(57)【要約】  本開示の実施形態では一般に、より効率的および／またはより均一な冷却特性が得られるマグネトロン構成と、そのマグネトロンを形成する方法とを提示する。マグネトロンは、並行した冷却フィンの間に配置された１つまたは複数の流れ方向付け構造体を含む。この流れ方向付け構造体は、冷却フィンの様々な表面全体にわたって空気流を方向付け、そうしなければ空気流がマグネトロン構成要素によって遮られることを防止して、冷却フィン上および／または他のマグネトロン構成要素上にホットスポットが発生すること、および／またはその大きさを低減する。流れ方向付け構造体はまた、冷却効率が向上するように流量を調整する。
2018530895.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが中心開口部を有する複数の冷却フィンと、
隣り合う冷却フィン間に形成された１つまたは複数の流れ方向付け構造体とを備える冷却アセンブリであって、前記１つまたは複数の流れ方向付け構造体が、前記隣り合う冷却フィン間に流れチャネル形成する、冷却アセンブリ。
【請求項２】
前記１つまたは複数の流れ方向付け構造体が、前記中心開口部に向かって集まるチャネル壁を備える、請求項１に記載の冷却アセンブリ。
【請求項３】
前記チャネル壁が前記冷却フィンに対し実質的に垂直である、請求項２に記載の冷却アセンブリ。
【請求項４】
前記チャネル壁の少なくとも一部分が前記中心開口部の輪郭に合っている、請求項２に記載の冷却アセンブリ。
【請求項５】
前記複数の冷却フィンと前記流れ方向付け構造体が、３次元印刷を用いて一体構造の本体に形成される、請求項１に記載の冷却アセンブリ。
【請求項６】
コアと、
前記コアを取り囲む複数の冷却フィンと、
隣り合う冷却フィン間に形成された１つまたは複数の流れ方向付け構造体とを備えるマグネトロンであって、前記１つまたは複数の流れ方向付け構造体が、前記隣り合う冷却フィン間に流れチャネルを形成する、マグネトロン。
【請求項７】
前記１つまたは複数の流れ方向付け構造体が、前記コアに向かって集まるチャネル壁を備える、請求項６に記載のマグネトロン。
【請求項８】
前記チャネル壁が前記冷却フィンに対し実質的に垂直である、請求項７に記載のマグネトロン。
【請求項９】
前記チャネル壁が前記冷却フィンの前方エッジから、前記冷却フィンの後方エッジに対向する空気絞りまで延びる、請求項７に記載のマグネトロン。
【請求項１０】
前記チャネル壁が、前記冷却フィンの前記前方エッジに隣接する実質的に平坦な面と、前記冷却フィンの前記後方エッジに隣接する湾曲面とを形成する、請求項７に記載のマグネトロン。
【請求項１１】
前記冷却フィンおよび前記１つまたは複数の流れ方向付け構造体が、銅およびアルミニウムのうちの少なくとも１つから３次元印刷構造体によって形成される、請求項７に記載のマグネトロン。
【請求項１２】
前記コアと前記冷却フィンと前記１つまたは複数の流れ方向付け構造体とが、３次元プリンタを使用して一体構造の本体に形成される、請求項７に記載のマグネトロン。
【請求項１３】
前記コアおよび隣り合う冷却フィン間に結合された複数のコア冷却フィンをさらに備える、請求項６に記載のマグネトロン。
【請求項１４】
前記１つまたは複数の流れ方向付け構造体がさらに、前記冷却フィンの前方エッジの近くと、前記チャネル壁の間とに配置された２つ以上のヘッドチャネル壁を備える、請求項７に記載のマグネトロン。
【請求項１５】
コア、および前記コアに取り付けられた複数の冷却フィンを備えた一体構造の本体を形成するステップと、
前記２つ以上のフィンの間に連結された１つまたは複数の流れ方向付け機能を印刷するステップとを含む、マグネトロンを形成する方法であって、前記１つまたは複数の流れ方向付け構造体が、前記隣り合う冷却フィン間に流れチャネルを形成する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示された実施形態は、一般にマグネトロンに関し、より詳細には冷却フィンが向上したマグネトロン、およびそのマグネトロンを作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マグネトロンは、様々な消費者用途および産業用途（たとえば、電子レンジ、レーダ、プラズマ発生器など）において、高周波（ＲＦ）信号を発生するために使用されている。一般にマグネトロンは、加熱されたカソードから電子流が放出され、その電子流がアノード内に形成された１つまたは複数の空洞を通過することによってＲＦ信号を発生する。電子流がアノード空洞に向かって放出されるときに強い磁界が電子に印加されると、電子はアーチ状の経路をたどることになり、振動電流がアノード空洞の端面に沿って生じる。同時に、これらの振動電流により、アノード空洞の物理的特性に基づいた周波数のＲＦ信号がマグネトロンから放出される。
電子放出中にカソードが発生する熱を除去するために、マグネトロンは通常、カソードが配置されているコア構造体に結合した１つまたは複数のフィンを含む。従来の冷却フィンは通常、並行して配置された実質的に平面の一連のシートを含む。動作中、空気が平面のシートの間を通過して熱をコア構造体から除去する。概して空気は、一連の平面のシートの間を直線方向に流れる。その結果、平面のシートの表面の一部分がマグネトロンのコアによって遮られてシート上にホットスポットが生じ、冷却特性が均一でなくなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、マグネトロン用途のための改善された冷却機能の設計が当技術分野で必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本明細書に開示された実施形態では、３次元印刷によって形成されるマグネトロンを提示する。一実施形態では、このマグネトロンは、コアと、そのコアから延びる複数の冷却フィンとを有する一体構造の本体を含む。
別の実施形態では、マグネトロンは、コアと、そのコアを取り囲む２つ以上のフィンと、隣り合う２つ以上のフィンの間に形成された１つまたは複数の流れ方向付け構造体とを含む。この１つまたは複数の流れ方向付け構造体は、２つ以上のフィンの間に流れチャネルを形成する。一実施形態では、この流れチャネルの第１の部分はコアに向かって集まる。
別の実施形態では、３次元プリンタを使用してマグネトロンを形成する方法を提示する。この方法は、コアと、そのコアから延びる２つ以上のフィンとを有する一体構造の本体を印刷するステップを含む。一実施形態では、２つ以上のフィンが流れ方向付け機能によって連結される。
上記に機能が列挙された本開示の手法が細部にわたり理解できるように、上で簡潔に要約された本開示について、添付の図面にその一部が示されている実施形態を参照することによって、より具体的に説明することができる。しかし、本開示では、その他の同様に効果的な実施形態も認めることができるので、添付の図面は、本開示の典型的な実施形態を示すにすぎず、したがって、本発明の範囲を限定するものとみなされるべきでないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１Ａ】従来技術のマグネトロンの概略斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａのマグネトロンの概略側面図である。
【図２Ａ】流れ方向付け構造体が冷却フィンの間に形成されているマグネトロンの概略斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ａのマグネトロンの概略断面図である。
【図２Ｃ】様々な構成の流れ方向付け構造体が冷却フィンの間に形成されているマグネトロンの概略断面図である。
【図２Ｄ】様々な構成の流れ方向付け構造体が冷却フィンの間に形成されているマグネトロンの概略断面図である。
【図２Ｅ】様々な構成の流れ方向付け構造体が冷却フィンの間に形成されているマグネトロンの概略断面図である。
【図２Ｆ】様々な構成の流れ方向付け構造体が冷却フィンの間に形成されているマグネトロンの概略断面図である。
【図３】図２Ａおよび図２Ｂの冷却フィンの冷却能力および温度変化を空気入口質量流量の関数として示すグラフである。
【図４Ａ】図２Ａ〜２Ｆの冷却フィンの表面全体にわたる温度分布を冷却フィン厚さの関数として示すグラフである。
【図４Ｂ】図２Ａ〜２Ｆの冷却フィンの表面全体にわたる温度分布を冷却フィン厚さの関数として示すグラフである。
【図５Ａ】３次元プリンタを使用するマグネトロン形成の概略図である。
【図５Ｂ】３次元プリンタを使用するマグネトロン形成の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
理解しやすくするために、各図面で共通である同じ要素を示すのに、可能な場合には同じ参照数字が使用されている。一実施態様で開示された要素は、明示されていなくても他の実施態様で有利に利用できることが企図されている。
様々な実施形態についての記述は説明の目的で提示されており、網羅的または限定的なものではない。記述された実施形態の範囲および趣旨から逸脱しない多くの修正および変形が業者には明らかであろう。本明細書で使用された術語は、諸実施形態の原理、実際的な適用もしくは市場で見出される技術に関する技法的改善を最善に説明するように、または他の当業者が本明細書に開示された本発明の実施形態を理解できるように、選択された。
【０００７】
本開示の実施形態では一般に、より効率的および／またはより均一な冷却特性が得られるマグネトロン構成と、そのマグネトロンを形成する方法とを提示する。いくつかの実施形態では、マグネトロンは、１つまたは複数の流れ方向付け構造体が間に配置されている冷却フィンを含む。この流れ方向付け構造体は、冷却フィンの様々な表面全体にわたって空気流を方向付け、そうしなければ空気流がマグネトロン構成要素によって遮られることを防止して、冷却フィン上および／または他のマグネトロン構成要素上にホットスポットが発生すること、および／またはその大きさを低減する。いくつかの実施形態では、流れ方向付け構造体は、冷却流体がどこに行くかだけでなく、冷却流体がどれだけ速く流れるかにも影響を及ぼす。たとえば、流れ方向付け構造体は、徐々に細くなる流れチャネルを形成することができ、その結果、流れチャネルのその細い部分の流量が増大するようになる。流量が増大すると冷却能力が向上することになり、それによって、特定の領域、たとえばマグネトロンのコア付近、における冷却効率が改善される。
【０００８】
いくつかの実施形態では、熱を効果的に伝導するのに十分な熱容量をなお保持しながら、冷却フィンの厚さを低減して冷却フィンの間の間隔を大きくすることができる。したがって、冷却フィンの冷却特性を向上させることができる。一実施形態では、流れ方向付け構造体が存在することにより、厚さが低減された冷却フィンの物理的支持体を設けることができる。
【０００９】
本開示の実施形態によれば、マグネトロンの少なくとも一部分は３次元プリンタを使用して形成することができる。一実施形態では、コア、複数の冷却フィン、および冷却フィンの間に位置する流れ方向付け構造体を含む一体構造の本体を、３次元印刷を用いて形成することができる。別の実施形態では、複数の冷却フィン、および冷却フィンの間の流れ方向付け構造体を３次元印刷によって形成し、コアに取り付けて、マグネトロンを形成することができる。３次元印刷を用いることによって、本開示の実施形態では、別に従来の製造方法により形成することが不可能ではないにしても困難であるはずの冷却フィンおよび流れ方向付け構造体の所望の構成が可能になる。
図１Ａは、従来のマグネトロン１００の概略斜視図である。図１Ｂは、図１Ａのマグネトロン１００の概略側面図である。マグネトロン１００は、コア１１０と、コア１１０の上および／または下に配置された１つまたは複数の磁石１３０とを含む。コア１１０は一般に、円筒形アノード構造体に取り囲まれた円筒形カソード構造体を含む。複数の冷却フィン１２０は、コア１１０を冷却するためにコア１１０の外面に熱結合されている。冷却フィン１２０は通常、並行して配置された一連の熱伝導シートである。各冷却フィン１２０は、コア１１０を受け入れるための中心孔がある長方形シートとすることができる。
【００１０】
マグネトロン１００の動作中、コア１１０のカソードを加熱して電子放出を誘導することができる。空気を冷却フィン１２０の一方の側からコア１１０に向けて通して、過剰な熱をコア１１０から除去する。空気流がコア１１０によって遮られて、その表面の部分が空気流にさらされることが不十分になると、冷却フィン１２０上のホットスポット、およびマグネトロン１００の構成要素の時期尚早の故障につながる。
【００１１】
本開示の実施態様では、コアと、コアに連結された複数の冷却フィンと、冷却フィン間に形成された流れ方向付け構造体とを有するマグネトロンが提示される。一実施形態では、流れ方向付け構造体は、コア周辺の空気流を冷却が均一になるように方向付ける。一実施形態では、流れ方向付け構造体は、冷却フィンの間に流れチャネルを形成する。この流れチャネルは、所望の冷却効果が得られるように空気流を所望の流量パターンに分散させることができる。一実施形態では、流れチャネルは、空気流をより均一に様々な構成要素全体にわたって分散させて、マグネトロン内の温度勾配を小さくすることができる。一実施形態では、流れチャネルは、コア付近の流量が増大するパターンを形成することができる。
【００１２】
一実施形態では、冷却フィンと流れ方向付け構造体が一体構造の本体を形成することができる。冷却フィン間の流れ方向付け構造体は、冷却フィンの構造支持体となって、冷却フィンの厚さの低減を可能にする。一実施形態では、冷却フィンとコアの少なくとも一部分とが一体構造の本体を形成して、コアと冷却フィンの間の熱伝導を改善することができる。一実施形態では、コアと冷却フィンと流れ方向付け構造体は、一体構造の本体を形成する。本開示によるマグネトロンは、３次元印刷（３Ｄ印刷）によって形成することができる。
【００１３】
図２Ａは、本開示の一実施形態によるマグネトロン２００の概略斜視図である。図２Ｂは、図２Ａの線２Ｂ−２Ｂに沿ったマグネトロン２００の概略断面図である。マグネトロン２００はコア２１０を含む。一実施形態では、コア２１０は、カソード２１２と、カソード２１２を取り囲むアノード２１４とを含む。一実施形態では、カソード２１２は、アノード２１４の内部に配置されている、かつ／またはアノードに少なくとも部分的に取り囲まれて配置されている、円筒形部材とすることができる。アノード２１４は、カソード２１２の全部または一部を取り囲む円筒形部材を含むことができる。たとえば、カソード２１２およびアノード２１４は、同軸電極を含むことができる。いくつかの実施形態では、カソード２１２および／またはアノード２１４は、マグネトロン２００の動作中、真空状態で維持される。真空状態に維持することは、カソード２１２とアノード２１４の間でのアークの発生を低減すること、およびカソード２１２および／またはアノード２１４の酸化を低減することを含む、いくつかの目的にかないうる。カソード２１２は、トリウムまたはバリウムが拡散されたタングステンおよびニッケルなどの金属を含む、任意の適切な材料から構成することができる。アノード２１４はまた、銅などの導電性材料を含む任意の適切な材料から構成することもできる。マグネット２３０は、カソード２１２およびアノード２１４の上および／または下に位置してよい。マグネット２３０には、永久磁石および／または電磁石が含まれてよい。
マグネトロン２００はさらに、コア２１０を冷却するようにコア２１０を取り囲んで配置された、複数の冷却フィン２２０を含む。複数の冷却フィン２２０は、並行して配置された複数の薄いシートとすることができる。一実施形態では、複数の冷却フィン２２０は均等に間隔があけられてよい。あるいは、複数の冷却フィン２２０の間の間隔は、所望の冷却効果が得られるように異なっていてよい。
【００１４】
複数の冷却フィン２２０は、複数の、実質的に平面の熱伝導シートを含むことができる。一実施形態では、冷却フィン２２０は、図２Ｂに示された正方形をしていてよい。あるいは、冷却フィン２２０は、別の適切な形状を含むことができる。冷却フィン２２０は、熱伝達を促進するように選択された長さおよび幅を有することができる。一実施形態では、冷却フィン２２０は、長さが約５センチメートルから約２０センチメートルの間にある正方形をしていてよい。一実施形態では、冷却フィン２２０は、長さが約１０センチメートルの正方形をしている。一実施形態では、各冷却フィン２２０は、約０．１ミリメートルから約３ミリメートルの間の厚さであってよい。一実施形態では、各冷却フィン２２０は、約０．５ミリメートルから約１．０ミリメートルの間の厚さであってよい。しかし、一般に冷却フィン２２０は、上述の寸法を超える、またはそれ未満の寸法であってよい。加えて、冷却フィン２２０は、実質的に互いに平行であるように図示されているが、別の例では１つまたは複数の冷却フィン２２０が、他の冷却フィン２２０に対して１つまたは複数の非ゼロの角度に配置されてもよい。冷却フィン２２０は一般に、銅（Ｃｕ）および／またはアルミニウム（Ａｌ）などの熱伝導性材料から成る。たとえば、Ａｌ−１０１０を使用して冷却フィン２２０を形成することができる。
各冷却フィン２２０は、前方エッジ２２１および後方エッジ２２２を含むことができる。流れ方向付け構造体は、１つまたは複数のチャネル壁２４２−１、２４２−２（一括して「チャネル壁２４２」）、および空気絞り２４４を含む。
【００１５】
本開示の実施形態によれば、マグネトロン２００はさらに、マグネトロン２００の特定の構造的機能に向けて、および／またはそこから、空気流を方向付けるように冷却フィン２２０の間に１つまたは複数の流れ方向付け構造体によって形成された流れチャネル２４０を含む。図２Ａおよび図２Ｂに示された実施形態では、流れ方向付け構造体は、２つのチャネル壁２４２−１、２４２−２（一括して「チャネル壁２４２」）を含むことができる。
各チャネル壁２４２は、冷却フィン２２０の前方エッジ２２１付近から出発して、ある角度でコア２１０に向かうことができる。チャネル壁２４２は、コア２１０の周囲に狭い流れ経路を形成するための外殻をコア２１０の周囲に形成することができる。いくつかの実施形態では、チャネル壁２４２は、冷却フィン２２０の前方エッジ２２１に隣接する実質的に直線的な壁と、冷却フィン２２０の後方エッジ２２２に隣接する湾曲壁とすることができる。チャネル壁２４２の湾曲面は、図２Ｂに示されるように、コア２１０の面の輪郭に合わせることができる。一実施形態では、チャネル壁２４２の少なくとも一部分は、コア２１０の曲率半径と実質的に同じ曲率半径とすることができる。
【００１６】
各チャネル壁２４２は、そうしなければ受ける空気流が不十分になるコア２１０の表面と冷却フィン２２０上の領域とに空気流を向けるように配置される。一実施形態では、１つまたは複数のチャネル壁２４２が、冷却フィン２２０の前方エッジ２２１に対して角度２５０、２５１で配置される。一実施形態では、角度２５０、２５１は、冷却フィン２２０の前方エッジ２２１に対して約６０度から約８０度の間でよい。
【００１７】
図２Ｂに示されるように、チャネル壁２４２は、冷却フィン２２０の後方エッジ２２２近くのコア２１０に向かって集まることができる。一実施形態では、空気絞り２４４を２つのチャネル壁２４２の間に、冷却フィン２２０の後方エッジ２２２に対向して形成することができる。空気は、前方エッジ２２１から流れチャネル２４０に入り、空気絞り２４４を通って出る。
流れチャネル２４０内の空気流の大まかな方向が図２Ｂに矢印で示されている。その結果、冷却フィン２２０上、および／または様々なマグネトロン２００の構成要素上のホットスポットを減少させることができる。チャネル壁２４２がコア２１０および／または空気絞り２４４に向かって集まっているので、流れチャネル２４０を通る空気流の速度はコア２１０付近で、特に後方エッジ２２２に対向しているコア２１０の部分付近で増大し、それによってコア２１０周辺の冷却効率が向上する。
【００１８】
一実施形態では、チャネル壁２４２は３次元印刷を用いて形成することができる。一実施形態では、チャネル壁２４２は、複数の冷却フィン２２０と共に３次元プリンタによって印刷することができる。別の実施形態では、チャネル壁２４２は、複数の冷却フィン２２０およびコア２１０と共に３次元印刷を用いて印刷することができる。あるいは、チャネル壁２４２は、従来の製造方法によって製造することもできる。
図２Ａにおいて、各チャネル壁２４２は、冷却フィン２２０が延びるｘ−ｙ面と実質的に垂直な面に沿って、冷却フィン２２０と交差していると示されている。しかし、他の例では、冷却フィン２２０は、冷却フィン２２０に対し別の角度（たとえば、鋭角および／または鈍角）で配向されてもよい。
【００１９】
加えて、図２Ａおよび図２Ｂには２つのチャネル壁２４２のみが示されているが、任意の数のチャネル壁２４２を使用してマグネトロン２００内の様々な構成要素に向けて、および／またはそこから、空気流を方向付けることもできる。
さらに、図２Ａおよび図２Ｂの実施形態では、複数の冷却フィン２２０の間の各流れチャネル２４０は同一であるが、流れチャネルのパターンは、所望の冷却効果を得るために、冷却フィン２２０の異なる対の間でそれぞれ異なっていてもよい。図２Ｃ〜２Ｆは、本開示の実施形態による図２Ａに示された冷却フィン２２０の間に配置することが可能な、チャネルの様々な構成が形成されてよいことを示す。
【００２０】
図２Ｃでは、冷却チャネル構成２４０ｃが冷却フィン２２０の間に構成されている。図２Ｃで、各チャネル壁２４２は、２つの実質的に直線的な部分２４３−１、２４３−２（一括して、直線的部分２４３）を含むことができる。一実施形態では、直線的部分２４３は直線的部分２４３−２よりも長い。直線的部分２４３−１は、冷却フィン２２０の前方エッジ２２１の近くに配置され、直線的部分２４３−２は、冷却フィン２２０の後方エッジ２２２の近くに配置される。空気絞り２４８はコア２１０とチャネル壁２４２の間に形成することができる。
図２Ｃの実施形態では、１つまたは複数のコア冷却フィン２４６をコア２１０自体に熱結合することができる。コア冷却フィン２４６は、冷却フィン２２０に対し垂直でよい。一実施形態では、コア冷却フィン２４６はｘ−ｙ面に配置し、コア２１０はｚ軸に沿って配置することができる。一実施形態では、コア冷却フィン２４６は、コア２１０の外周に沿って均等に分布されてよい。あるいは、コア冷却フィン２４６は、所望の冷却効果が得られるように別の構成で配置されてもよい。
【００２１】
一実施形態では、コア冷却フィン２４６は、溶接などの従来の方法でコア２１０に結合することができる。別の実施形態では、コア冷却フィン２４６およびコア２１０は、一体構造の本体内にあってよい。一実施形態では、コア２１０およびコア冷却フィン２４６は、３次元プリンタを使用して一体構造に形成することができる。
図２Ｄでは、冷却チャネル構成２４０ｄが形成されている。冷却チャネル構成２４０ｄは、２つの尾部チャネル壁２５０が空気絞り２４４の反対側に後方エッジ２２２に向けて形成されていることを除いて、図２Ｂの冷却チャネル２４０と実質的に類似している。一実施形態では、尾部チャネル壁２５０は、流れチャネル２４０が空気絞り２４４から後方エッジ２２２まで延びるように、後方エッジ２２２に対してある角度で配置することができる。一実施形態では、尾部チャネル壁２５０は、３次元印刷によって形成することができる。
図２Ｅでは、冷却チャネル構成２４０ｅが形成されている。冷却チャネル構成２４０ｅは、２つのヘッドチャネル壁２５２がチャネル壁２４２の間で前方エッジ２２１の近くに形成されていることを除いて、図２Ｃの冷却チャネル構成２４０ｃと実質的に類似している。ヘッドチャネル壁２５２は、側方流れ経路２４０−１および２４０−２を可能にする。一実施形態では、ヘッドチャネル壁２５２は３次元印刷によって形成することができる。
【００２２】
図２Ｆでは、冷却チャネル構成２４０ｆが形成されている。図２Ｆで、ヘッドチャネル壁２５４の２つの対が冷却フィン２２０の前方エッジ２２１の近くに形成されている。尾部チャネル壁２５６の２つの対が、冷却フィン２２０の後方エッジ２２２の近くに形成される。複数のサブ流れ経路２４０−１、２４０−２、２４０−３、２４０−４、２４０−５が、冷却チャネル構成２４０ｆの中に形成される。
一般に、冷却フィン２２０および／または他のマグネトロン２００の構成要素全体にわたって空気流の方向および／または速度を制御するために、任意の数および位置のチャネル壁２４２を様々な例で使用することができる。
【００２３】
図３は、図２Ａおよび図２Ｂの冷却フィン２２０の冷却能力および温度変化を、本開示の例による空気絞り２４４における質量流量の関数として示す。冷却フィン２２０の間に１つまたは複数のチャネル壁２４２を配置することによって空気絞り２４４からの質量流量を増加させると、冷却フィン２２０の冷却能力が向上し、冷却フィン２２０の温度、およびマグネトロン２００のコア２１０などの構成要素近傍の温度が低下する。たとえば、質量流量を約５０立方フィート／分（ＣＦＭ）から約１０００ＣＦＭまで増加させると、結果として冷却能力が約２ｋＷ増加し、温度が約１２℃低下することになる。すなわち、空気流をマグネトロン２００内の特定の構成要素に向けることが可能になることに加え、流れ方向付け構造体２４０により、冷却フィン２２０の特定の面および／またはマグネトロン２００の他の構成要素にわたり質量流量を増加させることが可能になって、冷却効率がさらに向上する。
【００２４】
図４Ａは、アルミニウムおよび銅でそれぞれ作製された冷却フィンの冷却能力を示す流れ図である。図４Ｂは、図２Ａ〜２Ｆの冷却フィンの表面の最大温度を、アルミニウムフィンおよび銅フィンそれぞれについて冷却フィン厚さの関数として示す棒グラフである。図４Ｂに示されたそれぞれの温度測定値は、約３０００ワットのコア２１０出力、および約２３７ＣＦＭの空気絞り２４４質量流量において取得された。冷却フィン２２０の厚さを低減すると冷却フィン２２０の間の間隔が大きくなり、それによって、単位面積当たりの冷却フィンの数を減らさなくても、冷却フィンの間により多くの空気を流すことが可能になる。比較として、従来の冷却フィン１２０は通常、厚さが約２ミリメートル以上ある。対照的に、様々な例において、図２Ａ〜２Ｆに示される冷却フィン２２０は、約０．５ミリメートルから約０．７ミリメートルなど、約０．５ミリメートルから約１ミリメートルの厚さがあればよい。
【００２５】
冷却フィン２２０の厚さを上述のサイズまで低減することにより、各冷却フィン２２０がマグネトロン２００の構成要素から熱を伝導することを可能にするのに十分な熱容量をなお維持しながら、冷却フィン２２０の間の間隔を大きくすることが可能になる。すなわち、上述の厚さで、各冷却フィン２２０の体積は、冷却フィン２２０の表面全体にわたって熱を効果的に伝達するのに十分であり、それによって、熱をマグネトロン２００からより効率的に除去することが可能になる。たとえば、図４Ｂに示されるように、厚さが約２．５ミリメートルある銅の冷却フィン２２０の最大温度は約１１９℃であるのに対し、厚さが約０．５ミリメートルの冷却フィン２２０の最大温度は約８２℃である。しかし、約０．５ミリメートル未満の厚さでは、各冷却フィン２２０の体積はコア１１０から熱を効果的に伝達するのに不十分になり、それによって冷却フィン２２０の最大温度は高くなる。
【００２６】
図５Ａは、３次元プリンタを使用してマグネトロン２００を形成するための３Ｄ印刷ステーション５００の概略図である。一実施形態では、マグネトロン２００は、金属３Ｄ印刷または３Ｄ金属印刷としても知られている、直接金属レーザ焼結（ＤＭＬＳ）プロセスによって形成することができる。ＤＭＬＳプロセスの間、金属粉末の層が構築プラットフォーム全体にわたって広げられ、レーザビームが、積み重なる２０〜４０μｍの金属粉末の層を溶解して金属部品を作り出す。
【００２７】
３Ｄ印刷ステーション５００は、プラットフォーム５０２およびプリンタヘッド５０４を含むことができる。プリンタヘッド５０４およびプラットフォーム５０２は、印刷プロセス中に互いに移動することができる。プリンタヘッド５０４は、１つまたは複数のレーザ源５０６を含むことができる。マグネトロン２００はプラットフォーム５０２の上で、コントローラ５０８内のＣＡＤ（コンピュータ援用設計）プログラムによりプリンタヘッド５０４を移動させ、レーザエネルギーをレーザ源５０６から金属粉末の層上の選択された位置へ向けることによって、印刷することができる。
【００２８】
図５Ｂは、マグネトロン２００を別の配向に沿って形成している３Ｄ印刷ステーション５００の概略図である。本開示によるマグネトロンは、任意の適切な配向に沿って「印刷する」ことができる。印刷の配向は、所望の特性が得られ、印刷効率または他の考慮すべき事項が確保されるように選択されてよい。
【００２９】
一実施形態では、図２Ａ〜２Ｆのマグネトロンなどの本開示によるマグネトロンは、銅、アルミニウム、鋼、またはこれらの合金などの熱伝導性金属の粉末を使用して印刷することができる。あるいは、本開示のマグネトロンは、任意の適切な材料から形成することができる。一実施形態では、冷却フィンと流れ方向付け構造体とマグネトロンのコアとを一体構造で、３Ｄ印刷を用いて形成することができる。別の実施形態では、冷却フィンおよび流れ方向付け構造体を、３Ｄ印刷を用いて形成することができる。コアは、３Ｄ印刷された冷却フィンに、溶接などの従来の接合方法によって結合することができる。
上記は本発明の諸例を対象としているが、本発明のその他のさらなる例を本発明の基本的な範囲から逸脱することなく考案することができ、その範囲は添付の特許請求の範囲によって決まる。
【図１Ａ】
2018530895.tif 000003
【図１Ｂ】
2018530895.tif 000004
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
2018530895.tif 000006
【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【国際調査報告】
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