JP5415119B2 - 電子レンジ用マグネトロン - Google Patents

Description

本発明は、電子レンジに使用されるマグネトロンに関する。

電子レンジ用マグネトロン（以下、単に「マグネトロン」という。）の発振部は、陽極円筒およびベインからなる陽極部、および、螺旋状のフィラメントからなる陰極部を有する。発振部は、ＩＳＭ帯域（２４００〜２５００ＭＨｚ）の基本波だけでなく、ＩＳＭ帯域外の周波数帯域の電磁波も発生させる。

一対の漏斗状のポールピースは、互いに対向して配置され、それぞれ陽極円筒の端部に接合されている。さらに、一対の金属封着体は、それぞれ一対のポールピースの端部に接合されている。出力側の金属封着体の端部には絶縁円筒が接合され、絶縁円筒の端部には排気管が接合されている。複数のベインのうちの１つからアンテナが導出され、このアンテナは、その先端が排気管により挟持されている。マグネトロンの出力部には、基本波（２４５０ＭＨｚ）の高次周波数帯域の電磁波の出力を抑制するために、複数のチョークが形成されている。

例えば、特許文献１に記載されたマグネトロンは、陽極部のベインの枚数が１０枚、ベインの管軸方向の高さが７．０〜８．０ｍｍ、ベイン内接円の直径が８．０〜８．８ｍｍ、陰極部のフィラメントの外径が３．５〜３．９ｍｍである。また、陽極部の両端部に固着された漏斗状の一対のポールピースの基部の相互間隔が２１．５〜２３．５ｍｍ、一対のポールピースの底部の相互間隔が１０．２〜１１．２ｍｍである。さらに、ポールピースの透孔の内径が８．３〜８．５ｍｍ、底部の外径が１１．０〜１６．０ｍｍである。

特開２００７−３３５３５１号公報

上述したように、基本波（２４５０ＭＨｚ）の高次周波数帯域の電磁波の出力については、出力部に形成された複数のチョークによって抑制される。しかしながら、電波法によって電子レンジからの漏洩が禁止されているＩＳＭ帯域（２４００〜２５００ＭＨｚ）外の近接低周波数帯域の電磁波（不要ノイズ）については、チョークでは抑制できない。

ここで、特許文献１では、一対のポールピースの透孔の内径および底部の外径の設計値について検討しているが、出力側の径と入力側の径とで同径であり、ＩＳＭ帯域から外れた近接低周波数帯域（２３００〜２４００ＭＨｚ）の不要ノイズの抑制については考慮していない。

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、電子レンジ用マグネトロンから発生する不要ノイズを抑制することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る電子レンジ用マグネトロンは、管軸方向に延びた陽極円筒および前記管軸の径方向に放射状に配置され一方の側部が前記陽極円筒の内壁に接合され他方の側部が遊端となっている板状の１０枚のベインを有する陽極部と、前記管軸方向に延び前記ベインの遊端と間隔を空けて前記陽極円筒内に配置された螺旋状のフィラメントを有する陰極部と、前記陽極円筒の端部に接合された外側環部および中央に透孔が形成された内側環部を有し互いに対向して配置された漏斗状の入力側ポールピースおよび出力側ポールピースとを具備した電子レンジ用マグネトロンであって、前記入力側ポールピースの透孔の内径が前記出力側ポールピースの透孔の内径より大きく、前記入力側ポールピースの内側対向面の外径が前記出力側ポールピースの内側対向面の外径より大きく、前記入力側ポールピースの透孔の内径が８．６〜９．１ｍｍ、前記入力側ポールピースの内側対向面の外径が１５〜１６ｍｍ、前記出力側ポールピースの透孔の内径が７．９〜８．１ｍｍ、前記出力側ポールピースの内側対向面の外径が１１〜１３ｍｍであることを特徴とする。

本発明によれば、電子レンジ用マグネトロンから発生する不要ノイズを抑制することができる。

本発明の実施形態に係るマグネトロンの管軸方向の縦断面概略図である。 図１の発振部およびその周辺の拡大図である。 本発明の実施形態（実施例１）に係るマグネトロン（入力側ポールピースの透孔の内径：８．７ｍｍ，入力側ポールピースの内側対向面の外径：１５ｍｍ）の基本波の発振スペクトラムである。 本発明の実施形態（実施例２）に係るマグネトロン（入力側ポールピースの透孔の内径：８．７ｍｍ，入力側ポールピースの内側対向面の外径：１６ｍｍ）の基本波の発振スペクトラムである。 本発明の実施形態（実施例３）に係るマグネトロン（入力側ポールピースの透孔の内径：９．０ｍｍ，入力側ポールピースの内側対向面の外径：１６ｍｍ）の基本波の発振スペクトラムである。 比較例１に係るマグネトロン（入力側ポールピースの透孔の内径：８．４ｍｍ，入力側ポールピースの内側対向面の外径：１２ｍｍ）の基本波の発振スペクトラムである。 比較例２に係るマグネトロン（入力側ポールピースの透孔の内径：８．４ｍｍ，入力側ポールピースの内側対向面の外径：１４ｍｍ）の基本波の発振スペクトラムである。 比較例３に係るマグネトロン（入力側ポールピースの透孔の内径：８．７ｍｍ，入力側ポールピースの内側対向面の外径：１４ｍｍ）の基本波の発振スペクトラムである。 比較例４に係るマグネトロン（入力側ポールピースの透孔の内径：８．４ｍｍ，入力側ポールピースの内側対向面の外径：１５ｍｍ）の基本波の発振スペクトラムである。 比較例５に係るマグネトロン（入力側ポールピースの透孔の内径：８．４ｍｍ，入力側ポールピースの内側対向面の外径：１６ｍｍ）の基本波の発振スペクトラムである。 図３ないし図１０に示したスペクトラムの測定条件および不要ノイズの有無を比較して示した表である。 入力側ポールピースの透孔の内径および内側対向面の外径とマグネトロンの着磁電圧との相関を表した図である。 入力側ポールピースの透孔の内径および内側対向面の外径とマグネトロンの出力効率との相関を表した図である。

本発明の実施形態に係るマグネトロンについて、図１ないし図１３を用いて説明する。

まず、本実施形態に係るマグネトロンの構造の概略について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態に係るマグネトロンの管軸方向の縦断面概略図である。

陽極部１１は、陽極円筒１２および１０枚のベイン１３を有している。円筒状の陽極円筒１２は、マグネトロン１０の中心軸である管軸１００方向に延びている。板状の１０枚のベイン１３は、一方の側部が陽極円筒１２の内壁に接合され、他方の側部が遊端となっている。ベイン１３の遊端は、管軸１００に沿って延びた同一の円筒面上に配置されていて、この円筒面をベイン内接円筒面１４と呼ぶ。１０枚のベイン１３は、ベイン内接円筒面１４から陽極円筒１２の内壁まで放射状に広がっている。１０枚のベイン１３は、円周方向の一枚おきにベイン１３の上下端部にろう付けされた、大小それぞれ対になっているストラップリング１５，１６によって連結されている。

陰極部２１は、管軸１００方向に延びた螺旋状のフィラメントであり、陽極円筒１２内に配置されている。陰極部２１は、１０枚のベイン１３の遊端と間隔を空けて、電子作用空間であるベイン内接円筒面１４の内側に配置されている。陽極部１１および陰極部２１は、高周波を発生させる発振部として機能する。陰極部２１の入力側の端部（図１の下側の端部）は、リング状のエンドハット２２に固着され、陰極部２１の出力側の端部（図１の上側の端部）は、ディスク状のエンドハット２３に固着されている。

センターサポートロッド２４は、陰極部２１の螺旋状のフィラメントの中心を貫通して、ディスク状のエンドハット２３を介して、陰極部２１に接続されている。また、サイドサポートロッド２５は、リング状のエンドハット２２を介して、陰極部２１に接続されている。センターサポートロッド２４およびサイドサポートロッド２５は、陰極部２１を支持するとともに、陰極部２１に電流を供給するリードの役割を果たす。

一対の漏斗状の入力側ポールピース３１および出力側ポールピース３２は、それぞれ中央に透孔３３，３４が形成されていて、透孔３３，３４の中心は、管軸１００上に位置している。一対の入力側ポールピース３１および出力側ポールピース３２は、互いに対向して配置され、それぞれ陽極円筒１２の入力側の端部（図１の下側の端部）および陽極円筒１２の入力側の端部（図１の上側の端部）に接合されている。

筒状の入力側の金属封着体（図１の下側の金属封着体）５１は、陽極円筒１２の入力側の端部および入力側ポールピース３１に固着されている。入力側の金属封着体５１の入力側ポールピース３１から離れた端部（図１の下側の端部）には、絶縁ステム５３が接合されている。

一方、筒状の出力側の金属封着体（図１の上側の金属封着体）５２は、陽極円筒１２の出力側の端部および出力側ポールピース３２に固着されている。出力側の金属封着体５２の出力側ポールピース３２から離れた端部には、絶縁円筒５４が接合されている。また、絶縁円筒５４の金属封着体５２から離れた端部には、排気管５５が接合されている。１０枚のベイン１３のうちの１つからアンテナ５６が導出されている。このアンテナ５６は、出力側ポールピース３２を貫通して、金属封着体５２および絶縁円筒５４の内部を延び、その先端が排気管５５により挟持されている。キャップ５７は、排気管５５の外側を覆っている。

一対のマグネット６１，６２は、それぞれ同一のリング状に形成されている。マグネット６１，６２は、金属封着体５１，５２の外側であって陽極円筒１２の上下に配置され、管軸１００方向に着磁されている。ヨーク６３，６４は、陽極円筒１２およびマグネット６１，６２を囲むように配設されている。マグネット６１，６２およびヨーク６３，６４により磁気回路が形成されている。また、発振部を冷却するためのラジエータ６５が、陽極円筒１２とヨーク６３との間に配設されている。

次に、本実施形態のマグネトロンの特徴的部分である発振部およびその周辺の構造の詳細について、図２を用いて説明する。図２は、図１の発振部およびその周辺の拡大図である。

ベイン１３の管軸１００方向の高さＨは、７〜８ｍｍであり、ベイン内接円筒面１４の直径Ｂは、８．１ｍｍ（製造誤差：±０．１ｍｍ、すなわち８．１ｍｍを中心にして８．０〜８．２ｍｍの範囲）である。また、陰極部２１を構成するフィラメントの外径Ｆは、３．７ｍｍ（製造誤差：±０．１ｍｍ、すなわち３．７ｍｍを中心にして３．６〜３．８ｍｍの範囲）である。

入力側ポールピース３１は、外側環部３５、テーパー部３７および内側環部３９から構成され、漏斗状に一体に成型されている。外側環部３５は、平板状の環状体であって、その外縁が陽極円筒１２の入力側の端部および金属封着体５１に固着されている。内側環部３９は、平板状の環状体であって、その外径は外側環部３５の内径より小さい。内側環部３９の中央には、入力側ポールピース３１の透孔３３が形成されている。テーパー部３７は、外側環部３５の内縁と内側環部３９の外縁とを連結している環状体である。

ここで、外側環部３５の内縁は、外側環部３５における管軸１００に垂直な平面とテーパー部３７におけるテーパー面との境界である。同様に、内側環部３９の外縁は、内側環部３９における管軸１００に垂直な平面とテーパー部３７におけるテーパー面との境界である。

なお、出力側ポールピース３２も、入力側ポールピース３１と同様に、外側環部３６、テーパー部３８および内側環部４０から構成されている。

本実施形態においては、入力側ポールピース３１の透孔３３の内径ＩＰ１は、８．７〜９．０ｍｍ（製造誤差：±０．１ｍｍ、すなわち８．７〜９．０ｍｍを中心にして８．６〜９．１ｍｍの範囲）であり、内側環部３９の発振部の内側寄りの管軸１００に垂直な平面（以下、「内側対向面４１」という）の外径ＩＰ２は、１５〜１６ｍｍである。

一方、出力側ポールピース３２の透孔３４の内径ＯＰ１は、８．０ｍｍ（製造誤差：±０．１ｍｍ、すなわち８．０ｍｍを中心にして７．９〜８．１ｍｍの範囲）であり、内側環部４０の発振部の内側寄りの管軸１００に垂直な平面（以下、「内側対向面４２」という）の外径ＯＰ２は、１２ｍｍ（製造誤差：±１ｍｍ、すなわち１２ｍｍを中心にして１１〜１３ｍｍの範囲）である。

すなわち、入力側ポールピース３１の透孔３３の内径ＩＰ１は、出力側ポールピース３２の透孔３４の内径ＯＰ１より大きく設計されている。また、入力側ポールピース３１の内側対向面４１の外径ＩＰ２は、出力側ポールピース３２の内側対向面４２の外径ＯＰ２より大きく設計されている。

入力側ポールピース３１の内側環部３９と出力側ポールピース３２の内側環部４０との相互間距離、すなわち、入力側ポールピース３１の内側対向面４１と出力側ポールピース３２の内側対向面４２との相互間距離をＤ２とし、入力側ポールピース３１の外側環部３５と出力側ポールピース３２の外側環部３６との相互間距離（対向する面同士の距離）をＤ１とする。図２に示すようにＤ１＞Ｄ２であり、図１１の表に示すようにＤ１を２２．５ｍｍ（製造誤差：±１ｍｍ、すなわち２２．５ｍｍを中心にして２１．５〜２３．５ｍｍの範囲）とし、Ｄ２を１１．２ｍｍ（製造誤差：±１ｍｍ、すなわち１１．２ｍｍを中心にして１０．２〜１２．２ｍｍの範囲）としている。

ここで、図３ないし図１１を用いて、本実施形態に係るマグネトロンの基本波の発振スペクトルについて説明する。図３ないし図５は、本発明の実施形態に係るマグネトロンの基本波の発振スペクトラムである。一方、図６ないし図１０は、比較例に係るマグネトロンの基本波の発振スペクトラムである。図１１は、図３ないし図１０に示した発振スペクトラムの測定条件および不要ノイズの有無を比較して示す表である。

図１１から分かるように、実施例１ないし実施例３および比較例１ないし比較例５に係るマグネトロン１０において、入力側ポールピース３１の透孔３３の内径ＩＰ１および入力側ポールピース３１の内側対向面４１の外径ＩＰ２を除いた設計値は、全て同じ値に設定されている。なお、比較例１は、特許文献１（特開２００７−３３５３５１号公報）に記載の電子レンジ用マグネトロンの一実施形態である。

図３ないし図１１の２４００〜２５００ＭＨｚは、ＩＳＭ帯域であり、電子レンジに必要な周波数帯域である。一方、２３００〜２４００ＭＨｚのスペクトラムは、不要ノイズである。

図３ないし図１０から分かるように、実施例１ないし実施例３は、比較例１ないし比較例５に比べて、マグネトロン１０から発生する２３００〜２４００ＭＨｚの不要ノイズが抑制されている。

入力側ポールピース３１の透孔３３の内径ＩＰ１および入力側ポールピース３１の内側対向面４１の外径ＩＰ２を大きくするに従い、２３００〜２４００ＭＨｚの不要ノイズが抑制される。

したがって、不要ノイズの抑制の観点から、入力側ポールピース３１の透孔３３の内径ＩＰ１を８．７ｍｍ（製造誤差：±０．１ｍｍ）以上、入力側ポールピース３１の内側対向面４１の外径ＩＰ２が１５ｍｍ以上に設計することが好ましい。

また、図１２および図１３を用いて、本実施形態に係るマグネトロンの着磁電圧および出力効率について説明する。図１２は、入力側ポールピースの透孔の内径および内側対向面の外径とマグネトロンの着磁電圧との相関を表した図である。図１３は、入力側ポールピースの透孔の内径および内側対向面の外径とマグネトロンの出力効率との相関を表した図である。なお、図１２および図１３の測定対象となっている全てのマグネトロン１０において、入力側ポールピース３１の透孔３３の内径ＩＰ１および入力側ポールピース３１の内側対向面４１の外径ＩＰ２を除いた設計値は、全て同じ値（図１１に示した設計値）に設定されている。

図１２から分かるように、入力側ポールピース３１の透孔３３の内径ＩＰ１が大きくなるに従い、マグネトロン１０の着磁電圧ｅｂｍが小さくなる。また、入力側ポールピース３１の内側対向面４１の外径ＩＰ２が大きくなるに従い、マグネトロン１０の着磁電圧ｅｂｍが小さくなってしまう。

また、図１３から分かるように、入力側ポールピース３１の透孔３３の内径ＩＰ１が大きくなるに従い、マグネトロン１０の出力効率ηが小さくなる。また、入力側ポールピース３１の内側対向面４１の外径ＩＰ２が大きくなるに従い、マグネトロン１０の出力効率ηが小さくなってしまう。

したがって、着磁電圧ｅｂｍおよび出力効率ηの観点から、入力側ポールピース３１の透孔３３の内径ＩＰ１を９．０ｍｍ（製造誤差：±０．１ｍｍ）以下、入力側ポールピース３１の内側対向面４１の外径ＩＰ２を１６ｍｍ以下に設計することが好ましい。

上述から、本実施形態に係るマグネトロン１０は、入力側ポールピース３１の透孔３３の内径ＩＰ１が８．６〜９．１ｍｍ、入力側ポールピース３１の内側対向面４１の外径ＩＰ２が１５〜１６ｍｍに設計されている。

以下、本実施形態に係るマグネトロンの作用および効果について説明する。

本実施形態によれば、入力側ポールピース３１の透孔３３の内径ＩＰ１を８．６〜９．１ｍｍ、入力側ポールピース３１の内側対向面４１の外径ＩＰ２を１５〜１６ｍｍに設計することにより、マグネトロン１０から発生する２３００〜２４００ＭＨｚの不要ノイズを抑制できる。

１０…マグネトロン、１１…陽極部、１２…陽極円筒、１３…ベイン、１４…ベイン内接円筒面、１５，１６…ストラップリング、２１…陰極部、２２，２３…エンドハット、２４…センターサポートロッド、２５…サイドサポートロッド、３１…入力側ポールピース、３２…出力側ポールピース、３３…入力側ポールピースの透孔、３４…出力側ポールピースの透孔、３５…入力側ポールピースの外側環部、３６…出力側ポールピースの外側環部、３７…入力側ポールピースのテーパー部、３８…出力側ポールピースのテーパー部、３９…入力側ポールピースの内側環部、４０…出力側ポールピースの内側環部、４１…入力側ポールピースの内側環部の内側対向面、４２…出力側ポールピースの内側環部の内側対向面、５１，５２…金属封着体、５３…絶縁ステム、５４…絶縁円筒、５５…排気管、５６…アンテナ、５７…キャップ、６１，６２…マグネット、６３，６４…ヨーク、６５…ラジエータ、１００…管軸

Claims (4)

1. 管軸方向に延びた陽極円筒および前記管軸の径方向に放射状に配置され一方の側部が前記陽極円筒の内壁に接合され他方の側部が遊端となっている板状の１０枚のベインを有する陽極部と、
   前記管軸方向に延び前記ベインの遊端と間隔を空けて前記陽極円筒内に配置された螺旋状のフィラメントを有する陰極部と、
   前記陽極円筒の端部に接合された外側環部および中央に透孔が形成された内側環部を有し互いに対向して配置された漏斗状の入力側ポールピースおよび出力側ポールピースと
   を具備した電子レンジ用マグネトロンであって、
   前記入力側ポールピースの透孔の内径が前記出力側ポールピースの透孔の内径より大きく、
   前記入力側ポールピースの内側対向面の外径が前記出力側ポールピースの内側対向面の外径より大きく、
   前記入力側ポールピースの透孔の内径が８．６〜９．１ｍｍ、
   前記入力側ポールピースの内側対向面の外径が１５〜１６ｍｍ、
   前記出力側ポールピースの透孔の内径が７．９〜８．１ｍｍ、
   前記出力側ポールピースの内側対向面の外径が１１〜１３ｍｍ
   であることを特徴とする電子レンジ用マグネトロン。
2. 前記入力側ポールピースの外側管部と出力側ポールピースの外側環部との相互間距離が２２．５ｍｍ±１ｍｍ、
   前記入力側ポールピースの内側管部と出力側ポールピースの内側環部との相互間距離が１１，２ｍｍ±１ｍｍ、
   であることを特徴とする請求項１に記載の電子レンジ用マグネトロン。
3. 前記１０枚のベインの遊端が形成するベイン内接円筒面の直径が８．０〜８．２ｍｍ、前記ベインの前記管軸方向の高さが７〜８ｍｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の電子レンジ用マグネトロン。
4. 前記フィラメントの外径が３．６〜３．８ｍｍであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の電子レンジ用マグネトロン。

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