(57)【要約】【課題】カソード支持構体の真空領域において高電圧に耐える絶縁の沿面距離を十分に取ることができ、かつ振動等によるカソード位置の変動を小さく抑えるようにする。【解決手段】中心部にカソードを設けたアノードの外側径方向に配置され、内部を真空状態とするカソード支持構体１５を有し、このカソード支持構体１５でカソードを支持するカソード支持アームを固定するマグネトロンにおいて、カソード支持構体１５には、アノード−カソード間を絶縁する円筒形の高圧絶縁体１７の内側に筒状体１８を配置し、この筒状体１８の外側領域を含むカソード支持構体１５内を真空状態に維持し、該筒状体１８のカソード側端部にはヒーター絶縁体２０Ａを取り付け、このヒーター絶縁体２０Ａにカソード支持アーム３，４を固定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードと、このアノードの中心部に配置されたカソードと、上記アノードの径方向に配置され、上記カソードを支持するカソード支持アームを真空状態を維持する内部に支持するカソード支持構体と、を備えたマグネトロンにおいて、
上記カソード支持構体の外装部材として配置され、上記アノード−カソード間を絶縁する筒状の高圧絶縁体と、
この高圧絶縁体の内側に配置され、上記カソード支持構体の後端部の真空端からカソード側の位置で上記カソード支持アームを固定する固定部材と、を設けたことを特徴とするマグネトロン。
【請求項２】
上記高圧絶縁体の内側に配置された筒状体を有し、この筒状体の外側の領域を含む上記カソード支持構体内を真空状態に維持すると共に、該筒状体の上記カソード支持構体の後端部の真空端よりカソード側の位置で上記カソード支持アームを固定する筒状固定部材を設けたことを特徴とする請求項１記載のマグネトロン。
【請求項３】
上記固定部材又は筒状固定部材のカソード側端部に、ヒーター電圧を絶縁するためのヒーター絶縁体を設け、このヒーター絶縁体に上記カソード支持アームを固定することを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のマグネトロン。
【請求項４】
上記カソード支持アームとして、カソード端子用支持アームとヒーター端子用支持アームが設けられた構成において、
上記カソード端子用支持アームを上記筒状体のカソード側端部に配置された第１固定部に固定し、
上記ヒーター端子用支持アームを上記第１固定部からカソード側とは反対側の上記筒状体内に配置された第２固定部に固定し、
この第２固定部と上記第１固定部との間の上記筒状体内に、ヒーター電圧を絶縁するためのヒーター絶縁体を配置したことを特徴とする請求項２記載のマグネトロン。
【請求項５】
上記カソード支持アームとして、カソード端子用支持アームとヒーター端子用支持アームが設けられた構成において、
上記カソード端子用支持アームを上記筒状体のカソード側に配置された第１固定部に固定し、
上記筒状体の第１固定部からカソード側へ向けて筒形状のコロナシールドを設置すると共に、上記ヒーター端子用支持アームを上記第１固定部からカソード側に配置された第２固定部に固定し、
この第２固定部と上記第１固定部との間の上記コロナシールド内に、ヒーター電圧を絶縁するためのヒーター絶縁体を配置したことを特徴とする請求項２記載のマグネトロン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマグネトロン、特に高電圧を印加するカソードをアノード径方向から支持するためのカソード支持構体を有するマグネトロンの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のマグネトロンには、カソードを支持する支持構体をアノードの軸方向（カソードの軸方向でもある）に取り付ける場合と、アノードの径方向（カソードの径方向でもある）に取り付ける場合とがあり、カソード支持構体をアノードの径方向に取り付ける構造は、カソード支持構体をアノードの軸方向に取り付ける構造と比較して、振動等によるカソード位置の変動を抑えることが難しいという問題がある。
【０００３】
しかし、マグネトロンを設置する装置での空間的な制約から、カソード支持構体を径方向に取り付ける構造のマグネトロンも必要とされており、従来には、下記特許文献１のように、カソード支持構体を径方向に取り付ける構造で、カソード位置の変動が小さくなるようにするものがある。
【０００４】
図５には、従来のマグネトロン（特許文献１）のカソード支持構体の構成が示されており、図５において、符号の３，４は、カソード支持アーム、５はカソード支持アーム３の中に通されるカソード端子、６はカソード支持アーム４の中に通されるヒーター端子、７はセラミック円筒、８はセラミック円筒７の途中に設けられ、カソード支持アーム３，４を固定するセラミック製の真空壁、９は接続リングである。この接続リング９がアノードブロック（例えば図２の符号１２）の側面に取り付けられ、かつカソード支持アーム３，４がカソード（例えば図２の符号２）に接続されることにより、カソード支持構体がアノードの外側径方向に取り付けられ、上記真空壁８からカソード寄りの内側が真空状態とされる。
【０００５】
このような構成では、上記真空壁８がカソード支持アーム３，４を固定する役目をしており、この真空壁８をセラミックス円筒７のカソード寄り（図の下側）に設置し、この真空壁８からカソード支持アーム３，４のカソード取付け部分までの長さを出来るだけ短くすることにより、振動によるカソード自体の位置変動を小さくするようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−２１６４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図５のマグネトロンの構成では、カソード支持構体とアノードとの間に印加される高電圧に耐える真空容器内における絶縁の沿面距離は、上記真空壁８とこの真空壁８からカソード側（図の下側）のセラミックス円筒７の部分の長さだけであり、高電圧に耐える長さを確保することが難しくなる。
【０００８】
一方、高電圧に耐えられる沿面距離を確保できる位置にセラミックス製の真空壁８を設置する場合は、真空壁８からカソード固定位置までのカソード支持アーム３，４の長さが長くなり、振動等によるカソード位置の変動を小さく抑えることが困難になるという問題があった。
【０００９】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、カソード支持構体の真空領域において高電圧に耐える絶縁の沿面距離を十分に取ることができ、かつ振動等によるカソード位置の変動を小さく抑えることが可能にな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】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、アノードと、このアノードの中心部に配置されたカソードと、上記アノードの径方向に配置され、上記カソードを支持するカソード支持アームを真空状態を維持する内部に支持するカソード支持構体と、を備えたマグネトロンにおいて、上記カソード支持構体の外装部材として配置され、上記アノード−カソード間を絶縁する筒状の高圧絶縁体と、この高圧絶縁体の内側に配置され、上記カソード支持構体の後端部の真空端からカソード側の位置で上記カソード支持アームを固定する固定部材と、を設けたことを特徴とする。
請求項２の発明は、上記高圧絶縁体の内側に配置された筒状体を有し、この筒状体の外側の領域を含む上記カソード支持構体内を真空状態に維持すると共に、該筒状体の上記カソード支持構体の後端部の真空端よりカソード側の位置で上記カソード支持アームを固定する筒状固定部材を設けたことを特徴とする。
請求項３の発明は、上記固定部材又は筒状固定部材のカソード側端部に、ヒーター電圧を絶縁するためのヒーター絶縁体を設け、このヒーター絶縁体に上記カソード支持アームを固定することを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明は、上記カソード支持アームとして、カソード端子用支持アームとヒーター端子用支持アームが設けられた構成において、上記カソード端子用支持アームを上記筒状体のカソード側端部に配置された第１固定部に固定し、上記ヒーター端子用支持アームを上記第１固定部からカソード側とは反対側の上記筒状体内に配置された第２固定部に固定し、この第２固定部と上記第１固定部との間の上記筒状体内に、ヒーター電圧を絶縁するためのヒーター絶縁体を配置したことを特徴とする。
請求項５の発明は、上記カソード支持アームとして、カソード端子用支持アームとヒーター端子用支持アームが設けられた構成において、上記カソード端子用支持アームを上記筒状体のカソード側に配置された第１固定部に固定し、上記筒状体の第１固定部からカソード側へ向けて筒形状のコロナシールドを設置すると共に、上記ヒーター端子用支持アームを上記第１固定部からカソード側に配置された第２固定部に固定し、この第２固定部と上記第１固定部との間の上記コロナシールド内に、ヒーター電圧を絶縁するためのヒーター絶縁体を配置したことを特徴とする。
【００１２】
上記の構成によれば、アノードの径方向にカソード支持構体を取り付けるマグネトロンにおいて、例えばアノード−カソード間を絶縁するための円筒状の高圧絶縁体の内側に、金属製パイプ等からなる円筒体を配置し、この円筒体の外側領域を含むカソード支持構体内を真空に維持すると共に、該筒状体のカソード側端部にヒーター絶縁体を設け、このヒーター絶縁体にカソード支持アームを固定する構成にすることができる。
即ち、マグネトロンのカソードは、カソード内部に組み込んだヒーターによって加熱して使用されるので、そのヒーターに印加する電圧を絶縁するためのヒーター絶縁体が必要であり、このヒーター絶縁体にカソード支持アームを固定すれば、構成がシンプルとなる。
【００１３】
また、ヒーター端子用支持アームを円筒体内の第２固定板に固定することにより、ヒーター絶縁体を円筒体の内部へ配置する、更には、円筒体のカソード側にコロナシールドを設け、このコロナシールド内にヒーター絶縁体を配置する構成を採用することができ、いずれの場合も、ヒーター絶縁体と金属の固定部材とのロウ付け部分が高電界にさらされず、その部分で生じるアーキングを防止することができる。
即ち、カソード支持アームを固定する場所は、アノードと同電位の部品が近くに設置されるので、カソード−アノード間に印加する高電圧により電界強度が大きくなる場合があり、ヒーター絶縁体を金属の固定部材にロウ付けする部分が高電界に曝露されてアーキングを生じる可能性があり、円筒体やコロナシールドでヒーター絶縁体のロウ付け部分が高電界にさらされないようにすることで、アーキングの発生を抑制している。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、真空を維持するカソード支持構体（外装部材としての高圧絶縁体）の内部に、カソード支持アームを固定する固定部材又は筒状固定部材を設ける構成としたので、必要な長さに設定した高圧絶縁体により、高電圧に耐える絶縁の沿面距離を十分に取ることができると共に、カソード支持アームの固定位置もカソードの近くに設定され、カソード支持アームの固定位置からカソードまでの距離を短くすることが可能となり、振動等によるカソード位置の変動を小さく抑えることができるという効果がある。
また、ヒーター絶縁体を設ける場合でも、カソード支持アームの固定位置からカソードまでの距離を短くしながら、ヒーター絶縁体のロウ付け部分が高電界にさらされないようにして、アーキングの発生を良好に抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施例に係るマグネトロンのカソード支持構体を示す断面図である。
【図２】第１実施例のマグネトロンの構成を示す断面図である。
【図３】第２実施例のマグネトロンのカソード支持構体を示す断面図である。
【図４】第３実施例のマグネトロンのカソード支持構体を示す断面図である。
【図５】従来のマグネトロンのカソード構体を示す断面図である
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１に、第１実施例のカソード支持構体の構成、図２に第１実施例のマグネトロンの主要部分の構成が示されており、まず図２において、符号の１は陽極共振空胴を持つ中空円筒形状のアノードシェルの内側に複数のベーンが配置されたアノード、２はアノード１の円筒中空の中心に設けられた円筒形のカソード、１１ａ，１１ｂは電極への接続具、１２はアノードブロック、１３ａ，１３ｂは貫通孔、１５はカソード支持構体である。このカソード支持構体１５の接続リング９がアノードブロック１２に溶接により取り付けられ、カソード支持構体１５のカソード支持アーム３，４が貫通孔１３ａ，１３ｂを介してカソード２の接続具１１ａ，１１ｂに溶接等で接続されることで、カソード支持構体１５がアノード１の外側径方向に配置される。
【００１７】
図１において、符号の３，４は上述したカソード支持アーム、５はカソード支持アーム３の中に通されるカソード端子、６はカソード支持アーム４の中に通されるヒーター端子、９は接続リング、１７はセラミック等からなる円筒形状の高圧絶縁体（高圧碍子）、１８は金属製パイプからなる円筒体、１９ａ，１９ｂは真空壁となる金属パイプ、１９ｃは真空壁となる金属製の中空円板、２０Ａはセラミック等からなり固定部材でもある円板状のヒーター絶縁体（ヒーター碍子）、２２，２３，２４はチョーク構造である。
【００１８】
上記円筒形状の高圧絶縁体１７は、接続リング９に金属パイプ１９ａを介して取り付けられ、この高圧絶縁体１７の反対側には、金属パイプ１９ｂと中空円板１９ｃを介して円筒体１８が取り付けられることにより、円筒体１８が円筒形状の高圧絶縁体１７の内側に固定され、この円筒体１８のカソード側端部にヒーター絶縁体２０Ａが取り付けられる。これらの各部材の取付けのための接合は、真空気密を保つように溶接、ロウ付け等で行われることにより、円筒体１８の外側、高圧絶縁体１７の内側が真空とされる。
【００１９】
即ち、上記円筒体１８は、振動に対する強度の強い金属製パイプとし、この円筒体１８をカソード支持構体１５の後端部の真空端にある中空円板１９ｃからカソード側に向けて設置し、その先端に円板形のヒーター絶縁体２０Ａを取り付け、このヒーター絶縁体２０Ａにカソード支持アーム３，４を取り付けた構成となる。なお、ヒーター絶縁体２０Ａと円筒体１８及びカソード支持アーム３，４との接合では、ヒーター絶縁体２０Ａの接合部分にロウ付けのためのメタライズ面を設けることで、ロウ付けを行っている。
このヒーター絶縁体２０Ａは、カソード端子５とヒーター端子６の間に印加するヒーター電圧の絶縁を確保しつつ、カソード支持アーム３，４を固定する役目をする。
【００２０】
マグネトロンは、円筒形のカソード２とアノード１の間に高電圧を印加し、カソード２から電子を取り出し、アノード１及びカソード２の軸方向に印加する磁界によって電子を旋回運動、周回運動させ、印加する高電界のエネルギーをアノード１に形成した空胴共振器の高周波電界のエネルギーに変換し、マイクロ波を発振させるものである。
上記の高圧絶縁体１７は、上述のように、カソード２とアノード１の間に印加される高電圧に対する絶縁をとる目的で配置されており、その電圧の大きさによって高圧絶縁体１７に必要とされる沿面距離（高圧絶縁体１７の長さ）が決定される。
【００２１】
実施例では、マグネトロンの内部が真空に保たれ、カソード支持構体１５における円筒形状の高圧絶縁体１７の内面も真空となるため、必要とされる十分な沿面距離をとることが可能となる。従来と比較して、ヒーター絶縁体２０Ａからカソードの反対方向（カソード支持構体１５の後端部）へ向けた長い距離において真空となるので、沿面距離が大きく伸びることになる。
【００２２】
マグネトロンの動作では、カソード２から放出された電子の一部はアノード１に至らず、カソード２に戻ってカソードの構成材料をスパッタする特徴があり、そのため、使用に伴いマグネトロン管球内の真空壁面は、カソード２からのスパッタ物で汚染が進行していく。従って、動作時間の経過に伴い高圧絶縁体１７の真空側の壁面も汚染が進行し、汚染物によって絶縁耐電圧が低下していく。
【００２３】
このような動作・特性から、マグネトロンの場合、他の電子管等に比べて高圧絶縁体１７の真空側の沿面距離を十分に取っておくことが、長寿命化のために有効である。通常、高電圧の印加時に真空中で必要とされる沿面距離は、空気中で必要とされる沿面距離よりも短くてよいとされているが、本発明のマグネトロンでは、高圧絶縁体１７の真空中の沿面距離を空気中の沿面距離と略同じとして、十分な耐電圧を確保し、長寿命化を実現している。
【００２４】
一方、円筒体１８のカソード側に取り付けたヒーター絶縁体２０Ａでカソード支持アーム３，４を固定することにより、このカソード支持アーム３，４は、カソード２から最短の距離で固定・支持されるので、振動等によるカソードの位置の変動が小さく抑えられることになる。
【００２５】
図３に、第２実施例のカソード支持構体の構成が示されており、この第２実施例は、ヒーター絶縁体を円筒体の内部に配置したものである。図３において、符号の２６は円筒体１８のカソード側端部に取り付けられた金属板状の第１固定部、２７は同様に金属板状（又は金属ブロック状）の第２固定部、２０Ｂはヒーター絶縁体（碍子）であり、カソード端子５を内包するカソード支持アーム３は上記第１固定部２６によって固定され、ヒーター端子６を内包するカソード支持アーム４は上記第２固定部２７によって固定され、この第２固定部２７と第１固定部２６の間にヒーター絶縁体２０Ｂが取り付けられる。
【００２６】
即ち、第１固定部２６に対し、金属製パイプ、ヒーター絶縁体２０Ｂ、第２固定部２７がロウ付けにより接合・固定され、ヒーター絶縁体２０Ｂは円筒体１８の内側に配置される。これにより、ヒーター絶縁体２０Ｂのロウ付け部分は、円筒体１８と金属製の第１固定部２６とによって、高電圧による電界からシールドされる。なお、第２固定部２７からカソード側（図の下側）のヒーター絶縁体２０Ｂ及び金属製パイプの内側の空間は真空となる。
【００２７】
一般に、絶縁物と金属と真空領域の接触部は、トリプルジャンクションと呼ばれ、電界の歪が大きく、電子が放出され易い部分であり、高電圧を扱う場合、トリプルジャンクションを高電界にさらさないことがアーキング防止のために必要とされている。
図３の実施例では、絶縁物であるヒーター絶縁体２０Ｂのロウ付け部分がトリプルジャンクションとなっているが、このロウ付け部分は上述のように電界からシールドされているので、その部分での電子の放出がなく、アーキングは生じないことになる。
【００２８】
図４には、第３実施例のカソード支持構体の構成が示されており、この第３実施例は、ヒーター絶縁体をコロナシールドの内部に配置したものである。図４において、符号の３０は、円筒体１８の途中に取り付けられた金属板状の第１固定部、３１はカソード支持アーム３のアーム接続棒（固定補助具）、３２はコロナシールド、３３は金属板状（又は金属ブロック状）の第２固定部、３４はカソード支持アーム４のアーム接続棒（固定補助具）、２０Ｃはヒーター絶縁体である。
【００２９】
この実施例では、円筒体１８の第１固定部３０からカソード側の部分がコロナシールド３２として機能し、また第１固定部３０に対し、金属製パイプ、ヒーター絶縁体２０Ｃ、第２固定部３３がロウ付けにより接合・固定され、ヒーター絶縁体２０Ｃはコロナシールド３２の内側に配置される。なお、第１固定部３０からカソード側、ヒーター絶縁体２０Ｃ及び金属製パイプの外側の空間は真空となる。
【００３０】
このような構成によれば、トリプルジャンクションとなっているヒーター絶縁体２０Ｃのロウ付け部分が、円筒形状のコロナシールド３２によって囲われて電界からシールドされるので、その部分での電子放出がなく、アーキングを生じさせることがない。
【００３１】
また、第３実施例では、カソード支持アーム３と第１固定部３０との接続、カソード支持アーム４と第２固定部３３との接続に、これらカソード支持アーム３，４よりも径の大きなアーム接続棒３１，３４を用いており、このアーム接続棒３１，３４のようにカソード支持アーム側の固定部分を太くすれば、振動等によるカソード位置の変動をより小さくすることが可能になる。
【００３２】
また、上記第２及び第３実施例でも、第１実施例と同様に、真空中の沿面距離を長くすることにより、十分な耐電圧を確保して長寿命化を実現することができると共に、カソード支持アーム３，４を最短の距離でカソード２に接続することにより、振動等によるカソードの位置の変動を小さく抑えることが可能となる。
【００３３】
上記実施例では、高圧絶縁体１７を円筒形状と説明したが、その表面を波型として円面距離を長くすることも可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１…アノード、              ２…カソード、
３，４…カソード支持アーム、
５…カソード端子、          ６…ヒーター端子、
９…接続リング、            １５…カソード支持構体、
１７…高圧絶縁体（碍子）、  １８…円筒体、
１９ａ，１９ｂ…金属パイプ、１９ｃ…中空円板、
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ…ヒーター絶縁体（碍子）、
２２〜２４…チョーク構造、  ２６，３０…第１固定部、
２７，３３…第２固定部、    ３１，３４…アーム接続棒、
３２…コロナシールド。
【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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