JP5555981B2 - 試料交換機及びｘ線回折装置 - Google Patents

Description

本発明は、試料交換機及びそれを用いたＸ線回折装置に関する。

Ｘ線回折装置において、試料交換機（サンプルチェンジャ）に複数の試料を配置し、複数の試料から測定対象を自動的に選択し測定を行うものがある（例えば、特許文献１参照。）。

試料交換機としては、複数の試料が載置された回転板を回転させ、試料位置を移動させる機構と、測定位置の試料軸を回転させる機構を有するものが知られている。ここで、試料位置を移動させる機構及び試料軸を回転させる機構の双方がギア駆動方式のものがある。この場合、試料軸を回転させる機構において、モータの駆動軸に接続された伝達機構のギアの歯と、試料軸に接続されたギアの歯とがあたり試料の位置ずれが発生する場合がある。

又、試料軸を回転させる機構のモータ側の伝達機構のギアと、試料軸側の伝達機構のギアに、ギアを着脱するための噛み合い着脱機構を備えたものがある。この場合、上述したようなギアの歯同士があたる問題は軽減できるものの、複雑な機構が必要となる。

又、試料位置を移動させる機構がギア駆動方式で、試料軸を回転させる機構がゴム接触方式のものがある。この場合、試料軸を回転させる機構のモータに接続された伝達機構及び試料軸側の伝達機構の一方又は双方にゴムを巻いて接触させるのでギアの歯があたる問題はないが、ゴムの寿命及び伸縮のため正確な回転数が保てない。
特開平１１−１９０６８４号公報

本発明の目的は、試料を交換する際に、複雑な機構を用いずに試料の位置ずれを抑制でき、且つ試料軸の正確な回転数を保つことができる試料交換機及びＸ線回折装置を提供することである。

本発明の第１の態様によれば、（イ）それぞれ第１の回転軸の周りを回転可能な複数の試料台を、後述する複数の受動磁石配列ユニットと同じく後述する駆動磁石配列ユニットとが接触しない第２の回転軸の円周上に沿って順に配列した円板状の回転板と、（ロ）複数の試料台を測定位置に逐次回転移動するように、回転板を第２の回転軸を中心として回転させる試料位置逐次移動機構と、（ハ）複数の試料台に第１の回転軸上に設けられた試料台駆動棒を介してそれぞれ接続された複数の受動磁石配列ユニットであって、極性の異なる複数の第１の磁石の作用極を第１の回転軸の延長線を中心軸とする円周面上に交互に周期的に配列した複数の受動磁石配列ユニットと、（ニ）逐次回転移動に伴い、測定位置の試料台に接続された受動磁石配列ユニットに逐次、選択的に結合する位置に配置され、極性の異なる複数の第２の磁石の作用極を第３の回転軸を中心軸とする円周面上に交互に周期的に配列し、第３の回転軸を中心として回転する駆動磁石配列ユニットと、（ホ）駆動磁石配列ユニットを回転させる試料台回転駆動部とを備える試料交換機が提供される。本発明の第１の態様に係る試料交換機では、複数の受動磁石配列ユニットのそれぞれの回転する中心軸と、駆動磁石配列ユニットの回転する第３の回転軸とが互いに異なり且つ平行であり、第１及び第２の磁石間の磁力を介して、測定位置の試料台に接続された受動磁石配列ユニットを、駆動磁石配列ユニットが回転させる。

本発明の第２の態様は、第１の態様で説明した試料交換機と、測定位置の試料台に搭載された試料に対して逐次選択的に測定を行う測定部と、試料交換機及び測定部を収納するＸ線防護ケースを備え、複数の受動磁石配列ユニットのそれぞれの回転する中心軸と、駆動磁石配列ユニットの回転する第３の回転軸とが互いに異なり且つ平行であり、第１及び第２の磁石間の磁力を介して、測定位置の試料台に接続された受動磁石配列ユニットを駆動磁石配列ユニットが回転させるＸ線回折装置が提供される。

本発明によれば、試料を交換する際に、複雑な機構を用いずに試料の位置ずれを抑制でき、且つ試料軸の正確な回転数を保つことができる試料交換機及びＸ線回折装置を提供することができる。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

（Ｘ線回折装置及び試料交換機）
本発明の実施の形態に係るＸ線回折装置は、図１及び図２に示すように、複数の試料９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆ，９ｇ，９ｈを交換しながら測定位置に移動させる試料交換機３と、測定位置の試料（図１では試料９ａ）に対して測定を行う測定部５と、試料交換機３による試料９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆ，９ｇ，９ｈの交換及び測定部５による測定を制御する制御装置１と、試料交換機３、測定部５及び制御装置１を収納するＸ線防護ケース（筐体）２を備える。

制御装置１は中央演算処理装置（ＣＰＵ）等である。制御装置１には入力装置及び出力装置等が必要に応じて接続されていても良い。又、図示を省略するが、Ｘ線防護ケース２にはシャッター等の必要な部品が設けられているのは勿論である。

本発明の実施の形態に係る試料交換機３は、図１及び図２に示すように、それぞれ第１の回転軸の周りを回転可能な複数の試料台１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ，１０ｈを、第２の回転軸の円周上に沿って配列した円板状の回転板４と、試料台１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ，１０ｈを逐次測定位置に移動するように第２の回転軸を中心として、回転板４を回転させる試料位置逐次移動機構７と、複数の試料台１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ，１０ｈの第１の回転軸の延長上にそれぞれ接続され極性の異なる複数の第１の磁石の作用極を第１の回転軸の延長線を中心軸とする円周面上に交互に周期的に配列した複数の受動磁石配列ユニット１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈと、逐次回転移動に伴い、測定位置の試料台（図１では試料台１０ａ）に接続された受動磁石配列ユニット１２ａに逐次、選択的に結合する位置に配置され、極性の異なる複数の第２の磁石の作用極を第３の回転軸を中心軸とする円周面上に交互に周期的に配列し、第３の回転軸を中心として回転する駆動磁石配列ユニット８１と、この駆動磁石配列ユニット８１を回転させる試料台回転駆動部８とを備える。そして、本発明の実施の形態に係る試料交換機３は、第１及び第２の磁石間の磁力を介して、測定位置の試料台に接続された受動磁石配列ユニット１２ａを、駆動磁石配列ユニット８１が逐次、選択的に回転させる。

回転板４は円板状であり、複数の試料台１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ，１０ｈを円周上に沿って等間隔で配列する。回転板４の側面をなす円周面上（円周端面上）には受動ギアの歯が設けられている。前述したように、試料９ａを測定位置としたので、試料台１０ａのある位置が測定位置となる。回転板４には回転板支持棒４２が取り付けられている。回転板支持棒４２は、試料交換機３の本体に外周を固定されたベアリング４１によって、試料交換機３の本体に回転自由に固定されている。

試料位置逐次移動機構７は、回転板４の側面をなす円周面上に設けられた受動ギアの歯と噛み合わさり、第４の回転軸を中心に回転する駆動ギア７１と、駆動ギア７１の第４の回転軸と共通の中心軸を有するギア駆動棒７２と、ギア駆動棒７２を回転させる試料位置用モータ７３とを備える。試料位置用モータ７３としてはステップモータ等を用いればよい。

複数の試料台１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ，１０ｈには、それぞれ対応する試料台駆動棒１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈを介して複数の受動磁石配列ユニット１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈがそれぞれ接続されている。

このうち、例えば、受動磁石配列ユニット１２ａを例にとって説明すると、図３に示すように、作用極としてのＮ極が円周面側（作用側）になる磁石３２，３４，３６，３８及び作用極としてのＳ極が円周面側（作用側）になる磁石３１，３３，３５，３７を円周面に沿って交互に周期的に配置され交番磁界を発生している。Ｎ極（作用極）が円周面側（作用側）になる磁石３２，３４，３６，３８及びＳ極（作用極）が円周面側（作用側）になる磁石３１，３３，３５，３７の間にはそれぞれ非磁性の部材３０が配置されている。他の受動磁石配列ユニット１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈの構造も受動磁石配列ユニット１２ａと同様である。

図１に示した駆動磁石配列ユニット８１は、図４に示すように、作用極としてのＮ極が円周面側（作用側）になる磁石２１，２３，２５，２７及び作用極としてのＳ極が円周面側（作用側）になる磁石２２，２４，２６，２８を交互に周期的に配置され、交番磁界を発生している。Ｎ極（作用極）が円周面側（作用側）になる磁石２１，２３，２５，２７及びＳ極（作用極）が円周面側（作用側）になる磁石２２，２４，２６，２８の間にはそれぞれ非磁性の部材２０が配置されている。駆動磁石配列ユニット８１と測定位置の試料９ａに対応する受動磁石配列ユニット１２ａとの間隔は、磁石の種類にもよるが、例えば０．２〜０．５ｍｍ程度である。駆動磁石配列ユニット８１を回転させることにより、駆動磁石配列ユニット８１と受動磁石配列ユニット１２ａとの間の磁力を介して受動磁石配列ユニット１２ａを回転させることができる。

図１に示した試料台回転駆動部８は、駆動磁石配列ユニット８１の回転軸と共通の中心軸を有する回転駆動棒８２と、回転駆動棒８２を回転させる試料軸用モータ８３とを備える。

回転駆動棒８２には、図５に示すように切り欠き部８６が設けられた円盤（センサ止具）８５及び原点センサ８４が取り付けられている。センサ止具８５は回転駆動棒８２に接合しており、回転駆動棒８２の回転と共に回転する。原点センサ８４がセンサ止具８５の切り欠き部８６を検知することにより、試料９ａの試料軸方向の位置座標を検知することができる。このため、回転駆動棒８２を所望の位置まで正確に駆動可能である。

測定部５は、複数の試料９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆ，９ｇ，９ｈのそれぞれ構成する元素の種類や含有量を逐次、選択的に測定する。測定部５は、測定位置の試料９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆ，９ｇ，９ｈに対しＸ線（１次Ｘ線）を逐次、選択的に照射するＸ線源６１と、試料９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆ，９ｇ，９ｈからの蛍光Ｘ線（２次Ｘ線）を逐次、選択的に検出する検出器６２を備える。検出器６２により逐次、選択的に検出された２次Ｘ線は制御装置１において逐次若しくは一括的に分析される。

（測定方法）
次に、本発明の実施の形態に係る試料交換機３を含むＸ線回折装置を用いた測定方法を説明する。

（イ）図１に示した制御装置１からの制御信号により試料位置用モータ７３を駆動することにより、駆動ギア７１が回転し、駆動ギア７１と回転板４の側面の受動ギアの噛み合わせにより回転板４が回転する。測定対象の試料（例えば試料９ａ）が測定位置まで移動した時点で試料位置用モータ７３の駆動を停止する。

（ロ）次に、制御装置１からの制御信号により試料軸用モータ８３を駆動することにより回転駆動棒８２を介して駆動磁石配列ユニット８１が回転する。駆動磁石配列ユニット８１を回転させることにより、図４に示した駆動磁石配列ユニット８１のＮ極（作用極）が円周面側（作用側）になる磁石２１，２３，２５，２７及びＳ極（作用極）が円周面側（作用側）になる磁石２２，２４，２６，２８と、図３に示した受動磁石配列ユニット１２ａのＮ極（作用極）が円周面側（作用側）になる磁石３２，３４，３６，３８及びＳ極（作用極）が円周面側（作用側）になる磁石３１，３３，３５，３７との間の磁力を介して受動磁石配列ユニット１２ａを回転させる。試料９ａの軸が所定の位置に達したら、試料軸用モータ８３の駆動を停止する。

（ハ）次に、制御装置１からの制御信号により測定部５が試料９ａに対して測定を開始する。測定後、次に測定を予定している試料（例えば試料９ｂ）に対して上述した手順と同様に測定を行う。

以上説明したように、従来において試料位置を移動させる機構及び試料軸を回転させる機構の双方がギア駆動方式の場合、試料軸を回転させる機構において、モータの駆動軸に接続された伝達機構のギアの歯と、試料軸に接続されたギアの歯とがあたり試料の位置ずれが発生する可能性がある。これに対して、本発明の実施の形態によれば、受動磁石配列ユニット１２ａを、駆動磁石配列ユニット８１を回転させることにより第１及び第２の磁石間の磁力を介して回転させるので、ギアの歯同士があたることによる試料位置の回転ずれを生じさせることなく、複数の試料９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆ，９ｇ，９ｈの位置の交換及び軸の回転を行うことができる。

又、従来において試料軸を回転させる機構のモータ側の伝達機構のギアと、試料軸側の伝達機構のギアに、ギアを着脱するための噛み合い着脱機構を備える場合、ギアの歯同士があたる問題は軽減できるものの、複雑な機構が必要となる。これに対して、本発明の実施の形態によれば、受動磁石配列ユニット１２ａを、駆動磁石配列ユニット８１を回転させることにより第１及び第２の磁石間の磁力を介して回転させるので、簡単な機構で複数の試料９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆ，９ｇ，９ｈの位置の交換及び軸の回転を行うことができる。

又、従来において試料位置を移動させる機構がギア駆動方式で、試料軸を回転させる機構がゴム接触方式の場合、試料軸を回転させる機構のモータに接続された伝達機構及び試料軸側の伝達機構の一方又は双方にゴムを巻いて接触させるのでギアの歯があたる問題はないが、ゴムの寿命及び伸縮のため正確な回転数が保てなかった。これに対して、本発明の実施の形態によれば、受動磁石配列ユニット１２ａを、駆動磁石配列ユニット８１を回転させることにより第１及び第２の磁石間の磁力を介して回転させるので、ゴムの寿命及び伸縮による劣化がなく、正確に駆動伝達することができ、正確な回転数を保つことができる。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は上記の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、図１に示した回転板支持棒４２にモータを接続して、そのモータを駆動することにより回転板支持棒４２及び回転板４を回転させて試料９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆ，９ｇ，９ｈの位置を移動しても良い。

又、図１では試料台１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ，１０ｈと、それに対応する試料台駆動棒１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈ、及び受動磁石配列ユニット１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈをそれぞれ８組示したが、試料台、それに対応する試料台駆動棒及び受動磁石配列ユニットの数は特に限定されない。

又、図３では受動磁石配列ユニット１２ａの作用極としてのＮ極が円周面側（作用側）になる磁石３２，３４，３６，３８及び作用極としてのＳ極が円周面側（作用側）になる磁石３１，３３，３５，３７を４個ずつ交互に示すが、磁石の個数は特に限定されない。同様に、図４では駆動磁石配列ユニット８１のＮ極（作用極）が円周面側になる磁石２１，２３，２５，２７及びＳ極（作用極）が円周面側になる磁石２２，２４，２６，２８をそれぞれ４個ずつ交互に示すが、磁石の個数は特に限定されない。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の実施の形態に係るＸ線回折装置の一例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る試料交換機の一例を示す概略上面図である。 本発明の実施の形態に係る受動磁石配列ユニットの構造の一例を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態に係る駆動磁石配列ユニットの構造の一例を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態に係る原点センサ及びセンサ止め具の構造の一例を示す概略図である。

符号の説明

１…制御装置
２…Ｘ線防護ケース（筐体）
３…試料交換機
４…回転板
５…測定部
７…試料位置逐次移動機構
８…試料台回転駆動部
９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆ，９ｇ，９ｈ…試料
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ，１０ｈ…試料台
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈ…試料台駆動棒
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈ…受動磁石配列ユニット
２０，３０…部材
２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８，３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８…磁石
４１…ベアリング
４２…回転板支持棒
６１…Ｘ線源
６２…検出器
７１…駆動ギア
７２…ギア駆動棒
７３…試料位置用モータ
８１…駆動磁石配列ユニット
８２…回転駆動棒
８３…試料軸用モータ
８４…原点センサ
８５…センサ止具
８６…切り欠き部

Claims (2)

1. それぞれ第１の回転軸の周りを回転可能な複数の試料台を、後記複数の受動磁石配列ユニットと後記駆動磁石配列ユニットとが接触しない第２の回転軸の円周上に沿って順に配列した円板状の回転板と、
   前記複数の試料台を測定位置に逐次回転移動するように、前記回転板を前記第２の回転軸を中心として回転させる試料位置逐次移動機構と、
   前記複数の試料台に前記第１の回転軸上に設けられた試料台駆動棒を介してそれぞれ接続された複数の受動磁石配列ユニットであって、極性の異なる複数の第１の磁石の作用極を前記第１の回転軸の延長線を中心軸とする円周面上に交互に周期的に配列した複数の受動磁石配列ユニットと、
   前記逐次回転移動に伴い、前記測定位置の前記試料台に接続された前記受動磁石配列ユニットに逐次、選択的に結合する位置に配置され、極性の異なる複数の第２の磁石の作用極を第３の回転軸を中心軸とする円周面上に交互に周期的に配列し、前記第３の回転軸を中心として回転する駆動磁石配列ユニットと、
   前記駆動磁石配列ユニットを回転させる試料台回転駆動部
   とを備え、前記複数の受動磁石配列ユニットのそれぞれの回転する前記中心軸と、前記駆動磁石配列ユニットの回転する前記第３の回転軸とが互いに異なり且つ平行であり、
   前記第１及び第２の磁石間の磁力を介して、前記測定位置の前記試料台に接続された前記受動磁石配列ユニットを、前記駆動磁石配列ユニットが回転させ、
   さらに、
   前記回転板の側面をなす円周面上に受動ギアが設けられ、
   前記試料位置逐次移動機構は、
   前記受動ギアの歯と噛み合い、第４の回転軸を中心に回転する駆動ギアと、
   前記第４の回転軸と共通の中心軸を有し、前記駆動ギアを回転駆動するギア駆動棒と、
   前記ギア駆動棒を回転させる試料位置用モータ
   とを備えることを特徴とする試料交換機。
2. それぞれ第１の回転軸の周りを回転可能な複数の試料台を、後記複数の受動磁石配列ユニットと後記駆動磁石配列ユニットとが接触しない第２の回転軸の円周上に沿って順に配列した円板状の回転板と、
   前記複数の試料台を測定位置に逐次回転移動するように、前記回転板を前記第２の回転軸を中心として回転させる試料位置逐次移動機構と、
   前記複数の試料台に前記第１の回転軸上に設けられた試料台駆動棒を介してそれぞれ接続された複数の受動磁石配列ユニットであって、極性の異なる複数の第１の磁石の作用極を前記第１の回転軸の延長線を中心軸とする円周面上に交互に周期的に配列した複数の受動磁石配列ユニットと、
   前記逐次回転移動に伴い、前記測定位置の前記試料台に接続された前記受動磁石配列ユニットに逐次、選択的に結合する位置に配置され、極性の異なる複数の第２の磁石の作用極を第３の回転軸を中心軸とする円周面上に交互に周期的に配列し、前記第３の回転軸を中心として回転する駆動磁石配列ユニットと、
   前記駆動磁石配列ユニットを回転させる試料台回転駆動部
   とを備え、前記複数の受動磁石配列ユニットのそれぞれの回転する前記中心軸と、前記駆動磁石配列ユニットの回転する前記第３の回転軸とが互いに異なり且つ平行であり、
   前記第１及び第２の磁石間の磁力を介して、前記測定位置の前記試料台に接続された前記受動磁石配列ユニットを、前記駆動磁石配列ユニットが回転させ、
   前記試料台回転駆動部は、前記駆動磁石配列ユニットの回転軸と共通の中心軸を有する回転駆動棒と、前記回転駆動棒を回転させる試料軸用モータとを備え、
   さらに、
   前記回転板の側面をなす円周面上に受動ギアが設けられ、
   前記試料位置逐次移動機構は、
   前記受動ギアの歯と噛み合い、第４の回転軸を中心に回転する駆動ギアと、
   前記第４の回転軸と共通の中心軸を有し、前記駆動ギアを回転駆動するギア駆動棒と、
   前記ギア駆動棒を回転させる試料位置用モータ
   とを備えることを特徴とする試料交換機。

Images