特開 2024-139979 Ｘ線マスク、Ｘ線マスクの製造方法、欠陥検出方法、及び積層造形装置

(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】P2024139979

(43)【公開日】2024-10-10

(54)【発明の名称】Ｘ線マスク、Ｘ線マスクの製造方法、欠陥検出方法、及び積層造形装置

(51)【国際特許分類】

   G01T 7/00 20060101AFI20241003BHJP

   G01N 23/203 20060101ALI20241003BHJP

   G21K 1/00 20060101ALI20241003BHJP

   G21K 5/02 20060101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

G01T7/00 B

G01N23/203

G01T7/00 A

G21K1/00 X

G21K5/02 X

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023050949

(22)【出願日】2023-03-28

(71)【出願人】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100162868

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 英輔

(74)【代理人】

【識別番号】100161702

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(74)【代理人】

【識別番号】100196689

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 康一郎

(72)【発明者】

【氏名】池田 顕夫

(72)【発明者】

【氏名】松田 竜一

(72)【発明者】

【氏名】半田 隆信

(72)【発明者】

【氏名】太田 早紀

【テーマコード（参考）】

2G001

2G188

【Ｆターム（参考）】

2G001AA01

2G001BA15

2G001CA01

2G001DA03

2G001DA08

2G001KA03

2G001LA02

2G001LA20

2G001QA01

2G001SA01

2G001SA04

2G188BB02

2G188CC00

2G188DD04

2G188DD09

2G188DD17

2G188DD18

2G188DD30

2G188EE25

(57)【要約】

【課題】高エネルギー、かつ高線量密度のＸ線を用いた場合であっても、より高い分解能を発揮することが可能なＸ線マスク、Ｘ線マスクの製造方法、欠陥検出方法、及び積層造形装置を提供する。
【解決手段】Ｘ線マスクは、積層造形によって形成された造形物の欠陥を検出する欠陥検出装置に用いられるＸ線マスクであって、タングステンで形成され、第一ピンホールを有する第一部材と、第一部材に積層され、鉛で形成されるとともに、第一ピンホールと同軸で、かつ第一部材から離間するに従って次第に開口面積が大きくなる第二ピンホールを有する第二部材と、を備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

積層造形によって形成された造形物の欠陥を検出する欠陥検出装置に用いられるＸ線マスクであって、
タングステンで形成され、第一ピンホールを有する第一部材と、
該第一部材に積層され、鉛で形成されるとともに、前記第一ピンホールと同軸で、かつ前記第一部材から離間するに従って次第に開口面積が大きくなる第二ピンホールを有する第二部材と、
を備えるＸ線マスク。

【請求項2】

前記第二部材は、前記第一部材よりも大きな厚さを有する請求項１に記載のＸ線マスク。

【請求項3】

前記第二ピンホールにおける前記第一ピンホール側の開口面積は、前記第一ピンホールの開口面積と同等である請求項１又は２に記載のＸ線マスク。

【請求項4】

前記第一ピンホール、及び前記第二ピンホールが互いに間隔をあけて複数形成されているとともに、前記第二ピンホールを通過したＸ線の照射領域が互いに重ならない配置である請求項１又は２に記載のＸ線マスク。

【請求項5】

複数の前記第一ピンホール、及び前記第二ピンホールの中心軸が、前記造形物の表面から放射状に延びるように構成され、前記第一ピンホールは、前記中心軸方向から見て円形をなすとともに、前記第一の部材の法線方向から見て楕円形をなしている請求項１又は２に記載のＸ線マスク。

【請求項6】

請求項１又は２に記載のＸ線マスクの製造方法であって、
タングステンで形成された母材に前記第一ピンホールを形成することで前記第一部材を得るステップと、
前記第一ピンホールに、前記第二ピンホールの形状を有する中子の先端を挿入するステップと、
前記中子の周囲、及び前記第一部材の表面に、溶融した鉛を供給するステップと、
前記溶融した鉛を凝固させることで、前記第二部材を得るステップと、
前記中子を取り除くステップと、
を含むＸ線マスクの製造方法。

【請求項7】

前記中子は、
中子本体と、
該中子本体の表面に設けられ、酸化膜、及び窒化膜のいずれか一方を有する金属箔と、
を有する請求項６に記載のＸ線マスクの製造方法。

【請求項8】

積層造形によって形成された造形物の欠陥を、請求項１又は２に記載のＸ線マスクを用いて検出する欠陥検出方法であって、
前記造形物の表面にＸ線を照射するステップと、
前記造形物の表面で散乱した前記Ｘ線を前記Ｘ線マスクの前記第一ピンホールに入射させるステップと、
前記Ｘ線マスクを通過したＸ線を結像させることで前記欠陥の有無を検出するステップと、
を含む欠陥検出方法。

【請求項9】

造形物の造形面に粉末材料を供給し、供給された前記粉末材料に溶融ビームを照射することで前記粉末材料を溶融させ、前記造形物を積層造形する積層造形装置であって、
前記造形面に沿った第一方向に移動しながら、前記造形面上に前記粉末材料を供給しつつ、表面を均すリコータと、
前記リコータに設けられ、電子ビームから変換することによって前記造形面に検査用のＸ線を照射するＸ線源と、
前記リコータに設けられ、前記Ｘ線源から照射された前記Ｘ線が前記造形面で散乱することで生じる前記Ｘ線を検出する検出器と、
前記リコータに設けられ、前記検出器と前記造形物との間における前記Ｘ線の光路状に配置された請求項１又は２に記載のＸ線マスクと、
を備える積層造形装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、Ｘ線マスク、Ｘ線マスクの製造方法、欠陥検出方法、及び積層造形装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ造形法（ＡＭ造形法）の実用化が進められている。この技術では、粉末材料にレーザーによる入熱を行うことで当該粉末材料を溶融・凝固を複数の層ごとに繰り返すことで、三次元的な造形物を得ることができる。

【0003】

ここで、上記の方法によって得られる造形物の欠陥を検出する技術として、Ｘ線を用いたものが知られている（例えば下記特許文献１参照）。この技術では、Ｘ線を造形物に照射し、当該造形物の表面で散乱した後方散乱Ｘ線を、Ｘ線マスクを通じて一部遮蔽した後、ラインセンサ等の検知部で検知して結像させる。当該画像から造形物の欠陥の有無を判断することができるとされている。

【0004】

ところで、欠陥の検出精度を上げるためには、Ｘ線の高エネルギー化と高線量密度化が必要となる。高エネルギーのＸ線を用いることでさらに深い位置の欠陥を特定することができる。また、高線量密度化することで検査時間を短縮することが可能となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１９－９０６１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、高エネルギー、高線量密度のＸ線を造形物に照射すると、欠陥が存在しない領域で生じる後方散乱Ｘ線の成分は、欠陥検出に際してのノイズとなってしまう。その結果、欠陥検出に当たっての分解能が低下してしまう虞があった。

【0007】

本開示は上記課題を解決するためになされたものであって、高エネルギー、かつ高線量密度のＸ線を用いた場合であっても、より高い分解能を発揮することが可能なＸ線マスク、Ｘ線マスクの製造方法、欠陥検出方法、及び積層造形装置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】

【0008】

上記課題を解決するために、本開示に係るＸ線マスクは、積層造形によって形成された造形物の欠陥を検出する欠陥検出装置に用いられるＸ線マスクであって、タングステンで形成され、第一ピンホールを有する第一部材と、該第一部材に積層され、鉛で形成されるとともに、前記第一ピンホールと同軸で、かつ前記第一部材から離間するに従って次第に開口面積が大きくなる第二ピンホールを有する第二部材と、を備える。

【0009】

本開示に係るＸ線マスクの製造方法は、上記のＸ線マスクの製造方法であって、タングステンで形成された母材に前記第一ピンホールを形成することで前記第一部材を得るステップと、前記第一ピンホールに、前記第二ピンホールの形状を有する中子の先端を挿入するステップと、前記中子の周囲、及び前記第一部材の表面に、溶融した鉛を供給するステップと、前記溶融した鉛を凝固させることで、前記第二部材を得るステップと、前記中子を取り除くステップと、を含む。

【0010】

本開示に係る欠陥検出方法は、積層造形によって形成された造形物の欠陥を、上記のＸ線マスクを用いて検出する欠陥検出方法であって、前記造形物の表面にＸ線を照射するステップと、前記造形物の表面で散乱した前記Ｘ線を前記Ｘ線マスクの前記第一ピンホールに入射させるステップと、前記Ｘ線マスクを通過したＸ線を結像させることで前記欠陥の有無を検出するステップと、を含む。

【0011】

本開示に係る積層造形装置は、造形物の造形面に粉末材料を供給し、供給された前記粉末材料に溶融ビームを照射することで前記粉末材料を溶融させ、前記造形物を積層造形する積層造形装置であって、前記造形面に沿った第一方向に移動しながら、前記造形面上に前記粉末材料を供給しつつ、表面を均すリコータと、前記リコータに設けられ、電子ビームから変換することによって前記造形面に検査用のＸ線を照射するＸ線源と、前記リコータに設けられ、前記Ｘ線源から照射された前記Ｘ線が前記造形面で散乱することで生じる前記Ｘ線を検出する検出器と、前記リコータに設けられ、前記検出器と前記造形物との間における前記Ｘ線の光路状に配置された上記のＸ線マスクと、を備える。

【発明の効果】

【0012】

本開示によれば、高エネルギー、かつ高線量密度のＸ線を用いた場合であっても、より高い分解能を発揮することが可能なＸ線マスク、Ｘ線マスクの製造方法、欠陥検出方法、及び積層造形装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本開示の第一実施形態に係る積層造形装置の構成を示す全体図である。

【図2】本開示の第一実施形態に係るリコータの構成を示す全体図である。

【図3】本開示の第一実施形態に係るＸ線マスクの構成を示す断面図である。

【図4】本開示の第一実施形態に係るＸ線マスクの構成を示す平面図である。

【図5】本開示の第一実施形態に係るＸ線マスクの製造方法を示すフローチャートである。

【図6】本開示の第一実施形態に係るＸ線マスクの製造方法における中子を挿入するステップを示す説明図である。

【図7】本開示の第一実施形態に係る中子の要部拡大図である。

【図8】本開示の第一実施形態に係る欠陥検出方法を示すフローチャートである。

【図9】本開示の第二実施形態に係るＸ線マスクの構成を示す断面図である。

【図10】本開示の第三実施形態に係るＸ線マスクの構成を示す断面図である。

【図11】本開示の各実施形態に共通するＸ線マスクの変形例を示す平面図である。

【図12】本開示の第一実施形態に係る中子の変形例を示す要部拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

＜第一実施形態＞
以下、本開示の第一実施形態に係るＸ線マスク５、Ｘ線マスク５の製造方法、欠陥検出方法、及び積層造形装置１について、図１から図８を参照して説明する。

【0015】

（積層造形装置１の構成）
積層造形装置１は、金属等で形成された微細な粉末材料にレーザーによる入熱を加えることで溶融・凝固させて、レーザーの軌跡に沿った形状を得るという工程を複数層にわたって繰り返すことで、三次元的な造形物１００を得るための装置である。

【0016】

図１に示すように、積層造形装置１は、造形部１１と、検査部１２と、を主に備える。造形部１１は、造形ステージ２１と、リコータ２２と、溶融ビーム照射部（不図示）と、を有する。

【0017】

造形ステージ２１は、その上面に、水平面に沿った造形物載置面２３を有している。造形ステージ２１は、上下方向に昇降可能に設けられている。造形ステージ２１は、予め定められた寸法ずつ、順次下降する。つまり、この寸法が、造形物１００の積層ピッチとなる。

【0018】

リコータ２２は、造形ステージ２１の上方に配置されている。リコータ２２は、材料供給部（図示なし）から供給される粉末材料を、造形物載置面２３上、または造形物載置面２３上に形成された造形物１００上に均しながら供給する。リコータ２２は、上下方向に直交する水平面に沿った第一方向Ｄ１に移動可能に設けられている。リコータ２２は、造形ステージ２１の造形物載置面２３の上方で、リコータ２２駆動機構（図示なし）によって、第一方向Ｄ１に沿って往復動する。リコータ２２は、水平面に沿い、第一方向Ｄ１に直交する第二方向Ｄ２に延びている。リコータ２２は、第二方向Ｄ２において、造形物載置面２３の全体を横切るように形成されている。リコータ２２の下面は、水平面に沿っている。リコータ２２は、粉末材料を供給する際、造形ステージ２１の第一方向Ｄ１の他方側から一方側に移動する。造形ステージ２１の第一方向Ｄ１の他方側には、リコータ２２に粉末材料を供給する材料供給部（図示なし）が設けられている。リコータ２２は、第一方向Ｄ１に移動し、造形物１００の端まで到達したのちは反対方向に移動して戻ることで、材料供給部から供給される粉末材料を、均しながら供給する。

【0019】

溶融ビーム照射部（図示なし）は、造形物載置面２３上に供給された粉末材料に、レーザー光等の溶融ビームを、予め設定された造形物１００の形状に合わせたパターンで照射する。造形物載置面２３上に供給された粉末材料は、溶融ビームが照射されることで溶融する。造形物載置面２３上で、粉末材料が溶融することによって、溶融金属が生成される。溶融金属が凝固すると、造形物載置面２３上に、造形物１００を形成する金属層が形成される。

【0020】

上記リコータ２２による粉末材料の供給と、溶融ビーム照射部（図示なし）による溶融ビームの照射と、造形ステージ２１の下降と、を繰り返すことで、造形物載置面２３上に、金属層が順次積層される。

【0021】

図２に示すように、検査部１２は、Ｘ線源３１と、検出器３２と、Ｘ線マスク５と、欠陥検出部３３と、を備えている。Ｘ線源３１、および検出器３２は、リコータ２２に対して第一方向Ｄ１の一方側に設けられている。Ｘ線源３１は、電子ビーム源４１と、照射ターゲット４２と、電子ビーム制御部４３と、を有している。

【0022】

電子ビーム源４１は、造形ステージ２１上に形成される造形物１００の造形面１０１に、照射ターゲット４２で変換したＸ線を照射する。造形面１０１は、造形ステージ２１上に順次積層される各金属層の表面である。電子ビーム源４１は、いわゆる電子銃であり、真空チャンバ４５内に設けられている。真空チャンバ４５は、検出器３２とともにリコータ２２に取り付けられている。真空チャンバ４５は、上方から下方に向かうに従って、第一方向Ｄ１に傾斜して延びている。真空チャンバ４５は、第二方向Ｄ２において造形ステージ２１の全体を覆うように延びている。真空チャンバ４５は中空密閉構造で、その内部が所定の真空度となるように真空引きされている。電子ビーム源４１から照射ターゲット４２に照射される電子ビームは、電子ビーム制御部４３の制御により、偏向電極（図示なし）による電界、または電磁石（図示なし）による磁界が印加されることで第二方向Ｄ２に偏向する。電子ビーム制御部４３は、リコータ２２が第一方向Ｄ１に移動している間、電子ビーム源４１から照射される電子ビームを真空チャンバ４５内で第二方向Ｄ２に繰り返し走査させる。

【0023】

電子ビーム源４１は、真空チャンバ４５内に設けられた照射ターゲット４２に向けて電子ビームを照射する。照射ターゲット４２は、電子ビーム源４１から照射される電子ビームをＸ線に変換し、造形面１０１に向けてＸ線を照射する。照射ターゲット４２は、真空チャンバ４５内の下部に設けられている。照射ターゲット４２は、第一方向Ｄ１に交差する面に沿って設けられている。照射ターゲット４２は、第二方向Ｄ２に連続している。真空チャンバ４５の底部には、電子ビーム源４１から照射され、照射ターゲット４２で変換されたＸ線が透過する透過窓４６が設けられている。照射ターゲット４２で変換され、透過窓４６を透過したＸ線は、下方に向かって第一方向Ｄ１の他方側に傾斜して進行し、造形面１０１上に照射される。電子ビーム源４１は、照射ターゲット４２に対し、第一方向Ｄ１から見て例えば矩形状の範囲に電子ビームを照射する。これにより、照射ターゲット４２で変換されたＸ線が造形面１０１上に照射される照射領域８０は、上方から見て角の丸い矩形状となる。

【0024】

検出器３２は、中空箱状で、第二方向Ｄ２から見ると、矩形状の断面を有している。検出器３２は、第二方向Ｄ２に延び、第二方向Ｄ２において造形ステージ２１の全体を覆うように設けられている。検出器３２は、リコータ２２の第一方向Ｄ１の一方側の端部に支持されている。検出器３２の一部は、リコータ２２の端部から第一方向Ｄ１に突出している。

【0025】

検出器３２内の上部には、ラインセンサ４７が設けられている。ラインセンサ４７は、上下方向に直交する面に沿って設けられている。ラインセンサ４７は、第一方向Ｄ１に所定の幅寸法を有している。ラインセンサ４７は、第二方向Ｄ２に連続して延びている。ラインセンサ４７は、造形面１０１に対して上方に間隔をあけて配置されている。ラインセンサ４７は、第一方向Ｄ１、および第二方向Ｄ２にそれぞれ配列された複数の検出ピクセル（図示なし）を備えている。ラインセンサ４７は、各検出ピクセルで検出されるＸ線の量（吸収線量、フォトン数）に基づいて、ラインセンサ４７に照射されるＸ線の量（吸収線量、フォトン数）を検出する。

【0026】

（Ｘ線マスク５の構成）
検出器３２の下面には、Ｘ線マスク５が設けられている。Ｘ線マスク５は板状をなし、上下方向に直交する面に沿って設けられている。Ｘ線マスク５は、検出器３２と、造形面１０１における照射領域８０との間に配置されている。Ｘ線マスク５は、照射領域８０で後方散乱した散乱Ｘ線の光路上に配置されている。Ｘ線マスク５は、造形面１０１で後方散乱した散乱Ｘ線を遮へいし、一部をピンホール５５を通じて透過させる。

【0027】

より具体的には図３、図４に示すように、Ｘ線マスク５は、第一部材５１と、第二部材５２と、を有する。第一部材５１は、例えばタングステンで形成された板状をなしている。第一部材５１には、１つの第一ピンホール５３が形成されている。第一ピンホール５３は、第一方向Ｄ１に延びる軸線Ｘを中心とする円形の孔である。第一ピンホール５３の内径は、第一方向Ｄ１における延在寸法の全域で一定である。第一ピンホール５３の内径は、例えば０．２ｍｍ～０．５ｍｍである。

【0028】

第二部材５２は、第一部材５１に積層された板状をなしている。第二部材５２は鉛で形成されている。第二部材５２の厚さは、第一部材５１の厚さよりも大きい。第二部材５２には、第二ピンホール５４が形成されている。第二ピンホール５４は、第一部材５１の第一ピンホール５３と同軸をなしている。さらに、第二ピンホール５４は円形をなすとともに、第一部材５１から離間するに従って開口面積が次第に大きくなっている。つまり、第二ピンホール５４は、円錐曲面によって形成されている。第二ピンホール５４を形成する円錐曲面の頂点角は、１０°以上８０°以下であることが望ましく、より望ましくは、２０°以上７０°以下である。最も望ましくは、頂点角は、４０°以上６０°以下である。なお、ここで言う頂点角とは、中心軸を通る同一平面内における円錐曲面の一対の母線同士の間に形成される角度を指す。第二ピンホール５４における第一ピンホール５３側の開口面積は、第一ピンホール５３の開口面積と同等である。なお、ここで言う「同等」とは、実質的な同等を指すものであって、加工による誤差等は許容される。したがって、第一ピンホール５３側から見て、第二ピンホール５４の内周側の端縁は当該第一ピンホール５３内に露呈していない。これら第一ピンホール５３と第二ピンホール５４とによって、１つのピンホール５５が構成されている。

【0029】

（Ｘ線マスク５の製造方法）
続いて、上記のＸ線マスク５の製造方法について、図５から図７を参照して説明する。図５に示すように、この製造方法は、第一ピンホール５３を形成するステップＳ１と、第一ピンホール５３に中子６を挿入するステップＳ２と、溶融した鉛を供給するステップＳ３と、鉛を凝固させるステップＳ４と、中子６を取り除くステップＳ５と、を含む。

【0030】

ステップＳ１では、タングステンで形成された板状の母材に、第一ピンホール５３を形成する。第一ピンホール５３を形成するに当たっては、例えば放電加工やレーザー加工が好適に用いられる。これにより、第一部材５１が形成される。ステップＳ２では、第一ピンホール５３に対して、中子６の先端を挿入する。具体的には図６に示すように、中子６は、第二ピンホール５４の円錐曲面形状に合わせて構成された円錐状の中子本体６１と、中子本体６１と一体に設けられた支持部６２と、を有する。中子本体６１は、一例としてステンレスで形成されている。さらに、図７に示すように、中子本体６１の表面には、金属箔７の層が設けられている。この金属箔７は、例えば中子本体６１と同一の材料であるステンレスの箔を酸化、又は窒化させることで形成されている。具体的には、金属箔７は、箔本体７１と、この箔本体７１の厚さ方向両面、又は中子本体６１側の片面のみに層状に設けられた表面層７２と、を有する。表面層７２は、上述の酸化膜、又は窒化膜である。中子本体６１側の片面のみに表面層７２が設けられている構成を図１２に示す。

【0031】

このように構成された中子６の先端を、第一ピンホール５３の内部に、当該第一ピンホール５３と同軸となるように挿入する。その後、ステップＳ３では、中子６の周囲、及び第一部材５１の表面に、溶融した鉛を供給する。ステップＳ４で鉛を凝固させると、中子６の周囲に鉛が充填された状態となる。その後、ステップＳ５で中子６を鉛と分離して取り外す。この時、中子６の表面に存在していた金属箔７は、鉛とわずかに固溶して鉛とともに残存する。これにより、第二ピンホール５４を有する第二部材５２が形成される。以上により、Ｘ線マスク５の製造方法の全工程が完了する。

【0032】

（欠陥検出方法）
上記のＸ線マスク５を透過した散乱Ｘ線は、ラインセンサ４７に到達する。ラインセンサ４７では、このようにして照射された照射領域８０における散乱Ｘ線の量（吸収線量、フォトン数）を検出する。ラインセンサ４７は、照射領域８０におけるＸ線量の情報を、欠陥検出部３３に出力する。欠陥検出部３３は、ラインセンサ４７に照射されたＸ線の量（吸収線量、フォトン数）を取得する。欠陥検出部３３は、取得されたＸ線量に基づいて、造形面１０１における欠陥の有無、欠陥の形状を判定する。このとき、周囲の欠陥の無い部分に比較し、欠陥がある部分では、ラインセンサ４７で検出されるＸ線量が低下する。欠陥検出部３３では、Ｘ線の量（吸収線量、フォトン数）が低下している部分を検出することで、造形面１０１で欠陥が生じている部位を検出する。欠陥検出部３３は、例えば、周囲の欠陥の無い部分に対するＸ線の量（吸収線量、フォトン数）の差が、予め設定した閾値以上であるときに、欠陥が存在している、と判定する。つまり、図８に示すように、この欠陥検出方法は、上述したＸ線を造形物１００の表面に照射するステップＳ１１と、後方散乱したＸ線をＸ線マスク５の第一ピンホール５３に入射させるステップＳ１２と、ラインセンサ４７、及び欠陥検出部３３による欠陥検出を行うステップＳ１３と、を含む。

【0033】

（作用効果）
ここで、上記のＸ線による欠陥の検出精度を上げるためには、Ｘ線の高エネルギー化と高線量密度化が必要となる。高エネルギーのＸ線を用いることでさらに深い位置の欠陥を特定することができる。また、高線量密度化することで検査時間を短縮することが可能となる。しかしながら、高エネルギー、高線量密度のＸ線を造形物１００に照射すると、欠陥が存在しない領域で生じる後方散乱Ｘ線の成分は、欠陥検出に際してのノイズとなってしまう。その結果、欠陥検出に当たっての分解能が低下してしまう虞があった。そこで、本実施形態では上述の各構成、及び方法を採用している。

【0034】

上記構成によれば、第一部材５１が硬度の高いタングステンで形成されていることから、第一ピンホール５３の形成するに当たって、高い寸法精度を確保することができる。微小な第一ピンホール５３を精度高く形成できることから、Ｘ線マスク５の分解能をさらに向上させることができる。反対に、第一部材５１が鉛等の硬度の低い金属で形成されている場合、切削や放電等の加工を施した際にバリ等が生じやすく、寸法精度を確保することが難しい。上記の構成によれば、このようなリスクを低減し、高い寸法精度と加工精度を維持することが可能となる。また、第二部材５２が鉛で形成されていることから、Ｘ線の大部分を当該第二部材５２によって遮蔽することが可能となる。さらに、第二ピンホール５４の開口面積が第一部材５１から離間するに従って次第に大きくなっていることから、第一ピンホール５３側から入射するＸ線の視野角を大きく確保することができる。つまり、第二ピンホール５４側のラインセンサ４７上で、造形物１００の表面のより広い範囲の画像を得ることが可能となる。したがって、造形物１００の表面におけるより大きな領域で、欠陥を検出することができる。

【0035】

さらに、上記構成によれば、鉛で形成された第二部材５２の厚さが第一部材５１の厚さよりも大きいため、より多くのＸ線を安定的に遮蔽することが可能となる。また、タングステン自体による遮蔽性能も伴うことから、鉛で形成された第二部材５２の厚さを必要最小限に抑えることができる。これにより、装置の製造やメンテナンスに要するコストを削減することが可能となる。

【0036】

また、上記構成によれば、第二ピンホール５４における第一ピンホール５３側の開口面積が当該第一ピンホール５３の開口面積と同等である。つまり、第一ピンホール５３側から見て、第二ピンホール５４の端縁が当該第一ピンホール５３の内周側に張り出すことがない。このため、第一ピンホール５３側から入射するＸ線の視野角を大きく確保することができる。反対に、第二ピンホール５４の内周側の端縁が第一ピンホール５３内に露呈していると、視野角が遮られ、検査が可能な領域の面積が限定的となってしまう可能性がある。上記構成によれば、このような可能性を大きく低減することができる。

【0037】

さらに、上記の製造方法によれば、第一ピンホール５３に第二ピンホール５４の形状を有する中子６の先端を挿入することで、これら第一ピンホール５３と第二ピンホール５４とが同軸上に位置するようになる（位置決めされる）。したがって、第一ピンホール５３と第二ピンホール５４とによって得られる画像の精度と分解能をさらに向上させることが可能となる。一方で、第二部材５２に予め第二ピンホール５４を形成した上で、第一部材５１に積層する方法も考えられる。しかしながら、当該方法では、第一ピンホール５３と第二ピンホール５４を同軸に位置決めすることに困難を伴う。他方で、上記方法によれば、中子６を挿入した時点で自然に第二ピンホール５４と第一ピンホール５３の位置決め（芯出し）が完了する。このため、より容易かつ効率的にＸ線マスク５を製造することが可能となる。

【0038】

また、上記の製造方法によれば、中子本体６１の表面に金属箔７を設けることによって、ステンレスで形成された中子本体６１に対して溶融した鉛が固溶してしまう可能性を低減することができる。これにより、第二ピンホール５４の内面をより平滑に維持することができる。言い換えると、第二ピンホール５４の内面に凹凸やヒケ、欠け等が生じる可能性を低減することができる。これにより、結果として、Ｘ線マスク５の分解能が向上し、より精度の高い検査を行うことが可能となる。

【0039】

さらに、上記の欠陥検出方法によれば、上述のＸ線マスク５を用いることで、高エネルギー、かつ高線量密度のＸ線を用いた場合であっても、より高い分解能を維持した状態で欠陥の有無を検出することができる。

【0040】

加えて、上記の積層造形装置１によれば、高精度のもとでＸ線マスク５を用いた欠陥検出が行われることで、造形品の寸法精度や形状精度をさらに向上させることができる。これにより、造形品の歩留まりを向上させ、製造コストをさらに低減することが可能となる。

【0041】

以上、本開示の第一実施形態について説明した。なお、本開示の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成・方法に種々の変更や改修を施すことが可能である。

【0042】

＜第二実施形態＞
次に、本開示の第二実施形態について、図９を参照して説明する。なお、上記の第一実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

【0043】

図９に示すように、本実施形態では、上述したＸ線マスク２０５の構成が第一実施形態とは異なっている。具体的には、Ｘ線マスク２０５は、複数の第一ピンホール５３、及び複数の第二ピンホール５４を有している。例えばこれらピンホール５５は、平面視で格子状に間隔をあけて配列されている。また、同図に示すように、互いに隣り合う一対の第二ピンホール５４を通過した散乱Ｘ線の照射領域８０は互いに重なり合わないように配置されている。なお、このような領域の面積の大小は、ラインセンサ４７とＸ線マスク５との離間距離を適正に調節することによって変化させることが可能である。

【0044】

上記構成によれば、複数の第二ピンホール５４を通過したＸ線の照射領域８０が互いに重なり合わないように構成されている。これにより、Ｘ線マスク２０５および撮像面(ラインセンサ)４７を造形面１０１に近づけることができ、照射領域８０での信号強度が単一のピンホールで同領域を評価する場合と比べて高くなり、さらに短時間のうちに欠陥を検知することが可能となる。

【0045】

以上、本開示の第二実施形態について説明した。なお、本開示の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。

【0046】

＜第三実施形態＞
続いて、本開示の第三実施形態について、図１０を参照して説明する。なお、上記の各実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

【0047】

本実施形態に係るＸ線マスク３０５では、ピンホール５５の形状と姿勢が上記の各実施形態とは異なっている。より具体的には図１０に示すように、第一ピンホール５３は第一実施形態と同様に円形かつ直管状の孔である。これに対して、第二ピンホール５４は、造形物１００の表面における任意の領域（基準領域８１）を基準として、当該基準領域８１から放射状に散乱Ｘ線が生じるように形成されている。つまり、基準領域８１の直上にある第二ピンホール５４に比べて、基準領域８１から離間した位置に行くほど、第二ピンホール５４の中心軸は傾斜した方向に延びている。また、第二ピンホール５４は、中心軸方向から見て円形である一方で、平面視では、（つまり、第二の部材の法線方向から見ると）楕円形をなしている。また、上記の各実施形態と同様に、第二ピンホール５４の開口面積は、第一部材５１から離間するに従って次第に大きくなっている。

【0048】

上記構成によれば、複数の第二ピンホール５４の中心軸が造形物１００の表面から放射状に延びている。これにより、これらピンホール５５の視野領域が、造形物１００の表面における同一の領域（つまり、上記の基準領域８１）の画像となる。したがって、当該領域の画像を立体化して生成することができる。よって、欠陥を視覚的に容易に認知することが可能となり、欠陥検出の精度をさらに向上させることができる。特に欠陥が生じやすい箇所や、欠陥の発生を特に抑えたい箇所等を上記の基準領域８１として設定して、上記のＸ線マスク３０５を用いることで、欠陥個所をより厳密かつ正確に検出することが可能となり、造形品の品質をさらに向上させることができる。また、画像重ね合わせ等により単一ピンホールで評価する場合と比べ信号強度を高くできる。これにより、造形品の歩留まりが向上し、製造コストをさらに削減することが可能となる。

【0049】

＜その他の実施形態＞
以上、本開示の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

【0050】

上記の各実施形態では、第二ピンホール５４が第一ピンホール５３と同様に円形の断面形状を有する例について説明した。しかしながら、変形例として図１１に示すように、第二ピンホール５４を多角錐状に形成することも可能である。同図の例では、第二ピンホール５４が六角錐状をなしている。このような構成によれば、複数のピンホール５５を配列する際に、互いの辺部を隣接させるようにすることで、高い配置密度を確保することができる。言い換えると、ピンホール５５同士の間の間隔を最小限まで小さくすることが可能となる。これにより、分解能がさらに向上し、さらに精度の高い欠陥検出を行うことが可能となる。

【0051】

また、上記の各実施形態では、第一部材５１を構成する金属材料としてタングステンを例に説明した。しかしながら、第一部材５１の材料はタングステンに限定されず、相当程度の硬度を有し、加工精度や寸法精度を確保することが可能な材料であれば、いかなるものでも第一部材５１の材料として採用することが可能である。このような材料として具体的には、モリブデン、インコネル（登録商標）、ステンレスが挙げられる。

【0052】

また、上記の各実施形態では第二ピンホール５４が円形断面を有する例について説明し、変形例では六角錐状をなしている例について説明した。しかしながら、第二ピンホール５４の形状はこれらに限定されず、四角錐や五角錐等、他の多角錐形状を第二ピンホール５４に適用することが可能である。他方で、加工コストを勘案した場合、第二ピンホール５４は円形であることが最も有利である。

【0053】

＜付記＞
各実施形態に記載のＸ線マスク５、Ｘ線マスク５の製造方法、欠陥検出方法、及び積層造形装置１は、例えば以下のように把握される。

【0054】

（１）第１の態様に係るＸ線マスク５は、積層造形によって形成された造形物１００の欠陥を検出する欠陥検出装置に用いられるＸ線マスク５であって、タングステンで形成され、第一ピンホール５３を有する第一部材５１と、該第一部材５１に積層され、鉛で形成されるとともに、前記第一ピンホール５３と同軸で、かつ前記第一部材５１から離間するに従って次第に開口面積が大きくなる第二ピンホール５４を有する第二部材５２と、を備える。

【0055】

上記構成によれば、第一部材５１が硬度の高いタングステンで形成されていることから、第一ピンホール５３の形成するに当たって、高い寸法精度を確保することができる。微小な第一ピンホール５３を精度高く形成できることから、Ｘ線マスク５の分解能をさらに向上させることができる。また、第二部材５２が鉛で形成されていることから、Ｘ線の大部分を当該第二部材５２によって遮蔽することが可能となる。さらに、第二ピンホール５４の開口面積が第一部材５１から離間するに従って次第に大きくなっていることから、第一ピンホール５３側から入射するＸ線の視野角を大きく確保することができる。したがって、造形物１００の表面におけるより大きな領域で、欠陥を検出することができる。

【0056】

（２）第２の態様に係るＸ線マスク５は、（１）のＸ線マスク５であって、前記第二部材５２は、前記第一部材５１よりも大きな厚さを有する。

【0057】

上記構成によれば、鉛で形成された第二部材５２の厚さが第一部材５１の厚さよりも大きいため、より多くのＸ線を安定的に遮蔽することが可能となる。

【0058】

（３）第３の態様に係るＸ線マスク５は、（１）又は（２）のＸ線マスク５であって、前記第二ピンホール５４における前記第一ピンホール５３側の開口面積は、前記第一ピンホール５３の開口面積と同等である。

【0059】

上記構成によれば、第二ピンホール５４における第一ピンホール５３側の開口面積が当該第一ピンホール５３の開口面積と同等であることから、第一ピンホール５３側から見て、第二ピンホール５４の端縁が当該第一ピンホール５３の内周側に張り出すことがない。このため、第一ピンホール５３側から入射するＸ線の視野角を大きく確保することができる。

【0060】

（４）第４の態様に係るＸ線マスク５は、（１）から（３）のいずれか一態様に係るＸ線マスク５であって、前記第一ピンホール５３、及び前記第二ピンホール５４が互いに間隔をあけて複数形成されているとともに、前記第二ピンホール５４を通過したＸ線の照射領域８０が互いに重ならない配置である。

【0061】

上記構成によれば、Ｘ線マスク２０５および撮像面(ラインセンサ)４７を造形面１０１に近づけることができ、照射領域８０での信号強度が単一のピンホールで同領域を評価する場合と比べて高くなり、さらに短時間のうちに欠陥を検知することが可能となる。

【0062】

（５）第５の態様に係るＸ線マスク５は、（１）から（４）のいずれか一態様に係るＸ線マスク５であって、複数の前記第一ピンホール５３、及び前記第二ピンホール５４の中心軸が、前記造形物１００の表面から放射状に延びるように構成され、前記第一ピンホール５３は、前記中心軸方向から見て円形をなすとともに、前記第一の部材の法線方向から見て楕円形をなしている。

【0063】

上記構成によれば、複数の第二ピンホール５４の中心軸が造形物１００の表面から放射状に延びている。これにより、これらピンホール５５の視野領域が、造形物１００の表面における同一の領域の画像となる。画像重ね合わせ等により単一ピンホールで評価する場合と比べ信号強度を高くでき、また、当該領域の画像を立体化して生成することができる。よって、欠陥を視覚的に容易に認知することが可能となり、欠陥検出の精度をさらに向上させることができる。

【0064】

（６）第６の態様に係るＸ線マスク５の製造方法は、（１）から（５）の一態様に係るＸ線マスク５の製造方法であって、タングステンで形成された母材に前記第一ピンホール５３を形成することで前記第一部材５１を得るステップと、前記第一ピンホール５３に、前記第二ピンホール５４の形状を有する中子６の先端を挿入するステップと、前記中子６の周囲、及び前記第一部材５１の表面に、溶融した鉛を供給するステップと、前記溶融した鉛を凝固させることで、前記第二部材５２を得るステップと、前記中子６を取り除くステップと、を含む。

【0065】

上記方法によれば、第一ピンホール５３に第二ピンホール５４の形状を有する中子６の先端を挿入することで、これら第一ピンホール５３と第二ピンホール５４とが同軸上に位置するようになる（位置決めされる）。したがって、第一ピンホール５３と第二ピンホール５４とによって得られる画像の精度と分解能をさらに向上させることが可能となる。

【0066】

（７）第７の態様に係るＸ線マスク５の製造方法は、（６）のＸ線マスク５の製造方法であって、前記中子６は、中子本体６１と、該中子本体６１の表面に設けられ、酸化膜、及び窒化膜のいずれか一方を有する金属箔７と、を有する。

【0067】

上記方法によれば、中子本体６１の表面に金属箔７を設けることによって、中子本体６１に対して溶融した鉛が固溶してしまう可能性を低減することができる。これにより、第二ピンホール５４の内面をより平滑に維持することができる。

【0068】

（８）第８の態様に係る欠陥検出方法は、積層造形によって形成された造形物１００の欠陥を、（１）から（５）のいずれか一態様に係るＸ線マスク５を用いて検出する欠陥検出方法であって、前記造形物１００の表面にＸ線を照射するステップと、前記造形物１００の表面で散乱した前記Ｘ線を前記Ｘ線マスク５の前記第一ピンホール５３に入射させるステップと、前記Ｘ線マスク５を通過したＸ線を結像させることで前記欠陥の有無を検出するステップと、を含む。

【0069】

上記方法によれば、高エネルギー、かつ高線量密度のＸ線を用いた場合であっても、より高い分解能を維持した状態で欠陥の有無を検出することができる。

【0070】

（９）第９の態様に係る積層造形装置１は、造形物１００の造形面１０１に粉末材料を供給し、供給された前記粉末材料に溶融ビームを照射することで前記粉末材料を溶融させ、前記造形物１００を積層造形する積層造形装置１であって、前記造形面１０１に沿った第一方向Ｄ１に移動しながら、前記造形面１０１上に前記粉末材料を供給しつつ、表面を均すリコータ２２と、前記リコータ２２に設けられ、電子ビームから変換することによって前記造形面１０１に検査用のＸ線を照射するＸ線源３１と、前記リコータ２２に設けられ、前記Ｘ線源３１から照射された前記Ｘ線が前記造形面１０１で散乱することで生じる前記Ｘ線を検出する検出器３２と、前記リコータ２２に設けられ、前記検出器３２と前記造形物１００との間における前記Ｘ線の光路状に配置された（１）から（５）のいずれか一態様に係るＸ線マスク５と、を備える。

【0071】

上記構成によれば、高精度のもとで欠陥検出が行われることで、造形品の寸法精度や形状精度をさらに向上させることができる。これにより、造形品の歩留まりを向上させ、製造コストをさらに低減することが可能となる。

【符号の説明】

【0072】

１…積層造形装置 ５…Ｘ線マスク ６…中子 ７…金属箔 １１…造形部 １２…検査部 ２１…造形ステージ ２２…リコータ ２３…造形物載置面 ３１…Ｘ線源 ３２…検出器 ３３…欠陥検出部 ４１…電子ビーム源 ４２…照射ターゲット ４３…電子ビーム制御部 ４５…真空チャンバ ４６…透過窓 ４７…ラインセンサ ５１…第一部材 ５２…第二部材 ５３…第一ピンホール ５４…第二ピンホール ５５…ピンホール ６１…中子本体 ６２…支持部 ７１…箔本体 ７２…表面層 ８０…照射領域 ８１…基準領域 １００…造形物 １０１…造形面 ２０５…Ｘ線マスク ３０５…Ｘ線マスク Ｄ１…第一方向 Ｄ２…第二方向 Ｘ…軸線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】