(57)【特許請求の範囲】
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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
【図１】
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【図２】
0003711228.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003711228.tif 000005
【図５】
0003711228.tif 000006
【図６】
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