JP2008108540A

JP2008108540A - マグネトロン

Info

Publication number: JP2008108540A
Application number: JP2006289753A
Authority: JP
Inventors: Nagisa Kuwabara; なぎさ桑原; Takeshi Ishii; 健石井; Masayuki Aiga; 正幸相賀
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-10-25
Filing date: 2006-10-25
Publication date: 2008-05-08
Also published as: US7696697B2; EP1933357A1; EP1933357B1; CN101170039A; CN101170039B; US20080100221A1

Abstract

【課題】ノイズを低減できる程度に入力電力量の低減を行ったり、フィラメントコイルの電子放出面積の低減を行ったりしても、ゲッタ効果を十分に発揮させることができるマグネトロンを得る。
【解決手段】陰極構体１２Ａを構成要素である上側エンドハット１２２Ａのフィラメントコイル１２１の一端部１２１ａと接触する部分１２２Ａａの肉厚を薄くしてセンターリード１２４と非接触状態とする。これにより、フィラメントコイル１２１で発生した熱が直接センターリード１２４に伝わることなく上側エンドハット１２２Ａに伝わるので、ノイズを低減できる程度の入力電力量の低減を行ったり、フィラメントコイル１２１の電子放出面積の低減を行ったりしても、ゲッタ効果を十分に発揮させることができる。この結果、ノイズの低減とコストの削減を同時に叶えることが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子レンジ等のマイクロ波利用機器に用いられるマグネトロンに関する。

従来、マグネトロン内の真空度を向上させる目的でゲッタを用いる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。図５は、従来の一般的な電子レンジ用のマグネトロンを示す縦断面図である。同図において、筒状の陽極筒体１０の内部にアノードベイン１１が放射状に配置され、夫々隣り合ったアノードベイン１１と陽極筒体１０とで囲まれた空間で空洞共振器が形成されている。陽極筒体１０の中心部に陰極構体１２が配置され、この陰極構体１２とアノードベイン１１とで囲まれた空間が作用空間１９となっている。

陰極構体１２は、図６の部分断面図に示すように、トリウムタングステンからなるフィラメントコイル１２１と、このフィラメントコイル１２１の両端部を支持するモリブデン製の上側エンドハット１２２及び下側エンドハット１２３と、上側エンドハット１２２に先端部が固着され、フィラメントコイル１２１に非接触に下側エンドハット１２３を貫通するセンターリード１２４と、下側エンドハット１２３に先端部が固着されたサイドリード１２５とからなる。フィラメントコイル１２１は、上側エンドハット１２２及び下側エンドハット１２３と高周波ロウ付けによって固定されている。フィラメントコイル１２１には、上述したトリウムタングステンが用いられ、電子放出量を向上するために、炭化水素系ガス中で電流を流して加熱することでフィラメントコイル１２１の表面に炭化層を形成している。フィラメントコイル１２１を加熱する電流は、センターリード１２４、上側エンドハット１２２、フィラメントコイル１２１、下側エンドハット１２３、サイドリード１２５の順、若しくはその逆順で流れる。

上側エンドハット１２２の天面には、マグネトロン内部の真空度を向上さるためのゲッタ１２６が設けられている。周知のように、マグネトロンを動作させるとマグネトロンの構成部品からガスが放出され、このガスによりマグネトロン内部の真空度が低下して発振効率が低下し、発振停止に至る虞もある。このため、チタンやジルコニウム等からなるゲッタ１２６をマグネトロンの内部に設けることで、マグネトロンの構成部品からの放出ガスを吸収し、真空度の低下を抑制している。

なお、ゲッタ１２６は、上側エンドハット１２２に設ける以外に、下側エンドハット１２３に設けることも可能である。また、特許文献１記載のマグネトロンにおいては、ゲッタ１２６として使われるガス吸収金属粉末の粒径を１０μｍ以下とすることにより、ゲッタ１２６が上側エンドハット１２２の天面から剥離しないようにすることとゲッタ効果の向上を図っている。

図５に戻り、陽極筒体１０の上端にはポールピース１４が固着され、下端にはポールピース１５が固着されている。ポールピース１４及び１５は、それぞれ鉄などの磁気抵抗の小さい磁性体の板材を絞り加工などにより漏斗状に形成したものである。ポールピース１４にはアンテナ１６を通過させるための孔が開けられている。ポールピース１４の直上とポールピース１５の直下には夫々中央部を中空にしたリング形状の磁石１７が密着状態で取り付けられている。ポールピース１４の直上の磁石１７にはアンテナ１６が通過する。磁石１７は、マグネトロン全体の小型化及び取り扱いやすさの点からフェライトを使用した環状の永久磁石が用いられ、その一端がポールピース１４及び１５と密着する構成となっている。ヨーク１８は、磁石１７の他端側とポールピース１４及び１５とを磁気的に接続するもので、磁気抵抗の小さい鉄などの板材で形成されている。このヨーク１８によって上下の磁石１７とポールピース１４及び１５が磁気的に接続される。

陽極筒体１０は、その内部に形成されたアノードベイン１１と共に、無酸素銅などの放熱がよくガスの出難い材料で作られている。これは、アノードベイン１１の先端に電子が飛び込んだ際の衝撃により加熱されることと、アノードベイン１１と陽極筒体１０とで空洞共振器を形成して、その空洞共振器内でマイクロ波を共振させて発振させた際にアノードベイン１１と陽極筒体１０夫々の表面を高周波電流が大量に流れることを考慮すると、電気伝導及び熱伝導の良い材料が好ましいからである。

この従来のマグネトロンを使用するときには陽極筒体１０の内部を真空状態にし、アノードベイン１１と陰極構体１２との間に直流の高電圧を印加する。作用空間１９には２つの磁石１７によって磁界が形成される。アノードベイン１１と陰極構体１２との間に直流高電圧を印加することで陰極構体１２から放出された熱電子がアノードベイン１１に向かって飛び出る。このとき２つの磁石１７による磁界がポールピース１４とポールピース１５との間のギャップに集中し、作用空間１９において陰極構体１２と陽極筒体１０の対向する方向と直角の方向に作用する。これにより、陰極構体１２から放出された熱電子が各磁石１７による磁界から受けるローレンツ力により旋回しながら、陰極構体の周囲を周回し、アノードベイン１１に到達する。このときの電子運動によるエネルギーが空洞共振器に与えられて、マグネトロンの発振に寄与する。

特開２００４−２８１３２０号公報

ところで、マグネトロンは、内部で電子を放出させる関係上、放出する電子の量が多いとノイズが多くなるという事情がある。このノイズを少なくするには、入力電力量を少なくするか（即ち、フィラメントコイルに流れる電流を低減することで、フィラメントコイルの温度を下げ、熱電子放出量を抑制するか）、フィラメントコイル１２１の線径やピッチを変えてフィラメントコイル１２１の電子放出面積を減らす方法が考えられる。しかしながら、いずれの方法においても、ゲッタ効果（即ちガスを吸着する効果）が十分に発揮されなくなる。図５、図６に示す従来のマグネトロンにおいては、フィラメントコイル１２１から放出される熱によってゲッタ１２６が加熱されて、ゲッタ効果が発揮されていたのに対し、入力電力量の低減等を行うと、フィラメントコイル１２１から放出される熱量が減るため、ゲッタ１２６の加熱が不十分になりゲッタ効果が低下すると考えられる。

この発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、フィラメントコイルから放出される熱量が減った場合であっても、ゲッタ効果を十分に発揮させることができるマグネトロンを提供することを目的とする。

上記目的は下記構成により達成される。
（１）複数のベインを中心軸方向に向かって突設させた陽極筒体と、前記陽極筒体の中心軸上に配置され前記ベインとの間に作用空間を形成する陰極構体とを備え、
前記陰極構体は、フィラメントコイルと、前記フィラメントコイルの両端部を支持する上側及び下側エンドハットと、前記上側エンドハットに先端部分が固着され前記フィラメントコイルに非接触に前記下側エンドハットを貫通するセンターリードと、前記上側エンドハットの天面に設けられるゲッタとを有し、前記上側エンドハットの前記フィラメントコイルの一端部と接触する部分が前記センターリードと非接触状態である。

（２）上記（１）に記載のマグネトロンにおいて、前記上側エンドハットの前記フィラメントコイルの一端部と接触する部分の肉厚を薄く形成した。

上記（１）に記載のマグネトロンでは、上側エンドハットのフィラメントコイルの一端部と接触する部分がセンターリードと非接触状態であるので、フィラメントコイルで発生した熱が直接センターリードに伝わることなく上側エンドハットに伝わる。したがって、例えば、ノイズを低減できる程度に入力電力量の低減を行ったり、フィラメントコイルの電子放出面積の低減を行ったりして、フィラメントコイルから放出される熱量が減った場合であっても、フィラメントコイルから放出される熱を上側エンドハットに効率よく供給することができるため、ゲッタ効果を十分に発揮させることができる。また、フィラメントコイルの電子放出面積を減らすことで、フィラメントコイルの主な材料であるトリウムタングステンの使用量を減らすことができ、マグネトロンの製品価格を下げることが可能となる。したがって、上記構成によれば、ゲッタ効果を維持して真空度を良好に保ちながら、ノイズの低減とコストの削減を行うことが可能になる。

上記（２）に記載のマグネトロンでは、上側エンドハットのフィラメントコイルの一端部と接触する部分の肉厚を薄く形成しているので、上側エンドハットのフィラメントコイルの一端部と接触する部分をセンターリードと非接触状態に保つことができる。また、当該部分の肉厚を薄くする工程を、従来の上側エンドハット製造工程に追加するのみで、センターリードとの間を非接触状態にできる。さらに、エンドハットの主な材料であるモリブデンの使用量を減らすことができ、マグネトロンの製品価格を下げることが可能となる。

また、本発明のマイクロ波利用機器は、上記（１）又は（２）に記載のマグネトロンを備えたことで、低ノイズ化が図れるとともに、製品コストの削減が可能となる。

以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係るマグネトロンに用いられる陰極構体を示す部分断面図である。なお、図１において前述した図６の陰極構体１２と共通する部分には同一の符号を付けている。また、本実施の形態のマグネトロンは、陰極構体以外は前述した図５のマグネトロンと同様の構成を採るので、説明の都合上必要な場合には図５を援用する。

図１において、本実施の形態のマグネトロンは、ノイズを低減できる程度に入力電力量の低減を行ったり、フィラメントコイル１２１の電子放出面積の低減を行ったりしても、ゲッタ１２６が効率良く作用するための温度が得られる陰極構体１２Ａを備えている。この陰極構体１２Ａは、上述したフィラメントコイル１２１及びゲッタ１２６の他に、フィラメントコイル１２１の両端部を支持する上側及び下側エンドハット１２２Ａ、１２３と、上側エンドハット１２２Ａに先端部分が固着されフィラメントコイル１２１に非接触に下側エンドハット１２３を貫通するセンターリード１２４と、下側エンドハット１２３に先端部が固定されたサイドリード１２５とを有して構成され、上側エンドハット１２２Ａのフィラメントコイル１２１の一端部１２１ａと接触する部分１２２Ａａがセンターリード１２４と非接触状態となっている。

図２は、本実施の形態の上側エンドハット１２２Ａと従来の上側エンドハット１２２の形状を比較した縦断面図であり、本実施の形態の上側エンドハット１２２Ａ（図２（ａ））は、フィラメントコイル１２１の一端部１２１ａと接触する部分１２２Ａａの肉厚が、従来の上側エンドハット１２２Ａ（図２（ｂ））のその部分１２２ａよりも薄く形成されており、該部分１２２Ａａがセンターリード１２４と非接触状態にある。この部分１２２Ａａの軸方向の長さは、フィラメントコイル１２１を少なくとも１ターン巻回できる長さであれば良い。また、この部分１２２Ａａ以外の部分（即ちフィラメントコイル１２１の一端部１２１ａと接触しない部分）１２２Ａｂの肉厚は従来と同様のであり、その部分１２２Ａｂにはセンターリード１２４の先端部分が嵌合する孔が開けられていて、その部分にセンターリード１２４の先端部分が固着される。

上側エンドハット１２２Ａの部分１２２Ａａがセンターリード１２４と非接触状態にあることで、図２（ａ）中に矢印で示すように、フィラメントコイル１２１で発生した熱は直接センターリード１２４に伝わることなく、上側エンドハット１２２Ａに伝わる。上側エンドハット１２２Ａに伝わった後はセンターリード１２４に伝わる。これに対し、従来の上側エンドハット１２２では、上側エンドハット１２２の部分１２２ａがセンターリード１２４と接触状態にあるので、図２（ｂ）中に矢印で示すように、フィラメントコイル１２１で発生した熱はセンターリード１２４と上側エンドハット１２２の双方に伝わる。

従来のマグネトロンでは、フィラメントコイル１２１で発生した熱がセンターリード１２４と上側エンドハット１２２の双方に伝わるのに対し、本実施形態のマグネトロンでは、フィラメントコイル１２１で発生した熱の略全てが上側エンドハット１２２Ａに伝わる。本実施形態のマグネトロンではフィラメントコイル１２１で発生した熱の略全てが上側エンドハット１２２Ａに伝わることから、ゲッタが効率良く作用するための熱量を十分にゲッタ１２６に供給できる。これにより、ノイズを低減できる程度の入力電力量の低減を行ったり、フィラメントコイル１２１の電子放出面積の低減を行ったりしても、ゲッタ効果を十分に発揮させながら、ノイズの低減とコストの削減を同時に叶えることが可能となる。

ここで、図３に本実施形態のマグネトロンと従来のマグネトロン夫々のフィラメント温度に対するエンドハット天面温度の測定結果の一例を示す。上側エンドハットの寸法は図１中に記載した通りである。この場合、従来のマグネトロンも本発明の上側エンドハット１２２Ａの部分１２２Ａａに対応する部分１２２ａの厚みが異なる以外は同寸法である。すなわち、傘形した部分の直径が７．５ｍｍ、同部分の厚みが０．６ｍｍ、部分１２２Ａａ（１２２ａ）の長さが１.９５ｍｍ、部分１２２Ａａ（１２２ａ）の直径が２．９５ｍｍ、部分１２２Ａａの内径が２．９５ｍｍ、センターリード１２４の直径が１．３ｍｍである。

図３において、Ｃ１は本実施形態のマグネトロンにおけるフィラメント温度を示すグラフ、Ｃ２は従来のマグネトロンにおけるフィラメント温度を示すグラフ、Ｃ３は本実施形態のマグネトロンにおけるエンドハット天面温度（上側エンドハット１２２Ａの天面の温度）を示すグラフ、Ｃ４は従来のマグネトロンにおけるエンドハット天面温度（上側エンドハット１２２の天面の温度）を示すグラフである。Ｃ１及びＣ２から分かるとおり、フィラメント温度は本実施形態も従来も略同様の値であるが、エンドハット天面温度は本実施形態では約３０℃温度が上昇している。つまり、上側エンドハットを本実施形態の形状にすることで、従来のものよりもエンドハット天面温度を高くすることができる。

図４に、本実施形態のマグネトロンと従来のマグネトロンにおいて入力電力量を低減させた場合のＥｆｍ測定結果の一例を示す図である。Ｅｆｍとは、マグネトロンの特性の１つであり、真空度の良し悪しを知るパラメータである。真空度が悪化するほど、Ｅｆｍは高くなる。従来のマグネトロンのＥｆｍが２．２Ｖであったのに対し、本実施形態のマグネトロンではＥｆｍが１．４Ｖであり、本実施形態のマグネトロンの方が真空度がよいことが分かる。通常動作時のＥｆｍ値は１．４Ｖ程度であるので、本実施形態によれば、フィラメント入力を小さくした場合であっても、通常の真空度を維持できることが分かる。

このように本実施の形態のマグネトロンによれば、上側エンドハット１２２Ａのフィラメントコイル１２１の一端部１２１ａと接触する部分１２２Ａａをセンターリード１２４と非接触状態としたので、フィラメントコイル１２１で発生した熱が直接センターリード１２４に伝わることなく上側エンドハット１２２Ａに伝わる。したがって、ノイズを低減できる程度の入力電力量の低減を行ったり、フィラメントコイル１２１の電子放出面積の低減を行ったりしても、ゲッタ効果を十分に発揮させながら、ノイズの低減とコストの削減を同時に叶えることが可能となる。

また、上側エンドハット１２２Ａとセンターリード１２４との部分的な非接触状態を、上側エンドハット１２２Ａの当該部分１２２Ａａの肉厚を薄くすることで実現しており、その工程を、従来の上側エンドハット製造工程に追加するのみで良いので、コストアップを最小限に抑えることができる。

なお、上記実施の形態では、上側エンドハット１２２Ａのフィラメントコイル１２１の一端部１２１ａと接触する部分１２２Ａａの肉厚を薄くして、センターリード１２４との部分的な非接触状態を実現したが、上側エンドハット１２２Ａのセンターリード１２４への固着を強固にするために、当該部分１２２Ａａの肉厚を厚くすることも可能である。この場合、フィラメントコイル１２１等の他部分の寸法を設計し直す必要があるが、実現可能である。通常、センターリード１２４は、上側エンドハット１２２Ａとフィラメントコイル１２１の一端を支持するだけのものであり、上側エンドハット１２２Ａとフィラメントコイル１２１は軽量であることから、部分１２２Ａａ以外の部分１２２Ａｂだけでも十分であると言える。

本発明は、ノイズを低減できる程度に入力電力量の低減を行ったり、フィラメントコイルの電子放出面積の低減を行ったりしても、ゲッタが効率良く作用するための温度が得られると言った効果を有し、電子レンジ等のマイクロ波利用機器等に有用である。

図１は、本発明の一実施の形態に係るマグネトロンに用いられる陰極構体を示す部分断面図図１のマグネトロンの上側エンドハットと従来のマグネトロンの上側エンドハットの形状を比較した縦断面図図１のマグネトロンと従来のマグネトロン夫々のフィラメント温度に対するエンドハット天面温度の測定結果の一例を示す図図１のマグネトロンと従来のマグネトロンのＥｆｍ測定結果の一例を示す図従来のマグネトロンを示す縦断面図従来のマグネトロンの陰極構体を示す部分断面図

符号の説明

１０陽極筒体
１１アノードベイン
１９作用空間
１４、１５ポールピース
１６アンテナ
１７磁石
１８ヨーク
１２Ａ陰極構体
１２１フィラメントコイル
１２１ａフィラメントコイルの一端部分
１２２Ａ上側エンドハット
１２２Ａａ上側エンドハット１２２Ａの一部分
１２３下側エンドハット
１２４センターリード
１２５サイドリード
１２６ゲッタ

Claims

複数のベインを中心軸方向に向かって突設させた陽極筒体と、前記陽極筒体の中心軸上に配置され前記ベインとの間に作用空間を形成する陰極構体とを備え、
前記陰極構体は、フィラメントコイルと、前記フィラメントコイルの両端部を支持する上側及び下側エンドハットと、前記上側エンドハットに先端部分が固着され前記フィラメントコイルに非接触に前記下側エンドハットを貫通するセンターリードと、前記上側エンドハットの天面に設けられるゲッタとを有し、前記上側エンドハットの前記フィラメントコイルの一端部と接触する部分が前記センターリードと非接触状態であることを特徴とするマグネトロン。
前記上側エンドハットの前記フィラメントコイルの一端部と接触する部分の肉厚が薄く形成されたことを特徴とする請求項１に記載のマグネトロン。
請求項１又は請求項２に記載のマグネトロンを備えたことを特徴とするマイクロ波利用機器。