グロー放電掘削装置及びグロー放電掘削方法
【課題】 試料の掘削箇所の温度を測定して、熱に弱い試料であっても熱影響による変質を防止してグロー放電により掘削加工を行う。
【解決手段】 グロー放電掘削装置１は、グロー放電管２に放射温度測定器３０の赤外線センサ３１を併設し、グロー放電に伴うスパッタリングで掘削される試料表面から放射される赤外線をスパッタリングに伴う発光が生じていないときに赤外線センサ３１で受光して、試料Ｓの掘削箇所の温度を測定する。測定した温度が基準温度以上になった場合は、掘削加工を行うために試料Ｓへ印加する電圧の電力値を低下させて、試料Ｓに与えられる熱量を低下し、試料Ｓが熱に弱い材料であっても溶融などの変質が生じることを防止して、観察に良好な試料面を形成する。
【解決手段】 グロー放電掘削装置１は、グロー放電管２に放射温度測定器３０の赤外線センサ３１を併設し、グロー放電に伴うスパッタリングで掘削される試料表面から放射される赤外線をスパッタリングに伴う発光が生じていないときに赤外線センサ３１で受光して、試料Ｓの掘削箇所の温度を測定する。測定した温度が基準温度以上になった場合は、掘削加工を行うために試料Ｓへ印加する電圧の電力値を低下させて、試料Ｓに与えられる熱量を低下し、試料Ｓが熱に弱い材料であっても溶融などの変質が生じることを防止して、観察に良好な試料面を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はグロー放電に伴うスパッタリングで試料表面を掘削して観察に適した観察面を形成する場合、熱の影響を受けやすい試料であっても良好な観察面を形成できるようにしたグロー放電掘削装置及びグロー放電掘削方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、試料の構造及び組織等を視覚的に観察する際、透過電子顕微鏡（TEM）及び二次電子顕微鏡（SEM）のような各種顕微鏡を用いることがある。このような顕微鏡で試料を観察するには、準備処理として観察に適した面（観察面）を整える必要があり、例えば、試料断面を観察する場合では、試料を破断して観察面となる断面を表出させ、その表出させた断面が清浄で且つ一定以上の平滑度になるまで研磨を行わねばならない。
【０００３】
試料の研磨には研磨剤を用いることが一般的であるが、研磨剤及び研磨作業により発生する研磨粉等の影響で作業環境の悪化が懸念されている。また、研磨作業は手間がかかるので各種顕微鏡で試料観察を行う準備処理の段階で長時間を要する。さらに、観察を行う試料の構造によっては研磨を行っても観察に適した面を得られないこともあり、例えば、試料がガラスのような硬い材料と、金のような軟らかい材料を組み合わせて構成されている場合、研磨により軟らかい材料が変形して硬い材料側へ流れ出るような形態となり、良好な観察面を形成することが非常に困難となる。
【０００４】
上述した試料研磨に関する不具合を回避して試料の清浄な観察面を得るために、研磨ではなくグロー放電によるスパッタリングの威力で試料の観察対象となる表面を削り取り、試料表面を所望の平滑度に仕上げるようにした装置及び方法が下記の特許文献１乃至特許文献３に開示されている。
【特許文献１】特開昭５４−１３１５３９号公報
【特許文献２】特開２００２−３１０９５９号公報
【特許文献３】特開２００４−６１１６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
観察対象の試料には様々な種類が存在し、例えばゴム及び合成樹脂等のように熱を受けると溶融しやすいもの、又は熱により硬化しやすいものなど、熱に弱い試料を観察対象にすることがある。このような試料をスパッタリングの威力による試料表面を削り取って（掘削して）観察面を形成する場合、スパッタリングに伴う熱を過度に受けると（試料表面が熱に耐え得る温度を越えると）、試料表面が溶融又は硬化して試料が変質するため、良好な観察面を得ることが困難になると云う問題がある。
【０００６】
グロー放電による掘削加工時の試料への熱影響に対して、グロー放電に係る放電時間（スパッタ時間）を測定し、熱影響を避けるために所定の時間が経過すると掘削を停止することも考えられる。しかし、時間の測定は、熱に弱い試料が本当に変質しかかっているかを間接的に判断する材料に過ぎないため、熱ダメージを回避して良好な観察面を形成できると云う確実性を得られない。
【０００７】
本発明は、斯かる問題に鑑みてなされたものであり、赤外線放射温度測定方式を用いて試料の掘削箇所の温度を測定することで、グロー放電に伴うスパッタリングの熱影響が試料表面に生じることを確実に回避できるようにしたグロー放電掘削装置及びグロー放電掘削方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、第１発明に係るグロー放電掘削装置は、中空電極及び該中空電極に対向配置される試料の間に電圧を印可して発生させたグロー放電で試料を掘削するグロー放電掘削装置において、試料の掘削箇所から放射されて前記中空電極の中空部を通過した赤外線を受光する赤外線センサと、該赤外線センサが受光する赤外線に基づいて試料の掘削箇所の温度を測定する温度測定手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
第２発明に係るグロー放電掘削装置は、前記赤外線センサの受光部が試料の掘削箇所に対して近接離反できるように前記赤外線センサを移動する移動手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
第３発明に係るグロー放電掘削装置は、前記中空電極を保持する保持体を備え、該保持体は、前記中空電極の中空部に連通する空洞、及び該空洞を介して該中空部に対向する透光部材を備え、前記赤外線センサは、前記中空部、前記空洞、及び前記透光部材を通過した赤外線を受光するようにしてあることを特徴とする。
第４発明に係るグロー放電掘削装置は、前記赤外線センサ及び透光部材を覆って遮光する遮光部材を備えることを特徴とする。
【００１１】
第５発明に係るグロー放電掘削装置は、前記温度測定手段が温度を測定するときに、電圧の印加を停止する停止手段を備えることを特徴とする。
第６発明に係るグロー放電掘削装置は、電圧の印加を断続的に行う手段を備え、前記温度測定手段は、電圧の断続印加中の印加断時に前記赤外線センサが受光した赤外線に基づいて温度を測定するようにしてあることを特徴とする。
【００１２】
第７発明に係るグロー放電掘削装置は、基準温度を受け付ける受付手段と、該受付手段が受け付けた基準温度及び前記温度測定手段が測定する温度の比較判定を行う手段と、前記温度測定手段が測定した温度が、前記受付手段が受け付けた基準温度以上であると判定された場合、印加電圧に関連する値を低下させる低下手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
第８発明に係るグロー放電掘削装置は、電圧の印加を断続的に行う手段と、基準温度を受け付ける受付手段と、該受付手段が受け付けた基準温度及び前記温度測定手段が測定する温度の比較判定を行う手段と、前記温度測定手段が測定した温度が、前記受付手段が受け付けた基準温度以上であると判定された場合、電圧の断続印加中の印加に係るデューティー比及び／又は印加電圧に係る電力値を低下させる低下手段とを備え、前記温度測定手段は、電圧の断続印加中の印加断時に前記赤外線センサが受光した赤外線に基づいて温度を測定するようにしてあることを特徴とする。
【００１４】
第９発明に係るグロー放電掘削方法は、中空電極及び該中空電極に対向配置される試料の間に電圧を印可して発生させたグロー放電で試料を掘削するグロー放電掘削方法において、試料の掘削箇所から放射されて前記中空電極の中空部を通過した赤外線を受光し、受光した赤外線に基づいて試料の掘削箇所の温度を測定し、測定した温度及び予め受け付けた基準温度を比較し、比較の結果、測定した温度が基準温度以上であると判定された場合、印加電圧に関連する値を低下させることを特徴とする。
【００１５】
第１発明にあっては、試料から放射される赤外線を中空電極の中空部を通過させて赤外線センサで受光するようにしているので、中空電極に対向した奥まった位置の掘削箇所から放射される赤外線をスムーズに受光できるようになる。また、温度測定手段は、赤外線センサが受光する赤外線に基づいて掘削箇所の温度を測定するので、試料の掘削箇所から放射される赤外線に基づき掘削箇所自体の温度を測定できるようになる。よって、測定された温度を確認すれば、熱影響が生じる温度に達しないように電圧の印加具合を調整しながら掘削加工を行えるようになり、熱の影響を受けやすい試料に対しても良好な観察面を形成できる。なお、試料に応じて熱影響が生じる温度は様々であるため、掘削加工対象の試料の熱影響が生じる温度を予め調べておき、調べた温度に測定した温度が到達しないようにすることが良好な観察面を形成するために重要となる。
【００１６】
第２発明にあっては、移動手段により赤外線センサの受光面の位置を試料の掘削箇所に対して調整できるので、赤外線が放射されるエリア（測定視野）を最適に調整でき、試料の掘削箇所から放射される赤外線を確実に受光して温度測定に係る精度を良好にできる。
【００１７】
第３発明にあっては、中空電極を保持する保持体に試料から放射される赤外線が通過可能な空洞及び透光部材を設けるので、透光部材越しに赤外線を受光するように保持体の外方に赤外線センサを配置できるようになる。その結果、赤外線センサが直接的にスパッタリングの影響を受けることがなくなり、安定した受光を行えると共に、赤外線センサの位置調整及びメンテナンス等も容易に行える。
【００１８】
第４発明にあっては、赤外線センサ及び透光部材を覆う遮光部材を備えるので、赤外線センサの受光の際に明光が入り込むことが遮断され、周囲の明光により測定精度が低下するような事態を排除でき、温度測定に係る精度を維持できる。
【００１９】
第５発明にあっては、温度測定を行うときは、電圧の印加を停止するので、スパッタリングに伴う発光も生じなくなり、試料から放射される赤外線のみを良好に赤外線センサが受光できる状態を作り出せ、そのため、スパッタリングの影響を受けることなく、試料の掘削箇所の温度を適正に測定できるようになる。なお、電圧の印加停止に係る形態としては、電圧を一定期間印加してから、温度測定のため電圧印加を停止し、測定した温度が試料の許容温度を超えていなければ、再度電圧を印可すると云うサイクルが想定できる。
【００２０】
第６発明にあっては、電圧の印加を断続的に行うので、スパッタリングの発生も断続的になり、連続して電圧印加を行う場合に比べて試料が受ける熱影響（熱ダメージ）の程度が緩和されるため、熱の影響を受けやすい試料及び一定以上の外力で破壊されやすい材料等を掘削する際にスパッタリングの威力を抑えて加工を行える。さらに、電圧の印加を断続的に行う場合は、断続印加中の印加断時に受光した赤外線に基づいて温度を測定するので、スパッタリングに伴う発光を受光することなく、試料から放射される赤外線のみを受光して高精度の温度測定を印加断時に行うことができ、また、印加断時を温度測定の時間に利用するため、温度測定も含めた掘削加工を効率的に進めることができる。
【００２１】
第７発明及び第９発明にあっては、基準温度と測定した温度を比較し、測定した温度が基準温度以上になった場合、印加電圧に関連する値を低下させるので、試料に変質が生じるおそれがあるときは、試料に加えられる熱量を抑えられる。その結果、掘削加工中、試料の温度上昇が自動的に抑制され、掘削加工を行った試料が観察に適さないように変質することを確実に防止できる。なお、試料に熱ダメージを生じさせないため、基準温度には掘削加工対象の試料に熱影響が出ない範囲の許容温度、又はその許容温度より少し低い温度を設定することが重要である。
【００２２】
第８発明にあっては、測定した温度が基準温度以上になった場合、電圧の断続印加中の印加に係るデューティー比と電力値のいずれか一方、又は両方を低下させるので、電圧の断続印加により試料を掘削する場合、試料に熱ダメージが生じる程度に温度が上昇したときでも、試料に加えられる熱量を確実に減少させられる。そのため試料の掘削箇所の温度上昇を抑制でき、熱影響を受けやすい試料に対しても安定した自動掘削加工を実現できる。
【発明の効果】
【００２３】
第１発明にあっては、試料から放射される赤外線を中空電極の中空部を通過させて赤外線センサで受光するので、掘削箇所から放射される赤外線を良好に受光でき、それに伴い熱ダメージを受ける掘削箇所の温度を確実に測定できる。
第２発明にあっては、赤外線センサの受光部の位置を試料の掘削箇所に対して調整できるので、掘削箇所の温度測定を行うために赤外線を受光する位置を試料に合わせて柔軟に変更できる。
【００２４】
第３発明にあっては、空洞及び透光部材を備えた保持体で中空電極を保持するので、赤外線センサを透光部材でグロー放電に伴うスパッタリングから隔離でき、赤外線センサがスパッタリングによるダメージを受けることを回避でき、赤外線の受光を安定して行うことができる。
第４発明にあっては、赤外線センサ及び透光部材を覆う遮光部材を備えるので、周囲の明光の影響を赤外線センサが受光することを防止でき、温度測定に係る精度を良好に保つことができる。
【００２５】
第５発明にあっては、温度測定を行うときに電圧の印加を停止するので、スパッタリングに伴う発光が生じていない状態で試料から放射される赤外線を受光して温度測定を行うことができ、スパッタリングの影響を受けることなく、試料の掘削箇所の温度を適正に測定できる。
【００２６】
第６発明にあっては、電圧の印加を断続的に行うので、スパッタリングの発生も断続的になり、連続して電圧印加を行う場合に比べて試料が受ける熱影響（熱ダメージ）の程度が緩和できると共に、断続印加中の印加断時に受光した赤外線に基づいて温度を測定するので、スパッタリングに伴う発光の影響を回避して掘削箇所の温度測定を精度良く行える。
【００２７】
第７発明及び第９発明にあっては、測定した温度が基準温度以上になった場合、印加電圧に関連する値を低下させるので、熱の影響により試料に変質が生じる状況を回避でき、熱に弱い試料も良好に掘削できる。
【００２８】
第８発明にあっては、測定した温度が基準温度以上になった場合、電圧の断続印加に係るデューティー比と電力値の少なくとも一方を低下させるので、電圧の断続印加で掘削加工を行う際、試料に熱影響による変質が生じることを確実に防止して安定した自動加工を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図１は本発明の実施形態に係るグロー放電掘削装置１の全体的な構成を示している。グロー放電掘削装置１は、試料Ｓを掘削するためにグロー放電を発生させるグロー放電管２、電圧印加に係る電力生成を行う電源部４、掘削箇所の温度を試料Ｓから放射される赤外線に基づき測定する放射温度測定器３０、及び装置の全体的な制御を行うコンピュータ７を備えている。本実施形態のグロー放電掘削装置１は、グロー放電により掘削される試料Ｓの掘削箇所の温度を測定できるようにしたことが特徴である。
【００３０】
グロー放電掘削装置１の電源部４は、交流電源ＡＣ（本実施形態では２２０Ｖ）に接続されて高周波電力を生成するジェネレータ６及びマッチングボックス５を備えており、放射温度測定器３０は、赤外線センサ３１、ＡＤ変換器３２、及びマイクロコンピュータ３３（温度測定手段に相当）を備える。また、図１中、破線で囲まれた部分は、グロー放電掘削装置１の本質的な構成に属しない周辺機器類を示し、周辺機器類にはグロー放電管２の内部を真空引きする真空引き装置８と、真空引きした後にグロー放電管２の内部に不活性ガス（アルゴンガス）を供給するためのガス供給調整部９及びガス供給源１０が含まれる。なお、ガス供給調整部９は流量を調整するためのバルブ等を具備し、ガス供給源１０はアルゴンガスのような不活性ガス又は不活性ガスの混合ガス等を充填したボンベが相当する。
【００３１】
図２は、グロー放電管２、及び放射温度測定器３０の赤外線センサ３１の取り付け構造等を示している。グロー放電管２は短円柱状のランプボディ１１、電極１２（中空電極に相当）、セラミックス部材１３、及び押圧ブロック１５の組み合わせにより構成されている。
【００３２】
ランプボディ１１は電極１２を保持する保持体に相当し、押圧ブロック１５が組み合わされる端面１１ａの中心箇所に電極１２を保持するための窪部１１ｂを凹設すると共に、窪部１１ｂの中心部に空洞１１ｃを穿設している。また、ランプボディ１１は、中心から周壁部１１ｄへ向けて放射状に真空引き用の吸引孔１１ｅ、１１ｆを複数設け、一部の吸引孔１１ｅは空洞１１ｃに連通させると共に、他の吸引孔１１ｆは窪部１１ｂ側に連通させている。さらに、ランプボディ１１は、周壁部１１ｄから中心へ向けて不活性ガスの供給用のガス供給孔１１ｇを空洞１１ｃと連通するように形成している。さらにまた、ランプボディ１１は、試料Ｓを配置する側と反対側の端面１１ｈにおける空洞１１ｃに対応する箇所にガラス部材４０（透光部材に相当）を取り付けて、空洞１１ｃを封止している。
【００３３】
ランプボディ１１に保持される電極１２は、円板部１２ａの中心から筒状部１２ｂを突出した形状にしており、筒状部１２ｂ及び円板部１２ａを貫通する貫通孔１２ｃ（中空部に相当）を穿設している。円板部１２ａには、ランプボディ１１の真空引き用の吸引孔１１ｆと連通させる穴１２ｄを形成している。また、電極１２は、ランプボディ１１の窪部１１ｂに取り付けられると、アース電位になると共に、貫通孔１２ｃがランプボディ１１の空洞１１ｃに連通してガラス部材４０に対向する。なお、電極１２が保持された状態でランプボディ１１の空洞１１ｃ及び電極１２の貫通孔１２ｃの密閉性を維持するため、第１オーリング（シール部材）１６がランプボディ１１及び電極１２の間に取り付けられている。
【００３４】
セラミックス部材１３は厚みが大きい円板状部材であり、電極１２を筒状部１２ｂ側から被ってランプボディ１１に配置されるようになっており、電極１２の円板部１２ａを被うフランジ部１３ｄを有すると共に、中心部には筒状部１２ｂを挿通させる挿通孔１３ｃを形成している。また、セラミックス部材１３は表出する側の端面１３ａにオーリング装着用のリング溝１３ｂを凹設している。セラミックス部材１３は、耐熱性の第１絶縁体１７を介して電極１２の円板部１２ａに対向して配置され、配置された状態では、セラミックス部材１３の挿通孔１３ｃと電極１２の筒状部１２ｂとの間に所定の隙間が形成され、筒状部１２ｂの先端となる端部１２ｅはセラミックス部材１３の端面１３ａより少し奥まって位置するようになっている。なお、第１絶縁体１７と電極１２の円板部１２ａとの間にも密閉性維持のために第２オーリング１８が取り付けられている。
【００３５】
押圧ブロック１５は、電極１２及びセラミックス部材１３をランプボディ１１に固定するための環状の部材であり、内周縁側の突出部１５ａでセラミックス部材１３のフランジ部１３ｄをランプボディ１１側へ押圧するようにしている。なお、押圧ブロック１５自体は、ボルトによりランプボディ１１の端面１１ａに取り付けられる。また、押圧ブロック１５の突出部１５ａと、セラミックス部材１３のフランジ部１３ｄとの間にも耐熱性の第２絶縁体１９を介在させている。
【００３６】
一方、グロー放電管２に取り付けられる掘削対象の試料Ｓは、セラミックス部材１３の端面１３ａに取り付けられた第３オーリング２０に試料表面Ｓａが当接するように配置される。さらに、この状態で試料Ｓの裏面Ｓｄには発振子３が押し当てられて試料Ｓがグロー放電管２側へ押圧される。このように配置された試料Ｓは電極１２の貫通孔１２ｃ及び端部１２ｅに対向すると共に、第３オーリング２０で囲まれた空間Ｋが形成される。なお、発振子３は、図１に示すように電源線Ｄにより電源部４と接続されており、また、図示しない所定の係止手段で試料Ｓを最適な押圧力でグロー放電管２へ押圧している。
【００３７】
上述した構成のグロー放電管２は、ランプボディ１１の各吸引孔１１ｅ、１１ｆが図１に示す真空引き装置８と接続され、ガス供給孔１１ｇがガス供給調整部９と接続される。そのため、真空引き装置８が真空引きを行うと、各吸引孔１１ｅ、１１ｆ、空洞１１ｃ、及び電極１２の貫通孔１２ｃを通じて空間Ｋが真空にされる。また、空間Ｋが真空にされた状態で、ガス供給調整部９がガス供給を開始すると、ガス供給孔１１ｇ、空洞１１ｃ、及び電極１２の貫通孔１２ｃを通じて空間Ｋに不活性ガスが供給される。この際、空間Ｋは第３オーリング２０により閉鎖されて小さい体積となっているため、空間Ｋには十分な不活性ガスが供給される。
【００３８】
また、グロー放電管２のランプボディ１１の一方の端面１１ｈ側には、放射温度測定器３０の赤外線センサ３１を配置している。赤外線センサ３１は、試料Ｓから放射される赤外線Ｒの受光部となる光学レンズ３１ａと、光学レンズ３１ａを通過した赤外線Ｒを受光するサーモパイル３１ｂと、光学レンズ３１ａ及びサーモパイル３１ｂを収めたハウジング３１ｃとを備える。図２に示すように光学レンズ３１ａをガラス部材４０に対向させることで、赤外線センサ３１は試料Ｓから放射されて電極１２の貫通孔１２ｃ、空洞１１ｃ、及びガラス部材４０を通過した赤外線Ｒを受光する。
【００３９】
さらに、ランプボディ１１の端面１１ｈは、試料Ｓから赤外線センサ３１へ向かう赤外線Ｒに平行にレール部材３５を突設しており、このレール部材３５は摺動可能なスライドユニット３６を設けている。赤外線センサ３１のハウジング３１ｃは、スライドユニット３６に取り付けられており、スライドユニット３６を図２中の矢印方向に摺動させることで、赤外線センサ３１の光学レンズ３１ａが試料Ｓの掘削箇所に対して接離できるように赤外センサ３１を移動可能にしている。また、スライドユニット３６には、固定ネジ３７が取り付けてあり、固定ネジ３７を締め上げることでスライドユニット３６の位置を固定でき、固定ネジ３７を緩めるとスライドユニット３６を摺動可能な状態にできる。
【００４０】
なお、赤外線センサ３１のサーモパイル３１ｂは、入射された赤外線Ｒのエネルギーに応じたアナログ信号を発生させると共に、サーモパイル３１ｂ自身の温度に応じたアナログ信号も発生させており、発生させた信号を信号線Ｌ４を通じてＡＤ変換器３２へ出力するようにしている。
【００４１】
さらにまた、ランプボディ１１の端面１１ｈは、カップ状の遮光部材３４を取り付けている。遮光部材３４は赤外線センサ３１、レール部材３４、及びガラス部材４０を被った状態で周縁端部３４ａをランプボディ１１の端面１１ｈに取り付けており、その結果、赤外線センサ３１の光学レンズ３１ａに周囲の明光が入り込むことを防止して安定した赤外線Ｒの受光を図っている。遮光部材３４は赤外線センサ３１から延出する信号線Ｌ４を通過させる通過孔を形成しており、信号線Ｌ４を外方へ引き出して放射温度測定器３０のＡＤ変換器３２へ（図１参照）へ接続している。なお、遮光部材３４は、グロー放電管２全体を被うような形状にすることも可能であり、また、掘削加工自体を暗室のような周囲の明光を排除できる場所で行うときは遮光部材３４を省略してもよい。
【００４２】
図１に示す放射温度測定器３０のＡＤ変換器３２は、赤外線センサ３１から出力されてくるアナログ信号をデジタル信号に変換し、信号線Ｌ５を通じて変換したデジタル信号をマイクロコンピュータ３３へ送るものである。マイクロコンピュータ３３は温度測定手段に相当し、送られてきたデジタル信号に対して基準温度及び放射率による補正を行って、赤外線センサ３１が受光した赤外線Ｒに基づく試料Ｓの表面温度（赤外線Ｒを放射した箇所）の温度を換算（演算）し、その温度を測定温度として信号線Ｌ５を通じてコンピュータ７へ出力する処理を行う。
【００４３】
なお、放射温度測定器３０のマイクロコンピュータ３３は、信号線Ｌ５を通じてコンピュータ７から温度測定を行う開始指示を受け付けた場合に、測定温度の演算処理を行うようにしており、指示を受け付けたときにＡＤ変換器３２から送られてくるデジタル信号に基づいて温度を測定する。また、マイクロコンピュータ３３は、コンピュータ７から温度測定を停止する停止指示を受け付けた場合に、温度測定に係る処理を停止するようにしている。このようにコンピュータ７の制御（指示）に基づきマイクロコンピュータ３３が温度測定を行うことで、スパッタリングの発生しているときは温度測定を行わず、スパッタリングの発生していないときに温度測定を行うことが可能となり、スパッタリングの影響を回避して測定された温度値の信頼性を確保できる。
【００４４】
図３は、電源部４を構成するジェネレータ６の内部構成を示している。ジェネレータ６は、高周波電力生成部６ａ、制御部６ｂ及び電力計測部６ｃを具備する。高周波電力生成部６ａは交流電源ＡＣと接続されて図４に示す正（＋）及び負（−）に変化する交流（高周波）電圧を試料Ｓ及び電極１２に印加するために高周波電力を生成する。また、高周波電力生成部６ａは第１内部接続線６ｄにより制御部６ｂと接続されており、制御部６ｂの制御により高周波電力に係る出力モード及び電力値等を調整する。なお、本実施形態の高周波電力生成部６ａは１３．５６ＭＨｚの高周波電圧に係る電力を生成している。
【００４５】
制御部６ｂはＩＣ（集積回路）で構成されており、第１接続コードＬ１を通じてコンピュータ７と接続されており、コンピュータ７から出力される各種信号に基づきグロー放電管２及び試料Ｓへの給電形態（電圧印加形態）を判断し、判断結果に基づき高周波電力生成部６ａの出力モードを制御する。
【００４６】
図５（ａ）は、制御部６ｂによる１つ目の出力モードを示すグラフであり、所定の時間内、連続して高周波電力（電力値Ｐ）を出力して試料Ｓ及び電極１２に連続的な高周波電圧の印加を行うモードである（以降、このモードを連続モードと称す）。また、図５（ｂ）は、制御部６ｂによる２つ目の出力モードを示すグラフであり、所定の時間内、パルス的（オン／オフ的）に高周波電力（電力値Ｐ）を出力して試料Ｓ及び電極１２に断続的な高周波電圧の印加を行うモードである（以降、このモードを断続モードと称す）。
【００４７】
なお、制御部６ｂは、断続モードでは電圧の印加を断続的に行う手段として内部のＩＣでパルス的な処理を行って電力供給及び電力供給休止を交互に繰り返す。このような処理により、図５（ｂ）に示す棒状に突出した部分に対応する給電時間Ｔ１で高周波電力が出力されて試料Ｓに電圧が印加され、１回の給電（電圧印加）及び１回の給電休止（印加休止）を含む単位時間Ｔ２から給電時間Ｔ１を引いた時間Ｔ３で高周波電力の出力（電圧印加）が休止されて電圧印加断になる。
【００４８】
また、制御部６ｂは切替手段として、上述した連続モードと断続モードとの切替をコンピュータ７から出力される信号に基づき行う。さらに、制御部６ｂは連続モードにおいて、印加電圧に関連する値として給電に係る電力値Ｐを変更可能にしており、断続モードでは印加電圧に関連する値として、単位時間（１秒間）当たりの給電回数（給電周波数）、断続的な給電に係るデューティー比、及び電力値Ｐをそれぞれ変更可能にしている。なお、制御部６ｂは、コンピュータ７から出力される信号に基づき、印加電圧に関連する値を変更（設定）する。
【００４９】
なお、給電周波数の変更に対して制御部６ｂは、約３０Ｈｚ〜約３０００Ｈｚの範囲で給電周波数を調整可能にしており、給電周波数が変更されると図５（ｂ）のグラフにおいて、時間Ｔ３が変化する。デューティー比の変更に関しては、断続給電中の単位時間Ｔ２対し１回分の給電時間Ｔ１が占める割合（Ｔ１／Ｔ２）を適宜調節できるようにしている。
【００５０】
また、試料Ｓの掘削が進行するにつれて、試料Ｓの掘削箇所表面と電極１２の端部１２ｅとの距離が長くなり、電圧印加における試料Ｓに係るインピーダンス値が随時変化するため、断続モードにおけるインピーダンス値変化に対する調整処理も制御部６ｂが行っている。
【００５１】
具体的に制御部６ｂは、後述する電力計測部６ｃから伝送されてきた電力値Ｐｆ及び反射値Ｐｒとの差を演算し、演算された差に基づき高周波電力生成部６ａで生成された高周波電力の試料Ｓへ給電される進行波の電力値（電力値Ｐｆ）を変更する制御を行う。なお、制御部６ｂは演算された差（Ｐｆ−Ｐｒ）が一定となるように電力値Ｐｆを調整しており、本実施形態では演算された差（Ｐｆ−Ｐｒ）が後述するコンピュータ７から伝送されてきた基準電力値と同等となるように高周波電力生成部６ａで生成される電力値Ｐｆを制御部６ｂが内蔵するＩＣのソフト的な処理で調整する。
【００５２】
このように制御部６ｂがソフト的な調整を行うことで、断続モードでの試料Ｓのインピーダンス値の変化に対応して適切な給電を行える。なお、制御部６ｂが試料Ｓのインピーダンス値の変化に対応した調整を行うのは断続モードの場合であり、連続モードでは後述するようにマッチングボックス５が調整を行う。
【００５３】
図３に戻りジェネレータ６の電力計測部６ｃは、第２及び第３内部接続線６ｅ、６ｆにより制御部６ｂ、高周波電力生成部６ａと接続されている。電力計測部６ｃは、高周波電力生成部６ａで生成されて図１に示す発振子３へ向かう高周波電力の進行波の電力値である電力値Ｐｆを検出すると共に、試料Ｓから反射して戻ってくる反射波の電力値である反射値Ｐｒを検出し、検出した値を制御部６ｂへ伝送している。
【００５４】
図６に示す電源部４のマッチングボックス５は、連続モードにおいてジェネレータ６で生成された高周波電力の電源部４としての出力形態を調整する可変コンデンサ５ａ、可変コンデンサ５ａの電気容量を調整するモータ５ｂ、モータ５ｂの駆動等の制御を行うコンデンサ制御部５ｃを具備する。
【００５５】
可変コンデンサ５ａはモータ５ｂの駆動に応じて自身の電気容量を変更でき、電気容量の変更によりモジュール及びフェーズが調節される。また、コンデンサ制御部５ｃは、第２接続コードＬ２によりコンピュータ７と接続されており、コンピュータ７からマッチングボックス５へ伝送されてくる断続モードの設定の通知信号に基づいてモータ５ｂの駆動を制御する。
【００５６】
具体的には、断続モードの通知信号を受け付けた場合、可変コンデンサ５ａの電気容量が一定に固定されるようにモータ５ｂを一定の状態に維持する制御をコンデンサ制御部５ｃは行う。よって、断続モードではマッチングボックス５で高周波電力のモジュール及びフェーズは調整されない。また、断続モードの通知信号を受け付けない場合、即ち、連続モードが設定されたとき、試料Ｓからの反射値Ｐｒが最小となるようにモータ５ｂの駆動を制御して可変コンデンサ５ａの電気容量を変更する制御をコンデンサ制御部５ｃは行う。なお、反射値Ｐｒが最小であれば、コンデンサ制御部５ｃは可変コンデンサ５ａの電気容量を変更する制御は行わない。
【００５７】
一方、図１に示すコンピュータ７は、ジェネレータ６から延在する第１接続コードＬ１及びマッチングボックス５から延在する第２接続コードＬ２が接続されるインタフェース基板７ｂを設けており、このインタフェース基板７ｂをＣＰＵ７ａ、外部接続部７ｃ、ＲＡＭ７ｄ、ＲＯＭ７ｅ、及びハードディスク装置７ｆが接続された内部バス７ｇに繋げている。なお、内部バス７ｇにはモニタ接続線Ｌ３を介してモニタ部７ｈも接続している。
【００５８】
外部接続部７ｃは外部機器の接続用であり、本実施形態では、信号線Ｌ６を通じて放射温度測定器３０のマイクロコンピュータ３３を接続している。なお、放射温度測定器３０が測定した温度は、ＣＰＵ７ａの制御に基づきモニタ部７ｈに随時表示されるようになっている。また、ＲＡＭ７ｄはＣＰＵ７ａが行う各種制御処理に伴うデータ等を一時的に記憶し、ＲＯＭ７ｅは処理に必要なデータ（基準時間）及びＣＰＵ７ａが行う基本的な処理内容を規定したプログラム等を予め記憶しており、ハードディスク装置７ｆはＣＰＵ７ａが行う掘削処理に関連する制御内容を規定した掘削プログラム２１等を記憶している。
【００５９】
インタフェース基板７ｂは連続モード用回路、断続モード用回路を有し、ＣＰＵ７ａの制御に基づき、オペレータにより設定されたモードがインタフェース基板７ｂへ通知されれば、通知されたモードに対応する回路が作動し、作動した回路による処理でモード切替に係る制御信号がジェネレータ６へ出力される。
【００６０】
また、インタフェース基板７ｂの断続モード用回路には、断続モードに対してオペレータによりコンピュータ７で設定された給電周波数、デューティー比、電力値等のパラメータが伝送され、断続モード用回路は伝送された内容を１つにまとめた信号を生成してジェネレータ６へ出力すると共に、断続モードを通知するマニュアル・アダプテーションと云う通知信号をマッチングボックス５へ出力する処理を行う。なお、伝送されるパラメータには、高周波電力のピーク電力値、変動するインピーダンス値に対応した調整処理に用いられる基準電力値（基準値）等も含まれる。
【００６１】
ＣＰＵ７ａは計時機能を具備すると共に、ハードディスク装置７ｆに記憶された掘削プログラム２１に基づいて各種処理を行い、図１で示していないキーボード又はマウス等の操作でオペレータにより入力された指示に基づき所定の設定及び制御を行う。
【００６２】
例えば、掘削プログラム２１が起動すると、図７に示す設定メニュー２２をモニタ部７ｈに表示させる処理をＣＰＵ７ａは行う。また、オペレータの操作により設定メニュー２２で断続モード又は連続モードのいずれかを受け付けた場合、ＣＰＵ７ａは受け付けた設定内容に対応するインタフェース基板７ｂ内の回路を作動させる処理を行う。
【００６３】
設定メニュー２２で断続モードが設定された場合、ＣＰＵ７ａは、掘削加工の加工時間、周波数（給電周波数）及びデューティー比の数値設定もオペレータから受け付ける処理を行い、受け付けた内容をＲＡＭ７ｄに記憶すると共に、インタフェース基板７ｂへ通知してジェネレータ６へ所定の信号を伝送する。なお、デューティー比は、掘削対象の試料Ｓが特に溶解しやすい場合及び破壊しやすい場合、０．５より低い数値に設定することが好ましい。さらに、図７の設定メニュー２２以外に別のメニューでＣＰＵ７ｂは高周波電力のピーク値（電力値）等の他のパラメータも設定可能にしている。また、設定メニュー２２で断続モードが設定されたとき、ＣＰＵ７ａは、断続モードの設定を伝える通知信号をインタフェース基板７ｂからマッチングボックス５へ出力する制御を行う。
【００６４】
一方、設定メニュー２２で連続モードが設定された場合、ＣＰＵ７ａは連続的に電力を生成するようにインタフェース基板７ｂからジェネレータ６に指示信号を出力させる制御を行う。なお、連続モードが設定されたときは、印加電圧に関連する値として給電に係る電力値も設定可能にしている。
【００６５】
また、いずれのモードが設定された場合でも、設定メニュー２２は試料Ｓに対する基準温度及び加工時間を設定できるようにしており（図７参照）、コンピュータ７がキーボード又はマウスでオペレータから基準温度及び加工時間の入力を受け付けた場合、ＣＰＵ７ａは受け付けた数値をＲＡＭ７ｄに記憶する。なお、入力する基準温度の値は、掘削加工対象の試料Ｓの種類に応じて決める必要があり、試料Ｓが熱の影響を受けやすいものである場合、熱の影響が生じないレベルの許容温度（熱の影響が発生する温度より低い温度）を入力することになる。
【００６６】
また、本実施形態では連続モードが設定されたときは、オペレータのマニュアル的な操作で、給電（電圧印加）を所定時間行うと、一旦給電（電圧印加）を休止し、その休止に連動してコンピュータ７の制御に基づき放射温度測定器３０が試料の掘削箇所の温度を測定し、測定した結果をコンピュータ７はモニタ部７ｈに表示する処理を行う。よって、連続モードでは、オペレータが給電を休止した際に、モニタ部７ｈに表示される温度を確認し、給電を継続するか、給電（出力電圧）に関連する値（電圧値Ｐ）を低下させるか、または掘削加工を終了するか等を判断する。
【００６７】
一方、断続モードが設定されたとき、ＣＰＵ７ａは加工の開始と共に時間を計測し、計測した時間とＲＡＭ７ｄに記憶された加工時間との比較を行い、計測した時間が加工時間に達すると電圧印加を停止して掘削加工を終了させる制御を行う。
【００６８】
また、ＣＰＵ７ａは掘削加工中、図５（ｂ）に示すように、断続給電時の給電断時（高周波電圧の断続印加中の印加断時）の時間Ｔ３で温度測定を行うように、ＣＰＵ７ａは放射温度測定器３０を制御する。詳しくは、時間Ｔ３に同期して温度測定を行えるように、ＣＰＵ７ａは給電時間Ｔ１の終了時期に温度測定の開始指示を外部接続部７ｃから放射温度測定器３０のマイクロコンピュータ３３へ出力すると共に、時間Ｔ３の終了時期に温度測定の停止指示をマイクロコンピュータ３３へ出力する。このようにＣＰＵ７ａが指示を出力することで、放射温度測定器３０が測定を行うとき（赤外線Ｒを赤外線センサ３１が受光するとき）、グロー放電に伴う発光が生じていないので、グロー放電のスパッタリングによる発光の影響を受けることなく温度測定を行える。
【００６９】
さらに、断続モードでＣＰＵ７ａは、放射温度測定器３０で測定された温度と設定メニュー２２で設定された基準温度とを比較判定し、測定温度が基準温度以上であると判定した場合、ジェネレータ６に対して断続印加の印加電圧に係る電力値Ｐを低下させる制御を行う。本実施形態では、低下させる量として設定値を半減するようにしており、例えば設定された電力値が１Ｗである場合、測定温度が基準温度以上になると、電力値を０．５Ｗにすることを規定した信号をコンピュータ７からジェネレータ６へ出力する。
【００７０】
さらにまた、ＣＰＵ７ａは、電力値を低下させる信号を出力したときは、信号出力から時間の計測を行い、計時した時間がＲＯＭ７ｅに記憶する基準時間を経過したか否かを判断する。この際、電力値を低下させる信号を出力後の計測時間が基準時間を経過しても、測定温度が基準温度以上を維持しているときは、試料Ｓの変質を防止するため、ＣＰＵ７ａは電圧印加を停止して掘削加工を終了させる制御を行う。なお、上述したＣＰＵ７ａが行う各種処理をハードディスク装置７ｆに記憶された掘削プログラム２１が規定している。
【００７１】
次に上述した構成のグロー放電掘削装置１を用いたグロー放電掘削方法に係る全体的な処理手順を図８の第１フローチャートに基づいて説明する。
先ず、グロー放電掘削装置１は図７に示す設定メニュー２２等においてオペレータからの入力を受けて、モード、基準温度、断続モードを設定した場合は周波数及びデューティー比等の各種パラメータを設定し（Ｓ１）、オペレータは試料Ｓを図２に示すようにグロー放電管２にセットする（Ｓ２）。
【００７２】
次に、オペレータはグロー放電管２の内部を真空引き装置８で真空引きしてから、ガス供給源１０よりグロー放電管２の内部へ不活性ガス（アルゴンガス）を供給する（Ｓ３）。それから、オペレータは放射温度測定器３０の準備段階として掘削前の試料表面Ｓａから放射される赤外線Ｒの受光を行い、適正に温度が測定できるか否かを確認し、赤外線センサ３１の位置の調整も行って、掘削前の試料表面温度を測定する。そして、グロー放電掘削装置１は、設定された内容に応じた給電を行って電圧を印加し（Ｓ４）、試料Ｓの空間Ｋに表出した試料表面Ｓａを掘削する（Ｓ５）。
【００７３】
図９は、試料Ｓの掘削状態を示し、第３オーリング２０で閉鎖された空間Ｋでは、電極１２の貫通孔１２ｃを通じアルゴンガスがスムーズに導かれた状態で電極１２及び試料Ｓの間に電圧が印加されてグロー放電が発生し、アルゴンガスに含まれるアルゴンイオンが試料表面Ｓａに向けて飛び出して衝突し、スパッタリングが起こる。このスパッタリングによるアルゴンイオンの衝突で試料表面Ｓａが掘削されて凹部Ｓｂが生じる。また、凹部Ｓｂの底面Ｓｃからは赤外線Ｒが放射されるため、放射温度測定器３０は試料Ｓの掘削箇所である凹部Ｓｂの底面Ｓｃの温度を測定する。
【００７４】
図１０の第２フローチャートは、図８の第１フローチャートの掘削の処理（Ｓ５）において、断続モードで掘削を行う場合の詳細な処理手順を示すグロー放電掘削方法に関するものである。以下、第２フローチャートに基づいて断続モードの掘削処理を説明すると、グロー放電掘削装置１は、図５（ｂ）に示すように給電時間Ｔ１で電圧印加を行い（Ｓ１０）、次の時間Ｔ３で電圧印加断の状態として電圧印加を休止する（Ｓ１１）。この電圧印加を休止している時間Ｔ３で赤外線センサ３１が受光した赤外線Ｒに基づいてマイクロコンピュータ３３が温度測定を行う（Ｓ１２）。なお、グロー放電掘削装置１のコンピュータ７（ＣＰＵ７ａ）は、掘削処理の開始に伴い加工を行う時間の計測を開始している。
【００７５】
次に、グロー放電掘削装置１のコンピュータ７は、マイクロコンピュータ３３の測定温度がＲＡＭ７ｄに記憶した基準温度以上であるか否かを判断する（Ｓ１３）。測定温度が基準温度以上でない場合（Ｓ１３：ＮＯ）、コンピュータ７は計測した時間が、ＲＡＭ７ｄに記憶された加工時間を経過したか否かを判断する（Ｓ１４）。加工時間を経過していない場合（Ｓ１４：ＮＯ）、電圧印加の段階（Ｓ１０）へ戻り、掘削加工を継続する。なお、加工時間を経過した場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）は、掘削を停止して（Ｓ１９）、加工を終了する。
【００７６】
また、温度比較の段階（Ｓ１３）で、測定温度が基準温度以上であるとコンピュータ７（ＣＰＵ７ａ）が判定した場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、コンピュータ７は後述する段階（Ｓ１８）で電力値を低下させる処理の開始後から計測した時間がＲＡＭ７ｄに記憶した基準時間を経過したか否かを判定し（Ｓ１５）、基準時間を経過した場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、掘削を停止し（Ｓ１９）、試料Ｓを保護する。
【００７７】
一方、計測した時間が基準時間を経過していない場合（Ｓ１５：ＮＯ）、電力値を低下させる処理を行ってからの時間計測中であるか否かをＣＰＵ７ａは判断し（Ｓ１６）、時間計測中である場合は（Ｓ１６：ＹＥＳ）、電圧印加の段階（Ｓ１０）へ戻り、掘削加工を継続する。また、時間計測中でない場合（Ｓ１６：ＮＯ）、ＣＰＵ７ａは断続印加に係る電力値Ｐ（出力値）を低下（半減）させる処理を行って（Ｓ１７）、電力値を低下させる処理の開始してからの時間計測を開始して（Ｓ１８）、電圧印加の段階（Ｓ１０）へ戻り、掘削加工を継続する。
【００７８】
このように本実施形態のグロー放電掘削装置１は、断続モードでは電圧印加断時に温度測定を行うので、スパッタリングの発光に影響されることなく、試料Ｓの掘削箇所の温度を精度良く測定できると共に、電圧印加断の時間Ｔ３を利用して温度測定を行うことで、温度測定に要する時間を掘削加工時間に含ませることができ、効率的な加工を実現できる。
【００７９】
また、グロー放電掘削装置１は、測定した温度が基準温度（試料Ｓに対して設定した許容温度）以上になると、試料Ｓに加えられる電力の電力値を低下させるので、掘削加工時に試料Ｓへ付与される熱量も低下し、温度が上昇しにくい状況を作り出して試料Ｓが熱ダメージを受けるのを回避している。さらに、電力値を低下して一定の時間（基準時間）が経過しても、測定した温度が下がらないとき（基準温度未満にならないとき）は、掘削加工を停止するので、試料Ｓが熱影響により変質して観察に用いることができない状態になること（試料Ｓを無駄にすること）を確実に防止している。
【００８０】
なお、電力値を低下させてから基準時間が経過しても測定温度が基準温度以上であるときに掘削加工を停止するのは、温度低下にはある程度の時間を要するので、試料Ｓの電力値を低下してから基準時間が経過した時点で、試料Ｓの温度に対する判断を行うようにするためである。また、基準温度は試料Ｓに熱影響が生じる温度より低い許容値にしているので、測定温度が基準温度以上になってから基準時間が経過するまで掘削加工を行っても、本当に熱影響が発生する温度になるまで余裕があるため、試料Ｓに熱影響が生じることもない。
【００８１】
よって、本実施形態に係るグロー放電掘削装置１は、断続モードにおいて試料Ｓに熱影響が生じないように自動で掘削加工を行えるため、掘削対象の試料がポリカーボネイトのような合成樹脂、及び合成ゴムのようなゴム材料等であっても、観察に好適な観察面を安定して形成することができる。
【００８２】
一方、グロー放電掘削装置１の連続モードにおける掘削処理は、オペレータの操作に従ったものになり、設定された電力値Ｐで一定時間電圧印加を行ってから一旦電圧印加を休止して、モニタ部７ｈに表示される測定温度をオペレータが確認し、許容温度に達していなければ電圧印加を再開する。以降、このような処理を行って所望量を掘削する。また、測定温度が許容温度以上になったときは、オペレータの操作により試料へ印加する電圧の電力値Ｐを低下（例えば半減）させて電圧印加を行うようにする。このような処理を行うことにより、連続モードでも試料Ｓに熱影響が生じるのを確実に回避して掘削加工を行える。
【００８３】
なお、本発明に係るグロー放電掘削装置１は、上述した実施形態に限定されるものではなく種々の変形例の適用が可能である。例えば、グロー放電掘削装置１で電極１２と試料Ｓの間に印加する電圧は直流電圧にしてもよく、この場合は電源部４を直流の電力を生成して給電する構成に変更することになる。また、グロー放電掘削装置１は、電圧印加に対して連続モード及び断続モードの両方を必ず具備する必要はなく、いずれか一方のモードだけで電圧印加を行うようにして、装置コストの低減を図ってもよい。さらに、測定温度が基準温度以上になったことをオペレータへ確実に通知するため、コンピュータ７に警告音を出力する音出力部を設けて、測定温度が基準温度以上であるとＣＰＵ７ａが判断したときは、音出力部から警告音を発する構成にしてもよい。
【００８４】
さらにまた、断続モードで測定温度が基準温度以上になった場合は、試料Ｓに印加する電力値Ｐを低下させるだけでなく、電圧印加に係るデューティー比の値も低下させるようにしてもよく、例えば、印加電圧に関連する値として電力値が１Ｗ、デューティー比が０．５である場合に測定温度が基準温度以上になったときは、電力値を０．５Ｗ、デューティー比を０．２５に低下させて試料Ｓへの熱負担を一段と低減させるようにしてもよい。また、印加電圧に関連する値としては、デューティー比の数値のみを低下させることも可能である。
【００８５】
また、連続モードにおいてオペレータの操作負担を低減するために、図１１に示すように、一定の時間（Ｔ１０、Ｔ１２等、例えば１分）掘削を行うと、次の時間（Ｔ１１、Ｔ１３等、例えば２秒）で温度測定を行うようにプログラミングを行って、連続モードでも自動で掘削できるようにしてもよい。この場合、掘削（電圧印加）に要する時間（Ｔ１０、Ｔ１２等）を準備段階で設定すると共に、ＣＰＵ７ａが各時間（Ｔ１０〜Ｔ１３等）を計時し、電圧印加を行う時間（Ｔ１０、Ｔ１２等）が経過すると、コンピュータ７（ＣＰＵ７ａ）の制御に基づき電圧印加を停止してから温度測定を行い、温度測定が完了すると（温度測定に要した時間Ｔ１１、Ｔ１３等が経過すると）、電圧印加を再開する。また、測定した温度が基準温度以上になった場合、次に掘削（電圧印加）を行うときは、コンピュータ７（ＣＰＵ７ａ）の制御により印加電圧の電力値を低下させて熱影響が試料Ｓに生じないようにする。
【００８６】
図１２は、赤外線センサ３１の配置に係る変形例であり、赤外線センサ３１の位置をモータの駆動で調整できるようにしたものである。具体的には、レール部材５６に平行にボールねじ５１をグロー放電管２のランプボディ１１の一方の端面１１ｈ側に軸受部５２を介して回転可能に取り付け、ボールねじ５１の端部をカップリング部５３を介して遮光部材３４の外方に配置したモータ５４のモータ軸と連結している。また、ボールねじ５１に設けられた第１スライドユニット５０と、レール部材５６に取り付けられた第２スライドユニット５５に、赤外線センサ３１のハウジング３１ｃを取り付けている。なお、モータ５４の駆動はモータドライバ５７により制御されており、モータドライバ５７はコンピュータ７と接続されて、コンピュータ７からの指示に基づきモータ５４の駆動制御を行うようになっている。
【００８７】
図１２に示すような構造を適用することで、遮光部材３４を外すことなく赤外線センサ３１を空洞１１の封止を行うガラス部材４０に対して接近離反可能となり、赤外線センサ３１の位置をモータ５４の駆動で調整して温度測定の準備負担を低減できる。
【００８８】
また、図１３は別の変形例を示し、ファイバー状の細い赤外線センサ６０を用いる場合は、グロー放電管２′のランプボディ１１′の内部に赤外線センサ６０を配置してもよい。この場合、ランプボディ１１′は、試料Ｓを配置する側と反対側の端面１１ｈ′に空洞１１ｃ′と連通する連通孔１１ｉ′を形成し、この連通孔１１ｉ′に、赤外線センサ６０を挿通すると共に、連通孔１１ｉ′の内縁と赤外線センサ６０の外面の間に環状の封止部材４１を取り付けて空洞１１ｃ′を閉鎖している。
【００８９】
なお、図１３のグロー放電管２′は上述した以外については、図２に示す構成と同様であり、電極１２、セラミックス部材１３、及び押圧ブロック１５を有すると共に、発振子３を押し当てて試料Ｓを取り付けている。このように赤外線センサ６０を取り付けることで、赤外線センサ６０の受光部６０ａは、電極１２の筒状部１２ｂに形成された貫通孔１２ｃを通じて試料表面Ｓａに対向し、受光部６０ａと試料Ｓまでの距離は図２、１２に示す場合に比べて格段に短くでき、試料Ｓの掘削箇所から放射される赤外線の受光を確実に行って測定精度の向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の実施形態に係るグロー放電掘削装置の全体的な構成を示す概略図である。
【図２】グロー放電管及び赤外線センサを示す一部を断面にした概略図である。
【図３】ジェネレータの内部構成を示すブロック図である。
【図４】印加される高周波電圧の形態を示すグラフである。
【図５】（ａ）は連続モードの給電形態を示すグラフであり、（ｂ）は断続モードの給電形態及び温度測定時期を示すグラフである。
【図６】マッチングボックスの内部構成を示すブロック図である。
【図７】モード選択及び基準温度等を受け付ける設定メニューの内容を示す概略図である。
【図８】グロー放電掘削装置を用いたグロー放電掘削方法の処理手順を示す第１フローチャートである。
【図９】試料の掘削状態を示す概略図である。
【図１０】グロー放電掘削方法における断続モードでの掘削処理の手順を示す第２フローチャートである。
【図１１】連続モードにおける掘削時間と温度測定時間との関係を示すグラフである。
【図１２】赤外線センサの取り付けに関する変形例を示す概略図である。
【図１３】変形例の赤外線センサの取り付け形態を示す概略図である。
【符号の説明】
【００９１】
１ グロー放電掘削装置
２ グロー放電管
４ 電源部
７ コンピュータ
１１ ランプボディ
１１ｃ 空洞
１２ 電極
１２ｃ 貫通孔
３０ 放射温度測定器
３１ 赤外線センサ
３２ ＡＤ変換器
３３ マイクロコンピュータ
３４ 遮光部材
４０ ガラス部材
Ｒ 赤外線
Ｓ 試料
【技術分野】
【０００１】
本発明はグロー放電に伴うスパッタリングで試料表面を掘削して観察に適した観察面を形成する場合、熱の影響を受けやすい試料であっても良好な観察面を形成できるようにしたグロー放電掘削装置及びグロー放電掘削方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、試料の構造及び組織等を視覚的に観察する際、透過電子顕微鏡（TEM）及び二次電子顕微鏡（SEM）のような各種顕微鏡を用いることがある。このような顕微鏡で試料を観察するには、準備処理として観察に適した面（観察面）を整える必要があり、例えば、試料断面を観察する場合では、試料を破断して観察面となる断面を表出させ、その表出させた断面が清浄で且つ一定以上の平滑度になるまで研磨を行わねばならない。
【０００３】
試料の研磨には研磨剤を用いることが一般的であるが、研磨剤及び研磨作業により発生する研磨粉等の影響で作業環境の悪化が懸念されている。また、研磨作業は手間がかかるので各種顕微鏡で試料観察を行う準備処理の段階で長時間を要する。さらに、観察を行う試料の構造によっては研磨を行っても観察に適した面を得られないこともあり、例えば、試料がガラスのような硬い材料と、金のような軟らかい材料を組み合わせて構成されている場合、研磨により軟らかい材料が変形して硬い材料側へ流れ出るような形態となり、良好な観察面を形成することが非常に困難となる。
【０００４】
上述した試料研磨に関する不具合を回避して試料の清浄な観察面を得るために、研磨ではなくグロー放電によるスパッタリングの威力で試料の観察対象となる表面を削り取り、試料表面を所望の平滑度に仕上げるようにした装置及び方法が下記の特許文献１乃至特許文献３に開示されている。
【特許文献１】特開昭５４−１３１５３９号公報
【特許文献２】特開２００２−３１０９５９号公報
【特許文献３】特開２００４−６１１６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
観察対象の試料には様々な種類が存在し、例えばゴム及び合成樹脂等のように熱を受けると溶融しやすいもの、又は熱により硬化しやすいものなど、熱に弱い試料を観察対象にすることがある。このような試料をスパッタリングの威力による試料表面を削り取って（掘削して）観察面を形成する場合、スパッタリングに伴う熱を過度に受けると（試料表面が熱に耐え得る温度を越えると）、試料表面が溶融又は硬化して試料が変質するため、良好な観察面を得ることが困難になると云う問題がある。
【０００６】
グロー放電による掘削加工時の試料への熱影響に対して、グロー放電に係る放電時間（スパッタ時間）を測定し、熱影響を避けるために所定の時間が経過すると掘削を停止することも考えられる。しかし、時間の測定は、熱に弱い試料が本当に変質しかかっているかを間接的に判断する材料に過ぎないため、熱ダメージを回避して良好な観察面を形成できると云う確実性を得られない。
【０００７】
本発明は、斯かる問題に鑑みてなされたものであり、赤外線放射温度測定方式を用いて試料の掘削箇所の温度を測定することで、グロー放電に伴うスパッタリングの熱影響が試料表面に生じることを確実に回避できるようにしたグロー放電掘削装置及びグロー放電掘削方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、第１発明に係るグロー放電掘削装置は、中空電極及び該中空電極に対向配置される試料の間に電圧を印可して発生させたグロー放電で試料を掘削するグロー放電掘削装置において、試料の掘削箇所から放射されて前記中空電極の中空部を通過した赤外線を受光する赤外線センサと、該赤外線センサが受光する赤外線に基づいて試料の掘削箇所の温度を測定する温度測定手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
第２発明に係るグロー放電掘削装置は、前記赤外線センサの受光部が試料の掘削箇所に対して近接離反できるように前記赤外線センサを移動する移動手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
第３発明に係るグロー放電掘削装置は、前記中空電極を保持する保持体を備え、該保持体は、前記中空電極の中空部に連通する空洞、及び該空洞を介して該中空部に対向する透光部材を備え、前記赤外線センサは、前記中空部、前記空洞、及び前記透光部材を通過した赤外線を受光するようにしてあることを特徴とする。
第４発明に係るグロー放電掘削装置は、前記赤外線センサ及び透光部材を覆って遮光する遮光部材を備えることを特徴とする。
【００１１】
第５発明に係るグロー放電掘削装置は、前記温度測定手段が温度を測定するときに、電圧の印加を停止する停止手段を備えることを特徴とする。
第６発明に係るグロー放電掘削装置は、電圧の印加を断続的に行う手段を備え、前記温度測定手段は、電圧の断続印加中の印加断時に前記赤外線センサが受光した赤外線に基づいて温度を測定するようにしてあることを特徴とする。
【００１２】
第７発明に係るグロー放電掘削装置は、基準温度を受け付ける受付手段と、該受付手段が受け付けた基準温度及び前記温度測定手段が測定する温度の比較判定を行う手段と、前記温度測定手段が測定した温度が、前記受付手段が受け付けた基準温度以上であると判定された場合、印加電圧に関連する値を低下させる低下手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
第８発明に係るグロー放電掘削装置は、電圧の印加を断続的に行う手段と、基準温度を受け付ける受付手段と、該受付手段が受け付けた基準温度及び前記温度測定手段が測定する温度の比較判定を行う手段と、前記温度測定手段が測定した温度が、前記受付手段が受け付けた基準温度以上であると判定された場合、電圧の断続印加中の印加に係るデューティー比及び／又は印加電圧に係る電力値を低下させる低下手段とを備え、前記温度測定手段は、電圧の断続印加中の印加断時に前記赤外線センサが受光した赤外線に基づいて温度を測定するようにしてあることを特徴とする。
【００１４】
第９発明に係るグロー放電掘削方法は、中空電極及び該中空電極に対向配置される試料の間に電圧を印可して発生させたグロー放電で試料を掘削するグロー放電掘削方法において、試料の掘削箇所から放射されて前記中空電極の中空部を通過した赤外線を受光し、受光した赤外線に基づいて試料の掘削箇所の温度を測定し、測定した温度及び予め受け付けた基準温度を比較し、比較の結果、測定した温度が基準温度以上であると判定された場合、印加電圧に関連する値を低下させることを特徴とする。
【００１５】
第１発明にあっては、試料から放射される赤外線を中空電極の中空部を通過させて赤外線センサで受光するようにしているので、中空電極に対向した奥まった位置の掘削箇所から放射される赤外線をスムーズに受光できるようになる。また、温度測定手段は、赤外線センサが受光する赤外線に基づいて掘削箇所の温度を測定するので、試料の掘削箇所から放射される赤外線に基づき掘削箇所自体の温度を測定できるようになる。よって、測定された温度を確認すれば、熱影響が生じる温度に達しないように電圧の印加具合を調整しながら掘削加工を行えるようになり、熱の影響を受けやすい試料に対しても良好な観察面を形成できる。なお、試料に応じて熱影響が生じる温度は様々であるため、掘削加工対象の試料の熱影響が生じる温度を予め調べておき、調べた温度に測定した温度が到達しないようにすることが良好な観察面を形成するために重要となる。
【００１６】
第２発明にあっては、移動手段により赤外線センサの受光面の位置を試料の掘削箇所に対して調整できるので、赤外線が放射されるエリア（測定視野）を最適に調整でき、試料の掘削箇所から放射される赤外線を確実に受光して温度測定に係る精度を良好にできる。
【００１７】
第３発明にあっては、中空電極を保持する保持体に試料から放射される赤外線が通過可能な空洞及び透光部材を設けるので、透光部材越しに赤外線を受光するように保持体の外方に赤外線センサを配置できるようになる。その結果、赤外線センサが直接的にスパッタリングの影響を受けることがなくなり、安定した受光を行えると共に、赤外線センサの位置調整及びメンテナンス等も容易に行える。
【００１８】
第４発明にあっては、赤外線センサ及び透光部材を覆う遮光部材を備えるので、赤外線センサの受光の際に明光が入り込むことが遮断され、周囲の明光により測定精度が低下するような事態を排除でき、温度測定に係る精度を維持できる。
【００１９】
第５発明にあっては、温度測定を行うときは、電圧の印加を停止するので、スパッタリングに伴う発光も生じなくなり、試料から放射される赤外線のみを良好に赤外線センサが受光できる状態を作り出せ、そのため、スパッタリングの影響を受けることなく、試料の掘削箇所の温度を適正に測定できるようになる。なお、電圧の印加停止に係る形態としては、電圧を一定期間印加してから、温度測定のため電圧印加を停止し、測定した温度が試料の許容温度を超えていなければ、再度電圧を印可すると云うサイクルが想定できる。
【００２０】
第６発明にあっては、電圧の印加を断続的に行うので、スパッタリングの発生も断続的になり、連続して電圧印加を行う場合に比べて試料が受ける熱影響（熱ダメージ）の程度が緩和されるため、熱の影響を受けやすい試料及び一定以上の外力で破壊されやすい材料等を掘削する際にスパッタリングの威力を抑えて加工を行える。さらに、電圧の印加を断続的に行う場合は、断続印加中の印加断時に受光した赤外線に基づいて温度を測定するので、スパッタリングに伴う発光を受光することなく、試料から放射される赤外線のみを受光して高精度の温度測定を印加断時に行うことができ、また、印加断時を温度測定の時間に利用するため、温度測定も含めた掘削加工を効率的に進めることができる。
【００２１】
第７発明及び第９発明にあっては、基準温度と測定した温度を比較し、測定した温度が基準温度以上になった場合、印加電圧に関連する値を低下させるので、試料に変質が生じるおそれがあるときは、試料に加えられる熱量を抑えられる。その結果、掘削加工中、試料の温度上昇が自動的に抑制され、掘削加工を行った試料が観察に適さないように変質することを確実に防止できる。なお、試料に熱ダメージを生じさせないため、基準温度には掘削加工対象の試料に熱影響が出ない範囲の許容温度、又はその許容温度より少し低い温度を設定することが重要である。
【００２２】
第８発明にあっては、測定した温度が基準温度以上になった場合、電圧の断続印加中の印加に係るデューティー比と電力値のいずれか一方、又は両方を低下させるので、電圧の断続印加により試料を掘削する場合、試料に熱ダメージが生じる程度に温度が上昇したときでも、試料に加えられる熱量を確実に減少させられる。そのため試料の掘削箇所の温度上昇を抑制でき、熱影響を受けやすい試料に対しても安定した自動掘削加工を実現できる。
【発明の効果】
【００２３】
第１発明にあっては、試料から放射される赤外線を中空電極の中空部を通過させて赤外線センサで受光するので、掘削箇所から放射される赤外線を良好に受光でき、それに伴い熱ダメージを受ける掘削箇所の温度を確実に測定できる。
第２発明にあっては、赤外線センサの受光部の位置を試料の掘削箇所に対して調整できるので、掘削箇所の温度測定を行うために赤外線を受光する位置を試料に合わせて柔軟に変更できる。
【００２４】
第３発明にあっては、空洞及び透光部材を備えた保持体で中空電極を保持するので、赤外線センサを透光部材でグロー放電に伴うスパッタリングから隔離でき、赤外線センサがスパッタリングによるダメージを受けることを回避でき、赤外線の受光を安定して行うことができる。
第４発明にあっては、赤外線センサ及び透光部材を覆う遮光部材を備えるので、周囲の明光の影響を赤外線センサが受光することを防止でき、温度測定に係る精度を良好に保つことができる。
【００２５】
第５発明にあっては、温度測定を行うときに電圧の印加を停止するので、スパッタリングに伴う発光が生じていない状態で試料から放射される赤外線を受光して温度測定を行うことができ、スパッタリングの影響を受けることなく、試料の掘削箇所の温度を適正に測定できる。
【００２６】
第６発明にあっては、電圧の印加を断続的に行うので、スパッタリングの発生も断続的になり、連続して電圧印加を行う場合に比べて試料が受ける熱影響（熱ダメージ）の程度が緩和できると共に、断続印加中の印加断時に受光した赤外線に基づいて温度を測定するので、スパッタリングに伴う発光の影響を回避して掘削箇所の温度測定を精度良く行える。
【００２７】
第７発明及び第９発明にあっては、測定した温度が基準温度以上になった場合、印加電圧に関連する値を低下させるので、熱の影響により試料に変質が生じる状況を回避でき、熱に弱い試料も良好に掘削できる。
【００２８】
第８発明にあっては、測定した温度が基準温度以上になった場合、電圧の断続印加に係るデューティー比と電力値の少なくとも一方を低下させるので、電圧の断続印加で掘削加工を行う際、試料に熱影響による変質が生じることを確実に防止して安定した自動加工を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図１は本発明の実施形態に係るグロー放電掘削装置１の全体的な構成を示している。グロー放電掘削装置１は、試料Ｓを掘削するためにグロー放電を発生させるグロー放電管２、電圧印加に係る電力生成を行う電源部４、掘削箇所の温度を試料Ｓから放射される赤外線に基づき測定する放射温度測定器３０、及び装置の全体的な制御を行うコンピュータ７を備えている。本実施形態のグロー放電掘削装置１は、グロー放電により掘削される試料Ｓの掘削箇所の温度を測定できるようにしたことが特徴である。
【００３０】
グロー放電掘削装置１の電源部４は、交流電源ＡＣ（本実施形態では２２０Ｖ）に接続されて高周波電力を生成するジェネレータ６及びマッチングボックス５を備えており、放射温度測定器３０は、赤外線センサ３１、ＡＤ変換器３２、及びマイクロコンピュータ３３（温度測定手段に相当）を備える。また、図１中、破線で囲まれた部分は、グロー放電掘削装置１の本質的な構成に属しない周辺機器類を示し、周辺機器類にはグロー放電管２の内部を真空引きする真空引き装置８と、真空引きした後にグロー放電管２の内部に不活性ガス（アルゴンガス）を供給するためのガス供給調整部９及びガス供給源１０が含まれる。なお、ガス供給調整部９は流量を調整するためのバルブ等を具備し、ガス供給源１０はアルゴンガスのような不活性ガス又は不活性ガスの混合ガス等を充填したボンベが相当する。
【００３１】
図２は、グロー放電管２、及び放射温度測定器３０の赤外線センサ３１の取り付け構造等を示している。グロー放電管２は短円柱状のランプボディ１１、電極１２（中空電極に相当）、セラミックス部材１３、及び押圧ブロック１５の組み合わせにより構成されている。
【００３２】
ランプボディ１１は電極１２を保持する保持体に相当し、押圧ブロック１５が組み合わされる端面１１ａの中心箇所に電極１２を保持するための窪部１１ｂを凹設すると共に、窪部１１ｂの中心部に空洞１１ｃを穿設している。また、ランプボディ１１は、中心から周壁部１１ｄへ向けて放射状に真空引き用の吸引孔１１ｅ、１１ｆを複数設け、一部の吸引孔１１ｅは空洞１１ｃに連通させると共に、他の吸引孔１１ｆは窪部１１ｂ側に連通させている。さらに、ランプボディ１１は、周壁部１１ｄから中心へ向けて不活性ガスの供給用のガス供給孔１１ｇを空洞１１ｃと連通するように形成している。さらにまた、ランプボディ１１は、試料Ｓを配置する側と反対側の端面１１ｈにおける空洞１１ｃに対応する箇所にガラス部材４０（透光部材に相当）を取り付けて、空洞１１ｃを封止している。
【００３３】
ランプボディ１１に保持される電極１２は、円板部１２ａの中心から筒状部１２ｂを突出した形状にしており、筒状部１２ｂ及び円板部１２ａを貫通する貫通孔１２ｃ（中空部に相当）を穿設している。円板部１２ａには、ランプボディ１１の真空引き用の吸引孔１１ｆと連通させる穴１２ｄを形成している。また、電極１２は、ランプボディ１１の窪部１１ｂに取り付けられると、アース電位になると共に、貫通孔１２ｃがランプボディ１１の空洞１１ｃに連通してガラス部材４０に対向する。なお、電極１２が保持された状態でランプボディ１１の空洞１１ｃ及び電極１２の貫通孔１２ｃの密閉性を維持するため、第１オーリング（シール部材）１６がランプボディ１１及び電極１２の間に取り付けられている。
【００３４】
セラミックス部材１３は厚みが大きい円板状部材であり、電極１２を筒状部１２ｂ側から被ってランプボディ１１に配置されるようになっており、電極１２の円板部１２ａを被うフランジ部１３ｄを有すると共に、中心部には筒状部１２ｂを挿通させる挿通孔１３ｃを形成している。また、セラミックス部材１３は表出する側の端面１３ａにオーリング装着用のリング溝１３ｂを凹設している。セラミックス部材１３は、耐熱性の第１絶縁体１７を介して電極１２の円板部１２ａに対向して配置され、配置された状態では、セラミックス部材１３の挿通孔１３ｃと電極１２の筒状部１２ｂとの間に所定の隙間が形成され、筒状部１２ｂの先端となる端部１２ｅはセラミックス部材１３の端面１３ａより少し奥まって位置するようになっている。なお、第１絶縁体１７と電極１２の円板部１２ａとの間にも密閉性維持のために第２オーリング１８が取り付けられている。
【００３５】
押圧ブロック１５は、電極１２及びセラミックス部材１３をランプボディ１１に固定するための環状の部材であり、内周縁側の突出部１５ａでセラミックス部材１３のフランジ部１３ｄをランプボディ１１側へ押圧するようにしている。なお、押圧ブロック１５自体は、ボルトによりランプボディ１１の端面１１ａに取り付けられる。また、押圧ブロック１５の突出部１５ａと、セラミックス部材１３のフランジ部１３ｄとの間にも耐熱性の第２絶縁体１９を介在させている。
【００３６】
一方、グロー放電管２に取り付けられる掘削対象の試料Ｓは、セラミックス部材１３の端面１３ａに取り付けられた第３オーリング２０に試料表面Ｓａが当接するように配置される。さらに、この状態で試料Ｓの裏面Ｓｄには発振子３が押し当てられて試料Ｓがグロー放電管２側へ押圧される。このように配置された試料Ｓは電極１２の貫通孔１２ｃ及び端部１２ｅに対向すると共に、第３オーリング２０で囲まれた空間Ｋが形成される。なお、発振子３は、図１に示すように電源線Ｄにより電源部４と接続されており、また、図示しない所定の係止手段で試料Ｓを最適な押圧力でグロー放電管２へ押圧している。
【００３７】
上述した構成のグロー放電管２は、ランプボディ１１の各吸引孔１１ｅ、１１ｆが図１に示す真空引き装置８と接続され、ガス供給孔１１ｇがガス供給調整部９と接続される。そのため、真空引き装置８が真空引きを行うと、各吸引孔１１ｅ、１１ｆ、空洞１１ｃ、及び電極１２の貫通孔１２ｃを通じて空間Ｋが真空にされる。また、空間Ｋが真空にされた状態で、ガス供給調整部９がガス供給を開始すると、ガス供給孔１１ｇ、空洞１１ｃ、及び電極１２の貫通孔１２ｃを通じて空間Ｋに不活性ガスが供給される。この際、空間Ｋは第３オーリング２０により閉鎖されて小さい体積となっているため、空間Ｋには十分な不活性ガスが供給される。
【００３８】
また、グロー放電管２のランプボディ１１の一方の端面１１ｈ側には、放射温度測定器３０の赤外線センサ３１を配置している。赤外線センサ３１は、試料Ｓから放射される赤外線Ｒの受光部となる光学レンズ３１ａと、光学レンズ３１ａを通過した赤外線Ｒを受光するサーモパイル３１ｂと、光学レンズ３１ａ及びサーモパイル３１ｂを収めたハウジング３１ｃとを備える。図２に示すように光学レンズ３１ａをガラス部材４０に対向させることで、赤外線センサ３１は試料Ｓから放射されて電極１２の貫通孔１２ｃ、空洞１１ｃ、及びガラス部材４０を通過した赤外線Ｒを受光する。
【００３９】
さらに、ランプボディ１１の端面１１ｈは、試料Ｓから赤外線センサ３１へ向かう赤外線Ｒに平行にレール部材３５を突設しており、このレール部材３５は摺動可能なスライドユニット３６を設けている。赤外線センサ３１のハウジング３１ｃは、スライドユニット３６に取り付けられており、スライドユニット３６を図２中の矢印方向に摺動させることで、赤外線センサ３１の光学レンズ３１ａが試料Ｓの掘削箇所に対して接離できるように赤外センサ３１を移動可能にしている。また、スライドユニット３６には、固定ネジ３７が取り付けてあり、固定ネジ３７を締め上げることでスライドユニット３６の位置を固定でき、固定ネジ３７を緩めるとスライドユニット３６を摺動可能な状態にできる。
【００４０】
なお、赤外線センサ３１のサーモパイル３１ｂは、入射された赤外線Ｒのエネルギーに応じたアナログ信号を発生させると共に、サーモパイル３１ｂ自身の温度に応じたアナログ信号も発生させており、発生させた信号を信号線Ｌ４を通じてＡＤ変換器３２へ出力するようにしている。
【００４１】
さらにまた、ランプボディ１１の端面１１ｈは、カップ状の遮光部材３４を取り付けている。遮光部材３４は赤外線センサ３１、レール部材３４、及びガラス部材４０を被った状態で周縁端部３４ａをランプボディ１１の端面１１ｈに取り付けており、その結果、赤外線センサ３１の光学レンズ３１ａに周囲の明光が入り込むことを防止して安定した赤外線Ｒの受光を図っている。遮光部材３４は赤外線センサ３１から延出する信号線Ｌ４を通過させる通過孔を形成しており、信号線Ｌ４を外方へ引き出して放射温度測定器３０のＡＤ変換器３２へ（図１参照）へ接続している。なお、遮光部材３４は、グロー放電管２全体を被うような形状にすることも可能であり、また、掘削加工自体を暗室のような周囲の明光を排除できる場所で行うときは遮光部材３４を省略してもよい。
【００４２】
図１に示す放射温度測定器３０のＡＤ変換器３２は、赤外線センサ３１から出力されてくるアナログ信号をデジタル信号に変換し、信号線Ｌ５を通じて変換したデジタル信号をマイクロコンピュータ３３へ送るものである。マイクロコンピュータ３３は温度測定手段に相当し、送られてきたデジタル信号に対して基準温度及び放射率による補正を行って、赤外線センサ３１が受光した赤外線Ｒに基づく試料Ｓの表面温度（赤外線Ｒを放射した箇所）の温度を換算（演算）し、その温度を測定温度として信号線Ｌ５を通じてコンピュータ７へ出力する処理を行う。
【００４３】
なお、放射温度測定器３０のマイクロコンピュータ３３は、信号線Ｌ５を通じてコンピュータ７から温度測定を行う開始指示を受け付けた場合に、測定温度の演算処理を行うようにしており、指示を受け付けたときにＡＤ変換器３２から送られてくるデジタル信号に基づいて温度を測定する。また、マイクロコンピュータ３３は、コンピュータ７から温度測定を停止する停止指示を受け付けた場合に、温度測定に係る処理を停止するようにしている。このようにコンピュータ７の制御（指示）に基づきマイクロコンピュータ３３が温度測定を行うことで、スパッタリングの発生しているときは温度測定を行わず、スパッタリングの発生していないときに温度測定を行うことが可能となり、スパッタリングの影響を回避して測定された温度値の信頼性を確保できる。
【００４４】
図３は、電源部４を構成するジェネレータ６の内部構成を示している。ジェネレータ６は、高周波電力生成部６ａ、制御部６ｂ及び電力計測部６ｃを具備する。高周波電力生成部６ａは交流電源ＡＣと接続されて図４に示す正（＋）及び負（−）に変化する交流（高周波）電圧を試料Ｓ及び電極１２に印加するために高周波電力を生成する。また、高周波電力生成部６ａは第１内部接続線６ｄにより制御部６ｂと接続されており、制御部６ｂの制御により高周波電力に係る出力モード及び電力値等を調整する。なお、本実施形態の高周波電力生成部６ａは１３．５６ＭＨｚの高周波電圧に係る電力を生成している。
【００４５】
制御部６ｂはＩＣ（集積回路）で構成されており、第１接続コードＬ１を通じてコンピュータ７と接続されており、コンピュータ７から出力される各種信号に基づきグロー放電管２及び試料Ｓへの給電形態（電圧印加形態）を判断し、判断結果に基づき高周波電力生成部６ａの出力モードを制御する。
【００４６】
図５（ａ）は、制御部６ｂによる１つ目の出力モードを示すグラフであり、所定の時間内、連続して高周波電力（電力値Ｐ）を出力して試料Ｓ及び電極１２に連続的な高周波電圧の印加を行うモードである（以降、このモードを連続モードと称す）。また、図５（ｂ）は、制御部６ｂによる２つ目の出力モードを示すグラフであり、所定の時間内、パルス的（オン／オフ的）に高周波電力（電力値Ｐ）を出力して試料Ｓ及び電極１２に断続的な高周波電圧の印加を行うモードである（以降、このモードを断続モードと称す）。
【００４７】
なお、制御部６ｂは、断続モードでは電圧の印加を断続的に行う手段として内部のＩＣでパルス的な処理を行って電力供給及び電力供給休止を交互に繰り返す。このような処理により、図５（ｂ）に示す棒状に突出した部分に対応する給電時間Ｔ１で高周波電力が出力されて試料Ｓに電圧が印加され、１回の給電（電圧印加）及び１回の給電休止（印加休止）を含む単位時間Ｔ２から給電時間Ｔ１を引いた時間Ｔ３で高周波電力の出力（電圧印加）が休止されて電圧印加断になる。
【００４８】
また、制御部６ｂは切替手段として、上述した連続モードと断続モードとの切替をコンピュータ７から出力される信号に基づき行う。さらに、制御部６ｂは連続モードにおいて、印加電圧に関連する値として給電に係る電力値Ｐを変更可能にしており、断続モードでは印加電圧に関連する値として、単位時間（１秒間）当たりの給電回数（給電周波数）、断続的な給電に係るデューティー比、及び電力値Ｐをそれぞれ変更可能にしている。なお、制御部６ｂは、コンピュータ７から出力される信号に基づき、印加電圧に関連する値を変更（設定）する。
【００４９】
なお、給電周波数の変更に対して制御部６ｂは、約３０Ｈｚ〜約３０００Ｈｚの範囲で給電周波数を調整可能にしており、給電周波数が変更されると図５（ｂ）のグラフにおいて、時間Ｔ３が変化する。デューティー比の変更に関しては、断続給電中の単位時間Ｔ２対し１回分の給電時間Ｔ１が占める割合（Ｔ１／Ｔ２）を適宜調節できるようにしている。
【００５０】
また、試料Ｓの掘削が進行するにつれて、試料Ｓの掘削箇所表面と電極１２の端部１２ｅとの距離が長くなり、電圧印加における試料Ｓに係るインピーダンス値が随時変化するため、断続モードにおけるインピーダンス値変化に対する調整処理も制御部６ｂが行っている。
【００５１】
具体的に制御部６ｂは、後述する電力計測部６ｃから伝送されてきた電力値Ｐｆ及び反射値Ｐｒとの差を演算し、演算された差に基づき高周波電力生成部６ａで生成された高周波電力の試料Ｓへ給電される進行波の電力値（電力値Ｐｆ）を変更する制御を行う。なお、制御部６ｂは演算された差（Ｐｆ−Ｐｒ）が一定となるように電力値Ｐｆを調整しており、本実施形態では演算された差（Ｐｆ−Ｐｒ）が後述するコンピュータ７から伝送されてきた基準電力値と同等となるように高周波電力生成部６ａで生成される電力値Ｐｆを制御部６ｂが内蔵するＩＣのソフト的な処理で調整する。
【００５２】
このように制御部６ｂがソフト的な調整を行うことで、断続モードでの試料Ｓのインピーダンス値の変化に対応して適切な給電を行える。なお、制御部６ｂが試料Ｓのインピーダンス値の変化に対応した調整を行うのは断続モードの場合であり、連続モードでは後述するようにマッチングボックス５が調整を行う。
【００５３】
図３に戻りジェネレータ６の電力計測部６ｃは、第２及び第３内部接続線６ｅ、６ｆにより制御部６ｂ、高周波電力生成部６ａと接続されている。電力計測部６ｃは、高周波電力生成部６ａで生成されて図１に示す発振子３へ向かう高周波電力の進行波の電力値である電力値Ｐｆを検出すると共に、試料Ｓから反射して戻ってくる反射波の電力値である反射値Ｐｒを検出し、検出した値を制御部６ｂへ伝送している。
【００５４】
図６に示す電源部４のマッチングボックス５は、連続モードにおいてジェネレータ６で生成された高周波電力の電源部４としての出力形態を調整する可変コンデンサ５ａ、可変コンデンサ５ａの電気容量を調整するモータ５ｂ、モータ５ｂの駆動等の制御を行うコンデンサ制御部５ｃを具備する。
【００５５】
可変コンデンサ５ａはモータ５ｂの駆動に応じて自身の電気容量を変更でき、電気容量の変更によりモジュール及びフェーズが調節される。また、コンデンサ制御部５ｃは、第２接続コードＬ２によりコンピュータ７と接続されており、コンピュータ７からマッチングボックス５へ伝送されてくる断続モードの設定の通知信号に基づいてモータ５ｂの駆動を制御する。
【００５６】
具体的には、断続モードの通知信号を受け付けた場合、可変コンデンサ５ａの電気容量が一定に固定されるようにモータ５ｂを一定の状態に維持する制御をコンデンサ制御部５ｃは行う。よって、断続モードではマッチングボックス５で高周波電力のモジュール及びフェーズは調整されない。また、断続モードの通知信号を受け付けない場合、即ち、連続モードが設定されたとき、試料Ｓからの反射値Ｐｒが最小となるようにモータ５ｂの駆動を制御して可変コンデンサ５ａの電気容量を変更する制御をコンデンサ制御部５ｃは行う。なお、反射値Ｐｒが最小であれば、コンデンサ制御部５ｃは可変コンデンサ５ａの電気容量を変更する制御は行わない。
【００５７】
一方、図１に示すコンピュータ７は、ジェネレータ６から延在する第１接続コードＬ１及びマッチングボックス５から延在する第２接続コードＬ２が接続されるインタフェース基板７ｂを設けており、このインタフェース基板７ｂをＣＰＵ７ａ、外部接続部７ｃ、ＲＡＭ７ｄ、ＲＯＭ７ｅ、及びハードディスク装置７ｆが接続された内部バス７ｇに繋げている。なお、内部バス７ｇにはモニタ接続線Ｌ３を介してモニタ部７ｈも接続している。
【００５８】
外部接続部７ｃは外部機器の接続用であり、本実施形態では、信号線Ｌ６を通じて放射温度測定器３０のマイクロコンピュータ３３を接続している。なお、放射温度測定器３０が測定した温度は、ＣＰＵ７ａの制御に基づきモニタ部７ｈに随時表示されるようになっている。また、ＲＡＭ７ｄはＣＰＵ７ａが行う各種制御処理に伴うデータ等を一時的に記憶し、ＲＯＭ７ｅは処理に必要なデータ（基準時間）及びＣＰＵ７ａが行う基本的な処理内容を規定したプログラム等を予め記憶しており、ハードディスク装置７ｆはＣＰＵ７ａが行う掘削処理に関連する制御内容を規定した掘削プログラム２１等を記憶している。
【００５９】
インタフェース基板７ｂは連続モード用回路、断続モード用回路を有し、ＣＰＵ７ａの制御に基づき、オペレータにより設定されたモードがインタフェース基板７ｂへ通知されれば、通知されたモードに対応する回路が作動し、作動した回路による処理でモード切替に係る制御信号がジェネレータ６へ出力される。
【００６０】
また、インタフェース基板７ｂの断続モード用回路には、断続モードに対してオペレータによりコンピュータ７で設定された給電周波数、デューティー比、電力値等のパラメータが伝送され、断続モード用回路は伝送された内容を１つにまとめた信号を生成してジェネレータ６へ出力すると共に、断続モードを通知するマニュアル・アダプテーションと云う通知信号をマッチングボックス５へ出力する処理を行う。なお、伝送されるパラメータには、高周波電力のピーク電力値、変動するインピーダンス値に対応した調整処理に用いられる基準電力値（基準値）等も含まれる。
【００６１】
ＣＰＵ７ａは計時機能を具備すると共に、ハードディスク装置７ｆに記憶された掘削プログラム２１に基づいて各種処理を行い、図１で示していないキーボード又はマウス等の操作でオペレータにより入力された指示に基づき所定の設定及び制御を行う。
【００６２】
例えば、掘削プログラム２１が起動すると、図７に示す設定メニュー２２をモニタ部７ｈに表示させる処理をＣＰＵ７ａは行う。また、オペレータの操作により設定メニュー２２で断続モード又は連続モードのいずれかを受け付けた場合、ＣＰＵ７ａは受け付けた設定内容に対応するインタフェース基板７ｂ内の回路を作動させる処理を行う。
【００６３】
設定メニュー２２で断続モードが設定された場合、ＣＰＵ７ａは、掘削加工の加工時間、周波数（給電周波数）及びデューティー比の数値設定もオペレータから受け付ける処理を行い、受け付けた内容をＲＡＭ７ｄに記憶すると共に、インタフェース基板７ｂへ通知してジェネレータ６へ所定の信号を伝送する。なお、デューティー比は、掘削対象の試料Ｓが特に溶解しやすい場合及び破壊しやすい場合、０．５より低い数値に設定することが好ましい。さらに、図７の設定メニュー２２以外に別のメニューでＣＰＵ７ｂは高周波電力のピーク値（電力値）等の他のパラメータも設定可能にしている。また、設定メニュー２２で断続モードが設定されたとき、ＣＰＵ７ａは、断続モードの設定を伝える通知信号をインタフェース基板７ｂからマッチングボックス５へ出力する制御を行う。
【００６４】
一方、設定メニュー２２で連続モードが設定された場合、ＣＰＵ７ａは連続的に電力を生成するようにインタフェース基板７ｂからジェネレータ６に指示信号を出力させる制御を行う。なお、連続モードが設定されたときは、印加電圧に関連する値として給電に係る電力値も設定可能にしている。
【００６５】
また、いずれのモードが設定された場合でも、設定メニュー２２は試料Ｓに対する基準温度及び加工時間を設定できるようにしており（図７参照）、コンピュータ７がキーボード又はマウスでオペレータから基準温度及び加工時間の入力を受け付けた場合、ＣＰＵ７ａは受け付けた数値をＲＡＭ７ｄに記憶する。なお、入力する基準温度の値は、掘削加工対象の試料Ｓの種類に応じて決める必要があり、試料Ｓが熱の影響を受けやすいものである場合、熱の影響が生じないレベルの許容温度（熱の影響が発生する温度より低い温度）を入力することになる。
【００６６】
また、本実施形態では連続モードが設定されたときは、オペレータのマニュアル的な操作で、給電（電圧印加）を所定時間行うと、一旦給電（電圧印加）を休止し、その休止に連動してコンピュータ７の制御に基づき放射温度測定器３０が試料の掘削箇所の温度を測定し、測定した結果をコンピュータ７はモニタ部７ｈに表示する処理を行う。よって、連続モードでは、オペレータが給電を休止した際に、モニタ部７ｈに表示される温度を確認し、給電を継続するか、給電（出力電圧）に関連する値（電圧値Ｐ）を低下させるか、または掘削加工を終了するか等を判断する。
【００６７】
一方、断続モードが設定されたとき、ＣＰＵ７ａは加工の開始と共に時間を計測し、計測した時間とＲＡＭ７ｄに記憶された加工時間との比較を行い、計測した時間が加工時間に達すると電圧印加を停止して掘削加工を終了させる制御を行う。
【００６８】
また、ＣＰＵ７ａは掘削加工中、図５（ｂ）に示すように、断続給電時の給電断時（高周波電圧の断続印加中の印加断時）の時間Ｔ３で温度測定を行うように、ＣＰＵ７ａは放射温度測定器３０を制御する。詳しくは、時間Ｔ３に同期して温度測定を行えるように、ＣＰＵ７ａは給電時間Ｔ１の終了時期に温度測定の開始指示を外部接続部７ｃから放射温度測定器３０のマイクロコンピュータ３３へ出力すると共に、時間Ｔ３の終了時期に温度測定の停止指示をマイクロコンピュータ３３へ出力する。このようにＣＰＵ７ａが指示を出力することで、放射温度測定器３０が測定を行うとき（赤外線Ｒを赤外線センサ３１が受光するとき）、グロー放電に伴う発光が生じていないので、グロー放電のスパッタリングによる発光の影響を受けることなく温度測定を行える。
【００６９】
さらに、断続モードでＣＰＵ７ａは、放射温度測定器３０で測定された温度と設定メニュー２２で設定された基準温度とを比較判定し、測定温度が基準温度以上であると判定した場合、ジェネレータ６に対して断続印加の印加電圧に係る電力値Ｐを低下させる制御を行う。本実施形態では、低下させる量として設定値を半減するようにしており、例えば設定された電力値が１Ｗである場合、測定温度が基準温度以上になると、電力値を０．５Ｗにすることを規定した信号をコンピュータ７からジェネレータ６へ出力する。
【００７０】
さらにまた、ＣＰＵ７ａは、電力値を低下させる信号を出力したときは、信号出力から時間の計測を行い、計時した時間がＲＯＭ７ｅに記憶する基準時間を経過したか否かを判断する。この際、電力値を低下させる信号を出力後の計測時間が基準時間を経過しても、測定温度が基準温度以上を維持しているときは、試料Ｓの変質を防止するため、ＣＰＵ７ａは電圧印加を停止して掘削加工を終了させる制御を行う。なお、上述したＣＰＵ７ａが行う各種処理をハードディスク装置７ｆに記憶された掘削プログラム２１が規定している。
【００７１】
次に上述した構成のグロー放電掘削装置１を用いたグロー放電掘削方法に係る全体的な処理手順を図８の第１フローチャートに基づいて説明する。
先ず、グロー放電掘削装置１は図７に示す設定メニュー２２等においてオペレータからの入力を受けて、モード、基準温度、断続モードを設定した場合は周波数及びデューティー比等の各種パラメータを設定し（Ｓ１）、オペレータは試料Ｓを図２に示すようにグロー放電管２にセットする（Ｓ２）。
【００７２】
次に、オペレータはグロー放電管２の内部を真空引き装置８で真空引きしてから、ガス供給源１０よりグロー放電管２の内部へ不活性ガス（アルゴンガス）を供給する（Ｓ３）。それから、オペレータは放射温度測定器３０の準備段階として掘削前の試料表面Ｓａから放射される赤外線Ｒの受光を行い、適正に温度が測定できるか否かを確認し、赤外線センサ３１の位置の調整も行って、掘削前の試料表面温度を測定する。そして、グロー放電掘削装置１は、設定された内容に応じた給電を行って電圧を印加し（Ｓ４）、試料Ｓの空間Ｋに表出した試料表面Ｓａを掘削する（Ｓ５）。
【００７３】
図９は、試料Ｓの掘削状態を示し、第３オーリング２０で閉鎖された空間Ｋでは、電極１２の貫通孔１２ｃを通じアルゴンガスがスムーズに導かれた状態で電極１２及び試料Ｓの間に電圧が印加されてグロー放電が発生し、アルゴンガスに含まれるアルゴンイオンが試料表面Ｓａに向けて飛び出して衝突し、スパッタリングが起こる。このスパッタリングによるアルゴンイオンの衝突で試料表面Ｓａが掘削されて凹部Ｓｂが生じる。また、凹部Ｓｂの底面Ｓｃからは赤外線Ｒが放射されるため、放射温度測定器３０は試料Ｓの掘削箇所である凹部Ｓｂの底面Ｓｃの温度を測定する。
【００７４】
図１０の第２フローチャートは、図８の第１フローチャートの掘削の処理（Ｓ５）において、断続モードで掘削を行う場合の詳細な処理手順を示すグロー放電掘削方法に関するものである。以下、第２フローチャートに基づいて断続モードの掘削処理を説明すると、グロー放電掘削装置１は、図５（ｂ）に示すように給電時間Ｔ１で電圧印加を行い（Ｓ１０）、次の時間Ｔ３で電圧印加断の状態として電圧印加を休止する（Ｓ１１）。この電圧印加を休止している時間Ｔ３で赤外線センサ３１が受光した赤外線Ｒに基づいてマイクロコンピュータ３３が温度測定を行う（Ｓ１２）。なお、グロー放電掘削装置１のコンピュータ７（ＣＰＵ７ａ）は、掘削処理の開始に伴い加工を行う時間の計測を開始している。
【００７５】
次に、グロー放電掘削装置１のコンピュータ７は、マイクロコンピュータ３３の測定温度がＲＡＭ７ｄに記憶した基準温度以上であるか否かを判断する（Ｓ１３）。測定温度が基準温度以上でない場合（Ｓ１３：ＮＯ）、コンピュータ７は計測した時間が、ＲＡＭ７ｄに記憶された加工時間を経過したか否かを判断する（Ｓ１４）。加工時間を経過していない場合（Ｓ１４：ＮＯ）、電圧印加の段階（Ｓ１０）へ戻り、掘削加工を継続する。なお、加工時間を経過した場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）は、掘削を停止して（Ｓ１９）、加工を終了する。
【００７６】
また、温度比較の段階（Ｓ１３）で、測定温度が基準温度以上であるとコンピュータ７（ＣＰＵ７ａ）が判定した場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、コンピュータ７は後述する段階（Ｓ１８）で電力値を低下させる処理の開始後から計測した時間がＲＡＭ７ｄに記憶した基準時間を経過したか否かを判定し（Ｓ１５）、基準時間を経過した場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、掘削を停止し（Ｓ１９）、試料Ｓを保護する。
【００７７】
一方、計測した時間が基準時間を経過していない場合（Ｓ１５：ＮＯ）、電力値を低下させる処理を行ってからの時間計測中であるか否かをＣＰＵ７ａは判断し（Ｓ１６）、時間計測中である場合は（Ｓ１６：ＹＥＳ）、電圧印加の段階（Ｓ１０）へ戻り、掘削加工を継続する。また、時間計測中でない場合（Ｓ１６：ＮＯ）、ＣＰＵ７ａは断続印加に係る電力値Ｐ（出力値）を低下（半減）させる処理を行って（Ｓ１７）、電力値を低下させる処理の開始してからの時間計測を開始して（Ｓ１８）、電圧印加の段階（Ｓ１０）へ戻り、掘削加工を継続する。
【００７８】
このように本実施形態のグロー放電掘削装置１は、断続モードでは電圧印加断時に温度測定を行うので、スパッタリングの発光に影響されることなく、試料Ｓの掘削箇所の温度を精度良く測定できると共に、電圧印加断の時間Ｔ３を利用して温度測定を行うことで、温度測定に要する時間を掘削加工時間に含ませることができ、効率的な加工を実現できる。
【００７９】
また、グロー放電掘削装置１は、測定した温度が基準温度（試料Ｓに対して設定した許容温度）以上になると、試料Ｓに加えられる電力の電力値を低下させるので、掘削加工時に試料Ｓへ付与される熱量も低下し、温度が上昇しにくい状況を作り出して試料Ｓが熱ダメージを受けるのを回避している。さらに、電力値を低下して一定の時間（基準時間）が経過しても、測定した温度が下がらないとき（基準温度未満にならないとき）は、掘削加工を停止するので、試料Ｓが熱影響により変質して観察に用いることができない状態になること（試料Ｓを無駄にすること）を確実に防止している。
【００８０】
なお、電力値を低下させてから基準時間が経過しても測定温度が基準温度以上であるときに掘削加工を停止するのは、温度低下にはある程度の時間を要するので、試料Ｓの電力値を低下してから基準時間が経過した時点で、試料Ｓの温度に対する判断を行うようにするためである。また、基準温度は試料Ｓに熱影響が生じる温度より低い許容値にしているので、測定温度が基準温度以上になってから基準時間が経過するまで掘削加工を行っても、本当に熱影響が発生する温度になるまで余裕があるため、試料Ｓに熱影響が生じることもない。
【００８１】
よって、本実施形態に係るグロー放電掘削装置１は、断続モードにおいて試料Ｓに熱影響が生じないように自動で掘削加工を行えるため、掘削対象の試料がポリカーボネイトのような合成樹脂、及び合成ゴムのようなゴム材料等であっても、観察に好適な観察面を安定して形成することができる。
【００８２】
一方、グロー放電掘削装置１の連続モードにおける掘削処理は、オペレータの操作に従ったものになり、設定された電力値Ｐで一定時間電圧印加を行ってから一旦電圧印加を休止して、モニタ部７ｈに表示される測定温度をオペレータが確認し、許容温度に達していなければ電圧印加を再開する。以降、このような処理を行って所望量を掘削する。また、測定温度が許容温度以上になったときは、オペレータの操作により試料へ印加する電圧の電力値Ｐを低下（例えば半減）させて電圧印加を行うようにする。このような処理を行うことにより、連続モードでも試料Ｓに熱影響が生じるのを確実に回避して掘削加工を行える。
【００８３】
なお、本発明に係るグロー放電掘削装置１は、上述した実施形態に限定されるものではなく種々の変形例の適用が可能である。例えば、グロー放電掘削装置１で電極１２と試料Ｓの間に印加する電圧は直流電圧にしてもよく、この場合は電源部４を直流の電力を生成して給電する構成に変更することになる。また、グロー放電掘削装置１は、電圧印加に対して連続モード及び断続モードの両方を必ず具備する必要はなく、いずれか一方のモードだけで電圧印加を行うようにして、装置コストの低減を図ってもよい。さらに、測定温度が基準温度以上になったことをオペレータへ確実に通知するため、コンピュータ７に警告音を出力する音出力部を設けて、測定温度が基準温度以上であるとＣＰＵ７ａが判断したときは、音出力部から警告音を発する構成にしてもよい。
【００８４】
さらにまた、断続モードで測定温度が基準温度以上になった場合は、試料Ｓに印加する電力値Ｐを低下させるだけでなく、電圧印加に係るデューティー比の値も低下させるようにしてもよく、例えば、印加電圧に関連する値として電力値が１Ｗ、デューティー比が０．５である場合に測定温度が基準温度以上になったときは、電力値を０．５Ｗ、デューティー比を０．２５に低下させて試料Ｓへの熱負担を一段と低減させるようにしてもよい。また、印加電圧に関連する値としては、デューティー比の数値のみを低下させることも可能である。
【００８５】
また、連続モードにおいてオペレータの操作負担を低減するために、図１１に示すように、一定の時間（Ｔ１０、Ｔ１２等、例えば１分）掘削を行うと、次の時間（Ｔ１１、Ｔ１３等、例えば２秒）で温度測定を行うようにプログラミングを行って、連続モードでも自動で掘削できるようにしてもよい。この場合、掘削（電圧印加）に要する時間（Ｔ１０、Ｔ１２等）を準備段階で設定すると共に、ＣＰＵ７ａが各時間（Ｔ１０〜Ｔ１３等）を計時し、電圧印加を行う時間（Ｔ１０、Ｔ１２等）が経過すると、コンピュータ７（ＣＰＵ７ａ）の制御に基づき電圧印加を停止してから温度測定を行い、温度測定が完了すると（温度測定に要した時間Ｔ１１、Ｔ１３等が経過すると）、電圧印加を再開する。また、測定した温度が基準温度以上になった場合、次に掘削（電圧印加）を行うときは、コンピュータ７（ＣＰＵ７ａ）の制御により印加電圧の電力値を低下させて熱影響が試料Ｓに生じないようにする。
【００８６】
図１２は、赤外線センサ３１の配置に係る変形例であり、赤外線センサ３１の位置をモータの駆動で調整できるようにしたものである。具体的には、レール部材５６に平行にボールねじ５１をグロー放電管２のランプボディ１１の一方の端面１１ｈ側に軸受部５２を介して回転可能に取り付け、ボールねじ５１の端部をカップリング部５３を介して遮光部材３４の外方に配置したモータ５４のモータ軸と連結している。また、ボールねじ５１に設けられた第１スライドユニット５０と、レール部材５６に取り付けられた第２スライドユニット５５に、赤外線センサ３１のハウジング３１ｃを取り付けている。なお、モータ５４の駆動はモータドライバ５７により制御されており、モータドライバ５７はコンピュータ７と接続されて、コンピュータ７からの指示に基づきモータ５４の駆動制御を行うようになっている。
【００８７】
図１２に示すような構造を適用することで、遮光部材３４を外すことなく赤外線センサ３１を空洞１１の封止を行うガラス部材４０に対して接近離反可能となり、赤外線センサ３１の位置をモータ５４の駆動で調整して温度測定の準備負担を低減できる。
【００８８】
また、図１３は別の変形例を示し、ファイバー状の細い赤外線センサ６０を用いる場合は、グロー放電管２′のランプボディ１１′の内部に赤外線センサ６０を配置してもよい。この場合、ランプボディ１１′は、試料Ｓを配置する側と反対側の端面１１ｈ′に空洞１１ｃ′と連通する連通孔１１ｉ′を形成し、この連通孔１１ｉ′に、赤外線センサ６０を挿通すると共に、連通孔１１ｉ′の内縁と赤外線センサ６０の外面の間に環状の封止部材４１を取り付けて空洞１１ｃ′を閉鎖している。
【００８９】
なお、図１３のグロー放電管２′は上述した以外については、図２に示す構成と同様であり、電極１２、セラミックス部材１３、及び押圧ブロック１５を有すると共に、発振子３を押し当てて試料Ｓを取り付けている。このように赤外線センサ６０を取り付けることで、赤外線センサ６０の受光部６０ａは、電極１２の筒状部１２ｂに形成された貫通孔１２ｃを通じて試料表面Ｓａに対向し、受光部６０ａと試料Ｓまでの距離は図２、１２に示す場合に比べて格段に短くでき、試料Ｓの掘削箇所から放射される赤外線の受光を確実に行って測定精度の向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の実施形態に係るグロー放電掘削装置の全体的な構成を示す概略図である。
【図２】グロー放電管及び赤外線センサを示す一部を断面にした概略図である。
【図３】ジェネレータの内部構成を示すブロック図である。
【図４】印加される高周波電圧の形態を示すグラフである。
【図５】（ａ）は連続モードの給電形態を示すグラフであり、（ｂ）は断続モードの給電形態及び温度測定時期を示すグラフである。
【図６】マッチングボックスの内部構成を示すブロック図である。
【図７】モード選択及び基準温度等を受け付ける設定メニューの内容を示す概略図である。
【図８】グロー放電掘削装置を用いたグロー放電掘削方法の処理手順を示す第１フローチャートである。
【図９】試料の掘削状態を示す概略図である。
【図１０】グロー放電掘削方法における断続モードでの掘削処理の手順を示す第２フローチャートである。
【図１１】連続モードにおける掘削時間と温度測定時間との関係を示すグラフである。
【図１２】赤外線センサの取り付けに関する変形例を示す概略図である。
【図１３】変形例の赤外線センサの取り付け形態を示す概略図である。
【符号の説明】
【００９１】
１ グロー放電掘削装置
２ グロー放電管
４ 電源部
７ コンピュータ
１１ ランプボディ
１１ｃ 空洞
１２ 電極
１２ｃ 貫通孔
３０ 放射温度測定器
３１ 赤外線センサ
３２ ＡＤ変換器
３３ マイクロコンピュータ
３４ 遮光部材
４０ ガラス部材
Ｒ 赤外線
Ｓ 試料
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空電極及び該中空電極に対向配置される試料の間に電圧を印可して発生させたグロー放電で試料を掘削するグロー放電掘削装置において、
試料の掘削箇所から放射されて前記中空電極の中空部を通過した赤外線を受光する赤外線センサと、
該赤外線センサが受光する赤外線に基づいて試料の掘削箇所の温度を測定する温度測定手段と
を備えることを特徴とするグロー放電掘削装置。
【請求項２】
前記赤外線センサの受光部が試料の掘削箇所に対して近接離反できるように前記赤外線センサを移動する移動手段を備える請求項１に記載のグロー放電掘削装置。
【請求項３】
前記中空電極を保持する保持体を備え、
該保持体は、前記中空電極の中空部に連通する空洞、及び該空洞を介して該中空部に対向する透光部材を備え、
前記赤外線センサは、前記中空部、前記空洞、及び前記透光部材を通過した赤外線を受光するようにしてある請求項１又は請求項２に記載のグロー放電掘削装置。
【請求項４】
前記赤外線センサ及び透光部材を覆って遮光する遮光部材を備える請求項３に記載のグロー放電掘削装置。
【請求項５】
前記温度測定手段が温度を測定するときに、電圧の印加を停止する停止手段を備える請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載のグロー放電掘削装置。
【請求項６】
電圧の印加を断続的に行う手段を備え、
前記温度測定手段は、電圧の断続印加中の印加断時に前記赤外線センサが受光した赤外線に基づいて温度を測定するようにしてある請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載のグロー放電掘削装置。
【請求項７】
基準温度を受け付ける受付手段と、
該受付手段が受け付けた基準温度及び前記温度測定手段が測定する温度の比較判定を行う手段と、
前記温度測定手段が測定した温度が、前記受付手段が受け付けた基準温度以上であると判定された場合、印加電圧に関連する値を低下させる低下手段と
を備える請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載のグロー放電掘削装置。
【請求項８】
電圧の印加を断続的に行う手段と、
基準温度を受け付ける受付手段と、
該受付手段が受け付けた基準温度及び前記温度測定手段が測定する温度の比較判定を行う手段と、
前記温度測定手段が測定した温度が、前記受付手段が受け付けた基準温度以上であると判定された場合、電圧の断続印加中の印加に係るデューティー比及び／又は印加電圧に係る電力値を低下させる低下手段と
を備え、
前記温度測定手段は、電圧の断続印加中の印加断時に前記赤外線センサが受光した赤外線に基づいて温度を測定するようにしてある請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載のグロー放電掘削装置。
【請求項９】
中空電極及び該中空電極に対向配置される試料の間に電圧を印可して発生させたグロー放電で試料を掘削するグロー放電掘削方法において、
試料の掘削箇所から放射されて前記中空電極の中空部を通過した赤外線を受光し、
受光した赤外線に基づいて試料の掘削箇所の温度を測定し、
測定した温度及び予め受け付けた基準温度を比較し、
比較の結果、測定した温度が基準温度以上であると判定された場合、印加電圧に関連する値を低下させることを特徴とするグロー放電掘削方法。
【請求項１】
中空電極及び該中空電極に対向配置される試料の間に電圧を印可して発生させたグロー放電で試料を掘削するグロー放電掘削装置において、
試料の掘削箇所から放射されて前記中空電極の中空部を通過した赤外線を受光する赤外線センサと、
該赤外線センサが受光する赤外線に基づいて試料の掘削箇所の温度を測定する温度測定手段と
を備えることを特徴とするグロー放電掘削装置。
【請求項２】
前記赤外線センサの受光部が試料の掘削箇所に対して近接離反できるように前記赤外線センサを移動する移動手段を備える請求項１に記載のグロー放電掘削装置。
【請求項３】
前記中空電極を保持する保持体を備え、
該保持体は、前記中空電極の中空部に連通する空洞、及び該空洞を介して該中空部に対向する透光部材を備え、
前記赤外線センサは、前記中空部、前記空洞、及び前記透光部材を通過した赤外線を受光するようにしてある請求項１又は請求項２に記載のグロー放電掘削装置。
【請求項４】
前記赤外線センサ及び透光部材を覆って遮光する遮光部材を備える請求項３に記載のグロー放電掘削装置。
【請求項５】
前記温度測定手段が温度を測定するときに、電圧の印加を停止する停止手段を備える請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載のグロー放電掘削装置。
【請求項６】
電圧の印加を断続的に行う手段を備え、
前記温度測定手段は、電圧の断続印加中の印加断時に前記赤外線センサが受光した赤外線に基づいて温度を測定するようにしてある請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載のグロー放電掘削装置。
【請求項７】
基準温度を受け付ける受付手段と、
該受付手段が受け付けた基準温度及び前記温度測定手段が測定する温度の比較判定を行う手段と、
前記温度測定手段が測定した温度が、前記受付手段が受け付けた基準温度以上であると判定された場合、印加電圧に関連する値を低下させる低下手段と
を備える請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載のグロー放電掘削装置。
【請求項８】
電圧の印加を断続的に行う手段と、
基準温度を受け付ける受付手段と、
該受付手段が受け付けた基準温度及び前記温度測定手段が測定する温度の比較判定を行う手段と、
前記温度測定手段が測定した温度が、前記受付手段が受け付けた基準温度以上であると判定された場合、電圧の断続印加中の印加に係るデューティー比及び／又は印加電圧に係る電力値を低下させる低下手段と
を備え、
前記温度測定手段は、電圧の断続印加中の印加断時に前記赤外線センサが受光した赤外線に基づいて温度を測定するようにしてある請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載のグロー放電掘削装置。
【請求項９】
中空電極及び該中空電極に対向配置される試料の間に電圧を印可して発生させたグロー放電で試料を掘削するグロー放電掘削方法において、
試料の掘削箇所から放射されて前記中空電極の中空部を通過した赤外線を受光し、
受光した赤外線に基づいて試料の掘削箇所の温度を測定し、
測定した温度及び予め受け付けた基準温度を比較し、
比較の結果、測定した温度が基準温度以上であると判定された場合、印加電圧に関連する値を低下させることを特徴とするグロー放電掘削方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００７−７１６７０（Ｐ２００７−７１６７０Ａ）
【公開日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２５８４９５（Ｐ２００５−２５８４９５）
【出願日】平成１７年９月６日（２００５．９．６）
【出願人】（８９９００００７９）学校法人慶應義塾 (742)
【出願人】（０００１５５０２３）株式会社堀場製作所 (638)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月６日（２００５．９．６）
【出願人】（８９９００００７９）学校法人慶應義塾 (742)
【出願人】（０００１５５０２３）株式会社堀場製作所 (638)
【Ｆターム（参考）】
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