(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極を囲むようにアノードベーンを配置し、かつこのアノードベーンを内側に固定した陽極円筒と、この陽極円筒の外側に配置された外部空胴とを有する同軸型マグネトロンにおいて、
上記陽極円筒の一端を本体の一方側に固定し、他端を本体の他方側に摺動可能な状態で接触・配置したことを特徴とする同軸型マグネトロン。
【請求項２】
上記本体の他方側に、陽極円筒配置用の段差を設け、この段差の垂直面に上記陽極円筒の内面又は外面のいずれか一方を摺動可動な状態で接触させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の同軸型マグネトロン。
【請求項３】
上記陽極円筒の摺動可能な他端における上記本体他方側の段差と接触しない面を削った形状としたことを特徴とする請求項２記載の同軸型マグネトロン。
【請求項４】
上記本体の他方側に、陽極円筒配置用の溝を設け、この溝の両側に上記陽極円筒の内面及び外面を接触させることを特徴とする請求項１記載の同軸型マグネトロン。
【請求項５】
上記陽極円筒の他端と上記本体の他方側が接触する両方の接触面を、互いに嵌合して摺動可能となる凹凸形状としたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の同軸型マグネトロン。
【請求項６】
上記本体の他方側に接触する上記陽極円筒の他端の接触面の先端の角部を面取りしたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の同軸型マグネトロン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波を発振するマグネトロン、特に陽極共振空胴の外側に外部空胴を有する同軸型マグネトロンの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、マグネトロンは、簡便な構造で効率良く大出力のマイクロ波を発振可能なことから、様々なアプリケーションや装置に利用されている。その中で、発振周波数を精密に同調させる必要があるものとして、例えば混信を避けるため、精密に周波数を変更して探知を行うレーダや、高いＱ特性を持つ狭帯域の共振器に、精密に同調したマイクロ波を投入し、電子に加速電界を加えるＬｉｎａｃ等がある。このようなアプリケーション、装置等に使用されるマグネトロンでは、周波数を機械的に可変できる機構を備える必要があり、その１つとして同軸型マグネトロンが実用化されている。
【０００３】
図７に、大出力が得られる同軸型マグネトロンの１例が示されており、この例では、中心に配置された陰極（カソード）１の周囲に、陽極（アノード）として放射状に配置したベーン２及びこのベーン２を接合した陽極円筒３が設けられ、このベーン２及び陽極円筒３により陽極共振空胴５０が形成される。また、この陽極円筒３にスロット４が設けられ、この陽極円筒３の周囲に外側円筒６が配置されることで、陽極共振空胴５０と同軸となる外部空胴６０が形成される。
【０００４】
更に、陰極１の上下に、ポールピース７ａ，７ｂが配置され、上記外部空胴６０内に、チューニングピストン８が取り付けられ、入力部９に接合される入力側構造体１０には、冷却液を通す冷却用通路１１が設けられる。上記ポールピース７ｂは、上部構造体１２の一部として取り付けられ、この上部構造体１２が外側円筒６に接合されることで、マグネトロンが組み立てられており、上記陽極円筒３は、入力側構造体１０に接合されるが、上部構造体１２には接合されず、片持ちの状態となる。
【０００５】
このような構成によれば、外部からチューニングピストン８の位置を移動させ、外部空胴６０のリアクタンスを変化させることにより、マグネトロンの共振周波数、そして発振周波数を調整することができる。この結果、マグネトロンの発振周波数を精密に可変し、アプリケーション、装置等の要求する周波数に同調させることが可能となる。このマグネトロンによれば、高出力のマイクロ波を発振することができ、ピーク出力が数ＭＷ、平均出力が数ｋＷとなる高出力を得る設計が可能である。
【０００６】
ところで、このような非常に高い出力のマグネトロンでは、高い発振効率が得られるとはいえ、陽極損失で発生する熱に対する冷却設計が重要となる。また、上記のベーン２は薄い金属で緻密に製作されているため、オーバーヒートを起こすと、変形して発振特性に影響を及ぼしたり、溶解変形してマグネトロンとしての機能を損なわせたりすることがあった。そのため、高出力のマグネトロンでは、水冷用液体を陽極構造体に近接して流し、冷却する設計が提案されており、図７の場合でも、陽極円筒３の近くに冷却用通路１１を設けることで、マグネトロンの冷却を行っている。
【０００７】
下記の特許文献１（特開２００４−１３４１６０号公報）には、同軸型マグネトロンではないが、冷却用液体を用いるものが示されており、この例では、ベーンが接合された陽極円筒の外壁面の周方向に沿って冷却ジャケットを設け、この冷却ジャケットに冷却液を流す構造となっている。このような構造によれば、ベーン周辺で発生した陽極損失による熱を効率よく液体と熱交換し、ベーンを含む陽極の温度を低減することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１３４１６０号公報
【特許文献２】特開平１０−２６９９５３号公報
【特許文献３】特開平１０−３０２６５５号公報
【特許文献４】特開２０１４−１３２５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献２（特開平１０−３０２６５５号公報）、特許文献３（特開平１０−３０２６５５号公報）の構造でも分かるように、図７のような同軸型のマグネトロンでは、陽極円筒３の外側に、外部空胴６０を設け、チューニングピストン８を上下動させる構成のため、特許文献１のような冷却ジャケットの構造を採用することは不可能であり、マグネトロンの冷却を効率良く行うことができないという問題がある。
【００１０】
一方、同軸型マグネトロンでは、上述のように、陽極円筒３が入力側構造体１０のみに接合された片持ちの状態となり、陽極円筒３から外部へ良好に放熱できないという問題もあった。一般に、マグネトロンでは、対向するポールピース７ａ，７ｂ間の間隔（ギャップ）Ｌｂの寸法を厳守するため、図７のように、誤差要因となる陽極円筒３の長さを短めに設定してその一端のみを接合し、上部構造体１２側の他端をフリーにする設計が行われる。そして、組立では、入力側構造体１０に対する上部構造体１２の間隔Ｌａを規定値に正確に一致させながら、この上部構造体１２を外側円筒６に接合することで、ポールピース７ａ，７ｂ間の間隔Ｌｂを所定の寸法に合わせている。このような理由から、陽極円筒３は入力側構造体１０に片持ち状態となり、上部構造体１２側がフリーとなる結果、陽極円筒3からの放熱が促進されず、冷却効率を上げることができなかった。
【００１１】
なお、上記特許文献２等に示された図では、陽極円筒が上下のポールピースに接触しているが、ポールピース間のギャップを精密に設定する場合は、上述したように、陽極円筒の他端をフリーにするのが好適である。
【００１２】
また、図７において上述したように、入力側構造体１０側の陽極円筒３の付け根に冷却用通路１１を設け、冷却液を流すことで冷却することが提案されているが、この冷却でも限度がある。
【００１３】
一方、上記特許文献４（特開２０１４−１３２５３６号公報）に示す構造も提案されており、この例では、陽極円筒３の上下両端を接合（ロウ付け）し、ベーン２の先端周辺で発生する熱を陽極円筒３の両端を通じて拡散させることにより、ベーン２の昇温を抑え、効率良く冷却を行うことができる。
【００１４】
しかしながら、この例では、陽極円筒３の上下を接合することにより、製造工程上で接合後の状態確認を行うことが難しく、組立工程の簡素化も促進できないという問題が生じる。即ち、陽極円筒３の中心への陰極１の位置決め（芯出し）を始めとして、ポールピース７ａ，７ｂ間の間隔Ｌｂ等において、それぞれの部材が正確に位置決めされる必要があり、各部材の位置、各部材間の寸法を確認しながら組立を行うが、陽極円筒３の上下を接合する構造のため、各部材の状態確認が煩雑又は困難となる。
【００１５】
また、マグネトロンの使用時に、冷却が良好に行われない場合、陽極部分及びその周辺の過熱（オーバーヒート）により陽極円筒３等が膨張・変形し、ポールピース７ａ，７ｂの間隔Ｌｂが変わり、発振特性に影響を及ぼすという不都合もある。
【００１６】
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、陽極部分からの放熱を促進し、全体の冷却効率を向上させ、最大発振出力を高めることができ、また陽極円筒等が膨張・変形による影響をなくすことが可能となる同軸型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】
【００１７】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明の同軸型マグネトロンは、陰極を囲むようにアノードベーンを配置し、かつこのアノードベーンを内側に固定した陽極円筒と、この陽極円筒の外側に配置された外部空胴とを有する同軸型マグネトロンにおいて、上記陽極円筒の一端を本体の一方側に固定し、他端を本体の他方側に摺動可能な状態で接触・配置したことを特徴とする。
請求項２に係る発明は、上記本体の他方側に、陽極円筒配置用の段差を設け、この段差の垂直面（垂直方向の面）に上記陽極円筒の内面又は外面のいずれか一方を摺動可動な状態で接触させるようにしたことを特徴とする。
請求項３に係る発明は、上記陽極円筒の摺動可能な他端における上記本体他方側の段差と接触しない面を削った形状としたことを特徴とする。
請求項４に係る発明は、上記本体の他方側に、陽極円筒配置用の溝を設け、この溝の両側に上記陽極円筒の内面及び外面を接触させることを特徴とする。
請求項５に係る発明は、上記陽極円筒の他端と上記本体の他方側が接触する両方の接触面を、互いに嵌合して摺動可能となる凹凸（波状を含む）形状としたことを特徴とする。
請求項６に係る発明は、上記本体の他方側に接触する上記陽極円筒の他端の接触面の先端の角部を面取りしたことを特徴とする。
【００１８】
上記の構成によれば、例えば本体の一方側となる入力側構造体（蓋状構造体）に、陰極及びポールピースの一方（その他、外側円筒等）が固定されており、この入力側構造体に対し陽極円筒の一端が固定され、この入力側構造体に対し、本体他方側となる上部構造体（蓋状構造体）を取り付けることにより、陽極円筒の一端が摺動可能な状態で上部構造体に接触・配置される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の同軸型マグネトロンによれば、陽極共振空胴の外側にチューニングのための外部空胴を設ける構成であっても、陽極円筒の上下両端からの放熱を促進することにより、冷却効率を向上させ、最大発振出力を高めることが可能となる。
また、陽極円筒の他端をロウ付け等で接合しないので、良好な放熱性能を確保する構造のマグネトロンの組立工程が簡素化され、組立後の各部材の取付け状態の確認を良好に行うことができ、更には、陽極円筒等が膨張・変形し、ポールピース間の間隔を変化させることもなく、発振特性等に影響を与えることもないという効果がある。
更に、陽極円筒の摺動可能な他端で本体他方側の段差と接触しない面を削った形状とすれば、この細くなった部分で熱膨張により生じる応力を吸収し、陽極円筒と本体他方側の両方の接触面の間隙が小さくなる場合でも、摺動性を確保することができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施例に係る同軸型マグネトロンの構成を示す断面図である。
【図２】第２実施例の同軸型マグネトロンの構成を示す断面図である。
【図３】第３実施例の同軸型マグネトロンの構成を示す断面図である。
【図４】第４実施例の同軸型マグネトロンの構成を示す断面図である。
【図５】実施例において陽極円筒と上部構造体との接触面に凹凸を設けた２つの構成例を示す図である。
【図６】実施例において陽極円筒と上部構造体との接触部分を示す拡大断面図である。
【図７】従来の同軸型マグネトロンの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１に、第１実施例の同軸型マグネトロンの構成（出力、磁気回路を除く）が示されており、このマグネトロンには、中心に陰極（カソード）１が配置され、その周囲に、陽極（アノード）として、放射状のベーン（アノードベーン）２及びこのベーン２を接合した陽極円筒１４が設けられることで、陽極共振空胴５０が形成される。上記陽極円筒１４には、高周波結合のためのスロット４が設けられ、この陽極円筒１４と外側円筒（体）６との間に、陽極共振空胴５０と同軸となる外部空胴６０が形成される。この陽極共振空胴５０及び外部空胴６０の上下に、入力部９に接合される入力側構造体（本体の一方）１０と上部構造体（本体の他方）１６が配置されることで、上記陰極１の上下に、ポールピース７ａ，７ｂが配置され、上記外部空胴６０内には、チューニングピストン８が取り付けられ、入力側構造体１０には、冷却用通路１１が設けられる。
【００２２】
そして、実施例では、図１に示されるように、陽極円筒１４の上側端が長く形成されると共に、上部構造体１６（ポールピース７ｂの外側の円環部材）の内面に、陽極円筒１４の上端部を配置するための環状の凹部１７が形成されており、この凹部１７の内側面（内側段差垂直面）に陽極円筒１４の内面が接触するように配置される。上記凹部１７は、陽極円筒１４を配置して組み立てたとき、その陽極円筒１４の上端面と凹部１７の底面との間にギャップＧを持つ深さに形成される。
【００２３】
即ち、同軸型マグネトロンでは、外部空胴６０が入力側構造体１０と上部構造体１６により囲まれるため、この入力側構造体１０と上部構造体１６との間隔（距離）Ｌａが変ると、外部空胴６０の共振周波数がずれることになり、また２つのポールピース７ａ，７ｂ間の間隔Ｌｂが変わると、陰極１の耐電圧が低下したり、ポールピース７ａ，７ｂ間の磁束密度分布が変化することから、上記の間隔Ｌａ及びＬｂを正確に設定することが重要となる。
【００２４】
実施例の組立では、例えば入力構造体１０に陽極円筒１４の下端を固定し、外側円筒６等も接合して組み立て、この組立体に、蓋体としての上部構造体１６を被せるようにするが、その際に、上記凹部１７の内部に陽極円筒１４の上端側を円筒軸方向に移動させることで、陽極円筒１４の内面が上部構造体凹部１７の内側面（内側段差垂直面）に接触する状態に配置される。このとき、陽極円筒１４の上端部と凹部１７の底面はギャップＧにより接触することがなく、組立時においては、入力側構造体１０と上部構造体１６との間隔Ｌａと、ポールピース７ａと７ｂとの間隔Ｌｂを規定値に精密に保つことができる。
【００２５】
また、組立後のマグネトロンにおいては、陽極円筒１４の内面と上部構造体凹部１７の内側面が接触することになるので、陽極円筒１４からの熱が上部構造体１６に伝達され、ベーン２の周辺で発生する熱を効率よく放熱することができる。
一方、熱伝達の際に陽極円筒１４も昇温するため、熱膨張が発生するが、その際には陽極円筒１４の上端部分が上部構造体凹部１７に接触しながら摺動するので、放熱を確保しながら陽極円筒１４にて発生した熱膨張による応力を逃がすことが可能となり、ポールピース７ａ，７ｂ間の間隔Ｌｂを変化させることもない。
【００２６】
なお、第１実施例は、凹部１７の内側面（段差垂直面）に陽極円筒１４の内面が接触（内接）する構成とされ、陽極円筒１４が熱膨張した場合、両方の接触面の間隙が開くようになるため、熱伝達が行えない程に、両方の接触面間隙を大きくしない設計が必要である。
【００２７】
図２に、第２実施例の同軸型マグネトロンの構成が示されており、このマグネトロンでは、上部構造体１６（ポールピース７ｂの外側の円環部材）の内面に、環状の段差部１９が形成されており、この段差部１９の垂直面に陽極円筒１４の外面が接触するように配置される。また、この段差部１９は、陽極円筒１４を配置したとき、陽極円筒１４の上端面と段差部１９の底面との間にギャップＧを持つ深さに形成される。
【００２８】
このような第２実施例のマグネトロンにおいても、第１実施例と同様に、陽極円筒１４（外面）と上部構造体段差部１９の垂直面が接触することになるので、陽極円筒１４からの熱が上部構造体１６に伝達され、ベーン２の周辺で発生する熱を効率よく放熱することができる。
また、熱伝達の際に陽極円筒１４も昇温するため、熱膨張が発生するが、その際には陽極円筒１４の上端部が上部構造体段差部１９に接触しながら摺動するので、放熱を確保しながら陽極円筒１４にて発生した熱膨張による応力を逃がすことが可能となり、ポールピース７ａ，７ｂ間の間隔Ｌｂを変化させることもない。
【００２９】
なお、第２実施例では、上部構造体段差部１９の垂直面に陽極円筒１４の外面が接触（外接）する構成とされ、陽極円筒１４が熱膨張した場合、両方の接触面の間隙が閉じる方向となるため、このことを考慮した設計が必要である。
【００３０】
図３に、第３実施例の構成、図４に第４実施例の構成が示されており、これらの実施例は、陽極円筒１４の上端部の接触面でない面を削るようにしたものである。
図３の第３実施例は、図１の第１実施例と同様の構成において、陽極円筒１４の上端部の外面１４ａを先端側が細くなるテーパー状に形成する。
図４の第４実施例は、図２の第２実施例と同様の構成において、陽極円筒１４の上端部の内面１４ｂを先端に向かって内径が大きくなって先端側が細くなる形状に形成する。
【００３１】
この第３及び第４の実施例によれば、陽極円筒１４の削られた上端部が熱膨張により生じる応力を吸収して（陽極円筒が撓み易くなり）、陽極円筒１４と上部構造体凹部１７の両方の接触面の間隙、又は陽極円筒１４と上部構造体段差部１９の両方の接触面の間隙が小さくなる場合でも、摺動性を確保できるという利点がある。
【００３２】
図５には、陽極円筒と上部構造体との接触面に凹凸を設ける例が示されており、図５（Ａ），（Ｂ）は、陽極円筒１４（１４−Ａ）の外面と上部構造体１６（１６−Ａ）の内面に、それぞれの面が接触して嵌合する正弦波状の凹凸を形成したものである。
また、図５（Ｃ）は、陽極円筒１４（１４−Ｂ）の外面と上部構造体１６（１６−Ｂ）の内面に、それぞれの面が接触して嵌合する矩形波状の凹凸を形成したものである。
【００３３】
このような凹凸形状とすれば、陽極円筒１４と上部構造体１６との接触面積が増加し、放熱効果を高めることができる。また、図５（Ｃ）の構成では、矩形波形の側面が陽極円筒１４の中心Ｏを中心とした放射状の線ｄと一致するので、陽極円筒１４の熱膨張の方向とも一致し、陽極円筒１４の外面と上部構造体１６の内面との隙間が開くような熱膨張となる場合であっても、互いの矩形波形の側面の接触を維持して良好な熱伝達が確保される。
【００３４】
図６には、第１実施例の陽極円筒１４と上部構造体１６との接触部分の拡大図が示されており、図示されるように、陽極円筒１４の接触面の先端の角部１４ｅをＲ面やＣ面（又はテーパー状）に加工することにより面取りしてもよい。これによれば、陽極円筒１４の上端部と上部構造体１６とを合わせるときの入口のクリアランスが大きくなり、組立（挿入／接続）が容易となる。
【００３５】
上記実施例の構成の場合、上記特許文献４（特開２０１４−１３２５３６号公報）のように、陽極円筒の上下両端をロウ付け接合する場合と比較すると、製造工程での状態確認が容易となり、組立工程が簡素になる。例えば、入力側構造体１０に陰極１、陽極円筒１４を接続し、陽極円筒１４に対する陰極１の位置等を確認した後、上部構造体１６を蓋として被せるように接続することで、組立を容易に行うことができる。
【００３６】
また、上記同軸型マグネトロンによれば、冷却効率が向上し、高出力発生時のベーン２を主とする陽極部分のオーバーヒートによる変形や溶解を防ぐことができ、従来では得られなかった大きなマイクロ波出力を得ることができる。レーダ、Ｌｉｎａｃ等のマイクロ波を利用するアプリケーションや装置としては、高い出力により大きな効果が得られ、高冷却、高出力の目的でマグネトロンを大きく設計することが不要となる。
【００３７】
更に、高い周波数の同軸型マグネトロンは、空胴共振器のサイズが波長に対応して小さくなるが、その場合に、陽極部品が小型化し、熱容量の減少や熱抵抗の増加が起こり、熱的にはより不利な状況となる。しかし、効率の良い冷却効果が得られる本発明によれば、高い周波数の同軸型マグネトロンにも、高出力の設計が行えるという利点がある。
【００３８】
上記各実施例では、上部構造体１６側において陽極円筒１４を摺動可能としたが、入力側構造体１０側に陽極円筒配置用の段差（凹部等）を設け、入力側構造体１０側において陽極円筒１４を摺動可能にしてもよい。
また、上部構造体１６に、陽極円筒配置用として凹部１７，段差部１９を形成したが、この代わりに、陽極円筒配置用の溝を設け、この溝の両側に陽極円筒１４の内面と外面の両面を接触させるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
レーダ、Ｌｉｎａｃ等、マイクロ波を利用するアプリケーションや装置に適用でき、また高周波数、高出力の同軸型マグネトロンに適用できる。
【符号の説明】
【００４０】
１…陰極（カソード）、      ２…ベーン（アノードベーン）、
３，１４，１４−Ａ，１４−Ｂ…陽極（アノード）円筒、
４…スロット、              ６…外側円筒（体）、
７ａ，７ｂ…ポールピース、  ８…チューニングピストン、
１０…入力側構造体（蓋状構造体）、
１２，１６，１６−Ａ，１６−Ｂ…上部構造体（蓋状構造体）、
１４ａ…陽極円筒上端部の外面、１４ｂ…陽極円筒上端部の内面、
１４ｃ…陽極円筒上端部の角部、
１７…上部構造体凹部、      １９…上部構造体段差部、
５０…陽極共振空胴、        ６０…外部空胴。
【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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