JPS5853460B2 - ホロ−カソ−ド放電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、放電起動の容易化を図れるようにしたホロー
カソード放電装置に関する。

発明の技術的背景 周知のように、ホローカソード放電装置は、放電室内に
配置された中空陰極（ホローカソード）との陽極との間
でアーク放電を生じさせてプラズマを生成させるもので
、イオン源やプラズマ発生装置として広く利用されてい
る。

このようなホローカソード放電装置は、通常、第１図に
示すように構成されている。

すなわち、図示しない放電室内に熱電子の放出し易い材
料で形成された円筒状の中空陰極１を設けるとともにこ
の中空陰極１と同軸的に、かつ上記中空陰極１に離間対
向させて陽極２を設けている。

上記中空陰極１の外側には、ソレノイド状の加熱ヒータ
３が中空陰極１とは非接触に設置されてかり、この加熱
ヒータ３の入力端はリード線４を介して加熱用電源５に
接続されている。

さらに、上記加熱ヒータ３の外側には熱シールド筒６が
設置されていり、この熱シールド筒６は、上記中空陰極
１の前記陽極２側端部に固着された絶縁リング７を介し
て上記中空陰極１に支持されている。

また上記絶縁リング７の陽極２側端面には、上記熱シー
ルド筒６の一部を介して中央部に小径の孔８を有する円
板状の起動電極９が固定されている。

捷た、上記中空陰極１内には上記起動電極９に対向する
関係に内部電極１１が設置されている。

この内部電極１１は上記中空陰極１と電気的に接続され
ている。

そして、上記中空陰極１０反陽極側に嵌合した導電筒体
１２と前記起動電極９に電気的に接続された熱シールド
筒６との間に放電制限抵抗１３あ・よびスイッチ１４を
介して起動電源１５が接続されている。

さらに、上記内部電極１１と前記陽極２との間には電流
制限抵抗１６あ・よびスイッチ１７を介してアーク電源
１８が接続されている。

なあ・、図中１９はガス供給パイプを示している。

このような構成のホローカソード放電装置にあつて、起
動時には、１ず加熱ヒータ３を付勢して中空陰極１を加
熱し、この中空陰極１から熱電子を放出させる。

中空陰極１を十分に加熱した時点で、上記中空陰極１内
に放電に必要な作動ガスをガス供給パイプ１９を通して
供給すると同時に、スイッチ１４を投入して起動電極９
と内部電極１１との間に起動電圧を印加し、両極間でグ
ロー放電を起こさせる。

このグロー放電によって上記中空陰極１内に上記中空陰
極１と陽極２との間のアーク放電起動に必要な量のプラ
ズマが発生した時点で、スイッチ１７を投入して上記中
空陰極１と陽極２との間にアーク起動電圧を印加し、こ
れによってアーク放電へと移行させるようにしている。

なか、一旦アーク放電が開始するとスイッチ１４を開放
し、起動電圧を除去しても上記アーク放電が持続する。

第２図も従来のホローカソード放電装置を示す断面図で
あり、第１図と同一部分は同一符号で示しである。

このホローカソード放電装置では、内部電極１１の起動
電極９に対向する側に熱電子の放出し易い、すなわち仕
事函数の小さい電極部材２０を固着することによってグ
ロー放電の容易化を図るようにしている。

背景技術の問題点 しかしながら、これ等の放電装置にあっては次のような
問題があった。

すなわち、従来装置にあっては、起動のきっかけを作り
出すために中空陰極１から熱電子を放出させる方式を採
用してかり、このために上記中空陰極１の外側にソレノ
イド状の加熱ヒータ３を設置するようにしている。

このような構成であると、上記加熱ヒータ３への通電時
にこの加熱ヒータ３が熱変形を起こして中空陰極１ある
いは外側の熱シールド筒６に接触し易く、故障し易い問
題があった。

また接触防止のために加熱ヒータ３と中空陰極１あ・よ
び熱シールド筒６との間隔を十分に取るようにすると、
装置が大型化するのを免れ得ない問題があった。

さらに、構造が複雑なため、保守点検も困難であった。

捷た、このようなホローカソード放電装置をイオン発生
源として使用する場合には、イオン発生時のガス効率向
上を図るために、できるだけ作動ガスを低流量で供給す
る必要があり、このためには中空陰極１内が十分低ガス
圧力状態下であってもアーク放電に移行できることが望
１れるが、従来の放電装置では低ガス圧下での起動が困
難であった。

発明の目的 本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、小型軽量で、故障が少く、しか
も低ガス圧下であっても放電起動を容易に行なえ、その
うえ電力消費が少くイオンプラズマ発生効率の向上化に
寄与できるホローカソード放電装置を提供することにあ
る。

発明の概要 本発明は、起動のきっかけをつくる熱電子を中空陰極と
は絶縁して設けられた内部電極から放出させるようにす
ることによって、熱電子を放出させるための加熱ヒータ
の小型化、簡素化を図り、さらに、アーク放電に到る１
でに内部電極と起動電極との間あ・よび起動電極と中空
陰極との間の２段階の放電を経てアーク放電に移行させ
るようにしたことを特徴とする。

発明の実施例 本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

第３図は本発明に係るホローカソード放電装置の概略構
成を示す断面図であり、第１図と同一部分は同一符号で
示しである。

したがって重複する部分の説明は省略する。

この実施例では、中空陰極１の壁部に作動ガス流入用の
流入口２１を径方向に複数個設け、中空陰極１と熱シー
ルド筒６との間の空間をガス導入路２２として用いてい
る。

また中空陰極１内でかつ反陽極側の位置に円板状の内部
電極１１を起動電極９に対向させて配置し、この内部電
極１１を超高温耐熱性の絶縁材であるＢＮ（ボロンナイ
トライド）で形成された支持体２３を介して上記中空陰
極１の内面に固定している。

内部電極１１は仕事関数の小さい電極材料にて形成され
てかり、中空陰極１とはスイッチ２４を介して電気的に
接続されている。

さらに、上記内部電極１１０反陽極側端面の近傍に上記
内部電極１１を加熱するヒータ２５を配置し、とのヒー
タ２５を上記中空陰極１内に固定された円板状の耐熱性
支持板２６にて支持させている。

したがって、本発明装置では、従来装置に見られる中空
陰極加熱用のヒータは存在していない。

このように構成されたホローカソード放電装置の放電起
動を行なうには次のようにする。

捷ず加熱電源５によりヒータ２５に電流を流し内部電極
１１を熱電子放出可能な状態１で十分加熱する。

そして図示しない作動ガス供給源よりガス導入路２２を
通して作動ガスを中空陰極１内へと導入する。

同時にスイッチ１４を投入し、熱シールド筒６に電気的
に接続された起動電極９と内部電極１１との間に起動電
源１５の出力電圧を印加する。

な釦この時、スイッチ２４を開放して中空陰極１と内部
電極１１とを電気的に絶縁させてかく。

しかして、上記のようにスイッチ１４を投入すると、起
動電極９と内部電極１１との二つの平板電極間にグロー
放電が発生し、この結果、中空陰極１内にプラズマが生
成される。

上記プラズマが十分生成された後、スイッチ２４を閉じ
て内部電極１１と中空陰極１とを等電位とする。

中空陰極１内には十分なプラズマが存在するので、中空
陰極１と起動電極９との間に容易にグロー放電が発生す
る。

このグロー放電により中空陰極１の内壁は十分加熱され
、中空陰極１と陽極２との間のアーク放電に必要な初期
熱電子とプラズマが中空陰極１内に供給される。

次に、スイッチ１７を投入し、中空陰極１と陽極２との
間にアーク電源１８の出力電圧、つ１す、アーク電圧を
印加する。

この結果、中空陰極１と陽極２との間にアーク放電、す
なわちホローカソード放電が起動する。

なｐ１起動後はスイッチ１４を開放して起動電圧を除去
してもアーク放電は持続する。

このように、起動のきっかけをつくる熱電子発生源とし
て内部電極を用いるようにしている。

したがって、従来装置とは違って中空陰極１を加熱する
大型の加熱ヒータを必要としないので、中空陰極加熱用
のヒータ３を設けたときに起り易い中空陰極１あ・よび
熱シールド筒６への接触による故障の懸念が解消され、
しかも、装置の小型軽量化を図ることができる。

また本発明によると、ヒータ２５は内部電極１１のみ加
熱するば十分であるので、従来の中空陰極加熱用ヒータ
を設けたものに比較してヒータによる電力消費を少くで
き、装置の効率的な運転が可能である。

それに加え、最終のアーク放電に到るｌでに内部電極１
１と起動電極９との間ｐよび中空陰極１と起動電極９と
の間の２段階の放電を経るので、放電起動を低い作動ガ
ス圧力で、容易にしかも確実に行うことが可能である。

したがって、十分高いガス効率を得ることができイオン
、プラズマ発生率の高い装置を得ることができる。

また、実施例のように内部電極１１を仕事函数の小さい
電極部材で形成することによって、初期グロー放電をさ
らに容易に行なわせることができる。

な釦、内部電極としては、必ずしも円板状に限定される
ものではない。

発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、放電起動のきっか
けをつくる熱電子を内部電極から放出させるようにして
いるので、熱電子を放出させるための加熱ヒータの小型
化、簡素化、装置としての信頼性向上化を図ることがで
き、しかも、アーク放電に到る１でに内部電極と起動電
極との開会よび起動電極と中空陰極との間の２段階の放
電を経てアーク放電に移行させることができるので低ガ
ス圧下にかげる放電起動の容易化を図ることができ、イ
オン、プラズマの発生効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１あ・よび第２図はそれぞれ従来のホローカソード放
電装置の概略構成を示す断面図、第３図は本発明の一実
施例に係るホローカソード放電装置の概略構成を示す断
面図である。 １・・・・・・中空陰極（ホローカソード）、２・・・
・・・陽極、３・・・・・・加熱ヒータ、６・・・・・
・熱シールド筒、９・・・・・・起動電極、１１・・・
・・・内部電極、２１・・・・・・流入口、２３・・・
・・・支持体、２５・・・・・・ヒータ、２６・・・・
・・耐熱性支持板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 放電室内に中空陰極と陽極とを離間対向配置すると
   ともに上記中空陰極内を通して上記陽極側へ向けて作動
   ガスを通流させている状態で上記中空陰極と上記陽極と
   の間にアーク放電を行なわせるようにしたホローカソー
   ド放電装置にかいて、前記中空陰極の前記陽極側に位置
   する開口部に上記中空陰極とは絶縁されて設けられたガ
   ス流量制限機能を有する起動電極と、前記中空陰極内に
   上記中空陰極とは絶縁されかつ前記起動電極に対向して
   設けられた内部電極と、この内部電極を加熱するヒータ
   とを備え、枚重起動時に、前記ヒータを付勢して前記内
   部電極を加熱している条件下で上記内部電極と前記起動
   電極との間でグロー放電を行なわせた後、前記中空陰極
   と前記起動電極との間でグロー放電を行なわせ、続いて
   上記中空陰極と前記陽極との間でアーク放電を行なわせ
   るようにしてなることを特徴とするホローカソード放電
   装置。