(57)【要約】【課題】上部シールドと下部シールドの幾何学的構造を変更して電子の漏洩を防止し、作用空間内の電荷分布を対称的にするマグネトロンを提供する。【解決手段】陽極円筒体と、前記陽極円筒体内に、前記陽極円筒体とともに陽極部を構成するように配置された複数のベーンと、前記ベーンの先端面とともに作用空間を形成して熱電子を放出させるため、前記陽極円筒体の軸上に配置されるフィラメントと、前記フィラメントの上部を覆う上部シールドと、前記フィラメントの下部を覆う下部シールドと、前記作用空間内に磁束を誘導するため、前記上部シールド及び下部シールドから離隔された上部及び下部磁極片とを含み、前記上部シールドは全体的に下方に突出するように形成された下面を有するか、又は前記下部シールドは全体的に上方に突出するように形成された上面を有する。【選択図】　　　　図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極円筒体と、
前記陽極円筒体内に、前記陽極円筒体とともに陽極部を構成するように配置された複数のベーンと、
前記ベーンの先端面とともに作用空間を形成して熱電子を放出させるため、前記陽極円筒体の軸上に配置されるフィラメントと、
前記フィラメントの上部を覆う上部シールドと、
前記フィラメントの下部を覆う下部シールドと、
前記作用空間内に磁束を誘導するため、前記上部シールド及び下部シールドから離隔された上部及び下部磁極片とを含み、
前記上部シールドは全体的に下方に突出するように形成された下面を有することを特徴とするマグネトロン。
【請求項２】
前記下部シールドは全体的に上方に突出するように形成された上面を有する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】
陽極円筒体と、
前記陽極円筒体内に、前記陽極円筒体とともに陽極部を構成するように配置された複数のベーンと、
前記ベーンの先端面とともに作用空間を形成して熱電子を放出させるため、前記陽極円筒体の軸上に配置されるフィラメントと、
前記フィラメントの上部を覆う上部シールドと、
前記フィラメントの下部を覆う下部シールドと、
前記作用空間内に磁束を誘導するため、前記上部シールド及び下部シールドから離隔された上部及び下部磁極片とを含み、
前記下部シールドは全体的に上方に突出するように形成された上面を有することを特徴とするマグネトロン。
【請求項４】
前記上部シールドは全体的に下方に突出するように形成された下面を有することを特徴とする請求項３記載のマグネトロン。
【請求項５】
フィラメントを有するマグネトロンにおいて、
前記マグネトロンのフィラメントの上部及び下部を覆う上部シールド及び下部シールドと、
前記マグネトロンの作用空間内に磁束を誘導するため、前記上部シールド及び前記下部シールドから離隔された上部及び下部磁極片とを含み、
前記上部シールドは全体的に下方に突出するように形成された下面を有することを特徴とするマグネトロン。
【請求項６】
前記上部シールドは、
前記マグネトロンのフィラメントを貫通して前記上部シールドに固着されるセンターリード固着装置と、
前記上部シールドの外周を形成する外周部と、
前記センターリード固着装置と前記外周部との間で前記フィラメントを収容して固着するため、前記上部シールドの下面から上方に形成される円形のフィラメント挿入溝とを含むことを特徴とする請求項５記載のマグネトロン。
【請求項７】
前記フィラメント挿入溝側の厚さは前記外周部側の外周面の厚さより大きく形成されることを特徴とする請求項６記載のマグネトロン。
【請求項８】
前記外周部の厚さはその中心部から外周端に半径方向に沿って移動するほど減少することを特徴とする請求項６記載のマグネトロン。
【請求項９】
フィラメントを有するマグネトロンにおいて、
前記マグネトロンのフィラメントの上部及び下部を覆う上部シールド及び下部シールドと、
前記マグネトロンの作用空間内に磁束を誘導するため、前記上部シールド及び前記下部シールドから離隔された上部及び下部磁極片とを含み、
前記下部シールドは全体的に上方に突出するように形成された上面を有することを特徴とするマグネトロン。
【請求項１０】
前記下部シールドは、
前記マグネトロンのフィラメントを貫通して前記下部シールドに固着されるセンターリード固着装置と、
前記下部シールドの外周を形成する外周部と、
前記センターリード固着装置と前記外周部との間で前記フィラメントを収容して固着するため、前記下部シールドの上面から下方に形成される円形のフィラメント挿入凹部とを含むことを特徴とする請求項９記載のマグネトロン。
【請求項１１】
前記フィラメント挿入凹部側の厚さは前記外周部側の外周面の厚さより大きく形成されることを特徴とする請求項１０記載のマグネトロン。
【請求項１２】
前記外周部の厚さはその中心部から外周端に半径方向に沿って移動するほど減少することを特徴とする請求項１０記載のマグネトロン。
【請求項１３】
電子レンジ用マグネトロンにおいて、
前記マグネトロンのフィラメントの上部及び下部を覆う上部シールド及び下部シールドと、
作用空間を介在するように前記上部及び下部シールドから離隔され、前記作用空間内に磁束を誘導するための上部磁極片及び下部磁極片とを含み、
前記作用空間内の電界及び磁界を変化させるため、前記上部シールドは全体的に下方に突出するように形成された下面を有し、前記下部シールドは全体的に上方に突出するように形成された上面を有することにより、前記フィラメントにより放出された熱電子が前記作用空間から離脱することを防止することを特徴とする電子レンジ用マグネトロン。
【請求項１４】
フィラメントを有するマグネトロンにおいて、
前記マグネトロンのフィラメントの上部及び下部を覆うシールドと、
前記マグネトロンの作用空間内に磁束を誘導するため、前記シールドから離隔される上部磁極片及び下部磁極片とを含み、
前記シールドの少なくとも一つは全体的に下方に突出するように形成される下面を有することを特徴とするマグネトロン。
【請求項１５】
フィラメントを有するマグネトロンにおいて、
前記マグネトロンのフィラメントの上部及び下部を覆うシールドと、
前記マグネトロンの作用空間内に磁束を誘導するため、前記シールドから離隔される上部磁極片及び下部磁極片とを含み、
前記シールドの少なくとも一つは全体的に上方に突出するように形成される上面を有することを特徴とするマグネトロン。
【請求項１６】
電子レンジ用マグネトロンにおいて、
前記マグネトロンのフィラメントの上部及び下部を覆うシールドと、
作用空間を介在するように前記シールドから離隔され、前記作用空間内に磁束を誘導するための上部磁極片及び下部磁極片とを含み、
前記作用空間内の電界及び磁界を変化させるため、前記シールドの少なくとも一つは全体的に下方に突出するように形成された下面を有し、前記シールドの反対側のほかのシールドは全体的に上方に突出するように形成された上面を有することにより、前記フィラメントにより放出された熱電子が前記作用空間から離脱することを防止することを特徴とする電子レンジ用マグネトロン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマグネトロンに係り、より詳しくはマグネトロンのフィラメントの両端部に固着されている上部シールド及び下部シールドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、マグネトロンには、陰極から放出された熱電子が電磁気力により螺旋運動しながら陽極に到達するように、陽極と陰極が配置される。この際、陰極の周囲には電子による回転電子極が生じ、陽極の振動回路には誘導電流が生じることにより、振動の刺激が続く。発振周波数は振動回路により決定され、高能率及び大出力を有する。このマグネトロンは、高周波加熱装置、粒子加速器、レーダーシステムなどの産業応用だけでなく、電子レンジなどの家庭用機器にも広く使われる。
【０００３】
このようなマグネトロンの一般的な構成及び作用を図１ないし図３に基づいて簡略に説明する。
【０００４】
図１に示すように、マグネトロンは、無酸素銅管などにより円筒形に形成された陽極円筒体１０１の内部に、前記陽極円筒体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、放射状に同一の間隔で配設される。一つのベーン１０２には、外部に高調波を誘導するアンテナ１０３が接続されている。図２に示すように、前記ベーン１０２が交互に同一電位を有するように、ベーン１０２の上部及び下部に配置された大径のストリップリング１０４と小径のストリップリング１０５が交互にベーン１０２に電気的に接続される。
【０００５】
前記ストリップリング１０４及び１０５を前記ベーン１０２に交互に電気的に接続するため、前記ベーン１０２には方形の溝２０２が形成され、このような方形の溝２０２により、１対の隣接ベーン１０２は互いに逆さまになっている。このような構成により、各対の対向ベーン１０２とこれらを連結する陽極円筒体１０１は一定のＬＣ共振回路を構成する。また、前記陽極円筒体１０１の軸心部にはコイルスプリング形態のフィラメント１０６が設けられ、このフィラメント１０６と前記ベーン１０２の内側先端との間には作用空間１０７が形成される。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。前記上部シールド１０８の下端には、センターリード１１０が前記下部シールド１０９と前記フィラメント１０６の通孔を通過して溶接で固着されている。前記下部シールド１０９の下端にはサイドリード１１１が溶接で固着される。前記センターリード１１０と前記サイドリード１１１は外部電源の端子（図示せず）に連結され、前記マグネトロン内に閉回路を構成する。
【０００６】
前記作用空間に磁界を印加するため、相互反対極が対面するように上部永久磁石１１２と下部永久磁石が設けられる。この上部及び下部永久磁石１１２及び１１３により発生する回転磁束を前記作用空間１０７内に誘導するため、上部磁極片１１７及び下部磁極片１１８が設けられる。
【０００７】
前述した全ての構成要素は上部ヨーク１１４と下部ヨーク１１５内に収容される。冷却フィン１１６は前記陽極円筒体１０１を前記下部ヨーク１１５に連結して、前記陽極円筒体１０１から発生する熱を前記下部ヨーク１１５を介して外部へ放出する。
【０００８】
前記のようなマグネトロンの構成によると、フィラメント１０６に外部電源が印加されると、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から熱電子が放出し、放出された熱電子により、作用空間１０７には図３に示すような熱電子群３０１が形成される。このような熱電子群３０１は、前記ベーン１０２の先端部に接した状態で、前記作用空間１０７に形成された磁界の影響により回転運動して一状態（ｉ）からほかの状態（ｆ）に移動しながら各隣接対のベーン１０２に交互に電位差を与える。したがって、前記ベーン１０２と前記陽極円筒体１０１により形成されるＬＣ共振回路の振動により、前記熱電子群３０１の回転速度に相応する高調波が発生され、前記アンテナ１０３を介して外部に送出される。
【０００９】
一般に、周波数は次のような式、
【数１】
2004071532.tif 000003
により算出されるが、ここで、Ｌはインダクタンス、Ｃはキャパシタンスである。前記式の変数の値は回路素子の幾何学的構造によって決定されるので、ＬＣ共振回路を構成するベーンの構造は高調波の周波数を決定する重要な要素である。
【００１０】
一般に、作用空間には電界と磁界が形成されるが、図４の作用空間１０７に示した線は等電位面を示す。電界はこのような等電位面に常に垂直に形成される。また、図４には示されていないが、磁気力線はそれぞれマグネトロンの上部及び下部に配置された永久磁石１１２、１１３により作用空間１０７内に形成される。従来のマグネトロンにおいて、陰極として作用して熱電子群３０１を形成するのに用いられるフィラメント１０６から発生した熱電子が作用空間１０７内に電界及び磁界の影響によりローレンツ力（Ｆ＝ｑ（Ｅ＋ｖＢ））を受けるにつれて、熱電子はベーン１０２側に移動する。前記ローレンツ力の式において、ｑは電荷量、ｖは電荷の移動速度、Ｅは電界の強度、Ｂは磁気場の強度を示す。また、磁気力は電荷の移動方向に常に垂直に作用する。
【００１１】
しかし、図４に示すように、フィラメント１０６の上部及び下部の周囲に移動する熱電子が上部シールド１０８と上部磁極片１１７間、下部シールド１０９と下部磁極片１１８間の空間に形成される磁界及び電界により作用空間１０７から離脱するようにローレンツ力を受ける電荷が存在する（図４で、下部シールド及び下部磁極片は省略した）。したがって、電荷がローレンツ力により作用空間１０７から離脱する現象により、マグネトロンの効率が減少する。このような現象を除去するため、上部シールド１０８の幾何学的構造を帽子の形状に形成し（図５Ａ参照）、下部シールド１０９の上面を凹んでいるように形成する（図５Ｂ参照）ことにより、熱電子の離脱を機械的に抑制させる方法が用いられてきた。図１に示すように、上部シールド１０８は帽子形状であり、下部シールド１０９は凹んでいる上面を有する。
【００１２】
ところが、マグネトロンの作用空間内に電界の分布が均一でないと、電子ビームが不安定であり、ノイズが外部に放出される。図５Ａ及び図５Ｂに示す上部シールド１０８及び下部シールド１０９を用いるマグネトロンにおいて、空間電荷分布は、図６に示すように、作用空間１０７内の上部シールド１０８と下部シールド１０９の周囲で非対称である。このような非対称性により、ベーンの軸心に上下に移動する非常に高い高調波が発生される。
【００１３】
また、熱電子に一定方向の力を加えるのは究極に電界と磁界である。したがって、図５に示すような上部シールド１０８及び下部シールド１０９の幾何学的構造による抑制は限界がある。よって、従来のマグネトロンは熱電子の離脱を根本的に防止することができないという問題点がある。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明は前記のような従来の問題点を解決するためのもので、その目的は、上部シールド及び下部シールドの形状を変更して、上部シールドと上部磁極片間、下部シールドと下部磁極片間の電界分布を従来技術とは異にして、従来の機構的な側面での電荷離脱防止よりは電気磁気的に電荷の離脱を防止するとともに、上部シールド部及び下部シールド部での電子分布を対称にして全体として作用空間内に対称的な電子分布を形成することにより、マグネトロンのノイズを低減させ、効率の優れたマグネトロンを構成することができる上部シールド及び下部シールドを提供することにある。
【００１５】
【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、陽極円筒体と、前記陽極円筒体内に、前記陽極円筒体とともに陽極部を構成するように配置された複数のベーンと、前記ベーンの先端面とともに作用空間を形成して熱電子を放出させるため、前記陽極円筒体の軸上に配置されるフィラメントと、前記フィラメントの上部を覆う上部シールドと、前記フィラメントの下部を覆う下部シールドと、前記作用空間内に磁束を誘導するため、前記上部シールド及び下部シールドから離隔された上部及び下部磁極片とを含み、前記上部シールドは全体的に下方に突出するように形成された下面を有するか、又は前記下部シールドは全体的に上方に突出するように形成された上面を有するマグネトロンを提供する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
一般に、作用空間内の空間電荷分布の非対称性は、その特性上、ベーン又はフィラメントによって決定することができない。これは、ベーンとフィラメントが互いに対称的に配置され、ベーンがフィラメントの両側から対向しているからである。却って、このような作用空間内の電荷分布の空間電荷密度はフィラメントの上部及び下部に配置される上部シールド及び下部シールドの形状によって決定される。したがって、上部シールド及び下部シールドの形状を変更することにより、作用空間内の空間電荷密度を調整することができる。よって、このような上部シールド及び下部シールドの形状を変更することで、作用空間内の空間電荷密度を調整するとともに、電界及び磁界の一定部分を調整して、作用空間の外部では電荷が力を受けないようにすることにより、作用空間内での電子の離脱を防止する。
【００１７】
以下、本発明の実施例を添付図面の図７ないし図９に基づいて詳細に説明する。説明の便宜上、従来の技術と同一の構成及び作用はできるだけ説明を省略する。
【００１８】
図７は本発明の一実施例による上部シールド７００を示す図である。図７の上部は上部シールド７００の側断面図であり、図７の下部は上部シールド７００の底面図である（つまり、下部シールドと対向する上部シールド７００の面）。
【００１９】
本発明の上部シールド７００は、フィラメントを通過して上部シールド７００に固着されるセンターリードが固着されるセンターリード固着片７０１と、前記上部シールド７００の外周を形成する外周部７０３と、前記センターリード固着片７０１と前記外周部７０３との間で前記上部シールド７００の下端から上方に形成され、前記フィラメントが挿着できるようにする環状のフィラメント挿入溝７０２とを含む。
【００２０】
ここで、前記上部シールド７００のフィラメント挿入溝７０２側の厚さ（ｂ）は前記外周部７０３の外周面の厚さ（ａ）より厚く形成されるので、全体として、前記フィラメント挿入溝７０２とセンターリード挿入孔を無視すると、前記上部シールド７００の下面は概略的に下方に膨らんでいる形状となる。すなわち、前記外周部７０３の厚さはその中心部から外端部に行くほど減少する。
【００２１】
図８は本発明のほかの実施例による下部シールド８００を示す図である。図８の下部は下部シールド８００の側断面図であり、図８の上部は下部シールド８００の平面図である（つまり、上部シールド７００と対向する下部シールド８００の面）。前記下部シールド８００は、前記フィラメントを貫通したセンターリードが固着されるセンターリード固着片８０１と、前記下部シールド８００の外周を形成する外周部８０３と、前記センターリード固着片８０１と前記外周部８０３との間で前記下部シールド７００の上端から下方に形成され、フィラメントが挿着できるようにする円形のフィラメント挿入凹部８０２とを含む。
【００２２】
ここで、前記下部シールド８００のフィラメント挿入凹部８０２側の厚さ（ｄ）は前記外周部８０３の外周面の厚さ（ｃ）より厚く形成されるので、全体として、前記フィラメント挿入凹部８０２とセンターリード挿入孔を無視すると、前記下部シールド８００の上面は概略的に上方に膨らんでいる形状となる。すなわち、前記外周部８０３の厚さはその中心部から外端部に行くほど減少する。
【００２３】
以下、前述した上部シールド７００及び下部シールド８００を用いる本発明のマグネトロンの動作を説明する。
【００２４】
マグネトロンに配置されたセンターリード及びサイドリードに外部電源が印加されると、フィラメントは陰極となって熱電子を放出し、ベーン及び陽極円筒体は陽極となるので、熱電子が電界及び磁界の影響により前記ベーンの先端に移動する。この際、前記上部シールド、ベーン及び上部磁極片間の開放空間と、前記下部シールド、ベーン及び下部磁極片間の開放空間内の電界分布及び磁界分布は従来のマグネトロンの電界分布及び磁界分布とは異なる。したがって、本発明のマグネトロンにおいては、従来の作用空間の外部に作用する電磁気力が非常に減少して、作用空間内での電子の離脱を防止する。
【００２５】
図９は本発明のマグネトロンの作用空間内の空間電荷の分布を示すグラフである。図９において、垂直軸は空間電荷密度を示し、水平軸はフィラメントの上部から下部までの範囲を示す。ここで、フィラメントの中心は０と設定し、ｚで示した。すなわち、水平軸の左側部は上部シールド７００が位置する付近を示すもので、（−）符号で示した。また、水平軸の右側部は下部シールド８００が位置する付近を示すもので、（＋）符号で示した。この分布図において、フィラメントの中心を０点にして作用空間を半分に折り畳むと、対称的な電荷分布が得られる。したがって、作用空間内の電荷分布がほぼ対称であることが図９に示すグラフから容易に分かる。
【００２６】
本発明において、上部シールドの下面は下方に突出している。すなわち、外周部の断面の下部が前記外周部の半径方向に曲線又は直線を形成することができる。また、下部シールドの上面は上方に突出するように形成される。すなわち、外周部の断面の上部が円周部の半径方向に曲線又は直線を形成することができる。
【００２７】
本発明の上部シールド及び下部シールドの効果は適切な変形であまり大きく変わらない。したがって、当業者であれば、本発明の請求範囲に提示した本発明の範囲及び精神から逸脱しなくても多様な変形、付加及び交替が可能なことが分かるであろう。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、上部シールド及び下部シールドの幾何学的形状を従来のマグネトロンと異にして、前記上部シールド及び下部シールド周囲の電界及び磁界を変化させることにより、作用空間内から電子の離脱を防止してマグネトロンの効率を向上させるとともに、作用空間内の電子分布を対称的に形成させてノイズを低減させ、マグネトロンの安定周波数を発振させて全体としてマグネトロンの効率を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のマグネトロンの側断面図である。
【図２】図１のマグネトロンの陽極部及び陰極部を示す平面図である。
【図３】マグネトロンが動作しているとき、図２の陽極部及び陰極部を示す平面図である。
【図４】従来の作用空間内の等電位面を示す側断面図である。
【図５Ａ】従来の上部シールドを示す側断面図である。
【図５Ｂ】従来の下部シールドを示す側断面図である。
【図６】従来の作用空間内の空間電荷の分布を示すグラフである。
【図７】本発明の一実施例による上部シールドを示す図である。
【図８】本発明のほかの実施例による下部シールドを示す図である。
【図９】本発明による作用空間内の空間電荷の分布を示すグラフである。
【符号の説明】
７００　上部シールド
７０１　上部シールドのセンターリード固着片
７０２　上部シールドのフィラメント挿入溝
７０３　上部シールドの外周部
８００　下部シールド
８０１　下部シールドのセンターリード固着片
８０２　下部シールドのフィラメント挿入凹部
８０３　下部シールドの外周部
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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