(57)【要約】【課題】電子材料の通電と該電子材料の通電時の観察とを併せてその場で実施することができる顕微鏡観察用試料台を提供する。【解決手段】本発明に係る顕微鏡観察用試料台１は、閉空間である空間ＳＰ１内に置かれた電子材料Ｓに電流を供給して該電子材料Ｓの経時的変化を観察する電子顕微鏡を取り付けるための顕微鏡観察用試料台であって、電子材料Ｓを保持する保持部材８ａ，８ｂと、電子材料Ｓに電流を供給する小型電池６ａ，６ｂと、小型電池６ａ，６ｂからの電流の通電をオンオフするマイクロスイッチ７と、小型電池６ａ，６ｂからの電流を制御する定電流ダイオード９と、電子顕微鏡を取り付ける取付部４とを有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉空間内に置かれた電子材料に電流を供給して該電子材料の経時的変化を観察する電子顕微鏡を取り付けるための顕微鏡観察用試料台であって、
前記電子材料を保持する保持部材と、
前記電子材料に電流を供給する電流供給手段と、
前記電流供給手段からの電流の通電をオンオフする切り替え手段と、
前記電流供給手段からの電流を制御する制御手段と、
前記電子顕微鏡を取り付ける取付部とを有することを特徴とする顕微鏡観察用試料台。
【請求項２】
前記電子材料は固体電池であり、
前記電流供給手段は、前記固体電池に電流を供給することにより該固体電池を充電させる請求項１に記載の顕微鏡観察用試料台。
【請求項３】
前記閉空間とは別の空間を形成し、該空間に前記電流供給手段を格納する格納部を備える請求項１又は２に記載の顕微鏡観察用試料台。
【請求項４】
前記電流供給手段として電池を用いる請求項１〜３のいずれか１項に記載の顕微鏡観察用試料台。
【請求項５】
前記切り替え手段は前記閉空間内に設けられている請求項１〜４のいずれか１項に記載の顕微鏡観察用試料台。
【請求項６】
前記制御手段として定電流回路を用いる請求項１〜５のいずれか１項に記載の顕微鏡観察用試料台。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等の電子顕微鏡を取り付けるための顕微鏡観察用試料台に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、リチウムイオン二次電池は、高容量及び高エネルギー密度が得られる特性から、モバイル用電池等としての活用を大いに期待されている。これらの電池は、正極板及び負極板、並びに該正極板と負極板との間に配置されたセパレーターを有する。
【０００３】
通常、正極板及び負極板は、活物質（正極活物質又は負極活物質）、導電助剤、結着剤及び溶媒を混合して作製された塗料（正極塗料又は負極塗料）を集電体上に塗布し、乾燥させて形成される。リチウムイオン二次電池の放電容量を向上させるため、これらの極板（正極板及び負極板）を圧延して活物質の密度を高めるのが一般的である。極板内の活物質の密度が高まるほど、リチウムイオン二次電池の容量は向上する。
【０００４】
しかしながら、リチウムイオン二次電池には、充放電時に活物質が膨張及び収縮を繰り返すことから、極板に変形（座屈）が生じ、サイクル寿命が低下してしまうという問題がある。このような極板の充放電時の状態変化や該極板に対するリチウムイオンの挙動を観察することは、リチウムイオン二次電池の容量や寿命を向上する上で重要なことである。
【０００５】
上記観察手段として、イオンビームの照射によって電極表面をその厚さ方向に堀削して、堀削面における活物質層の走査イオン顕微鏡（ＳＩＭ）像を観察し、観察されたＳＩＭ像における活物質のコントラストに基づき電極の性能を評価する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１２３２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の方法は充放電時の二次電池構成材料を観察できるものではない。
【０００８】
また、二次電池構成材料は容易に大気中の酸素や水分と反応するため、大気に触れない環境で取り扱わなければならない。そのため、二次電池の充放電と二次電池構成材料の充放電時の観察とを併せてその場で実施できる手段の開発が急務となっている。
【０００９】
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、電子材料の通電と該電子材料の通電時の観察とを併せてその場で実施することができる顕微鏡観察用試料台を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る顕微鏡観察用試料台は、閉空間内に置かれた電子材料に電流を供給して該電子材料の経時的変化を観察する電子顕微鏡を取り付けるための顕微鏡観察用試料台であって、
前記電子材料を保持する保持部材と、
前記電子材料に電流を供給する電流供給手段と、
前記電流供給手段からの電流の通電をオンオフする切り替え手段と、
前記電流供給手段からの電流を制御する制御手段と、
前記電子顕微鏡を取り付ける取付部と、を有することを要旨とする。
【００１１】
上記閉空間とは、真空空間や不活性ガス（窒素ガス、アルゴンガス等）雰囲気を指す。
【００１２】
本発明において、前記電子材料は固体電池であり、前記電流供給手段は、前記固体電池に電流を供給することにより該固体電池を充電させてもよい。本発明では電流供給手段として、小型電池を用いることができる。これにより、通電を行うために、真空空間に置かれた電子材料に配線を接合する煩雑な作業が不要となる。
【００１３】
本発明において、前記閉空間とは別の空間を形成し、該空間に前記電流供給手段を格納する格納部を備えることが好ましい。閉空間が真空空間である場合、該閉空間に電流供給手段としての小型電池を配置すると、該小型電池が故障する虞が高いためである。
【００１４】
本発明において、前記切り替え手段は前記閉空間内に設けられていてもよい。
【００１５】
本発明において、前記制御手段として定電流回路を用いることが好ましい。該定電流回路としては、定電流ダイオードやトランジスタを含む部品等を用いることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る顕微鏡観察用試料台によれば、電子材料に通電を行う手段（電流供給手段、切り替え手段、制御手段）と電子顕微鏡を取り付ける取付部とを兼ね揃えているので、該電子材料に電流を供給しながら、その場で該電子材料の通電時における構造的変化の観察を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る顕微鏡観察用試料台の全体構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００１９】
１．顕微鏡観察用試料台の構成について
図１は本発明に係る顕微鏡観察用試料台の一実施形態を示した断面図である。
【００２０】
図１では観察対象である電子材料として、加工した全固体電池を用いるが、本発明において、電子材料としては上記全固体電池の他にキャパシタやピエゾ素子等を用いることができ、これらの電子材料に通電を行っている状態で本発明の顕微鏡観察用試料台によって該電子材料の観察を行うことができる。
【００２１】
図１において、顕微鏡観察用試料台１は、外形構成部材として、断面逆凹状に形成された土台２、キャップ３、図示しない走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等の電子顕微鏡を取り付ける取付部４、及び土台２の中に閉じられた空間を形成するように取り付けられる土台下部材５を備えている。
【００２２】
さらに、顕微鏡観察用試料台１は、電流供給手段としての２つの小型電池６ａ，６ｂ、切り替え手段としてのマイクロスイッチ７、電子材料保持機構８、及び定電流ダイオード９を主に備えている。なお、小型電池６ａ，６ｂとして、例えば市販のボタン型リチウム電池（３Ｖ）を用いることができる。
【００２３】
キャップ３は、断面逆凹状に構成されており、閉空間としての空間ＳＰ１を形成するようにその内側側壁が土台２の側面にシール材としてのＯリング１０を介して取り付けられている。なお、空間ＳＰ１は真空空間（１０−６Ｐａ〜１０００Ｐａ）である。また、空間ＳＰ１を不活性ガス（アルゴンガスや窒素ガス等）雰囲気としてもよい。
【００２４】
取付部４には図示しない電子顕微鏡を接続できるようになっている。また、土台２と土台下部材５との接合部にもシール材としてのＯリング１１が設けられている。
【００２５】
２つの小型電池６ａ，６ｂは、土台２と土台下部材５とで形成された空間ＳＰ２に設けられており、小型電池６ａのプラス極と小型電池６ｂのマイナス極とが互いに接触している。
【００２６】
小型電池６ｂのプラス極は、導電部材１２を介してマイクロスイッチ７に電気的に接続されている。
【００２７】
マイクロスイッチ７には、充放電のトリガーとなるキャップ７ａが設けられている。このキャップ７ａには、顕微鏡観察用試料台１の外部に通ずる引き部材１３が取り付けられている。作業者は、引き部材１３を引くことでマイクロスイッチ７からキャップ７ａを外すことができ、全固体電池の充放電を開始させることができる。
【００２８】
電子材料保持機構８は、電子材料Ｓを保持する一対の保持部材８ａ，８ｂを備えている。電子材料Ｓは、金属製の当て板８ｃを介して保持部材８ａ，８ｂによって保持されるようになっている。詳しくは、保持部材８ｂにはネジ等からなる押し部材８ｄが螺合されており、この押し部材８ｄの先端は一方の上記当て板８ｃに当接している。このような構成において、当て板８ｃに対する押し部材８ｄの押圧力を調整することによって、電子材料Ｓに対する保持力を変えることができるようになっている。これにより、充電時において全固体電池である電子材料Ｓが膨張することを抑制でき、この電子材料Ｓの観察を良好に行うことができる。
【００２９】
保持部材８ｂには歪ゲージ１４が設けられている。歪ゲージ１４によって、電子材料Ｓに対する保持力を検出することができる。すなわち、押し部材８ｄの押圧力により保持部材８ｂに歪が生じることから、この歪を歪ゲージ１４により検出することにより、電子材料Ｓの保持力を検出できるようになっている。なおこの場合、予め上記押圧力と歪との関係を取得しておく。
【００３０】
マイクロスイッチ７と押し部材８ｄとはリード線１５によって電気的に接続されており、このリード線１５の途中に定電流ダイオード９が介挿される構成となっている。なお、マイクロスイッチ７は空間ＳＰ１の外に設けてもよい。
【００３１】
２．通電時の観察について
上記のような構成において、まず作業者は、電子材料Ｓを当て板８ｃを介して保持部材８ａ，８ｂに保持させる。この場合、保持部材８ａ，８ｂによる保持力、即ち、電子材料Ｓに対する押圧力は、歪ゲージ１４で検出される値によって調整される。
【００３２】
続いて、作業者は引き部材１３を引くことによりマイクロスイッチ７のキャップ７ａを外す。すると、小型電池６ａ，６ｂから導電部材１２、リード線１５、定電流ダイオード９、押し部材８ｄを介して電子材料Ｓに電流が供給される。つまり本実施形態では、全固体電池である電子材料Ｓの充電が開始される。詳しくは、電子材料Ｓに対して所定時間、一定電流を供給し、該所定時間が経過した後、電流値を右肩下がりに低下させるように電流を供給することができる。なお、上記一定電流の大きさについては、定電流ダイオード９によって可変できる。
【００３３】
上記では電子材料Ｓの充電時の観察について説明したが、これに限らず、該電子材料Ｓの放電時の観察をも行うことができる。この場合、上記定電流ダイオード９の代わりに、上記とは逆方向に電流が流れる定電流ダイオードを取り付け、小型電池６ａ，６ｂの代わりに、導電部材１２に金属製のダミーブロックを接触させておくことで電子材料Ｓの放電を実施できる。
【００３４】
このように、本発明に係る顕微鏡観察用試料台１によれば、電子材料Ｓの充電を実施しながら、その場で該電子材料Ｓの充電時における構造的変化の観察を容易に行うことができる。
【００３５】
なお、上記では顕微鏡観察用試料台１用の電子顕微鏡として、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を採用することとしたが、これに限定されるものではなく、オージェ電子分光装置（ＡＥＳ）、電子エネルギー損失分光装置（ＥＥＬＳ）、エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）、Ｘ線光電子分光装置（ＸＰＳ）、二次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）、フーリエ変換型赤外分光装置（ＦＴＩＲ）、又はラマン分光装置等の他の装置を採用することもできる。
【００３６】
また、上記実施形態では、電流供給手段として小型電池６ａ，６ｂを用いたが、これに限定されるものではなく、例えば家庭用電源をコンバーターにより変換した直流電源を電流供給手段として用いてもよい。
【００３７】
以上が本発明を実施するための形態であるが、本発明はもとより上記実施形態によって制限を受けるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００３８】
１  顕微鏡観察用試料台
２  土台
３  キャップ
４  取付部
５  土台下部材
６ａ，６ｂ  小型電池
７  マイクロスイッチ
８  電子材料保持機構
８ａ，８ｂ  保持部材
９  定電流ダイオード
１０，１１  Ｏリング
１２  導電部材
１３  引き部材
１４  歪ゲージ
１５  リード線
Ｓ  電子材料
ＳＰ１，ＳＰ２  空間
【図１】
2013122893.tif 000003