JP3959468B2

JP3959468B2 - 試料搬送システム

Info

Publication number: JP3959468B2
Application number: JP2003034086A
Authority: JP
Inventors: 寛大門
Original assignee: 国立大学法人奈良先端科学技術大学院大学
Priority date: 2003-02-12
Filing date: 2003-02-12
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2023-02-12
Also published as: JP2004245652A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料を保持する試料ホルダーと、試料ホルダーを固定するホルダー受けとを備えた試料搬送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
試料を保持する試料ホルダーと、試料ホルダーを固定するホルダー受けとを備えて構成された試料搬送システムが知られている。このような試料搬送システムは、例えば、超高真空中で、大気中から真空を破らずに試料を測定装置に受け渡しするのに用いることができ、有用性の高いものである。
【０００３】
例えば非特許文献１には、試料ホルダーをホルダー受けに差し込むタイプの試料搬送システムが開示されている。また非特許文献２にあるように、試料ホルダーに電極（例えばソケット）を設け、ホルダー受けに試料ホルダーの電極と嵌合する電極（例えば電極ピン）を設けることで、単なる試料の受け渡しだけではなく、試料に通電加熱等を行なえる試料搬送システムもある。
【０００４】
【非特許文献１】
Motion & Manipulation Section 7.2 In-Vacuum Accessories
Sample Handling Systems MDC Vacuum Products Corporation P.432-433
【０００５】
【非特許文献２】
XL25サンプルトランスファーシステム 5-78 VACUUM GENERATORS 超高真空部品総合カタログ 1995/1996 丸文株式会社
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
電極同士を接続させて使用する試料搬送システムにおいて、試料ホルダーの電極と、ホルダー受けの電極とをしっかりと接続するためには、強い力で試料ホルダーをホルダー受けに差し込まなければならない。電極の数が増えればさらに大きな力が必要となる。
【０００７】
しかし従来の試料搬送システムでは、試料ホルダーに強い力をかければ、ホルダー受け側にも大きな力がかかってしまうため、結果としてホルダー受けが破損したり、ホルダー受けの位置が動いてしまうことがある。このようなことから、従来の試料搬送システムでは、３本程度の電極しか好適に接続することができない。そのため、試料を加熱するにはヒーターや試料に直接通電するくらいしかできず、また、試料の温度を直接測定することができないので、その代わりにホルダー受けの温度を測定しなければならないなど、限られた試料調整しか行なうことができないという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、試料を保持する試料ホルダーと、試料ホルダーを固定するホルダー受けとを備えた試料搬送システムであって、ホルダー受け側に大きな力をかけることなく、試料ホルダーおよびホルダー受けそれぞれに設けられた電極を接続することのできる試料搬送システムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる試料搬送システムは、上記の課題を解決するために、第１電極部材を有し、試料を保持する試料ホルダーと、試料ホルダーを着脱可能に固定するとともに、固定時に第１電極部材と嵌合する第２電極部材を有するホルダー受けとを備えた試料搬送システムであって、試料ホルダーおよびホルダー受けには、それぞれ、上記第１・第２電極部材同士を嵌合方向へ案内する第１案内部材および第２案内部材が備えられ、第１案内部材および第２案内部材の一方には突起部が形成され、他方には、上記突起部と遊嵌する凹部が形成され、上記凹部に上記突起部が遊挿された後、上記突起部あるいは凹部が回転されることによって試料ホルダーがホルダー受けに固定され、第１電極部材および第２電極部材が嵌合されるようになっていることを特徴としている。
【００１０】
上記の構成によれば、突起部が回転されるときの小さな力で、第１電極部材および第２電極部材が互いに嵌合されるための大きな力を生み出している。したがって、ホルダー受けにほとんど力をかけずに第１・第２電極部材同士をしっかりと接続することができる。その結果、第１・第２電極部材のペアの個数を多くしても支障なく接続することができる。
【００１１】
また、突起部と凹部との間には遊びがあるため、両者が噛んで破損するのを効果的に防ぐことができる。
【００１２】
また、本発明にかかる試料搬送システムは、上記の課題を解決するために、上記第１電極部材がソケットであり、上記第２電極部材が電極ピンであることを特徴としている。
【００１３】
上記の構成によれば、第１電極部材、第２電極部材をそれぞれ、ソケット、電極ピンとしているので、ホルダー受けにほとんど力をかけずにソケットに電極ピンをしっかりと差し込んで接続することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本実施の一形態について、図１〜図６に基づいて説明すれば、以下の通りである。図１は、本実施形態にかかる試料搬送システムの構成を概略的に示すものである。同図に示すように、試料搬送システムは、主として、試料ホルダー１と、ホルダー受け２と、トランスファーロッド３とを備えて構成されている。
【００１５】
本試料搬送システムは、試料の測定等に用いることができ、例えば、超高真空中で、大気中から真空を破らずに試料を測定装置に受け渡しするのに用いることができる。なお、測定以外の用途、例えば加熱するのみ等の用途に対しても用いることができる。
【００１６】
試料ホルダー１は、試料４を保持するものであり、基部５と、この基部５上に絶縁物６ａ,６ｂを介して設けられた搭載部７ａ,７ｂを備えて構成され、本実施の形態では、搭載部７ａ,７ｂに、試料４の両端が保持されるようになっている。
【００１７】
このシステムの使い方を簡単に述べれば、システム内で、試料ホルダー１に試料を乗せ、ホルダー受け２の前まで運んで来る（搬入）。図１はこの状態である。次に、トランスファーロッド３を用いて試料ホルダー１をホルダー受け２に接合させ、通電、測定等を行う。それが終われば試料ホルダー１をホルダー受け２からはずし（分離）、試料が乗ったままその試料ホルダー１を別の場所へ運んでいく（搬出）。測定すべき試料が複数ある場合には、同様にして次の試料付き試料ホルダー１をホルダー受け２の前まで搬入、接合、測定、分離、搬出する。このようにホルダー受け２は固定で、複数の試料ホルダー１が次々に流れていく。このようにして次々に試料ホルダー１ごと試料を入れ替えて測定個数をこなしていくことができるようになっている。
【００１８】
図２に、図１に示す試料ホルダー１の上面から見た様子を示す。また、図３に、図１に示す試料ホルダー１をＡ方向、すなわち後述の回転軸８の軸方向であってホルダー受け２から試料ホルダー１へ向かう方向からみたときの様子を示す。図２に示すように、基部５にはホルダー受け側から基部５を貫通し、搭載部７ａ,７ｂと接触するソケット（第１電極部材）１０ａ,１０ｂが設けられている。なお、本実施の形態において、ソケット１０ａ,１０ｂは、図示しない絶縁物によって基部５から絶縁されている。
【００１９】
また、基部５には回転軸（第１案内部材）８が貫通している。ここで、基部５から突出した回転軸８のうち、ホルダー受け２側に突出している部分には、軸方向に対して垂直方向に突出した突起部９が形成されている。
【００２０】
一方、他方、すなわち、トランスファーロッド３側に突出している部分には、軸方向に対して垂直方向に突出した突起部１１が形成されている。
【００２１】
ここでは、突起部９、突起部１１のいずれにおいても、突起は２つ設けられ、両突起は一直線上に位置しており、一文字形となっている。
【００２２】
さらに突起部１１側の回転軸８には、図１に示すように回転止め１２が付いており、試料ホルダー１に付いている板ばね１３によって、試料ホルダー１が回転軸８のまわりに回転するのを防いでいる。また、突起部１１側の回転軸８には、後述するトランスファーロッドの針３１が遊挿される孔１４が形成されている。
【００２３】
本実施の形態において、ホルダー受け２は、試料ホルダー１を固定するものである。ホルダー受け２は、基部２０と、該基部２０を貫通して設けられ、ソケット１０ａ,１０ｂと嵌合する電極ピン（第２電極部材）２１ａ,２１ｂ、ならびに基部２０に螺入された受けねじ２３（第２案内部材）から構成されている。なお、本実施の形態では、電極ピン２１ａ,２１ｂは、図示しない絶縁物によって基部２０から絶縁されている。受けねじ２３には、上記突起部９と遊嵌する、鉤型一文字形の凹部２４が形成されている。受けねじ２３が基部２０に嵌っている様子を図４に示す。
【００２４】
凹部２４は以下のようにして受けねじ２３内部に溝を掘った形状である。すなわち、受けねじ２３の、試料ホルダー１に対向する側の端面（図４中、ａの位置）においては一文字形状の溝である。試料ホルダー１から遠ざかる方向（Ａ方向と逆の方向：反Ａ方向）にいくに従って、しばらくは、初めの一文字形状が平行移動する形で溝を刻む。そして、ある地点（図４中、ｂの位置）にくると、受けねじ２３の回転軸に従ってその溝が回転する（図４ではＡ方向に見て反時計方向）。ある角度分回転すると（図４中、ｃの位置）、今までとは逆向き（Ａ方向）に溝が平行移動する。その後、ある位置で止まる（図４中、ｄの位置）。このようにして凹部２４が形成されている。
【００２５】
そのため、試料ホルダー１がホルダー受け２に嵌るときには、突起部９は、凹部２４に嵌った後、まず反Ａ方向に直進し（ａないしｂ）、次に外部からの回転の力によって凹部２４内を突き当たりまで回転移動する（ｂないしｃ）。
【００２６】
この状態で突起部９を、試料ホルダー１がホルダー受け２に嵌る方向（反Ａ方向）に進むような向きに回転させると（図４では反時計方向）、受けねじ２３の内壁を突起部９に押されて受けねじ２３が（図４では反時計方向に）回転する。その結果、受けねじ２３は試料ホルダー１をホルダー受け２に嵌め込む方向（反Ａ方向）に進む。
【００２７】
また、突起部９が位置ｃにあるときに、不用意に試料ホルダー１をホルダー受け２から引き抜く方向（Ａ方向）の力が働いてしまっても、突起部９は位置ｄまでは進むがそこで止まるだけであり、抜けることが防止される。また位置ｄに来ると、抜くには一旦位置ｃへ行く必要があるため、いっそう不用意に抜けにくくなっている。なお、突起部９、突起部１１の突起の数は２個に限らず３個、４個とすることもできる。
【００２８】
図１に示すように、本実施の形態において、トランスファーロッド３は、回転運動および直線運動が可能なロッド部３０と、このロッド部３０の内部から試料ホルダー１方向へ延びた針３１とから構成されている。ロッド部３０は、前述した突起部１１を保持して試料ホルダー１をホルダー受け２に受け渡すものである。ロッド部３０は、突起部１１を含む回転軸８と遊嵌するように構成されており、摩擦の非常に大きくなる超高真空中においても、ロッド部３０と突起部１１とが噛んでしまわないようになっている。
【００２９】
さらに本実施の形態では、ロッド部３０の先端には、鉤型一文字形の溝３２が切ってあり、突起部１１がこの溝３２の奥まで入る構成となっている。そしてロッド部３０の中に入っている図示しないバネの力で溝３２の奥に押し付けられることで、試料ホルダー１が保持されるようになっている。
【００３０】
溝３２の構造は受けねじ２３の凹部２４と溝の回転方向が反対であること以外は同じである。すなわち、ロッド部３０の、試料ホルダー１に対向する側の端面においては一文字形状の溝である。試料ホルダー１から遠ざかる方向（Ａ方向）にいくに従って、しばらくは、初めの一文字形状が平行移動する形で溝を刻む。そして、ある地点にくると、針３１の回転軸に従ってその溝が回転する。ある角度分回転すると、今までとは逆向き（反Ａ方向）に溝が平行移動する。その後、ある位置で止まる。このようにして溝３２が形成されている。
【００３１】
そのため、トランスファーロッド３によって試料ホルダー１をホルダー受け２からはずすときには、突起部１１を溝３２に嵌めた後、まずトランスファーロッド３を反Ａ方向に直進し、次に外部からの回転の力によって溝３２内で突き当たるまで回転する。この状態でロッド部３０を、試料ホルダー１がホルダー受け２から離れる方向（Ａ方向）に進むような向きに回転させると、突起部１１がロッド部３０の内壁に押されて回転する。その結果、試料ホルダー１はホルダー受け２から離れる方向（Ａ方向）に進む。
【００３２】
また、前記したように、ロッド部３と突起部１１を含む回転軸８とが遊嵌する構成となることで、ロッド部３０で突起部１１を保持したときに、試料ホルダー１が垂れてしまうのを防ぐために、ロッド部３０には、試料ホルダー１側へ延びた針３１が設けられている。そしてロッド部３０で突起部１１を保持するときに、この針３１が前記した孔１４（図２参照）に遊挿されるようになっている。これにより、溝３２と突起部１１との嵌め合いを非常にゆるくできるため、これらが噛んでしまうことはない。
【００３３】
このような構成において、試料ホルダー１をホルダー受け２に受け渡すときには、試料ホルダー１の突起部９を、受けねじ２３の凹部２４に差し込む（遊挿させる）。そして、トランスファーロッド３を介して回転軸８を回転させることで、受けねじ２３を回す。
【００３４】
このとき、突起部９と凹部２４との間には遊びとなる隙間があり、両者が互いに嵌合するときには、ゆるく嵌合するようになっている。そのため、試料ホルダー１がホルダー受け２の前へ搬入されてきたときには回転軸８の軸が受けねじ２３の軸と正確には一致していなかったような場合にも、容易に嵌合する。嵌合したまま回転が行えるため、遊びの分だけ軸同士がずれていた場合でも、試料ホルダー１の受け渡しが行える。
【００３５】
受けねじ２３は、図３に示すようにホルダー受け２に予め螺入されているので、上記のように回転軸８を回転させることで、受けねじ２３が、試料ホルダー１を引っ張りながら、ホルダー受け２方向へ進んでいく。そしてこれに伴い、ソケット１０ａ,１０ｂと電極ピン２１ａ,２１ｂとが互いに嵌合する。
【００３６】
本実施形態によれば、受けねじ２３を回すという小さな力で、ソケット１０ａ,１０ｂを電極ピン２１ａ,２１ｂに嵌合させるという大きな力を生み出している。この構成により、ホルダー受け２にほとんど力をかけることなく、ソケット１０ａ,１０ｂを電極ピン２１ａ,２１ｂに接続することができる。
【００３７】
ところで、回転軸の先がねじになっていても、上述した動作は可能であるが、その場合、ねじ山の先端が壊れるという事故が多くなる。すなわち、最初にネジが入るときには、ねじ山の先端だけが噛合うことになるので、回転軸のねじと、受け手のねじとの軸がきちんと合っていないと、ねじが入っていかずに、ねじ山が壊れてしまう。
【００３８】
本実施形態によれば、突起部９を受けねじ２３の凹部２４に遊挿して、受けねじ２３を回転するだけなので、回転による力を受けるところは、弱いねじ山の先ではなくて、丈夫な突起部９である。
【００３９】
また、受けねじ２３は、ホルダー受け２の基部２０に予め螺入されているので、受けねじ２３のねじ山に均等に力がかかる。そのため回転軸８と受けねじ２３との軸合わせの精度が悪くても、ねじ山の先が壊れることはない。
【００４０】
また、前述した通り突起部９と凹部２４との間には隙間があって嵌め合いは緩やかなものである。したがって、受けねじ２３等の部材を壊すことなく、試料ホルダー１をホルダー受け２に高い位置決め精度で確実に受け渡して、対応する電極同士を正確に接続することができる。
【００４１】
本実施形態において、試料ホルダー１を構成する基部５や、回転軸８、ホルダー受け２を構成する基部２０や受けねじ２３、を構成する材質は特に限定されるものではなく、例えばステンレス、鉄、チタン、りん青銅を用いることができる。
【００４２】
また、受けねじ２３の凹部２４の内径と、突起部９の外径との差は、例えば０．１ｍｍ〜０.３ｍｍ程度とすることができる。
【００４３】
またソケット１０ａ,１０ｂは、例えば、銅、ステンレス、チタン、りん青銅の筒から構成され、さらにその中に例えばモリブデンのバネが入っていることが好ましい。このようにすれば、ソケット１０ａ,１０ｂと、電極ピン２１ａ,２１ｂとを確実に接続することができる。
【００４４】
本実施形態では、試料ホルダー側にソケットを、またホルダー受け側に電極ピンを設けた例を示したが、これらを逆にしても構わない。また、電極（第１・第２電極部材）は平板形状でもよい。また、試料ホルダーやホルダー受けの形状は、本実施形態のものに限定されることなく、必要に応じて適宜設計すればよいものとする。
【００４５】
また、本実施形態では、試料ホルダー側に突起部を設け、ホルダー受け側に受けねじおよび凹部を設ける場合について示したが、これらを逆にした構成、すなわち、試料ホルダー側に受けねじおよび凹部を設け、ホルダー受け側に突起部を設けた構成とすることもできる。また、受けねじ２３の凹部２４の溝が螺旋状になっていて、この受けねじ２３が基部２０に固定されているか一体となっており、突起部９が回転するとともに試料ホルダー１が出入りする構造とすることもできる。
【００４６】
本実施の形態によれば、試料ホルダー１をホルダー受け２に確実に受け渡しができるとともに、試料ホルダー１側のソケット１０ａ,１０ｂと、ホルダー受け２側の電極ピン２１ａ,２１ｂとをしっかり接続させることができるので、試料ホルダー１の上で、種々の試料調整や測定を行うことができる。
【００４７】
本実施の形態によれば、多数の電極ピンを接続することができるので、熱電対を試料に付けたままで、試料ホルダーの受け渡しを行なうことができる。熱電対と同種の金属からソケットや電極ピンを構成しても、ソケットおよび電極ピンの電気的接続をしっかりと行うことができるので、ホルダー受けに受け渡した試料の温度を直接測定することができる。
【００４８】
したがって、例えば、図５に示すように、試料ホルダー１の基部５に、さらにソケット５０,５１,５２,５３を設け、ソケット５２,５３と搭載部７ａとをクロメル（ＣＲ）−コンスタンタン（ＣＯ）の熱電対で接続するとともに、ソケット１０ａ,１０ｂを介して試料６０に電流を流す一方で、ソケット５０,５１を介して試料６０の電圧を測定することで、四端子抵抗測定法を行なうことができる。
【００４９】
また、図６に示すように、試料６０の下に、その両端がソケット５０,５１に接続されるフィラメント７０を設け、さらにその下にＴａから構成され、ソケット５２に接続されるリペラー８０を設けることもできる。そして、ソケット１０ａ,１０ｂを介して試料６０に正の高電圧を印加しているときに、フィラメントから熱電子を放出させるとともに、リペラー８０に負の電位を印加し、フィラメント７０の周囲に飛び出した熱電子を試料６０に引き付け衝突させるようにすれば、試料６０の電子衝撃加熱を行なうことができる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明にかかる試料搬送システムは、以上のように、第１電極部材を有し、試料を保持する試料ホルダーと、試料ホルダーを着脱可能に固定するとともに、固定時に第１電極部材と嵌合する第２電極部材を有するホルダー受けとを備えた試料搬送システムであって、試料ホルダーおよびホルダー受けには、それぞれ、上記第１・第２電極部材同士を嵌合方向へ案内する第１案内部材および第２案内部材が備えられ、第１案内部材および第２案内部材の一方には突起部が形成され、他方には、上記突起部と遊嵌する凹部が形成され、上記凹部に上記突起部が遊挿された後、上記突起部あるいは凹部が回転されることによって試料ホルダーがホルダー受けに固定され、第１電極部材および第２電極部材が嵌合されるようになっている構成である。
【００５１】
それゆえ、ホルダー受けにほとんど力をかけずに、試料ホルダーをホルダー受けに固定するとともに、第１・第２電極部材同士をしっかりと接続することができるという効果を奏する。
【００５２】
また、突起部と凹部との間には遊びがあるため、両者が噛んで破損するのを効果的に防ぐことができるという効果を奏する。
【００５３】
また本発明にかかる試料搬送システムは、以上のように、上記第１電極部材がソケットであり、上記第２電極部材が電極ピンである構成である。
【００５４】
それゆえ、ホルダー受けにほとんど力をかけずに、試料ホルダーをホルダー受けに固定するとともに、ソケットと電極ピンとをしっかりと接続することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる試料搬送システムの構成を概略的に示す斜視図である。
【図２】本発明にかかる試料ホルダーの構成を概略的に示す平面図である。
【図３】本発明にかかる試料ホルダーを、図１に示すＡ方向からみたときの様子を概略的に示す平面図である。
【図４】図１に示すホルダー受け２を、Ａ方向からみたときの様子を概略的に示す要部断面斜視図である。
【図５】四端子抵抗測定法を行うときの、本発明にかかる試料ホルダーの構成を概略的に示す平面図である。
【図６】電子衝撃加熱を行うときの、本発明にかかる試料ホルダーの構成を概略的に示す平面図である。
【符号の説明】
１試料ホルダー
２ホルダー受け
３トランスファーロッド
４試料
８回転軸（第１案内部材）
９突起部
１０ａ,１０ｂソケット（第１電極部材）
２１ａ,２１ｂ電極ピン（第２電極部材）
２３受けねじ（第２案内部材）
２４凹部

Claims

第１電極部材を有し、試料を保持する試料ホルダーと、試料ホルダーを着脱可能に固定するとともに、固定時に第１電極部材と嵌合する第２電極部材を有するホルダー受けとを備えた試料搬送システムであって、
上記試料ホルダーは、
上記嵌合する方向を軸方向として上記試料ホルダーを貫通する回転軸である第１案内部材を備え、
該第１案内部材の上記ホルダー受け側に突出している部分には、上記軸方向に対して垂直方向に突出した突起部が形成されており、
上記ホルダー受けは、
上記嵌合する方向で、上記ホルダー受けに螺入された第２案内部材を備え、
該第２案内部材の上記試料ホルダー側に突出している部分には、上記第２案内部材の回転方向で上記突起部と遊嵌する凹部が形成されており、
上記突起部と上記凹部とが嵌合された後に、上記第１案内部材及び上記第２案内部材を回転させることによって、上記嵌合する方向に、上記第２案内部材を進ませることで上記試料ホルダーが上記ホルダー受けに固定されると共に、上記第１電極部材および上記第２電極部材が嵌合されるようになっていることを特徴とする試料搬送システム。
上記第１電極部材がソケットであり、上記第２電極部材が電極ピンであることを特徴とする請求項１に記載の試料搬送システム。
上記第２案内部材の上記試料ホルダー側に突出している部分の先端には、
上記第１案内部材の上記ホルダー受け側に突出している部分を遊挿可能な遊挿孔が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の試料搬送システム。
上記第１案内部材の上記ホルダー受け側に突出している部分を上記遊挿孔に遊挿した後であり、かつ上記突起部と上記凹部とが嵌合された後に、
上記第１案内部材及び上記第２案内部材を回転させることによって、上記嵌合する方向に、上記第２案内部材を進ませることで上記試料ホルダーが上記ホルダー受けに固定されると共に、上記第１電極部材および上記第２電極部材が嵌合されるようになっていることを特徴とする請求項１、２、又は３に記載の試料搬送システム。
第１電極部材を有し、試料を保持する試料ホルダーと、試料ホルダーを着脱可能に固定するとともに、固定時に第１電極部材と嵌合する第２電極部材を有するホルダー受けとを備えた試料搬送システムであって、
上記ホルダー受けは、
上記嵌合する方向を軸方向として上記ホルダー受けを貫通する回転軸である第１案内部材を備え、
該第１案内部材の上記試料ホルダー側に突出している部分には、上記軸方向に対して垂直方向に突出した突起部が形成されており、
上記試料ホルダーは、
上記嵌合する方向で、上記試料ホルダーに螺入された第２案内部材を備え、
該第２案内部材の上記ホルダー受け側に突出している部分には、上記第２案内部材の回転方向で上記突起部と遊嵌する凹部が形成されており、
上記突起部と上記凹部とが嵌合された後に、上記第１案内部材及び上記第２案内部材を回転させることによって、上記嵌合する方向に、上記第２案内部材を進ませることで上記試料ホルダーが上記ホルダー受けに固定されると共に、上記第１電極部材および上記第２電極部材が嵌合されるようになっていることを特徴とする試料搬送システム。