JPH07230771A

JPH07230771A - マグネトロン

Info

Publication number: JPH07230771A
Application number: JP29618794A
Authority: JP
Inventors: Seiji Kitakaze; 清二北風; Toshio Ogura; 利夫小倉
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Electronic Devices Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Electronic Devices Co Ltd
Priority date: 1993-12-24
Filing date: 1994-11-30
Publication date: 1995-08-29

Abstract

(57)【要約】【目的】ベインの片側端面だけにストラップリングを設
置し、しかも発振された基本波の周波数スペクトラム
は、サイドローブやスプリアス信号が抑制されて雑音対
策が容易で、かつマグネトロン発振効率を向上したマグ
ネトロンを提供することに有る。【構成】ベインの片側端面だけにストラップリングを設
置した陽極を用い、陰極ステム側磁極による静磁界より
マイクロ波出力取出部側磁極による静磁界の方を強くす
る、あるいはマイクロ波出力取出部側磁極による静磁界
と陰極ステム側磁極による静磁界とを互いに異らせ、弱
い静磁界の方に対応するエンドシールドの外周部の作用
空間内側方向端面を、ベインの陰極側管軸方向端面より
管軸に沿って作用空間内側に入り込ませた。【効果】雑音電波の漏洩対策が容易で、かつマグネトロ
ンの発振効率が向上したマグネトロンが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】本発明は、暗電流の増加を抑制し
マグネトロンの発振効率を向上させ、かつ外部へ放射さ
れるノイズが少ない、電子レンジに好適なマグネトロン
に関する。

【従来の技術】図６は従来のマグネトロンの一例の管軸
を通る断面図を示す。銅を主成分とする陽極円筒２の内
壁から放射状にベイン３が突出して空洞共振器を形成し
ており、陽極円筒２の中央部に陰極１が配設され、その
周囲に円筒状の作用空間が形成されている。陽極円筒と
ベインとは、ホビング加工により一体成形されたもの、
または両者それぞれ別個に製作したものをろう付けした
もの等がある。陰極１は通常トリウムタングステン線を
ヘリカルに巻回して作られ、両端はエンドシールド１
２，１３に固定保持されている。特定のベイン３からマ
イクロ波出力を搬出するアンテナ５がマイクロ波出力取
出部８につながっている。また、陽極円筒２の両外端部
に、ベイン３と陰極１とで形成された作用空間に効率良
く磁力線を集中させる磁極４が填め込まれ、エンドシー
ルド１２，１３の外周部の作用空間内側方向端面は、ベ
イン３の陰極に近接する管軸方向端面より管軸方向に沿
って離れた位置に配設されている。陽極円筒２の上下に
配置され起磁力源となる管軸方向に短い円環状の永久磁
石６と、永久磁石６の外側面に接して管体外側を囲み外
部磁気回路となるヨーク７と、陽極円筒２の端部と永久
磁石６の内側面との間に挾まれた外周縁部と作用空間の
端部近くに伸びた内周縁部とを有する磁極４とによっ
て、作用空間内に管軸方向の静磁界が形成されている。
陽極円筒２など真空外囲器となる部分は安全上から接地
され、陰極１には高い直流負電位が印加されている。陰
極１から接地電位にあるベイン３の先端の方へ電子が吸
引されるが、作用空間には管軸方向に静磁界が形成され
ているため、電子には、磁界と電子の運動方向とに直交
する力が作用し、ベインの先端を円周方向に横切って陰
極側へ戻ろうとする電子も現れ、作用空間内に電子密度
の高い部分と疎な部分が生じ、高電子密度の電子雲が作
用空間内を高速周回して陽極円筒と隣接ベインとで形成
された空洞共振器群内にマイクロ波電気振動が励振され
る。空洞共振器群内の電気振動のうち、最も強く安定し
て発振されるのは、隣接空洞間で逆位相となる所謂πモ
ードの振動である。このπモード振動で同電位（同位
相）となる点を連結して此の振動を一層安定させるため
に、ベインを一つおきに交互に接続する内ストラップリ
ング１０と外ストラップリング１１とが、ベインの管軸
方向端面に設けられた溝の内部に収納設置されている。
マイクロ波電気振動を、ベインの端面に取付けたアンテ
ナ５によってマイクロ波出力取出部８に導いて、外部
で、例えば電子レンジで食物加熱用に利用する。なお、
陰極１は加熱用給電線を介して陰極ステム９によって支
持されている。現在、数量的に最も大きなマグネトロン
の用途は電子レンジ用であるが、家庭用電気製品の場
合、性能と並んで重要なことは、価格低廉なことであ
る。したがって、電子レンジ用マグネトロンの場合、価
格低減のために種々工夫が凝らされる。上記従来のマグ
ネトロンでは、ベインのマイクロ波出力取出部側端面と
ベインの陰極ステム側端面の両方にストラップリングが
設置されていたが、これが片側端面に設置するだけで済
めば、工数、部品代とも削減できる。しかし、ベインの
片側端面だけにストラップリングを設置して其の他の部
分の構造を従来のままにしておくと、空洞の共振周波数
が高くなり過ぎてしまう。これは、内、外ストラップリ
ング同士、およびベインとそのベインに接続されていな
いストラップリングとの間の静電容量がほぼ半分になっ
てしまうからである。この周波数の上昇を抑制するため
の一つの方法として、特開平４−２２３０２６号公報に
は、各ベインのマイクロ波出力取出部側端面のみに管軸
から等距離に溝を刻設して溝の内部に、ベインを１枚お
きに交互に電気的に接続する内、外ストラップリングを
収納させ、かつ各ベインの先端に両隣接ベインの先端側
へ対称に突出し、隣接ベインの突出部と平行平面で対向
する張出部分を設けて、上記静電容量の不足を補う技術
が記載されている。更に他の方法としては、ベインの管
軸方向の幅を狭くしてベインのインダクタンス分を大き
くする方法がある。上記二つの方法を併用する場合は、
ベインの陰極ステム側の端面に、上記張出部分とこれに
続く部分との境界に段差を設けて張出部分以外の部分の
ベインの管軸方向の幅を狭くして、張出部分以外の部分
のベインのインダクタンス分を大きくすることが出来
る。この技術によれば、空洞共振器の静電容量は増加
し、インダクタンス分も増加するので、ストラップリン
グをベインの片側端面だけに設けても、周波数を従来の
ものと同様にすることができる。図７（ａ）は上記技術
によるマグネトロンの陽極円筒の平面図を、図７（ｂ）
はその断面図を示す。図中、３１はベイン３の先端の張
出部分、３ａはストラップリング収納溝で、３ｂは張出
部分とこれに続く部分との境界の段差である。図示のも
のはホビング加工により一体成形したもので、符号を付
けてないアンテナ端部取付け用の溝は、実際は１枚のベ
インだけに必要であるが、旋盤加工で形成するので全て
のベインの端面に形成されている。なお、このようなマ
グネトロン陽極をホビング加工により一体成形すること
は、ホブの形状は多少複雑になるが、材料ブランクの中
央部分で、材料が押出される量が減少するため、ホブに
対する抵抗が減少し、ホブの寿命は長くなる。

【発明が解決しようとする課題】しかし、複数のベイン
のマイクロ波出力取出部側端面のみに複数のベインを一
枚おきに交互に電気的に接続するストラップリングが結
合されたマグネトロン陽極を用いた場合、実際に励振さ
れるマイクロ波振動の基本波の周波数スペクトラムは、
図９に示すように、サイドローブの抑制が十分でなく、
スプリアス信号も目立ち、マグネトロンを機器例えば電
子レンジに取り付けて使用した場合に、外部に放射され
るノイズが多いという問題が生じた。電子レンジでは、
２４５０ＭＨｚのマイクロ波を使用することになってい
るが、その許容使用範囲は２４００〜２５００ＭＨｚで
あり、許容範囲外の電波漏洩は電波法により厳しく規制
されている。従って、ストラップリングをベインの片側
端面だけで済むようにしたマグネトロンにとっても、ノ
イズを抑制減少させることが課題である。また、陰極の
偏心による暗電流の増加を抑制しマグネトロンの発振効
率を向上させることも課題である。本発明は上記従来の
課題を解決し、ストラップリングの設置はベイン端面の
片側だけで済ませながら、ノイズ特に２４００〜２５０
０ＭＨｚの範囲外の電波漏洩を十分抑制できるように
し、更に、暗電流の増加を抑制しマグネトロンの発振効
率を向上させることの出来るマグネトロンを提供するこ
とを目的とする。

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の第１の手段として、本発明は、陽極空洞共振器群を形
成し環状に配設する複数のベインと、アンテナを介して
前記複数のベインのうちの一つに結合されるマイクロ波
出力取出部と、前記複数のベインのマイクロ波出力取出
部側端面のみで前記複数のベインを一枚おきに交互に電
気的に接続するストラップリングと、前記複数のベイン
の先端部を連ねる円のほぼ中央部に位置する陰極と、前
記陰極の両端に設けられた一対のエンドシールドと、前
記陰極を囲み前記陰極と前記複数のベインの先端部との
間に管軸方向に延在する円筒状の作用空間と、この作用
空間の管軸方向両端に位置して管軸方向の静磁界を形成
する一対の磁極と、前記一対の磁極の管軸方向両外側に
位置する永久磁石と、前記陰極を加熱用給電線を介して
支持する陰極ステムとを備え、前記作用空間の管軸方向
両端部における静磁界の強さを互いに異ならせ、前記作
用空間の管軸方向両端部に形成される静磁界のうち少な
くとも弱い方の静磁界の端部側に対応する前記エンドシ
ールドの外周部の前記作用空間の内側方向端面を、前記
複数のベインの前記陰極に近接する管軸方向端面と同一
面にまたはそれより管軸に沿って前記作用空間内側に入
り込ませたことを特徴とする。上記課題を解決するため
の第２の手段として、本発明は、陽極空洞共振器群を形
成し環状に配設する複数のベインと、アンテナを介して
前記複数のベインのうちの一つに結合されるマイクロ波
出力取出部と、前記複数のベインの前記マイクロ波出力
取出部側端面のみで前記複数のベインを一枚おきに交互
に電気的に接続するストラップリングと、前記複数のベ
インの先端部を連ねる円のほぼ中央部に位置する陰極
と、前記陰極の両端に設けられた一対のエンドシールド
と、前記陰極を囲み、前記陰極と前記複数のベインの先
端部との間に管軸方向に沿って延在する円筒状の作用空
間と、この作用空間の管軸方向両端に位置して管軸方向
の静磁界を形成する一対の磁極と、前記一対の磁極の管
軸方向両外側に位置する永久磁石と、前記陰極を加熱用
給電線を介して支持する陰極ステムとを備え、前記作用
空間の静磁界の強さを、前記陰極ステム側管軸方向端部
よりも前記マイクロ波出力取出部側管軸方向端部におい
て、より強くしたことを特徴とする。

【作用】本発明者は、上記陽極構造を有するマグネトロ
ンのノイズを減少させるために、作用空間の端部の付近
での磁界や電界の分布状況を変化させた場合について試
作、実験を重ねた結果、上記第１の手段のように陰極ス
テム側とマイクロ波出力取出部側の磁極による静磁界の
強さを異ならせることによって、マグネトロンの動作時
に発生する基本波の周辺の周波数スペクトラムはサイド
ローブおよびスプリアス信号が抑制され、外部へ放射さ
れるノイズを低減できることを見出した。また、陰極フ
ィラメントから放射された熱電子は、磁界に垂直な平面
内で円運動をする。この円の半径Ｒは数１によって示さ
れる。Ｒ＝(ｍ/ｅ)×Ｅ/Ｂ²…（数１）ここで、ｍ：電子質量（９.１×１０~³¹kg）ｅ：電荷（−１.６×１０~¹⁹Ｃ）Ｅ：電界強度，Ｂ：磁束密度一般的に、作用空間端面の磁界は中央部に比較し弱いの
で、上式より作用空間端部での半径Ｒは大きくなる。こ
のＲがある値以上より大きくなると、フィラメントから
放射された熱電子はアノードベイン先端に衝突するか、
あるいは作用空間外に放出され、マグネトロンの発振効
率を低下させる原因となる暗電流の増加を引き起こす。
この暗電流の増加は陰極軸が偏心しても生じ、更に非対
称磁界分布において、磁界の弱い側は一層暗電流の増加
を助長する。従って、上記のような弱磁界側のエンドシ
ールド外周部をベイン先端部より入り込ませた構成にす
れば、電子はエンドシールド外周部で抑制されるため、
暗電流の増加を防止することができる。また、両方のエ
ンドシールド外周部をベイン先端部より入り込ませた構
成にすれば、電子はエンドシールド外周部で遮蔽される
ため、両側の磁極による磁界の強弱に関係なく暗電流の
増加を抑制することができる。すなわち、暗電流を増加
させることなく両側の磁極の形状を自由に変更できる。
さらに、本発明者は上記陽極構造を有するマグネトロン
のノイズを減少させるために、作用空間の端部付近での
磁界や電界の分布状態を変化させた場合について試作、
実験を重ねた結果、上記第２の手段のように陰極ステム
側磁極による静磁界よりマイクロ波出力取出部側磁極に
よる静磁界を強くしたことによって、マグネトロン動作
時に発生する基本波の周辺の周波数スペクトラムはサイ
ドローブおよびスプリアス信号が抑制され、外部へ放射
されるノイズを低減できることを見出した。したがっ
て、本発明の第２の手段のようにフィラメントの偏芯量
が大きい側、すなわちマイクロ波出力取出部側を強磁界
となるように磁極の形状を構成することにより、上述の
暗電流の増加を抑制することができる。このような構成
とすることにより（１）作用空間両端の磁界の強さを非
対称とすることによりノイズを低減できる。（２）また
陰極を支持する加熱用給電線の一端がステムに固定され
た状態で陰極部が傾斜した場合においても、管軸に対す
る陰極の偏芯量が大となる方、すなわちマイクロ波出力
取出部側の磁界を陰極ステム側磁界より強くすることに
より、暗電流の増加を抑制しマグネトロンの発振効率を
向上させることができる。

【実施例】以下に述べる実施例は、ベインの先端部に張
出部を設けたマグネトロン陽極を用いた例で説明してい
るが本発明はこれに限定されるものではない。図８は、
本発明者等が本発明以前に考えた、ベインのマイクロ波
出力取出部側端面に最も近接する磁極の内周縁部を平坦
にした場合であり（本願出願時点では未公開の特願平４
−１６５６８９）、図１１は図８のＡ−Ｂ線上における
管軸方向の磁界の強さを示す図である。ここで、Ａ−Ｂ
線は、ベインの陰極側端部と陰極軸とのほぼ中間に位置
する。また、図１１の実線は図８に示すようにベインの
マイクロ波出力取出部側端面に最も近接する磁極の内周
縁部を平坦にした場合のＡ−Ｂ線上における管軸方向の
磁界の強さを示し、破線はベインに最も近接する磁極の
作用空間内側方向の先端形状が上下磁極とも同一な場合
のＡ−Ｂ線上における管軸方向の磁界の強さを示す。図
８において、１は陰極、２は陽極円筒、３はベイン、４
１１は陽極円筒のマイクロ波出力取出部側に取付けた磁
極、４１２は陽極円筒の陰極ステム側に取付けた磁極、
５はアンテナであり、磁極４１１のベイン端面に最も近
接する部分の面は図示のように平坦になっているが、磁
極４１２にはベインの端面に最も近接する部分の面に突
出部がある。その結果、マグネトロンの基本波の周波数
スペクトラムは図１０に示すようになる。従来のマグネ
トロンの場合には基本波のスペクトラムが図９に示した
ようにマイクロ波応用装置に割り当てられている２４５
０±５０ＭＨｚの幅を越えてはみ出していたので、マイ
クロ波応用装置側で対策して前記帯域幅に入るようにし
ていたが、本マグネトロンの場合は発振周波数スペクト
ラムのサイドローブやスプリアス信号が図１０に示すよ
うに大幅に低減されている。従って、本マグネトロンを
マイクロ波応用装置たとえば電子レンジに利用した場
合、雑音電波漏洩対策が容易になる。しかしながら、マ
グネトロン組立て時の陰極ステム取付け作業により、陰
極を支持する加熱用給電線の一端がステムに固定された
状態で陰極部が傾斜すること、すなわち管軸に対して陰
極が偏心することは避けられない。この時、陰極の偏心
量は当然のことながら図８において、ステムに近いＱ点
よりはアンテナに近いＰ点の方が大きくなる。図８に示
すように、マイクロ波出力取出部側の磁極の、ベインに
最も近接する面が平坦であると、Ａ−Ｂ線上における管
軸方向の磁界は図１１の実線に示すようになり、Ｐ点で
の磁界が弱くなる。この時、図８に示すようにマイクロ
波出力取出部側のエンドシールド１２の外周部の作用空
間内側端面と、ベインの、陰極に近接するマイクロ波出
力取出部側端面とが、管軸方向にｄ３（０．２〜０．４
ｍｍ）だけ離れているので、Ｐ点で陰極の偏心量が大に
なり暗電流が増加し、このためマグネトロンの発振効率
が低下する。図１は、本発明の第１実施例であり、上下
の磁極の形状は図８と同様で、上磁極４１１のベインに
最も近接する面が平坦な場合である。磁極４１１は、陽
極円筒２の端部に支持される大径のフランジ部と、これ
と同心で大径のフランジ部からある距離離れた位置にあ
り、中央に開口が設けらた小径の平面若しくはゆるい曲
面の底面部と、これら大径のフランジ部と小径の底面部
とを連結する漏斗状部とから構成される、切頭円錐台の
容器状をなしている。磁極４１２は、陽極円筒２の端部
に支持される大径のフランジ部と、これと同心で大径の
フランジ部からある距離離れた位置にあり、小径の平面
若しくはゆるい曲面をなすとともに、その中央部に唇状
に外側に突出する円筒部を有する底面部と、これら大径
のフランジ部と小径の底面部とを連結する漏斗状部とか
ら構成される、切頭円錐台の容器状をなしている。図１
のＡ−Ｂ線上における管軸方向の磁界の強さは、図１１
の実線で示すようになる。図１１及び後述の図１２にお
けるＰ点は上エンドシ−ルドの下表面とＡ−Ｂ線との交
点、同じくＱ点は下エンドシ−ルドの上表面とＡ−Ｂ線
との交点を示す。磁界分布の具体例を示すと、Ｐ−Ｑ線
の中点での磁束密度は１７００ガウス、Ｐ点における磁
束密度とＱ点における磁束密度の差は３０〜８０ガウス
である。すなわちＰ−Ｑ線の中点での磁束密度の２〜５
パ−セント程度の磁束密度の差がＰ点とＱ点との間に存
在する。ここで、上エンドシールド１２の外周部の下端
が図１に示すようにベイン上端よりｄ１だけ作用空間内
側に入り込んでいる。ここでｄ１は０〜０．５ｍｍであ
る。このような構成にすれば、作用空間で磁界の弱い点
Ｐを通過しようとする陰極から放出された電子は上記上
エンドシールド１２の外周部の下端で遮蔽されるため、
暗電流の増加が抑制される。ここで図１における具体的
寸法の一例を下記する。磁極４１１の底部外形Ｄ１＝１８．００ｍｍ磁極４１１の底部中央孔の直径Ｄ２＝９．２ｍｍ磁極４１２の突出円筒部内径Ｄ３＝９．２ｍｍ磁極４１２の突出円筒部外径Ｄ４＝１１．２ｍｍ磁極４１２の突出円筒部高さＨ１＝１．０ｍｍベイン先端を連ねた円の直径Ｄ５＝８．５〜９．５ｍｍベイン高さＨ２＝９．８ｍｍ陰極外径Ｄ６＝５．０ｍｍ磁極４１２の突出円筒部の高さＨ１は０．５〜１．５ｍ
ｍ、この突出円筒部の半径方向肉厚も０．５〜１．５ｍ
ｍの範囲に設定すればよいが、好ましくは、これらの寸
法は０．７〜１．３ｍｍが望ましい。突出円筒部を上記
範囲より高くすると発振効率低下や発振不安定現象など
が発生し、一方上記範囲より低くすると発振スペクトル
の改善効果が少なくなる。なお、磁極４１１，４１２の
上記形状及び寸法は、それぞれ後述する図２の４２２，
４２１、図３の４３２，４３１、図４の４４２，４４
１、図５の４５１，４５２に示した実施例においても同
様である。更に、陽極空洞共振器群を構成するベインの
枚数が１０枚の場合、ベイン先端を連ねた円の直径Ｄ５
が８．５〜９．５ｍｍのとき、このベインの軸方向長さ
を9ｍｍ以上にすることが有効である。ベインの軸方向
長さが９ｍｍ未満のときは発振効率低下や発振不安定が
生じ易くなる。図２は、本発明の第２実施例であり、図
１とは異なり下磁極４２２のベインに最も近接する面が
平坦な場合である。図１２は、図２のＡ−Ｂ線上におけ
る管軸方向の磁界の強さを示す図である。ここで、Ａ−
Ｂ線は、ベインの陰極側端部と陰極軸とのほぼ中間に位
置する。また、図１２の実線は図２に示すように陰極ス
テム側ベイン端に最も近接する磁極の内周縁部を平坦に
した場合のＡ−Ｂ線上における管軸方向の磁界の強さを
示し、破線はベインに最も近接する磁極の作用空間内側
方向の先端形状が上下磁極とも同一な場合のＡ−Ｂ線上
における管軸方向の磁界の強さを示す。この場合は、下
磁極４２２のベインに最も近接する面が平坦であるた
め、Ｑ点の磁界が弱くなり、下エンドシールド１３の外
周部の上端が図のようにベイン下端よりｄ２だけ作用空
間内側に入り込んでいる。ここでｄ２は０〜０．５ｍｍ
である。このような構成にすれば、作用空間で磁界の弱
い点Ｑを通過しようとする陰極から放出された電子は上
記下エンドシールド１３の外周部の上端で遮蔽されるた
め、暗電流の増加が抑制される。図３は、本発明の第３
実施例であり、上下の磁極４３１，４３２の形状に関係
なく、上下のエンドシールド１２，１３の外周部の作用
空間内側方向端面を、ベインの管軸方向の最外側でかつ
陰極に近接する両端面より、それぞれｄ１，ｄ２だけ作
用空間内側に入り込んでいる。ここでｄ１，ｄ２はそれ
ぞれ０〜０．５ｍｍである。このような構成にすれば、
作用空間で磁界の弱い点，ＰあるいはＱを通過しようと
する陰極から放出された電子は、上記上エンドシールド
１２の外周部の下端，あるいは下エンドシールド１３の
外周部の上端で遮蔽されるため、暗電流が抑制される。
また、上下の磁極の作用空間内側方向でベインに最も近
接する先端の形状によりＰ，Ｑ点の磁界が変化し、この
ため暗電流の増加に影響を与えるが、本実施例では、暗
電流を増加させることなく、磁極先端形状を自由に選択
することができるため、上下磁極によって作られる静磁
界の最適化が図れ、より雑音電波漏洩対策が容易となり
ノイズレベルを改善することが可能となる。なお、上記
ｄ１あるいはｄ２を０．５ｍｍ以上作用空間内側に入り
込ませるとπモードでの安定発振が図れなくなる。図４
は本発明の第４実施例の要部である陽極円筒や磁極を含
む部分の側断面図である。図中、１は陰極、２は陽極円
筒、３はベイン、４４１は陽極円筒のマイクロ波出力取
出部側に取付けた磁極、４４２は陽極円筒の陰極ステム
側に取付けた磁極、５はアンテナであり、磁極４４１は
ベインの端面に最も近接する部分の面に突出部があるの
に対し、磁極４４２のベイン端面に最も近接する部分の
面は図示のように平坦になっている。その結果、本発明
マグネトロンの基本波の周波数スペクトラムは図１０に
示すようになる。従来のマグネトロンの場合には基本波
のスペクトラムが図９に示したようにマイクロ波応用装
置に割り当てられている２４５０±５０ＭＨｚの幅を越
えてはみ出していたので、マイクロ波応用装置側で対策
して前記帯域幅に入るようにしていたが、本発明マグネ
トロンの場合は発振周波数スペクトラムのサイドローブ
やスプリアス信号が図１０に示すように大幅に低減され
ている。従って、本発明マグネトロンをマイクロ波応用
装置たとえば電子レンジに利用した場合、雑音電波漏洩
対策が容易になる。上記のように、作用空間両端の磁界
の強さを非対称にすることにより雑音電波漏洩対策が容
易にできるが、図４の場合と磁界の強さを逆にした場合
は次のような不都合を生じる。図５は、マイクロ波出力
取出部側のベイン端に最も近接する磁極の内周縁部を平
坦にした場合である。磁極４５２にはベインの端面に最
も近接する部分の面に突出部があるのに対し、磁極４５
１のベイン端面に最も近接する部分の面は図示のように
平坦になっている。図１１は図５のＡ−Ｂ線上における
管軸方向の磁界の強さを示す図であり、図１２は、図４
のＡ−Ｂ線上における管軸方向の磁界の強さを示す図で
ある。ここで、Ａ−Ｂ線は、ベインの陰極側端部と陰極
軸とのほぼ中間に位置する。また、図１１の実線は図５
に示すようにマイクロ波出力取出部側ベイン端に最も近
接する磁極の内周縁部を平坦にした場合のＡ−Ｂ線上に
おける管軸方向の磁界の強さを示し、図１２の実線は図
４に示すように陰極ステム側ベイン端に最も近接する磁
極の内周縁部を平坦にした場合のＡ−Ｂ線上における管
軸方向の磁界の強さを示す。図１１及び図１２における
Ｐ点は上エンドシ−ルドの下表面とＡ−Ｂ線との交点、
同じくＱ点は下エンドシ−ルドの上表面とＡ−Ｂ線との
交点を示す。磁界分布の具体例を示すと、Ｐ−Ｑ線の中
点での磁束密度は１７００ガウス、Ｐ点における磁束密
度とＱ点における磁束密度の差は３０〜８０ガウスであ
る。すなわちＰ−Ｑ線の中点での磁束密度の２〜５パ−
セント程度の磁束密度の差がＰ点とＱ点との間に存在す
る。なお、図１１および図１２の破線はベインに最も近
接する磁極の作用空間内側方向の先端形状が上下磁極と
も同一な場合のＡ−Ｂ線上における管軸方向の磁界の強
さを示す。マグネトロン組立て時の陰極ステム取付け作
業により、陰極を支持する加熱用給電線の一端がステム
に固定された状態で陰極部が傾斜し、管軸に対して陰極
が偏芯することは避けられない。この時、陰極の偏芯量
は当然のことながらステムに近いＱ点よりはアンテナに
近いＰ点の方が大きくなる。図５に示すように、マイク
ロ波出力取出部側の磁極の、ベインに近接する面が平坦
であると、Ａ−Ｂ線上における管軸方向の磁界は図１１
の実線に示すようになり、Ｐ点での磁界が弱くなり、こ
の点で陰極の偏芯量が大になると暗電流が増加し、この
ためマグネトロンの発振効率が低下する。本発明の図４
の構成では、Ａ−Ｂ線上における管軸方向の磁界は図１
２の実線に示すようになり、Ｐ点での磁界が強くなり、
この点で陰極の偏芯量が大となっても暗電流の増加は抑
制されることになり、したがってマグネトロンの発振効
率が向上する。

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、雑
音電波の漏洩対策が容易にでき、かつ暗電流の増加を抑
制してマグネトロンの発振効率を向上させることができ
る。また、ベインに最も近接する磁極の作用空間内側方
向の先端形状を自由に選択することが出来るため、上下
磁極によって作られる静磁界の最適化が図れ、よりノイ
ズレベルを改善することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の要部である陽極円筒や磁
極を含む部分の側断面図である。

【図２】本発明の第２実施例の要部である陽極円筒や磁
極を含む部分の側断面図である。

【図３】本発明の第３実施例の要部である陽極円筒や磁
極を含む部分の側断面図である。

【図４】本発明の第４実施例の要部である陽極円筒や磁
極を含む部分の側断面図である。

【図５】作用空間の両側にある磁極による静磁界の強度
において、マイクロ波出力取出部側の磁極による静磁界
の方が、陰極ステム側の磁極による静磁界より小さい場
合の、陽極円筒や磁極を含むマグネトロン要部断面図で
ある。

【図６】従来のマグネトロンの一例の管軸を通る断面図
である。

【図７】図７（ａ）はベインのマイクロ波出力取出部側
端面のみにストラップリングを設置し、ベインの先端に
隣接ベインの先端側へ突出した張出し部分を設け、ベイ
ンの陰極ステム側端面に張出し部分とこれに続く部分と
の境界に段差を設けて張出し部分以外の部分のベインの
管軸方向幅を狭くしたマグネトロン陽極の平面図、図７
（ｂ）はその管軸を通る断面図である。

【図８】作用空間の両側にある磁極によって作られる静
磁界の強度において、マイクロ波出力取出部側の磁極に
よって作られる静磁界の方が、陰極ステム側の磁極によ
って作られる静磁界より小さい場合の、陽極円筒や磁極
を含む部分のマグネトロン要部断面図である。

【図９】従来のベインの片側端面だけにストラップリン
グを設置したマグネトロンの２４５０ＭＨｚ帯の基本波
スペクトラムを示す図である。

【図１０】本発明実施例マグネトロンの２４５０ＭＨｚ
帯の基本波スペクトラムを示す図である。

【図１１】マイクロ波出力部側ベイン端面に最も近接す
る磁極の内周縁部の面を平坦にした場合の磁界分布であ
る。

【図１２】陰極ステム側ベイン端面に最も近接する磁極
の内周縁部の面を平坦にした場合の磁界分布である。

【符号の説明】

１…陰極、２…陽極円筒、３…ベイン、３１…ベ
イン先端の張出部分、４１１，４２１，４３１，４４１
…マイクロ波出力取出部側の磁極、４１２，４２２，
４３２，４４２…陰極ステム側の磁極、１２…マイク
ロ波出力取出部側のエンドシールド、１３…陰極ステ
ム側のエンドシールド。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成６年１２月１４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】明細書

【発明の名称】マグネトロン

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【０００２】

【従来の技術】図６は従来のマグネトロンの一例の管軸
を通る断面図を示す。銅を主成分とする陽極円筒２の内
壁から放射状にベイン３が突出して空洞共振器を形成し
ており、陽極円筒２の中央部に陰極１が配設され、その
周囲に円筒状の作用空間が形成されている。陽極円筒と
ベインとは、ホビング加工により一体成形されたもの、
または両者それぞれ別個に製作したものをろう付けした
もの等がある。陰極１は通常トリウムタングステン線を
ヘリカルに巻回して作られ、両端はエンドシールド１
２，１３に固定保持されている。特定のベイン３からマ
イクロ波出力を搬出するアンテナ５がマイクロ波出力取
出部８につながっている。また、陽極円筒２の両外端部
に、ベイン３と陰極１とで形成された作用空間に効率良
く磁力線を集中させる磁極４が填め込まれ、エンドシー
ルド１２，１３の外周部の作用空間内側方向端面は、ベ
イン３の陰極に近接する管軸方向端面より管軸方向に沿
って離れた位置に配設されている。

【０００３】陽極円筒２の上下に配置され起磁力源とな
る管軸方向に短い円環状の永久磁石６と、永久磁石６の
外側面に接して管体外側を囲み外部磁気回路となるヨー
ク７と、陽極円筒２の端部と永久磁石６の内側面との間
に挾まれた外周縁部と作用空間の端部近くに伸びた内周
縁部とを有する磁極４とによって、作用空間内に管軸方
向の静磁界が形成されている。陽極円筒２など真空外囲
器となる部分は安全上から接地され、陰極１には高い直
流負電位が印加されている。陰極１から接地電位にある
ベイン３の先端の方へ電子が吸引されるが、作用空間に
は管軸方向に静磁界が形成されているため、電子には、
磁界と電子の運動方向とに直交する力が作用し、ベイン
の先端を円周方向に横切って陰極側へ戻ろうとする電子
も現れ、作用空間内に電子密度の高い部分と疎な部分が
生じ、高電子密度の電子雲が作用空間内を高速周回して
陽極円筒と隣接ベインとで形成された空洞共振器群内に
マイクロ波電気振動が励振される。空洞共振器群内の電
気振動のうち、最も強く安定して発振されるのは、隣接
空洞間で逆位相となる所謂πモードの振動である。この
πモード振動で同電位（同位相）となる点を連結して此
の振動を一層安定させるために、ベインを一つおきに交
互に接続する内ストラップリング１０と外ストラップリ
ング１１とが、ベインの管軸方向端面に設けられた溝の
内部に収納設置されている。マイクロ波電気振動を、ベ
インの端面に取付けたアンテナ５によってマイクロ波出
力取出部８に導いて、外部で、例えば電子レンジで食物
加熱用に利用する。なお、陰極１は加熱用給電線を介し
て陰極ステム９によって支持されている。

【０００４】現在、数量的に最も大きなマグネトロンの
用途は電子レンジ用であるが、家庭用電気製品の場合、
性能と並んで重要なことは、価格低廉なことである。し
たがって、電子レンジ用マグネトロンの場合、価格低減
のために種々工夫が凝らされる。上記従来のマグネトロ
ンでは、ベインのマイクロ波出力取出部側端面とベイン
の陰極ステム側端面の両方にストラップリングが設置さ
れていたが、これが片側端面に設置するだけで済めば、
工数、部品代とも削減できる。

【０００５】しかし、ベインの片側端面だけにストラッ
プリングを設置して其の他の部分の構造を従来のままに
しておくと、空洞の共振周波数が高くなり過ぎてしま
う。これは、内、外ストラップリング同士、およびベイ
ンとそのベインに接続されていないストラップリングと
の間の静電容量がほぼ半分になってしまうからである。
この周波数の上昇を抑制するための一つの方法として、
特開平４−２２３０２６号公報には、各ベインのマイク
ロ波出力取出部側端面のみに管軸から等距離に溝を刻設
して溝の内部に、ベインを１枚おきに交互に電気的に接
続する内、外ストラップリングを収納させ、かつ各ベイ
ンの先端に両隣接ベインの先端側へ対称に突出し、隣接
ベインの突出部と平行平面で対向する張出部分を設け
て、上記静電容量の不足を補う技術が記載されている。
更に他の方法としては、ベインの管軸方向の幅を狭くし
てベインのインダクタンス分を大きくする方法がある。
上記二つの方法を併用する場合は、ベインの陰極ステム
側の端面に、上記張出部分とこれに続く部分との境界に
段差を設けて張出部分以外の部分のベインの管軸方向の
幅を狭くして、張出部分以外の部分のベインのインダク
タンス分を大きくすることが出来る。この技術によれ
ば、空洞共振器の静電容量は増加し、インダクタンス分
も増加するので、ストラップリングをベインの片側端面
だけに設けても、周波数を従来のものと同様にすること
ができる。図７（ａ）は上記技術によるマグネトロンの
陽極円筒の平面図を、図７（ｂ）はその断面図を示す。
図中、３１はベイン３の先端の張出部分、３ａはストラ
ップリング収納溝で、３ｂは張出部分とこれに続く部分
との境界の段差である。図示のものはホビング加工によ
り一体成形したもので、符号を付けてないアンテナ端部
取付け用の溝は、実際は１枚のベインだけに必要である
が、旋盤加工で形成するので全てのベインの端面に形成
されている。

【０００６】なお、このようなマグネトロン陽極をホビ
ング加工により一体成形することは、ホブの形状は多少
複雑になるが、材料ブランクの中央部分で、材料が押出
される量が減少するため、ホブに対する抵抗が減少し、
ホブの寿命は長くなる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、複数のベイン
のマイクロ波出力取出部側端面のみに複数のベインを一
枚おきに交互に電気的に接続するストラップリングが結
合されたマグネトロン陽極を用いた場合、実際に励振さ
れるマイクロ波振動の基本波の周波数スペクトラムは、
図９に示すように、サイドローブの抑制が十分でなく、
スプリアス信号も目立ち、マグネトロンを機器例えば電
子レンジに取り付けて使用した場合に、外部に放射され
るノイズが多いという問題が生じた。

【０００８】電子レンジでは、２４５０ＭＨｚのマイク
ロ波を使用することになっているが、その許容使用範囲
は２４００〜２５００ＭＨｚであり、許容範囲外の電波
漏洩は電波法により厳しく規制されている。従って、ス
トラップリングをベインの片側端面だけで済むようにし
たマグネトロンにとっても、ノイズを抑制減少させるこ
とが課題である。

【０００９】また、陰極の偏心による暗電流の増加を抑
制しマグネトロンの発振効率を向上させることも課題で
ある。

【００１０】本発明は上記従来の課題を解決し、ストラ
ップリングの設置はベイン端面の片側だけで済ませなが
ら、ノイズ特に２４００〜２５００ＭＨｚの範囲外の電
波漏洩を十分抑制できるようにし、更に、暗電流の増加
を抑制しマグネトロンの発振効率を向上させることの出
来るマグネトロンを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の第１の手段として、本発明は、陽極空洞共振器群を形
成し環状に配設する複数のベインと、アンテナを介して
前記複数のベインのうちの一つに結合されるマイクロ波
出力取出部と、前記複数のベインのマイクロ波出力取出
部側端面のみで前記複数のベインを一枚おきに交互に電
気的に接続するストラップリングと、前記複数のベイン
の先端部を連ねる円のほぼ中央部に位置する陰極と、前
記陰極の両端に設けられた一対のエンドシールドと、前
記陰極を囲み前記陰極と前記複数のベインの先端部との
間に管軸方向に延在する円筒状の作用空間と、この作用
空間の管軸方向両端に位置して管軸方向の静磁界を形成
する一対の磁極と、前記一対の磁極の管軸方向両外側に
位置する永久磁石と、前記陰極を加熱用給電線を介して
支持する陰極ステムとを備え、前記作用空間の管軸方向
両端部における静磁界の強さを互いに異ならせ、前記作
用空間の管軸方向両端部に形成される静磁界のうち少な
くとも弱い方の静磁界の端部側に対応する前記エンドシ
ールドの外周部の前記作用空間の内側方向端面を、前記
複数のベインの前記陰極に近接する管軸方向端面と同一
面にまたはそれより管軸に沿って前記作用空間内側に入
り込ませたことを特徴とする。

【００１２】上記課題を解決するための第２の手段とし
て、本発明は、陽極空洞共振器群を形成し環状に配設す
る複数のベインと、アンテナを介して前記複数のベイン
のうちの一つに結合されるマイクロ波出力取出部と、前
記複数のベインの前記マイクロ波出力取出部側端面のみ
で前記複数のベインを一枚おきに交互に電気的に接続す
るストラップリングと、前記複数のベインの先端部を連
ねる円のほぼ中央部に位置する陰極と、前記陰極の両端
に設けられた一対のエンドシールドと、前記陰極を囲
み、前記陰極と前記複数のベインの先端部との間に管軸
方向に沿って延在する円筒状の作用空間と、この作用空
間の管軸方向両端に位置して管軸方向の静磁界を形成す
る一対の磁極と、前記一対の磁極の管軸方向両外側に位
置する永久磁石と、前記陰極を加熱用給電線を介して支
持する陰極ステムとを備え、前記作用空間の静磁界の強
さを、前記陰極ステム側管軸方向端部よりも前記マイク
ロ波出力取出部側管軸方向端部において、より強くした
ことを特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明者は、上記陽極構造を有するマグネトロ
ンのノイズを減少させるために、作用空間の端部の付近
での磁界や電界の分布状況を変化させた場合について試
作、実験を重ねた結果、上記第１の手段のように陰極ス
テム側とマイクロ波出力取出部側の磁極による静磁界の
強さを異ならせることによって、マグネトロンの動作時
に発生する基本波の周辺の周波数スペクトラムはサイド
ローブおよびスプリアス信号が抑制され、外部へ放射さ
れるノイズを低減できることを見出した。

【００１４】また、陰極フィラメントから放射された熱
電子は、磁界に垂直な平面内で円運動をする。この円の
半径Ｒは数１によって示される。

【００１５】Ｒ＝(ｍ/ｅ)×Ｅ/Ｂ²…（数１）ここで、ｍ：電子質量（９.１×１０~³¹kg）ｅ：電荷（−１.６×１０~¹⁹Ｃ）Ｅ：電界強度，Ｂ：磁束密度一般的に、作用空間端面の磁界は中央部に比較し弱いの
で、上式より作用空間端部での半径Ｒは大きくなる。こ
のＲがある値以上より大きくなると、フィラメントから
放射された熱電子はアノードベイン先端に衝突するか、
あるいは作用空間外に放出され、マグネトロンの発振効
率を低下させる原因となる暗電流の増加を引き起こす。
この暗電流の増加は陰極軸が偏心しても生じ、更に非対
称磁界分布において、磁界の弱い側は一層暗電流の増加
を助長する。従って、上記のような弱磁界側のエンドシ
ールド外周部をベイン先端部より入り込ませた構成にす
れば、電子はエンドシールド外周部で抑制されるため、
暗電流の増加を防止することができる。

【００１６】また、両方のエンドシールド外周部をベイ
ン先端部より入り込ませた構成にすれば、電子はエンド
シールド外周部で遮蔽されるため、両側の磁極による磁
界の強弱に関係なく暗電流の増加を抑制することができ
る。すなわち、暗電流を増加させることなく両側の磁極
の形状を自由に変更できる。

【００１７】さらに、本発明者は上記陽極構造を有する
マグネトロンのノイズを減少させるために、作用空間の
端部付近での磁界や電界の分布状態を変化させた場合に
ついて試作、実験を重ねた結果、上記第２の手段のよう
に陰極ステム側磁極による静磁界よりマイクロ波出力取
出部側磁極による静磁界を強くしたことによって、マグ
ネトロン動作時に発生する基本波の周辺の周波数スペク
トラムはサイドローブおよびスプリアス信号が抑制さ
れ、外部へ放射されるノイズを低減できることを見出し
た。

【００１８】したがって、本発明の第２の手段のように
フィラメントの偏芯量が大きい側、すなわちマイクロ波
出力取出部側を強磁界となるように磁極の形状を構成す
ることにより、上述の暗電流の増加を抑制することがで
きる。

【００１９】このような構成とすることにより（１）作
用空間両端の磁界の強さを非対称とすることによりノイ
ズを低減できる。（２）また陰極を支持する加熱用給電
線の一端がステムに固定された状態で陰極部が傾斜した
場合においても、管軸に対する陰極の偏芯量が大となる
方、すなわちマイクロ波出力取出部側の磁界を陰極ステ
ム側磁界より強くすることにより、暗電流の増加を抑制
しマグネトロンの発振効率を向上させることができる。

【００２０】

【実施例】以下に述べる実施例は、ベインの先端部に張
出部を設けたマグネトロン陽極を用いた例で説明してい
るが本発明はこれに限定されるものではない。

【００２１】図８は、本発明者等が本発明以前に考え
た、ベインのマイクロ波出力取出部側端面に最も近接す
る磁極の内周縁部を平坦にした場合であり（本願出願時
点では未公開の特願平４−１６５６８９）、図１１は図
８のＡ−Ｂ線上における管軸方向の磁界の強さを示す図
である。ここで、Ａ−Ｂ線は、ベインの陰極側端部と陰
極軸とのほぼ中間に位置する。また、図１１の実線は図
８に示すようにベインのマイクロ波出力取出部側端面に
最も近接する磁極の内周縁部を平坦にした場合のＡ−Ｂ
線上における管軸方向の磁界の強さを示し、破線はベイ
ンに最も近接する磁極の作用空間内側方向の先端形状が
上下磁極とも同一な場合のＡ−Ｂ線上における管軸方向
の磁界の強さを示す。

【００２２】図８において、１は陰極、２は陽極円筒、
３はベイン、４１１は陽極円筒のマイクロ波出力取出部
側に取付けた磁極、４１２は陽極円筒の陰極ステム側に
取付けた磁極、５はアンテナであり、磁極４１１のベイ
ン端面に最も近接する部分の面は図示のように平坦にな
っているが、磁極４１２にはベインの端面に最も近接す
る部分の面に突出部がある。その結果、マグネトロンの
基本波の周波数スペクトラムは図１０に示すようにな
る。従来のマグネトロンの場合には基本波のスペクトラ
ムが図９に示したようにマイクロ波応用装置に割り当て
られている２４５０±５０ＭＨｚの幅を越えてはみ出し
ていたので、マイクロ波応用装置側で対策して前記帯域
幅に入るようにしていたが、本マグネトロンの場合は発
振周波数スペクトラムのサイドローブやスプリアス信号
が図１０に示すように大幅に低減されている。従って、
本マグネトロンをマイクロ波応用装置たとえば電子レン
ジに利用した場合、雑音電波漏洩対策が容易になる。

【００２３】しかしながら、マグネトロン組立て時の陰
極ステム取付け作業により、陰極を支持する加熱用給電
線の一端がステムに固定された状態で陰極部が傾斜する
こと、すなわち管軸に対して陰極が偏心することは避け
られない。この時、陰極の偏心量は当然のことながら図
８において、ステムに近いＱ点よりはアンテナに近いＰ
点の方が大きくなる。図８に示すように、マイクロ波出
力取出部側の磁極の、ベインに最も近接する面が平坦で
あると、Ａ−Ｂ線上における管軸方向の磁界は図１１の
実線に示すようになり、Ｐ点での磁界が弱くなる。この
時、図８に示すようにマイクロ波出力取出部側のエンド
シールド１２の外周部の作用空間内側端面と、ベイン
の、陰極に近接するマイクロ波出力取出部側端面とが、
管軸方向にｄ３（０．２〜０．４ｍｍ）だけ離れている
ので、Ｐ点で陰極の偏心量が大になり暗電流が増加し、
このためマグネトロンの発振効率が低下する。

【００２４】図１は、本発明の第１実施例であり、上下
の磁極の形状は図８と同様で、上磁極４１１のベインに
最も近接する面が平坦な場合である。

【００２５】磁極４１１は、陽極円筒２の端部に支持さ
れる大径のフランジ部と、これと同心で大径のフランジ
部からある距離離れた位置にあり、中央に開口が設けら
た小径の平面若しくはゆるい曲面の底面部と、これら大
径のフランジ部と小径の底面部とを連結する漏斗状部と
から構成される、切頭円錐台の容器状をなしている。磁
極４１２は、陽極円筒２の端部に支持される大径のフラ
ンジ部と、これと同心で大径のフランジ部からある距離
離れた位置にあり、小径の平面若しくはゆるい曲面をな
すとともに、その中央部に唇状に外側に突出する円筒部
を有する底面部と、これら大径のフランジ部と小径の底
面部とを連結する漏斗状部とから構成される、切頭円錐
台の容器状をなしている。

【００２６】図１のＡ−Ｂ線上における管軸方向の磁界
の強さは、図１１の実線で示すようになる。図１１及び
後述の図１２におけるＰ点は上エンドシ−ルドの下表面
とＡ−Ｂ線との交点、同じくＱ点は下エンドシ−ルドの
上表面とＡ−Ｂ線との交点を示す。磁界分布の具体例を
示すと、Ｐ−Ｑ線の中点での磁束密度は１７００ガウ
ス、Ｐ点における磁束密度とＱ点における磁束密度の差
は３０〜８０ガウスである。すなわちＰ−Ｑ線の中点で
の磁束密度の２〜５パ−セント程度の磁束密度の差がＰ
点とＱ点との間に存在する。

【００２７】ここで、上エンドシールド１２の外周部の
下端が図１に示すようにベイン上端よりｄ１だけ作用空
間内側に入り込んでいる。ここでｄ１は０〜０．５ｍｍ
である。このような構成にすれば、作用空間で磁界の弱
い点Ｐを通過しようとする陰極から放出された電子は上
記上エンドシールド１２の外周部の下端で遮蔽されるた
め、暗電流の増加が抑制される。

【００２８】ここで図１における具体的寸法の一例を下
記する。

【００２９】磁極４１１の底部外形Ｄ１＝１８．００ｍｍ磁極４１１の底部中央孔の直径Ｄ２＝９．２ｍｍ磁極４１２の突出円筒部内径Ｄ３＝９．２ｍｍ磁極４１２の突出円筒部外径Ｄ４＝１１．２ｍｍ磁極４１２の突出円筒部高さＨ１＝１．０ｍｍベイン先端を連ねた円の直径Ｄ５＝８．５〜９．５ｍｍベイン高さＨ２＝９．８ｍｍ陰極外径Ｄ６＝５．０ｍｍ磁極４１２の突出円筒部の高さＨ１は０．５〜１．５ｍ
ｍ、この突出円筒部の半径方向肉厚も０．５〜１．５ｍ
ｍの範囲に設定すればよいが、好ましくは、これらの寸
法は０．７〜１．３ｍｍが望ましい。突出円筒部を上記
範囲より高くすると発振効率低下や発振不安定現象など
が発生し、一方上記範囲より低くすると発振スペクトル
の改善効果が少なくなる。

【００３０】なお、磁極４１１，４１２の上記形状及び
寸法は、それぞれ後述する図２の４２２，４２１、図３
の４３２，４３１、図４の４４２，４４１、図５の４５
１，４５２に示した実施例においても同様である。

【００３１】更に、陽極空洞共振器群を構成するベイン
の枚数が１０枚の場合、ベイン先端を連ねた円の直径Ｄ
５が８．５〜９．５ｍｍのとき、このベインの軸方向長
さを9ｍｍ以上にすることが有効である。ベインの軸方
向長さが９ｍｍ未満のときは発振効率低下や発振不安定
が生じ易くなる。

【００３２】図２は、本発明の第２実施例であり、図１
とは異なり下磁極４２２のベインに最も近接する面が平
坦な場合である。図１２は、図２のＡ−Ｂ線上における
管軸方向の磁界の強さを示す図である。ここで、Ａ−Ｂ
線は、ベインの陰極側端部と陰極軸とのほぼ中間に位置
する。また、図１２の実線は図２に示すように陰極ステ
ム側ベイン端に最も近接する磁極の内周縁部を平坦にし
た場合のＡ−Ｂ線上における管軸方向の磁界の強さを示
し、破線はベインに最も近接する磁極の作用空間内側方
向の先端形状が上下磁極とも同一な場合のＡ−Ｂ線上に
おける管軸方向の磁界の強さを示す。この場合は、下磁
極４２２のベインに最も近接する面が平坦であるため、
Ｑ点の磁界が弱くなり、下エンドシールド１３の外周部
の上端が図のようにベイン下端よりｄ２だけ作用空間内
側に入り込んでいる。ここでｄ２は０〜０．５ｍｍであ
る。このような構成にすれば、作用空間で磁界の弱い点
Ｑを通過しようとする陰極から放出された電子は上記下
エンドシールド１３の外周部の上端で遮蔽されるため、
暗電流の増加が抑制される。

【００３３】図３は、本発明の第３実施例であり、上下
の磁極４３１，４３２の形状に関係なく、上下のエンド
シールド１２，１３の外周部の作用空間内側方向端面
を、ベインの管軸方向の最外側でかつ陰極に近接する両
端面より、それぞれｄ１，ｄ２だけ作用空間内側に入り
込んでいる。ここでｄ１，ｄ２はそれぞれ０〜０．５ｍ
ｍである。このような構成にすれば、作用空間で磁界の
弱い点，ＰあるいはＱを通過しようとする陰極から放出
された電子は、上記上エンドシールド１２の外周部の下
端，あるいは下エンドシールド１３の外周部の上端で遮
蔽されるため、暗電流が抑制される。

【００３４】また、上下の磁極の作用空間内側方向でベ
インに最も近接する先端の形状によりＰ，Ｑ点の磁界が
変化し、このため暗電流の増加に影響を与えるが、本実
施例では、暗電流を増加させることなく、磁極先端形状
を自由に選択することができるため、上下磁極によって
作られる静磁界の最適化が図れ、より雑音電波漏洩対策
が容易となりノイズレベルを改善することが可能とな
る。

【００３５】なお、上記ｄ１あるいはｄ２を０．５ｍｍ
以上作用空間内側に入り込ませるとπモードでの安定発
振が図れなくなる。

【００３６】図４は本発明の第４実施例の要部である陽
極円筒や磁極を含む部分の側断面図である。図中、１は
陰極、２は陽極円筒、３はベイン、４４１は陽極円筒の
マイクロ波出力取出部側に取付けた磁極、４４２は陽極
円筒の陰極ステム側に取付けた磁極、５はアンテナであ
り、磁極４４１はベインの端面に最も近接する部分の面
に突出部があるのに対し、磁極４４２のベイン端面に最
も近接する部分の面は図示のように平坦になっている。
その結果、本発明マグネトロンの基本波の周波数スペク
トラムは図１０に示すようになる。従来のマグネトロン
の場合には基本波のスペクトラムが図９に示したように
マイクロ波応用装置に割り当てられている２４５０±５
０ＭＨｚの幅を越えてはみ出していたので、マイクロ波
応用装置側で対策して前記帯域幅に入るようにしていた
が、本発明マグネトロンの場合は発振周波数スペクトラ
ムのサイドローブやスプリアス信号が図１０に示すよう
に大幅に低減されている。従って、本発明マグネトロン
をマイクロ波応用装置たとえば電子レンジに利用した場
合、雑音電波漏洩対策が容易になる。

【００３７】上記のように、作用空間両端の磁界の強さ
を非対称にすることにより雑音電波漏洩対策が容易にで
きるが、図４の場合と磁界の強さを逆にした場合は次の
ような不都合を生じる。

【００３８】図５は、マイクロ波出力取出部側のベイン
端に最も近接する磁極の内周縁部を平坦にした場合であ
る。磁極４５２にはベインの端面に最も近接する部分の
面に突出部があるのに対し、磁極４５１のベイン端面に
最も近接する部分の面は図示のように平坦になってい
る。図１１は図５のＡ−Ｂ線上における管軸方向の磁界
の強さを示す図であり、図１２は、図４のＡ−Ｂ線上に
おける管軸方向の磁界の強さを示す図である。ここで、
Ａ−Ｂ線は、ベインの陰極側端部と陰極軸とのほぼ中間
に位置する。また、図１１の実線は図５に示すようにマ
イクロ波出力取出部側ベイン端に最も近接する磁極の内
周縁部を平坦にした場合のＡ−Ｂ線上における管軸方向
の磁界の強さを示し、図１２の実線は図４に示すように
陰極ステム側ベイン端に最も近接する磁極の内周縁部を
平坦にした場合のＡ−Ｂ線上における管軸方向の磁界の
強さを示す。図１１及び図１２におけるＰ点は上エンド
シ−ルドの下表面とＡ−Ｂ線との交点、同じくＱ点は下
エンドシ−ルドの上表面とＡ−Ｂ線との交点を示す。磁
界分布の具体例を示すと、Ｐ−Ｑ線の中点での磁束密度
は１７００ガウス、Ｐ点における磁束密度とＱ点におけ
る磁束密度の差は３０〜８０ガウスである。すなわちＰ
−Ｑ線の中点での磁束密度の２〜５パ−セント程度の磁
束密度の差がＰ点とＱ点との間に存在する。

【００３９】なお、図１１および図１２の破線はベイン
に最も近接する磁極の作用空間内側方向の先端形状が上
下磁極とも同一な場合のＡ−Ｂ線上における管軸方向の
磁界の強さを示す。

【００４０】マグネトロン組立て時の陰極ステム取付け
作業により、陰極を支持する加熱用給電線の一端がステ
ムに固定された状態で陰極部が傾斜し、管軸に対して陰
極が偏芯することは避けられない。この時、陰極の偏芯
量は当然のことながらステムに近いＱ点よりはアンテナ
に近いＰ点の方が大きくなる。

【００４１】図５に示すように、マイクロ波出力取出部
側の磁極の、ベインに近接する面が平坦であると、Ａ−
Ｂ線上における管軸方向の磁界は図１１の実線に示すよ
うになり、Ｐ点での磁界が弱くなり、この点で陰極の偏
芯量が大になると暗電流が増加し、このためマグネトロ
ンの発振効率が低下する。

【００４２】本発明の図４の構成では、Ａ−Ｂ線上にお
ける管軸方向の磁界は図１２の実線に示すようになり、
Ｐ点での磁界が強くなり、この点で陰極の偏芯量が大と
なっても暗電流の増加は抑制されることになり、したが
ってマグネトロンの発振効率が向上する。

【００４３】

【図面の簡単な説明】

【符号の説明】１…陰極、２…陽極円筒、３…ベイン、３１…ベ
イン先端の張出部分、４１１，４２１，４３１，４４１
…マイクロ波出力取出部側の磁極、４１２，４２２，
４３２，４４２…陰極ステム側の磁極、１２…マイク
ロ波出力取出部側のエンドシールド、１３…陰極ステ
ム側のエンドシールド。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】陽極空洞共振器群を形成し環状に配設する
複数のベインと、アンテナを介して前記複数のベインの
うちの一つに結合されるマイクロ波出力取出部と、前記
複数のベインのマイクロ波出力取出部側端面のみで前記
複数のベインを一枚おきに交互に電気的に接続するスト
ラップリングと、前記複数のベインの先端部を連ねる円
のほぼ中央部に位置する陰極と、前記陰極の両端に設け
られた一対のエンドシールドと、前記陰極を囲み前記陰
極と前記複数のベインの先端部との間に管軸方向に延在
する円筒状の作用空間と、この作用空間の管軸方向両端
に位置して管軸方向の静磁界を形成する一対の磁極と、
前記一対の磁極の管軸方向両外側に位置する永久磁石
と、前記陰極を加熱用給電線を介して支持する陰極ステ
ムとを備え、前記作用空間の管軸方向両端部に形成され
る静磁界の強さを互いに異ならせ、前記作用空間の管軸
方向両端部における静磁界のうちの少なくとも弱い方の
静磁界の端部側に対応する前記エンドシールドの外周部
の前記作用空間の内側方向端面を、前記複数のベインの
前記陰極に近接する管軸方向端面と同一面にまたはそれ
より管軸に沿って前記作用空間内側に入り込ませたこと
を特徴とするマグネトロン。
【請求項２】前記弱い方の静磁界の端部が前記複数のベ
インの前記マイクロ波出力取出部側管軸方向端面側に形
成されていることを特徴とする請求項１記載のマグネト
ロン。
【請求項３】前記弱い方の静磁界の端部が前記複数のベ
インの前記陰極ステム側管軸方向端面側に形成されてい
ることを特徴とする請求項１記載のマグネトロン。
【請求項４】前記一対の磁極の一方が、逆切頭円錐
台の容器状をなし、中央に開孔を有するそのほぼ平らな
底面が前記複数のベインの前記マイクロ波出力取出部側
管軸方向端面に対向して前記弱い方の静磁界を形成して
いることを特徴とする請求項１記載のマグネトロン。
【請求項５】前記一対の磁極の他方が逆切頭円錐台の
容器状をなし、その底面の中央に唇状の外側に突出する
円筒部を有し、その円筒部が前記複数のベインの前記陰
極ステム側管軸方向端面に対向していることを特徴とす
る請求項４記載のマグネトロン。
【請求項６】前記一対の磁極の一方が、逆切頭円錐
台の容器状をなし、中央に開孔を有するそのほぼ平らな
底面が前記複数のベインの前記陰極ステム側管軸方向端
面に対向して、前記弱い方の静磁界を形成していること
を特徴とする請求項１記載のマグネトロン。
【請求項７】前記一対の磁極の他方が逆切頭円錐台
の容器状をなし、その底面の中央に唇状の外側に突出す
る円筒部を有し、その円筒部が前記複数のベインの前記
マイクロ波出力取出部側管軸方向端面に対向しているこ
とを特徴とする請求項６記載のマグネトロン。
【請求項８】管軸方向に沿って前記作用空間内側に入り
込ませた寸法が 0.5mm 以下であることを特徴とする請
求項１，２，３，４または６記載のマグネトロン。
【請求項９】前記一対のエンドシールドの双方の外周部
の前記作用空間内側方向端面を前記複数のベインの前記
陰極に近接する管軸方向端面と同一面にまたはそれより
管軸方向に沿って前記作用空間内側に入り込ませたこと
を特徴とする請求項１記載のマグネトロン。
【請求項１０】陽極空洞共振器群を形成し環状に配設
する複数のベインと、アンテナを介して前記複数のベイ
ンのうちの一つに結合されるマイクロ波出力取出部と、
前記複数のベインの前記マイクロ波出力取出部側端面の
みで前記複数のベインを一枚おきに交互に電気的に接続
するストラップリングと、前記複数のベインの先端部を
連ねる円のほぼ中央部に位置する陰極と、前記陰極の両
端に設けられた一対のエンドシールドと、前記陰極を囲
み、前記陰極と前記複数のベインの先端部との間に管軸
方向に沿って延在する円筒状の作用空間と、この作用空
間の管軸方向両端に位置して管軸方向の静磁界を形成す
る一対の磁極と、前記一対の磁極の管軸方向両外側に位
置する永久磁石と、前記陰極を加熱用給電線を介して支
持する陰極ステムとを備え、前記作用空間の静磁界の強
さを、前記陰極ステム側管軸方向端部よりも前記マイク
ロ波出力取出部側管軸方向端部において、より強くした
ことを特徴とするマグネトロン。
【請求項１１】前記一対の磁極のうちの前記マイクロ
波出力取出部側に配置される一方の磁極が、逆切頭円錐
台の容器状をなし、その底面の中央に唇状に外側に突出
する円筒部を有し、その円筒部が前記複数のベインの前
記前記マイクロ波出力取出部側管軸方向端面に対向して
いることを特徴とする請求項１０記載のマグネトロン。
【請求項１２】前記一対の磁極の他方が、逆切頭円
錐台の容器状をなし、中央に開孔を有するそのほぼ平ら
な底面が前記複数のベインの前記陰極ステム側管軸方向
端面に対向していることを特徴とする請求項１１記載の
マグネトロン
【請求項１３】前記複数のベインの数が１０であり、こ
のベインの管軸方向高さが９ｍｍ以上であることを特徴
とする請求項１または１０記載のマグネトロン。
【請求項１４】前記複数のベインの前記陰極側先端と管
軸との中点を管軸に平行に通るＡ−Ｂ線と前記一対のエ
ンドシ−ルドのうちの前記マイクロ波出力取出部側のエ
ンドシ−ルドの下表面との交点をＰ，前記Ａ−Ｂ線と前
記一対のエンドシ−ルドのうちの前記陰極ステム側のエ
ンドシ−ルドの上表面との交点をＱとしたとき、前記Ｐ
点における管軸方向磁束密度と前記Ｑ点における管軸方
向磁束密度との差が３０〜８０ガウスであることを特徴
とする請求項１または１０記載のマグネトロン。
【請求項１５】前記複数のベインの前記陰極側先端と管
軸との中点を管軸に平行に通るＡ−Ｂ線と前記一対のエ
ンドシ−ルドのうちの前記マイクロ波出力取出部側のエ
ンドシ−ルドの下表面との交点をＰ，前記Ａ−Ｂ線と前
記一対のエンドシ−ルドのうちの前記陰極ステム側のエ
ンドシ−ルドの上表面との交点をＱとしたとき、前記Ｐ
点における管軸方向磁束密度と前記Ｑ点における管軸方
向磁束密度との差が、前記Ｐ点と前記Ｑ点とを結ぶ線の
中点における管軸方向磁束密度の２〜５パ−セントの範
囲にあることを特徴とする請求項１または１０記載のマ
グネトロン。