特許 7485872 放射線測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-09

(45)【発行日】2024-05-17

(54)【発明の名称】放射線測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 23/20008 20180101AFI20240510BHJP

   G01N 23/20 20180101ALI20240510BHJP

【ＦＩ】

G01N23/20008

G01N23/20

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2021047755

(22)【出願日】2021-03-22

(65)【公開番号】P2022146670

(43)【公開日】2022-10-05

【審査請求日】2023-04-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000250339

【氏名又は名称】株式会社リガク

(74)【代理人】

【識別番号】100114258

【弁理士】

【氏名又は名称】福地 武雄

(74)【代理人】

【識別番号】100125391

【弁理士】

【氏名又は名称】白川 洋一

(72)【発明者】

【氏名】菊地 拓哉

(72)【発明者】

【氏名】小澤 哲也

(72)【発明者】

【氏名】松尾 隆二

【審査官】清水 靖記

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第０５９６６４２３（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開平０８－１６６３６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１０３２２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－１２６７６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－３１１７０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００５－５１５４３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－１２２３６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０４４１２３４５（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許第０６０６４７１７（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／０２６２８９５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開昭５５－０６６７２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭４８－０９５６８５（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２３／００ － Ｇ０１Ｎ ２３／２２７６

Ｇ０１Ｌ １／００ － Ｇ０１Ｌ １／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料を載置する空間を空けて配置される一対の支持部と、
前記一対の支持部により支持されるフレームと、
前記フレームに移動可能に接続され、放射線を照射する照射部と、
前記フレームに移動可能に接続され、前記試料で散乱された放射線を検出する検出部と、
を備え、
前記照射部および検出部は、前記フレームに対し同一の平面内で移動可能であり、
前記フレームは、前記平面に平行で互いに直交する２つの平行移動軸で前記照射部を移動させる第１の移動機構と、前記平面に平行で互いに直交する２つの平行移動軸で前記検出部を移動させる前記第１の移動機構とは異なる第２の移動機構とを有することを特徴とする放射線測定装置。

【請求項2】

前記検出部は、前記平面に平行で互いに直交する２つの平行移動軸および前記平面に垂直な１つの回転移動軸を有することを特徴とする請求項１記載の放射線測定装置。

【請求項3】

前記照射部は、前記平面に平行で互いに直交する２つの平行移動軸および前記平面に垂直な１つの回転移動軸を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の放射線測定装置。

【請求項4】

前記フレームは、前記一対の支持部により２点の支点で支持され、前記支点を結ぶ回転移動軸を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の放射線測定装置。

【請求項5】

前記フレームは、一体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４のいずれかに記載の放射線測定装置。

【請求項6】

前記フレームは、前記照射部側と前記検出部側とに分離されて構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の放射線測定装置。

【請求項7】

前記フレームに設置され、試料表面の位置を検出するセンサをさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の放射線測定装置。

【請求項8】

前記フレームは、前記一対の支持部に対して前記平面と平行な方向に移動できる平行移動機構を有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の放射線測定装置。

【請求項9】

前記一対の支持部は、前記空間に載置された試料に対して近接および離間できる移動機構を有することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の放射線測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、様々な試料の測定を可能にする機構を有する放射線測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、大型で複雑な部品をそのままの形状でＸ線により構造解析したいという要望がある。しかし、大型の試料に対して、Ｘ線を用いて構造解析や応力解析を行なおうとすると、そのままでは一般的な回転機構のゴニオメーターを有する据置型装置に設置できない。そのような場合には、試料を切断して測定する方法が知られている（非特許文献１）。

【0003】

一方、可搬型装置であれば、試料を切断することなく、その場でＸ線を照射し測定できる。しかし、可搬型装置であっても複雑形状又は一定のサイズを超えると入射光学系から測定表面までの距離やカメラ長が不足し、測定は困難になる。

【0004】

このような事情を考慮し、様々なサイズや形状の試料に対しＸ線回折測定を行うための装置が提案されている。例えば、特許文献１記載のＸ線回折装置では、フィクスチャリングが歯車などのさまざまな部品を保持し、Ｘ線検出器アセンブリを担持したＸ線ヘッドがシフト可能に支持されている。さまざまなサイズに専用のＸ線ヘッドが使用可能であり、ｚ軸方向ならびにｙ軸方向など、複数の異なる直線方向でシフト可能である。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【文献】sin2ψ法、JSMS-SD-10-05 Standard Method for X-Ray Stress Measurement, 2005, The Society of Materials Science, Japan

【特許文献】

【0006】

【文献】特許４５３２５０１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献１記載のＸ線回折装置であっても、フィクスチャリングのサイズにあった試料でなければ測定は難しい。また、Ｘ線ヘッドがＸ線検出器アセンブリを担持しており、測定は狭い回折角の範囲に限られる。

【0008】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、各部の配置を容易にし、効率的でかつ汎用性の高い測定を実現できる放射線測定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】

【0009】

（１）上記の目的を達成するため、本発明の放射線測定装置は、試料を載置する空間を空けて配置される一対の支持部と、前記一対の支持部により支持されるフレームと、前記フレームに移動可能に接続され、放射線を照射する照射部と、前記フレームに移動可能に接続され、前記試料で散乱された放射線を検出する検出部と、を備え、前記照射部および検出部は、前記フレームに対し同一の平面内で移動可能であることを特徴としている。

【0010】

これにより、一対の支持部の間に形成された空間を用いて、大きな試料を広い範囲の回折角で測定できる。そのため、低角度側の回折を測定しやすくなる。また、同一の平面内で照射部、検出部を含む各部を移動可能であるため、各部の配置が容易である。このように形成された空間で試料を支持し、照射部、検出部を様々に配置して試料を測定できるため、例えば複雑形状の小さな試料であっても放射線測定が可能となる。このようにして、効率的でかつ汎用性の高い測定を実現できる。

【0011】

（２）また、本発明の放射線測定装置は、前記検出部が、前記平面に平行で互いに直交する２つの平行移動軸および前記平面に垂直な１つの回転移動軸を有することを特徴としている。このように３つの移動軸を用いることにより配置を調整できるため、適切に回折線を検出することができる。また、カメラ長を調整して空気による減衰を防止でき、迅速な測定を可能にする。

【0012】

（３）また、本発明の放射線測定装置は、前記照射部が、前記平面に平行で互いに直交する２つの平行移動軸および前記平面に垂直な１つの回転移動軸を有することを特徴としている。これにより、照射部の位置を調整し、試料上の入射点の位置を柔軟に制御できる。これにより、複雑形状の試料に対しても測定が可能になる。

【0013】

（４）また、本発明の放射線測定装置は、前記フレームが、前記一対の支持部により２点の支点で支持され、前記支点を結ぶ回転移動軸を有することを特徴としている。これにより、回転移動軸をψ軸として用い、側傾法により容易に試料の応力を測定できる。

【0014】

（５）また、本発明の放射線測定装置は、前記フレームが、一体に形成されていることを特徴としている。これにより、照射部または検出部の移動機構をフレームに対するスライド構造で形成し、それらの移動を所定面内に拘束できる。

【0015】

（６）また、本発明の放射線測定装置は、前記フレームが、前記照射部側と前記検出部側とに分離されて構成されていることを特徴としている。これにより、分離されたフレームの中央が空くため、外形の大きな試料を間に入れて測定できる。

【0016】

（７）また、本発明の放射線測定装置は、前記フレームに設置され、試料表面の位置を検出するセンサをさらに備えることを特徴としている。これにより、試料を容易かつ正確に位置決めできる。

【0017】

（８）また、本発明の放射線測定装置は、前記フレームが、前記一対の支持部に対して前記平面と平行な方向に移動できる平行移動機構を有することを特徴としている。これにより、フレームのたわみを調整できる。

【0018】

（９）また、本発明の放射線測定装置は、前記一対の支持部が、前記空間に載置された試料に対して近接および離間できる移動機構を有することを特徴としている。これにより、試料の載置や試料に対する測定系の粗動が容易になり、効率の高い測定が可能になる。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、各部の配置を容易にし、効率的でかつ汎用性の高い測定を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の放射線測定システムを示す斜視図である。

【図2】試料の一例を示す斜視図である。

【図3】（ａ）、（ｂ）それぞれ試料を模式的に示す正断面図および平面図である。

【図4】入射光学系および受光光学系の配置例を示す概略図である。

【図5】カメラ長に対する２θ測定角度範囲を示すグラフである。

【図6】各反射面の特性Ｘ線の波長に対する２θを示すグラフである。

【図7】（ａ）～（ｃ）それぞれ入射面に沿って測定位置を正面左側、中央および正面右側に設定したときの放射線測定装置を示す斜視図である。

【図8】並傾法の構成を示す斜視図である。

【図9】側傾法の構成を示す斜視図である。

【図10】（ａ）～（ｃ）それぞれフレームの傾斜を奥側、中央および手前側に設定した放射線測定装置を示す斜視図である。

【図11】（ａ）～（ｃ）それぞれ中央分離型フレームの傾斜を奥側、中央および手前側に設定した放射線測定装置による高角測定を示す斜視図である。

【図12】（ａ）～（ｃ）それぞれ中央分離型フレームの傾斜を奥側、中央および手前側に設定した放射線測定装置による低角測定を示す斜視図である。

【図13】（ａ）～（ｃ）それぞれカウンターウェイト付き中央分離型フレームの傾斜を奥側、中央および手前側に設定した放射線測定装置の高角測定を示す斜視図である。

【図14】（ａ）～（ｃ）それぞれカウンターウェイト付き中央分離型フレームの傾斜を奥側、中央および手前側に設定した放射線測定装置の低角測定を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。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同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

【0022】

［第１実施形態］（低角度でのＸ線構造解析）
（システム構成）
図１は、Ｘ線測定システム１０を示す斜視図である。Ｘ線測定システム１０は、Ｘ線測定装置１００（放射線測定装置）および制御装置５００を備えている。なお、以下ではＸ線を用いる場合を一例として説明するが、α線、中性子線、電子線、γ線等の放射線を用いることもできる。Ｘ線測定装置１００は、大型または複雑形状の試料に対してカメラ長や回折角を調整できる構成を有している。制御装置５００は、ＰＣのようにプロセッサおよびメモリを備え、プログラムの実行が可能なコンピュータである。制御装置５００の制御指示に従ってＸ線測定装置１００が動作する。

【0023】

（装置構成）
Ｘ線測定装置１００は、一対の支持部１１０、１２０、フレーム１３０、照射部１５０、検出部１７０およびセンサ１９０を備えている。図１に示す例では、一対の支持部１１０、１２０の間に試料Ｓ１としてタービンブレードが載置されている。図１における矢印Ｆ１は、正面から見たときの方向を示している。以下の説明における「上下」、「左右」、「前後」は、正面から見たときの方向を意味している。

【0024】

一対の支持部１１０、１２０は、試料Ｓ１を載置する空間を空けて配置され、フレーム１３０を支点１１５、１２５回りに揺動可能に支持している。これにより、一対の支持部１１０、１２０の間に形成された空間を用いて、大きな試料を載置でき、広い範囲の回折角で測定できる。そのため、低角度側の回折を測定しやすくなる。試料の例については後述する。

【0025】

一対の支持部１１０、１２０は、支点１１５、１２５が同一の高さになるように調整されている。試料Ｓ１の測定位置が、測定時には支点１１５、１２５を結ぶ軸（χ軸）上に配置されるように操作されることが好ましい。一対の支持部１１０、１２０は、上下軸に沿って上下に移動するための上下移動機構１１１、１２１、および前後移動軸に沿って奥側と手前側に移動するための前後移動機構１１３、１２３を備えることが好ましい。上下軸は、上下移動機構１１１、１２１内に位置する鉛直方向の軸であり、前後移動軸は、前後移動機構１１３、１２３内に位置するχ軸に垂直な方向かつ水平方向の軸である。

【0026】

上下移動機構１１１、１２１は、χ軸の回転中心高さに測定位置高さを調整するために使用する。前後移動機構１１３、１２３は、χ軸を傾けてＸ線照射位置がたわみ等でずれてしまった場合でも照射位置を常に同じにするために用いられる。いずれの移動機構もギアによる可動機構を採用できる。特に上下移動機構１１１、１２１は、粗動および微動による制御が可能になっている。

【0027】

このように一対の支持部１１０、１２０は、空間に載置された試料Ｓ１に対して近接および離間できる移動機構として上下移動機構１１１、１２１を有することが好ましい。これにより、試料Ｓ１の載置や試料Ｓ１に対する測定系の粗動が容易になり、効率の高い測定が可能になる。

【0028】

フレーム１３０は、一対の支持部１１０、１２０により支持される。フレーム１３０は、一対の支持部１１０、１２０により２点の支点１１５、１２５で支持され、支点１１５、１２５を結ぶ軸（χ軸）の回りで回転するχ軸回転機構１１７、１２７を備えることが好ましい。これにより、χ軸を中心に照射部１５０および検出部１７０を回転させることができχ軸をψ軸として側傾法により容易に試料Ｓ１の応力を測定できる。支点１１５、１２５は、それぞれχ軸回転機構１１７、１２７内に位置する。なお、χ軸回転機構１１７、１２７は、Ｘ線の入射角度の走査面および検出器角度の走査面に直交した方向に、光学系を傾けるために使用できる。χ軸回転機構１１７、１２７は、試料面法線と回折面法線を一致させる、または任意に傾けた角度に設定するためにも使用できる。χ軸回転機構１１７、１２７には、ギアによる可動機構を採用できる。

【0029】

フレーム１３０は、一体にＵ字状に形成されていることが好ましい。これにより、照射部１５０または検出部１７０の移動機構をフレーム１３０に対するスライド構造で形成し、それらを所定面（入射面に平行な面）内のみで移動できるように構成することができる。Ｕ字状のフレーム１３０の２つの先端部分が回転可能に支点位置で支持部１１０、１２０に支持されている。

【0030】

フレーム１３０は、一対の支持部１１０に対して所定面と平行でθ上下軸に沿った方向に移動できる平行移動機構として、θ上下移動機構１３１、１３２を備えることが好ましい。θ上下軸は、θ上下移動機構１３１、１３２内においてχ軸に垂直でχ軸とＸ線源とを結ぶ方向に平行に位置する。θ上下移動機構１３１、１３２は、θｓ上下移動機構１３５およびθｄ上下移動機構１３６の可動範囲の変更に用いられる。また、θ上下移動機構１３１、１３２は、試料Ｓ１のサイズに応じたワーキングスペースの変更、またはθｓ上下移動機構１３５およびθｄ上下移動機構１３６の長いストロークによるたわみ発生の軽減にも用いられる。なお、θ上下移動機構１３１、１３２には、ギアによる可動機構を採用できる。

【0031】

照射部１５０は、フレーム１３０に移動可能に接続され、Ｘ線を照射する。照射部１５０は、少なくともＸ線源を含み、場合によりスリット、ミラー等の光学機器を含む。照射部１５０は、フレーム１３０に対し同一の平面内で移動可能である。なお、同一の平面とは、入射面であり、駆動機構に伴う誤差を含み概ね同一の平面を指す。照射部１５０は、所定の平面に平行で互いに直交する２つの平行移動軸および所定の平面に垂直な１つの回転移動軸を有することが好ましい。これにより、照射部１５０の位置を調整し、試料Ｓ１上の入射点の位置を柔軟に制御でき、複雑形状の試料に対しても測定が可能になる。

【0032】

所定の平面に平行で互いに直交する２つの平行移動軸には、θｓ左右移動軸およびθｓ上下軸が挙げられる。θｓ左右移動軸は、フレーム１３０内に位置するχ軸に平行な軸であり、θｓ上下軸は、θｓ上下移動機構１３５内に位置し、χ軸に垂直な軸である。θｓ左右移動機構１３３は、照射部１５０のθｓ左右移動軸に沿った移動を可能にし、Ｘ線の入射角度を調整および走査、対象物サイズに合わせた入射距離の調整に用いられる。また、θｓ左右移動機構１３３は、対象物を測定位置にセットする際に装置と干渉しないように退避移動するために用いられてもよい。θｓ左右移動機構１３３には、ギアによる可動機構を採用できる。

【0033】

θｓ上下移動機構１３５は、θｓ上下軸に沿ってＸ線の入射角度の調整および走査に用いられる。θｓ上下移動機構１３５は、対象物サイズに合わせた入射距離の調整に用いられてもよい。また、θｓ上下移動機構１３５は、対象物を測定位置にセットする際に装置と干渉しないように退避移動するために用いられてもよい。θｓ上下移動機構１３５には、ギアによる可動機構を採用できる。θｓ左右移動機構１３３およびθｓ上下移動機構１３５は、フレーム１３０の左右に伸びる部分（Ｕ字形状の底の部分）にスライド可能な構造で接続されていることが好ましい。また、θｓ回転機構１３７は、θｓ上下移動機構１３５の先端に照射部１５０を回転可能に保持していることが好ましい。

【0034】

所定の平面に垂直な１つの回転移動軸としてはθｓ回転軸が挙げられる。θｓ回転機構１３７は、照射部１５０のθｓ回転軸回りの回転駆動を行い、Ｘ線の入射角度を調整および走査に用いられる。また、θｓ回転機構１３７は、入射角度のオフセットに用いられてもよい。θｓ回転機構１３７には、ギアによる可動機構を採用できる。

【0035】

検出部１７０は、フレーム１３０に移動可能に接続され、試料Ｓ１で散乱されたＸ線を検出する。例えば、検出部１７０には、２次元半導体Ｘ線検出器を用いることが好ましいが、それ以外の２次元検出器や０次元、１次元検出器を用いることもできる。検出部１７０は、フレーム１３０に対し同一の平面内で移動可能である。なお、同一の平面とは、入射面であり、駆動機構に伴う誤差を含み概ね同一の平面を指す。このように同一の平面内で検出部１７０を移動可能に構成されているため、検出部１７０の配置が容易である。

【0036】

検出部１７０は、所定の平面に平行で互いに直交する２つの平行移動軸および所定の平面に垂直な１つの回転移動軸を有することが好ましい。これらの３つの移動軸により検出部１７０の配置を調整できるため、入射線に対して適切に回折線を検出することができる。また、カメラ長を調整して空気による減衰を防止でき、迅速な測定を可能にする。

【0037】

所定の平面に平行で互いに直交する２つの平行移動軸としては、θｄ左右移動軸およびθｄ上下軸が挙げられる。θｄ左右移動軸は、フレーム１３０内に位置するχ軸に平行な軸であり、θｄ上下軸は、θｄ上下移動機構１３６内に位置し、χ軸に垂直な軸である。θｄ左右移動機構１３４は、θｄ左右移動軸に沿って検出部１７０を移動可能にし、検出部１７０の角度の調整および走査に用いられる。θｄ左右移動機構１３４は、試料サイズに合わせたカメラ長の調整に用いられてもよい。また、θｄ左右移動機構１３４は、試料を測定位置にセットする際に装置と干渉しないように退避移動するために用いられてもよい。θｄ左右移動軸には、ギアによる可動機構を採用できる。

【0038】

θｄ上下移動機構１３６は、θｄ上下軸に沿って検出部１７０を移動可能にし、検出部１７０の角度の調整および走査に用いられる。また、θｄ上下移動機構１３６は、試料サイズに合わせたカメラ長の調整に用いられてもよく、試料を測定位置にセットする際に装置と干渉しないように退避移動するために用いられてもよい。θｄ上下移動機構１３６には、ギアによる可動機構を採用できる。

【0039】

所定の平面に垂直な１つの回転移動軸としては、θｄ回転軸が挙げられる。θｄ回転機構１３８は、θｄ回転軸回りに検出部１７０を回転させる。θｄ回転機構１３８は、検出部１７０の角度を調整、走査および検出器角度のオフセットに用いられる。θｄ回転機構１３８には、ギアによる可動機構を採用できる。θｄ左右移動機構１３４およびθｓ上下移動機構１３６は、フレーム１３０の左右に伸びる部分（Ｕ字形状の底の部分）にスライド可能な構造で接続されていることが好ましい。また、θｄ回転機構１３８は、θｄ上下移動機構１３６の先端に検出部１７０を回転可能に保持していることが好ましい。

【0040】

センサ１９０は、フレーム１３０に設置され、試料Ｓ１の表面の位置を検出する。これにより、試料Ｓ１を容易かつ正確に位置決めできる。センサ１９０には、エンコーダまたはレーザー変位計を用いることができる。センサ１９０は、照射部１５０と検出部１７０との間に位置し、照射部１５０および検出部１７０が左右方向に移動できるのに伴い、センサ１９０も同様に左右方向に移動できる。このように、試料Ｓ１に対するフレーム１３０の上下および左右の移動は、機械精度に頼らず、センサによる測長で現在位置を要求分解でフィードバックして制御することが好ましい。

【0041】

（好適な試料の例）
上記のように構成されたＸ線測定装置１００は、特に大型、複雑形状またはそれらを組み合わせた試料に好適である。図２は、試料Ｓ２の一例を示す斜視図である。試料Ｓ２は、歯車であり、凹部の構造をＸ線で測定しようとすると、凸部が邪魔になり、Ｘ線を当てることができず測定が難しい。歯底の測定は比較的容易であるものの、歯面や歯元の測定は特に困難である。

【0042】

大型で複雑形状を持つ航空機ジェットエンジンのタービンブレードについても歯車と同様にブレードの中央や付け根の部分の測定が困難である。図３（ａ）、（ｂ）は、上記のような測定困難な試料の例を模式的に示している。図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ試料Ｓ３を模式的に示す正断面図および平面図である。なお、図３（ｂ）に示す一点鎖線３ａは、図３（ａ）の断面を示している。

【0043】

図３（ａ）に示すように、試料Ｓ３は凹凸を繰り返す形状を有している。このような試料Ｓ３の測定点Ｓ３ａ～Ｓ３ｄの構造を解析する場合、Ｘ線を低角度で回折させるのが有効である。図３（ｂ）に示す例では、低角度のピークを用いて測定点Ｓ３ａにＸ線を照射し、回折Ｘ線を検出している。Ｘ線測定装置１００では、照射部１５０および検出部１７０の所定の面内での平行移動および回転移動が可能である。これにより、低角度のピークを利用した構造解析が可能になっている。

【0044】

測定点Ｓ３ａ、Ｓ３ｂを測定する場合は、図１に示すように試料Ｓ３の歯先が垂直となる位置にＸ線を照射して測定することができる。測定点Ｓ３ｃとｄを測定する場合は歯先が水平となる位置にＸ線を照射して測定することができる。

【0045】

このようなタービンブレード以外に、ブリスク、自動車部品のクランクシャフトなどの狭隘部、金型の凹部についても、部品形状のまま計測したい要望があり、Ｘ線測定装置１００はこの要望に対応できる。複合材料、高分子材料または薄膜材料の大型部品についても同様である。また、格納上の問題でこれまで格納できなかった大型部品の測定や、複雑な形状によりＸ線を照射若しくは回折Ｘ線を検出できなかった部品も測定対象とすることができる。試料の材質として、金属、セラミックス、複合材料、高分子材料、薄膜材料等を測定対象とすることができる。

【0046】

ブリスクやクランクシャフトの付け根等は、従来の装置では、部品が装置内に設置できない。従来の装置では測定できない箇所は、設計上負荷がかかる箇所であることが多い。部品形状のまま非破壊で測定することで、その部品の品質向上や設計評価への応用に対する期待は高く、自動車・航空機産業ではＣＯ₂削減や燃費向上のため、車体・機体の軽量化が促進されていることから、より一層、部品の強度評価の重要性は高まっている。

【0047】

なお、測定の需要がある試料は様々であり、鉄鋼材料、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉなどの主要な金属材料の応力解析であれば、２θ＝５０°～１２０°で測定できる。また、ＰＰ、ＰＥ、ＰＥＥＫ、ＧＥＲＰなどのエンジニアリングプラスチックやＴｉＮ、Ｃｒ、Ｃｕの薄膜材料であっても２θ＝５°～８０°程度で測定が可能である。

【0048】

また、Ｘ線測定装置１００は、応力解析に限らず、定性・定量評価、集合組織評価にも利用できる。例えば、金属材料では定量等の評価への応用が考えられる。特に、鉄鋼材料における残留オーステナイトの定量には有効である。また、エンジニアリングプラスチックの定量評価（結晶化度評価）への応用も可能である。

【0049】

（各光学系の配置）
図４は、入射光学系および受光光学系の配置例を示す概略図である。Ｘ線測定装置１００では、カメラ長ＣＬと回折角２θを任意に設定できる。所定の面内での位置（Ｈｎ，Ｗｎ）と、カメラ長ＣＬと回折角２θとの関係は以下の通りである。
Ｈｎ= ｓｉｎθ × ＣＬ
Ｗｎ= ｃｏｓθ × ＣＬ

【0050】

したがって、所定の平面内での検出部１７０の上下移動、左右移動および回転による２θ／θ移動が可能になる。例えば、検出部１７０のみ、カメラ長を固定して上下移動、左右移動および回転を行い、試料Ｓ４に対して２θ複数露光を行うことができる。制御装置５００からは、χ軸の角度と、照射部１５０および検出部１７０のそれぞれのθおよび測定点までの距離を指定すれば、配置が決まる。なお、Ｘ線測定装置１００では、照射部１５０の位置も所定の平面内で自在に移動可能である。

【0051】

図５は、カメラ長に対する２θ測定角度範囲を示すグラフである。２θ測定角度範囲１５°以上３５°以下、最大２θ／θ角度６０°以上１３５°以下に対し、カメラ長１００ｍｍ以上３００ｍｍ以下（図５に示す太枠の領域内）が、実際に測定でよく使われる。Ｘ線測定装置１００を用いることで、この領域内における測定が可能となる。

【0052】

図６は、各反射面の特性Ｘ線の波長に対する２θを示すグラフである。Ｃｒ波長で高角度側の測定は従来の装置でも評価が可能である。これに対し、２θ＝１３５°以下の角度で試料の評価をする場合には、Ｘ線測定装置１００が好適である。また、Ｃｕ、Ｃｏの波長をメインに、２θ＝１２０°以下の低角度で大型複雑形状部の評価をする場合には、Ｘ線測定装置１００がさらに好適である。

【0053】

図７（ａ）～（ｃ）は、それぞれ入射面に沿って測定位置を正面左側、中央および正面右側に設定したときのＸ線測定装置１００を示す斜視図である。図７（ａ）～（ｃ）に示すように、Ｘ線測定装置１００は、試料Ｓ５上の測定点を移動させて測定することも容易に行うことができる。

【0054】

（試料出し入れ時の配置）
照射部１５０および検出部１７０は、Ｘ線測定装置１００の正面からみて中央付近にあると試料の出し入れの際に部品や移動軸が邪魔になったり、試料と接触していずれかが破損したりすることが生じうる。そこで、そのような事故を避けるために、試料の出し入れ時には、照射部１５０および検出部１７０を退避位置に移動させることが好ましい。

【0055】

退避位置としては、θs側とθd側のいずれも上下移動軸は一番上の位置であり、左右移動軸も装置中央から一番離れた端の位置（支持部側の位置）である配置が挙げられる。これにより、それぞれの軸やこれに搭載される部品がＵ字形状のフレーム１３０の角の位置に移動することになり、事故を回避することができる。測定開始時および測定終了時もこの位置にあることが好ましい。これにより、測定者は、広い空間の中で、大型または複雑形状の試料の出し入れや、その他の必要な作業を行うことができる。

【0056】

（部品交換時の配置）
照射部１５０や検出部１７０に関連する部品を交換したり、整備したりする場合には、Ｕ字形状のフレーム１３０の中央付近に軸と部品が移動することが好ましい。これにより、例えば、メンテナンス時に、作業者は、広い空間の中で、容易に作業することができる。

【0057】

［第２実施形態］（応力解析）
Ｘ線測定装置１００は、特に応力解析に好適である。図８は、並傾法の構成を示す斜視図である。並傾法は、検出部走査面（入射Ｘ線と回折Ｘ線のなす面）と測定方向が平行になる走査法である。図８に示す例では、照射部１５０がＸ線を試料Ｓ６に照射し、検出部１７０が試料Ｓ６で回折されたＸ線を検出しており、ψ軸がｚ軸からｙ軸に向かって傾いている。図７（ａ）～（ｃ）に示すような配置で、高角度で照射部１５０と検出部１７０の角度を調整すれば、Ｘ線測定装置１００を用いて容易に並傾法を行うことができる。

【0058】

図９は、側傾法の構成を示す斜視図である。側傾法は、検出部走査面と測定方向が直交する走査法である。図９に示す例では、照射部１５０がＸ線を試料Ｓ６に照射し、検出部１７０が試料Ｓ６で回折されたＸ線を検出しており、ψ軸がｚ軸からｘ軸に向かって傾いている。側傾法は、歯車歯底や複雑形状部を測定する際、Ｘ線経路を確保するのに有効である。Ｘ線測定装置１００では、χ軸を回転させることで容易に側傾法を行うことができる。図１０（ａ）～（ｃ）は、それぞれフレームの傾斜を奥側、中央および手前側に設定したＸ線測定装置１００を示す斜視図である。このように面内で適切な配置をとり、χ軸で入射面（所定の面）を傾けることで容易に側傾法を行うことができる。

【0059】

Ｘ線測定装置１００では、応力測定で推奨されていたひずみ感度が高い（ピークシフト量が大きい）高角度側の回折線を使用せず、低角度側の回折線を使用することが可能になる。その結果、試料と装置との干渉が避けやすく、複雑形状部の応力測定が可能となる。

【0060】

［第３実施形態］（中央分離型）
フレーム１３０は、照射部１５０側と検出部１７０側とに分離されて構成されていてもよい。これにより、分離されたフレーム１３０の中央が空くため、外形の大きな試料Ｓを間に入れて測定できる。図１１（ａ）～（ｃ）は、それぞれ中央分離型フレームの傾斜を奥側、中央および手前側に設定したＸ線測定装置２００による高角測定を示す斜視図である。Ｘ線測定装置２００は、フレーム２３１、２３２をのぞけば、Ｘ線測定装置１００と同様に構成されている。

【0061】

中央で分離されたフレーム２３１、２３２は、Ｌ字状に形成され、それぞれ支持部１１０、１２０により支持されている。フレーム２３１、２３２のχ軸回転角度は常に一致するように構成される。したがって、この場合でも照射部１５０および検出部１７０は、同一面内で移動する。図１１（ａ）～（ｃ）に示す例では、照射部１５０と検出部１７０がそれぞれＬ字状のフレーム２３１、２３２の先端に配置され、装置の中央部に集まっている。このような場合には、回折角が高角度となる。

【0062】

図１２（ａ）～（ｃ）は、それぞれ中央分離型フレームの傾斜を奥側、中央および手前側に設定したＸ線測定装置２００による低角測定を示す斜視図である。図１２（ａ）～（ｃ）に示す例では、照射部１５０と検出部１７０がそれぞれ支持部１１０、１２０の角の近くに配置されている。このような場合には、測定されるＸ線の回折角が低角度となる。なお、フレーム２３１、２３２の分離区間を大きくとれば、フレーム２３１、２３２間に大きい空間を確保できる。そして、大型形状の試料であっても装置の中央付近に設置すれば測定がしやすくなる。

【0063】

［第４実施形態］（カウンターウェイト型）
第３実施形態では、中央分離型フレームを有するＸ線測定装置２００を説明しているが、第４実施形態では、さらにカウンターウェイト３１０、３２０を有するＸ線測定装置３００の構成を説明する。図１３（ａ）～（ｃ）は、それぞれカウンターウェイト付き中央分離型フレームの傾斜を奥側、中央および手前側に設定したＸ線測定装置３００の高角測定を示す斜視図である。図１４（ａ）～（ｃ）は、それぞれカウンターウェイト付き中央分離型フレームの傾斜を奥側、中央および手前側に設定したＸ線測定装置３００の低角測定を示す斜視図である。

【0064】

図１３（ａ）～（ｃ）に示すＸ線測定装置３００は、各フレーム３３１、３３２の支点３１５の反対側にカウンターウェイト３１０、３２０を備えている。カウンターウェイト３１０、３２０によりχ軸に掛かる重心位置をχ軸中心付近に配置することで、χ軸が傾いた際に重心位置の変動が小さくなるため、小さなトルクで各フレーム３３１、３３２が滑らかに動くようになる。このようにして、重心位置が固定され、フレーム３３１、３３２のχ軸回転が滑らかになり、高精度で制御可能になる。

【0065】

［その他］
Ｘ線測定装置１００には、引張試験機や疲労試験機または加工機器等が設置できる空間スペースがあることから、試験中にＩｎ－ｓｉｔｕでの測定が可能となる。応力測定のみならず粉末解析も行え、より高度な研究開発における分析が行える。なお、Ｘ線測定装置１００は、大型試料や複雑形状の試料に限定されず、小型部品や単純形状の部品にも適用可能である。

【0066】

Ｘ線測定装置１００においてχ軸回転により各フレーム３３１、３３２が傾く方向には、スペースが存在するため、そのスペースにベルトコンベア等でサンプルを一方向に自動で流すことも可能である。このようなサンプルの運び入れにより、製品の製造ラインから抜き取り検査等で全自動で行うことも可能である。その場合には、サンプルをスペースに運び入れ、測定し、問題なければラインに製品を戻すこともできる。

【符号の説明】

【0067】

１０ Ｘ線測定システム
１００ Ｘ線測定装置
１１０、１２０ 支持部
１１１、１２１ 上下移動機構
１１３、１２３ 前後移動機構
１１５、１２５ 支点
１１７、１２７ χ軸回転機構
１３０ フレーム
１３１、１３２ 上下移動機構
１３３ θｓ左右移動機構
１３４ θｄ左右移動機構
１３５ θｓ上下移動機構
１３６ θｄ上下移動機構
１３７ θｓ回転機構
１３８ θｄ回転機構
１５０ 照射部
１７０ 検出部
１９０ センサ
２００ Ｘ線測定装置
２３１、２３２ フレーム
３００ Ｘ線測定装置
３１０、３２０ カウンターウェイト
３１５ 支点
３３１、３３２ フレーム
５００ 制御装置
ＣＬ カメラ長
Ｆ１ 矢印
Ｓ１～Ｓ６ 試料
Ｓ３ａ～Ｓ３ｄ 測定点

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】