JP2868805B2 - 電子レンジ用マグネトロン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は、電子レンジ用マグネトロンに係わり、と
くにその高周波出力部の改良に関する。

（従来の技術） 電子レンジ用マグネトロンの要部は、従来一般に第８
図に示す構成になっている。同図において符号11は発振
部本体、12は陽極円筒、13は空胴共振器の一部を構成す
る複数枚の陽極ベイン、14はストラップリング、15はフ
ィラメントカソード、16はそのエンドシールド、17,18
は陽極円筒の開口端部に固定されたポールピース、19は
筒状金属容器、20は高周波出力部、21は出力部セラミッ
クス円筒、22は出力先端部封着リング、23はそれに気密
接合された金属排気管、24は出力部金属キャップ、25は
出力アンテナリードをあらわしており、その一端部25a
がベインの１つに電気的に接続されポールピースの透孔
17aを通り金属容器、セラミックス円筒を貫通して先端
部25bが金属排気管に挾持されて気密に封止切られてい
る。さらに符号26は金属容器の外周に同軸的に配置され
たリング状永久磁石、27は強磁性体製ヨーク、28は強磁
性体薄板、29は網状導電体ガスケットをあらわしてい
る。セラミックス円筒21の下端部には、径小な第１の高
調波チョーク用金属円筒30が気密ろう接されており、そ
の外周に第２の高調波チョーク用金属円筒31が位置して
おり気密ろう接されている。この第２高調波チョーク用
金属円筒31は金属容器19の先端部に気密ろう接されると
ともに、先端31aがガスケット29の内周部を保持してい
る。この構造により、排気管部分に第２高調波に対する
４分の１波長形チョーク溝C2、同様に第４高調波用チョ
ーク溝C4、そして金属容器19及びその内側空間の２つの
金属円筒30、31により第３高調波用チョーク溝C3、第５
高調波用チョーク溝C5がそれぞれ形成されている。なお
金属容器19、両チョーク用金属円筒30,31は、鉄又は鉄
合金からなる強磁性体の薄肉円筒で構成されている。第
１の高調波チョーク用金属円筒30は、必要十分なチョー
ク作用を得るため、その内径寸法D1がセラミックス円筒
21の内径寸法D2よりも小さく且つ第５高調波波長の1/2
よりも小さい寸法に設定されている。

このようなマグネトロンでは、動作において出力部か
ら例えば2450MHz帯の基本波が効率よく輻射される一
方、各高調波成分はチョーク溝によるチョーク作用で外
部輻射が抑制される。

（発明が解決しようとする課題） 上述のように、第５高調波のような高次の高調波成分
に対する確実なチョーク作用を得るために、高調波チョ
ーク用金属円筒30の内径寸法をある程度小さくする必要
がある。そのように径小にすると、当然のことながらこ
のチョーク用金属円筒30とその内側を通るアンテナリー
ド25との間の距離ｓが短くなる。これらの間には高い高
周波電圧がかかっており、電子レンジ等の高周波負荷か
らの反射波との関係で高周波放電を生じるおそれがあ
る。極端な場合を想定すると、電子レンジの使用中に、
何らかの原因でスタラファンの回転が停止するとともに
さらに高周波負荷である被加熱物がほとんど又はまった
くない場合は、マグネトロンへの高周波反射は定在波比
（VSWR）で30以上となる可能性がある。そのような場
合、アンテナリードと高調波チョーク用金属円筒との間
で放電が生じ、極端な場合はアンテナリード25あるいは
チョーク用金属円筒30の一部が高周波放電により発熱
し、溶融することも考えられる。そしてもし一部でも溶
融すれば、それによる発生ガスで局部的にガス放電も引
起こされ、さらにそれらによって高周波の短絡状態、反
射が起り、出力部領域で連鎖的に放電や各部品の致命的
な溶融、破損が起ることも考えられる。

このような高周波放電は、多くの場合、マルチパクタ
放電現象であると推定できる。すなわち、アンテナリー
ドと高調波チョーク用金属円筒との間の空間には、永久
磁石26からの漏洩直流磁束が第11図に符号Ｆで示す如く
管軸Ｚに対しほぼ平行に及んでいる。またこの空間の磁
束は、ほぼ軸対象の分布になっている。これら金属部品
は、通常、二次電子放出比が１よりも大きいので、浮遊
電子等がアンテナリードあるいはチョーク用金属円筒内
面に衝突すると二次電子を発生する。この電子は、アン
テナリードと金属円筒との間の高周波電界により加速あ
るいは減速作用を受ける。両導体の一方から放出された
電子が高周波の加速電界に遭遇すれば、加速されて他方
の導体に衝突し、多くの二次電子を放出する。この時高
周波電界が逆転してこの二次電子を元の導体の方向に加
速する電界となれば、これら二次電子はやはり加速され
て元の導体に衝突し、再び多くの二次電子を放出する。
このように電子と高周波電界とが双方向で同期すると、
二次電子は指数関数的に増加し且つエネルギーを増すの
で、両導体が加熱され、ついには溶融を引き起こすであ
ろう。このような現象はダブルサイドマルチパクタとい
われる放電である。

一方、電子はこの領域に存在する直流磁界のために旋
回運動をする。高周波電界の周期と電子の旋回運動周期
が同期すれば、第12図に模式的に示すように二次電子ｅ
が累積的に発生し、その衝突エネルギーにより金属円筒
素材が急速に発熱し、ついに溶融を起すと推定される。
このような現象はワンサイドマルチパクタ放電といわれ
る。

この発明は、以上のような苛酷な条件下で動作させら
れても、高周波出力部内での高周波放電の発生を確実に
抑制できる電子レンジ用マグネトロンを提供することを
目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明は、出力部の金属容器の内側にこれよりも径
小で且つアンテナリードを離隔してとりまく高調波チョ
ーク用金属円筒の内側空間における直流磁束密度の管軸
方向成分が、円周方向に亘って不均一になっている電子
レンジ用マグネトロンである。

（作用） 電子レンジ用マグネトロンのアンテナリードと高調波
チョーク用金属円筒との間の空間の直流磁界を零とする
ことは構造上困難であり、ある程度の密度の磁束が存在
するので、前述のワンサイドマルチパクタ放電現象が起
りうる。もっとも、この空間にある程度以上の磁束密度
の半径方向成分があれば、放出電子は軸方向にも移動さ
せられるので増殖しにくくなり、したがってまた局所的
な過熱も生じにくくなる。しかし、金属円筒の内部空間
の全ての領域で磁束が管軸に対し非平行となるように構
成することは容易ではない。管軸に平行な磁束成分があ
る場合、前述のように高周波の電界変動周期と電子の旋
回運動周期との関係で累積的な二次電子の増殖が発生す
るが、軸方向の磁束密度が大きくなるにつれてマルチパ
クタが起る高周波電圧は低くなり、逆に軸方向磁束密度
が小さくなるにつれてマルチパクタが起る高周波電圧は
高くなる傾向がある。2450MHz帯の基本波発振周波数
で、約500Wの高周波出力の電子レンジ用マグネトロンの
場合、負荷側からの高周波反射がないときのアンテナリ
ードと高調波チョーク用金属円筒との間の高周波電圧は
およそ450V程度と推定される。しかし負荷側からの高周
波反射が大きい場合は、1000Vを超えるものと推定され
る。また、一般的に知られるように、銅あるいは鉄系金
属の二次電子放出比が１以上になるためのエネルギー
は、一次電子が約100eV以上必要である。

そこで、軸方向の磁束密度に対してマルチパクタが起
る高周波電圧を計算して整理すると、第12図に示すよう
になる。これは要部が第11図に示すように第１の高調波
チョーク用金属円筒30が内径D1＝9.0mm、アンテナリー
ド25が長径D3＝3.0mm、短径D4＝1.2mmの楕円形の断面を
もつ棒状体であるが、計算はこれを直径D3の円形断面に
置換した。また、磁束の半径方向成分が０であるものと
して計算した。その結果第12図に示すように、横軸に示
す軸方向磁束密度に対し、導体面への電子の衝突エネル
ギーが100eVを超えてマルチパクタが起り得る高周波電
圧をプロットすると、斜線を施した領域Ａの範囲とな
る。このことから、両導体間空間の軸方向磁束密度を約
400ガウス以上にすれば、マルチパクタの発生を確実に
抑制できる。一方、両導体間の高周波電圧は実際の電子
レンジの動作条件で反射等が多い場合でも最大約2500V
と考えられるので、両導体間空間の軸方向磁束密度を逆
に約150ガウス以下に止どめれば、同様にマルチパクタ
放電の発生を抑制できる。

したがって前述のように、高調波チョーク用金属円筒
の内側空間における直流磁束密度の管軸方向成分を円周
方向に亘って不均一にすれば、この空間での電子の旋回
運動と高周波電界との同期が持続せず、マルチパクタ放
電の発生あるいは持続が抑制される。それにより、アン
テナリードとこれをとりまく高調波チョーク用金属円筒
との間の空間で金属円筒内面で累積する二次電子の発生
が抑制され、高周波放電の発生、又は持続がなく、構成
部品の過熱、溶融現象が生じない。

（実施例） 以下図面を参照してその実施例を説明する。なお同一
部分は同一符号であらわす。

第１図乃至第３図に示す実施例は、永久磁石26の内周
面と金属容器19との間に、鉄又は鉄合金からなる４個の
強磁性体片35を互いに等間隔に離して配置されたもので
ある。これら強磁性体片35は、長さが永久磁石の軸方向
高さよりも幾分小さい寸法で且つ厚さが1.0mmの板であ
る。これが金属容器19の外周に添う横断面円弧状に整形
されており、ポールピース側に寄せて金属容器に溶接に
より固定されている。なお各部の寸法例は、2450MHz帯
の基本波発振周波数で、約500Wの高周波出力の電子レン
ジ用マグネトロンの場合に次のようになっている。金属
容器19、第１、第２のチョーク用金属円筒30,31は、い
ずれも厚さが0.3〜0.5mmの範囲の鉄又は鉄合金からなる
強磁性体の円筒であり、第１チョーク用金属円筒30は内
径寸法D1が9.0mm、セラミックス円筒は内径D2が12mm、
アンテナリードは長径が3.0mmの楕円状棒体である。

このような構造により、永久磁石から漏洩する直流磁
束は、金属容器の外周に互いに離して配置されている複
数の強磁性体片35により、第１高調波チョーク用金属円
筒30の内周面近傍の空間では円周方向にわたって不均一
な軸方向磁束密度分布となる。そのため、放出電子の旋
回周期は金属円筒内空間の円周方向にわたって不規則な
周期となり、高周波電界との同期が持続せず、マルチパ
クタ放電が発生もしくは持続できなくなる。

第４図に示す実施例は、強磁性体36を円筒状に成型
し、厚肉部分37と薄肉部分38を円周方向に交互に形成し
たものである。これを、金属容器19の外周に嵌合固定す
れば、チョーク用金属円筒内空間の磁界は実質的に前記
実施例と同様に不均一な軸方向磁束密度分布になる。ま
たこれは、組立てが比較的容易である。

なお、以上説明した実施例においては金属容器19の外
周に強磁性体製の板状片あるいは円筒を配置したもので
あるが、それに限らず、金属容器19の肉厚を部分的に例
えば第４図に示すように異らせて成型してもよい。それ
により、上記実施例と実質的に同様の磁界分布にして高
周波放電の発生、持続を抑制することができる。なおま
た、以上の各実施例の場合、金属容器、第１、第２の高
調波用チョーク円筒の全て又は一部をいわゆる非磁性体
で構成することもできる。

第５図に示す実施例は、第１高調波チョーク用金属円
筒30として、異方性硅素鋼板のような、透磁性に方向性
のある金属材料をプレス成型でつくった部品を使用する
ものである。同図には、透磁率の高い方向を模式的に矢
印であらわしている。それにより、チョーク用金属円筒
30の内側空間の軸方向磁束密度は、円周方向にわたって
不均一となり、高周波放電が抑制される。第６図および
第７図に示す実施例は、第１高調波チョーク用金属円筒
30に対応する位置の永久磁石26と金属容器19との間に、
永久磁石片39、40を配置したものである。これら磁石片
39、40は、図の横方向に着磁されており、それによりチ
ョーク用金属円筒30の内側空間に半径方向の磁界成分Ｆ
を及ぼす。したがって、チョーク用金属円筒内空間の磁
束の管軸方向成分は、円周方向にわたって不規則に変化
する分布となり、前述と同様に高周波放電を生じにくく
する。そしてこの実施例によれば、比較的小さい寸法の
永久磁石片を使用して十分な不均一磁界分布を生成する
ことができる。

なお、第12図に示したマルチパクタが生じる軸方向磁
束密度と高周波電圧との関係を勘案すると、チョーク用
金属円筒内空間の軸方向磁束密度が平均300ガウス以
上、または平均150ガウス以下で尚且つ前述の各実施例
のように円周方向にわたって軸方向磁束密度が不均一に
なるように構成することが特に望ましい。それによっ
て、一層確実に高周波放電の発生、持続を防止すること
ができる。

その他、以上の説明から類推できる種々の組合わせ構
造により、チョーク用金属円筒のすぐ内側空間での直流
磁界を特許請求の範囲の記載のように設定することが可
能である。また、以上の実施例における強磁性体や磁石
の付加物を、金属容器19の内側空間に配置してもよい。

［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明によれば、アンテナリー
ドとこれをとりまく比較的径小な高調波チョーク用金属
円筒との間の空間での高周波放電の発生、持続がなく、
構成部品の発熱、溶融現象が生じない。したがって、比
較的簡単な構成で信頼性の高い安定な動作が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す要部縦断面図、第２
図はその要部を示す斜視図、第３図は第１図の３−３に
於ける横断面図、第４図および第５図は各々この発明の
他の実施例を示す要部斜視図、第６図および第７図はさ
らに他の実施例を示す要部縦断面図および横断面図、第
８図は従来構造を示す要部縦断面図、第９図はその要部
の磁束分布を示す模式図、第10図は高周波放電現象を説
明する模式図、第11図は要部横断面図、第12図は磁束密
度と放電発生高周波電圧との関係を示す図である。 12……陽極円筒、13……陽極ベイン、17……ポールピー
ス、19……筒状金属容器、21……セラミックス円筒、25
……アンテナリード、30……高調波チョーク用金属円
筒、26……永久磁石、Ｆ……直流磁束、Ｚ……管軸、35
……強磁性体片、36……円筒状強磁性体、39、40……永
久磁石片。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】陽極円筒の内側に複数の陽極ベインが固定
   されて空胴共振器が構成され、前記陽極円筒の開口端部
   にポールピースが固定されるとともに筒状金属容器が接
   合され、この金属容器の開口端部に出力部セラミックス
   円筒が接合され、上記空胴共振器に一端部が電気的に接
   続されたアンテナリードが前記金属容器およびセラミッ
   クス円筒の内側を通して延長され、前記金属容器の内側
   にこれよりも径小で且つ前記アンテナリードを離隔して
   とりまく高調波チョーク用金属円筒が固定され、前記金
   属容器の外周にリング状の永久磁石が配置されてなる電
   子レンジ用マグネトロンにおいて、 上記高調波チョーク用金属円筒の内側空間における直流
   磁束密度の管軸方向成分が、円周方向に亘って不均一に
   なっていることを特徴とする電子レンジ用マグネトロ
   ン。