JP7280516B2

JP7280516B2 - Ｘ線回折測定装置

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Publication number: JP7280516B2
Application number: JP2020164796A
Authority: JP
Inventors: 洋一丸山
Original assignee: Pulstec Industrial Co Ltd
Current assignee: Pulstec Industrial Co Ltd
Priority date: 2020-09-30
Filing date: 2020-09-30
Publication date: 2023-05-24
Anticipated expiration: 2040-09-30
Also published as: JP2022056837A

Description

本発明は、測定対象物にＸ線を照射し、測定対象物で発生する回折Ｘ線の強度を検出する、又は該回折Ｘ線による像を撮像するＸ線回折測定装置に関する。

従来から、測定対象物にＸ線を照射し、測定対象物で発生した回折Ｘ線の強度を所定の位置で検出する、又は該回折Ｘ線による像を撮像するＸ線回折測定装置は多くの種類の装置が存在する。それらの装置は、得られた回折Ｘ線の強度又は回折Ｘ線による像を用いて演算処理を行うことで、測定対象物の残留応力や表面硬さ等の特性値を測定することができる。そのような測定装置としては、例えば特許文献１に示されるように、測定対象物に所定の入射角でＸ線を照射して、測定対象物で発生した回折Ｘ線による像である回折環を撮像し、撮像された回折環の形状を検出してｃｏｓα法による分析を行い、測定対象物の残留応力等の特性値を測定するＸ線回折測定装置がある。特許文献１に示されている装置は、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つの筐体内に備えている。そして、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えるようになっている。

また、例えば特許文献２に示されるように、出射Ｘ線の光軸に垂直な平面内に複数のシンチレーションカウンターを出射Ｘ線の光軸からの距離を異ならせて配置し、出射Ｘ線を測定対象物に垂直に照射し、出射Ｘ線の光軸からの距離に対するそれぞれのシンチレーションカウンターが検出する回折Ｘ線の強度を、１つの半径方向における回折Ｘ線の強度の変化とみなして、該回折Ｘ線の強度の変化に基づく特性値を算出するＸ線回折測定装置がある。この特性値は、測定対象物の表面硬さにより変化するものであり、このＸ線回折測定装置を用いれば、１箇所における測定を極短時間で行うことができるので、Ｘ線回折測定装置に対して測定対象物を移動させれば、測定対象物の広い範囲で表面硬さに基づく特性値の分布を測定することができる。

Ｘ線回折測定の対象となる金属物体には様々なものがあるが、その中には結晶粒が大きいものがあり、そのような測定対象物においては回折面があらゆる方向に一様に存在せず、Ｘ線照射点から見て回折Ｘ線の強度が大きくなるべき方向においても、特定方向における回折Ｘ線の強度が小さい場合がある。そのような場合は、通常のＸ線回折測定では、精度のよいＸ線回折測定を行うことができないことが多い。例えば、特許文献１のＸ線回折測定装置においては撮像される回折環が不連続になったり、一部が不明瞭になったりする。また、特許文献２のＸ線回折測定装置においては、測定される特性値が測定対象物の表面硬さとは別の要因で変化する。この問題に対応するＸ線回折測定装置としては、例えば特許文献３に示されるＸ線回折測定装置のように、装置の筐体を揺動させる機構を設け、Ｘ線照射点を揺動の中心にして該筐体を揺動させながらＸ線照射を行うＸ線回折測定装置がある。このＸ線回折測定装置によれば、Ｘ線照射点から見て回折Ｘ線の強度が大きくなるべき方向において、ほとんどの方向における回折Ｘ線の強度が均一になり、精度のよいＸ線回折測定を行うことが可能になる。また、この効果は、特許文献３に示されるＸ線回折測定装置のように装置の筐体を揺動させる方向を複数の方向にし、それぞれのＸ線の入射方向の割合を均一になるようにすれば、より強くさせることができる。

しかし、このＸ線回折測定装置は、Ｘ線回折測定装置の筐体を揺動させる機構を設けると装置のコストがアップするという問題や、装置の重量がアップして運搬の負担が増大するという問題がある。また、特許文献２のように１箇所における測定を極短時間で行うＸ線回折測定装置においては適用できないという問題もある。この問題に対応するため、本願出願人は、特許文献４に示されているように、Ｘ線をポリキャピラリに入射させて測定点に向けて集光するように出射させる方法を適用したＸ線回折測定装置を考案した。この装置によれば、特許文献３に示されるＸ線回折測定装置のように、装置の筐体を複数の方向に揺動させてＸ線を照射したときと同様に、Ｘ線の入射方向を複数の方向にし、それぞれのＸ線の入射方向の割合を均一にさせることができるので、装置の筐体を揺動させた場合と同じ効果を得ることが期待できる。そして、このＸ線回折測定装置によれば、大がかりな機構を設ける必要はないので、装置のコストアップや重量アップを抑制することができる。また、このＸ線回折測定装置は、特許文献２のように１箇所における測定を極短時間で行うＸ線回折測定装置においても適用することができる。

特許第５８３５１９１号公報特許第６６７６２４１号公報特許第６１９５１４０号公報特開２００７－４０９９２号公報

しかしながら、Ｘ線をポリキャピラリにより測定点に集光するように照射すると、回折Ｘ線が発生する結晶の数は少なくなり、Ｘ線回折測定の結果得られる残留応力等の特性値は微小領域での値になる。Ｘ線回折測定装置の筐体を揺動させて測定をした場合と同じ大きさの測定領域での特性値を得るには、Ｘ線が集光する点を測定点からずらすことが考えられるが、本願出願人は、そのようにして測定を行うと、装置を揺動させたときと同じ効果を得ることができないことを確認した。その原因は、図１１に示すようにＸ線照射点を微小領域ごとに見たときのＸ線の光路の違いである。図１１は、出射Ｘ線の光軸の垂直方向を拡大し、出射Ｘ線が集光する様子を誇張して示した図である。図１１（ａ）に示すように、Ｘ線回折測定装置の筐体を揺動させながらＸ線を略平行光で照射したときのＸ線の入射方向は、Ｘ線照射点の微小領域ごとに見ても大きく変化する。これに対し、図１１（ｂ）に示すように、Ｘ線をポリキャピラリにより集光するように照射し、Ｘ線照射点の大きさを図１１（ａ）と同程度にしたときのＸ線の入射方向は、Ｘ線照射点の微小領域ごとに見ると、ほとんど変化しない。このため、Ｘ線をポリキャピラリにより集光するように照射し、Ｘ線が集光する点を測定点からずらすことで測定領域を大きくした場合は、Ｘ線回折測定装置の筐体を揺動させた場合と同じ効果を得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、測定対象物にＸ線を照射し、測定対象物で発生する回折Ｘ線の強度を検出する、又は当該回折Ｘ線による像を撮像するＸ線回折測定装置において、Ｘ線をポリキャピラリにより測定点に集光するように照射しても、Ｘ線回折測定装置の筐体を揺動させてＸ線回折測定をした場合と同じ大きさの測定領域で同じ効果を得ることができる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線を出射するＸ線出射手段と、Ｘ線出射手段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線を受光し、回折Ｘ線の強度を検出する、又は回折Ｘ線による像を撮像する受光手段とを備えたＸ線回折測定装置において、Ｘ線出射手段は、内部でＸ線を発生させて出射口よりＸ線を出射させるＸ線管と、Ｘ線管から出射したＸ線を入射口から入射し、通過させて出射口から出射する多数の細束管の集合体であるポリキャピラリとを備え、多数の細束管は所定数ごとに群にされ、群ごとの細束管は、それぞれ出射口から略平行なＸ線を出射するとともに、群ごとの細束管が出射する略平行なＸ線は、略１箇所で集光するようになっているようにしたことにある。

これによれば、Ｘ線照射点と断面径が略同一の平行なＸ線を複数の方向からＸ線照射点に入射させ、それぞれのＸ線の入射方向の割合を均一にすることができ、Ｘ線照射点の微小領域ごとにＸ線の入射方向を見ても、Ｘ線回折測定装置の筐体を複数の方向に揺動させながらＸ線を略平行光で照射したときと同様にすることができる。本願出願人は、実際にこのようにして測定対象物にＸ線を照射してＸ線回折測定を行った結果、Ｘ線回折測定装置の筐体を揺動させてＸ線回折測定をした場合と同じ効果を得ることができることを確認した。

また、本発明の他の特徴は、ポリキャピラリの入射口の近傍に、円形状の孔が複数形成されたプレートを備え、それぞれの円形状の孔の中心は、ポリキャピラリの群ごとの細束管の入射口における中心と略一致するようになっているようにしたことにある。

これによれば、ポリキャピラリの群ごとの細束管の断面にプレートの円形状の孔を投影して見たとき、群ごとの細束管の断面内にプレートの円形状の孔が収まるようになっていれば、群ごとの細束管からは断面が円形状の平行なＸ線を出射させることができる。すなわち、これによれば、それぞれのＸ線の入射方向において、断面が円形状の平行なＸ線にすることができ、Ｘ線回折測定装置の筐体を複数の方向に揺動させながらＸ線を略平行光で照射したときと、より同じ効果を得ることができる。

また、本発明の他の特徴は、ポリキャピラリの群ごとの細束管は、入射口において碁盤の目状に配置されているようにしたことにある。

これによれば、円形状の孔が複数形成されたプレートにおける円形状の孔を碁盤の目状にし、プレートを、ポリキャピラリに対して適切な位置と方向で設置することができるようにすれば、容易にそれぞれの円形状の孔の中心を、ポリキャピラリの群ごとの細束管の入射口における中心と略一致させることができる。

また、本発明を適用するＸ線回折測定装置を、受光手段が、回折Ｘ線を、Ｘ線出射手段から出射されるＸ線の光軸に対して垂直に交差する撮像面にて受光し、撮像面に回折Ｘ線の像である回折環を撮像する手段であるＸ線回折測定装置にすると、結晶粒が大きい場合でも撮像される回折環を明瞭にすることができ、残留応力等の特性値を精度よく測定することができる。

また、本発明を適用するＸ線回折測定装置を、受光手段が、回折Ｘ線の強度を検出する複数のＸ線検出センサであって、複数のＸ線検出センサは、Ｘ線出射手段から出射されるＸ線の光軸に対して垂直に交差する面において、Ｘ線の光軸上の点を中心点とした所定の円の円周位置付近に配置され、複数のＸ線検出センサの中心点からの距離は、それぞれ異なるようにされているＸ線回折測定装置にすると、Ｘ線回折測定装置に対して測定対象物を移動させれば、結晶粒が大きい場合でも測定対象物の表面硬さに基づく値の分布を精度よく測定することができる。

本発明の一実施形態に係るＸ線回折測定装置を含むＸ線回折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線出射機構部分を拡大して示す部分断面図である。ポリキャピラリから出射されたＸ線が測定対象物に照射されるときのＸ線の光路を示した図である。ポリキャピラリの入射口において、群ごとの細束管が碁盤の目状に配置されている様子を示した図である。ポリキャピラリの入射口の前に配置されたプレートを、入射するＸ線の光軸方向から見た図である。図３において、出射Ｘ線と同じ光軸となる可視のＬＥＤ光を出射する部分を拡大して示す斜視図である。本発明の別の実施形態に係るＸ線回折測定装置を含むＸ線回折測定システムを示す全体概略図である。図８のＸ線回折測定装置の筐体の底面壁を外し、出射Ｘ線の光軸方向からＸ線回折測定装置を見た図である。図８のＸ線回折測定装置におけるＸ線出射機構部分を拡大して示す部分断面図である。（ａ）は、Ｘ線回折測定装置の筐体を揺動させたときの出射Ｘ線の光路を示した図であり、（ｂ）は、ポリキャピラリで集光するようにＸ線を出射し、Ｘ線の照射点の大きさを（ａ）と同程度にしたときの出射Ｘ線の光路を示した図である。

（第１実施形態）
本発明の一実施形態に係るＸ線回折測定装置を含むＸ線回折測定システムの構成について図１乃至図７を用いて説明する。なお、このＸ線回折測定装置が先行技術文献の特許文献１に示されているＸ線回折測定装置と異なっている点で本願の発明に関わる点は、主に、Ｘ線出射機構のスピンドルモータ２７の貫通孔に群ごとの細束管の集合体であるポリキャピラリ１４を取り付けている点、およびＸ線管１０から出射されるＸ線がポリキャピラリ１４に入射される前に、円形状の孔が複数形成されたプレートを設けた点である。また、本実施形態は、本願出願人が特許文献１に示されるＸ線回折測定装置を小型化するために開発したＸ線回折測定装置をベースにしているため、本願の発明に直接関わらない点においても特許文献１に示されているＸ線回折測定装置と異なっている箇所がある。以下、特許文献１に示されているＸ線回折測定システムと機能及び構造が同じ箇所は、同じであることを述べて簡略的に説明するにとどめ、異なっている箇所は詳細に説明するようにする。

図１及び図２に示すように、このＸ線回折測定システムは、測定対象物ＯＢを対象物セット装置６０に載置し、Ｘ線回折測定装置１からＸ線を照射して撮像される回折環の形状から測定対象物ＯＢの残留応力等を測定するものである。図１に示すように、Ｘ線回折測定システムは、Ｘ線回折測定装置１、対象物セット装置６０、コンピュータ装置９０及び高電圧電源９５及びＸ線回折測定装置１の固定機構から構成される。図２に示すようにＸ線回折測定装置１の筐体５０は傾斜状態で支持ロッド５２に固定され、支持ロッド５２は設置プレート５３に固定されており、設置プレート５３を作業台等に載置することで、Ｘ線回折測定装置１は位置と姿勢が固定される。このＸ線回折測定装置１の固定機構は特許文献１に示されているＸ線回折測定システムと同じである。なお、以下、図１及び図２の紙面垂直方向をＸ軸方向、横方向をＹ軸方向、縦方向をＺ軸方向として説明する。

図１及び図２に示すように、測定対象物ＯＢは対象物セット装置６０のステージ６１に載置される。対象物セット装置６０は、特許文献１に示されているＸ線回折測定システムのものと同じであり、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の移動とＸ，Ｙ軸周りの傾斜角変更を行う機能を有し、ステージ６１及びそこに載置された測定対象物ＯＢの位置と姿勢を調整することができる。端的に説明すると、対象物セット装置６０は、設置プレート６２の上に高さ調整機構６３、操作子６３ａ及び第１プレート６４からなるＺ軸方向移動機能があり、その上に第２プレート６５及び操作子６５ａからなるＸ軸周り傾斜角変更機能があり、その上に第３プレート６６及び操作子６６ａからなるＹ軸周り傾斜角変更機能があり、その上に第４プレート６７及び操作子６７ａからなるＸ軸方向移動機能があり、その上に第５プレート６８、操作子６８ａ及びステージ６１からなるＹ軸方向移動機能がある。これにより、操作子６３ａ，６５ａ，６６ａ，６７ａ，６８ａを回転させることで、ステージ６１及びそこに載置された測定対象物ＯＢの位置と姿勢を変化させることができる。

図１及び図２に示すように、Ｘ線回折測定装置１は筐体５０内に、Ｘ線管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、Ｘ線回折測定装置１は筐体５０内に、Ｘ線管１０、テーブル駆動機構２０及びレーザ検出装置３０に接続され、それらの作動を制御したり、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。そして、これらの各種回路はコンピュータ装置９０に接続され、コンピュータ装置９０のコントローラ９１から入力する指令により作動する。コンピュータ装置９０は入力装置９２及び表示装置９３を有し、入力装置９２からの入力及びインスト－ルされているプログラムの作動により、上述した各種回路に指令を出力し、また該各種回路が出力したデータを入力してメモリに記憶する。また、図１に示すように、Ｘ線回折測定システムは高電圧電源９５を備え、高電圧電源９５はＸ線管１０がＸ線を出射するための電圧及び電流をＸ線管１０に出力する。これらの全体構成は、特許文献１に示されているＸ線回折測定システムと同じである。

図２に示すように、Ｘ線回折測定装置１の筐体５０は、底面壁５０ａ、前面壁５０ｂ、後面壁５０ｅ、上面壁５０ｆ、側面壁（図示せず）、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及び後面壁５０ｅと上面壁５０ｆの角部をなくすように設けた傾斜壁５０ｇ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に対し所定の角度を成す平板と底面壁５０ａにほぼ平行な平板とからなり、繋ぎ壁５０ｄは側面壁と垂直であり前面壁５０ｂと所定の角度を有している。この所定の角度は、例えば３０～４０度であり、Ｘ線回折測定装置１の筐体５０は、繋ぎ壁５０ｄが設置プレート５３の上面及び下面と平行になるように支持ロッド５２に固定されている。切欠き部壁５０ｃには円形孔５０ｃ１があり、回折環撮像時にはこの円形孔５０ｃ１を通過してＸ線が出射され、測定対象物ＯＢにて発生した回折Ｘ線はこの円形孔５０ｃ１を通過して撮像がされる。

コンピュータ装置９０のコントローラ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、入力装置９２からの指令の入力により、大容量記憶装置に記憶されたプログラムを実行してＸ線回折測定装置１の作動を制御するとともに、入力したデジタルデータを用いて演算を行い、残留応力等の特性値の算出及び回折Ｘ線強度の分布図の作成等を行う。また、コントローラ９１は、入力装置９２から入力した測定条件やＸ線回折測定システムの作動状況、及び演算の結果得られた特性値や分布図を表示装置９３に表示する。

図１及び図２に示すように、Ｘ線管１０は筐体５０内の上部にて図示左右方向に延設されて固定されている。この固定は、Ｘ線管１０の側面が、後述するテーブル駆動機構２０の板状プレート２６に形成された円柱側面の一部の形状になっている溝に嵌合することで、位置決めがされたうえで行われている。そして、Ｘ線管１０は、高電圧電源９５からの高電圧の供給を受けると、その側面に形成された円状の出射口１１からＸ線を図示下方向に出射する。図３に示すように、板状プレート２６において出射口１１と合わさる箇所には貫通孔２６ａが形成されており、出射口１１から出射したＸ線は貫通孔２６ａを通過して下方向に進む。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線管１０から一定強度のＸ線が出射するように、高電圧電源９５からＸ線管１０に供給される駆動電流及び駆動電圧を制御する。また、Ｘ線管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。

図２に示すように、テーブル駆動機構２０は、筐体５０に固定され、Ｘ線管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の紙面反対側には凸部があり、この凸部はテーブル駆動機構２０における板状プレート２６に固定されたブロック２８とブロック２９に固定された板状のガイド２５にある溝に嵌合している。これにより移動ステージ２１は板状のガイド２５にある溝の方向にのみ移動可能になっており、ブロック２８に固定されたフィードモータ２２、スクリューロッド２３及びブロック２９に固定された軸受部２４が回転することにより移動する。この移動方向は、Ｘ線管１０の中心軸方向であり、別の表現をすると出射Ｘ線の光軸に垂直で筺体５０の側面壁に平行な方向である。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が回転するとパルス列信号を、図１に示す位置検出回路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し、位置検出回路７２はエンコーダ２２ａからのパルス列信号をカウントすることで、移動限界位置を原点とした移動距離である移動位置をフィードモータ制御回路７３とコントローラ９１に出力する。また、フィードモータ制御回路７３は、コントローラ９１から入力した移動位置が位置検出回路７２から入力する移動位置に等しくなるまで、フィードモータ２２に駆動信号を出力する。さらに、フィードモータ制御回路７３は、コントローラ９１から移動方向と移動速度が入力すると、エンコーダ２２ａからのパルス列信号から計算される移動速度が入力した移動速度になるよう駆動信号の強度を制御する。位置検出回路７２及びフィードモータ制御回路７３のこれらの機能により、コントローラ９１が指令を出力することで、移動ステージ２１及び移動ステージ２１と一体になっているスピンドルモータ２７、テーブル１６及びイメージングプレート１５等は、回折環撮像位置、回折環読取位置及び回折環消去位置に移動し、コントローラ９１が指定する移動方向に指定した移動速度で移動する。これらの機能は、特許文献１に示されているＸ線回折測定システムと同じである。

コントローラ９１の指令により移動ステージ２１が回折環撮像位置になっていると、図３に示すように、Ｘ線管１０の出射口１１から出射され板状プレート２６の貫通孔２６ａを通過したＸ線は、回転プレート４５の方向に進む。後述するように、回転プレート４５はモータ４６の回転軸４６ａに接続されており、モータ４６の回転により位置を変えるので、回転プレート４５を貫通孔２６ａから出射したＸ線の進行方向にないようにすることができる。その状態であれば、貫通孔２６ａを通過したＸ線は移動ステージ２１に形成された貫通孔２１ａに入射する。貫通孔２１ａに入射したＸ線は、移動ステージ２１に固定されたスピンドルモータ２７に形成された貫通孔２７ｂの先端に固定されているプレート１３の複数の貫通孔を通過する。スピンドルモータ２７の出力軸２７ａには貫通孔２７ａ１が形成されており、貫通孔２７ｂは貫通孔２７ａ１と中心軸が合ったうえでつながっており、貫通孔２７ａ１はポリキャピラリ１４を固定している。このため、プレート１３の複数の貫通孔を通過したＸ線は、ポリキャピラリ１４に入射する。ポリキャピラリ１４は複数の細束管の束を一体にしたものであり、ポリキャピラリ１４に入射したＸ線は、それぞれの細束管を進み、固定具１８の貫通孔１８ａの先にあるポリキャピラリ１４の出射口から出射する。スピンドルモータ２７の出力軸２７ａは回転するため貫通孔２７ａ１に固定されているポリキャピラリ１４も回転するが、スピンドルモータ２７の底面側に形成された貫通孔２７ｂはポリキャピラリ１４よりも大きくなっており、ポリキャピラリ１４の回転に障害にならない。

テーブル１６は円盤状であり、その中心軸に形成された貫通孔１６ａがスピンドルモータ２７の出力軸２７ａの貫通孔２７ａ１と位置が合うよう出力軸２７ａに固定されている。そして、テーブル１６は、中心軸周りに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の下面に貫通孔１５ａを突出部１７に嵌め込むようにイメージングプレート１５を取り付け、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はテーブル１６に固定される。この構造は特許文献１に示されているＸ線回折測定装置と同じであるが、テーブル１６の貫通孔１６ａ、突出部１７の貫通孔１７ａ及び固定具１８の貫通孔１８ａを貫くように貫通孔２７ａ１にポリキャピラリ１４が固定されている点が異なっている。上述したように、コントローラ９１からＸ線制御回路７１に指令が入力するとＸ線管１０からＸ線が出射し、ポリキャピラリ１４の先端からＸ線が測定対象物ＯＢに照射されて照射点で回折Ｘ線が発生する。この回折Ｘ線が円形孔５０ｃ１を通過してイメージングプレート１５に入射すると、回折Ｘ線の強度が大きい箇所に回折環が撮像される。この回折環撮像機能は特許文献１に示されているＸ線回折測定システムと同じである。

ポリキャピラリ１４は、多数の細束管の集合体であるが、通常のポリキャピラリとは異なり、いくつかの細束管が１つの群になり、それぞれの細束管の群は、ポリキャピラリ１４の出射口から平行なＸ線を出射する。図４は、ポリキャピラリ１４の細束管の群から出射された平行なＸ線が測定対象物ＯＢに照射される様子を示した図であるが、図４に示すように、それぞれの細束管の群から出射された平行なＸ線は、測定対象物ＯＢに集光するように照射される。このようにＸ線が照射されると、Ｘ線照射点の微小領域ごとにＸ線の入射方向を見ても、図１１（ａ）の場合と同様に大きく変化する。また、図４は出射Ｘ線の光軸を含む平面で見たときの図であり、実際は複数の所定断面径の平行なＸ線が立体的に集光する。従って、このようにＸ線を照射してイメージングプレート１５に回折環を撮像すると、Ｘ線回折測定装置１の筐体５０を複数の方向に揺動させながらＸ線を略平行光で照射して回折環を撮像したときと、同様の効果を得ることができる。なお、図４においては、出射Ｘ線の光軸の垂直方向を拡大し、出射Ｘ線が集光する様子を誇張して示してある。

図５はポリキャピラリ１４の入射口を、入射するＸ線の光軸方向に見た図であり、細束管の群ごとの境界線を示して、それぞれの細束管の群が分かるようにした図である。図５に示されるように、細束管の群は碁盤の目状になっている。また、図６は、ポリキャピラリ１４にＸ線が入射する前にＸ線が通過するプレート１３を入射するＸ線の光軸方向から見た図であり、図６に示されるように、プレート１３に形成された複数の孔１３ａも碁盤の目状になっている。よって、ポリキャピラリ１４のそれぞれの細束管の群ごとの中心と、プレート１３に形成された複数の孔１３ａの中心とが一致するように、ポリキャピラリ１４とプレート１３を位置決めすれば、それぞれの細束管の群には断面が円形のＸ線が入射し、出射するＸ線も断面が円形になる。すなわち、複数の断面が円形の平行なＸ線が集光するように測定対象物ＯＢに照射され、それぞれの断面径はＸ線照射点と同程度の径になる。これは、Ｘ線回折測定装置１の筐体５０を複数の方向に揺動させながらＸ線を略平行光で照射した場合と同様であり、これにより、さらにＸ線回折測定装置１の筐体５０を複数の方向に揺動させながらＸ線を略平行光で照射した場合と同様の効果を得ることができる。ポリキャピラリ１４のそれぞれの細束管の群ごとの中心と、プレート１３に形成された複数の孔１３ａの中心とを一致させる方法は後述する。

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、パルス列信号を、図１に示すスピンドルモータ制御回路７４と回転角度検出回路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回転するごとにインデックス信号を、回転角度検出回路７５及びコントローラ９１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。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したタイミングで回転角度を０にし、その後に入力するパルス列信号のパルス数から回転角度を計算してコントローラ９１に出力する。これにより、コントローラ９１の指令でテーブル１６は指定された回転速度で回転し、回転角度データがコントローラ９１に入力する。これらの機能は、特許文献１に示されているＸ線回折測定システムと同じである。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り、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。そして、移動ステージ２１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。以下、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°のラインとが成す平面を基準平面という。

図１に示すように、レーザ検出装置３０はレーザ検出制御回路７７により制御され、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で発光した光の強度から、レーザ光照射位置における回折Ｘ線の強度を検出する。コントローラ９１の指令で移動ステージ２１が回折環読取位置になり、スピンドルモータ２７とフィードモータ２２が回転を開始したとき、レーザ検出制御回路７７にはコントローラ９１から指令が入力し、レーザ検出制御回路７７はレーザ検出装置３０に対し、レーザ光出射、出射レーザ光の強度制御、レーザ光照射点のイメージングプレート１５への合焦制御、及びイメージングプレート１５での発光強度のコントローラ９１への出力といった制御を行う。レーザ検出装置３０の構造は、先行技術文献の特許文献１に示されているＸ線回折測定システムと同じであり、レーザ検出制御回路７７の機能は、特許文献１と同じである。なお、特許文献１に示されているＸ線回折測定システムでは、レーザ検出制御回路７７は、上述した制御ごとにいくつかの回路に分割されて示されている。コントローラ９１は、レーザ検出制御回路７７、スピンドルモータ制御回路７４及びフィードモータ制御回路７３に指令を出力した後、レーザ検出制御回路７７から入力する発光強度のデータを、位置検出回路７２と回転角度検出回路７５が出力するデジタルデータと同じタイミングで取り込む。これにより、コントローラ９１には撮像した回折環における回折Ｘ線の強度データが、移動距離データ及び回転角度データとともに蓄積される。これが回折環読取機能であり、この機能は特許文献１に示されているＸ線回折測定システムと同じである。

また、図２に示すように、レーザ検出装置３０にはＬＥＤ光源４３が設けられており、ＬＥＤ光源４３は図１に示す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。回折環読取りがされた後、コントローラ９１の指令により移動ステージ２１が所定位置に戻り移動を再開したとき、ＬＥＤ駆動回路８４にコントローラ９１から指令が入力し、ＬＥＤ駆動回路８４はＬＥＤ光源４３が所定の強度の可視光を出射する駆動信号を出力する。これが回折環消去機能であり、この機能も特許文献１に示されているＸ線回折測定システムと同じである。

図３に示すように、移動ステージ２１は、板状プレート２６と対向する面にモータ４６を取り付けており、モータ４６は出力軸４６ａに回転プレート４５を取り付けている。図７は、このモータ４６と回転プレート４５の拡大斜視図である。回転プレート４５は、モータ４６の回転により回転プレート４５がストッパ４７ａに当たるまで回転すると、貫通孔２６ａ、２１ａの中心軸と回転プレート４５が交差する箇所が中心となるようにＬＥＤ光源４４を取り付けている。ＬＥＤ光源４４は、図１に示すＬＥＤ駆動回路８５から駆動信号が入力すると可視のＬＥＤ光を出射し、そのＬＥＤ光は前述した出射Ｘ線の光路と同様ポリキャピラリ１４に入射し、ポリキャピラリ１４から出射して、測定対象物ＯＢに集光するように照射される。これにより、出射Ｘ線の光軸及びＸ線の照射点をＬＥＤ光の光軸および照射点として把握することができる。また、モータ４６の回転により回転プレート４５がストッパ４７ｂに当たるまで回転すると、貫通孔２６ａと貫通孔２１ａの間には何もなくなり、前述したように貫通孔２６ａから出射されたＸ線は貫通孔２１ａに入射する。モータ４６は図１に示すモータ制御回路８６からの駆動信号により図７に示すＤ１方向及びＤ２方向に回転するようになっており、モータ制御回路８６は、コントローラ９１からの回転方向の指令が入力すると、モータ４６のエンコーダ４６ｂからのパルス列信号が入力しなくなるまで、入力した回転方向に回転するための駆動信号を出力する。また、ＬＥＤ駆動回路８５は、コントローラ９１からの指令が入力すると駆動信号をＬＥＤ光源４４に出力する。これにより、回転プレート４５の回転位置及びＬＥＤ光源４４からのＬＥＤ光照射は、コントローラ９１により制御される。この出射Ｘ線の光軸と同じ光軸でＬＥＤ光を照射する構造及び制御の方法は、特許文献１に示されるＸ線回折測定システムと同じである。

ここで、ポリキャピラリ１４のそれぞれの細束管の群ごとの中心と、プレート１３に形成された複数の孔１３ａの中心とを一致させる方法について説明する。コントローラ９１からの指令によりモータ４６を図７に示すＤ１方向に回転させ、ＬＥＤ光源４４からＬＥＤ光を出射すると、出射Ｘ線の光軸と同じ光軸でＬＥＤ光が出射する。ＬＥＤ光が照射される位置がポリキャピラリ１４の細束管の群ごとのＬＥＤ光が集光する位置になっていれば、ＬＥＤ光の照射点は群ごとの平行なＬＥＤ光の断面径に径が略等しい１つの点になるが、ＬＥＤ光が照射される位置がＸ線回折測定装置１から見てこの位置より後方にあるならば、それぞれの群の平行なＬＥＤ光による複数の照射点が形成される。そして、それぞれの細束管の群ごとの中心と、プレート１３に形成された複数の孔１３ａの中心とが一致しているならば、それぞれのＬＥＤ光の照射点は円形になる。しかし、細束管の群ごとの中心と、プレート１３に形成された複数の孔１３ａの中心とが一致していなければ、それぞれのＬＥＤ光の照射点は円形にはならず、２つに分裂するような箇所も生じる。細束管の群ごとのＬＥＤ光は完全な平行ではないので、ＬＥＤ光が照射される位置を、Ｘ線回折測定装置１から見てかなり後方にすれば、それぞれのＬＥＤ光の照射点の形状を目視で確認することができる。よって、ＬＥＤ光の照射点の形状を確認しながらポリキャピラリ１４の回転方向位置を調整することにより、ポリキャピラリ１４のそれぞれの細束管の群ごとの中心と、プレート１３に形成された複数の孔１３ａの中心とを一致させることができる。なお、この調整を行うときは、スピンドルモータ２７の回転角度を０にする必要がある。それは、プレート１３は固定されているのに対し、ポリキャピラリ１４はスピンドルモータ２７の回転により回転し、Ｘ線を照射してイメージングプレート１５に回折環を撮像するときは、スピンドルモータ２７の回転角度を０にするためである。

図２に示すように筐体５０の切欠き部壁５０ｃには結像レンズ４８が設けられ、結像レンズ４８により画像が形成される箇所には、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８８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に対して基準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に対して基準位置とは、ＬＥＤ光の照射点からイメージングプレート１５までの距離が、設定値となる位置である。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８８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、又は各撮像素子の位置の順にコントローラ９１に出力する。コントローラ９１は入力した信号強度データを用いて、表示装置９３に撮影画像を表示する。このカメラ機能は、特許文献１に示されているＸ線回折測定システムと同じである。

コントローラ９１は、入力装置９２から位置及び姿勢調整の指令を入力すると、モータ制御回路８６にモータ４６をＤ１方向に回転させる指令を出し、ＬＥＤ駆動回路８５にＬＥＤ出射の指令を出力し、さらにセンサ信号取出回路８８に作動開始の指令を出力する。これにより、出射Ｘ線と光軸が等しいＬＥＤ光が測定対象物ＯＢに照射され、測定対象物ＯＢのＬＥＤ光照射点付近の撮影画像データがコントローラ９１に入力し、表示装置９３には入力した撮影画像データから作成された撮影画像が表示される。作業者はこの撮影画像を見ながら、撮影画像上のＬＥＤ光照射点とＬＥＤ光の受光点が後述する基準位置になるよう、対象物セット装置６０を用いてＸ線回折測定装置１に対する測定対象物ＯＢの位置と姿勢の調整を行う。この調整方法は特許文献１に示されているＸ線回折測定システムと同じである。

Ｘ線回折測定装置１に対する測定対象物ＯＢの位置と姿勢の調整が終了すると、測定対象物ＯＢにおけるＬＥＤ光照射点（Ｘ線照射点と同）は意図した測定箇所になり、Ｘ線照射点からイメージングプレート１５までの距離（以下、照射点―ＩＰ間距離という）は設定値になり、測定対象物ＯＢに対するＸ線の入射角（本発明では出射Ｘ線は集光して入射するため、正確には出射Ｘ線の光軸が測定対象物ＯＢのＸ線照射点における法線と成す角）は設定値になり、さらにＸ線照射点における法線は基準平面（出射Ｘ線の光軸と回転角度０のラインを含む平面）に含まれるようになる。このとき、ポリキャピラリ１４から出射される群ごとの平行なＸ線が集光する点は、図４に示すよう測定対象物ＯＢ上の点になる。

結像レンズ４８の光軸は、ポリキャピラリ１４により出射Ｘ線が集光する点と交差している。結像レンズ４８の光軸が撮像器４９と交差する箇所は、照射点―ＩＰ間距離が設定値であるときＬＥＤ光照射点が結像する位置であり、この位置が基準位置として撮像器４９から出力される撮像信号から作成された画像上に画像データとは独立して、例えば十字マークで表示される。よって、撮影画像上のＬＥＤ光照射点が基準位置に合うよう測定対象物ＯＢの位置を調整することで、照射点―ＩＰ間距離を設定値にし、Ｘ線照射点を出射Ｘ線が集光する点にすることができる。また、結像レンズ４８の光軸は基準平面に含まれ、出射Ｘ線の光軸と成す角度は、Ｘ線入射角の設定値の２倍の角度になっている。よって、照射点―ＩＰ間距離が設定値であり、出射Ｘ線の入射角が設定値であって、Ｘ線照射点の箇所の測定対象物ＯＢの法線が基準平面に含まれていれば、結像レンズ４８の光軸が撮像器４９と交差する箇所は、照射されたＬＥＤ光の反射光が結像レンズ４８により集光して受光される点である。よって、撮影画像上のＬＥＤ光照射点が基準位置に合うようにした後、撮影画像上のＬＥＤ光の受光点も基準位置に合うよう測定対象物ＯＢの姿勢を調整することで、測定対象物ＯＢに対するＸ線の入射角は設定値になり、Ｘ線照射点における測定対象物ＯＢの法線は基準平面に含まれるようになる。これらの説明は出射Ｘ線の集光を除き、特許文献１で詳細に説明されている。

上記のように構成したＸ線回折測定装置１を含むＸ線回折測定システムを用いて、測定対象物ＯＢをＸ線回折測定する方法は、特許文献１に示されているＸ線回折測定システムと同じであり、特許文献１で詳細に説明されている。端的に説明すると、作業者は電源を投入してＸ線回折測定システムを作動させ、対象物セット装置６０にセットし、入力装置９２から位置及び姿勢調整の指令を入力してＬＥＤ光を測定対象物ＯＢに照射し、表示装置９３の撮影画像を見ながら測定対象物ＯＢの位置と姿勢を調整する。次に、入力装置９２から測定条件を入力し、測定開始の指令を入力する。これにより、Ｘ線回折測定装置１は測定対象物ＯＢにＸ線を照射して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からのレーザ照射により、撮像された回折環のそれぞれの箇所における回折Ｘ線強度を検出してコントローラ９１にデータを出力し、撮像された回折環を消去する。そして、コントローラ９１は入力したデータから残留応力等の特性値を計算して、計算結果、測定条件、及び回折環のそれぞれの箇所における回折Ｘ線強度に基づくマップ等を表示する。

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線を出射するＸ線出射機構と、Ｘ線出射機構から測定対象物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線を受光し、回折Ｘ線による像を撮像するイメージングプレート１５とを備えたＸ線回折測定装置１において、Ｘ線出射機構は、内部でＸ線を発生させて出射口１１よりＸ線を出射させるＸ線管１０と、Ｘ線管１０から出射したＸ線を入射口から入射し、通過させて出射口から出射する多数の細束管の集合体であるポリキャピラリ１４とを備え、多数の細束管は所定数ごとに群にされ、群ごとの細束管は、それぞれ出射口から略平行なＸ線を出射するとともに、群ごとの細束管が出射する略平行なＸ線は、略１箇所で集光するようになっている。

これによれば、Ｘ線照射点と断面径が略同一の平行なＸ線を複数の方向からＸ線照射点に入射させ、それぞれのＸ線の入射方向の割合を均一にすることができ、Ｘ線照射点の微小領域ごとにＸ線の入射方向を見ても、Ｘ線回折測定装置１の筐体５０を複数の方向に揺動させながらＸ線を略平行光で照射したときと同様にすることができる。本願出願人は、実際にこのようにして測定対象物ＯＢにＸ線を照射してＸ線回折測定を行った結果、Ｘ線回折測定装置１の筐体を揺動させてＸ線回折測定をした場合と同じ効果を得ることができることを確認した。

また、上記実施形態においては、ポリキャピラリ１４の入射口の近傍に、円形状の孔１３ａが複数形成されたプレート１３を備え、それぞれの円形状の孔１３ａの中心は、ポリキャピラリ１４の群ごとの細束管の入射口における中心と略一致するようになっている。

これによれば、ポリキャピラリ１４の群ごとの細束管の断面にプレート１３の円形状の孔１３ａを投影して見たとき、群ごとの細束管の断面内にプレート１３の円形状の孔１３ａが収まるようになっていれば、群ごとの細束管からは断面が円形状の平行なＸ線を出射させることができる。すなわち、これによれば、それぞれのＸ線の入射方向において、断面が円形状の平行なＸ線にすることができ、Ｘ線回折測定装置１の筐体５０を複数の方向に揺動させながらＸ線を略平行光で照射したときと、より同じ効果を得ることができる。

また、上記実施形態においては、ポリキャピラリ１４の群ごとの細束管は、入射口において碁盤の目状に配置されているようにしてある。

これによれば、円形状の孔１３ａが複数形成されたプレート１３における円形状の孔１３ａを碁盤の目状にし、プレート１３を、ポリキャピラリ１４に対して適切な位置と方向で設置することができるようにすれば、容易にそれぞれの円形状の孔１３ａの中心を、ポリキャピラリ１４の群ごとの細束管の入射口における中心と略一致させることができる。

（第２実施形態）
上記実施形態においては、本発明を測定対象物ＯＢにＸ線を照射して発生した回折Ｘ線により回折像を撮像するＸ線回折測定装置１に適用した。しかし、本発明は、測定対象物ＯＢにＸ線を照射して発生した回折Ｘ線の強度を検出するＸ線回折測定装置にも適用することもできる。本発明の別の実施形態に係るＸ線回折測定装置を含むＸ線回折測定システムの構成について図８乃至図１０を用いて説明する。なお、本実施形態によるＸ線回折測定システムは、特許文献２に示されているＸ線回折測定システムと機能及び構造が同じ箇所があるので、そのような箇所は同じであることを述べて簡略的に説明するにとどめる。また、第１実施形態と同じ装置、部品及び部材を使用している箇所は図に同じ番号を付し、第１実施形態と同じであることを述べるにとどめる。

図８に示すように、このＸ線回折測定システムは、Ｘ線回折測定装置２、アーム式移動装置、高電圧電源９５、コンピュータ装置９０、端検出センサ１４０及びベルトコンベアのように一定速度で移動する長尺状のステージＳｔを有する移動機構から構成される。ステージＳｔが移動すると、載置された測定対象物ＯＢは移動して次々にＸ線回折測定装置２の直下に来て、Ｘ線回折測定装置２は測定対象物ＯＢの先端から後端までＸ線を連続的に照射して回折Ｘ線の強度を複数の箇所で検出する。そして、検出した回折Ｘ線の強度に基づく特性値を算出して測定対象物ＯＢの異常箇所を検出する検査を行う。この構成は特許文献２に示されているＸ線回折測定システムと同じである。なお、本実施形態では測定対象物ＯＢは鉄製の平板とする。また、図８に示すようにステージＳｔの移動方向をＹ方向とし、ステージＳｔの平面の垂直方向をＺ方向とし、Ｙ方向とＺ方向に垂直な方向をＸ方向とする。

図８に示すようにＸ線回折測定装置２は、筐体１００内にＸ線を出射するＸ線管１０、Ｘ線管１０から出射されたＸ線を入射し、第１実施形態と同様に群ごとの平行なＸ線を集光するように出射するＸ線出射機構、可視のＬＥＤ光を出射Ｘ線と同じ光軸で出射するＬＥＤ光出射機構、測定対象物ＯＢのＸ線照射点で発生する回折Ｘ線の強度を検出する複数のシンチレーションカウンター１３１、及びＸ線出射機構とシンチレーションカウンター１３１を取り付けた直方体状プレート１３０を収容している。また、筐体１００内には、Ｘ線管１０、シンチレーションカウンター１３１等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８において筐体１００外で２点鎖線で囲まれた各種回路は、筐体１００内の２点鎖線内に納められている。なお、図８においては、回路基板、電線、固定具及び空冷ファン等は省略されている。また、筐体１００の外壁の一部には、微小断面の可視のレーザ光を平行光で出射するレーザ出射器１２０が取り付けられている。

図９は、Ｘ線回折測定装置２の筐体１００の底面壁１００ａと斜面壁１００ｅを外し、出射Ｘ線の光軸方向からＸ線回折測定装置２を見た図である。図８及び図９に示すように、筐体１００は略直方体状に形成され、底面壁１００ａ、前面壁１００ｂ、後面壁１００ｃ、上面壁１００ｄ、斜面壁１００ｅ及び側面壁１００ｆを有する。底面壁１００ａにはＸ線出射機構である固定ブロック１３２とポリキャピラリ１４を、先端から所定の長さだけ筐体１００の外に出すための円形状の孔１００ａ１が形成されている。ポリキャピラリ１４から出射するＸ線の光軸は、底面壁１００ａ及び上面壁１００ｄに略垂直であり、前面壁１００ｂ、後面壁１００ｃ及び側面壁１００ｆに略平行である。また、側面壁１００ｆの１つは回転部１０３を回転可能にしている回転台１０５に連結され、回転部１０３にはアーム式移動装置の先端アーム１０４が連結されている。回転部１０３は手動で回転台１０５に対して任意の回転角度にして固定することができるものであり、アーム式移動装置は複数のアームが関節で連結されていて先端の位置と姿勢を任意の状態で固定することができるものである。これにより、筐体１００（Ｘ線回折測定装置２）は、ステージＳｔ及び測定対象物ＯＢに対する位置と姿勢を調整することができる。

Ｘ線管１０は第１実施形態と同じものであり、筐体１００内の上部にて中心軸が底面壁１００ａ、上面壁１００ｄ及び側面壁１００ｆに平行になるよう筐体１００に固定されている。Ｘ線管１０に高電圧電源９５から電力が供給され、コントローラ９１及びＸ線制御回路７１により制御されてＸ線を出射する機能は、第１実施形態と同じであり、Ｘ線管１０がＸ線制御回路７１の制御により冷却される機能も第１実施形態と同じである。

図１０は、Ｘ線回折測定装置２におけるＸ線出射機構、ＬＥＤ光出射機構及びシンチレーションカウンター１３１の部分を拡大して示す部分断面図である。ＬＥＤ光出射機構が第１実施形態のものと異なっている点は、ＬＥＤ光源１２６が回転プレート４５から離れた位置に配置され、ＬＥＤ光源４４があった位置に、貫通孔４５ａとフォトディテクタ１２７とハーフミラー１２５が中心軸が合うよう設けられている点であり、それ以外は同じである。よって、モータ４６の回転により回転プレート４５がＤ２方向に限界位置まで回転した状態であると、Ｘ線管１０から出射されたＸ線は、固定ブロック１３２に形成された貫通孔１３２ａに入射する。貫通孔１３２ａの先には貫通孔１３２ａよりやや小さな孔径の貫通孔１３２ｂがあり、この貫通孔１３２ｂにポリキャピラリ１４が固定されている。また、貫通孔１３２ａには、径がこれよりも僅かに小さいプレート１３が入れられ、貫通孔１３２ａと貫通孔１３２ｂの境にある段差の箇所で固定されている。よって、貫通孔１３２ａに入射したＸ線は、プレート１３の貫通孔１３ａを通過してポリキャピラリ１４に入射し、ポリキャピラリ１４の先端から出射する。プレート１３及びポリキャピラリ１４は第１実施形態と同じものであり、群ごとの平行なＸ線が略１点に集光するように出射する。

図１０に示すように、固定ブロック１３２及びポリキャピラリ１４は、直方体状プレート１３０の中心に、中心軸が直方体状プレート１３０の平面に略垂直になるよう固定されている。そして、直方体状プレート１３０の平面は筐体１００の上面壁１００ｄ及び底面壁１００ａに平行に取り付けられているので、ポリキャピラリ１４から出射し集光するＸ線は、その光軸が上面壁１００ｄ及び底面壁１００ａに垂直な状態で出射する。

図８乃至図１０に示すように、直方体状プレート１３０は、固定ブロック１３２及びポリキャピラリ１４の中心軸が直方体状プレート１３０の平面と交差する箇所（直方体状プレート１３０の中心と略同一）を中心にした所定の径の円周付近に、４つのシンチレーションカウンター１３１－１～１３１－４を、中心軸が直方体状プレート１３０の平面と垂直になるよう取り付けている。４つのシンチレーションカウンター１３１－１～１３１－４のＸ線入射面は直方体状プレート１３０の平面に平行な１つの平面内に含まれるようになっており、以後、この平面をＸ線検出平面という。図９に二点鎖線で示される円は、測定対象物ＯＢのＸ線照射点からＸ線検出平面までの距離（以後、照射点－検出平面間距離という）が設定値であるとき、Ｘ線検出平面に形成される回折環の半径方向のＸ線強度がピークになる位置である。なお、図８及び図１０においては、分かりやすくするため、４つのシンチレーションカウンター１３１－１～１３１－４が重ならないように描いているが、シンチレーションカウンター１３１－１～１３１－４の位置は図９に示すものが正式なものである。上述したように、群ごとの平行なＸ線は略１点で集光するが、この集光点からＸ線検出平面までの距離は、照射点－検出平面間距離の設定値であり、照射点－検出平面間距離が設定値になるよう、Ｘ線回折測定装置２（筐体１００）の位置を調整すれば、Ｘ線照射点がＸ線の集光点になる。

シンチレーションカウンター１３１－１～１３１－４は、特許文献２に示されるシンチレーションカウンターと同じものであり、入射したＸ線の強度に相当する強度の信号を出力する。また、ＳＤ信号取出回路１１１～１１４も特許文献２に示されるものと同じであり、シンチレーションカウンター１３１－１～１３１－４が出力する電気信号の強度のデジタルデータを一定間隔でコントローラ９１に対して出力する。よって、コントローラ９１からＳＤ信号取出回路１１１～１１４に測定開始の指令が出力すれば、コントローラ９１には、４つのＸ線の強度データが一定間隔で入力され、メモリに記憶される。図９から分かるように、４つのシンチレーションカウンター１３１－１～１３１－４のＸ線入射面は、固定ブロック１３２及びポリキャピラリ１４の中心軸（直方体状プレート１３０の中心軸）からの距離が異なっている。Ｘ線検出平面に形成される回折環の半径方向において、Ｘ線強度が所定以上になる範囲は広く存在するため、図９に示した二点鎖線の円の内側と外側に回折Ｘ線の強度が所定以上になる範囲が広範囲で存在している。よって、二点鎖線の円がＸ線入射面にかからないシンチレーションカウンター１３１－１，１３１－３も回折Ｘ線の強度を所定以上の強度で検出する。

上述したように、Ｘ線回折測定装置２の筐体１００は、位置と姿勢を任意にして固定することができるので、後述する位置と姿勢の調整を行うことで、照射点－検出平面間距離を設定値にし、測定対象物ＯＢの表面に対する出射Ｘ線の光軸を垂直にすることができる。測定対象物ＯＢの表面に対する出射Ｘ線の光軸を垂直にすると、回折環の半径方向における回折Ｘ線の強度分布は、回折環の円周位置（回転角度）によらず略一定になる。よって、シンチレーションカウンター１３１－１～１３１－４の出射Ｘ線の光軸（固定ブロック１３２及びポリキャピラリ１４の中心軸）からの距離（半径値）と、シンチレーションカウンター１３１－１～１３１－４が検出した回折Ｘ線の強度との関係は、回折環の１つの円周位置における半径方向での関係と略同一とみなすことができる。すなわち、該半径値と回折Ｘ線の強度との関係は、シンチレーションカウンター１３１－１～１３１－４を、回折環の１つの円周位置において半径方向に重ねて並べた場合と略同一の関係である。

回折環の半径方向における回折Ｘ線の強度分布の広がりは、測定対象物ＯＢの表面硬さにより変化するため、シンチレーションカウンター１３１－１～１３１－４が検出した回折Ｘ線の強度から計算される特性値も測定対象物ＯＢの表面硬さにより変化する。シンチレーションカウンター１３１－１～１３１－４が検出する回折Ｘ線の強度を、Ｘ線入射面が配置された箇所の半径値の大きい順にＡ，Ｄ，Ｂ，Ｃとし、｛（Ｄ－Ａ）＋（Ｂ－Ｃ）｝で計算される値を特性値にすると、該特性値は出射Ｘ線の強度が一定になるようにすれば、測定対象物ＯＢの表面硬さと１：１の関係になる。よって、測定対象物ＯＢをＸ線回折測定装置２と相対的に移動させ、移動位置ごとに該特性値を検出することで測定対象物ＯＢの検査を行うことができる。入力装置９２から検査開始の指令を入力すると、コントローラ９１は、各種回路に作動開始の指令を出力し、後述する測定対象物ＯＢの先端検出からの時間と予め記憶されているステージＳｔの移動速度により測定対象物ＯＢの位置を計算すると共に、入力した回折Ｘ線の強度を用いて該特性値を計算し、計算した特性値を予め設定されている許容値と比較することで、測定対象物ＯＢの異常箇所を検出する。また、検出した特性値の大きさから検出した異常の程度を判定する。コントローラ９１の、この作動システム、特性値の算出方法及び検査方法は、特許文献２に示されるＸ線回折測定システムと同じである。なお、測定対象物ＯＢの表面硬さが小さい方を異常とするか、大きい方を異常とするかは測定対象物ＯＢにより異なる。すなわち、｛（Ｄ－Ａ）＋（Ｂ－Ｃ）｝で計算される特性値が許容値より大きい方を異常とするか、許容値より小さい方を異常とするかは測定対象物ＯＢにより異なる。

コントローラ９１が、シンチレーションカウンター１３１－１～１３１－４が検出する回折Ｘ線の強度を用いて、測定対象物ＯＢの検査を行うことができるためには、照射点－検出平面間距離が設定値にされ、測定対象物ＯＢに対する出射Ｘ線の光軸が垂直にされている必要がある。言い換えると、図９に示すように、Ｘ線検出平面に形成される回折環（半径方向におけるＸ線強度分布曲線のピークとなる箇所の円）が、シンチレーションカウンター１３１－２とシンチレーションカウンター１３１－４の中間位置にあり、該Ｘ線強度分布曲線が回折環のいずれの円周位置においても同等である必要がある。筐体１００内にあるＬＥＤ光出射機構と筐体１００の斜面壁１００ｅにあるレーザ出射器１２０は、この条件を満たすよう、Ｘ線回折測定装置２の筐体１００の位置と姿勢を調整するために設けられたものである。

図１０に示すように、ＬＥＤ光出射機構は、ＬＥＤ光源１２６、回転プレート４５に取り付けられたハーフミラー１２５及び回転プレート４５のハーフミラー１２５の反対側の面に取り付けられたフォトディテクタ１２７から構成される。ハーフミラー１２５とフォトディテクタ１２７の回転プレート４５への取り付け位置は、その中心軸が回転プレート４５がＤ１方向の回転限界位置（ストッパ４７ａに回転プレート４５が当たる位置）にあるときに、Ｘ線管１０から出射するＸ線の光軸と一致する位置である。また、ハーフミラー１２５とフォトディテクタ１２７の間の回転プレート４５には、それらの中心軸（Ｘ線管１０から出射するＸ線の光軸）と合うよう、貫通孔１３２ａと同程度の径の貫通孔４５ａがある。ハーフミラー１２５は回転プレート４５の平面に水平に入射したＬＥＤ光の略半分を反射して回転プレート４５に垂直な光にするようになっているので、ＬＥＤ光源１２６が出射した可視のＬＥＤ光の内、回転プレート４５の平面に略平行な光路の光は、反射するとポリキャピラリ１４に入射し、Ｘ線と同じ光路で出射する。ＬＥＤ光がポリキャピラリ１４に入射してから出射するまでの構造は第１実施形態と同じである。なお、図１０では、わかりやすくするためＬＥＤ光源１２６を固定する部材は除いているが、ＬＥＤ光源１２６は直方体状プレート１３０に固定されており、図８に示すようにＬＥＤ駆動回路１１５から駆動信号が入力すると可視のＬＥＤ光を出射する。ＬＥＤ駆動回路１１５は、入力装置９２から位置、姿勢調整の指令を入力すると、コントローラ９１から作動開始の指令が入力し、ＬＥＤ光源１２６がＬＥＤ光を出射するための駆動信号を出力する。

図８に示すように、レーザ出射器１２０は、円筒状の枠体１２１にレーザ光源１２３を固定し、円筒状の枠体１２１の先端近傍にコリメーティングレンズ１２２を固定したものであり、レーザ光源１２３から出射されたレーザ光は、コリメーティングレンズ１２２で平行光になって出射される。レーザ光源１２３はレーザ駆動回路１１８から駆動信号が入力することでレーザ光を出射し、レーザ駆動回路１１８は、入力装置９２から位置、姿勢調整の指令を入力すると、コントローラ９１から作動開始の指令が入力し、レーザ光源１２３がレーザ光を出射するための駆動信号を出力する。レーザ出射器１２０は固定ブロック１０１内に固定され、固定ブロック１０１は筐体１００の斜面壁１００ｅに固定されることで、レーザ出射器１２０は筐体１００と一体になっている。この固定位置は、レーザ出射器１２０から出射されるレーザ光の光軸が、出射Ｘ線（ＬＥＤ光）が集光する点を通る位置である。

上述したように、入力装置９２から位置、姿勢調整の指令を入力すると、ＬＥＤ光源１２６からＬＥＤ光が出射され、レーザ光源１２３からレーザ光を出射され、測定対象物ＯＢには、ポリキャピラリ１４で集光したＬＥＤ光の照射点と平行光であるレーザ光の照射点が形成される。そして、ＬＥＤ光（Ｘ線）が集光する点をレーザ光の光軸が通っているので、２つの照射点が一致するようにＸ線回折測定装置２（筐体１００）の位置を調整すれば、測定対象物ＯＢの表面でＸ線を集光させることができる。そして、上述したように、このときの照射点－検出平面間距離は設定値になる。

上述したように、回転プレート４５のハーフミラー１２５が取り付けられた面の反対側の面であって、ハーフミラー１２５が取り付けられた箇所にはフォトディテクタ１２７が取り付けられており、回転プレート４５のハーフミラー１２５とフォトディテクタ１２７に挟まれた箇所には、貫通孔４５ａが形成されている。測定対象物ＯＢに照射され反射したＬＥＤ光は、ポリキャピラリ１４の出射口から入射してポリキャピラリ１４を反対方向に進み、出射するＬＥＤ光と同じ光路で反対方向からハーフミラー１２５に入射する。そして、半分の光が透過して貫通孔４５ａを通過し、フォトディテクタ１２７で受光される。ポリキャピラリ１４を反対方向にＬＥＤ光が進む場合は、測定対象物ＯＢで発生するＬＥＤ光の反射光の光路が入射したＬＥＤ光と同じ場合であり、これは、出射Ｘ線の光軸が測定対象物ＯＢに対して垂直になっている場合である。また、ＬＥＤ光は集光するので、照射点－検出平面間距離が設定値であるとき（測定対象物ＯＢの表面にＬＥＤ光が集光するとき）、出射Ｘ線の光軸が測定対象物ＯＢに対して垂直であると、フォトディテクタ１２７で受光される光の強度は最大になる。よって、２つの照射点が一致するようにＸ線回折測定装置２（筐体１００）の位置を調整したうえで、フォトディテクタ１２７で受光される光の強度が最大になるようＸ線回折測定装置２（筐体１００）の姿勢を調整すれば、照射点－検出平面間距離は設定値になり、測定対象物ＯＢに対する出射Ｘ線の光軸は垂直になる。

フォトディテクタ１２７は、受光した光の強度に相当する強度の信号を光強度検出回路１１９に出力し、光強度検出回路１１９は、入力装置９２から位置、姿勢調整の指令を入力すると、コントローラ９１から作動開始の指令が入力し、入力する信号を増幅してその強度をＡＤ変換器でデジタルデータにし、コントローラ９１に出力する。コントローラ９１は入力したデジタルデータを受光強度の値にして表示装置９３にて表示するので、作業者は表示装置９３に表示される受光強度を見ながらＸ線回折測定装置２（筐体１００）の姿勢を調整することができる。

ステージＳｔの側面の近傍には、測定対象物ＯＢの先端および後端が出射Ｘ線が照射される位置になったことを検出するための端検出センサ１４０が取り付けられている。端検出センサ１４０はステージＳｔの反対側の側面近傍にあるレーザ光を受光すると信号を端検出回路１４１に出力し、端検出回路１４１は、コントローラ９１から作動指令が入力した後、入力する信号の強度が所定強度から０になると、「先端検出」を意味する信号をコントローラ９１に出力し、０から所定強度になると「後端検出」を意味する信号をコントローラ９１に出力する。ステージＳｔにより移動する測定対象物ＯＢの先端および後端を検出するこの機能は、特許文献２のＸ線回折測定システムと同じである。

コンピュータ装置９０は、第１実施形態に示すものと同じであり、コントローラ９１は大容量記憶装置に記憶されたプログラムを実行してＸ線回折測定装置２の作動を制御するとともに、入力したデジタルデータを用いて演算を行い、硬さに相当する特性値の算出、合否判定及び異常程度の評価結果の表示等を行う。上記のように構成したＸ線回折測定システムを作動させるときは、まず、作業者はシステムの電源を投入し、Ｘ線回折測定装置２の直下に測定対象物ＯＢが来る状態にして、入力装置９２から位置、姿勢調整の指令を入力し、上述したようにＸ線回折測定装置２の位置と姿勢を調整する。次に作業者は、ステージＳｔを移動させる装置を作動させ、入力装置９２から検査開始を入力する。これにより、ステージＳｔにより移動する測定対象物ＯＢが次々に検査されて、検査結果が表示装置９３に表示される。これらの機能も特許文献２のＸ線回折測定システムと同じである。

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も第１実施形態と同様、Ｘ線照射点と断面径が略同一の平行なＸ線を複数の方向からＸ線照射点に入射させ、それぞれのＸ線の入射方向の割合を均一にすることができ、Ｘ線回折測定装置２の筐体１００を複数の方向に揺動させてＸ線回折測定をした場合と同じ効果を得ることができる。また、第２実施形態にようにＸ線回折測定装置２に対して測定対象物ＯＢを移動させる場合でも、すなわちＸ線照射点ごとのＸ線照射時間が極短時間である場合でも、この効果を得ることができる。

さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態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。

上記第１実施形態のＸ線回折測定装置１は、測定対象物ＯＢ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を検出することで回折環を読取る装置にした。しかし、回折環を撮像できるならば、Ｘ線回折測定装置１はどのような装置であってもよい。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線固体撮像素子を備え、Ｘ線固体撮像素子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、微小サイズのＸ線検出センサを位置を検出しながら走査し、Ｘ線検出センサが出力する電気信号とＸ線検出センサの走査位置から、回折Ｘ線の強度分布を検出する装置でもよい。また、Ｘ線回折測定装置１はイメージングプレート１５に回折環を撮像するのみの装置にし、回折環が撮像されたイメージングプレート１５を取り外して別の装置で読み取るようにしてもよい。なお、請求項における、回折Ｘ線による像を撮像する、なる記載、及び、回折環を撮像する、なる記載は、微小領域ごとの回折Ｘ線強度を電気信号で検出する場合も含むものとする。

また、上記第２実施形態のＸ線回折測定装置２は、測定対象物ＯＢで発生した回折Ｘ線の強度を、出射Ｘ線の光軸からの距離が異なる４つの点でシンチレーションカウンター１３１－１～１３１－４により検出する装置にした。しかし、回折Ｘ線の強度を検出するならば、検出する点は何点であってもよく、シンチレーションカウンター以外の検出手段を用いてもよい。また、回折Ｘ線の強度が大きくなる領域に広範囲にスリットを設け、スリットから入射したＸ線の強度を電離箱等で一括で検出するというように、広い領域での回折Ｘ線の強度を検出する装置であってもよい。

また、上記第１実施形態又は第２実施形態の変更でなくとも、測定対象物ＯＢにＸ線を照射し、発生した回折Ｘ線の強度を検出する、又は発生した回折Ｘ線による像を撮像するＸ線回折測定装置であれば、どのようなＸ線回折測定装置であっても、本発明は適用することができる。例えば、ｓｉｎ^２ψ法のＸ線回折測定装置のように、Ｘ線入射角を変化させるごとに回折Ｘ線の強度を１点のみで検出または回折Ｘ線による像を１点のみで撮像するＸ線回折測定装置であっても、本発明は適用することができる。

また、上記第１実施形態及び第２実施形態においては、ポリキャピラリ１４の群ごとの細束管は、入射口において碁盤の目状に配置されているようにし、プレート１３のそれぞれの孔１３ａの中心は、ポリキャピラリ１４の群ごとの細束管の入射口における中心と略一致するようにした。しかし、孔１３ａの孔の中心と群ごとの細束管の入射口における中心とが一致するようにできるならば、群ごとの細束管の入射口における配置のし方は別のものであってもよい。例えば、近傍の細束管の入射口における中心を結ぶ線が正三角形を形成するように配置してもよい。

また、上記第１実施形態及び第２実施形態においては、円形状の貫通孔１３ａが形成されたプレート１３をポリキャピラリ１４の入射口の前に配置し、ポリキャピラリ１４の群ごとの細束管が出射するＸ線の断面が円形になるようにした。しかし、群ごとの細束管が出射するＸ線の断面が円形になるならば、プレート１３を設けず、別の方法を用いてもよい。例えば、群ごとの細束管を径の大きなチューブに入れ、それぞれのチューブが出射するＸ線が1点で集光するようにし、チューブ間の隙間を軟体状の固形物で埋めるようにしてもよい。

また、上記第１実施形態及び第２実施形態においては、ポリキャピラリ１４の群ごとの細束管が出射するＸ線の断面が円形になるようにしたが、Ｘ線回折測定システムが高い測定精度を有する必要がなければ、ポリキャピラリ１４の群ごとの細束管が出射するＸ線の断面が同程度の面積であるようにすれば、断面形状は円形からずれていてもよい。

１，２…Ｘ線回折測定装置、１０…Ｘ線管、１１…出射口、１３…プレート、１３ａ…孔、１４…ポリキャピラリ、１５…イメージングプレート、１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ，２１ａ，２７ａ１，２７ｂ…貫通孔、１６…テーブル、１７…突出部、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、２４…軸受部、２５…ガイド、２６…板状プレート、２７…スピンドルモータ、２８，２９…ブロック、３０…レーザ検出装置、４３，４４…ＬＥＤ光源、４５…回転プレート、４６…モータ、４７ａ，４７ｂ…ストッパ、４８…結像レンズ、４９…撮像器、５０…筐体、５０ａ…底面壁、５０ｃ…切欠き部壁、５０ｃ１…円形孔、５０ｄ…繋ぎ壁、５２…支持ロッド、５３…設置プレート、６０…対象物セット装置、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、１００…筐体、１０１…固定ブロック、１０３…回転部、１０４…先端アーム、１０５…回転台、１２０…レーザ出射器、１２１…枠体、１２２…コリメーティングレンズ、１２３…レーザ光源、１２５…ハーフミラー、１２６…ＬＥＤ光源、１２７…フォトディテクタ、１３０…直方体状プレート、１３１，１３１－１～１３１－４…シンチレーションカウンター、１３２…固定ブロック、１３２ａ，１３２ｂ…貫通孔、１４０…端検出センサ、ＯＢ…測定対象物、Ｓｔ…ステージ

Claims

対象とする測定対象物に向けてＸ線を出射するＸ線出射手段と、
前記Ｘ線出射手段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線を受光し、前記回折Ｘ線の強度を検出する、又は前記回折Ｘ線による像を撮像する受光手段とを備えたＸ線回折測定装置において、
前記Ｘ線出射手段は、内部でＸ線を発生させて出射口よりＸ線を出射させるＸ線管と、
前記Ｘ線管から出射したＸ線を入射口から入射し、通過させて出射口から出射する多数の細束管の集合体であるポリキャピラリとを備え、
前記多数の細束管は所定数ごとに群にされ、前記群ごとの細束管は、それぞれ前記出射口から平行なＸ線を出射するとともに、前記群ごとの細束管が出射する平行なＸ線は、１箇所で集光するようになっており、
前記ポリキャピラリの入射口に、円形状の孔が複数形成されたプレートを備え、
前記それぞれの円形状の孔の中心は、前記ポリキャピラリの群ごとの細束管の前記入射口における中心と一致するようになっていることを特徴とするＸ線回折測定装置。
請求項１に記載のＸ線回折測定装置において、
前記ポリキャピラリの群ごとの細束管は、前記入射口において碁盤の目状に配置されて
いることを特徴とするＸ線回折測定装置。
請求項１又は２に記載のＸ線回折測定装置において、
前記受光手段は、前記回折Ｘ線を、前記Ｘ線出射手段から出射されるＸ線の光軸に対して垂直に交差する撮像面にて受光し、前記撮像面に前記回折Ｘ線の像である回折環を撮像する手段であることを特徴とするＸ線回折測定装置。
請求項１又は２に記載のＸ線回折測定装置において、
前記受光手段は、前記回折Ｘ線の強度を検出する複数のＸ線検出センサであって、
前記複数のＸ線検出センサは、前記Ｘ線出射手段から出射されるＸ線の光軸に対して垂直に交差する面において、前記Ｘ線の光軸上の点を中心点とした所定の円の円周位置付近に配置され、前記複数のＸ線検出センサの前記中心点からの距離は、それぞれ異なるようにされていることを特徴とするＸ線回折測定装置。