JPH0230036A

JPH0230036A - マグネトロン

Info

Publication number: JPH0230036A
Application number: JP1016648A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Aiga; 正幸相賀; Kazuki Miki; 一樹三木
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1988-02-03
Filing date: 1989-01-26
Publication date: 1990-01-31
Also published as: DE68901343D1; ES2031643T3; KR910009986B1; EP0327116B1; EP0327116A1; US5049782A; KR890013692A; JPH0569252B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（イ）　産業上の利用分野本発明はマイクロ波を発生するマグネトロンに係り、特
にマイクロ波の高調波雑音を低減するマグネトロンに関
する。

（ロ）従来の技術第６図は、たとえば、特公昭６１−４５３４０号公報に
開示された従来の一般的なマグネトロンの構造を示す一
部破断正面図である。また、第７図は第６図における線
■−■に沿った部分断面図である。第８図は第７図にお
ける線■−■に沿った部分断面図である。これらの図を
参照して、典型的な従来のマグネトロンの構造について
説明する。

図において、マグネトロン１００の中心部には、カソー
ド３が配設される。このカソード３は、フィラメント５
を有し、・電子を放出させる。

このカソード３を取囲むように、複数枚の板状の無酸素
銅等からなるベイン２が放射状に配設されている。この
ベイン２は、基端部が無酸素銅等により形成されたアノ
ードシリンダ１の内壁に固着され、またはアノードシリ
ンダ１と一体形成されている。ベイン２の上下端（第６
図、第８図において）には、同径に選ばれた２本の内側
ストラップリング９が設けられる。なお、内側ストラッ
プリング９は、ベイン２の全長しに対してベイン２の先
端部から所定の距離ρの位置に配設されている。また、
ベイン２の上下端には、内側ストラップリング９よりも
径が大きく、かつそれぞれが同径に選ばれた２本の外側
ストラップリング１０が設けられる。これらの内側スト
ラップリング９および外側ストラップリング１０は、そ
れぞれベイン２を１つおきに短絡するようにベイン２に
固着されている。隣り合った２つのベイン２とアノード
シリンダ１の内壁とで囲まれ、その一部がカソード２に
向かつて開放された空間は空洞共振器１４を形成してい
る。アノードシリンダ１の中心部には軸線方向にベイン
２の先端部によって円筒状の空間が形成されている。こ
の空間内にカソード３が配設されている。このようにカ
ソード３とベイン２との間に所定距離に保持された空間
は作用空間４と呼ばれている。この作用空間４には、カ
ソード３の中心軸と平行に−様な直流磁界が印加される
。そのなめに、アノードシリンダ１の上下端近傍には、
それぞれ永久磁石１２が配置されている。また、カソー
ド３とベイン２との間には、直流あるいは低周波数の高
電圧が印加される。

カソード３は、トリウムを含有したタングステン等を螺
旋状に形成してフィラメント５と、そのフィラメント５
の上端を支持し、上部にフィラメント５の外径より大き
な径の鍔部６を有するトップハツト７と、フィラメント
５の下端を支持するエンドハツト８とから構成される。

トップハツト７およびエンドハツト８はモリブデン等の
高融点金属から形成される。これらのトップハツト７お
よびエンドハツト８によって・、フィラメント５からの
軸方向への電子の逸脱が防止されるようになっている。

アンテナ導体１１は、その一端がベイン２の１枚と接続
されるように設けられている。

以上のような構成において、空洞共振器１４に生じた高
周波数電界は、各ベイン２の先端部に集中し、その一部
が作用空間４内に漏洩する。ここで、内側ストラップリ
ング９および外側ストラップリング１０がベイン２を１
つおきに結合しているので、隣り合うベイン２は高周波
的に逆電位となっている。カソード３から放射された電
子群はカソード３を中心に作用空間４内を回転し、これ
らの電子群と高周波電界との間で相互作用が生じ、その
結果、マイクロ波が発振される。この発振によって得ら
れたマイクロ波はベイン２に接続されたアンテナ導体１
１を介して外部へと導かれる。なお、マイクロ波電力へ
の変換効率は１００％ではないため、電子群のエネルギ
の一部が熱として消費される。そのため、アノードシリ
ンダ１の外周には、放熱のためのフィン１３が設けられ
る。なお、第７図においては、アノードシリンダ１の内
部における構造のみを示し、フィン１３等の図示は省略
されている。

ところで、上記のようなマグネトロンにおいては、ＩＴ
ｔＪ（インターナショナルテレコミュニケーションユニ
オン）によって国際規格が定められ、食品加熱や医療機
器や一部工業機器等については、２４５０ＭＨ，の基本
周波数が割当てられている。したがって、このためのマ
グネトロン１００は２４５０ＭＨ２（土５０ＭＨｚ）の
基本周波数のマイクロ波のみを発振するのが理想的であ
るが、現実には種々の高調波を発生する。この高調波の
中でも、特に１２．２５ＧＨ，（±０．２５ＧＨ，）の
周波数を有する第５高調波は、１９８１年頃から試験さ
れ、最近実用化されつつある衛星放送の使用周波数帯域
と重なり、問題視されている。たとえば、ＳＨＦ衛星放
送の電波周波数割当ては、世界各国の地域ごとに異なっ
ているが、その周波数帯域は１１，７〜１２．７５ＧＨ
，の範囲内に設定されている。

また、上述のような構成を有するマグネトロンにおいて
は、陰極逆衝撃が発生することによってフィラメント５
が異常加熱され、著しい場合にはフィラメント５が溶断
するおそれがあった。

（ハ）　発明が解決しようとする課題本発明は上記欠点に鑑みなされたもので、不所望な高調
波、特に第５高調波の発生、および陰極逆衝撃の発生を
抑制することが可能なマグネトロンを提供することを課
題とする。

（ニ）課題を解決するための手段フィラメントの上端を支持するトップハツトの鍔部は、
その下面をベイン上端より０．１〜０．６ｍ下方に位置
させる。

また、フィラメントの上端を支持するトップハツトの鍔
部は、その下面をベイン上端より０゜１〜０．６Ｉｌｖ
ｌｌ下方に位置させると共に、ストラップリングは、ベ
インの先端部からベインの長さに対して１８％以上３５
％以下の範囲に配設する。

（ホ）　作用トップハツトの鍔部の下面をベイン上端より０．１〜０
．６ｍ下方に位置する構成とすると、アンテナ導体の高
周波電界が作用空間内に作用しにくくなり、作用空間内
の電界分布の乱れが低減し、高調波及び陰極逆衝撃の発
生が抑制されると共に、πモードの安定発振も阻害され
ない。

トップハツトの鍔部の下面をベイン上端より０．１〜０
．６ｍ下方に位置させると共に、ストラップリングを、
ベイン先端からベインの長さに対して１８％以上３５％
以下の範囲に配設した構成とすると、上述の構成の作用
に加え、より一層高調波の発生が抑制される。

（へ）実施例本発明者は、上述のような高調波および陰極逆衝撃の発
生原因の１つとして、カソードの配設位置が考えられる
ことを見出した。すなわち、第８図に示される従来のマ
グネトロンの構造においては、カソード３の上端を支持
しているトップハツト７の鍔部６の下面がベイン２の上
端より上方に位置している。たとえば、鍔部６の下面と
ベイン２の上端との間隔ａは０．４〜０．６ｍ程度に設
定されている。このような従来の構造では、アンテナ導
体１１の高周波電界が作用空間に影響をもたらし、作用
空間内の電界分布が乱れる。そのため、電子のスムーズ
な動きが妨げられることにより、高調波雑音および陰極
逆衝撃が発生するものと考えられる。

したがって、本発明は、フィラメントの上端を支持する
トップハツトの鍔部の下面をベイン上端より一定距離だ
け下方に位置させることによって、上記の悪影響を緩和
し、第５高調波および陰極逆衝撃の発生を抑制したもの
である。

なお、この発明のマグネトロンのように、フィラメント
の上端を支持するトップハツトの鍔部の下面をベイン上
端より下方に位置させたマグネトロンの構成は、たとえ
ば、特公昭６０−３２９４６号公報、米国特許第４．２
２３，２４６号に開示されている。

しかしながら、これらの文献には、トップハツトの鍔部
の下面とベイン上端との位置関係が図示されているのみ
で、その位置関係の技術的な意義については全く記載さ
れていない。このことは、上記の公報および米国特許の
出願口が衛星放送の試験開始時期より前の１９７９年で
あるため、マグネトロンが発生する第５高調波を問題と
する必要がなかったためと考えられる。

したがって、従来はトップハツトの鍔部下面とベイン上
端との位置関係が、第５高調波ノイズの発生レベルとの
間に関係があることを見出した者がないことは明らかで
ある。また、第８図に示されるように、トップハツトの
鍔部下面をベイン上端より上方へ位置させることは、π
モードでの安定発振を図るためには当業者の間で従来か
ら技術的な常識となっていた。

本発明は、このような従来の技術的常識にとられれずに
、第５高調波の発生を抑制するという所期の目的を達成
したものであり、上記二つの文献から類推されるもので
はない。なお、本発明はトップハツトの鍔部下面をベイ
ン上端より下方に位置させるものであるが、後述の実施
例において明らかに示されるようにπモードでの安定発
振を阻害するものではない。

第１図は本発明の実施例を示し、従来のマグネトロンを
示す第８図に対応する部分拡大断面図である。図におい
て、トップハツト７の鍔部６とベイン２との位置関係以
外は、第８図で示される従来のマグネトロンの構造と同
一の構造が示されている。カソード３は下方に設けられ
、トップハツト７の鍔部６の下面がベイン２の上端より
下方に位置している。

第１図において示される各寸法が、たとえば、以下の値
に設定されているものとする。

アノードシリンダ１の内径ｃ＝３５．０ｍ、相対向する
ベイン２の先端部間の間隔ｄ＝、９０ｍ、フィラメント５の外径ｅ＝４．０ｍ、トップハツト７の鍔部６の外径ｆ＝７．２ｍ、鍔部６の
厚みｇ＝１．０輸、エンドハツト８の外径ｈ　＝　７．２＋ｍ＋、エンドハ
ツト８の上面から下面までの高さｉ＝２．５ｍ、トップハツト７の鍔部６の下面からエンドハツト８の上
面までの高さｊ＝９．８ｍ、アノードシリンダ１の軸線、すなわちカソード３の軸線
からアンテナ導体１１のベイン２への取付位置までの距
離に＝１２．９ＩＩＷ、ベイン２の長さＬ＝　１３．０
ＩＩＩｌ、内側ストラップリング９の内周面とベイン２
の先端部との距離＆＝３．２５ｍｍ、ベイン２からアンテナ導体１１の折曲部までの距離ｎ＝
２．０ｍ、アンテナ導体１１の折曲部の折曲角度ｍ＝１４　５’ 以上のように各寸法を設定した場合に測定された特性結
果は第２図〜第５図に示されている。以下、これらの特
性図を参照して本発明のマグネトロンの特性について説
明する。

第２図は、トップハツト７の鍔部６の下面とベイン２の
上端との間隔ａを変化させた場合に第５高調波放射レベ
ルがどのように変化したかを示し、実験データをもとに
作成された特性図である。図において、曲線ＡおよびＢ
、Ｃは、以下のようにベイン２の高さ寸法すを変化させ
たものである。

Ａ・・・ｂ＋−９，６ｗｗｎ、Ｂ　−−−ｂ　＝　９　、２　ｒｒｍ、Ｃ・・・ｂ＝８
．８ｍｍ、なお、トップハツト７の鍔部６の下面とベイン２の上端
との間隔ａの値は、鍔部６の下面がベイン２の上端より
上側に位置する場合、正の値とし、逆に鍔部６の下面が
ベイン２の上端より下側に位置する場合、負の値として
各特性図に示されている。また、マグネトロンに付加さ
れる電圧は４に■であり、陽極電流は３００ｍＡである
。第２図において第５高調波放射レベルの値は、ａ＝０
．４ｍのときの放射レベルを基準にした相対値とじて示
されている。

第２図から明らかなように、トップハツト７の高さ位置
を下げていくと、ａの値がＯになるまで、すなわち、ト
ップハツト７の鍔部６の下面がベイン２の上端と同一高
さになるまでは、第５高調波放射レベルの相対値の変化
はほとんどない。鍔部６の下面をベイン２の上端より０
．１ｍ下げると、第５高調波放射レベル相対値が低下し
始める。さらに、鍔部６の下面をベイン２の上端より　
０．２ｍ以上下げると、ａ＝−０，１ｍｍの場合より低
い値で、第５高調波放射レベル相対値がほぼ一定値にな
ることが理解される。

したがって、第５高調波の発生を抑制するという観点か
らは、トップハツト７の鍔部６の下面をベイン２の上端
より０．１＋ｎｍ以上下方に位置させることが望ましく
、０．２ｍｍ以上下方に位置させることはより好ましい
。

第３図はトップハツト７の鍔部６の下面とベイン２の上
端との間隔ａを変化させた場合、モーディング現象、す
なわち、マグネトロン内の規則正しいπモードの高周波
電界が乱れ、πモードを正しく維持することができなく
なってしまう現象の臨界点がどのように変化するかを、
安定発振の可能な最大の陽極電流で表わした実験データ
をもとに作成された特性図である・。曲線Ａ、Ｂ、Ｃは
第２図と同様にベインの高さ寸法すをそれぞれ９．６ｍ
、９．２１１１１１１１．８．８ｍに変化させたもので
ある。

第３図から明らかなように、トップハツト７の高さ位置
を下げていくと、トップハツト７の鍔部６の下面がベイ
ン２の上端より０．４ｎｗｎ下方に位置するまでは、臨
界点としての安定発振の可能な最大の陽極電流値がほぼ
一定である。鍔部６の下面をベイン２の上端より０．４
Ｗｎ以上下方に位置させると、下方に位置させるに従っ
て、陽極電流値が低下することが理解される。この臨界
点としての陽極電流値が７００＋Ａ以下になると、マグ
ネ・トロンが組込まれる電子レンジ等において安定な発
振を維持しないおそれが存在する。

したがって、安定発振の観点からは、トップハツト７の
鍔部６の下面をベイン２の上端から０゜６ｍ下方に位置
させるまでが限界であり、それ以上下げると使用に耐え
得る安定発振を望むことができない。その結果、良好な
安定発振をさせるためには、鍔部６の下面をベイン２の
上端から０４ｍまで下方に位置させることが望ましい。

第４図はトップハツト７の鍔部６の下面とベイン２の上
端との間隔ａを変化させた場合に、陰極逆衝撃がどの程
度発生するかを、予熱時のフィシＴ。

もとに作成された特性図である。このとき、ベイン２の
高さ寸法すは８．８＋ｎｍである。

第４図から明らかなように、トップハツト７の高さ位置
を下げると、下げるにつれて、比（Ｉ＋／１゜）の値が
大きくなる。トップハツト７の鍔部６の下面をベイン２
の上端より０．１ｎｍ以上下方に位置させると、比（１
１／ｌｏ）の値がほぼ一定になることが理解される。

発振時、陰極逆衝撃が発生すると、フィラメント５の温
度が上昇し、フィラメント抵抗が増大することによりフ
ィラメント電流（１ｔ）が低下する。

このため、比（Ｌ／ｌｏ）の値が大きいほど、陰極逆衝
撃の発生が少ないものとみなされる。すなわち、トップ
ハツト７の高さ位置を下げるに従って、陰極逆衝撃の発
生を少なくなることが理解される。

したがって、陰極逆衝撃の発生を抑制するという観点か
らは、トップハツト７の鍔部６の下面をベイン２の上端
より０．１ｎｍ以上下方に位置させることが望ましく、
０．２ｍｍ以上下方に位置させることはより好ましい。

以上の第２図〜第４図に示される特性図から、トップハ
ツト７の鍔部６の下面とベイン２の上端との間隔ａは、
−０，６＋ｎｍ≦ａ≦−〇、１ｒｒｎの範囲内にあるこ
とが望ましく、−０，４ｍｍ≦ａ≦−０゜２ｍの範囲内
にあることが最も望ましい。この範囲内にａの値を設定
すると、アンテナ導体１１の高周波電界が作用空間内に
入り難くなり、作用空間内の電界分布の乱れが抑制され
、作用空間内の電子の動きがスムーズになることによっ
て、高調波および陰極逆？ＩＦＩ撃の発生が抑制され得
るものと考えられる。

第５図は、第１図に示されるマグネトロンにおいて、内
側ストラップリング９および外側ストラップリング１０
の配設位置を変化させた場合の第５高調波放射レベルの
変化を示し、実験データに基づいて作成された特性図で
ある。図において、各曲線は、ρ／ＬＸ１００の値がそ
れぞれ、１３．１８．２１，２５，２８，３２．３５の
ときの第５高調波放射レベルの相対値を示している。第
５高調波放射レベルの相対値は、（１／　Ｌ　ｘ１００
＝１３％、ａ＝０．４ｍｍのときの値を基準とした相対
値である。また、このときのベインの高さ寸法すは８．
８噴である。寸法りは第１図で示されるベイン２の全長
を示し、寸法ｐはベイン２の先端部から内側ストラップ
リング９の内周面（すなわち、カソード３と対向する面
）までの距離を示している。なお、内側ストラップリン
グ９と外側ストラップリング１０との間隔は０．８ｍで
常に一定である。

第５図から明らかなように、内側ストラップリング９の
配設位置がベイン２の先端部から離れるに従い、第５高
調波の放射レベルが大きく低下していることが理解され
る。特に、内側ストラップリング９の配設位置が、ペイ
・ン２の先端部から、ベインの全長しに対して１８％以
上３５％以下の範囲の位置であれば、第５高調波の発生
を大幅に抑制することができる、好ましくは、その範囲
は２１％以上３２％以下である。

このように、第５高調波放射レベルの発生を抑制するた
めに、ストラップリングの配設位置をベインの先端部か
ら一定距雛だけ隔離させることは、本発明者らの米国特
許箱４，７２０，６５９号に開示されている。第５図に
示されるように、ストラップリングの配設位置の設定に
加えて、本発明に従ってトップハツト７の鍔部６の下面
をベイン２の上端より下方に位置させれば、第５高調波
放射レベルの発生をさらに抑制することが可能になる。

なお、第２図に示される第５高調波放射レベルの相対値
が、第５図に示される相対値と相違が見られるのは、第
５高調波の放射レベルの基準値が異なるためである。第
２図における基準値は１／Ｌｘ１００＝２５％、ａ＝０
．４ｍｍのときの第５高調波放射レベルの値であり、第
５図における基準値はｆｆ／Ｌｘ１００＝１３％、ａ＝
０．４ｍｍのときの第５高調波放射レベルの値である。

なお、上記実験例は、２４５０ＭＨ２の基本周波数を有
するマグネトロンにこの発明を適用した場合を説明して
いるが、この発明はそれに限定されることはない。たと
えば、２４００〜２５００ＭＨ２の範囲のいずれかに基
本周波数が選ばれたマグネトロンや、さらにはこの範囲
外の基本周波数を有するマグネトロンにも適用が可能で
ある。

さらに、第６図は単に従来の一例のマグネトロンを示し
、第１図は第６図に示されるマグネトロンの全体構成に
おいて本発明が適用された場合の要部の構成を示す一例
であり、若干の変更を伴なうその他のマグネトロンに対
してもこの発明の適用は可能である。

（ト）発明の効果以上の如く本発明に依れば、第５高調波の発生及び陰極
逆衝撃の発生を抑制することができる等の効果を奏する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明マグネトロンの要部拡大断面８図は第７
図における■−■部分断面図である。１・・・アノードシリンダ、２・・・ベイン、３・・・
カソード、４・・・作用空間、５・・−フィラメント、
６・・・鍔部、７・・・トップハツト、８・・・エンド
ハツト、９・・・内側ストラップリング。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数のベインを中心方向に形成したアノードシリ
ンダと、アノードシリンダの中心線上に配設され、前記
ベインとの間に作用空間を形成するカソードとを備え、
前記カソードは、フィラメントと、フィラメントの上端
を支持し、フィラメント外径より大径の鍔部を有するト
ップハットと、前記フィラメントの下端を支持するエン
ドハットとから構成し、前記トップハットの鍔部は、下
面をベイン上端より０．１〜０．６ｍｍ下方に位置せし
めたことを特徴とするマグネトロン。
（２）複数のベインを中心方向に形成したアノードシリ
ンダと、アノードシリンダの中心線上に配設され、前記
ベインとの間に作用空間を形成するカソードと、前記ベ
インを１つおきに電気的に接続するストラップリングと
を備え、前記カソードはフィラメントと、フィラメント
の上端を支持し、フィラメント外径より大径の鍔部を有
するトップハットと、前記フィラメントの下端を支持す
るエンドハットとから構成し、前記トップハットの鍔部
は、下面をベイン上端より０．１〜０．６ｍｍ下方に位
置せしめると共に、前記ストラップリングは、前記ベイ
ンの先端部からベインの長さに対して１８％以上３５％
以下の範囲に配設したことを特徴とするマグネトロン。