(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
０〜１００℃における熱膨張率が１．０×１０−６／℃以下であり、且つヤング率が１３０ＧＰａ以上のコージェライトセラミックスから成り、該コージェライトセラミックスは、コージェライトを主成分とし、Ｙｂを酸化物換算で３〜１５重量％含有することを特徴とする基準器。
【請求項２】
辺部に断面形状が曲率半径０．２〜０．８ｍｍの円弧状である面取り部を設けたことを特徴とする請求項１記載の基準器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、寸法を精密に測定する基準器に関し、特に温度環境による影響、つまり熱膨張による影響を極めて小さくした基準器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の基準器の基本的な形状を図１に示す。同図において、（ａ）は立方体型のブロックゲージ１、（ｂ）は円柱ゲージ２、（ｃ）はピンゲージ３、（ｄ）は四角柱ゲージ４である。これらの基準器は、例えば高純度のＡｕ等の金属、セラミックス、又は主成分がＳｉＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｌｉ2 Ｏで、且つ結晶の核形成剤がＴｉＯ2 及び／又はＺｒＯ2 であって、結晶層が石英固溶体である低膨張結晶化ガラスから成るものが提案されている（特開平２−２５１７０１号公報参照）。
【０００３】
このような、寸法を精密に測定するための基準器は、内部を２０℃の一定温度に設定した恒温室に約２時間放置し、基準となる環境温度（２０℃）の安定状態になってから使用している。被測定物についても同様の処置を行い、熱膨張的、寸法的に安定状態となってから測定を行う。寸法的に不安定な状態で測定を行うと、温度環境の変化によって基準器と被測定物は、それぞれ熱膨張率が異なるため、（熱膨張量）＝（材料固有の熱膨張率）×（温度差）による熱膨張量差が生じ、精密な寸法測定ができなくなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
金属から成る基準器は、温度環境が変化すると前記金属の熱的性質に基づいた熱膨張をする。この時、もし精密な寸法測定を要する被測定物が、基準器と同程度の熱膨張率の金属等から成れば、基準器と同程度の熱膨張をして何ら問題は生じない。しかし、被測定物が熱硬化性樹脂からできていたり、或いは金属製であっても基準器の熱膨張率と大きく異なる場合には、環境温度の変化による基準器と被測定物との熱膨張差が大きくなり、精密な寸法測定ができなくなるという問題点がある。
【０００５】
そこで、上記問題点を解決するために、基準器と被測定物の各々の熱膨張率及び温度変化から、基準器と被測定物の熱膨張量をそれぞれ求め、これらの熱膨張量に基づき補正することによって、適切な測定値を得るという方法がある。しかしながら、この方法では基準器と被測定物の熱膨張量をそれぞれ個別に求める必要があり、補正作業が極めて煩雑になるという欠点がある。従来のアルミナ等のセラミックスから成る基準器についても同様で、金属に比較して補正量は小さいものの、補正が必要であった。
【０００６】
また、上記従来の低膨張結晶化ガラスから成る基準器の場合、ヤング率が０．８×１０-6Ｋｇｆ／ｃｍ2 （７８．５ＧＰａ）と低く、外力による変形、傷、割れ及び欠け等が発生し易いものであった。
【０００７】
従って、本発明は上記事情に鑑みて完成されたものであり、その目的は、環境温度に変化が生じても煩雑な寸法の補正作業を不要とし、許容し得る範囲内の正確な測定値が得られることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の基準器は、０〜１００℃における熱膨張率が１．０×１０−６／℃以下であり、且つヤング率が１３０ＧＰａ以上のコージェライトセラミックスから成り、該コージェライトセラミックスは、コージェライトを主成分とし、Ｙｂを酸化物換算で３〜１５重量％含有することを特徴とする。
【０００９】
このような構成により、測定時の温度環境に変化が生じても熱膨張が全くと言ってよいほど生じず、且つ耐蝕性、均質性、耐摩耗性、易加工性に優れるものとなる。
【００１１】
また、好ましくは、前記基準器の辺部に面取り部を形成する。前記面取り部は、断面形状が曲率半径０．２〜０．８ｍｍの円弧状であるのが良く、前記構成により、取り扱い時に生じる割れや欠け、ストレスによる変形を防止することが出来る。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の基準器について以下に説明する。図１に示す通り、基準器としては、ブロックゲージ１、円柱ゲージ２、ピンゲージ３等がよく知られている。これらは寸法測定時の基準ゲージとして用いられる。本発明の基準器の形状としては、上記のものに限らず、四角柱ゲージ４、球状ゲージ、五角柱以上の多角柱ゲージ、三角錐ゲージ、四角錐ゲージ、五角錐以上の多角錐ゲージ、円錐ゲージ、円板状ゲージ、ドーナツ型ゲージ、プレート型ゲージ、物差し状ゲージ等、被測定物によって種々の形状とし得る。その他、被測定物を載置するための定盤とすることもできる。
【００１３】
本発明は、前記基準器を低熱膨張率のコージェライトセラミックスで構成し、温度環境の変化に対し、その基準器の材質の熱的性質に基づいた極めて小さな熱膨張、収縮をさせる。これに対し、被測定物は、殆どの場合熱硬化性樹脂、金属等の基準器よりも大きな熱膨張率のものから成り、本発明の基準器よりも大きな熱膨張、収縮をする。即ち、測定時の環境温度に変化が生じても、基準器についての煩雑な補正作業を必要とせずに、被測定物の熱膨張量のみを求めれば良い。
【００１４】
次に、本発明の基準器を用いて被測定物の寸法を比較測定する場合について説明する。本発明の基準器は、０〜１００℃、好ましくは１０〜４０℃において熱膨張率が１．０×１０-6／℃以下である。これは、被測定物の寸法を比較測定する環境及び被測定物の一般的な使用環境が室温（２０〜３０℃）付近であり、室温より寒すぎても暑すぎても使用環境からずれた温度域で熱膨張率が低いことになり、比較測定がし難い上、被測定物の使用環境における正確な熱膨張特性を測定することができなくなる。
【００１５】
これに対し、工作機械、その部品等の被測定物の材質は主に鉄鋼、アルミニウム、ステンレス等の耐蝕性合金といった金属であって、それらの０〜１００℃での熱膨張率は約１１．０×１０-6〜３５．０×１０-6／℃である。よって、基準となる環境温度に対して実際の環境温度が僅かにずれている場合であっても、被測定物は寸法が温度変化によって熱膨張又は収縮し、補正が必要である。この時、基準器も熱膨張又は収縮しているが、その熱膨張量は熱膨張率と温度差の積に比例する量であり、熱膨張率が極めて小さく且つ温度差が僅かであれば、実質的に無視してよい量と見做せる。従って、測定者は、基準となる環境温度に対して変化している環境温度に関し、被測定物の熱膨張量又は収縮量のみを補正するだけでよく、基準器の補正は不要となる。
【００１６】
逆に、基準器の０〜１００℃における熱膨張率が１．０×１０-6／℃を超えると、温度変化による熱膨張量が金属の１／１０以上となってしまい、基準器の熱膨張量を無視することが出来なくなってしまう。
【００１７】
本発明において、所望寸法を得るために複数個の基準器を重ね合わせる、所謂リンギングを施すのが好適である。この場合、基準器同志が完全に密着して寸法的な誤差を殆ど生じ無い状態と成る。それは、基準器を重ね合わせた時、接合面が完全真空による密着状態となる為である。これに対し、基準器を金属で作製した場合、錆や磨耗による傷等から密着性が低下してしまい、また結晶化ガラスであっても変形、傷、割れ等が生じ易く密着性が低下する。
【００１８】
本発明の低熱膨張率のコージェライトセラミックスは、２ＭｇＯ−２Ａｌ2 Ｏ3 −５ＳｉＯ2 の組成から成り、各金属酸化物を所定比率で配合した後、所定形状に成形後１３５０〜１４５０℃の酸化性雰囲気中で焼成することにより作製し得る。
【００１９】
しかしながら、従来前記コージェライトセラミックスはヤング率が低く、基準器の変形に関し若干の問題を残していた。即ち、ヤング率が１３０ＧＰａ未満では剛性が低く、取り扱い時に割れや欠けを生じたり、急激な温度変化（熱衝撃）や機械的なストレスに対して変形を起こしてしまう。この問題については、コージェライトに、添加物としてＹｂを含有させることで解消できる。
【００２０】
前記添加物を酸化物換算で３〜１５重量％の割合で添加するのが良く、これにより焼結性を高めることが出来る。その結果、セラミックスのヤング率が１３０ＧＰａ以上になる。３重量％よりも少ないと焼結性が悪くなり、高い温度で焼結する必要があり相対密度も低くなってしまう。また、１５重量％を超えると１．０×１０-6／℃よりも熱膨張率が大きくなる。
【００２１】
更に、Ｙｂは酸化物として添加することが望ましく、これによって、焼結性を向上させることが出来、更に熱膨張率及びヤング率を高めることができる。
【００２２】
また、基準器の辺部（コーナー部）に、断面形状が曲率半径０．２〜０．８ｍｍの円弧状の面取り部を設けることにより、割れ、欠け等を有効に防止することが出来る。０．２ｍｍ未満では、応力集中に対して脆くなり欠け等を生じ易く、０．８ｍｍを超えると、辺部の面取り部が大きくなり、マイクロメータ等の計測器では面取り部を測定ポイントに含めて使用することが困難になる。
【００２３】
本発明の基準器は、旋盤、切削機器、グラインダー等の工作機械、工作機械用部品、測定装置、測定装置用部品、精密機械及びその部品、各種機械及びそれらの部品等の寸法測定用として使用できる。また、本発明は寸法測定用以外に、前記工作機械及びその部品、測定装置及びその部品、精密機械及びその部品、各種機械及び部品等の角度測定用の基準器、又は、これら機械、装置及び部品等の体積測定用の基準器として使用できる。
【００２４】
かくして、本発明は、環境温度に変化が生じても、基準器及び被測定物の寸法の煩雑な補正作業が不要となるという作用効果を有する。
【００２５】
尚、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更は何等差し支えない。
【００２６】
【実施例】
本発明の実施例を以下に示す。
【００２７】
（実施例１）図１のブロックゲージ１を以下のように構成した。主成分のコージェライト粉末に対して、１０重量％のＹの酸化物（Ｙ２Ｏ３）又は１０重量％のＹｂの酸化物（Ｙｂ２Ｏ３）を添加し、湿式混合を行った後に乾燥し、バインダーを添加して造粒した。以下、Ｙ２Ｏ３を添加した方をコージェライトＡ、Ｙｂ２Ｏ３を添加した方をコージェライトＢとする。なお、コージェライトＡは参考例である。これらの粉体をプレス成形して脱脂後、大気中１４００℃で１時間焼成してセラミックス焼結体を作製した。比較の為、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、炭化珪素（ＳｉＣ）についても同様の焼結体、及びＦｅ超鋼から成るサンプルを作製した。
【００２８】
これらの各材料を切断及び研磨して、作製すべき基準器と相似形状であって、且つ僅かにサイズの大きい焼結体とした。次に、研磨加工等を施して所定寸法（１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍ）のブロックゲージ１に仕上げた。
【００２９】
ここで、各焼結体から成る基準器の熱膨張率を調べたところ、その値は表１の通りであった。次に、環境温度を２０℃から４０℃に変化させて熱膨張量の差を測定した。ここで、表１中のαは熱膨張率、Ｅはヤング率であり、評価は、熱膨張量が殆ど無く（熱膨張量が０．０００４ｍｍ以下）補正不要の場合を二重丸印、熱膨張量がやや大きく（熱膨張量が０．０００８ｍｍ超０．００１５ｍｍ以下）若干の補正が必要である場合を三角印、熱膨張量が大きく（熱膨張量が０．００１６ｍｍ超）補正要の場合をバツ印とした。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
表１より、コージェライトＡ、Ｂより構成された基準器では、熱膨張量が極めた小さいことから、Ｆｅ超鋼等の金属に比べてその測定誤差が１／１０以下となることが判った。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の基準器は、０〜１００℃における熱膨張率が１．０×１０−６／℃以下であり、且つヤング率が１３０ＧＰａ以上のコージェライトセラミックスから成り、該コージェライトセラミックスは、コージェライトを主成分とし、Ｙｂを酸化物換算で３〜１５重量％含有することにより、基準器の熱膨張率を極めて小さくでき、環境温度が変化する場合、また基準の環境温度に対して測定時の環境温度が僅かにズレている場合等に、基準器の熱膨張量を実質的にゼロと見做すことができる。その結果、被測定物についてのみ熱膨張又は収縮による寸法補正を施すだけでよく、温度変化に対する補正作業が簡易化されるという作用効果がある。
【００３３】
また、本発明は熱衝撃や機械的なストレスにも強く、割れ、欠け防止の加工も容易でることから、従来の金属製基準器と同様に取り扱うことができ、更に金属に比べ硬度が高いことから耐磨耗性も高く、寸法的な目減りが無い為、校正の手間も必要無く長期に渡る使用が可能となる。また、金属では錆防止のための油脂等の錆止めが必要になるのに対し、本発明ではこれも不要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基準器の基本構成を示す斜視図であり、（ａ）はブロックゲージ、（ｂ）は円柱ゲージ、（ｃ）はピンゲージ、（ｄ）は四角柱ゲージである。
【符号の説明】
１：ブロックゲージ
２：円柱ゲージ
３：ピンゲージ
４：四角柱ゲージ
【図１】
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