(57)【要約】【課題】金属イオン放出体の位置と形状を長期に渡って適正な状態に維持でき、これによって、金属イオン放出量の安定化を図ると共に長寿命化を図った金属イオン放出機構を提供する。【解決手段】金属イオン放出体１２と、この金属イオン放出体１２を通電・加熱する電圧印加部１１とを有し、電圧印加部１１により金属イオン放出体１２を加熱することによって金属イオンを放出させる金属イオン放出機構において、電圧印加部１１の金属イオン放出体１２を固定する箇所に金属イオン放出体固定用の係止部１４を設けた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属イオン放出体と、この金属イオン放出体を通電・加熱する電圧印加部とを有し、前記電圧印加部により前記金属イオン放出体を加熱することによって金属イオンを放出させる金属イオン放出機構において、
前記電圧印加部の前記金属イオン放出体を固定する箇所に金属イオン放出体固定用の係止部を設けることを特徴とする金属イオン放出機構。
【請求項２】
前記係止部は、前記金属イオン放出体の内部に、当該内部に納まる大きさで設けられることを特徴とする請求項１記載の金属イオン放出機構。
【請求項３】
前記係止部は、前記電圧印加部に別の部材を固定することにより形成したことを特徴とする請求項２記載の金属イオン放出機構。
【請求項４】
前記係止部は、前記電圧印加部の一部を、少なくとも１つのヘアピン形状、コイル形状、ジグザグ形状のいずれかに形成して成る突出部であることを特徴とする請求項２記載の金属イオン放出機構。
【請求項５】
前記係止部は前記金属イオン放出体に外接して設けられることを特徴とする請求項１記載の金属イオン放出機構。
【請求項６】
前記係止部は、前記金属イオン放出体を外側から支えるように設けられた少なくとも１つの部材から成ることを特徴とする請求項５記載の金属イオン放出機構。
【請求項７】
前記係止部は、少なくとも１つのヘアピン形状、コイル形状、ジグザグ形状のいずれかであることを特徴とする請求項５記載の金属イオン放出機構。
【請求項８】
前記金属イオン放出体は、前記金属イオンと同じ金属を構成元素として含む化合物を少なくとも一種類含む混合物であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の金属イオン放出機構。
【請求項９】
前記金属イオン放出体の形状は球体であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の金属イオン放出機構。
【請求項１０】
前記金属イオン放出体は、前記電圧印加部に対して電気的絶縁状態で配置した容器に入れられることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の金属イオン放出機構。
【請求項１１】
前記金属イオン放出体の内部に納まる前記電圧印加部の電気抵抗が、前記金属イオン放出体の外側の前記電圧印加部の電気抵抗と等しいか、またはこの電気抵抗よりも大きいことを特徴とする請求項２，３，５，６のいずれか１項に記載の金属イオン放出機構。
【請求項１２】
前記金属イオン放出体の内部に納まる前記電圧印加部は、前記金属イオン放出体の外側の前記電圧印加部を形成している材質とは異なる材質で作られているか、または前記金属イオン放出体の外側の前記電圧印加部とは異なる大きさで作られていることを特徴とする請求項１１記載の金属イオン放出機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属イオン放出機構に関し、特に、金属イオンを被測定ガスに付着させて被測定ガスの同定・定量を行うイオン付着質量分析装置のイオン源に用いる金属イオン放出機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、試料の同定または定量の方法としてガス状試料またはガス化した試料をイオン化し、これに電場あるいは磁場を作用させることにより、それらの荷電粒子の質量電荷比（ｍ／ｚ）の違いを利用して異なる荷電粒子を分離、検知、記録する質量分析法（装置）において、試料ガスの成分を分解せず親分子の形態で分析できるイオン付着イオン化法が開発されている。この方法は、結合エネルギが数ｅＶのガス分子に、１ｅＶ以下の低エネルギの金属イオンを付着させて、試料ガスを構成する各成分の分子（親分子）と金属イオンの合計された質量電荷比を分離・検出し、それにより各ガス分子（親分子）の検出を可能にするものである。
【０００３】
図８および図９を参照してイオン付着イオン化法で利用される従来のイオン源すなわち金属イオン放出機構を説明する。図８は金属イオン放出機構の概略構成図、図９は金属イオン放出機構の拡大縦断面図である。
【０００４】
図８に示すように、イオン付着イオン化法による金属イオン放出機構は、内部にイオン化領域を形成しかつ一端の全面が開口された容器１０１と、容器１０１の開口端面に取り付けられたアパーチャ（引き出し電極）１０２と、金属酸化物からなる球状の金属イオン放出体１０３ａと電圧印加部１０３ｂから構成される金属イオン放出素子１０３と、リペラ電極１０４と、被測定ガスとその他のガスをイオン付着領域に導入するガス導入部１０５とから構成される。アーパーチャ１０２はイオン化された被測定ガスを通過させる開口１０６を有し、容器１０１の開口端部との間に絶縁部１０７を設けて容器１０１から電気的に絶縁されている。球状の金属イオン放出体１０３ａと開口１０６とは同軸状態で配置され、リペラ電極１０４は、開口１０６とは反対側の金属イオン放出体１０３ａ裏面に配置されている。また、金属イオン放出素子１０３とリペラ電極１０４とはそれぞれ電力供給用の電源１０８と電源１０９とに接続されている。
【０００５】
金属イオン放出体１０３ａは、図９に示すように、直線状の電圧印加部１０３ｂに例えば焼結によって固定されていて、その直径は例えば２〜３ｍｍ程度である。金属イオン放出体１０３ａの材料は、放出させる金属イオンと同じ金属元素を構成元素として少なくとも１種類含む金属酸化物である。電圧印加部１０３ｂはイリジウム（Ｉｒ）やタングステン（Ｗ）等の高融点金属からなる例えば線状の物質であり、好適にはいわゆるフィラメント部材であり、ここに電流が流れることによりジュール熱が発生する。なお、図９に示すように、金属イオン放出素子１０３は、支持電極１１２の上に絶縁体１１０を介して設けられた２本の支持棒１１１の間に取り付けられている。
【０００６】
上記の構成で、アパーチャ１０２は接地電位に保持され、ガス導入部１０５を介して被測定ガスもしくは他のガスまたはそれらの混合ガスが、真空状態に保持されたイオン付着領域に導入され、最適な減圧状態、例えば１００Ｐａに調整される。電圧印加部１０３ｂには、電源１０８により電流が流され加熱される。その結果、金属イオン放出体１０３ａの表面から金属イオンが放出される。一方、リペラ電極１０４には電源１０９により電圧が印加される。放出した金属イオンは、接地電位であるアパーチャ１０２との空間に形成された電界に引かれて金属イオン放出体１０３ａの表面から離脱（放出）され、アパーチャ１０２の方向に移送される。このときリペラ電極１０４は金属イオンをアパーチャ１０２側に押出す役目をする。その後、金属イオンはイオン付着領域において、導入された被測定ガスに付着して擬分子イオンを形成する。その他のガスは、被測定ガスに金属イオンが付着して形成された擬分子イオンが再び解離しないように、余分なエネルギを奪い取るために導入される。なお、被測定ガスとその他のガスは、それぞれ別のガス導入部から別々に導入されても良い。このような金属イオン放出機構は、いくつかの文献に開示されている（例えば、特許文献１〜３）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−２７３８６８号公報
【特許文献２】
特開２００１−３５１５６７号公報
【特許文献３】
特開平６−７６７７４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
加熱温度は放出したい金属の種類により異なるが、数百℃から１０００℃を越える高温であり、例えばＬｉイオンの場合にはＬｉを構成元素とする酸化物と別の金属の酸化物（例えばアルミノシリケイト）の混合物や混晶が好適に使用されるので、その混合物（混晶）は６００℃程度に加熱される。図１０および図１１は初めて通電した後の金属イオン放出素子と開口の位置関係を示した図である。金属イオン放出素子１０３を使用開始すると、図１０および図１１に示すように一度通電すると電圧印加部１０３ｂに歪みを生じる。図１０と図１１では、アパーチャ１０２と開口１０６と金属イオン放出体１０３ａとの位置関係を示す。図１０は、金属イオン放出素子１０３を垂直に設置した場合を示し、図１１は、金属イオン放出素子１０３を水平に設置した場合を示す。実線で示した金属イオン放出体１０３ａと電圧印加部１０３ｂは通電前の位置である。このときには、開口１０６の中心を通る開口の面に垂直な直線１０６ａが金属イオン放出体１０３ａの中心軸と一致している。点線で示した金属イオン放出体１０３ａ’と電圧印加部１０３ｂ’は一度通電した後の位置を示す。図示されるように、金属イオン放出体１０３ａ’とアパーチャ１０２の開口１０６との間では中心軸の位置関係がずれてしまう。図１０と図１１で示した一度通電したときの電圧印加部１０３ｂの歪みによる金属イオン放出体１０３ａ’とアパーチャ１０２の開口１０６との位置関係のずれは、一度金属イオン放出素子１０３を熱した後調整することにより解消することができる。一方、その後使用を継続すると金属イオン放出体１０３ａは、金属イオンを消耗することによりポーラス（多孔状態）になり、さらには加熱による一部溶解で重力方向に変形したりして、電圧印加部１０３ｂに対する位置が変化する。
【０００９】
図１２と図１３は、使用を継続した場合の金属イオン放出素子と開口の位置関係を示した図である。図１２と図１３では、アパーチャ１０２の開口１０６と金属イオン放出体１０３ａとの位置関係を示す。図１２は、金属イオン放出素子１０３を垂直に設置した場合を示し、図１３は、金属イオン放出素子１０３を水平に設置した場合を示す。実線で示した金属イオン放出体１０３ａと電圧印加部１０３ｂは前述のように初めての通電後に調整した後の位置である。このときには、開口１０６の中心を通る開口の面に垂直な直線１０６ａが金属イオン放出体１０３ａの中心軸と一致している。点線で示した金属イオン放出体１０３ａ’’は電圧印加部１０３ｂに通電し加熱されて一部溶解したときの位置を示す。図示されるように、金属イオン放出体１０３ａ’’とアパーチャ１０２の開口１０６との位置関係がずれてしまう。
【００１０】
上記構成の金属イオン放出機構では、金属イオン放出体１０３ａから放出される金属イオンの放出量はその表面形状または放出表面とアパーチャ１０２の開口１０６の中心軸との位置関係に大きく依存している。すなわち、金属イオン放出体１０３ａの直径は２〜３ｍｍ、アパーチャ１０２の開口１０６の直径は１ｍｍ程度であるので、経時的に金属イオン放出体１０３ａや電圧印加部１０３ｂが変形すると、アパーチャ１０２の開口１０６を通って分析室の方へ放出される金属イオン放出量が減少する。この放出量低下に対しては、電圧印加部１０３ｂに投入する電力を増加して加熱温度を高めることでも多少は回避することができるが、実質的には金属イオン放出体１０３ａがアパーチャ１０２の開口１０６の中心軸１０６ａから０．５ｍｍずれると使用できなくなる。そのため、一般的な使用では約半年の寿命であると云われているが、実際にはその６分の１以下、最悪の場合には１日で使用できなくなるという問題があった。
【００１１】
前述のように、最初の通電後のイオン放出体１０３ａ’とアパーチャ１０２の開口との位置関係のずれは調整により解消することができる。しかしながら、図１２と図１３で示した加熱による金属イオン放出体１０３ａの一部の溶解によって重力方向に変形し電圧印加部１０３ｂに対する位置が変化することによるずれは、加熱する毎に生じるため、調整は困難である。
【００１２】
本発明の目的は、上記の問題に鑑み、金属イオン放出体の位置と形状を長期に渡って適正な状態に維持でき、これによって、金属イオン放出量の安定化を図ると共に長寿命化を図った金属イオン放出機構を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係る金属イオン放出機構は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。
【００１４】
第１の金属イオン放出機構（請求項１に対応）は、金属イオン放出体と、この金属イオン放出体を通電・加熱する電圧印加部とを有し、電圧印加部により金属イオン放出体を加熱することによって金属イオンを放出させる金属イオン放出機構において、電圧印加部の金属イオン放出体を固定する箇所に金属イオン放出体固定用の係止部を設けることで特徴づけられる。
【００１５】
第１の金属イオン放出機構によれば、電圧印加部の金属イオン放出体を固定する箇所に金属イオン放出体固定用の係止部を設けるため、電圧印加部と金属イオン放出体とが接合する面積が係止部の分だけ大きくなるので、加熱したときに金属イオン放出体の一部が溶解したとしても係止部と接合した部分での電圧印加部と金属イオン放出体を構成する材質での摩擦が大きくなり、金属イオン放出体は、変形しにくく、また、位置の変化も抑制することができる。これにより金属イオン放出体の位置と形状が経時的に大きく変化することを抑えることができる。
【００１６】
第２の金属イオン放出機構（請求項２に対応）は、上記の構成において、好ましくは係止部は、金属イオン放出体の内部に、当該内部に納まる大きさで設けられることで特徴づけられる。
【００１７】
第２の金属イオン放出機構によれば、係止部は、金属イオン放出体の内部に、当該内部に納まる大きさで設けられるため、電圧印加部と金属イオン放出体とが接合する面積が金属イオン放出体の内部に納まる係止部の分だけ大きくなるので、加熱したときに金属イオン放出体の一部が溶解したとしても金属イオン放出体内部の係止部と接合した部分での電圧印加部と金属イオン放出体を構成する材質での摩擦が大きくなり、金属イオン放出体は、変形しにくく、また、位置の変化も抑制することができる。これにより金属イオン放出体の位置と形状が経時的に大きく変化することを抑えることができる。
【００１８】
第３の金属イオン放出機構（請求項３に対応）は、上記の構成において、好ましくは係止部は、電圧印加部に別の部材を固定することにより形成したことで特徴づけられる。
【００１９】
第３の金属イオン放出機構によれば、係止部は、電圧印加部に別の部材を固定することにより形成したため、電圧印加部と金属イオン放出体とが接合する面積が電圧印加部に固定した別の部材の分だけ大きくなるので、加熱したときに金属イオン放出体の一部が溶解したとしても別の部材での電圧印加部と金属イオン放出体を構成する材質での摩擦が大きくなり、金属イオン放出体は、変形しにくく、また、位置の変化も抑制することができる。これにより金属イオン放出体の位置と形状が経時的に大きく変化することを抑えることができる。
【００２０】
第４の金属イオン放出機構（請求項４に対応）は、上記の構成において、好ましくは係止部は、電圧印加部の一部を、少なくとも１つのヘアピン形状、コイル形状、ジグザグ形状のいずれかに形成して成る突出部であることで特徴づけられる。
【００２１】
第４の金属イオン放出機構によれば、係止部は、電圧印加部の一部を、少なくとも１つのヘアピン形状、コイル形状、ジグザグ形状のいずれかに形成して成る突出部であるため、電圧印加部と金属イオン放出体とが接合する面積がコイルの部分あるいはヘアピン形状、ジグザグ形状の分だけ大きくなるので、加熱したときに金属イオン放出体の一部が溶解したとしても接合した部分での電圧印加部と金属イオン放出体を構成する材質での摩擦が大きくなり、金属イオン放出体は、変形しにくく、また、位置の変化も抑制することができる。これにより金属イオン放出体の位置が経時的に大きく変化することを抑えることができる。
【００２２】
第５の金属イオン放出機構（請求項５に対応）は、上記の構成において、好ましくは係止部は金属イオン放出体に外接して設けられることで特徴づけられる。
【００２３】
第５の金属イオン放出機構によれば、係止部は金属イオン放出体に外接して設けられるため、電圧印加部と金属イオン放出体とが接合する面積が金属イオン放出体に外接する系止部の分だけ大きくなるので、加熱したときに金属イオン放出体の一部が溶解したとしても外接する係止部での電圧印加部と金属イオン放出体を構成する材質での摩擦が大きくなり、金属イオン放出体は、変形しにくく、また、位置の変化も抑制することができる。これにより金属イオン放出体の位置と形状が経時的に大きく変化することを抑えることができる。
【００２４】
第６の金属イオン放出機構（請求項６に対応）は、上記の構成において、好ましくは係止部は、金属イオン放出体を外側から支えるように設けられた少なくとも１つの部材から成ることで特徴づけられる。
【００２５】
第６の金属イオン放出機構によれば、係止部は、金属イオン放出体を外側から支えるように設けられた少なくとも１つの部材から成るため、電圧印加部と金属イオン放出体とが接合する面積が金属イオン放出体を外側から支えるように設けられた少なくとも１つの部材の分だけ大きくなるので、加熱したときに金属イオン放出体の一部が溶解したとしても外側から支えるように設けられた少なくとも１つの部材での電圧印加部と金属イオン放出体を構成する材質での摩擦が大きくなり、金属イオン放出体は、変形しにくく、また、位置の変化も抑制することができる。これにより金属イオン放出体の位置と形状が経時的に大きく変化することを抑えることができる。
【００２６】
第７の金属イオン放出機構（請求項７に対応）は、上記の構成において、好ましくは係止部は、少なくとも１つのヘアピン形状、コイル形状、ジグザグ形状のいずれかであることで特徴づけられる。
【００２７】
第７の金属イオン放出機構によれば、係止部は、少なくとも１つのヘアピン形状、コイル形状、ジグザグ形状のいずれかであるため、電圧印加部と金属イオン放出体とが接合する面積が金属イオン放出体を外側から支えるように設けられた少なくとも１つのヘアピン形状、コイル形状、ジグザグ形状のいずれかの係止部の分だけ大きくなるので、加熱したときに金属イオン放出体の一部が溶解したとしても外側から支えるように設けられた少なくとも１つのヘアピン形状、コイル形状、ジグザグ形状のいずれかの係止部での電圧印加部と金属イオン放出体を構成する材質での摩擦が大きくなり、金属イオン放出体は、変形しにくく、また、位置の変化も抑制することができる。これにより金属イオン放出体の位置と形状が経時的に大きく変化することを抑えることができる。
【００２８】
第８の金属イオン放出機構（請求項８に対応）は、上記の構成において、好ましくは金属イオン放出体は、金属イオンと同じ金属を構成元素として含む化合物を少なくとも一種類含む混合物であることで特徴づけられる。
【００２９】
第８の金属イオン放出機構によれば、金属イオン放出体は、金属イオンと同じ金属を構成元素として含む化合物を少なくとも一種類含む混合物であるため、金属イオン放出体を加熱したときに効率よく金属イオンを放出することができる。
【００３０】
第９の金属イオン放出機構（請求項９に対応）は、上記の構成において、好ましくは金属イオン放出体の形状は球体であることで特徴づけられる。
【００３１】
第９の金属イオン放出機構によれば、金属イオン放出体の形状は球体であるため、電圧印加部に電圧を与え、金属イオン放出体を加熱したときに均一に加熱することができるので、金属イオンを等方的に放出することができる。
【００３２】
第１０の金属イオン放出機構（請求項１０に対応）は、上記の構成において、好ましくは金属イオン放出体は、電圧印加部に対して電気的絶縁状態で配置した容器に入れられることで特徴づけられる。
【００３３】
第１０の金属イオン放出素子によれば、金属イオン放出体は、電圧印加部に対して電気的絶縁状態で配置した容器に入れられるため、金属イオン放出体の重量方向の下部が支えられているので、さらに経時的に位置ずれを起さない。
【００３４】
第１１の金属イオン放出機構（請求項１１に対応）は、上記の構成において、好ましくは金属イオン放出体の内部に納まる電圧印加部の電気抵抗が、金属イオン放出体の外側の電圧印加部の電気抵抗と等しいか、またはこの電気抵抗よりも大きいことで特徴づけられる。
【００３５】
第１１の金属イオン放出機構によれば、金属イオン放出体の内部に納まる電圧印加部の電気抵抗が、金属イオン放出体の外側の電圧印加部の電気抵抗と等しいかまたは大きいため、電圧印加部に電圧をかけたときに発生するジュール熱が金属イオン放出体の内部に納まる電圧印加部の方が金属イオン放出体の外側の電圧印加部でのものと等しいかそれ以上になるので、金属イオン放出体の加熱温度が低下することを阻止できる。
【００３６】
第１２の金属イオン放出機構（請求項１２に対応）は、上記の構成において、好ましくは金属イオン放出体の内部に納まる電圧印加部は、金属イオン放出体の外側の電圧印加部を形成している材質とは異なる材質で作られているか、または金属イオン放出体の外側の電圧印加部とは異なる大きさで作られていることで特徴づけられる。
【００３７】
第１２の金属イオン放出機構によれば、金属イオン放出体の内部に納まる電圧印加部は、金属イオン放出体の外側の電圧印加部を形成している材質とは異なる材質で作られているか、または金属イオン放出体の外側の電圧印加部とは異なる大きさで作られているため、金属イオン放出体の内部に納まる電圧印加部の材質や大きさを適当なものにすることにより、その部分の電気抵抗を、金属イオン放出体の外側の電圧印加部の電気抵抗と等しいかまたは大きくすることができ、電圧印加部に電圧をかけたときに発生するジュール熱が金属イオン放出体の内部に納まる電圧印加部の方が金属イオン放出体の外側の電圧印加部でのものと等しいかそれ以上になるので、金属イオン放出体の加熱温度が低下することを阻止できる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００３９】
本発明に係る金属イオン放出機構では金属イオン放出体が固定される電圧印加部の形状に特徴があるので、電圧印加部の形状について詳細に説明し、他の構造については従来技術と同じであるので、説明を省略する。
【００４０】
図１は、第１の実施形態に係る金属イオン放出機構の金属イオン放出素子の概略図である。金属イオン放出素子１０は、好適には線状のフィラメントを利用して形成された電圧印加部１１と金属イオン放出体１２とから成り、電圧印加部１１は、不図示の電源によって通電され、金属イオン放出体１２に電力を供給し、金属イオン放出体１２を加熱することによって金属イオンを放出させる。図１中、便宜的に金属イオン放出体１２は破線で示されている。電圧印加部１１は金属イオン放出体１２を取り付け固定する箇所で、例えば、金属イオン放出体１２の内部に収まる大きさを有した突出部を設けている。この突出部は金属イオン放出体１２を電圧印加部１１に係止させて取り付けるための係止部の機能を有する。なお、本願の実施例では線状のフィラメントを使用したが、線状あるいは平板形状その他の導電性物質であればよく、本発明は以上の実施形態に限定されるものではない。
【００４１】
電圧印加部１１は、線状の電圧印加部１３と、この線状の電圧印加部１３に対して好ましくは垂直に固定した、線状の電圧印加部１３と同じ径および材質の線材１４とにより、突出部を有するように形成される。線状の電圧印加部１３の材料は、例えばタングステン（Ｗ）またはイリジュウム（Ｉｒ）である。線材１４は、金属イオン放出体１２が固定される電圧印加部１１の部分に、線状の電圧印加部１３とほぼ垂直になるよう溶接等により固定される。このようにすると、突出部と金属イオン放出体内部に納まる電圧印加部では同質・同径の線材であるため、単位長さ当たりの電気抵抗が金属イオン放出体内部で一定である。このため、金属イオン放出体は均一に加熱され、表面全体から均一に放出されることになる。また、金属イオン放出体内部の電気抵抗が、金属イオン放出体の外側での電気抵抗と等しいかまたは大きいので、通電によりこの部分が外側と同じあるいはそれ以上に加熱されることになり、効率的に金属イオンが放出されることになる。
【００４２】
金属イオン放出体１２は、放出させる金属イオンと同じ金属を構成元素として含む化合物を少なくとも一種類含む混合物から成り、球状に成形されてある。例えば、放出させる金属イオンがリチウム（Ｌｉ＋）の場合には、リチウムを含有させたアルミノケイ酸塩を用いる。通常、所望の金属を含む酸化物の粉末、例えば、リチウムを含有させたアルミノケイ酸塩の粉末を水をバインダとして電圧印加部１１の所望の位置に取り付け、通電することで固定される。また、球状にすることで、電圧印加部１１に電圧を印加して通電を行い、金属イオン放出体１２を加熱したときに均一に加熱することができるので、金属イオンを等方的に放出することができる。
【００４３】
上記の金属イオン放出素子１０を用いて金属イオン放出機構を動作させるときは、図８と図９で示した金属イオン放出機構に金属イオン放出素子１０を取り付ける。そして、一度加熱し、その後調整し、金属イオン放出体１２がアパーチャ１０２の開口１０６の高さと中心軸で一致するようにする。その後の操作は、従来技術と同様である。金属イオン放出機構を動作させるとき、加熱温度は放出したい金属の種類により異なるが、数百℃から１０００℃を越える高温になる。
【００４４】
このとき、電圧印加部１１の金属イオン放出体１２を固定する箇所１５で、金属イオン放出体１２内部に収まる大きさの突出部すなわち線材１４を設けたため、電圧印加部１１と金属イオン放出体１２とが接合する面積が、線状の電圧印加部１３に垂直に固定した線材１４の分だけ大きくなっている。それにより、加熱したときに金属イオン放出体１２の一部が溶解したとしても、接合した部分での電圧印加部１１と金属イオン放出体１２を構成する材質との間での摩擦が大きくなり、金属イオン放出体１２は、変形しにくく、また位置の変化も抑制することができる。これにより金属イオン放出体１２の位置と形状が経時的に大きく変化することを抑えることができる。
【００４５】
突出部は線状の電圧印加部１３に垂直に固定した上記線材１４により形成したため、突起部は線状の電圧印加部１３の金属イオン放出体１２が固定されない部分１６，１７と同質（ＷあるいはＩｒ）で同径であるため、金属イオン放出体１２が固定される部分１５のインピーダンスは他の部分と同じになる。このため、電圧印加部１１に通電した場合に全体に渡ってほぼ均一の加熱状態になる。すなわち、金属イオン放出体１２に収まる電圧印加部１１の部分１５の電気抵抗と、金属イオン放出体１２から外れるその外側の電圧印加部１１の部分１６，１７の電気抵抗が同じであるため、電圧印加部１１に通電したときに発生するジュール熱が場所によって変わることなく均一である。このため、加熱温度も均一となり、これにより金属イオン放出体１２の加熱温度が低下することを阻止できる。
【００４６】
さらに、線材１４による突出部があるため、金属酸化物は消耗によりポーラスになっても、また加熱による溶解が生じても、重力方向に変形することを回避できる。
【００４７】
図２は、第２の実施形態に係る金属イオン放出機構の金属イオン放出素子の概略図である。金属イオン放出素子２０は、電圧印加部２１と金属イオン放出体２２とから成り、電圧印加部２１は金属イオン放出体２２に電力を供給し、金属イオン放出体２２を加熱することによって金属イオンを放出させる。電圧印加部２１は金属イオン放出体２２を固定する箇所で、金属イオン放出体２２の内部に収まる大きさを有した突出部の係止部を設けている。
【００４８】
電圧印加部２１の係止部は、線状の電圧印加部２３を少なくとも１つのヘアピン形状あるいはジグザグ形状に形成した突出部２６である。線状の電圧印加部２３の材質は第１実施形態の線状の電圧印加部１３と同じである。金属イオン放出体２２は、線状の電圧印加部２３の突出部２６に固定される。図２ではヘアピン形状の突出部２６を１つとしたが、連続して複数形成したり、ジグザグ形状にしても良い。また、線状の電圧印加部２３は、その一部をヘアピン形状にしたこと以外は全範囲で同じ径である。電圧印加部２１の金属イオン放出体２２に収まる部分２５の単位長さ当たりの電気抵抗と、電圧印加部２１の金属イオン放出体２２から外れる部分２７，２８の単位長さ当たりの電気抵抗が同じである。そのため、電圧を印加したときに均一に加熱することができる。また、ヘアピン形状の突出部２６があるため、金属酸化物は消耗によりポーラスになっても、また加熱による溶解が生じても、重力方向に変形することを回避できる。
【００４９】
図３は、第３の実施形態に係る金属イオン放出機構の金属イオン放出素子の概略図である。金属イオン放出素子３０は、電圧印加部３１と金属イオン放出体３２とから成り、電圧印加部３１は金属イオン放出体３２に電力を供給し、金属イオン放出体３２を加熱することによって金属イオンを放出させる。電圧印加部３１は金属イオン放出体３２を固定する箇所で、金属イオン放出体３２内部に収まる大きさを有した突出部を形成する係止部を設けている。
【００５０】
電圧印加部３１の係止部は、線状の電圧印加部３４にコイル部３３を設けることにより形成される。コイル部３３は線状の電圧印加部３４の一部を螺旋状に加工して形成される。電圧印加部３１は線状の電圧印加部３４と金属イオン放出体３２から成り、金属イオン放出体３２が固定される電圧印加部３５の部分の線状の電圧印加部を螺旋状に形成する。
【００５１】
このようにすると、コイル部３３と金属イオン放出体内部に納まる電圧印加部では同質・同径の線材であるため、単位長さ当たりの電気抵抗が金属イオン放出体内部で一定である。このため、金属イオン放出体は均一に加熱され、表面全体から均一に放出されることになる。また、金属イオン放出体内部の電気抵抗が、金属イオン放出体の外側での電気抵抗と等しいかまたは大きいので、通電によりこの部分が外側と同じあるいはそれ以上に加熱されることになり、効率的に金属イオンが放出されることになる。また、電圧印加部３１にコイル部３３があるため、金属酸化物は消耗によりポーラスになっても、また加熱による溶解が生じても、重力方向に変形することを回避できる。
【００５２】
図４は、第４の実施形態に係る金属イオン放出機構の金属イオン放出素子の概略図である。金属イオン放出素子４０は、電圧印加部４１と金属イオン放出体４２とから成り、電圧印加部４１は金属イオン放出体４２に電力を供給し、金属イオン放出体４２を加熱することによって金属イオンを放出させる。電圧印加部４１は金属イオン放出体４２を固定する箇所で、金属イオン放出体４２の内部に収まる大きさの突出したコイル部４３を設けている。コイル部４３は、線状の電圧印加部４５の一部を取り出して螺旋状に曲げて形成される。そして、金属イオン放出体４２を固定する部分に、絶縁物４４ａによって電気的に絶縁されたボート形状またはルツボ形状の容器４４を設けて、その中に金属イオン放出体４２を入れるようにしている。なお、容器４４として絶縁物で作られた容器を用いることによって電圧印加部４１と電気的に絶縁するようにしても良い。
【００５３】
金属イオン放出体４２は、電圧印加部４１に対して電気的に絶縁された容器４４に入れられているため、金属イオン放出体４２の重量方向の下部が支えられ、経時的に位置ずれを起さない。
【００５４】
図５は、第５の実施形態に係る金属イオン放出機構の金属イオン放出素子の概略図である。金属イオン放出素子５０は、電圧印加部５１と金属イオン放出体５２とから成り、電圧印加部５１は金属イオン放出体５２に電力を供給し、金属イオン放出体５２を加熱することによって金属イオンを放出させる。電圧印加部５１は金属イオン放出体５２を固定する箇所で、金属イオン放出体５２に外接する係止部を設けている。
【００５５】
電圧印加部５１の係止部は、金属イオン放出体５２を外側から支えるように設けられた少なくとも１つの部材５６からなる。線状の電圧印加部５３の材質は第１実施形態の線状の電圧印加部１３と同じである。金属イオン放出体５２は、線状の電圧印加部５３の部材５６に外接することにより固定される。図５では突出部５６を２つとしたが、金属イオン放出体５２の片一方の端に外接するように１つ設けたものでも良い。また、線状の電圧印加部５３は、係止部を設けたこと以外は全範囲で同じ径である。電圧印加部５１の金属イオン放出体５２に収まる部分５５の単位長さ当たりの電気抵抗と、電圧印加部５１の金属イオン放出体５２から外れる部分５７，５８の単位長さ当たりの電気抵抗が同じである。そのため、電圧を印加したときに均一に加熱することができる。また、金属イオン放出体５２を外側から支えるように設けられた少なくとも１つの部材５６があるため、金属酸化物は消耗によりポーラスになっても、また加熱による溶解が生じても、重力方向に変形することを回避できる。
【００５６】
図６は、第６の実施形態に係る金属イオン放出機構の金属イオン放出素子の概略図である。金属イオン放出素子６０は、電圧印加部６１と金属イオン放出体６２とから成り、電圧印加部６１は金属イオン放出体６２に電力を供給し、金属イオン放出体６２を加熱することによって金属イオンを放出させる。電圧印加部６１は金属イオン放出体６２を固定する箇所で、金属イオン放出体６２に外接する係止部を設けている。
【００５７】
電圧印加部６１の係止部は、線状の電圧印加部６３を少なくとも１つのヘアピン形状、コイル形状、ジグザグ形状に形成した突出部６６である。図６で示す２つのヘアピン形状の突出部６６は、好ましくはヘアピン形状の突出部６６によって形成される面が線状の電圧印加部６３に垂直になるように形成されているか、あるいは、球状の金属イオン放出体６２の球面に接するように形成されている。線状の電圧印加部６３の材質は第１実施形態の線状の電圧印加部１３と同じである。金属イオン放出体６２は、線状の電圧印加部６３の突出部６６に外接することにより固定される。図６ではヘアピン形状の突出部６６を２つとしたが、金属イオン放出体６２の片一方の端に外接するように１つ設けたり、その形状をコイル形状、ジグザグ形状にしても良い。また、線状の電圧印加部６３は、その一部をヘアピン形状にしたこと以外は全範囲で同じ径である。電圧印加部６１の金属イオン放出体６２に収まる部分６５の単位長さ当たりの電気抵抗と、電圧印加部６１の金属イオン放出体６２から外れる部分６７，６８の単位長さ当たりの電気抵抗が同じである。そのため、電圧を印加したときに均一に加熱することができる。また、ヘアピン形状の突出部６６があるため、金属酸化物は消耗によりポーラスになっても、また加熱による溶解が生じても、重力方向に変形することを回避できる。
【００５８】
上記の第２から第６実施形態は、第１実施形態で説明したように、図８および図９に示した金属イオン放出素子１０３の部分に実施される。実用上の取り付け配置は、初期（使用前）の金属イオン放出体の中心位置がアパーチャ（引き出し電極）１０２の開口１０６の中心と同軸であれば、図７（ａ）で示すように金属イオン放出素子を容器１０１内において水平に設置した場合や、図７（ｂ）で示すように金属イオン放出素子を容器１０１内において垂直に設置した場合や、図７（ｃ）で示すように金属イオン放出素子を容器１０１内において斜めに設置した場合でもいずれの位置関係に配置されても良い。また、以上の第１実施形態から第６実施形態において、係止部を電極印加部と同質・同径としたが、異質・異径の材料でも良く、好ましくは金属イオン放出体の内部に納まる電圧印加部が外側の電圧印加部の電気抵抗が等しいかまたは大きくなるように設計すると良い。
【００５９】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、電圧印加部の金属イオン放出体を係止・固定する箇所で、金属イオン放出体固定用の係止部を設けたため、電圧印加部と金属イオン放出体とが接合する面積が突出部の分だけ大きくなるので、加熱したときに金属イオン放出体の一部が溶解したとしても接合した部分での電圧印加部と金属イオン放出体を構成する材質での摩擦が大きくなり、金属イオン放出体は、変形しにくく、また、位置の変化も抑制することができる。これにより金属イオン放出体の位置と形状が経時的に大きく変化することを抑えることができる。それにより、金属イオン放出体の形状を長期に維持することによって、金属イオン放出量の安定化を図ると共に長寿命化を図ることができる。さらに、突出部と金属イオン放出体内部に納まる電圧印加部では同質・同径の線材であるため、単位長さ当たりの電気抵抗が金属イオン放出体内部で一定である。このため、金属イオン放出体は均一に加熱され、表面全体から均一に放出されることになる。また、金属イオン放出体内部の電気抵抗が、金属イオン放出体の外側での電気抵抗と等しいかまたは大きいので、通電によりこの部分が外側と同じあるいはそれ以上に加熱されることになり、効率的に金属イオンが放出されることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る金属イオン放出機構の第１の実施形態を示す要部概略図である。
【図２】本発明に係る金属イオン放出機構の第２の実施形態を示す要部概略図である。
【図３】本発明に係る金属イオン放出機構の第３の実施形態を示す要部概略図である。
【図４】本発明に係る金属イオン放出機構の第４の実施形態を示す要部概略図である。
【図５】本発明に係る金属イオン放出機構の第５の実施形態を示す要部概略図である。
【図６】本発明に係る金属イオン放出機構の第６の実施形態を示す要部概略図である。
【図７】本発明による金属イオン放出素子の配置を表す図である。
【図８】従来の金属イオン放出機構の概略図である。
【図９】従来の金属イオン放出機構の拡大した要部概略図である。
【図１０】初めて通電した後の金属イオン放出素子と開口の位置関係を示した図である（素子を垂直方向に設置した場合）。
【図１１】初めて通電した後の金属イオン放出素子と開口の位置関係を示した図である（素子を水平方向に設置した場合）。
【図１２】使用を継続した場合の金属イオン放出素子と開口の位置関係を示した図である（素子を垂直方向に設置した場合）。
【図１３】使用を継続した場合の金属イオン放出素子と開口の位置関係を示した図である（素子を水平方向に設置した場合）。
【符号の説明】
１０          金属イオン放出素子
１１          電圧印加部
１２          金属イオン放出体
１４          線材
１５          金属イオン放出体が固定される電圧印加部の部分
１６，１７    金属イオン放出体から外れる電圧印加部の部分
２０          金属イオン放出素子
２１          電圧印加部
２２          金属イオン放出体
２５          金属イオン放出体が固定される電圧印加部の部分
２６          ヘアピン形状突出部
２７，２８    金属イオン放出体から外れる電圧印加部の部分
３０          金属イオン放出素子
３１          電圧印加部
３２          金属イオン放出体
３３          コイル部
３５          金属イオン放出体が固定される電圧印加部の部分
３６，３７    金属イオン放出体から外れる電圧印加部の部分
４０          金属イオン放出素子
４１          電圧印加部
４２          金属イオン放出体
４３          コイル部
４４          容器
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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