JP2003059413A - マグネトロン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で基本周波数周辺に発生する不要
輻射を抑制し、安定発振を可能としたマグネトロンを提
供することを目的とする。 【解決手段】 本発明のマグネトロンは、放射状に配置
された複数のベイン２８の中心側端部とカソード２１と
の間に形成された作用空間の上下において、アンテナ導
体の導出方向に配置されフィラメントの一端に設けられ
た第１のエンドハット２３の外径を、フィラメントの他
端に設けられた第２のエンドハット２４の外径より大き
く構成して、不要輻射を抑制して安定発振を可能とし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波を発生
させるためのマグネトロンに関し、特に直熱型マグネト
ロンの陰極構体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、家庭電化製品や医療機器におい
て、マイクロ波を発生させるマグネトロンが広く使用さ
れている。

【０００３】図４は、例えば特公昭６１−４５３４０号
公報に開示された従来のマグネトロンの構成を示す断面
図である。図４に示すようなマグネトロンの陰極構体で
あるカソード１は、螺旋状のフィラメント２と、このフ
ィラメント２の両端部に設けられた第１のエンドハット
３および第２のエンドハット４により構成されている。
第１のエンドハット３には第１のリード線５が固着され
ており、この第１のリード線５はフィラメント２と第２
のエンドハット４と接触することなくそれぞれを貫通し
て配設されている。また、第２のエンドハット４には第
２のリード線６が固着されている。第１のリード線５及
び第２のリード線６は、それぞれが接続端子に接続され
てステム７から導出されている。

【０００４】図４に示すマグネトロンにおいて、カソー
ド１を取り囲むように複数のベイン８が放射状に配設さ
れている。このベイン８はその外周側である基端部がア
ノード筒体９の内壁に固着されている。各ベイン８はア
ノード筒体９の中心軸方向に延設されており、各ベイン
８の内周側である先端部とカソード１との間には作用空
間１０が形成されている。この作用空間１０の中心軸線
上にカソード１の中心軸が配置されている。

【０００５】アノード筒体９の一方の開口端部（図４の
上側）には第１の磁極片１１が封着されており、他方の
開口端部（図４の下側）には第２の磁極片１２が封着さ
れている。ベイン８に接続された電磁波導出用のアンテ
ナ導体１３は、第１の磁極片１１を貫通してアンテナ１
４に接続されている。

【０００６】上記のように構成された従来のマグネトロ
ンにおいて、隣り合ったベイン８の間とアノード筒体９
とで形成される空洞部に生じた高周波電界は、各ベイン
８の先端に集中し、その一部が作用空間１０内に漏洩す
る。隣り合うベイン８は高周波的に逆電位となってい
る。カソード１から放射された電子群は、カソード１を
中心に作用空間１０内を回転し、これらの電子群と高周
波電界との間で相互作用が生じ、マイクロ波が発振され
る。このように発振したマイクロ波はベイン８に接続さ
れたアンテナ導体１３を介してアンテナ１４から導出さ
れる。

【０００７】食品加熱、医療機器、及び一部の工業機器
等においては、ＩＴＵ（インターナショナルテレコミニ
ケーションユニオン）による国際規格により２４５０±
５０[ＭＨｚ]の基本周波数が割当てられている。このた
めマグネトロンにおいても基本周波数のみで発振するこ
とが理想であるが、現実には基本波のｎ次倍の高調波や
基本波周辺に多くの不要輻射が発生している。そのよう
な不要輻射の中でも、近年、基本波周波数周辺の不要輻
射が問題となってきており、関心が強まって来ている。
またノイズ許容値においては、例えば日本では電気用品
取締法にて ２０Ｌｏｇ１０√（２０Ｐ）[ｄＢμＶ／
ｍ] 以下と規制されている。ここで、Ｐは電子レンジ
公称出力[W]である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のように構成され
た従来のマグネトロンでは、カソード１の上端を支持し
ている第１のエンドハット３の下面がベイン８の上端よ
り上方に配置されている。このような構造を有する従来
のマグネトロンにおいては、アンテナ導体１３の高周波
電界が作用空間１０に悪影響をもたらし、作用空間内の
電界分布が乱れるという問題があった。これにより、作
用空間内における電子のスムーズな動きが妨げられるこ
とにより高調波雑音や不要輻射が発生していた。

【０００９】図５は図４に示した従来のマグネトロンに
よる基本周波数周辺のスペクトラムのグラフである。図
５に示すように、２４５０±５０[ＭＨｚ]の基本周波数
であるＦの領域において発振していますが、このＦの領
域の周辺のａの領域であるローサイドバンド（約２２０
０[ＭＨｚ]から２３００[ＭＨｚ]の領域）において不要
輻射が発生している。なお、図５において、レベルＬは
ノイズ許容値を示す。

【００１０】このような不要輻射や高調波の発生を抑制
することを目的としたマグネトロンとしては、例えば特
公平５−６９２５２号に開示されたマグネトロンがあ
る。図６は特公平５−６９２５２号に開示されたマグネ
トロンの主要な構成部分を拡大して示した断面図であ
る。図６に示すように、このマグネトロンにおいては、
第１のエンドハット３の下面をベイン８の上端より０.
１〜０.６ｍｍ下方に配置している。このように、第１
のエンドハット３の下面をベイン８の上端より下方に配
置することにより、アンテナ導体１３の高周波電界が作
用空間１０内に作用しにくくなり、作用空間１０内の電
界分布の乱れを低減させている。この結果、図６に示し
た構成の従来のマグネトロンは、高調波の発生が抑制さ
れている。

【００１１】しかしながら、図６に示した構成のマグネ
トロンは、第１のエンドハット３がベイン８の上端より
下方で一定距離を有する位置に配設されているため、衝
撃等により第１のエンドハット３が変位するとベイン８
に接触して、フィラメント２が断線するおそれがあっ
た。また、第１のエンドハット３と第２のエンドハット
４との間の距離は、従来の構造に比べて０.５〜１.２ｍ
ｍも短くせざるをえないため、図６に示した従来のマグ
ネトロンは、電子飽和が起き易くなり、負荷安定度が低
下するという問題を有していた。したがって、このよう
なマグネトロンを実用化する場合には、第１のエンドハ
ット３の外径寸法、第１のエンドハット３と第２のエン
ドハットとの間の寸法、フィラメント２のピッチ等を高
精度に形成して、慎重に配設しなければならなかった。

【００１２】本発明は、上記のような従来のマグネトロ
ンにおける問題を解決するものであり、簡単な構成で基
本周波数周辺に発生する不要輻射を抑制し、安定発振を
可能としたマグネトロンを提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に本発明のマグネトロンは、放射状に配置され中心部分
に空間を形成する複数のベインを内部に有するアノード
筒体と、アノード筒体の中心軸線上に配置され、ベイン
の中心側端部との間に作用空間を形成するカソードと、
ベインに接続されてマイクロ波をアンテナへ導くアンテ
ナ導体と、を具備し、カソードが、螺旋状のフィラメン
トと、フィラメントの一端に設けられ、アンテナ導体の
導出方向に配置された第１のエンドハットと、フィラメ
ントの他端に設けられた第２のエンドハットと、第１の
エンドハットに固着され、フィラメントに直接接触する
ことなく第２のエンドハットを貫通する第１のリード線
と、第２のエンドハットに固着された第２のリード線
と、を有し、第１のエンドハットの外径が第２のエンド
ハットの外径より大きく構成されている。このように構
成されているため、第１のエンドハットとベインと間の
空間距離が小さくなるため、アンテナ導体の高周波電界
が作用空間内の電子の動きを乱す現象を抑え、作用空間
内における電子の動きがスムーズとなり、安定発振が行
うことができる。さらに、第２のエンドハットの外径を
第１のエンドハットよりも小さい構造としているため、
第２のエンドハットとベイン中心側端部との間の空間距
離は第１のエンドハットとベイン中心側端部の空間距離
よりも大きく形成され、その空間から作用空間内の電子
を漏れ出させることにより電子飽和が起き難くなり、負
荷安定度が劣化しなくなる。

【００１４】他の観点による発明のマグネトロンは、放
射状に配置され中心部分に空間を形成する複数のベイン
を内部に有するアノード筒体と、アノード筒体の中心軸
線上に配置され、ベインの中心側端部との間に作用空間
を形成するカソードと、ベインに接続されてマイクロ波
をアンテナへ導くアンテナ導体と、を具備し、カソード
が、螺旋状のフィラメントと、フィラメントの一端に設
けられ、アンテナ導体の導出方向に配置された第１のエ
ンドハットと、フィラメントの他端に設けられた第２の
エンドハットと、第１のエンドハットに固着され、フィ
ラメントに直接接触することなく第２のエンドハットを
貫通する第１のリード線と、第２のエンドハットに固着
された第２のリード線と、を有し、第１のエンドハット
の外周端がベインの中心側端部より上方に配置され、か
つ近接して配置されている。このように構成されている
ため、第１のエンドハットとベインと間の空間距離が小
さくなるため、アンテナ導体の高周波電界が作用空間内
の電子の動きを乱す現象を抑え、作用空間内における電
子の動きがスムーズとなり、安定発振が行うことができ
る。

【００１５】また、本発明のマグネトロンは、第１のエ
ンドハットの外径寸法が放射状に配置された複数のベイ
ンの中心側端部で形成される内接円の直径寸法に対し
０.８６以上０.９未満であることが好ましい。さらに、
本発明のマグネトロンは、第１のエンドハットの形状が
第２のエンドハットの配置方向を凹面とし、第１のエン
ドハットにより作用空間への電磁波漏洩を防止するよう
構成している。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明のマグネトロンの好
適な一実施の形態について添付の図面を参照しながら説
明する。

【００１７】図１は本発明の好適な一実施の形態である
マグネトロンの構成を示す断面図である。図１に示すよ
うに、直熱型のマグネトロンの陰極構体であるカソード
２１は、トリウムタングステンからなる螺旋状のフィラ
メント２２と、このフィラメント２２の両端部に設けら
れた第１のエンドハット２３及び第２のエンドハット２
４とにより構成されている。第１のエンドハット２３は
下側が凹面となるよう外周縁が垂れ下がった形状を有し
ている。第１のエンドハット２３には第１のリード線２
５が固着されており、この第１のリード線２５はフィラ
メント２２及び第２のエンドハット２４と接触すること
なくそれぞれを貫通して配設されている。また、第２の
エンドハット２４には第２のリード線２６の端部が固着
されている。モリブデンで形成された第１のリード線２
５と第２のリード線２６は、セラミック等の絶縁物より
なるステム７に固着された金属板２８により固定されて
いる。そして、第１のリード線２５と第２のリード線２
６は、金属板２８において接続端子３６，３７にそれぞ
れ接続されており、各接続端子３６，３７がステム７の
下方から突出するよう構成されている。

【００１８】図１に示すマグネトロンにおいて、カソー
ド２１を取り囲むように複数のベイン２８が放射状に配
設されている。このベイン２８はその外周側である基端
部がアノード筒体２９の内壁に固着もしくは一体成形さ
れている。各ベイン２８はアノード筒体２９の中心軸方
向に延設されており、各ベイン２８の内周側である先端
部とカソード２１との間にはベイン先端内接円を外周と
した円環状の作用空間３０が形成されている。この作用
空間３０の中心軸線上にカソード２１の中心軸が配置さ
れている。ベイン２８の上下端には同じ内径を有する内
側ストラップリング３８が設けられている。また、ベイ
ン２８の上下端には内側ストラップリング３８より内径
が大きい外側ストラップリング３９が設けられている。
内側ストラップリング３８と外側ストラップリング３９
は、それぞれがベイン２８を１つおきに短絡するように
固定されている。

【００１９】アノード筒体２９の一方の開口端部（図１
の上側）には第１の磁極片３１が封着されており、他方
の開口端部（図１の下側）には第２の磁極片３２が封着
されている。ベイン２８に接続された電磁波導出用のア
ンテナ導体３３は、第１の磁極片３１を貫通してアンテ
ナ（図示省略）に接続されている。アノード筒体２９の
上下端近傍には永久磁石（図示省略）が設けられてお
り、作用空間３０にカソード２１の中心軸と平行に一様
な直流磁界が印加されるよう構成されている。また、カ
ソード２１とベイン２８との間には直流又は低周波の高
電圧が印加されるよう構成されている。

【００２０】図１に示すように、本実施の形態において
は、カソード２１の上端を支持している第１のエンドハ
ット２３の外周縁の下面がベイン２８の上端より僅かに
（例えば、０.５ｍｍ）上方に配置されている。また、
第１のエンドハット２３の外径寸法Ｘは、第２のエンド
ハット２４の外径寸法Ｙより大きく形成されている。即
ち、 Ｘ＞Ｙ である。放射状に配設された各ベイン２８
のカソード２１に向かった各中心側端部で形成されたベ
イン先端内接円の直径寸法をＺとすると、第１のエンド
ハット２３の外径寸法Ｘは、ベイン先端内接円の直径寸
法Ｚより僅かに小さく形成されている。発明者の実験に
よれば、第１のエンドハット２３の外径寸法Ｘは、ベイ
ン先端内接円直径寸法Ｚに対し０.８６以上０.９未満に
なるよう形成することが好ましいことが確かめられた。
即ち、 ０.８６≦Ｘ／Ｚ＜０.９ である。

【００２１】上記本実施の形態のように構成することに
より、第１のエンドハット２３の外周縁から各ベイン２
８の中心側端部との距離が非常に短く構成されており、
アンテナ導体３３の高周波電界が各ベイン２８の中心側
端部とカソード２１との間に形成された作用空間内の電
子の動きを乱す現象を抑えることができる。その理由と
して考えられるのは、カソード２１のフィラメント２２
より放射された熱電子は、カソード２１とベイン２８と
の間に印加された高電圧の陽極電圧により加速されると
ともに磁界によって軌道を曲げられる。この結果、フィ
ラメント２２より放射された熱電子は、作用空間内を周
回運動をしながらベイン２８まで到達する。つまり、フ
ィラメント２２より放射された熱電子は電界と磁界に左
右されている。アンテナ導体３３の高周波電界も例外で
なく、作用空間内の熱電子の動きを乱す一つの要因とな
る。熱電子が乱されると熱電子同士の衝突が発生し、ノ
イズの発生の原因となる。このようなノイズの発生を防
止するために、アンテナ導体３３を作用空間３０から遠
くはなれた位置に配設し、その影響を小さくするか、電
界が作用空間３０に入り込まないように構成する等の措
置が考えられる。

【００２２】本実施の形態により示した発明は、電界が
作用空間３０に入り込まないように構成したものであ
り、導電性の第１のエンドハット２３の形状を作用空間
３０の上部を覆うように大きく形成して、アンテナ導体
１６の高周波電界が作用空間３０へ入り込まないよう構
成して、従来品よりもより多く遮蔽することが可能な構
成とした。これにより、本発明においては、熱電子の作
用空間３０における衝突が緩和され、ノイズの発生が抑
制されている。

【００２３】図２は、第１のエンドハット２３の外径寸
法（Ｘ）とベイン先端内接円直径（Ｚ）との遮蔽割合
（Ｘ／Ｚ：横軸）と、ローサイドバンドのノイズレベル
（ローサイドバンド放射レベル相対値［ｄＢ］：縦軸）
との相関を表わしたグラフである。図２のグラフに示す
ように、第１のエンドハット２３の外径寸法（Ｘ）を第
２のエンドハット２４の外径寸法（Ｙ）より大きく形成
して、前記遮蔽割合（Ｘ／Ｚ）を０.８８近傍に近づけ
ることにより、ローサイドバンド放射レベル相対値は低
くなっている。したがって、遮蔽割合を０.８８近傍に
近づけることにより、作用空間内における電子の動きが
スムーズとなり、安定発振が行なえ、基本波周辺のロー
サイドバンドである２２００[ＭＨｚ]帯ノイズの発生を
抑制することができる。図２に示すように、発明者の実
験によれば、第１のエンドハット２３の外径寸法（Ｘ）
がベイン先端内接円直径寸法（Ｚ）に対して０.８６以
上においては、ノイズレベルが低くほぼ一定の値となる
ことが確認された。

【００２４】図３は、第１のエンドハット２３の外径寸
法（Ｘ）とベイン先端内接円直径（Ｚ）との遮蔽割合
（Ｘ／Ｚ：横軸）と、負荷安定度［ｍＡ］（縦軸）の相
関を表わしたグラフである。この負荷安定度はＥＩＡＪ
規格の導波管測定装置を用いて測定した。具体的には、
ＥＩＡＪ規格の導波管測定装置を用いて、動作点を定在
波比４に設定し、マグネトロンを正常動作させ、動作点
の位相と陽極電流値を可変（通常時より増加）してモー
ディング現象が発生し始めるときの陽極電流値を負荷安
定度として読み取った。図３において、破線で示すグラ
フＡは第１のエンドハット２３の外形寸法（Ｘ）と第２
のエンドハット２４の外径寸法（Ｙ）が等しいマグネト
ロンの場合である。グラフＡは、遮蔽割合（Ｘ／Ｚ）が
大きくなると、即ち各ベイン先端部とカソード１との空
間距離が小さくなると、作用空間３０内での電子飽和が
従前よりも低いアノード電流にて起き易くなり、負荷安
定度が劣化する傾向にあることを表わしている。

【００２５】一方、図３において実線で示すグラフＢ
は、本発明による実施の形態で説明したように、第１の
エンドハット２３の外径寸法（Ｘ）を第２のエンドハッ
ト２４の外径寸法（Ｙ）よりも大きく形成したマグネト
ロンの場合である。この場合、第２のエンドハット２４
の外周端とベイン先端部との下部空間距離が第１のエン
ドハット２３の外周端とベイン先端部との上部空間距離
よりも大きく形成できる。したがって、本発明のマグネ
トロンにおいては、第２のエンドハット２４の外周端と
ベイン先端部との下部空間から作用空間３０の電子を漏
れ出すことにより作用空間内における電子飽和が起き難
くなり、負荷安定度がほぼ一定となり、マグネトロンの
劣化を防止している。

【００２６】従来のマグネトロンにおける負荷安定度
は、マグネトロンの設計値において６００（ｍＡ）以上
であれば、マグネトロンの特性ばらつきの下限品とその
マグネトロンを組込んだ電子レンジのばらつきとの組合
せによる偶発的な負荷安定度不良は経験上発生していな
いことから、第１のエンドハット２３の外径寸法（Ｘ）
とベイン先端内接円直径（Ｚ）との遮蔽割合（Ｘ／Ｚ：
横軸）が０.９未満が妥当であることが図３から判る。
以上の実験結果から、第１のエンドハット２３の外径寸
法（Ｘ）とベイン先端内接円直径（Ｚ）との遮蔽割合
（Ｘ／Ｚ：横軸）が０.８６以上０.９未満になるように
マグネトロンを構成することが好ましいことが理解でき
る。

【００２７】

【発明の効果】以上、実施の形態において詳細に説明し
て明らかにしたように本発明は次のような効果を有す
る。本発明のマグネトロンによれば、アンテナ導体の高
周波電界が作用空間に影響をもたらし、作用空間内の電
子の動きが乱される現象を抑えることができ、作用空間
内における電子の動きがスムーズとなる。したがって、
本発明によればマグネトロンの安定発振が行なえる為、
近年関心が高まって来ている基本波周波数周辺の２２０
０[ＭＨｚ]帯ノイズの発生を抑えることが可能となる。
また、本発明によれば、第１のエンドハット外径寸法を
ベイン先端内接円直径寸法に対し０.８６以上０.９未満
に設定することにより、基本波周波数周辺の２２００
[ＭＨｚ]帯ノイズを大幅に低減することができ、さらに
負荷安定度を一定に安定させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施の形態のマグネトロンの構
成を示す断面図である。

【図２】第１のエンドハットの外径寸法（Ｘ）とベイン
先端内接円直径（Ｚ）との遮蔽割合（Ｘ／Ｚ：横軸）
と、ローサイドバンドのノイズレベル（ローサイドバン
ド放射レベル相対値［ｄＢ］：縦軸）との相関を表わし
たグラフである。

【図３】図３は、第１のエンドハットの外径寸法（Ｘ）
とベイン先端内接円直径（Ｚ）との遮蔽割合（Ｘ／Ｚ：
横軸）と、負荷安定度［ｍＡ］（縦軸）の相関を表わし
たグラフである。

【図４】従来のマグネトロンの構成を示す断面図であ
る。

【図５】基本波周波数周辺のスペクトラムのグラフ

【図６】従来の他のマグネトロンの構成を示す部分拡大
断面図である。

【符号の説明】

２１ カソード ２２ フィラメント ２３ 第１のエンドハット ２４ 第２のエンドハット ２８ ベイン ２９ アノード筒体 ３０ 作用空間 ３３ アンテナ導体

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放射状に配置され中心部分に空間を形成
   する複数のベインを内部に有するアノード筒体と、 前記アノード筒体の中心軸線上に配置され、前記ベイン
   の中心側端部との間に作用空間を形成するカソードと、 前記ベインに接続されてマイクロ波をアンテナへ導くア
   ンテナ導体と、を具備し、 前記カソードが、螺旋状のフィラメントと、 前記フィラメントの一端に設けられ、前記アンテナ導体
   の導出方向に配置された第１のエンドハットと、 前記フィラメントの他端に設けられた第２のエンドハッ
   トと、 前記第１のエンドハットに固着され、前記フィラメント
   に直接接触することなく前記第２のエンドハットを貫通
   する第１のリード線と、 前記第２のエンドハットに固着された第２のリード線
   と、を有し、 前記第１のエンドハットの外径が前記第２のエンドハッ
   トの外径より大きく構成されていることを特徴とするマ
   グネトロン。
2. 【請求項２】 放射状に配置され中心部分に空間を形成
   する複数のベインを内部に有するアノード筒体と、 前記アノード筒体の中心軸線上に配置され、前記ベイン
   の中心側端部との間に作用空間を形成するカソードと、 前記ベインに接続されてマイクロ波をアンテナへ導くア
   ンテナ導体と、を具備し、 前記カソードが、螺旋状のフィラメントと、 前記フィラメントの一端に設けられ、前記アンテナ導体
   の導出方向に配置された第１のエンドハットと、 前記フィラメントの他端に設けられた第２のエンドハッ
   トと、 前記第１のエンドハットに固着され、前記フィラメント
   に直接接触することなく前記第２のエンドハットを貫通
   する第１のリード線と、 前記第２のエンドハットに固着された第２のリード線
   と、を有し、 前記第１のエンドハットの外周端が前記ベインの中心側
   端部より上方に配置され、かつ近接して配置されている
   ことを特徴とするマグネトロン。
3. 【請求項３】 前記第１のエンドハットの外径寸法が放
   射状に配置された複数のベインの中心側端部で形成され
   る内接円の直径寸法に対し０.８６以上０.９未満である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のマグネトロ
   ン。
4. 【請求項４】 前記第１のエンドハットの形状が第２の
   エンドハットの配置方向を凹面とし、前記第１のエンド
   ハットにより前記作用空間への電磁波漏洩を防止するよ
   う構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のマ
   グネトロン。