JP3732729B2

JP3732729B2 - マグネトロン

Info

Publication number: JP3732729B2
Application number: JP2000286612A
Authority: JP
Inventors: ヨンスイ; ゾンスイ
Original assignee: エルジー電子株式会社
Priority date: 1999-09-22
Filing date: 2000-09-21
Publication date: 2006-01-11
Anticipated expiration: 2020-09-21
Also published as: CN1289141A; JP2001110328A; CN1139095C; KR100320464B1; US6670761B1; KR20010028646A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマグネトロンに関し、より詳しくはマグネトロンのストラップ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
一般に、マグネトロンは、図１及び図２に示すように、円筒形状のアノード本体１１と、前記アノード本体１１の内壁に放射状に設置されたアノードベーン１２と、前記アノードベーンの内部に開けてある２つの孔１２ａ、１２ｂを介して各アノードベーン１２と交互に連結するようにストラップ１３を備えている共振部（図示せず）と、マグネトロンの中央に位置して陰極の役割を果たす螺旋状のフィラメント１４を備えている陰極部１５と、任意のアノードベーン１２に取り付けられたアンテナ１６と、アノード本体１１の外周面に設置された多数の冷却フィン１７と、前記冷却フィン１７を保護支持し外部空気を冷却フィン１７に案内するように上・下板に分けられたヨーク１８ａ、１８ｂと、アノード本体１１の上・下部に位置して磁気場を形成するＮ−Ｓ極の永久磁石１９と、フィルタボックス２０等で構成される。
【０００３】
上記のようなマグネトロンは次のように動作する。
フィラメント１４を加熱すると電子が放出され、この電子は、陰極と共振部との間に印加される電気場、及び永久磁石１９により共振部の上・下方向に印加される磁気場の力を受け、陰極と共振部との間の作用空間内でサイクロイド運動を行う。この際、サイクロイド運動を行っている電子はアノードベーン１２とアノードベーン１２との間に既に印加された高周波電界と相互作用しながら前記共振部側に徐々に移動し、この過程で電子の持っている大部分のエネルギーは高周波エネルギーに転換される。この高周波エネルギーは共振部に蓄積され、この蓄積されたエネルギーはアンテナ１６を介して外部に放射される。一方、電子が保持しているエネルギーは共振部に到達し、このエネルギーは共振部で熱エネルギーに転換される。このように、アノードベーン１２から発生した熱は、アノード本体１１の外周面に設置された多数の冷却フィン１７により効率的に冷却されることにより、熱によるマグネトロンの性能低下が防止される。
【０００４】
以下、上記のようなマグネトロンに基づいて従来の技術について説明する。特に、従来の技術の中でも多数のアノードベーン１２を互いに連結するストラップ１３を説明する。
第１の従来技術は、図２の（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、２つのリング状のステンレススチール材質のストラップ１３と、中央部に上・下にそれぞれ孔を形成してある多数のアノードベーン１２とを備え、前記２つのストラップ１３を各アノードベーン１２に形成された２つの孔１２ａ、１２ｂにそれぞれ嵌挿して多数のアノードベーンを連結してなる。
【０００５】
この際、前記２つのストラップ１３を便宜上第１、第２ストラップ１３ａ、１３ｂに区分し、前記多数のアノードベーン１２にそれぞれ形成された２つの孔１２ａ、１２ｂを、便宜上直径の小さな孔を第１孔１２ａとし、直径の大きな孔を第２孔１２ｂとして上記内容を更に具体的に説明する。
前記第１ストラップ１３ａは、多数のアノードベーン１２の配列手順により奇数番目のアノードベーン１２に形成された第１孔１２ａに接触して貫通し、偶数番目のアノードベーン１２に形成された第２孔１２ｂには接触しない状態で第２孔１２ｂを貫通して多数のアノードベーン１２を互いに一定の間隙をあけて連結する。前記第２ストラップ１３ｂは、アノードベーン１２の配列手順により偶数番目のアノードベーン１２に形成された第１孔１２ａに接触して貫通し、奇数番目のアノードベーン１２に形成された第２孔１２ｂには接触しない状態で前記第２孔１２ｂを貫通して多数のアノードベーン１２を互いに一定の間隙をあけて連結する。上記したようにストラップ１３をアノードベーン１２に偶数と奇数に接触するように連結する理由は、互いに隣接するアノードベーン１２の極性を異ならせて電気場を形成するためである。
【０００６】
しかし、上記した従来の技術は次のような問題点を有している。
従来の１．７ＫＷ以上の高出力マグネトロンの前記ストラップ１３（以下、「センタ型ストラップ」と称する。）構造は、ステンレススチール材質のセンタ型ストラップ１３を一つ一つ結うようにアノードベーン１２に嵌挿しなければならず、更に上・下の２つのセンタ型ストラップ１３を一定の間隙を維持しながら挿入しなければならないため、製品生産時に生産性の低下をもたらす。また、センタ型ストラップ１３をアノードベーン１２の孔１２ａ、１２ｂに挿入するべくセンタ型ストラップ１３の一部を切断し、前記挿入工程を終えた後再びセンタ型ストラップ１３の切断部を溶接するが、この時に前記切断部を隠すためにアノードベーン１２の第１孔１２ａに溶接するか、或いはセンタ型ストラップ１３の両切断部を本来状態に溶接する必要があるという制作上の不便さ及び複雑さを有している。従って、前記センタ型ストラップ１３とマグネトロンの特性が同等ないし近接水準であり、且つ制作上の問題を解決して生産性を向上させることができる簡便な構造のストラッピング方法が要求される。
【０００７】
第２の従来技術は最も量産性よい検証された方法である１ＫＷ以下の電子レンジ用のマグネトロンの構造であり、図３の（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、アノードベーン２１の上・下面にそれぞれ１つの溝を形成し、前記アノードベーン２１を連結するべく無酸素銅材質の２つの直径の異なるリング状のストラップ２２（以下、「サイド型の内外ストラップ」と称する。）をそれぞれ２つずつ備えて以下のようにアノードベーンを連結する。前記直径の大きなリング状のストラップ２２ｂ（以下、「外ストラップ」）のうちの１つのストラップと、直径の小さなリング状のストラップ２２ａ（以下、「内ストラップ」）のうちの一つのストラップとを一対とし、電気場を誘導するために前記内・外ストラップ２２ａ、２２ｂをアノードベーン２１の上・下面に一つ置きに接触するように前記ストラップ２２をアノードベーン２１に連結する。
【０００８】
更に以下に詳細に説明する。前記アノードベーン２１の配列手順により奇数番目のアノードベーン２１の溝と偶数番目のアノードベーン２１の溝の位置は互いに異に形成されるが、説明の便宜上、前記奇数番目のアノードベーン２１の溝を第１溝２１ａとし、偶数番目のアノードベーン２１の溝を第２溝２１ｂとして説明する。前記アノードベーン２１の配列手順により奇数番目のアノードベーン２１の第１溝２１ａには前記内ストラップ２２ａが位置してアノードベーン２１に接触しないので、電圧が印加されない。
偶数番目のアノードベーン２１には第１溝２１ａの形成された位置とは異なる位置に第２溝２１ｂが形成され、前記アノードベーン２１の面上に前記内ストラップ２２ａが位置してアノードベーン２１に接触するので電圧が印加される。そして、前記偶数番目のアノードベーン２１の第２溝２１ｂには前記外ストラップ２２ｂが位置してアノードベーン２１に接触しないので電圧が印加されず、奇数番目のアノードベーン２１には第２溝２１ｂの形成された位置とは異なる位置に第１溝２１ａが形成され、前記アノードベーン２１の面上に前記外ストラップ２２ｂが位置してアノードベーン２１に接触するので電圧が印加される。上記したように、アノードベーン２１の上・下面には内・外ストラップ２２が一つ置きに接触され、この接触可否は上・下面それぞれ反対となる。
【０００９】
上記のような構成を有するので第１の従来技術において問題となる切断部が発生せず、アノードベーンに孔の代わりに溝を形成してストラップを孔に挿入しなくても良いので、生産性が向上し、制作に便宜性を提供する。
【００１０】
しかし、１．７ＫＷ以上の高出力が発散されるように前記第２の従来技術に高電圧を印加すると、次のような問題点が発生する。一般に、マグネトロンの効率は７０％水準であって入力電力の３０％程度は熱で消費する。このため、マグネトロンの出力が高くなるほどアノード側で消費される熱損失が大きくなり、高出力マグネトロンの場合に熱的安定性を確保し難い。
【００１１】
以下、上記内容をより詳しく説明する。１．７ＫＷ以上の高出力が発散されるように前記第２の従来技術に高電圧を印加すると、高電圧に比例して熱損失が多く発生し、これにより共振部内にも甚だしい熱応力がかかる。この中で最も甚だしい部分がサイド型の内外ストラップ２２である。その理由は、陰極部から発生する熱電子に最も近く、該熱電子のサイクロイド運動を直接的に受け、材質が無酸素銅だからである。前記無酸素銅は熱伝導性がよく、真空状態に適合するので、広く使われている。しかし、この材質は変形が生じやすく、強度が弱いため、相対的に大きな熱応力が印加されると材質の本来性質に戻れないほど変形されてしまう。これを一定の時間使用すると、疲労が重なってサイド型の内外ストラップ２２が破断される。すなわち、多く使っている電子レンジ用のマグネトロンの出力範囲では前記無酸素銅の内外ストラップ２２は安定的な寿命を保障することができるが、高周波平均出力が１．７ＫＷを超過するマグネトロンに対して前記無酸素銅材質のサイド型の内外ストラップ２２を使用することはできない。
【００１２】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、マグネトロンのストラップを改善して熱応力に対する変形及び破断を未然に防ぐとともに、周囲部材との構造的なずれを防止することにより、低出力だけでなく高出力のマグネトロンを実現することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達するために、本発明は、上・下面に異なる形状の溝の形成された多数のアノードベーンと、前記アノードベーンに電気場を形成するために前記アノードベーンの上・下面の溝に一つ置きに接触して前記アノードベーンを相互連結するリング状の銅材質の外ストラップと、前記外ストラップの接触してないアノードベーンの上・下面の溝に接触して前記外ストラップの内側に同心円になるよう接触し、銅材質の前記アノードベーンよりも熱応力に強いステンレススチールからなる内ストラップとを備えるマグネトロンを提供する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明を詳述する。従来と同様な部分は同じ名称及び同じ符号を付与し、それに対する詳細な説明を省略する。
本発明は、図３の（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、上・下面に異なる形状の溝２１ａ、２１ｂの形成された多数のアノードベーン２１と、前記アノードベーン２１に電気場を形成するために前記アノードベーン２１の上・下面の溝２１ａ、２１ｂに一つ置きに接触して前記アノードベーン２１を相互連結するリング状の銅材質の外ストラップ２２ｂと、前記外ストラップ２２ａの接触してないアノードベーン２１の上・下面の溝２１ａ、２１ｂに接触して前記外ストラップ２２ａの内側に同心円になるよう接触し、銅材質の前記アノードベーンよりも熱応力に強いとともに前記アノードベーンの熱膨張係数と類似の材質からなる内ストラップ２２ａとを備える。この際、前記外ストラップ２２ｂは無酸素銅からなり、前記内ストラップ２２ａはステンレススチールであることが好ましい。
【００１５】
以下、図４を参照して上記内容を更に具体的に説明する。図４は１．７ＫＷ以上の高出力が発散されるように第１の従来技術、第２の従来技術、そして本発明に高電圧を印加した時の各ストラップに対する熱的構造安全度を比較したグラフである。図４に示した（Ａ）は第１の従来の技術で、上・下ストラップ（図２（Ａ）の１３ａ、１３ｂ）の材質がみなステンレススチールからなるセンタ型ストラップ１３である。（Ｂ）は本発明で、内ストラップ２２ａの材質はステンレススチール、外ストラップ２２ｂの材質は無酸素銅からなるサイド型のストラップ２２である。そして、（Ｃ）は第２の従来技術で、内・外ストラップ２２ａ、２２ｂの材質がみな無酸素銅からなるサイド型のストラップ２２である。
【００１６】
ここで、構造安全度とは前記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の実験値の関係を相対的に比較して示した値のことであり、１．０に近いほど安全度は大きい。前記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の安全度の比較のために各（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の適用された１．７ＫＷ以上の高出力マグネトロンに高電圧を加えて実験した結果は次の通りである。図４の棒グラフに示すように、（Ａ）は殆ど１．０に近い結果値を示しているが、第１の従来技術で触れたように組み立てが困難という問題点を有するので適用に困難を伴う。（Ｂ）は（Ａ）に近い結果値を示すので構造安全度が大きく、更に第２の従来技術の構造を採択して組み立てやすいので適用可能である。しかし、（Ｃ）の構造安全度係数をみると、（Ａ）、（Ｂ）に比べて著しく劣るので、高電圧の使用されるマグネトロンに（Ｃ）の場合を適用するのは困難である。
【００１７】
従って、本発明では第２の従来技術のサイド型の内外ストラップ２２を備えたマグネトロンに内ストラップ２２ａの材質をステンレススチールとしている。上記のような本発明は組み立てやすく、１．７ＫＷ以上の高出力を得ることができるので、今後の本発明の波及効果が大きい。
【００１８】
以下、上記内容をさらに説明する。第２の従来技術のサイド型の内・外ストラップ２２は組み立てやすい。しかし、１．７ＫＷ以上の高出力が発散されるように高電圧を印加すると、陰極部（図２（Ａ）の１５を参照）からかなりの熱電子が放出され、該熱電子がサイクロイド運動を行うようになって陰極部に最も近い内ストラップ２２ａが温度変化による熱応力に最も脆弱となる。熱応力試験の結果、マグネトロンにおいて最も熱応力に脆弱で問題となる部分は、サイド型の内・外ストラップの中で内ストラップ２２ａであった。勿論、サイド型の外ストラップ２２ｂも他の部位に比べては弱いが、前記内ストラップ２２ａに比べては相対的に安定的である。
【００１９】
従って、前記サイド型の内ストラップ２２ａの材質を、図４に示すように無酸素銅よりも熱に対する降伏強度及び疲労強度に優れたステンレススチールを使用する。実際に、この強度の側面から見るとき、ステンレススチールよりも強い材質は多いが、熱膨張程度及び強度の側面を同時に考慮してみるとき、いろいろの試験結果、ステンレススチールが温度変化に対する構造安全度が最もよいと判明された。なぜならば、ステンレススチールは降伏強度及び疲労強度等に優れるだけでなく、熱膨張係数が既存の材質の無酸素銅と殆ど類似であるからである。
【００２０】
すなわち、ステンレススチールは降伏強度及び疲労強度に優れるので、温度変化による膨張及び収縮により発生する熱応力による永久変形又は破断を防止することができる。更に、サイド型の内・外ストラップ２２の熱膨張係数とアノードベーン２１及びアノード本体１１の熱膨張係数とが殆ど類似なので次のような優秀性を有する。マグネトロンの共振部内で互いに構造的に拘束されているサイド型の内・外ストラップ２２、アノードベーン２１、そしてアノード本体１１が陰極部１５で形成された熱電子によって膨張と収縮を繰り返す際、これにより発生する構造的なずれを未然に防いでそれに起因するクラックを防止することができる。
【００２１】
熱応力に対する構造的な安全性を期するためにサイド型の内ストラップ２２ａの材質を無条件的に強いものを選択することは悪影響を及ぼす。従って、降伏強度及び疲労強度が良いながら熱膨張係数が殆ど類似であってアノード本体１１、アノードベーン２１に構造的なずれ無しに膨張及び収縮するようにサイド型の内ストラップ２２ａの材質をステンレススチールとすることが好ましい。
【００２２】
一方、内ストラップ２２ａ、外ストラップ２２ｂの材質をステンレススチールとする１．７ＫＷ以上の高出力マグネトロンに高電圧を印加する場合、試験の結果、構造的に拘束されたいろいろの部材とは多少構造的なずれができたが、その量が非常に微細であり、熱応力には非常に強かった。従って、外ストラップ２２ｂの材質もステンレススチールとしてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は、熱応力に強い材質なので、継続的な温度変化による疲労により発生する永久変形及び破断を防止することができる。そして、前記材質は互いに構造的に拘束されている部材と熱膨張係数が類似なので、熱膨張差による拘束された部材等のずれにより発生するクラックを防止することができる。また、本発明は１ＫＷ以下の低出力マグネトロンだけでなく１．７ＫＷ以上の高出力マグネトロンにも適用可能なので適用範囲が広い。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の従来技術に係る一般なマグネトロンの構成を示す構成図である。
【図２】（Ａ）は第１の従来技術に係るマグネトロンのセンタ型ストラップとアノードベーンとの結合状態を示す斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の要部斜視図である。
【図３】（Ａ）は第２の従来技術に係るマグネトロンのサイド型のストラップとアノードベーンとの結合状態を示す斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の要部斜視図である。
【図４】１．７ＫＷ以上の高出力が発散されるように第１の従来技術、第２の従来技術、そして本発明に高電圧を印加した時の各ストラップに対する熱的構造安全度を比較したグラフである。

Claims

上・下面に異なる形状の溝の形成された多数のアノードベーンと、
前記アノードベーンに電気場を形成するために前記アノードベーンの上・下面の溝に一つ置きに接触して前記アノードベーンを相互連結するリング状の銅材質の外ストラップと、
前記外ストラップの接触してないアノードベーンの上・下面の溝に接触して前記外ストラップの内側に同心円になるように接触し、銅材質の前記アノードベーンよりも熱応力に強いステンレススチールからなる内ストラップと
を備えることを特徴とする少なくとも１．７ＫＷ以上の出力を有するマグネトロン。
前記銅材質は、無酸素銅であることを特徴とする少なくとも１．７ＫＷ以上の出力を有する請求項１に記載のマグネトロン。
前記アノードベーンの内、奇数番目アノードベーンの上面には前記外ストラップのみに接触する第１溝が形成され、下面には前記内ストラップのみに接触する第２溝が形成され、
偶数番目アノードベーンの上面には前記内ストラップのみに接触する第２溝が形成され、下面には前記外ストラップのみに接触される第１溝が形成されることを特徴とする少なくとも１．７ＫＷ以上の出力を有する請求項１に記載のマグネトロン。
上下面に異なる形状の溝の形成された銅材質の多数個のアノードベーンと、
前記アノードベーンに電気場を形成するために前記アノードベーンの上・下面の溝に一つ置きに接触して前記アノードベーンを相互連結するリング状のステンレススチールの外ストラップと、
前記外ストラップの接触していないアノードベーンの上・下面の溝に接触して、前記外ストラップの内側に同心円になるように接触し、銅材質の前記アノードベーンよりも熱応力に強いステンレススチールからなる内ストラップと、
を備えることを特徴とする、少なくとも１．７ＫＷ以上の出力を有するマグネトロン。