(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードと、該アノードに一端部が電磁気的に結合し、他端部からアノードで発振させるマイクロ波を放射する棒状の出力アンテナと、該出力アンテナの他端部側を被覆する出力セラミックスと、前記出力アンテナの前記アノード側を被覆すると共に、前記出力セラミックスおよび前記アノードと共に前記出力アンテナを被覆する真空壁を構成する筒状体とを有し、前記出力アンテナの前記出力セラミックスに対向する部分に周方向に沿った溝が形成され、該溝は、一番深い部分における前記棒状の長さ方向の位置と、開口部の前記棒状の長さ方向における幅の中心位置とが、オフセットするように形成されると共に、前記出力セラミックスと前記出力アンテナが摺動状態に嵌合するように前記溝内に金属材が流し込まれてなるマグネトロンの出力構造。
【請求項２】
前記溝の一番深い部分と前記長さ方向における幅の両端部のそれぞれとを結ぶ傾斜面が、前記棒状方向と垂直な面に対してなす角度を、一方が４５°より大きく、他方が４５°より小さくなるように形成されてなる請求項１記載のマグネトロンの出力構造。
【請求項３】
アノード内部に連通する中空となった筒状体を介して出力セラミックスとアノードとが気密結合され、金属製で棒状の出力アンテナの一端がアノード内の陽極片に接合され、他端が前記筒状体の中空部内を貫通して前記陽極セラミックス内に嵌合する構造のマグネトロンの製造方法において、
前記出力アンテナの前記出力セラミックスに対向する部分に周方向に沿った溝で、該溝の一番深い部分における前記棒状の長さ方向の位置と、開口部の前記棒状の長さ方向における幅の中心位置とが、オフセットするように前記溝を形成し、前記溝の一番深い部分がオフセットした方向と反対側の前記出力アンテナのいずれかの場所に前記出力アンテナより低融点の金属材を設けておき、前記出力アンテナおよび出力セラミックスを組立後、または出力セラミックスのロウ付けと共に、前記出力アンテナに設けた金属材が前記溝より上側になるように配置して該金属材を溶融し、前記溝内に金属材を流し込むことにより、前記出力セラミックスと前記出力アンテナとを摺動状態に嵌合させるマグネトロンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーダ装置などに使用されるマグネトロンの出力構造およびその製造方法に関する。さらに詳しくは、出力や発振周波数などの特性を安定させることができるマグネトロンの出力構造およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
出力アンテナが出力セラミックスに嵌合する構造のマグネトロンの出力部は、たとえば図４にその一例の断面説明図が示されるような構造になっている。すなわち、出力アンテナ２は、たとえばニッケルや銅などの金属からなり、その一端はアノード１の１つの小空洞１ｄ内にループを形成して挿入され、その端部が１つの陽極片（ベーン）１ｂにロウ付けされ、その他端は、アノードシェル１ａの外壁を経て、出力セラミックス４に嵌合している。
【０００３】
アノード１は、アノードシェル１ａの内周壁からその中心部に配設されるカソード（図示せず）に向かって延びる複数個の陽極片１ｂにより各々を共振器とする小空洞が形成され、通常は相隣る各小空洞がπラジアンの位相差となるπモード動作をするように形成されており、このπモード動作を安定させるため、ストラッピング１ｃにより１つおきの陽極片１ｂが同電位となるように連結されることにより形成されている。
【０００４】
出力セラミックス４は、たとえばアルミナなどからなり、アノード１内部に連通するフランジ８の中空部を被蓋するようにロウ材ワッシャ９を介して、フランジ８端面にロウ付け固着され、アノード１内を真空に保つための真空壁となっている。フランジ８は、出力アンテナ１を同軸構造にすると共に、真空壁を構成する金属製の筒状体で、出力セラミックス４とアノードシェル１ａとの間にロウ付けされている。この例では、アノード１で発振したマイクロ波を出力アンテナ２から出力セラミックス４を介して導波管に伝送されるように、一端を終端した導波管５が出力部と結合するようにフランジ８に取り付けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のような出力構造のマグネトロンでは、出力セラミックス４と、出力アンテナが嵌合のみで固定されているだけなので、外部から振動などの外力が加わると出力アンテナが振動し、発振周波数や出力電力が振動の影響で変動するという問題がある。とくに、航空機に搭載して用いる場合には、３Ｇ（Ｇは重力加速度）程度の大きな加速度の振動が加わり、発振周波数や出力の変動を抑えることが困難である。このため、たとえば特開平９−６９３４１号公報に示されるように、出力セラミックスと出力アンテナとの間にロウ材など、出力アンテナより低融点の金属を流し、嵌合の隙間を埋める方法が採られてきたが、隙間が広すぎるとロウ材が流れ落ちて、隙間に溜まらず、隙間が狭すぎると組立時に出力アンテナが出力セラミックスに挿入できなかったり、ロウ材が全然流れ込まなくなるため、組立時の間隙を０.０３〜０.２ｍｍと非常に狭い範囲で組み立てなければならず、量産時にセラミックスの穴径の精度を求めることが難しいため、安定した摺動特性を有する嵌合を行えない場合が生じる。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決し、動作時に振動や衝撃に対しても、周波数や出力などの変動が小さく、安定した特性が得られるマグネトロンの陽極構造およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によるマグネトロンの陽極構造は、アノードと、該アノードに一端部が電磁気的に結合し、他端部からアノードで発振させるマイクロ波を放射する棒状の出力アンテナと、該出力アンテナの他端部側を被覆する出力セラミックスと、前記出力アンテナの前記アノード側を被覆すると共に、前記出力セラミックスおよび前記アノードと共に前記出力アンテナを被覆する真空壁を構成する筒状体とを有し、前記出力アンテナの前記出力セラミックスに対向する部分に周方向に沿った溝が形成され、該溝は、一番深い部分における前記棒状の長さ方向の位置と、開口部の前記棒状の長さ方向における幅の中心位置とが、オフセットするように形成されると共に、前記出力セラミックスと前記出力アンテナが摺動状態に嵌合するように前記溝内に金属材が流し込まれている。
【０００８】
この構造にすることにより、溝が棒状アンテナの縦方向で非対称な断面形状になるように形成されているため、出力アンテナの上下で溝の傾斜角度が異なり、棒状出力アンテナの垂直な面に対して傾斜角度の小さい方を下にして、上からロウ材などの出力アンテナより低融点の金属材料を流すことにより、溝の下側で金属材が滞留し、さらに流れ込むことにより表面張力により外側に出っ張るように溜まる。その結果、その外周にある出力セラミックスと接触するように隆起して固まる。しかし、金属材とセラミックスとは接着しないため、温度が下がると熱膨張率の大きい出力アンテナおよび金属材の収縮が大きく、出力セラミックスとの間に隙間が形成される。その結果、動作などにより温度が上昇して、熱膨張係数の大きい出力アンテナが延びても、摺動して相互間に力が加わることがなく、しかも振動に対しても動くことがなく、しっかりと固定され、特性変動は生じない。
【０００９】
すなわち、出力アンテナと出力セラミックスとの部品間に公差などによる間隔のバラツキがあっても、常にロウ材などの金属材の溶融する温度で金属材を介して出力アンテナと出力セラミックスとが接触する状態に金属材が流れ込んでいるため、低温状態では両者間に一定の間隙を有しており、周囲温度の変化や動作などによる温度上昇に対しても、摺動状態を維持することができ、両者間に相互作用が働くことがない。
【００１０】
前記溝の一番深い部分と前記長さ方向における幅の両端部のそれぞれとを結ぶ傾斜面が、前記棒状方向と垂直な面に対してなす角度（傾斜角度）を、一方が４５°より大きく、他方が４５°より小さくなるように形成されておれば、傾斜角度の小さい方を下側にして、金属材を流し込むことにより、溝の下側に金属材が溜まりやすく、出っ張り部を形成しやすいため好ましい。
【００１１】
本発明によるマグネトロンの製造方法は、アノード内部に連通する中空となった筒状体を介して出力セラミックスとアノードとが気密結合され、金属製で棒状の出力アンテナの一端がアノード内の陽極片に接合され、他端が前記筒状体の中空部内を貫通して前記陽極セラミックス内に嵌合する構造のマグネトロンの製造方法において、前記出力アンテナの前記出力セラミックスに対向する部分に周方向に沿った溝で、該溝の一番深い部分における前記棒状の長さ方向の位置と、開口部の前記棒状の長さ方向における幅の中心位置とが、オフセットするように前記溝を形成し、前記溝の一番深い部分がオフセットした方向と反対側の前記出力アンテナのいずれかの場所に前記出力アンテナより低融点の金属材を設けておき、前記出力アンテナおよび出力セラミックスを組立後、または出力セラミックスのロウ付けと共に、前記出力アンテナに設けた金属材が前記溝より上側になるように配置して該金属材を溶融し、前記溝内に金属材を流し込むことにより、前記出力セラミックスと前記出力アンテナを摺動状態に嵌合させることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
つぎに、図面を参照しながら本発明によるマグネトロンの出力構造およびその製造方法について説明をする。
【００１３】
本発明によるマグネトロンの出力構造は、図１にその一実施形態であるマグネトロンの出力部の断面説明図が示されるように、棒状の出力アンテナ２の一端部がアノード１に電磁気的に結合するように１つの陽極片１ｂに接続され、他端部は出力セラミックス４に嵌合され、アルミナなどからなる出力セラミックス４は金属からなる筒状体（フランジ）８を介してアノード１に固定されている。この出力セラミックス４とフランジ８とにより出力アンテナ２を被覆し、出力アンテナ２部の真空壁を構成し、アノード１で発振したマイクロ波を他端部側から出力セラミックス４を介して放射することができるようになっている。図１に示される例では、このマイクロ波が導波管内を伝搬することができるように、一端を終端した導波管５が出力部と結合するようにフランジ８に取り付けられている。
【００１４】
本発明では、出力アンテナ２の出力セラミックス４に対向する部分に、周方向に沿った溝２ａが形成されており、その溝２ａは、図２に拡大断面説明図が示されるように、一番深い部分Ｔにおける棒状の長さ方向の位置Ａと、開口部の棒状の長さ方向における幅Ｗの中心位置Ｂとが、オフセットするように形成されると共に、出力セラミックス４と出力アンテナ２とが摺動状態に嵌合するように溝２ａ内にロウ材などの金属材３が流し込まれていることに特徴がある。
【００１５】
アノード１は、前述の図４に示される構造と同じで、共振器となる小空洞を形成すべく、無酸素銅などからなるアノードシェル１ａの内周壁に、無酸素銅などの板材からなる複数個の陽極片（ベーン）１ｂが設けられ、１個おきの陽極片１ｂをストラッピング１ｃにより連結してπモードで発振させる構造になっているが、他の構造でも構わない。
【００１６】
出力アンテナ２は、たとえばニッケルや銅などの棒状金属からなり、前述のように、その一端部はアノード１の１つの小空洞１ｄ内にループを形成して１つの陽極片１ｂにロウ付けされている。そして、その他端部の陽極セラミックス４と対向する部分に、周方向に沿って溝２ａが形成され、その溝２ａ内に流し込まれ、その表面張力により盛り上がるように形成されたロウ材などの金属材３を介して出力セラミックス４の内壁と摺動し得るように僅かな隙間で嵌合している。
【００１７】
この溝２ａは、図２に拡大断面説明図が示されるように、棒状出力アンテナ２の縦方向（長さ方向）の断面形状が非対称、すなわち、溝２ａの断面形状で、一番深い谷底Ｔにおける縦方向の位置Ａと、溝２ａの開口部における縦方向の幅Ｗの中心位置Ｂとが同じ高さではなく、オフセットするように形成されている。このオフセットさせる理由は、ロウ材などの金属材３を表面が隆起するように溝２ａ内に溜めるためである。すなわち、図２に示されるように、断面形状が３角形であれば、谷底である溝２ａの一番深い点Ｔと開口部の上下端とを結ぶ傾斜面が、出力アンテナ２の延びる方向と垂直な面に対してなす角度（傾斜角度）α、βは、オフセットした側の傾斜面の角度（傾斜角度）αが小さく、他方の傾斜面の角度（傾斜角度）βが大きくなる。そのため、傾斜角度の大きい側から溶融したロウ材などを流し込めば、傾斜角の小さい傾斜面側で流れが止まり、溝２ａ内にロウ材などの金属材を溜めやすくなる。
【００１８】
たとえば図２に示されるように、谷部がオフセットした側を下側にして、それより上部、たとえば陽極アンテナ他端部側に、たとえば銀ロウと呼ばれる銀を主体としたロウ材６を載置しておき、８５０℃程度の温度で１５０分程度加熱すると、溶融したロウ材がその重力により陽極アンテナ２を伝って下側（アノード１側）に流れ、溝２ａ内の急な傾斜面に沿って流れ込み、緩い傾斜面で滞留するため、溝２ａ内に溶融したロウ材が溜まる。さらにロウ材が流れ込んでくると、その表面張力により、図２に示されるように隆起し、陽極セラミックス４の内壁とほぼ接する状態になる。この状態で温度を下げると溶融したロウ材が硬化し始めるが、ロウ材などの金属材とセラミックスとは接着しない。しかも、ロウ材やニッケルなどの熱膨張係数は１５〜２０×１０-6／℃であるのに対して、セラミックスの熱膨張係数は、７〜８×１０-6／℃であるため、ロウ材３や出力アンテナ２の方が大きく収縮し、嵌合部に適度な隙間が生じることになる。その結果、周囲温度の変化やマグネトロンの動作などにより温度が上昇して出力アンテナが熱膨張により伸びても、摺動するように出力セラミックス４内を動き、それにも拘わらず、両者間は殆ど接する状態にあり、振動などが加わっても出力アンテナが偏芯したりすることがない。
【００１９】
このような構造にするための溝２ａの形状について、本発明者が鋭意検討を重ねた結果、緩い傾斜面の傾斜角度αは４５°より小さい角度であれば、溶融したロウ材が滞留して溜まりやすく、きつい傾斜面の傾斜角度βは４５°より大きくすれば溶融したロウ材が流れやすいことを見出した。これは、βが４５°より大きい場合、溶融した液状のロウ材が表面張力で隆起すると、液状のロウ材の重心が出力アンテナの中心軸から遠くなり、重力の影響を受けて流れ出し、αが４５°より小さい場合、ロウ材の粘性による強い表面張力が得られ、流れ出ないためと考えられる。この場合、αは負の角度（Ｔの位置が開口部の下端部より下側になる場合）でも構わない。
【００２０】
したがって、溝の深さと同程度以上の開口部の幅を有する溝を形成する場合（余り溝を深くすると出力アンテナの強度が弱くなるため、通常の溝を形成すれば、開口部の幅が溝の深さ以上になる）谷底の部分における縦方向の位置が開口部の中心部の位置よりオフセットさせれば、上記αとβとの関係が得られる。なお、溝の形状は、図２に示されるような断面が３角形状ではなく、円弧形状など他の形状でも、その谷底が開口部の中心とオフセットする位置に形成されておれば、同様の関係が得られ、ロウ材などの金属材を溝から隆起するように（出っ張り部が形成されるように）形成することができ、出力セラミックスと摺動させることができる。また、溝２ａの谷底（一番深い場所）は、点状でなく幅がある場合でもよく、このときの前述の傾斜面は、開口部の両端部とそれぞれ近い側の谷底部とのなす面であることはいうまでもない。
【００２１】
図２に示される例は、溝２ａの谷部のオフセットをアノード１側になるように形成したが、谷部のオフセットと反対側にロウ材などの金属材を設けて、その金属材が溶融したときに溝内に流れ落ちるような位置関係に配置してロウ材を溶融しさえすれば、同様にロウ材などが溝２ａ内に流れ込んで溜まるため、反対側に形成されても良い。すなわち、図３に示されるように、出力アンテナ２の他端部側（アノード１と反対側）にオフセットするように溝２ａが形成された場合、溝２ａよりもアノード１側にロウ材６を設けておき、他端部側が下側になるように高周波ロウ付け装置などに設定してロウ材を溶融することにより、同様に出力セラミックス４の内壁と摺動するように金属材１０を出力アンテナ２の溝２ａ内に形成することができる。なお、図３において、図２と同じ部分には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００２２】
金属材３は、前述のように、たとえば銀を主体とする銀ロウなどのロウ材を用いることができ、出力セラミックス４をフランジにロウ付する際に同時に溶融して溝２ａ内に流し込むこともできるが、ロウ付け工程とは別の工程で別の材料を用いることもできる。出力アンテナ２より融点が低く、真空内であるため、ガスの出難い材料であれば何でも使用することができる。しかし、マグネトロンの動作時に出力アンテナが上がる温度より高い温度で溶融する材料であることが好ましい。
【００２３】
本発明による出力アンテナと出力セラミックスとの摺動状態を検証する。たとえば出力アンテナを断面が円形で外径が１.７ｍｍφとし、アルミナからなる出力セラミックスの内径を１.７５ｍｍφとすると、この差の０.０５ｍｍ分の厚さがロウ材となる。ロウ材が８５０℃で溶融しているときに出力アンテナの溝に隆起するロウ材と出力セラミックスとが接触していたとすると、常温（２５℃）に冷めた状態では、両者の直径の差は、
１.７５×（１８−７.５）×１０-6×（８５０−２５）＝０.０１５（ｍｍ）
ここで、出力セラミックスの熱膨張係数：７.５×１０-6
出力アンテナおよびロウ材の熱膨張係数：１８×１０-6である。
【００２４】
一方、実験で本発明により製造した出力アンテナと出力セラミックスとの間隔を調べた結果、０.０１〜０.０３ｍｍの直径の差が安定して得られ、上記理論と一致することが判明した。また、重力加速度３Ｇを加えた振動試験を行っても、発振周波数や出力電力の変化は生じなかった。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、部品状態で出力アンテナと出力セラミックスとの間の間隔にバラツキがあっても、出力アンテナに形成した溝に隆起するようにロウ材などの金属材を流し込んで出力セラミックスと嵌合するようにしているため、ロウ材などが溶融する温度で相互に接触し、それより低い温度では、熱膨張率の差に基づく間隙部が形成され、摺動状態で嵌合する。その結果、出力アンテナと出力セラミックスとの間隙が非常に小さく、大きな重力か速度が加わる振動などに対しても、発振周波数や出力などの変動が生ぜず、しかも出力アンテナと出力セラミックスとが接合していないため、熱膨張差による応力なども加わらず、非常に信頼性の高いマグネトロンが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるマグネトロン陽極構造の一実施形態を示す断面説明図である。
【図２】図１の出力アンテナと出力セラミックス部の拡大説明図である。
【図３】図１のマグネトロンを製造する他の例の断面説明図である。
【図４】従来のマグネトロン陽極構造の例を示す断面説明図である。
【符号の説明】
１    アノード
２    出力アンテナ
２ａ  溝
３    金属材
４    出力セラミックス
【図１】
0004772234.tif 000002
【図２】
0004772234.tif 000003
【図３】
0004772234.tif 000004
【図４】
0004772234.tif 000005