(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源のイオン生成部のチャンバ内に収納されるフィラメントと、
前記フィラメントの一端に接続されて電流の経路を形成するとともに、内部に冷却水を循環させる外側電流端子部と、
前記外側電流端子部と電気的に絶縁され、前記フィラメントの他端に接続されて電流の経路を形成するとともに、内部に冷却水を循環させる内側電流端子部と、
同軸状に挿入された外側電流端子部と内側電流端子部とを電気的に絶縁する絶縁スペーサと、
外側電流端子部と内側電流端子部とを前記絶縁スペーサを介して連結する固定部材と、
を備えてなる同軸形電流導入端子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、イオン源のイオン生成部のチャンバ内に収納して熱電子を放出するようなフィラメントを接続する、内側及び外側の２つの冷却水導入口兼電気端子を同軸状に挿入し、２つの冷却水導入口兼電気端子を絶縁スペーサを介して連結するようにした同軸形電流導入端子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イオン源のイオン生成部のチャンバ内にフィラメントを配置させ、このフィラメントの両端に冷却水導入口兼電気端子を接続して、フィラメントを加熱し、フィラメントから熱電子を放出させ、この熱電子をチャンバに配設した多極磁界によってチャンバ内に閉じ込めることにより、熱電子によりチャンバ内のガスからイオン化を行って、イオン引き出し電極によって負のイオンを取り出すイオン源が知られている。この場合に、冷却水導入口兼電気端子に冷却水を流通させ、フィラメントを接続する端子の冷却を行っている。
【０００３】
このような冷却水導入口兼電気端子としては、フィラメントの両端に個別に端子を接続するために、図８に示すように、フランジ２に所定の間隔をもって、第１冷却水導入口兼電気端子１Ａと第２冷却水導入口兼電気端子１Ｂを取り付け、第１冷却水導入口兼電気端子１Ａと第２冷却水導入口兼電気端子１Ｂの各端子部１ａ，１ｂをフィラメント３に接続している。また、第１冷却水導入口兼電気端子１Ａと第２冷却水導入口兼電気端子１Ｂの過熱を防止するために、この第１冷却水導入口兼電気端子１Ａと第２冷却水導入口兼電気端子１Ｂ内に冷却水を循環するようにしている。
【０００４】
この第１冷却水導入口兼電気端子１Ａと第２冷却水導入口兼電気端子１Ｂを使用する場合に、フィラメント３をチャンバに取り付けるには、図９に示すように、長楕円形状の取り付け穴４を加工しなければならない。この長楕円形状の取り付け穴４の加工が面倒であり、また、取付け穴の占める大きさが増大するためチャンバに取り付けるフィラメント３の個数も限定されがちである。
【０００５】
そこで、第１冷却水導入口兼電気端子１Ａと第２冷却水導入口兼電気端子１Ｂを同軸形に構成して、フィラメントのチャンバへの取り付け穴の加工の容易化と、フィラメントのチャンバへの取り付け個数の増加を期すようにしている同軸形電流導入端子が提案されている。図１０は、従来の同軸形電流導入端子の構成を示す断面図である。図１０において、図示しないフィラメントの一端に外側端子部１１ａを接続するようにしており、この外側端子部１１ａは導体管による外側電流端子部１１Ａの下端と一体的に形成されている。外側電流端子部１１Ａの上端には、フランジ１１ｂが外側電流端子部１１Ａと一体的に形成されている。
【０００６】
外側電流端子部１１Ａは、冷却水供給管１２内に挿入されている。冷却水供給管１２の上端には、給水口１２ａが連結されている。冷却水供給管１２の下端は排水管１３の下端に連結されている。排水管１３の上端は、排水口１３ａに連結されている。冷却水供給管１２と排水管１３の間には、仕切り管１４が配置されており、給水口１２ａから冷却水供給管１２に給水された冷却水は排水管１３の排出口１３ａに流出する構成としている。この冷却水供給管１２と排水管１３は同軸状になっており、したがって、冷却水供給管１２と排水管１３および外側電流端子部１１Ａも同軸状に形成されている。
【０００７】
排水管１３は、外側端子部１１ａの部位から排水口１３ａ近傍の部位まで絶縁管１５内に挿入されている。この絶縁管１５と外側端子部１１ａはＯリングによるシール材１６ａでシールされている。絶縁管１５の排水口１３ａ近傍の部位は袋ナット状にしたフランジ１５ａを有し、このフランジ１５ａは固定部材１７に螺着されている。固定部材１７は、仕切り管１４と絶縁管１５の上端を固定している。固定部材１７と絶縁管１５の上端部も、シール材１６ｂによりシールされている。同様にして、固定部材１７と仕切り管１４の上端間もシール材１６ｃによりシールされている。
【０００８】
さらに、冷却水供給管１２の上端は外側電流端子部１１Ａのフランジ１１ｂに固定部材１８で固定されている。固定部材１８とフランジ１１ｂ間もシール材１６ｄによりシールされている。これらのシール材１６ａ〜１６ｄは、外側電流端子部１１Ａにおける絶縁管１５の固定部材１７，１８の部分の真空を保持するためのものである。
【０００９】
次に、内側電流端子部４４の構成について説明する。内側電流端子部４４の導体ブロック１９は有底円筒状をなし、その底部の中心部には、挿通孔が形成され、また円筒部の端部には、フランジ１９ａを有している。フランジ１９ａの基部には、フランジ１９ａと一体的に、導体ブロック１９と同径の導体管２０が形成されている。導体管２０の下端は、端子部２１に連結されている。端子部２１はフィラメントの他端に接続するためのものである。このようにすることにより、内側電流端子部４４の導体ブロック１９は、フランジ１９ａ、導体管２０、端子部２１を介してフィラメントの他端と導通していることになる。また、フランジ１９ａには、導体管２０と同軸状をなすように、導体管２０の外周面に絶縁管２２が連結されている。内側電流端子部４４の導体ブロック１９を外側電流端子部１１Ａに組み込んだ後には、絶縁管２２を介して導体管２０と外側電流端子部１１Ａとが電気的に絶縁される。
【００１０】
内側電流端子部４４の導体ブロック１９の前記挿通孔を通して、導体管２３が導体管２０の軸心部に挿入されている。すなわち、導体管２３は導体管２０と同軸状になっている。導体管２３は導体ブロック１９の前記挿通孔と接触して、この導体ブロック１９と同電位になっている。導体管２３は、導体管２０内に冷却水を給水させるためのものであり、図１０の上端側は、給水口２３ａになっている。給水口２３ａから給水された冷却水は、導体管２３を流通し、さらに、導体管２３から導体管２０内に流通し、導体管２０の上端側に設けた排水口２０ａから排水されるようになっている。
【００１１】
この内側電流端子部４４を外側電流端子部１１Ａ内に同軸状に組み込む際には、内側電流端子部４４の絶縁管２２を外側電流端子部１１Ａ内に挿入し、絶縁管２２により、外側電流端子部１１Ａと内側電流端子部の導体ブロック１９とが電気的に絶縁された状態で外側電流端子部１１Ａと内側電流端子部４４とが同軸状に組み込まれる。この状態で、外側電流端子部１１Ａのフランジ１１ｂと導体ブロック１９のフランジ１９ａとの間に絶縁スペーサ２４を介在させて、この絶縁スペーサ２４とフランジ１１ｂ、絶縁スペーサ２４とフランジ１９ａとの間にそれぞれシール材１６ｅ，１６ｆを配置してシールする構成になっている。さらに、フランジ１９ａとフランジ１１ｂとを固定部材２５で固定し、固定部材２５の外周面とフランジ１１ｂの外周面とを袋ナットによる絶縁押さえ２６で螺着し、絶縁押さえ２６の端部をフランジ１９ａに当接して、外側電流端子部１１Ａに第２電流端子４４を固定する。このようにして、内側電流端子部と外側電流端子部との同軸形電流導入端子を構成している。
【００１２】
フィラメントへの通電時には、内側電流端子部４４の導体ブロック１９のフランジ１９ａ−導体管２０−端子部２１−フィラメント−外側電流端子部の端子部１１ａ−フランジ１１ｂに至る通電経路で電流が流れて、フィラメントに通電される。このとき、外側電流端子部１１Ａの冷却は、給水口１２ａから冷却水供給管１２−排水管１３−排水口１３ａの流水経路で冷却水が流通し、外側電流端子部１１Ａの冷却を行う。また、内側電流端子部４４の冷却は、給水口２３ａから導体管２３−導体管２３と導体管２０との間の空間部−排水口２０ａの流水経路で冷却水が流通して、内側電流端子部４４の冷却を行う。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の同軸形電流導入端子は、以上のように構成されているので、複数個所にシール材１６ａ〜１６ｆを配置してこれによりシールするようにしているから、シール材１６ａ〜１６ｆの経時劣化や、破損により、シール個所から真空リークを起こす可能性がある。また、同軸形電流導入端子の組み立て方が適当でない場合にも、真空リークの発生の可能性がある。このような原因により真空リークが発生すると、同軸形電流導入端子の使用ができなくなるという問題があった。
【００１４】
この発明は、上記従来技術の問題点を解消するためになされたもので、電流導入端子自体の組み立ての簡略化と真空リークの発生を無くすることができ、チャンバ側での取り付け穴の加工も簡単にでき、チャンバ内でのフィラメントの取り付け個数を増すことができ、しかも、イオン源の解体を行うことなく、イオン源全体の真空リークなしでフィラメントの交換が可能となる同軸形電流導入端子を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、この発明の同軸形電流導入端子は、
イオン源のイオン生成部のチャンバ内に収納されるフィラメントと、
前記フィラメントの一端に接続されて電流の経路を形成するとともに、内部に冷却水を循環させる外側電流端子部と、
前記外側電流端子部と電気的に絶縁され、前記フィラメントの他端に接続されて電流の経路を形成するとともに、内部に冷却水を循環させる内側電流端子部と、
同軸状に挿入された外側電流端子部と内側電流端子部とを電気的に絶縁する絶縁スペーサと、外側電流端子部と内側電流端子部とを前記絶縁スペーサを介して連結する固定部材と、
を備えるものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の同軸形電流導入端子の一実施例の形態について図面に基づき説明する。図１は、この一実施例の形態の構成を示す断面図である。図中の３０は、全体形状が管状に形成された第１端子部である。外側電流端子部３０は、同軸形電流導入端子のうちの外側の第１冷却水導入口兼電気端子となるものである。外側電流端子部３０の一番径小の内径部は絶縁管３１であり、この絶縁管３１は後述する内側の第２冷却水導入口兼電気端子の導体管と電気的に絶縁するためのものである。
【００１７】
絶縁管３１は金属製の導体管３２内に同軸状に挿入されている。導体管３２は、絶縁管３１より若干短く形成されている。したがって、絶縁管３１は導体管３２の両端から突出している。導体管３２の外周面の上端から中央部に亘って肉厚の金属製の導体管３３が被着されている。導体管３２の外周面の下端近傍には、金属製の導体管３４が連結されている。導体管３４の下端の肉厚を薄くしてその外周面にねじ溝を刻設して金属製の端子部３５の内周面に螺着されている。端子部３５は、図示されていないフィラメンとの一端に接続するためのもである。導体管３４の上端近傍の外周面は、導電性の連結部材３６で金属性の導体管３７に連結されている。導体管３７は前記導体管３２のほぼ中央部に位置している。導体管３３の上端近傍は肉厚を薄くした段部を有しており、この段部と前記導体管３７の上端近傍とは導電性の連結部材３８で連結されている。
【００１８】
このようにして、第１端子部３０は、導体管３３が連結部材３８、導体管３７、連結部材３６、導体管３４、端子部３５と共に全体的には管状になっている。導体管３３の内面のほぼ中央部には、３段に亘って肉厚を薄くし、その中段部部には、仕切り管３９が当接されている。仕切り管３９は、仕切り管３９と導体管３２との間に冷却水を導入するための冷却水路４０を形成すると共に、仕切り管３９と導体管３３と３７との間の排水路４１を形成するためのものである。
【００１９】
導体管３３の肉厚部分の上端近傍には、冷却水導入口兼電気端子４２が連結されている。冷却水導入口兼電気端子４２は、冷却水を外側電流端子部３０に導入するとともに、電源（図示せず）に接続して電流を外側電流端子部３０からフィラメントに供給するためのものである。導体管３３の肉厚部分において、前記冷却水導入口兼電気端子４２とは軸線上の位置をずらせて冷却水導入口兼電気端子４３が連結されている。また、冷却水導入口兼電気端子４２から給水された冷却水は、冷却水路４０と排水路４１を通して冷却水導入口兼電気端子４３から排水されるようになっている。
【００２０】
次に、内側電流端子部５０の部分の構成について説明する。内側電流端子部５０は、図２の分解図からも明らかなように、前記外側電流端子部３０とは別構造になっており、この外側電流端子部３０とは別体で組み立てられるようになっている。この内側電流端子部５０は、同軸形電流導入端子のうちの内側の第２冷却水導入口兼電気端子となるものである。この内側電流端子部５０の冷却水導入口兼電気端子５１と５２周辺部分は図３の側面図と図４の一部を切り欠いて断面して示す拡大側面図で示されている。これらの図１〜図４において、冷却水導入口兼電気端子５１は電源に接続され、かつ冷却水を内側の第２冷却水導入口兼電気端子に給水する給水口を兼ねている。冷却水導入口兼電気端子５１は「Ｌ」字型に折り曲げられており、その垂直部分は、肉厚の有底筒状の導体ブロック５３の底部の中心部分に形成された挿通孔内に差し込んで連結されている。したがって、冷却水導入口兼電気端子５１と金属製の導体ブロック５３は電気的に導通状態になっている。
【００２１】
導体ブロック５３内において、金属製の導体管５４の上端が冷却水導入口兼電気端子５１と連結されている。導体管５４の下端は、導体ブロック５３を貫通している。導体ブロック５３の開口端縁近傍の内径は若干径大に形成されており、この径大の内周面には、金属製の導体管５５の上端が連結されている。導体ブロック５３の径大の外周面側には、フランジ５３ａが一体的に形成されている。導体管５５の下端が導体ブロック５３から抜けて、導体管５４よりも長くのびている。したがって、導体管５５内に導体管５４が同軸状に挿入されている状態になっている。導体管５５の下端は導体ブロック５７に連結されている。導体ブロック５７の他端の軸心部分には、ねじ溝が刻設されている。このねじ溝に端子部５８が螺合されている。端子部５８はフィラメントの他端に接続するためのものである。
【００２２】
また、上記の導体ブロック５３の内周面を径大にした分だけ、導体管５５の内周面と導体管５４の外周面との間には、間隙が形成されることになる。この間隙は図３、図４で示す冷却水導入口兼電気端子５２の排水口に連通する排水路５９となるものである。排水路５９は、図４に示すように、導体ブロック５３の部位で導体管５５に連結されている冷却水兼電気端子５２に連通している。したがって、冷却水導入口兼電気端子５１から給水された冷却水は導体管５４内に流入された後に排水路５９を経て冷却水導入口兼電気端子５２の排水口から排水されるようになっている。この冷却水の流通過程において、導体管５４、５５が冷却される。
【００２３】
次に、上述のように、個別に組み込まれた外側電流端子部３０と内側電流端子部５０を組み込んで、同軸形電流導入端子を完成させる。この場合、内側電流端子部５０の導体管５５を管状の絶縁スペーサ６０内に挿入した状態で外側電流端子部３０の絶縁管３１内に内側電流端子部５０の導体管５５の外周面が接触するように、挿入させる。これにより、外側電流端子部３０の導体管３２、３３，３４，３７と絶縁管３１が、外側電流端子部５０の導体管５４，５５と同軸状に配置されている。このように、外側電流端子部３０内に内側電流端子部５０を同軸状に挿入して組み込んで、図１、図３、図４に示すように、絶縁スペーサ６０の上端が外側電流端子部３０の絶縁管３１の上端に接触するように、絶縁スペーサ６０の位置決めをする。この状態で、絶縁スペーサ６０の外周面に「Ｌ」字形に形成した固定部材６１の垂直部分を溶接により固定し、この固定部材６１の水平部分と内側電流端子部５０の導体ブロック５３のフランジ５３ａとの溶接部位１００を溶接により固定する。したがって、導体ブロック５３が絶縁スペーサ６０に固定部材６１により連結されて固定されることになる。
【００２４】
また、絶縁スペーサ６０の下端近傍の外周面の溶接部位１０１にも、固定部材６２が溶接により固定されている。固定部材６２の下端近傍は外側電流端子部３０の導体管３３の上端近傍の外周面の溶接部位１０２に溶接により固定されている。したがって、絶縁スペーサ６０に固定部材６２を介して導体管３３が固定されている。かくして、絶縁スペーサ６０を介して外側電流端子部３０と内側電流端子部５０が電気的に絶縁して固定されていることになる。また、導体ブロック５３と絶縁スペーサ６０間、絶縁スペーサ６０と導体管３３間の真空が確保される。
【００２５】
このように、外側電流端子部３０と内側電流端子部５０とを同軸形に構成することにより、この発明の同軸形電流導入端子が完成される。この同軸形電流導入端子を図５に示すフランジ６３に取り付け、外側電流端子部３０の端子部３５と内側電流端子部５０の端子部５８間にフィラメント６６を接続して、図７に示すイオン源１０３のイオン生成部のチャンバ６５に取り付ける際に、内側及び外側の電流端子は同軸形に形成されているので、図６に示すように、チャンバを加工して得られるチャンバ孔６４の穴形状は円形でよいことになり、その加工が容易になる。イオン生成部のチャンバ６５にチャンバ孔６４を加工した後に、イオン生成部のチャンバ６５に同軸形電流導入端子を取り付けて、イオン生成の試験等に供する。
【００２６】
図７は、イオン源１０３の負イオン生成部のチャンバの断面図である。この図７は、チャンバ６５に形成したチャンバ孔に同軸形電流導入端子を２つ取り付けて、その各端端子部にフィラメント６６，６７を接続してチャンバ６５内でのイオン生成の試験を行うようにした状態を示している。図７におけるチャンバ６５には、多数の永久磁石６８を一定間隔ごとに配置させて、カスプ磁界を発生させ、このカスプ磁界の零磁界の位置にそれぞれフィラメント６６，６７（図７では、２個のみを図示）を配置させている。また、チャンバ６５には、ガス導入口６９ａからプラズマ生成に適する真空度でガスがガス導入管６９を通して導入され、チャンバ６５内に導入されたガスは排気管７０から排気口７０ａを経てチャンバ６５の外部に排気されるようになっている。
【００２７】
電離現象については、例えば、チャンバ６５内に配置されたフィラメント６６に内側電流端子部５０の冷却導入口兼電気端子５１から、導体ブロック５３−導体管５５−導体ブロック５７−端子部５８−フィラメント６６−外側電流端子部３０の端子部３５−導体管３４−導体管３２−導体管３３−冷却水導入口兼電気端子４２の電流流通経路で電流を供給すると、フィラメント６６が加熱され、フィラメント６６から熱電子が放射される。この熱電子が永久磁石６８の磁界により、チャンバ６５内に閉じ込められる。この閉じ込められた熱電子と磁界とにより、チャンバ６５内に導入されているガスが放電してプラズマを生成する。
【００２８】
チャンバ６５内のプラズマは、プラズマ電極７１によりをチャンバ６５内に閉じ込められ、電子抑制電極７２により電流がチャンバ６５から引き出されるのを抑制し、イオン引き出し部７３から負イオンを引き出す。なお、７４は、チャンバ６５を取り付ける取り付けベース７５との真空を保持するための真空シールである。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように、この発明の同軸形電流導入端子によれば、
イオン源のイオン生成部のチャンバ内に収納されるフィラメントと、
前記フィラメントの一端に接続されて電流の経路を形成するとともに、内部に冷却水を循環させる外側電流端子部と、
前記外側電流端子部と電気的に絶縁され、前記フィラメントの他端に接続されて電流の経路を形成するとともに、内部に冷却水を循環させる内側電流端子部と、
同軸状に挿入された外側電流端子部と内側電流端子部とを電気的に絶縁する絶縁スペーサと、外側電流端子部と内側電流端子部とを前記絶縁スペーサを介して連結する固定部材と、
を設けたので、同軸形電流導入端子からの真空リークがなくなるとともに、取り付け個所が円形加工でよく、狭い場所でも取り付けが可能となる。これに伴い、チャンバへの取り付け作業の簡易化と、フィラメントの取り付け個数の増加が可能となる。
【００３０】
また、チャンバへの取り付け作業の簡易化により、チャンバから同軸形電流導入端子の取り出しも簡単に行え、したがって、フイラメントの交換時にチャンバから同軸形電流導入端子を素早く取り出して、イオン源全体を解体しなくても、フイラメントの交換を行うことができるので、チャンバの真空リークを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の同軸形電流導入端子の一実施例の形態の構成を示す断面図である。
【図２】この発明の同軸形電流導入端子の一実施例の形態における外側電流端子部内に内側電流端子部を挿入する前の状態を断面して示す分解図である。
【図３】この発明の同軸形電流導入端子の一実施例の形態における外側電流端子部と内側電流端子部の冷却水導入口兼電気端子の連結部分の構成を示す側面図である。
【図４】図３の連結部分の一部を断面して示す拡大側面図である。
【図５】この発明の同軸形電流導入端子の一実施例の形態における外側電流端子部と内側電流端子部間にフィラメントを接続した状態を示す側面図である。
【図６】図５に示すこの発明の同軸形電流導入端子の一実施例の形態をチャンバに取り付ける際にチャンバに加工する取り付け穴の平面図である。
【図７】フィラメントを接続したこの発明の同軸形電流導入端子の一実施例の形態をイオン源の負イオン生成部にチャンバに装着して試験を行っている状態を示す断面図である。
【図８】従来の２つの電流導入端子を用いてフィラメントに電流を通電する状態を示す側面図である。
【図９】図８の電流導入端子をチャンバに取り付ける際にチャンバに加工する取り付け穴の形状を示す平面図である。
【図１０】従来の同軸形電流導入端子の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
３０      外側電流端子部
３１      絶縁管
３２〜３４，３７，５４，５５      導体管
３５，５８      端子部
４０      冷却水路
４１，５９      排水路
４２，４３，５１，５２      冷却水導入口兼電気端子
５０      内側電流端子部
５３，５７      導体ブロック
６１，６２      固定部材
６５      チャンバ
６６，６７      フィラメント
１００〜１９２      溶接部位
１０３      イオン源
【図１】
0003632356.tif 000002
【図２】
0003632356.tif 000003
【図３】
0003632356.tif 000004
【図４】
0003632356.tif 000005
【図５】
0003632356.tif 000006
【図６】
0003632356.tif 000007
【図７】
0003632356.tif 000008
【図８】
0003632356.tif 000009
【図９】
0003632356.tif 000010
【図１０】
0003632356.tif 000011