JP2001165989A - 真空管の寿命予測装置及び高周波加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電源変動の大きい環境下において、真空管の
寿命を容易に予測する真空管の寿命予測装置及び同装置
を備えた高周波加熱装置を提供する。 【構成】 発振管３のフィラメント３１に供給すべき交
流を生成する電源であり且つこの交流の電圧及び電流の
実効値を定値制御する機能を有したヒータ通電回路部１
０と、発振管３のフィラメント電圧、電流の実効値Ｅ
ｆ、Ｉｆを検知するフィラメント電圧／電流検知部３０
と、フィラメント電圧／電流検知部３０の検知結果に基
づいて発振管３のフィラメント抵抗Ｒｆ（＝Ｅｆ／Ｉ
ｆ）を演算するフィラメント抵抗演算部４１と、フィラ
メント抵抗Ｒｆが設定値Ｒｂ以下であるときには発振管
３の寿命が近づいた又は寿命であるとして警報出力する
警報部４２と、フィラメント抵抗Ｒｆの経時変化を出力
する寿命予測出力部５０とを備えた基本構成となってい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高周波電源等に使用
される真空管の寿命を予測する新規な真空管の寿命予測
装置及び同装置を備えた高周波加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高周波加熱装置等には商用電源から高周
波電圧を生成するために高周波電源が備えられている。
同電源としては多種多様なものがあるが、真空管発振回
路を用いた電源が使用される場合がある。

【０００３】真空管発振回路を用いた電源を長期間運転
させる上で問題となるのは発振管の寿命である。発振管
のフィラメントが劣化すると、その電子放出能力が低下
する結果、発振管が所望の動作しなくなり、これが高周
波電源の故障の大きな要因となっている。

【０００４】工業用発振管の寿命は数千時間から１万時
間程度であることから、その適切な時期に高周波電源を
停止させて発振管を交換するようにしていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、工業用
発振管の寿命にはバラツキがある以上、工業用発振管を
早めに交換せざるを得ず、未だ十分に動作し得る工業用
発振管を廃棄していたというのが現状である。

【０００６】このような無駄を無くすために、工業用発
振管の寿命を定量的に把握しようとする試みもあるもの
の、高精度な測定を行う必要があることから、電源変動
が大きい工場等においては適用することが不可能であっ
た。もし、高周波加熱装置の連続運転中に、高周波電源
が故障すると、多数の不良品が出ることから、工業用発
振管の正確な寿命時期を把握するということは非常に重
要な事項である。上記問題は発振管だけに止まらず、真
空管一般に共通して言える事柄である。

【０００７】本発明は上記した背景の下で創作されたも
のであって、その目的とするところは、電源変動の大き
い環境下においても、真空管の寿命を容易に予測するこ
とができる真空管の寿命予測装置及び同装置を備えた高
周波加熱装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る真空管の寿
命予測装置は、真空管のフィラメントに供給すべき交流
を生成する電源であり且つ当該交流の電圧及び電流の実
効値を定値制御する機能を有したヒータ通電回路部と、
真空管のフィラメント電圧、電流の実効値Ｅｆ、Ｉｆを
検知するフィラメント電圧／電流検知部と、フィラメン
ト電圧／電流検知部の検知結果に基づいて真空管のフィ
ラメント抵抗Ｒｆ（＝Ｅｆ／Ｉｆ）を演算するフィラメ
ント抵抗演算部と、当該フィラメント抵抗Ｒｆが設定値
Ｒｂ以下であるときには当該真空管の寿命が近づいた又
は寿命であるとして警報出力する警報部とを具備したこ
とを特徴としている。

【０００９】このような構成による場合、真空管のフィ
ラメント電圧、電流の実効値Ｅｆ、Ｉｆが検知され、こ
の検知結果に基づいてフィラメント抵抗Ｒｆ（＝Ｅｆ／
Ｉｆ）が求められ、これが設定値Ｒｂ以下になると、真
空管の寿命が近づいた又は寿命であるとして警報出力さ
れる。フィラメント抵抗Ｒｆの測定により真空管の寿命
が近づいた又は寿命であることが判るのは、真空管のフ
ィラメントの劣化の進行がフィラメント抵抗の変化とし
て現われるからである。

【００１０】また、電源電圧が変動しても、真空管のフ
ィラメントには安定した交流が供給されることから、フ
ィラメント抵抗Ｒｆを正確に測定することができ、この
結果、真空管の交換時期を知らせる警報出力も正確とな
る。

【００１１】より好ましくは、フィラメント抵抗演算部
により演算されたフィラメント抵抗Ｒｆの経時変化を出
力する寿命予測出力部を備えるようにすることが望まし
い。なぜなら、フィラメント抵抗Ｒｆの経時変化により
真空管のフィラメントの現在の劣化状態が分かり、その
交換時期を推測することができるからである。

【００１２】より好ましくは、電源電圧が通電された時
に、フィラメント電圧／電流検知部及びフィラメント抵
抗演算部を動作させ、フィラメント抵抗演算部により演
算されたフィラメント抵抗Ｒｆが設定値Ｒｂ以下である
ときには警報部により警報出力させる構成にすることが
望ましい。なぜなら、真空管の動作開始時に、真空管の
寿命が近づいた又は寿命であるときには警報出力される
ことから、真空管が完全に立ち上がった後の連続動作状
態において真空管を交換する目的だけでその動作を停止
させる必要がなくなるからである。

【００１３】より好ましくは、新品の真空管を動作させ
るために電源電圧が通電された時に、前記フィラメント
抵抗演算部により演算されたフィラメント初期抵抗Ｒo
に基づいて設定値Ｒｂ（＝Ｒo ×ａ：0.85＜ａ＜1.0 ）
を求めて保持する構成にすることが望ましい。なぜな
ら、真空管のフィラメントの抵抗初期値Ｒo は製品毎に
バラツキがあることから、これを実際に測定して設定値
Ｒｂを求めるようにすると、真空管の寿命予測に関する
精度が向上するからである。

【００１４】本発明の高周波加熱装置は、高周波電源の
発振回路に使用された発振管の寿命を予測するために、
上記した真空管の寿命予測装置が備えられていることを
特徴としている。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は高周波加熱装置に備えられ
た真空管の寿命予測装置の構成図、図２は同装置のヒー
タ通電回路部の回路図、図３は同装置のシーケンサーよ
り処理されるシーケンスプログラムのフローチャートで
ある。

【００１６】ここに掲げる真空管の寿命予測装置Ａは、
高周波電源１により生成された高周波電流を図外の加熱
コイルに供給し、当該コイルによりワークを誘導加熱す
る高周波加熱装置に備えられており、高周波電源１の発
振回路２に使用された発振管３の寿命を予測するように
なっている。

【００１７】同装置は、発振管３のフィラメント３１に
供給すべき交流を生成する電源であり且つこの交流の電
圧及び電流の実効値を定値制御する機能を有したヒータ
通電回路部１０と、発振管３のフィラメント電圧、電流
の実効値Ｅｆ、Ｉｆを検知するフィラメント電圧／電流
検知部３０と、フィラメント電圧／電流検知部３０の検
知結果に基づいて発振管３のフィラメント抵抗Ｒｆ（＝
Ｅｆ／Ｉｆ）を演算するフィラメント抵抗演算部４１
と、フィラメント抵抗Ｒｆが設定値Ｒｂ以下であるとき
には発振管３の寿命が近づいた又は寿命であるとして警
報出力する警報部４２と、フィラメント抵抗Ｒｆの経時
変化を出力する寿命予測出力部５０とを備えた基本構成
となっている。

【００１８】なお、発振管３が新品であるときのフィラ
メント抵抗Ｒｆをフィラメント初期抵抗Ｒo として表現
することとする。また、ヒータ通電回路部１０は発振管
３を動作させる回路の一部である以上、実際には高周波
電源１の構成要素であるが、ここでは便宜上、発振管の
寿命予測装置Ａの構成要素であるとして説明することに
する。

【００１９】図中４０は高周波熱処理装置の全体を制御
するマイクロコンピュータ等のシーケンサーである。シ
ーケンサー４０には図３に示すようなシーケンスプログ
ラムが予め入力されており、これが処理される結果、シ
ーケンサー４０がフィラメント抵抗演算部４１及び警報
部４２としての機能を発揮するようになっている。

【００２０】ヒータ通電回路部１０は図２に示すように
商用交流をトライアックや逆並列されたサイリスタ等の
スイッチング素子１１を点弧制御し、図中示す電圧ｅ
１、電流ｉ１の実効値が一定である交流を生成する基本
構成となっている。

【００２１】即ち、電流ｉは電流変成器１２により検出
された後、ＲＭＳ−ＤＣコンバータ１４により電流ｉの
実効値に変換される一方、電圧ｅは電圧変成器１４によ
り検出された後、ＲＭＳ−ＤＣコンバータ１５により電
圧ｅ１の実効値に変換される。電流ｉ、電圧ｅ１の実効
値の各データは比較回路１６により電圧、電流の目標値
と各々比較され、ゲート信号発生回路１７に偏差データ
として入力される。ゲート信号発生回路１７により偏差
データに基づいてスイッチング素子１１を点弧させるた
めの信号が生成されるようになっている。

【００２２】このようなヒータ通電回路部１０により生
成された交流はフィラメントトランス２０を介して発振
管３のフィラメント３１に供給されている。

【００２３】フィラメント電圧／電流検知部３０は、図
１に示すようにフィラメント３１に並列接続された電圧
変成器（Ｐ．Ｔ）３１と、電圧変成器３１とシーケンサ
ー４０のアナログ入力ポートとの間に接続されたＲＭＳ
−ＤＣコンバータ３２(Erms)と、フィラメント３１に直
列接続された電流変成器（Ｃ．Ｔ）３３と、電流変成器
３３とシーケンサー４０の別のアナログ入力ポートとの
間に接続されたＲＭＳ−ＤＣコンバータ３４(Irms)から
構成されている。

【００２４】即ち、電圧ｅ２（フィラメント電圧）は電
圧変成器３１により検出された後、ＲＭＳ−ＤＣコンバ
ーター３２により電圧ｅ２の実効値Ｅｆに変換される。
変換された実効値Ｅｆのデータは直流信号としてシーケ
ンサー４０に出力されるようになっている。一方、電流
ｉ２（フィラメント電流）は電流変成器３３により検出
された後、ＲＭＳ−ＤＣコンバータ３４により電流ｉ２
の実効値Ｉｆに変換される。変換された実効値Ｉｆのデ
ータは直流信号としてシーケンサー４０に出力されるよ
うになっている。

【００２５】寿命予測出力部５０としてはペンレコーダ
ー等の記録計であり、シーケンサー４０の出力ポートに
接続されている。また、シーケンサー４０の別の出力ポ
ートには図外のブザーやランプ等が接続されており、警
報出力を音や光として工場内の作業者に知らせるように
なっている。更に、無線回線や電話回線を接続して工場
外の関係者にも知らせるようにしても良い。

【００２６】以上のように構成された真空管の寿命予測
装置の動作について説明し、併せててシーケンサー４０
により処理されるシーケンスプログラムの内容について
図３を参照して説明する。

【００２７】高周波熱処理装置の動作を開始させるため
に、シーケンサー４０のスイッチがオンにされると、図
３に示すシーケンスプログラムが処理される。この際、
発振管３が交換されて新品であるときには、シーケンサ
ー４０に新たに設けたリセットスイッチをオンにするよ
うにする。

【００２８】まず、シーケンサー４０の入出力ポートを
内蔵されたＡ／Ｄコンバータ等の初期設定を行った後
（Ｓ１）、高周波電源装置１及びヒータ通電回路部１０
等を電源電圧（ＡＣ入力）を通電させ、フィラメント電
圧／電流検知部３０から出力されたフィラメント電圧、
電流の実効値Ｅｆ、Ｉｆの各データを入力し、発振管３
１のフィラメント抵抗Ｒｆ（＝Ｅｆ／Ｉｆ）を演算し、
この演算結果を寿命予測出力部５０に出力する（Ｓ
２）。

【００２９】その後、上記したリセットスイッチが押さ
れたか否かを判断し（Ｓ３）、リセットスイッチが押さ
れたときには、上記演算結果（フィラメント初期抵抗Ｒ
o を示す）に基づいて設定値Ｒｂ（＝Ｒo ×ａ）を演算
してシーケンサー４０内のメモリに保持する（Ｓ４）。
その後、高周波熱処理装置を動作させるに必要なメイン
シーケンスプログラムが処理される（Ｓ７）。このメイ
ンシーケンス処理は高周波熱処理装置の動作が停止する
まで続行される。

【００３０】一方、上記したリセットスイッチが押され
ていないときは、ステップ２で演算された発振管３１の
フィラメント抵抗Ｒｆが設定値Ｒｂ以下であるか否かを
判断する（Ｓ５）。フィラメント抵抗Ｒｆが設定値Ｒｂ
以下でないときは、ステップ７に移行するが、フィラメ
ント抵抗Ｒｆが設定値Ｒｂ以下であるときには、次のよ
うな警報出力を行う。

【００３１】ここでは設定値Ｒｂが１種類ではなく、設
定値Ｒｂ１（＝Ｒo ×０．９）、Ｒｂ２（＝Ｒo ×０．
８５）の２種類用意されており、ステップ４において設
定値Ｒｂ１、Ｒｂ２を求めて保持されるようになってい
る。この関係からフィラメント抵抗Ｒｆが設定値Ｒｂ１
以下であるときには、即ち、フィラメント初期抵抗Ｒo
に対してマイナス１０パーセント以下であるときには、
警報信号を出力する一方、フィラメント抵抗Ｒｆが設定
値Ｒｂ１以下であるとき、即ち、フィラメント初期抵抗
Ｒo に対してマイナス１５パーセント以下であるときに
は、異常信号を出力する。シーケンサー４０に接続され
た図外のブザーの音やランプの点灯の仕方を変化させ
て、警報信号と異常信号とを区別できるようにしてい
る。このような警報出力は連続して行われ、ステップ７
には移行しないようになっている。

【００３２】なお、フィラメント電圧、電流の実効値Ｅ
ｆ、Ｉｆの各データがマイナス１０パーセント、プラス
５パーセントの範囲で監視しており、この範囲から外れ
たときも上記した警報信号を出力するようにして１る。
また、高周波熱処理装置は朝に動作させて夜に停止させ
るというパターンで運転されることが殆どであり、発振
管３の寿命も数千時間から１万時間程度であることか
ら、数日に一回というインターバルで本装置を動作させ
るようにしている。このインターバル期間の設定もシー
ケンサー４０に設定できるようになっている。

【００３３】上記のように構成された真空管の寿命予測
装置において、フィラメント抵抗Ｒｆの測定により真空
管の寿命が近づいた又は寿命であることが判るのは、発
振管３のフィラメントの表面に特殊な処理が施されてお
り、その劣化の進行がフィラメント抵抗Ｒｆの変化とし
て現われるからである。しかも工場内に設置されている
関係で商用交流の変動が大きくても、ヒータ通電回路部
１０の機能により、発振管３のフィラメント３１には安
定した交流が供給されることから、フィラメント抵抗Ｒ
ｆを正確に測定することができ、この結果、発振管３の
交換時期を知らせる警報出力も正確となる。

【００３４】特に、発振管３のフィラメント初期抵抗Ｒ
o を測定し、これに基づいて発振管３の寿命が近づいた
又は寿命であること判断基準となる設定値Ｒｂを求める
ようになっているので、発振管３の製品毎のバラツキが
無関係となり、発振管３の寿命予測に関する精度が高く
なっている。それ故、未だ十分に動作し得る発振管３を
廃棄するという無駄を防ぐことができる。

【００３５】ところで、発振管３のフィラメントの劣化
の進行がフィラメント抵抗Ｒｆの変化として現われるの
であれば、フィラメント抵抗Ｒｆを直接測定する方法も
考えられよう。しかし、発振管３のフィラメント抵抗Ｒ
ｆを少数点以下６桁まで測定することが必要不可欠であ
り、ダブルブリッジ法を用いざるを得ず、測定操作が非
常に面倒となる。しかもこの測定をするには、高周波熱
処理装置を停止しなけれはならず、実用的であるとは言
えない。また、発振管３のフィラメント電流を測定する
方法は、フィラメント電圧が一定であることが前提であ
る以上、電源変動が大きい工場等においては到底採用す
ることができない。この点でも本案の装置は極めて実用
的であると言える。

【００３６】また、寿命予測出力部５０を通じてフィラ
メント抵抗Ｒｆの経時変化が判ることから、発振管３の
フィラメントの現在の劣化状態が分かり、その交換時期
を容易に推測することができる。発振管３の交換作業の
スケジュールが立て易くなることから、この点でも非常
に便利である。

【００３７】更に、高周波電源１及びヒータ通電回路部
１０が通電された時点、具体的には、高周波熱処理装置
の動作が開始された後、メインシーケンス処理が開始さ
れる前に、発振管３の寿命が近づいた又は寿命であると
きには警報出力がされることから、高周波電源１の故障
を原因として多数の不良品が出るおそれがなくなる。し
かも高周波電源１等が完全に立ち上がった後の連続動作
中において、発振管３を交換する目的だけでその動作を
中断する必要もなくなる。それ故、高周波加熱装置の高
性能化を図る上で大きなメリットがある。

【００３８】本発明の真空管の寿命予測装置は上記実施
形態に限定されず、どのようなタイプの高周波加熱装置
にも適用可能である。また真空管としては発振管だけで
なく一般の真空管にも適用可能である。ヒータ通電回路
部については、真空管のフィラメントに供給すべき交流
を生成する電源であり且つ当該交流の電圧及び電流の実
効値を定値制御する機能を有する限り、どのような回路
構成のものを用いても良い。フィラメント電圧／電流検
知部についても、真空管のフィラメント電圧、電流の実
効値Ｅｆ、Ｉｆを検知する構成である限り、どのような
ものを用いても良い。警報部については、純粋なハード
ウエアによりその機能を実現するようにしてもかまわな
い。

【００３９】

【発明の効果】以上、本発明の請求項１に係る発振管の
寿命予測装置による場合、真空管のフィラメントに安定
した交流を供給しながら、フィラメント抵抗Ｒｆを測定
する一方、測定されたフィラメント抵抗Ｒｆが設定値Ｒ
ｂ以下になると、真空管の寿命が近づいた又は寿命であ
るとして警報出力する構成となっているので、電源変動
が大きい環境の下において、真空管の寿命を容易に予測
することが可能になる。しかも面倒な測定作業を行う必
要がないことから、非常に実用的である。

【００４０】本発明の請求項２に係る真空管の寿命予測
装置による場合、フィラメント抵抗Ｒｆの経時変化を出
力する構成となっているので、フィラメント抵抗Ｒｆの
経時変化により真空管のフィラメントの現在の劣化状態
が分かり、その交換時期を推測することができる点で非
常に便利である。

【００４１】本発明の請求項３に係る真空管の寿命予測
装置による場合、真空管の動作開始時に、真空管の寿命
が近づいた又は寿命であるときには警報出力される構成
となっているので、真空管の完全に立ち上がった後の連
続動作状態において真空管の交換する目的だけでその動
作を停止させる必要がなくなり、この点で非常に便利で
ある。

【００４２】本発明の請求項４に係る真空管の寿命予測
装置による場合、真空管のフィラメントの初期抵抗値Ｒ
o を測定し、これに基づいて真空管の寿命が近づいた又
は寿命であること判断基準となる設定値Ｒｂを求める構
成となっているので、真空管の寿命予測に関する精度が
一層向上する。

【００４３】本発明の請求項５に係る高周波加熱装置に
よる場合、高周波電源の発振回路の発振管の寿命を予測
するために、上記した真空管の寿命予測装置が備えられ
た構成となっていることから、上記メリットを同様に発
揮することになり、高性能化を図る上で大きな意義があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を説明するための図であっ
て、高周波加熱装置に備えられた真空管の寿命予測装置
の構成図である。

【図２】同装置のヒータ通電回路部の回路図である。

【図３】同装置のシーケンサーより処理されるシーケン
スプログラムのフローチャートである。

【符号の説明】

３ 発振管 ３１ フィラメント １０ ヒータ通電回路部 ２０ フィラメント電圧／電流検知部 ４１ フィラメント抵抗演算部 ４２ 警報部 ５０ 寿命予測出力部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空管のフィラメントに供給すべき交流
   を生成する電源であり且つ当該交流の電圧及び電流の実
   効値を定値制御する機能を有したヒータ通電回路部と、
   真空管のフィラメント電圧、電流の実効値Ｅｆ、Ｉｆを
   検知するフィラメント電圧／電流検知部と、フィラメン
   ト電圧／電流検知部の検知結果に基づいて真空管のフィ
   ラメント抵抗Ｒｆ（＝Ｅｆ／Ｉｆ）を演算するフィラメ
   ント抵抗演算部と、当該フィラメント抵抗Ｒｆが設定値
   Ｒｂ以下であるときには当該真空管の寿命が近づいた又
   は寿命であるとして警報出力する警報部とを具備したこ
   とを特徴とする真空管の寿命予測装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の真空管の寿命予測装置に
   おいて、前記フィラメント抵抗演算部により演算された
   フィラメント抵抗Ｒｆの経時変化を出力する寿命予測出
   力部を備えたことを特徴とする真空管の寿命予測装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の真空管の寿命予測
   装置において、電源電圧が通電された時点で、前記フィ
   ラメント抵抗演算部により演算されたフィラメント抵抗
   Ｒｆが設定値Ｒｂ以下であるときには前記警報部により
   警報出力させる構成となっていることを特徴とする真空
   管の寿命予測装置。
4. 【請求項４】 請求項１、２又は３記載の真空管の寿命
   予測装置において、新品の真空管の動作させるために電
   源電圧が通電された時点で、前記フィラメント抵抗演算
   部により演算された当該真空管のフィラメント初期抵抗
   Ｒo に基づいて設定値Ｒｂ（＝Ｒo ×ａ：0.85＜ａ＜1.
   0 ）を求めて保持する構成となっていることを特徴とす
   る真空管の寿命予測装置。
5. 【請求項５】 高周波電源により生成された高周波電流
   を加熱コイルに供給し、当該コイルによりワークを誘導
   加熱する高周波加熱装置において、高周波電源の発振回
   路に使用された発振管の寿命を予測するために、請求項
   １、２、３又は３記載の真空管の寿命予測装置が備えら
   れていることを特徴とする高周波加熱装置。