(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料室壁を貫通して装着され、円筒状の支持部材の内面に形成された球面軸受と、少なくともＹ軸駆動手段およびＺ軸駆動手段により前記球面軸受を中心として揺動する第１のパイプと、該第１のパイプ内に回動可能に装着された第２のパイプと、前記第１のパイプの開口部に支持され前記第２のパイプの回動により開閉される仕切弁と、前記第２のパイプ内に該第２のパイプと一緒に回転可能に装着され、Ｘ軸駆動手段により摺動可能にされた第３のパイプと、該第３のパイプ内にＯリングを介して摺動可能に装着され、該第３のパイプが前記Ｘ軸駆動手段により摺動されるときには該第３のパイプと一緒にＸ軸方向に移動する試料保持用ロッドと、前記第２のパイプと第３のパイプ間に配設されたベローズとを備えたことを特徴とする電子顕微鏡用試料保持装置。
【請求項２】
前記Ｘ軸駆動手段は、前記第１のパイプの周囲に装着されていることを特徴とする請求項１記載の電子顕微鏡用試料保持装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電子顕微鏡用試料保持装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５および図６は、超高分解能透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）における従来の試料保持装置を示し、図５は電子線光軸と垂直な断面を示す図、図６は電子線光軸に平行な断面を示す図である。なお、電子線光軸の方向をＺ軸、電子線光軸に垂直な平面で試料保持装置の軸方向をＸ軸、Ｘ軸に直角な方向をＹ軸とする。
【０００３】
試料保持装置１００の試料保持用ロッド１０１が挿入されたパイプ１１３の外周部には、Ｙ軸およびＺ軸駆動ユニットが設けられ、パイプ１１３全体は、球面軸受１０２によって試料室壁１０３に支持されている。Ｙ軸駆動ユニットは、図示しない駆動モータによって、図５に示すＹ軸駆動用テコ１０４をＹ軸方向に移動させて、パイプ１１３をスプリング１０５に抗してＹ軸方向に移動させ、試料保持用ロッド１０１およびその先端部に連結された試料室１０６内の試料ホルダー１０７を変位させる。Ｚ軸駆動ユニットは、図６に示すように、Ｚ軸駆動用モータ１０８により支点１０９を中心にしてＺ軸駆動用テコ１１０を回転させ、パイプ１１３をスプリング１１１に抗してＺ軸方向に移動させる。このＹ軸方向およびＺ軸方向の移動は、球面軸受１０２を介して行われる。
【０００４】
Ｘ軸回りの傾斜はＸ軸傾斜ユニットにより行われ、図６に示すように、図示しないＸ軸傾斜用モータによりウォームギヤ１１４およびこれに噛合された従動ギヤ１１５が回動され、パイプ１１３を回転させ試料保持用ロッド１０１および試料ホルダー１０７をＸ軸の回りに傾斜可能にしている。Ｘ軸方向の移動は、図示しない駆動モータによって、支点を中心に回転するＸ軸駆動用テコ１１６（図５）により行われ、この場合、試料室１０６内の真空と外部大気圧との圧力差によって試料保持用ロッド１０１が随時Ｘ軸駆動用テコ１１６に押し付けられた状態でＸ軸駆動用テコ１１６をＸ軸方向に移動させて、試料保持用ロッド１０１および試料ホルダー１０７を変位させる。試料室１０６内の真空側と外部大気圧側とは、Ｏリング１１８、１１９、１２０によって真空シールされている。また、球面軸受１０２と試料保持用ロッド１０１の間もＯリング１２１によって真空シールされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電子顕微鏡においては、Ｘ軸、Ｙ軸方向については±１ｍｍ程度、Ｚ軸方向については０．５ｍｍ程度の移動範囲で試料を所望の位置に短時間にセットすることが求めらる。しかしながら、上記従来の試料保持装置においては、Ｘ軸方向の移動は、Ｘ軸駆動用テコ１１６により行われ、この場合、球面軸受１０２と試料保持用ロッド１０１の間をＯリング１２１によって真空シールし、試料保持用ロッド１０１はＯリング１２１に対してすべるように移動するため、Ｏリング１２１のすべり摩擦が問題となり、Ｘ軸方向の動きが滑らかに行われず、とくに、動き出したときのスピード変化が大きく、また、動きを止めたときも直ちに完全に停止しないため、試料を所望の位置に保持するまでに時間を要するという問題を有している。
【０００６】
また、試料移動機構として、球面軸受１０２を介したＹ軸方向、Ｚ軸方向、Ｘ軸傾斜の移動を行う機構と、Ｘ軸駆動用テコ１１６によるＸ軸方向の移動を行う機構という２つの駆動機構を設けているため、構造が複雑になるとともに駆動機構の取付スペースがかなりの部分を占めてしまい、他の構成部品である観察装置、分析装置等の取付位置が限定されてしまうという問題を有している。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題を解決するものであって、Ｘ軸方向の移動機構を試料保持装置内部に組み込むことにより、構造を簡単化し取付スペースの問題を改善するとともに、Ｘ軸方向の移動を短時間で滑らかに行うことができる電子顕微鏡用試料保持装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の電子顕微鏡用試料保持装置は、試料室壁を貫通して装着され、円筒状の支持部材の内面に形成された球面軸受と、少なくともＹ軸駆動手段およびＺ軸駆動手段により前記球面軸受を中心として揺動する第１のパイプと、該第１のパイプ内に回動可能に装着された第２のパイプと、前記第１のパイプの開口部に支持され前記第２のパイプの回動により開閉される仕切弁と、前記第２のパイプ内に該第２のパイプと一緒に回転可能に装着され、Ｘ軸駆動手段により摺動可能にされた第３のパイプと、該第３のパイプ内にＯリングを介して摺動可能に装着され、該第３のパイプが前記Ｘ軸駆動手段により摺動されるときには該第３のパイプと一緒にＸ軸方向に移動する試料保持用ロッドと、前記第２のパイプと第３のパイプ間に配設されたベローズとを備えたことを特徴とする。
【０００９】
【作用及び発明の効果】
本発明においては、試料保持用ロッドがＸ軸方向に移動するとき、第３のパイプと試料保持用ロッドとの間のＯリングは固定状態で、第３のパイプがベローズの伸縮により真空シールを維持しながら移動するため、Ｘ軸方向の移動を短時間で滑らかに行うことができる。また、Ｘ軸方向の移動機構を試料保持装置内部に組み込むことにより、構造を簡単化し取付スペースの問題を改善することができる。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。図１〜図４は、本発明の電子顕微鏡用試料保持装置の１実施例である超高分解能透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を示し、図１は電子線光軸と垂直な断面を示す図、図２は電子線光軸に平行な断面を示す図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿って矢印方向に見た断面図、図４は図２のＢ−Ｂ線に沿って矢印方向に見た断面図である。なお、電子線光軸の方向をＺ軸、電子線光軸に垂直な平面で試料保持装置の軸方向をＸ軸、Ｘ軸に直角な方向をＹ軸とする。
【００１１】
図１および図２において、電子顕微鏡の試料室壁１には、円筒状の支持部材２、３が装着され、試料室壁１を貫通して装着された支持部材３の先端内面には球面軸受５が形成されている。支持部材３の内周側には、先端に球面状膨出部６を有する第１のパイプ７が挿入され、第１のパイプ７の球面状膨出部６が球面軸受５揺動可能に支持され、Ｏリング８ａ、８ｂにより真空シールされている。
【００１２】
第１のパイプ７内には、球面状膨出部６の開口部にＯリング９を介して仕切弁１０が装着されている。この仕切弁１０の一端は、第１のパイプ７に固定したピン１１に回動自在に支持され、仕切弁１０の他端は、第１のパイプ７に固定したピン１２に回動自在に支持された傘歯車１３に固定されている。
【００１３】
また、第１のパイプ７内には第２のパイプ１５が回動可能に装着され、Ｏリング８ｃにより真空シールされている。第２のパイプ１５の先端には、前記傘歯車１３に噛み合うギヤ１６が形成されている。第２のパイプ１５内には第３のパイプ１７が摺動可能に装着されている。第２および第３のパイプ１５、１７の先端間には、ベローズ１９が取り付けられている。また、第２および第３のパイプ１５、１７の後部側には、それぞれスリット２０が形成されている。
【００１４】
第３のパイプ１７内には、Ｏリング２１を介して試料保持用ロッド２２が摺動可能に装着されている。試料保持用ロッド２２の先端には、試料室２３内に臨む試料ホルダー２５が連結され、また、後端には操作部２６が連結されている。試料保持用ロッド２２の中間部にはピン２７が設けられ、ピン２７はスリット２０内に係合可能にされている。
【００１５】
試料ホルダー２５の試料室２３内への挿入は次のようにして行われる。当初、試料保持用ロッド２２のピン２７は図１に示す位置にあり、試料ホルダー２５は試料交換室６０内にあり、このとき仕切弁１０は閉じられており、試料交換室６０は、Ｏリング８ｃ、２１、ベローズ１９により大気側に対して真空シールされている。この状態で排気孔６１から試料交換室６０内の真空引きを行う。
【００１６】
試料交換室６０内の真空引きが終了し操作部２６を回動すると、試料保持用ロッド２２のピン２７がスリット２０内に係合されているため、第２のパイプ１５および第３のパイプ１７が一緒に回転し、第２のパイプ１５の先端に形成されたギヤ１６に噛み合う傘歯車１３が回動し、仕切弁１０が図２に示すように開く。この状態で試料保持用ロッド２２を第３のパイプ内に挿入してゆき（ピン２７はスリット２０に沿って移動する）、試料ホルダー２５を試料室２３内に移動させる。この状態では、試料室２３は、ベローズ１９およびＯリング８ａ、８ｂ、８ｃ、２１によって大気側に対して真空シールされている。
【００１７】
第１のパイプ７の周囲には、Ｘ軸駆動手段３０、Ｙ軸駆動手段３１、Ｚ軸駆動手段３２、Ｘ軸傾斜駆動手段３３が装着されている。Ｘ軸傾斜駆動手段３３は支持部材２上に配設され、Ｙ軸駆動手段３１およびＺ軸駆動手段３２は、支持部材２の内周側にベアリング３４を介して回転自在に支持された支持部材３５上に配設されている。Ｘ軸駆動手段３０は図２に示すように、第１のパイプ７上に配設されている。
【００１８】
Ｙ軸駆動手段３１は、図１に示すように、Ｙ軸駆動用モータ３６によりギヤ３７、３８を回転させ、その結果、スライダー３９をＹ軸方向に移動させ、第１のパイプ７をスプリング４０に抗してＹ軸方向に移動させる機構である。
【００１９】
Ｚ軸駆動手段３２は、図２および図３に示すように、Ｚ軸駆動用モータ４１によりギヤ４２、４３を回転させ、その結果、スライダー４４をＸ軸方向に移動させ、駆動用テコ４５を支点４６を中心に回転させて、第１のパイプ７の両側に形成されたフランジ７ａをスプリング４７に抗してＺ軸方向に移動させる機構である。なお、４８はローラである。
【００２０】
Ｘ軸傾斜駆動手段３３は、図２および図４に示すように、Ｘ軸傾斜駆動用モータ４９によりウオームギヤ５０を回転させ、その結果、支持部材３５の外周に形成した傾斜用ギヤ５１を回転させ、支持部材３５および第１のパイプ７をＸ軸の回りに傾斜させる機構である。
【００２１】
次に、試料保持用ロッド２２のＸ軸方向の移動について説明する。図２に示すように、Ｘ軸駆動手段３０は、Ｘ軸駆動用モータ５２によりギヤ５３、５４を回転させ、スライダー５５を図２で左方向に移動させると、第３のパイプ１７に固定されたシャフト５６が図で左方向に移動し、第３のパイプ１７および試料保持用ロッド２２もＸ軸左方向に移動する。逆に、Ｘ軸駆動用モータ５２を逆回転させると、試料室２３内の真空側と外部大気圧との圧力差により、第３のパイプ１７および試料保持用ロッド２２が試料室２３側に移動する。
【００２２】
従って、試料保持用ロッド２２がＸ軸方向に移動するとき、第３のパイプ１７と試料保持用ロッド２２との間のＯリング２１は固定状態で、第３のパイプ１７がベローズの伸縮により真空シールを維持しながら移動するため、試料保持用ロッド２２のＸ軸方向の移動を短時間で滑らかに行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子顕微鏡用試料保持装置の１実施例を示し、電子線光軸と垂直な断面を示す図である。
【図２】図１の電子線光軸に平行な断面を示す図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿って矢印方向に見た断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ線に沿って矢印方向に見た断面図である。
【図５】従来の試料保持装置を示し電子線光軸と垂直な断面を示す図である。
【図６】図５の電子線光軸に平行な断面を示す図である。
【符号の説明】
１…試料室壁、２、３…支持部材、５…球面軸受、６…球面状膨出部
７…第１のパイプ、８ａ、８ｂ、８ｃ、９…Ｏリング、１０…仕切弁
１１、１２…ピン、１３…傘歯車、１５…第２のパイプ、１６…ギヤ
１７…第３のパイプ、１９…ベローズ、２０…スリット、２１…Ｏリング
２２…試料保持用ロッド、２３…試料室、２５…試料ホルダー、２６…操作部
２７…ピン、３０…Ｘ軸駆動手段、３１…Ｙ軸駆動手段、３２…Ｚ軸駆動手段
３３…Ｘ軸傾斜駆動手段、３５…支持部材
【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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