JP3608897B2 - マグネトロンの駆動電源 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波供給源となるマグネトロンの駆動電源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マグネトロンの基本構造を図３に示す。陽極シリンダー１の内面には、中心に向かって複数の陽極ベイン２が放射状に形成され、陽極シリンダー１の中心にはヒータ（陰極）３が配設されている。陽極ベイン２は、陽極シリンダー１にろう付け等で固定されているか、または押出し成形等により一体形成されている。陽極シリンダー１の上下には磁極４が設けられ、磁極４の外側には円筒状の永久磁石５が設置されている。永久磁石５の磁束を通すように、ヨーク６、７が配設されている。即ち、ヨーク６、７、永久磁石５及び磁極４により磁気回路が構成されている。
【０００３】
そこで、永久磁石５からの磁束は、磁極４を通ってヒータ３と陽極ベイン２間で形成される作用空間に対し、上下方向に必要な直流磁界を与える。高電位となっているヒータ３から放出された電子は、電界及び直流磁界の影響を受けて円運動をしながら、各陽極ベイン２先端に高周波電界を形成する。この高周波電界は、アンテナリード８によってアンテナ９に導かれ外部に放出される。アンテナ９はアンテナカバー１０によって保護されている。
【０００４】
電子を発生させるヒータ３は、電子放射特性及び加工性等を勘案して、一般的に酸化トリウム（ＴｈＯ_２ ）を微量含むタングステンが用いられる。ヒータ３の上下を支持する上側エンドシールド１５及び下側エンドシールド１６は、各々陰極リード１７、１８によって支持され、２本の陰極リード１７、１８は、入力側セラミック１９によって支持されている。陰極リード１７、１８は、陰極端子２０と共に入力側セラミック１９に真空気密を保つように銀ろう付けされている。
【０００５】
陰極端子２０は、チョークコイル２１と接続され、チョークコイル２１は、入力部のケース２２を貫通する貫通コンデンサ２３と接続され、貫通コンデンサ２３は電源と接続される。ここで、チョークコイル２１と貫通コンデンサ２３は、マグネトロン内部から見た場合、ローパスフィルタを形成することになり、ヒータ３と陽極ベイン２先端の作用空間に発生した低周波数成分の高周波電界が、陰極リード１７、１８に伝播するのを抑制できる。
【０００６】
入力側セラミック１９はシール部品２４を介して陽極シリンダー１と真空気密を保って係合している。ヨーク６は、金属ガスケット２５を介してシール部品２６と電気的に接続され、シール部品２６は、陽極シリンダー１と同電位となっており、従ってヨーク６は陽極シリンダー１と同電位となっている。
【０００７】
このような構造を有するマグネトロン、特に産業加熱等に用いられるマグネトロンの駆動回路のスイッチング電源装置を図４に示す。マグネトロン３０は、フィラメントトランス３１及び高圧トランス３２の二次巻線側に接続される。フィラメントトランス３１の二次巻線は、マグネトロン３０のヒータ端子に接続され、ヒータ端子間はフィラメントトランス３１の二次巻線の３〜５Ｖのヒータ電圧が印加される。
【０００８】
高圧トランス３２の二次巻線の一端は、コンデンサ３３を介してマグネトロン３０のヒータ端子の一端に接続される。高圧トランス３２の二次巻線の他端はマグネトロン３０の陽極（アース）に接続される。つまり、高圧トランス３２の二次巻線は、コンデンサ３３を介してヒータ端子の一方に高電圧（−４〜５ｋｖｐ）が印加する。高圧トランス３２の二次巻線とヒータ端子の他方には、マグネトロン３０に流れる負荷電流を検出するための負荷電流検出器３４が設けられている。
【０００９】
そして、マグネトロン３０の長寿命化を図るため、ヒータ電圧を印加した３〜４秒後に高電圧が印加されるようにディレー回路を設けている。フィラメントトランス３１の一次巻線側には、切替えスイッチＳＷ１が設けられている。切替えスイッチＳＷ１は予熱端子３５と動作端子３６に切り替えるようになっている。高圧トランス３２の一次巻線側には、切替えスイッチＳＷ２が設けられている。
【００１０】
そこで、商用電源を投入すると、切替えスイッチＳＷ１はフィラメントトランス３１の予熱端子３５に接続されている。切替えスイッチＳＷ２は開いた状態となっており、この時点では高圧は発生していない。切替えスイッチＳＷ１及びＳＷ２は、電磁石リレースイッチ３７が採用されており、タイマー３８の設定により所定の予熱動作後（３〜４秒後）に、切替えスイッチＳＷ１は動作端子３６に、切替えスイッチＳＷ２は同時に閉じられ、高電圧が発生する回路構成となっている。即ち、ヒータ電圧を先に印加し、ヒータを加熱して電子放射させてから高圧を印加する方式で、予熱印加方式と言われている。この場合、ヒータ電圧は、予熱時と高圧印加時（動作時：マイクロ波発振時）で異なるようにディレースイッチで切替えを行う。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
マグネトロン３０から発生するマイクロ波は、ガス分子をプラズマ化できることから半導体製造におけるエッチング装置や無電極ランプに採用されている。この用途において、マグネトロン３０からのマイクロ波は、常に安定供給されることが要求される。つまり、マグネトロン３０が動作中にモーディング発生（２４５０ＭＨｚ帯以外の周波数帯で発振）すると、所望とするエッチング性能や光スペクトラムの乱れを生じ、製品不良に至る。
【００１２】
このモーディングは、マグネトロン寿命末期には必ず発生することから、マグネトロン寿命時間に対し、相当な安全を見た使用時間限度を設定し、新品のマグネトロンと交換することになる。もし、マグネトロンの余寿命をモニターできればマグネトロン個々の寿命時間バラツキに関係なく、そのマグネトロンを最大限に使用することができ、装置メンテナンスに対し有効となる。
【００１３】
マグネトロンの寿命時間は、マグネトロン自体の固体差及び使用条件によって大きく異なる。具体的には、数百時間から１万時間位のバラツキを持っている。このような寿命特性を持つマグネトロンをメンテナンスする手段として、例えば１，０００時間使用したら交換する。つまり、使用時間を設定し、その時間に達したら交換するのが一般的である。この場合、当然未だ充分な余寿命であっても、そのマグネトロンは処分してしまい、結果的にはメンテナンスコストの増加を招く。
【００１４】
本発明の課題は、余寿命を推定でき、マグネトロンを最大限に使用できると共に、装置メンテナンスに対し有効なマグネトロンの駆動電源を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の手段は、マグネトロンにヒータ電圧を印加するフィラメントトランスと、このフィラメントトランスによる加熱後に陽極電圧を供給する高圧トランスとを備えたマグネトロンの駆動電源において、前記フィラメントトランスの二次巻線側又は一次巻線側に、マグネトロンの定格フィラメント電圧を供給する定格フィラメント電圧用端子の他に、前記定格フィラメント電圧の８５〜９０％のフィラメント電圧を供給する寿命確認用端子を有する切替えスイッチを設けたことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態を図１及び図２により説明する。なお、図４と同じ又は相当部品には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。図１に示すように、切替えスイッチＳＷ１の動作端子３６は、切替えスイッチＳＷ３を介してフィラメントトランス３１の一次巻線に接続されている。切替えスイッチＳＷ３は、フィラメントトランス３１の一次巻線側から引き出した２個の定格フィラメント電圧用端子４０及び寿命確認用端子４１に切り替えるようになっている。
【００１７】
一方の定格フィラメント電圧用端子４０は、定格フィラメント電圧Ｅｆを供給する端子であり、通常動作時はこの定格フィラメント電圧用端子４０に投入している。他方の寿命確認用端子４１は、マグネトロン３０の余寿命をモニターするもので、定格フィラメント電圧Ｅｆの８５〜９０％のフィラメント電圧が供給されるようになっている。なお、ここで言う定格フィラメント電圧Ｅｆは、マグネトロン３０の規格における定格フィラメント電圧値である。
【００１８】
図２はマグネトロン３０のモーディングフィラメント開始電圧Ｅｆｍの経時変化を示したものである。マグネトロン３０の使用時間に伴い、マグネトロン特性におけるモーディングフィラメント開始電圧Ｅｆｍは上昇してくる。このＥｆｍは経時的に徐々に上昇し、フィラメントトランス３１で設定された定格フィラメント電圧Ｅｆに達すると、マグネトロン３０は完全に発振停止となる。図中、Ａ点はＥｆｍ＝Ｅｆとなり、マグネトロン３０の発振が停止して完全寿命停止点となる。ＥｆｍがＥｆの９５％で間欠的なモーディングが発生する。Ｂ点は間欠的なモーディングが発生するＥｆｍ値でＥｆｍｂとする。Ｃ点はモーディングが発生したＥｆｍ値でＥｆｍｃとする。
【００１９】
そこで、周期的にマグネトロン３０のＥｆをＥｆｍ値で強制的に動作させ、即ち、切替えスイッチＳＷ３を寿命確認用端子４１に接続して強制的に動作させ、マグネトロン３０のモーディング発生有無を負荷電流検出器３４によって確認する。モーディング発生有の場合は、ＥｆｍはＥｆｍｃまで劣化していることになり、余寿命時間はＴ時間となる。モーディングが検出されればマグネトロンの交換時期に突入したことを意味する。従って、このＴ時間内にマグネトロン３０を交換する。
【００２０】
なお、切替えスイッチＳＷ１及びＳＷ３は、フィラメントトランス３１の一次巻線側に設けたが、フィラメントトランス３１の二次巻線側の設けてもよい。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、フィラメントトランスの二次巻線側又は一次巻線側に、マグネトロンの定格フィラメント電圧を供給する定格フィラメント電圧用端子の他に、前記定格フィラメント電圧の８５〜９０％のフィラメント電圧を供給する寿命確認用端子を有する切替えスイッチを設けたので、余寿命を推定でき、マグネトロンを最大限に使用できると共に、装置メンテナンスに対し有効となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマグネトロンの駆動電源の一実施の形態を示す要部回路図である。
【図２】マグネトロンのモーディングフィラメント開始電圧の経時変化を示す説明図である。
【図３】マグネトロンの断面図である。
【図４】従来のマグネトロンの駆動電源の要部回路図である。
【符号の説明】
３０ マグネトロン
３１ フィラメントトランス
３２ 高圧トランス
３４ 負荷電流検出器
３６ 動作端子
４０ 定格フィラメント電圧用端子
４１ 寿命確認用端子
ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３ 切替えスイッチ
Ｅｆ 定格フィラメント電圧
Ｅｆｍ モーディングフィラメント開始電圧

Claims (2)

1. マグネトロンにヒータ電圧を印加するフィラメントトランスと、このフィラメントトランスによる加熱後に陽極電圧を供給する高圧トランスとを備えたマグネトロンの駆動電源において、前記フィラメントトランスの二次巻線側又は一次巻線側に、マグネトロンの定格フィラメント電圧を供給する定格フィラメント電圧用端子の他に、前記定格フィラメント電圧の８５〜９０％のフィラメント電圧を供給する寿命確認用端子を有する切替えスイッチを設けたことを特徴とするマグネトロンの駆動電源。
2. 前記切替えスイッチの切替えでマグネトロンを動作させた時に生じるモーディングを検出できる機能を持つことを特徴とする請求項１記載のマグネトロンの駆動電源。

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