JP2006331836A

JP2006331836A - マグネトロンフィラメント電源装置

Info

Publication number: JP2006331836A
Application number: JP2005153503A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Kobayashi; 貴之小林
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-05-26
Filing date: 2005-05-26
Publication date: 2006-12-07

Abstract

【課題】マグネトロンの冷却状態や発振状態に関わらず、安全性が高い、高精度なマグネトロンの劣化進行状態を検出する機能を備えたマグネトロンフィラメント電源装置を提供する。
【解決手段】二次巻線Ｎ₂にそれぞれ接続された絶縁トランスＰＴと電流トランスＣＴと、フィラメント電圧検出回路１０と、フィラメント電流検出回路１１と、演算回路１２と、マグネトロン３のライフエンドまでのフィラメント抵抗成分減少量Ｒ_fsを格納するデータ格納ＲＯＭ１３と、表示装置１４とを備え、演算回路１２は、フィラメント電圧値とフィラメント電流値とからフィラメント抵抗成分Ｒ_fを演算し、さらに、フィラメント抵抗成分の初期値Ｒ_f0とフィラメント抵抗成分減少量Ｒ_fsとからフィラメント劣化度Ｗを演算し、表示装置１４にマグネトロン３の劣化進行状態を表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、マグネトロンの直熱型カソードすなわちフィラメントに電力を供給するためのマグネトロンフィラメント電源装置に関する。

従来のマグネトロンの劣化検出方法としては、図５に示すように、変圧用の高圧トランス１の一次側において商用電源２（例えば１００Ｖまたは２００Ｖ）が一次巻線に接続されている。一方、高圧トランス１の二次側において、二次巻線は、マグネトロン３の直熱型カソードすなわちフィラメント４に接続されている。マグネトロン３のアノード５は接地されており、フィラメント４はフィラメント電源回路６に接続されている。そして、商用電源２と高圧トランス１及び、高圧トランス１の二次側に発振検出回路７が設けられて高圧回路８が構成されている。

この検出方法は、冷却した状態のマグネトロンに対して、フィラメント４に通常動作時よりも低いフィラメント電圧を印加し、アノードにフィラメント電圧より高い電圧を印加して発振動作をさせ、発振検出回路７にてマグネトロンの発振停止または出力低下を検出することにより、マグネトロンの寿命を検出する方法である（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−２１１５３号公報

しかしながら、上述したような従来の検出方法では、必ず冷却した状態のマグネトロンを使用する必要があり、連続発振動作を行っている最中、すなわち、冷却されていないマグネトロンの劣化を検出することはできない。つまり、長時間連続で発振動作を必要とする場合は、マグネトロンの劣化が進行して発振不良となっても検出が不可能となる。また、この検出方法ではマグネトロンの発振動作を伴うため、発振停止状態での劣化の検出は不可能であり、必ずマグネトロンに高圧を印加する必要があり安全性も確保されなければならない。

そして、冷却した状態のマグネトロンに対して、通常動作時よりも低いフィラメント電圧を印加し、アノードにフィラメント電圧より高い電圧を印加して発振動作をさせることで、フィラメントの予熱時間の不足により、マグネトロンが発振異常現象であるモーディングを起こして、かえってマグネトロンの寿命を縮める可能性や、異常高電圧を高圧回路に誘起して回路素子を破壊する可能性がある。

さらに、高圧電源の二次側にアノード電流の異常検出回路を設けており、常に高圧が印加される電子部品の劣化によって検出結果に生じる影響も懸念される。

本発明は、このような従来の技術が有する課題を解決するために提案されたものであり、マグネトロンの冷却状態や発振状態に関わらず、安全性が高い、高精度なマグネトロンの劣化進行状態を検出する機能を備えたマグネトロンフィラメント電源装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のマグネトロンフィラメント電源装置は、二次巻線にマグネトロンのフィラメントが接続された変圧用のフィラメントトランスと、前記フィラメントに印加されるフィラメント電圧を検出するフィラメント電圧検出手段と、前記フィラメントを流れるフィラメント電流を検出するフィラメント電流検出手段と、前記フィラメント電圧検出手段により検出された電圧値と前記フィラメント電流検出手段により検出された電流値とに基づいて前記フィラメントの抵抗成分を演算し、かつ、前記フィラメントの劣化進行状態を算出する演算手段と、前記演算手段により算出された演算結果と前記マグネトロンのライフエンドまでの前記フィラメントの抵抗成分の既知の減少量を記憶するデータ格納手段と、前記フィラメントの劣化進行状態を表示する表示手段と、を備えたことを特徴とする。

このように構成されたマグネトロンフィラメント電源装置によれば、マグネトロンの発振状態の有無に関わらず、マグネトロンの劣化進行状態を検出することができる。

また、本発明のマグネトロンフィラメント電源装置は、前記マグネトロンの発振動作時間を計測するタイマーカウンタと、前記マグネトロンの発振を制御する発振制御回路とを備え、前記データ格納手段が前記タイマーカウンタにより計測された時間を記憶し、前記演算手段が前記マグネトロンのライフエンドまたは交換時期までの推定時間を算出することを特徴とする。

このようなマグネトロンフィラメント電源装置によれば、マグネトロンの劣化進行状態の検出結果と発振動作時間の計測結果にもとづいてマグネトロンのライフエンド、または、交換時期の予測を行うことができる。

このように構成された本発明のマグネトロンフィラメント電源装置によれば、マグネトロンの連続発振動作状態であっても、マグネトロンの劣化進行状態を検出することができる。さらに、マグネトロンの発振停止状態であってもフィラメント電源のみを動作させることにより、マグネトロンを発振させること無くマグネトロンそのものの劣化進行状態を検出することができるため、マグネトロンの発振停止後にマグネトロンを冷却する必要も無く、高圧回路の部品の影響を受けずに安全性の高いマグネトロンの劣化進行状態の検出を行うことができる。また、フィラメントの予熱不足によってマグネトロンが発振異常を引き起こし、かえってマグネトロンの寿命を縮めてしまうようなこともない。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るマグネトロンフィラメント電源装置の主要回路構成図である。

この実施の形態のマグネトロンフィラメント電源装置は、変圧用のフィラメントトランスＴの一次側において、商用電源２が一次巻線Ｎ₁に接続されている。

一方、フィラメントトランスＴの二次側において、二次巻線Ｎ₂はマグネトロン３の直熱型カソードすなわちフィラメント４に接続されている。マグネトロンのアノード５は接地されており、フィラメント４は高圧回路９に接続されている。高圧回路９は、負の高電圧をフィラメント４に印加してアノード電流Ｉ_bを流すことにより、マグネトロン３に発振動作を行わせるものである。

二次巻線Ｎ₂には、フィラメント４に印加されるフィラメント電圧Ｖ_fを検出する絶縁トランスＰＴが接続されており、絶縁トランスＰＴはフィラメント電圧検出回路１０に接続されている。フィラメント電圧検出回路１０は、絶縁トランスＰＴからの交流出力を、フィラメント電圧Ｖ_fを示す直流値に変換するものである。

また、二次巻線Ｎ₂には、フィラメント４を流れるフィラメント電流Ｉ_fを検出する電流トランスＣＴが接続されており、電流トランスＣＴはフィラメント電流検出回路１１に接続されている。フィラメント電流検出回路１１は、電流トランスＣＴからの交流出力を、フィラメント電流Ｉ_fを示す直流値に変換するものである。

フィラメント電圧検出回路１０およびフィラメント電流検出回路１１は、演算回路１２にそれぞれ接続されている。演算回路１２は、フィラメント電圧検出回路１０からのフィラメント電圧Ｖ_fを示す直流値とフィラメント電流検出回路１１からのフィラメント電流Ｉ_fを示す直流値とにもとづいてフィラメント抵抗成分Ｒ_fを演算するものである。さらに、演算回路１２は、演算されたフィラメント抵抗成分Ｒ_fとフィラメント抵抗成分の初期値Ｒ_f0とフィラメント抵抗成分減少量Ｒ_fsとからフィラメント劣化度Ｗを演算する。演算回路１２は、フィラメント抵抗成分Ｒ_fとフィラメント劣化度Ｗの演算結果と、マグネトロン３のライフエンドまでのフィラメント抵抗成分減少量Ｒ_fsを格納する記憶装置であるデータ格納ＲＯＭ１３に接続されている。また、演算回路１２はマグネトロン３の劣化進行状態を表示するための表示装置１４に接続されている。

ここで、マグネトロン３のフィラメント４の劣化について簡単に説明する。フィラメント４は、フィラメント電圧Ｖ_fを印加することで熱電子を放射するが、電子放射の安定化、動作温度の低温化、長寿命化を図るため表面を炭化処理して炭化層を形成している。マグネトロン３の使用時間が長くなると次第に炭化層が減少して脱炭が進行する。そして、脱炭がある程度進行して電子放射が減少するとマグネトロン３の異常発振であるモーディング現象が起こり、最終的には発振停止してライフエンドとなる。つまり、フィラメント４の寿命がマグネトロン３の寿命を決定することになる。

ここで、フィラメント抵抗成分Ｒ_fは次式により算出される。

Ｒ_f＝Ｖ_f／Ｉ_f （１）
また、フィラメント劣化度Ｗは次式により算出される。

Ｗ＝（Ｒ_f0−Ｒ_f）／Ｒ_fs（２）
ただし、Ｒ_f0：フィラメント抵抗成分Ｒ_fの初期値
マグネトロン３のライフエンドまでのフィラメント抵抗成分減少量Ｒ_fsは、既知の値であらかじめデータ格納ＲＯＭ１３に格納された値である。また、フィラメント抵抗成分の初期値Ｒ_f0の値は、マグネトロン３の初回使用時に発振停止状態、すなわち、マグネトロンフィラメント電源のみを動作させることで検出させて、データ格納ＲＯＭ１３に記憶させる必要がある。このフィラメント抵抗成分の初期値Ｒ_f0は、マグネトロンにより個体差があるためマグネトロン交換時に、データ格納ＲＯＭ１３に記憶させたフィラメント抵抗成分の初期値Ｒ_f0の値の更新を行う。

そして、フィラメント抵抗成分Ｒ_fを監視することで、式（２）より、フィラメント劣化度Ｗが算出される。フィラメント抵抗成分Ｒ_f（≦Ｒ_f0）は脱炭が進行するほど減少するため、フィラメント劣化度Ｗは、マグネトロン使用の初期段階では０に近い値であるが、劣化が進むに従い１に近い値となる（図３参照）。このフィラメント劣化度Ｗを把握できれば、マグネトロン３の劣化進行状態の監視が可能である。

以上のように、本実施の形態に係るマグネトロンフィラメント電源装置によれば、発振動作状態、あるいは、発振停止状態において、フィラメント電圧Ｖ_fとフィラメント電流Ｉ_fを検出することにより、フィラメント劣化度Ｗ、すなわち、マグネトロン３の劣化進行状態を知ることができるとともに、フィラメント劣化度Ｗの値により、マグネトロン３の劣化進行状態を表示装置１４に表示することができる。例えば、マグネトロン３の交換時期に相当する劣化度Ｗの値をデータ格納ＲＯＭ１３にあらかじめ設定しておくことにより、マグネトロン３が発振異常や発振停止を起こす前にユーザーに対してマグネトロンの交換を促すことが可能である。また、マグネトロンの寿命を決定づけるフィラメント自体の劣化進行状態を検出するため、非常に高精度に劣化状態を把握することが可能である。

（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２に係るマグネトロンフィラメント電源装置の主要回路構成図であり、本発明の実施の形態１に係るマグネトロンフィラメント電源装置において、演算回路１２にタイマーカウンタ１５が接続されている。このタイマーカウンタ１５にはマグネトロン３の発振のＯＮ／ＯＦＦを制御する発振制御回路１６が接続されており、この発振制御回路１６は高圧回路９の一次側に接続されている。タイマーカウンタ１５はマグネトロン３が発振動作を行った時間を計測するものであり、発振制御回路１６からマグネトロン３の発振のＯＮ信号が入力されている時間の計測を行う。この計測された時間の値はデータ格納ＲＯＭ１３に発振累積時間として格納される。また、あらかじめ設定された一定間隔の発振累積時間毎にフィラメント劣化度Ｗがデータ格納ＲＯＭ１３に格納される。

そして、発振累積時間に対するフィラメント劣化度Ｗの値の変化分から、図４に示すグラフの傾きを算出することにより、マグネトロン３の交換時期に相当するフィラメント劣化度Ｗの値に到達するまでの時間、ライフエンドに相当するフィラメント劣化度Ｗ＝１に到達するまでの時間等を求めることが可能である。

以上のように、本実施の形態に係るマグネトロンフィラメント電源装置によれば、マグネトロン３のライフエンド、または、交換時期までの時間を予測することが可能である。

本発明のマグネトロンフィラメント電源装置は、マグネトロンの交換時期の判断や予測を精度良く行うことが可能であり、マグネトロンの劣化が原因となる発振異常や発振停止による突発的な稼動停止、そして、製品仕上りの不良やばらつき等を事前に防止することが不可欠なマイクロ波を利用した装置や設備等に有用である。

本発明の実施の形態１に係るマグネトロンフィラメント電源装置の主要回路構成図本発明の実施の形態２に係るマグネトロンフィラメント電源装置の主要回路構成図フィラメント抵抗成分Ｒ_fに対するフィラメント劣化度Ｗの関係を示すグラフ発振累積時間に対するフィラメント劣化度Ｗの関係を示すグラフ従来のマグネトロンフィラメント電源装置の一例を示す主要回路構成図

符号の説明

２商用電源
３マグネトロン
４フィラメント
５アノード
９高圧回路
１０フィラメント電圧検出回路
１１フィラメント電流検出回路
１２演算回路
１３データ格納ＲＯＭ
１４表示装置
１５タイマーカウンタ
１６発振制御回路
Ｔフィラメントトランス
Ｎ₁ 一次巻線
Ｎ₂ 二次巻線
ＰＴ絶縁トランス
ＣＴ電流トランス
Ｖ_f フィラメント電圧
Ｉ_f フィラメント電流
Ｉ_b アノード電流
Ｒ_f フィラメント抵抗成分
Ｒ_f0 フィラメント抵抗成分の初期値
Ｒ_fs フィラメント抵抗成分減少量
Ｗフィラメント劣化度

Claims

二次巻線にマグネトロンのフィラメントが接続された変圧用のフィラメントトランスと、前記フィラメントに印加されるフィラメント電圧を検出するフィラメント電圧検出手段と、前記フィラメントを流れるフィラメント電流を検出するフィラメント電流検出手段と、前記フィラメント電圧検出手段により検出された電圧値と前記フィラメント電流検出手段により検出された電流値とに基づいて前記フィラメントの抵抗成分を演算し、かつ、前記フィラメントの劣化進行状態を算出する演算手段と、前記演算手段により算出された演算結果と前記マグネトロンのライフエンドまでの前記フィラメントの抵抗成分の既知の減少量を記憶するデータ格納手段と、前記フィラメントの劣化進行状態を表示する表示手段と、を備えたことを特徴とするマグネトロンフィラメント電源装置。
前記マグネトロンの発振動作時間を計測するタイマーカウンタと、前記マグネトロンの発振を制御する発振制御回路とを備え、前記データ格納手段が前記タイマーカウンタにより計測された時間を記憶し、前記演算手段が前記マグネトロンのライフエンドまたは交換時期までの推定時間を算出することを特徴とする請求項１に記載のマグネトロンフィラメント電源装置。