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。
実公昭61−018610号公報 特開2000−306518号公報
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。
(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。
(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。
(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。
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。
本発明の一実施の形態に係るマグネトロンを示す縦断面図 本実施の形態のマグネトロンの磁極と構造物を示す縦断面図 本実施の形態のマグネトロンの構造物の裏面側を示す平面図 本実施の形態のマグネトロンの構造物の応用例1と磁極を示す縦断面図 本実施の形態のマグネトロンの構造物の応用例2と磁極を示す縦断面図 本実施の形態のマグネトロンの構造物の応用例3と磁極を示す縦断面図 本実施の形態のマグネトロンの構造物の応用例4と磁極を示す縦断面図 本実施の形態のマグネトロンの構造物の応用例4を示す縦断面図並びに裏面側を示す平面図 従来のマグネトロンを示す縦断面図 従来のマグネトロンの陰極構体を示す図 従来のマグネトロンの陰極構体を示す図
符号の説明
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

Claims (5)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 請求項1乃至請求項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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