JPS628742B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はＸ線応力測定装置に関するものであ
る。

平行ビーム形Ｘ線応力測定法は、日本材料学会
等で推奨されているように、各種構造物の表面残
留応力の測定法として優れたものであり、そのた
めの専用装置や、一般用Ｘ線回折計の一部を改造
（または附属品で置かえる）した実験用装置など
が、広く実用化されていることは周知である。

本発明は、この平行ビーム形Ｘ線応力測定法に
おいて、以下に記すような実際的不具合点を解消
し、より精度の高い、より応用範囲の広いＸ線応
力測定装置を提供するものである。

以下、第１図に従つて従来の測定方法を説明す
る。

図において１はＸ線管球、２はその焦点（Ｘ線
源）で、このＸ線管球１からのＸ線は入射ソーラ
ースリツト３を介して略平行ビーム４となり試料
５を照射する。試料５からの回折Ｘ線束６はＸ線
遮蔽板７に設けられている受光ソーラースリツト
８を介して検出器９に入射して検出される。な
お、１０は試料５の測定点中心、１１は特定のＸ
線のみを通過させるためのフイルターである。

この構成において試料からの回折Ｘ線束と試料
への照射Ｘ線束とのなす角η（＝π−２θ θ：
測定されるブラツグ角）を、照射Ｘ線束４と試料
表面の法線Nsとのなす角Ψの関数として測定す
ることにより試料表面の歪または残留応力の測定
が行ない得るのである。

この従来の平行ビーム法にあつては、第１図に
示すようにＸ線管球１と試料５、試料５と検出器
９の間に、ソーラースリツト３が設けられ、また
管球１からの特性Ｘ線のうち、例えばＫα線のみ
を利用するために、Ｋβ線を減衰させるためのフ
イルター１１が、Ｘ線光路内の適当な箇所に挿入
されている。（この図においてはソーラースリツ
ト８の先端部に挿入されている。） このようなＸ線光学系による、試料の回折図形
ａは、第２図に示すようにＸ線管球１から出る連
続Ｘ線の試料による散乱等のため、極めて高いバ
ツクグラウンドｂを伴う。特に高角度（ブラツグ
角θが大）領域では、バツクグラウンドが傾斜し
ており、その傾斜度は、入射角Ψの変化に伴つて
変化する。

一般に、応力測定においては、回折線の半価巾
が広いのでピーク点が不明確となり、そのため、
バツクグラウンドｂの傾斜と平行に、ピーク値の
半分の高さに直線ｃを引き、回折図形ａと該直線
ｃの交点間を２等分する点ｅ（角度）を、回折角
度の規準化点としている。（第２図参照） Ｘ線応力測定の原理は、種々の入射角Ψに対す
る、回折角η（＝π−２θ）の変化量を根本にし
ているから、入射角Ψの変化に伴う、バツクグラ
ウンド傾斜の変化は、回折角ηの比較測定に悪影
響を与える。そのような不具合は、強度に焼入れ
された鉄鋼など、回折線の巾が大きい場合、回折
線のスソの部分ｆが全て測定できないときなどに
おいて著しく、これをバツクグラウンドの傾斜が
不明確となるためである。

従来の装置にあつては、以上に述べた連続Ｘ線
等に起因するバツクグラウンドの弊害が存在した
のである。

次に、鉄鋼には、マルテンサイトとオーステナ
イトの混合体という組織を持つものがあることは
周知であるが、マルテンサイトとオーステナイト
は、結晶構造を異にし、必然的結果として、応力
測定の際に対象となる結晶格子面の回折角も異
る。

オーステナイトは高ブラツグ角領域（応力測定
では、ブラツグ角の大きい格子面を測定するのが
有利であることは周知である）で測定しようとす
ると、その格子定数の関係上、CrKβ線の回折線
を用いて測定しなければならない。このとき、共
存するマルテンサイトのCrKα線による回折図形
のすそが、目的とするオーステナイトのCrKβ線
の回折図形に重つてきてしまう。

本発明は、上記２点、集約すれば、本来不必要
な波長成分によるバツクグラウンドが、Ｘ線応力
測定法において、大きな弊害となつていることに
着目し、平面単結晶を受光部（検出器前）に配置
し、良質な回折図形を得られるようにしたもので
あり、略平行のＸ線束を試料面に照射し、試料に
よる回折Ｘ線束と照射Ｘ線束とのなす角を、照射
Ｘ線束と試料面の法線とのなす角の関数として測
定し、試料表面の歪、または残留応力の測定を行
なうものにおいて、試料とＸ線検出器との間に試
料からのＸ線のうち測定する回折Ｘ線のみをブラ
ツグ反射によつて検出器側へ反射させる平面結晶
を配置するとともに、この平面結晶およびＸ線検
出器を固設塔載した受光部架台を試料上のＸ線照
射点を中心に回動させ得るようにしたことを特徴
とするＸ線応力測定装置であり、以下にこの発明
の実施例について説明する。

第３図は実施例の原理図であり、第１図と同一
のものは、同一符号で示す。Ｘ線管球１の焦点
（Ｘ線源）２から発せられたＸ線は、入射ソーラ
ースリツト３によつて、ほぼ平行なＸ線束４とな
つて試料５に照射されることは、従来の装置に見
られるとおりである。１２はＸ線検出器９の前方
に設けられた平面単結晶であり、この結晶での反
射Ｘ線が検出器９に入射するようになつている。
入射Ｘ線束４が試料５に対し、一定の角Ψで入射
する間に、上記の平面単結晶１２、Ｘ線検出器
９、遮へい板７等を塔載した受光部架台１３は、
試料５上の測定点１０を中心として一定の角速度
で回転する（η回転）。この単結晶１２はｄなる
格子面間隔を持ち、そして回転中心１０と、この
単結晶１２の中央付近の定点とを結ぶ直線の見込
み角θｃが、利用しようとするＸ線の波長λｃに
対し、ブラツグの反射条件2dsinθｃ＝λｃを満
すように平面単結晶１２が架台１３にとりつけら
れている。図には示していないが、見込み角θｃ
がCrのＫα線とＫβ線のどちらにも合わせられ
るように角度変換機構が設けられている。

なお、当然のことながら単結晶１２によつて反
射され、検出器９に入射できるＸ線１４は、利用
しようとする波長λｃのものに限られる。

さて、前述のように、受光部架台１３がη回転
されるとき、検出器出力信号は、η回転と同期し
て送られる記録紙上に、記録されて第４図のごと
き回折図形ａが得られる。回折図形の記録方式
は、従来と全く同様で差支えない。

ここにおいて第２図と、第４図を比較すれば、
一目してわかるように、ピーク強度対バツクグラ
ンド強度は著しく改善されているとともに、バツ
クグランドｂの傾きは、第４図ではほとんど見ら
れないのである。

第４図は、第３図の中に破線で示したように従
来形の受光ソーラスリツト８を実際にとりつけた
まゝ測定した結果である。

この受光スリツト８は、理論的にも、実験的に
も省略可能であることが確かめられる。これを省
略することにより、バツクグラウンドの増加を殆
んど伴わずに約２倍のピーク強度を得ることがで
き（第５図）、またバツクグラウンドｂの傾斜も
同様に認められないのである。

受光ソーラスリツト８は本来入射Ｘ線束１４と
一定の角度をなす平行Ｘ線束６のみをとらえよう
とする目的を持つている。一方、単結晶１２は、
その格子面と一定角θｃをなす入射線（単結晶へ
の）のみを検出器側へ反射する（ブラツグの条
件）。すなわち、受光ソーラスリツト８も、単結
晶１２も、共に測定点１０からの回折線または散
乱線の中から、一定の方向成分のみを選択的に検
出器に導入する役割を果す。

その平行化度は、第６図に示すごとくソーラス
リツトの場合は、平行平面板ｍの間隔ｎと長さｌ
によつて決まる、いわゆるスリツト開き角α（第
６図）を指標とすることができる。一方、単結晶
の場合は、第６図Ｂ，Ｄに示すごとく結晶のモザ
イク構造に起因する、有限の格子面方位の乱れの
大きさで決まる、いわゆるロツキングカーブの半
価巾ｏは、モザイク細片ｐの方位分布の分散度を
表わすが、これは概略ソーラスリツト開き角αの
半分ｋと対応すると考えられる。

平面単結晶１２としては、実施例では高配向グ
ラフアイトを用いた。このグラフアイトのロツキ
ングカーブ半価巾は、0.4゜以下であり、従来の
ソーラスリツト開き角0.4゜＜α＜0.8゜の半分、
α／２、と同等程度である。

本発明によるＸ線光学系では、当然のことなが
ら、Ｋβフイルターを必要としないので、ソーラ
スリツトの省略とあいまつて、ブラツグ反射とい
うやや伝達効率の悪い素子の使用による、Ｘ線強
度面の不利が自然に補われているのである。

上述のごとく、明らかなように本発明によつて
当初の目的とする有害バツクグラウンドの著しい
軽減が、Ｘ線強度的に大きな犠性を払うことなく
実現されたが、さらに検出器９の配置の変化や、
受光ソーラースリツト８の省略可能に伴ない、以
下に述べるような利点が新たに生じるのである。

前記したごとく応力測定においては、可能なか
ぎり大きな回折角（２θ＝π−η）が測定できる
ことが望ましい。従来の構造では、受光ソーラー
スリツト８の外枠がＸ線管球１に接する点を限界
としたが、本発明に従えば、受光ソーラースリツ
トを使用しなくてもよいゆえ回折Ｘ線束のぎりぎ
りまで、Ｘ線管球に近づけることが可能となり、
高回折角の測定が容易になる。

また、試料表面に対するＸ線の入射角Ψは、で
きるだけ広範囲に分散させて、その各々における
回折角η（または２θ）を測定することが、測定
精度を向上させる上で重要である。ところが、歯
車の歯溝部分、クランクシヤフトの凹部等の実際
試料を非破壊的に測定しようとする時、従来の構
造では、ソーラスリツトや検出器が外にはみ出す
形となつているため、それらが試料の測定対象外
の部分に当るということで、Ψの変化に制限を受
けていた。

本発明の実施例（第３図）では、容易にわかる
とおり、検出器やソーラスリツトが、内側にへこ
む形をとり得るので、入射角Ψの可変範囲が大巾
に拡張できて、応力測定の精度向上に大きく寄与
するのである。

さて、Ｘ線回折計（Ｘ線応力測定装置も広義の
Ｘ線回折計の一種である）の集中法においては、
受光スリツトの後部にわん曲結晶モノクロメータ
ーを配し、バツクグラウンドを軽減し、測定精度
の向上に利用されていることは周知である。にも
拘らず、平行ビーム法が採用されているＸ線応力
測定装置に関してのみ概観すると、本発明の如く
単結晶を配置して、Ｘ線の単色化を計つたものは
一つも見当らない。しかも平面結晶と検出器は受
光部架台にともに固設塔載されているので、回動
により両者間のズレは生じるというようなことは
なく精度がよい。

前述によつて明らかなように、Ｘ線応力測定に
おける、性能上の重要問題がスマートに解決され
ている本発明は、当分野において新規なものであ
り、工業面、科学技術面に多大の貢献をなす価値
あるものと信ずる。

なお、本発明は、第１図、第３図等から想定さ
れるゴニオメーター可動形の装置に限らず、Ｘ線
回折計の改造または附属品付加によつて行われる
平行ビーム形の応力測定法にも簡単に実施できる
ものであり、特許請求の範囲に記載したＸ線応力
測定装置とは、これら改造形の装置をも含むもの
とする。

また第３図における受光ソーラースリツト８を
設けることは、一般的に考えて、受光Ｘ線を減衰
せしめるので不利であるが、あまり精度を要しな
い場合は、このソーラースリツト８を有する装置
も十分利用し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の平行ビーム形Ｘ線応力測定装置
の原理的構造説明図、第２図は、従来の装置によ
る回折図形、第３図は本発明の実施例の原理的構
造説明図、第４図は本発明の実施例装置による回
折図形、第５図は同じく実施例装置において、ソ
ーラースリツトを除いた時の回折図形、第６図は
ソーラースリツトと、単結晶とのＸ線束の平行化
の比較を原理的に示す図で、Ａはソーラースリツ
トを通るＸ線の方向成分対透過特性、Ｂは単結晶
で反射されるＸ線の方向成分対反射特性、Ｃはソ
ーラースリツトの断面図と、開き角αの定義、Ｄ
は単結晶のモザイク構造と反射の様子、をそれぞ
れ図式的に説明するものである。 １…Ｘ線管球、２…焦点（Ｘ線源）、３…入射
ソーラースリツト、４…入射Ｘ線束の中心線、５
…試料、６…回折Ｘ線束の中心線、７…Ｘ線遮へ
い板（窓つき）、８…受光ソーラースリツト、９
…Ｘ線検出器、１０…測定中心、η，Ψ…回転中
心、１１…フイルタ、１２…平面結晶、１３…受
光部架台、１４…単色化されたＸ線束の中心。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 略平行のＸ線束を試料面に照射し、試料によ
   る回折Ｘ線束と照射Ｘ線束とのなす角を、照射Ｘ
   線束と試料面の法線とのなす角の関数として測定
   し、試料表面の歪または残留応力の測定を行なう
   ものにおいて、試料とＸ線検出器との間に、試料
   からのＸ線のうちの回折Ｘ線のみを検出器側へ反
   射させる平面結晶を配置するとともに、この平面
   結晶およびＸ線検出器を固設塔載した受光部架台
   を試料上のＸ線照射点を中心に回動させ得るよう
   にしたことを特徴とするＸ線応力測定装置。