JP3711228B2 - イオン源のフィラメント支持構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば核融合装置の中性粒子入射装置(この装置ではイオンビームを中性粒子ビームに変換する)、半導体製造用のイオン注入装置等に用いられるイオン源のプラズマ生成容器内にフィラメントを支持するフィラメント支持構造に関し、より具体的には、フィラメントを容易に交換することのできる構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
図5にイオン源の一例を簡略化して示す。このイオン源は、例えば前記中性粒子入射装置用のものであり、プラズマ生成容器2に幾つかの電流導入端子4が挿入固定されており、その先端部に熱電子放出用のフィラメント6が取り付けられている。
【0003】
このプラズマ生成容器2内にガスを導入し、各フィラメント6を通電加熱し、かつ各フィラメント6とアノード兼用のプラズマ生成容器2との間にアーク放電電圧を印加すると、各フィラメント6とプラズマ生成容器2との間でアーク放電が生じてガスが電離され、プラズマ8が生成される。そしてこのプラズマ8から、引出し電極系10によって電界の作用でイオンビーム12を引き出すことができる。
【0004】
なお、中性粒子入射装置用の場合は、例えば、図5に示すイオン源全体を図示しない真空容器内に収納しているけれども、それに限られるものではなく、プラズマ生成容器2の外側を大気圧状態とし、内側を真空排気するようにしても良い。
【0005】
プラズマ生成容器2内にフィラメント6を支持する従来のフィラメント支持構造の一例を図6に示す。
【0006】
従来は、一つのフィラメント6に対して二つの電流導入端子4をフランジ14に溶接またはねじ止めし、更にこのフランジ14をプラズマ生成容器2の端子穴3の部分にねじ止めしていた。一つのフランジ14に2n個(nは1以上の整数)の電流導入端子4を取り付ける場合もある。
【0007】
各電流導入端子4は、フィラメント6からの熱による破損を防止するために、中に冷却水や冷却ガス等の冷媒を通して冷却する構造をしている。そのために、各電流導入端子4には、冷媒の供給および排出用の冷却配管を接続する冷却配管接続部16が設けられており、それに冷却配管を接続する構造をしている。
【0008】
更に各電流導入端子4には、フィラメント6への通電用の電源ケーブルを接続する電源端子18が設けられており、それに電源ケーブルを接続する構造をしている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上記フィラメント6は切れることがあり、そのときは交換する必要がある。このフィラメントの交換時に、図6に示した従来の構造では、電流導入端子4に冷却配管および電源ケーブルが接続されているため、これらを取り外す必要がある。これには多くの手間がかかる。
【0010】
更に、一つのフィラメント6が二つの電流導入端子4にまたがって取り付けられているため、電流導入端子4を取り外してもフィラメント6を交換することができないので、複数の電流導入端子4を取り付けたフランジ14ごとプラズマ生成容器2から取り外す必要がある。従ってこれにも多くの手間がかかる。
【0011】
従って従来は、フィラメント6の交換が容易ではなく、多くの手間と時間とを要していた。
【0012】
そこでこの発明は、フィラメントを容易に交換することのできるフィラメント支持構造を提供することを主たる目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
この発明のフィラメント支持構造は、前記プラズマ生成容器の端子穴の部分に絶縁物を介在させて取り付けられていて、しかも絶縁物を介在させて互いに重ねられた導体製の少なくとも2枚のホルダと、この各ホルダに設けられた電源端子と、前記各ホルダに設けられていて冷媒が流される冷媒路と、前記各ホルダに少なくとも一つずつ互いに上下同じ位置に設けられた端子穴と、この各ホルダの各端子穴の部分に設けられた弾性を有する接触子と、互いに絶縁された外側導体および内側導体を有していて、かつ当該外側導体および内側導体は側面に露出していて互いに異なるホルダの前記接触子とそれぞれ接触する接触面を有していて、前記ホルダの端子穴に抜き差し可能に差し込まれた少なくとも一つの電流導入端子と、この各電流導入端子の外側導体の先端部と内側導体の先端部との間に取り付けられたフィラメントとを備えることを特徴としている。
【0014】
上記冷媒は、例えば、冷却水、冷却ガス等である。
【0015】
上記構造によれば、先端部にフィラメントを取り付けた電流導入端子をホルダの端子穴に差し込むことによって、電流導入端子の外側導体および内側導体の接触面はホルダ側の対応する接触子とそれぞれ接触するので、各接触子を介して、電流導入端子の外側導体および内側導体は対応するホルダと導通する。それによって、各ホルダを通してフィラメントに通電することができる。従って、電流導入端子に電源ケーブルを直接接続する必要はない。
【0016】
また、各ホルダには冷媒が流される冷媒路が設けられているので、各ホルダは冷媒によって冷却される。しかもこの各ホルダには、前記接触子を介する等して電流導入端子が熱的に結合されているので、各ホルダを冷却することによって、電流導入端子も冷却される。従って、電流導入端子に冷却配管を直接接続する必要はない。
【0017】
フィラメントの交換時は、電流導入端子をホルダから抜き取るだけで良い。このとき、フィラメントは一つの電流導入端子の先端部に取り付けられているから、フィラメントが残っていても、それが邪魔になることはない。また、電流導入端子はホルダの端子穴に抜き差し可能に差し込まれているだけなので、しかも上記のように電流導入端子には冷却配管も電源ケーブルも直接には接続されていないので、電流導入端子をフィラメントと共に簡単に抜き取ることができる。抜き取った後は、例えば、正常なフィラメントを取り付けた別の、または元と同じ電流導入端子を再び差し込めば良い。
【0018】
このようにこのフィラメント支持構造によれば、フィラメントを電流導入端子と共に容易に交換することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
図1は、この発明に係るフィラメント支持構造の一例を示す断面図である。図2は、図1のフィラメント支持構造の右側面図である。
【0020】
このフィラメント支持構造は、フィラメント6を直流電源または単相交流電源で通電加熱する場合の例であり、絶縁物24を介在させて互いに重ねられた導体製(例えば銅板製)の2枚のホルダ20および22を備えている。
【0021】
この上側のホルダ20、間の絶縁物24および下側のホルダ22は、図示しないボルトによって互いに固定されている。かつこれらは、前記プラズマ生成容器2の端子穴3の部分(上部)に、絶縁物26を介在させて、ボルト62によって固定されている。ボルト62とホルダ22との間は絶縁物60によって絶縁されている。
【0022】
各ホルダ20、22には、図2に示すように、電源端子28、30がそれぞれ設けられている。この各電源端子28、30には、フィラメント6へ通電するための電源ケーブル(図示省略)がそれぞれ接続される。
【0023】
また、各ホルダ20、22には、冷却水や冷却ガス等の冷媒が流される冷媒路の一例として、冷媒パイプ32、34がそれぞれ埋め込んで取り付けられている。各冷媒パイプ32、34は、例えば、各ホルダ20、22の周縁部を取り囲んでいる。各冷媒パイプ32、34の端部には、冷媒を流す冷却配管(図示省略)がそれぞれ接続される。
【0024】
各ホルダ20、22には、互いに上下同じ位置に、即ち互いの中心軸を同じとする端子穴36、38が設けられている。この端子穴36、38の下に、この例では、それらよりも大きいプラズマ生成容器2の前記端子穴3が設けられている。この端子穴3も、この例では、端子穴36および38と上下同じ位置に設けられている。即ち、互いに中心軸を同じにしている。これらの端子穴36、38、更には端子穴3は、この例では複数個ずつ設けているが(但し図には1個ずつのみ示す)、少なくとも一つずつ設ければ良く、それ以上設けるか否かは任意である。
【0025】
各ホルダ20、22の各端子穴36、38の部分には、例えば各端子穴36、38の周壁部には、弾性(ばね性)を有する接触子40、42が設けられている。接触子40は、この例では図3および図4に示すように、波板状の金属板を円筒状に丸めたものである。この接触子40は、この例では、端子穴36の周壁部に設けられたあり溝64内に収納されて、抜け止めが施されている。接触子42についても上記と同様である。
【0026】
上記ホルダ20、22の各端子穴36、38には、電流導入端子44が、矢印Aに示すように抜き差し可能に差し込まれて(挿入されて)いる。この電流導入端子44は、ホルダ20、22に差し込んでいるだけであり、ねじ止め等は成されていない。
【0027】
各電流導入端子44は、絶縁物50によって互いに絶縁された外側導体46および内側導体48を有している。即ち各電流導入端子44は、この例では、同軸構造をしている。外側導体46および内側導体48は、側面に露出していて、互いに異なるホルダ20、22の前記接触子40、42とそれぞれ接触する接触面52、54を有している。即ち、内側導体48は、電流導入端子44の頭部近くに、上側のホルダ20の接触子40と接触する接触面54を有している。外側導体46は、接触面54の下側に、下側のホルダ22の接触子42と接触する接触面52を有している。
【0028】
各電流導入端子44の外側導体46の先端部と内側導体48の先端部との間に、フィラメント6がそれぞれ取り付けられている。具体的にはこの例では、外側導体46および内側導体48の先端部に穴56および58を設けており、U字状またはV字状等に曲げ戻したフィラメント6の二つの根本部を両穴56、58にそれぞれ差し込むことによって、フィラメント6を固定している。この場合、フィラメント6の両根本部を先細のテーパ状にしても良い。また、各穴56、58を、割り込み穴にしても良い。そのようにすれば、フィラメント6をより確実に固定することができる。
【0029】
なお、プラズマ生成容器2の内外で大きな圧力差がある雰囲気で使用する等の場合は、例えば前述したようにプラズマ生成容器2の外側が大気圧状態、内側が真空状態で使用する等の場合は、必要に応じて、各電流導入端子44とホルダ20および22との間にOリング等のパッキンを設ければ良い。その他の部分についても同様である。
【0030】
上記フィラメント支持構造によれば、先端部にフィラメント6を取り付けた各電流導入端子44をホルダ20、22の端子穴36、38に差し込むことによって、各電流導入端子44の外側導体46および内側導体48の接触面52、54はホルダ側の対応する接触子42、40とそれぞれ接触するので、各接触子42、40を介して、各電流導入端子44の外側導体46および内側導体48は対応するホルダ22、20と導通する。即ち、外側導体46は接触子42を介して下側のホルダ22と導通し、内側導体48は接触子40を介して上側のホルダ20と導通する。それによって、各ホルダ20、22を通してフィラメント6に通電することができる。従って、各電流導入端子44に電源ケーブルを直接接続する必要はない。
【0031】
また、各ホルダ20、22には冷媒が流される冷媒パイプ32、34(冷媒路)が設けられているので、各ホルダ20、22は冷媒によって冷却される。しかもこの各ホルダ20、22には、接触子40、42を介する等して各電流導入端子44が熱的に結合されているので、各ホルダ20、22を冷却することによって、各電流導入端子44も冷却される。従って、各電流導入端子44に冷却配管を直接接続する必要はない。
【0032】
フィラメント6の交換時は、目的とする電流導入端子44をホルダ20、22から抜き取るだけで良い。このとき、フィラメント6は、従来例と違って一つの電流導入端子44の先端部に取り付けられているから、フィラメント6が残っていても、それが邪魔になることはない。また、電流導入端子44はホルダ20、22の端子穴36、38に抜き差し可能に差し込まれているだけなので、しかも上記のように電流導入端子44には冷却配管も電源ケーブルも直接には接続されていないので、電流導入端子44をフィラメント6と共に簡単に抜き取ることができる。抜き取った後は、例えば、正常なフィラメント6を取り付けた別の、または元と同じ電流導入端子44を再び差し込めば良い。
【0033】
このようにこのフィラメント支持構造によれば、フィラメント6を付けた電流導入端子44を抜き差しするだけで良いので、フィラメント6を電流導入端子44と共に極めて容易に交換することができる。即ち、抜き差しという単純な2アクションで交換することができる。従って例えば、ロボットによる無人での交換も可能になる。これは、人が近付けない環境下での交換作業に大きな効果を発揮する。
【0034】
なお、フィラメント電源に3相交流電源を用いる場合は、ホルダを3枚(U相、V相、W相用)にし、かつ電流導入端子44も、U−V相用、V−W相用、U−W相用の三種類を作れば良い。
【0035】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、フィラメントを付けた電流導入端子をホルダに対して抜き差しするだけで良いので、フィラメントを電流導入端子と共に容易に交換することができる。従って例えば、ロボットによる無人での交換も可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係るフィラメント支持構造の一例を示す断面図である。
【図2】図1のフィラメント支持構造の右側面図である。
【図3】図1中の接触子周りの一例を拡大して示す縦断面図である。
【図4】図1中の接触子周りの一例を拡大して示す横断面図である。
【図5】イオン源の一例を示す概略図である。
【図6】従来のフィラメント支持構造の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
2 プラズマ生成容器
3 端子穴
6 フィラメント
20、22 ホルダ
24、26 絶縁物
28、30 電源端子
32、34 冷媒パイプ(冷媒路)
36、38 端子穴
40、42 接触子
44 電流導入端子
46 外側導体
48 内側導体
52、54 接触面
Claims (1)
- イオン源のプラズマ生成容器内にフィラメントを支持する構造において、
前記プラズマ生成容器の端子穴の部分に絶縁物を介在させて取り付けられていて、しかも絶縁物を介在させて互いに重ねられた導体製の少なくとも2枚のホルダと、
この各ホルダに設けられた電源端子と、
前記各ホルダに設けられていて冷媒が流される冷媒路と、
前記各ホルダに少なくとも一つずつ互いに上下同じ位置に設けられた端子穴と、
この各ホルダの各端子穴の部分に設けられた弾性を有する接触子と、
互いに絶縁された外側導体および内側導体を有していて、かつ当該外側導体および内側導体は、側面に露出していて互いに異なるホルダの前記接触子とそれぞれ接触する接触面を有していて、前記ホルダの端子穴に抜き差し可能に差し込まれた少なくとも一つの電流導入端子と、
この各電流導入端子の外側導体の先端部と内側導体の先端部との間に取り付けられたフィラメントとを備えることを特徴とするイオン源のフィラメント支持構造。
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