(57)【要約】【課題】マグネトロンチューブ内のゲッタの剥離を防止するとともに、ゲッタ効果を向上し、長期間に亘って高真空度を保持することができるマグネトロンを提供する。【解決手段】フィラメント１の炭化処理工程の後で、上側エンドハット２の天面に、粒径が１０μｍ以下のガス吸収金属粉末と有機質バインダとを混合したペーストを塗布し、製造工程中におけるマグネトロンチューブの排気処理工程で焼成された粉末金属焼結体からなるゲッタ２０が設けられている。【選択図】  図１
2004281320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のベインを中心軸方向に向かって突設させた陽極筒体と、前記陽極筒体の中心軸上に配置され前記ベインとの間に作用空間を形成する陰極構体とを備え、前記陰極構体は、フィラメントと、前記フィラメントの両端部を支持する上側および下側エンドハットと、前記上側エンドハットに先端部が固着され前記フィラメントに非接触に前記下側エンドハットを貫通するセンターリードと、前記下側エンドハットに先端部が固着されたサイドリードとからなり、前記上側または下側エンドハットの表面の少なくとも一部に、粒径１０μｍ以下のガス吸収金属粉末と有機質バインダとを混合したペーストを塗布し、製造工程中における排気処理工程で焼成された粉末金属焼結体からなるゲッタが設けられたことを特徴とするマグネトロン。
【請求項２】
複数のベインを中心軸方向に向かって突設させた陽極筒体と、前記陽極筒体の中心軸上に配置され前記ベインとの間に作用空間を形成する陰極構体とを備え、前記陰極構体は、フィラメントと、前記フィラメントの両端部を支持する上側および下側エンドハットと、前記上側エンドハットに先端部が固着され前記フィラメントに非接触に前記下側エンドハットを貫通するセンターリードと、前記下側エンドハットに先端部が固着されたサイドリードとからなり、前記センターリードあるいはサイドリードの表面の少なくとも一部に、粒径１０μｍ以下のガス吸収金属粉末と有機質バインダとを混合したペーストを塗布し、製造工程中における排気処理工程で焼成された粉末金属焼結体からなるゲッタが設けられたことを特徴とするマグネトロン。
【請求項３】
複数のベインを中心軸方向に向かって突設させた陽極筒体と、前記陽極筒体の中心軸上に配置され前記ベインとの間に作用空間を形成する陰極構体とを備え、前記陰極構体は、フィラメントと、前記フィラメントの両端部を支持する上側および下側エンドハットと、前記上側エンドハットに先端部が固着され前記フィラメントに非接触に前記下側エンドハットを貫通するセンターリードと、前記下側エンドハットに先端部が固着されたサイドリードとからなり、前記上側または下側エンドハットの表面の少なくとも一部と、前記センターリードあるいはサイドリードの表面の少なくとも一部に粒径１０μｍ以下のガス吸収金属粉末と有機質バインダとを混合したペーストを塗布し、製造工程中における排気処理工程で焼成された粉末金属焼結体からなるゲッタが設けられたことを特徴とするマグネトロン。
【請求項４】
前記ガス吸収金属粉末がチタニウム粉末、ジルコニウム粉末のいずれか、または両者の混合物であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のマグネトロン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子レンジなどのマイクロ波加熱機器等に用いられるマグネトロンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下に、従来のマグネトロンについて図面を用いて説明する。
【０００３】
図５は従来のマグネトロンの一例を示す要部断面図、図６は従来のマグネトロンにおけるゲッタ設置部の拡大断面図である。図において、陰極構体は、トリウムタングステンからなるコイル状のフィラメント１が、上側エンドハット２及び下側エンドハット３と高周波ロウ付けによって固定されており、各々上側エンドハット２はセンターリード４と、下側エンドハット３はサイドリード５とプラズマ溶接などで接続されて構成されている。一般的に、フィラメントの材料にはトリウムタングステンが用いられ、電子放出量を向上するために、炭化水素系ガス中でフィラメントに電流を流して加熱することでフィラメントの表面に炭化層が設けられている。フィラメント１を加熱する電流は、センターリード４、上側エンドハット２、フィラメント１、下側エンドハット３、そしてサイドリード５を流れる。
【０００４】
陽極構体は、陽極筒体６と、陽極筒体６の内壁から中心軸方向へ向かって突設された偶数枚のベイン７により空洞共振器が形成されている。偶数枚のベイン７は外側均圧リング８と内側均圧リング９にて一つおきにそれぞれ接続されている。図において省略しているが、上記の陰極構体と陽極構体を排気管組立などと共に組み上げて真空封止して、マグネトロンチューブが構成されている。マグネトロンチューブの磁極１１，１２の外側には磁石が配置され、磁石からの磁束は磁極１１，１２によって陰極構体と陽極構体との間の作用空間１０に導かれて、軸方向に直流磁界１３を生ずる。陰極構体に負の高電圧を加え、陽極構体との間に直流電界１４を発生させると、フィラメント１から放出された電子は、半径方向の直流電界１４と軸方向の直流磁界１３による直交静電磁界である作用空間１０中においてサイクロイド運動をする。陽極は空洞共振器であるため、固有の共振周波数を有する。やがて作用空間１０内にて電子流は疎な部分と密な部分へと密度が不均一になり、偶数枚のベイン７の極性と同期して回転電子極を形成する。陽極の共振器にこの電子流による誘導電流が発生し、電子のエネルギーは共振器の高周波電力に変換され、陽極に発生した高周波電力はアンテナリード１５から外部へと取り出される。
【０００５】
マグネトロンは動作中、真空封止されているマグネトロンチューブが高温になるため、マグネトロンチューブを構成する金属からガスが生じ、マグネトロンチューブ内の真空度が低下してマグネトロンの発振効率低下や、さらに真空度が低下するとマグネトロンの発振停止に至る要因となっている。この対策として、一般にガスを吸着するゲッタがマグネトロンチューブ内に配置されている。ゲッタ材は主にジルコニウム、チタニウムなどのガス吸収金属が用いられ、ゲッタの設置方法については従来から多くの提案が行われている。例えば、陰極構体の上側エンドハットにガス吸収金属粉末と有機質バインダとを混合したペーストを塗布し、フィラメントの着炭工程で有機質バインダの分解除去を行い、マグネトロンチューブの排気工程中の高真空、高温上昇により粉末金属焼結体に焼成する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、上記方法によれば、着炭工程中にフィラメントから蒸発する物質や、着炭用のガスなどによってゲッタのガス吸収能力が低下する問題を有していた。このような問題に対しては、上記ゲッタペーストの塗布を着炭工程の後に行うことが提案されている（例えば、特許文献２参照）。また、良好なゲッタ作用を得るためにゲッタ層を厚くすると、比較的粒度の細かい粉末が多く集まっている表面の方から焼結して収縮が始まり、粒度の粗い粉末が多く集まっているエンドハット表面との境界面で剥離して浮き上がり、ゲッタの一部が脱落するという現象を生じることがあり、このような現象の対策としてガス吸収金属粉末にニッケルの粉末を混合することが提案されている（例えば、特許文献３参照）。ところが、ガス吸収金属粉末にニッケルの粉末を混合して厚いゲッタ層ができてもゲッタ用金属以外の異物が含まれゲッタ作用が良好になるわけではないため、さらに、エンドハットの表面に形成される焼結後のガス吸収金属焼結体の面積あたりの重量を規定すること（例えば、特許文献４参照）や、長期間にわたって十分なゲッタ作用を得るために陰極構体のリード部分にゲッタを配置すること（例えば、特許文献５参照）などが提案されてきた。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭５７−３６７５２号公報
【特許文献２】
特開平４−３２８２２４号公報
【特許文献３】
特開平４−２８００３９号公報
【特許文献４】
特開平５−１９８２６６号公報
【特許文献５】
特開２０００−３０６５１８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、マグネトロンのフィラメントは、エンドハット、センターリード、サイドリードなどと組み上げて陰極構体を形成した後で、炭化水素系ガス中において、通電加熱して炭化処理をするのが一般的である。このようにしてフィラメントを炭化処理する際に、モリブデンで構成されているエンドハット、センターリード、そしてサイドリードもまた炭化水素系ガス中で高温になるため、それぞれの構成部材の表面に厚さ１０μｍほどのとても脆い炭化層が生じる。この炭化層は部分的に崩壊、欠落し、凹凸が生じる。量産性とコストの問題から、エンドハットは焼結形成にて製造されている。焼結形成後のモリブデン金属結晶粒の大きさによってこの凹凸の形状が決定されることになり、ほとんどの場合は１０〜２０μｍである。
【０００８】
したがって、上記したような様々な提案がなされた従来のマグネトロンにおいても、図６に示されるように、陰極構体を構成する上側エンドハット２（もしくは下側エンドハット３、センターリード４、サイドリード５など）にゲッタを配置する際、ゲッタを構成するガス吸収金属粉末の粗い粒子１６（４０〜５０μｍ）がこの炭化層１７の凹部１８の奥底にまで入り込まず、上側エンドハット２（下側エンドハット３、センターリード４、サイドリード５）の炭化していない素地面１９との接合が不十分となり、脆くなった炭化層１７ごとゲッタが剥離してしまうという現象が生じていた。このような現象に対し、炭化処理の際にゲッタを配置する部位が炭化しないような工夫や、炭化処理後にゲッタを配置する部位の炭化層を除去する手段、除去する工程を設けることも考え得るが、製造設備や製造コストが増大するという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、安価で信頼性の高いかつ長寿命のマグネトロンを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明のマグネトロンは、複数のベインを中心軸方向に向かって突設させた陽極筒体と、前記陽極筒体の中心軸上に配置され前記ベインとの間に作用空間を形成する陰極構体とを備え、前記陰極構体は、フィラメントと、前記フィラメントの両端部を支持する上側および下側エンドハットと、前記上側エンドハットに先端部が固着され前記フィラメントに非接触に前記下側エンドハットを貫通するセンターリードと、前記下側エンドハットに先端部が固着されたサイドリードとからなり、前記上側または下側エンドハットの表面の少なくとも一部に、粒径１０μｍ以下のガス吸収金属粉末と有機質バインダとを混合したペーストを塗布し、製造工程中における排気処理工程で焼成された粉末金属焼結体からなるゲッタが設けられた構成を有している。
【００１１】
また、複数のベインを中心軸方向に向かって突設させた陽極筒体と、前記陽極筒体の中心軸上に配置され前記ベインとの間に作用空間を形成する陰極構体とを備え、前記陰極構体は、フィラメントと、前記フィラメントの両端部を支持する上側および下側エンドハットと、前記上側エンドハットに先端部が固着され前記フィラメントに非接触に前記下側エンドハットを貫通するセンターリードと、前記下側エンドハットに先端部が固着されたサイドリードとからなり、前記センターリードあるいはサイドリードの表面の少なくとも一部に、粒径１０μｍ以下のガス吸収金属粉末と有機質バインダとを混合したペーストを塗布し、製造工程中における排気処理工程で焼成された粉末金属焼結体からなるゲッタが設けられた構成を有している。
【００１２】
この構成により、ガス吸収金属粉末が上側エンドハットまたはセンターリードあるいはサイドリードの表面に生じた炭化層の凹部奥底にまで入り込み、脆く剥離しやすい炭化層を包み込むようにして炭化していない素地面に接触した状態で強固に接合される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のマグネトロンについて図面を用いて説明する。なお、従来と同一の構成要素には同一符号を付し説明を省略する。
【００１４】
図１は本発明の第１の実施形態によるマグネトロンの要部断面図であり、図２は本発明のマグネトロンにおけるゲッタ設置部の拡大断面図、図３は従来のマグネトロンと本発明のマグネトロンにおける排気処理後のマグネトロンチューブ内真空度の比較グラフ、図４は本発明の第２の実施形態によるマグネトロンの要部断面図である。
【００１５】
図において、本発明の第１の実施形態によるマグネトロンは、陰極構体がコイル状のフィラメント１と、上側エンドハット２、下側エンドハット３、センターリード４、及びサイドリード５とで構成されている。また、陽極構体が陽極筒体６と、ベイン７、外側均圧リング８、及び内側均圧リング９とで構成されている。
【００１６】
従来のマグネトロンと異なる構成は、フィラメント１の炭化処理工程の後で、上側エンドハット２の天面に、粒径が１０μｍ以下のガス吸収金属粉末と有機質バインダとを混合したペーストを塗布し、製造工程中におけるマグネトロンチューブの排気処理工程で焼成された粉末金属焼結体からなるゲッタ２０が設けられた点である。
【００１７】
このように構成されたゲッタ設置部は図２に示されるように、上側エンドハット２の表面に形成された炭化層１７に生じた凹部１８の奥底にまでゲッタ２０のガス吸収金属粉末が入り込んで、炭化層１７を包み込むようにして炭化していない素地面１９に強固に接合されている。したがって、従来のように炭化層ごとゲッタが剥離することを防止することができた。
【００１８】
図３に従来のマグネトロンと本発明のマグネトロンにおける排気処理後のマグネトロンチューブ内真空度の比較グラフを示す。同図において、両者の測定条件は、ガス吸収金属粉末にチタニウム粉末を用いて、同じ使用質量とした。Ａはゲッタ材に平均粒径が４０〜５０μｍのチタニウム粉末を用いた従来のマグネトロンにおけるマグネトロンチューブ内の真空度の測定値分布であり、Ｂはゲッタ材に平均粒径１０μｍのチタニウム粉末を用いた本発明のマグネトロンにおけるマグネトロンチューブ内の真空度の測定値分布である。
【００１９】
測定の結果、排気処理後のマグネトロンチューブ内の真空度は本発明のマグネトロンの方が優れていた。同じ質量であれば粒径の小さい方が表面積が大きい。このことがゲッタ効果を高めた原因である。
【００２０】
次に、本発明の第２の実施形態によるマグネトロンは、図４に示されるように、陰極構体がコイル状のフィラメント１と、上側エンドハット２、下側エンドハット３、センターリード４、及びサイドリード５とで構成されている。また、陽極構体が陽極筒体６と、ベイン７、外側均圧リング８、及び内側均圧リング９とで構成されている。
【００２１】
第１の実施形態と異なる構成は、フィラメント１の炭化処理工程の後で、センターリード４及びサイドリード５の表面の一部に粒径が１０μｍ以下のガス吸収金属粉末と有機質バインダとを混合したペーストを塗布し、製造工程中におけるマグネトロンチューブの排気処理工程で焼成された粉末金属焼結体からなるゲッタ２０が設けられた点である。
【００２２】
このように構成することにより、ゲッタを上側エンドハットの天面に設置する第１の実施形態よりも広範囲にかつ大量のゲッタ材を設けることができる。そのため、ガス吸収性能をより向上することができた。
【００２３】
なお、上記の実施形態の説明では、ゲッタを上側エンドハットの天面にのみ設けたものと、センターリード及びサイドリードの表面の一部に設けたものについて説明したが、ゲッタを設ける部位はそれらに限定されるものではなく、ゲッタがガス吸収機能を発揮するために必要な温度に上昇するフィラメントの近傍部位であればよく、また、それらの部位を組み合わせることで、より大量のゲッタ材を設けることが可能である。
【００２４】
さらに、上記の実施形態では、ガス吸収金属粉末にチタニウム粉末を用いたが、チタニウム粉末またはジルコニウム粉末のいずれか、または両者の混合物を採用することができる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明のマグネトロンは、前述のようにエンドハット、センターリード、そしてサイドリードの表面に形成された炭化層の凹部の奥底にまでガス吸収金属粉末が入り込むので、ゲッタのガス吸収金属粉末が炭化層を包み込むようにして炭化していない素地面に強固に接合されるため、ゲッタの剥離が生じなくなる。
【００２６】
また、ゲッタに粒径の小さいガス吸収金属粉末を用いるので、粒径の大きい従来品よりも同じ質量のガス吸収金属粉末を用いた場合でも表面積が大きくなった分、ゲッタ効果が向上しチューブ内の真空度が良くなる。ひいては、長期間に亘って高真空度を保持することが可能となり、マグネトロン長寿命化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態によるマグネトロンの要部断面図
【図２】本発明のマグネトロンにおけるゲッタ設置部の拡大断面図
【図３】従来のマグネトロンと本発明のマグネトロンにおける排気処理後のマグネトロンチューブ内真空度の比較グラフ
【図４】本発明の第２の実施形態によるマグネトロンの要部断面図
【図５】従来のマグネトロンの要部断面図
【図６】従来のマグネトロンにおけるゲッタ設置部の拡大断面図
【符号の説明】
１  フィラメント
２  上側エンドハット
３  下側エンドハット
４  センターリード
５  サイドリード
６  陽極筒体
７  ベイン
１７  炭化層
１８  凹部
１９  素地面
２０  ゲッタ
Ａ  従来のマグネトロンにおけるマグネトロンチューブ内の真空度の測定値分布
Ｂ  本発明のマグネトロンにおけるマグネトロンチューブ内の真空度の測定値分布
【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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【図６】
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