JPS6144398B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高周波加熱装置ドア部からの電波漏洩
を防止するドアシール装置に関するものである。

高周波加熱装置では加熱室に被加熱物を出し入
れすることが必要であるから開閉自在なドアが不
可欠である。このときドアと加熱装置本体との間
には２導体間で構成される間隙が生じやすく、こ
の間隙は平行平板線路として働き、加熱室内の高
周波エネルギーを加熱室の外へ、すなわち自由空
間に漏洩させるおそれがある。したがつて高周波
加熱装置においては安全なドアシール装置が不可
欠である。

従来技術としては例えばUSP2500676で提案さ
れる方法があるが、これはドアと加熱装置本体と
の間の金属接触により漏洩を防止するものであ
る。この方法における問題点は金属接触を保つた
めにドア及び加熱室本体両者に対して厳しい平面
度が要求されること、ドアを加熱装置に取付ける
際、取付け誤差が生じるのを避け難く、完全な金
属接触を得難いこと、及び高周波加熱装置の長期
使用を想定してとき、良好な金属接触を保証しき
れないことである。またUSP3182164で提案され
る1/4波長線路を利用したいわゆるチヨーク方式
がある。現在のところ多くの高周波加熱装置、特
に電子レンジにおいては前述した金属接触とチヨ
ーク方式を併用してドアシールを構成している。
さらに金属接触とチヨーク方式では防ぎきれなか
つた漏洩電波を吸収しかつ減衰させるために、電
波吸収材料例えばフエライトゴム等を付加するの
が普通である。すなわちチヨーク方式も電波漏洩
防止にあまり寄与していないのである。

第１図は従来技術において用いられるドア部に
設けられるチヨーク方式の基本構造を示すもの
で、１はドア部の溝８を形成するドア前板、２は
前記ドア部の溝８を高周波加熱室７側から張出す
とともに開放面５を残して塞ぐようになつている
ドア後板、３はオープンフランジである。この構
造において要するに使用電波の波長をλとしたと
き、ドア部の溝８の幅、すなわちドア部の溝８の
面６から開放面５までの距離を概略λ／４に取る
ことにより面４を導体壁で閉じたのと等価にした
ものである。

しかしこのチヨーク方式にも三つの問題点があ
る。第１に、チヨーク方式は通常オープンフラン
ジ３とドア後板２による金属接触を含むが、第１
図中点Ｐにおいてのみオープンフランジ３とドア
後板２が接触してその他の点では接触していない
とすれば、点Ｐの近傍を通過する電波に対しては
チヨーク効果が減じてしまうことである。これは
既に説明したように、チヨーク方式は電波的短絡
面を作りたい場所（面４）からλ／２離れた位置
に導体による短絡面（面６）を設けて実現してい
たのに対し、点Ｐで接触するとこの点が短絡点と
なり面４は短絡面ではありえなくなるからであ
る。すなわちオープンフランジ３とドア後板２の
平面度がチヨーク効果を支配するのである。

第２の問題点は、チヨーク効果がオープンフラ
ンジとドア後板の間隙５４の増加に従つて急激に
減じることである。第１図の構造のチヨーク方式
では、オープンフランジとドア後板の間隙５４の
増加１mm当り漏洩電力密度は約8dB増加する。こ
のような現象が生じるのは次の理由による。通常
ドア後板２とオープンフランジ３との間にスパー
クが発生するのを防止するため、50μｍ程度の絶
縁皮膜をドア後板２またはオープンフランジ３に
施している。そしてチヨーク設計においては、50
μｍの間隙を有する長さλ／４のオープンフラン
ジ３とドア後板２によつて構成される平行平板線
路にドア後板２とドア前板１によつて構成される
長さλ／４の平行平板線路が接続された状態で、
漏洩電力密度が最小になるようチヨーク溝８の深
さ等の寸法が選ばれる。すなわち二つのλ／４の
線路の特性インピーダンスは異なつているが、こ
の状態でチヨークが最大の効果を発揮するように
チヨークの寸法が選ばれているのである。したが
つてオープンフランジとドア後板の間隙が変化す
ると、この線路の特性インピーダンスが変化し、
チヨーク効果が減じるのである。マイクロ波工学
で良く知られているように、平行平板線路の特性
インピーダンスは平行板の間隔に反比例するか
ら、間隔が例えば50μｍ程度から１mmに増加した
とき特性インピーダンスは1/20となる。したがつ
てチヨーク方式はドアを加熱装置本体に取付ける
際、精度が要求され、しかも長期使用によるドア
ヒンジのゆるみによる漏洩電力増加が生じないこ
との保証はない。

第３の問題は、チヨーク方式の原理が成立する
のは電波がチヨーク溝の長手方向に対して垂直に
入射した場合であり、斜め方向から入射した場合
例えば第２図の如く45゜で入射した場合には、溝
幅方向の波長が２λとなるため、チヨーク効果が
大きく減少する。また斜めに入射する電波は溝８
の長手方向に対して垂直入射成分と平行入射成分
の和として表示できるから、前者に対してはチヨ
ーク効果はあるが、後者に対してはないとも言え
る。一方電子レンジ等の高周波加熱装置では、電
波の入射方向は場所の関数であり、また加熱ムラ
を低減させるためにターンテーブルあるいはスタ
ーラ等を用いている場合には、時間に関数でもあ
る。したがつてドア部の溝８に対して斜めに入射
する電波の漏洩を防止できないことも重要な問題
である。

既に述べた如く、現在多くの電子レンジはドア
シール装置としてチヨーク方式と金属接触と電波
吸収材料を用いているが、上述の第３番目の問題
点に着目してチヨーク方式に一種の周期構造を配
したドアシール装置もある。例えばUSP3767884
では、第１図におけるドア後板２に、チヨーク溝
８の長手方向に対し垂直な方向にしかもチヨーク
溝８の長手方向に周期的にスリツトを形成してド
ア部の溝８の長手方向に減衰線路を形成し、ドア
部の溝８に対する平行入射成分の伝搬を禁止して
ドア部の溝８の長手方向に対し垂直な入射波のみ
をチヨークへ導くことによりチヨーク効果を保持
し、漏洩を防止している。また特公昭52―40055
にも全く同様の提案が見られる。このような周期
構造により平行入射成分の漏洩を防止し、チヨー
ク効果を保持する方法はUSP2772402にも示され
ている。

しかし、USP3767884及び特公昭52―40055のい
ずれの方法も、ドア部の溝８に周期構造を配列す
ることにより、溝８の長手方向への伝搬を禁止し
てチヨーク方式の効果を確実にするものである。
すなわち第１図の面４に等価的短絡面を形成する
ことに変わりはなく、したがつて前述したチヨー
ク方式の問題点の第１及び第２の問題点は未解決
である。さらに明確に述べるならば、周期構造物
はチヨーク方式の補助手段として用いられている
ものであつて、周期構造物そのものが本質的な電
波漏洩防止作用をなしてはいないのである。

本発明の目的は上記したチヨーク方式のドアシ
ール技術の欠点をなくし、かつ電波吸収材料を取
去つて低コスト化を計るとともに、その状態で従
来技術に比してより安全なドアシール装置を提供
することにある。

電波吸収材料を用いないドアシール装置を実現
するためには、何らかの手段によりドアとオーブ
ンの間に電波的短絡面を作らねばならない。前述
したチヨーク方式も電波的短絡面を作る一手段で
あつた。本発明においてはチヨーク方式の欠点に
鑑み、チヨーク方式とは異なる構成及び作用のド
アシール装置を与えている。すなわち、ドアと加
熱室とで構成される平行平板状線路の間に加熱室
の入口開口に沿つて金属導体からなるリアクタン
ス素子を配することにより、ドアと加熱室とで構
成される平行平板状線路に対して並列にそう入さ
れた直列共振回路を形成し、この直列共振回路に
よつてリアクタンス素子が配された位置に電波的
短絡面を生成して、加熱室内部から前記平行平板
状線路へ任意の入射角で入射してドア周辺部から
高周波加熱装置の外部へ漏洩しようとする電波
を、加熱室内部へ反射させる高周波加熱装置用ド
アシール装置を与えている。

このような構成及び作用について、今少し具体
的に説明する。通常用いられる方形導波管の中
に、直径がλ／８程度（λは使用電波の波長）の
導体ポストをＥ面に平行にして一端をＨ面に固定
し、他端をＨ面からλ／40程度離してそう入する
と、入力端から見たときポストの中心線を含み管
軸方向に垂直な面は電波的には短絡面、すなわち
導体板でその面を置換したのと等価に見え、入射
エネルギーは完全反射する。何故このような遮断
特性が得られるかと言えば、導体ポストと導波管
管壁との間に蓄えられる電界のエネルギーと、導
体ポスト表面に流れる電流によつてその導体ポス
トの周囲に蓄えられる磁界のエネルギーが、それ
ぞれ回路的にはキヤパシタンスとインダクタンス
に相当し、これらが導波管線路に対し並列にそう
入された直列共振回路として作用し（この意味で
導体ポストはリアクタンス素子である）、導体ポ
ストの位置に電波的短絡面を生成するからであ
る。この考え方を拡張して導波管幅（Ｈ面の幅）
を十分広げ、管軸に垂直な面上に前述の導体ポス
トを周期的に複数本配列してやれば、同様なその
面上に電波的短絡面を作ることができる。しかも
複数本周期的に配列することにより、電波が斜め
に入射してもその電波的短絡面の効果は減少せ
ず、むしろ入射角の増加に伴つて効果は増大す
る。さらに複数本周期的に配列された導体ポスト
の作用によつて電波的短絡面を形成したことによ
り、チヨーク方式においてドア後板とオープンフ
ランジの接触状態がチヨーク効果に重大な影響を
及ぼしていたことが、本発明においては問題でな
くなり解決された。また導体ポストの径をある程
度大きく取ることにより、この位置に形成される
電波的短絡面をドアと加熱室本体との間の間隙の
増加があつても保持させることができた。したが
つて、従来ドアと加熱装置本体との間の間隙の増
加に伴つて漏洩電力が急激に増加する問題も、解
決できた。

さて導体ポストを用いると述べてきたが、高誘
電率の誘電体でポストを形成しても全く同様の効
果が得られる。完全導体の場合、その誘電率は無
限大であるが、誘電体もその比誘電率が30程度以
上になるとその作用は金属導体に近くなるので、
金属導体を高誘電率誘電体で置換できる。さらに
金属導体を誘電体で置換することにより軽量化も
はかれる。このように誘電体ポストが導体ポスト
と全く同等であるから、以下単に導体ポストある
いはポストと呼ぶ。

第３図に一実施例としてオーブンフランジ３近
傍のドア要部を示す。ドア前板１にドア部の溝８
が設けられ、ドア後板２と溝部外周壁１８とで溝
の開口部を形成する。また加熱室壁面の幅１３よ
りも溝の開口部の幅１２を小さく選んであるの
で、オーブンフランジ３とドア後板２は平行平板
状の電波通路１９を構成する。ドア部の溝８に
は、第４図に示す如き一体成形された高誘電率誘
電体９０、すなわち複数本のポスト２４０が設置
されている。さらに溝８の開口部には汚れの侵入
を阻止し、かつ溝８の内部の構造物を保護するた
めのプラスチツク製のカバー９が付けられてい
る。ただし、カバー９の電波に対する特性は低損
失でかつ低誘電率（比誘電率は５程度以下）でな
ければならない。もし高誘電率であればカバー９
によつて電波が反射され、ドア部の溝８に設置さ
れた高誘電率誘電体９０が所定の電波作用を果せ
なくなるからである。

次に各構成部分の作用を説明する。まず本発明
の要部をなす導体ポストの作用を説明する。マイ
クロ波工学の分野では周知であるが、第５図ａに
示すように導波管２１内に角柱の導体ポスト２４
を導波管２１のＨ面２３に垂直にＥ面に平行に立
てたとき、その伝送特性は例えば第５図ｂの実線
の如く広い周波数帯に亘つて20dB以上の減衰が
得られる。第５図ｂの実線は周波数2450MHzに対
して角柱幅２７がλ／８、奥行２６がλ／16、角
柱と導波管Ｈ面２３との間隙がλ／40、導波管Ｈ
面２３の幅が90mm、導波管Ｅ面の幅が30mmに選ん
だ場合の実験データを示している。何故このよう
な遮断特性が得られるかと言えば、導体ポスト２
４と導波管Ｈ面２３との間隙に蓄えられる電界の
エネルギーと、導体ポスト２４の表面に流れる電
流によつてその導体ポスト２４の周囲に蓄えられ
る磁界のエネルギーとが、それぞれ回路的にはキ
ヤパシタンスおよびインダクタンスに相当し、こ
れらが直列共振回路を構成してある特定周波数を
中心として遮断特性を示すのである。もちろんこ
の共振周波数は導体ポスト２４の太さあるいは導
体ポスト２４と導波管Ｈ面２３との間隙寸法を変
えることにより移動させ得る。例えば前述の太さ
を増すか、あるいは間隙を増すことにより共振周
波数は高い周波数へシフトされる。

次に、導体ポストの太さをある程度大きく取る
ことにより、何故ドアと加熱装置本体との間隙が
増加しても漏洩電力の急激な増加を防止できたか
について説明する。第６図ａは方形導波管中に立
てられた円柱の導体ポスト２４１を示している。
導波管Ｈ面２３の幅は90mm、導波管のＥ面２２の
幅は30mmである。導体ポスト２４１は導波管のＨ
面２３の中央に立てられ、その半径はｒであり、
導体ポスト２４１の先端と導波管のＨ面２３との
ギヤツプはΔである。このような導波管にそう入
された導体ポストの等価回路は、第６図ｂの如く
導波管のTE１０モードの特性インピーダンスＺ
１０の線路にリアクタンスjXが並列につながれ
たもので表される。このリアクタンスは第６図ｃ
に示されるようにギヤツプΔが大きいときにはキ
ヤパシテイブであり、ギヤツプΔが小さくなるに
従つてインダクテイブになる。第６図ｃに示され
る規格化リアクタンスは理論値であるが、これに
ついて少し説明を加える。同図の左側の縦軸には
導体ポストのリアクタンスＸを導波管のTE１０
モードの特性インピーダンスＺ１０で規格化した
値を示す。また横軸は導体ポスト２４１の先端と
導波管のＨ面２３とのギヤツプΔを示す。さらに
同図の右側の縦軸は規格化されたリアクタンス
Ｘ／Ｚ１０の値に対応する電力透過係数を示す。
ここで言う電力透過係数は、第６図ｂの2port
circuitにおいて、一つのポートをＺ１０で終端し
たとき、すなわち整合状態としたとき、他のポー
トから電力を入れたときに透過する電力の入射電
力に対するパーセンテージで定義される。Ｘ／Ｚ
１０＝Ｚとおけば、電力透過係数TpはTp＝
４ｘ^２／１＋４ｘ^２で定義される。さて第６図ｃには半
径ｒが 2.7mm、10.8mmの２本の導体ポストに対するリア
クタンスが示されている。明らかに後者の曲線の
方が前者の曲線よりもその傾きが小さい。例え
ば、半径ｒが2.7mmのポストの場合、ギヤツプΔ
が共振点の位置から１mm増加したときの電力透過
係数は1.42％、10.8mmのポストの場合のそれは
0.057％であつて、後者の場合の透過電力は前者
の1/25に低減されている。ギヤツプΔの変動はド
アと加熱装置本体との間のギヤツプ変動に相当す
るから、太いポストを採用することによりギヤツ
プ変動に対して漏洩電力の変化が小さいドアシー
ルを実現できる。尚、第６図には導体ポスト２４
１の周波数特性を示していないが、ｒ＝10.8mmの
太いポストの場合には第５図ｂの如く阻止帯域幅
の広い特性が得られる。

さてドア部の溝８に入射する波を考えよう。第
５図ａにおいて導波管のＨ面２３の幅を十分広く
した場合、すなわち平行平板線路となし、ここに
既に述べた高誘電率誘電体９０を線路方向に対し
て垂直な方向に複数個周期的に並べてやることに
より、入射する電波の漏洩を防止することができ
る。また複数個周期的に並べることにより、電波
入射方向が線路方向に傾いても効果は変わらず、
むしろ減衰効果は大きくなる。しがたつて高誘電
率誘電体９０をドア部の溝の長手方向に設置する
ことにより、ドアシール装置が構成される。尚、
本発明の効果を生かすためには次の点も重要であ
る。すなわちドア全周に亘つて設けられたドア部
の溝８の高誘電率誘電体９０を周期的にとぎれる
ことなく閉ループを成すように配置しなければな
らない。その理由は、もしとぎれて導体ポストが
欠落しているとすると、そこには既に述べた電波
的短絡面が構成されないので、電波は単に通り抜
けて外部へ漏洩してしまうことになるからであ
る。

さて第３図においてオーブンフランジ３とドア
後板２とで電波通路１９を構成しているが、こう
することの目的は二つある。その第１は、この電
波通路の間隔が小さいためにこの平行平板線路の
特性インピーダンスはハイインピーダンスとなつ
て、これ自体でもある程度の漏洩防止効果がある
ので、これによつて導体ポスト部へ向う電力を弱
めて導体ポストによる漏洩防止効果を一層確かな
ものとすることである。なお、既に述べたように
本発明では導体ポストの位置に電波的短絡面が形
成されるので電波通路１９の接触状態が導体ポス
トの効果に全く影響を与えない。第２の目的は、
ドア後板２を小さくしていくとカバー９が加熱室
７に直接露出することになつてカバー９が高周波
加熱により燃焼する可能性があるので、カバー９
を加熱室から遠ざけることである。

第７図にはドア部の溝８にそう入される高誘電
率誘電体９０の他の実施例を示めす。第７図ａは
ポスト４０の断面は方形で、第４図のものと同じ
であるが、ポストを連結している誘電体の連結部
の幅がポスト４０の幅と一致しているところが異
なつている。こうすることにより必要な誘電体の
量は減らされる。第７図ｂ，ｃはそれぞれポスト
４０の断面が円形、だ円形の場合を示している。
第７図ｄはポスト４０が中空の場合を示してい
る。中空にしてもポスト４０の先端とオーブンフ
ランジ３との間に蓄えられる電界のエネルギーは
変化しないので、中空にすることは高誘電率誘電
体９０の量は減少させる有効な手段である。第７
図ｅはポスト４０が一直線上にはなく蛇行して配
列されている例を示している。

さて、以上の実施例はドア部の溝８に高誘電率
誘電体９０を設置することによつて実現されたド
アシール装置であつた。しかし平行平板線路中に
設置された複数本のポストが電波遮断効果を有す
るのであるから、オーブンフランジ側に溝を作
り、高誘電率誘電体９０を設置してもドアシール
装置を実現できる。この方法によれば、以下の実
施例からも明らかなように、ドアの厚さを薄くす
ることができる。第８図にはその一実施例として
オーブンフランジ３近傍のドアシール装置の要部
を示す。加熱室壁面のオーブンフランジ３にオー
ブンフランジ部の溝８１が設けられ、この溝の開
口部の幅をドアに対向する加熱室壁面の幅よりも
小さく選んで、オーブンフランジ３とドア後板２
により平行平板線路状の電波通路１９を構成す
る。オーブンフランジ部の溝８１には高誘電率誘
電体９０が設置されている。さらに溝８１の開口
部には汚れの侵入を防止し、かつ溝８１内部の構
造物を保護するために誘電体のカバー９が付けら
れている。

従来のドアシール装置においてはチヨーク方
式、金属接触および電波吸収材料の三者を併用し
て構成されていたが、本発明のドアシール装置に
おいては高誘電率の誘電体を用いることにより、
チヨーク方式における性能の不安定さを除去する
と共に、電波漏洩防止性能の向上が得られる。こ
の結果、電波吸収材料例えばフエライトゴムを用
いずにチヨーク方式以上の性能が得られ、コスト
低減と性能向上が同時に達成される。

また高誘電率誘電体を用いることにより、漏洩
防止構造の一体成形が可能となり、製造工程の簡
略化もはかられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来技術のドアシール装置であるチ
ヨーク方式の要部の横断面図、第２図はチヨーク
溝に電波が斜めに入射した状態を示す図、第３図
は本発明の一実施例を示すドアシール装置の横断
面図、第４図は本発明において用いられる高誘電
率誘電体の一実施例の斜視図、第５図は高誘電率
誘電体の電波作用を説明する図で、第５図ａは方
形導波管内に導体ポストを立てたものの斜視図、
第５図ｂはこの構造の周波数特性を示す図であ
る。第６図は高誘電率誘電体の電波作用を説明す
る図で、第６図ａは方形導波管内に円柱ポストを
立てたものの正面図、第６図ｂはその等価回路を
示す図、第６図ｃは等価回路定数及び電力透過係
数を示す図である。第７図ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは
高誘電率誘電体の他の実施例の斜視図である。第
８図は本発明の他の実施例を示すドアシール装置
の横断面図である。 １…ドア前板、２…ドア後板、３…オーブンフ
ランジ、７…加熱室、８…ドア部の溝、９…カバ
ー、１９…電波通路、４０…ポスト、９０…高誘
電率誘電体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 入口開口を有する加熱室とその入口開口をふ
   さぐドアを具備した高周波加熱装置のドア周辺部
   からの電波漏洩を防止するため、ドアと加熱室と
   で構成される概略平行平板状線路の間に入口開口
   に沿つて高誘電率の誘電体からなるリアクタンス
   素子を複数個配することにより、ドアと加熱室と
   で構成される概略平行平板状の線路に対し、並列
   にそう入された直列共振回路を形成し、この直列
   共振によつてそのリアクタンス素子が配された位
   置に電波的短絡面を生成して、加熱室内部から前
   記平行平板状線路へ任意の入射角で入射してドア
   周辺部から高周波加熱装置の外部へ漏洩しようと
   する電波を加熱室内部へ反射させる高周波加熱装
   置用ドアシール装置において、上記高誘電率の誘
   電体からなるリアクタンス素子を一体成形してド
   ア部または加熱室側に設けた溝部に配置し、かつ
   溝部開口部にはこれを封口するように誘電体カバ
   ーが設けられていることを特徴とする高周波加熱
   装置用ドアシール装置。