JPH05109364A - イオン源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】良好なイオンビーム特性を有し、かつ耐電圧特
性を向上し、製作コストを低減する。 【構成】プラズマ生成部の開口部側に装着し電界を形成
する電極板25Ａを、モリブデン板から形成され、同一位
置にそれぞれビーム引出孔３を設けると共に対向する面
にそれぞれ半円状の溝28ａ，28ｂを設けた基板27ａ，27
ｂに、冷却管５を挟み込みロー付け等により一体に接合
した構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、イオン源に係り、特に
その電極板の構成に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知にようにイオン源は、プラズマ生成
部中に水素等のガスを導入し、フィラメントよりアーク
を発生させてガスを電離させ、イオン化してこれを電極
板間に形成した電界によって加速し、高エネルギーをイ
オンに与える装置である。電極板は、直接高温のイオン
と接触するため、ビーム引出し孔間に冷却チャンネルを
設けて冷却を行うことを必要としている。

【０００３】図８は、この電極板の構成を示す部分斜視
図である。同図に示すように電極板１は、モリブデン板
から形成された基板２にビーム引出孔３および片面に溝
４を設け、この溝４に例えばステンレス鋼管のような耐
食性を有する冷却管５をロー付け等により固着した構成
としている。

【０００４】また、図９は、図８と異なる構成の電極板
を示す。同図に示すように電極板６は、モリブデン板か
ら形成された基板７にビーム引出孔３および片面に冷却
水路８を設け、この片面側にモリブデン板から形成され
た蓋板９を拡散結合またはロー付けにより接合した構成
としている。

【０００５】さらに、図10は、図８および図９と異なる
構成の電極板を示す。同図に示すように電極板10は、銅
板から形成された基板11の片面側に冷却水路８を設け、
この片面側に銅板から形成された蓋板12をロー付け等に
より固着してから、ビーム引出孔３を設けた構成として
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図８に
示す構成の電極板１は、基板２の表面に不純物であるロ
ー材が露出した状態となり、耐電圧を向上させる上で問
題となっている。また、基板２に冷却管５を接合するの
で、電極板１としては片面にしか平面が得られず、電極
板１を複数段重ねて装着する場合、片面が平面でないた
めため均一な電界が得られ難くなり、イオンビーム特性
劣化の原因となっている。

【０００７】また、図９に示す構成の電極板６は、直接
冷却であるため接合前の接合面の僅かな傷でも真空リー
クが発生する。そこで、接合前の基板７や蓋板９の加
工，表面仕上げ等には細心の注意をはらわなければなら
ず、製作を困難なものとしていた。しかも、基板７や蓋
板９に適した材料であるモリブデンは、耐腐食という点
で必ずしも良好とは言えない場合が多い。この対策とし
てメッキ等で表面を覆えばよいが、信頼性に問題があ
る。

【０００８】さらに、図10に示す構成の電極10は、基板
11，蓋板12共銅板であり、軟材であるから表面に傷や変
形が発生し易く、例えば、研摩のような加工や加熱によ
る歪みが発生し、この修正には多くの工数と時間を要
し、膨大な修正コストが付加されてしまう。特に、基板
11や蓋板12の表面に傷、面の高低差等が残存する場合、
耐電圧特性を損い、また、高温下における熱負荷により
基板11や蓋板12に焼跡が残り、プラズマ生成部内の真空
が、焼跡から発生するアウトガスの影響により悪化し、
良好なイオンビーム特性が得られない。

【０００９】そこで、本発明の目的は、良好なイオンビ
ーム特性を有し、かつ耐電圧特性の向上と製作コストの
低減を図ったイオン源を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、プラズマ生成
部の開口部側に電極板を装着し、イオンまたは電子を引
出す電界を発生させるようにしたイオン源において、電
極板を、モリブデン材で形成した基板に、耐食性を有す
る材料よりなり冷却または加熱する媒体の流通路を形成
する管状体が埋設したものである。

【００１１】また、本発明は、プラズマ生成部の開口部
側に電極板を装着し、イオンまたは電子を引出す電界を
発生させるようにしたイオン源において、電極板を、耐
食性を有する材料よりなり冷却または加熱する媒体の流
通路を形成する管状体がモリブデン材の溶射層を介して
埋設するようにしたものである。

【００１２】さらに、本発明はプラズマ生成部の開口部
側に電極板を装着し、イオンまたは電子を引出す電界を
発生させるようにしたイオン源において、電極板を、銅
材で形成した基板に冷却または加熱する媒体の流通路を
形成すると共に、外表面にステンレス鋼材を接合または
モリブデン材の溶射層を形成するようにしたものであ
る。

【００１３】

【作用】電極板の冷却または加熱する媒体の流通路を、
内部に形成または管状体を内部に完全に埋設するように
構成しているので、電極板の両面は平坦となり、しかも
ロー材等の不純物が表面に露出しない。したがって、平
等電界を形成することができ、しかも真空リークの発生
もないので、良好なビーム特性が得られ、かつ製作コス
トを低減することができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図１は、本発明の一実施例を示す断面図であ
る。図１において、20はイオン源、21はプラズマ生成部
で、一側（同図で右側）の端面には水素ガスを導入する
ガス導入部22が設けられ、中間部に水素ガスを電離させ
イオン化するためのアーク23を発生するフィラメント24
が設けられているが、これは従来と同様の構成である。
また、このプラズマ生成部21の他側の開口部には、３段
で電極板25Ａ，25Ｂ，25Ｃが適宜間隔をもって装着して
いる。しかして、アーク23により電離されたイオン26
は、電極板25Ａ，25Ｂ，25Ｃ間に形成された電界により
加速され、高エネルギーを付与されてビーム引出孔３か
ら外部へ引出される。この電極板25Ａ，25Ｂ，25Ｃは、
基本的な構成は同一であるから、以下、電極板25Ａにつ
いてその構成を説明する。

【００１５】図２は、電極板25Ａの構成を示す部分斜視
図である。同図に示すように電極板25Ａは、モリブデン
板から形成され、同一位置にビーム引出孔３を設けた一
対の基板27ａ，27ｂの対向する面にそれぞれ断面が半円
状の溝28ａ，28ｂを設け、冷却管５を挟み込み、ロー付
け等で一体に接合して構成する。なお、外表面は、必要
に応じロー付け後に平坦度の修正をしてもよく、また、
ビーム引出孔３は、一体に接合した後加工するようにし
てもよい。

【００１６】次に、以上のように構成された実施例の作
用を説明する。冷却水は冷却管５に接触するだけである
から、基板27ａ，27ｂの材質が水に腐食し易いモリブデ
ン材であっても腐食は発生しない。また、２枚の基板27
ａ，27ｂにより冷却管５を完全に覆う構造としているの
で、ロー付け部には真空リーク発生部が存在せず信頼性
が向上する。さらに、電極板25Ａ，25Ｂ，25Ｃは、それ
ぞれの外表面が凹凸や傷等が存在しない平坦な面となっ
ているので、図１に示すように３段に装着する場合であ
っても中間の電極板25Ｂを何ら不具合も生じることなく
配置することができる。また、電極板25Ａ，25Ｂ，25Ｃ
の表面にロー材が露出することもなく、ロー材による不
具合の発生もない。以上により電極間に形成される電界
は、平行平板のものに近づくため、電極間の電場で加速
されるイオンビームの特性を向上させることが可能とな
る。

【００１７】したがって、以上のように構成された実施
例によれば、冷却管５が完全に電極板25Ａ，25Ｂ，25Ｃ
の内部に埋込まれるので、ロー材等の不純物を表面に露
出することがなく、外表面は平坦な面となり、良好なイ
オンビーム特性を有し、低コストとしたイオン源を提供
できる。なお、本発明は、上述した実施例（以下、第１
実施例という）に限定されるものではなく、種々変形実
施できる。

【００１８】図３は、本発明の第２実施例に用いる電極
板30の構成を示す部分斜視図である。同図に示すように
電極板30は、モリブデン板から形成された１枚の基板31
に、ビーム引出孔３と冷却管５を挿入する孔32を設け、
冷却管５を挿入してからロー付けで固着する。外表面
は、必要に応じ平坦度の修正をしてもよく、また、ビー
ム引出孔３は、ロー付け後に加工してもよい。このよう
に構成した電極板30を用いても、上述した第１実施例と
同様の効果が得られる。

【００１９】図４は、本発明の第３実施例に用いる電極
板35の構成を示す部分斜視図である。同図に示すように
電極板35は、モリブデン板から形成された１枚の基板36
に断面が略半円状の溝37を加工し、冷却管５を挿入して
からモリブデン粉末等を溶射した溶射層38を形成して冷
却管５を固着し、ビーム引出孔３を加工する。必要に応
じ溶射層38の表面を平坦に仕上げる。このように構成し
た電極板35を用いても、上述した第１実施例と同様の効
果が得られる。

【００２０】図５は、本発明の第４実施例に用いる電極
板40の構成を示す部分斜視図である。同図に示すように
電極板40は、冷却管５の外側にモリブデン粉末等を溶射
して溶射層41を形成し、この溶射層41の外表面を機械加
工等で平坦に仕上げる。この後、ビーム引出孔３を加工
する。このように構成した電極板40を用いても、上述し
た第１実施例と同様の効果が得られる。

【００２１】図６は、本発明の第５実施例に用いる電極
板45の構成を示す断面図である、同図に示すように電極
板45は、銅板から形成された基板46の片面に冷却水路８
を設け、この片面側に銅板から形成された蓋板47を接合
し、さらに基板46の表面側と蓋板47の表面側にそれぞれ
薄いステンレス鋼板48，49を拡散接合して一体とし、ビ
ーム引出孔３を加工する。この第５実施例は、銅板から
形成された基板46と蓋板47の表面側に接合されているス
テンレス鋼板48，49が、銅材に比較し機械的性質および
化学的に耐食鋼として優れた特性を有し、製作上におけ
る接合，機械加工，組立工程の作業性も良好で、傷，変
形の程度が極めて少ない。また、ステンレス鋼板48，49
は、基板46や蓋板47を外部から付加される力等から保護
し、銅材と熱膨脹率も近接しているので、高温下での熱
負荷に対する相互の歪みが極めて小さい。さらに、熱伝
導においても、一体成形した基板46，蓋板47，ステンレ
ス鋼板48，49の接合面は均一に接合され、しかもステン
レス鋼板48，49が薄肉のため高温下での温度特性も銅材
と類似した分布が得られ、冷却水の冷却効果により伝熱
効率の低下がない。したがって、このように構成した電
極板45を用いることにより、製作コストを大幅に低減
し、かつ耐電圧特性を向上し、イオンビーム特性を良好
にイオン源を得ることができる。

【００２２】図７は、本発明の第６実施例に用いる電極
板50の構成を示す断面図である。同図に示すように電極
板50は、第５実施例と同様に形成された基板46と蓋板47
を接合した後、基板46の表面側と蓋板47の表面側にそれ
ぞれモリブデン粉末を溶射して溶射層51を形成し、ビー
ム引出孔３を加工したものである。このように構成した
電極板50を用いても上述した第５実施例と同様の効果が
得られる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
極板を冷却または加熱する媒体の流通路が内部に完全に
埋設または埋設状に設けられているので、電極板の表面
を容易に平坦として平等電界を形成すると共に真空リー
クの発生を防止し、かつロー材等の不純物の露出をなく
し、イオンビーム特性を良好にし、かつ製作コストを低
減したイオン源を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す断面図。

【図２】本発明の実施例に用いる電極板の構成を示す部
分矢視図。

【図３】本発明の実施例に用いる電極板の他の構成を示
す部分矢視図。

【図４】本発明の実施例に用いる電極板のさらに異なる
他の構成を示す部分矢視図。

【図５】本発明の実施例に用いる電極板のさらに異なる
他の構成を示す部分矢視図。

【図６】本発明の実施例に用いる電極板のさらに異なる
他の構成を示す断面図。

【図７】本発明の実施例に用いる電極板のさらに異なる
他の構成を示す断面図。

【図８】従来のイオン源に用いる電極板の構成を示す部
分矢視図。

【図９】従来のイオン源に用いる電極板の他の構成を示
す部分矢視図。

【図１０】従来のイオン源に用いる電極板のさらに異な
る他の構成を示す断面図。

【符号の説明】

３…ビーム引出孔、５…冷却管、８…冷却水路、21…プ
ラズマ生成部、25Ａ，25Ｂ，25Ｃ，30，35，40，45，50
…電極板、27ａ，27ｂ，31，36，46…基板、38，41，51
…溶射層、48，49…ステンレス鋼板。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマ生成部の開口部側に電極板を装
   着し、イオンまたは電子を引出す電界を発生させるよう
   にしたイオン源において、前記電極板を、モリブデン材
   で形成した基板に、耐食性を有する材料よりなり冷却ま
   たは加熱する媒体の流通路を形成する管状体が埋設され
   るようにしたことを特徴とするイオン源。
2. 【請求項２】 プラズマ生成部の開口部側に電極板を装
   着し、イオンまたは電子を引出す電界を発生させるよう
   にしたイオン源において、前記電極板を、耐食性を有す
   る材料よりなり冷却または加熱する媒体の流通路を形成
   する管状体がモリブデン材の溶射層を介して埋設される
   ようにしたことを特徴とするイオン源。
3. 【請求項３】 プラズマ生成部の開口部側に電極板を装
   着し、イオンまたは電子を引出す電界を発生させるよう
   にしたイオン源において、前記電極板を、銅材で形成し
   た基板に冷却または加熱する媒体の流通路を形成すると
   共に、外表面にステンレス鋼材を接合またはモリブデン
   材の溶射層を形成するようにしたことを特徴とするイオ
   ン源。