JP2005071855A - マグネトロン - Google Patents

Abstract

【課題】フィラメントコイルの変形を防止し、長寿命かつ安定して発振できるマグネトロンを提供する。
【解決手段】陽極と陰極とを有するマグネトロンにおいて、トリウム１％含有タングステンのコイルを、マグネトロンに組み込まれる前の部品の状態で、２１００℃の還元炉内で１０分間加熱して２次再結晶化し、フィラメントコイル全域に亘って、２次再結晶粒が、長手方向２次再結晶粒長Ｌと、径方向２次再結晶粒長Ｗとの比Ｌ／Ｗが平均して６以上となるようにしたフィラメントコイルを用いたマグネトロン。
【選択図】 図２

Description

本発明は、マグネトロンに係り、特に陰極のフィラメントコイルに関する。

従来、マグネトロンに使用されるフィラメントコイルは、一般的に部品を製品に組み込む製造段階で通電加熱が行われ、図７に示すように、表面に炭化タングステンの炭化層が形成される。この炭化処理により、フィラメントコイルから電子が放出されやすくなる（特許文献１参照）。一方、マグネトロンでは陰極と陽極との距離が一定であることが必要であるため、陰極としてのフィラメントコイルと、陽極としての板状ベインとの距離が変化しないことが重要である。

しかしながら、上記従来の技術では、フィラメントコイルの両端を金属材料のエンドハットで固定した状態で通電加熱しており、両端部では熱が発散して加熱温度が低くなるため、フィラメントコイルの組成が全域に亘って均一にならず、また結晶粒の大きさも小さい。このため、マグネトロンの動作状態によってはフィラメントの温度が上昇し、変形やサグ（たわみ）等が発生しやすく、ベインとの距離を変化させる結果、マグネトロンが著しく劣化し、短寿命化を招く恐れがある。

特開平１１−３５４０２０号公報

本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、フィラメントコイルの変形を防止し、長寿命であり、かつ、安定して発振できるマグネトロンを提供することを目的としている。

本発明のマグネトロンは、陽極と陰極とを有するマグネトロンにおいて、前記陰極に、２次再結晶化したフィラメントコイルを用いたものである。この構成により、フィラメントコイルは変形しにくい組成となるため、このフィラメントコイルを用いたマグネトロンは、結果として、長寿命となり、かつ、安定して発振できる。

また、本発明のマグネトロンは、前記フィラメントコイルを１９００℃〜２２００℃の温度条件で加熱処理したものである。この構成により、フィラメントコイルは変形しにくい組成となるため、このフィラメントコイルを用いたマグネトロンは、結果として、長寿命となり、かつ、安定して発振できる。

さらに、本発明のマグネトロンは、前記フィラメントコイルが、全域に亘って、前記フィラメントコイルの長手方向断面において、２次再結晶粒の長手方向２次再結晶粒長Ｌと、径方向２次再結晶粒長Ｗとの比Ｌ／Ｗが平均して６以上であるものである。この構成により、フィラメントコイルは変形しにくい組成となるため、このフィラメントコイルを用いたマグネトロンは、結果として、長寿命となり、かつ、安定して発振できる。

本発明によれば、フィラメントコイルの変形を防止し、長寿命であり、かつ、安定して発振できるマグネトロンを提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態のマグネトロンの部分断面図である。同図に示すように、本実施形態のマグネトロンは、陽極筒体１と、陽極筒体１の内周面に固着され、かつ、中心軸の周りに放射状に配置された複数の板状ベイン２と、これらの板状ベイン２を１枚おきに電気的に接続する複数個の均圧リング３と、複数枚の板状ベイン２の１枚に固着されたマイクロ波放出用アンテナ４と、複数枚の板状ベイン２の中心軸に向かう面で形成される略円筒の中央部に位置し、電子を放出する陰極５とを備える。また、陰極５は、後述するフィラメントコイル５１と、フィラメントコイル５１の上下端をそれぞれ固定するためのエンドハット５２，５３と、エンドハット５２，５３をそれぞれ支持するリード線５４，５５とを有する。

図２は、本発明のマグネトロンに用いられるフィラメントコイルの長手方向断面図である。フィラメントコイル５１は、トリウム１％含有タングステンのコイルを、マグネトロンに組み込まれる前の部品の状態で、２１００℃の還元炉内で１０分間加熱して２次再結晶化し、フィラメントコイル全域に亘って、２次再結晶粒が、長手方向２次再結晶粒長Ｌと、径方向２次再結晶粒長Ｗとの比Ｌ／Ｗが平均して６以上となるようにしたものである。この処理により、フィラメントコイルは、変形やサグ（たわみ）を起こしにくい組成となる。したがって、このフィラメントコイルを用いたマグネトロンは、長寿命となり、かつ、安定して発振できる。

本発明は、陽極と陰極とを有するマグネトロンにおいて、陰極のフィラメントコイルを加熱処理して２次再結晶化したマグネトロンに関するものであるが、以下、フィラメントコイルの加熱条件を変化させた場合について説明する。

図３は、フィラメントコイルの加熱温度をそれぞれ（ａ）１８００℃、（ｂ）２１００℃、（ｃ）２４００℃とした場合の２次再結晶粒の観察図である。なお、フィラメントコイルの加熱処理は、前述したように、各温度に保たれた還元炉内で１０分間行うものとする。図３（ａ）（１８００℃で加熱処理）では、２次再結晶が全域に亘って形成されていないことが分かる。図３（ｂ）（２１００℃で加熱処理）では、全域に亘って２次再結晶化されており、２次再結晶粒の長手方向２次再結晶粒長Ｌと径方向２次再結晶粒長Ｗとの比Ｌ／Ｗが平均して６以上となっている。図３（ｃ）（２４００℃で加熱処理）では、２次再結晶粒が粗大化していることが分かる。

図４は、図３に示す各フィラメントコイルを用いたマグネトロンの寿命試験の結果を示す図である。この寿命試験は、フィラメントコイルの温度が高くなる条件下で行ったものである。図４は、各加熱温度において、その加熱温度で加熱処理した複数のフィラメントコイルの寿命試験結果及びそれらの平均値をプロットしたものである。同図から、マグネトロンの寿命は、２１００℃で加熱処理したフィラメントコイルを用いた場合に最も長くなることが分かる。

図５は、フィラメントコイルの長手方向２次再結晶粒長Ｌと、径方向２次再結晶粒長Ｗとの比Ｌ／Ｗの平均値を変化した場合の、マグネトロンの寿命試験の結果を示す図である。同図から、比Ｌ／Ｗの平均値が４である場合はマグネトロンの寿命が約７５０時間であり、比Ｌ／Ｗの平均値が５である場合は約１２００時間であるのに対して、比Ｌ／Ｗの平均値が６以上である場合はマグネトロンの寿命が約１５００時間以上と長寿命となることが分かる。

図６は、フィラメントコイルの加熱処理条件を変化させた場合の２次再結晶粒の観察図である。ここでは、線径φ０．５ｍｍのマグネトロン用１％トリウム添加タングステンコイルを、水素気流中で通電加熱処理した。詳細な加熱処理条件を表１に示す。

表１に示す保持時間とは、目標とする加熱処理温度（目標温度）に達した時から、この温度を保持した時間のことである。また、表１に示すクイックアップとは、目標温度まで一気に昇温させることを意味する。クイックアップの場合、実際には、通電開始後５秒以内で目標温度に到達する。なお、通電開始から目標温度に達するまでの時間を昇温時間という。

表１のＴＥＳＴ１〜６に示す各条件で加熱処理したフィラメントコイルの長手方向断面図を図６の（ａ）〜（ｆ）にそれぞれ示す。同図から、２４００℃で加熱した場合、２次再結晶粒の粗大化が見られることが分かる。また、加熱処理温度が同一の場合、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、保持時間を変化させても２次再結晶粒の大きさに大きな変化は見られないのに対し、図６（ｂ）及び（ｄ）に示すように、クイックアップした場合は、クイックアップしなかった場合に比べて２次再結晶粒の大きさが小さくなる。つまり、加熱処理温度が同一の場合、加熱時間（＝昇温時間＋保持時間）は極端に短かい場合を除いて２次再結晶粒の大きさに影響せず、保持時間よりも昇温速度の方が２次再結晶粒の大きさに大きく影響すると考えられる。

以上説明したように、２１００℃で加熱して２次再結晶化したフィラメントコイルは、変形やサグを起こしにくい組成となる。したがって、このようなフィラメントコイルを用いたマグネトロンは、フィラメントコイルの温度が高くなるような過酷な使用環境においても、長寿命であり、かつ、安定して発振することができる。

なお、フィラメントコイルの加熱温度が２１００℃の場合にマグネトロンの寿命が最も長くなるが、フィラメントコイルの加熱温度は１９００℃〜２２００℃であってもよい。また、フィラメントコイルの組成成分の変化に応じて、加熱条件は多少異なる。

また、フィラメントコイルの加熱処理は、外部加熱でもよいし、通電加熱でもよい。外部加熱の場合はコイル全体が均一に加熱されるが、通電加熱の場合は、コイルの両端の加熱温度が低くなってしまうため、両端部を除いた中央部を使用するとよい。

また、上述したように２次再結晶化したフィラメントコイルをマグネトロンに組み込んだ後、通電加熱によって炭化処理してもよい。

本発明のマグネトロンは、フィラメントコイルの変形を防止し、長寿命であり、かつ、安定して発振できる効果を有し、電子レンジ用や産業用のマグネトロン等に有用である。

本発明の一実施形態のマグネトロンの部分断面図 本発明のマグネトロンに用いられるフィラメントコイルの長手方向断面図 フィラメントコイルの加熱温度を変化させた場合の２次再結晶粒の観察図 図３に示す各フィラメントコイルを用いたマグネトロンの寿命試験の結果を示す図 フィラメントコイルの長手方向２次再結晶粒長Ｌと、径方向２次再結晶粒長Ｗとの比Ｌ／Ｗの平均値を変化した場合の、マグネトロンの寿命試験の結果を示す図 フィラメントコイルの加熱処理条件を変化させた場合の２次再結晶粒の観察図 従来のマグネトロンに用いられるフィラメントコイルの長手方向断面図

符号の説明

１ 陽極筐体
２ 板状ベイン
３ 均圧リング
４ マイクロ波放出用アンテナ
５ 陰極
５１ フィラメントコイル
５２，５３ エンドハット
５４，５５ リード線
Ｌ 長手方向２次再結晶粒長
Ｗ 径方向２次再結晶粒長

Claims (3)

1. 陽極と陰極とを有するマグネトロンにおいて、
   前記陰極に、２次再結晶化したフィラメントコイルを用いたマグネトロン。
2. 請求項１記載のマグネトロンであって、
   前記フィラメントコイルを１９００℃〜２２００℃の温度条件で加熱処理したマグネトロン。
3. 請求項１又は２記載のマグネトロンであって、
   前記フィラメントコイルは、全域に亘って、前記フィラメントコイルの長手方向断面において、２次再結晶粒の長手方向２次再結晶粒長Ｌと、径方向２次再結晶粒長Ｗとの比Ｌ／Ｗが平均して６以上であるマグネトロン。