(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022081823
(43)【公開日】2022-06-01
(54)【発明の名称】X線回折測定装置
(51)【国際特許分類】
G01N 23/20033 20180101AFI20220525BHJP
G01T 7/00 20060101ALI20220525BHJP
【FI】
G01N23/20033
G01T7/00 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2020193007
(22)【出願日】2020-11-20
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】(出願人による申告)平成31年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、研究成果展開事業 研究成果最適展開支援プログラム シーズ育成タイプ、「重要機械部品に対するX線を用いた高速高精度な全数検査技術の開発」委託研究、産業技術力強化法第17条の適用を受ける特許出願
(71)【出願人】
【識別番号】000005197
【氏名又は名称】株式会社不二越
(71)【出願人】
【識別番号】504160781
【氏名又は名称】国立大学法人金沢大学
(74)【代理人】
【識別番号】100176072
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 功
(74)【代理人】
【識別番号】100169225
【弁理士】
【氏名又は名称】山野 明
(72)【発明者】
【氏名】乾 典規
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 敏彦
(72)【発明者】
【氏名】三井 真吾
【テーマコード(参考)】
2G001
2G188
【Fターム(参考)】
2G001AA01
2G001BA18
2G001CA01
2G001DA01
2G001DA06
2G001KA07
2G001SA29
2G188AA27
2G188BB03
2G188DD13
(57)【要約】
【課題】X線回折測定装置10の測定結果のばらつきを抑制する。
【解決手段】測定対象物に向けてX線を出射するX線回折測定装置10が、測定対象物にて回折したX線を検出する検出センサ40が一面に設けられた基板26と、基板26における一面と反対の他面側に設けられ、冷却水を流すための流路が内部に形成され、基板26を冷却する冷却部材28と、を備える。
【選択図】
図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
測定対象物に向けてX線を出射するX線回折測定装置であって、
前記測定対象物にて回折したX線を検出する検出センサが一面に設けられた基板と、
前記基板における前記一面と反対の他面側に設けられ、冷却水を流すための流路が内部に形成され、前記基板を冷却する冷却部材と、
を備えるX線回折測定装置。
【請求項2】
前記冷却部材は、熱伝導性を有するとともに電気伝導性を有し、
前記基板と前記冷却部材の間に挟まれて前記基板と前記冷却部材と接触し、電気的絶縁性及び熱伝導性を有する絶縁部材、
を更に備える請求項1に記載のX線回折測定装置。
【請求項3】
前記流路は、前記基板側から前記冷却部材側を半透明視したときに、前記検出センサを囲うように形成されている、
請求項1又は2に記載のX線回折測定装置。
【請求項4】
前記検出センサは、前記測定対象物にて回折したX線を検出するセンサ部と、検出したX線を電気信号に変換する回路部とが一体化されている、
請求項1乃至3の何れか1項に記載のX線回折測定装置。
【請求項5】
前記検出センサは、SOI (Silicon on Insulator)センサを含む、
請求項4に記載のX線回折測定装置。
【請求項6】
前記測定対象物に向けてX線を出射するX線出射器を更に備え、
前記X線出射器は、前記冷却部材に載置されている、
請求項1乃至5の何れか1項に記載のX線回折測定装置。
【請求項7】
前記流路を一方の流路としたとき、
前記X線出射器には、冷却水を流すための他方の流路が形成されている、
請求項6に記載のX線回折測定装置。
【請求項8】
前記冷却部材において前記絶縁部材とは反対側の面に取り付けられ、前記基板側に延伸し、前記X線の出射範囲を調整するコリメータ、
を更に備える請求項2に記載のX線回折測定装置。
【請求項9】
前記絶縁部材及び前記基板には、前記コリメータが突出する貫通穴が設けられている、
請求項8に記載のX線回折測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、X線回折測定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、X線出射器から測定対象物に対してX線を照射し、当該測定対象物で回折したX線を受光した検出センサの受光信号に基づき、当該測定対象物の残留応力等を測定するX線回折測定装置が知られている。
【0003】
これに関し、特許文献1には、X線出射器の温度を一定に保つために冷却装置を備えることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、X線出射器の温度を一定に保っても、X線回折測定装置の測定結果にばらつきが生じるという問題があった。
【0006】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、測定結果のばらつきを抑制できるX線回折測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
発明者らは、各種実験を通して、基板に設けられた検出センサの発する熱が、測定結果のばらつきの原因となることを見出した。特に、検出センサをSOI(Silicon on Insulator)センサ等、測定対象物にて回折したX線を検出するセンサ部と、検出したX線を電気信号に変換する回路部とが一体化したセンサにした場合、測定結果のばらつきが顕著であったため、これを冷却することで測定結果のばらつきを抑制することを検討した。
【0008】
具体的には、上記課題を解決するために、本発明の第一態様におけるX線回折測定装置は、測定対象物に向けてX線を出射するX線回折測定装置であって、測定対象物にて回折したX線を検出する検出センサが一面に設けられた基板と、前記基板における前記一面と反対の他面側に設けられ、冷却水を流すための流路が内部に形成され、前記基板を冷却する冷却部材と、を備える。
【0009】
また、本発明の第二態様におけるX線回折測定装置では、前記冷却部材は、熱伝導性を有するとともに電気伝導性を有し、前記基板と前記冷却部材の間に挟まれて前記基板と前記冷却部材と接触し、電気的絶縁性及び熱伝導性を有する絶縁部材、を更に備える。
【0010】
また、本発明の第三態様におけるX線回折測定装置では、前記流路は、前記基板側から前記冷却部材側を半透明視したときに、前記検出センサを囲うように形成されている。
【0011】
また、本発明の第四態様におけるX線回折測定装置では、前記検出センサは、前記測定対象物にて回折したX線を検出するセンサ部と、検出したX線を電気信号に変換する回路部とが一体化されている。
【0012】
また、本発明の第五態様におけるX線回折測定装置では、前記検出センサは、SOI (Silicon on Insulator)センサを含む。
【0013】
また、本発明の第六態様におけるX線回折測定装置では、測定対象物に向けてX線を出射するX線出射器を更に備え、前記X線出射器は、前記冷却部材に載置されている。
【0014】
また、本発明の第七態様におけるX線回折測定装置では、前記流路を一方の流路としたとき、前記X線出射器には、冷却水を流すための他方の流路が形成されている。
【0015】
また、本発明の第八態様におけるX線回折測定装置では、前記冷却部材において前記絶縁部材とは反対側の面に取り付けられ、前記基板側に延伸し、前記X線の出射範囲を調整するコリメータ、を更に備える。
【0016】
また、本発明の第九態様におけるX線回折測定装置では、前記絶縁部材及び前記基板には、前記コリメータが突出する貫通穴が設けられている。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、測定結果のばらつきを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【
図1】X線回折測定システムの全体構成の一例を示す図である。
【
図2】X線回折測定装置の一部構成の一例を示す図である。
【
図3】
図2に示すX線回折測定装置の分解図である。
【
図4】
図2に示すX線回折測定装置の底面図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【0020】
<全体構成>
図1は、X線回折測定システム1の全体構成の一例を示す図である。
図1に示すように、X線回折測定システム1は、例えば、X線回折測定装置10と、扉ボックスBと、貯留タンク12と、コンピュータ14と、を備える。なお、
図1では、X線回折測定装置10の図示は簡略化している。
【0021】
X線回折測定装置10は、歯車やシャフト等の測定対象物に向けてX線を出射し、当該測定対象物から回折したX線の回折強度を測定する機能を有する。
【0022】
扉ボックスBは、X線回折測定装置10を取り囲んでいる。扉ボックスBは、扉を有し、ユーザがその扉を開けることで測定対象物をX線回折測定装置10にセットできる。
【0023】
貯留タンク12は、冷却水を貯留可能に構成されている。なお、この貯留タンク12は、複数存在してもよい。
【0024】
コンピュータ14は、X線回折測定装置10に接続され、当該X線回折測定装置10を制御する機能を有する。また、コンピュータ14は、X線回折測定装置10から回折強度の測定結果(電気信号)を受信し、当該測定結果に基づき、測定対象物の構造や特性の分析・測定を行う。本実施形態では、測定結果に基づき、測定対象物の残留応力を分析・測定する。
【0025】
<X線回折測定装置10の構成>
図2は、X線回折測定装置10の一部構成の一例を示す図である。また、
図3は、
図2に示すX線回折測定装置10の分解図である。
図2及び
図3に示すように、X線回折測定装置10は、例えば、管球20と、コリメータ22と、他方の流路としての第一冷却流路24と、基板26と、冷却部材28と、絶縁部材30と、を備える。
【0026】
管球20は、X線を生成し、生成したX線を測定対象物に向けて出射するX線出射器としての機能を有する。この管球20は、冷却部材28に載置される。
【0027】
コリメータ22は、冷却部材28において絶縁部材30とは反対側の面に取り付けられ(
図3参照)、基板26側に延伸し、管球20によるX線の出射範囲を調整する機能を有する。このコリメータ22の先端は、基板26から下側に突出している(
図2参照)。
【0028】
第一冷却流路24には、貯留タンク12に接続されており、不図示のポンプにより貯留タンク12から吸い上げられた冷却水が循環している。これにより、第一冷却流路24は、管球20を冷却している。
【0029】
基板26の一面(
図2及び
図3では下面)には、測定対象物にて回折したX線を検出する検出センサ40が設けられている。検出センサ40としては、測定対象物にて回折したX線を検出するセンサ部と、検出したX線を電気信号に変換する回路部とが一体化されているものが好ましい。このような検出センサ40としては、例えば、SOI (Silicon on Insulator)センサが挙げられる。
【0030】
図4は、
図2に示すX線回折測定装置10の底面図である。
図4に示すように、検出センサ40は、基板26の一面において左右に2つ設けられている。また、2つの検出センサ40の間には、コリメータ22が突出している。また、基板26の一面には、検出センサ40が変換した電気信号をコンピュータ14に送信するためのコネクタ42等が設けられている。
【0031】
図2及び
図3に戻って、冷却部材28は、基板26における一面と反対の他面側(管球20側)に設けられ、一方の流路として冷却水を流すための第二冷却流路32が内部に形成され、基板26を冷却する機能を有する。この第二冷却流路32には、貯留タンク12又は他の貯留タンクに接続されており、不図示のポンプにより貯留タンク12から吸い上げられた冷却水が循環している。これにより、第二冷却流路32は、冷却部材28を冷却し、ひいては、絶縁部材30を介して基板26の検出センサ40を冷却する。言い換えると、検出センサ40の熱が、基板26及び絶縁部材30を介して冷却部材28に移動して検出センサ40を冷却する。
【0032】
図5は、
図4に示す底面図の一部拡大図である。
図5に示すように、第二冷却流路32は、基板26側から冷却部材28側を半透明視したときに、2つの検出センサ40を囲うように形成されている。具体的には、冷却部材28が直方体であるとき、第二冷却流路32は、冷却部材28の長手方向の一端から他端まで延伸する冷却流路32Aと、当該冷却流路32Aに接続され、冷却部材28の短手方向の一端から他端まで延伸する冷却流路32Bと、当該冷却流路32Bに接続され、冷却部材28の長手方向の他端から一端まで延伸する冷却流路32Cと、を含む。そして、2つの検出センサ40は、冷却流路32Aと、冷却流路32Bと、冷却流路32Cとに間で近接して設けられている。
【0033】
図2及び
図3に戻って、冷却部材28は、冷却性能を高めるという観点から、熱伝導性を有することが好ましい。具体的には、冷却部材28は、水よりも高い熱伝導率を有することが好ましい。また、冷却部材28は、石英ガラスよりも高い熱伝導率を有することが好ましい。また、冷却部材28は、基板26との接触面積を大きくするという観点から、板材であることが好ましい。また、冷却部材28は、基板26がショートすることを回避するため、電気伝導性を有さないことが好ましい。しかしながら、本実施形態では、冷却部材28が、熱伝導性を有するだけでなく電気伝導性も有する銅板である場合を説明する。この場合、以下のように、基板26と冷却部材28の間に絶縁部材30を設ける。
【0034】
絶縁部材30は、基板26と冷却部材28の間に挟まれて基板26と冷却部材28とに接触し、電気的絶縁性及び熱伝導性を有する。このような絶縁部材30としては、例えば、シリコンシートが挙げられる。なお、絶縁部材30及び基板26には、コリメータ22が突出する貫通穴30A、26Aが設けられている。
【0035】
以上、
図2及び
図3に示すように、X線回折測定装置10は、基板26の上に、絶縁部材30、冷却部材28、及び、管球20が順に積層された構成になっている。
【0036】
<効果>
以上、本実施形態では、測定対象物に向けてX線を出射するX線回折測定装置10が、測定対象物にて回折したX線を検出する検出センサ40が一面に設けられた基板26と、基板26における一面と反対の他面側に設けられ、冷却水を流すための流路が内部に形成され、基板26を冷却する冷却部材28と、を備える。
この構成によれば、検出センサ40の駆動時に熱が発生しても、冷却部材28により検出センサ40が冷却されるので、検出センサ40による測定結果のばらつきを抑えることができる。また、冷却部材28が基板26の他面側に設けられているため、検出センサ40付近まで冷却部材28を設けることができ、冷却効率を高めることができる。
【0037】
また、本実施形態では、冷却部材28は、熱伝導性を有するとともに電気伝導性を有し、基板26と冷却部材28の間に挟まれて基板26と冷却部材28と接触し、電気的絶縁性及び熱伝導性を有する絶縁部材30、を更に備える。
この構成によれば、熱伝導性を有する冷却部材28が、熱伝導性を有する絶縁部材30を介して基板26を冷却することができるとともに、冷却部材28が電気伝導性を有していても絶縁部材30で絶縁されているので、検出センサ40を含む基板26の電子回路がショートすることを抑制することができる。また、直接、基板26と冷却部材28を接触させる場合に比べて、基板26が結露することを抑制することができる。
【0038】
また、本実施形態では、第二冷却流路32は、基板26側から冷却部材28側を半透明視したときに、検出センサ40を囲うように形成されている。
この構成によれば、検出センサ40の冷却効率を高めることができるので、検出センサ40による測定結果のばらつきを一層抑えることができる。
【0039】
また、本実施形態では、検出センサ40は、測定対象物にて回折したX線を検出するセンサ部と、検出したX線を電気信号に変換する回路部とが一体化されている。
この構成によれば、センサ部と回路部が一体化されているため検出センサ40に熱が発生し易いが、冷却部材28によって、検出センサ40の発熱により生じる測定結果のばらつきを抑えることができる。
【0040】
また、本実施形態では、検出センサ40は、SOI (Silicon on Insulator)センサを含む。
この構成によれば、検出センサ40に熱が一層発生し易いが、冷却部材28によって、検出センサ40の発熱により生じる測定結果のばらつきを抑えることができる。
【0041】
また、本実施形態では、測定対象物に向けてX線を出射するX線出射器(管球20)を更に備え、管球20は、冷却部材28に載置されている。
この構成によれば、管球20の位置を安定させることができる。
【0042】
また、本実施形態では、管球20には、冷却水を流すための第一冷却流路24が形成されている。
この構成によれば、管球20を冷却させることができるとともに、冷却部材28と接触している箇所から、管球20側から検出センサ40側に熱が伝わることを抑制できる。
【0043】
また、本実施形態では、冷却部材28において絶縁部材30とは反対側の面に取り付けられ、基板26側に延伸し、X線の出射範囲を調整するコリメータ22、を更に備える。
この構成によれば、冷却部材28において絶縁部材30側の面にコリメータ22が取り付けられる場合と比べて、冷却部材28と絶縁部材30との密着性を高めることができるため、冷却効率を高めることができる。
【0044】
また、本実施形態では、絶縁部材30及び基板26には、コリメータ22が突出する貫通穴30A、26Aが設けられている。
この構成によれば、コリメータ22が電気伝導性を有していても、基板26の電子回路がショートすることを回避することができる。また、左右に配置した検出センサ40の中間からX線を照射することで、回折X線が形成する回折環の撮像範囲を拡大できる。
【0045】
<変形例>
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。すなわち、上記の実施形態に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。また、上記の実施形態及び後述する変形例が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【0046】
例えば、上記実施形態では、基板26に送風手段を設けていないが、基板26が結露することを抑制するために送風手段を設けてもよい。特に、送風手段は、検出センサ40が設けられた基板26の一面に設けることが好ましい。更に、検出センサ40に向けて送風手段を送風させることが好ましい。これにより、結露を抑制するだけでなく、検出センサ40の冷却効率を一層高めることができる。
【0047】
また、上記実施形態では、絶縁部材30の厚みについては言及していないが、冷却部材28による基板26の冷却効率を高めるため、薄くすることが好ましい。例えば、絶縁部材30は、冷却部材28及び基板26より薄い方が好ましい。
【0048】
また、上記実施形態では、冷却部材28が銅板である場合を説明したが、アルミニウム板や、シリコン板であってもよい。ここで、シリコン板のように、冷却部材28が絶縁性を有している場合、絶縁部材30を省略することもできる。ただし、基板26の他面には、はんだ付け等により凹凸があり、それを吸収して基板26との接触面積を高めるという観点から、柔軟性を有する部材を、基板26と冷却部材28の間に設けることが好ましい。
【符号の説明】
【0049】
10:X線回折測定装置、26:基板、28:冷却部材、40:検出センサ