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発明の名称 マグネトロン
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−184274(P2007−184274A)
公開日 平成19年7月19日(2007.7.19)
出願番号 特願2006−350086(P2006−350086)
出願日 平成18年12月26日(2006.12.26)
代理人 【識別番号】100099759
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 篤
発明者 リー ジョン−スー
要約 課題
カソードの加熱電力を低減して同一出力に対する入力を減らすことにより効率を高めることのできるマグネトロンを提供する。

解決手段
マグネトロンは、アノードと、アノードの中心に配置されるカソードと、アノードの内面からカソードに向かって放射状に突出する複数のベーンと、カソードの有効加熱部の長さLがベーンの高さHよりも短くなるように、カソードの上端及び下端にそれぞれ結合される上部エンドシールド及び下部エンドシールドとを含む。
特許請求の範囲
【請求項1】
アノードと、
前記アノードの中心に配置されるカソードと、
前記アノードの内面から前記カソードに向かって放射状に突出する複数のベーンと、
前記カソードの有効加熱部の長さが前記ベーンの高さよりも短くなるように、前記カソードの上端及び下端にそれぞれ結合される上部エンドシールド及び下部エンドシールドと、
を含むことを特徴とするマグネトロン。
【請求項2】
前記カソードが円筒コイル状に形成され、前記上部エンドシールドの所定領域が前記カソードと重なることを特徴とする請求項1に記載のマグネトロン。
【請求項3】
前記上部エンドシールドは、
前記カソードよりも拡張された大きさを有し、前記ベーンの上端と同一の位置又は高い位置に配置される遮断部と、
前記遮断部から突出して前記カソードの内部に挿入結合される結合部と、
を含むことを特徴とする請求項2に記載のマグネトロン。
【請求項4】
前記下部エンドシールドの中央には、センタリードが接触することなく通過できるように通過孔が形成され、前記下部エンドシールドは、その上面が前記ベーンの下端と同一の位置又は低い位置に配置されることを特徴とする請求項3に記載のマグネトロン。
【請求項5】
前記下部エンドシールドは、
前記カソードよりも拡張された大きさを有し、前記カソードの下端に配置される遮断部と、
前記遮断部から上向きに突出して前記カソードと重なるように結合される結合部と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載のマグネトロン。
【請求項6】
前記上部エンドシールド及び前記下部エンドシールドは、前記カソードの有効加熱部の長さ(L)の前記ベーンの高さ(H)に対する比(L/H)が0.80〜0.87になるように、前記カソードに結合されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のマグネトロン。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明はマグネトロンに関し、より詳しくは、カソードの加熱電力を低減して同一出力に対する入力を減らすことにより効率を高めることのできるマグネトロンに関する。
【背景技術】
【0002】
マグネトロンは、周知のように、電子レンジ、プラズマ照明機器、乾燥器、及びその他の高周波システムに適用される。このようなマグネトロンは、通常、電子系により高周波エネルギーを発生する高周波発生部と、前記高周波発生部に電源を供給するための入力部と、前記高周波発生部から発生した高周波エネルギーを放出するための出力部とを備える。
【0003】
図12は従来のマグネトロンの断面図であり、図13は図12の要部拡大図であり、図14は図13のカソード領域の側面図である。図12〜図14に示すように、従来のマグネトロンは、高周波エネルギーを発生する高周波発生部100と、高周波発生部100に電源を供給するために高周波発生部100の下側に形成される入力部200と、高周波発生部100から発生した高周波エネルギーを放出するために高周波発生部100の上側に形成される出力部300とを備える。
【0004】
高周波発生部100は、四角筒状のヨークプレート111と、ヨークプレート111の中央領域に配置される円筒状のアノード121と、アノード121の上端及び下端にそれぞれ形成されるAシール(A-seal)131及びFシール(F-seal)141と、アノード121の上側にそれぞれ配置される上部マグネット133及び上部磁極135と、アノード121の下側にそれぞれ配置される下部マグネット143及び下部磁極145と、アノード121の中央に配置されるカソード151とを備える。
【0005】
ヨークプレート111の内部には、アノード121の放熱のために、複数の冷却ピン113が層状に積層・結合されている。
【0006】
アノード121の内部には、カソード151との間に電子移動空間122が形成されるように、複数のベーン125がカソード151に向かって突設されている。Fシール141の下端にはセラミックステム147が設置されている。ここで、セラミックステム147、アノード121、Aシール131、及びFシール141により形成された内部空間は真空に維持される。
【0007】
カソード151は、螺旋状に形成されており、カソード151の上端及び下端には、上部エンドシールド(upper end shield)155及び下部エンドシールド165がそれぞれ結合されている。下部エンドシールド165の中央にはセンタリード(center lead)161が貫通して配置されており、下部エンドシールド165の一側にはサイドリード(side lead)163が連結されている。センタリード161は、下部エンドシールド165を貫通してカソード151の中心を経て上部エンドシールド155に結合されている。上部エンドシールド155は、カソード151の上端に一体に結合されている。
【0008】
入力部200は、ヨークプレート111の下部に形成されるフィルタボックス211と、フィルタボックス211の一側に結合されるコンデンサ213と、フィルタボックス211の内部に収容されてコンデンサ213に接続されるチョークコイル215と、チョークコイル215から延びてセンタリード161及びサイドリード163に電気的に接続される外部接続リード217とを備える。
【0009】
出力部300は、ベーン125に接続されるアンテナフィーダ311と、Aシール131の上側に配置されて内部にアンテナフィーダ311が収容されるAセラミック313と、Aセラミック313の上側に配置されるアンテナキャップ315とを備える。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
しかし、このような従来のマグネトロンは、低出力(例えば、100W〜300W)では、カソード151を加熱するための加熱電力の入力全体に対して占める比率が増加して、マグネトロンの効率を損なうという問題があった。
【0011】
本発明は、このような従来技術の問題を解決するためになされたもので、カソードの加熱電力を低減して同一出力に対する入力を減らすことにより効率を高めることのできるマグネトロンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記の目的を達成するために、本発明は、アノードと、前記アノードの中心に配置されるカソードと、前記アノードの内面から前記カソードに向かって放射状に突出する複数のベーンと、前記カソードの有効加熱部の長さが前記ベーンの高さよりも短くなるように、前記カソードの上端及び下端にそれぞれ結合される上部エンドシールド及び下部エンドシールドとを含むマグネトロンを提供する。
【発明の効果】
【0013】
本発明によるマグネトロンは、カソードの有効加熱部の長さを短くして加熱電力を低減することにより効率を高めることができるという効果がある。
【0014】
また、本発明によるマグネトロンは、カソードの有効加熱部の長さだけでなく、カソード自体の長さをも短くすることができ、製作が容易であり、かつ製造コストを低減できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
以下、本発明によるマグネトロンの好ましい実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【0016】
図1は本発明の第1実施形態によるマグネトロンの断面図であり、図2は図1の要部拡大図であり、図3は図1の上部エンドシールドの結合状態を示す側面図であり、図4〜図6はカソードの有効加熱部の長さのベーンの高さに対する比の変化による、マグネトロンの効率の変化を示す図である。説明の便宜上、前述及び図示した構成と同一又は同一相当部分には同一符号を付して説明する。図1〜図3に示すように、本発明の第1実施形態によるマグネトロンは、円筒状のアノード121と、アノード121の内部に配置される複数のベーン125と、アノード121の上側及び下側にそれぞれ配置される上部磁極135及び下部磁極145と、アノード121の中心に配置されて内部にセンタリード161が通過する螺旋状のカソード171と、カソード171の下端に接続されてセンタリード161が通過する下部エンドシールド165と、カソード171よりも拡張された大きさを有し、カソード171の上端に配置される遮断部176、及び内部にセンタリード161が挿入結合され、ベーン125に対するカソード171の有効加熱部の長さLが上下方向に沿って縮小されるようにカソード171の内部に挿入される結合部177を有する上部エンドシールド175とを備え、電源を供給するための入力部200と高周波エネルギーを放出するための出力部300との間に介在して高周波を発生する高周波発生部100を含む。
【0017】
アノード121の外面には、積層された複数の冷却ピン113の一端が結合されており、冷却ピン113の他端はヨークプレート111の内面に接触している。ヨークプレート111は両側が開放された四角筒状に形成される。ヨークプレート111の上側には、高周波発生部100から発生した高周波エネルギーを放出できるように、出力部300が形成されている。ヨークプレート111の下側には、高周波発生部100に電源を供給できるように、入力部200が形成されている。
【0018】
入力部200は、四角状のフィルタボックス211と、フィルタボックス211の一側に結合されるコンデンサ213と、フィルタボックス211の内部に配置されて一端がコンデンサ213に接続されるチョークコイル215と、チョークコイル215の他端に接続される外部接続リード217とを備える。
【0019】
出力部300は、ヨークプレート111の上側に配置されるAセラミック313と、一端はベーン125に接続されて他端はAセラミック313の内部に配置されるアンテナフィーダ311と、Aセラミック313の上端に配置されて内部にアンテナフィーダ311が配置されるアンテナキャップ315とを備える。
【0020】
アノード121の上側には、上部マグネット133、上部磁極135、及びAシール131が設置されており、アノード121の下側には、下部マグネット143、下部磁極145、及びFシール141が設置されている。Fシール141の下端にはセラミックステム147が設置されており、セラミックステム147の内部には外部接続リード217が挿入されている。
【0021】
アノード121の中心領域には、カソード171が同心的に設置されており、アノード121の内面には、カソード171との間に電子移動空間122が形成されるように複数のベーン125が放射状に設置されている。
【0022】
カソード171は円筒コイル状に形成されており、カソード171の上端及び下端には、上部エンドシールド175及び下部エンドシールド165がそれぞれ電気的に接続されるように結合されている。下部エンドシールド165には、一端が外部接続リード217に接続されたセンタリード161が接触することなく通過できるように、通過孔166が形成されている。下部エンドシールド165の上部には、カソード171の下端を挿入できるように、挿入部167が形成されている。下部エンドシールド165の一側には、一端が外部接続リード217に接続されたサイドリード163の他端が接続されている。
【0023】
上部エンドシールド175は、カソード171のコイル径よりも拡張された大きさを有し、カソード171の上側に配置される遮断部176と、遮断部176の下面中央から下向きに延びて一体形成される結合部177とを備えている。結合部177の中央には、内部にセンタリード161を結合できるように、結合孔178が形成されている。ここで、結合部177は、カソード171の有効加熱部の長さLがベーン125の高さHよりも短くなるように、カソード171の上端から内側に挿入されて、外面がカソード171に接続される。結合部177は、熱電子が放出されるカソード171の有効加熱部の長さLのベーン125の高さHに対する比(L/H)が0.8〜0.87の範囲を有するように形成されることが好ましい。
【0024】
以下、図4〜図6を参照して、カソード171の有効加熱部の長さLのベーン125の高さHに対する比(L/H)による、カソード171の加熱電力、暗電流、及びマグネトロンの効率の変化を説明する。
【0025】
まず、カソード171の加熱電力は、カソード171の有効加熱部の長さLが増加すると増加するので、図4に示すように、加熱電力の変化を示す直線L1状に変化する。次に、暗電流は、図5に示すように、暗電流の変化を示す曲線L2状に変化し、カソード171の有効加熱部の長さLのベーン125の高さHに対する比(L/H)が所定値以下、すなわち、0.80以下になると顕著に増加していることが分かる。
【0026】
次に、マグネトロンの効率の変化は、図6に示すように、マグネトロンの効率の変化を示す曲線L3状に変化する。マグネトロンの効率は、カソード171の有効加熱部の長さLのベーン125の高さHに対する比(L/H)が増加すると所定区間で比例して増加し、カソード171の有効加熱部の長さLのベーン125の高さHに対する比(L/H)が0.80〜0.87の区間で最適効率を有する。
【0027】
例えば、動作電圧が4kV、動作電流が70mA、マグネトロンの出力が200Wで同一の場合、カソード171の有効加熱部の長さLのベーン125の高さHに対する比(L/H)が1であると、カソード171の加熱電力は35W、暗電流は2.0mA、マグネトロンの入力は315Wであり、このとき、マグネトロンの効率は63%となる。
【0028】
また、カソード171の有効加熱部の長さLのベーン125の高さHに対する比(L/H)が0.83であると、カソード171の加熱電力は20W、暗電流は2.5mA、マグネトロンの入力は300Wであり、このとき、マグネトロンの効率は67%となり、カソード171の有効加熱部の長さLのベーン125の高さHに対する比(L/H)が1の場合より効率が約4%増加する。
【0029】
また、カソード171の有効加熱部の長さLのベーン125の高さHに対する比(L/H)が0.8であると、カソード171の加熱電力は18W、暗電流は3mAであり、このとき、マグネトロンの効率は66%となる。
【0030】
また、カソード171の有効加熱部の長さLのベーン125の高さHに対する比(L/H)が0.87であると、カソード171の加熱電力は23W、暗電流は2.2mAであり、このとき、マグネトロンの効率は66%となる。
【0031】
このような構成により、入力部200の外部接続リード217を介してセンタリード161及びサイドリード163に電源が供給されると、カソード171は電子移動空間122に熱電子を放出する。その放出された熱電子は、上部磁極135及び下部磁極145による磁気エネルギーと相互作用してアノード121に吸引されて、高周波エネルギーを有するマイクロ波を生成する。マイクロ波は、出力部300のアンテナフィーダ311を介して外部に放出されて、加熱及び乾燥を行うか又は光を発生する。
【0032】
図7は本発明の第2実施形態によるマグネトロンの断面図であり、図8は図7の要部拡大図であり、図9は図7のカソード領域の側面図である。図7〜図9に示すように、本発明の第2実施形態によるマグネトロンは、アノード121と、アノード121の中心に配置されて内部にセンタリード161が通過するカソード172と、アノード121の内面からカソード172に向かって放射状に突出する複数のベーン125と、カソード172の有効加熱部の長さLがベーン125の高さよりも短くなるように、カソード172の上端及び下端にそれぞれ結合される上部エンドシールド155及び下部エンドシールド185とを含む。
【0033】
アノード121の外側にはヨークプレート111が備えられ、アノード121及びヨークプレート111の内部には複数の冷却ピン113が結合されている。
【0034】
ヨークプレート111の下側には、高周波発生部100に電源を供給できるように、入力部200が形成されており、ヨークプレート111の上側には、高周波発生部100から発生した高周波エネルギーを放出できるように、出力部300が形成されている。
【0035】
入力部200は、四角状のフィルタボックス211と、フィルタボックス211の一側に結合されるコンデンサ213と、フィルタボックス211の内部に配置されて一端がコンデンサ213に接続されるチョークコイル215と、チョークコイル215の他端に接続される外部接続リード217とを備える。
【0036】
出力部300は、ヨークプレート111の上側に配置されるAセラミック313と、一端はベーン125に接続されて他端はAセラミック313の内部に配置されるアンテナフィーダ311と、Aセラミック313の上端に配置されて内部にアンテナフィーダ311が配置されるアンテナキャップ315とを備える。
【0037】
アノード121の上側には、上部マグネット133、上部磁極135、及びAシール131が設置されており、アノード121の下側には、下部マグネット143、下部磁極145、及びFシール141が設置されている。Fシール141の下端にはセラミックステム147が設置されており、セラミックステム147の内部には外部接続リード217が挿入されている。
【0038】
アノード121の中心領域には、カソード172が同心的に設置されており、アノード121の内面には、カソード172との間に電子移動空間122が形成されるように複数のベーン125が放射状に設置されている。
【0039】
カソード172は円筒コイル状に形成されており、カソード172の上端及び下端には、上部エンドシールド155及び下部エンドシールド185がそれぞれ電気的に接続されるように結合されている。
【0040】
上部エンドシールド155は、カソード172よりも拡張された大きさを有する遮断部156と、遮断部156から下向きに突出する結合部157とを備える。結合部157の内部には、センタリード161を挿入して結合できるように、結合孔158が形成されており、外面にはカソード172の上端が結合されている。
【0041】
また、下部エンドシールド185は、カソード172のコイル径よりも拡張された大きさを有する遮断部186と、遮断部186の上面中央から上向きに突出してカソード172の下端に挿入される結合部187とを備える。ここで、遮断部186の上面にカソード172の下端が接触するので、カソード172の長さが短くなる。
【0042】
遮断部186及び結合部187の中央には、センタリード161が接触することなく通過できるように、通過孔188が形成されている。遮断部186の一側にはサイドリード163が接続されている。ここで、下部エンドシールド185は、遮断部186の上面がベーン125の下端と同一の高さを有するように配置され、結合部187は、カソード172の加熱電力を低減できるように、カソード172の有効加熱部の長さLのベーン125の高さHに対する比(L/H)が0.80〜0.87になるように突設されることが好ましい。
【0043】
図10は本発明の第3実施形態によるマグネトロンの断面図であり、図11は図10の要部拡大図である。図10及び図11に示すように、本発明の第3実施形態によるマグネトロンは、アノード121と、アノード121の中心に配置されて内部にセンタリード161が通過するカソード173と、アノード121の内面からカソード173に向かって放射状に突出する複数のベーン125と、カソード173の有効加熱部の長さLがベーン125の高さよりも短くなるように、カソード173の上端及び下端にそれぞれ結合される上部エンドシールド195及び下部エンドシールド205とを含む。
【0044】
アノード121の外側にはヨークプレート111が備えられ、アノード121及びヨークプレート111の内部には複数の冷却ピン113が結合されている。
【0045】
ヨークプレート111の下側には、フィルタボックス211、コンデンサ213、チョークコイル215、及び外部接続リード217を備え、高周波発生部100に電源を供給する入力部200が配置されている。ヨークプレート111の上側には、Aセラミック313、アンテナフィーダ311、及びアンテナキャップ315を備え、高周波発生部100から発生した高周波エネルギーを放出する出力部300が形成されている。
【0046】
アノード121の上側には、上部マグネット133、上部磁極135、及びAシール131が設置されており、アノード121の下側には、下部マグネット143、下部磁極145、及びFシール141が設置されている。Fシール141の下端にはセラミックステム147が設置されており、セラミックステム147の内部には外部接続リード217が挿入されている。
【0047】
アノード121の中心領域には、カソード173が同心的に設置されており、アノード121の内面には、カソード173との間に電子移動空間122が形成されるように複数のベーン125が放射状に設置されている。
【0048】
カソード173は円筒コイル状に形成されており、カソード173の上端及び下端には、上部エンドシールド195及び下部エンドシールド205がそれぞれ電気的に接続されるように結合されている。
【0049】
上部エンドシールド195は、カソード173よりも拡張された大きさを有する遮断部196と、遮断部196から下向きに突出する結合部197とを備える。結合部197の内部には、センタリード161を挿入して結合できるように、結合孔198が形成されており、外面にはカソード173の上端が結合されている。
【0050】
また、下部エンドシールド205は、カソード173のコイル径よりも拡張された大きさを有する遮断部206と、遮断部206の上面中央から上向きに突出してカソード173の下端に挿入される結合部207とを備える。
【0051】
遮断部206及び結合部207の中央には、センタリード161が接触することなく通過できるように、通過孔208が形成されている。遮断部206の一側にはサイドリード163が接続されている。ここで、上部エンドシールド195及び下部エンドシールド205の各遮断部196、206は、ベーン125と同一の高さを有するように配置され、各結合部197、207は、カソード173の加熱電力を低減できるように、カソード173の有効加熱部の長さLのベーン125の高さHに対する比(L/H)が0.80〜0.87になるように突設されることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【0052】
【図1】本発明の第1実施形態によるマグネトロンの断面図である。
【図2】図1の要部拡大図である。
【図3】図1の上部エンドシールドの結合状態を示す側面図である。
【図4】カソードの有効加熱部の長さのベーンの高さに対する比の変化による、カソードの加熱電力の変化を示す図である。
【図5】カソードの有効加熱部の長さのベーンの高さに対する比の変化による、暗電流の変化を示す図である。
【図6】カソードの有効加熱部の長さのベーンの高さに対する比の変化による、マグネトロンの効率の変化を示す図である。
【図7】本発明の第2実施形態によるマグネトロンの断面図である。
【図8】図7の要部拡大図である。
【図9】図7のカソード領域の側面図である。
【図10】本発明の第3実施形態によるマグネトロンの断面図である。
【図11】図10の要部拡大図である。
【図12】従来のマグネトロンの断面図である。
【図13】図12の要部拡大図である。
【図14】図13のカソード領域の側面図である。




 

 


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