方向を示
す。

このような２層構造からなる分岐路の漏洩電波
実効波長を知るためには、この誘電体層１２と空
気層１３を合成した分岐路における実効誘電率を
知らねばならない。この実効誘電率ε_effは、第４
図ｃに第４図ｂの等価回路を示すように誘電体層
の容量c₁と空気層の容量c₂の直列接続の合成容量
より求められる。すなわち c₁＝ε₀・ε_r・ｓ／ｈ，c₂＝ε₀ｓ／ｇ ε₀・ε_eff・ｓ／ｄ＝１／１／C₁＋１／C₂ ε₀は真空の誘電率、ｓは単位対向面積より ε_eff＝ｄ／ｈ／εr＋ｇ ……(1) で与えられる。なお空気層の比誘電率は１とし
た。式(1)よりｈ＝３mm，ε_r＝４とした時のｇと
ε_effの特性を示したものが第５図である。

第５図からわかることは、３mm厚で成形された
比誘電率４の誘電材を分岐路内へ挿入する時、こ
の誘電材と分岐路導体（線路導体あるいは接地導
体）とのすきまが0.2mmあつたとすると分岐路の
実効誘電率は約3.4となり、分岐路を伝搬する漏
洩電波波長はすきまが零の場合と比べて約10％長
くなる。

この波長が10％長くなる影響を第６図に示す本
発明の電波シール装置の分岐路長l₂に対する電波
減衰量特性図を用いて説明する。

図中１４で示す曲線が分岐路を空気層のみで構
成した時の理論曲線であり黒丸が実測値である。
なお用いた周波数は2450MHzである。

この分岐路を比誘電率４の誘電体で完全充てん
した時の理論曲線が１５である。いま空気層0.2
mmが存在すると、約10％波長が長くなることから
電波シール装置の減衰量は10dB以上も悪化する
ことになる。このため分岐路の深さの実寸法を実
質的に最小にすべく分岐路内へ誘電体を完全充て
ん挿入する手段は、実設計において精度の高い管
理が派生しかつ性能バラツキが大きくなりやすい
欠点を奏する。

この空気層の影響を逆に利用したのが本発明で
ある。

第７図は本発明一実施例を示す電波シール装置
の構成図である。図中第２図と照合する部分は同
一番号にて示す。

分岐路６の接地導体１０と線路導体９とは厚み
ｈ（mm）の誘電体層１２と予じめ積極的に設けた
厚みｇ（mm）からなる空気層１３の二層にて隔て
られ、さらに接地導体１０と線路導体１０は分岐
路終端にて短絡されている。

いま１例として比誘電率４の誘電体層の厚みｈ
を３mmとし、空気層の厚みｇを1.5mmとすると、
理想的には実効誘電率ε_effは２となり、電波減衰
量特性は第６図の１６で示す曲線になる。

空気層の厚みｇが±0.2mmばらつくとすると、
実効誘電率ε_effは1.9〜2.1となる。この結果、減衰
量は高々3dBほど劣化するだけとなり十分に製造
バラツキを吸収した高性能かつコンパクトな電波
シール装置を提供することができる。

なお以上の説明においては数値の明白化を示す
べく誘電材の比誘電率として４を代表例に述べた
が、比誘電率が高い誘電材ほど本発明の効用は助
長されたとえばアルミナを用いれば、本発明の効
用は一層助長されるとともに分岐路寸法のよりコ
ンパクト化が達成できる。

以上本発明は、短絡終端された分岐路を有する
伝送線路を加熱室開口周辺部と出入れ扉とがつく
る電波通路の装置本体外方向に周期配列した高周
波加熱装置の電波シール装置において、分岐路は
所望の比誘電率を有する所定厚みの誘電体層と所
定厚みの空気層の二層にて線路導体と接地導体と
を隔てた構成の電波シール装置を提供するもので
あり、 (1) 分岐路の誘電体層により効用を把握しやすく
設計および製造管理が容易である。

(2) 誘電体を装荷することにより機構のコンパク
ト化がはかれる。

(3) 誘電材と分岐路材との製造バラツキが、両者
の組み合わせで吸収できる。

等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電波シール装置であり、ａは構
成図、ｂはその等価回路、ｃはａ図のｙ方向平面
図、第２図は本発明の電波シール装置の基本構成
図でありａが構成図、ｂがその等価回路、第３図
は本発明の電波シール装置の概念構成図、第４図
は本発明の電波シール装置の分岐路における空気
層の影響を説明する図、第５図は分岐路における
空気層に対する実効誘電率特性図、第６図は本発
明の電波シール装置の分岐路長に対する電波減衰
量特性図、第７図は本発明一実施例を示す電波シ
ール装置の構成図である。 １……加熱室開口フランジ（加熱室開口周辺
部）、２……出入れ扉、３……電波通路、５ａ，
５ｂ，５ｃ……伝送線路、６……短絡終端された
分岐路、９……線路導体、１０……接地導体、１
２……誘電体層、１３……空気層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 加熱室開口周辺部と出入れ扉とがつくる電波
   通路の装置本体外方向に短絡終端された分岐路を
   有する伝送線路を周期配列し、前記分岐路は、所
   定の厚みを有する誘電体層と所定の厚みを有する
   空気層の二層にて線路導体と接地導体とを隔てた
   構成とした電波シール装置。