JPS59228338A - ホロ−カソ−ド - Google Patents
ホロ−カソ−ドInfo
- Publication number
- JPS59228338A JPS59228338A JP58104383A JP10438383A JPS59228338A JP S59228338 A JPS59228338 A JP S59228338A JP 58104383 A JP58104383 A JP 58104383A JP 10438383 A JP10438383 A JP 10438383A JP S59228338 A JPS59228338 A JP S59228338A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cathode
- pipe
- electron emission
- disk
- electron
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J1/02—Main electrodes
- H01J1/025—Hollow cathodes
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Solid Thermionic Cathode (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、ボローカソードに関し、特にその電子放出体
の構造に関するものである。
の構造に関するものである。
従来より電子を発生させる方法として、１０００℃〜２
５００℃に加熱した陰極よりの熱電子放出を利用した熱
電子陰極が最も多用されている。これは構成がシンプル
でかつ動作が確実であるためである。
５００℃に加熱した陰極よりの熱電子放出を利用した熱
電子陰極が最も多用されている。これは構成がシンプル
でかつ動作が確実であるためである。
また良く収束された細い電子ビームを得るために、電界
放出型の電子銃が利用されることもある。気体放電を利
用した電子銃はプラズマ電子銃とも呼ばれ、電子エネル
ギーの一様性や収束性の面で電子ビームとしての質は高
くないが、高密度の電子ビームが得られるために、電子
ビームによる物質の加熱溶解やイオン源装置における電
子源のように、ビームの質はあまり問わないが大電流を
要するような目的においては良く利用されている。
放出型の電子銃が利用されることもある。気体放電を利
用した電子銃はプラズマ電子銃とも呼ばれ、電子エネル
ギーの一様性や収束性の面で電子ビームとしての質は高
くないが、高密度の電子ビームが得られるために、電子
ビームによる物質の加熱溶解やイオン源装置における電
子源のように、ビームの質はあまり問わないが大電流を
要するような目的においては良く利用されている。
ホローカソードはこのような気体放電を利用した電子源
の一種であるが、これは陰極部をパイプ等により中空状
にして熱効率を改善した電子源である。また上記陰極パ
イプの一部又は全部を仕事関数の低い材料、いわゆる電
子放出材料で構成して、更に効率を改善−した構造も多
用されている。
の一種であるが、これは陰極部をパイプ等により中空状
にして熱効率を改善した電子源である。また上記陰極パ
イプの一部又は全部を仕事関数の低い材料、いわゆる電
子放出材料で構成して、更に効率を改善−した構造も多
用されている。
また同じ理由により、電子放出材料を陰極パイプ内に挿
入する構造も用いられている。
入する構造も用いられている。
第１，２図は従来のこの種のホローカソードの主要部分
についての概略構造を示している。第１図において、Ｉ
Ｌま放電維持用陽極板であって、これはキーパ−電極と
も呼ばれ、中央に電子引出孔（電子放出孔〉−２が形成
されている。３は陰極パイプ、４．は陰極パイプ３の先
端に気密結合された陰極円板であって、これはキーパ−
電極１に対向して配設され、その中央には微細孔５が穿
設されている。この微細孔５は、キーパ−電極ｌの電子
引出孔２とほぼ同軸に配置される。６は陰極パイプ３内
に挿入されたパイプ休の電子放出体であって、これは保
持具１０によって保持されている。
についての概略構造を示している。第１図において、Ｉ
Ｌま放電維持用陽極板であって、これはキーパ−電極と
も呼ばれ、中央に電子引出孔（電子放出孔〉−２が形成
されている。３は陰極パイプ、４．は陰極パイプ３の先
端に気密結合された陰極円板であって、これはキーパ−
電極１に対向して配設され、その中央には微細孔５が穿
設されている。この微細孔５は、キーパ−電極ｌの電子
引出孔２とほぼ同軸に配置される。６は陰極パイプ３内
に挿入されたパイプ休の電子放出体であって、これは保
持具１０によって保持されている。
またこの保持具１０は適当な支持体１１によって保持さ
れている。７ば陰極加熱用ヒーターであって、これはア
ルミナ等の耐熱絶縁層８により絶縁及び保持されている
。
れている。７ば陰極加熱用ヒーターであって、これはア
ルミナ等の耐熱絶縁層８により絶縁及び保持されている
。
また第２図において、１２はプラズマである。
次にホローカソードの動作について説明する。
ホローカソードの起動にあたっては、まず、気体供給機
構（図示せず）から陰極パイプ３内に矢印９で示す放電
形成用気体を導入する。この気体９は、陰極円板４の微
細オリフィス５を通じてキーパ−電極１の方に流れる。
構（図示せず）から陰極パイプ３内に矢印９で示す放電
形成用気体を導入する。この気体９は、陰極円板４の微
細オリフィス５を通じてキーパ−電極１の方に流れる。
次いで陰極加熱ヒーター７に電流を流して陰極パイプ３
及び陰極円板４を加熱すると共に、キーパ−電極１に数
１００■の正の電圧を印加する。陰極温度が１０００°
Ｃ前後になる。この場合、陰極円板４からの熱電子は、
放電開始の引き金として作用するから、マイクロアンペ
ア程度の電子流で充分である。放電開始後は以下に述べ
るような作用によってパイプ状電子放出体６とキーパ−
電極１の間で放電が維持されるように゛なり、陰極加熱
ヒーター７の通電を中止しても放電が維持される。また
当初数１００ Ｖあったキーパ−電極１の印加電圧は１
０〜２０Ｖに低下する。一方、キーパ−電圧は正である
ことから、キーバー電極１に向って電子が流れ、その大
部分はキーパ−電極１に流入するが、一部はキーパ−電
極１中夫の電子引出孔２を通じて外部に放出される。
及び陰極円板４を加熱すると共に、キーパ−電極１に数
１００■の正の電圧を印加する。陰極温度が１０００°
Ｃ前後になる。この場合、陰極円板４からの熱電子は、
放電開始の引き金として作用するから、マイクロアンペ
ア程度の電子流で充分である。放電開始後は以下に述べ
るような作用によってパイプ状電子放出体６とキーパ−
電極１の間で放電が維持されるように゛なり、陰極加熱
ヒーター７の通電を中止しても放電が維持される。また
当初数１００ Ｖあったキーパ−電極１の印加電圧は１
０〜２０Ｖに低下する。一方、キーパ−電圧は正である
ことから、キーバー電極１に向って電子が流れ、その大
部分はキーパ−電極１に流入するが、一部はキーパ−電
極１中夫の電子引出孔２を通じて外部に放出される。
さて次に第２図を用いてホローカソードの放電維持機構
につき説明する。一般に持続放電空間においては、通電
その突器の大部がプラズマで構成される。プラズマ中に
おいては、電子密度とイオン密度とがほぼ等しく、電界
はゼロに近いことが知られている。しかし陰極近傍にお
いては、その電界のために、電子密度とイオン密度の平
衡条件がくずれ、イオン密度が増大する。
につき説明する。一般に持続放電空間においては、通電
その突器の大部がプラズマで構成される。プラズマ中に
おいては、電子密度とイオン密度とがほぼ等しく、電界
はゼロに近いことが知られている。しかし陰極近傍にお
いては、その電界のために、電子密度とイオン密度の平
衡条件がくずれ、イオン密度が増大する。
またこの平衡部と非平衡部の境界は、通常、明確に形成
されるため、この境界面はプラズマ境界面、プラズマ境
界面と陰極の間はイオンシースと呼ばれ、放電維持電圧
の大部分はこのイオンシースに掛っていることが知られ
ている。
されるため、この境界面はプラズマ境界面、プラズマ境
界面と陰極の間はイオンシースと呼ばれ、放電維持電圧
の大部分はこのイオンシースに掛っていることが知られ
ている。
このイオンシースの厚さは近似的には、λＤ−（ｅ’ｏ
ｋＴｅ／ｅ２ｎｅ）！’２で表わすことができる。こ
こでλＤはイオンシースの厚さ、εＯは誘電率、ｋはポ
ル・ンマン（糸数、Ｔｅは電子温度、ｅは電子の電荷、
ｎｅ４ま電子密度である。
ｋＴｅ／ｅ２ｎｅ）！’２で表わすことができる。こ
こでλＤはイオンシースの厚さ、εＯは誘電率、ｋはポ
ル・ンマン（糸数、Ｔｅは電子温度、ｅは電子の電荷、
ｎｅ４ま電子密度である。
さて第２図において、陰極円板１とキーバー電極１の間
に形成されたプラズマ１２Ｇよ、２λＤ（Ｄｔの条件が
成立すれば、陰極円板４の微細７Ｌ５を通じて、陰極パ
イプ３中に入り込み、〕くイイブ１尺電子放出体の内面
に到達することカベ出来る。ここでＤｔは微細孔５の直
径である。ノ〈イブ１尺電子放出体６の内表面において
はプラズマ１２中のイオンによるイオン衝撃により、２
次電子力（方に出されるが、当咳表面の仕事関数が低（
、又）＜イブ１尺電子放出体６が陰極パイプ３と陰極円
板４によって大略閉じ込められた構造になってし）るた
めＧこイオン衝撃による加熱のすＪ率が良Ｇ）、等の条
イ牛力（重なって、電子放出が活発となる。この結果ｒ
ｉ文電電維持電圧低下すると共しこ、陰極ヒーター７へ
の通電を中止しても、放電が持続されるようになる。
に形成されたプラズマ１２Ｇよ、２λＤ（Ｄｔの条件が
成立すれば、陰極円板４の微細７Ｌ５を通じて、陰極パ
イプ３中に入り込み、〕くイイブ１尺電子放出体の内面
に到達することカベ出来る。ここでＤｔは微細孔５の直
径である。ノ〈イブ１尺電子放出体６の内表面において
はプラズマ１２中のイオンによるイオン衝撃により、２
次電子力（方に出されるが、当咳表面の仕事関数が低（
、又）＜イブ１尺電子放出体６が陰極パイプ３と陰極円
板４によって大略閉じ込められた構造になってし）るた
めＧこイオン衝撃による加熱のすＪ率が良Ｇ）、等の条
イ牛力（重なって、電子放出が活発となる。この結果ｒ
ｉ文電電維持電圧低下すると共しこ、陰極ヒーター７へ
の通電を中止しても、放電が持続されるようになる。
さて放電維持電圧はホローカソードの重要な特性値の一
つであって、この電圧を低くおさえることにより、消費
電力が低減す、るだけでなく、イオンエネルギーが小さ
くなるので、イオン衝撃による陰極面の破壊が少なくな
り、ホローカソードのキーパ−電圧すなわち放電維持電
圧が低（、従って消費電力が少なく、又寿命も長い、等
の利点を有している。しかし、ホローカソードをたとえ
ば宇宙推進機関としてのイオンエンジン等に利用するよ
うな場合においては、消費電力及び寿命の点において、
なお充分でない場合があり、放電維持電圧を更に低いも
のにする必要があった。
つであって、この電圧を低くおさえることにより、消費
電力が低減す、るだけでなく、イオンエネルギーが小さ
くなるので、イオン衝撃による陰極面の破壊が少なくな
り、ホローカソードのキーパ−電圧すなわち放電維持電
圧が低（、従って消費電力が少なく、又寿命も長い、等
の利点を有している。しかし、ホローカソードをたとえ
ば宇宙推進機関としてのイオンエンジン等に利用するよ
うな場合においては、消費電力及び寿命の点において、
なお充分でない場合があり、放電維持電圧を更に低いも
のにする必要があった。
このため本件発明者は先に、第１図におけるパイプ状電
子放出体６と陰極円板４とを密着させず、たとえばＱ、
３ｍｍ程度の間隙をおいて配置することにより、放電維
持電圧が低下することを見い出し、発表した。
子放出体６と陰極円板４とを密着させず、たとえばＱ、
３ｍｍ程度の間隙をおいて配置することにより、放電維
持電圧が低下することを見い出し、発表した。
本発明は本件発明者のこの発表の延長上にあるものであ
って、パイプ状電子放出体の先端部の形状を工夫するこ
とにより、放電維持電圧の低下を容易にかつ安定に実現
できるようにし、長寿命でかつ消費電力の少ないホロー
カソードを提供することを目的としたものである。′ 以下本発明の一実施例を図について説明する。
って、パイプ状電子放出体の先端部の形状を工夫するこ
とにより、放電維持電圧の低下を容易にかつ安定に実現
できるようにし、長寿命でかつ消費電力の少ないホロー
カソードを提供することを目的としたものである。′ 以下本発明の一実施例を図について説明する。
第３図は本発明の一実施例によるホローカソードを示す
。図において、第１，２図と同一符号は両図と同一のも
のを示し、６は改良されたパイプ状電子放出体であって
、陰極円板４に対向する部分６ａがテーパー状であるこ
とを特徴とする。
。図において、第１，２図と同一符号は両図と同一のも
のを示し、６は改良されたパイプ状電子放出体であって
、陰極円板４に対向する部分６ａがテーパー状であるこ
とを特徴とする。
次に作用について説明する。
既述のように、パイプ状電子放出体６と陰極円板４の間
は、密着′しているよりも、例えばＱ、３ ｍｍ程度の
わずかなギャップがある方が、放電維持電圧は低下する
。これは、パイプ状電子放出体６の内面だけでなく、端
面もまた電子放出面として作用しているためであって、
陰極円板４との間に適当なギヤツブがあると、パイプ状
電子放出体６の端面前面に、イオンシースが形成される
ためである。
は、密着′しているよりも、例えばＱ、３ ｍｍ程度の
わずかなギャップがある方が、放電維持電圧は低下する
。これは、パイプ状電子放出体６の内面だけでなく、端
面もまた電子放出面として作用しているためであって、
陰極円板４との間に適当なギヤツブがあると、パイプ状
電子放出体６の端面前面に、イオンシースが形成される
ためである。
しかし本件発明者らの試験によると次のようなことが分
った。即ち、最適ギャップのｌ］は弗素にせまく、ギヤ
ツブが大きいと、プラズマ１２内での電位降下が大きく
なって、放電維持電圧は上昇する。一方、ギャップが小
さい場合は、プラズマ１２がこのギャップ中に入ること
ができないので、やはり放電維持電圧は上昇する。
った。即ち、最適ギャップのｌ］は弗素にせまく、ギヤ
ツブが大きいと、プラズマ１２内での電位降下が大きく
なって、放電維持電圧は上昇する。一方、ギャップが小
さい場合は、プラズマ１２がこのギャップ中に入ること
ができないので、やはり放電維持電圧は上昇する。
第３図に示す本装置においては、パイプ状電子放出体６
の陰極円板４に対向する部分６ａがテーパー状になって
おり、プラズマ１２は、ギャップ間隙ｄが、ｄ≧２λＤ
の領域まで拡がることかでき、テーパー面６ａが電子放
出面として動作するようになる。従ってパイプ状電子放
出体６の端部と ６ａとテーパー状とすることにより、パイプ状電子放出
体６と陰極円板４の最適ギャップが、テーパー面６ａの
どこかで実現されることになって、特性の安定化がはか
れるようになった。
の陰極円板４に対向する部分６ａがテーパー状になって
おり、プラズマ１２は、ギャップ間隙ｄが、ｄ≧２λＤ
の領域まで拡がることかでき、テーパー面６ａが電子放
出面として動作するようになる。従ってパイプ状電子放
出体６の端部と ６ａとテーパー状とすることにより、パイプ状電子放出
体６と陰極円板４の最適ギャップが、テーパー面６ａの
どこかで実現されることになって、特性の安定化がはか
れるようになった。
以上のような本実施例のホローカソードでは、パイプ状
電子放出体の端部をテーパー状に形成したので、パイプ
状電子放出体と陰極円板間の相対位置に多少の変化があ
っても、特性上の影響を受けることが少なく、放電維持
電比の低下を安定に実現でき、製品間の特性変化及び経
時変化を低減でき、これは電子放出面の損傷の低減とも
相′まってホローカソードの長寿命化をもたらす。また
放電維持電圧低下の直接の効果として消費電力の低減を
達成できる。
電子放出体の端部をテーパー状に形成したので、パイプ
状電子放出体と陰極円板間の相対位置に多少の変化があ
っても、特性上の影響を受けることが少なく、放電維持
電比の低下を安定に実現でき、製品間の特性変化及び経
時変化を低減でき、これは電子放出面の損傷の低減とも
相′まってホローカソードの長寿命化をもたらす。また
放電維持電圧低下の直接の効果として消費電力の低減を
達成できる。
なお上記実施例ではパイプ状の電子放出体の端部の形状
を単にテーパー状としてきたが、これは例えばカップ状
であってもよく、一般に、パイプ状電子放出体のパイプ
内径が連続的又は階段的に陰極円板に向かって大きくな
るような形状であれば、上記実施例と同様の効果が得ら
れる。
を単にテーパー状としてきたが、これは例えばカップ状
であってもよく、一般に、パイプ状電子放出体のパイプ
内径が連続的又は階段的に陰極円板に向かって大きくな
るような形状であれば、上記実施例と同様の効果が得ら
れる。
以上のように、本発明に係るホローカソードによれば、
パイプ状電子放出体の端部を、その内径が陰極円板に向
けて連続的に又は階段的に大きくなるように形成したの
で、放電維持電圧の低下を安定に実現でき、耐久性の向
上と消費電力の低減とを達成できる効果がある。
パイプ状電子放出体の端部を、その内径が陰極円板に向
けて連続的に又は階段的に大きくなるように形成したの
で、放電維持電圧の低下を安定に実現でき、耐久性の向
上と消費電力の低減とを達成できる効果がある。
第１図は従来のホローカソードの断面図、第２図は第１
図のパイプ状電子放出体近傍の拡大図、第３図は本発明
の一実施例によるホローカソードの断面図である。 １・・・キーパ−電極、２・・・電子放出孔、３・・・
陰極パイプ、４・・・陰極円板、５・・・微細孔、６・
・・パイプ状電子放出体、９・・・放電形成用気体。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人 大岩増雄 第１図 第２図 第３図
図のパイプ状電子放出体近傍の拡大図、第３図は本発明
の一実施例によるホローカソードの断面図である。 １・・・キーパ−電極、２・・・電子放出孔、３・・・
陰極パイプ、４・・・陰極円板、５・・・微細孔、６・
・・パイプ状電子放出体、９・・・放電形成用気体。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人 大岩増雄 第１図 第２図 第３図
Claims (1)
- （１） 中央に電子放出孔を有し放電維持用の陽極を
なすキーパ−電極と、これに対向し前記キーパ−電極の
電子放出孔と大略同軸の位置に配置される陰極パイプと
、該陰極パイプの先端に気密結合され中央に微細孔を持
つ陰極円板と、前記陰極パイプ中に挿入された電子放出
体と、前記陰極パイプに放電形成用気体を供給できる気
体供給機構とを備え、前記陰極円板及び前記パイプ状電
子放出体で構成される陰極部と前記キーパ−電極との間
で持続気体放電を形成することにより、前記電子放出孔
より電子を引出すようにしたホローカソードにおいて、
前記パイプ状電子放出体の陰極円板に対向する側の端部
を、該パイプの内径が陰極円板に向って連続的又は階段
的に大きくなっていくように形成したことを特徴とする
ホローカソード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58104383A JPS59228338A (ja) | 1983-06-10 | 1983-06-10 | ホロ−カソ−ド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58104383A JPS59228338A (ja) | 1983-06-10 | 1983-06-10 | ホロ−カソ−ド |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59228338A true JPS59228338A (ja) | 1984-12-21 |
Family
ID=14379234
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58104383A Pending JPS59228338A (ja) | 1983-06-10 | 1983-06-10 | ホロ−カソ−ド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59228338A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170309458A1 (en) | 2015-11-16 | 2017-10-26 | Agc Flat Glass North America, Inc. | Plasma device driven by multiple-phase alternating or pulsed electrical current |
| JP2019501496A (ja) * | 2015-12-18 | 2019-01-17 | エージーシー フラット グラス ノース アメリカ，インコーポレイテッドＡｇｃ Ｆｌａｔ Ｇｌａｓｓ Ｎｏｒｔｈ Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ． | イオンを抽出し、加速させるホロカソードイオン源および方法 |
| US10438778B2 (en) | 2008-08-04 | 2019-10-08 | Agc Flat Glass North America, Inc. | Plasma source and methods for depositing thin film coatings using plasma enhanced chemical vapor deposition |
| US10573499B2 (en) | 2015-12-18 | 2020-02-25 | Agc Flat Glass North America, Inc. | Method of extracting and accelerating ions |
| US10586685B2 (en) | 2014-12-05 | 2020-03-10 | Agc Glass Europe | Hollow cathode plasma source |
| US10755901B2 (en) | 2014-12-05 | 2020-08-25 | Agc Flat Glass North America, Inc. | Plasma source utilizing a macro-particle reduction coating and method of using a plasma source utilizing a macro-particle reduction coating for deposition of thin film coatings and modification of surfaces |
-
1983
- 1983-06-10 JP JP58104383A patent/JPS59228338A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10438778B2 (en) | 2008-08-04 | 2019-10-08 | Agc Flat Glass North America, Inc. | Plasma source and methods for depositing thin film coatings using plasma enhanced chemical vapor deposition |
| US10580624B2 (en) | 2008-08-04 | 2020-03-03 | Agc Flat Glass North America, Inc. | Plasma source and methods for depositing thin film coatings using plasma enhanced chemical vapor deposition |
| US10580625B2 (en) | 2008-08-04 | 2020-03-03 | Agc Flat Glass North America, Inc. | Plasma source and methods for depositing thin film coatings using plasma enhanced chemical vapor deposition |
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| US10755901B2 (en) | 2014-12-05 | 2020-08-25 | Agc Flat Glass North America, Inc. | Plasma source utilizing a macro-particle reduction coating and method of using a plasma source utilizing a macro-particle reduction coating for deposition of thin film coatings and modification of surfaces |
| US11875976B2 (en) | 2014-12-05 | 2024-01-16 | Agc Flat Glass North America, Inc. | Plasma source utilizing a macro-particle reduction coating and method of using a plasma source utilizing a macro-particle reduction coating for deposition of thin film coatings and modification of surfaces |
| US20170309458A1 (en) | 2015-11-16 | 2017-10-26 | Agc Flat Glass North America, Inc. | Plasma device driven by multiple-phase alternating or pulsed electrical current |
| US10559452B2 (en) | 2015-11-16 | 2020-02-11 | Agc Flat Glass North America, Inc. | Plasma device driven by multiple-phase alternating or pulsed electrical current |
| JP2019501496A (ja) * | 2015-12-18 | 2019-01-17 | エージーシー フラット グラス ノース アメリカ，インコーポレイテッドＡｇｃ Ｆｌａｔ Ｇｌａｓｓ Ｎｏｒｔｈ Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ． | イオンを抽出し、加速させるホロカソードイオン源および方法 |
| US10573499B2 (en) | 2015-12-18 | 2020-02-25 | Agc Flat Glass North America, Inc. | Method of extracting and accelerating ions |
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