JPH10289679A - イオンビーム用可変コリメータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単な構造でビーム通過孔の断面積とビーム通
過孔の中心位置とを調整することができるイオンビーム
用可変コリメータを提供する。 【解決手段】コリメータダクト１０の本体１０ａに管台
部１０ｂを設け、管台部１０ｂにベローズ１１を介して
取付け板１２を取り付ける。ダクト本体１０ａ内に半固
定コリメータ板１５と可動コリメータ板１７とを設け
て、半固定コリメータ板１５を半固定軸１４を介して取
付け板１２に支持し、可動コリメータ板１７を可動軸１
６に取り付ける。可動コリメータ板１７の上下位置を調
整する位置調整機構１８と、取付け板１２と管台部１０
ｂとの間の距離を調整してコリメータ板１５及び１７の
上下位置と左右位置とを調整するマイクロジャッキ２０
Ａ〜２０Ｃとを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、イオンビーム分析
装置などのイオンビーム応用装置において、イオンビー
ムの断面積を調整し、ビームの平行性を良好にするため
に用いるコリメータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】イオンビームを用いて元素分析や材料の
改質などを行うイオン応用機器においては、ビームの断
面積を調整し、ビームの平行性を良好にするために所定
の断面積を有するビーム通過孔を備えたコリメータを用
いる。

【０００３】例えば、ＲＢＳ（ラザフォード後方散乱）
法による元素分析や、ＰＩＸＥ（粒子励起Ｘ線放射）法
による元素分析等の各種の分析を行うイオンビーム分析
装置は、イオン源と、該イオン源により発生させたイオ
ンビームを加速する加速装置と、ビームを照射するター
ゲット（試料）を配置するターゲットチャンバーと、加
速装置により加速されたビームを偏向装置等を通してタ
ーゲットチャンバー内に導くビーム導入部とを備えてい
る。この種の装置においては、イオンビームをターゲッ
トに照射する際にビームの平行性を良好にするととも
に、ターゲットに照射するビームの断面積を所定の大き
さに調整する必要があるため、ターゲットチャンバー内
にビームを導くビーム導入部にコリメータを配置して、
ビームを該コリメータに設けたビーム通過孔に通すこと
によりビームの平行性を良好にするとともに、その断面
積を所定の大きさに調整するようにしている。

【０００４】またイオン応用機器において必要とされる
イオンビームの断面積は一通りではなく、ビームを照射
するターゲットの種類に応じてビームの断面積を適宜に
調整し得るようにしておくことが必要な場合が多い。更
にイオンビームをコリメータのビーム通過孔に通す際に
は、イオンビームの中心とビーム通過孔の中心とを一致
させる必要があるため、加速装置側から与えられるビー
ムの位置に応じてコリメータのビーム通過孔の中心位置
を適宜に調整し得るようにしておくことが好ましい。

【０００５】このように、ビームの断面積を可変とした
り、ビーム通過孔の中心位置を調整し得るようにしたり
する場合、従来は、コリメータとして図５に示したよう
なＸ−Ｙスリット装置を用いていた。このＸ−Ｙスリッ
ト装置は、イオンビームの輸送路を構成する管路の一部
を構成する容器１と、容器１内で水平方向（Ｘ方向）に
相対するように設けられたＸスリット形成板２，２´
と、容器１内で垂直方向（Ｙ方向）に相対するように、
かつＸスリット形成板２，２´に対して容器の軸線方向
に僅かに位置をずらした状態で配置されたＹスリット形
成板３，３´とを有していて、Ｘスリット形成板２，２
´とＹスリット形成板３，３´との間にビーム通過孔４
を形成する。Ｘスリット形成板２，２´及びＹスリット
形成板３，３´はそれぞれ外部から操作可能な状態で容
器１に取り付けられたＸ方向位置調整機構５，５´の可
動ロッド５ａ，５ａ´及びＹ方向位置調整機構６，６´
の可動ロッド６ａ，６ａ´に接続されている。Ｘ方向位
置調整機構５，５´及びＹ方向位置調整機構６，６´は
マイクロメータと同じ機構を有するもので、それぞれの
つまみ５ｂ，５ｂ´及び６ｂ，６ｂ´を回転させること
により、可動ロッド５ａ，５ａ´及び６ａ，６ａ´を変
位させてＸスリット形成板２，２´及びＹスリット形成
板３，３´のＸ方向位置及びＹ方向位置を微調整して、
ビーム通過孔４の中心位置と断面積とを調整する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】コリメータのビーム通
過孔の断面積と中心の位置とを可変とする場合、従来は
上記のようなＸ−Ｙスリット装置をコリメータとして用
いていたが、Ｘ−Ｙスリット装置は、Ｘスリット形成板
とＹスリット形成板との２組のスリット形成板を必要と
する上に、これら２組のスリット形成板の位置を調整す
るために、４個の位置調整機構を必要とするため、構造
が複雑で大形になる上に、コストが高くなるという問題
があった。

【０００７】本発明の目的は、構造を簡単にしてコスト
の低減を図ることができるイオンビーム用可変コリメー
タを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、イオンビーム
分析装置などのイオン応用機器に用いる可変コリメータ
に係わるものである。

【０００９】本発明においては、イオンビームを輸送す
る管路の一部を構成するように形成されたダクト本体と
該ダクト本体の周壁部の上部から外側に突出した状態で
設けられた管台部とを有するコリメータダクトと、該コ
リメータダクトの管台部にベローズを介して接続されて
管台部の開口部を気密に閉じる取付け板と、コリメータ
ダクトのダクト本体の横断面（ダクト本体の中心軸線と
直交する面をいう。）の中央部付近に位置させた状態
で、かつ板面をダクト本体の横断面と平行させた状態で
ダクト本体内に配置されて管台部内を通して伸びる半固
定軸を介して取付け板に支持された半固定コリメータ板
と、該半固定コリメータ板に少なくとも一部が重なり合
う状態で、かつ板面をダクト本体の横断面と平行させた
状態で配置されて半固定軸の軸線方向に変位し得るよう
に設けられた可動軸に連結された可動コリメータ板と、
前記取付け板に取り付けられていて、外部から操作可能
な操作部を有し、該操作部の操作により可動軸に軸線方
向の変位を生じさせて可動コリメータ板の上下位置を調
整する第１の位置調整機構と、管台の軸線の周囲の少な
くとも３点で取付け板と管台部との間の距離を調整して
ダクト本体の横断面上での半固定コリメータ板及び可動
コリメータ板の上下位置と左右位置とを調整する第２の
位置調整機構とを設ける。

【００１０】上記半固定コリメータ板及び可動コリメー
タ板はそれぞれの重なり合う部分にそれぞれを板厚方向
に貫通した孔または切欠き部からなる第１及び第２のビ
ーム通過孔形成部を有していて、第１及び第２のビーム
通過孔形成部の互いに重なり合う部分によりイオンビー
ムを通過させるためのビーム通過孔が形成される。

【００１１】半固定コリメータ板と可動コリメータ板と
の間に生じる相対的な位置変化に伴ってビーム通過孔の
断面積を変化させるように、第１及び第２のビーム通過
孔形成部の形状を定めておく。

【００１２】本発明の好ましい実施態様では、上記半固
定軸を中空に形成して、該半固定軸の中空部内に可動軸
をスライド可能に設ける。

【００１３】また上記第１の位置調整機構は、例えば、
取付け板に対して回転自在に支持された操作部と、該操
作部により回転させられるナットと、該ナットに螺合さ
れたネジ部を有して操作部の回転に伴って可動軸に軸線
方向の変位を生じさせるネジ機構により構成できる。

【００１４】コリメータダクトの管台部と取付け板との
間を接続するベローズは、通常その両端にフランジを有
していて、該ベローズの一端側のフランジ及び他端側の
フランジがそれぞれ管台部のフランジ及び取付け板に接
続される。

【００１５】この場合、上記第２の位置調整機構は、ベ
ローズの両端のフランジの間に位置して該ベローズのフ
ランジ間の間隔を調整するジャッキを、管台部の中心軸
線の回りの少なくとも３か所に配置することにより構成
することができる。ジャッキとしては、回転自在に支持
されたナットと該ナットに螺合されるネジ部を有して該
ナットの回転に伴って直線変位を生じさせられる可動部
とを備えて、該可動部の直線変位によりベローズの両端
のフランジ間の間隔を調整するものを用いることができ
る。

【００１６】上記のように構成すると、第１の位置調整
機構により半固定及び可動コリメータ板の相対位置を調
整して第１及び第２のビーム通過孔形成部の相対位置を
調整することにより、両ビーム通過孔形成部の互いに重
なり合う部分の断面積を調整して、ビーム通過孔の断面
積を調整することができる。また第２の位置調整機構に
より取付け板と管台部との間の距離を調整することによ
ってダクト本体の横断面上におけるビーム通過孔の中心
位置を上下左右に調整することができる。

【００１７】上記のように、本発明によれば、２つのコ
リメータ板と、第１及び第２の位置調整機構とを設ける
だけでビーム通過孔の断面積と中心位置とを調整するこ
とができるため、４つのコリメータ板と４つの調整機構
とを必要とするＸ−Ｙスリット装置を用いる場合に比べ
て、簡単な構造で可変コリメータを実現できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明に係わる可変コリメータの
構成例を図１ないし図４に示した。図１は全体の構造を
示す正面縦断面図、図２は図１のＡ方向矢視図、図３は
図１のＢ−Ｂ線に沿って断面して半固定コリメータ板及
び可動コリメータ板を見た断面図である。また図４
（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ図１の可変コリメータで用
いる半固定コリメータ板及び可動コリメータ板の正面図
である。

【００１９】図１において、１０はイオンビームを輸送
する管路の一部を構成するように形成されたコリメータ
ダクトで、このコリメータダクト１０は、円筒状のダク
ト本体１０ａと該ダクト本体の周壁部の上部から上方に
突出した状態で設けられた管台部１０ｂとを有してい
る。管台部１０ｂは、ダクト本体１０ａの周壁部の上部
から上方に突出した管状部１０b1と該管状部１０b1の上
端に形成されたフランジ部１０b2とからなっている。図
示してないが、ダクト本体１０ａの軸線方向の両端には
フランジが設けられていて、該両端のフランジがビーム
を輸送する管路を構成する他の容器のフランジに接続さ
れて、コリメータダクト１０がビーム輸送管路の途中に
挿入される。

【００２０】コリメータダクト１０の管台部１０ｂのフ
ランジ１０b2には、ベローズ１１の下端に設けられたフ
ランジ１１ａが気密に接続され、ベローズ１１の上端に
設けられたフランジ１１ｂに取付け板１２が気密に接続
されている。取付け板１２により管台部１０ｂの開口部
が気密に閉じられている。

【００２１】取付け板１２のコリメータダクト１０内に
臨む面の中央部には、中空管状に形成された半固定軸１
４の上端が固定され、該半固定軸１４は管台部１０ｂ内
を通してダクト本体１０ａ内に挿入されている。半固定
軸１４は、取付け板１２が管台部１０ｂのフランジ１０
b2と平行な状態にあるときに管台部１０ｂの中心軸線に
沿って伸びるように設けられていて、該半固定軸１４の
下端に長方形の板からなる半固定コリメータ板１５が固
定されている。半固定コリメータ板１５はダクト本体１
０ａの横断面の中央部付近に位置させた状態で、かつ板
面をダクト本体１０ａの横断面と平行させた状態で配置
されていて、図３に示したように、半固定軸１４の外周
寄りの部分に、半固定軸１４の内周部から内側に突出し
ない状態で固定されている。

【００２２】図４（Ａ）に示したように、半固定コリメ
ータ板１５には、半固定軸１４の中心軸線を含み半固定
コリメータ板１５の板面と直交する平面Ｏ−Ｏ上に頂点
１５a1を位置させた逆二等辺直角三角形状の孔からなる
第１のビーム通過孔形成部１５ａが設けられている。

【００２３】半固定軸１４内には可動軸１６がスライド
可能な状態で嵌合され、半固定コリメータ板１５と重な
り合うように配置された可動コリメータ板１７が可動軸
１６の下端に固定されている。図４（Ｂ）に示したよう
に、可動コリメータ板１７は半固定コリメータ板１５よ
りも小さい長方形の板からなっていて、その板面をダク
ト本体１０ａの横断面と平行させた状態で可動軸１６の
下端に固定されている。可動コリメータ板１７には、下
方に開口した逆Ｖ字形の切欠き部からなる第２のビーム
通過孔形成部１７ａが形成されている。第２のビーム通
過孔形成部１７ａはそのＶ字の頂角を９０度とし、かつ
該Ｖ字の頂点１７a1を、半固定軸１４の中心軸線（可動
軸１６の中心軸線と同じ）を含み半固定コリメータ板の
板面と直交する平面Ｏ−Ｏ上に位置させた状態で設けら
れている。

【００２４】取付け板１２には、可動軸１６を軸線方向
に変位させて可動コリメータ板１７の上下位置を調整す
る第１の位置調整機構１８が取り付けられている。この
第１の位置調整機構１８は、取付け板１２に固定された
筒体１８ａに回転自在に支持された操作部（つまみ）１
８ｂと、筒体１８ａ内に設けられて操作部１８ｂにより
回転させられるナットと、該ナットに螺合されたネジ部
を有して操作部１８ｂの回転に伴って軸線方向の直線変
位を生じる可動部とを備えていて、該可動部に可動軸１
６の上端が連結されている。第１の位置調整機構１８は
マイクロメータと同様の構造を有するもので、筒体１８
ａの外周には、可動軸１６の変位量を表示するための目
盛り１８ｃが刻印されている。

【００２５】ベローズ１１のフランジ１１ａと１１ｂと
の間には、取付け板１２と管台部１０ｂとの間の間隔を
調整する３つのマイクロジャッキ２０Ａ〜２０Ｃが配置
されている。図示の例では、半固定軸１４及び可動軸１
６の中心軸線を含むダクト本体１０ａの横断面Ｐ−Ｐ
（図２参照）に対して対称な位置で、かつ半固定軸１４
及び可動軸１６の中心軸線を含み半固定コリメータ板の
板面と直交する平面Ｏ−Ｏから一方の側に所定の距離を
隔てた位置に２つのマイクロジャッキ２０Ａ及び２０Ｂ
が配置され、平面Ｐ−Ｐ上の位置で、平面Ｏ−Ｏから他
方の側に所定の距離を隔てた位置に１つのマイクロジャ
ッキ２０Ｃが配置されている。

【００２６】各マイクロジャッキは、ベローズの下側の
フランジ１１ａに固定された基部２０ａと、該基部２０
ａに回転自在に支持されたナット２０ｂと、ナット２０
ｂに螺合されるネジ部を有してナット２０ｂの回転に伴
って上下方向の変位を生じる可動部２０ｃとを有するも
ので、可動部２０ｃがベローズ１１の上側のフランジ１
１ｂに当接されている。

【００２７】上記マイクロジャッキ２０Ａ〜２０Ｃによ
り、管台の軸線の周囲の３点で取付け板と管台部との間
の距離を調整して、ダクト本体の横断面上での半固定コ
リメータ板及び可動コリメータ板の上下位置と左右位置
とを調整する第２の位置調整機構が構成されている。

【００２８】上記の可変コリメータにおいては、第１の
位置調整機構により半固定コリメータ板１５及び可動コ
リメータ板１７の相対位置を調整して第１及び第２のビ
ーム通過孔形成部１５ａ及び１７ａの相対位置を調整す
ることにより、両ビーム通過孔形成部の互いに重なり合
う部分の断面積を調整して、ビーム通過孔の断面積を調
整することができる。またマイクロジャッキ２０Ａ〜２
０Ｃからなる第２の位置調整機構により取付け板１２と
管台部１０ｂとの間の距離を調整することによって、ダ
クト本体１０ａの横断面上におけるビーム通過孔の中心
位置を調整することができる。

【００２９】上記の例では、ビーム通過孔が正方形状に
形成され、第１の位置調整機構１８により可動コリメー
タ板１７の上下位置を調整したときに、ビーム通過孔の
中心位置が可動コリメータ板１７を動かした側に該可動
コリメータ板の変位量の１／２だけずれる。このずれ
は、マイクロジャッキ２０Ａ〜２０Ｃにより取付け板１
２と管台部１０ｂとの間の距離を調整することにより修
正する。またマイクロジャッキ２０Ａ及び２０Ｂによる
距離の調整量とマイクロジャッキ２０Ｃによる距離の調
整量とを調整することにより、半固定コリメータ板及び
可動コリメータ板をダクト本体１０ａの横断面上でスイ
ングさせて、ビーム通過孔の中心部の左右位置を調整す
ることができる。

【００３０】上記のように、本発明によれば、２つのコ
リメータ板と、第１及び第２の位置調整機構とを設ける
だけでビーム通過孔の断面積と中心位置とを調整するこ
とができるため、４つのコリメータ板と４つの調整機構
とを必要とするＸ−Ｙスリット装置を用いる場合に比べ
て、構造を簡単にすることができる。

【００３１】上記の例では、３つのマイクロジャッキ２
０Ａ〜２０Ｃにより取付け板と管台部との間の距離を調
整してコリメータ板の左右位置と上下位置とを調整する
第２の位置調整機構を構成したが、半固定軸の中心軸線
を含み半固定コリメータ板及び可動コリメータ板の板面
と直交する平面Ｏ−Ｏの両側に対称に２個ずつ、合計４
個のマイクロジャッキを設けるようにしてもよい。一般
に、管台部の中心軸線の回りの少なくとも３点にジャッ
キを設けて取付け板と管台部との間の距離を調整し得る
ようにすることにより、コリメータ板の上下位置と左右
位置とを調整することができる。

【００３２】上記の例では、第１のビーム通過孔形成部
１５ａを逆二等辺三角形状の孔とし、第２のビーム通過
孔形成部１７ａを逆Ｖ字形の切欠き部としたが、これら
のビーム通過孔形成部の形状は、半固定コリメータ板と
可動コリメータ板との間に生じる相対的な位置変化に伴
ってビーム通過孔の断面積が変化するように定められれ
ばよく、上記の例に限られるものではない。

【００３３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、２つの
コリメータ板と、第１及び第２の位置調整機構とを設け
るだけでビーム通過孔の断面積と中心位置とを調整する
ことができるため、４つのコリメータ板と４つの調整機
構とを必要とするＸ−Ｙスリット装置を用いる場合に比
べて、構造を簡単にしてコストの低減を図ることができ
る。

【００３４】また本発明によれば、調整機構をコリメー
タダクトの上部に集約することができるため、可変コリ
メータの横方向の設置スペースの節約を図ることができ
る。更に本発明によれば、十分にスペースを確保できる
上部側で調整作業を行うことができるため、ビーム通過
孔の断面積と中心位置との調整作業を容易にすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる可変コリメータの構成例を示し
た縦断面図である。

【図２】図１のＡ方向矢視図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿って断面して半固定コリメ
ータ板及び可動コリメータ板を見た断面図である。

【図４】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ図１の可変コリメ
ータで用いている半固定コリメータ板及び可動コリメー
タ板の正面図である。

【図５】従来可変コリメータとして用いていたＸ−Ｙス
リット装置の構成を示した断面図である。

【符号の説明】

１０ コリメータダクト １０ａ ダクト本体 １０ｂ 管台部 １１ ベローズ １４ 半固定軸 １５ 半固定コリメータ板 １６ 可動軸 １７ 可動コリメータ板 １８ 第１の位置調整機構 ２０Ａ〜２０Ｃ 第２の位置調整機構を構成するマイク
ロジャッキ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イオンビームを輸送する管路の一部を構
   成するように形成されたダクト本体と該ダクト本体の周
   壁部の上部から外側に突出した状態で設けられた管台部
   とを有するコリメータダクトと、 前記コリメータダクトの管台部にベローズを介して接続
   されて前記管台部の開口部を気密に閉じる取付け板と、 前記コリメータダクトのダクト本体の横断面の中央部付
   近に位置させた状態で、かつ板面を前記ダクト本体の横
   断面と平行させた状態で前記ダクト本体内に配置され
   て、前記管台部内を通して伸びる半固定軸を介して前記
   取付け板に支持された半固定コリメータ板と、 前記半固定コリメータ板に少なくとも一部が重なり合う
   状態で、かつ板面を前記ダクト本体の横断面と平行させ
   た状態で配置されて、前記半固定軸の軸線方向に変位し
   得るように設けられた可動軸に連結された可動コリメー
   タ板と、 前記取付け板に取り付けられていて、外部から操作可能
   な操作部を有し、該操作部の操作により前記可動軸に軸
   線方向の変位を生じさせて前記可動コリメータ板の上下
   位置を調整する第１の位置調整機構と、 前記管台の軸線の周囲の少なくとも３点で前記取付け板
   と管台部との間の距離を調整して前記ダクト本体の横断
   面上での前記半固定コリメータ板及び可動コリメータ板
   の上下位置と左右位置とを調整する第２の位置調整機構
   とを具備し、 前記半固定コリメータ板及び可動コリメータ板はそれぞ
   の重なり合う部分にそれぞれを板厚方向に貫通した孔ま
   たは切欠きからなる第１及び第２のビーム通過孔形成部
   を有していて、該第１及び第２のビーム通過孔形成部の
   互いに重なり合う部分によりイオンビームを通過させる
   ためのビーム通過孔が形成され、 前記半固定コリメータ板と可動コリメータ板との間に生
   じる相対的な位置変化に伴って前記ビーム通過孔の断面
   積が変化するように前記第１及び第２のビーム通過孔形
   成部の形状が定められていることを特徴とするイオンビ
   ーム用可変コリメータ。