特許 6594737 寸法基準器の線膨張係数測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6594737

(24)【登録日】2019年10月4日

(45)【発行日】2019年10月23日

(54)【発明の名称】寸法基準器の線膨張係数測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 25/16 20060101AFI20191010BHJP

【ＦＩ】

   G01N25/16 B

   G01N25/16 E

【請求項の数】7

【全頁数】26

(21)【出願番号】特願2015-215241(P2015-215241)

(22)【出願日】2015年10月30日

(65)【公開番号】特開2017-83416(P2017-83416A)

(43)【公開日】2017年5月18日

【審査請求日】2018年9月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000137694

【氏名又は名称】株式会社ミツトヨ

(74)【代理人】

【識別番号】110000637

【氏名又は名称】特許業務法人樹之下知的財産事務所

(72)【発明者】

【氏名】横山 雄一郎

(72)【発明者】

【氏名】萩野 健

【審査官】 芝沼 隆太

(56)【参考文献】

【文献】 独国特許出願公開第１０２０１２２１９４１７（ＤＥ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−２２６３６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−８３９２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２５／００−２５／７２

Ｇ０１Ｂ ３／００− ３／０８

３／１１− ３／５６

２１／００−２１／３２

(57)【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、前記測定対象物の測定対象区間における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、
前記測定対象区間の長さより短い既知の基準ゲージ長さを有する基準ゲージと、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、
前記基準ゲージ長さに相当する長さの比較測定区間を複数、所定のずらし量ずつずらして前記測定対象区間に割り当てておき、
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、
前記恒温槽の内部温度を第１温度とし、複数の前記比較測定区間の長さを順次、前記基準ゲージを基準として比較測定し、
前記恒温槽の内部温度を第２温度とし、複数の前記比較測定区間の長さを順次、それぞれ前記基準ゲージを基準として比較測定し、
複数の前記比較測定区間のそれぞれについて、前記第１温度での比較測定長さと、前記第２温度での比較測定長さとから、前記比較測定区間ごとの区間線膨張係数を計算し、
得られた複数の前記区間線膨張係数から前記測定対象区間全体の線膨張係数を計算する
ことを特徴とする線膨張係数測定方法。

【請求項2】

請求項１に記載した線膨張係数測定方法において、
前記測定対象区間に前記比較測定区間を割り当てる際には、
前記測定対象区間の長さと前記基準ゲージ長さとが整数比となる前記基準ゲージを用い、
前記測定対象区間の長さと前記基準ゲージ長さとの差の整数分の１を前記ずらし量とし、
前記測定対象区間の長さと前記基準ゲージ長さとの差を、前記ずらし量で除した数より１多い割当数の前記比較測定区間を、前記測定対象区間に割り当てる
ことを特徴とする線膨張係数測定方法。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載した線膨張係数測定方法において、
前記測定対象区間全体の前記線膨張係数を計算する際には、
前記測定対象区間に、前記ずらし量ごとに区切られた複数の集計区間を割り当て、
前記集計区間の各々において、前記集計区間に割り当てられている前記比較測定区間の前記区間線膨張係数の平均値を求めるとともに、前記測定対象区間の長さに対する前記集計区間の比率から前記集計区間の重み係数を求め、
前記集計区間ごとの前記区間線膨張係数の平均値と前記重み係数との積を合計して前記測定対象区間全体の前記線膨張係数とする
ことを特徴とする線膨張係数測定方法。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか一項に記載した線膨張係数測定方法において、
前記恒温槽内に前記基準ゲージを保持して複数の前記比較測定区間の各々へと移動可能な基準ゲージ移動機構を設けておき、
複数の前記比較測定区間の長さの比較測定を行う際に、比較測定を行う前記比較測定区間へと前記基準ゲージを順次移動させる
ことを特徴とする線膨張係数測定方法。

【請求項5】

請求項１から請求項３のいずれか一項に記載した線膨張係数測定方法において、
前記基準ゲージとして、複数の前記比較測定区間に対応した複数のゲージ部を有するものを用い、
複数の前記比較測定区間の長さの比較測定を行う際には、前記比較測定区間とこれに対応する前記ゲージ部との比較測定を行う
ことを特徴とする線膨張係数測定方法。

【請求項6】

請求項５に記載した線膨張係数測定方法において、
前記基準ゲージは、前記比較測定区間の長さに対応する前記基準ゲージ長さを有するブロックゲージを束ね、互いにずらし量ずつずらして固定したものであり、
前記ブロックゲージの中間部であって他の前記ブロックゲージの端部に臨む位置には、表裏を貫通する貫通孔が形成されていることを特徴とする線膨張係数測定方法。

【請求項7】

請求項１から請求項６のいずれか一項に記載した線膨張係数測定方法において、
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を特徴とする線膨張係数測定方法。

【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】

このような問題に対し、本発明の発明者らにより、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が提案されている。
この提案では、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。
具体的には、基準ゲージおよび測定対象物を並列状態で恒温槽に収め、複数の温度に変化させる。そして、各温度で測定対象物の長さを比較測定し、長さ変化と温度変化とから線膨張係数を計算する。この際、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。

【0019】

しかし、本発明の発明者らにより提案された線膨張係数測定方法および測定装置であっても、長さが１．５ｍを超える大きなステップゲージなどの長大な寸法測定器を測定対象物について、その全長での線膨張係数を測定する際には、種々の問題があった。

【0020】

すなわち、本発明の発明者らにより提案された線膨張係数測定方法および測定装置において、設備コストを軽減しかつ準備を容易にするためには、基準ゲージとして既存のブロックゲージを用いることが望ましい。
しかし、ブロックゲージには、規格として「ＪＩＳＢ７５０６」あるいは「ＩＳＯ３６５０」があり、その規定では全長が０．５ｍｍを超え、１０００ｍｍ以下のブロックゲージについて定義している。このため、既存のブロックゲージは最大長さ１０００ｍｍであり、それ以上の長さについては、別途作成して精度を確保するか、あるいは複数のブロックゲージを継ぎ足して用いるか、という対処が必要となる。

【0021】

このうち、１０００ｍｍを超えるブロックゲージを別途作成して精度を確保することは、コスト上昇につながり、採用できない。
一方、複数のブロックゲージを継ぎ足して（密着＝リンギングさせて）、全長を１０００ｍｍ超とすることは、ブロックゲージの本来の使用方法といえる。しかし、線膨張係数の測定のような温度変化を伴う場合、継ぎ足されるブロックゲージどうしの密着状態が安定しなくなるという問題がある。具体的には、温度によって継ぎ足されたブロックゲージの全長が変動したり、相互の密着面に温度変化による歪みが生じ、密着が外れたりすることがある。従って、複数のブロックゲージを継ぎ足して、線膨張係数を測定するための基準ゲージとして用いることは困難であった。

【0022】

このように、基準ゲージの長さを超える長大な寸法基準器に対して、その全長にわたる線膨張係数を測定することには種々の困難があり、その解決が望まれていた。

【0023】

本発明の目的は、基準ゲージの長さを超える長大な寸法基準器であっても、その全長にわたる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を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0024】

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、前記測定対象物の測定対象区間における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、前記測定対象区間の長さより短い既知の基準ゲージ長さを有する基準ゲージと、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、前記基準ゲージ長さに相当する長さの比較測定区間を複数、所定のずらし量ずつずらして前記測定対象区間に割り当てておき、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、前記恒温槽の内部温度を第１温度とし、複数の前記比較測定区間の長さを順次、前記基準ゲージを基準として比較測定し、前記恒温槽の内部温度を第２温度とし、複数の前記比較測定区間の長さを順次、それぞれ前記基準ゲージを基準として比較測定し、複数の前記比較測定区間のそれぞれについて、前記第１温度での比較測定長さと、前記第２温度での比較測定長さとから、前記比較測定区間ごとの区間線膨張係数を計算し、得られた複数の前記区間線膨張係数から前記測定対象区間全体の線膨張係数を計算する、ことを特徴とする。

【0025】

本発明において、測定対象区間としては、測定対象物の全長と同一つまり測定対象物の両端の間（測定対象物の全長に相当）としてもよく、測定対象物の端部からずれた位置を始点および終点とする区間（測定対象物の途中の区間）であってもよい。測定対象物となる寸法測定器としては、ステップゲージなどが該当する。
本発明において、基準ゲージ長さとしては、基準ゲージの全長つまり基準ゲージの両端間の距離であればよく、基準ゲージの端部からずれた位置を始点および終点とする区間（基準ゲージの途中に形成された段差等の間の区間）の長さであってもよい。基準ゲージとしては、基準ゲージ長さが高精度に校正されたブロックゲージが好適である。
本発明において、恒温槽内において測定対象物と基準ゲージとを平行に支持する際には、基準ゲージ長さの方向と測定対象区間の方向とが平行になるように設定する。測定対象物および基準ゲージを支持する際には、それぞれの方向を一定に維持しつつ、各々の延伸方向の熱変形を許容するような支持装置を用いることが望ましい。

【0026】

このような本発明では、測定対象区間の全体をカバーするように複数の比較測定区間を配置し、各比較測定区間においてその長さの比較測定を行うとともに、第１温度および第２温度での各比較測定区間の長さから、各比較測定区間における区間線膨張係数を計算する。
従って、本発明では、測定対象区間の長さが基準ゲージよりも長くても、各比較測定区間においては基準ゲージを用いた比較測定が可能である。
比較測定区間における長さの比較測定では、三次元測定機を用いて基準ゲージの長さに対する比較測定を行うので、高価な光波干渉計を用いることなく、高精度な測定を低コストで行うことができる。
また、三次元測定機を用い、かつ基準ゲージに対する長さの比較測定を行うため、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。そして、測定対象区間が長尺化しても、各比較測定区間を短くできるため、既存のブロックゲージなどを基準ゲージとして利用して、低コストとすることができる。

【0027】

さらに、基準ゲージおよび測定対象物は、ともに恒温槽内に収容されており、三次元測定機による各比較測定区間の長さの比較測定においては、恒温槽の測定用開口を開閉し、測定プローブの導入ないし取り出しを行うだけでよい。
そして、各比較測定区間に対応した基準ゲージを準備しておくことで、測定作業の途中で基準ゲージを恒温槽から出し入れする必要がなく、測定作業中の恒温槽内の温度変化を最小限に留めることができ、測定作業時間も最小限とすることができる。

【0028】

以上のように、本発明によれば、基準ゲージの長さを超える長大な寸法基準器であっても、その全長にわたる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。

【0029】

本発明において、前記測定対象区間に前記比較測定区間を割り当てる際には、前記測定対象区間の長さと前記基準ゲージ長さとが整数比となる前記基準ゲージを用い、前記測定対象区間の長さと前記基準ゲージ長さとの差の整数分の１を前記ずらし量とし、前記測定対象区間の長さと前記基準ゲージ長さとの差を、前記ずらし量で除した数より１多い割当数の前記比較測定区間を、前記測定対象区間に割り当てることが望ましい。

【0030】

このような本発明においては、互いにずらし量ずつずれた位置に並ぶ割当数分の比較測定区間により、測定対象区間の全体をカバーすることができる。
そして、各比較測定区間で区間線膨張係数を計算した後、測定対象区間の各部分において、ずらし量ごとの各区間を単位として、各比較測定区間の区間線膨張係数の演算処理を行うことができ、演算処理を効率化することができる。
例えば、各比較測定区間において各々の区間線膨張係数を計算した後、重なり合う比較測定区間どうしで区間線膨張係数の平均値をとることができ、各比較測定区間における区間線膨張係数を利用して、測定対象区間の全体としての線膨張係数を高精度かつ確実に求めることができる。

【0031】

本発明において、前記測定対象区間全体の前記線膨張係数を計算する際には、前記測定対象区間に、前記ずらし量ごとに区切られた複数の集計区間を割り当て、前記集計区間の各々において、前記集計区間に割り当てられている前記比較測定区間の前記区間線膨張係数の平均値を求めるとともに、前記測定対象区間の長さに対する前記集計区間の比率から前記集計区間の重み係数を求め、前記集計区間ごとの前記区間線膨張係数の平均値と前記重み係数との積を合計して前記測定対象区間全体の前記線膨張係数とすることが望ましい。

【0032】

このような本発明では、測定対象区間に複数の集計区間を割り当て、各々において区間線膨張係数の平均値をとるとともに、集計区間の平均値を集計区間に応じた重み付けをしたうえで合計することで、高精度な線膨張係数を効率よく測定することができる。

【0033】

本発明において、前記恒温槽内に前記基準ゲージを保持して複数の前記比較測定区間の各々へと移動可能な基準ゲージ移動機構を設けておき、複数の前記比較測定区間の長さの比較測定を行う際に、比較測定を行う前記比較測定区間へと前記基準ゲージを順次移動させることが好ましい。
このような本発明では、一つの基準ゲージを、複数の比較測定区間で共用することができ、測定精度のばらつきも防止できる。

【0034】

本発明において、前記基準ゲージとして、複数の前記比較測定区間に対応した複数のゲージ部を有するものを用い、複数の前記比較測定区間の長さの比較測定を行う際には、前記比較測定区間とこれに対応する前記ゲージ部との比較測定を行うことが好ましい。

【0035】

このような本発明では、一つの基準ゲージで複数の比較測定区間に対応することができ、基準ゲージを移動させる等の操作を省略することができる。
このような複数のゲージ部を有する基準ゲージとしては、例えば、比較測定区間の長さに対応する基準ゲージ長さを有するブロックゲージを束ね、互いにずらし量ずつずらして固定したものを利用することができる。

【0036】

本発明において、前記基準ゲージは、前記比較測定区間の長さに対応する前記基準ゲージ長さを有するブロックゲージを束ね、互いにずらし量ずつずらして固定したものであり、前記ブロックゲージの中間部であって他の前記ブロックゲージの端部に臨む位置には、表裏を貫通する貫通孔が形成されていることが望ましい。

【0037】

このような本発明では、基準ゲージで隠れる位置に測定対象物の比較測定区間がある場合でも、貫通孔を通して三次元測定機の測定プローブを導入することができる。

【0038】

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。

【0039】

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。

【発明の効果】

【0040】

本発明によれば、基準ゲージの長さを超える長大な寸法基準器であっても、その全長にわたる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。

【図面の簡単な説明】

【0041】

【図1】本発明の第１実施形態の線膨張係数測定装置を示す斜視図。

【図2】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】第１実施形態の基準ゲージを示す平面図。

【図4】第１実施形態の基準ゲージを示す側面図。

【図5】第１実施形態の測定状態を示す模式図。

【図6】第１実施形態の測定手順を示すフローチャート。

【図7】第１実施形態の区間設定を示す模式図。

【図8】第１実施形態の他の区間設定を示す模式図。

【図9】第１実施形態の他の区間設定を示す模式図。

【図10】第１実施形態の他の区間設定を示す模式図。

【図11】第１実施形態の他の区間設定を示す模式図。

【図12】第１実施形態の他の区間設定を示す模式図。

【図13】第１実施形態の他の区間設定を示す模式図。

【図14】第１実施形態の他の区間設定を示す模式図。

【図15】本発明の第２実施形態の基準ゲージを示す側面図。

【図16】第２実施形態の基準ゲージを示す平面図。

【図17】第２実施形態の測定手順を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0042】

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には、本実施形態の線膨張係数測定装置１が示されている。
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、ステップゲージ１０とともに恒温槽３０に収容される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。

【0043】

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、その先端には測定プローブ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、測定プローブ４６を定盤４１に対して三次元移動させることができる。

【0044】

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、Ｙ軸方向に配列して形成されている。

【0045】

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。

【0046】

〔測定対象物および基準ゲージ〕
図２には、本実施形態における測定対象物であるステップゲージ１０が示されている。
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１９が複数、延伸方向Ｌｔに配列されている。各凸部１９の延伸方向Ｌｔの長さはＤｐ、各凸部１９の間の凹部の延伸方向Ｌｔの間隔はＤｃとされている。

【0047】

ステップゲージ１０は、一方の端部にある凸部１９の第１表面１１と、他方の端部にある凸部１９の第２表面１２との距離で、長さＤｓが規定されている。
本実施形態では、長さＤｓより凸部１９の一個分短い長さＤｔ＝Ｄｓ−Ｄｐの部分を測定対象区間とする。

【0048】

図３および図４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に延びる長尺のブロックゲージであり、その上面、底面および各側面はステップゲージ１０の高さ方向Ｈｔおよび幅方向Ｗｔのいずれかに平行とされている。
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、これらの第１基準表面２１および第２基準表面２２の距離が基準ゲージ長さＤｒとされている。

【0049】

基準ブロックゲージ２０は、後述する第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ている。なお、基準ブロックゲージ２０は、膨張係数が既知である材質から製造されたものであってもよい。

【0050】

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、図１に示すように、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、図４に示すような測定対象物支持台５０および基準ゲージ支持台６０が設置されている。

【0051】

測定対象物支持台５０は、第１表面１１側でステップゲージ１０の下面を支持する測定対象物第１支持台５１と、第２表面１２側でステップゲージ１０の下面を支持する測定対象物第２支持台５２とを有する。
測定対象物第１支持台５１は、ステップゲージ１０の延伸方向Ｌｔの変位を規制するが、測定対象物第２支持台５２はステップゲージ１０の延伸方向Ｌｔの変位を許容する構成とされている。

【0052】

基準ゲージ支持台６０は、第１基準表面２１側でステップゲージ１０の下面を支持する基準ゲージ第１支持台６１と、第２基準表面２２側でステップゲージ１０の下面を支持する基準ゲージ第２支持台６２とを有する。
さらに、基準ゲージ支持台６０は、ステップゲージ１０の上面を押圧してステップゲージ１０を基準ゲージ第１支持台６１に押し付ける第１押圧部６３と、ステップゲージ１０の上面を押圧してステップゲージ１０を基準ゲージ第２支持台６２に押し付ける第２押圧部６４とを有する。
基準ゲージ第１支持台６１および第１押圧部６３は、ステップゲージ１０の延伸方向Ｌｔの変位を規制するが、基準ゲージ第２支持台６２および第２押圧部６４はステップゲージ１０の延伸方向Ｌｔの変位を許容する構成とされている。

【0053】

これらの基準ゲージ第１支持台６１、基準ゲージ第２支持台６２、第１押圧部６３および第２押圧部６４は、全て移動台７１に支持されている。
移動台７１は、ローラを介して一対の移動レール７２上を水平に移動可能であり、側面に沿わされたガイドレール７３によって移動方向を規制され、これらにより移動台７１を延伸方向Ｌｔ，Ｌｒに沿って移動させることができる。
さらに、移動台７１にはボールねじ機構７４が接続されており、モータ７５で駆動することで、移動台７１および基準ブロックゲージ２０を延伸方向Ｌｔ，Ｌｒに沿った任意位置へと移動させることができる。
これらの移動台７１、移動レール７２、ガイドレール７３、ボールねじ機構７４およびモータ７５により、基準ゲージ移動機構７０が構成されている。

【0054】

〔比較測定区間の割り当て〕
本実施形態では、ステップゲージ１０の測定対象区間（長さＤｔ）に対して、基準ブロックゲージ２０（長さＤｒ）に応じた複数の比較測定区間を割り当てる。
測定対象区間に比較測定区間を割り当てる際には、予め測定対象区間長さＤｔに対して基準ゲージ長さＤｒが整数比となる基準ブロックゲージ２０を用い、測定対象区間長さＤｔと基準ゲージ長さＤｒとの差の整数分の１をずらし量Ｄｄとし、測定対象区間長さＤｔと基準ゲージ長さＤｒとの差を、ずらし量Ｄｄで除した数より１多い割当数ｎの比較測定区間を、前記測定対象区間に割り当てるものとする。

【0055】

すなわち、基準ゲージ長さＤｒ、比較測定区間の割当数ｎとして、ずらし量Ｄｄ＝（Ｄｔ−Ｄｒ）／（ｎ−１）、測定対象区間長さＤｔ＝Ｄｒ＋（ｎ−１）・Ｄｄとなる。
これにより、長さＤｔの測定対象区間には、長さＤｒの比較測定区間がｎ個割り当てられ、各比較測定区間の始点は順次ずらし量Ｄｄずつずれた状態とされる。
そして、第ｎの比較測定区間Ｍｎの始点は、測定対象区間の始点（位置Ｐ０）からずらし量Ｄｄが（ｎ−１）個分ずれた点とされ、第ｎの比較測定区間の終点は測定対象区間の始点から長さＤｒ＋（ｎ−１）・Ｄｄの位置となる。

【0056】

具体的な一例として、本実施形態では、ステップゲージ１０における測定対象区間長さＤｔ＝１５００ｍｍであれば、比率３：２となる基準ゲージ長さＤｒ＝１０００ｍｍの基準ブロックゲージ２０を用いることができる。
そして、その差５００ｍｍの整数分の１として、ずらし量Ｄｓ＝２５０ｍｍ（１／２）とし、割当数ｎ＝（５００／２５０）＋１＝３と設定することができる。

【0057】

図５には、本実施形態における各比較測定区間の配置が示されている。
第１の比較測定区間Ｍ１の始点は、測定対象区間の始点（位置Ｐ０）と一致し、第１の比較測定区間Ｍ１の終点は、測定対象区間の始点から長さＤｒの位置Ｐ４となる。
第２の比較測定区間Ｍ２の始点は、測定対象区間の始点（位置Ｐ０）からずらし量Ｄｄだけずれた位置Ｐ１とされ、第２の比較測定区間Ｍ２の終点は、測定対象区間の始点から長さＤｒ＋１・Ｄｄの位置Ｐ５となる。
第３の比較測定区間Ｍ３の始点は、測定対象区間の始点（位置Ｐ０）からずらし量Ｄｄが２個分ずれた位置Ｐ２とされ、第３の比較測定区間Ｍ３の終点は、測定対象区間の始点から長さＤｒ＋２・Ｄｄの位置Ｐ６となる。

【0058】

このように、本実施形態においては、各比較測定区間Ｍ１〜Ｍ３がずらし量Ｄｄずつずれた位置に並び、ずらし量Ｄｄごとの区間を区切りとして各比較測定区間Ｍ１〜Ｍ３が重なりあう。
従って、ずらし量Ｄｄごとの各区間を単位として、各比較測定区間で得られる区間線膨張係数の計算を行うことができ、演算処理を効率化することができる。
すなわち、本実施形態においては、各比較測定区間において区間線膨張係数α１〜α３を計算した後、長さＤｄごとの各区間で重なり合う比較測定区間の区間線膨張係数α１〜α３の平均値をとることができ、各比較測定区間における区間線膨張係数α１〜α３を利用して、測定対象区間の全体としての線膨張係数αを高精度かつ確実に求めることができる。
このために、本実施形態では、一連の測定対象区間に複数の集計区間を割り当てる。

【0059】

〔集計区間の割り当て〕
本実施形態において、測定対象区間（長さＤｔ）全体の線膨張係数αを計算する際には、測定対象区間に、ずらし量Ｄｄごとに区切られた複数の集計区間Ｃｎを割り当てておく。さらに、集計区間Ｃｎには、測定対象区間の長さＤｔに対する集計区間Ｃｎの長さの比率に基づいて、各集計区間Ｃｎの重み係数ｃを設定しておく。なお、重み係数ｃは、各集計区間Ｃｎの長さが同じであるから、全ての集計区間Ｃｎについて同じ値となる。

【0060】

このような集計区間Ｃｎを設定しておくことで、集計区間Ｃｎの各々において、集計区間Ｃｎに割り当てられている、つまり同じ集計区間Ｃｎにおいて重複する比較測定区間（本実施形態ではＭ１〜Ｍ３）の区間線膨張係数（同α１〜α３など）の平均値αｎを求めることができる。
さらに、集計区間Ｃｎごとに、区間線膨張係数の平均値αｎと重み係数ｃとの積ｃ・αｎを求め、全ての集計区間分の積ｃ・αｎを合計することにより、測定対象区間全体の線膨張係数αを求めることができる。

【0061】

図５において、本実施形態では、６つの集計区間Ｃ１〜Ｃ６を割り当てる。
本実施形態の測定対象区間Ｄｔには、３つの比較測定区間Ｍ１〜Ｍ３が配置され、各々はずらし量Ｄｄずつずらして配置されているとともに、各々の長さＤｒはずらし量Ｄｄの４倍とされている。従って、測定対象区間Ｄｔは、各々の長さがずらし量Ｄｄに相当する６つの集計区間Ｃ１〜Ｃ６に分割することができる。

【0062】

第１の集計区間Ｃ１は、第１の比較測定区間Ｍ１の始点（位置Ｐ０）から第２の比較測定区間Ｍ２の始点（位置Ｐ１）までの長さＤｄの区間とされる。この集計区間Ｃ１には、第１の比較測定区間Ｍ１だけが割り当てられている。
第２の集計区間Ｃ２は、第２の比較測定区間Ｍ２の始点（位置Ｐ１）から第３の比較測定区間Ｍ３の始点（位置Ｐ２）までの長さＤｄの区間とされる。この集計区間Ｃ２には、第１の比較測定区間Ｍ１および第２の比較測定区間Ｍ２の２つが重複して割り当てられる。

【0063】

第３の集計区間Ｃ３は、第３の比較測定区間Ｍ３の始点（位置Ｐ２）から測定対象区間の中点（位置Ｐ３）までの長さＤｄの区間とされる。この集計区間Ｃ３には、第１の比較測定区間Ｍ１、第２の比較測定区間Ｍ２および第３の比較測定区間Ｍ３の３つが重複して割り当てられる。
第４の集計区間Ｃ４は、測定対象区間の中点（位置Ｐ３）から第１の比較測定区間Ｍ１の終点（位置Ｐ４）までの長さＤｄの区間とされる。この集計区間Ｃ４には、第１の比較測定区間Ｍ１、第２の比較測定区間Ｍ２および第３の比較測定区間Ｍ３の３つが重複して割り当てられる。

【0064】

第５の集計区間Ｃ５は、第１の比較測定区間Ｍ１の終点（位置Ｐ４）から第２の比較測定区間Ｍ２の終点（位置Ｐ５）までの長さＤｄの区間とされる。この集計区間Ｃ５には、第２の比較測定区間Ｍ２および第３の比較測定区間Ｍ３の２つが重複して割り当てられる。
第６の集計区間Ｃ６は、第２の比較測定区間Ｍ２の終点（位置Ｐ５）から第３の比較測定区間Ｍ３の終点（位置Ｐ６）までの長さＤｄの区間とされる。この集計区間Ｃ６には、第３の比較測定区間Ｍ３だけが割り当てられる。

【0065】

これらの第１〜第６の集計区間Ｃ１〜Ｃ６は、それぞれ長さＤｄ＝Ｄｒ／６である。従って、各集計区間Ｃ１〜Ｃ６の重み係数ｃ＝１／６と設定する。
以上のような集計区間Ｃ１〜Ｃ６を設定することで、各比較測定区間Ｍ１〜Ｍ３において区間線膨張係数α１〜α３を計算した後、長さＤｄごとの各集計区間Ｃ１〜Ｃ６で重なり合う比較測定区間Ｍ１〜Ｍ３の区間線膨張係数α１〜α３の平均値αｎをとるとともに、各々の重み、つまり上述の例では６つの区間に応じたｃ＝１／６を各区間の区間線膨張係数の平均値αｎに乗じ、全ての集計区間の積ｃ・αｎを合計することにより、測定対象区間の全体としての線膨張係数αを高精度かつ確実に求めることができる。

【0066】

具体的には、次式のようになる。
α＝ （１／６）（α１） …集計区間Ｃ１分
＋（１／６）（α１＋α２）／２ …集計区間Ｃ２分
＋（１／６）（α１＋α２＋α３）／３ …集計区間Ｃ３分
＋（１／６）（α１＋α２＋α３）／３ …集計区間Ｃ４分
＋（１／６）（α２＋α３）／２ …集計区間Ｃ５分
＋（１／６）（α３） …集計区間Ｃ６分

【0067】

〔線膨張係数の測定手順〕
図６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）。
そして、測定用開口３１を全て閉じた状態とし、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Ｓ２）。

【0068】

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Ｓ３）。
具体的には、恒温槽３０の測定用開口３１を開いて三次元測定機４０の測定プローブ４６を導入し、ステップゲージ１０および基準ブロックゲージ２０の端面、上面および側面の複数の点の座標検出を行うことで、各々の延伸方向Ｌｔ、Ｌｒの向きおよび位置測定の基準となる座標系が取得される。

【0069】

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Ｓ３）ができたら、各比較測定区間Ｍ１〜Ｍ３について、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う（処理Ｓ４〜Ｓ８）。

【0070】

先ず、基準ゲージ移動機構７０の移動台７１を移動させて、基準ブロックゲージ２０を第１の比較測定区間Ｍ１に配置する（処理Ｓ４）。
そして、第１の比較測定区間Ｍ１の始点位置（位置Ｐ０）に最寄りの測定用開口３１を開き、ここから三次元測定機４０の測定プローブ４６を導入し、ステップゲージ１０および基準ブロックゲージ２０の各々について、第１の比較測定区間Ｍ１の始点位置に対応する部位（ここでは第１表面１１および第１基準表面２１）の位置を計測する（処理Ｓ５）。

【0071】

続いて、第１の比較測定区間Ｍ１の終点位置（位置Ｐ４）に最寄りの測定用開口３１を開き、ここから三次元測定機４０の測定プローブ４６を導入し、ステップゲージ１０および基準ブロックゲージ２０の各々について、第１の比較測定区間Ｍ１の終点位置に対応する部位（基準ブロックゲージ２０の第１基準表面２１およびステップゲージ１０の対応する凸部１９）の位置を計測する（処理Ｓ６）。

【0072】

これらにより、第１の比較測定区間Ｍ１において、ステップゲージ１０および基準ブロックゲージ２０の各々の始点位置および終点位置が計測される。そして、基準ブロックゲージ２０を基準とした比較測定演算を行うことにより、第１温度ｔ１でのステップゲージ１０の第１の比較測定区間Ｍ１の長さＤｔ１１が測定される（処理Ｓ７）。

【0073】

第１の比較測定区間Ｍ１の比較測定が済んだら、繰り返し状態を判定し（処理Ｓ８）、第２の比較測定区間Ｍ２および第３の比較測定区間Ｍ３について、同様の処理Ｓ４〜Ｓ８を繰り返す。
そして、全ての比較測定区間Ｍ１〜Ｍ３について、第１温度ｔ１でのステップゲージ１０の長さＤｔ１１〜Ｄｔ３１が測定できたら、第１温度ｔ１での測定を終了し、第２温度での測定に入る。

【0074】

すなわち、測定用開口３１を全て閉じた状態とし、恒温槽３０の内部温度を第２温度ｔ２に設定し、所定時間を待って温度を安定化させる（処理Ｓ９）。
恒温槽３０の内部が第２温度ｔ２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Ｓ１０）。なお、処理Ｓ１０は前述した処理Ｓ３と同様である。

【0075】

続いて、第１〜第３の比較測定区間Ｍ１〜Ｍ３について、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う（処理Ｓ１１〜Ｓ１５）。なお、処理Ｓ１１〜Ｓ１５は、前述した処理Ｓ４〜Ｓ８と同様である。
これらにより、全ての比較測定区間Ｍ１〜Ｍ３について、第２温度ｔ２でのステップゲージ１０の長さＤｔ１２〜Ｄｔ３２が測定できたら、第２温度ｔ２での測定を終了する。

【0076】

以上により、第１および第３の比較測定区間Ｍ１〜Ｍ３の各々において、第１温度でのステップゲージ１０の長さＤｔ１１〜Ｄｔ３１および第２温度ｔ２でのステップゲージ１０の長さＤｔ１２〜Ｄｔ３２が測定できたら、各比較測定区間における区間線膨張係数α１〜α３を計算する（処理Ｓ１６）。
α１＝［（Ｄｔ１１−Ｄｔ１２）／Ｄｔ１１］／（ｔ１−ｔ２）
α２＝［（Ｄｔ２１−Ｄｔ２２）／Ｄｔ２１］／（ｔ１−ｔ２）
α３＝［（Ｄｔ３１−Ｄｔ３２）／Ｄｔ３１］／（ｔ１−ｔ２）

【0077】

さらに、各比較測定区間Ｍ１〜Ｍ３における区間線膨張係数α１〜α３が計算できたら、測定対象区間の線膨張係数αを計算する（処理Ｓ１７）。
この計算にあたっては、前述した第１〜第６の集計区間Ｃ１〜Ｃ６を用いる。すなわち、長さＤｄごとの各集計区間Ｃ１〜Ｃ６で重なり合う比較測定区間Ｍ１〜Ｍ３の区間線膨張係数α１〜α３の平均値αｎをとるとともに、各々の重み係数ｃ＝１／６を各区間の区間線膨張係数の平均値αｎに乗じ、全ての集計区間の積ｃ・αｎを合計することにより、測定対象区間の全体としての線膨張係数αを計算する。

【0078】

〔本実施形態の効果〕
本実施形態では、ステップゲージ１０の測定対象区間の全体をカバーするように複数の比較測定区間Ｍ１〜Ｍ３を配置し、各比較測定区間におけるステップゲージ１０の長さＤｔ１１〜Ｄｔ３１，Ｄｔ１２〜Ｄｔ３２の比較測定を行うことができ、第１温度ｔ１および第２温度ｔ２での各比較測定区間の長さの差から、各比較測定区間における区間線膨張係数α１〜α３を計算し、全体としての線膨張係数αを計算することができる。

【0079】

従って、本実施形態では、ステップゲージ１０の測定対象区間Ｄｔの長さが基準ブロックゲージ２０の長さＤｒよりも長くても、各比較測定区間Ｍ１〜Ｍ３においては基準ブロックゲージ２０を用いた比較測定が可能である。
比較測定区間Ｍ１〜Ｍ３の各々におけるステップゲージ１０の長さの比較測定では、三次元測定機４０を用いて基準ブロックゲージ２０の長さＤｒに対する比較測定を行うので、高価な光波干渉計を用いることなく、高精度な測定を低コストで行うことができる。

【0080】

本実施形態では、三次元測定機４０を用い、かつ基準ブロックゲージ２０に対する長さの比較測定を行うため、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。そして、ステップゲージ１０の測定対象区間が長尺化しても、それよりも各比較測定区間Ｍ１〜Ｍ３を短くできるため、既存の基準ブロックゲージ２０を基準ゲージとして利用して、低コストとすることができる。

【0081】

さらに、基準ゲージである基準ブロックゲージ２０および測定対象物であるステップゲージ１０は、ともに恒温槽３０内に収容されており、三次元測定機４０による各比較測定区間の長さの比較測定においては、恒温槽３０の測定用開口３１を開閉し、測定プローブ４６の導入ないし取り出しを行うだけでよい。
そして、各比較測定区間Ｍ１〜Ｍ３に対応した基準ブロックゲージ２０を準備しておくことで、測定作業の途中で基準ブロックゲージ２０を恒温槽３０から出し入れする必要がなく、測定作業中の恒温槽３０内の温度変化を最小限に留めることができ、測定作業時間も最小限とすることができる。

【0082】

以上により、本実施形態によれば、基準ゲージ（基準ブロックゲージ２０）の長さを超える長大な寸法基準器（ステップゲージ１０）であっても、その全長にわたる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。

【0083】

本実施形態では、長さＤｒの比較測定区間Ｍ１〜Ｍ３を割当数ｎ＝３だけ設定し、各々をずらし量Ｄｄずつずらして並べることにより、長さＤｔの測定対象区間の全体をカバーすることができる。
そして、比較測定区間Ｍ１〜Ｍ３が互いに重なり合う区間については、区間線膨張係数α１〜α３の平均値をとることができ、測定対象区間の全体としての線膨張係数αを高精度かつ確実に求めることができる。

【0084】

とくに、本実施形態では、測定対象区間に複数の集計区間Ｃ１〜Ｃ６を割り当て、各々において区間線膨張係数α１〜α３の平均値をとるとともに、各平均値を集計区間Ｃ１からＣ６の重み係数ｃで重み付けしたうえで合計することで、高精度な線膨張係数αを効率よく測定することができる。

【0085】

本実施形態において、恒温槽３０内に基準ゲージ移動機構７０を設置し、移動台７１により基準ブロックゲージ２０を複数の比較測定区間Ｍ１〜Ｍ３の各々へと移動させるようにしたので、複数の比較測定区間Ｍ１〜Ｍ３へと基準ブロックゲージ２０を順次移動させることができる。
このため、一つの基準ブロックゲージ２０を、複数の比較測定区間Ｍ１〜Ｍ３で共用することができ、測定精度のばらつきも防止できる。

【0086】

本実施形態では、基準ブロックゲージ２０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ので、第１温度ｔ１と第２温度ｔ２との間での基準ブロックゲージ２０の長さの温度補正を省略することができる。
なお、基準ブロックゲージ２０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ｔ１および第２温度ｔ２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で、比較測定を高精度に行うことができる。

【0087】

〔比較測定区間の異なる設定例〕
前述した第１実施形態では、３つの比較測定区間Ｍ１〜Ｍ３を設定した。
図７に示すように、第１実施形態では、ステップゲージ１０の測定対象区間の長さＤｔ＝１５００ｍｍに対して、基準ゲージ長さＤｒ＝１０００ｍｍの基準ブロックゲージ２０を用い、ずらし量Ｄｄ＝２５０ｍｍとした。
基準ゲージ長さＤｒ＝１０００ｍｍは、測定対象区間の長さＤｔ＝１５００ｍｍに対して２：３の整数比をなす。
ずらし量Ｄｄ＝２５０ｍｍは、基準ゲージ長さＤｒと測定対象区間の長さＤｔとの差５００ｍｍの１／２（整数分の１）である。

【0088】

比較測定区間を測定対象区間に割り当てる割当数ｎは、測定対象区間の長さＤｔと基準ゲージ長さＤｒとの差５００ｍｍを、ずらし量Ｄｄ＝２５０ｍｍで除した数２より１多い割当数ｎ＝３とした。
集計区間としては、測定対象区間の長さＤｔ＝１５００ｍｍ、ずらし量Ｄｄ＝２５０ｍｍから、Ｄｔ／Ｄｄ＝６個の集計区間Ｃ１〜Ｃ６を設定していた。
これに対し、以下のような異なる設定が可能である。

【0089】

図８に示すように、ステップゲージ１０の測定対象区間の長さＤｔ＝１５００ｍｍに対して、基準ゲージ長さＤｒ＝１０００ｍｍの基準ブロックゲージ２０を用い、ずらし量Ｄｄ＝５００ｍｍとしてもよい。
基準ゲージ長さＤｒ＝１０００ｍｍは、測定対象区間の長さＤｔ＝１５００ｍｍに対して２：３の整数比をなす。
ずらし量Ｄｄ＝５００ｍｍは、基準ゲージ長さＤｒと測定対象区間の長さＤｔとの差５００ｍｍの１／１（整数分の１）である。
この場合、割当数ｎは、測定対象区間の長さＤｔと基準ゲージ長さＤｒとの差５００ｍｍを、ずらし量Ｄｄ＝５００ｍｍで除した数１より１多い割当数ｎ＝２とすればよい。
また、集計区間は、Ｄｔ／Ｄｄ＝３個の集計区間Ｃ１〜Ｃ３を設定すればよい。

【0090】

図９に示すように、ステップゲージ１０の測定対象区間の長さＤｔ＝１５００ｍｍに対して、基準ゲージ長さＤｒ＝７５０ｍｍの基準ブロックゲージ２０を用い、ずらし量Ｄｄ＝２５０ｍｍとしてもよい。
基準ゲージ長さＤｒ＝７５０ｍｍは、測定対象区間の長さＤｔ＝１５００ｍｍに対して１：２の整数比をなす。
ずらし量Ｄｄ＝２５０ｍｍは、基準ゲージ長さＤｒと測定対象区間の長さＤｔとの差７５０ｍｍの１／３（整数分の１）である。
この場合、割当数ｎは、測定対象区間の長さＤｔと基準ゲージ長さＤｒとの差７５０ｍｍを、ずらし量Ｄｄ＝２５０ｍｍで除した数３より１多い割当数ｎ＝４とすればよい。
また、集計区間は、Ｄｔ／Ｄｄ＝６個の集計区間Ｃ１〜Ｃ６を設定すればよい。

【0091】

図１０に示すように、ステップゲージ１０の測定対象区間の長さＤｔ＝２０００ｍｍに対して、基準ゲージ長さＤｒ＝１０００ｍｍの基準ブロックゲージ２０を用い、ずらし量Ｄｄ＝５００ｍｍとしてもよい。
基準ゲージ長さＤｒ＝１０００ｍｍは、測定対象区間の長さＤｔ＝２０００ｍｍに対して１：２の整数比をなす。
ずらし量Ｄｄ＝５００ｍｍは、基準ゲージ長さＤｒと測定対象区間の長さＤｔとの差１０００ｍｍの１／２（整数分の１）である。
この場合、割当数ｎは、測定対象区間の長さＤｔと基準ゲージ長さＤｒとの差１０００ｍｍを、ずらし量Ｄｄ＝５００ｍｍで除した数２より１多い割当数ｎ＝３とすればよい。
また、集計区間は、Ｄｔ／Ｄｄ＝４個の集計区間Ｃ１〜Ｃ４を設定すればよい。

【0092】

図１１に示すように、ステップゲージ１０の測定対象区間の長さＤｔ＝２０００ｍｍに対して、基準ゲージ長さＤｒ＝１０００ｍｍの基準ブロックゲージ２０を用い、ずらし量Ｄｄ＝２５０ｍｍとしてもよい。
基準ゲージ長さＤｒ＝１０００ｍｍは、測定対象区間の長さＤｔ＝２０００ｍｍに対して１：２の整数比をなす。
ずらし量Ｄｄ＝２５０ｍｍは、基準ゲージ長さＤｒと測定対象区間の長さＤｔとの差１０００ｍｍの１／４（整数分の１）である。
この場合、割当数ｎは、測定対象区間の長さＤｔと基準ゲージ長さＤｒとの差１０００ｍｍを、ずらし量Ｄｄ＝２５０ｍｍで除した数４より１多い割当数ｎ＝５とすればよい。
また、集計区間は、Ｄｔ／Ｄｄ＝８個の集計区間Ｃ１〜Ｃ８を設定すればよい。

【0093】

図１２に示すように、ステップゲージ１０の測定対象区間の長さＤｔ＝２０００ｍｍに対して、基準ゲージ長さＤｒ＝１０００ｍｍの基準ブロックゲージ２０を用い、ずらし量Ｄｄ＝１０００ｍｍとしてもよい。
基準ゲージ長さＤｒ＝１０００ｍｍは、測定対象区間の長さＤｔ＝２０００ｍｍに対して１：２の整数比をなす。
ずらし量Ｄｄ＝１０００ｍｍは、基準ゲージ長さＤｒと測定対象区間の長さＤｔとの差１０００ｍｍの１／１（整数分の１）である。
この場合、割当数ｎは、測定対象区間の長さＤｔと基準ゲージ長さＤｒとの差１０００ｍｍを、ずらし量Ｄｄ＝１０００ｍｍで除した数１より１多い割当数ｎ＝２とすればよい。
また、集計区間は、Ｄｔ／Ｄｄ＝２個の集計区間Ｃ１〜Ｃ２を設定すればよい。

【0094】

なお、図１２の設定例では、比較測定区間Ｍ１，Ｍ２は単に並べただけで互いに重なりがない。そして、集計区間Ｃ１，Ｃ２は比較測定区間Ｍ１，Ｍ２と同一であり、各々において比較測定区間Ｍ１，Ｍ２が重なっていないので、集計区間における平均値の計算および重み付けを伴う合計計算も省略することができる。

【0095】

図１３に示すように、ステップゲージ１０の測定対象区間の長さＤｔ＝３０００ｍｍに対して、基準ゲージ長さＤｒ＝１０００ｍｍの基準ブロックゲージ２０を用い、ずらし量Ｄｄ＝５００ｍｍとしてもよい。
基準ゲージ長さＤｒ＝１０００ｍｍは、測定対象区間の長さＤｔ＝３０００ｍｍに対して１：３の整数比をなす。
ずらし量Ｄｄ＝５００ｍｍは、基準ゲージ長さＤｒと測定対象区間の長さＤｔとの差２０００ｍｍの１／４（整数分の１）である。
この場合、割当数ｎは、測定対象区間の長さＤｔと基準ゲージ長さＤｒとの差２０００ｍｍを、ずらし量Ｄｄ＝５００ｍｍで除した数４より１多い割当数ｎ＝５とすればよい。
また、集計区間は、Ｄｔ／Ｄｄ＝６個の集計区間Ｃ１〜Ｃ６を設定すればよい。

【0096】

図１４に示すように、ステップゲージ１０の測定対象区間の長さＤｔ＝３０００ｍｍに対して、基準ゲージ長さＤｒ＝１０００ｍｍの基準ブロックゲージ２０を用い、ずらし量Ｄｄ＝１０００ｍｍとしてもよい。
基準ゲージ長さＤｒ＝１０００ｍｍは、測定対象区間の長さＤｔ＝３０００ｍｍに対して１：３の整数比をなす。
ずらし量Ｄｄ＝１０００ｍｍは、基準ゲージ長さＤｒと測定対象区間の長さＤｔとの差２０００ｍｍの１／２（整数分の１）である。
この場合、割当数ｎは、測定対象区間の長さＤｔと基準ゲージ長さＤｒとの差２０００ｍｍを、ずらし量Ｄｄ＝１０００ｍｍで除した数２より１多い割当数ｎ＝３とすればよい。
また、集計区間は、Ｄｔ／Ｄｄ＝３個の集計区間Ｃ１〜Ｃ３を設定すればよい。

【0097】

なお、図１４の設定例では、比較測定区間Ｍ１〜Ｍ３は単に並べただけで互いに重なりがない。そして、集計区間Ｃ１〜Ｃ３は比較測定区間Ｍ１〜Ｍ３と同一であり、各々において比較測定区間Ｍ１〜Ｍ３が重なっていないので、集計区間における平均値の計算および重み付けを伴う合計計算も省略することができる。

【0098】

〔第２実施形態〕
図１５から図１７には、本発明の第２実施形態が示されている。
この第２実施形態は、前述した第１実施形態と基本構成が共通であり、説明の簡略化のため共通部分については重複する説明を省略し、以下相違する部分について説明する。

【0099】

前述した第１実施形態では、基準ゲージとして基準ブロックゲージ２０を用い、これを基準ゲージ移動機構７０により移動させることにより、第１〜第３の比較測定区間Ｍ１〜Ｍ３に配置していた。
これに対し、第２実施形態では、基準ゲージとして、図１５および図１６に示すように、第１〜第３の比較測定区間Ｍ１〜Ｍ３に対応する３対の端面を有する基準ブロックゲージ２０Ａを用いる。

【0100】

基準ブロックゲージ２０Ａは、３枚のブロックゲージ２０１，２０２，２０３を束ねてボルト２０４で固定したものである。
ブロックゲージ２０１，２０２，２０３は、それぞれ長さＤｒを有する既存のブロックゲージであり、互いにずらし量Ｄｄずつずらして重ね合わせられている。
従って、ブロックゲージ２０１が第１の比較測定区間Ｍ１における比較測定の基準となり、同様にブロックゲージ２０２，２０３が第２および第３の比較測定区間Ｍ２，Ｍ３における比較測定の基準となる。

【0101】

ブロックゲージ２０１，２０２，２０３には、それぞれ他の端面に対応する位置に、貫通孔２０５が形成されている。
各比較測定区間Ｍ１〜Ｍ３の比較測定にあたって、三次元測定機４０の測定プローブ４６を接触させる場合、これらの貫通孔２０５を通すことで、上側のブロックゲージ２０２，２０３で覆われる下側のブロックゲージ２０１，２０２の端面や、さらに下方のステップゲージ１０の各部まで到達させることができる。

【0102】

〔線膨張係数の測定手順〕
図１７には、本実施形態におけるステップゲージ１０の線膨張係数の測定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Ｓ２１）。
そして、測定用開口３１を全て閉じた状態とし、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Ｓ２２）。
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Ｓ２３）。
ここまでは、前述した第１実施形態の処理Ｓ１〜Ｓ３と同様である。

【0103】

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Ｓ２３）ができたら、各比較測定区間Ｍ１〜Ｍ３について、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う（処理Ｓ２４〜Ｓ２６）。

【0104】

先ず、処理Ｓ２４として、第１の比較測定区間Ｍ１の始点位置（位置Ｐ０）に最寄りの測定用開口３１を開き、ここから三次元測定機４０の測定プローブ４６を導入し、ステップゲージ１０および基準ブロックゲージ２０Ａの各々について、第１の比較測定区間Ｍ１の始点位置に対応する部位の位置を計測する。基準ブロックゲージ２０Ａにおいては、ブロックゲージ２０１の端面が該当する。
続いて、第２の比較測定区間Ｍ２の始点位置（位置Ｐ１）に最寄りの測定用開口３１を開き、ここから三次元測定機４０の測定プローブ４６を導入し、ステップゲージ１０および基準ブロックゲージ２０Ａの各々について、第２の比較測定区間Ｍ２の始点位置に対応する部位の位置を計測する。基準ブロックゲージ２０Ａにおいては、ブロックゲージ２０２の端面が該当する。
さらに、第３の比較測定区間Ｍ３の始点位置（位置Ｐ２）に最寄りの測定用開口３１を開き、ここから三次元測定機４０の測定プローブ４６を導入し、ステップゲージ１０および基準ブロックゲージ２０Ａの各々について、第３の比較測定区間Ｍ３の始点位置に対応する部位の位置を計測する。基準ブロックゲージ２０Ａにおいては、ブロックゲージ２０３の端面が該当する。

【0105】

次に、処理Ｓ２５として、第１の比較測定区間Ｍ１の終点位置（位置Ｐ４）に最寄りの測定用開口３１を開き、ここから三次元測定機４０の測定プローブ４６を導入し、ステップゲージ１０および基準ブロックゲージ２０Ａの各々について、第１の比較測定区間Ｍ１の終点位置に対応する部位の位置を計測する。基準ブロックゲージ２０Ａにおいては、ブロックゲージ２０１の端面が該当する。
続いて、第２の比較測定区間Ｍ２の終点位置（位置Ｐ５）に最寄りの測定用開口３１を開き、ここから三次元測定機４０の測定プローブ４６を導入し、ステップゲージ１０および基準ブロックゲージ２０Ａの各々について、第２の比較測定区間Ｍ２の終点位置に対応する部位の位置を計測する。基準ブロックゲージ２０Ａにおいては、ブロックゲージ２０２の端面が該当する。
さらに、第３の比較測定区間Ｍ３の終点位置（位置Ｐ６）に最寄りの測定用開口３１を開き、ここから三次元測定機４０の測定プローブ４６を導入し、ステップゲージ１０および基準ブロックゲージ２０Ａの各々について、第３の比較測定区間Ｍ３の終点位置に対応する部位の位置を計測する。基準ブロックゲージ２０Ａにおいては、ブロックゲージ２０３の端面が該当する。

【0106】

これらにより、第１〜第３の比較測定区間Ｍ１〜Ｍ３において、ステップゲージ１０および基準ブロックゲージ２０の各々の始点位置および終点位置がそれぞれ計測される。そして、各区間において、基準ブロックゲージ２０を基準とした比較測定演算を行うことにより、第１温度ｔ１でのステップゲージ１０の第１〜第３の比較測定区間Ｍ１〜Ｍ３の長さＤｔ１１〜Ｄｔ３１が測定される（処理Ｓ２６）。

【0107】

第１温度ｔ１でのステップゲージ１０の長さＤｔ１１〜Ｄｔ３１が測定できたら、第１温度ｔ１での測定を終了し、第２温度での測定に入る。
すなわち、測定用開口３１を全て閉じた状態とし、恒温槽３０の内部温度を第２温度ｔ２に設定し、所定時間を待って温度を安定化させる（処理Ｓ２７）。
恒温槽３０の内部が第２温度ｔ２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Ｓ２８）。

【0108】

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Ｓ２８）ができたら、各比較測定区間Ｍ１〜Ｍ３について、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う（処理Ｓ２９〜Ｓ３１）。
なお、処理Ｓ２７〜Ｓ３１は、前述した処理Ｓ２２〜Ｓ２６と同様である。
これらにより、全ての比較測定区間Ｍ１〜Ｍ３について、第２温度ｔ２でのステップゲージ１０の長さＤｔ１２〜Ｄｔ３２が測定できたら、第２温度ｔ２での測定を終了する。

【0109】

以上により、第１および第３の比較測定区間Ｍ１〜Ｍ３の各々において、第１温度でのステップゲージ１０の長さＤｔ１１〜Ｄｔ３１および第２温度ｔ２でのステップゲージ１０の長さＤｔ１２〜Ｄｔ３２が測定できたら、各比較測定区間における区間線膨張係数α１〜α３を計算する（処理Ｓ３２）。
さらに、各比較測定区間Ｍ１〜Ｍ３における区間線膨張係数α１〜α３が計算できたら、測定対象区間の線膨張係数αを計算する（処理Ｓ３３）。
これらの処理Ｓ３２，Ｓ３３は、前述した第１実施形態の処理Ｓ１６，Ｓ１７と同様である。

【0110】

このような本実施形態によっても、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。
さらに、本実施形態では、一つの基準ブロックゲージ２０Ａで複数の比較測定区間Ｍ１〜Ｍ３に対応することができ、基準ブロックゲージ２０Ａを移動させる等の操作を省略することができる。
本実施形態の基準ブロックゲージ２０Ａは、比較測定区間Ｍ１〜Ｍ３の長さに対応する基準ゲージ長さＤｒを有するブロックゲージ２０１〜２０３を束ね、互いにずらし量Ｄｄずつずらして固定したものであり、簡単に製造できるとともに、各ブロックゲージ２０１〜２０３として既存のブロックゲージを用いることで、比較測定区間Ｍ１〜Ｍ３において等しく高精度を確保することができる。

【0111】

さらに、本実施形態の基準ブロックゲージ２０Ａにおいては、ブロックゲージ２０１〜２０３の中間部であって他のブロックゲージの端部に臨む位置に、表裏を貫通する貫通孔２０５が形成されているため、基準ブロックゲージ２０Ａで隠れる位置に測定対象物の比較測定区間がある場合でも、貫通孔２０５を通して三次元測定機４０の測定プローブ４６を導入することができる。

【0112】

〔他の実施形態〕
本発明は、前述した各実施形態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。
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、ステップゲージ１０に限らず、延伸方向Ｌｔに沿って複数の長さ基準を与える形状をもつ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などを用いてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0113】

本発明は、寸法基準器の線膨張係数測定方法として利用できる。

【符号の説明】

【0114】

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、１９…凸部、２０，２０Ａ…基準ゲージである基準ブロックゲージ、２０１…ブロックゲージ、２０２…ブロックゲージ、２０３…ブロックゲージ、２０４…ボルト、２０５…貫通孔、２１…第１基準表面、２２…第２基準表面、３０…恒温槽、３１…測定用開口、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…測定プローブ、５０…測定対象物支持台、５１…測定対象物第１支持台、５２…測定対象物第２支持台、６０…基準ゲージ支持台、６１…基準ゲージ第１支持台、６２…基準ゲージ第２支持台、６３…第１押圧部、６４…第２押圧部、７０…基準ゲージ移動機構、７１…移動台、７２…移動レール、７３…ガイドレール、７４…ボールねじ機構、７５…モータ、ｃ…重み係数、Ｃ１〜Ｃ６，Ｃｎ…集計区間、Ｄｄ…ずらし量、Ｄｔ…測定対象区間、Ｈｔ…高さ方向、Ｌｒ，Ｌｔ…延伸方向、Ｍ１〜Ｍ３，Ｍｎ…比較測定区間、ｎ…割当数、Ｐ０〜Ｐ６…位置、Ｓ１〜Ｓ３３…処理、Ｔ…温度、ｔ１…第１温度、ｔ２…第２温度、Ｔｏ…基準温度、Ｗｔ…幅方向、α…線膨張係数。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】