JP5859258B2 - マグネトロンおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子レンジなどのマイクロ波加熱器に用いられるマグネトロンおよびその製造方法に関する。

２４５０ＭＨｚ帯の電波を発振する電子レンジ用などの一般的なマグネトロンの陽極構造体は、陽極円筒とこの陽極円筒の内部に放射状に配設されたベインとを備えている。ベインは、円周方向の一つおきに、ベインの上下端部にろう付けされた大小一対のストラップリングによって連結されている。そのため、ベインは、同じ形状のものが隣同士交互に上下が逆に配置されている。

複数のベインの陽極円筒に接している側とは反対側の遊端に囲まれた電子作用空間には、螺旋状陰極が陽極円筒の軸心に沿って配設されている。螺旋状陰極の両端は、それぞれ出力側エンドハットおよび入力側エンドハットに固着されている。また、陽極円筒の両端には、それぞれ略漏斗状の出力側および入力側のポールピースが固着されており、管外に配置された磁石からの磁束を作用空間に導いている。

一般的に大量生産品である電子レンジ用マグネトロンの場合、ベインは薄板からプレス加工によって打ち抜かれて製造される。また、その材質は、多くの場合、無酸素銅か銅を主体とする合金である。

特開２００９−０８１０１８号公報

マグネトロンの陽極構造体のベインをプレス加工によって製造した場合、加工時の断面にはダレ、せん断面、破断面、バリが存在する。加工後のバレル研磨などによってバリ取りをすることによって、バリは、マグネトロンの組み立て時には、特に大きな問題ではない。また、破断面も、角部が残り、比較的切削部品に近い形状となるため大きな影響はない。しかし、ダレは、ほぼそのままの状態で残ってしまう。

マグネトロンの共振周波数は、各空洞共振器の各部のキャパシタンス、インダクタンスによって決定される。ベインのダレは、キャパシタンスに大きな影響を与える。

たとえば試作時に切削によって製造されたベインを用いた陽極構造体と、同じ設計寸法でプレス加工によって製造されたベインを用いた陽極構造体とでは、共振周波数は、プレス加工によって製造されたベインを用いたものの方が高く、その差が１０ＭＨｚ以上となることもある。これは、ダレが存在するために実質的な対向面積が小さく、距離も大きくなるため、ストラップ−ベイン間のなどの各箇所でキャパシタンスが小さくなることが大きく影響している。

インダクタンスに関してもダレの影響は存在するが、基本的に空洞共振器の長さ寸法に影響を与えているので、各部の全体の長さに比べれば、その影響は極僅かであると考えられる。

このように、プレス加工に伴うダレの影響は小さいものではないが、ダレの形状が大きくばらつかない限り、ストラップ−ベイン間のキャパシタンスへの影響などは各ベインでほぼ一定であり、全体で補正をすることは比較的容易である。

しかしながら、ベイン間のキャパシタンスの影響は問題となる。すなわち、通常、ベインは１種類の部品を交互に上下に逆に配置しているため、一つおきにダレ側同士、破断面側同士の開口部が並ぶこととなり、ダレ側同士の開口部を持つ空洞共振器では破断面同士の開口部を持つ空洞共振器に比べ、ベイン先端部のキャパシタンスが小さくなってしまう。

空洞共振器は固有の共振周波数を有しているが、このような状態ではわずかに異なった２種類の共振周波数を持つ空洞共振器が存在することになる。通常避けられない各部品の寸法のばらつきや、組み立てのばらつきに加え、この空洞共振器の差によって、マグネトロンの全体としての基本波占有帯域が広範化してしまう。基本波成分が広範化すると高調波などの不要ノイズも悪化する。

そこで、１つのマグネトロンに２種類のベインを用いて、ダレの方法を一方向にそろえる方法がある（たとえば特許文献１参照）。しかし、この方法では、２種類のベインを用いるため、金型を２種類用意し、打ち抜いたベインが互いに混ざらないように管理しなければならない。このため、金型や管理のコストが増大してしまい、現実的ではない。

そこで、本発明は、コストを増大させることなく、マグネトロンの基本波占有帯域を狭小化させることを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明は、マグネトロンにおいて、中心軸に沿って円筒状に延びる陽極円筒と、前記陽極円筒の内面から前記中心軸に向かって延びる複数の板状の第１ベインと、前記陽極円筒の内面から前記中心軸に向かって延びて２つの前記第１ベインで挟まれる位置にそれぞれ設けられた板状の第２ベインと、前記第１ベインを短絡する第１ストラップリングと、前記第２ベインを短絡する第２ストラップリングと、を具備し、前記第１ベインおよび前記第２ベインはいずれも第１面と第２面を持ち前記第１面の前記陽極円筒とは反対側の遊端に前記第１面側から前記第２面側に傾いたダレが形成されていて、隣り合う前記第１ベインおよび前記第２ベインは前記第１面同士または前記第２面同士が向かい合うように配置され、前記第１面同士が向かい合う前記第１ベインと前記第２ベインとのなす角は前記第２面同士が向かい合う前記第１ベインと前記第２ベインとのなす角よりも小さい、ことを特徴とする。

また、本発明は、マグネトロンの製造方法において、第１面と第２面を持つ板を前記第１面側からプレスして複数の第１ベインおよび前記第１ベインと同数の第２ベインを製造する工程と、前記第１ベインを前記陽極円筒の内面から前記中心軸に向かって延びるように配置し、前記第２ベインを前記陽極円筒の内面から前記中心軸に向かって延びて２つの前記第１ベインで挟まれる位置にそれぞれ配置し、前記第１のベインおよび前記第２のベインを前記陽極円筒の内面に固着させる工程と、前記第１ベインを第１ストラップリングで短絡する工程と、前記第２ベインを第２ストラップリングで短絡する工程と、を具備し、隣り合う前記第１ベインおよび前記第２ベインは前記第１面同士または前記第２面同士が向かい合うように配置され、前記第１面同士が向かい合う前記第１ベインと前記第２ベインとのなす角は前記第２面同士が向かい合う前記第１ベインと前記第２ベインとのなす角よりも大きい、ことを特徴とする。

本発明によれば、コストを増大させることなく、マグネトロンの基本波占有帯域を狭小化させることができる。

本発明に係るマグネトロンの一実施の形態における横断面図である。 本発明に係るマグネトロンの一実施の形態における縦断面図である。 本発明に係るマグネトロンの一実施の形態におけるベインの製造時の側面図である。 本発明に係るマグネトロンの一実施の形態におけるベインの一部拡大断面図である。

本発明に係るマグネトロンの一実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、この実施の形態は単なる例示であり、本発明はこれらに限定されない。

図１は、本発明に係るマグネトロンの一実施の形態における横断面図である。図２は、本実施の形態におけるマグネトロンの縦断面図である。なお、図１において、陽極円筒、ベインおよび出力側のストラップリング以外の図示は省略した。

本実施の形態のマグネトロンは、同一の軸（中心軸４１）に沿って配置された陽極円筒１、陰極５、一対のエンドハット６，７および一対のポールピース８，９、並びに、この中心軸４１の近傍から放射状に延びる複数のベイン５１，５２を備えている。陽極円筒１は、中心軸４１に沿って円筒状に延びている。

ベイン５１，５２は、中心軸４１の近傍からほぼ放射状に延びて、陽極円筒１の内面に固定されている。ベイン５１，５２は、それぞれ実質的に長方形の板状に形成されている。陽極円筒１の内面に固定されていない側のベイン２の遊端３１は、中心軸４１に沿って延びる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と呼ぶ。複数のベイン５１，５２は、円周方向の一つおきに、ベインの出力側（図２における上側）の端部にろう付けされた大小それぞれ対となったストラップリング６１，６２によって連結されている。また、これらのベイン５１，５２は、円周方向の一つおきに、入力側（図２における下側）の端部にろう付けされた大小それぞれ対となったストラップリングによっても連結されている。

以下、同一のストラップリングで結合されたベインを、それぞれ第１ベイン５１および第２ベイン５２と呼ぶこととする。また、第１ベイン５１を結合する出力側のストラップリングを第１ストラップリング６１、第２ベイン５２を結合する出力側のストラップリングを第２ストラップリング６２と呼ぶこととする。本実施の形態においては、径が小さい方のストラップリングが第１ストラップリング６１であり、径が大きい方のストラップリングが第２ストラップリング６２である。なお、入力側では、出力側と大小が逆のストラップリングで第１ベイン５１および第２ベイン５２が結合されている。つまり、径が小さい方のストラップリングが第２ベイン５２を結合する第２ストラップリングであり、径が大きい方のストラップリングが第１ベイン５１を結合する第１ストラップリングである。

陰極５は、螺旋状であり、陽極円筒１の中心軸に配置されている。また、陰極５の両端は、それぞれエンドハット６，７に固着されている。エンドハット６，７は、ベイン２に対して中心軸４１の外側に配置されている。

一対のポールピース８，９は、それぞれ中央部に貫通孔３２を有する漏斗状に形成されている。貫通孔３２の中心は、中心軸４１上に位置している。それぞれのポールピース８，９は、エンドハット６，７で挟まれる空間に対して中心軸４１の外側に向かって貫通孔３２から広がるように形成されている。ポールピース８，９の外径は陽極円筒１の径とほぼ同じに形成されている。ポールピース８，９の外周部分は、陽極円筒１の両方の端部にそれぞれ固定されている。また、これら一対のポールピース８，９は、エンドハット６，７で挟まれる空間を挟んで配置されている。

また、ポールピース８，９には、それぞれ筒状の金属封着体１０，１１が固着されている。それぞれの金属封着体１０，１１は、陽極円筒１の一端にも接している。

出力側の金属封着体１０のポールピース８に対して反対側の端には、出力側セラミック１２が接合されている。また、出力側セラミック１２の金属封着体１０に対して反対側の端には、排気管１３が接合されている。ベインの１つから銅でできた棒状のアンテナ１４が導出されている。このアンテナ１４は、出力側のポールピース８を貫通して、出力部内を中心軸４１上に延びて、先端は排気管１３で挟持固定されている。排気管１３の全体はキャップ１５で覆われている。

入力側の金属封着体１１のポールピース９に対して反対側の端には、入力側セラミック１６が接合されている。陰極５には、エンドハット６，７を介して２本のサポートロッド１７，１８が接続されている。サポートロッド１７，１８は、たとえば中継板１９を介して管外へ導出されている。

また、マグネット２１，２２とヨーク２３，２４が、このような発振部本体を囲むように配設されて、磁気回路を形成している。また、発振部本体を冷却するためのラジエーター２５がヨーク２３，２４で囲まれる空間の内部に設けられている。また、陰極５には、サポートロッド１７，１８を介して、コイル３３および貫通コンデンサ３４を有するフィルター回路が接続されている。フィルター回路を構成するコイル３３および貫通コンデンサ３４は、フィルターボックス２７に収められている。

図３は、本実施の形態におけるベインの製造時の側面図である。

本実施の形態において、第１ベイン５１および第２ベイン５２は、同一の銅板５０の異なる部分を、同一の型５３を用いて、プレス機５４によって打ち抜いて製造される。銅板５０および銅板５０から打ち抜かれて第１ベイン５１および第２ベイン５２のプレス機５４と対向する側の面を第１面７１、その反対側の面を第２面７２と呼ぶこととする。

図４は、本実施の形態におけるベインの一部拡大断面図である。

ベイン５１，ベイン５２は、プレス加工によって形成されているため、端縁に向かって第１面７１側から第２面７２側に傾いたダレ５５がその端部に形成されている。ダレ５５の反対側すなわち第２面７２側には、バリが生じる。このバリは、研磨して取り除いてもよい。

第１ベイン５１と第２ベイン５２とは、同形であり、互いに中心軸４１方向に上下を逆に配置されている。つまり、隣り合う第１ベイン５１と第２ベイン５２とは、互いに第１面７１同士、あるいは第２面７２同士が向かい合うように配置されている。

本実施の形態では、第１面７１同士が隣り合う第１ベイン５１と第２ベイン５２とのなす角が、第２面７２同士が隣り合う第１ベイン５１と第２ベイン５２とのなす角よりも小さくなるように、ベイン５１，５２が配置されている。たとえば、第１面７１同士が隣り合う第１ベイン５１と第２ベイン５２とのなす角は、３４°であり、第２面７２同士が隣り合う第１ベイン５１と第２ベイン５２とのなす角は３８°である。中心軸４１から等角で放射状に広がる１０枚の平面のなす角は、３６°であるから、本実施の形態においては、隣り合うベイン５１，５２がなす角はこの等角の場合から２°ずれている。中心軸４１から放射状に広がり、中心角が交互に３４°および３６°となるような平面にベイン５１，５２を配置する。

プレス加工によって形成したベイン５１，５２にはダレ５５が存在するため、第１面７１同士の実質的な対向面積は、ダレ５５が存在しない場合に比べて小さくなる。また、このダレ５５の存在によって、対向距離も大きくなる。

ベイン５１，５２と陽極円筒１とで囲まれる空間は、空洞共振器である。第１ベイン５１および第２ベイン５２を中心軸４１から放射状に広がる平面に沿って配置すると、第１面７１同士が向かい合う空間と、第２面７２同士が向かい合う空間では、遊端３１部分に存在するダレ５５の存在によって、遊端３１の間の距離および空洞共振器の体積が異なることになる。つまり、この場合には、隣り合うベイン５１，５２間のキャパシタンスおよび隣り合う空洞共振器のインダクタンスが異なることになる。その結果、隣り合う空洞共振器で共振周波数が異なることになる。

しかし、本実施の形態では、第１面７１同士が隣り合う第１ベイン５１と第２ベイン５２と間隔を、第２面７２同士が隣り合う第１ベイン５１と第２ベイン５２との間隔よりも小さくしている。その結果、第１面７１同士が隣り合う第１ベイン５１と第２ベイン５２との間のキャパシタンスを、第２面７２同士が隣り合う第１ベイン５１と第２ベイン５２との間のキャパシタンスと同等とすることができる。したがって、第１面７１同士が隣り合う第１ベイン５１と第２ベイン５２との間の空洞共振器の共振周波数と、第２面７２同士が隣り合う第１ベイン５１と第２ベイン５２との間の空洞共振器の共振周波数との差を小さくすることができる。また、この場合には、ベイン５１，５２は陽極円筒１の内面の法線方向に延びることとなるため、接合の際のろう付けが容易である。

また、ベイン５１，５２は、陽極円筒１との接合部の陽極円筒１の内周に沿った距離が等間隔になるように配置してもよい。この場合、隣り合うベイン５１，５２の遊端３１の間隔は、円周方向に大小が交互に並ぶ。また、それぞれのベイン５１，５２は、陽極円筒１との接合部で、ベイン５１，５２の数と同数の中心軸４１から等角で放射状に広がる平面を横切ることとなる。

このような配置とすることにより、すべての空洞共振器でインダクタンスをほぼ同等としたまま、インダクタンスを変化させることができる。その結果、すべての空洞共振器で共振周波数を同等とすることができる。

ベイン５１，５２は、遊端３１が中心軸４１を中心とする同一の円周上に等間隔で位置するように配置してもよい。この場合、隣り合うベイン５１，５２の陽極円筒１との接合部の内周に沿った距離は、円周方向に大小が交互に並ぶこととなる。また、それぞれのベイン５１，５２は、遊端３１部分で、ベイン５１，５２の数と同数の中心軸４１から等角で放射状に広がる平面を横切ることとなる。

このように配置することにより、ベイン５１，５２間のキャパシタンスが小さい第１面７１同士の開口部を持つ空洞共振器はインダクタンスが大きくなり、ベイン５１，５２間のキャパシタンスが大きい第１面７１同士の開口部を持つ空洞共振器はインダクタンスが小さくなる。その結果、インダクタンスの変化の影響およびキャパシタンスの変化の影響が互いにキャンセルし合い、共振周波数を同等とすることができる。また、遊端３１が等間隔で配置されているため、遊端３１と陰極５との間の電子作用空間における電磁場のひずみが小さくなり、他の特性への影響が小さい。

このように本実施の形態では、１種類のベイン５１，５２を用いているが、隣り合う空洞共振器の共振周波数の差を小さくすることができる。その結果、マグネトロンの基本波占有帯域を狭小化させることができる。

また、陽極円筒１とベイン５１，５２とは、その位置を規定する溝が形成された治具に、第１ベイン５１および第２ベイン５２を周方向に交互に配置していき、陽極円筒１に圧入するなどで組み立てられる。したがって、治具の隣り合う溝を適宜調節して本実施の形態のベイン５１，５２の配置となるように形成しておくことにより、容易に本実施の形態のマグネトロンを製造することができる。

このように、本実施の形態では、コストを増大させることなく、マグネトロンの基本波占有帯域を狭小化させることができる。

１…陽極円筒、５…陰極、６…エンドハット、７…エンドハット、８…ポールピース、９…ポールピース、１０…金属封着体、１１…金属封着体、１２…出力側セラミック、１３…排気管、１４…アンテナ、１５…キャップ、１７…サポートロッド、１８…サポートロッド、１９…中継板、２１…マグネット、２２…マグネット、２３…ヨーク、２４…ヨーク、２５…ラジエーター、２７…フィルターボックス、３１…遊端、３３…コイル、３４…貫通コンデンサ、４１…中心軸、５１…第１ベイン、５２…第２ベイン、５３…型、５４…プレス機、５５…ダレ、６１…第１ストラップリング、６２…第２ストラップリング、７１…第１面、７２…第２面

Claims (5)

1. 中心軸に沿って円筒状に延びる陽極円筒と、
   前記陽極円筒の内面から前記中心軸に向かって延びる複数の板状の第１ベインと、
   前記陽極円筒の内面から前記中心軸に向かって延びて２つの前記第１ベインで挟まれる位置にそれぞれ設けられた板状の第２ベインと、
   前記第１ベインを短絡する第１ストラップリングと、
   前記第２ベインを短絡する第２ストラップリングと、
   を具備し、
   前記第１ベインおよび前記第２ベインはいずれも第１面と第２面を持ち前記第１面の前記陽極円筒とは反対側の遊端に前記第１面側から前記第２面側に傾いたダレが形成されていて、
   隣り合う前記第１ベインおよび前記第２ベインは前記第１面同士または前記第２面同士が向かい合うように配置され、
   前記第１面同士が向かい合う前記第１ベインと前記第２ベインとのなす角は前記第２面同士が向かい合う前記第１ベインと前記第２ベインとのなす角よりも小さい、
   ことを特徴とするマグネトロン。
2. 前記第１ベインおよび前記第２ベインは、それらと同数で前記中心軸から等角で放射状に広がる平面をそれぞれ横切っていることを特徴とする請求項１に記載のマグネトロン。
3. 前記第１面同士が向かい合う前記第１ベインと前記第２ベインの前記中心軸側の端部の距離は、前記第２面同士が向かい合う前記第１ベインと前記第２ベインの前記中心軸側の端部の距離と等しいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマグネトロン。
4. 前記第１面同士が向かい合う前記第１ベインの前記第２ベインの前記陽極円筒に接する端部の距離は、前記第２面同士が向かい合う前記第１ベインと前記第２ベインの前記陽極円筒に接する端部の距離と等しいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマグネトロン。
5. 第１面と第２面を持つ板を前記第１面側からプレスして複数の第１ベインおよび前記第１ベインと同数の第２ベインを製造する工程と、
   前記第１ベインを陽極円筒の内面から中心軸に向かって延びるように配置し、前記第２ベインを前記陽極円筒の内面から前記中心軸に向かって延びて２つの前記第１ベインで挟まれる位置にそれぞれ配置し、前記第１のベインおよび前記第２のベインを前記陽極円筒の内面に固着させる工程と、
   前記第１ベインを第１ストラップリングで短絡する工程と、
   前記第２ベインを第２ストラップリングで短絡する工程と、
   を具備し、
   隣り合う前記第１ベインおよび前記第２ベインは前記第１面同士または前記第２面同士が向かい合うように配置され、
   前記第１面同士が向かい合う前記第１ベインと前記第２ベインとのなす角は前記第２面同士が向かい合う前記第１ベインと前記第２ベインとのなす角よりも小さい、
   ことを特徴とするマグネトロンの製造方法。

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