(57)【要約】【課題】大径及び小径ストリップリングの幾何学的構造を変更させて、周波数の変更なしにＱ値を上昇させることにより、発振される周波数の質と効率を向上させるための電子レンジのマグネトロンを提供する。【解決手段】陽極シリンダーと、前記陽極シリンダーとともに陽極部を構成する複数のベーンと、前記ベーンの上部及び下部にそれぞれ配置され、前記ベーンに交互に電気的に接続される大径ストリップリング及び小径ストリップリングとを備え、前記大径ストリップリングは内径が１７．１〜１８．０１ｍｍ、外径が１８．６〜１９．６ｍｍであり、前記小径ストリップリングは内径が１３．４〜１４．４ｍｍ、外径が１４．９〜１５．９ｍｍであり、前記大径及び小径ストリップリングは１．５５〜１．６５ｍｍの高さを有し、前記大径ストリップリングの内径と前記小径ストリップリングの外径間の距離は２．２０ｍｍの誤差範囲内に維持される。【選択図】　　　図３
2004063441.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極シリンダーと、
前記陽極シリンダーとともに陽極部を構成する複数のベーンと、
前記ベーンの上部及び下部にそれぞれ配置され、前記ベーンに交互に電気的に接続される大径ストリップリング及び小径ストリップリングとを備え、
前記大径ストリップリングは内径が１７．１〜１８．０１ｍｍ、外径が１８．６〜１９．６ｍｍであり、前記小径ストリップリングは内径が１３．４〜１４．４ｍｍ、外径が１４．９〜１５．９ｍｍであり、前記大径及び小径ストリップリングは１．５５〜１．６５ｍｍの高さを有することを特徴とする電子レンジのマグネトロン。
【請求項２】
前記大径ストリップリングの内径と前記小径ストリップリングの外径間の距離差は２．２０ｍｍの誤差範囲内にあることを特徴とする請求項１記載の電子レンジのマグネトロン。
【請求項３】
前記大径ストリップリングは、前記小径ストリップリングの内径と外径間の差と同一である、内径と外径間の差を有することを特徴とする請求項１記載の電子レンジのマグネトロン。
【請求項４】
前記大径ストリップリングの高さは前記小径ストリップリングの高さと同一であることを特徴とする請求項１記載の電子レンジのマグネトロン。
【請求項５】
前記大径ストリップリングの内径及び外径はそれぞれ１７．６ｍｍと１９．１ｍｍであり、前記小径ストリップリングの内径及び外径はそれぞれ１３．９ｍｍと１５．４ｍｍであり、前記大径及び小径ストリップリングの高さは１．５５ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の電子レンジのマグネトロン。
【請求項６】
前記ベーンは空洞共振器を形成するように一定間隔で配列され、前記対向ベーンと前記陽極シリンダーは誘導容量性共振回路を構成することを特徴とする請求項１記載の電子レンジのマグネトロン。
【請求項７】
前記大径ストリップリングと小径ストリップリングは、ベーンが交互に同一電位を有するように、ベーンに交互に電気的に接続されることを特徴とする請求項
１記載の電子レンジのマグネトロン。
【請求項８】
前記マグネトロンは、
前記ベーンの一つに連結され、高調波を前記陽極シリンダーの外部へ誘導するアンテナと、
前記ベーンの内側先端との間に作用空間が形成されるように、前記陽極シリンダーの軸心部に配置されるフィラメントと、
前記フィラメントの対応端部に付着された上部シールド及び下部シールドと、
前記上部シールドの底面に付着され、前記下部シールドの通孔及びフィラメントを貫通するセンターリードと、
前記下部シールドの底面に付着されるサイドリードと、
相互反対の磁極が対向して、前記作用空間に磁界を印加する上部磁石及び下部磁石と、
前記上部磁石及び下部磁石により生成された磁束を前記作用空間に誘導する上部磁極片及び下部磁極片と、
前記陽極シリンダーの対応端部に設けられる上部ヨーク及び下部ヨークと、
前記陽極シリンダーを前記下部ヨークに連結し、前記陽極シリンダーから発生した熱を前記陽極シリンダーの外部へ放出する冷却フィンとをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の電子レンジのマグネトロン。
【請求項９】
前記マグネトロンは無負荷Ｑ値がおよそ２０００であることを特徴とする請求項１記載の電子レンジのマグネトロン。
【請求項１０】
前記大径ストリップリングと小径ストリップリングは、前記マグネトロンから発生する周波数のノイズを低減し、前記マグネトロンの無負荷Ｑ値を向上させるため、同一高さ及び厚さを有することを特徴とする請求項１記載の電子レンジのマグネトロン。
【請求項１１】
陽極シリンダーと、
前記陽極シリンダーとともに陽極部を構成する複数のベーンと、
前記ベーンの上部及び下部にそれぞれ配置され、前記ベーンに交互に電気的に接続される大径ストリップリング及び小径ストリップリングとを備え、
前記大径ストリップリングは内径が１７．１〜１８．０１ｍｍ、外径が１８．６〜１９．６ｍｍであり、前記小径ストリップリングは内径が１３．４〜１４．４ｍｍ、外径が１４．９〜１５．９ｍｍであり、前記大径及び小径ストリップリングは１．５０〜１．６０ｍｍの高さを有することを特徴とするマイクロ波を用いる装置のマグネトロン。
【請求項１２】
前記大径ストリップリングの高さは前記小径ストリップリングの高さと同一であることを特徴とする請求項１１記載のマイクロ波を用いる装置のマグネトロン。
【請求項１３】
前記大径ストリップリングの内径及び外径はそれぞれ１７．６ｍｍと１９．１ｍｍであり、前記小径ストリップリングの内径及び外径はそれぞれ１３．９ｍｍと１５．４ｍｍであり、前記大径及び小径ストリップリングの高さは１．５５ｍｍであることを特徴とする請求項１１記載のマイクロ波を用いる装置のマグネトロン。
【請求項１４】
前記大径ストリップリングの内径と前記小径ストリップリングの外径間の距離は２．２０ｍｍの誤差範囲内に維持される差を有することを特徴とする請求項１１記載のマイクロ波を用いる装置のマグネトロン。
【請求項１５】
前記マグネトロンは無負荷Ｑ値がおよそ２０００であることを特徴とする請求項１１記載のマイクロ波を用いる装置のマグネトロン。
【請求項１６】
陽極シリンダーと、
前記陽極シリンダーとともに陽極部を構成する複数のベーンと、
前記ベーンの上部及び下部にそれぞれ配置され、前記ベーンに交互に電気的に接続される大径ストリップリング及び小径ストリップリングとを備え、
前記大径ストリップリングは内径が１７．１〜１８．０１ｍｍ、外径が１８．６〜１９．６ｍｍであり、前記小径ストリップリングは内径が１３．４〜１４．４ｍｍ、外径が１４．９〜１５．９ｍｍであり、前記大径及び小径ストリップリングは１．５０〜１．６０ｍｍの高さを有し、前記マグネトロンの周波数及び効率を向上させるため、１８５０以上の無負荷Ｑ値を生成することができることを特徴とするマイクロ波を用いる装置のマグネトロン。
【請求項１７】
前記マグネトロンは無負荷Ｑ値がおよそ２０００であることを特徴とする請求項１６記載のマイクロ波を用いる装置のマグネトロン。
【請求項１８】
前記大径ストリップリングと前記小径ストリップリングは同一高さを有することを特徴とする請求項１６記載のマイクロ波を用いる装置のマグネトロン。
【請求項１９】
前記大径ストリップリングと前記小径ストリップリングは同一厚さを有することを特徴とする請求項１６記載のマイクロ波を用いる装置のマグネトロン。
【請求項２０】
前記大径ストリップリングの内径と前記小径ストリップリングの外径間の距離は２．２０ｍｍの誤差範囲内に維持される差を有することを特徴とする請求項１６記載のマイクロ波を用いる装置のマグネトロン。
【請求項２１】
前記大径ストリップリングの内径及び外径はそれぞれ１７．６ｍｍと１９．１ｍｍであり、前記小径ストリップリングの内径及び外径はそれぞれ１３．９ｍｍと１５．４ｍｍであり、前記大径及び小径ストリップリングの高さは１．５５ｍｍであることを特徴とする請求項１６記載のマイクロ波を用いる装置のマグネトロン。
【請求項２２】
陽極シリンダーと、
前記陽極シリンダーとともに陽極部を構成する複数のベーンと、
前記ベーンの上部及び下部にそれぞれ配置され、前記ベーンに交互に電気的に接続される大径ストリップリング及び小径ストリップリングとを備え、
前記大径ストリップリングと前記小径ストリップリングは、前記マグネトロンの周波数及び効率を向上させるため、同一高さ及び厚さを有することを特徴とするマイクロ波を用いる装置のマグネトロン。
【請求項２３】
前記マグネトロンは無負荷Ｑ値がおよそ２０００であることを特徴とする請求項２２記載のマイクロ波を用いる装置のマグネトロン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子レンジ用マグネトロンのストリップリングに関し、より詳しくはストリップリングの幾何学的構造を変更して効率を上昇させるためのマグネトロンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、マグネトロンとは磁電管ともいうもので、陽極と熱電子を放出する陰極を有する。陰極から放出された熱電子は電磁気力により螺旋運動して陽極に到達する。この際、陰極の周囲には、電子による回転磁極が生じ、陽極の振動回路には誘導電流が生じて連続して振動を刺激する。発振周波数はたいてい振動回路により決定され、高能率及び大出力を有する。
【０００３】
このようなマグネトロンは、主に高周波加熱、粒子加速器、レーダーなどの産業応用を始めてとし、電子レンジのような家庭用機器の部品として広く用いられる。
【０００４】
図１ないし図３は従来のマグネトロンの構造を示す。
【０００５】
図１に示すように、マグネトロンは無酸素銅管などからなる円筒形の陽極シリンダー１０１の内部に、前記陽極シリンダー１０１とともに陽極部を構成する複数のベーン１０２が空洞共振器を形成するため、放射状に同一間隔で配置される。これらのベーン１０２のうちで、一つのベーン１０２には外部へ高調波を誘導するアンテナ１０３が接続されている。
【０００６】
図２に示すように、前記ベーン１０２の上下部にはそれぞれ大径ストリップリング１０４と小径ストリップリング１０５が、ベーン１０２に交互に接続されるように配置されるので、ベーン１０２は交互に同一電位を有することになる。このような大径ストリップリング１０４及び小径ストリップリング１０５をベーン１０２に電気的に接続するため、前記ベーン１０２には矩形のベーン溝２０２がそれぞれ形成される。したがって、前記ベーン溝２０２により、対向するベーン１０２は互いに上下に逆さまになっている。
【０００７】
このような構成により、対向するベーン１０２とこれを連結する陽極シリンダー１０１は一定誘導容量性（ＬＣ）共振回路を構成する。
【０００８】
前記陽極シリンダー１０１の軸心にはコイルスプリング状のフィラメント１０６が設けられ、このフィラメント１０６と前記ベーン１０２の先端との間には作用空間１０７が画成される。前記フィラメント１０６の両端部には上部シールド１０８と下部シールド１０９がそれぞれ固着されている。前記下部シールド１０９の中央部には、中央支持体であるセンターリード１１０が下部シールド１０９の中央に形成された貫通孔及び前記フィラメント１０６を貫通して前記上部シールド１０８の下端に溶接で固着されている。前記下部シールド１０９の底面にはサイドリード１１１が溶接で固着される。これらのリード１１０、１１１は外部電源端子に連結されて、前記マグネトロンに一定の電気閉回路を構成する。
【０００９】
前記作用空間に磁界を印加するため、相違した極が対向するように上部永久磁石１１２と下部永久磁石１１３が設けられる。前記上部永久磁石１１２と下部永久磁石１１３により発生する回転磁束を前記作用空間１０７に誘導するための上部磁極片１１７と下部磁極片１１８が設けられる。
【００１０】
前記のような構成要素は上部ヨーク１１４及び下部ヨーク１１５内に収容される。説明していない符号１１６は、前記陽極シリンダー１０１と下部ヨーク１１５を連結して、前記陽極シリンダー１０１から発生する熱を前記下部ヨーク１１５を通じて外部へ放出する冷却フィンである。
【００１１】
図１及び図３に示すように、フィラメント１０６に外部電源（図示せず）が印加されると、前記フィラメント１０６に供給される動作電流によりフィラメント１０６が加熱され、フィラメント１０６から熱電子が放出される。放出された熱電子により、作用空間１０７には、図３に示すように、電子群３０１が形成される。この電子群３０１は、前記作用空間１０７に形成される磁界の影響により回転運動しながら、全体的には最初の状態“ｉ”からほかの状態“ｆ”に、前記ベーン１０２の先端部に接することにより、前記隣接ベーン１０２間に電位差を交互に印加させる。すなわち、前記電子群３０１に接する状態にあるベーン１０２は電位が低くなる。したがって、前記電子群３０１が回転する速度に相応する高調波が、前記ベーン１０２と陽極シリンダー１０１が形成するＬＣ共振回路による振動により発生し前記アンテナ１０３を介して外部へ送出される。
【００１２】
一般に、周波数（ｆ）は以下の式によって決定される。
【数１】
2004063441.tif 000003
【００１３】
［数１］で、Ｌはインダクタンスを、Ｃはキャパシタンスを意味する。これらの値は回路素子の幾何学的構造によって決定される値であるので、ＬＣ共振回路を構成するベーン１０２の構造は高調波の周波数を決定する重要な要素である。
【００１４】
ところが、このような電子レンジ用マグネトロンの発振周波数は２４５０ＭＨｚと固定され用いられている。この電子レンジ用マグネトロンは固定周波数を有するため、マグネトロンの製造に際して、２４５０ＭＨｚとなるように正確に調整されなければならない。しかし、固定周波数であるが、実際の動作条件では、負荷の変動によって発振周波数が変化して、中心周波数に対し±１０〜±１５ＭＨｚの範囲内で変動する。
【００１５】
実際に、マグネトロンからいろいろの周波数が発振されるが、周波数の測定値は最も支配的な勢力が周波数を特定し、この値がそのマグネトロンの周波数と定義されるものである。陽極シリンダー１０１においてマグネトロンの周波数を設定するにはベーン１０２も重要であるが、交互に配置された各ベーン１０２が同一電位となるようにするための大径ストリップリング１０４及び小径ストリップリング１０５もベーン１０２の電気的位相の交互転換によって転換されるので、前記大径ストリップリング１０４及び小径ストリップリング１０５も電気的位相が交互に転換され、電気的共振を行う。この場合、対向している大径ストリップリング１０４と小径ストリップリング１０５との間には一定値の静電容量が存在し、これらの間には一定の電気的振動が起こるので、これにより、いわゆる寄生周波数という不要周波数が発生する。
【００１６】
したがって、大径ストリップリング１０４及び小径ストリップリング１０５によっても微細周波数を設定する。マグネトロンにおいて、微細周波数を設定するために固定されている大径ストリップリング１０４及び小径ストリップリング１０５はその形状及び大きさによって大径ストリップリング１０４と小径ストリップリング１０５間の静電容量が決まり、この静電容量に関係する周波数が生成されるので、大径ストリップリング１０４及び小径ストリップリング１０５の形状及び大きさを調節することにより周波数が調整でき、全体が対称の構造となることが要求される。一般に、周波数を変更すると、実際のマグネトロンの効率を決定するＱ値を変更させて実質的にマグネトロンの効率を変更する特性を有する。
【００１７】
従来のマグネトロンにおいて、大径ストリップリング１０４の場合は、内径：１７．２ｍｍ、外径：１８．６ｍｍ、厚さ：０．７ｍｍ、高さ：１．５ｍｍであり、小径ストリップリング１０５の場合、内径：１３．９ｍｍ、外径：１５．３５ｍｍ、厚さ：０．７２５ｍｍ、厚さ：１．５ｍｍである幾何学的構造を有する。このような構造によるマグネトロンの効率を決定するＱ値は１８５０程度である。これまで、マグネトロンの発振周波数を２４５０ＭＨｚに維持したままでＱ値を高めるための研究が行われてきた。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明は前述したＱ値を上昇させるためのもので、その目的は、大径ストリップリング及び小径ストリップリングの幾何学的構造を変更させて、周波数の変更なしにＱ値を上昇させることにより、電子レンジなどのマグネトロンから発振される周波数の質と効率を向上させることである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明は、陽極シリンダーと、前記陽極シリンダーとともに陽極部を構成する複数のベーンと、前記ベーンの上部及び下部にそれぞれ配置され、前記ベーンに交互に電気的に接続される大径ストリップリング及び小径ストリップリングとを備えるが、前記大径ストリップリングは内径が１７．１〜１８．０１ｍｍ、外径が１８．６〜１９．６ｍｍであり、前記小径ストリップリングは内径が１３．４〜１４．４ｍｍ、外径が１４．９〜１５．９ｍｍであり、前記大径及び小径ストリップリングは１．５５〜１．６５ｍｍの高さを有し、前記大径ストリップリングの内径と前記小径ストリップリングの外径間の距離は２．２０ｍｍの誤差範囲内に維持されるように構成されるマグネトロンを提供する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
図４は本発明による、電子レンジ用マグネトロンに用いられる大径ストリップリング及び小径ストリップリングを示すものである。
【００２２】
ここで、符号“ａ”は大径ストリップリング４０１の上端と下端間の差、つまり大径ストリップリング４０１の高さを、符号“ｂ”は大径ストリップリング４０１の内径を、符号“ｃ”は大径ストリップリング４０１の外径を、前記大径ストリップリング４０１の内径と外径間の差、つまり“ｂ−ｃ”は大径ストリップリング４０１の厚さを意味することになる。
【００２３】
前記大径ストリップリング４０１の幾何学的構造に対応する本発明による小径ストリップリング４０２に関する符号“ｄ”は小径ストリップリング４０２の高さを、符号“ｅ”は小径ストリップリング４０２の内径を、符号“ｆ”は小径ストリップリング４０２の外径を、前記小径ストリップリング４０２の内径と外径間の差、つまり“ｅ−ｆ”は小径ストリップリング４０２の厚さを意味することになる。
【００２４】
本発明による実施例において、大径ストリップリング４０１及び小径ストリップリング４０２の幾何学的構造に関する前記符号の数値を設定するとつぎの表１のようである。
【表１】
2004063441.tif 000004
【００２５】
［表１］から分かるように、大径ストリップリング４０１及び小径ストリップリング４０２間の距離は大径ストリップリング４０１の内径と小径ストリップリング４０２の外径間の距離であって、２．２０ｍｍとなる。
【００２６】
図４の実施例の作用を説明する。マイクロ波真空管であるマグネトロンにおいて、陽極シリンダーに形成されるマイクロ波共振周波数はベーンの形状と大径ストリップリング４０１及び小径ストリップリング４０２の形状によって違う。すなわち、前記のようなマグネトロンの形状はマグネトロンの共振周波数を決定する要素である。言い換えれば、共振器の周波数は静電容量に関係し、この静電容量はキャパシタを構成する両導体間の距離及び大きさなど、幾何学的構造のみに関連して決まる定数である。したがって、陽極シリンダーに存在する無負荷（Ｕｎｌｏａｄｅｄ）Ｑ値はつぎのような式（１）によって得られる。
【数２】
2004063441.tif 000005
【００２７】
［数２］において、Ｑｕは無負荷Ｑ値であり、Ｑｒは単一共振器でのＵｎｓｔｒａｐｐｅｄ　Ｑ−Ｆａｃｔｏｒ、つまりストリップリングが設けられていない状態でのＱ−Ｆａｃｔｏｒである。このＱｒの値はつぎのような式（２）により得られる。
【数３】
2004063441.tif 000006
【００２８】
［数３］において、ＱｓはストリップリングによるＱ−Ｆａｃｔｏｒであって、つぎのような式（３）により得られる。
【数４】
2004063441.tif 000007
【００２９】
［数２］、［数３］、［数４］において、説明していない符号はつぎのようである。
Ｃｓ：ストリップリングによって決定される静電容量
Ｃｒ：単一共振器でのＵｎｓｔｒａｐｐｅｄ共振静電容量
Ｃｔ：陽極シリンダーにおいて、各共振器の静電容量
ｄｓ：大径ストリップリングと小径ストリップリング間の距離
Ｒｏ：中心からベーン先端までの半径
Ｒｖ：陽極シリンダーの内径
Ｎ：共振器の数
λπ：λ−モードでの波長
【００３０】
前記式から分かるように、大径ストリップリング４０１及び小径ストリップリング４０２上に存在する静電容量値は全体Ｑ−Ｆａｃｔｏｒの値に比例し、Ｑ−Ｆａｃｔｏｒは効率に比例するので、マグネトロンの効率が上昇する結果をもたらす。ところが、前記大径ストリップリング４０１及び小径ストリップリング４０２上に存在する静電容量値は前記大径ストリップリング４０１及び小径ストリップリング４０２間の幾何学的構造によって決まる定数であるので、この大径ストリップリング４０１及び小径ストリップリング４０２の幾何学的構造は効率を決定する重要な因子となる。したがって、本発明の実施例において、前記大径ストリップリング４０１及び小径ストリップリング４０２の幾何学的構造によって決まる一定の数値は、前記式（１）により計算してみると、無負荷Ｑ値がおよそ２０００の値を有する。すなわち、無負荷Ｑ値は効率に関係するので、本発明によるストリップリングをマグネトロンに装着することでマグネトロンの効率を向上させることを意味する。
【００３１】
前記実施例による数値は一定の誤差を有するしかないが、この誤差は±０．０５ｍｍの範囲内で本発明の実施例によって得ようとする効果としての無負荷Ｑ値に対する許容範囲である。また、無負荷Ｑ値に関係する大径ストリップリング４０１と小径ストリップリング４０２間の静電容量は前記大径ストリップリング４０１と小径ストリップリング４０２の対向面間の距離など、幾何学的構造によって決定されるので、大径ストリップリング４０１の厚さを前記特定の０．７５ｍｍを必ずしも取っていなくても、前記誤差範囲内の値を取りながら、ほかの要素、つまり高さ又は内、外径を変更して対向面の面積を変更させることで、無負荷Ｑ値がおよそ２０００であるマグネトロンを構成することができる。Ｑｓ及びＣｓを決定する大径ストリップリング４０１と小径ストリップリング４０２間の距離は前記実施例のような２．２０ｍｍを有するように構成するのが妥当である。もちろん、生産により許容するしかない誤差範囲は有することになるが、この大径ストリップリング４０１と小径ストリップリング４０２間の距離が誤差許容範囲内で２．２０ｍｍとならない場合、大径ストリップリング４０１及び小径ストリップリング４０２の幾何学的構造はさらにほかの数値範囲を有するためである。
また、一般に、大径ストリップリング４０１及び小径ストリップリング４０２の高さを同じに構成してマグネトロンの効率を維持したが、本発明によるストリップリングは、大径ストリップリング４０１及び小径ストリップリング４０２の高さとともに厚さを同じに構成することにより、マグネトロンのＱ値を２０００に向上させるためのストリップリングの構造的数値を前記のような範囲内で有することができるものである。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、例えば、電子レンジなどに用いられるマグネトロンに装着される大径ストリップリング及び小径ストリップリングの幾何学的構造を変更することにより、マグネトロンから生成される周波数のノイズを低減させてマグネトロンの効率を向上させる良質のマグネトロンを生産して製品の信頼度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般の電子レンジのマグネトロンを示す側断面図である。
【図２】図１の要部を示す上断面図である。
【図３】図２の構成において、電子群の形成を示す上断面図である。
【図４】本発明の実施例によるマグネトロンに用いられる大径ストリップリング及び小径ストリップリングを示す平面図及び側面図である。
【符号の説明】
４０１　大径ストリップリング
４０２　小径ストリップリング
ａ　大径ストリップリングの高さ
ｂ　大径ストリップリングの内径
ｃ　大径ストリップリングの外径
ｄ　小径ストリップリングの高さ
ｅ　小径ストリップリングの内径
ｆ　小径ストリップリングの外径
【図１】
2004063441.tif 000008
【図２】
2004063441.tif 000009
【図３】
2004063441.tif 000010
【図４】
2004063441.tif 000011