JPH07111143A

JPH07111143A - スリット装置

Info

Publication number: JPH07111143A
Application number: JP6190478A
Authority: JP
Inventors: Masao Shimizu; 昌男清水; Kenji Ishikawa; 賢次石川
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1993-08-18
Filing date: 1994-08-12
Publication date: 1995-04-25
Also published as: US5508838A

Abstract

(57)【要約】【目的】小型で簡単な機構でスリット幅調節を電気的
に行うことのできる高分解能スリット装置を提供する。【構成】１枚のフランジ１に貫通溝２を切り込むこと
により、２個の直列接続した梃子４、５からなる２個の
変位拡大機構３、３を回転対称に設け、各変位拡大機構
３の入力端に一軸方向に伸縮する圧電素子６を取り付
け、各変位拡大機構３の出力端にブレード７を取り付
け、両ブレード７、７により開閉自在のスリットを形成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、質量分析装置などに用
いて好適なスリット装置に関し、特に、小型で簡単な構
成でスリット幅及びスリット位置を電気的に調節が可能
な高分解能スリット装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁場セクター型質量分析装置において、
コレクタスリットとして用いられるスリット装置は、μ
ｍオーダーの精度でスリット幅を調節することが要求さ
れる。従来から磁場セクター型質量分析装置で用いられ
るこの種のスリット装置は、例えば差動ネジを応用した
駆動機構を用いて一対のスリットブレードを精密に移動
させる構造を持つ。そして、スリットは駆動軸を手で回
転させるかあるいは駆動軸に結合されたパルスモーター
によって回転され、それによりスリット幅の調節が行わ
れる。

【０００３】また、バイモルフ圧電素子の先端にスリッ
トのブレードを取り付け、ブレードを直接移動させてス
リット幅を調節するものも知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、差動ネ
ジを利用したものは大型になり、小型の質量分析装置を
構成しようとする場合、このような大きなスリットを収
納するスペースがない。また、機構が複雑で部品点数も
多いため高価になる。

【０００５】さらに、バイモルフ圧電素子を利用したも
のは、スリットの移動距離があまり大きくとれず、広い
範囲の制御が困難である。

【０００６】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、小型で簡単な機構でスリット
幅を広い範囲にわたって調節でき、しかも電気的な制御
が可能な高分解能スリット装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明のスリット装置は、中心部分にビーム通過孔を有する
ホルダと、該ビーム通過孔を塞ぐ事ができる様に配置さ
れる一対のブレードと、各ブレードが作用点側に取り付
けられる一対の変位拡大機構であって複数の直列接続し
た梃子からなる変位拡大機構と、各変位拡大機構の力点
とホルダとの間に介在させられる一軸方向に伸縮する圧
電素子とを備え、圧電素子及び変位拡大機構により両ブ
レードをビームに対して直交する面内で変位させて開閉
自在のスリットを形成するようにしたことを特徴として
いる。

【０００８】

【作用】本発明においては、中心部分にビーム通過孔を
有するホルダと、該ビーム通過孔を塞ぐ事ができる様に
配置される一対のブレードと、各ブレードが作用点側に
取り付けられる一対の変位拡大機構であって複数の直列
接続した梃子からなる変位拡大機構と、各変位拡大機構
の力点とホルダとの間に介在させられる一軸方向に伸縮
する圧電素子とを備え、圧電素子及び変位拡大機構によ
り両ブレードをビームに対して直交する面内で変位させ
て開閉自在のスリットを形成するようにしたので、部品
点数は大幅に少なくなる。また、組立が容易になり、そ
の際の組立誤差が減少する。加えて、装置が小型になる
と共に、スリット幅の制御が容易になる。さらに、マニ
ュアルで調整するための回転機構が必要なくなり、電気
的にその調整が行えるようになる。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明のスリット装置
の実施例について説明する。図１は、電圧印加によって
一軸方向に伸縮する積層型圧電素子（ユニモルフ型圧電
素子）を使用したスリット装置の一実施例を示す図であ
る。図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の線
Ａ−Ａ’に沿う断面図である。圧電素子には、ユニモル
フ型（積層型）とバイモルフ型があり、ユニモルフ型は
発生力が大きいが、変位量が少ない。この実施例はユニ
モルフ型圧電素子を用いたものである。

【００１０】図１において、１は燐青銅等の金属の板か
らなる円板状のホルダであり、中心にビーム通過穴Ｂ、
周辺に通気用穴９が開けられていると共に、図示のよう
な形状の貫通溝２が、ワイヤーカット加工等により設け
られている。溝２はビーム通過孔を中心に回転対称に形
成され、この溝２により、ホルダ１中にそれぞれ独立の
変位拡大機構３、３が回転対称に構成される。

【００１１】各変位拡大機構３は、直列接続された２つ
の梃子４、５からなり、第１の梃子４は支点Ｐ₁におい
てホルダ１につながっており、第２の梃子５は支点Ｐ₂
においてホルダ１につながっている。また、梃子４は、
支点Ｐ₁から距離Ｌ₁₁の位置（力点）において、一端が
ホルダ１にビス８で固定されたユニモルフ型圧電素子６
の他端に連結されている。梃子４の他端は、支点Ｐ₁か
らＬ₁₁よりも長い距離Ｌ₁₂離れた位置（作用点）におい
て梃子５に接続されている。梃子４と梃子５の接続は、
第２の梃子５の支点Ｐ₂から距離Ｌ₂₁の位置（第２の梃
子の力点）において行われている。梃子５の支点Ｐ₂か
らＬ₂₁よりも長い距離Ｌ₂₂離れた梃子５の先端（梃子５
の作用点）には、スリットの一方のブレード７が取り付
けられている。以上の接続、連結以外は、溝２により梃
子４、５は他から切り離されている。

【００１２】上記構成において、例えば両方のユニモル
フ型圧電素子６が長さｄ伸びるように動作させると、梃
子４の力点がその伸び量ｄだけ移動する。その結果、梃
子４は支点Ｐ₁を中心として回転する。この時、梃子の
原理により、梃子４の作用点（梃子５の力点）は、ｄ×
（Ｌ₁₂／Ｌ₁₁）だけ移動する。この梃子５の力点の移動
は、さらに梃子５により同様に拡大され、その結果、ブ
レード７はｄ×（Ｌ_12／Ｌ ₁₁）×（Ｌ₂₂／Ｌ₂₁）だけ相
互に近付く方向に移動することになる。

【００１３】例えば、各梃子１個の拡大率を約６倍（Ｌ
₁₂／Ｌ₁₁＝Ｌ₂₂／Ｌ₂₁＝６）とすると、片側のブレード
７の移動量は，圧電素子の伸び量ｄの約３６倍になる。
したがって、ユニモルフ型圧電素子６の伸び量を約６μ
ｍとすると、片側で６μｍ×３６＝約２１６μｍだけ動
くことになる。

【００１４】ブレード７の移動は、厳密には、梃子５の
支点を中心とした円運動であるが、対のブレードは互い
に反対方向に回転するため、図２に示すように、間隔が
変わっても対のブレードは平行に保たれる。図２におい
て、Ｏはビーム通過穴の中心を示し、（ａ）はブレード
の間隔が小さな場合、（ｂ）は間隔が大きな場合をそれ
ぞれ示している。図２から、対のブレードはビーム通過
穴の中心を中心として、常に回転対称の関係にあること
が分かる。

【００１５】両側のブレード７の移動距離を考慮する
と、図１のスリット装置は、ブレードの間隔（スリット
幅）を０〜４００μｍ程度の間で調節することができ
る。ユニモルフ型圧電素子６を６μｍ程度伸縮させるた
めには、例えば、圧電素子に印加する直流電圧を０〜１
５０Ｖ程度の範囲で調節すれば良い。

【００１６】なお、両方の圧電素子６の伸縮量を異なら
せることにより、スリットの開閉中心を移動させること
及びスリット間隔を調節することが可能になる。

【００１７】なお、図２から分かるように、ブレード７
は開閉に伴い回転運動し、互いの平行性は保たれるもの
の、その方向が変わってしまう。比較的スリット幅を広
くして使用する場合及び回転半径を移動距離に比べて十
分大きく設定した場合、このブレードの回転運動は無視
できる。しかしながら、スリット幅１０μｍ前後で使用
する場合は、ブレードの回転運動に伴う方向の変化を補
正することが必要となる。図３は、図１のようなスリッ
ト装置全体を回転させることにより上記補正を可能とし
た実施例を示している。

【００１８】図３において、（ａ）はスリット装置のビ
ーム中心軸を含む断面図、（ｂ）は（ａ）の左から見た
図でビーム入射方向から見た正面図、（ｃ）は図（ａ）
の右から見た図でビーム射出側から見た正面図である。
図中、１０は図１のスリット装置全体を示しており、そ
の詳細は図１の通りである。また、１１はこのスリット
装置１０を質量分析装置等に取り付けるための第２のホ
ルダである。スリット装置１０と第２ホルダ１１はそれ
ぞれリング１２、１３を有し、リング１２と１３はラジ
アルベアリング１４を介して相互に回転自在に嵌合され
ている。そのため、スリット装置１０は第２ホルダ１１
に対してその中心軸の周りで回転可能になっている。第
２ホルダ１１とスリット装置１０のホルダ１の間には引
張バネ１６が掛けられており、第２ホルダ１１を固定し
て考えると、バネ１６によりスリット装置１０に時計方
向の回転力が与えられる。

【００１９】また、第２ホルダ１１には、ホルダ１にお
ける変位拡大機構３と同様の変位拡大機構３′が１個設
けられている。この変位拡大機構３′は、変位拡大機構
３と同様に、ワイヤーカット加工等により貫通溝を開け
ることにより設けられ、直列接続された２つの梃子
４′、５′から構成される。梃子４′の支点から相対的
に短い距離の位置において、ユニモルフ型圧電素子６′
が連結されている。梃子５′の支点から相対的に長い距
離の先端には、リング１３、１２を貫通してスリット装
置１０のホルダ１まで伸びるレバー１７が取り付けられ
ている。レバー１７の先端は、ホルダ１の通気用穴９の
一端と係合しており、引張バネ１６による回転力に対す
るストッパーの作用をしている。

【００２０】この様な構成において、ユニモルフ型圧電
素子６′の印加電圧を調節すると、その変位は変位拡大
機構３′で拡大されてレバー１７に伝達される。第２ホ
ルダ１１に対してスリット装置１０が印加電圧に応じて
回転する。上記したように、スリット装置１０の２個の
圧電素子６、６の印加電圧を変化させてブレード７、７
間を平行を保ちながら開閉すると、その開閉に伴ってブ
レードもその中心の周りで回転する。そこで、圧電素子
６′の印加電圧を圧電素子６、６の印加電圧に応じて変
化させると、レバー１７がホルダ１を回転させ、スリッ
トの方向を元のままに正しく保ってスリット幅のみを調
整することができる。

【００２１】図４は、本発明の他の実施例を示す平面図
である。図４において、２１は燐青銅等の金属の板から
なる円板状のホルダであり、中心部分に空間２２が開け
られている。この空間２２にそれぞれ独立の変位拡大機
構２３，２３が収容されている。

【００２２】各変位拡大機構２３は、直列接続された２
つの梃子２４、２５からなる。第１の梃子２４は、ホル
ダ２１に固定された軸受体２０の一端に設けられた軸受
Ｃ₁によって支持されており、第２の梃子２５は軸受体
２０の他端に設けられた軸受Ｃ₂によって支持されてい
る。また、梃子２４は軸受Ｃ₁による支持位置から距離
Ｌ₁₁離れた位置（力点）において、一端がホルダ２１に
ビス２８で固定されたユニモルフ型圧電素子２６の他端
に連結されている。一方、梃子２４の他端は、軸受Ｃ₁
による支持位置からＬ₁₁よりも長い距離Ｌ₁₂離れた位置
（作用点）において梃子２５に接続されている。

【００２３】梃子２４の作用点は、梃子２５の軸受Ｃ₂
による支持位置から距離Ｌ₂₁離れた位置（梃子２５の力
点）に接続されている。梃子２５の軸受Ｃ₂による支持
位置からＬ₂₁よりも長い距離Ｌ₂₂離れた梃子２５の先端
（梃子２５の作用点）には、スリットを構成するの一方
のブレード２７が取り付けられている。

【００２４】このような構造を持つ一対の変位拡大機構
２３，２３の分解を防ぐため、一対の円板状押さえ板２
９が、ホルダ２１を上下に挟むようにホルダ２１に固定
されている。３０は、押さえ板２９をホルダ２１に固定
するためのビスを通す穴である。なお、図４では、上側
の押さえ板が省略されている。

【００２５】この押さえ板３０には、梃子２５の移動を
規制するピン３１が植え込まれている。そして、梃子２
５をこのピン３１に押し付けるために、バネ３２が軸受
体２０と梃子２５の間に介在させられている。更に、押
さえ板３０には、ビーム通過穴３２が開けられている。

【００２６】図４の状態は、圧電素子２６が最も縮んだ
状態を示している。この状態では、梃子２５はピンに当
接し、そして、２つのブレード２７も接触してスリット
幅は零である。

【００２７】次に、両方のユニモルフ型圧電素子２６を
伸びるように動作させると、梃子２４が軸受Ｃ₁による
支持位置を中心として回転する。その際、軸受Ｃ₁は梃
子２４に形成された半円筒形の突起を２つの斜面で受け
る構造であるため、梃子２４はずれやガタなど無くスム
ーズに回転する。この梃子２４の回転に伴い、梃子２５
もバネ３２による力に抗して回転するため、梃子２５の
先端に取り付けられたブレード７は相互に離れる方向に
移動する。その移動距離は、図１の実施例と同様、圧電
素子の伸び量に梃子２４と梃子２５の変位拡大率を掛け
合わせたものである。

【００２８】以上、本発明のスリット装置を実施例に基
づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定さ
れず種々の変形が可能である。例えば、変位拡大機構に
おける直列接続する梃子の数は２個に限らず３個以上で
あってもよい。また、その駆動機構はユニモルフ型圧電
素子に限らず、他の駆動素子であってもよい。

【００２９】さらに、図３の実施例では、第２のホルダ
に設けた圧電素子により第１のホルダ全体を回転させる
ようにしたが、第１のホルダを回転させる手段は圧電素
子に限らず、例えばパルスモータなどを用いて回転させ
るようにしても良い。その場合には、レバー１７に代え
てカムをホルダ１に当接させ、このカムをパルスモータ
ーによって回転させることによりホルダ１を回転させる
様にすることが考えられる。また、本発明のスリット装
置は、質量分析装置に限らず、ビームを制限するための
スリット装置に全般的に適用できる。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のスリット装置によると、複数の直列接続した梃子から
なる２個の変位拡大機構を設け、各変位拡大機構の入力
端に一軸方向に伸縮する圧電素子を取り付け、各変位拡
大機構の出力端にブレードを取り付け、両ブレードによ
り開閉自在のスリットを形成するようにしたので、部品
点数は大幅に少なくなり、組立が容易になり、その際の
組立誤差が減少する。加えて、装置が小型になると共
に、スリット幅の制御が容易になる。さらに、スリット
の回転を補償する回転機構を加えることにより、開閉に
伴うスリットの回転を防ぐことができる。さらに、マニ
ュアルによる回転機構が必要なくなり、電気的にその調
整が行えるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例のスリット装置の正面図と
断面図である。

【図２】ブレードの移動に伴う回転を説明するための図
である。

【図３】第２実施例のスリット装置の断面図とその両側
から見た図である。

【図４】第３実施例のスリット装置の正面図である。

【符号の説明】

Ｐ₁、Ｐ₂…支点１…ホルダ２…貫通溝３、３′…変位拡大機構４、４′…第１の梃子５、５′…第２の梃子６、６′…ユニモルフ型圧電素子７…ブレード８…ビス９…通気用穴１０…スリット装置１１…第２ホルダ１２、１３…リング１４…ラジアルベアリング１５…フランジ１６…引張バネ１７…レバー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中心部分にビーム通過孔を有するホルダ
と、該ビーム通過孔を塞ぐ事ができる様に配置される一
対のブレードと、各ブレードが作用点側に取り付けられ
る一対の変位拡大機構であって複数の直列接続した梃子
からなる変位拡大機構と、各変位拡大機構の力点とホル
ダとの間に介在させられる一軸方向に伸縮する圧電素子
とを備え、圧電素子及び変位拡大機構により両ブレード
をビームに対して直交する面内で変位させて開閉自在の
スリットを形成するようにしたことを特徴とするスリッ
ト装置。
【請求項２】前記変位拡大機構は、ビーム通過孔を中
心として回転対称に配置される請求項１記載のスリット
装置。
【請求項３】前記変位拡大機構は１枚のフランジに貫
通溝を切り込むことにより形成される請求項１又は２記
載のスリット装置。
【請求項４】前記請求項１記載のスリット装置であっ
て、前記ホルダ、ブレード、変位拡大機構及び圧電素子
の全体を、第２のホルダに前記ビーム通過孔を中心とし
て回転可能に保持すると共に、回転駆動手段を設けたこ
とを特徴とする請求項１記載のスリット装置。
【請求項５】前記回転駆動手段は２枚のブレードの間
隔の変化に伴うスリットの方向変化を打ち消すように前
記ホルダ、ブレード、変位拡大機構及び圧電素子の全体
を回転させることを特徴とする請求項４記載のスリット
装置。
【請求項６】前記回転駆動手段はパルスモータである
請求項４又は５記載のスリット装置。
【請求項７】前記回転駆動手段は、第１のホルダと第
２のホルダの間に掛け渡される弾性体と、第２のホルダ
に取り付けられ第１のホルダと係合して前記弾性体によ
り与えられる第１のホルダの回転を制限するストッパ部
材と、該ストッパ部材を移動させる移動手段とを備える
ことを特徴とする請求項４又は５記載のスリット装置。
【請求項８】前記移動手段は、圧電素子の伸縮変化を
拡大するために複数のてこを直列接続した変位拡大機構
であって、作用点側に前記ストッパ部材を取り付けた変
位拡大機構を含む事を特徴とする請求項７記載のスリッ
ト装置。