実験結果

まず、アクセルグリッドに対し、カバーを取り付けた後、先に求めた成膜速度を元に

Pits & Grooves 領域の一点のみAl薄膜コーティングを行った。アクセルグリッドに対し、

成膜速度を求めたときと同じ条件でコーティングを行った。コーティングは300sec行い、

24.66±8.22nmの膜厚を施した。

5.2.2. (a) Al 検出

Al薄膜コーティングを施したアクセルグリッドの損耗による発光を実験装置パター ンYにて露光時間0.59secを100回積算して59sec毎にカウントを検出し、計59secのカ ウントを110回測定した。まずAlの発光が検出できたかどうか、5546-5605sec経過時に おけるスペクトル分布を図5-7のグラフに示す。

図5-7 5546-5605sec時におけるスペクトル分布

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

382 385 388 391 394 397 400 403

emission intensity arbitary units

wavelength(nm)

5.2.2. (b)発光強度の変化

実験は110回カウントを取ったうち、推進剤流量およびスクリーン電圧やアクセル電圧 を変化させるなど条件を変え、60回、3×15回、5回に分け実験を行った。このときイ オンエンジンの磁石個数は8個、推進剤はXeである。

(i) 0-3540sec (60回)

下記の表5-2に示すような条件で実験を行った。この条件下におけるAlの発光強度変 化を図5-9に示す。

表5-2 0-3540secにおける作動条件

諸元 値

照射時間 0-3540sec

投入電力 12W

スクリーン電圧 1000V アクセル電圧 -150V

推進剤流量 0.06mg/s、

イオンビーム電流 2.4mA 推進剤利用効率 5.6％ (ii) 3540-4425sec (15回)

15回のうち、(i)と条件はほぼ一緒だが、4回目と5回目は推進剤流量を0.04mg/sに下 げた。4回目と5回目の条件を表5-3に示す。

表5-3 3715-3835secにおける作動条件

諸元 値

照射時間 3715-3835sec

投入電力 12W

スクリーン電圧 1000V アクセル電圧 -150V

推進剤流量 0.04mg/s、

イオンビーム電流 2.4mA 推進剤利用効率 8.5％

(iii) 4425～5310sec (15回)

15回のうち、9回目までスクリーン電圧1500V、アクセル電圧-300Vを印加した。そ の条件を図5-4に示す。10回目から15回目までは、アクセル電圧を-500Vに印加し、そ の条件を表5-5に示す。

表5-4 4425-4956secにおける作動条件

諸元 値

照射時間 4425-4956sec

投入電力 12W

スクリーン電圧 1500V アクセル電圧 -300V

推進剤流量 0.06mg/s、

イオンビーム電流 3.6mA 推進剤利用効率 8.4％

表5-5 4956-5310secにおける作動条件

諸元 値

照射時間 4956-5310sec

投入電力 12W

スクリーン電圧 1500V アクセル電圧 -500V

推進剤流量 0.06mg/s、

イオンビーム電流 3.7mA 推進剤利用効率 8.6％

(iv) 5310～6195sec (15回)

15回のうち、9回目と10回目を除いて、スクリーン電圧1500V、アクセル電圧-300V 推進剤流量0.06mg/sに設定した。9回目と10回目は推進剤流量0.1mg/sに設定した。

表5-6 5782-5900secにおける作動条件

諸元 値

照射時間 5782-5900sec

投入電力 12W

スクリーン電圧 1500V アクセル電圧 -300V

推進剤流量 0.10mg/s、

イオンビーム電流 3.3mA 推進剤利用効率 4.6％

(v) 6195～6490sec （5回）

このタイムスケールでは、マイクロ波投入電力16Wとし、スクリーン電圧1500V、ア クセル電圧-300Vを印加し、推進剤流量を0.06mg/sとした。

表5-7 6195-6490secにおける作動条件

諸元 値

照射時間 6195-6490sec

投入電力 16W

スクリーン電圧 1500V アクセル電圧 -300V

推進剤流量 0.06mg/s、 イオンビーム電流 4.2mA

推進剤利用効率 9.7％

図5-8 発光強度変化のグラフ

グラフから読み取れる考察として、まず100分超のイオンビーム引き出しをさせたの にも関わらず、発光強度の減衰のエンドポイントが検出できなかった。つまり、この時 間内において、Alコーティング層が全て損耗しなかったことを示す。この原因としては 2つあり、コーティング層を厚くしすぎてしまったことと、アクセルグリッドの損耗量

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

emission intensity arbitary units

time(sec)

Al(394.40nm) Al(396.15nm)

だが、仮に損耗が一定のとき、6490秒でコーティング層がなくなってしまう場合を考え てみると、グリッド損耗率は ± × ³nm/sとなる。1時間では13.7±4.7nm削れ る計算となる。実際、6490秒ではコーティング層全てが損耗していないため、グリッド 損耗率はこの値よりも小さくなる。そういったことを考慮すると、数nmオーダーの薄 い薄膜をコーティングさせないと短時間でのグリッド損耗率は難しいと考えられる。今 回求めた成膜速度0.0822nm/sは、誤差が±0.0274nm/sであったため、、仮に現時点で1nm の膜厚を作製し、それが全て損耗するまでの時間は成膜速度0.0822nm/sにおいて、12 秒間コーティングさせればよい。また膜厚がなくなるまでの時間は少なくとも260秒以 上かかることがわかった。