(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及び下部を覆う上部及び下部シールドと、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、前記上部及び下部シールドの直径は６．９５ｍｍ〜７．１０ｍｍである。【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及び下部を覆う上部及び下部シールドと、
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、
前記上部シールドの直径は６．９５ｍｍ〜７．１０ｍｍであることを特徴とする電子レンジ用マグネトロン。
【請求項２】
前記上部シールドの直径は７．００ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の電子レンジ用マグネトロン。
【請求項３】
前記上部シールドの上部傾斜部の外径は５．５５ｍｍ〜５．７０ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の電子レンジ用マグネトロン。
【請求項４】
前記上部シールドの上部傾斜部の外径は５．６０ｍｍであることを特徴とする請求項３記載の電子レンジ用マグネトロン。
【請求項５】
前記上部シールドの上面部の直径は４．７５ｍｍ〜４．８５ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の電子レンジ用マグネトロン。
【請求項６】
前記上部シールドの上面部の直径は４．８０ｍｍであることを特徴とする請求項５記載の電子レンジ用マグネトロン。
【請求項７】
前記下部シールドの直径は６．９５ｍｍ〜７．１０ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の電子レンジ用マグネトロン。
【請求項８】
前記下部シールドの直径は７．００ｍｍであることを特徴とする請求項７記載の電子レンジ用マグネトロン。
【請求項９】
前記下部シールドの上部傾斜部の外径は４．９５ｍｍ〜５．２０ｍｍであることを特徴とする請求項７記載の電子レンジ用マグネトロン。
【請求項１０】
前記下部シールドの上部傾斜部の外径は５．００ｍｍであることを特徴とする請求項７記載の電子レンジ用マグネトロン。
【請求項１１】
前記下部シールドの総高さは２．３５ｍｍ〜２．４５ｍｍであることを特徴とする請求項７記載の電子レンジ用マグネトロン。
【請求項１２】
前記下部シールドの総高さは２．４０ｍｍであることを特徴とする請求項１１記載の電子レンジ用マグネトロン。
【請求項１３】
前記下部シールドの上部傾斜部の高さは０．３５ｍｍ〜０．４５ｍｍであることを特徴とする請求項７記載の電子レンジ用マグネトロン。
【請求項１４】
前記下部シールドの上部傾斜部の高さは０．４０ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の電子レンジ用マグネトロン。
【請求項１５】
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及び下部を覆う上部及び下部シールドと、
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、
前記下部シールドの直径は６．９５ｍｍ〜７．１０ｍｍであることを特徴とする電子レンジ用マグネトロン。
【請求項１６】
前記下部シールドの直径は７．００ｍｍであることを特徴とする請求項１５記載の電子レンジ用マグネトロン。
【請求項１７】
前記下部シールドの上部傾斜部の外径は４．９５ｍｍ〜５．２０ｍｍであることを特徴とする請求項１５記載の電子レンジ用マグネトロン。
【請求項１８】
前記下部シールドの上部傾斜部の外径は５．００ｍｍであることを特徴とする請求項１７記載の電子レンジ用マグネトロン。
【請求項１９】
前記下部シールドの総高さは２．３５ｍｍ〜２．４５ｍｍであることを特徴とする請求項１５記載の電子レンジ用マグネトロン。
【請求項２０】
前記下部シールドの総高さは２．４０ｍｍであることを特徴とする請求項１９記載の電子レンジ用マグネトロン。
【請求項２１】
前記下部シールドの上部傾斜部の高さは０．３５ｍｍ〜０．４５ｍｍであることを特徴とする請求項１５記載の電子レンジ用マグネトロン。
【請求項２２】
前記下部シールドの上部傾斜部の高さは０．４０ｍｍであることを特徴とする請求項２１記載の電子レンジ用マグネトロン。
【請求項２３】
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を含んでな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】
本発明は電子レンジ用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移動するように、陽極と陰極を有する。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】
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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に示した多数の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】
ローレンツ力を受ける熱電子の一部はフィラメント１０６の上部及び下部の付近に移動する。図１に示すように、上部シールド１０８は帽子の形状を有し、下部シールド１０９は凹んでいる上面を有する。この熱電子は、図４に示すように（図４において、下部シールド及び下部磁極片は省略された）、上部シールド１０８と上部磁極片１１７間と、下部シールド１０９と下部磁極片１１８間の空間に形成された磁界及び電界により作用空間１０７から離脱しようとする。したがって、ローレンツ力により熱電子が作用空間１０７から離脱する現象により、マグネトロンの効率が低下する。この現象を解決するため、上部シールド１０８の幾何学的構造を帽子の形状に変化させ（図５Ａ参照）、下部シールド１０９の上面を凹んでいる形状に変化させることにより（図５Ｂ参照）、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。
【００１２】
上部シールド１０８の直径（Ａ）は７．５ｍｍであり、上部シールド１０８の上部傾斜部１０８ａの外径（Ｂ）は６．７ｍｍであり、上部シールド１０８の上部１０８ｂの直径（Ｃ）は５．３５ｍｍである。上部シールド１０８は所定の誤差範囲内に構成できる。下部シールド１０９の直径（Ｄ）は７．５ｍｍであり、下部シールド１０９の上部傾斜部１０９ａの外径（Ｅ）は６．９ｍｍであり、下部シールド１０９の高さ（ｆ）は２．５ｍｍであり、下部シールド１０９の上部傾斜部１０９ａの高さ（Ｇ）は０．５ｍｍである。下部シールド１０９も所定の誤差範囲内に構成できる。従来の上部シールド１０８及び下部シールド１０９は比較的大きいため、上部シールド１０８及び下部シールド１０９は、上部シールド１０８と上部磁極片１１７間の開放空間と、下部シールド１０９と下部磁極片１１８間の開放空間内で上部磁極片１１７及び下部磁極片１１８に近く位置する。その結果、従来のマグネトロンは、熱電子が作用空間から離脱し得る開放空間を減少させて、熱電子が作用空間から離脱することを防止しようとする。
【００１３】
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。
【００１４】
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５Ａ及び図５Ｂ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。
【００１５】
【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、つまり上部シールド及び下部シールドの寸法を変更して、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磁気的に電荷の離脱を防止するとともに、全作用空間内の電子分布を対称にすることにより、マグネトロンのノイズを低減させ、効率を向上させることができるマグネトロンを提供することにある。
【００１６】
【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及び下部を覆う上部及び下部シールドと、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、前記上部及び下部シールドの直径は６．９５ｍｍ〜７．１０ｍｍであるように構成される電子レンジ用マグネトロンを提供する。
【００１７】
【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。
【００１８】
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。
【００１９】
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）。
【００２０】
図７において、上部シールド７００の直径（Ａ）は７．００ｍｍであり、上部シールド７００の上部傾斜部の外径（Ｂ）は５．６０ｍｍであり、上部シールド７００の上部の直径（Ｃ）は４．８０ｍｍである。上部シールド７００は所定の誤差範囲内に構成される。したがって、上部シールド７００の全大きさが減少し、よって、上部傾斜部７００ａと上部シールド７００の上部により形成される角（Ｔ）が従来の上部シールドに比べて増加する。その結果、角（Ｔ）の増加により電界及び磁界が変化され、作用空間内の空間電荷分布が変化される。図７において、符号７０１はフィラメント収容溝を示す。
【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。同図に示すように、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）。図８において、下部シールド８００の直径（Ｄ）は７．０ｍｍであり、下部シールド８００の上部傾斜部８００ａの外径（Ｅ）は５．０ｍｍであり、下部シールド８００の高さ（Ｆ）は２．４ｍｍであり、下部シールド８００の上部傾斜部８００ａの高さ（Ｇ）は０．４ｍｍである。下部シールド８００も所定の誤差範囲内に構成される。したがって、下部シールド８００の全大きさが減少し、よって、上部傾斜部８００ａと下部シールド８００の下部により形成される角（Ｕ）が従来の下部シールドに比べて増加する。その結果、角（Ｕ）の増加により電界及び磁界が変化され、作用空間内の空間電荷分布が変化される。図８において、符号８０１はフィラメント収容孔を示す。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
本発明は、上部及び下部シールドの幾何学的構造により、熱電子が作用空間から離脱することを防止しようとした従来技術とは異なる。したがって、本発明は、熱電子は電磁気力により移動するという自然法則を用いる。従来技術は、上部及び下部シールドを拡大して上部及び下部磁極片に近接させることにより開放空間を減らすに対し、本発明は上部及び下部シールドの大きさを減少させて電界及び磁界を変化させることにより熱電子を対称的に分布させる。
【００２６】
本発明は前記実施例に限定されるものではなく、上部及び下部シールドの構造に対するおよそ０．０５ｍｍの所定誤差範囲内でうまく実施できる。また、上部及び下部シールドの大きさを変化させて作用空間内の電界及び磁界を変化させることと、電界及び磁界を変化させて作用空間内の熱電子の分布を変化させる概念を含む全ての変更及び修正は本発明の範囲内に属する。したがって、当業者であれば、前述した本発明の特徴から多くの変更及び修正を容易に実施することができる。
【００２７】
【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（つまり、上部及び下部シールドの大きさ）を従来のマグネトロンと異にして、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、マグネトロンの総効率を向上させる。
【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
７００ａ　上部シールドの傾斜面
７０１　上部シールドのフィラメント収容溝
８００　下部シールド
８００ａ　下部シールドの傾斜面
８０１　下部シールドのフィラメント収容孔
【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】
2004071533.tif 000009
【図６】
2004071533.tif 000010
【図７】
2004071533.tif 000011
【図８】
2004071533.tif 000012
【図９】
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