KR100938310B1

KR100938310B1 - 전자 레인지용 마그네트론

Info

Publication number: KR100938310B1
Application number: KR1020080089022A
Authority: KR
Inventors: 마사또시 히가시
Original assignee: 도시바 호꾸또 덴시 가부시끼가이샤
Priority date: 2007-09-11
Filing date: 2008-09-10
Publication date: 2010-01-22
Also published as: EP2037482A2; US20090066252A1; US8525413B2; EP2037482B1; KR20090027158A; JP2009070613A; CN101388314A; JP4503639B2; CN101388314B; EP2037482A3

Abstract

부하 안정도 등의 특성이 동등 이상이고, 보다 소형의 마그네트론을 제공한다.

양극 원통(1)과, 그 내면으로부터 중심축(41)을 향해서 연장되는 헐거운 단부(31)가 베인 내접원[직경:Da(㎜)]을 형성하는 복수의 베인(2)[높이:H(㎜)]과, 중심축(41)에 배치된 나선 형상의 음극(5)과, 음극(5)의 양단부에 고착된 한 쌍의 엔드 햇(6, 7)[외경:DEH1(㎜), DEH2(㎜)]과, 그들과 대향하는 관통 구멍(32)[내경:DPP1(㎜), DPP2(㎜)]으로부터 깔때기 형상으로 넓어져 음극(5)을 사이에 끼운 한 쌍의 폴 피스(8, 9)를 갖는 전자 레인지용 마그네트론의 형상이 H≤8.5, H/Da≤O.95, DEH1/DPP1≤0.8, DEH1/DPP2≤O.8, DEH2/DPP1≤O.8, DEH2/DPP2≤0.8, 0.92≤Da/DPP1≤0.95, 0.92≤Da/DPP2≤0.95를 만족하도록 한다.

양극 원통, 중심축, 음극, 폴 피스, 전자 레인지

Description

전자 레인지용 마그네트론 {MAGNETRON FOR MICROWAVE OVEN}

본 발명은 전자 레인지용 마그네트론에 관한 것이다.

2450㎒대의 전파를 발진하는 일반적인 전자 레인지용 마그네트론은 양극 원통과, 복수의 베인을 구비하고 있다. 베인은 양극 원통의 내부에 방사 형상으로 배치되어 있다. 베인은 원주 방향의 하나 간격으로 베인의 상하 단부에 납땜된 대소 한 쌍의 스트랩 링에 의해 연결되어 있다. 복수의 베인의 헐거운 단부에 둘러싸여진 전자 작용 공간에는 나선 형상 음극이 양극 원통의 축심을 따라 배치되어 있다. 나선 형상 음극의 양단부는 각각 출력측 엔드 햇(end hat) 및 입력측 엔드 햇에 고착되어 있다. 또한, 양극 원통의 양단부에는 각각 대략 깔때기 형상의 출력측 및 입력측의 폴 피스가 고착되어 있다.

전자 레인지용 마그네트론에는 가열 기기 자체의 소형화, 자원 절약 및 코스트 다운의 관점에서 소형화가 요구되고 있다. 그러나, 단순히 소형화되는 것만으로는 마그네트론의 다양한 특성을 유지할 수 없는 경우가 있다.

예를 들어, 베인의 축방향 높이나 입력 스템부의 길이를 소형화하면 전자의 음극 역충격(백 히트)이나 부하 안정도의 악화가 발생되는 경우가 있다. 마그네트 론의 높이를 단축하는 목적으로 단순하게 폴 피스 간격을 좁혀 자석의 유효 이용을 도모하려고 하면, 폴 피스와 스트랩 링 사이에서 전자계적 결합이 증가되어, 그 결과 전자의 음극 역충격이 증가됨으로써 음극 온도의 상승을 초래한다. 한편, 폴 피스와 스트랩 링 사이를 어느 정도 확보할 목적으로 베인의 축방향 높이를 단축한 경우에는 부하 안정도가 열화된다. 또한, 입력 스템부를 단축시키면 전자의 음극 역충격이 극단적으로 증가되어 음극 온도가 상승, 극단적인 경우에는 일부가 용융되는 현상이 발생한다. 따라서, 베인 축방향 높이를 9 내지 10㎜로 한 것이 소형화이면서 또한 양호한 특성이 얻을 수 있다고 알려져 왔다.

특허 문헌1에는 특히 작용 공간에서의 자계 분포에 착안하여 폴 피스의 형상이나 치수, 스트랩과의 전자계적 결합을 개량해서 베인 축방향 높이를 더 작게 하는 마그네트론이 개시되어 있다. 이 마그네트론에서는 폴 피스의 형상 및 치수를 변경함으로써 베인 내측 단부면의 위치에 있어서의 축방향의 강도차를 규정의 비율 이하로 되도록 하여 작용 공간의 자계 분포가 균일화되어 있다. 또한, 스트랩 링을 베인의 측단부면으로부터 홈 내부에 매립하여 폴 피스와의 전자계적 결합을 적게 함으로써 베인의 축방향 높이나 입력 스템부가 단축되어도 전자의 음극 역충격이나 부하 안정도의 열화가 거의 없다．

<특허 문헌1> 일본 특허 공보5-035531호 공보

그러나, 특허 문헌1에 개시되어 있는 마그네트론은 베인의 축방향 높이가 8.5㎜ 이상의 것이다. 베인의 축방향 높이를 더 작게 하면 부하 안정도가 극단적으로 저하되어 실용에 적합하지 않게 되어 버린다고 생각된다. 또한, 베인의 축방향 높이를 단축하면 음극 양단부의 엔드 햇과 베인 축방향 단부면의 갭이 커지기 때문에 작용 공간부로부터 누설되는 전자가 많아지게(암전류가 많게) 된다. 이 때문에, 출력 효율의 저하나 베인이나 폴 피스 등이 용융될 경우가 있다.

출력 효율의 저하나 베인 등의 용융을 회피하기 위해서는, 음극 양단부의 엔드 햇 간격, 즉 필라멘트 유효 길이도 마찬가지로 단축할 필요가 있다. 그러나, 필라멘트 유효 길이를 단축하면 부하 안정도가 더 저하되고, 또한 전자의 음극 역충격도 증대된다.

따라서, 본 발명은 부하 안정도 등의 특성을 열화시키는 일 없이, 보다 소형의 마그네트론을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 전자 레인지용 마그네트론에 있어서, 중심축을 따라 원통 형상으로 연장되는 양극 원통과, 상기 양극 원통의 내면으로부터 상기 중심축을 따라 연장되는 원통 형상의 베인 내접원 상에 위치하는 헐거운 단부까지 연장되는 복수의 베인과, 상기 중심축 주위에 나선 형상으로 연장되는 음극과, 상기 음극의 양단부에 고착된 한 쌍의 엔드 햇과, 상기 엔드 햇 각각과 대향하는 관통 구멍으로부터 상기 양극 원통의 단부를 향해서 깔때기 형상으로 넓어져 상기 음극을 사이에 끼우는 한 쌍의 폴 피스를 구비하고, 상기 베인의 높이를 H(㎜), 상기 베인 내접 원통의 직경을 Da(㎜), 상기 한 쌍의 엔드 햇의 외경을 각 각 DEH1(㎜) 및 DEH2(㎜), 및 상기 한 쌍의 폴 피스의 상기 관통 구멍의 내경을 각각 DPP1(㎜) 및 DPP2(㎜)로 했을 때에 H≤8.5, H/Da≤0.95, DEH1/DPP1≤0.8, DEH1/DPP2≤0.8, DEH2/DPP1≤0.8, DEH2/DPP2≤0.8, 0.92≤Da/DPP1≤0.95, 0.92≤Da/DPP2≤0.95를 만족하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 종래의 베인의 축방향 높이가 8.5㎜보다 큰 마그네트론에 대하여 부하 안정도 등의 특성이 손색이 없으며, 또는 동등 이상이고, 보다 소형의 마그네트론을 제공할 수 있다.

본 발명에 관한 전자 레인지용 마그네트론의 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 동일하거나 또는 유사한 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.

도2는 본 발명에 관한 전자 레인지용 마그네트론의 1 실시 형태의 종단면도이다.

본 실시 형태의 전자 레인지용 마그네트론은 동일한 축[중심축(41)]을 따라 배치된 양극 원통(1), 음극(5), 한 쌍의 엔드 햇(6, 7) 및 한 쌍의 폴 피스(8, 9), 및 이 중심축(41)의 근방으로부터 방사 형상으로 연장되는 복수의 베인(2)을 구비하고 있다.

양극 원통(1)은 중심축(41)을 따라 원통 형상으로 연장되어 있다. 베인(2)은 중심축(41)의 근방으로부터 방사 형상으로 연장되어 양극 원통(1)의 내면에 고 정되어 있다. 베인(2)은 각각 실질적으로 장방형의 판 형상으로 형성되어 있다. 양극 원통(1)의 내면에 고정되어 있지 않은 측의 베인(2)의 헐거운 단부(31)는 중심축(41)을 따라 연장되는 동일한 원통면 상에 배치되어 있으며, 이 원통면을 베인 내접 원통이라고 부른다. 복수의 베인(2)은 원주 방향의 하나 간격으로 베인의 상하 단부에 납땜된 대소 각각 쌍을 이룬 스트랩 링(3, 4)에 의해 연결되어 있다.

음극(5)은 나선 형상이며, 전자 작용 공간인 베인 내접 원통의 내부에 배치되고, 양극 원통(1)의 중심축에 배치되어 있다. 또한, 음극(5)의 양단부는 각각 엔드 햇(6, 7)에 고착되어 있다. 엔드 햇(6, 7)은, 예를 들어 베인(2)에 대하여 중심축(41)의 외측에 배치되어 있다.

한 쌍의 폴 피스(8, 9)는 각각 중앙부에 관통 구멍(32)을 갖는 깔때기 형상으로 형성되어 있다. 관통 구멍(32)의 중심은 중심축(41) 상에 위치하고 있다. 각각의 폴 피스(8, 9)는 엔드 햇(6, 7) 사이에 있는 공간에 대하여 중심축(41)의 외측을 향해서 관통 구멍(32)으로부터 넓어지도록 형성되어 있다. 폴 피스(8, 9)의 외경은 양극 원통(1)의 직경과 거의 동일하게 형성되어 있다. 폴 피스(8, 9)의 외주 부분은 양극 원통(1)의 양 단부에 각각 고정되어 있다. 또한, 이들 한 쌍의 폴 피스(8, 9)는 엔드 햇(6, 7) 사이에 있는 공간을 사이에 두고 배치되어 있다.

또한, 폴 피스(8, 9)에는 각각 통 형상의 금속 밀봉체(metal sealing body)(10, 11)가 고착되어 있다. 각각의 금속 밀봉체(10, 11)는 양극 원통(1)의 일단부에도 접하고 있다.

출력측의 금속 밀봉체(10)의 폴 피스(8)에 대하여 반대측의 단에는 출력측 세라믹(12)이 접합되어 있다. 또한, 출력측 세라믹(12)의 금속 밀봉체에 대하여 반대측의 단에는 배기관(13)이 접합되어 있다. 베인(2)으로부터는 안테나(14)가 도출되어 있다. 이 안테나(14)는 출력측의 폴 피스(8)를 관통하여 출력부 내로 연장되어 선단부는 배기관(13)에 의해 끼움 지지 고정되어 있다. 배기관(13)의 전체는 캡(15)으로 덮여 있다.

입력측의 금속 밀봉체(11)의 폴 피스(9)에 대하여 반대측의 단부에는 입력측 세라믹(16)이 접합되어 있다. 음극(5)에는 엔드 햇(6, 7)을 개재하여 2개의 서포트 로드(17, 18)가 접속되어 있다. 서포트 로드(17, 18)는, 예를 들어 중계판(19)을 개재하여 관 밖으로 도출되어 입력 단자(20)에 접속되어 있다.

또한, 마그네트(21, 22)와 요크(23, 24)가 이러한 발진부 본체를 둘러싸도록 배치되어 자기 회로를 형성하고 있다. 또한, 발진부 본체를 냉각하기 위한 라디에이터(25), 입력측에 접속된 필터(26)와 그것을 둘러싸는 박스(27)로 외장이 형성되어 있다.

도1은 본 실시 형태에 있어서의 전자 레인지용 마그네트론의 양극 원통 근방의 확대 종단면도이다.

이하의 설명에 있어서, 베인 내접 원통의 직경을 Da, 높이를 H로 한다. 또한, 출력측의 엔드 햇(6)의 외경을 DEH1, 입력측의 엔드 햇(7)의 외경을 DEH2, 출력측의 폴 피스(8)의 내경을 DPP1, 입력측의 폴 피스(9)의 내경을 DPP2로 한다.

본 실시 형태에서는, 베인(2)의 축방향 높이(H)가 8.0㎜, 베인 내접원의 직경(Da)이 φ8.7㎜, 상측 엔드 햇(6)의 외경(DEH1)이 φ7.2㎜, 하측 엔드 햇(7)의 외경(DEH2)이 φ7.2㎜, 상측 폴 피스(8)의 내경(DPP1)이 φ9.2㎜, 하측 폴 피스(9)의 내경(DPP2)이 φ9.4㎜이다. 또한, 단축된 베인(2)의 축방향 높이(H)에 대응하여, 예를 들어 엔드 햇 간격은 9.1㎜, 폴 피스(8, 9)의 높이는 7.25㎜이다. 음극(5)의 외경은 3.9㎜이다.

도3은 전자 레인지용 마그네트론의 형상 및 특성을 나타내는 표이다. 본 실시 형태에 있어서의 전자 레인지용 마그네트론은 No.7로서 나타냈다. 또한, 이 표에는 치수가 다른 전자 레인지용 마그네트론의 특성도 같이 나타내고 있다. No.1로부터 No.3에 나타낸 형상의 마그네트론은 베인(2)의 축방향 높이(H)가 8.5㎜보다 커서 9.5㎜이다. 또한, No.4는 특허 문헌1에 예시된 형상과 거의 동일한 형상의 마그네트론으로 베인(2)의 축방향 높이(H)가 8.5㎜이다.

예를 들어 베인의 축방향 높이를 9.5㎜로부터 8.5㎜로 1㎜ 단축하면 입력측의 자석의 두께를 그 이상 단축할 수 있다. 따라서, 여기에서는 베인(2)의 축방향 높이(H)가 8.5㎜ 이하인 마그네트론이, H가 8.5㎜보다 큰 마그네트론(No.1 내지 No.3)과 동등 이상의 특성을 갖기 위한 형상의 조건에 대해서 검토한다.

본 실시 형태의 마그네트론(No.7)은 베인(2)의 축방향 높이(H)가 8.5㎜보다 큰 마그네트론(No.1 내지 No.3)의 특성과 동등 이상의 특성을 갖고 있다. 또한, 본 실시 형태에서의 음극 역충격(90.5％)은 H가 9.5㎜인 마그네트론의 음극 역충격(91.2％ 이상)에 비해서 작으나, 거의 동등하다.

한편, 베인(2)의 축방향 높이(H)가 8.5㎜인 No.4의 마그네트론은 부하 안정도가 1.62A로, H가 9.5㎜인 마그네트론의 부하 안정도(1.89A 이상)에 비하여 작아, H가 8.5㎜보다 큰 마그네트론과 동등 이상의 특성을 갖는다고는 할 수 없다.

또한, No.5의 마그네트론은 음극 역충격이 86.5％로서, H가 9.5㎜인 마그네트론의 음극 역충격(91.2％ 이상)에 비하여 작다. 또한, No.5의 마그네트론의 부하 안정도는 1.74A로서, H가 9.5㎜인 마그네트론의 부하 안정도(1.89A 이상)에 비하여 작아, H가 8.5㎜보다 큰 마그네트론과 동등 이상의 특성을 갖는다고는 할 수 없다.

No.6의 마그네트론은 효율이 70.6％로서, H가 9.5㎜인 마그네트론의 효율(71.0％ 이상)에 비하여 작아, H가 8.5㎜보다 큰 마그네트론과 동등 이상의 특성을 갖는다고는 할 수 없다.

따라서, 베인(2)의 축방향 높이(H)가 8.5㎜보다 큰 마그네트론과 동등 이상의 특성을 갖기 위한 조건은 No.7의 마그네트론을 포함하고，No.4 , No.5 및 No.6의 마그네트론을 포함하지 않는 조건이 된다.

마그네트론의 소형화를 위해서는 베인 내접원 직경(Da)에 대한 베인(2)의 축방향 높이(H)의 비(H/Da)는 작은 것이 좋다. 또한, 폴 피스의 내경에 대한 엔드 햇 직경의 비가 너무 큰 경우에는 음극 역충격이 악화된다. 이로 인해, 폴 피스의 내경에 대한 엔드 햇 직경의 비(DEH/DPP)는 소정의 값보다도 작아야 한다. 베인 내접원 직경(Da)에 대한 폴 피스의 내경의 비(Da/DPP)는 지나치게 작거나 지나치게 크거나 하면 작용 공간으로 유도되는 자속이 작아지거나, 부하 안정도, 암전류 및 효율에의 악영향이 발생하는 것은 실험 및 경험적으로도 분명하다. 이 때문에, 베인 내접원 직경(Da)에 대한 폴 피스의 내경의 비는 소정의 범위 내일 필요가 있다.

따라서, H/Da, DEH/DPP 및 Da/DPP가 No.7의 마그네트론을 포함하고，No.4, No.5 및 No.6의 마그네트론을 포함하지 않은 소정의 범위에 있는 마그네트론은 베인(2)의 축방향 높이(H)가 8.5㎜보다 큰 마그네트론의 특성과 동등 이상의 특성을 갖게 된다. 이 소정의 범위는 도3에 도시한 표로부터 이하와 같은 것을 알 수 있다.

즉, 전자 레인지용 마그네트론의 형상 치수가 수학식1 내지 수학식7을 만족하도록 설계함으로써 베인의 축방향 높이가 8.5㎜보다 큰 마그네트론에 대하여 부하 안정도 등의 특성이 동등 이상이고, 보다 소형의 마그네트론을 제공할 수 있다. 특히, 베인의 축방향 높이가 8.5㎜ 미만, 예를 들어 8.4㎜ 이하에서 수학식1 내지 수학식7을 만족하는 마그네트론은 베인의 축방향 높이가 8.5㎜인 마그네트론(No.4)에 대하여 특성이 동등 이상이고, 보다 소형의 마그네트론이 된다. 또한, 베인의 축방향 높이가 지나치게 작아지면 특성이 저하되어 가나, 수학식1 내지 수학식7을 만족시킴으로써 적어도 베인의 축방향 높이가 5㎜ 이상인 마그네트론은 전자 레인지에 이용할 수 있는 특성을 갖는다고 생각되어진다. 또한, 적어도 베인의 축방향 높이가 7㎜ 이상인 마그네트론은, 베인의 축방향 높이가 8.5㎜보다 큰 마그네트론에 대하여 동등 이상의 특성이 얻어진다고 생각되어진다.

또한, No.3의 마그네트론의 입력측에의 파워 누설이 16.3 내지 24.4W/㎡, No.4의 마그네트론의 입력측으로의 파워 누설이 19.2 내지 22.0W/㎡이었다. 이에 대해, 본 실시 형태의 마그네트론의 파워 누설은 3.2 내지 4.5W/㎡로서, 파워 누설이 대폭 감소되는 것을 알 수 있었다. 즉, 본 실시 형태의 마그네트론에서는 입력측에 접속되어 있는 초크 코일의 소손(燒損)이나, 외장의 조립에 문제가 있던 경우에 파워 누설 등의 사고의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 베인 내접원 직경(Da)에 대한 베인(2)의 축방향 높이(H)의 비율이 작 으면, 부하 안정도나 효율이 저하될 뿐만 아니라, 작용 공간으로부터의 전자의 누설이 커진다. 이 때문에, 이 비율(H/Da)은 이하의 범위인 것이 바람직하다.

또한, 폴 피스의 내경에 대한 엔드 햇 직경의 비가 지나치게 작은 경우에는 암전류가 많아진다. 이로 인해, 이 비는 이하의 범위인 것이 바람직하다.

또한，이상의 설명은 단순한 예시이며, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 않고, 다양한 형태로 실시할 수 있다.

도1은 본 발명에 관한 전자 레인지용 마그네트론의 1 실시 형태에 있어서의 양극 원통 근방의 확대 종단면도.

도2는 본 발명에 관한 전자 레인지용 마그네트론의 1 실시 형태의 종단면도.

도3은 전자 레인지용 마그네트론의 형상 및 특성을 통합한 표.

<부호의 설명>

1 : 양극 원통

2 : 베인

3 : 스트랩 링(대)

4 : 스트랩 링(소)

5 : 음극

6 : 엔드 햇(출력측)

7 : 엔드 햇(입력측)

8 : 폴 피스(출력측)

9 : 폴 피스(입력측)

10 : 금속 밀봉체(출력측)

11 : 금속 밀봉체(입력측)

12 : 출력측 세라믹

13 : 배기관

14 : 안테나

15 : 캡

16 : 입력측 세라믹

17, 18 : 서포트 로드

19 : 중계판

20 : 입력 단자

21, 22 : 마그네트

23, 24 : 요크

25 : 라디에이터

26 : 필터

27 : 박스

31 : 헐거운 단부

32 : 관통 구멍

Claims

중심축을 따라 원통 형상으로 연장되는 양극 원통과,

상기 양극 원통의 내면으로부터 상기 중심축을 향해서 연장되는 헐거운 단부가 베인 내접원을 형성하는 복수의 베인과,

상기 중심축에 배치된 나선 형상의 음극과,

상기 음극의 양단부에 고착된 한 쌍의 엔드 햇과,

상기 엔드 햇 각각과 대향하는 관통 구멍으로부터 상기 양극 원통의 단부를 향해서 깔때기 형상으로 넓어져 상기 음극을 사이에 두도록 배치된 한 쌍의 폴 피스를 구비하고, 상기 베인의 높이를 H(㎜), 상기 베인 내접원의 직경을 Da(㎜), 상기 한 쌍의 엔드 햇의 외경을 각각 DEH1(㎜) 및 DEH2(㎜), 및 상기 한 쌍의 폴 피스의 상기 관통 구멍의 내경을 각각 DPP1(㎜) 및 DPP2(㎜)로 했을 때에 H≤8.5, H/Da≤0.95, DEH1/DPP1≤0.8, DEH1/DPP2≤0.8, DEH2/DPP1≤0.8, DEH2/DPP2≤0.8, 0.92≤Da/DPP1≤0.95, 0.92≤Da/DPP2≤0.95를 만족하는 것을 특징으로 하는 전자 레인지용 마그네트론.
제1항에 있어서, 0.8≤H/Da, 0.6≤DEH1/DPP1, 0.6≤DEH1/DPP2, 0.6≤DEH2/DPP1, 0.6≤DEH2/DPP2를 만족하는 것을 특징으로 하는 전자 레인지용 마그네트론.