JP2008004463A

JP2008004463A - マグネトロン

Info

Publication number: JP2008004463A
Application number: JP2006174765A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Azuma; 正寿東
Original assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Current assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Priority date: 2006-06-26
Filing date: 2006-06-26
Publication date: 2008-01-10

Abstract

【課題】高調波抑制用のチョークを備えるマグネトロンにおいて、同一の寸法のチョークで任意の高調波成分を抑制可能とする。
【解決手段】マグネトロン１００は、高周波を生成する高周波生成部２００と、高周波生成部２００で生成された高周波を、管軸ｋに沿って配置されたアンテナ１３によって外部に取り出す出力部３００と、を備える。出力部３００の金属封着体８の内側に、出力部３００内を伝播する高調波成分を抑制するための筒状体のチョーク９を、管軸ｋを軸心として少なくとも一つ形成し、チョーク９の溝内部を、第Ｎ次高調波成分を抑制可能な比誘電率ε_rの誘電体で満たす。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロ波加熱機器に使用されるマグネトロンに関する。

マグネトロンはマイクロ波を発生する電子管で、電子レンジ等のマイクロ波加熱機器に使用されている。マグネトロンは、高周波を生成する高周波生成部と、当該高周波生成部により生成された高周波を、管軸に沿って配置されたアンテナにより伝送して外部に出力する出力部を備えている。出力部は、アンテナを囲み、高周波生成部の出力側に気密に封着された真空容器の一部を形成する筒状の金属封着体等から構成される。

一般に電子レンジ用のマグネトロンでは、２４５０ＭＨｚ帯のマイクロ波が発生する。このとき、基本波成分と同時に、基本波成分の整数倍の周波数を有する高調波成分も発生する。この高調波成分が出力部から輻射されると、基本波成分と同様にマイクロ波加熱機器内へ伝搬される。高調波成分は、波長が短いことから加熱機器のシールドが困難となり、外部へ漏洩し、無線障害を引き起こす場合があるため、漏洩の限度値が法律で規制されている。このため、従来から、出力部にチョーク構造を形成して任意の高調波成分を抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照。）。

出力部のチョーク構造としては、例えば、金属封着体の内壁面に沿って環状の溝構造を形成したものなどがある。このようなチョークは、例えば薄い金属板で形成されており、プレスによって製作される。通常、管軸方向におけるチョークの長さは、抑制する高調波成分の波長の約４分の１に設定されることから、このようなチョークは、一般に４分の１波長型チョークと言われている。

実際に４分の１波長型チョークでは、チョークの開放端に電界が集中して容量成分が発生する。そのため、周波数が高くなると浮遊容量の影響が大きくなり、理論上の４分の１波長よりは短い寸法のチョークで高調波成分の抑制効果が得られることが知られている。

管軸方向におけるチョークの長さをＬ、第Ｎ次高調波成分の自由空間波長をλ_Nとすると、チョークの長さＬは式（１）によって求められる。

ここで、ｋはチョークの開放端の浮遊容量の影響を表す係数(通常ｋ＝０．６〜０．９程度)であり、チョークが形成された金属封着体やアンテナ径、チョーク径等によって異なる。例えば、Ｎ＝５の第５次高調波成分（１２．２５ＧＨｚ）の場合、４分の1波長が約６．１２ｍｍであるのに対し、実際のチョークの長さは、浮遊容量の影響によって概ね４．０〜５．０ｍｍ前後程度となる。
特許第９８１６１１号公報特許第２１２８８２７号公報特開昭６３−２６４８４８号公報

より多くの高調波成分を抑制するには、抑制する高調波成分の数だけチョークを配置する必要がある。更に、抑制効果を高めるために、同一の高調波成分に対応したチョークを複数設ける場合もある。その一方で、従来からマグネトロンの小型化が求められており、空間的な制約からチョークを多数配置することが困難であるという問題がある。

また、同じマグネトロンでも、組み合わされる加熱機器によって各高調波成分の漏洩レベルが異なることから、抑制すべき高調波成分が異なることがある。この場合、抑制する高調波成分に応じてチョークの長さを変えなければならないため、寸法の異なる金型部品を新たに作成する必要がある。更に、抑制する高調波成分に応じてアンテナと対向するチョークの長さが変わると、アンテナとの結合度等も変わってしまうため、マグネトロンの特性を同一にするためには、マグネトロンの他の部分の寸法等を変更する必要がある。従って、抑制する高調波成分の変更を容易に実現することができないという問題もある。

また、アンテナと対向するチョークの長さが長すぎるとマルチパクター放電等の重大不良につながる虞もある。

本発明は、高調波抑制用のチョークを備えるマグネトロンにおいて、マグネトロンの小型化と、同一の寸法のチョークで任意の高調波成分を抑制可能とすることを目的とする。

本発明のマグネトロンは、高周波を生成する高周波生成部と、前記高周波生成部の出力側に設けられ、前記高周波生成部で生成された高周波をアンテナによって伝送して外部に取り出す出力部と、を備え、前記出力部は、前記アンテナを囲み、前記高周波生成部の出力側に固着された筒状の金属封着体を有し、前記出力部の内側に、環状の溝構造を有し、高調波成分の伝送を抑制するためのチョークを、前記アンテナの軸方向と同軸的に少なくとも一つ形成し、前記チョークは、前記軸方向における長さをＬ、抑制する第Ｎ次高調波成分の自由空間波長をλ_Nとした場合に、比誘電率ε_rが

で表される誘電体を前記溝内部に配置したことを特徴とする。

本発明によれば、抑制する高調波成分に応じて、チョークの溝内部に配置する誘電体を変更可能な構成にしたことにより、マグネトロンの小型化と、同一の寸法のチョークで任意の高調波成分を抑制することが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１に、本実施形態に係るマグネトロン１００の断面図の一部を示す。マグネトロン１００は、高周波を生成する高周波生成部２００と、高周波生成部２００で生成された高周波を、管軸ｋに沿って配置されたアンテナ１３によって外部に取り出す出力部３００等を備える。

高周波生成部２００は、陽極円筒１と、この陽極円筒１の内壁から管軸ｋに向かって放射状に等間隔に配設された複数枚のベイン２と、複数枚のベイン２の遊端に囲まれた電子作用空間に管軸ｋに沿って配設された螺旋状のフィラメント陰極５等を備える。

フィラメント陰極５の両端部には、一対のエンドハット６が固着されている。陽極円筒１の出力側及び入力側の開口部分には、それぞれ、略漏斗状の一対のポールピース７が相対向して設けられている。図１では、スペースの関係から、フィラメント陰極５の出力側のエンドハット６、陽極円筒１の出力側のポールピース７のみを示している。

ベイン２の上辺部分（出力側）及び下辺部分（入力側）には、径の異なるストラップリング３、４が配置されている。各ベイン２は、ストラップリング３又はストラップリング４によって１つおきに連結されている。図１では、スペースの関係から、ベイン２の上辺部分を連結するストラップリング３、４のみを示している。

出力側のポールピース７及び陽極円筒１の一端には、出力部３００を構成する筒状の金属封着体８が気密接合され、この金属封着体８の上端部に、セラミックからなる絶縁筒１１が気密接合されている。また、絶縁筒１１の上端部には、排気管１２が気密接合されており、排気管１２の全体がキャップ１４で覆われている。

排気管１２の内側には、高周波生成部２００で生成された高周波を取り出すアンテナ１３が設けられている。アンテナ１３の一端は、ベイン２の１つに接続されており、ベイン２から導出されたアンテナ１３はポールピース７を貫通して出力部３００内を延びており、アンテナ１３の他端は、排気管１２に挟持固定されている。排気管１２は、第２次高調波成分（４．９０ＧＨｚ）を抑制するチョーク構造を形成している。

金属封着体８の内面には、半断面が略逆Ｌ字状の環状のチョーク９が、溝開口端面を高周波生成部２００側に向けて管軸ｋと同軸的に配設されており、チョーク９の溝内部には誘電体１０が配置されている。チョーク９は、薄い金属板で形成され、プレスによって製作される。誘電体１０の材質には、例えばアルミナセラミックのように、マグネトロン１００の製造時及び動作時の高温化でも不要なガスが出ず、耐熱性を有する安価な材料を用いるのが好ましい。チョーク９の溝内部での誘電体１０の保持方法は、溝内部へのロー付けでも機械的な嵌め合い構造でもよい。

本実施形態では、管軸方向におけるチョーク９の長さＬは予め決められており、チョーク９の溝内部の誘電体１０の比誘電率を変えることで任意の高調波成分の抑制に対応することができる。第Ｎ次高調波成分の自由空間波長（真空における波長）をλ_Nとすると、比誘電率ε_rの誘電体１０における第Ｎ次高調波成分の波長は下記のように短縮される。

式（１）の波長に、比誘電率ε_rの誘電体１０で短縮された波長を代入してε_rを表すと式（２）のようになる。

例えばＬ＝１．５（ｍｍ）、ｋ＝０．８であるときに、第５次高調波成分に対応させる場合にはε_r＝１０．６の誘電体を用い、第４次高調波成分に対応させる場合にはε_r＝１６．６の誘電体を用いればよく、従来のようにチョークの長さＬを変える必要がなくなる。

また、誘電体１０を製造する場合、成型用の金型が必要であるが、チョーク９の長さＬが固定されていることから、誘電体１０の寸法も常に一定であるため、誘電体１０の材料のみの変更で良く、金型を新たに作る必要がない。

図１では、プレス部品のチョーク９を用いる場合を示したが、マグネトロン１００のチョーク構造はこれに限定されない。例えば、図２に示すように、円筒状の誘電体１０の一端面（図の下側の面）を除く面にメタライズ処理を施したメタライズ部１５を有し、メタライズ部１５の外側側面を金属封着体８の内面へロー付けしたチョーク９０を用いるようにしてもよい。図２のチョーク構造によれば、プレス部品のチョークを用いずに、図１のチョーク構造と同様の効果を得ることができる。

なお、図１及び図２では、一つのチョークを配置した場合を示しているが、図３に示すように、抑制する高調波成分に応じて、同一寸法の複数のチョークを配置するようにしてもよい。図３では、同一寸法のチョーク９１、９２、９３の溝内部に、それぞれ、比誘電率ε_r1、ε_r2、ε_r3の誘電体１０１、１０２、１０３を配置した場合を示している。チョーク９１、９２、９３のチョーク構造は、プレス部品を用いたチョーク構造（図１）、メタライズ処理を施したチョーク構造（図２）の何れか一方又は双方を用いてよい。このように、同一寸法の複数のチョークの各々に、異なる比誘電率の誘電体を使用することにより、限られたスペースに複数のチョークを配置することが可能となる。なお、溝内部が真空の従来型のチョーク構造（比誘電率＝１）と、本実施形態のチョーク構造を併用するようにしてもよい。

以上のように、本実施形態のマグネトロン１００によれば、抑制する高調波成分に応じて、チョークの溝内部に配置する誘電体を変更可能な構成にしたことにより、同一寸法のチョークで任意の高調波成分を抑制することが可能となる。

よって、抑制する高調波成分を変更する場合であっても、チョークの寸法を変更する必要がないため、異なった寸法の部品（プレス金型）を作成する必要がなくなるとともに、アンテナ１３との結合度等も変わらず、マグネトロン１００のその他の特性への影響がなくなる。また、使用する誘電体も寸法が常に一定であるため、同一寸法の金型で済むことになる。従って、任意の高調波成分の抑制を容易に実現することが可能となる。

また、チョーク自体を小型化することができるため、図３に示すように、限られたスペースに複数のチョークを配置することが容易となり、マグネトロン１００の小型化に対応することが可能となる。更に、マルチパクター放電を防止することが可能となる。

本発明の実施形態に係るマグネトロンの概略を示す断面図。円筒状の誘電体の一端面を除く面にメタライズ処理が施され、金属封着体にロー付けされたチョーク構造を示す図。複数のチョークの各々に、比誘電率が異なる誘電体を使用した場合の図。

符号の説明

１陽極円筒
２ベイン
３、４ストラップリング
５フィラメント陰極
６エンドハット
７ポールピース
８金属封着体
９、９０、９１、９２、９３チョーク
１０、１０１、１０２、１０３誘電体
１１絶縁筒
１２排気管
１３アンテナ
１４キャップ
１５メタライズ部
１００マグネトロン
２００高周波生成部
３００出力部
ｋ管軸

Claims

高周波を生成する高周波生成部と、
前記高周波生成部の出力側に設けられ、前記高周波生成部で生成された高周波をアンテナによって伝送して外部に取り出す出力部と、を備え、
前記出力部は、前記アンテナを囲み、前記高周波生成部の出力側に固着された筒状の金属封着体を有し、
前記出力部の内側に、環状の溝構造を有し、高調波成分の伝送を抑制するためのチョークを、前記アンテナの軸方向と同軸的に少なくとも一つ形成し、
前記チョークは、前記軸方向における長さをＬ、抑制する第Ｎ次高調波成分の自由空間波長をλ_Nとした場合に、比誘電率ε_rが

で表される誘電体を前記溝内部に配置したことを特徴とするマグネトロン。
前記チョークは、円筒状の前記誘電体の一端面を除く面にメタライズ処理を施したメタライズ部を有し、当該メタライズ部の外側側面を前記金属封着体の内面へロー付けして構成したことを特徴とする請求項１に記載のマグネトロン。
前記誘電体の材質はアルミナセラミック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。