JP2000161201A - イオンエンジン - Google Patents
イオンエンジンInfo
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- JP2000161201A JP2000161201A JP10337113A JP33711398A JP2000161201A JP 2000161201 A JP2000161201 A JP 2000161201A JP 10337113 A JP10337113 A JP 10337113A JP 33711398 A JP33711398 A JP 33711398A JP 2000161201 A JP2000161201 A JP 2000161201A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ホローカソード内の電離プラズマから放電容器
内の磁石へ侵入する熱量を効果的に抑制でき、もって大
型化の実現に寄与できるイオンエンジンを提供する。 【解決手段】ホローカソード９と放電容器３との間に設
けられ、ホローカソード９で発生した熱の一部を放電容
器３の方向以外の方向に輻射してホローカソード９から
放電容器３へ移動する熱量を抑制する熱移動抑制手段３
１を備えている。
内の磁石へ侵入する熱量を効果的に抑制でき、もって大
型化の実現に寄与できるイオンエンジンを提供する。 【解決手段】ホローカソード９と放電容器３との間に設
けられ、ホローカソード９で発生した熱の一部を放電容
器３の方向以外の方向に輻射してホローカソード９から
放電容器３へ移動する熱量を抑制する熱移動抑制手段３
１を備えている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、人工衛星等に搭載
されるイオンエンジンに関する。
されるイオンエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】イオンエンジンは、人工衛星等の軌道制
御、南北位置保持、主推進等に用いられている。このよ
うなイオンエンジンのうち電子衝撃型イオンエンジンの
主要部は、通常、図６に示すように構成されている。
御、南北位置保持、主推進等に用いられている。このよ
うなイオンエンジンのうち電子衝撃型イオンエンジンの
主要部は、通常、図６に示すように構成されている。
【０００３】すなわち、図中、１は円筒状に形成された
金属材製のシールドケースを示している。このシールド
ケース１の周壁には小孔２が複数形成されている。
金属材製のシールドケースを示している。このシールド
ケース１の周壁には小孔２が複数形成されている。
【０００４】シールドケース１内には磁性材で形成され
た放電容器３が同心的に配置されている。この放電容器
３の開口部は加速電極４によって蓋されている。加速電
極４は、スクリーングリッド４ａと加速グリッド４ｂと
で構成されている。これらスクリーングリッド４ａと加
速グリッド４ｂには、イオンビーム通過孔５が同軸的に
複数形成されている。
た放電容器３が同心的に配置されている。この放電容器
３の開口部は加速電極４によって蓋されている。加速電
極４は、スクリーングリッド４ａと加速グリッド４ｂと
で構成されている。これらスクリーングリッド４ａと加
速グリッド４ｂには、イオンビーム通過孔５が同軸的に
複数形成されている。
【０００５】放電容器３の底壁中央部には小径の開口部
６が形成されており、この開口部６は筒体７を介してガ
ス導入系８に通じている。そして、筒体７内に主陰極と
なるホローカソード９が配置されている。また、放電容
器３の内壁面にはＮ極とＳ極とを交互に内側に位置させ
るように環状の磁石１０が複数固定されている。
６が形成されており、この開口部６は筒体７を介してガ
ス導入系８に通じている。そして、筒体７内に主陰極と
なるホローカソード９が配置されている。また、放電容
器３の内壁面にはＮ極とＳ極とを交互に内側に位置させ
るように環状の磁石１０が複数固定されている。
【０００６】加速電極４を構成しているスクリーングリ
ッド４ａと加速グリッド４ｂとは、それぞれ径方向の熱
膨張を吸収するための電極支持機構１２（スクリーング
リッド４ａの電極支持機構は図示せず）で支持されてい
る。スクリーングリッド４ａと加速グリッド４ｂとに
は、定格動作時に０．７ｍｍ程度のグリッド間隔を保つ
ための曲率がつけられている。電位的にはスクリーング
リッド４ａが１ｋＶ程度で、加速グリッド４ｂが−３０
０Ｖ程度に保持されている。
ッド４ａと加速グリッド４ｂとは、それぞれ径方向の熱
膨張を吸収するための電極支持機構１２（スクリーング
リッド４ａの電極支持機構は図示せず）で支持されてい
る。スクリーングリッド４ａと加速グリッド４ｂとに
は、定格動作時に０．７ｍｍ程度のグリッド間隔を保つ
ための曲率がつけられている。電位的にはスクリーング
リッド４ａが１ｋＶ程度で、加速グリッド４ｂが−３０
０Ｖ程度に保持されている。
【０００７】ホローカソード９は、通常、図７に示すよ
うに構成されている。
うに構成されている。
【０００８】すなわち、電子源となるのは中心部に円柱
状の空洞を持つカソードインサート１３である。このカ
ソードインサート１３は、フランジ１４に同軸的に突設
された円筒状のカソードチューブ１５に挿入されてい
る。カソードチューブ１５の先端部にはオリフィス板１
６が設けてあり、このオリフィス板１６に対してカソー
ドインサート１３が支持筒１７によって押し付けられて
いる。なお、オリフィス板１６の中心には０．５〜ｌｍ
ｍ程度のオリフィス１８が設けられている。また、オリ
フィス板１６の前面には、中心部に孔を有した円盤状の
キーパ電極１９が絶縁筒２０に支持されて配置されてい
る。カソードチューブ１５の先端部外周にはヒータ２１
が装着してあり、その外側には熱シールド２２が装着さ
れている。なお、図７において、２３，２４はヒータ２
１に給電するための端子を示し、２５はキーパ電極１９
を所定の電位に保つための端子を示している。
状の空洞を持つカソードインサート１３である。このカ
ソードインサート１３は、フランジ１４に同軸的に突設
された円筒状のカソードチューブ１５に挿入されてい
る。カソードチューブ１５の先端部にはオリフィス板１
６が設けてあり、このオリフィス板１６に対してカソー
ドインサート１３が支持筒１７によって押し付けられて
いる。なお、オリフィス板１６の中心には０．５〜ｌｍ
ｍ程度のオリフィス１８が設けられている。また、オリ
フィス板１６の前面には、中心部に孔を有した円盤状の
キーパ電極１９が絶縁筒２０に支持されて配置されてい
る。カソードチューブ１５の先端部外周にはヒータ２１
が装着してあり、その外側には熱シールド２２が装着さ
れている。なお、図７において、２３，２４はヒータ２
１に給電するための端子を示し、２５はキーパ電極１９
を所定の電位に保つための端子を示している。
【０００９】このように構成されたホローカソード９
は、フランジ１４の周縁部が絶縁リング２６を介して筒
体７に固定され、またカソードインサート１３がフラン
ジ１４を介してガス導入系８に通じている。
は、フランジ１４の周縁部が絶縁リング２６を介して筒
体７に固定され、またカソードインサート１３がフラン
ジ１４を介してガス導入系８に通じている。
【００１０】このイオンエンジンでは、ホローカソード
９のカソードインサート１３に対して放電容器３が図示
しない電圧印加系統によって陽極電位に保たれる。この
状態で推進剤、例えばＸｅ（キセノン）ガスがガス導入
系８からホローカソード９内を通って放電容器３内に導
入されると、カソードインサート１３と放電容器３との
間に放電が生起され、カソードインサート１３から放出
された１次電子が加速される。この１次電子がホローカ
ソード９内のＸｅガスに衝突して電離プラズマが生成さ
れる。この電離プラズマから新たに２次電子が引き出さ
れ、１次電子と共に放電容器３内のＸｅガスに衝突し、
別の電離プラズマが生成される。放電容器３内の電離プ
ラズマは、磁石１０の作るカスプ磁場によって放電容器
３の内壁面から離れた領域に閉じ込められる。
９のカソードインサート１３に対して放電容器３が図示
しない電圧印加系統によって陽極電位に保たれる。この
状態で推進剤、例えばＸｅ（キセノン）ガスがガス導入
系８からホローカソード９内を通って放電容器３内に導
入されると、カソードインサート１３と放電容器３との
間に放電が生起され、カソードインサート１３から放出
された１次電子が加速される。この１次電子がホローカ
ソード９内のＸｅガスに衝突して電離プラズマが生成さ
れる。この電離プラズマから新たに２次電子が引き出さ
れ、１次電子と共に放電容器３内のＸｅガスに衝突し、
別の電離プラズマが生成される。放電容器３内の電離プ
ラズマは、磁石１０の作るカスプ磁場によって放電容器
３の内壁面から離れた領域に閉じ込められる。
【００１１】加速電極４は放電容器３内の電離プラズマ
からＸｅ+ イオンを引き出し、１ｋｅＶ程度の運動エネ
ルギを与えてイオンビーム通過孔５から宇宙空間に放出
する。この放出に伴う反力が推力となる。なお、放出さ
れたＸｅ+ イオンビームと同じ量の電子ｅを中和器２７
が宇宙空間に放出して電気的に中和し、人工衛星等が帯
電するのを防止する。ホローカソード９のヒータ２１と
キーパ電極１９は、点火時にカソードインサート１３か
ら１次電子を放出させるのに用いられる。
からＸｅ+ イオンを引き出し、１ｋｅＶ程度の運動エネ
ルギを与えてイオンビーム通過孔５から宇宙空間に放出
する。この放出に伴う反力が推力となる。なお、放出さ
れたＸｅ+ イオンビームと同じ量の電子ｅを中和器２７
が宇宙空間に放出して電気的に中和し、人工衛星等が帯
電するのを防止する。ホローカソード９のヒータ２１と
キーパ電極１９は、点火時にカソードインサート１３か
ら１次電子を放出させるのに用いられる。
【００１２】ところで、このようにして運転されるイオ
ンエンジンにおいて、磁石１０としては、通常、Ｓｍ−
Ｃｏ磁石が使用されている。この磁石は約２５０℃以上
になると急激な経年変化（減磁）を示す。したがって、
放電容器３内の電離プラズマを良好に閉じこめるには、
磁石１０を冷却して約２５０℃以下に保つ必要がある。
ンエンジンにおいて、磁石１０としては、通常、Ｓｍ−
Ｃｏ磁石が使用されている。この磁石は約２５０℃以上
になると急激な経年変化（減磁）を示す。したがって、
放電容器３内の電離プラズマを良好に閉じこめるには、
磁石１０を冷却して約２５０℃以下に保つ必要がある。
【００１３】このようなことから、従来のイオンエンジ
ンでは、放電容器３の外表面に熱輻射率の高いアルミナ
溶射層等の高熱輻射率層２８を設け、この高熱輻射率層
２８からシールドケース１の小孔２を通して放射状に輻
射熱を放射させて放電容器３を冷却し、これによって各
磁石１０の温度上昇を防止している。
ンでは、放電容器３の外表面に熱輻射率の高いアルミナ
溶射層等の高熱輻射率層２８を設け、この高熱輻射率層
２８からシールドケース１の小孔２を通して放射状に輻
射熱を放射させて放電容器３を冷却し、これによって各
磁石１０の温度上昇を防止している。
【００１４】しかしながら、前記のように構成された従
来のイオンエンジンにあっては、大型化するに当たって
次のような問題があった。
来のイオンエンジンにあっては、大型化するに当たって
次のような問題があった。
【００１５】すなわち、放電容器３は通常、厚さｌｍｍ
程度の鉄材で構成される。大型化する場合でも放電容器
３の重量増加を抑えるために、やはり放電容器３の壁厚
を１ｍｍ程度に抑える必要がある。一方、大型化する
と、放電容器３内及びホローカソード９内で発生する熱
量が増加する。この結果、放電容器３の内面に取りつけ
られている各磁石１０に侵入する熱量も増加する。この
ように多量の熱が各磁石１０に侵入したとき、この侵入
熱を放電容器３の薄い壁内を通して熱伝導で一様に拡散
させることは困難となる。このため、各磁石１０の温度
が場所によって大きく異なったものとなる。
程度の鉄材で構成される。大型化する場合でも放電容器
３の重量増加を抑えるために、やはり放電容器３の壁厚
を１ｍｍ程度に抑える必要がある。一方、大型化する
と、放電容器３内及びホローカソード９内で発生する熱
量が増加する。この結果、放電容器３の内面に取りつけ
られている各磁石１０に侵入する熱量も増加する。この
ように多量の熱が各磁石１０に侵入したとき、この侵入
熱を放電容器３の薄い壁内を通して熱伝導で一様に拡散
させることは困難となる。このため、各磁石１０の温度
が場所によって大きく異なったものとなる。
【００１６】各磁石１０に侵入する熱の主な熱源は、放
電容器３内に生成されている電離プラズマとホローカソ
ード９内に生成されている電離プラズマとである。この
うち、放電容器３内に生成されている電離プラズマから
各磁石１０に流れ込む熱量はほぼ均等である。しかし、
ホローカソード９内の電離プラズマから流れ込んでくる
熱量は、ホローカソード９に近い磁石ほど大きくなる。
特に、ホローカソード９の周囲に配置されている磁石１
０ａの温度が残りの磁石１０に較べて極めて高くなり、
約２５０℃以下にするのが極めて困難であった。
電容器３内に生成されている電離プラズマとホローカソ
ード９内に生成されている電離プラズマとである。この
うち、放電容器３内に生成されている電離プラズマから
各磁石１０に流れ込む熱量はほぼ均等である。しかし、
ホローカソード９内の電離プラズマから流れ込んでくる
熱量は、ホローカソード９に近い磁石ほど大きくなる。
特に、ホローカソード９の周囲に配置されている磁石１
０ａの温度が残りの磁石１０に較べて極めて高くなり、
約２５０℃以下にするのが極めて困難であった。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来のイ
オンエンジンにあっては、大型化を図ろうとすると、特
にホローカソードの近くに配置されている磁石への熱侵
入が大きくなり、これら磁石が許容温度を超えてしま
い、大型化するのが困難であった。
オンエンジンにあっては、大型化を図ろうとすると、特
にホローカソードの近くに配置されている磁石への熱侵
入が大きくなり、これら磁石が許容温度を超えてしま
い、大型化するのが困難であった。
【００１８】そこで本発明は、特にホローカソード内の
電離プラズマから放電容器内の磁石へ侵入する熱量を効
果的に抑制でき、もって大型化の実現に寄与できるイオ
ンエンジンを提供することを目的としている。
電離プラズマから放電容器内の磁石へ侵入する熱量を効
果的に抑制でき、もって大型化の実現に寄与できるイオ
ンエンジンを提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、放電容器と、この放電容器に取り付けら
れ、陽極としての前記放電容器に対して主陰極となるホ
ローカソードと、前記放電容器の内部へ作動ガスを導入
するガス導入系と、前記ホローカソードと前記放電容器
との間に電圧を印加し、前記ガス導入系によって導かれ
た作動ガスを電離させて前記ホローカソード内及び前記
放電容器内にプラズマを生成させる手段と、前記放電容
器に取り付けられて前記放電容器内のプラズマを磁場の
作用で前記放電容器の壁から離れた領域に保持する複数
の磁石と、前記放電容器内のプラズマからイオンを取り
出し、加速して前記放電容器の外部へ送り出す複数のグ
リッド板からなる加速電極とを備えたイオンエンジンに
おいて、前記ホローカソードと前記放電容器との間に設
けられ、前記ホローカソードで発生した熱の一部を前記
放電容器の方向以外の方向に輻射して前記ホローカソー
ドから前記放電容器へ移動する熱量を抑制する熱移動抑
制手段を備えていることを特徴としている。 なお、前
記熱移動抑制手段は、内部に前記ホローカソードを収容
するとともに外周面の一部又はほぼ全部が前記放電容器
の外部に位置するように前記放電容器に固定された熱遮
蔽筒体と、この熱遮蔽筒体の外周面で前記放電容器の外
部に位置している部分に形成された高熱輻射率面部とを
備えていてもよい。
に、本発明は、放電容器と、この放電容器に取り付けら
れ、陽極としての前記放電容器に対して主陰極となるホ
ローカソードと、前記放電容器の内部へ作動ガスを導入
するガス導入系と、前記ホローカソードと前記放電容器
との間に電圧を印加し、前記ガス導入系によって導かれ
た作動ガスを電離させて前記ホローカソード内及び前記
放電容器内にプラズマを生成させる手段と、前記放電容
器に取り付けられて前記放電容器内のプラズマを磁場の
作用で前記放電容器の壁から離れた領域に保持する複数
の磁石と、前記放電容器内のプラズマからイオンを取り
出し、加速して前記放電容器の外部へ送り出す複数のグ
リッド板からなる加速電極とを備えたイオンエンジンに
おいて、前記ホローカソードと前記放電容器との間に設
けられ、前記ホローカソードで発生した熱の一部を前記
放電容器の方向以外の方向に輻射して前記ホローカソー
ドから前記放電容器へ移動する熱量を抑制する熱移動抑
制手段を備えていることを特徴としている。 なお、前
記熱移動抑制手段は、内部に前記ホローカソードを収容
するとともに外周面の一部又はほぼ全部が前記放電容器
の外部に位置するように前記放電容器に固定された熱遮
蔽筒体と、この熱遮蔽筒体の外周面で前記放電容器の外
部に位置している部分に形成された高熱輻射率面部とを
備えていてもよい。
【００２０】また、前記熱移動抑制手段は、内部に前記
ホローカソードを収容するとともに外周面の一部が前記
放電容器の外部に位置するように前記放電容器に固定さ
れた熱遮蔽筒体と、この熱遮蔽筒体の外周面で前記放電
容器の外部に位置している部分に形成された高熱輻射率
面部と、前記熱遮蔽筒体の外周面で前記放電容器の内部
に位置している部分に形成された低熱輻射率面部とを備
えていてもよい。
ホローカソードを収容するとともに外周面の一部が前記
放電容器の外部に位置するように前記放電容器に固定さ
れた熱遮蔽筒体と、この熱遮蔽筒体の外周面で前記放電
容器の外部に位置している部分に形成された高熱輻射率
面部と、前記熱遮蔽筒体の外周面で前記放電容器の内部
に位置している部分に形成された低熱輻射率面部とを備
えていてもよい。
【００２１】また、前記熱移動抑制手段は、内部に前記
ホローカソードを収容するとともに外周面の一部が前記
放電容器の外部に位置するように前記放電容器に固定さ
れた熱遮蔽筒体と、この熱遮蔽筒体の外周面で前記放電
容器の外部に位置している部分に設けられた高熱輻射率
面部と、前記熱遮蔽筒体の外周面で前記放電容器の内部
に位置している部分に形成された低熱輻射率面部と、前
記放電容器の内面側で少なくとも前記熱遮蔽筒体に近接
している前記磁石の外面を覆うように設けられた熱遮蔽
層とを備えていてもよい。
ホローカソードを収容するとともに外周面の一部が前記
放電容器の外部に位置するように前記放電容器に固定さ
れた熱遮蔽筒体と、この熱遮蔽筒体の外周面で前記放電
容器の外部に位置している部分に設けられた高熱輻射率
面部と、前記熱遮蔽筒体の外周面で前記放電容器の内部
に位置している部分に形成された低熱輻射率面部と、前
記放電容器の内面側で少なくとも前記熱遮蔽筒体に近接
している前記磁石の外面を覆うように設けられた熱遮蔽
層とを備えていてもよい。
【００２２】さらに、各熱移動抑制手段は、前記放電容
器と前記熱遮蔽筒体との間に介挿された複数枚の網状体
等からなる熱絶縁材を含んでいてもよい。
器と前記熱遮蔽筒体との間に介挿された複数枚の網状体
等からなる熱絶縁材を含んでいてもよい。
【００２３】前記ホローカソード内の電離プラズマから
流出してくる熱量は、熱遮蔽筒体に伝わり、この熱遮蔽
筒体の外表面で、放電容器の外部に位置している部分に
設けられた高熱輻射率面部を介して輻射でシールドケー
スに伝えられる。そして、シールドケースに伝えられた
熱量は、輻射で宇宙空間へ放射される。このとき、シー
ルドケースの表面にも高熱輻射率層を設けていれば一層
効果的である。
流出してくる熱量は、熱遮蔽筒体に伝わり、この熱遮蔽
筒体の外表面で、放電容器の外部に位置している部分に
設けられた高熱輻射率面部を介して輻射でシールドケー
スに伝えられる。そして、シールドケースに伝えられた
熱量は、輻射で宇宙空間へ放射される。このとき、シー
ルドケースの表面にも高熱輻射率層を設けていれば一層
効果的である。
【００２４】このように、ホローカソード内の電離プラ
ズマから流出してくる熱が、放電容器側に伝わるのを抑
制できるので、放電容器内に設けられている磁石、特に
ホローカソードの近くに配設されている磁石が許容値以
上に温度上昇するのを防止でき、結局、大型のイオンエ
ンジンの設計が可能となる。
ズマから流出してくる熱が、放電容器側に伝わるのを抑
制できるので、放電容器内に設けられている磁石、特に
ホローカソードの近くに配設されている磁石が許容値以
上に温度上昇するのを防止でき、結局、大型のイオンエ
ンジンの設計が可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら発明の
実施形態を説明する。
実施形態を説明する。
【００２６】図１には本発明の第１の実施形態に係るイ
オンエンジンを一部切欠した斜視図が示されている。な
お、この図では図６と同一機能部分が同一符号で示され
ている。したがって、重複する部分の詳しい説明は省略
する。
オンエンジンを一部切欠した斜視図が示されている。な
お、この図では図６と同一機能部分が同一符号で示され
ている。したがって、重複する部分の詳しい説明は省略
する。
【００２７】この例に係るイオンエンジンが従来のもの
と異なる点は、ホローカソード９と放電容器３との間
に、ホローカソード９で発生した熱の一部を放電容器３
の方向以外の方向に輻射してホローカソード９から放電
容器３へ移動する熱量を抑制する熱移動抑制手段３１を
設けたことにある。
と異なる点は、ホローカソード９と放電容器３との間
に、ホローカソード９で発生した熱の一部を放電容器３
の方向以外の方向に輻射してホローカソード９から放電
容器３へ移動する熱量を抑制する熱移動抑制手段３１を
設けたことにある。
【００２８】熱移動抑制手段３１は、図２に示すよう
に、一端側にホローカソード９のフランジ１４ａが位置
するように、内部にホローカソード９を同心的に収容固
定した例えば金属製の熱遮蔽筒体３２と、この熱遮蔽筒
体３２の外周面で、例えば軸方向の中間位置に設けられ
て筒体７の開口端部への接続に供されるフランジ３３
と、熱遮蔽筒体３２の外周面で、フランジ３３より図中
下側、つまり放電容器３より外に位置する部分に形成さ
れた高熱輻射率面部３４とで構成されている。
に、一端側にホローカソード９のフランジ１４ａが位置
するように、内部にホローカソード９を同心的に収容固
定した例えば金属製の熱遮蔽筒体３２と、この熱遮蔽筒
体３２の外周面で、例えば軸方向の中間位置に設けられ
て筒体７の開口端部への接続に供されるフランジ３３
と、熱遮蔽筒体３２の外周面で、フランジ３３より図中
下側、つまり放電容器３より外に位置する部分に形成さ
れた高熱輻射率面部３４とで構成されている。
【００２９】高熱輻射率面部３４は、熱遮蔽筒体３２の
外周面への高熱輻射率材のコーテイング（アルミナ溶射
等）あるいは外周面への高熱輻射率処理によって形成さ
れている。
外周面への高熱輻射率材のコーテイング（アルミナ溶射
等）あるいは外周面への高熱輻射率処理によって形成さ
れている。
【００３０】このような構成であると、次のようにして
ホローカソード９から放電容器３へ移動する熱量が抑制
される。
ホローカソード９から放電容器３へ移動する熱量が抑制
される。
【００３１】すなわち、主陰極であるホローカソード９
の熱源である電離プラズマは、カソードインサート１３
内の先端数ｍｍの範囲で形成される。この電離プラズマ
から発生した熱の大部分は、カソードインサート１３か
ら支持筒１７及びカソードチューブ１５を介してフラン
ジ１４ａに伝わり、このフランジ１４ａから熱遮蔽筒体
３２の図２中下端部に伝わる。
の熱源である電離プラズマは、カソードインサート１３
内の先端数ｍｍの範囲で形成される。この電離プラズマ
から発生した熱の大部分は、カソードインサート１３か
ら支持筒１７及びカソードチューブ１５を介してフラン
ジ１４ａに伝わり、このフランジ１４ａから熱遮蔽筒体
３２の図２中下端部に伝わる。
【００３２】熱遮蔽筒体３２の外周面で、図２中下端部
からフランジ３３までの部分、つまり放電容器３の外に
位置している部分には高熱輻射率面部３４が形成されて
いる。このため、熱遮蔽筒体３２に伝わった熱の大部分
は、高熱輻射率面部３４から放電容器３の方向以外の方
向、この例ではシールドケース１に向けて輻射され、こ
のシールドケース１から宇宙空間に放射される。
からフランジ３３までの部分、つまり放電容器３の外に
位置している部分には高熱輻射率面部３４が形成されて
いる。このため、熱遮蔽筒体３２に伝わった熱の大部分
は、高熱輻射率面部３４から放電容器３の方向以外の方
向、この例ではシールドケース１に向けて輻射され、こ
のシールドケース１から宇宙空間に放射される。
【００３３】したがって、ホローカソード９から放電容
器３へ移動する熱量を抑えることができ、この結果、磁
石１０の温度、特にホローカソード９に近い部分に設け
られている磁石１０ａの温度を許容値以下に抑えること
ができる。
器３へ移動する熱量を抑えることができ、この結果、磁
石１０の温度、特にホローカソード９に近い部分に設け
られている磁石１０ａの温度を許容値以下に抑えること
ができる。
【００３４】なお、シールドケース１の表面にも高熱輻
射率層を設けておけば一層効果的である。
射率層を設けておけば一層効果的である。
【００３５】図３には本発明の第２の実施形態に係るイ
オンエンジンの要部だけが示されている。この図では図
２と同一機能部分が同一符号で示されている。したがつ
て、重複する部分の説明は省略する。
オンエンジンの要部だけが示されている。この図では図
２と同一機能部分が同一符号で示されている。したがつ
て、重複する部分の説明は省略する。
【００３６】この例に係るイオンエンジンでは、熱遮蔽
筒体３２の外周面で放電容器３の外部に位置する部分に
前記例と同様の高熱輻射率面部３４を設け、外周面で放
電容器３の内部に位置する部分に鏡面仕上げ等によって
形成された低熱輻射率面部３５を設けてなる熱移動抑制
手段３１ａを用いている。
筒体３２の外周面で放電容器３の外部に位置する部分に
前記例と同様の高熱輻射率面部３４を設け、外周面で放
電容器３の内部に位置する部分に鏡面仕上げ等によって
形成された低熱輻射率面部３５を設けてなる熱移動抑制
手段３１ａを用いている。
【００３７】このような構成であると、先の例と同様の
効果が得られることは勿論のこと、低熱輻射率面部３５
の存在が有効に作用し、熱遮蔽筒体３２の外周面で放電
容器３の内部に位置する部分から輻射で放電容器３に伝
わる熱量も十分に小さい値に抑えることが可能となる。
効果が得られることは勿論のこと、低熱輻射率面部３５
の存在が有効に作用し、熱遮蔽筒体３２の外周面で放電
容器３の内部に位置する部分から輻射で放電容器３に伝
わる熱量も十分に小さい値に抑えることが可能となる。
【００３８】図４には本発明の第３の実施形態に係るイ
オンエンジンの要部だけが示されている。この図では図
３と同一機能部分が同一符号で示されている。したがつ
て、重複する部分の説明は省略する。
オンエンジンの要部だけが示されている。この図では図
３と同一機能部分が同一符号で示されている。したがつ
て、重複する部分の説明は省略する。
【００３９】この例に係るイオンエンジンでは、熱遮蔽
筒体３２の外周面で放電容器３の外部に位置する部分に
前記各例と同様の高熱輻射率面部３４を設け、外周面で
放電容器３の内部に位置する部分に図３に示す例と同様
に鏡面仕上げ等によって形成された低熱輻射率面部３５
を設け、さらに放電容器３の内面側で少なくとも熱遮蔽
筒体３２に近接している磁石１０ａの外面を覆うように
熱遮蔽層３６を設けてなる熱移動抑制手段３１ｂを用い
ている。
筒体３２の外周面で放電容器３の外部に位置する部分に
前記各例と同様の高熱輻射率面部３４を設け、外周面で
放電容器３の内部に位置する部分に図３に示す例と同様
に鏡面仕上げ等によって形成された低熱輻射率面部３５
を設け、さらに放電容器３の内面側で少なくとも熱遮蔽
筒体３２に近接している磁石１０ａの外面を覆うように
熱遮蔽層３６を設けてなる熱移動抑制手段３１ｂを用い
ている。
【００４０】このような構成であると、図３に示す例と
同様の効果が得られることは勿論のこと、少なくとも熱
遮蔽筒体３２に近接している磁石１０ａへ輻射で侵入す
る熱量を大幅に少なくすることができる。
同様の効果が得られることは勿論のこと、少なくとも熱
遮蔽筒体３２に近接している磁石１０ａへ輻射で侵入す
る熱量を大幅に少なくすることができる。
【００４１】なお、本発明は上述した例に限定されるも
のではなく、例えば上述した熱移動抑制手段に加えて、
図５に示すように、筒体７とフランジ３３との間に、複
数の金網等からなる熱絶縁材３７を介在させて、フラン
ジ３３側から筒体７側へ熱伝導で伝わる熱量を抑えるよ
うにしてもよい。また、上述した各例では熱遮蔽筒体３
２の外周面で軸方向の中間位置に取り付け用のフランジ
３３を設けているが、熱遮蔽筒体３２の外周面でフラン
ジ１４ａから最も離れた位置、すなわち図２中上端部に
フランジ３３を設けることによって、熱遮蔽筒体３２の
外周面のほぼ全域に高熱輻射率面部３４を設けるように
してもよい。
のではなく、例えば上述した熱移動抑制手段に加えて、
図５に示すように、筒体７とフランジ３３との間に、複
数の金網等からなる熱絶縁材３７を介在させて、フラン
ジ３３側から筒体７側へ熱伝導で伝わる熱量を抑えるよ
うにしてもよい。また、上述した各例では熱遮蔽筒体３
２の外周面で軸方向の中間位置に取り付け用のフランジ
３３を設けているが、熱遮蔽筒体３２の外周面でフラン
ジ１４ａから最も離れた位置、すなわち図２中上端部に
フランジ３３を設けることによって、熱遮蔽筒体３２の
外周面のほぼ全域に高熱輻射率面部３４を設けるように
してもよい。
【００４２】また、上述した各例では推進剤としてＸｅ
ガスを使用しているが、Ｘｅガスに限定されるものでは
ない。また、ガス導入系は主陰極と中和器を経由する２
系統を採用しているが、この系統数に限定さるものでは
ない。また、加速電極も２枚のグリッド板を軸方向バネ
で支持する方式を採用しているが、この枚数及び支持方
式に限定されるものではない。また、上述した各例は本
発明をリングカスプ磁場型のイオンエンジンに適用した
ものであるが、リングカスプ磁場型以外のイオンエンジ
ンにも同様に適用できる。さらに、本発明は、発明の要
旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
ガスを使用しているが、Ｘｅガスに限定されるものでは
ない。また、ガス導入系は主陰極と中和器を経由する２
系統を採用しているが、この系統数に限定さるものでは
ない。また、加速電極も２枚のグリッド板を軸方向バネ
で支持する方式を採用しているが、この枚数及び支持方
式に限定されるものではない。また、上述した各例は本
発明をリングカスプ磁場型のイオンエンジンに適用した
ものであるが、リングカスプ磁場型以外のイオンエンジ
ンにも同様に適用できる。さらに、本発明は、発明の要
旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
【００４３】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、特にホ
ローカソード側から放電容器内に侵入する熱量を効果的
に抑制でき、大型化の実現に寄与できる。
ローカソード側から放電容器内に侵入する熱量を効果的
に抑制でき、大型化の実現に寄与できる。
【図１】本発明の第１の実施形態に係るイオンエンジン
を一部切欠して示す斜視図
を一部切欠して示す斜視図
【図２】同イオンエンジンに組み込まれたホローカソー
ド及びその傍を取り出して示す断面図
ド及びその傍を取り出して示す断面図
【図３】本発明の第２の実施形態に係るイオンエンジン
に組み込まれたホローカソード及びその近傍を取り出し
て示す断面図
に組み込まれたホローカソード及びその近傍を取り出し
て示す断面図
【図４】本発明の第３の実施形態に係るイオンエンジン
に組み込まれたホローカソード及びその近傍を取り出し
て示す断面図
に組み込まれたホローカソード及びその近傍を取り出し
て示す断面図
【図５】放電容器と熱遮蔽筒体との結合部分に介挿され
る断熱構造を説明するための図
る断熱構造を説明するための図
【図６】従来のイオンエンジンを一部切欠して示す斜視
図
図
【図７】同イオンエンジンに組み込まれたホローカソー
ド及びその近傍を取り出して示す断面図
ド及びその近傍を取り出して示す断面図
１…シールドケース ２…小孔 ３…放電容器 ４…加速電極 ５…イオンビーム通過孔 ７…筒体 ８…ガス導入系 ９…ホローカソード １０…磁石 １３…カソードインサート １４…フランジ １５…カソードチューブ １６…オリフィス板 １９…キーパ電極 ２３，２４，２５…端子 ３１，３１ａ，３１ｂ…熱移動抑制手段 ３２…熱遮蔽筒体 ３３…フランジ ３４…高熱輻射率面部 ３５…低熱輻射率面部 ３６…熱遮蔽層 ３７…熱絶縁材
フロントページの続き (72)発明者 宮崎 勝弘 東京都調布市深大寺東町７丁目44番地１ 科学技術庁航空宇宙技術研究所内 (72)発明者 早川 幸男 東京都調布市深大寺東町７丁目44番地１ 科学技術庁航空宇宙技術研究所内 (72)発明者 吉田 英樹 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 赤井 公積 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝小向工場内 (72)発明者 高真 新一 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内
Claims (5)
- 【請求項１】放電容器と、この放電容器に取り付けら
れ、陽極としての前記放電容器に対して主陰極となるホ
ローカソードと、前記放電容器の内部へ作動ガスを導入
するガス導入系と、前記ホローカソードと前記放電容器
との間に電圧を印加し、前記ガス導入系によって導かれ
た作動ガスを電離させて前記ホローカソード内及び前記
放電容器内にプラズマを生成させる手段と、前記放電容
器に取り付けられて前記放電容器内のプラズマを磁場の
作用で前記放電容器の壁から離れた領域に保持する複数
の磁石と、前記放電容器内のプラズマからイオンを取り
出し、加速して前記放電容器の外部へ送り出す複数のグ
リッド板からなる加速電極とを備えたイオンエンジンに
おいて、 前記ホローカソードと前記放電容器との間に設けられ、
前記ホローカソードで発生した熱の一部を前記放電容器
の方向以外の方向に輻射して前記ホローカソードから前
記放電容器に向けて移動する熱量を抑制する熱移動抑制
手段を具備してなることを特徴とするイオンエンジン。 - 【請求項２】前記熱移動抑制手段は、内部に前記ホロー
カソードを収容するとともに外周面の一部又はほぼ全部
が前記放電容器の外部に位置するように前記放電容器に
固定された熱遮蔽筒体と、この熱遮蔽筒体の外周面で前
記放電容器の外部に位置している部分に形成された高熱
輻射率面部とを備えていることを特徴とする請求項１に
記載のイオンエンジン。 - 【請求項３】前記熱移動抑制手段は、内部に前記ホロー
カソードを収容するとともに外周面の一部が前記放電容
器の外部に位置するように前記放電容器に固定された熱
遮蔽筒体と、この熱遮蔽筒体の外周面で前記放電容器の
外部に位置している部分に形成された高熱輻射率面部
と、前記熱遮蔽筒体の外周面で前記放電容器の内部に位
置している部分に形成された低熱輻射率面部とを備えて
いることを特徴とする請求項１に記載のイオンエンジ
ン。 - 【請求項４】前記熱移動抑制手段は、内部に前記ホロー
カソードを収容するとともに外周面の一部が前記放電容
器の外部に位置するように前記放電容器に固定された熱
遮蔽筒体と、この熱遮蔽筒体の外周面で前記放電容器の
外部に位置している部分に設けられた高熱輻射率面部
と、前記熱遮蔽筒体の外周面で前記放電容器の内部に位
置している部分に形成された低熱輻射率面部と、前記放
電容器の内面側で少なくとも前記熱遮蔽筒体に近接して
いる前記磁石の外面を覆うように設けられた熱遮蔽層と
を備えていることを特徴とする請求項１に記載のイオン
エンジン。 - 【請求項５】前記熱移動抑制手段は、前記放電容器と前
記熱遮蔽筒体との間に介挿された複数枚の網状体等から
なる熱絶縁材を含んでいることを特徴とする請求項２，
３，４の何れか１項に記載のイオンエンジン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33711398A JP3976425B2 (ja) | 1998-11-27 | 1998-11-27 | イオンエンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33711398A JP3976425B2 (ja) | 1998-11-27 | 1998-11-27 | イオンエンジン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000161201A true JP2000161201A (ja) | 2000-06-13 |
| JP3976425B2 JP3976425B2 (ja) | 2007-09-19 |
Family
ID=18305570
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33711398A Expired - Fee Related JP3976425B2 (ja) | 1998-11-27 | 1998-11-27 | イオンエンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3976425B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007250316A (ja) * | 2006-03-15 | 2007-09-27 | Mitsubishi Electric Corp | ホローカソード |
| JP2009085206A (ja) * | 2007-09-13 | 2009-04-23 | Tokyo Metropolitan Univ | 荷電粒子放出装置およびイオンエンジン |
| CN111099044A (zh) * | 2019-12-13 | 2020-05-05 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种用于空间地面模拟环境调节推进器羽流位型超导磁体的装载机构 |
-
1998
- 1998-11-27 JP JP33711398A patent/JP3976425B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007250316A (ja) * | 2006-03-15 | 2007-09-27 | Mitsubishi Electric Corp | ホローカソード |
| JP2009085206A (ja) * | 2007-09-13 | 2009-04-23 | Tokyo Metropolitan Univ | 荷電粒子放出装置およびイオンエンジン |
| CN111099044A (zh) * | 2019-12-13 | 2020-05-05 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种用于空间地面模拟环境调节推进器羽流位型超导磁体的装载机构 |
| CN111099044B (zh) * | 2019-12-13 | 2023-01-13 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种用于空间地面模拟环境调节推进器羽流位型超导磁体的装载机构 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3976425B2 (ja) | 2007-09-19 |
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