JP2011198725A - Magnetron - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電子レンジなどのマイクロ波加熱機器に用いられるマグネトロンに関する。 The present invention relates to a magnetron used in a microwave heating apparatus such as a microwave oven.
一般的に電子レンジ用マグネトロンは図5に示すように、マイクロ波発振部である陽極部100、電力を給電する入力部101、発振されたマイクロ波を管外に取り出す出力部102を備えており、陽極部100を中心に管軸にそって一方に入力部101、他方に出力部102が配置されている。入力部101および出力部102は陽極部の陽極円筒103と筒状の金属封着体104,105によって真空気密に接合されている。入力部はセラミックステムとステムに植立した陰極ロッド107を備え、ロッド先端に螺旋状陰極108を保持している。出力部は陽極のベイン109から管軸上に同軸的に延長されたアンテナロッド110をセラミック絶縁筒を介して引き出している。
In general, as shown in FIG. 5, a magnetron for a microwave oven includes an
陽極部100は陽極円筒103の内側に複数のベイン109が管軸に向かって放射状に配設されている。ベイン内端に対峙するように管軸に螺旋状陰極108が配置される。陽極円筒103の両端にはほぼ漏斗状のポールピース111,112が陽極円筒端面と金属封着体104,105との間で挟持されて固着されている(特許文献1参照)。
In the
図6(a)により従来のマグネトロンの陽極円筒103と金属封着体104との接合部およびポールピースの配置を説明する。陽極円筒は無酸素銅でできており、円筒の両端面にリング状の段部113を形成し、外周部114を薄くしている。円筒103の厚さは例えば2mmであり、この端面外周部114の厚さは1mmである。ポールピース111は軟鉄の磁性体でできており、漏斗の最外縁115の径が陽極円筒の端面外周壁114の内径に合致している。最外縁115の金属封着体側にリング状の段部116を形成しており、筒状の金属封着体104のフランジ部117の最外周縁118が段部116に嵌合される。この構造は入出力部とも同様である。
The arrangement of the joint portion and pole piece between the
ポールピース111および112は陽極円筒端面に嵌合されて陽極円筒の段部113により軸方向および円周方向に対し位置決めされ、このポールピースによって金属封着体104,105が位置決めされて、つづいて陽極円筒端面の外周壁114をアーク溶接等で溶融して金属封着体104,105の上に矢印122の方向に被せて、それぞれが固着されている。通常、図6(a)のような構造のマグネトロンにおいては陽極円筒やベイン、ストラップリングなどで構成する陽極部に必要な条件として、非磁性であること、導電性が良いこと、熱伝導性が良いこと、マグネトロン動作時の高温下でのガス放出が少ないことなどが挙げられ、それらの条件を満たす材料として一般的には銅や銅合金が用いられることが多い。
The
特に各部品を連続水素炉によってロー付けして接合する場合、水素脆化を起こさない酸素含有量の少ない無酸素銅が選択される。 In particular, when the parts are joined by brazing using a continuous hydrogen furnace, oxygen-free copper having a low oxygen content that does not cause hydrogen embrittlement is selected.
省資源および近年の材料高騰によりマグネトロンの材料使用量削減やコスト削減が求められているが、前述したとおり陽極部にはかなりの量の銅や銅合金が使用されていることから、これまでに他の材質への変更や小型化などの試みがなされてきた。 Resource savings and recent material surges are demanding reductions in material usage and costs for magnetrons, but as mentioned above, a considerable amount of copper and copper alloys are used in the anode part. Attempts have been made to change to other materials or downsize.
しかしながら、陽極部の他の材質への変更は電気的および熱的な制約条件のみならず製造上においても様々な問題点があり実用化が難しいのが現状である。 However, changing the anode part to other materials has various problems in manufacturing as well as electrical and thermal constraints, and is currently difficult to put into practical use.
例えば、近年電線等で利用されているアルミニウムは安価で非磁性であり導電率も比較的高いものの、低融点であることや強度、他金属との接合性の問題等があるため、陽極円筒への適用は困難である。他の分野ではコストダウンのために異種金属を張り合わせたクラッド材が使用されるケースもあるが、マグネトロンの陽極としては上記と同様な問題により使用は難しい。 For example, in recent years aluminum used in electric wires, etc. is inexpensive, non-magnetic and has a relatively high conductivity, but it has a low melting point, strength, and problems of bonding with other metals. Application is difficult. In other fields, there are cases where a clad material bonded with dissimilar metals is used for cost reduction, but it is difficult to use as a magnetron anode due to the same problems as described above.
また、陽極部の小型化のために材料薄肉化、径小化、軸方向短縮化等が行われているが、いずれにしても特性や放熱性への影響が大きい。図6(b)に示すように、特に最も体積の大きい陽極円筒103の場合、材料薄肉化の効果は大きい反面、特性面や放熱性のみならず強度低下による問題も引き起こす。
In addition, material thickness reduction, diameter reduction, axial shortening, and the like have been performed in order to reduce the size of the anode portion, but in any case, the influence on the characteristics and heat dissipation is great. As shown in FIG. 6B, particularly in the case of the
製造過程でベイン、ストラップ、アンテナロッドのロー付けのために連続水素炉によって高温にさらされたあとは、陽極部全体が非常に軟化しており取り扱いに注意を要するが、特に陽極円筒はその後の工程で多くの外力を受けるため、薄肉化が非常に困難である。 After being exposed to high temperature by a continuous hydrogen furnace to brane vanes, straps, and antenna rods during the manufacturing process, the entire anode part is very soft and requires careful handling. Thinning is very difficult because it receives a lot of external force in the process.
例えば図6(b)のように陽極円筒103の板厚を従来の図6(a)の2mmからlmmに半減させた場合、陽極円筒の端面段差113にポールピース111を嵌合した時、その時の外力およびアーク溶接時の熱膨張の影響により端面部120が外側に変形してしまい、図5の破線119で示すように端面120周辺の外径のみが中心部よりも最大0.3〜0.4mm程度大きくなり、全体に鼓状になるという問題が起こる。
For example, when the plate thickness of the
この場合、陽極円筒103とポールピース111のクリアランスを大きくすることによって変形は防げるはずであるが、あまりクリアランスが大きいと軸合わせなど陽極部との位置出しが出来ず、特性に悪影響をもたらす。このため、クリアランスの管理幅を非常に小さくする必要があり現実的ではない。
In this case, deformation should be prevented by increasing the clearance between the
また、陽極円筒103へのラジエーター圧入時にも大きな外力が掛かり変形してしまう問題があるが、それとは別に上記鼓状になった場合、外径の大きい端面部120によってラジエーターの方が広がりすぎて、陽極円筒外壁との接触が悪くなり冷却されないという問題も発生してしまう。
In addition, there is a problem that a large external force is applied when the radiator is pressed into the
さらに、板厚が薄くなった分、溶接部121の板厚も薄くなるため、溶接不良の可能性も高まる。上記のような問題を解決するために構造を大きく変更するにも、板厚を薄くした分変更の自由度が低く、金属封着体との溶接に問題が出るだけではなく、設備や工程の大幅変更も必要となり容易ではない。
Furthermore, since the plate thickness of the
本発明は、上記した欠点を解決し、大きな変形を起こさずに陽極円筒の板厚を薄くして高価な銅を削減でき、ポールピースの位置決めにも影響を与えず、また製造工程の大幅な変更なしに当該箇所の気密接合も行えるマグネトロンを提供するものである。 The present invention solves the above-mentioned drawbacks, can reduce the expensive copper by reducing the plate thickness of the anode cylinder without causing major deformation, does not affect the positioning of the pole piece, and has a significant manufacturing process. The present invention provides a magnetron that can also perform hermetic joining of the relevant parts without change.
本発明は、マイクロ波を発振する陽極部と、一端面部に入力側ポールピースおよび入力側金属封着体を介して配置され陰極ステムを含む入力部と、他端面部に出力側ポールピースおよび出力側金属封着体を介して配置されアンテナを含む出力部と、を管軸にそって配置したマグネトロンにおいて、前記陽極部は陽極円筒と陽極円筒内壁に前記端面部から離間して接合され前記管軸方向に放射状に突設された複数のベインを有し、前記陽極円筒の内壁の前記入力部側および前記出力部側の前記端面部と前記ベイン間に前記ポールピースを管軸方向に位置決め支持する非磁性の筒状補助陽極を配置し、前記入力部側および前記出力部側の前記金属封着体が前記補助陽極とともに前記ポールピースを挟持して前記陽極円筒の前記端面部と気密に接合されていることを特徴とするマグネトロンにある。 The present invention includes an anode portion that oscillates microwaves, an input portion that is disposed on one end surface portion via an input-side pole piece and an input-side metal seal and includes a cathode stem, and an output-side pole piece and an output on the other end surface portion. In the magnetron arranged along the tube axis with the output part including the antenna arranged via the side metal sealing body, the anode part is joined to the anode cylinder and the inner wall of the anode cylinder apart from the end face part, and the tube A plurality of vanes projecting radially in the axial direction are provided, and the pole piece is positioned and supported in the tube axis direction between the end face portions on the input portion side and the output portion side of the inner wall of the anode cylinder and the vanes. A nonmagnetic cylindrical auxiliary anode is disposed, and the metal sealing body on the input portion side and the output portion side sandwiches the pole piece together with the auxiliary anode, and is airtightly bonded to the end face portion of the anode cylinder. In the magnetron, characterized in that they are.
本発明によれば、陽極円筒内側に非磁性で且つ高温時でも比較的強度の強い補助陽極を圧入嵌合し、その補助陽極にポールピースの軸方向および円周方向の位置決め機能を持たせ、更に強度が低下した陽極円筒の補強にも利用するので、ポールピースが直接陽極円筒に嵌合せず、端部だけに外力が掛からないため、鼓状の変形を引き起こすことがない。また、陽極円筒端部はほぼ板厚そのままの厚さを残すことが出来るので、従来と変わりなく、不良を起こしにくい。 According to the present invention, an auxiliary anode that is nonmagnetic and relatively strong even at high temperatures is press-fitted inside the anode cylinder, and the auxiliary anode has a positioning function in the axial direction and circumferential direction of the pole piece, Further, since the pole piece is not directly fitted to the anode cylinder and an external force is not applied only to the end portion, the drum-shaped deformation is not caused because it is also used for reinforcing the anode cylinder whose strength is lowered. Further, since the anode cylindrical end portion can be left as it is, it is unlikely to cause a defect as in the conventional case.
次に図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図1ないし図4(a)は本発明の一実施形態の電子レンジ用マグネトロン10を示している。2450MHz帯のマイクロ波を発振する陽極部11を中心に、その一端面に管軸mにそって電力を給電する入力部12と、他端面に管軸にそって陽極部から発振されたマイクロ波を管外に取り出す出力部13が配置されている。これらの入力部12および出力部13は陽極部の陽極円筒14と筒状の金属封着体15,16によって真空気密に接合されている。入力部12はセラミックステム17とステムに植立した陰極ロッド18を備え、ロッド先端に螺旋状陰極20を保持している。出力部は陽極のベイン21から管軸上に同軸的に延長されたアンテナロッド22をセラミック絶縁筒23を介して引き出している。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1A to 4A show a
陽極円筒は無酸素銅でできており、薄板の円筒体として両端面部でポールピースを支持しない構造になっている。その内壁に陽極円筒の両端面部24,25から離間して同様の材質の複数の板状のべイン21が管軸mに向けて放射状に突設、配設され、その上下辺211(図2参照)にロー付けされた大小径一対のストラップリング26,27により1枚おきに連結されている。複数のべインの内端面に囲まれた電子作用空間には、螺旋状陰極20が陽極円筒の軸心すなわち管軸に配設され、その両端はそれぞれ入力側エンドハット28、出力側エンドハット29に固着されている。
The anode cylinder is made of oxygen-free copper, and has a structure that does not support the pole pieces at both end faces as a thin cylindrical body. A plurality of plate-shaped
さらに詳述すると陽極円筒の両端面部24,25には、電子作用空間に磁束を導くそれぞれ略漏斗状の出力側ポールピース31、入力側ポールピース30が電子作用空間を挟んで相互に対峙して固着され、このポールピース30,31はそれぞれ筒状の金属封着体15,16を介して陽極円筒14の端面部24,25の内壁に接して固着されている。
More specifically, on both
出力側金属封着体の上端には出力部を構成する出力側セラミック絶縁筒23が接合されており、更にその上端には排気管33が接合されている。
An output side ceramic insulating
また、一つのべインから導出されたアンテナロッド22がポールピース31を貫通し出力部13内を延びて、先端が排気管33に挟持固定されており、その排気管全体をキャップ34が覆っている。もう一方の入力側金属封着体15の下端には入力部12を構成するセラミックステム17が接合されている。セラミックステム17に接合された中継板(図示しない)に接合されているサポートロッド18が2つのエンドハット28,29を介して螺旋状陰極20の両端と接続している。
Further, the
また、中継板には入力側セラミックを貫通し、管外へ導出された入力端子39も接合されている。陽極円筒14の外周部には冷却用のラジエーター40が複数枚圧入される。
Further, an
出力側ポールピース31の上方および入力側ポールピース30の下方の金属封着体15,16に環状の永久磁石41,42が嵌着されている。さらに陽極円筒、冷却ラジエーターおよび永久磁石を囲んで磁路形成用の磁気ヨーク43が配置されている。
Annular
入力部側のステム17外方にフィルタボックス44が配置され、ステムから導出された入力端子39に、フィルタ回路を形成するコイル45および貫通コンデンサ46が接続されている。
A
つぎに陽極部について詳述する。厚さ1mmの無酸素銅からなる陽極円筒14の内側には同じ無酸素銅の複数のべイン21が放射状に配設され、このべインの上下端211にロー付けされた大小一対のストラップリング26,27により1枚おきに連結されている。
Next, the anode part will be described in detail. A plurality of
このべインが配設された上下すなわち入力側と出力側に、図4(a)に示すような陽極円筒14の内径と同じ外径を持つ厚さ1.0mmのオーステナイト系ステンレス鋼例えばクロムニッケル鋼(Fe74−Cr18−Ni8、SUS304)からなる筒状補助陽極50が圧入嵌合される。この補助陽極の一端面51がポールピースを受け、他端面52がベイン辺211に当接する。材質は銅の陽極円筒よりも剛性が高く、陽極円筒との膨張係数差は陽極円筒に対して±50%の範囲内に収まるのが望ましい。 本実施形態において、熱膨張係数は無酸素銅が16.8×106、SUS304が16.7×106で同等である。
An austenitic stainless steel with a thickness of 1.0 mm having the same outer diameter as that of the
電子レンジ用マグネトロンでは陽極円筒は無酸素銅のみで形成した場合、2mm厚が薄さの限界であるが、本実施形態では陽極円筒の厚みは1mm、保持陽極の厚みは1mmであり、陽極円筒の厚みを半減させることができた。この陽極円筒の板厚は、円筒外径が40mmφ程度の場合、0.5mmt程度にすることが可能である。 In the magnetron for a microwave oven, when the anode cylinder is formed of only oxygen-free copper, the thickness is limited to 2 mm. However, in this embodiment, the anode cylinder has a thickness of 1 mm and the holding anode has a thickness of 1 mm. The thickness of can be halved. The plate thickness of the anode cylinder can be set to about 0.5 mm when the outer diameter of the cylinder is about 40 mmφ.
この補助陽極の軸方向長さLはベイン辺211とポールピースのベイン側面301,311との間隔を正確に規制し、補助陽極をこれらの間に配置することにより、入出力側ポールピース30,31は補助陽極50と嵌合して軸方向および周方向に対して位置決めされる。ポールピース30,31の反対側には各入出力側の筒状の封着金属体15,16が設置される。金属封着体の不ランド部最外縁にはポールピース外縁を囲んで嵌めこまれるリブ151,161が形成されている。この状態で陽極円筒端面部25をアーク溶接やプラズマ溶接等により図3矢印の方向に溶かし込み、各封着金属体30,31側へと被せることで気密接合される。
The axial length L of the auxiliary anode accurately regulates the distance between the
これにより、陽極円筒14とポールピース30,31との嵌合が直接行わず、補助陽極によって位置決めされるため、陽極円筒端部25の著しい変形が無くなり、その後の製造工程でも陽極円筒が補助陽極によって補強されるため、陽極円筒の変形による不良が発生しない。
As a result, the
非磁性のクロムニッケル鋼例えばSUS304は材料としては廉価ではないが、使用量が少ないことと、メッキ等の処理を必要としないため、トータルコストの低減に繋がる。 Non-magnetic chrome nickel steel, such as SUS304, is not inexpensive as a material, but uses less and does not require treatment such as plating, leading to a reduction in total cost.
本実施形態では補助陽極のポールピースを受ける端面51の内壁側に環状の段差53を設けてポールピース30,31を位置決めしているが、ポールピース側に段差を設けて位置決めしても良い。
In this embodiment, the
図4(b)は、補助陽極の変形例を示す。補助陽極50は図4(a)のような単純な円筒形でも良いが、ベイン辺211に当接する他端面52に、図4(b)のようなベインに対応したスリット54を設けて、陽極円筒中央部まで延伸させると、入出力部両側の補助陽極同士が突き合わされるため補強効果がより向上する。なおスリット54はベインにわずかに係合する程度の深さにしても周方向の回転が制限できるためにさらに強固な支持が実現する。本変形例ではポールピースを受ける端面に段部を形成せず、ポールピース側に段部を形成する。
FIG. 4B shows a modification of the auxiliary anode. The
本実施形態ではベインやストラップをロー付けした後に補助陽極を圧入している。これは通常ロー付け時には水素雰囲気炉に投入して各部品をロー付けするため、ロー付け前にSUS304等の異なる材質の補助陽極を圧入すると水素脆化を起こしてしまうからである。水素脆化を起こさず、その他の条件を満たす材質の補助陽極であれば、ロー付け前の圧入や、場合によってはロー付けしてしまっても構わない。また補助陽極は真空外囲器内に配置するので、外囲器条件に制約されない。 In this embodiment, the auxiliary anode is press-fitted after brazing the vane or strap. This is because in normal brazing, each part is brazed by being put into a hydrogen atmosphere furnace, and therefore, when an auxiliary anode made of a different material such as SUS304 is pressed before brazing, hydrogen embrittlement occurs. As long as the auxiliary anode is made of a material that does not cause hydrogen embrittlement and satisfies other conditions, it may be press-fitted before brazing or, in some cases, brazed. Further, since the auxiliary anode is disposed in the vacuum envelope, it is not limited by the envelope conditions.
10:マグネトロン、11:陽極部、12:入力部、13:出力部、14:陽極円筒、15,16:金属封着体、17:セラミックステム、18:陰極ロッド、20:陰極、21:ベイン、211:ベイン辺、22:アンテナロッド、24,25:端面部、26,27:ストラップリング、30:入力側ポールピース、31:出力側ポールピース、39:入力端子、40:ラジエーター、41,42:永久磁石、50:補助陽極、51,52:(補助陽極)端面 10: Magnetron, 11: Anode section, 12: Input section, 13: Output section, 14: Anode cylinder, 15, 16: Metal seal, 17: Ceramic stem, 18: Cathode rod, 20: Cathode, 21: Bain 211: Bain side, 22: Antenna rod, 24, 25: End face part, 26, 27: Strap ring, 30: Input side pole piece, 31: Output side pole piece, 39: Input terminal, 40: Radiator, 41, 42: permanent magnet, 50: auxiliary anode, 51, 52: (auxiliary anode) end face
Claims (5)
前記陽極部は陽極円筒と陽極円筒内壁に前記端面部から離間して接合され前記管軸方向に放射状に突設された複数のベインを有し、
前記陽極円筒の内壁の前記入力部側および前記出力部側の前記端面部と前記ベイン間に前記ポールピースを管軸方向に位置決め支持する非磁性の筒状補助陽極を配置し、前記入力部側および前記出力部側の前記金属封着体が前記補助陽極とともに前記ポールピースを挟持して前記陽極円筒の前記端面部と気密に接合されていることを特徴とするマグネトロン。 An anode section that oscillates microwaves, an input section that includes a cathode stem disposed on one end face through an input pole piece and an input metal seal, and an output pole piece and output metal seal on the other end. In the magnetron arranged along the tube axis, the output part including the antenna arranged through the body,
The anode part has a plurality of vanes that are joined to the anode cylinder and the inner wall of the anode cylinder at a distance from the end face part and project radially from the tube axis direction,
A non-magnetic cylindrical auxiliary anode for positioning and supporting the pole piece in the tube axis direction is disposed between the end surface portion on the input portion side and the output portion side of the inner wall of the anode cylinder and the vane, and the input portion side The magnetron is characterized in that the metal sealing body on the output portion side is airtightly joined to the end face portion of the anode cylinder with the pole piece sandwiched with the auxiliary anode.
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