JP2003139044A - イオンスラスタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 推力を保ちながら動作時間を延ばしてトータ
ルインパルスを増加するイオンスラスタを得る。 【解決手段】 イオンスラスタ１０１は、放電容器１
と、イオンビーム抽出電極２０とを備えている。イオン
ビーム抽出電極２０は、複数のスクリーンイオン抽出孔
７ａを有するスクリーングリッド２１と、加速イオン抽
出孔８ａを有する加速グリッド８と、減速イオン抽出孔
９ａを有する減速グリッド９とを有している。このイオ
ンスラスタ１０１は放電容器１内で推進剤を放電により
電離させプラズマを生成し、このプラズマの陽イオンを
負電位となっている加速グリッド８により加速して外部
に抽出することにより推力を得ている。中央部に二価の
イオンが多く存在しているのでスクリーングリッド２１
の中央部の厚さを大きくしてスパッタリングによる摩耗
で寿命に達する時間を延ばしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、人工衛星等に用
いられるイオンスラスタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】イオンスラスタは、例えば人工衛星等の
軌道上昇、軌道に対する傾斜の補正あるいは姿勢制御を
行うための推進装置として用いられている。このイオン
スラスタは、静電加速型の代表的な推進装置であり、中
性原子をイオン及び電子に電離し、生成されたイオンを
加速することにより推力を得ている。

【０００３】図４は、従来のイオンスラスタの構成を示
す概略側断面図である。図４において、従来のイオンス
ラスタ１００は、軸線Ａを中心軸線としこの軸線Ａに垂
直な底板１ａを有する円筒形状の放電容器１と、この放
電容器１の開放部分を覆うように設けられた多層導電性
板のイオンビーム抽出電極２とを備えている。このイオ
ンスラスタ１００は、放電容器１の内部で発生したイオ
ンを加速し、イオンビーム抽出電極２を通してイオンビ
ームを抽出することにより推力を得るようになってい
る。

【０００４】放電容器１の内側面には、放電容器１の内
部に磁場を形成する磁石を有した磁気回路３が設けられ
ている。底板１ａの中央部には電子ビームを発生するホ
ローカソード４が設けられている。また、底板１ａに
は、例えばキセノンのような推進剤を放電容器１内部に
供給する推進剤供給口５が設けられている。さらに、放
電容器１内部には、磁気回路３の内面に沿って軸線Ａ周
りに延びた環状のアノード６が設けられている。このア
ノード６は、ホローカソード４よりも電位が高く保持さ
れている。従って、ホローカソード４で発生した電子ビ
ームがこのアノード６により放電容器１内で加速される
ようになっている。この加速された電子ビームが推進剤
に衝突して推進剤がイオン化し放電容器１内にプラズマ
が発生するようになっている。

【０００５】イオンビーム抽出電極２は、スクリーング
リット７、加速グリット８及び減速グリット９の３枚の
例えばモリブデンの金属板から構成されている。これら
は、放電容器１内部側から軸線Ａ方向にスクリーングリ
ッド７、加速グリット８及び減速グリット９の順で配置
されている。

【０００６】図５は、スクリーングリッド７を示す概略
正面図である。図５において、スクリーングリッド７は
貫通する複数のスクリーンイオン抽出孔７ａを有してい
る。スクリーングリッド７だけでなく、加速グリッド８
及び減速グリッド９も同様に複数の加速イオン抽出孔８
ａ及び複数の減速イオン抽出孔９ａをそれぞれ有してい
る。これらスクリーンイオン抽出孔７ａ、加速イオン抽
出孔８ａ及び減速イオン抽出孔９ａは、軸線Ａに沿って
これらの孔が揃って重なるように軸心を一致させて配置
されている。従って、イオンビーム抽出電極２を軸線Ａ
に沿って見たときでも、複数の孔を通して向こう側が見
えるようになっている。

【０００７】また、スクリーングリッド７は、発生した
プラズマを放電容器１内部に保つために設けられてお
り、放電容器１の電位と同一電位（例えば、＋１ｋＶ）
となっている。加速グリッド８は、放電容器１内のプラ
ズマの陽イオンを軸線Ａに沿ってこの加速グリッド８に
向かって加速するために設けられており、スクリーング
リッド７に比べて電位が低く負電位（例えば、−５００
Ｖ）となっている。また、減速グリッド９は、加速グリ
ッド８の下流側のイオンが再び加速グリッド８に吸引さ
れ衝突することを抑制するため、即ち加速グリッド８を
保護するために設けられており、加速グリッド８に比べ
て電位が高く、例えば０Ｖとなっている。従って、スク
リーングリッド７、加速グリッド８及び減速グリッド９
はそれぞれ異なる電位となっているので、互いに隙間を
介して配置されている。

【０００８】次に、動作について説明する。推力を得る
ために、推進剤供給口５から推進剤が放電容器１に供給
され、放電容器１内部に滞留する。ホローカソード４か
らは電子ビームが発生し、アノード６により加速され
る。この電子ビームは加速されるとともに磁石を有する
磁気回路３により形成された磁場により放電容器１内を
螺旋移動して放電容器１内に閉じ込められる。この螺旋
移動する電子ビームは放電容器１内の推進剤に衝突し電
離反応を行う。推進剤はこの電離反応により陽イオン及
び電子、即ちプラズマとなり、放電容器１内にプラズマ
ソース１０が生成される。

【０００９】加速グリッド７の電位は放電容器１の電位
に比べて低い負電位となっているので、加速グリッド７
及び放電容器１の電位差に起因する電界が放電容器１内
部に形成され、この電界によりプラズマの陽イオンが加
速グリッド８に向かって加速される。この加速された陽
イオンは、揃えて重ねられた複数のスクリーンイオン抽
出孔７ａ、加速イオン抽出孔８ａ及び減速イオン抽出孔
９ａを通って軸線Ａ方向に放電容器１外に放出される。
このとき、イオンスラスタ１００を含む人工衛星には、
陽イオンの運動量に応じた推力が与えられる。

【００１０】外部に放出された陽イオンは非中性である
ので、中和器（図示しない）より電子を供給して中性の
プラズマとし、人工衛星自体の帯電を抑制している。

【００１１】このように構成されたイオンスラスタ１０
０であるが、推進剤の全てが電子ビームに衝突してプラ
ズマとなることはない。推進剤の一部は中性原子のまま
プラズマとならずにスクリーンイオン抽出孔７ａ、加速
イオン抽出孔８ａ及び減速イオン抽出孔９ａを通ってイ
オンスラスタ１００の外部に漏れ出る。このとき、この
中性原子は電気的に中性であるので加速されずに低速で
移動する。加速された陽イオンが高速でスクリーンイオ
ン抽出孔７ａ、加速イオン抽出孔８ａ及び減速イオン抽
出孔９ａを通過する際に、この低速で移動する中性原子
の一部に衝突し電荷交換を行う。衝突後に中性原子から
生成された陽イオンは移動速度及び方向ともに乱され、
加速グリッド８のつくる電位勾配に抗しきれず、加速グ
リッド８にこの陽イオンが吸引される。減速グリッド９
にこれら陽イオンの一部が衝突して加速グリッド８を保
護するので、加速グリッド８のスパッタリングによる摩
耗は抑制される。また、スクリーングリッド７もプラズ
マソース１０に面しているので、加速された陽イオンが
直接スクリーングリッド７に衝突してスパッタリング現
象を起こし摩耗する。イオンスラスタ１００の寿命は、
スクリーングリッド７、加速グリッド８及び減速グリッ
ド９の材質等により異なるが、主にスクリーングリッド
７がスパッタリングにより摩耗して使用不可能になるこ
とで決定する。

【００１２】プラズマソース１０内には、一価の陽イオ
ンだけでなく二価の陽イオンも相当量存在する。一価の
陽イオンは、例えば推進剤にキセノン、スクリーングリ
ッド７の材質にモリブデンが用いられている場合では、
加速されてもその運動エネルギはスパッタリング現象の
しきい値付近となり、スクリーングリッド７の摩耗はほ
とんど生じない。しかし、二価の陽イオンが加速される
と一価の陽イオンより２倍の運動エネルギを持つように
なるので、スパッタリング現象を起こしスクリーングリ
ッド７を摩耗させる。

【００１３】図６は、スクリーングリッド７における軸
線Ａからの距離（ｒ）と二価の陽イオン（Ｊｂ２）及び
一価の陽イオン（Ｊｂ１）の電流比（Ｊｂ２／Ｊｂ１）
との関係を示すグラフである。図６に示すように、二価
の陽イオンは軸線Ａに近づくに従って存在量が多くなっ
ている。これはプラズマポテンシャルがプラズマソース
１０の中央部に近づくにつれて高くなっていることに基
づく。このことから、スクリーングリッド７のスパッタ
リングによる摩耗は中央部で著しい。また、一般に加速
イオン抽出孔８ａはスクリーンイオン抽出孔７ａ及び減
速イオン抽出孔９ａよりも小さくなっているので、加速
イオン抽出孔８ａの大きさが外部に漏洩する中性原子の
量に大きな影響を与える。即ち、加速イオン抽出孔８ａ
が大きいとそれだけ放電容器１内のプラズマになってい
ない中性原子が多量に漏洩しやすくなり、小さいと漏洩
する量は減少する。スパッタリング現象により加速イオ
ン抽出孔８ａが拡大すると、中性原子の外部に漏洩する
量が多くなり放電容器１内の中性原子数密度が低下す
る。中性原子数密度が低下すると中性原子に電子ビーム
が衝突して電離する確率が減るので、所定量の陽イオン
を生成するためにホローカソード４とアノード６との間
の放電電圧（Ｖｄ）が上昇する。放電電圧が上昇する
と、図６で示されるように、二価の陽イオンの存在量も
増加する。増加した二価の陽イオンはさらにスクリーン
グリッド７にスパッタリング現象を引き起こし、スクリ
ーングリッド７はより摩耗が著しくなる。従って、動作
初期においてはスクリーングリッド７は摩耗していなく
ても長時間動作すると摩耗速度が大きくなり、イオンス
ラスタ１００の寿命を制限することにもなる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】このようなイオンスラ
スタ１００は、通常の化学反応による推進装置よりも推
進剤の運動速度が大きいため、同一の推力を得るのに燃
料消費率を低く抑えることができる。また、イオンスラ
スタ１００は、一般に推進剤の質量流量が小さいため推
力は小さい。例えば、直径１３ｃｍのイオンスラスタで
は、その推力は２０ｍＮ程度である。従って、このイオ
ンスラスタ１００は人工衛星打ち上げ時の推力供給には
用いられず、主に人工衛星の軌道維持、軌道変更等の推
力供給に用いられる。

【００１５】人工衛星の軌道維持等のためには、人工衛
星の重量及び運用期間の積から導き出せる速度増分が必
要とされる。この人工衛星重量及び運用期間は決まって
いるので、速度増分は一定値となる。この速度増分はイ
オンスラスタ１００が発生する人工衛星の総推力（以
下、トータルインパルスという）として供給されるの
で、このトータルインパルスも人工衛星重量及び運用期
間が決まっていれば一定値である。トータルインパルス
は瞬時推力及び動作時間の積で定まるので、例えば大き
な瞬時推力であれば動作時間は短くできる。即ち、イオ
ンスラスタ１００の寿命は、動作時間だけで評価される
ものではなくトータルインパルスにより定まる。近年で
は、特に静止衛星は重量化が進み、運用期間も１０年を
超えるものもある。このような人工衛星の重量化及び運
用期間の長期化に伴い、イオンスラスタ１００のトータ
ルインパルスを増加させる要求が高まってきている。

【００１６】しかしながら、このイオンスラスタ１００
は、陽イオンにエネルギを与えるプラズマポテンシャル
がプラズマソース１０の中央部に近づくにつれて高くな
っているので、スクリーングリッド７の中央部において
二価の陽イオンによるスパッタリング現象が顕著とな
り、この部分での摩耗が激しい。また、長期間動作する
ことで二価の陽イオンの存在量の増加によりさらにスク
リーングリッド７の中央部の摩耗が激しくなる。このこ
とから、スクリーングリッド７の摩耗のためにイオンス
ラスタ１００の動作時間が制限され、トータルインパル
スを増加させることができないという問題点があった。

【００１７】また、スクリーングリッド７が摩耗しても
問題を生じないように、スクリーングリッド７の厚さを
大きくすると、加速グリッド８からの電界がスクリーン
グリッド７の厚さを大きくした分だけ弱められ、放電容
器１内のプラズマソース１０に及ぼす加速グリッド８へ
の吸引力が弱まる。吸引力が弱まると加速できる陽イオ
ンが減少し、イオンスラスタ１００外部に放出される陽
イオン量が減少する。従って、スクリーングリッド７の
厚さを大きくすることによっては、動作時間を延ばすこ
とができるが、推力を低下させることになり、結果とし
てトータルインパルスを増加させることができないとい
う問題点もあった。

【００１８】そこでこの発明は、上記のような問題点を
解決することを課題とするもので、推力を保ちながら動
作時間を延ばしてトータルインパルスを増加するイオン
スラスタを得ることを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】一部に開放部を有し、内
部で推進剤を放電により電離させてプラズマを生成する
放電容器と、前記開放部を覆うように設けられ、前記放
電容器内部に電界を発生することにより前記放電容器の
外部に前記プラズマ内のイオンを抽出するイオンビーム
抽出電極とを備え、前記イオンビーム抽出電極は、前記
放電容器の内部側に設けられ前記イオンを通す複数のス
クリーンイオン抽出孔を有し前記プラズマを前記放電容
器内に保つスクリーングリッドと、前記スクリーンイオ
ン抽出孔を通った前記イオンを通すように前記複数のス
クリーンイオン抽出孔に重なる複数の加速イオン抽出孔
を有し前記スクリーングリッドに隙間を介して外側に重
ねられて前記イオンを加速する加速グリッドとを有し、
前記スクリーングリッドは、前記スクリーングリッドの
周縁部から中央部に向かって厚さが大きくなっている。

【００２０】また、一部に開放部を有し、内部で推進剤
を放電により電離させてプラズマを生成する放電容器
と、前記開放部を覆うように設けられ、前記放電容器内
部に電界を発生することにより前記放電容器の外部に前
記プラズマ内のイオンを抽出するイオンビーム抽出電極
とを備え、前記イオンビーム抽出電極は、前記放電容器
の内部側に設けられ前記イオンを通す複数のスクリーン
イオン抽出孔を有し前記プラズマを前記放電容器内に保
つスクリーングリッドと、前記スクリーンイオン抽出孔
を通った前記イオンを通すように前記複数のスクリーン
イオン抽出孔に重なる複数の加速イオン抽出孔を有し前
記スクリーングリッドに隙間を介して外側に重ねられて
前記イオンを加速する加速グリッドとを有し、前記スク
リーングリッドの前記放電容器側の中央部及びその近傍
の面には、前記スクリーングリッドの材質よりもスパッ
タリング比が小さい材質の耐摩耗膜が形成されている。

【００２１】また、前記スクリーングリッドは、前記ス
クリーングリッドの周縁部から中央部に向かって厚さが
大きくなっており、前記スクリーングリッドの前記放電
容器側の面には、前記スクリーングリッドの材質よりも
スパッタリング比が小さい材質の耐摩耗膜が形成されて
いる。

【００２２】また、前記耐摩耗膜は、前記スクリーング
リッドの周縁部から中央部に向かって厚さが大きくなっ
ている。

【００２３】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、この発明
の実施の形態１に係るイオンスラスタの要部構成を示す
模式図である。図１において、イオンスラスタ１０１
は、イオンビーム抽出電極２０を備えている。このイオ
ンビーム抽出電極２０は、スクリーングリッド２１、加
速グリッド８及び減速グリッド９を有している。加速グ
リッド８及び減速グリッド９は、従来と同様となってい
る。スクリーングリッド２１は、従来と同様のスクリー
ンイオン抽出孔７ａを有している。このスクリーングリ
ッド２１は、例えばモリブデンで作製されており、周縁
部から中央部に向かって厚さが大きくなっている。ま
た、スクリーングリッド２１と加速グリッド８との間の
クリアランスは一定となっている。従って、スクリーン
グリッド２１の厚さの大きい中央部がプラズマソース１
０側に盛り上がっている。このスクリーングリッド２１
は、マスキングしたエッチングを繰り返し行うことで形
成される。また、複数の孔が設けられた直径の異なる薄
板をこの複数の孔が重なるように複数枚接合して形成し
てもよい。他の構成及び動作は従来例と同様となってい
る。

【００２４】このような構成のイオンスラスタ１０１
は、図６で示す二価の陽イオンの存在量が多い中央部で
スクリーングリッド２１の厚さが大きくなっているの
で、厚さが大きくなった分だけ摩耗される時間が延びて
スクリーングリッド２１が使用できなくなるまでの時間
が延長される。即ち、スクリーングリッド２１は、二価
の陽イオンの存在量に応じて厚さを調整しており、スパ
ッタリングによる摩耗が大きい部分では厚く、摩耗が小
さい部分では薄くして、摩耗ですり減って使用ができな
くなるまでの時間がほぼ同一になるようになっている。
また、通常、スクリーングリッドは厚さが小さいほど、
加速グリッドからの電界がプラズマソース１０に容易に
及びやすく多くの陽イオンにクーロン力が働いて陽イオ
ンを外部に抽出しやすいので、推力が向上する。このこ
とから、スクリーングリッド２１は、二価の陽イオンが
多い中央部ではスパッタリングによる摩耗対策の必要が
あり厚さが大きくなっているので推力は低下するが、二
価の陽イオンが少ない周縁部ではスパッタリングによる
摩耗が少ないことから従来より厚さを小さくすることが
できるので推力は向上する。従って、イオンスラスタ１
０１全体の推力としては従来と同程度あるいはそれ以上
の大きさを発生することができる。

【００２５】従って、イオンスラスタ１０１は、推力を
従来と同程度に維持したまま、スクリーングリッド２１
の寿命を延ばしてイオンスラスタ１０１自体の寿命を延
ばすことができるので、結果としてトータルインパルス
が増加する。

【００２６】なお、スクリーングリッド２１の厚さは、
二価の陽イオンの存在量分布に応じてなだらかに変化し
ていることが望ましいが、二価の陽イオンの存在量が多
い部分の厚さが大きければ、スパッタリング現象に対し
て耐えることができる時間を延ばすことができるので厚
さが階段状に変化していても構わない。

【００２７】実施の形態２．図２は、この発明の実施の
形態２に係るイオンスラスタの要部構成を示す模式図で
ある。図２において、イオンスラスタ１０２は、イオン
ビーム抽出電極３０を備えている。このイオンビーム抽
出電極３０は、スクリーングリッド３１、加速グリッド
８及び減速グリッド９を有している。加速グリッド８及
び減速グリッド９は、実施の形態１と同様となってい
る。スクリーングリッド３１は、従来と同様のスクリー
ンイオン抽出孔７ａを有している。このスクリーングリ
ッド３１は、例えばモリブデンで作製されており、従来
よりも厚さが小さいが厚さが一定の金属板となってい
る。このスクリーングリッド３１の放電容器１側の面に
は、スクリーングリット３１の材質（以下、基材とい
う）であるモリブデン等よりもスパッタリング比が小さ
い材質、即ち炭素あるいはチタン炭化物等の耐摩耗膜３
２が形成されている。また、この耐摩耗膜３２はスクリ
ーングリッド３１の中央部及びその近傍にのみ形成され
ている。耐摩耗膜３２は、ＣＶＤ法あるいは溶射等によ
り一部マスキングして形成される。他の構成及び動作は
従来例と同様となっている。

【００２８】このような構成のイオンスラスタ１０２
は、二価の陽イオンの存在量が多いスクリーングリッド
３１の中央部及びその近傍に耐摩耗膜３２が形成されて
いるので、スパッタリングによる摩耗の進行が遅くなり
スクリーングリッド３１の寿命が延びる。また、耐摩耗
膜３２は基材よりもスパッタリング比が小さいので、同
じ寿命と仮定すると基材よりも耐摩耗膜３２の厚さを小
さくできる。従って、耐摩耗膜３２により厚さが小さく
なった分、実施の形態１のような全てが基材のときより
も耐摩耗膜３２を形成したときのほうが全体の厚さが小
さくなる。このことから、加速グリッド８からの電界が
プラズマソース１０に及びやすくなり、推力が向上す
る。

【００２９】従って、耐摩耗膜３２の形成により、さら
に、スクリーングリッド３１の寿命が延び、スクリーン
グリッド３１及び耐摩耗膜３２を合わせた厚さが小さく
なるのでイオンスラスタ１０２の推力が向上し、トータ
ルインパルスが増加する。

【００３０】なお、耐摩耗膜３２の厚さを中央部からそ
の耐摩耗膜３２の周囲にかけてなだらかに小さくしてい
ても構わない。このようにすると、二価の陽イオンの存
在量分布に応じて耐摩耗膜３２の厚さを設定することに
なるので、部分的に寿命が短くなったりすることがな
い。さらに、周囲にかけて厚さが小さくなるのでその分
だけ加速グリッド８からの電界が及びやすくなり推力が
向上する。従って、体摩耗膜３２の厚さは一定でも基材
の厚さを中央部から周囲にかけてなだらかに小さくして
も構わない。この耐摩耗膜３２の厚さは階段状に変化し
ていても構わない。耐摩耗膜３２は、スクリーングリッ
ド３１に異なる口径のマスキングを段階的に行って半径
方向の体積時間を異ならせることにより形成される。

【００３１】実施の形態３．図３は、この発明の実施の
形態３に係るイオンスラスタの要部構成を示す模式図で
ある。図３において、イオンスラスタ１０３は、イオン
ビーム抽出電極４０を備えている。このイオンビーム抽
出電極４０は、スクリーングリッド４１、加速グリッド
８及び減速グリッド９を有している。加速グリッド８及
び減速グリッド９は、実施の形態１と同様となってい
る。スクリーングリッド４１は、従来と同様のスクリー
ンイオン抽出孔７ａを有している。このスクリーングリ
ッド４１は、例えばモリブデンで作製されており、従来
よりも厚さが小さいが厚さが一定の金属板となってい
る。このスクリーングリッド４１の放電容器１側の面に
は、スクリーングリット４１の材質（以下、基材とい
う）であるモリブデン等よりもスパッタリング比が小さ
い材質、即ち炭素あるいはチタン炭化物等の耐摩耗膜４
２が形成されている。また、この耐摩耗膜４２はスクリ
ーングリッド４１がプラズマソース１０に接する面全体
に形成されている。耐摩耗膜４２は、中央部からこの耐
摩耗膜４２の周縁部にかけて厚さがなだらかに小さくな
っている。また、耐摩耗膜４２は、ＣＶＤ法あるいは溶
射等により異なる口径のマスキングを段階的に行い半径
方向の体積時間を変化させて形成される。なお、耐摩耗
膜４２は中央部から階段状に厚さが変化していてもよ
い。他の構成及び動作は従来例と同様となっている。

【００３２】このような構成のイオンスラスタ１０３
は、実施の形態２と同様の効果を奏するとともに、スク
リーングリッド４１がプラズマソース１０に接する面全
体に耐摩耗膜４２が形成され、この耐摩耗膜４２は中央
部を厚くして二価の陽イオンの存在量分布に応じた厚さ
が設定されているので、実施の形態２よりもさらに、ス
クリーングリッド４１の寿命を延ばし、イオンスラスタ
１０３の推力を向上させることができ、トータルインパ
ルスを増加できる。

【００３３】なお、上記各実施の形態において、スクリ
ーングリッド、加速グリッド８及び減速グリッド９は、
湾曲していてもよい。また、スクリーンイオン抽出孔７
ａ、加速イオン抽出孔８ａ及び減速イオン抽出孔９ａ
は、多角形、楕円、あるいはスリット状であっても、陽
イオンを抽出できるので構わない。

【００３４】また、上記各実施の形態において、スクリ
ーングリッドの寿命を延ばすことができるので減速グリ
ッド９を取り除いても構わない。さらに、イオンビーム
抽出電極２がグリッドを４枚以上有していても構わな
い。

【００３５】また、プラズマのイオンをグリッドにより
加速して推進力を得るイオンスラスタであればトータル
インパルスを増加できるので、プラズマを閉じこめる磁
場配位は例えばカプス型磁場配位でもよいし、プラズマ
生成手段も例えば高周波によるものであってもよい。

【００３６】また、加速グリッド８の表面にも耐摩耗膜
を形成すると、加速イオン抽出孔８ａの摩耗の進みが遅
くなって、この加速イオン抽出孔８ａが拡大しにくくな
るので、中性原子の外部への漏洩が少なくなり、放電電
圧の上昇を抑えて二価の陽イオンの生成を抑制する。

【００３７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明に係るイオンスラスタは、一部に開放部を有し、内部
で推進剤を放電により電離させてプラズマを生成する放
電容器と、前記開放部を覆うように設けられ、前記放電
容器内部に電界を発生することにより前記放電容器の外
部に前記プラズマ内のイオンを抽出するイオンビーム抽
出電極とを備え、前記イオンビーム抽出電極は、前記放
電容器の内部側に設けられ前記イオンを通す複数のスク
リーンイオン抽出孔を有し前記プラズマを前記放電容器
内に保つスクリーングリッドと、前記スクリーンイオン
抽出孔を通った前記イオンを通すように前記複数のスク
リーンイオン抽出孔に重なる複数の加速イオン抽出孔を
有し前記スクリーングリッドに隙間を介して外側に重ね
られて前記イオンを加速する加速グリッドとを有し、前
記スクリーングリッドは、前記スクリーングリッドの周
縁部から中央部に向かって厚さが大きくなっているの
で、二価の陽イオンの存在量が多い前記スクリーングリ
ッドの中央部でスパッタリングによる摩耗に対しての寿
命を延ばし、二価の陽イオンの存在量が少ない前記スク
リーングリッドの周縁部で前記加速グリッドの吸引力が
前記プラズマ内の前記イオンに及びやすくなって推力を
向上し、全体として前記イオンスラスタのトータルイン
パルスを増加できる。

【００３８】また、一部に開放部を有し、内部で推進剤
を放電により電離させてプラズマを生成する放電容器
と、前記開放部を覆うように設けられ、前記放電容器内
部に電界を発生することにより前記放電容器の外部に前
記プラズマ内のイオンを抽出するイオンビーム抽出電極
とを備え、前記イオンビーム抽出電極は、前記放電容器
の内部側に設けられ前記イオンを通す複数のスクリーン
イオン抽出孔を有し前記プラズマを前記放電容器内に保
つスクリーングリッドと、前記スクリーンイオン抽出孔
を通った前記イオンを通すように前記複数のスクリーン
イオン抽出孔に重なる複数の加速イオン抽出孔を有し前
記スクリーングリッドに隙間を介して外側に重ねられて
前記イオンを加速する加速グリッドとを有し、前記スク
リーングリッドの前記放電容器側の中央部及びその近傍
の面には、前記スクリーングリッドの材質よりもスパッ
タリング比が小さい材質の耐摩耗膜が形成されているの
で、二価の陽イオンの存在量が多い前記スクリーングリ
ッドの中央部で、スパッタリングによる摩耗に対しての
寿命をさらに延ばし前記スクリーングリッドの厚さを小
さくできて推力も向上し、また二価の陽イオンの存在量
が少ない前記スクリーングリッドの周縁部でも、前記加
速グリッドの吸引力が前記プラズマ内の前記イオンに及
びやすくなって推力が向上し、全体としてさらに前記イ
オンスラスタのトータルインパルスを増加できる。

【００３９】また、前記スクリーングリッドは、前記ス
クリーングリッドの周縁部から中央部に向かって厚さが
大きくなっており、前記スクリーングリッドの前記放電
容器側の面には、前記スクリーングリッドの材質よりも
スパッタリング比が小さい材質の耐摩耗膜が形成されて
いるので、前記スクリーングリッドがスパッタリングに
より摩耗しにくくなって寿命が延び、前記スクリーング
リッドの厚さを小さくできて推力も向上し、全体として
前記イオンスラスタのトータルインパルスを増加でき
る。

【００４０】また、前記耐摩耗膜は、前記スクリーング
リッドの周縁部から中央部に向かって厚さが大きくなっ
ているので、二価の陽イオンの存在量が多い前記スクリ
ーングリッドの中央部で、スパッタリングによる摩耗に
対しての寿命をさらに延ばし前記スクリーングリッドの
厚さを小さくできて推力も向上し、また二価の陽イオン
の存在量が少ない前記スクリーングリッドの周縁部で
も、前記加速グリッドの吸引力が前記プラズマ内の前記
イオンに及びやすくなって推力が向上し、全体としてさ
らに前記イオンスラスタのトータルインパルスを増加で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１に係るイオンスラス
タの要部構成を示す模式図である。

【図２】 この発明の実施の形態２に係るイオンスラス
タの要部構成を示す模式図である。

【図３】 この発明の実施の形態３に係るイオンスラス
タの要部構成を示す模式図である。

【図４】 従来のイオンスラスタの構成を示す概略側断
面図である。

【図５】 スクリーングリッド７を示す概略正面図であ
る。

【図６】 スクリーングリッド７における軸線Ａからの
距離（ｒ）と二価の陽イオン（Ｊｂ２）及び一価の陽イ
オン（Ｊｂ１）の電流比（Ｊｂ２／Ｊｂ１）との関係を
示すグラフである。

【符号の説明】

１０１，１０２，１０３ イオンスラスタ、７ａ スク
リーンイオン抽出孔、８ 加速グリッド、８ａ 加速イ
オン抽出孔、１０ プラズマソース、２０，３０，４０
イオンビーム抽出電極、２１，３１，４１ スクリー
ングリッド、３２，４２ 耐摩耗膜。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一部に開放部を有し、内部で推進剤を放
   電により電離させてプラズマを生成する放電容器と、 前記開放部を覆うように設けられ、前記放電容器内部に
   電界を発生することにより前記放電容器の外部に前記プ
   ラズマ内のイオンを抽出するイオンビーム抽出電極とを
   備え、 前記イオンビーム抽出電極は、前記放電容器の内部側に
   設けられ前記イオンを通す複数のスクリーンイオン抽出
   孔を有し前記プラズマを前記放電容器内に保つスクリー
   ングリッドと、前記スクリーンイオン抽出孔を通った前
   記イオンを通すように前記複数のスクリーンイオン抽出
   孔に重なる複数の加速イオン抽出孔を有し前記スクリー
   ングリッドに隙間を介して外側に重ねられて前記イオン
   を加速する加速グリッドとを有し、 前記スクリーングリッドは、前記スクリーングリッドの
   周縁部から中央部に向かって厚さが大きくなっているこ
   とを特徴とするイオンスラスタ。
2. 【請求項２】 一部に開放部を有し、内部で推進剤を放
   電により電離させてプラズマを生成する放電容器と、 前記開放部を覆うように設けられ、前記放電容器内部に
   電界を発生することにより前記放電容器の外部に前記プ
   ラズマ内のイオンを抽出するイオンビーム抽出電極とを
   備え、 前記イオンビーム抽出電極は、前記放電容器の内部側に
   設けられ前記イオンを通す複数のスクリーンイオン抽出
   孔を有し前記プラズマを前記放電容器内に保つスクリー
   ングリッドと、前記スクリーンイオン抽出孔を通った前
   記イオンを通すように前記複数のスクリーンイオン抽出
   孔に重なる複数の加速イオン抽出孔を有し前記スクリー
   ングリッドに隙間を介して外側に重ねられて前記イオン
   を加速する加速グリッドとを有し、 前記スクリーングリッドの前記放電容器側の中央部及び
   その近傍の面には、前記スクリーングリッドの材質より
   もスパッタリング比が小さい材質の耐摩耗膜が形成され
   ていることを特徴とするイオンスラスタ。
3. 【請求項３】 前記スクリーングリッドの前記放電容器
   側の面には、前記スクリーングリッドの材質よりもスパ
   ッタリング比が小さい材質の耐摩耗膜が形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のイオンスラスタ。
4. 【請求項４】 前記耐摩耗膜は、前記スクリーングリッ
   ドの周縁部から中央部に向かって厚さが大きくなってい
   ることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のイオ
   ンスラスタ。