(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流を供給するためのカソード端子及びヒータ端子よりなる入力部と、磁界を供給するためのマグネット及びポールピースと磁気回路を形成せしめるためのヨークとよりなる磁界部と、且つ該電流による電界と該磁界の作用によりマイクロ波を励起せしめるアノードとカソードとよりなる発振部と、その励起されたマイクロ波を該発振部より外部に取り出すための出力部と、主に該発振部より発生する熱を外部に放熱するための放熱部と、該磁界部よりの磁界のリークをシールドするために該磁界部と該放熱部との間に設置された磁気シールド部とよりなるマグネトロンにおいて、上記磁気シールド部を磁性体金属により略平板構造に形成し、同様に略平板構造に形成された上記放熱部と略２層構造をなさしめ、且つ上記磁気シールド部を上記放熱部方向に略凸面形状をなす構造としたことを特徴とするマグネトロン。
【請求項２】
主に上記発振部より発生する熱を外部に効率良く放熱するために、非磁性体で熱良導体よりなり、該発振部と上記放熱部とを上記磁気シールド部を貫通して直接に接続せしめる放熱接続部を設置した構造としたことを特徴とする特許請求項１のマグネトロン。
【請求項３】
上記磁気シールド部と上記放熱部との間に略平板構造の隙間を形成し、空気対流による放熱効果を高めるための上記隙間による放熱促進部を設置したことを特徴とする特許請求項１のマグネトロン。
【請求項４】
上記放熱促進部を形成する、上記放熱部と略垂直な磁気シールド部の面に複数の空気対流用の通気口を設置したことを特徴とする特許請求項３のマグネトロン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はパルスレーダー等に用いられるマイクロ波管の一種であるマグネトロンの磁気シールド部と放熱部との構造に関するものである。より詳細には、マグネットに希土類磁石を用いているマグネトロンの、マグネットの温度特性の変動と磁界のリークとに対する磁気シールド部と、発振部からの発熱に対する放熱部との構造の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりのマグネトロンについて、ここでは代表的な構造を図１１〜図１２の断面図に示し、その従来技術について概略を以下に述べる。まずマグネトロンは電流を供給するためのカソード端子及びヒータ端子よりなる入力部１を持っている。次に磁界を供給するためのマグネット２及びポールピース３と磁気回路を形成せしめるためのヨーク４とよりなる磁界部５を持っている。そして上記電流による電界と上記磁界の作用によりマイクロ波を励起せしめるアノードとカソードとよりなる発振部６を持っている。さらにその励起されたマイクロ波を上記発振部６より外部に取り出すための出力部７と、主に上記発振部６より発生する熱を外部に放熱するための放熱部８とを持っている。そして出力部７のフランジでマグネトロンはパルスレーダーの送受信部に取り付けられ、放熱部８は入力部１、磁界部５、発振部６等を保護するためのカバーも兼ねているのである。そしてこの状態で入力部１に電圧を印加すると励起されたマイクロ波が出力部７より出力される。
【０００３】
上記説明の従来よりのマグネトロンにおいては磁界部５のマグネット２には一般的にアルニコ磁石が用いられてきたが、現下においてはマグネトロンの軽量小型化の促進のために希土類磁石が多く用いられるようになっている。一般に希土類磁石はアルニコ磁石と比較して同一体積では約５〜１０倍の磁界保持力を持っている。そのためマグネット２に希土類磁石を用いることによってマグネット２の大きさをかなり小さくできる。ところが、希土類磁石の温度特性を表す温度係数は約−０．１５（％／℃）であり、アルニコ磁石の温度特性を表す温度係数の約−０．０５（％／℃）と比較するとかなり大きい。即ち、希土類磁石はアルニコ磁石と比較して一般に温度特性が悪く、そのために動作中は主に発振部６からの熱により希土類磁石の温度特性は大きく変動する。するとまず第一に、マグネット２によって発振部６に供給される磁界が変動し、その結果動作中のマグネトロンのインピーダンスが変動し、そして全体の電気特性、例えばマイクロ波出力や、スペクトラムや、高調波が変動することになる。次に第二に、希土類磁石は小型で強磁力ではあるが、それ故に磁界のリークはアルニコ磁石と比較して大きく、マグネトロンの外部、特に近傍に設置されている計測機器等に影響を及ぼすことがある。そして第三に、希土類磁石を用いることによるマグネット２の軽量小型化に伴いマグネトロン全体が軽量小型化されるため、発振部６からの発熱量は変わらないのに放熱面積は小さくなるため、結果として十分な放熱が行えず、マグネトロン全体の温度が上昇し過ぎることになる。マグネトロンの温度の上昇は電気特性の劣化を招くばかりか、時には寿命の短縮等の重大な結果をもたらすこともある。これらはいずれもマグネトロンとって大きな問題点であると同時にパルスレーダーにとっても本来の性能を左右しかねない大きな問題点である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の説明のようにマグネット２に希土類磁石を用いるマグネトロンにおいては、一般に以下のような問題点がある。第一に、マグネット２によって発振部６に供給される磁界が温度の上昇により変動し、その結果動作中のマグネトロンのインピーダンスが変動し、そして全体の電気特性が変動する。第二に、希土類磁石は小型で強磁力ではあるが、それ故に磁界のリークは大きく、マグネトロンの外部、特に近傍に設置されている計測機器等に影響を及ぼす。第三に、マグネット２の軽量小型化に伴いマグネトロン全体が軽量小型化されるため、放熱面積が小さくなり、結果として十分な放熱が行えず、マグネトロン全体の温度が上昇し過ぎる。これらの問題を解決するため、本発明は、マグネット２に従来よりのアルニコ磁石を用いたマグネトロンと比較して軽量小型で、マグネット２の温度特性による磁界の変動とマグネトロンの外部への磁界のリークとが抑制された、且つマグネトロン全体の放熱効果の良い、マグネット２に希土類磁石を用いたマグネトロンを提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明では上記の課題を以下に示す第一〜第四の手段により解決した。まず第一に、電流を供給するためのカソード端子及びヒータ端子よりなる入力部１と、磁界を供給するためのマグネット２及びポールピース３と磁気回路を形成せしめるためのヨーク４とよりなる磁界部５と、且つ該電流による電界と該磁界の作用によりマイクロ波を励起せしめるアノードとカソードとよりなる発振部６と、その励起されたマイクロ波を該発振部６より外部に取り出すための出力部７と、主に該発振部６より発生する熱を外部に放熱するための放熱部８と、該磁界部よりの磁界のリークをシールドするために該磁界部５と該放熱部８との間に設置された磁気シールド部９とよりなるマグネトロンにおいて、上記磁気シールド部９を磁性体金属により略平板構造に形成し、同様に略平板構造に形成された上記放熱部８と略２層構造をなさしめ、且つ上記磁気シールド部９を上記放熱部８方向に略凸面形状をなす構造としたことを特徴とするものである。
【０００６】
第二に、主に上記発振部６より発生する熱を外部に効率良く放熱するために、非磁性体で熱良導体よりなり、該発振部６と上記放熱部８とを上記磁気シールド部９を貫通して直接に接続せしめる放熱接続部１０を設置した構造としたことを特徴とするものである。
【０００７】
第三に、上記磁気シールド部９と上記放熱部８との間に略平板構造の隙間を形成し、空気対流による放熱効果を高めるための上記隙間による放熱促進部１１を設置したことを特徴とするものである。また、第四に、上記放熱促進部１１を形成する、上記放熱部８と略垂直な磁気シールド部９の面に複数の空気対流用の通気口１２を設置したことを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図４により、上記の第一〜第四の各手段による本発明の実施形態を示す。図１は本発明の実施例の正面図、図２は図１のＡ方向からの側面図、図３は図１のＢ方向からの底面図、図４は図１における通気口１２の位置を示す正面図であり、構造の概略は次のようになっている。まずマグネトロンは電流を供給するためのカソード端子及びヒータ端子よりなる入力部１を持っている。次に磁界を供給するためのマグネット２及びポールピース３と磁気回路を形成せしめるためのヨーク４とよりなる磁界部５を持っている。そして上記電流による電界と上記磁界の作用によりマイクロ波を励起せしめるアノードとカソードとよりなる発振部６を持っている。更にその励起されたマイクロ波を上記発振部６より外部に取り出すための出力部７と、主に上記発振部６より発生する熱を外部に放熱するための放熱部８とを持っている。そして出力部７のフランジでマグネトロンはパルスレーダーの送受信部に取り付けられ、放熱部８は入力部１、磁界部５、発振部６等を保護するためのカバーも兼ねている。ここまでは従来よりのマグネトロンと同様であるが、本発明のマグネトロンにおいてはマグネット２にはアルニコ磁石に代わって希土類磁石が用いられており、且つ上記磁界部５と上記放熱部８との間には磁性体金属により略平板構造を形成し、同様に略平板構造に形成された上記放熱部８と略２層構造をなさしめ、且つ放熱部８方向に略凸面形状をなす磁気シールド部９が設置されている。更に非磁性体で熱良導体によりなり、上記発振部６と上記放熱部８とを上記磁気シールド部９を貫通して直接に接続せしめる放熱接続部１０を設置した構造とし、且つ上記磁気シールド部９と上記放熱部８と隙間に、空気対流による放熱効果を高めるための放熱促進部１１を設置している。放熱促進部１１には上記放熱部８と略垂直な面に複数の空気対流用の通気口１２が設置されている。そしてこの状態で入力部１に電圧を印加すると励起されたマイクロ波が出力部７より出力される。
【０００９】
まず上記磁気シールド部９の詳細な構造は図５のようになっている。磁気シールド部９は磁界をシールドする目的から、マグネット２及びポールピース３と磁気回路を形成せしめるためのヨーク４とを覆うような形状となっている。そして放熱接続部１０が貫通する部分は切り欠いた構造となっている。更にマグネトロン本体に設置した場合、放熱部８方向に対して略凸面形状をなすように形成されている。そしてその両端はマグネトロン本体に設置して固定するための折曲げ部になっている。なお磁気シールド部９は鉄、ニッケル、ニクロム、ステンレス等の磁性体材料により作成されている。
【００１０】
上記磁気シールド部９の作用と効果は次のようになっている。本来磁気シールド部９はマグネット２からリークする磁界をシールドするためのものであり、本発明においても第一義的には、従来よりのアルニコ磁石と比較してリーク量の大きい希土類磁石からの磁界のリークをシールドする作用を果たしている。そして本発明では更に、磁気シールド部９のマグネット２への影響を利用して、アルニコ磁石と比較して変動の大きい希土類磁石の温度係数を補正する作用を持たせている。それは、磁気シールド部９を発振部６に接近させると磁界のリークが大きくなり発振部６への磁界の供給は減少させられ、逆に磁気シールド部９を発振部６から引き離すと磁界のリークが小さくなり発振部６への磁界の供給は増大させられることを利用しているのである。磁気シールド部９は上記で説明したように放熱部８方向に略凸面形状をなしているから、今発振部６の温度が上昇し磁気シールド部９が膨張すると略凸面形状の湾曲はきつくなり発振部６より更に引き離されて行くことになる。すると磁界のリークが小さくなり発振部６への磁界の供給は増大させられる。逆に発振部６の温度が低下し磁気シールド部９が縮小すると略凸面形状の湾曲は緩くなり発振部６に更に接近させられて行くことになる。すると磁界のリークが大きくなり発振部６への磁界の供給は減少させられる。即ち磁気シールド部９は磁界をショートさせる作用を持った構造で、そのショートさせる作用の強弱を連続的に変化させることにより磁界のリーク量を調節できるようになっているのである。図６は発振部６からの磁気シールド部９の距離の変化に対する発振部６における磁界、即ち磁束密度の変化を表したグラフである。この図６からは距離が大きくなると、即ち磁気シールド部９が発振部６より引き離されて行くと磁束密度が大きくなる様子が分かる。その変化量は近似的に約１５０（Ｇａｕｓｓ／ｍｍ）である。一方図７はマグネトロン本体の昇温による発振部６における磁界、即ち磁束密度の変化を表したグラフである。この図７からは温度が高くなると磁束密度が小さくなる様子が分かる。その変化量は近似的に約−２４０（Ｇａｕｓｓ／１００℃）である。図６と図７とより温度１００℃においては、２４０／１５０＝１．６（ｍｍ）となり、即ち磁気シールド部９が発振部６より約１．６（ｍｍ）引き離されて行くと磁束密度の変化は相殺されることになる。以上のことより、磁気シールド部９と発振部６との距離を適当に選ぶことにより、又その膨張係数を決めることになる材質と構造、形状、寸法等を適当に選ぶことにより発振部６の発熱による磁気シールド部９の熱膨張による距離の変化量、即ちリーク量の変化と希土類磁石の負の温度係数とを相殺して発振部６の磁界の変化量を小さく抑制することができる。
【００１１】
次に非磁性体で熱良導体よりなり、該発振部６と上記放熱部８とを上記磁気シールド部９を貫通して直接に接続せしめる放熱接続部１０を設置した構造は以下のようになっている。図１と図２に示されているように、発振部６に角形のブロックを設置し、その他端側は放熱部８に接続するようになっている。磁気シールド部９に切り欠き部が設置されているのはそのためである。これにより発振部６で発生した熱は直接放熱部８に伝えられるために効率良く放熱が行える。図８はその様子を表したグラフであり、長時間にわたりマグネトロン本体の昇温を抑制できることが分かる。この放熱効果によりマグネトロンは強制空冷をせずに自然空冷により動作させることが可能である。又、放熱接続部１０は発振部６と一体加工された構造でも良い。使用する材質としては銅合金、アルミニウム合金、シリコーン樹脂、カーボン等が適している。
【００１２】
そして空気対流による放熱効果を高めるための放熱促進部１１の構造は以下のようになっている。図５に示すように磁気シールド部９の折曲げ部によりヨーク４と放熱部８との間には隙間が生じ、この隙間を０．５ｍｍ以上〜５ｍｍ以下に設定することにより空気対流による放熱効果を高めることができる。そして更にその放熱効果を高めるために図４に示したように磁気シールド部９の折曲げ部に空気対流用の複数の通気口を設置した。以上により放熱促進部１１は放熱効果を高めることになる。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように、マグネトロンのマグネット２に希土類磁石を用いて軽量小型化しても、従来よりのアルニコ磁石を用いたマグネトロンと比較して遜色のない温度特性を保持できる。図９は従来よりのアルニコ磁石を用いたマグネトロンと本発明による希土類磁石を用いたマグネトロンとの、温度変化に対するマイクロ波出力の変動（δＰ）の違いを示したものである。図１０は同じく温度変化に対する電圧の変動（δＥPY）の違いを示したものである。いずれも本発明による希土類磁石を用いたマグネトロンの効果が良く示されている。このことは当然マグネトロンの不具合発生を低下させるのに有効であり、従ってマグネトロンの長寿命化にも役立っている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるところの希土類磁石を用いたマグネトロンの正面図。
【図２】図１の側面図。
【図３】図１の底面図。
【図４】図１の放熱部における通気口を示す部分断面図。
【図５】図１の磁気シールド部９の正面図と底面図。
【図６】発振部６からの磁気シールド部９の距離に対する磁束密度の変化のグラフ。
【図７】マグネトロン本体の昇温による磁束密度の変化のグラフ。
【図８】マグネトロン本体の昇温の変化のグラフ。
【図９】温度変化に対するマイクロ波出力の変動の変化のグラフ。
【図１０】温度変化に対する電圧の変動の変化のグラフ。
【図１１】従来よりのアルニコ磁石を用いたマグネトロンの正面図。
【図１２】図１１の側面図。
【符号の説明】
１……入力部
２……マグネット
３……ポールピース
４……ヨーク
５……磁界部
６……発振部
７……出力部
８……放熱部
９……磁気シールド部
１０……放熱接続部
１１……放熱促進部
１２……通気口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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