(57)【要約】  【課題】  内部導体を第１の内部導体と第２の内部導体とで構成することによって、伝送線路との接続部の信頼性を向上させることができるインピーダンス整合器を提供する。  【解決手段】  インピーダンス整合器であって、円柱形状を有する第１の内部導体１ａと第１の内部導体１ａの上下面の中央部を長手方向に貫通して設けられているとともに、両端部が第１の内部導体１ａから突出しており、一方の端部に伝送線路が電気的に接続される第２の内部導体１ｂとを有する内部導体１と、第１の内部導体１ａの外周を囲むように設けられた誘電体２と、誘電体２の外周に設けられた、伝送線路を取着するための取付け部４を有する外部導体３とを含む同軸線路を有している。【選択図】  図１
2015159492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱形状を有する第１の内部導体と該第１の内部導体の上下面の中央部を長手方向に貫通して設けられているとともに、両端部が前記第１の内部導体から突出しており、一方の端部に伝送線路が電気的に接続される第２の内部導体とを有する内部導体と、
前記第１の内部導体の外周を囲むように設けられた誘電体と、
該誘電体の外周に設けられた、前記伝送線路を取着するための取付け部を有する外部導体とを含む同軸線路を有していることを特徴とするインピーダンス整合器。
【請求項２】
請求項１に記載のインピーダンス整合器と、
前記第２の内部導体の他方の端部に電気的に接続されているアンテナとを備えていることを特徴とする電磁波発生体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、金属容器内へのマイクロ波の導入等に用いられるインピーダンス整合器およびそれを備えた電磁波発生体等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、互いの伝送線路の特性インピーダンスが異なっていると、伝送線路間の接続部において、インピーダンスの不整合によって反射による信号損失が生じて、伝送損失が起こりやすくなるので、互いに特性インピーダンスが異なる伝送線路同士を接続する場合には、インピーダンスを整合させるために、それらの伝送線路間にインピーダンス整合器を配置して、伝送線路間の伝送損失を抑制している（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
また、内燃機関等において、燃焼室の金属容器内にマイクロ波を導入して燃焼効率を向上させることが行われており、マイクロ波の導波路にインピーダンスを整合するために三本柱整合器を設けて、マイクロ波の反射を防止しているものがある（例えば、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１２２００９号公報
【特許文献２】特開昭６２−２４３７７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、マイクロ波を導入するとともに、燃焼室等の金属容器内にアンテナを設けて、燃焼効率を向上させることが行われている。
【０００６】
また、インピーダンスを整合させるために、マイクロ波の伝送線路（例えば、同軸ケーブル等の同軸線路）と金属容器との間にインピーダンス整合器を配置して、燃焼効率を向上させることがある。
【０００７】
このような構成において、例えば、伝送線路は、絶縁層を介して内部導体と外部導体とからなる同軸線路等が用いられ、また、インピーダンス整合器は、伝送線路と同様に同軸線路が用いられている。例えば、伝送線路の特性インピーダンスが高く、金属容器側の入力インピーダンスが低い場合には、インピーダンス整合器は、特性インピーダンスが伝送線路の特性インピーダンスよりも低い値に設定されることになる。
【０００８】
インピーダンス整合器の特性インピーダンスを低くするには、外部導体の内径を小さくする方法と、内部導体の外径を大きくする方法との２つの方法があり、前者の方法では、内部導体と外部導体との間に設けられる誘電体の厚みが薄くなりすぎて、製造安定性または絶縁信頼性が低下しやすいという問題点がある。特に、誘電体の厚みが薄くなるような場合には、インピーダンス整合器は、後者の方法を用いてインピーダンスを低い値に設定することが一般的である。この場合には、伝送線路およびインピーダンス整合器は、互いの外部導体の内径が同じになるように設定することで互いに接続することができる。
【０００９】
このように、伝送線路およびインピーダンス整合器の外部導体の内径が同じ場合には、伝送線路の内部導体の外径は、インピーダンス整合器の内部導体の外径よりも小さくなるように設定されている。また、インピーダンス整合器は、内部導体の端部に伝送線路と接
続するための接続部を有している。そして、接続部は、伝送線路の内部導体と同じ外径で端部から突出しており、インピーダンス整合器の内部導体と一体的に設けられている。そのため、接続部と内部導体との間に外径が異なる境界部が存在することになる。したがって、インピーダンス整合器は、例えば、内部導体の加工時に、接続部と内部導体との境界部において、特に、接続部の根元付近において、クラックまたは亀裂、あるいは、接続部の折れ等が生じやすく、接続の信頼性が低下しやすいという問題点があった。
【００１０】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、内部導体を第１の内部導体と第２の内部導体とで構成することによって、伝送線路との接続部の信頼性を向上させることができるインピーダンス整合器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様に係るインピーダンス整合器は、円柱形状を有する第１の内部導体と該第１の内部導体の上下面の中央部を長手方向に貫通して設けられているとともに、両端部が前記第１の内部導体から突出しており、一方の端部に伝送線路が電気的に接続される第２の内部導体とを有する内部導体と、前記第１の内部導体の外周を囲むように設けられた誘電体と、該誘電体の外周に設けられた、前記伝送線路を取着するための取付け部を有する外部導体とを含む同軸線路を有していることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の他の態様に係る電磁波発生体は、本発明に係るインピーダンス整合器と、前記第２の内部導体の他方の端部に電気的に接続されているアンテナとを備えていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のインピーダンス整合器によれば、内部導体を第１の内部導体と第２の内部導体とで構成することによって、伝送線路との接続部の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）は、本発明の実施形態に係る電磁波発生体の縦断面図、（ｂ）は、（ａ）に示す電磁波発生体のＡ−Ａにおける断面図である。
【図２】（ａ）は、本発明に係る電磁波発生体に接続される伝送線路の縦断面図、（ｂ）は、（ａ）に示す伝送線路のＢ−Ｂにおける断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る電磁波発生体と伝送線路との接続状態を説明するための模式的な説明図である。
【図４】本発明の実施形態に係る電磁波発生体を金属容器に配設した状態を説明するための模式的な説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態に係るインピーダンス整合器１０および電磁波発生体２０について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。また、インピーダンス整合器１０および電磁波発生体２０は、説明の便宜上、直交座標系ＸＹＺを定義するとともに、Ｚ方向の正側を上方として、上面（上面側）もしくは下面（下面側）の語を用いるものとする。
【００１６】
また、実施形態等の説明において、既に説明した構成と同一若しくは類似する構成については、同一の符号を付して説明を省略することがある。
【００１７】
＜実施の形態＞
本発明の実施の形態に係るインピーダンス整合器１０および電磁波発生体２０について
、図１を参照しながら以下に説明する。また、電磁波発生体２０は、インピーダンス整合器１０と、第２の内部導体１ｂの他方の端部に電気的に接続されているアンテナとを備えているものである。
【００１８】
図１（ａ）および（ｂ）に示すように、インピーダンス整合器１０は、図１に示すように、内部導体１と、誘電体２と、外部導体３とを含んでおり、同軸線路を有している。すなわち、内部導体１と、誘電体２と、外部導体３とで同軸線路が構成されている。
【００１９】
内部導体１は、第１の内部導体１ａと第２の内部導体１ｂで構成されており、電磁波の伝送を行なうものであり、例えば、マイクロ波の伝送を行なうものである。第１の内部導体１ａは、円柱形状を有している。であり、中央部に長手方向に沿って貫通孔（図示せず）を有している。第１の内部導体１ａは、直径が、例えば、２（ｍｍ）〜４（ｍｍ）で、長さが、例えば、１０（ｍｍ）〜３０（ｍｍ）の円柱形状である。また、貫通孔は、円柱形状の上下面を貫通して長手方向に設けられており、また、平面視において、円形状に設けられており、直径が、例えば、０．５（ｍｍ）〜１．５（ｍｍ）である。第１の内部導体１ａは、例えば、ステンレス、アルミニウムまたはコバール等の金属材料からなる。
【００２０】
また、第２の内部導体１ｂは、円柱形状を有する第１の内部導体１ａの上下面の中央部を長手方向に貫通して設けられている。言い換えれば、第１の内部導体１ａは、上下面の中央部に長手方向に沿って貫通孔を有しており、第１の内部導体１ａの中央部の貫通孔に第２の内部導体１ｂが挿入されて設けられている。また、第２の内部導体１ｂは、両端部が第１の内部導体１ａから外側に向かって突出している。第１の内部導体１ａおよび第２の内部導体１ｂは、軸心が同心になるように設けられている。
【００２１】
第２の内部導体１ｂは、両端部が、例えば、１（ｍｍ）〜５（ｍｍ）の長さで第１の内部導体１ａの端面（上下面）から外側に向かって突出している。そして、第２の内部導体１ｂは、一方の端部に伝送線路３０が電気的に接続される。第２の内部導体１ｂは、第１の内部導体１ａから突出した部分が伝送線路３０に接続されることになる。
【００２２】
すなわち、第２の内部導体１ｂは、一方の端部が伝送線路３０との接続部になっている。ない、以下の説明において、一方の端部を接続部１ｂａとすることがある。また、第２の内部導体１ｂは、他方の端部にアンテナ５が電気的に接続されている。内部導体１は、第１の内部導体１ａと接続部１ｂａとの境界部Ｘにおいて外径が変化することになる。
【００２３】
第２の内部導体１ｂは、直径が、例えば、０．５（ｍｍ）〜１．５（ｍｍ）で、長さが、例えば、１１（ｍｍ）〜４０（ｍｍ）の円柱形状である。また、第２の内部導体１ｂは、例えば、ステンレス、アルミニウムまたはコバール等の金属材料からなる。
【００２４】
また、第１の内部導体１ａと第２の内部導体１ｂとは、互いに同じ材料を用いても、あるいは、異なった材料を用いてもよい。
【００２５】
また、第１の内部導体１ａおよび第２の内部導体１ｂの熱膨張係数を同じにすることで、高温時の熱膨張差による破損（割れ）またはクラック等を抑制することができるので好ましい。
【００２６】
誘電体２は、円筒形状を有しており、第１の内部導体１ａの外周を囲むように設けられている。すなわち、誘電体２は、内部に内部導体１が収まるような円筒形状を有している。誘電体２は、外径が、例えば、３（ｍｍ）〜５（ｍｍ）であり、内径が、例えば、２（ｍｍ）〜４（ｍｍ）であり、厚みが、例えば、０．５（ｍｍ）〜１．５（ｍｍ）である。誘電体２は、厚みを上述の範囲にすることによって、絶縁性を高くすることができるとと
もに、安定して形成することができる。誘電体２は、例えば、フッ素樹脂、ポリエチレン樹脂またはセラミックス材料等の誘電材料からなる絶縁体である。
【００２７】
また、誘電体２は、第１の内部導体１ａの外周面に覆うように設けられており、熱膨張係数を第１の内部導体１ａの熱膨張係数に近いものとすることで、高温時の熱膨張差による破損（割れ）またはクラック等を抑制することができるので好ましい。
【００２８】
外部導体３は、誘電体２の外周を覆うように設けられており、内部導体１を流れる電磁波をシールドする機能を有している。外部導体３は、例えば、ステンレス、アルミニウムまたはコバール等の金属材料からなる。
【００２９】
また、インピーダンス整合器１０は、同軸線路が、内部導体１と、誘電体２と、外部導体３とで構成されており、図１に示すように、同軸線路の長さＬが、λg／４となるよう
に設定されていることが好ましい。なお、λgは、同軸線路を伝送する電磁波の実効波長
である。また、インピーダンス整合器１０は、同軸線路が長さＬを有しており、この同軸線路でインピーダンスが整合されることになる。
【００３０】
例えば、内部導体１の外径が３．４（ｍｍ）で、外部導体３の内径が４．４（ｍｍ）で、同軸線路の長さＬが２１（ｍｍ）で、誘電体２がフッ素樹脂で比誘電率が２．１である場合には、インピーダンス整合器１０は、特性インピーダンスが１０（Ω）になる。
【００３１】
また、外部導体３は、第２の内部導体１ｂの一方の端部側に、伝送線路３０を取着するための取付け部４を有しており、取付け部４は、伝送線路３０の取付け部１４と接続するためのものである。また、取付け部４は、ねじ部が設けられており、また、伝送線路３０は、図２に示すように、取付け部４に対応するように、取付け部１４が設けられており、取付け部１４はねじ部を有している。図３に示すように、取付け部４と取付け部１４のそれぞれのねじ部は、外部導体３と伝送線路３０とを互いに固定するために用いられる。また、電磁波発生体１０は、図１に示すように、外部導体４の外周部にねじ部が設けられており、例えば、図４に示すように、金属容器等に固定することができる。
【００３２】
アンテナ５は、インピーダンス整合１０の第２の内部導体１ｂの他方の端部に設けられており、パッド５ａと放射導体５ｂとを有している。また、アンテナ５は、放射導体５ｂから電磁波を放射する機能を有している。
【００３３】
アンテナ５は、図１に示すように、パッド５ａを介して第２の内部導体１ｂの他方の端部に電気的に接続されている。電磁波発生体２０は、アンテナ５との接続が第２の内部導体１ｂを介してなされており、第２の内部導体１ｂは第１の内部導体１ａよりも直径が小さく、この第２の内部導体１ｂにアンテナ５を接続できるので、パッド５ａを小さく形成することができる。これによって、パッド５ａと放射導体５ｂとの電磁結合を小さくできるので、電磁波発生体２０は、電磁波の放射効率を向上させることができる。また、電磁波発生体２０は、第１の内部導体１ａと第２の内部導体１ｂとがそれぞれ別体で設けられており、第２の内部導体１ｂと第１の内部導体１ａとの位置関係を調整することで、例えば、金属容器１５内へのアンテナ５の突出量を調整することができる。これによって、電磁波発生体２０は、金属容器１５内への電磁波の放射量を調整することが可能となる。
【００３４】
また、内部導体１、誘電体２および外部導体３は、以下のようにして作製することができる。
【００３５】
まず、第１の内部導体１ａは、円柱形状の導体の上下面の中央部を長手方向に貫通する貫通孔を設ける。また、第２の内部導体１ｂは、プレス加工等を用いて円柱形状の導体の
一端部を押し潰すことで、アンテナ５のパッド５ａに実装可能なヘッド部を設ける。内部導体１は、第１の内部導体１ａの貫通孔に第２の内部導体１ｂを挿入するとともに、第２の内部導体１ｂの両端部を第１の内部導体１ａから突出するようにして作製する。
【００３６】
また、誘電体２は、押し出し成型により直接形成する方法を用いて筒形状の形成体を形成した後、または、誘電体２の材料からなるシート状のグリーンシートを棒状の治具に巻き付けて形成する方法を用いて筒形状の成形体を形成した後、９００℃以上の高温にて焼成して作製する。また、円柱状の形成体の中心軸に穴あけ加工する方法を用いて筒形状の成形体を形成した後、９００℃以上の高温にて焼成して作製する。
【００３７】
そして、筒状の誘電体２は、第１の内部導体１ａの外周面との間に接着剤を介して内部導体１の外周を囲むように設けられる。また、筒状の誘電体２の内径と内部導体１の外径とを同じにして、内部導体１を誘電体２の内部に挿入することによって、誘電体２は内部導体１の外周に設けることができる。
【００３８】
また、外部導体３は、誘電体２の外周面との間に接着剤を介して誘電体２の外周に設けられる。また、筒状の外部導体３の内径と誘電体２の外径とを同じにして、内部導体１が設けられた誘電体２を外部導体３の内部に挿入することによって、外部導体３は、誘電体２の外周に設けることができる。
【００３９】
実施の形態に係るインピーダンス整合器１０は、内部導体１が第１の内部導体１ａと第２の内部導体１ｂとからなる構成であり、第１の内部導体１ａおよび第２の内部導体１ｂがそれぞれ別体で形成されて、第１の内部導体１ａの中央部の貫通孔に第２の内部導体１ｂが挿入されている。このように、インピーダンス整合器１０は、内部導体１が第１の内部導体１ａと第２の内部導体１ｂとからなる構成であり、それぞれが別体で形成されているので、たとえ、内部導体１が第１の内部導体１ａよりも外径が小さい接続部１ｂａを有するような構成であっても、内部導体１を高強度にすることができる。
【００４０】
したがって、内部導体１を一体形成した場合と比べて、図１に示すように、たとえ、内部導体１に外径が異なる境界部Ｘが存在したとしても、第１の内部導体１ａと第２の内部導体１ｂとがそれぞれ別体で形成されているので、内部導体１は、境界部Ｘにおいて、接続部１ｂａにクラックまたは亀裂、あるいは、折れ等が生じにくくなる。これによって、インピーダンス整合器１０は、内部導体１の接続部１ｂａの信頼性を向上させることができる。
【００４１】
また、インピーダンス整合器１０は、第２の内部導体１ｂの他方の端部側において、たとえ、内部導体１に外径が異なる境界部Ｙが存在したとしても、第１の内部導体１ａと第２の内部導体１ｂとがそれぞれ別体で形成されているので、境界部Ｙにおいて、接続部にクラックまたは亀裂、あるいは、折れ等が生じにくくなる。これによって、インピーダンス整合器１０は、内部導体１の接続部の信頼性を向上させることができる。
【００４２】
ここで、本発明の実施の形態に係る電磁波発生体１０が接続される伝送線路３０の一例について図２を参照しながら以下に説明する。
【００４３】
伝送線路３０は、図２に示すように、内部導体１１と誘電体１２と、外部導体１３とを含んでおり、例えば、同軸ケーブルまたは導波管等である。
【００４４】
内部導体１１は、直径が、例えば、１（ｍｍ）〜１．５（ｍｍ）で、長さが、例えば、１０（ｃｍ）〜１（ｍ）の円柱形状である。また、内部導体１１は、例えば、銅、ステンレスまたはアルミニウム等の金属材料からなる。
【００４５】
誘電体１２は、円筒形状を有しており、内部導体１１の外周を囲むように設けられている。すなわち、誘電体１２は、内部に内部導体１１が収まるような円筒形状を有している。誘電体１２は、外径が、例えば、３（ｍｍ）〜５（ｍｍ）であり、内径が、例えば、１（ｍｍ）〜１．５（ｍｍ）であり、誘電体１２は、厚みが、例えば、０．５（ｍｍ）〜２（ｍｍ）である。誘電体１２は、厚みを上述の範囲にすることによって、絶縁性を高くすることができるとともに、安定して形成することができる。誘電体１２は、例えば、フッソ樹脂（例えば、比誘電率：２．１）、ポリエチレン樹脂（例えば、比誘電率：２．３〜２．４）またはセラミックス材料（例えば、比誘電率：９〜１０）等の誘電材料からなる絶縁体である。
【００４６】
また、外部導体１３は、誘電体１２の外周に設けられており、内部導体１１を流れる電磁波をシールドする機能を有している。また、外部導体１３は、一方の端部側に、電磁波発生体１０の外部導体３を取着するための取付け部１４を有しており、取付け部１４は、外部導体１３の取付け部４と接続するためのものである。
【００４７】
電磁波発生体２０と伝送線路３０とは、図３に示すように、取付け部４および取付け部１４のねじ部同士を螺合して接続される。また、伝送線路３０の内部導体１１は、電磁波発生体１０の第２の内部導体１ｂよりも外径が大きく設けられており、取付け部１４側において、端部に凹部を有しており、この凹部に第２の内部導体１ｂの一方の端部が挿入されて、第２の内部導体１ｂと内部導体１１とが電気的に接続されるようになっている。
【００４８】
このように、電磁波発生体２０は、インピーダンス整合器１０の第２の内部導体１ｂの他方の端部にアンテナ５が電気的に接続されており、また、一方の端部に伝送線路３０が接続されている。そして、電磁波発生体２０は、この伝送線路３０に電磁波（例えば、マイクロ波）発生装置（図示なし）を接続することによって、アンテナ５から電磁波（マイクロ波）を放射（発生）することができる。すなわち、電磁波発生体２０は、伝送線路３０を介して電磁波発生装置から供給された電磁波をアンテナ５から放射することができる。
【００４９】
ここで、電磁波発生体２０を金属容器に設置した場合の一例について以下に図４を参照しながら説明する。
【００５０】
電磁波発生体２０は、例えば、内燃機関における燃焼室等に用いられており、図４に示すように、アンテナ５が金属容器１５の内部空間に位置するように設けられる。例えば、内燃機関において燃焼室でプラズマを形成して、アンテナ５から供給される電磁波、すなわち、マイクロ波をプラズマに照射することによって、燃焼を促進させて、燃焼効率を向上させることが行われている。
【００５１】
内燃機関において、燃焼室は、金属材料で覆われた閉空間であり、例えば、アンテナ５がこの閉空間に設けられると、アンテナ５の入力インピーダンスが、０（Ω）に近い値になる。これは、閉空間において、電磁波が伝送線路３０からインピーダンス整合器１０を経由してアンテナ５に入力されて、一旦アンテナ５から閉空間に飛び出すものの、閉空間の金属容器の外部には放射されず、閉空間に飛び出したほぼ全ての電磁波が再びアンテナ５に戻り、インピーダンス整合器１０を介して伝送線路３０に戻ってくることを意味している。例えば、アンテナ５の入力インピーダンスが２（Ω）で、同軸ケーブルの伝送線路３０が、例えば、５０（Ω）の特性インピーダンスを有している場合には、インピーダンス整合器１０は、特性インピーダンスを１０（Ω）程度（２×５０＝１００の平方根）に設定することが好ましい。
【００５２】
このような場合には、インピーダンス整合器１０の内部導体１および誘電体２を合わせた外径と伝送線路３０の内部導体１１および誘電体１２を合わせた外径とを同じ外径で形成すると、図３のように、インピーダンス整合器１０は、特性インピーダンスを１０Ω程度に低くする必要があるため、インピーダンス整合器１０の第２の内部導体１ｂは、伝送線路３０の内部導体１１よりも外径が小さくなり、接続部１ｂａの外径も小さくなる。したがって、インピーダンス整合器１０において、接続部１ｂａは、外径が中心導体１１の外径よりも小さくなるように形成されており、かりに、接続部１ｂａを含む内部導体１を一体で形成した場合には、境界部Ｘにおいて、特に、接続部１ｂａの根元付近において、クラックまたは亀裂、あるいは、接続部１ｂａの折れ等が生じやすくなる。
【００５３】
しかしながら、インピーダンス整合器１０は、第１の内部導体１ａと第２の内部導体１ｂとがそれぞれ別体で形成されているので、内部導体１は、接続部１ｂａにクラックまたは亀裂、あるいは、折れ等が生じにくくなる。このように、インピーダンス整合器１０を用いることによって、電磁波発生体２０は、金属容器内に電磁波、例えば、マイクロ波を効率よく伝送することができるとともに、内部導体１を信頼性に優れたものとすることができる。
【００５４】
本発明は、上述した実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更および改良が可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１、１１  内部導体
１ａ  第１の内部導体
１ｂ  第２の内部導体
２、１２  誘電体
３、１３  外部導体
４、１４  取付け部
５  アンテナ
１０  インピーダンス整合器
１５  金属容器
２０  電磁波発生体
３０  伝送線路
【図１】
2015159492.tif 000003
【図２】
2015159492.tif 000004
【図３】
2015159492.tif 000005
【図４】
2015159492.tif 000006