JP7584866B2

JP7584866B2 - 真空封止弁の接続機構

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Publication number: JP7584866B2
Application number: JP2021031508A
Authority: JP
Inventors: 明夫芳川; 亮市村
Original assignee: A&D Co Ltd
Current assignee: A&D Holon Holdings Co Ltd
Priority date: 2021-03-01
Filing date: 2021-03-01
Publication date: 2024-11-18
Anticipated expiration: 2041-03-01
Also published as: JP2022132826A

Description

本発明は、真空封止弁の接続機構に関するものである。

電子顕微鏡等、真空室を有する装置には、真空室内を仕切るための仕切壁と、その仕切り壁に設けられた開口部を封止する真空封止弁とが設けられている。開口部と真空封止弁との位置合わせを行うために、真空封止弁には、駆動力を伝えるシャフトと封止を行う弁体との間に位置調整を行う接続機構が設けられている場合がある。

例えば特許文献１では、シャフトの一部が回転可能に構成され、これによりシャフトの先端部に固定された弁体の高さを調整することができる接続機構が公開されている。回転部分の上下にはロックナットが設けられ、ロックナットにより、シャフトが弁体とベローズに固定されている。

特開２０１６－６６６８４号

しかし、上記特許文献１の接続機構では、高さ（接続長さ）は調整可能であるが、シャフトと弁体とがロックナットにより完全に固定されており、弁体やシャフトの捻じれや回動がそのままシャフトに接続されたベローズにも伝達されるため、回動負荷に弱いベローズが破壊される懸念がある。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであり、接続長さが調整可能であり、回動やねじりによる不具合を抑制した真空封止弁の接続機構を提供する。

上記問題を解決するため、本開示のある態様では、駆動機構に連結されて駆動される第１シャフト部材と、開口部を封止する弁体に連結されて前記第１シャフト部材の駆動を伝える第２シャフト部材とを接続する真空封止弁の接続機構であって、前記第１シャフト部材の端部に固定され、前記第２シャフト部材へ対向する端部に、第１係合孔が形成された第１接続部材と、前記第２シャフト部材の端部に固定され、前記第１接続部材とネジ係合し、前記第１シャフト部材へ対向する端部に前記第１係合孔に直列可能な位置に第２係合孔が形成された第２接続部材と、前記第１係合孔または前記第２係合孔の一方の係合孔に係合し、係合した状態で他方の係合孔内に突出する突出部を有する係合部材と、を備え、前記突出部は、前記他方の係合孔の内径よりも外径が小さくなるように構成した。

この態様によれば、第１接続部材と第２接続部材のネジ係合により、両シャフトを、接続長を調整して接続した後に、直列した二つの係合孔に係合部材を係合させることで、両シャフト部材に対して、回転止めしつつ、係合した係合部材と、係合していない他方の係合孔との直径差分だけ両シャフトが相対的に回動することを可能にした。従来のように、接続長を調整した後に、ナットなどの固定部材を用いて両シャフトを完全固定した場合、ねじれや傾きが修正されることがない。この場合、完全に回動不可であるため、正位置から傾いて固定されると、是正されずに傾いたまま開口部を弁体が封止することとなり、シール性能が落ちる。また、シャフト移動による僅かな回動がそのままベローズに伝わり、ベローズにダメージを与える。これに対し、本形態では僅かに回動可能な遊びをもって両シャフトを接続させることで、回動やねじりによる不具合を抑制した。

また、ある態様では、前記係合部材と係合する前記一方の係合孔はネジ穴であり、前記係合部材は、無頭ボルト、または前記他方の係合孔の内径よりも頭径が小さいボルトであるように構成した。この態様によれば、ネジ係合により、係合部材を容易に係合させることができる。また、一度分解した後にも、係合部材やシャフトをほぼ同じ位置に配置できるため、再位置合わせが非常に容易となる。

また、ある態様では、前記第１係合孔と前記第２係合孔の少なくとも一方の係合孔は、前記第１接続部材と前記第２接続部材のネジ係合の軸を中心として、同円上に、等間隔または不等間隔に複数個設けられているように構成した。この態様によれば、接続可能位置を同円上に複数個設けることで、より精密に接続長の微調整を行うことができる。

また、ある態様では、前記第１シャフト部材は、前記駆動機構と、連結機構を介して連結され、
前記第１シャフト部材は、前記連結機構ともネジ係合で接続されるように構成した。ネジ係合されることで、第１シャフトの両端で長さ調整を可能とした。

上記構成によれば、接続長さが調整可能であり、回動やねじりによる不具合を抑制した真空封止弁の接続機構を提供する。

本発明の実施形態に係る真空封止弁を備えた電子顕微鏡の概略図である。同真空封止弁の斜視図である。同真空封止弁の側面図である（説明のため一部構成要素を不図示）。同真空封止弁の縦断面図である。接続機構の分解斜視図である。接続機構の効果を説明するための説明図である。接続機構の効果を説明するための説明図である。開閉機構の縦断面図である。開閉機構の開閉状態の説明図であり、（Ａ）が開状態（封止解除状態）、（Ｂ）が閉状態（封止状態）を示す。変形例である。図５に対応する。

（電子顕微鏡１００）
以下、本開示の構成に係る好ましい実施形態を図面に従って説明する。図１は、実施形態に係る真空封止弁１を備えた電子顕微鏡１００の概略図である。

図１に示すように、電子顕微鏡１００は、電子銃１０１と、電子銃１０１から出射された電子線ＥＢを試料Ｗの所定部位に収束させるレンズ機構および電子線ＥＢを走査させるための走査機構などからなる電子線制御機構１０２と、電子銃１０１および電子線制御機構１０２を内部に有する鏡筒１０３を備える。

電子顕微鏡１００は、電子銃１０１から出射した電子線ＥＢによって試料Ｗを照射することにより発生した二次電子などを検出し、この検出信号に基づき試料Ｗ上の電子線ＥＢの二次元走査に同期して、試料像を表示する走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）である。本開示の構成は、電子顕微鏡１００の適用に限られず、試料Ｗに電子線ＥＢをあて、それを透過してきた電子を拡大して観察する透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）や、電線描画装置、電子線露光装置などにも好適である。また、電子銃１０１の代わりにイオン銃を用いて、イオンビームを照射しても良い。

鏡筒１０３は、その内部に、電子銃１０１を収容する電子銃室１０４と、電子線制御機構１０２を収容する制御機構室１０５と、これを仕切る仕切壁１０６とを有する。仕切壁１０６には、電子銃室１０４と制御機構室１０５とを連通する開口部１０７が設けられている。電子顕微鏡１００の特性上、電子銃室１０４は真空排気機構１０８Ａにより真空（１０^-５Ｐａ以下の超高真空、または１０^－８Ｐａ以下の極高真空）にされている。また、制御機構室１０５も同様に、真空排気機構１０８Ｂにより真空にされている。

電子顕微鏡１００は、開口部１０７を封止／封止解除（以下、開閉と表現）を行う機構として真空封止弁１を備えている。真空封止弁１は、仕切壁１０６とほぼ垂直な鏡筒１０３の側壁１０３ａに設けられた貫通孔１０９に貫通して支持される。電子顕微鏡１００の真空引きには時間を要することから、電子銃１０１の修理や試料Ｗの交換時には、真空封止弁１を用いて、電子銃室１０４または制御機構室１０５を真空に保った状態で作業が行われる。また、電子顕微鏡１００輸送の際は、真空封止弁１にて開口部１０７を封止して輸送する。

（真空封止弁１）
真空封止弁１を図２～図４を用いて詳細に説明する。図２は真空封止弁１の斜視図である。図３は真空封止弁１の側面図である。図４は真空封止弁１の縦断面図である。図３においては、説明のため、一部の構成を省略している。

図２～図４に示すように、真空封止弁１は、先端部に、開口部１０７を開閉する開閉機構２を備える。開閉機構２は、移動側機構７と仕切壁１０６に固定される固定側機構８から構成される。開閉機構２の移動側機構７は接続機構３を介して、ベローズ４に接続され、ベローズ４は固定部５を介してアクチュエータ６に接続される。

アクチュエータ６は真空封止弁１の駆動源である。アクチュエータ６が仕切壁１０６と略平行に進退移動すると、この移動が開閉機構２に伝達され、開閉機構２はアクチュエータ６の進退移動を、開口部１０７を開閉するための運動に変換して、開口部１０７を開閉する。

本実施形態においては、アクチュエータ６には複動式エアシリンダが用いられている。引込型の単動式エアシリンダを用いて、電子銃１０１不使用時には、圧縮バネなどの付勢によりシリンダの前進状態を維持して開閉機構２の閉状態を保ち、電子銃１０１使用時にのみ、エア圧力によりシリンダを後進状態にして、開閉機構２を開状態とするように構成してもよい。圧縮バネの付勢により、開閉機構２の閉状態の維持が容易となる。アクチュエータ６は、これに限らず、既知の駆動機構を用いてもよい。

図４に示すように、ベローズ４は、内部に配置される伝達シャフト４１の周囲を覆うように設けられている。伝達シャフト４１は、接続シャフト４２を介してアクチュエータ６に接続される。ベローズ４の端部は固定部５の表面に固定され、ベローズ４の内部空間と固定部５に設けられた内部空間５１が連通する。この連通した内部空間で、伝達シャフト４１はアクチュエータ６と一体化して進退移動を行う。ベローズ４を用いることで、電子銃室１０４の真空雰囲気を保持したまま、電子銃室１０４外（大気側）にあるアクチュエータ６から動力を得て伝達シャフト４１を進退移動させることができる。

伝達シャフト４１は、接続機構３を介して開閉機構２の移動側機構７を構成するメインシャフト７１と接続されており、これらが一体となって移動することにより、開閉機構２にアクチュエータ６の進退運動が伝達される。

（接続機構３）
伝達シャフト４１とメインシャフト７１とを接続する接続機構３について、詳しく説明する。図５は接続機構３の分解斜視図である。伝達シャフト４１が配置される方向を後方、メインシャフト７１が配置される方向を前方として説明する。

図５に示すように、接続機構３は、接続される伝達シャフト４１、メインシャフト７１の他に、第１接続部材３１、第２接続部材３２、無頭ボルト３４を備える。

前方から、メインシャフト７１、第２接続部材３２、第１接続部材３１、伝達シャフト４１の順で、前後方にその軸を一致させて配置される。

伝達シャフト４１は細長い棒状体であり、メインシャフト７１に接続される前方側には、円盤状の第１フランジ部４１ａが設けられている。第１フランジ部４１ａの後面にはベローズ４が溶接されている（図４参照）。

第１フランジ部４１ａから前方へ向かって柱体４１ｂが突出しており、柱体４１ｂの先端には、さらに円盤状の第２フランジ部４１ｃが設けられている。第２フランジ部４１ｃにはこれを貫通する貫通孔４１ｄが二か所に設けられており、ボルト３３がこれに挿通し、第１接続部材３１に設けられたネジ穴３１ｂに螺合することで、伝達シャフト４１は第１接続部材３１に締結される。

第２フランジ部４１ｃの前面の中央には、円形凹部４１ｅが設けられており、第１接続部材３１の後面中央に突設された円形凸部３１ａがこれに係合して、締結に助する。

円柱形状を有する第１接続部材３１の前面中央には、ネジ穴として雌ネジ部３１ｄが設けられている。これに第２接続部材３２の背面中央に突出して設けられた雄ネジ部３２ａが螺合する。雌ネジ部３１ｄと雄ネジ部３２ａは、メインシャフト７１の前後方向の配置位置の調整を行うためのものであり、雄ネジ部３２ａのネジ長さ分だけ、メインシャフト７１は前後方向に配置調整可能となっている。

第１接続部材３１に第２接続部材３２が螺合して、メインシャフト７１のための前後方向の配置調整が行われた後に、無頭ボルト３４が第２接続部材３２に設けられた挿通孔３２ｃに挿通して、第１接続部材３１に設けられたネジ穴３１ｃに螺合する。これにより、無頭ボルト３４の先端部３４ａが第１接続部材３１に固定され、後端部３４ｂが第１接続部材３１の表面から突出して、第２接続部材３２の挿通孔３２ｃ内に配置される。無頭ボルト３４、詳しくは後端部３４ｂと挿通孔３２ｃ内壁とは多少のスキを持つようにその大きさが設定されている。

挿通孔３２ｃはネジ穴３１ｃに連通する位置に形成されており、第２接続部材３２には、雌ネジ部３１ｄと雄ネジ部３２ａの螺合軸を中心とした同円上に、挿通孔３２ｃが複数個設けられている。

一方、メインシャフト７１の後端部にもフランジ部７１ａが形成されており、ボルト３５が、フランジ部７１ａに形成された二つの挿通孔７１ｂを挿通して、第２接続部材３２の前面に設けられたネジ穴３２ｂに螺合することで、メインシャフト７１は第２接続部材３２に締結される。これにより、メインシャフト７１と伝達シャフト４１とが、接続機構３を介して接続される。

（接続機構３の作用効果）
このような構成をもつ接続機構３は、三つの作用効果を持つ。一つ目は、前述の通り、メインシャフト７１の配置調整である。

詳しくは後述するが、メインシャフト７１には、電子線ＥＢ線を通すための貫通孔７１ｃが設けられており、開閉機構２が開状態において、電子線ＥＢの行路（ビームパス）を確保するために、この貫通孔７１ｃが開口部１０７と略同一の鉛直線上に配置されている必要がある。そのような高精度な配置要求を、接続機構３による接続長調整により満たすことができる。螺合によって接続長が調節されることから、雄ネジ部と雌ネジ部とが逆に設けられた形態でも構わない。

挿通孔３２ｃは対向位置二か所に設けられており、長さ調整後に無頭ボルト３４を螺合させる際には、どちらの挿通孔３２ｃを使用しても良い。第２接続部材３２が、半周ごとに無頭ボルト３４で回転止め可能な構成であるため、接続長の調整は、雄ネジ部３２ａのネジ山半個分の長さ単位で微調整が可能である。

二つ目は、ベローズ４の周方向の動きによるダメージの吸収である。無頭ボルト３４は、第１接続部材３１から突出して、挿通孔３２ｃ内に配置される。挿通孔３２ｃの直径は無頭ボルト３４の直径よりもわずかに大きく、無頭ボルト３４には止めナットなどは使用されていないため、第２接続部材３２はこの直径の差分だけ回動可能となる。即ち、メインシャフト７１と伝達シャフト４１は、長さを調整されて接続された後も、僅かに周方向に回動可能となっている。

ベローズ４は金属板を溶接して作られた、一種のバネ構造体であり、固定された伝達シャフト４１の軸方向の移動に対しては収縮してこれに追従する。しかし、周方向へは全く移動することができず、ベローズ４に固定された伝達シャフト４１がわずかでも回転運動を行うと、無理な応力がベローズ４にかかり、ベローズ４の破壊原因となる。例えば、開閉機構２による開閉運動の際に、わずかに周方向にねじれが生じて、メインシャフト７１に回転運動として伝達されても、第２接続部材３２が回転してこれを吸収してベローズ４への回転負荷を低減する。

従来の構成のように、ネジの螺合により位置調整が行われた後に、止めナット等を使用して、メインシャフトと伝達シャフトとが完全に固定されると、開閉機構の僅かな回動も伝達シャフトに直接伝達されてしまうため、伝達シャフトに接続されたベローズが回動負荷により破壊されるという問題がある。一方で、螺合により位置調整が行われただけで、まったく回転止めがなければ、開閉時の摺動により螺合がゆるんで連結長や連結角度が変わってきてしまうという問題がある。

本実施形態においては、無頭ボルト３４を用いて回転止めを行いつつ、無頭ボルト３４が挿通される挿通孔３２ｃにスキを設けることで、僅かに第１接続部材３１が回動できる余地を残した。これにより、メインシャフト７１の回動がこのスキ分だけ吸収され、ベローズ４へ伝わる回動は減少する。接続機構３を上記のように構成することで、ベローズ４の周方向の動きによるダメージが吸収される。なおかつ、メインシャフト７１が回動することで、シール力の不均衡を抑えることができる。

本実施形態では、第２接続部材３２にはステンレス鋼などの鋼鉄類を用いており、第１接続部材３１にはベリリウム銅などの第２接続部材３２の構成部材よりも柔らかい金属を用いている。異なる金属を使用することで、螺合部の摺動面の摩擦を減らし、両者が滑りやすく（回動しやすく）なるようにしている。また、雌ネジ部３１ｄを雄ネジ部３２ａよりも柔らかい金属で構成することで、滑り時には雌ネジ部３１ｄが削られる構成として、滑り時の摩擦を軽減させた。これにより、より第２接続部材３２と第１接続部材３１は回動しやすくなり、よりベローズ４への回動負荷を低減できる。

三つ目の作用効果は、固定部５が鏡筒１０３に固定される際に生じる、メインシャフト７１の正位置からの周方向のズレの是正である。これを、図６および図７を用いて説明する。図６は、固定部５と鏡筒１０３との締結状態を示し、図３の矢印Ａ方向から見た図である。鏡筒１０３と固定部５の相互配置を示す概略図であり、固定ボルトは省略している。図６（Ａ）および図６（Ｂ）は固定部５が正位置で鏡筒１０３に固定された状態を示す。図６（Ｃ）は固定部５が正位置から反時計回りに傾いて鏡筒１０３に締結された状態を示す。図６（Ｄ）は固定部５が正位置から時計回りに傾いて鏡筒１０３に締結された状態を示す。

真空封止弁１は、固定部５で貫通孔１０９のフランジ部にネジ固定される（図３参照）。図６に示すように、鏡筒１０３には、固定部５を締結するための六個のネジ穴１０３ｂが、円環状に等角度に並んで設けられている。固定される固定部５には、ネジ穴１０３ｂに対応して、６個のネジ挿通孔５２が、円環状に等間隔に設けられている。しかし、ネジ穴１０３ｂの形成誤差を吸収して確実に固定部５を締結させるために、ネジ挿通孔５２の孔径をネジ穴１０３ｂの径より大きくする必要があり、その直径差分だけ、固定部５は正位置から周方向に僅かに傾いて取り付けられる可能性がある。

図６（Ｃ）に示すように、固定部５は正位置から、固定部５の取り付け中心Ｏを中心として、反時計回りには最大で角度－αだけ傾いて取り付けられる可能性がある。また、図６（Ｄ）に示すように、取り付け中心Ｏを中心として、時計回りには最大で角度＋αだけ傾いて取り付けられる可能性がある。ここで角度±αは、ネジ穴１０３ｂとネジ挿通孔５２との直径差分から計算される取付け遊び角度である。

仮に固定部５が角度αだけ傾いて取り付けられても、接続機構３が回動することで、連結されるメインシャフト７１は正位置である水平となりこれを保つ。このように、無頭ボルト３４と挿通孔３２ｃは、長さ調整を行った後の第２接続部材３２の回転止めとしての役割のみならず、周方向の微調整の役割も担っている。無頭ボルト３４と挿通孔３２ｃの配置と直径により、メインシャフト７１と伝達シャフト４１との相対的な回転可能角度が決定される。この回転可能角度は角度２α以上とすることが好ましい。

従来の構成のように、接続機構３がなく、メインシャフトと伝達シャフトとが完全に固定されている場合、鏡筒に真空封止弁が角度αだけ傾いて取り付けられると、メインシャフトも水平状態から角度αだけ傾いた状態となり、弁体は開口部に対して角度αだけ傾いた状態でこれを封止することとなる。

本実施形態と従来の構成との違いを、図７を用いて説明する。図７は開閉機構２を前方から見た図である。固定部５が正位置で固定された状態を示す。Ｏリング７６は開口部１０７を封止するシール材である。二点鎖線の仮想線で示すＯリング１７６は、比較のために示した、接続機構３がない従来構成でのシール材であり、固定部の取り付け中心Ｏを中心として、角度αだけ傾いて取り付けられた状態を示している。

従来の構成のように、開閉機構からアクチュエータまで周方向には完全に一体化している真空封止弁では、筐体に角度αだけ周方向に傾いて取り付けられると、開閉機構も周方向に角度αだけ傾くこととなる。即ち、開口部を封止するＯリング１７６も、取り付け中心を軸として、角度αだけ傾いた状態となる。この傾いた状態のＯリング１７６の高低差Ｈだけ、Ｏリング１７６の潰れ量が減少するため、Ｏリング１７６のシール力が減少する。

例えば、本実施形態を例とすると、角度α＝１．２度であり、これは開口部１０７上では、高低差Ｈ＝０．２ｍｍとなる。即ち、固定部５が取り付け中心Ｏを軸として鏡筒１０３に１．２度だけ傾いて取り付けられると、メインシャフト７１も取り付け中心Ｏを軸として１．２度傾き、シール材の潰れ量は一部で最大０．２ｍｍ減少する。開口部１０７を封止するシール材の潰れ量は０．５ｍｍ程度であるため、シール力は約４０％の損失となる。気密に開口部１０７を封止するには、シール材が開口部１０７を水平に封止する必要があり、接続機構３による周方向のズレの是正は重要である。

また、伝達シャフト４１と接続シャフト４２との接続機構である接続部４３について図４に戻り説明する。伝達シャフト４１の後端部には雄ネジ部４１ｆが設けられている。これに接続される接続シャフト４２の前端部には雌ネジ部４２ａが設けられており、両者が螺合することで、伝達シャフト４１と接続シャフト４２は接続されている。ガタのある状態のため、ベローズに回転が伝わらない構造となっている。これにより、組み立て時にベローズ４に負担がかかることが防止される。

（開閉機構２）
開閉機構２について、図８および図９を用いて詳しく説明する。図８は開状態の開閉機構２の断面図である。図９は開閉機構２による開口部１０７の開閉状態を説明するための説明図であり、（Ａ）が開状態、（Ｂ）が閉状態を示す。

開閉機構２は、前述のように、仕切壁１０６に固定される固定側機構８および、アクチュエータ６の進退移動に伴って移動する移動側機構７から構成される。

固定側機構８は、支持部材８１、上ローラ８２，８３、下ローラ８４を備える。移動側機構７は、メインシャフト７１、補助部材７２、スプリング７３、一対のリンク７４、弁体７５、Ｏリング７６、ボルト７７を備える。

支持部材８１は、一対のＬ型ブラケットであり、電子線ＥＢや移動側機構７の動きを阻害しない位置で正対して、水平面で仕切壁１０６に固定され、垂直面で上ローラ８２，８３および下ローラ８４を回動可能に支持する（図２参照）。なお、説明のため、図９では紙面手前側に配置される一方の支持部材８１を省略している。

上ローラ８２，８３は、メインシャフト７１の変形を抑えるため、即ち、弁体７５を開口部１０７に押し付けることによって生じる反力で、メインシャフト７１が上方向に反り返ることを抑えるための回転体である。メインシャフト７１の進退方向に平行して並列して配置されて、その回転軸はメインシャフト７１の進退方向と直行するが、メインシャフト７１の進退移動を案内するコンベア的な役割ではないため、逆に開状態ではメインシャフト７１とは至近接するも当接しないことが望ましい。

上ローラ８２，８３は、上下方向には、下方にある開口部１０７に対して、メインシャフト７１を挟んで対向する位置として、メインシャフト７１の上方に配置される。また、メインシャフト７１の進退方向（前後方向）に対して、開口部１０７を基準として、上ローラ８３がメインシャフト７１の先端側、上ローラ８２がメインシャフト７１の基端側に配置される。二つの上ローラ８２，８３が開口部１０７を挟んで配置されることで、安定して強固にメインシャフト７１の変形を抑えることができる。

弁体７５は、略直方体形状で、一対のリンク７４によりメインシャフト７１とリンク接続され、メインシャフト７１の進退移動に伴って上下方向へ移動することで開口部１０７を直接開閉する。

スプリング７３は、弁体７５を開状態に維持する方向へ付勢するための弾性体である。スプリング７３による前方への付勢は、リンク７４により上方向へ変換され、開状態では、弁体７５は仕切壁１０６とは離間した状態で保持される。

下ローラ８４は、メインシャフト７１を挟んで、上ローラ８３と略正対して、弁体７５の前方に配置される。弁体７５の前面には、傾斜面７５ｂが形成されており、メインシャフト７１の進退移動の際に、下ローラ８４は傾斜面７５ｂに当接して、弁体７５を上下方向へ移動させる。

傾斜面７５ｂは、非常に急勾配となっている。弁体７５が下ローラ８４に当接した後は、傾斜面７５ｂの勾配方向に移動することとなるため、弁体７５を略鉛直に移動させるために勾配を大きくしている。傾斜面７５ｂが緩勾配であると、Ｏリング７６がシール面に接してから完全にシールするまでの間に、弁体７５の上下方向の移動とともに前後方向への移動量も増加し、Ｏリング７６がシール面である仕切壁１０６に接してから完全にシールするまでの間に、Ｏリング７６が仕切壁１０６と摺動することとなる。高真空度の雰囲気中では、滑り力が働かず、捻じれと高摩擦摺動により、Ｏリング７６に大きな負荷がかかる。Ｏリング７６にかかるダメージを減少させ、その耐久性を向上させるために、傾斜面７５ｂは急勾配となっている。具体的には、傾斜角度７０度以上が好ましい。

補助部材７２は、スプリング７３を保持するための補助部材であり、スプリング７３を保持するための深く窪んだ凹部７２ａが形成されている。スプリング７３が弁体７５を効率良く付勢できるように、補助部材７２は弁体７５の背面に配置されて、メインシャフト７１の底面にボルト７７で固定されて一体化している。補助部材７２を用いず、メインシャフト７１でスプリング７３を直接保持する構成であっても構わない。

Ｏリング７６は、開口部１０７を気密に封止するためのシール部材である。弁体７５の下面には、アリ溝７５ａが環状に設けられており、Ｏリング７６がここに嵌ることで、弁体７５の下面に取り付けられる。

また、弁体７５は、リンク７４との段差をなくしてリンク７４と滑らかに接続されるように、側面が削られた薄肉部７５ｄでリンク７４と接続されている。これにより、移動側機構７の幅を小さくした。

弁体７５およびメインシャフト７１にはそれぞれ、電子線ＥＢを通すための貫通孔７５ｃ，７１ｃが設けられている。開閉機構２が組み立てられた状態で、貫通孔７５ｃ，７１ｃは連通するように構成されている。前述の通り、接続機構３により、メインシャフト７１の前後方向の配置は微調整が可能であり、開閉機構２の開状態においては、開口部１０７および貫通孔７５ｃ，７１ｃが上下方向に直線状に並ぶよう、配置が調整されている。これにより電子線ＥＢの行路が確保される。

もちろん、電子線ＥＢへ悪影響を与えぬよう、弁体７５およびメインシャフト７１は、非磁性体で構成されている。弁体７５とメインシャフト７１内に電子線ＥＢの行路となる孔を設けることで、開状態でも弁体７５を開口部１０７上方に配置でき、開口部１０７の開閉に必要なメインシャフト７１の進退移動量を減少させて、金属摺動によるパーティクルの発生を極力抑制している。

本実施形態においては、弁体７５とメインシャフト７１とを変位可能に接続するリンク機構は、一対のリンク７４から構成される。一対のリンク７４は、弁体７５の両側面で対向して、弁体７５とメインシャフト７１とをリンク接続している。このため、リンク７４と弁体７５との回転軸７４ａは、水平となっている（図８参照。回転軸７４ａは紙面奥行き方向に延びる）。弁体７５はこの回転軸７４ａを中心として上下方向に回転可能に支持される。リンク機構をこのように構成することで、固定部５が鏡筒１０３に固定される際に生じる、弁体７５の前後方向の傾きが是正される。弁体７５の前後方向の傾きとは、メインシャフト７１の進退方向に直行する水平軸を中心軸とした水平からの傾きを示す。

例えば、側壁１０３ａに形成される固定部５の取付け面が、鉛直から角度β傾いていると、固定部５も鉛直から角度βだけ傾くため、メインシャフト７１は角度βだけ先首を下げた（または上げた）状態となる。このため、取付状態では、弁体の前後方向の傾きも角度βとなる。仮にリンクが四本使用されたリンク機構（一対のリンクが二組）によって弁体が支持された場合、弁体は回転できないため、傾いた状態を解消できず、傾いた状態そのままに開口部を封止する。これに対し、本実施形態では、弁体７５は一対のリンク７４により回転軸７４ａで回転可能に支持されているため、取付けられた状態で角度βだけ傾いていても、傾斜面７５ｂが受ける上下方向へ移動させる力により弁体７５は回転軸７４ａで回転して後首を下げて（または上げて）水平状態となり、開口部１０７を均一に封止する。前述の通り、本実施形態では、メインシャフトが１．２度傾いた場合、シール力は約４０％の損失となり、影響が大きい。気密に開口部１０７を封止するには、Ｏリング７６の取付けられた弁体７５が開口部１０７を水平に封止する必要がある。また、固定部５取付時のわずかなガタや、固定面の凹凸なども弁体７５の傾きの要因となる。一対のリンク７４のみをリンク機構として用いて、弁体７５を回転可能に支持することで、このような個体差や誤差などを吸収して、弁体７５の前後方向の傾きが是正される。

弁体７５においては、水平方向の二つの軸（メインシャフト７１の進退方向の水平軸とこれに直行する水平軸）を中心軸とした傾きが是正されるため、Ｏリング７６が水平状態で開口部１０７をシールするため、気密に開口部１０７が封止される。

またＯリング７６のシール面となる開口部１０７周辺の仕切壁１０６の表面も鏡面仕上げを施されており、シール性能を向上させている。

さらに、図８および図９に示すように、開口部１０７周辺の仕切壁１０６は僅かに高い段差部１０６ａとして構成されている。これは、開閉機構２の動きによって、金属同士の摺動からパーティクルが発生した場合でも、シール箇所に少しでもパーティクルが落ちる可能性を減少させるためである。なおかつ、段差部１０６ａから落ちたパーティクルは、再び段差部１０６ａ、即ちシール箇所に乗り上げにくくなるため、シール性能の減少を抑制できる。

（開閉機構２の作用効果）
開閉機構２が開状態では、弁体７５はスプリング７３の付勢により、仕切壁１０６から離間して配置されている（図９（Ａ）参照）。メインシャフト７１が前進移動して、傾斜面７５ｂが下ローラ８４に当接すると、弁体７５は下方へ移動して、開口部１０７を封止する（図９（Ｂ）参照）。

メインシャフト７１の前進運動が下ローラ８４により弁体７５の下方移動へと変換され、弁体７５は下方へ向かって移動して、Ｏリング７６が仕切壁１０６を押圧するが、仕切壁１０６からは上方への反力をうける（図９（Ｂ）矢印ＤＲ１）。この上方への反力を受けて反ろうとするメインシャフト７１に上ローラ８２，８３が当接して、メインシャフト７１の変形を抑制する（図９（Ｂ）矢印ＤＲ２，ＤＲ３）
従来の構成のように、上ローラ８２，８３が存在しない場合、弁体を開口部へ移動させても、仕切壁からの反力によってメインシャフトがアーチ状に反ってしまう。このため、Ｏリングが斜めに押し付けられて、一様な押付圧が得られず、高いシール効果を保持することができないという問題があった。

これに対して、本実施形態のように、メインシャフト７１の上部に上ローラ８２，８３が配置されることで、上ローラ８２，８３が反力を受け止め、メインシャフト７１が反ることを抑制して、Ｏリング７６が一様な押付圧を得て、気密に開口部１０７を封止することができる。

さらに、反力として弁体７５の押圧力が開口部１０７とは反対の方向に逃げてしまい、弁体７５の押圧力が減少してしまうことが抑制され、メインシャフト７１の前進運動を高効率に弁体７５の押圧力に変換できる。これにより、弁体７５は気密に開口部１０７を封止する。

開口部１０７を開閉するためのメインシャフト７１の進退方向の移動量も少ないため、金属摺動もその分だけ抑えることができ、パーティクルの発生を抑えることができる。

また、従来の真空封止弁では、開閉機構が大きいために真空室から取り出すことが出来ない、あるいは真空封止弁を取り出すためには鏡筒と真空封止弁の両者を分解する必要があり、Ｏリングの交換が困難であった。また真空室の高真空度を保つためにも、鏡筒外にある駆動源と鏡筒内の封止弁とを挿通させる鏡筒の貫通孔は、小さい方が好ましい。本実施形態では、上ローラ８２，８３および下ローラ８４が固定側機構８として仕切壁１０６に固定され、移動側機構７はコンパクトに構成されて、貫通孔１０９から移動側機構７を取り出すことができる。このため、故障時の修理やＯリング７６の交換が容易である。特に高真空度が要求される電子顕微鏡１００では、開口部１０７を気密に封止するためにも、劣化しやすいＯリング７６の交換が容易であることは重要である。

（変形例）
本開示の構成は、上記形態に限られない。変形例を図１０に示す。同等の構成をもつものは、同じ符号を付して説明を省略する。図１０に示すように、第１接続部材３１には、その前面中央に突出して雄ネジ部１３１ｄが設けられており、これが第２接続部材３２の背面中央に設けられた雌ネジ部１３２ａに螺合することで、第１接続部材３１と第２接続部材３２とが接続長を調整可能に接続される。このように、第１接続部材３１と第２接続部材３２のネジ結合は、雄雌の構成が逆であってもよい。

また、第１接続部材３１および第２接続部材３２に連続して係合する係合部材は、無頭ボルト３４に限られない。図１０に示すように、ピン１３４やビス等を用いても良い。ピン１３４は円柱体であり、ピン１３４の形状に対応して、第２接続部材３２には係合孔１３２ｃが貫通孔として形成されている。第１接続部材３１には、係合孔１３２ｃに直列可能な位置に、挿通孔１３１ｃが形成されている。

第１接続部材３１に第２接続部材３２がネジ結合して、メインシャフト７１のための前後方向の配置調整が行われた後に、ピン１３４が係合孔１３２ｃに前面側から挿通して係合すると、先端部１３４ａが第２接続部材３２の背面から突出して、挿通孔１３１ｃまで挿通する。挿通孔１３１ｃの内径は、ピン１３４の先端部１３４ａの外径よりも僅かに大きくなるように設定されており、先端部１３４ａが多少のスキをもって挿通孔１３１ｃ内に配置される。挿通孔１３１ｃは貫通孔であり、ピン１３４を取り外しする際には、そのまま押し込み、第１接続部材３１の背面側から取り出す。

無頭ボルト３４が、第１接続部材３１に係合されて、一部を第２接続部材３２の挿通孔３２ｃに突出されたと同様に、ピン１３４は、第２接続部材３２に係合されて、一部を第１接続部材３１の挿通孔１３１ｃに突出させた。このように、係合の構成が逆であってもよい。係合部材は、第１接続部材３１または第２接続部材３２に係合した状態で、その一部が他方の接続部材の孔に突出して配置され、かつその最大外径を他方の接続部材の孔の内径よりも小さくして、孔の内壁とは多少のスキを持つように構成されればよい。

ピン１３４が内部に配置される係合孔１３２ｃ，挿通孔１３１ｃは、直列可能なように、ネジ係合の軸を中心とした同径円上に設けられる。雄ネジ部１３１ｄ，雌ネジ部１３２ａの螺合軸を中心として、係合孔１３２ｃは対向位置に二か所、挿通孔１３１ｃは、ネジ穴３１ｂを避けて不等角に六ケ所設けられている。このように、係合部材が配置される孔が、ネジ係合の軸を中心として等間隔または不等間隔に複数個所に設けられると、より精密にメインシャフト７１の配置を調整可能であり好ましい。

以上、本発明の好ましい実施形態及を述べたが、当業者の知識に基づいて変形させることも可能であり、そのような形態は本発明の範囲に含まれる。

１：真空封止弁
３：接続機構
６：アクチュエータ
３１：第１接続部材
３１ｃ：ネジ穴
３２：第２接続部材
３２：第２接続部材
３２ｃ：挿通孔
３４：無頭ボルト
３４ａ：先端部
４１：伝達シャフト
４１ｆ：雄ネジ部
４２：接続シャフト
４３：接続部
７１：メインシャフト
７５：弁体
１０７：開口部

Claims

駆動機構に連結されて駆動される第１シャフト部材と、開口部を封止する弁体に連結されて前記第１シャフト部材の駆動を伝える第２シャフト部材とを接続する真空封止弁の接続機構であって、
前記第１シャフト部材の端部に固定され、前記第２シャフト部材へ対向する端部に、第１係合孔が形成された第１接続部材と、
前記第２シャフト部材の端部に固定され、前記第１接続部材とネジ係合し、前記第１シャフト部材へ対向する端部に、前記第１係合孔に直列可能な位置に第２係合孔が形成された第２接続部材と、
前記第１係合孔または前記第２係合孔の一方の係合孔に係合し、係合した状態で他方の係合孔内に突出する突出部を有する係合部材と、
を備え、
前記突出部は、前記他方の係合孔の内径よりも外径が小さい、
ことを特徴とする真空封止弁の接続機構。
前記係合部材と係合する前記一方の係合孔はネジ穴であり、
前記係合部材は、無頭ボルト、または前記他方の係合孔の内径よりも頭径が小さいボルトである、
ことを特徴とする請求項１に記載の真空封止弁の接続機構。
前記第１係合孔と前記第２係合孔の少なくとも一方の係合孔は、
前記第１接続部材と前記第２接続部材のネジ係合の軸を中心として、同心円上に、等間隔または不等間隔に複数個設けられている、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空封止弁の接続機構。
前記第１シャフト部材は、前記駆動機構と、連結機構を介して連結され、
前記第１シャフト部材は、前記連結機構ともネジ係合で接続される、
ことを特徴とする請求項１～請求項３のいずれかの請求項に記載の真空封止弁の接続機構。