寿命判定機能を有するマグネトロンの駆動装置
【課題】 マグネトロンの寿命時間が終わる直前で寿命判定が可能な寿命判定機能を有するマグネトロンの駆動装置を提案すること。
【解決手段】 寿命判定スイッチ２８の投入操作にしたがって動作し、陽極トランス２２のタップを切り換えるリレースイッチ２６を備え、タップ切り換えに伴う陽極トランス２２の出力電圧によってマグネトロン１０の陽極電流を減少させる電流制御手段と、陽極電流の減少によってマグネトロン１０にモーディングが発生したとき、異常発振のマイクロ波電力を検出する電力検出手段と、当該電力検出手段の検出信号に応動してアラームを発生する表示手段とからなる寿命判定装置を備え、陽極電極の減少時にマグネトロン１０がモーディングしたとき、このモーディング検出しマグネトロン１０の寿命到来が接近していることを判定する寿命判定機能を有するマグネトロンの駆動装置となっている。
【解決手段】 寿命判定スイッチ２８の投入操作にしたがって動作し、陽極トランス２２のタップを切り換えるリレースイッチ２６を備え、タップ切り換えに伴う陽極トランス２２の出力電圧によってマグネトロン１０の陽極電流を減少させる電流制御手段と、陽極電流の減少によってマグネトロン１０にモーディングが発生したとき、異常発振のマイクロ波電力を検出する電力検出手段と、当該電力検出手段の検出信号に応動してアラームを発生する表示手段とからなる寿命判定装置を備え、陽極電極の減少時にマグネトロン１０がモーディングしたとき、このモーディング検出しマグネトロン１０の寿命到来が接近していることを判定する寿命判定機能を有するマグネトロンの駆動装置となっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネトロンの寿命を寿命到来直前に検出し、マグネトロンの発振停止や出力低下などの弊害が発生する前にマグネトロンの交換を可能としたマグネトロンの寿命判定機能付きの駆動装置に係わる。
【背景技術】
【０００２】
マグネトロンは消耗品であるため、マイクロ波電力を利用して加熱、乾燥し、或いは、エッチング処理等を行うマイクロ波応用装置では、所定期間の経過によってマグネトロンを交換することが行なわれている。
ところが、マグネトロン各々の寿命時間には長短があり、寿命（寿命時間の終わり）が明確でないために、寿命時間が充分にあるにもかかわらず交換してしまったり、また、寿命により故障となった後に交換するなど、実用的には様々な取り扱いがなされている。
【０００３】
この結果、寿命時間を充分に残して交換する場合は経済的に好ましくないし、また、故障となった後で交換することも、マイクロ波処理される製品の歩留まりが悪くなったり、さらには、マグネトロン故障のための装置の停止時間が長くなったりする等の問題が生じる。
【０００４】
上記の事情から、マグネトロンの寿命検出については、従来から様々な検出方法や検出装置が提案されている。
一例を述べれば、マグネトロンが冷えている状態で、通常運転起動電圧より低いヒーター電圧（フィラメント電圧）を印加すると共に、陽極にはヒーター電圧よりも高い電圧を印加し、この状態で、マグネトロンに発振停止又は出力低下が生じれば、マグネトロンの寿命と判定する寿命検出方法がる。
【０００５】
【特許文献１】特許第２５５３４２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した従来の寿命検出方法は、検出結果として残りの寿命時間、つまり、余寿命については具体的に分からないから、例えば、寿命時間が１０００時間以上も残っているにもかかわらず寿命の到来と判定してしまうことがある。
したがって、寿命と判断すれば、残りの寿命時間に関係なくマグネトロンの交換が行われている。
【０００７】
しかしながら、マグネトロンは、高価な商品であり、また、複数個使用されたものが多いから、可能なるかぎり寿命（異常発振または発振停止）が近づいたときに交換することが好ましい。
【０００８】
また、上記した従来の寿命検出方法は、低いヒーター電圧をわざわざ供給する回路を必要となる他、マグネトロンの特性によっては、通常運転起動電圧より低いフィラメント電圧を印加することができないものがあるから、上記の寿命検出方法は限られたマグネトロンの寿命判定に適用できるに止まる。
【０００９】
図１３は、５ｋＷ出力のマグネトロンを一例として示した出力Ｐｏ―平均陽極電流Ｉｂの特性図、図１４はそのマグネトロンのフィラメント電圧Ｅｆ―平均陽極電流Ｉｂの特性図である。
図１４より分かるように、このマグネトロンは、５ｋＷ出力時には９２０ｍＡの平均陽極電流がながれ、また、９２０ｍＡの平均陽極電流がながれるときは、図１４に示されるように、０．４Ｖのフィラメント電圧を加えることが推奨されている。
【００１０】
この結果、上記した従来例の寿命検出方法では、推奨フィラメント電圧０．４Ｖよりも更に低いフィラメント電圧に設定して寿命検出しなければならないため、フィラメント電圧の設定が困難となり、このようなマグネトロンの寿命検出には適さないことが分かる。
【００１１】
本発明は、上記の実情にかんがみ、マグネトロンの寿命到来（寿命時間の終わり）を、可能なるかぎり寿命時間の終わりに近い時点で検出できるようにした寿命判定機能を有するマグネトロンの駆動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】
【００１２】
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、マイクロ波電力を出力させるマグネトロンの駆動装置において、推奨されるフィラメント電圧と陽極電流とで正常発振するマグネトロンの陽極電流を一定の範囲で減少させる電流制御手段と、前記電流制御手段による陽極電流の減少制御によりマグネトロンが異常発振したとき、異常発振のマイクロ波電力を検出する電力検出手段と、前記電力検出手段の検出信号に応動する表示手段とからなる寿命判定装置を備え、前記電流制御手段による陽極電流の減少制御によってマグネトロンが異常発振に移ったとき、前記表示手段の表示変化からマグネトロンの寿命到来が接近したことを判定する寿命判定機能を有するマグネトロンの駆動装置を提案する。
【００１３】
第２の発明としては、上記した第１の発明のマグネトロンの駆動装置において、前記電流制御手段は、マグネトロンのマイクロ波電力が９２％程度となる陽極電流に減少制御する構成としたことを特徴とする寿命判定機能を有するマグネトロンの駆動装置を提案する。
【００１４】
第３の発明としては、上記した第１の発明のマグネトロンの駆動装置において、マグネトロンが出力するマイクロ波電力の伝送路にフイルタを設け、マグネトロンが異常発振したとき、正常発振のマイクロ波周波数を超えた所定周波数の高周波電力を前記フイルタによって分離し、分離した高周波電力を異常発振のマイクロ波電力として検出して検出信号を出力する電力検出手段を設けたことを特徴とする寿命判定機能を有するマグネトロンの駆動装置を提案する。
【００１５】
第４の発明としては、上記した第１の発明のマグネトロンの駆動装置において、マグネトロンが出力するマイクロ波電力をアプリケータに送る伝送路に少なくとも方向性結合器とアイソレータとを設け、前記方向性結合器の反射波結合側に高周波電力が現れたとき、異常発振のマイクロ波電力を検出する電力検出手段を設けたことを特徴する寿命判定機能を有するマグネトロンの駆動装置を提案する。
【００１６】
第５の発明としては、上記した第４の発明のマグネトロンの駆動装置において、前記方向性結合器をパワーモニターとして構成したことを特徴とするマグネトロンの駆動装置を提案する。
【発明の効果】
【００１７】
第１の発明の駆動装置は、推奨されるフィラメント電圧と陽極電流を与えて所定のマグネトロン電力を出力するマグネトロンについて、陽極電流を一定の範囲で減少させて寿命到来の検出を試みる。
この検出操作において、マグネトロンがモーディングすれば、出力するマイクロ波電力の周波数が、正常発振時のマイクロ波周波数に比べて高くなり、電力検出手段がその周波数変化から異常発振のマイクロ波電力を検出する。
【００１８】
したがって、電力検出手段の検出信号に応動して表示手段が表示変化し、マグネトロンの寿命到来が近いことを知らせる。
寿命到来が近いことが分かれば、マグネトロンが通常運転で発振停止したり、モーディングの発生などで故障となる前に交換することが可能になるし、また、表示手段に表示変化があれば、マグネトロンの寿命と判定し、マグネトロンを交換することもできる。
なお、陽極電流を減少させたとき、マグネトロンがモーディングしないときは、出力するマイクロ波電力の周波数にほとんど変化がなく、表示手段が動作しないから、マグネトロンが充分に余寿命を残していることになる。
【００１９】
このように、寿命到来を判定する本発明は、マグネトロンのモーディングの開始を検出して寿命の到来が近いことを判定する。
今少し詳細に述べれば、マグネトロンはフィラメント（陰極）の電子放出量が所定のマイクロ波電力の出力を維持できなくなったとき異常発振（モーディング）して寿命の到来となる。
【００２０】
そして、電子放出量はフイラメント温度が上昇するバックヒーテング量に影響されることから、この発明では、陽極電流を一定の範囲で減少させることで、バックヒーテング量を減らすことを試み、そのとき、所定のマイクロ波電力を出力できる電子放出量が得られるか否かを検出するもので、充分な電子放出量が得られなければ、モーディングが発生してマイクロ波電力の周波数が上昇することから、この周波数の変化を検出して寿命の到来が近いことを知らせる構成となっている。
【００２１】
第２の発明によれば、マグネトロンのマイクロ波電力が９２％程度となる陽極電流に減少制御する構成としたので、概略９５％以上の寿命を有効に利用することができる駆動装置となる。
【００２２】
したがって、このように陽極電流を減少制御したとき、前記表示手段が表示変化した場合、そのときをマグネトロンの寿命到来と判定することも可能である。
【００２３】
第３の発明は、マグネトロンが出力する高周波電力の伝送路に設けたフイルタにとって、正常発振の高周波電力と異常発振の高周波電力を分離し、分離された異常発振の高周波電力を検出し、その検出信号に応動するアラームなどの表示手段の表示変化からマグネトロンの寿命到来が接近していることを認識することができる。
【００２４】
第４の発明は、マグネトロンが異常発振すると、アプリケータから送られる異常発振のマイクロ波電力である反射波はアイソレレータによっては消失されないため、方向性結合器の反射波結合側端子に高周波電力が現れる。
したがつて、反射波結合側端子に現れた高周波電力よりマグネトロンの寿命到来が近づいていることを検出することができる。
【００２５】
第５の発明は、パワーモニターとアイソレータとを組み合せた電力検出手段となっているので、マグネトロンが正常発振している間は、パワーモニターの進行波測定端子に高周波電力が現れ、また、マグネトロンが異常発振すると、パワーモニターの反射波測定端子に高周波電力が現れるから、反射波測定端子から検出信号を出力させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は、本発明の第一実施形態を示すマイクロ波応用装置の簡略図である。
このマイクロ波応用装置は、マグネトロン１０が出力するマイクロ波電力が導波管系回路（マイクロ波伝送路）１１を通してアプリケータ１２に送られ、被処理物がこのアプリケータ１２内でマイクロ波処理される。
【００２７】
この実施形態のマイクロ波応用装置では、陽極電流の切り換え可能なマグネトロン１０の駆動装置１３と、導波管系回路１１に設けたアイソレータ１４とマグネトロン１０との間に設けた寿命判定装置１５が配置してある。
なお、寿命判定装置１５は、電力検出部１６と表示部１７とから構成してある。
【００２８】
図２は、上記駆動装置１３の回路例を示した図である。
図示するように、マグネトロン１０には、フィラメントトランス２１の出力電圧をフィラメント電圧として給電し、陽極トランス２２の出力電圧を陽極電圧として供給する。
【００２９】
そして、フィラメントトランス２１は、入力電圧を切り換えて予熱電圧（例えば、５Ｖ）から推奨される通常運転のフィラメント電圧（例えば、０．４Ｖ）に切り換える。
陽極トランス２２は、出力電圧を高電圧整流回路２３により整流し、さらに、平滑回路２４で平滑してマグネトロン１０の陽極に供給するが、この陽極トランス２２の入力電圧を切り換えて寿命判定を行う。
【００３０】
さらに、この駆動回路は、リレースイッチ２５とリレースイッチ２６とを備え、リレースイッチ２５によってフィラメントトランス２１の入力電圧を切り換え、リレースイッチ２６によって陽極トランス２２の入力電圧を切り換える。
【００３１】
そして、リレースイッチ２５は、非動作時に接片２５ａ、２５ｂ、２５ｃが開放、接片２５ｄが閉成しており、タイマー２７のスイッチ２７ａが閉成することで動作し、各接片が切り変わる。
リレースイッチ２６は、非動作時に接片２６ａが閉成、接片２６ｂが開放しており、寿命判定スイッチ２８を投入することで動作し、各接片が切り変わる。
【００３２】
その他、この駆動回路において、２９はマグネトロンを冷却する冷却ファン、３０はメインスイッチ３１である。
【００３３】
この駆動回路は、ＡＣ電源（例えば、ＡＣ２００Ｖ）に接続され、メインスイッチ３０を投入することで、回路各部が給電される。
先ず、メインスイッチ３０を投入すると、冷却ファン２９とタイマー２７が始動し、また、リレースイッチ２５の接片２５ｄを介してフィラメントトランス２１の入力コイル部分に電源電圧が供給される。
したがって、フィラメントトランス２１の出力電圧によってマグネトロン１０のフィラメントが予熱される
【００３４】
タイマー２７のカウント時間が終わると、そのスイッチ２７ａが閉成することから、リレースイッチ２５のリレーコイルに電流が流れ、このリレースイッチ２５が動作状態となる。
これより、各接片２５ａ〜２５ｄが切り替わり、接片２５ａ、２５ｂ、２５ｃが閉成し、接片２５ｄが開放となる。
このため、フィラメントトランス２１がタップ切り換えされ、その入力電圧が接片２５ｃを介して入力コイル全体に供給されるので、このトランスから出力されるフィラメント電圧が予熱電圧から通常運転のフィラメント電圧に切り変わる。
【００３５】
一方、リレースイッチ２５の接片２５ａ、２５ｂが閉成することから、リレースイッチ２６の接片２６ａを介して陽極トランス２２の入力コイル部分に入力電圧が供給される。
これより、陽極トランス２２の出力電圧が整流、平滑されてマグネトロン１０の陽極に供給され、このマグネトロン１０からマイクロ波電力が出力される。
【００３６】
このようにしてマグネトロン１０から出力するマイクロ波電力を導波管係回路１１を通してアプリケータ１２に送り、このアプリケータ１２内で被処理物をマイクロ波処理する。
【００３７】
この駆動回路は、寿命判定スイッチ２８を投入操作してマグネトロン１０の寿命を判定する。
すなわち、寿命判定スイッチ２８を閉成させると、リレースイッチ２６のリレーコイルに電流が流れ、このリレースイッチ２６が動作状態となり、接片２６ａが開放、接片２６ｂが閉成する。
【００３８】
これより、陽極トランス２２がタップ切り換えされ、入力コイル全体に入力電圧が供給されるため、その出力電圧が減少し、マグネトロン１０の陽極電圧が減少する。したがって、陽極電流も減少する。
【００３９】
このように、陽極電流を減少させたとき、マグネトロン１０が正常発振を続ける場合は、フィラメントからの電子放出量レベルが充分にあり、マグネトロン１０には余寿命が充分あると判定する。
なお、マグネトロン１０に余寿命があるときは、寿命判定スイッチ２８を開放させ、駆動回路を通常運転状態に復帰させる。
【００４０】
陽極電流の減少に伴ってマグネトロン１０が異常発振した場合は、フィラメントの電子放出量が少なくなっており、マグネトロン１０の寿命の到来が間もないと判定する。
このときは、故障となる前にマグネトロン１０を交換することができる。
【００４１】
上記のように、陽極電流を減少させたときに、マグネトロン１０が正常発振を続けるか、また、異常発振となったか否かの判断は、マグネトロン１０にモーディングが発生したか否かで判断することができる。
すなわち、導波管系回路１１に配置した寿命判定装置１５によってモーディングの発生を検出する。
【００４２】
次に寿命判定装置１５について説明するが、先ず、異常発振（または、モーディング）について詳述する。
マグネトロン１０は異常発振するようになったとき寿命が到来したことになる。
具体的には、マグネトロン１０は、通常状態において正常発振し、２．４５GHｚ帯のマイクロ波電力（正常発振のマイクロ波）を出力するが、経年使用によって異常発振するようになる。
【００４３】
つまり、フィラメントからの電子放出量が正常発振を維持するのに必要なレベル以下になったとき異常発振（モーディング）が生じ、正常発振のマイクロ波に比べ高い周波数のマイクロ波電力（異常発振のマイクロ波）が出力するようになる。
【００４４】
図３は、電子レンジ用や工業用に使用されるマグネトロンの陽極空洞４０の模式図である。このマグネトロンは導電性のストラップリング４１、４２を備えることが特徴となっている。
陽極空洞４０には、8枚のベイン４０ａ〜４０ｈが放射状に設けられ、内側のストラップリング４１がベイン４０ａ、４０ｃ、４０ｅ、４０ｇに電気接続され、外側のストラップリング４２がベイン４０ｂ、４０ｄ、４０ｆ、４０ｈに電気接続されている。
【００４５】
各ベインの先端側に付した＋（プラス）と−（マイナス）は、マグネトロンが正常発振しているとき、ある瞬間にベイン先端に現れるマイクロ波電界の極性を示し、例えば、図示の如く、ベイン４０ａの先端がプラスの最大値を示すときは、隣のベイン４０ｂの先端がマイナスの最大値を示すと言うように、隣り合うベインの先端に現れるマイクロ波電界の位相が１８０°（π）ずれる状態となる。
【００４６】
この発振状態では、ストラップリング４１、４２による各ベインの接続点が同電位となるように強制されるので、位相がπだけずれたマイクロ波電界によって安定した発振が行われ、このように発振することをマグネトロンの正常発振と言う。
なお、陽極空洞４０のベイン数は偶数で、電子レンジ用や工業用に使用されるマグネトロンは８枚から２４枚のものが一般的で、特に１０枚から１４枚のものが多い。
【００４７】
一方、図３において、ベイン４０ａの先端がプラス、ベイン４０ｃの先端がマイナス、ベイン４０eの先端がプラス、ベイン４０ｇの先端がマイナスとなる発振モード、或いは、ベイン４０ａの先端がプラス、ベイン４０ｅの先端がマイナスとなる発振モードがあるが、このような発振モードを総称して異常発振、あるいは、モーディングと言う。
したがって、以下の説明では、マグネトロンが正常発振以外のモードで発振することを異常発振又はモーディングと言う。
【００４８】
なお、ストラップリング４１、４２は、上記したように正常発振を強制的に促し、発振の安定化に有利であるが、異常発振が生じときは、ベインの接続点が異なる電位となるので、大きなマイクロ波電流が流れ熱疲労破壊の原因となり、極端な場合は溶断などに至る。
【００４９】
図４は、ストラップリングを備えるマグネトロンの陽極電流iｂと陽極電圧ｅｂとの関係を示す特性図である。
図示するように、正常発振Ａ０が最も低い陽極電圧で発生し、異常発振Ａ１、Ａ２のときは、正常発振Ａ０のときに比べ高い陽極電圧となる。
なお、異常発振の種類はベイン枚数に応じて増すが、この特性図では、２種類の異常発振Ａ１、Ａ２の特性が示してある。
【００５０】
本発明は、正常発振Ａ０の特性に最も近い異常発振Ａ１の特性に着眼し、正常発振Ａ０により出力されるマイクロ波電力の周波数（２．４５ＧＨｚ帯）と異常発振Ａ１により出力されるマイクロ波電力の周波数を有効に利用する。
その理由は、フィラメントからの電子放出量が正常発振を維持するために必要なレベル以下になったとき異常発振するが、このとき異常発振Ａ１のマイクロ波発振が最も強く必ず発生することを確認したからである。
【００５１】
下記する表１は、工業用マグネトロンが正常発振Ａ０で出力されるマイクロ波電力の周波数と異常発振Ａ１で出力されるマイクロ波電力の周波数の測定結果を示す。
【表１】
なお、家庭用電子レンジが備えるマグネトロンが異常発振によって出力するマイクロ波電力の周波数は、４．２ＧＨｚ〜５．０ＧＨｚであることも確認された。
【００５２】
この表１より分かるように、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電力と、３．５ＧＨｚ以上のマイクロ波電力を分離し、３．５ＧＨｚ以上のマイクロ波電力を検出すれば、マグネトロンが異常発振したことが判明し、この結果、マグネトロンの寿命到来を認識することができる。
【００５３】
正常発振のマイクロ波電力と異常発振のマイクロ波電力は、導波管をハイパスフイルタとして簡単に分離することができる。
図５はハイパスフイルタの構成例を示す方形導波管４３で、断面の長辺寸法Ｄを４．３ｃｍとしたものは、３．５ＧＨｚ以下のマイクロ波電力を遮断し、３．５ＧＨｚを超えるマイクロ波電力を伝搬する。
同様に、長辺寸法Ｄを５ｃｍにしたものは、３ＧＨｚ以下のマイクロ波電力を遮断し、３ＧＨｚを超えるマイクロ波電力を伝搬する。
さらに、長辺寸法Ｄを６ｃｍとしたものは、２．５ＧＨｚ以下のマイクロ波電力を遮断し、２．５ＧＨｚを超えるマイクロ波電力を伝搬する。
【００５４】
したがって、長辺寸法Ｄが４．３ｃｍから６ｃｍまでの方形導波管を用いれば、表１から分かるように、１．５ｋＷから６ｋＷまでのマグネトロンが出力する異常発振のマイクロ波電力を分離し、検出することができる。
具体的には、異常発振のマイクロ波電力に合わせた長辺寸法の方形導波管を使用する。
【００５５】
図６、図７は、上記したハイパスフイルタである方形導波管を利用した寿命判定装置１５の電力検出部１６を示す。
この電力検出部１６は、胴体部１６ａが図５に示す方形導波管と同様に正常発振のマイクロ波電力を遮断し、異常発振のマイクロ波電力を通過させる有底のフイルタとなっている。
また、胴体部１６ａには、結合金属棒４４を備えた同軸線用端子４５が設けてあり、結合金属棒４４の胴体部内挿入長Ｈと短絡板からの距離Ｌは、異常発振のマイクロ波電力が結合する長さに調整してある。
【００５６】
この電力検出部１６は図８に示す如く、導波管系回路１１の一部１１ａに設置してある。
具体的には、導波管系回路１１は、正常発振のマイクロ波電力、つまり、２．４５ＧＨｚ帯のマイクロ波電力が伝播する導波管構成となっており、したがって、その一部１１ａの長辺寸法Ｄも６０〜１２０ｃｍの導波管となっている。
【００５７】
導波管係回路１１の一部１１ａには、異常発振のマイクロ波電力の波長に対し、１／２波長に近い長さに形成したスロットアンテナ４６が設けてある。
このスロットアンテナ４６は異常発振のマイクロ波電力に対し共振するので、異常発振の多くのマイクロ波電力を放出する。
【００５８】
マグネトロン１０が正常発振し、２．４５ＧＨｚ帯のマイクロ波電力をアプリケータ１２に送っている間は、スロットアンテナ４６から漏れる少ないマイクロ波電力（安全基準以下）は電力検出部１６によって遮断されるから、同軸線端子４５には検出信号が現れない。
【００５９】
マグネトロン１０が異常発振に移った時、異常発振のマイクロ波電力が導波管系回路１１を介してアプリケータ１２に送られるが、この時にスロットアンテナ４６から多くの異常発振のマイクロ波電力が漏れ出て電力検出部１６内に伝搬する。
したがつて、異常発振のマイクロ波電力が結合金属棒４４に結合するから、同軸線端子４５に検出信号（異常発振のマイクロ波電力）が現れる。
【００６０】
同軸線端子４５には、表示部１７を接続し、この表示部１７が同軸線端子４５から出力される検出信号に応動してアラームを動作させる。
図９は表示部１７の回路例を示す図である。
この表示回路は、電力検出部１６から出力される検出信号をアンプ４７によって検波増幅し、この増幅信号をトランジスタ４８のベースに入力し、増幅信号が一定レベルを超えたとき、トランジスタ４８をＯＮさせる。
【００６１】
トランジスタ４８のＯＮにより、リレー４９が励起されてその端子４９ａ、４９ｂがＯＦＦからＯＮになり、ランプ５０が点灯してモーディングの発生を表示する。
また、トランジスタ４８に並列接続した常閉型のスイッチ５１とリレー端子４９ａの回路体は、ランプ５０の点灯保持回路である。
【００６２】
すなわち、トランジスタ４８が一旦ＯＮすると、電力検出部１６からの検出信号が消失してもスイッチ５１と端子４９ａの閉成によりリレー４９が動作を継続するから、ランプ５０が点灯したままとなる。
なお、表示部１７はアラームを発生すればよいので、上記のランプ５０に換えてブザーなどのその他の表示部材を設けることができる。
【００６３】
上記した通り、本実施形態の駆動回路は、マグネトロン１０を通常運転し、マグネトロン１０が正常発振しているかぎり、寿命判定装置１５が非動作のままとなっている。
寿命判定スイッチ２８を投入して寿命判定操作を行うと、陽極電流の減少に伴ってマグネトロン１０が異常発振したとき、異常発振のマイクロ波電力を電力検出部１６が検出し、その検出信号に応動して表示部１７が表示動作する。
したがって、表示部１７のランプ５０の点灯から、マグネトロン１０のモーディングの発生を検出し、マグネトロン１０の寿命到来が近いことを判定する。
【００６４】
このように行う寿命判定は、マグネトロン１０が出力するマイクロ波電力が９２％程度となるように、陽極電流を減少させる。
これにより、概略９５％以上の寿命を有効に利用することができ、その上、マグネトロン１０が故障してマイクロ波処理物に影響が出る前にマグネトロン１０を交換することができる。
【００６５】
図１０は、本発明の第二実施形態を示し、この実施形態は、導波管系回路１１に設けた方向性結合器６１を利用した寿命判定装置１５を備える図１同様のマイクロ波応用装置となっている。
本実施形態は、図１１に示す通り、導波管系回路１１の一部１１ａのＨ面に、管軸方向に沿って２つの孔６３a、６３ｂを設け、この孔６３ａ、６３ｂを覆うようにして方向性結合器６１を設置した構成としてある。
なお、２つの孔６３aと６３ｂの間隔は、正常発振のマイクロ波電力が導波管系回路１１を伝播するときの波長（管内波長）λｇの１／４に設定してある。
【００６６】
また、図１２に示す如く、導波管系回路１１の一部１１ａは、マグネトロン１０のアンテナから放射したマイクロ波電力が入り口１１ｂから進入してその出口１１ｃに向かい、その出口１１ｃにはアイソレータ１４が接続される。
【００６７】
さらに、この方向性結合器６１は、Ｈ面に形成した孔６３ａ、６３ｂに対向する関係にある同軸線内導体６４の位置を各々６４ａ、６４ｂとし、かつ、その位置６４ａから位置６４ｂまでの長さを導波管系回路１１の一部１１ａの管内波長λｇの３／４に設定してある。
なお、孔６３ａと位置６４ａのマイクロ波電力の結合率（カップリング）と、孔６３ｂと位置６４ｂのマイクロ波電力の結合率（カップリング）は同じになるようにしてある。
【００６８】
上記のように構成した方向性結合器６４は、孔６３ａを通って位置６４ａに結合した正常発振のマイクロ波電力（２．４５ＧＨｚ帯）は、同軸線内導体６４の同軸端子６５ａと６５ｂとに等分に伝播する。そして、位置６４ｂでは、波長がλｇ・３／４進む。
また、導波管内を孔６３ｂまで進み、つまり、波長がλｇ・１／４進み孔６３ｂから入って位置６４ｂに結合する正常発振のマイクロ波電力も同軸端子６５ａ、６５ｂに等分に伝播する。
そして、位置６４ａでは、導波管内のλｇ・１／４の波長と同軸線内導体６４のλｇ・３／４波長が加わり合計λｇ進むことになる。
【００６９】
したがって、位置６４ａを通過して同軸端子６５ａ側に進むマイクロ波電力は位相差がλｇの同じ大きさ（結合率が同じであるから）の正常発振のマイクロ波電力が加わることになるので、導波管入り口１１ｂから入った正常発振のマイクロ波電力が同軸端子６５ａで検出可能になる。
結合率が予め求めてあれば、導波管系回路１１の一部１１ａを伝播するマイクロ波電力を同軸端子６５ａの出力から測定することができる。
【００７０】
一方、位置６４ｂを通過して同軸端子６５ｂ側に進む正常発振のマイクロ波電力は、孔６３ａで位置６４ａに結合したマイクロ波電力がλｇ・３／４進んで位置６４ｂに到達し、導波管内をλｇ・１／４進んで孔６３ｂから位置６４ｂに結合したマイクロ波電力が加わる。
したがって、２つのマイクロ波電力の位相差がλｇ・１／２となって打ち消し合うため、位置６４ｂを通過して同軸端子６５ｂ側に進むマイクロ波電力はない。
【００７１】
言い換えれば、導波管入り口１１ｂから進入した正常発振のマイクロ波電力については、同軸端子６５ａによって検出でき、導波管出口１１ｃから進入した正常発振のマイクロ波電力は同軸端子６５ｂによって検出することができる。
しかし、異常発振のマイクロ波電力は、位置６４ａ、６４ｂで結合しても位相が合っていないため、打ち消し合うことがないから、同軸端子６５ａ、６５ｂの両方に伝播する。
【００７２】
上記構成の方向性結合器６１を備えるマイクロ波応用装置は、マグネトロン１０が正常発振している間は、２．４５ＧＨｚ帯のマイクロ波電力が同軸端子６５ａから検出できる。
なお、マグネトロンが正常発振しているかぎり、同軸端子６５ｂにはマイクロ波電力は現れない。
【００７３】
アプリケータ１２から方向性結合器６１に向かう正常発振のマイクロ波電力の反射波はアイソレータ１４によって吸収されるから、アプリケータ１２から方向性結合器６１に向かうマイクロ波電力がなく、したがって、同軸端子６５ｂにはマイクロ波電力が現れない。
【００７４】
他方、マグネトロン１０に異常発振が生じ、正常発振のマイクロ波電力と異常発振のマイクロ波電力が出力されると、同軸端子６５ａには、正常発振のマイクロ波電力と異常発振のマイクロ波電力が現れ、同軸端子６５ｂには、異常発振のマイクロ波電力だけが現れる。
【００７５】
このことから、同軸端子６５ｂから出力されるマイクロ波電力信号（検出信号）に応動する表示部１７のランプ点灯によってマグネトロン１０のモーディングの発生が検出できるから、第一実施形態と同様に寿命判定操作することによって、マグネトロン１０の寿命について判定できる。
【００７６】
なお、本実施形態は、方向性結合器６１に換えてパワーモニターを使用し、このパワーモニターとアイソレータ１４とを組み合わせて寿命判定装置１５の電力検出部１６を構成することができる。
このように実施した場合は、進行波電力の取出端子には正常発振のマイクロ波電力が現われ、反射波の取出端子には異常発振のマイクロ波電力が現れる。
【００７７】
なお、第一実施形態では、導波管を利用した周波数検出部１６を用いた寿命判定装置１５について説明したが、２．４５ＧＨｚ帯のマイクロ波電力を遮断し、異常発振のマイクロ波電力を通過させるフイルタであればよいので、例えば、表面波伝送線路、マイクロ波電界強度測定用のホーンアンテナなどを利用しても同様に構成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
マグネトロン応用装置などに備えるマグネトロンの寿命判定機能を有するマグネトロンの駆動装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】第一実施形態を示し、マグネトロンの寿命判定装置を備えたマグネトロン応用装置の概略図である。
【図２】寿命判定装置を備えるマグネトロンの駆動回路を示す図である。
【図３】電子レンジ用や工業用に使用されるマグネトロンの陽極空洞の模式図である。
【図４】ストラップリングを備えるマグネトロンの陽極電流iｂと陽極電圧ｅｂとの関係を示す特性図である。
【図５】異常発振のマイクロ波電力を分離するハイパスフイルタの構成例を示す方形導波管の斜視図である。
【図６】異常発振のマイクロ波電力を検出する電力検出部の斜視図である。
【図７】上記した電力検出部の断面図である。
【図８】導波管系回路の一部に上記した電力検出部を配置する構成を示した斜視図である。
【図９】上記した寿命判定装置を構成する表示部の回路例を示した図である。
【図１０】第二実施形態を示し、マグネトロンの寿命判定装置を備えたマグネトロン応用装置の概略図である。
【図１１】方向性結合器を利用した寿命判定装置の電力検出部の配置構成を示した斜視図である。
【図１２】上記した方向性結合器の断面図である。
【図１３】マグネトロンの出力と平均陽極電流の関係を示す特性図である。
【図１４】マグネトロンのフィラメント電圧と平均陽極電流の関係を示す特性図である。
【符号の説明】
【００８０】
１０ マグネトロン
１１ 導波管系回路
１３ 駆動装置
１４ アイソレータ
１５ 寿命判定装置
１６ 電力検出部
１７ 表示部
２１ フィラメントトランス
２２ 陽極トランス
２５、２６ リレースイッチ
２８ 寿命判定スイッチ
６１ 方向性結合器
６５ａ、６５ｂ 同軸端子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネトロンの寿命を寿命到来直前に検出し、マグネトロンの発振停止や出力低下などの弊害が発生する前にマグネトロンの交換を可能としたマグネトロンの寿命判定機能付きの駆動装置に係わる。
【背景技術】
【０００２】
マグネトロンは消耗品であるため、マイクロ波電力を利用して加熱、乾燥し、或いは、エッチング処理等を行うマイクロ波応用装置では、所定期間の経過によってマグネトロンを交換することが行なわれている。
ところが、マグネトロン各々の寿命時間には長短があり、寿命（寿命時間の終わり）が明確でないために、寿命時間が充分にあるにもかかわらず交換してしまったり、また、寿命により故障となった後に交換するなど、実用的には様々な取り扱いがなされている。
【０００３】
この結果、寿命時間を充分に残して交換する場合は経済的に好ましくないし、また、故障となった後で交換することも、マイクロ波処理される製品の歩留まりが悪くなったり、さらには、マグネトロン故障のための装置の停止時間が長くなったりする等の問題が生じる。
【０００４】
上記の事情から、マグネトロンの寿命検出については、従来から様々な検出方法や検出装置が提案されている。
一例を述べれば、マグネトロンが冷えている状態で、通常運転起動電圧より低いヒーター電圧（フィラメント電圧）を印加すると共に、陽極にはヒーター電圧よりも高い電圧を印加し、この状態で、マグネトロンに発振停止又は出力低下が生じれば、マグネトロンの寿命と判定する寿命検出方法がる。
【０００５】
【特許文献１】特許第２５５３４２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した従来の寿命検出方法は、検出結果として残りの寿命時間、つまり、余寿命については具体的に分からないから、例えば、寿命時間が１０００時間以上も残っているにもかかわらず寿命の到来と判定してしまうことがある。
したがって、寿命と判断すれば、残りの寿命時間に関係なくマグネトロンの交換が行われている。
【０００７】
しかしながら、マグネトロンは、高価な商品であり、また、複数個使用されたものが多いから、可能なるかぎり寿命（異常発振または発振停止）が近づいたときに交換することが好ましい。
【０００８】
また、上記した従来の寿命検出方法は、低いヒーター電圧をわざわざ供給する回路を必要となる他、マグネトロンの特性によっては、通常運転起動電圧より低いフィラメント電圧を印加することができないものがあるから、上記の寿命検出方法は限られたマグネトロンの寿命判定に適用できるに止まる。
【０００９】
図１３は、５ｋＷ出力のマグネトロンを一例として示した出力Ｐｏ―平均陽極電流Ｉｂの特性図、図１４はそのマグネトロンのフィラメント電圧Ｅｆ―平均陽極電流Ｉｂの特性図である。
図１４より分かるように、このマグネトロンは、５ｋＷ出力時には９２０ｍＡの平均陽極電流がながれ、また、９２０ｍＡの平均陽極電流がながれるときは、図１４に示されるように、０．４Ｖのフィラメント電圧を加えることが推奨されている。
【００１０】
この結果、上記した従来例の寿命検出方法では、推奨フィラメント電圧０．４Ｖよりも更に低いフィラメント電圧に設定して寿命検出しなければならないため、フィラメント電圧の設定が困難となり、このようなマグネトロンの寿命検出には適さないことが分かる。
【００１１】
本発明は、上記の実情にかんがみ、マグネトロンの寿命到来（寿命時間の終わり）を、可能なるかぎり寿命時間の終わりに近い時点で検出できるようにした寿命判定機能を有するマグネトロンの駆動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】
【００１２】
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、マイクロ波電力を出力させるマグネトロンの駆動装置において、推奨されるフィラメント電圧と陽極電流とで正常発振するマグネトロンの陽極電流を一定の範囲で減少させる電流制御手段と、前記電流制御手段による陽極電流の減少制御によりマグネトロンが異常発振したとき、異常発振のマイクロ波電力を検出する電力検出手段と、前記電力検出手段の検出信号に応動する表示手段とからなる寿命判定装置を備え、前記電流制御手段による陽極電流の減少制御によってマグネトロンが異常発振に移ったとき、前記表示手段の表示変化からマグネトロンの寿命到来が接近したことを判定する寿命判定機能を有するマグネトロンの駆動装置を提案する。
【００１３】
第２の発明としては、上記した第１の発明のマグネトロンの駆動装置において、前記電流制御手段は、マグネトロンのマイクロ波電力が９２％程度となる陽極電流に減少制御する構成としたことを特徴とする寿命判定機能を有するマグネトロンの駆動装置を提案する。
【００１４】
第３の発明としては、上記した第１の発明のマグネトロンの駆動装置において、マグネトロンが出力するマイクロ波電力の伝送路にフイルタを設け、マグネトロンが異常発振したとき、正常発振のマイクロ波周波数を超えた所定周波数の高周波電力を前記フイルタによって分離し、分離した高周波電力を異常発振のマイクロ波電力として検出して検出信号を出力する電力検出手段を設けたことを特徴とする寿命判定機能を有するマグネトロンの駆動装置を提案する。
【００１５】
第４の発明としては、上記した第１の発明のマグネトロンの駆動装置において、マグネトロンが出力するマイクロ波電力をアプリケータに送る伝送路に少なくとも方向性結合器とアイソレータとを設け、前記方向性結合器の反射波結合側に高周波電力が現れたとき、異常発振のマイクロ波電力を検出する電力検出手段を設けたことを特徴する寿命判定機能を有するマグネトロンの駆動装置を提案する。
【００１６】
第５の発明としては、上記した第４の発明のマグネトロンの駆動装置において、前記方向性結合器をパワーモニターとして構成したことを特徴とするマグネトロンの駆動装置を提案する。
【発明の効果】
【００１７】
第１の発明の駆動装置は、推奨されるフィラメント電圧と陽極電流を与えて所定のマグネトロン電力を出力するマグネトロンについて、陽極電流を一定の範囲で減少させて寿命到来の検出を試みる。
この検出操作において、マグネトロンがモーディングすれば、出力するマイクロ波電力の周波数が、正常発振時のマイクロ波周波数に比べて高くなり、電力検出手段がその周波数変化から異常発振のマイクロ波電力を検出する。
【００１８】
したがって、電力検出手段の検出信号に応動して表示手段が表示変化し、マグネトロンの寿命到来が近いことを知らせる。
寿命到来が近いことが分かれば、マグネトロンが通常運転で発振停止したり、モーディングの発生などで故障となる前に交換することが可能になるし、また、表示手段に表示変化があれば、マグネトロンの寿命と判定し、マグネトロンを交換することもできる。
なお、陽極電流を減少させたとき、マグネトロンがモーディングしないときは、出力するマイクロ波電力の周波数にほとんど変化がなく、表示手段が動作しないから、マグネトロンが充分に余寿命を残していることになる。
【００１９】
このように、寿命到来を判定する本発明は、マグネトロンのモーディングの開始を検出して寿命の到来が近いことを判定する。
今少し詳細に述べれば、マグネトロンはフィラメント（陰極）の電子放出量が所定のマイクロ波電力の出力を維持できなくなったとき異常発振（モーディング）して寿命の到来となる。
【００２０】
そして、電子放出量はフイラメント温度が上昇するバックヒーテング量に影響されることから、この発明では、陽極電流を一定の範囲で減少させることで、バックヒーテング量を減らすことを試み、そのとき、所定のマイクロ波電力を出力できる電子放出量が得られるか否かを検出するもので、充分な電子放出量が得られなければ、モーディングが発生してマイクロ波電力の周波数が上昇することから、この周波数の変化を検出して寿命の到来が近いことを知らせる構成となっている。
【００２１】
第２の発明によれば、マグネトロンのマイクロ波電力が９２％程度となる陽極電流に減少制御する構成としたので、概略９５％以上の寿命を有効に利用することができる駆動装置となる。
【００２２】
したがって、このように陽極電流を減少制御したとき、前記表示手段が表示変化した場合、そのときをマグネトロンの寿命到来と判定することも可能である。
【００２３】
第３の発明は、マグネトロンが出力する高周波電力の伝送路に設けたフイルタにとって、正常発振の高周波電力と異常発振の高周波電力を分離し、分離された異常発振の高周波電力を検出し、その検出信号に応動するアラームなどの表示手段の表示変化からマグネトロンの寿命到来が接近していることを認識することができる。
【００２４】
第４の発明は、マグネトロンが異常発振すると、アプリケータから送られる異常発振のマイクロ波電力である反射波はアイソレレータによっては消失されないため、方向性結合器の反射波結合側端子に高周波電力が現れる。
したがつて、反射波結合側端子に現れた高周波電力よりマグネトロンの寿命到来が近づいていることを検出することができる。
【００２５】
第５の発明は、パワーモニターとアイソレータとを組み合せた電力検出手段となっているので、マグネトロンが正常発振している間は、パワーモニターの進行波測定端子に高周波電力が現れ、また、マグネトロンが異常発振すると、パワーモニターの反射波測定端子に高周波電力が現れるから、反射波測定端子から検出信号を出力させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は、本発明の第一実施形態を示すマイクロ波応用装置の簡略図である。
このマイクロ波応用装置は、マグネトロン１０が出力するマイクロ波電力が導波管系回路（マイクロ波伝送路）１１を通してアプリケータ１２に送られ、被処理物がこのアプリケータ１２内でマイクロ波処理される。
【００２７】
この実施形態のマイクロ波応用装置では、陽極電流の切り換え可能なマグネトロン１０の駆動装置１３と、導波管系回路１１に設けたアイソレータ１４とマグネトロン１０との間に設けた寿命判定装置１５が配置してある。
なお、寿命判定装置１５は、電力検出部１６と表示部１７とから構成してある。
【００２８】
図２は、上記駆動装置１３の回路例を示した図である。
図示するように、マグネトロン１０には、フィラメントトランス２１の出力電圧をフィラメント電圧として給電し、陽極トランス２２の出力電圧を陽極電圧として供給する。
【００２９】
そして、フィラメントトランス２１は、入力電圧を切り換えて予熱電圧（例えば、５Ｖ）から推奨される通常運転のフィラメント電圧（例えば、０．４Ｖ）に切り換える。
陽極トランス２２は、出力電圧を高電圧整流回路２３により整流し、さらに、平滑回路２４で平滑してマグネトロン１０の陽極に供給するが、この陽極トランス２２の入力電圧を切り換えて寿命判定を行う。
【００３０】
さらに、この駆動回路は、リレースイッチ２５とリレースイッチ２６とを備え、リレースイッチ２５によってフィラメントトランス２１の入力電圧を切り換え、リレースイッチ２６によって陽極トランス２２の入力電圧を切り換える。
【００３１】
そして、リレースイッチ２５は、非動作時に接片２５ａ、２５ｂ、２５ｃが開放、接片２５ｄが閉成しており、タイマー２７のスイッチ２７ａが閉成することで動作し、各接片が切り変わる。
リレースイッチ２６は、非動作時に接片２６ａが閉成、接片２６ｂが開放しており、寿命判定スイッチ２８を投入することで動作し、各接片が切り変わる。
【００３２】
その他、この駆動回路において、２９はマグネトロンを冷却する冷却ファン、３０はメインスイッチ３１である。
【００３３】
この駆動回路は、ＡＣ電源（例えば、ＡＣ２００Ｖ）に接続され、メインスイッチ３０を投入することで、回路各部が給電される。
先ず、メインスイッチ３０を投入すると、冷却ファン２９とタイマー２７が始動し、また、リレースイッチ２５の接片２５ｄを介してフィラメントトランス２１の入力コイル部分に電源電圧が供給される。
したがって、フィラメントトランス２１の出力電圧によってマグネトロン１０のフィラメントが予熱される
【００３４】
タイマー２７のカウント時間が終わると、そのスイッチ２７ａが閉成することから、リレースイッチ２５のリレーコイルに電流が流れ、このリレースイッチ２５が動作状態となる。
これより、各接片２５ａ〜２５ｄが切り替わり、接片２５ａ、２５ｂ、２５ｃが閉成し、接片２５ｄが開放となる。
このため、フィラメントトランス２１がタップ切り換えされ、その入力電圧が接片２５ｃを介して入力コイル全体に供給されるので、このトランスから出力されるフィラメント電圧が予熱電圧から通常運転のフィラメント電圧に切り変わる。
【００３５】
一方、リレースイッチ２５の接片２５ａ、２５ｂが閉成することから、リレースイッチ２６の接片２６ａを介して陽極トランス２２の入力コイル部分に入力電圧が供給される。
これより、陽極トランス２２の出力電圧が整流、平滑されてマグネトロン１０の陽極に供給され、このマグネトロン１０からマイクロ波電力が出力される。
【００３６】
このようにしてマグネトロン１０から出力するマイクロ波電力を導波管係回路１１を通してアプリケータ１２に送り、このアプリケータ１２内で被処理物をマイクロ波処理する。
【００３７】
この駆動回路は、寿命判定スイッチ２８を投入操作してマグネトロン１０の寿命を判定する。
すなわち、寿命判定スイッチ２８を閉成させると、リレースイッチ２６のリレーコイルに電流が流れ、このリレースイッチ２６が動作状態となり、接片２６ａが開放、接片２６ｂが閉成する。
【００３８】
これより、陽極トランス２２がタップ切り換えされ、入力コイル全体に入力電圧が供給されるため、その出力電圧が減少し、マグネトロン１０の陽極電圧が減少する。したがって、陽極電流も減少する。
【００３９】
このように、陽極電流を減少させたとき、マグネトロン１０が正常発振を続ける場合は、フィラメントからの電子放出量レベルが充分にあり、マグネトロン１０には余寿命が充分あると判定する。
なお、マグネトロン１０に余寿命があるときは、寿命判定スイッチ２８を開放させ、駆動回路を通常運転状態に復帰させる。
【００４０】
陽極電流の減少に伴ってマグネトロン１０が異常発振した場合は、フィラメントの電子放出量が少なくなっており、マグネトロン１０の寿命の到来が間もないと判定する。
このときは、故障となる前にマグネトロン１０を交換することができる。
【００４１】
上記のように、陽極電流を減少させたときに、マグネトロン１０が正常発振を続けるか、また、異常発振となったか否かの判断は、マグネトロン１０にモーディングが発生したか否かで判断することができる。
すなわち、導波管系回路１１に配置した寿命判定装置１５によってモーディングの発生を検出する。
【００４２】
次に寿命判定装置１５について説明するが、先ず、異常発振（または、モーディング）について詳述する。
マグネトロン１０は異常発振するようになったとき寿命が到来したことになる。
具体的には、マグネトロン１０は、通常状態において正常発振し、２．４５GHｚ帯のマイクロ波電力（正常発振のマイクロ波）を出力するが、経年使用によって異常発振するようになる。
【００４３】
つまり、フィラメントからの電子放出量が正常発振を維持するのに必要なレベル以下になったとき異常発振（モーディング）が生じ、正常発振のマイクロ波に比べ高い周波数のマイクロ波電力（異常発振のマイクロ波）が出力するようになる。
【００４４】
図３は、電子レンジ用や工業用に使用されるマグネトロンの陽極空洞４０の模式図である。このマグネトロンは導電性のストラップリング４１、４２を備えることが特徴となっている。
陽極空洞４０には、8枚のベイン４０ａ〜４０ｈが放射状に設けられ、内側のストラップリング４１がベイン４０ａ、４０ｃ、４０ｅ、４０ｇに電気接続され、外側のストラップリング４２がベイン４０ｂ、４０ｄ、４０ｆ、４０ｈに電気接続されている。
【００４５】
各ベインの先端側に付した＋（プラス）と−（マイナス）は、マグネトロンが正常発振しているとき、ある瞬間にベイン先端に現れるマイクロ波電界の極性を示し、例えば、図示の如く、ベイン４０ａの先端がプラスの最大値を示すときは、隣のベイン４０ｂの先端がマイナスの最大値を示すと言うように、隣り合うベインの先端に現れるマイクロ波電界の位相が１８０°（π）ずれる状態となる。
【００４６】
この発振状態では、ストラップリング４１、４２による各ベインの接続点が同電位となるように強制されるので、位相がπだけずれたマイクロ波電界によって安定した発振が行われ、このように発振することをマグネトロンの正常発振と言う。
なお、陽極空洞４０のベイン数は偶数で、電子レンジ用や工業用に使用されるマグネトロンは８枚から２４枚のものが一般的で、特に１０枚から１４枚のものが多い。
【００４７】
一方、図３において、ベイン４０ａの先端がプラス、ベイン４０ｃの先端がマイナス、ベイン４０eの先端がプラス、ベイン４０ｇの先端がマイナスとなる発振モード、或いは、ベイン４０ａの先端がプラス、ベイン４０ｅの先端がマイナスとなる発振モードがあるが、このような発振モードを総称して異常発振、あるいは、モーディングと言う。
したがって、以下の説明では、マグネトロンが正常発振以外のモードで発振することを異常発振又はモーディングと言う。
【００４８】
なお、ストラップリング４１、４２は、上記したように正常発振を強制的に促し、発振の安定化に有利であるが、異常発振が生じときは、ベインの接続点が異なる電位となるので、大きなマイクロ波電流が流れ熱疲労破壊の原因となり、極端な場合は溶断などに至る。
【００４９】
図４は、ストラップリングを備えるマグネトロンの陽極電流iｂと陽極電圧ｅｂとの関係を示す特性図である。
図示するように、正常発振Ａ０が最も低い陽極電圧で発生し、異常発振Ａ１、Ａ２のときは、正常発振Ａ０のときに比べ高い陽極電圧となる。
なお、異常発振の種類はベイン枚数に応じて増すが、この特性図では、２種類の異常発振Ａ１、Ａ２の特性が示してある。
【００５０】
本発明は、正常発振Ａ０の特性に最も近い異常発振Ａ１の特性に着眼し、正常発振Ａ０により出力されるマイクロ波電力の周波数（２．４５ＧＨｚ帯）と異常発振Ａ１により出力されるマイクロ波電力の周波数を有効に利用する。
その理由は、フィラメントからの電子放出量が正常発振を維持するために必要なレベル以下になったとき異常発振するが、このとき異常発振Ａ１のマイクロ波発振が最も強く必ず発生することを確認したからである。
【００５１】
下記する表１は、工業用マグネトロンが正常発振Ａ０で出力されるマイクロ波電力の周波数と異常発振Ａ１で出力されるマイクロ波電力の周波数の測定結果を示す。
【表１】
なお、家庭用電子レンジが備えるマグネトロンが異常発振によって出力するマイクロ波電力の周波数は、４．２ＧＨｚ〜５．０ＧＨｚであることも確認された。
【００５２】
この表１より分かるように、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電力と、３．５ＧＨｚ以上のマイクロ波電力を分離し、３．５ＧＨｚ以上のマイクロ波電力を検出すれば、マグネトロンが異常発振したことが判明し、この結果、マグネトロンの寿命到来を認識することができる。
【００５３】
正常発振のマイクロ波電力と異常発振のマイクロ波電力は、導波管をハイパスフイルタとして簡単に分離することができる。
図５はハイパスフイルタの構成例を示す方形導波管４３で、断面の長辺寸法Ｄを４．３ｃｍとしたものは、３．５ＧＨｚ以下のマイクロ波電力を遮断し、３．５ＧＨｚを超えるマイクロ波電力を伝搬する。
同様に、長辺寸法Ｄを５ｃｍにしたものは、３ＧＨｚ以下のマイクロ波電力を遮断し、３ＧＨｚを超えるマイクロ波電力を伝搬する。
さらに、長辺寸法Ｄを６ｃｍとしたものは、２．５ＧＨｚ以下のマイクロ波電力を遮断し、２．５ＧＨｚを超えるマイクロ波電力を伝搬する。
【００５４】
したがって、長辺寸法Ｄが４．３ｃｍから６ｃｍまでの方形導波管を用いれば、表１から分かるように、１．５ｋＷから６ｋＷまでのマグネトロンが出力する異常発振のマイクロ波電力を分離し、検出することができる。
具体的には、異常発振のマイクロ波電力に合わせた長辺寸法の方形導波管を使用する。
【００５５】
図６、図７は、上記したハイパスフイルタである方形導波管を利用した寿命判定装置１５の電力検出部１６を示す。
この電力検出部１６は、胴体部１６ａが図５に示す方形導波管と同様に正常発振のマイクロ波電力を遮断し、異常発振のマイクロ波電力を通過させる有底のフイルタとなっている。
また、胴体部１６ａには、結合金属棒４４を備えた同軸線用端子４５が設けてあり、結合金属棒４４の胴体部内挿入長Ｈと短絡板からの距離Ｌは、異常発振のマイクロ波電力が結合する長さに調整してある。
【００５６】
この電力検出部１６は図８に示す如く、導波管系回路１１の一部１１ａに設置してある。
具体的には、導波管系回路１１は、正常発振のマイクロ波電力、つまり、２．４５ＧＨｚ帯のマイクロ波電力が伝播する導波管構成となっており、したがって、その一部１１ａの長辺寸法Ｄも６０〜１２０ｃｍの導波管となっている。
【００５７】
導波管係回路１１の一部１１ａには、異常発振のマイクロ波電力の波長に対し、１／２波長に近い長さに形成したスロットアンテナ４６が設けてある。
このスロットアンテナ４６は異常発振のマイクロ波電力に対し共振するので、異常発振の多くのマイクロ波電力を放出する。
【００５８】
マグネトロン１０が正常発振し、２．４５ＧＨｚ帯のマイクロ波電力をアプリケータ１２に送っている間は、スロットアンテナ４６から漏れる少ないマイクロ波電力（安全基準以下）は電力検出部１６によって遮断されるから、同軸線端子４５には検出信号が現れない。
【００５９】
マグネトロン１０が異常発振に移った時、異常発振のマイクロ波電力が導波管系回路１１を介してアプリケータ１２に送られるが、この時にスロットアンテナ４６から多くの異常発振のマイクロ波電力が漏れ出て電力検出部１６内に伝搬する。
したがつて、異常発振のマイクロ波電力が結合金属棒４４に結合するから、同軸線端子４５に検出信号（異常発振のマイクロ波電力）が現れる。
【００６０】
同軸線端子４５には、表示部１７を接続し、この表示部１７が同軸線端子４５から出力される検出信号に応動してアラームを動作させる。
図９は表示部１７の回路例を示す図である。
この表示回路は、電力検出部１６から出力される検出信号をアンプ４７によって検波増幅し、この増幅信号をトランジスタ４８のベースに入力し、増幅信号が一定レベルを超えたとき、トランジスタ４８をＯＮさせる。
【００６１】
トランジスタ４８のＯＮにより、リレー４９が励起されてその端子４９ａ、４９ｂがＯＦＦからＯＮになり、ランプ５０が点灯してモーディングの発生を表示する。
また、トランジスタ４８に並列接続した常閉型のスイッチ５１とリレー端子４９ａの回路体は、ランプ５０の点灯保持回路である。
【００６２】
すなわち、トランジスタ４８が一旦ＯＮすると、電力検出部１６からの検出信号が消失してもスイッチ５１と端子４９ａの閉成によりリレー４９が動作を継続するから、ランプ５０が点灯したままとなる。
なお、表示部１７はアラームを発生すればよいので、上記のランプ５０に換えてブザーなどのその他の表示部材を設けることができる。
【００６３】
上記した通り、本実施形態の駆動回路は、マグネトロン１０を通常運転し、マグネトロン１０が正常発振しているかぎり、寿命判定装置１５が非動作のままとなっている。
寿命判定スイッチ２８を投入して寿命判定操作を行うと、陽極電流の減少に伴ってマグネトロン１０が異常発振したとき、異常発振のマイクロ波電力を電力検出部１６が検出し、その検出信号に応動して表示部１７が表示動作する。
したがって、表示部１７のランプ５０の点灯から、マグネトロン１０のモーディングの発生を検出し、マグネトロン１０の寿命到来が近いことを判定する。
【００６４】
このように行う寿命判定は、マグネトロン１０が出力するマイクロ波電力が９２％程度となるように、陽極電流を減少させる。
これにより、概略９５％以上の寿命を有効に利用することができ、その上、マグネトロン１０が故障してマイクロ波処理物に影響が出る前にマグネトロン１０を交換することができる。
【００６５】
図１０は、本発明の第二実施形態を示し、この実施形態は、導波管系回路１１に設けた方向性結合器６１を利用した寿命判定装置１５を備える図１同様のマイクロ波応用装置となっている。
本実施形態は、図１１に示す通り、導波管系回路１１の一部１１ａのＨ面に、管軸方向に沿って２つの孔６３a、６３ｂを設け、この孔６３ａ、６３ｂを覆うようにして方向性結合器６１を設置した構成としてある。
なお、２つの孔６３aと６３ｂの間隔は、正常発振のマイクロ波電力が導波管系回路１１を伝播するときの波長（管内波長）λｇの１／４に設定してある。
【００６６】
また、図１２に示す如く、導波管系回路１１の一部１１ａは、マグネトロン１０のアンテナから放射したマイクロ波電力が入り口１１ｂから進入してその出口１１ｃに向かい、その出口１１ｃにはアイソレータ１４が接続される。
【００６７】
さらに、この方向性結合器６１は、Ｈ面に形成した孔６３ａ、６３ｂに対向する関係にある同軸線内導体６４の位置を各々６４ａ、６４ｂとし、かつ、その位置６４ａから位置６４ｂまでの長さを導波管系回路１１の一部１１ａの管内波長λｇの３／４に設定してある。
なお、孔６３ａと位置６４ａのマイクロ波電力の結合率（カップリング）と、孔６３ｂと位置６４ｂのマイクロ波電力の結合率（カップリング）は同じになるようにしてある。
【００６８】
上記のように構成した方向性結合器６４は、孔６３ａを通って位置６４ａに結合した正常発振のマイクロ波電力（２．４５ＧＨｚ帯）は、同軸線内導体６４の同軸端子６５ａと６５ｂとに等分に伝播する。そして、位置６４ｂでは、波長がλｇ・３／４進む。
また、導波管内を孔６３ｂまで進み、つまり、波長がλｇ・１／４進み孔６３ｂから入って位置６４ｂに結合する正常発振のマイクロ波電力も同軸端子６５ａ、６５ｂに等分に伝播する。
そして、位置６４ａでは、導波管内のλｇ・１／４の波長と同軸線内導体６４のλｇ・３／４波長が加わり合計λｇ進むことになる。
【００６９】
したがって、位置６４ａを通過して同軸端子６５ａ側に進むマイクロ波電力は位相差がλｇの同じ大きさ（結合率が同じであるから）の正常発振のマイクロ波電力が加わることになるので、導波管入り口１１ｂから入った正常発振のマイクロ波電力が同軸端子６５ａで検出可能になる。
結合率が予め求めてあれば、導波管系回路１１の一部１１ａを伝播するマイクロ波電力を同軸端子６５ａの出力から測定することができる。
【００７０】
一方、位置６４ｂを通過して同軸端子６５ｂ側に進む正常発振のマイクロ波電力は、孔６３ａで位置６４ａに結合したマイクロ波電力がλｇ・３／４進んで位置６４ｂに到達し、導波管内をλｇ・１／４進んで孔６３ｂから位置６４ｂに結合したマイクロ波電力が加わる。
したがって、２つのマイクロ波電力の位相差がλｇ・１／２となって打ち消し合うため、位置６４ｂを通過して同軸端子６５ｂ側に進むマイクロ波電力はない。
【００７１】
言い換えれば、導波管入り口１１ｂから進入した正常発振のマイクロ波電力については、同軸端子６５ａによって検出でき、導波管出口１１ｃから進入した正常発振のマイクロ波電力は同軸端子６５ｂによって検出することができる。
しかし、異常発振のマイクロ波電力は、位置６４ａ、６４ｂで結合しても位相が合っていないため、打ち消し合うことがないから、同軸端子６５ａ、６５ｂの両方に伝播する。
【００７２】
上記構成の方向性結合器６１を備えるマイクロ波応用装置は、マグネトロン１０が正常発振している間は、２．４５ＧＨｚ帯のマイクロ波電力が同軸端子６５ａから検出できる。
なお、マグネトロンが正常発振しているかぎり、同軸端子６５ｂにはマイクロ波電力は現れない。
【００７３】
アプリケータ１２から方向性結合器６１に向かう正常発振のマイクロ波電力の反射波はアイソレータ１４によって吸収されるから、アプリケータ１２から方向性結合器６１に向かうマイクロ波電力がなく、したがって、同軸端子６５ｂにはマイクロ波電力が現れない。
【００７４】
他方、マグネトロン１０に異常発振が生じ、正常発振のマイクロ波電力と異常発振のマイクロ波電力が出力されると、同軸端子６５ａには、正常発振のマイクロ波電力と異常発振のマイクロ波電力が現れ、同軸端子６５ｂには、異常発振のマイクロ波電力だけが現れる。
【００７５】
このことから、同軸端子６５ｂから出力されるマイクロ波電力信号（検出信号）に応動する表示部１７のランプ点灯によってマグネトロン１０のモーディングの発生が検出できるから、第一実施形態と同様に寿命判定操作することによって、マグネトロン１０の寿命について判定できる。
【００７６】
なお、本実施形態は、方向性結合器６１に換えてパワーモニターを使用し、このパワーモニターとアイソレータ１４とを組み合わせて寿命判定装置１５の電力検出部１６を構成することができる。
このように実施した場合は、進行波電力の取出端子には正常発振のマイクロ波電力が現われ、反射波の取出端子には異常発振のマイクロ波電力が現れる。
【００７７】
なお、第一実施形態では、導波管を利用した周波数検出部１６を用いた寿命判定装置１５について説明したが、２．４５ＧＨｚ帯のマイクロ波電力を遮断し、異常発振のマイクロ波電力を通過させるフイルタであればよいので、例えば、表面波伝送線路、マイクロ波電界強度測定用のホーンアンテナなどを利用しても同様に構成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
マグネトロン応用装置などに備えるマグネトロンの寿命判定機能を有するマグネトロンの駆動装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】第一実施形態を示し、マグネトロンの寿命判定装置を備えたマグネトロン応用装置の概略図である。
【図２】寿命判定装置を備えるマグネトロンの駆動回路を示す図である。
【図３】電子レンジ用や工業用に使用されるマグネトロンの陽極空洞の模式図である。
【図４】ストラップリングを備えるマグネトロンの陽極電流iｂと陽極電圧ｅｂとの関係を示す特性図である。
【図５】異常発振のマイクロ波電力を分離するハイパスフイルタの構成例を示す方形導波管の斜視図である。
【図６】異常発振のマイクロ波電力を検出する電力検出部の斜視図である。
【図７】上記した電力検出部の断面図である。
【図８】導波管系回路の一部に上記した電力検出部を配置する構成を示した斜視図である。
【図９】上記した寿命判定装置を構成する表示部の回路例を示した図である。
【図１０】第二実施形態を示し、マグネトロンの寿命判定装置を備えたマグネトロン応用装置の概略図である。
【図１１】方向性結合器を利用した寿命判定装置の電力検出部の配置構成を示した斜視図である。
【図１２】上記した方向性結合器の断面図である。
【図１３】マグネトロンの出力と平均陽極電流の関係を示す特性図である。
【図１４】マグネトロンのフィラメント電圧と平均陽極電流の関係を示す特性図である。
【符号の説明】
【００８０】
１０ マグネトロン
１１ 導波管系回路
１３ 駆動装置
１４ アイソレータ
１５ 寿命判定装置
１６ 電力検出部
１７ 表示部
２１ フィラメントトランス
２２ 陽極トランス
２５、２６ リレースイッチ
２８ 寿命判定スイッチ
６１ 方向性結合器
６５ａ、６５ｂ 同軸端子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波電力を出力させるマグネトロンの駆動装置において、
推奨されるフィラメント電圧と陽極電流とで正常発振するマグネトロンの陽極電流を一定の範囲で減少させる電流制御手段と、
前記電流制御手段による陽極電流の減少制御によりマグネトロンが異常発振したとき、異常発振のマイクロ波電力を検出する電力検出手段と、
前記電力検出手段の検出信号に応動する表示手段とからなる寿命判定装置を備え、
前記電流制御手段による陽極電流の減少制御によってマグネトロンが異常発振に移ったとき、前記表示手段の表示変化からマグネトロンの寿命到来が接近したことを判定する寿命判定機能を有するマグネトロンの駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載したマグネトロンの駆動装置において、
前記電流制御手段は、マグネトロンのマイクロ波電力が９２％程度となる陽極電流に減少制御する構成としたことを特徴とする寿命判定機能を有するマグネトロンの駆動装置。
【請求項３】
請求項１に記載したマグネトロンの駆動装置において、
マグネトロンが出力するマイクロ波電力の伝送路にフイルタを設け、
マグネトロンが異常発振したとき、正常発振のマイクロ波周波数を超えた所定周波数の高周波電力を前記フイルタによって分離し、分離した高周波電力を異常発振のマイクロ波電力として検出して検出信号を出力する電力検出手段を設けたことを特徴とする寿命判定機能を有するマグネトロンの駆動装置。
【請求項４】
請求項１に記載したマグネトロンの駆動装置において、
マグネトロンが出力するマイクロ波電力をアプリケータに送る伝送路に少なくとも方向性結合器とアイソレータとを設け、
前記方向性結合器の反射波結合側に高周波電力が現れたとき、異常発振のマイクロ波電力を検出する電力検出手段を設けたことを特徴する寿命判定機能を有するマグネトロンの駆動装置。
【請求項５】
請求項４に記載したマグネトロンの駆動装置において、
前記方向性結合器をパワーモニターとして構成したことを特徴とするマグネトロンの駆動装置。
【請求項１】
マイクロ波電力を出力させるマグネトロンの駆動装置において、
推奨されるフィラメント電圧と陽極電流とで正常発振するマグネトロンの陽極電流を一定の範囲で減少させる電流制御手段と、
前記電流制御手段による陽極電流の減少制御によりマグネトロンが異常発振したとき、異常発振のマイクロ波電力を検出する電力検出手段と、
前記電力検出手段の検出信号に応動する表示手段とからなる寿命判定装置を備え、
前記電流制御手段による陽極電流の減少制御によってマグネトロンが異常発振に移ったとき、前記表示手段の表示変化からマグネトロンの寿命到来が接近したことを判定する寿命判定機能を有するマグネトロンの駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載したマグネトロンの駆動装置において、
前記電流制御手段は、マグネトロンのマイクロ波電力が９２％程度となる陽極電流に減少制御する構成としたことを特徴とする寿命判定機能を有するマグネトロンの駆動装置。
【請求項３】
請求項１に記載したマグネトロンの駆動装置において、
マグネトロンが出力するマイクロ波電力の伝送路にフイルタを設け、
マグネトロンが異常発振したとき、正常発振のマイクロ波周波数を超えた所定周波数の高周波電力を前記フイルタによって分離し、分離した高周波電力を異常発振のマイクロ波電力として検出して検出信号を出力する電力検出手段を設けたことを特徴とする寿命判定機能を有するマグネトロンの駆動装置。
【請求項４】
請求項１に記載したマグネトロンの駆動装置において、
マグネトロンが出力するマイクロ波電力をアプリケータに送る伝送路に少なくとも方向性結合器とアイソレータとを設け、
前記方向性結合器の反射波結合側に高周波電力が現れたとき、異常発振のマイクロ波電力を検出する電力検出手段を設けたことを特徴する寿命判定機能を有するマグネトロンの駆動装置。
【請求項５】
請求項４に記載したマグネトロンの駆動装置において、
前記方向性結合器をパワーモニターとして構成したことを特徴とするマグネトロンの駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００９−９９４９４（Ｐ２００９−９９４９４Ａ）
【公開日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２７２３１５（Ｐ２００７−２７２３１５）
【出願日】平成１９年１０月１９日（２００７．１０．１９）
【出願人】（０００１１４０３１）ミクロ電子株式会社 (37)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月１９日（２００７．１０．１９）
【出願人】（０００１１４０３１）ミクロ電子株式会社 (37)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]