JP5005461B2 - 分析装置 - Google Patents

Description

この発明は、Ｘ線や電子線などを照射してサンプルの定量・定性分析を行う分析装置１００に関するものである。

従来、Ｘ線源から射出されるＸ線を、Ｘ線導管によって絞り、微小スポット径にしてサンプルに照射するようにしたＸ線分析顕微鏡と称される分析装置が知られている。そして、この種のＸ線分析顕微鏡の一つとして、特許文献１に示すように、長さの異なる２つのＸ線導管を保持部材に保持させておき、それらＸ線導管のいずれかを選択的に使用できるように、前記保持部材を切替移動可能に構成したものが開発されている。

ところで、この保持部材の切替機構として、電動モータなどのアクチュエータを用いた自動駆動方式のものが考えられている。この自動駆動方式では、所定位置に固定した２つのストッパのいずれかに、電動シリンダや電動モータなどを用いて前記保持部材を押しつけることにより、Ｘ線導管の一方が使用位置に保持されるように構成されている。
特開２００１−８５１９２号公報

しかしながら、このようなストッパに保持部材を当てて位置決めするという機械的な機構のものは、位置決め精度が高く、かつ短時間で位置決めを行えるという利点はあるものの、保持部材をアクチュエータでストッパに押し続けるという、アクチュエータにとってみれば過負荷状態での作動が続くため、その耐久性や性能面において信頼性の低いものとなる。

これに対し、リミットスイッチや非接触センサなどを用いて、電気的に位置をセンシングし、そこでアクチュエータを停止させる方法も考えられるが、位置決め精度が悪く、特に顕微鏡など、高い位置分解能が必要とされるものにおいては、無理のある構成であるとともに、センシングエラーによる誤動作の恐れも多分にある。

本発明は、こういった問題点を解決すべくなされたものであって、その主たる所期課題は、分析に用いる光学要素の切り替え時に、各光学要素の高い精度での位置決めを迅速に行えるとともに、その切り替えのための駆動機構に過負荷が作用しにくく、誤動作をも抑制できる分析装置を提供することにある。

すなわち本発明に係る分析装置は、筐体と、その筐体の内部に収容されて、分析に用いるエネルギ線を射出するエネルギ線源と、前記筐体の内部に収容された一対の光学要素及びそれら光学要素を保持する保持体と、前記保持体を、一方の光学要素が前記エネルギ線の通過パス上に位置付けられる第１位置及び他方の光学要素が前記通過パス上に位置付けられる第２位置に切替駆動する切替機構とを備えており、その切替機構が、以下の構成からなることを特徴とするものである。
１．前記保持体を移動可能に支持する支持機構
２．前記保持体に当接し、その移動範囲を前記第１位置と第２位置との間に規制する規制部材
３．前記筐体に取り付けられて保持体を前記第１位置に弾性付勢する第１弾性体
４．前記筐体にスライド可能に取り付けられたものであって、押圧端を有し、その押圧端を、前記第１弾性体による弾性付勢力に対向する方向から保持体に押し当てる押圧体
５．前記筐体に取り付けられて、前記第１弾性体による弾性付勢力とは逆向きでそれよりも強い弾性付勢力を前記押圧体に与える第２弾性体
６．前記押圧体に対して当該押圧体のスライド方向と同方向に進退可能に取り付けられたものであって、当接端を有し、当該当接端を前記第２弾性体による弾性付勢力によって筐体に押し当てた状態で前記押圧体に対して進退することにより、当該押圧体をスライド駆動する駆動機構

このような構成において、保持体が第１位置と第２位置との間にある中間状態では、保持体は、第１弾性体からの弾性付勢力によって押圧体の押圧端に押しつけられた状態となるため、前記押圧体のいずれかの方向へのスライド移動に対してもこれに追随して移動する。また、この中間状態において、第２弾性体による押圧体を介して駆動機構に作用する弾性付勢力は、第１弾性体による保持体、押圧体を介して駆動機構に作用する逆向きの弾性付勢力よりも大きいため、駆動機構はその当接端を筐体に押圧接触させた状態となる。

しかしてこの状態下、保持体を第１位置から第２位置に向かって移動させる場合を考える。押圧体を第２位置に向かって駆動すると、押圧体は第１弾性体の弾性付勢力に逆らって保持体を押し、第２位置に到達させる。保持体は、前記規制部材によって第２位置を超えては移動できないため、押圧体の移動はこの第２位置で停止する。このとき保持体には、第２弾性体の弾性付勢力から第１弾性体の弾性付勢力を引いた力が作用し、その力で固定されることとなる。一方、駆動機構は、本発明では、筐体ではなく押圧体に取り付けられているため、前記第２位置で押圧体が停止しても、押圧体に対して相対的に移動を続ける。つまり、当初筐体に接触していた駆動機構の当接端が筐体から離れ、駆動機構自身が移動することとなる。

次に、保持体を第２位置から第１位置に向かって移動させる場合を考える。この場合、押圧体は第１弾性体の弾性付勢力を受圧しながら、その弾性付勢力の作用する方向に動き、第１位置に保持体を到達させる。保持体は、この第１位置を超えては前記規制部材によって移動できないが、押圧体は、その押圧端を保持体から離間させて移動を続けることとなる。ところで、押圧体の押圧端が保持体から離れても、保持体には、第１弾性体からの弾性付勢力が作用しており、その力でこの第１位置に押しつけられて保持される。

つまり、このような構成によれば、保持体は、第１位置及び第２位置に、規制部材による機械的な接触によって位置決めされ、第１弾性体又は第２弾性体による弾性力で、その第１位置及び第２位置に保持されることとなる。したがって、保持体を、第１位置及び第２位置に、誤動作なく正確かつ確実に停止・保持させることができる。
一方、保持体を駆動している押圧体及び駆動機構は、保持体の規制部材による移動停止後も動作可能であり、最終的な動作範囲内で動作を停止させさえすれば、過負荷駆動を防止でき、耐久性や性能面等における信頼性向上を図れる。またその動作停止位置も所定範囲内で行えばよく、シビアな位置設定が不要で組み立て等の簡単化を図れる。

その最終的な動作範囲を規定する具体的態様としては、前記保持体が第２位置から第１位置に到達した後の前記押圧体の移動を、当該押圧体に当接することにより、予め定めた所定範囲に規制する第１最終規制部材と、前記保持体が第１位置から第２位置に到達し、保持体及び押圧体の移動が停止した後の前記駆動機構の移動を、当該駆動機構に当接することにより、予め定めた所定範囲に規制する第２最終規制部材と、を備えているものを挙げることができる。

前記最終規制部材で機械的に駆動機構の動作を停止される前に、積極的に駆動機構への動力停止を行い、当該駆動機構に過負荷が作用することを可及的に防止するには、前記保持体が第２位置から第１位置に到達した時点での押圧体の位置である第１中間到達位置及び押圧体が前記第１最終規制部材に当接する位置である第１最終到達位置の間に、当該押圧体が存在することを検出する第１位置検知手段と、前記保持体が第１位置から第２位置に到達した時点での駆動機構の位置である第２中間到達位置及び駆動機構が前記第２最終規制部材に当接する位置である第２最終到達位置の間に、当該駆動機構が存在することを検出する第２位置検知手段と、をさらに設け、第１位置検知手段によって押圧体の位置が検出されたとき及び第２位置検知手段によって駆動機構の位置が検出されたときには、駆動機構への動力供給を停止し得るように構成しているものが好ましい。
駆動機構の好ましい具体的態様としては、電動モータと、その電動モータに接続されて回転する雄ねじ部材とを、有し、前記押圧体に設けた雌ねじ孔に前記雄ねじ部材を螺合させるとともに、その雄ねじ部材の先端を当接端として筐体に押し当て得るように構成したものを挙げることができる。

以上に述べたように、本発明によれば、保持体、つまり光学要素は、機械的接触により第１位置及び第２位置で移動停止するため、その第１位置及び第２位置での、精度良く、しかも誤動作のない確実で迅速な位置決めを行うことができ、結果として精度の高い分析が可能になる。一方、駆動機構は、その第１位置及び第２位置において、動力を供給された状態で機械的な手段による強制的な動作停止がなされるといった事態が生じないため、過負荷駆動を防止でき、耐久性や性能面等における信頼性向上を図ることができるようになる。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る分析装置１００は、サンプルＳに一次Ｘ線を照射し、その際に発生する蛍光Ｘ線を測定することにより、サンプルＳに係る物性等の定性・定量分析を行うＸ線分析顕微鏡と称されるものであって、その模式的な全体斜視図を図１、内部構造を示す模式的断面図を図２に示すように、サンプルＳを内部に収容する真空容器１０１と、サンプルＳを分析するための分析部１０２とを具備している。

真空容器１０１は、図１、図２に示すように、サンプルＳの搬出入のための開口部を有した容器本体１０１ａと、その開口部を閉止するための蓋体１０１ｂとを有している。この容器本体１０１ａの内部には、ＸＹＺ方向に移動可能な可動ステージＡが設けてあり、その可動ステージＡ上に前記サンプルＳが載置される。

分析部１０２は、図３等に示すように、下方に開口する中空の筐体１と、その筐体１内の上部に収容されるとともに前記開口に向かって、一次Ｘ線を射出するＸ線源２とを有したものである。また、筐体１内におけるＸ線源２と前記開口との間には、光学要素である一対のＸ線導管３１、３２と、それらＸ線導管３１、３２を並列した状態で保持する保持体４とをさらに設けている。

Ｘ線導管３１、３２は、内面を回転放物面状の反射面とした細い管状のものであり、基端から導入した一次Ｘ線を、先端から射出してサンプルＳ上で異なるスポット径で集光させ、又は絞る。この実施形態では、互いに長さの異なる一対のＸ線導管３１、３２を設け、集光スポット径の大きい方の、短いＸ線導管３２とサンプルとの間には、分析ノイズ成分除去のため、光学フィルタＦが介在するように構成している。保持体４は、これら一対のＸ線導管３１、３２を互いに平行な並列状態で保持するブロック状のものである。

しかしてこの実施形態では、前記保持体４を、一方のＸ線導管３１がＸ線の通過パス上に位置付けられる第１位置（図３参照）と、他方のＸ線導管３２が前記通過パス上に位置付けられる第２位置（図５参照）とのいずれかに切替駆動する切替機構ＳＬを設けている。なお、図２では、切替機構ＳＬは、筐体１の背面に隠れて図示されていない。

以下、この切替機構ＳＬの基本構成につき、図３等を参照して説明する。
この切替機構ＳＬは、前記保持体４を支持する一対の板バネ５と、保持体４の移動範囲を前記第１位置と第２位置との間に規制する規制部材たる一対のストッパ６１、６２と、保持体４を押圧する押圧体８と、前記押圧体８をスライド駆動する駆動機構７と、を具備したものである。

各部を詳述する。
板バネ５は、請求の範囲で定義した支持機構及び第１弾性体として機能を果たすものであり、互いにほぼ平行な状態で、一端縁を筐体に、他端縁を保持体４に取り付けられている。そして、前記保持体４を、Ｘ線導管３１、３２の並ぶ方向にほぼ沿って直線的に進退移動可能に支持する。なお、厳密には、板バネ５の湾曲により、保持体４の移動軌跡は完全な直線状にはならないが、測定の観点から実質的に直線移動するものと見なし得る。また、これら板バネ５は、前記移動範囲内では常に弾性変形した状態となるように設定してあり、保持体４は、これら板バネ５から前記第１位置に向かう弾性付勢力を常に受圧するように構成されている。

ストッパ６１、６２は、例えば、筐体１の対向する側壁からそれぞれ内方に突出するように取り付けたピン状のものであり、ネジを用いてその内方先端位置を調整できるようにしてもよい。そして、このストッパ６１、６２に保持体４を当接させることで、保持体４の移動範囲を前記第１位置と第２位置との間に規制するように構成している。

押圧体８は、直線円柱状をなし、前記筐体１の側壁にスライド可能に貫通するものである。そして、筐体１の内部に突出させたその先端たる押圧端８ａを、板バネ５による弾性付勢力に対向する方向から保持体４に押し当てるように構成してある。一方、この押圧体８における筐体１の外部に位置する部分には、押圧体８の延伸方向と直交する板状の第１スライドベース８１が、止めネジ８１ａなどによって固定されている。この第１スライドベース８１と筐体１との間には、第２弾性体であるコイルバネ９が取り付けられている。このコイルバネ９は、第１スライドベース８１を筐体１側に引き付ける弾性付勢力を作用させるが、その弾性付勢力は、この切替機構ＳＬの動作範囲内において、前記板バネ５による弾性付勢力と逆向きでそれよりも強くなるように設定されており、第１スライドベース８１を介して押圧体８に伝達される。さらにこの第１スライドベース８１には、前記光学フィルタＦを支持するフィルタ支持機構ＦＳが取り付けられていて、この第１スライドベース８１と同期して移動するように構成されている。なお、図３等における符号８２は、第１スライドベース８１に前記押圧体８と平行となるように取り付けられた補助ロッドである。

駆動機構７は、筐体１から見て前記第１スライドベース８１より外側において、前記押圧体８と補助ロッド８２とにスライド可能に取り付けられた第２スライドベース７１と、回転軸が押圧体８と平行となるように前記第２スライドベース７１に固定された電動モータ７２と、その電動モータ７２の回転軸に連結されるとともに、前記第１スライドベース８１を貫通する雌ねじ孔７３に螺合貫通して、その先端たる当接端７ａを筐体１に押し当て可能に構成した雄ねじ部材７４とを備えたものである。

次に、このような構成における切替機構ＳＬの動作について、図３〜図７を参照して説明する。
まず、図７に示すように、保持体４が第１位置と第２位置との間にある中間状態では、保持体４は、板バネ５からの弾性付勢力によって押圧体８の押圧端８ａに押しつけられた状態となるため、前記押圧体８のいずれかの方向へのスライド移動に対してもこれに追随して移動する。

また、この中間状態において、コイルバネ９による第１スライドベース８１を介して駆動機構７を筐体１に引き付ける弾性付勢力は、板バネ５による保持体４及び押圧体８を介して駆動機構７を筐体１から引き離そうとする弾性付勢力よりも大きいため、駆動機構７は、その当接端７ａを筐体１に押圧接触させた状態となる。

しかして、この中間状態から保持体４を第１位置に向かって移動させる場合には、雄ねじ部材７４を、第１スライドベース８１から筐体１側への突出長さが長くなる向きに、電動モータ７２により回転させる。前述したように、駆動機構７の当接端７ａは、筐体１に押圧接触した状態を保つ一方、駆動機構７は筐体１に対して移動しないのであるから、相対的に押圧体８が、筐体１の内部から外部に出る向きに移動し、保持体４は、その押圧端８ａの動きに追随して第１位置に向かって移動する。

そして図３に示す第１位置に到達すると、保持体４は、ストッパ６２によってそれ以上移動できなくなり、停止する。このとき保持体４には、板バネ５の弾性付勢力が作用し、その力でストッパ６２に狭圧固定されることとなる。このときの押圧体８の位置を第１中間到達位置とする。

一方、ここから雄ねじ部材７４がさらに同方向に回転を続けると、押圧体８は、その押圧端８ａを保持体４から離間させて、さらに外方に向かって移動する。最終的には、図４に示すように、第１スライドベース８１が、第２スライドベース７１に設けた第１最終規制部材たる第１最終ストッパ１０ａに当接し、それ以上の押圧体８の移動を機械的に禁止する。このときの押圧体８の位置を第１最終到達位置とする。

ところで、この実施形態では、第１位置検知手段である電気的な位置センサ（第１位置センサ）Ｓ１を配置して、押圧体８の位置を検出し、前記第１中間到達位置と第１最終到達位置との間の適宜な位置で、電動モータ７２への電流を遮断して駆動機構７を停止させるようにしている。

次に、図７に示した前記中間状態から、保持体４を第２位置に向かって移動させる場合を考える。

まず、雄ねじ部材７４を、第１スライドベース８１から筐体１側への突出長さが短くなる向きに電動モータ７２により回転させる。前述同様、駆動機構７の当接端７ａは、筐体１に押圧接触した状態を保つ、つまり駆動機構７は筐体１に対して移動しないのであるから、相対的に押圧体８が、筐体１の内部に没入するように移動し、その先端である押圧端８ａによって保持体４を第２位置に向かって移動させる。

このようにして保持体４が第２位置に到達すると、図５に示すように、ストッパ６１によって保持体４及び押圧体８は、それ以上移動できなくなり停止する。このとき保持体４には、コイルバネ９の弾性付勢力から板バネ５の弾性付勢力を引いた力が作用し、その力で保持体４はストッパ６１に狭圧固定されることとなる。このときの駆動機構７の位置を第２中間到達位置とする。

一方、この状態からさらに同方向に雄ねじ部材７４が回転を続けると、その作用で押圧体８と駆動機構７の相対移動は引き続いて行われる一方、押圧体８は停止しているのだから、今度は、駆動機構７自身がコイルバネ９の弾性付勢力に逆らって筐体１から離れる向きに移動する。このとき、雄ねじ部材７４の当接端７ａは筐体１から離間する。そして最終的には、図６に示すように、例えば押圧体８及び補助ロッド８２に固定した第２最終規制部材たる第２最終ストッパ１０ｂに、第２スライドベース７１が当接し、それ以上の駆動機構７の移動を機械的に禁止する。このときの駆動機構７の位置を第２最終到達位置とする。

しかしてこの実施形態では、前記同様、第２位置検知手段である電気的な位置センサ（第２位置センサ）Ｓ２によって駆動機構７の位置を検出し、前記第２中間到達位置と第２最終到達位置との間の適宜な位置で、電動モータへの電流を遮断して駆動機構７を停止させるようにしている。

また、仮に、位置センサＳ１、Ｓ２が誤動作乃至故障などして作動せず、駆動機構７が第１又は第２最終到達位置にまで移動した場合には、過負荷により電動モータ７２への電流量が大きくなるので、この電流値を図示しない電流検出センサにより検出して、電動モータ７２への電流を遮断するようにしている。

つまり、このような構成によれば、保持体４は、第１位置及び第２位置に、ストッパ６１、６２による機械的な接触によって位置決めされ、板バネ５又はコイルバネ９による弾性力で、その第１位置及び第２位置に保持されることとなる。したがって、保持体４を、第１位置及び第２位置に、誤動作なく正確かつ確実に停止・保持させることができる。

一方、保持体４を駆動している押圧体８及び駆動機構７は、保持体４の規制部材６１、６２による移動停止後も動作可能であるところ、第１又は第２最終到達位置に至るまでに、位置センサＳ１、Ｓ２で押圧体８又は駆動機構７の位置を検出し、駆動機構７への動力供給を停止するようにしているので、過負荷駆動を防止でき、耐久性や性能面等における信頼性向上を図れる。

また、仮に前記位置センサＳ１、Ｓ２に誤動作や故障が生じても、最終ストッパ１０ａ、１０ｂによって機械的に駆動機構７の移動を停止できるうえ、このときに流れる過大電流を検出して駆動機構７への電流を即座に遮断するので、言わば二重に動作停止を行うことができ、動作の信頼性を大きく向上できる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
駆動機構に関して言えば、前記実施形態のように、電動モータを用いたネジ送り機構のみならず、液圧シリンダなどを利用してもよい。また、前記実施形態では板バネ５により保持体を保持していたが、保持体をレールなどのスライド案内機構で保持するとともに、その保持体に別途、例えばコイルバネ状の第１弾性体を取り付けても構わない。さらに、前記実施形態のような板バネを用いてこれを支持機構としてのみ用い、別途、第１弾性体として、保持体と筐体との間に圧縮又は引張コイルバネを設けるようにしてもよい。

加えて、かかる切替機構は、Ｘ線導管の切り替えのみならず、種々の分析装置に用いられる他の光学要素に適用しても構わないし、広く言えば、保持体に保持され、切り替えを必要とする一対の切替対象物に対し、この切替機構を適用して構わない。

その他、本発明は前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

本発明の一実施形態に係る分析装置の全体斜視図。 同実施形態における分析装置の内部構造を示す縦断面図。 同実施形態における分析部の主要内部構造を示すとともに、切替機構の動作を説明する動作説明図。 同実施形態における分析部の主要内部構造を示すとともに、切替機構の動作を説明する動作説明図。 同実施形態における分析部の主要内部構造を示すとともに、切替機構の動作を説明する動作説明図。 同実施形態における分析部の主要内部構造を示すとともに、切替機構の動作を説明する動作説明図。 同実施形態における分析部の主要内部構造を示すとともに、切替機構の動作を説明する動作説明図。

符号の説明

１００・・・分析装置
１・・・筐体
２・・・エネルギ線源（Ｘ線源）
３１、３２・・・光学要素（Ｘ線導管）
４・・・保持体
ＳＬ・・・切替機構
５・・・支持機構及び第１弾性体（板バネ）
６１、６２・・・規制部材（ストッパ）
７・・・駆動機構
７ａ・・・当接端
７２・・・電動モータ
７３・・・雌ねじ孔
７４・・・雄ねじ部材
８・・・押圧体
８ａ・・・押圧端
９・・・第２弾性体（コイルバネ）
１０ａ・・・第１最終規制部材（第１最終ストッパ）
１０ｂ・・・第２最終規制部材（第２最終ストッパ）
Ｓ１・・・第１位置検知手段（第１位置センサ）
Ｓ２・・・第２位置検知手段（第２位置センサ）

Claims (4)

1. 筐体と、
   分析に用いるエネルギ線を射出するエネルギ線源と、
   前記筐体の内部に収容された一対の光学要素及びそれら光学要素を保持する保持体と、
   前記保持体を、一方の光学要素が前記エネルギ線の通過パス上に位置付けられる第１位置と、他方の光学要素が前記通過パス上に位置付けられる第２位置とに切替駆動する切替機構と、を備えており、
   その切替機構が、
   前記保持体を移動可能に支持する支持機構と、
   前記保持体に当接し、その移動範囲を前記第１位置と第２位置との間に規制する規制部材と、
   前記筐体に取り付けられて保持体を前記第１位置に弾性付勢する第１弾性体と、
   前記筐体にスライド可能に取り付けられたものであって、押圧端を有し、その押圧端を、前記第１弾性体による弾性付勢力に対向する方向から保持体に押し当てる押圧体と、
   前記筐体に取り付けられて、前記第１弾性体による弾性付勢力とは逆向きでそれよりも強い弾性付勢力を前記押圧体に与える第２弾性体と、
   前記押圧体に取り付けられて、当該押圧体に対して相対的に進退移動する駆動機構とを具備し、
   前記駆動機構が筐体に離間可能に当接する当接端を有するものであり、
   前記駆動機構の動作に伴って押圧体が筐体に対してスライド移動することによって、該押圧体に押し当てられた前記保持体が移動し、前記第１位置と前記第２位置とに切替固定されるように構成してある分析装置。
2. 前記保持体が第２位置から第１位置に到達した後の前記押圧体の移動を、当該押圧体に当接することにより、予め定めた所定範囲に規制する第１最終規制部材と、
   前記保持体が第１位置から第２位置に到達し、保持体及び押圧体の移動が停止した後の前記駆動機構の移動を、当該駆動機構に当接することにより、予め定めた所定範囲に規制する第２最終規制部材と、をさらに備えている請求項１記載の分析装置。
3. 前記保持体が第２位置から第１位置に到達した時点での押圧体の位置である第１中間到達位置と、押圧体が前記第１最終規制部材に当接する位置である第１最終到達位置との間に、当該押圧体が存在することを検出する第１位置検知手段と、
   前記保持体が第１位置から第２位置に到達した時点での駆動機構の位置である第２中間到達位置と、駆動機構が前記第２最終規制部材に当接する位置である第２最終到達位置との間に、当該駆動機構が存在することを検出する第２位置検知手段と、をさらに備え、
   第１位置検知手段によって押圧体の位置が検出されたとき及び第２位置検知手段によって駆動機構の位置が検出されたときには、駆動機構への動力供給を停止し得るように構成している請求項１又は２記載の分析装置。
4. 駆動機構が、電動モータと、その電動モータに接続されて回転する雄ねじ部材とを、有し、前記押圧体に設けた雌ねじ孔に前記雄ねじ部材を螺合させるとともに、その雄ねじ部材の先端を当接端として筐体に押し当て得るように構成したものである請求項１乃至３いずれか記載の分析装置。