(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に対し電圧が引加される陽極管を有するグロー放電管と、前記陽極管と試料との間に電圧を印加してグロー放電を発生させる給電手段とを備えたグロー放電発光分光分析装置のグロー放電管に用いられ、試料が当接される支持部において、
試料が当接される面に向けて前記陽極管が挿入される貫通孔を設けられた絶縁材からなる本体と、
その本体の貫通孔に、少なくとも試料が当接される側において挿入され、内面が前記陽極管の外周に対向する筒状の金属またはセラミックスからなる耐熱部材とを有することにより、
前記貫通孔が試料に接するエッジ部を前記耐熱部材で構成することを特徴とするグロー放電管の支持部。
【請求項２】
試料が当接される支持部として請求項１のグロー放電管の支持部を用い、
試料に対し電圧が引加される陽極管を有するグロー放電管と、
前記陽極管と試料との間に電圧を印加してグロー放電を発生させる給電手段とを備えたグロー放電発光分光分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、試料をスパッタリングするためのグロー放電管において試料が当接される支持部、およびその支持部を有するグロー放電管を用いて、発生した光を分光器で分析するグロー放電発光分光分析装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
気体圧力が５００〜１３００Ｐａ程度のアルゴン（Ａｒ）雰囲気中で、二つの電極間に直流または高周波の高電圧を印加すると、グロー放電が起こり、Ａｒイオンが生成される。生成したＡｒイオンは高電界で加速され、陰極表面に衝突し、そこに存在する物質をたたき出す。この現象をスパッタリングと呼ぶが、スパッタされた粒子（原子、分子、イオン）はプラズマ中で励起され、基底状態に戻る際にその元素に固有の波長の光を放出する。この発光を分光器で分光して元素を同定する分析法が、グロー放電発光分光分析方法と呼ばれている。
【０００３】
このグロー放電発光分光分析方法を具現化した従来の分析装置では、グロー放電管として、例えば、図４に示すような中空陽極型のグリムグロー放電管３１が用いられている。このグロー放電管３１は、支持ブロック３２と陽極ブロック３とが、Ｏリングなどのシール部材１１を介して接合されている。ここで、支持ブロック３２は、試料６が当接される支持部であって、この従来例では同時に絶縁部である。陽極ブロック３には、中空陽極管３ｄが一体形成されており、この陽極管３ｄは、支持ブロック３２に設けられた貫通孔に挿入され、試料６の分析面（表面）６ａに近接している。試料６は、その分析面６ａにおける分析すべき部位を囲む環状形状となったＯリングなどのシール部材１１を介して、主に陰極ブロック４により支持ブロック３２に気密状態で押し付けられる。
【０００４】
こうして、試料６により陽極管３ｄを収納する支持ブロック３２の内方空間（グロー放電空間）Ｖの開口部を密閉し、この内方空間Ｖを、図示しない真空排気装置（減圧手段）により、第１および第２真空排気孔３ｂ，３ｃから真空引きするようになっている。さらに、陽極ブロック３は、アルゴンガス供給孔３ａを有しており、管内Ｖがアルゴンの希ガス雰囲気（５００〜１３００Ｐａ）とされている。
【０００５】
このグロー放電管３１は、陽極管３ｄと試料６との間に、それぞれ陽極ブロック３と陰極ブロック４を介して、電源部（給電手段）１２により高電圧を印加して、グロー放電の発生により生成されるアルゴンの陽イオンを試料の分析面６ａに衝突させて、試料６をスパッタリングするものである。このため、前記支持ブロック３２は、絶縁性とともに耐熱性も要求され、ベスペル（登録商標）、ポリイミド等の樹脂で作製される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、長時間を要する分析を繰り返す場合等においては、支持ブロック３２の耐熱性が十分とはいえず、アルゴンイオンの衝突や、スパッタされた試料汚れが付着しそれが高周波誘導加熱されること等により、支持ブロック３２において貫通孔が試料６に接するエッジ部が徐々に欠損し、グロー放電の条件が変化して発光強度に影響が及ぶ。また、試料から放出されるガスにより局部的に異常放電が起こり、欠損を生じることもある。そのような支持ブロック３２をさらに使用し続けると、欠損により陽極管３ｄとのギャップがいわゆるダークスペース（暗領域）よりも大きくなって付着物との間でアーク放電を起こし、一瞬のうちに破損する（焼け焦げ、ひび割れ等）。
【０００７】
このように明確に破損した支持ブロック３２は、もちろんその後使用できず、交換にあたっては、支持ブロック３２において試料の分析面６ａが当接される面と陽極管先端面との間隙を調整しなければならず（いわゆるギャップ調整）、作業に熟練と時間を要し、さらには、交換によりグロー放電の条件が変化しうることから、分析装置全体の校正も必要となり、分析作業の効率が低下する。また、破損に至るまでにおいても、徐々に欠損により、グロー放電の条件が変化して発光強度に影響が及んでいることから、どこまで正確な分析が行えていたのかが不明で、それまでの分析結果が信頼性に乏しいものとなる。さらに、ベスペル、ポリイミド等の樹脂からなる支持ブロック３２は、高価であるため、寿命が短いことは、分析経済の点においても問題がある。
【０００８】
そこで本発明は、長寿命で、効率と信頼性の高い分析を可能にするグロー放電管の支持部およびそれを用いたグロー放電発光分光分析装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係るグロー放電管の支持部は、試料が当接される面に向けて前記陽極管が挿入される貫通孔を設けられた絶縁材からなる本体と、その本体の貫通孔に、少なくとも試料が当接される側において挿入され、内面が前記陽極管の外周に対向する筒状の金属またはセラミックスからなる耐熱部材とを有することにより、前記貫通孔が試料に接するエッジ部を前記耐熱部材で構成する。
【００１０】
請求項１のグロー放電管の支持部によれば、耐熱性が要求され、消耗が問題となる、支持部における陽極管先端の周辺を、金属またはセラミックスからなる耐熱部材で構成するので、長寿命であり、効率と信頼性の高い分析が可能になる。また、耐熱部材以外の本体は、特に耐熱性を要求されず、絶縁性が十分であれば足りるので、安価なベークライト、ジュラコン（登録商標）、テフロン（登録商標）等の樹脂を用いることができ、長寿命化と相まって、分析のランニングコストをいっそう低減できる。さらに、試料に対し高周波の電圧が印加される高周波グロー放電発光分光分析装置においては、高周波電力のロスを抑制するよう、支持部には耐熱性、絶縁性の他に誘電率の低さも要求されるが、請求項１のグロー放電管の支持部によれば、耐熱部材以外の本体は、特に耐熱性を要求されないことから、絶縁性が十分なもののうち、誘電率のより低いテフロン等の樹脂を用いることができ、高周波電力のロスを十分低減させることもできる。
【００１１】
請求項２に係るグロー放電発光分光分析装置は、請求項１のグロー放電管の支持部を用いる。請求項２の装置によっても、効率と信頼性が高く、ランニングコストの低い分析が可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態のグロー放電発光分光分析装置を図面にしたがって説明する。まず、この装置の構成について説明する。この装置では、図２に示すように、グロー放電を利用したスパッタリングにより元素に固有の波長の光を発生するグリムグロー放電管１から放出されて、その窓板１３を透過した光Ｓが、分光器２２に入射する。分光器２２は、入射スリット２４、この入射スリット２４から入射した光Ｓを波長に応じて異った回折角度で回折する回折格子２６、回折光を通過させる出射スリット２７および回折光の強度を測定する光電子増倍管２８を備えている。
【００１３】
また、この装置は、グロー放電管として、図１に示すような中空陽極型のグリムグロー放電管１を用いている。このグロー放電管１は、支持ブロック２と、中空陽極管３ｄが一体形成された陽極ブロック３とが、Ｏリングなどのシール部材１１を介してボルト９により締結、接合されている。支持ブロック２は、グロー放電管１において、試料６が当接される支持部であって、同時に絶縁部である。
【００１４】
ここで、支持ブロック２は、試料６が当接される面に向けて陽極管３ｄが挿入される貫通孔５ａを設けられた本体５と、その本体の貫通孔５ａに試料６が当接される側において挿入例えば圧入され、内面が陽極管３ｄの外周に対向する筒状の耐熱部材７とを有する。より具体的には、貫通孔５ａは試料６が当接される側で径大となり、その部分に耐熱部材７が圧入され、径小部分の貫通孔５ａの内面と、耐熱部材７の内面とが面一になっている。本体５は、ベークライト、ジュラコン、テフロン、ベスペル、ポリイミド等の樹脂である絶縁材からなり、耐熱部材７は、ステンレス、無酸素銅等の金属、またはマコール（登録商標）、ローテック（登録商標）−ＴＭ等の高温使用に耐え高精度加工のできるマシナブルセラミックスからなる。
【００１５】
陽極管３ｄは、支持ブロック本体の貫通孔５ａおよび耐熱部材７の内側に挿入され、試料６の分析面（表面）６ａに近接している。試料６は、その分析面６ａにおける分析すべき部位を囲む環状形状となったＯリングなどのシール部材１１を介して、主に陰極ブロック４により支持ブロック２に気密状態で押し付けられる。なお、試料６は、打ち抜きサンプリングされた塗装鋼板のような略円板状として図示したが、このようなものに限定されない。
【００１６】
こうして、試料６により陽極管３ｄを収納する支持ブロック２の内方空間（グロー放電空間）Ｖの開口部を密閉し、この内方空間Ｖを、図示しない真空排気装置（減圧手段）により、第１および第２真空排気孔３ｂ，３ｃから真空引きするようになっている。さらに、陽極ブロック３は、アルゴンガス供給孔３ａを有しており、管内Ｖがアルゴンの希ガス雰囲気（５００〜１３００Ｐａ）とされている。
【００１７】
このグロー放電管１は、陽極管３ｄと試料６との間に、それぞれ陽極ブロック３と陰極ブロック４を介して、電源部（給電手段）１２により高電圧を印加して、グロー放電の発生により生成されるアルゴンの陽イオンを試料の分析面６ａに衝突させて、試料６をスパッタリングするものである。また、冷却液を、陰極ブロック４の図示しない冷却液導入路からジャケット内に導入して冷却液排出路まで送給することにより、陰極ブロック４を介し試料６を冷却している。さらに、冷却液を、陽極ブロック３の図示しない冷却液導入路からジャケット内に導入して冷却液排出路まで送給することにより、陽極管３ｄを冷却している。
【００１８】
次に、この装置の動作について説明する。試料６の分析したい所望の部位が陽極管３ｄに対向するよう位置させて、試料の分析面６ａを支持ブロック２に当接させ、試料の背面６ｅに図示しないロボットハンド等により陰極ブロック４を押しつけ導通接触させるとともに、試料６を保持する。また、図示しない減圧手段により支持ブロック２の内方空間Ｖが真空引きされ、アルゴンの希ガス雰囲気（５００〜１３００Ｐａ）にされると、試料の分析面６ａは、背面６ｅにかかる大気圧によっても、シール部材１１を介して支持ブロック２に押し付けられ、密着する。
【００１９】
そして、陽極ブロック３と陰極ブロック４を通して、陽極管３ｄと試料６との間に、電源部（給電手段）１２により数百〜数千ボルトの高電圧を印加すると、グロー放電を生じ、アルゴンの陽イオンが生成される。このＡｒイオンにより試料６がスパッタリングされ、発生した光Ｓは、窓板１３を透過し、図２の入射スリット２４を通して、分光器２２の回析格子２６に向かう。この回析格子２６は、所定の波長の光を回析させ、出射スリット２７を通して、光電子増倍管２８に入射させる。光電子増倍管２８は入射した光の強度を測定する。すなわち、試料６の所望の部位の分析がなされる。
【００２０】
ここで、例えば、試料６が鋼板上に塗膜を有するものであり、その塗膜を分析する場合等においては、遅いスパッタ速度で分析が３０分程度の長時間に及び、、図１において、特に支持ブロック２における陽極管３ｄの先端周辺が、高温となるが、本実施形態においては、その部分を金属またはセラミックスからなる耐熱部材７で構成するので、十分高温に耐え、まれにアルゴンイオンが衝突してもスパッタされにくく、支持ブロック２が長寿命である。したがって、支持ブロック２の頻繁な交換を要さず、効率の高い分析が可能であり、また、グロー放電の条件が長期間にわたって安定することから、信頼性の高い分析が可能になる。さらに、耐熱部材７以外の本体５は、特に耐熱性を要求されず、絶縁性が十分であれば足りるので、安価なベークライト、ジュラコン、テフロン等の樹脂を用いることができ、長寿命化と相まって、分析のランニングコストをいっそう低減できる。
【００２１】
さらにまた、本実施形態の装置が、試料６に対し高周波の電圧が印加される高周波グロー放電発光分光分析装置である場合には、高周波電力のロスを抑制するよう、支持ブロック２には耐熱性、絶縁性の他に誘電率の低さも要求されるが、本実施形態においては、耐熱部材７以外の本体５は、特に耐熱性を要求されないことから、絶縁性が十分なもののうち、誘電率のより低いテフロン等の樹脂を用いることができ、高周波電力のロスを十分低減させることもできる。
【００２２】
なお、図３に示すように、耐熱部材７は、本体の貫通孔５ａの全長にわたって挿入されるものでもよい。この場合でも、金属またはセラミックスからなる耐熱部材７と図１の陽極ブロック３との間には、第２真空排気孔３ｃによるギャップが形成されるので、試料６および陰極ブロック４と陽極ブロック３との間の絶縁は維持される。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のグロー放電管の支持部等によれば、耐熱性が要求され、消耗が問題となる、支持部における陽極管先端の周辺を、金属またはセラミックスからなる耐熱部材で構成するので、長寿命であり、効率と信頼性の高い分析が可能になる。また、耐熱部材以外の支持部の本体は、特に耐熱性を要求されず、絶縁性が十分であれば足りるので、安価なベークライト、ジュラコン、テフロン等の樹脂を用いることができ、長寿命化と相まって、分析のランニングコストをいっそう低減できる。さらに、試料に対し高周波の電圧が印加される高周波グロー放電発光分光分析装置においては、高周波電力のロスを抑制するよう、支持部には耐熱性、絶縁性の他に誘電率の低さも要求されるが、本発明のグロー放電管の支持部によれば、耐熱部材以外の本体は、特に耐熱性を要求されないことから、絶縁性が十分なもののうち、誘電率のより低いテフロン等の樹脂を用いることができ、高周波電力のロスを十分低減させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のグロー放電発光分光分析装置のグロー放電管を示す部分縦断面図である。
【図２】同上の分析装置を示す正面図である。
【図３】本発明の他の実施形態のグロー放電管の支持部を示す縦断面図である。
【図４】従来のグロー放電発光分光分析装置のグロー放電管を示す部分縦断面図である。
【符号の説明】
１…グロー放電管、２…支持部（支持ブロック）、３ｄ…陽極管、５…支持部本体、５ａ…貫通孔、６…試料、７…耐熱部材、１２…給電手段。
【図１】
0003603121.tif 000002
【図２】
0003603121.tif 000003
【図３】
0003603121.tif 000004
【図４】
0003603121.tif 000005