JP2557354B2 - 電子レンジ用マグネトロン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、電子レンジ用マグネトロンに係り、とく
にその相互作用空間における磁界分布を改良して比較的
低い周波数のノイズ成分の発生を抑制するようになした
マグネトロンに関する。

（従来の技術） マグネトロンにおいて、相互作用空間での磁界分布が
発振動作に強い影響を与えることはよく知られている。
理想的には相互作用空間の全領域で、管軸方向に完全に
平行で均一な磁束密度となるように設計されるべきであ
る。しかしながら特に電子レンジ用マグネトロンでは、
管軸上に位置決めして電子放射用カソードを置くために
カソード支持体を管軸に沿って延長し設置する必要か
ら、ポールピースの中央に所定内径寸法の透孔を形成し
なければならない。また永久磁石をなるべく低価格のも
ので、小型化して管外に設置する必要がある。さらにま
た、相互作用空間の端部では、エンドシールドとアノー
ドベイン内端角部との間から電子がポールピースの方に
飛出さないように、この付近では磁束を斜め方向となる
ようにすると好都合である。このような種々の制約か
ら、相互作用空間の全領域で管軸に完全に平行で均等な
磁界分布にはできない。

従来、例えば、特開昭53−38966号公報に開示される
ように、作用空間のカソード面からアノードベイン内端
面にかけて磁界強度が均等又はアノードベイン側が強く
なるように構成して発振の安定度を改善することも提案
している。また、特開昭51−56172号や特開昭51−58859
号公報に開示されるように、作用空間より平行な磁界分
布となるようにポールピース形状を改善する提案もなさ
れている。もっとも、これらは管内に永久磁石を内蔵さ
せたもので、その磁石面に同等径のポールピースを接合
した基本構成のマグネトロンの場合である。したがって
これを、管外にリング状フェライト永久磁石を設置し漏
斗状ポールピースを介して作用空間に磁束を導く基本構
造のものには直接適用できない。

そこで、一般的な電子レンジ用マグネトロンは、概ね
第14図に示すような構成を有している。同図において、
符号21は発振部本体、22はその銅製アノード円筒、23は
複数枚の銅製アノードベイン、24はストラップリング、
25はコイル状フィラメントカソード、26、27はその両端
部に設けられたリング状エンドシールド、28はカソード
支持体、29、30は一対の鉄製漏斗状ポールピース、31は
出力アンテナリード、32、33は薄肉鉄製金属容器、34、
35は一対のリング状ストロンチウム系フェライト永久磁
石、36はロ字状となる鉄製ヨーク、37はアルミニウム製
ラジエータ、38は出力部セラミックス円筒、39はガスケ
ットリング、Ｓは相互作用空間をあらわしている。

このような従来構造の作用空間付近の磁束分布を調べ
ると、概略第15図のようになっている。カソードの実質
的な円筒状電子放射面Ｋからベイン内端面Ａに至る作用
空間Ｓの軸方向略中央付近では、磁束Ｂは管軸Ｚにほぼ
平行になっている。エンドシールド26、27とベイン内端
面との対向領域Seでは、磁束Ｂの方向は中心に向うよう
な斜め方向となっている。

ところで、作用空間Ｓにおける磁界の、管軸に沿う方
向成分の磁界強度に注目してその強度分布を調べると、
この従来のマグネトロンは第16図に示すような分布にな
っている。同図には、作用空間Ｓの中心部（ｚ＝０）で
のカソード面Ｋからアノード内端面Ａまでの磁界強度の
平均を100％として管軸方向の各点（ｚ＝０、ｚ＝±1m
m、ｚ＝±2mm、ｚ＝±3mm、ｚ＝±4mm、ｚ＝±5mm）を
相対値であらわしている。同図から、このマグネトロン
では、作用空間の半径方向の中間部分Ｐで最も均等な軸
方向磁界強度を有しているが、アノード内端面Ａとその
近傍では軸方向に沿って大きなばらつきを有している。
アノードベインの幅すなわち軸方向に沿う内端面の寸法
Laは9.5mmであるので、その範囲での軸方向磁界強度差
は約22％もある。

そしてこのマグネトロンのラインノイズ、すなわちカ
ソード支持体を通して入力側に検出される30〜400MHzの
周波数成分のノイズは、第17図のようになった。とくに
30〜150MHzという比較的低い周波数成分のノイズが強
く、100MHz帯成分（便宜上、80〜120MHzの範囲で最大レ
ベルをいう。以下、同じ）に着目するとそのレベルは約
42（dBμＶ）（デシベルマイクロボルト）にも達してい
る。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来構造では、比較的低い周波数成分のノ
イズが強く出る不都合がある。このように高いノイズレ
ベルとなる理由は、次のように考えられる。すなわち、
作用空間のとくにアノードベイン内端面近傍において軸
方向磁界強度がベイン中央部と両端角部とで大きな差が
あるため、電子の回転速度が部分的に異なってしまう。
するとこの電子雲がアノードベインを含む共振空胴に誘
起する高周波電界の周波数は、それに応じ場所によって
異なり、それらの差の周波数成分が比較的低い周波数の
ノイズ成分となって入力側に漏洩する。これは、混変調
的な現象と考えられる。なお、このノイズレベルは、マ
グネトロン出力部と負荷との結合が強いと高くなる傾向
が認められる。

この発明は、以上のような比較的低い周波数成分のノ
イズを、相互作用空間のとくにアノードベイン内端面近
傍での軸方向磁界強度分布に着目してそれを改善し、発
生源で効果的に抑制しうる電子レン用マグネトロンを提
供するものである。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明は、漏斗状ポールピースの中央透孔の内径寸
法がアノードベインの内端面がつくる包短線直径と同等
又はそれよりわずか大きく且つこのポールピースのベイ
ンに近接対向する平坦な面の外径寸法がベイン内端面の
包絡線直径の160％以上を有してなる電子レンジ用マグ
ネトロンである。

（作用） この発明によれば、電子雲が不安定になりやすいアノ
ードベイン内端角部及びエンドシールドの対向領域の磁
界強度分布が従来構造よりも緩和され、比較的低い周波
数成分のノイズの発生が抑制される。したがって、不要
輻射が少ない動作特性が得られる。

（実施例） 以下図面を参照してその実施例を説明する。なお、同
一部分は同一符号であらわす。

第１図および第２図に示す2450MHz帯、出力600W用マ
グネトロンの実施例は、一対の漏斗状ポールピース29、
30の作用空間Ｓおよびアノードベイン23の側面23aに対
向する平坦部29a、30aが比較的大きな直径を有してい
る。コイル状フィラメント25の実質的に円筒状をなす電
子放射面Ｋの外径寸法Dkは3.9mm、アノードベイン内端
面Ａの包絡線内径寸法Daは9.08mm、ベイン幅Laは9.5m
m、エンドシールド26の外径De1は7.2mm、同27の外径De2
は8.2mm、両エンドシールド間隔Leは10.4mm、ポールピ
ースの中央透孔29b、30bの内径Dpiは9.4mm、その平坦部
29a、30aの外径Dpoは18mm、両ポールピースの平坦部対
向間隔Lpは12.7mm、ポールピースの外直径Dpは37.5mm、
その高さｈは7.0mm、その肉厚は1.6mm、リング状フェラ
イト永久磁石34、35の内径、外径はそれぞれ20mm、54m
m、一方の磁石34の厚さW1は12.6mm、他方の磁石35の厚
さW2は13.5mmである。また鉄製金属容器32、33の厚さは
0.5mmで、両磁石の内面に0.5mm程度又はそれ以下の間隔
を介してそれぞれ内挿されている。鉄製ヨーク36の厚さ
は1.6mmでロ字状に組立てられている。また銅製の各対
のストラップリング24は、径大な方のストラップリング
24aの外径が17.8mm、径小な方のストラップリング24bの
内径が12.9mmである。

このような各ポールピース29、30の中央透孔の直径Dp
iは、10枚のベイン内端面がつくる包絡線の内径Daと同
等又はわずか（約７％以下で）大きく設定されている。
そしてポールピースの対向平坦部29a、30aの外径Dpo
は、アノードベイン内端面包絡線内径Daの約２倍の寸法
に構成されている。したがってまたポールピース平坦部
外径Dpoは、径大なストラップリング24aの外径と同等又
はそれよりわずかながら大きい寸法となっている。

さてこのような構成のマグネトロンにおける相互作用
空間Ｓ付近の磁束分布は、第３図に示すようになってい
る。すなわち、ポールピースの対向平坦部の外径が大き
いため、むしろベイ領域で管軸と平行度のよい磁束分布
となっている。そして作用空間Ｓ内の管軸方向磁界成分
の強度分布は、第４図に示すようになった。この軸方向
磁界強度分布は、ホール素子を検出器として用いたガウ
スメータにより、各点の管軸方向に平行な磁界成分の強
さを測定して得たものである。同図の結果は、広い平坦
部をもつポールピースを組合せたことにより、作用空間
の軸方向全域で最も均等な強度を示す点Ｐが、アノード
ベイン内端面Ａの近傍にある。そして、カソード面Ｋで
の磁界強度差は従来のもの（第16図）よりも大きくなっ
ているが、ベイン内端面Ａの位置での強度差は約７％に
低減している。

この実施例のマグネトロンの入力側へのノイズ漏出
は、第５図に示すようになった。すなわち、100MHz帯成
分のノイズレベルは、約21（dBμＶ）で、従来のもの
（第17図示）に比べて半減しており、30〜150MHzの範囲
のノイズ成分全体が大幅に低減した。これは、アノード
ベイン内端面又はその近傍での軸方向磁界強度が、軸方
向に沿う全域で均等に近くなっているため、電子雲の回
転速度がベインの軸方向全域に略均一化し、ベインを含
む共振空胴に誘起される高周波電界の周波数差がわずか
にとどまり且つその周波数差成分の勢力が小さいレベル
になっているものと考えられる。このように、発生源自
体でのノイズレベルが小さく抑えられている。

第６図に示す磁界強度分布は、一対のポールピースの
対向平坦部の外径寸法Dpoを、16mmとしたものの場合で
ある。すなわち、ポールピース平坦部外径Dpoを、ベイ
ン内端面包絡線径Daの約177％としたものである。その
他の各部寸法、形状は第１図および第２図の実施例と同
様である。

この実施例によれば、アノードベイン内端面Ａの位置
における軸方向磁界強度差は、約11％である。そしてノ
イズレベルは、第７図の通りとなり、100MHz帯成分は約
22（dBμＶ）である。これも低周波ノイズ成分を十分抑
制することができた。

同様に、ポールピースの対向平坦部の外径Dpoを、ベ
イン内端面包絡線径Daの約155％である14mmとしたもの
は、その磁界強度分布が第８図に示すようになった、す
なわちベイン内端面位置での軸方向磁界強度差は、約17
％である。そしてそのノイズ成分は第９図に示すように
なり、100MHz帯成分は約33（dBμＶ）となった。

同様にポールピースの対向平坦面部の外径Dpoを、ベ
イン内端面径Daの約132％である12mmとしたものは、ベ
イン内端面位置での軸方向磁界強度差が約22％となっ
た。その場合のノイズレベルは、約42（dBμＶ）にのぼ
った。これは従来品と同等である。

以上の結果を整理すると、第10図に示すようになる。
すなわち、ベイン内端面の位置における軸方向磁界強度
差（相対比率％の差）が大きくなるほど、比較的低い周
波数のノイズ成分、例えば100MHz帯成分は大きいレベル
になる。このことから、改善効果として認めうる約30
（dBμＶ）以下のノイズレベルは、ベイン内端面におけ
る軸方向磁界強度差が約15％以下の範囲の構造のもので
得られることが裏づけられている。

第11図に示す実施例は、ポールピースの対向平坦部の
外周縁近傍に、高さh1、h2がそれぞれ0.5mmの円筒状突
出部29c、30cを形成したものである。この突出部の直径
Dgは17mmである。これは、図示しないがそのベイン内端
面位置における軸方向磁界強度分布が、第４図よりも改
善されて、強度差はわずか３％になった。そしてこのマ
グネトロンは、100MHz帯のノイズレベルが約17（dBμ
Ｖ）にとどまり、大幅に改善された。なお、円筒状突出
部の高さ寸法h1、h2は、実用的には0.3〜0.7mmの範囲が
適当である。

同様に、ポールピース対向平坦部の外周縁近傍に円筒
状突出部を形成し、その突出部直径Dgを種々変化させる
と、ベイン内端面位置での磁界強度分布を変えることが
でき、したがってまたノイズレベルも変わることを確認
した。

そこで、第12図（ａ）の如く略完全な平坦面をもつポ
ールピース及び第12図（ｂ）の如く突出部をもつポール
ピースに関して、その平坦面外径Dpoあるいは突出部径D
gの、アノードベイン内端面包絡線径Daに対する比と、1
00MHz帯ノイズ成分レベルとの関係を整理すると、第13
図に示すようになる。従ってノイズレベルを30（dBμ
Ｖ）以下に抑制するには、平坦面外径Dpoとベイン内端
面径Daとの比を約160％以上に設定することが必要であ
る。また、突出部をもつポールピースでは、その突出部
径Dgをベイン内端面径Daの約150％以上に設定すること
が望ましい。

なお、以上の傾向は、ポールピースの高さｈや、永久
磁石の内外径寸法、高さ寸法等のわずかな範囲の変更で
もほとんど変化がない。

また、この発明実施例のマグネトロンによれば、カソ
ード入力線路に介在するチョークコイルとコンデンサと
の組合せからなるフィルタ回路を、とくにそのコンデン
サ容量を小さいものにすることが可能である。すなわ
ち、従来は500pF程度の比較的大きい容量のコンデンサ
を用いて低周波ノイズ成分の外部漏洩を抑制している
が、この発明のマグネトロンはこの低周波ノイズ成分の
発生自体が少ないので、例えば数10pFの容量のコンデン
サに置き換えることが可能である。

［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明によれば、比較的低い周
波数成分のノイズの発生、輻射が少ない動作特性が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す要部縦断面図、第２
図はその要部拡大図、第３図はその磁束分布を示す特性
図、第４図は同じくその磁界強度分布図、第５図はその
ノイズ特性図、第６図および第７図はこの発明の他の実
施例を示す磁界強度分布図およびノイズ特性図、第８図
および第９図は比較例の磁界強度分布図およびノイズ特
性図、第10図は磁界強度とノイズレベルとの関係を示す
比較特性図、第11図はこの発明の他の実施例を示す要部
縦断面図、第12図（ａ）および第12図（ｂ）はこの発明
のポールピース断面図、第13図は各寸法比とノイズレベ
ルの関係を示す比較特性図、第14図は従来構造を示す要
部縦断面図、第15図はその磁束分布特性図、第16図はそ
の磁界強度分布図、第17図はそのノイズ特性図である。 25……カソード、Ｋ……電子放射面、 26、27……エンドシールド、Ｓ……相互作用空間、 23……アノードベイン、 Ａ……アノードベイン内端面、 Da……ベイン内端面包絡線直径、 29、30……ポールピース、 29a、30a……ポールピース平坦部、 29b、30b……ポールピース中央透孔、 29c、30c……突出部、 Dpi……ポールピース中央透孔の内径寸法、 Dpo……ポールピース平坦面の外径寸法、 Dp……ポールピースの外径寸法、 34、35……永久磁石、

フロントページの続き (72)発明者 川口 敏夫 川崎市幸区堀川町72 株式会社東芝堀川 町工場内 合議体 審判長 篠崎 正海 審判官 江藤 保子 審判官 平上 悦司 (56)参考文献 特開 昭51−25959（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−13565（ＪＰ，Ａ) 実開 昭49−66350（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−167554（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒状の電子放射面を有するカソードと、
   このカソードの両端部に接続された一対のエンドシール
   ドと、上記カソードのまわりに相互作用空間をおいて放
   射状に配置された複数枚のアノードベインと、これらア
   ノードベインを一つおきに接続するストラップリング
   と、上記相互作用空間およびアノードベインを間に挟ん
   で両側に設けられた中央部に透孔を有する漏斗状ポール
   ピースと、これら各ポールピース上に設けられ該ポール
   ピースの中央透孔内径寸法よりも大きい内径寸法を有す
   るとともに前記ポールピースの外径寸法よりも大きい外
   径寸法を有する一対のリング状永久磁石と、これら永久
   磁石をとり囲んで設けられ磁気通路を形成する強磁性体
   ヨークとを具備する電子レンジ用マグネトロンにおい
   て、 上記ポールピースは、その中央透孔の内径寸法が上記ア
   ノードベインの内端面がつくる包短線直径と同等又はそ
   れよりわずか大きく且つ該ポールピースの前記アノード
   ベインに近接対向する平坦な面の外径寸法が前記アノー
   ドベインの内端面包絡線直径の160％以上を有してなる
   ことを特徴とする電子レンジ用マグネトロン。
2. 【請求項２】上記ポールピースは、上記アノードベイン
   内端面包絡線直径の150％以上の位置に前記ベイン方向
   に突出するリング状突出部を有している特許請求の範囲
   第１項記載の電子レンジ用マグネトロン。