(57)【要約】【課題】様々な長さの寸法基準器に対して、線膨張係数の測定を、高精度かつ安価に行える寸法基準器の線膨張係数測定方法および測定装置を提供する。【解決手段】恒温槽３０の内部に、測定対象物第１支持台５１、測定対象物第２支持台５２、基準ゲージ第１支持台６１、および基準ゲージ第２支持台６２を用いて、測定対象物（１０）および基準ゲージ（２０）を平行に支持しておき、恒温槽３０の内部温度を第１温度とし、基準ゲージの第１基準表面２１から第２基準表面２２までの長さを基準として、測定対象物の第１表面１１から第２表面１２までの長さを比較測定し、恒温槽３０の内部温度を第２温度とし、同様に第１基準表面２１から第２基準表面２２までの長さを基準として、第１表面１１から第２表面１２までの長さを比較測定し、第１温度での測定対象物の長さと第２温度での測定対象物の長さとから測定対象物の線膨張係数を算出する。【選択図】図４
2020160091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
寸法基準器を測定対象物として、前記測定対象物の延伸方向に離れた前記測定対象物の第１表面から第２表面までの部分の線膨張係数を測定する寸法基準器の線膨張係数測定方法であって、
前記第１表面および前記第２表面に対応する第１基準表面および第２基準表面を有し、かつ前記第１基準表面から前記第２基準表面までの長さが既知である基準ゲージと、
前記測定対象物および前記基準ゲージを収容可能、かつ内部温度を調整可能、かつ測定用表面に測定用開口を有する恒温槽と、
前記恒温槽の内部に設置されて前記測定対象物を支持する測定対象物支持台と、
前記恒温槽の内部に設置されて前記基準ゲージを支持する基準ゲージ支持台と、
前記測定用開口から前記恒温槽の内部へ測定プローブを導入可能な三次元測定機と、
を準備し、
前記測定対象物支持台は、測定対象物第１支持台および測定対象物第２支持台を含み、
前記測定対象物第１支持台および前記測定対象物第２支持台は、それぞれ前記延伸方向に交差する２方向の前記測定対象物の変位を規制しかつ前記延伸方向に交差する２方向を中心軸とした前記測定対象物の回動を許容し、
前記測定対象物第１支持台および前記測定対象物第２支持台のいずれか一方が前記延伸方向の前記測定対象物の変位を規制しかついずれか他方が前記延伸方向の前記測定対象物の変位を許容し、
前記測定対象物第１支持台および前記測定対象物第２支持台のいずれか一方が前記延伸方向を中心軸とした前記測定対象物の回動を規制しかついずれか他方が前記延伸方向を中心軸とした前記測定対象物の回動を許容するとともに、
前記基準ゲージ支持台は、基準ゲージ第１支持台および基準ゲージ第２支持台を含み、
前記基準ゲージ第１支持台および前記基準ゲージ第２支持台は、それぞれ前記延伸方向に交差する２方向の前記基準ゲージの変位を規制しかつ前記延伸方向に交差する２方向を中心軸とした前記基準ゲージの回動を許容し、
前記基準ゲージ第１支持台および前記基準ゲージ第２支持台のいずれか一方が前記延伸方向の前記基準ゲージの変位を規制しかついずれか他方が前記延伸方向の前記基準ゲージの変位を許容し、
前記基準ゲージ第１支持台および前記基準ゲージ第２支持台のいずれか一方が前記延伸方向を中心軸とした前記基準ゲージの回動を規制しかついずれか他方が前記延伸方向を中心軸とした前記基準ゲージの回動を許容し、
前記測定対象物第１支持台は、前記測定対象物の底面との間に、円錐穴と球との接触部、平面と球との接触部、Ｖ溝と球との接触部のうちいずれか１つまたは２つを有し、
前記測定対象物第２支持台は、前記測定対象物の底面との間に、円錐穴と球との接触部、平面と球との接触部、Ｖ溝と球との接触部のうち前記測定対象物第１支持台にない接触部を有するものとしておき、
前記恒温槽の内部に、前記測定対象物および前記基準ゲージを平行に支持しておき、
前記恒温槽の内部温度を第１温度とし、前記第１基準表面から前記第２基準表面までの長さを基準として、前記第１表面から前記第２表面までの長さを比較測定し、
前記恒温槽の内部温度を第２温度とし、前記第１基準表面から前記第２基準表面までの長さを基準として、前記第１表面から前記第２表面までの長さを比較測定し、
前記第１温度での前記第１表面から前記第２表面までの長さと前記第２温度での前記第１表面から前記第２表面までの長さとから前記測定対象物の線膨張係数を算出することを特徴とする寸法基準器の線膨張係数測定方法。
【請求項２】
寸法基準器を測定対象物として、前記測定対象物の延伸方向に離れた前記測定対象物の第１表面から第２表面までの部分の線膨張係数を測定する寸法基準器の線膨張係数測定方法であって、
前記第１表面および前記第２表面に対応する第１基準表面および第２基準表面を有し、かつ前記第１基準表面から前記第２基準表面までの長さが既知である基準ゲージと、
前記測定対象物および前記基準ゲージを収容可能、かつ内部温度を調整可能、かつ測定用表面に測定用開口を有する恒温槽と、
前記恒温槽の内部に設置されて前記測定対象物を支持する測定対象物支持台と、
前記恒温槽の内部に設置されて前記基準ゲージを支持する基準ゲージ支持台と、
前記測定用開口から前記恒温槽の内部へ測定プローブを導入可能な三次元測定機と、
を準備し、
前記測定対象物支持台は、測定対象物第１支持台および測定対象物第２支持台を含み、
前記測定対象物第１支持台および前記測定対象物第２支持台は、それぞれ前記延伸方向に交差する２方向の前記測定対象物の変位を規制しかつ前記延伸方向に交差する２方向を中心軸とした前記測定対象物の回動を許容し、
前記測定対象物第１支持台および前記測定対象物第２支持台のいずれか一方が前記延伸方向の前記測定対象物の変位を規制しかついずれか他方が前記延伸方向の前記測定対象物の変位を許容し、
前記測定対象物第１支持台および前記測定対象物第２支持台のいずれか一方が前記延伸方向を中心軸とした前記測定対象物の回動を規制しかついずれか他方が前記延伸方向を中心軸とした前記測定対象物の回動を許容するとともに、
前記基準ゲージ支持台は、基準ゲージ第１支持台および基準ゲージ第２支持台を含み、
前記基準ゲージ第１支持台および前記基準ゲージ第２支持台は、それぞれ前記延伸方向に交差する２方向の前記基準ゲージの変位を規制しかつ前記延伸方向に交差する２方向を中心軸とした前記基準ゲージの回動を許容し、
前記基準ゲージ第１支持台および前記基準ゲージ第２支持台のいずれか一方が前記延伸方向の前記基準ゲージの変位を規制しかついずれか他方が前記延伸方向の前記基準ゲージの変位を許容し、
前記基準ゲージ第１支持台および前記基準ゲージ第２支持台のいずれか一方が前記延伸方向を中心軸とした前記基準ゲージの回動を規制しかついずれか他方が前記延伸方向を中心軸とした前記基準ゲージの回動を許容し、
前記測定対象物第１支持台は、前記測定対象物の底面との間に、円錐穴と球との接触部、平面と球との接触部のうちいずれか１つを有し、
前記測定対象物第２支持台は、前記測定対象物の底面との間に、円錐穴と球との接触部、平面と球との接触部のうち前記測定対象物第１支持台にない接触部を有し、
前記測定対象物第１支持台または前記測定対象物第２支持台のいずれかは、前記測定対象物の一方の側面と球との接触部と、前記測定対象物の側面を前記球に押圧する押圧手段とを有するものとしておき、
前記恒温槽の内部に、前記測定対象物および前記基準ゲージを平行に支持しておき、
前記恒温槽の内部温度を第１温度とし、前記第１基準表面から前記第２基準表面までの長さを基準として、前記第１表面から前記第２表面までの長さを比較測定し、
前記恒温槽の内部温度を第２温度とし、前記第１基準表面から前記第２基準表面までの長さを基準として、前記第１表面から前記第２表面までの長さを比較測定し、
前記第１温度での前記第１表面から前記第２表面までの長さと前記第２温度での前記第１表面から前記第２表面までの長さとから前記測定対象物の線膨張係数を算出することを特徴とする寸法基準器の線膨張係数測定方法。
【請求項３】
寸法基準器を測定対象物として、前記測定対象物の延伸方向に離れた前記測定対象物の第１表面から第２表面までの部分の線膨張係数を測定する寸法基準器の線膨張係数測定方法であって、
前記第１表面および前記第２表面に対応する第１基準表面および第２基準表面を有し、かつ前記第１基準表面から前記第２基準表面までの長さが既知である基準ゲージと、
前記測定対象物および前記基準ゲージを収容可能、かつ内部温度を調整可能、かつ測定用表面に測定用開口を有する恒温槽と、
前記恒温槽の内部に設置されて前記測定対象物を支持する測定対象物支持台と、
前記恒温槽の内部に設置されて前記基準ゲージを支持する基準ゲージ支持台と、
前記測定用開口から前記恒温槽の内部へ測定プローブを導入可能な三次元測定機と、
を準備し、
前記測定対象物支持台は、測定対象物第１支持台および測定対象物第２支持台を含み、
前記測定対象物第１支持台および前記測定対象物第２支持台は、それぞれ前記延伸方向に交差する２方向の前記測定対象物の変位を規制しかつ前記延伸方向に交差する２方向を中心軸とした前記測定対象物の回動を許容し、
前記測定対象物第１支持台および前記測定対象物第２支持台のいずれか一方が前記延伸方向の前記測定対象物の変位を規制しかついずれか他方が前記延伸方向の前記測定対象物の変位を許容し、
前記測定対象物第１支持台および前記測定対象物第２支持台のいずれか一方が前記延伸方向を中心軸とした前記測定対象物の回動を規制しかついずれか他方が前記延伸方向を中心軸とした前記測定対象物の回動を許容するとともに、
前記基準ゲージ支持台は、基準ゲージ第１支持台および基準ゲージ第２支持台を含み、
前記基準ゲージ第１支持台および前記基準ゲージ第２支持台は、それぞれ前記延伸方向に交差する２方向の前記基準ゲージの変位を規制しかつ前記延伸方向に交差する２方向を中心軸とした前記基準ゲージの回動を許容し、
前記基準ゲージ第１支持台および前記基準ゲージ第２支持台のいずれか一方が前記延伸方向の前記基準ゲージの変位を規制しかついずれか他方が前記延伸方向の前記基準ゲージの変位を許容し、
前記基準ゲージ第１支持台および前記基準ゲージ第２支持台のいずれか一方が前記延伸方向を中心軸とした前記基準ゲージの回動を規制しかついずれか他方が前記延伸方向を中心軸とした前記基準ゲージの回動を許容し、
前記測定対象物第１支持台は、前記測定対象物の底面との間に、円錐穴と球との接触部、平面と球との接触部のうちいずれか１つを有し、
前記基準ゲージ第１支持台は、前記基準ゲージの底面との間に、円錐穴と球との接触部、平面と球との接触部、Ｖ溝と球との接触部のうちいずれか１つまたは２つを有し、
前記基準ゲージ第２支持台は、前記基準ゲージの底面との間に、円錐穴と球との接触部、平面と球との接触部、Ｖ溝と球との接触部のうち前記基準ゲージ第１支持台にない接触部を有するものとしておき、
前記恒温槽の内部に、前記測定対象物および前記基準ゲージを平行に支持しておき、
前記恒温槽の内部温度を第１温度とし、前記第１基準表面から前記第２基準表面までの長さを基準として、前記第１表面から前記第２表面までの長さを比較測定し、
前記恒温槽の内部温度を第２温度とし、前記第１基準表面から前記第２基準表面までの長さを基準として、前記第１表面から前記第２表面までの長さを比較測定し、
前記第１温度での前記第１表面から前記第２表面までの長さと前記第２温度での前記第１表面から前記第２表面までの長さとから前記測定対象物の線膨張係数を算出することを特徴とする寸法基準器の線膨張係数測定方法。
【請求項４】
寸法基準器を測定対象物として、前記測定対象物の延伸方向に離れた前記測定対象物の第１表面から第２表面までの部分の線膨張係数を測定する寸法基準器の線膨張係数測定方法であって、
前記第１表面および前記第２表面に対応する第１基準表面および第２基準表面を有し、かつ前記第１基準表面から前記第２基準表面までの長さが既知である基準ゲージと、
前記測定対象物および前記基準ゲージを収容可能、かつ内部温度を調整可能、かつ測定用表面に測定用開口を有する恒温槽と、
前記恒温槽の内部に設置されて前記測定対象物を支持する測定対象物支持台と、
前記恒温槽の内部に設置されて前記基準ゲージを支持する基準ゲージ支持台と、
前記測定用開口から前記恒温槽の内部へ測定プローブを導入可能な三次元測定機と、
を準備し、
前記測定対象物支持台は、測定対象物第１支持台および測定対象物第２支持台を含み、
前記測定対象物第１支持台および前記測定対象物第２支持台は、それぞれ前記延伸方向に交差する２方向の前記測定対象物の変位を規制しかつ前記延伸方向に交差する２方向を中心軸とした前記測定対象物の回動を許容し、
前記測定対象物第１支持台および前記測定対象物第２支持台のいずれか一方が前記延伸方向の前記測定対象物の変位を規制しかついずれか他方が前記延伸方向の前記測定対象物の変位を許容し、
前記測定対象物第１支持台および前記測定対象物第２支持台のいずれか一方が前記延伸方向を中心軸とした前記測定対象物の回動を規制しかついずれか他方が前記延伸方向を中心軸とした前記測定対象物の回動を許容するとともに、
前記基準ゲージ支持台は、基準ゲージ第１支持台および基準ゲージ第２支持台を含み、
前記基準ゲージ第１支持台および前記基準ゲージ第２支持台は、それぞれ前記延伸方向に交差する２方向の前記基準ゲージの変位を規制しかつ前記延伸方向に交差する２方向を中心軸とした前記基準ゲージの回動を許容し、
前記基準ゲージ第１支持台および前記基準ゲージ第２支持台のいずれか一方が前記延伸方向の前記基準ゲージの変位を規制しかついずれか他方が前記延伸方向の前記基準ゲージの変位を許容し、
前記基準ゲージ第１支持台および前記基準ゲージ第２支持台のいずれか一方が前記延伸方向を中心軸とした前記基準ゲージの回動を規制しかついずれか他方が前記延伸方向を中心軸とした前記基準ゲージの回動を許容し、
前記基準ゲージ第１支持台は、前記基準ゲージの底面との間に、円錐穴と球との接触部、平面と球との接触部のうちいずれか１つを有し、
前記基準ゲージ第２支持台は、前記基準ゲージの底面との間に、円錐穴と球との接触部、平面と球との接触部のうち前記基準ゲージ第１支持台にない接触部を有し、
前記基準ゲージ第１支持台または前記基準ゲージ第２支持台のいずれかは、前記基準ゲージの一方の側面と球との接触部と、前記基準ゲージの側面を前記球に押圧する押圧手段とを有するものとしておき、
前記恒温槽の内部に、前記測定対象物および前記基準ゲージを平行に支持しておき、
前記恒温槽の内部温度を第１温度とし、前記第１基準表面から前記第２基準表面までの長さを基準として、前記第１表面から前記第２表面までの長さを比較測定し、
前記恒温槽の内部温度を第２温度とし、前記第１基準表面から前記第２基準表面までの長さを基準として、前記第１表面から前記第２表面までの長さを比較測定し、
前記第１温度での前記第１表面から前記第２表面までの長さと前記第２温度での前記第１表面から前記第２表面までの長さとから前記測定対象物の線膨張係数を算出することを特徴とする寸法基準器の線膨張係数測定方法。
【請求項５】
寸法基準器を測定対象物として、前記測定対象物の延伸方向に離れた前記測定対象物の第１表面から第２表面までの部分の線膨張係数を測定する寸法基準器の線膨張係数測定装置であって、
前記第１表面および前記第２表面に対応する第１基準表面および第２基準表面を有し、かつ前記第１基準表面から前記第２基準表面までの長さが既知である基準ゲージと、
前記測定対象物および前記基準ゲージを収容可能、かつ内部温度を調整可能、かつ測定用表面に測定用開口を有する恒温槽と、
前記恒温槽の内部に設置されて前記測定対象物を支持する測定対象物支持台と、
前記恒温槽の内部に設置されて前記基準ゲージを支持する基準ゲージ支持台と、
前記測定用開口から前記恒温槽の内部へ測定プローブを導入可能な三次元測定機と、
を有し、
前記測定対象物支持台は、測定対象物第１支持台および測定対象物第２支持台を含み、
前記測定対象物第１支持台および前記測定対象物第２支持台は、それぞれ前記延伸方向に交差する２方向の前記測定対象物の変位を規制しかつ前記延伸方向に交差する２方向を中心軸とした前記測定対象物の回動を許容し、
前記測定対象物第１支持台および前記測定対象物第２支持台のいずれか一方が前記延伸方向の前記測定対象物の変位を規制しかついずれか他方が前記延伸方向の前記測定対象物の変位を許容し、
前記測定対象物第１支持台および前記測定対象物第２支持台のいずれか一方が前記延伸方向を中心軸とした前記測定対象物の回動を規制しかついずれか他方が前記延伸方向を中心軸とした前記測定対象物の回動を許容するとともに、
前記基準ゲージ支持台は、基準ゲージ第１支持台および基準ゲージ第２支持台を含み、
前記基準ゲージ第１支持台および前記基準ゲージ第２支持台は、それぞれ前記延伸方向に交差する２方向の前記基準ゲージの変位を規制しかつ前記延伸方向に交差する２方向を中心軸とした前記基準ゲージの回動を許容し、
前記基準ゲージ第１支持台および前記基準ゲージ第２支持台のいずれか一方が前記延伸方向の前記基準ゲージの変位を規制しかついずれか他方が前記延伸方向の前記基準ゲージの変位を許容し、
前記基準ゲージ第１支持台および前記基準ゲージ第２支持台のいずれか一方が前記延伸方向を中心軸とした前記基準ゲージの回動を規制しかついずれか他方が前記延伸方向を中心軸とした前記基準ゲージの回動を許容し、
前記測定対象物第１支持台は、前記測定対象物の底面との間に、円錐穴と球との接触部、平面と球との接触部、Ｖ溝と球との接触部のうちいずれか１つまたは２つを有し、
前記測定対象物第２支持台は、前記測定対象物の底面との間に、円錐穴と球との接触部、平面と球との接触部、Ｖ溝と球との接触部のうち前記測定対象物第１支持台にない接触部を有する
ことを特徴とする寸法基準器の線膨張係数測定装置。
【請求項６】
寸法基準器を測定対象物として、前記測定対象物の延伸方向に離れた前記測定対象物の第１表面から第２表面までの部分の線膨張係数を測定する寸法基準器の線膨張係数測定装置であって、
前記第１表面および前記第２表面に対応する第１基準表面および第２基準表面を有し、かつ前記第１基準表面から前記第２基準表面までの長さが既知である基準ゲージと、
前記測定対象物および前記基準ゲージを収容可能、かつ内部温度を調整可能、かつ測定用表面に測定用開口を有する恒温槽と、
前記恒温槽の内部に設置されて前記測定対象物を支持する測定対象物支持台と、
前記恒温槽の内部に設置されて前記基準ゲージを支持する基準ゲージ支持台と、
前記測定用開口から前記恒温槽の内部へ測定プローブを導入可能な三次元測定機と、
を有し、
前記測定対象物支持台は、測定対象物第１支持台および測定対象物第２支持台を含み、
前記測定対象物第１支持台および前記測定対象物第２支持台は、それぞれ前記延伸方向に交差する２方向の前記測定対象物の変位を規制しかつ前記延伸方向に交差する２方向を中心軸とした前記測定対象物の回動を許容し、
前記測定対象物第１支持台および前記測定対象物第２支持台のいずれか一方が前記延伸方向の前記測定対象物の変位を規制しかついずれか他方が前記延伸方向の前記測定対象物の変位を許容し、
前記測定対象物第１支持台および前記測定対象物第２支持台のいずれか一方が前記延伸方向を中心軸とした前記測定対象物の回動を規制しかついずれか他方が前記延伸方向を中心軸とした前記測定対象物の回動を許容するとともに、
前記基準ゲージ支持台は、基準ゲージ第１支持台および基準ゲージ第２支持台を含み、
前記基準ゲージ第１支持台および前記基準ゲージ第２支持台は、それぞれ前記延伸方向に交差する２方向の前記基準ゲージの変位を規制しかつ前記延伸方向に交差する２方向を中心軸とした前記基準ゲージの回動を許容し、
前記基準ゲージ第１支持台および前記基準ゲージ第２支持台のいずれか一方が前記延伸方向の前記基準ゲージの変位を規制しかついずれか他方が前記延伸方向の前記基準ゲージの変位を許容し、
前記基準ゲージ第１支持台および前記基準ゲージ第２支持台のいずれか一方が前記延伸方向を中心軸とした前記基準ゲージの回動を規制しかついずれか他方が前記延伸方向を中心軸とした前記基準ゲージの回動を許容し、
前記測定対象物第１支持台は、前記測定対象物の底面との間に、円錐穴と球との接触部、平面と球との接触部のうちいずれか１つを有し、
前記測定対象物第２支持台は、前記測定対象物の底面との間に、円錐穴と球との接触部、平面と球との接触部のうち前記測定対象物第１支持台にない接触部を有し、
前記測定対象物第１支持台または前記測定対象物第２支持台のいずれかは、前記測定対象物の一方の側面と球との接触部と、前記測定対象物の側面を前記球に押圧する押圧手段とを有する
ことを特徴とする寸法基準器の線膨張係数測定装置。
【請求項７】
寸法基準器を測定対象物として、前記測定対象物の延伸方向に離れた前記測定対象物の第１表面から第２表面までの部分の線膨張係数を測定する寸法基準器の線膨張係数測定装置であって、
前記第１表面および前記第２表面に対応する第１基準表面および第２基準表面を有し、かつ前記第１基準表面から前記第２基準表面までの長さが既知である基準ゲージと、
前記測定対象物および前記基準ゲージを収容可能、かつ内部温度を調整可能、かつ測定用表面に測定用開口を有する恒温槽と、
前記恒温槽の内部に設置されて前記測定対象物を支持する測定対象物支持台と、
前記恒温槽の内部に設置されて前記基準ゲージを支持する基準ゲージ支持台と、
前記測定用開口から前記恒温槽の内部へ測定プローブを導入可能な三次元測定機と、
を有し、
前記測定対象物支持台は、測定対象物第１支持台および測定対象物第２支持台を含み、
前記測定対象物第１支持台および前記測定対象物第２支持台は、それぞれ前記延伸方向に交差する２方向の前記測定対象物の変位を規制しかつ前記延伸方向に交差する２方向を中心軸とした前記測定対象物の回動を許容し、
前記測定対象物第１支持台および前記測定対象物第２支持台のいずれか一方が前記延伸方向の前記測定対象物の変位を規制しかついずれか他方が前記延伸方向の前記測定対象物の変位を許容し、
前記測定対象物第１支持台および前記測定対象物第２支持台のいずれか一方が前記延伸方向を中心軸とした前記測定対象物の回動を規制しかついずれか他方が前記延伸方向を中心軸とした前記測定対象物の回動を許容するとともに、
前記基準ゲージ支持台は、基準ゲージ第１支持台および基準ゲージ第２支持台を含み、
前記基準ゲージ第１支持台および前記基準ゲージ第２支持台は、それぞれ前記延伸方向に交差する２方向の前記基準ゲージの変位を規制しかつ前記延伸方向に交差する２方向を中心軸とした前記基準ゲージの回動を許容し、
前記基準ゲージ第１支持台および前記基準ゲージ第２支持台のいずれか一方が前記延伸方向の前記基準ゲージの変位を規制しかついずれか他方が前記延伸方向の前記基準ゲージの変位を許容し、
前記基準ゲージ第１支持台および前記基準ゲージ第２支持台のいずれか一方が前記延伸方向を中心軸とした前記基準ゲージの回動を規制しかついずれか他方が前記延伸方向を中心軸とした前記基準ゲージの回動を許容し、
前記測定対象物第１支持台は、前記測定対象物の底面との間に、円錐穴と球との接触部、平面と球との接触部のうちいずれか１つを有し、
前記基準ゲージ第１支持台は、前記基準ゲージの底面との間に、円錐穴と球との接触部、平面と球との接触部、Ｖ溝と球との接触部のうちいずれか１つまたは２つを有し、
前記基準ゲージ第２支持台は、前記基準ゲージの底面との間に、円錐穴と球との接触部、平面と球との接触部、Ｖ溝と球との接触部のうち前記基準ゲージ第１支持台にない接触部を有する
ことを特徴とする寸法基準器の線膨張係数測定装置。
【請求項８】
寸法基準器を測定対象物として、前記測定対象物の延伸方向に離れた前記測定対象物の第１表面から第２表面までの部分の線膨張係数を測定する寸法基準器の線膨張係数測定装置であって、
前記第１表面および前記第２表面に対応する第１基準表面および第２基準表面を有し、かつ前記第１基準表面から前記第２基準表面までの長さが既知である基準ゲージと、
前記測定対象物および前記基準ゲージを収容可能、かつ内部温度を調整可能、かつ測定用表面に測定用開口を有する恒温槽と、
前記恒温槽の内部に設置されて前記測定対象物を支持する測定対象物支持台と、
前記恒温槽の内部に設置されて前記基準ゲージを支持する基準ゲージ支持台と、
前記測定用開口から前記恒温槽の内部へ測定プローブを導入可能な三次元測定機と、
を有し、
前記測定対象物支持台は、測定対象物第１支持台および測定対象物第２支持台を含み、
前記測定対象物第１支持台および前記測定対象物第２支持台は、それぞれ前記延伸方向に交差する２方向の前記測定対象物の変位を規制しかつ前記延伸方向に交差する２方向を中心軸とした前記測定対象物の回動を許容し、
前記測定対象物第１支持台および前記測定対象物第２支持台のいずれか一方が前記延伸方向の前記測定対象物の変位を規制しかついずれか他方が前記延伸方向の前記測定対象物の変位を許容し、
前記測定対象物第１支持台および前記測定対象物第２支持台のいずれか一方が前記延伸方向を中心軸とした前記測定対象物の回動を規制しかついずれか他方が前記延伸方向を中心軸とした前記測定対象物の回動を許容するとともに、
前記基準ゲージ支持台は、基準ゲージ第１支持台および基準ゲージ第２支持台を含み、
前記基準ゲージ第１支持台および前記基準ゲージ第２支持台は、それぞれ前記延伸方向に交差する２方向の前記基準ゲージの変位を規制しかつ前記延伸方向に交差する２方向を中心軸とした前記基準ゲージの回動を許容し、
前記基準ゲージ第１支持台および前記基準ゲージ第２支持台のいずれか一方が前記延伸方向の前記基準ゲージの変位を規制しかついずれか他方が前記延伸方向の前記基準ゲージの変位を許容し、
前記基準ゲージ第１支持台および前記基準ゲージ第２支持台のいずれか一方が前記延伸方向を中心軸とした前記基準ゲージの回動を規制しかついずれか他方が前記延伸方向を中心軸とした前記基準ゲージの回動を許容し、
前記基準ゲージ第１支持台は、前記基準ゲージの底面との間に、円錐穴と球との接触部、平面と球との接触部のうちいずれか１つを有し、
前記基準ゲージ第２支持台は、前記基準ゲージの底面との間に、円錐穴と球との接触部、平面と球との接触部のうち前記基準ゲージ第１支持台にない接触部を有し、
前記基準ゲージ第１支持台または前記基準ゲージ第２支持台のいずれかは、前記基準ゲージの一方の側面と球との接触部と、前記基準ゲージの側面を前記球に押圧する押圧手段とを有する
ことを特徴とする寸法基準器の線膨張係数測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、寸法基準器の線膨張係数測定方法および測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
三次元測定機などの測定装置においては、検査のために寸法基準器が用いられる。
寸法基準器としては、端面寸法が高精度に校正された各種ブロックゲージが用いられるとともに、複数の長さに対応したステップゲージが用いられている。
ステップゲージは、凸部と凹部とが交互に配置される櫛歯状とされ、凸部の端面間に複数の基準寸法が得られる。このようなステップゲージは、凸部となる測定ブロックと凹部となる間隔ブロックとを交互に配列してホルダに固定することで製造されるほか、単一の部材から櫛歯状に削り出すことで製造される。
【０００３】
ステップゲージの端面間の距離の校正値は、特定の温度における長さとして提供され、多くの場合は工業標準温度の２０℃における長さである。
三次元測定機の検査において、測定された長さは校正時の温度に換算して用いる必要がある。これを一般に、長さの温度補正と呼んでいる。この時、ステップゲージの線膨張係数を正確に知る必要がある。
【０００４】
ステップゲージを含め多くの寸法基準器は、校正証明書あるいは検査成績書に、温度補正に用いる線膨張係数が記載されている。このような線膨張係数は、それぞれ公差を伴って表示される。
三次元測定機の検査にステップゲージを用いる場合には、検査の不確かさを検討する上で、この公差を不確かさの要因として扱う。従って、検査における不確かさを低減する目的で、ステップゲージの線膨張係数を高精度に評価することが要求される。
【０００５】
寸法基準器を含めて、物体の線膨張係数は、物体の温度を変化させ、その温度変化による物体の長さの変化量を測定することにより、求められる。
具体的に、線膨張係数αは、基準温度Ｔｏにおける物体の長さをＬｏ、現在の温度Ｔにおける物体の長さをＬ、温度変化量ΔＴ＝Ｔ−Ｔｏ、長さの変化量（熱膨張量）ΔＬ＝Ｌ−Ｌｏとして、α＝（ΔＬ／Ｌ）・（１／ΔＴ）によって与えられる。
【０００６】
ステップゲージなど、寸法基準器では、物体の長さＬの大きさは長さの変化量ΔＬに対して１０の５乗より大きい。このため、一般に、長さＬの数値の正確性は、線膨張係数αの数値に対して影響が小さい。
従って、線膨張係数αを高精度に求めるためには、温度変化量ΔＴ及び長さの変化量ΔＬを高精度に測定することが必要である。
【０００７】
このような線膨張係数αの測定を行うために、光波干渉計を用いた測定方法が提案されている（特許文献１参照）。
特許文献１では、同じ測定軸線で対向する２組の光波干渉計を用い、ブロックゲージなどの被測定物の両端面間の長さを高精度に測定できるようにする。そして、温度制御手段により被測定物の温度を変化させ、異なる温度で長さ測定を行うことで、変温による熱膨張量を取得し、線膨張係数を計算する。
【０００８】
しかし、このような光波干渉計を用いた長さ測定では、光波干渉計が高価であるという問題がある。すなわち、光波干渉計自体が高価であるだけでなく、測定用の光の波長を補正するために空気の屈折率の算出が必要で、これには温度、湿度、気圧、二酸化炭素濃度といった環境の測定機も必要であり、システム全体として高価となるという問題がある。
【０００９】
また、光波干渉計を用いた長さ測定では、被測定物の両端面からの反射光を利用するため、測定する長さは測定対象の長さに限定される。つまり、ステップゲージのような櫛歯状の測定面をもつ基準器において、中間部分の凸部どうしの長さの測定には適用が難しいという問題がある。
【００１０】
このような問題に対し、三次元測定機を用いる方法（特許文献２参照）および挟み部と歪みゲージを用いる方法（特許文献３参照）が提案されている。
【００１１】
特許文献２の方法では、被測定物であるステップゲージを恒温槽内に配置し、外部の三次元測定機のプローブを恒温槽の開口部から導入し、このプローブによってステップゲージの長さを測定する。そして、恒温槽内の温度設定を変更し、異なる温度で長さ測定を行い、変温の前後の測定長さの差から熱膨張量を計算する。
このような三次元測定機を用いた長さ測定では、光波干渉計を用いる必要がなく、汎用の三次元測定機が使用できる環境であれば十分である。
また、三次元測定機を使用することで、ステップゲージの中間部分の凸部間の長さ測定も行うことができ、中間部分の熱膨張率の均一性についても測定することができる。
【００１２】
特許文献３の方法では、ステップゲージの任意の凸部を挟む挟み部を用い、挟み部のステップゲージに接触するチップの一方に歪みゲージを設置しておき、長さ測定する一対の端面を挟み部で挟んだ状態で温度を変化させ、温度変化に伴う熱膨張を歪みゲージで直接検出する。
このような挟み部と歪みゲージを用いた熱膨張の測定では、光波干渉計を用いる必要がなく、挟み部と歪みゲージという簡単かつ安価な構成でよく、ステップゲージの中間部分の凸部間の長さ測定も行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特許第３８９７６５５号公報
【特許文献２】特開２００４−２２６３６９号公報
【特許文献３】特開２００５−８３９２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところで、ステップゲージなどの寸法基準器は、検査対象の三次元測定機のサイズに合わせて、様々な寸法のものが用いられる。例えば、ステップゲージの長いものでは、呼び寸法（公称長さ）が１．５ｍを超えるものもある。
前述した寸法基準器の線膨張係数αの測定は、このような長さＬが大きな寸法基準器に対しても適用でき、かつ高精度に測定できることが要求される。
【００１５】
しかし、前述した特許文献３の方法では、挟み部によって測定長さが固定され、中間部分の長さなど多様な測定ができないという問題がある。また、長尺のステップゲージに対しては、相応の大きさの挟み部を準備する必要があり、実施が制約される。
さらに、歪みゲージの出力にはノイズ成分が含まれるため、長さに変換された量からステップゲージの線膨張係数だけを抽出することが難しいという問題もある。
【００１６】
これに対し、前述した特許文献２のように、長さ測定に三次元測定機を利用すれば、様々な長さの寸法基準器に対して、両端面間の長さおよび中間部分の凸部の端面間長さといった多様な測定に対応することができ、異なる温度での測定に基づいて線膨張係数の測定を行うことができる。
【００１７】
しかし、特許文献２の方法のように三次元測定機による長さ測定を用いる場合でも、前述した長さが１．５ｍを超える大きなステップゲージについては、精度低下などの問題が生じる可能性がある。
すなわち、三次元測定機には、その測定性能を示す指標として最大許容長さ測定誤差が用いられる。最大許容長さ測定誤差は、一般的に一次式で与えられ、測定長さに比例して大きくなる。このことは、測定する長さが大きくなるに従って、精度が低下することを意味する。このような理由で、長いステップゲージについては、線膨張係数を高精度に測定することが難しくなる。
【００１８】
本発明の目的は、様々な長さの寸法基準器に対して、線膨張係数の測定を、高精度かつ安価に行える寸法基準器の線膨張係数測定方法および測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の寸法基準器の線膨張係数測定方法は、寸法基準器を測定対象物として、前記測定対象物の延伸方向に離れた前記測定対象物の第１表面から第２表面までの部分の線膨張係数を測定する寸法基準器の線膨張係数測定方法であって、前記第１表面および前記第２表面に対応する第１基準表面および第２基準表面を有し、かつ前記第１基準表面から前記第２基準表面までの長さが既知である基準ゲージと、前記測定対象物および前記基準ゲージを収容可能、かつ内部温度を調整可能、かつ測定用表面に測定用開口を有する恒温槽と、前記恒温槽の内部に設置されて前記測定対象物を支持する測定対象物支持台と、前記恒温槽の内部に設置されて前記基準ゲージを支持する基準ゲージ支持台と、前記測定用開口から前記恒温槽の内部へ測定プローブを導入可能な三次元測定機と、を準備し、前記恒温槽の内部に、前記測定対象物および前記基準ゲージを平行に支持しておき、前記恒温槽の内部温度を第１温度とし、前記第１基準表面から前記第２基準表面までの長さを基準として、前記第１表面から前記第２表面までの長さを比較測定し、前記恒温槽の内部温度を第２温度とし、前記第１基準表面から前記第２基準表面までの長さを基準として、前記第１表面から前記第２表面までの長さを比較測定し、前記第１温度での前記第１表面から前記第２表面までの長さと前記第２温度での前記第１表面から前記第２表面までの長さとから前記測定対象物の線膨張係数を算出することを特徴とする。
【００２０】
このような本発明では、三次元測定機を用いて測定対象物の長さ測定を行うので、高価な光波干渉計を用いることなく、様々な長さの寸法基準器の線膨張係数を、高精度に測定することができる。
この際、第１表面から第２表面までの長さを測定対象物の長さとして測定することができる。このため、測定対象物の両端面を第１表面および第２表面とすることで、測定対象物の長さおよびその間の線膨張係数を測定できる。また、第１表面および第２表面を測定対象物の中間部分の凸部の端面などに設定することで、この中間部分の長さおよび線膨張係数を測定することもできる。
【００２１】
さらに、本発明では、三次元測定機を用いて測定対象物の長さを測定する際に、長さの基準として基準ゲージを用い、この基準ゲージに対する長さの比較測定を行う。このため、長さ測定の結果は、三次元測定機のスケールの精度に依存せず、専ら基準ゲージの精度に依存することになり、測定対象物が長尺化しても高精度を確保できる。
【００２２】
すなわち、本発明では、長さの比較測定において、測定対象物が短尺である場合には、これに応じた短尺の基準ゲージを用い、測定対象物が長尺である場合には、これに応じた長尺の基準ゲージを用いる。
そして、三次元測定機により、基準ゲージの長さ（第１基準表面と第２基準表面との距離）および測定対象物の長さ（第１表面と第２表面との距離）を測定し、基準ゲージの測定長さと測定対象物の測定長さとの差を、基準ゲージについて既知である基準長さに加算し、これにより測定対象物の長さを算出する。
つまり、三次元測定機は、基準ゲージの測定長さと測定対象物の測定長さとの差、具体的には第１表面と第１基準表面との距離と、第２表面と第２基準表面との距離とを測定できればよい。
このため、本発明では、長さの比較測定において、測定対象物が長尺であっても、三次元測定機の測定性能である最大許容長さ測定誤差に影響されることがない。
【００２３】
以上により、本発明の寸法基準器の線膨張係数測定方法によれば、様々な長さの寸法基準器の線膨張係数の測定を、高精度かつ安価に行うことができる。
【００２４】
本発明の寸法基準器の線膨張係数測定方法において、前記比較測定を行う際に、前記第１基準表面、前記第２基準表面、前記第１表面および前記第２表面の中心座標の計算と、前記基準ゲージおよび前記測定対象物の前記延伸方向に対する傾きの計算と、を含む座標系決定を行うことが望ましい。
【００２５】
このような本発明では、比較測定を行う際に、基準ゲージおよび測定対象物について、各々の長さ測定の基準となる座標系を決定することができる。
すなわち、基準ゲージの第１基準表面および第２基準表面、測定対象物の第１表面および第２表面が、延伸方向に対して傾いた状態であっても、各表面における三次元測定機の接触位置から中心座標までの距離と、各表面の傾きとから、三次元測定機による検出位置を補正することができる。
そして、基準ゲージおよび測定対象物の現在の状態に即して各々の座標系を決定し、その座標系のもとで長さ測定を行うことで精度を高めることができ、比較測定の精度を高く維持することができる。
【００２６】
本発明の寸法基準器の線膨張係数測定方法において、前記基準ゲージ支持台は、前記測定対象物の前記測定用開口に対向する側に前記基準ゲージを支持することが望ましい。
測定対象物の測定用開口に対向する側としては、例えば、測定対象物の上面側、あるいは側面側などとすることができる。
【００２７】
このような本発明では、測定対象物の測定対象部位である第１表面および第２表面が測定用開口側に配置され、同側に基準ゲージが配置されることで、比較対象の第１基準表面および第２基準表面を第１表面および第２表面に近接して配置することができ、測定精度の向上とともに測定動作の効率化、迅速化を図ることができる。
【００２８】
本発明の寸法基準器の線膨張係数測定方法において、前記基準ゲージは、前記延伸方向の長さが、前記測定対象物よりも所定長さ短いことが望ましい。
所定長さとしては、測定対象物の測定用開口側の表面であって第１表面または第２表面に最寄りの表面に、三次元測定機のプローブが接触することができる広さが確保できる程度の長さであればよい。例えば、測定対象物として複数の凸部を有するステップゲージを用いる場合、基準ゲージはステップゲージの長さよりも凸部の１個分だけ短いものとすればよい。
【００２９】
このような本発明では、測定対象物の測定用開口側に基準ゲージが配置されるため、測定対象物の測定用開口側の表面が基準ゲージで覆われる。しかし、測定対象物の端部近傍では、基準ゲージの長さが短い分、表面が測定用開口側に露出する。
従って、前述した座標系決定において、三次元測定機のプローブを、測定対象物の端部の露出した表面に接触させることで、基準ゲージと干渉することなく表面の検出を行うことができる。
【００３０】
本発明の寸法基準器の線膨張係数測定方法において、前記比較測定を行う際に、前記第１基準表面と前記第１表面とを同一平面内に配置、または、前記第２基準表面と前記第２表面とを同一平面内に配置することが望ましい。
【００３１】
このような本発明では、前述のように基準ゲージを測定対象物よりも所定長さ短くした際に、同一平面とした側とは反対側の端部で、基準ゲージと測定対象物との長さの差が最大となり、三次元測定機のプローブによる表面検出を行う際の余裕を最大にすることができる。
【００３２】
本発明の寸法基準器の線膨張係数測定方法において、前記測定対象物支持台は、測定対象物第１支持台および測定対象物第２支持台を含み、前記測定対象物第１支持台および前記測定対象物第２支持台は、それぞれ前記延伸方向に交差する２方向の前記測定対象物の変位を規制しかつ前記延伸方向に交差する２方向を中心軸とした前記測定対象物の回動を許容し、前記測定対象物第１支持台および前記測定対象物第２支持台のいずれか一方が前記延伸方向の前記測定対象物の変位を規制しかついずれか他方が前記延伸方向の前記測定対象物の変位を許容し、前記測定対象物第１支持台および前記測定対象物第２支持台のいずれか一方が前記延伸方向を中心軸とした前記測定対象物の回動を規制しかついずれか他方が前記延伸方向を中心軸とした前記測定対象物の回動を許容するとともに、前記基準ゲージ支持台は、基準ゲージ第１支持台および基準ゲージ第２支持台を含み、前記基準ゲージ第１支持台および前記基準ゲージ第２支持台は、それぞれ前記延伸方向に交差する２方向の前記基準ゲージの変位を規制しかつ前記延伸方向に交差する２方向を中心軸とした前記基準ゲージの回動を許容し、前記基準ゲージ第１支持台および前記基準ゲージ第２支持台のいずれか一方が前記延伸方向の前記基準ゲージの変位を規制しかついずれか他方が前記延伸方向の前記基準ゲージの変位を許容し、前記基準ゲージ第１支持台および前記基準ゲージ第２支持台のいずれか一方が前記延伸方向を中心軸とした前記基準ゲージの回動を規制しかついずれか他方が前記延伸方向を中心軸とした前記基準ゲージの回動を許容することが望ましい。
【００３３】
このような本発明では、測定対象物および基準ゲージを、各々の延伸方向の変位に対して、第１および第２の支持体の一方では変位を規制（位置決め）しつつ、他方で変位を許容することで、測定対象物および基準ゲージの延伸方向の長さの比較測定を正確に行うことができる。さらに、第１および第２の支持体のいずれか一方で延伸方向を中心軸とした回動を規制しつつ、他の軸まわりの回動を許容することで、測定対象物および基準ゲージに曲げ変形などが生じても、これを許容することができる。
本発明では、このような測定対象物支持台および基準ゲージ支持台により、測定対象物および基準ゲージの自由な膨張、姿勢変動に対応できるとともに、測定対象物および基準ゲージを、各々の延伸方向が互いに平行な所期の状態に維持することができる。
【００３４】
本発明の寸法基準器の線膨張係数測定方法において、前記測定対象物第１支持台は、前記測定対象物の底面との間に、円錐穴と球との接触部、平面と球との接触部、Ｖ溝と球との接触部のうちいずれか１つまたは２つを有し、前記測定対象物第２支持台は、前記測定対象物の底面との間に、円錐穴と球との接触部、平面と球との接触部、Ｖ溝と球との接触部のうち前記測定対象物第１支持台にない接触部を有することが望ましい。
【００３５】
このような本発明では、測定対象物第１支持台および測定対象物第２支持台を含む測定対象物支持台は、測定対象物の底面との間に、円錐穴と球との接触部、平面と球との接触部、Ｖ溝と球との接触部の３点を有するキネマティックマウントを構成することができ、延伸方向およびその交差方向に対する前述した変位規制および回動規制を適切に行うことができる。
【００３６】
本発明の寸法基準器の線膨張係数測定方法において、前記測定対象物第１支持台は、前記測定対象物の底面との間に、円錐穴と球との接触部、平面と球との接触部のうちいずれか１つを有し、前記測定対象物第２支持台は、前記測定対象物の底面との間に、円錐穴と球との接触部、平面と球との接触部のうち前記測定対象物第１支持台にない接触部を有し、前記測定対象物第１支持台または前記測定対象物第２支持台のいずれかは、前記測定対象物の一方の側面と球との接触部と、前記測定対象物の側面を前記球に押圧する押圧手段とを有することが望ましい。
【００３７】
このような本発明では、測定対象物第１支持台または測定対象物第２支持台のいずれかにおいて、測定対象物の側面との接触部と押圧手段との組み合わせが、延伸方向の変位を許容しつつ延伸方向に交差する２方向の変位を規制するため、測定対象物の底面に形成されるＶ溝と球との組み合わせに相当する機能をはたすことになる。その結果、測定対象物第１支持台および測定対象物第２支持台において、前述したキネマティックマウントに相当する機能を得ることができ、延伸方向およびその交差方向に対する前述した変位規制および回動規制を適切に行うことができる。
【００３８】
本発明の寸法基準器の線膨張係数測定方法において、前記基準ゲージ第１支持台は、前記基準ゲージの底面との間に、円錐穴と球との接触部、平面と球との接触部、Ｖ溝と球との接触部のうちいずれか１つまたは２つを有し、前記基準ゲージ第２支持台は、前記基準ゲージの底面との間に、円錐穴と球との接触部、平面と球との接触部、Ｖ溝と球との接触部のうち前記基準ゲージ第１支持台にない接触部を有することが望ましい。
【００３９】
このような本発明では、基準ゲージ第１支持台および基準ゲージ第２支持台を含む基準ゲージ支持台は、基準ゲージの底面との間に、円錐穴と球との接触部、平面と球との接触部、Ｖ溝と球との接触部の３点を有するキネマティックマウントを構成することができ、延伸方向およびその交差方向に対する前述した変位規制および回動規制を適切に行うことができる。
【００４０】
本発明の寸法基準器の線膨張係数測定方法において、前記基準ゲージ第１支持台は、前記基準ゲージの底面との間に、円錐穴と球との接触部、平面と球との接触部のうちいずれか１つを有し、前記基準ゲージ第２支持台は、前記基準ゲージの底面との間に、円錐穴と球との接触部、平面と球との接触部のうち前記基準ゲージ第１支持台にない接触部を有し、前記基準ゲージ第１支持台または前記基準ゲージ第２支持台のいずれかは、前記基準ゲージの一方の側面と球との接触部と、前記基準ゲージの側面を前記球に押圧する押圧手段とを有することが望ましい。
【００４１】
このような本発明では、基準ゲージ第１支持台または基準ゲージ第２支持台のいずれかにおいて、基準ゲージの側面と押圧手段との組み合わせが、延伸方向の変位を許容しつつ延伸方向に交差する２方向の変位を規制するため、基準ゲージの底面に形成されるＶ溝と球との組み合わせに相当する機能をはたすことになる。その結果、基準ゲージ第１支持台および基準ゲージ第２支持台において、前述したキネマティックマウントに相当する機能を得ることができ、延伸方向およびその交差方向に対する前述した変位規制および回動規制を適切に行うことができる。
【００４２】
本発明の寸法基準器の線膨張係数測定方法において、前記基準ゲージに装着されて前記基準ゲージ支持台に支持される支持アダプタ、または、前記測定対象物に装着されて前記測定対象物支持台に支持される支持アダプタを用いることが望ましい。
【００４３】
このような本発明では、前述したキネマティックマウントなどによる支持を行う場合でも、支持アダプタに円錐穴やＶ溝などを形成すればよく、基準ゲージまたは測定対象物に直接形成する必要がなく、実施を容易にすることができる。
【００４４】
本発明の寸法基準器の線膨張係数測定方法において、前記基準ゲージを下向きに与圧する与圧手段を有することが望ましい。
【００４５】
このような本発明では、基準ゲージが軽量である場合でも、下向きに与圧することで、基準ゲージ支持台による支持を安定して行うことができる。
なお、測定対象物は一般に基準ゲージよりも重量が大きく、与圧は特に必要がない。ただし、測定対象物が軽量な場合には、同様な与圧を行ってもよい。
【００４６】
本発明において、前記基準ゲージは、前記第１温度と前記第２温度との間の温度変化では精度上膨張を無視しうる極低膨張係数ないしゼロ膨張係数の材質から製造されたもの、または、膨張係数が既知である材質から製造されたもの、のいずれかであることが望ましい。
【００４７】
このような本発明では、基準ゲージが、極低膨張係数ないしゼロ膨張係数の材質から製造されている場合、第１温度と第２温度との間での基準ゲージの長さの温度補正を省略することができる。一方、基準ゲージが、膨張係数が既知である材質から製造されている場合、第１温度および第２温度において、温度補正により各温度における高精度な基準ゲージの長さを計算することができる。いずれの場合も、各温度における基準ゲージ長さを正確にできるので、第１温度での比較測定と第２温度での比較測定とを高精度に行うことができる。
なお、このような基準ゲージとしては、高精度が確保された既存のブロックゲージが利用できる。
【００４８】
本発明の寸法基準器の線膨張係数測定装置は、寸法基準器を測定対象物として、前記測定対象物の延伸方向に離れた前記測定対象物の第１表面から第２表面までの部分の線膨張係数を測定する寸法基準器の線膨張係数測定装置であって、前記第１表面および前記第２表面に対応する第１基準表面および第２基準表面を有し、かつ前記第１基準表面から前記第２基準表面までの長さが既知である基準ゲージと、前記測定対象物および前記基準ゲージを収容可能、かつ内部温度を調整可能、かつ測定用表面に測定用開口を有する恒温槽と、前記恒温槽の内部に設置されて前記測定対象物を支持する測定対象物支持台と、前記恒温槽の内部に設置されて前記基準ゲージを支持する基準ゲージ支持台と、前記測定用開口から前記恒温槽の内部へ測定プローブを導入可能な三次元測定機と、を有することを特徴とする。
【００４９】
このような本発明では、前述した本発明の寸法基準器の線膨張係数測定方法で説明した通りの手順により、同様な作用効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００５０】
本発明によれば、様々な長さの寸法基準器に対して、線膨張係数の測定を、高精度かつ安価に行える寸法基準器の線膨張係数測定方法および測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１実施形態の測定装置を示す斜視図。
【図２】前記第１実施形態の測定対象物であるステップゲージを示す斜視図。
【図３】前記第１実施形態の基準ゲージである基準ブロックゲージを示す斜視図。
【図４】前記第１実施形態の恒温槽、ステップゲージおよび基準ブロックゲージの配置を示す斜視図。
【図５】前記第１実施形態の測定対象物第１支持台を示す側面図。
【図６】前記第１実施形態の測定対象物第２支持台を示す側面図。
【図７】前記第１実施形態の基準ゲージ第１支持台を示す側面図。
【図８】前記第１実施形態の基準ゲージ第２支持台を示す側面図。
【図９】前記第１実施形態の基準ブロックゲージの底面側を示す斜視図。
【図１０】前記第１実施形態の測定手順を示すフローチャート。
【図１１】前記第１実施形態の設置状態を示す側面図。
【図１２】前記第１実施形態の測定動作を示す斜視図。
【図１３】本発明の第２実施形態の支持アダプタを示す斜視図。
【図１４】本発明の第３実施形態の恒温槽を示す斜視図。
【図１５】前記第３実施形態の恒温槽、ステップゲージおよび基準ブロックゲージの配置を示す斜視図。
【図１６】本発明の第４実施形態の測定対象物第１支持台を示す側面図。
【図１７】前記第４実施形態の測定対象物第２支持台を示す側面図。
【図１８】本発明の第５実施形態の基準ゲージ第１支持台を示す側面図。
【図１９】前記第５実施形態の基準ゲージ第２支持台を示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１において、本実施形態の線膨張係数測定装置１は、寸法基準器であるステップゲージ１０を測定対象物とし、その線膨張係数を高精度に測定するものである。
このために、線膨張係数測定装置１は、ステップゲージ１０を収容して所定温度に維持する恒温槽３０と、同じく恒温槽３０に収容される基準ゲージとしての基準ブロックゲージ２０と、基準ブロックゲージ２０を基準としてステップゲージ１０の長さを比較測定する三次元測定機４０と、を備えている。
【００５３】
三次元測定機４０は、定盤４１を有し、その上面にはコラム４２およびクロスバー４３によりヘッド４４が支持されている。ヘッド４４には下方へ延びるラム４５が設置され、その先端にはプローブ４６が支持されている。
三次元測定機４０は、コラム４２が定盤４１に対してＹ軸方向に移動自在とされ、ヘッド４４がクロスバー４３に対してＸ軸方向に移動自在とされ、ラム４５がヘッド４４に対してＺ軸方向に移動自在とされている。これらの３軸移動により、プローブ４６を定盤４１に対して三次元移動させることができる。
【００５４】
恒温槽３０は、箱状の筐体内部の温度を所望の温度に維持可能な装置であり、定盤４１の上面に載置され、その長手方向がＹ軸方向に沿うように固定されている。
恒温槽３０は、上面側を開閉することで、内部にステップゲージ１０および基準ブロックゲージ２０を収容可能である。
恒温槽３０の上面には、開閉式の蓋体を有する測定用開口３１が複数形成されている。
【００５５】
恒温槽３０の内部において、ステップゲージ１０は、その延伸方向ＬｔがＹ軸方向に沿うように支持されている。また、基準ブロックゲージ２０は、ステップゲージ１０の上面側（ステップゲージ１０の測定用開口３１に対向する側）に配置され、その延伸方向ＬｒがＹ軸方向に沿って、ステップゲージ１０と互いに平行に支持されている。
【００５６】
図２に示すように、測定対象物であるステップゲージ１０は、延伸方向Ｌｔに延びる角柱状の本体を有し、その上面、底面および各側面は延伸方向Ｌｔに交差する２方向である高さ方向Ｈｔおよび幅方向Ｗｔのいずれかに平行とされている。
ステップゲージ１０の上面には、ブロックゲージ状の凸部１３が複数、延伸方向Ｌｔに配列されている。各凸部１３の延伸方向Ｌｔの長さはＤｐ、各凸部１３の間の凹部の延伸方向Ｌｔの間隔はＤｃとされている。
本実施形態では、ステップゲージ１０の一方の端部にある凸部１３の表面を第１表面１１とし、他方の端部にある凸部１３の表面を第２表面１２とし、これらの第１表面１１と第２表面１２との距離をステップゲージ１０の長さＤｘとして測定する。
【００５７】
図３に示すように、基準ゲージである基準ブロックゲージ２０は、延伸方向Ｌｒに延びるブロックゲージであり、その上面、底面および各側面は延伸方向Ｌｒに交差する２方向である高さ方向Ｈｒおよび幅方向Ｗｒのいずれかに平行とされている。
基準ブロックゲージ２０は、延伸方向Ｌｒの両端にあたる一対の端面が第１基準表面２１および第２基準表面２２とされている。
【００５８】
基準ブロックゲージ２０は、第１基準表面２１と第２基準表面２２との距離つまり長さがＤｒｘである。基準ブロックゲージ２０は、測定対象物であるステップゲージ１０における測定対象の長さＤｘ（公称寸法、呼び寸法）に基づいて、長さＤｒｘが長さＤｘよりも所定寸法（例えば凸部１３の長さＤｐ分）短い寸法となるものが選択されている。
基準ブロックゲージ２０は、長さＤｒｘが既知であるだけでなく、線膨張係数が高精度に既知であり、後述する第１温度ｔ１での比較測定および第２温度ｔ２での比較測定の際には、その線膨張係数から各温度ｔ１，ｔ２における長さＤｒｘを高精度に計算することができる。
【００５９】
図４において、これらのステップゲージ１０および基準ブロックゲージ２０は、恒温槽３０内に平行に設置される。
これらのステップゲージ１０および基準ブロックゲージ２０を支持するために、恒温槽３０内には剛性の高い底板３２が設置され、その上面には測定対象物支持台５０および基準ゲージ支持台６０が設置されている。
【００６０】
測定対象物支持台５０は、第１表面１１側の測定対象物第１支持台５１と、第２表面１２側の測定対象物第２支持台５２とで構成されている。
基準ゲージ支持台６０は、第１基準表面２１側の基準ゲージ第１支持台６１と、第２基準表面２２側の基準ゲージ第２支持台６２とで構成されている。
【００６１】
〔測定対象物第１支持台５１〕
図５において、測定対象物第１支持台５１は、底板３２に設置された基部５１１を有し、その両側縁に沿って起立部５１２，５１３が形成されている。ステップゲージ１０は、起立部５１２，５１３の間の空間に収容され、基部５１１上に支持される。
基部５１１には、２組のボール５１４およびボールホルダ５１５が幅方向Ｗｔに並べて設置されている。ボールホルダ５１５は、ボール５１４に転動する多数の支持ボールを有し、いわゆるフリーボールベアリングあるいはボールキャスタを形成している。
【００６２】
ステップゲージ１０の底面は２つのボール５１４に当接され、これらのボール５１４およびボールホルダ５１５により、測定対象物第１支持台５１とステップゲージ１０の底面との間には、平面と球との接触部５０２が形成されている。
そして、これら２組の接触部５０２により、ステップゲージ１０の荷重が基部５１１、底板３２を経て恒温槽３０に支持されている。
【００６３】
接触部５０２においては、ステップゲージ１０の底面とボール５１４とが転動することで、ステップゲージ１０は延伸方向Ｌｔおよび幅方向Ｗｔに変位可能、かつ高さ方向Ｈおよび幅方向Ｗｔを中心軸とした回転（ヨーイングおよびピッチング）が可能である。
ただし、ステップゲージ１０の底面とボール５１４とは当接しており、高さ方向Ｈｔへの変位は規制されている。また、ボール５１４が２組であることで、延伸方向Ｌｔを中心軸とした回転（ローリング）も規制されている。
【００６４】
起立部５１２とステップゲージ１０の側面との間には、基部５１１との間の接触部５０２と同様なボール５１４およびボールホルダ５１５が設置され、これにより平面と球との接触部５０４が形成されている。
起立部５１３とステップゲージ１０の側面との間には、基部５１１との間の接触部５０２と同様なボール５１４およびボールホルダ５１５が設置されている。さらに、ボールホルダ５１５と起立部５１３との間には圧縮コイルばね５１６が設置されている。これらのボール５１４、ボールホルダ５１５および圧縮コイルばね５１６により押圧手段５０５が形成されている。
【００６５】
ステップゲージ１０は、押圧手段５０５により幅方向Ｗｔに沿った押圧を受け、接触部５０４を介して起立部５１２に押し付けられ、幅方向Ｗｔには変位を規制される。ただし、押圧手段５０５および接触部５０４はボール５１４を介してステップゲージ１０の側面に接触するため、他の方向の変位を規制することはなく、各方向を中心軸とする回動を規制することもない。
【００６６】
従って、測定対象物第１支持台５１においては、２組の接触部５０２でステップゲージ１０の荷重を支持しつつ、ステップゲージ１０の高さ方向Ｈｔに沿った変位が規制されている。また、接触部５０４および押圧手段５０５により、ステップゲージ１０の幅方向Ｗｔに沿った変位も規制され、これによりステップゲージ１０の延伸方向Ｌｔの向きも確定される。
一方、測定対象物第１支持台５１においては、延伸方向Ｌｔの変位は許容され、ピッチングおよびヨーイングも許容されており、ステップゲージ１０に熱変形が生じた際には延伸方向Ｌｔの伸縮を許容することができる。
【００６７】
〔測定対象物第２支持台５２〕
図６において、測定対象物第２支持台５２は、底板３２に設置された基部５２１と、ステップゲージ１０の下面が載置される支持部５２２とを有する。
基部５２１には、ボール５２４およびボールホルダ５２５が設置されている。ボールホルダ５２５は、ボール５２４に転動する多数の支持ボールを有し、いわゆるフリーボールベアリングあるいはボールキャスタを形成している。
【００６８】
支持部５２２の下面には、円錐穴５２９が形成され、ボール５２４は円錐穴５２９に嵌め込まれている。
これらの円錐穴５２９およびボール５２４により、円錐穴と球との接触部５０１が形成されている。
【００６９】
従って、測定対象物第２支持台５２においては、接触部５０１でステップゲージ１０の荷重を支持しつつ、ステップゲージ１０の高さ方向Ｈｔの変位、幅方向Ｗｔの変位および延伸方向Ｌｔの変位が全て規制されている。ただし、接触部５０１においては、ボール５２４を中心として、高さ方向Ｈｔを中心軸とした回転（ヨーイング）、幅方向Ｗｔを中心軸とした回転（ピッチング）および延伸方向Ｌｔを中心軸とした回転（ローリング）は全て許容されている。
【００７０】
このように、ステップゲージ１０は、測定対象物第１支持台５１および測定対象物第２支持台５２によって支持される。
これにより、ステップゲージ１０は、測定対象物第１支持台５１および測定対象物第２支持台５２の各々において幅方向Ｗｔの位置を規制され、延伸方向Ｌｔが恒温槽３０および三次元測定機４０のＹ軸方向に揃うように支持される。
そして、測定対象物第２支持台５２の接触部５０１において延伸方向Ｌｔの位置を拘束されているが、測定対象物第１支持台５１においては延伸方向Ｌｔの変位が許容され、熱変形による伸縮は主に第１表面１１側に現れる。
【００７１】
〔基準ゲージ第１支持台６１〕
図７において、基準ゲージ第１支持台６１は、底板３２の上方に配置される基部６１１と、基部６１１の下面に固定された支柱６１２とを有し、支柱６１２で底板３２に支持されている。
基部６１１には、２組のボール６１４およびボールホルダ６１５が幅方向Ｗｒに並べて設置されている。ボールホルダ５１５は、ボール５１４に転動する多数の支持ボールを有し、いわゆるフリーボールベアリングあるいはボールキャスタを形成している。
【００７２】
２組のボール６１４およびボールホルダ６１５のうち、一方の組のボール６１４は、基準ブロックゲージ２０の下面に当接され、これにより平面と球との接触部６０２が形成されている。
２組のボール６１４およびボールホルダ６１５のうち、他の組のボール６１４は、基準ブロックゲージ２０の下面に形成された円錐穴６１９（図９参照）に嵌め込まれ、これにより円錐穴と球との接触部６０１が形成されている。
【００７３】
従って、基準ゲージ第１支持台６１においては、幅方向Ｗｒに並んだ平面と球との接触部６０２および円錐穴と球との接触部６０１により、基準ブロックゲージ２０の荷重が支持されるとともに、高さ方向Ｈｒの変位、幅方向Ｗｒの変位、延伸方向Ｌｒの変位および延伸方向Ｌｒを中心軸とした回転（ローリング）が規制され、高さ方向Ｈｒを中心軸とした回転（ヨーイング）および幅方向Ｗｒを中心軸とした回転（ピッチング）は許容されている。
【００７４】
さらに、基部６１１には起立部６１０が形成され、起立部６１０と基準ブロックゲージ２０の上面との間には、接触部６０２と同様なボール６１４およびボールホルダ６１５と、これらを基準ブロックゲージ２０の上面に向けて付勢する圧縮コイルばね６１７とが設置され、これらにより基準ブロックゲージ２０を下向きに与圧する与圧手段６０９が形成されている。
このような与圧手段６０９により、基準ゲージ第１支持台６１においては、基準ブロックゲージ２０の重量が小さい場合でも、下面側における接触部６０１，６０２の接触が確実に維持される。
【００７５】
〔基準ゲージ第２支持台６２〕
図８において、基準ゲージ第２支持台６２は、基準ゲージ第１支持台６１と同様な基部６２１、支柱６２２、起立部６２０を有する。そして、ボール６２４、ボールホルダ６２５および圧縮コイルばね６２７により、同様な与圧手段６０９が構成されている。
一方、基準ゲージ第２支持台６２においては、基準ゲージ第１支持台６１における平面と球との接触部６０２および円錐穴と球との接触部６０１に替えて、Ｖ溝と球との接触部６０３が構成されている。
【００７６】
基部６２１の上面には、ボール６２４およびボールホルダ６２５が設置されている。対向する基準ブロックゲージ２０の下面には、延伸方向Ｌｒに沿ってＶ溝６２８が形成されている（図９参照）。このＶ溝６２８にボール６２４が嵌め込まれることで、Ｖ溝と球との接触部６０３が構成されている。
【００７７】
従って、基準ゲージ第２支持台６２においては、Ｖ溝と球との接触部６０３により、基準ブロックゲージ２０の荷重が支持されるとともに、高さ方向Ｈｒの変位および幅方向Ｗｒの変位が規制され、延伸方向Ｌｒの変位、延伸方向Ｌｒを中心軸とした回転（ローリング）、高さ方向Ｈｒを中心軸とした回転（ヨーイング）および幅方向Ｗｒを中心軸とした回転（ピッチング）は許容されている。
【００７８】
このように、基準ブロックゲージ２０は、基準ゲージ第１支持台６１および基準ゲージ第２支持台６２によって支持される。
これにより、基準ブロックゲージ２０は、基準ゲージ第１支持台６１および基準ゲージ第２支持台６２の各々において幅方向Ｗｒの位置を規制され、延伸方向Ｌｒが恒温槽３０および三次元測定機４０のＹ軸方向（すなわちステップゲージ１０の延伸方向Ｌｔ）に揃うように支持される。
そして、基準ゲージ第１支持台６１の接触部６０１において延伸方向Ｌｒの位置を拘束されているが、基準ゲージ第２支持台６２においては延伸方向Ｌｒの変位が許容され、熱変形による伸縮は主に第１基準表面２１側に現れる。
【００７９】
〔線膨張係数の測定動作〕
図１０には、線膨張係数測定装置１を用いてステップゲージ１０の線膨張係数を測定する手順が示されている。
測定開始にあたっては、先ず、線膨張係数測定装置１として三次元測定機４０に恒温槽３０を固定し、恒温槽３０の内部にステップゲージ１０および基準ブロックゲージ２０を設置する（処理Ｓ１）。
【００８０】
恒温槽３０の内部にステップゲージ１０および基準ブロックゲージ２０を設置する際には、先ず、測定対象物第１支持台５１および測定対象物第２支持台５２を設置し、これらによりステップゲージ１０を支持する。次に、ステップゲージ１０を跨ぐように、基準ゲージ第１支持台６１および基準ゲージ第２支持台６２を設置し、これらにより基準ブロックゲージ２０を支持する。
【００８１】
図１１に示すように、ステップゲージ１０および基準ブロックゲージ２０を設置する際には、各々の延伸方向Ｌｔ，Ｌｒの位置を調整し、各々の第２表面１２と第２基準表面２２とが同一平面となるようにしておく。
ここで、基準ブロックゲージ２０の長さＤｒｘは、ステップゲージ１０の長さＤｘよりも凸部１３の長さＤｘ分短く設定されているので、第２基準表面２２と第２表面１２とを揃えた際には、第１基準表面２１は凸部１３の長さＤｘ分だけ第１表面１１に届かず、第１表面１１に最寄りの凸部１３は上面側を基準ブロックゲージ２０で覆われない状態とされる。
【００８２】
ステップゲージ１０および基準ブロックゲージ２０の設置（処理Ｓ１）ができたら、三次元測定機４０に測定長さ（ステップゲージ１０の長さＤｘ）を入力し（処理Ｓ２）、異なる温度でのステップゲージ１０の長さの比較測定動作を実行する（処理Ｓ３〜Ｓ５）。
先ず、測定用開口３１を全て閉じた状態で、恒温槽３０の内部温度を第１温度ｔ１に設定し、所定時間を待って温度を安定化させる（処理Ｓ３）。
【００８３】
恒温槽３０の内部が第１温度ｔ１で安定化したら、ステップゲージ１０および基準ブロックゲージ２０の座標系決定を行う（処理Ｓ４）。
具体的には、第１表面１１側の測定用開口３１を開き、三次元測定機４０のプローブ４６を導入する。そして、図１２に示すように、ステップゲージ１０の第１表面１１を３点以上接触して位置および傾きを検出する。さらに、第１表面１１が設定された凸部１３の上面および一方の側面について、同様に３点以上接触して位置および傾きを検出する。これにより、第１表面１１の中心位置の三次元座標と、ステップゲージ１０の延伸方向Ｌｔの向きが取得される。
【００８４】
同様に、プローブ４６により基準ブロックゲージ２０の第１基準表面２１と、隣接する上面および側面の接触検出を行い、第１基準表面２１の中心位置の三次元座標と、基準ブロックゲージ２０の延伸方向Ｌｒの向きを取得する。
さらに、第２表面１２側の測定用開口３１を通してプローブ４６を導入し、ステップゲージ１０の第２表面１２および基準ブロックゲージ２０の第２基準表面２２の測定を行い、第２表面１２および第２基準表面２２の中心位置の三次元座標を取得しておく。
【００８５】
ステップゲージ１０および基準ブロックゲージ２０の座標系決定（処理Ｓ４）ができたら、ステップゲージ１０および基準ブロックゲージ２０の寸法の比較測定を行い、その際の温度を測定して記録しておく（処理Ｓ５）。
具体的には、処理Ｓ４による座標系のもとで、第１表面１１の中心位置と第１基準表面２１の中心位置との距離、第２表面１２の中心位置と第２基準表面２２の中心位置との距離に基づいて、第１基準表面２１と第２基準表面２２との距離（基準ブロックゲージ２０の長さＤｒｘ）から計算を行うことで、第１表面１１と第２表面１２との距離（長さＤｘの正確な値）を比較測定することができる。
【００８６】
以上により、第１温度ｔ１での第１表面１１と第２表面１２との距離の比較測定ができたら、恒温槽３０の内部温度を第２温度ｔ２に変更し（処理Ｓ６）、前述した比較測定動作（処理Ｓ３〜Ｓ５）を繰り返す。
これらにより、第１温度ｔ１での長さＤｘ１と、第２温度ｔ２での長さＤｘ２とが得られるので、ステップゲージ１０の長さＤとして、ステップゲージ１０の第１表面１１と第２表面１２との間の区間の線膨張係数α＝［（Ｄｘ１−Ｄｘ２）／Ｄ］／（ｔ１−ｔ２）として計算することができる（処理Ｓ７）。なお、長さＤは、測定した長さＤｘ１、長さＤｘ２のいずれか、または平均値としてもよく、ステップゲージ１０の公称長さであってもよく、いずれの場合も熱変形ΔＤ＝（Ｄｘ１−Ｄｘ２）に対して十分大きいので線膨張係数αの計算には影響するものではない。
【００８７】
〔第１実施形態の効果〕
このような本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
三次元測定機４０を用いて測定対象物であるステップゲージ１０の長さ測定を行うので、高価な光波干渉計を用いることなく、様々な長さのステップゲージ１０の線膨張係数を、高精度に測定することができる。
【００８８】
さらに、本実施形態では、三次元測定機４０を用いてステップゲージ１０の長さを測定する際に、長さの基準として基準ブロックゲージ２０を用い、この基準ブロックゲージ２０に対する長さの比較測定を行う。このため、長さ測定の結果は、三次元測定機４０のスケールの精度に依存せず、専ら基準ブロックゲージ２０の精度に依存することになり、ステップゲージ１０が長尺化しても高精度を確保できる。
【００８９】
本実施形態では、比較測定を行う際に、第１基準表面２１、第２基準表面２２、第１表面１１および第２表面１２の中心座標の計算と、基準ブロックゲージ２０およびステップゲージ１０の延伸方向Ｌｒ，Ｌｔに対する傾きの計算を含む座標系決定（図１１の処理Ｓ４）を行うようにした。
このため、基準ブロックゲージ２０の第１基準表面２１および第２基準表面２２、ステップゲージ１０の第１表面１１および第２表面１２が、延伸方向Ｌｒ，Ｌｔに対して傾いた状態であっても、各表面におけるプローブ４６の接触位置から中心座標までの距離と、各表面の傾きとから、三次元測定機４０による検出位置を補正することができる。
そして、基準ブロックゲージ２０およびステップゲージ１０の現在の状態に即して各々の座標系を決定し、その座標系のもとで長さ測定を行うことで精度を高めることができ、比較測定の精度を高く維持することができる。
【００９０】
本実施形態では、ステップゲージ１０の測定対象部位である第１表面１１および第２表面１２が測定用開口３１側に配置され、同側に基準ブロックゲージ２０が配置されることで、比較対象の第１基準表面２１および第２基準表面２２を第１表面１１および第２表面１２に近接して配置することができ、測定精度の向上とともに測定動作の効率化、迅速化を図ることができる。
【００９１】
本実施形態では、基準ブロックゲージ２０の第１基準表面２１から第２基準表面２２までの長さＤｒｘは、ステップゲージ１０の第１表面１１から第２表面１２までの長さＤｘよりも、凸部１３の１個分の長さＤｐだけ短く設定した。
このため、ステップゲージ１０の測定用開口３１側に基準ブロックゲージ２０が配置されて、ステップゲージ１０の表面が基準ブロックゲージ２０で覆われても、第１表面１１側の端部近傍では、基準ブロックゲージ２０の長さが短い分、ステップゲージ１０の表面が測定用開口３１側に露出する。従って、前述した座標系決定にあたっては、この露出した表面に三次元測定機４０のプローブ４６を接触させることで、基準ブロックゲージ２０と干渉することなく、ステップゲージ１０の表面の検出を行うことができる。
【００９２】
本実施形態においては、第２基準表面２２と第２表面１２とを同一平面内に配置したので、前述のように基準ブロックゲージ２０をステップゲージ１０よりも所定長さ短くした際に、同一平面とした側とは反対側の端部（第１表面１１と第１基準表面２１の側）で、基準ブロックゲージ２０とステップゲージ１０との長さの差が最大となり、三次元測定機４０のプローブ４６による表面検出を行う際の余裕を最大にすることができる。
【００９３】
本実施形態では、測定対象物第１支持台５１において、ステップゲージ１０の側面との接触部５０４と押圧手段５０５との組み合わせが、延伸方向Ｌｔの変位を許容しつつ延伸方向Ｌｔに交差する２方向（高さ方向Ｈｔ、幅方向Ｗｔ）の変位を規制するため、この組み合わせによりキネマティックマウントのＶ溝と球との組み合わせに相当する機能が得られる。その結果、測定対象物第１支持台５１および測定対象物第２支持台５２において、キネマティックマウントに相当する機能を得ることができ、延伸方向Ｌｔおよびその交差方向に対する変位規制および回動規制を適切に行うことができる。
【００９４】
本実施形態では、基準ゲージ第１支持台６１および基準ゲージ第２支持台６２で基準ゲージ支持台６０を構成し、基準ブロックゲージ２０の底面との間に、円錐穴と球との接触部６０１、平面と球との接触部６０２、Ｖ溝と球との接触部６０３の３点を有するキネマティックマウントを構成することができ、延伸方向Ｌｒおよびその交差方向（高さ方向Ｈｒ、幅方向Ｗｒ）に対する変位規制および回動規制を適切に行うことができる。
【００９５】
本実施形態では、基準ブロックゲージ２０を下向きに与圧する与圧手段６０９を設けたので、基準ブロックゲージ２０が軽量である場合でも、下向きに与圧することで、基準ゲージ第１支持台６１および基準ゲージ第２支持台６２による支持を安定して行うことができる。
【００９６】
なお、本実施形態は、ステップゲージ１０の長さがより短い場合、あるいはステップゲージ１０の中間部分の凸部１３の間の長さを測定する場合にも、それぞれ対応することができる。
図１１において、ステップゲージ１０の中間部分の長さを設定する場合、一点鎖線で示すように、中間部分の凸部１３に第１表面１１を設定し、対応する長さの基準ブロックゲージ２０を用いて第１基準表面２１を設定し、プローブ４６で各々の測定を行えばよい。この際、プローブ４６を恒温槽３０の内部に導入する際には、複数の測定用開口３１のうち最寄りのものを用いればよい。
【００９７】
〔第２実施形態〕
図１３には、本発明の第２実施形態が示されている。
前述した第１実施形態では、基準ブロックゲージ２０を基準ゲージ第１支持台６１および基準ゲージ第２支持台６２で支持する際に、円錐穴６１９、Ｖ溝６２８を基準ブロックゲージ２０の下面に直接形成した。
【００９８】
これに対し、第２実施形態では、図１３に示すように、基準ブロックゲージ２０に支持アダプタ７１，７２を装着し、各々の下面に円錐穴６１９、Ｖ溝６２８を形成する。
なお、第２実施形態の構成は、基準ブロックゲージ２０の支持部分以外は前述した第１実施形態と同様であるので、重複する説明は省略し、以下には相違部分のみ説明する。
【００９９】
支持アダプタ７１は、基準ブロックゲージ２０の基準ゲージ第１支持台６１で支持される位置に設置される。支持アダプタ７１は、支持板７１１と固定部材７１２とを有し、各々で基準ブロックゲージ２０を挟み付けることで基準ブロックゲージ２０に固定される。
支持アダプタ７２は、基準ブロックゲージ２０の基準ゲージ第２支持台６２で支持される位置に設置される。支持アダプタ７２は、支持板７２１と固定部材７２２とを有し、各々で基準ブロックゲージ２０を挟み付けることで基準ブロックゲージ２０に固定される。
【０１００】
支持板７１１の下面には円錐穴６１９が形成され、支持板７１１の下面にはＶ溝６２８が形成されている。
これらを利用して、支持アダプタ７１，７２と基準ゲージ第１支持台６１および基準ゲージ第２支持台６２との間には、第１実施形態の基準ブロックゲージ２０の下面（図９参照）と同様に、円錐穴と球との接触部６０１、平面と球との接触部６０２、およびＶ溝との接触部６０３が形成されている。
【０１０１】
このような本実施形態では、基準ブロックゲージ２０の下面に円錐穴６１９、Ｖ溝６２８を形成することなしに、前述した第１実施形態の各効果を得ることができる。
基準ブロックゲージ２０の下面に円錐穴６１９、Ｖ溝６２８を形成する必要がないので、支持アダプタ７１，７２を共用することで、基準ブロックゲージ２０として汎用のものを利用でき、様々な寸法への対応を容易に行うことができる。
【０１０２】
〔第３実施形態〕
図１４および図１５には、本発明の第３実施形態が示されている。
前述した第１実施形態では、恒温槽３０の上面にプローブ４６を導入するための測定用開口３１を形成し、恒温槽３０の内部では、ステップゲージ１０の上面側（測定用開口３１がある側）に凸部１３を向け、かつ同側に基準ブロックゲージ２０を平行に配置した。
【０１０３】
これに対し、第３実施形態では、図１４および図１５に示すように、恒温槽３０Ａの側面にプローブ４６を導入するための測定用開口３１Ａを形成し、同側面に沿ってステップゲージ１０を配置するとともに、同側面とステップゲージ１０との間に基準ブロックゲージ２０を平行に配置している。
このような本実施形態においても、前述した第１実施形態と同様な効果を得ることができる。
【０１０４】
〔第４実施形態〕
図１６および図１７には、本発明の第４実施形態が示されている。
前述した第１実施形態では、測定対象物第１支持台５１（図５参照）において、ステップゲージ１０の下面との間に平面と球との接触部５０２を２つ形成し、ステップゲージ１０を側面から挟むように押圧手段５０５および接触部５０４を形成していた。さらに、測定対象物第２支持台５２（図６参照）では、ステップゲージ１０の下面との間に円錐穴と球との接触部５０１を形成していた。
【０１０５】
これに対し、第４実施形態では、測定対象物第１支持台５１Ａ（図１６参照）において、ステップゲージ１０の下面との間に平面と球との接触部５０２および円錐穴と球との接触部５０１（円錐穴５１９）を形成し、測定対象物第２支持台５２Ａ（図１７参照）において、ステップゲージ１０の下面との間にＶ溝と球との接触部５０３（Ｖ溝５２８）を形成している。
このような本実施形態においては、ステップゲージ１０と測定対象物第１支持台５１Ａおよび測定対象物第２支持台５２Ａとの間に、キネマティックマウントに相当する構成を形成することができる。
【０１０６】
なお、測定対象物第１支持台５１Ａとステップゲージ１０との間に円錐穴と球との接触部５０１を形成し、測定対象物第２支持台５２Ａとステップゲージ１０との間に平面と球との接触部５０２およびＶ溝と球との接触部５０３を形成してもよい。
【０１０７】
〔第５実施形態〕
図１８および図１９には、本発明の第５実施形態が示されている。
前述した第１実施形態では、基準ゲージ第１支持台６１（図７参照）において、基準ブロックゲージ２０の下面との間に円錐穴と球との接触部６０１および平面と球との接触部６０２を形成し、さらに、基準ゲージ第２支持台６２（図８参照）において、基準ブロックゲージ２０の下面との間にＶ溝と球との接触部６０３を形成していた。
【０１０８】
これに対し、第５実施形態では、基準ゲージ第１支持台６１Ａ（図１８参照）において、基準ブロックゲージ２０の下面との間に平面と球との接触部６０２を２つ形成し、基準ブロックゲージ２０を側面から挟むように押圧手段６０５（ボール６１４、ボールホルダ６１５、圧縮コイルばね６１６）および接触部６０４（ボール６１４、ボールホルダ６１５）を形成している。さらに、基準ゲージ第２支持台６２Ａ（図１９参照）では、基準ブロックゲージ２０の下面との間に円錐穴と球との接触部６０１（円錐穴６２９）を形成している。
このような本実施形態においても、基準ブロックゲージ２０と基準ゲージ第１支持台６１Ａおよび基準ゲージ第２支持台６２Ａとの間に、キネマティックマウントに相当する構成を形成することができる。
【０１０９】
なお、基準ゲージ第１支持台６１Ａと基準ブロックゲージ２０との間にＶ溝と球との接触部６０３および平面と球との接触部６０２を形成し、基準ゲージ第２支持台６２Ａと基準ブロックゲージ２０との間におよび円錐穴と球との接触部６０１を形成してもよい。
【０１１０】
〔変形例〕
本発明は、前述した各実施形態の構成に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形などは本発明に含まれるものである。
例えば、各実施形態では、基準ゲージ第１支持台６１，６１Ａおよび基準ゲージ第２支持台６２，６２Ａにおいて、与圧手段６０９により、下面側における接触部６０１，６０２，６０３の接触が確実に維持されるようにしていた。
このような与圧手段６０９としては、圧縮コイルばね６１７，６２７を用いた機械的なものに限らず、流体圧や流体流れ、電磁気力などを利用した非接触の付勢手段などを用いてもよい。
さらに、基準ブロックゲージ２０の重量が十分な重さであれば、与圧手段６０９は省略してもよい。
【０１１１】
前述した第１実施形態では、第１表面１１から第２表面１２までの長さＤｘをステップゲージ１０の長さとして測定した。ただし、ステップゲージ１０の両端面を第１表面１１および第２表面１２とすることで、ステップゲージ１０の長さおよびその間の線膨張係数を測定できる。また、図１０において説明した通り、第１表面１１および第２表面１２をステップゲージ１０の中間部分の凸部１３の端面などに設定することで、この中間部分の長さおよび線膨張係数を測定することもできる。
【０１１２】
前述した各実施形態では、ステップゲージ１０を測定対象物としていたが、測定対象物としてはブロックゲージあるいは他の寸法基準器であってもよい。
また、基準ゲージとしては、基準ブロックゲージ２０に限らず、専用の基準ゲージあるいは測定対象物と同様なステップゲージ１０であって高精度に校正されたマスターゲージを用いてもよい。
この際、基準ゲージとしては、第１温度ｔ１と第２温度ｔ２との間の温度変化では精度上膨張を無視しうる極低膨張係数ないしゼロ膨張係数の材質から製造されたもの、または、膨張係数が既知である材質から製造されたもの、のいずれかであることが望ましい。
【０１１３】
前記実施形態では、基準ゲージである基準ブロックゲージ２０の第２基準表面２２と測定対象物であるステップゲージ１０の第２表面１２とを同一平面に揃えたが、第１基準表面２１と第１表面１１とを揃えてもよく、あるいは基準ゲージおよび測定対象物の両端を揃えない配置としてもよい。
ただし、いずれかの端部を揃えることにより、同一平面とした側とは反対側の端部で、基準ゲージと測定対象物との長さの差が最大となり、三次元測定機のプローブによる表面検出を行う際の余裕を最大にすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
本発明は、寸法基準器の線膨張係数測定方法および測定装置に利用できる。
【符号の説明】
【０１１５】
１…線膨張係数測定装置、１０…測定対象物であるステップゲージ、１１…第１表面、１２…第２表面、１３…凸部、２０…基準ゲージである基準ブロックゲージ、２１…第１基準表面、２２…第２基準表面、３０，３０Ａ…恒温槽、３１…測定用開口、３１Ａ…測定用開口、３２…底板、４０…三次元測定機、４１…定盤、４２…コラム、４３…クロスバー、４４…ヘッド、４５…ラム、４６…プローブ、５０…測定対象物支持台、５０１…円錐穴と球との接触部、５０２…平面と球との接触部、５０３…Ｖ溝と球との接触部、５０４…平面と球との接触部、５０５…押圧手段、５１，５１Ａ…測定対象物第１支持台、５１１…基部、５１２…起立部、５１３…起立部、５１４…ボール、５１５…ボールホルダ、５１６…圧縮コイルばね、５１９…円錐穴、５２，５２Ａ…測定対象物第２支持台、５２１…基部、５２２…支持部、５２４…ボール、５２５…ボールホルダ、５２８…Ｖ溝、５２９…円錐穴、６０…基準ゲージ支持台、６０１…円錐穴と球との接触部、６０２…平面と球との接触部、６０３…Ｖ溝と球との接触部、６０４…平面と球との接触部、６０５…押圧手段、６０９…与圧手段、６１，６１Ａ…基準ゲージ第１支持台、６１０…起立部、６１１…基部、６１２…支柱、６１４…ボール、６１５…ボールホルダ、６１６…圧縮コイルばね、６１７…圧縮コイルばね、６１９…円錐穴、６２，６２Ａ…基準ゲージ第２支持台、６２０…起立部、６２１…基部、６２２…支柱、６２４…ボール、６２５…ボールホルダ、６２８…Ｖ溝、６２９…円錐穴、７１，７２…支持アダプタ、７１１，７２１…支持板、７１２，７２２…固定部材、Ｄｘ…測定対象物の長さ、Ｄｒｘ…基準ゲージの長さ、Ｈｒ…基準ゲージの高さ方向、Ｈｔ…測定対象物の高さ方向、Ｌｒ…基準ゲージの延伸方向、Ｌｔ…測定対象物の延伸方向、Ｔ…温度、ｔ１…第１温度、ｔ２…第２温度、Ｔｏ…基準温度、Ｗｒ…基準ゲージの幅方向、Ｗｔ…測定対象物の幅方向、α…線膨張係数、ΔＬ…長さの変化量。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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