专利名称：制作磁控管的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及微波炉和其他高频加热设备中使用的磁控管的一种制作方法。
有关普通磁控管的阴极结构的一个实例已在日本专利申请公报第S55-86039号中予以公布。如图6所示，该实例包括一个含有钍的由钨制作的螺旋形阴极(1)、位于该阴极(1)两端的一对端盖(2、3)，一条导入端盖(2)的内导线(4)和一条导入端盖(3)的内导线(5)。
在上述实例结构中，通过碳化物生成反应在阴极(1)的表面形成碳化钨层(以下简称WxCy层)，目的是使磁控管阴极结构能在较长时间阶段内平稳地辐射电子。WxCy层是通过向装有阴极(1)的容器输入含有氢的苯(C6H6)之后再通电加热阴极(1)而形成的。
然而这种普通的制作方法要求在碳化物生成反应过程中使用高气压苯，为控制气压的变化就要增大制作成本，同时，当苯气压发生变化时，阴极(1)表面的WxCy层的薄厚分布就会变大，从而导致不能在较长时间阶段内平稳地辐射电子的质量问题，而且，现已证实，苯的致癌作用是由于它导致大气环境的污染。
本发明提供的磁控管制作方法和设备，既不会增大制作成本，也不致降低质量和污染大气环境。
本发明所述磁控管的制作方法包括第一种混合气体生成过程，即将氮气和氢气组成的第一种运载气体混入由作为碳元素源的甲苯、二甲苯、环己烷组成的组中选择的一液体中而生成第一种混合气体；第二种混合气体生成过程，即将氮气和氢气组成的第二种运载气体混入第一种混合气之中而生成第二种混合气体；碳化物生成反应过程，即在第二种混合气体气氛中对阴极实施加热，使其表面变成金属碳化物。
在第一种混合气体生成过程中，便生成了碳化物生成反应过程所需要的气体，在尔后的第二种混合气体生成过程中，第二种混合气体中所选碳元素源气体的密度低于第一种混合气体的密度，因此，即便是装配有制造设备当地的室内温度下降时，气体密度也不会因为液化而发生变化，这种气体密度变化的情况在使用苯时却经常发生。这就是说，在尔后碳化物生成反应过程中，完全可以生成密度稳定的气体，确保阴极上形成恒定厚度的WxCy层。
本发明所述磁控管的制作设备包括第一种混合气体生成装置，在这种装置中，通过将氮气和氢气组成的第一种运载气体混入由甲苯、二甲苯、环己烷组成的组中选择一种液体中而生成第一种混合气体；第二种混合气体生成装置，在这种装置中，通过将氮气和氢气组成的第二种运载气体混入第一种混合气体而生成第二种混合气体；碳化物生成反应装置，在这种装置中，通过对置于第二种混合气体中的阴极实施加热，使其表面形成金属碳化物层。
附图的简要说明
图1是本发明第一个实施例中所述磁控管制作设备的示意图。
图2是利用本发明所述磁控管制作设备制作的一个磁控管的剖面图。
图3A是本发明所述磁控管阴极在碳化物生成反应前的剖面图。
图3B是本发明所述磁控管阴极在碳化物生成反应后的剖面图。
图4是表示阴极电阻变化量为甲苯和苯温度的函数的曲线图。
图5是表示阴极电阻变化量为第一、二种运载气体流速的函数的曲线图。
图6是磁控管的普通极阴结构的剖面图。
最佳实施例的叙述参照附图，对本发明的一个实施例作如下介绍。
如图2所示，本发明第一个实施例使用的磁控管包括一个阴极结构(6)、一个阳极结构(7)、一个外磁性电路结构(8)。
阴极结构(6)包括一个含钍的由钨制作的螺旋形阴极(灯丝)(9)、位于阴极(9)两端的一对端盖(10、11)、钎焊于端盖(10)的内导线(12)和钎焊于端盖(11)的内导线(13)。
阳极结构(7)包括一个铜质柱形阳极(14)、位于阳极(14)内表面上的呈辐射状态的一个节气阀(15)、位于阳极(14)两端的用铁等磁性材料制成的一对磁极片(16、17)、一个陶瓷绝缘管(18)、一个电磁波发射天线(19)和一个支撑内导线(12、13)的套筒(20)。外部磁路结构(8)包括永久性磁体(21、22)和磁轭(23)。第一个实施例现将本发明所述磁控管制作设备的第一个实施例介绍如下。
如图1所示，本发明所述磁控管制作设备第一个实施例包括第一种混合气体生成装置(27)，在这一装置中，通过将诸如甲苯(24)与由氮气和氢气组成的第一种运载气体(25)(氮气含量65％，氢气含量35％)混合而生成第一种混合气体(26)；第二种混合气体生成装置(30)，在这一装置中，通过将由氮气和氢气组成的第二种运载气体(28)(氮气含量65％，氢气含量35％)与第一种混合气体(26)混合而生成第二种混合气体(29)；碳化物生成反应装置(31)，在这种装置中，通过在第二种混合气体(29)中对阴极(9)加热，使阴极(9)发生碳化物生成反应。
第一种混合气体生成装置(27)包括第一个封闭容器(33)，该容器中盛有的甲苯(24)，并留有一定的空间(32)；温度保持装置(34)中装有一个加热装置和一个致冷器或类似设备，将封闭容器(33)中的甲苯的温度保持在指定的温度范围20～25℃之间；第一条供给通道(35)，从第一个封闭容器(33)外部将第一种运载气体(25)输入甲苯(24)之中，使二者混合生成第一种混合气体(26)。
第二种混合气体生成装置(30)包括第二个封闭容器(37)，该容器有空间(36)；第二条供给通道(38)用来输入第一种混合气体(26)，第三条供给通道(39)用来从第二个封闭容器(37)外部输入第二种运载气体(28)，这两种气体(26,28)均被输入第二个封闭容器(37)，并在其中混合生成第二种混合气体(29)。
在第一个实施例中，第一、二种运载气体(25、28)的总流速定在19升/分，而第一种运载气体(25)的流速则定在6～12升/分之间。
碳化物生成反应装置(31)包括装有阴极(9)的第三个封闭容器(40)、对阴极(9)加热的加热装置(41)、输入第二种混合气体(29)的第四条供给通道(42)。在第二种混合气体(29)中对阴极(9)进行加热，即可使阴极(9)发生碳化物生成反应。在第三个封闭容器(40)上还装有一个排气道(43)，用于在阴极(9)碳化物生成反应之后排放第二种混合气体(29)。在此实施例中，连接阴极结构(6)内导线(12、13)的电源(44)用作加热装置(41)。利用电源(44)提供的电力，可将阴极结构(6)中含钍的由钨制作的阴极(9)加热至很高温度。
在上述实施例中，虽然甲苯(24)的温度借助加热装置和致冷器等装置可以保持在指定的20～25℃之间，但温度保持装置(34)的保温范围却不仅限于这个温度区间，而且还可以使用其他的保持恒温的装置。如果能将制作设备四周范围的温度保持在20～25℃之间，便可无需使用温度保持装置(34)。
下面，参照图1介绍本发明所述磁控管的制作方法。
如图1所示，本发明所述第一实施例中的磁控管的制作方法包括第一种混合气体生成过程、第二种混合气体生成过程和阴极(9)碳化物生成反应过程。
在第一种混合气体生成过程中，通过温度保持装置(34)将装在第一个封闭容器(33)中的甲苯的温度保持在20～25℃之间，再通过第一条供给通道(35)将由氮气和氢气组成的第一种运载气体(25)输入第一个封闭容器(33)的甲苯之中，即可生成第一种混合气体(26)。
在尔后的第二种混合气体生成过程中，将第一种混合气体(26)和通过第三条供给通道(39)输入的第二种运载气体(28)在第二个封闭容器(37)中混合，即可生成第二种混合气体(29)。
在最后的碳化物生成反应过程中，先将第二种混合气体(29)通过第四条供给通道(42)输入第三个封闭容器(40)，然后用电源(44)向预先置于该容器中的阴极结构(6)的两条内导线(12、13)通电。在通电作用下，阴极结构(6)中的由含钍的钨制作的阴极(9)，在第二种混合气体(29)中被加热至很高温度，这时，第二种混合气体(29)中的甲苯气体因加热分解，阴极(9)表面的钨即变成WxCy，从而形成图3B所示的碳化物层(45)。此后，含有因受热而分解的甲苯的第二种混合气体(29)通过排气道(43)排出，必要时可将排出的气体收集到一个容器之中。
下面介绍使用上述实施例方法制作的磁控管的一些特点。
使用本发明所述第一个实施例的方法，通过将甲苯(24)和由氮气和氢气组成的第一种运载气体(25)混合，生成碳化物生成反应所需要的第一种还原性混合气体(26)，因而对甲苯(24)蒸气质量变化的控制较为容易，进而降低了为控制蒸气质量变化所需要的制作成本。不仅如此，利用第二种混合气体生成装置(30)将含有氮气和氢气的第二种运载气体(28)与第一种混合气体(26)混合，从而生成第二种混合气体(29)，在第二种混合气体(29)中，甲苯蒸气的密度要低于第一种混合气体(26)中甲苯蒸气的密度，所以，即便是在室内温度降低时甲苯蒸气也不会发生液化。这就是说，第二种混合气体(29)中的甲苯蒸气的质量被稳定了，同时，阴极(9)的电阻变化量分布也可以降低。此外，通过对装在碳化物生成反应装置(31)中并置于第二种混合气体(29)里的阴极(9)进行加热，就能够在含有钍的钨制的阴极(9)上引入质量稳定的碳元素。这就意味着可以生成能在较长时间阶段稳定辐射电子的阴极(9)。
再者，由于阴极(9)上的碳化物层是用甲苯(24)而不是苯生成的，所以不存在致癌作用和大气污染问题。
由于第一、二种运载气体(25、28)的总流速定在19升/分，而第一种运动气体(25)的流速定在6～12升/分区间，即便是在甲苯的温度在20～25℃区间时，仍可以在含钍的钨制作的阴极(9)上有效引入碳元素，所以，对甲苯(24)的温度控制十分简单或根本不需要，进而降低了制作成本。
不仅如此，由于甲苯应用于电阻变化梯度较小的20～25℃封闭空间温度之中，所以阴极(9)的电阻变化分布较小，从而导致阴极(9)能在较长时间阶段平稳地辐射电子并具备较长的使用寿命。
本发明将通过下述示例进一步予以说明。示例一本示例中所述磁控管制作设备的结构如图1所示。在本示例中，阴极结构(6)中的螺旋形阴极(9)的外径为4毫米，长度为9.8毫米，导线的直径为0.5毫米。第一种和第二种运载气体(25、28)的组合成分都是各占65％和35％的氮气和氢气。第一种和第二种运载气体(25、28)的总流速定在19升/分，第一种运载气体(25)的流速定在2升/分，而第二种运载气体(28)的流速定在17升/分，甲苯(24)被置入第一个封闭容器(33)中。为便于对比，特将苯取代甲苯(24)装入第一个封闭容器(33)中制成一个对比示例。
将苯和甲苯的温度控制在10～55℃之间变化，分别测出上述实施示例和对比示例阴极(9)的电阻变化量，测量结果如图4所示。图4中，曲线A和曲线B分别显示上述示例和对比示例的电阻变化量，所示电阻变化量是指碳化物层(45)生成前、后的电阻大小的差异。碳化物生成过程持续30秒钟，阴极(9)的电阻是在图1所示阴极结构(6)的两条内导线(12、13)之间测得的。为使阴极(9)能在较长时间阶段平稳地辐射电子并具备较长的使用寿命，电阻变化的大小宜控制在图4所示的3.5～6.3毫欧姆之间。观测在这种条件下生成的阴极(9)的表面，可以发现自外向里形成一个厚度(t)为15～40微米的碳化物层(45)，如图3B所示。
为使电阻变化的大小达到上述范围，必须将本实施示例中甲苯的温度保持在40～53℃之间，将对比示例中苯的温度保持在14～27℃之间。换言之，当使用苯作为碳元素源时，通常要对封闭容器(33)进行致冷。然而在上述示例中，只对加热装置进行调节便可以取得最佳条件。这就清楚地说明，使用一种便宜的设备完全可以制作出一种能在较长时间阶段平稳地辐射电子并具备较长使用寿命的螺旋形阴极。
此外，如图4所示，当封闭容器空间的温度在20～25℃之间时，使用甲苯制成的螺旋形阴极的电阻变化量的增减速率要小于使用苯制成的螺旋形阴极。换言之，使用甲苯制成的阴极对制作温度的敏感性较低。因此，只要按下述示例二中的方法控制制作条件，在甲苯温度为20～25℃条件下生成的碳化物层的厚度，就可以达到上述的控制范围，在这种情况下，就可以在20～25℃的平稳温度范围内进行气体的混合。示例二除了将甲苯(24)的温度控制在20～25℃之间变化，将第一种运载气体(25)的流速改变为5～14升/分区间外，其他制作过程与上述示例一完全相同。在这一过程中阴极(9)的电阻变化量如图5所示。图5中，曲线C显示的是将甲苯(24)温度保持在20℃时的结果，曲线D则显示的是将甲苯(24)温度保持在25℃时的结果。
这就清楚地说明，为了将电阻变化量保持在最佳范围(3.5～6.3毫欧姆)，第一种运载气体(25)的流速在甲苯(24)温度为20℃时应定在6～14升/分之间，而在甲苯(24)温度为25℃时应定在5.5～12升/分之间。换句话说，这明显地表明，通过变化第一种运载气体(25)和第二种运载气体(28)的流速，当封闭容器空间内的甲苯(24)温度在20～25℃区间时就可以生成高质量的螺旋形阴极。
根据本发明，通过将第一、二种运载气体(25、28)的流速分别定在6～12升/分和7～13升/分，就可以生成能在较长时间阶段中平稳辐射电子并具备较长使用寿命的磁控管阴极(9)。如此制作过程中的一个优点是无需对封闭容器(33)实施加热和致冷。原因是本发明使用的是甲苯，甲苯的蒸气压力只是苯蒸气压力的大约1/3，易于控制蒸气质量的变化，在其上形成碳化物层(45)的阴极(9)的电阻变化量的分布也因此缩小。
在上述示例介绍的磁控管制作方法和设备中，由氮气和氢气组成的第一种运载气体与甲苯混合一起，但是，本发明使用的碳元素不仅限于甲苯，任何具有与甲苯同级蒸气压力的碳氢化合物都可以使用，例如碳氢化合物包括甲苯。至今未见报告该碳氢化合物具有致癌作用。其它没有致癌问题的碳氢化合物如环己烷在比甲苯高的汽压下可以使用。通过加热封闭容器和管道，还可以使用那些蒸气压力低于甲苯的其他液态碳氢化合物，条件是它们没有致癌作用。同样，在上述介绍中，为取得均匀的碳化物层，就要变化运载气体的流速，然而，变化加热或其他制作条件也可以达到本发明的效果。
如上所述，通过对诸如甲苯、二甲苯和环己烷等用作阴极碳化物层的碳元素源的碳氢化合物的选择，可以消除致癌作用。只要没有致癌作用，通过对封闭容器和供给通道实施加热，那些蒸气压力低于甲苯的液态碳氢化合物也同样适用。
再者，在本发明中，通过使用第二种混合气体生成装置，可以防止各种组成气体在供给通道中的液化，在其上形成碳化物层的阴极的电阻变化量的分布也得以缩小，因而可以制作出能在较长时间阶段平稳辐射电子的磁控管阴极。此外，使用上述碳元素源，可以简化或消除制作过程中的温度控制，进而降低制作成本。
权利要求
1.一种制作磁控管的方法，包括第一种混合气体生成过程，其中，通过将包括氮气和氢气的第一种运载气体混入没有致癌作用的液态碳氢化合物中生成第一种混合气体；第二种混合气体生成过程，其中，通过将包括氮气和氢气的第二种运载气体混入上述第一种混合气体中生成第二种混合气体；碳化物生成过程，其中，通过对置于上述第二种混合气体中的阴极实施加热，在阴极表面形成金属碳化物层。
2.权利要求1所述的磁控管制作方法，其中，所述的液态碳氢化合物是从甲苯、二甲苯和环己烷组成的组中选出的一种。
3.权利要求2所述的磁控管制作方法，其中，所述液态碳氢化合物为甲苯。
4.权利要求3所述的磁控管制作方法，其中，在第一种混合气体生成过程中的甲苯温度定为20～25℃。
5.权利要求4所述的磁控管制作方法，其中，第一、二种运载气体的总流速定为19升/分，而第一种运载气体的流速定为6～12升/分。
6.权利要求2所述的磁控管制作方法，其中，碳元素在以下条件中引入到阴极上述液态碳氢化合物的温度保持在20～25℃之间，第一、二种运载气体的总流速定在恒定值，而第一种运载气体的流速则定在预定的范围内。
7.权利要求6所述的磁控管制作方法，其中，第一、二种运载气体的总流速定为19升/分，而第一种运载气体的流速定为6～12升/分之间。
8.制作磁控管的设备，包括生成第一种混合气体的第一种混合气体生成装置、生成第二种混合气体的第二种混合气体生成装置、使在第二种混合气体中的阴极表面形成金属碳化物层的碳化物生成反应装置。
9.权利要求8所述磁控管制作设备，其中，上述第一种混合气体生成装置包括装有液体并保留一定空间的第一个封闭容器；可将上述第一个封闭容器中的液体的温度保持在预定温度的温度保持装置；从第一个封闭容器外部向所述液体提供第一种运载气体的供给通道。
10.权利要求8所述磁控管制作设备，其中，上述第二种混合气体生成装置包括具有空间的第二个封闭容器、输入第一种混合气体的第二条供给通道、从第二个封闭容器外部输入第二种运载气体的第三条供给通道。
11.权利要求8所述磁控管制作设备，其中，上述碳化物生成反应装置包括第三个封闭容器、为欲处理的物体进行加热的加热装置、向第三个封闭容器输入第二种混合气体的第四条供给通道和排气口。
12.权利要求8所述的磁控管制作设备，该设备以如下方式构成，上述第一种运载气体的流速可以进行调节，而第一、二种运载气体的总流速保持恒定。
13.权利要求8所述的磁控管制作设备，其中，上述第一种混合气体是通过将包括氮气和氢气的运载气体混入从甲苯、二甲苯和环己烷组成的组中选择的一种液体中而生成的。
14.权利要求13所述的磁控管制作设备，其中，选择用来生成第一种混合气体的液体是甲苯。
全文摘要
本发明磁控管的制作方法包括第一种混合气体生成过程，通过将含有氮气和氢气的第一种运载气体混入一种没有致癌作用的液态碳氢化合物中生成第一种混合气体；第二种混合气体生成过程，通过将含有氮气和氢气的第二种运载气体混入第一种混合气体中生成第二种混合气体；碳化物生成反应过程，通过对置于第二种混合气体中的阴极进行加热，使阴极表面形成金属碳化物层。及这样的磁控管制作设备。
文档编号H01J23/05GK1239315SQ9910699
公开日1999年12月22日 申请日期1999年6月4日 优先权日1998年6月5日
发明者伊藤猛, 大原孝文, 纲川丰 申请人:松下电子工业株式会社