(57)【要約】【課題】  空洞共振器のキャパシタンス分Ｃｒを小さく抑えることができて、動作安定性の向上と、高効率化とを両立させることのできるマグネトロンを得る。【解決手段】  マグネトロンの陽極構体５１において、略円筒状の陽極筒体５３の内周に放射状に装備される複数枚の板状ベイン５４は、陽極筒体５３の中心軸側に位置する先端部を、先端から所定長さＬの範囲に渡って板厚を薄くした段型形状Ｄｆとすることで、隣接する板状ベイン５４相互の対向する面積の増大を抑えると同時に、ベイン先端部間の離間距離を確保する。【選択図】        図１
2005197166.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円筒状の陽極筒体と、この陽極筒体の内周面から中心軸に向かう放射状に前記陽極筒体の内周面に固着装備された偶数枚の板状ベインと、これらの板状ベインを交互に電気的に接続する大小のストラップリングとを備えた陽極構体と、この陽極構体の中心軸上に組み込まれる陰極構体とを具備したマグネトロンにおいて、
前記陽極筒体の中心軸側に位置する各板状ベインの先端部は、先端から所定長さＬの範囲を、板厚を薄くした段型形状としたことを特徴とするマグネトロン。
【請求項２】
前記板状ベインの基端側の板厚をｔ0、段型形状に薄肉化した先端部の板厚をｔ1、隣接する板状ベイン相互の先端部間の離間距離をｗ、前記板状ベインの装備枚数をＮとしたとき、
ｗ／（ｔ1＋ｗ）≦０．５
Ｌ≧｛（ｔ0−ｔ1）／２｝÷tan（１８０／Ｎ）
のそれぞれを満たすように、Ｎ，Ｌ，ｔ0，ｔ1を設定したことを特徴とする請求項１に記載のマグネトロン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子レンジ等のマイクロ波応用機器に用いられるマグネトロンに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子レンジ等にマイクロ波発振装置として組み込まれるマグネトロンは、通常、図５示すように、中心部に配設される真空管部１と、真空管部１の外周に配設された複数枚の放熱用フィン２と、真空管部１と同軸に配設された一対の環状磁石３と、これらの環状磁石３を磁気的に継ぐ枠状継鉄４，５と、フィルタ回路部７とから構成されている。また、真空管部１は、陽極構体１１と、この陽極構体１１の中心軸上に組み込まれる陰極構体２１とから構成されている。
【０００３】
陽極構体１１は、図６及び図７にも示すように、略円筒状の陽極筒体１２と、陰極構体２１のフィラメント２２と所定間隔を保つように陽極筒体１２の内周面からその中心軸に向かう放射状に陽極筒体１２に固着装備された偶数枚（Ｎ枚）の板状ベイン１３と、板状ベイン１３の管軸方向の端部に配されて各板状ベイン１３を一枚おきに交互に接続して電気的に短絡する大小２組のストラップリング１５，１６と、マイクロ波出力用に板状ベインに接続されたアンテナ１７とを具備した構成である。
また、陰極構体２１は、図５に示したように、その中心部に配置されるコイル状のフィラメント２２と、このフィラメント２２の両端に接合されたエンドハット２３，２４と、これらのエンドハット２３，２４を介してフィラメント２２に接続された陰極支持リード２５とを具備した構成である（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
上記構成のマグネトロンは、フィラメント２２を加熱し、フィラメント２２と板状ベイン１３の間に所定の直流高電圧を印加することにより、フィラメント２２から板状ベイン１３に向かって放出された電子が、板状ベイン１３とフィラメント２２の間の作用空間３１において直交する電磁界の作用を受け、フィラメント２２の周囲を旋回しながら周回し、陽極構体１１の板状ベイン１３に向かい、偶数個の板状ベイン１３によって分割、形成された空洞共振器３３に生じた微弱なマイクロ波と相互作用を起こすことにより、空洞共振器３３内に大なるマイクロ波を発生させ、発生したマイクロ波をアンテナ１７から出力する。
【０００５】
空洞共振器３３内に発生するマイクロ波の周波数は、空洞共振器３３を形成している陽極筒体１２の内周壁面部および相対する板状ベイン１３からなるインダクタンス分Ｌと、板状ベイン１３相互間および陽極筒体１２からなる空洞共振器３３のキャパシタンス分Ｃｒおよびストラップリング１５，１６それぞれおよび板状ベイン１３との対向部からなるキャパシタンス分Ｃｓとの合成キャパシタンス分Ｃとで決定され、一般的には共振周波数ｆrは次の（１）式で表される。
ｆr＝１／｛２π（ＬＣ）1/2｝        ……（１）
【０００６】
この周波数はマグネトロンの発振形態のうち最も強く安定に発振して隣接空洞共振器間で逆位相のいわゆるπモード発振の周波数となり、板状ベイン１３を交互に接続して電気的に短絡する大小２組のストラップリング１５，１６の主な機能は、このπモード発振の安定化維持のためにある。
【０００７】
しかしながら、マグネトロンではＮ枚の板状ベイン１３によって区画されるＮ個の空洞共振器が互いに電気的に結合され、さらに板状ベイン１３が大小２組のストラップリング１５，１６によって交互に電気的に短絡されていれば、Ｎ／２個の異なった周波数の発振が存在することになる。
例えば、板状ベイン１３の装備枚数Ｎが１０枚で、板状ベイン１３により区画される空洞共振器３３の数量が１０個であれば、基本モードとしてはＮ／２から５個の発振モードがあり、前記のπモードと呼ばれるＮ／２モード、Ｎ／２−１モード、Ｎ／２−２モード、Ｎ／２−３およびＮ／２−４モードとなる。
そして、πモードでは周波数および陽極電圧等の動作条件が最も強く安定に発振することができる。ところが、このπモードに隣接するＮ／２−１モードの発振周波数が、πモードの発振周波数に近いと、動作条件が僅かに変動しただけでもπモードからＮ／２−１モードに変移して発振する、いわゆるモードジャンプなどの不安定な現象が現れる。
【０００８】
そこで、Ｎ／２−１モードの発振周波数をπモードの発振周波数から離すために、板状ベイン１３相互間および陽極筒体１２からなる空洞共振器３３のキャパシタンス分Ｃｒに対し、ストラップリング１５，１６それぞれおよび板状ベイン１３との対向部からなるストラップリング部のキャパシタンス分Ｃｓの割合を大きく設定するか、ストラップリング１５，１６を全く対称構造とはせず、その一部を切断する方法が提案されている（例えば、非特許文献１の１６３〜１６５ページ参照）。
【０００９】
また、一方では、近年の世界的な省エネ要求に応えるべく、マグネトロンの高効率化が強く要望されている。
マグネトロンの高効率化を行うためには、高磁界化、陽極分割数の増加および陽極陰極径の小型化が必要となってくるが、いずれも板状ベイン１３相互の間隔が狭くなる（上記非特許文献１の１７２〜１７７ページ参照）。
そこで、板状ベイン１３相互の配置間隔が狭くなっても、隣接する板状ベイン１３相互に一定の離間距離を確保するために、図８に示すように、各板状ベイン１３の先端部の両面にテーパ面１３ａを設ける技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−２３３０３６号公報
【特許文献２】特開昭６０−１２７６３８号公報
【非特許文献１】昭和３１年１２月に無線従事者教育協会により発行された「マイクロ波真空管」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところが、隣接する板状ベイン１３相互間および陽極筒体１２からなる空洞共ベイ振器３３のキャパシタンス分Ｃｒの殆どは、板状ベイン１３相互の最接近する先端部でのキャパシタンス分Ｃｇで決定され、図８（ａ）に示すように、板状ン１３相互の最接近する先端部の対向面積をＳ、対向面間の離間距離をｄとしたとき、次の（２）式で表される。
Ｃｒ≒Ｃｇ＝ε×Ｓ／ｄ        ……（２）
【００１２】
そして、上記のように各板状ベイン１３の先端部の両面にテーパ面１３ａを設ける構成では、実際上はそれほど大きな離間距離を確保できないために、結果的に、空洞共振器３３のキャパシタンス分Ｃｒが大きくなってしまう。
なお、図８（ｂ）は、（ａ）の等価回路を示す。
上述の（１）式における合成キャパシタンス分Ｃを所定値に維持するためには、空洞共振器３３のキャパシタンス分Ｃｒが大きくなった分、ストラップリング部のキャパシタンス分Ｃｓの割合を小さくしなければならない。
その結果、キャパシタンス分Ｃｒに対してキャパシタンス分Ｃｓの割合を大きく設定してＮ／２−１モードの発振周波数をπモードの発振周波数から離すことができなくなり、いわゆるモードジャンプにより動作が不安定になるという問題が発生し、高効率化と動作安定性の双方を実現することが困難であった。
なお、板状ベイン１３間の離間距離を大きく確保するために、ベインそれぞれの板厚を薄くすることも考えられるが、薄くすると、マグネトロンとして熱容量に耐えられない。
【００１３】
そこで、本発明の目的は上記課題を解消することに係り、高効率化のために板状ベイン相互の間隔が狭くなる場合でも、隣接する板状ベイン相互によって区画される空洞共振器のキャパシタンス分Ｃｒに対してストラップリング部のキャパシタンス分Ｃｓの割合を大きく設定できてＮ／２−１モードの発振周波数をπモードの発振周波数から引き離すことができ、従って、動作条件が僅かに変動するような場合でも、Ｎ／２−１モードとπモードとの接近に起因したモードジャンプの発生を防止して、高効率化と動作安定性とを両立させることのできるマグネトロンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的は下記構成により達成される。
（１）  略円筒状の陽極筒体と、この陽極筒体の内周面から中心軸に向かう放射状に前記陽極筒体の内周面に固着装備された偶数枚の板状ベインと、これらの板状ベインを交互に電気的に接続する大小のストラップリングとを備えた陽極構体と、この陽極構体の中心軸上に組み込まれる陰極構体とを具備したマグネトロンにおいて、
前記陽極筒体の中心軸側に位置する各板状ベインの先端部は、先端から所定長さＬの範囲を、板厚を薄くした段型形状としたことを特徴とするマグネトロン。
【００１５】
（２）  上記（１）において、前記板状ベインの基端側の板厚をｔ0、段型形状に薄肉化した先端部の板厚をｔ1、隣接する板状ベイン相互の先端部間の離間距離をｗ、前記板状ベインの装備枚数をＮとしたとき、
ｗ／（ｔ1＋ｗ）≦０．５
Ｌ≧｛（ｔ0−ｔ1）／２｝÷tan（１８０／Ｎ）
のそれぞれを満たすように、Ｎ，Ｌ，ｔ0，ｔ1を設定したことを特徴とするマグネトロン。
【発明の効果】
【００１６】
上記（１）に記載のマグネトロンでは、高効率化のために板状ベイン相互の間隔が狭くなる場合でも、隣接する板状ベイン相互の先端部は、段型形状のために、板状ベイン相互の対向面の間隔が徐々に開く構造となり、先端をテーパ面とした従来と比較すると、板状ベイン相互の先端部において狭い間隔で対向する面積の増加が抑制される。
従って、隣接する板状ベイン相互の先端部の対向面積や対向面間の離間距離が影響する空洞共振器のキャパシタンス分Ｃｒを小さく抑えることができる。その結果、隣接する板状ベイン相互によって区画される空洞共振器のキャパシタンス分Ｃｒに対してストラップリング部のキャパシタンス分Ｃｓの割合を大きく設定することで、Ｎ／２−１モードの発振周波数をπモードの発振周波数から引き離して、不安定な隣接モードとの分離度を大きくすることができる。
従って、動作条件が僅かに変動するような場合でも、Ｎ／２−１モードとπモードとの接近に起因したモードジャンプの発生を防止して、最も安定で高効率なπモード発振を持続できることから、高効率化と動作安定性とを両立させることができる。
【００１７】
なお、上記（２）に記載のマグネトロンのように、Ｎ，Ｌ，ｔ0，ｔ1を設定することで、発振効率を例えば７０％以上に維持することが可能になり、また、板状ベインの先端部が過度に薄肉化されることを防止して、ベインの先端部の熱的な耐久性の低下を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係るマグネトロンの好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明に係るマグネトロンに使用する陽極構体の一実施の形態を示したもので、（ａ）は陽極構体の縦断面図、（ｂ）は（ａ）に示した陽極構体の平面図である。
この一実施の形態のマグネトロンは、５，８００ＭＨｚの基本周波数で動作するマイクロ波発振管で、陽極構体５１の中心軸上に陰極構体が組み込まれるが、その陰極構体、陽極構体５１の外周に装備される放熱用フィン、環状磁石、枠状継鉄、フィルタ回路部等の陽極構体５１以外の構成は、図５に示した従来のものと同様で良く、従来と同様の構成については、説明を省略する。
【００２０】
本実施の形態の陽極構体５１は、中心軸上に陰極構体が組み込まれる略円筒状の陽極筒体５３と、この陽極筒体５３の内周面から中心軸に向かう放射状に当該陽極筒体５３に固着装備された偶数枚（Ｎ枚）の板状ベイン５４と、これらの板状ベイン５４を交互に電気的に接続する大小のストラップリング５６ａ．５６ｂ，５７ａ，５７ｂと、マイクロ波出力用に何れか一つの板状ベイン５４に接続されたアンテナ５９とを具備した構成である。
【００２１】
本実施の形態の場合、板状ベイン５４の装備数は１８枚で、各板状ベイン５４の先端面と陰極構体との間の作用空間６１の周囲には、上記１８枚の板状ベイン５４によって、１８個の空洞共振器６３が画成されている。
【００２２】
そして、本実施の形態の陽極構体５１の場合、陽極筒体５３の中心軸側に位置する各板状ベイン５４の先端部は、図２に示すように、先端から所定長さ（深さ）Ｌの範囲を、板厚をΔｔだけ薄くした段型形状Ｄｆとしている。
【００２３】
また、板状ベイン５４は、板状ベイン５４の基端側の板厚をｔ0、両面を段型形状ＤｆにΔｔずつ薄肉化した先端部の板厚をｔ1、隣接する板状ベイン５４相互の先端部間の離間距離をｗ、前記板状ベイン５４の装備枚数をＮとしたとき、下記の（３），（４）式のそれぞれを満足するように、Ｎ，Ｌ，ｔ0，ｔ1を設定している。
【００２４】
ｗ／（ｔ1＋ｗ）≦０．５        ……（３）
Ｌ≧｛（ｔ0−ｔ1）／２｝÷tan（１８０／Ｎ）      ……（４）
【００２５】
以上に説明した本実施の形態のマグネトロンでは、高効率化のための高磁界化、陽極分割数の増加および陽極陰極径の小型化等によって板状ベイン５４相互の間隔が狭くなる場合でも、隣接する板状ベイン５４相互の先端部は、その両面に装備した段型形状Ｄｆのために、板状ベイン５４相互の対向面の間隔（離間距離）が徐々に開く構造となり、先端をテーパ面とした従来と比較すると、板状ベイン５４相互の先端部において狭い間隔で対向する面積の増加が抑制される。
【００２６】
従って、隣接する板状ベイン５４相互の先端部の対向面積や対向面間の離間距離が影響する空洞共振器６３のキャパシタンス分Ｃｒを小さく抑えることができる。その結果、隣接する板状ベイン５４相互によって区画される空洞共振器６３のキャパシタンス分Ｃｒに対してストラップリング５６ａ．５６ｂ，５７ａ，５７ｂによって構成されるストラップリング部のキャパシタンス分Ｃｓの割合を大きく設定することで、Ｎ／２−１モードの発振周波数をπモードの発振周波数から引き離して、モード分離を図り、不安定な隣接モードとの分離度を大きくすることができる。
従って、動作条件が僅かに変動するような場合でも、Ｎ／２−１モードとπモードとの接近に起因したモードジャンプの発生を防止して、最も安定で高効率なπモード発振を持続できることから、高効率化と動作安定性とを両立させることができる。
【００２７】
なお、上記の（４）式において、板状ベイン５４の薄肉化した先端部の長さＬを上記の範囲に設定した意味は、長さＬが短くて板状ベイン５４の基端側の先端となる角部が陰極構体から見えるように露出することによって、この角部に電子が集中して、ベイン間の距離を離間させる段差形状Ｄｆが実質的に無視されないことにある。
【００２８】
また、上記の（３）式、及び（４）式の双方を満足するように、Ｎ，Ｌ，ｔ0，ｔ1を設定することで、発振効率を例えば７０％以上に維持することが可能になり、また、板状ベイン５４の先端部が過度に薄肉化されることを防止して、ベインの先端部の熱的な耐久性の低下を防止することができる。
【００２９】
図３は、本実施の形態の作用効果を確認するために、上記実施の形態のマグネトロンにおけるマイクロ波の発振周波数特性と、上記の板状ベイン５４の代わりに図８に示した板状ベイン１３を採用した従来のマグネトロンにおけるマイクロ波の発振周波数特性を測定したものである。
【００３０】
図３において、特性曲線ｆｚは従来のマグネトロンにおけるもの、特性曲線Ｐｚは本実施の形態のマグネトロンにおけるものである。
従来のマグネトロンの特性曲線ｆｚでは、πモードの発振周波数ｆ１が５，８００ＭＨｚ付近にあるのに対して、Ｎ／２−１モードの発振周波数ｆ２が６，４７０ＭＨｚ付近で、Ｎ／２−１モードがπモードに接近している。
それに対して、本実施の形態のマグネトロンの特性曲線Ｐｚでは、πモードの発振周波数Ｐ１が５，８００ＭＨｚ付近にあるのに対して、Ｎ／２−１モードの発振周波数Ｐ２が６，７５０ＭＨｚ付近で、Ｎ／２−１モードがπモードからはなれて、モード分離が改善されている。
また、Ｎ／２−１モードにおけるピークレベルも、本実施の形態の場合のものの方が大幅に低減していて、πモード以外での発振が起こり難くなっていることが確認できた。
【００３１】
なお、本実施の形態では、図２にも示したように、各板状ベイン５４の先端部の両面に、段型形状Ｄｆを設けた。しかし、隣接する板状ベイン相互間の離間距離ｄを稼ぐこと、接近して対向する面積を軽減することは、図４に示すように、板状ベイン５４の先端の片面にのみ段型形状Ｄｆを装備するようにしても、実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】（ａ）は本発明に係るマグネトロンの一実施の形態の陽極構体の縦断面図、（ｂ）は（ａ）に示した陽極構体の平面図である。
【図２】図１に示した隣接する板状ベイン相互の先端部の拡大図である。
【図３】図１に示した一実施の形態のマグネトロンによるマイクロ波発振特性と、従来の板状ベインを使用したマグネトロンのマイクロ波発振特性との比較図である。
【図４】本発明に係るマグネトロンの隣接する板状ベイン相互の先端部の他の実施の形態を示す拡大図である。
【図５】従来のマグネトロンの概略構成を示す縦断面図である。
【図６】図５に示したマグネトロンの陽極構体の要部の斜視図である。
【図７】（ａ）は図５に示したマグネトロンの陽極構体の縦断面図、（ｂ）は（ａ）の平面図である。
【図８】（ａ）は近接する板状ベインの先端部に離間距離を確保するための従来の対策を説明する拡大図で、（ｂ）はその等価回路を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
５１  陽極構体
５３  陽極筒体
５４  板状ベイン
５６ａ，５６ｂ，５７ａ，５７ｂ  ストラップリング
５９  アンテナ
Ｄｆ  段型形状
【図１】
2005197166.tif 000003
【図２】
2005197166.tif 000004
【図３】
2005197166.tif 000005
【図４】
2005197166.tif 000006
【図５】
2005197166.tif 000007
【図６】
2005197166.tif 000008
【図７】
2005197166.tif 000009
【図８】
2005197166.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成16年1月14日(2004.1.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
ところが、隣接する板状ベイン１３相互間および陽極筒体１２からなる空洞共振器３３のキャパシタンス分Ｃｒの殆どは、板状ベイン１３相互の最接近する先端部でのキャパシタンス分Ｃｇで決定され、図８（ａ）に示すように、板状ベイン１３相互の最接近する先端部の対向面積をＳ、対向面間の離間距離をｄとしたとき、次の（２）式で表される。
Ｃｒ≒Ｃｇ＝ε×Ｓ／ｄ        ……（２）