JPS63110527A - 電子レンジ用マグネトロン - Google Patents

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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、電子レンジ用マグネトロンに係り、とくに
そのアノードベイン、ストラップリング、ポールピース
、出力アンテナリードの粗合わせ構体に関する。

（従来の技術） マグネトロンにおいて、相互作用空間での磁界分布が発
娠勅作に強い影響を与えることはよく知られている。理
想的には相互作用空間の全領域で、管軸方向に完全に平
行で均一な磁束密度となるように設計されるべきでおる
。しかしながら特に電子レンジ用マグネトロンでは、管
軸上に位置決めして電子放射用カソードを置くために、
カソード支持体を管軸に沿って延長し設置する必要から
、ポールピースの中央に所定内径寸法の透孔を形成しな
ければならない。また永久磁石をなるべく低価格のもの
で、小型化して管外に設置する必要がおる。ざらにまた
、相互作用空間の端部では、エンドシールドとアノード
ベイン内端角部との間から電子がポールピースの方に飛
出ざないように、この付近では磁束が斜め方向となって
いる方が好都合である場合がある。このような種々の制
約から、相互作用空間の全領域で管軸に完全に平行で均
等な磁界分布にはできない。

従来、例えば、特開昭５３−３８９８６号公報に開示さ
れるように、作用空間のカソード面からアノードベイン
内端面にかけて磁界強度が均等又はアノードベイン側が
強くなるように構成して発振の安定度を改善することも
提案している。また、特開昭５１−５６１７２号や特開
昭５１−５８８５９＠公報に開示されるように、作用空
間でより平行な磁界分布となるようにポールピース形状
を改善する提案もなされている。もつとも、これらは管
内に永久磁石を内蔵させたもので、その磁石面に同等径
のポールピースを接合した基本構成のマグネトロンの場
合である。したがってこれを、管外にリング状フェライ
ト永久磁石を設置し漏斗状ポールピースを介して作用空
間に磁束を導く基本構造のものには直接適用できない。

そこで、一般的な電子レンジ用マグネトロンは、概ね第
１６図に示すような構成を有している。同図において、
符号２１は発娠部本体、２２はその銅製アノード円筒、
２２は複数枚の銅製アノードベイン、２４はストランプ
リング、２５はコイル状フィラメントカソード、２６．
２７はその両端部に設けられたリング状エンドシールド
、２８はカソード支持体、２９．３０は一対の鉄製漏斗
状ポールピース、３１は出力アンテナリード、３２．３
３は薄肉鉄製金属容器、３４．３５は一対のリング状ス
トロンチウム系フェライト永久磁石、３６は口字状とな
る鉄製ヨーク、３７はアルミニウム製ラジェータ、３８
は出力部セラミックス円筒、３９はガスケットリング、
Ｓは相互作用空間をあられしている。

このような従来構造の作用空間付近の磁束分布を調べる
と、概略第１７図のようになっている。カソードの実質
的な円筒状電子放射面Ｋからベイン内端面Ａに至る作用
空間Ｓの軸方向略中央付近では、磁束Ｂは管軸Ｚにほぼ
平行になっている。エンドシールド２６．２７とベイン
内端面との対向領域Ｓｅでは、磁束Ｂの方向は中心に向
うような斜め方向となっている。

ところで、作用空間Ｓにおける磁界の、管軸に沿う方向
成分の磁界強度に注目してその強度分布を調べると、こ
の従来のマグネトロンは第１８図に示すような分布にな
っている。同図には、作用空間Ｓの中心部（ｚ−０）で
のカソード面Ｋからアノード内端面Ａまでの磁界強度の
平均を１００％とシテ、管軸方向の各点（ｚ＝Ｑ、ｚ＝
±１ｓ、Ｚ−±２ｍＩ／１．２−±３８．Ｚ−±４ｍ、
Ｚ−±５Ｍ）での磁界強度を相対値であられしている。

同図から、このマグネトロンでは、作用空間の半径方向
の中間部分Ｐで最も均等な軸方向磁界強度を有している
が、アノード内端面Ａとその近傍では軸方向に沿って大
きなばらつきを有している。アノードベインの幅すなわ
ち軸方向に沿う内端面の寸法Ｌａは９．５＃であるので
、その範囲での軸方向磁界強度差は約２２％もある。

そしてこのマグネトロンのラインノイズ、すなわちカソ
ード支持体を通して入力側に検出される３０〜４００８
Ｈ２の周波数成分のノイズは、第１９図のようになった
。とくに３０〜１００Ｍ＋−１ｚという比較的低い周波
数成分のノイズが強く、１００８Ｈ２帯成分（便宜上、
８０〜１２０８Ｈ２の範囲での最大ノイズレベルをいう
〉に着目すると、そのレベルは約４２（ｄｂＬＩＶ）に
も達している。

また、２４５０ＭＨｚ帯、出力６００Ｗ用マグネトロン
を例にすると、その負荷安定度は、陽極電流（ピーク値
）で約１．５５　Ａでおる。

（発明が解決しようとする問題点） 最近、マグネトロンの小型化、特に軸方向の高さ高さを
短縮することが、電子レンジオーブンの小型化のために
強く要望される事情にある。マグネトロンの高さを短縮
する目的で、単純にポールピース間隔をせばめて磁石の
有効利用を計ろうとすると、ポールピースとストラップ
リングとの間でＮ磁界的結合が増え、結果として、電子
の陰極逆衝撃が増え陰極の温度上昇を来し、極端な場合
は熱暴走を起すおそれがある。一方、ポールピースとス
トラップリングとの間の距離をおる程度確保する目的で
、アノードベインの軸方向長さを短縮した場合は、負荷
安定度が劣化してしまう。例えば、ベインの軸方向長さ
を９，５Ｍから８．Ｏｍｉ短縮すると、負荷安定度はピ
ーク値１．３八に劣化してしまうことが確認された。

なお、陰極導入部すなわち入力ステム部を短縮しようと
すると、例えばステム長を２０．６ｍｍから１０ｍにす
ると電子の陰極逆衝撃が極端に増え、陰極温度は上昇し
、極端な場合は一部が溶融する現象が生じる。この電子
の陰極逆衝撃は、ステムの短縮量に比例して増加する。

この発明は、以上の様な問題点を、相互作用空間の特に
アノードベイン内端近傍での電磁界分布に着目して改善
し、磁気効率が高く、ラインノイズなど不要輻射が抑制
され、小型で信頼性の高い電子レンジ用マグネトロンを
提供することを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明は、実質的に円筒状の電子放射面を有するカソ
ード及び、これを取りまく複数のアノードベイン間の相
互作用空間の電磁界のうち、磁界は、７ノ一ドベイン内
端面の位置における軸方向強度差が１５％以下の範囲と
なる様にし、電界はストラップリングをベインの側端面
の位置よりも溝内部に深く埋め込んで、このトラップリ
ングとポールピースとの間の電磁界結合を少なくなるよ
うに構成されてなる電子レンジ用マグネトロンである。

（作用） この発明によれば、作用空間の磁界の均一化やポールピ
ースとストラップとの電磁的結合が少なくなるので、ベ
インの軸方向長さを短縮しても、負荷安定度の劣化がほ
とんどなく、また入力ステムの長さを短縮しても電子の
陰極逆衝撃が増加しない。そして、特にその相互作用空
間に於ける静電、ｌａ界分布が改良され、比較的低い周
波数のノイズ成分の発生が抑制され、小形、軽」で信頼
性の高い電子レンジ用マグネトロンが得られる。

（実施例） 以下図面を参照してその実施例を説明する。なお、同一
部分は同一符号であられす。

第１図および第２図に示す発振周波数が２４５０）１）
１２帯、出力が６００Ｗクラスの１０枚ベインのマグネ
トロンの実施例について説明する。このマグネトロンは
、一対の漏斗状ポールピース２９．３０の作用空間Ｓお
よびアノードベイン２３の側端面２３ａに対向する平坦
部２９ａ　、３０ａが、比較的大きな直径を有している
。コイル状フィラメント２５の実質的に円筒状をなす電
子放射面にの外径寸法［）ｋは３．９Ｍ、アノードベイ
ン内端面Ａの包絡線内径寸法Ｄａは９．０６Ｍ、ベイン
幅１ａは８．５＃、エンドシールド２６ノ外径［）ｅ１
ハフ、２ｍｍ、同２７の外径Ｄｅ２は８．２＃、両エン
ドシールド間隔１ｅは９．４ｍ、ポールピースの中央透
孔２９ｂ　、　３０ｂの内径Ｄｐｉは約９．４＃、その
平坦部２９ａ　、　３０ａの外径Ｄｐｏは１８＃、両ポ
ールピースの平坦部対向間隔Ｌｌ）は約１１．７ｍ、ポ
ールピースの外径Ｄｐは約３７．５＃７１、その高さｈ
は７．０ｍ、その肉厚は１．６＃、リング状フェライト
永久磁石３４．３５の内径、外径はそれぞれ２ｏ＃、５
４、、一方の磁石の３４の厚ざｗｌは１２．６ｍ、他方
の磁石３５の厚ざＷ２は９７Ｍである。また、鉄製金属
容器３２．３３の厚さは０．５！ｒｕｎで、両磁石の内
面に０．５Ｉｒａ程度又はそれ以下の間隔を介してそれ
ぞれ内挿されている。鉄製ヨーク３６の厚さは１．６又
は１．５ｍで口字状に組立てられている。また銅製の各
部のストラップリング２４は、径大な方２４ａの外径が
１７．８．、径小な方の内径が１２．９闇である。

このように各ポールピース２９．３０の中央透孔の直径
Ｄｐｉは、１０枚のベイン内端面がつくる包絡線の内径
Ｄａと同等又はわずか（約６．５％以下で）大きく設定
されている。そしてポールピースの対向平坦部２９ａ　
、　３０ａの外径Ｄｐｏは、アノードベイン内端面包絡
線内径［）ａの約２倍の寸法に構成されている。したが
ってまた、ポールピース平坦部外径Ｄｐｏは、径大なス
トラップリング２４ａの外径と同等又はそれよりわずか
ながら大きい寸法となっている。

また、ストラップリング２４は、ベインの側端面２３ａ
の位置よりも例えば０．３〜０．７ｍｍ　（寸法ｈｓ）
だけ深く内部に埋め込まれている。そして入力側金属容
器の軸方向長さＳでは、１１．に構成されている。第１
表に、従来構造と本実施例の各部の寸法を比較して示す
。

第１表 さて、このような構成のマグネトロンにおける相互作用
空間Ｓ付近の磁界分布は、第３図に示すようになってい
る。すなわち、ポールピースの対向平坦部の外径が大き
いため、むしろベイン領域で管軸と平行度のよい磁束分
布となっている。そして作用空間Ｓ内の管軸方向磁界成
分の強度分布は、第４図に示すようになった。この軸方
向磁界強度分布は、ホール素子を検出器として用いたガ
ウスメータにより、各点の管軸方向に平行な磁界成分の
強さを測定して得たものである。同図の結果は、広い平
坦部をもつポールピースを組合せたことにより、作用空
間の軸方向全域で最も均等な強度を示す点Ｐが、アノー
ドベイン内端面Ａの近傍にある。そして、カソード面に
での磁界強度差は従来のもの（第１６図）よりも大きく
なっているが、ベイン内端面Ａの位置での強度差は約７
％に低減している。

この実施例のマグネトロンの入力側へのノイズ漏出は、
第５図に示すようになった。すなわち、１００）！Ｈ２
帯成分成分イズレベルは、約２１（ｄＢμ■）で、従来
のもの（第１７図示）に比べて半減しており、３０〜１
５０）ＩＨｚの範囲のノイズ成分全体が大幅に低減した
。これは、アノードベイン内端面又はその近傍での軸方
向磁界強度が、軸方向に沿う全域で均等に近くなってい
るため、電子雲の回転速度がベインの軸方向全域に略均
−化し、ベインを含む共振空胴に誘起される高周波電界
の周波数差がわずかにとどまり且つその周波数差成分の
勢力が小さいレベルになっているものと考えられる。こ
のように、発生源自体でのノイズレベルが小さく抑えら
れている。

第６図に示す磁界強度分布は、一対のポールピースの対
向平坦部の外径寸法Ｄｐｏを、１６＃とじたものの場合
でおる。すなわち、ポールピース平坦部外径［）ｐｏを
、ベイン内端面包絡線径Ｄａの約１７７％としたもので
ある。その他の各部寸法、形状は第１図および第２図の
実施例と同様である。

この実施例によれば、アノードベイン内端面Ａの位置に
おける軸方向磁界強度差は、約１１％である。そしてノ
イズレベルは、第７図の通りとなり、１ｏｏＨＨｚ帯成
分は約ズレ（ｄ８μ■）である。これも低周波ノイズ成
分を十分抑制することができた。

同様に、ポールピースの対向平坦部の外径ＤｐＯを、ベ
イン内端面包絡線径［）ａの約１５５％で必る１４１ｒ
ｕｎとしたものは、その磁界強度分布が第８図に示すよ
うになった、すなわちベイン内端面位置での軸方向磁界
強度差は、約１７％である。そしてそのノイズ成分は第
９図に示すようになり、１００ＭＨｚ帯成分は約３ａ（
ｄ８μ■）となった。

同様にポールピースの対向平坦面部の外径Ｄｐ。

を、ベイン内端面径Ｄａの約１３２％で必る１２＃とし
たものは、ベイン内端面位置での軸方向磁界強度差が約
２２％となった。その場合の１００ＭＨｚ帯成分ノイズ
レベルは、約４２（ｄＢμＶ）にのぼった。これは従来
品と同等である。

以上の結果を整理すると、第１０図に示すようになる。

すなわち、ベイン内端面の位置における軸方向磁界強度
差（相対比率％の差）が大きくなるほど、比較的低い周
波数のノイズ成分例えばｉｏｏ＋Ｈｚ帯成分は大きいレ
ベルになる。このことから、改善効果として認めうる約
３０（ｄＢμＶ）以下のノイズレベルは、ベイン内端面
における軸方向磁界強度差が約１５％以下の範囲の構造
のもので得られることが寝付けられている。

第１１図に、ベイン幅１−ａを８．５ｉｎ、　　９．５
Ｍの場合の負荷安定度の変化を示している。なおこれは
磁界強度差が２０％の場合で、ベイン高ざ１ａを１履短
縮することにより、負荷安定度は１．５５Ａから１．３
２Ａに劣化するが、磁界強度差１０％即ちポールピース
平坦面外径が１６ｍの場合、Ｌａ　＝　８．５＃でも従
来並みの充分な負荷安定度が得られることが裏付けられ
ている。

次に、入力側金属容器の長さＳｌの影響について考察す
ると、第１２図に示すように従来構造では、金属容器の
長さＳｌを１０ｍも短縮すると、電子の陰極逆衝撃徴が
１０％も増大し、陰極温度が上昇して寿命の極端な劣化
を来してしまう。それに対して、トラップリングをベイ
ン内に例えば、０．５Ｍ埋め込んだ場合は、実線曲線の
ように逆西撃但は増大しないことがわかった。

第１３図に示す実施例は、ストラップリング２４をベイ
ンの出力アンテナリードの延長側にのみ設けたものであ
る。それによっても上述と同様の効果が得られた。なお
、ストラップリングをベインの入力ステム側にのみ設け
てもよい。

第１４図に示す実施例は、出力側金属容器３２の内側に
、不要輻射抑制用の１７４波長形チヨ一ク円筒３２ａを
配置したものである。そして、ベインのうち大きい直径
のストラップリング２４ａがろう接固定されているベイ
ンに、出力アンテナリード３１が結合されている。この
構造により、第１５図に示すように第５高調波などの高
調波成分の不要輻射レベルが、約２０ｄｂ改善されるこ
とがわかった。

以上の構成により、ポールピース間隔Ｌｐを約１＃短縮
することが可能となり、また磁気効率が大幅に向上して
入力ステム側の磁石の厚ざＷ２を１３．５．から９Ｍに
短縮することが可能となった。そして入力側金属容器の
長さの短縮も可能でおり、マグネトロンの軸方向長さす
なわち高さ寸法を、従来管よりもおよそ１５Ｍも短縮す
ることが可能となった。

［発明の効果］ 以上説明したように、不要ノイズを効果的に抑制すると
ともに負荷安定度を充分確保してマグネトロンの高さ寸
法を大幅に短縮することができ、電子レンジの小形化に
大きく寄与することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す要部縦断面図、第２
図はその要部拡大図、第３図はその磁束分布を示す特性
図、第４図は同じくその磁界強度分布図、第５図はその
ノイズ特性図、第よび第９図は比較例の磁界強度分布図
およびノイズ特性図、第１０図は磁界強度とノイズレベ
ルとの関係を示す比較特性図、第１１図は磁界強度差と
負荷安定度の関係を示す特性図、第１２図は金１容器の
短縮四と電子の陰極逆衝撃量の関係を示す特性図、第１
３図はこの発明の他の実施例の要部縦断面図、第１４図
はさらに他の実施例の要部縦断面図、第１５図は第１４
図のものの第５高調波特性図、第１６図は従来構造を示
す要部縦断面図、第１７図はその磁力線分布図、第１８
図はその磁界強度分布図、第１９図はそのノイズ特性図
である。 ２５・・・カソード、　　Ｋ・・・電子放射面２４・・
・ストラップリング、２ｄａ・・・大径リング、２６．
２７・・・エンドシールド、Ｓ・・・相互作用空間、２
３・・・アノードベイン、２３ａ・・・ベイン側端面、
Ａ・・・アノードベイン内端面、 Ｄａ・・・ベイン端面包絡線直径、 ２９．３０・・・ポールピース、 ２９ａ　、　３０ａ・・・ポールピース平坦部、２９ｂ
　、　３０ｂ・・・ポールピース中央透孔、２９ｃ　、
　３０ｃ　＋＋＋突出部、 Ｄｐｉ・・・ポールピース中央透孔の内径寸法、Ｄｐｏ
・・・ポールピース平坦部の外径寸法Ｄｐ・・・ポール
ピースの外径寸法、 Ｓ４・・・金属容器の長さ寸法。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）実質的に円筒状の電子放射面を有するカソードと
   、このカソード両端部に接続されたエンドシールドと、
   上記カソードのまわりに相互作用空間を介して放射状に
   配置され複数枚の内端近辺部に溝を有するアノードベイ
   ンと、前記ベインの溝内に位置しベイン半径方向水平に
   配設され、上記アノードベインを一つおきに連結する少
   くとも大小一対のストラップリングと、上記ベインに電
   気的に接続された出力アンテナリードと、上記相互作用
   空間及びアノードベインを間に挟んで両側に設けられた
   中央部に透孔を有する漏斗状ポールピースと、これら各
   ポールピース上に設けられ、該ポールピース中央透孔内
   径よりも大きい内径及びポールピースの外径よりも大き
   い外径寸法を有する一対のリング状永久磁石と、前記永
   久磁石を取り囲んで設けられ磁気通路を形成するヨーク
   とを具備してなる電子レンジ用マグネトロンにおいて、 上記ポールピースは、その中央透孔内径がベイン内端面
   が作る包絡線直径と同等又はそれより僅か大きく、且つ
   ポールピースのベインに近接対向する面の外径が上記ベ
   イン包絡線直径の１６０％以上を有するとともに、上記
   ベインの溝内にあるストラップリングが、ベインの側端
   面位置よりも内部に埋め込まれてなることを特徴とする
   電子レンジ用マグネトロン。
2. （２）出力アンテナリードは、大きい直径のストラップ
   リングが連結されているアノードベインから引き出され
   た特許請求の範囲第１項記載の電子レンジ用マグネトロ
   ン。