(57)【要約】【課題】短時間で測定可能な表面粗さ測定方法及び表面粗さ測定装置を提供する。【解決手段】被測定物（１７）を加熱する加熱工程（Ｓ２）と、表面と裏面とを有し、表面と裏面の温度差に起因して、ゼーベック効果による起電力が発生する熱流束センサ（１１）を用い、被測定物と接触する面を熱流束センサの裏面とし、空気と接触する面を表面としたとき、表面と裏面との温度差に相当する出力を測定する出力測定工程（Ｓ３）と、熱流束センサの出力の応答から表面粗さを測定し、規格値以内かどうかを判定する判定工程（Ｓ４）と、を含む。【選択図】図６
2018084491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物（１７）を加熱する加熱工程と、
表面（２１、４３）と裏面（２２、４４）とを有し、前記表面と前記裏面との間の温度差に起因して、ゼーベック効果による起電力が発生する熱流束センサ（１１）を用いて、前記被測定物の上に前記熱流束センサの前記裏面を接触させ、前記表面の温度と前記裏面の温度との温度差に相当する前記熱流束センサの出力を測定する出力測定工程と、
時間と前記出力との応答から表面粗さを測定し、前記表面粗さが規格値以内かどうかを判定する表面粗さ判定工程と、
を含む、表面粗さ測定方法。
【請求項２】
前記加熱工程において、前記被測定物は外気温よりも高い所定の温度に制御された発熱体（１２）を近接、若しくは接触させることにより加熱される、請求項１に記載の表面粗さ測定方法。
【請求項３】
前記加熱工程において、前記被測定物は外気温よりも低い所定の温度に制御された発熱体（１２）を近接、若しくは接触させることにより加熱される、請求項１に記載の表面粗さ測定方法。
【請求項４】
前記熱流束センサは、
前記熱流束センサの前記裏面（２２）と前記被測定物との間に設置される接触板（４２）と、
前記熱流束センサの前記表面（２１）と空気との間に設置される放熱板（４１）と、
を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の表面粗さ測定方法。
【請求項５】
前記出力測定工程において、前記被測定物の表面粗さよりも、前記被測定物に対向する面の表面粗さが小さい前記接触板を用いる、請求項４に記載の表面粗さ測定方法。
【請求項６】
前記表面粗さ判定工程において、複数の前記被測定物の表面粗さの測定と、表面粗さが規格値以内かどうかの判定と、を行う、請求項１から５のいずれか一項に記載の表面粗さ測定方法。
【請求項７】
複数の前記被測定物の表面粗さ測定の結果から、前記被測定物の加工に用いられる加工工具の交換時期の判定を行う交換判定工程をさらに含む、請求項６に記載の表面粗さ測定方法。
【請求項８】
前記加熱工程と、前記出力測定工程とを、環境温度が一定に制御された空間内で行う、
請求項１から６のいずれか一項に記載の表面粗さ測定方法。
【請求項９】
被測定物の表面粗さを測定する表面粗さ測定装置（１０）であって、
発熱体（１２）と、
前記発熱体の温度を所定の温度に制御する温度制御装置（１３）と、
表面（２１）と裏面（２２）とを有し、前記表面の温度と前記裏面の温度との温度差に起因して、ゼーベック効果による起電力が発生する熱流束センサ（１１）と、
前記表面と前記裏面の温度差に相当する出力を出力する出力線（１４３、１４５）と、
前記熱流束センサの出力を測定する電圧計（２４）と、
前記熱流束センサの前記裏面に設置され、前記被測定物に対向する面の表面粗さが、前記被測定物の面粗さよりも小さい接触板（４２）と、
前記熱流束センサの前記表面と、空気との間に設置される放熱板（４１）と、
を備える、表面粗さ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面粗さの測定方法及び表面粗さの測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
切削、研削加工等の加工面の表面粗さ測定をする場合、たとえば特許文献１ではレーザーセンサを用いた方法が開示されている。または、光学式の干渉計などで測定する方法もある。たとえば、ミリメートルサイズの比較的大きい凹凸のある表面の場合では、スケールやノギスのような計測器具を使用し、ナノメートルサイズの微小な凹凸の場合は、顕微鏡写真等を用いて測定する方法も知られている。
【０００３】
また、触針式段差計のようにラインプロファイルで表面粗さを測定する手法も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４―１０００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの測定方法は人間の判断やカメラの画像処理やレーザによる距離計測によって行っているため、広範囲な表面粗さ計測を行いたい場合は装置、あるいは試料を移動させるしかなく、測定に時間を要していた。
【０００６】
したがって、生産ラインで加工面の表面粗さを検査する場合、全数測定はできず、抜き取りでしかできなかった。
本発明は上記の課題を鑑みて創作されたものであり、短時間で測定可能な表面粗さ測定方法及び表面粗さ測定装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第一の実施の態様は、
表面粗さ測定方法であって、
被測定物（１７）を加熱する加熱工程と、
表面（２１，４３）と裏面（２２、４４）とを有し、表面と前記裏面との間の温度差に起因して、ゼーベック効果による起電力が発生する熱流束センサ（１１）を用いて、被測定物の上に熱流束センサの裏面を接触させ、表面と裏面の温度差に相当する熱流束センサの出力を測定する出力測定工程と、
熱流束センサの出力電圧の応答から表面粗さを測定し、規格値以内かどうかを判定する判定工程と、を含む。
この測定方法により、被測定物の表面粗さが規格値以内かどうかの判定が短時間で容易に行えるので、生産物を全数測定することも可能になる。
【０００８】
本発明の第二の実施の態様は、
表面粗さの測定装置（１０）であって、発熱体（１２）と、発熱体の温度を所定温度に制御する温度制御装置（１３）と、を備える。
表面（２１）と裏面（２２）とを有し、表面と裏面との間の温度差に起因して、ゼーベック効果による起電力が発生する熱流束センサ（１１）と、前記表面と前記裏面の温度差に相当する熱流束センサの出力を出力する出力線（１４３、１４５）と、
熱流束センサの出力を測定する電圧計（２４）と、を備える。
さらに、熱流束センサの裏面に設置され、被測定物に対向する面の表面粗さが、被測定物の表面粗さよりも小さい接触板（４２）と、熱流束センサの表面に設置され、空気との間に設置される放熱板（４１）とを備える。
この装置により、被測定物の表面粗さが規格値以内かどうかの判定が短時間で容易に行えるので、生産物を全数測定することも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】熱流速センサを使用した表面粗さ測定装置の全体図である。
【図２】熱流束センサの図３におけるＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ矢視図である。
【図４】図２に示す熱流速センサが図１に示すようにワークに接触した場合の説明図である。
【図５】図４に示す断面の構成図で熱流束センサが他の構成の場合を示す説明図である。
【図６】表面粗さ測定と判定方法とのフローチャートである。
【図７】ワークの上に発熱体が近接した場合の図５における別の説明図である。
【図８】熱流束センサの出力電圧と時間との特性図である。
【図９】表面粗さ連続判定装置の全体図である。
【図１０】表面粗さ連続判定装置が表面粗さを連続測定した結果の具体例である。
【図１１】熱流速センサを使用した表面粗さ測定装置の他の実施形態の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の表面粗さ測定方法及び表面粗さ測定装置を図面に基づいて説明する。なお、以下の複数の実施形態について、同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第一実施形態）
図１に熱流速センサを使用した表面粗さ測定装置１０の全体図を示す。表面粗さ測定装置１０は、熱流束センサ１１と、発熱体１２と、発熱体を一定温度に制御する温度制御装置１３と、発熱体を上下に駆動させる発熱体駆動部１８と、発熱体駆動部を制御する駆動制御装置１４と、熱流束センサからの出力電圧を増幅する計測アンプ１５と、出力電圧を計測する電圧計２４と、表面粗さを測定し、規格値以内かどうかを判定するコントローラ１６とから構成される。ここで、コントローラ１６が温度制御装置１３や駆動制御装置１４と連動して動作するようにしてもよい。
【００１１】
本実施形態では、被測定物であるワーク１７の測定箇所は切削や研削により加工された平坦な部分である。
【００１２】
熱流束センサ１１は、図２に示すように、絶縁基材５１、裏面保護部材５２、表面保護部材５３、第一層間接続部材５４、および、第二層間接続部材５５を有する。なお、図２は、熱流束センサ１１の構成を分かりやすくするため、実際の形状に比べて裏面保護部材５２から表面保護部材５３に向かう方向を拡大している。また、表面保護部材５３の重力方向と反対側に向いた面を表面２１、裏面保護部材の５２の重力方向に向いた面を裏面２２とする。
【００１３】
絶縁基材５１は、熱可塑性樹脂からなるフィルムから形成されている。絶縁基材５１は、厚さ方向に貫通する複数のビアホール１１１を有する。ビアホール１１１には、第一層間接続部材５４または第二層間接続部材５５が設けられている。第一層間接続部材５４が設けられているビアホール１１１の隣には第二層間接続部材５５が設けられるビアホール１１１が設けられている。すなわち、絶縁基材５１には、第一層間接続部材５４と第二層間接続部材５５とが離間して互い違いになるように配置されている。
【００１４】
裏面保護部材５２は、大きさが絶縁基材５１の大きさと同じ熱可塑性樹脂からなるフィルムから形成されている。裏面保護部材５２は、絶縁基材５１の裏面１１２に設けられている。絶縁基材５１の裏面１１２と裏面保護部材５２の絶縁基材５１側の面１２１との間には、銅箔などがパターニングされた複数の「第一導電パターン」としての裏面パターン１１４が設けられている。裏面パターン１１４は、第一層間接続部材５４と第二層間接続部材５５とを電気的に接続している。
【００１５】
表面保護部材５３は、大きさが絶縁基材５１の大きさと同じ熱可塑性樹脂からなるフィルムから形成されている。表面保護部材５３は、絶縁基材５１の表面１１３に設けられている。絶縁基材５１の表面１１３と表面保護部材５３の絶縁基材５１側の面１３１との間には、銅箔などがパターニングされた複数の「第二導電パターン」としての表面パターン１１５が形成されている。表面パターン１１５は、第一層間接続部材５４と第二層間接続部材５５とを電気的に接続している。
【００１６】
複数の第一層間接続部材５４と複数の第二層間接続部材５５とは、ゼーベック効果を発揮するよう互いに異なる金属で構成されている。例えば、第一層間接続部材５４は、Ｐ型を構成するＢｉ−Ｓｂ−Ｔｅ合金の粉末が焼結前における複数の金属原子の結晶構造を維持するように固相焼結された金属化合物から形成されている。また、第二層間接続部材５５は、Ｎ型を構成するＢｉ−Ｔｅ合金の粉末が焼結前における複数の金属原子の所定の結晶構造を維持するように固相焼結された金属化合物から形成されている。第一層間接続部材５４と第二層間接続部材５５とは、裏面パターン１１４および表面パターン１１５によって交互に直列されている。
【００１７】
図２、３に示すように、複数の第一層間接続部材５４のうち一つの第一層間接続部材１４０は、端子１４１と電気的に接続している。また、複数の第二層間接続部材５５のうち一つの第二層間接続部材１５０は、端子１５１と電気的に接続している。端子１４１、１５１は、図４に示すように、一つの熱流束センサ１１内で裏面パターン１１４、第一層間接続部材５４、表面パターン１１５、および、第二層間接続部材５５が蛇行するよう接続されている両端に位置している（図３の二点鎖線Ｌ４参照）。端子１４１、１５１は、表面保護部材５３が有する開口１３２を介して外部に露出している。
端子１４１は、接続バンプ１４２を介して出力線１４３と電気的に接続している。また、端子１５１は、接続バンプ１５２を介して出力線１５３と電気的に接続している。
【００１８】
熱流束センサ１１では、熱流束センサ１１の厚さ方向（図３の裏面保護部材５２から表面保護部材５３に向かう方向）に流れる熱量の大きさが変化すると、交互に直列接続された第一層間接続部材５４および第二層間接続部材５５において発生する起電圧が変化する。熱流束センサ１１は、この電圧を出力線１４３、１５３を介して検出信号として外部に出力する。その出力電圧に基づいて熱流束センサ１１を通る熱流束の大きさが算出される。また、以後、熱流束センサの断面構成を表すに際しては、内部構成は図示しないものとする。また、重力方向に向いた面を裏面、その反対側の面を表面と定義する。
【００１９】
固体中の熱の流れをＱとすると、フーリエの法則により、下式（１）として熱流束を求めることができる。
Ｑ∝（Ｔ２−Ｔ１）＝（Ｃ／ｄ）×（Ｔ２−Ｔ１）・・・（１）
Ｃ：熱伝導率、ｄ：表面と裏面との距離、Ｔ１：表面の温度（Ｋ）、Ｔ２：裏面の温度（Ｋ）
熱流束Ｑの単位はＷ／ｍ2であり、単位時間に単位面積を横切る熱量で表される。
このように、熱流束センサを用いることで、表面２１の温度Ｔ１（Ｋ）と裏面２２の温度Ｔ２（Ｋ）との差に比例した出力をもとに、熱流束を求めることができる。
【００２０】
ここで、固体中の熱は表面温度が高いほうから、低いほうへと流出する。熱流束センサはこの流れを検知するものであるから、表面の温度Ｔ１（Ｋ）と裏面の温度Ｔ２（Ｋ）との温度差（Ｔ２−Ｔ１）を測定するものであり、絶対温度を測定するものではない。そのため、本実施形態における表面粗さ測定は、特に外気温度を制御することなく行うことができる。
【００２１】
熱流束センサ１１をワーク１７の上に置いた場合の断面構成を説明する図を図４に示す。熱流束センサ１１の裏面２２にはワーク１７が、表面２１には空気層が存在しているものとする。熱流束の大きさを白抜き矢印の大きさで表すものとする。空気の温度がＴ１（Ｋ）でワークの温度がＴ２（Ｋ）であり、Ｔ２＞Ｔ１である場合、熱流束はワークから熱流束センサ１１を介して空気の方へと流れていく。ワークの温度Ｔ２が高い（ａ）の場合、白抜き矢印で示す熱流束は大きくなる。Ｔ２が低い（ｂ）の場合、白抜き矢印で示す熱流束は小さくなる。
【００２２】
この熱流束の大きさを熱流束センサは出力電圧のデータとして電圧計２４を介して、コントローラ１６に出力する。電圧計２４が計測アンプ１５を含んでいてもよい。電圧が微小な場合は計測アンプ１５により電圧を増幅することで、検出能力を向上させる。出力電圧に十分な電圧があれば、計測アンプ１５は省いても良い。
【００２３】
熱流束センサ１１の他の構成の断面構成を説明する図を図５示す。
図５（ａ）に示すように、熱流束センサ１１のワーク１７に接触しない面を表面２１とし、反対側を裏面２２とする。このとき、表面２１が空気と接触しているとすると、放熱が進まず、測定を繰り返すうちに表面２１の温度が上昇していくことがある。熱流束センサ１１は、表面２１と裏面２２との温度差を出力するものである。したがって、熱流束センサの温度自身が大きく上昇してしまうと、表面２１と裏面２２との温度差が小さくなってしまい、出力電圧の変化を検出しにくくなる。
【００２４】
そのため表面２１に熱伝導率が良い材料を接触させて放熱板４１とすることができる。これにより、熱流束センサ１１の表面２１を放熱により効率よく冷却させることができ、表面２１の温度を周囲の空気と同じ温度にしやすくなり、表面２１と裏面２２との温度差を保つことができる。そのため、熱流束も大きくなり、出力電圧の変化を検出しやすくなる。  放熱板４１としてはたとえば、アルミや銅などの金属製ブロックで構成することが考えられる。また、図５（ｂ）のように放熱板の空気との接触面積をさらに増やし、放熱効率を上げるため、放熱板４１の表面をさらに凹凸のある構成にしてもよい。
【００２５】
熱流束センサ１１と放熱板４１とは、たとえば、熱伝導性テープや、エポキシやシリコーン接着剤、シリコーングリース、銀ペースト、ＩｎＧａ合金等の熱伝導率の高い接着性の材料で固定される。
【００２６】
熱流束センサ１１にはさらに、ワーク１７に対して接触する裏面２２に、接触板４２を有してもよい。たとえば、熱流束センサ１１の表面粗さがワークの表面粗さよりも大きい場合、測定する熱流束の大きさは、熱流束センサの表面粗さに依存してしまう。そのため、ワークの表面粗さを測定しにくい。
【００２７】
そのため、ワーク１７に対向した面の表面粗さが、ワーク１７の表面粗さよりも小さい接触板４２を熱流束センサ１１の裏面２２に固定する。これにより、熱流束の大きさが熱流束センサ１１の表面粗さに依存することを避けられる。
接触板４２としてはたとえば研磨等によって表面粗さがワークの表面粗さより小さくなっているアルミなどの金属薄板やＳｉウエハ薄板などがある。
【００２８】
熱流束センサ１１と接触板４２とは、たとえば、熱伝導性テープや、エポキシやシリコーン接着剤、シリコーングリース、銀ペースト、ＩｎＧａ合金等の熱伝導率の高い接着性の材料で固定される。
【００２９】
このように、熱流束センサ１１が表面２１と裏面２２とに、放熱板４１と接触板４２を含む構成の場合、熱流束センサ１１は新たに表面４３と裏面４４とを有するものとする。
【００３０】
表面粗さ判定方法を図６のフローチャートに従って説明する。
ステップＳ１において、温度制御装置１３により、発熱体１２を所定の発熱量にする。本実施形態では発熱体１２は金属体にヒータを埋め込んだ、いわゆるブロックヒータを使用している。発熱体１２のワークに近接する面の表面粗さは、ワーク１７の表面粗さなどよりも小さくしておくと良いが、特にこれに限られるものではない。また、ワーク１７のある一定部分に対して一定の熱量を安定して与えられればよいため、その手法はブロックヒータに限られるものではない。たとえば、レーザやスポットヒータで加熱してもよいし、高周波加熱でもよい。
【００３１】
ステップＳ２において、駆動制御装置１４の制御により、発熱体駆動部１８にて上下に運動する発熱体１２はワーク１７に上方向から近接する。本実施形態では、発熱体１２はワーク１７に対して上方向から近接するが、横方向から近接してもよいし、あるいは下方向から近接し、ワーク１７の裏面を加熱してもよい。また、発熱体１２がワーク１７に接触してもよい。発熱体１２がワーク１７に接触する場合は、近接する場合よりも十分な熱を速やかにワーク１７に印加する。そのため測定時間を短縮させることができ、また、出力電圧の変化を検出しやすくなる。
このとき、熱流束センサ１１は人の手、または機械による駆動などで、ワーク１７の上に接触されているものとする。発熱体１２がワーク１７に近接する前に熱流束センサがワーク１７に接触しているのが好ましいが、発熱体１２がワーク１７に近接した後に、熱流束センサ１１がワーク１７に接触したとしても、表面粗さ測定は可能である。
【００３２】
ステップＳ３において、ワーク１７が加熱されたことにより、その熱がワーク１７を通過して、熱流束センサ１１に到達する。熱流束センサ１１が出力した熱流束に対応する電圧を電圧計２４が測定し、その測定データはコントローラ１６に送信される。コントローラ１６はパーソナルコンピュータやワークステーションやあるいはシーケンサなど様々な形態が考えられるが、測定処理能力を有する情報処理端末であればよい。
【００３３】
ここで、ワーク１７の上に熱流束センサ１１が接触し、発熱体１２がワーク１７に実線で示す矢印方向から近接した場合の断面構成を説明する図を図７に示す。熱流束センサ１１は放熱板４１と接触板４２とを有している場合とする。
ワーク１７に発熱体１２が近接したことで、ワーク１７の表面の発熱体１２に近い部分は加熱されて温度が上昇する加熱部位６１を有する。
ワーク１７の表面粗さが小さい場合、図７（ａ）のように、熱流束センサ１１の裏面４４とワーク１７の表面とは密着し、空気層が少ない。一方図７（ｂ）のようにワーク１７の表面粗さが大きい場合は、熱流束センサ１１の裏面４４とワーク１７の表面の間に空気層６０を含む。
【００３４】
空気の熱伝導率は０．０２４Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、鉄の熱伝導率は８４Ｗ／（ｍ・Ｋ）、ガラスの熱伝導率は１Ｗ／（ｍ・Ｋ）、エポキシ樹脂の熱伝導率は０．２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。このように一般的に空気の熱伝導率は固体に比べると低い。したがって、空気を含めば、熱流束センサ１１の裏面４４は温度が上がりにくく、式（１）における裏面の温度Ｔ２（Ｋ）が低いことになる。ゆえに、ワーク１７の表面の加熱部位６１から熱流束センサ１１の裏面４４を通り、表面４３から空気へと流れる白抜き矢印で表す熱流束の大きさは空気層６０を含まない場合よりも小さい。したがって、熱流束センサ１１の出力電圧と時間との特性曲線はワーク表面と、熱流束センサ１１の裏面４４と間に空気層６０をどの程度含むかどうか、言い換えれば、ワークの表面粗さ、によって変化する。
【００３５】
ステップＳ４において、コントローラ１６は、熱流束センサ１１の出力曲線から表面粗さを測定し、規格値以内かどうかを判定する。図９に熱流束センサ１１の出力電圧と時間との特性曲線を示す。ここで、ワーク１７の表面粗さが規定値以内かどうかを判定する例を示す。
【００３６】
図８（ａ）は熱流束センサ１１の出力電圧データ、（ｂ）は発熱体１２の位置を示している。
時刻ｔ１にて、発熱体１２がワーク１７の表面に近接すると、熱流束センサ１１により熱流束が検知されて、出力電圧が立ち上がる。
時刻ｔ２にて、表面粗さが規格値以内のワーク１７についても、表面粗さが規格値よりも大きいワーク１７についても、出力電圧は立ち上がっている途中である。
時刻ｔ３にて、表面粗さが規格値以内のワーク１７は出力電圧の立ち上がりが終了する。表面粗さが規格値よりも大きいワーク１７は未だ出力電圧が立ち上がりの途中である。
時刻ｔ４において、面粗さが規格値よりも大きいワーク１７の出力電圧の立ち上がりも終了する。
【００３７】
表面粗さが規格値以内かどうかの判定方法とはたとえば、図８（ａ）において、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの出力電圧の立ち上がりを比べて、その傾きがある一定基準の大きさ以上であるかどうかで判断できる。表面粗さが大きいと、傾きは小さくなる。
または、立ち上がりが終了するまでの時間、たとえば、表面粗さが規格値以内のワーク１７については時刻ｔ２、表面粗さが規格値よりも大きいワーク１７については時刻ｔ３である。ｔ１からの経過時間がある一定以内であれば、表面粗さは規格値以内にあると判断する。
【００３８】
ここで、外気の温度が多少変化し、図７における熱流束センサ１１の表面４３と裏面４４の温度が変化したとしても、熱流束の出力曲線の傾き自体は大きくは変化しない。そのため本実施形態の測定は、特に外気温度を制御せずに行うことができる。
【００３９】
また。図８（ｂ）においては、発熱体１２は測定の間、ワーク１７との近接位置にあるとしているが、たとえば、ｔ１からある短い時間だけ、ワーク１７に近接し、その後離間位置にあるように駆動制御装置１４を制御してもよい。本実施形態ではワーク１７を加熱することによる熱流束の応答を検出できればよいので、ワーク１７を加熱し続ける必要はない。一旦、ワーク１７の加熱部位６１ができれば、あとはその余熱で熱流束を測定することが可能だからである。このように短い時間だけ加熱する方法は、たとえばワーク１７が樹脂であって熱で変形しやすい場合に適している。
【００４０】
表面粗さの判定の規格値の基準の決定方法については、たとえば、他の高精度に表面粗さがわかる手法で測定し、表面粗さが規格下限値のワーク１７について、本実施形態の測定を実施し、得られた熱流束センサ１１の出力曲線を基準とすることができる。
【００４１】
以上のようにワーク１７の表面粗さ測定を行い、ワーク１７についての測定結果をコントローラ１６は記録する。その後新たなワークについて表面粗さ測定を行う。本測定は短時間で行うことができるので、連続してワークの表面粗さ測定を行うことは容易であり、従来は抜き取りでしか検査できなかったワークについても全数検査を行うことができる。
また、本実施形態では、表面粗さ測定と規格値以内かどうかの判定はコントローラ１６が行うものとしたが、人が熱流束センサからの出力電圧や出力値を紙などに記録し、そこから人が表面粗さの測定と規格値以内かどうかの判定を行っても良い。
【００４２】
本実施形態では、熱流束センサ１１の測定部３１は長方形の板状であるが、これに限らず、様々な形状の熱流束センサを使用できる。また、本実施形態において、ワークが加熱されるのは熱流束センサに隣接された位置としたが、たとえばワークを裏面や側面から加熱してもよい。
熱流束センサ１１は測定部３１をたとえば数ｃｍ角から数１０ｃｍ角の比較的大きな形状にすることも容易である。そのため、本実施形態においては、顕微鏡やレーザ距離計などの光学測定による表面粗さの測定方法、あるいは、ノギス、触針式等他の測定方法と比較すると、広い面積での表面粗さの測定と規格値以内かどうかの判定を短時間で行うことができる。
【００４３】
本実施形態では、表面粗さ測定を行う際、特に外気温度の制御は行わないが、より安定した測定結果を必要とする場合、恒温室や恒温槽など一定温度に制御された環境で測定を実施してもよい。
【００４４】
（第二実施形態）
図９に表面粗さ連続測定装置１００の全体図を示す。表面粗さ連続測定装置１００は、表面粗さ測定装置１０と、コンベア８０と、位置測定センサ８１から構成されている。
【００４５】
コンベア８０はモータ８２等で駆動されて、図示しない別装置により加工されたワーク１７を紙面に向かって見て右から左に移動させているとする。加工されたワーク１７は人がコンベアに置いてもよいし、加工装置からロボットにより積載してもよい。他にも様々な形態が考えられる。ワーク１７の測定箇所は切削や研削により加工された平坦な部分である。
【００４６】
位置測定センサ８１はワーク１７が特定の位置に到達したことを感知し、そのデータをコントローラ１６に送る。位置測定センサ８１はワークの位置を検地するものであり、本実施形態ではレーザーセンサである。あるいは、ワークの間隔が一定で、かつ、コンベア８０の速度も一定ならば、ワークの位置を感知する必要はなく、その場合センサはなくてもよい。
【００４７】
ワーク１７が発熱体１２と、熱流束センサ１１とについての一定位置に到達したら、コンベア８０の動きを一旦停止する。
その後、実施形態１と同様に図６におけるステップＳ１からＳ４に従って、表面粗さの測定と規格値以内かどうかの判定とを、コントローラ１６が行う。
【００４８】
このとき、熱流束センサ１１も熱流束センサ駆動部２５によって上下に駆動されて、ワーク１７に接触する。熱流束センサ駆動部２５は、本実施形態にでは、発熱体駆動部１８を駆動する駆動制御装置１４により制御されるものとする。熱流束センサ１１がワーク１７に接触するタイミングは図７におけるステップＳ１とＳ２の間、つまり、発熱体１２がワーク１７に近接する前がよい。ただし、発熱体１２がワーク１７に近接した後に、熱流束センサ１１がワーク１７に接触したとしても、表面粗さの測定は可能である。
【００４９】
ワーク１７の表面粗さ測定と規格値以内かどうかの判定とが終了すると、コントローラ１６がワーク１７の表面粗さの測定と判定結果とを記録する。駆動制御装置１４は、近接していた発熱体１２と、熱流束センサ１１とをワーク１７から離間する位置に駆動させる。その後、次のワーク１７が測定位置に到達するまでコンベア８０を動かす。
【００５０】
表面粗さ連続測定装置１００は上記のようにワーク１７の表面粗さを連続して測定する。このとき、表面粗さの測定結果から、加工刃具の劣化を判定することも可能である。
加工刃具によって、金属の表面を切削していくと、加工用の刃具が劣化ししていき、表面粗さが大きくなる。本実施形態のように連続的に表面粗さ測定のデータを取得できると、表面粗さの経時変化を取得することができるため、抜き取りによる表面粗さ測定結果よりも安定して刃具の劣化を可視化し、交換時期の判定ができる。
表面粗さ連続測定装置１００を使用することで、切削に使用する加工用刃具の劣化、欠損、割れ、折損等の突発的変化を検出できるだけでなく、研削や研磨に使う砥石の劣化など、他の様々な加工工具の劣化等も可視化し、交換時期を判定することが可能である。
【００５１】
図１０に測定結果の実施例を示す。
図１０（ａ）は本実施形態の手法である。横軸はワークの数で、縦軸は表面粗さである。ここで、たとえば縦軸は表面粗さの数値そのものではなく、表面粗さに相関した値である。たとえば、出力電圧の傾きにより表面粗さを測定したならば、傾きの逆数などがあるし、熱流束の大きさであってもよい。これらの値から求めた近似直線を一点鎖線で示す。
図１０（ｂ）は従来の手法である。横軸はワークの数で、縦軸はレーザや接触式の面粗さ測定方法で測定した表面粗さの値である。図１０（ａ）において、白丸のところだけ抜き取りをしたものである。これらの値から求めた近似直線を点線で示す。
【００５２】
図１０（ａ）における近似直線の傾きから、表面粗さが増加傾向にあることがわかる。また、測定値のばらつきが増加傾向にあることも黒丸の散布の傾向からわかる。そのため、表面粗さが規格値を超えてワークが不良品となるまえに、刃具を取り替えて適切に対処できる。
一方、抜き取りで測定した図１０（ｂ）においては、抜き取りのタイミングによっては、表面粗さが増加している傾向は読みとれず、測定値のばらつきが大きくなっていることも明確にならない。そのため、表面粗さが規格値を超えて不良品となるワークが出ることになる上、刃具の交換のタイミングも判定できない。
【００５３】
（その他の実施形態）
（ａ）上記実施形態では発熱体の温度はワークよりも高いが、逆にワークより低温であってもよい。たとえば、ワークが加工された直後で高い温度を持っている場合などは、温度が低温もしくは室温のブロックをワークに近接させて、ワークからブロックに奪われる熱流束を測定することで表面粗さ測定を行うことができる。
（ｂ）図１１（ａ）は上記実施形態のように、平たい平面を有するワークの上に、熱流束センサを接触させた側面図である。しかし、熱流束センサはフレキシブルな形態にすることも可能であるため、図１１（ｂ）のように、曲面を持つワークにも本発明は適用可能である。
曲面を有するワークの場合、熱流束センサをあらかじめワークの形状に沿った形状に加工しておくとより好ましい。他、曲面に限らず、様々な表面形状を有するワークの表面粗さ測定にも本発明は適用可能である。
（ｃ）上記実施形態では、ワークは切削や研削により加工された金属であるとしたが、たとえば射出成形により製造された樹脂成形品についても本発明は適用可能である。連続で表面粗さを測定することでたとえば連続使用により劣化した金型や成形装置のメンテナンスの時期が推測できる。
（ｄ）被測定物が熱に弱い場合など、加熱温度をできるだけ下げたいときがある。このとき、試料の加熱温度と比べて環境温度との温度差が小さくなる場合がある。そのようなときは、出力電圧が低下し判定しにくくなるので、環境温度を一定に制御するチャンバーなどの空間中で測定するのが好ましい。
以上、本発明は上記実施形態にのみ限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１０  表面粗さ測定装置、  １００  表面粗さ連続測定装置
１１  熱流束センサ、  １２  発熱体、  １３  温度制御装置
１４  駆動制御装置、  １５  計測アンプ、  １６  コントローラ
２４  電圧計、  １４３、１５３  出力線、  ４１  放熱板、  ４２  接触板
２１、４３  熱流束センサ表面、  ２２、４４  熱流束センサ表面
【図１】
2018084491.tif 000003
【図２】
2018084491.tif 000004
【図３】
2018084491.tif 000005
【図４】
2018084491.tif 000006
【図５】
2018084491.tif 000007
【図６】
2018084491.tif 000008
【図７】
2018084491.tif 000009
【図８】
2018084491.tif 000010
【図９】
2018084491.tif 000011
【図１０】
2018084491.tif 000012
【図１１】
2018084491.tif 000013