JP2001281398A

JP2001281398A - イオン源電極

Info

Publication number: JP2001281398A
Application number: JP2000094227A
Authority: JP
Inventors: Sumiichi Shibuya; 純市澁谷; Koji Ichihashi; 公嗣市橋; Toshihisa Okuyama; 利久奥山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2001-10-10

Abstract

(57)【要約】【課題】冷却効率が高く、かつ耐食性に優れ、寿命の長
いイオン源電極を提供する。【解決手段】熱膨張係数の小さい耐熱材料からなり表面
に溝を形成された電極板２と、この電極板２の溝４に収
納されろうによって接合された冷却パイプ３とを備え、
前記溝４の壁面または前記冷却パイプ３の表面の少なく
ともいずれか一方に前記ろうに対する保護層を有する構
成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は核融合装置の中性粒
子入射装置やイオンミキシング装置などに適用されるイ
オン源において、プラズマ中のイオンを加速して高速イ
オンビームを生成するイオン源電極に関する。

【０００２】

【従来の技術】核融合装置の中性粒子入射装置やイオン
ミキシング装置においてはプラズマから高速イオンビー
ムを生成するイオン源が用いられている。たとえば、図
７に示すように核融合装置に用いられる中性粒子入射装
置31のイオン源32は、水素などのガス33が導入されフィ
ラメント34を有するプラズマ生成部35において、当該フ
ィラメント34を介してアーク放電を行うことによりプラ
ズマを生成する。そして、このプラズマ中のガスが電離
したイオンを、電極36に高電圧を印加することにより形
成した電界によってプラズマから引き出して加速し、高
エネルギーを有する高速のイオンビーム40を発生するも
のである。

【０００３】イオンビーム40はそのままでは核融合装置
のコイルの磁場によって曲げられてしまうため、ガスを
満たした中性化セル39を通過させてイオンとガスとの衝
突反応により運動エネルギーを保存したまま中性粒子ビ
ーム41に変換し、炉心プラズマ42に入射させる。

【０００４】上述したイオン源におけるイオン加速用の
電極36は、図７に示す３段あるいは５段（図示しない）
などから構成されており、当該電極に多数形成されたイ
オンビーム引出し孔を通してプラズマからイオンビーム
を引き出すようになっており、特にイオン源に最も近い
１段目の電極は高温のイオンビームと直接接触する構造
となっている。このため、電極には電極自体の熱負荷を
下げ、耐久性能を向上させる冷却チャンネルが形成され
ている。通常、この冷却チャンネルは、効果的に冷却を
果たすために多数形成されるイオンビーム引出し孔間に
それぞれ設けられる。

【０００５】図８に従来の１段目のイオン源電極の一例
を示す。すなわち、イオン源電極43は耐熱性が高く線膨
張係数が小さく、かつ、入手性に優れるモリブデン材か
らなる電極板43ａ，63ｂを貫いて形成された多数のビー
ム引出し孔44を備えている。このビーム引出し孔44に隣
接して、冷媒が流れる冷却チャンネル45を形成してい
る。

【０００６】より詳しく述べると、イオン源電極43は、
モリブデンの２枚の電極板43ａ，43ｂを、一方の板に冷
却チャンネル45を加工し、もう一方の板は平板を用い、
これらのモリブデン板２枚を真空中で高温で加圧可能な
ホットプレス装置を用いて拡散接合し、電極板43ａ，43
ｂを通してビームを引出し孔44を有する構造としたもの
である。

【０００７】ところで、上記のような構成のイオン源電
極を用いてイオンビームを引き出すとき、イオン源電極
にはイオン源電極自体の熱負荷を下げるため冷却チャン
ネルの中に冷媒である純水を通す。

【０００８】ところが、電極板の材料として高熱負荷に
耐え、かつビーム引出し孔の熱負荷による位置の精度維
持のために線膨張の小さい材料、さらには入手性に優れ
るなどの理由からモリブデンが用いられているが、この
モリブデン材料はその素材が焼結金属で製造されるため
に、純水などの冷却水で腐食するという欠点がある。従
って、発明者らの経験ではその電極としての寿命は１年
ないし２年と非常に短い。したがって、腐食しにくく寿
命の長いイオン源電極が望まれている。

【０００９】そこで、その対策として特開平３−129638
号公報にイオン源電極の製造方法が提案されている。す
なわちこの方法は、冷却水通路用の溝を設けた溝付モリ
ブデン板の溝表面に冷却水による腐食を防ぐためにニッ
ケルを被覆しておき、その上にニッケルにて被覆された
モリブデン平板を重ね、拡散接合により溝付きモリブデ
ン板と一体化すると共に、ニッケルにて被覆された冷却
水通路孔を形成し、その後イオンビーム孔を加工するよ
うにしたものである。特に、この電極はプラズマ生成部
の開口部側に装着し、電界を形成する電極に好適な耐熱
金属かつ高融点材料のモリブデンから構成されている。

【００１０】上述した公報と同様に、特開平５−29093
号公報に記載のものはモリブデン板を主体として構成さ
れたイオン源電極において、モリブデン板は拡散接合に
より一体化した重合板構造とし、その冷却水通路用の冷
却孔の内周面をセラミック被膜層で被覆したイオン源電
極であり、この場合、セラミック被膜層をセラミックス
の蒸着により形成する方法を開示している。

【００１１】さらに、特開平６−314600号公報で提案さ
れているものは、イオンビームを加速するイオン源電極
において、タンタル板の拡散接合により一体化した重合
板構造のタンタル板を主体として構成されたイオン源電
極であり、タンタル板を拡散接合するにあたり、接合面
にチタンを介して拡散接合する方法を開示している。

【００１２】また、特許第2523742号公報に開示のもの
は、真空あるいはガス雰囲気中での拡散接合が可能な加
熱ヒータを設置した真空容器内で、互いの端面を向かい
合わせた一対の電極要素である溝付き板と平板との間に
上記電極要素材料の融点より低温で共晶反応により液相
を生成して電極要素と固溶する薄膜層を形成し、共晶反
応を利用した拡散接合で一体化する方法である。ここ
で、溝付き板には冷媒を流すための冷却孔を構成する細
溝およびイオンビームの引出しのためのビーム引出し孔
が形成される。

【００１３】この方法の特徴は、共晶反応により生成す
る液相を利用することにより、比較的小さい加圧力を作
用させただけで拡散接合できるので、液相が拡散凝固し
てギャップやボイドが消失し、電極全体を変形させた
り、溝付き板の冷却孔を変形させたり、あるいは埋める
ことなく、両電極要素の接合面全体において密着性に優
れた良好な接合面を得ることができることである。ま
た、冷却孔用に形成した細溝が加圧力によって変形する
ことにより冷却効率を低下させたり、製品としての寸法
精度が低下することが少ないなどの利点がある。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】前記特開平３−129638
号公報に開示されたイオン源電極は、モリブデン製の電
極板にニッケルをコーティングすることによって、冷却
水によるモリブデン電極板の腐食を防ぎ、製品としての
長寿命化を図るために工夫されたものであるが、モリブ
デン製の電極板の水路内へのニッケルの健全なコーティ
ングは難しく、時にそのコーティングの不健全部から腐
食し、冷却水の漏水事故を引き起こす事態が考えられ
る。

【００１５】コーティングの健全性が得難いのは、水路
になる溝が２ｍｍないし３ｍｍと非常に細く、このよう
な細い溝の内部のコーティングが要求されるからであ
る。そのコーティング方法あるいは手段として電気メッ
キやＰＶＤ（物理蒸着）、ＣＶＤ（化学蒸着）などの最
先端のコーティング技術を用いても細い溝の内部のコー
ティングは難しい。また、溝形状は冷却効率を高めるた
めに角溝であり、その溝内部およびコーナー部分のコー
ティング厚みが均一かつ健全であるようにコーティング
するのは非常に難しい。

【００１６】また、前記の特開平３−129638号公報、特
開平５−29093号公報、特開平６−314600号公報におけ
るイオン源電極はいずれも高融点材料であるモリブデン
ないしタンタルから構成されるもので、その構造は溝付
き板と平板とを拡散接合で一体化するものである。高融
点材料であるモリブデンないしタンタルからなる溝付き
板と平板とを拡散接合するには、接合中、特に温度、雰
囲気、加圧力については厳しく条件を守ることが求めら
れる。さらに、これらの条件は一定時間安定に保たねば
ならない。

【００１７】拡散接合に必要な温度は、一般に、その材
料の融点に対して０．７倍以上の温度あるいはその材料
の再結晶温度以上といわれている。雰囲気は、拡散接合
に必要な温度において被接合材料の表面酸化などが問題
にならない雰囲気が必要である。したがって、高真空中
あるいはアルゴンまたはヘリウムなどの不活性ガス雰囲
気中で接合することが要求される。加圧力は、接合面の
面粗さや接合温度で適正加圧力が決まる。温度が高けれ
ば、加圧力は小さく、温度が低ければ、加圧力は大きく
設定しなければならない。また、面粗さについては接合
面の凹凸が細かい場合は加圧力は小さく、逆に接合面の
凹凸が粗い場合は加圧力は高く設定しなければならな
い。

【００１８】要するに、接合面同士のコンタクト（密
着）が重要である。この条件を保持する時間は温度、雰
囲気、加圧力によって左右される。すなわち、温度が高
く、かつ、加圧力が高ければ相互拡散は積極的に進み、
保持時間は短くてすむ。しかし、拡散接合によるイオン
源電極板の接合では、接合を容易とする接合面の精度、
たとえば、面粗さを５Ｓ以下に保つようにしたとき、機
械加工後にバフ研磨が必要となり、また、その平坦度、
さらには清浄度を保つためには加工中および加工後の保
管にも注意が必要である。特に、イオン源電極板の板厚
は、たとえば、約３〜10ｍｍ程度と薄く、この部材の接
合面全体を均等に加圧し、かつ、溝の変形を抑えながら
加圧力を制御することは難しい。その装置を作るとして
も非常に複雑かつ高価な設備となる。このような拡散接
合では製造コストは高く、その信頼性は低く、イオン源
電極板のような大面積となると、接合面全域にわたる均
一な接合は困難と考えられる。

【００１９】また、前記特許第2523742号公報に開示の
ものは共晶反応を利用した拡散接合で一体化するもので
あり、その特徴は共晶反応により生成する液相を利用す
ることであり、比較的小さい圧力を作用させた状態で拡
散接合が可能になる。しかし拡散接合で各部材を一体化
するには、拡散接合あるいは共晶反応が起こる温度域ま
ですべての部材を加熱する必要がある。この方法では、
接合面に平坦な面が得られず加熱状態で接合面の密着が
十分でない場合には、共晶反応は起こらず、液相が生成
しないで、そこに欠陥であるボイドが発生する可能性が
ある。

【００２０】一方、この方法は上述した各公開公報に開
示された電極板の接合において述べたのと同様な問題に
直面する可能性がある。すなわち、拡散接合によるイオ
ン源電極では接合を容易にする接合面の精度、たとえば
面粗さを５Ｓ以下に保つようにしたとき、機械加工後に
バフ研磨が必要で、さらに、こうした工程を経た後で
も、平坦度および清浄度を保ち続けるように保管に注意
しなければならない。そこで本発明の目的は、冷却効率
が高く、かつ耐食性に優れ、寿命の長いイオン源電極を
提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明における請求項１の発明は、熱膨張係数の小さ
い耐熱材料からなり表面に溝を形成された電極板と、こ
の電極板の溝に収納されろうによって接合された冷却パ
イプとを備え、前記溝の壁面または前記冷却パイプの表
面の少なくともいずれか一方に前記ろうに対する保護層
を有する構成とする。

【００２２】請求項１の発明によれば、電極板と冷却パ
イプをろうに対する保護層を介して接合し一体化した構
成とすることで冷却水の漏水の危険の少ない冷却効率の
高いイオン源電極を提供することができる。

【００２３】請求項２の発明は、電極板の材料はモリブ
デンであり、冷却パイプの材料は銅または銅合金であ
り、ろうは、銀と銅を主成分としチタンを含有する活性
金属ろうである構成とする。

【００２４】請求項２の発明によれば、熱膨張係数が小
さく耐熱性の高いモリブデン材の電極板と熱伝導性のよ
い銅または銅合金からなる冷却パイプを用いることで、
高熱負荷が要求されるイオン源電極において、冷却性が
よく、その歪みや変形が小さく、かつ所定のビーム引出
し孔の精度を維持する高精度のイオン源電極を提供する
ことができる。

【００２５】請求項３の発明は、電極板に接合する銅ま
たは銅合金からなる冷却パイプの肉厚が0.3mm以下であ
ることを特徴とするものである。請求項３の発明によれ
ば、冷却パイプとして肉厚が0.3ｍｍ以下のパイプを用
いることで、イオン源電極の冷却効率が高く、高熱負荷
においてもビーム引出し孔の位置精度が保たれ、さらな
る高熱負荷（入力）での使用が可能となる。

【００２６】請求項４の発明は、前記保護層が、冷却パ
イプの表面に施されたニッケルメッキあるいはクロムメ
ッキとニッケルメッキの２重メッキである構成とする。
請求項４の発明によれば、材料が異なる電極板と冷却パ
イプのろう付け性が高まり、また、ろう付け時に発生す
る恐れのあるブレージング・エロージョン（ろう付け時
の腐食）を低減することができる。

【００２７】請求項５の発明は、保護層は、冷却パイプ
の表面または電極板の溝の壁面に施された物理蒸着被膜
である構成とする。請求項６の発明は、物理蒸着被膜
は、反応ガスに窒素ガスを用いて生成するチタンナイト
ライド（ＴｉＮ）またはチタンカーバイド（ＴｉＣ）あ
るいはチッ化クロム（ＣｒＮ）の被膜である構成とす
る。

【００２８】請求項５または６の発明によれば、材料が
異なる電極板と冷却パイプのろう付け性が高まり、ま
た、ろう付け時に発生する恐れのあるブレージング・エ
ロージョン（ろう付け時の腐食）を低減することができ
る。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。なお、各実施の形態において同一
の部分には同一の符号を付して重複する説明を省略す
る。

【００３０】（第１の実施の形態）図１は本発明の第１
の実施の形態に係るイオン源電極１の断面図を示し、図
２および図３はその製造工程を示す図である。図１、図
２および図３に示すように、本実施の形態のイオン源電
極１は、電極板２の一方の面に冷却パイプ３を挿入埋設
し接合するための溝４を機械加工で施した後、図４に示
す接合装置を用いて真空中あるいは不活性ガス雰囲気中
で電極板２と冷却パイプ３を接合した構成である。な
お、冷却パイプ３の表面には後述するコーティング処理
を施してある。

【００３１】このイオン源電極の製造方法としては、図
２に示すように先ず、モリブデンからなる電極板２の一
面に、幅および深さがそれぞれ約２ｍｍの複数の溝４を
互いに平行かつ所定の間隔をとって形成した溝付きの電
極板２を製作する。次に溝付き電極板２の溝４に、モリ
ブデンとニッケルメッキした銅または銅合金からなる冷
却パイプ３とがろう付け接合が可能なペーストろう（図
示しない）を塗布する。並行して、図３に示すような銅
または銅合金の冷却パイプ３およびヘッダー３ａからな
る冷却パイプアセンブリ５を別途製作して用意する。な
お、冷却パイプアセンブリ５の電極板２の溝に挿入埋設
され接合される部分には予め数ミクロンの厚さのニッケ
ルメッキを施しておく。

【００３２】その後、図１に示すように、ペーストろう
を塗布した電極板２に冷却パイプアセンブリ５を挿入し
た重合体６を形成する。この重合体６を接合するに際し
て、図４に示すように真空炉７を用いる。この真空炉７
は、内部に炉内の温度を上昇させかつ一定の温度に保こ
とが可能なヒータ８が備えられており、外部には内部を
真空にするための排気装置９が連設され、弁10の開閉に
より空気を排気して真空を保つことが可能となってい
る。

【００３３】先ず、接合一体化の準備として、重合体６
をこの真空炉７内の下部治具11上に載置する。次に重合
体６全面または冷却パイプアセンブリ５の形状に対応し
た同等の大きさの重し治具12を乗せる。この重し治具12
は、例えばステンレス鋼やカーボン板などの材料にてブ
ロックに形成し、その重量にて接合面の全面に均等な荷
重を作用させるようにしたものである。また、重し治具
12の重量は重合体６の接合面である冷却パイプ３と電極
板２の溝４内部が密着するように、１ｋＰａ以上の加圧
力が冷却パイプに均等に作用するように設定する。重し
治具12の荷重が均等でないと冷却パイプ３に片当たり
し、設定以上の加圧力が加わり、冷却パイプ３が変形す
る惧れがあるので、重しは均等にかかるようにする。

【００３４】次に、この状態を保ちつつ排気装置９の弁
10を開いて真空炉７内の空気を排気し、炉内の真空度が
約0.01Ｐａ以下になったところでヒータをスイッチＯＮ
して炉内をろう付けのための適正な温度830℃（実体温
度）に加熱し、この温度を５分から10分保持してろう材
を十分に溶融させる。この場合、接合面の相互間が重し
治具12の押圧力により密着させられていることにより、
ろう材の融液が毛細管現象によって接合面の全体に均等
に行き渡ってろう付け接合され、熱伝達性のすぐれた接
合面が形成される。

【００３５】この融液は、使用するペーストろう材が活
性金属ろうであるので、溶出する融液の量が極めて少な
いために、ろう付け部の極く近傍であるビーム引出し孔
13に流れ込む惧れがない。

【００３６】このようにして真空炉７内でろう付け接合
され一体化された重合体６は、炉内の温度が100℃前後
に降下した後に取り出され、外観上のチェックおよび冷
却パイプ３の耐圧試験、さらにはヘリウムリークディテ
クターを用いたリーク試験などを行い、その健全性を確
認する。その後、中性粒子入射装置等のイオン源加速部
に組み込まれ、イオン源電極として使用される。

【００３７】この第１の実施の形態の作用は以下に説明
するようになる。モリブデンと銅または銅合金からなる
冷却パイプとをろう付けするには、対モリブデンにぬれ
るろう材として、銀と銅の成分から構成される銀ろうに
チタンを数％含有する活性金属ろうを用いる。しかし、
活性金属ろうを用いると、銅および銅合金は活性金属ろ
うを構成する成分により、ブレージング・エロージョン
という、一種の腐食を起こす。特に、本実施の形態にお
ける銅または銅合金の冷却パイプのように肉厚が極めて
薄い場合、冷却パイプは容易にブレージング・エロージ
ョンにより穴があき、冷却水が漏水するという事態を惹
き起こす。

【００３８】そこで、活性金属ろうを用いても、銅また
は銅合金からなる冷却パイプがブレージング・エロージ
ョンを起こす危険の低い方法を検討した。その対策の一
つとして、メッキによる各種コーティングを施し、ろう
付け試験を実施した。その結果、銀メッキでは活性金属
ろうと銀メッキが反応し、ろう付け部に数100ミクロン
の反応層が認められた。また、クロムメッキでは、活性
金属ろうとクロムとは組み合せ上、反応しないためブレ
ージング・エロージョンを起こさないが、クロムメッキ
はその被膜にクラックが入りやすいという欠点がある。
実験においてもクラックが発生し、そのクラックからろ
うの融液が侵入し、そこで、冷却パイプと反応し、結果
的にブレージング・エロージョンが発生していることが
確認された。

【００３９】他方、ニッケルメッキしたろう付け部に
は、ブレージング・エロージョンは確認されなかった。
しかし、ニッケルは活性金属ろうである銀―銅合金と相
互拡散しやすく、ろう付け温度である830℃の条件では
ブレージング・エロージョンは確認されなかったが、ろ
う付け温度をさらに高温に設定すると、ブレージング・
エロージョン発生の惧れがある。

【００４０】そこで、その対策として、銅または銅合金
の冷却パイプに、まず、クロムメッキを施し、その後、
その上にニッケルメッキを施す２重メッキ法を検討し、
活性金属ろうを用いてろう付け実験を行った。その結
果、前記クロムメッキで生じた被膜のクラックは見られ
ず、２重メッキ法の効果が確認できた。

【００４１】以上述べたように、本実施の形態における
イオン源電極によれば、冷却パイプに先ず、ニッケルメ
ッキ処理またはクロムメッキとニッケルメッキの２重メ
ッキ処理を施すことで、ろう材である活性金属ろうに対
してバリアを設けることになり、従来のろう付け時に生
じていたブレージング・エロージョンの発生がない。し
たがって、イオン源電極の製造方法として、大型かつ特
殊な接合装置を必要とした拡散接合方式に比較し、簡便
な製造方法であるろう付け施工法により、信頼性の高い
イオン源電極を提供することができる。また製造コスト
も、簡便な方法を用いることで低減することができる。

【００４２】（第２の実施の形態）第２の実施の形態
は、銅または銅合金からなる冷却パイプのろう付け部分
のコーティング方法として、乾式で行うＰＶＤ（物理蒸
着）処理の一つであるイオンプレーティング法、中でも
最近の技術であるアークイオンプレーティング法を用い
るものである。

【００４３】ＰＶＤ処理にはイオンプレーティング、ス
パッタリング、真空蒸着などの方法でのコーティングが
あるが、この中で密着強度に最も優れるのはイオンプレ
ーティングである。イオンプレーティング法は低温で処
理できるのが特徴であるが、それでも400〜500℃の加熱
が必要である。これをさらに低温処理にすることで被膜
領域を大きく広げるのがアークイオンプレーティング装
置である。

【００４４】通常のイオンプレーティング法は、るつぼ
で蒸発物質の金属を溶融して蒸発させる。るつぼの中に
金属を置き、これを高周波加熱したり、電子ビームガン
や中空陰極放電ガンなどを利用して溶かす。これに対し
てアークイオンプレーティング法はるつぼを用いない。

【００４５】図５と図６を参照して、アークイオンプレ
ーティング装置16を用いて銅または銅合金の冷却パイプ
３にコーティングを施す実施例を説明する。すなわち、
アークイオンプレーティング法においてはターゲット17
と電極18のあいだに電源19によって電圧をかけてアーク
放電20を生じさせ、これによってターゲット17を局部的
に溶融し、イオン化する。ポイントは蒸着物質を陰極の
ターゲット17として用いる点である。ターゲット17側を
陰極にすると、電極18のアーク先端は集束して微小なス
ポットになる。この現象を利用してターゲット17の表面
を徐々に溶融し、金属を蒸発させていく。アーク放電20
は１ヶ所で連続して起こらずに、ターゲット17の表面の
広い範囲を均等に溶解して移動する。

【００４６】蒸発した金属はそのままではイオン化され
ていない。イオン化されるのはアーク放電20で生じた熱
電子とぶつかり合った時である。金属蒸気の密度と熱電
子の密度が高まって干渉した時にイオン化が促進し、こ
うしたことからイオン化率は70〜80％に高められる。蒸
発した金属イオン21は四方に飛び散る。これを効率よく
銅または銅合金の冷却パイプ３に付着させるためにバイ
アス電源22によって冷却パイプ３にバイアス電圧をかけ
る。バイアス電圧は最初1000Ｖほどに高めておく。これ
は金属イオン21を高速で冷却パイプ３に衝突させ、スパ
ッタ効果で冷却パイプ３の表面を洗浄するためである。
この洗浄作業を２〜５分行った後、バイアス電圧を100
〜150Ｖに下げて蒸着する。蒸着速度は１時間で約３〜
５ミクロン程度である。

【００４７】アークイオンプレーティング法の第１の特
徴は、低温で被膜生成処理ができる点である。アークの
温度は数千度と高温だが、実際に溶けるのはターゲット
17表面の一部だけである。しかも、ターゲット17の裏面
に水冷装置23を設けているため、るつぼのように高温の
輻射熱を発生することがない。

【００４８】このため、従来のイオンプレーティング法
よりもさらに処理温度を低くできるため、100℃以下で
のコーティングが可能である。この理由はイオン化率が
高く、金属イオンが高活性化状態になっているためと考
えられている。

【００４９】実際に被膜をコーティングする際は、アー
クイオンプレーティング装置16内を１Ｐａ台の真空度に
して反応ガスを注入し、その反応ガス雰囲気24の中で行
う。コーティング被膜がチタンナイトライドの場合、反
応ガスには窒素ガスを、ターゲット材にはチタンのバル
ク材を用いる。

【００５０】本実施の形態は以下のように作用し効果す
る。すなわち、上記のようにして得られたコーティング
被膜の密着強度（剥離強度）は、湿式法であるメッキや
従来法のイオンプレーティングによる被膜に比較して非
常に高く、かつ被膜の膜厚のばらつきも小さい。

【００５１】また、本方法によるコーティング被膜の種
類は多種多様で、反応ガスおよびターゲット材を組み合
わせることで、各種被膜を容易に成膜することができ
る。各種被膜が成膜できることから、電極板であるモリ
ブデンと銅または銅合金からなる冷却パイプとをろう付
けで製作する場合、使用する活性金属ろうに対して、冷
却パイプにバリアとなり得るコーティング処理を事前に
施しておけば、ろう付け時のブレージング・エロージョ
ンによる冷却水の漏水などのトラブルを防止することが
できる。

【００５２】したがって、イオン源電極の製造方法とし
て、大型かつ特殊な接合装置を必要とした拡散接合方式
に比較し、簡便な製造方法であるろう付けによる施工法
により、信頼性の高いイオン源電極を提供することがで
きる。また、製造コストも簡便な方法を用いることで低
減することができる。

【００５３】（第３の実施の形態）第３の実施の形態
は、前記第１および第２の実施の形態のイオン源電極に
おいて、使用する銅または銅合金からなる冷却パイプ３
の形状および構造が、外径がφ２ｍｍで肉厚が0.3ｍｍ
以下の寸法の冷却パイプを用いて、モリブデンの電極板
２とこの冷却パイプ３を真空中あるいは不活性ガス雰囲
気中で、ろう付けを行うことによって製作するものであ
る。

【００５４】本実施の形態の作用および効果は以下のよ
うになる。本実施の形態のイオン源電極の製造は、モリ
ブデンの電極板２に冷却パイプ３を挿入埋設するために
加工した溝４に、前記冷却パイプ３を挿入し、ろう付け
を行う方法である。このような間接冷却タイプは、モリ
ブデン板に直接冷却溝を放電加工などで加工した直接冷
却タイプに比較して冷却効率が低いという欠点がある
が、冷却パイプ３の肉厚を0.3ｍｍ以下に薄くすること
によって間接冷却タイプの欠点を補うことができる。ま
た、第１の実施の形態および第２の実施の形態に示した
ように、冷却パイプ３にコーティングすることで、モリ
ブデンの平板２と冷却パイプ３のぬれ性に優れるろう材
である活性金属ろうを用いても、コーティング被膜がバ
リアの作用を示すために、ろう付け時のブレージング・
エロージョンによる冷却水の漏水など不具合や事故も防
ぐこともできる。

【００５５】（第４の実施の形態）第４の実施の形態
は、図に示さないが冷却パイプを挿入埋設するために溝
を加工した電極板に予めコーティングを施した後、溝内
に冷却パイプを挿入し、所定の条件でろう付けを行うも
のである。

【００５６】電極板に直接コーティングを行うのは、複
雑な形状をした冷却パイプよりもシンプルな形状である
電極板の方がコーティング装置内へのセッティングの容
易さやコーティング被膜の均一性が高いことに優れるか
らである。また、平板であるために、特にＰＶＤ処理に
おいては、冷却パイプにコーティングするよりも、その
金属イオンの付着率が高く、ターゲット材の消耗が少な
い。したがって、ＰＶＤ処理時間および装置の占有時間
も少なく、生産性の向上と生産コストの低減が図れる。

【００５７】

【発明の効果】本発明のイオン源電極は、平板状の電極
板に冷却パイプを挿入・ろう付するための溝加工を施
し、この溝あるいは別途製作した銅または銅合金からな
る冷却パイプに保護層を形成して前記溝内に挿入し、ろ
う付けを行い電極板と冷却パイプを接合してなるもので
ある。したがって本発明によると、従来のろう付け法の
課題であったブレージング・エロージョンという、電極
板と冷却パイプの組み合わせ特有の問題を回避すること
ができ、耐食性にすぐれて信頼性が高く寿命の長いイオ
ン源電極を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態のイオン源電極を示す断面
図。

【図２】本発明の実施の形態のイオン源電極の製造方法
を示す断面図。

【図３】本発明の実施の形態のイオン源電極に備える冷
却パイプアセンブリを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は
（ａ）のｂ−ｂ矢視部分図。

【図４】本発明の実施の形態のイオン源電極の製造工程
を示す図。

【図５】本発明の実施の形態のイオン源電極の製造工程
のＰＶＤ施工を示す図。

【図６】図５の要部拡大図。

【図７】中性粒子入射装置を示す図。

【図８】従来のイオン源電極の断面図。

【符号の説明】

１…イオン源電極、２…電極板、３…冷却パイプ、３ａ
…ヘッダー、４…溝、５…冷却パイプアセンブリ、６…
重合体、７…真空炉、８…ヒータ、９…排気装置、10…
弁、11…下部治具、12…重し治具、13…ビーム引出し
孔、16…アークイオンプレーティング装置、17…ターゲ
ット、18…電極、19…電源、20…アーク放電、21…金属
イオン、22…バイアス電源、23…水冷装置、24…反応ガ
ス雰囲気、31…中性粒子入射装置、32…イオン源、33…
ガス、34…フィラメント、35…プラズマ生成部、36…電
極、37…高電圧電源、38…加速部、39…中性化セル、40
…イオンビーム、41…中性粒子ビーム、42…炉心プラズ
マ、43…イオン源電極、43ａ，43ｂ…電極板、44…ビー
ム引出し孔、45…冷却チャンネル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｈ 3/02 Ｈ０５Ｈ 3/02 (72)発明者奥山利久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Ｆターム(参考） 2G085 AA01 BA02 BA06 BE02 BE10 EA01 EA04 EA09 4K029 AA02 AA27 BA58 BA60 BC01 CA03 CA07 DD06 DE04 5C030 DD10 DE04 DG06 DG09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱膨張係数の小さい耐熱材料からなり表
面に溝を形成された電極板と、この電極板の溝に収納さ
れろうによって接合された冷却パイプとを備え、前記溝
の壁面または前記冷却パイプの表面の少なくともいずれ
か一方に前記ろうに対する保護層を有することを特徴と
するイオン源電極。
【請求項２】電極板の材料はモリブデンであり、冷却
パイプの材料は銅または銅合金であり、ろうは、銀と銅
を主成分としチタンを含有する活性金属ろうであること
を特徴とする請求項１記載のイオン源電極。
【請求項３】冷却パイプの肉厚は0.3ｍｍ以下である
ことを特徴とする請求項２記載のイオン源電極。
【請求項４】保護層は、冷却パイプの表面に施された
ニッケルメッキあるいはニッケルメッキとクロムメッキ
の２重メッキであることを特徴とする請求項２記載のイ
オン源電極。
【請求項５】保護層は、冷却パイプの表面または電極
板の溝の壁面に施された物理蒸着被膜であることを特徴
とする請求項２記載のイオン源電極。
【請求項６】物理蒸着被膜は、反応ガスに窒素ガスを
用いて生成するチタンナイトライドまたはチタンカーバ
イドあるいはチッ化クロムの被膜であることを特徴とす
る請求項５記載のイオン源電極。