JP2021139710A - 試料固定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】容易に試料を試料ホルダーに固定することが可能な試料固定装置を提供する。【解決手段】試料固定装置１００は、試料ホルダーが配置される作業台１０と、止め輪が挿入される突起部材と、止め輪が装填される装填穴を有する装填部材４０と、装填部材４０を移動可能に支持するレバー５０と、を含み、レバー５０で装填部材４０を移動させることによって、装填穴に突起部材が挿入される第１状態と、装填穴が試料取付部と重なる第２状態と、を切り替え可能であり、装填穴は、第１部分と、第１部分よりも径が小さい第２部分と、を有し、装填部材を第１状態とすることによって、突起部材に挿入された止め輪は、第１部分から第２部分に導かれて、径が縮まった状態で第２部分に嵌まり、装填部材４０を第２状態とすることによって、第２部分に嵌まった止め輪は、試料取付部と重なる。【選択図】図１

Description

本発明は、試料固定装置に関する。

透過電子顕微鏡などの分析装置や、集束イオンビーム装置などの加工装置等の微細な試料を扱う装置では、対象となる試料は、試料ホルダーに固定される。

例えば、特許文献１では、カートリッジ式の試料ホルダーにおいて、Ｃリングを用いてカートリッジに試料を固定している。特許文献１では、Ｃリングをガイド筒部の通孔に挿入し、挿入されたＣリングを押出治具を用いて試料カートリッジの試料取付部に向けて押し込むことで、Ｃリングを試料取付部の嵌合部に移動させて、試料をＣリングで固定している。

特開２０１８−７７９６６号公報

例えば、放射化試料を試料ホルダーに固定する場合、人体の安全を確保するために、グローブボックス内で試料を試料ホルダーに固定しなければならない。グローブボックス内では、人の動作が制限され、細かい作業ができない。そのため、容易に、試料を試料ホルダーに固定することが可能な装置が求められている。

本発明に係る試料固定装置の一態様は、
試料ホルダーの試料取付部に止め輪を用いて試料を固定するための試料固定装置であって、
前記試料ホルダーが配置される作業台と、
前記止め輪が挿入される突起部材と、
前記止め輪が装填される装填穴を有する装填部材と、
前記装填部材を移動可能に支持するレバーと、
を含み、
前記レバーで前記装填部材を移動させることによって、前記装填穴に前記突起部材が挿入される第１状態と、前記装填穴が前記試料取付部と重なる第２状態と、を切り替え可能であり、
前記装填穴は、第１部分と、前記第１部分よりも径が小さい第２部分と、を有し、
前記装填部材を前記第１状態とすることによって、前記突起部材に挿入された前記止め輪は前記第１部分から前記第２部分に導かれて、径が縮まった状態で前記第２部分に嵌まり、
前記装填部材を前記第２状態とすることによって、前記第２部分に嵌まった前記止め輪は、前記試料取付部と重なる。

このような試料固定装置では、レバーで装填部材を移動させることによって、止め輪を装填部材に装填し、止め輪の径が縮まった状態で止め輪を試料取付部と重なる位置に配置できる。したがって、このような試料固定装置では、容易に、試料を試料ホルダーに固定できる。

実施形態に係る試料固定装置を模式的に示す斜視図。 実施形態に係る試料固定装置を模式的に示す斜視図。 実施形態に係る試料固定装置を模式的に示す平面図。 実施形態に係る試料固定装置を模式的に示す断面図。 実施形態に係る試料固定装置を模式的に示す断面図。 実施形態に係る試料固定装置を模式的に示す平面図。 実施形態に係る試料固定装置を模式的に示す断面図。 実施形態に係る試料固定装置を模式的に示す断面図。 試料ホルダーを模式的に示す図。 試料ホルダーのカートリッジを模式的に示す斜視図。 試料ホルダーのカートリッジを模式的に示す断面図。 試料固定装置の動作を説明するための図。 試料固定装置の動作を説明するための図。 試料固定装置の動作を説明するための図。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１． 試料固定装置
まず、本発明の一実施形態に係る試料固定装置について図面を参照しながら説明する。図１および図２は、本実施形態に係る試料固定装置１００を模式的に示す斜視図である。なお、図１は、レバー５０がＣリングセット台３０側に倒れた第１状態を図示しており、図２は、レバー５０がカートリッジ２側に倒れた第２状態を図示している。

図３〜図５は、第１状態を模式的に示す図であり、図６〜図８は、第２状態を模式的に示す図である。

なお、図３および図６は、試料固定装置１００を模式的に示す平面図である。図４および図７は、試料固定装置１００を模式的に示す断面図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線断面図であり、図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。図５および図８は、試料固定装置１００を模式的に示す断面図である。図５は図４の一部拡大図であり、図８は図７の一部拡大図である。

試料固定装置１００は、カートリッジ式の試料ホルダーのカートリッジ２に試料ＳをＣリング４を用いて固定するための装置である。後述する図９〜図１１に示すように、カートリッジ式の試料ホルダー１は、試料Ｓが固定されるカートリッジ２と、カートリッジ２が着脱可能なシャフト部３と、を有する試料ホルダーである。

試料固定装置１００は、図１〜図８に示すように、作業台１０と、支持機構２０と、Ｃリングセット台３０と、装填部材４０と、レバー５０と、固定具６０と、を含む。

作業台１０には、カートリッジ２が配置される。作業台１０は、試料Ｓをカートリッジ２に固定する作業を行うための台である。作業台１０の作業面１２には、Ｃリングセット台３０、レバー５０、固定具６０が配置されている。

作業台１０には、溝１４が形成されている。溝１４には、カートリッジ２が摺動可能に
配置される。溝１４は、カートリッジ２を作業位置まで案内する。図１〜図８は、カートリッジ２が作業位置に配置されている状態を図示している。

作業台１０には、溝１４に接続された空間１６が設けられている。空間１６は、溝１４の下に位置している。作業台１０に溝１４と空間１６が形成されることによって、作業台１０には、カートリッジ２の両端を支持する支持面１５が形成されている。試料台２０２は、支持面１５に接していない。支持面１５は、溝１４の底を規定する作業台１０の面である。

空間１６は、支持面１５で支持されたカートリッジ２の下に拡がっている。図４および図７に示すように、空間１６には、カートリッジ２の試料台２０２を支持するための支持機構２０が設けられている。

支持機構２０は、図４および図７に示すように、支持台２２と、接触部材２４と、レバー２６と、弾性部材２８と、を有している。支持台２２は、試料台２０２を支持する。支持台２２は、レバー２６の一端に接続されている。

接触部材２４は、レバー２６の他端に接続されている。接触部材２４は、レバー５０がカートリッジ２側に倒れたときに、レバー５０に接触する。

レバー２６は、軸２７を回転軸として回転する。接触部材２４がレバー５０に接触していない状態では、図４に示すように、レバー２６が、接触部材２４側が上、かつ、支持台２２側が下になるように傾き、支持台２２が試料台２０２から離間した状態となる。接触部材２４がレバー５０に接触して押し下げられると、レバー２６が回転し、接触部材２４が下に移動し、支持台２２が上に移動する。これにより、図７に示すように、支持台２２が試料台２０２に接触し、試料台２０２が支持台２２で支持される。

弾性部材２８は、空間１６の底を規定する作業台１０の面に固定されている。弾性部材２８は、レバー２６の接触部材２４側の下に接している。弾性部材２８は、レバー５０の接触部材２４側を上方向に付勢する。そのため、接触部材２４がレバー５０に接触していない状態では、図４に示すように、レバー２６が、接触部材２４側が上、かつ、支持台２２側が下になるように傾き、支持台２２が試料台２０２から離間した状態となる。弾性部材２８は、例えば、板バネである。

Ｃリングセット台３０は、Ｃリング４をセットするための台である。Ｃリングセット台３０は、Ｃリング４が載置される載置台３２と、載置台３２に設けられた突起部材３４と、を有している。載置台３２は、例えば円柱状であり、載置台３２の径は、Ｃリング４の内径よりも大きい。また、突起部材３４は、例えば円柱状であり、突起部材３４の径は、Ｃリング４の内径よりも小さい。そのため、Ｃリング４は、突起部材３４に挿入された状態で載置台３２に載置される。なお、突起部材３４は、先端の径が根元の径よりも小さいテーパー形状であってもよい。

Ｃリングセット台３０は、作業台１０の作業面１２上であって、レバー５０をＣリングセット台３０側に倒したときに、装填部材４０の装填穴４２に、突起部材３４が挿入される位置に配置されている。

装填部材４０は、レバー５０に固定されている。装填部材４０は、Ｃリング４が装填される装填穴４２を有している。装填穴４２は、図５および図８に示す第１部分４２ａと、第１部分４２ａよりも径が小さい第２部分４２ｂと、を有している。第１部分４２ａと第２部分４２ｂは、接続されて１つの装填穴４２を構成している。

装填穴４２は、第１部分４２ａ側の第１開口４４ａと、第２部分４２ｂ側の第２開口４４ｂと、を有している。第１開口４４ａの径は、第２開口４４ｂの径よりも大きい。第１部分４２ａは、第２部分４２ｂ側の径が第１開口４４ａ側の径よりも小さいテーパー形状を有している。第２部分４２ｂは、例えば、円柱状である。第２部分４２ｂの径は、例えば、一定である。

レバー５０は、装填部材４０を移動可能に支持している。レバー５０は、軸５２まわりに回転可能である。レバー５０を軸５２まわりに回転させることによって、装填部材４０を移動させることができる。軸５２は、作業台１０の作業面１２に平行な軸である。レバー５０には、装填部材４０が固定されている。レバー５０が軸５２まわりに回転することによって、装填部材４０が移動する。レバー５０は、図示の例では、１８０°回転する。

軸５２は、平面視において（作業面１２に垂直な方向から見て）、Ｃリングセット台３０の突起部材３４とカートリッジ２の試料取付穴２０１との中間に位置している。すなわち、平面視において、軸５２と突起部材３４との間の距離と、軸５２と試料取付穴２０１との間の距離とは等しい。そのため、レバー５０を回転させることで、装填穴４２に突起部材３４が挿入される第１状態と、装填穴４２が試料取付穴２０１と重なる第２状態を切り替えることができる。すなわち、レバー５０をＣリングセット台３０側に倒すことによって第１状態となり、レバー５０をカートリッジ２側に倒すことによって第２状態となる。

レバー５０は１８０°回転するため、第１状態と第２状態では、装填部材４０の上下が入れ替わる。第１状態では、図５に示すように、第１部分４２ａは、第２部分４２ｂよりも下に位置する。第２状態では、図８に示すように、第２部分４２ｂは、第１部分４２ａよりも下に位置する。

固定具６０は、装填穴４２が試料取付穴２０１と重なった位置からずれないように、レバー５０を固定する。固定具６０は、レバー５０を固定することによって、装填部材４０を固定する。固定具６０は、軸６２を回転軸として回転可能である。軸６２は、作業台１０の作業面１２に垂直な軸である。固定具６０を軸６２まわりに回転させることで、固定具６０でレバー５０が固定されている状態と、固定具６０でレバー５０が固定されていない状態と、を切り替えることができる。

２． 試料ホルダー
図９は、試料ホルダー１を模式的に示す図である。図１０は、試料ホルダー１のカートリッジ２を模式的に示す斜視図である。図１１は、カートリッジ２を模式的に示す断面図である。なお、図１１は、カートリッジ２を、試料台２０２の傾斜軸に沿って切断した断面図である。また、図９では、便宜上、カートリッジ２を簡略化して図示している。

試料ホルダー１は、透過電子顕微鏡用の試料ホルダーである。試料ホルダー１は、図９に示すように、カートリッジ２と、シャフト部３と、を有している。カートリッジ２は、シャフト部３に着脱可能である。カートリッジ２にシャフト部３を取り付けることで、カートリッジ２に固定された試料Ｓを透過電子顕微鏡に導入できる。

カートリッジ２は、図１０および図１１に示すように、試料台２０２と、傾斜軸部材２０４と、傾斜レバー２０６と、フレーム２０８と、ヒーター２１０と、取付け部材２１２と、を有している。

試料台２０２は、フレーム２０８に囲まれている。試料台２０２には、試料Ｓが固定さ
れる。試料台２０２は、試料取付穴２０１を有する。

試料取付穴２０１を規定する試料台２０２の内壁には段差が形成されており、当該段差によって、試料Ｓが載置される試料載置面２０３が設けられている。試料Ｓは、試料載置面２０３とＣリング４とに挟まれることによって、試料台２０２に固定される。カートリッジ２では、試料取付穴２０１および試料載置面２０３が試料Ｓを取り付けるための試料取付部として機能する。

試料取付穴２０１は、Ｃリング４および試料Ｓが挿入される開口２０１ａの径Ｄ２が、試料載置面２０３上の径Ｄ４よりも小さいテーパー形状である。そのため、試料取付穴２０１に、Ｃリング４が嵌合されると、Ｃリング４と試料載置面２０３との間に試料Ｓが挟まれて、試料Ｓが固定される。

試料台２０２は、傾斜軸部材２０４によって、フレーム２０８に回転可能に接続されている。試料台２０２には、傾斜レバー２０６が接続されており、傾斜レバー２０６が回転（傾斜）することによって、試料台２０２は、傾斜軸部材２０４を回転軸として回転する。これにより、試料台２０２が傾斜し、試料Ｓを傾斜させることができる。このように、試料ホルダー１は、試料Ｓを傾斜させる傾斜機構を備えた試料ホルダーである。

傾斜レバー２０６は、シャフト部３に設けられた不図示のアームに接続される。このアームを用いて、傾斜レバー２０６を回転させることができる。

ヒーター２１０は、試料台２０２の内部に設けられている。ヒーター２１０によって、試料Ｓを加熱することができる。

取付け部材２１２は、フレーム２０８に設けられている。取付け部材２１２によって、カートリッジ２をシャフト部３に取り付けることができる。

３． 試料固定装置の動作
図１２〜図１４は、試料固定装置１００の動作を説明するための図である。以下、図１〜図１４を用いて、試料固定装置１００の動作を説明する。

図１２に示すように、カートリッジ２を溝１４に沿って移動させることで、カートリッジ２を作業台１０の作業位置に配置する。

次に、Ｃリング４を、Ｃリングセット台３０にセットする。例えば、まず、レバー５０をカートリッジ２側に倒す。次に、ピンセットなどを用いて、Ｃリング４を突起部材３４に挿入して載置台３２に載置する。これにより、Ｃリング４をＣリングセット台３０にセットできる。

次に、図１、図３〜図５に示すように、レバー５０をＣリングセット台３０側に倒す。これにより、Ｃリング４は、装填部材４０に装填される。

具体的には、図５に示すように、レバー５０をＣリングセット台３０側に倒すことで、Ｃリング４は、第１開口４４ａを通って第１部分４２ａに入る。ここで、第１部分４２ａは、第２部分４２ｂ側の径が第１開口４４ａ側の径よりも小さいテーパー形状を有している。そのため、Ｃリング４は、第１部分４２ａを装填部材４０の内壁に沿って移動する間に弾性変形し、径が縮まる。そして、Ｃリング４は第２部分４２ｂに移動する。このとき、Ｃリング４には径を拡げる方向の力が生じるため、Ｃリング４は第２部分４２ｂに嵌まる。これにより、Ｃリング４を装填部材４０に装填できる。

次に、ピンセットなどを用いて、カートリッジ２の試料取付穴２０１内の試料載置面２０３に試料Ｓを配置する。

次に、図２、図６〜図８に示すように、レバー５０をカートリッジ２側に倒す。これにより、平面視において、装填穴４２が試料取付穴２０１と重なる。この結果、第２部分４２ｂに嵌まったＣリング４が、試料取付穴２０１と重なる。

次に、固定具６０を回転させて、レバー５０上に固定具６０を配置する。これにより、レバー５０が固定され、装填部材４０が固定される。

レバー５０をカートリッジ２側に倒して、固定具６０でレバー５０を固定すると、図７に示すように、レバー５０が接触部材２４にあたり、接触部材２４が押し下げられる。これにより、レバー２６が回転し、図８に示すように、支持台２２が上がって、試料台２０２が支持台２２で支持される。

図１３および図１４に示すように、Ｃリング押出治具６を、装填部材４０の装填穴４２に挿入し、第２部分４２ｂに嵌まったＣリング４を押し出す。これにより、Ｃリング４は、径が縮まった状態で、試料台２０２の試料取付穴２０１に移動する。Ｃリング４には、径を拡げる方向の力が生じているため、試料取付穴２０１を規定する試料台２０２の内壁に沿ってＣリング４の径が拡がり、Ｃリング４が試料取付穴２０１に嵌まる。この結果、図１１に示すように、試料Ｓは、Ｃリング４と試料台２０２の試料載置面２０３とに挟まれて固定される。

以上の工程により、カートリッジ２に試料Ｓを固定することができる。

４． 作用効果
試料固定装置１００では、レバー５０で装填部材４０を移動させることによって、装填穴４２に突起部材３４が挿入される第１状態と、装填穴４２が試料取付穴２０１と重なる第２状態と、を切り替え可能である。また、装填穴４２は、第１部分４２ａと、第１部分４２ａよりも径が小さい第２部分４２ｂと、を有し、装填部材４０を第１状態とすることによって、突起部材３４に挿入されたＣリング４は、第１部分４２ａから第２部分４２ｂに移動して、径が縮まった状態で第２部分４２ｂに嵌まり、装填部材４０を第２状態とすることによって、第２部分４２ｂに嵌まったＣリング４は、試料取付穴２０１と重なる。

そのため、試料固定装置１００では、レバー５０で装填部材４０を移動させることによって、Ｃリング４を装填部材４０に装填し、Ｃリング４の径が縮まった状態でＣリング４を試料取付穴２０１と重なる位置に配置できる。したがって、試料固定装置１００では、容易に、試料Ｓをカートリッジ２に固定できる。試料固定装置１００を用いることで、グローブボックス内でも、容易に、試料Ｓをカートリッジ２に固定できる。

試料固定装置１００では、第１状態において、第１部分４２ａは第２部分４２ｂよりも下に位置し、第２状態において、第２部分４２ｂは第１部分４２ａよりも下に位置する。そのため、容易に、装填部材４０の第２部分４２ｂにＣリング４を嵌めることができ、かつ、容易に、第２部分４２ｂに嵌まったＣリング４を試料取付穴２０１に移動させることができる。

試料固定装置１００では、装填穴４２は、第１部分４２ａに接続された第１開口４４ａと、第２部分４２ｂに接続された第２開口４４ｂと、を有し、第１開口４４ａの径は、第２開口４４ｂの径よりも大きく、第１部分４２ａは、テーパー形状である。そのため、第
１部分４２ａの内壁に沿ってＣリング４を移動させることによって、Ｃリング４は弾性変形し径が縮まる。そして、Ｃリング４は、径を拡げる方向の力が生じた状態で第２部分４２ｂに嵌まる。したがって、試料固定装置１００では、Ｃリング４の径が縮まった状態で、Ｃリング４を試料取付穴２０１に重なるように配置できる。

試料固定装置１００では、作業台１０には、カートリッジ２の試料台２０２を支持する支持台２２を有する支持機構２０が設けられ、支持台２２は、第１状態において試料台２０２から離間し、第２状態において試料台２０２を支持する。試料台２０２は、傾斜軸部材２０４のみで支持されているため、試料台２０２に大きな力が加わると、カートリッジ２が破損するおそれがある。試料固定装置１００では、支持台２２が試料台２０２を支持するため、Ｃリング押出治具６でＣリング４を押し出す際に、カートリッジ２の破損を防ぐことができる。

また、支持機構２０では、第２状態において試料台２０２を支持台２２で支持するため、例えば、カートリッジ２を作業位置に配置する際に、試料台２０２が支持台２２にあたって、カートリッジ２が破損することを防ぐことができる。

５． 変形例
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

例えば、上述した実施形態では、試料Ｓを、Ｃリング４を用いて固定する場合について説明したが、試料Ｓを固定する止め輪はこれに限定されない。

また、上述した実施形態では、試料ホルダー１が、カートリッジ２と、シャフト部３に分離可能なカートリッジ式の試料ホルダーである場合について説明したが、試料ホルダーの構成は、止め輪を用いて試料を固定する試料ホルダーであれば、特に限定されない。また、上述した実施形態では、試料ホルダー１が透過電子顕微鏡用の試料ホルダーである場合について説明したが、止め輪を用いて試料を固定する試料ホルダーであれば、透過電子顕微鏡以外の分析装置用の試料ホルダーや、集束イオンビーム装置などの試料加工装置用の試料ホルダーであってもよい。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成を含む。実質的に同一の構成とは、例えば、機能、方法、及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成である。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

１…試料ホルダー、２…カートリッジ、３…シャフト部、４…Ｃリング、６…Ｃリング押出治具、１０…作業台、１２…作業面、１４…溝、１５…支持面、１６…空間、２０…支持機構、２２…支持台、２４…接触部材、２６…レバー、２７…軸、２８…弾性部材、３０…Ｃリングセット台、３２…載置台、３４…突起部材、４０…装填部材、４２…装填穴、４２ａ…第１部分、４２ｂ…第２部分、４４ａ…第１開口、４４ｂ…第２開口、５０…レバー、５２…軸、６０…固定具、６２…軸、１００…試料固定装置、２０１…試料取付穴、２０１ａ…開口、２０２…試料台、２０３…試料載置面、２０４…傾斜軸部材、２０６…傾斜レバー、２０８…フレーム、２１０…ヒーター、２１２…取付け部材

Claims (4)

1. 試料ホルダーの試料取付部に止め輪を用いて試料を固定するための試料固定装置であって、
   前記試料ホルダーが配置される作業台と、
   前記止め輪が挿入される突起部材と、
   前記止め輪が装填される装填穴を有する装填部材と、
   前記装填部材を移動可能に支持するレバーと、
   を含み、
   前記レバーで前記装填部材を移動させることによって、前記装填穴に前記突起部材が挿入される第１状態と、前記装填穴が前記試料取付部と重なる第２状態と、を切り替え可能であり、
   前記装填穴は、第１部分と、前記第１部分よりも径が小さい第２部分と、を有し、
   前記装填部材を前記第１状態とすることによって、前記突起部材に挿入された前記止め輪は前記第１部分から前記第２部分に導かれて、径が縮まった状態で前記第２部分に嵌まり、
   前記装填部材を前記第２状態とすることによって、前記第２部分に嵌まった前記止め輪は、前記試料取付部と重なる、試料固定装置。
2. 請求項１において、
   前記第１状態において、前記第１部分は前記第２部分よりも下に位置し、
   前記第２状態において、前記第２部分は前記第１部分よりも下に位置する、試料固定装置。
3. 請求項２において、
   前記装填穴は、前記第１部分に接続された第１開口と、前記第２部分に接続された第２開口と、を有し、
   前記第１開口の径は、前記第２開口の径よりも大きく、
   前記第１部分は、テーパー形状である、試料固定装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、
   前記試料ホルダーは、前記試料取付部を有する試料台を有し、
   前記作業台には、前記試料台を支持する支持台を有する支持機構が設けられ、
   前記支持台は、
   前記第１状態において前記試料台から離間し、
   前記第２状態において前記試料台を支持する、試料固定装置。

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