(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サイクロトロンから移送ダクトを介して分析チャンバー内へイオンビームを導き、分析チャンバー内において試料にイオンビームを照射して分析を行う粒子誘起Ｘ線分析装置のにおける移送ダクトの途上に設けられ、イオンビーム断面形状を整形するためのコリメータであって、
イオンビームの第１の通過孔と、この第１の通過孔の軸線に直交する方向の嵌合孔と、第１の通過孔と嵌合孔の両者の軸線に直交する方向の貫通孔とを有し、第１の通過孔の軸心を移送ダクトの軸心に一致させて固定されるケースと、
前記嵌合孔内に気密に、軸線方向移動及び軸周り回転自在に嵌合され、前記第１の通過孔と連通するイオンビームの第２の通過孔と、この第２の通過孔の軸線に直交し、前記ケースの貫通孔に連通する軸受孔とを有するスリットボディと、
前記スリットボディの軸受孔に、気密に、軸線方向移動及び軸周り回転自在に嵌め込まれ、一端側が前記ケースの貫通孔を自由に貫通してケース外に突出し、所定の回転角度位置において夫々前記スリットボディの第２の通過孔に選択的に連通しうるように、軸線直交方向に、相互に直交して形成されたイオンビームの第３及び第４の通過孔を有するスリット軸と、
前記スリット軸の第４の通過孔のイオンビームの入射側に取付けられ、第４の通過孔より小径のイオンビームの第５の通過孔を有する小孔板と、
前記スリット軸の軸周り回転により、前記第３の通過孔と第４の通過孔を切り替えてイオンビームを通過させ、前記スリットボディの軸周り回転により、イオンビームの通過孔を偏向させ、またスリット軸及びスリットボディの軸方向の移動により、イオンビームの通過孔を軸線直交方向に変位させることを特徴とする粒子誘起Ｘ線分析装置用イオンビームコリメータ。
【請求項２】
前記スリットボディの軸方向の移動が、スリットボディの一端側に位置して前記ケースに取付けられたナット部材に螺合する第１の調整ねじの押圧により調整されることを特徴とする請求項１に記載の粒子誘起Ｘ線分析装置用イオンビームコリメータ。
【請求項３】
前記スリットボディの他端側と前記ケースとの間には、常時スリットボディを軸線方向に一端側へ付勢するばねが介設されていることを特徴とする請求項２に記載の粒子誘起Ｘ線分析装置用イオンビームコリメータ。
【請求項４】
前記スリット軸の軸方向の移動が、スリット軸の他端側に位置して前記スリットボディに取付けられたナット部材に螺合する第２の調整ねじの押圧により調整されることを特徴とする請求項１に記載の粒子誘起Ｘ線分析装置用イオンビームコリメータ。
【請求項５】
前記スリット軸の一端側と前記スリットボディとの間には、常時スリット軸を軸線方向に一端側へ付勢するばねが介設されていることを特徴とする請求項４に記載の粒子誘起Ｘ線分析装置用イオンビームコリメータ。
【請求項６】
前記スリットボディの軸周りの回転角度が、前記スリット軸の一端側に位置してケースに取付けられたナット部材に螺合する第３の調整ねじの押圧により調整されることを特徴とする請求項１に記載の粒子誘起Ｘ線分析装置用イオンビームコリメータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、イオンビームをサイクロトロンから移送ダクトを介して分析チャンバー内に導入し、試料に照射して粒子誘起Ｘ線分析を行う分析装置において、イオンビームの断面形状を試験に適した形状に機械的に整形するために、移送ダクトの途上に設けられるコリメータに関し、特に大小異なる２種のイオンビーム通過孔の切り換えが容易で、しかも通過孔の位置及び角度を調整して、イオンビームの軸に正確に一致させることができるコリメータに係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
粒子誘起Ｘ線分析装置を用いて行われるイオン励起ＰＩＸＥ分析には、波長分散型Ｘ線分析法と、エネルギ分散型Ｘ線分析法の２種類がある。波長分散型Ｘ線分析法は、軽元素の分析に適し、エネルギ分散型Ｘ線分析法は、原子番号が１３以上の元素の分析に適している。エネルギ分散型Ｘ線分析法では、分析試料に、正確な輪郭を持つ直径数mm程度の断面のイオンビームを照射するのに対し、波長分散型Ｘ線分析法では、できるだけシャープな輪郭を持つ直径１０分の数mm程度の断面のイオンビームを照射する。そして、実用的には、同一の分析装置で、両分析法の特徴を活かし、逐次又は交互に分析法を換えて試験を実施することが多い。そのため、照射イオンビームの直径を大径、小径と随時切り換える必要が生じる。この切り換えは、イオンビームの断面形状を機械的に整形するコリメータを交換することにより行われているが、この交換作業は容易でない。
コリメータは、通常厚さ１〜３mm程度の炭素板で構成され、イオンビームの移送ダクトの途上に固定されるが、イオンビームの進行方向と移送ダクトの通り心とが正確には一致していないため、例えば直径０．１mm以下の小径のイオンビームを得るために、コリメータのビーム通過孔を同径にすると、孔の内壁面にイオンビームが衝突して、失われるイオンの比率が大きくなり、同時に孔のエッジの影響を受けてイオンビームが偏向する難点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、直径が大小異なる２種類のイオンビーム通過孔の切り換え作業が容易で、しかもイオンビーム通過孔の位置及び方向をイオンビームの位置及び進行方向に正確に一致させるように、微調整ができる粒子誘起Ｘ線分析装置用のイオンビームコリメータを提供することを課題としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、上記課題を解決するため、ケース２と、ケース２内に設けられたスリットボディ３及びスリット軸４でイオンビームコリメータ１を構成した。そして、ケース２には、イオンビームの第１の通過孔６と、この第１の通過孔６の軸線Ｚ−Ｚに直交する方向の嵌合孔７と、第１の通過孔６と嵌合孔７の両者の軸線Ｚ−Ｚ，Ｘ−Ｘに直交する方向の貫通孔８とを設け、第１の通過孔６の軸線Ｚ−Ｚを移送ダクトの線心に一致させて固定するようにした。スリットボディ３は、ケース２の嵌合孔７内に気密に、軸線Ｙ−Ｙ方向移動及び軸周り回転自在に嵌合させ、第１の通過孔６と連通するイオンビームの第２の通過孔９と、この第２の通過孔９の軸線Ｚ−Ｚに直交し、ケース２の貫通孔８に連通する軸受孔１０とを形成した。スリット軸４は、スリットボディ３の軸受孔１０に、気密に、軸線Ｙ−Ｙ方向移動及び軸周り回転自在に嵌め込み、一端側をケース２の貫通孔８を自由に貫通させてケース２外に突出させ、所定の回転角度位置において夫々スリットボディ３の第２の通過孔９に選択的に連通しうるように、軸線直交方向に、相互に直交してイオンビームの第３の通過孔１２及び第４の通過孔１３を形成した。また、スリット軸４の第４の通過孔１３のイオンビームの入射側には、第４の通過孔１３より小径のイオンビームの第５の通過孔１５を有する小孔板１４を取付けた。
【０００５】
本発明のイオンビームコリメータ１においては、スリット軸４の軸周り回転により、第３の通過孔１２と第４の通過孔１３を選択的にスリットボディ３の第２の通過孔９に連通させて、イオンビームを通過させることにより、イオンビームの断面の直径を大小切り換え、波長分散型Ｘ線分析法と、エネルギ分散型Ｘ線分析法に対応する。また、スリットボディ３の軸周り回転により、イオンビームの通過孔９，１２，１３を偏向させ、移送ダクト５２内を走るイオンビームの照射角度に適合させる。さらに、スリット軸４及びスリットボディ３の軸線Ｙ−Ｙ，Ｘ−Ｘ方向の移動により、イオンビームの通過孔９，１２，１３を軸線Ｚ−Ｚに直交方向に変位させ、移送ダクト５２内を走るイオンビームの照射位置に適合させる。従って、イオンビームの通過孔が小径でも、孔の内壁面に衝突して失われるイオンの比率は小さく、また孔のエッジの影響を受けてイオンビームが偏向することもない。
【０００６】
【実施形態】
図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１は本発明に係るイオンビームコリメータを適用した粒子誘起Ｘ線分析装置の正面図、図２は本発明に係るイオンビームコリメータの断面図、図３は図２におけるIII−III断面図、図４は図２におけるIV−IV拡大矢視図、図５は本発明に係るイオンビームコリメータの分解斜視図である。
【０００７】
図１、図２において、分析装置５１は、図示しないイオン加速器から、ダクト５２を介して分析チャンバー５３内に、矢印Ａのようにイオンビームを導入し、試料Ｍに照射して粒子誘起Ｘ線分析を行うものである。イオンビームの照射方向はダクト５２の軸線Ｚに対してわずかにずれているものとする。分析チャンバー５３は真空に保たれる。５４は収束電磁石で、ダクト５２を包囲するように取付けられ、その磁場でイオンビームを収束させるためのものである。本発明に係るイオンビームコリメータ１は、イオンビームの断面を機械的に整形するためのもので、ダクト５２の途上に取付けられている。
【０００８】
図２、図３に示すように、イオンビームコリメータ１は、ケース２と、ケース２内に設けられたスリットボディ３及びスリット軸４を具備している。
【０００９】
ケース２は、円筒状で、軸線方向の両端に、ダクト５２へ接続するためのフランジ５を備えている。ケース２は、軸線に沿って、図において水平に貫通するイオンビームの第１の通過孔６と、この第１の通過孔６の軸線に直交する図において水平方向の嵌合孔７と、第１の通過孔６と嵌合孔７の両者の軸線に直交する図において垂直方向の貫通孔８とを有する。通過孔６と嵌合孔７は、断面円形であり、貫通孔８は、断面矩形である。嵌合孔７は、一端側において、段部７ａを介して直径が縮小した小径部７ｂを有する。嵌合孔７、貫通孔８が夫々開口するケース２の外面は、夫々平面となっている。そして、ケース２は、第１の通過孔６の軸線Ｚ−Ｚを移送ダクトの軸線にほぼ一致させて固定されている。
【００１０】
スリットボディ３は、円柱状で、ケース２の嵌合孔７内に気密に、軸線Ｘ−Ｘ方向移動及び軸周り回転自在に嵌合しており、軸線方向の一端側には、ケース２の小径部に嵌合する小径突部３ａを有し、他端側には、小径筒部３ｂを有する。スリットボディ３は、第１の通過孔６と連通する図において水平のイオンビームの第２の通過孔９と、この第２の通過孔９の軸線に直交し、ケース２の貫通孔８に連通する図において垂直の軸受孔１０とを有する。第２の通過孔９、軸受孔１０は、何れも断面円形である。軸受孔１０は、図において上部の一端側内周に環状突部１０ａを有する。また、スリットボディ３の上下の外面は、軸受孔１０が開口する周辺において平面になっている。
【００１１】
スリット軸４は、円柱状で、スリットボディ３の軸受孔１０に、気密に、軸線Ｙ−Ｙ方向移動及び軸周り回転自在に嵌め込まれ、図において上部の一端側が、ケースの貫通孔８を自由に貫通してケース２外に突出している。即ち、スリット軸４は、図において下部に位置する他端側の大径部４ａが、軸受孔１０に気密に、摺動自在に挿入され、上部一端側の小径部が、軸受孔１０の上方へ突出し、さらに貫通孔８を貫通してケース２外に突出している。ケース２外に位置するスリット軸４の上端には、これを軸周りに回転させるためのハンドル１１が固定されている。スリット軸４は、大径部４ａに、軸線直交方向に、相互に直交して形成されたイオンビームの第３の通過孔１２（例えば直径５mm）及び第４の通過孔１３（例えば直径１mm）を有する。第３の通過孔１２及び第４の通過孔１３は、スリット軸４の所定の回転角度位置において、スリットボディ３の第２の通過孔９に連通することができる。また、スリット軸４の第４の通過孔１３のイオンビームの入射側の開口部周辺は、平面に削られ、ここに小孔板１４が取付けられている。小孔板１４には、第４の通過孔１３の中心に位置して、これより小径（例えば０．１mm）のイオンビームの第５の通過孔１５が形成されている。
【００１２】
しかして、ケース２の嵌合孔７の一端側開口部には、ナット部材１６が取付けられ、これに第１の調整ねじ１７が螺合されている。第１の調整ねじ１７の先端は、スリットボディ３の一端側の小径突部の端面に当接している。ケース２の嵌合孔７他端側開口部には、ばね受け板１８が取付けられ、これとスリットボディ３の他端面との間には、常時スリットボディ３を軸線Ｘ−Ｘ方向に一端側へ付勢するばね１９が介設されている。従って、第１の調整ねじ１７の進退により、スリットボディ３の軸線Ｘ−Ｘ方向の移動を調整することができる。
【００１３】
また、スリットボディ３の軸受孔１０の一端側開口部には、ばね受け筒２０が取付けられ、これとスリット軸４の大径部４ａの上端面との間には、常時スリット軸４を軸線Ｙ−Ｙ方向に下方の他端側へ付勢するばね２１が介設されている。そして、スリットボディ３の軸受孔１０の他端側開口部には、ナット部材２２が取付けられ、これに第２の調整ねじ２３が螺合されている。第２の調整ねじ２３の先端は、スリット軸４の他端面に当接している。従って、第２の調整ねじ２３の進退により、スリット軸４の軸線Ｙ−Ｙ方向の移動を調整することができる。
【００１４】
ケース２の貫通孔８の一端側開口部には、第３の調整ねじ２５を螺合させるナット部材としての口金２４が取付けられている。口金２４には、図において上下に貫通する矩形の開口２４ａが形成され、これにスリット軸４の小径部４ｂが四方に移動自在に余裕を持って貫通している。また、口金２４には、図において水平に、軸線Ｚ−Ｚに沿って、開口２４ａの両側に相対向するねじ孔２４ｂが形成されている。このねじ孔２４ｂには、夫々第３の調整ねじ２５が螺合され、その先端が夫々スリット軸４の小径部４ｂの対向側面に当接している。従って、スリット軸４の傾斜角度、即ちスリットボディ３の軸周りの回転角度は、第３の調整ねじ２５の押圧により調整され、かつ所望角度で固定される。
【００１５】
この実施形態のイオンビームコリメータ１においては、ハンドル１１により、スリット軸４を軸周り９０°正逆回転させることにより、第３の通過孔１２と第４の通過孔１３を選択的にスリットボディ３の第２の通過孔９に連通させる。これにより、コリメータ１を通過するイオンビームの断面の直径を大小切り換え、波長分散型Ｘ線分析法と、エネルギ分散型Ｘ線分析法に対応する。また、スリットボディ３の軸周り回転により、イオンビームの通過孔９，１２，１３を軸線Ｚ−Ｚに対して偏向させ、移送ダクト５２内を走るイオンビームの照射角度に適合させる。この偏向角度の調整及び固定は、第３の調整ねじ２５の進退により行う。さらに、スリット軸４及びスリットボディ３の軸線Ｙ−Ｙ，Ｘ−Ｘ方向の移動により、イオンビームの通過孔９，１２，１３を軸線Ｚ−Ｚに直交方向に変位させ、移送ダクト５２内を走るイオンビームの照射位置に適合させる。スリット軸４の軸線Ｙ−Ｙ方向の移動は、ばね２１の付勢力に抗する第２の調整ねじ２３の進退により行い、スリットボディ３の軸線Ｘ−Ｘ方向の移動は、ばね１９の付勢力に抗する第１の調整ねじ１７の進退により行う。従って、イオンビーム照射角度と位置に正確に通過孔を一致させることができるので、通過孔が小径でも、孔の内壁面に衝突して失われるイオンの比率は小さく、また孔のエッジの影響を受けてイオンビームが偏向することもない。
【００１６】
【発明の効果】
以上のように、本発明においてはケース２と、ケース２内に設けられたスリットボディ３及びスリット軸４でイオンビームコリメータ１を構成した。そして、ケース２には、イオンビームの第１の通過孔６と、この第１の通過孔６の軸線Ｚ−Ｚに直交する方向の嵌合孔７と、第１の通過孔６と嵌合孔７の両者の軸線Ｚ−Ｚ，Ｘ−Ｘに直交する方向の貫通孔８とを設け、第１の通過孔６の軸線Ｚ−Ｚを移送ダクトの線心に一致させて固定するようにした。スリットボディ３は、ケース２の嵌合孔７内に気密に、軸線Ｙ−Ｙ方向移動及び軸周り回転自在に嵌合させ、第１の通過孔６と連通するイオンビームの第２の通過孔９と、この第２の通過孔９の軸線Ｚ−Ｚに直交し、ケース２の貫通孔８に連通する軸受孔１０とを形成した。スリット軸４は、スリットボディ３の軸受孔１０に、気密に、軸線Ｙ−Ｙ方向移動及び軸周り回転自在に嵌め込み、一端側をケース２の貫通孔８を自由に貫通させてケース２外に突出させ、所定の回転角度位置において夫々スリットボディ３の第２の通過孔９に選択的に連通しうるように、軸線直交方向に、相互に直交してイオンビームの第３の通過孔１２及び第４の通過孔１３を形成した。また、スリット軸４の第４の通過孔１３のイオンビームの入射側には、第４の通過孔１３より小径のイオンビームの第５の通過孔１５を有する小孔板１４を取付けたため、直径が大小異なる２種類のイオンビーム通過孔の切り換え作業を容易に行うことができ、しかもイオンビーム通過孔の方向と位置をイオンビームの進行方向と位置に正確に一致させるべく、その位置及び角度を容易に微調整することができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るイオンビームコリメータを適用した粒子誘起Ｘ線分析装置の正面図である。
【図２】本発明に係るイオンビームコリメータの断面図である。
【図３】図２におけるIII−III断面図である。
【図４】図２におけるIV−IV拡大矢視図である。
【図５】本発明に係るイオンビームコリメータの分解斜視図である。
【符号の説明】
１    イオンビームコリメータ
２    ケース
３    スリットボディ
４    スリット軸
６    イオンビームの第１の通過孔
７    嵌合孔
８    貫通孔
９    イオンビームの第２の通過孔
１０  軸受孔
１２  イオンビームの第３の通過孔
１３  イオンビームの第４の通過孔
１４  小孔板
１５  イオンビームの第５の通過孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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