KR100668115B1 - 마그네트론 발진기의 결합구조 - Google Patents

마그네트론 발진기의 결합구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마그네트론 발진기의 결합구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 음극 급전 단자에 초고진공(UHV)을 구현하는 콘플랫(conflat) 플랜지를 적용하되, 마그네트론 발진기의 본체부와, 음극 급전 단자 및 음극이 포함된 작동부를 상기 콘플랫 플랜지를 통해 결합하고, 이를 무산소동 가스켓을 통해 밀봉 처리하는 동시에 볼트로 견고하게 체결할 수 있는 결합 구조로 구성함으로써, 수명이 다하거나 고장이 난 경우, 본체부에 대한 작동부의 교체 작업이 간단하면서도 용이하여 궁극적으로 작동부 교체 시간 및 비용을 크게 절감할 수 있는 마그네트론 발진기의 결합구조에 관한 것이다.
마그네트론 발진기, 콘플랫 플랜지, 음극 가이드부, 무산소동 가스켓

Description

마그네트론 발진기의 결합구조{Mounting structure of Magnetron oscillator}
도 1은 본 발명에 따른 마그네트론 발진기를 나타내는 측단면도,
도 2는 본 발명에 따른 마그네트론 발진기의 작동부 교체를 위해 음극 급전 단자를 분리하는 상태를 나타내는 측단면도,
도 3은 본 발명에 따른 마그네트론 발진기의 작동부 교체를 위해 음극 급전 단자를 완전히 분리한 상태를 나타내는 측단면도,
도 4a 및 도 4b는 콘플랫 플랜지를 나타내는 사시도,
도 5는 종래의 마그네트론 발진기를 나타내는 측단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 콘플랫 플랜지(ConFlat Flange) 11 : 제1결합부
11a : 플랜지부 11b : 볼트 결합공
12 : 제2결합부 12a : 음극 가이드부
12b : 볼트 결합공 12c : 나이프 에지부
20 : 볼트 30 : 무산소동 가스켓
본 발명은 마그네트론 발진기의 결합구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 음극 급전 단자에 콘플랫 플랜지를 적용함으로써, 작동부의 교체 작업이 간단하면서도 용이하여 궁극적으로 본체부에 대한 작동부의 교체 시간 및 비용을 크게 절감할 수 있는 마그네트론 발진기의 결합구조에 관한 것이다.
일반적으로, 마그네트론 발진기는 자기장 속에서 극초단파(Ultra High Frequency:UHF)를 발진하는 2극관을 일컫는 말로서, 고주파 가열, 입자 가속기, 레이더 등의 산업 응용을 비롯하여, 전자레인지와 같은 가정용 기기에도 널리 사용한다.
이러한 마그네트론 발진기는 고전압 DC 전기장과 자기장이 교차하는 초고진공(10-7～10-8torr) 환경에서 전기에너지를 고출력 마이크로파(300MHz ~ 300GHz) 에너지로 변환하여 방사하는 고출력 마이크로파 발진기이다.
이러한 마그네트론 발진기는 도 5에 도시된 바와 같이, 음극 급전 단자(110) 등의 하우징부로 이루어진 본체부(100)와, 음극(cathode)(210), 양극(anode)(220), 안테나(antenna)(260), 전극(electrode)(280) 등의 작동부(200)로 구성되어 있다.
상기 마그네트론 발진기의 음극(210)은 전자(electron)를 방출하는데, 텅스텐 재질의 나선형 필라멘트로 이루어져 있다.
한편, 마그네트론 발진기의 양극(220)은 음극(210)을 감싸면서 바라보는 여러 개의 금속 날개들로 이루어져 있고, 상기 음극(210)과 함께 공진회로(resonant circuit)를 구성하게 된다.
이 공진회로에서 발생한 마이크로파는 안테나(260)를 통해 외부로 방사되며, 전극(280)은 절연체와 전도체로 구성되는데, 음극(210)과 양극(220) 사이에 고전압의 전기에너지를 공급하기 위해 절연되어 있다.
상기 마그네트론 발진기는 제품 사양 및 사용 조건에 따라 3000 ~ 12000 시간 정도의 제한된 수명을 갖고 있는데, 이것은 일반적으로 작동부(200)의 수명과 일치한다.
이렇게 작동부(200)의 수명이 다한 마그네트론 발진기는 신제품 가격의 50 ~ 60% 비용으로 재생할 수 있게 되는 바, 이러한 마그네트론 발진기의 재생은 수명이 다한 폐 작동부(200)를 새 작동부(200)로 교체한 후 진공배기를 하고 성능 시험을 하여 완료하게 된다.
종래의 마그네트론 발진기는 폐 작동부(200)를 교체하기 위해 음극 급전 단자(110)를 브레이징(brazing) 온도(약 700 ~ 850℃) 이상으로 상승시켜 본체부(100)에서 분리하고, 새 작동부(200)를 조립한 후 브레이징 온도에서 다시 음극 급전 단자(110)를 브레이징하여 고정시키게 된다.
이러한 브레이징 작업은 특수한 청정 고온 챔버에서 이루어져야 하는 바, 이로 인해 작동부(210)의 교체 작업이 복잡하고 까다로워 시간과 비용 측면에서 불리한 문제점이 발생하게 된다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 마그네트론 발진기의 본체부와, 음극 급전 단자 및 음극이 포함된 작동부를 초고진공을 구현하는 콘플랫 플랜지를 통해 결합하되, 상기 콘플랫 플랜지를 무산소동 가스켓을 통해 밀봉 처리하는 동시에 볼트로 견고하게 체결할 수 있는 결합 구조로 구성함으로써, 수명이 다하거나 고장이 난 경우, 음극 교체 작업이 간단하면서도 용이하여 궁극적으로 음극 교체 시간 및 비용을 크게 절감할 수 있는 마그네트론 발진기의 결합구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
이하, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명은, 음극 급전 단자를 포함하는 본체부와, 상기 본체부 내부에 설치되는 금속 날개로 이루어진 양극, 상기 양극의 중심축에 설치되는 음극, 상기 양극의 상하측에 상호 마주보도록 설치되는 자극편을 포함하여 구성된 작동부로 이루어진 2극 진공관인 마그네트론 발진기의 결합구조에 있어서,
상기 음극 급전 단자에 초고진공(UHV)을 구현하는 콘플랫 플랜지를 적용하되, 상기 본체부와, 작동부를 상기 콘플랫 플랜지를 통해 결합하고, 이를 가스켓을 통해 밀봉 처리하는 동시에 볼트로 견고하게 체결하는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 콘플랫 플랜지는 그 몸체의 둘레면에 소정 길이를 갖는 플랜지부가 형성되고, 그 가장자리면에 볼트 결합공이 형성된 제1결합부와;
상기 플랜지부에 결합되고, 둘레면을 따라 그 플랜지부의 길이보다 더 깊이가 깊게 형성된 단차면에 본체부와 작동부 음극의 축이 정확하고 용이하게 정렬될 수 있도록 안내하는 음극 가이드부가 형성되며, 그 가장자리면에 볼트 결합공이 형성된 제2결합부와;
상기 제1 및 제2결합부의 중앙부위에 소정 깊이를 갖는 O-링 형상의 가스켓 장착홈인 나이프 에지부로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 마그네트론 발진기를 나타내는 측단면도이며, 도 2는 본 발명에 따른 마그네트론 발진기의 작동부 교체를 위해 음극 급전 단자를 분리하는 상태를 나타내는 측단면도로서, 종래 구조와 동일한 부위에는 동일한 참조부호를 기재하면서 설명하기로 한다.
본 발명은 수명이 다했거나 고장이 발생한 작동부(200)의 교체를 용이하면서도 간단하게 실시할 수 있도록 결합/분리가 가능한 콘플랫 플랜지형 음극 급전 단자(110)를 사용하는 마그네트론 발진기의 결합구조에 관한 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위해, 먼저 본 발명의 기술적 구성에 대해 설명하기로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 마그네트론 발진기는 원통형의 2극 진공관으로서, 상기 마그네트론 발진기의 중심에는 나선형 필라멘트로 이루어진 음극(210)이 배치되어 있다.
상기 음극(210)은 음극 급전 단자(110)를 통해서 전원이 입력되면 가열되어 열전자를 방출하게 되는 기능을 하게 된다.
이러한 기능을 갖는 음극(210)의 주위에는 여러개의 금속 날개로 이루어진 양극(220)이 설치되어 있는 바, 상기 음극(110)에서 방출된 전자는 전기장과 자기장에 의한 힘에 의해 음극축에 대하여 회전하면서 상기 양극(220)으로 이동하게 되며, 이로 인해 각각의 양극(220)에서 마이크로파가 발생된다.
이때, 마그네트론 발진기의 상부외측과 하부외측에 각각 배치되어 있는 원형의 자극편(230,231, magnetic pole pieces)에 의해 집속되는 자속은, 상기 음극(210)과 양극(220) 사이에 위치한 진공으로 된 상호작용 공간(250, interaction space)을 통과한다.
이때, 상기 음극(210)에서 방출된 전자는 상기 상호작용 공간(250) 내에 형성된 전기장 및 자기장에 의하여 편향되어서, 상기 음극(210)과 양극(220)의 사이에서 나선 회전운동을 하게 된다.
이와 같이 상기 상호작용 공간(250) 내에서 많은 전자가 군을 형성하며 회전할 경우, 상기 양극(220)측의 공진회로가 여기되며(excited), 이 공진회로의 공진주파수에 해당하는 고주파가 발생된다.
이때, 전자충돌에 의해 온도가 상승된 상기 양극(220)은 냉각수단을 통해 냉각되며, 상기 고주파는 양극(220)에 일측이 연결되어 있는 안테나(260)를 통하여 출력된다.
상기 안테나(260)는 상기 자극편(230)의 일측에 형성된 홀(230a)을 통하여 상부로 돌출되고, 상기 안테나(260)의 외측에는 세라믹으로 이루어진 캡(120)이 씌워져 있다.
상기 음극(210)은 전자방출 특성 및 내열성을 향상시키기 위해 토륨텅스텐(thoriated tungsten)선으로 제조되고, 상측단차폐(270), 하측단차폐(271) 및 전극(280)에 의해 지지된다.
상기 전극(280)은 내열성 및 도전성을 향상시키기 위해 몰리브덴으로 제조되고, 또한 용가재(또는 용융삽입재)에 의해 입력측 세라믹의 상부에 브레이즈된 음극 급전 단자(110)를 개재하여 외부전원단자(미도시)에 접속된다.
이때, 본 발명에 따른 바람직한 구현예에 있어서, 상기 음극 급전 단자(110)는, 수명이 다한 폐 작동부(200)를 새 작동부(200)로 용이하게 교체할 수 있도록 볼트 결합 형태로 이루어진 통상의 초고진공용 플랜지인 콘플랫 플랜지(ConFlat Flange)(10)로 이루어져 있는 바, 상기 콘플랫 플랜지(10)는 그 몸체의 둘레면에 소정 길이를 갖는 플랜지부(11a)가 형성되고, 그 가장자리면에 볼트 결합공(11b)이 형성된 제1결합부(11)와, 상기 플랜지부(11a)에 결합되고, 둘레면을 따라 그 플랜지부(11a)의 길이보다 더 깊이가 깊게 형성된 단차면에 본체부(100)와 작동부(200) 음극(210)의 축이 정확하고 용이하게 정렬될 수 있도록 안내하는 음극 가이드부(12a)가 형성되며, 그 가장자리면에 볼트 결합공(12b)이 형성된 제2결합부(12)로 이루어진다.
이때, 상기 제1 및 제2결합부(11,12)를 결합시 진공 기밀성을 유지할 수 있도록 하기 위해 상기 제1 및 제2결합부(11,12)의 중앙부위에 소정 깊이를 갖는 O-링 형상의 가스켓 장착홈인 나이프 에지부(11c,12c)를 형성하고, 여기에 무산소동 가스켓(30)을 장착하여 기밀성을 확보할 수 있도록 한다.
이와 같이 형성된 콘플랫 플랜지(10)의 상기 제1결합부(11)는 마그네트론 발진기의 작동부(200)와 일체로 결합되고, 상기 제2결합부(12)는 본체부(100)와 일체 결합되어 볼트(20)를 통해 결합된다.
따라서, 상기와 같이 구성된 마그네트론 발진기의 제한된 수명이 다한 경우 또는 고장이 발생한 경우, 상기 콘플랫 플랜지(10)에서 볼트(20) 결합을 해제한 다음, 본체부에서 작동부를 분리하고, 무산소동 가스켓(30)은 새것으로 교체한 후, 새 작동부를 삽입한 후, 볼트(20)를 체결하여 조립하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 마그네트론 발진기의 결합구조에 의하면 수명이 다했거나 고장이 발생한 작동부를 교체하는 작업이 매우 간단하고 용이하여 궁극적으로 본체부에 대한 작동부의 교체 시간과 비용을 크게 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 음극 급전 단자를 포함하는 본체부와, 상기 본체부 내부에 설치되는 금속 날개로 이루어진 양극, 상기 양극의 중심축에 설치되는 음극, 상기 양극의 상하측에 상호 마주보도록 설치되는 자극편을 포함하여 구성된 작동부로 이루어진 2극 진공관인 마그네트론 발진기의 결합구조에 있어서,
    상기 음극 급전 단자에 초고진공(UHV)을 구현하는 콘플랫 플랜지를 적용하되, 상기 본체부와, 작동부를 상기 콘플랫 플랜지를 통해 결합하고, 이를 가스켓을 통해 밀봉 처리하는 동시에 볼트로 견고하게 체결하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 발진기의 결합구조.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 콘플랫 플랜지는 그 몸체의 둘레면에 소정 길이를 갖는 플랜지부가 형성되고, 그 가장자리면에 볼트 결합공이 형성된 제1결합부와;
    상기 플랜지부에 결합되고, 둘레면을 따라 그 플랜지부의 길이보다 더 깊이가 깊게 형성된 단차면에 본체부와 작동부 음극의 축이 정확하고 용이하게 정렬될 수 있도록 안내하는 음극 가이드부가 형성되며, 그 가장자리면에 볼트 결합공이 형성된 제2결합부와;
    상기 제1 및 제2결합부의 중앙부위에 소정 깊이를 갖는 O-링 형상의 가스켓 장착홈인 나이프 에지부로 이루어진 것을 특징으로 하는 마그네트론 발진기의 결합구조.
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