JPH11260274A - マグネトロン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大出力でも出力部の冷却を行うことなくアン
テナドームのクラックを無くした高信頼性のマグネトロ
ンを提供する。 【解決手段】 陽極シリンダー１の内部に放射状に設置
した複数の陽極ベイン２で形成された空洞共振器群に発
生したマイクロ波を、一端が前記空洞共振器に接続さ
れ、他端が主力部を構成するアンテナドーム（ドーム形
のアンテナセラミック）４内に配置されたアンテナリー
ド３を通して外部に放射するマグネトロンにおいて、前
記アンテナドーム４が、アルミナが９２重量％以上、酸
化珪素を除く他の金属酸化物が２重量％以下を含む構成
材料から構成した。これにより、アンテナドーム４の発
熱が低減し、大出力でもクラックが発生しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マグネトロンに係
り、特にマグネトロンの出力部を構成するドーム形のア
ンテナセラミック（以下、アンテナドームと称する）の
温度上昇による当該アンテナドームの熱破壊を防止して
高信頼性を維持できるようにしたマグネトロンに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】マグネトロンは高周波出力すなわちマイ
クロ波出力を効率よく発生することから、レーダー装
置、医療機器、電子レンジ等の高周波調理器、その他の
マクロ波応用機器の分野で広く使用されている。

【０００３】このマグネトロンは、通常、真空容器の中
心部に陰極が配置され、管軸方向磁界が形成されている
作用空間を隔てて上記陰極の周囲に空洞共振器群が配置
されている。

【０００４】上記空洞共振器は、管軸にそって中心に配
置された陰極と、この陰極を囲んで上記作用空間にと同
軸に設置された陽極シリンダーと、上記陰極に近接した
位置から上記陽極シリンダー方向に放射状に設置された
複数の板状体すなわち陽極ベイン（以下、単にベインと
もいう）と、上記ベインと陽極シリンダーとで構成され
る空間に形成される複数の空洞共振器の発振位相を合わ
せるために前記ベインを一つおきに電気的に同電位に接
続するための上下一対または上下の一方に配置した一対
のストラップリングとで構成される。

【０００５】空洞共振器群に発生したマイクロ波は、一
端が前記空洞共振器に接続され、他端が主力部を構成す
るドーム形のアンテナセラミック（アンテナドーム）内
に配置されたアンテナリードを通して外部に放射する。
陽極シリンダー、ベイン、ストラップリングは一般に銅
製であり、これらの間の接合固着には銀ローを用いたロ
ー付けが採用されている。なお、ベインとアンテナリー
ドも同様のロー付けで接続されている。言うまでもな
く、陽極シリンダーとベインを一体化した形式のマグネ
トロンでは、アノード円筒とベインとのロー付けは考慮
する必要はない。一般に、１．５ｋＷ以上のマイクロ波
を出力するマグネトロンは、アンテナリードの上記他端
を内包するように設置したアンテナドームを有する出力
部を通して当該アンテナドームに接続する導波管に放出
される。

【０００６】このようなマグネトロンにおいては、アン
テナリードから放射されたマイクロ波がアンテナドーム
部分を通る際に、その一部が吸収されて熱に変わり、当
該アンテナドームの温度を上昇させる。

【０００７】このアンテナドームにマイクロ波が吸収さ
れる度合いは、アンテナドームの材料特性の誘電率εｒ
と誘電正接ｔａｎδの積で決まるので、この積εｒｔａ
ｎδを損失ファクタと呼んでいる。特に、マイクロ波の
発熱を問題とする場合には誘電正接ｔａｎδが重要なパ
ラメータとして考慮される。

【０００８】マイクロ波の出力が小さいもの、例えばマ
イクロ波出力が２ｋＷ以下のマグネトロンにおいては、
誘電正接ｔａｎδが６以上でも発熱量が小さいので、信
頼性上問題となるまでに至らない。このため、出力部を
冷却することなく使用している。

【０００９】しかしながら、マイクロ波出力が２ｋＷを
越える大出力のマグネトロンでは、マグネトロンのマイ
クロ波の負荷インピーダンスによっては、発熱量が大き
くなり、アンテナドームの温度が急上昇するために、ア
ンテナドームにクラックが生じ、マグネトロンが破壊す
る。これを防止するために、このような大出力のマグネ
トロンでは外部から冷却風を送ってアンテナドーム部分
を含む出力部を強制冷却している。

【００１０】なお、この種の従来技術を開示したものと
しては、例えば特開昭６３−２３８２０号公報、特開昭
６３−９１９３４号公報等を挙げることができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来のアンテナドーム
に使用されているセラミックには、主としてクロームＣ
ｒの金属酸化物、その他微量のマンガンＭｎ、カルシウ
ムＣａ、ナトリウムＮａ等が数％以上も混入されていた
ため、これらの混入物がマイクロ波で発熱し、出力部を
冷却しないでおくと当該アンテナドームにクラックが発
生するという問題があった。

【００１２】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
解消し、大出力でも出力部の冷却を行うことなくアンテ
ナドームのクラックを無くした高信頼性のマグネトロン
を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、ア
ンテナドームのセラミックの誘電率正接ｔａｎδを６以
下とするために、セラミック材料の組成分を、アルミナ
＋酸化珪素で９６％以上としたものであり、またアンテ
ナドームの先端形状を平坦あるいは凹陥形として熱応力
を吸収したものであり、特に下記（１）〜（３）に記載
の構成としたことを特徴とする。

【００１４】（１）陽極シリンダーの内部に放射状に設
置した複数の陽極ベインで形成された空洞共振器群に発
生したマイクロ波を、一端が前記空洞共振器に接続さ
れ、他端が主力部を構成するアンテナドーム（ドーム形
のアンテナセラミック）内に配置されたアンテナリード
を通して外部に放射するマグネトロンにおいて、前記ア
ンテナドームが、アルミナが９２重量％以上、酸化珪素
を除く他の金属酸化物が２重量％以下を含む構成材料か
ら構成した。

【００１５】この構成により、アンテナドームの発熱が
低減し、大出力でもアンテナドームにクラックが発生し
ない。

【００１６】（２）（１）にける前記ドーム形のアンテ
ナセラミックのドーム状先端に平坦部を形成した。

【００１７】（３）（１）における前記ドーム形のアン
テナセラミックのドーム状先端に凹陥部を形成した。

【００１８】上記（２）または（３）の構成としたこと
で、アンテナドームの熱応力がドーム状先端の平坦部あ
るいは凹陥部で吸収され、アンテナドームのクラック発
生防止作用がさらに向上する。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
き、図面を参照して詳細に説明する。

【００２０】図１は本発明によるドーム形アンテナセラ
ミックを備えたマグネトロンの１実施例を説明する断面
図であって、１は陽極シリンダー、２は陽極ベイン、３
はアンテナリード、４はアンテナドーム、５ａは上部磁
極、５ｂは下部磁極、６ａは上部シール、６ｂは下部シ
ール、７は陰極フィラメント、８ａは上部マグネット、
８ｂは下部マグネット、９は金属ガスケット、１０は冷
却フィン、１１ａは上部ヨーク、１１ｂは下部ヨーク、
１２は陰極リード、１３はチョークコイル、１４は貫通
ンデンサ、１５はフィルタケースを示す。

【００２１】複数の陽極ベイン２は一対のストラップリ
ング１６ａ，１６ｂで一つおきに電気的に接続して同電
位としている。陽極ベイン２とストラップリング１６
ａ，１６ｂとは強固にロー付けされて特性のバラツキが
発生しないように陽極ベインを固定している。

【００２２】陰極フィラメント７はマグネトロンの管軸
中心に位置し、その回りに複数の陽極ベイン２が放射状
に配置されている。この複数の陽極ベイン２は陽極シリ
ンダー１にロー付け等で固着されている。なお、陽極ベ
イン２は陽極シリンダー１と共に押出し成型等により一
体成形してもよい。

【００２３】陽極シリンダー１の上部には円筒状の上部
マグネット８ａが、下部には円筒状の下部マグネット８
ｂが設置されており、この上部マグネット８ａと下部マ
グネット８ｂからの磁束は上部磁極５ａと下部磁極５ｂ
を通って陰極フィラメント７と陽極ベイン２との間に形
成される作用空間に対して上下方向（管軸方向）に必要
な直流磁界を発生させる。なお、上部ヨーク１１ａ，下
部ヨーク１１ｂは上下のマグネットからの磁束通路を形
成する。

【００２４】陰極フィラメント７は負の高電位になって
いる。すなわち、陰極フィラメント７は２本の陰極リー
ド１２を介してチョークコイル１３に接続され、さらに
チョークコイル１３の他端は貫通コンデンサ１４に接続
されており、貫通コンデンサ１４の端子は負の高電位と
なっているフィラメントトランス（後述）に接続されて
いる。この貫通コンデンサ１４の素体としては、誘電体
磁器が用いられ、チョークコイル１３と共にフィルタを
構成し、このフィルタをフィルタケース１５で遮蔽する
ことにより、また発振したマイクロ波が電源ラインを通
して外部機器に影響を及ぼさないように機能する。

【００２５】そして、アンテナドーム４は上部シール６
ａの部分で金属ガスケット９で上部ヨークから離間され
た位置において上記アンテナリード３を内包するように
設置されている。

【００２６】図２は図１に示したマグネトロンの上面図
であって、アンテナドーム４は上部ヨーク１１ａの中央
部分に設置された金属ガスケット９の中心部に設置さ
れ、ている。

【００２７】このような構造において、陰極フィラメン
ト７から放出された電子は、直流磁界の影響を受けて円
運動しながら各陽極ベイン２に高周波の電位を形成して
高周波（マイクロ波）を発振する。発振されたマイクロ
波はアンテナリード３を通してアンテナドーム４から図
示しない導波管に出力される。

【００２８】本実施例では、アンテナドーム４の構成材
料として、アルミナと酸化珪素が９６重量％以上含んだ
ものを使用する（例えば、アルミナ９２重量％以上、酸
化珪素６〜８重量％、この誘電正接は６以上）ことで、
アンテナリード３から放出されたマイクロ波がアンテナ
ドーム４を通る際に、当該アンテナドーム４がマイクロ
波を吸収する量が非常に少なくなり、アンテナドームの
温度上昇が低減される。

【００２９】図３はアンテナドームを構成するセラミッ
ク材料の誘電正接とアンテナドームの温度上昇の関係の
一例を説明する特性図であり、マグネトロン出力が５ｋ
Ｗで計測した結果を示す。図３において、誘電正接ｔａ
ｎδを６以上とすることで、アンテナドームの温度は着
３００°Ｃ以下に抑制されることが分かる。上記本実施
例で説明したアンテナドームの材料とすることにより、
当該アンテナドーム４がマイクロ波を吸収する量が非常
に少なくなり、アンテナドームの温度上昇が低減され、
出力部を強制的に冷却する必要がなくなり、従来技術の
ようにアンテナドームにクラックが発生することに起因
するマグネトロンの破壊が防止される。図４は本発明に
よるドーム形アンテナセラミックを備えたマグネトロン
の１実施例におけるアンテナドームの１形状例の説明図
であり、（ａ）は部分断面した側面図、（ｂ）はそのド
ーム状先端の形状を示す上面図である。

【００３０】この例では、アンテナドーム４のドーム状
先端に平坦部４ａを形成してあり、かつこの平坦部４ａ
の厚みを他の部分よりも薄くしてある。これにより、ア
ンテナドームの熱応力が平坦部に吸収され、加熱により
生じる歪みに起因するクラックを防止できる。なお、上
記平坦部の厚みを他の部分と同様の厚みとしても熱応力
の吸収効果はある。

【００３１】図５は本発明によるドーム形アンテナセラ
ミックを備えたマグネトロンの１実施例におけるアンテ
ナドームの他の形状例の説明図であり、（ａ）は部分断
面した側面図、（ｂ）はそのドーム状先端の形状を示す
上面図である。

【００３２】この例では、アンテナドームのドーム状先
端に凹陥部４ｂを形成してある。これにより、アンテナ
ドームの熱応力が凹陥部４ｂに吸収され、加熱により生
じる歪みに起因するクラックを防止できる。なお、上記
凹陥部４ｂの厚みを他の部分と同様の厚みより薄くして
もよい。

【００３３】図６はマグネトロンの駆動回路の一例を説
明する回路図で、同図においては符号２３１で示したも
のが上記した本実施例に係るマグネトロンである。

【００３４】本例は、マグネトロン電源として商用交流
電源を高速スイッチッグして所要の電圧を得るスイッチ
ング電源装置，所謂インバータ電源を用いたものであ
り、スイッチング電源装置２０９に直流電力を供給する
直流電源２０１は、商用交流電源２０３と全波整流器２
０５から構成されている。

【００３５】全波整流器２０５の直流出力端子には、リ
アクタとキャパシタで構成されたフィルタ２０７が接続
されているが、このフィルタ２０７は整流電流を平滑す
るためでなく、発振電流に含まれる高周波雑音が交流電
源側を通して洩れるのを防ぎ、これによって妨害波の伝
播をさけるようにしている。

【００３６】スイッチング電源装置２０９はトランジス
タ２１１を備え、同期パルス発生器２３５で生成される
同期パルスにより制御されるオン信号発生回路２３７の
オン信号で駆動される駆動回路２４１によりオン−オフ
動作される。

【００３７】スイッチング電源装置２０９は、トランジ
スタ２１１に逆並列に接続されたダンパダイオード２１
５および並列に接続された共振用キャパシタ２１３を備
えている。

【００３８】このスイッチング電源装置２０９は、一次
巻線２１９と二次巻線２２１，２２３と２２４，２２５
を持つ昇圧トランス２１７に接続し、一次巻線２１９は
スイッチング電源装置２０９を介してフィルタ２０７に
接続し、キャパシタ２１３と一次巻線２１９により直列
共振回路が構成される。

【００３９】二次巻線２２１は、キャパシタ２２７と高
圧ダイオード２２９よりなる倍電圧整流器を通してマグ
ネトロン２３１に接続される。電流検出器２３３はマグ
ネトロンに流れる負荷電流を検出し、平均回路２４９で
平均値として出力設定器２５１の設定値との差分を増幅
器２５７を介して同期パルス発生器２３５からの同期パ
ルスと加算されてオン信号発生器２３７に制御信号とし
て与えられる。

【００４０】二次巻線２２５は、マグネトロン２３１の
フィラメントを加熱するために設けられ、さらに他の二
次巻線２２３は出力フィードバック用の電圧を作るため
のものであり、波形成形回路２４３で波形成形された後
に遅延回路２４５で所定の時間遅延を受け、オン信号発
生回路２３７の制御信号として与えられる。

【００４１】また二次巻線２２４は補助電源２４７に与
えられ、整流されて制御回路等の電源として用いられ
る。

【００４２】ここで、フィラメントと陽極には、通常数
ＫＶの高圧が印加されている。

【００４３】なお、図中、２３２は導波管、２３４は電
子レンジの調理室であり、マグネトロン２３１で発振さ
れたマイクロ波は導波管２３２を通して調理室２３４に
供給されるようになっている。

【００４４】図７はマグネトロン電源として一般商用電
源をそのまま用いた回路例であって、２０３は商用交流
電源、２１７’は高圧トランス、２１９’は一次巻線、
２２１’，２２５’は二次巻線、２２７’はキャパシ
タ、２２９’は高圧ダイオード、２３１はマグネトロン
である。

【００４５】同図において、高圧トランス２１７’の一
次巻線２１９’は商用交流電源２０３に接続され、二次
巻線２２１’はキャパシタ２２７’と高圧ダイオード２
２９’とからなる半波倍電圧整流回路に接続される。

【００４６】また、二次巻線２２５’はマグネトロン２
３１のヒータ端子に接続されてヒータに所要の電圧を印
加することで流れる電流によってヒータを加熱する。

【００４７】上記半波倍電圧整流回路のキャパシタ２２
７’と高圧ダイオード２２９’の接続点は上記ヒータ端
子の一方に接続されて負の陽極電圧が印加される。そし
て、二次巻線２２５’の一方はマグネトロン２３１の陽
極と接地に接続される。

【００４８】なお、一般商用電源をそのまま用いたマグ
ネトロン電源は上記した半波倍電圧整流回路に限らず、
既知の全波整流回路を用いることもできる。

【００４９】図８は本発明によるマグネトロンを電子レ
ンジに適用した具体例を説明する概念図であって、３０
１は電子レンジ調理室で、ドア３０２から被加熱物３０
３がセットされる。３０４はマグネトロン、３０５はア
ンテナ、３０６はマグネトロン電源、３０７は冷却ファ
ン、３０８は冷却風、３０９は導波管、３１０はスター
ラーである。

【００５０】同図において、マグネトロン３０４で発生
されたマイクロ波はアンテナ３０５から導波管３０９を
通して被加熱物３０３がセットされた調理室３０１に供
給される。スターラー３１０は調理室３０１内で回転し
て被加熱物３０３が均一に加熱されるようマイクロ波を
拡散するためのものである。

【００５１】冷却ファン３０７はマグネトロン３０４に
冷却風３０８を送風してマグネトロン２３１を冷却する
ためのものである。

【００５２】なお、上記図６〜図８に示した回路はあく
まで一例であり、高出力のマグネトロン用電源として別
途の構成をもつ回路とする場合もある。

【００５３】本発明は、特に、マイクロ波出力が２ｋＷ
以上のマグネトロンに前記で説明したアンテナドームを
採用することにより、熱破壊が防止されて信頼性の高
い、かつ強制冷却を必要としない特性の均一な大出力の
マグネトロンを得ることができる。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
大出力でのアンテナドームの温度上昇を抑制でき、外部
から強制冷却する必要がなく、信頼性の高いマグネトロ
ンを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるドーム形アンテナセラミックを備
えたマグネトロンの１実施例を説明する断面図である。

【図２】図１に示したマグネトロンの上面図である。

【図３】アンテナドームを構成するセラミック材料の誘
電正接とアンテナドームの温度上昇の関係を説明する特
性図である。

【図４】本発明によるドーム形アンテナセラミックを備
えたマグネトロンの１実施例におけるアンテナドームの
１形状例の説明図である。

【図５】本発明によるドーム形アンテナセラミックを備
えたマグネトロンの１実施例におけるアンテナドームの
他の形状例の説明図である。

【図６】マグネトロンの駆動回路の一例を説明する回路
図である。

【図７】マグネトロン電源として一般商用電源をそのま
ま用いた回路例である。

【図８】本発明によるマグネトロンを電子レンジに適用
した具体例を説明する概念図である。

【符号の説明】

１ 陽極シリンダー ２ 陽極ベイン ３ アンテナリード ４ アンテナドーム ５ａ 上部磁極 ５ｂ 下部磁極 ６ａ 上部シール ６ｂ 下部シール ７ 陰極フィラメント ８ａ 上部マグネット ８ｂ 下部マグネット ９ 金属ガスケット １０ 冷却フィン １１ａ 上部ヨーク １１ｂ 下部ヨーク １２ 陰極リード １３ チョークコイル １４ 貫通ンデンサ １５ フィルタケース １６ａ，１６ｂ ストラップリング。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】陽極シリンダーの内部に放射状に設置した
   複数の陽極ベインで形成された空洞共振器群に発生した
   マイクロ波を、一端が前記空洞共振器に接続され、他端
   が主力部を構成するドーム形のアンテナセラミック内に
   配置されたアンテナリードを通して外部に放射するマグ
   ネトロンにおいて、 前記ドーム形のアンテナセラミックが、アルミナが９２
   重量％以上、酸化珪素を除く他の金属酸化物が２重量％
   以下を含む構成材料からなることを特徴とするマグネト
   ロン。
2. 【請求項２】前記ドーム形のアンテナセラミックのドー
   ム状先端に平坦部を有することを特徴とする請求項１に
   記載のマグネトロン。
3. 【請求項３】前記ドーム形のアンテナセラミックのドー
   ム状先端に凹陥部を有することを特徴とするマグネトロ
   ンの製造方法。