JPH0945251A

JPH0945251A - マグネトロン

Info

Publication number: JPH0945251A
Application number: JP19309195A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Azuma; 正寿東; Akira Kamisaka; 章上坂
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Hokuto Electronics Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Hokuto Electronics Corp
Priority date: 1995-07-28
Filing date: 1995-07-28
Publication date: 1997-02-14

Abstract

(57)【要約】【課題】インバータ電源で駆動される場合に、発振が
安定で、かつ、負荷安定度の高いマグネトロンを提供す
ること。【解決手段】発振周波数が２４５０ＭＨｚ帯の電子レ
ンジ用マグネトロンにおいて、陰極の外径と陰極を挟ん
で位置するベイン間の内端距離との比が０．４４５〜
０．４６０の範囲で、かつ、陰極を構成するフィラメン
トの炭化層を含む直径をＤ、炭化層の厚さをｔとした場
合に、０．０４＜ｔ／Ｄ＜０．０９に設定している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インバータ電源の
使用に適した例えば電子レンジ用のマグネトロンに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電子レンジ用などのマグネトロンの陰極
には、フィラメントを螺旋状に巻いた構造の直熱型が用
いられている。そして、フィラメントの材料には、通
常、トリウム・タングステン（Ｔｈ−Ｗ）が用いられ
る。トリウム・タングステンは電子放射密度が高く、ま
た、瞬時の動作が可能であるなどの特徴を持っている。

【０００３】ところで、電子レンジ用などのマグネトロ
ンの電源には、これまで、磁気漏洩型トランスと高圧コ
ンデンサで構成される磁気共振型電源が用いられてき
た。磁気共振型電源の場合、マグネトロン出力に対する
制御は４００〜６００Ｗとほぼ一定の電力か、あるいは
出力を断続するような制御しかできなかった。このた
め、広い範囲の出力電力を必要とする複雑な調理メニュ
ーに対し十分な対応ができなかった。

【０００４】したがって、最近は、高周波インバータ方
式の電源（以下インバータ電源という）が用いられるよ
うになってきた。インバータ電源は、マグネトロンの側
から見た場合、次のような特徴がある。

【０００５】１）フィラメント電圧が、電源の２次側の
高電圧によって影響される。このため、マグネトロンの
陽極電圧が変化すると、それに連動してフィラメント電
圧が変化する。

【０００６】２）マグネトロンの陽極に流れる陽極電流
を制御することによって、広い範囲に亘って出力を制御
できる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記した特徴を持つイ
ンバータ電源をマグネトロンの電源として利用した場
合、次のような問題が生じる。

【０００８】１）電子レンジ用などのマグネトロンには
フェライト磁石が用いられている。フェライト磁石は熱
減磁が大きく、陽極温度が上昇すると陽極電圧が低下す
る。また陽極電圧の低下でフィラメント電圧が下がり、
フィラメント電流（Ｉｆ）が低下する。なお、フィラメ
ント電流（Ｉｆ）の低下は、図６で示すように動作時間
の経過とともに２〜３Ａにも及ぶことがあり、発振が不
安定になる。なお、図６の左の縦軸はフィラメント電流
Ｉｆ（Ａ）、また右の縦軸はフィラメント温度の推定値
（℃）、そして横軸は時間（分）である。そして、実線
ａがフィラメント電流Ｉｆ、点線ｂがフィラメント温度
である。

【０００９】２）マグネトロンには電子逆衝撃がある。
電子逆衝撃は陽極電流が多いほど増加し、これによりフ
ィラメント温度が上昇する。したがって、出力を小さく
すると、陽極電流が少なくなり逆衝撃が減る。その結
果、図７に示すようにフィラメント温度が下がる。図７
の縦軸はフィラメント温度Ｔｆ（℃）で、また横軸はフ
ィラメント電流Ｉｆ（Ａ）で、出力が３００Ｗ、６００
Ｗ、７００Ｗの場合の特性を、それぞれ曲線ａ、ｂ、ｃ
で示している。このため、陽極電圧が下がったときに、
出力を小さくし陽極電流が少なくなると、フィラメント
温度が低くなりすぎ、発振が持続できなくなる。出力を
小さくした場合に、フィラメント電流が低下する模様を
図６のＰｏの部分で示している。

【００１０】上記したような問題、即ち、フィラメント
電流の低下を回避するために、例えば、動作初期のフィ
ラメント温度（フィラメント電流）が高く設定される。
しかし、フィラメント温度を高くすると、トリウム・タ
ングステンで形成された陰極が変形する。このような変
形は、トリウム・タングステンの素材を選択したり、添
加物を加えたり、熱処理の条件を適当に選定したりする
ことによって、ある程度は解決できる。しかし、フィラ
メントの温度が高くなると使用中の脱炭によって浸炭層
の消滅スピードが加速し、寿命が短くなるという問題が
ある。

【００１１】上記した事情から、マグネトロンを駆動す
る電源としてインバータ電源を用いた場合、フィラメン
ト電流の上限は浸炭層の寿命に対する影響を、また下限
は熱電子放出不足による発振の不安定に対する影響を、
それぞれ考慮する必要がある。

【００１２】ところで、陰極フィラメントの浸炭層を厚
くすれば、寿命を延ばすことができる。しかし、磁気共
振型電源の場合、断続動作（例えば５秒間動作／５秒間
非動作のような繰り返し）させると、フィラメント電圧
も同時にＯＮ、ＯＦＦを繰り返し、フィラメントの温度
変化が大きくなる。また、繰り返しが早くなることによ
って、表面の炭化層の形状が崩れ、表面積が増加し、フ
ィラメントの温度が低下する。この結果、電子放出能力
が急速に劣化する。このような理由から、磁気共振型電
源の場合、浸炭層をあまり厚くすることができなかっ
た。

【００１３】これに対し、インバータ電源は、フィラメ
ント電流を流したまま陽極電流を制御し出力を調整でき
る。したがって浸炭層を厚く形成できる。

【００１４】なお、特公昭６０−５３４１８号公報や特
公昭６１−１２６１５号公報に記載されたマグネトロン
の場合、フィラメントの構造は、炭化層の厚みは線径の
５５％未満で、また、線径は０．６〜０．８ｍｍと太
く、最近の小形マグネトロンには適していない。後者で
は、浸炭層の厚さは１０〜６０μｍと広い範囲になって
いる。インバータ電源用としてはこの程度の厚さが適し
ていると考えられる。

【００１５】また、熱電子放射量に関する陰極の寿命の
パラメータとして、例えば、正常な発振を続けている状
態でフィラメント電圧（フィラメント電流）を徐々に下
げていった場合に、発振が不安定になるフィラメント電
圧の値（以下Ｅｆ”という）が考えられる。Ｅｆ”は、
使用時間の経過とともに上昇する。したがって、電子放
射を維持するフィラメント電圧Ｅは時間の経過とともに
高くなっていく。

【００１６】ところで、断続動作を短い時間で繰り返す
以外のモードの場合、浸炭層が厚いものは、初期のＥ
ｆ”は比較的高くなっているが、使用時間の経過による
Ｅｆ”の変化は小さい。例えば、浸炭層が通常の厚さの
ものでは、３分間動作／１分間非動作のモードの場合、
約２０００時間の経過で、Ｅｆ”の変化が１．０Ｖから
２．０Ｖであるのに対し、浸炭層を厚くしたものは、
１．８Ｖから１．８５Ｖと小さくなっている。

【００１７】上記したように浸炭層を厚くすれば寿命は
延びるものの、初期Ｅｆ”が高くなるという問題があ
る。インバータ電源では、フィラメント電圧が動作とと
もに下がる特性があるため、Ｅｆが低い方が適している
と考えられる。

【００１８】本発明は、上記した事情を考慮し、インバ
ータ電源を利用した場合に、駆動動作中のフィラメント
電流の低下による発振の不安定さを回避し、また初期の
フィラメント電圧を高く設定しても寿命をこれまで通り
維持できるマグネトロンを提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、陽極円筒と、
この陽極円筒の軸心に沿って位置し、フィラメントを螺
旋状に巻いた陰極と、前記陽極円筒の内側に放射状に配
設される１０枚のベインと、前記陽極円筒の内部空間に
電界を形成するフェライト磁石とを具備し、前記陽極円
筒の内径と前記陰極を挟んで対向するベイン間の内端距
離との比が約３．９倍に設定され、発振周波数が２４５
０ＭＨｚ帯のマグネトロンにおいて、前記陰極の外径と
前記ベイン間の内端距離との比が０．４４５〜０．４６
０の範囲で、かつ、前記陰極を構成するフィラメントの
炭化層を含む直径をＤ、炭化層の厚さをｔとした場合
に、０．０４＜ｔ／Ｄ＜０．０９に設定されている。

【００２０】上記の構成によれば、発振が不安定になる
初期のフィラメント電圧Ｅｆ”が低くなり、また、使用
時間の経過によるフィラメント電圧Ｅｆ”の変化も小さ
く、フィラメント電流の低下による発振不安定を回避で
き、信頼性の高いマグネトロンを実現できる。

【００２１】なお、上記した構成はマグネトロンの電源
としてインバータ電源を利用した場合に効果が大きい。
このようなインバータ電源は電子レンジ用のマグネトロ
ンに使用されることが多く、したがって、この発明は電
子レンジ用のマグネトロンに好適な構成になっている。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、主
要部を断面して示す図１を参照して説明する。

【００２３】１１は銅製の陽極円筒で、陽極円筒１１の
軸心に沿って陰極１２が配置されている。陰極１２は、
フィラメントを螺旋状に巻いた構造の直熱型で、その上
端はエンドシールド１３に、下端はエンドシールド１４
に接続されている。陽極円筒１１の内側には、陰極１２
に向かって複数のベイン１５が放射状に形成され、空胴
共振器を構成している。また、各ベイン１５の上辺、下
辺に沿って径の異なる一対のストラップリング１６、１
７が設けられている。ストラップリング１６、１７は、
それぞれベイン１５を１つおきに連結している。

【００２４】そして、陽極円筒１１の両開口端部には、
ほぼ漏斗状の鉄製のポールピース１８、１９が固定さ
れ、一方のポールピース１８には筒状金属容器２０がか
ぶせられ、他方のポールピース１９には同様の筒状金属
容器２１がかぶせられている。金属容器２０、２１は鉄
材からなり、表面はニッケルめっきされている。なお、
金属容器２０、２１は陽極円筒１１と気密に溶接され、
真空容器を構成している。また、ポールピース１８、１
９の外側には円筒状のフェライト磁石２２、２３が配置
されている。フェライト磁石２２、２３は、陽極円筒１
１の内部空間に電界を形成し、陰極１２周辺に電子作用
空間Ｓを構成している。

【００２５】また、ベイン１５の１つからアンテナリー
ド２４が導出され、ポールピース１８を貫通して金属容
器２０内に延びている。そして、陽極円筒１１の内径と
陰極１２を挟んで反対側に位置するベイン１５間の内端
距離（２ｒａ）との比が約３．９倍に設定され、発振周
波数が２４５０ＭＨｚ帯の電子レンジ用マグネトロンが
構成されている。

【００２６】上記した構成のマグネトロンにおいて、陰
極１２を構成するフィラメントの構造について図２で説
明する。１２ａはフィラメントの芯線で、例えばトリウ
ム・タングステンで形成され、また芯線１２ａに炭化層
１２ｂが被服されている。炭化層１２ｂを含む直径を
Ｄ、炭化層１２ｂの厚さをｔとした場合、０．０４＜ｔ
／Ｄ＜０．０９となるように、直径Ｄや厚さｔが設定さ
れている。この場合、好ましくは、０．０５＜ｔ／Ｄ＜
０．０８である。このような断面構造のフィラメントを
螺旋状に巻いて陰極１２が構成される。

【００２７】家庭用電子レンジのマグネトロンの場合、
Ｄは０．４〜０．６ｍｍで、好ましくは０．４４〜０．
５２ｍｍの範囲である。したがって、例えばＤが０．５
ｍｍの場合は、ｔは２０〜４５μｍ、好ましくは２５〜
４０μｍとなる。

【００２８】そして、陰極フィラメントを製造する場
合、浸炭率（浸炭後のフィラメントの冷抵抗／浸炭前の
フィラメントの冷抵抗）は、１２０〜１４０％に設定す
る。なお、陰極フィラメントの浸炭率と炭化層／線径と
の関係が図３に示す。図３の横軸が浸炭率（％）で、縦
軸がｔ／Ｄ（％）である。

【００２９】ところで、図１に示された構造のマグネト
ロンにおいて、陰極１２の外径（陰極を構成する螺旋部
分の外径）を２ｒｃとし、そして陰極１２を挟んで対向
した位置にあるベイン間の内端距離を２ｒａとした場
合、両者の比（２ｒｃ／２ｒａ）の値を０．４４５〜
０．４６０の範囲に選ぶと、図４で示したようにＥｆ”
の値が下がっている。図４の横軸は比（２ｒｃ／２ｒ
ａ）の値で、縦軸は初期Ｅｆ”である。この図から分か
るように、比の値が４４．５％より大きくなるとＥｆ”
が零に近い値まで下がる。Ｅｆ”＝０の場合、発振後に
Ｅｆの値を徐々に下げても発振が不安定にならないこと
を示している。しかし、比の値が４６％を越えるとマグ
ネトロンの発振効率などに悪い影響が出る。したがっ
て、比の値は４４．５〜４６％の範囲が有効と考えられ
る。この場合、図５に示すように負荷安定度も改善す
る。図５の横軸は比（２ｒｃ／２ｒａ）の値を、縦軸は
モードバンダリーＭ．Ａ（Ａ）である。例えば、比（２
ｒｃ／２ｒａ）の値が４３％の場合に比較すると、この
発明の範囲では、Ｅｆ”の値は１．２Ｖが０Ｖへ、そし
てモードバンダリーは１．６Ａが２．５Ａと改善されて
いる。

【００３０】なお、インバータ電源による駆動では、３
０〜５０ｋＨｚの高周波が用いられる。このため、陽極
電流のピーク値が通常の電源より３〜４割ほど高くな
る。そのため、高いモードバンダリーを持つマグネトロ
ンが必要とされるが、この意味からも本発明は有効であ
る。

【００３１】また、上記した実施の形態では、電子レン
ジ用マグネトロンの例で説明しているが、電子レンジ用
マグネトロンに限らず、この発明は一般のマグネトロン
に対しても適用できる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、インバータ電源で駆動
される場合に、発振が安定で、かつ、負荷安定度の高い
マグネトロンを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を例を示す概略断面図であ
る。

【図２】本発明に使用されるフィラメントの断面図であ
る。

【図３】本発明を説明する特性図である。

【図４】本発明を説明する特性図である。

【図５】本発明を説明する特性図である。

【図６】従来例を説明する特性図である。

【図７】従来例を説明する特性図である。

【符号の説明】

１１…陽極円筒１２…陰極１２ａ…芯線１２ｂ…炭化層１３、１４…エンドシールド１５…ベイン１６、１７…ストラップリング１８、１９…ポールピース２０、２１…金属容器２２、２３…フェライト

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】陽極円筒と、この陽極円筒の軸心に沿っ
て位置し、フィラメントを螺旋状に巻いた陰極と、前記
陽極円筒の内側に放射状に配設される１０枚のベイン
と、前記陽極円筒の内部空間に電界を形成するフェライ
ト磁石とを具備し、前記陽極円筒の内径と前記陰極を挟
んで対向するベイン間の内端距離との比が約３．９倍に
設定され、発振周波数が２４５０ＭＨｚ帯のマグネトロ
ンにおいて、前記陰極の外径と前記ベイン間の内端距離
との比が０．４４５〜０．４６０の範囲で、かつ、前記
陰極を構成するフィラメントの炭化層を含む直径をＤ、
炭化層の厚さをｔとした場合に、０．０４＜ｔ／Ｄ＜
０．０９に設定されていることを特徴とするマグネトロ
ン。