JPS6331889B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は反応性の高い液体金属よりエレクト
ロハイドロダイナミツク（EHD）によつてフイ
ールドイオンを発生させるようにしたイオン銃に
関するものである。

イオンマイクロアナライザーなどにおいて、イ
オンビームを発生させるイオン銃として、液体金
属よりEHDによりフイールドイオンを発生させ
るものが提案されている。この種のイオン銃に於
いては、特にセシウム等は空気または空気中の水
分等との反応性が高く、空気中において非常に取
扱いにくい液体金属を空気等と反応させることな
くイオン銃内に安全に導入することが必要であ
る。上記のような反応性金属は真空排気された状
態で、ガラス製のアンプルに封入されたものが使
用されているが、従来、実装置として安全に空気
等と反応させることなく反応性金属を装填できる
ものはなかつた。

この発明は、以上のような点に鑑みなされたも
ので、アンプル収容空間に収容されたアンプルに
真空下で圧縮破壊力を与える移動体を設け、外部
から移動させることにより、空気と接触させるこ
となく反応性金属をイオン銃に装填し、安全かつ
安定してフイールドイオンを発生させることので
きるイオン銃を提供することを目的としている。

この発明は真空排気された反応性金属のアンプ
ルを収容し、かつエミツターに接続するアンプル
収容空間と、このアンプル収容空間を真空引きす
る手段と、前記アンプルに圧縮破壊力を与える移
動体と、アンプル収容空間の外側に設けられた操
作部を回転することにより前記移動体を移動させ
る機構とを備え、前記アンプル収容空間はアンプ
ル破壊前には真空引きされ、アンプル破壊後は前
記移動体により遮断されるようにされていること
を特徴とするイオン銃である。

以下、この発明を図面により説明する。第１図
はこの発明の一実施例によるイオン銃を示す垂直
断面図、第２図はその部分拡大図、第３図は第２
図のＡ部の拡大図、第４図は作動状態を示す部分
拡大図である。

図面において、１はキヤピラリー／ニードル型
のEHDエミツター部で、その詳細は第２図およ
び第３図に示すように、液体金属２のリザーバ２
ａを形成するキヤピラリー１ａおよび、このキヤ
ピラリー１ａの基部１ｂにスポツト溶接され、か
つキヤピラリー１ａの先端との間に間隙１ｃを形
成してキヤピラリー外に突出するタングステン製
のニードル１ｄからなる。

エミツター部１は袋ナツト３により容器４の下
端部に固定され、容器４のアンプル収容空間５と
連通している。アンプル収容空間５には液体金属
を封入したアンプル６がアンプルホルダー７に保
持されて収容され、圧縮破壊力を与える移動パイ
プ８によりアンプル破壊用突起９に向けて押圧さ
れるようになつている。移動パイプ８は容器４内
を気密状態に保つて摺動可能とされ、アンプルホ
ルダー７に固定されている。容器４の側壁には、
アンプル収容空間５から真空引きするための細孔
１０が設けられており、移動パイプ８の移動によ
り遮断されるようになつている。また容器４の上
端部はフランジ１１に固定されている。

フランジ１１に固定されたフレーム１２の先端
には、キヤピラリー１ａの周囲を囲むように熱遮
へい板１３が設けられ、その内側に加熱器１４が
設けられている。加熱器１４は実施例では抵抗型
のヒーターより輻射熱で加熱するものを使用して
いるが、タングステン線等より発生する熱電子を
加速して衝突させる電子衝撃加熱、あるいは導電
性のよいコイルによる高周波誘導加熱によるもの
であつてもよい。

フランジ１１は基盤１５上に２段に載置された
加速管１６に固定されたフランジ１７上に重合さ
れて支持されている。加速管１６内はイオン銃室
１８とされ、各加速管１６間には引出電極１９が
支持され、エミツター部１に対向して中央部に細
孔１９ａが設けられている。さらに引出電極１９
に対向して接地電極（カソード）２０が設けられ
て基盤１５に支持され、その中央部に細孔２０ａ
が細孔１９ａおよびエミツター部１と同軸に設け
られている。接地電極２０の下側には集束レン
ズ／偏向系などを含むイオンプローブ形成用の鏡
筒およびイオン銃室１８を真空にするための排気
ポートが設けられているが図示は省略されてい
る。

フランジ１１には、フランジ２１を有するケー
シング２２が固定されており、フランジ２１には
シリンダ２３を有するフランジ２４が重合され固
定されている。シリンダ２３内には、カツプリン
グ２５により、アンプルホルダー７と軸のずれを
補償するように連結された移動軸２６が摺動可能
に設けられており、スプリング２７によつて上向
きに押圧されており、ストツパ２８に摺動する溝
２９が設けられている。

移動軸２６の上部中央にはめねじ３０が設けら
れて、おねじ３１がねじつけられている。おねじ
３１の上部にはヘツド３２を有するロツド３３が
設けられ、つまみ３４のスライド壁３５を貫通し
てスライド可能に取付けられている。ヘツド３２
の下側には溝３６が設けられて、スライド壁３５
に設けられた突起３７と係合可能とされており、
両者でクラツチを構成している。つまみ３４はシ
リンダ２３に回転可能に取付けられている。フラ
ンジ２４と移動軸２６の間にはベローズ３８が設
けられている。

以上のように構成されたイオン銃において、反
応性金属の入つたアンプル６をアンプルホルダー
７に取付けて容器４のアンプル収容空間５に収容
し、フランジ１１，１７および２１，２４を固定
する。イオン銃室１８が大気圧の状態では、スプ
リング２７によつて移動軸２６が上に押し上げら
れて、溝３６と突起３７が離脱した状態になつ
て、つまみ３４の回転力はおねじ３１に伝わらな
いようになつている。

この状態で排気ポート（図示せず）からイオン
銃室１８の真空引きを行うと、ベローズ３８が伸
びて移動軸２６が降下し、溝３６と突起３７が係
合し、第１図の状態になる。この段階で真空引き
を行いながら、つまみ３４を回転させると、回転
力は突起３７から溝３６、ヘツド３２およびロツ
ド３３を介しておねじ３１に伝えられ、移動軸２
６が下降する。

移動軸２６の下降に伴つて移動パイプ８も下降
し、アンプル６に圧縮力を加える。この場合アン
プル６の反対側は突起９によつて支持されている
ので、この部分に集中応力がかかり、アンプル６
は破壊され、封入されていた液体金属２がアンプ
ル収容空間５およびエミツター部１のキヤピラリ
ー１ａ内に充填され、第２図および第３図の状態
になる。細孔１０はアンプル６が破壊されるまで
は開口してアンプル収容空間５からの排気を促進
するが、アンプル６の破壊とともに、下降する移
動パイプ８によつて遮断され、液体金属２の蒸発
を防止する。移動パイプ８の下降はストツパ２８
によつて移動軸２６が停止するまで行われる。

以上により液体金属２の装填を終り、イオンビ
ームの発生に移る。イオンビームの発生は、まず
加熱器１４に通電してエミツター部１のリザーバ
２ａに充填された液体金属を加熱する。この場
合、エミツター部１のキヤピラリー１ａに温度感
知手段を設けて、常に一定温度となるように加熱
を行う。

次いでエミツター部１と引出電極１９間に引出
電圧を印加し、またエミツター部１と接地電極２
０の間に加速電圧を印加してニードル１ｄの先端
に強電界を形成すると、エミツター部１のキヤピ
ラリー１ａとニードル１ｄの間隙１ｃより液体金
属２が静電力によつて流出して、ニードル１ｄの
表面からその先端に達し、第４図に示すようにニ
ードル１ｄの先端にテイラーコーンと称する円錐
状の突起２ｂが液体金属２の表面張力と静電力と
のバランスにより発生する。この突起２ｂの先端
は非常に大きな電界強度となり、この電界によつ
て金属イオンが電界蒸発してイオン化し、イオン
ビーム３９が得られる。

引出電極１９の細孔１９ａを通過したイオンビ
ーム３９は接地電極２０によつてさらに加速さ
れ、細孔２０ａからイオンプローブ形成用鏡筒
（図示せず）に送られる。アンプル６により装填
される液体金属２は半永久的に使用できる量とさ
れるが、操作ミス等により再装填するためには、
フランジ２４を外して前記と同様の操作を行う。

なお、以上の実施例では、つまみ３４の回転運
動を移動軸２６の直線運動に変換する機構として
ねりを使用したがカムその他の機構を使用しても
よい。またクラツチ機構としても、上記実施例の
ものに限定されず、他の構造のものが使用でき
る。さらにアンプル６の破壊手段として、移動パ
イプ８と突起９を設けたが、他の構造のものでも
よい。

本発明において使用可能な反応性金属として
は、セシウム、ガリウム、金、アルミニウム、そ
の他の金属があげられる。上記実施例はキヤピラ
リー／ニードル型のイオン銃に適用したものであ
るが、ニードル型、キヤピラリー型、その他の
EHDによりフイールドイオンを発生させるイオ
ン銃に適用可能である。また本発明はイオンマイ
クロアナライザー、その他あらゆる用途のイオン
銃として使用することができる。

以上のとおり、本発明によれば、アンプル収容
空間に収容されたアンプルに真空下で圧縮破壊力
を加える移動体を設け、外部からの回転力により
操作できるようにしたので、簡単な操作で安全か
つ確実に、空気と接触させることなく反応性金属
を装填することができる。またアンプル破壊前に
開口し、アンプル破壊後は移動体により遮断され
る開口部を設けているため、アンプル破壊前は空
気を排出し、アンプル破壊後は液体金属の蒸発を
防止することができる。このため安全かつ安定し
てフイールドイオンを発生させることができる。

また真空下においてのみ回転力を伝えるクラツ
チ機構を設ければ、イオン銃内に空気が存在する
場合に、アンプルの破壊を防ぎ、液体金属が空気
等と反応するのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるイオン銃を
示す垂直断面図、第２図はその部分拡大図、第３
図は第２図のＡ部の拡大図、第４図は作動状態を
示す部分拡大図である。 各図中、同一符号は同一部分を示し、１はエミ
ツター部、１ａはキヤピラリー、１ｄはニード
ル、２は液体金属、４は容器、５はアンプル収容
空間、６はアンプル、７はアンプルホルダー、８
は移動パイプ、９は突起、１０は細孔、１１，１
７，２１，２４はフランジ、１３は熱遮へい板、
１４は加熱器、１５は基盤、１６は加速管、１８
はイオン銃室、１９は引出電極、２０は接地電
極、２２はケーシング、２３はシリンダ、２５は
カツプリング、２６は移動軸、２７はスプリン
グ、２８はストツパ、３１はおねじ、３４はつま
み、３６は溝、３７は突起、３８はベローズ、３
９はイオンビームである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 真空排気された反応性金属のアンプルを収容
   し、かつエミツターに接続するアンプル収容空間
   と、このアンプル収容空間を真空引きする手段
   と、前記アンプルに圧縮破壊力を与える移動体
   と、アンプル収容空間の外側に設けられた操作部
   を回転することにより前記移動体を移動させる機
   構とを備え、前記アンプル収容空間はアンプル破
   壊前には真空引きされ、アンプル破壊後は前記移
   動体により遮断されるようにされていることを特
   徴とするイオン銃。 ２ 真空状態においてのみ操作部の回転により移
   動体を移動させるクラツチ機構を備えた特許請求
   の範囲第１項記載のイオン銃。 ３ アンプルの一部に集中応力を加える突起をア
   ンプル収容空間に備えた特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載のイオン銃。 ４ 移動体を移動させる機構はねじである特許請
   求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の
   イオン銃。