JP2004071531A - 電子レンジ用マグネトロン - Google Patents

Abstract

【課題】マグネトロンのベーンを通じて移動する電子の速度差により発生する高周波ノイズを低減して、外部へ放射するマイクロ波の周波数を良質化する電子レンジ用マグネトロンを提供する。
【解決手段】陽極円筒体と、陰極と、前記陽極円筒体とともに陽極部を構成するもので、それぞれ大径のストリップリングを収容する第１切取部５０１ａと小径ストリップを収容する第２切取部５０１ｂとを備える多数のベーンと、を含んでなるが、前記ベーンの第１切取部５０１ａの陰極側面の隅部には、前記第１切取部５０１ａによる妨害なく電子が円滑に移動できるように、電子移動路が設けられる。
【選択図】　　図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子レンジ用マグネトロンに係り、より詳しくは電子レンジ用マグネトロンのベーンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、マグネトロンは、陰極から放出された熱電子が電磁気力により螺旋運動しながら陽極に移動するように、陽極及び陰極を有する。陰極の周囲には電子による回転電子極が生じ、陽極の振動回路には誘導電流が生じることにより、振動の刺激が続く。発振周波数は振動回路により決定され、高能率及び大出力を有する。このマグネトロンは、高周波加熱装置、粒子加速器、レーダーシステムなどの産業応用だけでなく、電子レンジなどの家庭用機器にも広く使われる。
【０００３】
このようなマグネトロンの一般的な構成及び作用を図１ないし図３に基づいて簡略に説明する。
図１に示すように、マグネトロンは、無酸素銅管などにより円筒形に形成された陽極円筒体１０１の内部に、前記陽極円筒体１０１とともに陽極部を構成する複数のベーン１０２が空洞共振器を形成するために、放射状に同一の間隔で配設される。一つのベーン１０２には、外部に高調波を誘導するアンテナ１０３が接続されている。図２に示すように、前記ベーン１０２が交互に同一電位を有するように、ベーン１０２の上部及び下部に配置された大径のストリップリング１０４及び小径のストリップリング１０５が交互にベーン１０２に電気的に接続される。
【０００４】
前記ストリップリング１０４及び１０５を前記ベーン１０２に交互に電気的に接続するため、前記ベーン１０２には方形の溝２０２が形成され、このような方形の溝２０２により、１対の隣接ベーン１０２は互いに逆さまになっている。このような構成により、各対の対向ベーン１０２とこれらを連結する陽極円筒体１０１とは一定のＬＣ共振回路を構成する。また、前記陽極円筒体１０１の軸心部にはコイルスプリング形態のフィラメント１０６が設けられ、このフィラメント１０６と前記ベーン１０２の内側先端との間には作用空間１０７が形成される。前記フィラメント１０６の両端部には上部シールド１０８及び下部シールド１０９がそれぞれ固着されている。前記上部シールド１０８の下端には、センターリード１１０が前記下部シールド１０９及び前記フィラメント１０６の通孔を通過して溶接で固着されている。前記下部シールド１０９の下端にはサイドリード１１１が溶接で固着されている。前記センターリード１１０及び前記サイドリード１１１は外部電源の端子（図示せず）に連結され、前記マグネトロン内に閉回路を構成する。
【０００５】
前記作用空間に磁界を印加するため、相互に反対の極が対面するように上部永久磁石１１２及び下部永久磁石１１３が設けられる。この上部及び下部永久磁石１１２及び１１３により発生する回転磁束を前記作用空間１０７内に誘導するため、上部磁極片１１７及び下部磁極片１１８が設けられる。
【０００６】
前述した全ての構成要素は上部ヨーク１１４及び下部ヨーク１１５内に収容される。冷却フィン１１６は前記陽極円筒体１０１を前記下部ヨーク１１５に連結して、前記陽極円筒体１０１から発生する熱を前記下部ヨーク１１５を介して外部へ放出させる。
【０００７】
前記のようなマグネトロンの構成によると、フィラメント１０６に外部電源が印加されると、前記フィラメント１０６に供給される動作電流によりフィラメント１０６が加熱され、フィラメント１０６から熱電子が放出し、放出された熱電子により、作用空間１０７には図３に示すような熱電子群３０１が形成される。このような熱電子群３０１は、前記ベーン１０２の先端部に接した状態で、前記作用空間１０７に形成された磁界の影響により回転運動して一状態（ｉ）からほかの状態（ｆ）に移動しながら各隣接対のベーン１０２に交互に電位差を与える。したがって、前記ベーン１０２及び前記陽極円筒体１０１により形成されるＬＣ共振回路の振動により、前記熱電子群３０１の回転速度に相応する高調波が発生し、前記アンテナ１０３を介して外部に送出される。
【０００８】
一般に、周波数は次のような式、
【数１】

により算出されるが、ここで、Ｌはインダクタンス、Ｃはキャパシタンスである。前記式の変数の値は回路素子の幾何学的構造によって決定されるので、ＬＣ共振回路を構成するベーンの構造は高調波の周波数を決定する重要な要素である。
【０００９】
前記のような構成及び作用を有するマグネトロンは不要電子波として見なされる、かなり広い周波数帯域のノイズを発生する。このノイズはほかの機器に異常動作を誘発し得るため、このようなノイズの低減は倦まず弛まず研究してきた非常に重要な事項である。この点で、マグネトロンから発生する電磁波の周波数を決定する要素であるベーンの幾何学的構造もノイズの発生に関連した非常に重要な問題である。
【００１０】
ところで、前記のようなマグネトロンを構成する従来のベーンは図４に示すように構成されるが、これに基づいて従来のベーンの問題点を説明する。図４において、二つのベーンは実際互いに対面しているもので、その一つを１８０°回転させて対称に示したものである。
【００１１】
図３に示すように、ベーンには、ストリップリングの設置のため、切取部２０２が形成される。この切取部は、図４に示すように、長方形に形成される。電子がベーン１０２の先端のａ領域、ｂ領域、ｃ領域に到達した後、ａ領域に到達した電子は、隣接したベーンが互いに逆さまになっているため、隣接ベーン１０２のｃ領域に移動する。前記電子がベーン１０２の先端に到達するにつれて、１対の隣接ベーン１０２間に電位差が発生し、電流がフィラメント１０６に供給される。ａ領域及びｃ領域に到達した電子は、前記切取部２０２の妨害により、迂回路に沿って隣接ベーン１０２の先端のｃ領域及びａ領域に移動するので、ｂ領域を通って移動する電子より遅延される。
【００１２】
図４において、Ｌ１、Ｌ２及びＬ３は一つのベーン１０２から隣接ベーン１０２に電子が移動する距離を示す。ａ領域及びｃ領域に到達した電子は同時に同一距離を移動する。ところで、マグネトロンのメイン周波数はベーン１０２のｂ領域によって決定されるので、隣接ベーン１０２のａ領域及びｃ領域に到達する電子が遅延されると、マグネトロンの全体周波数にノイズが発生する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明は前記のような従来の問題点を解決するためのもので、その目的は、マグネトロンのベーンを通じて移動する電子の速度差により発生する高周波ノイズを低減して、外部へ放射するマイクロ波の周波数を良質化する電子レンジ用マグネトロンを提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明は、陽極円筒体と、陰極と、前記陽極円筒体とともに陽極部を構成するもので、それぞれ大径のストリップリングを収容する第１切取部と小径ストリップを収容する第２切取部とを備える多数のベーンと、を含んでなるが、前記ベーンの第１切取部の陰極側面の隅部には、前記第１切取部による妨害なく電子が円滑に移動できるように、電子移動路が設けられる電子レンジ用マグネトロンを提供する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施例によるマグネトロンのベーンについて図５及び図６に基づいて詳細に説明する。以下、同一構成部には同一符号を付けて説明する。
【００１６】
従来の技術で既に説明したように、マグネトロンに外部電源が連結されると、タングステン及び酸化トリウムの混合物からなるフィラメントから熱が所定時間のうちに発生し、この熱により電子がポテンシャルウェルから外れ、フィラメントから脱出することになる。この際、前記フィラメントの全外側面から熱電子が飛び出るので、フィラメントとベーンとの間に形成される作用空間には、従来技術で説明したように、一群の電子が形成される。この電子群は前記フィラメントとベーンとの間に形成された電界の影響を受けてベーン側に移動する。この移動の影響の下で、マグネトロン内部の上下に設けられた永久磁石によって作用空間に形成される磁気力により、水平力及び垂直力の合成力｛Ｆ＝−ｅ（Ｅ＋ｖＢ）｝が形成される。この式において、−ｅは電子の電荷量、Ｅはフィラメントとベーンとの間の電場の強度、ｖは電子の移動速度、Ｂは永久磁石により生成される磁場の強度を示す。また、フィラメントから電子群が連続して放射されるため、電子群はベーン側に移動しつづける。
【００１７】
従来のマグネトロンの構成及び作用の説明に基づき、本発明による１対の隣接ベーン５００ａ及び５００ｂを図５を参照して説明する。図５において、実線を介在して対向している１対のベーン５００ａ、５００ｂは実際には隣接しているが、便宜上その一つを１８０°回転させて示す。
【００１８】
図５に示すように、一つのベーン５００ａは横線を中心に折り畳むと対称でないが、隣接ベーン５００ｂとは逆さまになって対称な幾何学的特性を有する。
【００１９】
切取部５０１ａの陰極側面５０６の隅部には、切取部５０１ａの陰極側面５０６と底面５０６を部分的に連結するため方形突起５０２ａとが形成されるので、切取部５０１ａは階段形状を有する。方形突起５０２ａに似ているように、方形突起５０２ａが形成された隅部の反対側の切取部５０１ａの隅部に形成される方形突起５０４と、前記方形突起５０２ａに似ているように、切取部５０１ｂの陰極側面の隅部に形成されたほかの方形突起５０５とは、それぞれストリップリングをベーン５００ａ、５００ｂに交互に連結する目的を有する。
【００２０】
以下、本発明によるマグネトロンのベーンの作用を説明する。
作用空間内に形成される電子群は、図３に示すように、π−モードで隣接する両ベーン５００ａ、５００ｂ間に１８０°の電気的位相差を有するようにする。したがって、電子群が任意のベーン５００ａの先端に到達するとき、この任意のベーン５００ａに隣接するベーン５００ｂの先端は電位的に１８０°の位相差を有し、電子の移動により電流が流れる。
【００２１】
ベーン５００ａの先端に電子が到達する領域をＡ領域、Ｂ領域、Ｃ領域に区分し、前記ベーン５００ａの先端に電子が到達する場合を想定すると、前記ベーン５００ａの先端から出発した電子は隣接ベーン５００ｂの先端に移動する。この電子が移動しているうちに、電子の移動は外部へ発生する電子波の周波数に相関する。ここで、本発明の実施例において、Ａ領域での電子の移動は本発明の特徴である方形突起５０２ａにより、従来技術のようなベーン切取部５０１ａによる妨害を受けなくて隣接ベーン５００ｂに移動し、前記方形突起５０２ａが電子移動経路を与えるので、電子は、従来技術とは異なり、迂回経路に沿って移動しなくてもよい。すなわち、前記方形突起５０２ａは、ベーンの先端のうち、Ａ領域の電子が隣接ベーンへ円滑に移動できるようにする役割をする。
【００２２】
したがって、Ａ領域、Ｂ領域、Ｃ領域での電子の時間当たり移動距離は、相当に減少する。このように、Ａ領域、Ｂ領域、Ｃ領域での電子の移動距離差が著しく減少するというのは、メイン周波数内に寄生する寄生周波数が減少することを意味し、これは、高周波でのノイズの発生が減少し、これによりマグネトロンの効率が上昇することを意味する。
【００２３】
その結果、電子が迂回路に沿って移動することを避けるため、切取部５０１ａの陰極側面の隅部に方形突起５０２ａが形成される。したがって、Ａ領域に到達する電子はＢ領域に到達する電子と同一であるか類似した速度を有することになるので、ベーン５００ａ、５００ｂと陽極円筒体からなる共振回路から同一周波数が発生して、マグネトロンのマイクロ波の質を向上させる。
【００２４】
図６Ａないし図６Ｄは本発明の多様な実施例による多様なベーンを示す図である。図６Ａはベーンの上部切取部の陰極側面の隅部に方形突起６０２ａが形成された実施例を示し、図６Ｂはベーンの上部切取部の陰極側面の隅部に、凹形曲面を有する三角形突起６０２ｂが形成された実施例を示し、図６Ｃはベーンの上部切取部の陰極側面の隅部に四分円形突起６０２ｃが形成された実施例を示し、図６Ｄはベーンの陰極側面の隅部に直角三角形突起６０２ｄが形成された実施例を示す。このような本発明の多様な実施例によるベーンは幾何学的形状の差は多少あるが、同一又は同等な効果を有するものである。したがって、大径のストリップリングを収容するためのベーンの上部切取部の陰極側面の隅部に突起が設けられるので、電子が迂回路に沿って移動することを防止する。
【００２５】
前記実施例において、前記突起６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃはベーンと同一材料からなるベーンの延長部として説明したが、前記突起はハンダのような電気伝導性に優れた材料から構成できるものである。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、電子が迂回路に沿って移動することを防止することができる、多数のベーンを備えたマグネトロンを提供する。したがって、本発明のマグネトロンは電子間の速度差を減少させて電子の移動速度を同等化して、不要なノイズを減少させ、マグネトロンの効率を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の電子レンジ用マグネトロンの縦断面図である。
【図２】図１の要部の断面図である。
【図３】図２に示す要部の電子形成を示す断面図である。
【図４】従来技術によるベーンと電子の流れとを示す側面図である。
【図５】本発明によるベーンと電子の流れとを示す側面図である。
【図６Ａ】本発明による、ベーンの上部切取部の陰極側面の隅部に方形突起が形成された実施例を示す概略図である。
【図６Ｂ】本発明による、ベーンの上部切取部の陰極側面の隅部に、凹形曲面を有する三角形突起が形成された実施例を示す概略図である。
【図６Ｃ】本発明による、ベーンの上部切取部の陰極側面の隅部に四円形突起が形成された実施例を示す概略図である。
【図６Ｄ】本発明による、ベーンの陰極側面の隅部に直角三角形突起が形成された実施例を示す概略図である。
【符号の説明】
５００ａ、５００ｂ　　　ベーン
５０１ａ、５０１ｂ　　　ベーン切取部
５０２ａ、５０２ｂ、５０２ｃ　　　突起
５０６　　　陰極側面
５０７　　　底面

Claims (13)

1. 陽極円筒体と、
   陰極と、
   前記陽極円筒体とともに陽極部を構成するもので、それぞれ大径のストリップリングを収容する第１切取部と小径ストリップを収容する第２切取部とを備える多数のベーンと、
   を含んでなるが、
   前記ベーンの前記第１切取部の陰極側面の隅部には、前記第１切取部による妨害なく電子が円滑に移動できるように、電子移動路が設けられることを特徴とする電子レンジ用マグネトロン。
2. 前記電子移動路は前記第１切取部の陰極側面の隅部に形成された突起からなることを特徴とする請求項１記載の電子レンジ用マグネトロン。
3. 前記突起は方形を有することを特徴とする請求項２記載の電子レンジ用マグネトロン。
4. 前記突起は凹形曲面形状を有することを特徴とする請求項２記載の電子レンジ用マグネトロン。
5. 前記突起は四分円形を有することを特徴とする請求項２記載の電子レンジ用マグネトロン。
6. 前記突起は直角三角形を有することを特徴とする請求項２記載の電子レンジ用マグネトロン。
7. 前記ベーンはハンダ材からなることを特徴とする請求項１記載の電子レンジ用マグネトロン。
8. 各前記ベーンには少なくとも一つの方形突起が設けられることを特徴とする請求項１記載の電子レンジ用マグネトロン。
9. 各前記ベーンの上部及び下部には少なくとも一つの方形突起が設けられることを特徴とする請求項１記載の電子レンジ用マグネトロン。
10. 前記第１切取部には、電子が前記第１切取部による妨害なく円滑に移動できるようにすることによってマグネトロンでのノイズ発生を減少させるため、方形突起が設けられることを特徴とする請求項１記載の電子レンジ用マグネトロン。
11. 前記方形突起は、電子移動路を形成して、電子が前記ベーンの迂回路に沿って移動することを防止するため、陰極側面の隅部に形成されることを特徴とする請求項１０記載の電子レンジ用マグネトロン。
12. 前記電子は、前記マグネトロンで発生する周波数が安定するように、一ベーンからほかのベーンに等速度で移動することを特徴とする請求項１記載の電子レンジ用マグネトロン。
13. 陽極円筒体と、
    陰極と、
    前記陽極円筒体とともに陽極部を構成する多数のベーンとを含んでなるが、
    前記ベーンの切取部には方形突起が設けられて電子移動路を形成することにより、電子が一ベーンからほかのベーンに円滑に移動することを特徴とする電子レンジ用マグネトロン。

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