(57)【要約】【課題】  マイクロ波発振信号の全域に亘ってノイズを低減し、しかも負荷安定度を向上させることができるマグネトロンを得る。【解決手段】  陰極３の両端部の周囲を覆うと共に、陰極３の中心部に向って外径が順次小さくなる金属製の円筒体５１及び５２を設けると共に、陰極・陽極間の電界分布が発振安定性の低下を妨げない分布となるように、陽極ベイン５３は、陰極３と対向する先端部分が中央部から軸方向の上下端に向かって陰極３側に徐々に延びた形状である。【選択図】  図１
2006049120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の内壁面上に複数の陽極ベインを放射状に配設した陽極筒体と、
前記陽極筒体の中心軸上に陰極支持棒によって配設される陰極と、
前記陰極支持棒上の位置に設けられ前記陰極を挟持する２つのエンドハットと、
を具備するマグネトロンにおいて、
前記陰極の少なくとも入力側端部の周囲を覆うと共に、前記陰極の中心部に向かって外径が順次小さくなる金属製の円筒体を設けたことを特徴とするマグネトロン。
【請求項２】
前記円筒体の外径が、階段状又はテーパ状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のマグネトロン。
【請求項３】
前記陽極ベインの前記陰極と対向する先端部分が中央部から軸方向の上下端に向かって陰極側に徐々に延びる形状に形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のマグネトロン。
【請求項４】
前記円筒体は、前記エンドハットと一体に成型されたことを特徴とする請求項１乃至３に記載のマグネトロン。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載のマグネトロンを具備することを特徴とする高周波利用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波利用装置等に用いられるマグネトロンの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、マグネトロンで発生したラインノイズを低減させる技術が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００３】
図９は、上記の特許文献１で開示されたマグネトロンの陽極筒体内の一部分を示す縦断面図である。図９において、このマグネトロンは、内側に複数の陽極ベイン２（この図では１枚のみ見えている）が放射状に配置された陽極筒体１の軸心に沿って配置されたコイル状の陰極３が装備されると共に、陰極３の両端部に金属製の円筒体４、５が配置されている。入力側の円筒体４は下エンドハット６に固着されており、出力側の円筒体５は上エンドハット７に固着されている。円筒体４及び５は、それぞれ開口端が陽極ベイン２の先端角部からベイン先端の軸方向長さの１／８から１／４の範囲まで内側に直線的に延長されている。
これら円筒体４及び５は、陰極３から放射された電子の広がりを抑制するものであり、これらを陰極３の両端部に設けることで３０ＭＨｚ〜２００ＭＨｚ帯のラインノイズを減少することができる。
【０００４】
なお、図１０は、本発明者等が実測した、これらの円筒体４，５を全く設けていない従来品の１ＧＨｚ以下のノイズレベルを計測した波形図である。従来品は、この図からも明らかなように、とりわけ２００ＭＨｚ以下でノイズが大きく、その点で、上記特許文献１に開示の技術を適用することは有意義である。
【０００５】
次に、図１１は、特許文献２に開示されたマグネトロンの陽極筒体１０内部の一部分を示す縦断面図である。
この特許文献２に開示されたマグネトロンは、ラインノイズ低減策として先の特許文献１では陰極部を改良していたのに対し、図１１に示すように陽極ベインの先端部分の形状を変更している。すなわち、（ａ）に示したように、出力アンテナリード１２が接続された陽極ベインは、出力アンテナリード１２の接続側端面における陽極円筒１０固着端から先端部までの長さをＬ1 とし、出力アンテナリード１２の接続側端面とは反対側の端面における陽極円筒１０固着端から先端部までの長さをＬ2 として、複数の陽極ベインのうち、この出力アンテナリード１２が接続された陽極ベイン１１ａ及びこの陽極ベイン１１ａにストラップリング１３〜１６により短絡された陽極ベインからなる第１ベイン群をＬ1 ＜Ｌ2 に設定し、この第１ベイン群以外の残りの陽極ベイン１１ｂからなる第２ベイン群を、（ｂ）に示したように、Ｌ1 ＞Ｌ2 に設定する。このような陽極ベイン形状としたことで、作用空間における軸方向マイクロ波電界の周期性を均一にすることができて、ラインノイズの低減が図れている。
【０００６】
【特許文献１】特公平４−７７４１２号公報
【特許文献２】特開平６−１７６７０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記各公報による従来のマグネトロンにおいては、次のような問題があった。つまり、前者の陰極部による対策では、低域でのノイズの低減が図れるものの、発振安定度に劣り、負荷安定性が悪化する。また、後者のベイン形状による対策では、ラインノイズに効果があるものの、その他の雑音帯域において十分な効果が得られない。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、その目的は、マイクロ波発振信号の全域に亘ってラインノイズを低減でき、しかも負荷安定度を向上させることができるマグネトロンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は下記構成により達成される。
（１）  円筒状の内壁面上に複数の陽極ベインを放射状に配設した陽極筒体と、前記陽極筒体の中心軸上に陰極支持棒によって配設される陰極と、前記陰極支持棒上の位置に設けられ前記陰極を挟持する２つのエンドハットと、を具備するマグネトロンにおいて、前記陰極の少なくとも入力側端部の周囲を覆うと共に、前記陰極の中心部に向かって外径が順次小さくなる金属製の円筒体を設けたことを特徴とする。
【００１０】
（２）  上記（１）に記載のマグネトロンにおいて、前記円筒体の外径が、階段状又はテーパ状に形成されたことを特徴とする。
【００１１】
（３）  上記（１）又は（２）に記載のマグネトロンにおいて、前記陽極ベインの前記陰極と対向する先端部分が中央部から軸方向の上下端に向かって陰極側に徐々に延びる形状に形成されたことを特徴とする。
【００１２】
（４）  上記（１）乃至（３）に記載のマグネトロンにおいて、前記円筒体は、前記エンドハットと一体に成型されたことを特徴とする。
【００１３】
（５）  高周波利用装置において、上記（１）から（３）のいずれかに記載のマグネトロンを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
上記（１）又は（２）に記載のマグネトロンによれば、陰極が少なくとも入力側端部の周囲を覆う円筒体を有し、この円筒体が陰極の中心部に向かって外径を順次小さく（例えば、階段状又はテーパ状）しているので、陰極から放射される電子の広がりを抑制すると同時に、電子運動領域における電気力線が陽極ベインの中央部に向かって緩やかに傾く。  これにより、空間電荷層からブリリアン（Brillouin）領域を超える範囲において電子の拡散運動が抑制されて、マイクロ波発振信号の全域に亘ってノイズが低減し、しかも陰極・陽極間の電界分布が発振安定性の低下を妨げない分布となることから、負荷安定度が向上する。
【００１５】
上記（３）に記載のマグネトロンによれば、陽極ベインの陰極と対向する先端部分が中央部から軸方向の上下端に向かって陰極側に徐々に延びる形状にしたので、空間電荷層からブリリアン領域における電子の拡散運動を抑制し、しかも陰極・陽極間の電界分布が発振安定性を妨げない分布となることから、共振器に流れる電子束の軸方向分布を最適化することが可能となる。これにより、端子雑音から高調波に至る広い範囲においてノイズを低減し、且つ、発振安定性の低下を抑制できる。また、仮組立て時にベイン先端部に接する仮組立て用ピンと陽極ベインとの接触面積を小さくして仮組立て用ピンの挿入抵抗を低減すると共に、陽極ベインを陽極円筒内周面に向けて均一に押圧することができるので、陽極ベインの変形やろう外れの発生を防止することができる。
【００１６】
上記（４）に記載のマグネトロンによれば、各円筒体をエンドハットと一体成型したので、部品点数を最小限に抑えることできると共に、組立て寸法の精度を十分に確保することができる。
【００１７】
上記（５）に記載の電子レンジによれば、低ノイズ化が図れるので、コイルやコンデンサ等のノイズ対策部品が小容量のもので済み、その分、コストダウンが図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施の形態に係るマグネトロンを図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係わるマグネトロンの一実施の形態の陰極部分を示す縦方向の部分断面図である。なお、この図に示す陰極部分以外は先の図９に示した従来のマグネトロンと同一であるので省略し、また図９と共通する部分には同一符号を付して引用する。
【００１９】
図１において、本実施の形態のマグネトロンは、陽極筒体１（図９参照）の中心軸上に配設されて陰極支持棒５０に支持されるコイル状の陰極３が、陰極３の両端部の周囲を覆った金属製の円筒体５１、５２を備えると共に、陽極筒体１の内壁面上より陰極３に向かって複数の陽極ベイン５３（この図では２枚のみ見えている）が放射状に配置された構成である。
【００２０】
円筒体５１及び５２は、図示のように陰極３を上下から挟持する２つのエンドハット５４及び５５と一体に成型されている。すなわち、円筒体５１は上エンドハット５４と一体に成型されており、円筒体５２は下エンドハット５５と一体に成型されている。これらの円筒体５１及び５２を設けたことにより、空間電荷層からブリリアン領域における電子の拡散運動が抑制されてラインノイズが低減する。
【００２１】
更に円筒体５１及び５２は、上下エンドハット５４，５５側よりそれぞれの開口端に向かうに従って段階的にその外径寸法及び軸方向長さが小さくなるように形成されている。  この実施の形態では、上下エンドハット５４，５５を含めて３段の階段状になっている。つまり、陰極３の両端部を覆う金属部材は、陰極３の両端から中央部に向かうに従って段階的にその外径寸法及び軸方向長さが小さくなるように設定されることで、電子運動領域における電気力線が陽極ベイン中央部に向かって緩やかに傾くことになる。
【００２２】
図２は、上記構造による作用空間内における等電位線を示す図である。図３は、比較のため示した従来のマグネトロンの作用空間内における等電位線を示す図である。
本実施の形態では、上述した構造を採っているので、図３の従来のマグネトロンと比較して電気力線が陽極ベイン中央部に向かって緩やかに傾くのが解かる。
【００２３】
このような構成を採ることにより、空間電荷層からブリリアン陰極から放射される電子の広がり抑制すると同時に、陰極・陽極間の電界分布が発振安定性の低下を妨げない分布となることから、負荷安定度が向上する。
【００２４】
ここで、本発明者等が実証のため行った、マイクロ波発信信号を測定した計測結果を示す。
図４は、本実施の形態である、円筒体５１，５２を設けると共にその外径寸法及び軸方向長さを段階的に変更して、電気力線が陽極ベイン中央部に向かって緩やかに傾くようにした場合の１ＧＨｚ以下のノイズレベルを示す波形図である。
この図からも明らかなように、本実施の形態の場合、先の図１０に示した円筒体を設けていない従来品と比較して、１ＧＨｚ以下の広帯域に亘って空間波ノイズが低減していることが分かる。そして、陰極・陽極間の電界分布が発振安定性の低下を妨げないように構成したことから、負荷安定度が向上する。
【００２５】
なお、陽極ベイン５３は、陰極・陽極間の電界分布が発振安定性の低下を妨げない分布となるように、図５に示すように、陰極３と対向する先端部分が中央部から軸方向の上下端に向かって陰極３側に徐々に延びた形状とすることができる。このような形状を採ることにより、電子運動領域における電気力線の緩やかな傾きを確実にすることができ、空間電荷層からブリリアン領域を超える範囲において電子の拡散運動を抑制し、しかも陰極・陽極間の電界分布が発振安定性を妨げない分布となることから、共振器に流れる電子束の軸方向分布を最適化することが可能となる。これにより端子雑音から高調波に至る広い範囲においてノイズが低減し、且つ安定した発振が可能となる。
【００２６】
このように、本実施の形態のマグネトロンによれば、陰極３の両端部に陰極３の中央部に向かうに従って段階的に外径と間隔が小さくなるように形成した金属製の円筒体５１及び５２を有すると共に、陰極・陽極間の電界分布が発振安定性の低下を妨げない分布となるように、陽極ベイン５３がその中央部から軸方向の上下端に向かって陰極３側に徐々に延びる形状に形成されたので、端子雑音から高調波に至る広い範囲においてノイズを低減し、且つ、発振安定性の低下を抑制できる。
【００２７】
また、本実施の形態のマグネトロンを電子レンジ等の高周波利用装置に用いた場合、低ノイズ化が図れることから、コイルやコンデンサ等のノイズ対策部品が小容量のもので済み、その分、コストダウンが図れる。
【００２８】
なお、上記実施の形態では、円筒体５１、５２を上下エンドハット５４、５５と一体に成型したが、それぞれ別体であっても構わない。但し、一体に成型することで、部品点数を最小限に抑えることでき、また組立て寸法の精度を十分に確保することができる。
【００２９】
また、上記の図１、図２に示した実施の形態では、円筒体５１及び５２の外径形状を２段構造としたが、段数に限定は無く任意である。例えば、図５は３段階構造（上下エンドハット５４及び５５を含めると４段構造）を成す円筒体５１Ｂ及び５２Ｂであり、また図６は４段構造（上下エンドハット５４及び５５を含めると５段構造）を成す円筒体５１Ｃ及び５２Ｃである。いずれも上下エンドハット５４、５５と一体に成型されたものであるが、勿論別体であっても構わない。
【００３０】
また、上記実施の形態では、陰極３の両端部に円筒体５１、５２を設けたが、図７に示すように、円筒体５２Ｂは陰極３の下エンドハット５５側にのみ設けたものであっても構わない。図７の場合は３段階構造（下エンドハット５５を含めると４段構造）であるが、あくまでも一例であって、段数については上記同様に任意である。
【００３１】
また、上記実施の形態では、円筒体５１及び５２の形状を階段状としたが、図８に示すように、円筒体５１Ｄ及び５２Ｄは、陰極３の中央部に向かうに従って連続的に径が小さくなるようなテーパ形状とすることも可能である。この図に示すテーパ形状の円筒体５１Ｄ及び５２Ｄも上下エンドハット５４、５５と一体に成型したものであるが、勿論別体であっても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
電子レンジなどのマグネトロンを使用する用途への適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係わるマグネトロンの一実施の形態の陰極部分を示す縦方向の部分断面図である。
【図２】図１のマグネトロンの作用空間内における等電位線図である。
【図３】比較のために示す従来の等電位線図である。
【図４】図１のマグネトロンにおける１ＧＨｚ以下のノイズレベルを示す波形図である。
【図５】他の実施の形態のマグネトロンの陰極部分を示す縦方向の部分断面図である。
【図６】他の実施の形態のマグネトロンの陰極部分を示す縦方向の部分断面図である。
【図７】他の実施の形態のマグネトロンの陰極部分を示す縦方向の部分断面図である。
【図８】他の実施の形態のマグネトロンの陰極部分を示す縦方向の部分断面図である。
【図９】従来の陰極両端部に円筒体を設けたマグネトロンの陽極筒体内部の一部分を示す縦断面図である。
【図１０】円筒体を設けていない従来品における１ＧＨｚ以下のノイズレベルを示す波形図である。
【図１１】従来の他のマグネトロンの陽極ベインを示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  陽極筒体
３  陰極
５０  陰極支持棒
５１、５１Ｂ、５１Ｃ、５１Ｄ、５２、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄ  円筒体
５３  陽極ベイン
５４  上エンドハット
５５  下エンドハット
【図１】
2006049120.tif 000003
【図２】
2006049120.tif 000004
【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】
2006049120.tif 000009
【図８】
2006049120.tif 000010
【図９】
2006049120.tif 000011
【図１０】
2006049120.tif 000012
【図１１】
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