(57)【要約】【課題】  マグネトロン用陰極本体とこのマグネトロン用陰極本体を支持する陰極リードとの溶接強度を一様に向上させることができるマグネトロン用陰極の構造、あるいはマグネトロン用陰極本体と陰極リードとの溶接強度を一様に向上させることのできる製造方法を提供すること。【解決手段】  マグネトロン用陰極本体と、このマグネトロン用陰極本体を支持する陰極リードとを備えるマグネトロン用陰極部において、前記マグネトロン用陰極本体に凸部が形成されており、その凸部に前記陰極リードの先端部分が突き合わされ、この突き合わされた面で抵抗溶接されていることを特徴とするマグネトロン用陰極部。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネトロン用陰極本体と、該マグネトロン用陰極本体を支持する陰極リードとを備えるマグネトロン用陰極部において、
前記マグネトロン用陰極本体に形成されている凸部と、
該凸部に前記陰極リードの先端部分が突き合わされ、この突き合わされた面で抵抗溶接されている溶接部分と、
を有することを特徴とするマグネトロン用陰極部。
【請求項２】
請求項１において、
前記凸部は、特定の幅Ｗを有する連続する円環状のプロジェクション、又は仮想円上に断続的に存在する特定の幅Ｗを有するプロジェクションであり、前記凸部の幅Ｗは、前記陰極リードの直径Ｄの１．３倍以下で、かつＤ／２よりも大きいことを特徴とするマグネトロン用陰極部。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記陰極リードは、前記マグネトロン用陰極本体に突き合わされる先端部分の直径が他の部分の直径よりも大きくなっていることを特徴とするマグネトロン用陰極部。
【請求項４】
マグネトロン用陰極本体に陰極リードの先端面を突き合わせ、これらマグネトロン用陰極本体と陰極リードとの間に加圧力をかけた状態で溶接電流を流し、前記マグネトロン用陰極本体に前記陰極リードを固定するマグネトロン用陰極部の製造方法において、
前記マグネトロン用陰極本体に凸部を形成する段階と、
該凸部に前記陰極リードの先端部分を突き合わせ、所定の傾斜で増大する第１の加圧力と該第１の加圧力に比べて急激に増大する第２の加圧力とを重畳してなる加圧力を前記マグネトロン用陰極本体と前記陰極リードとの間にかける段階と、
前記第１の加圧力が所定の傾斜で増大しているときに前記溶接電流を流す段階と、
を有することを特徴とするマグネトロン用陰極部の製造方法。
【請求項５】
請求項４において、
溶接前に、前記突き合わせ面を機械的研磨又は化学的清浄することを特徴とするマグネトロン用陰極部の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子レンジなどに用いられるマグネトロン用陰極部、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マグネトロン装置が電子レンジやマイクロ波通信装置などに広く使用されていることは知られている。図示しないが、そのマグネトロン装置は陰極部とこの陰極部を取り巻くように配置された陽極部とを装備しており、それらの間に高電圧を印加してマイクロ波を発生する。
【０００３】
前記陰極部の製造方法としては、マグネトロン用陰極本体であるエンドハットに、陰極リードの先端面を突き合わせ、加圧した状態で溶接電流を流し、抵抗溶接する方法が知られている。そして、単にエンドハットに陰極リードの先端面を突き合わせるだけでは、所望の溶接結果が得られず、歩留まりが低くなるので、歩留まりを低下させないために、陰極リードの先端部分を先細り化させ、その先細り化させた先端面をエンドハットに突き合わせて抵抗溶接する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。エンドハットに溝状凹部を設け、その凹部に陰極リードの先端部分を突き合わせて溶接する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。ここで、エンドハットと陰極リードとはモリブデン材料からなる場合が多く、モリブデンは金属としては比較的抵抗が大きいために、下記のような問題がある。
【特許文献１】特開２０００−２６３２３９号公報
【特許文献２】特開２０００−１７３４８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１による溶接方法の場合には、エンドハットの平面に陰極リードの先細り化させた先端面を突き合わせており、エンドハットは陰極リードに比べて断面積大きく、電流密度が小さくなるために発熱はそれほど大きくなく、また、放熱は比較的良好である。その点、陰極リードの径は小さく、その断面積は小さいので、発熱は大きく、また放熱はあまり良くない。このことによってエンドハットと陰極リードとの突き合わせ面でのヒートバランス（熱均衡）が悪くなり、エンドハットの突き合わせ箇所は溶融せず、陰極リードの先端部分が軟化ないしは溶融することによって、溶接が行われることになる。
【０００５】
しかし一般に、抵抗溶接では、双方の被溶接部材が突き合わせ面で溶融し、溶融した材料が混じり合ってナゲットを形成するのが、十分な溶接強度を得る面からは好ましい。したがって、特許文献１による溶接方法では、本発明者が希望する一様なレベルの溶接強度を得ることはできない。
【０００６】
特許文献２による溶接方法の場合には、エンドハットと陰極リードとの突き合わせ面には、溝状凹部を有しているものの、陰極リードの先端面はエンドハットそのものの平坦面に接触しているので、やはり特許文献１の方法の場合と同様なことが言え、エンドハットは熱伝導による放熱が大きく、その点、陰極リードの径は小さく、放熱は低いので、ヒートバランスが悪くなる。したがって、特許文献２による溶接方法でも、本発明者が希望するレベルの一様な溶接強度を得ることはできない。
【０００７】
特に、陰極リードとなるモリブデンは高価なので、近年においては装置のコストダウンの関係から、陰極リードの径を小さくし、細くする傾向がある（例えば、１．５φ→１．３φ→１．０φ→０．８φ）。陰極リードの直径が１．５ｍｍから１．３ｍｍ、１．０ｍｍ、０．８ｍｍと細くなるにつれて、陰極リードの断面積は小さくなり、放熱が悪くなるので、エンドハットと陰極リードとの突き合わせ面におけるヒートバランスがますます悪くなり、抵抗溶接は難しくなる。
【０００８】
したがって、本発明はエンドハットと陰極リードとの突き合わせ面における熱バランスを改善し、エンドハットと陰極リードとの突き合わせ面における溶接強度を一様に向上させることを主目的としている
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、上記問題を解決するために、マグネトロン用陰極本体と、該マグネトロン用陰極本体を支持する陰極リードとを備えるマグネトロン用陰極部において、前記マグネトロン用陰極本体に形成されている凸部と、その凸部に前記陰極リードの先端部分が突き合わされ、この突き合わされた面で抵抗溶接されている溶接部分とを有することを特徴とするマグネトロン用陰極部を提供するものである。
【００１０】
請求項１の発明によれば、エンドハットと小径の陰極リードとの突き合わせ面における溶接強度が向上したマグネトロン用陰極部を得ることができる。
【００１１】
請求項２の発明は、上記問題を解決するために、請求項１において、前記凸部は特定の幅Ｗを有する連続する円環状のプロジェクション、又は仮想円上に断続的に存在する特定の幅Ｗを有するプロジェクションであり、前記凸部の幅Ｗは前記陰極リードの直径Ｄの１．３倍以下で、かつＤ／２よりも大きいことを特徴とするマグネトロン用陰極部を提供するものである。
【００１２】
請求項２の発明によれば、エンドハットと小径の陰極リードとの突き合わせ面における溶接強度が一様に向上したマグネトロン用陰極部を得ることができる。
【００１３】
請求項３の発明は、上記問題を解決するために、請求項１又は請求項２において、前記陰極リードは、前記マグネトロン用陰極本体に突き合わされる先端部分の直径が他の部分の直径よりも大きくなっていることを特徴とするマグネトロン用陰極部を提供するものである。
【００１４】
請求項３のマグネトロン用陰極部によれば、陰極リードの材料を節約できるのにもかかわらず、径の大きな陰極リードと同様な溶接方法で溶接が可能で、同程度の溶接強度を得ることができる。
【００１５】
請求項４の発明は、上記問題を解決するために、マグネトロン用陰極本体に陰極リードの先端面を突き合わせ、これらマグネトロン用陰極本体と陰極リードとの間に加圧力をかけた状態で溶接電流を流し、前記マグネトロン用陰極本体に前記陰極リードを固定するマグネトロン用陰極部の製造方法において、前記マグネトロン用陰極本体に凸部を形成する段階と、前記凸部に前記陰極リードの先端部分を突き合わせ、所定の傾斜で増大する第１の加圧力と該第１の加圧力に比べて急激に増大する第２の加圧力とを重畳してなる加圧力を前記マグネトロン用陰極本体と前記陰極リードとの間にかける段階と、前記第１の加圧力が所定の傾斜で増大しているときに前記溶接電流を流す段階とを有することを特徴とするマグネトロン用陰極部の製造方法を提供するものである。
【００１６】
請求項４のマグネトロン用陰極部の製造方法によれば、溶接強度の向上したマグネトロン用陰極部を得ることができる。
【００１７】
請求項５の発明は、上記問題を解決するために、請求項４において、溶接前に、前記突き合わせ面を予め機械的研磨又は化学的清浄することを特徴とするマグネトロン用陰極部の製造方法を提供するものである。
【００１８】
請求項５のマグネトロン用陰極部の製造方法によれば、良好な溶接を行うことができ、溶接品質を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、マグネトロン用陰極本体と該マグネトロン用陰極本体を支持する陰極リードとの溶接強度を一様に向上させることができるマグネトロン用陰極の構造、あるいはマグネトロン用陰極本体と陰極リードとの溶接強度を一様に向上させることのできる製造方法を提供するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
先ず、本発明を実施するための最良の形態を示す実施例１について説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１（Ａ）はマグネトロン部品のマグネトロン用陰極本体であるエンドハット１の断面図、図１（Ｂ）は凸部３の形成されたエンドハット１の一方の面を示す図である。図２（Ａ）はエンドハット１の凸部３に、直径が１．３ｍｍ又は１ｍｍ以下の陰極リード１０を突き合わせた図面、図２（Ｂ）はエンドハット１に陰極リード１０を溶接した図面を示す。
【００２２】
これら図から分かるように、エンドハット１の平坦面２には円環状の凸部３が形成されている。凸部３の断面形状は、図示のように角型、あるいは図示しないが、台形、３角形状、円弧形状などのいずれでもよい。凸部３は、凸部３となる領域を除いてエンドハット１の平坦面２になる部分を０．１〜１ｍｍ程度の厚みを切削することによって、０．１〜１ｍｍ程度の高さ（Ｈ）に形成される。その付け根の部分では凸部３の幅（Ｗ）は陰極リード１０の直径（Ｄ）の１．３倍から０．５倍の範囲にあることが好ましい。
【００２３】
この凸部３は、エンドハット１と陰極リード１０との間のヒートバランスを改善するように働く。つまり、凸部３はエンドハット１の平坦面２から突出しており、直径も前述のように小さいので、エンドハット１本体に比べて体積がはるかに小さく、一端がエンドハット１本体に接続された構造となっているので、放熱もさほど良くない。一方、陰極リード１０は、直径が１ｍｍ前後、あるいはそれよりも小さいので、もともと放熱は良くない。したがって、エンドハット１本体と陰極リード１０との間に凸部３が介在することによって、エンドハット１の凸部３と陰極リード１０との発熱量、放熱量の差が小さくなり、従来に比べて双方のヒートバランスが大幅に改善される。
【００２４】
溶接時に、溶接電流の通流によってエンドハット１の凸部３と陰極リード１０との間に発生する熱は、双方のヒートバランスの均衡化によって、それらの突き合わせ面の双方の金属材料を比較的均等に軟化、溶融させ、このことが溶接強度を向上させる。
【００２５】
凸部３の幅（Ｗ）と陰極リード１０の直径（Ｄ）と凸部３の高さ（Ｈ）とを種々組み合わせた溶接実験結果によると、凸部３の高さ（Ｈ）が０．１〜１ｍｍ程度で、凸部３の幅（Ｗ）が陰極リード１０の直径（Ｄ）の１．３倍よりも大きな場合には、凸部３の一部分が軟化せずに溶接に寄与しないことがある。また、凸部３の幅（Ｗ）が陰極リード１０の直径（Ｄ）の０．５倍よりも小さい場合には、陰極リード１０の先端面の一部分の溶接強度が低くなることがある。凸部３の高さ（Ｈ）が０．１〜１ｍｍ程度で、凸部３の幅（Ｗ）は陰極リード１０の直径（Ｄ）の１．３倍から０．５倍の範囲にある場合には、エンドハット１と陰極リード１０との突き合わせ面の全面で比較的溶接強度が高くなり、本発明者が望む一様なレベルの溶接強度が得られる。
【００２６】
なお、以上述べた実施例では、凸部３は円環状のものとして述べた。凸部３が円環状のものの場合には、陰極リード１０を凸部３の任意の箇所に突き合わせることができるので、突き合わせが容易であるが、必ずしも円環状でなくとも良い。例えば、所定径の仮想円上に凸部が断続的に存在するか、あるいは仮想円に従って散在する複数の凸部からなってもよい。
【００２７】
なお、マグネトロン用陰極本体であるエンドハット１の凸部３と陰極リード１０とを突き合わせる前に、エンドハット１と陰極リード１０の突き合わせ面を機械的に研磨するか、希硫酸のような弱酸性溶液などで洗浄して、それらの表面に形成された酸化膜を除去するのが好ましい。
【実施例２】
【００２８】
次に、陰極リード１０の径が小さい場合（例えば、直径が１．３ｍｍ以下）でも、前述のような一様に溶接強度の高い溶接結果が得られる溶接方法について説明する。図３は、一般的な回路構成のコンデンサ蓄勢式抵抗溶接回路の概要を示し、図４は上下の溶接電極、及びそれら溶接電極に支持されたエンドハット１と陰極リード１０とを示す。
【００２９】
図３において、入力端子３１、３２の交流電力は全波整流回路３３によって直流に変換され、エネルギー蓄積用電解コンデンサ３４を充電する。エネルギー蓄積用電解コンデンサ３４に蓄えられた電荷は、サイリスタのような半導体スイッチからなる放電開始用スイッチ３５を閉じることによって、溶接トランス３６の１次巻線３７を通して短時間で放出される。これに伴い、１又は２ターン程度の巻数の２次巻線３８から大きな急峻な溶接電流が上部溶接電極４０、陰極リード１０、エンドハット１、下部溶接電極５０を通して流れ、溶接が行われる。
【００３０】
この溶接を行う前に、溶接トランス３６の２次巻線３８の一方の端子Ｔ１に接続されている上部溶接電極４０が、陰極リード１０の先端部分を３〜５ｍｍ程度露出した状態で陰極リード１０を把持する。上部溶接電極４０は、一般に知られているコレットチャック機構(図示せず)になっており、先端部分が三つ割又は二つ割構造のものであって、拡縮動作ができ、拡径中の上部溶接電極４０内に陰極リード１０を入れ、縮径動作を行うことによって陰極リード１０を把持する。
【００３１】
他方、溶接トランス３６の２次巻線３８の一方の端子Ｔ２に接続されている下部溶接電極５０は、上面を図示矢印方向にスライドする３個のスライダ５１、５２（１個は不図示）を備え、これら３個のスライダは１２０度間隔で配置されており、放射内外方向に一定速度でスライドする。３個のスライダが放射外方向にスライドした拡径状態で、それらの間の下部溶接電極５０上にエンドハット１が載置され、３個のスライダが放射内方向にスライドして縮径することによって、エンドハット１を把持して位置決めすると共に、溶接中にエンドハット１をその位置に保持する。下部溶接電極５０も一般的なコレットチャック機構になっていても勿論良い。
【００３２】
陰極リード１０が上部溶接電極４０に把持され、エンドハット１が下部溶接電極５０に位置決めされて把持されている状態で、上部溶接電極４０を降下、又は下部溶接電極５０を上昇させることによって、エンドハット１の凸部３と陰極リード１０の先端面とが突き合わされる。
【００３３】
しかる後に、スプリング機構を備える第１の加圧手段６０を働かせて、図５（ｄ）に示すように、時刻ｔ１に所定の傾斜で増大してほぼ一定値に達する第１の加圧力Ｐ１を上部溶接電極４０に加え、エンドハット１と陰極リード１０との間に第１の加圧力Ｐ１を与える。
【００３４】
時刻ｔ１の直後の時刻ｔ２で、エアシリンダ装置のような第２の加圧手段７０を働かせて、第１の加圧力Ｐ１に比べて急激に増大する第２の加圧力Ｐ２（図５（ｃ））を上部溶接電極４０に加え、図５（ｂ）に示すように、エンドハット１と陰極リード１０との間に第１の加圧力Ｐ１に第２の加圧力Ｐ２を重畳した加圧力（Ｐ１＋Ｐ２）を与える。
【００３５】
次に、図５（ａ）に示すように、時刻ｔ３で放電信号を図３の放電スイッチ３５に与えてこれを閉じ、エネルギー蓄積用電解コンデンサ３４に充電された電荷を溶接トランス３６の巻線を通して急激に放電する。これに伴い、図５に示すように急峻に増大して、急激に減少する溶接電流ｉをエンドハット１と陰極リード１０との間に流す。この電流の通流時間は、数ミリ秒から３０ミリ秒程度と短い。
【００３６】
ここで重要なのは、遅くとも第１の加圧力Ｐ１がほぼ一定値に達しない時刻、つまり第１の加圧力Ｐ１が増大している時刻ｔ３に溶接電流ｉを流すことである。エンドハット１と陰極リード１０との間に溶接電流ｉが流れ、それらの突き合わせ面での金属材料が軟化、溶融している時点では、第１の加圧力と第２の加圧力との和の加圧力（Ｐ１＋Ｐ２）が働き、特に第１の加圧力Ｐ１が増大過程にあるために、前記被溶接物の軟化、溶融した金属材料の沈み込みに応じて、僅かな遅れもなく瞬時にエンドハット１へ陰極リード１０を押し込むので、一様に接合強度を向上させ、溶接品質を改善することができる。
【００３７】
その後で、一般的な抵抗溶接と同様なタイミングで第２の加圧力Ｐ２が除去され、これとほぼ同時に第１の加圧力Ｐ１も除去される。ここで、最初から一定の第１の加圧力Ｐ１と第２の加圧力Ｐ２との和（Ｐ１＋Ｐ２）に等しい大きな加圧力Ｐを印加した場合には、その加圧力Ｐはエンドハット１と陰極リード１０との突き合わせ面の金属材料の軟化速度に対応できず、溶接強度が向上しないばかりでなく、陰極リード１０が歪むという現象が生じることがあり、好ましくない。
【実施例３】
【００３８】
次に、図６によって、陰極リード１０の一実施例について説明する。この実施例は、陰極リード１０の直径が１ｍｍ以下の場合に適用すると、特に効果が生じる。
【００３９】
陰極リード１０は、先端部分が従来の方法で所望の溶接強度を得ることのできる大径部１１となっている。大径部１１を除く陰極リード１０の主要部分１２の直径が０．８ｍｍとすると、大径部１１の直径は、例えば１．２ないし１．４であり、大径部１１の長さは数ミリ程度である。主要部分１２が細いので、モリブデン金属材料のような比較的価格の高い材料の使用量を抑制でき、経済性に優れている。したがって、陰極リード１０を構成する金属材料を節減することができる。
【００４０】
このように、陰極リード１０の主要部分１２が、従来の溶接方法では所望の溶接強度が得られない太さのものであっても、先端に大径部を備えれば、エンドハット１と陰極リード１０との間には凸部３と大径部１１とが存在し、これらによって前述のヒートバランスが改善され、実施例２で述べた第１の加圧力を用いない通常のコンデンサ蓄勢式抵抗溶接方法によっても、所望の溶接強度を得ることができる。なお、更に安定に所望の溶接強度を得るためには、実施例２で述べた第１の加圧力と第２の加圧力とを重畳してなる加圧力を用いるコンデンサ蓄勢式抵抗溶接方法を用いるのが良い。
【００４１】
エンドハット１、陰極リード１０それぞれの突き合わせ面に酸化膜が形成されていると、その酸化膜が電気絶縁膜として作用するので、意図した溶接電流が流れず、所望レベルの溶接強度が得られないから、溶接の直前でなくともよいが、エンドハット１、陰極リード１０それぞれの突き合わせ面を予め機械的研磨又は化学的清浄を行って、酸化膜を除去しておくのが好ましい。
【００４２】
図示しないが、酸化膜除去工程を溶接ラインに組み込む具体例を述べると、図３と図４とにおいて、上部溶接電極４０と下部溶接電極５０との双方とも上下方向に移動できるような構造にしておく。そして、両面が研磨できるグラインダ装置と、上部溶接電極４０と下部溶接電極５０との中間の位置まで水平方向にグラインダ装置を前進後退させることができる駆動装置とからなる研磨機構を用意する。
【００４３】
溶接工程において、上部溶接電極４０に支承された陰極リード１０が下降すると共に、下部溶接電極５０に支承されたエンドハット１が上昇し、水平方向に前進してきて所定位置で回転しているグラインダの上面によって陰極リード１０の先端面が研磨され、グラインダの下面によってエンドハット１の凸部３が研磨され、酸化膜が除去される。この研磨工程が済むと、上部溶接電極４０と下部溶接電極５０とはそれぞれ上昇、下降を行って原位置まで戻り、同時に前記研磨機構が水平方向に後退して原位置に戻る。
【００４４】
しかる後に、上部溶接電極４０が下降することによって、あるいは下部溶接電極５０が上昇することによって、又は上部溶接電極４０が下降すると同時に下部溶接電極５０が上昇することによって、エンドハット１の凸部３と陰極リード１０の先端面とが突き合わされ、前述のようにして好ましい抵抗溶接が行われる。
【００４５】
この実施例は、溶接ラインに酸化膜除去工程を組み込み、それぞれの溶接電極に支承されているエンドハット１の凸部３と陰極リード１０の先端面とを機械的に研磨する例であるが、多数のエンドハット１と陰極リード１０とを別々に洗浄容器に入れ、希硝酸又は希硫酸の洗浄溶液で所定時間洗浄して酸化膜を除去した後、水洗いを行って洗浄液をきれいに洗い流し、しかる後に乾燥を行い、乾燥後の多数のエンドハット１、陰極リード１０をそれぞれのパーツフィーダ（図示しない）に供給してもよい。
【００４６】
なお、本発明は、前述のように構成されたマグネトロン用陰極部を備えている、溶接強度の改善されたマグネトロン装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施例であるマグネトロン用陰極部本体を示す図である。
【図２】本発明の一実施例であるマグネトロン用陰極部の溶接箇所を示す部分的断面図である。
【図３】マグネトロン用陰極部の溶接に用いられる抵抗溶接機を示す図である。
【図４】本発明に係るマグネトロン用陰極部の製造方法を説明するための図である。
【図５】マグネトロン用陰極部の製造方法を説明するための波形図を示す図である。
【図６】本発明の一実施例である陰極リードを示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１…マグネトロン用陰極部本体（エンドハット）、
３…凸部、
１０…陰極リード、
１１…陰極リードの大径部、
１２…陰極リードの主要部、
３１、３２…入力端子、
３３…整流器、
３４…エネルギー蓄積用電解コンデンサ、
３５…放電スイッチ、
３６…溶接トランス、
４０…上部溶接電極、
５０…下部溶接電極、
５１、５２…スライダ、
６０…第１の加圧手段、
７０…第２の加圧手段。
【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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