(57)【要約】【課題】非熱膨張部材の性質を精緻に調整することが可能な非熱膨張部材の製造方法を提供する。【解決手段】非熱膨張部材の製造方法は、第一材料からなり板状に延びるとともに互いに間隔をあけて積層された複数のベース板と、線膨張係数が第一材料より小さい第二材料からなり互いに隣り合うベース板同士を接続する複数の梁を有する非熱膨張部材を準備する準備工程Ｓ１と、非熱膨張部材を室温から所定の温度まで温度変化させる変温工程Ｓ２と、所定の温度環境下で非熱膨張部材の熱変形量を測定する測定工程Ｓ３と、所定の温度環境下で非熱膨張部材に機械加工を施すことで熱変形時の誤差を修正する修正工程Ｓ４と、を含む。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一材料からなり板状に延びるとともに互いに間隔をあけて積層された複数のベース板と、線膨張係数が前記第一材料より小さい第二材料からなり互いに隣り合うベース板同士を接続する複数の梁を有する非熱膨張部材を準備する準備工程と、
前記非熱膨張部材を室温から所定の温度まで温度変化させる変温工程と、
前記所定の温度環境下で前記非熱膨張部材の熱変形量を測定する測定工程と、
前記所定の温度環境下で前記非熱膨張部材に機械加工を施すことで熱変形時の誤差を修正する修正工程と、
を含む非熱膨張部材の製造方法。
【請求項２】
前記修正工程では、
前記測定工程での前記非熱膨張部材の熱変形量が予め定めた値よりも小さいと判断した場合には、前記ベース板に切削加工を施す請求項１に記載の非熱膨張部材の製造方法。
【請求項３】
前記修正工程では、
前記切削加工として、前記ベース板の積層方向における寸法を小さくする加工を施す請求項２に記載の非熱膨張部材の製造方法。
【請求項４】
前記ベース板は、前記複数の梁が接続される支持部と、互いに隣接する複数の前記支持部を接続する接続部と、を有し、
前記修正工程では、
前記切削加工として、前記接続部の延びる方向に直交する断面の面積を小さくする加工を施す請求項２又は３に記載の非熱膨張部材の製造方法。
【請求項５】
前記修正工程では、
前記測定工程での前記非熱膨張部材の熱変形量が予め定めた値よりも大きいと判断した場合には、前記梁に切削加工を施す請求項１に記載の非熱膨張部材の製造方法。
【請求項６】
前記梁は、前記ベース板の広がる面方向に対して傾斜しており、
前記修正工程では、
前記梁の端部を含む周辺部分に前記切削加工を施す請求項５に記載の非熱膨張部材の製造方法。
【請求項７】
前記ベース板は、該ベース板を貫通する複数の孔が形成されることで格子状をなし、前記複数の梁は、前記ベース板同士を接続する三次元トラス構造をなしている請求項１から６のいずれか一項に記載の非熱膨張部材の製造方法。
【請求項８】
前記非熱膨張部材は、線膨張係数が異なる複数種の材料により構成され、三次元格子状構造をなしている請求項１に記載の非熱膨張部材の製造方法。
【請求項９】
前記非熱膨張部材は、トポロジー最適化によって設計され、線膨張係数が異なる複数種の材料による構成をなす請求項１に記載の非熱膨張部材の製造方法。
【請求項１０】
基台と、
該基台上に配置され、側面に固定コイルが取り付けられたスケールと、
該スケールに外側から対向する可動コイルが取り付けられたスライダと、
前記可動コイルに交流電流を流す電源装置と、
を備え、
前記スケールは、第一材料からなり板状に延びるとともに互いに間隔をあけて積層された複数のベース板と、線膨張係数が前記第一材料より小さい第二材料からなり互いに隣り合うベース板同士を接続する複数の梁を有する非熱膨張部材によって形成されている位置検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非熱膨張部材の製造方法及び位置検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
メタマテリアルと呼ばれる材料に関する研究に注目が集まっている。メタマテリアルとは、従来の材料では実現できなかった性質を有する材料である。メタマテリアルとしては、例えば負の屈折率を有する光学的メタマテリアルがこれまでに実現されてきた。一方で、３Ｄプリンタの実用化に伴って、力学的メタマテリアルと呼ばれる材料も実用化されつつある。力学的メタマテリアルとして、負のポアソン比を有するものや、負又はゼロの熱膨張率を有する非熱膨張部材が特に注目されている。
【０００３】
非熱膨張部材の具体例として、下記特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１に記載された熱膨張材料は、負の熱膨張を示す金属酸化物からなる八面体配位子又は四面体配位子の隙間に、第三の元素が配置される。これにより、配位子が回転することによる金属酸化物分子間のズレが抑制され、負の熱膨張が抑制される。その結果、全体として熱膨張をゼロにできるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１７３３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のような非熱膨張部材を実地に使用する場合、例えば熱膨張が厳密にゼロに抑えられていることが保証されている必要がある。しかしながら、上記特許文献１に記載された技術では、化学反応に基づいて非熱膨張部材を生成することから、製造環境の変化等に起因して、反応の進行度にばらつきが生じる可能性がある。これにより、上記のように、必要に応じて非熱膨張部材の性質を厳密に保証することが難しくなってしまう。このような事情に鑑みて、非熱膨張部材の性質を事後的に調整することが可能な技術に対する要請が高まっている。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、非熱膨張部材の性質を精緻に調整することが可能な非熱膨張部材の製造方法及び位置検出器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】
【０００７】
本発明の一態様に係る非熱膨張部材の製造方法は、第一材料からなり板状に延びるとともに互いに間隔をあけて積層された複数のベース板と、線膨張係数が前記第一材料より小さい第二材料からなり互いに隣り合うベース板同士を接続する複数の梁を有する非熱膨張部材を準備する準備工程と、前記非熱膨張部材を室温から所定の温度まで温度変化させる変温工程と、前記所定の温度環境下で前記非熱膨張部材の熱変形量を測定する測定工程と、前記所定の温度環境下で前記非熱膨張部材に機械加工を施すことで熱変形時の誤差を修正する修正工程と、を含む。
【０００８】
上記方法によれば、まず変温工程で非熱膨張部材を温度変化させ、その後の測定工程で温度が変化した時点での非熱膨張部材の熱変形量を測定する。修正工程では、この熱変形量が予め定められた所望の値となるように、非熱膨張部材に対して機械加工を施す。これにより、製造直後の状態で生じていた熱変形量の誤差が修正される。その結果、目的とする熱変形量を呈する非熱膨張部材を得ることができる。さらに、上記方法では、事後的な熱変形量の調整が可能となることから、非熱膨張部材を製造する工程（準備工程）では、構成材料の実測線膨張係数を踏まえた過度に厳密な寸法の計画及び管理を行う必要がない。これにより、製造設備や工程管理が簡略化され、製造コストを削減することもできる。
【０００９】
上記非熱膨張部材の製造方法において、前記修正工程では、前記測定工程での前記非熱膨張部材の熱変形量が予め定めた値よりも小さいと判断した場合には、前記ベース板に切削加工を施してもよい。
【００１０】
ここで、ベース板を形成する第一材料は、梁を形成する第二材料よりも線膨張係数が大きい。したがって、両者が同じ温度に昇温された場合、ベース板は梁よりも大きく熱変形する。この際、ベース板の広がる方向に熱変形が生じる一方で、梁がベース板に向かって倒れることで ベース板の積層方向には熱変形が抑制される効果が生じ、梁に対してベース板の剛性が大きい程、その傾向が顕著となる。上記のように、ベース板に切削加工を施した場合、ベース板の剛性が小さくなり、熱変形の抑制効果が小さくなる。したがって、測定工程で非熱膨張部材の熱変形量が予め定めた値よりも小さいと判断された場合に、上記のようにベース板に切削加工を施すことで、非熱膨張部材の熱変形量を大きくなる方向に調整することができる。その結果、熱変形量を予め定めた値に対して精緻に合致させることが可能となる。
【００１１】
上記非熱膨張部材の製造方法において、前記修正工程では、前記切削加工として、前記ベース板の積層方向における寸法を小さくする加工を施してもよい。
【００１２】
上記方法によれば、ベース板の積層方向における寸法、即ち厚さ寸法を小さくすることのみによって、より容易にベース板の剛性を小さくすることができる。さらに、厚さ寸法を調整する加工は、他の機械加工に比べて単純かつ容易であることから、より微細に加工を進めることが可能となる。その結果、非熱膨張部材の熱変形量をより細かく調整することができる。
【００１３】
上記非熱膨張部材の製造方法では、前記ベース板は、前記複数の梁が接続される支持部と、互いに隣接する複数の前記支持部を接続する接続部と、を有し、前記修正工程では、前記切削加工として、前記接続部の延びる方向に直交する断面の面積を小さくする加工を施してもよい。
【００１４】
上記方法によれば、ベース板が支持部と接続部とを有することで格子状に形成されている場合に、接続部の延びる方向に直交する断面の面積を小さくする加工（即ち、接続部を細くする加工）を施すことのみによって、容易かつ精緻にベース板の剛性を小さくすることができる。その結果、非熱膨張部材全体としての熱変形量を精緻に調整することができる。
【００１５】
上記非熱膨張部材の製造方法において、前記修正工程では、前記測定工程での前記非熱膨張部材の熱変形量が予め定めた値よりも大きいと判断した場合には、前記梁に切削加工を施してもよい。
【００１６】
上記方法によれば、梁に切削加工を施すことで、梁の寸法が小さくなり、ひいては梁に対するベース板の相対的な剛性が大きくなる。これにより、熱変形の抑制効果が大きくなる。したがって、非熱膨張部材全体としての熱変形量を小さくなる方向に調整することができる。その結果、熱変形量を予め定めた値に対して精緻に合致させることが可能となる。
【００１７】
上記非熱膨張部材の製造方法では、前記梁は、前記ベース板の広がる面方向に対して傾斜しており、前記修正工程では、前記梁の端部を含む周辺部分に前記切削加工を施してもよい。
【００１８】
上記方法によれば、梁の端部を含む周辺部分に切削加工が施される。ここで、梁の端部を含む部分は、ベース板に対して傾斜した状態で固定されているため、当該部分を除く他の部分に比べて、ベース板の熱変形により曲げ変形が大きく生じている。当該部分を含む部分に切削加工することで、梁に対するベース板の相対的な剛性を大きくするだけではなく、曲げ変形の解放が重畳する。その結果、非熱膨張部材全体としての熱変形量を小さくなる方向により効率的に調整することができる。さらに、梁の端部を含む部分のうち、ベース板とは反対側を向く部分は、ベース板側を向く部分と違って、外側を向いている。したがって、切削加工を施す際に、工具等をより容易に到達させることができる。これにより、加工を容易かつ高精度に行うことが可能となる。
【００１９】
上記非熱膨張部材の製造方法では、前記ベース板は、該ベース板を貫通する複数の孔が形成されることで格子状をなし、前記複数の梁は、前記ベース板同士を接続する三次元トラス構造をなしていてもよい。
【００２０】
上記方法によれば、複数の梁によって三次元トラス構造が形成される。ここで、三次元トラス構造とは、複数の梁によって形成された四角錐を連続的に組み合わせた構造を指す。三次元トラス構造では、外力が加わった場合、それぞれの梁には自身の延びる方向における圧縮又は引っ張りのみが作用することが知られている。したがって、このように構成された非熱膨張部材では、ベース板に熱膨張が生じた場合に梁に生じる力の方向が梁の軸方向に限定されていることから、発現する線膨張係数をより容易に調節することができる。具体的には、ベース板や梁の太さ（延びる方向における断面積）を変えることで、非熱膨張部材の線膨張係数を容易に変更することができる。これにより、非熱膨張部材の特性を高い自由度のもとで決定することができる。
【００２１】
本発明の一態様に係る位置検出器は、基台と、該基台上で一方の端部を固定され、位置検出方向に固定コイルが取り付けられたスケールと、前記スケールに外側から対向する可動コイルが取り付けられたスライダと、前記可動コイルに交流電流を流す電源装置と、を備え、前記スケールは、第一材料からなり板状に延びるとともに互いに間隔をあけて積層された複数のベース板と、線膨張係数が前記第一材料より小さい第二材料からなり互いに隣り合うベース板同士を接続する複数の梁を有する非熱膨張部材によって形成されている。
【００２２】
上記構成によれば、作業環境の温度が変化した場合であっても、スケールの熱変形をゼロにするか、又は限りなくゼロに近づけることができる。即ち、基台に熱伸びや熱収縮が生じても、スケールにはその影響が及ばない。その結果、スケール上におけるスライダの位置を、温度変化の影響を受けることなく、高い精度のもとで検出することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、非熱膨張部材の性質を精緻に調整することが可能な非熱膨張部材の製造方法及び位置検出器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第一実施形態に係る非熱膨張部材の構成を示す全体図である。
【図２】図１におけるＡ方向から非熱膨張部材を見た図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係る非熱膨張部材の挙動を示す説明図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係る非熱膨張部材の製造方法を示す工程図である。
【図５】本発明の第一実施形態に係る修正工程のうち、非熱膨張部材の熱変形量が予め定めた値よりも小さい場合における切削加工を説明する説明図である。
【図６】本発明の第一実施形態に係る修正工程のうち、非熱膨張部材の熱変形量が予め定めた値よりも大きい場合における切削加工を説明する説明図である。
【図７】本発明の第二実施形態に係る非熱膨張部材の構成を示す全体図である。
【図８】本発明の第二実施形態に係る非熱膨張部材の製造方法を示す工程図である。
【図９】本発明の第二実施形態に係る修正工程における切削加工を説明する説明図である。
【図１０】本発明の第三実施形態に係る計測装置の構成を示す分解図である。
【図１１】本発明の第三実施形態に係る計測装置の要部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
［第一実施形態］
本発明の第一実施形態について、図１から図６を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態に係る非熱膨張部材１００は、板状に形成されるとともに、厚さ方向に間隔をあけて配列された複数のベース板１と、これらベース板１同士を互いに接続する三次元梁構造２と、を備えている。ベース板１を形成する材料（第一材料）の線膨張係数は、三次元梁構造２を形成する材料（第二材料）の線膨張係数に対して相対的に大きい。第一材料、及び第二材料としては、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１０、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ４１０）や、Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ、Ｎｉ基合金（インコネル６００、７１８）、高クロム鋼（９Ｃｒ、１２Ｃｒ）、２．２５Ｃｒ−１Ｍｏ材等から選択された材料が適宜用いられる。より具体的には、第一材料としてＳＵＳ３０４を用い、第二材料としてこのＳＵＳ３０４よりも線膨張係数が小さいＳＵＳ４１０を用いることが考えられる。また、第一材料としてＳＵＳ３０４を用い、第二材料としてＴｉ６Ａｌ４Ｖを用いることも可能である。この他、アルミ合金、銅、カーボンスチールや非金属材料を第一材料、又は第二材料として用いることも可能である。複数のベース板１は、延在領域の全体にわたって等間隔をあけて互いに対向している。
【００２６】
三次元梁構造２は、互いに交差する方向に延びる複数の梁２１を有している。それぞれの梁２１は棒状をなしている。この三次元梁構造２では、４つの梁２１が、互いに対向する一対のベース板１のうち、一方側のベース板１の表面に格子状に配列された複数の支持点の一つ（第一支持点３１）と、他方側のベース板１の表面に格子状に配列された４つの支持点（第二支持点３２）とをそれぞれ接続している。
【００２７】
ベース板１に直交する方向から見て、第一支持点３１と第二支持点３２とは、位置が互いに重ならないような位置にそれぞれ配列されるとともに、互いに等間隔をあけて格子状に配列されている。即ち、上記４つの梁２１は、１つの第一支持点３１を頂点とするとともに、４つの第二支持点３２によってベース板１上に形成される四角形を底面とする四角錐を形成している。複数の梁２１は、互いに同一の長さを有している。
【００２８】
上記のような三次元梁構造２が、ベース板１を挟んで積層方向に鏡像対称となるように配置されている。言い換えれば、ベース板１の一方側の面における１つの第一支持点３１の反対側（ベース板１の他方側の面上）には、他の第一支持点３１が位置している。図１と図２の例では、これらベース板１、及び三次元梁構造２が、４層にわたって積層されている構成を示している。また、図２に示すように、図１におけるＡ方向から見た場合、即ち、梁２１同士が互いに重なる方向から見た場合、一対の梁２１とベース板１との間には、二等辺三角形を断面形状として当該Ａ方向に貫通する貫通孔Ｈが形成される。言い換えれば、このＡ方向から見た場合、貫通孔Ｈは、Ａ方向の全域にわたって同一の断面積と断面形状を有している。なお、上記のＡ方向は、より詳細には以下のように表現される。まず、図１中に示すように、非熱膨張部材１００におけるベース板１の一辺の延びる方向をｘ軸方向とし、当該一辺に直交する他の一辺の延びる方向をｙ軸とし、これらｘ軸、及びｙ軸に直交する方向をｚ軸とする。この際、ｘ軸及びｙ軸については、それぞれの方向に配列し隣接する第一支持点３１同士または第二支持点３２同士の距離の半分を単位長さに、ｚ軸については隣接するベース板の間隔を単位長さにとる。即ち、ベース板１はｘｙ平面内に広がっており、このベース板１と三次元梁構造２とが、ｚ軸方向に積層されている。（なお、以降の説明では、ｘｙ平面を含む面方向を「面内方向」と呼び、ｚ軸方向を「積層方向」と呼ぶことがある。）このとき、上記のＡ方向は、三次元ベクトルとして、（−１，１，０）と表現される。即ち、このＡ方向は、ベース板１の広がる面内において、ｘ軸及びｙ軸の単位長さが等しい場合、非熱膨張部材１００に対して斜め４５°を向く方向に相当する。
【００２９】
次に、上記の非熱膨張部材１００の挙動について、図３を参照して説明する。図３では、一対のベース板１と、これらベース板１同士の間に設けられた１層の三次元梁構造２のみを代表的に示している。非熱膨張部材１００に熱が加えられた場合、ベース板１、及び三次元梁構造２は、以下のような挙動を示す。まず、ベース板１は、自身の延在する面方向（図３中の矢印Ｄａ方向）に膨張する（ベース板１ａ）。したがって、上述の第一支持点３１同士の間隔が広がる。ここで、梁２１の線膨張係数が、ベース板１の線膨張係数よりも小さいことから、ベース板１の熱膨張量に比べて、梁２１の熱膨張量は小さくなっている。これにより、上述の第一支持点３１同士の間隔が広がり（第一支持点３１ａ）、一対の梁２１はベース板１の膨張する方向へ引っ張られる（梁２１ａ）。その結果、一方側のベース板１に対して、他方側のベース板１が近付く方向（図３中の矢印Ｄｂ方向）に変位する。このように、ベース板１の広がる面方向（Ｄａ方向）に膨張が生じる一方で、面方向に直交する厚さ方向（積層方向；Ｄｂ方向）では熱膨張が抑制される（積層方向における線膨張係数が梁２１より小さい値、ゼロ又は負）。
【００３０】
他方で、上記のような非熱膨張部材１００とは異なる、一様な材料で形成された中実の板材に熱を加えた場合、面方向と厚さ方向に材料固有の熱膨張が生じる。即ち、上記の非熱膨張部材１００では、従来発現が難しい特性を実現することができる。
【００３１】
続いて、上記の非熱膨張部材１００の製造方法について、図４から図６を参照して説明する。図４に示すように、この製造方法は、準備工程Ｓ１と、変温工程Ｓ２と、測定工程Ｓ３と、修正工程Ｓ４と、を含む。
【００３２】
準備工程Ｓ１では、まず上述のような構成を有する非熱膨張部材１００を準備する。非熱膨張部材１００を準備するに当たっては、例えば３Ｄプリンタによる立体造形を用いてもよいし、ベース板と梁とを別々に用意してこれらを組み立てる方法を用いてもよい。
【００３３】
準備工程Ｓ１の次に、変温工程Ｓ２を実行する。この変温工程Ｓ２では、準備工程Ｓ１で準備した非熱膨張部材１００を所定の温度まで温度変化させる。具体的には、非熱膨張部材１００に対して熱を加えて昇温させるか、又は熱を除去して冷却する。このとき、非熱膨張部材１００には、温度変化に基づく熱変形が生じる。なお、ここで言う熱変形とは、昇温による熱変形（主に熱膨張）と、冷却による熱変形（主に熱膨張）とを含む。
【００３４】
変温工程Ｓ２の後に、測定工程Ｓ３を実行する。測定工程Ｓ３では、上記所定の温度環境下で、非熱膨張部材１００に生じた上記の熱変形の程度を測定する。上述したように、本実施形態に係る非熱膨張部材１００では、面内方向における熱変形量は正の値を示す一方で、積層方向における熱変形量は抑制される。測定工程Ｓ３では、積層方向における熱変形量が測定される。測定に当たって、具体的にはマイクロゲージや、他の非接触型の計測装置が好適に用いられる。
【００３５】
測定工程Ｓ３に続いて、修正工程Ｓ４を実行する。修正工程Ｓ４では、上述の所定の温度環境下で、非熱膨張部材１００に機械加工を施すことで、非熱膨張部材１００の熱変形量に生じた誤差を修正する。具体的には、まず計測工程Ｓ３で測定された非熱膨張部材１００の積層方向における熱変形量と、予め定めた値（目標値）との誤差が判定される。熱変形量が予め定めた値よりも小さいと判断した場合には、ベース板１に切削加工を施す。
【００３６】
この場合の切削加工の具体例として、図５に示すように、ベース板１の積層方向における寸法（即ち、ベース板１の厚さ方向の寸法）を小さくする加工が施される。このような切削加工を行うに当たっては、砥石やエンドミル、フライス等の工具に加えて、レーザやウォータージェットによる切削加工を用いることも可能である。なお、図５では、非熱膨張部材１００が、２つのベース板１と、１つの三次元梁構造２とを有する場合において、ベース板１の積層方向両側に露出する面に切削加工を施す例について説明している。しかしながら、非熱膨張部材１００が３つ以上のベース板１を有している場合には、中間層に相当するベース板１にも上記の切削加工を施すことが望ましい。この場合、切削対象面に容易に工具を到達させるために、上述のレーザやウォータージェット等による加工が好適に用いられる。
【００３７】
このように、非熱膨張部材１００の熱変形量が目標値よりも小さい場合に、ベース板１の厚さを減じることにより、ベース板１の剛性が小さくなる。ここで、ベース板１を形成する第一材料は、梁２１を形成する第二材料よりも線膨張係数が大きい。したがって、両者が同じ温度に昇温された場合、ベース板１は梁２１よりも大きく熱変形する。この際、ベース板１の広がる方向に熱変形が生じる一方で、梁２１がベース板に向かって倒れることで ベース板１の積層方向には熱変形が抑制される効果が生じ、梁２１に対してベース板１の剛性が大きい程、その傾向が顕著となる。上記のように、ベース板１に切削加工を施した場合、ベース板１の剛性が小さくなり、熱変形の抑制効果が小さくなる。したがって、測定工程Ｓ３で非熱膨張部材１００の熱変形量が予め定めた値よりも小さいと判断された場合に、上記のようにベース板１に切削加工を施すことで、非熱膨張部材１００の熱変形量を大きくなる方向に調整することができる。その結果、熱変形量を予め定めた値に対して精緻に合致させることが可能となる。
【００３８】
一方で、修正工程Ｓ４において、非熱膨張部材１００の熱変形量が予め定めた値よりも大きいと判断した場合には、梁２１に切削加工を施す。この場合の切削加工の具体例として、図６に示すように、梁２１の各端部を含む周辺部分を切削する加工が施される。図６中の鎖線で囲まれた部分（切削対象部Ｃ）を切削加工によって縮小する。
【００３９】
このように、非熱膨張部材１００の熱変形量が目標値よりも大きい場合に、梁２１に切削加工を施すことにより、梁２１に対するベース板１の剛性が大きくなるとともに、梁２１の曲げ変形の解放が重畳する。これにより、熱変形の抑制効果が大きくなる。したがって、非熱膨張部材１００全体としての熱変形量を小さくなる方向に調整することができる。その結果、熱変形量を予め定めた値に対して精緻に合致させることが可能となる。
【００４０】
以上、説明したように、本実施形態に係る非熱膨張部材１００の製造方法によれば、まず変温工程Ｓ２で非熱膨張部材１００を温度変化させ、その後の測定工程Ｓ３で温度が変化した時点での非熱膨張部材１００の熱変形量を測定する。修正工程Ｓ４では、この熱変形量が予め定められた所望の値となるように、非熱膨張部材１００に対して機械加工を施す。これにより、製造直後の状態で生じていた熱変形量の誤差が修正される。その結果、目的とする熱変形量を呈する非熱膨張部材１００を得ることができる。さらに、上記方法では、事後的な熱変形量の調整が可能となることから、非熱膨張部材１００を製造する工程（準備工程Ｓ１）では、構成材料の実測線膨張係数を踏まえた過度に厳密な寸法の計画及び管理を行う必要がない。これにより、製造設備や工程管理が簡略化され、製造コストを削減することもできる。
【００４１】
上記非熱膨張部材の製造方法において、前記修正工程では、前記測定工程での前記非熱膨張部材の熱変形量が予め定めた値よりも小さいと判断した場合には、前記ベース板に切削加工を施してもよい。
【００４２】
ここで、ベース板１を形成する第一材料は、梁２１を形成する第二材料よりも線膨張係数が大きい。したがって、両者が同じ温度に昇温された場合、ベース板１は梁２１よりも大きく熱変形する。この際、ベース板１の広がる方向に熱変形が生じる一方で、梁２１がベース板に向かって倒れることで ベース板１の積層方向には熱変形が抑制される効果が生じ、梁２１に対してベース板１の剛性が大きい程、その傾向が顕著となる。上記のように、ベース板１に切削加工を施した場合、ベース板１の剛性が小さくなり、熱変形の抑制効果が小さくなる。したがって、測定工程Ｓ３で非熱膨張部材１００の熱変形量が予め定めた値よりも小さいと判断された場合に、上記のようにベース板１に切削加工を施すことで、非熱膨張部材１００の熱変形量を大きくなる方向に調整することができる。その結果、熱変形量を予め定めた値に対して精緻に合致させることが可能となる。
【００４３】
さらに、上記方法によれば、ベース板１の積層方向における寸法、即ち厚さ寸法を小さくすることのみによって、より容易にベース板１の剛性を小さくすることができる。厚さ寸法を調整する加工は、他の機械加工に比べて単純かつ容易であることから、より微細に加工を進めることが可能となる。その結果、非熱膨張部材１００の熱変形量をより細かく調整することができる。
【００４４】
加えて、修正工程Ｓ４では、測定工程Ｓ３での非熱膨張部材１００の熱変形量が予め定めた値よりも大きいと判断した場合には、梁２１に切削加工が施される。この方法によれば、梁２１に切削加工を施すことで、梁２１の寸法が小さくなり、ひいては梁２１に対するベース板１の相対的な剛性が大きくなる。これにより、熱変形の抑制効果が大きくなる。したがって、非熱膨張部材１００全体としての熱変形量を小さくなる方向に調整することができる。その結果、熱変形量を予め定めた値に対して精緻に合致させることが可能となる。
【００４５】
さらに加えて、上記方法によれば、梁２１の端部を含む周辺部分に切削加工が施される。ここで、梁２１の端部を含む部分は、ベース板に対して傾斜した状態で固定されているため、当該部分を除く他の部分に比べて、ベース板１の熱変形により曲げ変形が大きく生じている。その結果、非熱膨張部材１００全体としての熱変形量を小さくなる方向により効率的に調整することができる。さらに、梁２１の端部を含む部分のうち、ベース板１とは反対側を向く部分は、ベース板１側を向く部分と違って、外側を向いている。したがって、切削加工を施す際に、工具等をより容易に到達させることができる。これにより、加工を容易かつ高精度に行うことが可能となる。
【００４６】
さらに、上記方法によれば、複数の梁２１によって三次元トラス構造２が形成される。ここで、三次元トラス構造２とは、複数の梁２１によって形成された四角錐を連続的に組み合わせた構造を指す。三次元トラス構造２では、外力が加わった場合、それぞれの梁２１には自身の延びる方向における圧縮又は引っ張りのみが作用することが知られている。したがって、このように構成された非熱膨張部材１００では、ベース板１に熱膨張が生じた場合に梁２１に生じる力の方向が梁の軸方向に限定されていることから、発現する線膨張係数を容易に調節することができる。具体的には、ベース板１や梁２１の太さ（延びる方向における断面積）を変えることで、非熱膨張部材の線膨張係数を容易に変更することができる。これにより、非熱膨張部材１００の特性を高い自由度のもとで決定することができる。
【００４７】
以上、本発明の第一実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の方法や構成に種々の変更・改修を施すことが可能である。例えば、上記第一実施形態において、図１の例では、５つのベース板１と、これらベース板１同士を接続する４つの三次元梁構造２とを有する非熱膨張部材１００について説明した。しかしながら、ベース板１、及び三次元梁構造２の数はこれに限定されず、設計や仕様に応じて適宜変更することが可能である。さらに、本実施形態に係る製造方法（特に、修正工程Ｓ４）は、上述の構造の非熱膨張部材だけでなく、線膨張係数が異なる複数種の材料により構成された三次元格子状構造やトポロジー最適化によって設計されたより複雑な構造の部材にも適用することが可能である。
【００４８】
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について、図７と図８を参照して説明する。なお、上記第一実施形態と同様の構成や工程については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。本実施形態では、非熱膨張部材２００の構成、及び修正工程Ｓ４´における切削加工の対象が上記第一実施形態とは異なっている。
【００４９】
図７に示すように、非熱膨張部材２００は、ベース板２０１と、三次元梁構造２０２と、を備える。この三次元梁構造２０２では、４つの梁２１が、互いに対向する一対のベース板１のうち、一方側のベース板１の表面に格子状に配列された複数の支持点の一つ（第一支持点３１）と、他方側のベース板１の表面に格子状に配列された４つの支持点（第二支持点３２）とをそれぞれ接続している。
【００５０】
ベース板２０１に直交する方向から見て、第一支持点３１と第二支持点３２とは、位置が互いに重ならないような位置にそれぞれ配列されるとともに、互いに等間隔をあけて格子状に配列されている。即ち、上記４つの梁２１は、１つの第一支持点３１を頂点とするとともに、４つの第二支持点３２によってベース板２０１上に形成される四角形を底面とする四角錐を形成している。
【００５１】
ベース板２０１は、複数（４つ）の梁２１が接続されることで第一支持点３１を形成する支持部４１と、面内方向において互いに隣接する複数の支持部４１を接続する接続部４２と、を有している。これにより、ベース板２０１には、複数（４つ）の第一支持点３１を頂点とする四角形の孔（ベース板孔部６）が形成されている。即ち、ベース板２０１は、各第一支持点３１同士を接続する格子状をなしている。
【００５２】
このような非熱膨張部材２００を製造するに当たっては、図８に示す各工程を実行する。この製造方法は、準備工程Ｓ１と、変温工程Ｓ２と、測定工程Ｓ３と、修正工程Ｓ４´と、を含む。
【００５３】
第一実施形態と同様に、準備工程Ｓ１では、まず上述のような構成を有する非熱膨張部材２００を準備する。非熱膨張部材２００を準備するに当たっては、例えば３Ｄプリンタによる立体造形を用いてもよいし、ベース板と梁とを別々に用意してこれらを組み立てる方法を用いてもよい。
【００５４】
準備工程Ｓ１の次に、変温工程Ｓ２を実行する。この変温工程Ｓ２では、準備工程Ｓ１で準備した非熱膨張部材２００を所定の温度まで温度変化させる。具体的には、非熱膨張部材２００に対して熱を加えて昇温させるか、又は熱を除去して冷却する。このとき、非熱膨張部材２００には、温度変化に基づく熱変形が生じる。なお、ここで言う熱変形とは、昇温による熱変形（主に熱膨張）と、冷却による熱変形（主に熱収縮）とを含む。
【００５５】
変温工程Ｓ２の後に、測定工程Ｓ３を実行する。測定工程Ｓ３では、上記所定の温度環境下で、非熱膨張部材２００に生じた上記の熱変形の程度を測定する。上述したように、本実施形態に係る非熱膨張部材２００では、面内方向における熱変形量は正の値を示す一方で、積層方向における熱変形量は抑制される。測定工程Ｓ３では、積層方向における熱変形量が測定される。測定に当たって、具体的にはマイクロゲージや、他の非接触型の計測装置が好適に用いられる。
【００５６】
測定工程Ｓ３に続いて、修正工程Ｓ４´を実行する。修正工程Ｓ４´では、上述の所定の温度環境下で、非熱膨張部材２００に機械加工を施すことで、非熱膨張部材２００の熱変形量に生じた誤差を修正する。具体的には、まず計測工程Ｓ３で測定された非熱膨張部材２００の積層方向における熱変形量と、予め定めた値（目標値）との誤差が判定される。熱変形量が予め定めた値よりも小さいと判断した場合には、ベース板１に切削加工を施す。
【００５７】
この場合の切削加工の具体例として、図９に示すように、上記の接続部４２の延びる方向に直交する断面の面積を小さくする加工が施される。即ち、この切削加工では、接続部４２が細くなる。図９の例では、接続部４２の延在する長さの全域にわたって均等に細くする場合について図示している。なお、必要に応じて、接続部４２の一部のみを細くする加工を施すことも可能である。
【００５８】
一方で、非熱膨張部材２００の熱変形量が予め定めた値よりも大きいと判断した場合には、上述の第一実施形態で説明したように、梁２１に対して切削加工が施される。
【００５９】
上記の方法によれば、ベース板２０１が支持部４１と接続部４２とを有することで格子状に形成されている場合に、接続部４２の延びる方向に直交する断面の面積を小さくする加工（即ち、接続部４２を細くする加工）を施すことのみによって、容易かつ精緻にベース板２０１の剛性を小さくすることができる。その結果、非熱膨張部材２００全体としての熱変形量を精緻に調整することができる。
【００６０】
以上、本発明の第二実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の方法や構成に種々の変更・改修を施すことが可能である。例えば、上記第二実施形態において、図７の例では、３つのベース板２０１と、これらベース板２０１同士を接続する２つの三次元梁構造２０２とを有する非熱膨張部材２００について説明した。しかしながら、ベース板２０１、及び三次元梁構造２０２の数はこれに限定されず、設計や仕様に応じて適宜変更することが可能である。さらに、本実施形態に係る製造方法（特に、修正工程Ｓ４´）は、上述の構造の非熱膨張部材だけでなく、線膨張係数が異なる複数種の材料により構成された三次元格子状構造やトポロジー最適化によって設計されたより複雑な構造の部材にも適用することが可能である。
【００６１】
［第三実施形態］
続いて、本発明の第三実施形態について、図１０と図１１を参照して説明する。なお、上記の各実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。本実施形態では、上記の各実施形態で説明した非熱膨張部材１００，２００を、機械加工装置８０に付随する位置検出器９０に適用した例について説明する。
【００６２】
図１０に示すように、一例として機械加工装置８０は、水平方向に延びるボールネジ８１と、ボールネジ８１を回転させる駆動部８２と、ボールネジ８１の回転に伴って水平方向に移動可能なテーブル８３と、テーブル８３の水平方向における位置を検出する一検出器９０と、を備えている。テーブル８３上には、加工対象となるワーク（不図示）が配置される。テーブル８３の移動に伴って、ワークに対する加工工具の相対位置が変化し、ワークに対して所定の加工が施される。
【００６３】
ここで、ワークに対して精密な加工を施すためには、水平方向におけるワークの位置（即ち、テーブル８３の位置）を精緻に検出・評価する必要がある。したがって、作業環境下における温度の変化に伴う位置検出器９０の精度変化を抑える必要がある。そこで、本実施形態では、この位置検出器９０に上述の各実施形態で説明した非熱膨張部材１００，２００を適用している。より具体的には図１１に示すように、この位置検出器９０は、水平面上に配置された基台９１と、基台９１上に配置され、側面に固定コイル９２ｃが取り付けられたスケール９２と、スケール９２に外側から対向する可動コイル９３ｃが取り付けられたスライダ９３と、可動コイル９３ｃに交流電流を流すための電源装置９４と、を備えている。スライダ９３は、上記のテーブル８３に一体に固定されている。したがって、テーブル８３の水平移動に伴って、スライダ９３はスケール９２に沿って水平移動する。
【００６４】
ここで、スライダ９３の可動コイル９３ｃには交流電流が流れていることから、可動コイル９３ｃと固定コイル９２ｃとの間では、電磁誘導による誘導電流が発生する。この誘導電流の変化を測定することで、スケール９２に対するスライダ９３、テーブル８３の相対位置を検出することができる。本実施形態では、固定コイル９２ｃが取り付けられるスケール９２を、非熱膨張部材１００，２００によって形成している。さらに、このスケール９２は、基台９１の水平方向における一方側の端部ｔ１のみに固定されており、基台９１の他方側の端部ｔ２とスケール９２とは固定されていない。また、スケール９２を形成する非熱膨張部材１００，２００では、積層方向が水平方向とされている。
【００６５】
したがって、例えば作業環境の温度が変化した場合であっても、スケール９２の熱変形をゼロにするか、又は限りなくゼロに近づけることができる。即ち、基台９１に熱伸びや熱収縮が生じても、スケール９２にはその影響が及ばない。その結果、スケール９２上におけるスライダ９３の位置を、温度変化の影響を受けることなく、検出することができる。これにより、機械加工装置８０の加工精度をさらに向上させることができる。
【００６６】
以上、本発明の第三実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、上記第三実施形態で説明した機械加工装置８０の構成は一例であって、他の態様の加工装置であって、精密な位置検出が要求されるものであれば、本発明の非熱膨張部材１００，２００を公的に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１００，２００…非熱膨張部材
１，１ａ，２０１…ベース板
２，２０２…三次元梁構造又は三次元トラス構造
６…ベース板孔部
２１，２１ａ…梁
３１，３１ａ…第一支持点
３２，３２ａ…第二支持点
４１…支持部
４２…接続部
８０…機械加工装置
８１…ボールネジ
８２…駆動部
８３…テーブル
９０…位置検出器
９１…基台
９２…スケール
９２ｃ…固定コイル
９３…スライダ
９３ｃ…可動コイル
９４…電源装置
Ｃ…切削対象部
Ｈ…貫通孔
Ｓ１…準備工程
Ｓ２…変温工程
Ｓ３…測定工程
Ｓ４，Ｓ４´…修正工程
ｔ１，ｔ２…端部
Ａ，Ｄａ，Ｄｂ…方向
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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