(57)【要約】【課題】イオン抽出装置の作動に伴うイオン抽出電極の温度変化に起因してイオン抽出電極が支柱に対して熱変位を生じようとするときであっても、各支柱がイオン抽出電極の熱変位を吸収可能とするイオン抽出装置を提供する。【解決手段】イオン抽出装置１は、電極孔２ａが形成された板状のイオン抽出電極２と、イオン抽出電極２を固定部４に支える３つ以上の支柱３とを備えている。各支柱３は、個別には蝶番３ｄによって折り曲げ可能な構造を持ち、イオン抽出電極２との組合せによって、蝶番３ｄの部分での互いの座屈が規制されている。イオン抽出電極２の熱膨張に対しては蝶番３ｄが自由に角度を変え、イオン抽出電極２電極の位置を変化させようとする外力には、少なくとも２つの蝶番を角度を変えないような向きに配置することによって対抗することができる。【選択図】      図１
2004163323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極孔が形成された板状のイオン抽出電極と、前記イオン抽出電極を固定部に支える３つ以上の支柱とを備え、前記各支柱は蝶番による折り曲げ可能な構造を有していることから成るイオン抽出装置。
【請求項２】
前記各支柱には一個の前記蝶番が設けられており、少なくともいずれか二つの前記蝶番の軸線は、それぞれ異なる方向に延びていることから成る請求項１に記載のイオン抽出装置。
【請求項３】
前記各支柱には軸線が平行に延びる複数個の前記蝶番が設けられており、少なくともいずれか二つの前記支柱の前記蝶番の軸線は、それぞれ異なる方向に延びていることから成る請求項１に記載のイオン抽出装置。
【請求項４】
前記固定部に対して取り付けられる前記支柱の部材を放射状に移動させることにより、前記イオン抽出電極を前記電極孔の孔軸線方向に変位させることから成る請求項３に記載のイオン抽出装置。
【請求項５】
前記各支柱毎に対応する位置を占める前記蝶番は蝶番組を構成しており、少なくとも１組以上の前記蝶番組の角度を変化させることにより、前記イオン抽出電極を前記電極孔の孔軸線方向に変位させることから成る請求項３に記載のイオン抽出装置。
【請求項６】
前記各支柱に設けられている前記蝶番は二つであり、前記支柱は、当該支柱に取り付けられる前記イオン電極板を介することにより、互いに前記蝶番の折り曲がりによる倒れが規制されることから成る請求項３に記載のイオン抽出装置。
【請求項７】
前記各支柱に設けられている前記蝶番は三つ以上であり、前記各支柱について多くとも二つの前記蝶番を残したすべての前記蝶番について当該蝶番の折り曲がりを操作する屈伸機構が備わっていることから成る請求項３に記載のイオン抽出装置。
【請求項８】
前記各支柱が有する一つ又は複数の前記蝶番を元の位置に戻す方向に付勢するバネを設けたことから成る請求項１に記載のイオン抽出装置。
【請求項９】
前記各支柱が有する一つ又は複数の前記蝶番の回動範囲を制限するストッパを設けたことから成る請求項１に記載のイオン抽出装置。
【請求項１０】
前記各支柱毎に一つ又は複数の対応する位置を占める前記蝶番は蝶番組を構成しており、前記蝶番組を構成する前記各蝶番は、その軸線が前記電極板の平面に平行な共通面内にあることから成る請求項１に記載のイオン抽出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、イオンエンジンやイオンスパッタリング装置等のイオンビーム発生装置に使用されるイオン抽出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、静電場を利用して荷電粒子（イオン）をプラズマ中から抽出するイオン抽出装置がある。従来のイオン抽出装置は、円形のスクリーン電極孔と円形の加速電極孔が対を成し、これらの電極孔間に電圧を加えることにより、プラズマ生成室のプラズマから荷電粒子を抽出及び加速することによって、電極孔を通して荷電粒子ビームレットを発生させている。
【０００３】
本発明者らは、既に、スクリーン電極の電極孔形状を非円形にして、荷電粒子ビームレットの断面形状の円度を高めた荷電粒子ビーム発生装置を提案している（特許文献１参照）。荷電粒子ビームレットの断面形状の非円形程度を最小限に留めて、或いは非円形の位相をずらすことにより、荷電粒子ビームレット又はその集合体である荷電粒子ビームの断面形状の円度を高めて、荷電粒子ビーム発生装置の寿命と無保守運転時間を長くすることを可能にした。荷電粒子ビームレット又は荷電粒子ビームの円度を高めることで、荷電粒子ビームレットが通る電極孔や荷電粒子ビームが通るゲート弁が偏摩耗するのを防止し、加速電極や減速電極の損耗により発生する飛散物質によって周囲が汚染されるのを防止している。
【０００４】
従来のイオン抽出装置の一例が図９及び図１０に示されている。図９は従来のイオン抽出装置の一例を示す斜視図であり、図１０は図９に示すイオン抽出装置の側面図である。図９及び図１０に示すように、従来のイオン抽出電極６０は、多数の電極孔６２ａが形成された円形の電極板６２と、その周縁部６２ｂにおいて、バネのような柔軟性の高い材料で製作された複数（この場合、４つ）の支柱６３によって支持されている。イオン抽出電極６２は、使用時には高温になるため熱膨張をし、支柱６３の各電極支持部６３ａをイオン抽出電極６２から径方向外方に向かって押す。このとき、各支柱６３の固定端６３ｃは不動であるので、各支柱６３が固定端６３ｃを片持ち端として反るという曲げ変形を受ける。イオン抽出電極６２は、周縁部６２ｂにおいて等間隔に支持されているので、各支柱６３が変形しても、各支柱６３に均等に押し返されることによってほぼ一定位置に保持されている。
【０００５】
イオンエンジンに用いられるイオン抽出装置の場合、イオン抽出電極は、そのイオン抽出口径に対して厚みが小さく、その支柱を充分に柔軟にしなければ、使用時の高温による熱膨張が強く拘束されることによって支柱から受ける力が過大になるために熱歪みが発生し、電極の本来の機能、即ち、イオン光学系としての機能が損なわれる虞がある。支柱に柔軟性を確保するためには、支柱の強度を低く抑える必要があるが、強度が充分でないと装置に振動や衝撃が加わったときに電極や支柱が破損してしまうという問題点があった。この問題を回避するため、支柱の強度を充分な強度とするために、イオン抽出電極を機能上必要とされる以上に強化したり、電極の曲率を大きくしたりして支柱から加わる力による変形を小さくする工夫が為されてきた。しかし、これらによりイオン抽出装置本来の機能が損なわれるという新たな問題点が発生した。
【０００６】
【特許文献１】
特許第２８７９６６２号公報（第３頁、図１〜図３）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、イオン抽出装置の作動に伴うイオン抽出電極の温度変化が生じてイオン抽出電極が支柱に対して熱変位を生じようとするときであっても、イオン抽出電極や各支柱に過大な応力が作用するのを防止ため、イオン抽出電極と支柱との間に曲げモーメントの直接の伝達を防止する点で解決すべき課題がある。
【０００８】
この発明の目的は、イオン抽出装置の作動に伴うイオン抽出電極の温度変化が生じてイオン抽出電極が支柱に対して熱変位を生じようとするときであっても、各支柱がイオン抽出電極の熱変位を吸収可能として、適正にイオン抽出を継続することを可能にするイオン抽出装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明によるイオン抽出装置は、電極孔が形成された板状のイオン抽出電極と、前記イオン抽出電極を固定部に支える３つ以上の支柱とを備え、前記各支柱は蝶番による折り曲げ可能な構造を有していることから成っている。
【００１０】
このイオン抽出装置によれば、イオン抽出電極を蝶番の構造を備えた３つ以上の支柱で固定部に支えており、各支柱は個別には蝶番によって折り曲げ可能な構造を有しているので、イオン抽出装置の作動に伴うイオン抽出電極の温度変化に起因してイオン抽出電極が支柱に対して熱変位を生じようとするときは、各支柱が蝶番での折曲げによって熱変位を吸収する。従って、イオン抽出電極や各支柱に過大な応力が作用せず、適正にイオン抽出を継続することができる。
【００１１】
この発明によるイオン抽出装置において、前記各支柱には一個の前記蝶番が設けられており、少なくともいずれか二つの前記蝶番の軸線は、それぞれ異なる方向に延びている。このイオン抽出装置によれば、イオン抽出電極が熱膨張をするときに、各支柱は、一個の蝶番の部分での自由な屈曲が可能であって、蝶番の部分での曲げモーメントの直接の伝達を回避することができ、従って、イオン抽出電極や各支柱に生じる応力を緩和させることが可能である。各支柱の蝶番による座屈は、イオン抽出電極を介して互いに規制され、イオン抽出装置の姿勢や位置を安定して支持することができる。なお、蝶番の位置は、イオン抽出電極を直接に支える位置、支柱が固定部に取り付けられる位置、或いは、支柱の途中の位置のいずれであってもよい。
【００１２】
この発明によるイオン抽出装置において、前記各支柱には軸線が平行に延びる複数個の前記蝶番を設け、少なくともいずれか二つの前記支柱の前記蝶番の軸線をそれぞれ異なる方向に延ばすことができる。各支柱には軸線が平行に延びる複数個の蝶番を設けることによって、イオン抽出電極が熱変形するときに、複数の蝶番部分では曲げモーメントが直接に伝達されず、イオン抽出電極や支柱に生じる応力を軽減することができる。なお、蝶番の位置は、少なくとも、支柱がイオン抽出電極を直接に支える位置、及び支柱が固定部に取り付けられる位置を含むことが好ましく、三つの蝶番を有する場合には、更に、支柱の途中の位置に設けることができる。３つ以上の各支柱に設けられる蝶番が二つまでの場合は、各支柱の蝶番による座屈はイオン抽出電極を支えることによってイオン抽出電極を介して互いに規制され、イオン抽出装置の姿勢や位置を安定して支持すること可能にする配置が可能である。
【００１３】
各支柱が複数の蝶番を有するイオン抽出装置において、前記固定部に対して取り付けられる前記支柱の部材を放射状に移動させることにより、前記イオン抽出電極を前記電極孔の孔軸線方向に変位させることができる。各支柱に設けられる蝶番が二つである場合、蝶番の位置が固定されていると、イオン抽出電極の位置（電極孔の孔軸線方向の位置）を変更することができない。従って、この場合を含め、固定部に対して取り付けられる支柱の部材を放射状に移動させることにより、支柱は、固定部に対して取り付けられる部材が放射方向、即ち、外側又は内側へ傾斜し、イオン抽出電極の位置を変更し、イオン抽出電極が複数設けられているときには、電極間の間隔を変更することができる。
【００１４】
各支柱が複数の蝶番を有するイオン抽出装置において、前記各支柱毎に対応する位置を占める前記蝶番は蝶番組を構成しており、少なくとも１組以上の前記蝶番組の角度を変化させることにより、前記イオン抽出電極を前記電極孔の孔軸線方向に変位させることができる。各支柱に設けられる蝶番が三つ以上の場合には、支柱は蝶番部分によって座屈がし易くなるので、そうした座屈の規制が困難な場合には、蝶番を外部から操作可能にする屈伸機構や、自由な座屈を規制する回動規制部材を配置することで、イオン抽出装置の姿勢や位置を安定して支持することができる。蝶番を外部から操作可能にする屈伸機構の操作によって蝶番組の角度を変化させることで、イオン抽出電極を電極孔の孔軸線方向に変位させることが可能となり、イオン抽出電極間の間隔を変更することができる。
【００１５】
各支柱が複数の蝶番を有するイオン抽出装置において、前記各支柱に設けられている前記蝶番は二つであり、前記支柱は、当該支柱に取り付けられる前記イオン電極板を介することにより、互いに前記蝶番の折り曲がりによる倒れを規制することができる。即ち、各支柱に自己起立性がなくても、各支柱がイオン電極板に連結されることにより、蝶番の折り曲がりによる倒れが規制され、構造全体としての形状を保つことができる。
【００１６】
また、前記各支柱に設けられている前記蝶番は三つ以上であり、前記各支柱について多くとも二つの前記蝶番を残したすべての前記蝶番について当該蝶番の折り曲がりを操作する屈伸機構を備えることができる。各支柱に設けられている蝶番が三つ以上であると、各支柱をイオン電極板に連結しても、各支柱が蝶番で折れ曲がって全体としての形状が保てなくなる可能性がある。この場合には、多くとも二つの蝶番を残したすべての蝶番について当該蝶番の折り曲がりを操作する屈伸機構を備えることで、倒れを規制することができる。
【００１７】
このイオン抽出装置において、前記各支柱が有する一つ又は複数の前記蝶番を元の位置に戻す方向に付勢するバネを設けることができる。即ち、各支柱が一つ又は複数の蝶番を有するイオン抽出装置において、蝶番を負荷が作用して元の位置に戻す方向に付勢するバネを設けることで、各蝶番はバネの復元作用によって元の位置・姿勢に戻ろうとするので、イオン抽出電極の位置精度を高めることができる。
【００１８】
このイオン抽出装置において、前記各支柱が有する一つ又は複数の前記蝶番の回動範囲を制限するストッパを設けることができる。即ち、各支柱が一つ又は複数の蝶番を有するイオン抽出装置において、蝶番の回動範囲をストッパによって制限することにより、イオン抽出装置に衝撃や振動が加わったときの各支柱に表れる蝶番回動量が制限され、イオン抽出電極や各支柱の変形が制限される。
【００１９】
このイオン抽出装置において、前記各支柱毎に一つ又は複数の対応する位置を占める前記蝶番が蝶番組を構成し、前記蝶番組を構成する前記各蝶番は、その軸線が前記電極板の平面に平行な共通面内にあることが好ましい。蝶番の軸線をイオン抽出電極の板の平面に平行な共通面内におくことで、各支柱の構造が共通化するので、部品の製造コストの低減に寄与することができる。また、各支柱の蝶番での折り曲げ作動も共通化することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
この発明によるイオン抽出装置の実施例を添付図面に基づいて説明する。図１はこの発明によるイオン抽出装置の第１実施例の全体斜視図、図２は図１に示すイオン抽出装置の側面図である。
【００２１】
図１及び図２に示される第１実施例としてのイオン抽出装置１は、板状、好ましくは円板状のイオン抽出電極２とそれを支持する複数（この例では４つ）の支柱３とを備えている。図示の例では、支柱３は、イオン抽出電極２の周縁部２ｂにおいて等間隔に配置されており、互いに向かい合う支柱３，３は平行に配置されている。イオン抽出電極２は、従来のイオン抽出装置と同様、多数の電極孔２ａを持つが、再度の詳細説明を省略する。支柱３は、一端にあってイオン抽出電極２を支持する電極支持部材３ａと、中間部材３ｂと、他端にあって固定部４に不動に取り付けられる固定端部材３ｃとを有している。図２に示すように、各支柱３は、仮想的な円筒面８上に各支柱３の２つの蝶番３ｄの軸に直交する図示しない直線が仮想円筒８の軸８ａに平行になる形で配置されている。なお、各支柱３は、等間隔に配置する必要はなく、不等間隔に配置してもよい。
【００２２】
電極支持部材３ａと中間部材３ｂとは蝶番３ｄによって互いに回動可能に連結され、中間部材３ｂと固定端部材３ｃとも同じ構造を有する蝶番３ｄによって互いに回動可能に連結されている。二つの蝶番３ｄ，３ｄの軸線５，５は互いに平行であり、且つイオン抽出電極２の板の平面とそれぞれ平行な面内にあって、支柱２の配置位置において外周縁２ｂに接する接線と平行に延びている。また、各支柱３に共通して、電極支持部材３ａと中間部材３ｂとを連結する蝶番３ｄの軸線５はイオン抽出電極２の板の平面と平行な共通面（イオン抽出電極２の板面と同じ）内にあり、中間部材３ｂと固定端部材３ｃとを連結する蝶番３ｄの軸線５もイオン抽出電極２の板の平面と平行な別の共通面内にある。上記の構造を備えたイオン抽出装置１は、その使用によってイオン抽出電極２がその温度変化に起因して熱膨等の熱変形をするが、このとき、各支柱３は二つの蝶番３ｄによって屈曲可能な構造とされており、蝶番３ｄは最小の力で蝶番３ｄを折曲げるような向き、即ち、イオン抽出電極２の径方向の変位を折曲がりによって容易に吸収する向きに取り付けられているため、支柱３は、蝶番３ｄが折れ曲がることによってイオン抽出電極２の熱膨張を吸収し、どの部分にも理想的には応力は発生しない。従って、支柱３の各部には特に柔軟性を要することはない。また、イオン抽出電極２は、その面内で支柱３から支柱からの反作用として過大な力を受けないので、歪みも移動もせず元の姿勢及び位置を維持することができ、イオン抽出装置１としての機能が損なわれない。
【００２３】
他方、衝撃や振動等により、イオン抽出電極２を移動させようとする力が加わった場合について以下に説明する。イオン抽出電極２の面に垂直な方向の力に対しては、支柱３には引っ張り力又は圧縮力が加わる。引っ張り力に対しては、単純に支柱３に引っ張り力を加えるのと同じになり、支柱３の各部が必要な強度と剛性を持つように設計することができる。圧縮力については、蝶番３ｄがあるので単独の支柱３では座屈してしまうので耐えられないが、イオン抽出電極２と、向きの異なる支柱３との組合せによって容易に座屈しなくなる。即ち、互いに向かい合う支柱３，３は平行であってその蝶番３ｄの軸線５も平行であるが、隣り合う支柱３，３の蝶番３ｄの軸線５は平行ではない（むしろ直交）ので、互いに座屈を規制し合う配置となる。支柱３の各部が必要な強度と剛性を持つ設計をすることで、圧縮力にも耐えることができる。
【００２４】
イオン抽出電極２の面に平行な方向の力に対しては、少なくともいずれか二つの支柱３の蝶番３ｄは自由に屈曲しない。即ち、仮に向かい合う一対の支柱３，３が平行であって共に同じ方向に倒れようとしても、残る二つの支柱３，３はその蝶番３ｄの軸線５の向きが倒れようとする支柱３，３の蝶番３ｄの軸線５の向きと異なるために、互いに座屈を規制し合う。このように、少なくともいずれか二つの支柱５が、イオン抽出電極２の面内方向の変位を留めようとする力を生じさせる。従って、支柱３の各部が必要な強度と剛性を持つように設計することができる。
【００２５】
図３は、この発明によるイオン抽出装置の第２実施例を示す側面図である。図３に示すイオン抽出装置１０においては、各支柱１３はイオン抽出電極２を支持する電極支持部材１３ａと固定部４に不動に取り付けられる固定端部材１３ｃとを有しており、支柱１３の電極支持部材１３ａと固定端部材１３ｃとはイオン抽出電極２の平面の延長上にある共通面内において一つの蝶番組を構成している蝶番１３ｄによって折り曲げ可能に連結されている。各支柱１３に備わる蝶番１３ｄが一つしかないので、イオン抽出電極２が熱膨張するとき、蝶番１３ｄが自由に屈曲して蝶番１３ｄにおける曲げモーメントの伝達はなくなるが、支柱１３にはイオン抽出電極２の熱変位に応じて固定端部材１３ｃを片持ち状態とする曲げ応力が発生し、その反作用としてイオン抽出電極２の熱膨張を阻止する方向の力が発生する。しかしながら、支柱１３の剛性が同じであれば、図９及び図１０に示した従来例の場合よりも阻止力は小さくなり、阻止力を同じとすれば、従来例の場合より支柱１３の強度と剛性を高めることができる。
【００２６】
図４及び図５を参照して、この発明によるイオン抽出装置の第３実施例について説明する。図４はこの発明によるイオン抽出装置の第３実施例を示す斜視図であり、図５は図４に示すイオン抽出装置の側面図である。第３実施例であるイオン抽出装置２０は、イオン抽出電極２の構造については従来のものと同様であるが、支柱２３の構造が第１及び第２実施例と異なっている。各支柱２３は、イオン抽出電極２を支持する電極支持部材２３ａと、中間部材２３ｂと、固定部４に不動に取り付けられる固定端部材２３ｃとを有している。各支柱２３は、仮想的な円錐面上に、各支柱２３の２組の蝶番２３ｄの軸２５に直交する直線が同仮想的な円錐の母線２６となる形で配置されている。
【００２７】
第３実施例においては、全ての支柱２３の固定端部材２３ｃは、図示しない機構によって、放射方向に等距離ずつ、即ち図５の紙面上において矢線Ａで示す方向又はその逆の方向に変位させることができる。第３実施例に関しては、固定端部材２３ｃの取付け位置を固定部４に対して可変にすることにより、イオン抽出電極２を図４で紙面内、図５で紙面に垂直方向に平行移動させることができ、イオン抽出電極２の固定部４からの高さＨを変更することができる。これにより、イオン抽出電極２が複数個設けられる場合には、イオン抽出電極２間の間隔を変えることができ、イオン抽出装置２０の特性を変えたり、隣り合う二つのイオン抽出電極２間の異物を除去することができる。
【００２８】
図６は、この発明によるイオン抽出装置の第４実施例を示す側面図である。第４実施例として示すイオン抽出装置３０においては、イオン抽出電極２の構造については従来のものと同様であるが、イオン抽出電極２の周囲に配置されてイオン抽出電極２を支持する支柱３３の構造が第１及び第２実施例と異なっている。各支柱３３は、イオン抽出電極２を支持する電極支持部材３３ａと、中間部材３３ｂと、固定部４に不動に取り付けられる固定端部材３３ｃとを有している。中間部材３３ｂは長手方向に二分割されており、分割された中間片３３ｅ，３３ｅは蝶番３３ｄと同じ構造を有する蝶番３３ｆで折り曲げ可能に連結されている。イオン抽出装置３０には各支柱３３の中間部材３３ｂを分割する蝶番３３ｆの角度を等量変化させる屈伸機構３７を備えることができる。屈伸機構３７は、例えば、中間片３３ｅ，３３ｅの跨がって取り付けられ且つ精度の良い操作量を出力可能な適宜のアクチュエータとすることができる。屈伸機構３７の作動により、固定端部材２３ｃの取付け位置を固定部４に対して可変にすることなく、イオン抽出電極２を図６で紙面内で上下に平行移動させて、イオン抽出電極２の固定部４からの高さＨを変更することができる。これにより、複数のイオン抽出電極２間の間隔を変えることができ、イオン抽出装置３０の特性を変えたり、隣り合う二つのイオン抽出電極２間に入り込んだ異物を除去することができる。
【００２９】
図７は、この発明によるイオン抽出装置の第５実施例を示す側面図である。第５実施例として示すイオン抽出装置４０においても、イオン抽出電極２の構造については従来のものと同様であるが、イオン抽出電極２の周囲に配置されてイオン抽出電極２を支持する支柱４３の構造が先の各実施例と異なっている。支柱４３は、第１実施例として示したイオン抽出装置１の支柱３と同様に、イオン抽出電極２を支持する電極支持部材４３ａと、中間部材４３ｂと、固定部４に不動に取り付けられる固定端部材４３ｃとを有しており、電極支持部材４３ａと中間部材４３ｂ、及び中間部材４３ｂと固定端部材４３ｃは、それぞれ蝶番４３ｄによって互いに回動可能に連結されている。各支柱４３の固定部４寄りの蝶番４３ｄを跨ぐ板バネ４７が、中間部材４３ｂと固定端部材４３ｃとに渡された状態で取り付けられている。
【００３０】
板バネ４７は、蝶番４３ｄが折れ曲がるのに応じて元に戻る復元力を発生するが、支柱４３に加わる引っ張り力や圧縮力を分担することが無いように取り付ける。第５実施例においては、イオン抽出電極２は、固定部４に対して変位を生じると板バネ４７のばね作用により、常に元の位置に戻ろうとする復元力を受けるので、イオン抽出電極２の位置精度を高めることができる。
【００３１】
第５実施例では、各支柱４３において、一つの蝶番４３ｄに一つの板バネ４７を取り付けられたが、板バネ４７に代えて棒バネ及びその他のバネに置き換えることができる。また、一つの蝶番４３ｄに取り付けられる板バネ４７の数は一つに限らず、更にまた、各支柱４３毎に、板バネ４７を取り付ける蝶番４３ｄの数や場所も数も一つに限られない。第５実施例に関して、板バネ４７には、図示しない減衰器を併用することができる。減衰器は、支柱４３の振動を速やかに減衰させるために効果的である。
【００３２】
図８は、この発明によるイオン抽出装置の第６実施例を示す側面図である。第６実施例として示すイオン抽出装置５０においても、イオン抽出電極２の構造については従来のものと同様であるが、イオン抽出電極２の周縁部２ｂに配置されてイオン抽出電極２を支持する支柱５３の構造が先の各実施例と異なっている。支柱５３は、第１実施例として示したイオン抽出装置１の支柱５３と同様に、イオン抽出電極２を支持する電極支持部材５３ａ、中間部材５３ｂ及び固定部４に不動に取り付けられる固定端部材５３ｃを有しており、電極支持部材５３ａと中間部材５３ｂ、及び中間部材５３ｂと固定端部材５３ｃは、それぞれ蝶番５３ｄによって互いに回動可能に連結されている。各支柱５３の固定部４寄りの蝶番５３ｄに関連して、中間部材５３ｂの外側にはストッパとしての振幅制限器５７が配置されている。中間部材５３ｂが変位するときにに振幅制限器５７に当接することにより、支柱５３の折曲がり範囲がそれ以上にならないように、回動が制限される。
【００３３】
第６実施例においては、イオン抽出装置５０に衝撃や振動が加わった際には、支柱５３の変位・変形によって中間部材５３ｂが振幅制限器５７に当接することにより、それ以上のイオン抽出電極２や支柱５３の変形が制限される。こうした、変形の制限によって、部材間の衝突や応力集中による損傷を回避することができる。また、振幅制限器５７に関連して、減衰器を配設し併用することができる。振幅制限器５７に図示しない減衰器を併用することにより、損傷回避を効果的にすることができる。第６実施例では、一つの振幅制限器５７が支柱５３の一つの蝶番５３ｄに取り付けられたが、一つの蝶番５３ｄに取り付けられる振幅制限器５７の数は一つに限られない。また、支柱５３一つ当たり、振幅制限５７が取り付けられる蝶番５３ｄの数や場所も数も一つに限られない。
【００３４】
上記の第１〜第６の各実施例においては、支柱の数は４つであったが、３つ以上であればこれに限るものではない。更に、第１〜第６の各実施例において、支柱はイオン抽出電極２の周縁部２ｂに等間隔又は等角度で配置されていたが、これに限らず不等間隔又は不等角度で配置してもよい。また、各支柱３の配置位置については、第１実施例に示すような仮想的な円筒面８上や、第３実施例に示すような母線２６で示す仮想的な円錐面上とすることは必ずしも必要ではなく、例えば、四角筒面等の角筒面、或いは角錐面であっても差し支えない。また、各支柱３の長さも同一長さである必要はなく、周囲の状況等に応じて適宜に設定可能である。また、板バネ４７は、図７に示す第５実施例以外にも、第２実施例〜第４実施例においても適用可能であることは明らかである。第２実施例に示すような各支柱に自己起立性がある構造でも、第４実施例に示すような屈伸機構を必要とする構造においても、ガタツキを吸収したり元の位置へ付勢して高い位置精度を期待することができる。更に、蝶番の回動範囲を規制するストッパ５７は、図８に示す第６実施例以外にも、第２実施例〜第４実施例においても適用可能であることは明らかである。第２実施例に示すような各支柱に自己起立性がある構造でも、第４実施例に示すような屈伸機構を必要とする構造においても、過大な力が作用したときの支柱の変形を防止することができる。
【００３５】
【発明の効果】
この発明によるイオン抽出装置は、以上説明したように電極孔が形成された板状のイオン抽出電極と、前記イオン抽出電極を固定部に支える３つ以上の支柱とを備え、前記各支柱は蝶番による折り曲げ可能な構造を有しているので、イオン抽出電極を固定部に支えている３つ以上の各支柱は、個別には蝶番によって折り曲げ可能であり、イオン抽出電極が温度変化に起因して支柱に対して熱変位を生じようとするときは、各支柱が蝶番の折り曲げによって曲げモーメントを直接に伝達することなく熱変位を吸収する。従って、支柱の強度を充分な値に設定しても、イオン抽出電極に歪みを生じさせるような過大な応力が作用せず、適正にイオン抽出を継続することができる。また、３つ以上の各支柱は、イオン抽出電極を支えることによって、蝶番による座屈をイオン抽出電極を介して互いに規制する配置が可能な場合があるので、この場合には外部からのあらゆる方向からの衝撃や振動を支柱が支え、イオン抽出装置の姿勢や位置を安定して支持することができる。このように、支柱の強度と剛性をイオン抽出電極に加える力から切り離して決めることができるので、イオン抽出電極の設計の自由度が高くなると共に、支柱の設計が容易になる。イオン抽出装置をイオンエンジンに用いた場合には、イオン抽出口径に対して厚みが小さいイオン抽出電極を歪みなく支持しイオン光学系としての機能を損なうことがない。また、イオン抽出電極を支持する支柱を強度を低く抑え充分に柔軟にする必要なく、装置に振動や衝撃が加わったときにイオン抽出電極や支柱の破損を防止することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるイオン抽出装置の第１実施例の外観を示す斜視図である。
【図２】図１に示すイオン抽出装置の側面図である。
【図３】この発明によるイオン抽出装置の第２実施例を示す側面図である。
【図４】この発明によるイオン抽出装置の第３実施例の外観を示す斜視図である。
【図５】図４に示すイオン抽出装置の側面図である。
【図６】この発明によるイオン抽出装置の第４実施例を示す側面図である。
【図７】この発明によるイオン抽出装置の第５実施例を示す側面図である。
【図８】この発明によるイオン抽出装置の第６実施例を示す側面図である。
【図９】従来のイオン抽出装置の外観を示す斜視図である。
【図１０】図９に示すイオン抽出装置の側面図である。
【符号の説明】
１，１０，２０，３０，４０，５０  イオン抽出装置
２    イオン抽出電極
２ａ  イオン抽出孔
３，１３，２３，３３，４３，５３  支柱
３ａ，１３ａ，２３ａ，３３ａ，４３ａ，５３ａ  電極支持部材
３ｂ，２３ｂ，３３ｂ，４３ｂ，５３ｂ  中間部材
３ｃ，１３ｃ，２３ｃ，３３ｃ，４３ｃ，５３ｃ  固定端部材
３ｄ，１３ｄ，２３ｄ，３３ｄ，４３ｄ，５３ｄ  蝶番
３７  屈伸機構
４７  板バネ
５７  振幅制限器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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