JP5311620B2 - マグネトロン - Google Patents
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Description
本発明は、マイクロ波利用機器等のマイクロ波発振装置に用いて好適なマグネトロンに関する。
マグネトロンには、管内真空度の維持または向上のためにゲッター材が設けられている。ゲッター材は、主にチタン粉末あるいはジルコニウム粉末またはその両方の混合物を溶剤に溶かして焼結して得られる。ゲッター材をマグネトロンの管内で焼結させた直後は、その表面が酸化された状態すなわちガスを吸着し終えた状態となり、この状態になった後は、ある温度域に到達すると表面の酸化物等が内部に拡散され、新しいゲッター面を構成する（”活性化”と呼ばれる）。その新しいゲッター面がガスを吸着する性質を持つ。ガスの吸着の効果は低い温度域（室温程度）でも得られるが、ガスを吸着する速度より内部へ拡散する速度が遅くなるため、ゲッター表面が飽和し効果が得られなくなる。逆にあまり高い温度にするとゲッター材が溶け出したり蒸発したりする。
このようにゲッター材が効果的に作用するのには最適な温度があり、その点を考慮してゲッター材を設ける場所を決めている。例えば、特許文献１で開示されたマグネトロンでは、図９に示すように、陽極筒体１０１の入力側（陰極構体１０６に電源を供給する側）開口端に設けられた磁極（”ポールピース”とも呼ばれる）１０２の陽極筒体１０１の内壁に対面する傾斜面にゲッター材１０３を設けている。この先行文献では、磁極の傾斜面にゲッター材１０３を塗布し、その後焼結させる方法や、ゲッター材１０３を予め基板に塗布してあるゲッター基板（図示略）を磁極１０２の傾斜面に溶接する方法を採っている。なお、図９において、１０４は陽極筒体１０１の出力側開口端に設けられた磁極、１０５は陽極筒体１０１の内部に放射状に配置されたアノードベイン、１０７は陰極構体１０６の２本の陰極リード１０８ａ，１０８ｂを支持するステムセラミック、１０９はアンテナリード、１１０はアンテナセラミックである。
また、特許文献２で開示されたマグネトロンでは、図１０に示すように、陰極構体１０６を構成する２本の陰極リード１０８ａ，１０８ｂを支持するセラミック１３０の管軸方向移動を防止するために、陰極リード１０８ｂにかしめた金属スリーブ１１１と当該陰極リード１０８ｂとの間にゲッター材１０３を充填したり、図１１に示すように、セラミック１３０と陰極側エンドハット１１２の間の陰極リード１０８ａの表面に塗布したり、あるいはこれらの両方（金属スリーブ１１１内への充填と陰極リード１０８ａ表面への塗布）を採ったりしている。さらに、陽極側エンドハット１１３の表面に塗布するようにもしている。
しかしながら、特許文献１で開示されたマグネトロンのように、磁極にゲッター材を塗布あるいは溶接した場合、磁極の温度があまり高くならないことから、ゲッターの効果が十分に得られない。因みに磁極の温度は雰囲気温度〜２００℃程度である。
また、特許文献２で開示されたマグネトロンのように、リード線や陽極側エンドハットにゲッター材を充填あるいは塗布した場合、フィラメントの近くであるため高い温度を保つことができ、ゲッター材の活性化には有効となるが、フィラメントの温度が約１７００℃と高温であり、ゲッター材にチタンあるいはジルコニウムを使用する場合、その蒸気圧が問題となる。真空度１０−６Ｐaのときの蒸気圧はチタンがおよそ１０００℃、ジルコニウムがおよそ１３００℃であることから、リード線に充填あるいは塗布したゲッター材はフィラメントからの伝導熱により蒸発してしまう場合がある。特にフィラメントの活性化（１９００℃）等を行うときにゲッター材が蒸発してしまう。ゲッター材の蒸発が起こると、マグネトロンの特性は著しく低下し、特にリード線やエンドハットに充填あるいは塗布されたゲッター材が蒸発した場合は、絶縁に用いているステムセラミックやアンテナセラミックなどに蒸着してしまい、絶縁不良が発生するおそれがある。
この発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、ゲッター材をその効果が十分に得られる温度域で使用することができ、しかも万が一ゲッター材の蒸発が発生してしまっても、ステムセラミックやアンテナセラミックに蒸着して絶縁不良や特性不良を発生させるおそれのないマグネトロンを提供することを目的とする。
本発明のマグネトロンは、両端が開口した円筒状に形成され、内壁面に複数のベインが放射状に配設された陽極筒体と、前記陽極筒体の中心軸上に配設された陰極構体と、前記陽極筒体の両端開口部に配設された一対の磁極と、前記磁極とは別部材であって、前記陽極筒体内に配設された構造物と、前記構造物に設けられたゲッター材と、を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、陰極構体のフィラメントからの輻射熱を効果的にゲッター材に与えることができ、ゲッター材をゲッター効果が十分に得られる温度域で使用することが可能となる。
上記構造物を配設する場所としては、例えば磁極が好適である。構造物を磁極に配設することで、ゲッター材を磁極と陽極筒体内のベインとで囲まれた空間に配置することが可能となる。磁極と陽極筒体内のベインとで囲まれた空間内はフィラメントの活性化等の処理の影響が小さいため、当該処理中にゲッター材が溶け出したり蒸発したりしてしまうことがない。万が一蒸発してしまった場合でも、陰極構体のリード線を支持するステムセラミックやアンテナリード側のアンテナセラミックに飛散しにくい位置に構造物を配設しているため、それらに蒸着することがなく、絶縁不良や特性の不良を発生させるおそれがない。なお、構造物を配設する場所として、磁極の他に陽極筒体でもよい。
また、上記構造物を磁極に設ける場合、構造物の材料として、非磁性体材料が好適である。構造物に非磁性体材料を用いることで、磁束密度分布を乱すことがない。因みに、非磁性体で一般的なものは銅やアルミニウムである。これらは共に熱伝導性に優れているが、アルミニウムは高温の真空内に用いるのは不適であるため、通常は銅を用いることになる。
上記マグネトロンをマイクロ波利用機器に適用することで、より高性能化が図れる。
本発明のマグネトロンでは、ゲッター材をその効果が十分に得られる温度域で使用することができ、しかも万が一ゲッター材の蒸発が発生しても、ステムセラミックやアンテナセラミックに蒸着して絶縁不良や特性不良を発生させるおそれがない。
以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係るマグネトロンの縦断面図である。なお、図１において前述した図９と共通する部分には同一の符号を付けている。本実施の形態のマグネトロン１は、一方の面にゲッター材１０３を有する構造物１２０を有し、この構造物１２０を陽極筒体１０１の入力側（陰極構体１０６に電源を供給する側）の開口端に固着された磁極１２１に配設したものである。
図２は構造物１２０と磁極１２１を拡大した断面図であり、また図３は構造物１２０の平面図である。図２に示すように、磁極１２１は、その中央部に貫通孔１２１ｄのある径小平坦部１２１ａと、径小平坦部１２１ａより径の大きな径大平坦部１２１ｂと、径小平坦部１２１ａと径大平坦部１２１ｂを接続する円錐状の傾斜部１２１ｃとからなる漏斗状の形状を成している。また、磁極１２１の径小平坦部１２１ａの周縁部には切欠１２１ａｃが周方向に沿って形成されている。
構造物１２０は、図３に示すように平板リング状に形成されており、その貫通孔１２０ａは、磁極１２１に形成された切欠１２１ａｃ（図２参照）に嵌め込むことができる大きさに形成されている。構造物１２０を磁極１２１の切欠１０１ａｃに嵌め込んで固定することで、構造物１２０は、陽極筒体１０１の中心軸方向（管軸方向）と垂直方向に配設される。
構造物１２０の入力側の面（磁極１２１と対向する面であり、以下、”裏面”と呼ぶ）には、周方向に沿ってゲッター材１０３が設けられている。ゲッター材１０３を構造物１２０に設ける方法としては、塗布し焼結させる方法、なお、ゲッター材１０３を塗布したゲッター基板（図示略）を構造物１２０に溶接する方法、構造物１２０を２枚の薄いリング状平板で構成し、その間に充填する方法が挙げられるが、構造物１２０の面に設けることができればどのような取り付け方法であっても構わない。
構造物１２０には、銅などの非磁性体材料が用いられ、磁極１２１に固着することによる磁束密度分布の乱れが生じないようにするとともに、陰極構体１０６のフィラメントから受けた輻射熱を効果的にゲッター材１０３に与えることができるようにしている。構造物１２０は、陽極筒体１０１の中心軸方向と垂直方向に配設されるので、陰極構体１０６のフィラメントからの輻射熱を全体で受けることができ、ゲッター材１０３の効果が十分に得られる温度域にすることができる。
因みに、図９に示す従来のマグネトロン１００では、磁極１０２の傾斜面にゲッター材１０３を設けているため、陰極構体１０６のフィラメントからの輻射熱を効果的に受けることができない。本発明では、陰極構体１０６のフィラメントからの輻射熱を効果的に受けることができるので、ゲッター材１０３を従来と同程度の位置に設けてもゲッター効果を十分得ることができる温度域での使用が可能となる。
また、構造物１２０は、陰極リード１０８ａ，１０８ｂやエンドハット１１３（図１０又は図１１参照）とは違って陰極構体１０６のフィラメントの活性化等の処理の影響を受ける位置には配設されず、アノードベイン１０５と磁極１２１とで囲まれた空間に配設されるので、構造物１２０が有するゲッター材１０３が陰極構体１０６のフィラメントの活性化等の処理時に溶け出したり、蒸発したりすることがない。特に、ゲッター材１０３は、構造物１２０の裏面に設けられるので、陰極構体１０６のフィラメントの活性化等の処理時における温度の高い輻射熱の影響を最小限に抑えることができる。万が一ゲッター材１０３が蒸発した場合でも、陰極構体の１０６の陰極リード１０８ａを支持するステムセラミック１０７やアンテナリード１０９側のアンテナセラミック１１０に飛散しにくい位置に構造物を配設しているため、それらに蒸着することがなく、絶縁不良や特性の不良を発生させるおそれがない。
このように本実施の形態のマグネトロン１によれば、ゲッター材１０３を有する構造物１２０を磁極１２１に配設したので、陰極構体１０６のフィラメントからの輻射熱を効果的に受けることができ、ゲッター材１０３をゲッター効果が十分に得られる温度域で使用することができる。また、構造物１２０が配設されたアノードベイン１０５と磁極１２１とで囲まれた空間内はフィラメントの活性化等の処理の影響が小さいため、当該処理中にゲッター材１０３が溶け出したり蒸発したりしてしまうことがない。万が一蒸発してしまった場合でも、陰極構体１０６のリード線１０８ａを支持するステムセラミック１０７やアンテナリード１０９側のアンテナセラミック１１０に飛散しにくい位置に構造物を配設しているため、それらに蒸着することがなく、絶縁不良や特性の不良を発生させるおそれがない。
なお、上記実施の形態では、構造物１２０を陽極筒体１０１の入力側（陰極構体１０６に電源を供給する側）の開口端に固着された磁極１２１に配設したが、出力側（アンテナリード１０９からマイクロ波出力を取り出す側）の開口端に固着された磁極１０４に配設することも可能である。
また、上記実施の形態では、構造物１２０を平板リング状に形成し、その裏面にゲッター材１０３を設け、またこの構造物１２０を磁極１２１の径小平坦部１２１ａに設けたが、構造物１２０そのものの形状や磁極１２１に設ける位置に限定はなく、様々な形態の応用例が考えられる。以下にその応用例を挙げる。
（応用例１）
まず図４に示す構造物１２０Ａは、外周側の周縁部１２０Ａａを磁極１２１側に略直角に折り曲げたものである。この構造にすることにより、万が一、ゲッター材が蒸発した場合でも、その飛散する範囲を小さく抑えることができる。
まず図４に示す構造物１２０Ａは、外周側の周縁部１２０Ａａを磁極１２１側に略直角に折り曲げたものである。この構造にすることにより、万が一、ゲッター材が蒸発した場合でも、その飛散する範囲を小さく抑えることができる。
（応用例２）
次に、図５に示す構造物１２０Ｂは、構造物１２０の貫通孔１２０ａの径を大きくして磁極１２１の傾斜部１２１ｃの中央付近に配設したものである。この場合、磁極１２１の傾斜部１２１ｃには、構造物１２０Ｂの貫通孔１２０Ｂａに嵌合する切欠１２１ａｄが周方向に沿って形成されている。このように構造物の位置を変えることにより、ゲッター効果が最適となる位置に設定することができる。
次に、図５に示す構造物１２０Ｂは、構造物１２０の貫通孔１２０ａの径を大きくして磁極１２１の傾斜部１２１ｃの中央付近に配設したものである。この場合、磁極１２１の傾斜部１２１ｃには、構造物１２０Ｂの貫通孔１２０Ｂａに嵌合する切欠１２１ａｄが周方向に沿って形成されている。このように構造物の位置を変えることにより、ゲッター効果が最適となる位置に設定することができる。
（応用例３）
次に、図６に示す構造物１２０Ｃは、両端を開口し、一方の開口端の径を小さく、他方の開口端の径を大きくしたテーパ形状を成し、その外周面にゲッター材１０３を有するものである。この場合、構造物１２０Ｃの小径開口端の端面には傾斜が付けられており、磁極１２１の傾斜部１２１ｃの面と一致するようになっている。ゲッター材１０３は、磁極１２１の外周面に周方向に沿って設けられる。この構造にすることにより、より効果的にフィラメントからの輻射熱を利用することができる。
次に、図６に示す構造物１２０Ｃは、両端を開口し、一方の開口端の径を小さく、他方の開口端の径を大きくしたテーパ形状を成し、その外周面にゲッター材１０３を有するものである。この場合、構造物１２０Ｃの小径開口端の端面には傾斜が付けられており、磁極１２１の傾斜部１２１ｃの面と一致するようになっている。ゲッター材１０３は、磁極１２１の外周面に周方向に沿って設けられる。この構造にすることにより、より効果的にフィラメントからの輻射熱を利用することができる。
（応用例４）
次に、図７に示す構造物１２０Ｄは、裏面の外周側の周縁部に４つの突起部１２０Ｄａを等間隔に設けたものである。図８の（ａ）は構造物１２０Ｄのみを示す縦断面図、図８の（ｂ）は構造物１２０Ｄの裏面側を示す平面図である。図８に示すように、突起部１２０Ｄａは、薄い板状で、外形が略台形を成している。突起部１２０Ｄａは、ゲッター材１０３を塗布できる領域（表面積）を増やすことと、ゲッター材１０３が蒸発して飛散した場合に、その飛散範囲を小さく抑えることを目的としたものであり、その数は４つである必要はなく、任意である。なお、ゲッター面積を増やす他の方法として、突起部１２０Ｄａを設ける以外に、構造物の表面に凹凸を設けたり、あるいは表面処理したりする方法がある。
次に、図７に示す構造物１２０Ｄは、裏面の外周側の周縁部に４つの突起部１２０Ｄａを等間隔に設けたものである。図８の（ａ）は構造物１２０Ｄのみを示す縦断面図、図８の（ｂ）は構造物１２０Ｄの裏面側を示す平面図である。図８に示すように、突起部１２０Ｄａは、薄い板状で、外形が略台形を成している。突起部１２０Ｄａは、ゲッター材１０３を塗布できる領域（表面積）を増やすことと、ゲッター材１０３が蒸発して飛散した場合に、その飛散範囲を小さく抑えることを目的としたものであり、その数は４つである必要はなく、任意である。なお、ゲッター面積を増やす他の方法として、突起部１２０Ｄａを設ける以外に、構造物の表面に凹凸を設けたり、あるいは表面処理したりする方法がある。
本発明のマグネトロンをマイクロ波利用機器に適用することで、より高性能化が図れる。
本発明は、ゲッター材をその効果が十分に得られる温度域で使用することができ、しかも万が一ゲッター材の蒸発が発生してしまっても、ステムセラミックやアンテナセラミックに蒸着して絶縁不良や特性不良を発生させるおそれがないといった効果を有し、マイクロ波利用機器への適用が可能である。
１ マグネトロン
１０１ 陽極筒体
１０３ ゲッター材
１０４、１２１ 磁極
１０５ アノードベイン
１０６ 陰極構体
１０７ ステムセラミック
１０８ａ、１０８ｂ 陰極リード
１０９ アンテナリード
１１０ アンテナセラミック
１１１ 金属スリーブ
１１２ 陰極側エンドハット
１１３ 陽極側エンドハット
１２０、１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄ 構造物
１２０ａ 貫通孔
１２０Ｄａ 突起部
１２１ａ 径小平坦部
１２１ｂ 径大平坦部
１２１ｃ 傾斜部
１２１ｄ 貫通孔
１２１ａｃ、１２１ａｄ 切欠部
１３０ セラミック
１０１ 陽極筒体
１０３ ゲッター材
１０４、１２１ 磁極
１０５ アノードベイン
１０６ 陰極構体
１０７ ステムセラミック
１０８ａ、１０８ｂ 陰極リード
１０９ アンテナリード
１１０ アンテナセラミック
１１１ 金属スリーブ
１１２ 陰極側エンドハット
１１３ 陽極側エンドハット
１２０、１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄ 構造物
１２０ａ 貫通孔
１２０Ｄａ 突起部
１２１ａ 径小平坦部
１２１ｂ 径大平坦部
１２１ｃ 傾斜部
１２１ｄ 貫通孔
１２１ａｃ、１２１ａｄ 切欠部
１３０ セラミック
Claims (5)
- 両端が開口した円筒状に形成され、内壁面に複数のベインが放射状に配設された陽極筒体と、
前記陽極筒体の中心軸上に配設された陰極構体と、
前記陽極筒体の両端開口部に配設された一対の磁極と、
前記磁極とは別部材であって、前記陽極筒体内に配設された構造物と、
前記構造物に設けられたゲッター材と、を備えたことを特徴とするマグネトロン。 - 前記構造物は、前記磁極に配設されたことを特徴とする請求項１に記載のマグネトロン。
- 前記ゲッター材は、前記構造物の前記磁極に対向する面に設けられたことを特徴とする請求項２に記載のマグネトロン。
- 前記構造物は、非磁性体材料からなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のマグネトロン。
- 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のマグネトロンを備えたことを特徴とするマイクロ波利用機器。
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