JP2007250316A - ホローカソード - Google Patents
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Abstract
【解決手段】オリフィス2に接触した中空陰極5を内含するカソードパイプ4の周囲に、円筒形状ヒータ6を配置するとともに円筒形状ヒータ6を断熱シールド8で囲んで、絶縁体で被覆された円筒形状ヒータ6の発熱部31とカソードパイプ4を非接合で固定する。
【選択図】図2
Description
以下、図を用いて、この発明に係る実施の形態1について説明する。
図1〜図8は、実施の形態1によるホローカソードの構成を示している。図に記載するホローカソード1は、各種の部品からなるが、ここではこの発明の要旨とする部分のみを説明する。
図1は、ホローカソード1の外観を示す斜視図を示し、(a)はキーパ電極側の上方から見た斜視図、(b)は配管接続フランジ側の下方から見た斜視図、図2はホローカソード1の断面図である。
図3はカソードパイプの断面図、図4は円筒形状ヒータの斜視図、図5は円筒形状ヒータの部分断面図、図6はヒータパターンの展開図、図7は断熱シールドの斜視図、図8は断熱シールドの分解図である。
配管接続フランジ70を通じて、それと連通したカソードパイプ4にイオン化されたガス、例えばキセノンが供給される。この供給ガスは中空陰極5を通過し、更にオリフィス4から流出される。この際、中空陰極5でのガス圧力はオリフィス4で差圧が付き、約200〜800Paとなる。
ヒータパターンを形成するグラファイトは温度上昇とともに抵抗値が下がる負の温度特性を有するため、温度の平衡特性が良い。すなわち一定電流Iを通電した場合、ある温度、例えば1500℃に到達した時、温度が1500℃を越えると抵抗Rが下がるため、R×I2で表されるジュール発熱が低下するため温度が下がる。一方、温度が1500℃より下がると抵抗Rが上昇するため、発熱量が増加し、温度が上昇する。その結果、温度の収束性及び安定性が良い。
ホローカソード1内の最高温度は、点火時に円筒形状ヒータ4の発熱部が約1500℃となり、電子供給時に中空陰極5が約1200℃となる。このような高温では熱膨張係数が異なる異種材料部品の接合部で、熱膨張差から接合界面に熱応力が生じ、破損の原因となる。特に宇宙空間で使用されるホローカソードは温度幅が1500℃を越える温度サイクルが繰り返し印加される。ホローカソード1はカソードパイプ4と円筒形状ヒータ6はヒータ発熱部で接合されておらず、熱応力を生じない。円筒形状ヒータ6はグラファイト(熱膨張係数0.8×10−6/K)、窒化硼素(熱膨張係数2.6×10−6/K)と異種材料を使用しているが熱膨張係数が近く問題となる熱応力を発生しない。またカソードパイプ4(タンタル、熱膨張係数6.6×10−6/K)とその内部にある中空陰極5(タングステン、熱膨張係数4.6×10−6/K)及びワイヤ21(レニウム、熱膨張係数4.7×10−6/K)は異種材料であるが、熱膨張係数が近い上、熱膨張差をスプリング23で補償する構造である。これから熱応力は問題とならず、更にスプリング23に付勢されて中空陰極5とグランド電位であるオリフィス2や22間の接触が切れないため、中空陰極5がフローティングとなることは無く、電子の供給に支障を来すことはない。
このことから、ホローカソード1は温度サイクルで生じる異種材料間の熱応力による破損が生じず、信頼度が高くなる。
試験の結果では、キセノン流量10sccm、ヒータ電流2.8A、キーパ電圧100Vの条件で、2分〜2分30秒でプラズマが点火し、15〜20Aの良好な電子の供給性能を示した。
Claims (7)
- 一端に流出孔を有し、他端に突縁部を有したカソードパイプと、
上記カソードパイプの一端に当接した中空陰極と、
上記カソードパイプの流出孔に対向配置された孔を有したキーパ電極と、
上記カソードパイプの周囲を取り囲む絶縁体に導体パターンの発熱部が形成された円筒形状ヒータと、
上記円筒形状ヒータの周囲を取り囲む断熱シールドと、
を備え、
上記円筒形状ヒータと断熱シールドが、上記カソードパイプの突縁部に絶縁体を介して設置されたホローカソード。 - 一端にオリフィスを有し、他端にフランジを有する高融点金属からなるカソードパイプと、
上記カソードパイプ内に配置されたワイヤが接合され、スプリングでオリフィスに付勢された中空陰極と、
上記オリフィスに対向配置され、中心に孔の設けられたキーパ電極と、
上記カソードパイプの周囲に配置され、円筒形状のセラミックに抵抗値が負の温度特性を有する材料からなる導体パターンの発熱部が形成された円筒形状ヒータと、
上記円筒形状ヒータの周囲に配置され、高融点金属製の円筒形状の断熱シールドと、
を備え、
上記円筒形状ヒータと断熱シールドが、上記カソードパイプのフランジに絶縁碍子を介して結合されたホローカソード。 - 上記円筒形状ヒータは、中空陰極で少なくともプラズマが生成されるまでの間、定電流制御されることを特徴とする請求項1もしくは請求項2記載のホローカソード。
- 上記円筒形状ヒータは、導体パターンがグラファイトからなり、円筒形状のセラミックが窒化硼素からなる請求項2記載のホローカソード。
- 上記中空陰極が含浸陰極であることを特徴とした請求項2記載のホローカソード。
- 上記円筒形状ヒータに電力供給するヒータ電力導入端子と、
上記ヒータ電力導入端子と上記円筒形状ヒータの間に挟まれた端子用絶縁碍子と、
を更に備え、
上記円筒形状ヒータと断熱シールドを設置するための絶縁碍子は高温で断熱特性を有し、端子用絶縁碍子は高温で電気的絶縁特性を有した請求項2記載のホローカソード。 - 上記円筒形状ヒータに電力供給するヒータ電力導入端子と、
上記ヒータ電力導入端子と上記円筒形状ヒータの間に挟まれた端子用絶縁碍子と、
を更に備え、
上記円筒形状ヒータと断熱シールドを設置するための絶縁碍子はジルコニアからなり、上記端子用絶縁碍子はアルミナからなる請求項2記載のホローカソード。
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