JP2003201957A - 多重グリッド光学システム及びその製造方法及びイオンスラスタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 推力の低下を引起こすこと無く、長寿命化を
実現するイオンビーム多重グリッド光学システムを提供
する。 【解決手段】 イオンスラスタにおけるプラズマ生成室
からイオンビームを抽出するための複数の開口を有する
スクリーングリッド１０と加速グリッド１１と減速グリ
ッド１２からなる多重グリッド光学システムであって、
スクリーングリッドのプラズマ生成室に面する面に耐ス
パッタリング性セラミック膜３３がコーティングされて
おり、開口側面には殆ど耐スパッタリング性セラミック
膜３３が堆積していないスクリーングリッド１０と加速
グリッド１１の開口側面及び減速グリッド１２に面する
面に耐スパッタリング性セラミック膜３３をコーティン
グされている加速グリッド１０からなることを特徴とす
る多重グリッド光学システムであり、スクリーングリッ
ド開口を金属ピンでマスキングすることで耐スパッタリ
ング性セラミック膜３３を成膜するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、宇宙航行体に搭載
して推力を発生するために用いられるイオンスラスタの
多重グリッド光学システムとその製造方法に関する。

【０００２】宇宙航行体に搭載する推進システムは、種
々の宇宙航行体の制御を実現するために使用される。例
えば衛星においては、軌道上昇（低軌道から静止軌道等
高軌道への軌道の上昇）、軌道制御（衛星軌道の傾斜、
ドリフト及び偏心等の補正）、姿勢制御（衛星のロー
ル、ピッチ及びヨー軸周りの姿勢誤差の補正等）等に使
用される。

【０００３】推進システムは搭載推進剤を加速すること
で得られる運動量を宇宙航行体に与えることによって制
御に必要な速度増分を生成する。化学推進器が推進剤を
燃焼させ燃焼圧を速度に変換し推力を発生するのに対
し、電気推進器は推進剤をプラズマ化し、電気力で加速
することにより推力を発生する点に特徴がある。

【０００４】例えばイオンスラスタは推進剤を電離して
生成したイオンを高電界により静電加速する。その際、
イオン速度は数十ｋｍ／ｓｅｃ程度に達する。

【０００５】例えばキセノンを１ｋVで静電加速した場
合、イオンの速度は３８ｋｍ／ｓｅｃになる。このよう
に電気推進器では推進剤の加速が大きいことが推進剤単
位流量当りの推力である比推力の高さを生み出してい
る。

【０００６】例えばイオンスラスタの比推力は１５００
秒〜５０００秒であり、化学推進器の〜４００秒に比較
して極めて大きい。

【０００７】一方、電気推進器の短所は推力の低さであ
る。電気推進器は電気力を与えるための高出力エネルギ
ー源及び電力変換装置や制御装置が必要であり、これら
は推力が大きくなる即ち発生電力が大きくなると共に大
型化し、重量増となる。

【０００８】そこで現状実用化されている電気推進器の
推力は例えばイオンスラスタでは２〜２００mN程度であ
る。この推力の低さから地上からの打ち上げ等高い重力
傾斜のある空間での使用は適さないし、必要な速度増分
を得るためには長時間の推力発生が必要となる。

【０００９】しかし、高い比推力は搭載推進剤質量の大
幅な低減、それに伴う打上コストの低減、ペイロードの
増加と多大なメリットがあるため、宇宙空間の非常に低
い重力場下で、様々な適用がなされている。例えば、衛
星軌道での並進及び回転摂動の修正（例えば静止衛星の
南北軌道保持）、衛星の軌道上昇、深宇宙探査機の主推
進機等に実用化されている。

【００１０】

【従来の技術】図４は宇宙航行体に搭載して推力を発生
する従来のイオンスラスタを示す図であり、１はイオン
スラスタ、２は中和器、３はプラズマ生成室、４は推進
剤供給口、５は主陰極、６は磁石、７は磁極、８は陽
極、９は磁力線、１０はスクリーングリッド、１１は加
速グリッド、１２は減速グリッド、１３は推進剤、１４
は電子、１５はイオン、１６はプラズマ、１７はイオン
ビーム、１８は中和器電子である。

【００１１】また、図５はグリッドの摩耗を説明する図
であり、１９は磨耗前のスクリーングリッド、２０は磨
耗したスクリーングリッド、２１は摩耗前の加速グリッ
ド、２２は摩耗した加速グリッド、２３は減速グリッ
ド、２４はイオン放出面、２５はイオンビーム、２６は
抽出されたイオン、２７はスクリーングリッドに衝突す
るイオン、２８はスパッタリングされた原子、２９は未
収束イオン、３０は推進剤中性粒子、３１は電荷交換イ
オン、３２は高速の中性粒子である。なお、１６は図４
と同じものである。

【００１２】次にイオンスラスタの動作について、図４
を用いて説明する。まず中和器２を点火し、電子を発生
できる状態とする。プラズマ生成室３内に推進剤供給口
４から流量を制御されたキセノン等のイオン化される推
進剤１３を導入し、プラズマ生成室３をガス雰囲気とす
る。次に主陰極５から電子１４を放出すると共に、陽極
８に高電圧を印加することで主陰極５―陽極８間に放電
を発生させる。

【００１３】ここで、主陰極５から供給された電子１４
は磁石６と磁極７によってプラズマ生成室３に形成され
た磁力線９に拘束され、いわゆるラーマー運動をしなが
ら、プラズマ生成室３内のガス密度とガス−電子間の衝
突断面積によって決まる平均自由行程程度飛行すると推
進剤ガス粒子１３と衝突し、イオン化する。

【００１４】放電が発生すると同時にプラズマ生成室３
にはプラズマ１６が生成する。その後、プラズマ生成室
３全体及びスクリーングリッド１０を正の高電位に浮か
すと共に、加速グリッド１１に負の高電位を印加する。
この時プラズマ生成室３と同電位のスクリーングリッド
１０と加速グリッド１１からなるイオン引出系が形成す
る正電界によりプラズマ１６からイオンビーム１７が引
き出さ、イオンビーム１７が引き出されると同時にイオ
ンビーム１７が形成する正の空間電位により中和器２か
ら中和器電子１８が供給される。

【００１５】その結果、イオンスラスタが搭載された宇
宙航行体は電気的に中性の状態に保たれる。イオンスラ
スタは上述したいろいろな用途において、宇宙航行体の
制御に必要な速度増分を得るために長時間の推力発生を
要求される。

【００１６】近年のミッションの長期化と宇宙航行体の
大型化により、イオンスラスタの長寿命化が益々必要と
なってきた。イオンスラスタの寿命の指標となるのは推
力と総推力発生時間の積であるトータルインパルスであ
る。

【００１７】例えば軌道上寿命１０年、軌道上初期質量
３トンの典型的な静止衛星の場合、その南北軌道制御に
必要なトータルインパルスは約１×１０^６N−ｓｅｃで
ある。例えば、推力２０mNのイオンスラスタを使用する
と、約１５，０００時間の推力発生が必要である。

【００１８】宇宙環境を模擬した真空チャンバによるキ
セノンを推進剤とするイオンスラスタの地上寿命試験に
より、イオンスラスタの寿命限定要因はイオンビーム抽
出用グリッドの摩耗であることが分った。

【００１９】特に、スクリーングリッドの摩耗が致命的
であり、最終的に破損に至ると、放電室からプラズマが
漏洩し、スクリーングリッドと加速グリッドが短絡、グ
リッドに電圧印加が不能即ちビーム噴射不能となった。
また加速グリッドも摩耗し、開口孔径が広がっていく。
その結果、プラズマ生成室の中性粒子密度低下に伴う放
電電圧の上昇や引出し電界強度の低下に伴うイオンビー
ム電流値の低下を引起こした。

【００２０】グリッドの摩耗を図５を用いて説明する。
イオンビーム噴射中、プラズマ生成室にはプラズマ１６
が形成されており、スクリーングリッドには正の高電圧
（例えば１ｋV）が、加速グリッドには負の高電圧（例
えば−５００V）が印加されている。

【００２１】スクリーングリッド開口部には加速グリッ
ド電界が浸透しており、凹状のイオン放出面２４が形成
されている。

【００２２】グリッド近傍に存在する粒子の動きは次の
通りである。イオン放出面２４から引き出されたプラズ
マ１６中のイオン２６の大部分は加速グリッド開口、減
速グリッド開口を通過し、イオンビーム２５として抽出
される。またプラズマ１６中のイオンの中にはスクリー
ングリッドに衝突するものがある。スクリーングリッド
に衝突したイオン２７はスパッタリング現象によりスク
リーングリッドの構成原子２８を弾き出す。

【００２３】スクリーングリッドは摩耗前の形状１９か
ら形状２０へ徐々に摩耗していく。収束が不十分な一部
のイオン２９は加速グリッドに衝突し、加速グリッドの
摩耗を引起こす。またごく僅かな一部の抽出されたイオ
ンは漏洩している推進剤中性粒子３０と電荷交換を起こ
し、自らは高速の中性粒子３２となり、電荷交換した中
性粒子は遅い電荷交換イオン３１となる。

【００２４】電荷交換イオン３１は発生場所のポテンシ
ャルと加速グリッド電位の差のエネルギーを有し、加速
グリッドに衝突する。加速グリッドは摩耗前の形状２１
から形状２２へ徐々に摩耗していく。なお、減速グリッ
ドは加速グリッドの電荷交換イオンによる下流面の摩耗
を防止するために設けられるもので殆ど摩耗しない。

【００２５】スクリーングリッドの摩耗はプラズマ生成
室に面する面が板厚方向に摩耗し、開口孔側面の摩耗は
殆ど無い。それはイオン放出面の形状が凹状であり、イ
オンビームを収束させるため、開口部の側面にイオンが
衝突しないためである。

【００２６】一方、加速グリッドの摩耗は開口孔側面と
減速グリッドに対向する面に起こる。これは加速グリッ
ドの摩耗を主として引起こすのは電荷交換イオンであ
り、大部分の電荷交換イオンは加速グリッドより下流で
生成するためである。

【００２７】推進剤がキセノンの場合、スクリーングリ
ッドの摩耗は放電電圧が４０V程度以上で顕著になる。
これは、放電電圧が４０V前後でプラズマ中の二価イオ
ンの比率が高まり、約１００ｅV程度のエネルギーを有
するイオンがスパッタリングを引起こすためである。放
電電圧はスクリーングリッド摩耗の指標となる。放電電
圧はプラズマ生成室内に形成される磁場構造やプラズマ
生成室径、中性粒子密度により異なる。

【００２８】電子衝撃型イオンスラスタの場合、磁場構
造はKaufman型と呼ばれる発散磁場型、カスプ型に分け
られるが、発散磁場型の方が放電電圧が高くなり易い。
また、プラズマ生成室径は小さい方が放電電圧が高くな
り、特にプラズマ生成室径が１２cm程度以下の発散磁場
型イオンスラスタは放電電圧が３５〜４５Vとなること
が多い。

【００２９】また中性粒子密度は低い方が放電電圧が高
くなる。そこで、加速グリッドの開口孔径をスクリーン
グリッド開口孔径の５０〜７０％に設計してコンダクタ
ンスを低下させ、プラズマ生成室内の中性粒子密度を高
める手段が取られている。

【００３０】なお、これはスクリーングリッド開口の引
出し電界の向上にも効果がある。しかし、加速グリッド
の開口孔径は長時間動作で摩耗により広がってくる。加
速グリッドの開口径の広がりと供に放電室内中性粒子密
度が低下し、放電電圧は徐々に上昇傾向となる。

【００３１】

【発明が解決しようとする課題】宇宙航行体の寿命を担
保し、ミッションを達成するためには、イオンスラスタ
の推力発生が長時間に渡って安定に行われなければなら
ないが、そのためにはイオンスラスタのイオンビームを
抽出する多重グリッド光学システムの長寿命化が必要で
ある。

【００３２】特開昭６３−２１２７７７号公報には、グ
リッド等の表面がＴａＣ（炭化タンタル）、ＴｉＣ（炭
化チタン）あるいはＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）であること
を特徴としたイオンエンジンが開示されている。

【００３３】ＴａＣ、ＴｉＣあるいはＡｌ_２Ｏ_３はグリ
ッド材料として最もよく使用されるモリブデンに比較し
て、スパッタ率が低く、スパッタリングに対して耐性が
ある。従ってモリブデングリッドの表面にコーティング
するとグリッドの寿命を延ばすことができる。

【００３４】しかし、スクリーングリッドの表面に耐ス
パッタリング性セラミック膜をコーティングする場合、
スクリーングリッドの形状に起因する問題が発生する。
スクリーングリッドはイオンビームを効率的に抽出する
ために厚みを薄く、開口径を大きくすることが望まし
い。

【００３５】そこで例えばプラズマ化学気相蒸着法（Ｃ
ＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法）で成膜する
と、材料ガスプラズマがプラズマ生成室に面する面と同
時に開口孔側面にも入り込むため、開口側面にもプラズ
マに接する面と同程度の厚みのセラミックがコーティン
グされる結果となる。

【００３６】その結果、開口径の縮小化即ちイオンビー
ム抽出面積の低下が発生する。開口径の縮小したスクリ
ーングリッドを用いたイオンスラスタはイオンビーム電
流値が低下、即ち推力が低下する問題点があった。

【００３７】推力の低下はビーム噴射をその分長くする
必要があるため不利である。また、推力を上昇させるた
めに放電電圧を上昇させてプラズマ密度を高める手段も
採られるが、放電電圧の上昇によりスクリーングリッド
の摩耗が早まり、スクリーングリッド寿命が短くなるた
め長寿命化には適さない。

【００３８】本発明は係る問題点を解決するためになさ
れたもので、推力の低下を引起こすこと無く、長寿命化
を実現するイオンビーム抽出用多重グリッド光学システ
ムを提供するものである。

【００３９】

【課題を解決するための手段】この発明の多重グリッド
光学システムは、イオンスラスタにおける複数の開口を
有するスクリーングリッドと前記スクリーングリッドか
ら間隔を隔てられ、前記スクリーングリッドの開口にほ
ぼ対向する位置に開口を有する加速グリッドと前記加速
グリッドから間隔を隔てられ、前記加速グリッドの開口
にほぼ対向する位置に開口を有する減速グリッドから構
成されるイオンスラスタにおけるプラズマ生成室からイ
オンビームを発生させる多重グリッド光学システムであ
って、前記スクリーングリッドの前記プラズマ生成室に
面する面に耐スパッタリング性セラミック膜がコーティ
ングされており、ビーム抽出用開口の側面には前記耐ス
パッタリング性セラミック膜が殆ど堆積していないスク
リーングリッドと前記加速グリッドのビーム抽出用開口
の側面及び前記減速グリッドに面する面に耐スパッタリ
ング性セラミック膜をコーティングされている加速グリ
ッドからなるものである。

【００４０】また、耐スパッタリング性セラミック膜が
炭化チタンであっても良い。

【００４１】なお、この発明のイオンスラスタは、イオ
ンビームを抽出し、推力を発生するイオンスラスタにお
いて、開放端部を有し、イオン化可能なガスを導入する
チャンバと、前記ガスを導入するガス供給口と、電子ビ
ームを前記チャンバに注入するように配置した電子源
と、前記チャンバ内に位置し、前記電子ビームを加速
し、前記ガスをイオン化するために電圧を印加する陽極
と、前記チャンバ近傍に位置し、前記イオン化を増強す
るために前記チャンバ内に磁場を発生するように構成さ
れた磁場形成システムと、前記イオンビーム近傍に中和
用の電子ビームを注入するように配置した中和装置と、
前記開放端部に配置したイオンビーム抽出用の多重グリ
ッド光学システムから構成されるものである。

【００４２】さらに、この発明の多重グリッドの製造方
法は、イオンスラスタの多重グリッド光学システムにお
けるスクリーングリッド製造方法であって、スクリーン
グリッドのイオンビーム抽出用開口に金属性のピンを挿
入し、耐スパッタリング性セラミック膜を成膜するもの
である。

【００４３】

【発明の実施の形態】実施の形態 図１はこの発明の実施の形態によるプラズマ生成室に面
する面のみに耐スパッタリング性セラミック膜をコーテ
ィングしたスクリーングリッドとビーム抽出用開口の側
面及び減速グリッドに面する面に耐スパッタリング性セ
ラミック膜をコーティングされている加速グリッドを有
するグリッド光学システムの構成を示す図であり、３３
は耐スパッタリング性セラミック膜である。なお、１０
〜１２は従来技術の図４の説明と同じものである。

【００４４】多重グリッド光学システムは、イオンスラ
スタ１における複数の開口を有するスクリーングリッド
１０とスクリーングリッド１０から間隔を隔てられ、ス
クリーングリッド１０の開口にほぼ対向する位置に開口
を有する加速グリッド１１と加速グリッド１１から間隔
を隔てられ、加速グリッド１１の開口にほぼ対向する位
置に開口を有する減速グリッド１２から構成されるイオ
ンスラスタ１におけるプラズマチャンバからイオンビー
ム２５を発生させる多重グリッド光学システムであっ
て、スクリーングリッド１０のプラズマチャンバに面す
る面に耐スパッタリング性セラミック膜３３をコーティ
ングされており、ビーム抽出用開口の側面には耐スパッ
タリング性セラミック膜３３が殆ど堆積していないスク
リーングリッド１と加速グリッド１１のビーム抽出用開
口の側面及び減速グリッド１２に面する面に耐スパッタ
リング性セラミック膜３３をコーティングされている加
速グリッド１１からなる多重グリッド光学システムであ
って、特に耐スパッタリング性セラミック膜３３はＴｉ
Ｃであるものである。

【００４５】また、イオンスラスタ１は、開放端部を有
し、イオン化可能なガスを導入するチャンバと、前記ガ
スを導入するガス供給系と、電子ビームを前記チャンバ
に注入するように配置した電子源と、前記チャンバ内に
位置し、前記電子ビームを加速し、前記ガスをイオン化
するために電圧を印加する陽極８と、前記チャンバ近傍
に位置し、前記イオン化を増強するために前記チャンバ
内に磁場を発生するように構成された磁場形成システム
と、前記イオンビーム１７近傍に中和用の電子ビームを
注入するように配置した中和装置と、前記開放端部に配
置したイオンビーム１７抽出用の多重グリッド光学シス
テムから構成されるイオンスラスタ１であって、多重グ
リッド光学システムはスクリーングリッド１０のプラズ
マチャンバに面する面に耐スパッタリング性セラミック
膜３３をコーティングされており、ビーム抽出用開口の
側面には耐スパッタリング性セラミック膜３３が殆ど堆
積していないスクリーングリッド１０であり、加速グリ
ッド１１はビーム抽出用開口の側面及び減速グリッド１
２に面する面に耐スパッタリング性セラミック膜３３を
コーティングされている加速グリッド１１である多重グ
リッド光学システムであるものである。

【００４６】また図２はスクリーングリッドに耐スパッ
タリング性セラミック膜をコーティングする際のグリッ
ド開口マスキング方法を示した図であり、３４は基体グ
リッド、３５はマスキングピン、３６はマスキングピン
保持部、３７はマスキングピン高さ調整部、３８はスペ
ーサ、３９は保護カバーである。なお、３３は図１の説
明と同じものである。

【００４７】スクリーングリッドの製作方法を図２を用
いて説明する。碗状の曲面を形成したモリブデン製の薄
板円板に、複数のイオン抽出用開口を機械加工もしくは
放電加工等で形成することで基体グリッド３４を製作す
る。基体グリッド３４をグリッドと同じ曲率を有しグリ
ッド開口部と同じ位置に開口孔加工したマスキングピン
保持部３６と基体グリッド３４と同様の曲率を有したマ
スキングピン高さ調整部３７に凹面を外向きにセッティ
ングする。これは凹面がプラズマ生成室に面する面とな
るからである。

【００４８】マスキングピン保持部３６及びマスキング
ピン高さ調整部３７は例えばグラファイト等から機械加
工により作製する。基体グリッド３４をセッティング
後、マスキングピン３５をグリッド開口及びマスキング
ピン保持部３６に挿入する。マスキングピン保持部３６
はマスキングピン３５のズレや脱落を防止するためのも
のである。

【００４９】マスキングピン３５はステンレスや銅等の
金属からなる円筒形状を有するものであり、グリッド開
口径より０〜５０μｍ小さい径を有する。マスキングピ
ン３５を開口に挿入すると、グリッドと同じ曲率を有す
るマスキングピン保持部３６によりグリッド開口からの
突出長は全ての開口において同じとなる。

【００５０】スペーサ３８でマスキングピン３５が基体
グリッド３４から１mm程度突出するように高さ調整す
る。保護カバー３９は基体グリッド３５の開口孔以外の
外周を成膜から保護するためのものである。基体グリッ
ド３４の開口にマスキングピン３５を挿入した状態で、
例えばプラズマＣＶＤ法により耐スパッタリング性セラ
ミック膜３３の成膜を行う。

【００５１】また、図３は加速グリッドに耐スパッタリ
ング性セラミック膜をコーティングする際の保持方法を
示した図であり、４０はグリッド保持部である。なお、
３３は図１と同じ、３４、３９は図２と同じものであ
る。

【００５２】加速グリッドのコーティング方法を図３を
用いて説明する。スクリーングリッドと同様に製作した
基体グリッドをグリッド保持部４０に保護カバー３９と
共に凸面を外向きにして取付けるが、これは減速グリッ
ドと対向する面が凸面であるためである。

【００５３】このように保持後、例えばプラズマＣＶＤ
法にて耐スパッタリング性セラミック膜３３の成膜を行
うと、基体グリッドの凸面と開口孔側面に成膜される結
果となる。基体グリッドの凹面には材料ガスプラズマが
入り込まないため、基体グリッドの凹面には成膜されな
い。

【００５４】イオンスラスタ１の多重グリッド光学シス
テムにおけるスクリーングリッド１０の製造方法であっ
て、スクリーングリッド１０のイオンビーム２５抽出用
開口に金属性のピンを挿入し、耐スパッタリング性セラ
ミック膜３３を成膜することを特徴とするスクリーング
リッド製造方法である。

【００５５】上述の製作方法で炭化チタンのコーティン
グを施したスクリーングリッドについて、孔径を測定す
ると共に本実施例の多重グリッド光学システムを塔載し
たイオンスラスタのイオンビームの抽出試験を実施し
た。なお、基体グリッドの開口孔径は２.２８mm、孔数
は２，１４９穴、板厚０.４mmで、コーティング膜厚は
０.１mmである。

【００５６】測定結果及び試験結果を表１に示す。比較
例として開口孔をマスキングピンを挿入しない状態で炭
化チタンをコーティングしたスクリーングリッドの測定
結果とイオンビーム抽出試験結果を示し、加速グリッド
は本実施例と同じである。

【００５７】

【表１】

【００５８】表１の比較から上述の製作方法を採れば耐
スパッタリング性セラミック膜を成膜してもスクリーン
グリッドの開口孔径は殆ど低下しないこと、またイオン
電流抽出性能が優れたグリッド光学システムが構成でき
ることが分る。

【００５９】以上の実施例ではイオンスラスタの外向き
に凸の曲率を有する多重グリッド光学システムに関して
示したが、曲率の無い多重グリッド光学システムであっ
ても、イオンスラスタの内向きに凸の曲率を有する多重
グリッド光学システムにも適用できる。

【００６０】また本発明はプラズマ生成室径が１２cm程
度以下の発散磁場型イオンスラスタの長寿命化に特に効
果が有るが、これより大口径のイオンスラスタにもカス
プ型イオンスラスタに適用しても長寿命化の効果が有
る。

【００６１】

【発明の効果】本発明によれば、スクリーングリッドの
開口孔径を維持したまま、耐スパッタリング性セラミッ
ク膜をプラズマに接する面にコーティングしているた
め、推力の低下を招くこと無く、スクリーングリッドの
長寿命化が図れ、本スクリーングリッドをイオンスラス
タに用いると長寿命化の効果が有る。

【００６２】本発明のスクリーングリッド製造方法に依
れば、スクリーングリッドの開口孔径を維持したまま、
耐スパッタリング性セラミック膜をプラズマに接する面
にコーティングしたスクリーングリッドが従来の工程を
大幅に変更することなく作製でき、産業上非常に有用で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態を示す多重グリッド光
学システムの構成例を示す図である。

【図２】 この発明の実施の形態を示すスクリーングリ
ッド製作方法例を示す図である。

【図３】 この発明の実施の形態を示す加速グリッド製
作方法例を示す図である。

【図４】 従来のイオンスラスタの構成例を示す図であ
る。

【図５】 グリッドの摩耗を説明する図である。

【符号の説明】

１ イオンスラスタ、 ２ 中和器、 ３ プラズマ生
成室、 ４ 推進剤供給口、 ５ 主陰極、 ６ 磁
石、 ７ 磁極、 ８ 陽極、 ９ 磁力線、１０ ス
クリーングリッド、 １１ 加速グリッド、 １２ 減
速グリッド、１３ 推進剤、 １４ 電子、 １５ イ
オン、 １６ プラズマ、 １７ イオンビーム、 １
８ 中和器電子、 １９ 摩耗前のスクリーングリッ
ド、 ２０ 摩耗したスクリーングリッド、 ２１ 摩
耗前の加速グリッド、 ２２ 摩耗した加速グリッド、
２３ 減速グリッド、 ２４ イオン放出面、 ２５
イオンビーム、 ２６ 抽出されるイオン、 ２７ ス
クリーングリッドに衝突するイオン、 ２８ スパッタ
リングされた原子、 ２９ 未収束イオン、 ３０ 推
進剤中性粒子、 ３１ 電荷交換イオン、 ３２ 高速
の中性粒子、 ３３ 耐スパッタリング性セラミック
膜、 ３４ 基体グリッド、 ３５ マスキングピン、
３６ マスキングピン保持部、 ３７ マスキングピ
ン高さ調整部、 ３８ スペーサ、 ３９ 保護カバ
ー、 ４０ グリッド保持部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イオンスラスタにおける複数の開口を有
   するスクリーングリッドと前記スクリーングリッドから
   間隔を隔てられ、 前記スクリーングリッドの開口にほぼ対向する位置に開
   口を有する加速グリッドと前記加速グリッドから間隔を
   隔てられ、 前記加速グリッドの開口にほぼ対向する位置に開口を有
   する減速グリッドから構成されるイオンスラスタにおけ
   るプラズマ生成室からイオンビームを発生させる多重グ
   リッド光学システムであって、 前記スクリーングリッドの前記プラズマ生成室に面する
   面に耐スパッタリング性セラミック膜がコーティングさ
   れており、ビーム抽出用開口の側面には前記耐スパッタ
   リング性セラミック膜が殆ど堆積していないスクリーン
   グリッドと前記加速グリッドのビーム抽出用開口の側面
   及び前記減速グリッドに面する面に耐スパッタリング性
   セラミック膜をコーティングされている加速グリッドか
   らなることを特徴とする多重グリッド光学システム。
2. 【請求項２】 耐スパッタリング性セラミック膜が炭化
   チタンであることを特徴とする請求項１記載の多重グリ
   ッド光学システム。
3. 【請求項３】 イオンビームを抽出し、推力を発生する
   イオンスラスタにおいて、開放端部を有し、イオン化可
   能なガスを導入するチャンバと、 前記ガスを導入するガス供給口と、電子ビームを前記チ
   ャンバに注入するように配置した電子源と、前記チャン
   バ内に位置し、前記電子ビームを加速し、前記ガスをイ
   オン化するために電圧を印加する陽極と、 前記チャンバ近傍に位置し、前記イオン化を増強するた
   めに前記チャンバ内に磁場を発生するように構成された
   磁場形成システムと、 前記イオンビーム近傍に中和用の電子ビームを注入する
   ように配置した中和装置と、前記開放端部に配置したイ
   オンビーム抽出用の多重グリッド光学システムから構成
   され、 前記多重グリッド光学システムは請求項１記載の多重グ
   リッド光学システムであることを特徴とするイオンスラ
   スタ。
4. 【請求項４】 イオンスラスタの多重グリッド光学シス
   テムにおけるスクリーングリッド製造方法であって、ス
   クリーングリッドのイオンビーム抽出用開口に金属性の
   ピンを挿入し、耐スパッタリング性セラミック膜を成膜
   することを特徴とする多重グリッドの製造方法。