JPH0963493A - イオン源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アノード面積を減少してアーク効率を向上
し、より大面積，かつ，大電流化を、小さな電源で、安
価に実現する。 【解決手段】 内部に電子放出用熱フィラメント５を有
し，プラズマ４３が形成されるアークチャンバ４５と、
アークチャンバ４５の内面に埋設され，端面がアークチ
ャンバ４５内に露出した複数個の磁石４６と、アークチ
ャンバ４５の内面に配設されたアノード板４７とを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱フィラメントを
用いたイオン源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のイオン源装置について図４ないし
図８を参照して説明する。まず、概略図を示した図４に
おいて、１は非磁性体金属製の筒状のアノードとしての
アークチャンバ、２はアークチャンバ１内のプラズマ
室、３はアークチャンバ１の上面開口を閉塞した蓋板、
４は蓋板３を貫通し，先端部がプラズマ室２に導入され
た２個の電流導入部、５は両端が両導入部４の先端部に
装着された電子放出用熱フィラメントであり、カソード
としての熱電子放出源となる。６は正，負の両極が導入
部４を介して熱フィラメント５の両端に接続されたフィ
ラメント電源である。

【０００３】７はアークチャンバ１の下面開口に設けら
れたイオンビーム引出電極であり、プラズマ室２側の加
速電極８と，中間の減速電極９と，下側の接地電極１０
とからなる。１１はアークチャンバ１にアーク電圧を印
加するアーク電源であり、正極がアークチャンバ１に接
続され、負極がフィラメント電源６の負極に接続されて
いる。１２は加速電極８に正の加速電圧を印加する加速
電源であり、正極がアーク電源１１の負極に接続され、
負極が接地されている。１３は減速電極９に負の減速電
圧を印加する減速電源であり、負極が減速電極９に接続
され、正極が接地され、接地電極１０が接地されてい
る。

【０００４】つぎに、アークチャンバ１の部分につき、
図５ないし図７を参照して詳細に説明する。図５は切断
正面図，図６は図５の平面図，図７は図５の一部の切断
平面図であり、それらの図において、図４と同一符号は
同一もしくは相当するものを示す。

【０００５】１４はアークチャンバ１の下部に固着され
た下部フランジ、１５はアークチャンバ１の外面に等間
隔に形成された複数個の長溝、１６は各長溝１５に嵌め
込まれた磁石、１７はアークチャンバ１の上部に固着さ
れた上部フランジである。

【０００６】１８は上部フランジ１７の外側に設けられ
た図８Ａに示す円形状の給水パイプ、１９は下部フラン
ジ１４の上面に設けられた円形状の排水パイプ、２０は
両パイプ１８，１９間を連結した複数個の連結パイプで
あり、各磁石１６の両側及び隣接した磁石１６の中間に
平行に設けられている。

【０００７】２１は蓋板３の下面に形成されたＯリング
溝であり、Ｏリング溝２１にＯリング２２が装着され、
蓋板３の上面に、アークチャンバ１と同様、３個の長溝
１５が形成され、長溝１５に磁石１６が嵌め込まれてい
る。

【０００８】２３は蓋板３の各長溝１５間に形成された
透孔、２４は２個の端子、２５は両端子２４の端部に設
けられた保持具、２６は蓋板３と保持具２５との間に介
在された絶縁用のガスケット、２７は基部が端子２４に
電気的に接続された導体であり、保持具２５を貫通して
透孔２３に挿入され、先端部がアークチャンバ１のプラ
ズマ室２内に挿入されている。２８は基部が導体２７の
先端部に装着された支持杆であり、先端部にねじ２９に
より熱フィラメント５が装着されている。

【０００９】３０は一片が上部フランジ１７の左側部の
下面に固着され，他片が蓋板３の上面に固着されたヒン
ジ、３１は基部が上部フランジ１７の右側部の下面に固
着された板状の固定片、３２は固定片３１の両側に立設
された支持片、３３は水平軸３４と水平軸３４の中央に
直交して設けられた螺棒３５とからなる逆Ｔ字状の固定
体であり、固定体３３の水平軸３４が両支持片３２に回
転自在に支持されている。３６は螺棒３５に螺合したナ
ットである。

【００１０】３７は蓋板３の上面に固着された係止板、
３８は係止板３７に形成された切欠部であり、切欠部３
８に固定体３３の螺棒３５が挿入され、ナット３６が締
め付けられ、ナット３６の端面が係止板３７の切欠部３
８の周縁部に圧接し、蓋板３が上部フランジ１７に圧接
されている。

【００１１】３９は蓋板３に立設された２個のコ字状の
取手、４０は蓋板３の上面の一側に設けられた図８Ｂに
示す半円弧状の給水パイプ、４１は蓋板３の上面の他側
に設けられた半円弧状の排水パイプ、４２は両端が両パ
イプ４０，４１に接続された複数本の連結パイプであ
り、各磁石１６の両側に設けられている。

【００１２】そして、図４において、アークチャンバ１
のプラズマ室２に中性ガスを導入し、フィラメント電源
６により、熱フィラメント５を通電加熱して熱電子を放
出し、かつ、アーク電源１１によりアークチャンバ１を
アノード電位にして熱フィラメント５をカソード電位に
する。この時、直流放電により中性ガスが電離してプラ
ズマ４３が生成され、各磁石１６が形成するカスプ磁場
によりプラズマ４３が閉じ込められて高密度化され、引
出電極７によりプラズマ４３中のイオンガスが引き出さ
れ、イオンビーム４４が形成される。

【００１３】そして、図５は蓋板３がアークチャンバ１
の上面開口を閉塞した状態であり、蓋板３を開放する場
合、ナット３６を緩めて固定体３３を回転し、螺棒３５
を係止板３７の切欠部３８から離脱させ、蓋板３を開
く。

【００１４】つぎに、蓋板３を閉塞する場合、蓋板３を
閉じ、固定体３３を回転し、切欠部３８に螺棒３５を挿
入し、ナット３６を締め付けて蓋板３を上部フランジ１
７に固定する。

【００１５】そして、図８Ａに示すように、上部フラン
ジ１７の給水パイプ１８の始端から給水された冷却水が
給水パイプ１８の他端へ給水されるとともに、連結パイ
プ２０を通って下部フランジ１４の排水パイプ１９に給
水され、排水パイプ１９の終端から排水される。これと
同時に、図８Ｂに示すように、蓋板３の給水パイプ４０
の始端から冷却水が給水され、連結パイプ４２を通って
排水パイプ４１の終端から排水され、２個の冷却水経路
により、アークチャンバ１及び蓋板３を冷却し、アーク
チャンバ１及び蓋板３の加熱を防止している。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】従来の前記イオン源装
置において、より大面積，かつ，大電流化を図る場合、
アーク電力を大きくする方法が考えられるが、電源の値
段，電力費等によりコスト高になる。

【００１７】そこで、他の手段としてアノード面積を減
少させることが考えられる。ところで、アノード面積
は、アノード、即ちアークチャンバ１に逃げてゆく電子
がアノード面に作る面積で、通常は磁石の磁場によって
トラップされるため、ラーマ直径×磁石の長さとなる。

【００１８】従って、アノード面積を減少させるには、
磁石の長さ、即ち磁石の数を減らす方法或いはアノード
面での磁束密度を上げる方法が考えられる。

【００１９】そして、磁石の数を減らす場合、必然的に
磁石と磁石との間が広くなり、カスプ磁場を形成するに
は自ずと限界があるという問題点がある。

【００２０】つぎに、アノード面での磁束密度を上げる
場合、図９に示すように、磁束密度は磁石から離れると
急激に減少するため、磁石の表面とアノード内面との距
離を小さくする必要があるが、前記イオン源装置の構造
では、真空に対する強度を保つため、その距離を小さく
できず、現状のアノード表面の磁束密度は、磁石表面の
磁束密度の半分程度であり、アノード面での磁束密度を
上げるのが困難であるという問題点がある。

【００２１】本発明は、前記の点に留意し、アノード面
積を減少してアーク効率を向上し、小さな電源で、より
大面積，かつ，大電流化を実現できる安価なイオン源装
置を提供することを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明のイオン源装置は、アークチャンバの内面
に、端面がアークチャンバ内に露出した複数個の磁石を
埋設し、アークチャンバの内面にアノード板を配設した
ものである。

【００２３】従って、磁石表面とアノード内面との距離
が小さくなり、アノード表面での磁束密度が上がり、ア
ノード面積が減少することにより、アーク効率が向上
し、より大面積、かつ、大電流化が、小さな電源で、安
価に実現できる。

【００２４】さらに、アークチャンバ内の掃除の際、ア
ノード板を交換するだけでよく、掃除が容易になる。

【００２５】

【発明の実施の形態】１形態について図１ないし図３を
参照して説明する。図１は要部の切断正面図、図２は図
１の一部の切断平面図、図３は冷却水経路を示した斜視
図であり、それらの図において、図５と同一符号は同一
もしくは相当するものを示し、異なる点はつぎのとおり
である。

【００２６】４５は肉厚が厚いアークチャンバ、４６は
アークチャンバ４５の内面に上下方向に埋設された複数
個の磁石であり、端面がアークチャンバ４５内に露出し
ている。４７は筒状のアノード板であり、磁性体からな
る薄板がわん曲され、アークチャンバ４５の内面に配設
され、磁石４６の端面に着脱自在に装着されている。

【００２７】４８は蓋板３内の一側に形成された半円弧
状の給水孔、４９は下部フランジ１４の上面に形成され
た円状の給水溝、５０は蓋板３の他側に形成された半円
弧状の排水孔、５１は連結孔であり、蓋板３の連結孔５
１は磁石４６の両側に形成され、両端が給水孔４８と排
水孔５０に接続され、アークチャンバ４５の連結孔５１
は磁石４６の両側及び隣接した磁石４６の中間に形成さ
れ、下端が給水溝４９に接続され、上端が給水孔４８，
排水孔５０に接続されている。

【００２８】５２は給水孔４８及び排水孔５０の両側に
形成されたＯリング溝であり、Ｏリング溝５２にＯリン
グ５３が装着され、蓋板３とアークチャンバ４５との接
合部が２重のシール構造になっている。

【００２９】従って、磁石４６の表面とアノード内面と
の距離が小さくなり、アノード表面での磁束密度が上が
り、アノード面積が減少することにより、アーク効率が
向上し、より大面積、かつ、大電流化が実現できる。

【００３０】そして、図３に示すように、給水孔４８の
始端から冷却水が給水され、連結孔５１を通って排水孔
５０へ給水されるとともに、連結孔５１，給水溝４９，
連結孔５１を通って排水孔５０へ給水され、排水孔５０
の終端から排水され、１経路の冷却水経路により、アー
クチャンバ４５及び蓋板３を冷却している。

【００３１】そして、従来の給水パイプ，排水パイプ，
連結パイプのかわりに給水孔４８，給水溝４９，排水孔
５０，連結孔５１を設けたため、冷却水水路が外部から
見えることがなく、外観の美観が向上される。

【００３２】そして、アークチャンバ４５内の掃除の
際、アノード板４７を磁石４６から離脱し、アノード板
４７を交換するだけでよく、アークチャンバ４５内の掃
除が容易になる。

【００３３】

【発明の効果】本発明は、つぎに記載する効果を奏す
る。本発明のイオン源装置はアークチャンバ４５の内面
に、端面がアークチャンバ４５内に露出した複数個の磁
石４６を埋設し、アークチャンバ４５の内面にアノード
板４７を配設することにより、磁石４６の表面とアノー
ド内面との距離を小さくし、アノード表面での磁束密度
を上げ、アノード面積を減少してアーク効率を向上し、
より大面積、かつ、大電流化を、小さな電源で、安価に
実現することができる。

【００３４】さらに、アークチャンバ４５内の掃除の
際、アノード板４７を交換するだけでよく、掃除を容易
にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１形態の要部の切断正面図である。

【図２】図１の一部の切断平面図である。

【図３】図１の冷却水経路を示した斜視図である。

【図４】イオン源装置の概略図である。

【図５】従来例の切断正面図である。

【図６】図５の平面図である。

【図７】図５の一部の切断平面図である。

【図８】図５の冷却水経路を示した斜視図であり、Ａは
周縁部、Ｂは上部である。

【図９】磁石表面からの距離と磁束密度との関係を示し
た図である。

【符号の説明】

２ プラズマ室 ５ 熱フィラメント ４５ アークチャンバ ４６ 磁石 ４７ アノード板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に電子放出用熱フィラメントを有
   し，プラズマが形成されるアークチャンバと、 このアークチャンバの内面に埋設され，端面が前記アー
   クチャンバ内に露出した複数個の磁石と、 前記アークチャンバの内面に配設されたアノード板とを
   備えたイオン源装置。