(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の回転角度を測定するための測角器において、
前記回転体に設けられた測角用の第１識別用マークと、
前記第１識別用マークを読取る第１検出部と、
前記回転体に設けられた第２識別用マークと、
前記第２識別用マークを読取る第２検出部と、
を有しており、
前記第１識別用マーク及び前記第２識別用マークは前記回転体の表面上に直接に形成されており、
前記第２識別用マークは前記回転体の回転中心線を中心とした一部の角度範囲に設けられており、
前記回転体の回転可能範囲は３６０°よりも小さい角度範囲であり、
前記第２識別用マークは、前記回転体の回転可能範囲の許容限界角度位置に対応した限界点マークを含む
ことを特徴とする測角器。
【請求項２】
前記第２識別用マークは、前記回転体の回転中心線を中心とした１つの角度範囲内に設けられていることを特徴とする請求項１記載の測角器。
【請求項３】
前記第２識別用マークは、前記回転体の回転中心線を中心とした複数の互いに分離した角度範囲のそれぞれに設けられていることを特徴とする請求項１記載の測角器。
【請求項４】
前記第２識別用マークは、互いに間隔をあけて形成された複数の線状マークであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の測角器。
【請求項５】
前記第１検出部の出力に基づいて第１信号を生成し前記第２検出部の出力に基づいて第２信号を生成する信号生成手段を有しており、
前記信号生成手段は、前記異なった角度範囲のそれぞれに対応する前記第２信号として互いに識別可能な信号を生成する
ことを特徴とする請求項３又は請求項４記載の測角器。
【請求項６】
前記角度範囲内に設けられた前記第２識別用マークを用いて前記回転体の角度位置を判別する角度判別手段をさらに有し、
該角度判別手段は、前記第２識別用マークが存在する範囲と前記第２識別用マークが存在しない範囲との違いに基づいて前記回転体の角度位置を判別する
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の測角器。
【請求項７】
前記第２識別用マークは、前記回転体の基準角度位置に対応した基準点マークを含んでいることを特徴とする請求項６記載の測角器。
【請求項８】
前記角度判別手段は、
前記第２検出部が前記第２識別用マークが存在する範囲を検出しているか、又は前記第２識別用マークが存在しない範囲を検出しているかと、
前記回転体の回転方向が正転方向であるか、又は逆転方向であるかと、
前記第２検出部が前記基準点マークを検出したこと、
とに基づいて前記回転体の基準角度位置を判定することを特徴とする請求項７記載の測角器。
【請求項９】
前記第１識別用マークと前記第２識別用マークとは前記回転体の回転中心線に沿って互いに異なった位置に互いに平行に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１つに記載の測角器。
【請求項１０】
前記第１識別用マークと前記第２識別用マークの先端同士が互いに接触又は近接して、それらのマークの全体が互いに隣接していることを特徴とする請求項９記載の測角器。
【請求項１１】
前記第１識別用マークと前記第２識別用マークとは前記回転体の回転中心線に沿ったそれらの一部分同士が互いに重なり合うか、又はそれらのマークのいずれか一方の全部が他方のマークに重なり合うことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１つに記載の測角器。
【請求項１２】
前記回転体は円筒状の外周面を有し、
前記第１識別用マークは前記外周面の全域である角度３６０°の範囲にわたって形成され、
前記第２識別用マークは前記外周面の一部の角度領域内に形成されている
ことを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１つに記載の測角器。
【請求項１３】
回転体の回転角度を測定するための測角器の製造方法であって、
前記回転体に設けられた測角用の第１識別用マークと、
前記第１識別用マークを読取る第１検出部と、
前記回転体に設けられた第２識別用マークと、
前記第２識別用マークを読取る第２検出部と、を有しており、
前記第１識別用マーク及び前記第２識別用マークは前記回転体の表面上に直接に形成されており、
前記第２識別用マークは前記回転体の回転中心線を中心とした一部の角度範囲に設けられており、
前記回転体の回転可能範囲は３６０°よりも小さい角度範囲であり、
前記第２識別用マークは、前記回転体の回転可能範囲の許容限界角度位置に対応した限界点マークを含んでいる測角器の製造方法において、
角度設定機構によって所定回転速度で回転させられる回転台上に前記回転体を置き、
前記回転台によって前記回転体を回転させて前記回転体の異なる面をマーク形成手段によるマーク形成位置に持ち運び、前記マーク形成手段によって前記回転体の表面に測角用の第１識別用マークを形成し、さらに、前記回転体の回転中心線を中心とした一部の角度範囲に前記マーク形成手段によって第２識別用マークを形成し、
前記第１識別用マークを読取る第１検出部と前記第２識別用マークを読取る第２検出部とを前記測角器内の所定位置に配設し、
前記角度設定機構は、前記回転台を支持した回転軸と、該回転軸の回転角度を検出する角度検出器とを有しており、
該角度検出器は、前記回転軸と一体に回転する目盛り盤と、該目盛り盤の目盛りを読取る複数の読取りヘッドとを有し、これらの読取りヘッドの計測差に基づいて前記回転軸の回転角度を校正する
ことを特徴とする測角器の製造方法。
【請求項１４】
前記マーク形成手段はレーザ加工によって前記第１識別用マーク及び第２識別用マークを形成することを特徴とする請求項１３記載の測角器の製造方法。
【請求項１５】
Ｘ線源から出て試料へ入射するＸ線の入射角θs 及び前記試料から出たＸ線を検出するＸ線検出器の前記試料に対するＸ線取込み角θd を変化させながら分析用のデータを採取するＸ線分析装置において、
前記Ｘ線検出器を支持した検出器支持体が固定された回転体と、
該回転体の回転角度を測定するための測角器と、を有しており、
該測角器は、
前記回転体に設けられた測角用の第１識別用マークと、
前記第１識別用マークを読取る第１検出部と、
前記回転体に設けられた第２識別用マークと、
前記第２識別用マークを読取る第２検出部と、を有しており、
前記第１識別用マーク及び前記第２識別用マークは前記回転体の表面上に直接に形成されており、
前記第２識別用マークは前記回転体の回転中心線を中心とした一部の角度範囲に設けられており、
前記回転体の回転可能範囲は３６０°よりも小さい角度範囲であり、
前記第２識別用マークは、前記回転体の回転可能範囲の許容限界角度位置に対応した限界点マークを含む
ことを特徴とするＸ線分析装置。
【請求項１６】
前記検出器支持体が固定されたウオームホイールと、
該ウオームホイールに噛み合うウオームと、
該ウオームを回転駆動する駆動源と、をさらに有しており，
前記回転体は前記ウオームホイールと一体である円筒形状の回転胴であることを特徴とする請求項１５記載のＸ線分析装置。
【請求項１７】
前記角度範囲内に設けられた前記第２識別用マークを用いて前記回転体の角度位置を判別する角度判別手段をさらに有し、
該角度判別手段は、前記第２識別用マークが存在する範囲と前記第２識別用マークが存在しない範囲との違いに基づいて前記回転体の角度位置を判別し、
前記第２識別用マークは、前記回転体の基準角度位置に対応した基準点マークを含んでおり、
前記角度判別手段は、
前記第２検出部が前記第２識別用マークが存在する範囲を検出しているか、又は前記第２識別用マークが存在しない範囲を検出しているかと、
前記回転体の回転方向が正転方向であるか、又は逆転方向であるかと、
前記第２検出部が前記基準点マークを検出したこと、
とに基づいて前記回転体の基準角度位置を判定する
ことを特徴とする請求項１５又は請求項１６記載のＸ線分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体の回転角度を測定するための機器である測角器、その測角器の製造方法、及びその測角器を用いたＸ線分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
測角器は種々の回転体の回転角度を測定する際に用いられる。例えば、特許文献１は、Ｘ線分析装置の構成要素であるゴニオメータを測角器として開示している。このゴニオメータは、Ｘ線検出器を支持して回転する回転体としての第１ロータリーシャフトと、Ｘ線源を支持して回転する回転体としての第２ロータリーシャフトとの２つの回転体の回転角度を測定するために用いられている。
【０００３】
また、特許文献２は、Ｘ線分析装置の１つであるＸ線回折装置の構成要素であるゴニオメータを測角器として開示している。このゴニオメータは、Ｘ線回折装置の内部に設けられた複数の回転系のそれぞれの内部に設けられた回転部分の回転角度を測定するために用いられている。このゴニオメータは、特に、アブソリュート型エンコーダを用いて回転角度の測定を行っている。
【０００４】
エンコーダとしてインクリメンタル型のエンコーダとアブソリュート型のエンコーダとがあることは、既に知られている。インクリメンタル型のエンコーダは、測角用のスケールマークを備えていて回転体の相対的な角度変位を測定できるエンコーダである。一方、アブソリュート型のエンコーダは、測角用のスケールマークと、特定の角度位置を認識するためのマークとを併せて有していて、特定の角度位置を基準とした絶対的な角度変位を測定できるエンコーダである。
【０００５】
また、特許文献３は、測角器としてのエンコーダ、特にアブソリュート型のロータリーエンコーダを開示している。このエンコーダにおいて、回転体は円筒形状に形成されており、その回転体の外周表面上に測角用のスケールマークと、特定の角度位置を認識するためのマークとが複数段にわたって設けられている。
【０００６】
さらに、特許文献４は、測角器としてのエンコーダ、特にアブソリュート型のロータリーエンコーダを開示している。このエンコーダは、回転体としてのモータ回転軸の外周表面上にコード化された複数の格子パターンを設け、これらのパターンに対応して生成される電気信号に基づいてモータ回転軸の絶対的な角度変位を測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−１９６５８６号公報（第３，４頁、図２）
【特許文献２】特開２００６−０２９９４７号公報（第４，５，６頁、図２）
【特許文献３】特開平８−２５４４３９号公報（第３頁、図１）
【特許文献４】特開平２−０５７９１３号公報（第５頁、第９図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１及び特許文献２に開示された上記の従来の測角器においては、エンコーダを構成するディスクが測角器の回転部とは別個に製作され、製作されたディスクが測角器の回転部分に外付け又は後付けによって固定されていた。従って、測角器の回転部分とエンコーダのディスクとのそれぞれの回転中心を正確に一致させることが難しかった。そして、このような回転中心のずれに起因して、測角器の回転部分の回転角度に計測誤差が生じるおそれがあった。
【０００９】
このような計測誤差を小さくするためには、測角器の回転部とエンコーダディスクとのそれぞれの回転中心を一致させるための調整が必要である。しかしながら、この調整は非常に面倒で長い時間を必要とする。
【００１０】
特許文献３及び特許文献４に開示された測角器においては、格子パターンやスケール等といった識別用マークが回転体の表面上に直接に形成されている。従って、回転体の回転中心と識別用マークの回転中心とのずれに起因して計測誤差が生じるという不都合はない。
【００１１】
しかしながら、特許文献３及び特許文献４ではアブソリュート型エンコーダを用いており、回転体の絶対的な回転角度を測定するために、回転体の回転軸線の延在方向に沿って多数段の識別用マークを設けなければならず、しかもそれらの多数段の識別用マークに対応した出力信号を処理する処理回路が必要となり、処理回路も含めた測角器全体の構成が複雑であり、高価であるという問題があった。
【００１２】
本発明は、従来装置における上記の問題点に鑑みて成されたものであって、基本的にはインクリメンタル型エンコーダを基本とする簡単で扱い易い構成を有し、回転体とスケール部分とが別体である従来の測角器に比べて高精度の測角を実現でき、さらに、アブソリュート型エンコーダのような複雑で高価な構成を用いることなく回転体の角度位置を識別できるような測角器及びＸ線分析装置を提供することを目的とする。
【００１３】
また、本発明は、そのような測角器を安定して確実に製造することができる製造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】
【００１４】
本発明に係る測角器は、回転体の回転角度を測定するための測角器であって、前記回転体に設けられた測角用の第１識別用マークと、前記第１識別用マークを読取る第１検出部と、前記回転体に設けられた第２識別用マークと、前記第２識別用マークを読取る第２検出部とを有しており、前記第１識別用マーク及び前記第２識別用マークは前記回転体の表面上に直接に形成されており、前記第２識別用マークは前記回転体の回転中心線を中心とした一部の角度範囲に設けられており、前記回転体の回転可能範囲は３６０°よりも小さい角度範囲であり、前記第２識別用マークは、前記回転体の回転可能範囲の許容限界角度位置に対応した限界点マークを含むことを特徴とする。
【００１５】
上記回転体は回転角度を測定したい任意の部材である。この回転体は任意の形状及び任意の機能を有する部材である。この回転体は、例えば、モータの回転軸そのものであったり、モータの回転軸に位置不動に固定された回転体であったり、分析装置を構成する１つの要素である回転機器の一部分であって当該回転機器の回転中心軸上にある部分であったり、Ｘ線分析装置内でＸ線源を回転可能に支持するアーム部材の回転中心部分であったり、Ｘ線分析装置内でＸ線検出器を回転可能に支持するアーム部材の回転中心部分であったりする。
【００１６】
第１識別用マークと第１検出部とのユニット及び第２識別用マークと第２検出部とのユニットは、任意の原理に従って回転角度測定用の信号を生成できるものである。例えば、発光及び受光といった光学的な処理により電気的な信号を生成する装置や、磁気的な処理によって電気的な信号を生成する装置や、その他任意の装置を適用できる。
【００１７】
第１識別用マーク及び第２識別用マークが回転体の表面上に直接に形成されているというのは、回転体とは別物の部材、例えばホイール部材に、第１識別用マーク又は第２識別用マークを形成した上でそれらのホイール部材を回転体に連結する、というのではなく、第１識別用マーク及び第２識別用マークを回転体に直接に形成するということである。
【００１８】
測角器の一例であるエンコーダとして、インクリメンタル型エンコーダとアブソリュート型エンコーダの２種類があることは既に知られている。インクリメンタル型エンコーダは、ある任意の角度位置からの相対的な角度変位を表す信号を出力するエンコーダである。アブソリュート型エンコーダは、基準角度位置（例えば角度０°位置）に対する絶対的な角度変位を表す信号を出力するエンコーダである。アブソリュート型は絶対的な角度変位を知ることができるが、スケール（目盛り）の構成が複雑であり、高価であり、制御が難しいという問題がある。インクリメンタル型は比較的高精度の測角を行うことが可能であるが、絶対的な角度を知るために付随機器、例えばデータム点センサ等が必要となるという問題がある。
【００１９】
本発明の測角器は基本的には第１識別用マークを用いたインクリメンタル型の測角器であって構造が非常に簡単であり、しかも第２識別用マークを用いて回転体の特定角度位置を認識することができるので、簡単な構成でありながら絶対的な角度変位を示すこともできる。
【００２０】
第２識別用マークが回転体の回転中心軸を中心とした一部の角度範囲に設けられるというのは、３６０°の全周にわたって設けられるのではなく、３６０°の一部の角度範囲に設けられるということである。一部の角度範囲は、１つの角度範囲であっても良いし、２つ以上の互いに分離した角度範囲であっても良い。
【００２１】
本発明に係る測角器において、前記第２識別用マークは、前記回転体の回転中心線を中心とした１つの角度範囲内に設けることができる。この構成によれば、第２識別用マークを設けた角度範囲と該マークが設けられていない角度範囲とで回転体の角度位置を絶対的に判別できる。しかも、マークのパターン（すなわち、模様、形状等）が非常に簡単で、形成し易い。
【００２２】
本発明に係る測角器において、前記第２識別用マークは、前記回転体の回転中心線を中心とした複数の互いに分離した角度範囲のそれぞれに設けることができる。この場合、各第２識別用マークは検出部によって互いに識別可能なマークであることが望ましい。この構成により、複数の互いに分離した角度範囲を検出部によって正確に認識することができる。
【００２３】
本発明に係る測角器において、前記第２識別用マークは、互いに間隔をあけて形成された複数の線状マークとすることができる。線状マークは非常に簡単なマークであるので、第２識別用マークを容易に且つ正確に形成することができる。
【００２４】
本発明に係る測角器においては、第１検出部の出力に基づいて第１信号を生成し、さらに第２検出部の出力に基づいて第２信号を生成する信号生成手段を設けることができる。そして、本発明に係る測角器において第２識別用マークが複数の互いに分離した角度範囲に設けられる場合には、上記信号生成手段は、異なった角度範囲のそれぞれに対応する第２信号として互いに識別可能な信号を生成することが望ましい。例えば、周期やパルス幅が異なる複数の信号を生成することができる。こうすれば、第２検出部が回転体の円周方向内のどの部分を検出しているかを正確に判定できる。
【００２５】
本発明に係る測角器において、前記第２識別用マークは、回転体の基準角度位置に対応した基準点マークを含んでいることが望ましい。基準角度位置は、例えば、角度０°の位置であったり、回転体を用いた装置に関して基準となる角度位置であったりする。例えば、Ｘ線分析装置の１つであるＸ線回折装置においては、試料に入射するＸ線の中心線に対するＸ線検出器のＸ線取込み角度を２θ角度と言い、この２θ角度のデータム位置が基準角度位置となることがある。通常、２θ角度のデータム位置は２θ＝１０°である。上記の基準点マークを２θ＝１０°の角度位置に対応して回転体上に設けておけば、データム位置や、データム位置に対する任意の角度位置を容易に認識できる。
【００２６】
本発明に係る測角器は、前記角度範囲内に設けられた第２識別用マークを用いて回転体の角度位置を判別する角度判別手段をさらに有することができる。この角度判別手段は、第２識別用マークが存在する範囲と第２識別用マークが存在しない範囲との違いに基づいて回転体の角度位置を判別することができる。この構成により、第２識別用マーク、第２検出器、及び角度判別手段のそれぞれの構成を簡単に形成した上で、第２検出部が回転体のどの角度位置を検出しているかを正確に判定できる。
【００２７】
本発明に係る測角器において、前記角度判別手段は、前記第２検出部が前記第２識別用マークが存在する範囲を検出しているか、又は前記第２識別用マークが存在しない範囲を検出しているかと、前記回転体の回転方向が正転方向であるか、又は逆転方向であるかと、前記第２検出部が前記基準点マークを検出したこと、とに基づいて前記回転体の基準角度位置を判定することができる。この構成によれば、測角器の動作の開始時に回転体の回転角度位置がどこにあるかが不明である場合に、その回転体の基準角度位置、例えば、回転体の角度０°位置や、Ｘ線回折装置における回折角２θ＝１０°の基準角度位置を迅速且つ正確に求めることができる。
【００２８】
本発明に係る測角器において、第１識別用マークと第２識別用マークとは、例えば図６（ａ）、図１１（ａ）、図１１（ｂ）、図１２（ａ）に示すように、回転体の回転中心線に沿って互いに異なった位置に互いに平行に設けることができる。他方、第１識別用マークと第２識別用マークとは、例えば図６（ａ）、図１１（ａ）、図１１（ｂ）に示すように、それらの先端同士が互いに接触又は近接して、それらのマークの全体が互いに隣接するように設けられることができる。
【００２９】
さらには、第１識別用マークと第２識別用マークとは、例えば図１２（ａ）に示すように、前記回転体の回転中心線に沿ったそれらの一部分同士が互いに重なり合うように設けることができる。又は、例えば図１２（ｂ）に示すように、それらのマークのいずれか一方の全部が他方のマークに重なり合うように設けることができる。第１識別用マークと第２識別用マークのいずれか一方の全部が他のマークに重なり合うというのは、両マークが１つのマーク列に含まれるということであるので、この場合には、第１識別用マークと第２識別用マークとを識別するための方策を施しておく必要がある。
【００３０】
本発明に係る測角器においては、回転体の外周面を円筒状に形成し、第１識別用マークを外周面の全域である角度３６０°の範囲にわたって形成し、第２識別用マークを外周面の一部の角度領域内に形成することができる。この構成により、第１識別用マーク及び第２識別用マークの回転体への形成が簡単になり、第１検出部及び第２検出部を用いたそれらのマークの読取りが正確になる。
【００３１】
本発明に係る測角器において、回転体の回転可能範囲は３６０°よりも小さい角度範囲に限定されることがある。この場合には、第２識別用マークは、回転体の回転可能範囲の許容限界角度位置に対応した限界点マークを含むことが望ましい。こうすれば、第２識別用マーク及び第２検出器を用いた制御によって回転体の回転範囲を正確に規制できる。
例えば、Ｘ線分析装置の１つであるＸ線回折装置ではＸ線源及びＸ線検出器等といった回転機器が大きくて重く、それらの機器に付随して電力線、制御線等が接続されるので、それらの回転機器の可動範囲が所定の角度範囲に規制されることがある。本発明に係る測角器によれば、それらの回転機器の可動範囲を第２識別用マークによって正確且つ簡単に規定できる。
【００３２】
次に、本発明に係る測角器の製造方法は、（Ａ）回転体の回転角度を測定するための測角器の製造方法であって、（Ｂ）前記回転体に設けられた測角用の第１識別用マークと、（Ｃ）前記第１識別用マークを読取る第１検出部と、（Ｄ）前記回転体に設けられた第２識別用マークと、（Ｅ）前記第２識別用マークを読取る第２検出部とを有しており、（Ｆ）前記第１識別用マーク及び前記第２識別用マークは前記回転体の表面上に直接に形成されており、（Ｇ）前記第２識別用マークは前記回転体の回転中心線を中心とした一部の角度範囲に設けられており、（Ｈ）前記回転体の回転可能範囲は３６０°よりも小さい角度範囲であり、（Ｉ）前記第２識別用マークは、前記回転体の回転可能範囲の許容限界角度位置に対応した限界点マークを含んでいる測角器の製造方法において、（Ｊ）角度設定機構によって所定回転速度で回転させられる回転台上に前記回転体を置き、（Ｋ）前記回転台によって前記回転体を回転させて前記回転体の異なる面をマーク形成手段によるマーク形成位置に持ち運び、前記マーク形成手段によって前記回転体の表面に測角用の第１識別用マークを形成し、さらに、前記回転体の回転中心線を中心とした一部の角度範囲に前記マーク形成手段によって第２識別用マークを形成し、（Ｌ）前記第１識別用マークを読取る第１検出部と前記第２識別用マークを読取る第２検出部とを前記測角器内の所定位置に配設し、（Ｍ）前記角度設定機構は、前記回転台を支持した回転軸と、該回転軸の回転角度を検出する角度検出器とを有しており、（Ｎ）該角度検出器は、前記回転軸と一体に回転する目盛り盤と、該目盛り盤の目盛りを読取る複数の読取りヘッドとを有し、これらの読取りヘッドの計測差に基づいて前記回転軸の回転角度を校正、いわゆる自己校正することを特徴とする。
【００３３】
本発明に係る測角器の製造方法によれば、本発明に係る測角器を安定して製造することができる。なお、自己校正とは、角度検出器に付設された機器要素によって校正が行われるのではなく、角度検出器の内部に設けられた機器要素によって角度検出器自らが校正を行うことである。
【００３４】
上記の角度検出器は、例えば、特許第３８２６２０７号公報に開示された角度検出器であり、角度原器を実現できる程度に高精度な角度検出器である。この角度検出器を用いて測角器の回転体に第１識別用マーク及び第２識別用マークを形成すれば、それらのマークを極めて高精度に形成できる。また、上記の角度検出器は、特許第３８２６２０７号公報に開示された角度検出器を改変した自己校正可能な角度検出器であっても良い。
【００３５】
本発明に係る測角器の製造方法において、前記マーク形成手段はレーザ加工によって前記第１識別用マーク及び第２識別用マークを形成することが望ましい。レーザ加工は、マークと未処理部分との間で光反射率に差を持たせることを簡単に実現できる。レーザ加工を用いた本発明の測角器の製造方法により、第１識別用マーク及び第２識別用マークを少ない工数で正確に形成できる。
【００３６】
次に、本発明に係るＸ線分析装置は、（Ａ）Ｘ線源から出て試料へ入射するＸ線の入射角θs 及び前記試料から出たＸ線を検出するＸ線検出器の前記試料に対するＸ線取込み角θd を変化させながら分析用のデータを採取するＸ線分析装置において、（Ｂ）前記Ｘ線検出器を支持した検出器支持体が固定された回転体と、（Ｃ）該回転体の回転角度を測定するための測角器とを有しており、（Ｄ）該測角器は、（ａ）前記回転体に設けられた測角用の第１識別用マークと、（ｂ）前記第１識別用マークを読取る第１検出部と、（ｃ）前記回転体に設けられた第２識別用マークと、（ｄ）前記第２識別用マークを読取る第２検出部とを有しており、（ｅ）前記第１識別用マーク及び前記第２識別用マークは前記回転体の表面上に直接に形成されており、（ｆ）前記第２識別用マークは前記回転体の回転中心線を中心とした一部の角度範囲に設けられており、（Ｅ）前記回転体の回転可能範囲は３６０°よりも小さい角度範囲であり、（Ｆ）前記第２識別用マークは、前記回転体の回転可能範囲の許容限界角度位置に対応した限界点マークを含むことを特徴とする。
【００３７】
本発明に係るＸ線分析装置は、前記検出器支持体が固定されたウオームホイールと、該ウオームホイールに噛み合うウオームと、該ウオームを回転駆動する駆動源とをさらに有することができる。この場合、前記回転体は前記ウオームホイールと一体である円筒形状のボス部、すなわち中心部分となる。
【００３８】
本発明に係るＸ線分析装置は、前記角度範囲内に設けられた前記第２識別用マークを用いて前記回転体の角度位置を判別する角度判別手段をさらに有し、該角度判別手段は、前記第２識別用マークが存在する範囲と前記第２識別用マークが存在しない範囲との違いに基づいて前記回転体の角度位置を判別し、前記第２識別用マークは、前記回転体の基準角度位置に対応した基準点マークを含んでおり、前記角度判別手段は、前記第２検出部が、前記第２識別用マークが存在する範囲を検出しているか、又は前記第２識別用マークが存在しない範囲を検出しているかと、前記回転体の回転方向が正転方向であるか、又は逆転方向であるかと、前記第２検出部が前記基準点マークを検出したこと、とに基づいて前記回転体の基準角度位置を判定することを特徴とする。
この構成によれば、測角器の動作の開始時に回転体がどの回転角度位置にあるかが不明である場合に、その回転体の基準角度位置、例えば、Ｘ線回折装置における回折角２θ＝１０°の基準角度位置を迅速且つ正確に求めることができる。
【発明の効果】
【００３９】
（１）測角器及びＸ線分析装置
本発明に係る測角器又はＸ線分析装置によれば、第１識別用マーク及び第２識別用マークが回転体とは別体の部材上に形成された後にその部材が回転体に後付けされるのではなく、回転体の表面上にそれらのマークが直接に形成されるので、回転体とスケール部分とが別体である従来の測角器に比べて、回転体とマークとの間に回転ズレが無く、その結果、回転体の回転角度を非常に高精度に測角できる。
【００４０】
また、本発明に係る測角器又はＸ線分析装置は、第２識別用マークを回転体の表面上の一部の角度範囲に設けたので、第２検出部が検出している部分の回転体の角度位置を、第２識別用マークが存在する範囲とそれが存在しない範囲とを利用して容易に判別できる。
【００４１】
また、本発明に係る測角器又はＸ線分析装置は、アブソリュート型エンコーダのような複雑で高価な構成を用いること無く、基本的には１つの識別用マークによって構成されるインクリメンタル型エンコーダを基本とした簡単で扱い易い構成を有しているにもかかわらず、インクリメンタル型エンコーダでは無理であった、回転体の角度位置の判別を正確に行えるようになった。
【００４２】
さらに、本発明に係る測角器又はＸ線分析装置は、回転体の基準角度位置や回転限界位置を第２識別用マークを用いて判別でき、リミットスイッチ等といった余分な機器要素を必要としないので、簡単な構造で小型に作製することができる。
【００４３】
（２）測角器の製造方法
本発明に係る測角器の製造方法によれば、回転体に第１識別用マーク及び第２識別用マークを形成する際の回転体のための角度検出器として、「回転軸と一体に回転する目盛り盤と、該目盛り盤の目盛りを読取る複数の読取りヘッドとを有し、これらの読取りヘッドの計測差に基づいて前記回転軸の回転角度を自己校正する」という構成の角度検出器を用いたので、すなわち、角度原器として使用可能な高精度の角度検出器を用いたので、本発明に係る測角器の第１識別用マーク及び第２識別用マークを所望の通りのパターンに正確に形成できる。こうして、本発明に係る測角器の製造方法によれば、上記の本発明に係る測角器を安定して正確に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係るＸ線分析装置用測角器を用いたＸ線分析装置の一実施形態を示す正面図である。
【図２】本発明に係るＸ線分析装置用測角器の斜視図である。
【図３】図１及び図２のＡ−Ａ線に従った平面断面図である。
【図４】図３の主要部材であるウオームホイールを示す図である。
【図５】ウオームホイールの回転を制御するための制御系を示す図である。
【図６】ウオームホイールに形成されたエンコーダ用のマークの一例を示す図である。
【図７】マークを形成するためのマーク形成装置の一例を示す正面図である。
【図８】Ｘ線分析装置の一例であるＸ線回折装置によって行われた測定の結果であるＸ線回折図形の一例を示す図である。
【図９】マーク形成装置で用いる角度検出器の一例を示す斜視図である。
【図１０】マーク形成装置で用いる角度検出器の他の例を示す斜視図である。
【図１１】ウオームホイールに形成されたエンコーダ用のマークの他の例を示す図である。
【図１２】ウオームホイールに形成されたエンコーダ用のマークのさらに他の例を示す図である。
【図１３】異なった数種類のエンコーダ用のマークを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
（測角器及びＸ線分析装置の第１の実施形態）
以下、本発明に係る測角器及びＸ線分析装置を実施形態に基づいて説明する。なお、本発明がこの実施形態に限定されないことはもちろんである。また、これ以降の説明では図面を参照するが、その図面では特徴的な部分を分かり易く示すために実際のものとは異なった比率で構成要素を示す場合がある。
【００４６】
図１は、本発明に係る測角器を用いた本発明に係るＸ線分析装置の一実施形態であるＸ線回折装置を示している。図１は正面図であり、左右方向及び前後方向が水平方向であり、上下方向が鉛直方向である。ここに示すＸ線回折装置１は、測角器であるゴニオメータ２を有しており、このゴニオメータ２は、Ｘ線源支持体としてのＸ線源アーム３と、検出器支持体としての検出器アーム４と、試料支持体としての試料ホルダ６とを有している。
【００４７】
ゴニオメータ２はその中心部において試料ホルダ６を着脱可能に支持している。試料ホルダ６の適所には凹部が形成されており、その凹部の中に試料、例えば粉末試料７が詰め込まれている。Ｘ線源アーム３は試料ホルダ６から左方向へ延びており、検出器アーム４は試料ホルダ６から右方向へ延びている。
【００４８】
ゴニオメータ２によって支持された試料ホルダ６内の試料７の表面上を通るように軸線Ｘ１が規定されている。この軸線Ｘ１は、図１の水平方向、すなわち図１の紙面を貫通する方向へ延びている。Ｘ線源アーム３及び検出器アーム４は、それぞれ、軸線Ｘ１を中心として独自に回転可能である。Ｘ線源アーム３の回転軸線Ｘ１と検出器アーム４の回転軸線Ｘ１とは、できる限り一致するように設定されている。
【００４９】
Ｘ線源アーム３上には、Ｘ線発生装置８及び発散スリット９がＸ線光学的に位置調整された状態で位置移動しないように固定されている。場合によっては、その他の光学要素、例えばＸ線を平行化するソーラスリットや、種々の波長のＸ線を含むＸ線から特性Ｘ線を取り出すモノクロメータ等をＸ線源アーム上に設けることもできる。
【００５０】
Ｘ線発生装置８の内部は真空である。Ｘ線発生装置８の内部には、通電によって熱電子を発生するフィラメント１２と、それに対向して配置されたターゲット１３とが設けられている。ターゲット１３の外周面上であって熱電子が衝突する領域がＸ線焦点であり、このＸ線焦点がＸ線源１４となっている。ターゲット１３は、例えば回転ターゲットである。
【００５１】
ターゲット１３の表面は、例えばＣｕ（銅）によって形成されており、このターゲット１３から特性線であるＣｕＫα線を含んだＸ線が放射される。Ｘ線源１４から出たＸ線はターゲット面に対して所定角度、例えば約６°の取り出し角度をもって取り出される。発散スリット９は、Ｘ線源１４で発生したＸ線が試料Ｓに入射するようにそのＸ線の発散を規制する。
【００５２】
検出器アーム４上には、散乱スリット１６、受光スリット１７及びＸ線検出器１８がＸ線光学的に位置調整された状態で位置移動しないように固定して設けられている。散乱スリット１６は、試料以外のところで空気散乱等によって発生した散乱Ｘ線がＸ線検出器１８に入るのを防止する。受光スリット１７は試料Ｓで回折したＸ線が集中する点に設けられ、集中したＸ線以外のＸ線がＸ線検出器１８に入るのを防止する。Ｘ線検出器１８は、例えば０次元Ｘ線検出器によって構成されている。
【００５３】
０次元Ｘ線検出器は、所定の領域で受け取ったＸ線を受光位置を判別することなく１つの束のＸ線として検出する検出器であり、例えばＰＣ（Proportional Counter：プロポーショナルカウンタ）、ＳＣ（Scintillation Counter：シンチレーションカウンタ）等を用いて構成される。ＰＣは、Ｘ線によるガスのイオン化作用に基づいてＸ線の量を電気信号に変換するカウンタである。ＳＣは、Ｘ線を受けて発光する物質（シンチレータ）の発光作用に基づいてＸ線の量を電気信号に変換するカウンタである。
【００５４】
Ｘ線検出器１８は受光したＸ線の量に対応して信号を出力し、その出力信号に基づいて強度検出回路１５がＸ線強度を演算する。強度検出回路１５は外観上、Ｘ線検出器１８の内部に組み込まれることがある。
【００５５】
なお、Ｘ線検出器としては、Ｘ線を線状領域で検出する１次元Ｘ線検出器、例えばＰＳＰＣ（Position Sensitive Proportional Counter）や、Ｘ線を面状領域で検出する２次元Ｘ線検出器、例えば面状Ｘ線蛍光体を用いたＸ線検出器を用いることもできる。
【００５６】
図２はゴニオメータ２の斜視図を示している。図３は図２及び図１のＡ−Ａ線に従った平面断面図を示している。図２に示すように、ゴニオメータ２は、金属製のケース２１と、ケース２１の中に設けられた回転体としてのＸ線源側ウオームホイール２２と、ケース２１の中に設けられた回転体としての検出器側ウオームホイール２３とを有する。これらのウオームホイール２２，２３は、軸受によってケース２１に、それぞれ独自に回転可能に、しかし軸方向移動をしないように、支持されている。
【００５７】
ケース２１の下部には、向かって左側にＸ線源側モータ２４が設けられ、向かって右側に検出器側モータ２５が設けられている。Ｘ線源側モータ２４及び検出器側モータ２５は、いずれも、回転速度の制御が可能なモータであるサーボモータによって形成されている。Ｘ線源側モータ２４の出力軸にはウオームギヤ２７が連結されている。また、検出器側モータ２５の出力軸にはウオームギヤ２８が連結されている。図３に示すように、ウオームギヤ２７はＸ線源側ウオームホイール２２のギヤ部に噛み合っている。また、ウオームギヤ２８は検出器側ウオームホイール２３のギヤ部に噛み合っている。
【００５８】
Ｘ線源側ウオームホイール２２のギヤ部は、円筒形状である回転胴２９の外周面の一部にネジ切り加工によって形成されている。また、検出器側ウオームホイール２３のギヤ部は、円筒形状である回転胴３０の外周面の一部にネジ切り加工によって形成されている。Ｘ線源側ウオームホイール２２のギヤ部の外径と検出器側ウオームホイール２３のギヤ部の外径はほぼ同一であるが、検出器側ウオームホイール２３の回転胴３０の前方部分の外径はＸ線源側ウオームホイール２２の回転胴２９の内径よりも小さくなっており、検出器側ウオームホイール２３の回転胴３０はＸ線源側ウオームホイール２２の回転胴２９の内部を貫通している。
【００５９】
検出器側ウオームホイール２３の内部は円柱状の空間となっており、その空間内に軸部材３２が貫通状態で設けられており、その軸部材３２の先端に試料ホルダ６が着脱可能に取り付けられている。また、検出器側ウオームホイール２３の回転胴３０の前端に検出器アーム４が取り付けられ、Ｘ線源側ウオームホイール２２の回転胴２９の前端にＸ線源アーム３が取り付けられている。試料ホルダ６に詰め込まれた試料７の表面を通ることになる軸線Ｘ１がＸ線源側ウオームホイール２２及び検出器側ウオームホイール２３のための共通の回転軸線であり、従って、軸線Ｘ１がＸ線源アーム３及び検出器アーム４のための共通の回転中心軸線である。
【００６０】
Ｘ線源側モータ２４が作動してウオームギヤ２７が回転すると、Ｘ線源側ウオームホイール２２及びそれに支持されたＸ線源アーム３が軸線Ｘ１を中心として回転する。Ｘ線源アーム３が回転すると、図１において、Ｘ線源１４から出て試料７へ入射するＸ線の入射角θs が変化する。本明細書では、Ｘ線源アーム３やＸ線源１４の試料軸線Ｘ１を中心とした回転、すなわち入射Ｘ線角度θs を変化させるための回転、を「θ回転」と呼ぶことがある。
【００６１】
図３において、検出器側モータ２５が作動してウオームギヤ２８が回転すると、検出器側ウオームホイール２３及びそれに支持された検出器側アーム４が軸線Ｘ１を中心として回転する。検出器側アーム４が回転すると、図１において、Ｘ線検出器１８が試料７を見込む角度（すなわち、試料７から出た回折線を取り込む角度）θd が変化する。本明細書では、Ｘ線入射角度θs と回折線取込み角度θd との和（θs＋θd）、すなわち試料７へ入射するＸ線の中心線（すなわち、ダイレクトビーム）に対するＸ線検出器１８による回折線の取込み角度を「２θ」と呼ぶことがある。また、回折線取込み角度２θを変化させるための検出器アーム４の回転、を「２θ回転」と呼ぶことがある。
【００６２】
Ｘ線検出器１８によるＸ線取込み角２θは、試料７に入射する入射Ｘ線の中心線の延長線と、Ｘ線検出器１８から試料７への見込み線とが成す角度である。Ｘ線回折測定が行われる間、Ｘ線入射角θs は図１の正時計方向へ所定の角速度で連続的又は間欠的に大きくなるように制御される。そして、Ｘ線検出器１８による回折線取込み角度θd は図１の反時計方向（すなわち、Ｘ線源１４のθ回転と反対の方向）へθ回転と同じ角速度で連続的又は間欠的に大きくなるように制御される。
【００６３】
通常、θs とθd は同じ角速度で回転させるので、前述したようにＸ線源アーム３やＸ線源１４の試料軸線Ｘ１を中心とした回転、すなわち入射Ｘ線角度θs を変化させるための回転角を「θ回転角」と呼んでいるが、θs とθd が同じ角速度回転でない場合は、θs とθd の加算値の半角、すなわち（θs＋θd）／２を「θ回転角」と呼ぶこともある。
【００６４】
以上の角度制御により、試料７に対するＸ線入射角θs が変化する間に、試料７から回折角２θで回折線が発生したときに、回折線取込み角２θに在るＸ線検出器１８によってその回折線が検出される。
【００６５】
なお、試料７へのＸ線入射角θs を変化させるにあたっては、Ｘ線源１４と試料７とが相対的に回転すれば良いのであり、従って、Ｘ線源１４を試料７に対してθ回転させることに代えて、Ｘ線源１４を固定配置した上で、試料７を試料軸線Ｘ１を中心として図１の反時計方向へθ回転させる構成を採用することもできる。この場合には、検出器アーム４の２θ回転は、検出器アーム４を試料７のθ回転の２倍の角速度で、試料７のθ回転と同じ方向へ回転させることによって達成される。
【００６６】
本実施形態のＸ線光学系は集中法光学系であり、Ｘ線入射角θs 及び回折線取込み角θd が変化する際、Ｘ線源１４及び受光スリット１７は、試料軸線Ｘ１を中心とするゴニオメータ円Ｃｇ上に在る。また、Ｘ線源１４、試料７、及び受光スリット１７の３点は、Ｘ線入射角θs 及び回折線取込み角θd が変化する際、集中円Ｃｆ上に在る。Ｘ線入射角θs 及び回折線取込み角θd が変化する際、ゴニオメータ円Ｃｇは常に直径一定の円であり、集中円Ｃｆは角θs 及び角θd の変化に伴って直径が変化する円である。
【００６７】
図３のＸ線源側ウオームホイール２２は、図４に示すように、回転胴２９の先端にエンコーダ用リング２６を焼き嵌めすることによって形成されている。この焼き嵌めは次のようにして行われる。すなわち、鋳鉄等から成る段付きで円筒状の基材の外側に、基材の外形より小さい内径を持つエンコーダ用リング２６を、例えば１００℃以上に加熱した状態で嵌め込む。このとき、エンコーダ用リング２６は熱膨張しているので、基材に接触することなく容易に嵌め込まれる。その後、エンコーダ用リング２６は、室温まで冷却されて基材の外周面に機械的に強固に接合し、ずれることが無くなる。
【００６８】
Ｘ線源側ウオームホイール２２の基材部分の材質は、例えばデンスバー（すなわち鋳鉄）であり、エンコーダ用リング２６の材質は、例えば、ステンレススチール、銅、真鍮、砲金又はその表面にメッキ等による金属又は黒色の皮膜を形成したものである。エンコーダ用リング２６の外周面の中心軸線Ｘ０とＸ線源側ウオームホイール２２の中心軸線Ｘ２とは正確に一致している。なお、図３において、検出器側ウオームホイール２３もエンコーダ用リング２６を用いて同様に形成されている。
【００６９】
Ｘ線源側ウオームホイール２２のエンコーダ用リング２６はケース２１の前方（図３の左方）へ出ている。また、検出器側ウオームホイール２３のエンコーダ用リング２６はケース２１の後方（図３の右方）へ出ている。そして、これらのエンコーダ用リング２６の外周表面のそれぞれに、第１識別用マークとしての線状マークである複数のスケール用線分マーク３３と、第２識別用マークとしての線状マークである複数のインデックス用線分マーク３４とが設けられている。これらのマーク３３，３４は後述するレーザ加工により、エンコーダ用リング２６の表面に直接、すなわち回転胴２９，３０の表面に直接、すなわち回転体としてのウオームホイール２２，２３の表面に直接、形成されている。
【００７０】
従来のゴニオメータにおいては、エンコーダ用の複数のマークを刻んだホイールをＸ線源側ウオームホイール２２や検出器側ウオームホイール２３に外付け又は後付けしていた。この場合には、エンコーダ用ホイールとウオームホイール２２，２３との間の偏心誤差を無くすために長時間をかけて、例えば１時間以上をかけて調整作業をしなければならなかった。これに対し、本実施形態では、ウオームホイール２２，２３の一部分であるエンコーダ用リング２６に直接、マーク３３，３４が形成されているので、しかも、後述のように高精度角度設定機構によってそれらのマーク３３，３４が形成されるので、マーク３３，３４とウオームホイール２２，２３との間の誤差を無視できる。
【００７１】
本実施形態における精度を実測した例を、表１に示す。
【００７２】
【表１】
0005472986.tif 000002
【００７３】
このときの装置条件は次の表２の通りである。
【００７４】
【表２】
0005472986.tif 000003
【００７５】
なお、マーク３３，３４とそれらの周辺の未処理部分（すなわち、ウオームホイール２２，２３の回転胴２９，３０の部分）とに関しては、エンコード用の光に関する反射率に差があることが望ましい。具体的には、レーザ加工によって形成されたマーク３３，３４とそれらの下地部分との間で反射率に差が生じるようなレーザ加工方法が採用されることが望ましい。また、明部（すなわち、未処理部分）は表面平坦性があることが望ましい。
【００７６】
なお、本実施形態では、回転胴２９，３０とエンコーダ用リング２６とを別々に作製した後にそれらを焼き嵌めした上でエンコーダ用リング２６の表面にマーク３３，３４を形成する構成としたが、これに代えて、回転胴２９，３０の全体を１つの材料によって単一部材として形成し、その単一部材の先端部にマーク３３，３４を形成するようにしても良い。
【００７７】
スケール用マーク３３は、図２及び図５に示すように、所定の狭い間隔で設けられており、インデックス用マーク３４はスケール用マーク３３よりも広い間隔で設けられている。なお、図２においては検出器側ウオームホイール２３に属するスケール用マーク３３は示されていない。また、図５では、便宜のため、Ｘ線源側ウオームホイール２２に属する構成と検出器側ウオームホイール２３に属する構成とを１つの図によってまとめて表現している。
【００７８】
図６（ａ）はスケール用マーク３３及びインデックス用マーク３４を平面的に展開した状態を示している。スケール用マーク３３は、Ｘ線源側ウオームホイール２２の回転胴２９及び検出器側ウオームホイール２３の回転胴３０のそれぞれの全周に（すなわち、３６０°の角度範囲にわたって）設けられている。一方、インデックス用マーク３４は図示のように、３６０°のうちの一部の角度範囲だけに設けられている。
【００７９】
インデックス用マーク３４のうちの一方の端にある１つのマーク３４ａは基準角度位置、すなわち基準点又はデータム点、を示すマークである。本明細書では、３６０°の角度範囲のうちインデックス用マーク３４が設けられている領域をデータム点に対する−（マイナス）領域といい、インデックス用マーク３４が設けられていない領域をデータム点に対する＋（プラス）領域ということにする。
【００８０】
図３において、スケール用マーク３３に対向する位置に第１検出部３６が設けられている。また、インデックス用マーク３４に対向する位置に第２検出部３７が設けられている。これらの検出部３６，３７は位置移動しないように固定されている。例えば、ケース２１に固定されている。スケール用マーク３３と第１検出部３６とは１つのエンコーダを構成し、インデックス用マーク３４と第２検出部３７とは他の１つのエンコーダを構成している。第１検出部３６と第２検出部３７とは互いに別々に設けても良いし、１つのユニットを構成するように１つのケーシング内に一体に設けられていても良い。
【００８１】
一般に、エンコーダには透過型と反射型とがある。透過型エンコーダは、被検体に取付けられた光透過性のスケール用マークを挟んで発光器と受光器とを設け、発光器から出た光をスケール用マークを通して受光器で受光し、そして、スケール用マークの移動に従って受光器から信号を出力する。また、反射型エンコーダは、被検体に取付けられた光反射性のスケール用マークに対向させて発光器と受光器とを設け、発光器から出た光をスケール用マークで反射させて受光器で受光し、そして、スケール用マークの移動に従って受光器から信号を出力する。
【００８２】
透過型の場合も反射型の場合も、受光器から出力される信号に基づいて、被検体の回転角度、回転速度等を求めることができる。発光器は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いて構成される。受光器は、例えばＰＤ（Photo-diode）を用いて構成される。
【００８３】
本実施形態では反射型のエンコーダを用いるものとし、そのため、第１検出部３６及び第２検出部３７のそれぞれの内部に発光器及び受光器が設けられる。発光器の前に第１格子を設け、スケール用マークを第２格子として用い、受光器の前に第３格子を設け、第１格子を通してスケールマークに光を照射して反射させ、反射光を第３格子を通して受光器によって受光してその受光器から信号を出力する。この実施形態に代えて、第１格子を除外した２格子型のエンコーダを採用することも可能である。また、本実施形態に代えて透過型のエンコーダを採用することも可能である。
【００８４】
スケール用マーク３３はＸ線源側ウオームホイール２２及び検出器側ウオームホイール２３の回転角度及び回転速度を検知するためのマーク、すなわち測角用のマークである。一方、インデックス用マーク３４は、ウオームホイール２２，２３がどの角度位置にあるか、例えば、データム点にあるかどうか、データム点のプラス側にあるのか、データム点のマイナス側にあるのか、等を検知するためのマークである。
【００８５】
図１において、強度検出回路１５の出力信号は制御装置４０に伝送される。制御装置４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ等を含むコンピュータによって構成されている。制御装置４０の入出力部には、キーボード、マウス等といった入力装置４１や、出力装置である次の各要素、すなわちプリンタ４２、ディスプレイ４３、及びモータコントローラ４４が接続されている。
【００８６】
制御装置４０のメモリ内には、Ｘ線回折測定を実現するためのプログラムソフトが記憶されている。このプログラムソフトの中には、図５のスケール用エンコーダ（マーク３３，検出部３６）及びインデックス用エンコーダ（マーク３４，検出部３７）を用いて、Ｘ線源側ウオームホイール２２及び検出器側ウオームホイール２３の回転角度を求めるためのプログラムソフトが含まれている。
【００８７】
図２に示すＸ線源側モータ２４及び検出器側モータ２５は、図５においてモータコントローラ４４からの指令に従って作動する。モータコントローラ４４は、制御装置４０からの指令に従って各モータ２４，２５の動作を制御する。具体的には、モータコントローラ４４は、モータ２４，２５の始動、停止、回転速度等を制御する。モータ２４，２５が作動してそれらの出力軸が回転すると、それらの出力軸に固定されたＸ線源側ウオームギヤ２７及び検出器側ウオームギヤ２８が回転し、さらに、それらに噛み合っているＸ線源側ウオームホイール２２及び検出器側ウオームホイール２３が回転する。
【００８８】
Ｘ線源側ウオームホイール２２及び検出器側ウオームホイール２３が回転すると、それぞれのスケール用マーク３３に対向した第１検出部３６の出力端子にマーク３３のピッチに対応した信号が出力される。また、それぞれのインデックス用マーク３４に対向した第２検出部３７の出力端子にマーク３４の有無に対応した信号が出力される。
【００８９】
第１検出部３６の出力及び第２検出部３７の出力は、信号生成手段としての信号処理部４６へ伝送される。信号処理部４６は各検出部の出力を増幅し、さらに必要に応じて逓倍して、必要な大きさの信号を形成する。信号処理部４６は、第１検出部３６の出力信号に基づいて第１信号Ｓ１を出力し、第２検出部３７の出力信号に基づいて第２信号Ｓ２を出力する。第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２は制御装置４０によって識別可能な信号である。
【００９０】
第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２はモータコントローラ４４へ伝送される。モータコントローラ４４は、Ｘ線源側ウオームホイール２２及び検出器側ウオームホイール２３が所定の回転速度で回転するように、信号Ｓ１，Ｓ２に基づいてモータ２４，２５の出力回転を制御する。さらに制御装置４０は、インデックス用マーク３４に属する第２検出部３７の出力に基づいて、ウオームホイール２２，２３がどの回転角度位置にあるかを検出する。
【００９１】
一般に、モータの駆動制御方法として、オープンループ制御、セミクローズド制御、及びフルクローズド制御が知られている。オープンループ制御は、制御対象を駆動する動力源としてパルスモータ、すなわちステッピングモータを用い、このモータに入力する信号を調整することによりモータの出力軸の回転を制御し、もって制御対象の動きを制御する方法である。
【００９２】
セミクローズド制御は、制御対象を駆動する動力源として回転速度を制御可能なモータ、例えばサーボモータを用い、モータの出力軸にエンコーダを取付け、このエンコーダの出力信号を制御装置へフィードバックしてモータの出力軸の回転を制御し、もって制御対象の動きを制御する方法である。
【００９３】
フルクローズド制御は、制御対象を駆動する動力源として回転速度を制御可能なモータ、例えばサーボモータを用い、制御対象の変位をエンコーダ等によって検知し、その検知結果を制御装置へフィードバックしてモータの出力軸の回転を制御し、もって制御対象の動きを制御する方法である。
【００９４】
本実施形態では、図１のＸ線源アーム３及び検出器アーム４が制御対象であり、これらは図３に示すように、それぞれ、Ｘ線源側ウオームホイール２２及び検出器側ウオームホイール２３に固定されている。そして、エンコーダを構成するスケール用マーク３３及びインデックス用マーク３４は、それぞれ、Ｘ線源側ウオームホイール２２及び検出器側ウオームホイール２３の回転胴２９，３０（特に、エンコーダ用リング２６）に形成されている。従って、本実施形態では、制御方法としてフルクローズド制御が採用されている。このフルクローズド制御の採用により、高精度の角度検知及び角度制御が行われるようになっている。
【００９５】
本実施形態では、回転胴２９，３０の直径が約１６０．４３ｍｍであり、従って円周長さは約５０４．０ｍｍである。スケール用マーク３３に関しては、ピッチは２０．００μｍであり、３６０°の本数は２５２００．０本であり、外周面における１°の距離は１．４０００ｍｍであり、１°当りの刻み数は７０本である。このマーク３３を第１検出部３６で読取って電気信号に変換する。さらに、１０００倍に分割（すなわち１０００逓倍）すると、１万分の１度あたり７パルスの信号を出力できる。そして、この信号がフルクローズド制御に供される。
【００９６】
直径及びピッチは任意の値を選ぶことができるが、実際のゴニオメータの形状に適用するのに適当な直径及び汎用的に使われているピッチ（例えば２０μｍ又は８０μｍ）を用い、さらに１０００逓倍をした後のパルス数が整数になるように選定することが望ましい。
【００９７】
次に、図６（ａ）のインデックス用マーク３４は、スケール用マーク３３よりも広い幅に形成されている。例えば、幅が約６０μｍであり、長さが約２ｍｍである。そして、−（マイナス）領域、例えばデータム点から−１８０°の領域に、０．５°間隔で繰り返してマーク３４が形成されている。なお、マーク３４は＋（プラス）領域、例えばデータム点から＋１８０°の領域に設けられていても良い。
【００９８】
装置の電源を切った後に再び電源を投入した場合や、メモリ内の角度情報をリセットした場合には、その時点におけるＸ線源側ウオームホイール２２や検出器側ウオームホイール２３の絶対的な角度が不明となる。この場合に絶対的な角度値を知りたいときには、まず、回転胴２９，３０を＋（プラス）方向へ０．５°回転させる。図６（ｂ）に示すように回転の始点が−（マイナス）領域内にあった場合、インデックス用マーク３４のいずれかが検知される。このとき、基準点マーク３４ａを検出した位置で、制御装置４０のメモリ上にある角度情報をデータム点（例えば、２θ＝１０°）にリセットする。
【００９９】
引き続き０．５°ずつ＋（プラス）方向に回転を続け、インデックス用マーク３４が検知されなくなった時点で回転を停止する。このときのメモリ上の角度情報は、最後に検知したインデックス用マーク３４（すなわち最も端にあるマーク３４ａ）の位置を保存しており、この位置がデータム点になる。
【０１００】
他方、回転開始時の始点が図６（ｃ）に示すように＋（プラス）領域にあった場合には、最初に＋（プラス）方向に０．５°回転させても、インデックス用マーク３４は検知されない。このときには、回転方向を−（マイナス）方向に変えて再び角度０．５°ずつ回転を継続させる。そして、インデックス用マーク３４（具体的には端のマーク３４ａ）が検知された時点で回転を停止する。このようにインデックス用マーク３４が検知された位置がデータム点である。このデータム点の所で、制御装置４０のメモリ上にある角度情報をデータム点（例えば、２θ＝１０°）にリセットする。
【０１０１】
インデックス用マーク３４を読取るための第２検出部３７の構造によっては、＋側に回転した場合と−側に回転した場合とで、読取位置が微小量、異なる場合がある。このような誤差を防ぐため、回転胴を−（マイナス）方向へ回転させてインデックス用マーク３４を最初に検知した後、さらに少し−（マイナス）方向へ回転させた後、引続いて回転方向を＋（プラス）方向へ変化させて角度０．５°ずつ回転させ、インデックス用マーク３４が検知されなくなった時点をデータム点とする、ように制御することができる。
【０１０２】
以下、上記構成より成るＸ線回折装置１によるＸ線回折測定を説明する。
この測定は、図１において、Ｘ線源１４からＸ線を発生して試料７にＸ線を照射し、Ｘ線源１４及び発散スリット９をθ回転させ、さらに、Ｘ線検出器１８、受光スリット１７及び散乱スリット１６を２θ回転させることによって行われる。Ｘ線源１４及び発散スリット９のθ回転は、Ｘ線源側モータ２４を作動して図３のＸ線源側ウオームホイール２２を回転駆動してＸ線源アーム３をθ回転させることによって行われる。また、Ｘ線検出器１８、受光スリット１７及び散乱スリット１６の２θ回転は、検出器側モータ２５を作動して検出器側ウオームホイール２３を回転駆動して検出器アーム４を２θ回転させることによって行われる。
【０１０３】
試料７へ入射するＸ線の入射角θs の基準角度位置（データム点）、例えばθs ＝５°は図３のＸ線源側ウオームホイール２２に付設されたインデックス用エンコーダ３４，３７によって図６（ｂ）又は（ｃ）に示したようにして特定される。また、Ｘ線検出器１８の回折線取込み角θd の基準角度位置、例えばθd ＝５°は検出器側ウオームホイール２３に付設されたインデックス用エンコーダ３４，３７によって特定される。データム点を２θで表せば、２θ＝θs ＋θd ＝１０°である。
【０１０４】
インデックス用エンコーダを構成しているインデックス用マーク３４は、回転体であるＸ線源側ウオームホイール２２及び検出器側ウオームホイール２３の表面上に外付け又は後付けされるのではなく、それらのウオームホイール２２，２３を形成しているエンコーダ用リング２６の表面上に直接、形成されている。従って、従来のゴニオメータの場合のように、インデックス用マークを刻んである部品をウオームホイール２２，２３に取付け、さらに取付け位置の調整を行う必要がなく、ゴニオメータの組立て作業が非常に容易である。
【０１０５】
しかも、インデックス用マーク３４はウオームホイール２２，２３に対して取付け誤差が全く無く、しかもインデックス用マーク３４は図７に示したマーク形成装置、すなわち特許第３８２６２０７号に開示された自己校正を行う角度検出器を備えた高精度回転機構５７を有したマーク形成装置５１によって極めて高精度で形成されている。それ故、本実施形態のゴニオメータ２はインデックス用マーク３４を用いることにより、Ｘ線源１４やＸ線検出器１８の基準角度位置や限界角度位置を正確に決めることができる。
【０１０６】
なお、基準角度位置（例えば、データム点にあるかどうか、データム点のどちら側にあるかどうか等）はインデックス用マーク３４そのものによって特定でき、可動範囲の限界角度位置はインデックス用マーク３４によって基準角度位置を特定した上でスケール用マーク３３によって所定角度を計測することによって特定できる。
【０１０７】
Ｘ線源側ウオームホイール２２及び検出器側ウオームホイール２３に関して基準角度位置が特定された後、Ｘ線源アーム３をθ回転させると共に、検出器アーム４を２θ回転させながらＸ線源１４からＸ線を放射することにより、試料７に関してＸ線回折測定が行われる。この測定により、例えば図８に示すようなＸ線回折図形が測定結果として求められる。
【０１０８】
図８は、Ｋα１及びＫα２によるＳｉ４００の反射を測定したものである。ここに示されている回折パターンは半値幅が狭いパターンとなっている。このように半値幅が狭い回折パターンは高精度の測角が行われないと求められないものであり、具体的には（１／１０００）度程度の角度設定精度が必要である。本実施形態のＸ線回折装置１によれば高精度の測角が行われるので、図８に示すような高精度のＸ線回折図形を得ることができる。
【０１０９】
図８において横軸は図１の検出器アーム４の回折角２θであり、縦軸はＸ線検出器１８によって求めたＸ線強度である。回折角２θは図３の検出器側ウオームホイール２３に付設されたスケール用マーク３３及び第１検出部３６から成るスケール用エンコーダによって計測される。また、回折角２θに連動するＸ線源アーム３の回転によるＸ線入射角θはＸ線源側ウオームホイール２２に付設されたスケール用マーク３３及び第１検出部３６から成るスケール用エンコーダによって計測される。
【０１１０】
スケール用エンコーダを構成しているスケール用マーク３３は、回転体であるＸ線源側ウオームホイール２２及び検出器側ウオームホイール２３の表面上に外付け又は後付けされるのではなく、それらのウオームホイール２２，２３の表面上に直接、形成されている。従って、従来のゴニオメータの場合のように、インデックス用マークを刻んである部品をウオームホイール２２，２３に取付け、さらに取付け位置の調整を行う必要がなく、ゴニオメータの組立て作業が非常に容易である。
【０１１１】
しかも、スケール用マーク３３はウオームホイール２２，２３に対して取付け誤差が全く無く、しかもスケール用マーク３３は図７に示したマーク形成装置、すなわち特許第３８２６２０７号に開示された自己校正を行う角度検出器を備えた高精度回転機構５７を有したマーク形成装置５１によって極めて高精度で形成されている。それ故、本実施形態のゴニオメータ２はスケール用マーク３３を用いることにより、試料へのＸ線入射角θ及び試料から出る回折線の回折角２θを極めて高精度に測角できる。
【０１１２】
高精度回転機構５７内に設けられた角度検出器は、例えば図９にその全体を符号８１で示すような角度検出器である。この角度検出器８１は、回転軸８２に固定した目盛り盤８３の周囲に読取りヘッドを備えた角度検出器であって、同一の目盛り盤８３の周囲に複数の第１目盛り読取りヘッド８４と、１個の第２目盛り読取りヘッド８５とを備え、第２目盛り読取りヘッド８５と各第１目盛り読取りヘッド８４との計測差を求めて演算処理を行うことにより自己校正を行う構成の角度検出器である。なお、この角度検出器８１の詳細及び改変例は特許第３８２６２０７号公報に例示されている。
【０１１３】
また、高精度回転機構５７内に設けられた角度検出器は、産総研計量標準報告Ｖｏｌ．１，Ｎｏ．１（２００２年１月）Ｐ．１９−２３、渡辺司他、「ロータリーエンコーダの高精度校正装置の開発（第１報）」に述べられている高精度自己校正機構を利用することもできる。この自己校正機構は、例えば、図１０に示す構成を有しており、標準偏差０．０１角度秒以内の精度で角度検出が可能である。この方法では、回転軸８２を含んだ回転機構に取り付けられた２つのロータリーエンコーダ８７ａ，８７ｂが用いられる。
【０１１４】
ロータリーエンコーダ８７ａには複数の読取りヘッド８８が設けられている。ロータリーエンコーダ８７ｂには位置不動に固定された読取りヘッド８９が設けられている。ロータリーエンコーダ８７ａの読取りヘッド８８は前記回転機構と同軸に設けられた別の回転機構によって３６０°回転移動可能となっている。読取りヘッド８８の角度は、位置不動に固定された読取りヘッド９０を備えたロータリーエンコーダ９１によって検出される。ロータリーエンコーダ８７ａに含まれる複数の読取りヘッド８８を用いて複数の角度で検出した角度情報とロータリーエンコーダ８７ｂの角度とを比較する演算処理を行うことにより、角度設定機構としての回転装置５９の誤差を自己校正することができる。
【０１１５】
Ｘ線回折測定に際して測定すべき回折角２θの角度範囲は試料の特性に応じて所定の角度範囲に規定されるが、通常、その角度範囲は３６０°以下の角度範囲である。回折角２θの角度範囲が制限されるのに応じて試料へのＸ線入射角θも当然のことながら、２θの１／２の角度範囲に限定される。Ｘ線源アーム３及び検出器アーム４の周囲には電気コードその他の各種の機器要素が設けられる。各アーム３，４はそれらの機器要素にぶつかってはならない。そのため、Ｘ線源アーム３のθ回転及び検出器アーム４の２θ回転は、基準角度位置（データム点）からの旋回が所定の限界角度位置までに制限される。
【０１１６】
本実施形態では、基準角度位置（データム点）は図６（ａ）のインデックス用マーク３４、特に基準点マーク３４ａそのものによって特定できる。また、限界角度位置は基準点マーク３４ａからのスケール用マーク３３の数によって特定できる。インデックス用マーク３４及びスケール用マーク３３はいずれもＸ線源側ウオームホイール２２及び検出器側ウオームホイール２３の表面上に直接、形成されており、しかも、図７の高精度回転機構５７を備えたマーク形成装置５１によって形成されている。従って、基準角度位置（データム点）から限界角度位置までの旋回許容角度範囲は非常に正確に特定され、それ故、Ｘ線源アーム３及び検出器アーム４が他の機器要素にぶつかることを確実に防止できる。
【０１１７】
なお、基準点マーク３４ａによって特定される基準角度位置から所定数のスケール用マーク３３をもって限界角度位置であると特定することに代えて、図１１（ａ）に示すように、インデックス用マーク３４の所望角度位置に限界点マーク３４ｂを予め形成しておき、基準点マーク３４ａと限界点マーク３４ｂとによって旋回許容角度範囲を特定することもできる。
【０１１８】
さらに、図１のＸ線回折装置１において電源投入時にはＸ線源アーム３及び検出器アーム４をそれぞれデータム点、すなわち２θ＝１０°）の位置に回動させる必要がある。このとき、それらのアーム３，４がデータム点のプラス側にあるか、マイナス側にあるかによって、各アームの回動方向を適宜に制御する必要がある。この回動方向の選定を間違えると、各アーム３，４が他の機器にぶつかって損傷するおそれがある。
【０１１９】
本実施形態では、図６（ａ）に示したように、インデックス用マーク３４を設けた領域と設けていない領域とを作成したことにより、第２検出部３７（図５参照）がウオームホイール２２，２３のどの角度位置を検出しているか、換言すれば、ウオームホイール２２，２３がどの角度位置にあるかを簡単に検知できるようになっている。従って、電源投入時のアーム３，４の回転方向の選定を容易に行うことができる。
【０１２０】
以上の説明から理解されるように、本実施形態によれば、回転体であるウオームホイール２２，２３がどの回転角度位置にあるかをインデックス用マーク３４を用いて容易に判定できる。そのため、電源投入時にその回転角度位置を基準としてウオームホイール２２２，２３を自動的に所望の位置に移動させることができる。
【０１２１】
本実施形態によれば、インデックス用マーク３４が或る角度範囲を持って形成されているので、例えばウオームホイール２２，２３がその角度範囲以外には回転しないように制御することができる。これにより、ウオームホイール２２，２３に支持されたＸ線発生装置８、Ｘ線検出器１８等がその角度範囲外に存在する他の物体に衝突することを容易に回避できる。
【０１２２】
図６（ａ）に示した実施形態では、１つの角度範囲にインデックス用マーク３４を形成した。これに代えて、複数の互いに分離した角度範囲にインデックス用マーク３４を形成しても良い。こうすれば、マーク３４を形成した範囲内では所定速度で測角を行い、それ以外の範囲は測角を行うことなく高速度でスキップ移動を行うことにより、測定時間を短縮することができる。
【０１２３】
複数の互いに分離した角度範囲のそれぞれにインデックス用マーク３４を形成する場合には、個々の角度範囲内のマーク３４を読取った第２検出部３７の出力端子にそれぞれの角度範囲に対応して互いに識別可能な信号が出力されるように、各角度範囲内のマーク３４に違いを持たせることが望ましい。こうすれば、第２検出部３７がどの角度位置の角度範囲を検出しているか、すなわち回転体であるウオームホイール２２，２３がどの角度範囲に対応した位置にあるか、を容易に判別できる。
【０１２４】
例えば、図１１（ｂ）に示すように、複数の互いに分離した角度範囲Ａ１，Ａ２，Ａ３にインデックス用マーク３４を形成するものとし、マーク３４のピッチを範囲Ａ１で２θ＝０．５°相当、範囲Ａ２で２θ＝０．４°相当、そして範囲Ａ３で２θ＝０．３°相当に設定することができる。これ以外に、マーク３４自身の幅に変化を持たせたり、マーク３４の濃淡（すなわち、反射光の強度差）に変化を持たせたりすることもできる。
【０１２５】
（その他の実施形態）
以上、好ましい実施形態を挙げて本発明に係る測角器を説明したが、本発明はその実施形態に限定されるものでなく、請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々に改変できる。
【０１２６】
例えば、上記実施形態では、Ｘ線源１４を回転させる回転系とＸ線検出器１８を回転させる回転系との両方に本発明に係る測角器を適用したが、いずれか一方の回転系に本発明に係る測角器を適用しても良い。また、Ｘ線回折装置の種類によっては、Ｘ線源１４は位置不動の固定状態に設置されるものがある。このようなＸ線回折装置においては、Ｘ線検出器１８を回転させる回転系だけに本発明に係る測角器を適用することができる。
【０１２７】
また、上記実施形態では、第１識別用マークと第１検出部とから成る検出ユニット及び第２識別用マークと第２検出部とから成る検出ユニットを光学式の検出ユニットによって構成したが、これを磁気を利用した検出ユニットに代えることもできる。
【０１２８】
また、上記実施形態では図１において試料ホルダ６を水平に固定して、Ｘ線源アーム３を正時計方向へθ回転させてＸ線入射角θs を変化させ、検出器アーム４をＸ線源アーム３と反対方向（反時計方向）へ同じ角速度で２θ回転させて回折線取込み角θd を変化させた。すなわち、いわゆるθ−θ回転構造を採用した。
【０１２９】
しかしながら、これに代えて、Ｘ線源アーム３を固定（すなわちＸ線源１４を固定）状態として、試料ホルダ６を反時計方向へθ回転させてＸ線入射角θs を変化させ、検出器アーム４を試料ホルダ６と同じ方向（反時計方向）へ２倍の角速度で２θ回転させて回折線取込み角θd を変化させる構造、いわゆるθ−２θ回転構造を採用することもできる。
【０１３０】
以上の実施形態は、Ｘ線源アーム３を回転させるθ軸回転系と、検出器アーム４を回転させる２θ軸回転系との２つの回転系に対して本発明を適用したが、１つの回転系しか備えていない装置に対しては、その１つの回転系だけに本発明を適用することもできる。
【０１３１】
また、４つの回転系を備えた４軸ゴニオメータに関しては、それらの回転系のいずれか又は全部に対して本発明を適用することもできる。
【０１３２】
また、以上の実施形態ではＸ線分析装置としてＸ線回折装置を例示したが、本発明はその他のＸ線分析装置、例えば蛍光Ｘ線装置、Ｘ線小角散乱装置等にも適用できる。
【０１３３】
さらに、本発明に係る測角器は、Ｘ線分析装置以外の分析装置であって回転する何等かの要素機器を含んで成る分析装置、検査装置、製造装置等にも適用できる。
【０１３４】
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）の実施形態では、第１識別用マーク３３と第２識別用マーク３４の先端同士が互いに接触又は近接して、それらのマークの全体が互いに隣接している。これに代えて、図１２（ａ）に示すように、第１識別用マーク３３と第２識別用マーク３４の一部分同士が互いに重なり合うようにそれらのマークを設けることもできる。また、図１２（ｂ）に示すように、第１識別用マーク３３と第２識別用マーク３４のいずれか一方の全部（実施形態では第２識別用マーク３４の全部）が他方のマーク（実施形態では第１識別用マーク３３）に重なり合うようにそれらのマークを設けることもできる。
【０１３５】
（測角器の製造方法の第１の実施形態）
次に、図５においてウオームホイール２２，２３の回転胴２９，３０の表面にスケール用マーク３３及びインデックス用マーク３４を直接、形成するための方法を中心として、測角器の製造方法の一実施形態を説明する。
【０１３６】
図７はマーク形成装置の一例を示している。このマーク形成装置５１は、基台としての剛性の高い定盤５２と、その定盤５２上に設けられたワーク支持部５３と、同じく定盤５２上に設けられたレーザ出射部５４とを有している。レーザ出射部５４はマーク形成手段として機能する。
【０１３７】
ワーク支持部５３はフレーム５６を有しており、そのフレーム５６の内部には、高精度回転機構５７と、高精度回転機構５７によって支持されたＸＹステージ５８とが設けられている。高精度回転機構５７は、例えば特許第３８２６２０７号に開示された角度検出器を備えた回転装置５９を有している。この回転装置５９はその角度検出器の作用により出力軸である回転軸６０を所定の角速度で極めて高精度に回転させることができる。ＸＹステージ５８はこのような回転軸６０に固定されている。
【０１３８】
加工を受けるべきワークであるＸ線源側ウオームホイール２２又は検出器側ウオームホイール２３はＸＹステージ５８の上に載置される。好ましくは位置移動しないように固定される。ワーク２２，２３が載置されるべき空間の側方位置には反射型の光検出部６１が設けられている。この光検出部６１は、形成されたマークの位置が正しいかどうかを検査する際に用いられる。
【０１３９】
また、ワーク２２，２３が載置されるべき空間の上方位置には位置センサ６２が設けられている。この位置センサ６２は、ＸＹステージ５８に載置されたワーク２２，２３の外周の一部分を検知することにより、ワーク２２，２３が所定の位置に配置されているかどうかを検知するために用いられる。
【０１４０】
他方、レーザ出射部５４は、ＸＹステージ６４と、ＸＹステージ６４上に固定されたレーザ光源部フレーム６５と、当該フレーム６５上に固定されたレーザ光源部定盤６６とを有している。定盤６６の端部にはレーザ光源６７が固定され、さらに、レーザ光源６７からワーク支持部５３に向かって順に、ガルバノスキャナ６８、ハーフミラー６９、そして集光レンズ７０が設けられている。また、ハーフミラー６９の上方位置に顕微鏡ユニット７１が設けられている。顕微鏡ユニット７１は、レーザ光路とレーザ加工位置とを相対的に比較して加工位置を確認するために用いられる。
【０１４１】
レーザ加工を開始するにあたっては、まず、図５においてスケール用マーク３３又はインデックス用マーク３４が形成されていない状態のＸ線源側ウオームホイール２２又は検出器側ウオームホイール２３を、図７のマーク形成装置５１のワーク支持部５３のＸＹステージ５８の上の所定位置にワークとして載置する。必要に応じて位置移動しないように固定する。
【０１４２】
次に、位置センサ６２及びＸＹステージ５８を用いて回転装置５９の回転軸とホイール２２，２３の中心軸とを一致させる。具体的には、まず、ＸＹステージ５８によってＸ方向に平行な位置の調整を行い、位置センサ６２によってホイール２２，２３の位置測定を行い、ＸＹステージ５８を１８０°回転させる。その後、位置センサ６２によって再びホイール２２，２３の位置測定を行う。両測定値の差の１／２が回転軸の差なので、その差分値だけＸＹステージ５８をＸ方向へ移動させる。次に、ＸＹステージ５８を９０°回転させてＸＹステージ５８によってＹ方向に関してＸ方向と同様の調整を行う。以後、Ｘ方向及びＹ方向に関する調整を複数回繰返して行うことにより、回転装置５９の回転軸とホイール２２，２３の中心軸とを一致させる。
【０１４３】
回転装置５９は、特許第３８２６２０７号に記載された角度検出器、すなわち回転軸に固定した目盛り盤の周囲に読取りヘッドを備えた角度検出器であって、同一目盛り盤の周囲に複数の第１目盛り読取りヘッドと、１個の第２目盛り読取りヘッドとを備え、前記第２目盛り読取りヘッドと各第１目盛り読取りヘッドとの計測差を求めて演算処理を行うことにより自己校正を行うようにした角度検出器を備えているので、ワークとしてのウオームホイール２２又は２３を極めて高精度に微細角度で回転させることができる。従って、回転装置５９の回転軸とホイール２２，２３の中心軸とは極めて高精度に、例えば真円度の誤差の範囲内で一致する。
【０１４４】
また、高精度回転機構５７内に設けられた角度検出器は、既述のように、産総研計量標準報告Ｖｏｌ．１，Ｎｏ．１（２００２年１月）Ｐ．１９−２３、渡辺司他、「ロータリーエンコーダの高精度校正装置の開発（第１報）」に述べられている高精度自己校正機構を利用することもできる。
【０１４５】
次に、高精度回転機構５７の回転装置５９を作動させて回転軸６０を連続的又は間欠的に一定の微細角度で回転させることにより、ウオームホイール２２又は２３の新しい面をレーザが当たる部分に持ち運ぶ。ウオームホイール２２又は２３が回転する間、レーザ光源６７からレーザ光を発生させ、ガルバノスキャナ６８によってレーザ光を上下及び左右で走査移動させ、且つ集光レンズ７０によってレーザ光をワークとしてのウオームホイール２２又は２３の表面に集光させる。
【０１４６】
この集光により、複数のスケール用マーク３３又は複数のインデックス用マーク３４をウオームホイール２２又は２３の表面上に刻印する。顕微鏡ユニット７１はマーク形成位置を確認する際に使用する。回転軸６０を間欠的に回転させる場合には、ウオームホイール２２又は２３を微小角度回転させた後にそれを停止させ、その停止状態でマークの形成が行われる。
【０１４７】
本実施形態では既述のように角度原器に相当する高精度の角度設定機構である回転装置５９を用いてワークとしてのウオームホイール２２，２３を回転させるようにしたので、ウオームホイール２２又は２３の表面上に刻印された複数のスケール用マーク３３又は複数のインデックス用マーク３４のピッチは極めて高精度である。
【０１４８】
本実施形態では、平滑で光沢のある金属表面にレーザ加工によって縞状に正反射防止加工を施すことにより線分形状のマーク３３，３４が形成される。線分の幅は１０〜５０μｍであり、長さは５ｍｍである。また、互いに隣接する線分間のピッチは幅の２倍である。上記金属としては、レーザ光の光吸収が小さい物質、例えばニッケル、クロム、金、銀、銅、ステンレス鋼等を用いる。
【０１４９】
レーザ加工を用いる場合、レーザ波長に対する吸収、アブレーション特性、加工後のドロスが少ないことが望ましい。また、２種類の材料の一方を除去してスケール用マークを形成する場合には、２種類の材料の加工選択性があることが望ましい。また、表面を粗化してスケール用マークを形成する場合には、材料表面に凹凸形状が形成されやすいことが望ましい。
【０１５０】
（測角器の製造方法の第２の実施形態）
上記第１実施形態では正反射防止加工としてレーザ加工による除去及び粗面化を用いたが、レーザ加工に代えて機械加工又は化学加工による除去、粗面化、黒色化を採用することもできる。
【０１５１】
例えば、図１３（ａ）に示すようにワーク７３の表面に縞状のマーク７４を形成する場合に、図１３（ｂ）に示すように、光反射率の異なる２種類の物質から成る積層物７５及び７６を基材７７の表面に成膜し、表面層７６を縞状に除去することにより、マーク７４を形成できる。
【０１５２】
上記２種類の物質としては、ガラスと金属、金属と金属、又は金属と黒色被膜等が考えられる。金属としては、例えばクロム、ニッケル等が考えられる。２種類の金属としては、例えばニッケルと銅が考えられる。金属と黒色被膜としては、例えばステンレス鋼と黒化処理による黒色被膜や、銅と黒化処理による黒色被膜や、アルミニウムと黒色アルマイト処理による黒色被膜等が考えられる。
【０１５３】
また、膜を縞状に除去する方法としては、ホトリソグラフィ、機械加工、レーザ加工等が考えられる。
【０１５４】
成膜処理を行う際には、成膜された層と基材との密着性が高いこと、両者間に応力が生じないことが望ましい。また、めっき容易性が高いことが望ましい。また、ユーザ使用環境において長期間にわたって変色、腐食、剥れが無いことが望ましい。
【０１５５】
（測角器の製造方法の第３の実施形態）
マークの形成方法として、光反射率の異なる２種類の物質から成る積層物を基材上に形成し、表面層を縞状に付加する方法も考えられる。２種類の物質としては、ガラスと金属、金属と金属、又は金属と黒色被膜等が考えられる。図１３（ｄ）は、基材７７上に金属膜７５を成膜し、さらにその上に黒色被膜７８を付加して縞状マーク７４を形成した例である。
【０１５６】
上記の金属としては、クロム、ニッケル等が考えられる。上記の２種類の金属としては、ニッケルと銅等が考えられる。上記の金属と黒色被膜としては、ステンレス鋼と黒化処理による黒色被膜や、銅と黒化処理による黒色被膜や、アルミニウムと黒色アルマイト処理による黒色被膜等が考えられる。
【０１５７】
上記の縞状に付加する方法としては、例えば、まず基材７７上に第１層の材料を成膜し（符号７５）、その上にフォトレジスト又は樹脂を塗布し、その塗布物をホトリソグラフィ又はレーザ加工等で縞状に除去し、さらに蒸着、スパッタリング、メッキ等といった成膜方法又は黒色化処理を行って第１層の材料７５の上に金属又は黒色被膜７８を縞状に形成し、さらに上記の塗布物を溶剤で溶解して除去することにより、第１層の材料７５と第２の材料７８との縞状構造を形成する。
【０１５８】
なお、ホトリソグラフ処理を行う際には、円筒形状のワークと露光源との間に平面状のマスクを配置しておいて、そのワークを回転させながら露光を行うという手法を採用できる。また、エッチング液を供給する際には、対象ワークをマスクした上でエッチング液をスプレイするという手法を採用できる。
【０１５９】
（測角器の製造方法の第４の実施形態）
図１３（ｃ）は、例えばデンスバー（すなわち、鋳鉄）から成る基材７７の上に、例えばニッケルから成る第１膜７５を成膜し、その第１膜７５に機械加工又はレーザ加工を施して縞状のマーク７４を形成した例である。図ではマーク７４を第１膜７５から突出する凸状部分によって形成したが、マーク７４を第１膜７５へ窪む凹状部分によって形成することもできる。
【０１６０】
（測角器の製造方法の第５の実施形態）
図１３（ｅ）は、例えばデンスバーから成る基材７７の上に、縞状に黒色被膜７８を直接に形成してマーク７４を形成した例である。
【０１６１】
（測角器の製造方法の第６の実施形態）
金属膜をメッキした上でその金属膜を縞状に除去してマークを形成する場合には、次の処理を行うことができる。
【０１６２】
（１）エッチングで除去する場合
（ア）基板加工
ゴニオメータ２のウオームホイール２２，２３の材料であるデンスバーを加工し、スケール用マーク３３及びインデックス用マーク３４を書き込むための円筒面を形成する。この際には、自動加工装置により研削加工によって形成する。機械加工後の粗さは概ね次の通りである。
【０１６３】
Ｒａ（算術平均粗さ）＝０．６μｍであり、Ｒｚ（最大高さ：基準長さにおける輪郭曲線の中で、最も高い山の高さと最も深い谷の深さの和）＝１０μｍ、である。表面粗さの定義はＪＩＳ  Ｂ  ０６０１−２００１に従う。
機械加工後には研削の加工筋が残り、このような粗い状態となっている。これにより、光線を入射したとき、正反射せず、散乱する比率が高くなる。
デンスバーをそのまま基材としても良いが、表面粗さをより小さくし易いＣｕ等の材料を嵌めこんでも良い。
【０１６４】
（イ）研磨
バフ研磨等により表面粗さを低減することが好ましい。Ｒａ＝０．２μｍ、Ｒｚ＝０．６μｍとすることができる。
（ウ）洗浄
油分及び金属を除去すること好ましい。
（エ）マークの形成
金属膜めっき、レジスト塗布、プリベーク、露光、現像、リンス、ポストベーク、エッチングの各処理を順次に行う。金属膜めっきは、例えばＮｉ（ニッケル）めっきである。露光は、マスク露光又はレーザ直描である。現像はＴＭＡ等によって行う。リンスは超純水によって行う。
【０１６５】
（２）露光方法
（ア）マスク露光による外周面露光
実施例として、一度に露光する範囲を３°（ホイール直径を１６０．４３ｍｍとすると、範囲４．２ｍｍ、２１０本）とする。外周面にライン／スペース＝１０μｍ／１０μｍ、２１０本のマスクを固定しておく。高精度角度設定機構（図７の符号５７参照）を角度１°動かし、外周面を露光する。露光光源としては水銀ランプを使用した。
【０１６６】
１°ずつの回転と露光を繰り返して合計３６０°回転すれば、１°の領域が３回ずつ露光されることになり、露光量ばらつきを平均化することができる。
【０１６７】
光源としては、例えば次のようなものを使用できる。
（ａ）ＵＶ−ＬＥＤ（浜松ホトニクス社製、型式ＬＣ−Ｌ２、波長３６５ｎｍ（ｉ線相当）、
（ｂ）ＵＶ−ＬＥＤ（住友電工社製、型式ＵＶＬＭ−４００、波長３７５ｎｍ）、
（ｃ）ハロゲンランプ（トーヨーコーポレーション社製、型式ＵＲＭ−３００、波長３８０−４２０ｎｍ）、
（ｄ）水銀ランプ（ウシオ社製、波長３００−４００ｎｍ）。
【０１６８】
（イ）レーザ直描
上記の処理において、マスク露光に代えて、レーザによって対象面をスキャンしてパターンを書き込んでも良い。
【０１６９】
（ウ）レジストのレーザ加工
上記の処理において、露光及び現像に代えて、レーザを照射してレジストを直接、除去しても良い。現像以後のプロセスはマスク露光と同様である。
【０１７０】
（測角器の製造方法の第７の実施形態）
図７に示すようなレーザを用いたマーク形成装置において、ガルバノスキャナではなく、マスクを用いてマークを形成できる。例えば、ビーム径の大きなエキシマレーザ等を用い、光学系の途中にマスクを位置移動しないように配置し、被加工面でライン／スペース＝１０μｍ／１０μｍ、７０本を同時に加工できる。一度に加工する範囲は１°（ホイール直径は１６０．４３ｍｍとすると、範囲１．４ｍｍ、７０本である）とする。
【０１７１】
（測角器の製造方法の第８の実施形態）
図７において、ビーム径の小さいグリーンレーザを用い、ガルバノスキャンによって、ライン／スペース＝１０μｍ／１０μｍ、７０本を同時に加工する。一度に加工する範囲は１°（ホイール直径は１６０．４３ｍｍとすると、範囲１．４ｍｍ、７０本である）とする。エンコーダ付きのデジタルガルバノスキャナを用いることにより、再現性の良い加工を行うことができる。１つのマークを加工後、高精度角度設定機構（図７の符号５７参照）を角度１°動かして、次のマークを加工する。角度１°ずつの回転と加工を繰り返して合計３６０°回転すれば良い。
【０１７２】
（その他の実施形態）
以上、好ましい実施形態を挙げて本発明の製造方法を説明したが、本発明はその実施形態に限定されるものでなく、請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々に改変できる。
例えば、以上の実施形態ではＸ線分析装置としてＸ線回折装置を例示したが、本発明はその他のＸ線分析装置、例えば蛍光Ｘ線装置、Ｘ線小角散乱装置等にも適用できる。
【符号の説明】
【０１７３】
１．Ｘ線回折装置、  ２．ゴニオメータ（測角器）、  ３．Ｘ線源アーム（Ｘ線源支持体）、  ４．検出器アーム（検出器支持体）、  ６．試料ホルダ（試料支持体）、  ７．試料、  ８．Ｘ線発生装置、  ９．発散スリット、１２．フィラメント、  １３．ターゲット、  １４．Ｘ線源、  １６．散乱スリット、  １７．受光スリット、  １８．Ｘ線検出器、  ２１．ケース、  ２２．Ｘ線源側ウオームホイール（回転体）、  ２３．検出器側ウオームホイール（回転体）、  ２４．Ｘ線源側モータ、  ２５．検出器側モータ（駆動源）、  ２６．エンコーダ用リング、  ２７．Ｘ線源側ウオームギヤ、  ２８．検出器側ウオームギヤ、  ２９．Ｘ線源側回転胴、  ３０．検出器側回転胴、  ３２．軸部材、  ３３．スケール用線分マーク（第１識別用マーク）、  ３４．インデックス用線分マーク（第２識別用マーク）、  ３４ａ．基準点マーク、  ３４ｂ．限界点マーク、  ３６．第１検出部、  ３７．第２検出部、  ４６．信号処理部（信号生成手段、角度判別手段）、  ５１．マーク形成装置、  ５２．定盤、  ５３．ワーク支持部、  ５４．レーザ出射部、  ５６．フレーム、  ５７．高精度回転機構、  ５８．ＸＹステージ（回転台）、  ５９．回転装置、  ６０．回転軸、  ６１．光検出部、  ６２．位置センサ、  ６４．ＸＹステージ、  ６５．レーザ光源部フレーム、  ６６．レーザ光源部定盤、  ６７．レーザ光源、  ６８．ガルバノスキャナ、  ６９．ハーフミラー、  ７０．集光レンズ、  ７１．顕微鏡ユニット、  ７３．ワーク、  ７４．マーク、  ７５．第１積層物、  ７６．第２積層物、  ７７．基材、  ７８．黒色被膜、  ８１．角度検出器、  ８２．回転軸、  ８３．目盛り盤、  ８４．第１目盛り読取りヘッド、  ８５．第２目盛り読取りヘッド、  Ｃｆ．集中円、  Ｃｇ．ゴニオメータ円、  θs ：Ｘ線入射角、  θd ：回折線取込み角（Ｘ線回折角）、  Ｘ１、試料軸線、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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