JP3701434B2 - Multi-axis sample table - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、X線回折装置おいて、試料を平面状に装着するとともに、当該試料をX線に対し任意に回転または移動させることのできる多軸試料台に関する。
【0002】
【従来の技術】
X線回折装置は、X線源から発射されたX線を試料に照射するとともに、当該試料から反射または透過してきた回折X線を検出器で検出することにより、試料に対する入射角θと回折角2θとの関係等を測定し、該測定結果により試料の結晶構造等を分析することができる理化学装置である。
このX線回折装置を用いた試料分析に、正極点図をもって試料の配向等を分析する方法がある。正極点図は、試料の入射X線に対する方位と回折X線の強度分布との関係を、ポーラーネットと呼ばれるステレオ投影図に表示したものである。
【0003】
この正極点図の測定においては、X線回折装置の試料台に装着した試料を試料面と略平行な任意の軸中心に任意の角度αだけ回転させるとともに、同試料を角度βだけ面内回転させ、これら角度α,βの方位における回折X線の積分強度をX線検出器で測定する。そして、この回折X線の積分強度をポーラーネット上に表示して正極点図を作成する。なお、ポーラーネットは、径方向に角度αのメモリが刻まれており、中心がα=90°,外周がα=0°と定義されている。また、ポーラーネットの円周方向には、角度βのメモリが刻まれている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
X線回折装置を用いた正極点図の測定には、上記のように試料面と略平行な任意の軸中心に任意のα角度だけ試料を回転させるα回転手段と、同試料をβ角度だけ面内回転させるβ回転手段とが最低限必要となる。
したがって、従来から正極点図測定に用いられるX線回折装置には、これらα回転手段、およびβ回転手段を備えた多軸試料台が装着されていた。
【0005】
一方、肉厚の薄い薄膜状の試料に対するX線回折測定に対しては、X線源に対する試料面の原点位置を正確に割り出すために、試料面と垂直なz軸方向に前後移動させるz移動手段を試料台が備えている必要がある。
このように、X線回折測定の用途によって、試料の回転または移動方向が異なっているため、従来は目的別に試料台が用意されており、それらのうちから測定用途に適合した試料台を選択して用いるようになっていた。
【0006】
しかしながら、X線回折装置を所持しているユーザのなかには、正極点図の測定や薄膜試料の測定、その他にも各種用途のX線回折測定を実施しているか、あるいは将来実施する可能性をもったユーザが少なからず存在している。これらのユーザからすると、目的別に試料台をとり揃えなければならないのは、費用的にみて不経済であり、しかもX線回折装置への試料台の据付け、調整に手間がかかり能率的ではない。
【0007】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、X線回折装置を用いた種々の測定用途に一台の試料台で対応できるようにして、設備コストの低減および作業能率の向上を実現することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためにこの発明の多軸試料台は、試料を平面状に装着可能な試料装着部と、試料装着部を試料面と略平行な任意軸を中心として回転させるα回転手段と、試料装着部を面内回転させるβ回転手段と、試料装着部を試料面に対し略垂直な方向に移動させるz移動手段とを備えている。
このようにα回転手段、β回転手段、およびz移動手段を備えることにより、例えば、先に説明した正極点図の測定と薄膜試料の測定とを、この多軸試料台一台で実施することができる。
【0009】
さらにこの発明の多軸試料台は、試料の表面状態が部分的に不均一になっていることを考慮して、試料装着部を試料面と略平行な方向に移動させる平行移動手段を備えてもよい。
このような平行移動手段を備えることにより、試料を適宜試料面と平行に移動してX線の照射部位を変え、測定データの均一化を図ることができる。
【0010】
またこの発明は、上記のα回転手段を、試料台本体に形成した円弧状のα回転案内部と、このα回転案内部に沿って移動自在な移動架台と、この移動架台を駆動するα駆動手段と、移動架台の移動に伴いα回転案内部と移動架台との間に多数の金属球体を移動循環させるボール循環手段とを備えた構成とすることができる。
このような構成とすれば、試料装着部、β回転手段、z移動手段、さらには平行移動手段といった各手段を移動架台に搭載しても、上記ボール循環手段により、α回転案内部と移動架台との間に多数の金属球体が介在するので、移動架台を滑らかに移動させることができる。
【0011】
この発明は、上記のβ回転手段を、試料装着部と一体に回転する従動歯車と、この従動歯車と噛み合う駆動歯車と、β駆動モータと、このβ駆動モータからの駆動力を駆動歯車に伝達する駆動力伝達手段とを備えた構成とすることができる。
この場合は、上記駆動力伝達手段を、基端が軸受を介してβ駆動モータの駆動軸に装着されるとともに先端が軸受を介して駆動歯車の回転軸に装着された支持アームと、β駆動モータの駆動軸と駆動歯車の回転軸との間に巻き掛けられたベルト,チェーン等の無端状動力伝達体と、支持アームを付勢して上記駆動歯車を従動歯車に常時接触させる付勢手段とを含む構成とすることが好ましい。
【0012】
このような構成とすれば、平行移動手段により試料装着部が試料面と略平行な方向に移動しても、支持アームがこの移動に追従するので、駆動歯車と従動歯車との間の噛み合い状態を保持し、従動歯車(すなわち、試料装着部)の回転を継続することができる。
【0013】
一方、β回転手段は、試料装着部と一体に回転するウォームホイールと、このウォームホイールに噛み合うウォームと、β駆動モータと、β駆動モータからの回転駆動力を前記ウォームに伝達して該ウォームを回転させ回転駆動軸とを備えた構成としてもよい。
この場合は、回転駆動軸を、平行移動手段による試料装着部の移動方向に中心軸が延在するとともに、ウォームに対し軸方向に摺動自在な構成とすることにより、平行移動手段による試料装着部の移動があっても、継続してウォームへ回転駆動力を伝達することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1はこの発明の実施形態に係る多軸試料台の右側面図、図2は同じく左側面図、図3は図1におけるA−A線断面図、図4は図1における矢視B−B線図である。
この発明の実施形態に係る多軸試料台は、X線回折装置のゴニオメータに固定する試料台本体1、測定試料を平面状に保持する試料装着部材2、およびこの試料装着部材2を回転または移動させる駆動手段を備えている。
【0015】
このうち上記の駆動手段は、試料装着部材2に装着された試料を試料面内の任意軸Oを中心として回転(以下、α回転ともいう)させるα回転手段と、試料装着部材2に装着された試料を面内回転(以下、β回転ともいう)させるβ回転手段と、試料装着部材2に装着された試料を試料面に対し略平行な方向(以下、この実施形態ではγ方向ともいう)に移動させる平行移動手段と、試料装着部に装着された試料を試料面に対し略垂直な方向(以下、z軸方向ともいう)に移動させるz移動手段とを含んでいる。
【0016】
図5はα回転手段における駆動力伝達機構を示す断面図、図6は同手段における移動案内機構を示す断面図である。
これらの図をも参照して、まずα回転手段について説明すると、このα回転手段は、試料台本体1に形成したα回転案内部10、移動架台11、およびα駆動モータ(α駆動手段)12からなり、移動架台11がα駆動モータ12からの駆動力をもってα回転案内部10に沿って移動する構成となっている。
【0017】
α回転案内部10は、試料面内の任意軸Oと直交する仮想平面上で、同軸Oを中心とする円弧状に形成してある。このα回転案内部10における試料台本体1の正面に位置する部位には、任意の長さにX線透過用の切欠き10aを形成してある。また、α回転案内部10の左右両側面には、断面V字状の案内溝10bが円弧状の案内軌道に沿って形成してある。さらに、α回転案内部10の正面中央部には、後述する移動架台11のウォームホイール片17を挿入するための中央溝10cが円弧状の案内軌道に沿って形成してある(図3,図5参照)。
【0018】
一方、移動架台11の背面部には、α回転案内部10に緩やかに嵌め合わせることのできる装着溝部11aが形成してあり、この装着溝部11a内の両側面には、断面V字形状をしたボール循環溝11bが形成してある。ここで、α回転案内部10に形成した案内溝10bと移動架台11に形成したボール循環溝11bとは、α回転案内部10に移動架台11の装着溝部11aを嵌め合わせた状態において、互いに対向するように位置決めされている。
【0019】
さらに、装着溝部11aにおける左右の側壁には、図6に示すようにボール循環孔11cが形成してあり、このボール循環孔11cが上述したボール循環溝11bと連通して、ボール循環経路を形成している。そして、このボール循環経路内には多数の金属球体13が移動自在に装入してあり、α回転案内部10に沿った移動架台11の移動に伴い、これら多数の金属球体13がボール循環経路内を移動する仕組みを形成している。
【0020】
移動架台11のボール循環溝11b内に位置する金属球体13は、すなわちα回転案内部10の案内溝10bと移動架台11のボール循環溝11bとの間に介在することになる。ここで、各金属球体13は、案内溝10bとボール循環溝11bとで形成される内部空間の幅よりも若干大きな直径のものを使用している。これにより、α回転案内部10に形成した案内溝10bの内面と、移動架台11に形成したボール循環溝11bの内面とは、それぞれ金属球体13に接触し、その接触状態は点接触となっている。
【0021】
したがって、α回転案内部10に形成した案内溝10bの内面、および移動架台11に形成したボール循環溝11bの内面に生じる接触抵抗は小さく、移動架台11に重量物を搭載しても滑らかに移動することができる。
【0022】
なお、移動架台11に形成したボール循環溝11bの両端部には、湾曲面を有するボール返し片14が案内溝10b側に突き出して取り付けてあり、このボール返し片14が金属球体13を円滑にボール循環孔11cへと導くとともに、ボール循環孔11c内の金属球体13を円滑にボール循環溝11bへ導いている。
【0023】
α駆動モータ12は、試料台本体1の背面部上端に設置してある。同モータ12の駆動軸15は、α回転案内部10の背面中央位置付近を通り試料台本体1の背面部下端へと延在して配設してあり、かつα回転案内部10と交差する付近にウォーム16が装着されている。
【0024】
一方、上述した移動架台11の背面部には、α回転案内部10に係合する装着溝部11aが形成してあり、かつこの装着溝部11aの内底面中央には、ウォームホイール片17が形成してある(図3,図5参照)。このウォームホイール片17は、α回転案内部10の円弧形状に対応するピッチ円に沿って歯形を形成してあり、α回転案内部10に装着した状態において、上記のウォーム16と噛み合っている。したがって、移動架台11は、ウォーム16およびウォームホイール片17を介してα駆動モータ12からの駆動力を受け、α回転案内部10に沿って移動する。
【0025】
この移動架台11の移動範囲(すなわち、α回転角度)は、ウォームホイール片17の長さにより決定される。したがって、このウォームホイール片17の長さは、例えばX線回折装置を用いた正極点図測定において必要とされるα回転角度をカバーできる円弧長さとすることが好ましい。
【0026】
次に、z移動手段について図1〜図4を参照して説明する。
このz移動手段は、移動架台11に固定したz駆動モータ20と、移動架台11に搭載した前後移動部材21とを含んでいる。移動架台11の左右外側面には、z軸方向に案内レール22が延在して設けてあり、一方、前後移動部材21の側板には、案内レール22と摺動自在に係合する案内溝23が形成してある。これら案内レール22と案内溝23との係合によって、前後移動部材21は移動架台11上で、z軸方向に移動自在となっている。
【0027】
z駆動モータ20の駆動軸20aには雄ねじが形成してある。一方、前後移動部材21において、z駆動モータ20の駆動軸20aと対向する部位には、ナット部材24が嵌め込んであり、このナット部材24の雌ねじ部に、z駆動モータの駆動軸(雄ねじ)20aが螺合している。したがって、z駆動モータ20を作動すると、駆動軸(雄ねじ)20aとナット部材24の雌ねじ部とで構成されたねじ機構により、前後移動部材21がz軸方向へ移動する。
【0028】
続いて、平行移動手段について、図2〜図4および図7を参照して説明する。
図7は平行移動手段を示す正面図である。
この平行移動手段は、前後移動部材21に固定した平行駆動モータ30と、前後移動部材21の前面に装着した摺動板31と、平行駆動モータ30の駆動力を摺動板31に伝えるカム機構とを含んでいる。
【0029】
前後移動部材21の前面には、γ方向に案内レール32が延在して設けてあり、一方、摺動板31の裏面には、案内レール32と摺動自在に係合する案内溝33が形成してある。これら案内レール32と案内溝33との係合によって、前後移動部材21は移動架台11上で、γ方向に移動自在となっている。
【0030】
平行駆動モータ30の駆動軸には、カム34が装着してあり、一方、摺動板31の端部にはこのカム34と係合する従動コロ35が取り付けてある。これらカム34および従動コロ35によってカム機構が形成してある。カム34は、従動コロ35に往復直線運動を与える任意の形状のものを使用する。この実施形態では、カム34としてハート形カムを用いている。摺動板31は、コイルばね36等の付勢部材によって付勢されており、この付勢力によりカム34と従動コロ35とが常時当接している。
平行駆動モータ30を作動すると、カム34が回転して従動コロ35とともに摺動板31をγ方向に往復移動させる。
【0031】
次に、β回転手段について、図1〜図4および図8を参照して説明する。
図8はβ回転手段における駆動力伝達機構を一部切断して示す左側面図である。
このβ回転手段は、前後移動部材21に固定したβ駆動モータ40と、摺動板31の前面に回転軸受41を介して装着した回転板42と、この回転板42の周縁に設けた従動歯車43と、β駆動モータ40の駆動力を従動歯車43に伝える駆動力伝達機構とを含んでいる。試料装着部材2は回転板42に装着され、従動歯車43と一体にβ回転するようになっている。
【0032】
駆動力伝達機構は、図8に示すように、β駆動モータ40の回転をプーリ44,45および動力伝達ベルト46を介して駆動歯車47に伝え、この駆動歯車47と噛み合う従動歯車43を回転させる構成となっている。
【0033】
駆動歯車47の回転軸47aは、一対の支持アーム48の先端部に軸受48aを介して回転自在に装着してある。また、支持アーム48の基端部はβ駆動モータ40の駆動軸40aに軸受48bを介して回転自在に装着してあり、この駆動軸40aを中心として、支持アーム48は揺動自在となっている。さらに、支持アーム48は付勢手段としてのばね部材49によって付勢されており、この付勢力をもって支持アーム48の先端に装着された駆動歯車47と従動歯車43との噛み合い状態を保持している。
【0034】
ちなみに、β駆動モータ40は前後移動部材21に固定してあり、一方、従動歯車43は摺動板31と一体になってγ方向に移動するため、β駆動モータ40と従動歯車43との間には平行移動手段の作動に伴って相対移動が生じる。このような相対移動があっても支持アーム48とともに駆動歯車47が揺動するので、従動歯車43との噛み合い状態を保持することができる。
【0035】
上述した構成の多軸試料台は、一台で試料装着部材2に装着された試料に対して、α回転,β回転,z軸方向の往復移動を適宜与えることができる。したがって、X線回折装置によって行ない得る種々の測定用途にこの一台をもって対応することができる。
例えば、正極点測定においては、α回転,β回転が必要となり、しかもα回転は±45°(場合によっては±90°)と広範囲な回転角度を必要とするが、この多軸試料台によればそのすべての動作を満足することができる。しかも、z軸方向の往復移動を備えているので、試料の厚さ方向の位置決めを確実かつ容易に行うことができる。
【0036】
また、薄膜測定においては、α回転,β回転,およびz軸方向の往復移動が必要となるが、この多軸試料台によれば勿論そのすべての動作を満足することができる。さらに、α回転およびz軸方向の往復移動を必要とする試料の歪測定(残留応力測定)をも、この多軸試料台で行うことができる。
【0037】
さらに、上述した多軸試料台は、試料装着部材2に装着された試料を、試料面と平行な方向に往復移動(例えば、γ方向の移動)させることができるので、X線の照射部位を適宜変化させて、測定データの均一化を図ることができる。
【0038】
なお、試料装着部材2、回転板42、摺動板31、前後移動部材21、および移動架台11には、それぞれX線を透過させるための透孔2h,42h,31h,21h,11h(切欠き等でもよい)が形成してあり(例えば、図4参照)、透過式のX線回折測定にも対応できる構成となっている。
【0039】
また、試料台本体1に形成したα回転案内部10には、任意の長さにX線透過用の切欠き10aが形成してあるので、試料台本体1の正面側から入射するX線や正面側へ出射する回折X線を、α回転案内部10が遮蔽するおそれがない。したがって、広い走査範囲でX線回折測定を実施することができる。
【0040】
図9および図10は、β回転手段の変形例を示す図である。
この変形例に示すβ回転手段は、前後移動部材21に固定したβ駆動モータ40と、摺動板31の前面に回転軸受(図示せず)を介して回転自在に装着した回転板42と、この回転板42の周縁に設けたウォームホイール60と、β駆動モータ40の駆動力をウォームホイール60に伝える駆動力伝達機構とを含んでいる。試料装着部材2は回転板42に装着され、ウォームホイール60と一体にβ回転するようになっている。
【0041】
駆動力伝達機構は、β駆動モータ40の回転を傘歯車61,62、回転駆動軸63、およびウォーム64を介してウォームホイール60に伝え、同ホイール60を回転させる構成となっている。ここで、ウォーム64は、摺動板31に設けた軸受65,66により回転自在に支持され、ウォームホイール60と噛み合っている。また回転駆動軸63は、摺動板31に設けた軸受67により、回転自在でかつ軸方向に移動自在に支持されており、基端に傘歯車62を装着している。この傘歯車62は、β駆動モータ40の回転軸に装着した傘歯車61と噛み合っている。
【0042】
ウォーム64の中心軸部分は中空部64aとなっており、その内周面には軸方向にキー溝64bが形成してある。一方、回転駆動軸63の先端部には任意の長さに軸方向のキー63aが設けてある。回転駆動軸63の先端部は、このキー63aをキー溝64bと係合するようにして、ウォーム64の中空部64aに嵌入してある。これにより、回転駆動軸63は、ウォーム64に対し軸方向に摺動自在であるが、回転駆動力はキー63aを介してウォーム64に伝達可能となっている。
【0043】
回転駆動軸63は、摺動板31の移動方向、すなわち平行移動手段による試料装着部材2の移動方向(γ方向)に沿って延在しており、摺動板31の移動に伴いウォームに対し同方向に相対移動する。したがって、摺動板31が移動しても継続してウォーム64へ回転駆動力を伝達することができる。
【0044】
図11〜図13は、この発明の他の実施形態を示す図である。
この実施形態では、回転板42の前面にx−y51,52移動板を設け、このx−y移動板51,52の前面に試料装着部材2を装着した構成となっている。回転板42は、図8に示した構成の駆動力伝達機構を介してβ駆動モータ40の駆動力を伝達されβ回転する。また、回転板42は、図では示していないが、前後移動部材21に回転軸受を介して回転自在に装着してある。前後移動部材21は先の実施形態で示したz移動手段によりz方向に移動するとともに、移動架台11とともにα回転する。
【0045】
x−y移動板51,52は、試料装着部に装着された試料を、試料面に対し略平行なx方向およびy方向へ移動させる。このx−y移動板51,52により、試料面内での試料の位置合わせを行なうことが可能となる。
なお、この実施形態では、先に説明した平行移動手段を備えなかったが、必要に応じて平行移動手段を設けることもできる。
また、x−y移動板51,52は、この実施形態では手動で操作する簡略な構成としたが、駆動モータを利用して駆動する構成としてもよい。
【0046】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明の多軸試料台によれば、X線回折装置を用いた種々の測定用途に一台で対応でき、設備コストの低減および作業能率の向上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施形態に係る多軸試料台の右側面図である。
【図2】同じく左側面図である。
【図3】図1におけるA−A線断面図である。
【図4】図1における矢視B−B線図である。
【図5】同多軸試料台のα回転手段における駆動力伝達機構を示す断面図である。
【図6】同多軸試料台のα回転手段における移動案内機構を示す断面図である。
【図7】同多軸試料台の平行移動手段を示す正面図である。
【図8】同多軸試料台のβ回転手段における駆動力伝達機構を一部切断して示す左側面図である。
【図9】β回転手段の変形例を示す正面図である。
【図10】図9に示したβ回転手段の駆動力伝達機構を示す側面断面図である。
【図11】この発明の他の実施形態を示す正面図である。
【図12】同じく平面図である。
【図13】同じく右側面図である。
【符号の説明】
1:試料台本体 2:試料装着部材
10:α回転案内部 10a:切欠き
10b:案内溝 10c:中央溝
11:移動架台 11a:装着溝部
11b:ボール循環溝 11c:ボール循環孔
12:α駆動モータ 13:金属球体
14:ボール返し片 15:駆動軸
16:ウォーム 17:ウォームホイール片
20:z駆動モータ 21:前後移動部材
22:案内レール 23:案内溝
24:ナット部材 30:平行駆動モータ
31:摺動板 32:案内レール
33:案内溝 34:カム
35:従動コロ 36:コイルばね
40:β駆動モータ 41:回転軸受
42:回転板 43:従動歯車
44,45:プーリ
46:動力伝達ベルト 47:駆動歯車
47a:回転軸 48:支持アーム
48a,48b:軸受 49:ばね部材
2h,42h,31h,21h,11h:透孔
51,52:x−y移動板
60:ウォームホイール 61,62:傘歯車
63:回転駆動軸 63a:キー
64:ウォーム 64b:キー溝[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a multi-axis sample stage in which an X-ray diffractometer can mount a sample in a planar shape and arbitrarily rotate or move the sample with respect to X-rays.
[0002]
[Prior art]
The X-ray diffractometer irradiates a sample with X-rays emitted from an X-ray source, and detects the diffracted X-rays reflected or transmitted from the sample with a detector, whereby the incident angle θ and the diffraction angle with respect to the sample are detected. This is a physicochemical apparatus that can measure the relationship with 2θ and analyze the crystal structure and the like of a sample based on the measurement result.
As a sample analysis using this X-ray diffractometer, there is a method of analyzing the orientation and the like of a sample with a positive point diagram. The positive dot diagram shows the relationship between the orientation of the sample with respect to the incident X-ray and the intensity distribution of the diffracted X-ray in a stereo projection called a polar net.
[0003]
In the measurement of this positive dot diagram, the sample mounted on the sample stage of the X-ray diffractometer is rotated by an arbitrary angle α about an arbitrary axis center substantially parallel to the sample surface, and the sample is rotated in-plane by an angle β. Then, the integrated intensity of the diffracted X-rays at the angles α and β is measured with an X-ray detector. Then, the integrated intensity of this diffracted X-ray is displayed on a polar net to create a positive dot diagram. The polar net has a memory with an angle α in the radial direction, the center is defined as α = 90 °, and the outer periphery is defined as α = 0 °. In addition, a memory having an angle β is engraved in the circumferential direction of the polar net.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
For the measurement of the positive dot diagram using the X-ray diffractometer, as described above, the α rotating means for rotating the sample by an arbitrary α angle about an arbitrary axis center substantially parallel to the sample surface, and the β sample by the β angle A β rotation means for in-plane rotation is required at a minimum.
Therefore, conventionally, an X-ray diffractometer used for positive pole figure measurement has been equipped with a multi-axis sample stage including these α rotation means and β rotation means.
[0005]
On the other hand, for X-ray diffraction measurement on a thin film sample having a small thickness, z movement is performed to move back and forth in the z-axis direction perpendicular to the sample surface in order to accurately determine the origin position of the sample surface with respect to the X-ray source. The sample stage needs to be equipped with means.
As described above, since the rotation or movement direction of the sample differs depending on the application of the X-ray diffraction measurement, a sample table is conventionally prepared for each purpose, and a sample table suitable for the measurement application is selected from these. It was supposed to be used.
[0006]
However, some users who have X-ray diffractometers have positive pole figure measurements, thin film sample measurements, and various other uses of X-ray diffraction measurements, or in the future. There are not a few users. From these users, it is uneconomical in terms of cost to prepare the sample stage for each purpose, and it takes time and effort to install and adjust the sample stage to the X-ray diffractometer, which is not efficient.
[0007]
The present invention has been made in view of such circumstances, so that it is possible to cope with various measurement applications using an X-ray diffractometer with a single sample stage, thereby reducing equipment costs and improving work efficiency. The purpose is to do.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the multi-axis sample stage of the present invention includes a sample mounting portion on which a sample can be mounted in a planar shape, and an α rotating means for rotating the sample mounting portion about an arbitrary axis substantially parallel to the sample surface. Β rotation means for rotating the sample mounting portion in-plane and z moving means for moving the sample mounting portion in a direction substantially perpendicular to the sample surface.
By providing the α rotating means, the β rotating means, and the z moving means in this way, for example, the measurement of the positive dot diagram and the measurement of the thin film sample described above can be performed on this single multi-axis sample stand. Can do.
[0009]
Furthermore, the multi-axis sample stage of the present invention includes a parallel moving means for moving the sample mounting portion in a direction substantially parallel to the sample surface in consideration of the partial non-uniformity of the surface state of the sample. Also good.
By providing such a parallel movement means, the sample can be appropriately moved in parallel with the sample surface to change the X-ray irradiation site, and the measurement data can be made uniform.
[0010]
Further, according to the present invention, the above-mentioned α rotation means includes an arc-shaped α rotation guide portion formed on the sample table main body, a movable frame movable along the α rotation guide portion, and an α drive for driving the movable frame. And a ball circulating means for moving and circulating a large number of metal spheres between the α rotation guide portion and the moving gantry along with the movement of the moving gantry.
With such a configuration, even if each means such as the sample mounting portion, β rotation means, z movement means, and parallel movement means is mounted on the moving gantry, the α rotation guiding portion and the moving gantry are moved by the ball circulation means. Since a large number of metal spheres are interposed therebetween, the movable frame can be moved smoothly.
[0011]
In the present invention, the β rotation means is driven by a driven gear that rotates integrally with the sample mounting portion, a drive gear that meshes with the driven gear, a β drive motor, and a drive force from the β drive motor is transmitted to the drive gear. The driving force transmission means can be configured.
In this case, the driving force transmitting means includes a support arm having a base end attached to the drive shaft of the β drive motor via a bearing and a tip attached to the rotary shaft of the drive gear via the bearing; An endless power transmission body such as a belt or a chain wound between the drive shaft of the motor and the rotation shaft of the drive gear, and an urging means for urging the support arm and constantly contacting the drive gear with the driven gear It is preferable to make it the structure containing these.
[0012]
With such a configuration, even if the sample mounting portion is moved in a direction substantially parallel to the sample surface by the parallel moving means, the support arm follows this movement, so that the meshing state between the driving gear and the driven gear is achieved. And the rotation of the driven gear (that is, the sample mounting portion) can be continued.
[0013]
On the other hand, the β rotation means transmits a worm wheel that rotates integrally with the sample mounting portion, a worm that meshes with the worm wheel, a β drive motor, and a rotational drive force from the β drive motor to the worm to transmit the worm. It is good also as a structure provided with the rotational drive shaft rotated.
In this case, the rotation driving shaft has a configuration in which the central axis extends in the moving direction of the sample mounting portion by the parallel moving means and is slidable in the axial direction with respect to the worm, so that the sample mounting by the parallel moving means is performed. Even if the part moves, the rotational driving force can be continuously transmitted to the worm.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1 is a right side view of a multi-axis sample stage according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a left side view of the same, FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. It is a B diagram.
A multi-axis sample stage according to an embodiment of the present invention includes a sample stage body 1 fixed to a goniometer of an X-ray diffractometer, a
[0015]
Among these, the driving means is mounted on the
[0016]
FIG. 5 is a sectional view showing a driving force transmission mechanism in the α rotating means, and FIG. 6 is a sectional view showing a movement guide mechanism in the means.
Referring to these figures as well, the α rotation means will be described first. The α rotation means includes an α
[0017]
The α
[0018]
On the other hand, a mounting
[0019]
Further, as shown in FIG. 6,
[0020]
The
[0021]
Therefore, the contact resistance generated on the inner surface of the
[0022]
A
[0023]
The α drive
[0024]
On the other hand, a mounting
[0025]
The moving range (that is, the α rotation angle) of the moving
[0026]
Next, the z moving means will be described with reference to FIGS.
The z moving means includes
[0027]
A male screw is formed on the
[0028]
Next, the parallel moving means will be described with reference to FIGS. 2 to 4 and FIG.
FIG. 7 is a front view showing the parallel moving means.
This parallel moving means includes a
[0029]
A
[0030]
A
When the
[0031]
Next, the β rotation means will be described with reference to FIGS. 1 to 4 and FIG.
FIG. 8 is a left side view showing the driving force transmission mechanism in the β rotating means with a part thereof cut.
The β rotation means includes a
[0032]
As shown in FIG. 8, the drive force transmission mechanism transmits the rotation of the β drive
[0033]
A
[0034]
Incidentally, the
[0035]
The multi-axis sample stage having the above-described configuration can appropriately give α rotation, β rotation, and reciprocation in the z-axis direction to the sample mounted on the
For example, in the positive electrode point measurement, α rotation and β rotation are required, and α rotation requires a wide range of rotation angles of ± 45 ° (in some cases ± 90 °). All the operations can be satisfied. In addition, since the z-axis reciprocating movement is provided, the sample can be reliably and easily positioned in the thickness direction.
[0036]
Further, in the thin film measurement, α rotation, β rotation, and reciprocation in the z-axis direction are necessary. However, according to this multi-axis sample stage, it is possible to satisfy all the operations. Furthermore, strain measurement (residual stress measurement) of a sample that requires α rotation and reciprocation in the z-axis direction can also be performed with this multi-axis sample stage.
[0037]
Furthermore, since the multi-axis sample stage described above can reciprocate the sample mounted on the
[0038]
In addition, the
[0039]
In addition, since the
[0040]
9 and 10 are diagrams showing modifications of the β rotation means.
The β rotation means shown in this modification includes a
[0041]
The drive force transmission mechanism is configured to transmit the rotation of the β drive
[0042]
The central shaft portion of the
[0043]
The
[0044]
11 to 13 are diagrams showing another embodiment of the present invention.
In this embodiment, an
[0045]
The
In this embodiment, the parallel moving means described above is not provided, but a parallel moving means may be provided as necessary.
Further, in this embodiment, the
[0046]
【The invention's effect】
As described above, according to the multi-axis sample stage of the present invention, it is possible to cope with various measuring applications using the X-ray diffraction apparatus, and it is possible to realize a reduction in equipment cost and an improvement in work efficiency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a right side view of a multi-axis sample stage according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a left side view of the same.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
4 is a view taken along the line BB in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a driving force transmission mechanism in the α rotation means of the multi-axis sample stage.
FIG. 6 is a sectional view showing a movement guide mechanism in the α rotation means of the multi-axis sample stage.
FIG. 7 is a front view showing parallel moving means of the multi-axis sample stage.
FIG. 8 is a left side view of the driving force transmission mechanism in the β rotation means of the multi-axis sample stage with a part cut away.
FIG. 9 is a front view showing a modification of the β rotation means.
10 is a side cross-sectional view showing a driving force transmission mechanism of the β rotation means shown in FIG. 9. FIG.
FIG. 11 is a front view showing another embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a plan view of the same.
FIG. 13 is a right side view of the same.
[Explanation of symbols]
1: Sample base body 2: Sample mounting member 10: α
Claims (4)
試料を平面状に装着可能な試料装着部と、この試料装着部を試料面と平行な任意軸を中心として回転させるα回転手段と、前記試料装着部を面内回転させるβ回転手段と、前記試料装着部を試料面に対し垂直な方向に移動させるz移動手段と、前記試料装着部を試料面と平行な方向に移動させる平行移動手段と、を備え、
前記平行移動手段は、平行駆動モータの作動に伴いカムが回転して摺動板を往復移動させる構成であり、前記摺動板に前記試料装着部が設けられていることを特徴とする多軸試料台。A multi-axis sample stage used for X-ray diffraction measurement,
A sample mounting portion capable of mounting the sample in a planar shape, an α rotating means for rotating the sample mounting portion around an arbitrary axis parallel to the sample surface , a β rotating means for rotating the sample mounting portion in the plane, includes a sample mounting portion and z moving means for moving in a direction perpendicular against the sample surface, a translation means for moving the specimen mounting portion in a direction parallel to the sample surface, and
The parallel moving means is configured to reciprocate the sliding plate by rotating a cam in accordance with an operation of a parallel drive motor, and the sample mounting portion is provided on the sliding plate. Sample stage.
前記α回転手段は、前記試料台本体に形成した円弧状のα回転案内部と、前記α回転案内部に沿って移動自在な移動架台と、この移動架台を駆動するα駆動手段と、前記移動架台の移動に伴い前記α回転案内部と移動架台との間に多数の金属球体を移動循環させるボール循環手段とを備え、
前記試料装着部、β回転手段、平行移動手段、およびz移動手段を前記移動架台に搭載したことを特徴とする多軸試料台。The multi-axis sample stage according to claim 1, comprising a sample stage body.
The α rotation means includes an arc-shaped α rotation guide portion formed on the sample table main body, a movable gantry movable along the α rotation guide portion, an α drive means for driving the movable gantry, and the movement A ball circulation means for moving and circulating a large number of metal spheres between the α rotation guide part and the movement frame along with the movement of the frame;
A multi-axis sample stage, wherein the sample mounting portion, β rotation means, parallel movement means, and z movement means are mounted on the movable frame.
前記β回転手段は、前記試料装着部と一体に回転する従動歯車と、この従動歯車に噛み合う駆動歯車と、β駆動モータと、このβ駆動モータからの駆動力を前記駆動歯車に伝達する駆動力伝達手段とを備え、
かつ、前記駆動力伝達手段は、基端が軸受を介して前記β駆動モータの駆動軸に装着されるとともに先端が軸受を介して前記駆動歯車の回転軸に装着された支持アームと、前記β駆動モータの駆動軸と駆動歯車の回転軸との間に巻き掛けられた無端状動力伝達体と、前記支持アームを付勢して前記駆動歯車を前記従動歯車に常時接触させる付勢手段と、を含むことを特徴とする多軸試料台。 In the multi-axis sample stand according to claim 1 or 2 ,
The β rotation means includes a driven gear that rotates integrally with the sample mounting portion, a drive gear that meshes with the driven gear, a β drive motor, and a drive force that transmits the drive force from the β drive motor to the drive gear. A transmission means,
The drive force transmitting means includes a support arm having a base end attached to the drive shaft of the β drive motor via a bearing and a tip attached to the rotary shaft of the drive gear via a bearing; An endless power transmission member wound between the drive shaft of the drive motor and the rotation shaft of the drive gear, and an urging means for urging the support arm to always contact the drive gear with the driven gear; A multi-axis sample stage.
前記β回転手段は、前記試料装着部と一体に回転するウォームホイールと、このウォームホイールに噛み合うウォームと、β駆動モータと、該β駆動モータからの回転駆動力を前記ウォームに伝達して該ウォームを回転させるとともに、前記平行移動手段による試料装着部の移動方向に中心軸が延在し、かつ前記ウォームに対して軸方向に摺動自在な回転駆動軸と、を備えたことを特徴とする多軸試料台。 In the multi-axis sample stand according to claim 1 or 2 ,
The β rotation means transmits a worm wheel that rotates integrally with the sample mounting portion, a worm that meshes with the worm wheel, a β drive motor, and a rotational drive force from the β drive motor to the worm. And a rotation drive shaft that extends in the moving direction of the sample mounting portion by the parallel moving means and is slidable in the axial direction with respect to the worm. Multi-axis sample stage.
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