JP2007163262A

JP2007163262A - エックス線分析装置

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Publication number: JP2007163262A
Application number: JP2005359017A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Uda; 応之宇田; Yoshiyuki Nakajima; 嘉之中島; Daisuke Yamashita; 大輔山下; Atsushi Ishizaki; 温史石崎
Original assignee: Riken Keiki KK
Current assignee: Riken Keiki KK
Priority date: 2005-12-13
Filing date: 2005-12-13
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2025-12-13
Also published as: JP4619282B2

Abstract

【課題】携帯性を確保したエックス線分析装置は軽量化のため、測定対象の検査時の発生装置と検出装置等の移動で、装置が歪んで移動の前後で被測定位置がずれるおそれがあることに鑑み、移動の前後で被測定位置を容易に一致させることができるようにしたエックス線分析装置を提供する。
【解決手段】エックス線の発生装置２と検出装置３を円弧状のガイドレール４に案内させて移動可能とし、発生装置２の照射方向と検出装置３の検出方向の交点Ｃをガイドレール４の円弧の中心と一致させ、交点Ｃに測定対象Ｏの被測定位置を位置させる。ガイドレール４をその円弧の径方向に移動可能とし、ベースプレート６上の基準点から被測定位置までの距離を測距装置９で測定し、この距離と基準点から交点Ｃまでの距離とを一致させるようにガイドレール４を移動させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、エックス線を用いて試料を分析する場合に、試料に対してエックス線発生装置とエックス線検出装置とを常に所定の関係に維持できるようにしたエックス線分析装置に関する。

白色エックス線を試料に照射し、その照射位置における回折線と蛍光エックス線とを同時に検出することにより試料を分析するエネルギー分散型エックス線回折・分光装置を、本願出願人は既に提案している（特許文献１参照）。このエックス線回折・分光装置は、白色エックス線発生手段とエックス線検出手段とをそれぞれ離散した異なる第１の位置と第２の位置とに移動させ、それぞれの位置における前記エックス線検出手段により各エネルギ毎のエックス線強度を得て、得られたデータに所定の処理を施して、回折エックス線に関するデータと蛍光エックス線のデータを得るようにしたものである。

国際公開ＷＯ２００５／００５９６９Ａ１

前述したエックス線回折・分光装置により、短時間で回折図形と、蛍光エックス線のデータを得ることができると共に、試料回動機構が不要となって構造の簡略化を図り、小型化して携帯を可能とすることができたものである。このエックス線回折・分光装置では、前記白色エックス線発生手段の照射位置とエックス線検出手段による検出位置とを一致させる必要がある。しかも、エックス線発生手段による照射角度とエックス線検出手段による検出角度、すなわちエックス線検出手段への入射角度とが一定の関係に保たれていなければならない。

この発明の第１の目的は、エックス線発生手段とエックス線検出手段との測定対象に対する照射位置と検出位置とを一致させると共に、測定対象に対して一定の関係に保つことができるように、これらエックス線発生手段とエックス線検出手段を移動させることができるエックス線分析装置を提供することにある。

他方、良好な携帯性を具備させるためには、この種のエックス線分析装置の軽量化を図る必要がある。前記エックス線発生手段とエックス線検出手段を測定対象に対して移動させる構造としなければならないが、この移動に際して機構装置等に僅かにでも歪み等が生じたり、外部からの振動や風圧等の影響を受けて照射位置と検出位置とが一致しなくなるおそれがある。この種の歪みや装置の移動が生じないように、エックス線発生手段とエックス線検出手段との移動を案内する機構装置を堅牢なものとしては、重量が大きくなると共にエックス線分析装置を大型化してしまって携帯性を損なうおそれがある。

そこで、この発明の第２の目的は、重量を大きくしたり装置を大型化せず、携帯性を損なうことなく、エックス線発生手段の照射位置とエックス線検出手段の検出位置を確実に一致させることができるようにしたエックス線分析装置を提供することにある。

前記第１の目的を達成するための技術的手段として、この発明に係るエックス線分析装置は、測定対象の被測定位置に対して白色エックス線を照射するエックス線発生手段と、前記被測定位置から放出されたエックス線のエネルギと強度を検出するエックス線検出手段とを有し、照射角度と検出角度を所定の関係に保って前記エックス線発生手段とエックス線検出手段とをそれぞれ移動させ、前記エックス線検出手段により取得されたエックス線のエネルギと強度とに基づいて回折エックス線分析と蛍光エックス線分析を行うエックス線分析装置において、前記エックス線発生手段とエックス線検出手段とを、同一の円弧に沿って移動させると共に、エックス線発生手段の照射方向とエックス線検出手段の検出方向をこの円弧の中心で交差させるよう案内する案内手段と、前記エックス線発生手段とエックス線検出手段とを、それぞれ案内手段に沿って移動させる発生手段移動装置と検出手段移動装置とを備え、前記測定対象の被測定位置を前記円弧の中心である測定予定位置に設定することを特徴としている。

エックス線分析を行うためには、測定対象の被測定位置を含む面に対する照射角度とその放射角度、すなわち検出角度を等しく保つ必要があり、また複数の位置にエックス線発生手段とエックス線検出手段を移動させてそれぞれの位置で検出を行う必要がある。このため、エックス線発生手段とエックス線検出手段を、測定予定位置を中心とした円弧に沿って移動、すなわち測定予定位置を中心として旋回させることによりエックス線発生手段とエックス線検出手段を適宜に離隔した異なる位置に位置させられるようにし、異なる位置に位置させた場合でも、照射方向と検出方向を被測定位置で交差させることを可能としたものである。

エックス線発生手段とエックス線検出手段との照射方向と検出方向を、測定予定位置で交差するように案内するためには、例えば、この測定予定位置を中心として揺動する一対の揺動腕を設け、これら一対の揺動腕の揺動中心となる基端部同士を測定予定位置を通る直線上に位置させ、それぞれの先端部にエックス線発生手段とエックス線検出手段とを取り付けることで実施できる。また、この揺動腕を所定の角度で揺動させる駆動装置を設け、この駆動装置を制御することによって照射角度と検出角度とを調整するようにすれば、調整作業が簡便となる。

また、請求項２の発明に係るエックス線分析装置は、前記案内手段を円弧状のガイドレールで形成したことを特徴としている。

前述したように、エックス線発生手段とエックス線検出手段を測定予定位置を中心にして揺動可能な一対の揺動腕に取り付けた構造とすることもできるが、エックス線発生手段とエックス線検出手段の測定予定位置を中心とした移動を、この測定予定位置を中心とした円弧状のガイドレールで行わせるようにしたものである。エックス線発生手段とエックス線検出手段は、このガイドレール上のいずれの位置にある場合でも、照射方向と検出方向は測定予定位置を指向する。

また、前記第２の目的を達成するための技術的手段としてこの発明に係るエックス線分析装置は、前記エックス線発生手段とエックス線検出手段とを取り付けた前記案内手段を支持し、この案内手段の円弧の径方向に移動可能な支持台と、前記支持台上の基準点と前記測定対象の被測定位置との間の距離を測定する測距手段と、前記支持台を移動させる支持台移動手段とを有し、前記測距手段で取得させた距離情報に基づき前記支持台を移動させて、前記測定対象の被測定位置と測定予定位置とを一致させることを特徴としている。

第１の位置での検出を終えてエックス線発生手段とエックス線検出手段を第２の位置に移動させた場合に、測定対象の被測定位置と測定予定位置とがずれてしまうおそれがある。このため、被測定位置と前記基準点との距離を測定し、この距離が一定となるように調整すれば、この基準点がエックス線発生手段とエックス線検出手段と一定の位置関係にあるため、前記被測定位置と測定予定位置とを一致させることができる。前記測距手段としては、レーザー光線や測定光を被測定位置に照射する測距装置や超音波を利用する測距器等を用いることができる。

特に、請求項４の発明に係るエックス線分析装置では、前記測距手段に、レーザー式測距器を用いたことを特徴としている。

この発明に係るエックス線分析装置によれば、簡単な構造で、エックス線発生手段の照射角度とエックス線検出手段の検出角度を変更させることができる。しかも、この変更は円弧に沿って移動させることによるから、容易に変更することができ、測定作業が簡便となって、検出時間を短縮化することができる。

また、請求項２の発明に係るエックス線分析装置によれば、エックス線発生手段とエックス線検出手段とを、これらの照射位置と検出位置とを測定予定位置で交差させた状態を確実に維持させて、これらの照射角度と検出角度とを簡便に変更することができる。

そして、請求項３の発明に係るエックス線分析装置によれば、常に被測定位置をエックス線発生手段の照射方向とエックス線検出手段の検出方向とが交差する測定予定位置に一致させることができるから、確実な分析データを取得することができる。しかも、測距手段により取得された距離情報により処理を行えるから、この情報に基づいてアクチュエータを作動させることにより前記支持台を移動させることができる。このため、被測定位置と測定予定位置とを一致させる調整を、短時間で行うことができ、確実なデータをより短時間で取得することができる。

また、請求項４の発明に係るエックス線分析装置によれば、レーザー光線を用いることにより、光線の径を極力小さくして照射範囲を小さくすることにより、被測定位置を点として把握して測距することができ、確実な距離データを得ることができ、エックス線分析の精度を向上させることができる。

以下、図示した好ましい実施の形態に基づいて、この発明に係るエックス線分析装置を具体的に説明する。

図１にこの実施形態に係るエックス線分析装置１の正面からの斜視図を、図２に平面図、図３に背面図をそれぞれ示している。このエックス線分析装置１は、白色エックス線を発生するエックス線発生手段としての発生装置２と、この発生装置２で発生された白色エックス線が測定対象物Ｏを照射した位置におけるエックス線のエネルギと強度とを検出するエックス線検出手段としての検出装置３と、これら発生装置２と検出装置３の移動を案内する案内手段であるガイドレール４等により構成されている。前記発生手段２から発生した白色エックス線はこの発生手段２の先端から照射方向に伸長したキャピラリ2aを通して射出され、前記検出手段３の先端から検出方向に伸長したキャピラリ3aを通して捕捉される。

前記発生装置２と検出装置３は、それぞれ保持ブラケット21、31に保持されており、これら保持ブラケット21、31は保持プレート22、32に対して、それぞれ照射方向と検出方向に摺動可能とされている。この摺動は、図３に示すように、保持プレート22、32のそれぞれにこれら発生装置２と検出装置３の摺動方向を長手方向とした長孔22d、32dを貫通させて発生装置２と検出装置３とにそれぞれ連繋させた操作つまみ22a、32aを操作することにより行われる。保持プレート22、32は台板22b、32bから起立させて取り付けられており、この台板22b、32bが前記ガイドレール４に連繋して、このガイドレール４に案内されて移動可能とされている。

前記ガイドレール４は、図１及び図２に示すように、円弧状に形成されている。このガイドレール４の円弧の中心は、図２に示すように、発生装置２の照射方向Ｄoと検出装置３の検出方向Ｄｉとの交点Ｃとしてあり、この交点Ｃが測定予定位置となる。また、このガイドレール４は、図３に示すように断面鳩尾形状に形成されており、前記台板22b、32bにこの断面形状と合致する形状の連繋溝22c、32cが形成され、この連繋溝22c、32cの長手方向をガイドレール４の曲率と等しい曲率で円弧状に湾曲させてあり、この連繋溝22c、32cを介して、前記台板22b、32bをガイドレール４と連繋させてある。したがって、前記発生装置２の照射方向と、検出装置３の検出方向は、前記交点Ｃを指向した状態を維持しながら移動させることができる。

前記ガイドレール４の外方には、このガイドレール４が沿っている円弧と同心の円弧に沿わせて外側に歯5aが形成されているラック５が配設されている。他方、前記保持プレート22、32を挟んで発生装置２と検出装置３の反対側には、これら発生装置２と検出装置３を移動させるための駆動モータ23、33がそれぞれ取り付けられている。この駆動モータ23、33の出力軸には前記ラック５と噛合するピニオン23a、33aが嵌合されている。すなわち、これらラック６と駆動モータ23、ピニオン23aとにより発生手段移動装置が構成され、ラック６と駆動モータ33、ピニオン33aとにより検出手段移動装置がこうせいされている。なお、図２においては、これらラック５とピニオン23a、33aとをピッチ円で示してある。

前記ガイドレール４は、図３に示すように、支持台としてのベースプレート６の上面に取り付けられており、このベースプレート６の下方には支持プレート７が配されて、これらベースプレート６と支持プレート７とは一対の直動ガイド装置Ｇ₆₇を介して連繋させてある。さらに、支持プレート７は架台プレート８の上方に配されており、支持プレート７は架台プレート８と一対の直動ガイドＧ₇₈を介して連繋させてある。前記一対の直動ガイド装置Ｇ₆₇は、前記ベースプレート６が支持プレート７に対して、ガイドレール４の径方向に移動するよう案内するようにしてある。また、前記直動ガイド装置Ｇ₇₈は、前記支持プレート７が架台プレート８に対して、ガイドレール４の径方向と直交する径直角方向に移動するよう案内するようにしてある。前記ベースプレート６の支持プレート７に対する移動は径方向駆動モータ61の作動によって行われ、支持プレート７の架台プレート８に対する移動は径直角方向駆動モータ71（図３示）によって行われる。なお、この移動機構は、これら駆動モータ61、71の出力回転で駆動ネジを回動させ、この駆動ネジと螺合させたナット部をベースプレート６と支持プレート７のそれぞれに設けた構造等とすることができる。

前記ベースプレート６は、図１及び図２に示すように、前記交点Ｃを中心とした円弧状に形成されており、交点Ｃ側には測距手段である測距装置９が配設されている。この測距装置９は、レーザー光線を発するレーザー光源91と発せられたレーザー光線が測定対象で反射してその反射光線を受け入れる受光部92とを備えている。また、レーザー光線は、その進行方向が前記交点Ｃを通過するようにしてあり、極力小さい径のものとすることが好ましい。また、この測距装置９で測定する範囲は、前記交点Ｃを含む径方向にある位置であって、交点Ｃの前後に数mm程度の範囲でよく、特に交点Ｃまでの距離を正確に測定できるものであれば好ましい。

以上により構成されたこの実施形態に係るエックス線分析装置１の作用を、以下に説明する。

試料である測定対象物Ｏにおける測定すべき被測定位置が前記交点Ｃとなるように設置する。この状態で、前記測距装置９によって被測定位置に対する距離を測定すれば、この被測定位置が交点Ｃ上にあるか否かを判別できる。被測定位置が交点Ｃと一致していない場合には、前記径方向駆動モータ61と径直角方向駆動モータ71とを必要に応じて作動させる。すなわち、径直角方向駆動モータ71を作動させると、前記支持プレート７が直動ガイド装置Ｇ₇₈に案内されて架台プレート８に対してガイドレール４の径方向と直交する方向に移動するので、測距装置９から発せられたレーザー光線が測定対象Ｏに入射するように調整する。また、測距装置９により得られた距離が、ベースプレート６上に設定された図示しない基準点と交点Ｃ間の距離と異なっている場合には前記径方向駆動モータ61を作動させ、ベースプレート６を支持プレート７に対して移動させる。これにより、図示しない前記基準点から交点Ｃまでの距離と、同じく測定対象Ｏの被測定位置までの距離とを等しくすることができる。これらの調整によって、被測定位置が交点Ｃに位置した状態となるから、前記発生装置２から白色エックス線を発生させ、前記検出装置３により被測定位置におけるエックス線のエネルギと強度を検出する。

次いで、発生装置２と検出装置３とを移動させて、これらの照射角度と検出角度を変更する。これら発生装置２、３の移動は、前記駆動モータ23、33を作動させることにより行う。駆動モータ23、33を作動させると、これらの出力軸に嵌合させたピニオン23a、33aが回動し、これらピニオン23a。33aと前記ラック５との噛合により、これらピニオン23a、33aがラック５に沿って転動する。これにより、駆動モータ23、33を支持している台板22b、32bがガイドレール４に案内されて移動することになり、これら台板22b、32bに保持ブラケット21、31を介して取り付けられている発生装置２と検出装置３が前記交点Ｃを中心とした円弧に沿って移動することになる。しかも、これら発生装置２と検出装置３の照射方向と検出方向はいずれも交点Ｃを指向した状態に維持される。

ところで、発生装置２と検出装置３の位置を変更する場合、前述したベースプレート６や架台プレート８、支持プレート７等を堅牢な構造として、このエックス線分析装置１を堅牢なものとしてあれば、これら発生装置２や検出装置３、これらを駆動する駆動モータ23、33等が移動した場合であっても、発生装置２の照射方向と検出装置３の検出方向は交点Ｃを通るように発生装置２と検出装置３の姿勢を維持させられる。しかし、エックス線分析装置１を堅牢なものとすると、大型化されてしまい、重量も大きくなって携帯性が損なわれてしまう。携帯性を確保するためには軽量化する必要があり、堅牢な構造とすることができない。このため、発生装置２や検出装置３等の移動によって、エックス線分析装置１の重量配分が異なることになり、歪みの発生や外部からの振動等により照射方向と検出方向が当初の被測定位置からずれてしまうおそれがある。しかし、この発明の実施形態に係るエックス線分析装置１では、前記測距装置９によって測定対象Ｏの被測定位置までの距離を測定しているため、ベースプレート６上に定められた基準点から被測定位置までの距離を、この基準点から交点Ｃまでの距離に確実に一致させることができる。すなわち、測距装置９により取得された距離情報に基づいて、前記径方向駆動モータ61を作動させ、ベースプレート６を径方向に移動させれば、発生装置２と検出装置３の移動の前後において、交点Ｃと被測定位置とを一致させることができるものである。

さらに、本実施形態に示すように、径直角方向駆動モータ71を備えているものであれば、発生装置２と検出装置３との移動によりエックス線分析装置１に不測の歪みが生じたり、外部からの振動が加わった場合であっても、上述した径方向駆動モータ61の作動と共に、この径直角方向駆動モータ71を作動させることにより、平面内で交点Ｃを移動させることができ、発生装置２と検出装置３の移動の前後において、確実に交点Ｃと被測定位置とを、一致させることができる。

以上説明した実施形態では、径方向駆動モータ61と径直角方向駆動モータ71とを備えて、交点Ｃを測定対象Ｏの被測定位置に一致させるものとして説明したが、測定対象Ｏは不動の状態にある場合には、交点Ｃは平面内で移動させれば十分である。しかし、測定対象Ｏには史跡や遺跡等も含まれ、このエックス線分析装置１を設置する場所によっては不安定となり、発生装置２と検出装置３を移動させた場合に、エックス線分析装置１が傾いてしまうおそれがある。このため、前記ベースプレート６に水準器を設けて、ベースプレート６が水平状態にあることを確認できるようにすれば、ベースプレート６を容易に水平に維持させられるので好ましい。さらに、前記架台プレート８を昇降可能に支持させ、交点Ｃの高さ位置を調整できるようにすることもできる。この場合、架台プレート８の昇降をモータやエアシリンダ等の動力によって行う構造とすることもでき、交点Ｃを立体的に移動させることができるのでさらに好ましいエックス線分析装置１とすることができる。

この発明に係るエックス線分析装置は携帯性に優れているため、エックス線によって検査することを要する測定対象が、移動させることができない場合であっても、容易に現地に携帯して検査を行うことができる。しかも、測定対象における被測定位置がずれた場合であっても容易に修正して、ほぼ等しい被測定位置について検査を行えるので、検査時間が短縮され、このため、特に、史跡や遺跡、歴史的造形物等について材料組成等を検査するのに有効である。

この発明の実施形態に係るエックス線分析装置の概略構造を示す、正面からの斜視図である。この発明の実施形態に係るエックス線分析装置の概略構造を示す平面図である。図２に示すエックス線分析装置の背面図である。図３におけるＡ−Ａ矢視図である。図５における一部の詳細図である。図３におけるＢ−Ｂ矢視図である。

符号の説明

１エックス線分析装置
２発生装置（エックス線発生手段）
23 駆動モータ
23a ピニオン
３検出装置（エックス線検出装置）
33 駆動モータ
33a ピニオン
４ガイドレール（案内手段）
５ラック
６ベースプレート（支持台）
61 径方向駆動モータ
Ｇ₆₇ 直動ガイド装置
７支持プレート
71 径直角方向駆動モータ
Ｇ₇₈ 直動ガイド装置
８架台プレート
９測距装置
91 レーザー光源
92 受光部
Ｏ測定対象物

Claims

測定対象の被測定位置に対して白色エックス線を照射するエックス線発生手段と、前記被測定位置から放出されたエックス線のエネルギと強度を検出するエックス線検出手段とを有し、照射角度と検出角度を所定の関係に保って前記エックス線発生手段とエックス線検出手段とをそれぞれ移動させ、前記エックス線検出手段により取得されたエックス線のエネルギと強度とに基づいて回折エックス線分析と蛍光エックス線分析を行うエックス線分析装置において、
前記エックス線発生手段とエックス線検出手段とを、同一の円弧に沿って移動させると共に、エックス線発生手段の照射方向とエックス線検出手段の検出方向をこの円弧の中心で交差させるよう案内する案内手段と、
前記エックス線発生手段とエックス線検出手段とを、それぞれ案内手段に沿って移動させる発生手段移動装置と検出手段移動装置とを備え、
前記測定対象の被測定位置を前記円弧の中心である測定予定位置に設定することを特徴とするエックス線分析装置。
前記案内手段を円弧状のガイドレールで形成したことを特徴とする請求項１に記載のエックス線分析装置。
前記エックス線発生手段とエックス線検出手段とを取り付けた前記案内手段を支持し、この案内手段の円弧の径方向に移動可能な支持台と、
前記支持台上の基準点と前記測定対象の被測定位置との間の距離を測定する測距手段と、
前記支持台を移動させる支持台移動手段とを有し、
前記測距手段で取得させた距離情報に基づき前記支持台を移動させて、前記測定対象の被測定位置と測定予定位置とを一致させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエックス線分析装置。
前記測距手段に、レーザー式測距器を用いたことを特徴とする請求項３に記載のエックス線分析装置。