KR0168176B1 - 마그네트론의 음극구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자렌지등의 마이크로파 가열기기에 사용되는 마그네트론의 음극구조에 관한 것으로, 특히 음극부를 통해 누설되는 마이크로파 에너지를 억제하도록 음극구조체를 개선한 마그네트론에 관한 것으로써, 열전자를 방출하는 필라멘트와, 상기 필라멘트에 전원을 공급하는 리이드선과, 상기 리이드선이 통과하는 관통구멍을 형성하여 마그네트론의 음극을 지지고정하는 절연세라믹체와, 상기 절연세라믹체의 하면에 융착되는 외측금속막과, 상기 외측금속막에 고착되는 외부접속단자로 이루어진 마그네트론의 음극구조에 있어서, 상기 절연세라믹체의 상면에는 상기 리이드선으로 유기되는 고조파가 음극측으로 누설되는 것을 방지하도록 금속막이 융착되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

마그네트론의 음극구조

제1도는 종래에 의한 마그네트론의 음극구조체의 일부파단면도.

제2도는 본 발명의 일실시예에 의한 마그네트론의 종단면도.

제3도는 본 발명의 일실시예에 의한 음극구조체의 일부파단면도.

제4도는 제3도의 A-A부분의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 양극통체 3 : 베인

5 : 필라멘트 7, 9: 상부 및 하부엔드햇

11 : 외측리이드선 13 : 중앙리이드선

15 : 금속관 17 : 절연세라믹체

18 : 관통구멍 19, 21 : 외부접속단자

22 : 금속막 23 : 제1자극편

25 : 제2자극편 31 : 절연링

35 : 배기관 37 : 안테나

본 발명은 전자렌지등의 마이크로파 가열기기에 사용되는 마그네트론에 관한 것으로, 특히 음극부를 통해 누설되는 마이크로파 에너지를 억제하도록 음극구조체를 개선한 마그네트론의 음극구조에 관한 것이다.

일반적으로, 전자렌지용 마그네트론은 양극통체에서 2450MHz대의 마이크로파 에너지가 발생함과 동시에 그 기본파의 정수배에 해당하는 주파수를 가지는 고조파성분도 발생된다.

이때, 상기 양극통체에서 발생된 기본파와 고조파성분의 에너지는 마그네트론의 출력부로 복사되어 도파관을 통해 전자렌지의 캐비티내로 전달되는데, 상기 양극통체내에서 발생된 마이크로파 에너지의 3~4%는 음극부의 필라멘트로 유기되어 리이드선을 통해 외부로 전파된다.

상기와 같이, 외부로 전파된 에너지는 무선통신장애를 일으킬뿐만 아니라, 인체에 해를 끼치는 경우가 있어 지역에 따라서는 누설의 한계치를 법으로 규제하고 있다.

현재, 전자렌지용 마그네트론의 경우에는, 제2고조파(4900MHz)에서 제7고조파(7350MHz)까지의 고조파와 30KHz~2GHz까지의 주파수가 규제대상이거나 권유규격이지만, 기본파(2450MHz)와 그 기본파의 고조파성분은 마그네트론의 출력부로 대부분이 누설되고, 그중 일부인 3~4%정도의 마이크로파 에너지가 음극부로 누설이 되기 때문에 기본파와 그 기본파의 고조파 및 15KHz~2GHz대역의 노이즈에 대한 절감대책이 필요하다.

이에, 음극부를 통해 누설되는 마이크로파 에너지를 억제하기 위한 종래의 마그네트론에 있어서는, 제1도에 도시한 바와같이, 깔대기형상의 자극편을 둘러싼 금속관(40)이 양극통체의 일단면과 접하며 기밀하게 용접고착되어 있고, 상기 금속관(40)의 내측에는 쵸크구조를 형성하는 쵸크용금속링(42)이 상기 금속관(40)에 접합되어 있다.

그리고, 상기 금속관(40)의 음극부 측단부에는 필라멘트(44)를 지지하는 음극부지지체인 몰리브덴제의 리이드선(46,48)이 상부 및 하부엔드햇(50,52)에 용접고착되어 있고, 상기 리이드선(46,48)은 절연세라믹체(54)에 형성된 관통구멍을 통해 도시되지 않은 전원단자에 접속되어 있는 외부접속단자(56,58)에 전기적으로 접속되어 있다.

또한, 상기 외부접속단자(56,58)에는 쵸크코일(60,62)의 일단부가 전기적으로 접속되어 있고, 상기 쵸크코일(60,62)의 타단부는 박스필터의 측벽부에 배설되어 있는 캐패시터(64)와 접속되어 있으며, 상기 쵸크코일(60,62)내에는 2450MHz의 기본파(마이크로파)의 노이즈를 흡수하는 페라이트(66,68)가 상기 쵸크코일(60,62)의 길이방향을 따라 삽입고정되도록하여 음극구조체를 구성하였다.

그런데, 이와같이 구성된 종래 마그네트론의 음극구조체에 있어서는, 쵸크용금속링(42)으로 어느 정도의 기본파(2450MHz)성분을 차단하고, 리이드선(46,48)을 통해 외부로 전파되는 마이크로파 에너지는 쵸크코일(60,62)의 L값과 캐패시터(64)의 C값에 의한 LC공진회로와 페라이트(66,68)에 의해 누설을 억제할 수는 있으나, 쵸크코일(60,62)의 L값과 캐패시터(64) C값의 구조 및 가격에 따른 한계로 원하는 주파수대역의 차단이 불가능할뿐만 아니라, 이로인한 무선통신장애가 발생한다는 문제점이 있었다.

또한, LC공진회로를 구성하기 위한 별도의 캐패시터를 배설해야 하므로 구성이 복잡할뿐만 아니라, 제조비가 상승한다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로써, 본 발명의 목적은 음극부 절연세라믹체의 상면에 금속막을 용착하여 금속막과 외부접속단자사이에 캐패시턴스값이 존재하도록 함으로써 원하는 주파수대역의 차단이 가능하여 무선통신장애를 방지할 수 있을뿐만 아니라, 구조가 간단하여 소형화할 수 있으면서도 제조비를 절감할 수 있는 마그네트론의 음극구조를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 마그네트론의 음극구조는, 열전자를 방출하는 필라멘트와, 상기 필라멘트에 전원을 공급하는 리이드선과, 상기 리이드선이 통과하는 관통구멍을 형성하여 마그네트론의 음극을 지지고정하는 절연세라믹체와, 상기 절연세라믹체의 하면에 융착되는 외측금속막과, 상기 외측금속막에 고착되는 외부접속단자로 이루어진 마그네트론의 음극구조에 있어서, 상기 절연세라믹체의 상면에는 상기 리이드선으로 유기되는 고조파가 음극측으로 누설되는 것을 방지하도록 금속막이 융착되어 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제2도에 도시한 바와같이, 동판등에 의해 원통형상으로 형성된 양극통체(1)의 내부에는 외부로 누설되는 고조파성분을 감쇄시키도록 복수개의 공진공동을 형성하는 다수(짝수)개의 베인(3)이 축심방향을 향하여 등간격으로 배치되어 있고, 이들 양극통체(1)와 베인(3)에 의해 양극부를 구성한다.

그리고, 상기 베인(3)의 선단부측 근처에는 상하부에 각각 캐패시턴스를 변화시켜 일정한 공진주파수를 얻도록 내측 및 외측균압링(3a,3b)이 상기 베인(3)을 하나 걸러서 각각 배치되어 있고, 상기 양극통체(1)의 중심축상 근처에는 상기 다수개의 베인(3)의 선단부에 의해 작용공간이 형성되어 있으며, 이 작용공간내에는 열전자를 방사하도록 토륨-텅스텐등을 나선형상으로 권회한 필라멘트(5)가 상기 양극통체(1)와 동축형상으로 배치되어 있다.

상기 필라멘트(5)의 양단부에는 발진에 기여하지 못하는 손실전류인 열전자가 중심축 방향으로 방사되는 것을 방지하도록 상부 및 하부엔드햇(7,9)이 고착되어 있고, 상기 하부엔드햇(9)의 바닥면에는 몰리브덴제의 외측리이드선(11)이 용접고착되어 있으며, 상기 하부엔드햇(9)의 중앙부에는 몰리브덴제의 중앙지지체인 중앙리이드선(13)이 상기 중앙부에 형성된 관통구멍을 통해서 상기 상부엔드햇(7)의 하단부에 용접고착되어 있다.

여기에서, 상기 중앙리이드선(13)은 상기 하부엔드햇(9) 및 필라멘트(5)에 비접촉으로 관통하면서 중간부의 2개소에서 절곡되어 있고, 상기 외측 및 중앙리이드선(11,13)은 마그네트론의 음극을 지지고정하는 절연세라믹체(17)에 형성된 관통구멍(18)을 통해 상기 절연세라믹체(17)의 외측금속막(20)에 접착된 제1 및 제2외부접속단자(19,21)에 전기적으로 접속되어 있다.

또한, 상기 양극통체(1)의 양측개구부에는 상기 필라멘트(5)와 베인(3)에 의해 형성되는 작용공간내에 균일하게 자속을 형성하도록 자로를 형성하는 깔대기 형상의 제1 및 제2자극편(23,25)이 상기 양극통체(1)의 양단부 내측에 절결된 위치에 안착되어서 잔류하는 양단부 외측 가장자리를 절곡하여 고정한다음 기밀하게 용접고착되어 있다.

상기 제1 및 제2자극편(23,25)의 상하부에는 상기 양극통체(1)의 내부를 진공으로 밀봉하기 위한 금속관(15,27)이 상기 제1 및 제2자극편(23,25)의 중간부 혹은 상기 양극통체(1)의 양측개구단부에 각각 기밀하게 용접고착되어 있다.

또, 상기 금속관(15,27)의 외측면에는 소정의 거리를 두고 링형상의 영구자석(29,31)이 상기 제1 및 제2자극편(23,25)에 인접해서 각각 배치되어 있고, 상기 마그네트론의 출력부를 구성하는 상기 금속관(27)의 상부개구단부에는 세라믹으로 이루어진 원통형상의 출력측 절연링(31)이 접합되어 있다.

또한 도면에 있어서, 상기 절연링(31)의 상부측 선단부에는 동으로 이루어진 배기관(35)이 접합되어 있고, 상기 배기관(35)의 내측 중앙부근처에는 공진공동내에 발진된 고주파를 출력하도록 상기 베인(3)하나로부터 도출된 안테나(37)가 상기 제1자극편(23)의 관통구멍을 통과하여 축상으로 연장되면서 상기 안테나(37)의 끝이 상기 배기관(35)에 의해 고정되어 있다.

그리고, 상기 배기관(35)의 외측면에는 상기 배기관(35)의 용접고착부를 보호함은 물론, 전계집중에 의한 스파크방지 및 고주파안테나의 작용을 함과 동시에 고주파 출력을 외부로 끌어내는 안테나캡(9)의 씌워져 있다.

또한, 상기 마그네트론의 음극부를 구성하는 상기 절연세라믹체(17)의 상면에는 제3도 및 제4도에 도시한 바와같이, 원형상의 제1홈부(16)가 원의 원주면을 따라 띠를 형성하고 있고, 상기 제1홈부(16)의 내주면에는 U자형상의 제2 및 제3홈부(16a,16b)가 대향해서 형성되어 있다.

한편, 상기 제2 및 제3홈부(16a,16b)는 그 단부가 상기 제1홈부(16)에 연결되어 상기 제1홈부(16)에 일체로 형성되어 있다.

또, 상기 제1홈부(16)의 외주면과 내주면인 상기 절연세라믹체(17)의 상면에는 상기 양극통체(1)에서 발생된 2450MHz의 기본파와 그 기본파의 정수배에 해당하는 주파수를 가지는 제2 내지 제7고조파성분 및 30KHz~2GHz대역의 주파수가 음극측으로 누설되는 것을 방지하도록 상기 절연세라믹체(17)에 융착되기 용이한 금속(예를들면, 은) 재질의 금속막(22)이 융착되어 있고, 상기 절연세라믹체(17)의 하면에는 외측금속막(20)이 융착되어 있다.

상기 금속막(22)은 차폐하고자 하는 각각의 불요 고조파에 따라 그 크기 즉, 면적(A)을 다르게 함으로써 금속판(22)과 외부접속단자(19,21)사이에 존재하는 캐패시컨스(C)가 각각의 불요 고조파에 맞는 값을 가지도록 한다.

이하, 상기와 같이 구성된 마그네트론의 음극구조의 작용효과를 설명한다.

먼저, 제1 및 제2외부접속단자(19,21)를 통해 전원이 인가되면, 상기 제2외부접속단자(21)→중앙리이드선(13)→상부엔드햇(7)→필라멘트(5)→하부엔드햇(9)→외측리이드선(11)→제1외부접속단자(19)에 의해 폐회로가 구성되어 상기 필라멘트(5)에 동작전류가 공급되어 가열된다.

이때, 상기 양극통체(1)에 소정의 전압이 공급되면, 필라멘트(5)로부터 열전자가 방출되고, 그 방출된 열전자가 제1 및 제2자극편(23,25)의 자계내에서 작용하여 2450MHz대(기본파)의 마이크로파 에너지가 발생함과 동시에 그 기본파의 정수배에 해당하는 주파수를 가지는 제2고조파(4900MHz) 내지 제7고조파(7350MHz)성분이 발생한다.

상기 양극통체(1)에서 발생된 기본파와 고조파성분의 에너지는 마그네트론의 출력부로 복사되어 도파관을 통해 전자렌지의 캐비티내로 전달된다.

한편, 상기 양극통체(1)내에서 발생된 마이크로파 에너지의 3~4%가 리이드선(46,48)을 통해 마그네트론의 음극부로 누설되는 것을 방지하기 위해, 본 발명에서 절연세라믹체(17)의 상면에는 금속막(22)이 융착되어 있고, 상기 절연세라믹체(17)의 하면에는 외측금속막(20)이 융착되어 있으므로, 금속막(22), 절연세라믹체(17) 및 외측금속막(20)은 세라믹 컨덴서와 동일한 구조를 형성하여 금속막(22)과 외측금속막(20)사이에 캐패시턴스값이 존재하는데, 상기 외측금속막(20)에는 제1 및 제2외부접속단자(19,21)가 고착되어 있으므로 상기 금속막(22)과 제1 및 제2외부접속단자(19,21) 사이에도 아래의 (1)식에 도시한 바와같은 캐패시턴스(C)값이 존재한다.

여기에서, ε는 절연세라믹체(17)의 유전율, d는 금속막(22)과 외측금속막(20) 사이의 거리, A는 금속막(22)의 면적이다.

상기와 같이, 금속막(22)과 외부접속단자(19,21) 사이에 존재하는 캐패시턴스(C)값과 도시되지 않은 쵸크코일의 인던턴스(L)값에 의해 LC공진회로를 구성하여 금속막(22)과 외측금속막(20)의 구조에 따른 공진주파수가에 의해 결정된다.

상기 LC공진회로는 제2(4900MHz)-제7고조파(7350MHz)와 30KHz~2GHz까지의 주파수 가운데 원하는 불요 고조파를 차폐하기 위해, 차폐하고자 하는 불요 고조파에 맞는 인덕턴스(L), 캐패시턴스(C)값을 산출해야 하나 인던턴스(L) 값은 이미 고정된 상태이므로 캐패시턴스(C)값을 조정해야 한다.

한편, 상기 캐패시턴스(C)값은 절연세라믹체(17)의 유전율(ε), 금속막(22)과 외측금속막(20) 사이의 거리(d), 금속막(22)의 면적(A)에 의해 결정되는데, 절연세라믹체(17)의 유전율(ε), 금속막(22)과 외측금속막(20) 사이의 거리(d)도 고정된 상태이므로 금속막(22)의 면적(A)을 조절하여 금속막(22)과 외부접속단자(19,21) 사이에 존재하는 캐패시턴스(C)값을 조정함으로써 원하는 주파수 대역의 불요 고주파를 효과적으로 차폐시킬 수 있다.

상기의 설명에서와 같이 본 발명에 의한 마그네트론의 음극구조에 의하면, 음극부 절연세라믹체의 상면에 금속막을 용착하여 금속막과 외부접속단자사이에 캐패시턴스값이 존재하도록 함으로써 원하는 주파수대역의 차단이 가능하여 무선통신장애를 방지할 수 있을뿐만 아니라, 구조가 간단하여 소형화할 수 있으면서도 제조비를 절감할 수 있다는 뛰어난 효과가 있다.

Claims (2)

1. 열전자를 방출하는 필라멘트와, 상기 필라멘트에 전원을 공급하는 리이드선과, 상기 리이드선이 통과하는 관통구멍을 형성하여 마그네트론의 음극을 지지공정하는 절연세라믹체와, 상기 절연세라믹체의 하면에 융착되는 외측금속마고가, 상기 외측금속막에 고착되는 외부접속단자로 이루어진 마그네트론의 음극구조에 있어서, 상기 절연세라믹체의 상면에는 상기 리이드선으로 유기되는 고조파가 음극측으로 누설되는 것을 방지하도록 금속막이 융착되어 있는 것을 특징으로 마그네트론의 음극구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 금속막은 상기 외부접속단자와의 사이에 차폐하고자 하는 고조파에 맞는 캐패시턴스값을 가지는 것을 특징으로 하는 마그네트론의 음극구조.