JPS628915B2 - - 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、まず金属接触を
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、つぎにドアを加熱装
置に取付ける際に取付け誤差が生じるのを避ける
のは難しく、完全な金属接触は得難いこと、そし
て高周波加熱装置の長期使用を想定したとき金属
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てきたドア
部に設けられた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
すとゝもに開放面５を残して塞ぐようになつてい
るドア後板、３はオーブンフランジである。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ブンフランジ
３とドア後板２による金属接触を含むが、第１図
中、点Ｐにおいてのみオーブンフランジ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は短絡点となり、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
ブンフランジ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ブンフラ
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、オーブ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とオーブンフランジ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またはオーブンフランジ３に
施している。そしてチヨーク設計においては、チ
ヨーク溝８の深さ等の寸法は50μｍの間隙を有す
る長さλ／４のオーブンフランジ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
つてオーブ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は反比例するか
ら、間隔が例えば50μｍから１mmに増加したとき
は特性インピーダンスは1/20となる。したがつて
チヨーク方式ではドアを加熱装置本体に取付ける
際に精度が要求され、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
には、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ことである。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
は時間の関数でもある。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スロツトをドア後
板の全周に亘つて周期的に切り、ドア部の溝８の
長手方向に減衰線路を形成してドア部の溝８に対
する平行入射成分の伝搬を禁止し、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て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ゝもに、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である。

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々壁との
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て並列にそう入さ
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）、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
た場合には、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、同様にその
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その効果は増大
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、チヨーク方式で問題であつたドア後板と
オーブンフランジの接触状態がチヨーク効果に影
響を及ぼすことは解決された。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、周波
数がマイクロ波帯にあれば表皮効果によりその表
皮の深さは10μｍ程度である。したがつて、プラ
スチクス等の誘電体ポストに金属膜をコーテイン
グしたものも、導体ポストと全く同等の作用を示
す。さらに誘電体ポストにコーテイングを施すこ
とにより軽量化がはかれ、複数本のポストを簡単
に一体成形できる。金属コーテイングされた誘電
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単にポストと呼ぶ。

以上従来技術のチヨーク方式の問題点を解決す
るために構造及び作用の異なるドアシール装置を
発明した。さらに金属コーテイングを施された誘
電体を用いることにより、本構造によるドアシー
ル装置の重量増加は全くない。

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は平行平板線路
状の電波通路１９を構成する。ドア部の溝８には
第４図に示す如き金属コーテイングを施された一
体成形の誘電体９０の複数本の導体ポスト４０が
設置されている。さらに溝８の開口部には、汚れ
の侵入を阻止し且つ溝８の内部の構造物を保護す
るためのプラスチクス製のカバー９が付けられて
いる。

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１０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
トを導波管２１のＨ面２３に垂直にＥ面２２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はλ／８、奥行２
６はλ／16、角柱と導波管Ｈ面２３との間隙は
λ／40、導波管Ｈ面２３の幅は90mm、導波管Ｅ面
の幅は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２４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、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
の間隙の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の寸法を
増すと、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の増
加があつても漏洩電力が急激に増加することがな
い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２
２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△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
Z₁₀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△が大きいときにはキ
ヤパシテイブであり、ギヤツプ△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△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。こゝで
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／Z₁₀＝ｘとおけ
ば、電力透過係数Ｔ〓はＴ_P＝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、ギヤツプ△が共
振点の位置から１mm増加したとき、半径ｒが2.7
mmのポストの場合、その電力透過係数は1.42％、
10.8mmのポストの場合には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△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する漏洩電
力の変化が小さいドアシールを実現できる。尚、
第６図ｃには導体ポスト２４１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る場合に
は、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を考え、
こゝに既に述べた金属コーテイングが施された誘
電体９０の導体ポスト４０を線路方向に垂直な方
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、電波の入射方向
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。したがつて金属コーテイン
グを施された誘電体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に金属コーテイングを施された
誘電体９０の導体ポスト４０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、電波は通り抜け外部へ漏洩す
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、その
目的は２つである。第１の目的は、周期的に配置
された導体ポストによつて使用周波数の電波漏洩
は防止できるが、高周波加熱装置のドアが閉じら
れた状態では電波通路１９の間隔は小さく、した
がつて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るので、導体ポストの漏
洩防止効果を助けるためである。そして既に述べ
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り、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ためである。

第７図にはドア部の溝８にそう入される金属コ
ーテイングを施された誘電体９０の他の実施例を
示す。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、円形とだ円形の
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
とは金属コーテイングを施された誘電体９０の重
量を減らす有力な手段である。またこの場合には
ポストの中空となつた部分に金属コーテイングを
施しても施さなくても効果は同一である。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。

第８図には金属コーテイングを施された誘電体
９０と誘電体よりなるカバー９が一体成形された
例が示されている。もちろんこの場合にはカバー
９の部分には金属コーテイングが施されていな
い。

さて以上の実施例では、ドア部の溝８に金属コ
ーテイングが施された誘電体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導体ポ
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つてそこに金属コーテイ
ングが施された誘電体９０を設置しても、ドアシ
ール装置を実現できる。このようにすれば、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９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４１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４１には金属コー
テイングを施された誘電体９０が設置されてい
る。さらに溝４１の開口部には、汚れの侵入を防
止し且つ溝４１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、金属コーテイングを施された誘電体を
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。

また金属コーテイングを施された誘電体を用い
ることにより、漏洩防止構造の一体成形が可能と
なり、製作工程の簡略化が得られるとゝもに、金
属導体を用いることに比ぺて重量の低減が得られ
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金属コー
テイングを施された誘電体の一実施例の斜視図、
第５図は金属コーテイングを施された誘電体の電
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ゝ斜視図、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
金属コーテイングを施された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
ストを立てたものゝ正面図、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は金属コーテイングを施された誘電体の他
の実施例の斜視図である。第８図は金属コーテイ
ングを施された誘電体とカバーが一体成形された
実施例の斜視図、第９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：金属
コーテイングを施された誘電体。

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の線路の間に入口開
   口に沿つて誘電体に金属コーテイングを施して等
   価的に金属導体ポストとなしたリアクタンス素子
   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
   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。