JP2016081574A - マグネトロン - Google Patents

Abstract

【課題】組立時の陰極の位置が変化した場合或いは使用条件が異なる場合でも、組立後に陰極位置を調整することで、不要モードの発振等をなくした安定動作を確保する。【解決手段】陽極１の中心部に配置される陰極２を陰極支持体７で支持し、この陰極支持体７の円筒を陽極１の側面開口１Ｈに接続するマグネトロンで、陰極支持体７の円筒本体として、可塑性のある例えば銅からなる接続支持部８、この接続支持部８よりも可塑性の低いコバールからなるフランジ（位置調整部）９を設け、このフランジ９により陰極支持体７を動かすことで、陽極１に対する陰極２の位置を調整する。また、フランジ９の外周に陰極位置調整のためのねじ機構を設けてもよい。【選択図】図１

Description

本発明はマイクロ波を発振するマグネトロン、特に陰極を円筒状陽極の中心部に配置するマグネトロンの構造に関する。

従来から、マグネトロンは、簡便な構造で効率良く大出力のマイクロ波を発振可能なことから、様々なアプリケーションや装置に利用されており、例えば図７（横方向片持ちタイプ），図８（中心軸方向支持タイプ）に示される構造となっている。

図７のマグネトロンは、円筒状陽極（アノード）１の中心部に、陰極（カソード）２が配置され、この陰極２は、陽極１の側面方向に設けられた円筒状の陰極支持体４により支持されており、このマグネトロンは、横方向片持ちタイプとなる。即ち、上記陰極支持体４には、線（棒）状の陰極電極５ａ，５ｂが配置され、この陰極電極５ａ，５ｂを陰極２の上端と下端に接続することで、陰極２が陽極１の中心位置に取付け、固定される。

また、上記陰極支持体４では、絶縁材からなる絶縁部６により陰極２が支持され、かつ陽極１と陰極２との間の絶縁が確保されている。更に、この陽極１と円筒状の陰極支持体４の内部は真空に維持され、図示していないが、陽極１の上下には磁石が配置される。

図８のマグネトロンは、円筒状陽極１１の中心部に陰極１２が配置され、この陰極１２は、陽極１１の中心軸方向に設けられた円筒状の陰極支持体１４により支持されており、このマグネトロンは、中心軸方向支持タイプとなる。即ち、陰極支持体１４には、円筒状の陰極電極１５が配置され、この陰極電極１５を陰極１２の一端に接続することで、陰極１２が陽極１１の中心位置に取付け、固定される。

また、上記陰極支持体１４では、絶縁材からなる絶縁部１６により陰極１２が支持され、かつ陽極１１と陰極１２との間の絶縁が確保され、この陽極１１と陰極支持体１４の内部は真空に維持される。なお、上記の横方向片持ちタイプの一例は下記特許文献１に、中心軸方向支持タイプの一例は下記特許文献２に開示されている。

特開２０１２−１９９０３１号公報 特開２００５−１５８２７６号公報

ところで、マグネトロンでは、陽極１，１１に対する陰極２，１２の組立位置の精度が極めて重要であり、その精度は０．０１ｍｍ単位で調整されており、この組立位置が変化すると、陰極２，１２と陽極共振回路の距離が周上において一定ではなくなり、場所によって動作点が異なることから、マグネトロンの様々な動作特性に変化が生じ、例えば図５（Ｂ）の部分１００に示すような不要モードの発振が生じて動作が不安定になるという問題がある。

従来のマグネトロンでは、発振周波数を精密に同調させるものがあり、例えば混信を避けるため精密に周波数を変更して探知を行うレーダや、高いＱ特性を持つ狭帯域の共振器に、精密に同調したマイクロ波を投入し、電子に加速電界を加えるＬｉｎａｃ等に使用されるマグネトロン等の場合には、各種のシステムや動作点の違いに対応した安定動作が要求される。同じ設計で製作されたマグネトロンをシステムの要求により異なる動作点で使用されることが多く、陰極位置の最良点は、これらの使用条件で変わることになる。しかも、不要モードによる不安定発振は、性能を低下させることから好ましくなく、その回避が必要となる。

また、マグネトロンの動作中、その管球の内部が加熱されるが、これに伴い陰極２，１２を保持する陰極電極５ａ，５ｂ，１５の熱膨張が生じることで、陽極１，１１に対する陰極２，１２の位置が僅かに変化することが起こる。

また、図７のマグネトロンの場合、陽極１の上下方向［図７（Ｂ）のｚ軸方向］の下から上へ磁界が与えられた状態で、陰極電極５ａ，５ｂから陰極２へ電流が与えられるため、ローレンツ力が働き、例えば陰極２には、図７（Ｂ）のｙ軸方向で図の奥へ向かう力がかかり、その位置が僅かに変化する。

更に、マグネトロンを動作させる電流は、通常、パルスで流れることから、パルス毎に力が働き、陰極２，１２の位置を振動させることがある。この振動による動きは、特に図７のマグネトロンの場合、陰極支持体５ａ，５ｂの横方向片持ちの構造からねじられて発生することがあり、事前の調整が困難であった。

以上のことから、図７のマグネトロンの組立時では、陰極電極５ａ，５ｂの熱膨張や陰極２へ与えられるローレンツ力を考慮して、陰極２の位置が確定され、位置決めされるが、この熱膨張やローレンツ力は、使用条件等で変化するものであるため、マグネトロンが使用される各種のシステムや装置によって事後的に調整できれば、特性を最良点に調整可能となり安定動作するマグネトロンを供給することができることになる。

図８のマグネトロンの場合は、磁界に対して電界の向きが平行となるためローレンツ力は発生しないが、図７のマグネトロンの場合と同様に、熱膨張や振動により陰極位置が変化する。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、組立時の陰極の位置が変化した場合、或いは使用条件の異なる各種のシステムや装置でも、組立後に陰極位置を調整することで、不要モードの発振等をなくした安定動作が確保できるマグネトロンを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、円筒状陽極の中心部に配置される陰極を陰極支持体で支持し、この陰極支持体の円筒を上記陽極の側面開口に接続することにより、上記陰極を片持ち支持するマグネトロンにおいて、上記陰極支持体円筒の上記陽極側面開口との接続部に設けられ、可塑性のある金属からなる接続支持部と、上記陰極支持体円筒の一部として設けられ、上記接続支持部よりも可塑性の低い（変形し難い）金属からなり、上記陽極に対する上記陰極の位置を調整するための位置調整部と、を設けたことを特徴とする。
請求項２の発明は、円筒状陽極の中心部に配置される陰極を陰極支持体で支持し、この陰極支持体の円筒を上記陽極の上面開口に接続することにより、上記陰極を陽極中心軸方向から支持するマグネトロンにおいて、上記陰極支持体円筒の上記陽極上面開口に設けられ、可塑性のある金属からなる接続支持部と、上記陰極支持体の円筒の一部として設けられ、上記接続支持部よりも可塑性の低い金属からなり、上記陽極に対する上記陰極の位置を調整するための位置調整部と、を設けたことを特徴とする。
請求項３の発明は、上記位置調整部として、円筒外側へ突起を持つフランジ状円筒を配置し、このフランジ状円筒の円周上の複数箇所に、これらの各箇所と上記陽極との間隔を変化させるねじ機構を設け、このねじ機構により上記陽極に対する上記陰極の位置を調整することを特徴とする。

上記の構成によれば、陽極の側面開口又は上面開口と陰極支持体円筒との接続部における陰極支持体円筒側に、可塑性金属からなる円筒状の接続支持部を設け、この陰極支持体に位置調整部から力を加えれば、接続支持部の塑性変形によって陰極支持体が僅かに動き、陽極に対する陰極の位置が調整される。
上記請求項３によれば、フランジの円周上に例えば均等に設けられた４箇所のねじ機構を動かし、各箇所の間隔を伸縮変化させることにより、陽極に対する陰極の位置が調整される。

本発明のマグネトロンによれば、組立時に設定した陰極の位置が変化した場合、或いは使用条件の異なる各種のシステムや装置においても、組立後（真空封止後）に、陰極位置を調整することが可能となり、不要モードの発振等をなくした安定動作が確保できるという効果がある。

また、ローレンツ力により発生する構造上の予想外の陰極位置ずれや振動にも対処が可能となる。
更に、陰極支持体の位置調整部よりも可塑性の高い金属の接続支持部を設けることにより、接続部に例えばベローズのような高価な真空部品を使用する必要がなく、陰極の位置出し機構を有するマグネトロンと比較して、コスト上昇を抑えた製品設計が実現できるという利点がある。

本発明に係る第１実施例のマグネトロンの構成を示し、図（Ａ）は断面図、図（Ｂ）は陰極のｘｙｚ軸の図である。 第２実施例のマグネトロンの構成を示し、図（Ａ）は断面図、図（Ｂ）は陰極のｘｙｚ軸の図である。 第３実施例のマグネトロンの構成を示す断面図である。 第４実施例のマグネトロンの構成を示す断面図である。 実施例のマグネトロンの特性［図（Ａ）］と従来のマグネトロンの特性［図（Ｂ）］を示すグラフ図である。 実施例の接続支持部の他の構成を示し、図（Ａ）は斜視図、図（Ｂ）はひだ部の断面図である。 従来のマグネトロンの一例（横方向片持ちタイプ）の構成を示し、図（Ａ）は断面図、図（Ｂ）は陰極のｘｙｚ軸の図である。 従来のマグネトロンの他の例（中心軸方向支持タイプ）の構成を示す断面図である。

図１には、第１実施例のマグネトロンの構成（出力、磁気回路を除く）が示されており、この第１実施例は、横方向片持ちタイプである。図１に示されるように、マグネトロンでは、円筒状陽極（アノード）１の中心部に陰極（カソード〉２が配置されており、この陽極１はその内側に複数のベーン３を放射状に備え、上記陰極２は円筒体の中央の電子放出部２ａと上下のエンドシールド２ｂを有している。

上記陰極２は、その上下のエンドシールド２ｂが線（棒）状の陰極電極５ａ，５ｂで固定され、この陰極電極５ａ，５ｂが陰極入力部である絶縁体６に固定されることにより、陰極支持体７により支持される。そして、実施例の陰極支持体７には、円筒本体として、陽極１の側面（円形）開口１Ｈに接続固定される円筒状の接続支持部８と位置調整部としてのフランジ（フランジ状円筒）９が設けられており、接続支持部８として銅（Ｃｕ），ニッケル（Ｎｉ），キュープロニッケル（銅-ニッケル合金）等、フランジ９としてコバール（Ｃｏ）等の金属が用いられる。また、陽極１の側面開口１Ｈの部分は、例えば銅からなり、絶縁体６はガラスやセラミックで構成されており、これらはロウ付けやアーク溶接で接合される。

即ち、接続支持部８として塑性変形が可能な金属を用い、位置調整部であるフランジ９としては、接続支持部８よりも塑性変形が起こり難い金属を用い、フランジ９を把持して陰極支持体７を僅かに動かし、陰極２の位置が変えられるようにしている。また、フランジ９としてコバールを使用するのは、このコバールが絶縁体６の熱膨張係数に近い金属であり、マグネトロン製造工程上の熱処理や、完成後の動作時の昇温での破損を防止できるようにするためでもある。なお、上記接続支持部８としてアニール化した（なました）金属を用いてもよい。

上記絶縁体６は、内部の電極保持部６ａが内側円筒体６ｂを介して外側円筒体６ｃに繋がるように構成されており、フランジ９，接続支持部８及び陽極１側に対し沿面距離（電気的安全性を確保するための距離）を保つように構成される。このような構成により、陰極２が陽極１の中心部の所定位置に取付け、固定されると共に、陽極１及び陰極支持体７の内部が真空に維持され、この陽極１の上下に、電磁石や永久磁石を配置することにより磁界が与えられる。

第１実施例は、以上の構成からなり、この例では、陽極１の側面開口に接続される陰極支持体７の円筒体に、銅等の可塑性のある接続支持部８を取り付けているため、フランジ９に力を加えることにより、接続支持部８の塑性変形により陰極支持体７が動き、これにより、陽極１に対する陰極２のｘ軸，ｙ軸，ｚ軸（３次元）の位置を調整できることになる。上述のように、絶縁体６はガラスやセラミックを材料とするため、この絶縁体６に力を加えて陰極支持体7を動かすことはできず、フランジ９の存在によって陰極２の調整が可能となる。

マグネトロンの製作では、組立時に精密な位置合わせが行われており、組立後に行う位置合わせは微調整でよいことから、位置調整部としてのフランジ９を介しての調整も小さなものでよく、この調整は、動作特性に応じて予め把握されている手順に従って実施することになる。

図２には、第２実施例のマグネトロンの構成（出力、磁気回路を除く）が示されており、この第２実施例は、中心軸方向支持タイプである。図２に示されるように、マグネトロンでは、円筒状陽極（アノード）１１の中心部に陰極（カソード〉１２が配置され、この陽極１１はその内側に複数のベーン１３を放射状に備え、上記陰極１２は円筒体の中央の電子放出部１２ａと上下のエンドシールド１２ｂを有する。

この陰極１２は、その上側のエンドシールド２ｂが円筒状の陰極電極１５で固定され、この陰極電極１５が陰極入力部である絶縁体１６に固定されることにより、陰極支持体１７により支持される。この陰極支持体１７には、円筒本体として、陽極１１の上面開口１１Ｈに接続固定される円筒状の接続支持部１８と位置調整部としてのフランジ１９が設けられており、第１実施例と同様に、接続支持部１８として、銅，ニッケル，キュープロニッケル等、フランジ１９としてコバール等の金属が用いられる。また、陽極１１の側面開口１１Ｈの部分は、例えば銅からなり、絶縁体１６はガラスやセラミックで構成されており、これらはロウ付けやアーク溶接で接合される。

即ち、接続支持部１８として塑性変形が可能な金属を用い、位置調整部であるフランジ１９としては、接続支持部１８よりも塑性変形が起こり難い金属を用い、フランジ１９を介して陰極支持体１７を僅かに動かし、陰極１２の位置が変えられるようにする。なお、上記接続支持部１８としてアニール化した（なました）金属を用いてもよい。

このような構成により、陰極１２が陽極１１の中心部の所定位置に取付け、固定され、陽極１１及び陰極支持体１７の内部が真空に維持され、この陽極１１の上下に、電磁石や永久磁石を配置することにより磁界が与えられる。

第２実施例は、以上の構成からなり、この例でも、陽極１１の上面開口１１Ｈに接続される陰極支持体１７の円筒体に、銅等の可塑性を持つ接続支持部１８を取り付けているため、フランジ１９に力を加えることにより、接続支持部１８の塑性変形を介して陰極支持体１７が動き、これにより、陽極１１に対する陰極１２のｘ軸，ｙ軸，ｚ軸の位置を調整することが可能となる。この実施例の場合も、絶縁体１６はガラスやセラミックが材料となるため、この絶縁体１６に力を加えて陰極支持体１7を動かすことはできず、フランジ１７の役割は大きい。

なお、第１実施例及び第２実施例では、位置調整部としてフランジ９，１９を設けたが、このフランジの代わりに、円筒に板状の複数の突起を取り付けたものを用いてもよいし、工具等で把持して力を加えられる長さがあれば、単なる円筒でもよく、簡略な構成とすれば、部品の追加が削減でき、コスト上昇を抑制し、空間の省スペース化も図ることができる。

図３には、第３実施例のマグネトロンの構成が示されており、この第３実施例は、横方向片持ちタイプにおいて陰極位置調整のためのねじ機構を設けたものである。
図３に示されるように、第１実施例と同様に接続支持部８が設けた構成に加えて、ねじ機構２０を具備しており、このねじ機構２０には、フランジ２１の円周上に均等間隔で４箇所等にネジ調整部が設けられる。このフランジ２１の各々のネジ調整部は、雌ねじ部を有する二股部、この二股部の雌ねじ部と陽極１の雌ねじ部ｌｆに螺合するねじ（雄ねじ）体２２、二股部に配置されたナット２３からなる。

このような第３実施例では、ねじ体２２が雌ねじ部ｌｆに固定された状態で、それぞれのナット２３を回転させることで、陽極１に対する陰極支持体７の位置を変えることができる。例えば、ナット２３を（ねじ頭側から見て）時計方向へ回転させれば、可塑性を持つ接続支持部８が伸縮することで、フランジ２１を含めた陰極支持体７が陽極１側へ移動し、反時計方向へ回転させれば、フランジ２１を含めた陰極支持体７が陽極１から離れる方向へ移動する。このとき、ねじ２２は陽極１に結合して固定されているため、調整位置での固定状態も得られる。また、マグネトロンの内部は、接続支持部８の可塑性により真空状態が維持される。

図４には、第４実施例のマグネトロンの構成が示されており、この第４実施例は、中心軸方向支持タイプにおいて陰極位置調整のためのねじ機構を設けたものである。
図４に示されるように、第２実施例と同様に接続支持部１８が設けた構成に加えて、ねじ機構３０を具備しており、このねじ機構３０には、フランジ３１の円周上に均等間隔で４箇所等にネジ調整部が設けられる。このフランジ３１の各々のネジ調整部は、雌ねじ部を有する二股部、この二股部の雌ねじ部と陽極１の雌ねじ部１１ｆに螺合するねじ体２２、ナット２３からなる。

このような第４実施例でも、それぞれのナット２３を回転させると、可塑性を持つ接続支持部８が伸縮することにより、陽極１に対する陰極支持体７の位置を変えることができ、調整位置での固定状態も得られることになる。なお、上記第３実施例と第４実施例でも、フランジ２１，３１の代わりに、円筒の外側に板状の突起を複数設けたものを用い、この板状の突起を二股部として上記のねじ機構を構成するようにしてもよい。

図５（Ａ）には、実施例のマグネトロンで陰極位置を調整した場合の特性が示されている。上述のように、従来において位置調整をしない場合は、図５（Ｂ）のように、部分１００において、不要モードの発振が存在していたが、実施例では、部分１０１で示されるように、不要モード発振の存在を解消し、安定した動作が得られた。

図６には、上記実施例の接続支持部８，１８の他の例が示されており、この例では、図６に示されるように、１つのヒダを持つヒダ部（折曲げ部）３２を設けている。このヒダ部３２には、複数のヒダを設けてもよく、これによれば、接続支持部８，１８の伸縮が促進され、調整を容易にするという利点がある。また、このような形状は、型で簡単に製作可能なことから、コストを抑えて有効な可動幅を実現できるという利点がある。

以上のように、本発明では、組立時の陰極の位置が変化した場合、或いは使用条件の異なる各種のシステムや装置においても、陰極位置を確定し、真空封止した後でも、陰極の位置を調整することが可能となり、不要モードの発振等をなくした安定動作が確保することができ、またローレンツ力により発生する構造上の予想外の陰極位置ずれや振動にも対処することが可能となる。

１，１１…陽極（アノード）、 ２，１２…陰極（カソード）、
３…ベーン、 ４，１４，７，１７…陰極支持体、
５ａ，５ｂ，１５…陰極電極、 ６，１６…絶縁体、
８，１８…接続支持部、 ９，１９，２１，３１…フランジ、
２０，３０…ねじ機構、 ２２…ねじ体、
２３…ナット。

Claims (3)

1. 円筒状陽極の中心部に配置される陰極を陰極支持体で支持し、この陰極支持体の円筒を上記陽極の側面開口に接続することにより、上記陰極を片持ち支持するマグネトロンにおいて、
   上記陰極支持体円筒の上記陽極側面開口との接続部に設けられ、可塑性のある金属からなる接続支持部と、
   上記陰極支持体円筒の一部として設けられ、上記接続支持部よりも可塑性の低い金属からなり、上記陽極に対する上記陰極の位置を調整するための位置調整部と、を設けたことを特徴とするマグネトロン。
2. 円筒状陽極の中心部に配置される陰極を陰極支持体で支持し、この陰極支持体の円筒を上記陽極の上面開口に接続することにより、上記陰極を陽極中心軸方向から支持するマグネトロンにおいて、
   上記陰極支持体円筒の上記陽極上面開口に設けられ、可塑性のある金属からなる接続支持部と、
   上記陰極支持体の円筒の一部として設けられ、上記接続支持部よりも可塑性の低い金属からなり、上記陽極に対する上記陰極の位置を調整するための位置調整部と、を設けたことを特徴とするマグネトロン。
3. 上記位置調整部として、円筒外側へ突起を持つフランジ状円筒を配置し、このフランジ状円筒の円周上の複数箇所に、これらの各箇所と上記陽極との間隔を変化させるねじ機構を設け、このねじ機構により上記陽極に対する上記陰極の位置を調整することを特徴とする請求項１又は２記載のマグネトロン。

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