JPH07302548A - マグネトロン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】陽極ベイン枚数を従来の８枚に削減し、陽極シ
リンダーを小径化したマグネトロンを得る。 【構成】所定の内径寸法を有する陽極シリンダー３の内
側に放射状に配設した複数の陽極ベイン２と、陽極シリ
ンダーの軸芯に沿って設け直熱型螺旋状陰極と、陽極シ
リンダーの外周に機械的に圧入して嵌合積層してなる複
数の板状冷却フィンとを少なくとも有した発振周波数２
４００ないし２５００ＭＨｚ帯のマグネトロンにおい
て、陽極ベインの数を８枚とし、直熱型螺旋状陰極の外
径を2.6 ｍｍ〜3.2ｍｍの範囲に設定すると共に、陽極
ベインの内端径を7.0 ｍｍ〜8.0 ｍｍの範囲に設定し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はマイクロ波応用機器に用
いられるマグネトロンに係り、特に、マグネトロンの陽
極構体を構成する共振空胴数を低減すると共に安定した
マイクロ波出力を得ることのできるための陽極／陰極構
造を備えたマグネトロンに関する。

【０００２】

【従来の技術】マグネトロンは高周波出力を効率よく発
生できることから、レーダ装置、医療機器、電子レンジ
等の調理器、その他のマグネトロン波応用機器の分野で
広く用いられている。

【０００３】この種のマグネトロンは、共振空洞と高周
波出力部を有する本体部とこの本体部に電力を供給する
給電部における漏洩電波の抑制を行うためのフィルタを
備えている。

【０００４】上記共振空洞は通常１２枚の陽極ベインで
形成される１２個から構成されるのが一般的であるが、
最近これを１０個（すなわち、１０枚の陽極ベイン）と
したものも提案されている。

【０００５】図１２は従来のマグネトロンの構造の一例
を説明する断面図であって、１はフィラメント、２は陽
極ベイン、３は陽極シリンダー、４，４’は永久磁石、
５，５’は磁極、６，６’はヨーク、７はアンテナリー
ド、８はアンテナ、９は排気管、９ａは封じ切りで形成
された凹部、１０はアンテナカバー、１１は円筒状絶縁
体、１２は排気管サポート、２１は上側エンドシール
ド、２１’は下側エンドシールド、２３，２４は陰極リ
ード、２５は入力側セラミック、２６は陰極端子、２７
はスペーサ、２８はスリーブ、３１はチョークコイル、
３２は貫通コンデンサ、３３はフィルタケース、３４は
蓋体、３５，３５’はシール部品、４１は上部シール部
品、４２は下部シール部品、４３は金属ガスケット、４
５は冷却フィンである。

【０００６】同図において、陰極フィラメント１の回り
には、複数の陽極ベイン２が放射状に配置されて共振空
洞を形成している。この陽極ベイン２は、陽極シリンダ
ー３にロー付等で固着されているか、若しくは、押出し
整形等により一体形成されている。

【０００７】陽極シリンダー３の上下には、軟鉄などの
強磁性体からなる磁極５，５’および円筒状の永久磁石
４，４’が設置されている。永久磁石４，４’から発生
した磁束は、磁極５を通って陰極フィラメント１と陽極
ベイン２間で形成される作用空間に入り、軸方向に必要
な直流磁界を与える。

【０００８】ヨーク６，６’は永久磁石４，４’の磁束
が通る磁気回路を構成し、ヨーク６，６’と永久磁石
４，４’および磁極５，５’により磁気回路が構成され
ている。

【０００９】負の高電圧となっている陰極フィラメント
１から放出された電子は、電界，及び直流磁界の影響を
受けて円運動しながら、各陽極ベイン２に、高周波電界
を形成する。

【００１０】図１３は図１２に示した従来のマグネトロ
ンの陽極構造を説明する平面図であって、２ａ，２ｂは
陽極ベイン２（２，２’）に形成した切り欠き、６１は
第１のストラップリング、６２は第２のストラップリン
グ、図６と同一部分には同符号は付す。

【００１１】同図において、陽極ベインは一枚おきに配
置された２組の陽極ベイン２，２’からなり、これらの
陽極ベイン２，２’は陽極シリンダー３の内壁から中心
Ｏ方向に設けられており、中心Ｏを通る軸線から見て、
放射状に配置される。

【００１２】陽極ベイン２，２’は、径の異なる２つの
環状体である第１のストラップリング６１と第２のスト
ラップリング６２によって、それぞれの切り欠き２ａ，
２ｂに接合して１つおきに結ばれている。なお、このス
トラップリングは陽極ベインの下部にも同様に配置され
ている。

【００１３】図１４は図１３に示したストラップリング
の説明図であって、（ａ）は径の小さい第１のストラッ
プリング、（ｂ）は径の大きい第２のストラップリング
の斜視図を示したものである。

【００１４】同図に示したように、第１のストラップリ
ング６１と第２のストラップリング６２は共に、断面が
矩形の環状体である。

【００１５】図１５は陽極ベインとストラップリングの
結合構造を説明するための１枚の陽極ベイン部分の要部
断面図であって、前記図１２〜図１４と同一部分は同一
符号を付してある。

【００１６】この陽極ベイン２の切り欠き２ａには小径
のストラップリング６１が接触し、大径のストラップリ
ング６２は接触しない。図６の陽極ベインのうちの１枚
には、高周波（マイクロ波）を導くためのアンテナリー
ド７が銀ろう付等により付設されている。

【００１７】陽極ベイン２（２’）で形成される共振空
洞で発生した高周波電界は、アンテナリード７によっ
て、アンテナ８に導かれアンテナ８を保護しているアン
テナカバー１０より外部に放出される。アンテナ８には
不要輻射を防止するためのチョーク部９が一体に形成さ
れている。

【００１８】なお、電子を発生させる陰極フィラメント
は、電子放射特性および加工性等を勘案して、一般に
は、酸化トリウム（ＴｈＯ₂ ）を微量含むタングステン
が用いられる。

【００１９】上側エンドシールド２１および下側エンド
シールド２１’は、各々、陰極リード２３および２４に
よって支持されている。これらのエンドシールド，およ
び陰極リードは、耐熱性，加工性の観点から、一般的に
は、モリブデン（Ｍｏ）が採用されている。２本の陰極
リード２３，２４は、入力側セラミック２５によって支
持されている。

【００２０】陰極リード２３，２４は、陰極端子２６と
ともに、入力側セラミック２５に真空気密を保つように
銀ろう付けされている。

【００２１】マグネトロンに振動，衝撃等が加わると陰
極リード２３及び２４が振動し、しかも、その振動の仕
方が陰極リード２３と２４で異なるために、陰極フィラ
メント１に機械的なストレスを生じさせ、陰極フィラメ
ント１の断線を引き起こすことがある。

【００２２】これを防止するためにスペーサ２７が用い
られる。このスペーサ２７の効果によって、陰極リード
が振動しても、その振動による陰極リード２３と２４の
動きは、ほとんど同一になるため、陰極フィラメントに
は、ほとんどストレスが加わらないようにすることがで
きる。なお、スリーブ２８は、スペーサ２７を所定の位
置に支持するためのものである。

【００２３】図１６は従来のマグネトロンの構造の他の
例を説明する断面図であって、２６は端子板、図１２と
同一符号は同一部分に対応する。

【００２４】同図において、螺旋状の陰極フィラメント
１の回りには複数の陽極ベイン２が陽極シリンダー３と
ロー付け等で固着されか、もしくは陽極ベインと共に押
出し成形により一体形成されている。

【００２５】陽極シリンダー３の上下には軟鉄などの強
磁性体からなる磁極５，５’および円筒状の永久磁石
４，４’が配置されている。

【００２６】永久磁石４，４’から発生した磁束は磁極
５，５’を通って陰極フィラメント１と陽極ベイン２と
の間に形成される作用空間に入り、軸芯方向に必要な直
流磁界を与える。

【００２７】ヨーク６，６’は永久磁石４，４’の磁束
が通る磁気回路を構成するものであり、この磁気回路は
ヨーク６，６’、永久磁石４，４’、および磁極５，
５’により構成される。

【００２８】負の高電圧となっている陰極フィラメント
１から放出された電子は電界および磁界の作用を受けて
円運動しながら各陽極ベイン２に高周波電界を形成す
る。

【００２９】形成された高周波電界はアンテナリード７
を通してアンテナ８に到り、アンテナカバー１０から外
部機器に出力される。

【００３０】陰極フィラメント１は上エンドシールド２
１と下エンドシールド２１、および陰極リード２３，２
４で支持されている。陰極リード２３，２４は入力セラ
ミック２５の上面に銀ロー等でロー付けされた端子板２
６でチョークコイル３１に接続するリード２３’，２
４’に接続される。

【００３１】また、マグネトロンの下部にはチョークコ
イル３１と貫通コンデンサ３２を支持するフィルタケー
ス３３とこのフィルタケースを閉じる蓋体３４とからな
るフィルタ構体が取付けられている。

【００３２】リード２３’，２４’に接続されたチョー
クコイル３１は貫通コンデンサ３２とでＬ−Ｃフィルタ
を構成し、陰極リードから伝播されてくる低周波成分を
抑制する。なお、高周波成分はフィルタケース３３とそ
の蓋体３４でシールドされる。

【００３３】そして、陽極シリンダー３の外周に設置さ
れた冷却フィン４５はマグネトロンの作動に伴う熱を放
散させる。

【００３４】図１７は図１６に示した従来のマグネトロ
ンの陽極構造を説明する平面図であって、図１６と同一
部分には同符号は付す。

【００３５】同図において、陽極ベインは一枚おきに配
置された２組の陽極ベイン２，２’からなり、陽極ベイ
ン２，２’は陽極シリンダー３の内壁から中心方向に放
射状に設置されている。

【００３６】これらの陽極ベイン２，２’は、その上方
端面すなわちアンテナリード設置側および陰極リード引
出し側のそれぞれの端面で径の異なる２つの環状体であ
る第１のストラップリング６１と第２のストラップリン
グ６２によって、交互に１つおきに結合れている。

【００３７】図１８は図１７に示したストラップリング
の説明図であって、（ａ）は径の小さい第１のストラッ
プリング６１、（ｂ）は径の大きい第２のストラップリ
ング６２の平面図と断面図を示したものである。これら
のストラップリングはそれぞれの内周まはた外周に形成
された突状部６１ａ、または６２ａで陽極ベインに接続
される。

【００３８】図１９は図１７のＡ−Ａ線に沿って切断し
た断面図であって、陽極ベイン２，２’は図１８に示し
たストラップリング６１，６２と６１’，６２’によ
り、接続されている。

【００３９】なお、この外の構成は前記図１２で説明し
たものと同様であるので、再度の説明は省略する。

【００４０】この種のマグネトロンの構造を開示したも
のとしては、例えば実公昭５７−５６５０４号公報、実
公昭６３−２５６５６号公報を挙げることができる。

【００４１】

【発明が解決しようとする課題】従来の電子レンジ用マ
グネトロンは、上記したような基本構造をもつものが採
用されている。従来の陽極ベイン枚数を１２枚としたも
のでは、陽極シリンダーの直径が大きく、かつ肉厚が比
較的厚く、銅の使用量が多いことから、陽極ベインの数
を低減させることが省資源面での改善として要求され
る。

【００４２】一方、実公昭６３−２５６５６号公報に
は、空胴共振器Ｑの低下を防ぎ、総合の電力効率を改善
し、ラインノイズの低減を図りつつ、小形，軽量化が実
現できる電子レンジ用マグネトロンとして、陽極ベイン
枚数を１０枚とした小形陽極円筒マグネトロンが開示さ
れている。

【００４３】このように小形化したマグネトロンにおい
ても、安定したマイクロ波出力を得るために、陰極外径
Ｆとベイン内径Ｇとの比は、Ｆ／Ｇ＝０．３８〜０．４
７とし、実用的なベイン内径Ｇを８．０９〜１０．０ｍ
ｍ ，陰極外径Ｆを３．６２〜４．０２ｍｍとしてい
る。

【００４４】これにより、電子レンジ用マグネトロンと
して要求されるマグネトトロン効率，負荷安定度等は十
分満足できる結果が得られているが、陽極ベインの数を
１０個より更に減らして８個にすると、数百Ｗのマイク
ロ波出力を安定に得ることは困難である。

【００４５】しかし、一層の省資源化構造を実現させる
ためには、陽極ベイン枚数を８枚に減らすことが有効で
ある。

【００４６】一方、電子レンジ用マグネトロンに認可さ
れている割当周波数は２４００〜２５００ＭＨｚであ
る。これに対し、マグネトロンの基本発振周波数は２４
５０ＭＨｚ帯で、マイクロ波出力が数百Ｗ〜１ｋＷ未満
が主であり、主に家庭用電子レンジに採用されている。
実際の発振スペクトラムは占有帯を有しているため、２
４００〜２５００ＭＨｚの電波漏洩規制値に対し余裕の
ない周波数スペクトラムとなっている。８枚ベイン小形
陽極マグネトロンに要求される性能は下記のとおりであ
る。したがって、発振周波数スペクトラムの占有帯を狭
小化し。電波漏洩量を低減させる必要がある。

【００４７】（１）マグネトロンは、πモードで、２４
５０ＭＨｚ帯発振する。しかし、マグネトロンの動作安
定度が低い場合、発振不安定，つまり、２４５０ＭＨｚ
帯以外の周波数で発振する場合がある。特に家庭用電子
レンジの場合、マグネトロンとなる負荷が食品であり、
その重量，形状により、大きく負荷インピーダンスが変
化するため、動作安定度の良いマグネトロンが要求され
る。

【００４８】（２）電子レンジの効率（マイクロ波出力
／入力）は、５０〜５５％である。この効率を得るため
のマグネトロン発振効率は約７０％程度を要する。した
がって、ベイン枚数を減らしても、７０％程度の効率が
要求される。

【００４９】（３）電子レンジ用マグネトロンの場合、
マグネトロンから見た場合、重負荷となる食品，軽負荷
となる食品等種々有る。特に軽負荷となる食品の場合、
マイクロ波吸収量が少なく、多くのマイクロ波は、マグ
ネトロン側に戻ってくる。マグネトロンに戻ってきたマ
イクロ波は、陽極ベインで消費されることになり、ベイ
ン温度を上昇させることになる。そのため、ベインの熱
的余裕度を高めてベインの温度上昇を低減させる必要が
ある。

【００５０】（４）マグネトロンの使い勝手の面から
は、マグネトロンの結合度が高い方がよい。つまり、結
合度が高いほど領域の広い範囲の負荷インピーダンスで
マイクロ波出力が得られるため、負荷となる電子レンジ
の調理室内のマイクロ波設計が容易となる。

【００５１】一般的に、結合度が高いほどマグネトロン
の動作安定度（２４５０ＭＨｚ帯の発振状態を維持でき
る尖頭陽極電流値）は低下する。従来のマグネトロンで
は、動作安定度を勘案してマグネトロンの結合度を設定
している。本発明ではマグネトロンの結合度を従来のマ
グネトロン比で１３０〜１７０％に高くし、動作安定度
を損なうことなく使い勝手の良いマグネトロンとするこ
とが要求される。

【００５２】（５）家庭用の電子レンジに用いるマグネ
トロンに要求される事項の１つとして、省資源化があ
る。マグネトロンを構成する材料としては、陽極シリン
ダー，陽極ベインには無酸素銅が、陰極リードにはモリ
ブデンが使用されており、何れも効果な材料である。し
たがって、これらの使用量を低減し、小型軽量化が実現
できる電子レンジ用マグネトロンが要求される。

【００５３】ベイン枚数を減らした場合、ベイン１枚当
りの陽極損失量は、当然大きくなり、過度の温度上昇を
招く。この結果、陽極ベインからのガス放出による管内
真空度の低下，ベイン先端に装着されているストラップ
の破壊等により信頼性を損うことになる。したがって、
ベイン枚数を削減した場合は、それなりの熱的余裕度を
配慮したベイン構造が必要である。

【００５４】（６）電子レンジ用マグネトロンとして認
可されている発振周波数帯域は、２４５０±５０ＭＨｚ
（２４００〜２５００ＭＨｚ）である。したがって、発
振スペクトラムがこの範囲内に収っていることが要求さ
れる。

【００５５】本発明の目的は、８枚ベインの陽極構造で
安定したマイクロ波出力を得るための改善された究極構
成と電極寸法を有する電子レンジ用のマグネトロンを提
供することにある。

【００５６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の要求を
満足させた８枚ベインを特徴とした小形陽極マグネトロ
ンの最適な陽極及び陰極仕様を実験結果から求めたたも
のである。

【００５７】すなわち、上記目的を達成するために、請
求項１に記載の第１の発明は、所定の内径寸法を有する
陽極シリンダーの内側に放射状に配設した複数の陽極ベ
インと、前記陽極シリンダーの軸芯に沿って設け直熱型
螺旋状陰極と、前記陽極シリンダーの外周に機械的に圧
入して嵌合積層してなる複数の板状冷却フィンと、前記
陽極ベインの軸芯方向端面側の一方に一端を配置すると
共に他端をアンテナに接続したアンテナリードとを少な
くとも有する発振周波数２４５０ＭＨｚ帯のマグネトロ
ンにおいて、前記陽極ベインの数を８枚とし、前記直熱
型螺旋状陰極の外径を２．６ｍｍ〜３．２ｍｍの範囲に
設定すると共に、前記陽極ベインの内端径を７．０ｍｍ
〜８．０ｍｍの範囲に設定したことを特徴とする。

【００５８】また、請求項２に記載の第２の発明は、前
記陽極ベインの軸芯方向に沿った両側の端面に、前記陽
極ベインを１つ置きに交互に結合する径の異なる第１の
環状体と第２の環状体とを配置したことを特徴とする。

【００５９】さらに、請求項３に記載の第３の発明は、
前記陽極ベインの軸芯方向に沿った前記アンテナリード
側の端面にのみ、前記陽極ベインを１つ置きに交互に結
合する径の異なる第１の環状体と第２の環状体とを配置
したことを特徴とする。

【００６０】さらにまた、請求項４に記載の第４の発明
は、前記陽極シリンダーの内径をベイン内端径の約３．
６３〜４．６倍、また、請求項５に記載の第５の発明
は、前記陽極シリンダーの内端径の約４．５〜５．０倍
に設定したことを特徴とする。そして、請求項６に記載
の第６の発明は、前記陽極ベインの厚さを２．０〜２．
４ｍｍ、軸方向高さを６．４〜８．４ｍｍに設定したこ
とを特徴とする。

【００６１】なお、本発明は、電子レンジ用のマグネト
ロンに限るものではなく、他の高周波機器の電波発生手
段としてのマグネトロンにも同様に適用できるものであ
る。

【００６２】

【作用】電子レンジ用マグネトロンの陽極は、高価な銅
から成る円筒部，及び複数枚の陽極ベインから構成され
る。この銅使用量を低減させようとした場合、円筒部の
小径化，陽極ベイン枚数の削減が有効である。

【００６３】従来において、長年採用されてきた１２枚
ベイン陽極方式に代えて実公昭６３−２５６５６号公報
に開示されたように、１０枚ベイン陽極方式が提案さ
れ、これが電子レンジ用マグネトロンとして実用化され
ている。

【００６４】今日のマグネトロンの趨勢は、究極の省資
源化を狙い、および使い勝手の良さであり、この観点か
ら、８枚ベイン陽極方式のマグネトロンを検討した結
果、ベイン端内径（以下、内端径とも言う），陰極外径
を前記したような最適値に設定することにより、ベイン
枚数削減の他、陽極円筒部の小径化によって省資源の達
成と共に、安定な発振のマグネトロンを得ることができ
る。

【００６５】特に電子レンジ用のマグネトロンは発振周
波数が２４５０ＭＨｚ帯で、そのマイクロ波出力が数百
Ｗ〜１ｋＷが主流で、主として家庭用の電子レンジに使
用されている。

【００６６】家庭用電子レンジの場合、調理する食品は
種々の重量と形状を持つため、マグネトロンからみた場
合、マイクロ波的に広範囲の負荷インピーダンスとな
る。

【００６７】したがって、如何なる負荷においても安定
したマイクロ波を供給することが要求される。

【００６８】一方、前記したように、マグネトロンの発
振周波数の占有帯は、電波法により２４００〜２５００
ＭＨｚに規制されており、この観点から発振周波数の占
有帯の狭小化が要求される。

【００６９】これらは、何れも、マグネトロンを構成す
る陽極構造、陰極および陽極間の電極寸法に係わるもの
である。

【００７０】また、マイクロ波の安定供給を実現するた
めには、モーディングの発生し難い、つまり動作安定度
の高いマグネトロンが要求される。

【００７１】一般的には、広範囲の負荷インピーダンス
に対し、マイクロ波を安定して供給するためには、マグ
ネトロンの結合度を高めることになるが、その場合、副
作用としてモーディング発生、つまり安定度の低下を伴
う。

【００７２】なお、モーディングとは、πモード（２４
５０ＭＨｚ）発振以外の異常発振が発生することであ
る。多分割陽極構造を採用するマグネトロンの発振形態
は、ベインの枚数をｎとすると、ｎ／２個を持つ。正常
発振モードをπモードとすると、発振形態はπモード，
π−１モード，π−２モード，・・・・π−（ｎ／２）
モードとなる。ここで、モーディング特性、つまり安定
度を改善するためにはπモードとπ−１モードの発振周
波数差を大きくすることが考えられる。これらのモード
は陽極空洞構造に関わるものである。

【００７３】図１１は陽極ベイン枚数（陽極空洞数）を
１０枚および８枚としたマグネトロンについて、その各
モードの発振周波数比を計算した結果の説明図であっ
て、横軸に発振モードを、縦軸に発振周波数比を取って
示す。

【００７４】同図に示されたように、πモードとπ−１
モードの発振周波数差は、ベイン枚数を８とした方が１
０枚より大きく、モード分離性が優れていることが分
る。

【００７５】つまり、ベイン枚数を８枚とすることによ
り動作安定度を高めることができる。

【００７６】この結果、動作安定度と相反するマグネト
ロンの結合度すなわち発振効率を高めることができ、マ
イクロ波の安定供給に大きく貢献できる。

【００７７】一方、多分割陽極構造のため、個々の空洞
において、共振特性のバラツキがあるため、必然的に占
有帯を有する発振周波数をスペクトラムとなる。この占
有帯を狭小化は、多分割空洞の数を減らすことにより可
能である。

【００７８】つまり、発振周波数占有帯の狭小化は従来
の１０枚ベインの陽極より８枚ベインの陽極の方が有利
となる。

【００７９】以上の説明のとおり、陽極ベイン数を１０
枚から８枚にすることによりマイクロ波の安定供給の面
と発振周波数占有帯の狭小化の面で有利となる。

【００８０】一方、前記実公昭６３−２５６５６号公報
に記載の従来技術では、ベイン数を１０枚から８枚に減
らすと、数百Ｗのマイクロ波出力を安定的に供給するこ
とが困難であると述べられているが、基本的には、ベイ
ンの枚数を削減することは動作安定度の面で有利である
と考えられる。当然、８枚ベインの有利な動作安定度を
生かすためには、最適電極寸法を見出す必要がある。

【００８１】前記各請求項に記載の発明によれば、８枚
ベインの陽極を有するマグネトロンにおけるマイクロ波
を安定的に供給することが可能となる。

【００８２】

【実施例】以下、本発明の実施例につき、図面を参照し
て詳細に説明する。

【００８３】図１は本発明によるマグネトロンの第１実
施例を説明する陽極及び陰極付近の要部構成図、図２は
図１のＡ−Ａ線に沿って切断した陽極及び陰極付近の要
部構成図であって、１は陰極フィラメント、２，２’は
陽極ベイン、３は陽極シリンダー、２１は上側エンドシ
ールド、２１’は下側エンドシールド、２３，２４は陰
極リード、６１，６１’は第１のストラップリング、６
２，６２’は第２のストラップリングである。

【００８４】同各図において、厚さｔが２．０ｍｍの銅
からなる陽極シリンダー３の内側には、厚２．０ｍｍ，
高さｈ＝８．０ｍｍの銅から成る８個の陽極ベイン２，
２’が放射状に配設され、直径が大小２種のストラップ
６１，６１’（第１のストラップリング），６２，６
２’（第２のストラップリング）により当該ベイン２，
２’の両端縁において１つおきに連結されている。

【００８５】更に、陽極円筒３の中心部には、陰極フィ
ラメント（直熱形螺旋状陰極）１が配設され、この陰極
の両端は、それぞれ出力側エンドシールド（上側エンド
シールド）２１と入力側エンドシールド（下側エンドシ
ールド）２１’に固着されている。そして、出力部／入
力部側エンドシールドは、棒状陰極支持体２３，２４に
支持されている。

【００８６】ここで、８枚ベイン陽極を有したマグネト
ロンの各部寸法は、良好なマイクロ波安定性を得るた
め、下記のようになっている。

【００８７】 Ｆ（陰極フィラメント外径）φ ＝２．８ｍｍ Ｇ（ベイン端内径）φ ＝７．２ｍｍ Ｈ（陽極円筒部内径）φ ＝３２ｍｍ Ｉ（陽極円筒部外径）φ ＝３６ｍｍ 上記の値は１例であるが種々の検討をした結果、電子レ
ンジ用マグネトロンとして満足される実用的な各部寸法
範囲は次の範囲である。

【００８８】すなわち、陰極外径Ｆとベイン端内径Ｇと
の比は、 Ｆ／Ｇ＝０．３４２〜０．４０ の範囲である。

【００８９】一方、安定な発振動作を維持するととも
に、陽極円筒の径小化を図る場合の陽極円筒部内径Ｈと
ベイン端内径Ｇとの比（Ｈ／Ｇ）は、約４．４倍が適切
である。

【００９０】８枚ベインで且つ上記比（Ｆ／Ｇ）を満足
させる実用的な範囲を求める場合、検討結果から、フィ
ラメント外径Ｆを加工上どこまで小径化できるかで決ま
る。つまり、電子レンジ用マグネトロンでは、良好な電
子放射を得るため、トリウム・タングステンを採用した
螺旋状陰極が採用される。

【００９１】この螺旋状陰極の製造方法は、フィラメン
トの巻き内径に相当する芯金棒に所定の巻きピッチでト
リウム・タングステンワイヤにテンションを加えながら
巻き付ける方式である。したがって、巻き径，つまりフ
ィラメント外径Ｆが小さくなる程、芯金が変形したり、
フィラメントワイヤにキレツを生じたりし、量産性を損
うこととなる。

【００９２】上述の不具合は、線径が太い程顕著となる
が、５００〜９００Ｗ程度の電子レンジ用のフィラメン
トの線径はφ０．５ｍｍ程度が採用されており、この線
径においては、検討結果ではフィラメント外径Ｆ＝２．
６〜３．０ｍｍが限界である。

【００９３】したがって、Ｆ＝φ２．８ｍｍとした場
合、Ｇ＝２．８／０．３９≒φ７．２ｍｍが検討結果よ
り良好なマイクロ波発振特性が得られることがわかっ
た。つまり、発振動作安定性及びマグネトロン発振効率
は、マイクロ波出力が数百Ｗ以上１ｋＷ未満クラスの電
子レンジに十分実用化できるレベルに達すると云うこと
である。

【００９４】ここで、陽極ベインの厚さについても考察
すると、隣合う陽極ベイン先端間隔は、狭くした方がこ
れら陽極ベイン先端間の高周波電界が相対的に強くする
ことができ、負荷安定度は改善されることになるが、製
造面からは、隣合う陽極ベイン先端間隔は０．５ｍｍが
限界である。

【００９５】この場合、陽極ベイン厚さは、Ｆ＝φ７．
２ｍｍとすると（π×７．２−０．５×８）／８≒２．
３ｍｍとなる。１０枚ベインの場合、陽極ベイン厚さは
１．８ｍｍであり、陽極ベイン１０個分の厚さは１８ｍ
ｍとなるが、８枚ベインのそれは、２．３×８＝１８．
４ｍｍとなり、陽極ベインの熱的余裕度設計は１０枚ベ
インと同等である。

【００９６】他方、電子レンジ用マグネトロンとして、
認可されているＩＳＭ帯周波数当ては２４５０±５０Ｍ
Ｈｚであり、この範囲内に発振スペクトラムが入ってい
なければならない。

【００９７】マグネトロンの発振スペクトラムは多空胴
共振方式のため、個々の空胴共振特性バラツキのために
生じるバンド幅をもっている。基本的には、空胴数の少
ない８枚ベイン陽極マグネトロンの方が有利となること
が言えるが、実験的にも実証できている。

【００９８】図３は本発明による８枚ベインマグネトロ
ンの第１実施例の基本波スペクトラムを従来の１０枚ベ
インマグネトロンのそれと比較した説明図であって、
（ａ）は本発明による８枚ベインマグネトロンの基本波
スペクトラム、（ｂ）は従来の１０枚ベインマグネトロ
ンの基本波スペクトラムである。

【００９９】なお、（ａ）（ｂ）共に、発振周波数の基
本波は２４５０ＭＨｚ、測定条件は、Ｖ．Ｓ．Ｗ．Ｒ≦
１．１、陰極電流Ｉｂ＝３００ｍＡである。

【０１００】両者のスペクトラムの比較から明らかなよ
うに、（ａ）に示した本発明の実施例のマグネトロンの
発振周波数は基本波に単一ピークを有し、極めて安定し
た発振特性をもつことが分る。

【０１０１】図４は本発明によるマグネトロンの第２実
施例を説明する断面図であって、前記図１６と同一符号
は同一部分に対応する。

【０１０２】本実施例のマグネトロンは、陽極シリンダ
ー３に設置するベイン２，２’の数を８枚とすると共
に、当該ベインに取り付ける第１と第２のストラップリ
ングをアンテナリード７側の端面側にのみとした点に特
徴を有する。なお、この点を除いたたの構成は図１６と
基本的に同一であるので、説明は省略する。

【０１０３】図５は本発明によるマグネトロンの第２実
施例における陽極シリンダー部分の構成の説明図であっ
て、（ａ）はアンテナリード側から見た上面図、（ｂ）
は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図、（ｃ）は第１のス
トラップリングの上面図、（ｄ）は第２のストラップリ
ングの上面図である。

【０１０４】また、図６は本発明によるマグネトロンの
第２実施例における陰極部分の構成を説明する部分断面
図であって、図４と同一符号は同一部分に対応する。

【０１０５】図５において、陽極シリンダー３の内側に
は、厚さｔが２．２ｍｍ、高さｈが８．０ｍｍの銅製の
８個のベイン２，２’が４５°の等間隔で放射状に配置
されている。

【０１０６】これらのベインは、直径が大小２種の第１
のストラップリング６１と第２のストラップリング６２
により１つおきに交互に連結されている。

【０１０７】上記直径が大小２種の第１のストラップリ
ング６１と第２のストラップリング６２は、アンテナリ
ード７（図４）が設置されている端面側にのみ配置され
ている。

【０１０８】本実施例の陽極シリンダー３の内径Ｈが３
５．０ｍｍ、陽極ベインの枚数を８とすることにより、
陽極ベイン２，２’間で構成される空洞のＬ−Ｃ、およ
びストラップリング６１，６２の関係から、２４５０Ｍ
Ｈｚで発振させるための上記ストラップリング６１，６
２の厚さは１．１ｍｍが最適となり、上記のようなベイ
ンの片面にのみストラップリング６１，６２を設置する
方式を用いることを可能にしている。

【０１０９】なお、ストラップリング６１，６２の位置
は、物理的にはアンテナリード側とは反対の端面に配置
することも可能である。しかし、本発明者等の実験によ
れば、ストラップリング６１，６２の位置をアンテナリ
ード側とは反対の端面に配置すると、陰極の逆加熱を招
き、マグネトロンの発振効率の低下、更にはマグネトロ
ンの信頼性を損なうことが判明したため、本実施例の如
くアンテナリード側の端面に配置する構成とした。しか
し、上記の問題が解消されれば、アンテナリード側とは
反対の端面に配置することも可能である。

【０１１０】第１と第２のストラップリング６１，６２
は図５の（ｃ）（ｄ）に示したように、ベインとの接合
部分に突部６１ａ，６２ｂを形成した形状としている。
これは、本実施例の陽極がシリンダー部分とベイン部分
を押出成形で製作したもので、ストラップリングの収納
溝の形状が各ベイン共に共通であるためである。

【０１１１】なお、ストラップリングの収納溝の形状が
ストラップリングの１個ごとに接合可能としたベイン、
あるいは陽極シリンダー３にベイン２，２’を銀ロー等
のロー付けで固定する方式では、前記第１実施例と同様
の単純なリング状のものを使用してもよい。

【０１１２】また、マグネトロンの発振効率、安定度特
性の面からは陽極ベイン２，２’の内径Ｇ、図６に示し
た陰極フィラメント１の外径寸法Ｆが重要である。

【０１１３】基本的には、ベインの枚数が少ない程、上
記寸法Ｇ，Ｆは小さくなる。ベインを８枚とした本実施
例のマグネトロンでは、寸法Ｇを７．６ｍｍφ、寸法Ｆ
を２．８ｍｍφとしている。寸法Ｆを２．８ｍｍφとし
た場合、トリウム・タングステン線を螺旋状に巻くこと
は至難である。

【０１１４】家庭用電子レンジに用いるマグネトロンの
マイクロ波出力は数百Ｗ〜１ｋＷ未満であり、この出力
に耐える陰極フィラメント素線の径は、寿命時間を考慮
し、０．５ｍｍφ程度のトリウム・タングステン線が採
用される。

【０１１５】しかし、陰極フィラメント巻線の外径寸法
Ｆを２．８ｍｍφで製作するためには、１．８ｍｍφの
芯金に０．５ｍｍφ程度のトリウム・タングステン線を
螺旋状に巻付けることになるが、巻付け時の芯金の変形
により、所定の巻付けピッチの螺旋状フィラメントを得
ることは困難である。

【０１１６】これを解決するためには、特開平４−２１
５２３１号公報に開示されている電子管ヘリカルコイル
陰極を採用することにより、容易にＦ＝２．８ｍｍφの
螺旋状フィラメントを得ることができる。つまり、本実
施例では、トリウム・タングステン線の断面を楕円形と
してその長軸が軸芯方向に平行となるように巻付けて陰
極フィラメントを製作するものである。

【０１１７】その具体的な寸法，形状としては、トリウ
ム・タングステン線の楕円断面の長軸が０．５５ｍｍ、
端軸が０．４ｍｍで、芯金寸法の径は２．０ｍｍφ（＝
２．８ｍｍφ−０．４ｍｍφ×２）となる。

【０１１８】この仕様において、巻き外径が２．８ｍｍ
φの陰極フィラメントの製作が可能となった。

【０１１９】なお、１０枚ベインの場合は、概略、陽極
ベインの内径Ｇが９．０ｍｍφ、陰極フィラメントの外
径Ｆが４．０ｍｍφであり、上記したように８枚ベイン
としたことにより、寸法Ｇ，Ｆ共に小型化される。これ
に伴い、上下のエンドシールド２１，２１’も小型化さ
れ、上下のエンドシールド２１，２１’に採用されるモ
リブデン材が節約される。

【０１２０】上記実施例の８枚ベインの陽極を採用した
マグネトロンの各部の寸法をまとめて示すと、 陰極フィラメント外径Ｆ＝２．８ｍｍφ ベイン端内径Ｇ＝７．６ｍｍφ 陽極シリンダー部内径Ｈ＝３５ｍｍφ 陽極シリンダー部外径Ｉ＝３９ｍｍφ である。

【０１２１】上記の各値は１例であり、電子レンジ用の
マグネトロンとして満足される実用的な各部の寸法範囲
は次の通りである。

【０１２２】すなわち、陰極フィラメント外径Ｆとベイ
ン端内径の比Ｆ／Ｇは、 Ｆ／Ｇ＝φ２．６／φ８．０〜φ３．０／φ７．０＝
０．３２〜０．４３ の範囲である。

【０１２３】一方、片側端面ストラップリング方式を採
用した場合のＨ／Ｇは約４．６が適切である。

【０１２４】図７はマグネトロンを整合状態で動作させ
た場合の従来のマグネトロンと本実施例のマグネトロン
の発振スペクトラムを比較する説明図であって、（ａ）
は８枚ベインの本実施例のマグネトロンの発振スペクト
ラム、（ｂ）は従来の１０枚ベインのマグネトロンの発
振スペクトラムを示す。

【０１２５】なお、（ａ）に示した本実施例のマグネト
ロンの発振スペクトラムは、陰極フィラメント外径寸法
Ｆ＝２．８ｍｍφ、ベイン端内径寸法Ｇ＝７．６ｍｍ
φ、陽極シリンダー内径寸法Ｈ＝３５ｍｍφの８枚ベイ
ンの陽極を有するマグネトロンの発振スペクトルであ
る。

【０１２６】（ａ）と（ｂ）とを比較すると、マグネト
ロンの割当て周波数であるＩＳＭ帯（２４００〜２５０
０ＭＨｚ）における発振スペクトラムは（ａ）の本実施
例の方が裕度があることが分る。

【０１２７】図８は本実施例のマグネトロントと従来の
１０枚ベインのマグネトロンの発振効率に対する動作安
定度および結合度の関係の説明図である。

【０１２８】同図において、直線ａは本実施例の８枚ベ
インのマグネトロンの安定度（ＳＴＩｂｍＡ）、直線ｂ
は従来の１０枚ベインのマグネトロンの安定度、直線ｃ
は本実施例の８枚ベインのマグネトロンの結合度（Δｆ
ＭＨｚ）、直線ｄは従来の１０枚ベインのマグネトロン
の結合度である。

【０１２９】図示されたように、同一効率での動作安定
度は本実施例のマグネトロンが従来のマグネトロンに比
べて約１．３倍高い。また、結合度も約１．４倍高いこ
とが分る。

【０１３０】すなわち、本実施例のマグネトロンは安定
なマイクロ波の供給が可能であり、使い勝手の優れたマ
グネトロンが得られる。

【０１３１】以上のように、陽極ベインの枚数を削減し
たことにより小型化が実現されると共に、高価な無酸素
銅やモリブデンの使用量を削減でき、省資源化に大きく
貢献でき、良好な発振スペクトラムと安定な動作のマグ
ネトロンを得ることができる。

【０１３２】図９は本発明によるマグネトロンを用いた
電子レンジの回路構成例の説明図である。

【０１３３】同図において、２３１がマグネトロンであ
り、スイッチング電源２０９に直流電力を供給する直流
電源２０１は商用交流電源２０３と全波整流器から構成
される。

【０１３４】全波整流器２０５の直流出力端子には、マ
グネトロン２３１の発振電流に含まれる高周波雑音が交
流電源側を通して漏れるのを防止するリアクタとキャパ
シタで構成されたフィルタ２０７が接続されている。

【０１３５】スイッチング電源装置２０９はトランジス
タ２１１を備え、同期パルス発生器２３５で生成される
同期パルスにより制御されるオン信号発生回路２３７の
オン信号で駆動される駆動回路２４１によりオン／オフ
動作される。

【０１３６】スイッチング電源装置２０９は、トランジ
スタ２１１に逆並列に接続されたダンパダイオード２１
５および並列に接続された共振用キャパシタ２１３を備
えている。このスイッチング電源２０９は、一次巻線２
１９と二次巻線２２１，２２３，２２４，２２５を持つ
昇圧トランス２１７に接続し、一次巻線２１９はスイッ
チング電源装置２０９を介してフィルタ２０７に接続
し、キャパシタ２１３と一次巻線２１９により直列共振
回路が構成される。

【０１３７】二次巻線２２１はキャパシタ２２７と高圧
ダイオード２２９よりなる倍電圧整流器を通してマグネ
トロン２３１に接続される。電流検出器２３３はマグネ
トロン２３１に流れる負荷電流を検出し、平均回路２４
９で平均値として出力設定器２５１の設定値との差分を
増幅器２５７を介して同期パルス発生器２３５からの同
期パルスと加算されてオン信号発生器２３７に制御信号
として与えられる。

【０１３８】二次巻線２２５はマグネトロン２３１のフ
ィラメントを加熱するために設けられ、さらに他の二次
巻線２２３は出力フィードバック用の電圧を作るための
ものであり、波形成形回路２４３で波形成形された後に
遅延回路２４５で所定の時間遅延を受け、オン信号発生
回路２３７の制御信号として与えられる。

【０１３９】また、二次巻線２２４の電流は補助電源２
４７に接続され、整流されて制御回路等の電源として用
いられる。

【０１４０】なお、マグネトロン２１３のフィラメント
と陽極間には通常数ＫＶの高圧が印加される。

【０１４１】なお、図中、２３２は導波管、２３４は電
子レンジの調理室であり、マグネトロン２３１で発振さ
れたマイクロ波は導波管２３２を通して調理室２３４に
供給され、調理室内に置かれた被加熱物を加熱する。

【０１４２】図１０は９００Ｗクラスの電子レンジを用
いて負荷を変えたときの出力特性を本発明による８枚ベ
インマグネトロンと従来の１０枚ベインマグネトロンの
出力特性を比較した説明図であり、図中、Ｐａｂｓは電
子レンジの出力（オーブン出力）、Ｗｉｎは電子レンジ
入力、ηｏｖｅｎはＰａｂｓ／Ｗｉｎ×１００（％）を
示す。

【０１４３】同図に示されたように、本発明によるマグ
ネトロンを用いた電子レンジでは従来のマグネトロンを
用いた電子レンジに比べてηｏｖｅｎが大きいことが分
る。すなわち、本発明のマグネトロンによれば、陽極ベ
インの数を低減して小型化，省資源化が図られると共
に、その動作特性も極めて良好なマグネトロンが得られ
る。

【０１４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、 （１）ベイン枚数の削減（８枚）及び陽極円筒部の小径
化により、これらを形成する銅使用量を低減できる。

【０１４５】（２）上記省資源化タイプの陽極構造で
も、ベイン端内径，陰極外形を最適化することにより、
家庭用の１ｋＷクラスまでの電子レンジに対しては、実
用上全く問題とならない性能が得られる。

【０１４６】（３）副次効果として、陽極空胴数を従来
の１０個から８個に減らすことにより、発振スペクトラ
ムのバンド幅を狭くすることができ、電子レンジ用マグ
ネトロンＩＳＭ帯（２４５０±５０ＭＨｚ）に対し、十
分余裕のある発振スペクトラムが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるマグネトロンの１実施例を説明す
る陽極及び陰極付近の要部構成図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿って切断した陽極及び陰極
付近の要部構成図である。

【図３】本発明による８枚ベインマグネトロンの１実施
例の基本波スペクトラムを従来の１０枚ベインマグネト
ロンのそれと比較した説明図である。

【図４】本発明によるマグネトロンの第２実施例を説明
する断面図である。

【図５】本発明によるマグネトロンの第２実施例におけ
る陽極シリンダー部分の構成の説明図である。

【図６】本発明によるマグネトロンの第２実施例におけ
る陰極部分の構成を説明する部分断面図である。

【図７】マグネトロンを整合状態で動作させた場合の従
来のマグネトロンと第２実施例のマグネトロンの発振ス
ペクトラムを比較する説明図である。

【図８】本発明の第２実施例のマグネトロントと従来の
１０枚ベインのマグネトロンの発振効率に対する動作安
定度および結合度の関係の説明図である。

【図９】本発明によるマグネトロンを用いた電子レンジ
の回路構成例の説明図である。

【図１０】本発明によるマグネトロンを用いた９００Ｗ
クラスの電子レンジを用いて負荷を変えたときの出力特
性を本発明による８枚ベインマグネトロンと従来の１０
枚ベインマグネトロンの出力特性を比較した説明図であ
る。

【図１１】陽極ベイン枚数（陽極空洞数）を１０枚およ
び８枚としたマグネトロンについて、その各モードの発
振周波数比を計算した結果の説明図である。

【図１２】従来のマグネトロンの構造の１例を説明する
断面図である。

【図１３】図１２に示した従来のマグネトロンの陽極構
造を説明する平面図である。

【図１４】図１３に示したスロラップリングの説明図で
ある。

【図１５】図１３に示した陽極ベインとストラップリン
グの結合構造を説明するための１枚の陽極ベイン部分の
要部断面図である。

【図１６】従来のマグネトロンの構造の他の例を説明す
る断面図である。

【図１７】従来のマグネトロンの陽極構造を説明する平
面図である。

【図１８】従来のマグネトロンのストラップリングの説
明図である。

【図１９】図１７のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 陰極フィラメント ２ 陽極ベイン ３ 陽極シリンダー ２１ 上側エンドシールド ２１’ 下側エンドシールド ２３，２４ 陰極リード ６１ 第１のストラップリング ６２ 第２のストラップリング。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 雄一 千葉県茂原市早野3681番地 日立デバイス エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 小倉 利夫 千葉県茂原市早野3673番地 日立日進エレ クトロニクス株式会社内 (72)発明者 小黒 友勝 千葉県茂原市早野3673番地 日立日進エレ クトロニクス株式会社内 (72)発明者 梅木 巌 千葉県茂原市早野3673番地 日立日進エレ クトロニクス株式会社内 (72)発明者 久我 真澄 千葉県茂原市早野3673番地 日立日進エレ クトロニクス株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の内径寸法を有する陽極シリンダーの
   内側に放射状に配設した複数の陽極ベインと、前記陽極
   シリンダーの軸芯に沿って設け直熱型螺旋状陰極と、前
   記陽極シリンダーの外周に機械的に圧入して嵌合積層し
   てなる複数の板状冷却フィンと、前記陽極ベインの軸芯
   方向端面側の一方に一端を配置すると共に他端をアンテ
   ナに接続したアンテナリードとを少なくとも有する発振
   周波数２４５０ＭＨｚ帯のマグネトロンにおいて、 前記陽極ベインの数を８枚とし、前記直熱型螺旋状陰極
   の外径を２．６ｍｍ〜３．２ｍｍの範囲に設定すると共
   に、前記陽極ベインの内端径を７．０ｍｍ〜８．０ｍｍ
   の範囲に設定したことを特徴とするマグネトロン。
2. 【請求項２】請求項１において、前記陽極ベインの軸芯
   方向に沿った両側の端面に、前記陽極ベインを１つ置き
   に交互に結合する径の異なる第１の環状体と第２の環状
   体とを配置したことを特徴とするマグネトロン。
3. 【請求項３】請求項１において、前記陽極ベインの軸芯
   方向に沿った前記アンテナリード側の端面にのみ、前記
   陽極ベインを１つ置きに交互に結合する径の異なる第１
   の環状体と第２の環状体とを配置したことを特徴とする
   マグネトロン。
4. 【請求項４】請求項１〜２において、前記陽極シリンダ
   ーの内径をベイン内端径の約３．６３〜４．６倍に設定
   したことを特徴とするマグネトロン。
5. 【請求項５】請求項１および３において、前記陽極シリ
   ンダーの内径をベイン内端径の約４．５〜５．０倍に設
   定したことを特徴とするマグネトロン。
6. 【請求項６】請求項１〜５において、前記陽極ベインの
   厚さを２．０〜２．４ｍｍ、軸方向高さを６．４〜８．
   ４ｍｍに設定したことを特徴とするマグネトロン。