TOP > 国内特許検索 > 荷電粒子放出装置およびイオンエンジン

荷電粒子放出装置およびイオンエンジン コモンズ

国内特許コード P110005522
整理番号 2007-0046
掲載日 2011年8月18日
出願番号 特願2008-012224
公開番号 特開2009-085206
登録番号 特許第4925132号
出願日 平成20年1月23日(2008.1.23)
公開日 平成21年4月23日(2009.4.23)
登録日 平成24年2月17日(2012.2.17)
優先権データ
  • 特願2007-237967 (2007.9.13) JP
発明者
  • 竹ヶ原 春貴
  • 栗木 恭一
  • 青柳 潤一郎
  • 畠山 智行
  • 渡邊 裕樹
出願人
  • 公立大学法人首都大学東京
発明の名称 荷電粒子放出装置およびイオンエンジン コモンズ
発明の概要 【課題】高性能で、安定してプラズマを発生させ且つ長寿命の荷電粒子放出装置を提供すること。
【解決手段】内部に形成されたプラズマ生成空間(22a)を有するチェンバー(22)と、通電時に前記プラズマ生成空間(22a)にプラズマ生成用の誘導磁界を発生させる誘導磁界発生コイル(26)と、前記チェンバー(22)内部にプラズマ発生用のガスを供給するガス供給源(21)と、前記チェンバー(22)内部に対向して配置された一対の放電端部(24a,24b)を有し、前記プラズマ生成空間(22a)内に配置されて、前記誘導磁界による電磁誘導で誘導電流が流れて、前記放電端部(24a,24b)間で放電を発生させることでプラズマ生成用の電子を供給する放電電極(24)と、を備えた荷電粒子放出装置(4b)。
【選択図】図3
従来技術、競合技術の概要


宇宙空間において、宇宙船や宇宙構造物には、推進や姿勢制御、軌道の制御等を行うために、推進器が搭載されている。前記推進器として、燃焼等の化学反応を利用して推力を得るもの(いわゆる化学推進ロケット)の他に、プラズマによりイオン化された推進剤を放出することで推力を得るイオンエンジンが知られている。
前記イオンエンジンは、推進剤としてのXe(キセノン)やAr(アルゴン)をプラズマ中に供給して電離させ、イオン化し、グリッド電極で所定の方向にイオン流として放出することで、イオンが得た運動量の逆向きの力が反作用として宇宙船等に作用することで推力を得ている。前記イオンエンジンでは、イオン化された推進剤を放出するだけでは、宇宙船が帯電して推力が得られなくなるため、中和器により、イオン流を電気的に中和している。
前記イオンエンジンにおいて、プラズマを生成するための技術として、下記の特許文献記載の技術が知られている。



特許文献1(特開2000-161201号公報)には、熱電子放出が容易な材料製の陰極等で構成されるカソードインサート(13)とヒータ(21)とを有するホローカソード(9)を備えたイオンエンジンにおいて、グロー放電や熱電子放出により電子を放出させて、推進剤としてのXeガスを電離させ、発生した電離プラズマから新たな二次電子を引き出すことで、電離プラズマを生成、維持する技術が記載されている。
同様の技術は、特許文献2(特開2001-248541号公報)や特許文献3(特開平11-82286号公報)にも記載されている。



特許文献4(特開2003-301768号公報)や特許文献5(米国特許第5198718号明細書)には、イオンエンジンの中和器(ニュートラライザー)のような電子源において、チェンバーを巻くように配置されたコイルに高周波(RF:Radio Frequency)電流を流して、高周波の交番磁界を発生させ、交番磁界によって、プラズマを維持するRF式イオンエンジンが記載されている。なお、特許文献4では、プラズマを発生(点火)させるための一次電子を得るための方法として、電極間に電源装置を接続して、高周波電界を印加して容量性高周波放電(冷アーク放電)により、電子を発生させている。なお、現在実用化されているRF式のイオンエンジンでは、電子を発生させるために、前記特許文献1~3記載の技術と同様に、ホローカソードを使用している。
非特許文献1には、放電室内に2.45GHz程度以上のマイクロ波を導入することで、生成プラズマ中をマイクロ波が伝搬し、電子を共鳴的に加速してガスをイオン化し、イオンを放出するマイクロ波放電式のイオンエンジンが記載されている。



【特許文献1】
特開2000-161201号公報(段落番号「0010」~「0011」)
【特許文献2】
特開2001-248541号公報(段落番号「0015」)
【特許文献3】
特開平11-82286号公報(段落番号「0020」)
【特許文献4】
特開2003-301768号公報(段落番号「0007」、「0011」)
【特許文献5】
米国特許第5198718号明細書(第10ページ第5行~第15行)
【非特許文献1】
國中均、“「はやぶさ」小惑星探査機に搭載されたマイクロ波放電式イオンエンジン”、[online]、2006年、社団法人プラズマ・核融合学会、「平成19年8月27日検索」、インターネット<URL:www.jspf.or.jp/Journal/PDF_JSPF/jspf2006_05/jspf2006_05-300.pdf>

産業上の利用分野


本発明は、イオン化された推進剤や電子のような荷電粒子を放出する荷電粒子放出装置および前記荷電粒子放出装置を使用したイオンエンジンに関し、特に、高周波電圧による電磁誘導を利用してプラズマを発生させることにより荷電粒子を発生させて放出する荷電粒子放出装置およびイオンエンジンに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
内部に形成されたプラズマ生成空間と、プラズマ生成空間で発生した荷電粒子を外部に放出する放出口と、を有するチェンバーと、
前記チェンバーの外周に配置され、通電時に、前記プラズマ生成空間にプラズマ生成用の誘導磁界を発生させる誘導磁界発生コイルと、
前記誘導磁界発生コイルに高周波電流を供給する高周波電源装置と、
前記チェンバー内部に、プラズマ発生用のガスを供給するガス供給源と、
前記チェンバー内部に対向して配置された一対の放電端部を有し、前記プラズマ生成空間内に配置されて、前記誘導磁界による電磁誘導で誘導電流が流れて、前記放電端部間で放電を発生させることでプラズマ生成用の電子を供給する放電電極と、
を備えたことを特徴とする荷電粒子放出装置。

【請求項2】
前記チェンバー内部に配置され、前記プラズマ生成空間で発生したイオンが接触して吸収するイオンコレクタと、
荷電粒子としての電子を放出する前記放出口と、
前記イオンコレクタと一体形成された前記放電電極と、
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の荷電粒子放出装置。

【請求項3】
円筒状の前記チェンバーと、
前記円筒状のチェンバーの内周面に沿って配置され、前記円筒の軸方向から見た場合にC字形状の前記放電電極と、
を備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の荷電粒子放出装置。

【請求項4】
荷電粒子としての前記電子を放出する電子放出装置としての請求項1ないし3のいずれかに記載の荷電粒子放出装置。

【請求項5】
前記荷電粒子としてのイオン化されたガスを放出する請求項1に記載の荷電粒子放出装置により構成されたイオン放出装置と、
前記荷電粒子としての電子を放出し、前記イオン放出装置から放出されたイオン化されたガスを電気的に中和する請求項1ないし4のいずれかに記載の荷電粒子放出装置により構成された中和器と、
を備えたことを特徴とするイオンエンジン。

【請求項6】
気体状の推進剤が導入される推進剤導入部と、導入された推進剤のプラズマを生成する推進剤プラズマ生成空間と、前記推進剤プラズマ生成空間を囲む磁性材料により構成された陽極壁と、前記陽極壁に形成され且つ前記推進剤プラズマ生成空間で発生したイオン化されたガスを外部に放出するイオン放出口と、前記陽極壁に支持され且つ前記推進剤プラズマ生成空間内にプラズマを閉じこめるための磁場を発生させる磁界発生部材と、を有する陽極部と、
前記陽極部内の前記推進剤プラズマ生成空間内に、荷電粒子としてのプラズマ生成用の電子を供給する請求項1ないし4のいずれかに記載の荷電粒子放出装置により構成された陰極部と、
を備えたことを特徴とするイオンエンジン。

【請求項7】
前記荷電粒子としての電子を放出し、前記イオン放出口から放出されるイオン化されたガスを電気的に中和する請求項1ないし4のいずれかに記載の荷電粒子放出装置により構成された中和器、
を備えたことを特徴とする請求項6に記載のイオンエンジン。
国際特許分類(IPC)
Fターム
  • 2G084AA22
  • 2G084BB01
  • 2G084BB05
  • 2G084BB06
  • 2G084BB21
  • 2G084BB23
  • 2G084BB35
  • 2G084BB37
  • 2G084CC03
  • 2G084CC13
  • 2G084CC25
  • 2G084CC33
  • 2G084DD03
  • 2G084DD13
  • 2G084DD14
  • 2G084DD37
  • 2G084DD38
  • 2G084DD39
  • 2G084DD40
  • 2G084DD63
  • 2G084FF01
  • 2G084FF27
  • 2G084FF28
  • 2G084FF29
  • 2G084FF38
  • 2G084GG02
  • 2G084GG08
  • 2G084GG30
画像

※ 画像をクリックすると拡大します。

JP2008012224thum.jpg
出願権利状態 登録
ライセンスをご希望の方、特許の内容に興味を持たれた方は、下記「問合せ先」までお問い合わせください。


PAGE TOP

close
close
close
close
close
close
close