JP4503639B2 - 電子レンジ用マグネトロン - Google Patents

Description

本発明は、電子レンジ用マグネトロンに関する。

２４５０ＭＨｚ帯の電波を発振する一般的な電子レンジ用マグネトロンは、陽極円筒と、複数のベインとを備えている。ベインは、陽極円筒の内部に放射状に配設されている。ベインは、円周方向の一つおきに、ベインの上下端部にロー付けされた大小一対のストラップリングによって連結されている。複数のベインの遊端に囲まれた電子作用空間には、螺旋状陰極が陽極円筒の軸心に沿って配設されている。螺旋状陰極の両端は、それぞれ出力側エンドハットおよび入力側エンドハットに固着されている。また、陽極円筒の両端には、それぞれ略漏斗状の出力側および入力側のポールピースが固着されている。

電子レンジ用マグネトロンには、加熱機器自体の小型化、省資源、および、コストダウンの観点から小型化が求められている。しかし、単に小型化するだけでは、マグネトロンの様々な特性を維持できない場合がある。

たとえば、ベインの軸方向高さや入力ステム部の長さを小型化すると、電子の陰極逆衝撃（バックヒート）や負荷安定度の悪化が生じる場合がある。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狭めて磁石の有効利用を図ろうとすると、ポールピースとストラップリングとの間で電磁界的結合が増え、その結果、電子の陰極逆衝撃が増えることにより陰極温度の上昇を招く。一方、ポールピースとストラップリングとの間をある程度確保する目的で、ベインの軸方向高さを短縮した場合は、負荷安定度が劣化する。また、入力ステム部を短縮すると電子の陰極逆衝撃が極端に増え陰極温度が上昇、極端な場合は一部が溶融する現象が生じる。そこで、ベイン軸方向高さを９〜１０ｍｍとしたものが、小型化かつ良好な特性が得られるとされてきた。

特許文献１には、特に作用空間での磁界分布に着目し、ポールピースの形状や寸法、ストラップとの電磁界的結合を改良してベイン軸方向高さをさらに小さくするマグネトロンが開示されている。このマグネトロンでは、ポールピースの形状および寸法を変更することにより、ベイン内端面の位置における軸方向の強度差を規定の割合以下になるようにし、作用空間の磁界分布が均一化されている。さらに、ストラップリングをベインの側端面より溝内部に埋め込んで、ポールピースとの電磁界的結合を少なくすることで、ベインの軸方向高さや入力ステム部が短縮されても電子の陰極逆衝撃や負荷安定度の劣化がほとんどない。
特公平５−０３５５３１号公報

しかし、特許文献１に開示されているマグネトロンは、ベインの軸方向高さが８．５ｍｍ以上のものである。ベインの軸方向高さをさらに小さくすると、負荷安定度が極端に下がり、実用に適さなくなってしまうと考えられる。また、ベインの軸方向高さを短縮すると、陰極両端のエンドハットとベイン軸方向端面のギャップが大きくなるため作用空間部から漏れ出る電子が多く（暗電流が多く）なる。このため、出力効率の低下やベインやポールピースなどが溶融する場合がある。

出力効率の低下やベインなどの溶融を回避するためには、陰極両端のエンドハット間隔、即ちフィラメント有効長も同様に短縮する必要がある。しかし、フィラメント有効長を短縮すると、さらに負荷安定度が低下し、また電子の陰極逆衝撃も増大する。

そこで、本発明は、負荷安定度などの特性を劣化させることなく、より小型のマグネトロンを提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明は、電子レンジ用マグネトロンにおいて、中心軸に沿って円筒状に延びる陽極円筒と、前記陽極円筒の内面から、前記中心軸に沿って延びる円筒状のベイン内接円上に位置する遊端まで延びる複数のベインと、前記中心軸の周りに螺旋状に延びる陰極と、前記陰極の両端に固着された一対のエンドハットと、前記エンドハットのそれぞれと向かい合う貫通孔から前記陽極円筒の端部に向かって漏斗状に広がって前記陰極を挟み込む一対のポールピースと、を具備し、前記ベインの高さをＨ（ｍｍ）、前記ベイン内接円筒の径をＤａ（ｍｍ）、前記一対のエンドハットの外径をそれぞれＤＥＨ１（ｍｍ）およびＤＥＨ２（ｍｍ）、並びに、前記一対のポールピースの前記貫通孔の内径をそれぞれＤＰＰ１（ｍｍ）およびＤＰＰ２（ｍｍ）としたときに、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≦０．９５、を満足することを特徴とする。

本発明によれば、従来のベインの軸方向高さが８．５ｍｍより大きいマグネトロンに対して負荷安定度などの特性が遜色がなく、または同等以上でより小型のマグネトロンを提供することができる。

本発明に係る電子レンジ用マグネトロンの実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図２は、本発明に係る電子レンジ用マグネトロンの一実施の形態の縦断面図である。

本実施の形態の電子レンジ用マグネトロンは、同一の軸（中心軸４１）に沿って配置された陽極円筒１、陰極５、一対のエンドハット６，７および一対のポールピース８，９、並びに、この中心軸４１の近傍から放射状に延びる複数のベイン２を備えている。

陽極円筒１は、中心軸４１に沿って円筒状に延びている。ベイン２は、中心軸４１の近傍から放射状に延びて、陽極円筒１の内面に固定されている。ベイン２は、それぞれ実質的に長方形の板状に形成されている。陽極円筒１の内面に固定されていない側のベイン２の遊端３１は、中心軸４１に沿って延びる同一の円筒面上に配置されていて、この円筒面をベイン内接円筒と呼ぶ。複数のベイン２は、円周方向の一つおきに、ベインの上下端部にロー付けされた大小それぞれ対となったストラップリング３，４によって連結されている。

陰極５は、螺旋状であり、電子作用空間であるベイン内接円筒の内部に配置され、陽極円筒１の中心軸に配置されている。また、陰極５の両端は、それぞれエンドハット６，７に固着されている。エンドハット６，７は、たとえばベイン２に対して中心軸４１の外側に配置されている。

一対のポールピース８，９は、それぞれ中央部に貫通孔３２を有する漏斗状に形成されている。貫通孔３２の中心は、中心軸４１上に位置している。それぞれのポールピース８，９は、エンドハット６，７で挟まれる空間に対して中心軸４１の外側に向かって貫通孔３２から広がるように形成されている。ポールピース８，９の外径は陽極円筒１の径とほぼ同じに形成されている。ポールピース８，９の外周部分は、陽極円筒１の両方の端部にそれぞれ固定されている。また、これら一対のポールピース８，９は、エンドハット６，７で挟まれる空間を挟んで配置されている。

また、ポールピース８，９には、それぞれ筒状の金属封着体１０，１１が固着されている。それぞれの金属封着体１０，１１は、陽極円筒１の一端にも接している。

出力側の金属封着体１０のポールピース８に対して反対側の端には、出力側セラミック１２が接合されている。また、出力側セラミック１２の金属封着体に対して反対側の端には、排気管１３が接合されている。ベイン２からはアンテナ１４が導出されている。このアンテナ１４は、出力側のポールピース８を貫通して、出力部内を延びて、先端は排気管１３で挟持固定されている。排気管１３の全体はキャップ１５で覆われている。

入力側の金属封着体１１のポールピース９に対して反対側の端には、入力側セラミック１６が接合されている。陰極５には、エンドハット６，７を介して２本のサポートロッド１７，１８が接続されている。サポートロッド１７，１８は、たとえば中継板１９を介して管外へ導出されて、入力端子２０に接続されている。

また、マグネット２１，２２とヨーク２３，２４が、このような発振部本体を囲むように配設されて、磁気回路を形成している。また、発振部本体を冷却するためのラジエーター２５、入力側に接続されたフィルター２６とそれを囲むボックス２７とで外装が形成されている。

図１は、本実施の形態における電子レンジ用マグネトロンの陽極円筒近傍の拡大縦断面図である。

以下の説明において、ベイン内接円筒の直径をＤａ、高さをＨとする。また、出力側のエンドハット６の外径をＤＥＨ１、入力側のエンドハット７の外径をＤＥＨ２、出力側のポールピース８の内径をＤＰＰ１、入力側のポールピース９の内径をＤＰＰ２とする。

本実施の形態では、ベイン２の軸方向高さＨが８．０ｍｍ、ベイン内接円の直径Ｄａがφ８．７ｍｍ、上エンドハット６の外径ＤＥＨ１がφ７．２ｍｍ、下エンドハット７の外径ＤＥＨ２がφ７．２ｍｍ、上ポールピース８の内径ＤＰＰ１がφ９．２ｍｍ、下ポールピース９の内径ＤＰＰ２がφ９．４ｍｍである。また、短縮されたベイン２の軸方向高さＨに対応して、たとえばエンドハット間隔は９．１ｍｍ、ポールピース８，９の高さは７．２５ｍｍである。陰極５の外径は３．９ｍｍである。

図３は、電子レンジ用マグネトロンの形状および特性を示す表である。本実施の形態における電子レンジ用マグネトロンは、Ｎｏ．７として示した。また、この表には、寸法が異なる電子レンジ用マグネトロンの特性もあわせて示している。Ｎｏ．１からＮｏ．３に示された形状のマグネトロンは、ベイン２の軸方向高さＨが８．５ｍｍより大きく、９．５ｍｍである。また、Ｎｏ．４は、特許文献１に例示された形状とほぼ同じ形状のマグネトロンで、ベイン２の軸方向高さＨが８．５ｍｍである。

たとえばベインの軸方向高さを９．５ｍｍから８．５ｍｍに１ｍｍ短縮すると、入力側の磁石の厚さをそれ以上短縮することができる。そこで、ここでは、ベイン２の軸方向高さＨが８．５ｍｍ以下のマグネトロンが、Ｈが８．５ｍｍより大きいマグネトロン（Ｎｏ．１−Ｎｏ．３）と同等以上の特性を有するための形状の条件について検討する。

本実施の形態のマグネトロン（Ｎｏ．７）は、ベイン２の軸方向高さＨが８．５ｍｍより大きいマグネトロン（Ｎｏ．１−Ｎｏ．３）の特性と同等以上の特性を有している。なお、本実施の形態での陰極逆衝撃（９０．５％）は、Ｈが９．５ｍｍのマグネトロンの陰極逆衝撃（９１．２％以上）に比べて小さいものの、ほぼ同等である。

一方、ベイン２の軸方向高さＨが８．５ｍｍであるＮｏ．４のマグネトロンは、負荷安定度が１．６２Ａであり、Ｈが９．５ｍｍのマグネトロンの負荷安定度（１．８９Ａ以上）に比べて小さく、Ｈが８．５ｍｍより大きいマグネトロンと同等以上の特性を有するとはいえない。

また、Ｎｏ．５のマグネトロンは、陰極逆衝撃が８６．５％であり、Ｈが９．５ｍｍのマグネトロンの陰極逆衝撃（９１．２％以上）に比べて小さい。さらに、Ｎｏ．５のマグネトロンの負荷安定度は、１．７４Ａであり、Ｈが９．５ｍｍのマグネトロンの負荷安定度（１．８９Ａ以上）に比べて小さく、Ｈが８．５ｍｍより大きいマグネトロンと同等以上の特性を有するとはいえない。

Ｎｏ．６のマグネトロンは、効率が７０．６％であり、Ｈが９．５ｍｍのマグネトロンの効率（７１．０％以上）に比べて小さく、Ｈが８．５ｍｍより大きいマグネトロンと同等以上の特性を有するとはいえない。

したがって、ベイン２の軸方向高さＨが８．５ｍｍより大きいマグネトロンと同等以上の特性を有するための条件は、Ｎｏ．７のマグネトロンを含み、Ｎｏ．４、Ｎｏ．５およびＮｏ．６のマグネトロンを含まないような条件となる。

マグネトロンの小型化のためには、ベイン内接円直径Ｄａに対するベイン２の軸方向高さＨの比（Ｈ／Ｄａ）は小さいほうがよい。また、ポールピースの内径に対するエンドハット径の比が大きすぎる場合は陰極逆衝撃が悪化する。このため、ポールピースの内径に対するエンドハット径の比（ＤＥＨ／ＤＰＰ）は、所定の値よりも小さくなければならない。ベイン内接円直径Ｄａに対するポールピースの内径の比（Ｄａ／ＤＰＰ）は、小さすぎたり大きすぎたりすると、作用空間へ導かれる磁束が小さくなったり、負荷安定度、暗電流および効率への悪影響が出ることは実験および経験的にも明らかである。このため、ベイン内接円直径Ｄａに対するポールピースの内径の比は、所定の範囲内である必要がある。

したがって、Ｈ／Ｄａ、ＤＥＨ／ＤＰＰおよびＤａ／ＤＰＰが、Ｎｏ．７のマグネトロンを含み、Ｎｏ．４、Ｎｏ．５およびＮｏ．６のマグネトロンを含まない所定の範囲にあるマグネトロンは、ベイン２の軸方向高さＨが８．５ｍｍより大きいマグネトロンの特性と同等以上の特性を有することになる。この所定の範囲は、図３に示した表から、以下の通りであることがわかる。

Ｈ／Ｄａ≦０．９５ …（１）
ＤＥＨ１／ＤＰＰ１≦０．８ …（２）
ＤＥＨ１／ＤＰＰ２≦０．８ …（３）
ＤＥＨ２／ＤＰＰ１≦０．８ …（４）
ＤＥＨ２／ＤＰＰ２≦０．８ …（５）
０．９２≦Ｄａ／ＤＰＰ１≦０．９５ …（６）
０．９２≦Ｄａ／ＤＰＰ２≦０．９５ …（７）
つまり、電子レンジ用マグネトロンの形状寸法が、式（１）から式（７）を満足するように設計することにより、ベインの軸方向高さが８．５ｍｍより大きいマグネトロンに対して負荷安定度などの特性が同等以上で、より小型のマグネトロンを提供することができる。特に、ベインの軸方向高さが８．５ｍｍ未満、たとえば８．４ｍｍ以下で、式（１）から式（７）を満足するマグネトロンは、ベインの軸方向高さが８．５ｍｍのマグネトロン（Ｎｏ．４）に対して特性が同等以上で、より小型のマグネトロンとなる。また、ベインの軸方向高さが小さくなりすぎると特性が低下していくが、式（１）から式（７）を満足させることにより、少なくともベインの軸方向高さが５ｍｍ以上のマグネトロンは、電子レンジに用いることができる特性を有すると考えられる。また、少なくともベインの軸方向高さが７ｍｍ以上のマグネトロンは、ベインの軸方向高さが８．５ｍｍより大きいマグネトロンに対して同等以上の特性が得られると考えられる。

また、Ｎｏ．３のマグネトロンの入力側へのパワー漏れが１６．３〜２４．４Ｗ／ｍ^２、Ｎｏ．４のマグネトロンの入力側へのパワー漏れが１９．２〜２２．０Ｗ／ｍ^２であった。これに対して、本実施の形態のマグネトロンのパワー漏れは、３．２〜４．５Ｗ／ｍ^２であり、パワー漏れが大幅に減少することがわかった。つまり、本実施の形態のマグネトロンでは、入力側に接続されているチョークコイルの焼損や、外装の組み立てに不具合があった場合にパワー漏れなどの事故の発生を抑制することができる。

さらに、ベイン内接円直径Ｄａに対するベイン２の軸方向高さＨの比率が小さいと、負荷安定度や効率が低下するだけでなく、作用空間からの電子の漏洩が大きくなる。このため、この比率（Ｈ／Ｄａ）は、以下の範囲であることが望ましい。

０．８≦Ｈ／Ｄａ≦０．９５ …（８）
また、ポールピースの内径に対するエンドハット径の比が小さすぎる場合は暗電流が多くなる。このため、この比は、以下の範囲であることが望ましい。

０．６≦ＤＥＨ１／ＤＰＰ１≦０．８ …（９）
０．６≦ＤＥＨ１／ＤＰＰ２≦０．８ …（１０）
０．６≦ＤＥＨ２／ＤＰＰ１≦０．８ …（１１）
０．６≦ＤＥＨ２／ＤＰＰ２≦０．８ …（１２）
なお、以上の説明は単なる例示であり、本発明は上述の実施の形態に限定されず、様々な形態で実施することができる。

本発明に係る電子レンジ用マグネトロンの一実施の形態における陽極円筒近傍の拡大縦断面図である。 本発明に係る電子レンジ用マグネトロンの一実施の形態の縦断面図である。 電子レンジ用マグネトロンの形状および特性をまとめた表である。

符号の説明

１…陽極円筒、２…ベイン、３…ストラップリング（大）、４…ストラップリング（小）、５…陰極、６…エンドハット（出力側）、７…エンドハット（入力側）、８…ポールピース（出力側）、９…ポールピース（入力側）、１０…金属封着体（出力側）、１１…金属封着体（入力側）、１２…出力側セラミック、１３…排気管、１４…アンテナ、１５…キャップ、１６…入力側セラミック、１７…サポートロッド、１８…サポートロッド、１９…中継板、２０…入力端子、２１…マグネット、２２…マグネット、２３…ヨーク、２４…ヨーク、２５…ラジエーター、２６…フィルター、２７…ボックス、３１…遊端、３２…貫通孔

Claims (2)

1. 中心軸に沿って円筒状に延びる陽極円筒と、
   前記陽極円筒の内面から、前記中心軸に向かって延び遊端がベイン内接円を形成する複数のベインと、
   前記中心軸に配置された螺旋状の陰極と、
   前記陰極の両端に固着された一対のエンドハットと、
   前記エンドハットのそれぞれと向かい合う貫通孔から前記陽極円筒の端部に向かって漏斗状に広がって前記陰極を挟むように配置された一対のポールピースと、
   を具備し、前記ベインの高さをＨ（ｍｍ）、前記ベイン内接円の径をＤａ（ｍｍ）、前記一対のエンドハットの外径をそれぞれＤＥＨ１（ｍｍ）およびＤＥＨ２（ｍｍ）、並びに、前記一対のポールピースの前記貫通孔の内径をそれぞれＤＰＰ１（ｍｍ）およびＤＰＰ２（ｍｍ）としたときに、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≦０．９５、を満足することを特徴とする電子レンジ用マグネトロン。
2. ０．８≦Ｈ／Ｄａ、０．６≦ＤＥＨ１／ＤＰＰ１、０．６≦ＤＥＨ１／ＤＰＰ２、０．６≦ＤＥＨ２／ＤＰＰ１、０．６≦ＤＥＨ２／ＤＰＰ２、を満足することを特徴とする請求項１に記載の電子レンジ用マグネトロン。

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