JPS63143722A

JPS63143722A - 電子管

Info

Publication number: JPS63143722A
Application number: JP61288687A
Authority: JP
Inventors: Koji Nagaoka; 長岡　弘二; Akira Kamisaka; 上坂　章; Masayoshi Kinuno; 絹野　正儀
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-12-05
Filing date: 1986-12-05
Publication date: 1988-06-16
Also published as: JPH0570893B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的Ｊ（産業上の利用分野）この発明は、電子管に係わり、とくにその導電性電極部
材に関する。

（従来の技術）電子管の例えば陽極などの導電性電極部材としては、一
般的に、動作中のガス放出が少ない無酸素銅（ＯＦＣ銅
）が用いられている。電子レンジ用マグネトロンを例に
とると、その陽極構体は第５図に示すような構成を有す
る。すなわち、銅製の陽極円筒１１の内側に、銅板から
なる複数枚の陽極ベイン１２．１２・・・が放射状に固
着されている。各陽極ベインの内側先端面で形成される
作用空間内には、図示しない円筒状電子放射面を有する
陰極が配置される。各陽極ベイン１２には、一対の銅製
ストラップリング１３．１４が、各装着用溝１５にろう
接部１６．１７で１枚おきに電気的およびは械的に接合
されている。これら陽極円筒、陽極へイン、あるいはス
トラップリングには、導電性および熱伝導性にすぐれ、
且つガス放出が少ない無酸素銅が使用されている。

（発明が解決しようとする問題点）このような電子管の導電性電極部材は、電子管の作動中
に約２５０〜４５０℃の高温状態に、また冷却時は低温
状態にと、激しいヒートサイクルを受ける。例えば上述
のようなマグネトロンは、電子レンジでの使用時に発振
動作の０Ｎ−ＯＦＦがくり返される。そのため、これら
陽極構体の各部分には激しく変化する応力が加わる。例
えばストラップリング１３．１４に着目すると、マグネ
トロンの動作初期のＯＦＦ状態、すなわち陽極構体が製
造された直後の低温状態においては、第６図に示すよう
に各部品は格別な変形、応ツクを受けていない。次に、
発振動作の開始直後の状態を考えると、陰極から放射さ
れた電子が陽極ベイン１２の内方先端に衝突するためこ
のベイン先端部に発熱が起る。そのため次第に陽極ベイ
ンは高温となり、それに応じて熱膨張する。このベイン
先端部に固着されている各ストラップリング１３．１４
もそれぞれの温度分布に応じて熱膨張する。陽極円筒１
１は、それらに比べて遅く温度上昇し、安定状態では例
えば約３００°Ｃ程度に達する。その状態では、内側ス
トラップリング１３はおよそ４５０　’Ｃ程度に達する
。このため各陽極へイン１２の先端面は、第７図に点線
１２ａで示す低温状態から、実線１２ｂで示すように内
側すなわち中心軸に向って膨張する。それに対し、スト
ラップリングは外側に膨張するが、陽極ベインとのろう
接部１６は陽極ベインによって内側に引張られる。しか
もこのような変形には時間的な差が生じ、各部に激しい
熱変形応力がかかる。電子レンジの動作の０Ｎ−ＯＦＦ
動作によって、この熱変形は繰返される。その結果、比
較的細いストラップリングは、同図に符号Ｘで示すよう
な位置で亀裂を生じ、ついには破断に至ることが考えら
れる。それにより発振周波数のジャンプや、不安定動作
に陥るおそれがある。

このようなストラップリングの破断を防止する目的で、
ストラップリングを機械的強度がきわめて高い合成材料
で形成することも考えられる。しかし、その場合は応力
歪が逆に陽極へインに集中し、この陽極ベインの先端部
に亀裂を生じる場合が考えられる。

ところで、周知のように無酸素銅は膨張係数が大きな金
属であり、電子管の電極部材として使用された場合には
前述のようにその温度変化に応じて常に膨張、収縮の繰
り返しによる引張応力、圧縮応力を受ける。そして、例
えば「日本金属学会会報、第１８巻、第１号ｊ　　（１
９７９年、第１５〜２２頁）に詳細に述べられているよ
うに、純銅及び無酸素銅には中間温度脆性という現象が
ある。これは、３００〜４００℃前後のいわゆる中間温
度領域で準静的圧縮・引張り応力を加えると、粒界すべ
りや粒界クラックが発生する現象で、５００℃を越える
と回復して（る。この純銅の中間温度脆化の原因は、不
純物として含有する酸素の影響と考えられたこともあっ
たが、無酸素銅でもひずみ速度を遅くすると明瞭に中間
温度で延性の低下を来たすことがわかってきた。したが
って、無酸素銅で作られた電子管の電極部材は、中間温
度領域で作動している場合が多いため、粒界疲労から粒
界すべり、そして粒界破断をとくに起しやすいものと考
えられる。

この発明は、以上のような不都合を解消し、中間温度領
域での動作が繰返されても亀裂や破断をほとんど生じな
い導電性電極部材を使用した電子管を提供することを目
的とする。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）この発明は、ジルコニウム（Ｚｒ　）が０．００５乃至
０．３重量％の範囲、酸素（０２）が３０ｐｐｍ以下、
残部が実質的に銅（ＣＬＩ）からなる析出硬化型金属を
導電性電極部材として使用した電子管でおる。

なお、上述のうち、残部の銅は、不純物濃度範囲で他の
元素を含んでいてもよい。またこの発明は、析出硬化型
金属からなる導電性電極部材の表面に、ジルコニウムを
含まない金属薄層が被覆されて他の電極部材と接合され
ていることが望ましい。

（作用）この発明によれば、導電性の電極部材が電子管の動作時
に経験する中間温度領域でも、無酸素銅の場合のような
粒界クラックの発生がなく、電極部材の亀裂、破断を起
すおそれがきわめて少ない電子管を得ることができる。

また、析出硬化型金属からなる導電性電極部材の表面に
、ジルコニウムを含まない金属薄層が被覆されて他の電
極部材と接合されていることにより、析出硬化型金属か
らなる導電性電極母材中のきわめて活性なジルコニウム
の母材表面部への析出およびそれによるジルコニウム酸
化層の生成が抑制されて他の部材との安定な接合が得ら
れる。

さて、動作中に中間温度領域になる電子管の導電性電極
部材に必要とされる条件は、概ね次のような点にある。

■　電子管の組立てには多くの場合、ろう接が工程を経
るが、このろう接待の熱処理温度（最高約９１０℃程度
）でも結晶粒度が小さく、渫械的強度が高いこと。

■　電子管の動作時に各電極部材が受りる中間温度領域
（約２５０〜４５０　’Ｃ程度）に於いても、粒界疲労
や粒界クラックを起さないこと。

■　電子管の導電性電極部材として必要な特性として、
導電率や熱電伏型が無酸素銅と同等またはおよそその７
０％以上であること。

■　真空管の電極部材として、ガス発生が少ないこと。

以上の４項目を満足させる電極部材としては、現在のと
ころ銅又は銅合金以外に見当らない。そこで、前述のこ
の発明による析出硬化型銅合金からなる電極部材は、そ
の析出時効硬化温度が約３００〜５００　’Ｃであるた
め、電子管の動作時の電極温度と同程度である。したが
って、電子管の動作時の温度でも析出硬化させることが
できる。そのため、部品単体で時効硬化処理することに
限らず、電子管の動作中に時効硬化させることもでき、
それにより、無酸素銅の場合のような中間温度領域での
粒界疲労、粒界ずべり、粒界クラックの発生が抑制され
る。

このように、電極部材の亀裂、破断を起すおそれがきわ
めて少ない電子管を得ることができる。

（実施例）以下図面を参照してその実施例を説明づる。なお同一部
分は同一符号であられす。

この発明を前述と同様の電子レンジ用マグネトロンの、
とくにそのストラップリングを対象としてそれにこの発
明を適用した例について説明する。

第１図および第２図に示すマグネトロンの構成部品は次
の通りである。同図に於いて、符＠２１はマグネトロン
発振部本体、２２はその銅製陽極円筒、２３は復数枚の
銅製陽極ペイン、２４は一対のストラップリング、２５
はコイル状フィラメント陰極、２６．２７はその両端部
に設けられたリング状エンドシールド、２８は陰極支持
体、２９．３０は一対の鉄製漏斗状ポールピース、３１
は出力アンテナリード、３２．３３は薄肉鉄製金属容器
、３４．３５は一対のリング状フェライト永久磁石、３
６は口字状鉄製ヨーク、３７はアルミニウム製ラジェー
タ、３８は出力部セラミック円筒、３９はガスケットリ
ング、４０はアンテナリードと圧接されて切断された金
属排気管、４１はアンテナキ薔ツブをあられしている。

そこで、各陽極ベイン２３を１つおきに電気的に接続す
る一対のストラップリング２４を、ジルコニウム＜ｚｒ
　＞が約０．０７５　重＝％、酸素（０２）が約ｉｏｐ
ｐｍ　、および残部が銅（Ｃｕｔ＞からなる析出硬化型
合金で形成している。

この金属材料は、上記成分を約７５０〜９５０℃の範囲
の温度、例えば８５０℃で非析出固溶体化させた俊、約
３５０〜５５０°Ｃの範囲の温度、例えば４５０°Ｃで
、およそ２〜３時間析出時効硬化処理して得ることがで
きる。あるいはまた、前述のような約３５０〜５５０″
Ｃでの２〜３時間の析出時効硬化処理を行わず、単に冷
間圧延加工により加工硬化させてもよい。あるいはまた
、素材では上述の析出時効硬化処理を実施せず、電子管
に組み込んで実際に動作させ、電極が３００〜５００°
Ｃの範囲の温度になることを利用して析出硬化させても
よい。

このように構成した電子レンジ用マグネトロンの動作中
の各部の温度は、第３図に示すようになった。同図は、
第２図に示す陽極円筒２２の外周部Ａの温度、陽極ベイ
ン２３の中央部Ｂの温度、外側ストラップリング２４ｂ
の表面部Ｃの温度、内側ストラップリング２４ａの表面
部りの温度にそれぞれ対応している。そして、実線曲線
Ｐは、陽極円筒の外周部Ａの温度が２５０°Ｃである場
合の各部の温度分布をあられしている。また、点線曲線
Ｑは、陽極外周部Ａの温度が３００　’Ｃである場合の
温度分布をあられしている。同図から明らかなように、
各ストラップリングは、およそ４００〜４８０　’Ｃ程
度の中間温度領域で動作している。このような温度で動
作すると、従来一般的に使用されてきた無酸素銅などで
構成されたストラップリングは、いわゆる中間温度脆化
を起し、ストラップリングの亀裂、破断を生じやすい。

そこで、この発明によるマグネトロンと、無酸素銅（１
種１級二０２量３　ＰＰＭ以下）製のストラップリング
を使用した比較量とについて、それぞれ電子レンジに組
込んで強制動作試験を試みた。

その結果を第４図に示す。なおこの強制試験は、電子レ
ンジの加熱オーブン内に入れる被加熱物の世を種々かえ
て、３分ＯＮ、１分ＯＦＦで繰返したものでおる。被加
熱物のはすなわち負荷の大きさによって陽極構体の各部
の温度が変わるので、同図には陽極円筒外面への到達温
度（横軸）と、ストラップリングが破断に至った時間（
縦軸）とをプロットしである。Ｏ印はこの発明の実施例
のものの特性であり、Ｘ印は前述の無酸素銅の場合であ
る。この結果から、従来のものは陽極円筒外周部の温度
が３００’Ｃ１￥度となる動作条件では、約２５０時間
程度でストラップリングが破断してしまうのに対し、こ
の発明のものによれば陽極温度が３２０°Ｃとなる動作
条件でもストラップリングの破断がほとんど生じないこ
とが裏付けられた。なお、実際の電子レンジでは、空炊
きすなわち無負荷状態で動作を継続することはほとんど
なく、清酒−合等を暖めるというような比較的軽負荷の
状態で動作させる使い方でも、陽極円筒外周部の到達温
度はせいぜい２００　’Ｃ程度であり、従来の無酸素銅
によるストラップリングのものでも十分実用になってい
ることはいうまでもない。しかし近来は、マグネトロン
の冷却■構の簡略化がすすみ、マグネトロンの陽極到達
温度が高くなってしまう傾向があり、そのような場合に
とくにこの発明による実際的な効力が重要になってくる
。

この発明によるこのようなすぐれた効果は、ストラップ
リングが単に高硬度化したことによるものではなく、ス
トラップリング、ベイン間に発生する熱歪み応力をスト
ラップリングが適度に吸収しある捏度クッション的に動
く作用を示すためであると考えられる。そして、陽極ベ
インが割れるという現象も起こさず、信頼性の高いマグ
ネトロンが得られた。ざらにまた、ストラップリングの
表面酸化も少なく、高周波損失が劣化するおそれもほと
んどない。

なお、この発明の心電性電極部材は、ジルコニウム（Ｚ
ｒ　）が０．００５乃至０．３重量％の範囲、駿Ｍ　（
０２＞が３０ｐｐｍ以下で、残部が実質的に銅（Ｃｕ）
からなる析出硬化型銅合金であることが必要でおる。す
なわち、ジルコニウム（Ｚｒ　）が０．００５重足％未
満でおると、析出硬化の効能が十分得られず、電子管の
高温動作での熱歪応力に対する強度、耐力が十分得られ
ない。また、それが０．３重旦％を越えると、電極部材
表面部へのジルコニウムの析出が顕著になり、わずかな
電子管内の酸素と結合して表面に酸化ジルコニウム層が
生成されやすくなり、とくに高周波型導度の低下すなわ
ち高周波損失が多くなるので好ましくない。

また、その酸素（０２）が３０ｐｐｍを越えると、例え
ばろう接待の雰囲気である水素（Ｈ２）と反応して水素
鋭化を生じやすい。それば、電子管の動作中の熱応力へ
の耐力が低減するし、同様に結晶粒界クラックの要因が
増加してしまう。

さて、この発明の析出硬化型金属からなる電極部材は、
そのきわめて活性なジルコニウム（Ｚｒ　）が高温動作
中に次第に表面に析出してぎて、わずかながらもジルコ
ニウムの酸化物層を生成しやすい。とくに電子管の電極
部材は、多くの場合他の電極部材や真空容器部材とろう
接される。このろう接工程は、被ろう接部に例えば銀ろ
う祠を配置して水素炉内で高温加熱するのが普通でおる
。とところが、水素炉内にわずかな酸素が残部している
と、ろう材が溶融する以前の温度で電極部（Ａ中のジル
コニウムが母材表面に析出しジルコニウム酸化ＷＪＢを
生成してしまう。このジルコニウム酸化層が表面にでき
ていると、溶融したろう材とのなじみが悪く、ろう接状
態が不完全になってしまう。

そこで、この発明の好ましい１つの実施態様としては、
析出硬化型金属からなる電極部材の被接合面に予めジル
コニウムを含まない金属、例えばろう援用の金属である
銀ろうなどの金属の被膜を所定厚さにめっき等により被
覆しておき、それを利用してろう接することがとくに有
効である。すなわちそれによって、ろう接工程などで母
材表面と被覆金属層との間にジルコニウム酸化層が生成
することがなく、したがって他の部材との良好であんで
いなろう接状態が得られる。前述のマグネトロン陽極構
体の場合は、析出硬化型金属からなる各ストラップリン
グの表面に、予め銀ろうの被膜をめっきにより被覆形成
しておぎ、高温水素炉内を通して陽極ベインとろう接す
る。それにより、ストラップリングの表面にジルコニウ
ム酸化物層が生成されることが抑制でき、陽極ベインと
の安定なろうつ状態が得られる。

また、析出硬化型金属からなる電極部材と他の電極部材
や真空容器金属部材とを圧接により電気的に接合する構
造の場合も、その接合部の析出硬化型金属からなる電極
部材表面に、ジルコニウムを含まない非酸化性の金属被
膜を被着してあくことが望ましい。それにより、安定な
圧接接合状態が得られる。

以上説明した実施例は、前述の構成の析出硬化型銅合金
をストラップリングに適用した場合であるが、それに限
らず、動作中に熱歪応力を受ける導電性電極部材である
例えば出力アンテナリード３１ヤ、陽極ベイン２３、あ
るいは陽極円筒２２にこの素材を用いることができる。

ざらにまた、マグネトロンのほか、送信管、進行波管、
クライストロン、ジャイロトロン、その他の電子管の高
い導電性、熱伝導性および高い高温強度を必要とする電
極部材に広く適用することができる。

［発明の効果］以上説明したようにこの発明によれば、電極部材が電子
管の動作時に経験する中間温度領域でも粒界クラックな
どの発生が少なく、信頼性の高い電子管が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す要部縦断面図、第２図
はその一部拡大図、第３図はその温度特性図、第４図は
この発明と比較例との比較特性図、第５図は一般のマグ
ネトロンの要部横断面図、第６図および第７図はその動
作による変形状態を比較する横断面図である。２２・・・陽極円筒、２３・・・陽極ペイン、２４・・・ストラップリング。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ジルコニウム（Ｚｒ）が０．００５乃至０．３重
量％の範囲、酸素（Ｏ＿２）が３０ｐｐｍ以下、残部が
実質的に銅（Ｃｕ）からなる析出硬化型金属を、導電性
電極部材として使用した電子管。
（２）析出硬化型金属からなる導電性電極部材の表面に
、ジルコニウムを含まない金属薄層が被覆されて他の部
材と接合されてなる特許請求の範囲第１項記載の電子管
。