KR20160034347A

KR20160034347A - 마그네트론

Info

Publication number: KR20160034347A
Application number: KR1020167004004A
Authority: KR
Inventors: 마사토시 히가시
Original assignee: 도시바 호꾸또 덴시 가부시끼가이샤
Priority date: 2013-08-29
Filing date: 2014-08-27
Publication date: 2016-03-29
Also published as: US9852872B2; JP6254793B2; US20160172145A1; WO2015029430A1; EP3041025A1; CN105493223A; JP2015046360A; EP3041025B1; EP3041025A4; CN105493223B; KR101909795B1

Abstract

대소 2개의 스트랩 링(11A, 11B)을, 복수의 베인(10A, 10B)의 관 축(m) 방향의 입력측으로 되는 하단부측에만 배치하도록 하고, 입력측의 폴 피스(18)의 돌출 평탄면(41)의 직경 Rip 쪽이, 출력측의 폴 피스(17)의 돌출 평탄면(40)의 직경 Rop보다 커지도록 했다. 이에 따라, 편측 2개의 스트랩 링으로 부품 개수를 저감시켜 비용을 낮추면서, 종래에 비하여 제조성이나 특성을 크게 열화시키지 않고, 실용적인 마그네트론을 제공할 수 있다.

Description

마그네트론{MAGNETRON}

본 발명은 마그네트론에 관한 것으로, 전자 레인지 등의 마이크로파 가열 기기에 사용되는 연속파 마그네트론에 적용하기에 적합한 것이다.

종래, 도 14에 도시한 바와 같이, 2450MHz대의 마이크로파를 발진하는 전자 레인지용 등의 일반적인 마그네트론의 양극 구조체(100)는, 양극 원통(101)과, 양극 원통(101)의 내부에 방사상으로 배치된 베인(102)을 구비하고 있다.

베인(102)은 원주 방향으로 하나 걸러, 베인(102)의 상하 양단부에 각각 경남땜된 대소 한 쌍의 스트랩 링(103)에 의해 연결되어 있다.

복수의 베인(102)의 자유 단부로 둘러싸인 전자 작용 공간에는, 나선 형상의 캐소드(104)가 양극 원통(101)의 축심을 따라 배치되어 있다. 캐소드(104)의 양단은, 각각 출력측 엔드햇(105) 및 입력측 엔드햇(106)에 고착되어 있다.

또한, 양극 원통(101)의 양단에는, 각각 대략 깔때기 형상의 폴 피스(107, 108)가 고착되어 있다.

스트랩 링(103)은, 베인(102)을 교대로 동일한 전위로 하기 위한 것이다. 현재는, 상술한 바와 같이, 베인(102)의 상하 양단부에 각각 대소 한 쌍의 스트랩 링(103)을 설치하는 구조가 일반적이지만, 기타, 스트랩 링을 상하 양단부에 각각 하나씩 설치하거나, 상하 양단부 중 한쪽의 편측 단부에 2개 이상 설치하거나, 상하 방향의 중심부에 2개 설치하거나 하는 구조도 있다.

일본 특허 공개 제2013-73730호 공보 일본 특허 공개 평07-302548호 공보

그런데, 상술한 바와 같이 구성된 마그네트론의 베인(102)으로 구획된 공동 공진기는 고유의 주파수를 갖고 있지만, 일반적인 스트랩 링형의 경우, 그 주파수는 베인과 스트랩 링 사이의 캐패시턴스나, 복수의 스트랩 링 사이의 캐패시턴스에 크게 영향을 받는다.

예를 들어, 제조성의 향상이나 비용 절감을 고려하여, 베인의 상하 양단부 가 아닌 편측 단부에만 스트랩 링을 2개 설치하고자 하는 경우, 상하 양단부에 각각 스트랩 링을 2개씩 설치한 경우에 비하여, 공동 공진기의 캐패시턴스가 작아진다.

이 결과, 경우에 따라서는, 공동 공진기의 주파수가, 상하 양단부에 각각 스트랩 링을 2개씩 설치한 경우에 비하여, 몇백 MHz 정도나 높아지기 때문에, 이것을 보정할 필요가 있다.

이 경우, 예를 들어 스트랩 링과 베인의 간격을 좁히거나, 스트랩 링의 단면적을 크게 하거나 하는 대책을 고려할 수 있다. 그러나, 이 대책으로는, 경납땜시에 납재가 스트랩 링 사이나 스트랩 링과 베인 사이를 단락시키거나, 스트랩 링의 체적이 커지거나 하기 때문에, 제조성의 악화나 비용 상승으로 연결되어 버린다.

또한, 베인의 편측 단부에만 스트랩 링을 설치한 경우, 상하 양단부에 스트랩 링이 상하 대칭으로 배치되어 있는 구조에 비하여, 베인의 상하 양단부에서의 전계 분포의 언밸런스가 크기 때문에, 부하 안정도나 전자 역충격, 효율이 악화되거나, 불필요한 노이즈가 발생하기 쉬워지거나 한다.

특히, 부하 안정도나 전자 역충격은, 반사파가 되돌아 오는 전자 레인지 등의 마이크로파 가열 기기에 마그네트론을 사용하는 경우에 큰 문제가 된다. 따라서, 현재 시점에서, 베인의 편측 단부에만 스트랩 링을 설치하는 구조는, 전자 레인지용 마그네트론에서는 실용화가 지연되고, 이러한 염려가 적은 펄스 마그네트론 등 이외에는 사용되지 않고 있다.

또한, 발진의 안정성을 향상시키기 위해서, 베인의 편측 단부에 스트랩 링을 3개 이상 설치하는 구조도 제안되고 있다. 이 구조의 경우, 편측 단부에 스트랩 링을 2개를 설치한 구조에 비하여, 스트랩 링의 단면적을 비교적 작게 할 수 있고, 발진의 안정성도 높아진다. 그러나, 이 구조의 경우, 가장 외측의 스트랩 링의 직경이, 2개를 설치하는 구조보다도 커지기 때문에, 판형의 재료로부터 스트랩 링을 프레스로 펀칭할 경우에, 보다 큰 재료가 필요하고, 또한 스크랩도 많아지며, 재료 효율이 악화되어 비용 절감의 효과가 약해져버린다.

또한, 스트랩 링의 개수에 관계없이, 특히 출력측에만 스트랩 링을 설치하는 구조의 경우, 주파수의 조정이 곤란해진다. 통상, 부품 정밀도나 조립 정밀도에 의한 변동을 고려하여, 양극 구조체의 공진 주파수는 목적으로 하는 주파수보다 약간 높게 설계해서 조립 후에 조정한다.

이 경우, 예를 들어 베인의 일부를 삭제하거나, 스트랩 링을 변형시키거나 하는 여러 가지 조정 방법이 사용되지만, 제조성이나 특성에의 부작용, 조정의 간편함이라는 관점에서, 양극 구조체로부터 도출되는 안테나를 도파관 내에 넣어, 공진 주파수를 모니터하면서 입력측의 스트랩 링을 축 방향으로 변형시켜서 스트랩 링과 베인의 간격을 좁힘으로써 캐패시턴스를 크게 하여 원하는 주파수로 조정하는 방법을 사용하는 경우가 많다.

단, 이 조정 방법은 스트랩 링을 입력측에 설치해야만 하고, 출력측에만 설치한 구조의 경우, 이 조정 방법을 사용할 수 없다. 또한, 스트랩 링의 단면적이 크면, 스트랩 링을 변형시키는 것 자체가 곤란해져서 이 조정 방법을 사용할 수 없다.

또한, 베인의 상하 양단부에 각각 하나씩 스트랩 링을 설치하는 구조의 경우, 스트랩 링 사이의 캐패시턴스가 없어지기 때문에, 스트랩 링의 단면적(체적)을, 2개씩 설치하는 경우에 비하여, 대폭 크게 하지 않으면 안 되고, 이 결과, 스트랩 링을 변형시키는 것 자체가 곤란해져서 상술한 조정 방법을 사용할 수 없다.

또한, 베인의 중심부에 스트랩 링을 설치하는 구조의 경우, 제조성 면에서 매우 불리하다는 것이 알려져 있다.

따라서, 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 비용이 저렴하고 제조성이 양호하며, 특성에의 악영향도 없는 마그네트론을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관한 마그네트론은 관 축을 따라 원통 형상으로 연장되는 양극 원통과, 상기 양극 원통의 내면으로부터, 상기 관 축을 향해서 연장되고, 자유 단부가 베인 내접원을 형성하는 복수의 베인과, 상기 복수의 베인을 교대로 단락하는 직경이 다른 대소 2개의 스트랩 링과, 상기 복수의 베인의 자유 단부에 의해 형성되는 베인 내접원 내에 상기 관 축을 따라 배치된 캐소드와, 상기 양극 원통의 관 축 방향의 양단측에 각각 배치되고, 상기 복수의 베인의 자유 단부와 상기 캐소드 사이의 작용 공간으로 자속을 유도하는 폴 피스와, 적어도 1개의 상기 베인으로부터 인출된 안테나를 구비하는 마그네트론에 있어서, 상기 스트랩 링이, 상기 베인의 상기 관 축 방향의 양단부측 중 캐소드 입력측에만 배치되고, 상기 양극 원통의 관 축 방향 일단부측에 배치된 폴 피스와 타단부측에 배치된 폴 피스는 비대칭 형상이며, 또한, 상기 양극 원통의 관 축 방향 양단측에 각각 배치된 폴 피스는 돌출 평탄면을 갖고, 입력측으로 되는 일단부측에 배치된 폴 피스의 돌출 평탄면의 직경이, 출력측으로 되는 타단부측에 배치된 폴 피스의 상기 돌출 평탄면의 직경보다 큰 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 편측 2개의 스트랩 링으로 부품 개수를 저감시켜 비용을 낮추면서, 종래에 비하여 제조성이나 특성을 크게 열화시키지 않고, 실용적인 마그네트론을 제공할 수 있다.

도 1은, 본 발명에 관한 마그네트론의 일 실시 형태에 있어서의 전체의 종단면도이다.
도 2는, 본 발명에 관한 마그네트론의 일 실시 형태에 있어서의 주요부의 종단면도이다.
도 3은, 본 발명에 관한 마그네트론의 일 실시 형태에 있어서의 주요부의 횡단면도이다.
도 4는, 본 발명에 관한 마그네트론의 일 실시 형태에 있어서의 주요부의 치수를 도시하는 종단면도이다.
도 5는, 본 발명에 관한 마그네트론의 일 실시 형태에 있어서의 폴 피스의 치수와 효율의 관계를 도시하는 도표이다.
도 6은, 본 발명에 관한 마그네트론의 일 실시 형태에 있어서의 폴 피스의 치수와 고조파의 관계를 도시하는 도표이다.
도 7은, 본 발명에 관한 마그네트론의 일 실시 형태에 있어서의 베인 내접원의 치수와 효율의 관계를 도시하는 도표이다.
도 8은, 본 발명에 관한 마그네트론의 일 실시 형태에 있어서의 베인 내접원의 치수와 부하 안정도의 관계를 도시하는 도표이다.
도 9는, 본 발명에 관한 마그네트론의 일 실시 형태에 있어서의 폴 피스의 치수와 부하 안정도의 관계를 도시하는 도표이다.
도 10은, 본 발명에 관한 마그네트론의 일 실시 형태에 있어서의 베인 내접원의 치수에 대한 폴 피스의 치수비와 음극 역충격의 관계를 도시하는 도표이다.
도 11은, 본 발명에 관한 마그네트론의 일 실시 형태에 있어서의 베인 내접원의 치수에 대한 폴 피스의 치수비와 자속 밀도의 관계를 도시하는 도표이다.
도 12는, 종래의 마그네트론의 프레스 처짐(shear droop)의 방향을 나타내는 주요부의 횡단면도이다.
도 13은, 본 발명에 관한 마그네트론과, 종래의 마그네트론 기본파 스펙트럼을 도시하는 도면이다.
도 14는, 종래의 마그네트론 주요부의 종단면도이다.

본 발명에 관한 마그네트론의 일 실시 형태를, 도면을 참조하여 설명한다.

또한, 이하의 실시 형태는 단순한 예시이며, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.

도 1은, 본 실시 형태의 마그네트론(1)의 개략을 도시하는 종단면도이다. 이 마그네트론(1)은, 2450MHz대의 기본파를 발생하는 전자 레인지용 마그네트론이다.

마그네트론(1)은, 2450MHz대의 기본파를 발생하는 양극 구조체(2)를 중심으로 구성되고, 그 하측에 양극 구조체(2)의 중심에 위치하는 캐소드(3)에 전력을 공급하는 입력부(4)가 배치되며, 상측에 양극 구조체(2)로부터 발진된 마이크로파를 관외(마그네트론(1) 외)로 취출하는 출력부(5)가 배치되어 있다.

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

양극 구조체(2)는, 양극 원통(6)과 복수매(예를 들어 10매)의 베인(10)과, 대소 2개의 스트랩 링(11)을 구비하고 있다.

양극 원통(6)은, 예를 들어 구리를 포함하고, 원통 형상으로 형성되며, 그 중심축이 마그네트론(1)의 중심축인 관 축(m)을 통하도록 배치되어 있다.

각 베인(10)은, 예를 들어 구리를 포함하고, 판형으로 형성되며, 양극 원통(6)의 내측에 관 축(m)을 중심으로 방사상으로 배치되어 있다. 각 베인(10)의 외측 단부는 양극 원통(6)의 내주면에 접합되고, 내측 단부는 자유 단부로 되어 있다. 그리고, 복수매의 베인(10)의 자유 단부로 둘러싸인 원기둥 형상의 공간이 전자 작용 공간으로 되어 있다.

대소 2개의 스트랩 링(11)은, 복수매의 베인(10)의 관 축(m) 방향의 상하 양단측 중, 입력측으로 되는 하단부측에 고정되어 있다.

복수매의 베인(10)의 자유 단부로 둘러싸인 전자 작용 공간에는, 관 축(m)을 따라 나선 형상의 캐소드(3)가 설치되어 있다. 캐소드(3)는, 복수매의 베인(10)의 자유 단부와 간격을 두고 배치되어 있다. 양극 구조체(2) 및 캐소드(3)가 마그네트론(1)의 공진부로 되어 있다.

또한, 캐소드(3)의 상단부와 하단부에는, 각각 전자의 비산을 방지하는 엔드햇(12, 13)이 고정되어 있다. 출력측으로 되는 상단부측의 엔드햇(12)은 디스크 상에 형성되고, 입력측으로 되는 하단부측의 엔드햇(13)은 링 형상으로 형성되어 있다.

양극 원통(6)의 하방에 위치하는 입력부(4)는, 세라믹 스템(14)과, 이 세라믹 스템에 꽂아 설치된 센터 서포트 로드(15)와 사이드 서포트 로드(16)를 구비하고 있다.

센터 서포트 로드(15)는, 캐소드(3)의 입력측의 엔드햇(13)의 중앙 구멍을 통하고, 캐소드(3)의 중심을 관 축(m) 방향으로 관통해서 캐소드(3)의 출력측의 엔드햇(12)에 접합되어 있으며, 이 엔드햇(12)을 통하여 캐소드(3)에 전기적으로 접속되어 있다.

한편, 사이드 서포트 로드(16)는, 캐소드(3)의 입력측의 엔드햇(13)에 접합되어 있고, 이 엔드햇(13)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.

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

출력측의 폴 피스(17)는, 그 중앙부에 출력측의 엔드햇(12)보다 약간 큰 직경을 갖는 관통 구멍(17A)이 형성되고, 이 관통 구멍(17A)을 중심으로 하여, 출력측(상방)을 향해서 넓어지는 대략 깔때기 형상으로 형성되어 있다. 이 출력측의 폴 피스(17)는, 관통 구멍(17A)의 중심을 관 축(m)이 통하도록 배치된다.

한편, 입력측의 폴 피스(18)에는, 그 중앙부에 입력측의 엔드햇(13)보다 약간 큰 직경을 갖는 관통 구멍(18A)이 형성되고, 이 관통 구멍(18A)을 중심으로 하여, 입력측(하방)을 향해서 넓어지는 대략 깔때기 형상으로 형성되어 있다. 이 입력측의 폴 피스(18)는, 관통 구멍(18A)의 중심을 관 축(m)이 통하도록 배치된다.

또한, 출력측의 폴 피스(17)에는, 그 상단부에 관 축(m) 방향으로 연장되는 대략 통 형상의 금속 봉착체(8)의 하단부가 고착되어 있다. 이 금속 봉착체(8)는, 양극 원통(6)의 상단부에도 접하고 있다. 또한, 입력측의 폴 피스(18)에는, 그 하단부에 관 축(m) 방향으로 연장되는 대략 통 형상의 금속 봉착체(7)의 상단부가 고착되어 있다. 이 금속 봉착체(7)는, 양극 원통(6)의 하단부에도 접하고 있다.

출력측의 금속 봉착체(8)는, 그 상단부에 출력부(5)를 구성하는 절연통(19)이 접합되어 있고, 또한 절연통(19)의 상단부에는 배기관(20)이 접합되어 있다.

또한, 복수의 베인(10) 중 1개로부터 도출된 안테나(21)가 출력측의 폴 피스(17)를 관통하고, 금속 봉착체(8)의 내측을 통해서 그 상단부측으로 연장되며, 선단이 배기관(20)에 끼움 지지되어 고정되어 있다.

한편, 입력측의 금속 봉착체(7)는, 그 하단부에 입력부(4)를 구성하는 세라믹 스템(14)이 접합되어 있다. 즉, 세라믹 스템(14)에 꽂아 설치된 센터 서포트 로드(15)와 사이드 서포트 로드(16)는, 이 금속 봉착체(8)의 내측을 통해서 캐소드(3)에 접속되어 있다.

금속 봉착체(7, 8)의 외측에는, 양극 원통(6)을 관 축(m) 방향으로 끼우도록, 한 쌍의 링 형상의 마그네트(22, 23)가 대향해서 설치되어 있다. 한 쌍의 마그네트(22, 23)는, 관 축(m) 방향으로 자장을 발생시키는 것이다.

또한, 양극 원통(6)과 마그네트(22, 23)는, 요크(24)에 의해 덮여 있고, 한 쌍의 마그네트(22, 23)와 요크(24)에 의해 자기 회로가 형성되어 있다. 그리고, 이 자기 회로의 마그네트(22, 23)로부터의 자속이, 한 쌍의 폴 피스(17, 18)에 의해, 베인(10)의 자유 단부와 캐소드(3) 사이의 전자 작용 공간으로 유도되도록 되어 있다.

또한, 양극 원통(6)과 요크(24) 사이에는 라디에이터(25)가 설치되어 있고, 양극 구조체(2)가 발진하여 발생한 열을, 마그네트론(1)의 외부로 방출하도록 되어 있다.

마그네트론(1)의 구성 개략은, 이상과 같이 되어 있다.

이어서, 도 2 내지 도 4를 사용하여 베인(10), 스트랩 링(11), 폴 피스(17, 18)의 구성에 대해서 더욱 상세하게 설명한다. 도 2는 양극 구조체(2)의 종단면도이며, 도 3은 양극 구조체(2)를, 출력부측에서 본 경우의 횡개략도이다. 또한, 도 3에서는, 베인(10)과 스트랩 링(11)의 구성을 알기 쉽게 하기 위해서, 양극 원통(6), 베인(10) 및 스트랩 링(11) 이외의 부분에 대해서는 생략하였다. 또한, 도 4는 양극 구조체(2)의 각 부의 치수를 도시하는 종단면도이다.

양극 구조체(2)의 양극 원통(6)의 내측에는, 상술한 바와 같이, 관 축(m)을 중심으로 복수매의 베인(10)이 방사상으로 배치되고, 복수매의 베인(10)의 입력측의 단부에 대소 2개의 스트랩 링(11)이 고정되어 있다.

또한, 대소 2개의 스트랩 링(11) 중, 대직경의 스트랩 링(11)을 대직경 스트랩 링(11A)이라 하고, 소직경의 스트랩 링(11)을 소직경 스트랩 링(11B)이라고 한다.

본 실시 형태에서는, 양극 원통(6)의 내측에 10매의 베인(10)이 배치되어 있다. 10매의 베인(10)은, 5매의 베인(10A)과 5매의 베인(10B)으로 이루어지고, 양극 원통(6)의 내측에는, 베인(10A)과 베인(10B)이 인접하도록, 베인(10A)과 베인(10B)이 교대로 배치되어 있다. 또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 베인(10A, 10B)의 자유 단부에 내접하는 원(Cr)을, 이하, 베인 내접원(Cr)이라고 한다.

또한, 베인(10A)의 입력측의 단부(하단부)에는, 대직경 스트랩 링(11A) 및 소직경 스트랩 링(11B)의 두께보다 깊은 단차 형상의 절결(30)이 형성되어 있다. 한편, 베인(10B)의 입력측의 단부(하단부)에도, 대직경 스트랩 링(11A) 및 소직경 스트랩 링(11B)의 두께보다 깊은 단차 형상의 절결(31)이 형성되어 있다.

대직경 스트랩 링(11A)은, 베인(10A)의 절결(30)의 내측과, 베인(10B)의 절결(31)의 내측에 삽입됨으로써, 베인(10A, 10B)의 관 축(m) 방향의 중앙에 근접하도록 베인(10A, 10B)의 하단부에 매립되어 있다.

또한, 대직경 스트랩 링(11A)은, 베인(10A)의 절결(30)의 내측 테두리에 경납땜에 의해 접합되어 있을 뿐, 베인(10B)의 절결(31)과는 접촉하지 않고 있다.

즉, 대직경 스트랩 링(11A)은 베인(10A)에만 접합되어 있고, 이에 따라 5매의 베인(10A)을 연결하고 있다. 또한, 이 대직경 스트랩 링(11A)에 접합되어 있는 베인(10A) 중 1매에는, 그 출력측의 단부(상단부)에 안테나(21)가 접속되어 있다.

한편, 소직경 스트랩 링(11B)도 베인(10A)의 절결(30)의 내부와, 베인(10B)의 절결(31)의 내부에 삽입됨으로써, 베인(10A, 10B)의 관 축(m) 방향의 중앙에 가까워지도록, 베인(10A, 10B)의 하단부에 매립되어 있다.

또한, 이 소직경 스트랩 링(11B)은, 베인(10B)의 절결(31)의 내측 테두리에 경납땜에 의해 접합되어 있을 뿐, 베인(10A)의 절결(30)과는 접촉하고 있지 않다.

즉, 소직경 스트랩 링(11B)은 베인(10B)에만 접합되어 있고, 이에 따라 5매의 베인(10B)을 연결하고 있다.

또한, 양극 원통(6)의 내측에는, 베인(10A), 베인(10B)의 자유 단부로 둘러싸인 전자 작용 공간에 캐소드(3)가 설치되어 있다. 또한, 캐소드(3)의 상단부와 하단부에는 각각 엔드햇(12, 13)이 고정되어 있다.

또한, 양극 원통(6)의 내측에는, 엔드햇(12)과 엔드햇(13) 사이의 공간을 사이에 두도록, 한 쌍의 폴 피스(17, 18)가 대향해서 설치되어 있다.

출력측의 폴 피스(17)와 입력측의 폴 피스(18)는, 전체적인 형상으로서는 모두 대략 깔때기 형상이지만, 부분적인 형상이 상이하다.

출력측의 폴 피스(17)는 관 축(m)과 직교하고 있고, 또한 중심에 관통 구멍(17A)이 형성되어 있는 하단부(17B)와, 이 하단부(17B)의 외측에 위치하고 있고, 하단부(17B)의 외측 테두리로부터 출력측(상방)을 향해 끝이 넓어지는 중간부(17C)와, 이 중간부(17C)의 외측에 위치하고 있으며, 하단부(17B)와 평행한 상단부(17D)로 구성되고, 전체로서 대략 깔때기 형상으로 되어 있다.

이와 같이, 출력측의 폴 피스(17)는, 중앙 부분(하단부(17B))이 하방(입력측)으로 돌출된 형상으로 되어 있다. 여기서, 이 하단부(17B)의 하단의 평탄면(40)을 돌출 평탄면(40)이라고 한다.

한편, 입력측의 폴 피스(18)는 관 축(m)과 직교하고 있고, 또한 중심에 관통 구멍(18A)이 형성되어 있는 상단부(18B)와, 이 상단부(18B)의 외측에 위치하고 있고 상단부(18B)의 외측 테두리로부터 입력측(하방)을 향해서 끝이 넓어지는 중간부(18C)와, 이 중간부(18C)의 외측에 위치하고 있으며 상단부(18B)와 평행한 하단부(18D)로 구성되고, 전체로서 대략 깔때기 형상으로 되어 있다.

이와 같이, 이 입력측의 폴 피스(18)는, 중앙 부분(상단부(18B))이 상방(출력측)으로 돌출된 형상으로 되어 있다. 여기서, 이 상단부(18B)의 상단의 평탄면(41)을 돌출 평탄면(41)이라고 한다.

그리고, 이들 출력측의 폴 피스(17)와 입력측의 폴 피스(18)는, 각각의 돌출 평탄면(40, 41)의 직경이 상이하다.

또한, 여기서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 출력측의 폴 피스(17)의 돌출 평탄면(40)의 직경을, 돌출 평탄면(40)과 중간부(17C)의 테이퍼면을 각각 연장시켜 교차하는 교점에서의 치수로 정의하고 있다. 또한, 입력측의 폴 피스(18)의 돌출 평탄면(41)의 직경을, 돌출 평탄면(41)과 중간부(18C)의 테이퍼면을 각각 연장시켜 교차하는 교점에서의 치수로 정의하고 있다.

여기서, 주요부의 치수에 대해서 이하에 나타낸다. 대직경 스트랩 링(11A)은 외경 Rlo가 20.3mmφ, 내경이 18.05mmφ, 두께가 1.3mm로 되어 있다.

소직경 스트랩 링(11B)은 외경이 16.75mmφ, 내경 Rsi가 14.5mmφ, 두께가 1.3mm로 되어 있다.

또한, 출력측의 폴 피스(17)의 돌출 평탄면(40)의 직경 Rop가 12mmφ, 입력측의 폴 피스(18)의 돌출 평탄면(41)의 직경 Rip가 18mmφ로 되어 있다.

이들 치수는, 다음 식(1)을 만족하도록 선정되어 있다.

Rop＜(Rsi＋Rlo)/2≤Rip……(1)

실제로, 본 실시 형태의 경우, (Rsi＋Rlo)/2가 17.4로 되고, 출력측의 폴 피스(17)의 돌출 평탄면(40)의 직경 Rop가 12이며, 입력측의 폴 피스(18)의 돌출 평탄면(41)의 직경 Rip가 18이기 때문에, 상기 식(1)을 만족하고 있다.

또한, 다른 개소의 치수에 대해서는 이하에 나타낸다. 양극 원통(6)은, 내경이 36.7mmφ로 되어 있다. 베인(10A, 10B)은 각각 두께가 1.85mm, 관 축(m) 방향의 높이가 8.0mm, 베인 내접원(Cr)의 직경이 8.7mmφ로 되어 있다. 캐소드(3)는 외경이 3.9mmφ로 되어 있다.

엔드햇(12, 13)은, 각각 외경이 7.2mmφ로 되어 있다. 출력측의 폴 피스(17)는, 내경(관통 구멍(17A)의 직경)이 9.2mmφ, 입력측의 폴 피스(18)는 내경(관통 구멍(18A)의 직경)이 9.4mmφ로 되어 있다.

상술한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 대소 2개의 스트랩 링(11)(11A, 11B)을, 복수의 베인(10)(10A, 10B)의 관 축(m) 방향의 입력측으로 되는 하단부측에만 배치하도록 했다. 또한, 입력측의 폴 피스(18)의 돌출 평탄면(41)의 직경 Rip 쪽이, 출력측의 폴 피스(17)의 돌출 평탄면(40)의 직경 Rop보다 커지도록 했다.

또한, 상술한 식(1)을 만족하도록, 출력측의 폴 피스(17)의 돌출 평탄면(40)의 직경 Rop와, 입력측의 폴 피스(18)의 돌출 평탄면(41)의 직경 Rip와, 대직경 스트랩 링(11A)의 외경 Rlo와, 소직경 스트랩 링(11B)의 내경 Rsi를 설정했다.

이와 같이 함으로써, 상세한 것은 후술하겠지만, 마그네트론(1)은, 편측 2개의 스트랩 링(11)(11A, 11B)으로 부품 개수를 저감시켜 비용을 낮추면서, 종래에 비하여 제조성이나 특성을 크게 열화시키지 않고, 실용적인 것으로 되어 있다.

여기서, 상술한 바와 같은 효과가 실제로 얻어지는 것을 나타내기 위해서, 몇 가지 검증을 행했으므로, 그 검증 결과에 대해서 설명한다.

먼저, 본 실시 형태의 마그네트론(1)과 비교하기 위해서, 출력측의 폴 피스와 입력측의 폴 피스의 치수를 바꾼 시험 제작관을 만들고, 이 시험 제작관에서의 효율과 불필요 복사로 되는 고조파에 착안한 검증 결과를 도 5 및 도 6에 나타낸다.

효율에 대해서는, 도 5에 도시한 바와 같이, 출력측의 폴 피스도 입력측의 폴 피스도, 돌출 평탄면의 직경 Rop, Rip가 커질수록 저하된다. 또한, 효율에 미치는 영향은, 출력측의 폴 피스의 돌출 평탄면의 직경 Rop 쪽이 크다.

또한, 이 검증 결과로부터, 베인의 상하 양단부에 각각 대소 한 쌍의 스트랩 링을 설치하는 구조의 종래의 마그네트론과 동등한 효율(70％)을 확보하기 위해서는, 출력측의 폴 피스의 돌출 평탄면의 직경 Rop를 12mmφ 내지 14mmφ 정도로 하는 것이 바람직하고, 그 경우의 입력측의 폴 피스의 돌출 평탄면의 직경 Rip의 허용 범위는 최대로 20mmφ까지라고 추측할 수 있다.

한편, 고조파에 대해서는, 도 6에 도시한 바와 같이, 입력측의 폴 피스의 돌출 평탄면의 직경 Rip가 18mmφ로 되면, 제2, 제7 고조파의 레벨은 약간 높아지지만, 제4, 제5, 제 6 고조파의 레벨이 저하된다.

또한, 도 6에 나타낸 데이터는, 효율면을 고려해서 출력측의 폴 피스의 돌출 평탄면의 직경 Rop를 12mmφ로 고정시킴과 함께, 입력측의 폴 피스 이외의 구성은 아무것도 바꾸지 않고, 입력측의 폴 피스의 돌출 평탄부의 직경 Rip의 치수만을 바꾼 시험 제작관에서의 검증 결과이다.

상술한 검증 결과로부터도 알 수 있는 바와 같이, 본 실시 형태의 마그네트론(1)은, 출력측의 폴 피스(17)의 돌출 평탄면(40)의 직경 Rop를 12mmφ, 입력측의 폴 피스(18)의 돌출 평탄면(41)의 직경 Rip를 18mmφ로 하여, 70％ 이상의 효율을 얻으면서 불필요 복사를 억제한 균형 잡힌 양호한 특성을 갖고 있다고 할 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 마그네트론(1)은, 부하 안정도가 1.6A, 음극 역충격이 88％로 된다. 한편, 베인의 상하 양단부에 각각 대소 한 쌍의 스트랩 링을 설치하는 구조의 종래의 마그네트론에서는, 부하 안정도가 1.8A, 음극 역충격이 90％로 된다.

이와 같이, 본 실시 형태의 마그네트론(1)은 종래의 마그네트론과 비교하여 부하 안정도와 음극 역충격이 저하되었지만, 실용상 문제가 없는 범위에 들어 있다. 이것은, 출력측의 폴 피스(17) 및 입력측의 폴 피스(18)를, 상술한 형상 및 치수로 함과 함께, 대직경 스트랩 링(11A) 및 소직경 스트랩 링(11B)을 베인(10A, 10B)의 하단부에 매립했기 때문이라고 생각된다.

또한, 음극 역충격에 대해서는, 안테나(21)를 마그네트론(1)과 같이 대직경 스트랩 링(11A)에 접합되어 있는 베인(10A)에 접속하는 것이 아니고, 소직경 스트랩 링(11B)에 접합되어 있는 베인(10B)에 접속하는 쪽이, 보다 양호한 결과가 얻어진다고 알려져 있다.

그러나, 안테나(21)를 베인(10B)에 접속하면, 그 부작용으로서, 제3 고조파의 레벨이 현저하게 높아진다고 알려져 있어, 마그네트론(1)에는 적합하지 않다.

또한, 일반적으로, 베인의 관 축 방향의 높이를 크게 하면, 부하 안정도나 효율 등에 유리하게 작용한다고 알려져 있다. 그러나, 마그네트론(1)의 경우, 베인(10A, 10B)의 관 축(m) 방향의 높이를 8.0mm보다 크게 하면, 양극 구조체(2) 내에서의 전계 분포의 상하 차가 커지고, 고조파 등의 특성 악화로 연결되어 쉬워, 비용 삭감에도 역행한다.

한편, 부하 안정도나 출력 등을 고려한 경우, 베인(10A, 10B)의 관 축(m) 방향의 높이를 8.0mm보다 작게 하기도 어렵다. 따라서, 베인(10A, 10B)의 관 축(m) 방향의 높이의 실용적인 치수로서는, 제조 상의 오차 등도 고려하여 7.8 내지 8.2mm가 바람직하다.

또한, 스트랩 링(11)(11A, 11B)의 단면적이나, 베인(10)(10A, 10B)의 두께 등에 대해서도, 종래의 치수에서 대폭 증가시키는 방향으로 바꾸는 것은, 비용이나 제조성 등의 면에서 현실적이지 않고, 대폭 저감시키는 방향으로 바꾸는 것도, 내구성이나 내열성 등의 문제가 발생하기 때문에 한계가 있다.

이 때문에, 스트랩 링(11)의 관 축(m) 방향의 높이를 HS, 직경 방향의 두께를 WS, 베인(10)의 관 축(m) 방향의 높이를 HV, 두께를 TV, 인접하는 베인(10)의 자유 단부 간격을 GV라고 하면, 이들 치수는, 다음 식(2) 내지 (4)로 표현되는 범위 내로 하는 것이 바람직하다.

또한, 대직경 스트랩 링(11A)과 소직경 스트랩 링(11B)은 HS, WS가 각각 같은 사이즈이기 때문에, 여기에서는 구별하지 않는다. 또한, 베인(10A, 10B)에 대해서도, 같은 사이즈이기 때문에, 여기에서는 구별하지 않는다.

0.1≤HS/HV≤0.19……(2)

0.06≤WS/WV≤0.09……(3)

GV/(GV＋TV)≤0.375……(4)

즉, 마그네트론(1)에서는, HV를 7.8mm 내지 8.2mm로 하고, HS를 0.8mm 내지 1.5mm, WS를 0.9mm 내지 1.3mm, WV를 13.7mm 내지 14.1mm, TV를 1.85mm 내지 0.15mm, GV를 0.929mm＋10％로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상술한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 출력측의 폴 피스(17)의 내경을 9.2mm, 입력측의 폴 피스(18)의 내경을 9.4mm, 베인 내접원(Cr)의 직경을 8.7mmφ로 했다.

베인 내접원(Cr)의 직경(Ra라고 함)에 대해서는, 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 큰 쪽이 효율은 좋아지지만, 반면에 부하 안정도가 저하된다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 베인 내접원(Cr)의 직경 Ra를 8.7mmφ로 함으로써, 70％ 이상의 효율을 얻으면서 1.5A 이상의 실용상 문제가 없는 부하 안정도를 얻게 되어 있다.

또한, 입력측의 폴 피스(17)의 내경(Rpp라고 함)에 대해서는, 큰 쪽이 음극 역충격은 좋아지지만, 전자 작용 공간의 크기에 비하여 대폭 상이하면 충분한 자속이 전자 작용 공간에 들어가기 어려워져, 도 9에 도시한 바와 같이, 부하 안정도도 저하된다. 따라서, 입력측의 폴 피스(17)의 내경 Rpp에 대해서는, 베인 내접원(Cr)의 직경 Ra에 대하여 적절한 치수를 설정할 필요가 있다.

이 때문에, 입력측의 폴 피스(17)의 내경 Rpp는, 베인 내접원(Cr)의 직경 Ra에 대한 비가 0.95 내지 1.13의 범위 내로 되는 치수로 설정하는 것이 바람직하다.

이것은, 베인 내접원(Cr)의 직경 Ra는 바꾸지 않고, 입력측의 폴 피스(17)의 내경 Rpp를 바꾼 경우의, 음극 역충격과 전자 작용 공간 내의 자속 밀도에 착안한 검증 결과에 기초하는 것으로, 검증 결과의 데이터에 대해서는 도 10 및 도 11에 도시한다.

즉, 이 검증 결과로부터, 입력측의 폴 피스(17)의 내경 Rpp의, 베인 내접원(Cr)의 직경 Ra에 대한 비가 0.95 내지 1.13의 범위 내일 때에, 음극 역충격이 87％ 이상, 전자 작용 공간 내의 자속 밀도가 200mT 이상으로 되고, 실용상 충분한 특성이 얻어지는 것을 알았다.

또한, 출력측의 폴 피스(17)의 내경에 대해서도 마찬가지로, 베인 내접원(Cr)의 직경 Ra에 대한 비가 0.95 내지 1.13의 범위 내로 되는 치수로 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 도 14에 도시한 바와 같이 종래의 마그네트론이 동일 형상의 1종류의 베인(102)을 교대로 상하 역방향으로 배치하고 있는 것에 비해, 본 실시 형태의 마그네트론(1)은, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 절결(30, 31)의 형상이 다른 2종류의 베인(10A, 10B)을 교대로 배치하고 있다.

이와 같이, 본 실시 형태의 마그네트론(1)은, 베인의 종류가 2종류로 늘었지만, 베인의 제조에 사용하는 프레스 금형은 한 번에 복수 열의 부품을 펀칭할 수 있기 때문에, 종래와 같이 베인이 1종류뿐인 경우와 비교해도, 금형 비용이 여분으로 드는 일은 없다.

또한, 베인은, 프레스 가공에 의한 형성 시에, 두께 방향의 일면의 자유 단부측에 프레스 처짐이 형성된다.

여기서, 종래의 마그네트론은, 1종류의 베인(102)을 교대로 상하 역방향으로 배치하는 구성이므로, 도 12에 도시한 바와 같이, 각 베인(102)은 프레스 처짐(PD)이 형성되어 있는 일면끼리 대향시키도록 해서 교대로 배치된다. 따라서, 종래의 마그네트론에서는, 각 베인(102)의 두께 방향의 일면을 축 둘레의 동일한 방향(도면 중 시계 방향)을 향하게 할 수 없고, 프레스 처짐(PD)의 방향을 동일한 방향으로 정렬시킬 수 없었다.

이에 비해, 본 실시 형태의 마그네트론(1)은, 2종류의 베인(10A, 10B)을 교대로 배치하는 구성이므로, 도 3에 도시한 바와 같이, 2종류의 베인(10A, 10B)을, 프레스 처짐(PD)이 형성되어 있는 일면과, 형성되어 있지 않은 다른 면을 대향시키도록 해서 교대로 배치할 수 있다.

또한, 2종류의 베인(10A, 10B)은 프레스 펀칭 방향이 동일하고, 각각 두께 방향의 일면의 자유 단부측에 프레스 처짐(PD)이 형성되도록 되어 있다.

이에 따라, 마그네트론(1)에서는, 각 베인(10A, 10B)의 두께 방향의 일면을 축 둘레의 동일한 방향(도면 중 시계 방향)을 향하게 하고, 프레스 처짐(PD)의 방향을 동일한 방향으로 정렬시킬 수 있다.

이렇게 함으로써, 마그네트론(1)에서는 종래의 마그네트론에 비하여, 각 베인(10A, 10B)에 의해 10분할되어 있는 각 공동 공진기의 형상의 변동을 작게 해서 주파수의 변동을 작게 할 수 있고, 이에 의해 기본파 스펙트럼의 퍼짐을 작게 할 수 있다.

여기서, 도 13의 (A) 및 도 13의 (B)에, 본 실시 형태의 마그네트론(1)의 기본파 스펙트럼(도 13의 (A))과, 종래의 마그네트론의 기본파 스펙트럼(도 13의 (B))을 나타낸다. 이 도 13으로부터 명백한 바와 같이, 본 실시 형태의 마그네트론(1)의 기본파 스펙트럼은, 종래의 마그네트론의 기본파 스펙트럼과 비교해도 손색이 없다.

여기까지 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 마그네트론(1)은, 대소 2개의 스트랩 링(11)(11A, 11B)을, 복수의 베인(10)(10A, 10B)의 관 축(m) 방향의 입력측으로 되는 하단부측에만 배치하도록 하고, 입력측의 폴 피스(18)의 돌출 평탄면(41)의 직경 Rip 쪽이, 출력측의 폴 피스(17)의 돌출 평탄면(40)의 직경 Rop보다 커지도록 했다.

이렇게 함으로써, 편측 2개의 스트랩 링으로 부품 개수를 저감시켜 비용을 낮추면서, 종래에 비하여 제조성이나 특성을 크게 열화시키지 않고, 실용적인 마그네트론을 제공할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 출력측의 폴 피스(17)의 돌출 평탄면(40)의 직경 Rop와, 입력측의 폴 피스(18)의 돌출 평탄면(41)의 직경 Rip와, 대직경 스트랩 링(11A)의 외경 Rlo와, 소직경 스트랩 링(11B)의 내경 Rsi를, 상기 식(1)을 만족하는 치수로 설정했다.

또한, 본 실시 형태에서는, 베인(10)의 관 축(m) 방향의 높이 HV를 7.8mm 내지 8.2mm의 범위 내의 치수로 설정함과 함께, 스트랩 링(11)의 관 축(m) 방향의 높이 HS와, 직경 방향의 두께 WS와, 베인(10)의 관 축(m) 방향의 높이 HV와, 두께 TV와, 인접하는 베인(10)의 자유 단부 간격 GV를, 상가 식(2) 내지 (4)로 표현되는 범위 내의 치수로 설정했다.

또한, 본 실시 형태에서는 입력측의 폴 피스(17)의 내경 Rpp를, 베인 내접원(Cr)의 직경 Ra에 대한 비가 0.95 내지 1.13의 범위 내로 되는 치수로 설정했다.

또한, 본 실시 형태에서는, 2종류의 베인(10A, 10B)을 교대로 배치하는 구성으로 함으로써, 각 베인(10A, 10B)에 형성되는 프레스 처짐(PD)의 방향을 동일한 방향으로 정렬시켰다.

이렇게 함으로써, 효율, 불필요 복사로 되는 고조파, 부하 안정도, 음극 역충격, 전자 작용 공간 내의 자속 밀도, 주파수의 변동 등에 대해서 균형 잡힌 양호한 특성을 갖는 마그네트론을 제공할 수 있다.

또한, 상술한 실시 형태에서는, 마그네트론(1)의 각 부의 치수 단위를 mm(밀리미터)로 했지만, 이것은 전자 레인지 등에서 사용되는 경우의 일례이며, 예를 들어, 보다 큰 마그네트론의 경우에는, 각 부의 치수가 보다 큰 것으로 해도 상관없다. 단, 이 경우에도, 각 부의 상대적인 치수에 대해서는, 마그네트론(1)과 다름없는 것으로 한다.

1: 마그네트론
2, 100: 양극 구조체
3, 104: 캐소드
6, 101: 양극 원통
10, 102: 베인
11, 103: 스트랩 링
17, 18, 107, 108: 폴 피스
21: 안테나
40, 41: 돌출 평탄면
PD: 프레스 처짐

Claims

관 축을 따라 원통 형상으로 연장되는 양극 원통과,
상기 양극 원통의 내면으로부터 상기 관 축을 향해서 연장되고, 자유 단부가 베인 내접원을 형성하는 복수의 베인과,
상기 복수의 베인을 교대로 단락하는 직경이 다른 대소 2개의 스트랩 링과,
상기 복수의 베인의 자유 단부에 의해 형성되는 베인 내접원 내에 상기 관 축을 따라 배치된 캐소드와,
상기 양극 원통의 관 축 방향의 양단측에 각각 배치되고, 상기 복수의 베인의 자유 단부와 상기 캐소드 사이의 작용 공간으로 자속을 유도하는 폴 피스와,
적어도 1개의 상기 베인으로부터 인출된 안테나를 구비하는 마그네트론에 있어서,
상기 스트랩 링이, 상기 베인의 상기 관 축 방향의 양단측 중 캐소드 입력측에만 배치되고,
상기 양극 원통의 관 축 방향 일단부측에 배치된 폴 피스와 타단부측에 배치된 폴 피스는 비대칭 형상이며,
또한, 상기 양극 원통의 관 축 방향 양단측에 각각 배치된 폴 피스는 돌출 평탄면을 갖고, 입력측으로 되는 일단부측에 배치된 폴 피스의 상기 돌출 평탄면의 직경이, 출력측으로 되는 타단부측에 배치된 폴 피스의 상기 돌출 평탄면의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는, 마그네트론.
제1항에 있어서, 상기 출력측에 배치된 폴 피스의 돌출 평탄면의 직경을 Rop, 상기 입력측에 배치된 폴 피스의 돌출 평탄면의 직경을 Rip, 대소 2개의 스트랩 링 중 소직경 스트랩 링의 내경을 Rsi, 대직경 스트랩 링의 외경을 Rlo라 하고, 당해 Rop, Rip, Rsi, Rlo가 이하의 조건식(1)을 만족하는 것을 특징으로 하는, 마그네트론.
(1) Rop＜(Rsi＋Rlo)/2≤Rip
제2항에 있어서, 상기 안테나는, 상기 대소 2개의 스트랩 링 중 대직경 스트랩 링에 의해 단락되어 있는 베인으로부터 인출되어 있는 것을 특징으로 하는, 마그네트론.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베인의 캐소드 입력측의 단부에는 절결이 형성되어 있고, 상기 대소 2개의 스트랩 링은, 각각 상기 베인의 캐소드 입력측의 단부의 절결 내에 배치되는 것을 특징으로 하는, 마그네트론.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 대소 2개의 스트랩 링의 각각의 상기 관 축 방향의 높이를 HS, 직경 방향의 두께를 WS라 하고, 상기 베인의 상기 관 축 방향의 높이를 HV, 직경 방향의 길이를 WV, 두께를 TV라고 하며, 인접하는 베인의 자유 단부 간격을 GV라고 하여, 당해 HS, WS, HV, WV, TV, GV가 이하의 조건식(2) 내지 (5)를 만족하는 것을 특징으로 하는, 마그네트론.
(2) 7.8≤HV≤8.2
(3) 0.1≤HS/HV≤0.19
(4) 0.06≤WS/WV≤0.09
(5) GV/(GV＋TV)≤0.375
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베인은 2종류이고, 프레스 펀칭 방향이 동일하며, 프레스 가공 시에 형성되는 프레스 처짐의 방향을 동일한 방향으로 정렬시켜서 배치되는 것을 특징으로 하는, 마그네트론.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 출력측 및 입력측에 배치된 폴 피스의 각각의 내경을 Rpp, 상기 베인 내접원의 직경을 Ra라 하여, 당해 Rpp, Ra가 이하의 조건식(6)을 만족하는 것을 특징으로 하는, 마그네트론.
(6) 0.95≤Rpp/Ra≤1.13