JP2004172081A - マグネトロン及びマグネトロン部材間の接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、部材間の接合不良による真空漏れを防止できるマグネトロンを提供し、また、部材間の組み立てが簡単なマグネトロンを提供し、また、接合性と組み立て性を向上させることができるマグネトロンの部材間での接合方法を提供する。
【解決手段】本発明は、マグネトロンの、金属部材とセラミック部材との接合部を、金属部材とセラミック部材との間で拡散しセラミック部材内側にまで浸透して金属部材とセラミック部材を接合する接合材で接合することを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波を発生させて外部に出力するマグネトロン、ならびにマグネトロン部材間の接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、マグネトロンは電子レンジ、プラズマ照明機器、乾燥機及び他の高周波システムなどに適用する。
このようなマグネトロンは一種の真空管であって、電源を印加することで陰極から熱電子が放出され、放出された熱電子に強い電界と磁界が作用してマイクロ波を放出する。このように放出されたマイクロ波はアンテナフィーダを介して外部に放射され、対象物を加熱する熱源として用いられる。
【０００３】
かかるマグネトロンは一般的に陽極を構成するアノードシリンダ及びアノードベーン、陰極を構成するフィラメント、フィラメントに電源を印加するためのコンデンサ及びチョークコイル、フィラメントリード及び外部リード、磁気回路を形成する一対のマグネット、一対の磁極及びヨーク、並びに発生マイクロ波を外部に出力するためのアンテナフィーダ、及びアンテナキャップを含む。
【０００４】
このように形成されるマグネトロンは、その特性上真空を維持するための部分を含んでいるから、その部分の部材間の接合状態が性能に重要な影響を与えることになる。ところで、接合部位の中には一方がセラミック材質からなり、他方が金属材質からなっている箇所もある。従って、マグネトロンの性能維持のためには金属部材とセラミック部材を精密に接合させる技術が要求されている。
【０００５】
尚、図１には従来技術によるマグネトロンのフィラメントリードと外部リード間の接合構造が簡略に図示されている。
図１はフィラメントに連結された一対のフィラメントリード１５と図示しないチョークコイルに連結した一対の外部リードとの間の接合構造を示しており、これと共に真空空間の一部を形成する金属材質の下部シール１４とセラミックステム２１との結合構造を示しているが、これを更に詳細に説明する。
【０００６】
図１を参照すると、フィラメント１１の上端と下端には各々上エンドシールド１２及び下エンドシールド１３が取り付けられている。フィラメント１１の下側には一対のフィラメントリード１５が連結され、フィラメント１１の下には図示していないアノードシリンダの内部下側空間の気密を維持するための下部シール１４が取り付けられ、下部シール１４の下側にはセラミックステム２１が取り付けられる。また、図示していないチョークコイルと連結される一対の外部リード２２がセラミックステム２１の内部を貫通する。
【０００７】
ここで、前記のように取り付けられた一対のフィラメントリード１５と一対の外部リード２２とを連結するためにセラミックステム２１の上面には金属材質のターミナルプレート２３が取り付けられる。更に詳しく説明すると、図示しないが、ターミナルプレート２３は互いに接触しない二つからなり、ターミナルプレート２３のうちの何れか一つを介してフィラメントリード１５の何れか一つと外部リード２２のうちの何れかが各々接続され、ターミナルプレート２３のうちの他の一つを介して、フィラメントリード１５のうちの他の一つと、外部リード２２のうちの他の一つが各々接続される。従って、二つのターミナルプレート２３を介して一対のフィラメントリード１５と一対の外部リード２２が接続される。
【０００８】
ところが、前記のような構造を有するためには、多くの部分を互いに接合する必要があり、従来ではその過程が非常に煩わしく、複雑であった。即ち、ターミナルプレートはブレージング（ｂｒａｚｉｎｇ）によってセラミックステム２１の上面に接合されるが、セラミックステム２１の表面に直接ブレージングすることは不可能なので、セラミックステム２１の上面に別の金属膜を形成した後ターミナルプレートをブレージングして接合している。従って、従来ではセラミックステムの接合面に金属膜を形成するメタルライジング工程が要求される。
【０００９】
即ち、一般的なブレージング方法では金属部材とセラミック部材を直接接合することはできないため、金属部材とセラミック部材とを精密に接合するためには、予めセラミック部材の表面に金属膜を形成した後、金属部材と前記金属膜をブレージングにより接合していた。即ち、従来では金属部材とセラミック部材の直接接合が不可能であり、セラミック部材の表面に金属膜を形成するメタルライジング工程をおこなった後金属対金属接合をおこなっていた。
【００１０】
このように金属部材とセラミック部材との接合時にセラミック部材の表面でおこなっていたメタルライジング工程は、一般的にモリブデン（Ｍｏ）とマンガン（Ｍｎ）が含有されているペーストをセラミック材質の表面に塗布し、１６００℃以上の高温に加熱してセラミック材質の表面に金属膜を形成する工程である。
しかし、メタルライジング工程は、マグネトロン製造工程を複雑にするだけではなく、別途の高温炉が必要となるのでコストの上昇の主な原因になっていた。
【００１１】
のみならず、ターミナルプレート２３の一面にフィラメントリード１５を接合し、ターミナルプレート２３の他面に外部リード２２を接合しなければならなかったのでその工程が非常に複雑で歩留まりが低下していた。
また、ターミナルプレート２３は薄くて変形し易いのでターミナルプレート２３をセラミックステム２１にブレージングする過程で頻繁に接合不良が発生し、フィラメントリード１５の固定位置を維持することが非常に困難であり、マグネトロンの信頼性及び性能が低下するという問題があった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためのもので、部材間の接合不良による真空漏れが防止できるマグネトロンを提供することが目的である。
また、本発明の他の目的は、部材間の組み立てが簡単なマグネトロンを提供し、さらに、接合性と組み立て性を向上することができるマグネトロンの部材間の接合方法を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明によると、陽極を構成するアノードシリンダ及びアノードベーン、陰極を構成するフィラメント、並びに前記フィラメントに接続されるフィラメントリードと、前記フィラメントに電源を印加するためのコンデンサ及びチョークコイル並びに前記フィラメントリードと前記チョークコイルを接続する外部リードと、
磁気回路を形成するためのマグネットと磁極及びヨークと、発生したマイクロ波を外部に出力するためのアンテナフィーダとアンテナキャップと、金属部材とセラミック部材が互いに接合する接合部を具備し、接合部を金属部材とセラミック部材との間で拡散しセラミック材質内側にまで浸透して両部材を接合する接合材で接合したことを特徴とする。
【００１４】
前記接合部は、前記アノードシリンダの上側に取り付ける上部シールと、前記アンテナキャップの下側に取り付ける上部セラミックの互いに接合部位であり、前記アンテナフィーダの上端部を包む排気管を支持する金属製の排気管サポータと前記アンテナキャップの下側に取り付ける上部セラミックとの間の接合部位であることが望ましい。
【００１５】
又、前記接合部は、前記アノードシリンダの下側に取り付ける下部シールと、前記フィラメントリード及び前記外部リードが貫通するセラミックステムとの間であり、前記フィラメントリード及び前記外部リードが挿入される貫通孔内に存在することが望ましい。
【００１６】
また、前記接合部は、前記フィラメントリードと、前記外部リードとが接合される部位であり、前記外部リードの直径は前記フィラメントリードの直径以上（同じであるか大きい）であることが望ましく、前記外部リードの端部に、前記フィラメントリードの端部が挿入されるように接続凹部が形成され、前記フィラメントリードの端部に一定の深さを有する連結凹部が形成され、前記外部リードの端部に前記連結凹部に挿入される連結凸部が形成されることが望ましい。
【００１７】
前記接合材は、銀、銅、添加剤の合金であり、前記添加剤の重量％が１〜１０％からなり、また、前記接合材は、銀、銅、添加剤の重量％が６０〜８０：１０〜３９：１〜１０であることが望ましい。
【００１８】
前記添加剤は、チタン、錫、ジルコニウムのうち、少なくとも一つ以上を包含し、前記接合材はそれぞれ、銀、銅、チタンの重量％が６０〜８０：１０〜３９：１〜１０、銀、銅、錫の重量％が６０〜８０：１０〜３９：１〜１０、銀、銅、ジルコニウムの重量％が６０〜８０：１０〜３９：１〜１０、銀、銅、チタンの重量％が６５〜６８：２７〜３３：２〜５からなることが望ましい。
【００１９】
尚、前記目的を達成するための本発明の他の一実施例によると、マグネトロン部材間の接合方法は、（ａ）金属部材とセラミック部材との間の接合部位、及びフィラメントリードと外部リードとの間の接合部位を含む接合部位に接合材を配置するステップと、（ｂ）前記接合材を所定温度の所定雰囲気下において前記接合材を前記接合部位で拡散させてセラミック部材の中まで浸透させるステップと、（ｃ）前記接合材を冷却して前記接合部位を接合させるステップとを含んでいることを特徴とする。
【００２０】
前記（ａ）ステップは、（ａ１）アノードシリンダ下側に取り付けられた下部シールとセラミックステムとの接合部位に前記接合材を配置するステップと、（ａ２）アノードシリンダの上側に取り付けられた上部シールとアンテナキャップ下側に取り付けられた上部セラミックの接合部位に前記接合材を配置するステップと、（ａ３）前記セラミックステムに形成されている貫通孔と、前記貫通孔を貫通するフィラメントリードとの間と、前記貫通孔と前記貫通孔を貫通する外部リードとの間に前記接合材を配置するステップと、（ａ４）前記フィラメントリードと前記外部リードとの接合部位に接合材を配置するステップとを含めてなることが望ましい。
【００２１】
前記（ａ３）ステップは、前記貫通孔の内壁面に前記接合材が配置されるように前記接合材を丸く巻いて前記貫通孔に挿入するステップと、前記フィラメントリードと前記外部リードとを前記貫通孔の上下から各々前記接合材の内側に挿入するステップとを含めてなることが望ましく、前記貫通孔の内壁面に前記接合材が配置されるように、予め円筒形に成形された前記接合材を貫通孔に挿入するステップと、前記フィラメントリードと前記外部リードを前記貫通孔の上下から各々前記接合材の内側に挿入するステップとを含めてなることが望ましい。
【００２２】
尚、前記（ａ４）ステップは、前記外部リードの端部に一定の深さを有する接続凹部を形成するステップと、前記接続凹部の内部に前記接合材を配置するステップと、前記接続凹部に前記フィラメントリードの端部を挿入するステップとを含めてなることが望ましく、前記フィラメントリードの端部に一定の深さを有する連結凹部を形成するステップと、前記外部リードの端部に前記連結凹部が挿入される連結凸部を形成するステップと、前記連結凹部に前記接合材を配置するステップと、前記連結凹部に前記連結凸部を挿入する段階とを含めてなることが望ましい。
【００２３】
前記（ａ）ステップは、前記接合材を５０〜２００μｍの厚さで配置するステップを含めてなることが望ましく、前記（ｂ）ステップは、接合材を８００〜１０００℃の温度で加熱して拡散浸透させるステップを含んでおり、前記接合材を真空状態雰囲気下で拡散浸透させるステップを更に含むことが望ましい。
【００２４】
前記接合材は１×１０^{― ３}〜１×１０^{― ５}ｔｏｒｒの真空状態雰囲気下で拡散浸透させることが望ましく、前記（ｂ）ステップは前記接合材を水素ガス雰囲気下で拡散浸透させるステップを含んでおり、前記（ｂ）ステップは、前記接合材をアルゴンガス雰囲気下で拡散浸透させるステップを含めてなることが望ましい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明を更に詳細に説明する。
【００２６】
図２を参照して本発明によるマグネトロンの構成を説明する。
図２に示すように、アノード１１０はアノードシリンダ１１１とアノードベーン１１２を含めて構成される。ここでアノードシリンダ１１１は上部と下部が開放された円筒形に形成され、アノードベーン１１２はアノードシリンダ１１１の内周面から半径方向に沿って多数枚が突出形成される。このように取り付けられた多数のアノードベーン１１２の間の空間は共振空間を形成する。
【００２７】
陰極を構成するフィラメント１２０は、多数のアノードベーン１１２により形成される中間空間部に配置されるが、フィラメント１２０とアノードベーン１１２の端部間の空間は電界と磁界が互いに作用する作用空間を成している。このように取り付けられるフィラメント１２０の上端と下端には上エンドシールド１２１と下エンドシールド１２２が取り付けられ、フィラメント１２０の下側には一対のフィラメントリード１６０が接続される。
【００２８】
アノードシリンダ１１１の開放された上端内側には、アノード１１０とフィラメント１２０の軸方向に直交するように上部磁極１３３が取り付けられ、アノードシリンダ１１１の開放された下端内側にも同じく下部磁極１３４が取り付けられる。
アノードシリンダ１１１の上側と下側には各々上部シール１４０と下部シール１５０が取り付けられるが、これらは金属製円筒形容器で形成される。このように取り付けられた上部シール１４０と下部シール１５０は、各々アノードシリンダ１１１の上端部と後述する上部セラミック３３０間、及びアノードシリンダ１１１の下端部と後述するセラミックステム２４０間の気密を維持する。
【００２９】
上記のように取り付けられた上部シール１４０と下部シール１５０の外側には一対のマグネット１３１が取り付けられ、前記構成要素を包むように外郭にヨーク１０１が取り付けられる。このように取り付けられたヨーク１０１は上部磁極１３３及び下部磁極１３４と共に磁気回路を構成する。また、片端側がアノードシリンダ１１１の外周面に位置し、他端側がヨーク１０１内面に位置するように多数の冷却フィン１８０が取り付けられ、冷却フィン１８０を介してアノード１１０から発生した熱が外部に発散される。
【００３０】
下部シール１５０の下端にはセラミックステム２４０が取り付けられ、セラミックステム２４０の下にはチョークコイル２３０が設置される。また、チョークコイル２３０と連結した一対の外部リード２５０は、図３に示すように、セラミックステム２４０を垂直に貫通するように形成された貫通孔２４１に挿入した後に一対のフィラメントリードと接続されるが、その詳細は後述する。
【００３１】
ヨーク１０１の下側には、前記セラミックステム２４０とチョークコイル２３０を内包するフィルタ−ボックス２１０が取り付けられ、フィルタ−ボックス２１０の側面にはコンデンサ２２０が取り付けられる。このように取り付けられたコンデンサ２２０はフィルタ−ボックス２１０内側に配置されたチョークコイル２３０と連結されてフィラメント１２０に電力を供給する。
【００３２】
アンテナフィーダ３１０は、下端がアノードベーン１１２のうちの何れか一つと連結するように取り付けられ、その上端は排気管３４０の上端の切断部３４１に連結するように取り付けられる。ここで、排気管３４０は、図２に示すように、排気管サポータ３５０を上部セラミック３３０の上端部に接合することにより固定される。また、アンテナキャップ３２０は前記排気管３４０と切断部３４１の周囲を包むように取り付けられ、アンテナキャップ３２０下端と上部シール１４０の間には上部セラミック３３０が取り付けられる。
【００３３】
このように構成した本発明によるマグネトロンにおいて、排気管３４０、上部セラミック３３０、上部シール１４０、アノードシリンダ１１１、下部シール１５０、セラミックステム２４０の上面で囲まれる空間はいつも真空を維持する必要がある。従って、排気管３４０、上部セラミック３３０、上部シール１４０、アノードシリンダ１１１、下部シール１５０及びセラミックステム２４０の互いの接合部位は真空が漏れないように接合すべきである。
【００３４】
このために、本発明でセラミック製のセラミックステム２４０と金属製の下部シール１５０の接合部位、また、セラミック製の上部セラミック３３０と金属製の上部シール１４０の接合部位、セラミック製の上部セラミック３３０と金属製の排気管サポータ３５０の接合部位には各々接合材Ｆによって接合された接合部が存在する。
【００３５】
ここで、接合材Ｆは、マグネトロンの部品中、金属部材とセラミック部材との結合部位、即ち、排気管サポータ３５０と上部セラミック３３０の間の接合部位、上部シール１４０と上部セラミック３３０と間の接合部位、及び下部シール１５０とセラミックステム２４０と間の接合部位に配置され、一定の温度と雰囲気で前記結合部位に沿って拡散し、セラミック部材中にまで浸透して両部材を接合する。このように両部材を接合する本発明では、ブレージングを介して両部材を接合していた従来のものとは異なり、セラミック製の上部セラミック３３０及びセラミックステム２４０の表面にメタルライジング工程によって金属膜を形成する必要がない。
【００３６】
これは本発明で用いられる接合材Ｆは、半田付けなどの過程を介するものではなく、接合部位に予め配置された接合材が、外部条件によって活性化し接合部位に沿って拡散してセラミック部材中にまで浸透する一種の活性ブレージングフィラである。即ち、本発明における接合原理は拡散溶接原理と同じである。
【００３７】
本発明で、接合材は、フィラメントリード１６０と外部リード２５０の接合部位にも配置され、両リードを接合するのに用いられるが、これを図３ないし図５を参照して説明する。説明に先立って、フィラメントリード１６０との外部リード２５０が一体に形成されず、各々形成された後に接合する理由は、フィラメントリード１６０が高価なモリブデンからなるので、その長さを最大限に縮小しながら低価な代替え材料、例えば、ステンレス又は針金などで外部リード２５０を形成し、両リードを接合して製作するほうが経済的であるからである。
【００３８】
図３は本発明の第１実施例によるフィラメントリードと外部リード間の接合構造を示す断面図であって、セラミックステム２４０に一対の貫通孔２４１が上下方向に貫通し、貫通孔２４１の上下からフィラメントリード１６０と外部リード２５０が各々挿入される。また、貫通孔２４１内でフィラメントリード１６０の各端部と外部リード２５０の各端部が互いに接合される。この時本発明による接合材Ｆは、図３に示すように、フィラメントリード１６０と外部リード２５０の接合部位の間、及び、フィラメントリード１６０と外部リード２５０が挿入されている貫通孔２４１内に各々配置される。このように接合材Ｆが貫通孔２４１に挿入される理由は、接合が完了した後に貫通孔２４１を介して真空が漏れることを防止するためである。
【００３９】
図４は本発明の第２実施形態によるフィラメントリードと外部リード間の接合構造を示す断面図であって、セラミックシステム２４０には一対の貫通孔２４１が上下に貫通する。ここで貫通孔２４１の上部と下部は、その直径が異なるが、上部側の直径より下部側の直径が大きくなるよう形成する。これは上部側で挿入されるフィラメントリードの直径より下部側で挿入される外部リードの直径が大きく形成されることを意味し、その理由は次の通りである。
一般的にフィラメントリード１６０は高価なモリブデンからなる反面、外部リード２５０は前述したように費用低減のためにステンレス又は針金などで作るので高価なフィラメントリードの直径を小さくし、低価な外部リードの直径を大きくして原価を低減させるためである。この場合、直径が異なる二つのリード線を緊密に接続するために次のような接続構造が求められる。
【００４０】
図４に示すように、外部リード２５０の端部には所定の深さを有する接続凹部２５１が形成され、フィラメントリード１６０の端部が接続凹部２５１内に挿入された状態で接合材Ｆによって堅固に接合される。このために接続凹部２５１の内径は、フィラメントリードの直径よりわずかに大きく形成し、図４に示すように接合材Ｆを接続凹部２５１の内部及び貫通孔２４１の上部側と下部側に各々配置した状態でフィラメントリード１６０と外部リード２５０を接合する。
【００４１】
図５は本発明の第３実施形態によるフィラメントリードと外部リード間の接合構造を示す断面図であって、セラミックステム２４０に凡そ一定の直径を有する一対の貫通孔２４１が上下に貫通している。また、貫通孔２４１の上方及び下方からフィラメントリード１６０と外部リード２５０を各々挿入した後、接合材によって接合する。そして、図５に示すように、フィラメントリード１６０の端部には一定の深さを有する連結凹部１６１が形成され、外部リード２５０の端部には連結凹部１６１に対応する連結凸部２５２が形成される。また、接合材Ｆは、連結凹部１６１の内部と、貫通孔２４１の上部側及び下部側に各々配置される。
【００４２】
従って、図３ないし図５に示すように、一対のフィラメントリード１６０と一対の外部リード２５０は、金属材質のターミナルプレートを媒介に両側でブレージングにより接合されていた従来のものとは異なり、セラミックステム２４０の貫通孔２４１内で接合材Ｆによって直接接合されるので、容易に接合できるだけではなく接合不良による真空漏れを防止することができる。
【００４３】
なお、本発明で接合材Ｆは接合力と気密性を考慮して銀と銅を主な成分とし、セラミック材への拡散浸透を可能にし接合強度を増大するための添加剤が更に含まれている合金からなる。かかる添加剤はチタン、錫、ジルコニウムの少なくとも一つを含む。
【００４４】
これを具体的に説明すると、接合材Ｆは銀、銅及び添加剤の合金であり、添加剤は１〜１０重量％である。更に具体的には、銀が６０〜８０重量％、銅が１０〜３９重量％であり、チタン、錫、ジルコニウムのうち少なくとも一つを含む添加剤は１〜１０重量％である。即ち、例えば、接合材が銀、銅、チタンの合金である場合、銀が６０〜８０重量％、銅が１０〜３９重量％、チタンが１〜１０重量％である。また、銀、銅、錫の合金である場合は、銀が６０〜８０重量％、銅が１０〜３９重量％、錫が１〜１０重量％であり、銀、銅、ジルコニウムの合金である場合は銀が６０〜８０重量％、銅が１０〜３９重量％、またジルコニウムが１〜１０重量％となる。
【００４５】
図６に示すように、チタンなどの添加剤の含有量が１重量％以下になると、接合強度が約５０Ｋｇ以下になるので部材間の接合力が低下して小さい外力でも剥離しやすく、接合不良が発生して真空を維持することができなくなる。このように真空を維持できない場合、マイクロ波を生成することができないのでマグネトロンはその機能を失うことになり、本発明においては接合材Ｆ中の添加剤の重量％を１％以上とすべきである。
【００４６】
逆にチタンなどの添加剤の含有量が１０重量％以上になると、接合材Ｆの相当量がセラミック部材に拡散浸透し、セラミック部材、即ち上部セラミック３３０及びセラミックステム２４０にクラックが発生する。図６に示すように、添加剤の含有量が増えるほどクラック数が増加し、真空を維持することができなくなる。従って、図６に示すように、チタンなどの添加剤含有量が多くなるほど接合強度が大きくなって接合の信頼性が高くなるが、添加剤の含有量が多すぎるとセラミック部材に浸透する量が多くなりすぎてセラミック部材にクラックを発生させることになる。このように接合材Ｆ中の添加剤の含有量は範囲が限られ、本発明では実験データに基づき添加剤の重量％を１％〜１０％程度としている。
【００４７】
なお、添加剤の含有量の重量％を決定する基準が、更に一つ存在する。即ち、クラックが発生しない範囲内であっても、接合強度だけを考慮してチタンなどの添加剤の重量％を増加すると、他の問題、即ち接合温度に関する問題が発する。これを更に詳しく説明すると、図７に示すように、チタンなどの添加剤の含有量が多くなると接合材Ｆの溶融点が高くなり、この場合次のような二つの不利な点が発生する。
【００４８】
一つは、接合材Ｆを溶融するためには高温度雰囲気を実現可能な高温炉が必要になることである。他の一つは、接合対象のうち、金属材料として用いられるＣｕ（メルティングポイント：１０８０℃）とＦｅ（メルティングポイント：１４００℃）などの溶融点に近くなるので、金属材料が溶け始めて欠陥が生じると接合の効果が失われる。従って、接合材Ｆの溶融点はできるだけ低くするという観点も考慮のうえ、添加剤の組成比を決定すべきである。銀と銅の最も理想的かつ溶融点が低い組成比は約７：３であるので、本発明では、実験した結果から得た最善の重量比として、銀、銅、添加剤（チタンの場合）を６５〜６８：２７〜３３：２〜５の重量％比率としている。
【００４９】
以下に本発明によるマグネトロンの部材間の接合方法を詳細に説明する。
先ず、図２に示すように、接合材Ｆをモリブデン製のフィラメントリード１６０とステンレス又は針金製の外部リード２５０の接合部位間、また、金属部材とセラミック部材を接合する部位に配置する。ここで、金属部材とセラミック部材の接合部位として、フィラメントリード１６０とセラミックステム２４０の貫通孔２４１の間、外部リード２５０とセラミックステム２４０の貫通孔２４１の間、下部シール１５０とセラミックステム２４０の接合部位、上部シール１４０と上部セラミック３３０の接合部位、及び上部セラミック３３０と排気管サポート３５０の接合部位がある。
【００５０】
貫通孔２４１の内壁面に接合材Ｆを配置する時は、接合材Ｆを円筒形に丸く巻いて貫通孔２４１に挿入したり、予め円筒形に成形した接合材Ｆを貫通孔２４１に挿入した後、フィラメントリード１６０と外部リード２５０を貫通孔２４１の上下から円筒形接合材Ｆの内側に挿入する。勿論、この場合接合材Ｆを多数の片に分けて貫通孔２４１の内壁面に配置することも可能である。また、フィラメントリード１６０又は外部リード２５０の外周面に接合材Ｆを予め巻き付けた後、フィラメントリード１６０又は外部リード２５０を貫通孔２４１に挿入することも可能である。
【００５１】
又、本発明では接合材Ｆを、貫通孔２４１内で接合するフィラメントリード１６０の端部と外部リード２５０の端部の接合部位にも配置している。このようにフィラメントリード１６０と外部リード２５０間に接合材Ｆを配置する時には、フィラメントリード１６０と外部リード２５０の結合形態によって次のような様々な方法で実現できる。
【００５２】
第一の方法を、図４を参照して説明する。
先ず、フィラメントリード１６０より直径が大きい外部リード２５０の端部に一定の深さを有する接続凹部２５１を形成する。
そして、接続凹部２５１の内部に接合材Ｆを配置する。
接合材Ｆを配置した接続凹部内にフィラメントリード１６０の端部を挿入する。
【００５３】
次に第二の方法を図５を参照して説明する。
フィラメントリード１６０の端部に一定の深さを有する連結凹部１６１を形成する。
また、外部リード２５０の端部に連結凹部１６１に挿入する連結凸部２５２を形成する。ここで、必要によってフィラメントリード１６０に連結凸部を形成し、外部リード２５０に連結凹部を形成することもできる。
そして、接合材Ｆを連結凹部１６１に配置した後、連結凹部１６１に連結凸部２５２を挿入して接合を完了する。
【００５４】
接合材Ｆの厚さは接合力と機密性に大きい影響を及ぼす。
即ち、接合材Ｆの厚さが厚すぎると、接合材Ｆの相当量がセラミック部材に浸透してセラミック部材にクラックが発生するだけでなく、部材間の間隔が広くなることによって気密性が低下する。逆に、接合材の厚さが不足すると部材間の接合力が低下する。従って、以上を総合的に考慮して本発明では、接合材Ｆの厚さを５０〜２００μｍとしている。
【００５５】
接合材Ｆの配置が完了すると、接合材Ｆが接合部位に拡散しながら浸透するように接合材Ｆを一定温度の所定の雰囲気下におく。
ここで、接合材Ｆに加えられる温度と雰囲気は接合材Ｆの活性化に影響を及ぼす主要要素である。
【００５６】
図８は接合材Ｆの浸透深さと温度との関係を示すグラフであり、接合材Ｆの浸透深さと浸透速度が温度によって影響を受けるということを示している。
図８は接合材Ｆとして組成比が銀、銅、チタンが６７：３０：３の重量％を有する場合を例示し、縦軸は浸透深さをμｍ単位で示し、横軸は温度を示す。図８を参照すると、接合材Ｆは略５００℃付近で固状拡散し始め、約８００℃以上から溶融点に向って液状拡散となり急激にセラミック部材に浸透し、浸透深さも急激に増加する。本発明では接合材Ｆの浸透深さが最小でも０．２μｍにならないと接合不良を防止することができず、略１．０μｍ以上になると深く浸透し過ぎてセラミック部材にクラックを発生させるので、接合材Ｆを加熱する温度は、同じ組成比の接合材Ｆであっても浸透深さを考慮して決定する必要がある。ここで最低温度は接合材Ｆの溶融点以上にすべきであり、最高温度は浸透深さが１．０μｍ以上にならない温度とすべきである。また、当然接合材Ｆに接合する金属部材、即ち上部シール１４０、下部シール１５０、排気管サポーターなどに熱変形及び溶融が発生しないように金属部材の溶融点より低い温度にすべきである。
従って、本発明では接合材Ｆの加熱温度を８００〜１０００℃間としている。
【００５７】
図９及び図１０は、本発明による実際接合部位の望ましい接合態様を示す断面写真と、接合部位における接合材の過剰浸透による不良な接合態様を示す断面写真である。図９は無酸素銅（Ｃｕ）部材とセラミック部材を接合した時に望ましい接合状態にある試料を撮影したもので、矢印が示す接合部位が均一に形成されていることが分かる。逆に、図１０では接合材がセラミック部材に深く浸透しているが、下側に不均一な境界層が更に一つ生じ過剰浸透によるクラックが発生している状態を示している。従って、以上の諸条件を考慮して本発明が提示する方法によってのみ、望ましい接合結果が得られる。
【００５８】
さらに、接合材Ｆの酸化防止と活性化のために、接合材Ｆを加熱温度で加熱するだけでなく、真空状態に置く必要がある。ここで、接合材Ｆは、最小１×１０^−３Ｔｏｒｒ以上の真空状態で接合するだけで接合不良を効果的に防止でき、最適な条件は１×１０^−５Ｔｏｒｒ程度の真空状態で接合するのが理想的である。
又、本発明で接合材Ｆを加熱温度で加熱すると共に水素ガス又はアルゴンガスの雰囲気下で接合することも可能である。
【００５９】
以降、接合材Ｆの浸透が完了すると、接合材Ｆを冷却することで接合部位の接合を完了する。この時接合材Ｆを自然冷却してもよく、強制冷却してもよい。
【００６０】
以下、前記のような方法で制作した本発明によるマグネトロンの作用を概略的に説明する。
先ず、フィラメントリード１６０を介してフィラメント１２０に電流を印加すると、フィラメント１２０から熱電子が放出される。また、フィラメント１２０とアノード１１０間に高電圧が印加されて、電界が形成される。同時に、一対のマグネット１３１によって磁界が形成されるが、磁界は上部磁極１３３と下部磁極１３４によってアノードシリンダ１１１の内部に集束する。
【００６１】
この時アノードベーン１１２の端部とフィラメント１２０間に形成されている作用空間１１５で電界と磁界が互いに作用しあい、その結果マイクロ波が生成される。
生成されたマイクロ波はアンテナフィダ３１０を介して搬送され、上部セラミック３３０とアンテナキャップ３２０を介して外部に放射される。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、次のような効果がある。
金属部材とセラミック部材との間の接合部位にセラミック部材に浸透する接合材が拡散されるので、両部材間の接合時の接合力が強くなるだけではなく、高い気密維持性を確保できる。これによって部材間の接合不良による真空漏れを防止でき、マグネトロンの信頼性を向上できる。
【００６３】
又、フィラメントリードと外部リードとは、ターミナルプレートを媒介に接続されるのではなく、接合材を介して直接接続される。従って、部材間の組み立て工程及びマグネトロンの製造工程がより簡単となる。
【００６４】
又、本発明によると、セラミック部材と金属部材との間にセラミック部材に浸透する接合材を拡散することによって、セラミック部材の表面をメタルライジングする工程を省略でき、これによって製造工程を単純化し、製造コストを低減できる。
又、接合材が８００〜１０００℃で溶融してセラミック部材に浸透するので、１６００℃以上の高温炉でメタルライジングをおこなった従来とは異なり低温炉中で作業を行うことが出来る。また、こうした低温炉は、マグネトロンの製作時通常使用しているので、本発明による接合材を用いることで、別の設備を備える必要がなく、従来の設備だけで各部材の接合が可能になる。従って、設備費が減少する効果も得られる。
【００６５】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の技術思想に基づいて種々の変形又は変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術によるマグネトロンのフィラメントリードと外部リード間の接合構造を示す断面図である。
【図２】本発明によるマグネトロンの全体構造を示す断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態によるフィラメントリードと外部リード間の接合構造を示す断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態によるフィラメントリードと外部リード間の接合構造を示す断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態によるフィラメントリードと外部リード間の接合構造を示す断面図である。
【図６】本発明による接合部材の添加剤重量％と接合強度と間の関係を示すグラフである。
【図７】本発明による接合部材の添加剤重量％と接合部材の溶融点間の関係を示すグラフである。
【図８】本発明による接合部材の接合部材の浸透深さと温度間の関係を示すグラフである。
【図９】本発明による実際接合部位の良好な接合様態を示す断面写真である。
【図１０】実際接合部位で接合部材の過剰浸透による不良な接合様態を示す断面写真である。
【符号の説明】
１１０…アノード
１１１…アノードシリンダ
１１２…アノードベーン
１２０…フィラメント
１３１…マグネット
１４０…上部シール
１５０…下部シール
１６０…フィラメントリード
２２０…コンデンサ
２３０…チョークコイル
２４０…セラミックステム
２４１…貫通孔
２５０…外部リード
３１０…アンテナフィーダ
３２０…アンテナキャップ
３３０…上部セラミック
３４０…排気管
３５０…排気管サポータ
Ｆ…接合材

Claims (29)

1. 陽極を構成するアノードシリンダ及びアノードベーン、
   陰極を構成するフィラメント、並びに前記フィラメントに接続されるフィラメントリードと、
   前記フィラメントに電源を印加するためのコンデンサ及びチョークコイル、並びに前記フィラメントリードと前記チョークコイルを接続する外部リードと、
   磁気回路を形成するためのマグネット、磁極及びヨークと、
   発生したマイクロ波を外部に出力するためのアンテナフィーダ及びアンテナキャップと、
   金属部材とセラミック部材が互いに接合する接合部を具備し、
   前記接合部を金属部材とセラミック部材との間で拡散しセラミック部材内側にまで浸透して両部材を接合する接合材で接合したことを特徴とするマグネトロン。
2. 前記接合部は、前記アノードシリンダの上側に取り付ける上部シールと、前記アンテナキャップの下側に取り付ける上部セラミックの接合部位であることを特徴とする請求項１に記載のマグネトロン。
3. 前記接合部は、前記アンテナフィーダの上端部を包む排気管を支持する金属製の排気管サポータと前記アンテナキャップの下側に取り付ける上部セラミックとの接合部位であることを特徴とする請求項１に記載のマグネトロン。
4. 前記接合部は、前記アノードシリンダの下側に取り付ける下部シールと、前記フィラメントリード及び前記外部リードが貫通するセラミックステムとの接合部位であることを特徴とする請求項１に記載のマグネトロン。
5. 前記接合部は、前記セラミックステム内に形成され、前記フィラメントリード及び前記外部リードが挿入される貫通孔内に存在することを特徴とする請求項１に記載のマグネトロン。
6. 前記接合部は、前記フィラメントリードと、前記外部リードとの接合部位であることを特徴とする請求項１に記載のマグネトロン。
7. 前記外部リードの直径は、前記フィラメントリードの直径以上（同じであるか大きい）であることを特徴とする請求項６に記載のマグネトロン。
8. 前記外部リードの端部に、前記フィラメントリードの端部が挿入される接続凹部が形成されていることを特徴とする請求項７に記載のマグネトロン。
9. 前記フィラメントリードの端部に一定の深さを有する連結凹部が形成され、前記外部リードの端部に前記連結凹部に挿入される連結凸部が形成されることを特徴とする請求項７に記載のマグネトロン。
10. 前記接合材は、銀、銅、添加剤の合金からなることを特徴とする請求項１に記載のマグネトロン。
11. 前記接合材は、前記添加剤の重量％が１〜１０％であることを特徴とする請求項１０に記載のマグネトロン。
12. 前記接合材は、銀、銅、添加剤の重量％が６０〜８０：１０〜３９：１〜１０であることを特徴とする請求項１０に記載のマグネトロン。
13. 前記添加剤は、チタン、錫、ジルコニウムの、少なくとも一つ以上を含むことを特徴とする請求項１０に記載のマグネトロン。
14. 前記接合材は、銀、銅、チタンの重量％が６０〜８０：１０〜３９：１〜１０であることを特徴とする請求項１３に記載のマグネトロン。
15. 前記接合材は、銀、銅、錫の重量％が６０〜８０：１０〜３９：１〜１０であることを特徴とする請求項１３に記載のマグネトロン。
16. 前記接合材は、銀、銅、ジルコニウムの重量％が６０〜８０：１０〜３９：１〜１０であることを特徴とする請求項１３に記載のマグネトロン。
17. 前記接合材は、銀、銅、チタンの重量％が６５〜６８：２７〜３３：２〜５であることを特徴とする請求項１３に記載のマグネトロン。
18. （ａ）金属部材とセラミック部材との間の接合部位、及びフィラメントリードと外部リードとの接合部位を含む接合部位に接合材を配置するステップと、
    （ｂ）前記接合材を所定温度の所定の雰囲気下において前記接合材を前記接合部位で拡散させてセラミック部材の内側まで浸透させるステップと、
    （ｃ）前記接合材を冷却して前記接合部位を接合させるステップと、
    を含むことを特徴とするマグネトロン部材間の接合方法。
19. 前記（ａ）ステップは、
    （ａ１）アノードシリンダ下側に取り付けられた下部シールとセラミックステムとの接合部位に前記接合材を配置するステップと、
    （ａ２）アノードシリンダの上側に取り付けられた上部シールとアンテナキャップ下側に取り付けられた上部セラミックの接合部位に前記接合材を配置するステップと、
    （ａ３）前記セラミックステムに形成されている貫通孔と、前記貫通孔を貫通するフィラメントリードとの間、及び前記貫通孔と前記貫通孔を貫通する外部リードとの間に前記接合材を配置するステップと、
    （ａ４）前記フィラメントリードと前記外部リードとの接合部位に接合材を配置するステップと、
    を含めてなることを特徴とする請求項１８に記載のマグネトロン部材間の接合方法。
20. 前記（ａ３）ステップは、
    前記貫通孔の内壁面に前記接合材が配置されるように前記接合材を丸く巻いて前記貫通孔に挿入するステップと、
    前記フィラメントリードと前記外部リードとを前記貫通孔の上下から前記接合材の内側に挿入するステップと、
    を含めてなることを特徴とする請求項１９に記載のマグネトロン部材間の接合方法。
21. 前記（ａ３）ステップは、
    前記貫通孔の内壁面に前記接合材が配置されるように、予め円筒形に成形された前記接合材を貫通孔に挿入するステップと、
    前記フィラメントリードと前記外部リードを前記貫通孔の上下から前記接合材の内側に挿入するステップと、
    を含めてなることを特徴とする請求項１９に記載のマグネトロン部材間の接合方法。
22. 前記（ａ４）ステップは、
    前記外部リードの端部に一定の深さを有する接続凹部を形成するステップと、
    前記接続凹部の内部に前記接合材を配置するステップと、
    前記接続凹部に前記フィラメントリードの端部を挿入するステップと、
    を含めてなることを特徴とする請求項１９に記載のマグネトロン部材間の接合方法。
23. 前記（ａ４）ステップは、
    前記フィラメントリードの端部に一定の深さを有する連結凹部を形成するステップと、
    前記外部リードの端部に前記連結凹部に挿入される連結凸部を形成するステップと、
    前記連結凹部に前記接合材を配置するステップと、
    前記連結凹部に前記連結凸部を挿入する段階と、
    を含めてなることを特徴とする請求項１９に記載のマグネトロン部材間の接合方法。
24. 前記（ａ）ステップは、
    前記接合材を５０〜２００μｍの厚さで配置するステップを含めてなることを特徴とする請求項１８に記載のマグネトロン部材間の接合方法。
25. 前記（ｂ）ステップは、
    接合材を８００〜１０００℃の温度で加熱し、拡散浸透させるステップを含めてなることを特徴とする請求項１８に記載のマグネトロン部材間の接合方法。
26. 前記（ｂ）ステップは、
    前記接合材を真空雰囲気下で拡散浸透させるステップを更に含めることを特徴とする請求項２５に記載のマグネトロン部材間の接合方法。
27. 前記接合材は１×１０^{― ３}〜１×１０^{― ５}ｔｏｒｒの真空雰囲気下で拡散浸透させることを特徴とする請求項２６に記載のマグネトロン部材間の接合方法。
28. 前記（ｂ）ステップは、
    前記接合材を水素ガス雰囲気下で拡散浸透させるステップを含めてなることを特徴とする請求項２５に記載のマグネトロン部材間の接合方法。
29. 前記（ｂ）ステップは、
    前記接合材をアルゴンガス雰囲気下で拡散浸透させるステップを含めてなることを特徴とする請求項２５に記載のマグネトロン部材間の接合方法。

Images