(57)【要約】      （修正有）【課題】陽極円筒の板厚を薄くすることが可能なマグネトロン構造を提供する。【解決手段】マイクロ波を発振する陽極部１１は陽極円筒１４と陽極円筒内壁に端面部２４，２５から離間して接合され管軸方向に放射状に突設された複数のベイン２１を有する。陽極円筒１４の内壁の入力部１２側および出力部１３側の端面部２４，２５とベイン２１間に、ポールピース３０，３１を管軸方向に位置決め支持する非磁性筒状の補助陽極５０が嵌合配置され、入力部１２側および出力部１３側の金属封着体１５，１６が補助陽極５０とともにポールピース３０，３１を挟持して陽極円筒の端面部２４，２５と気密に接合されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波を発振する陽極部と、一端面部に入力側ポールピースおよび入力側金属封着体を介して配置され陰極ステムを含む入力部と、他端面部に出力側ポールピースおよび出力側金属封着体を介して配置されアンテナを含む出力部と、を管軸にそって配置したマグネトロンにおいて、
前記陽極部は陽極円筒と陽極円筒内壁に前記端面部から離間して接合され前記管軸方向に放射状に突設された複数のベインを有し、
前記陽極円筒の内壁の前記入力部側および前記出力部側の前記端面部と前記ベイン間に前記ポールピースを管軸方向に位置決め支持する非磁性の筒状補助陽極を配置し、前記入力部側および前記出力部側の前記金属封着体が前記補助陽極とともに前記ポールピースを挟持して前記陽極円筒の前記端面部と気密に接合されていることを特徴とするマグネトロン。
【請求項２】
前記陽極円筒の内壁は同一径であり、前記入力側および前記出力側ポールピースを管軸方向に支持していない請求項１記載のマグネトロン。
【請求項３】
前記補助陽極は前記陽極円筒と熱膨張係数が同等で、かつ高温時剛性が高い金属である請求項１記載のマグネトロン。
【請求項４】
前記陽極円筒が銅であり、前記補助陽極がクロムニッケル鋼である請求項１乃至３のいずれかに記載のマグネトロン。
【請求項５】
前記補助陽極は前記ベインに当接する端面に前記ベインに係合するスリットを有している請求項１乃至４のいずれかに記載のマグネトロン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子レンジなどのマイクロ波加熱機器に用いられるマグネトロンに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に電子レンジ用マグネトロンは図５に示すように、マイクロ波発振部である陽極部１００、電力を給電する入力部１０１、発振されたマイクロ波を管外に取り出す出力部１０２を備えており、陽極部１００を中心に管軸にそって一方に入力部１０１、他方に出力部１０２が配置されている。入力部１０１および出力部１０２は陽極部の陽極円筒１０３と筒状の金属封着体１０４，１０５によって真空気密に接合されている。入力部はセラミックステムとステムに植立した陰極ロッド１０７を備え、ロッド先端に螺旋状陰極１０８を保持している。出力部は陽極のベイン１０９から管軸上に同軸的に延長されたアンテナロッド１１０をセラミック絶縁筒を介して引き出している。
【０００３】
陽極部１００は陽極円筒１０３の内側に複数のベイン１０９が管軸に向かって放射状に配設されている。ベイン内端に対峙するように管軸に螺旋状陰極１０８が配置される。陽極円筒１０３の両端にはほぼ漏斗状のポールピース１１１，１１２が陽極円筒端面と金属封着体１０４，１０５との間で挟持されて固着されている（特許文献１参照）。
【０００４】
図６（ａ）により従来のマグネトロンの陽極円筒１０３と金属封着体１０４との接合部およびポールピースの配置を説明する。陽極円筒は無酸素銅でできており、円筒の両端面にリング状の段部１１３を形成し、外周部１１４を薄くしている。円筒１０３の厚さは例えば２ｍｍであり、この端面外周部１１４の厚さは１ｍｍである。ポールピース１１１は軟鉄の磁性体でできており、漏斗の最外縁１１５の径が陽極円筒の端面外周壁１１４の内径に合致している。最外縁１１５の金属封着体側にリング状の段部１１６を形成しており、筒状の金属封着体１０４のフランジ部１１７の最外周縁１１８が段部１１６に嵌合される。この構造は入出力部とも同様である。
【０００５】
ポールピース１１１および１１２は陽極円筒端面に嵌合されて陽極円筒の段部１１３により軸方向および円周方向に対し位置決めされ、このポールピースによって金属封着体１０４，１０５が位置決めされて、つづいて陽極円筒端面の外周壁１１４をアーク溶接等で溶融して金属封着体１０４，１０５の上に矢印１２２の方向に被せて、それぞれが固着されている。通常、図６（ａ）のような構造のマグネトロンにおいては陽極円筒やベイン、ストラップリングなどで構成する陽極部に必要な条件として、非磁性であること、導電性が良いこと、熱伝導性が良いこと、マグネトロン動作時の高温下でのガス放出が少ないことなどが挙げられ、それらの条件を満たす材料として一般的には銅や銅合金が用いられることが多い。
【０００６】
特に各部品を連続水素炉によってロー付けして接合する場合、水素脆化を起こさない酸素含有量の少ない無酸素銅が選択される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１９７９８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
省資源および近年の材料高騰によりマグネトロンの材料使用量削減やコスト削減が求められているが、前述したとおり陽極部にはかなりの量の銅や銅合金が使用されていることから、これまでに他の材質への変更や小型化などの試みがなされてきた。
【０００９】
しかしながら、陽極部の他の材質への変更は電気的および熱的な制約条件のみならず製造上においても様々な問題点があり実用化が難しいのが現状である。
【００１０】
例えば、近年電線等で利用されているアルミニウムは安価で非磁性であり導電率も比較的高いものの、低融点であることや強度、他金属との接合性の問題等があるため、陽極円筒への適用は困難である。他の分野ではコストダウンのために異種金属を張り合わせたクラッド材が使用されるケースもあるが、マグネトロンの陽極としては上記と同様な問題により使用は難しい。
【００１１】
また、陽極部の小型化のために材料薄肉化、径小化、軸方向短縮化等が行われているが、いずれにしても特性や放熱性への影響が大きい。図６（ｂ）に示すように、特に最も体積の大きい陽極円筒１０３の場合、材料薄肉化の効果は大きい反面、特性面や放熱性のみならず強度低下による問題も引き起こす。
【００１２】
製造過程でベイン、ストラップ、アンテナロッドのロー付けのために連続水素炉によって高温にさらされたあとは、陽極部全体が非常に軟化しており取り扱いに注意を要するが、特に陽極円筒はその後の工程で多くの外力を受けるため、薄肉化が非常に困難である。
【００１３】
例えば図６（ｂ）のように陽極円筒１０３の板厚を従来の図６（ａ）の２ｍｍからｌｍｍに半減させた場合、陽極円筒の端面段差１１３にポールピース１１１を嵌合した時、その時の外力およびアーク溶接時の熱膨張の影響により端面部１２０が外側に変形してしまい、図５の破線１１９で示すように端面１２０周辺の外径のみが中心部よりも最大０．３〜０．４ｍｍ程度大きくなり、全体に鼓状になるという問題が起こる。
【００１４】
この場合、陽極円筒１０３とポールピース１１１のクリアランスを大きくすることによって変形は防げるはずであるが、あまりクリアランスが大きいと軸合わせなど陽極部との位置出しが出来ず、特性に悪影響をもたらす。このため、クリアランスの管理幅を非常に小さくする必要があり現実的ではない。
【００１５】
また、陽極円筒１０３へのラジエーター圧入時にも大きな外力が掛かり変形してしまう問題があるが、それとは別に上記鼓状になった場合、外径の大きい端面部１２０によってラジエーターの方が広がりすぎて、陽極円筒外壁との接触が悪くなり冷却されないという問題も発生してしまう。
【００１６】
さらに、板厚が薄くなった分、溶接部１２１の板厚も薄くなるため、溶接不良の可能性も高まる。上記のような問題を解決するために構造を大きく変更するにも、板厚を薄くした分変更の自由度が低く、金属封着体との溶接に問題が出るだけではなく、設備や工程の大幅変更も必要となり容易ではない。
【００１７】
本発明は、上記した欠点を解決し、大きな変形を起こさずに陽極円筒の板厚を薄くして高価な銅を削減でき、ポールピースの位置決めにも影響を与えず、また製造工程の大幅な変更なしに当該箇所の気密接合も行えるマグネトロンを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、マイクロ波を発振する陽極部と、一端面部に入力側ポールピースおよび入力側金属封着体を介して配置され陰極ステムを含む入力部と、他端面部に出力側ポールピースおよび出力側金属封着体を介して配置されアンテナを含む出力部と、を管軸にそって配置したマグネトロンにおいて、前記陽極部は陽極円筒と陽極円筒内壁に前記端面部から離間して接合され前記管軸方向に放射状に突設された複数のベインを有し、前記陽極円筒の内壁の前記入力部側および前記出力部側の前記端面部と前記ベイン間に前記ポールピースを管軸方向に位置決め支持する非磁性の筒状補助陽極を配置し、前記入力部側および前記出力部側の前記金属封着体が前記補助陽極とともに前記ポールピースを挟持して前記陽極円筒の前記端面部と気密に接合されていることを特徴とするマグネトロンにある。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、陽極円筒内側に非磁性で且つ高温時でも比較的強度の強い補助陽極を圧入嵌合し、その補助陽極にポールピースの軸方向および円周方向の位置決め機能を持たせ、更に強度が低下した陽極円筒の補強にも利用するので、ポールピースが直接陽極円筒に嵌合せず、端部だけに外力が掛からないため、鼓状の変形を引き起こすことがない。また、陽極円筒端部はほぼ板厚そのままの厚さを残すことが出来るので、従来と変わりなく、不良を起こしにくい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明一実施例のマグネトロンの断面図。
【図２】本発明一実施形態の要部を示す断面略図。
【図３】本発明一実施形態の要部を示す断面略図。
【図４】（ａ）は本発明の一実施形態の補助陽極を示す斜視図、（ｂ）は補助陽極の変形例を示す斜視図。
【図５】比較例を説明するマグネトロンの略断面図。
【図６】従来例（ａ）および比較例（ｂ）の陽極端面部を説明する略断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図１ないし図４（ａ）は本発明の一実施形態の電子レンジ用マグネトロン１０を示している。２４５０ＭＨｚ帯のマイクロ波を発振する陽極部１１を中心に、その一端面に管軸ｍにそって電力を給電する入力部１２と、他端面に管軸にそって陽極部から発振されたマイクロ波を管外に取り出す出力部１３が配置されている。これらの入力部１２および出力部１３は陽極部の陽極円筒１４と筒状の金属封着体１５，１６によって真空気密に接合されている。入力部１２はセラミックステム１７とステムに植立した陰極ロッド１８を備え、ロッド先端に螺旋状陰極２０を保持している。出力部は陽極のベイン２１から管軸上に同軸的に延長されたアンテナロッド２２をセラミック絶縁筒２３を介して引き出している。
【００２２】
陽極円筒は無酸素銅でできており、薄板の円筒体として両端面部でポールピースを支持しない構造になっている。その内壁に陽極円筒の両端面部２４，２５から離間して同様の材質の複数の板状のべイン２１が管軸ｍに向けて放射状に突設、配設され、その上下辺２１１（図２参照）にロー付けされた大小径一対のストラップリング２６，２７により１枚おきに連結されている。複数のべインの内端面に囲まれた電子作用空間には、螺旋状陰極２０が陽極円筒の軸心すなわち管軸に配設され、その両端はそれぞれ入力側エンドハット２８、出力側エンドハット２９に固着されている。
【００２３】
さらに詳述すると陽極円筒の両端面部２４，２５には、電子作用空間に磁束を導くそれぞれ略漏斗状の出力側ポールピース３１、入力側ポールピース３０が電子作用空間を挟んで相互に対峙して固着され、このポールピース３０，３１はそれぞれ筒状の金属封着体１５，１６を介して陽極円筒１４の端面部２４，２５の内壁に接して固着されている。
【００２４】
出力側金属封着体の上端には出力部を構成する出力側セラミック絶縁筒２３が接合されており、更にその上端には排気管３３が接合されている。
【００２５】
また、一つのべインから導出されたアンテナロッド２２がポールピース３１を貫通し出力部１３内を延びて、先端が排気管３３に挟持固定されており、その排気管全体をキャップ３４が覆っている。もう一方の入力側金属封着体１５の下端には入力部１２を構成するセラミックステム１７が接合されている。セラミックステム１７に接合された中継板（図示しない）に接合されているサポートロッド１８が２つのエンドハット２８，２９を介して螺旋状陰極２０の両端と接続している。
【００２６】
また、中継板には入力側セラミックを貫通し、管外へ導出された入力端子３９も接合されている。陽極円筒１４の外周部には冷却用のラジエーター４０が複数枚圧入される。
【００２７】
出力側ポールピース３１の上方および入力側ポールピース３０の下方の金属封着体１５，１６に環状の永久磁石４１，４２が嵌着されている。さらに陽極円筒、冷却ラジエーターおよび永久磁石を囲んで磁路形成用の磁気ヨーク４３が配置されている。
【００２８】
入力部側のステム１７外方にフィルタボックス４４が配置され、ステムから導出された入力端子３９に、フィルタ回路を形成するコイル４５および貫通コンデンサ４６が接続されている。
【００２９】
つぎに陽極部について詳述する。厚さ１ｍｍの無酸素銅からなる陽極円筒１４の内側には同じ無酸素銅の複数のべイン２１が放射状に配設され、このべインの上下端２１１にロー付けされた大小一対のストラップリング２６，２７により１枚おきに連結されている。
【００３０】
このべインが配設された上下すなわち入力側と出力側に、図４（ａ）に示すような陽極円筒１４の内径と同じ外径を持つ厚さ１．０ｍｍのオーステナイト系ステンレス鋼例えばクロムニッケル鋼（Ｆｅ７４−Ｃｒ１８−Ｎｉ８、ＳＵＳ３０４）からなる筒状補助陽極５０が圧入嵌合される。この補助陽極の一端面５１がポールピースを受け、他端面５２がベイン辺２１１に当接する。材質は銅の陽極円筒よりも剛性が高く、陽極円筒との膨張係数差は陽極円筒に対して±５０％の範囲内に収まるのが望ましい。 本実施形態において、熱膨張係数は無酸素銅が１６．８×１０６、ＳＵＳ３０４が１６．７×１０６で同等である。
【００３１】
電子レンジ用マグネトロンでは陽極円筒は無酸素銅のみで形成した場合、２ｍｍ厚が薄さの限界であるが、本実施形態では陽極円筒の厚みは１ｍｍ、保持陽極の厚みは１ｍｍであり、陽極円筒の厚みを半減させることができた。この陽極円筒の板厚は、円筒外径が４０ｍｍφ程度の場合、０．５ｍｍｔ程度にすることが可能である。
【００３２】
この補助陽極の軸方向長さＬはベイン辺２１１とポールピースのベイン側面３０１，３１１との間隔を正確に規制し、補助陽極をこれらの間に配置することにより、入出力側ポールピース３０，３１は補助陽極５０と嵌合して軸方向および周方向に対して位置決めされる。ポールピース３０，３１の反対側には各入出力側の筒状の封着金属体１５，１６が設置される。金属封着体の不ランド部最外縁にはポールピース外縁を囲んで嵌めこまれるリブ１５１，１６１が形成されている。この状態で陽極円筒端面部２５をアーク溶接やプラズマ溶接等により図３矢印の方向に溶かし込み、各封着金属体３０，３１側へと被せることで気密接合される。
【００３３】
これにより、陽極円筒１４とポールピース３０，３１との嵌合が直接行わず、補助陽極によって位置決めされるため、陽極円筒端部２５の著しい変形が無くなり、その後の製造工程でも陽極円筒が補助陽極によって補強されるため、陽極円筒の変形による不良が発生しない。
【００３４】
非磁性のクロムニッケル鋼例えばＳＵＳ３０４は材料としては廉価ではないが、使用量が少ないことと、メッキ等の処理を必要としないため、トータルコストの低減に繋がる。
【００３５】
本実施形態では補助陽極のポールピースを受ける端面５１の内壁側に環状の段差５３を設けてポールピース３０，３１を位置決めしているが、ポールピース側に段差を設けて位置決めしても良い。
【００３６】
図４（ｂ）は、補助陽極の変形例を示す。補助陽極５０は図４（ａ）のような単純な円筒形でも良いが、ベイン辺２１１に当接する他端面５２に、図４（ｂ）のようなベインに対応したスリット５４を設けて、陽極円筒中央部まで延伸させると、入出力部両側の補助陽極同士が突き合わされるため補強効果がより向上する。なおスリット５４はベインにわずかに係合する程度の深さにしても周方向の回転が制限できるためにさらに強固な支持が実現する。本変形例ではポールピースを受ける端面に段部を形成せず、ポールピース側に段部を形成する。
【００３７】
本実施形態ではベインやストラップをロー付けした後に補助陽極を圧入している。これは通常ロー付け時には水素雰囲気炉に投入して各部品をロー付けするため、ロー付け前にＳＵＳ３０４等の異なる材質の補助陽極を圧入すると水素脆化を起こしてしまうからである。水素脆化を起こさず、その他の条件を満たす材質の補助陽極であれば、ロー付け前の圧入や、場合によってはロー付けしてしまっても構わない。また補助陽極は真空外囲器内に配置するので、外囲器条件に制約されない。
【符号の説明】
【００３８】
１０：マグネトロン、１１：陽極部、１２：入力部、１３：出力部、１４：陽極円筒、１５，１６：金属封着体、１７：セラミックステム、１８：陰極ロッド、２０：陰極、２１：ベイン、２１１：ベイン辺、２２：アンテナロッド、２４，２５：端面部、２６，２７：ストラップリング、３０：入力側ポールピース、３１：出力側ポールピース、３９：入力端子、４０：ラジエーター、４１，４２：永久磁石、５０：補助陽極、５１，５２：（補助陽極）端面
【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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