JP2004192938A

JP2004192938A - マグネトロン

Info

Publication number: JP2004192938A
Application number: JP2002359047A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ochiai; 宏落合; Kazuhiko Miyamoto; 和彦宮本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-12-11
Filing date: 2002-12-11
Publication date: 2004-07-08

Abstract

【課題】マグネトロンの異常動作を誘発する負荷が連続的に発生しても、ベインと均圧リングとの接合部のろう付け外れを回避し、長寿命のマグネトロンを提供すること。
【解決手段】均圧リング４の材質である無酸素銅にニッケルを含有させて構成された陽極構体をマグネトロンの発振・停止動作の繰返しにより高温状態と低温状態を交互に繰返す急激なヒートサイクルを加えたときのマグネトロンの寿命と、ニッケルの含有率が増加するに従い生じる磁気ロスの限界値を訴求し、ベインと均圧リングとの熱膨張差を求めて最適なニッケル含有率を求める。
その結果、高出力で長寿命のマグネトロンを提供できる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子レンジを始めとするマイクロ波応用機器に用いられるマグネトロンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マグネトロンは、家庭用電子レンジは勿論のこと工業用としても幅広く用いられている。このようなマグネトロンの陽極構体は、一般に、図４に示されるように、円筒状の陽極筒体１と、陽極筒体１の中心部に同軸的に配置された陰極２と、陽極筒体１の内周面に固着されるとともに陰極２の周りに放射状に配列された共振空洞を形成するための複数のベイン３と、ベイン３を電気的に一つ置きに接続するための複数の均圧リング４と、一端がいずれか一つのベイン３に接続されてマイクロ波を外部へ取出し放射するためのアンテナ５とを備えて構成されている。
【０００３】
ところで、近年、マグネトロンを用いたマイクロ波応用機器の分野では、新たな応用機器の開発および新たな市場の拡大が求められているが、特に工業用の分野においては、高出力で長寿命という観点からマグネトロンの開発が望まれている。ところで、一般的に、工業用の分野におけるマグネトロンでは、高出力化に伴い寿命が短縮するという傾向にある。即ち、マグネトロンの通常発振動作時には高温に、冷却時即ち停止動作時には低温に急激なヒートサイクルを受け、陽極部材の各部分には熱膨張、収縮と激しく変化する熱応力が加わる。例えば、マグネトロンの初期状態における陽極構体を見ると、図５に示されるように各部品は特別な変形、応力を受けていない。しかし、マグネトロンの発振動作に伴い陰極部から熱電子が放射されると、放射された熱電子の一部がベイン３の先端部３１に衝突するため、ベイン先端部３１に発熱が生じ、ベイン先端部３１は高温となり、それに応じて熱膨張を始める。即ちベイン３は大きくは中心軸側に向かって膨張するようになる。そして、ベイン３にロウ接等により固着されている均圧リング４もまた温度上昇に伴って熱膨張を始めるが、均圧リング４の場合は外周側に向かって膨張する。そのため、ベイン３と均圧リング４との固着部分に互いに引っ張り合う応力が加わる。このとき、各部品は、一般的に無酸素銅（Ｃｕ）が用いられているが、無酸素銅は、膨張係数が大きい金属であり温度変化に応じて常に膨張、収縮を繰り返しており、各部品もまたこの繰り返しによる引張応力や圧縮応力を受けている。このようにして、マグネトロンの発振・停止動作の繰返しにより高温と低温といった急激なヒートサイクルを受けるので、陽極部材の各部分には熱膨張、収縮と激しく変化する熱応力が加わることとなり、図６に示されるように、ベイン３と均圧リング４との固着部４１に亀裂４２を生じ、破断にいたるものである。
【０００４】
この問題を解決するため、陽極筒体やベインあるいは均圧リングの材料にジルコニウムと銅との合金材料を用いることにより、金属疲労によるクラックの回避を実施している事例がある（例えば特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】
特公平５−７０８９３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の構成のみでは工業用の分野における高出力マグネトロンにおいては十分とは言えず、ベインと均圧リングとの固着部位の破断がしばしば生じるという問題を抱えている。
【０００７】
本発明は従来の高出力マグネトロンに存在した課題を解決し、急激なヒートサイクルを受け、陽極部材の各部分に激しく変化する応力が加わっても安定して高出力で発振する長寿命のマグネトロンを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
陽極筒体と、前記陽極筒体の内周面に固着されるとともに中心軸の周りに放射状に配置された複数枚のベインと、前記ベインを１枚おきに電気的に接続するための複数個のストラップリングとからなり、前記均圧リングの材質がニッケル（Ｎｉ）４０％から７０％の重量範囲で残部が実質的に銅（Ｃｕ）からなる導電性部材で構成されている。
【０００９】
この構成により、マグネトロンの急激なヒートサイクルによる熱応力に耐えることができ均圧リングの破断を回避させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１１】
本発明者は、実際にマグネトロンを試作し、陽極電圧４ｋＶ，陽極電流７２５ｍＡ，総入力２９００Ｗ時におけるマグネトロンの発振・停止動作の繰返しにより陽極部材に加わる熱応力と変形との関係を確認した。
【００１２】
図１ないし図３は、本発明の実施形態によるマグネトロンの測定データをグラフ化したものである。なお、従来と同一構成要素は説明を省略する。
【００１３】
図１は、均圧リングの材質である無酸素銅に、強度を増すためにニッケル（Ｎｉ）を含有させ、マグネトロンの発振・停止動作の繰返しにより高温状態と低温状態を交互に繰返すという急激なヒートサイクルを加えたときのマグネトロンの寿命（ライフエンド）を確認したものである。図１のデータから、無酸素銅１００％の材質にニッケルを含有させその含有量を増加させるに従い寿命が伸びてきていることが確認できる。
【００１４】
図２は、上記と同様にして、均圧リングの材質である無酸素銅に、ニッケルを含有させて構成された陽極構体における中心磁界の磁界強度を測定したものである。磁界強度の単位はｍＴ（ミリテスラ）で表している。図２のデータから、ニッケルの含有量が増加すると中心磁界の磁界強度が減少していくことがわかる。ここで、磁界強度は１２３ｍＴ以上を確保することが望ましい（矢印Ａ）。即ち、無酸素銅材１００％の状態からニッケルを含有させていくと、ニッケルの含有率が７０％の重量範囲を超える近辺から中心磁界の磁界強度が１２３ｍＴを下回るようになってくる（矢印Ｂ）。このことを考慮して、ニッケルの含有率を７０％以内にとどめることが望ましい。
【００１５】
図３は、マグネトロンの通常発振動作時における高温状態でのベインと均圧リングとの膨張差について実験データをまとめたものである。ｆ１はベインのニッケル含有率における膨張寸法差を示し、ｆ２は均圧リングのニッケル含有率における膨張寸法差を示す。図３のデータから、マグネトロンの通常発振動作時のベインと均圧リングとの膨張寸法差を比較すると、均圧リングのニッケルの含有率が４０％未満（矢印Ｃ）の場合には両者間に膨張差が見られるが、ニッケルの含有率が４０〜７０％の重量範囲において均圧リングの膨張はベインの膨張とほぼ同等の膨張値となることがわかる。
【００１６】
しかし、均圧リングのニッケルの含有率が７０％を超える時点（矢印Ｄ）から再び両者間の膨張差が大きくなり始め、ベインと均圧リング間との接合部に亀裂が生じ、均圧リングの破断にいたる危険が生じる可能性が容易に判断できる。
【００１７】
上述したように図１ないし図３の確認データから見られるように、均圧リングのニッケル含有率を４０〜７０％の重量範囲で構成することが望ましいと考えられる。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、均圧リングの材質にニッケルを４０％から７０％の範囲内で含有させることによりマグネトロンの発振・停止動作の繰返しにより生じるベインと均圧リングとの熱膨張寸法差を最小限にすることが可能となる。それにより、マグネトロンの寿命が飛躍的に向上し、高出力で長寿命の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】均圧リングのニッケル含有率に対するマグネトロンの寿命（ライフエンド）の測定データグラフ
【図２】均圧リングのニッケル含有率に対する陽極構体における中心磁界の磁界強度の測定データグラフ
【図３】本発明の実施によるマグネトロンの通常発振動作時における高温状態でのニッケル含有率に対するベインと均圧リングの膨張寸法差の測定データグラフ
【図４】従来のマグネトロンの要部断面図
【図５】図４のマグネトロンをＡ矢視方向から見た要部断面図
【図６】従来のマグネトロンにおけるベインと均圧リングとの固着部の要部拡大図
【符号の説明】
３ベイン
４均圧リング
３１先端部
４１固着部
４２亀裂

Claims

陽極筒体と、前記陽極筒体の内周面に固着されるとともに中心軸の周りに放射状に配置された複数枚のベインと、前記ベインを１枚おきに電気的に接続するための複数個の均圧リングとからなり、前記均圧リングの材質がニッケル（Ｎｉ）４０％から７０％重量範囲で残部が実質的に銅（Ｃｕ）からなる導電性部材で形成されていることを特徴とするマグネトロン。