JP2015118895A - マグネトロン - Google Patents

Abstract

【課題】陰極とエンドハットとの固着強度を保ちつつエンドハットを小型化するマグネトロンを提供する。【解決手段】マグネトロン１は、陰極３の入力側陰極端部３ｉ及び出力側陰極端部３ｏのピッチを、陰極中央部３ｃのピッチよりも狭くし、隣り合うフィラメント同士の間隔が密になるようにした。これにより、陰極３と出力側エンドハット１２及び入力側エンドハット１３との固着強度を保ちつつ出力側エンドハット１２及び入力側エンドハット１３を小型化するマグネトロン１を提供できる。【選択図】図２

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、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は、陽極円筒と、陽極円筒の内部に放射状に配設されたベインとを備えている。

ベインは、円周方向の一つおきに、ベイン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によって連結されている。

複数のベインの遊端に囲まれた電子作用空間には、螺旋状の陰極が陽極円筒の管軸に沿って配設されている。陰極の両端は、それぞれ出力側エンドハット及び入力側エンドハットに固着されている。これらの出力側エンドハット及び入力側エンドハットは陰極を支持し、電子作用空間をシールドする。

陰極としては、管軸に沿って上端から下端に亘ってピッチが等間隔に形成されたものがある（たとえば特許文献１参照）。

このようなマグネトロンにおける出力側エンドハット及び入力側エンドハットは、管軸に沿ってある程度の厚さを有することにより、陰極との接触面積を保ち、ロー付け強度を保っている。

通常、マグネトロンの動作中は陰極の温度が１８００℃以上にもなるため、出力側エンドハット及び入力側エンドハットはモリブデン等の高融点金属が使用されている。

特開２０１０−２４４７１２号公報

このような陰極に用いられるモリブデンは高価であるため、出力側エンドハット及び入力側エンドハットと陰極との固着強度を保ちつつ、出力側エンドハット及び入力側エンドハットを小型することが望まれている。

そこで、本発明は、このような課題を解決する為になされたものであり、陰極とエンドハットとの固着強度を保ちつつエンドハットを小型化するマグネトロンを提供することを目的とする。

このような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、一端を出力側とし他端をセンターサポートロッド及びサイドサポートロッドが植設されたステムのある入力側とした陽極円筒と、前記陽極円筒の内面から前記管軸に向かって延びる複数のべインと、前記管軸に沿って配置され前記ベインとの間に電子作用空間を形成する螺旋状の陰極と、前記陰極の一端に固着され前記センターサポートロッドで支持されて前記出力側に位置する出力側エンドハットと、前記陰極の他端に固着され前記サイドサポートロッドで支持されて前記入力側に位置する入力側エンドハットとを具備するマグネトロンにおいて、前記陰極は、少なくとも前記一端側又は前記他端側の何れか一方のピッチが、前記管軸に沿った管軸方向の中央部分のピッチよりも狭く形成されている、ことを特徴とする。

本発明によれば、陰極とエンドハットとの固着強度を保ちつつエンドハットを小型化する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陽極構体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における陰極の出力側陰極端部の拡大縦断面図である。 本発明に係るマグネトロンの一実施の形態における陰極の入力側陰極端部の拡大縦断面図である。 本発明に係るマグネトロンの一実施の形態における陽極の斜視図である。 本発明に係るマグネトロンの一実施の形態における陽極構体の主要部の寸法を示す略線図である。 従来のマグネトロンの陽極構体の主要部の縦断面図である。 従来のマグネトロンの陽極構体の主要部の寸法を示す略線図である。

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。なお、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の中心に位置する陰極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によって真空気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ｓ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に沿った管軸方向ｄｍの上下両端側に固定されている。

電子作用空間ｓには、管軸ｍに沿って、タングステン等の螺旋状のフィラメントである陰極３が設けられている。陰極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及び陰極３が、マグネトロン１の共振部となっている。

また、陰極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出力側エンドハット１２と入力側エンドハット１３とが固定されている。出力側となる上端部側の出力側エンドハット１２はディスク状に形成され、入力側となる下端部側の入力側エンドハット１３はリング状に形成されている。なお出力側エンドハット１２及び入力側エンドハット１３をまとめてエンドハットとも呼ぶ。

陰極３は、横断面が円形状に形成されたフィラメントが、図２乃至図６に示すように管軸方向ｄｍに沿って見たとき円形状となるよう螺旋状に巻回されている。

また陰極３は、管軸方向ｄｍの上端部である出力側陰極端部３ｏのピッチである陰極端部ピッチＰ１と下端部である入力側陰極端部３ｉの陰極端部ピッチＰ１とが、中央部である陰極中央部３ｃのピッチである陰極ピッチＰ１１よりも狭くなるように、すなわち管軸方向ｄｍに沿って隣り合うフィラメント同士の間隔が密になるように巻回されている。この陰極中央部３ｃの陰極ピッチＰ１１は、従来の陰極１０３の陰極中央部１０３ｃの陰極ピッチＰ１１と同様となっている。ここでピッチとは、螺旋状に巻かれたフィラメントの中心間距離である。

また陰極３は、入力側陰極端部３ｉの下端面である入力側陰極端面３ｉｅが、管軸方向ｄｍに直交する管軸直交方向ｄｍｏと平行に形成されている。

入力側エンドハット１３は、管軸ｍを中心として円筒形状に穿設された中心開口３０が形成されており、当該中心開口３０の電子作用空間ｓ側である上面側に入力側陰極固着部３２が円筒形状に凹設され、当該入力側陰極固着部３２の内径は陰極３の螺旋形状のフィラメントの外径よりもわずかに大きく形成されている。

入力側陰極固着部３２は、管軸方向ｄｍに沿って陰極３の入力側陰極端部３ｉの外周面と平行に形成された平坦な内壁面である固着内壁面３４と、当該固着内壁面３４の下端から管軸直交方向ｄｍｏに沿って陰極３の入力側陰極端面３ｉｅと平行に管軸ｍへ向かって形成された平坦な底面である固着底面３６とが形成されている。

固着内壁面３４には、当該固着内壁面３４と平行に対向する陰極３の入力側陰極端部３ｉの外周面がほぼ隙間なく接触しロー材ＢＲにより固着されている。また固着底面３６には、当該固着底面３６と平行に対向する陰極３の入力側陰極端面３ｉｅがほぼ隙間なく接触しロー材ＢＲにより固着されている。

出力側エンドハット１２は、管軸ｍを中心として外径が陰極３の螺旋形状のフィラメントの内径よりもわずかに小さい円筒形状である出力側陰極固着部３８が形成されている。出力側陰極固着部３８は、管軸方向ｄｍに沿って陰極３の出力側陰極端部３ｏの内周面と平行に形成された平坦な外壁面である固着外壁面４０を有している。

また出力側エンドハット１２は、固着外壁面４０の上端から管軸直交方向ｄｍｏに沿って管軸ｍから離隔する方向へ向かって形成された平坦な底面である天井面４２が形成されている。

固着外壁面４０には、当該固着外壁面４０と平行に対向する陰極３の出力側陰極端部３ｏの内周面がほぼ隙間なく接触しＭｏ−Ｒｕ等のロー材ＢＲにより固着されている。

マグネトロン１の製造時においてこの出力側エンドハット１２及び入力側エンドハット１３と陰極３とを固着させる際は、当該出力側エンドハット１２及び入力側エンドハット１３と当該陰極３とを所定の位置に配置し、出力側エンドハット１２及び入力側エンドハット１３と陰極３とが接触する箇所にロー材ＢＲを塗布し、高周波加熱を行うことによりロー付けを行う。

陽極円筒６（図１）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１４に植立された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を備えている。

センターサポートロッド１５は、陰極３の入力側エンドハット１３の中心開口３０（図２）を通り、陰極３の中心を管軸方向ｄｍに貫通して陰極３の出力側エンドハット１２に接合されており、この出力側エンドハット１２を介して陰極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、陰極３の入力側エンドハット１３に接合されており、この入力側エンドハット１３を介して陰極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、陰極３を支持すると共に、陰極３に電流を供給する。

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）の内側とには、それぞれ一対の出力側ポールピース１７と入力側ポールピース１８とが、出力側エンドハット１２と入力側エンドハット１３との間の空間を挟むように対向して設けられている。

出力側ポールピース１７は、その中央部に、出力側エンドハット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。

一方入力側ポールピース１８には、その中央部に、入力側エンドハット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。

さらに出力側ポールピース１７には、その上端部に、管軸方向ｄｍ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。また入力側ポールピース１８には、その下端部に、管軸方向ｄｍ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が接合されており、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の内側を通って陰極３に接続されている。

金属封着体７及び８の外側には、陽極円筒６を管軸方向ｄｍに挟むように、一対のリング状のマグネット２２及び２３が対向して設けられている。一対のマグネット２２及び２３は、管軸方向ｄｍ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及び２３は、ヨーク２４によって覆われており、一対のマグネット２２及び２３とヨーク２４と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及び２３からの磁束が、一対の出力側ポールピース１７及び入力側ポールピース１８によって、ベイン１０の遊端と陰極３との間の電子作用空間ｓに導かれる。

さらに、陽極円筒６とヨーク２４の間には、ラジエータ２５が設けられており、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。

ここで、図７及び図８に示すように従来の陰極１０３は、フィラメントの線径である陰極線径φが０．５ｍｍ、ピッチである陰極ピッチＰ１１が１．０４ｍｍに設計されている。

また入力側エンドハット１１３及び出力側エンドハット１１２の高さ（入力側エンドハット１１３は陰極１０３が入り込まない箇所を除く）であるエンドハット高さＨ１１は１．６ｍｍであり、そのうち陰極１０３が接触する部分の高さであるエンドハット接触高さＨ１２は、陰極１０３のうち管軸方向ｄｍの両端部において、陰極線径φ０．５ｍｍのうちの半分である陰極線半径Ｒの０．２５ｍｍは入力側エンドハット１１３及び出力側エンドハット１１２に接触しないため、エンドハット高さＨ１１（１．６ｍｍ）−陰極線半径Ｒ（０．２５ｍｍ）＝１．３５ｍｍとなる。

また陰極１０３は、１周分で陰極ピッチＰ１１が１．０４ｍｍであるため、当該陰極１０３が入力側エンドハット１１３及び出力側エンドハット１１２と接触する周回数である接触周回数Ｏ１１は、エンドハット接触高さＨ１２（１．３５ｍｍ）／陰極ピッチＰ１１（１．０４ｍｍ）≒１．３周となる。

一方、図６に示すように本実施の形態による陰極３の入力側エンドハット１３及び出力側エンドハット１２のエンドハット接触高さＨ２は、陰極１０３のエンドハット接触高さＨ１２の半分（１．３５ｍｍ／２）の０．６７５ｍｍに削減されていると共に、陰極３の入力側陰極端部３ｉ及び出力側陰極端部３ｏにおけるピッチである陰極端部ピッチＰ１は、陰極１０３の陰極ピッチＰ１１の半分（１．０４ｍｍ／２）の０．５２ｍｍへ変更されている。

このとき接触周回数Ｏ１は、エンドハット接触高さＨ２（０．６７５ｍｍ）／陰極端部ピッチＰ１（０．５２ｍｍ）≒１．３周となる。このため陰極３は、エンドハット接触高さＨ２がエンドハット接触高さＨ１２から低くなったとしても、陰極端部ピッチＰ１を陰極ピッチＰ１１よりも狭くすることにより、陰極３の入力側陰極端部３ｉ及び出力側陰極端部３ｏそれぞれの入力側エンドハット１３及び出力側エンドハット１２に対する接触周回数Ｏ１として、陰極１０３と同様に１．３周分の接触を確保できる。

これにより陰極３は、陰極１０３の出力側エンドハット１１２及び入力側エンドハット１１３に対し、図６中にハッチングで示した削減可能箇所ＰＲの分だけ出力側エンドハット１２及び入力側エンドハット１３の高さを抑えることができる。

このようにマグネトロン１は、陰極３の入力側陰極端部３ｉ及び出力側陰極端部３ｏのピッチを、陰極中央部３ｃのピッチよりも狭くし、隣り合うフィラメント同士の間隔が密になるようにした。

このためマグネトロン１は、出力側エンドハット１２及び入力側エンドハット１３と陰極３との接触面積を従来のマグネトロンとほぼ同等に保つことによりロー付け強度（すなわち固着強度）を保ちつつ、出力側エンドハット１２及び入力側エンドハット１３の厚さを出力側エンドハット１１２及び入力側エンドハット１１３よりも薄くできる。

これによりマグネトロン１は、出力側エンドハット１２及び入力側エンドハット１３を出力側エンドハット１１２及び入力側エンドハット１１３よりも小型化し、高価なマグネトロン等の材料の使用量を削減でき、低コスト化することができる。

また、従来の陰極１０３は、入力側陰極端面１０３ｉｅが入力側エンドハット１１３の固着底面１３６に対し斜めに形成されていたため、当該固着底面１３６とロー付けされるのは、入力側陰極端面１０３ｉｅの最下端部のみであった。

これに対しマグネトロン１は、管軸直交方向ｄｍｏに沿って形成された入力側エンドハット１３の固着底面３６に対向する陰極３の入力側陰極端面３ｉｅを、管軸直交方向ｄｍｏに沿って形成し、当該固着底面３６と入力側陰極端面３ｉｅとをロー付けするようにした。

これによりマグネトロン１は、陰極３の入力側陰極端面３ｉｅが全周に亘って入力側エンドハット１３の固着底面３６とほぼ隙間なく対向するため、入力側陰極端面３ｉｅと固着底面３６とがほぼ全周に亘ってロー付けされ、陰極３と入力側エンドハット１３との接触面積を増加させることができ、ロー付け強度を高めることができる。

なお上述したマグネトロン１においては、管軸直交方向ｄｍｏに沿って形成された入力側エンドハット１３の固着底面３６に対向する陰極３の入力側陰極端面３ｉｅを、管軸直交方向ｄｍｏに沿って形成したが、これに限らず、陰極３の入力側陰極端面３ｉｅを、種々の形状に形成された入力側エンドハット１３の固着底面３６に沿う形状としても良い。

また、少なくとも陰極３の入力側陰極端部３ｉ及び出力側陰極端部３ｏのピッチを陰極中央部３ｃのピッチよりも狭くすれば良く、陰極３の入力側陰極端面３ｉｅを管軸直交方向ｄｍｏに沿って形成しなくとも良い。

また上述したマグネトロン１においては、管軸直交方向ｄｍｏに沿って形成された出力側エンドハット１２の天井面４２に対向する陰極３の出力側陰極端部３ｏの上端面である出力側陰極端面３ｏｅを、管軸直交方向ｄｍｏに沿って形成し、当該出力側陰極端面３ｏｅと出力側エンドハット１２の天井面４２とをロー付けしても良い。この場合、出力側エンドハット１２と陰極３とのロー付け強度をさらに高めることができる。

さらに上述したマグネトロン１においては、陰極３の陰極中央部３ｃのピッチを陰極１０３と同等にするようにしたが、これに限らず、隣り合うフィラメントが接触しなければ、陰極３の陰極中央部３ｃのピッチは陰極１０３よりも狭くても良い。

さらに上述したマグネトロン１においては、陰極３の入力側陰極端部３ｉ及び出力側陰極端部３ｏ両方のピッチを、陰極中央部３ｃのピッチよりも狭くするようにしたが、これに限らず、少なくとも入力側陰極端部３ｉ又は出力側陰極端部３ｏ何れか一方のピッチを、陰極中央部３ｃのピッチよりも狭くすれば良い。

さらに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……陽極構体、３、１０３……陰極、３ｉ、１０３ｉ……入力側陰極端部、３ｏ、１０３ｏ……出力側陰極端部、３ｃ、１０３ｃ……陰極中央部、３ｉｅ、１０３ｉｅ……入力側陰極端面、３ｏｅ、１０３ｏｅ……出力側陰極端面、４……入力部、５……出力部、６……陽極円筒、７……金属封着体、８……金属封着体、１０……ベイン、１１……ストラップリング、１２、１１２……出力側エンドハット、１３、１１３……入力側エンドハット、１４……セラミックステム、１５……センターサポートロッド、１６……サイドサポートロッド、１７……出力側ポールピース、１８……入力側ポールピース、１９……絶縁筒、２０……排気管、２１……アンテナ、２２……マグネット、２３……マグネット、２４……ヨーク、２５……ラジエータ、３０……中心開口、３２……入力側陰極固着部、３４、１３４……固着内壁面、３６、１３６……固着底面、３８……出力側陰極固着部、４０……固着外壁面、４２……天井面、ＰＲ……削減可能箇所、ｍ……管軸、ｄｍ……管軸方向、ｄｍｏ……管軸直交方向、ＢＲ……ロー材、ｓ……電子作用空間。

Claims (5)

1. 管軸に沿って円筒状に延び、一端を出力側とし他端をセンターサポートロッド及びサイドサポートロッドが植設されたステムのある入力側とした陽極円筒と、
   前記陽極円筒の内面から前記管軸に向かって延びる複数のべインと、
   前記管軸に沿って配置され前記ベインとの間に電子作用空間を形成する螺旋状の陰極と、
   前記陰極の一端に固着され前記センターサポートロッドで支持されて前記出力側に位置する出力側エンドハットと、
   前記陰極の他端に固着され前記サイドサポートロッドで支持されて前記入力側に位置する入力側エンドハットと
   を具備するマグネトロンにおいて、
   前記陰極は、少なくとも前記一端側又は前記他端側の何れか一方のピッチが、前記管軸に沿った管軸方向の中央部分のピッチよりも狭く形成されている
   ことを特徴とするマグネトロン。
2. 前記陰極は、前記一端側及び前記他端側のピッチが、前記管軸方向の中央部分のピッチよりも狭く形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のマグネトロン。
3. 前記陰極は、前記他端側の端面が、前記入力側エンドハットにおいて対向する面とほぼ平行に形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のマグネトロン。
4. 前記陰極は、前記他端側の端面が、前記管軸方向に直交する方向に沿う前記入力側エンドハットの前記面とほぼ平行に形成されている
   ことを特徴とする請求項３に記載のマグネトロン。
5. 前記陰極は、前記一端が前記出力側エンドハットに、前記他端が前記入力側エンドハットにそれぞれロー付けにより固着されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のマグネトロン。

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