(57)【要約】      （修正有）【課題】Ｘ線検出器と測定対象物との干渉を避けてＸ線分析を行うことが可能となる背面反射Ｘ線分析装置を提供する。【解決手段】試料３に向けてＸ線を出射するＸ線管１と、このＸ線管１から出射されたＸ線を試料３に入射させたときに、試料３の表面で回折した回折Ｘ線を受光するイメージングプレート２と、を備えるＸ線分析装置である。イメージングプレート２は、回折Ｘ線を受光するためのＸ線受光部６を有する。Ｘ線受光部６は、円形の第１受光部と、第１受光部よりも外側にはみ出した第２受光部と、を有する。第２受光部は、第１受光部の円周方向において、第１受光部の外周の一部であって、かつ、試料３が配置される方向と異なる方向にはみ出した状態で配置されている。【選択図】図１
2015121457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物に向けてＸ線を出射するＸ線出射部と、
前記Ｘ線出射部から出射されたＸ線を前記測定対象物に入射させたときに、前記測定対象物で回折した回折Ｘ線を受光することにより、前記回折Ｘ線が形成する円環状の回折像を検出可能なＸ線検出器と、を備え、
前記Ｘ線検出器は、前記回折Ｘ線を受光するためのＸ線受光部を有し、
前記Ｘ線受光部は、円形の第１受光部と、前記第１受光部よりも外側に配置された第２受光部と、を有し、
前記第２受光部は、前記第１受光部の外周部から、前記測定対象物が配置される方向と異なる方向にはみ出すように配置され、
前記測定対象物で回折した回折Ｘ線のうち、回折角が相対的に大きい回折Ｘ線の全部を前記第１受光部で受光し、回折角が相対的に小さい回折Ｘ線の一部を前記第２受光部で受光するように構成されている
ことを特徴とする背面反射Ｘ線分析装置。
【請求項２】
前記Ｘ線受光部は、前記第１受光部よりも半径が大きい円の外周の一部を切り欠いた切り欠き部を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の背面反射Ｘ線分析装置。
【請求項３】
前記Ｘ線検出器は、前記Ｘ線出射部から出射されたＸ線を通過させるＸ線通過孔を有し、
前記第１受光部は前記Ｘ線通過孔の中心から前記切り欠き部までの最短の距離と同等の半径で円形に区画され、その外側に前記第２受光部が区画されている
ことを特徴とする請求項２に記載の背面反射Ｘ線分析装置。
【請求項４】
前記第２受光部は、前記第１受光部の外周の一部から舌片状に突出する状態で形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の背面反射Ｘ線分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物にＸ線を照射し、測定対象物で回折したＸ線を受光するＸ線検出器を備える背面反射Ｘ線分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定対象物にＸ線を照射し、測定対象物で回折したＸ線をＸ線検出器で受光することにより、Ｘ線検出器に形成された円環状の回折像（以下、「回折環」ともいう。）を測定する背面反射Ｘ線分析装置が知られている（特許文献１を参照）。ここで記述する「背面反射」とは、Ｘ線のブラッグ回折に際して、ブラック角が４５度より大きい反射をいう。背面反射Ｘ線分析装置には、回折環の形状を分析して残留応力を測定するものや、複数の回折環の強度比から結晶相の定量分析、ラウエ斑点を測定する結晶方位解析や結晶構造解析などを行うものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１１３７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、背面反射Ｘ線分析装置のＸ線検出器は、Ｘ線フィルムや、感光性を有するイメージングプレートなどの２次元Ｘ線検出器を用いて構成されている。イメージングプレートで回折環全体を測定する分析の場合は、検出する回折環の形状に合わせて全体的に円形に形成されている。また、ｃｏｓα法のような回折環全体の形状を分析して応力測定を行う場合、従来のＸ線分析装置では、回折角（２θ）が大きくなる高角度側に形成される回折環全周を測定するために、円形の受光部の中心に、Ｘ線を通過させるＸ線通過孔を形成したＸ線検出器を使用している。
【０００５】
一方、残留オーステナイト定量のような定量分析を行う場合は、２つの結晶相の複数個の回折Ｘ線を測定する必要がある。このため、回折角が大きい高角度側に形成される回折環と、回折角が小さい低角度側に形成される回折環の両方を測定するために、回折角が小さい回折環（換言すると、直径が大きい回折環）に合わせて、より大きな受光部を有するＸ線検出器を用いる必要がある。そうした場合、Ｘ線検出器の外径が大きくなり、それによってＸ線分析装置も大型化する。このため、Ｘ線検出器と測定対象物との間の距離（以下、「カメラ長」ともいう。）を規定の距離に合わせるべく、Ｘ線分析装置を測定対象物に近づけようとしたときに、Ｘ線分析装置が測定対象物に干渉（接触）してしまい、測定を行えない場合があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様は、
測定対象物に向けてＸ線を出射するＸ線出射部と、
前記Ｘ線出射部から出射されたＸ線を前記測定対象物に入射させたときに、前記測定対象物で回折した回折Ｘ線を受光することにより、前記回折Ｘ線が形成する円環状の回折像を検出可能なＸ線検出器と、を備え、
前記Ｘ線検出器は、前記回折Ｘ線を受光するためのＸ線受光部を有し、
前記Ｘ線受光部は、円形の第１受光部と、前記第１受光部よりも外側に配置された第２受光部と、を有し、
前記第２受光部は、前記第１受光部の外周部から、前記測定対象物が配置される方向と異なる方向にはみ出すように配置され、
前記測定対象物で回折した回折Ｘ線のうち、回折角が相対的に大きい回折Ｘ線の全部を前記第１受光部で受光し、回折角が相対的に小さい回折Ｘ線の一部を前記第２受光部で受光するように構成されている
ことを特徴とする背面反射Ｘ線分析装置である。
【０００７】
本発明の第２の態様は、
前記Ｘ線受光部は、前記第１受光部よりも半径が大きい円の外周の一部を切り欠いた切り欠き部を有する
ことを特徴とする上記第１の態様に記載の背面反射Ｘ線分析装置である。
【０００８】
本発明の第３の態様は、
前記Ｘ線検出器は、前記Ｘ線出射部から出射されたＸ線を通過させるＸ線通過孔を有し、
前記第１受光部は前記Ｘ線通過孔の中心から前記切り欠き部までの最短の距離と同等の半径で円形に区画され、その外側に前記第２受光部が区画されている
ことを特徴とする上記第２の態様に記載の背面反射Ｘ線分析装置である。
【０００９】
本発明の第４の態様は、
前記第２受光部は、前記第１受光部の外周の一部から舌片状に突出する状態で形成されている
ことを特徴とする上記第１の態様に記載の背面反射Ｘ線分析装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、従来装置ではＸ線検出器と測定対象物とが干渉してＸ線分析を行えない場合でも、それらの干渉を避けてＸ線分析を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る背面反射Ｘ線分析装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】イメージングプレートと試料の位置関係を説明する図である。
【図３】（Ａ）はイメージングプレートの側断面図、（Ｂ）はイメージングプレートの正面図である。
【図４】切り欠き部が形成されていないと仮定した場合のイメージングプレートと試料の位置関係を説明する図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る背面反射Ｘ線分析装置が備えるイメージングプレートの構成を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
ここではＸ線検出器としてイメージングプレートを使用した場合について説明する。
【００１３】
＜第１の実施の形態＞
（背面反射Ｘ線分析装置）
図１は本発明の第１の実施の形態に係る背面反射Ｘ線分析装置の概略構成を示す斜視図である。図示した背面反射Ｘ線分析装置においては、Ｘ線出射部の一例としてＸ線管１を備えるとともに、Ｘ線検出器の一例としてイメージングプレート２を備えている。Ｘ線管１は、測定対象物となる試料３に向けてＸ線を出射するものである。ここでは試料３の一例として、表面（上面）が平坦な板（金属板など）を想定している。イメージングプレート２は、Ｘ線管１から出射されたＸ線を試料３に入射させたときに、この試料３の表面で回折した回折Ｘ線を受光することにより、この回折Ｘ線が形成する回折環（円環状の回折像）を検出可能なものである。イメージングプレート２は、たとえば、図示しない支持部材に支持されている。
【００１４】
上記構成からなる背面反射Ｘ線分析装置においては、Ｘ線管１から出射されたＸ線が、イメージングプレート２の中心部を通過して試料３の表面に入射する。図例では、Ｘ線管１から出射されたＸ線が斜め方向から試料３に入射するように、試料３の表面に対するＸ線の入射角度が９０度未満に設定されている。また、イメージングプレート２は、試料３の表面に対してはＸ線の入射角度に合わせて斜めに配置され、Ｘ線管１から出射されたＸ線に対してはその光軸と直交する向きに配置されている。一例として、図２に示すように、試料３の表面（上面）が水平面と平行に配置され、この試料３の表面に対するＸ線の入射角度θ１が３０度に設定されている場合、イメージングプレート２は、水平面に対して角度θ２＝６０度に傾いた状態に配置される。
【００１５】
（イメージングプレート）
イメージングプレート２は、Ｘ線の二次元分布を計測する際に用いられるものである。イメージングプレート２は、たとえば、有機フィルムの片面に光輝尽性蛍光体の粉末を塗布して板状に形成したものである。このため、イメージングプレート２をＸ線で露光した後、この露光部分にレーザー光を照射すると、Ｘ線の露光量に応じた発光が得られる。したがって、Ｘ線露光後のイメージングプレート２の露光部にレーザー光を照射したときの発光量を計測することにより、Ｘ線の露光量を反映したＸ線像を得ることができる。
【００１６】
イメージングプレート２は、図１及び図２に示すように、Ｘ線通過孔５と、Ｘ線受光部６と、切り欠き部７と、を有している。Ｘ線通過孔５は、Ｘ線管１から出射されたＸ線を通過させる孔である。Ｘ線通過孔５は、イメージングプレート２を板厚方向に貫通する円形の孔になっている。
【００１７】
Ｘ線受光部６は、Ｘ線管１からイメージングプレート２のＸ線通過孔５を通して試料３にＸ線を入射したときに、試料３の表面で回折した回折Ｘ線を受光する部分である。Ｘ線受光部６は、Ｘ線管１が配置されている側とは反対側となるイメージングプレート２の片面であって、上述した光輝尽性蛍光体の粉末を塗布した面によって構成されている。
【００１８】
イメージングプレート２は、円の外周の一部を切り欠いて形成した切り欠き部７を有している。切り欠き部７は、半導体ウエハのオリエンテーションフラットのように、円の外周の一部を直線状に切り欠いた状態で形成されている。切り欠き部７をどの程度の大きさで切り欠くかについては、後述する第１受光部６１の大きさや、イメージングプレート２と試料３の位置関係等に応じて決めればよい。
【００１９】
イメージングプレート２のＸ線受光部６は、図３（Ａ）の側断面図及び同（Ｂ）の正面図に示すように、第１受光部６１と、第２受光部６２とに区画されている。第１受光部６１は、回折角が相対的に大きい回折Ｘ線の全部を受光することにより、当該回折Ｘ線が形成する回折環の全部を検出可能な部分となる。第２受光部６２は、回折角が相対的に小さい回折Ｘ線の一部を受光することにより、当該回折Ｘ線が形成する回折環の一部を検出可能な部分となる。試料３の表面で回折したＸ線の回折角が大きくなると、それだけ回折環の直径が小さくなり、これと反対に回折角が小さくなると、それだけ回折環の直径が大きくなる。このため、第１受光部６１は、相対的に内側に配置され、第２受光部６２は、相対的に外側に配置されている。イメージングプレート２の構成を説明するうえで、「内側」とは、Ｘ線通過孔５の中心に近い側をいい、「外側」とは、Ｘ線通過孔５の中心から遠い側をいう。
【００２０】
第１受光部６１は、図３（Ｂ）に破線で示すように円形に区画されている。第１受光部６１の中心には、上述したＸ線通過孔５が形成されている。このため、第１受光部６１とＸ線通過孔５とは、共通の中心を有している。第１受光部６１は、Ｘ線通過孔５の中心から半径ｒ１の円で区画されている。第１受光部６１の半径ｒ１は、Ｘ線通過孔５の中心から切り欠き部７までの最短の距離と同等の寸法になっている。このため、第１受光部６１と第２受光部６２との境界線となる仮想円（破線で示す円）は、切り欠き部７を形成する直線部に接する真円形状になっている。
【００２１】
第２受光部６２は、第１受光部６１よりも外側に配置されている。第２受光部６２は、切り欠き部７の形成部分を除いて、第１受光部６１と同心円状のドーナツ形に形成されている。第２受光部６２の外形（切り欠き部７を除く）を規定する円の半径ｒ２は、第１受光部６１を区画する円の半径ｒ１よりも大きくなっている。
【００２２】
また、切り欠き部７は、Ｘ線通過孔５の中心から半径ｒ２で描かれる円の外周の一部を切り欠いた状態で形成されている。このため、第２受光部６２の外形は、半径ｒ２の円弧と切り欠き部７によって形成されている。切り欠き部７は、Ｘ線通過孔５の中心を回転中心としてイメージングプレート２を回転させることにより、第１受光部６１の円周方向において、いずれの方向にも配置することが可能である。本実施の形態においては、イメージングプレート２の切り欠き部７を下向き、つまり試料３が配置される方向に配置してある。
【００２３】
このため、第２受光部６２は、第１受光部６１の外周部から、試料３が配置される方向（下方）と異なる方向にはみ出すように配置されている。また、イメージングプレート２の切り欠き部７は、Ｘ線が入射される試料３の表面が水平面と平行であると仮定すると、この水平面と平行な向きに配置される。このため、試料３の表面にＸ線を入射してＸ線分析を行う場合は、イメージングプレート２と試料３との間に、切り欠き部７の存在によって、従来よりも広い空間が確保される。このため、イメージングプレート２やこれを収容するＸ線分析装置の筐体などが、試料３と干渉しにくくなる。
【００２４】
（第１の実施の形態の効果）
本発明の第１の実施の形態に係る背面反射Ｘ線分析装置においては、イメージングプレート２のＸ線受光部６を第１受光部６１と第２受光部６２によって構成するとともに、第１受光部６１よりも外側であって試料３とは異なる方向に第２受光部６２をはみ出した状態に配置している。このため、図４に示すようにイメージングプレート２に切り欠き部７を形成しない場合は、規定のカメラ長となるようにイメージングプレート２を配置しようとしたときに、図中破線で示す箇所で試料３の突出部（たとえば、溶接部など）３ａにイメージングプレート２が干渉してしまう状況であっても、上記図２に示すように切り欠き部７を形成した場合は、イメージングプレート２と試料３の突出部３ａとの干渉を避けることができる。
【００２５】
また、切り欠き部７を有するイメージングプレート２を採用することにより、回折角が異なる複数の回折Ｘ線を共通のイメージングプレート２で測定することが可能となる。具体的には、回折角が相対的に大きい回折Ｘ線の全部を第１受光部６１で受光する一方、回折角が相対的に小さい回折Ｘ線の一部を第２受光部６２で受光する。これにより、露光後のＸ線受光部６にレーザー光を照射し、そのときの発光量を計測することにより、回折角が大きいときの回折環の全部（全周）のデータと、回折角が小さいときの回折環の一部のデータを取得することができる。このため、残留応力測定と残留オーステナイト定量測定の両方に対応することができる。以下、具体例を挙げて説明する。
【００２６】
まず、残留オーステナイト定量測定について説明する。たとえば、二相系のステンレスの残留オーステナイト定量測定では、マルテンサイト相のα−Ｆｅ（２１１）面とオーステナイト相のγ−Ｆｅ（２２０）面の２つの回折線を測定する。その際、分析用のＸ線としてＣｒＫα線を使用すると、マルテンサイト相のα−Ｆｅ（２１１）面の回折角（２θ）は、１５６．４°となり、オーステナイト相のγ−Ｆｅ（２２０）面の回折角（２θ）は、１２８．４°となる。
【００２７】
一方、残留応力測定では、マルテンサイト相は、ＣｒＫα線を使用してα−Ｆｅ（２１１）面の回折Ｘ線（回折角（２θ）は１５６．４°）を測定し、オーステナイト相は、ＣｒＫβ線を使用してγ−Ｆｅ（３１１）面の回折線（回折角（２θ）は１４８．５°）を測定する場合が多い（日本材料学会：Ｘ線応力測定法標準を参照）。
【００２８】
一般に、市販の測定装置をみると、残留応力測定装置では、回折角（２θ）の測定可能範囲を１４０〜１７０°としているものが多く、残留オーステナイト定量測定装置では、回折角（２θ）の測定可能範囲を１２０〜１７０°としているものが多い。Ｘ線の回折角が小さくなると、回折Ｘ線によって回折環が形成される位置がイメージングプレート２の外側に変位する。このため、たとえば、回折角が１２０°の場合に、回折環の全部（全周）のデータを取得するには、回折角が小さい分だけイメージングプレート２のサイズを大きくする必要がある。ただし、残留オーステナイト定量分析の場合は、マルテンサイト相とオーステナイト相の回折環の強度比から残留オーステナイト量を定量測定するため、必ずしも回折環の全周のデータは必要ない。
【００２９】
そこで、本第１の実施の形態においては、回折環の全周のデータが必要な回折Ｘ線は第１受光部６１で受光し、回折環の一部のデータを取得するだけでよい回折Ｘ線は第２受光部６２で受光する、という技術思想のもとに、イメージングプレート２に切り欠き部７を形成している。このため、残留応力測定に関しては、少なくとも回折角が１４８．５°以上の回折環の全周が第１受光部６１内に収まるようにし、残留オーステナイト定量測定に関しては、少なくとも回折角が１２８．４°以上の回折環の一部が第２受光部６２内に収まるようにすればよい。これにより、イメージングプレート２と試料３との干渉を避けたうえで、残留応力測定と残留オーステナイト定量測定の両方に対応することができる。
【００３０】
＜第２の実施の形態＞
（イメージングプレート）
本発明の第２の実施の形態に係る背面反射Ｘ線分析装置においては、上述した第１の実施の形態と比較して、イメージングプレート２の構成が異なる。以下、第２の実施の形態で採用したイメージングプレート２の構成について図５を用いて説明する。
【００３１】
図示したイメージングプレート２においては、Ｘ線受光部６が、第１受光部６１と第２受光部６２とに区画されている。第１受光部６１は、円形に区画され、その円の中心にＸ線通過孔５が形成されている。第２受光部６２は、第１受光部６１の外周の一部から舌片状の形態で第１受光部６１の外側（直径方向）に突出するように形成されている。第２受光部６２の外形を形作る３つの辺６２ａ，６２ｂ，６２ｃのうち、最も外側の辺６２ｂは、円形の第１受光部６１と同心円をなす仮想円に沿って形成されている。また、他の２つの辺６２ａ，６２ｃは、第２受光部６２に適度な幅をもたせるように、互いに平行な直線で形成されている。第２受光部６２は、Ｘ線分析装置にイメージングプレート２を設置する場合、試料３が配置される方向と異なる方向（たとえば、上方）にはみ出した状態で配置される。
【００３２】
上記構成からなるイメージングプレート２を備えるＸ線分析装置においては、Ｘ線通過孔５の中心からみて、より遠くに存在する第２受光部６２を試料３とは異なる方向に突出させて配置している。このため、イメージングプレート２と試料３との干渉を避けることができる。また、実際の測定では、回折角が大きい回折Ｘ線を第１受光部６１で受光し、回折角が小さい回折Ｘ線を第２受光部６２で受光することにより、残留応力測定と残留オーステナイト定量測定の両方に対応することができる。さらに、第２受光部６２を必要最小限の大きさに形成することができる。このため、試料３との干渉だけでなく、Ｘ線分析装置の他の構成部分との干渉も避けることができる。
【００３３】
（変形例等）
本発明の技術的範囲は上述した実施の形態に限定されるものではなく、発明の構成要件やその組み合わせによって得られる特定の効果を導き出せる範囲において、種々の変更や改良を加えた形態も含む。
【００３４】
たとえば、上記実施の形態においては、表面が平坦な試料３を測定対象物としたが、これに限らず、表面に凹凸がある試料を測定対象物としてもよい。
【００３５】
また、上記実施の形態においては、第１受光部６１と第２受光部６２を一体構造にしたが、これに限らず、第１受光部６１と第２受光部６２を別構造（物理的に分離した構造）にしてもよい。
【００３６】
また、上記第２の実施の形態においては、第１受光部６１の周りに第２受光部６２を一つ形成したが、これに限らず、第１受光部６１の周りに第２受光部６２を複数形成してもよい。
【００３７】
また本発明の背面反射Ｘ線分析装置は、据え置き型、ポータブル型のどちらにも適用可能であるが、特に、ポータブル型の背面反射Ｘ線分析装置に適用した場合に有用である。
【符号の説明】
【００３８】
１…Ｘ線管（Ｘ線出射部）
２…イメージングプレート（Ｘ線検出器）
３…試料（測定対象物）
５…Ｘ線通過孔
６…Ｘ線受光部
７…切り欠き部
６１…第１受光部
６２…第２受光部
【図１】
2015121457.tif 000003
【図２】
2015121457.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2015121457.tif 000007