(57)【要約】    【課題】  マグネトロンの給電装置において、バックヒ−ティングの多少にかかわらず、フィラメントの過加熱によるマグネトロンの故障を防ぎ、かつ、マグネトロンの寿命の延命を計ること。    【解決手段】  マグネトロン１２の出力を設定するマグネトロン制御回路１１と、この制御回路１１によって制御される陽極電圧回路１３とフィラメント電圧回路１４とを有し、さらに、フィラメントの電圧測定回路１５とその電流測定回路１６と、それら測定回路１５、１６の測定電圧信号ＳＶと電流測定信号ＳＩとから計算するフィラメント抵抗計算回路１７とを備え、マグネトロン制御回路１１がフィラメント抵抗計算回路１７から送られる抵抗値信号ＳＲに応じてフィラメント電圧回路１４を制御し、フィラメント抵抗を所定値に一定化させ、フィラメントの過加熱を防止する構成となっている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネトロンの給電装置において、
マグネトロンのフィラメント電圧とフィラメント電流とを測定し、それら電圧及び電流からフィラメントの抵抗値を求める抵抗値検出手段と、
その抵抗値に応じてフィラメント電圧及び／又は電流を制御しフィラメント抵抗を一定化させる制御手段とを備えたことを特徴とするマグネトロンの給電装置。
【請求項２】
請求項１に記載した給電装置において、
フィラメント抵抗が、予め定めた範囲外に変化したとき、前記制御手段が表示手段を表示動作させることを特徴とするマグネトロンの給電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィラメントの加熱上昇を抑えてマグネトロンの延命を計るようにした給電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波応用装置のマイクロ波発振源としてマグネトロンが利用されている。
広く知られているように、マグネトロンは、直交電磁界形の一種の熱陰極２極管である。
【０００３】
具体的には、陰極であるフィラメントを熱して電子を放出させ、この電子が空洞共振部となっている陽極に向かって進む間に磁界の力によって回転力を受け、空洞共振部に電子の共振現象が起こり、この電子の共振現象によって生ずるエネルギ−がマイクロ波電力として出力する。
【０００４】
図３は、上記したマグネトロンの給電装置を示す回路ブロック図である。
マグネトロン制御回路１１は、入力信号Ｓ１にしたがってマグネトロン１２の出力（パワ−レベル）を設定するもので、設定した出力にしたがって陽極電圧回路１３とフィラメント電圧回路１４を制御する。
【０００５】
陽極電圧回路１３は、マグネトロン１２の出力にしたがって陽極と陰極との間に高電圧（例えば、３ｋＶ〜８ｋＶ）の直流電圧を印加する。
フィラメント電圧回路１４は、フィラメントの電源回路で、例えば、６Ｖの直流電圧をフィラメントに印加する。
なお、フィラメント電圧回路１４は、マグネトロン１２が発振始動後にフィラメント電圧を降下するように制御される。この点については後述する。
【０００６】
マグネトロン１２は、上記の給電装置によって給電されて発振し、マイクロ波電力を出力するが、フィラメントに加える電力の他に、発振したエネルギ−によってもフィラメントが暖められ、フィラメントの電子放出がより起きやすくなる。
また、フイラメントが余分に暖められると、フイラメント寿命が短くなる。
【０００７】
このことから、マグネトロンの仕様書には、陽極電流とフィラメント電圧の関係表が示されており、陽極電流に応じてフィラメントに印加する電圧を下げ、陽極電流に関わらず常に一定の電子量を放出させるようになっている。
なお、一般的に発振出力は陽極電流に比例する。
【０００８】
図４は、陽極電流とフィラメント電圧との推奨特性Ａ１を示す図である。
マグネトロンを発振動作させる給電装置は、この陽極電流に対してフィラメント電圧をこの推奨特性Ａ１にしたがうように制御する。
【０００９】
具体的には、図５に示すように、推奨特性Ａ２と平均陽極電流とによってフィラメント電圧を定めるように制御する。
なお、発振出力はほぼ平均陽極電流に等しいので、推奨特性Ａ２≒Ａ１となる。
【００１０】
つまり、フィラメントをＶＦ１の電圧で給電して発振開始させ、平均陽極電流がＩＰとなったとき、フィラメント電圧を△ＶＦだけ下げ、ＶＦ２のフィラメント電圧で発振動作を継続させる。
なお、マグネトロン制御回路１１が平均陽極電流を演算してフィラメント電圧回路１３を制御し、フィラメント電圧を△ＶＦだけ降下させる。
【００１１】
この制御によって、マグネトロンが一定のフィラメント電圧（推奨フィラメント電圧）ＶＦ２によって給電されて発振を継続するから、フィラメントの過剰な加熱によるマグネトロンの破壊を防止し、マグネトロン寿命の長期化を計ることができる。
【００１２】
【特許文献１】特開平９−３２０４８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記したように従来の給電装置は、運転中にフィラメント電圧を下げフィラメントの過加熱を防止しているが、しかし、マイクロ波電力の反射波によるバックヒ−ティング（陰極逆加熱現象）によってフィラメントが過加熱されることがある。
【００１４】
すなわち、マグネトロンをマイクロ波発振源とするマイクロ波応用装置の代表的なものとしてマイクロ波加熱装置があるが、このような加熱装置は、被加熱物の種類、品質などによってマイクロ波電力の反射波が多くなることがあり、この反射波がマグネトロンに戻り、上記したバックヒ−ティングによる過加熱が発生する。
【００１５】
したがって、マグネトロンが、この過加熱によってフイラメント寿命が短くなり、フィラメントにサグなどが生じて故障したり、また、フィラメント表面からの電子放出量が徐々に減少し、正常発振を維持できなくなった時点で寿命となってしまう。
【００１６】
しかし、反射波によって生ずるバックヒ−ティングの過加熱については検出することができないため、このバックヒ−ティングによるマグネトロンの故障や寿命の短命を事前予測することが難しい。
【００１７】
したがって、マグネトロンを寿命前に交換することになり、ランニングコストが高くなる。
また、加熱中にマグネトロンが突然に停止することが許されないような加熱装置では、寿命を迎える前にある一定時間使用したマグネトロンを全て交換することが行なわれるために、マグネトロンの経済的な損失となっている。
【００１８】
本発明は、上記した実情にかんがみ、マイクロ波電力の反射波によって生ずるフィラメントのバックヒ−ティングを防止し、マグネトロンの故障を防ぎ、かつ、寿命の延命を計ることができる給電装置を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記した目的を達成するため、本発明では、第１の発明として、マグネトロンの給電装置において、マグネトロンのフィラメント電圧とフィラメント電流とを測定し、それら電圧及び電流からフィラメントの抵抗値を求める抵抗値検出手段と、その抵抗値に応じてフィラメント電圧及び／又は電流を制御しフィラメント抵抗を一定化させる制御手段とを備えたことを特徴とするマグネトロンの給電装置を提案する。
【００２０】
第２の発明としては、第１の発明の給電装置において、フィラメント抵抗が、予め定めた範囲外に変化したとき、前記制御手段が表示手段を表示動作させることを特徴とするマグネトロンの給電装置を提案する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の給電装置は、抵抗値検出手段が、フィラメント電圧とフィラメント電流とより、フィラメントの抵抗値を算出する。
そして、制御手段が、その抵抗値に応じてフィラメント電圧又は電流、或いは、電力を制御してフィラメント抵抗を一定化させる。
【００２２】
具体的には、検出されたフィラメントの抵抗値が大きいときは、フィラメント電圧を降下制御し、この逆に検出されたフィラメントの抵抗値が小さいときは、フィラメント電圧を上昇制御し、フィラメント抵抗を一定化させる。
【００２３】
マグネトロンのフィラメントは、一般的にトリュ−ムタングステンを用いるから、そのフィラメント抵抗は、フィラメント温度に依存し、フィラメント温度が増加すれば、フィラメント抵抗も増える。
このことから、フィラメント抵抗値の増加に応じてフィラメント電圧を下げ、その抵抗値を過剰温度とならないように一定化させることにより、フィラメントの過加熱を防止することができ、マグネトロン寿命を延ばすことができる。
【００２４】
なお、フィラメント電圧制御に換え、フィラメント抵抗値の増加に応じてフィラメント電流、或いは、フィラメント電力（電圧と電流）を下げるように制御してもよい。
【００２５】
また、フィラメントの抵抗変化範囲を予め定め、フィラメント抵抗値がその範囲外となったとき、その抵抗変化を検出して表示命令する抵抗変化検出手段を制御手段に備え、上記表示命令によって表示手段を表示動作させることができる。
【００２６】
この表示手段は、上記したフィラメントの電圧、電流又は電力制御にもかかわらず、フィラメント抵抗が増加する場合に、マグネトロンの寿命が近いことを事前に表示する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
次に、本発明の一実施形態について図面に沿って説明する。
図１は、一実施形態として示した給電装置の回路ブロック図である。
【００２８】
図示する如く、この給電装置は、フィラメント電圧の電圧測定回路１５、フィラメント電流の電流測定回路１６、フィラメント抵抗計算回路１７が備えてある。
その他は、図４に示す従来の給電装置と同様の構成であるので、同一回路及び部品については同符号を付してそれらの説明は省略する。
【００２９】
この給電装置は、フィラメント電圧回路１４からマグネトロン１２に印加されるフィラメント電圧が電圧測定回路１５によって測定され、その電圧測定信号ＳＶがフィラメント抵抗計算回路１７に送られる。
【００３０】
また、フィラメント電圧回路１４から給電されるフィラメント電流が電流測定回路１６によって測定され、その電流測定信号ＳＩがフィラメント抵抗計算回路１７に送られる。
【００３１】
フィラメント抵抗計算回路１７は、入力した電圧測定信号ＳＶと電流測定信号ＳＩとの信号値に基づいて抵抗値を計算し、その計算結果をフィラメントの抵抗値信号ＳＲとしてマグネトロン制御回路１１に送る。
【００３２】
マグネトロン制御回路１１は、入力した抵抗値信号ＳＲの計算抵抗値と推奨抵抗値とを比較し、計算抵抗値が推奨抵抗値より大きいときは、フィラメント電圧を下げるようにフィラメント電圧回路１４を制御する。
この逆に、計算抵抗値が奨励抵抗値に比べて小さいときは、フィラメント電圧を上げるようにフィラメント電圧回路１４を制御する。
【００３３】
フィラメントの上記の電圧制御によってフィラメント抵抗を推奨抵抗値に合せて一定化させることができ、フィラメントの過加熱を防止することができる。
この結果、マグネトロン１２の寿命を延ばすことができる。
【００３４】
なお、推奨抵抗値は、マイクロ波発振出力が”０”（陽極電流が”０”）のときに推奨フイラメント電圧を印加したときのフィラメントの抵抗値であり、この推奨抵抗値についてはマグネトロン制御回路１１のメモリに予め記憶させておく。
なお、フィラメント抵抗計算回路１７はＲ＝Ｖ／Ｉの計算をするものにかぎらず、ＶとＩのマップからフィラメント抵抗を求めるようにしてもよい。
【００３５】
図２は、マグネトロン制御回路１１によって行なうフィラメント電圧の具体的な制御例を示す説明図である。
この図において、特性直線Ｂ１は、図４に示す推奨特性Ａ１にしたがってマグネトロン１２を動作させたときのフィラメント抵抗比とフィラメント電圧比との関係を示し、特性直線Ｂ２は、バックヒ−ティングなどによってフィラメント加熱が高くなったときのフィラメント抵抗比とフィラメント電圧比との関係を示している。
【００３６】
なお、フィラメント抵抗比は、図４に示す推奨特性Ａ１によって定まる推奨抵抗値を”１”として計算抵抗値との比を求めたもの、フィラメント電圧比は、同様にして図４に示す推奨特性Ａ１のフィラメント電圧を”１”として実際に印加するフィラメント電圧との比を求めたものである。
【００３７】
図示するように、推奨特性Ａ１にしたがうフィラメント電圧（１．０００相当）で給電していても、フィラメントがバックヒ−ティングによって温度上昇すると、特性直線Ｂ２のように変るため、フィラメント抵抗が増加（１．０５０に相当）するため、このままでは、フィラメントが過加熱となる。
【００３８】
したがって、この場合には、計算抵抗値（１．０５０に相当）と推奨抵抗値（１．０００に相当）とを比較し、それらの抵抗差分△Ｒにしたがってフィラメント電圧を下げるように制御する。
図示する例示では、フィラメント電圧を１０％下げると、フィラメント抵抗が推奨抵抗値となり、バックヒ−ティングによるフィラメントの過加熱が解消される。
【００３９】
このように、本実施形態の給電装置によれば、バックヒ−ティングによるフィラメントの温度上昇分に合せてフィラメント電圧を降下制御するので、バックヒ−ティングの多少にかかわらず、フィラメント温度を推奨特性に維持することができる。
なお、フィラメント電圧の降下制御によってフィラメント抵抗が推奨抵抗値より小さくなりすぎることがあるが、この場合には、そのフィラメント抵抗値にしたがってフィラメント電圧の上昇制御が行なわれる。
【００４０】
この結果、マグネトロン１２がフィラメントの過加熱によって破壊することがなく、その上、フィラメントの過剰な電子放出を抑制してマグネトロンの寿命を延ばすことができる。
【００４１】
一方、上記した給電装置は、フィラメントにサグができたり、電子放出量が少なくなったときなどには、フィラメント電圧の制御による温度上昇の抑制が困難になる。
このような状態では、図２に示す特性直線Ｂ２の立ち上がりが大きくなるため、フィラメント電圧による制御が限界となる。
【００４２】
したがって、本実施形態のマグネトロン制御回路には、推奨抵抗値（１．０００に相当）を含む所定の範囲の抵抗変化範囲が設定してある。
そして、フィラメント温度がフィラメント電圧制御回路の限界によって上昇し、上記の抵抗変化範囲外となるときには、マグネトロン制御回路１１が表示器１８を動作させ、マグネトロンの故障、或いは、寿命が間近となっていることを表示する。
なお、表示器１８は、警報ランプ、ブザ−などの表示器によって構成する。
【００４３】
このように構成することにより、マグネトロンの故障や寿命を事前に知ることができるので、マグネトロンの突然の停止が許されない場合であっても、マグネトロンを有効に使用した後に交換することができる。
【００４４】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、フィラメントの電圧制御の他に、電流制御、或いは、電圧と電流を同時に変える電力制御によっても同様にフィラメントの過加熱を防止することができる。
【００４５】
また、フィラメント抵抗は、マグネトロンの製造のバラツキ、ロットのバラツキなどによって異なるから、一律に抵抗制御することは好ましくないから、マグネトロンの取付け時の常温状態で抵抗値補正することが望ましい。
さらに、本発明の給電装置によれば、マグネトロンが反射波によるバックヒ−ティングの影響を受けないので、必ずしもアイソレ−タを備えなくともよい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
マイクロ波加熱装置、マイクロ波を利用したプラズマ発生装置、マイクロ波を利用した殺菌装置などマイクロ波電力源としてマグネトロンを備える各装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施形態として示したマグネトロンの給電装置の電気ブロック図である。
【図２】上記給電装置によるフィラメント電圧の具体的な制御動作を説明するための図である。
【図３】従来例として示したマグネトロンの給電装置の電気ブロック図である。
【図４】マグネトロンの推奨特性図である。
【図５】推奨特性にしたがうマグネトロンの動作を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
１１  マグネトロン制御回路
１２  マグネトロン
１３  陽極電圧回路
１４  フィラメント電圧回路
１５  電圧測定回路
１６  電流測定回路
１７  フィラメント抵抗計算回路
１８  表示器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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