JP6992206B1 - 冷却ブロック及び工業用マグネトロン - Google Patents

Abstract

【課題】高出力型の工業用マグネトロンを冷却する冷却ブロックにおいて、冷却ブロックの内部に、冷媒が陽極円筒体を周回する所定数の冷媒流路とそれらの冷媒流路を接続する接続流路を備え、陽極円筒体を冷却する冷却ブロック及び当該冷却ブロックを用いた工業用マグネトロンを提供する。
【解決手段】高出力型の工業用マグネトロンの陽極円筒体外周に柱状に形成された冷却ブロック２００であって、内部に鉛直方向の異なる位置に、冷媒を流通させる二つ以上の流路２０６、２０８を有し、鉛直方向に最も近い流路同士が冷却ブロック内において、少なくとも一つ以上の接続流路２１０によって接続される。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷却ブロック及び工業用マグネトロンに関する。

マグネトロンは、カソード（陰極）とアノード（陽極）との間に印加する高電圧を発生させる高電圧直流電源、電子を放出させるためのフィラメントを規定温度に加熱する電源、それらの制御回路及びマイクロ波エネルギーを取り出すための導波管、それらを収容する筐体などを含む。

マグネトロンがマイクロ波を出力する際には、熱を生じる。その発熱量に応じて適切な冷却方法により陽極円筒体を冷却する必要がある。例えば、家庭用マグネトロンや、出力が２～１０ｋＷの工業用マグネトロンのうち出力２ｋＷ程度の低出力型（小電力用）のマグネトロンであれば、空冷式の冷却方法で対応することが可能である。しかしながら、より高出力型（大電力用）のマグネトロンの場合、空冷式では十分な冷却効果が得られないため、より冷却効果が大きい水冷式の冷却方法が必要となる。

特許文献１には、陽極円筒の外周壁に密着配置させ、且つ内部に陽極円筒の管軸方向に沿って複数の冷却媒体の流路を有する冷却ブロックを備えたマグネトロンであって、複数の流路の上段側管路の開口端の一方と下段側管路の開口端の一方とを管継手により連結したものが開示されている。

特開２００５－２０９４２６号公報

特許文献１に記載されているマグネトロンの冷却ブロックには、冷却媒体を供給する送入口及び排出する排出口以外に、管継手が設けられている。管継手等の外部部品は、接続部における液漏れを生じるおそれがあるため、可能な限り少なくすることが望ましい。

本発明は、高出力型の工業用マグネトロンを冷却する冷却ブロックにおいて、冷却ブロックの内部に、冷媒が陽極円筒体を周回する所定数の冷媒流路とそれらの冷媒流路を接続する接続流路を備え、陽極円筒体を冷却する冷却ブロック及び当該冷却ブロックを用いた工業用マグネトロンを提供することを目的とする。

本発明の冷却ブロックは、高出力型の工業用マグネトロンの陽極円筒体外周に柱状に形成された冷却ブロックであって、内部に鉛直方向の異なる位置に、冷媒を流通させる二つ以上の流路を有し、鉛直方向に最も近い流路同士が冷却ブロック内において、少なくとも一つ以上の接続流路によって接続されること、を特徴とする。

本発明によれば、大きな吐出圧で冷媒を流路に供給しても、液漏れ等を生じず、更に出力に応じて適切な冷却能力を確保することができる。

マグネトロンの一例を示す断面図である。 シーケンシャルタイプの二段流路構成を有する冷却ブロックを示す斜視図である。 分流・合流タイプの二段流路構成を有する冷却ブロックを示す斜視図である。 シーケンシャルタイプの三段流路構成を有する冷却ブロックを示す斜視図である。 分流・合流タイプの三段流路構成を有する冷却ブロックを示す斜視図である。 冷媒流路及び接続流路の構造の詳細を示す平面図である。 分流・合流タイプの二段流路構成を有する冷却ブロックを示す縦断面図である。 シーケンシャルタイプの三段流路構成を有する冷却ブロックを示す縦断面図である。 シーケンシャルタイプの二段流路構成を有する冷却ブロックにおける冷媒の流れを示す斜視図である。 分流・合流タイプの二段流路構成を有する冷却ブロックにおける冷媒の流れを示す斜視図である。 シーケンシャルタイプの三段流路構成を有する冷却ブロックにおける冷媒の流れを示す斜視図である。 分流・合流タイプの三段流路構成を有する冷却ブロックにおける冷媒の流れを示す斜視図である。 工業用マグネトロンの冷却システムを示す模式構成図である。

以下、本開示の実施形態について、図面を用いて説明する。

図１は、マグネトロンの一例を示す断面図である。

本図において、マグネトロンは、熱放出源として螺旋状に形成された陰極フィラメント１と、陰極フィラメント１の周囲に配置された複数枚の陽極ベイン２と、陽極ベイン２を支持する陽極円筒３（陽極円筒体）と、陽極円筒３の上下端に配置された円環状の一対の永久磁石４ａ、４ｂと、を含む。陽極ベイン２及び陽極円筒３は、蝋付け等による固着又は押出し成形法により一体化され、陽極部の一部を構成している。

複数枚の陽極ベイン２は、陰極フィラメント１を中心として放射状に配置されている。陰極フィラメント１と陽極ベイン２との間には、作用空間が形成されている。隣り合う２枚の陽極ベイン２と陽極円筒３とで囲まれた領域は、共振空洞となっている。

また、陽極円筒３と永久磁石４ａ、４ｂとの間にはそれぞれ、軟鉄などの強磁性体からなる一対の磁極５ａ、５ｂが配置されている。

陽極ベイン２には、アンテナリード７が電気的に接続されている。アンテナリード７の他端は、排気管８と共に封止切りされている。アンテナリード７と排気管８とは、電気的に接続されている。また、排気管８は、チョーク部９、アンテナカバー１０及び排気管サポート１２とともに、マグネトロンアンテナ１３を構成している。マグネトロンアンテナ１３は、円筒絶縁体１１に支持されている。

また、陰極フィラメント１は、陰極リードであるセンターリード２３及びサイドリード２４に接続されている。このほか、陰極フィラメント１の周囲には、上側エンドシールド２１、下側エンドシールド２２、入力側セラミック２５、陰極端子２６及びスペーサ２７が配置されている。スペーサ２７は、陰極フィラメント１の断線を防止する機能を有している。スペーサ２７は、スリーブ２８により所定に位置に固定されている。これらの部品により陰極部が構成されている。陰極部の周囲には、ヨーク６が配置されている。

チョークコイル３１は、貫通コンデンサ３２の一端と接続されている。貫通コンデンサ３２は、入力部のフィルタケース３３に取り付けられている。貫通コンデンサ３２の他端には、陰極加熱用導線３５が設けられ、これを介して電源に接続される。

フィルタケース３３は、その底部を蓋体３４により高周波的に塞がれている。帽子状の上下端封止金属４１、４２及び金属ガスケット４３は、上側ヨーク４４と電気的に接続されている。

陽極円筒３の外周壁には、冷却ブロック４５が密着した状態で配置されている。冷却ブロック４５は、熱伝導率が高くかつ加工性が高いアルミニウム材（Ａｌ）で形成されている。また、冷却ブロック４５の内部には、冷却媒体（冷媒）が流通する上段側流路４５ａ、４５ｂ及び下段側流路４５ａ’、４５ｂ’が設けられている。冷却ブロック４５は、ヨーク６に複数の取り付けネジ４６により固定されている。なお、冷却ブロック４５は、アルミニウム材に代えて、銅材（Ｃｕ）で形成してもよい。

なお、冷媒は、通常、水、特に純水又はイオン交換水が好適に用いられる。また、冷媒は、クーラント（エチレングリコールを含む水溶液）等であってもよい。

本件発明は、高出力型の工業用マグネトロンの陽極円筒体外周に柱状に形成された冷却ブロックであって、冷却ブロックは、内部に鉛直方向の異なる位置に、冷媒を流通させる二つ以上の流路を有し、鉛直方向に最も近い流路同士が冷却ブロック内において、少なくとも二つ以上の流路によって接続されることを特徴とする冷却ブロックである。

本件発明の詳細を記述する。

本件発明の冷却ブロックは、カソード（陰極）とアノード（陽極）間に印加する高電圧を発生させる高電圧直流電源、電子を放出させるためのフィラメントを規定温度に加熱する電源、それらの制御回路及びマイクロ波エネルギーを取り出すための導波管及びそれらを収容する筐体などを含んで構成されるマグネトロンの陽極円筒体外周部に配置され、柱状に形成される。なお、製造加工上、当該冷却ブロックは四角柱を採用している。

冷却ブロックの内部には、鉛直方向の異なる位置に冷媒を流通させる二つ以上の流路を有している。鉛直方向の異なる位置というのは、上下の位置関係であって、最も上の位置を上段とし、最も下の位置を下段とし、その中間の位置を中段とする。

まず、流路が二つの場合（上段流路、下段流路）について図２及び図３に基づき説明する。

これらの流路は、陽極円筒体の外周面を周回するようにコの字型に配置され、鉛直方向にそれぞれの流路が所定の間隔を保って配置されている。

上段流路と下段流路のそれぞれの端部は、冷却ブロックの同一側面側に配置されている。

上段（下段）流路の一方端部は始端であって開口されており、外部に配置された冷媒貯蔵タンクに接続するための接続口として使用し、他方端部は終端であり、開口せずに閉止する。

また、上段流路と下段流路は、接続流路によって接続する。なお、この接続流路は、最も短い距離で接続する、つまり上段流路及び下段流路ともに直交するように接続することが好適である。

図２に、上段流路と下段流路を一つの接続流路で接続した二段流路構成（シーケンシャルタイプ）を示す。

本図においては、冷却ブロック２００は、四角柱状のアルミニウム材であり、陽極円筒体挿入部２０２（空間又は貫通孔）及びスリット２０４（隙間）を有する。

スリット２０４の両側に設けた凸部は、陽極円筒体の外周壁と冷却ブロック２００とを密着させるため、ボルトを貫通させて締め付けるためのものである。なお、スリット２０４及び凸部を設けずに製作してもよい。

なお、冷却ブロック２００は、他の断面形状（例えば円）を有する柱状体であってもよいが、穴あけ等の加工を含む製造が容易であることから、四角柱状のものが望ましい。

また、以下の説明においては、便宜上、柱状体の中心軸、すなわち陽極円筒体挿入部２０２の中心軸の方向を「鉛直方向」と呼ぶことにする。ただし、これはあくまでも便宜的な表現であり、冷却ブロック２００の設置の仕方によっては、当該中心軸が重力の方向を基準として水平方向、又は鉛直方向に対して斜め方向であってもよい。

冷却ブロック２００の内部には、鉛直方向の異なる位置（高さ）に上段流路２０６及び下段流路２０８（二つの冷媒流路）が設けられている。上段流路２０６は接続口２１２ｂを有し、下段流路２０８は接続口２１２ａを有する。上段流路２０６及び下段流路２０８は、それぞれの流路の中心軸が同一の水平面に位置するようにコの字形状に形成されている。上段流路２０６及び下段流路２０８は、冷却ブロック２００を上方から見たとき、コの字形状が重なるように配置されていることが望ましい。

接続口２１２ａ及び接続口２１２ｂは、冷媒流路の開口部であり、冷媒流路の端部である。接続口２１２ａ及び接続口２１２ｂは、四角柱状の冷却ブロック２００の同一の側面に設けられている。

また、上段流路２０６と下段流路２０８とは、冷却ブロック２００の内部に設けられた接続流路２１０により接続されている。接続流路２１０は、上段流路２０６及び下段流路２０８の端部である接続口２１２ａ及び接続口２１２ｂとは反対側の端部に接続されている。接続流路２１０は、水平方向に配置された上段流路２０６及び下段流路２０８に対して直交するように、鉛直方向に配置されることが望ましい。この場合、接続流路２１０は、最も短くなる。ただし、接続流路２１０の向きは、これに限定されるものではなく、鉛直方向に対して斜めに配置されていてもよい。

本図においては、上述の構成により、上段流路２０６と下段流路２０８とが接続流路２１０により直列に接続された構成となる。

本図に示す冷却ブロック２００は、冷媒が上段流路又は下段流路を周回した後に、接続流路を経由して下段流路又は上段流路を周回する構成を有する。ゆえに、冷媒がシーケンシャルな順序により冷媒流路を流れる点については、特許文献１の構成と同様である。しかし、冷媒は、冷却ブロック２００の内部に設けられた接続流路２１０を通るため、冷却ブロックの外部に管継手を設ける必要がない。このため、冷却ブロックの開口部における部品点数を削減することができ、冷媒の液漏れのリスクを低減することができる。

図３は、上段流路と下段流路とを二つの接続流路で接続した分流・合流タイプの二段流路構成を有する冷却ブロック（接続流路を二つ設けた冷却ブロック）を示す斜視図である。

本図においては、冷却ブロック２００の陽極円筒体挿入部２０２及びスリット２０４の構成は図２と同様であるが、上段流路２０６及び下段流路２０８並びにこれらの接続口２１２ａ、２１２ｂの構成、並びに二つの接続流路２１０ａ、２１０ｂを有する点が図２と異なっている。

図３においては、下段流路２０８の接続口２１２ａから冷媒が導入される場合、冷却ブロック２００の内部において、接続流路２１０ａ（第一の接続流路）によって冷媒を上段流路２０６と下段流路２０８とに分流し、接続流路２１０ｂ（第二の接続流路）によって分流された冷媒を合流させる構成（並列に接続された構成）となっている。接続流路２１０ａ、２１０ｂは、水平方向に配置された上段流路２０６及び下段流路２０８に対して直交するように、鉛直方向に配置されることが望ましい。この場合、接続流路２１０ａ、２１０ｂは、最も短くなる。ただし、接続流路２１０ａ、２１０ｂの向きは、これに限定されるものではなく、鉛直方向に対して斜めに配置されていてもよい。

また、本図においては、接続口２１２ａ、２１２ｂは、冷却ブロック２００のスリット２０４を有する側面において、図２の構成とは異なり、スリット２０４で区切られた２つの面に別々に配置されている。

なお、二つの接続流路２１０ａ、２１０ｂの配置は任意であり、この配置により、所望の冷却効果を変更することが可能である。ただし、通常は、接続流路２１０ａ、２１０ｂを接続口２１２ａ、２１２ｂの近傍に配置することが望ましい。具体的には、接続流路２１０ａ、２１０ｂの中心軸と接続口２１２ａ、２１２ｂとの距離は、接続流路２１０ａ、２１０ｂの直径の２倍以下であることが望ましい。冷却ブロック２００の強度の観点からは、冷媒の圧力によって破損することがない程度の肉厚を有する構成であれば、接続流路２１０ａ、２１０ｂを冷却ブロック２００の接続口２１２ａ、２１２ｂ（外壁面）に近づけてもよく、当該直径の１倍以下であってもよい。

このような構成とすることにより、上段流路２０６及び下段流路２０８を流れる冷媒が、それぞれ並行して陽極円筒体の周囲を流れ、冷却効果を高くすることが可能となる。また、冷媒が冷却ブロック内部の熱影響を受ける前の位置で分流することにより、上段流路及び下段流路を流れる冷媒は干渉することなく、それぞれが独立して陽極円筒体を周回することを可能とし、冷却効果を最大限確保することが可能となる。

さらに、図２と図３とを対比すると、次のような違いがある。

図２の構成では、冷却効果は図３の構成ほど高くないが、接続流路の数が少ないため、製造する際のコストを抑制することができる。一方、図３の構成では、冷却効果は高いが、図２の構成よりも製造する際のコストが高くなる。したがって、要求される冷却効果と製造コストとの関係により、いずれの構造とするかを決定すればよい。

また、図２の構成も図３の構成も、外部部品との接続口は二つであり、特許文献１に記載されている構成に比べ、冷媒の液漏れする確率が低くなり、コストも低い。

マグネトロンの出力が大きい場合は、陽極円筒体からの発熱量も大きくなるため、冷却ブロックによる冷却効果を高める必要がある。冷却効果を高めるには、冷媒流路の断面積を大きくして単位時間当たりの冷媒流量を大きくすること、同じ断面積の流路で冷媒流路の本数を増やして伝熱面積を大きくすること等が考えられる。

冷媒流路の断面積を大きくした場合は、単位時間当たりの冷媒の流れる量を増やすことができるが、製造加工上、冷媒流路をドリルで切削するため、断面が円形状であり、伝熱面積の観点からは効果が小さい。

これに対し、冷媒流路の本数を増やした場合は、一流路当たりの単位時間当たりの冷媒流量は変化しないが、伝熱面積が流路本数に比例して増える。また、陽極円筒体に対して近い位置を流れる冷媒の直接対向する面積が大きくなるため、冷却効果を高めることができる。

よって、マグネトロンの発熱量によっては、冷媒流路の本数を増やすことが望ましい。

また、マグネトロンの発熱量に応じて、上段流路と、下段流路の鉛直方向の中間の位置に配される中間流路の配置数により、冷却ブロックの冷却能力を変更する。工業用マグネトロンは、さらに導入流路と排出流路との中間位置に中間流路を備えている、と言うこともできる。

つぎに、冷媒流路を三段以上配置する場合（上段流路、中間流路（以下「中段流路」ともいう。）及び下段流路を設ける場合）における接続流路の配置について説明する。

図４に、上段流路と中段流路とを接続する部分に第一（第二）の接続流路を設けて接続し、中段流路と下段流路を接続する部分に第二（第一）の接続流路を設けて接続した三段流路構成（シーケンシャルタイプ）を示す。

本図においては、冷却ブロック２００の内部に、鉛直方向の異なる位置（高さ）に上段流路２０６、中段流路２０７及び下段流路２０８（三つの冷媒流路）が設けられている。上段流路２０６は接続口２１２ｂを有し、下段流路２０８は接続口２１２ａを有する。上段流路２０６、中段流路２０７及び下段流路２０８は、それぞれの流路の中心軸が同一の水平面に位置するようにコの字形状に形成されている。

上段流路２０６と中段流路２０７とは、冷却ブロック２００の内部に鉛直方向に設けられた接続流路２１０ａ（第一の接続流路）により接続されている。また、中段流路２０７と下段流路２０８とは、冷却ブロック２００の内部に鉛直方向に設けられた接続流路２１０ｂ（第二の接続流路）により接続されている。

よって、本図においては、上段流路２０６、中段流路２０７及び下段流路２０８は、接続流路２１０ａ、２１０ｂにより直列に接続され、一本の流路を構成している。この構成については、中段流路２０７（中間流路）の両端部は、それぞれ閉止されている、ということができる。

このような三段流路構成においても、二段流路構成と同様に、接続流路としての外部の管継手が不要であり、外部部品との接続口は二つであり、特許文献１に記載されている構成に比べ、冷媒の液漏れする確率が低くなり、コストも低い。

この構成においては、上段（下段）流路を冷媒が周回後に、接続流路を経由して中段流路を周回し、さらに接続流路を経由して下段（上段）流路を周回する構成となっており、冷媒がシーケンシャルな順序により流れることは公知技術と同様である。しかし、冷却ブロックの内部に設けられた接続流路を通ることにより、外部の管継手を不要とするため、冷却ブロックの開口部における部品点数を削減することにより、冷媒の液漏れのリスクを低減することができる。

図５に、冷媒を冷却ブロック内に導入する接続口の近傍（冷媒が冷却ブロック内部の熱影響を受ける前の位置）に第一（第二）の接続流路を配設し、冷媒を冷却ブロック外に排出する接続口の近傍（冷媒が陽極円筒体を周回した後の位置）に第二（第一）の接続流路を配設した三段流路構成（分流・合流タイプ）を示す。

本図においては、下段流路２０８の接続口２１２ａから冷媒が導入される場合、冷却ブロック２００の内部において、接続流路２１０ａ（第一の接続流路）によって冷媒を上段流路２０６、中段流路２０７及び下段流路２０８の三つに分流し、接続流路２１０ｂ（第二の接続流路）によって分流された冷媒を合流させる構成（並列に接続された構成）となっている。

本図の構成と同様の考え方により、中段流路を更に増やして二段以上の中段流路を有する構成、すなわち四段以上の流路構成としても、冷媒の分流位置及び合流位置に変更はなく、それぞれの流路に冷媒を分配することができる。

また、この構成においては、第一（第二）の接続流路により上段、中段、下段流路を接続して、冷媒を陽極円筒体を周回する前に上段、中段、下段流路に分流し、第二（第一）の接続流路により上段、中段、下段流路を接続して、冷媒を陽極円筒体を周回した後に合流する構造とする。これにより、それぞれの流路はお互いに干渉することなく独立して陽極円筒体を冷却することができる。

特許文献１のように、冷却ブロックの外部で冷媒流路を接続する構成においては、それぞれの流路がシーケンシャルに流れる、つまり上段（下段）、中段、下段（上段）という順に流れる構造となり、流路を増やすことによる冷却効果の増大は期待できない。

本発明の構成によれば、中間流路をさらに増やして四段以上の流路構成としても、冷媒の分流位置及び合流位置に変更はなく、それぞれの流路は干渉せずに独立して陽極円筒体を冷却することが可能となる。

なお、図４のようなシーケンシャルタイプの流路構成及び図５のような分流・合流タイプの流路構成のいずれを選択するかは、陽極円筒体全体の発熱量と冷媒供給装置の吐出圧との兼ね合いによる。これらが選択可能であるため、設計上、マグネトロンの出力に応じて適切な冷却能力を確保することができる。

図６に、冷媒流路（上段、中段、下段）、及び接続流路について、流路の加工形成を示す。

本図に示すように、図２等の上段流路２０６は、直線流路２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃをつなげることにより一本の流路として形成されたものである。直線流路２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃはそれぞれ、ドリルによる切削加工により形成されている。図４等の中段流路２０７及び下段流路２０８も、同様の切削加工により、鉛直方向の異なる位置に形成されている。なお、上段流路２０６、中段流路２０７及び下段流路２０８の間隔は、設計段階において陽極円筒体の発熱量等を考慮して適宜設定する。

直線流路２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃの形成においては、冷却ブロック２００の一つの側面からドリルによる切削加工を行う。この際、ドリルの先端が当該側面に対向する側面を貫通しないように切削加工を行う（例えば直線流路２０６ａ）。

つぎに、当該側面に隣接する側面（直交する側面）の所定の位置（鉛直方向の同じ高さ）に同様に切削加工を行う（直線流路２０６ｂ）。この場合、切削加工は、直線流路２０６ｂが直線流路２０６ａの最奥部に接続するように行う。

同様にして、直線流路２０６ｃは、直線流路２０６ｂの入口付近に接続するように切削加工を行う。

上記の加工により、直線流路２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃが連通し、コの字形の流路（図２等の上段流路２０６）が形成される。

同様にして、図２等の下段流路２０８も形成する。

つぎに、冷却ブロック２００の上底面又は下底面からドリルによる切削加工により、接続流路２１０を形成する。これにより、上段流路２０６と下段流路２０８とが連通する。

最後に、冷媒を導入する接続口２１２及び冷媒を回収する接続口（図示していない）以外の開口部を、閉止部材２２０ａ、２２０ｂにより閉止する終端処理を行う。なお、閉止部材２２０ａ、２２０ｂは、適切な位置まで埋め込むためのネジ部材を使用することが望ましい。具体的には、閉止部材２２０ａ、２２０ｂは、沈みプラグを用いることが望ましく、シールテープを巻いたものを用いることにより、冷媒の圧力が高い場合でも液漏れを防止することができ、信頼性の高い製品とすることができる。沈みプラグを用いることにより、冷却ブロック２００の流路内に異物等が滞留し、流路抵抗が増加した場合等に、沈みプラグを取り外して流路内を清掃することが容易となる。ただし、閉止部材２２０ａ、２２０ｂを溶接して固定することも考えられる。溶接によれば、更に確実に液漏れを防止することができるからである。

上述の加工及び組み立ての方法は、三段流路構成の場合について説明したが、二段流路構成の場合も、四段以上の流路構成の場合も同様である。

図７は、分流・合流タイプの二段流路構成を有する冷却ブロックを示す縦断面図である。

本図は、直線流路２０６ｃ（上段流路）及び直線流路２０８ｃ（下段流路）の中心線を通る断面を示したものである。

本図においては、ドリルによる切削加工は、直線流路２０６ｃについては図中左側から、直線流路２０８ｃについては図中右側から、接続流路２１０ｂについては冷却ブロックの上面から行っている。直線流路２０８ｃ及び接続流路２１０ｂは、閉止部材２２０により閉止されている。直線流路２０６ｃの端部は、接続口２１２ｂとなっている。直線流路２０６ｃには直線流路２０６ｂが、直線流路２０８ｃには直線流路２０８ｂが垂直に接続されている。

図８は、シーケンシャルタイプの三段流路構成を有する冷却ブロックを示す縦断面図である。

本図は、直線流路２０６ｃ（上段流路）、直線流路２０７ｃ（中段流路）及び直線流路２０８ｃ（下段流路）の中心線を通る断面を示したものである。

本図においては、ドリルによる切削加工は、直線流路２０６ｃについては図中左側から、直線流路２０７ｃ及び直線流路２０８ｃについては図中右側から、接続流路２１０ｂについては冷却ブロックの下面から行っている。直線流路２０７ｃ、直線流路２０８ｃ及び接続流路２１０ｂは、閉止部材２２０により閉止されている。直線流路２０６ｃの端部は、接続口２１２ｂとなっている。直線流路２０６ｃには直線流路２０６ｂが、直線流路２０７ｃには直線流路２０７ｂが、直線流路２０８ｃには直線流路２０８ｂが垂直に接続されている。

以上をまとめると、次のように説明することができる。

冷媒流路及び接続流路は、ドリルによる切削加工により形成されているため、中心軸が直線状の流路を接続した構成となっている。

冷媒流路及び接続流路は、切削穴であり、冷媒が導入される接続口及び冷媒が流出する接続口以外の端部（接続口と異なる端部）は、閉止されている。切削穴の先端部は、冷却ブロックの内部に位置し、切削穴は貫通していない。

製造上の観点から、冷媒流路と接続流路とは直交していることが望ましい。

上段流路及び下段流路は、冷却ブロックの外壁面又は接続口の近傍で接続流路に接続される。具体的には、接続流路の中心軸と冷却ブロックの外壁面又は接続口との距離は、接続流路の直径の２倍以下であることが望ましい。冷却ブロックの強度の観点からは、冷媒の圧力によって破損することがない程度の肉厚を有する構成であれば、接続流路を冷却ブロックの外壁面又は接続口に近づけてもよく、当該直径の１倍以下であってもよい。

なお、これらの閉止部材は、適切な位置まで埋め込むためのネジ部材を使用すれば、より好適である。なお、ドリルは同じものを使用して加工することにより、上段流路と、下段流路と、中間流路とは、同じ断面積を有することを原則とするが、接続流路については後述するように、必要に応じて他の流路よりもより径が小さいドリルを使用しても良い。

本加工例では、冷媒流路を三段構成の場合を説明したが、二段構成の場合、四段以上の構成の場合も、加工方法は変わらない。

また、冷却ブロックの側面に配設されたスリットを挟んだ凸部は、陽極円筒体の外周壁と冷却ブロックとを密着させるため、ボルトを貫通させて締め付けるためのものである。

なお、冷却ブロックをスリット及び凸部を設けずに製作しても良い。

また、材料費低減の目的や設置スペースの都合等により、陽極円筒体の高さに対して冷却ブロックの高さを相対的に小さくする場合は、接続流路の閉止部材のサイズが小さいものを使用することとなり、その結果、閉止部材の直径も小さくなる。それに伴い、接続流路の断面積を、上段流路、下段流路及び中段流路の断面積よりも小さくする場合がある。接続流路の断面積は、流路の中心軸に直交する断面を基準として、上段流路、下段流路及び中間流路と等しいかまたはそれより小さいこと（冷媒流路の断面積以下であること）が望ましい。

また、冷却ブロックの全体形状は、四角柱状が望ましく、鉛直方向の同じ位置に設けられた冷媒流路（上段流路、下段流路、中間流路）は、四角柱の所定面からコの字型に形成されて陽極円筒体を周回する構成を有することが望ましい。

《第二の実施例》
第一の実施例で説明した冷却ブロックを冷却手段として使用し、さらに冷媒貯蔵タンクを備える工業用マグネトロンの実施例について記載する。

本発明は、熱放出源として螺旋状に形成された陰極フィラメントの周囲に、複数枚の陽極ベインが形成されて陽極部の一部を構成している陽極円筒体と、その周囲に配置された冷却ブロックと、外部に配置された冷媒貯蔵タンクと、冷媒貯蔵タンクから冷媒を冷却ブロックに供給する冷媒供給口と、冷却ブロック内部に冷媒を導入する導入口と、冷媒供給口と導入口とを接続する冷媒供給路と、冷却ブロック内部から冷媒を排出する排出口と、冷媒貯蔵タンクに冷媒を回収する冷媒回収口と、排出口と冷媒回収口とを接続する冷媒回収路と、から構成される工業用マグネトロンである。

冷却ブロックの内部には、鉛直方向の異なる位置に冷媒を流通させる二つ以上の流路を有し、冷媒が流入する導入口を有する流路を冷媒導入流路、冷媒を排出する排出口を有する流路を冷媒排出流路とする。なお、鉛直方向の異なる位置というのは、上段及び下段の位置関係である。

まず、図９に、冷却ブロック内部に二つの流路、すなわち冷媒導入流路と冷媒排出流路とを設け、冷媒導入流路の導入口と異なる終端の位置と、冷媒排出流路の排出口と異なる終端の位置において、接続流路で接続する場合の冷却ブロックを備える工業用マグネトロンにおける二段流路構成の冷媒の流れ（シーケンシャルタイプ）を示す。

本図においては、接続流路により、冷媒導入流路と冷媒排出流路のそれぞれ開口部と異なる終端の位置で、冷媒導入流路と冷媒排出流路とを接続する。

冷媒導入流路と冷媒排出流路とは、陽極円筒体の外周面を周回するようにコの字型に配置されている。

冷媒は、下段流路の接続口から導入され、コの字形状の下段流路を通過し、更に接続流路を介して上段流路に流入し、コの字形状の上段流路を通過し、上段流路の接続口から流出する。

冷媒導入流路は、一方終端が冷却ブロック内部に冷媒を導入する導入口としての開口部を有する。冷媒排出流路は、一方終端が冷却ブロック内部から冷媒を排出する排出口としての開口部を有する。導入口から導入した冷媒を、冷媒導入流路と冷媒排出流路とを含む全ての流路に流通させる一つ以上の接続流路を冷却ブロック内部に備える。

冷媒供給路上に設けた冷媒供給装置により、所定の吐出圧にて、冷媒貯蔵タンクから冷媒供給路及び導入口を介して導入した冷媒を、冷媒導入流路によりマグネトロン本体内部の陽極円筒体を冷却した後に、冷媒排出流路に移送し、冷媒排出流路により陽極円筒体を冷却した後に、排出口及び冷媒回収流路を介して、冷媒貯蔵タンクに回収する処理を行う。これを１回の冷却処理とし、この冷却処理を繰り返す。

この実施例では、まず冷媒導入流路により陽極円筒体を周回して冷却し、この時点において陽極円筒体の熱影響を受けた冷媒を冷媒排出流路により陽極円筒体を周回して冷却することになるので、最大限の冷却効果を得ることはできないが、製造加工に要するコストは抑えることができる。

次に、図１０に、冷媒導入流路の導入口の近傍の位置で、冷媒導入流路と冷媒排出流路とを第一の接続流路により接続し、冷媒排出流路の排出口の近傍の位置で、冷媒導入流路と冷媒排出流路とを第二の接続流路により接続する流路の構成を備える場合の冷却ブロックを備える工業用マグネトロンにおける二段流路構成の冷媒の流れ（分流・合流タイプ）を示す。

この流路構成においては、冷媒貯蔵タンクから、冷媒供給路及び導入口を介して導入した冷媒を、第一の接続流路により冷媒が陽極円筒体を周回する前に、冷媒導入流路と冷媒排出流路とに分流し移送して、冷媒導入流路と冷媒排出流路によりマグネトロン本体内部の陽極円筒体を冷却した後に、第二の接続流路により合流し、排出口及び冷媒回収流路を介して、冷媒貯蔵タンクに回収する処理を行う。これを１回の冷却処理とし、この冷却処理を繰り返す。

冷媒は、下段流路の接続口から導入され、第一の接続流路により上段流路と下段流路とに分流され、コの字形状の上段流路及び下段流路を通過し、第二の接続流路により上段流路及び下段流路の冷媒が合流し、上段流路の接続口から流出する。

この実施例では、冷却ブロック内部に導入した冷媒を陽極円筒体を周回して冷却する前に、冷媒導入流路、冷媒排出流路それぞれに分流して冷媒を移送することになるので、冷媒導入流路及び冷媒排出流路を流通する冷媒は、干渉することなく独立して冷却処理を行うことができる。従って上段、下段の二つの流路構成においては、最大限の冷却効果が期待できる。但し、製造加工に要するコストは、先の実施例より大きくなる。

次に、図１１に、冷却ブロック内部に三つの流路、すなわち冷媒導入流路と中間流路と冷媒排出流路とを設け、冷媒導入流路の導入口と異なる終端の位置と、中間流路の一方の終端の位置において、第一の接続流路で接続し、中間流路の他方の終端の位置と、冷媒排出流路の排出口と異なる終端の位置において、第二の接続流路で接続する場合の冷却ブロックを備える工業用マグネトロンにおける三段流路構成の冷媒の流れ（シーケンシャルタイプ）を示す。

この流路構成においては、冷媒貯蔵タンクから冷媒供給路及び導入口を介して導入した冷媒を、冷媒導入流路によりマグネトロン本体内部の陽極円筒体を冷却した後に、第一の接続流路により中間流路に移送し、中間流路により陽極円筒体を冷却した後に、第二の接続流路により冷媒排出流路に移送し、冷媒排出流路により陽極円筒体を冷却した後に、排出口及び冷媒回収流路を介して、冷媒貯蔵タンクに回収する処理を行う。これを１回の冷却処理とし、この冷却処理を繰り返す。

冷媒は、下段流路の接続口から導入され、コの字形状の下段流路を通過し、接続流路を介して中段流路に流入し、コの字形状の中段流路を通過し、更に接続流路を介して上段流路に流入し、コの字形状の上段流路を通過し、上段流路の接続口から流出する。

この実施例では、まず冷媒導入流路により陽極円筒体を周回して冷却し、この時点において陽極円筒体の熱影響を受けた冷媒を中間流路に移送し、中間流路により陽極円筒体を周回して冷却し、この時点においてさらに陽極円筒体の熱影響を受けた冷媒を冷媒排出流路により陽極円筒体を周回して冷却することになるので、最大限の冷却効果を得ることはできないが、所定の吐出圧により各冷却流路を周回させることができる。

次に、図１２に、冷媒導入流路の導入口の近傍の位置で、冷媒導入流路と中間流路と冷媒排出流路とを第一の接続流路により接続し、冷媒排出流路の排出口の近傍の位置で、冷媒導入流路と中間流路と冷媒排出流路とを第二の接続流路により接続する流路の構成を備える場合の冷却ブロックを備える工業用マグネトロンにおける三段流路構成の冷媒の流れ（分流・合流タイプ）を示す。

この流路構成においては、冷媒貯蔵タンクから、冷媒供給路及び導入口を介して導入した冷媒を、第一の接続流路により冷媒が陽極円筒体を周回する前に、冷媒導入流路と中間流路と冷媒排出流路とに分流し移送して、冷媒導入流路と中間流路と冷媒排出流路によりマグネトロン本体内部の陽極円筒体を冷却した後に、第二の接続流路により合流し、排出口及び冷媒回収流路を介して、冷媒貯蔵タンクに回収する処理を行う。これを１回の冷却処理とし、この冷却処理を繰り返す。

冷媒は、下段流路の接続口から導入され、第一の接続流路により上段流路と中段流路と下段流路とに分流され、コの字形状の上段流路、中段流路及び下段流路を通過し、第二の接続流路により上段流路、中段流路及び下段流路の冷媒が合流し、上段流路の接続口から流出する。

この実施例では、冷却ブロック内部に導入した冷媒を陽極円筒体を周回して冷却する前に、冷媒導入流路、中間流路、冷媒排出流路それぞれに分流して冷媒を移送することになるので、冷媒導入流路、中間流路、及び冷媒排出流路を流通する冷媒は、干渉することなく独立して冷却処理を行うことができる。従って上段、中段、下段の三つの流路構成においては、最大限の冷却効果が期待できる。なお、中間流路は一段、二段と構成本数を増やしても同様に、冷媒導入流路、中間流路、冷媒排出流路を流通する冷媒は、干渉することなく独立して冷却処理を行うことができる。

冷媒導入流路、中間流路及び冷媒回収流路それぞれの鉛直方向の配置間隔は、陽極円筒体の発熱状態に応じて調節する。

また、この場合、分流後の各流路の流量を維持するために、冷媒供給装置により冷却ブロック内に導入する冷媒の吐出圧を予め大きくしておくことが好適である。

なお、図９～１２の例においては、冷媒を下段流路の接続口から導入しているが、本開示の冷却ブロック及びこれを用いたマグネトロンは、これに限定されるものではなく、冷媒を上段流路の接続口から導入する構成であってもよい。また、中段流路に接続口を設け、その接続口から冷媒を導入する構成であってもよい。これは、分流・合流タイプの場合には接続流路の配置が図示のとおりであっても適用できる。さらに、中段流路に接続口を設けた構成であってシーケンシャルタイプの場合にも、接続流路の配置を調整すれば、本開示の技術的思想は実現可能である。

冷却ブロックは、二つ以上の流路のうち、鉛直方向の最も上部に位置するものを上段流路と定義し、鉛直方向の最も下部に位置するものを下段流路と定義した場合に、上段流路及び下段流路のそれぞれの一方の端部には、接続口が設けられ、下段流路の接続口から冷媒を導入し、上段流路の接続口から冷媒を排出する構成、又は、上段流路の接続口から冷媒を導入し、下段流路の接続口から冷媒を排出する構成を有する。

図１３は、工業用マグネトロンの冷却システムを示す模式構成図である。

本図においては、工業用マグネトロンは、冷却システムとして、冷却ブロック２００と、冷媒貯蔵タンク３００と、これらを接続する冷媒供給路３０６及び冷媒回収路３０８と、冷媒供給路３０６に設けられた冷媒供給装置３１０（冷媒ポンプ）と、を有する。なお、冷却システムを明瞭にするため、本図においては陽極円筒体等の部品は省略している。

冷却ブロック２００は、シーケンシャルタイプの二段流路構成を有し、下段流路の接続口２１２ａから冷媒を導入している。冷媒供給路３０６は、冷媒貯蔵タンク３００の冷媒供給口３０２と下段流路の接続口２１２ａとを接続している。冷媒回収路３０８は、冷媒貯蔵タンク３００の冷媒回収口３０４と上段流路の接続口２１２ｂとを接続している。なお、冷媒としては、通常、水を用いる。

冷媒貯蔵タンク３００は、その内部又は外部にチラー等の熱交換器（図示していない）を備えていることが望ましい。この熱交換器は、回収された冷媒を冷却するものである。

回収された冷媒は、熱交換器により所定の温度に冷却して冷媒貯蔵タンク３００に貯蔵する。そして、冷媒は、冷媒供給装置３１０により所定の吐出圧にて冷媒供給路３０６を介して冷却ブロック２００の内部に供給される。このようにして、冷媒は、冷却ブロック２００と冷媒貯蔵タンク３００との間を循環する。なお、冷媒供給装置３１０は、冷媒貯蔵タンク３００に内蔵された構成でもよい。

以下、本開示の実施形態について、別の面から説明する。

本発明は、マグネトロンの陽極円筒体が挿入される空間を有する柱状の冷却ブロックであって、その内部には、鉛直方向の異なる位置に設けられた二つ以上の冷媒流路と、二つ以上の冷媒流路を接続する少なくとも一つ以上の接続流路と、を有し、二つ以上の冷媒流路が接続流路により直列に接続された構成又は二つ以上の冷媒流路が接続流路により並列に接続された構成を有し、冷媒流路に冷媒を供給することにより陽極円筒体に生じる熱を除去する。

本発明によれば、マグネトロンの冷却に用いる冷却ブロックにおいて、外部部品の数を減らすとともに、冷媒が漏れる確率を低減することができる。

１：陰極フィラメント、２：陽極ベイン、３：陽極円筒、４ａ、４ｂ：永久磁石、５ａ、５ｂ：磁極、６：ヨーク、７：アンテナリード、８：排気管、９：チョーク部、１０：アンテナカバー、１２：排気管サポート、１３：マグネトロンアンテナ、２１：上側エンドシールド、２２：下側エンドシールド、２３：センターリード、２４：サイドリード、２５：入力側セラミック、２６：陰極端子、２７：スペーサ、２８：スリーブ、３１：チョークコイル、３２：貫通コンデンサ、３４：蓋体、３５：陰極加熱用導線、４１、４２：上下端封止金属、４３：金属ガスケット、４４：上側ヨーク、４５：冷却ブロック、４５ａ、４５ｂ：上段側流路、４５ａ’、４５ｂ’：下段側流路、４６：取り付けネジ、２００：冷却ブロック、２０２：陽極円筒体挿入部、２０４：スリット、２０６：上段流路、２０７：中段流路、２０８：下段流路、２１０、２１０ａ、２１０ｂ：接続流路、２１２ａ、２１２ｂ：接続口、２２０、２２０ａ、２２０ｂ：閉止部材、３００：冷媒貯蔵タンク、３０２：冷媒供給口、３０４：冷媒回収口、３０６：冷媒供給路、３０８：冷媒回収路、３１０：冷媒供給装置。

Claims (11)

1. 高出力型の工業用マグネトロンの陽極円筒体外周に柱状に形成された冷却ブロックであって、
   前記冷却ブロックは、内部に鉛直方向の異なる位置に、冷媒を流通させる二つ以上の流路を有し、
   前記工業用マグネトロンの陽極円筒体挿入部の中心軸の方向を示す鉛直方向に最も近い前記流路同士が前記冷却ブロック内において、少なくとも一つ以上の接続流路によって接続されること、
   を特徴とする冷却ブロック。
2. 請求項１記載の冷却ブロックであって、
   前記二つ以上の流路のうち、鉛直方向の最も上部に位置するものを上段流路と呼び、鉛直方向の最も下部に位置するものを下段流路と呼ぶ場合に、
   前記上段流路及び前記下段流路のそれぞれの一方の端部には、接続口が設けられ、
   前記下段流路の前記接続口から前記冷媒を導入し、前記上段流路の前記接続口から前記冷媒を排出する構成、
   又は、前記上段流路の前記接続口から前記冷媒を導入し、前記下段流路の前記接続口から前記冷媒を排出する構成を有する、冷却ブロック。
3. 請求項２記載の冷却ブロックであって、
   前記上段流路と、前記下段流路の鉛直方向の中間の位置に配される中間流路の配置数により、前記冷却ブロックの冷却能力を変更すること、
   を特徴とする冷却ブロック。
4. 請求項３記載の冷却ブロックであって、
   前記上段流路と、前記下段流路と、前記中間流路とは、同じ断面積を有し、
   前記接続流路の断面積は、前記上段流路、前記下段流路及び前記中間流路と等しいかまたはそれより小さいこと、
   を特徴とする冷却ブロック。
5. 請求項３又は４に記載の冷却ブロックであって、
   前記柱状は、四角柱であって、前記上段流路と、前記下段流路と、前記中間流路とは、前記四角柱の所定面からコの字型に形成されて前記陽極円筒体を周回し、
   前記上段流路と、前記下段流路とは、前記接続口と異なる端部が閉止され、
   前記中間流路の両端部は、それぞれ閉止されること、
   を特徴とする冷却ブロック。
6. 請求項２に記載の冷却ブロックであって、
   前記上段流路及び前記下段流路は、前記接続口の近傍で前記接続流路に接続されること、
   を特徴とする冷却ブロック。
7. 請求項１記載の冷却ブロックを外周に備える工業用マグネトロンであって、
   前記冷却ブロック内部に、少なくとも、一方終端が前記冷却ブロック内部に冷媒を導入する導入口としての開口部を有する冷媒導入流路と、一方終端が前記冷却ブロック内部から冷媒を排出する排出口としての開口部を有する冷媒排出流路と、
   を備え、
   前記冷媒導入流路は、前記二つ以上の流路のうちの一つの流路であり、
   前記冷媒排出流路は、前記二つ以上の流路のうちの他の一つの流路であり、
   前記導入口から導入した前記冷媒を、前記冷媒導入流路と前記冷媒排出流路とを含む全ての流路に流通させる一つ以上の前記接続流路を前記冷却ブロック内部に備えること、
   を特徴とする工業用マグネトロン。
8. 請求項７記載の工業用マグネトロンであって、
   前記工業用マグネトロンは、
   熱交換手段を有し、前記冷媒を所定の温度に保持して貯蔵する冷媒貯蔵タンクと、
   前記冷媒を供給する前記冷媒貯蔵タンクの冷媒供給口と、前記導入口とを接続する冷媒供給路と、
   前記冷媒を回収する前記冷媒貯蔵タンクの冷媒回収口と、前記排出口とを接続する冷媒回収流路と、
   前記冷媒供給路を介して、前記冷媒供給口から前記導入口に所定の吐出圧で前記冷媒を移送する冷媒供給装置と、
   を備えること、
   を特徴とする工業用マグネトロン。
9. 請求項８に記載の工業用マグネトロンであって、
   前記工業用マグネトロンは、
   前記接続流路により、前記冷媒導入流路と前記冷媒排出流路のそれぞれ前記開口部と異なる終端の位置で、前記冷媒導入流路と前記冷媒排出流路とを接続し、
   前記冷媒貯蔵タンクから、前記冷媒供給路及び前記導入口を介して導入した前記冷媒を、前記冷媒導入流路により前記マグネトロン本体内部の陽極円筒体を冷却した後に、前記冷媒排出流路に移送し、前記冷媒排出流路により前記陽極円筒体を冷却した後に、前記排出口及び前記冷媒回収流路を介して、前記冷媒貯蔵タンクに回収する冷却処理を繰り返すこと、
   を特徴とする工業用マグネトロン。
10. 請求項９に記載の工業用マグネトロンであって、
    前記工業用マグネトロンは、
    第一の接続流路により、前記冷媒導入流路の導入口の近傍の位置で、前記冷媒導入流路と前記冷媒排出流路とを接続し、
    第二の接続流路により、前記冷媒排出流路の排出口の近傍の位置で、前記冷媒導入流路と前記冷媒排出流路とを接続し、
    前記第一の接続流路は、前記少なくとも一つ以上の接続流路の一つであり、
    前記第二の接続流路は、前記少なくとも一つ以上の接続流路の他の一つであり、
    前記冷媒貯蔵タンクから、前記冷媒供給路及び前記導入口を介して導入した前記冷媒を、前記第一の接続流路により前記冷媒が前記陽極円筒体を周回する前に、前記冷媒導入流路と前記冷媒排出流路とに分流し移送して、前記冷媒導入流路と前記冷媒排出流路により前記マグネトロン本体内部の前記陽極円筒体を冷却した後に、前記第二の接続流路により合流し、前記排出口及び前記冷媒回収流路を介して、前記冷媒貯蔵タンクに回収する冷却処理を繰り返すこと、
    を特徴とする工業用マグネトロン。
11. 請求項９に記載の工業用マグネトロンであって、
    前記工業用マグネトロンは、さらに前記導入流路と前記排出流路との中間位置に中間流路を備え、
    第一の接続流路により、前記冷媒導入流路の導入口の近傍の位置で、前記冷媒導入流路と前記中間流路と前記冷媒排出流路を接続し、
    第二の接続流路により、前記冷媒排出流路の排出口の近傍の位置で、前記冷媒導入流路と前記中間流路と前記冷媒排出流路を接続し、
    前記第一の接続流路は、前記少なくとも一つ以上の接続流路の一つであり、
    前記第二の接続流路は、前記少なくとも一つ以上の接続流路の他の一つであり、
    前記中間流路は、前記二つ以上の流路のうちのさらに他の一つの流路であり、
    前記冷媒貯蔵タンクから、前記冷媒供給路及び前記導入口を介して導入した前記冷媒を、前記第一の接続流路により前記冷媒が前記陽極円筒体を周回する前に、前記冷媒導入流路と前記中間流路と前記冷媒排出流路とに分流し移送して、前記冷媒導入流路と前記中間流路と前記冷媒排出流路により前記マグネトロン本体内部の前記陽極円筒体を冷却した後に、前記第二の接続流路により合流し、前記排出口及び前記冷媒回収流路を介して、前記冷媒貯蔵タンクに回収する冷却処理を繰り返すこと、
    を特徴とする工業用マグネトロン。

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