(57)【要約】【課題】  フィラメントの電気的特性や機械的強度のばらつきが少なく、且つ、マグネトロンとしての寿命においてもばらつきが少ない品質の安定したマグネトロンを得る。【解決手段】  陽極筒体１３の中心軸上に、陰極構体の構成要素である螺旋状のフィラメント３９が装備されるマグネトロン１０において、フィラメント３９は炭化層４２が形成される前の抵抗値をＲ1、炭化層４２が形成された後の抵抗値をＲ2、とした時に、次式  ＲX＝｛（Ｒ2−Ｒ1）／Ｒ1｝×１００によって定義される炭化率ＲXが所定値となるように、前記炭化層４２の厚さを規制する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚のベインを放射状に配置した陽極筒体の中心軸上に、陰極構体となるフィラメントが装備されると共に、前記フィラメントは芯線の外周に炭化層を形成してなるマグネトロンにおいて、
前記フィラメントの炭化層を含む外径Ｄ１がφ０．５３〜０．５６ｍｍの時、炭化層を形成する前の抵抗値をＲ1、炭化層を形成した後の抵抗値をＲ2、とした時に、次式
ＲX＝｛（Ｒ2−Ｒ1）／Ｒ1｝×１００
によって定義される炭化率ＲXが３０〜５０％となるように、前記フィラメントにおける炭化層の厚さが設定されたことを特徴とするマグネトロン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子レンジ等に使用されるマグネトロンに関し、特に、長寿命化を実現するためのフィラメントの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にマグネトロンはマイクロ波を効率よく発生することから、特に電子レンジや解凍機などに広く利用されており、安定性、高品質、長寿命、そして高効率であることが強く要求されている。
【０００３】
図６（ａ）は、家庭用の電子レンジに搭載される従来のマグネトロンの陰極構体を示したものである。
この陰極構体は、図示せぬ陽極筒体の中心軸上に配置されるもので、高融点金属によって形成された棒状のセンターリードピン１と、このセンターリードピン１の上端に接合された高融点金属のトップハット２およびセンターリードピン１の下端に接合された高融点金属のエンドハット３と、エンドハット３に接続された高融点金属製のサイドリードピン４ａ，４ｂと、上記センターリードピン１の周囲を旋回する螺旋状構造をなして一端が上記トップハット２に接続されると共に他端がエンドハット３に接続されたフィラメント５とから構成されている。
フィラメント５は、電子放射特性を安定させるために、図６（ｂ）に示すように、トリウム−タングステン線等の芯線６の外周を、炭化層７で被覆した構成である。
炭化層７は、予め所定寸法の螺旋状に成形した芯線６に炭素を有する希薄ガス雰囲気下等で通電して、芯線６をフィラメント５としての発振時よりも高い高温に昇温させることで形成されている。
【０００４】
フィラメント５の炭化層７は使用に伴って徐々に消耗して、炭化層７が消滅すると、電子放射特性が損なわれてマグネトロンの寿命となる。
そのため、マグネトロンを長寿命化するためには、炭化層７を厚く形成することが好ましい。
しかし、フィラメント５として使用し得る線材の外径は、マグネトロン内に確保し得るスペース的な条件や、必要となる電気的特性等から所定範囲（例えば、φ０．５〜０．６ｍｍ程度）に限られているため、炭化層７の厚みを増加させると、その分、芯線６の径を減少させざるを得ず、炭化層７の厚みを増加させた分だけ寿命は延びるが、その一方で、芯線６の径の減少によって運搬時の振動や衝撃に対する機械的強度が低下して、フィラメントの断線等が生じ易くなったり、電気的特性の低下による発振性能の低下等の問題を招く。
【０００５】
そこで、フィラメント５として使用可能な線材径の範囲で、電気的特性や機械的強度を損なわずに、長寿命化を確保すべく、炭化層７を適正厚に選定することが重要になる。
このような背景から、従来では、例えば、炭化層７の厚さｔは、５〜３０μｍの範囲で、且つ、炭化層７を含む線材外径Ｄの５％未満の値に抑えることで、長寿命化と、電気的特性及び機械的強度の維持とを両立させることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特公昭６０−５３４１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、前述したように、フィラメント５の炭化層７は、予め所定寸法の螺旋状に成形した芯線６に炭素を有する希薄ガス雰囲気下等で通電することによって形成していて、このような製造方法で形成した炭化層７は、実際には、図７に示すように、昇温時の温度差によって、炭化層７の外周円の中心が芯線６の中心からずれた偏心状態となって、肉厚が均一にはなり難い。
そのため、上記特許文献１のように、芯線６の外周に形成する炭化層７の肉厚を線材外径Ｄとの比で規制する方法では、炭化層７の肉厚を測定する位置がずれると、実際に被覆されている炭化層７の総量に大きな差異が生じる。
即ち、従来技術では、炭化層７の装備量を規定しても、実際に被覆されている炭化層７の総量には大きなばらつきが生じてしまい、その結果、フィラメント５としての電気的特性や機械的強度にばらつきが生じ易く、また、マグネトロンとしての寿命においてもばらつきが大きくなるという問題が生じた。
更に、フィラメント５としての電気的特性が、従来品と異なった場合、マグネトロンとしての互換性が図れなくなるという問題もあった。
【０００８】
本発明は上記課題を解消することを目的としてなされたもので、フィラメントに形成する炭化層の総量にばらつきが生じることを防止し、フィラメントの電気的特性や機械的強度のばらつきが少なく、且つ、マグネトロンとしての寿命においてもばらつきが少ない品質の安定したマグネトロンを提供することである。
また、本発明の他の目的は、フィラメントが電気的特性の変更を伴わずに形成できて、電源等との互換性が確保されるマグネトロンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は下記構成により達成される。
（１）  複数枚のベインを放射状に配置した陽極筒体の中心軸上に、陰極構体となるフィラメントが装備されると共に、前記フィラメントは芯線の外周に炭化層を形成してなるマグネトロンにおいて、
前記フィラメントの炭化層を含む外径Ｄ１がφ０．５３〜０．５６ｍｍの時、炭化層を形成する前の抵抗値をＲ1、炭化層を形成した後の抵抗値をＲ2、とした時に、次式
ＲX＝｛（Ｒ2−Ｒ1）／Ｒ1｝×１００
によって定義される炭化率ＲXが３０〜５０％となるように、前記フィラメントにおける炭化層の厚さが設定されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
上記（１）に記載のマグネトロンでは、フィラメントの抵抗値が炭化層の総量に応じて変化することに着眼して、フィラメントに装備する炭化層の総量を、フィラメントの炭化前後における抵抗値の変動比を求める炭化率により規制する。
そのため、フィラメントの炭化層の総量にばらつきを招くことがなく、適正量の炭化層を装備したフィラメントを安定生産することができる。しかも、炭化率の算出に必要となる抵抗値は、炭化層を形成するためにフィラメント母材に通電する炭化処理中に、フィラメント母材に適宜検出回路を接続しておくことで、連続して検出・監視することができ、炭化層の形成を高精度に管理することができる。
【００１１】
また、フィラメントの最終的な抵抗値を管理して、フィラメントに要求される電気的特性や機械的強度を従来品と同程度に維持することにより、マグネトロンの電源等に対する互換性を確保することができる。また、寿命を２倍程度まで長寿命化したマグネトロンを安定生産することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係るマグネトロンの好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係るマグネトロンの一実施の形態を示したものである。
この一実施の形態のマグネトロン１０は、陽極筒体１３の内周面に偶数数のベイン１５が中心軸に向かう放射状に配置固着されて、空洞共振器を形成している。
【００１３】
偶数枚のベイン１５は、上下端部が第１および第２の一対のストラップリング１７，１８により各々一つおきに接続されている。そして、その内の一枚のベイン１５にアンテナリード２１が接続されている。
陽極筒体１３の両開口端部には、それぞれ磁極２３，２４が設けられている。アンテナリード２１は、基端がベイン１５の出力側側辺部（磁極２３側の側辺部）に接続され、先端が磁極２３に設けられた透孔２３ａから磁極２３および側管２７を非接触に貫通して外方へ延出されている。
【００１４】
以上の陽極筒体１３，ベイン１５，ストラップリング１７，１８，磁極２３，２４，アンテナリード２１等で、陽極構体２９が構成されている。
陽極筒体１３の中心軸上には、陰極構体３１が配置されている。
陽極構体２９とその中心部に配置された陰極構体３１との間の空間を、電子作用空間Ｓという。
【００１５】
陰極構体３１は、高融点金属によって形成された棒状のセンターリードピン３３と、このセンターリードピン３３の上端に接合された高融点金属のトップハット３４と、上記センターリードピン３３の下端に接合された高融点金属のエンドハット３５と、エンドハット３５に接続された高融点金属のサイドリードピン３７と、センターリードピン３３の周囲を旋回する螺旋状構造をなして一端がトップハット３４に接続されると共に、他端がエンドハット３５に接続されたフィラメント３９とから構成されている。
【００１６】
フィラメント３９は、電子放射特性を安定させるために、図２に示すように、トリウム−タングステン線等の芯線４１の外周を、炭化層４２で被覆した構成である。
炭化層４２は、予め所定寸法の螺旋状に成形した芯線４１に炭素を有する希薄ガス雰囲気下等で通電して、芯線４１をフィラメント３９としての発振時よりも高い高温に昇温させることで形成される。
【００１７】
本実施の形態のマグネトロン１０の場合、フィラメント３９の炭化層４２を形成する前の抵抗値をＲ1、炭化層４２を形成した後の抵抗値をＲ2、とした時に、次の（１）式によって定義される炭化率ＲXが所定値となるように、フィラメント３９における炭化層４２の厚さを規制する。
ＲX＝｛（Ｒ2−Ｒ1）／Ｒ1｝×１００            ……（１）
【００１８】
以上に説明したマグネトロン１０では、フィラメント３９の抵抗値が炭化層４２の総量に応じて変化することに着眼して、フィラメント３９に装備する炭化層４２の総量を、フィラメント３９の炭化前後における抵抗値の変動比を求める上記（１）式の炭化率ＲXにより規制する。
そのため、フィラメント３９の炭化層４２の総量にばらつきを招くことがなく、適正量の炭化層４２を装備したフィラメント３９を安定生産することができる。
【００１９】
しかも、炭化率の算出に必要となる抵抗値は、炭化層４２を形成するためにフィラメント母材に通電する炭化処理中に、フィラメント母材に適宜検出回路を接続しておくことで、連続して検出・監視することができ、炭化層４２の形成を高精度に管理することができる。
また、フィラメント３９の最終的な抵抗値を管理できるため、フィラメント３９に要求される電気的特性も、高精度に管理することができる。
したがって、フィラメント３９に装備する炭化層４２の総量にばらつきが生じることを防止して、フィラメント３９の電気的特性や機械的強度のばらつきが少なく、且つ、寿命においてもばらつきが少ない品質の安定したマグネトロンを得ることができる。更に、フィラメントの電気的特性や機械的強度を従来品と同程度に維持することで、電源等に対するマグネトロンの互換性を確保することができる。
【００２０】
図２に示すように、フィラメント３９の炭化層４２を含む外径をＤ１、芯線４１の外径をＤ２とすると、フィラメントの電気的特性や機械的強度を損なわずに、長寿命化を実現することのできる炭化率ＲXは、上記外径Ｄ１によって変わる。
そこで、本発明者等は、上記Ｄ１がφ０．５０ｍｍ、φ０．５３ｍｍ、φ０．５６ｍｍの３種類の線材を使用したフィラメントについて、各種の炭化率のものを製造し、それぞれの炭化率のものについて、炭化率と芯線外径Ｄ２との相関、フィラメントの各炭化率に対するカソード抵抗とフィラメント電流との相関、フィラメントの炭化率と寿命との相関を調べた。
炭化率と芯線外径Ｄ２との相関は図３の如くなり、フィラメントの各炭化率に対するカソード抵抗とフィラメント電流との相関は図４の如くなり、フィラメントの炭化率と寿命との相関は図５の如くなった。
【００２１】
なお、従来のフィラメントは、線材外径Ｄ１がφ０．５０ｍｍで、炭化層の総量を上記の炭化率ＲXに換算すると、図３に示すように、約１５％程度で、芯線外径Ｄ２が０．４６ｍｍ程度であった。
この従来のフィラメントと同等の電気的特性や機械的強度を備えると同時に、寿命を長大化するには、芯線外径Ｄ２が０．４６ｍｍ以上で、且つ、炭化率が従来よりも大きくなるように、フィラメント母材の線材外径Ｄ１と炭化率ＲXとを選定すればよい。
【００２２】
具体的には、図３に示すように、フィラメント母材として、線材外径Ｄ１がφ０．５３ｍｍのものを採用する場合は、炭化率を約１５〜３２％の範囲にすれば、芯線４１の外径Ｄ２が０．４６ｍｍ以上で、且つ、炭化率が従来よりも大きくなって、フィラメントの電気的特性や機械的強度を損なうことなく、従来よりも長寿命化を図ることが可能になる。
同様に、フィラメント母材として、線材外径Ｄ１がφ０．５６ｍｍのものを採用する場合は、炭化率を約１５〜４９％の範囲にすれば、芯線４１の外径Ｄ２が０．４６ｍｍ以上で、且つ、炭化率が従来よりも大きくなって、フィラメントの電気的特性や機械的強度を損なうことなく、従来よりも長寿命化を図ることが可能になる。
【００２３】
なお、フィラメントの電気的特性の一つであるフィラメント電流は、図４に曲線Ｉｆで示すように、カソード抵抗の増加に伴い減少する傾向を示す。フィラメント母材として、線材外径Ｄ１がφ０．５０ｍｍのものを採用した従来のフィラメントと同程度のフィラメント電流特性を維持して、従来品との互換性を維持するためには、図４の右辺に示した炭化率との照合により、炭化率を３０〜５０％に規制すると良い。
【００２４】
実際、フィラメント母材として、線材外径Ｄ１がφ０．５３ｍｍのものを採用して約３５％の炭化率で炭化層を形成した本発明のフィラメントは、線材外径Ｄ１がφ０．５０ｍｍのものを採用して約１５％の炭化率で炭化層を形成した従来のフィラメントと比較して、図５に示すように、従来のフィラメントの２倍強の長寿命が得られた。
【００２５】
なお、フィラメント母材として採用する線材外径Ｄ１は、上記に説明したφ０．５３ｍｍ、φ０．５６ｍｍに限らない。本発明者等の実験・試行によれば、φ０．５３〜０．５６ｍｍの範囲に有る任意外径の線材を採用可能である。そして、線材外径Ｄ１がφ０．５３〜０．５６ｍｍの範囲で、炭化率ＲXが３０〜５０％となるように、フィラメント３９に炭化層４２を形成した場合には、従来品と比較して、フィラメントの電気的特性や機械的強度を損なうことなく、且つ、長寿命のマグネトロンを安定生産できることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るマグネトロンの一実施の形態の縦断面図である。
【図２】図１に示したフィラメントの断面図である。
【図３】フィラメントの芯線の外径と炭化率との相関図である。
【図４】フィラメントの各炭化率に対するカソード抵抗とフィラメント電流との相関図である。
【図５】フィラメントの炭化率と寿命との相関図である。
【図６】（ａ）は従来のマグネトロンに装備される陰極構体の構成を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）に示した螺旋状のフィラメントの拡大断面図である。
【図７】従来のフィラメントにおける実際の炭化層の形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  マグネトロン
１３  陽極筒体
１５  ベイン
１７，１８  均圧リング
２１  アンテナリード
２３，２４  磁極
２７  側管
２９  陽極構体
３１  陰極構体
３３  センターリードピン
３４  トップハット
３５  エンドハット
３７  サイドリードピン
３９  フィラメント
４１  芯線
４２  炭化層
【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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【図７】
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