JPH0622240Y2

JPH0622240Y2 - 携帯用ｘ線回折装置

Info

Publication number: JPH0622240Y2
Application number: JP1988012682U
Authority: JP
Inventors: 正幸岡本; 宗次松尾
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-02-02
Filing date: 1988-02-02
Publication date: 1994-06-08
Anticipated expiration: 2003-02-02
Also published as: JPH01117553U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案は実構造物等の任意の場所における実働荷重と疲
労の程度を評価するために用いられるＸ線回折装置に関
するものである。

〔従来の技術〕

建屋，生産設備の保全，補修コスト低減のためには、構
造物の実働荷重および疲労進行程度の非破壊的な検出が
簡便な手段で実施できることが必要である。

Ｘ線回折法においては、金属材料の種類がわかると回折
Ｘ線の位置変化、すなわち結晶格子の均一歪量から応力
値が高い精度で求めることができ、材料の形状から実働
荷重が算出される。さらに、回折Ｘ線の積分幅から、結
晶格子の不均一歪分布の知見が得られるので疲労進行程
度が評価できる。

従来より、このようなＸ線回折装置はゴニオメータ，Ｘ
線発生部，計数記録部，自冷式送水部およびマイクロコ
ンピュータで構成されている。

さらに、測定対象物や測定目的に応じて架台を使用して
いる。架台は実験室用と実構造物を対象とするものの二
種類が従来より使用されている。前者は実験室用で試料
を実験室に持ち運び、かつ容易に動かすことが出来る試
料の測定に用いるものである。その架台は一般に４つの
車をもつ台車，支柱，アームおよび主軸機構から構成さ
れている。従来、ゴニオメータは二つの駆動装置を有し
て、架台のアーム先端に吊り下げられ使用されている。
そして、ゴニオメータはアームの架台主軸機構によって
特定方向へ傾斜または揺動するようになっている。ま
た、ゴニオメータには二つの駆動装置がありＸ線管球と
検出器が走査や揺動する。

なお、この方式のゴニオメータでは試料の測定位置がＸ
線照射窓の真下になり、かつ測定面が水平になることが
必要である。

そのために、Ｘ線管球の特定角度位置において管球と一
体化しているアライメント治具受けに治具を挿入し、試
料測定位置を手動でその治具の真下に一致させている。
さらに、アライメント治具を用いてＸ線管球と試料間隔
や試料の測定の傾斜を調整する。

すなわち、従来の実験室用装置は手動で試料を動かして
測定位置を決め、その位置に平行ビームを照射する。な
お、台車にはＸ線発生部，計数記録部，自冷式送水部お
よびマイクロコンピュータなどが乗せられている。

第１図は従来のＸ線回折装置構成の一例を示す説明図で
ある。架台のアーム１に吊り下げられたゴニオメータ２
は、試料３の上に設置される。自冷式送水装置４が動作
すると水冷ホース５を介してＸ線管球６に冷却水が供給
され、Ｘ線発生装置７は高圧ケーブル８を介して管球に
電力を供給する。その結果、管球から放射されるＸ線９
はソーラスリット１０を通して試料に照射する。１１は
試料から放射される回折Ｘ線で、フィルター１２及び受
光ソーラスリット１３を介して、計数管１４により検出
される。その際、Ｘ線管球６や計数管１４は制御器１５
の指令に基づいて単独あるいは同時に走査を行う。その
検出信号は増幅器１６及び計数装置１７を介して演算装
置１８に入力され演算される。その結果はプリンタ等の
表示装置１９に表示する。

一方、実構造物を測定対象とする架台は、大きな三脚で
構成されている。すなわち、測定物が大型構造物である
場合にはあらかじめこの三脚の設置場所を決め、粗測定
位置に対する三脚の高さとその傾きを調整し、その後、
実験室用装置と同様のゴニオメータを測定面にぶつける
ことなく三脚に装着し、さらに、そのゴニオメータにア
ライメント治具を取り付けて三脚の高さやその傾きを微
調整していた。通常三脚は数十Kgの重量があり、その形
状からも設置場所に大きな制約があった。また、そのゴ
ニオメータは実験室用を兼用するために重量も数十Kg以
上と重い。さらに、この測定位置の微調整は、実構造物
を動かすことが全く不可能であるため、大型でしかも重
量物の三脚やゴニオメータ等を実構造物上あるいはその
近傍で動かすことになる。この調整は大変な作業であっ
た。しかも、従来装置では架台やゴニオメータ等の構造
から実構造物の任意位置に入射Ｘ線ビームを照射するこ
とは不可能であった。

また、従来装置では通常３００Ｗの小型Ｘ線管球（Ｘ線
源サイズ：４mm×４mm）を用いるので、強度を稼ぐため
に平行ビーム法を採用している。

平行ビーム法は、集中ビーム法に比べて光学系の幾何学
的条件の精度が低いので、実構造物からの回折Ｘ線積分
幅の精密測定が困難であった。

〔考案が解決しようとする課題〕

本考案は前記のような従来のＸ線回折装置における問題
点を解決し、実構造物の任意位置の実働荷重や疲労進行
程度などを簡便に測定できるようにすることを課題とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本考案では、実構造物にＸ
線ビームを照射し、該実構造物から放射される回折Ｘ線
を受光するようにした角度分散型の携帯用Ｘ線回折装置
において：ゴニオメータのガイドフレーム（２２）上に
移動可能に取り付けられたＸ線管球（６）、前記ガイド
フレームの両端にそれぞれ設けられた脚部（４０）、前
記Ｘ線管球と一体として形成されたガイドレール（２
３）上に移動可能に取り付けられた計数管（１４）、前
記Ｘ線管球と前記計数管の近傍に設置された交換可能な
スリット（１０，１３，３６，３７，３８，３９）、及
び前記計数管を含む受光スリット部を移動する移動機構
（２７，２８）を設ける。

なお上記括弧内に示した符号は、後述する実施例中の対
応する要素の符号を参考までに示したものであるが、本
考案の各構成要素は実施例中の具体的な要素のみに限定
されるものではない。

〔作用〕

本考案では、ゴニオメータのガイドフレーム（２２）は
その両端にそれぞれ設けられた脚部（４０）により、両
持ちの梁構造で支持される。このような構造であるた
め、片持ちの梁構造の場合と比べると、重量物の積載に
よってガイドフレームに生じるたわみ量が、大幅に低減
される。従って、重いＸ線管球や計数管がガイドフレー
ムやガイドレールに沿って移動（走査）する時の、ガイ
ドフレームの形状変化、即ちＸ線の光路変化が小さく抑
制される。このため、片持ちの梁構造の場合と比べる
と、ガイドフレームやガイドレールに要求される剛性が
小さくなり、その結果、ガイドフレームやガイドレール
は軽量物質（例えばＡｌ合金）を用いて、しかも断面積
を従来より縮小して製作できる。従って、小型（３０cm
×１０cm×２５cm）で軽量（１０kg以下）な携帯用Ｘ線
回折装置が実現する。

また本考案では、交換可能なスリット（１０，１３，３
６，３７，３８，３９）がＸ線管球と計数管の近傍に設
置されており、更に、前記計数管を含む受光スリット部
を移動する移動機構が設けられているので、前記スリッ
トを交換し、受光スリット部を移動することによって、
単一のゴニオメータで、擬集中ビーム法と平行ビーム法
の２種類を実施でき、実構造物の精密な回折Ｘ線の積分
幅の測定ができる。

以下、本考案の実施例を詳細に説明する。

平面実構造物用ゴニオメータの一実施例を、第２ａ図，
第２ｂ図及び第２ｃ図に示す。第２ａ図は正面図、第２
ｂ図は側面図、第２ｃ図は裏面図である。

各図を参照して説明する。このゴニオメータはガイドフ
レーム２２の両端に設けた脚部４０により実構造物に接
して設置される。ガイドフレーム２２は、正面から見る
と第２ａ図に示すように円弧状に形成されている。この
ガイドフレーム２２上に、スキャンニング用ガイドレー
ル２３がガイドフレーム２２の円周方向に沿って摺動可
能な状態で支持されている。更に、ガイドレール２３上
には、ラック２４が、ガイドレール２３に沿って摺動可
能な状態で支持されている。

Ｘ線管球６は、ホルダ４１を介して、ガイドレール２３
に固定されている。

フィルタ１２，受光ソーラスリット１３および計数管１
４は、保持板２７に固定されており、保持板２７がラッ
ク２４と結合されている。

また、ガイドレール２３には駆動装置２５が取り付けら
れており、駆動装置２５の駆動軸に設けたピニオンギヤ
ー２６が、ラック２４と係合している。従って、駆動装
置２５を駆動すると、ピニオンギヤー２６が回転し、そ
れと係合するラック２４が、ガイドレール２３に沿って
相対的に移動する。即ち、保持板２７が移動し、それに
伴なってフィルタ１２，受光ソーラスリット１３および
計数管１４も移動する。

また、保持板２７のノブ２８を回転することにより、保
持板２７に固定されたフィルタ１２，受光ソーラスリッ
ト１３および計数管１４は、ガイドフレーム２２の軸方
向に移動する。

次に、ビーム角調整機構について説明する。第２ｃ図に
示す取付板２９が、ガイドレール２３に固定されてお
り、またガイドフレーム２２には、その円周方向に沿っ
て複数の穴３２が形成されている。取付板２９の上方２
箇所の突起部分２９ａ，２９ｂには、調整軸４２が係合
している。即ち、突起部分２９ａ及び２９ｂに形成され
たねじ穴に、調整軸４２に形成したねじ部４２ａ及び４
２ｂがそれぞれ螺合している。調整軸４２の中央部分４
２ｃには固定ピン３１が係合しており、固定ピン３１に
対して調整軸４２の回転は可能であるが、固定ピン３１
に対して調整軸４２はその軸方向には移動できない。固
定ピン３１の先端が、ガイドフレーム２２に形成された
複数の穴３２のいずれかに差し込まれると、ガイドレー
ル２３とガイドフレーム２２とが、ビーム角調整機構
（２９，４２，３１）を介して結合される。

固定ピン３１を差し込む穴３２を変更することによっ
て、ガイドレール２３とガイドフレーム２２との相対位
置を大まかに調整することができる。また、調整軸４２
の両端に設けられたノブ３０を操作して調整軸４２を回
転させることにより、取付板２９の突起部分２９ａ，２
９ｂとねじ部４２ａ，４２ｂとの係合位置が変わるの
で、固定ピン３１の位置、即ちガイドフレーム２２に対
して取付板２９が移動し、ガイドレール２３とガイドフ
レーム２２との相対位置が変わる。従って、ノブ３０を
回転する操作により、ガイドレール２３とガイドフレー
ム２２との微妙な位置の調整ができる。

このように、Ｘ線管球６はガイドレール２３の移動によ
り、また計数管１４などはガイドレール２３の移動ある
いはラック２４の移動により、それぞれガイドフレーム
２２の上を移動することができる。

従って、固定ピン３１を差し込む穴３２の変更、及びノ
ブ３０を回転する操作により、Ｘ線管球６のガイドフレ
ーム２２上の固定位置を変更し、これによって実構造物
３に対するＸ線ビーム９の入射角度を任意に変えること
ができる。

またガイドレール２３上での計数管１４の位置について
は、駆動装置２５の駆動により調整される。駆動装置２
５は、第１図に示すものと同様の制御器１５によって制
御される。これにより、任意位置に計数管１４を固定で
きるのみならず可動範囲やその速度が任意に選べる。

第３ａ図，第３ｂ図の中には治具３３を示すが、その治
具の先端が入射Ｘ線ビームの実構造物上での照射位置を
示すので、その先端と希望する測定位置とを一致させる
ことにより、任意に測定位置を選択できる。この作業は
軽便化が計られたゴニオメータを手動で動かすことによ
って容易に行える。

また、治具の長さはＸ線管球６と実構造物３との間隔を
示すので、位置関係がずれている場合にはレベル調整機
構のノブ３４を回して所定レベルに調整する。この治具
３３により、実構造物３の任意位置での回折Ｘ線の測定
が迅速かつ容易にできる。

次に、本考案装置は次に述べるように、スリットおよび
受光部の移動機構を設けたので、従来の平行ビーム法の
外、擬集中ビーム法による測定が可能である。

第４ａ図，第４ｂ図は本考案装置のゴニオメータの光学
系を示すが、第４ａ図は擬集中ビーム法のものであり、
Ｘ線源３５と実構造物３との距離はＸ線源のサイズ（４
mm×４mm）から１３３mmとなり、実構造物３と受光スリ
ット３８との距離は１３３mmとなるので、第２ａ図，第
２ｂ図及び第２ｃ図に示すノブ２８を回してその距離を
調整する。この光学系では発散スリット３６，３７，受
光スリット３８，３９等も用いる。この擬集中法では平
行ビーム法において困難であった実構造物からの精密な
回折Ｘ線積分幅の測定ができる。

第４ｂ図は平行ビーム法の光学系を示す。この図では、
Ｘ線源３５と実構造物３との距離が９０mmであるが、特
にその距離は９０mmに一致させる必要が無く、平行ビー
ム用の受光部１２，１３，１４が管球６に当たらない程
度にノブ２８を回して実構造物に接近することが回折Ｘ
線強度的に望ましい。

このように本考案装置では一つのゴニオメータで擬集中
法と平行ビーム法とが容易にできる。なおこのゴニオメ
ータは、サイズが３０cm×１０cm×２５cmと極めて小さ
く、その重量も１０kg以下と軽く出来るので可搬性や測
定時の調整のしやすさ等に優れている。さらに、ゴニオ
メータがＸ線発生部，計数部，制御器およびマイクロコ
ンピュータなどから２０ｍまで離れて使用可能であるの
で実構造物の測定位置の選択が容易かつ重量物運搬の苦
労が皆無である。

以上で平面脚部について述べてきたが、第５ａ図，第５
ｂ図，第５ｃ図は各種の実構造物の測定例から、その脚
部を示す。第５ａ図は実構造物の垂直面，第５ｂ図は球
面，第５ｃ図はＲ部の脚部を示す。

このように本考案装置では実構造物の測定位置に適した
脚部と治具をゴニオメータにセットした後、実構造物上
あるいはその近傍でそれを任意に動かして実構造物上の
任意位置に対して任意角度で各種のＸ線ビーム照射し、
回折Ｘ線を測定することができる。

〔考案の効果〕

以上説明したように本考案の携帯用Ｘ線回折装置は軽便
化が計られ実構造物の任意位置における実働荷重や疲労
進行程度などが非破壊的に、しかも高い精度で測定出来
る。それゆえに、本考案装置は実構造物疲労破壊の寿命
予知のモニターとして利用できるのでその効果は大き
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のＸ線回折装置の説明図、第２ａ図，第２
ｂ図及び第２ｃ図は、それぞれ本考案の携帯用Ｘ線回折
装置に用いられる平面用脚部を備えたゴニオメータの正
面図，側面図及び裏面図、第３ａ図及び第３ｂ図は、そ
れぞれ調整治具を取り付けたゴニオメータの正面図及び
側面図、第４ａ図は同じく集中ビーム法の光学系図、第
４ｂ図は平行ビーム法の光学系図、第５ａ図は垂直面用
架台を備えたゴニオメータの正面図、第５ｂ図は同じく
球面用架台を備えた正面図、第５ｃ図は同じくＲ部用架
台を備えた正面図である。１：アーム３：試料または実構造物、４：自冷式送水装置５：水冷ホース、６：Ｘ線管球７：Ｘ線発生装置、８：高圧ケーブル９：Ｘ線、10：ソーラスリット 11：回折Ｘ線、12：フィルター 13：受光ソーラスリット、14：計数管 15：制御器、16：増幅器 17：計数装置、18：演算装置 19：表示装置、20：リード線 21：ケイブル、22：ガイドフレーム 23：ガイドレール、24：ラック 25：駆動装置、26：ピニオンギヤー 27：保持板、28,30,34：ノブ 29：取付板、31：管球固定ピン 32：固定ピン用穴、33：治具 35：Ｘ線源、36,37：発散スリット 38,39：受光スリット、40：脚部 41：ホルダ、42：調整軸 29,30,31,32,42：ビーム角調整機構

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】実構造物にＸ線ビームを照射し、該実構造
物から放射される回折Ｘ線を受光するようにした角度分
散型の携帯用Ｘ線回折装置において：ゴニオメータのガイドフレーム上に移動可能に取り付け
られたＸ線管球、前記ガイドフレームの両端にそれぞれ
設けられた脚部、前記Ｘ線管球と一体として形成された
ガイドレール上に移動可能に取り付けられた計数管、前
記Ｘ線管球と前記計数管の近傍に設置された交換可能な
スリット、及び前記計数管を含む受光スリット部を移動
する移動機構、を設けたことを特徴とする携帯用Ｘ線回
折装置。