JP6264591B1 - 熱膨張係数測定方法及びｘ線回折測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 残留応力がある測定対象物においても、Ｘ線回折測定を用いて測定対象物の熱膨張係数を精度よく測定する方法を提供する。【解決手段】 測定対象物にＸ線を照射してＸ線回折像を撮像し、Ｘ軸方向の残留垂直応力を算出する。次に同じＸ線照射点にＸ線を照射してＸ線回折像を撮像し、Ｙ軸方向の残留垂直応力を算出する。得られた２つの残留応力から、Ｘ線照射点における法線を含みＸ軸方向に平行なＸＺ平面において残留垂直応力が０となる無ひずみ回折面法線方向を算出する。そして、測定対象物の温度を変化させ、測定対象物の温度検出と、ＸＺ平面において無ひずみ回折面法線方向と｛（１８０°−回折角）／２｝の角度を成す方向からＸ線を照射してＸ線回折像を撮像することとを同じタイミングで行い、得られた温度と回折面間隔との関係から熱膨張係数を算出する。【選択図】図５

Description

本発明は、Ｘ線回折測定を用いて測定対象物の熱膨張係数を測定する方法および該熱膨張係数を測定する方法に用いられるＸ線回折測定装置に関する。

従来から、例えば特許文献１に示されているように、Ｘ線回折測定を用いて測定対象物の熱膨張係数を測定することが行われている。この方法は、測定対象物の温度を測定するとともにＸ線回折測定を行い、Ｘ線回折測定により得られるＸ線回折像から測定対象物の格子面間隔及び格子定数を算出し、温度と格子定数の関係から温度変化に対する格子定数の変化の割合を求めるものである。なお、熱膨張係数には線膨張係数と体積膨張係数があるが、本出願においては熱膨張係数は温度の上昇に対する長さの変化割合である線膨張係数をいうものとする。また、Ｘ線回折測定において測定される格子面間隔は回折面間隔であるので、以下、回折面という用語で統一する。

Ｘ線回折測定を行う装置には様々な装置があるが、測定対象物の運搬や切り出しが不可能な場合のＸ線回折測定用の装置として特許文献２に示される装置がある。この装置は、Ｘ線出射器、イメージングプレート等の撮像手段、レーザ検出装置等の読取手段、および移動機構と回転機構等のレーザ走査手段及びＬＥＤ照射器等の回折環消去手段等を１つの筐体内に備え、該筐体がアーム式移動装置に接続されている。この装置を用いれば、アーム式移動装置を測定対象物の近傍に設置した後、アーム式移動装置を操作して測定対象物に対するＸ線回折測定装置の位置と姿勢を調整する位置姿勢調整工程、測定対象物にＸ線を照射して発生する回折Ｘ線により、回折環をイメージングプレートに撮像する撮像工程、イメージングプレートにレーザ検出装置からのレーザ光を走査しながら照射することで回折環の形状を検出する読取り工程、及び該回折環をＬＥＤ光の照射により消去する消去工程を連続して行うことができる。そして、検出した回折環の所定箇所の半径値を求めれば、この半径値をブラッグの式に当てはめて回折面間隔が計算でき、さらに測定対象物の既知の結晶構造から格子定数を計算することができる。よって、測定対象物の運搬や切り出しが不可能な場合でも、特許文献２に示されるＸ線回折測定装置と測定対象物の温度を変化させ温度を検出する装置を用いれば、測定対象物の熱膨張係数を求めることができる。

特開昭６１−１００６４２号公報 特許第５９６７３９４号公報

しかしながら、Ｘ線回折測定を用いて測定対象物の熱膨張係数を測定する方法は、測定対象物の回折面間隔及び格子定数は熱膨張によってのみ変化しているという前提のうえでの方法である。現実は、測定対象物には応力が作用したことによる回折面間隔の変化の残存である残留応力があり、Ｘ線回折測定により測定される回折面間隔の変化は、熱膨張による変化に残留応力を加えたものである。また、測定対象物の温度を変化させれば残留応力は変化するため、単純に残留応力分の回折面間隔の変化を減算すれば、熱膨張による回折面間隔の変化になるというわけではない。測定対象物の残留応力を０にすれば、精度よく測定対象物の熱膨張係数を求めることができるが、それには測定対象物を所定の高温で保持する焼きなまし処理をしなければならず、実質的に不可能な場合が多い。よって、Ｘ線回折測定を用いて測定対象物の熱膨張係数を測定する方法は、通常の測定対象物に対しては精度よく熱膨張係数を求めることができないという問題がある。

本発明はこの問題を解消するためなされたもので、その目的は、残留応力がある測定対象物においても、Ｘ線回折測定を用いて測定対象物の熱膨張係数を精度よく測定する方法を提供することにある。また、該熱膨張係数を測定する方法に用いられるＸ線回折測定装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、対象とする測定対象物に向けてＸ線を照射して測定対象物にて発生した回折Ｘ線によりＸ線回折像を撮像し、Ｘ線回折像から測定対象物の表面に平行に設定したＸ軸方向の残留垂直応力を算出するＸ軸方向残留応力取得工程と、Ｘ軸方向残留応力取得工程における測定対象物のＸ線照射点にＸ線を照射して、測定対象物にて発生した回折Ｘ線によりＸ線回折像を撮像し、Ｘ線回折像から測定対象物の表面に平行に設定したＹ軸方向の残留垂直応力を算出するＹ軸方向残留応力取得工程と、Ｘ軸方向残留応力取得工程及びＹ軸方向残留応力取得工程で算出された２つの残留応力から、測定対象物のＸ線照射点における法線を含みＸ軸方向に平行なＸＺ平面において、残留垂直応力が０となる無ひずみ回折面法線方向を算出する無ひずみ回折面法線方向取得工程と、測定対象物の温度を変化させ、測定対象物の温度を検出することと、ＸＺ平面において算出された無ひずみ回折面法線方向と｛（１８０°−回折角）／２｝の角度を成す方向からＸ線を照射して、測定対象物にて発生した回折Ｘ線によりＸ線回折像を撮像することとを同じタイミングで行い、Ｘ線回折像から測定対象物の回折面間隔を算出して温度と回折面間隔との関係を取得する温度−回折面間隔関係取得工程と、温度−回折面間隔関係取得工程により取得された関係を用いて、測定対象物の熱膨張係数を算出する熱膨張係数計算工程とを備えた熱膨張係数測定方法としたことにある。

これによれば、測定対象物に残留応力があっても、測定対象物の表面に平行に設定したＸ軸方向とＹ軸方向の残留垂直応力を求め、これら２つの残留応力から無ひずみ回折面法線方向を算出し、ＸＺ平面において無ひずみ回折面法線方向と｛（１８０°−回折角）／２｝の角度を成す方向からＸ線を照射すれば、得られるＸ線回折像から算出される回折面間隔は残留応力の影響を受けない値となる。よって、測定対象物の温度を変化させ、温度検出と、ＸＺ平面において無ひずみ回折面法線方向と｛（１８０°−回折角）／２｝の角度を成す方向からＸ線を照射してＸ線回折像を撮像することとを同じタイミングで行えば、温度と熱膨張にのみ影響する回折面間隔との関係を取得することができ、これより熱膨張係数を精度よく算出することができる。なお、Ｘ軸方向の残留垂直応力とＹ軸方向の残留垂直応力から無ひずみ回折面法線方向が計算できることは、発明を実施するための形態で詳細に説明する。

また、本発明の他の特徴は、測定対象物に向けてＸ線を照射した際に撮像されるＸ線回折像は回折環であり、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の残留垂直応力は、撮像される回折環の形状を読み取ってｃｏｓα法により計算するものであり、回折面間隔は、撮像される回折環のＸＺ平面と交差する箇所の半径値を検出してブラッグの式により計算するものであることにある。

これによれば、測定対象物に対してＸ線を照射する方向を３回変えるのみで、熱膨張係数を測定することができるので、効率よく熱膨張係数を測定することができる。

また、本発明の他の特徴は、対象とする第１の測定対象物に向けてＸ線を照射して第１の測定対象物にて発生した回折Ｘ線によりＸ線回折像を撮像し、Ｘ線回折像から第１の測定対象物の表面に平行に設定したＸ軸方向の残留垂直応力を算出するＸ軸方向残留応力取得工程と、Ｘ軸方向残留応力取得工程における第１の測定対象物のＸ線照射点にＸ線を照射して、第１の測定対象物にて発生した回折Ｘ線によりＸ線回折像を撮像し、Ｘ線回折像から第１の測定対象物の表面に平行に設定したＹ軸方向の残留垂直応力を算出するＹ軸方向残留応力取得工程と、Ｘ軸方向残留応力取得工程及びＹ軸方向残留応力取得工程で算出された２つの残留応力から、第１の測定対象物のＸ線照射点における法線を含みＸ軸方向に平行なＸＺ平面において、残留垂直応力が０となる無ひずみ回折面法線方向を算出し、採用する無ひずみ回折面法線方向とする無ひずみ回折面法線方向取得工程と、第１の測定対象物と同じ製造工程にて得られた第２の測定対象物の温度を変化させ、第２の測定対象物の温度を検出することと、ＸＺ平面において採用した無ひずみ回折面法線方向と｛（１８０°−回折角）／２｝の角度を成す方向からＸ線を照射して、第２の測定対象物にて発生した回折Ｘ線によりＸ線回折像を撮像することとを同じタイミングで行い、Ｘ線回折像から第２の測定対象物の回折面間隔を算出して温度と回折面間隔との関係を取得する温度−回折面間隔関係取得工程と、温度−回折面間隔関係取得工程により取得された関係を用いて、第２の測定対象物の熱膨張係数を算出する熱膨張係数計算工程とを備えた熱膨張係数測定方法としたことにある。

これによれば、同一の製造工程で製造された複数の測定対象物の熱膨張係数をそれぞれ測定するとき、第１の測定対象物である最初の測定対象物のみＸ軸方向及びＹ軸方向の残留垂直応力を算出して無ひずみ回折面法線方向を算出し、第２の測定対象物であるそれ以降の測定対象物においてＸ線が、ＸＺ平面において算出した無ひずみ回折面法線方向と｛（１８０°−回折角）／２｝の角度を成す方向から照射されるよう調整するようにすれば、第２の測定対象物においてＸ線の照射方向を調整するのは１回のみでよく、効率よく熱膨張係数を測定することができる。また、それぞれの測定対象物を照射されるＸ線に対して同じ位置に位置決めすることができる治具又は機構を設ければ、Ｘ線の照射方向の調整は第１の測定対象物のみでよく、さらに効率よく熱膨張係数を測定することができる。１つの測定対象物の無ひずみ回折面法線方向をすべての測定対象物に当てはめることができるのは、製造工程が同一であれば測定対象物に作用する応力は大きな変化はなく、無ひずみ回折面法線方向は大きく変化しないためである。

また、本発明の他の特徴は、上述したように１つの測定対象物の無ひずみ回折面法線方向をすべての測定対象物に当てはめて熱膨張係数を測定する場合、第１及び第２の測定対象物に向けてＸ線を照射した際に撮像されるＸ線回折像は回折環であり、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の残留垂直応力は、撮像される回折環の形状を読み取ってｃｏｓα法により計算するものであり、回折面間隔は、撮像される回折環のＸＺ平面と交差する箇所の半径値を検出してブラッグの式により計算するものであり、温度−回折面間隔関係取得工程の前に、第２の測定対象物にＸＺ平面において採用した無ひずみ回折面法線方向と｛（１８０°−回折角）／２｝の角度を成す方向からＸ線を照射してＸ線回折像を撮像し、撮像されたＸ線回折像からＸ軸方向の残留垂直応力とＹ軸方向の残留垂直応力とを算出し、算出された２つの残留応力から無ひずみ回折面法線方向を算出する無ひずみ回折面法線方向再計算工程と、無ひずみ回折面法線方向再計算工程にて算出された無ひずみ回折面法線方向の採用した無ひずみ回折面法線方向からの差が予め設定されている許容限界より大きいとき、採用する無ひずみ回折面法線方向を変更する無ひずみ回折面法線方向変更工程とを行うようにしたことにある。

これによれば、Ｘ線回折像として回折環を撮像するときは１つの回折環の形状からＸ軸方向とＹ軸方向の残留垂直応力を算出することができるので、第２の測定対象物において、Ｘ線の照射方向は温度−回折面間隔関係取得工程のときと同じにして、測定対象物の温度を変化させない状態で回折環を撮像してＸ軸方向とＹ軸方向の残留垂直応力を算出し、無ひずみ回折面法線方向を算出する。そして、算出した無ひずみ回折面法線方向が採用した無ひずみ回折面法線方向より許容限界を超えてずれているときは、算出した無ひずみ回折面法線方向を採用する無ひずみ回折面法線方向とする。上述したように測定対象物の製造工程が同一であれば無ひずみ回折面法線方向は大きく変化しないが、製造工程の何らかの要因が変化して無ひずみ回折面法線方向が変化する可能性は僅かではあるが存在する。よって、それぞれの測定対象物において無ひずみ回折面法線方向を求めれば、無ひずみ回折面法線方向が変化した場合でも対応することができる。また、無ひずみ回折面法線方向再計算工程で測定対象物の温度検出と回折面間隔の算出を行えば、無ひずみ回折面法線方向再計算工程でのＸ線回折像の撮像は、温度−回折面間隔関係取得工程での測定対象物の温度を変化させないときのＸ線回折像の撮像とすることができ、Ｘ線回折像の撮像回数自体は増えないので、測定効率は悪くならない。

また、本発明の他の特徴は、対象とする測定対象物に向けてＸ線を出射するＸ線出射器と、Ｘ線出射器から測定対象物に向けてＸ線が照射された際、測定対象物にて発生した回折Ｘ線を撮像面にて受光してＸ線回折像を撮像し、Ｘ線回折像を検出するＸ線回折像検出手段と、Ｘ線出射器とＸ線回折像検出手段とを内部に配置した筐体と、測定対象物に対する筐体の位置と姿勢を変更し、Ｘ線出射器から出射されたＸ線の測定対象物に対する照射方向を変更するＸ線照射方向変更手段と、Ｘ線回折像検出手段により検出されたＸ線回折像から、測定対象物の表面に平行な方向における残留垂直応力を算出する残留垂直応力計算手段と、Ｘ線回折像検出手段により検出されたＸ線回折像から、測定対象物の回折面間隔を算出する回折面間隔計算手段と、残留垂直応力計算手段が、同一のＸ線照射点における測定対象物の表面に平行に設定したＸ軸方向とＹ軸方向の残留垂直応力を算出したとき、算出した２つの残留応力から、Ｘ線照射点における法線を含みＸ軸方向に平行なＸＺ平面において、残留垂直応力が０となる無ひずみ回折面法線方向を算出する無ひずみ回折面法線方向計算手段とを備えたＸ線回折測定装置としたことにある。

これによれば、Ｘ線照射方向変更手段によりＸ線の照射方向を変更してＸ線出射器からＸ線を照射し、Ｘ線回折像検出手段によりＸ線回折像を検出し、残留垂直応力計算手段により検出されたＸ線回折像から残留垂直応力を算出することで測定対象物の表面に平行に設定したＸ軸方向の残留垂直応力とＹ軸方向の残留垂直応力を取得することができる。また、無ひずみ回折面法線方向計算手段により取得された２つの残留応力から無ひずみ回折面法線方向を算出することができる。また、Ｘ線照射方向変更手段によりＸＺ平面において無ひずみ回折面法線方向と｛（１８０°−回折角）／２｝の角度を成す方向からＸ線が照射されるようＸ線の照射方向を変更し、Ｘ線出射器からＸ線を照射してＸ線回折像検出手段によりＸ線回折像を検出することができる。また、回折面間隔計算手段により検出されたＸ線回折像ごとに回折面間隔を算出することができる。すなわち、このＸ線回折測定装置を使用すれば測定対象物の無ひずみ回折面法線方向を求め、熱膨張にのみ影響する回折面間隔を求めることができるので、Ｘ線回折測定装置の他に測定対象物の温度を変化させる装置と温度を検出する装置を用意するのみで、熱膨張係数を精度よく測定することができる。

本発明を実行するうえで使用するＸ線回折測定装置を含む熱膨張係数測定システムを示す全体概略図である。 図１のＸ線回折測定装置の拡大図である。 図２のＸ線回折測定装置におけるＸ線が通過する部分を拡大して示す部分断面図である。 図３のプレート部分の拡大斜視図である。 図１の熱膨張係数測定システムを用いて測定対象物の熱膨張係数を測定するときの工程フロー図である。 図５の工程フロー図における残留垂直応力取得工程を詳細にした工程フロー図である。 測定対象物の無ひずみ回折面法線方向を説明する座標図である。 測定対象物に無ひずみ回折面法線方向があることを視覚的に説明する図である。 無ひずみ回折面法線方向より所定の角度の方向からＸ線を照射して回折環を撮像する際の、それぞれの箇所の角度と長さを示した図である。 図５の工程フロー図における熱膨張係数取得工程を詳細にした工程フロー図である。 図９において回折環がＸＺ平面と交差する箇所の半径ｒ０を撮像面の垂直方向から見て示した図である。 変形例における熱膨張係数取得工程を詳細にした工程フロー図である。

本発明を実行するうえで使用するＸ線回折測定装置を含む熱膨張係数測定システムの構成について図１乃至図４を用いて説明する。なお、この熱膨張係数測定システムが、先行技術文献の特許文献２に示されているＸ線回折測定システムと異なっている点は、ＬＥＤ光源４４が取り付けられたユニットの配置、Ｘ線回折測定装置のＸ線入射角を検出して表示するシステムを備える点、測定対象物ＯＢの温度が設定値になるよう制御するシステムを備える点及びコントローラ９１に無ひずみ回折面法線方向、回折面間隔、熱膨張係数等、残留応力以外の値を計算するプログラムを備える点であり、それ以外の構成は同一である。よって、特許文献２に示されているＸ線回折測定システムで既に説明されている箇所は、簡略的に説明するにとどめる。

この熱膨張係数測定システムは、熱膨張係数を測定する金属製品の場所まで運搬されてセットされるものである。金属製品はＸ線回折測定が可能であればどのような材質でもよいが、本実施形態では鉄板とする。以後、熱膨張係数を測定する鉄板を測定対象物ＯＢという。Ｘ線回折測定装置はアーム式移動装置により位置と姿勢を調整することができ、測定対象物ＯＢに対するＸ線回折測定装置の位置と姿勢を変更して、測定対象物ＯＢに対するＸ線の照射方向及びＸ線照射点からＸ線回折像の撮像面までの距離を、意図した方向と距離に設定することができる。

Ｘ線回折測定装置は、筐体５０内に、Ｘ線出射器１０、イメージングプレート１５を取り付けるテーブル１６、テーブル１６を回転及び移動させるテーブル駆動機構２０及び回折環を検出するレーザ検出装置３０等を備えている。そして、熱膨張係数測定システムは、このＸ線回折測定装置とともに、アーム式移動装置（図示しない）、温度制御装置６０、コンピュータ装置９０、高電圧電源９５及び測定対象物が載置され温度制御可能なプレートＰＬを備える。筐体５０内には、上述した装置に接続されて作動制御したり、検出信号を入力したりするための各種回路も内蔵されており、図１において筐体５０外に示された２点鎖線で囲われた各種回路は、筐体５０内の２点鎖線内に納められている。

筐体５０は、略直方体状に形成されるとともに、底面壁５０ａ、前面壁５０ｂ、後面壁５０ｅ、上面壁５０ｆ、側面壁（図示せず）、及び底面壁５０ａと前面壁５０ｂの角部を紙面の表側から裏側に向けて切り欠くように設けた切欠き部壁５０ｃと繋ぎ壁５０ｄを有するように形成されている。切欠き部壁５０ｃは底面壁５０ａに垂直な平板と平行な平板とからなり、繋ぎ壁５０ｄは側面壁と垂直であり底面壁５０ａと所定の角度を有している。この所定の角度は、例えば３０〜４５度である。側面壁の１つには、支持アーム５１に接続される接続部（図示せず）が設けられており、接続部は図１及び図２の紙面の垂直周りに回転可能になっている。支持アーム５１はアーム式移動装置の先端であり、アーム式移動装置を操作することにより、筐体５０（Ｘ線回折測定装置）を任意の位置と姿勢にすることができる。

Ｘ線出射器１０は、筐体５０内の上部にて図示左右方向に延設されて筐体５０に固定されており、高電圧電源９５からの高電圧の供給を受け、Ｘ線を図示下方向に出射する。Ｘ線制御回路７１は、コントローラ９１から指令が入力すると、Ｘ線出射器１０から一定強度のＸ線が出射されるように、Ｘ線出射器１０に高電圧電源９５から供給される駆動電流及び駆動電圧を制御する。また、Ｘ線出射器１０は、図示しない冷却装置を備えていて、Ｘ線制御回路７１は、この冷却装置に供給される駆動信号も制御する。

テーブル駆動機構２０は、筐体５０に固定され、Ｘ線出射器１０の下方にて移動ステージ２１を備えている。移動ステージ２１は、テーブル駆動機構２０における対向する１対の板状のガイド２５，２５により挟まれていて、テーブル駆動機構２０に固定されたフィードモータ２２、スクリューロッド２３及び軸受部２４により、出射Ｘ線の光軸が含まれる筐体５０の側面壁に平行な平面内であって、出射Ｘ線の光軸に垂直な方向に移動する。フィードモータ２２内には、エンコーダ２２ａが組み込まれており、エンコーダ２２ａはフィードモータ２２が所定の微小回転角度だけ回転するたびに、ハイレベルとローレベルとに交互に切り替わるパルス列信号を位置検出回路７２及びフィードモータ制御回路７３へ出力する。

位置検出回路７２及びフィードモータ制御回路７３は、コントローラ９１からの指令により作動する。測定開始直後において、フィードモータ制御回路７３は、移動ステージ２１をフィードモータ２２側へ移動させるようフィードモータ２２に駆動信号を出力し、位置検出回路７２は、移動ステージ２１が移動限界位置に達して、エンコーダ２２ａからパルス列信号が入力されなくなると、駆動信号停止を意味する信号をフィードモータ制御回路７３に出力し、カウント値を「０」に設定する。フィードモータ制御回路７３は、これにより駆動信号の出力を停止する。この移動限界位置が移動ステージ２１の原点位置となり、位置検出回路７２は、以後、移動ステージ２１が移動するごとにエンコーダ２２ａからのパルス列信号をカウントし、移動方向によりカウント値を加算または減算して移動限界位置からの移動距離ｘを位置信号として出力する。フィードモータ制御回路７３は、コントローラ９１から移動ステージ２１の移動先位置を入力すると、位置検出回路７２から入力する位置信号が入力した移動先位置に等しくなるまで、フィードモータ２２を正転又は逆転駆動する。また、フィードモータ制御回路７３は、コントローラ９１から移動ステージ２１の移動速度を入力すると、エンコーダ２２ａから入力したパルス列信号の単位時間当たりのパルス数を用いて、移動ステージ２１の移動速度を計算し、計算した移動速度が入力した移動速度になるようにフィードモータ２２を駆動する。

一対のガイド２５，２５の上端は、板状の上壁２６によって連結されており、上壁２６には貫通孔２６ａが設けられていて、貫通孔２６ａの中心位置はＸ線出射器１０の出射口１１の中心位置に対向しており、出射Ｘ線は、出射口１１及び貫通孔２６ａを介してテーブル駆動機構２０内に入射する。後述するイメージングプレート１５が回折環撮像位置にある状態（図１乃至図３の状態）において、移動ステージ２１の貫通孔２６ａと対向する位置には、図３に拡大して示すように、貫通孔２１ａが形成されている。移動ステージ２１には、出射口１１及び貫通孔２６ａ，２１ａの中心軸線位置を回転中心とするスピンドルモータ２７が組み付けられており、スピンドルモータ２７の出力軸２７ａは円筒状で断面円形の貫通孔２７ａ１を有する。スピンドルモータ２７の出力軸２７ａの反対側には、貫通孔２７ｂが設けられ、貫通孔２７ｂの内周面上には、貫通孔２７ｂの一部の内径を小さくするための円筒状の通路部材２８が固定されている。

また、スピンドルモータ２７内にはエンコーダ２７ｃが組み込まれ、エンコーダ２７ｃは、スピンドルモータ２７が所定の微小回転角度だけ回転する度に、ハイレベルとローレベルとに交互に切り替わるパルス列信号を、スピンドルモータ制御回路７４及び回転角度検出回路７５へ出力する。さらに、エンコーダ２７ｃは、スピンドルモータ２７が１回転するごとに、所定の短い期間だけローレベルからハイレベルに切り替わるインデックス信号を、コントローラ９１及び回転角度検出回路７５に出力する。

スピンドルモータ制御回路７４は、コントローラ９１から回転速度を入力すると、エンコーダ２７ｃから入力するパルス列信号の単位時間当たりのパルス数から計算される回転速度が、入力した回転速度になるように、駆動信号をスピンドルモータ２７に出力する。回転角度検出回路７５は、エンコーダ２７ｃから入力するパルス列信号のパルス数をカウントし、そのカウント値から回転角度θｐを計算してコントローラ９１に出力する。また、回転角度検出回路７５は、エンコーダ２７ｃからインデックス信号を入力すると、カウント値をリセットして「０」にする。これが回転角度０°の位置である。なお、イメージングプレート１５の回転角度０°の位置とは、後述するレーザ検出装置３０からのレーザ照射によりイメージングプレート１５に形成された回折環を読み取る際、インデックス信号を入力した時点でレーザ光が照射されている位置である。この位置はイメージングプレート１５の各半径位置においてあるためラインである。

テーブル１６は、円形状であり、スピンドルモータ２７の出力軸２７ａの先端部に固定されている。テーブル１６は、下面中央部から下方へ突出した突出部１７を有し、突出部１７の外周面には、ねじ山が形成されている。テーブル１６の下面にはイメージングプレート１５が取付けられる。イメージングプレート１５の中心部には貫通孔１５ａが設けられていて、この貫通孔１５ａに突出部１７を通し、突出部１７の外周面上にナット状の固定具１８をねじ込むことにより、イメージングプレート１５が、固定具１８とテーブル１６の間に挟まれて固定される。固定具１８は、円筒状の部材で、内周面に、突出部１７のねじ山に対応するねじ山が形成されている。

テーブル１６、突出部１７及び固定具１８にも貫通孔１６ａ，１７ａ，１８ａがそれぞれ設けられており、貫通孔１８ａの内径は通路部材２８の内径と同じである。すなわち、出射Ｘ線は、貫通孔２６ａ，２１ａ，通路部材２８，貫通孔２７ｂ，２７ａ１，１６ａ，１７ａ，１８ａを介して出射され、通路部材２８の内径及び貫通孔１８ａの内径は小さいので、貫通孔１８ａから出射されるＸ線は貫通孔２７ａ１の軸線に平行な平行光となり、筐体５０の円形孔５０ｃ１から出射される。

イメージングプレート１５は、移動ステージ２１、スピンドルモータ２７及びテーブル１６と共に、回折環撮像位置へ移動し、また、後述する撮像した回折環を読み取る回折環読取り領域、及び回折環を消去する回折環消去領域へ移動する。この移動において、イメージングプレート１５の中心軸は、出射Ｘ線の光軸とイメージングプレート１５における回転角度０°の位置（ライン）とが成す平面内に保たれた状態で、出射Ｘ線の光軸に垂直な方向に移動する。

レーザ検出装置３０は、回折環を撮像したイメージングプレート１５にレーザ光を照射し、イメージングプレート１５が発光した光の強度を検出する。レーザ検出装置３０は、回折環撮像位置にあるイメージングプレート１５からフィードモータ２２側に充分離れており、測定対象物ＯＢにて回折したＸ線がレーザ検出装置３０によって遮られないようになっている。レーザ検出装置３０は、レーザ光源３１、コリメートレンズ３２、反射鏡３３、ダイクロイックミラー３４、及び対物レンズ３６等を備えた光ヘッドであり、光ディスクの記録再生に用いられるものと同様な構成である。 レーザ駆動回路７７は、コントローラ９１から指令が入力すると、フォトディテクタ４２から入力する信号の強度が所定の強度になるようレーザ光源３１に駆動信号を出力し。レーザ光源３１からは一定強度のレーザ光が出射される。フォトディテクタ４２は後述するダイクロイックミラー３４で微量が反射し、集光レンズ４１を介して受光したレーザ光の強度に相当する強度の信号を出力するが、ダイクロイックミラー３４での反射の割合は一定であるので、出射したレーザ光の強度に相当する強度の信号を出力すると見なせる。コリメートレンズ３２はレーザ光を平行光にし、反射鏡３３はレーザ光を、ダイクロイックミラー３４に向けて反射し、ダイクロイックミラー３４は、入射したレーザ光の大半（例えば、９５％）をそのまま透過させる。対物レンズ３６は、レーザ光をイメージングプレート１５の表面に集光させる。対物レンズ３６には、フォーカスアクチュエータ３７が組み付けられており。後述するフォーカスサーボにより、レーザ光の焦点は常にイメージングプレート１５の表面に合致する。

集光されたレーザ光が、イメージングプレート１５の回折環が撮像されている部分に照射すると、輝尽発光（Ｐｈｏｔｏ−Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｌｕｍｉｎｅｓｅｎｃｅ）現象が生じ、回折環撮像時における回折Ｘ線の強度に応じた光が発生する。この輝尽発光により発生した光はレーザ光の波長よりも波長が短く、レーザ光の反射光と共に対物レンズ３６を通過するが、ダイクロイックミラー３４にて大部分が反射し、レーザ光の反射光は大部分が透過する。ダイクロイックミラー３４で反射した光は、集光レンズ３８、シリンドリカルレンズ３９を介してフォトディテクタ４０に入射する。フォトディテクタ４０は、４つの同一正方形状の受光素子からなる４分割受光素子からなり、４つの受光信号（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を増幅回路７８に出力する。なお、シリンドリカルレンズ３９は非点収差を生じさせるためにある。

増幅回路７８は、入力した４つの受光信号（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を増幅してフォーカスエラー信号生成回路７９及びＳＵＭ信号生成回路８０へ出力する。フォーカスエラー信号生成回路７９は、非点収差法におけるフォーカスエラー信号を生成してフォーカスサーボ回路８１へ出力する。フォーカスサーボ回路８１は、コントローラ９１により指令が入力すると作動開始し、入力したフォーカスエラー信号に基づいて、フォーカスサーボ信号を生成してドライブ回路８２に出力する。ドライブ回路８２は、入力したフォーカスサーボ信号に応じてフォーカスアクチュエータ３７を駆動して、対物レンズ３６をレーザ光の光軸方向に変位させ、これにより、レーザ光の焦点は常にイメージングプレート１５の表面に合致する。

ＳＵＭ信号生成回路８０は、入力した４つの受光信号を合算してＳＵＭ信号を生成し、Ａ／Ｄ変換回路８３に出力する。ＳＵＭ信号の強度は、イメージングプレート１５にて反射し、ダイクロイックミラー３４で反射した微量のレーザ光の強度と輝尽発光により発生した光の強度を合わせた強度に相当するが、イメージングプレート１５にて反射するレーザ光の強度はほぼ一定であるので、ＳＵＭ信号の強度は、輝尽発光により発生した光の強度に相当する。すなわち、ＳＵＭ信号の強度は、撮像された回折環における回折Ｘ線の強度に相当する。Ａ／Ｄ変換回路８３は、コントローラ９１から指令が入力すると、入力するＳＵＭ信号の瞬時値をデジタルデータに変換してコントローラ９１に出力する。

また、対物レンズ３６に隣接して、ＬＥＤ光源４３が設けられている。ＬＥＤ光源４３は、ＬＥＤ駆動回路８４によって制御されて、可視光を発して、イメージングプレート１５に撮像された回折環を消去する。ＬＥＤ駆動回路８４は、コントローラ９１から指令を入力すると、ＬＥＤ光源４３に、所定の強度の可視光を発生させるための駆動信号を供給する。

また、Ｘ線回折測定装置は、ＬＥＤ光源４４を有する。ＬＥＤ光源４４は、図２乃至図４に示すように、移動ステージ２１とテーブル駆動機構２０の上壁２６の下面との間に配置されたプレート４５の一端部下面に固定されている。プレート４５は、移動ステージ２１内に固定されたモータ４６の出力軸４６ａに固着されており、モータ４６の回転により、上壁２６の下面に平行な面内を回転する。移動ステージ２１にはストッパ部材４７ａ，４７ｂが設けられており、ストッパ部材４７ａは、プレート４５を図４のＤ１方向に回転させたとき、ＬＥＤ光源４４が上壁２６の貫通孔２６ａ及び移動ステージ２１の貫通孔２１ａに対向する位置（Ａ位置）で静止するように、プレート４５の回転を規制する。一方、ストッパ部材４７ｂは、プレート４５を図４のＤ２方向に回転させたとき、プレート４５が上壁２６の貫通孔２６ａと移動ステージ２１の貫通孔２１ａとの間を遮断しない位置（Ｂ位置）で静止するように、プレート４５の回転を規制する。言い換えれば、Ａ位置は、プレート４５が図２及び図３に示す状態にある位置であり、ＬＥＤ光源４４から出射されるＬＥＤ光がスピンドルモータ２７の貫通孔２７ａ１に設けた通路部材２８の通路に入射する位置である。Ｂ位置は、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線がプレート４５によって遮られない位置である。ＬＥＤ光源４４は、コントローラ９１によって作動制御されるＬＥＤ駆動回路８５からの駆動信号によりＬＥＤ光を出射する。ＬＥＤ光は拡散する可視光であるが、プレート４５がＡ位置にあるとき、その一部は、出射Ｘ線と同様の経路で貫通孔１８ａから出射するので、出射Ｘ線と同様、貫通孔２７ａ１の軸線に平行な平行光になる。

モータ４６はエンコーダ４６ｂを備えており、エンコーダ４６ｂはモータ４６が所定の微小回転角度だけ回転する度に、ハイレベルとローレベルとに交互に切り替わるパルス列信号を回転制御回路８６に出力する。回転制御回路８６は、コントローラ９１から回転方向と回転開始の指令が入力されると、モータ４６に駆動信号を出力し、モータ４６を指示方向に回転させる。そして、エンコーダ４６ｂからパルス列信号の入力が停止すると、駆動信号の出力を停止する。これにより、プレート４５を、上述したＡ位置及びＢ位置までそれぞれ回転させることができる。

筐体５０の切欠き部壁５０ｃには結像レンズ４８が設けられ、筐体５０内部には撮像器４９が設けられている。撮像器４９は、ＣＣＤ受光器又はＣＭＯＳ受光器で構成され、各撮像素子ごとの受光強度に相当する強度の信号をセンサ信号取出回路８７に出力する。結像レンズ４８及び撮像器４９は、イメージングプレート１５に対して設定された位置にある測定対象物ＯＢにおけるＬＥＤ光の照射点を中心とした領域の画像を撮像するデジタルカメラとして機能する。イメージングプレート１５に対して設定された位置とは、測定対象物ＯＢにおけるＸ線及びＬＥＤ光の照射点からイメージングプレート１５までの垂直距離Ｌが、予め決められた設定距離となる位置である。この場合の結像レンズ４８及び撮像器４９による被写界深度は、前記照射点を中心とした前後の範囲で設定されている。センサ信号取出回路８７は、撮像器４９の各撮像素子ごとの信号強度データを、各撮像素子の位置（すなわち画素位置）が分かるデータと共にコントローラ９１に出力する。

また、結像レンズ４８の光軸は、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線の光軸とイメージングプレート１５の回転基準位置のラインを含む平面に含まれるとともに、この光軸と測定対象物ＯＢに照射されるＸ線及びＬＥＤ光の光軸が交わる点は、イメージングプレート１５から設定された距離にある測定対象物ＯＢにおけるＸ線及びＬＥＤ光の照射点であるように調整されている。さらに、Ｘ線及びＬＥＤ光の測定対象物ＯＢに対する入射角度が設定値であるとき、結像レンズ４８の光軸と測定対象物ＯＢのＸ線及びＬＥＤ光の照射点における法線方向とが成す角度は前記入射角度に等しい角度であるようにされている。したがって、測定対象物ＯＢにおけるＸ線及びＬＥＤ光の照射点からイメージングプレート１５までの距離が設定された距離にあり、Ｘ線及びＬＥＤ光が測定対象物ＯＢに設定された入射角度で照射された場合には、結像レンズ４８に入射する散乱光の光軸と反射光の光軸はいずれも結像レンズ４８の光軸と一致するため、撮像器４９におけるＬＥＤ光の照射点と測定対象物ＯＢで反射したＬＥＤ光の受光点は同じ位置に生じる。測定対象物ＯＢに照射されるＬＥＤ光は平行光であるので、照射点において、ＬＥＤ光は散乱光と、略平行光のまま反射する反射光を発生させるが、散乱光のうち結像レンズ４８に入射した光は撮像器４９の位置で結像して照射点となり、結像レンズ４８に入射した反射光は結像レンズ４８により集光されて撮像器４９で受光され受光点なる。よって、ＬＥＤ光の照射点からイメージングプレート１５までの距離が設定された距離であり、ＬＥＤ光が測定対象物ＯＢに設定された入射角度で照射されたとき、撮像器４９が出力する信号強度データから作成される撮影画像では、照射点の画像と受光点の画像は同じ位置になる。

コンピュータ装置９０は、コントローラ９１、入力装置９２及び表示装置９３からなる。コントローラ９１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、大容量記憶装置などを備えたマイクロコンピュータを主要部とした電子制御装置であり、大容量記憶装置に記憶された各種プログラムを実行してＸ線回折測定装置の作動を制御する。入力装置９２は、コントローラ９１に接続されて、作業者により、各種パラメータ、作業指示などの入力のために利用される。表示装置９３は、表示画面上に撮像器４９から入力する信号強度データにより作成された撮影画像を表示するとともに、結像レンズ４８の光軸が撮像器４９と交差する箇所に相当する箇所に十字のマークを表示する。この十字のマークは、ＬＥＤ光（出射Ｘ線）の照射点からイメージングプレート１５までの距離が設定された距離であり、ＬＥＤ光（出射Ｘ線）が測定対象物ＯＢに設定された入射角度で照射されたとき、照射点の画像および受光点の画像が生じる位置である。さらに、表示装置９３は、熱膨張係数測定システムの各種の設定状況、作動状況及び測定結果などを表示する。高電圧電源９５は、Ｘ線出射器１０にＸ線出射のための高電圧及び電流を供給する。

筐体５０には傾斜センサ５５が取り付けられており、傾斜センサ５５は筐体５０の側面壁に平行な設定方向と垂直な方向の２方向における傾斜角度（それぞれの方向と重力方向が成す角度から９０°を減算した角度）に相当する信号を、傾斜センサ信号取出回路８８へ出力する。なお、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線の光軸（ＬＥＤ光源４４から出射されるＬＥＤ光の光軸）とイメージングプレート１５の回転基準位置のラインとを含む平面は、筐体５０の側面壁と平行になっている。以下、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線の光軸（ＬＥＤ光源４４から出射されるＬＥＤ光の光軸）とイメージングプレート１５の回転基準位置のラインとを含む平面を基準平面という。そして、傾斜センサ５５が出力する傾斜角度について基準平面を用いて表現すると、傾斜センサ５５は基準平面内の設定方向と基準平面の垂直方向における傾斜角度を出力する。

傾斜センサ信号取出回路８８は、コントローラ９１から指令が入力すると、傾斜センサ５５が出力する信号を傾斜角度のデジタルデータにしてコントローラ９１へ設定された時間間隔で出力する。コントローラ９１は入力装置９２から、出射Ｘ線（ＬＥＤ光）が測定対象物ＯＢに設定された入射角度で照射され、Ｘ線照射点（ＬＥＤ光照射点）部分の法線が基準平面に含まれていることを意味する入力があると、言い換えると撮像画像におけるＬＥＤ光の照射点と受光点が十字のマークと合致していることを意味する入力があると、そのタイミングで入力した傾斜角度のデータを記憶し、これ以降入力する傾斜角度のデータから出射Ｘ線（ＬＥＤ光）の入射角度ψと基準平面とＸ線照射点（ＬＥＤ光照射点）の法線方向とが成す角度Θｔを計算して表示装置９３に表示する。計算式は、記憶した傾斜角度の内、基準平面内の設定方向における傾斜角度をΘｘｍ、基準平面の垂直方向における傾斜角度をΘｙｍとし、出射Ｘ線（ＬＥＤ光）の設定された入射角度をψｓ、設定された時間間隔で入力する基準平面内の設定方向における傾斜角度をΘｘ、基準平面の垂直方向における傾斜角度をΘｙとすると、次の数１及び数２の計算式である。
（数１）
ψ ＝ ψｓ＋（Θｘ−Θｘｍ）
（数２）
Θｔ ＝ Θｙ−Θｙｍ
作業者は、表示装置９３に表示される入射角度ψと角度Θｔを見ながら、アーム式移動装置を操作してＸ線回折測定装置の筐体５０の姿勢を調整することで、角度Θｔが０（基準平面にＸ線照射点の法線方向が含まれる状態）でＸ線の入射角度ψを希望する角度にすることができる。

測定対象物ＯＢは、ヒーター６３が内蔵され温度センサ６１がセットされたプレートＰＬの表面に置かれる。温度センサ６１は熱膨張係数の測定において変化させる温度の範囲でプレートＰＬの温度を精度よく検出することができればどのようなものでもよく、例えば熱電対や測温抵抗体による温度センサを用いることができる。温度センサ６１が出力する温度に対応する電気信号は温度制御装置６０内の温度検出回路６２とコントローラ９１に入力する。温度検出回路６２はコントローラ９１の指令により作動開始し、設定された時間間隔で入力した電気信号から温度のデジタルデータを作成して、コントローラ９１と後述する温度制御回路６４に出力する。温度制御回路６４も温度制御装置６０内にあり、コントローラ９１の指令により作動開始し、温度検出回路６２から入力する温度データの温度制御回路６４内に記憶されている温度からの差をなくすよう、ヒーター６３に出力する駆動信号の強度を制御する。温度制御回路６４内に記憶されている温度は、コントローラ９１から温度データが入力すると書き換えられ、コントローラ９１は入力装置９２から温度値が入力すると温度制御回路６４に温度データを出力する。これにより、作業者が入力装置９２から設定する温度を入力するごとに、温度制御回路６４の制御により、プレートＰＬの温度およびプレートＰＬ上に載置された測定対象物ＯＢの温度が設定温度になる。また、コントローラ９１は温度検出回路６２から温度データが入力するごとに、その温度を表示装置９３に表示する。よって、作業者は入力装置９２から設定温度を入力した後、表示装置９３の表示を見ることで測定対象物ＯＢの温度が設定温度になったか確認することができる。

次に、上記のように構成したＸ線回折測定装置を含む熱膨張係数測定システムを用いて、測定対象物ＯＢの熱膨張係数を測定する具体的方法について説明する。作業者は熱膨張係数測定システムを測定対象物ＯＢの近傍にセットし、プレートＰＬに測定対象物ＯＢを載置した後、アーム式移動装置を操作してＸ線回折測定装置（筐体５０）を測定対象物ＯＢの近くまで移動させ、電源を投入して熱膨張係数測定システムを作動させる。この後、熱膨張係数測定は図５に示すように、Ｘ軸方向残留垂直応力取得工程Ｓ１、Ｙ軸方向残留垂直応力取得工程Ｓ２、無ひずみ回折面法線方向計算工程Ｓ３及び熱膨張係数取得工程Ｓ４の順に行われる。

Ｘ軸方向残留垂直応力取得工程Ｓ１は、測定対象物ＯＢの表面に平行な任意の方向をＸ軸にし、このＸ軸方向における残留垂直応力を測定する工程である。なお、Ｘ軸は測定対象物ＯＢの表面に平行であれば任意の方向でよいが、後述するＹ軸方向残留垂直応力取得工程Ｓ２を行う際、Ｘ軸の垂直方向をＹ軸にする必要があるので、Ｘ軸は測定対象物ＯＢの側面に平行に設定するのが作業効率の点でよい。Ｘ軸方向残留垂直応力取得工程Ｓ１は図６に示すように、位置姿勢調整工程Ｓ１１、回折環撮像工程Ｓ１２、回折環読取り工程Ｓ１３、回折環消去工程Ｓ１４及び残留垂直応力計算工程Ｓ１５の順に行われるが、これらの工程は先行技術文献の特許文献２で既に詳細に説明されているので、簡略的に説明するにとどめる。

位置姿勢調整工程Ｓ１１は、測定対象物ＯＢに対するＸ線回折測定装置（筐体５０）の位置と姿勢を調整する工程である。作業者は、まず、アーム式移動装置を操作してＸ線回折測定装置（筐体５０）の位置と姿勢を調整することで、おおよそで測定対象物ＯＢにおけるＸ線の照射点及びＸ線の入射方向を目的とする測定位置と方向にし、Ｘ線の照射点からイメージングプレート１５までの距離を設定距離になるようにする。

次に作業者は、入力装置９２から位置姿勢の調整を行うことを入力する。この入力により、コントローラ９１は、各回路に指令を出力し、イメージングプレート１５を回折環撮像位置（図１乃至図３の状態）に移動させ、モータ４６を駆動させてプレート４５をＡ位置まで回転させ、ＬＥＤ光源４４を点灯させる。これにより平行光であるＬＥＤ光が筐体５０の円形孔５０ｃ１から外部へ出射され、測定対象物ＯＢの目的とする測定位置付近に照射される。さらに、コントローラ９１は、撮像器４９による撮像信号をセンサ信号取出回路８７からコントローラ９１に出力させ、この撮像信号から作成したＬＥＤ光の照射点近傍の画像を表示装置９３に表示させる。このとき、表示される画像には、撮像信号によって表示される画像とは独立して、結像レンズ４８の光軸が撮像器４９と交差する位置に相当する撮影画像上の位置に、十字マークが表示される。

この場合、十字マークのクロス点は表示装置９３の画面の中心に位置し、十字マークのＸ軸方向は画面の横方向に対応し、十字マークのＹ軸方向は画面の縦方向に対応する。そして、十字マークのクロス点は、ＬＥＤ光の照射点からイメージングプレート１５までの距離Ｌが設定値であるときに、照射点が撮像される位置であると同時に、距離Ｌが設定値であり、ＬＥＤ光が測定対象物ＯＢに設定された入射角度で入射されるとき、受光点が撮像される位置である。また、十字マークのＹ軸方向がＬＥＤ光及びＸ線の照射方向であり、この方向を測定対象物ＯＢに投影させた方向が残留垂直応力の測定方向である。

作業者は、表示装置９３に表示される画像を見ながら、アーム式移動装置を操作して、Ｘ線回折測定装置（筐体５０）に対する測定対象物ＯＢの位置と姿勢を調整し、画面上におけるＬＥＤ光の照射点が測定対象物ＯＢの目的とする測定位置になるとともに、十字マークのクロス点と合致するようにする。そして、ＬＥＤ光の受光点も十字マークのクロス点と合致するようにする。さらに十字マークのＹ軸方向を測定対象物ＯＢに投影させた方向が、測定対象物ＯＢの表面に設定したＸ軸方向になるようにする。調整が完了すると、作業者は入力装置９２から位置姿勢の調整終了を入力する。これにより、コントローラ９１は、各回路に指令を出力し、ＬＥＤ光源４４を消灯させ、撮像信号の出力を停止させ、モータ４６を駆動させてプレート４５をＢ位置まで回転させる。これにより、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線が、移動ステージ２１の貫通孔２１ａに入射され得る状態となる。

次の回折環撮像工程Ｓ１２において、作業者は入力装置９２から測定対象物ＯＢの材質（本実施形態では、鉄）を入力し、測定開始を入力する。これにより、コントローラ９１は、スピンドルモータ制御回路７４を制御して、イメージングプレート１５を低速回転させ、エンコーダ２７ｃからインデックス信号を入力した時点で、イメージングプレート１５の回転を停止させる。これにより、回折環の読取り時において回転角度０°となる状態で、イメージングプレート１５に回折環が撮像されるようになる。次に、コントローラ９１は、Ｘ線制御回路７１を制御してＸ線出射器１０にＸ線の出射を開始させる。これにより、測定対象物ＯＢにおけるＸ線照射点で発生した回折Ｘ線により、イメージングプレート１５に回折環が撮像されていく。そして、所定時間の経過後に、Ｘ線制御回路７１を制御してＸ線出射器１０にＸ線の出射を停止させる。

次にコントローラ９１は、回折環読取り工程Ｓ１３を実行する。コントローラ９１は、フィードモータ制御回路７３を制御して、イメージングプレート１５を回折環読取り領域内の読取り開始位置へ移動させる。読取り開始位置とは、レーザ光の照射位置が回折環基準半径Ｒｏの円に対して若干だけ内側になるような位置である。回折環基準半径Ｒｏとは、測定対象物ＯＢの残留応力が「０」であるときに、イメージングプレート１５上に形成される回折環の半径であり、測定対象物ＯＢにおけるＸ線の回折角２Θｍ（Θｍはブラッグ角）及びＸ線照射点からイメージングプレート１５までの距離ＬからＲｏ＝Ｌ・ｔａｎ（２Θｍ）の計算式で計算される。そして、Ｘ線の回折角２Θｍは測定対象物ＯＢの材質で決まり、距離Ｌは設定値に調整されているので、測定対象物ＯＢの材質ごとに予め回折角２Θｍを記憶しておけば、測定対象物ＯＢの材質を入力することで回折環基準半径Ｒｏは計算できる。

次に、コントローラ９１は、スピンドルモータ制御回路７４を制御して、スピンドルモータ２７を所定の回転速度で回転させ、レーザ駆動回路７７を制御してレーザ検出装置３０からレーザ光をイメージングプレート１５に照射させ、フォーカスサーボ回路８１を制御してフォーカスサーボを開始させる。さらに、回転角度検出回路７５を制御して、スピンドルモータ２７（イメージングプレート１５）の回転角度θｐの出力を開始させ、Ａ／Ｄ変換回路８３を制御して、ＳＵＭ信号の瞬時値Ｉのデータ出力を開始させ、フィードモータ制御回路７３を制御してフィードモータ２２を回転させ、イメージングプレート１５を読取り開始位置から図１及び図２の右下方向へ一定速度で移動させる。これにより、レーザ光の照射位置は、相対的にイメージングプレート１５上を螺旋状に回転し始める。その後、コントローラ９１は、イメージングプレート１５が所定の小さな角度だけ回転するごとに、Ａ／Ｄ変換回路８３が出力するＳＵＭ信号の瞬時値Ｉのデータと、回転角度検出回路７５が出力する回転角度θｐのデータと位置検出回路７２が出力する移動距離ｘのデータとを入力し、それぞれのデータを対応させて記憶する。なお、移動距離ｘはレーザ光照射位置の径方向距離ｒ（半径値ｒ）に変換したうえで記憶する。これにより、螺旋状に回転するレーザ光の照射位置に関して、ＳＵＭ信号の瞬時値Ｉ、回転角度θｐ及び半径値ｒを表すデータが所定回転角度ごとに順次記憶されていく。

ＳＵＭ信号の瞬時値Ｉ、回転角度θｐ及び半径値ｒを表すデータの所定回転角度ごとの記憶動作と並行して、コントローラ９１は、回転角度θｐごとに半径値ｒに対するＳＵＭ信号の瞬時値Ｉの曲線を作成し、曲線のピークに対応した半径値ｒαとＳＵＭ信号強度値Ｉαを記憶する。これは回折環の回転角度αごとに半径方向における回折Ｘ線の強度分布を求め、回折Ｘ線の強度がピークとなる箇所の半径値ｒαと回折Ｘ線の強度に相当する強度Ｉαを求める処理である。そして、すべての回転角度θｐ（回転角度α）において半径値ｒαと強度Ｉαを取得し、検出するＳＵＭ信号の瞬時値Ｉが強度Ｉαに対して充分小さくなった時点で、データの記憶を終了する。これにより、回折環における回折Ｘ線の強度に相当する強度の分布が瞬時値Ｉ、回転角度θｐ及び半径値ｒのデータ群で、および回折環の形状が回転角度αごとの半径値ｒαで検出されたことになる。その後、コントローラ９１は、各回路に指令を出力し、フォーカスサーボを停止させ、レーザ光の照射を停止させ、Ａ／Ｄ変換回路８３と回転角度検出回路７５の作動を停止させ、フィードモータ２２の作動を停止させる。なおイメージングプレート１５の回転は、継続されている。

次にコントローラ９１は、回折環消去工程Ｓ１４を実行する。コントローラ９１は、フィードモータ制御回路７３を制御してイメージングプレート１５を回折環消去領域内の消去開始位置へ移動させる。このイメージングプレート１５の消去開始位置とは、ＬＥＤ光源４３から出力されるＬＥＤ光の中心が回折環基準半径Ｒｏの円に対して前記読取り開始位置の場合よりもさらに内側になる位置である。次に、コントローラ９１は、ＬＥＤ駆動回路８４を制御してＬＥＤ光源４３によるＬＥＤ光をイメージングプレート１５に対して照射させ、フィードモータ制御回路７３を制御して、イメージングプレート１５が前記消去開始位置から消去終了位置まで図１及び図２の右下方向に一定速度で移動するよう、フィードモータ２２を回転させる。消去終了位置とは、ＬＥＤ光の中心が回折環基準半径Ｒｏよりも前記消去開始位置と同じ程度の距離だけ外側となる位置である。これにより、ＬＥＤ光がイメージングプレート１５上に螺旋状に照射され、撮像された回折環が消去される。

イメージングプレート１５が消去終了位置になると、コントローラ９１は、フィードモータ制御回路７３を制御してイメージングプレート１５の移動を停止させ、ＬＥＤ駆動回路８４を制御してＬＥＤ光の照射を停止させ、位置検出回路７２の作動を停止させ、スピンドルモータ制御回路７４を制御してスピンドルモータ２７（イメージングプレート１５）の回転を停止させる。

次にコントローラ９１は、残留垂直応力計算工程Ｓ１５を実行する。これは、回折環の形状である回転角度αごとの半径値ｒαのデータ、Ｘ線照射点からイメージングプレート１５までの距離とＸ線の入射角の設定値、及び測定対象物ＯＢの材質（本実施形態では鉄）において既知の値である回折角、ヤング率、ポアソン比等の定数を用いて、ｃｏｓα法を用いた演算により残留垂直応力を計算する演算処理である。ただし、残留垂直応力を計算する演算は公知技術を用いたものであり、例えば特開２００５−２４１３０８号公報の〔００２６〕〜〔００４４〕に詳細に説明されているので説明は省略する。

Ｘ軸方向残留垂直応力取得工程Ｓ１が終了するとＹ軸方向残留垂直応力取得工程Ｓ２を行うが、これは、Ｘ線照射点を変えず、測定対象物ＯＢの表面に平行でＸ軸方向に垂直なＹ軸方向の残留垂直応力を測定する工程であり、行うことはＸ軸方向残留垂直応力取得工程Ｓ１と同じである。すなわち、Ｙ軸方向残留垂直応力取得工程Ｓ２においても図６に示した、位置姿勢調整工程Ｓ１１、回折環撮像工程Ｓ１２、回折環読取り工程Ｓ１３，回折環消去工程Ｓ１４及び残留垂直応力計算工程Ｓ１５を行う。なお、このときの位置姿勢調整工程Ｓ１１は、測定対象物ＯＢおけるＬＥＤ光の照射点がＸ軸方向残留垂直応力を測定したときと同じ箇所になるとともに、撮影画面上におけるＬＥＤ光の照射点、受光点が十字マークのクロス点と合致するようにする。そして、十字マークのＹ軸方向を測定対象物ＯＢに投影させた方向が、測定対象物ＯＢの表面のＹ軸方向になるようにする。これ以降の回折環撮像工程Ｓ１２、回折環読取り工程Ｓ１３、回折環消去工程Ｓ１４及び残留垂直応力計算工程Ｓ１５は上述したＸ軸方向残留垂直応力取得工程Ｓ１における説明と同一である。

Ｙ軸方向残留垂直応力取得工程Ｓ２が終了すると、無ひずみ回折面法線方向計算工程Ｓ３を行う。これは、入力装置９２から計算実行を入力することでコントローラ９１内で行われる演算処理であり、取得されているＸ軸方向残留垂直応力とＹ軸方向残留垂直応力をある計算式に代入することで、測定対象物ＯＢの回折面において無ひずみとすることができる回折面の法線方向を求める計算である。以下、この計算式が理論的に導き出せることを説明する。

測定対象物ＯＢに対するＸ線の侵入深さが浅いほとんどの場合において、測定対象物ＯＢは平面応力状態で仮定することができる。図７に示すように測定対象物ＯＢの表面に平行で直交する２軸をとり、測定対象物ＯＢの表面に垂直なＺ軸をとり、それぞれの軸方向の残留垂直応力をσ１，σ２，σｚとし、それぞれの軸方向のひずみをε１，ε２，εｚとする。平面応力状態にあると仮定すると、σｚ＝０とすることができる。次に、図７に示すようにσ１，σ２の軸で定まる平面（測定対象物ＯＢの平面）内でσ１の軸から角度φにＸ軸をとり、σ１，σ２の軸で定まる平面内でＸ軸に直交する方向にＹ軸をとる。そして、Ｘ軸方向の残留垂直応力をσｘ、ひずみをεｘ、Ｙ軸方向の残留垂直応力をσｙ、ひずみをεｙとする。そして、ＸＺ平面でＺ軸から角度ψの方向のひずみをε_φψとする。ひずみε_φψは、３方向のひずみε１，ε２，εｚを用いて以下の数３で表される。
（数３）
ε_φψ ＝ ε１・ｃｏｓ^２φｓｉｎ^２ψ ＋ ε２・ｓｉｎ^２φｓｉｎ^２ψ＋εｚ・ｃｏｓ^２ψ
またＸ軸方向のひずみεｘは、以下の数４で表される。
（数４）
εｘ ＝ ε１・ｃｏｓ^２φ ＋ ε２・ｓｉｎ^２φ
数４をε１・ｃｏｓ^２φ＝の式にして数３のε１・ｃｏｓ^２φに代入して式を整理すると、以下の数５の式が成り立つ。
（数５）
ε_φψ ＝ εｘ・ｓｉｎ^２ψ ＋ εｚ・ｃｏｓ^２ψ

次に平面応力状態にあると仮定すると、Ｘ,Ｙ,Ｚ軸方向のひずみεｘ，εｙ，εｚと、Ｘ，Ｙ軸方向の残留垂直応力σｘ，σｙには、フックの法則により以下の数６から数８の関係がある。Ｅはヤング率、νはポアソン比である。
（数６）
εｘ ＝ （１／Ｅ）・（σｘ−ν・σｙ）
（数７）
εｙ ＝ （１／Ｅ）・（σｙ−ν・σｘ）
（数８）
εｚ ＝ −（ν／Ｅ）・（σｘ＋σｙ）
数５の式のεｘに数６の式を代入し、εｚに数８の式を代入して式を整理すると、以下の数９が成り立つ。
（数９）
ε_φψ ＝ ｛（１＋ν）／Ｅ｝・σｘ・ｓｉｎ^２ψ ＋ （ν／Ｅ）・（σｘ＋σｙ）
ＸＺ平面でＺ軸から角度ψの方向のひずみε_φψが０になるとき、数９の式は以下の数１０のようになる。
（数１０）
｛（１＋ν）／Ｅ｝・σｘ・ｓｉｎ^２ψ ＋（ν／Ｅ）・（σｘ＋σｙ）＝０
数１０の式を変形してψ＝の式にすると、以下の数１１になる。
（数１１）
ψ ＝ ｓｉｎ^−１〔｛ν／（１＋ν）｝・｛１＋（σｙ／σｘ）｝〕
Ｘ，Ｙ軸方向の残留垂直応力σｘ，σｙの値を数１１の式に代入すれば、ＸＺ平面でひずみε_φψが０になる方向の角度ψを求めることができる。この角度ψが無ひずみ回折面法線方向であり、数１１が無ひずみ回折面法線方向計算工程Ｓ３において、Ｘ軸方向残留垂直応力とＹ軸方向残留垂直応力から無ひずみ回折面法線方向を求める計算式である。

ＸＺ平面において無ひずみ回折面法線方向が存在することを視覚的に説明したものが図８である。図８では分かりやすくするため、応力はＸ軸方向のみより作用しているとしている。Ｘ軸方向に応力が作用するとＸ軸方向に垂直な回折面の間隔は（Ａ）のように縮む。これに対し、Ｚ軸方向に垂直な回折面の間隔は（Ｂ）のように拡がる。これより、ＸＺ平面で原点を起点にする方向をＸ軸方向からＺ軸方向に向けてを回転させていくと回折面の間隔の変化が０になる方向があることがわかる。実際はＹ軸方向の応力があるが、Ｙ軸方向の応力があっても、Ｚ軸方向に垂直な回折面の間隔は拡がるので、Ｘ軸方向の回折面の間隔が縮んでいれば、ＸＺ平面に回折面の間隔の変化が０になる方向がある。

コントローラ９１は無ひずみ回折面法線方向として角度ψが計算されると、無ひずみ回折面法線方向と｛（１８０°−回折角）／２｝の角度を成す方向を計算して、表示装置９３に後述する熱膨張係数取得工程Ｓ４でのＸ線の入射角ψｎとして表示する。回折角は２×ブラッグ角であるので、｛（１８０°−回折角）／２｝は（９０°−ブラッグ角）である。すなわち、無ひずみ回折面法線方向と｛（１８０°−回折角）／２｝の角度を成す方向とは、ブラッグ角をΘとすると図９に示すように、無ひずみ回折面に対して（９０°−Θ）の入射角の方向、言い換えると無ひずみ回折面とΘの角度をなす方向である。図９はブラッグの式を説明するときに用いられる図を用いて回折環が形成されるときの状態を示す図であり、図９のように無ひずみ回折面に対して（９０°−Θ）の入射角でＸ線が入射すると、ブラッグの式２ｄ・ｓｉｎΘ＝ｎ・λが成立するＡ点のＸ線回折像において、回折面間隔ｄは無ひずみである。すなわち、Ａ点のＸ線回折像からブラッグの式で計算される回折面間隔ｄは、熱膨張のみにより変化する値である。

表示装置９３が無ひずみ回折面法線方向と｛（１８０°−回折角）／２｝の角度を成す方向である入射角ψｎを表示すると、熱膨張係数取得工程Ｓ４を行う。これは、図１０に示す工程フローに従って行われる。最初の位置姿勢調整工程Ｓ２１は、Ｘ軸方向残留垂直応力取得工程Ｓ１における位置姿勢調整工程Ｓ１１の位置姿勢の調整とＸ線の入射角を異ならせるのみの調整である。作業者は、まず、Ｘ軸方向残留垂直応力取得工程Ｓ１における位置姿勢調整工程Ｓ１１と同じ調整を行い、ＬＥＤ光照射点（Ｘ線照射点）からイメージングプレート１５までの距離と測定対象物ＯＢに対するＸ線の入射角を設定値にする。すなわち、ＬＥＤ光の照射点が測定対象物ＯＢのＸ軸方向残留垂直応力取得工程Ｓ１とＹ軸方向残留垂直応力取得工程Ｓ２のときのＸ線照射点と同じ箇所になるとともに、撮影画像上のＬＥＤ光の照射点と受光点が十字マークのクロス点と合致するようにする。この調整が終了すると作業者は入力装置９２から、設定された入射角度でＬＥＤ光が照射され、ＬＥＤ光照射点部分の法線が基準平面に含まれていることを意味する入力を行う。この後、上述したように表示装置９３にはＬＥＤ光（Ｘ線）の入射角度ψと、基準平面とＬＥＤ光照射点（Ｘ線照射点）の箇所の法線とがなす角度Θｔが表示される。作業者は、測定対象物ＯＢにおけるＬＥＤ光の照射点が上述した箇所のまま、撮影画像上のＬＥＤ光の照射点が十字マークのクロス点と合致するようにするとともに、表示装置９３に表示される入射角度ψが入射角ψｎになり角度Θｔが０になるよう、Ｘ線回折測定装置（筐体５０）の位置と姿勢を調整する。

次に作業者は温度調整工程Ｓ２２で入力装置９２から温度制御開始の指令と測定対象物ＯＢの設定温度Ｔ１を入力する。これにより、コントローラ９１は温度制御装置６０内の２つの回路に作動開始の指令と温度制御回路６４に設定温度を出力し、上述した温度制御装置６０、温度センサ６１及びヒーター６３の作動により、プレートＰＬ及びプレートＰＬに載置された測定対象物ＯＢの温度は設定温度Ｔ１になる。温度制御装置６０内の温度検出回路６２から温度センサ６１により検出された温度のデジタルデータが短い時間間隔でコントローラ９１に入力し、表示装置９３には検出温度が表示されるので、作業者は表示された検出温度から測定対象物ＯＢが設定温度Ｔ１になったことを確認した後、次の工程を行う。

次の回折環撮像工程Ｓ２３、回折環読取り工程Ｓ２４及び回折環消去工程Ｓ２５は、Ｘ軸方向残留垂直応力取得工程Ｓ１での回折環撮像工程Ｓ１２、回折環読取り工程Ｓ１３及び回折環消去工程Ｓ１４と同一であり、上述した説明がそのまま適用できる。回折環消去工程Ｓ２５の次の回折面間隔計算工程Ｓ２６は、コントローラ９１内にて回折環の形状である回転角度αごとの半径値ｒαのデータ、Ｘ線照射点からイメージングプレート１５までの距離Ｌ及びＸ線の波長λから、ブラッグの式２ｄ・ｓｉｎΘ＝ｎ・λを用いて回折面間隔ｄを計算する演算処理である。以下、この演算を説明する。

まず、回転角度αごとの半径値ｒαから回転角度０における半径値ｒ０を抽出する。半径値ｒ０は図１１に示すように回転角度０における回折環の半径値であるが、回転角度０における回折環の箇所は図９におけるＡ点のＸ線回折像であり、半径値ｒ０は図９におけるＡ点のＸ線回折像の出射Ｘ線光軸からの距離である。次に半径値ｒ０とＸ線照射点からイメージングプレート１５までの距離Ｌとからｔａｎ^−１（ｒ０／Ｌ）の式により図９に示す（９０°−Θ）の角度を計算し、さらにブラッグ角Θを計算する。次に得られたブラッグ角Θと既知であるＸ線の波長λをブラッグの式２ｄ・ｓｉｎΘ＝ｎ・λに代入し、ｎ＝１にして回折面間隔ｄを計算する。これで設定温度Ｔ１における回折面間隔ｄが得られる。

次に作業者はＳ２７にて得られたデータ数が充分であるか判断し、データ数はまだ充分でないので温度調整工程Ｓ２２に戻って次の設定温度Ｔ２を入力装置９２から入力する。以後、上述した温度調整工程Ｓ２２から回折面間隔計算工程Ｓ２６を再度行い、設定温度Ｔ２における回折面間隔ｄを得る。このようにして温度調整工程Ｓ２２から回折面間隔計算工程Ｓ２６を繰り返すことで設定温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３・・・ごとに回折面間隔ｄが得られていく。そして、Ｓ２７にて得られたデータ数が充分であると判断できれば、熱膨張係数計算工程Ｓ２８にて入力装置９２から温度制御停止の指令と熱膨張係数計算の指令を入力する。熱膨張係数計算はコントローラ９１内にて行われる演算処理であり、設定温度と回折面間隔から算出される格子定数の相関図の回帰線を最小２乗法で求め、この回帰線の傾きを標準の格子定数（０℃の格子定数）で除算することで求めることができる。この計算は、特許文献１でも示されている公知技術である。

上記説明からも理解できるように、上記実施形態においては、対象とする測定対象物ＯＢに向けてＸ線を照射して測定対象物ＯＢにて発生した回折Ｘ線によりＸ線回折像を撮像し、Ｘ線回折像から測定対象物ＯＢの表面に平行に設定したＸ軸方向の残留垂直応力を算出するＸ軸方向残留垂直応力取得工程Ｓ１と、Ｘ軸方向残留垂直応力取得工程Ｓ１における測定対象物ＯＢのＸ線照射点にＸ線を照射して、測定対象物ＯＢにて発生した回折Ｘ線によりＸ線回折像を撮像し、Ｘ線回折像から測定対象物ＯＢの表面に平行に設定したＹ軸方向の残留垂直応力を算出するＹ軸方向残留垂直応力取得工程Ｓ２と、Ｘ軸方向残留垂直応力取得工程Ｓ１及びＹ軸方向残留垂直応力取得工程Ｓ２で算出された２つの残留応力から、測定対象物ＯＢのＸ線照射点における法線を含みＸ軸方向に平行なＸＺ平面において、残留垂直応力が０となる無ひずみ回折面法線方向を算出する無ひずみ回折面法線方向計算工程Ｓ３と、測定対象物ＯＢの温度を変化させ、測定対象物ＯＢの温度を検出することと、ＸＺ平面において算出された無ひずみ回折面法線方向と｛（１８０°−回折角）／２｝の角度を成す方向からＸ線を照射して、測定対象物ＯＢにて発生した回折Ｘ線によりＸ線回折像を撮像することとを同じタイミングで行い、Ｘ線回折像から測定対象物ＯＢの回折面間隔を算出して温度と回折面間隔との関係を取得する熱膨張係数取得工程Ｓ４におけるＳ２１乃至Ｓ２７の工程と、熱膨張係数取得工程Ｓ４におけるＳ２１乃至Ｓ２７の工程により取得された関係を用いて、測定対象物ＯＢの熱膨張係数を算出する熱膨張係数計算工程Ｓ２８とを備えた熱膨張係数測定方法としている。

これによれば、測定対象物ＯＢに残留応力があっても、測定対象物ＯＢの表面に平行に設定したＸ軸方向とＹ軸方向の残留垂直応力を求め、これら２つの残留応力から無ひずみ回折面法線方向を算出し、ＸＺ平面において無ひずみ回折面法線方向と｛（１８０°−回折角）／２｝の角度を成す方向からＸ線を照射すれば、得られるＸ線回折像から算出される回折面間隔は残留応力の影響を受けない値となる。よって、測定対象物ＯＢの温度を変化させ、温度検出と、ＸＺ平面において無ひずみ回折面法線方向と｛（１８０°−回折角）／２｝の角度を成す方向からＸ線を照射してＸ線回折像を撮像することとを同じタイミングで行えば、温度と熱膨張にのみ影響する回折面間隔との関係を取得することができ、これより熱膨張係数を精度よく算出することができる。

また、上記実施形態においては、測定対象物ＯＢに向けてＸ線を照射した際に撮像されるＸ線回折像は回折環であり、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の残留垂直応力は、撮像される回折環の形状を読み取ってｃｏｓα法により計算するものであり、回折面間隔は、撮像される回折環のＸＺ平面と交差する箇所の半径値ｒ０を検出してブラッグの式により計算するものであるようにしている。

これによれば、測定対象物ＯＢに対してＸ線を照射する方向を３回変えるのみで、熱膨張係数を測定することができるので、効率よく熱膨張係数を測定することができる

また、上記実施形態においては、熱膨張係数を測定する際に使用するＸ線回折測定装置として、対象とする測定対象物ＯＢに向けてＸ線を出射するＸ線出射器１０と、Ｘ線出射器１０から測定対象物ＯＢに向けてＸ線が照射された際、測定対象物ＯＢにて発生した回折Ｘ線をイメージングプレート１５にて受光してＸ線回折像を撮像し、Ｘ線回折像を検出するレーザ検出装置３０、テーブル駆動機構２０及び各種回路等からなるＸ線回折像検出機器と、Ｘ線出射器１０とＸ線回折像検出機器とを内部に配置した筐体５０と、測定対象物ＯＢに対する筐体５０の位置と向きを変更し、Ｘ線出射器１０から出射されたＸ線の測定対象物ＯＢに対する照射方向を変更するアーム式移動装置と、Ｘ線回折像検出機器により検出されたＸ線回折像から、測定対象物ＯＢの表面に平行な方向における残留垂直応力を算出するコントローラ９１にインストールされた残留垂直応力計算プログラムと、Ｘ線回折像検出機器により検出されたＸ線回折像から、測定対象物ＯＢの回折面間隔を算出するコントローラ９１にインストールされた回折面間隔計算プログラムと、残留垂直応力計算プログラムが、同一のＸ線照射点における測定対象物ＯＢの表面に平行に設定したＸ軸方向とＹ軸方向の残留垂直応力を算出したとき、算出した２つの残留応力から、Ｘ線照射点における法線を含みＸ軸方向に平行なＸＺ平面において、残留垂直応力が０となる無ひずみ回折面法線方向を算出するコントローラ９１にインストールされた無ひずみ回折面法線方向計算プログラムとを備えたＸ線回折測定装置としている。

これによれば、アーム式移動装置によりＸ線の照射方向を変更してＸ線出射器１０からＸ線を照射し、Ｘ線回折像検出機器によりＸ線回折像を検出し、残留垂直応力計算プログラムにより検出されたＸ線回折像から残留垂直応力を算出することで、測定対象物ＯＢの表面に平行に設定したＸ軸方向の残留垂直応力とＹ軸方向の残留垂直応力を取得することができる。また、無ひずみ回折面法線方向計算プログラムにより取得された２つの残留応力から無ひずみ回折面法線方向を算出することができる。また、アーム式移動装置によりによりＸＺ平面において無ひずみ回折面法線方向と｛（１８０°−回折角）／２｝の角度を成す方向からＸ線が照射されるようＸ線の照射方向を変更し、Ｘ線出射器１０からＸ線を照射してＸ線回折像検出機器によりＸ線回折像を検出することができる。また、回折面間隔計算プログラムにより検出されたＸ線回折像ごとに回折面間隔を算出することができる。すなわち、このＸ線回折測定装置を使用すれば無ひずみ回折面法線方向を求め、熱膨張にのみ影響する回折面間隔を求めることができるので、Ｘ線回折測定装置の他に測定対象物ＯＢの温度を変化させる装置と温度を検出する装置を用意するのみで、熱膨張係数を精度よく測定することができる。

（変形例）
上記実施形態においては、Ｘ軸方向の残留垂直応力とＹ軸方向の残留垂直応力を求め、これら２つの残留応力から無ひずみ回折面法線方向を算出し、ＸＺ平面において無ひずみ回折面法線方向と｛（１８０°−回折角）／２｝の角度を成す方向からＸ線を照射するようにして、測定対象物ＯＢの温度ごとにＸ線回折像を撮像するようにした。しかし、同一の製造工程で製造された複数の測定対象物ＯＢの熱膨張係数をそれぞれ測定するときは、２つ目以降の測定対象物ＯＢにおいては上記実施形態におけるＸ軸方向残留垂直応力取得工程Ｓ１、Ｙ軸方向残留垂直応力取得工程Ｓ２及び無ひずみ回折面法線方向計算工程Ｓ３を除外することができる。

この変形例においては、最初の測定対象物ＯＢ１においては、熱膨張係数の測定方法は上記実施形態と同一である。なお、計算された無ひずみ回折面法線方向の角度はコントローラ９１に記憶される。そして、２つ目以降の測定対象物ＯＢ２においては上記実施形態のＸ軸方向残留垂直応力取得工程Ｓ１、Ｙ軸方向残留垂直応力取得工程Ｓ２及び無ひずみ回折面法線方向計算工程Ｓ３を除外し、熱膨張係数取得工程Ｓ４として図１２に示す工程フローを行う。図１２に示す工程フローは、測定対象物ＯＢ２の温度変化前に撮像した回折環から最初の測定対象物ＯＢ１において計算した無ひずみ回折面法線方向が許容限界を超えて変化していないことを確認したうえで、上記実施形態の熱膨張係数取得工程Ｓ４を行うものである。

まず、初期位置姿勢調整工程Ｓ３１は上記実施形態における位置姿勢調整工程Ｓ２１と同じである。すなわち、Ｘ線照射点からイメージングプレートまでの距離が設定値で無ひずみ回折面法線方向と｛（１８０°−回折角）／２｝の角度を成す方向からＸ線が照射されるようＸ線回折測定装置の筐体５０の位置と姿勢を調整する工程である。このときの無ひずみ回折面法線方向は最初の測定対象物ＯＢ１において求めたものである。以後、最初の測定対象物ＯＢ１において求めた無ひずみ回折面法線方向を仮の無ひずみ回折面法線方向という。なお、複数の測定対象物ＯＢの形状が略同一であり、プレートＰＬの所定位置に測定対象物ＯＢを載置することができるならば、初期位置姿勢調整工程Ｓ３１は、Ｘ線回折測定装置の筐体５０の位置と姿勢が変化しないようにし、測定対象物ＯＢ２をプレートＰＬの所定位置に載置するのみでよい。

次の温度検出工程Ｓ３２は、入力装置９２から温度検出の指令を入力して、温度センサ６１が検出する温度をコントローラ９１に記憶させる工程である。次の回折環撮像工程Ｓ３３、回折環読取り工程Ｓ３４及び回折環消去工程Ｓ３５は、上記実施形態におけるＸ軸方向残留垂直応力取得工程Ｓ１での回折環撮像工程Ｓ１２、回折環読取り工程Ｓ１３及び回折環消去工程Ｓ１４と同一である。ここまでの工程で、仮の無ひずみ回折面法線方向と｛（１８０°−回折角）／２｝の角度を成す方向からＸ線を照射したときの回折環の形状が、回転角度αごとの半径値ｒαのデータとして得られる。次に、無ひずみ回折面法線方向計算工程Ｓ３６にて、得られた回折環の形状から無ひずみ回折面法線方向を計算する。以後、計算された無ひずみ回折面法線方向を真の無ひずみ回折面法線方向という。

真の無ひずみ回折面法線方向を計算する演算は、Ｘ軸方向とＹ軸方向の残留垂直応力から上記実施形態で示した計算式で計算するものである。また、Ｘ軸方向の残留垂直応力を計算する演算も上記実施形態と同じであり、公知技術である。上記実施形態と異なっているのは、Ｙ軸方向の残留垂直応力を計算する演算であり、この場合は、出射Ｘ線の光軸がＸＺ平面に含まれるように照射して撮像した回折環の形状からＹ軸方向の残留垂直応力を計算する。この計算も公知技術であるが、示されている文献が少ないため以下に説明する。

特開２００５−２４１３０８号公報の〔００２６〕〜〔００４４〕に説明されているＸ軸方向の残留垂直応力を求める際の計算では回転角度αごとのひずみεαを用いてａ_１の値を計算したが、Ｙ軸方向の残留垂直応力を求めるには以下の数１２の計算式からａ_３の値を計算する。
（数１２）
ａ_３ ＝ （１／２）｛（ε_α＋ε_π＋α）＋（ε_−α＋ε_π−α）｝
ａ_３値と回転角度αの余弦の二乗であるｃｏｓ^２αには、残留垂直応力σｘ，σｙを用いて次の数１３、数１４の関係式がある。
（数１３）
ａ_３ ＝ Φｃｏｓ^２α ＋ Ｄ

数１３においてＤは、残留垂直応力σｘ、ヤング率Ｅ、ポアソン比ν、（１８０°−回折角）であるη及び入射角ψから定まる値であり定数である。よって、数１３において変数はαとａ_３値のみであるので、ｃｏｓ^２αとａ_３値には直線の関係があり、ｃｏｓ^２αとａ_３値の回帰線の傾きを最小二乗法で計算することでΦを求めることができる。そして、数１４において、残留垂直応力σｘは既に計算されており、ヤング率Ｅ、ポアソン比ν、（１８０°−回折角）であるη及び入射角ψは既知の値であるので、Φが得られれば、数１４からσｙを計算することができる。

無ひずみ回折面法線方向計算工程Ｓ３６にて真の無ひずみ回折面法線方向として角度ψが計算されると、Ｓ３７にて真の無ひずみ回折面法線方向と仮の無ひずみ回折面法線方向との差が許容限界内であるか否か判定し、許容限界内であれば回折面間隔計算工程Ｓ３８にて上記実施形態で示されているように回折面間隔を計算する。この回折面間隔は、温度検出工程Ｓ３２で検出された温度における回折面間隔である。続いてＳ４０乃至Ｓ４６の工程を行うが、これは上記実施形態の熱膨張係数取得工程Ｓ４における、Ｓ２２乃至Ｓ２８の工程と同じである。また、真の無ひずみ回折面法線方向と仮の無ひずみ回折面法線方向との差が許容限界を超えているときは、位置姿勢調整工程Ｓ３９にて真の無ひずみ回折面法線方向と｛（１８０°−回折角）／２｝の角度を成す方向からＸ線が照射されるよう、Ｘ線回折測定装置の筐体５０の位置と姿勢を調整する。そして、Ｓ４０乃至Ｓ４６の工程を行うが、これも上記実施形態の熱膨張係数取得工程Ｓ４におけるＳ２２乃至Ｓ２８の工程と同じである。通常、同一の製造工程で製造された複数の測定対象物ＯＢのそれぞれにおける無ひずみ回折面法線方向は許容限界内で一致するため、Ｓ３７にてＹｅｓと判定されるケースは僅かであるが、製造工程中の何らかの要因で無ひずみ回折面法線方向が変化した場合は、その変化を検出したうえで熱膨張係数を精度よく測定できるようＸ線の入射角を変更することができる。

なお、出射Ｘ線の光軸がＸＺ平面に含まれるように照射して撮像した回折環の形状から計算したＹ軸方向の残留垂直応力は、出射Ｘ線の光軸がＹＺ平面に含まれるように照射して撮像した回折環の形状から計算したＹ軸方向の残留垂直応力より精度が落ちるので、真の無ひずみ回折面法線方向と仮の無ひずみ回折面法線方向との差が許容限界を超えている場合は、上記実施形態のように出射Ｘ線の方向を変えてＹ軸方向の残留垂直応力を取得し、真の無ひずみ回折面法線方向を計算するようにしてもよい。また、それ以降の測定対象物ＯＢにおいても無ひずみ回折面法線方向が許容限界を超えている可能性があるので、計算した真の無ひずみ回折面法線方向を仮の無ひずみ回折面法線方向としてコントローラ９１に記憶するようにしてもよい。

上記説明からも理解できるように、上記変形例においては、対象とする測定対象物ＯＢ１に向けてＸ線を照射して測定対象物ＯＢ１にて発生した回折Ｘ線によりＸ線回折像を撮像し、Ｘ線回折像から測定対象物ＯＢ１の表面に平行に設定したＸ軸方向の残留垂直応力を算出するＸ軸方向残留垂直応力取得工程Ｓ１と、Ｘ軸方向残留垂直応力取得工程Ｓ１における測定対象物ＯＢ１のＸ線照射点にＸ線を照射して、測定対象物ＯＢ１にて発生した回折Ｘ線によりＸ線回折像を撮像し、Ｘ線回折像から測定対象物ＯＢ１の表面に平行に設定したＹ軸方向の残留垂直応力を算出するＹ軸方向残留垂直応力取得工程Ｓ２と、Ｘ軸方向残留垂直応力取得工程Ｓ１及びＹ軸方向残留垂直応力取得工程Ｓ２で算出された２つの残留応力から、測定対象物ＯＢ１のＸ線照射点における法線を含みＸ軸方向に平行なＸＺ平面において、残留垂直応力が０となる無ひずみ回折面法線方向を算出し、採用する無ひずみ回折面法線方向とする無ひずみ回折面法線方向計算工程Ｓ３と、測定対象物ＯＢ１と同じ製造工程にて得られた測定対象物ＯＢ２の温度を変化させ、測定対象物ＯＢ２の温度を検出することと、ＸＺ平面において採用した無ひずみ回折面法線方向と｛（１８０°−回折角）／２｝の角度を成す方向からＸ線を照射して、測定対象物ＯＢ２にて発生した回折Ｘ線によりＸ線回折像を撮像することとを同じタイミングで行い、Ｘ線回折像から測定対象物ＯＢ２の回折面間隔を算出して温度と回折面間隔との関係を取得する熱膨張係数取得工程Ｓ４におけるＳ４０乃至Ｓ４５の工程と、熱膨張係数取得工程Ｓ４におけるＳ４０乃至Ｓ４５の工程により取得された関係を用いて、測定対象物ＯＢ２の熱膨張係数を算出する熱膨張係数計算工程Ｓ４６とを備えた熱膨張係数測定方法としている。

これによれば、同一の製造工程で製造された複数の測定対象物ＯＢの熱膨張係数をそれぞれ測定するとき、最初の測定対象物ＯＢ１のみＸ軸方向及びＹ軸方向の残留垂直応力を算出して無ひずみ回折面法線方向を算出し、２つ目以降の測定対象物ＯＢ２に対してＸ線が、ＸＺ平面において算出した無ひずみ回折面法線方向と｛（１８０°−回折角）／２｝の角度を成す方向から照射されるよう調整するようにすれば、２つ目以降の測定対象物ＯＢ２においてＸ線の照射方向を調整するのは１回のみでよく、効率よく熱膨張係数を測定することができる。また、それぞれの測定対象物ＯＢを照射されるＸ線に対して同じ位置に位置決めすることができるプレートＰＬを設ければ、最初の測定対象物ＯＢ１以外はＸ線の照射方向の調整を行う必要はなく、さらに効率よく熱膨張係数を測定することができる。

また、上記変形例においては、測定対象物ＯＢ１と測定対象物ＯＢ２に向けてＸ線を照射した際に撮像されるＸ線回折像は回折環であり、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の残留垂直応力の計算は、撮像される回折環の形状を読み取ってｃｏｓα法により計算するものであり、回折面間隔の計算は、撮像される回折環のＸＺ平面と交差する箇所の半径値を検出してブラッグの式により計算するものであり、熱膨張係数取得工程Ｓ４におけるＳ４０乃至Ｓ４５の工程の前に、測定対象物ＯＢ２にＸＺ平面において採用した無ひずみ回折面法線方向と｛（１８０°−回折角）／２｝の角度を成す方向からＸ線を照射してＸ線回折像を撮像し、撮像されたＸ線回折像からＸ軸方向の残留垂直応力とＹ軸方向の残留垂直応力とを算出し、算出された２つの残留応力から無ひずみ回折面法線方向を算出する熱膨張係数取得工程Ｓ４におけるＳ３１乃至Ｓ３６の工程と、熱膨張係数取得工程Ｓ４におけるＳ３１乃至Ｓ３６の工程にて算出された無ひずみ回折面法線方向の採用した無ひずみ回折面法線方向からの差が予め設定されている許容限界より大きいとき、採用する無ひずみ回折面法線方向を変更する熱膨張係数取得工程Ｓ４におけるＳ３７及びＳ３９の工程とを備えている。

これによれば、Ｘ線回折像として回折環を撮像するときは１つの回折環の形状からＸ軸方向とＹ軸方向の残留垂直応力を算出することができるので、２つ目以降の測定対象物ＯＢ２において、Ｘ線の照射方向は熱膨張係数取得工程Ｓ４におけるＳ４０乃至Ｓ４５のときと同じにして、測定対象物ＯＢの温度を変化させない状態で回折環を撮像してＸ軸方向とＹ軸方向の残留垂直応力を算出し、無ひずみ回折面法線方向を算出する。そして、算出した無ひずみ回折面法線方向が採用した無ひずみ回折面法線方向より許容限界を超えてずれているときは、算出した無ひずみ回折面法線方向を採用する無ひずみ回折面法線方向とする。測定対象物ＯＢの製造工程が同一であれば無ひずみ回折面法線方向は大きく変化しないが、製造工程の何らかの要因が変化して無ひずみ回折面法線方向が変化する可能性は僅かではあるが存在する。よって、２つ目以降の測定対象物ＯＢ２において無ひずみ回折面法線方向を求めれば、無ひずみ回折面法線方向が変化した場合でも対応することができる。また、Ｓ３２で測定対象物ＯＢの温度を検出しＳ３８で回折面間隔を計算することで、熱膨張係数取得工程Ｓ４におけるＳ３１乃至Ｓ３６の工程でのＸ線回折像の撮像は、熱膨張係数取得工程Ｓ４におけるＳ４０乃至Ｓ４５での測定対象物の温度を変化させないときのＸ線回折像の撮像とすることができ、Ｘ線回折像の撮像回数自体は増えないので、測定効率は悪くならない。

さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態および変形例に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

上記実施形態ではＸ線回折測定装置として、装置の筐体の位置と姿勢を調整することでＸ線の照射方向を変更することができ、Ｘ線回折像として回折環を撮像しｃｏｓα法により残留垂直応力を計算する装置を用いた。しかし、測定効率を重要視しなければ、Ｘ軸方向とＹ軸方向の残留垂直応力を測定することができ、ＸＺ平面におけるＸ線の入射角度を任意の角度に調整できるＸ線回折測定装置であれば、どのような装置であっても本発明による熱膨張係数測定に使用することができる。例えば、測定効率を重要視しなければ、ＸＺ平面及びＹＺ平面に平行にＸ線を測定対象物に照射でき、それぞれの平面でＸ線の入射角を変化させてＸ線回折像を撮像するｓｉｎ^２ψ法によるＸ線回折測定装置を使用することもできる。

また、上記変形例では、２つ目以降の測定対象物ＯＢ２においては、測定対象物ＯＢ２の温度を変化させないときの回折環撮像と回折環読取りにより得られた回折環の形状から真の無ひずみ回折面法線方向を算出し、仮の無ひずみ回折面法線方向からのずれが許容限界内であるか判定した後、測定対象物ＯＢ２の温度を変化させて、熱膨張係数を測定するための回折環撮像と回折環読取りを行うようにした。しかし、測定対象物ＯＢの数量が限られており、すべての測定対象物ＯＢの無ひずみ回折面法線方向が許容限界内で一致しているとすることができれば、真の無ひずみ回折面法線方向を算出するための回折環撮像と回折環読取りを除外してもよい。すなわち、熱膨張係数取得工程Ｓ４を上記実施形態の熱膨張係数取得工程Ｓ４と同一にしてもよい。また、この場合は、測定効率を重要視しなければ、Ｘ軸方向とＹ軸方向の残留垂直応力を測定することができ、ＸＺ平面におけるＸ線の入射角度を任意の角度に調整できるＸ線回折測定装置であれば、どのような装置であっても使用することができる。

また、上記実施形態及び変形例では、Ｘ線回折測定装置の筐体５０の位置と姿勢がアーム式移動装置により調整できるようにしたが、測定対象物ＯＢに入射するＸ線の照射方向を変更することができればよいので、Ｘ線回折測定装置の筐体５０の位置と姿勢の調整は測定対象物ＯＢと相対的であればよい。よって、測定対象物ＯＢを載置するプレートＰＬの位置と姿勢を調整できる機構を設け、Ｘ線回折測定装置の筐体５０はプレートＰＬの近傍に配置するだけにしてもよい。また、Ｘ線回折測定装置の筐体５０とプレートＰＬの双方の位置と姿勢が調整できるようにしてもよい。

また、上記実施形態および変形例では、回折環を撮像し回折環を読取るＸ線回折測定装置を、イメージングプレート１５に回折環を撮像し、レーザ検出装置３０からレーザ光照射しながら走査して照射位置と光の強度検出を行う装置としたが、回折環を撮像し回折環を読取ることができるならば、どのような方式の装置でもよい。例えば、イメージングプレート１５と同じ広さの平面を有するＸ線ＣＣＤを備え、Ｘ線出射器１０からのＸ線照射の際、Ｘ線ＣＣＤの各画素が出力する電気信号により回折Ｘ線の強度分布を検出する装置でもよい。また、イメージングプレート１５と同じ広さの平面を有するＸ線ＣＣＤの代わりに、微小サイズのＸ線ＣＣＤを位置を検出しながら走査し、Ｘ線ＣＣＤの各画素が出力する電気信号とＸ線ＣＣＤの走査位置から、回折Ｘ線の強度分布を検出する装置でもよい。また、Ｘ線ＣＣＤに替えてシンチレータから出た蛍光を、光電子増倍管（ＰＭＴ）で検出するシンチレーションカウンタを用いる装置でもよい。

また、上記実施形態ではおよび変形例では、コントローラ９１に残留垂直応力、無ひずみ回折面法線方向、熱膨張係数を測定するときのＸ線入射角度、回折面間隔及び熱膨張係数を演算して求めるプログラムがインストールされているとした。しかし、測定効率を重要視しなければ、Ｘ線回折測定装置はＸ線回折像を検出するまでにし、上記の値の演算は別の装置で行うようにしてもよい。この場合、別の装置にＸ線回折像のデータを入力する方法としては、記録媒体を介する方法、ネット回線等を使用して転送する方法等、様々な方法が考えられる。また、さらに時間がかかってもよければ演算プログラムを使用せず、上記値の計算の一部またはすべてを手計算により行ってもよい。

また、上記実施形態及び変形例においては、Ｘ線回折測定装置の筐体５０内とコントローラ９１に、レーザ検出装置３０、テーブル駆動機構２０、各種回路及び制御プログラム等の回折環を読取る機能を備えた。しかし、測定に時間がかかってもよい場合は、Ｘ線回折測定装置は回折環を撮像するまでにし、回折環が撮像されたイメージングプレート１５を取り外して、回折環を読取る装置にセットし、回折環を読取るようにしてもよい。

また、上記実施形態ではおよび変形例では、測定対象物ＯＢへのＸ線入射角（ＬＥＤ光入射角）を検出する方式を、Ｘ線入射角（ＬＥＤ光入射角）の設定値と、Ｘ線入射角（ＬＥＤ光入射角）が設定値になったときの傾斜センサ５５が検出する傾斜角と、それ以降に傾斜センサ５５が検出する傾斜角とを用いて計算する方式とした。しかし、Ｘ線回折測定装置の筐体５０の測定対象物ＯＢに対する位置と姿勢が変化するごとに、Ｘ線入射角（ＬＥＤ光入射角）を検出することができるならばどのような方式を用いてもよい。例えば、Ｘ線照射点（ＬＥＤ光照射点）の近傍にパターン光を投影し、パターン光の形状からＸ線入射角（ＬＥＤ光入射角）を検出することができるようにしてもよい。

また、上記実施形態及び変形例においては、プレート４５、モータ４６及びストッパ部材４７ａによりＬＥＤ光源４４をＸ線の光軸上に移動させて、ＬＥＤ光を測定対象物ＯＢに照射する構造にした。しかし、これに代えて、出射Ｘ線と光軸を同一にした可視の平行光を照射することができれば、どのような構造にしてもよい。例えば、ビームスプリッタを出射Ｘ線の光軸上に配置し、ＬＥＤ光をビームスプリッタで反射させて出射Ｘ線と光軸を同一にして照射するようにしてもよい。

また、上記実施形態及び変形例においては、スピンドルモータ２７の貫通孔２７ｂに内径の小さな通路部材２８を設けるとともに、固定具１８の貫通孔１８ａ，１８ｂの内径を小さくして、ＬＥＤ光源４４から出射されたＬＥＤ光から小さな断面径の平行光が得られるようにしたが、小さな断面径の可視の平行光が得られるならば、別の構造にしてもよい。例えば、可視光であるレーザ光を出射するレーザ光源の近くにコリメートレンズとエキスパンダーレンズを配置し、小さな断面径のレーザ光の光軸をスピンドルモータ２７の出力軸２７ａの貫通孔２７ａ１の中心軸線と一致させ、固定具１８の貫通孔１８ａ，１８ｂに入射させるようにしてもよい。

１０…Ｘ線出射器、１５…イメージングプレート、１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ，２１ａ，２６ａ，２７ａ１，２７ｂ…貫通孔、１６…テーブル、１８…固定具、２０…テーブル駆動機構、２１…移動ステージ、２２…フィードモータ、２３…スクリューロッド、２７…スピンドルモータ、２８…通路部材、３０…レーザ検出装置、３１…レーザ光源、３６…対物レンズ、４４…ＬＥＤ光源、４５…プレート、４６…モータ、４７ａ，４７ｂ…ストッパ部材、４８…結像レンズ、４９…撮像器、５０…筐体、５０ａ…底面壁、５０ｃ…切欠き部壁、５０ｄ…繋ぎ壁、５１…支持アーム、５５…傾斜センサ、６０…温度制御装置、６１…温度センサ、６３…ヒーター、６０…温度制御装置、９０…コンピュータ装置、９１…コントローラ、９２…入力装置、９３…表示装置、９５…高電圧電源 、ＰＬ…プレート、ＯＢ…測定対象物

Claims (5)

1. 対象とする測定対象物に向けてＸ線を照射して前記測定対象物にて発生した回折Ｘ線によりＸ線回折像を撮像し、前記Ｘ線回折像から前記測定対象物の表面に平行に設定したＸ軸方向の残留垂直応力を算出するＸ軸方向残留応力取得工程と、
   前記Ｘ軸方向残留応力取得工程における前記測定対象物のＸ線照射点にＸ線を照射して、前記測定対象物にて発生した回折Ｘ線によりＸ線回折像を撮像し、前記Ｘ線回折像から前記測定対象物の表面に平行に設定したＹ軸方向の残留垂直応力を算出するＹ軸方向残留応力取得工程と、
   前記Ｘ軸方向残留応力取得工程及び前記Ｙ軸方向残留応力取得工程で算出された２つの残留応力から、前記測定対象物の前記Ｘ線照射点における法線を含み前記Ｘ軸方向に平行なＸＺ平面において、残留垂直応力が０となる無ひずみ回折面法線方向を算出する無ひずみ回折面法線方向取得工程と、
   前記測定対象物の温度を変化させ、前記測定対象物の温度を検出することと、前記ＸＺ平面において前記算出された無ひずみ回折面法線方向と｛（１８０°−回折角）／２｝の角度を成す方向からＸ線を照射して、前記測定対象物にて発生した回折Ｘ線によりＸ線回折像を撮像することとを同じタイミングで行い、前記Ｘ線回折像から前記測定対象物の回折面間隔を算出して温度と回折面間隔との関係を取得する温度−回折面間隔関係取得工程と、
   前記温度−回折面間隔関係取得工程により取得された関係を用いて、前記測定対象物の熱膨張係数を算出する熱膨張係数計算工程とを備えたことを特徴とする熱膨張係数測定方法。
2. 請求項１に記載の熱膨張係数測定方法において、
   測定対象物に向けてＸ線を照射した際に撮像されるＸ線回折像は回折環であり、前記Ｘ軸方向及びＹ軸方向の残留垂直応力の計算は、前記撮像される回折環の形状を読み取ってｃｏｓα法により計算するものであり、前記回折面間隔の計算は、前記撮像される回折環の前記ＸＺ平面と交差する箇所の半径値を検出してブラッグの式により計算するものであることを特徴とする熱膨張係数測定方法。
3. 対象とする第１の測定対象物に向けてＸ線を照射して前記第１の測定対象物にて発生した回折Ｘ線によりＸ線回折像を撮像し、前記Ｘ線回折像から前記第１の測定対象物の表面に平行に設定したＸ軸方向の残留垂直応力を算出するＸ軸方向残留応力取得工程と、
   前記Ｘ軸方向残留応力取得工程における前記第１の測定対象物のＸ線照射点にＸ線を照射して、前記第１の測定対象物にて発生した回折Ｘ線によりＸ線回折像を撮像し、前記Ｘ線回折像から前記第１の測定対象物の表面に平行に設定したＹ軸方向の残留垂直応力を算出するＹ軸方向残留応力取得工程と、
   前記Ｘ軸方向残留応力取得工程及び前記Ｙ軸方向残留応力取得工程で算出された２つの残留応力から、前記第１の測定対象物の前記Ｘ線照射点における法線を含み前記Ｘ軸方向に平行なＸＺ平面において、残留垂直応力が０となる無ひずみ回折面法線方向を算出し、採用する無ひずみ回折面法線方向とする無ひずみ回折面法線方向取得工程と、
   前記第１の測定対象物と同じ製造工程にて得られた第２の測定対象物の温度を変化させ、前記第２の測定対象物の温度を検出することと、前記ＸＺ平面において前記採用した無ひずみ回折面法線方向と｛（１８０°−回折角）／２｝の角度を成す方向からＸ線を照射して、前記第２の測定対象物にて発生した回折Ｘ線によりＸ線回折像を撮像することとを同じタイミングで行い、前記Ｘ線回折像から前記第２の測定対象物の回折面間隔を算出して温度と回折面間隔との関係を取得する温度−回折面間隔関係取得工程と、
   前記温度−回折面間隔関係取得工程により取得された関係を用いて、前記第２の測定対象物の熱膨張係数を算出する熱膨張係数計算工程とを備えたことを特徴とする熱膨張係数測定方法。
4. 請求項３に記載の熱膨張係数測定方法において、
   前記第１及び第２の測定対象物に向けてＸ線を照射した際に撮像されるＸ線回折像は回折環であり、前記Ｘ軸方向及びＹ軸方向の残留垂直応力の計算は、前記撮像される回折環の形状を読み取ってｃｏｓα法により計算するものであり、前記回折面間隔の計算は、前記撮像される回折環の前記ＸＺ平面と交差する箇所の半径値を検出してブラッグの式により計算するものであり、
   前記温度−回折面間隔関係取得工程の前に、
   前記第２の測定対象物に前記ＸＺ平面において前記採用した無ひずみ回折面法線方向と｛（１８０°−回折角）／２｝の角度を成す方向からＸ線を照射してＸ線回折像を撮像し、撮像されたＸ線回折像から前記Ｘ軸方向の残留垂直応力と前記Ｙ軸方向の残留垂直応力とを算出し、算出された２つの残留応力から前記無ひずみ回折面法線方向を算出する無ひずみ回折面法線方向再計算工程と、
   前記無ひずみ回折面法線方向再計算工程にて算出された無ひずみ回折面法線方向の前記採用した無ひずみ回折面法線方向からの差が予め設定されている許容限界より大きいとき、採用する無ひずみ回折面法線方向を変更する無ひずみ回折面法線方向変更工程とを行うことを特徴とする熱膨張係数測定方法。
5. 対象とする測定対象物に向けてＸ線を出射するＸ線出射器と、
   前記Ｘ線出射器から前記測定対象物に向けてＸ線が照射された際、前記測定対象物にて発生した回折Ｘ線を撮像面にて受光してＸ線回折像を撮像し、前記Ｘ線回折像を検出するＸ線回折像検出手段と、
   前記Ｘ線出射器と前記Ｘ線回折像検出手段とを内部に配置した筐体と、
   前記測定対象物に対する前記筐体の位置と向きを変更し、前記Ｘ線出射器から出射されたＸ線の 前記測定対象物に対する照射方向を変更するＸ線照射方向変更手段と、
   前記Ｘ線回折像検出手段により検出されたＸ線回折像から、前記測定対象物の表面に平行な方向における残留垂直応力を算出する残留垂直応力計算手段と、
   前記Ｘ線回折像検出手段により検出されたＸ線回折像から、前記測定対象物の回折面間隔を算出する回折面間隔計算手段と、
   前記残留垂直応力計算手段が、同一のＸ線照射点における前記測定対象物の表面に平行に設定したＸ軸方向とＹ軸方向の残留垂直応力を算出したとき、算出した２つの残留応力から、前記Ｘ線照射点における法線を含み前記Ｘ軸方向に平行なＸＺ平面において、残留垂直応力が０となる無ひずみ回折面法線方向を算出する無ひずみ回折面法線方向計算手段とを備えたことを特徴とするＸ線回折測定装置。

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