JP2017167007A - 位置決め装置、密閉容器、および真空チャンバ - Google Patents

Abstract

【課題】対象物を３次元空間で精度よく位置決め可能な位置決め装置や出射部を精度よく位置決め可能な真空チャンバを提供する。
【解決手段】真空チャンバ１０の位置決め装置２０は、第１回転部材２１０と、第１回転部材２１０を第１軸Αの周りに回転自在に支持する第１支持部材２１１と、第１回転部材２１０を回転させる第１駆動装置と、第２回転部材２２０と、第２回転部材２２０を第２軸Βの周りに回転自在に支持すると共に第２軸Βが第１軸Αに対して第１角度Δ₁だけ傾斜して当該第１軸Αと交差するように第１回転部材２１０に固定される第２支持部材２２１と、第２回転部材２２０を回転させる第２駆動装置と、第２回転部材２２０に固定されると共に出射部１２を第２軸Βに対して第２角度Δ₂だけ傾斜して第１軸Αと第２軸Βとの交点Ｏを通る第３軸Γ上に支持する第３支持部材２３１とを含む。
【選択図】図２

Description

本開示の発明は、対象物を３次元空間で位置決めする位置決め装置、それを備えた密閉容器、および真空チャンバに関する。

従来、物質の電子状態を調べるための手法として、Ｘ線を用いた軟Ｘ線発光分光法が知られており、近年では、高輝度放射光源の登場により、様々な分野において用いられるようになってきている。かかる軟Ｘ線発光分光法によれば、光散乱の運動量保存則を用いることで固体中の素励起のエネルギー分散を観測することが可能となる。このため、軟Ｘ線発光の出射角分布を捉えるために、測定に際して大型の分光器を旋回させることも行われている（例えば、非特許文献１参照）。非特許文献１に記載された軟Ｘ線発光分光システムにおいて、分光器は、設置面と直交する方向に延びる回転軸の周りに３０°から１５０°の範囲で旋回可能なおよそ１５ｍのアームに搭載されており、試料が配置される真空チャンバの発光出射部に接続される。また、真空チャンバには、分光器に接続される発光出射部の２次元平面内における回動を許容しつつ、当該真空チャンバ内を真空状態に維持するための真空ベルトが設けられている。

SOFT INELASTIC X-RAY SCATTERING (SIX) インターネット< https://www.bnl.gov/ps/nsls2/beamlines/files/pdf/02ID-SIX.pdf>

上記非特許文献１に記載された真空チャンバの真空ベルトは、出射部の回動に応じて一側から繰り出されると共に他側で巻き取られるベルト状のシール部材を用いたものと考えられ、かかる真空ベルトを真空チャンバに設けても、真空チャンバの内部を良好な真空状態に保つことが困難となるおそれがある。また、特許文献１の真空チャンバでは、発光出射部が２次元平面内で回動可能とされているが、対象物としての発光出射部を３次元空間で位置決め可能にすることで、軟Ｘ線発光分光システム全体における位置調整の幅を大きくして、測定性能をより向上させることができるであろう。

そこで、本開示の発明は、対象物を３次元空間で精度よく位置決めすることができる位置決め装置、少なくとも一部が外部に露出する対象物を３次元空間で精度よく位置決めすると共に内部を良好な密閉状態に保つことができる密閉容器、および少なくとも一部が外部に露出する出射部を３次元空間で精度よく位置決めすると共に内部を良好な真空状態に保つことができる真空チャンバの提供を主目的とする。

本開示の位置決め装置は、対象物を３次元空間で位置決めする位置決め装置であって、第１回転部材と、前記第１回転部材を該第１回転部材の中心軸である第１軸の周りに回転自在に支持する第１支持部材と、前記第１回転部材を前記第１支持部材に対して前記第１軸の周りに回転させる第１駆動装置とを含む第１回転機構と、第２回転部材と、前記第２回転部材を該第２回転部材の中心軸である第２軸の周りに回転自在に支持すると共に、前記第２軸が前記第１軸に対して第１の角度だけ傾斜して該第１軸と交差するように前記第１回転部材に固定される第２支持部材と、前記第２回転部材を前記第２支持部材に対して前記第２軸の周りに回転させる第２駆動装置とを含む第２回転機構と、前記第２回転部材に固定されると共に、前記対象物を前記第２軸に対して第２の角度だけ傾斜して前記第１軸と前記第２軸との交点を通る第３軸上に支持する第３支持部材とを備えるものである。

かかる位置決め装置では、第１および第２駆動装置によって第１および第２回転部材を第１または第２支持部材に対して回転させることで、第３軸の延在方向における第１軸と第２軸との交点から対象物までの長さを曲率半径とする球冠の表面上に対象物を精度よく位置決めすることが可能となる。

また、前記第１の角度と前記第２の角度とは、同一であってもよい。これにより、第１および第２駆動装置によって第１および第２回転部材を第１または第２支持部材に対して回転させることで、第３軸の延在方向における第１軸と第２軸との交点から対象物までの長さを曲率半径とする球冠の表面上の任意の位置に対象物を精度よく位置決めすることが可能となる。

更に、前記第３支持部材は、前記対象物を前記第３軸の周りに回転自在に支持してもよく、前記位置決め装置は、前記対象物を前記第３支持部材に対して前記第３軸の周りに回転させる第３駆動装置を更に備えてもよい。これにより、第３駆動装置によって対象物を第３支持部材に対して回転させることで、第１および第２回転部材の回転に伴って発生する対象物の第３軸の周りにおける捩れを解消したり、対象物の第３軸周りの角度を任意設定したりすることが可能となる。

また、本開示の密閉容器は、上記何れかの位置決め装置を備えた密閉容器であって、前記第１回転機構の前記第１支持部材が密に接合される開放端を有する容器本体と、前記第１回転部材と前記第１支持部材との間に配置された第１シール部材と、前記第２回転部材と前記第２支持部材との間に配置された第２シール部材とを備え、前記対象物は、少なくとも一部が前記密閉容器の外部に露出するように前記第３支持部材により支持されるものである。

かかる密閉容器では、第１および第２駆動装置によって第１および第２回転部材を第１または第２支持部材に対して回転させることで、少なくとも一部が外部に露出する対象物を第３軸の延在方向における第１軸と第２軸との交点から当該対象物までの長さを曲率半径とする球冠の表面上に精度よく位置決めすることが可能となる。また、上記位置決め装置では、第１駆動装置を第１支持部材よりも外側に配置すると共に、第２駆動装置を第２支持部材よりも外側に配置することができる。従って、密閉容器の内部容積を充分に確保しつつ、密閉容器全体をよりコンパクト化することが可能となる。更に、この密閉容器では、第１回転機構の第１支持部材が容器本体の開放端に密に接合され、第１回転部材と第１支持部材との間および第２回転部材と第２支持部材との間に第１または第２シール部材が配置されることから、内部を良好な密閉状態に保つことができる。また、対象物が第３支持部材によって第３軸の周りに回転自在に支持される場合には、対象物と第３支持部材との間に第３シール部材が配置されるとよい。

本開示の真空チャンバは、放射光の入射部と、前記放射光が照射される試料を支持するステージと、前記試料からの発光を通過させる出射部とを有する真空チャンバであって、前記入射部を有すると共に少なくとも一端が開放された容器本体と、第１回転部材と、前記容器本体の開放端に密に接合されると共に前記第１回転部材を該第１回転部材の中心軸である第１軸の周りに回転自在に支持する第１支持部材と、前記第１回転部材と前記第１支持部材との間に配置された第１シール部材と、前記第１回転部材を前記第１支持部材に対して前記第１軸の周りに回転させる第１駆動装置とを含む第１回転機構と、第２回転部材と、前記第２回転部材を該第２回転部材の中心軸である第２軸の周りに回転自在に支持すると共に、前記第２軸が前記第１軸に対して第１の角度だけ傾斜して該第１軸と交差するように前記第１回転部材に密に接合される第２支持部材と、前記第２回転部材と前記第２支持部材との間に配置された第２シール部材と、前記第２回転部材を前記第２支持部材に対して前記第２軸の周りに回転させる第２駆動装置とを含む第２回転機構と、前記出射部を、少なくとも一部が前記密閉容器の外部に露出するように、前記第２軸に対して第２の角度だけ傾斜して前記第１軸と前記第２軸との交点を通る第３軸と同軸かつ前記第３軸の周りに回転自在に支持すると共に、前記第２回転部材に密に接合される第３支持部材と、前記出射部と前記第３支持部材との間に配置された第３シール部材と、前記出射部を前記第３支持部材に対して前記第３軸の周りに回転させる第３駆動装置とを含む第３回転機構とを備えるものである。

かかる真空チャンバでは、第１および第２駆動装置によって第１および第２回転部材を第１または第２支持部材に対して回転させることで、少なくとも一部が外部に露出する出射部を第３軸の延在方向における第１軸と第２軸との交点から当該出射部までの長さを曲率半径とする球冠の表面上に精度よく位置決めすることが可能となる。更に、第３駆動装置によって出射部を第３支持部材に対して回転させることで、第１および第２回転部材の回転に伴って発生する出射部の第３軸の周りにおける捩れを解消することができる。また、この真空チャンバでは、第１回転機構の第１支持部材が容器本体の開放端に密に接合され、第１回転部材と第１支持部材との間、第２回転部材と第２支持部材との間、および対象物と第３支持部材との間に第１、第２または第３シール部材が配置されることから、内部を良好な真空状態に保つことが可能となる。更に、この真空チャンバでは、第１駆動装置を第１支持部材よりも外側に配置し、第２駆動装置を第２支持部材よりも外側に配置し、かつ第３駆動装置を第３支持部材よりも外側に配置することができる。従って、真空チャンバの内部容積を充分に確保しつつ、真空チャンバ全体をよりコンパクト化することが可能となる。

また、前記出射部は、ベローズを介して分光器と連結されてもよく、前記分光器は、前記放射光の入射方向および前記第１軸の双方と直交する方向に延びる回転軸の周りに回転させられてもよい。上述のように、本開示の真空チャンバは容易にコンパクト化可能なものであることから、試料の発光点から分光器までの距離を短くし、それにより取り込み角度を大きくして分光器の測定効率を向上させることができる。

更に、前記第１、第２および第３回転機構は、中空型回転導入機であってもよい。

本開示の真空チャンバの使用状態を示す概略構成図である。 本開示の真空チャンバを示す断面図である。 本開示の真空チャンバを示す平面図である。 本開示の真空チャンバにおける第１および第２回転部材並びに出射部の回転角度を示す説明図である。 本開示の真空チャンバにおける第１軸と第２軸との交点を中心とした球冠上の点の方位角および仰角を示す説明図である。

次に、図面を参照しながら、本開示の発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本開示の真空チャンバの使用状態を示す概略構成図であり、図２は、真空チャンバ１０を示す断面図である。同図に示す真空チャンバ１０は、放射光の入射部１１と、放射光が照射された試料からの発光を通過させる出射部１２とを有し、高輝度放射光源２や分光器３と共に気体、液体、固体の電子状態を調べるための軟Ｘ線発光分光システム１を構成する。高輝度放射光源２は、電子を加速器により光と概ね等しい速度まで加速させると共に偏向電磁石や挿入光源により電子（電子ビーム）の進行方向を変えることにより放射光を発生させるものである。

分光器３は、図示しない回折格子やＣＣＤ等の検出器を有する。本実施形態の分光器３は、高輝度放射光源２からの放射光の入射方向（図２におけるＸ軸方向）と、当該入射方向に直交して軟Ｘ線発光分光システム１の設置面と平行に延びる方向（図２におけるＹ軸およびΑ軸方向）との双方と直交するように長手方向における一端側に定められた回転軸３ａ（図２における点Ｏを通ってＺ軸方向に延びる軸）の周りの所定範囲内で正逆方向に旋回（回動）可能である。

真空チャンバ１０は、図１および図２に示すように、放射光の入射部１１を有する容器本体１５と、ベローズ４を介して分光器３に接続される発光の出射部１２を３次元空間で位置決めするための位置決め装置２０とを含む。本実施形態において、容器本体１５は、ステンレス等の金属により円筒状に形成されており、複数のボルトやＯリング等のシール部材を介して蓋体１５ｃが固定される環状のフランジ部１５ｆを有する。真空チャンバ１０は、容器本体１５の軸心が高輝度放射光源２からの放射光の入射方向（図２におけるＸ軸方向）と直交すると共に上記設置面と平行に延在するように当該設置面に対して固定される。これにより、容器本体１５のフランジ部１５ｆや蓋体１５ｃは、設置面に対して垂直をなす。

また、容器本体１５の内部には、入射部１１に入射した高輝度放射光源２からの放射光が照射される試料Ｓを支持するステージ１７（図１参照）が配置される。ステージ１７は、当該ステージ１７上に支持された試料Ｓにおける放射光の照射点（発光点）が上記分光器３の回転軸３ａと概ね交差するように（図２における点Ｏに概ね一致するように）真空チャンバ１０内に配置される。更に、容器本体１５には、その内部の空気を吸引するための図示しない真空ポンプが接続され、軟Ｘ線発光分光システム１による測定に際しては、容器本体１５の内部が超高真空状態に保たれる。位置決め装置２０は、図２に示すように、何れも中空型回転導入機である第１回転機構２１、第２回転機構２２および第３回転機構２３を有する。

第１回転機構２１は、図２に示すように、ステンレス等の金属により環状に形成された第１回転部材２１０と、ステンレス等の金属により短尺筒状（円筒状）に形成された第１支持部材２１１と、第１駆動装置２１５とを含む。第１回転部材２１０は、短尺円筒状の筒状部２１０ａと、当該筒状部２１０ａの一端から径方向外側に延出された円環状のフランジ部２１０ｂと、フランジ部２１０ｂの表面（図２における上面）に溶接により密に（隙間なく）接合（固定）されたシェル部２１０ｃとを有する。本実施形態において、第１回転部材２１０のシェル部２１０ｃは、薄肉の球殻を直径と直交する第１の平面および当該第１の平面に対して第１角度Δ₁だけ傾斜した第２の平面で切ったときに第１および第２の平面により挟まれる部分と同様の形状を有する。そして、図２に示すように、シェル部２１０ｃの大径の開放端は、フランジ部２１０ｂの外周に接合される。ただし、第１回転部材２１０（筒状部２１０ａおよびフランジ部２１０ｂ）とシェル部２１０ｃとは例えば鋳造等により一体に成形されてもよい。

第１支持部材２１１は、第１回転部材２１０の筒状部２１０ａの外径よりも僅かに大きい内径を有し、上述の容器本体１５のフランジ部１５ｆとは反対側の開放端１５ｅ（図２参照）に溶接により密に（隙間なく）接合（固定）される。更に、第１支持部材２１１の内周面には、それぞれＯリング（第１シール部材）２１３が配置される２本の環状溝が軸方向に間隔をおいて形成されている。

第１駆動装置２１５は、図３に示すように、第１駆動モータ（ステッピングモータ）Ｍ１と、ウォーム（ねじ歯車）２１７およびウォームホイール（はすば歯車）２１８を含むウォームギヤ機構２１６とを有する。ウォームギヤ機構２１６のウォーム２１７は、第１駆動モータＭ１のロータに一体に回転するように連結される。また、ウォームホイール２１８は、第１回転部材２１０のフランジ部２１０ｂの裏面（図２における下面）に複数のボルトを介して第１回転部材２１０と同軸に固定される。図２および図３からわかるように、第１駆動装置２１５の構成部品は、真空チャンバ１０の外部、すなわちＯリング２１３や第１支持部材２１１よりも外側に配置される。

図２に示すように、第１回転部材２１０の筒状部２１０ａは、第１支持部材２１１内に同軸に嵌め込まれる。また、第１回転部材２１０のフランジ部２１０ｂに固定されたウォームホイール２１８の内周面と、第１支持部材２１１の外周面との間には、本実施形態ではボールベアリングである軸受２１４が配置される。軸受２１４は、図２に示すように、第１支持部材２１１と当該第１支持部材２１１に図示しない複数のボルトを介して固定される環状の第１固定部材２１１ｒとにより保持される。これにより、第１回転部材２１０は、第１支持部材２１１によって当該第１回転部材２１０の中心軸である第１軸Αの周りに回転自在に支持される。そして、第１駆動装置２１５の第１駆動モータＭ１によりウォーム２１７を回転させることで、当該ウォーム２１７およびウォームホイール２１８を介して第１回転部材２１０を第１支持部材２１１および容器本体１５に対して第１軸Αの周りに回転させることが可能となる。本実施形態において、第１駆動装置２１５は、第１回転部材２１０を第１軸Αの周りに正方向および逆方向の双方に第１支持部材２１１に対して自在に回転させることができるように構成されている。

更に、本実施形態において、第１回転部材２１０と第１支持部材２１１との径方向における間および２つのＯリング２１３の軸方向における間に画成される狭隘な空間には、第１支持部材２１１に形成された図示しない吸引通路を介して上記真空ポンプとは異なる補助真空ポンプが接続される。これにより、補助真空ポンプによって当該空間を真空排気（粗引き）することで、第１回転部材２１０と第１支持部材２１１との隙間を介して容器本体１５内に空気が流入するのを良好に抑制することが可能となる。

第２回転機構２２は、図２に示すように、ステンレス等の金属により形成された第２回転部材２２０と、ステンレス等の金属により短尺筒状（円筒状）に形成された第２支持部材２２１と、第２駆動装置２２５とを含む。第２回転部材２２０は、短尺円筒状の筒状部２２０ａと、円盤状の天板部２２０ｂとを有する。本実施形態において、天板部２２０ｂは、その中心が筒状部２２０ａすなわち第２回転部材２２０の中心軸である第２軸Β上に位置すると共に当該第２軸Βと直交し、かつ外周部が筒状部２２０ａの外周面よりも径方向外側に張り出すように筒状部２２０ａと一体に形成されている。ただし、天板部２２０ｂは、筒状部２２０ａとは別体に形成されて当該筒状部２２０ａの一端に溶接等により密に接合（固定）されてもよい。更に、天板部２２０ｂには、楕円形状の開口２２０ｃが形成されている。

第２支持部材２２１は、第２回転部材２２０の筒状部２２０ａの外径よりも僅かに大きい内径を有する。更に、第２支持部材２２１の内周面には、それぞれＯリング（第２シール部材）２２３が配置される２本の環状溝が軸方向に間隔をおいて形成されている。図２に示すように、第２支持部材２２１は、第１回転機構２１の第１回転部材２１０のシェル部２１０ｃに固定される。すなわち、第２支持部材２２１は、当該第２支持部材２２１の中心軸が第１回転部材２１０（および第１支持部材２１１）の中心軸である第１軸Αに対して上記第１角度Δ₁だけ傾斜して当該第１軸Αと交差するように、シェル部２１０ｃの傾斜した小径の開放端（フランジ部２１０ｂ側とは反対側の開放端）に溶接により密に（隙間なく）接合される。

第２駆動装置２２５は、図３に示すように、第２駆動モータ（ステッピングモータ）Ｍ２と、ウォーム（ねじ歯車）２２７およびウォームホイール（はすば歯車）２２８を含むウォームギヤ機構２２６とを有する。ウォームギヤ機構２２６のウォーム２２７は、第２駆動モータＭ２のロータに一体に回転するように連結される。また、ウォームホイール２２８は、第２回転部材２２０の天板部２２０ｂの外周部の裏面（図２における下面）に複数のボルトを介して第２回転部材２２０と同軸に固定される。図２および図３からわかるように、第２駆動装置２２５の構成部品は、真空チャンバ１０の外部、すなわちＯリング２２３や第２支持部材２２１よりも外側に配置される。

図２に示すように、第２回転部材２２０の筒状部２２０ａは、第２支持部材２２１内に同軸に嵌め込まれる。更に、第２回転部材２２０の天板部２２０ｂに固定されたウォームホイール２２８の内周面と、第２支持部材２２１の外周面との間には、本実施形態ではボールベアリングである軸受２２４が配置される。軸受２２４は、図２に示すように、第２支持部材２２１と当該第２支持部材２２１に図示しない複数のボルトを介して固定される環状の第２固定部材２２１ｒとにより保持される。これにより、第２回転部材２２０は、第２支持部材２２１によって当該第２回転部材２２０の中心軸である第２軸Βの周りに回転自在に支持され、当該第２軸Βは、第１軸Αに対して第１角度Δ₁だけ傾斜して当該第１軸Αと交差する。そして、第２駆動装置２２５の第２駆動モータＭ２によりウォーム２２７を回転させることで、当該ウォーム２２７およびウォームホイール２２８を介して第２回転部材２２０を第２支持部材２２１および第１回転部材２１０に対して第２軸Βの周りに回転させることが可能となる。本実施形態において、第２駆動装置２２５は、第２回転部材２２０を第２軸Βの周りに正方向および逆方向の双方に第２支持部材２２１に対して自在に回転させることができるように構成されている。

更に、本実施形態において、第２回転部材２２０と第２支持部材２２１との径方向における間および２つのＯリング２２３の軸方向における間に画成される狭隘な空間には、第２支持部材２２１に形成された図示しない吸引通路を介して上記補助真空ポンプが接続される。これにより、補助真空ポンプによって当該空間を真空排気（粗引き）することで、第２回転部材２２０と第２支持部材２２１との隙間を介して容器本体１５内に空気が流入するのを良好に抑制することが可能となる。また、第２回転部材２２０の開口２２０ｃは、その長軸が当該天板部２２０ｂの径方向に延在すると共に、その中心（長軸と短軸との交点）が、第２軸Βに対して第２角度Δ₂だけ傾斜して第１軸Αと第２軸Βとの交点Ｏを通る直線上に位置するように天板部２２０ｂに形成される。

第３回転機構２３は、図２に示すように、ステンレス等の金属により形成された対象物（第３回転部材）としての出射部１２と、ステンレス等の金属により筒状（円筒状）に形成された第３支持部材２３１と、第３駆動装置２３５とを含む。出射部１２は、短尺円筒状の筒状部１２ａと、当該筒状部１２ａの一端から径方向外側に延出された円環状のフランジ部１２ｂと、発光を通過させるための中心孔１２ｏとを有する。フランジ部１２ｂには、図示しないボルトを介して上述のベローズ４を連結することができる。また、本実施形態において、出射部１２は、中心孔１２ｏ内に集光器５（図２参照）を同軸に装着することができるように構成されている。

第３支持部材２３１は、出射部１２の筒状部１２ａの外径よりも僅かに大きい内径を有する。また、第３支持部材２３１の内周面には、それぞれＯリング（第３シール部材）２３３が配置される２本の環状溝が軸方向に間隔をおいて形成されている。更に、第３支持部材２３１は、軸方向に延出された円筒状の延出部２３１ｅを有する。延出部２３１ｅの遊端部は、第３支持部材２３１の中心軸に対して角度（９０−Δ₂）をなす平面でカットされており、当該延出部２３１ｅは、第２回転部材２２０の天板部２２０ｂに形成された開口２２０ｃに嵌まり込む楕円状の開放端を有する。かかる延出部２３１ｅの開放端は、図２に示すように、開口２２０ｃに嵌め込まれると共に、天板部２２０ｂに溶接により密に（隙間なく）接合（固定）される。これにより、第３支持部材２３１は、当該第３支持部材２３１の中心軸が第２回転部材２２０（および第２支持部材２２１）の中心軸である第２軸Βに対して上記第２角度Δ₂だけ傾斜して第１軸Αと第１軸Βとの交点Ｏを通るように、第２回転部材２２０の天板部２２０ｂに固定される。

第３駆動装置２３５は、図３に示すように、第３駆動モータ（ステッピングモータ）Ｍ３と、ウォーム（ねじ歯車）２３７およびウォームホイール（はすば歯車）２３８を含むウォームギヤ機構２３６とを有する。ウォームギヤ機構２３６のウォーム２３７は、第３駆動モータＭ３のロータに一体に回転するように連結される。また、ウォームホイール２３８は、出射部１２のフランジ部１２ｂの裏面（図２における下面）に複数のボルトを介して出射部１２と同軸に固定される。図２および図３からわかるように、第３駆動装置２３５の構成部品は、真空チャンバ１０の外部、すなわちＯリング２３３や第３支持部材２３１よりも外側に配置される。

図２に示すように、出射部１２の筒状部１２ａは、第３支持部材２３１内に同軸に嵌め込まれる。また、出射部１２のフランジ部１２ｂに固定されたウォームホイール２３８の内周面と、第３支持部材２３１の外周面との間には、本実施形態ではボールベアリングである軸受２３４が配置される。軸受２３４は、図２に示すように、第３支持部材２３１と当該第３支持部材２３１に図示しない複数のボルトを介して固定される環状の第３固定部材２３１ｒとにより保持される。これにより、出射部１２は、フランジ部１２ｂが真空チャンバ１０の外部に露出するように、第３支持部材２３１によって第２軸Βに対して上記第２角度Δ₂だけ傾斜して第１軸Αと第２軸Βとの交点Ｏを通る第３軸Γと同軸かつ当該第３軸Γの周りに回転自在に支持される。また、第１支持部材２１１や容器本体１５は、第１回転部材２１０のシェル部２１０ｃ、第２回転部材２２０の天板部２２０ｂ、第３支持部材２３１および出射部１２により上方から覆われる。そして、第３駆動装置２３５の第３駆動モータＭ３によりウォーム２３７を回転させることで、当該ウォーム２３７およびウォームホイール２３８を介して出射部１２を第３支持部材２３１および第２回転部材２２０に対して第３軸Γの周りに回転させることが可能となる。本実施形態において、第３駆動装置２３５は、出射部１２を第３軸Γの周りに正方向および逆方向の双方において第３支持部材２３１に対して自在に回転させることができるように構成されている。

更に、本実施形態において、出射部１２と第３支持部材２３１との径方向における間および２つのＯリング２３３の軸方向における間に画成される狭隘な空間には、第３支持部材２３１に形成された図示しない吸引通路を介して上記補助真空ポンプが接続される。これにより、補助真空ポンプによって当該空間を真空排気（粗引き）することで、出射部１２と第３支持部材２３１との隙間を介して容器本体１５内に空気が流入するのを良好に抑制することが可能となる。

図３に示すように、第１駆動装置２１５の第１駆動モータＭ１、第２駆動装置２２５の第２駆動モータＭ２、および第３駆動装置２３５の第３駆動モータＭ３は、ＣＰＵ等を含むコンピュータである制御装置５０により制御される。本実施形態の制御装置５０は、第１から第３駆動モータＭ１，Ｍ２およびＭ３とは独立に分光器３の駆動装置（図示省略）を制御するように構成されている。そして、制御装置５０は、分光器３を回動させる際に、当該分光器３の回動に同期して第１および第２回転部材２１０，２２０並びに出射部１２が第１軸Α、第２軸Βまたは第３軸Γの周りに回転するように第１から第３駆動モータＭ１，Ｍ２およびＭ３を制御する。ただし、分光器３の回動に同期して第１から第３駆動装置２１５，２２５および２３５が制御されるのであれば、分光器３の駆動装置は、制御装置５０以外の他の制御装置によって制御されてもよい。

ここで、図４に示すように、第１回転部材２１０の第１軸Αの周りの回転角度を“α”とし、第２回転部材２２０の第２軸Βの周りの回転角度を“β”とし、出射部１２の第３軸Γの周りの回転角度を“γ”とする。更に、図５に示すように、上記交点Ｏを中心とした球冠上の点のＸ軸からの方位角（azimuth）を“θ”とし、ＸＹ平面からの仰角（elevation）を“φ”とする。この場合、第１および第２回転部材２１０，２２０の回転角度α，βと、方位角θ、仰角φ、並びに上述の第１および第２角度Δ₁，Δ₂との間には、次式（１）から（３）に示す関係が成立する。また、出射部１２の回転角度γと方位角θ、仰角φ、並びに第１および第２角度Δ₁，Δ₂との間には、次式（４）に示す関係が成立する。なお、図４および図５におけるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、真空チャンバ１０（軟Ｘ線発光分光システム１）に対して、図２に示すように設定され、真空チャンバ１０の入射部１１に対する放射光の入射方向は、Ｘ軸の延在方向に一致し、第１軸Αは、Ｙ軸に一致する。また、第１および第２回転部材２１０，２２０並びに出射部１２の回転方向は、図４に示す方向を正とする。更に、図４は、第１および第２回転部材２１０，２２０の回転角度α，βが０（ｒａｄ）となるときの第１軸Αおよび第２軸Βを示す。

真空チャンバ１０の位置決め装置２０において、交点Ｏを中心とした球冠上の点の方位角θの取り得る範囲は、π／２−（Δ₁＋Δ₂）≦θ≦π／２−｜Δ₁−Δ₂｜，π／２＋｜Δ₁−Δ₂｜≦θ≦π／２＋（Δ₁＋Δ₂）となるが、連続した角度範囲内で任意の方位角θを取り得るようにするためには、Δ₁＝Δ₂，０≦α≦２πおよび０≦β≦πと満たす必要がある。このため、真空チャンバ１０では、第１角度Δ₁と第２角度Δ₂とが同一に定められる。また、上述のように、第１駆動装置２１５は、第１回転部材２１０を第１軸Αの周りに正方向および逆方向の双方に第１支持部材２１１に対して自在に回転させることができるように構成され、第２駆動装置２２５は、第２回転部材２２０を第２軸Βの周りに正方向および逆方向の双方に第２支持部材２２１に対して自在に回転させることができるように構成される。

これにより、真空チャンバ１０では、第１および第２駆動装置２１５，２２５によって第１および第２回転部材２１０，２２０を第１または第２支持部材２１１，２２１に対して回転させることで、分光器３の回動に応じて、フランジ部１２ｂが外部に露出する出射部１２を第３軸Γの延在方向における上記交点Ｏから当該出射部１２までの長さ（例えば、第３軸Γの延在方向における交点Ｏからフランジ部１２ｂの端面までの距離）を曲率半径とする球冠の表面上の任意の位置に精度よく位置決めすることが可能となる。更に、第３駆動装置２３５によって出射部１２を第３支持部材２３１に対して回転させることで、第１および第２回転部材２１０，２２０の回転に伴って発生する出射部１２（およびベローズ４）の第３軸Γの周りにおける捩れを解消することができる。この結果、分光器３の回動に応じて出射部１２をより適正な位置へと移動させて、軟Ｘ線発光分光システム１による測定をスムースに実行することが可能となる。更に、出射部１２に集光器５が装着される場合には、第１から第３駆動装置２１５，２２５，２３５の少なくとも何れかを作動させて分光器３に対する集光器５の位置を微調整することができる。

また、真空チャンバ１０では、第１回転機構２１の第１支持部材２１１が容器本体１５の開放端１５ｅに密に接合され、第１回転部材２１０と第１支持部材２１１との間、第２回転部材２２０と第２支持部材２２１との間、および出射部１２と第３支持部材２３１との間にＯリング２１３，２２３または２３３が配置されている。これにより、第１および第２回転部材２１０，２２０並びに出射部１２が回転しても、真空チャンバ１０の内部を超高真空状態に保つことが可能となる。

更に、真空チャンバ１０では、第１駆動装置２１５をＯリング２１３や第１支持部材２１１よりも外側に配置し、第２駆動装置２２５をＯリング２２３や第２支持部材２２１よりも外側に配置し、かつ第３駆動装置２３５をＯリング２１３や第３支持部材２３１よりも外側に配置することができる。従って、真空チャンバ１０の内部容積を充分に確保しつつ、真空チャンバ１０の全体をよりコンパクト化することが可能となる。そして、真空チャンバ１０がコンパクト化されることにより、試料Ｓの発光点から分光器３までの距離を短くし、それにより取り込み角度を大きくして分光器３の測定効率を向上させることができる。

以上説明したように、本開示の真空チャンバ１０では、位置決め装置２０により分光器３の回動に応じて出射部１２を３次元空間のより適正な位置に精度よく位置決めすると共に内部を良好な真空状態に保つことができる。なお、真空チャンバ１０では、第１角度Δ₁と第２角度Δ₂とが同一に定められるが、これに限られるものではない。すなわち、方位角θの連続性が無くなることにはなるが、第１角度Δ₁と第２角度Δ₂とが互いに異なるように定められてもよい。また、真空チャンバ１０の構成は、例えば空気以外の気体が封入される密閉容器に適用されてもよい。更に、上述の第１から第３駆動装置２１５，２２５および２３５は、ウォームギヤ機構２１６，２２６，２３６の代わりに、ウォームギヤ機構以外のギヤ機構や、巻き掛け伝動機構、ローラ伝動機構等を含むものであってもよい。また、真空チャンバ１０の位置決め装置２０は、それ自体単独で、対象物を３次元空間で位置決めする装置として用いられてもよい。

そして、本開示の発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の外延の範囲内において様々な変更をなし得ることはいうまでもない。更に、上記実施形態は、あくまで発明の概要の欄に記載された発明の具体的な一形態に過ぎず、発明の概要の欄に記載された発明の要素を限定するものではない。

本開示の発明は、位置決め装置や密閉容器、真空チャンバの製造産業等において利用可能である。

１ 軟Ｘ線発光分光システム、２ 高輝度放射光源、３ 分光器、３ａ 回転軸、４ ベローズ、５ 集光器、１０ 真空チャンバ、１１ 入射部、１２ 出射部、１２ａ 筒状部、１２ｂ フランジ部、１２ｏ 中心孔、１５ 容器本体、１５ｃ 蓋体、１５ｅ 開放端、１５ｆ フランジ部、１７ ステージ、２０ 位置決め装置、２１ 第１回転機構、２１０ 第１回転部材、２１０ａ 筒状部、２１０ｂ フランジ部、２１０ｃ シェル部、２１１ 第１支持部材、２１１ｒ 第１固定部材、２１３ Ｏリング、２１４ 軸受、２１５ 第１駆動装置、２１６ ウォームギヤ機構、２１７ ウォーム、２１８ ウォームホイール、２２ 第２回転機構、２２０ 第２回転部材、２２０ａ 筒状部、２２０ｂ 天板部、２２０ｃ 開口、２２１ 第２支持部材、２２１ｒ 第２固定部材、２２３ Ｏリング、２２４ 軸受、２２５ 第２駆動装置、２２６ ウォームギヤ機構、２２７ ウォーム、２２８ ウォームホイール、２３ 第３回転機構、２３１ 第３支持部材、２３１ｅ 延出部、２３１ｒ 第３固定部材、２３３ Ｏリング、２３４ 軸受、２３５ 第３駆動装置、２３６ ウォームギヤ機構、２３７ ウォーム、２３８ ウォームホイール、５０ 制御装置、Ｍ１ 第１駆動モータ、Ｍ２ 第２駆動モータ、Ｍ３ 第３駆動モータ、Ｏ 交点、Ｓ 試料、Α 第１軸、Β 第２軸、Γ 第３軸。

Claims (7)

1. 対象物を３次元空間で位置決めする位置決め装置であって、
   第１回転部材と、前記第１回転部材を該第１回転部材の中心軸である第１軸の周りに回転自在に支持する第１支持部材と、前記第１回転部材を前記第１支持部材に対して前記第１軸の周りに回転させる第１駆動装置とを含む第１回転機構と、
   第２回転部材と、前記第２回転部材を該第２回転部材の中心軸である第２軸の周りに回転自在に支持すると共に、前記第２軸が前記第１軸に対して第１の角度だけ傾斜して該第１軸と交差するように前記第１回転部材に固定される第２支持部材と、前記第２回転部材を前記第２支持部材に対して前記第２軸の周りに回転させる第２駆動装置とを含む第２回転機構と、
   前記第２回転部材に固定されると共に、前記対象物を前記第２軸に対して第２の角度だけ傾斜して前記第１軸と前記第２軸との交点を通る第３軸上に支持する第３支持部材と、
   を備える位置決め装置。
2. 請求項１に記載の位置決め装置において、前記第１の角度と前記第２の角度とが同一である位置決め装置。
3. 請求項１または２に記載の位置決め装置において、
   前記第３支持部材は、前記対象物を前記第３軸の周りに回転自在に支持し、
   前記対象物を前記第３支持部材に対して前記第３軸の周りに回転させる第３駆動装置を更に備える位置決め装置。
4. 請求項１から３の何れか一項に記載の位置決め装置を備えた密閉容器であって、
   前記第１回転機構の前記第１支持部材が密に接合される開放端を有する容器本体と、
   前記第１回転部材と前記第１支持部材との間に配置された第１シール部材と、
   前記第２回転部材と前記第２支持部材との間に配置された第２シール部材と、
   を備え、
   前記対象物は、少なくとも一部が前記密閉容器の外部に露出するように前記第３支持部材により支持される密閉容器。
5. 放射光の入射部と、前記放射光が照射される試料を支持するステージと、前記試料からの発光を通過させる出射部とを有する真空チャンバであって、
   前記入射部を有すると共に少なくとも一端が開放された容器本体と、
   第１回転部材と、前記容器本体の開放端に密に接合されると共に前記第１回転部材を該第１回転部材の中心軸である第１軸の周りに回転自在に支持する第１支持部材と、前記第１回転部材と前記第１支持部材との間に配置された第１シール部材と、前記第１回転部材を前記第１支持部材に対して前記第１軸の周りに回転させる第１駆動装置とを含む第１回転機構と、
   第２回転部材と、前記第２回転部材を該第２回転部材の中心軸である第２軸の周りに回転自在に支持すると共に、前記第２軸が前記第１軸に対して第１の角度だけ傾斜して該第１軸と交差するように前記第１回転部材に密に接合される第２支持部材と、前記第２回転部材と前記第２支持部材との間に配置された第２シール部材と、前記第２回転部材を前記第２支持部材に対して前記第２軸の周りに回転させる第２駆動装置とを含む第２回転機構と、
   前記出射部を、少なくとも一部が前記密閉容器の外部に露出するように、前記第２軸に対して第２の角度だけ傾斜して前記第１軸と前記第２軸との交点を通る第３軸と同軸かつ前記第３軸の周りに回転自在に支持すると共に、前記第２回転部材に密に接合される第３支持部材と、前記出射部と前記第３支持部材との間に配置された第３シール部材と、前記出射部を前記第３支持部材に対して前記第３軸の周りに回転させる第３駆動装置とを含む第３回転機構と、
   を備える真空チャンバ。
6. 請求項５に記載の真空チャンバにおいて、
   前記出射部は、ベローズを介して分光器に連結され、
   前記分光器は、前記放射光の入射方向および前記第１軸の双方と直交する方向に延びる回転軸の周りに回転させられる真空チャンバ。
7. 請求項５または６に記載の真空チャンバにおいて、前記第１、第２および第３回転機構は、中空型回転導入機である真空チャンバ。

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