(57)【要約】【課題】測定精度を維持したまま、測定対象を動かすことなく容易に３軸応力を求めることができる携帯型３軸応力測定装置を提供する。【解決手段】測定ユニット１１が、測定対象１に対してＸ線を照射するＸ線照射部２１と、測定対象１で回折されたＸ線の回折光の像である回折環を検出可能に設けられた回折受光部２２とを有している。回転機構２５が、測定対象１の表面に対するＸ線の照射角度が一定の状態で、Ｘ線を照射する測定対象１の表面に対して垂直な軸を中心として、測定対象１に対して測定ユニット１１を相対的に回転可能に設けられている。応力取得部１３が、回転機構２５で測定ユニット１１を相対的に回転させたときの複数の異なる回転位置で検出されたＸ線の回折環から、測定対象１の３軸応力を求めるよう設けられている。【選択図】図１
2018124244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象に対してＸ線を照射するＸ線照射部と、前記測定対象で回折された前記Ｘ線の回折光の像である回折環を検出可能に設けられた回折受光部とを有する測定ユニットと、
前記測定対象の表面に対する前記Ｘ線の照射角度が一定の状態で、前記Ｘ線を照射する前記測定対象の表面に対して垂直な軸を中心として、前記測定対象に対して前記測定ユニットを相対的に回転可能に設けられた回転機構と、
前記回転機構で前記測定ユニットを相対的に回転させたときの複数の異なる回転位置で検出された前記Ｘ線の前記回折環から、前記測定対象の３軸応力を求める応力取得部とを、
有することを特徴とする携帯型３軸応力測定装置。
【請求項２】
前記Ｘ線照射部は、空冷により冷却するよう構成されていることを特徴とする請求項１記載の携帯型３軸応力測定装置。
【請求項３】
前記回折受光部は、中央部に前記Ｘ線照射部から照射されるＸ線を通過させる貫通孔を有し、前記貫通孔の中心軸を中心として回転可能に設けられた、前記回折環を検出するためのイメージングプレートと、回折された前記Ｘ線の進行方向に対して前記イメージングプレートの上流側に配置され、前記イメージングプレートを覆うよう設けられた前置プレートと、前記回転機構による回転に合わせて前記イメージングプレートを回転させる回転制御部とを有し、
前記前置プレートは、前記イメージングプレートの回転の中心軸から外側に向かって伸びるよう設けられたスリットを有し、
前記測定ユニットは、前記回転制御部で前記イメージングプレートを回転させながら、前記スリットを通して、前記回折環を前記イメージングプレートで検出するとともに、前記イメージングプレートで検出された前記回折環を、前記回転制御部で前記イメージングプレートを回転させながら、前記イメージングプレートから読み取るよう構成されており、
前記応力取得部は、前記測定ユニットで読み取られた前記回折環のデータから、前記測定対象の３軸応力を求めるよう構成されていることを
特徴とする請求項１または２記載の携帯型３軸応力測定装置。
【請求項４】
前記スリットは、１対から成り、前記イメージングプレートの回転の中心軸に対して対称に設けられていることを特徴とする請求項３記載の携帯型３軸応力測定装置。
【請求項５】
前記Ｘ線照射部は、直径０．１〜２ｍｍの細孔を１つ以上有するコリメータを介して前記Ｘ線を照射するよう構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の携帯型３軸応力測定装置。
【請求項６】
前記測定対象の表面に対する前記Ｘ線の照射角度を調整可能に設けられた角度調整機構を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の携帯型３軸応力測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯型３軸応力測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、残留応力や集中応力など結晶表面局所の応力を、Ｘ線回折を用いて計測する装置では、応力を求める方法として、簡便法としてのｓｉｎ２Ψ法や、単一斜入射Ｘ線から背面反射法で測定した回折環を利用したｃｏｓα法が多く用いられている（例えば、非特許文献１参照）。しかし、ｓｉｎ２Ψ法やｃｏｓα法は、原理的に２軸の平面応力しか計測できず、深さ方向の応力も加えた３軸応力状態をテンソルとして計測することはできない。
【０００３】
そこで、Ｘ線回折で３軸応力計測が可能な装置として、２Ｄ法（ｔｗｏ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ法）を用いたものがブルカー・エイエックスエス（Bruker AXS）社により開発されている（例えば、非特許文献２または１参照）。２Ｄ法では、図５に示すように、結晶試料５１を３軸周りに様々なω、Ψ、φの回転角度で回転させ、様々な組合せのω、Ψ、φの回転角度ごとに得られた回折環から求めた多数の方位ひずみに基づいて、重回帰分析を行うことで最適な３軸応力を求めることができる。しかし、この２Ｄ法を用いた装置は、大型の定置式の装置であり、測定対象の結晶試料５１を切り出して試料ステージに載せる必要があるため、加工ひずみの影響を受けやすい、長尺大型構造物には適用できない、生産ラインには組み込めない、などの問題点がある。
【０００４】
これらの問題点を解決するために、測定対象の試料を動かすことなく３軸応力を求める方法として、携帯型のＸ線回折による装置を用いて、３または４方向から計測を行い、ｃｏｓα法に基づいて、３軸応力を求める応力測定方法が開発されている（例えば、特許文献１または２参照）。
【０００５】
なお、本発明者により、イメージングプレートなどの回折光受光器で検出されたＸ線の回折環のデータを、回折光受光器を回転させながら、レーザ光を照射してレーザ光照射位置と反射光強度とを検出することで読み取り、ｃｏｓα法を用いて応力を求めるＸ線回折装置が開発されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５３３９２５３号公報
【特許文献２】特開２０１４−１３２０３号公報
【特許文献３】特許第５５０５３６１号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】一般社団法人日本保全学会編、「２次元検出器によるＸ線応力測定」、養賢堂、2015年10月27日
【非特許文献２】B. B. He, “Two-Dimensional X-Ray Diffraction”, John Wiley & Sons, 2009
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１または２記載の応力測定方法は、３軸応力を測定するために、Ｘ線の照射方向および回折環の検出方向を３または４回変える必要があり、そのたびにＸ線照射装置やイメージングプレートなどの回折環の検出装置を、Ｘ線の照射位置が所定の位置になり、Ｘ線の照射角度が所定の角度になるよう、正確に移動・設置させなければならない。このため、測定精度を低下させることなく測定を行うのは、現実的には非常に難しいという課題があった。
【０００９】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、測定精度を維持したまま、測定対象を動かすことなく容易に３軸応力を求めることができる携帯型３軸応力測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係る携帯型３軸応力測定装置は、測定対象に対してＸ線を照射するＸ線照射部と、前記測定対象で回折された前記Ｘ線の回折光の像である回折環を検出可能に設けられた回折受光部とを有する測定ユニットと、前記測定対象の表面に対する前記Ｘ線の照射角度が一定の状態で、前記Ｘ線を照射する前記測定対象の表面に対して垂直な軸を中心として、前記測定対象に対して前記測定ユニットを相対的に回転可能に設けられた回転機構と、前記回転機構で前記測定ユニットを相対的に回転させたときの複数の異なる回転位置で検出された前記Ｘ線の前記回折環から、前記測定対象の３軸応力を求める応力取得部とを、有することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る携帯型３軸応力測定装置は、回転機構により、測定対象に対して測定ユニットを相対的に回転させながら、複数の異なる回転位置で、Ｘ線の回折環を得ることができる。このとき、測定ユニットを、測定対象の表面に対するＸ線の照射角度が一定の状態で回転させるため、図５では、ωおよびΨを固定して、φの回転のみを行う場合に相当する。複数の異なるφの回転位置で得られた回折環から、応力取得部により、２Ｄ法と同様に、重回帰分析を行うことで最適な３軸応力を求めることができる。
【００１２】
本発明に係る携帯型３軸応力測定装置は、回転機構により、測定ユニットに対して測定対象を回転させてもよいが、測定対象に対して測定ユニットを回転させる方が好ましい。測定ユニットを回転させる場合には、測定対象を動かすことなく３軸応力を求めることができる。また、携帯可能に構成することにより、測定対象から試料を切り出すことなく、測定対象が存在する場所で測定を行うことができる。これにより、これまで測定が困難であった部材同士の接合部などでも測定を行うことができる。また、切り出す際に試料にかかる応力の影響を排除して、より正確な３軸応力を求めることができる。
【００１３】
また、本発明に係る携帯型３軸応力測定装置は、回転機構で測定ユニットを各測定位置まで容易に回転移動させて測定を行うことができるため、測定ユニットの設置位置のズレによる精度低下を防ぐことができ、測定精度を維持したまま、容易に３軸応力を求めることができる。
【００１４】
本発明に係る携帯型３軸応力測定装置で、測定ユニットは、Ｘ線照射部と、そのＸ線照射部から照射されたＸ線による測定対象からの回折環を検出可能な回折受光部とを有するものであれば、いかなるものであってもよく、市販のＸ線応力測定装置などを利用してもよい。
【００１５】
本発明に係る携帯型３軸応力測定装置で、前記Ｘ線照射部は、空冷により冷却するよう構成されていることが好ましい。この場合、水冷等で冷却を行うものと比較して、Ｘ線照射部を簡易な構成にすることができ、小型化して、より運搬しやすくすることができる。
【００１６】
本発明に係る携帯型３軸応力測定装置で、前記回折受光部は、中央部に前記Ｘ線照射部から照射されるＸ線を通過させる貫通孔を有し、前記貫通孔の中心軸を中心として回転可能に設けられた、前記回折環を検出するためのイメージングプレートと、回折された前記Ｘ線の進行方向に対して前記イメージングプレートの上流側に配置され、前記イメージングプレートを覆うよう設けられた前置プレートと、前記回転機構による回転に合わせて前記イメージングプレートを回転させる回転制御部とを有し、前記前置プレートは、前記イメージングプレートの回転の中心軸から外側に向かって伸びるよう設けられたスリットを有し、前記測定ユニットは、前記回転制御部で前記イメージングプレートを回転させながら、前記スリットを通して、前記回折環を前記イメージングプレートで検出するとともに、前記イメージングプレートで検出された前記回折環を、前記回転制御部で前記イメージングプレートを回転させながら、前記イメージングプレートから読み取るよう構成されており、前記応力取得部は、前記測定ユニットで読み取られた前記回折環のデータから、前記測定対象の３軸応力を求めるよう構成されていることが好ましい。
【００１７】
この前置プレートを有する場合、前記スリットは、１つであってもよく、１対から成り、前記イメージングプレートの回転の中心軸に対して対称に設けられていてもよい。また、スリットは、イメージングプレートの回転の中心軸に対して、所定の中心角の範囲で扇形に形成されていることが好ましい。スリットが１つの場合、回転機構で測定ユニットを測定対象に対して相対的に回転させるときの、回折環を測定する角度間隔（図５のφの回転角度間隔）をΔφ（例えば、１５度）とすると、扇形のスリットの中心角もΔφ（１５度）とし、回転機構で測定ユニットを相対的にΔφ（１５度）ずつφの回転をさせるのに合わせて、回転制御部でイメージングプレートをΔφ（１５度）ずつ回転させる。これにより、イメージングプレートに、Δφ（１５度）ずつ、φの角度に応じた回折環の一部が露光されていく。測定ユニットを１周させると、イメージングプレートにφ１周分の回折環が露光されるため、この回折環のデータをφの角度に対応させて読み取り、重回帰分析を行うことにより、測定対象の３軸応力を求めることができる。
【００１８】
また、スリットが１対から成る場合、例えば、回転機構で測定ユニットを測定対象に対して相対的に回転させるときの、回折環を測定する角度間隔をΔφ（例えば、１５度）とすると、扇形のスリットの中心角をΔφ／２（７．５度）とし、回転機構で測定ユニットを相対的にΔφ（１５度）ずつφの回転をさせるのに合わせて、回転制御部でイメージングプレートをΔφ／２（７．５度）ずつ回転させる。これにより、イメージングプレートに、Δφ／２（７．５度）ずつ、φの角度に応じた回折環の一部が露光されていく。測定ユニットを１周させると、イメージングプレートにφ１周分の回折環が露光されるため、この回折環のデータを読み取り、重回帰分析を行うことにより、測定対象の３軸応力を求めることができる。また、このとき、各スリットがイメージングプレートの−η方向、＋η方向に対応するため、３軸応力を精度良く求めることができる。
【００１９】
また、前置プレートを有する場合、測定ユニットで、イメージングプレートを回転させながらスリットを通して回折環の検出を行うため、スリット以外の部分による影響を排除することができ、高品質の回折環のデータを得ることができる。なお、測定ユニットは、特許文献３に記載のＸ線回折装置に前置プレートを取り付けて構成されていることが好ましい。
【００２０】
本発明に係る携帯型３軸応力測定装置で、前記Ｘ線照射部は、直径０．１〜２ｍｍの細孔を１つ以上有するコリメータを介して前記Ｘ線を照射するよう構成されていることが好ましい。この場合、Ｘ線の強度低下を抑制しつつ、測定対象の所望の局所にＸ線を照射することができる。コリメータは、ピンホール式であってもよいが、全反射式やキャピラリー式であることが好ましい。
【００２１】
本発明に係る携帯型３軸応力測定装置は、前記測定対象の表面に対する前記Ｘ線の照射角度を調整可能に設けられた角度調整機構を有していてもよい。この場合、角度調整機構により、Ｘ線の照射角度（図５では、Ψの角度）を所望の角度に調整して、測定対象の３軸応力を求めることができる。より正確な３軸応力を得るために、Ｘ線の照射角度は、測定対象の表面に対する入射角で、３０度〜７０度であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、測定精度を維持したまま、測定対象を動かすことなく容易に３軸応力を求めることができる携帯型３軸応力測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態の携帯型３軸応力測定装置の使用状態を示す縦断面図である。
【図２】図１に示す携帯型３軸応力測定装置の、測定ユニットの内部構成および応力取得部を示す側面図である。
【図３】図１に示す携帯型３軸応力測定装置の（ａ）イメージングプレートおよび前置プレートを示す正面図、（ｂ）イメージングプレートに露光された回折環を示す正面図、（ｃ）前置プレートの変形例を示す正面図である。
【図４】図１に示す携帯型３軸応力測定装置による応力測定結果を示す、Ｘ線の照射角度に対する試料表面の残留応力σｘｘのグラフである。
【図５】Ｘ線応力測定装置による応力測定の、試料と座標軸と角度ω、φ、Ψとの関係を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図４は、本発明の実施の形態の携帯型３軸応力測定装置を示している。
図１および図２に示すように、携帯型３軸応力測定装置１０は、携帯可能に構成され、測定ユニット１１と支持部１２と応力取得部１３とを有している。
【００２５】
図２に示すように、測定ユニット１１は、Ｘ線照射部２１と回折受光部２２とデータ読取部２３とを有している。測定ユニット１１は、市販のポータブル型Ｘ線残留応力測定装置（例えば、パルステック工業株式会社製「μ−Ｘ３６０」）を利用して構成されていてもよい。Ｘ線照射部２１は、直径０．１〜２ｍｍの細孔を１つ以上有する、複数の全反射式のコリメータを介してＸ線を照射するよう構成されている。また、Ｘ線照射部２１は、空冷により冷却するよう構成されている。
【００２６】
回折受光部２２は、Ｘ線照射部２１のＸ線の照射方向側に配置され、回転テーブル２２ａとイメージングプレート２２ｂと前置プレート２２ｃと回転制御部２２ｄとを有している。回転テーブル２２ａおよびイメージングプレート２２ｂは、同じ大きさの円盤状を成しており、それぞれ中心に貫通孔を有している。前置プレート２２ｃは、測定ユニット１１の筐体に固定され、Ｘ線照射部２１からＸ線が照射されるとき（回折環の検出時）に回転テーブル２２ａおよびイメージングプレート２２ｂの貫通孔と同軸になる貫通孔２２ｇを有している。回転テーブル２２ａ、イメージングプレート２２ｂおよび前置プレート２２ｃは、Ｘ線照射部２１からこの順番で、Ｘ線照射部２１から照射されるＸ線に対して垂直を成すよう配置されている。
【００２７】
イメージングプレート２２ｂは、Ｘ線照射部２１とは反対側の回転テーブル２２ａの表面に、回転テーブル２２ａと同軸で一体的に回転可能に取り付けられている。前置プレート２２ｃは、イメージングプレート２２ｂとの間に隙間をあけて、イメージングプレート２２ｂと平行に配置されている。図３（ａ）に示すように、前置プレート２２ｃは、その中心から外側に向かって、伸びるよう設けられた１つのスリット２２ｅを有している。スリット２２ｅは、所定の中心角の範囲で扇形に形成されている。
【００２８】
回転制御部２２ｄは、Ｘ線照射部２１と回転テーブル２２ａとの間に配置されている。回転制御部２２ｄは、回転テーブル２２ａおよびイメージングプレート２２ｂの各貫通孔を介して、これらを支持すると共に、これらを一体的に移動させ、データ検出位置（図２の実線の位置）とデータ読取位置（図２の二点鎖線の位置）とに位置決め可能になっている。回転制御部２２ｄは、各貫通孔の中心軸を中心として、回転テーブル２２ａを回転可能かつ、その回転角度を制御可能に構成されている。これにより、回転制御部２２ｄは、回転テーブル２２ａを介してイメージングプレート２２ｂの回転角度を制御可能になっている。回折受光部２２は、データ検出位置のときＸ線照射部２１から照射されたＸ線を通過させるよう、回転制御部２２ｄならびに、回転テーブル２２ａおよびイメージングプレート２２ｂの各貫通孔の中心を通って伸びるＸ線通過孔２２ｆを有している。これにより、回折受光部２２は、データ検出位置のときＸ線照射部２１から照射されたＸ線を、Ｘ線通過孔２２ｆから前置プレート２２ｃの貫通孔２２ｇを通して測定ユニット１１の外に照射可能になっている。
【００２９】
測定ユニット１１は、データ検出位置でＸ線照射部２１からＸ線通過孔２２ｆと前置プレート２２ｃの貫通孔２２ｇとを通して測定対象１に対してＸ線を照射したとき、測定対象１で回折されたＸ線の回折環を、イメージングプレート２２ｂで検出可能になっている。このとき、測定ユニット１１は、回転制御部２２ｄでイメージングプレート２２ｂを回転させながら、回折されたＸ線の進行方向に対してイメージングプレート２２ｂの上流側に配置された前置プレート２２ｃのスリット２２ｅを通して、回折環をイメージングプレート２２ｂで検出するよう構成されている。
【００３０】
データ読取部２３は、回転制御部２２ｄにより回転テーブル２２ａおよびイメージングプレート２２ｂをデータ読取位置に位置決めした後、データ読取部２３からレーザ光を照射し、回転制御部２２ｄにより回転テーブル２２ａを回転させるとともに移動させ、レーザ光照射位置で発生する反射光の強度を、回転角度および移動位置とともに検出する。反射光の強度はＸ線の回折光の強度に相当し、回転角度および移動位置はレーザ光照射位置であるため、反射光の強度、回転角度および移動位置は回折環のデータとなる。これにより、データ読取部２３は、イメージングプレート２２ｂで検出された回折環のデータを読み取るよう構成されている。
【００３１】
測定ユニット１１は、データ検出位置においてイメージングプレート２２ｂで回折環を検出した後、回転制御部２２ｄにより回転テーブル２２ａ、イメージングプレート２２ｂおよび前置プレート２２ｃをデータ読取位置に位置決めして、イメージングプレート２２ｂで検出された回折環のデータを読み取るよう構成されている。
【００３２】
図１に示すように、支持部１２は、測定ユニット１１を支持可能に、支持体２４と回転機構２５と角度調整機構２６とを有している。支持体２４は、ドーム状を成しており、測定位置を覆うよう測定対象１に設置可能に構成されている。回転機構２５は、支持体２４の内部の中心部に取り付けられている。回転機構２５は、支持部１２の中心軸と一致する回転軸で、設定した回転角度に回転させることができる回転部２５ａを有している。角度調整機構２６は、細長い円弧状で、一端が回転部２５ａに固定され、他端が支持体２４の縁部に向かって伸びるように設けられた角度調整ガイドレール２６ａと、測定ユニット１１の筐体を取付可能であり、角度調整ガイドレール２６ａに沿って移動可能に設けられた角度変更部２６ｂとを有している。
【００３３】
支持部１２は、その中心軸と測定ユニット１１から照射されるＸ線の光軸との交点が測定対象１の表面と合致するよう、角度調整機構２６の角度変更部２６ｂに測定ユニット１１が取り付けられている。支持部１２は、回転機構２５により、測定対象１の測定位置の表面に対して垂直な軸を中心として、測定対象１の測定位置の表面に対するＸ線の入射角度が一定の状態で、測定対象１に対して測定ユニット１１を回転可能に設けられている。また、支持部１２は、角度調整機構２６により、測定対象１の測定位置の表面に対するＸ線照射部２１からのＸ線の照射角度を調整可能に設けられている。これにより、測定ユニット１１から照射されるＸ線は、回転機構２５を回転させると、測定対象１の表面におけるＸ線入射点が固定されたまま、設定した入射角度で支持部１２の中心軸周りに入射方向が変化するようになっている。
【００３４】
図２に示すように、応力取得部１３は、コンピュータから成り、測定ユニット１１のデータ読取部２３と回転制御部２２ｄとに接続されている。応力取得部１３は、回転機構２５で測定ユニット１１を測定対象１に対して相対的に回転させたときの複数の異なる回転位置で検出され、読み取られたＸ線の回折環のデータから、測定対象１の３軸応力を求めるよう構成されている。
【００３５】
次に、作用について説明する。
携帯型３軸応力測定装置１０は、回転機構２５により、測定対象１に対して測定ユニット１１を回転させながら（図５のφの回転）、複数の異なる回転位置で、Ｘ線の回折環を得ることができる。こうして得られた複数の異なるφの回転位置での回折環から、応力取得部１３により、２Ｄ法と同様に、重回帰分析を行うことにより最適な３軸応力を求めることができる。
【００３６】
具体的な一例では、携帯型３軸応力測定装置１０は、Ｘ線の照射角度を角度調整機構２６で調整し固定した状態で、回転機構２５により測定ユニット１１を回転させながら測定を行う。このとき、回転機構２５で測定ユニット１１を回転させるときの、回折環を測定する角度間隔（図５のφの回転角度間隔）を１５度とし、前置プレート２２ｃのスリット２２ｅの中心角も１５度とし、回転機構２５で測定ユニット１１を１５度ずつφの回転をさせるのに合わせて、回転制御部２２ｄでイメージングプレート２２ｂを１５度ずつ回転させる。これにより、イメージングプレート２２ｂに、１５度ずつ、φの角度に応じた回折環の一部が露光されていく。図３（ｂ）に示すように、測定ユニット１１を１周させると、イメージングプレート２２ｂにφ１周分の回折環が露光されるため、この回折環のデータをφの角度に対応させて読み取り、重回帰分析を行うことにより、最適な３軸応力を求めることができる。このように、携帯型３軸応力測定装置１０は、測定対象１を動かすことなく３軸応力を求めることができる。
【００３７】
また、携帯型３軸応力測定装置１０は、測定対象１から試料を切り出すことなく、測定対象１が存在する場所で測定を行うことができる。これにより、切り出す際に試料にかかる応力の影響を排除して、より正確な３軸応力を求めることができる。また、これまで測定が困難であった溶接やロウ付けの界面等の部材同士の接合部、き裂の先端などでも測定を行うことができる。こうして、携帯型３軸応力測定装置１０は、生産ラインの歩留り向上や、橋梁、トンネル、原子力発電所などのインフラの寿命診断に利用することができる。
【００３８】
また、携帯型３軸応力測定装置１０は、回転機構２５でＸ線入射点を固定したまま測定ユニット１１を各測定位置まで容易に回転移動させて測定を行うことができるため、測定ユニット１１の設置位置のズレによる精度低下を防ぐことができ、測定精度を維持したまま、容易に３軸応力を求めることができる。また、角度調整機構２６により、Ｘ線の照射角度（図５のΨの角度）を所望の角度に調整して、測定対象１の３軸応力を求めることもできる。
【００３９】
携帯型３軸応力測定装置１０は、測定ユニット１１で、イメージングプレート２２ｂを回転させながらスリット２２ｅを通して回折環の検出を行うため、スリット２２ｅ以外の部分による影響を排除することができ、高品質の回折環のデータを得ることができる。また、携帯型３軸応力測定装置１０は、Ｘ線照射部２１が空冷であるため、水冷で冷却を行うものと比較して、Ｘ線照射部２１を簡易な構成にすることができ、小型化して、より運搬しやすくすることができる。
【００４０】
なお、図３（ｃ）に示すように、前置プレート２２ｃのスリット２２ｅは、１対から成り、前置プレート２２ｃの中心に対して対称に設けられていてもよい。この場合、例えば、回転機構２５で測定ユニット１１を回転させるときの、回折環を測定する角度間隔を１５度としたとき、前置プレート２２ｃの各スリット２２ｅの中心角を７．５度とし、回転機構２５で測定ユニット１１を測定対象１に対して相対的に１５度ずつφの回転をさせるのに合わせて、回転制御部２２ｄでイメージングプレート２２ｂを７．５度ずつ回転させる。これにより、イメージングプレート２２ｂに、７．５度ずつ、φの角度に応じた回折環の一部が露光されていく。測定ユニット１１を１周させると、イメージングプレート２２ｂにφ１周分の回折環が露光されるため、この回折環のデータをφの角度に対応させて読み取り、重回帰分析を行うことにより、測定対象１の３軸応力を求めることができる。また、このとき、各スリット２２ｅがイメージングプレート２２ｂの−η方向、＋η方向に対応するため、３軸応力を精度良く求めることができる。
【００４１】
また、携帯型３軸応力測定装置１０は、前置プレート２２ｃを有していなくてもよい。この場合、回転機構２５で測定ユニット１１を回転させたときの、回折環を測定する各回転位置で、それぞれ１つの回折環が検出されるため、各回転位置で回折環を検出するごとに回折環のデータを読み取る。測定ユニット１１を１周させると、１周分の複数の回転位置に対応する複数の回折環のデータが得られるため、その複数の回折環のデータに基づいて、測定対象１の３軸応力を求めることができる。
【実施例１】
【００４２】
携帯型３軸応力測定装置１０を使用して、ＳＣＭ４２０（クロムモリブデン鋼）の円柱状の試料に対し、３軸応力の測定を行った。ＳＣＭ４２０の試料には、熱処理により一方の表面にあらかじめ残留圧縮応力を付加してあり、その残留圧縮応力の測定を行った。測定は、試料の表面に対するＸ線の入射角度が、２５度〜７５度までの複数の角度について行い、それぞれの角度で３軸応力を求めた。このとき、各入射角での回転角を１５度とした。残留圧縮応力の測定結果を、表１および図４に示す。表１には、Ｘ線の入射角度が２５度、３５度、４５度、６５度のときの３軸応力を示す。また、図４には、表面の残留応力σｘｘのみを示す。
【００４３】
なお、比較のため、同じ試料に対して、ブルカー・エイエックスエス（Bruker AXS）社製の定置式のＸ線応力測定装置を用いて、２Ｄ法で３軸応力を求めた結果を、表１および図４に示す。また、ｓｉｎ２Ψ法で表面応力を求めた結果を、図４に示す。
【００４４】
【表１】
2018124244.tif 000003
【００４５】
図４に示すように、携帯型３軸応力測定装置１０から得られた残留応力σｘｘは、他の方法で得られたものと近い値を示していることが確認された。携帯型３軸応力測定装置１０では、Ｘ線の照射角度τを３０度〜７０度の範囲にするのがよいと考えられる。
【符号の説明】
【００４６】
１  測定対象
１０  携帯型３軸応力測定装置
１１  測定ユニット
２１  Ｘ線照射部
２２  回折受光部
２２ａ  回転テーブル
２２ｂ  イメージングプレート
２２ｃ  前置プレート
２２ｄ  回転制御部
２２ｅ  スリット
２２ｆ  Ｘ線通過孔
２２ｇ  貫通孔
２３  データ読取部
１２  支持部
２４  支持体
２５  回転機構
２５ａ  回転部
２６  角度調整機構
２６ａ  角度調整ガイドレール
２６ｂ  角度変更部
１３  応力取得部
５１  結晶試料
【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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