(57)【要約】【課題】広帯域での電磁波逓減効果の期待できると共に、比較的スパイラル構造の小さい妨害電磁波低減装置を提供する。【解決手段】電子機器よりの妨害電磁波を低減するための妨害電磁波低減装置であって、前記電子機器に対向して配設された２組のアルキメデススパイラル構造の導電性材料で構成された板と、前記導電性板の中心に前記導電性板と電気的に接合された抵抗体と、を具備する構成となっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子機器よりの妨害電磁波を低減するための妨害電磁波低減装置であって、前記電子機器に対向して配設された２組の等角スパイラル構造の導電性材料で構成された導電性板と、前記導電性板の中心に前記導電性板と電気的に接合された抵抗体と、を備えることを特徴とする妨害電磁波低減装置。
【請求項２】
電子機器よりの妨害電磁波を低減するための妨害電磁波低減装置であって、前記電子機器に対向して配設された２組のアルキメデススパイラル構造の導電性材料で構成された導電性板と、前記導電性板の中心に前記導電性板と電気的に接合された抵抗体と、を備えることを特徴とする妨害電磁波低減装置。
【請求項３】
当該妨害電磁波低減装置の出力抵抗をＲ、リアクタンスをＸ、ｊを虚数として、Ｚ１＝Ｒ＋ｊＸとした場合、前記抵抗体の抵抗値をＺ２＝Ｒ−ｊＸとすることを特徴とする請求項１又は２に記載の妨害電磁波低減装置。
【請求項４】
前記導電性板が自己補対構造であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の妨害電磁波低減装置。
【請求項５】
前記抵抗体の抵抗値が１８８Ωであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の妨害電磁波低減装置。
【請求項６】
さらに筐体を有し、前記導電性板が、前記筐体の間隙に設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の妨害電磁波低減装置。
【請求項７】
前記間隙をルーバーとして使用することを特徴とする請求項６に記載の妨害電磁波低減装置。
【請求項８】
前記導電性板が金属板であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の妨害電磁波低減装置。
【請求項９】
前記導電性板が金属薄膜からなり、前記金属薄膜に粘着層が備えられていることを特徴とする請求項８に記載の妨害電磁波低減装置。
【請求項１０】
前記導電性板のアームの寸法が、前記電子機器の妨害電磁波の半波長より大きいことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の妨害電磁波低減装置。
【請求項１１】
前記導電性板及び抵抗体の近傍に誘電体を設けたことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の妨害電磁波低減装置。
【請求項１２】
前記誘電体が前記抵抗体から離れた位置に設置されることを特徴とする請求項１１に記載の妨害電磁波低減装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複写機などの画像読取部において電子機器から発生する電磁波を低減するための妨害電磁波低減装置に関し、特に、広帯域での電磁波逓減効果の期待できると共に、比較的スパイラル構造の小さい妨害電磁波低減装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器の高機能化、高クロック化に伴い電子機器から発生する電磁波による障害が問題となってきている。特に複写機などの画像読取部においては高画質化のためにクロック数が高くなっており、漏洩する電磁波ノイズが重要な問題となってきている。
そこで、従来では強磁性体に金属板を密着させて、強磁性体に集まった磁界による誘導電流を金属板に発生させジュール熱により磁界エネルギーを吸収する電磁波吸収体が開示されている（特許文献１）。また、従来では、筐体の共振モードでの電流分布に着目してスリットを配置する技術が開示されている（特許文献２）。
【特許文献１】特開平１１−２６１２８０号公報
【特許文献２】特開２００３−１１５９６１公報
【非特許文献１】WARREN L. STUTZMAN, ANTENNA THEORY AND DESIGN, JON WILEY, P285）
【非特許文献２】佐治学「電気回路Ａ」オーム社、Ｐ７５
【非特許文献３】遠藤敬二  他「アンテナ工学」総合電子出版（1994）Ｐ７１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来技術のなかで特許文献１は一般に高周波では強磁性体の比透磁率は低下するので数百ＭＨｚの周波数で強磁性体としての効果は期待できない。また特許文献２では筐体の共振モードでの電流分布によって電磁波ノイズを低減するので、共振モード以外の周波数では電磁波ノイズの低減効果は期待できない。
本発明の目的は、前記従来の課題を解決することであり、広帯域での電磁波逓減効果が期待できる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上述の目的を達成するために、請求項１記載の発明は、電子機器よりの妨害電磁波を低減するための妨害電磁波低減装置であって、前記電子機器に対向して配設された２組の等角スパイラル構造の導電性材料で構成された導電性板と、前記導電性板の中心に前記導電性板と電気的に接合された抵抗体と、を備えることを特徴とする。
また請求項２記載の発明は、電子機器よりの妨害電磁波を低減するための妨害電磁波低減装置であって、前記電子機器に対向して配設された２組のアルキメデススパイラル構造の導電性材料で構成された導電性板と、前記導電性板の中心に前記導電性板と電気的に接合された抵抗体と、を備えることを特徴とする。
【０００５】
また請求項３記載の発明は、当該妨害電磁波低減装置の出力抵抗をＲ、リアクタンスをＸ、ｊを虚数として、Ｚ１＝Ｒ＋ｊＸとした場合、前記抵抗体の抵抗値をＺ２＝Ｒ−ｊＸとすることを特徴とする。
また請求項４記載の発明は、前記導電性板が自己補対構造であることを特徴とする。
また請求項５記載の発明は、前記抵抗体の抵抗値が１８８Ωであることを特徴とする。
また請求項６記載の発明は、さらに筐体を有し、前記導電性板が、前記筐体の間隙に設けられていることを特徴とする。
また請求項７記載の発明は、前記間隙をルーバーとして使用することを特徴とする。
【０００６】
また請求項８記載の発明は、前記導電性板が金属板であることを特徴とする。
また請求項９記載の発明は、前記導電性板が金属薄膜からなり、前記金属薄膜に粘着層が備えられていることを特徴とする。
また請求項１０記載の発明は、前記導電性板のアームの寸法が、前記電子機器の妨害電磁波の半波長より大きいことを特徴とする。
また請求項１１記載の発明は、前記導電性板及び抵抗体の近傍に誘電体を設けたことを特徴とする。
また請求項１２記載の発明は、前記誘電体が前記抵抗体から離れた位置に設置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば２組の等角スパイラル構造の導電性材料で構成された導電性板と導電性板の中心に前記導電性板と電気的に接合された抵抗体とを備えた妨害電磁波低減装置を電子機器に対向して配設したことで、広い範囲の周波数で電磁波ノイズの逓減が可能となる。
また本発明によれば２組のアルキメデススパイラル構造の導電性材料で構成された導電性板と導電性板の中心に前記導電性板と電気的に接合された抵抗体とを備えた妨害電磁波低減装置を電子機器に対向して配設したことで、広い範囲の周波数で電磁波ノイズの逓減が可能となり、かつ等角スパイラルアンテナより寸法を小さくすることができる。
【０００８】
また本発明によれば、出力抵抗をＲ、リアクタンスをＸ、ｊを虚数として、Ｚ１＝Ｒ＋ｊＸとした場合、抵抗体の抵抗値をＺ２＝Ｒ−ｊＸとすることで、電磁波ノイズのより高い逓減が可能となる。
また本発明によれば、導電性板を自己補対構造とすることで、より安価、簡便に電磁波ノイズの逓減が可能となる。
また本発明によれば、抵抗体の抵抗値が１８８Ωとしたことで、電磁波ノイズのより高い逓減効果が可能となる。
【０００９】
また本発明によれば、導電性板を筐体の間隙に設けることで、電磁波が漏洩するの対数周期構造の間隙だけでとなり、電磁波ノイズのより高い逓減効果が可能となる。
また本発明によれば、間隙をルーバーとして使用することで、電磁波逓減効果に加え放熱効果も可能となる。
また本発明によれば、導電性板を金属板とすることで、同等の電磁波逓減効果をより安価に提供する事が可能となる。
また本発明によれば、導電性板が金属薄膜からなり、前記金属薄膜に粘着層を備えるようにしたことで、プラスチック筐体でも同等の電磁波逓減効果を提供する事が可能となる。
【００１０】
また本発明によれば、導電性板のアームの寸法を電子機器の妨害電磁波の半波長より大きくすることにより、確実に電磁波逓減効果が得られるようになる。
また本発明によれば、導電性板及び抵抗体の近傍に誘電体を設けることにより、導電性板の寸法が小さくても低い周波数の電磁波ノイズの低減が可能となる。
また、本発明によれば、誘電体を抵抗体から離れた位置に設置することにより、導電性板の寸法が小さくてもより低い周波数の電磁波ノイズの低減が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に添付の図を参照してこの発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明による妨害電磁波低減装置の一実施形態の全体概略図である。
本発明では、アルキメデス（Archimedean）スパイラル構造アンテナが広帯域でインピーダンスが一定である事とスパイラル形状の半径が角度の比例関数となっておりスパイラルのアームの長さを長くしてもスパイラル構造が極端に大きくならない事に着目し、そのインピーダンスに整合する抵抗体をつけて広帯域での電磁波逓減効果の期待できると共に、比較的スパイラル構造の小さい妨害電磁波低減装置を提供するようにしている。
図１に示すように、本実施形態では、給電部３ｂを有する電子機器を模したアルキメデススパイラルアンテナ３に対して、２組のアルキメデススパイラル構造の導電性材料からなる導電性板１と導電性板１の中心に導電性板１と電気的に接合された抵抗体２とからなる妨害電磁波低減装置を設けた構成となっている。なお、ここで、アルキメデススパイラル構造の導電性板１が金属板となっている。これにより同等の電磁波逓減効果をより安価に提供する事が可能となる。
【００１２】
図２（ａ）、（ｂ）において、アルキメデススパイラル構造とした導電性板１のＸ，Ｙ方向の寸法をａ１，ｂ１とし、電子機器を模したアルキメデススパイラルアンテナ３のＸ，Ｙ方向の寸法をａ２，ｂ２として、導電性板１までの距離をｄとする。図２は、図１に示した導電性板１及び電子機器３の寸法を示す説明図である。
ここで、非特許文献１（WARREN L. STUTZMAN, ANTENNA THEORY AND DESIGN, JON WILEY, P285）に記載されているように、アンテナについて金属部分がアルキメデススパイラル構造ならば、そのアンテナのインピーダンスは周波数に依存しないことが示されている。実際にはアルキメデススパイラル構造のアームの長さと抵抗体近傍の工作精度でインピーダンスが一定な範囲は決まってしまうが実用上問題ない。
そこで、図１、図２に示すように、妨害電磁波低減装置の導電性板１を、自己補対構造となる２組のアルキメデススパイラル構造とすれは、アルキメデススパイラルアンテナ３からの放射電磁波について広範囲の周波数で共振して、抵抗体２に電圧が発生する。その時、抵抗体２に電流が流れることにより、ジュール熱が発生し、広い範囲の周波数で電磁波ノイズの逓減が可能となる。
【００１３】
次に、上記構成からなる妨害電磁波低減装置により得られた効果を数値シミュレーションにより検証する。
まず、図１、図２に示すように、アルキメデススパイラルアンテナ３の上にアルキメデススパイラル構造の導電性板１を置いた場合（ＣＡＳＥ１）と、図３に示すように、アルキメデススパイラルアンテナ３だけの場合（ＣＡＳＥ２）について放射電界強度を計算する。図３は、アルキメデススパイラルアンテナ３だけの場合の概略図である。
なお、ここでは、図２に示す寸法形状において、ａ１＝６０ｍｍ，ｂ１＝６２ｍｍ，ａ２＝２４ｍｍ，ｂ２＝３１ｍｍ，ｄ＝５０ｍｍとし、抵抗体の抵抗値は１００［Ω］とする。
また、ここではＦＤＴＤ法（有限差分時間領域法）といわれる計算解析手法によるシミュレーションによって放射電界の評価を行う。この解析では、解析空間を格子状に分割して、Ｍａｘｗｅｌｌ方程式を差分して時間領域で解く。具体的には、入力点であるダイポールアンテナの入力端に広い範囲の周波数成分を含んだガウシアンパルスを入力し、抵抗体からｘ方向に３０ｍｍ，ｙ方向に０ｍｍ，ｚ方向に１０ｍｍ離れた位置での時間領域での電界情報を取り込む。そして、この電界情報を周波数変換して周波数領域での電界情報を得る。
【００１４】
図１に示すＣＡＳＥ１と、図３に示すＣＡＳＥ２（比較例）との場合における放射電界強度を図４に示す。図４において、例えば周波数７９４ＭＨｚについてＣＡＳＥ２は０．９９６［ｍｖ／ｍ］に対してＣＡＳＥ１は０．１４８［ｍｖ／ｍ］と７倍程度の逓減効果がある。そして周波数１９８ＭＨz以上では逓減効果が見られる。
【００１５】
次に、等角スパイラルアンテナに対するアルキメデススパイラルアンテナの寸法の優位性を示す。一般にアームの長さで共振する最小周波数は決まるので、アームの長さが長く、アンテナの外形寸法は小さい方が望ましい。
ここで、等角スパイラルアンテナのアームの半径をｒ１、比例定数をａ１、角度をｔｈ１とすると、以下の１式の関係になる。
ｒ１＝ａ１＊＊ｔｈ１（＊＊はべき乗）・・・（１）
製作精度の関係から、ｔｈ１＝０°でｒ１＝１ｍｍ、ｔｈ１＝３６０°でｒ１＝７ｍｍとすると、ａ１＝１．３６３となる。これからアームの長さを５００ｍｍにした等角スパイラルアンテナの１つのアーム外形を図５（ａ）に示し、角度に対するアームの半径とアームの長さを図５（ｂ）に示す。アームの長さを５００ｍｍとするとアームの半径は１５０ｍｍとなり、２つのアームでは３００ｍｍとなる。図５は、アームの長さを５００ｍｍにした等角スパイラルアンテナの１つのアーム外形を示す説明図である。
【００１６】
それに対し、アルキメデススパイラルアンテナのアームの半径をｒ２、比例定数をａ２、角度をｔｈ２とすると、以下の２式の関係になる。
ｒ２＝ａ２＊ｔｈ２   ・・・（２）
製作精度の関係からｔｈ１＝０°でｒ１＝１ｍｍ、ｔｈ１＝３６０°でｒ１＝７ｍｍとするとａ１＝１となる。これからアームの長さを５００ｍｍにしたアルキメデススパイラルアンテナの１つのアーム外形を図６（ａ）に示し、角度に対するアームの半径とアームの長さを図６（ｂ）に示す。アームの長さを５００ｍｍとするとアームの半径は３１ｍｍとなり、２つのアームでは６２ｍｍとなる。図６は、アームの長さを５００ｍｍにしたアルキメデススパイラルアンテナの１つのアーム外形を示す説明図である。
以上の説明からアルキメデススパイラルアンテナの方が同じアームの長さで寸法は等角スパイラルアンテナの１／５倍で良い事が分かる。
また本実施形態では、導電性板のアーム部分を等角スパイラル構造としても、スパイラル形状の半径が角度のべき乗の関数となっており、上記数値計算で検証しても同様な低減効果が可能となる。
【００１７】
また本実施形態では、抵抗体２を接続する部分のインピーダンスをインピーダンスアナライザあるいは数値計算により求めている。この抵抗体２を接続する部分のインピーダンス（妨害電磁波低減装置の出力抵抗）を、抵抗Ｒ、リアクタンスをＸ、ｊを虚数として、Ｚ１＝Ｒ＋ｊＸとした場合に、抵抗体２のインピーダンスをＺ２＝Ｒ−ｊＸとする。
このようにすると非特許文献２（佐治学「電気回路Ａ」オーム社、Ｐ７５）に示されているように、最大電力供給の定理から電力が抵抗体２に一番効果的に消費される。これから電磁波ノイズのより高い低減効果が可能となる。
【００１８】
また本実施形態では、導電性板１をアルキメデススパイラル構造でかつ自己補対構造（板とその空隙部分が線対称あるいは点対称であるもの）とする。
このようにすると非特許文献３（遠藤敬二  他「アンテナ工学」総合電子出版（1994）ｐ７１）に記載のように、アンテナについて金属部分が無限に大きくかつ金属部分と空間部分の形状が、移動することで同一となる自己補対構造ならば、そのアンテナのインピーダンスはインダクタンス成分をもたず純抵抗値になり、周波数、アンテナの形状に依存しないようになる。実際には、アンテナの寸法は有限なので低域の周波数でアンテナのインピーダンスは一定ではないが、高い周波数では一定である。また自己補対構造であるならば、周波数に関係なくアンテナのインピーダンスは一定の６０π（＝１８８Ω、πは円周率）である事が示されている。これから抵抗体の抵抗値にリアクタンス成分は必要なく、より安価、簡便で電磁波ノイズの低減効果が可能となる。
【００１９】
また、本実施形態において抵抗体２の抵抗値を１８８［Ω］とする。これにより、導電性板１のインピーダンスと抵抗体２が整合する事により電磁波ノイズのより高い低減効果が可能となる。
図７は、本発明による妨害電磁波低減装置の他の実施形態の全体概略図である。図７に示すように、この妨害電磁波低減装置は、電子機器を模したアルキメデススパイラルアンテナ３を囲う筐体４にアルキメデススパイラル構造の間隙５を形成したものである。このようにアルキメデススパイラルアンテナ３を筐体４で囲うことで、電磁波が漏洩するのはアルキメデススパイラル構造の間隙５だけであり、ノイズ源であるアルキメデススパイラルアンテナ３からの電磁波放射はより減少する。また、アルキメデススパイラル構造の間隙５も広帯域の電磁波に共振するので電磁波ノイズのより高い逓減効果が可能となる。
なお、ここで、図７に示したアルキメデススパイラル構造の間隙５を放熱用の開口部（ルーバー）として、開口部の近傍にファンを設置して、ファンの排風や換気を行う場合に使うようにしても良い。これにより電磁波逓減効果に加え、放熱効果も可能となる。
【００２０】
図８は、本発明による妨害電磁波低減装置の他の実施形態の全体概略図である。図８（ａ）、（ｂ）に示す妨害電磁波低減装置である電磁波逓減構造体９は、アルキメデススパイラル構造の間隙５を形成した薄膜金属７及び粘着層８から構成される。このような電磁波逓減構造体９を、電子機器を模したアルキメデススパイラルアンテナ３を囲うプラスチック筐体に貼ることで、導電性でないプラスチック筐体でも、安価、容易に電磁波逓減が可能となる。なお、図８においては金属薄膜７にアルキメデススパイラル構造の間隙５を形成する場合を例に挙げて説明したが、これはあくまでも一例であり、電磁波逓減構造体９としては金属薄膜７の一部にアルキメデススパイラル構造のパターンを形成するようにしても良い。
【００２１】
図９は、本発明による妨害電磁波低減装置の他の実施形態の全体概略図である。図９に示すように、この妨害電磁波低減装置は、アルキメデススパイラル構造導電性板１のアームの寸法を、電磁波の半波長に相当する長さより長いｃとするようにしている。一般に、アルキメデススパイラル構造は無限大に大きければ低い周波数までインピーダンスは一定であるが、実際は寸法に限りがあるので低い周波数ではインピーダンスは一定にならず、電磁波逓減効果が低下する。ここで電磁波逓減効果が減少する周波数は半波長に相当する。そこで、予め逓減する最低周波数を決めてその半波長より寸法ｃを大きくすることにより確実な電磁波逓減効果が可能となる。
【００２２】
図１０は、本発明による妨害電磁波低減装置の他の実施形態の全体概略図である。図１０に示すように、この妨害電磁波低減装置は、アルキメデススパイラル構造の導電性板１及び抵抗体２の近傍に誘電体板１０を設けた構成となっている。このようにすれば、誘電体板１０により一般に誘電体近傍の線路では波長短縮が起るので、導電性板１の寸法が小さくても波長短縮分だけ低い周波数の電磁波ノイズの低減が可能となる。
【００２３】
図１１は、本発明による妨害電磁波低減装置の他の実施形態の全体概略図である。図１１に示すように、この妨害電磁波低減装置は、アルキメデススパイラル構造の導電性板１及び抵抗体２から所定距離だけ離れた位置に誘電体板１１を設けた構成となっている。一般に、高い周波数では抵抗体の近傍で共振するが、低い周波数では抵抗体から離れた位置で共振する。そのため、誘電体１１を抵抗体から離れた位置に置くことにより、導電性板の寸法が小さくてもより低い周波数で効果的に共振して電磁波逓減効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明による妨害電磁波低減装置の一実施形態の全体概略図である。
【図２】図１に示した導電性板１及び電子機器３の寸法を示す説明図である。
【図３】アルキメデススパイラルアンテナ３だけの場合の概略図である。
【図４】図１に示すＣＡＳＥ１と、図３に示すＣＡＳＥ２（比較例）との場合における放射電界強度を示すグラフ図である。
【図５】アームの長さを５００ｍｍにした等角スパイラルアンテナの１つのアーム外形を示す説明図である。
【図６】アームの長さを５００ｍｍにしたアルキメデススパイラルアンテナの１つのアーム外形を示す説明図である。
【図７】本発明による妨害電磁波低減装置の他の実施形態の全体概略図である。
【図８】本発明による妨害電磁波低減装置の他の実施形態の全体概略図である。
【図９】本発明による妨害電磁波低減装置の他の実施形態の全体概略図である。
【図１０】本発明による妨害電磁波低減装置の他の実施形態の全体概略図である。
【図１１】本発明による妨害電磁波低減装置の他の実施形態の全体概略図である。
【符号の説明】
【００２５】
１…導電性板、２…抵抗体、３…アルキメデススパイラルアンテナ、３ｂ…給電部、４…筐体、５…間隙、７…薄膜金属、８…粘着層、９…電磁波逓減構造体、１０…誘電体板、１１…誘電体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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