JP4898169B2 - 電子レンジ用マグネトロン及び電子レンジ - Google Patents

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Description

本発明は、電子レンジに用いられるマグネトロンに関する。
従来の電子レンジ用マグネトロンは、図１４に示すように、フィルターケース５０内にチョークコイル５１を備え、チョークコイル５１の一端５１Ａを陰極入力導線５２に接続し、チョークコイル５１の他端５１Ｂをコンデンサ５３の端子５３Ａに接続し、コンデンサ５３をフィルターケース５０の側壁に備える。
チョークコイル５１は、空芯型インダクタンス５５と、巻き線の内部に棒状の高周波吸収部材（フェライトコア）５７を有するコア型インダクタンス５６とが直列に接続されることにより、チョークコイル５１における巻線の絶縁被覆が焼損して絶縁不良を起こしたり、フェライトコア５７のクラックを生じるという問題を解決することができるものである（例えば、特許文献１）。
特公昭５７−１７３４４号公報
電子レンジ用マグネトロンは、電子レンジの庫内を広く確保するために、小型化の要求が強く、この要求に対応するため、フィルターケース５０の高さが低いマグネトロンが必要とされている。しかし、電子レンジ用マグネトロンは、安全規格を満たすために、チョークコイル５１からフィルターケース５０までの距離を規定値以上確保する必要がある。また、電子レンジ用マグネトロンは、工業用マグネトロンとは異なり、ノイズに対する制約が厳しい。
マグネトロンは、構造が複雑な空間内部で高周波を発生させるものであるため、シミュレーション結果（自由空間）と実験結果とが大きく異なる。つまり、小型化した場合の影響を予測することができない。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、安全規格やノイズを考慮した小型の電子レンジ用マグネトロンを提供することを目的とする。
本発明の電子レンジ用マグネトロンは、フィルターケース内に、空芯型インダクタおよび巻線の内部に高周波吸収部材を有するコア型インダクタを直列に接続した一対のチョークコイルを備え、一対のチョークコイルの各一端を一対の陰極入力導線にそれぞれ接続するとともに、一対のチョークコイルの各他端をコンデンサの一対の端子にそれぞれ接続したマグネトロンにおいて、前記フィルターケースの内面の高さを３５〜４５ｍｍに設定し、前記空芯型インダクタの外径を５．５〜７．５ｍｍ、前記コア型インダクタの高周波吸収部材の断面積を５〜１６ｍｍ2に設定し、前記コンデンサの端子と前記フィルターケースとの間の静電容量を５００〜７００ｐＦ確保し、前記コア型インダクタの外径を前記コンデンサの一対の端子側から前記一対の陰極入力導線に向けて段階的に小さくするように構成したことを特徴とする。
上記構成によれば、フィルターケースをコンパクト化できる。また、チョークコイルの形状を小さく抑えることにより、チョークコイルからフィルターケースまでの距離を規格値分確保できる為、安全規格を満たすことができる。加えて、４００ＭＨｚ〜７００ＭＨｚの周波数帯のノイズの発生を抑えることができる。
通常の電子レンジ用マグネトロンの設計においては、ノイズ発生という問題を避ける為、チョークコイルのサイズを変更することは行われないが、本発明の電子レンジ用マグネトロンは、フィルターケースの寸法やコンデンサの端子とフィルターケースとの間の静電容量とノイズの関係という新たな知見に基づき、安全規格を満たしながら、小型化を実現し、ノイズの低減を可能にしたものである。
また、本発明の電子レンジは、本発明の電子レンジ用マグネトロンを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、電子レンジ用マグネトロンの小型化が図れ、さらに安全規格を満たし、加えてノイズを低減できるという効果を有する。
図１、図２に示すように、本発明の実施形態の電子レンジ用マグネトロン１０（以下、単に「マグネトロン１０」と記載する）は、フィルターケース１１を備え、フィルターケース１１の側壁１３にコンデンサ１５を備え、フィルターケース１１内に一対のチョークコイル１６，１７を備える。チョークコイル１６，１７およびコンデンサ１５は、いわゆるＬＣフィルター回路を構成する。
フィルターケース１１は、ケース本体１２の天井部１４中央に陰極入力部１８を設け、側壁１３の中央にコンデンサ１５を設け、ケース本体１２の開口を蓋体２０で密閉したものである。
コンデンサ１５はフィルターケース１１内に一対のコンデンサ端子１５Ａ，１５Ｂを突出させたものである。
陰極入力部１８は、フィルターケース１１内に一対の陰極入力導線１８Ａ，１８Ｂを突出させたものである。
蓋体２０は、ケース本体１２の開口周壁に嵌め込み可能な嵌合周壁２１を備え、嵌合周壁２１で囲われた膨出部２２を下方へ膨出させ、膨出部２２を嵌合周壁２１の下端部２１Ａと略面一に形成したものである。膨出部２２を嵌合周壁２１の下端部２１Ａと略面一に形成することで、フィルターケース１１の内面の高さＨ１が３５〜４５ｍｍに設定される。
一対のチョークコイル１６，１７のうち、一方のチョークコイル１６は、空芯型インダクタンス２５と、巻き線の内部に棒状の高周波吸収部材（すなわち、フェライトコア）２７を有するコア型インダクタンス２６とを直列に接続したものである。
一方のチョークコイル１６は、一端１６Ａを一方の陰極入力導線１８Ａに接続し、他端１６Ｂを一方のコンデンサ端子１５Ａに接続したものである。なお、一端１６Ａは、空芯型インダクタンス２５側の端部で、他端１６Ｂは、コア型インダクタンス２６側の端部である。
図３に示すように、空芯型インダクタンス２５は、銅材からなる巻線２８をコイル状に疎巻きしたもので、内径ｄ１が２．５〜４．５ｍｍに形成されている。この空芯型インダクタンス２５は、巻線２８の線径ｄ２が１．４ｍｍであり、外径ｄ３が５．５〜７．５ｍｍとなる。
図４に示すように、コア型インダクタンス２６は、銅材からなる巻線２８を高周波吸収部材２７にコイル状に巻き付けることで、内部に高周波吸収部材２７を有する。この高周波吸収部材２７は、断面積Ｓが５〜１６ｍｍ2に設定されている。このコア型インダクタンス２６は、空芯型インダクタンス２５と同様に、外径ｄ３が５．５〜７．５ｍｍと小径になる。
図２に示す一対のチョークコイル１６，１７のうち、他方のチョークコイル１７は、一端１７Ａを他方の陰極入力導線１８Ｂに接続し、他端１７Ｂを他方のコンデンサ端子１５Ｂに接続したものである。なお、他方のチョークコイル１７は、一方のチョークコイル１６と線対称の部材であり、他方のチョークコイル１７に一方のチョークコイル１６の構成部材と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
一対のチョークコイル１６，１７の外径ｄ３を５．５〜７．５ｍｍと小径にすることで、フィルターケース１１の内面の高さＨ１を３５〜４５ｍｍに小さく設定しても、チョークコイル１６，１７とフィルターケース１１の天井部１４との距離Ｈ２（図１参照）を規格値１４．５ｍｍ以上に確保でき、かつ、チョークコイル１６，１７と蓋体２０の膨出部２２との距離Ｈ３（図１参照）が規格値１４．５ｍｍ以上に確保できる。
フィルターケース１１の内面の高さを４０ｍｍ、高周波吸収部材（フェライトコア）２７の径をφ３．０ｍｍ、インダクタンスを１μＨ確保したフィルター回路における、コンデンサ端子１５Ａ，１５Ｂとフィルターケース１１との間の静電容量に対する４００ＭＨｚ帯域のノイズの減衰量の変化を図５に示す。図５において、通常（従来）のマグネトロンは、コンデンサ端子とフィルターケースとの間の静電容量が３５０〜４００ｐＦであるが、静電容量を５００ｐＦ以上とすることによりノイズの減衰量が増加することが分かる。しかし、静電容量が７５０ｐＦ以上では、マグネトロンに通電した際（動作時）にコンデンサから振動音（俗に言う電歪音）が発生し、実使用上好ましくないため、最適な静電容量は５００〜７００ｐＦとなる。
なお、マグネトロン１０は、コンデンサ端子１５Ａ，１５Ｂとフィルターケース１１において、静電容量を５００〜７００ｐＦ確保するために、コンデンサ１５の誘電体材質の誘電率εを向上して静電容量を向上するように形成している。
コンデンサ静電容量の向上により更に４００〜７００ＭＨｚ帯の周波数において、空間波ノイズの発生を抑え、ノイズの低減が実現できる。
図６はマグネトロン１０のノイズ低減を説明するためのグラフである。図１５は従来のマグネトロンのノイズ低減を説明するためのグラフである。図６及び図１５のグラフは縦軸がノイズの減衰量を示し、横軸が周波数を示す。図１５のグラフによれば、従来のマグネトロンでは、４００〜７００ＭＨｚ帯の周波数において、空間波ノイズが約５０ｄＢ減衰しているのに対し、図６のグラフによれば、本実施形態のマグネトロンでは、４００〜７００ＭＨｚ帯の周波数において、空間波ノイズが約６０ｄＢ減衰していることがわかる。
次に、前記したコンデンサの静電容量によるノイズ減衰効果が顕著な周波数帯において、空芯型インダクタンスの外径寸法とノイズレベルとの関係について確認した。図７及び図８は、空芯型インダクタンスの外径寸法変化時の空間波ノイズレベル（４００ＭＨｚ及び７００ＭＨｚ）を示す。図７及び図８に示すグラフは、縦軸がノイズレベルを示し、横軸が空芯型インダクタンスの外径寸法を示す。従来の外径８．０ｍｍの場合と比較して、外径５．５〜７．５ｍｍにおいて顕著なノイズ改善効果が得られることがわかる。なお、図７及び図８は、４００ＭＨｚ〜７００ＭＨｚの周波数帯の両端について示したものであるが、その他の中間領域においても同様のノイズ改善効果傾向が見られた。
次に、出力１０００Ｗの電子レンジを用いて、フィルターケース１１の幅が７０ｍｍ×７０ｍｍで、それぞれフェライトコア２７の径寸法が異なるチョークコイル１６，１７を備えたマグネトロン１０を搭載し、４００ＭＨｚ帯域のノイズ減衰量を確認した結果を図９及び図１０に示す。このときのチョークコイル１６，１７は、コア型インダクタンス２６のフェライトコア２７に線径１．４ｍｍの銅材を巻き付け、インダクタンスは１μＨを確保した。
図９及び図１０は、コア型インダクタンス２６の内部のフェライトコア２７の径寸法におけるフィルターケースの内面の高さと４００ＭＨｚ帯域のノイズ減衰量との関係を示したものである。図９はマグネトロン１０にφ２．０ｍｍ（断面積３．５ｍｍ2）、φ２．５ｍｍ（断面積４．９ｍｍ2）、φ３．０ｍｍ（断面積７．１ｍｍ2）の径寸法のフェライトコア２７を使用したときのグラフであり、図１０は、マグネトロン１０にφ３．５ｍｍ（断面積９．６ｍｍ2）、φ４．０ｍｍ（１２．６ｍｍ2）、φ４．５ｍｍ（断面積１５．９ｍｍ2）の径寸法のフェライトコア２７を使用したときのグラフである。なお、図９及び図１０に示すグラフは、縦軸がノイズの減衰量を示し、横軸がフィルターケースの内面の高さ寸法を示したものであり、従来のマグネトロン（フェライトコアの径寸法５．０ｍｍ、断面積１９．６ｍｍ2）におけるノイズ量を基準値（減衰量０レベル）として、各フェライトコアの径寸法におけるノイズ量を減衰量としてグラフ化したものである。
図９及び図１０のグラフによれば、フェライトコアの径寸法がφ２．５ｍｍ〜φ４．５ｍｍ（断面積換算は略５〜１６ｍｍ2）で、フィルターケースの内面の高さが３５ｍｍ〜４５ｍｍの範囲においてノイズ減衰量が向上していることが分かる。最大の効果が得られたのは、フェライトコアの径寸法が３．０ｍｍ（断面積換算は略７ｍｍ2）でフィルターケースの内面の高さが４０ｍｍの場合に８．５ｄＢ減衰されている。
なお、上記実施の形態では、４００〜７００ＭＨｚ帯の周波数において空間波ノイズを減衰させたことについて説明したが、本実施の形態のマグネトロン１０によれば、１００ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの周波数帯のノイズ（ラインノイズ）も低減できることが確認できた。
なお、以上、本発明の一実施形態として、チョークコイルが図１１に示す形状（コア型インダクタンスの外径と空芯型インダクタンスの外径とが同一）の場合について説明したが、空芯型インダクタンスの外径が５．５〜７．５ｍｍであり、かつ、高周波吸収部材の断面積が５〜１６ｍｍ2であれば、他の形状であってもよい。例えば、図１２に示すように、コア型インダクタンスの外径が空芯型インダクタンスの外径より大きくても良いし、図１３に示すように、コア型インダクタンスの外径を段階的に変化させてもよい。
本発明は、小型化が図れ、さらに安全規格を満たし、加えてノイズを低減できる効果を有し、電子レンジに用いられるマグネトロン等に有用である。
本発明の一実施形態に係るマグネトロンを示す断面図 図１のＡ−Ａ線断面図 図１のＢ矢視図 図１のＣ−Ｃ線断面図 コンデンサ端子とフィルターケースとの間の静電容量に対する４００ＭＨｚ帯域のノイズ減衰量を示すグラフ 本発明の一実施形態に係るマグネトロンのノイズの減衰量を示すグラフ 空芯型インダクタンスの外径変化時の空間波ノイズレベル（４００ＭＨｚ）を示すグラフ 空芯型インダクタンスの外径変化時の空間波ノイズレベル（７００ＭＨｚ）を示すグラフ コア型インダクタンスのフェライトコア径寸法（φ２．０ｍｍ、φ２．５ｍｍ、φ３．０ｍｍ）変化時の空間波ノイズレベル（４００ＭＨｚ）を示すグラフ コア型インダクタンスのフェライトコア径寸法（φ３．５ｍｍ、φ４．０ｍｍ、φ４．５ｍｍ）変化時の空間波ノイズレベル（４００ＭＨｚ）を示すグラフ 本発明の一実施形態に係るチョークコイルの形状を示す図 本発明の一実施形態に係るチョークコイルの他の形状を示す図 本発明の一実施形態に係るチョークコイルの他の形状を示す図 従来のマグネトロンを示す断面図 従来のマグネトロンのノイズの低減量を示すグラフ
符号の説明
１０ マグネトロン
１１ フィルターケース
１５ コンデンサ
１５Ａ，１５Ｂ コンデンサ端子
１６，１７ チョークコイル
１６Ａ，１７Ａ チョークコイルの一端
１６Ｂ，１７Ｂ チョークコイルの他端
１８Ａ，１８Ｂ 陰極入力導線
２２ 蓋体
２５ 空芯型インダクタンス
２６ コア型インダクタンス
２７ 高周波吸収部材
ｄ１ 空芯型インダクタンスの内径
ｄ２ 巻線の線径
ｄ３ 空芯型インダクタンスの外径
Ｈ１ フィルターケースの内面の高さ
Ｓ 高周波吸収部材の断面積

Claims (2)

  1. フィルターケース内に、空芯型インダクタおよび巻線の内部に高周波吸収部材を有するコア型インダクタを直列に接続した一対のチョークコイルを備え、一対のチョークコイルの各一端を一対の陰極入力導線にそれぞれ接続するとともに、一対のチョークコイルの各他端をコンデンサの一対の端子にそれぞれ接続したマグネトロンにおいて、
    前記フィルターケース内面の高さを３５〜４５ｍｍに設定し、
    前記空芯型インダクタの外径を５．５〜７．５ｍｍ、前記コア型インダクタの高周波吸収部材の断面積を５〜１６ｍｍ2に設定し、
    前記コンデンサの端子と前記フィルターケースとの間の静電容量を５００〜７００ｐＦ確保し、
    前記コア型インダクタの外径を前記コンデンサの一対の端子側から前記一対の陰極入力導線に向けて段階的に小さくするように構成したことを特徴とする電子レンジ用マグネトロン。
  2. 請求項１に記載の電子レンジ用マグネトロンを備えたことを特徴とする電子レンジ。
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