JPS581952A - イオン源の金属蒸気供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） この発明は、イオン源へ金属蒸気を供給する装置（ディ
スペンサ’；　ｄｉｓｐｅｎｓｅｒ　）に関する。

（背景技術）　　　　　　　　　　　。

工業上、ｉ料の処理や表面の分析にイオ・源が用いられ
る。イオン源から得られるイオンビームの発生の仕方に
は色々な方法がある。この発明が係るイオン源の形式は
、二」□ドル電極の表面上の溶融金属膜に電界を印加し
、この電界によってイオン源が製造され、イオン源が電
界放出によって溶融金属から摘出されるようなものであ
る。この形式のイオン源では、イオン化すべき溶融金−
は、ニードル電極の後端周囲のリザーバに一時貯溜され
た後、ニードル電極の先端に向けて流れ、そこで表面張
力によってイオン化される。リザーバ内で金属は液、状
を保つに充分な温度に加勢されるが、蒸発する程高い温
度には加熱されない。言うまでもなく、適切な温度は使
用する特定の金轡の特性によって決まる。

イオン源は広範囲の金属をイオン、化するために使用さ
れるが、特定の金属については、使用上の要求に従って
選択される。

（発明の目的） この発明の目的は、イオン源のリザーバにイオン化すべ
き金属の蒸気を供給する装置（ディスペンサ）を提供す
ることにある。

（発明の構成および作用） この発明のイオン源の金属蒸気供給装置の特徴は、供給
すべき金属を収容する容器と、該容器内の金属を加熱し
て金属を蒸発させる加熱手段と、前記容器とイオン源の
リザーバとの間を流体が導通可能に接続する導管手段と
から構成されることにある。この金属蒸気供給装置を動
作させるには、容器内の金属を加熱して金属を蒸発させ
、発生した金属蒸気を導管手段を介してリザーバへ拡散
させ、リザーバで金属蒸気を凝縮させる。凝縮が早過ぎ
て導管手段内で凝縮しないようにするため。

導管手段内を通過中の金属蒸気を加熱する手段を設ける
ことが好ましい。・ また、使用後には、イオン源のリザーバに残っている残
存溶融金属は、単に上記操作を逆に行なうことによって
、金属蒸気供給装置に戻して次の処理に使用することが
できる。すなわち、リザーバ内の溶融金属を加熱し、そ
の結果生じる金属蒸気を供給装置の容器内で凝縮させる
。従って、高反応性の材料や他に好ましくない特性を持
つ材料などをも、操作者やイオン源自体に危険を及ぼす
ことなく、安全かつ容易に処理することができる。

上述したように、イオン化するために使用される特定の
金属は、イオン源の特定の要求に従って決定される。例
えば、ガリウムはしばしば使用されるイオン源である。

しかし、ある金属を使、用しようとする時に、その金属
が好ましくない特性を持っている場合もある。特に、金
属セシウムは重イオンを有し、多くの応用に対して非常
に好適であるが、大気に接触した時に高い反応性を呈す
る性質があるため、金属セシウムは利用が難しいことが
経験されている。一般に、イオン源は真空中、しばしば
高い真空中で使用されるので、イオン源の通常の操作中
ではなく、先ず最初にイオン源（ｊなわちイオン源のリ
ザーバ）内にセシウムを導入する際に、セシウムの呈す
る問題点が現われる。この問題を解決するため、この発
明ではイオン化すべき金属を小形のカプセル内に収容シ
、このカプセルを破壊することによって金属を開封し解
放する。この場合に、供給すべき金属を収容する容器は
、容器を開いてカプセルを挿入する手段と、容器内のカ
プセルを破壊して金属を開封する手段とを有する。

カプセルを使用することによって、イオン源へ移送され
るまで金属の隔離が保たれるだけでなく、イオン化すべ
き金属を予め定めた一定量だけイオン源に供給できると
いう特に好便な方法を提供することを保証する。従って
、カプセルを使用することは、金属セシウムのような使
用の難しい金属に対してだけでなく、イオン源に用いら
れる他の′金属の好便な搬送手段として好ましいといえ
ことが予想される。

以下、実施例につき図面を参照して説明する。

第１図を参照して、１は金属蒸気供給装置（デ　゛イス
ペンサ）を示し、簡単に一部のみが示されるイオン源２
に動作的に連結される。金属蒸気供給装置１とイオン源
２とは、外管３の一端を供給装置１の一部であるフラン
ジ４に、外管３の他端をイオン源２の二部であるフラン
ジ５にそれぞれ溶接することによって、相互に一体的に
固定される。

イオン源２の電気的接続（図示しない）がフランジ５か
ら取り出され、従ってそのための空間がイオン源２と供
給装置１の間に形成される。

品空円筒状の供給装置・・ウジング１０の一端にフラン
ジ７がネジ９によって取り付けられ、このフランジ７が
上述のフランジ４にボルト止めされる。

ベローズアセンブリ６の一端がフランジ７に固定され、
他端には供給装置ハウジング１０内で摺動自在なフラン
ジ８が取り付けられる。フランジ８には同様に供給装置
ハウジング１０内に摺動自在に装着され厄フランジ１１
が取り付けられ、フランジ１１　。

にはカプセルハウジング（容器ハウジング）１２が取り
付けられる。

カプセルハウジング１２は円筒形で、両端に軸方向のめ
くら穴１’３　、１４が形成される。（図面で左端の）
めくら穴１３は小さ目でネジが切られ、ボルトのネジ部
１５を受け、ボルトの頭部１６は供給装置ハウジング１
２の外側にあって、手動操作Ｓ；適したノブ１６の形状
をしている。ボルトのネジ部１５は、供給装置ハウジン
グ１０に形成された孔に回覧可能に動きばめで装着され
、さらにカラ（第２図ないし第４図参照）が装着され、
て、ネジ部１５が供給装置ハウジング１０に対して軸方
向に移動しないように、する。従って、ノブ１６が回さ
れると、カプセルハウジング１２が供給装置ハウジング
１０に対して軸方向に移動する。カプセルハウジング１
２に固定された指針列が、供給装置ハウジング１０に切
り込まれた溝内に延びて目視することができ、操作者に
供給ハウジング１０に対するカプセルハウジング１２の
相対位置を表示する。

カプセルハウジング１２の右端のめくら穴１４は、供給
すべき金属を充填したガラス製のカプセル１７を収容す
る空間または室を形成する。カプセル１７は空間内のホ
ルダ１８内に挿入され、折り曲げられた舌片１９によっ
てホルダ１８内に保持される。めくら穴１４内にピスト
ン２１が摺動自在に嵌合され、ピストン２１に形成され
た軸方向−〇穴加内にホルダ１８内体が取り付けられる
。めくら穴１４内に装着されたコイルスプリングｎによ
って、ピストン２１がカプセルハウジング１２から離れ
るーように図面で右方向に付勢される。図から明らかな
ように、ピストン２１０穴加内には内方に向く肩部また
は段差が形成され、肩部の比較的小径の孔は、ピストン
２１に固定されて軸方向に一体に動く送り管路の内径と
一致する。送り管路はベローズアセンブリ６を貫通し、
外管３内を同軸に図面で右方に延び、端部冴はフランジ
５のイオン源２側で終端する。銅製のスパイダ５によっ
て、ベローズアセンブリ６の左端で送り管るが心合せさ
れ、さらに送り管路に電流を流すための電気接続が行な
われるが、これについては後述する。送り管るの端部冴
はイオン源２の一部である対応した形状の受は栓２６に
着座可能である。受は栓２６はイオン源２のリザーバｎ
と流体が導通可能に接続されており、リザーバ２７はイ
オン化しよう・とする溶融金属の一時的なリザーバの形
態をとる。このような形態は公知であるので、詳細な説
明は省略する。

上記金属蒸気供給装置を使用する場合の組立て方法は、
先ず、例えばセシウムなどのイオン化すべき金属を充填
したカプセル１７をホルダ１８内に挿入し、舌片１９を
内側に折り曲げてカプセル１７を保持−ｆる。次いでコ
イルスプリングｎをホルダ１８の周囲に装着し、そして
これらの組立体を、コイルスプリング２２を圧縮してカ
プセル１７を破壊しないように注意しながら、ピストン
２１の六加内に挿入する。次いでホルダ１８とピストン
２１にカプセルハウジング１２が注意深ぐ覆せられ、間
に銅製のガスケットシールを挾み込んだフランジ１１と
８によつ−て、ベローズアセンブリ６の左端にボルト止
めされる。この組立体の周囲に、ノブ１６を装着した供
給装置・・ウジシカＯが装着され、ネジ部１５の先端が
ネジの付いためくら穴１３に入り込む。この時点では、
ノブ１６を回転して組立体を供給装置ハウジング１０内
に導入し、ネジ９によって供給ハウジング１０をフラン
ジ７に固定する。次い−でさらにノブ１６を回転して、
指針公を供給装置ハウジングｌの溝の左端に位置させ、
さらに送り管ｎを外管３内に挿入し、フランジ４と７を
間に銅製のガスケットシールを挾んでボルト止めする。

かくして金属蒸気供給装置は使用可能の状態に組み立て
られ、第２図に示すように、送り管器の端部ツが受は栓
がから離れた位置を占める。□１□ 第２図を参照して、カプセル１７内の充填金属をイオン
源のリザーバｎに供給するには、装置全体、すなわちイ
オン源のフランジ５よりも右側と、外管３、ベローズア
センブリ、６およびピストン２１左側のカプセルハウジ
ング１２のめくら穴１４の各内部から空気が抜き取られ
、そしてリザーバ部がヒータ（図示しない）によって充
分に加熱されてリザーバｎ内の凝縮物を全て蒸発し、リ
ザーバｎの内面を清浄にする。セシウムの場合はこの加
熱温度は約９００°Ｃである。同時に、カプセルノ１ウ
ジング１２がカプセルハウジング１２の周囲に配置され
たマ。

ントル四によって約１５０℃に加熱される。空気が完全
に抜かれたと判断された時点で、リザーバｎが冷却され
、ノブ１６が回転されて、カプセルノ１ウジング１２が
供給装置ハウジング１０に対して矢印Ａの方向に移動す
る。カプセルハウジング１２と一緒に送り管ｎも受は栓
２６に向けて右方に移動する。

そして、送り管器の端部２４が受は栓５に入り込んで流
体が洩れないような接続になり、第３図に示す状態にな
る。　　′ 第３図においてさらにノブ１６を回転していくと。

送り管２４はそれ以上右方へは移動できないため、カプ
セルハウジング１２がさらに右方に移動することによっ
て、ピストン２１がコイルスプリングηのバネ力に抗し
てカプセルハウジング１２内に移動する。またこの時点
では、送り管おの端部冴が受は栓かに入り込むことによ
って電気接続が導通し、（約６Ａの）電流がスパイダ５
を介して送り管ηが加熱されて、送り管器内での蒸気の
凝縮が防止される。　　　　　　　・ リザーバｎの温度が４０’Ｃに下った時点で、ノブ１６
をさらに回転すると、いくらかの抵抗が感じられた後、
ピストン２１の代印に形成された肩部によって、ガラス
製のカプセル１７の首部が折れてカプセル１７が破壊さ
れ、充填金属が開封され、解放されて、第４図に示す状
態になる。

第４図において、加熱が停止され、次いで装置が冷却さ
れる。その間に、カプセル１７が破壊されてカプセル１
７から開封された金属蒸気が、送り管ｎを通ってイオン
源のリザーバ２７に供給され、リザーバ苔で凝縮する。

イオン源を作動させる前に、ノブ１６を逆に回転して送
り管器の端部冴を受は栓５から引き離す。イオン源の作
動中は受は栓あに高電圧が印加される。

イオン源の作動が完了した後で、リザーバ部に残ってい
る未使用の金属は、送り管器の端部２４を再び受は栓２
６に接続し、リザーバｎを加熱して残存金属を蒸発させ
ることによって比較的冷えている金属蒸気供給装置１に
戻して凝縮させ、次の処理に備えることができる。従っ
て、精密なイオン源を損傷する恐れ外しに、金属を自然
に消散させることができる。１　” （発明の効果） 以上説明したよ）に、この発明のイオン源あ金。

属蒸気供給装置によれば、容器と加熱手段と導管手段と
から構成したため、イオン源のりザーバへ金属蒸気を安
全かつ容易に供給し１．かつ逆・にリザーバの残存金属
蒸゛気を供給装置へ戻すことができる。また金属をカプ
セル内に充填したため、高反応性の金属や好ましくない
特性を有する金属を安全に使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるイオン源の金属蒸気供給装置の
一実施例の切断正面図、第２図ないし第４図は第１図の
装置の動作を説ａＡする第１図と同様の切断正面図であ
る。 １・・・・・・金属蒸気供給装置（ディスペンサ）２・
・・・・・イオン源　−３・・・・・・外管６・・・・
・・ベローズアセンブリ　 １０・・・・・・供給装置ハウジング １２・・・・・・カプセルハウジング（容器）１５・・
・・・・ボルトのネジ部　　１６・・・７・・ノブ１７
・・・・・・カプセル　　　１８・・・・・・ホルダ２
１・・・・・・ピストン　　　ｎ・・・・・・コイルス
フリングお・・・・・・送り管　　　　２４・・・・・
・送、り管の端部２６・・・・・・受は栓　　　　υ・
・・・・・リザーバ四・・・・・・マントル 特許出願人 デーピリエ　サイーンティフィ・□り　リミテ・ド特許
出願代理人 弁理士　　　山　　本　　恵　　−。 −丙の浄書（内容に変更ない （）　　　　　　　　　　　○ （） 第１頁の続き ０発　明　者　ネイル・アーサー・パーシュレイ イギリス国オックスフォード・ サラトン・コートネイ・ハイ・ ストリート５６番地 ０発　明　者　トーマス・ディレツタ・コックヒル イギリス国バークシャー・ニュ ーバリイ・ヤツトンドン・バー ント・ヒル・スフ・パイトル （番地なし） 手続補正書（自発） 昭和５７年７月７日 特許庁長官　　若　杉　和　宍′殿 １、事件の表示 昭和Ｖ年轡許　願第９３２５０号 ２、Ｍｉｌｌの名称 イオン源の金属蒸気供給装置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出履人 名　称　　デ１ビリエナイエンティフイック　リ（テッ
ド（２）正式図面（浄書、内容に変更なし）を別紙のと
おり提出する。 （３）委任状を別紙のとおり提出する。 （４）法１人国籍証明書を別紙のとおり提出する。 以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１供給すべき金属を収容する容器と、該容器内の金
   属を加熱して金属を蒸発させる加熱手段と、１ 前記容器とイオン源のリザーバとの間を流体が導通可能
   に接続する導管手段とから構成されるイオン源の金属蒸
   気供給装置。 （２）前記導管手段が、該導管手段内を通過する流体を
   加熱する導管加熱手段を含む特許請求の範囲第１項記載
   の装置。 （３）　　イオン化すべき金属がカプセル内に収容され
   ると共に、該カプセルを破壊することによって金属が開
   封され、前記容器が、該容器を開放して前記カプセルを
   該容器内に挿入する開放手段と、前記カプセルを破壊し
   て金属を開封するカプセル破壊手段とを有する特許請求
   の範囲第１項または第２項記載の装置。 （４）前記カプセル破壊手段が、前記カプセルと！射的
   に移動して該カプセルを破壊しかつ金属を開封する肩部
   を有する特許請求の範囲第３項記載の装置。 （５）前記容器が、一端が閉じた中空円筒状の容器ハウ
   ジングと、該容器ハウジング内に摺動自在に嵌合し、反
   対端が前記導管手段忙連通しかつ前記容器ハウジングと
   共に前記カプセルを収容する空間を形成する中空円筒状
   のピストンと、該ピストンと前記容器ハウジングとの間
   に相対運動を与えて、前記スペース内に収容された前記
   カプセルを破壊させる可動手段とを有する特許請求の範
   囲第４項記載の装置。 （６）供給装置ハウジング内に前記容器が収容され、前
   記容器ハウジングと前記・ピストンと前記導管手段が該
   供給装置ハウジングに対して軸方向に一体に移動可能に
   装置され、かつ該導管手段が該供給装置ハウジングから
   突出し、前記容器ハウジングと前記ピストンを相元に離
   すように付勢するスプリング手段が設けられると共に、
   前記供給装置ハウジングをイオン源に固定する手段を有
   し。 前記容器ハウジングを軸方向に移動することによって、
   前記ピストンおよび前記導管手段とを移動して該導管手
   段を前記イオン源に接続し、さらに前記容器ノ・ウジン
   グを軸方向に移動することによって、前記容器ハウジン
   グと前記ピストンとを前記スプリング手段の付勢力に抗
   して相互に接近させて、前記カプセルを破壊する特許請
   求の範囲第５項記載の装置。