(57)【要約】【課題】  締結から長期間が経過した後においても、軸力および締結状態を精度よく評価することができるばね座金、および該ばね座金を用いた軸力および締結状態の評価方法を提供する。【解決手段】  孔５ａの中心軸方向に見て等角度間隔に中心軸に対して所定の角度を成す面を有した平板状傾斜部６−１〜４を備えたばね座金Ｗを、ねじ又はボルトの頭部と締結対象の物体表面との間に挿入して締結を行い、平板状傾斜部６−１〜４に発生しているひずみに相当する量を測定する。ひずみに相当する量の平均値から軸力の評価を行い、締結直後のひずみに相当する量と長期間経過後のひずみに相当する量との差から締結状態を評価する。ひずみに相当する量はＸ線回折測定装置を用いて残留応力を測定することで得ることができる。また、平板状傾斜部６−１〜４にひずみゲージを貼付し、ひずみゲージからひずみ量を検出してもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじ又はボルトの頭部と締結対象の物体表面との間に挿入されるばね座金であって、
ねじ又はボルトを貫通させる孔の中心軸方向に見て等角度間隔に、前記中心軸に対して所定の角度を成す面を有した平板状傾斜部を複数備えたことを特徴とするばね座金。
【請求項２】
請求項１に記載のばね座金が挿入されてねじ又はボルトにより締結がされているときの、軸力の評価方法において、
前記ばね座金のそれぞれの平板状傾斜部に発生しているひずみに相当する量を測定するひずみ測定ステップと、
前記ひずみ測定ステップにおいて取得された複数のひずみに相当する量の平均値を計算し、取得された平均値から軸力を評価する軸力評価ステップとからなることを特徴とする軸力の評価方法。
【請求項３】
請求項１に記載のばね座金が挿入されてねじ又はボルトにより締結が行われ、所定の時間が経過した後の締結状態の評価方法において、
前記ばね座金が挿入されて締結が行われた直後に、前記ばね座金のそれぞれの平板状傾斜部に発生しているひずみに相当する量を測定する第１のひずみ測定ステップと、
所定の時間が経過した後、前記ばね座金のそれぞれの平板状傾斜部に発生しているひずみに相当する量を測定する第２のひずみ測定ステップと、
前記第１のひずみ測定ステップにおいて取得されたひずみに相当する量と前記第２のひずみ測定ステップにおいて取得されたひずみに相当する量との差をひずみ発生量としてそれぞれ計算し、取得された複数のひずみ発生量から締結状態を評価する締結状態評価ステップとからなることを特徴とする締結状態の評価方法。
【請求項４】
請求項２に記載の軸力の評価方法または請求項３に記載の締結状態の評価方法において、
前記ひずみに相当する量は、
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、
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、前記Ｘ線出射器から出射される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形成する回折環形成手段とを備えたＸ線回折測定装置を用いて、
前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線を前記ばね座金の平板状傾斜部に照射し、前記撮像面に回折環を形成する撮像ステップと、
前記撮像ステップにおいて前記撮像面に撮像された回折環の形状を検出し、残留応力または前記残留応力に相当する値を計算する残留応力計算ステップとを行うことで取得することを特徴とする軸力の評価方法または締結状態の評価方法。
【請求項５】
請求項１に記載のばね座金が挿入されてねじ又はボルトにより締結が行われ、所定の時間が経過した後の締結状態の評価方法において、
前記ばね座金が挿入されて締結が行われた直後に、前記ばね座金のそれぞれの平板状傾斜部にフィルム状のひずみゲージを貼付するひずみゲージ貼付ステップと、
所定の時間が経過した後、前記それぞれのひずみゲージからひずみに相当する量を検出するひずみ測定ステップと、
前記ひずみ測定ステップにおいて取得された複数のひずみに相当する量から締結状態を評価する締結状態評価ステップとからなることを特徴とする締結状態の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ねじ又はボルトにより対象物を締結する際にねじ又はボルトの頭部と対象物との間に入れるばね座金、該ばね座金に発生している残留応力等のひずみに相当する量を測定することで軸力および締結状態を評価する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ねじ又はボルトを用いて対象物を締結したときの軸力を評価する方法には様々な方法があるが、本願の発明者は作業効率が悪くならず軸力を精度よく評価することができる方法として、以下の特許文献１にて締結の際にねじ又はボルトの頭部と対象物との間にブロックを入れ、このブロックの側面の残留垂直応力をＸ線回折測定装置により測定する方法を開示している。この方法は、ねじ又はボルトを締め込むことによりブロックの側面の縦方向に発生する残留垂直応力は軸力と高い相関関係があるため、予め軸力とブロックの残留垂直応力との相関関係を求めておき、ねじ又はボルトによる締結を行った後、ブロックの側面をＸ線回折測定して残留垂直応力を求め、この残留垂直応力を予め求めている相関関係に当てはめて軸力を評価するものである。この方法は、ねじ又はボルトによる締結作業を行った後に、別の作業で軸力の評価を行うことができ、残留垂直応力は常温であれば温度等の影響を大きく受けないので別のパラメータを測定する必要がなく、作業効率が悪くならず軸力を評価することができる。また、定期的にＸ線回折測定装置を用いてブロックの側面の残留垂直応力を測定すれば、軸力の経時変化を得ることができるので、橋梁やプラント等における締結の軸力を評価するのに有効である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２１５３４３号公報
【発明の概要】
【０００４】
しかしながら、本願発明者は、特許文献１に示した軸力の評価方法には、締結を行ってから長期間が経過した後の軸力の評価においては、精度が悪くなるケースがあるという問題があることを見出した。また、これに関連して、締結を行ってから長期間が経過した後の締結状態の評価は、軸力の評価のみでは不十分であるという問題があることも見出した。この問題は、ねじ又はボルトの中心軸に垂直であった締結対象物の平面が垂直でなくなる変化が生じることによるもので、この変化が大きいほど顕著になる。その１例は、ねじ又はボルトで締結した２つの対象物の間に空隙（以下、浮きという）が生じることによるものである。詳細に説明すると、図８に誇張して示すように、ねじ又はボルトＳで締結した２つの対象物の間にねじ又はボルトＳの中心軸に対して傾いたように浮きが生じると、ねじ又はボルトＳの頭部の下に入れたブロックＢの側面に発生する残留垂直応力は均一にはならず、ある箇所の残留垂直応力の測定値を、予め得られている軸力と残留垂直応力との相関関係に当てはめて軸力を評価しても、軸力の評価精度はよくない。また、軸力が大きくても、締結した２つの対象物の間に浮きが生じていると、ねじ又はボルトＳによる締結を外そうとする力が作用しているうえ、図８のように傾いたように浮きが生じていると、この力はねじ又はボルトＳの中心軸方向とは異なった方向へ作用しているため対象物の締結状態はいいとは言えない。締結対象物の平面がねじ又はボルトの中心軸に対し垂直でなくなる変化は、浮き以外にも斜面になっている地面の上にコンクリートの平板を締結したとき平板の下部に土砂が入り込む場合などがあり、すべての場合において上記の問題がある。
【０００５】
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、ねじ又はボルトにより締結を行ってから長期間が経過した後においても、締結の軸力および対象物の締結状態を精度よく評価することができるばね座金を提供することにある。および、該ばね座金に発生している残留応力等のひずみに相当する量を測定することで、締結の軸力及び対象物の締結状態を精度よく評価することができる方法を提供することにある。
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、ねじ又はボルトの頭部と締結対象の物体表面との間に挿入されるばね座金であって、ねじ又はボルトを貫通させる孔の中心軸方向に見て等角度間隔に、前記中心軸に対して所定の角度を成す面を有した平板状傾斜部を複数備えたばね座金としたことにある。
【０００７】
これによれば、ばね座金それぞれの平板状傾斜部のひずみに相当する量を測定することで、ねじ又はボルトにより締結がされているときの軸力および対象物の締結状態を精度よく評価することができる。
【０００８】
具体的には軸力の評価においては、ばね座金が挿入されてねじ又はボルトにより締結がされているとき、ばね座金のそれぞれの平板状傾斜部に発生しているひずみに相当する量を測定するひずみ測定ステップと、ひずみ測定ステップにおいて取得された複数のひずみに相当する量の平均値を計算し、取得された平均値から軸力を評価する軸力評価ステップとを行う。
【０００９】
これによれば、ねじ又はボルトで締結した対象物の平面がねじ又はボルトの中心軸に対し垂直でなくなる変化が生じると、ばね座金のそれぞれの平板状傾斜部に発生するひずみは異なった値になるが、これらの値を平均した値は、ばね座金のそれぞれの平板状傾斜部に均一にひずみが発生したときと同程度の値となるので、精度よく軸力を評価することができる。
【００１０】
また、締結状態の評価においては、ばね座金が挿入されてねじ又はボルトにより締結がされているとき、ばね座金が挿入されて締結が行われた直後に、ばね座金のそれぞれの平板状傾斜部に発生しているひずみに相当する量を測定する第１のひずみ測定ステップと、  所定の時間が経過した後、ばね座金のそれぞれの平板状傾斜部に発生しているひずみに相当する量を測定する第２のひずみ測定ステップと、第１のひずみ測定ステップにおいて取得されたひずみに相当する量と第２のひずみ測定ステップにおいて取得されたひずみに相当する量との差をひずみ発生量としてそれぞれ計算し、取得された複数のひずみ発生量から締結状態を評価する締結状態評価ステップとを行う。
【００１１】
これによれば、ねじ又はボルトで締結した対象物の平面の位置に締結方向における変化が生じると、それぞれの平板状傾斜部のひずみ発生量はある値で得られ、ねじ又はボルトの中心軸に対して傾くように締結対象物の平面の位置に変化が生じると、それぞれの平板状傾斜部のひずみ発生量は異なった値で得られるので、どのように変化が生じているかがわかる。また、ねじ又はボルトの締結が緩んでいると、ひずみ発生量は締結対象物の平面位置の変化とは反対の符号で得られる。すなわち、これによれば精度よく締結状態を評価することができる。
【００１２】
また、ひずみに相当する量は、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、Ｘ線出射器から出射される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形成する回折環形成手段とを備えたＸ線回折測定装置を用いて、Ｘ線出射器から出射されるＸ線をばね座金の平板状傾斜部に照射し、撮像面に回折環を形成する撮像ステップと、撮像ステップにおいて撮像面に撮像された回折環の形状を検出し、残留応力または残留応力に相当する値を計算する残留応力計算ステップとを行うことで取得するようにするとよい。
【００１３】
これによれば、作業効率が悪くならずひずみに相当する量を残留応力または残留応力に相当する値として得ることができるので、軸力の評価および締結状態の評価を効率よく行うことができる。
【００１４】
また、締結状態の評価においては、ばね座金が挿入されてねじ又はボルトにより締結がされているとき、ばね座金が挿入されて締結が行われた直後に、ばね座金のそれぞれの平板状傾斜部にフィルム状のひずみゲージを貼付するひずみゲージ貼付ステップと、所定の時間が経過した後、それぞれのひずみゲージからひずみに相当する量を検出するひずみ測定ステップと、ひずみ測定ステップにおいて取得された複数のひずみに相当する量から締結状態を評価する締結状態評価ステップとを行うとさらによい。
【００１５】
これによれば、ひずみ発生量をひずみゲージからひずみに相当する量を検出することで取得することができるので、Ｘ線回折測定装置による測定を行う必要がなく、また、締結を行った直後のひずみに相当する量をばね座金のそれぞれの平板状傾斜部と対応させて記録しておく必要がなく、さらに効率よく締結状態の評価を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明によるばね座金の実施形態を示す全体外観図である。
【図２】図１のばね座金を挿入して締結を行った後、２つの対象物の間に浮きが生じた場合のばね座金の変形を誇張して示す図である。
【図３】ひずみを残留応力で測定する際に使用する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４】図３のＸ線回折測定装置の拡大図である。
【図５】図４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６】図５のプレート部分の拡大斜視図である。
【図７】図１のばね座金にフィルム状のひずみゲージを貼付した状態を示す全体外観図である。
【図８】長期間経過後の軸力の評価においては、従来技術では軸力を精度よく評価できない場合があることを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施形態におけるばね座金Ｗは図１に示されるものである。図１に示されるよう、ばね座金Ｗは、ねじ又はボルトを挿入する孔５ａが開けられた正方形状の中央平面部５を有し、この中央平面部５の周囲に、長方形状の４つの平板状傾斜部６−１〜６−４が互いに対称となるようにそれぞれ連結している。平板状傾斜部６−１〜６−４は中央平面部５と２０〜５０度の角度を成しており、この角度と長尺方向の長さはいずれの平板状傾斜部６−１〜６−４でも同じである。そして、平板状傾斜部６−１〜６−４は中央平面部５と連結している側の反対側が中央平面部５の平面と平行な下面を有する直方体状になっており、上述したように平板状傾斜部６−１〜６−４の中央平面部５と成す角度と長尺方向の長さは同じであるため、４つの該下面は１つの平面内にある。よってばね座金Ｗを平面である締結箇所に置けば、４つの該下面が締結箇所の平面に接して、中央平面部５は締結箇所の平面と平行になり、孔５ａの中心軸は締結箇所の平面に垂直になる。ばね座金Ｗの材質は、弾性がありＸ線回折測定が可能な（回折Ｘ線の強度が大きい）ものであればどのようなものでもよく、鉄やＳＵＳ等を用いることができる。
【００１８】
ねじ又はボルトの頭部と締結対象物の間に図１に示すばね座金Ｗを挿入して締結を行った直後は中央平面部５の法線方向（孔５ａの中心軸方向）に力がかかるので、４つの平板状傾斜部６−１〜６−４には等しくひずみが発生する。このひずみは締結による軸力、すなわち４つの平板状傾斜部６−１〜６−４にかかる力が大きいほど大きくなるので、ひずみと軸力とには高い相関関係がある。そして、１方向にかかる力が大きいときは、その方向におけるひずみはその方向における残留垂直応力に相当すると見なすことができるので、４つの平板状傾斜部６−１〜６−４の長尺方向における残留垂直応力は軸力と高い相関関係がある。よって、予めこの相関関係を得ておけば、４つの平板状傾斜部６−１〜６−４の残留垂直応力又はこれ以外のひずみに相当する量を測定することで締結の軸力を評価することができる。
【００１９】
そして、長期間が経過し締結対象物に浮き等の平面位置の変化が生じたり締結が緩んだりすると、４つの平板状傾斜部６−１〜６−４に発生しているひずみは変化するが、ひずみと軸力との関係および残留垂直応力と軸力との相関関係はばね座金Ｗが同一であれば長期間が経過しても変化しないと見なすことができるので、残留垂直応力又はこれ以外のひずみに相当する量を測定することで同様に締結の軸力を評価することができる。ただし、図２に誇張して示すように浮きが締結の方向（ねじ又はボルトＳの中心軸）に対して傾いて生じると、４つの平板状傾斜部６−１〜６−４に発生するひずみは均一には発生しない。よって、４つの平板状傾斜部６−１〜６−４の残留垂直応力又はこれ以外のひずみに相当する量をそれぞれ測定して、得られる値を平均し平均値により軸力を評価する。４つの平板状傾斜部６−１〜６−４は対称位置にあるため、平均値は同程度の軸力で４つの平板状傾斜部６−１〜６−４に均一にひずみが発生したときと同程度の値となるので、精度よく軸力を評価することができる。
【００２０】
また、４つの平板状傾斜部６−１〜６−４に発生しているひずみの、締結を行った直後の値と長期間が経過した後の値との差は、新たに発生したひずみとすることができ、この差は締結対象物の平面位置の変化量又は締結のゆるみ具合と高い相関関係があると見なすことができるので、この差から締結状態を評価することができる。この締結を行った直後のひずみに相当する量と長期間が経過した後のひずみに相当する量との差を以下ひずみ発生量という。長期間が経過した後の４つの平板状傾斜部６−１〜６−４のひずみ発生量は、締結を行った直後の残留垂直応力又はこれ以外のひずみに相当する量を測定して記憶しておけば、以後４つの平板状傾斜部６−１〜６−４の残留垂直応力又はこれ以外のひずみに相当する量を測定するごとに取得することができる。図２に誇張して示すように浮きが締結の方向（ねじ又はボルトＳの中心軸）に対して傾いて生じていると、４つの平板状傾斜部６−１〜６−４のひずみ発生量は異なった値となるので、浮きの発生量に加え浮きの発生の仕方も評価することができる。
【００２１】
上述したように、４つの平板状傾斜部６−１〜６−４のひずみに相当する量は、Ｘ線回折測定装置で残留垂直応力を測定することにより取得することができる。以下、４つの平板状傾斜部６−１〜６−４の残留垂直応力を測定する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３乃至図６を用いて説明する。ただし、このＸ線回折測定システムが、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のみであり、それ以外の構成は同一である。よって、特許文献１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。
【００２２】
このＸ線回折測定システムは、ねじ又はボルトＳによる締結の軸力及び締結状態を評価するばね座金Ｗがある場所まで運搬されてセットされるものである。図３及び図４に示すよう、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、Ｘ線回折測定システムは、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）、コンピュータ装置９０及び高電圧電源９５を備える。筐体５０内には、コンピュータ装置９０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３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。
【００２３】
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３及び図４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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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３乃至図５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５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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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４乃至図６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６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６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５及び図６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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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、結像レンズ４８の光軸と照射される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光の測定対象物に対する入射角が設定値であるとき、結像レンズ４８の光軸と測定対象物の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光が測定対象物に設定された入射角で照射された場合には、結像レンズ４８に入射するＬＥＤ光の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光が測定対象物に設定された入射角で照射されたとき、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が同じ位置に生じる。
【００４２】
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。この十字のマークのクロス点は、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）が測定対象物に設定された入射角で照射されたとき、照射点の画像および受光点の画像が生じる位置である。また、この十字のマークの縦方向のラインは、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が撮臓器４９と交差するラインであり、受光点の画像がこの縦方向のラインと合致すれば、残留垂直応力の測定方向はこの縦方向のラインを対象物に投影した方向となる。さらに、表示装置９３は、Ｘ線回折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。
【００４３】
次に、上記のように構成したＸ線回折測定装置を含むＸ線回折測定システムを用いて、ばね座金Ｗの平板状傾斜部６−１〜６−４の残留垂直応力を測定する具体的方法について説明する。なお、平板状傾斜部６−１〜６−４の残留垂直応力はどの順で測定してもよいが、本実施形態では付された番号順に測定するとする。作業者はＸ線回折測定システムを測定対象であるばね座金Ｗの近傍にセットし、アーム式移動装置を操作してＸ線回折測定装置（筐体５０）をばね座金Ｗの近くまで移動させ、電源を投入してＸ線回折測定システムを作動させる。この後、位置姿勢調整工程、回折環撮像工程、回折環読取り工程、回折環消去工程、残留応力計算工程の順に作業、操作又は処理が行われるが、これらの工程で先行技術文献の特許文献１で既に詳細に説明されているものは、簡略的に説明するにとどめる。
【００４４】
位置姿勢調整工程は、座金Ｗの平板状傾斜部６−１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Ｘ線（ＬＥＤ光）の照射点が平板状傾斜部６−１の中心付近になり、Ｘ線（ＬＥＤ光）の入射方向を平板状傾斜部６−１に投影した方向が平板状傾斜部６−１の長尺方向に合致するようにする。
【００４５】
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３乃至図５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、平板状傾斜部６−１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撮影画像を表示装置９３に表示させる。
【００４６】
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）の位置と姿勢を調整し、ＬＥＤ光の照射点が平板状傾斜部６−１の中心付近になり、十字マークの縦方向が平板状傾斜部６−１の長尺方向と合致するとともに、ＬＥＤ光の照射点および受光点が画面上における十字マークのクロス点と合致するようにする。これにより、Ｘ線照射点からイメージングプレート１５までの距離Ｌは設定値となり、Ｘ線が設定された入射角で入射し、残留垂直応力の測定方向は平板状傾斜部６−１の長尺方向になる。ただし、ばね座金Ｗの平板状傾斜部６−１〜６−４の中央平面部５と成す角度によっては、ＬＥＤ光の受光点が画面上の十字マークのクロス点と合致させようとすると筐体５０が締結している対象物の表面に接触してしまう場合があるので、ＬＥＤ光の受光点を画面上の十字マークのクロス点と合致させることは必須ではない。ＬＥＤ光の受光点を十字マークのクロス点と合致させない場合は、ＬＥＤ光の反射光の受光点が、底面壁５０ａ又は切欠き部壁５０ｃの図４のＹ軸方向における中間付近に形成されるようにする。この場合はＸ線入射角を検出する必要があるが、それは後述する残留応力計算工程にて行う。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。
【００４７】
次の回折環撮像工程において、作業者は入力装置９２からばね座金Ｗの材質（例えば、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、ばね座金Ｗの平板状傾斜部６−１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。
【００４８】
次にコントローラ９１は、回折環読取り工程を実行する。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、ばね座金Ｗの材質における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はばね座金Ｗの材質で決まり、距離Ｌは設定値に調整されているので、ばね座金Ｗの材質ごとに予め回折角２Θｍを記憶しておけば、ばね座金Ｗ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。
【００４９】
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３及び図４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対応して、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。
【００５０】
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。
【００５１】
次にコントローラ９１は、回折環消去工程を実行する。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３及び図４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。
【００５２】
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。
【００５３】
次にコントローラ９１は、残留応力計算工程を実行する。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ＬとＸ線の入射角の設定値、及びばね座金Ｗの材質（例えば鉄）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。計算が終了するとコントローラ９１は残留垂直応力の値を表示装置９３に表示する。
【００５４】
なお、位置姿勢調整工程においてＬＥＤ光の受光点を画面上の十字マークのクロス点と合致させなかった場合、すなわちＸ線の入射角を設定値にしなかった場合は、残留垂直応力を計算するためにはＸ線の入射角を計算する必要がある。このＸ線の入射角は、回折環読取りにより得られたデータである瞬時値Ｉ、回転角度θｐ及び半径値ｒを用い、特許第５９６７４９１号に示された方法を用いて計算する。この計算は、回転角度θｐに対するピークの瞬時値Ｉαの変化量とＸ線の入射角とには１：１の関係があるため、予めこの関係をコントローラ９１のメモリに記憶しておき、回転角度θｐに対するピークの瞬時値Ｉαの変化量を計算し、得られた変化量を記憶された関係に当てはめてＸ線の入射角を求めるものである。また、回転角度θｐに対するピークの瞬時値Ｉαの変化量の代わりに、回転角度θｐに対する半径方向の瞬時値Ｉの分布に基づく幅（例えば半価幅）の変化量を用いて同様の計算を行ってもよい。これらの変化量とＸ線の入射角とに１：１の関係があることの理論的説明及びＸ線の入射角の具体的計算方法は、特許第５９６７４９１号に詳細に説明されているのでそちらを参照する。
【００５５】
作業者は、平板状傾斜部６−１に続いて平板状傾斜部６−２〜４においても、上述した工程と同様の工程により残留垂直応力を測定する。これによりばね座金Ｗの４つの平板状傾斜部６−１〜４の残留垂直応力が得られ、上述したように軸力の評価及び締結状態の評価を行うことができる。
【００５６】
上記説明からも理解できるように、軸力の評価及び締結状態の評価を行うためにねじ又はボルトＳの頭部と締結対象の物体表面との間に挿入されるばね座金Ｗを、ねじ又はボルトＳを貫通させる孔５ａの中心軸方向に見て等角度間隔に、該中心軸に対して所定の角度を成す面を有した平板状傾斜部６−１〜４を少なくとも４つ備えたばね座金Ｗとしている。
【００５７】
これによれば、ばね座金Ｗのそれぞれの平板状傾斜部６−１〜４のひずみを測定することで、ねじ又はボルトＳにより締結がされているときの軸力および対象物の締結状態を精度よく評価することができる。
【００５８】
具体的には軸力の評価においては、ばね座金Ｗが挿入されてねじ又はボルトＳにより締結がされているとき、ばね座金Ｗのそれぞれの平板状傾斜部６−１〜４に発生しているひずみに相当する量を測定し、取得された複数のひずみに相当する量の平均値を計算し、取得された平均値から軸力を評価する。
【００５９】
これによれば、ねじ又はボルトＳで締結した対象物の平面がねじ又はボルトの中心軸に対し垂直でなくなる変化が生じると、ばね座金Ｗのそれぞれの平板状傾斜部６−１〜４に発生するひずみは異なった値になるが。これらの値を平均した値は、ばね座金Ｗのそれぞれの平板状傾斜部６−１〜４に均一にひずみが発生したときと同程度の値となるので、精度よく軸力を評価することができる。
【００６０】
また、締結状態の評価においては、ばね座金Ｗが挿入されてねじ又はボルトＳにより締結がされているとき、ばね座金Ｗが挿入されて締結が行われた直後に、ばね座金Ｗのそれぞれの平板状傾斜部６−１〜４に発生しているひずみに相当する量を測定し、所定の時間が経過した後、ばね座金Ｗのそれぞれの平板状傾斜部６−１〜４に発生しているひずみに相当する量を測定し、２つのひずみに相当する量の差をひずみ発生量としてそれぞれ計算し、取得された複数のひずみ発生量から締結状態を評価する。
【００６１】
これによれば、ねじ又はボルトＳで締結した対象物の平面の位置に締結方向における変化が生じると、それぞれの平板状傾斜部６−１〜４のひずみ発生量はある値で得られ、ねじ又はボルトＳの中心軸に対して傾くように締結対象物の平面の位置に変化が生じると、それぞれの平板状傾斜部６−１〜４のひずみ発生量は異なった値で得られるので、どのように変化が生じているかがわかる。また、ねじ又はボルトＳの締結が緩んでいると、ひずみ発生量は締結対象物の平面位置の変化とは反対の符号で得られる。すなわち、これによれば精度よく締結状態を評価することができる。
【００６２】
また、ひずみに相当する量は、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１０と、Ｘ線出射器１０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、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線の光軸に対して垂直に交差するイメージングプレート１５にて受光し、イメージングプレート１５に回折Ｘ線の像である回折環を形成する回折環形成機器とを備えたＸ線回折測定装置を用いて、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線をばね座金Ｗの平板状傾斜部６−１〜４に照射し、イメージングプレート１５に回折環を形成する回折環撮像工程と、回折環撮像工程においてイメージングプレート１５に撮像された回折環の形状を検出し、残留垂直応力に相当する値を計算する回折環読取り工程及び残留応力計算工程とを行うことで取得している。
【００６３】
これによれば、作業効率が悪くならずひずみに相当する量を残留垂直応力として得ることができるので、軸力の評価および締結状態の評価を効率よく行うことができる。
【００６４】
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。
【００６５】
上記実施形態においては、締結を行った直後の平板状傾斜部６−１〜４のひずみに相当する量と長期間が経過した後の平板状傾斜部６−１〜４のひずみに相当する量との差をひずみ発生量として求め、このひずみ発生量から締結状態の評価を行うようにした。しかし、図７に示すように締結を行った直後にばね座金Ｗの平板状傾斜部６−１〜４の中心部分にフィルム状のひずみゲージ７−１〜４を貼付し、以後このひずみゲージ７−１〜４からひずみ量を検出して、このひずみ量をひずみ発生量として上記実施形態と同様に締結状態の評価を行うようにしてもよい。ひずみゲージ７−１〜４は、一般的に使用されている、貼付した対象物の変形により電気抵抗が変化し、電気抵抗の変化量をひずみ量に換算できるものを使用すればよい。これによれば、ひずみ発生量を得るのにＸ線回折測定装置による測定を行う必要がなく、また、締結を行った直後のひずみに相当する量をばね座金Ｗの平板状傾斜部６−１〜４と対応させて記録しておく必要がなく、さらに効率よく締結状態の評価を行うことができる。なお、フィルム状のひずみゲージ７−１〜４は、検出した量をひずみに相当する量に精度よく変換できるものであればどのような方式のものを用いてもよい。
【００６６】
また、上記実施形態においては、ひずみに相当する量をＸ線回折測定装置を用いて残留垂直応力を測定することで得るようにしているが、ひずみに相当する量を精度よく測定することができるならば、別の方法を用いてもよい。例えば、締結前に図７に示すようフィルム状のひずみゲージ７−１〜４をばね座金Ｗの平板状傾斜部６−１〜４の中心部分に貼付して締結を行い、ひずみゲージ７−１〜４からひずみ量を検出するようにしてもよい。そして、長期間が経過した後のひずみ発生量は、締結時のひずみ量と長期間が経過した後のひずみ量との差としてよいが、締結時の軸力を評価した後、ひずみゲージ７−１〜４をはがして新たなひずみゲージ７−１〜４を貼付し、検出するひずみ量をひずみ発生量としてもよい。
【００６７】
また、上記実施形態ではＸ線照射により撮像された回折環の形状から残留垂直応力を求めるようにしたが、軸力の評価及び締結状態の評価をすることが目的であるので、回折環の形状から求めるものは、残留垂直応力に相当する値であってもよい。例えば、ｃｏｓα法により残留垂直応力を計算する途中で得られるｃｏｓα線図の傾きであってもよい。
【００６８】
また、上記実施形態では、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。
【００６９】
また、上記実施形態では、Ｘ線回折測定システムのコントローラ９１に残留垂直応力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線回折測定装置は撮像した回折環を読取るまでにし、残留垂直応力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。
【００７０】
また、上記実施形態では、Ｘ線回折測定装置を回折環を撮像し回折環を読取る機能を備えた装置とした。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Ｘ線回折測定装置から取り外して、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。
【００７１】
また、上記実施形態では、Ｘ線の入射角を設定値にしなかった場合は、読取った回折環における回転角度θｐに対するピークの瞬時値Ｉαの変化量、又は回転角度θｐに対する半径方向の瞬時値Ｉの分布に基づく幅（例えば半価幅）の変化量から、特許第５９６７４９１号に示された方法を用いてＸ線の入射角を検出するようにした。しかし、Ｘ線の入射角を精度よく検出することができるならば、どのような方法を用いてもよい。例えば、特許第６０４８５４７号に示されているように、出射Ｘ線と同じ光軸のＬＥＤ光を移動させて撮影画像におけるＬＥＤ光照射点の位置を検出する方法を用いてもよいし、特許第６１１５５９７号に示されているように対象物にパターン画像を投影し、撮影画像におけるパターンの形状を検出する方法を用いてもよい。
【００７２】
また、上記実施形態では、ばね座金Ｗは４つの平板状傾斜部６−１〜４を有するものとしたが、測定効率を重要視しなければ、５つ以上の平板状傾斜部を、ねじ又はボルトＳを挿入する孔５ａの中心軸方向に見て等角度間隔に設けたものであってもよい。また、測定効率を重要視し、締結状態の評価精度を重要視しなければ、平板状傾斜部を２つ又は３つにしたものであってもよい。
【符号の説明】
【００７３】
５…中央平面部、６−１〜４…平板状傾斜部、７−１〜４…ひずみゲージ、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、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 、Ｓ…ねじ又はボルト、Ｂ…ブロック、Ｗ…ばね座金
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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