JP2018106899A

JP2018106899A - 電子銃用の取外し工具

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Publication number: JP2018106899A
Application number: JP2016251766A
Authority: JP
Inventors: 朝子澁田; Asako Shibuta; 浩之永井; Hiroyuki Nagai; 秀則岡崎; Hidenori Okazaki
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2016-12-26
Filing date: 2016-12-26
Publication date: 2018-07-05
Anticipated expiration: 2036-12-26
Also published as: JP6796480B2

Abstract

【課題】電子銃からウェネルトユニット（電子源ユニット）を取り外す際の作業性を向上する。【解決手段】取外し工具７０は本体７２及び捕獲機構７４を有する。捕獲機構７４は３つの板バネ（アーム）７８、３つのピン８２、リング７６等を有する。ウェネルトユニット１８におけるウェネルト電極には３つの排気口が形成されている。ウェネルトユニット１８の底部を開口端部８４に嵌め込むと、位置決め状態が形成され、その状態では３つの排気口が開口端部８４の外側において露出する。リング７６を上方へスライド運動させると、３つの板バネ７８が閉運動し、３つの排気口に３つのピン８２が入り込む。その後、取外し工具７０が下方へ引かれ、ウェネルトユニット１８がホルダ１６から取り外される。【選択図】図３

Description

本発明は電子銃用の取外し工具に関し、特に、電子銃からそこに含まれる電子源ユニットを取り外す際に使用される工具に関する。

電子顕微鏡には電子を放出する電子銃が設けられている。そのような電子銃として、熱電子銃、ショットキー電子銃、電界放出電子銃、等が知られている。熱電子銃としては、タングステンからなるフィラメントを利用したものや、LaB₆からなるフィラメントを利用したものが知られている。かかる熱電子銃においては、フィラメントへの高電圧の印加により、フィラメントが高温状態とされる。フィラメントは電子源つまりエミッタとして機能するものであり、その先端はウェネルト電極に形成された小孔の内部又はその付近に位置している。その先端から陽極に向かって熱電子が放出される。フィラメントとウェネルト電極との間にはバイアス電圧が印加される。

フィラメントが摩耗又は劣化した場合、フィラメント又はそれを含んだアセンブリの交換が必要となる。そのような部品交換のため、熱電子銃においては、電子源ユニット（以下「ウェネルトユニット」という）を取り外せるように構成されている。ウェネルトユニットは、取外し対象であり、それは、例えば、フィラメントアセンブリ、それを収容するウェネルト電極、等からなる。フィラメントアセンブリは、例えば、フィラメント、それが取り付けられた複数の電極棒、複数の電極棒を保持した絶縁体、等からなる組立体である。電子銃からウェネルトユニットが取り外された状態で、ウェネルト電極の内部からフィラメントアセンブリが取り出され、その後、ウェネルト電極内に新しいフィラメントアセンブリがセットされる。フィラメントだけが交換されることもある。また、部品交換に際してウェネルト電極がクリーニングされることもある。熱電子銃以外の電子銃においても、必要に応じて、電子源又はそれを含むアセンブリが交換される。

特開昭５８−３５８５１号公報特開２００９−２４５７２５号公報

電子銃から電子源ユニット（典型的には上記ウェネルトユニット）を取り外す場合、一般に、専用の取外し工具（取外し治具）が使用される。取外し工具は、例えば、複数のボルト孔が形成された筒状の本体と、複数のボルト孔に螺合する複数のボルトと、により構成される。電子源ユニットの取外し時においては、本体における端部の内部に電子源ユニットが挿入された状態で、複数のボルトを締め付けることにより、複数のボルトの先端部がウェネルト電極に形成されている複数の開口に差し込まれ、これにより捕獲状態が形成される。その後、取外し工具の引き抜き等を行うことにより、電子源ユニットが取り外される。

しかし、上記のような取外し工具を使用した場合、電子源ユニットへの取外し工具の位置決めが簡単ではない、複数のボルトを何回も締めたり緩めたりする必要があり作業負担が大きい、という問題が生じる。また、本体の端部の中に作業対象となる複数のネジが隠れてしまうので、取外し工具から電子源ユニットを取り出して単体状態としない限り、部品交換を行えないという問題が生じる。取り外し直後の電子源ユニットは一般に高温状態にあるので、その温度が下がるまで待たないと、取外し工具から電子源ユニットを取り出せないという問題も生じる。それらの問題のうちで少なくとも１つを解決することが望まれる。

なお、特許文献１にはフィラメント交換機構が開示されている。その機構は横方向からウェネルトユニットを掴んでそれを取り出す機構である。特許文献２にもフィラメント交換機構が開示されている。その機構は電子銃の上方に設けられた交換室においてフィラメント交換を行う機構である。

本発明の目的は、電子銃から電子源ユニットを取り外す際の作業性を高めることにある。あるいは、本発明の目的は、電子源ユニットの取り外し後における部品交換の作業性を高めることにある。あるいは、本発明の目的は、実用的価値の高い電子銃用の取外し工具を提供することにある。

本発明は、電子銃から電子源ユニットを取り外すための取外し工具において、前記電子源ユニットの底部が嵌め込まれる開口端部を有する本体と、前記本体に設けられた機構であって、前記底部が前記開口端部に嵌め込まれた位置決め状態において前記電子源ユニットを捕獲する捕獲機構と、を含み、前記捕獲機構は、前記位置決め状態において前記電子源ユニットに形成された複数の係合構造に係合する複数の係合部材と、前記電子銃の中心軸に前記複数の係合部材を近付けて前記複数の係合構造に前記複数の係合部材を係合させることにより捕獲状態を生じさせ、前記中心軸から前記複数の係合部材を遠ざけることにより非捕獲状態を生じさせる開閉機構と、を含むことを特徴とする。

上記構成によれば、まず、電子源ユニットの底部が取外し工具における本体の開口端部に嵌め込まれる。これにより、本体と電子源ユニットが所定の位置関係となる。つまり、本体に対して電子源ユニットが位置決められた状態となる。次に、捕獲機構の作動により捕獲状態が形成される。すなわち、開閉機構の作用により、電子銃の中心軸に対して複数の係合部材が近付けられると、電子源ユニットに形成された複数の係合構造に対して複数の係合部材が係合する。つまり、電子源ユニットの捕獲状態が形成される。その後、取外し工具の引き抜き等を行えば、電子源ユニットがそれを保持していた部材から外れる。一方、開閉機構の作用により電子銃の中心軸から複数の係合部材を遠ざけると、複数の係合構造から複数の係合部材が離脱して、非捕獲状態が形成される。

上記取外し工具は、手作業によって電子源ユニットを取り外す場合に用いられる。取外し工具を取外し装置に組み込んで電子源ユニットを自動的又は半自動的に取り外すようにしてもよい。上記取外し工具によれば、特に手作業による取外しにおいて作業性を向上できる。部品交換やメンテナンスが必要な様々なタイプの電子銃に対して上記取外し工具又はそこで実現されている技術を適用し得る。開口端部への底部の嵌め込みは上記位置決め状態を形成するためのものであるから、位置決め状態を形成できる限りにおいて、電子源ユニットが取外し工具に連接されればよく、完全なる嵌合までは必ずしも求められない。本体における少なくとも開口端部を耐熱性部材で構成するのが望ましい。各係合構造は典型的には中心軸の方に向かって窪んだ開口（貫通孔、窪み等）である。捕獲状態を形成できる限りにおいて、各係合構造が他の構造であってもよい。開閉機構は通常、マニュアルで動作するが、アクチュエータ等によって動作してもよい。複数の係合部材を個別的に運動させることが可能な開閉機構を採用してもよいが、それらを同時に一括して運動させる開閉機構を採用するのが望ましい。複数の係合部材が中心軸に近付いた状態は捕獲状態であり、それはつかみ状態、閉状態又は集合状態とも称される。複数の係合部材が中心軸から遠ざかった状態は非捕獲状態であり、それは非つかみ状態、開状態又は展開状態とも称される。中心軸の方向を垂直方向と称した場合、複数の係合部材が水平方向に運動する。複数の係合構造に対して複数の係合部材が係合した状態で、取外し工具を垂直方向下側（電子放出方向）へ運動させると、電子源ユニットに対して取外し力が及ぶ。位置決め状態は、上記のように、電子源ユニットと取外し工具との位置関係が適正化された状態であり、より具体的には、少なくとも中心軸の方向において、複数の係合部材が有する複数の運動経路が複数の係合構造に合わせられた状態である。

上記構成によれば、位置決め状態の形成後に捕獲状態を容易に形成することが可能である。具体的には、少なくとも中心軸の方向において、複数の係合構造に対して複数の係合部材を常に正しく位置決めることが可能である。更に、中心軸回りの方向においても位置決めがなされるように構成してもよい。

上記構成において、例えば、前記複数の係合構造は前記電子源ユニットに形成された複数の開口であり、前記複数の係合部材は前記複数の開口に入る複数の挿入子である。複数の開口が複数の排気口により構成されてもよい。各挿入子は各開口に挿入される棒状体（例えばピン）として構成され得る。電子源ユニットを中心軸の方向に単に引っ張る方式、電子源ユニットを回転させながら中心軸の方向に引き下げる方式、その他の取外し方式が採用されてもよい。

望ましくは、前記位置決め状態において前記各開口が前記開口端部の外側において露出する。この構成によれば、複数の開口を目視しながら捕獲状態を形成することが可能であるから、作業性が良好となる。位置決め状態においては、中心軸の方向において、各挿入子の運動経路が開口端部の上面レベルよりも上（本体側とは逆の側）になる。更に、部品交換作業時に操作されるネジ等のすべてが開口端部の外側に位置するように、同時に、安定的な位置決め状態が形成されるように、開口端部への電子源ユニットの嵌め込み深さ等を設定するのが望ましい。

上記構成において、例えば、前記開閉機構は、前記複数の挿入子を運動させる複数のアーム機構と、前記複数のアーム機構の開閉運動を操作するための操作部材と、を含む。上記構成において、例えば、前記操作部材は前記本体に対してスライド運動し、前記操作部材の後進運動により前記複数の挿入子が互いに広がって前記非捕獲状態が形成され、前記操作部材の前進運動により前記複数の挿入子が互いに近付いて前記捕獲状態が形成される。

上記構成において、例えば、前記操作部材は前記本体を取り囲むリング状の部材であり、前記複数のアーム機構は、前記本体と前記操作部材との間に挟まれ前記複数の挿入子に対してそれらを互いに広げる方向に付勢力を及ぼす複数の板バネを有し、前記操作部材は、前記前進運動の際に前記複数の板バネを前記本体側へ押し付ける。板バネを利用すれば取外し工具全体の重量を削減でき、また、その弾性復元力を利用して非捕獲状態を自然に形成できる。同時に、複数の挿入子が不用意に前進運動してしまわないようにできる。

上記構成において、前記本体は、前記中心軸の方向に伸長した第１溝と、前記第１溝における前進端に連なり前記中心軸の方向に交差する方向に伸長した第２溝と、からなるピン溝を有し、前記操作部材は前記ピン溝に挿入されてそれに沿って運動するピンを有し、前記ピンが前記第２溝に入った状態において前記操作部材の後進運動が規制される。操作部材の後進運動が規制された状態はいわゆるロック状態である。他のロック構造を採用してもよい。

上記構成において、望ましくは、前記電子源ユニットは、電子源アセンブリ、それを収容する枠体、及び、前記電子源アセンブリを固定するための複数のネジ、を有し、前記位置決め状態において前記各ネジの頭が前記開口端部の外部に位置する。この構成によれば捕獲状態において工具によって各ネジを操作することが可能である。上記構成において、望ましくは、前記底部は前記中心軸の方向であって電子放出方向へ突き出た円錐面状の底面を有し、前記開口端部は前記底面に当たる環状の斜面としての台座面を有する。この構成によれば自然なセンタリング作用を得られる。

本発明によれば、電子銃から電子源ユニットを取り外す際の作業性を高められる。あるいは、電子源ユニットの取り外し後における部品交換時の作業性を高められる。あるいは、実用的価値の高い電子銃用の取外し工具を提供できる。

電子銃を備えた走査型電子顕微鏡の概略構成を示す模式図である。電子銃の断面図である。取外し工具の第１実施形態を示す断面図である。取外し工具の第１実施形態を拡大断面図である。非捕獲状態（開状態）を示す図である。捕獲状態（閉状態）を示す図である。部品交換方法の一例を示す工程図である。取外し工具の第２実施形態を示す断面図である。取外し工具の第２実施形態を示す正面図である。取外し工具の第２実施形態を示す上面図である。取外し工具の第３実施形態（及び捕獲状態）を示す断面図である。取外し工具の第３実施形態（及び非捕獲状態）を示す断面図である。取外し工具の第３実施形態の一部を示す説明図である。比較例としての取外し工具を示す断面図である。比較例としての部品交換方法を示す工程図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１には走査型電子顕微鏡１０の概略的な構成が示されている。鏡筒１２内は真空室を構成しており、そこには、図示の例において、電子銃１４、収束レンズ２２、走査コイル２４、対物レンズ２６、試料ステージ３０、二次電子検出器３２等が設けられている。試料ステージ３０上には観察対象となる試料２８が載せられている。符号２０は中心軸を示しており、それはビーム軸、光軸及び垂直軸に相当する。二次電子検出器３２と共に、又はそれに代えて、様々な検出器を設けることが可能である。電子顕微鏡以外の装置にも電子銃が組み込まれる。そのような装置における電子銃のメンテナンス時において後述する取外し工具を利用することが可能である。

図１に示す電子銃１４は熱電子銃である。電子銃１４は、電子銃室内に配置されている。電子銃１４は、電子源ユニットを構成するウェネルトユニット１８、及び、それを保持するホルダ１６を有する。図１において、配管系、制御系等については図示省略されている。別の観点から見て、走査型電子顕微鏡１０は鏡筒本体３６と電子銃を含む鏡筒頭部３４とに大別される。メンテナンス時には、鏡筒頭部３４を蝶番中の回転軸３８回りにおいて回転させることが可能である。

図１においては、回転後の鏡筒頭部３４が破線表現されている。具体的には、図１には、回転後の電子銃１４Ａとして、ホルダ１６Ａ及びウェネルトユニット１８Ａが示されている。ウェネルトユニット１８Ａの底部が斜め上方を向いている。フィラメント等の部品の交換を含む電子銃１４のメンテナンス時において、鏡筒頭部３４の回転状態（開き状態）が形成される。そのような状態において、後述する取外し工具を利用して、ウェネルトユニット１８Ａが手作業で取り外される。もっとも、鏡筒頭部３４を回転させないで、つまり、電子銃１４の姿勢や位置を維持したまま、あるいは、電子銃１４をいったん上方に引き上げた上で、後述する取外し工具を利用して、ウェネルトユニット１８を取り外すようにしてもよい。電子銃１４として熱電子銃以外の電子銃が利用されてもよい。

図２には、電子銃１４の一部が拡大断面図として示されている。以下においては、説明の都合上、電子銃１４の姿勢にかかわらず、電子銃１４の中心軸の方向を垂直方向（上下方向）と定義し、それに直交する方向を水平方向と定義する。垂直方向下流側が電子放出方向である。

既に説明したように、電子銃１４はホルダ１６及びそれに装着されたウェネルトユニット１８を有する。ホルダ１６は筒状の中空部材である。ウェネルトユニット１８は、ウェネルト電極３８、枠体４２、フィラメントアセンブリ（電子源アセンブリ）４０、等を有する。

ウェネルト電極３８は、金属からなる中空部材により形成され、それは底部（下部）５２及び胴部（上部）５６を有する。底部５２は尖塔形を有し、それは円錐面状の底面５２ａを備える。その頂点（最下点）には小孔５２ｂが形成されている。底面５２ａには中心軸回りに並ぶ４つの排気口５４が形成されている。それらはウェネルト電極３８の内外を連通させるものであり、ウェネルト電極３８の内部下側を十分に真空状態にするためのものである。底部５２と胴部５６との間は丸みをもったコーナー部分又はエッジ部分である。ウェネルト電極３８にはネジ孔６４が形成されており、そこにはネジ６６が螺合している。このネジ６６は枠体４２をウェネルト電極３８に対して位置決めながら固定するための部材である。ネジ孔６４の出口がウェネルト電極３８の側周面に現れている。

ウェネルト電極３８の胴部５６には、やや大きな３つの排気口６２が設けられている。それらもウェネルト電極３８の内外を連通させるものであり、ウェネルト電極３８の内部上側が十分に真空状態とされる。３つの排気口６２はそれぞれ水平方向を向き、それらは放射状に形成されている。具体的には、中心軸回りにおいてそれらは１２０度の角度間隔をもって形成されている。本実施形態では、ウェネルトユニット１８の取り外しの際に、３つの排気口６２がそれぞれ係合構造として機能する。排気口又は係合構造の個数は例示である。

ウェネルト電極３８の上部とホルダ１６の下部とに跨がって着脱構造が形成されている。それについて具体的に説明する。ウェネルト電極３８の上部外面には、水平方向外側を向いた環状の溝５８が形成されており、その溝５８の上側には水平方向外側に突出した突部（突条）６０が設けられている。一方、ホルダ１６の下端には複数（例えば３つ又は４つ）のボール穴が形成され、それらには複数のボール６１が入れられている。各ボール６１の内側方向への運動は各ボール穴のエッジによって制限されており、各ボール６１の外側方向への運動は板バネ６３によって制限されている。各板バネ６３は各ボール６１に対して内側方向への弾性力を与えている。

図示の構造において、ウェネルトユニット１８を下方へ強く引き抜くと、各ボール６１が各板バネ６３を外側へ押し出し、突部６０が各ボール６１を越えて下方へ運動する。これによりホルダ１６とウェネルトユニット１８の結合状態が解消される。ホルダ１６に対してウェネルトユニット１８を装着する際には上記とは逆の経過を辿ることになる。なお、ウェネルト電極３８の上部にはＵ字溝６５が形成されており、そこにはホルダ１６に固定されたピン６７が挿入されている。これにより、回転方向において、ホルダ１６に対してウェネルトユニット１８が位置決められる。

上記フィラメントアセンブリ４０は、枠体４２内に収容されており、フィラメントアセンブリ４０は、台座４４、一対の電極棒４６、タングステンからなるフィラメント４８等からなる。台座４４は絶縁部材で構成されている。一対の電極棒４６は台座４４を垂直方向に貫通している。各電極棒４６は上側部分４６ａ及び下側部分４６ｂを有する。一対の下側部分４６ｂにフィラメント４８の両脚が取り付けられている。一対の上側部分４６ａは一対の電極部材５０に接続されている。各電極部材５０は例えば差し込み構造を有する。枠体４２は皿状の形態を有し、それは金属により構成されている。その内部にフィラメントアセンブリ４０が収容されかつ固定されている。

図示の構成例において、枠体４２には図示されていない３つのネジ穴が形成されており、それらには図示されていない３つのネジが螺合している。それらのネジによって、枠体４２に対してフィラメントアセンブリ４０が位置決め固定されている。フィラメントアセンブリ４０の中心線が後述する小孔５２ｂの中心線に一致するように、フィラメントアセンブリ４０の水平方向の位置決めがなされる。その際に上記の３つのネジが利用される。３つのネジ穴へ外部からアクセスするために、具体的には、３つのネジの頭部にドライバ等の工具を係合させるために、ウェネルト電極３８には３つの開口が設けられている。但し、図２にはそれらの開口が現れていない。枠体４２はワッシャ６８を介してウェネルト電極３８の内部に固定されている。図示された枠体４２の形態は一例であり、ウェネルト電極の内部のより下方まで及ぶ厚みをもった枠体を採用してもよい。

図３乃至図６には取外し工具の第１実施形態が示されている。図３において、取外し工具７０は円筒状の本体７２及び捕獲機構７４を有する。本体７２は筒状の中空部材であり、それは例えば耐熱性をもった材料（アルミ等）で構成される。本体７２の上端部は開口端部８４を構成している。開口端部８４内にウェネルトユニット１８の底部が嵌め込まれており、位置決め状態が形成されている。

捕獲機構７４は、ウェネルトユニット１８に形成された３つの排気口に挿入される３つのピン（挿入子）８２と、それらを保持する開閉機構と、を有する。開閉機構は３つのアーム機構により構成され、具体的には、各アーム機構はアームとしての板バネ７８により構成されている。板バネ７８の下端部が２つのネジ８０ａ、８０ｂによって本体７２に固定されている。開閉機構は、更に、本体７２を囲むリング７６を有する。リング７６は中空の環状部材であり、それは上下方向にスライド運動する。また、スライド運動の前進端において回転運動もする。そのような運動を規定するため、本体７２にはＬ字状のピン溝が形成されており、そのピン溝内をリング７６に固定されたピンが運動する。リング７６の内周面と本体７２の外周面との間に３つの板バネ７８が挟まれている。

各板バネ７８はその上端部が本体７２から離れる方向に、つまり、中心軸から遠ざかる方向に弾性力を生じさせるものであり、各板バネ７８は、自然状態において、外側に反っている。つまり、各ピン８２に対して後退方向への付勢力を与えている。実際には、各板バネ７８の形態はリング７６のスライド位置によって制御されており、リング７６がスライド方向下端にある場合に各板バネ７８は完全に外側に反った状態となる。符号８６で示すように、リング７６をスライド方向上端側へ移動させると、各板バネ７８が徐々に直線的な形態になる。これに伴い、符号８８で示されるように、各ピン８２が水平方向に運動し、つまり中心軸側へ近づくことになる。その運動経路は円弧状である。最終的には、３つの排気口の中に３つのピン８２が挿入された捕獲状態が形成される。それは開閉機構又は３つのピン８２の閉状態とも言い得る。それとは逆にリング７６を図３に示すようにスライド方向下端に位置させると、３つの排気口から３つのピン８２が完全に離脱した非捕獲状態が形成される。それは開閉機構又は３つのピン８２の開状態とも言い得る。

各ピン８２及び各板バネ７８は金属その他の耐熱性材料により構成される。開閉機構として図示されたもの以外の機構が採用されてもよい。本体７２の外周面上に３つの板バネ７８が入る３つの浅い溝を形成してもよい。本体７２の形態として図３に示したもの以外の形態を採用してもよい。その形態として手で保持し易い形態を採用するのが望ましい。なお、各板バネ７８の屈曲点は、リング７６がスライド下端に位置している場合において、そのリング７６の上縁付近である。

図３に示した構成によれば、位置決め状態を容易に形成でき、その位置決め状態では、３つのピン８２の運動経路が３つの排気口の中心又はその付近に自然に一致する。本体７２の中心軸方向の長さは例えば１０〜３０ｃｍの範囲内にあり、その内径は例えば３〜５ｃｍの範囲内にある。本体７２の肉厚は例えば０．５〜数ｃｍの範囲内にある。但し、開口端部８４の肉厚だけを大きくしてもよい。また、把持し易いように、本体７２において開口端部８４以外の部分を細く形成することも可能である。

図４には図３に示した取外し工具の拡大断面図が示されている。上述したように、本体７２の上端部は開口端部８４を構成している。開口端部８４は、環状の斜面（台座面）８４ａと環状の垂直面８４ｂとを有する。それらの面８４ａ，８４ｂにはウェネルト電極３８のコーナー部分が当接される。開口端部８４にはウェネルト電極３８の底部が入り込んでおり、つまり、その底部が嵌め込まれている。その嵌め込み状態ではウェネルトユニット１８と取外し工具との間に所定の位置的関係が成立する。すなわち、中心軸の方向（垂直方向）及びそれに直交する方向（水平方向）において、ウェネルトユニット１８に対して取外し工具が正しく位置決められた状態が形成される。中心軸回りの方向には自由度が生じている。但し、凹凸係合構造その他の手段を利用して、中心軸回りの方向においても位置決めがなされるように構成してもよい。斜面としての台座面８４ａは、ウェネルト電極３８の底面との当接時に、ウェネルトユニット１８をセンタリングする作用を発揮する。実際には、ウェネルトユニット１８の中心軸に対して取外し工具の中心軸が自然に合わせられる。

図４には捕獲状態が示されている。上記リングの作用によって、板バネ７８が本体７２の外周面に密着しており、板バネ７８の形態が直線状に拘束されている。ピン８２が排気口６２内に進入して、係合状態が形成されている。ピン８２は板バネ７８の上端部においてワッシャ９２及びナット９０によって固定されている。但し、かしめ加工等によって板バネ７８にピン８２が固定されてもよい。

位置決め状態においては、本体７２の上面（上縁）レベル９４よりも排気口６２の最下レベル９８の方が高く、両者間にはギャップΔd2が存在する。このように位置決め状態では３つの排気口６２が、本体７２の開口端部８４によって隠蔽されることなく、本体７２の外部において露出する。これにより３つの排気口６２に対して３つのピンを簡単に差し込める。ウェネルト電極３８の外周面にはドライバ、六角レンチ等を差し込むための複数の開口も形成されている。それらの開口の最下レベル９６も上面レベル９４よりも上であり、それらの間にはギャップΔd1が存在する。それらの開口も、開口端部８４に隠蔽されることなく、本体７２の外部に位置する。これにより、ウェネルトユニット１８の取り外し後において、本体７２からウェネルトユニット１８を取り出すことなく、ウェネルトユニット１８に対して工具等を差し込んで部品交換を行うことが可能である。もちろん、本体７２からウェネルトユニット１８を取り出した上で部品交換を行ってもよい。

図５には非捕獲状態が示されており、図６には捕獲状態が示されている。図５において、本体７２にはＬ字状のピン溝１０２が形成されている。ピン溝１０２は非貫通溝であるが、それが貫通溝であってもよい。ピン溝１０２は、上下方向であるスライド方向に伸長した第1溝１０２ａと、その上端（前進端）から水平方向に伸長した第２溝１０２ｂと、からなる。第２溝１０２ｂは上方から見て円弧状の形態を有する。本体７２には３つの板バネ７８ａ，７８ｂ，７８ｃが設けられている。それらを囲むようにリング７６が設けられている。リング７６にはピン溝１０２に入り込んでピン溝１０２に沿って運動するピン１００が設けられている。

図６に示すように、ピン１００が第２溝に入った状態ではリング７６の下方への運動が規制され、ロック状態が形成される。そのロック状態では、リング７６に対して、３つの板バネ７８ａ，７８ｂ，７８ｃの復元力や、重力その他の作用が及んでも、リング７６が自然に下方へ運動することはなく、捕獲状態が安定的に維持される。

図５において、符号６５、１０４は工具が差し込まれる開口を示している。それらは位置決め状態において、本体７２の外部において、３つの排気口６２と共に露出する。よって、ウェネルトユニットを取外し工具７０から取り出すことなく、捕獲状態において部品交換等を行うことが可能である。その場合、ウェネルトユニットの温度が下がるのを待つことなく部品交換等を行える。

上記第１実施形態によれば、開口端部にウェネルトユニットの底部を嵌め込むだけで自然に位置決め状態をできるから、上下方向に両者の位置合わせする煩雑な作業が不要となる。また、リングをスライド運動させるだけで、３つの板バネを一括して開閉運動させることができるので、作業負担を軽減できる。本体を片手で保持しながら、もう一方の片手でリングを操作すればよい。更に、開閉機構として３つの板バネという簡易な構成を採用したので、取外し工具の重量を削減でき、またコストを低減できる。よって、実用性の高い取り外し工具を実現できる。

図７には上記取外し工具を用いた作業の流れが例示されている。Ｓ８では、ウェネルトユニットの底部が本体の開口端部に嵌め込まれて位置決め状態が形成される。S１０では、その位置決め状態において、リングを前進させる操作が行われ、その後、リングを回転させる操作が行われる。具体的には、リングを前進させると、複数のピンが電子銃の中心軸の方へ近付き、その過程で、３つの排気口に３つのピンが入り込んで係合状態が形成される。その状態は捕獲状態である。その後、リングを回転させると、ロック状態が形成される。Ｓ１２では、本体を中心軸に沿ってホルダから離れる方向に引き抜くことにより、ホルダからウェネルトユニットが外される。Ｓ１４では、本体を起立状態としつつ（図６参照）、捕獲状態が維持された状態において、必要な部品交換が実施される。もちろん、本体からウェネルトユニットを取り外して部品交換を実施してもよい。Ｓ１６では、捕獲状態を維持したまま、本体を保持してそれを中心軸に沿ってホルダ側に近接運動させることにより、ホルダに対してウェネルトユニットが取り付けられる。Ｓ１８では、リングを逆回転させることによりアンロック状態が形成され、その後、リングを後退運動させて非捕獲状態（開状態）が形成される。具体的には、リングの後退運動に伴って、３つの板バネが徐々に外側に反り、それと共に３つのピンが中心軸から遠ざかり、そのような過程を経て、３つの排気口から３つのピンが完全に離脱する。これによりウェネルトユニットから取外し工具を取り外すことが可能となる。完全なる離脱に先立って、開口端部に対してウェネルト電極の底部が嵌め込まれた状態がいったん復元され、その上で、取外し工具がウェネルトユニットから離される。

図８乃至図１０には取外し工具の第２実施形態が示されている。図８において、取外し工具１０６は、本体１０７と捕獲機構１０９とを有する。本体１０７は円筒状であり、その上端部が開口端部を構成している。捕獲機構１０９は３つのピン１１５及び開閉機構を有する。開閉機構は３つのアーム機構を有し、各アーム機構はアーム１０８を有する。図８においては、１つのアーム１０８と１つのピン１１５とが示されている。

アーム１０８は本体１０７に設けられた回転軸（固定軸）１１０を中心として回転運動する部材である。本体１０７には固定軸１１１が設けられ、アーム１０８には可動軸１１２が設けられている。固定軸１１１と可動軸１１２との間にはコイル状のバネ１１４が設けられている。アーム１０８の上端にピン１１５が固定されている。アーム１０８が後退して倒れ込んだ状態が符号１０８Ａで示されており、符号１１２Ａはその状態での可動軸を示している。符号１１３は回転軸１１０を中心とした一定半径を有する円を示しており、その円１１３上にピン１１５の運動経路が沿っている。アーム１０８Ａが傾斜状態つまり後進端にある場合、回転軸１１０、固定軸１１１及び可動軸１１２Ａの三者の幾何学的関係から、安定状態が形成される。アーム１０８に起立力を与えると、アーム１０８が起立姿勢となり、ピン１１５が排気口内に進入したところで、別の安定状態が形成される。アーム１０８にはレバー１１６が設けられており、符号１１８で示すように、起立状態においてレバー１１６を本体１０７側へ押し込むと、アーム１０８が傾斜状態に戻る。レバー１１６を手前に引くと、アーム１０８が起立状態となる。第２実施形態では、個々のアーム１０８ごとに個別的にその姿勢が操作される。図９には、固定軸１１１、回転軸１１０、可動軸１１２及びバネ１１４の位置関係が示されている。図１０には本体１０７に設けられた３つのアーム１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃが示されている。

図１１乃至図１３には取外し工具の第３実施形態が示されている。図１１には捕獲状態が示されており、図１２には非捕獲状態が示されている。図１１おいて、取外し工具１２２は、本体１２０と捕獲機構１２４とを有する。本体１２０は円筒状の形態を有し、その上端部はウェネルトユニットを部分的に受け入れる開口端部を構成している。本体１２０の下端部には円柱状の操作部材１３２が挿入されている。具体的には、下端部は開口部を有し、その開口部に操作部材１３２が螺合している。操作部材１３２を一方方向に回転させると、操作部材１３２が本体１２０に対して前進し、逆に、操作部材１３２を他方方向に回転させると、操作部材１３２が本体１２０に対して後進する。

捕獲機構１２４は３つのピン１４４及びそれらを備える開閉機構を有する。３つのピン１４４がウェネルトユニットに形成された３つの排気口に係合する。開閉機構は３つのアーム機構及び上記操作部材１３２を含む。それらのアーム機構は同一の構成を有している。図１１には１つのアーム機構が示されている。アーム機構はアーム１２６、ピンベース１２５、及び、ガイド１４２を有する。ピンベース１２５がガイド１４２を貫通しており、ガイド１４２によってピンベース１２５の水平方向の運動が案内されている。ガイド１４２は本体１２０に固定されたブロック状の部材である。ピンベース１２５の先端にピン１４４が固定されている。

アーム１２６は回転軸１２８を中心として傾斜運動する。本体１２０とアーム１２６との間にバネ１３４が設けられており、バネ１３４はアーム１２６の上端部を本体１２０側に引き付ける付勢力を発生させる。アーム１２６の上端部にはアーム中心軸方向に伸長した長孔１３６が形成されており、その長孔１３６にはピンベース１２５の後端部に固定されたピン１３８が入り込んでいる。この係合構造により、アーム１２６の回転運動がピンベース１２５の水平運動に転換されている。一方、アーム１２６の下端部には車輪機構１３０が設けられている。車輪機構１３０は自由に回転する複数の車輪を有する。車輪機構１３０は上記の操作部材１３２の上面に当接されており、また、その上面の上下運動に伴ってその上面上を転がり運動する。

図１２において、符号１５０で示されているように、操作部材を上方へ運動させると、バネ１３４の弾性力に抗して、アーム１２６が回転軸１２８を中心として時計周り方向へ回転する。これにより、符号１５２で示されているように、ピンベースが後退運動し、ピン１４４が排気口から完全に引き抜かれる。これにより非捕獲状態が形成される。一方、操作部材を下方へ運動させると、バネ１３４の弾性力が作用して、アーム１２６が回転軸１２８を中心として反時計周り方向に回転する。これにより、ピンベースが前進してピン１４４が排気開口内に入り込み、両者の係合状態が形成される。それは捕獲状態である。

図１３には操作部材の上面１３２Ａに当接する３つの車輪機構１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃが示されている。各アームの下端部に車輪機構１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃを設けたので、摩擦抵抗を小さくして、各アームに円滑な運動を行わせることが可能である。

第３実施形態によれば、第１実施形態及び第２実施形態と同様に、本体の開口端部にウェネルトユニットの一部分を嵌め込むだけで両者の位置決め状態を自然に形成でき、その位置決め状態においてウェネルトユニットを捕獲機構により適正に且つ速やかに捕獲することが可能である。つまり、捕獲段階において、ウェネルトユニットと取外し工具との間において中心軸の方向に煩雑な位置決め作業を行う必要がないという利点が得られる。また、第３実施形態によれば、第１実施形態と同様に、１つの操作で３つのアームを同時に開閉運動させることが可能であるので作業性を向上できる。

図１４には比較例が示されている。取外し工具１５０は、円筒状の本体１５２と、３つのボルト１５４と、を有している。本体１５２の上端部には３つのボルト孔１５６が形成されており、それらに３つのボルト１５４が螺合している。図１４には捕獲状態が示されている。ウェネルトユニット１８におけるウェネルト電極３８の主要部分が本体１５２の内部１５２Ａに入り込んでいる。また、３つの排気口６２内に３つのボルト１５４が入り込んで係合状態が形成されている。符号１５８で示すように、工具を差し込む各種開口は本体１５２により隠されてしまうため、部品を交換する際には取外し工具１５０からウェネルトユニット１８を取り出す必要がある。

図１５には図１４に示した取外し工具を利用した交換作業が工程図として示されている。Ｓ２０では、３つのボルトが後退（退避）している状態で、本体の内部にウェネルトユニットの一部分（ウェネルト電極の底部）が挿入され、目視下での手作業により、３つの排気口に対して３つのボルト孔が位置合わせされる。この場合、３つの排気口は本体１５２に隠されてしまうため、隙間からの覗き込み等を行いながら、慎重に位置合わせ作業が実施される。位置合わせが完了した時点で、Ｓ２２において、各ボルト１５４が順番に回され、その先端が排気口内に順番に挿入される。これにより捕獲状態が形成される。Ｓ２４では、ホルダからウェネルトユニットが外される。取外し直後のウェネルトユニットは通常、非常に高温であり、ウェネルトユニットの温度が下がるのを待って、Ｓ２６において、３本のボルトを順次緩めることにより、取外し工具からウェネルトユニットが取り外される。Ｓ２８ではウェネルト電極からフィラメントアセンブリが取り除かれ、新しいウェネルトアセンブリがウェネルト電極内に配置される。その後、Ｓ３０において、取外し工具とウェネルトユニットとの位置決め状態を再び形成した上で、３本のボルトを締め込んで再び捕獲状態を形成する。Ｓ３２では、本体を保持しつつ、ウェネルトユニットをホルダに装着する。その後、ウェネルトユニットの非捕獲状態を形成し、取外し工具を離脱させる。

以下に上記比較例との対比において上記各実施形態の利点を整理する。比較例では位置決め状態を形成するのが非常に面倒なのに対して、実施形態では嵌め込み状態を形成するだけで位置決め状態を非常に簡便に形成できる。比較例においては位置決め状態の形成後において捕獲状態を形成するまでに３つのボルトを順次締め込む等の作業が必要であるのに対して、実施形態では１つの操作又は非常に簡単な操作で容易かつ確実に捕獲状態を形成できる。取外し後において、比較例では部品交換のために取外し工具からウェネルトユニットを取り出すことが必須であり、しかも温度が下がるまで待つ必要があったが、実施形態によれば捕獲状態のまま部品交換を行うことも可能であり、その場合には必ずしもウェネルトユニットの温度の低下を待つ必要がない。その場合、水冷等の措置を施してもよい。施形態取において、取外し工具からのウェネルトユニットの取外しが必要であっても、捕獲状態から非捕獲状態への変化、及び、その逆の変化を生じさせるのは非常に簡単であるから、その点での作業負担は比較例よりも大幅に軽減される。実施形態によれば上記のような多面的な利点を享受できる実用的価値の高い取外し工具を電子銃メンテナンス分野に提供できる。

なお、取外し工具は電子顕微鏡に設けられる電子銃以外の電子銃に対して適用することが可能である。電子銃の構造に合わせて取外し工具における捕獲機構等を適宜構成するのが望ましい。例えば、取外し対象となるユニットの側面（係合面）に複数の係合部材を当接させることにより捕獲状態が形成されてもよい。あるいは、取外し対象となるユニットの複数の凸部に複数の凹部を係合させることにより捕獲状態が形成されてもよい。ウェネルトユニットの底部に形成された複数の排気口を利用して係合状態を形成することも考えられる。それらの場合においても、位置決め状態で、取外し対象となるユニットにおける工具差し込み用の開口やネジ等が工具本体に隠されずにその外部において露出するようにユニットと工具の当接状態が形成されるのが望ましい。以上説明した幾つかの特徴的構成をそれぞれ単独で採用するようにしてもよい。

１０走査型電子顕微鏡、１４電子銃、１６ホルダ、１８ウェネルトユニット（電子源ユニット）、７０取外し工具、７２本体、７４捕獲機構、７６リング、７８アーム（板バネ）、８２ピン、８４開口端部。

Claims

電子銃から電子源ユニットを取り外すための取外し工具において、
前記電子源ユニットの底部が嵌め込まれる開口端部を有する本体と、
前記本体に設けられた機構であって、前記底部が前記開口端部に嵌め込まれた位置決め状態において前記電子源ユニットを捕獲する捕獲機構と、
を含み、
前記捕獲機構は、
前記位置決め状態において前記電子源ユニットに形成された複数の係合構造に係合する複数の係合部材と、
前記電子銃の中心軸に前記複数の係合部材を近付けて前記複数の係合構造に前記複数の係合部材を係合させることにより捕獲状態を生じさせ、前記中心軸から前記複数の係合部材を遠ざけることにより非捕獲状態を生じさせる開閉機構と、
を含むことを特徴とする電子銃用の取外し工具。
請求項１記載の取外し工具において、
前記複数の係合構造は前記電子源ユニットに形成された複数の開口であり、
前記複数の係合部材は前記複数の開口に挿入される複数の挿入子である、
ことを特徴とする電子銃用の取外し工具。
請求項２記載の取外し工具において、
前記位置決め状態において前記各開口が前記開口端部の外部において露出する、
ことを特徴とする電子銃用の取外し工具。
請求項２記載の取外し工具において、
前記開閉機構は、
前記複数の挿入子を運動させる複数のアーム機構と、
前記複数のアーム機構の開閉運動を操作するための操作部材と、
を含むことを特徴とする電子銃用の取外し工具。
請求項４記載の取外し工具において、
前記操作部材は前記本体に対してスライド運動し、
前記操作部材の後進運動により前記複数の挿入子が互いに広がって前記非捕獲状態が形成され、
前記操作部材の前進運動により前記複数の挿入子が互いに近付いて前記捕獲状態が形成される、
ことを特徴とする電子銃用の取外し工具。
請求項５記載の取外し工具において、
前記操作部材は前記本体を取り囲むリング状の部材であり、
前記複数のアーム機構は、前記本体と前記操作部材との間に挟まれ、前記複数の挿入子に対してそれらを互いに広げる方向に付勢力を及ぼす複数の板バネを有し、
前記操作部材は、前記前進運動の際に前記複数の板バネを前記本体側へ押し付ける、
ことを特徴とする電子銃用の取外し工具。
請求項６記載の取外し工具において、
前記本体は、前記中心軸の方向に伸長した第１溝と、前記第１溝における前進端に連なり前記中心軸の方向に交差する方向に伸長した第２溝と、からなるピン溝を有し、
前記操作部材は前記ピン溝に挿入されてそれに沿って運動するピンを有し、
前記ピンが前記第２溝に入った状態において前記操作部材の後進運動が規制される、
ことを特徴とする電子銃用の取外し工具。
請求項１記載の取外し工具において、
前記電子源ユニットは、電子源アセンブリ、それを収容する枠体、及び、前記電子源アセンブリを固定するための複数のネジ、を有し、
前記位置決め状態において前記各ネジの頭が前記開口端部の外部に位置する、
ことを特徴とする電子銃用の取外し工具。
請求項１記載の取外し工具において、
前記底部は前記中心軸の方向であって電子放出方向へ突き出た円錐状の底面を有し、
前記開口端部は前記底面に当たる環状の斜面としての台座面を有する、
ことを特徴とする電子銃用の取外し工具。