JP2013524424A - マグネトロン - Google Patents

Abstract

マグネトロンは、陽極（１）及び参照番号（２）で全体的に示される陰極を有し、該陰極が二部分を有し、該二部分が、絶縁材料からなるスリーブ（１３）によって隔てられた鉄合金スリーブ（１１、１２）によって結合され、これらの鉄合金スリーブは、陰極を加熱するために反対極の電力供給源（１４）に接続される。典型的には、商用の絶縁型トランスが、電力源として使われる。本発明においては、小型の高周波電力源が陰極を加熱するのに使用され、鉄合金スリーブは、導電材料（１５）の表面被覆を有する。電力源から供給される高周波電流によって発生する磁界により誘起される電流は、表皮効果により導電被覆層に大幅に抑制され、これまで起こり得た鉄合金内における加熱及び損失を避けることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、マグネトロンに関する。

公知のマグネトロンの軸方向断面図である、添付図面の第１図を参照すると、公知のマグネトロンは、中空状の陽極１を備え、この陽極内に参照番号２で全体的に示される陰極が延びている。ＲＦエネルギーは、セラミックドームＢに収められているカプラーＡにより、陽極から出て導波路（図示されない）に結合される。入力電力は、ＨＴ直流電源３から陰極と陽極の間に、典型的には、陽極が接地電位となり、陰極が負の高電位となるように供給される。この陽極と陰極の間における相互作用空間は真空にされ、ＨＴ電圧をこの陽極と陰極の間に保持するために、絶縁材料からなるスリーブ４が、真空包囲体の一部を構成している。該スリーブ４は、合金スリーブ５，６によって、陽極及び陰極にそれぞれ接合される。陰極は中空状で、コア８を収める外側スリーブ７から構成され、陰極の放出部は高輝度エミッター螺旋フィラメント９である。上端部において真空包囲体を完成するために、陰極スリーブの外向き張出し領域１０が、絶縁スリーブ１３により互いに分離された合金スリーブ１１、１２を介して、コア８の端部に接合されている。これらスリーブ１１、１２は、セラミック材料からなる絶縁スリーブ１３との間で両立性のある熱膨張係数を備えるものとするために、ニッケル−コバルト−鉄合金であるコバール（Ｋｏｖａｒ）により製作される。フィラメントを加熱するための電力は、コアの頭部と陰極の外側スリーブの外向き張出し部との間に印加される。この電力の供給源は、参照番号１４で全体的に示される絶縁型トランスを有し、該トランスの一次側は、商用電源Ｃにより駆動され、かつ接地されており、二次側の出力部は、直流電源３から陰極に印加される負の高電圧に重畳される。

このトランスは、商用電源周波数で駆動されるが、一次側と二次側の間の絶縁が重く、嵩高となるために、不利である。

トランス１４は高周波により駆動されることが好ましく、このようにすると、トランスの嵩と重量が著しく減少できる。

しかしながら高周波による駆動は、合金スリーブ１１、１２の材料において、電力が消費されることになるために、大きな発熱損失及び電力の損失を生じる不利があると考えられる。

このように、トランス１４の二次側から高周波を供給すると、コア８に沿って流れ、外向き張出し部１０に沿って戻る高周波交流電流を発生する。コバールは強磁性体であるので、スリーブ１２の本体部を通って循環し、かつ高周波数で切替わる大量の磁束が生じる。この現象は、次に、スリーブ１２内に電流を発生させて、この電流が電力損失を引き起こす。同じことがスリーブ１１にも当てはまる。

特許文献１において、マグネトロンに導電層が塗布されたコンデンサー型ＨＶ入力端子を設け、この入力端子に高周波フィラメント電流を流すことが提案されている。

特開平３‐１８７１２９号明細書

本発明は、マグネトロンを提供するものであり、このマグネトロンは、陰極が二部分を含み、該二部分が、絶縁材料スリーブによって隔てられた鉄合金のスリーブを介して結合され、これらの鉄合金スリーブにおいては、使用時に、陰極を加熱するための高周波の供給によって内部に磁束が誘起されるように構成され、該鉄合金スリーブは、導電材料による表面被覆を有する。

該被覆は、高周波の供給で生じる磁束により誘起される、陰極ヒータ電流によって生じる電力損失を、前記鉄合金スリーブにおいて減少させることを可能にする。

本発明を実施する一方法が、添付図面を参照して例示により詳述される。図面は、以下の通りである。

公知のマグネトロンの軸方向断面図である。 本発明におけるマグネトロンのスリーブ１２の拡大斜視図である。 すべての図面を通じて、同じ参照番号は同じ部品を表している。

本発明のマグネトロンは、公知のマグネトロンと比較すると、フィラメント（陰極）ヒータへの電力供給の形式、及び、スリーブ１１、１２が相違している。マグネトロンのその他の部分は、図１に示したものと同じであるので、スリーブ１２だけが示されている（スリーブ１１は同じである）。

本発明によれば、トランス１４の入力は、商用電源周波数による駆動に代えて、高周波切換えモード型の電力源Ｃにより駆動される。これによって、商用電源周波数により駆動される場合と比較して、絶縁型トランスの大きさは大幅に減少する。

また、本発明によれば、スリーブ１１、１２は、従来のようにコバールから製作されているが、本発明では導電材料１５による被覆表面を有する。

図２を参照すると、陰極２のスリーブ７及びコア８に沿って高周波交流電流（記号Ｄによって図２に示されるが、矢印は交流周期の一瞬における電流方向を示す）が流れることによって、磁束方位Ｍ１がスリーブ１２の回りを循環する。このスリーブ１２の周方向における各々の増加部では、磁束の誘起を生じ、この磁束は、スリーブ軸に平行な方向で、スリーブの各区分の回りに電流ループｉを発生させる効果がある。次に、これらの電流は、スリーブ１２において磁束Ｍ１とは反対の磁束方位Ｍ２を誘起させ、磁束Ｍ１を打ち消す。これはレンツの法則によるものであり、この挙動は、トランスの二次側の巻線が短絡した状態に似たものと考えることができる。

このスリーブ及びコア内を流れる電流は高周波であるために、誘導磁界は、高周波による交番磁界であり、誘記電流ｉも同様に高周波である。これらの高周波電流ｉは、表皮効果により、主に導電材料の表面被覆層を流れ、コバール自体にはそれほど流れない。したがって、もし加熱及び損失がコバールの本体部自体にあったとしても、それはごく僅かである。

この構成による利点は、従来の商用電源周波数で駆動されるヒータ品を有するマグネトロンと同じ性能を発揮することができる上に、ヒータ電源及び絶縁型トランスは、より小型軽量化され、かつ、より低廉な部品を提供することができる（例えば、５０又は６０Ｈｚで駆動される絶縁型トランスの重量は約１００ｋｇであるが、１５ｋＨｚで駆動される絶縁型トランスの重量は、僅か１ｋｇである）。

スリーブ曲面の内外面全体を導電材料により表面被覆することが好ましいが、これは本質的なことではない。例えば、スリーブ曲面の内面だけ被覆してもよいし、外面だけ被覆してもよい。さらに、片面被覆する場合、及び、両面被覆する場合でも、完全に被覆することは必ずしも必要ではない。例えば、該被覆は、軸方向に沿った導電材料の撚り紐形態とすることや、又は網目状形態とすることができる。導電材料としては、銅が好ましいが、銅以外の導電材料、例えば、銀又は低抵抗率を有する他の材料も使用することができる。

銅を使用する場合には、１ミクロン（１０^-6ｍ）〜５０ミクロンまでで、好ましくは５ミクロン〜３０ミクロンの範囲の、内外両曲面における均一被覆厚みが形成される。

さらに、導電層を支持するスリーブ材料はコバールである必要はない。絶縁スリーブと共存できる熱膨張係数を有する他の材料も使用することができ、例えば、ニッケル鉄系合金を使用することができる。

切換えモードによる電力源Ｃの高周波は、１ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲内であるが、１０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの範囲であることが好ましい。電力源Ｃは、必ずしも切換えモード型である必要はない。この代わりに、高周波供給をすることができる他の設計であっても使用することができる。

１ 中空状の陽極
２ 陰極
３ ＨＴ直流電力供給源
５ 合金スリーブ
６ 合金スリーブ
７ 外側スリーブ
８ コア
９ フィラメント
１１ 合金スリーブ
１２ 合金スリーブ
１３ 絶縁スリーブ
１４ 絶縁型トランス
１５ 導電層（材料）
Ａ カプラー
Ｂ セラミックドーム
Ｃ 電力源

Claims (12)

1. 陰極が二部分を有し、該二部分は、絶縁材料スリーブによって隔てられた鉄合金スリーブを介して結合されており、この鉄合金スリーブは、使用時に、陰極を加熱するための高周波供給によって内部に磁束が誘起される構成であり、さらに前記鉄合金スリーブが導電材料による表面被覆を有することを特徴とするマグネトロン。
2. 前記高周波供給の高周波は、１ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲内であることを特徴とする請求項１記載のマグネトロン。
3. 前記高周波供給の高周波は、５ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの範囲内であることを特徴とする請求項２記載のマグネトロン。
4. 前記導電材料が、前記鉄合金スリーブの内外の両曲面に連続することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のマグネトロン。
5. 前記導電層被覆厚みが、１ミクロンから５０ミクロンまでの範囲内であることを特徴とする請求項４記載のマグネトロン。
6. 前記導電層被覆厚みが、５ミクロンから３０ミクロンまでの範囲内であることを特徴とする請求項４記載のマグネトロン。
7. 前記導電材料が、銅であることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のマグネトロン。
8. 前記鉄合金スリーブが、ニッケル、コバルト、鉄合金であることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のマグネトロン。
9. 前記鉄合金が、コバールであることを特徴とする請求項８に記載のマグネトロン。
10. 前記絶縁材料が、セラミック材料であることを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載のマグネトロン。
11. 前記陰極の二部分が、外側スリーブ及び内側コアであることを特徴とする請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載のマグネトロン。
12. 前記絶縁材料からなるスリーブに対する前記鉄合金スリーブの連結が、真空内での緊密連結であることを特徴とする請求項１１に記載のマグネトロン。

Images