JP2015046360A - マグネトロン - Google Patents

Abstract

【課題】コストが低くて製造性が良く、特性への悪影響も無いマグネトロンを提供する。【解決手段】大小２本のストラップリング１１（１１Ａ、１１Ｂ）を、複数のベイン１０（１０Ａ、１０Ｂ）の管軸ｍ方向の入力側となる下端側にのみ配置するようにし、入力側のポールピース１８の突出平坦面４１の径Ｒｉｐの方が、出力側のポールピース１７の突出平坦面４０の径Ｒｏｐより大きくなるようにした。これにより、片側２本のストラップリングで部品点数を減らしてコストを下げながら、従来に比べて、製造性や特性を大きく劣化させること無く、実用的なマグネトロンを提供できる。【選択図】図４

Description

本発明は、マグネトロンに関するものであり、電子レンジ等のマイクロ波加熱機器に用いられる連続波マグネトロンに適用して好適なものである。

従来、図１４に示すように、２４５０ＭＨｚ帯のマイクロ波を発振する電子レンジ用などの一般的なマグネトロンの陽極構体１００は、陽極円筒１０１と、陽極円筒１０１の内部に放射状に配設されたベイン１０２を備えている。

ベイン１０２は、円周方向の一つおきに、ベイン１０２の上下両端部にそれぞれロー付けされた大小一対のストラップリング１０３によって連結されている。

複数のベイン１０２の遊端に囲まれた電子作用空間には、螺旋状のカソード１０４が陽極円筒１０１の軸心に沿って配設されている。カソード１０４の両端は、それぞれ出力側エンドハット１０５及び入力側エンドハット１０６に固着されている。

また、陽極円筒１０１の両端には、それぞれ略漏斗状のポールピース１０７、１０８が固着されている。

ストラップリング１０３は、ベイン１０２を交互に同電位にする為のものである。現在では、上述のように、ベイン１０２の上下両端部にそれぞれ大小一対のストラップリング１０３を設ける構造が一般的であるが、その他に、ストラップリングを上下両端部にそれぞれ１本ずつ設けたり、上下両端部のうちの一方の片側端部に２本以上設けたり、上下方向の中心部に２本設けたりするような構造もある。

特開２０１３−７３７３０号公報 特開平０７−３０２５４８号公報

ところで、上述のように構成されたマグネトロンのベイン１０２で区切られた空洞共振器は固有の周波数を有しているが、一般的なストラップリング型の場合、その周波数はベインとストラップリングの間のキャパシタンスや、複数のストラップリング間のキャパシタンスに大きく影響される。

例えば、製造性の向上やコストダウンを考えて、ベインの上下両端部にではなく片側端部にのみストラップリングを２本設けようとした場合、上下両端部にそれぞれストラップリングを２本ずつ設けた場合と比べて、空洞共振器のキャパシタンスが小さくなる。

この結果、場合によっては、空洞共振器の周波数が、上下両端部にそれぞれストラップリングを２本ずつ設けた場合と比べて、数百ＭＨｚ程度も高くなる為、これを補正する必要が出てくる。

この場合、例えば、ストラップリングとベインの間隔を狭めたり、ストラップリングの断面積を大きくしたりするといった対策が考えられる。しかしながら、この対策では、ロー付けの際にロー材がストラップリング間やストラップリングとベインの間を短絡させたり、ストラップリングの体積が大きくなったりする為、製造性の悪化やコストアップにつながってしまう。

また、ベインの片側端部にのみストラップリングを設けた場合、上下両端部にストラップリングが上下対称に配置されている構造と比べて、ベインの上下両端部での電界分布のアンバランスが大きい為、負荷安定度や電子逆衝撃、効率が悪化したり、不要なノイズが発生しやすくなったりする。

特に、負荷安定度や電子逆衝撃は、反射波が戻ってくる電子レンジ等のマイクロ波加熱機器にマグネトロンを用いる場合に大きな問題となる。したがって、現在のところ、ベインの片側端部にのみストラップリングを設ける構造は、電子レンジ用のマグネトロンでは実用化が遅れ、このような心配が少ないパルスマグネトロン等以外には用いられていない。

尚、発振の安定性を向上させる為、ベインの片側端部にストラップリングを３本以上設ける構造も提案されている。この構造の場合、片側端部にストラップリングを２本設けた構造と比べて、ストラップリングの断面積を比較的小さくすることができ、発振の安定性も高くなる。しかしながら、この構造の場合、最も外側のストラップリングの径が、２本設ける構造よりも大きくなる為、板状の材料からストラップリングをプレスで打ち抜く場合に、より大きな材料が必要で且つスクラップも多くなり、材料効率が悪化し、コストダウンの効果が薄れてしまう。

また、ストラップリングの本数に関わらず、特に出力側のみにストラップリングを設ける構造の場合、周波数の調整が困難となる。通常、部品精度や組み立て精度によるバラツキを考慮し、陽極構体の共振周波数は目的とする周波数よりやや高めに設計して組み立て後に調整する。

この場合、例えば、ベインの一部を削除したり、ストラップリングを変形させたりといった様々な調整方法が用いられるが、製造性や特性への副作用、調整の簡便さといった観点から、陽極構体から導出されるアンテナを導波管内へ入れ、共振周波数をモニターしながら入力側のストラップリングを軸方向に変形させてストラップリングとベインの間隔を狭めることによりキャパシタンスを大きくし、所望の周波数に調整する方法を用いることが多い。

ただし、この調整方法は、ストラップリングを入力側に設けなければならず、出力側のみに設けた構造の場合、この調整方法を用いることはできない。また、ストラップリングの断面積が大きいと、ストラップリングを変形させること自体が困難となり、この調整方法を用いることができない。

また、ベインの上下両端部にそれぞれ１本ずつのストラップリングを設ける構造の場合、ストラップリング間のキャパシタンスが無くなる為、ストラップリングの断面積（体積）を、２本ずつ設ける場合と比べて、大幅に大きくしなければならず、この結果、ストラップリングを変形させること自体が困難となり、上述の調整方法を用いることができない。

さらに、ベインの中心部にストラップリングを設ける構造の場合、製造性の面で非常に不利であることが知られている。

そこで、本発明は、上記課題を解決する為になされたものであり、コストが低くて製造性が良く、特性への悪影響も無いマグネトロンを提供することを目的とする。

上記目的を達成する為に、本発明に係るマグネトロンは、管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、前記管軸に向かって延び、遊端がベイン内接円を形成する複数のベインと、前記複数のベインを交互に短絡する径の異なる大小２つのストラップリングと、前記複数のベインの遊端によって形成されるベイン内接円内に前記管軸に沿って配置されたカソードと、前記陽極円筒の管軸方向の両端側にそれぞれ配置され、前記複数のベインの遊端と前記カソード間の作用空間へ磁束を導くポールピースと、少なくとも１つの前記ベインから引き出されたアンテナとを具備するマグネトロンにおいて、前記ストラップリングが、前記ベインの前記管軸方向の両端側のうちのカソード入力側にのみ配置され、前記陽極円筒の管軸方向の一端側に配置されたポールピースと他端側に配置されたポールピースは非対称の形状であり、さらに、前記陽極円筒の管軸方向の両端側にそれぞれ配置されたポールピースは突出平坦面を有し、入力側となる一端側に配置されたポールピースの前記突出平坦面の径が、出力側となる他端側に配置されたポールピースの前記突出平坦面の径よりも大きいことを特徴とする。

本発明によれば、片側２本のストラップリングで部品点数を減らしてコストを下げながら、従来に比べて、製造性や特性を大きく劣化させること無く、実用的なマグネトロンを提供できる。

本発明に係るマグネトロンの一実施の形態における全体の縦断面図である。 本発明に係るマグネトロンの一実施の形態における主要部の縦断面図である。 本発明に係るマグネトロンの一実施の形態における主要部の横断面図である。 本発明に係るマグネトロンの一実施の形態における主要部の寸法を示す縦断面図である。 本発明に係るマグネトロンの一実施の形態におけるポールピースの寸法と効率の関係を表す図表である。 本発明に係るマグネトロンの一実施の形態におけるポールピースの寸法と高調波の関係を表す図表である。 本発明に係るマグネトロンの一実施の形態におけるベイン内接円の寸法と効率の関係を表す図表である。 本発明に係るマグネトロンの一実施の形態におけるベイン内接円の寸法と負荷安定度の関係を表す図表である。 本発明に係るマグネトロンの一実施の形態におけるポールピースの寸法と負荷安定度の関係を表す図表である。 本発明に係るマグネトロンの一実施の形態におけるベイン内接円の寸法に対するポールピースの寸法の比と陰極逆衝撃の関係を表す図表である。 本発明に係るマグネトロンの一実施の形態におけるベイン内接円の寸法に対するポールピースの寸法の比と磁束密度の関係を表す図表である。 従来のマグネトロンのプレスダレの方向を示す主要部の横断面図である。 本発明に係るマグネトロンと、従来のマグネトロンの基本波スペクトラムを示す図である。 従来のマグネトロンの主要部の縦断面図である。

本発明に係るマグネトロンの一実施の形態を、図面を参照して説明する。尚、以下の実施の形態は、単なる例示であり、本発明はこれに限定されるものではない。

図１は、本実施の形態のマグネトロン１の概略を示す縦断面図である。このマグネトロン１は、２４５０ＭＨｚ帯の基本波を発生する電子レンジ用のマグネトロンである。

マグネトロン１は、２４５０ＭＨｚ帯の基本波を発生する陽極構体２を中心に構成され、その下側に、陽極構体２の中心に位置するカソード３に電力を供給する入力部４が配置され、上側に、陽極構体２から発振されたマイクロ波を管外（マグネトロン１外）に取り出す出力部５が配置されている。

これら入力部４及び出力部５は、それぞれ陽極構体２の陽極円筒６に対し、入力側の金属封着体７及び出力側の金属封着体８によって真空機密に接合されている。

陽極構体２は、陽極円筒６と、複数枚（例えば１０枚）のベイン１０と、大小２本の円環形状のストラップリング１１を備えている。

陽極円筒６は、例えば銅からなり、円筒状に形成され、その中心軸が、マグネトロン１の中心軸である管軸ｍを通るように配置されている。

各ベイン１０は、例えば銅からなり、板状に形成され、陽極円筒６の内側に管軸ｍを中心に放射状に配置されている。各ベイン１０の外側の端部は陽極円筒６の内周面に接合され、内側の端部は遊端になっている。そして、複数枚のベイン１０の遊端に囲まれた円柱状の空間が電子作用空間となっている。

大小２本のストラップリング１１は、複数枚のベイン１０の管軸ｍ方向の上下両端側のうち、入力側となる下端側に固定されている。

複数枚のベイン１０の遊端に囲まれた電子作用空間には、管軸ｍに沿って、螺旋状のカソード３が設けられている。カソード３は、複数枚のベイン１０の遊端と間隔を隔てて配置されている。陽極構体２及びカソード３が、マグネトロン１の共振部となっている。

また、カソード３の上端部と下端部とには、それぞれ電子の飛び出しを防ぐエンドハット１２、１３が固定されている。出力側となる上端部側のエンドハット１２はディスク上に形成され、入力側となる下端部側のエンドハット１３はリング状に形成されている。

陽極円筒６の下方に位置する入力部４は、セラミックステム１４と、このセラミックステムに植立されたセンターサポートロッド１５とサイドサポートロッド１６を備えている。

センターサポートロッド１５は、カソード３の入力側のエンドハット１３の中央の孔を通り、カソード３の中心を管軸ｍ方向に貫通してカソード３の出力側のエンドハット１２に接合されていて、このエンドハット１２を介してカソード３に電気的に接続されている。

一方、サイドサポートロッド１６は、カソード３の入力側のエンドハット１３に接合されていて、このエンドハット１３を介してカソード３に電気的に接続されている。これら、センターサポートロッド１５及びサイドサポートロッド１６は、カソード３を支持すると共に、カソード３に電流を供給するようになっている。

さらに、陽極円筒６の上端部（出力側の端部）の内側と下端部（入力側の端部）の内側には、それぞれ一対のポールピース１７、１８が、エンドハット１２とエンドハット１３の間の空間を挟むように対向して設けられている。

出力側のポールピース１７は、その中央部に、出力側のエンドハット１２よりわずかに大きな径を有する貫通孔１７Ａが設けられ、この貫通孔１７Ａを中心として、出力側（上方）に向かって広がる略漏斗状に形成されている。この出力側のポールピース１７は、貫通孔１７Ａの中心を管軸ｍが通るように配置される。

一方、入力側のポールピース１８には、その中央部に、入力側のエンドハット１３よりわずかに大きな径を有する貫通孔１８Ａが設けられ、この貫通孔１８Ａを中心として、入力側（下方）に向かって広がる略漏斗状に形成されている。この入力側のポールピース１８は、貫通孔１８Ａの中心を管軸ｍが通るように配置される。

さらに、出力側のポールピース１７には、その上端部に、管軸ｍ方向に延びる略筒状の金属封着体８の下端部が固着されている。この金属封着体８は、陽極円筒６の上端部にも接している。また、入力側のポールピース１８には、その下端部に、管軸ｍ方向に延びる略筒状の金属封着体７の上端部が固着されている。この金属封着体７は、陽極円筒６の下端部にも接している。

出力側の金属封着体８は、その上端部に、出力部５を構成する絶縁筒１９が接合されていて、さらに絶縁筒１９の上端には排気管２０が接合されている。

さらに、複数のベイン１０のうちの１つから導出されたアンテナ２１が、出力側のポールピース１７を貫通して、金属封着体８の内側を通ってその上端側へと延び、先端が排気管２０に挟持され固定されている。

一方、入力側の金属封着体７は、その下端部に、入力部４を構成するセラミックステム１４が接合されている。つまり、セラミックステム１４に植立されたセンターサポートロッド１５とサイドサポートロッド１６は、この金属封着体８の内側を通ってカソード３に接続されている。

金属封着体７、８の外側には、陽極円筒６を管軸ｍ方向に挟むように、一対のリング状のマグネット２２、２３が対向して設けられている。一対のマグネット２２、２３は、管軸ｍ方向に磁場を発生させるものである。

さらに、陽極円筒６とマグネット２２、２３は、ヨーク２４によって覆われていて、一対のマグネット２２、２３とヨーク２４によって磁気回路が形成されている。そして、この磁気回路のマグネット２２、２３からの磁束が、一対のポールピース１７、１８によって、ベイン１０の遊端とカソード３との間の電子作用空間に導かれるようになっている。

さらに、陽極円筒６とヨーク２４の間には、ラジエータ２５が設けられていて、陽極構体２が発振することで生じた熱を、マグネトロン１の外部に放出するようになっている。

マグネトロン１の構成の概略は、以上のようになっている。

次に、図２乃至図４を用いて、ベイン１０、ストラップリング１１、ポールピース１７、１８の構成について、さらに詳しく説明する。図２は、陽極構体２の縦断面図であり、図３は、陽極構体２を、出力部側から見た場合の横概略図である。尚、図３では、ベイン１０とストラップリング１１の構成をわかり易くする為に、陽極円筒６、ベイン１０及びストラップリング１１以外の部分については省略している。また、図４は、陽極構体２の各部の寸法を示す縦断面図である。

陽極構体２の陽極円筒６の内側には、上述したように、管軸ｍを中心に、複数枚のベイン１０が放射状に配置され、複数枚のベイン１０の入力側の端部に、大小２本のストラップリング１１が固定されている。

尚、大小２本のストラップリング１１のうち、大径のストラップリング１１を大径ストラップリング１１Ａと呼び、小径のストラップリング１１を小径ストラップリング１１Ｂと呼ぶ。

本実施の形態では、陽極円筒６の内側に、１０枚のベイン１０が配置されている。１０枚のベイン１０は、５枚のベイン１０Ａと５枚のベイン１０Ｂとでなり、陽極円筒６の内側には、ベイン１０Ａとベイン１０Ｂとが隣り合うように、ベイン１０Ａとベイン１０Ｂが交互に配置されている。尚、図３に示すように、ベイン１０Ａ、１０Ｂの遊端に内接する円Ｃｒを、以下、ベイン内接円Ｃｒと呼ぶ。

さらに、ベイン１０Ａの入力側の端部（下端部）には、大径ストラップリング１１Ａ及び小径ストラップリング１１Ｂの厚さより深い段差状の切り欠き３０が形成されている。一方、ベイン１０Ｂの入力側の端部（下端部）にも、大径ストラップリング１１Ａ及び小径ストラップリング１１Ｂの厚さより深い段差状の切り欠き３１が形成されている。

大径ストラップリング１１Ａは、ベイン１０Ａの切り欠き３０の内側と、ベイン１０Ｂの切り欠き３１の内側に挿入されることで、ベイン１０Ａ、１０Ｂの管軸ｍ方向の中央に近づくよう、ベイン１０Ａ、１０Ｂの下端部に埋め込まれている。

尚、大径ストラップリング１１Ａは、ベイン１０Ａの切り欠き３０の内縁にロー付けにより接合されている一方で、ベイン１０Ｂの切り欠き３１とは接触していない。

つまり、大径ストラップリング１１Ａは、ベイン１０Ａにのみ接合されていて、これにより５枚のベイン１０Ａを連結している。また、この大径ストラップリング１１Ａに接合されているベイン１０Ａのうちの１枚には、その出力側の端部（上端部）に、アンテナ２１が接続されている。

一方、小径ストラップリング１１Ｂも、ベイン１０Ａの切り欠き３０の内部と、ベイン１０Ｂの切り欠き３１の内部に挿入されることで、ベイン１０Ａ、１０Ｂの管軸ｍ方向の中央に近づくよう、ベイン１０Ａ、１０Ｂの下端部に埋め込まれている。

尚、この小径ストラップリング１１Ｂは、ベイン１０Ｂの切り欠き３１の内縁にロー付けにより接合されている一方で、ベイン１０Ａの切り欠き３０とは接触していない。

つまり、小径ストラップリング１１Ｂは、ベイン１０Ｂにのみ接合されていて、これにより５枚のベイン１０Ｂを連結している。

さらに、陽極円筒６の内側には、ベイン１０Ａ、ベイン１０Ｂの遊端に囲まれた電子作用空間に、カソード３が設けられている。さらに、カソード３の上端部と下端部とには、それぞれエンドハット１２、１３が固定されている。

さらに、陽極円筒６の内側には、エンドハット１２とエンドハット１３の間の空間を挟むように、一対のポールピース１７、１８が対向して設けられている。

出力側のポールピース１７と入力側のポールピース１８は、全体的な形状としてはともに略漏斗状であるが、部分的な形状が異なっている。

出力側のポールピース１７は、管軸ｍと直交していて且つ中心に貫通孔１７Ａが形成されている下端部１７Ｂと、この下端部１７Ｂの外側に位置していて下端部１７Ｂの外縁から出力側（上方）に向かって末広がりとなっている中間部１７Ｃと、この中間部１７Ｃの外側に位置していて下端部１７Ｂと平行な上端部１７Ｄとで構成され、全体として略漏斗状となっている。

このように、出力側のポールピース１７は、中央部分（下端部１７Ｂ）が下方（入力側）に突出する形状となっている。ここで、この下端部１７Ｂの下端の円形の平坦面４０を、突出平坦面４０と呼ぶ。

一方、入力側のポールピース１８は、管軸ｍと直交していて且つ中心に貫通孔１８Ａが形成されている上端部１８Ｂと、この上端部１８Ｂの外側に位置していて上端部１８Ｂの外縁から入力側（下方）に向かって末広がりとなっている中間部１８Ｃと、この中間部１８Ｃの外側に位置していて上端部１８Ｂと平行な下端部１８Ｄとで構成され、全体として略漏斗状となっている。

このように、この入力側のポールピース１８は、中央部分（上端部１８Ｂ）が上方（出力側）に突出する形状となっている。ここで、この上端部１８Ｂの上端の円形の平坦面４１を、突出平坦面４１と呼ぶ。

そして、これら出力側のポールピース１７と入力側のポールピース１８は、それぞれの突出平坦面４０、４１の径が異なっている。

尚、ここでは、図４に示すように、出力側のポールピース１７の突出平坦面４０の径を、突出平坦面４０と中間部１７Ｃのテーパ面とをそれぞれ延長させて交わる交点での寸法にて定義している。また、入力側のポールピース１８の突出平坦面４１の径を、突出平坦面４１と中間部１８Ｃのテーパ面とをそれぞれ延長させて交わる交点での寸法にて定義している。

ここで、主要部の寸法について、以下に示す。大径ストラップリング１１Ａは、外径Ｒｌｏが２０．３ｍｍφ、内径が１８．０５ｍｍφ、厚さが１．３ｍｍとなっている。

小径ストラップリング１１Ｂは、外径が１６．７５ｍｍφ、内径Ｒｓｉが１４．５ｍｍφ、厚さが１．３ｍｍとなっている。

さらに、出力側のポールピース１７の突出平坦面４０の径Ｒｏｐが１２ｍｍφ、入力側のポールピース１８の突出平坦面４１の径Ｒｉｐが１８ｍｍφとなっている。

これらの寸法は、次式（１）を満足するように選定されている。

Ｒｏｐ＜（Ｒｓｉ＋Ｒｌｏ）／２≦Ｒｉｐ……（１）

実際、本実施の形態の場合、（Ｒｓｉ＋Ｒｌｏ）／２が１７．４となり、出力側のポールピース１７の突出平坦面４０の径Ｒｏｐが１２で、入力側のポールピース１８の突出平坦面４１の径Ｒｉｐが１８であるから、上述の式（１）を満足している。

また、他の箇所の寸法については、以下に示す。陽極円筒６は、内径が３６．７ｍｍφとなっている。ベイン１０Ａ、１０Ｂは、それぞれ厚さが１．８５ｍｍ、管軸ｍ方向の高さが８．０ｍｍ、ベイン内接円Ｃｒの直径が８．７ｍｍφとなっている。カソード３は、外径が３．９ｍｍφとなっている。

エンドハット１２、１３は、それぞれ外径が７．２ｍｍφとなっている。出力側のポールピース１７は、内径（貫通孔１７Ａの径）が９．２ｍｍφ、入力側のポールピース１８は、内径（貫通孔１８Ａの径）が９．４ｍｍφとなっている。

上述したように、本実施の形態では、大小２本のストラップリング１１（１１Ａ、１１Ｂ）を、複数のベイン１０（１０Ａ、１０Ｂ）の管軸ｍ方向の入力側となる下端側にのみ配置するようにした。さらに、入力側のポールピース１８の突出平坦面４１の径Ｒｉｐの方が、出力側のポールピース１７の突出平坦面４０の径Ｒｏｐより大きくなるようにした。

そのうえで、上述の式（１）を満足するように、出力側のポールピース１７の突出平坦面４０の径Ｒｏｐと、入力側のポールピース１８の突出平坦面４１の径Ｒｉｐと、大径ストラップリング１１Ａの外径Ｒｌｏと、小径ストラップリング１１Ｂの内径Ｒｓｉとを設定した。

こうすることにより、詳しくは後述するが、マグネトロン１は、片側２本のストラップリング１１（１１Ａ、１１Ｂ）で部品点数を減らしてコストを下げながら、従来に比べて、製造性や特性を大きく劣化させること無く、実用的なものとなっている。

ここで、上述のような効果が実際に得られることを示す為に、幾つかの検証結果を行ったので、その検証結果について説明する。

まず、本実施の形態のマグネトロン１と比較する為、出力側のポールピースと入力側のポールピースの寸法を変えた試作管を作り、この試作管での効率と不要輻射となる高調波に着目した検証結果を図５及び図６に示す。

効率については、図５に示すように、出力側のポールピースも入力側のポールピースも、突出平坦面の径Ｒｏｐ、Ｒｉｐが大きくなるほど低下する。また、効率に与える影響は、出力側のポールピースの突出平坦面の径Ｒｏｐの方が大きい。

さらに、この検証結果から、ベインの上下両端部にそれぞれ大小一対のストラップリングを設ける構造の従来のマグネトロンと同等の効率（７０％）を確保するには、出力側のポールピースの突出平坦面の径Ｒｏｐを１２ｍｍφ〜１４ｍｍφ程度にすることが好ましく、その場合の入力側のポールピースの突出平坦面の径Ｒｉｐの許容範囲は最大で２０ｍｍφまでと推測できる。

一方、高調波については、図６に示すように、入力側のポールピースの突出平坦面の径Ｒｉｐが１８ｍｍφになると、第２、第７高調波のレベルはわずかに高くなるものの、第４、第５、第６高調波のレベルが低下する。

尚、図６に示したデータは、効率面を考慮して出力側のポールピースの突出平坦面の径Ｒｏｐを１２ｍｍφに固定すると共に、入力側のポールピース以外の構成は何も変えず、入力側のポールピースの突出平坦部の径Ｒｉｐの寸法のみを変えた試作管での検証結果である。

上述の検証結果からもわかるように、本実施の形態のマグネトロン１は、出力側のポールピース１７の突出平坦面４０の径Ｒｏｐを１２ｍｍφ、入力側のポールピース１８の突出平坦面４１の径Ｒｉｐを１８ｍｍφとしたことで、７０％以上の効率を得つつ不要輻射を抑えたバランスの取れた良好な特性を有していると言える。

また、本実施の形態のマグネトロン１は、負荷安定度が１．６Ａ、陰極逆衝撃が８８％となる。一方で、ベインの上下両端部にそれぞれ大小一対のストラップリングを設ける構造の従来のマグネトロンでは、負荷安定度が１．８Ａ、陰極逆衝撃が９０％となる。

このように、本実施の形態のマグネトロン１は、従来のマグネトロンと比較して、負荷安定度と陰極逆衝撃が低下しているが、実用上問題のない範囲に収まっている。これは、出力側のポールピース１７及び入力側のポールピース１８を、上述した形状及び寸法にするとともに、大径ストラップリング１１Ａ及び小径ストラップリング１１Ｂをベイン１０Ａ、１０Ｂの下端部に埋め込んだためと考えられる。

また、陰極逆衝撃については、アンテナ２１を、マグネトロン１のように大径ストラップリング１１Ａに接合されているベイン１０Ａに接続するのではなく、小径ストラップリング１１Ｂに接合されているベイン１０Ｂに接続する方が、より良好な結果が得られることがわかっている。

しかしながら、アンテナ２１をベイン１０Ｂに接続すると、その副作用として、第３高調波のレベルが著しく高くなることがわかっており、マグネトロン１には適していない。

また、一般的に、ベインの管軸方向の高さを大きくすれば、負荷安定度や効率などに有利に働くことが知られている。しかしながら、マグネトロン１の場合、ベイン１０Ａ、１０Ｂの管軸ｍ方向の高さを８．０ｍｍより大きくすると、陽極構体２内での電界分布の上下差が大きくなり、高調波などの特性の悪化に繋がり易く、コスト削減にも逆行する。

一方で、負荷安定度や出力などを考えた場合、ベイン１０Ａ、１０Ｂの管軸ｍ方向の高さを８．０ｍｍより短くすることも難しい。よって、ベイン１０Ａ、１０Ｂの管軸ｍ方向の高さの実用的な寸法としては、製造上の誤差なども考慮して、７．８〜８．２ｍｍが望ましい。

また、ストラップリング１１（１１Ａ、１１Ｂ）の断面積や、ベイン１０（１０Ａ、１０Ｂ）の厚さなどについても、従来の寸法から大幅に増やす方向に変えることは、コストや製造性などの面から現実的ではなく、大幅に減らす方向に変えることも、耐久性や耐熱性などの問題が出てくるため限界がある。

このことから、ストラップリング１１の管軸ｍ方向の高さをＨＳ、径方向の厚さをＷＳ、ベイン１０の管軸ｍ方向の高さをＨＶ、厚さをＴＶ、隣り合うベイン１０の遊端の間隔をＧＶとすると、これらの寸法は、次式（２）〜（４）で表される範囲内とすることが望ましい。

尚、大径ストラップリング１１Ａと小径ストラップリング１１Ｂは、ＨＳ、ＷＳがそれぞれ同サイズである為、ここでは区別していない。また、ベイン１０Ａと１０Ｂについても、同サイズである為、ここでは区別していない。

０．１≦ＨＳ／ＨＶ≦０．１９……（２）
０．０６≦ＷＳ／ＷＶ≦０．０９……（３）
ＧＶ／（ＧＶ＋ＴＶ）≦０．３７５……（４）

すなわち、マグネトロン１では、ＨＶを７．８ｍｍ〜８．２ｍｍとして、ＨＳを０．８ｍｍ〜１．５ｍｍ、ＷＳを０．９ｍｍ〜１．３ｍｍ、ＷＶを１３．７ｍｍ〜１４．１ｍｍ、ＴＶを１．８５ｍｍ−０．１５ｍｍ、ＧＶを０．９２９ｍｍ＋１０％とすることが望ましい。

また、上述したように、本実施の形態では、出力側のポールピース１７の内径を９．２ｍｍ、入力側のポールピース１８の内径を９．４ｍｍ、ベイン内接円Ｃｒの直径を８．７ｍｍφとした。

ベイン内接円Ｃｒの直径（Ｒａとする）については、図７及び図８に示すように、大きい方が効率は良くなるが、その一方で負荷安定度が低下する。そこで、本実施の形態では、ベイン内接円Ｃｒの直径Ｒａを８．７ｍｍφとすることで、７０％以上の効率を得ながら１．５Ａ以上の実用上問題のない負荷安定度を得るようになっている。

また、入力側のポールピース１７の内径（Ｒｐｐとする）については、大きい方が陰極逆衝撃は良くなるが、電子作用空間の大きさに対して大幅に異なると十分な磁束が電子作用空間に入り難くなり、図９に示すように、負荷安定度も低下する。ゆえに、入力側のポールピース１７の内径Ｒｐｐについては、ベイン内接円Ｃｒの直径Ｒａに対して適切な寸法を設定する必要がある。

このことから、入力側のポールピース１７の内径Ｒｐｐは、ベイン内接円Ｃｒの直径Ｒａに対する比が０．９５〜１．１３の範囲内となる寸法に設定することが望ましい。

これは、ベイン内接円Ｃｒの直径Ｒａは変えずに、入力側のポールピース１７の内径Ｒｐｐを変えていった場合の、陰極逆衝撃と電子作用空間内の磁束密度に着目した検証結果に基づくものであり、検証結果のデータについては図１０及び図１１に示す。

すなわち、この検証結果から、入力側のポールピース１７の内径Ｒｐｐの、ベイン内接円Ｃｒの直径Ｒａに対する比が０．９５〜１．１３の範囲内のときに、陰極逆衝撃が８７％以上、電子作用空間内の磁束密度が２００ｍＴ以上となり、実用上十分な特性が得られることがわかった。

尚、出力側のポールピース１７の内径についても同様に、ベイン内接円Ｃｒの直径Ｒａに対する比が０．９５〜１．１３の範囲内となる寸法に設定することが望ましい。

さらに、図１４に示したように従来のマグネトロンが同一形状の１種類のベイン１０２を交互に上下逆向きに配置しているのに対して、本実施の形態のマグネトロン１は、図２及び図３に示したように、切り欠き３０、３１の形状が異なる２種類のベイン１０Ａ、１０Ｂを交互に配置している。

このように、本実施の形態のマグネトロン１は、ベインの種類が２種類に増えているが、ベインの製造に用いるプレス金型は一度に複数列の部品を打ち抜くことができる為、従来のようにベインが１種類のみの場合と比べても、金型費が余分に掛かることはない。

また、ベインは、プレス加工による形成時に、厚さ方向の一面の遊端側にプレスダレが形成される。

ここで、従来のマグネトロンは、１種類のベイン１０２を交互に上下逆向きに配置する構成の為、図１２に示すように、各ベイン１０２がプレスダレＰＤが形成されている一面同士を対向させるようにして交互に配置される。ゆえに、従来のマグネトロンでは、各ベイン１０２の厚さ方向の一面を軸周りの同一方向（図中時計周り方向）に向けることができず、プレスダレＰＤの向きを同一方向に揃えることができなかった。

これに対して、本実施の形態のマグネトロン１は、２種類のベイン１０Ａ、１０Ｂを交互に配置する構成の為、図３に示すように、２種類のベイン１０Ａ、１０Ｂを、プレスダレＰＤが形成されている一面と形成されていない他面とを対向させるようにして交互に配置することができる。

尚、２種類のベイン１０Ａ、１０Ｂは、プレス打ち抜き方向が同じであり、それぞれ厚さ方向の一面の遊端側にプレスダレＰＤが形成されるようにしてある。

これにより、マグネトロン１では、各ベイン１０Ａ、１０Ｂの厚さ方向の一面を軸周りの同一方向（図中時計周り方向）に向け、プレスダレＰＤの向きを同一方向に揃えることができる。

こうすることで、マグネトロン１では、従来のマグネトロンと比べて、各ベイン１０Ａ、１０Ｂによって１０分割されている各空洞共振器の形状のバラツキを小さくして周波数のバラツキを小さくすることができ、これにより基本波スペクトラムの広がりを小さくすることができる。

ここで、図１３（Ａ）及び（Ｂ）に、本実施の形態のマグネトロン１の基本波スペクトラム（図１３（Ａ））と、従来のマグネトロンの基本波スペクトラム（図１３（Ｂ））を示す。この図１３から明らかなように、本実施の形態のマグネトロン１の基本波スペクトラムは、従来のマグネトロンの基本波スペクトラムと比べても遜色ない。

ここまで説明したように、本実施の形態のマグネトロン１は、大小２本のストラップリング１１（１１Ａ、１１Ｂ）を、複数のベイン１０（１０Ａ、１０Ｂ）の管軸ｍ方向の入力側となる下端側にのみ配置するようにし、入力側のポールピース１８の突出平坦面４１の径Ｒｉｐの方が、出力側のポールピース１７の突出平坦面４０の径Ｒｏｐより大きくなるようにした。

こうすることで、片側２本のストラップリングで部品点数を減らしてコストを下げながら、従来に比べて、製造性や特性を大きく劣化させること無く、実用的なマグネトロンを提供できる。

さらに、本実施の形態では、出力側のポールピース１７の突出平坦面４０の径Ｒｏｐと、入力側のポールピース１８の突出平坦面４１の径Ｒｉｐと、大径ストラップリング１１Ａの外径Ｒｌｏと、小径ストラップリング１１Ｂの内径Ｒｓｉとを、上述の式（１）を満足する寸法に設定した。

さらに、本実施の形態では、ベイン１０の管軸ｍ方向の高さＨＶを７．８ｍｍ〜８．２ｍｍの範囲内の寸法に設定すると共に、ストラップリング１１の管軸ｍ方向の高さＨＳと、径方向の厚さＷＳと、ベイン１０の管軸ｍ方向の高さＨＶと、厚さＴＶと、隣り合うベイン１０の遊端の間隔ＧＶとを、上述の式（２）〜（４）で表される範囲内の寸法に設定した。

さらに、本実施の形態では、入力側のポールピース１７の内径Ｒｐｐを、ベイン内接円Ｃｒの直径Ｒａに対する比が０．９５〜１．１３の範囲内となる寸法に設定した。

さらに、本実施の形態では、２種類のベイン１０Ａ、１０Ｂを交互に配置する構成としたことにより、各ベイン１０Ａ、１０Ｂに形成されるプレスダレＰＤの向きを同一方向に揃えた。

こうすることで、効率、不要輻射となる高調波、負荷安定度、陰極逆衝撃、電子作用空間内の磁束密度、周波数のバラツキなどについて、バランスのとれた良好な特性を有するマグネトロンを提供できる。

尚、上述した実施の形態では、マグネトロン１の各部の寸法の単位をｍｍ（ミリメートル）としたが、これは電子レンジ等で用いられる場合の一例であり、例えばより大きなマグネトロンの場合には、各部の寸法がより大きなものであっても構わない。ただし、この場合でも、各部の相対的な寸法については、マグネトロン１と変わらないものとする。

１…………マグネトロン、２、１００……陽極構体、３、１０４……カソード、６、１０１……陽極円筒、１０、１０２……ベイン、１１、１０３……ストラップリング、１７、１８、１０７、１０８……ポールピース、２１……アンテナ、４０、４１……突出平坦面、ＰＤ……プレスダレ。

Claims (7)

1. 管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、前記管軸に向かって延び、遊端がベイン内接円を形成する複数のベインと、
   前記複数のベインを交互に短絡する径の異なる大小２つのストラップリングと、
   前記複数のベインの遊端によって形成されるベイン内接円内に前記管軸に沿って配置されたカソードと、
   前記陽極円筒の管軸方向の両端側にそれぞれ配置され、前記複数のベインの遊端と前記カソード間の作用空間へ磁束を導くポールピースと、
   少なくとも１つの前記ベインから引き出されたアンテナと、
   を具備するマグネトロンにおいて、
   前記ストラップリングが、前記ベインの前記管軸方向の両端側のうちのカソード入力側にのみ配置され、
   前記陽極円筒の管軸方向の一端側に配置されたポールピースと他端側に配置されたポールピースは非対称の形状であり、
   さらに、前記陽極円筒の管軸方向の両端側にそれぞれ配置されたポールピースは突出平坦面を有し、入力側となる一端側に配置されたポールピースの前記突出平坦面の径が、出力側となる他端側に配置されたポールピースの前記突出平坦面の径よりも大きい
   ことを特徴とするマグネトロン。
2. 前記出力側に配置されたポールピースの突出平坦面の径をＲｏｐ、前記入力側に配置されたポールピースの突出平坦面の径をＲｉｐ、大小２つのストラップリングのうちの小径ストラップリングの内径をＲｓｉ、大径ストラップリングの外径をＲｌｏとして、当該Ｒｏｐ、Ｒｉｐ、Ｒｓｉ、Ｒｌｏが以下の条件式（１）を満足する
   ことを特徴とする請求項１に記載のマグネトロン。
   （１）Ｒｏｐ＜（Ｒｓｉ＋Ｒｌｏ）／２≦Ｒｉｐ
3. 前記アンテナは、前記大小２つのストラップリングのうちの大径ストラップリングにより短絡されているベインから引き出されている
   ことを特徴とする請求項２に記載のマグネトロン。
4. 前記ベインのカソード入力側の端部には切り欠きが形成されていて、前記大小２つのストラップリングは、それぞれ前記ベインのカソード入力側の端部の切り欠き内に配置される
   ことを特徴とする請求項１乃至３に記載のマグネトロン。
5. 前記大小２つのストラップリングのそれぞれの前記管軸方向の高さをＨＳ、径方向の厚さをＷＳとし、前記ベインの前記管軸方向の高さをＨＶ、径方向の長さをＷＶ、厚さをＴＶとし、隣り合うベインの遊端の間隔をＧＶとして、当該ＨＳ、ＷＳ、ＨＶ、ＷＶ、ＴＶ、ＧＶが以下の条件式（２）〜（５）を満足する
   ことを特徴とする請求項１乃至４に記載のマグネトロン。
   （２）７．８≦ＨＶ≦８．２
   （３）０．１≦ＨＳ／ＨＶ≦０．１９
   （４）０．０６≦ＷＳ／ＷＶ≦０．０９
   （５）ＧＶ／（ＧＶ＋ＴＶ）≦０．３７５
6. 前記ベインは２種類あり、プレス抜き打ち方向が同じで、プレス加工時に形成されるプレスダレの向きを同一方向に揃えて配置される
   ことを特徴とする請求項１乃至５に記載のマグネトロン。
7. 前記出力側及び入力側に配置されたポールピースのそれぞれの内径をＲｐｐ、前記ベイン内接円の直径をＲａとして、当該Ｒｐｐ、Ｒａが以下の条件式（６）を満足する
   ことを特徴とする請求項１乃至５に記載のマグネトロン。
   （６）０．９５≦Ｒｐｐ／Ｒａ≦１．１３
   

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