KR101679518B1 - 마그네트론 - Google Patents

Abstract

비용을 억제하면서, 고효율화와 부하 안정성의 향상을 실현한 마그네트론을 제공하는 것을 목적으로 한다.
베인 높이 Vh와 엔드햇 간격 EHg의 비(EHg/Vh)가 1.12≤EHg/Vh≤1.26의 조건을 만족하고, 또한 입력측 폴 피스·베인 간격 IPpvg가 출력측 폴 피스·베인 간격 OPpvg보다 크고, 또한 입력측 엔드햇·베인 간격 IPevg가 출력측 엔드햇·베인 간격 OPevg보다 크게 되도록 하고, 베인 높이 Vh를 짧게 함으로써, 참고 마그네트론(100)과 비교하여, 베인 높이 Vh를 짧게 하면서, 고효율에서의 부하 안정성을 향상시킬 수 있고, 이리 하여, 비용을 억제하면서, 고효율화와 부하 안정성의 향상을 실현한 마그네트론을 제공할 수 있다.

Description

마그네트론 {MAGNETRON}

본 발명은 마그네트론에 관한 것으로서, 전자레인지 등의 마이크로파 가열 기기에 사용되는 연속파 마그네트론에 적용하기에 적합한 것이다.

2450MHz대의 전파를 발진하는 일반적인 전자레인지용 마그네트론은, 양극 원통과, 복수의 베인을 구비하고 있다. 베인은, 양극 원통의 내부에 방사형으로 배치되어 있다. 복수의 베인의 자유단에 둘러싸인 작용 공간에는, 나선형 음극(캐소드)이 양극 원통의 축심을 따라서 배치되어 있다. 캐소드의 양단은, 각각에 입력측 엔드햇 및 출력측 엔드햇이 고착되어 있다. 또한, 양극 원통의 양단에는, 각각 대략 깔때기형의 입력측 폴 피스 및 출력측 폴 피스가 고착되어 있다. 또한, 입력측 폴 피스 및 출력측 폴 피스의 외측에는, 각각 환상의 자석이 설치되어 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조).

일본 특허 공개 제2007-335351호 공보

최근 들어, 마그네트론에 대해서는, 비용을 억제하면서, 한층더 고효율화, 부하에 대한 발진 안정도의 향상이 요구되고 있다. 실제로, 예를 들어, 비용을 억제하면서, 작용 공간 내의 자계 강도를 높여서 고효율화를 도모하기 위해서는, 입력측과 출력측의 자석의 간격을 좁히는 것이 유효하다. 그러나, 이 간격을 좁히기 위해서, 단순히 양극 원통 및 양극 원통 내의 각 부의 관축 방향의 사이즈를 작게 하면 부하에 대한 발진 안정성(부하 안정성)이 저하되어버린다.

따라서, 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 비용을 억제하면서, 고효율화와 부하 안정성의 향상을 실현한 마그네트론을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 마그네트론은, 입력측으로부터 출력측을 향하는 중심축을 따라 원통형으로 연장되는 양극 원통과, 상기 양극 원통의 내면으로부터, 상기 중심축을 향하여 연장되고, 자유단이 베인 내접원을 형성하는 복수의 베인과, 상기 복수의 베인의 자유단에 의해 형성되는 베인 내접원 내에 상기 중심축을 따라 배치된 캐소드와, 상기 캐소드의 입력측의 단 및 출력측의 단에 각각 고착된 입력측 엔드햇 및 출력측 엔드햇과, 상기 양극 원통의 중심축 방향의 입력측의 단 및 출력측의 단에 각각 배치되고, 상기 복수의 베인의 자유단과 상기 캐소드 사이의 전자 작용 공간으로 자속을 유도하는 입력측 폴 피스 및 출력측 폴 피스와, 상기 입력측 폴 피스 및 출력측 폴 피스의 각각의 중심축 방향의 외측에 배치되는 자석을 구비하고, 상기 입력측 엔드햇과 출력측 엔드햇의 간격을 엔드햇 간격 EHg, 상기 베인의 중심축 방향의 길이를 베인 높이 Vh, 상기 입력측 엔드햇과 상기 베인의 입력측의 단의 간격을 입력측 엔드햇·베인 간격 IPevg, 상기 출력측 엔드햇과 상기 베인의 출력측의 단의 간격을 출력측 엔드햇·베인 간격 OPevg, 상기 입력측 폴 피스의 중심 부분의 평탄면과 상기 베인의 입력측의 단의 간격을 입력측 폴 피스·베인 간격 IPpvg, 상기 출력측 폴 피스의 중심 부분의 평탄면과 상기 베인의 출력측의 단의 간격을 출력측 폴 피스·베인 간격 OPpvg라 한 때에, 1.12≤EHg/Vh≤1.26, IPpvg>OPpvg, IPevg>OPevg를 만족하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 비용을 억제하면서, 고효율화와 부하 안정성의 향상을 실현한 마그네트론을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 마그네트론의 전체의 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 마그네트론의 주요부 치수를 도시하는 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 마그네트론의 주요부 치수를 도시하는 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 따른 마그네트론의 주요부 치수와, 종래의 마그네트론 주요부 치수를 도시하는 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 따른 마그네트론에 있어서의 전자 작용 공간 내에서의 자속 밀도의 크기를 나타내는 그래프이다.
도 6은 종래의 마그네트론에 있어서의 전자 작용 공간 내에서의 자속 밀도의 크기를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 따른 마그네트론과, 종래의 마그네트론에 있어서의 자속 밀도에 대한 전자 효율을 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태에 따른 마그네트론과, 종래의 마그네트론에 있어서의 자속 밀도에 대한 양극 전압을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태에 따른 마그네트론과, 종래의 마그네트론에 있어서의 양극 전압에 대한 출력을 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시 형태에 따른 마그네트론과, 종래의 마그네트론에 있어서의 양극 전압에 대한 출력 효율을 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시 형태에 따른 마그네트론에 있어서의 전자 작용 공간 내의 전계 분포를 도시하는 종단면도이다.
도 12는 본 발명의 실시 형태에 따른 마그네트론에 있어서의 전자 작용 공간 내의 전계 강도를 나타내는 그래프이다.
도 13은 종래의 마그네트론에 있어서의 전자 작용 공간 내의 전계 강도를 나타내는 그래프이다.
도 14는 본 발명의 실시 형태에 따른 마그네트론을 포함한 복수의 마그네트론의 주요부의 길이 및 간격을 나타내는 표이다.
도 15는 본 발명의 실시 형태에 따른 마그네트론을 포함한 복수의 마그네트론에 있어서의 출력 효율과 부하 안정성을 나타내는 그래프이다.
도 16은 본 발명의 실시 형태에 따른 마그네트론의 베인 높이를 바꾸었을 때의 출력 효율과 부하 안정성의 변화를 나타내는 그래프이다.

본 발명에 따른 마그네트론의 일 실시 형태를, 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 이하의 실시 형태는, 단순한 예시이며, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.

도 1은, 본 실시 형태의 마그네트론(1)의 개략을 도시하는 종단면도이다. 이 마그네트론(1)은 2450MHz대의 기본파를 발생하는 전자레인지용의 마그네트론이다. 마그네트론(1)은 2450MHz대의 기본파를 발생하는 양극 구체(2)를 중심으로 구성되고, 그 하측에, 양극 구체(2)의 중심에 위치하는 캐소드(3)에 전력을 공급하는 입력부(4)가 배치되고, 상측에, 양극 구체(2)로부터 발진된 마이크로파를 관외(마그네트론(1) 밖)로 취출하는 출력부(5)가 배치되어 있다.

이들 입력부(4) 및 출력부(5)는 각각 양극 구체(2)의 양극 원통(6)에 대하여 입력측의 금속 봉착체(7) 및 출력측의 금속 봉착체(8)에 의해 진공 기밀하게 접합되어 있다.

양극 구체(2)는 양극 원통(6)과, 복수매(예를 들어 10매)의 베인(10)과, 대소 2개의 스트랩링(11)을 구비하고 있다. 양극 원통(6)은 예를 들어 구리를 포함하고, 원통형으로 형성되고, 그 중심축이, 마그네트론(1)의 중심축인 관축 m, 즉 중심축을 통과하도록 배치되어 있다.

각 베인(10)은 예를 들어 구리를 포함하고, 판형으로 형성되고, 양극 원통(6)의 내측에 관축 m을 중심으로 방사형으로 배치되어 있다. 각 베인(10)의 외측 단부는 양극 원통(6)의 내주면에 접합되고, 내측의 단부는 자유단으로 되어 있다. 그리고, 복수매의 베인(10)의 자유단에 둘러싸인 원통형의 공간이 전자 작용 공간으로 되어 있다. 또한, 복수매의 베인(10)의 자유단에 의해 형성되는 내접원을 베인 내접원이라 칭한다. 복수매의 베인(10)의 관축 m 방향의 상하 양단측에, 각각 대소 2개의 스트랩링(11)이 고정되어 있다.

복수매의 베인(10)의 자유단에 둘러싸인 전자 작용 공간에는, 관축 m을 따라, 나선형의 캐소드(3)가 설치되어 있다. 캐소드(3)는 복수매의 베인(10)의 자유단과 간격을 두어서 배치되어 있다. 양극 구체(2) 및 캐소드(3)가 마그네트론(1)의 공진부로 되어 있다.

또한, 캐소드(3)의 하단과 상단에는, 각각 전자의 튀어나옴을 방지하는 엔드햇(12, 13)이 고정되어 있다. 입력측인 하단측의 엔드햇(이것을 입력측 엔드햇이라 칭한다)(12)는 링형으로 형성되고, 출력측인 상단측의 엔드햇(이것을 출력측 엔드햇이라 칭한다)(13)은 디스크 상에 형성되어 있다.

양극 원통(6)의 하방에 위치하는 입력부(4)는 세라믹 스템(14)과, 이 세라믹 스템(14)에 밀봉판(28a) 및 밀봉판(28b)을 개재하여 고정된 센터 서포트 로드(15)와 사이드 서포트 로드(16)를 구비하고 있다. 센터 서포트 로드(15)는 캐소드(3)의 입력측 엔드햇(12)의 중앙 구멍을 통하여, 캐소드(3)의 중심을 관축 m 방향으로 관통하여 캐소드(3)의 출력측과 엔드햇(13)에 접합되어 있어서, 캐소드(3)에 전기적으로 접속되어 있다.

한편, 사이드 서포트 로드(16)는, 캐소드(3)의 입력측 엔드햇(12)에 접합되어 있고, 이 입력측 엔드햇(12)을 통하여 캐소드(3)에 전기적으로 접속되어 있다. 이들, 센터 서포트 로드(15) 및 사이드 서포트 로드(16)는, 캐소드(3)를 지지함과 함께, 캐소드(3)에 전류를 공급하게 되어 있다.

밀봉판(28a) 및 밀봉판(28b)의 각각은, 세라믹 스템(14)에 기밀할 수 있는 상태에서 고정되어 있고, 스템(14)을 관통한 단자(29a) 및 단자(29b)가 밀봉판(28a) 및 밀봉판(28b)의 각각에 기밀된 상태에서 고정되어 있다. 단자(29a) 및 단자(29b)의 타단부측은, 필터 회로(26)의 각 코일의 일단부와 접속되어 있고, 필터 회로(26)의 각 코일의 타단부는 관통 콘덴서(30)의 단자에 각각 접속되어 있다.

또한, 양극 원통(6)의 하단(입력측의 단부)의 내측과 상단(출력측의 단부)의 내측에는, 각각 한 쌍의 폴 피스(17, 18)가, 입력측 엔드햇(12)과 출력측 엔드햇(13)의 사이의 공간을 사이에 두도록 대향하여 설치되어 있다.

입력측의 폴 피스(이것을 입력측 폴 피스라 칭한다)(17)에는, 그 중앙부에, 관통 구멍이 설치되고, 이 관통 구멍을 중심으로 하여, 입력측(하방)을 향하여 넓어지는 대략 깔때기형으로 형성되어 있다. 이 입력측 폴 피스(17)는 관통 구멍의 중심을 관축 m이 통과하도록 배치된다.

한편, 출력측의 폴 피스(이것을 출력측 폴 피스라 칭한다)(18)는, 그 중앙부에, 출력측 엔드햇(13)보다 조금 큰 직경을 갖는 관통 구멍이 설치되고, 이 관통 구멍을 중심으로 하여, 출력측(상방)을 향하여 넓어지는 대략 깔때기형으로 형성되어 있다. 이 출력측 폴 피스(18)는 관통 구멍의 중심을 관축 m이 통과하도록 배치된다. 또한, 입력측 폴 피스(17)와 출력측 폴 피스(18)는 전체적인 형상으로서는 모두 대략 깔때기형이며 중앙부에 평탄면(17A, 18A)이 형성된 것인데, 도 2에 도시한 바와 같이, 이들 평탄면(17A, 18A)의 직경이 상이하다.

또한, 입력측의 폴 피스(17)에는, 외주부에, 관축 m 방향으로 연장되는 대략 통형의 금속 봉착체(7)의 상단부가 고착되어 있다. 이 금속 봉착체(7)는 양극 원통(6)의 하단에 기밀 상태에서 고정되어 있다. 한편, 출력측의 폴 피스(18)에는, 외주부에, 관축 m 방향으로 연장되는 대략 통형의 금속 봉착체(8)의 하단이 고착되어 있다. 이 금속 봉착체(8)는 양극 원통(6)의 상단에 기밀 상태에서 고정되어 있다.

입력측의 금속 봉착체(7)는 그 하단에, 입력부(4)를 구성하는 세라믹 스템(14)이 기밀할 수 있는 상태로 접합되어 있다. 즉, 세라믹 스템(14)에 밀봉판(28a) 및 밀봉판(28b)을 개재하여 고정된 센터 서포트 로드(15)와 사이드 서포트 로드(16)는, 이 금속 봉착체(7)의 내측을 통하여 캐소드(3)에 접속되어 있다.

한편, 출력측의 금속 봉착체(8)는 그 상단에, 출력부(5)를 구성하는 절연통(19)이 기밀 접합되어 있고, 또한 절연통(19)의 상단에는 배기관(20)이 기밀 접합되어 있다. 또한, 복수의 베인(10) 중 1개로부터 도출된 안테나(21)가 출력측 폴 피스(18)를 관통하여, 금속 봉착체(8)의 내측을 통하여 그 상단측으로 연장되고, 선단이 배기관(20)에 끼움 지지되어 기밀 상태에서 고정되어 있다.

금속 봉착체(7, 8)의 외측에는, 양극 원통(6)을 관축 m 방향으로 사이에 두도록, 한 쌍의 링형의 자석(22, 23)이 대향하여 설치되어 있다. 한 쌍의 자석(22, 23)은, 폴 피스(17, 18)에 의해 양극 원통(6)의 내주에 배치된 베인(10)의 자유단에 의해 둘러싸인 원통형의 공간에 자력이 유도되어서 관축 m 방향으로 자계가 형성된다.

또한, 양극 원통(6)과 자석(22, 23)은, 요크(24)에 의해 덮여 있고, 한 쌍의 자석(22, 23)과 요크(24)에 의해 견고한 자기 회로가 형성되어 있다.

또한, 양극 원통(6)과 요크(24)의 사이에는 라디에이터(25)가 설치되어 있고, 캐소드(3)로부터의 복사열은 양극 구체(2)를 통하여 라디에이터(25)에 전해져 마그네트론(1)의 외부로 방출하게 되어 있다. 또한, 캐소드(3)는 센터 서포트 로드(15), 사이드 서포트 로드(16)를 통하여, 코일 및 관통 콘덴서를 갖는 필터 회로(26)에 접속되어 있다. 필터 회로(26)는 필터 박스(27)에 수용되어 있다. 마그네트론(1)의 구성의 개략은 이상과 같이 되어 있다.

이어서, 도 2 및 도 3을 사용하여, 마그네트론(1)의 공진부인 양극 구체(2) 및 캐소드(3)에 대하여 더욱 상세하게 설명한다. 도 2 및 도 3은, 양극 구체(2) 및 캐소드(3)의 종단면도이며, 양극 구체(2) 및 캐소드(3)를 구성하는 각 부의 크기, 위치 및 간격을 도시하는 도면이다.

이하의 설명에서는, 베인(10)의 관축 m 방향의 길이(이것을 높이라 한다)를 베인 높이 Vh, 입력측 엔드햇(12)의 상단(베인(10)의 입력측에 가까운 단)(12a)과 출력측 엔드햇(13)의 하단(베인(10)의 출력측에 가까운 단)(13a)의 관축 m 방향의 간격을 엔드햇 간격 EHg, 입력측 엔드햇(12)의 상단(12a)과 베인(10)의 하단(입력측의 단)의 관축 m 방향의 간격을 입력측 엔드햇·베인 간격 IPevg, 출력측 엔드햇(13)의 하단(13a)과 베인(10)의 상단(출력측의 단)의 관축 m 방향의 간격을 출력측 엔드햇·베인 간격 OPevg, 입력측 폴 피스(17)의 평탄면(17A)과 출력측 폴 피스(18)의 평탄면(18A)의 관축 m 방향의 간격을 폴 피스 간격 PPg, 입력측 폴 피스(17)의 평탄면(17A)과 베인(10)의 하단의 관축 m 방향의 간격을 입력측 폴 피스·베인 간격 IPpvg, 출력측 폴 피스(18)의 평탄면(18A)과 베인(10)의 상단과의 관축 m 방향의 간격을 출력측 폴 피스·베인 간격 OPpvg, 입력측 엔드햇(12)의 상단(12a)과 입력측 폴 피스(17)의 평탄면(17A)의 관축 m 방향의 간격을 입력측 엔드햇·폴 피스 간격 IPepg, 입력측 폴 피스(17)의 평탄면(17A)으로부터 외주부의 내면까지의 관축 m 방향의 길이를 입력측 폴 피스 높이 IPpph, 출력측 폴 피스(18)의 평탄면(18A)으로부터 외주부의 내면까지의 관축 m 방향의 길이를 출력측 폴 피스 높이 OPpph, 입력측 폴 피스(17)의 평탄면(17A)의 외경을 입력측 폴 피스 평탄 직경 IPppd, 출력측 폴 피스(18)의 평탄면(18A)의 외경을 출력측 폴 피스 평탄 직경 OPppd, 베인(10)의 자유단에 내접하는 베인 내접원의 직경을 베인 내접원 직경 2ra, 캐소드(3)의 외주 직경을 캐소드 직경 2rc라 한다. 또한, 베인 내접원 반경은 ra, 캐소드 반경은 rc라 한다. 또한, 이 치수는 mm 단위이다.

본 실시 형태의 마그네트론(1)은 베인 높이 Vh가 7.5[mm], 엔드햇 간격 EHg가 8.95[mm], 입력측 엔드햇·베인 간격 IPevg가 1.35[mm], 출력측 엔드햇·베인 간격 OPevg가 0.1[mm], 폴 피스 간격 PPg가 10.3[mm], 입력측 폴 피스·베인 간격 IPpvg가 1.50[mm], 출력측 폴 피스·베인 간격 OPpvg가 1.30[mm], 입력측 엔드햇·폴 피스 간격 IPepg가 0.15[mm], 입력측 폴 피스 높이 IPpph 및 출력측 폴 피스 높이 OPpph가 모두 6.25[mm], 입력측 폴 피스 평탄 직경 IPppd가 14[mm], 출력측 폴 피스 평탄 직경 OPppd가 12[mm], 베인 내접원 직경 2ra가 8.00[mm], 캐소드 직경 2rc가 3.7[mm]로 되어 있다.

이어서, 도 4를 사용하여, 본 실시 형태의 마그네트론과, 비교 대상으로 되는 마그네트론(이것을 참고 마그네트론이라 칭한다)(100)과의 구성의 차이에 대하여 설명한다. 또한, 도 4는, 관축 m을 끼워서 도면 중 우측이 본 실시 형태의 마그네트론(1)의 종단면도이며, 도면 중 좌측이 참고 마그네트론(100)의 종단면도로 되어 있다. 본 실시 형태의 마그네트론(1)은 참고 마그네트론(100)과 비교하면, 기본적인 구조는 동일하지만, 주로, 양극 구체(2) 및 캐소드(3)를 구성하는 각 부의 관축 m 방향의 길이, 위치 및 간격이 상이하다.

비교 대상인 참고 마그네트론(100)은 베인 높이 Vh가, 종래의 실용화 최소 높이로 되는 8.0[mm]의 마그네트론이며, 또한, 엔드햇 간격 EHg가 8.9[mm], 입력측 엔드햇·베인 간격 IPevg가 0.8[mm], 출력측 엔드햇·베인 간격 OPevg가 0.1[mm], 폴 피스 간격 PPg가 10.9[mm], 입력측 폴 피스·베인 간격 IPpvg가 1.45[mm], 출력측 폴 피스·베인 간격 OPpvg가 1.45[mm], 입력측 엔드햇·폴 피스 간격 IPepg가 0.65[mm], 입력측 폴 피스 높이 IPpph 및 출력측 폴 피스 높이 OPpph가 모두6.25[mm]로 되어 있다.

즉, 본 실시 형태의 마그네트론(1)은 참고 마그네트론(100)과 비교하여, 베인 높이 Vh가 8.0로부터 7.5[mm]로 0.5[mm] 짧고, 또한 폴 피스 간격 PPg가 10.9로부터 10.3[mm]로 0.6[mm] 짧게 되어 있다. 이에 따라, 본 실시 형태의 마그네트론(1)은 양극 원통(6)의 관축 m 방향의 길이가, 참고 마그네트론(100)보다 짧게 되어 있다.

또한, 엔드햇 간격 EHg에 대해서는, 참고 마그네트론(100)과 비교하여, 8.9로부터 8.95[mm]로 조금 넓게 되어 있다. 이 이유에 대해서는 후술한다.

또한, 본 실시 형태의 마그네트론(1)의 출력측은, 출력측 폴 피스·베인 간격 OPpvg가 참고 마그네트론(100)과 비교해서 1.45로부터 1.30[mm]로 겨우 0.15[mm] 짧게 되어 있을 뿐이며, 출력측 엔드햇·베인 간격 OPevg, 출력측 폴 피스 높이 OPpph에 대해서는 참고 마그네트론(100)과 동등하게 되어 있다. 한편, 입력측은, 입력측 엔드햇·베인 간격 IPevg가 참고 마그네트론(100)과 비교해서 0.8로부터 1.35[mm]로 0.55[mm] 넓게, 입력측 폴 피스·베인 간격 IPpvg과, 입력측 폴 피스 높이 IPpph에 대해서는 참고 마그네트론(100)과 거의 동등하게 되어 있다.

이와 같이, 본 실시 형태의 마그네트론(1)은, 출력측은 참고 마그네트론(100)과 거의 동일한 구성이면 되고, 입력측은 참고 마그네트론(100)과 비교하여 베인(10)과 입력측 엔드햇(12)의 간격을 넓히고 있다. 간단하게 말하면, 본 실시 형태의 마그네트론(1)은 참고 마그네트론(100)보다 베인(10)의 높이를 짧게 하고, 또한 베인(10)과 입력측 엔드햇(12)의 간격을 넓힌 것이다.

여기서, 본 실시 형태의 마그네트론(1)의 특성에 대해서, 참고 마그네트론(100)의 특성과 비교하여 설명한다. 먼저, 전자 작용 공간 내에서의 자속 밀도의 크기에 대해서, 도 5 및 도 6의 그래프를 사용하여 설명한다. 또한, 도 5는, 본 실시 형태의 마그네트론(1)에 의한 것이며, 도 6은, 참고 마그네트론(100)에 의한 것이다. 도 5 및 도 6은, 종축이 자속 밀도(가우스), 횡축이, 전자 작용 공간 내의 관축 m 방향의 위치를 나타내고 있다. 또한, 횡축은, 베인 높이 Vh의 중심을 0으로 하여, 이 중심으로부터 마이너스 방향을 입력측, 플러스 방향을 출력측으로서 나타내고 있다. 이 도 5 및 도 6에는, 베인(10) 부근(Vane), 베인(10) 및 캐소드(3) 사이의 중앙(Center), 캐소드(3) 부근(Cathod)의 각각에서 얻어진 자속 밀도를 나타내고 있다.

이 도 5 및 도 6으로부터 명백한 바와 같이, 본 실시 형태의 마그네트론(1)은 베인(10) 부근, 베인(10) 및 캐소드(3) 사이의 중앙, 캐소드(3) 부근 각각에서, 참고 마그네트론(100)보다 조금 높은 자속 밀도가 얻어지고 있다. 즉, 본 실시 형태의 마그네트론(1)은 전자 작용 공간 내에서의 자속 밀도에 대해서, 참고 마그네트론(100)과 동일 정도 이상의 특성이 얻어지고 있다.

이어서, 자속 밀도에 대한 전자 효율 및 양극 전압에 대해서, 도 7 및 도 8의 그래프를 사용하여 설명한다. 도 7은, 종축이 전자 효율[％], 횡축이 자속 밀도[가우스], 도 8은, 종축이 양극 전압[V], 횡축이 자속 밀도[가우스]를 나타내고 있다. 이 도 7 및 도 8로부터 명백한 바와 같이, 본 실시 형태의 마그네트론(1)은 자속 밀도에 대한 효율 및 양극 전압에 대해서, 참고 마그네트론(100)과 동일 정도의 특성이 얻어지고 있다.

이어서, 실제의 마그네트론의 양극 전압에 대한 출력 및 출력 효율에 대해서, 도 9 및 도 10의 그래프를 사용하여 설명한다. 도 9는, 종축이 출력[W], 횡축이 양극 전압[KV], 도 10은, 종축이 출력 효율[％], 횡축이 양극 전압[KV]을 나타내고 있다. 이 도 9 및 도 10으로부터 명백한 바와 같이, 본 실시 형태의 마그네트론(1)은 양극 전압에 대한 출력 및 양극 전압에 대해서도, 참고 마그네트론(100)과 동일 정도의 특성이 얻어지고 있다.

또한, 참고 마그네트론(100)에서는, 약 74.5[％]의 고효율에서 약 1.35[A]의 부하 안정성이 얻어진 데 비해, 본 실시 형태의 마그네트론(1)에서는, 약 74.5[％]의 고효율에서 약 2.0[A]의 부하 안정성이 얻어졌다. 즉, 본 실시 형태의 마그네트론(1)은 참고 마그네트론(100)과 동일 정도의 고효율을 유지하면서, 더 높은 부하 안정성이 얻어지고 있다.

이상과 같이, 본 실시 형태의 마그네트론(1)은 참고 마그네트론(100)과 비교하여, 부하 안정성 이외의 특성에 대해서는 동일 정도로 되고, 참고 마그네트론(100)과 동일 정도의 고효율을 유지하면서, 부하 안정성을 향상시킬 수 있게 되었다.

여기서, 본 실시 형태의 마그네트론(1)이 참고 마그네트론(100)과 동일 정도의 고효율을 유지하면서, 부하 안정성을 향상시킬 수 있게 된 이유에 대하여 설명한다.

도 11에, 전자 작용 공간 내의 전계 분포를 나타낸다. 도 11은, 양극 구체(2) 및 캐소드(3)의 종단면도이며, 전자 작용 공간 내의 관축 m 방향에 있어서의 전계 분포를 복수의 전계 등전위선으로 나타내고 있다. 또한, 이 전계 분포는, 컴퓨터 해석에 의한 시뮬레이션에 의해 얻어진 것이다. 이 도 11에 도시한 바와 같이, 캐소드(3)와 베인(10) 사이의 전자 작용 공간 내에는, 관축 m 방향(도면 중 상하 방향)과 평행한 복수의 전계 등전위선이 나열되어 있다. 이에 의해, 캐소드(3)로부터 베인(10)을 향하여, 전계 등전위선과 직교하는 화살표 A로 나타내는 방향(즉 관축 m과 직교하는 방향)으로 전자는 이동한다.

이러한 마그네트론(1)이 안정적으로 발진하기 위해서는, 캐소드(3)와 베인(10)의 자유단과의 사이의 전자 작용 공간의 전역에서, 전계 등전위선의 각각이 관축 m 방향과 평행하고, 자력선이 관축 m 방향과 직교하는 방향으로 나열되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 이와 같이, 관축 m 방향과 평행한 복수의 전계 등전위선이 관축 m 방향과 직교하는 방향으로 나열되어 있는 영역을, 안정 발진 영역이라 칭한다.

그런데, 전자 작용 공간의 관축 m 방향의 양단에는, 입력측 엔드햇(12) 및 출력측 엔드햇(13)이 존재하기 때문에, 이 부분에서, 복수의 전계 등전위선이 관축 m 방향과 거의 직교하는 방향(베인(10)측)으로 굽어진다. 이 때문에, 전자 작용 공간 내의 입력측 엔드햇(12) 및 출력측 엔드햇(13)의 근방에서는, 화살표 B 및 C로 도시한 바와 같이, 전자는 관축 m 방향에 대하여 베인(10)의 양단으로부터 중앙으로 향하는 힘을 받게 된다. 이 힘은, 캐소드(3)로부터 베인(10) 양단으로 방출되는 전자를 베인(10)의 중앙으로 되돌린다.

한 쌍의 자석(22, 23)은, 폴 피스(17, 18)에 의해 양극 원통(6)의 내주에 배치된 베인(10)의 자유단에 의해 둘러싸인 원통형의 공간에 자력이 유도되어서 관축 m 방향으로 자계가 형성되어 있고, 전자 작용 공간 내의 전자는 캐소드(3)로부터 베인(10)을 향하여, 등전위선과 직교하는 화살표 A로 나타내는 방향(즉 관축 m과 직교하는 방향)으로 이동하는데, 관축 m 방향의 자계에 의해, 플레밍의 왼손의 법칙으로 로렌츠힘을 받고, 그 전자는 전계의 등전위면 상에서 주회 궤도를 그린다.

따라서, 본 실시 형태의 마그네트론(1)에서는, 캐소드(3)로부터 베인(10)으로 향하는 전자군을 베인(10)의 중앙에 억제하는 힘(화살표 B)을 작게 하기 위해서, 참고 마그네트론(100)보다도, 베인(10)과 입력측 엔드햇(12)의 간격(입력측 엔드햇·베인 간격 IPevg)을 넓히고 있다.

이와 같이, 베인(10)과 입력측 엔드햇(12)의 간격을 넓히면, 복수의 등전위선이 베인(10)측으로 굽어져서 관축 m 방향과 거의 평행한 방향(도면 중 상하 방향)으로 나열되어 있는 개소가, 베인(10)의 자유단의 입력측의 단으로부터 멀어진다. 이렇게 함으로써, 캐소드(3)와 베인(10)의 자유단과의 사이의 전자 작용 공간 내에서는, 관축 m 방향과 평행한 등전위선이 베인(10)의 입력측의 단까지 연장하여, 참고 마그네트론(100)보다도, 안정 발진 영역이 입력측으로 넓어진다. 이 결과, 베인(10)의 자유단의 입력측의 단 부근에서는, 참고 마그네트론(100)과 비교하여, 전자에 작용하는 관축 m 방향으로의 억제력(화살표 B로 나타내는 베인(10)의 자유단의 중앙으로 향하는 힘)이 약해지고, 게다가, 전계 등전위선의 간격이 완만해지고 억제력도 균일해진다. 이에 의해, 전자의 운동 영역을 베인(10)의 자유단까지 확장할 수 있어, 참고 마그네트론(100)과 비교하여 부하 안정성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 마그네트론(1)에서는, 베인(10)과 입력측 엔드햇(12)의 간격만을 넓히고, 베인(10)과 출력측 엔드햇(13)의 간격에 대해서는 넓히지 않았다. 그 이유는, 베인(10)과 입력측 엔드햇(12) 및 출력측 엔드햇(13) 사이에서 누설되는 전자 중, 출력측으로부터 누설되는 전자쪽이, 특성에 끼치는 영향이 크기 때문이다. 실제로, 출력측으로부터 누설되는 전자는, 안테나(21)를 통하여 마그네트론(1)의 출력에 노이즈로서 나타난다.

이에 비해, 입력측으로부터 누설되는 전자는, 필터 박스(27) 등으로 제거되기 때문에, 출력측으로부터 누설되는 전자와 비교하면, 특성에 끼치는 영향이 작다. 따라서, 본 실시 형태의 마그네트론(1)에서는, 베인(10)과 입력측 엔드햇(12)의 간격(입력측 엔드햇·베인 간격 IPevg)만을 확장하게 되어 있다.

여기서, 전자 작용 공간 내에서의 전계 강도의 크기에 대해서, 도 12 및 도 13의 그래프를 사용하여 설명한다. 또한, 도 12는, 본 실시 형태의 마그네트론(1)에 의한 것이며, 도 13은, 참고 마그네트론(100)에 의한 것이다. 도 12 및 도 13은, 종축이 전계 강도[V/m], 횡축이, 전자 작용 공간 내의 관축 m 방향의 위치를 나타내고 있다. 이 도 12 및 도 13에는, 베인(10) 부근(Vane), 베인(10) 및 캐소드(3) 사이의 중앙(Center), 캐소드(3) 부근(Cathod) 각각에서 얻어진 전계 강도를 나타내고 있다.

이 도 12 및 도 13으로부터 명백한 바와 같이, 베인(10) 부근의 전계 강도는, 베인(10)의 관축 m 방향의 양단 부근에서 크게 되어 있다. 이것은, 도 11에 도시한 바와 같이, 베인(10)의 관축 m 방향의 양단 부근에서, 복수의 등전위선이 베인(10)측으로 굽어져서 간격이 밀하게 됨으로써, 베인(10) 부근의 전계 강도가 크게 되어 있는 것을 나타내고 있다. 그리고, 이 베인(10)의 관축 m 방향의 양단 부근의 베인(10) 부근의 전계 강도가 클수록, 전자에 작용하는 관축 m 방향으로의 힘(화살표 B로 나타내는 베인(10)의 자유단의 중앙으로 향하는 힘)이 강한 것을 의미한다.

도 12와 도 13을 비교해 보면, 본 실시 형태의 마그네트론(1)쪽이, 참고 마그네트론(100)보다도, 베인(10)의 입력측(-)의 단에서의 베인(10) 부근의 전계 강도가 작다. 이것으로부터, 본 실시 형태의 마그네트론(1)쪽이, 전자에 작용하는 관축 m 방향으로의 힘(화살표 B로 나타내는 베인(10)의 자유단의 중앙으로 향하는 힘)이 약한 것을 알 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 마그네트론(1)쪽이, 참고 마그네트론(100)보다도, 캐소드(3) 부근(Cathod)의 전계 강도가 크고, 베인(10) 및 캐소드(3) 사이의 중앙(Center)과의 전계 강도의 차가 작게 되어 있다. 또한, 베인(10) 부근(Vane)의 전계 강도와의 차도 작게 되어 있다. 이것은, 전계 등전위면이 넓어져 있는 것을 나타내고 있어, 본 실시 형태의 마그네트론(1)이 전자 작용 공간의 안정 발진 영역이 입력측으로 연장되어 있는 것으로 추측할 수 있다. 이들 결과로부터도, 본 실시 형태의 마그네트론(1)쪽이, 전자에 작용하는 관축 m 방향으로의 힘(화살표 C로 나타내는 베인(10)의 자유단의 중앙으로 향하는 힘)이 약하고, 그 억제력도 균일하게 제어되고 있음을 알 수 있다.

그런데, 베인 높이 Vh에 대하여 입력측 엔드햇·베인 간격 IPevg를 너무 넓히면, 전자의 누액량이 커져서, 효율의 저하가 염려된다. 이 때문에, 입력측 엔드햇·베인 간격 IPevg은, 참고 마그네트론(100)과 동일 정도의 고효율을 유지할 수 있는 범위에서 넓혀야만 한다.

여기서, 입력측 엔드햇·베인 간격 IPevg를 넓힌다는 것은, 엔드햇 간격 EHg도 넓힌다는 것이기도 하다. 따라서, 참고 마그네트론(100)과 동일 정도의 고효율을 유지할 수 있고, 또한 참고 마그네트론(100)보다도 베인(10)의 입력측의 단에서의 베인(10) 부근의 전계 강도가 작아지도록, 베인 높이 Vh와 엔드햇 간격 EHg의 비를 한정한다.

구체적으로는, 시뮬레이션 등의 해석 결과로부터, 베인 높이 Vh와 엔드햇 간격 EHg의 비(EHg/Vh)가 1.12≤EHg/Vh≤1.26의 조건을 만족하고 있으면, 참고 마그네트론(100)과 동일 정도의 고효율을 유지할 수 있고, 또한 참고 마그네트론(100)보다도 베인(10)의 입력측의 단에서의 전계 강도가 작아짐을 알았다. 실제로 본 실시 형태의 마그네트론(1)은 베인 높이 Vh와 엔드햇 간격 EHg의 비(EHg/Vh)가 8.95/7.5=1.19이기 때문에, 이 비가 상술한 조건을 만족하고 있다. 이에 의해, 본 실시 형태의 마그네트론(1)은 참고 마그네트론(100)과 동일 정도의 고효율을 유지하면서, 부하 안정성을 향상시킬 수 있는 것이다. 이와 관련하여, 참고 마그네트론(100)은 베인 높이 Vh와 엔드햇 간격 EHg의 비(EHg/Vh)가 8.9/8.0=1.11이기 때문에, 이 비가 상술한 조건을 만족하고 있지 않다.

또한, 본 실시 형태의 마그네트론(1)에서는, 출력측 폴 피스·베인 간격 OPpvg보다도 입력측 폴 피스·베인 간격 IPpvg쪽을 넓게 하고 있다. 이 입력측 폴 피스·베인 간격 IPpvg 및 출력측 폴 피스·베인 간격 OPpvg은, 폴 피스 간격 PPg에 비례하는 것이다. 또한, 이 폴 피스 간격 PPg는, 캐소드(3)와 베인(10)의 사이의 전자 작용 공간의 자속 밀도와 밀접하게 관계하고 있다. 따라서, 캐소드(3)와 베인(10) 사이의 전자 작용 공간의 자속 밀도가 참고 마그네트론(100)과 동일 정도로 되도록, 폴 피스 간격 PPg와 베인 높이 Vh의 비(PPg/Vh)를 선정할 필요가 있다.

구체적으로는, 시뮬레이션 등의 해석 결과로부터, 폴 피스 간격 PPg와 베인 높이 Vh의 비(PPg/Vh)가 1.35≤PPg/Vh≤1.45의 조건을 만족하고 있으면, 전자 작용 공간의 자속 밀도가 참고 마그네트론(100)과 동일 정도가 되는 것을 알았다. 실제로, 본 실시 형태의 마그네트론(1)은 폴 피스 간격 PPg와 베인 높이 Vh의 비(PPg/Vh)가 10.3/7.5=1.37이기 때문에, 상술한 조건을 만족하고 있다.

또한, 본 실시 형태의 마그네트론(1)은 도 3 및 도 4에도 도시하는 바와 같이, 입력측 엔드햇·베인 간격 IPevg쪽이, 입력측 폴 피스·베인 간격 IPpvg보다 짧게 되어 있다. 즉, 입력측 엔드햇(12)의 상단(12a)이 입력측 폴 피스(17)의 평탄면(17A)보다도, 베인(10)측으로 돌출되어 있다. 이 이유의 하나로서는, 입력측 폴 피스(17) 중앙부의 공공으로부터 누설되는 전자를 억제하기 위해서이다. 구체적으로는, 입력측 엔드햇(12)의 상단(12a)이 입력측 폴 피스(17)의 평탄면(17A)보다도, 베인(10)측으로 0[mm] 이상, 0.8[mm] 이하의 범위에서 돌출되어 있는 것이 바람직하고, 실제로, 본 실시 형태의 마그네트론(1)은 입력측 엔드햇(12)의 상단(12a)이 입력측 폴 피스(17)의 평탄면(17A)보다도 0.15[mm]만큼 베인(10)측으로 돌출되어 있다.

본 실시 형태의 마그네트론(1)에 있어서, 출력측 엔드햇·베인 간격 OPevg쪽이, 입력측 엔드햇·베인 간격 IPevg보다 좁게 되어 있는 이유는, 상술한 바와 같이, 입력측보다도 출력측쪽이, 전자의 누설에 의한 영향이 크기 때문이다. 또한, 도 2에서는, 출력측 엔드햇(13)의 하단(13a)이 베인(10)의 상단(출력측의 단)보다도 상측(출력측)에 위치하고 있어서, 이 경우의 이들 간격을 출력측 엔드햇·베인 간격 OPevg로 하고 있지만, 출력측 엔드햇(13)의 하단(13a)이 베인(10)의 상단(출력측의 단)보다도 베인(10)의 자유단의 중앙측으로 들어와 있어도 된다. 이 경우의 이들 간격도 출력측 엔드햇·베인 간격 OPevg로서 취급한다. 출력측 엔드햇·베인 간격 OPevg 및 입력측 엔드햇·베인 간격 IPevg은 엔드햇 간격 EHg에 비례하는 것이며, EHg=(OPevg+IPevg+Vh)와 1.12Vh≤EHg≤1.26Vh의 관계로부터, 0.12Vh≤(OPevg+IPevg)≤0.26Vh가 된다. 경험칙으로부터 범위 한정하면, -0.1[mm]≤OPevg≤0.5[mm], 0.7[mm]≤IPevg≤1.5[mm]의 선정으로, 0.9[mm]≤(OPevg+IPevg)≤1.8[mm]로 설계하는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시 형태의 마그네트론(1)에서는, 입력측 폴 피스 평탄 직경 IPppd쪽이, 출력측 폴 피스 평탄 직경 OPppd보다도 크게 되어 있다. 폴 피스 형상은 전자 작용 공간의 자속 밀도와 밀접하게 관계하고 있고, 입력측 폴 피스 평탄 직경 IPppd와 출력측 폴 피스 평탄 직경 OPppd의 비(IPppd/OPppd)를 선정하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 입력측 폴 피스 평탄 직경 IPppd와 출력측 폴 피스 평탄 직경 OPppd의 비(IPppd/OPppd)가 1≤(IPppd/OPppd)≤1.34의 조건을 만족하고 있으면 되고, 실제로, 본 실시 형태의 마그네트론(1)은 입력측 폴 피스 평탄 직경 IPppd와 출력측 폴 피스 평탄 직경 OPppd의 비(IPppd/OPppd)가 14/12=1.17이기 때문에, 상술한 조건을 만족하고 있다.

또한, 본 실시 형태의 마그네트론(1)에서는, 캐소드 직경 2rc와 베인 내접원 직경 2ra의 비(즉 캐소드 반경 rc와 베인 내접 반경 ra의 비)가 0.463으로 되어 있다. 이 비(이하, rc/ra비라 칭한다)는 효율 및 부하 안정성과 밀접하게 관계하고 있어서, 이 rc/ra비가 클수록, 부하 안정성이 높아지는 한편 효율이 낮아진다. 따라서, 참고 마그네트론(100)과 동일 정도의 고효율을 유지하면서, 부하 안정성을 향상시키기 위해서는, 이 rc/ra비도 중요해진다.

따라서, 이 점을 고려하여, 이 rc/ra비를 선정하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 시뮬레이션 등의 해석 결과로부터, 이 rc/ra비가, 0.45≤rc/ra≤0.487의 조건을 만족하고 있으면, 참고 마그네트론(100)과 동일 정도의 고효율을 유지하면서, 더 높은 부하 안정성이 얻어지는 것을 알았다. 실제로 본 실시 형태의 마그네트론(1)은 상술한 바와 같이, 이 rc/ra비가 0.463이기 때문에, 상술한 조건을 만족하고 있다.

이와 같이, 본 실시 형태의 마그네트론(1)에서는, 입력측 폴 피스·베인 간격 IPpvg를 출력측 폴 피스·베인 간격 OPpvg보다 크게 함과 함께 입력측 엔드햇·베인 간격 IPevg를 출력측 엔드햇·베인 간격 OPevg보다 크게 하고, 또한 베인 높이 Vh와 엔드햇 간격 EHg의 비, 출력측 엔드햇·베인 간격 OPevg과 입력측 엔드햇·베인 간격 IPevg의 크기, 폴 피스 간격 PPg와 베인 높이 Vh의 비, 입력측 엔드햇(12)의 베인(10)측으로의 돌출량, 입력측 폴 피스 평탄 직경 IPppd와 출력측 폴 피스 평탄 직경 OPppd의 비, 캐소드 반경 rc와 베인 내접 반경 ra의 비가, 상술한 조건을 만족하도록 선정되어 있음으로써, 부하 안정성 이외의 특성에 대해서는 참고 마그네트론(100)과 동일 정도로 되고, 게다가 부하 안정성을 크게 향상시킬 수 있었던 것이다. 또한, 반드시 이들 조건 모두를 만족하고 있지 않아도 되고, 적어도, 입력측 폴 피스·베인 간격 IPpvg를 출력측 폴 피스·베인 간격 OPpvg보다 크게 함과 함께 입력측 엔드햇·베인 간격 IPevg를 출력측 엔드햇·베인 간격 OPevg보다 크게 하고, 베인 높이 Vh와 엔드햇 간격 EHg의 비가 상술한 조건을 만족하고 있으면 된다. 나머지의 조건에 대해서는, 요구되는 사양 등에 따라 선택적으로 만족하도록 해도 된다.

이어서, 본 실시 형태의 마그네트론(1) 및 참고 마그네트론(100)과, 또한 이들과는 상이한 복수의 마그네트론을 사용하여, 효율 및 부하 안정성을 비교한 결과에 대하여 설명한다.

사용한 마그네트론의 주요부의 길이 및 간격을 도 14의 표에 나타내었다. 이 표에는, No.1 내지 No.5까지의 5종류의 마그네트론이 기재되어 있는데, 이 중, No.5는, 본 실시 형태의 마그네트론(1)이며, No.3은, 참고 마그네트론(100)이다.

이들 5종류의 마그네트론 중, 본 실시 형태의 마그네트론(1)인 No.5를 제외한 마그네트론 No.1 내지 No.4는, 베인 높이 Vh가 8.0[mm] 이상이다. 또한, 입력측 폴 피스·베인 간격 IPpvg가 출력측 폴 피스·베인 간격 OPpvg보다 크고, 입력측 엔드햇·베인 간격 IPevg가 출력측 엔드햇·베인 간격 OPevg보다 크고, 또한 베인 높이 Vh와 엔드햇 간격 EHg의 비가 상술한 조건을 만족하고 있는 것은, No.5의 마그네트론, 즉 본 실시 형태의 마그네트론(1) 뿐이다.

이들 5종류의 마그네트론 No.1 내지 No.5의 각각으로부터 얻어지는 효율과 부하 안정성을, 도 15의 그래프에 나타내었다. 도 15는, 종축이 부하 안정성[A], 횡축이 효율[％]을 나타내고 있다. 이 도 15로부터 명백한 바와 같이, 본 실시 형태의 마그네트론(1)인 마그네트론 No.5에서는, 다른 마그네트론 No.1 내지 No.4와 비교하여, 베인 높이 Vh가 작음에도 불구하고, 약 74.5[％]의 고효율에서 약 2.0[A]의 높은 부하 안정성이 얻어지고 있다.

마그네트론 No.1 내지 No.4 중, 74 내지 75[％] 정도의 고효율에서 가장 높은 부하 안정성이 얻어지는 것은, 마그네트론 No.3인데, 그래도 약 1.35[A]이며, 마그네트론 No.5보다 약 0.65[A]나 낮다. 또한, 마그네트론 No.1은, 부하 안정성이 약 2.1[A]로 높지만, 효율이 70％ 정도이고, 마그네트론 No.5보다 약 4％나 낮게 되어 있다. 이와 같이, 본 실시 형태의 마그네트론(1)(마그네트론 No.5)은 다른 여러가지 마그네트론과 비교해도, 고효율이고 또한 부하 안정성이 높은 것을 알 수 있다.

이어서, 본 실시 형태의 마그네트론(1)(마그네트론 No.5)의 효율과 부하 안정성의 관계를 도 16의 그래프에 도시하였다. 도 16은, 도 15와 동일하게, 종축이 부하 안정성[A], 횡축이 효율[％]을 나타내고 있다.

이 도 16에는, 베인 높이 Vh=7.5[mm]로 되는 마그네트론(1)에서의 효율과 부하 안정성의 변화가 일점쇄선으로 도시하고 있고, 이 일점쇄선으로부터 명백한 바와 같이, 효율과 부하 안정성은, 한쪽을 높이면 다른 쪽이 낮아지는 소위 상반된 관계로 되어 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 효율과 부하 안정성은, rc/ra비와 밀접하게 관계되어 있기 때문에, 시뮬레이션에서 마그네트론(1)의 rc/ra비를 변화시킴으로써, 마그네트론(1)에 의해 얻어지는 효율과 부하 안정성을 변화시켰다.

실제로, 본 실시 형태의 마그네트론(1)에서는, 약 74[％]의 효율에서 부하 안정성이 약 2.0[A]이지만, 효율을 71.5％ 정도까지 낮추면, 부하 안정성이 2.7[A] 정도까지 높아진다. 바꾸어 말하면, 75％ 미만의 효율에서, 2.0[A] 이상의 높은 부하 안정성을 얻을 수 있다.

여기서, 또한, 본 실시 형태의 마그네트론(1)의 베인 높이 Vh를 8.0[mm], 7[mm], 6[mm]로 한 경우의 효율과 부하 안정성의 관계에 대해서도, 도 16의 그래프에 도시하였다. 또한, 베인 높이 Vh를 변화시켜도, 상술한 조건은 만족하는 것으로 한다. 도 16에는, 베인 높이 Vh를 8.0[mm]로 한 경우의 효율과 부하 안정성의 변화가 이점쇄선으로 도시되고, 베인 높이 Vh를 7.0[mm]로 한 경우의 효율과 부하 안정성의 변화가 장파선으로 도시되고, 베인 높이 Vh를 6.0[mm]로 한 경우의 효율과 부하 안정성의 변화가 단파선으로 도시되어 있다.

마그네트론(1)의 베인 높이 Vh를 8.0[mm]로 한 경우, 이점쇄선으로부터 명백한 바와 같이, 약 72[％]의 효율에서 부하 안정성이 약 3.0[A]이며, 약 74.5의 효율에서 부하 안정성이 약 2.5[A]로 되어 있다. 즉, 이 경우, 베인 높이 Vh가7.5[mm]인 경우에 비하여, 동일 정도의 효율이라면 보다 높은 부하 안정성이 얻어지고 있다. 이것은, 베인 높이 Vh가 크면, 그만큼, 안정 발진 영역의 관축 m 방향의 길이도 커지기 때문이라고 추측할 수 있다.

또한, 마그네트론(1)의 베인 높이 Vh를 7.0[mm]로 한 경우, 대표 파선으로부터 명백한 바와 같이, 약 71.5[％]의 효율에서 부하 안정성이 약 2.5[A]이며, 약 74.5[％]의 효율에서 부하 안정성이 약 1.5[A]로 되어 있다. 즉, 이 경우, 베인 높이 Vh가 7.5[mm]인 경우에 비하여, 동일 정도의 효율이라면 낮은 부하 안정성이 얻어지고 있다. 이것은, 베인 높이 Vh가 작으면, 그만큼, 안정 발진 영역의 관축 m 방향의 길이도 작아지기 때문이라고 추측할 수 있다.

또한, 마그네트론(1)의 베인 높이 Vh를 6.0[mm]로 한 경우, 단파선으로부터 명백한 바와 같이, 약 71[％]의 효율에서 부하 안정성이 약 1.9[A]이며, 약 73.5[％]의 효율에서 부하 안정성이 약 1.2[A]로 되어 있다. 즉, 이 경우, 베인 높이 Vh가 7.0[mm]인 경우에 비하여, 동일 정도의 효율이라면 부하 안정성은 더 저하된다.

이와 같이, 마그네트론(1)의 베인 높이 Vh를 크게 하면, 동일 효율에서의 부하 안정성은 높아지고, 베인 높이 Vh를 작게 하면, 동일 효율에서의 부하 안정성이 낮아지는 것을 알 수 있다.

그런데, 가정용 전자레인지 등에 사용되는 마그네트론에서는, 고효율의 동작 안정의 목표로서, 70 내지 75[％] 정도의 고효율에서 1.3[A] 이상의 부하 안정성이 요구된다. 실제로, 이 요구를 만족시킬 수 있는 것은, 베인 높이 Vh가 8.0, 7.5, 7.0[mm]의 경우이며, 베인 높이 Vh가 6.0[mm]인 경우, 이 요구를 만족시킬 수 없다.

게다가, 베인 높이 Vh가 6.0[mm]인 경우, 예를 들어, 마그네트론 No.3과 비교하면, 동일 효율에서의 부하 안정성이 높다고는 할 수 없다. 따라서, 이러한 점에서, 마그네트론(1)의 베인 높이 Vh는, 7.0[mm] 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 베인 높이 Vh를 8.0[mm]보다 크게 하면, 더욱 동일 효율에서의 부하 안정성이 향상되는 것으로 생각할 수 있지만, 그 반면, 비용이 높아져버린다.

따라서, 비용을 억제하면서, 고효율에서의 부하 안정성을 향상시키도록 하기 위해서는, 베인 높이 Vh를 7.0[mm] 이상, 8.0[mm] 이하로 하는 것이 바람직하다.

여기까지 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 마그네트론(1)은 베인 높이 Vh와 엔드햇 간격 EHg의 비(EHg/Vh)가 1.12≤EHg/Vh≤1.26의 조건을 만족하고, 또한 입력측 폴 피스·베인 간격 IPpvg가 출력측 폴 피스·베인 간격 OPpvg보다 크고, 또한 입력측 엔드햇·베인 간격 IPevg가 출력측 엔드햇·베인 간격 OPevg보다 크게 되도록 하고, 베인 높이 Vh를 짧게 하면서, 참고 마그네트론(100)과 동일한 고효율을 유지하면서 부하 안정성을 향상시킬 수 있었다.

또한, 이렇게 베인 높이 Vh를 짧게 한 것에 의해, 양극 원통(6)의 관축 m 방향의 길이를 참고 마그네트론(100)보다 짧게 할 수 있고, 결과적으로, 자석(22, 23) 사이의 간격을 좁힐 수 있다. 이에 의해, 예를 들어, 자석(22, 23)을, 참고 마그네트론(100)에 사용되고 있는 것보다도 성능이 낮은 저렴한 것으로 바꿀 수 있다. 또한, 이에 한정하지 않고, 동일한 성능의 것을 사용하면, 자석(22, 23) 사이의 간격이 좁아진 만큼, 전자 작용 공간 내의 자계 강도를 높일 수도 있다.

이리 하여, 비용을 억제하면서, 고효율화와 부하 안정성의 향상을 실현한 마그네트론을 제공할 수 있다.

또한, 상술한 실시 형태는 일례이며, 고효율의 높은 부하 안정성이 요구되는 마그네트론이라면 예를 들어, 가정용 전자레인지에 사용되는 마그네트론 이외의 마그네트론에도 적용할 수 있다.

1, 100: 마그네트론
3: 캐소드
6: 양극 원통
10: 베인
12: 입력측 엔드햇
13: 출력측 엔드햇
17: 입력측 폴 피스
18: 출력측 폴 피스
22: 입력측 자석
23: 출력측 자석
Vh: 베인 높이
EHg: 엔드햇 간격
IPevg: 입력측 엔드햇·베인 간격
OPevg: 출력측 엔드햇·베인 간격
PPg: 폴 피스 간격
IPpvg: 입력측 폴 피스·베인 간격
OPpvg: 출력측 폴 피스·베인 간격
IPepg: 입력측 엔드햇·폴 피스 간격
IPppd: 입력측 폴 피스 평탄 직경
OPppd: 출력측 폴 피스 평탄 직경
2ra: 베인 내접원 직경
2rc: 캐소드 직경

Claims (7)

1. 입력측으로부터 출력측을 향하는 중심축을 따라 원통형으로 연장되는 양극 원통과,
   상기 양극 원통의 내면으로부터, 상기 중심축을 향하여 연장되고, 자유단이 베인 내접원을 형성하는 복수의 베인과,
   상기 복수의 베인의 자유단에 의해 형성되는 베인 내접원 내에 상기 중심축을 따라 배치된 캐소드와,
   상기 캐소드의 입력측의 단 및 출력측의 단에 각각 고착된 입력측 엔드햇 및 출력측 엔드햇과,
   상기 양극 원통의 중심축 방향의 입력측의 단 및 출력측의 단에 각각 배치되고, 상기 복수의 베인의 자유단과 상기 캐소드 사이의 전자 작용 공간으로 자속을 유도하는 입력측 폴 피스 및 출력측 폴 피스와,
   상기 입력측 폴 피스 및 출력측 폴 피스의 각각의 중심축 방향의 외측에 배치되는 자석을 구비하고,
   상기 입력측 엔드햇과 출력측 엔드햇의 간격을 엔드햇 간격 EHg, 상기 베인의 중심축 방향의 길이를 베인 높이 Vh, 상기 입력측 엔드햇과 상기 베인의 입력측의 단의 간격을 입력측 엔드햇·베인 간격 IPevg, 상기 출력측 엔드햇과 상기 베인의 출력측의 단의 간격을 출력측 엔드햇·베인 간격 OPevg, 상기 입력측 폴 피스의 중심 부분의 평탄면과 상기 베인의 입력측의 단의 간격을 입력측 폴 피스·베인 간격 IPpvg, 상기 출력측 폴 피스의 중심 부분의 평탄면과 상기 베인의 출력측의 단의 간격을 출력측 폴 피스·베인 간격 OPpvg라 한 때에,
   1.12≤EHg/Vh≤1.26, IPpvg>OPpvg,
   IPevg>OPevg를 만족하는 것을 특징으로 하는 마그네트론.
2. 제1항에 있어서, 또한, 7.0[mm]≤Vh≤8.0[mm]를 만족하는
   것을 특징으로 하는 마그네트론.
3. 제2항에 있어서, 또한, 0.9[mm]≤(OPevg+IPevg)≤1.8[mm]를 만족하는
   것을 특징으로 하는 마그네트론.
4. 제3항에 있어서, 또한, 상기 입력측 폴 피스의 중심 부분의 평탄면과 상기 출력측 폴 피스의 중심 부분의 평탄면의 간격을 PPg라 한 때에,
   1.35≤PPg/Vh≤1.45를 만족하는
   것을 특징으로 하는 마그네트론.
5. 제4항에 있어서, 또한, 상기 입력측 엔드햇이, 상기 입력측 폴 피스의 중심 부분의 평탄면보다도 상기 베인측으로 돌출되어 있는
   것을 특징으로 하는 마그네트론.
6. 제5항에 있어서, 또한, 상기 입력측 폴 피스의 중심 부분의 평탄면의 직경을 입력측 폴 피스 평탄 직경 IPppd, 상기 출력측 폴 피스의 중심 부분의 평탄면의 직경을 출력측 폴 피스 평탄 직경 OPppd라 한 때에,
   1≤IPppd/OPppd≤1.34를 만족하는
   것을 특징으로 하는 마그네트론.
7. 제6항에 있어서, 또한, 상기 베인 내접원의 반경을 베인 내접원 반경 ra, 상기 캐소드의 외주 반경을 캐소드 반경 rc라 한 때에,
   0.45≤rc/ra≤0.487을 만족하는
   것을 특징으로 하는 마그네트론.

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