(57)【要約】【課題】  長寿命化が図れるとともに、連続使用が可能なマグネトロンを得る。【解決手段】  冷陰極型のマグネトロンは、基板２１１上に炭素繊維材料の１つであるグラファイトナノファイバを成長させた第１の電極２１と、基板２１１上に二次電子放出係数が１以上の酸化バリウム２２１を塗布した第２の電極２２とを陽極筒体内部の中心軸上に交互に配置した構造の陰極２０を備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極筒体内の中心軸上に配置され、炭素系材料による電子放出源を設けた第１の電極と炭素系材料以外の電子放出源を設けた第２の電極を組み合わせて構成した陰極を備えたことを特徴とするマグネトロン。
【請求項２】
前記第１の電極及び前記第２の電極は、それぞれ円筒状に形成され、前記陽極筒体内の中心軸上に交互に配置されることを特徴とする請求項１に記載のマグネトロン。
【請求項３】
前記第１の電極は、前記第２の電極より陽極方向へ突出していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のマグネトロン。
【請求項４】
前記第１の電極の炭素系材料は、炭素繊維であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のマグネトロン。
【請求項５】
前記炭素繊維は、カーボンナノチューブ又はグラファイトナノファイバであることを特徴とする請求項４に記載のマグネトロン。
【請求項６】
前記第２の電極の炭素系材料以外の材料は、二次電子放出係数が１以上の物質からなるものであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のマグネトロン。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載のマグネトロンを具備することを特徴とする高周波加熱機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子レンジ等の高周波加熱機器に用いられるマグネトロンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷陰極型と呼ばれて陰極にフィラメントを使用しないマグネトロンが開発されている。この種のマグネトロンでは、マグネトロンを励起させるのに十分な電界放出を得ることを目的に、様々な構造の陰極が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図６は、上述した特許文献１で開示されたマグネトロンの陽極筒体内部の一部分を示す軸方向断面図である。この図に示すように、マグネトロンは、複数枚の陽極ベイン１０（この図では２枚のみ見えている）が不図示の陽極筒体の内側壁面より陽極筒体中心に向かって放射状に配置されており、これら陽極ベイン１０の先端より先の空間で、陽極筒体の中心軸上に陰極１１が配置されている。陰極１１は、円筒状に形成されたロッド１２と、このロッド１２に取り付けられた第１の放出要素である第１の電極１３及び第２の放出要素である第２の電極１４とを備えている。第１の電極１３及び第２の電極１４はそれぞれ複数個あり、ロッド１２に対して交互に取り付けられている。
【０００４】
第２の電極１４は、電子放出活性材である酸化物などの二次電子放出材料を用いて円筒状に形成されており、その内径がロッド１２の外径より僅かに大きくなっている。第１の電極１３は、超微細な耐火性金属材を用いた平坦なリング状の金属箔である。この場合、第１の電極１３の内径はロッド１２の外径より僅かに大きく形成され、外径は電極間空隙の値の０．１から０．２倍だけ第２の電極１４の外径よりも大きく形成されている。また、この第１の電極１３に使用される材料としては、電界放出を安定化させる必要があることから、Ｔａ（タンタル）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｗ（タングステン）等の耐火性金属材が用いられる。なお、耐火性金属の合金であるＷ−Ｔａ合金が用いられることもある。
【０００５】
このような陰極構造を有したマグネトロンは、第１の電極１３から電界放出によって放出された電子が、軸方向の直流磁界と陽陰極間の半径方向の直流電界とによってサイクロイド運動を行い、その電子の一部が陽極ベイン１０の高周波電界からエネルギーを得て陰極１１の第２の電極１４に衝突することで二次電子を放出し、それにより、電子数を雪崩状に増大させてマグネトロンを励起する。
【特許文献１】特表平６−５１０６２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のマグネトロンにおいては、寿命が短いうえ、パルス動作しかできず連続使用ができないという問題があった。つまり、第１の電極１３は平坦なリング状の金属箔であったため、マグネトロンを連続動作した場合に変形したり、溶解したりする虞がある。また、第１の電極１３がリング状の金属箔で機械的強度にも弱く、変形した場合にはマグネトロンの電流放出特性を変化させてしまう。さらに、サージやガス放電が生じた場合には金属箔を一瞬に破壊してしまう。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みなされたもので、その目的は、長寿命化が図れるとともに、連続使用が可能な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】
【０００８】
上記目的は下記構成により達成される。
（１）  陽極筒体内の中心軸上に配置され、炭素系材料による電子放出源を設けた第１の電極と炭素系材料以外の電子放出源を設けた第２の電極とを組み合わせて構成した陰極を備えることを特徴する。
【０００９】
（２）  上記（１）に記載のマグネトロンにおいて、前記第１の電極及び前記第２の電極は、それぞれ円筒状に形成され、前記陽極筒体内の中心軸上に交互に配置されることを特徴する。
【００１０】
（３）  上記（１）又は（２）に記載のマグネトロンにおいて、前記第１の電極は、前記第２の電極より陽極方向へ突出していることを特徴とする。
【００１１】
（４）  上記（１）から（３）のいずれかに記載のマグネトロンにおいて、前記第１の電極の炭素系材料は、炭素繊維であることを特徴とする。
【００１２】
（５）  上記（４）に記載のマグネトロンにおいて、前記炭素繊維は、カーボンナノチューブ又はグラファイトナノファイバであることを特徴とする。
【００１３】
（６）  上記（１）から（５）のいずれかに記載のマグネトロンにおいて、前記第２の電極の炭素系材料以外の材料は、二次電子放出係数が１以上の物質からなるものであることを特徴とする。
【００１４】
（７）  高周波加熱機器において、上記（１）から（６）のいずれかに記載のマグネトロンを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
上記（１）、（２）、（４）又は（５）に記載のマグネトロンによれば、陰極の電界放出電極である第１の電極に炭素系材料による電子放出源を設けたので、従来の金属箔を使用したものと比べて炭素繊維の繊維形状により無数に電子放出部があることから、連続動作しても変形したり溶解したりすることがなく、またサージやガス放電によって部分的に一部の電子放出部が破壊されても特性の変化も少ない。これにより、長寿命化が図れるとともに、連続使用が可能となる。
【００１６】
上記（３）に記載のマグネトロンによれば、第１の電極の外径が第２の電極の外径よりも大きく、第２の電極より陽極方向へ突出しているので、陽極の高周波電界からエネルギーをえ易くなり、電子放出を高めることができる。
【００１７】
上記（６）に記載のマグネトロンによれば、第２の電極に適用する炭素系材料以外の材料として、二次電子放出係数が１以上の物質を用いたので、効率良く二次電子の放出が可能となる。
【００１８】
上記（７）に記載の高周波加熱機器によれば、高周波加熱機器として寿命を左右するマグネトロンに上記構成のマグネトロンを用いたので、長寿命化ができることによる信頼性の向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明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、本発明の一実施の形態に係るマグネトロンの陰極構造を示す軸方向断面図である。
【００２０】
図１に示すように、本実施の形態に係るマグネトロンの陰極は、グラファイトナノファイバを基板上に成長させて炭素繊維材料による電子放出源を設けた円筒状の第１の電極２１と、酸化バリウムを基板上に形成して炭素繊維材料以外の二次電子放出材料により電子放出源を設けた円筒状の第２の電極２２と、第１の電極２１及び第２の電極２２のそれぞれを挿入可能な大きさに形成されて、第１の電極２１及び第２の電極２２を保持するロッド２３と、このロッド２３に挿入された第１の電極２１及び第２の電極２２を上下方向から固定する上下エンドハット２４、２５とを備えて構成される。
【００２１】
図２は、第１の電極２１の外観とその一部分を拡大した図である。
この第１の電極２１は、円筒状に形成した絶縁性を有する基板２１１の外側表面にＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法やプラズマＣＶＤ法によってグラファイトナノファイバ２１２を成長させたものである。このグラファイトナノファイバ２１２を基板２１１の側面に成長させた陰極表面に強電界（１０７ Ｖ／ｍｍ）を加えると、この陰極表面のポテンシャル障壁が薄くなり、電子の波動性から生じるトンネル効果により空間に電子が放出される。
【００２２】
図３は、第２の電極２２の外観とその一部分を拡大した図である。
この第２の電極２２は、円筒状に形成した絶縁性を有する基板２１１の外側表面に、二次電子放出係数が１以上の物質となる酸化バリウム２２１を形成させたものである。この場合、基板２１１の外側表面に炭酸バリウムを塗布し、その後、８００℃にて加熱することで炭酸バリウムが酸化バリウム２２１に分解される。
【００２３】
このような構造の第１の電極２１と第２の電極２２とがロッド２３に対して交互に挿入されて、上下エンドハット２４、２５で固定される。なお、本実施の形態では、図１に示すように第１の電極２１が３個、第２の電極２２が２個の組み合わせであるが、それぞれの個数に限定はなく交互に配置されれば良い。
【００２４】
上記の陰極構造を持つマグネトロンにおいて、陽極ベイン１０を既存のマグネトロン（１０分割、内径８ｍｍ）と同一のものとし、軸方向上下に図示せぬ永久磁石を配置して、軸方向に０．３５Ｔの直流磁界４０を生じさせた。また、マグネトロンの陽極ベイン１０と陰極２０との間に６ＫＶの電圧を印加した。このとき陽陰極間電圧によって生じる半径方向の電界によって、陰極２０のグラファイトナノファイバ２１２から電界放出により電界放出電子が放出された。
【００２５】
このグラファイトナノファイバ２１２から放出された電子３０は、図４に示すように、軸方向の直流磁界４０と陽陰極間の半径方向の直流電界によってサイクロイド運動を行い、その電子の一部が陽極ベイン１０の高周波電界からエネルギーを得て二次電子放出膜である酸化バリウム２２１に衝突し、これにより二次電子３１が放出される。これにより、電子数は雪崩状に倍増されて最大５０ｍＡの電流が放出され、また最大２００Ｗの発振が得られることが確認できた。
【００２６】
このように、本実施の形態のマグネトロンによれば、基板２１１上に炭素繊維材料の１つであるグラファイトナノファイバを成長させた第１の電極２１と、基板２１１上に二次電子放出係数が１以上の酸化バリウム２２１を塗布した第２の電極２２とを陽極筒体内部の中心軸上に交互に配置した構造の陰極２０を備えているので、連続使用が可能となるとともに、長寿命化が図れる。すなわち、第１の電極２１に使用される炭素繊維には無数に電子放出部が形成されるので、連続動作させても変形したり溶解したりすることがなく、またサージやガス放電によって部分的に一部の電子放出部が破壊されても特性の変化が少ないので、変形して電流放出特性が変化したり、溶解や破壊によって使用不能に陥ったりすることも無い。
【００２７】
なお、上記実施の形態では、陰極２０の構造において、図１に示すようにグラファイトナノファイバ２１２を設けた第１の電極２１と、酸化バリウム２２１を塗布した第２の電極２２との配置を、下エンドハット２５から第１の電極２１、第２の電極２２を順に交互に配置させたが、それぞれの配置を入れ替えても同等な効果を得ることができる。
【００２８】
また、上記実施の形態では、第１の電極２１に、グラファイトナノファイバ２１２を設けたが、他の炭素系材料であるカーボンナノチューブに替えても良好な結果を得ることができる。
【００２９】
また、上記実施の形態では、第２の電極２２に、二次電子放出材料である酸化バリウム２２１を設けたが、他の酸化物である、アルカリ金属、アルカリ土塁金属、白金族金属に替えても良好な結果を得ることができる。
【００３０】
また、上記実施の形態では、第１の電極２１と第２の電極２２の面を略一様にしたが、図５の軸方向断面図に示すように、第１の電極２１Ａを第２の電極２２より突出させて、第１の電極２１Ａの電極表面の電界をより高くして、電子放出を高めることができる。
【００３１】
また、本実施の形態のマグネトロンを高周波加熱機器に用いた場合、製品としての寿命を延ばすことができ、製品の信頼性向上が図れる。すなわち、高周波加熱機器の寿命を左右する主なものがマグネトロンであり、このマグネトロンに本実施の形態のマグネトロンを用いることで、高周波加熱機器の長寿命化が可能となる。
【００３２】
なお、上記実施の形態では、第１の電極２１と第２の電極２２とを別体として構成したが、これらを１つの円筒形の基板上に交互に形成する構成としても良い。
【００３３】
また、上記実施の形態では、第１の電極２１を３個、第２の電極２２を２個で構成したが、これらの数に限定はなく任意である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
電子レンジなどのマグネトロンを使用する用途への適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施の形態に係るマグネトロンの陰極の構造を示す軸方向断面図である。
【図２】一実施の形態に係るマグネトロンの陰極を構成する第１の電極の外観とその一部分を拡大した図である。
【図３】一実施の形態に係るマグネトロンの陰極を構成する第２の電極の外観とその一部分を拡大した図である。
【図４】一実施の形態に係るマグネトロンの陰極における作用を説明するための図である。
【図５】一実施の形態に係るマグネトロンの応用例を示す軸方向断面図である。
【図６】従来のマグネトロンの陰極の構造を示す軸方向断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  陽極ベイン
２０  陰極
２１、２１Ａ  第１の電極
２２  第２の電極
２３  芯出し棒
２４  上エンドハット
２５  下エンドハット
３０  一次電子
３１  二次電子
２１１  基板
２１２  グラファイトナノファイバ
２２１  酸化バリウム
【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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