JP4784984B2 - X線回折装置とその制御方法 - Google Patents
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Description
さて、図1に示すように、試料面法線Nと格子面法線N’のなす角度ψをかえて、その回折線があらわれる回折角度2θの変化を測定すれば、次の数2式によって応力が求まる。
σ:応力(MPa)、E:ヤング率(MPa)
ν:ポアソン比、θ0:標準ブラッグ角(Deg)
ここで、Κは材料及び測定波長によって決まる定数である。
したがって、応力σは、測定値(ψ−2θ)から図2に示すような2θ−sin2ψ図を描き、各点間の勾配を最小二乗法にて求め、それにΚを乗ずることにより算出することができる。
並傾法による応力測定装置では、図3に示すように、ψ角の設定面h1とカウンタ走査(2θB走査)面h2とが同一面となっている。一方、側傾法による応力測定装置では、図4に示すように、カウンタ走査面h2がψ角設定面h1と直交している。このうち、特に側傾法による応力測定装置は、例えば、機械部品等の測定対象物に対し、その側面についてもψ角を大きくとることができるという利点がある。
(以上、非特許文献1を参照)
「X線回折ハンドブック」:2003年6月10日、理学電機株式会社(現:株式会社リガク)発行、103頁〜105頁
一方、試料をψ方向に倒す構成の従来装置では、試料台、試料を傾ける機構、試料を回転させる機構、及び試料を上下に動かす機構のすべてをゴニオメータの可動部より内側に収納しなければならないため、試料台を小さくしなければならず、したがって測定対象となる試料の大きさに制限が生じていた。さらに、傾けることのできる試料に測定対象が限定されるという制約があった。
さらに、試料台をψ方向に倒したりすることなく、試料を水平に保ったままで残留応力測定を実施できるようにすることを第2の目的とする。
に相当する方法を実施可能なX線回折装置であって、
試料を支持する試料台と、
試料面にX線を照射するX線源と、
試料面から回折してきたX線を検出するX線検出器と、
試料を面内回転させるφ回転手段と、
試料面と直交する仮想平面に沿ってX線源または試料面を回転させて、入射X線の試料面に対する相対角度(ω)を設定するω回転手段と、
仮想平面と同一又は平行な仮想平面に沿ってX線検出器を回転させる2θ回転手段と、
2θ回転手段によるX線検出器の回転軌道面と直交する仮想平面に沿ってX線検出器を回転させる2θχ回転手段と、
φ回転手段、ω回転手段、2θ回転手段、及び2θχ回転手段の各回転角度を、上記残留応力測定法で用いられるあおり角(α)、試料の面内回転角度(β)、及び回折線の検出角度(2θB)に基づいて制御する回転角制御手段と、
を備えたことを特徴とする。
ω回転手段は、X線源を回転駆動して入射X線の試料面に対する相対角度(ω)を設定するように構成することが好ましい。
これにより、試料台をψ方向に倒したりすることなく、試料を水平に保ったままで残留応力測定を実施できるようになる。
試料を支持する試料台と、
試料面にX線を照射するX線源と、
試料面から回折してきたX線を検出するX線検出器と、
試料を面内回転させるφ回転手段と、
試料面と直交する仮想平面に沿ってX線源または試料面を回転させて、入射X線の試料面に対する相対角度(ω)を設定するω回転手段と、
仮想平面と同一又は平行な仮想平面に沿ってX線検出器を回転させる2θ回転手段と、
2θ回転手段によるX線検出器の回転軌道面と直交する仮想平面に沿ってX線検出器を回転させる2θχ回転手段と、を備えたX線回折装置の制御方法であって、
試料面内の任意軸を中心とする試料面のあおり角(α)と、試料の面内回転角度(β)とを調整して、入射X線を回折させる格子面の法線(N’)を試料面と直交する平面(ψ設定面)に沿って移動させ、これにより試料面の法線(N)と格子面の法線(N’)とのなす角度(ψ)を変え、更に格子面の法線(N’)を含みψ設定面と直交する平面(2θB走査面)に沿ってX線検出器を移動させて、各角度(ψ)ごとに試料面からの回折線を検出し、当該回折線の検出角度(2θB)を求めて試料の残留応力を測定する残留応力測定法を前提とし、
φ回転手段、ω回転手段、2θ回転手段、及び2θχ回転手段の各回転角度を、上記残留応力測定法で用いられるあおり角(α)、試料の面内回転角度(β)、及び回折線の検出角度(2θB)に基づいて制御することを特徴とする。
本実施形態に係るX線回折装置は、図4に示した側傾法による残留応力測定に相当する測定方法を実施できる機能を備えている。そこで、まず側傾法による残留応力測定について、図4を参照して説明する。
側傾法による残留応力測定においては、試料面内の任意軸BB’を中心とする試料面Saのあおり角αと、試料の面内回転角度βとを調整することにより、入射X線aを回折させる格子面の法線N’を試料面Saと直交する平面(ψ設定面)h1に沿って移動させる。これにより試料面Saの法線Nと格子面の法線N’とのなす角度ψを任意に設定する。
同図に示すように、X線回折装置は、試料Sを支持する試料台10と、試料Sの表面(試料面Sa)にX線を照射するX線源20と、試料面Saから回折してきた回折線を検出するX線検出器30と、ゴニオメータ40とを備えている。
側傾法による残留応力測定法では、試料面Saに対して、あおり角αだけ傾斜した走査面h2に沿ってX線検出器30が移動して試料面Saから反射してくる回折線bを検出する。これに対し、本実施形態のX線回折装置は、θd回転アーム43による2θ回転と、2θχ回転アーム45の2θχ回転により、X線検出器30を回折線bの反射してくる角度位置へ移動させる。
例えば、2θχ回転手段としては、図13に示すように、θd回転アーム43に湾曲形状の2θχ案内レール46を設置し、この2θχ案内レール46に沿ってX線検出器30を移動させる構成とすることもできる。2θχ案内レール46は、θd回転アーム43の回転軌道面と直交する仮想平面に沿って、試料面SaのX線入射点を中心とする円弧状に形成されている。
また、上述した実施形態では、θs回転アーム42を有するゴニオメータ40を用い、このθs回転アーム42にX線源20を搭載して回転移動させる構成としたが、X線源20は固定しておき、代わりに試料台10へω回転手段を組み込み、試料Sをω方向へ回転させる構成とすることもできる。
Claims (5)
- 試料面内の任意軸を中心とする試料面のあおり角(α)と、試料の面内回転角度(β)とを調整して、入射X線を回折させる格子面の法線(N’)を試料面と直交する平面(ψ設定面)に沿って移動させ、これにより試料面の法線(N)と前記格子面の法線(N’)とのなす角度(ψ)を変え、更に前記格子面の法線(N’)を含みψ設定面と直交する平面(2θB走査面)に沿ってX線検出器を移動させ、各角度(ψ)ごとに試料面からの回折線を検出し、当該回折線の検出角度(2θB)を求めて試料の残留応力を測定する残留応力測定法、
に相当する方法を実施可能なX線回折装置であって、
試料を支持する試料台と、
試料面にX線を照射するX線源と、
試料面から回折してきたX線を検出するX線検出器と、
試料を面内回転させるφ回転手段と、
試料面と直交する仮想平面に沿ってX線源または試料面を回転させて、入射X線の試料面に対する相対角度(ω)を設定するω回転手段と、
前記仮想平面と同一又は平行な仮想平面に沿って前記X線検出器を回転させる2θ回転手段と、
前記2θ回転手段によるX線検出器の回転軌道面と直交する仮想平面に沿ってX線検出器を回転させる2θχ回転手段と、
前記φ回転手段、ω回転手段、2θ回転手段、及び2θχ回転手段の各回転角度を、前記残留応力測定法で用いられるあおり角(α)、および試料の面内回転角度(β)に基づいて制御する回転角制御手段と、を備え、
前記ω回転手段および2θ回転手段が、ゴニオメータの本体に対し回転する一対の回転アームにより構成されており、前記ω回転手段に前記X線源が搭載され、前記2θ回転手段に前記2θχ回転手段が搭載され、且つ前記2θχ回転手段に前記X線検出器が搭載されていることを特徴とするX線回折装置。 - 前記試料台は、試料面を水平配置して試料を装着する構成であり、
前記ω回転手段は、X線源を回転駆動して入射X線の試料面に対する相対角度(ω)を設定する構成であることを特徴とする請求項1又は2のX線回折装置。 - 試料を支持する試料台と、
試料面にX線を照射するX線源と、
試料面から回折してきたX線を検出するX線検出器と、
試料を面内回転させるφ回転手段と、
試料面と直交する仮想平面に沿ってX線源または試料面を回転させて、入射X線の試料面に対する相対角度(ω)を設定するω回転手段と、
前記仮想平面と同一又は平行な仮想平面に沿って前記X線検出器を回転させる2θ回転手段と、
前記2θ回転手段によるX線検出器の回転軌道面と直交する仮想平面に沿ってX線検出器を回転させる2θχ回転手段と、を備え、
前記ω回転手段および2θ回転手段が、ゴニオメータの本体に対し回転する一対の回転アームにより構成されており、前記ω回転手段に前記X線源が搭載され、前記2θ回転手段に前記2θχ回転手段が搭載され、且つ前記2θχ回転手段に前記X線検出器が搭載されているX線回折装置の制御方法であって、
試料面内の任意軸を中心とする試料面のあおり角(α)と、試料の面内回転角度(β)とを調整して、入射X線を回折させる格子面の法線(N’)を試料面と直交する平面(ψ設定面)に沿って移動させ、これにより試料面の法線(N)と前記格子面の法線(N’)とのなす角度(ψ)を変え、更に前記格子面の法線(N’)を含みψ設定面と直交する平面(2θB走査面)に沿ってX線検出器を移動させて、各角度(ψ)ごとに試料面からの回折線を検出し、当該回折線の検出角度(2θB)を求めて試料の残留応力を測定する残留応力測定法を前提とし、
前記φ回転手段、ω回転手段、2θ回転手段、及び2θχ回転手段の各回転角度を、前記残留応力測定法で用いられるあおり角(α)、および試料の面内回転角度(β)に基づいて制御することを特徴とするX線回折装置の制御方法。 - 前記回折線の検出角度(2θB)、あおり角(α)、及び試料の面内回転角度(β)に基づき、前記数1の式によりφ回転手段の回転角度φ、ω回転手段の回転角度ω、2θ回転手段の回転角度2θ、及び2θχ回転手段の回転角度2θχを算出することを特徴とする請求項4の制御方法。
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