JPS63170833A - 液体金属イオン源 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、液体金属イオン源に関するものであり、特
に加熱手段の構造の改良された抵抗加熱方式のイオン源
に関するものである。

［従来の技術］ 従来の液体金属イオン源の例を第６図および第７図に示
す。第６図および第７図において、２１゜４１はるつぼ
、２２．４２は通電加熱用ヒータ、２３．４３は針状チ
ップ、４４は電極、２５．４５は引出電極、２６．４６
はるつぼ蓋、８は加熱用電源、９は引出電圧用電源、１
０は加速電圧用電源、３１．５１はイオン源金属、３２
．５２はイオンビームを示す。

第６図は、たとえば実開昭５９−５５８４８号公報に開
示される構造のものであり、通電加熱用ヒータ２２とし
ては通常のヒータ線が用いられ、るつぼ２１の外側にコ
イル状に巻つけられて設けられている。また、第７図は
、たとえば特開昭５８−１３７９４０号公報などに開示
される構造の液体金属イオン源であり、通電加熱用ヒー
タ４２は、るつぼ４１に取付けられる電極４４の上に設
けられている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、このような従来の液体金属イオン源では
、以下のような問題があった。すなわち、第６図に示す
ような構造では、通電加熱用ヒータはるつぼとの接触面
積が小さいため、熱が周囲に放散しやすく、加熱効率が
悪いという問題点があった。また、第７図に示すような
構造では、るつぼ下部あるいは底部の加熱が十分でなく
、また金属加熱にあまり必要でないるつぼ上部まで加熱
するので、加熱効率が悪く、多量の電力を必要とすると
いう問題点があった。

それゆえに、この発明の目的は、加熱効率の高められた
液体金属イオン源を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ この発明の液体金属イオン源では、通電加熱用ヒータが
、るつぼの外側に密着して帯状に形成されており、かつ
その両端がるつぼの上部に位置するように設けられてい
る。

［作用］ この発明では、通電加熱用ヒータが帯状に形成されて、
るつぼの外側に密着して設けられているため、るつぼと
の接触面積を大きくすることができる。したがって、通
電加熱用ヒータで生じた熱の周囲への放散が少なく、加
熱効率が高められる。

［実施例］ 第１図は、この発明の一実施例を示す部分切欠断面図で
ある。第１図において、るつぼ１の外側には、導電性化
合物ペーストを焼付けて形成された通電加熱用ヒータ２
ａ、２ｂが帯状にるつぼ１の外側を取巻くようにして設
けられている。この状態を説明するため、通電加熱用ヒ
ータ２ａ、２ｂが形成されたるつぼ１を第２図に正面図
で示す。

第２図に示されるように、通電加熱用ヒータ２ａ。

２ｂは、７ランジ部１ｂの下から互いに所定の間隔を開
けて螺旋状に下方に向かって延びるよう形成されている
。第３図は、るつぼ１の底面図を示しており、第３図に
示されるように、通電用加熱ヒータ２ａ、２ｂは、それ
ぞれ中心孔１ａの縁にまで達し、この部分で一体にされ
ている。

このようにして形成された通電加熱用ヒータ２ａ、２ｂ
の端部には、第４図に平面図で示すような電極４ａ、４
ｂが取付けられている。電極４ａ。

４ｂの間には、絶縁体４Ｃが設けられており、これらの
間に共通に形成されたビン穴１３にビン１４を嵌め入れ
ることにより、組立てられている。

なお、第５図は電極４ａ、４ｂおよび絶縁体４Ｃを組合
わせたものの部分切欠断面図を丞している。

ここで、再び第１図に戻り説明すると、るつぼ１の上に
は、るつぼＭ６が取付けられてＪ３す、該るつぼ１６の
上にはるつぼホルダ７が取付けられている。るつぼ１の
下方には、引出電極５が配置されており、該引出電極５
と電極４ａ、４ｂとの間には、引出電源９が接続されて
いる。また、電極４ａと電極４ｂとの間には加熱用電源
８が接続されている。加熱用電源８の一端には、イオン
を加速するための加速電源１０が接続されており、該加
速電源１０の他方端は接地されている。るつぼ１内には
、針状チップ３が設けられており、その先端部３ａはる
つぼ１の中心孔１ａ内を通るように設けられている。

るつぼ１の材質としては、液体金属と反応しない材質が
好ましく、たとえばアルミナなどのセラミックが望まし
い。また、針状チップも、液体金属と反応しない材質の
ものが好ましく、たとえばタングステンを用いる。通電
加熱用ヒータとしては、たとえばモリブデンやタングス
テンなどの導電性化合物のペーストを焼結したものを用
いることが好ましい。

通電加熱用ヒータ２ａ、２ｂの端部は、るつぼ１の上部
に位置し、それぞれ電極４ａ、４ｂに接しているため、
加熱用電源８からの電流は、電極４ａ、４ｂの一方から
通電加熱用ヒータ２ａ、２ｂの一方に流れる。通電加熱
用ヒータ２ａ、２ｂは、それぞれるつぼの中心孔１ａの
縁の周辺で一体となっているため、その中を流れる電流
は、電極４ａ　、４ｂの他方から再び加熱用電源８に戻
る。

このようにして、通電加熱用ヒータ２ａ、２ｂに電流が
流れ、るつぼ１内のイオン源金属１１が加熱される。加
熱されたイオン源金属１１は、液体状となり、るつぼ１
の中心孔１ａと針状チップ３の先端部３ａとの隙間から
流出してイオン化され、引出電極５によりてイオンビー
ム１２として引出される。また、引出されたイオンビー
ム１２は、加速電源１ｏにより印加される電圧により加
速される。

以上のようにして、この実施例のるつぼ内の金属はイオ
ン化されるが、るつぼ１の外側に設けられている通電加
熱用ヒータ２ａ、２ｂはるつぼに焼付けて形成されてい
るため、るつぼとの密着性が良い。したがって、るつぼ
との接触面積が大きく、通電加熱用ヒータにより生じた
熱は有効にるつぼ内に伝導され、周囲への熱の放散は少
ない。

この実施例において、通電加熱用ヒータの両端はるつぼ
の上部に位置し、一旦るつぼ下方の中心孔の縁にまで到
達した後、再びるつぼ上部にまで達するよう形成されて
いる。そして、るつぼ上部に位置する通電加熱用ヒータ
の両端に、それぞれ電極を接触させて、電流を流してい
る。これに対し、通電加熱用ヒータの一方端をるつぼの
上りに形成し、他方端をるつぼ下方の中心孔の内側にま
で達するよう形成させ、この中心孔の内側に形成された
通電加熱用ヒータの他方端に、４状チップの先端部を接
触させ、電極をこの針状チップとるつぼ外側上方の通電
加熱用ヒータの一方端に取付け、この間で電流を流す方
法も考えられる。しかしながら、このような構成にする
と、針状チップの先端部と中心孔内側の通電加熱用ヒー
タの他方端との間には常に電気的導通が維持されなけれ
ばならず、安定して加熱させるためには好ましくない状
態となる。

上述の実施例では、るつぼ益が設けられているため、高
飽和蒸気圧のイオン源金属にもこの発明を応用すること
ができる。しかしながら、この発明では必ずしもるつぼ
蓋を取付ける必要はない。

また、上述したように、るつぼおよび針状チップの材質
を金属と反応しにくいものとすれば、反応性のイオン源
金属にも応用し得るイオン源とすることができる。

実施例では、通電加熱用ヒータをるつぼの外側に螺旋状
に形成されているが、るつぼ内のイオン源金属を均等に
加熱することのできる形状、＃ａ造であれば、いかなる
ものでもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれば、通電加熱用ヒ
ータがるつぼの外側に密着して設けられているため、る
つぼとの接触面積を大きくすることができ、るつぼへの
熱伝導が改苦される。したがって、この発明の液体金属
イオン源は、従来よりも加熱効率が向上し、ひいては省
電力化が達成される。また、加熱効率が良好なため、こ
の発明の液体金属イオン源は、特に高融点金属の加熱・
溶解に有効に利用され得るものである。

さらに、この発明では、通電加熱用ヒータの両端がるつ
ぼ上部に位置するように設けられているため、電極の取
付けが容易であり、通電加熱用ヒータに安定して電流を
流すことができる。したがって、安定した加熱状態を持
続させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実論例を示す部分切欠断面図で
ある。第２図は、実施例に用いられるるつぼおよび通電
加熱用ヒータを示す正面図である。 第３図は、第２図に示するつぼおよび通電加熱ヒータの
底面図である。第４図は、実施例に用いられる電極を示
す平面図である。第５図は、第４図に示す電極の部分切
欠正面断面図である。第６図は、従来の液体金属イオン
源の一例を示す断面図である。第７図は、従来の液体金
属イオン源の他の例を示す断面図である。 図において、１はるつぼ、１ａは中心孔、２ａ。 ２ｂは通電加熱用ヒータ、３は針状チップ、３ａは針状
チップの先端部、４ａ、４ｂは電極、５は引出電極、１
１はイオン源金屈、１２はイオンビームを示す。 第１図 ／：３＊／）’　　　　　　　斗＾、今シー　電　極／
ａ：中呪゛札　　　　　　　　　ダニ５１ぬ室孔２Ｌ、
２ｂ：’ｈ’ｅ６Ｊ”−Ｆ？−−夕　　　　　　　　（
ｆ；　　イ）、、ｙ、、【尻３　二　４＋＆チ、ｙ７’
　　　　　　　　　　　　　／ｘ：　　　イオンビーム
３ａ＝　４≧１イ艮゛づ一７７°すＡし★烏−自Ｆｂ 第３図　　　　　　　　　第５図 第６図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）イオン化すべき金属を入れるるつぼと、前記るつ
   ぼの外側に密着して設けられ、かつ、両端がるつぼ上部
   に位置するように設けられる帯状の通電加熱用ヒータと
   、 前記るつぼの下方中心部に形成された中心孔を貫通する
   ように設けられる針状チップと、 前記針状チップの先端部からイオンを引出すための引出
   電極とを備える、液体金属イオン源。
2. （２）前記るつぼがセラミックから形成されていること
   を特徴とする、特許請求の範囲第１項記載の液体金属イ
   オン源。
3. （３）前記セラミックがアルミナであることを特徴とす
   る、特許請求の範囲第２項記載の液体金属イオン源。
4. （４）前記通電加熱用ヒータが導電性化合物ペーストの
   焼結体から形成されていることを特徴とする、特許請求
   の範囲第１、２または３項に記載の液体金属イオン源。
5. （５）前記導電性化合物がモリブデンであることを特徴
   とする、特許請求の範囲第４項記載の液体金属イオン源
   。
6. （６）前記導電性化合物がタングステンであることを特
   徴とする、特許請求の範囲第４項記載の液体金属イオン
   源。