WO2010061565A1 - マグネトロン及びマイクロ波利用機器 - Google Patents

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    • H01J23/18—Resonators
    • H01J23/20—Cavity resonators; Adjustment or tuning thereof
    • H01J23/213—Simultaneous tuning of more than one resonator, e.g. resonant cavities of a magnetron

Definitions

  • the component perpendicular to the axial direction of the anode cylinder in the direction in which the cathode filament is inclined due to thermal expansion of the bent portion of the center lead is perpendicular to the axial direction of the bending direction of the center lead.
  • an antenna lead is connected to the one anode vane.
  • the generation of reactive current and noise can be suppressed and the oscillation efficiency can be improved during the operation of the magnetron.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of a magnetron 1 according to the present embodiment.
  • the magnetron 1 of the present embodiment includes a magnetic yoke 10, an anode cylinder 11, an output side pole piece 12 coupled to the upper end opening of the anode cylinder 11, and a lower end opening of the anode cylinder 11.
  • the center lead 26 made of molybdenum is arranged so as to be shifted from the first straight part 26B in a plane parallel to the first straight part 26B and the first straight part and perpendicular to the axial direction of the anode cylinder.
  • one end of the first straight portion 26B is connected to the upper end shield 24, and one end of the second straight portion 26C is disposed on a plane orthogonal to the tube axis of the stem 16. It is connected to an iron lead 29 for outside the tube through (eyelet) 28.
  • FIG. 3A is a partial enlarged cross-sectional view of the anode vanes 19A and 19F surrounded by a dotted line in FIG.
  • FIG. 3B is an enlarged cross-sectional view of the same portion as FIG. 3A in the conventional example.
  • the plurality of anode vanes 819 are all attached to the inner peripheral surface of the anode cylinder at the same height.
  • FIG. 3B conventionally, the plurality of anode vanes 819 are all attached to the inner peripheral surface of the anode cylinder at the same height.
  • FIG. 4 shows the result of measuring the unnecessary radiation level [dB] for the sample of the magnetron 1 of this embodiment and the sample of the comparative example.
  • Each circle mark (outlined) in FIG. 4 represents the measurement result of each sample of the magnetron 1 of this embodiment, and the bar represents the average value of the measurement results.
  • each triangle mark (outlined) in FIG. 4 represents the measurement result of each sample of the comparative example, and the bar (outlined) represents the average value of the measurement result.
  • FIG. 7 shows the result of measuring the mounting height of each of the anode vanes 19A to 19J for the sample of the magnetron 1 of the present embodiment from which the measurement result with the highest oscillation efficiency was obtained.
  • the vertical axis in FIG. 7 indicates the mounting height of the anode vanes 19A to 19J
  • the horizontal axis in FIG. 7 indicates the anode vanes 19A to 19J by reference numerals 19A to 19J.
  • the component perpendicular to the axial direction of the anode cylinder 11 in the direction in which the cathode filament 23 tilts is the component perpendicular to the bending direction of the bent portion 26A of the center lead 26. It coincides with the direction (arrow in FIG. 1). Therefore, the magnetron 1 according to the embodiment of the present invention has higher oscillation efficiency and lower reactive current and unnecessary radiation than the comparative example in which the mounting height of the plurality of anode vanes 19A to 19F does not change. It can be operated.
  • the position of one anode vane closest to the bent portion is higher than the positions of the other anode vanes.
  • the plurality of anode vanes 19A to 19J are composed of ten anode vanes 19A to 19J, but may be composed of an even number of anode vanes.
  • the bent portion 26A of the center lead 26 is located in the middle of the two anode vanes in the axial direction of the anode cylinder 11, the two anode vanes Of these, any one anode vane may be the closest anode vane.
  • the magnetron and the microwave using device according to the present invention have the effect of suppressing the generation of reactive current and noise and improving the oscillation efficiency during operation of the magnetron, and are useful as a microwave using device such as a microwave oven. . *

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Abstract

　無効電流やノイズの発生を抑制し、発振効率を向上させることができるマグネト ロン及び当該マグネトロンを搭載したマイクロ波利用機器を提供すること。本発明のマグネトロンは、内周面に、所定の間隔で複数のアノードベインが設けられた陽極筒体と、第１直線部と、当該第１直線部と平行であって、前記陽極筒体の軸方向と垂直な平面内において前記第１直線部に対しずれて配置される第２直線部と、前記第１直線部と前記第２直線部とを接続する曲げ部とを含むセンターリードと、前記陽極筒体の内部で、前記センターリードによって支持され、前記陽極筒体と同軸に配置される陰極フィラメントと、を有する。前記センターリードは、前記曲げ部によって前記第１直線部と前記第２直線部の間で湾曲するよう構成され、前記陽極筒体の前記軸方向において、前記曲げ部に最近接する一のアノードベインの位置は、他のアノードベインの位置よりも高い。

Description

マグネトロン及びマイクロ波利用機器
　本発明は、マグネトロン及びマイクロ波利用機器に関し、特に、電子レンジ等のマイクロ波利用機器に搭載されたマグネトロンに関する。
　従来、マグネトロン用のアノードベインをアノード筒体に精度よく取り付けるために様々な方法が提案されている。
　特許文献１では、アノード筒体と嵌合し、複数のアノードベインを放射状に収容する治具と、複数のアノードベイン間により形成される中心部の空間にピンを圧入した治具を用いて、アノード筒体に精度よく取り付ける技術が開示されている。
　また、特許文献２では、アノード筒体の内周面に複数のアノードベインを係止する部分を形成することで、アノードベインの取り付け位置の精度を向上させる技術が開示されている。
日本国特開昭５３－３７７０号公報 日本国特開昭５６－１５６６４７号公報
　しかしながら、上述の特許文献１、２では、アノードベインの取り付けの精度を向上させるだけで、実際にマグネトロンを動作させた場合を考慮して、アノードベインの取り付け位置を決めているものではない。
　実際にマグネトロンが動作すると、陰極フィラメントから発生する熱によって、例えば、センターリード等のアノード筒体に収容されている部材が、熱膨張によりわずかながら変形することが考えられる。この結果、陰極フィラメントの中心軸に対して、アノードベインの内径にズレが生じ、アノードベイン間の作用空間のバランスが破壊され、無効電流やノイズが発生しやすくなることが考えられる。
　本発明の目的は、マグネトロンの動作時に、無効電流やノイズの発生を抑制し、発振効率を向上することができるマグネトロン及び当該マグネトロンを使用したマイクロ波利用機器を提供することである。
　本発明は、内周面に、所定の間隔で複数のアノードベインが設けられた陽極筒体と、第１直線部と、当該第１直線部と平行であって、前記陽極筒体の軸方向と垂直な平面内において前記第１直線部に対しずれて配置される第２直線部と、前記第１直線部と前記第２直線部とを接続する曲げ部とを含むセンターリードと、前記陽極筒体の内部で、前記センターリードによって支持され、前記陽極筒体と同軸に配置される陰極フィラメントと、を有し、前記センターリードは、前記曲げ部によって前記第１直線部と前記第２直線部の間で湾曲するよう構成され、前記陽極筒体の前記軸方向において、前記曲げ部に最近接する一のアノードベインの位置は、他のアノードベインの位置よりも高い、マグネトロンを提供する。
　上記マグネトロンでは、前記陽極筒体の軸方向において、前記複数のアノードベインの位置が、前記一のアノードベインから前記他のアノードベインに向って段階的に低くなる。
　上記マグネトロンが動作した時に、前記センターリードの曲げ部の熱膨張によって、前記陰極フィラメントが傾く方向の前記陽極筒体の軸方向に垂直な成分は、前記センターリードの湾曲方向の前記軸方向に垂直な成分と同じである。
　上記マグネトロンでは、前記一のアノードベインにアンテナリードが接続されている。
　本発明のマイクロ波利用機器は、上記マグネトロンを搭載する。
　本発明に係るマグネトロン及び当該マグネトロンを使用したマイクロ波利用機器によれば、マグネトロンの動作時に、無効電流やノイズの発生を抑制し、発振効率を向上させることができる。
本実施の形態のマグネトロン１の全体構成を示す図。 陽極筒体１１の内部を上方から見た場合の、複数のアノードベイン１９Ａ～１９Ｊの平面図。 図３（ａ）は、図１の鎖線で囲まれるアノードベイン１９Ａ、１９Ｆの部分拡大断面図。図３（ｂ）は、従来例における図３（ａ）と同じ部分の拡大断面図。 本実施の形態のマグネトロン１の試料及び比較例の試料について、不要輻射レベル［ｄＢ］を測定した結果を示す図。 本実施の形態のマグネトロン１及び比較例の試料について、無効電流［ｍＡ］を測定した結果を示す図。 本実施の形態のマグネトロン１及び比較例の試料について、発振効率［％］を測定した結果を示す図。 最も発振効率が高い測定結果が得られた本実施の形態のマグネトロン１の試料について、各アノードベイン１９Ａ～１９Ｊの取り付け高さを測定した結果を示す図。 本実施の形態のマグネトロン１の動作前及び動作中の陰極フィラメント２３の様子を示す図。
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
　図１は、本実施の形態のマグネトロン１の全体構成を示す図である。
　図１において、本実施の形態のマグネトロン１は、磁気ヨーク１０と、陽極筒体１１と、陽極筒体１１の上端開口部に結合された出力側ポールピース１２と、陽極筒体１１の下端開口部に結合された入力側ポールピース１３と、出力側ポールピース１２を覆い陽極筒体１１の上端開口部に気密結合された出力側の側管１４と、入力側ポールピース１３を覆い陽極筒体１１の下端開口部に気密結合された入力側の側管２５と、入力側の側管２５の開口端に気密結合されたセラミック製のステム１６と、陽極筒体１１の直上でかつ出力側の側管１４に挿入するように磁気ヨーク１０内の上面に配置されたドーナツ形状の環状磁石１７と、陽極筒体１１の直下でかつ入力側の側管２５に挿入するように磁気ヨーク１０内の下面に配置されたドーナツ形状の環状磁石１８と、を備える。また、磁気ヨーク１０の上面には、排気管２１が接続されている。
　螺旋状の陰極フィラメント２３は、陽極筒体１１の中心軸に沿って、上エンドシールド２４から下エンドシールド３０まで延びている。陰極フィラメント２３の一端は、上エンドシールド２４に固着され、陰極フィラメント２３の他端は、下エンドシールド３０に固着されている。陰極フィラメント２３は、後述するセンターリード２６及びサイドリード２７から電圧を印加され、熱電子を放出する。
　モリブテン製のセンターリード２６は、第１直線部２６Ｂと、当該第１直線部と平行であって、前記陽極筒体の軸方向と垂直な平面内において前記第１直線部に対しずれて配置される第２直線部２６Ｃと、前記第１直線部と前記第２直線部とを接続する曲げ部２６Ａと、を含む。センターリード２６は、第１の直線部２６Ｂの一端が、上エンドシールド２４に接続され、第２の直線部２６Ｃの一端が、ステム１６の管軸に直交する平面上に配置されたリード中継板（ハトメ）２８を介して管外用の鉄製リード２９に接続されている。
　モリブデン製のサイドリード２７は、下エンドシールド３０から、陽極筒体１１の中心軸と平行に、リード中継板２８を介して、管外用の鉄製リード２９に接続する。センターリード２６及びサイドリード２７は、陰極フィラメント２３から熱電子放出するために、陰極フィラメント２３に電圧を印加する。
　出力アンテナリード２０は、その一端が、複数のアノードベイン１９Ａ～１９Ｊのうち、一枚のアノードベイン１９Ａに接続されている。出力アンテナリード２０は、アノードベイン１９Ａから陽極筒体１１の上端開口部に結合された出力側ポールピース１２へ向って延び、出力側ポールピース１２の斜壁の一部に形成された孔１２ａを介して、さらに、陽極筒体１１の中心軸に沿って上方へ延びている。そして、出力アンテナリード２０の他端は、出力側の側管１４の上方に位置する排気管２１に接続されている。
　図１及び図２を参照し、複数のアノードベイン１９Ａ～１９Ｊの構成を説明する。図２は、陽極筒体１１の内部を上方から見た場合の、複数のアノードベイン１９Ａ～１９Ｊの平面図である。図２に示すように、複数のアノードベイン１９Ａ～１９Ｊは、１０枚のアノードベイン１９Ａ～１９Ｊで構成されている。１０枚のアノードベイン１９Ａ～１９Ｊは、同じ形状である。各アノードベイン１９Ａ～１９Ｊは、陽極筒体１１の内周面から、陽極筒体１１の中心軸に向けて延出している。各アノードベイン１９Ａ～１９Ｊは、陽極筒体１１の内周面に沿って、所定の間隔で配置されている。隣り合うアノードベイン同士は、互いに上下反対の向きで配置されている。
　ここで、図１を参照すると、複数のアノードベイン１９Ａ～１９Ｊのうち、一枚のアノードベイン１９Ａは、センターリード２６の曲げ部２６Ａに最も近接する。また、上述のように、アノードベイン１９Ａには、出力アンテナリード２０の一端が接続されている。そして、アノードベイン１９Ａに対して、センターリード２６の曲げ部２６Ａの湾曲方向の垂直な成分の方向（図１中の矢印）の延長線上には、アノードベイン１９Ｆが位置している。アノードベイン１９Ｆは、図２に示すように、陽極筒体１１の内周面において、アノードベイン１９Ａと反対側に位置している。
　また、図２に示すように、各アノードベイン１９Ａ～１９Ｊには、陽極筒体１１の中心軸と同軸に配置された均圧リング３１、３２が、各アノードベイン１９Ａ～１９Ｊの上面及び下面に設けられた溝に接続されている。１０枚のアノードベイン１９Ａ～１９Ｊには、均圧リング３１、３２を接続する溝とは別に、出力アンテナリード２０を取り付けるためのアンテナ取り出し溝３３が設けられている。
　ここで、各アノードベイン１９Ａ～１９Ｊの取り付け位置について、図３（ａ）、（ｂ）を参照して、説明する。図３（ａ）は、図１の点線で囲まれるアノードベイン１９Ａ、１９Ｆの部分拡大断面図である。図３（ｂ）は、従来例における図３（ａ）と同じ部分の拡大断面図である。図３（ｂ）に示すように、従来、複数のアノードベイン８１９は、陽極筒体の内周面にすべて同じ高さに取り付けられている。しかし、図３（ａ）に示すように、本実施の形態のマグネトロン１では、複数のアノードベイン１９Ａ～１９Ｊのうち、センターリード２６の曲げ部２６Ａに最も近い場所に位置するアノードベイン１９Ａに対して、陽極筒体１１の内周面において、アノードベイン１９Ａと反対側に位置するアノードベイン１９Ｆの取り付け位置を、Δｈだけ低くしている。
　次に、マグネトロンを動作させた場合の不要輻射レベル［ｄＢ］、無効電流［ｍＡ］、及び発振効率［％］について、本実施の形態のマグネトロン１と比較例におけるマグネトロンとを比較する。なお、各測定に用いた本実施の形態のマグネトロン１の試料は、少なくとも、図３（ａ）に示すアノードベイン１９Ａ、１９Ｆの取り付け位置の関係を満たしている。また、各測定に用いた比較例は、図３（ｂ）に示すように、複数のアノードベイン８１９の取り付け位置がすべて同じ高さである以外は、本実施の形態のマグネトロンと同じ構成である。
　図４は、本実施の形態のマグネトロン１の試料及び比較例の試料について、不要輻射レベル［ｄＢ］を測定した結果を示す。図４中の各丸印（白抜き）が本実施の形態のマグネトロン１の各試料の測定結果を表し、棒線はその測定の結果の平均値を示す。また、図４中の各三角印（白抜き）が比較例の各試料の測定結果を表し、棒線（白抜き）は、その測定結果の平均値を示す。
　図４に示すように、本実施の形態のマグネトロン１の試料の不要輻射のばらつきは、比較例の試料の不要輻射のばらつきよりも小さい。さらに、本実施の形態のマグネトロン１の試料の不要輻射レベルの平均値は、約１５．５［ｄＢ］であり、比較例の試料の不要輻射レベルの平均値（約２３［ｄＢ］）よりも小さい。
　図５は、本実施の形態のマグネトロン１及び比較例の試料について、無効電流［ｍＡ］を測定した結果を示す。図５中の各丸印（白抜き）が本実施の形態のマグネトロン１の各試料の測定結果を表し、棒線は、その測定の結果の平均値を示す。また、図５中の各三角印（白抜き）が比較例の各試料の測定結果を表し、棒線（白抜き）は、その測定結果の平均値を示す。
　図５に示すように、本実施の形態のマグネトロン１の各試料の無効電流のばらつきは、比較例の各試料の無効電流のばらつきよりも小さい。さらに、本実施の形態のマグネトロン１の試料の無効電流の平均値は、約５．０［ｍＡ］であり、比較例の試料の無効電流の平均値（約５．９［ｍＡ］）よりも小さい。
　図６は、本実施の形態のマグネトロン１及び比較例の試料について、発振効率［％］を測定した結果を示す。図６中の各丸印（白抜き）が本実施の形態のマグネトロン１の各試料の測定結果を表し、棒線はその測定の結果の平均値を示す。また、図６中の各三角印（白抜き）が比較例の各試料の測定結果を表し、棒線（白抜き）は、その測定結果の平均値を示す。
　図６に示すように、本実施の形態のマグネトロン１の各試料の発振効率のばらつきは、比較例の各試料の発振効率のばらつきよりも小さい。さらに、本実施の形態のマグネトロン１の試料の発振効率の平均値は、７２．２［％］であり、比較例の試料の無効電流の平均値（約７１［％］）よりも大きい。
　次に、最も発振効率が高い測定結果が得られた本実施の形態のマグネトロン１の試料について、各アノードベイン１９Ａ～１９Ｊの取り付け高さを測定した結果を、図７に示す。図７の縦軸は、各アノードベイン１９Ａ～１９Ｊの取り付け高さを示し、図７の横軸は、各アノードベイン１９Ａ～１９Ｊを各参照符号１９Ａ～１９Ｊで示している。
　図７に示すように、最も発振効率が高い測定結果が得られた本実施の形態のマグネトロン１の試料の各アノードベイン１９Ａ～１９Ｊの取り付け高さｈは、センターリード２６の曲げ部２６Ａに最も近接するアノードベイン１９Ａから、陽極筒体１１の内周面において、アノードベイン１９Ａと反対側に位置しているアノードベイン１９Ｆに向けて、取り付け高さの位置が段階的に低くなっている。
　この事実について、図８を参照し、説明する。図８は、本実施の形態のマグネトロン１の動作前及び動作中の陰極フィラメント２３の様子を示す図である。
　図８に示すように、マグネトロン１が動作する場合、センターリードの曲げ部２６Ａの熱膨張による変位により、センターリードによって支持されている陰極フィラメント２３や上エンドシールド２４は、図中の点線で示す動作前の状態から、動作中の状態にまで傾く。図８に示す矢印で表される陰極フィラメント２３や上エンドシールド２４が傾く方向の陽極筒体１１の軸方向に垂直な成分は、センターリード２６の曲げ部２６Ａの湾曲方向の垂直な成分の方向（図１中の矢印）と一致する。また、図１及び図２を参照すると、アノードベイン１９Ａに対して、センターリード２６の曲げ部２６Ａの湾曲方向の垂直な成分の方向（図１中の矢印）の延長線上には、陽極筒体１１の内周面においてアノードベイン１９Ａと反対側に位置するアノードベイン１９Ｆが配置されている。
　このように、本発明の実施の形態のマグネトロン１では、陰極フィラメント２３が傾く方向の陽極筒体１１の軸方向に垂直な成分は、センターリード２６の曲げ部２６Ａの湾曲方向の垂直な成分の方向（図１中の矢印）と一致する。そのため、本発明の実施の形態のマグネトロン１は、複数のアノードベイン１９Ａ～１９Ｆの取り付け高さが変化しない比較例に比して、発振効率が高く、さらに、無効電流や不要輻射の少ない状態で動作させることができる。
　上述のように、本実施の形態１のマグネトロン１は、内周面に、所定の間隔で複数のアノードベインが設けられた陽極筒体と、第１直線部と、当該第１直線部と平行であって、前記陽極筒体の軸方向と垂直な平面内において前記第１直線部に対しずれて配置される第２直線部と、前記第１直線部と前記第２直線部とを接続する曲げ部とを含むセンターリードと、前記陽極筒体の内部で、前記センターリードによって支持され、前記陽極筒体と同軸に配置される陰極フィラメントと、を有する。そして、前記センターリードは、前記曲げ部によって前記第１直線部と前記第２直線部の間で湾曲するよう構成される。また、前記陽極筒体の前記軸方向において、前記曲げ部に最近接する一のアノードベインの位置は、他のアノードベインの位置よりも高い。
　このような構成により、無効電流やノイズの発生を抑制し、発振効率を向上することができる。
　なお、本実施の形態のマグネトロン１において、複数のアノードベイン１９Ａ～１９Ｊは１０枚のアノードベイン１９Ａ～１９Ｊで構成されているが、偶数枚のアノードベインで構成されていれば良い。
　なお、本実施の形態のマグネトロン１において、センターリード２６の曲げ部２６Ａが、陽極筒体１１の軸方向において、アノードベインの２枚の中間に位置していても、その２枚のアノードベインのうち、いずれか一枚のアノードベインを最近接する一のアノードベインとしても良い。
　以上、本発明の各種実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態において示された事項に限定されず、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者がその変更・応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
　本出願は、2008年11月27日出願の日本特許出願（特願2008－302771）、に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　本発明に係るマグネトロン及びマイクロ波利用機器は、マグネトロンの動作時に、無効電流やノイズの発生を抑制し、発振効率を向上させるという効果を奏し、電子レンジ等のマイクロ波利用機器等として有用である。　
１　　　　　　　マグネトロン
１０　　　　　　磁気ヨーク
１１　　　　　　陽極筒体
１２　　　　　　出力側ポールピース
１２ａ　　　　　孔
１３　　　　　　入力側ポールピース
１４　　　　　　側管（入力側）
１６　　　　　　ステム
１７、１８　　　環状磁石
１９Ａ～１９Ｊ　アノードベイン
８１９　　　　　アノードベイン
２０　　　　　　出力アンテナリード
２１　　　　　　排気管
２３　　　　　　陰極フィラメント
２４　　　　　　上エンドシールド
２５　　　　　　側管（出力側）
２６　　　　　　センターリード
２６Ａ　　　　　曲げ部
２７　　　　　　サイドリード
２８　　　　　　リード中継板
２９　　　　　　鉄製リード
３０　　　　　　下エンドシールド
３１、３２　　　均圧リング
３３　　　　　　アンテナ取り出し溝

Claims (5)

  1. 　内周面に、所定の間隔で複数のアノードベインが設けられた陽極筒体と、
    　第１直線部と、当該第１直線部と平行であって、前記陽極筒体の軸方向と垂直な平面内において前記第１直線部に対しずれて配置される第２直線部と、前記第１直線部と前記第２直線部とを接続する曲げ部とを含むセンターリードと、
    　前記陽極筒体の内部で、前記センターリードによって支持され、前記陽極筒体と同軸に配置される陰極フィラメントと、を有し、
    　前記センターリードは、前記曲げ部によって前記第１直線部と前記第２直線部の間で湾曲するよう構成され、
    　前記陽極筒体の前記軸方向において、前記曲げ部に最近接する一のアノードベインの位置は、他のアノードベインの位置よりも高い、マグネトロン。
  2. 　前記陽極筒体の軸方向において、前記複数のアノードベインの位置が、前記一のアノードベインから前記他のアノードベインに向って段階的に低くなる、請求項１に記載のマグネトロン。
  3. 　前記マグネトロンが動作した時に、前記センターリードの曲げ部の熱膨張によって、前記陰極フィラメントが傾く方向の前記陽極筒体の軸方向に垂直な成分は、前記センターリードの湾曲方向の前記軸方向に垂直な成分と同じである、請求項１及び請求項２のいずれか一項に記載のマグネトロン。
  4. 　前記一のアノードベインにアンテナリードが接続されている請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のマグネトロン。
  5. 　請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のマグネトロンが搭載されたマイクロ波利用機器。
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