JP2010080180A - マグネトロン - Google Patents

Abstract

【課題】マグネトロンからの高調波の漏洩を抑制する。
【解決手段】マグネトロンの排気管１３に、アンテナ１４とともに封止されたアンテナ１４を囲む管状の径小部５２と、この径小部５２よりも径が大きい管状の径大部５１を備え、アンテナ１４と径小部５２との間の第１チョーク溝５９と、径大部５１の内側にアンテナ１４を囲んで中心軸４１の方向に窪んだ第２チョーク溝５５と、この第２チョーク溝５５より内側で中心軸４１の方向に第２チョーク溝５５より浅く窪んだ第３チョーク溝５６とを形成する。内側に位置する第３チョーク溝５６が抑制する高調波の周波数を隣接して外側に位置する第２チョーク溝５５が抑制する高調波の周波数よりも高くすることにより、チョーク効果が広帯域化され、高調波の漏洩が抑制される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子レンジなどに用いられるマグネトロンに関する。

一般に、電子レンジ用マグネトロンでは、陽極本体に２４５０ＭＨｚ帯のマイクロ波が発生する。この基本波以外にも、基本波の整数倍の周波数の高調波が同時に発生する。高調波成分が出力部から輻射されると、その高調波は、基本波と同様に、電子レンジなどのマイクロ波加熱機器内に伝搬する。

高調波は、波長が短いため加熱機器でのシールドが困難であり、外部へ漏洩するおそれがある。外部へ漏洩した高調波は、無線障害を引き起こす場合がある。このため、漏洩の限度が法規制されている。そこで、マグネトロン自体が高調波の発生を抑制するように、出力部の排気管などにチョーク溝を形成したマグネトロンが知られている（たとえば特許文献１および特許文献２参照）。

チョーク溝の軸方向寸法は、抑制する高調波の波長の約４分の１である。実際には、チョークの端部に電界が集中して容量成分が発生し、特に高い周波数では浮遊容量の影響が無視できないため、波長の４分の１よりも浅い溝でチョーク効果が得られる。たとえば第５高調波（１２．２５ＧＨｚ）を抑制するチョーク溝は、波長の４分の１である６．１２ｍｍよりも少し短い約５ｍｍ程度である。チョークは、抑制する高調波の周波数ごとに設ける必要があるため、より多くの高調波を抑制するためには、より多くのチョークを設ける必要がある。
特開昭６３−２６４８４８号公報 特許２７９５８５３号公報

チョークは、抑制する高調波の周波数ごとに設ける必要があるため、より多くの高調波を抑制するためには、より多くのチョークを設ける必要がある。しかし、マグネトロンの小型化の観点からは、多数のチョークを設けることは困難である。

また、マグネトロンの出力部に設けられる排気管は、マグネトロンの内部から排気した後に、アンテナとともに封切り加工される。この際、排気管を押しつぶす応力が加えられるため、排気管は押しつぶされる部分以外も変形する。このため、排気管に設けられたチョーク溝の寸法も変化する可能性がある。また、排気管以外に設けられたチョーク溝も、部品の製造時や、マグネトロンの組み立て時などに寸法が変化する可能性がある。

このようにしてマグネトロンの出力部に設けられるチョーク溝の寸法が変化すると、漏洩を抑制できる周波数も変化する。たとえば基本波が２４５０ＭＨｚの電子レンジ用マグネトロンの場合、第３高調波の漏洩を抑制するチョーク溝の深さが０．１ｍｍずれると、減衰するピーク周波数は７０ＭＨｚ程度変化する。さらに、第５高調波では、チョーク溝の深さの０．１ｍｍのずれは、減衰のピーク周波数の２００ＭＨｚ程度のずれとなる。第７高調波では、チョーク溝の深さの０．１ｍｍのずれは、減衰のピーク周波数の４００ＭＨｚ程度のずれとなる。このようなチョーク溝の寸法の変化が生じると、マグネトロンからの高調波の漏洩量が大きくなってしまう。

そこで、本発明は、マグネトロンからの高調波の漏洩を抑制することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明は、マグネトロンにおいて、中心軸に沿って延びる管状の陽極と、前記陽極から延びるアンテナと、前記アンテナとともに封止された前記アンテナを囲む管状の径小部と前記径小部よりも径が大きい管状の前記アンテナを囲む径大部とを備え、前記アンテナと前記径小部との間の第１チョーク溝と、前記径大部の内側に前記アンテナを囲んで前記中心軸の方向に沿って窪んだ第２チョーク溝と、前記第２チョーク溝より内側で前記中心軸の方向に沿ってこの第３チョーク溝より浅く窪んだ第２チョーク溝とが形成された排気管と、を具備することを特徴とする。

また、本発明は、マグネトロンにおいて、入力側から出力側に向かって中心軸に沿って円筒状に延びる陽極円筒と、前記陽極円筒の内面から前記中心軸に向かって延びる複数のベインと、前記ベインに接続された一端から前記出力側に向かって延びるアンテナと、前記軸に配置された螺旋状の陰極と、前記陰極の両端に固着された一対のエンドハットと、前記入力側から延びて前記エンドハットのそれぞれに接続されて前記陰極に電流を供給する一対のサポートロッドと、前記アンテナを囲むセラミック円筒と、前記セラミック円筒を挟んで前記陽極円筒の反対側に設けられ、前記アンテナとともに封止された前記アンテナを囲む管状の径小部と前記径小部よりも径が大きい管状の前記アンテナを囲む径大部とを備え、前記アンテナと前記径小部との間の第１チョーク溝と、前記径大部の内側に前記アンテナを囲んで前記中心軸の方向に沿って窪んだ第２チョーク溝と、前記第２チョーク溝より内側で前記中心軸の方向に沿ってこの第３チョーク溝より浅く窪んだ第２チョーク溝とが形成された排気管と、前記セラミック円筒と前記陽極円筒との間に設けられ、内側に前記アンテナを囲んで前記中心軸の方向に沿って窪んだ１以上のチョーク溝が形成された金属封着体と、を具備することを特徴とする。

また、本発明は、マグネトロンにおいて、中心軸に沿って延びる管状の陽極と、前記陽極から延びるアンテナと、前記アンテナを囲むセラミック円筒と、前記セラミック円筒と前記陽極円筒との間に設けられ、前記アンテナを囲む管の内側に、前記アンテナを囲んで前記中心軸の方向に沿って窪んだ第３チョーク溝とこの第３チョーク溝より内側で前記中心軸の方向に沿ってこの第３チョーク溝より浅く窪んだ第４チョーク溝とが一体成型で形成された金属封着体と、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、マグネトロンからの高調波の漏洩を抑制することができる。

本発明に係るマグネトロンの実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

［第１の実施の形態］
図２は、本発明に係るマグネトロンの第１の実施の形態における縦断面図である。

本実施の形態のマグネトロンは、同一の軸（中心軸４１）に沿って配置された陽極円筒１、陰極５、一対のエンドハット６，７および一対のポールピース８，９、並びに、この中心軸４１の近傍から放射状に延びる複数のベイン２を備えている。

陽極円筒１は、中心軸４１に沿って円筒状に延びている。ベイン２は、中心軸４１の近傍から放射状に延びて、陽極円筒１の内面に固定されている。ベイン２は、それぞれ実質的に長方形の板状に形成されている。陽極円筒１の内面に固定されていない側のベイン２の遊端３１は、中心軸４１に沿って延びる同一の円筒面上に配置されていて、この円筒面をベイン内接円筒と呼ぶ。複数のベイン２は、円周方向の一つおきに、ベインの上下端部にロー付けされた大小それぞれ対となったストラップリング３，４によって連結されている。

陰極５は、螺旋状であり、陽極円筒１の中心軸に配置されている。また、陰極５の両端は、それぞれエンドハット６，７に固着されている。エンドハット６，７は、ベイン２に対して中心軸４１の外側に配置されている。

一対のポールピース８，９は、それぞれ中央部に貫通孔３２を有する漏斗状に形成されている。貫通孔３２の中心は、中心軸４１上に位置している。それぞれのポールピース８，９は、エンドハット６，７で挟まれる空間に対して中心軸４１の外側に向かって貫通孔３２から広がるように形成されている。ポールピース８，９の外径は陽極円筒１の径とほぼ同じに形成されている。ポールピース８，９の外周部分は、陽極円筒１の両方の端部にそれぞれ固定されている。また、これら一対のポールピース８，９は、エンドハット６，７で挟まれる空間を挟んで配置されている。

また、ポールピース８，９には、それぞれ筒状の金属封着体１０，１１が固着されている。それぞれの金属封着体１０，１１は、陽極円筒１の一端にも接している。

出力側の金属封着体１０のポールピース８に対して反対側の端には、出力側セラミック１２が接合されている。また、出力側セラミック１２の金属封着体１０に対して反対側の端には、排気管１３が接合されている。ベイン２の１つから銅でできた棒状のアンテナ１４が導出されている。このアンテナ１４は、出力側のポールピース８を貫通して、出力部内を中心軸４１上に延びて、先端は排気管１３で挟持固定されている。排気管１３の全体はキャップ１５で覆われている。

入力側の金属封着体１１のポールピース９に対して反対側の端には、入力側セラミック１６が接合されている。陰極５には、エンドハット６，７を介して２本のサポートロッド１７，１８が接続されている。サポートロッド１７，１８は、たとえば中継板１９を介して管外へ導出されて、入力端子２０に接続されている。

また、マグネット２１，２２とヨーク２３，２４が、このような発振部本体を囲むように配設されて、磁気回路を形成している。また、発振部本体を冷却するためのラジエーター２５、入力側に接続されたフィルター２６とそれを囲むボックス２７とで外装が形成されている。

図１は、本実施の形態における排気管近傍の拡大縦断面図である。

排気管１３は、径大部５１と、径小部５２と、径中部５３とが同心円状に配置された管状体である。排気管１３の径大部５１、径小部５２および径中部５３は、いずれもアンテナ１４を囲む管状に形成されている。径小部５２は、径大部５１よりも径が小さい。径大部５１の陽極よりも遠い端部は、径小部５２の軸方向の途中に接続されている。つまり、径小部５２の陽極に近い側の一部５４は、中心軸４１に沿って径大部５１と重なりあっている。

径中部５３は、径小部５２と径大部５１との間に設けられている。径大部５１と重なりあう径小部５２の一部５４の内面とアンテナ１４との間は、第２高調波（４．９ＧＨｚ）の４分の１波長型チョークである第１チョーク溝５９となっている。

排気管１３の径大部５１の内面と径中部５３の外面との間には、第２チョーク溝５５が形成されている。排気管１３の径中部５３の内面と径大部５１と重なりあう径小部５２の一部５４の外面との間には、第３チョーク溝５６が形成されている。第２チョーク溝５５および第３チョーク溝５６は、いずれもアンテナ１４を囲み、中心軸４１の方向に窪んでいる。径大部５１の第２チョーク溝５５の底に面する部分５７の厚さは、径大部５１の第３チョーク溝５６の底に面する部分５８の厚さとほぼ同じであり、径中部５３は、第２内壁５４よりも中心軸４１に沿った長さが長い。このため、第３チョーク溝５６の深さは、第２チョーク溝５５よりも浅い。

このようなマグネトロンにおいて、第２チョーク溝５５は、隣接する第３チョーク溝５６よりも深いため、第３チョーク溝５６よりも低い周波数の電磁波の漏洩を抑制することができる。そこで、第２チョーク溝５５は、第３チョーク溝５６よりも低次の高調波を抑制するような深さとする。たとえば、第２チョーク溝５５は第４高調波（９．８ＧＨｚ）の４分の１波長型チョーク、第３チョーク溝５６は第６高調波（１４．７ＧＨｚ）の４分の１波長型チョークとなるように溝の深さを設定する。

金属封着体１０の出力側セラミック１２に接する部分の近傍は、外管６１と、第１内管６３と、第２内管６４とが同心円状に配置された管状体である。金属封着体１０の外管６１、第１内管６３および第２内管６４は、いずれもアンテナ１４を囲む管状に形成されている。金属封着体１０の第１内管６３は、第２内管６４と外管６１との間に設けられている。

金属封着体１０の外管６１の内面と第１内管６３の外面との間には、第４チョーク溝６５が形成されている。金属封着体１０の第１内管６３の内面と第２内管６４の外面との間には、第５チョーク溝６６が形成されている。第４チョーク溝６５および第５チョーク溝６６は、いずれもアンテナ１４を囲み、中心軸４１の方向に窪んでいる。第５チョーク溝６６の深さは、第４チョーク溝６５よりも浅い。

このようなマグネトロンにおいて、第４チョーク溝６５は、隣接する第５チョーク溝６６よりも深いため、第５チョーク溝６６よりも低い周波数の電磁波の漏洩を抑制することができる。そこで、第４チョーク溝６５は、第５チョーク溝６６よりも低次の高調波を抑制するような深さとする。たとえば、第４チョーク溝６５は第３高調波（７．３５ＧＨｚ）の４分の１波長型チョーク、第５チョーク溝６６は第５高調波（１２．２５ＧＨｚ）の４分の１波長型チョークとなるように溝の深さを設定する。

排気管１３の先端は、アンテナ１４とともに封切り加工される。このため、アンテナ１４とともに封切り加工される前の排気管１３を、円筒を組み合わせた形状としていても、封切り加工の際に、各部分が変形する可能性がある。チョーク溝が変形すると、抑制する電磁波の周波数は変化してしまい、高調波の漏洩を十分抑制できない可能性がある。

しかし、アンテナ１４を囲む管状体に複数のチョーク溝を形成する場合、内側のチョーク溝を浅くして、より高次の高調波の漏洩を抑制するチョークとすることにより、チョークが抑制する周波数が広帯域化される。これにより、マグネトロンから漏洩する高調波を効果的に抑制することができる。このため、内側のチョーク溝を外側のチョーク溝よりも浅くすることにより、封切り加工の際に形状が変化する可能性がある排気管１３にもより多くのチョーク溝を形成することができる。また、金属封着体１０でも、内側のチョーク溝を外側のチョーク溝よりも浅くすることにより、チョーク効果が広帯域化され、マグネトロンから漏洩する高調波を効果的に抑制することができる。

排気管１３は、銅で形成され、たとえばプレス加工の一種であるヘッダー加工によって一体成型される。一体成型を行うことにより、部品点数を増加させることなく、複数のチョーク溝を形成することができる。このため、排気管１３により多くの複数のチョーク溝を形成しても、それほどコストの増加にはつながらない。また、一体成型することにより、接合位置のずれに伴うチョーク溝の寸法変化がなく、チョーク効果のばらつきを抑制することができる。

金属封着体１０も、たとえばプレス加工の一種であるヘッダー加工によって一体成型される。これにより、排気管１３の場合と同様に、コスト増加を抑制しつつ複数のチョーク溝を形成することが可能となり、また、チョーク効果のばらつきを抑制することもできる。

また、金属封着体１０に、より多くのチョーク溝を形成しようとすると、チョーク溝を形成する壁とアンテナ１４との距離が短くなる。排気管１３よりも陽極に近い金属封着体１０では、アンテナ１４との距離が短くなりすぎると、アンテナ１４との間に放電現象が発生する場合がある。このため、金属封着体１０に形成可能なチョーク溝の数は制限される。しかし、本実施の形態では、チョーク効果の広帯域化によってより多くのチョーク溝を排気管１３に設けることができるため、結果的に金属封着体１０に設けるチョーク溝の数を少なくして、放電現象の発生を抑制することができる。

また、隣接するチョーク溝がそれぞれ漏洩を抑制する電磁波の周波数の差が大きいと、チョーク溝の間の相互作用の影響が小さくなる。そこで、本実施の形態では、内側に位置する第３チョーク溝５６および第５チョーク溝６６が漏洩を抑制する電磁波を、それぞれ第４高調波および第３高調波とし、隣接して配置される第２チョーク溝５５および第４チョーク溝６５が漏洩を抑制する第６高調波および第５高調波との周波数の差を大きくしている。これにより、隣接するチョーク溝の間の相互作用が小さくなり、電磁波の漏洩をより抑制できる。

より高い周波数の電磁波の漏洩を抑制するチョークをより内側に配置することにより、チョーク効果が広帯域化されることを確認するため、シミュレーションを行った。

図３は、チョーク効果のシミュレーションにおけるタイプＡのチョークモデルである。図４は、チョーク効果のシミュレーションにおけるタイプＢのチョークモデルである。図５は、チョーク効果のシミュレーションの結果を示すグラフである。図５において、横軸は周波数（ＧＨｚ）、縦軸は信号伝達レベルを示す。

タイプＡおよびタイプＢは、いずれもマグネトロンの出力部の金属封着体を単純な同軸モデルとしている。金属封着体の内径を１９ｍｍ、アンテナ径を２．６ｍｍ、内側のチョーク溝を形成する壁の内壁を１３ｍｍ、外側のチョーク溝を形成する壁の内壁を１６ｍｍとした。また、２つのチョーク溝の深さＣ１およびＣ２、それぞれのチョーク溝が抑制する周波数ｆ１およびｆ２を下表の通りとした。なお、抑制周波数が同等でも対応するチョーク溝の深さが異なるのは、配置の違いの影響である。

図５から、内側に配置されたチョークが漏洩を抑制する周波数が広帯域化されていることがわかる。したがって、タイプＢのように、チョークの寸法の影響を受けやすい高次の周波数の電磁波の漏洩を抑制するチョークを内側に配置することにより、全体として複数の高調波の電磁波の漏洩を効果的に抑制できる。なお、このシミュレーションでは、実際の電子レンジ用マグネトロンの高調波の周波数と一致させていないが、溝深さ、内外径などのチョーク寸法を適切に設定することにより、所定の高調波の電磁波の漏洩を抑制できる。

なお、ここでは金属封着体１０に設けたチョーク溝についてのシミュレーションを行ったが、排気管１３にチョーク溝を設ける場合であっても、チョーク溝の形状はほぼ同じであるから、同様の効果が得られる。また、金属封着体１０および排気管１３のいずれか一方に複数のチョーク溝を設ける場合であっても、同様の効果が得られる。このように、アンテナを囲む管状体に複数のチョーク溝を形成する場合、内側のチョーク溝をより高次の高調波の漏洩を抑制するチョークとすることにより、チョークが抑制する周波数が広帯域化される。

［第２の実施の形態］
図６は、本発明に係るマグネトロンの第２の実施の形態における排気管近傍の拡大縦断面図である。

本実施の形態において径大部５１の第２チョーク溝５５の底に面する部分５７の板厚は、第３チョーク溝５６の底に面する部分５８の板厚よりも薄く、径中部５３の出力側セラミック１２側の端部と、径小部５２の径大部５１と重なりあう部分５４の出力側セラミック１２側の端部とは、中心軸４１に沿ってほぼ同じ位置に設けられている。このため、第３チョーク溝５６の深さは、第２チョーク溝５５よりも浅い。

このようなチョーク構造であっても、内側のチョーク溝が外側のチョーク溝よりも浅い。このため、内側のチョーク溝が、より高次の高調波の漏洩を抑制するチョークとなり、チョークが抑制する周波数が広帯域化される。これにより、マグネトロンから漏洩する高調波を効果的に抑制することができる。

また、内側に位置する第３チョーク溝５６の底に面する径大部５１の厚さが厚いため、径小部５２の先端をアンテナ１４とともに封切り加工する際の径小部５２の変形に伴う径小部５２の径大部５１と重なりあう部分５４の変形量は小さくなる。このため、チョーク溝の寸法精度を高めることができる。

［その他の実施の形態］
なお、以上の説明は単なる例示であり、本発明は上述の実施の形態に限定されず、様々な形態で実施することができる。

本発明に係るマグネトロンの第１の実施の形態における排気管近傍の拡大縦断面図である。 本発明に係るマグネトロンの第１の実施の形態における縦断面図である。 チョーク効果のシミュレーションにおけるタイプＡのチョークモデルである。 チョーク効果のシミュレーションにおけるタイプＢのチョークモデルである。 チョーク効果のシミュレーションの結果を示すグラフである。 本発明に係るマグネトロンの第２の実施の形態における排気管近傍の拡大縦断面図である。

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…陰極、６，７…エンドハット、８，９…ポールピース、１０…金属封着体、１１…金属封着体、１２…出力側セラミック、１３…排気管、１４…アンテナ、１５…キャップ、１６…入力側セラミック、１７，１８…サポートロッド、１９…中継板、２０…入力端子、２１，２２…マグネット、２３，２４…ヨーク、２５…ラジエーター、２６…フィルター、２７…ボックス、３２…貫通孔、４１…中心軸、５１…径大部、５２…径小部、５３…径中部、５５…第２チョーク溝、５６…第３チョーク溝、５９…第１チョーク溝、６１…外管、６３…第１内管、６４…第２内管、６５…第４チョーク溝、６６…第５チョーク溝

Claims (7)

1. 中心軸に沿って延びる管状の陽極と、
   前記陽極から延びるアンテナと、
   前記アンテナとともに封止された前記アンテナを囲む管状の径小部と前記径小部よりも径が大きい管状の前記アンテナを囲む径大部とを備え、前記アンテナと前記径小部との間の第１チョーク溝と、前記径大部の内側に前記アンテナを囲んで前記中心軸の方向に沿って窪んだ第２チョーク溝と、前記第２チョーク溝より内側で前記中心軸の方向に沿ってこの第３チョーク溝より浅く窪んだ第２チョーク溝とが形成された排気管と、
   を具備することを特徴とするマグネトロン。
2. 前記排気管は前記径小部よりも径が大きく前記径大部よりも径が小さい管状の径中部をさらに備え、前記径小部と前記径中部とは前記中心軸に沿って一部が重なりあって設けられ、前記径中部と前記径大部とは前記中心軸に沿って一部が重なりあって設けられ、前記第２チョーク溝は前記径大部と前記径中部との間に形成され、前記第３チョーク溝は前記径中部と前記径小部との間に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のマグネトロン。
3. 前記排気管は一体成型されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマグネトロン。
4. 前記排気管の前記第２チョーク溝の底に面する部分の厚さは、前記排気管の前記第３チョーク溝の底に面する部分の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載のマグネトロン。
5. 入力側から出力側に向かって中心軸に沿って円筒状に延びる陽極円筒と、
   前記陽極円筒の内面から前記中心軸に向かって延びる複数のベインと、
   前記ベインに接続された一端から前記出力側に向かって延びるアンテナと、
   前記軸に配置された螺旋状の陰極と、
   前記陰極の両端に固着された一対のエンドハットと、
   前記入力側から延びて前記エンドハットのそれぞれに接続されて前記陰極に電流を供給する一対のサポートロッドと、
   前記アンテナを囲むセラミック円筒と、
   前記セラミック円筒を挟んで前記陽極円筒の反対側に設けられ、前記アンテナとともに封止された前記アンテナを囲む管状の径小部と前記径小部よりも径が大きい管状の前記アンテナを囲む径大部とを備え、前記アンテナと前記径小部との間の第１チョーク溝と、前記径大部の内側に前記アンテナを囲んで前記中心軸の方向に沿って窪んだ第２チョーク溝と、前記第２チョーク溝より内側で前記中心軸の方向に沿ってこの第３チョーク溝より浅く窪んだ第２チョーク溝とが形成された排気管と、
   前記セラミック円筒と前記陽極円筒との間に設けられ、内側に前記アンテナを囲んで前記中心軸の方向に沿って窪んだ１以上のチョーク溝が形成された金属封着体と、
   を具備することを特徴とするマグネトロン。
6. 前記排気管に形成されたチョーク溝の数は、前記金属封着体に形成されたチョーク溝の数よりも多いことを特徴とする請求項５に記載のマグネトロン。
7. 中心軸に沿って延びる管状の陽極と、
   前記陽極から延びるアンテナと、
   前記アンテナを囲むセラミック円筒と、
   前記セラミック円筒と前記陽極円筒との間に設けられ、前記アンテナを囲む管の内側に、前記アンテナを囲んで前記中心軸の方向に沿って窪んだ第３チョーク溝とこの第３チョーク溝より内側で前記中心軸の方向に沿ってこの第３チョーク溝より浅く窪んだ第４チョーク溝とが一体成型で形成された金属封着体と、
   を具備することを特徴とするマグネトロン。

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