特許 6688039 寸法基準器の線膨張係数測定方法および測定装置

(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】6688039

(24)【登録日】2020年4月7日

(45)【発行日】2020年4月28日

(54)【発明の名称】寸法基準器の線膨張係数測定方法および測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 25/16 20060101AFI20200421BHJP

【ＦＩ】

   G01N25/16 B

   G01N25/16 E

【請求項の数】6

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2015-215240(P2015-215240)

(22)【出願日】2015年10月30日

(65)【公開番号】特開2017-83415(P2017-83415A)

(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

(72)【発明者】

【氏名】栗山 豊

【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、前記測定対象物の延伸方向に離れた複数対の測定始点および測定終点で規定される複数の測定区間における前記測定対象物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、
複数の前記測定区間に対応する複数の基準区間を規定する複数対の基準始点および基準終点を有し、前記基準区間の各々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、前記測定プローブで前記測定始点、前記測定終点、前記基準始点および前記基準終点の位置を検出し、複数の前記測定区間の各々の長さを対応する前記基準区間の長さに基づいて比較測定し、
前記恒温槽の内部温度を第２温度とし、前記測定プローブで前記測定始点、前記測定終点、前記基準始点および前記基準終点の位置を検出し、複数の前記測定区間の各々の長さを対応する前記基準区間の長さに基づいて比較測定し、
複数の前記測定区間の各々について、前記第１温度での測定長さと前記第２温度での測定長さとから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】

請求項１に記載した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、前記基準始点および前記基準終点が、それぞれ、
前記基準ゲージに形成された凸部の前記延伸方向に交差する表面上の点、
前記基準ゲージに形成された円筒状の検出孔の内周面を前記三次元測定機で検出して得られる前記検出孔の中心軸線上の仮想的な点、
前記基準ゲージに形成された検出円柱の外周面を前記三次元測定機で検出して得られる前記検出円柱の中心軸線上の仮想的な点、
前記基準ゲージに形成された検出球の外周面を前記三次元測定機で検出して得られる前記検出球の中心を示す仮想的な点、のいずれかであ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】

請求項１または請求項２に記載した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、前記基準区間に対応する複数のブロックゲージを束ねて形成され、前記ブロックゲージの両端面が前記基準始点および前記基準終点とされてい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】

請求項１から請求項３のいずれか一項に記載した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、前記測定対象物の前記測定始点および前記測定終点の少なくともいずれか一つに対応する位置に、前記三次元測定機の測定プローブを挿通可能な挿通孔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方法。

【請求項5】

請求項１から請求項４のいずれか一項に記載した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寸法基準器の線膨張係数測定方法。

【請求項6】

寸法基準器を測定対象物とし、前記測定対象物の延伸方向に離れた複数対の測定始点および測定終点で規定される複数の測定区間における前記測定対象物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、
複数の前記測定区間に対応する複数の基準区間を規定する複数対の基準始点および基準終点を有し、前記基準区間の各々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】

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、専ら繰り返し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。なお、基準ゲージには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、または正確な膨張量が既知である素材を用いる。

【0019】

しかし、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は、ステップゲージなどの寸法基準器における中間部分の区間長さの測定には必ずしも好適ではなかった。

【0020】

すなわち、ステップゲージなど一部の寸法基準器は、その全長つまり両端の距離とは別に、中間部分の区間長さが、基準長さとして利用される。例えば、ステップゲージでは、配列された複数の凸部のうち、中間部分の２つの凸部の端面により、区間長さが規定される。
このような中間部分の区間長さを、高精度な基準長さとするためには、この区間長さにおける局所的な線膨張係数を把握しておく必要がある。

【0021】

ステップゲージなどの寸法基準器において、一般に線膨張係数と呼ばれるのは、その全長にわたる熱変形を全長で除し、更に熱変形の前後における温度変化量で除したものであり、いわば代表値である。しかし、実際のステップゲージなどでは、線膨張係数が全長にわたって均一でないことがあり、例えば延伸方向の一部で線膨張係数が高く、あるいは低くなっている部分が存在する。従って、前述のような中間部分の区間長さを設定した際には、その区間の線膨張係数が、代表値である線膨張係数からずれる可能性があり、この中間部分の区間長さの寸法基準としての精度が確保できなくなることもある。

【0022】

そこで、ステップゲージなどの寸法基準器において、中間部分の区間についても高精度な温度補正ができるようにするために、寸法基準となる中間部分の区間長さ毎に線膨張係数を測定しておくことが必要となる。このために、前述したステップゲージの中間部分の凸部間などの長さ測定が重要な意味をもつことになる。

【0023】

ところが、前述した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は、測定する長さに応じた基準ゲージを、測定対象物とともに恒温槽に収容し、所定の温度条件に設定する必要がある。
そして、測定対象物に多数の中間的な区間長さが設定されている場合、その数だけの基準ゲージが必要であるだけでなく、各区間長さについて複数の温度で長さを測定するために、恒温槽内の基準ゲージを入れ替えては複数の温度に設定する、という煩雑な手順が必要となる。
いったん恒温槽を開けて基準ゲージを取り替えると、恒温槽を所期の温度に安定させるのに約１日が必要であり、このような基準ゲージの交換を伴う線膨張係数の測定はきわめて煩雑なものとなる。

【0024】

本発明の目的は、様々な長さの寸法基準器の線膨張係数を高精度かつ安価に測定できるとともに、寸法基準器の中間部分の区間毎の線膨張係数をも効率よく測定でき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】

【0025】

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、前記測定対象物の延伸方向に離れた複数対の測定始点および測定終点で規定される複数の測定区間における前記測定対象物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、複数の前記測定区間に対応する複数の基準区間を規定する複数対の基準始点および基準終点を有し、前記基準区間の各々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、前記測定プローブで前記測定始点、前記測定終点、前記基準始点および前記基準終点の位置を検出し、複数の前記測定区間の各々の長さを対応する前記基準区間の長さに基づいて比較測定し、前記恒温槽の内部温度を第２温度とし、前記測定プローブで前記測定始点、前記測定終点、前記基準始点および前記基準終点の位置を検出し、複数の前記測定区間の各々の長さを対応する前記基準区間の長さに基づいて比較測定し、複数の前記測定区間の各々について、前記第１温度での測定長さと前記第２温度での測定長さとから線膨張係数を算出することを特徴とする。

【0026】

このような本発明では、複数の前記測定区間の各々について、第１温度での測定長さと第２温度での測定長さとから線膨張係数を算出することで、寸法基準器の中間部分の区間毎の線膨張係数をも効率よく測定することができる。
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。
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、専ら繰り返し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。なお、基準ゲージには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、または正確な膨張量が既知である素材を用いる。
本発明では、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いるため、三次元測定機による各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すだけでよい。つまり、第１温度での各測定区間の比較測定から第２温度での各測定区間の比較測定までの間に、基準ゲージの交換およびその出し入れのための恒温槽の開放は一切必要がなく、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。
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とともに、寸法基準器の中間部分の区間毎の線膨張係数をも効率よく測定することができる。

【0027】

本発明の実施にあたっては、例えば、測定対象物において、第１測定区間、第２測定区間および第３測定区間を設定し、第１測定区間は第１測定始点と第１測定終点との対で規定され、同様に、第２、第３の測定区間は第２測定始点と第２測定終点との対、および第３測定始点と第３測定終点との対で規定される、とすることができる。
このような測定対象物に対応する場合、基準ゲージは、第１〜第３の測定区間に対応した第１〜第３の基準区間を有するものとし、第１基準区間は第１基準始点と第１基準終点との対で規定され、同様に、第２、第３の基準区間は第２基準始点と第２基準終点との対、および第３基準始点と第３基準終点との対で規定される、とすることができる。

【0028】

このような設定では、第１温度および第２温度の各々において、基準ゲージの第１〜第３の基準区間に対する比較測定を順次行うことにより、測定対象物の第１〜第３の測定区間の長さが測定できる。各温度での各区間の長さが得られたら、第１〜第３の測定区間における第１温度での長さと第２温度での長さとの差と、第１温度と第２温度との温度差とから、各区間における線膨張係数、つまり第１〜第３の線膨張係数を得ることができる。
さらに、対応する第１〜第３の測定区間と第１〜第３の基準区間とは、対応する始点および終点の位置が完全に一致し、区間の長さも完全に同じものとしてもよいが、始点および終点の延伸方向の位置がずれていて長さが異なるものであってもよい。ただし、対応する測定区間および基準区間の長さの差は、１０ｍｍ以下であることが望ましい。

【0029】

本発明において、測定区間および基準区間の設定数は、例示した第１〜第３の３組に限らず、第１および第２の２組でもよく、４組以上であってもよい。
本発明において、測定対象物とする寸法測定器としては、例えばステップゲージが用いられる。そして、ステップゲージに配列される複数の凸部のうち、いずれかの凸部の表面上の点を始点および終点として、複数の測定区間を設定すればよい。
ただし、本発明の測定対象物は、ステップゲージに限らず、延伸方向に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。

【0030】

本発明の寸法基準器の線膨張係数測定方法において、前記基準ゲージは、前記基準始点および前記基準終点が、それぞれ、前記基準ゲージに形成された凸部の前記延伸方向に交差する表面上の点、前記基準ゲージに形成された円筒状の検出孔の内周面を前記三次元測定機で検出して得られる前記検出孔の中心軸線上の仮想的な点、前記基準ゲージに形成された検出円柱の外周面を前記三次元測定機で検出して得られる前記検出円柱の中心軸線上の仮想的な点、前記基準ゲージに形成された検出球の外周面を前記三次元測定機で検出して得られる前記検出球の中心を示す仮想的な点、のいずれかであることが望ましい。

【0031】

このような本発明では、基準ゲージに形成された凸部の表面で、実体的な基準始点および基準終点を形成することができる。このような凸部を有する基準ゲージとしては、例えばステップゲージを用いることができる。さらに、実体的な基準始点および基準終点を形成する表面として、基準ゲージの両端面を用いてもよい。
本発明では、実体的な基準始点および基準終点に限らず、基準ゲージに内周面が円筒状の検出孔を形成し、または基準ゲージに検出円柱や検出球を配列し、その表面の３点以上の接触測定を三次元測定機で行うことで仮想的な基準始点および基準終点を設定してもよく、一本の長尺板状の基準ゲージ本体に検出孔を加工し、あるいは表面に検出円柱や検出球を固定してゆくことで、基準ゲージを簡単に製造することができる。

【0032】

本発明の寸法基準器の線膨張係数測定方法において、前記基準ゲージは、前記基準区間に対応する複数のブロックゲージを束ねて形成され、前記ブロックゲージの両端面が前記基準始点および前記基準終点とされていることが望ましい。

【0033】

このような本発明では、既存のブロックゲージを複数束ねることで基準ゲージを形成することができる。複数のブロックゲージは、それぞれの両端面が基準始点および基準終点として基準区間を形成するため、束ねられた状態では複数の長さの基準区間を形成することができる。従って、複数の長さの基準区間を形成する基準ゲージを簡単かつ廉価に製造することができる。
なお、複数のブロックゲージを束ねる際には、全長が長いものから順に重ね合わせることが望ましい。一つのブロックゲージに固定された他の短いブロックゲージにより、前述した「基準ゲージに形成された凸部」を構成することができる。

【0034】

ブロックゲージを複数束ねた状態で固定する際には、各ブロックゲージの束を包囲する部材、各ブロックゲージを貫通する部材、あるいは各ブロックゲージを結合する接着剤を用いることができる。
複数のブロックゲージのうち、いずれかの基準始点どうしを同一平面状に揃え、反対側の端部に各ブロックゲージの長さの差分が専ら現れるようにしてもよく、両端を揃えずに各ブロックゲージの長さの差分が両端にそれぞれ現れるようにしてもよい。

【0035】

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、前記測定対象物の前記測定始点および前記測定終点の少なくともいずれか一つに対応する位置に、前記三次元測定機の測定プローブを挿通可能な挿通孔を有することが望ましい。

【0036】

このような本発明では、測定対象物の測定始点および測定終点が形成される側に沿って基準ゲージを並列配置した場合でも、挿通孔を通して測定プローブを導入することで、測定始点および測定終点の位置を検出することができる。
なお、挿通孔は、基準ゲージに形成された円筒状の検出孔と共用されるものであってもよい。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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、前記測定対象物の延伸方向に離れた複数対の測定始点および測定終点で規定される複数の測定区間における前記測定対象物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、複数の前記測定区間に対応する複数の基準区間を規定する複数対の基準始点および基準終点を有し、前記基準区間の各々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。

【0040】

このような本発明の寸法基準器の線膨張係数測定装置においては、前述した本発明の寸法基準器の線膨張係数測定方法に用いることで、前述した通りの作用効果を得ることができる。

【発明の効果】

【0043】

本発明によれば、様々な長さの寸法基準器の線膨張係数を高精度かつ安価に測定できるとともに、寸法基準器の中間部分の区間毎の線膨張係数をも効率よく測定でき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】

【0044】

【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側面図。

【図4】第１実施形態の基準ゲージを示す平面図。

【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】本発明の第２実施形態の基準ゲージを示す側面図。

【図8】第２実施形態の基準ゲージを示す平面図。

【図9】本発明の第３実施形態の基準ゲージを示す側面図。

【図10】第３実施形態の基準ゲージを示す平面図。

【図11】本発明の第４実施形態の基準ゲージを示す側面図。

【図12】第４実施形態の基準ゲージを示す平面図。

【図13】本発明の第５実施形態の基準ゲージを示す側面図。

【図14】第５実施形態の基準ゲージを示す平面図。

【発明を実施するための形態】

【0045】

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に収容される基準ゲージ２０と、基準ゲージ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。

【0046】

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Ｘ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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

本実施形態では、ステップゲージ１０に３つの測定区間Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３が設定される。
第１測定区間Ｓ１１は、第１測定始点１１Ｓがステップゲージ１０の一方の端部にある凸部１９の表面（延伸方向Ｌｔに交差する表面）に設定とされ、第１測定終点１１Ｅがステップゲージ１０の他方の端部にある凸部１９の表面に設定とされる。第１測定区間長さはＤ１１とされる。
第２測定区間Ｓ１２は、第２測定始点１２Ｓが前述した第１測定始点１１Ｓと同じ表面に設定され、第２測定終点１２Ｅがステップゲージ１０の中間位置にある凸部１９の表面に設定される。第２測定区間長さはＤ１２（＜Ｄ１１）とされる。
第３測定区間Ｓ１３は、第３測定始点１３Ｓが前述した第１測定始点１１Ｓと同じ表面に設定され、第３測定終点１３Ｅがステップゲージ１０の中間位置にある凸部１９の表面に設定される。第３測定区間長さはＤ１３（＜Ｄ１２）とされる。

【0051】

図３および図４には、本実施形態の基準ゲージ２０が示されている。
基準ゲージ２０は、３枚のブロックゲージ２１，２２，２３で構成されている。
これらのブロックゲージ２１〜２３は、それぞれ同じ厚み（高さ方向Ｈｒの寸法）および幅（幅方向Ｗｒの寸法）を有するが、各々の長さ（延伸方向Ｌｒの寸法）が異なる。
すなわち、ブロックゲージ２１，２２，２３は、それぞれ長さＤ２１，Ｄ２２，Ｄ２３とされ、これらは前述したステップゲージ１０の３つの測定区間Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３（長さＤ１１，Ｄ１２，Ｄ１３）に対応した長さとされている。

【0052】

前述したブロックゲージ２１，２２，２３により、基準ゲージ２０には３つの基準区間Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２３が設定されている。
第１基準区間Ｓ２１は、第１基準始点２１Ｓおよび第１基準終点２１Ｅがブロックゲージ２１の両端面に設定される。第１基準区間長さＤ２１は、対応する第１測定区間長さＤ１１よりも凸部１９の一個分の長さＤｐだけ短く設定されている。
第２基準区間Ｓ２２は、第２基準始点２２Ｓおよび第２基準終点２２Ｅがブロックゲージ２１の両端面に設定される。第２基準区間長さＤ２２は、対応する第２測定区間長さＤ１２よりも凸部１９の一個分の長さＤｐだけ短く設定されている。
第３基準区間Ｓ２３は、第３基準始点２３Ｓおよび第３基準終点２３Ｅがブロックゲージ２１の両端面に設定される。第３基準区間長さＤ２３は、対応する第３測定区間長さＤ１３よりも凸部１９の一個分の長さＤｐだけ短く設定されている。

【0053】

基準ゲージ２０において、３枚のブロックゲージ２１，２２，２３は、長い順に重ね合わせられたうえ、各々を貫通するボルト２８，２９により束ねられている。詳細には、ブロックゲージ２１，２２の２枚がボルト２８により締結され、ブロックゲージ２１〜２３の３枚がボルト２９により締結されている。
なお、ブロックゲージ２１〜２３を重ね合わせて固定する手段としては、ボルト２９による締結に限らず、相互の接着、ベルト状部材による結束など、他の手段を用いてもよい。

【0054】

３枚のブロックゲージ２１〜２３のうち、最上段のブロックゲージ２３を除く２枚のブロックゲージ２１，２２には、それぞれ挿通孔２６，２７が形成されている。
挿通孔２６は、ブロックゲージ２１の中間部分のうち、ブロックゲージ２２の第２基準終点２２Ｅとされる端部に重ねられる部位に形成され、ブロックゲージ２１，２２を束ねた状態では、ブロックゲージ２２の端部が挿通孔２６の開口内にせり出した状態とされる。
挿通孔２７は、ブロックゲージ２１，２２の中間部分のうち、ブロックゲージ２３の第３基準終点２３Ｅとされる端部に重ねられる部位に形成され、ブロックゲージ２１〜２３を束ねた状態では、ブロックゲージ２１，２２の各挿通孔２７が互いに連通されるとともに、ブロックゲージ２３の端部が挿通孔２７の開口内にせり出した状態とされる。

【0055】

図５には、ステップゲージ１０および基準ゲージ２０が恒温槽３０内に収容された状態が示されている。
恒温槽３０内において、ステップゲージ１０および基準ゲージ２０は、恒温槽３０内に平行に設置される。すなわち、ステップゲージ１０の延伸方向Ｌｔ、基準ゲージ２０の延伸方向Ｌｒおよび恒温槽３０のＹ軸方向が、全て同じ方向に揃うように設置される。

【0056】

ステップゲージ１０は、恒温槽３０内に設置されている支持体３２，３３で下面側を支持される。
支持体３２において、ステップゲージ１０は、延伸方向Ｌｔおよび幅方向Ｗｔの変位を規制される。ただし、延伸方向Ｌｔ、高さ方向Ｈｔおよび幅方向Ｗｔの各方向を中心とする回転は全て許容される。
支持体３３において、ステップゲージ１０は、幅方向Ｗｔの変位を規制されるが、延伸方向Ｌｔの変位は許容される。さらに、延伸方向Ｌｔ、高さ方向Ｈｔおよび幅方向Ｗｔの各方向を中心とする回転は全て許容される。

【0057】

このような支持体３２，３３としては、いわゆるキネマティックマウント（球と円錐孔の接触による並進３自由度（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の拘束、球とＶ溝の接触による回転２自由度（ピッチ，ヨー）の拘束、球と平面の接触による回転１自由度（ロール）の拘束）を利用することができる。
このような支持体３２，３３で支持されることで、ステップゲージ１０は、その延伸方向Ｌｔを常時一定に維持されるとともに、熱変形に伴う伸縮は、主に第１〜第３の測定終点１１Ｅ〜１３Ｅ側に現れるようにできる。

【0058】

基準ゲージ２０は、恒温槽３０内に設置されている支持体３４，３５で下面側を支持されるとともに、上面側を押圧体３６，３７で押圧される。
支持体３４において、基準ゲージ２０は、延伸方向Ｌｔおよび幅方向Ｗｔの変位を規制される。ただし、延伸方向Ｌｔ、高さ方向Ｈｔおよび幅方向Ｗｔの各方向を中心とする回転は全て許容される。
支持体３５において、基準ゲージ２０は、幅方向Ｗｔの変位を規制されるが、延伸方向Ｌｔの変位は許容される。さらに、延伸方向Ｌｔ、高さ方向Ｈｔおよび幅方向Ｗｔの各方向を中心とする回転は全て許容される。

【0059】

このような支持体３４，３５も、いわゆるキネマティックマウント（球と円錐孔の接触による並進３自由度（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の拘束、球とＶ溝の接触による回転２自由度（ピッチ，ヨー）の拘束、球と平面の接触による回転１自由度（ロール）の拘束）を利用することができる。
このような支持体３４，３５で支持されることで、基準ゲージ２０は、その延伸方向Ｌｒを常時一定に維持されるとともに、熱変形に伴う伸縮は、主に第１〜第３の基準終点２１Ｅ〜２３Ｅ側に現れるようにできる。

【0060】

押圧体３６，３７は、弾発力を有するコイルばね等を有し、支持体３４，３５に対向して設置され、基準ゲージ２０を支持体３４，３５に対して押し付ける。
このうち、押圧体３７は、支持体３５に対応して、基準ゲージ２０の延伸方向Ｌｔの変位を許容するように、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が用いられる。
このような押圧体３６，３７により、基準ゲージ２０が軽量である場合でも、支持体３４，３５に向けて押圧することで、基準ゲージ２０を支持体３４，３５で安定して支持することができる。

【0061】

恒温槽３０内に設置される際に、基準ゲージ２０は、ステップゲージ１０に対して、ステップゲージ１０の凸部１９の１個分の長さＤｐだけ、第１基準終点２１Ｅ側にずらして配置される。
この状態で、第１〜第３の測定終点１１Ｅ〜１３Ｅと、対応する第１〜第３の基準終点２１Ｅ〜２３Ｅとが、互いに同じ位置に配置される（図３参照）。

【0062】

恒温槽３０内において、基準ゲージ２０はステップゲージ１０の測定用開口３１側に配置される。
従って、基準ゲージ２０の第１〜第３の基準始点２１Ｓ〜２３Ｓおよび第１〜第３の基準終点２１Ｅ〜２３Ｅは、測定用開口３１の最寄りのものを開いてプローブ４６を導入することで、プローブ４６で接触して位置検知することができる。

【0063】

一方、ステップゲージ１０は、測定用開口３１の側の大部分を基準ゲージ２０により覆われ、第１〜第３の測定始点１１Ｓ〜１３Ｓが設定される凸部１９の上面だけが覆われない状態とされる。
しかし、基準ゲージ２０に挿通孔２６，２７が形成されているため、この挿通孔２６，２７を通してプローブ４６を導入することができ、これにより第２および第３の測定始点１２Ｓ，１３Ｓについてもプローブ４６が接触できる。
これにより、ステップゲージ１０の第１〜第３の測定始点１１Ｓ〜１３Ｓおよび第１〜第３の測定終点１１Ｅ〜１３Ｅの全てについて、プローブ４６で接触して位置検知することができる。

【0064】

〔線膨張係数の測定動作〕
図６には、線膨張係数測定装置１によるステップゲージ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および基準ゲージ２０を収容しておく（処理ＳＴ１）。
ステップゲージ１０および基準ゲージ２０の設置（処理ＳＴ１）ができたら、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ＳＴ２）。

【0065】

温度が安定化したら、三次元測定機４０によりプローブ４６を移動させ、第１〜第３の測定始点１１Ｓ〜１３Ｓに最寄りの測定用開口３１を開き、第１〜第３の測定始点１１Ｓ〜１３Ｓが設定される端部の凸部１９（基準ゲージ２０で覆われない）の上面および側面にプローブ４６を接触させ、それぞれ複数点の位置検出によりステップゲージ１０の方向（延伸方向ＬｔとＹ軸方向との誤差）を計測しておく（処理ＳＴ３）。
続いて、プローブ４６をステップゲージ１０の第１〜第３の測定始点１１Ｓ〜１３Ｓに接触させ、各々の位置を計測するとともに、プローブ４６を基準ゲージ２０の第１〜第３の基準始点２１Ｓ〜２３Ｓに接触させ、各々の位置を計測する（処理ＳＴ４）。

【0066】

続いて、プローブ４６を別の測定用開口３１から順次導入し、ステップゲージ１０の第３測定終点１３Ｅと基準ゲージ２０の第３基準終点２３Ｅと、ステップゲージ１０の第２測定終点１２Ｅと基準ゲージ２０の第２基準終点２２Ｅと、ステップゲージ１０の第１測定終点１１Ｅと基準ゲージ２０の第１基準終点２１Ｅとに、それぞれ接触させ、各々の位置を計測する（処理ＳＴ５）。
これらにより、第１〜第３の測定始点１１Ｓ〜１３Ｓと第１〜第３の測定終点１１Ｅ〜１３Ｅとから、第１〜第３の測定区間Ｓ１１〜Ｓ１３の区間長さＤ１１〜Ｄ１３が計算される。また、第１〜第３の基準始点２１Ｓ〜２３Ｓと第１〜第３の基準終点２１Ｅ〜２３Ｅとから、第１〜第３の基準区間Ｓ２１〜Ｓ２３の区間長さＤ２１〜Ｄ２３が計算される。
ここで、基準ゲージ２０の第１〜第３の区間長さＤ２１〜Ｄ２３は、予め高精度に測定されている。従って、区間長さＤ２１〜Ｄ２３の既知の値と計測された値との差分を、計測された第１〜第３の区間長さＤ１１〜Ｄ１３に適用して補正することで、基準ゲージ２０の基準区間Ｓ２１〜Ｓ２３を基準としたステップゲージ１０の測定区間Ｓ１１〜Ｓ１３の長さの比較測定を行うことができる（処理ＳＴ６）。

【0067】

次に、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ＳＴ７）。
そして、第１温度ｔ１における処理ＳＴ２〜ＳＴ６と同様に、処理ＳＴ８、処理ＳＴ９、処理ＳＴ１０および処理ＳＴ１１を実行する。これらの処理ＳＴ８〜ＳＴ１１は、前述した処理ＳＴ２〜ＳＴ６と同内容であるため、重複する説明は省略する。
以上により、第１温度ｔ１における第１〜第３の測定区間長さＤ１１〜Ｄ１３と、第２温度ｔ２における第１〜第３の測定区間長さＤ１１〜Ｄ１３とが得られるので、これらから第１〜第３の測定区間Ｓ１１〜Ｓ１３の線膨張係数α１１〜α１３が得られる。
すなわち、第１温度ｔ１における第１測定区間長さＤ１１（ｔ１）とし、第２温度ｔ２における第１測定区間長さＤ１１（ｔ２）とし、第１測定区間の呼び寸法をＤ１１（呼び寸法）としたとき、線膨張係数α１１は次式となる。
α１１＝（Ｄ１１（ｔ１）−Ｄ１１（ｔ２））／（Ｄ１１・（ｔ１−ｔ２））
そして、他の区間Ｓ１２，Ｓ１３についても同様の計算を行うことにより、第１測定区間Ｓ１１の線膨張係数α１１、第２測定区間Ｓ１２の線膨張係数α１２および第３測定区間Ｓ１３の線膨張係数α１３を得ることができる（処理ＳＴ１２）。

【0068】

〔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。
本実施形態では、ステップゲージ１０の中間部分である第１〜第３の測定区間Ｓ１１〜Ｓ１３の各々について、第１温度ｔ１での測定長さＤ１１〜Ｄ１３と、第２温度ｔ２での測定長さＤ１１〜Ｄ１３とから、線膨張係数α１１〜α１３を算出することができ、ステップゲージ１０の中間部分の区間毎の線膨張係数をも効率よく測定することができる。

【0069】

本実施形態では、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。
さらに、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ゲージ２０を用い、この基準ゲージ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。

【0070】

さらに、本実施形態では、基準ゲージ２０およびステップゲージ１０は、ともに恒温槽３０内に収容されているため、三次元測定機４０による各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３１を開閉し、プローブ４６の導入ないし取り出しを行うだけでよい。つまり、第１温度ｔ１での各測定区間の比較測定から第２温度ｔ２での各測定区間の比較測定までの間に、基準ゲージ２０の交換およびその出し入れのための恒温槽３０の開放は一切必要がなく、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。

【0071】

本実施形態では、基準ゲージ２０に挿通孔２６，２７を形成したため、ステップゲージ１０の測定用開口３１側に基準ゲージ２０を配置した場合でも、挿通孔２６，２７を通してプローブ４６を導入することができ、全ての測定始点および測定終点の位置を確実に検出することができる。

【0072】

本実施形態では、既存のブロックゲージ２１〜２３を複数束ねることで基準ゲージ２０を形成することができる。複数のブロックゲージ２１〜２３は、それぞれの両端面が基準始点２１Ｓ〜２３Ｓおよび基準終点２１Ｅ〜２３Ｅとして基準区間Ｓ２１〜Ｓ２３を形成するため、束ねられることで基準ゲージ２０に複数の長さの基準区間Ｓ２１〜Ｓ２３を形成することができる。従って、複数の長さの基準区間Ｓ２１〜Ｓ２３を形成する基準ゲージ２０を簡単かつ廉価に製造することができる。
そして、複数のブロックゲージ２１〜２３を束ねる際に、全長が長いものから順に重ね合わせることで、測定用開口３１側からプローブ４６を導入して全ての基準始点２１Ｓ〜２３Ｓおよび基準終点２１Ｅ〜２３Ｅに接触させることができる。

【0073】

〔第２実施形態〕
図７および図８には、本発明の第２実施形態の基準ゲージ２０Ａおよびステップゲージ１０が示されている。
本実施形態において、基準ゲージ２０Ａ以外の構成は、線膨張係数測定装置１をはじめとして、前述した第１実施形態と共通である。従って、以下には相違する部分についてのみ説明する。

【0074】

前述した第１実施形態では、図３に示すように、ステップゲージ１０の図中左端から右端までの第１測定区間Ｓ１１と、同左端から中間位置までの第２測定区間Ｓ１２および第３測定区間Ｓ１３の線膨張係数を測定するために、これに対応する第１〜第３の基準区間Ｓ２１〜Ｓ２３を設定していた。そして、基準ゲージ２０においては、第１〜第３の基準始点２１Ｓ〜２３Ｓを揃えるように３枚のブロックゲージ２１〜２３を束ねていた。
これに対し、本実施形態では、基準ゲージ２０Ａとして、同様な３枚のブロックゲージ２１Ａ〜２３Ａを用いるが、束ねる際には第１〜第３の基準始点２１Ｓ〜２３Ｓを揃えないようにしている。

【0075】

図７において、本実施形態では、ステップゲージ１０の測定区間Ｓ１１〜Ｓ１３は、互いに中央部分を揃えられ、いわば入れ子状に設定されている。
このため、基準ゲージ２０Ａの基準区間Ｓ２１〜Ｓ２３も対応する配置とするべく、ブロックゲージ２１Ａ〜２３Ａは互いに中央部分が重ね合わされている。
３枚のブロックゲージ２１Ａ，２２Ａ，２３Ａは、中央のボルト２９により締結されている。ブロックゲージ２１Ａ〜２３Ａを重ね合わせて固定する手段としては、ボルト２９による締結に限らず、相互の接着、ベルト状部材による結束など、他の手段を用いてもよい。
このうち、ブロックゲージ２１Ａ，２２Ａには、互いに連通する挿通孔２７が２箇所に形成され、ブロックゲージ２１Ａには、挿通孔２６が２箇所に形成されている。

【0076】

このような本実施形態においても、前述した第１実施形態と同様な測定手順により、同様の効果を得ることができる。
このように、本発明では、基準ゲージ２０，２０Ａを使い分けることにより、ステップゲージ１０の任意の領域を測定区間とし、その線膨張係数を測定することができる。

【0077】

〔第３実施形態〕
図９および図１０には、本発明の第３実施形態の基準ゲージ２０Ｂおよびステップゲージ１０が示されている。
本実施形態において、基準ゲージ２０Ｂ以外の構成は、線膨張係数測定装置１をはじめとして、前述した第１実施形態と共通である。従って、以下には相違する部分についてのみ説明する。

【0078】

前述した第１実施形態では、３枚のブロックゲージ２１〜２３を束ねて基準ゲージ２０を形成し、各ブロックゲージ２１〜２３の両端面により、第１〜第３の基準始点２１Ｓ〜２３Ｓおよび基準終点２１Ｅ〜２３Ｅを構成していた。
これに対し、本実施形態では、基準ゲージ２０Ｂとして、１枚のブロックゲージ２１Ｂに複数の挿通孔２６Ｂを形成している。本実施形態においては、挿通孔２６Ｂが検出孔を兼ねており、各挿通孔２６Ｂの中心軸位置により、第１〜第３の基準始点２１Ｓ〜２３Ｓおよび基準終点２１Ｅ〜２３Ｅが規定されている。

【0079】

ブロックゲージ２１Ｂは、前述した第１実施形態のブロックゲージ２１と同様な部材である。
検出孔を兼ねる挿通孔２６Ｂは、ブロックゲージ２１Ｂの６箇所に形成されている。
このうち、図９左側の３つは、それぞれ第１〜第３の基準始点２１Ｓ〜２３Ｓとなるべき位置、つまり測定対象物であるステップゲージ１０の第１〜第３の測定始点１１Ｓ〜１３Ｓに対応する位置に設定されている。
一方、図９右側の３つは、それぞれ第１〜第３の基準終点２１Ｅ〜２３Ｅとなるべき位置、つまり測定対象物であるステップゲージ１０の第１〜第３の測定終点１１Ｅ〜１３Ｅに対応する位置に設定されている。

【0080】

このような本実施形態においては、検出孔を兼ねる６つの挿通孔２６Ｂのそれぞれにおいて、内周面の３点以上にプローブ４６を接触させることで、各々の中心軸線位置つまり第１〜第３の基準始点２１Ｓ〜２３Ｓおよび基準終点２１Ｅ〜２３Ｅの位置を計測することができる。
また、検出孔を兼ねる６つの挿通孔２６Ｂのそれぞれを挿通して、プローブ４６をステップゲージ１０の第１〜第３の測定始点１１Ｓ〜１３Ｓおよび測定終点１１Ｅ〜１３Ｅの位置を計測することができる。
従って、これらの各点から基準ゲージ２０Ｂの各基準区間長さを測定し、ステップゲージ１０の測定区間長さを比較測定することができ、前述した第１実施形態と同様な測定手順により、同様の効果を得ることができる。

【0081】

なお、本実施形態では、ステップゲージ１０において第１の測定始点１１Ｓを与える凸部１９は、その第１の測定始点１１Ｓを与える端面、一方の側面、および上面が、基準ゲージ２０Ｂの挿通孔２６Ｂの開口領域内に表れるように配置されている。
これにより、プローブ４６を上方から挿通孔２６Ｂに挿通し、凸部１９の端面、側面および上面に当接することで、各々の位置を検出し、ステップゲージ１０の方向（延伸方向ＬｔとＹ軸方向との誤差）を計測すること（第１実施形態における図６の処理ＳＴ３）ができる。
この点は、後述する第４および第５の実施形態でも同様である。

【0082】

〔第４実施形態〕
図１１および図１２には、本発明の第４実施形態の基準ゲージ２０Ｃおよびステップゲージ１０が示されている。
本実施形態において、基準ゲージ２０Ｃ以外の構成は、線膨張係数測定装置１をはじめとして、前述した第１実施形態と共通である。従って、以下には相違する部分についてのみ説明する。

【0083】

前述した第１実施形態では、３枚のブロックゲージ２１〜２３を束ねて基準ゲージ２０を形成し、各ブロックゲージ２１〜２３の両端面により、第１〜第３の基準始点２１Ｓ〜２３Ｓおよび基準終点２１Ｅ〜２３Ｅを構成していた。
これに対し、本実施形態では、基準ゲージ２０Ｃとして、１枚のブロックゲージ２１Ｃに複数の挿通孔２６Ｃを形成するとともに、その近傍のブロックゲージ２１Ｃの表面に、６つの検出球２４が固定されている。これらの検出球２４の中心を通りかつブロックゲージ２１Ｃに垂直な軸線により、第１〜第３の基準始点２１Ｓ〜２３Ｓおよび基準終点２１Ｅ〜２３Ｅが規定されている。

【0084】

検出球２４は、例えばブロックゲージ２１Ｃと同じ材質で形成され、高精度な球面に仕上げられている。そして、検出球２４は、ブロックゲージ２１Ｃの表面に形成された円錐状の孔により位置決めされた状態で、接着剤などによりブロックゲージ２１Ｃに固定されている。

【0085】

このような本実施形態においては、検出球２４のそれぞれにおいて、球面の４点以上にプローブ４６を接触させることで、各々の中心点ないし第１〜第３の基準始点２１Ｓ〜２３Ｓおよび基準終点２１Ｅ〜２３Ｅを示す軸線の位置を計測することができる。
また、挿通孔２６Ｃのそれぞれを挿通して、プローブ４６をステップゲージ１０の第１〜第３の測定始点１１Ｓ〜１３Ｓおよび測定終点１１Ｅ〜１３Ｅの位置を計測することができる。
従って、これらの各点から基準ゲージ２０Ｃの各基準区間長さを測定し、ステップゲージ１０の測定区間長さを比較測定することができ、前述した第１実施形態と同様な測定手順により、同様の効果を得ることができる。

【0086】

〔第５実施形態〕
図１３および図１４には、本発明の第５実施形態の基準ゲージ２０Ｄおよびステップゲージ１０が示されている。
本実施形態において、基準ゲージ２０Ｄ以外の構成は、線膨張係数測定装置１をはじめとして、前述した第１実施形態と共通である。従って、以下には相違する部分についてのみ説明する。

【0087】

前述した第１実施形態では、３枚のブロックゲージ２１〜２３を束ねて基準ゲージ２０を形成し、各ブロックゲージ２１〜２３の両端面により、第１〜第３の基準始点２１Ｓ〜２３Ｓおよび基準終点２１Ｅ〜２３Ｅを構成していた。
これに対し、本実施形態では、基準ゲージ２０Ｄとして、１枚のブロックゲージ２１Ｄに複数の挿通孔２６Ｄを形成するとともに、その近傍のブロックゲージ２１Ｄの表面に、６つの検出円柱２５が固定されている。これらの検出円柱２５の中心軸線により、第１〜第３の基準始点２１Ｓ〜２３Ｓおよび基準終点２１Ｅ〜２３Ｅが規定されている。

【0088】

検出円柱２５は、例えばブロックゲージ２１Ｄと同じ材質で形成され、その外周面は高精度な円筒面に仕上げられている。そして、検出円柱２５は、接着剤などにより、ブロックゲージ２１Ｃの表面の所定位置に固定されている。

【0089】

このような本実施形態においては、検出円柱２５のそれぞれにおいて、外周の円筒面の３点以上にプローブ４６を接触させることで、各々の中心軸線ないし第１〜第３の基準始点２１Ｓ〜２３Ｓおよび基準終点２１Ｅ〜２３Ｅを示す軸線の位置を計測することができる。
また、挿通孔２６Ｄのそれぞれを挿通して、プローブ４６をステップゲージ１０の第１〜第３の測定始点１１Ｓ〜１３Ｓおよび測定終点１１Ｅ〜１３Ｅの位置を計測することができる。
従って、これらの各点から基準ゲージ２０Ｄの各基準区間長さを測定し、ステップゲージ１０の測定区間長さを比較測定することができ、前述した第１実施形態と同様な測定手順により、同様の効果を得ることができる。

【0090】

〔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、測定区間および基準区間のセットをそれぞれ３組設定し、各区間の線膨張係数α１１〜α１３を測定した。すなわち、測定対象物であるステップゲージ１０に第１〜第３の測定区間Ｓ１１〜Ｓ１３、測定始点１１Ｓ〜１３Ｓ、測定終点１１Ｅ〜１３Ｅを設定し、基準ゲージ２０に第１〜第３の基準区間Ｓ２１〜Ｓ２３、基準始点２１Ｓ〜２３Ｓ、基準終点２１Ｅ〜２３Ｅを設定した。

【0091】

しかし、これらのセットは３組に限らず、２組でもよく、あるいは４組以上であってもよい。そして、これらの各区間は、互いに重なるもの、一部が重なるものに限らず、延伸方向Ｌｔに沿って重なることなく並ぶ複数の区間であってもよい。
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。

【産業上の利用可能性】

【0092】

本発明は、様々な長さの寸法基準器に対して、その中間部分の区間毎の線膨張係数をも測定できる寸法基準器の線膨張係数測定方法および測定装置として利用できる。

【符号の説明】

【0093】

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、１１Ｅ…第１測定終点、１１Ｓ…第１測定始点、１２Ｅ…第２測定終点、１２Ｓ…第２測定始点、１３Ｅ…第３測定終点、１３Ｓ…第３測定始点、１９…凸部、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ…基準ゲージ、２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２２，２３…ブロックゲージ、２１Ｅ…第１基準終点、２１Ｓ…第１基準始点、２２Ｅ…第２基準終点、２２Ｓ…第２基準始点、２３Ｅ…第３基準終点、２３Ｓ…第３基準始点、２４…検出球、２５…検出円柱、２６，２６Ｃ，２６Ｄ，２７…挿通孔、２６Ｂ…検出孔を兼ねる挿通孔、２８，２９…ボルト、３０…恒温槽、３１…測定用開口、３２，３３…ステップゲージの支持体、３４，３５…基準ゲージの支持体、３６，３７…押圧体、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、Ｈｒ…基準ゲージの高さ方向、Ｈｔ…ステップゲージの高さ方向、Ｌｒ…基準ゲージの延伸方向、Ｌｔ…ステップゲージの延伸方向、Ｓ１１…第１測定区間、Ｓ１２…第２測定区間、Ｓ１３…第３測定区間、Ｓ２１…第１基準区間、Ｓ２２…第２基準区間、Ｓ２３…第３基準区間、ｔ１…第１温度、ｔ２…第２温度、Ｗｒ…基準ゲージの幅方向、Ｗｔ…ステップゲージの幅方向、α１１，α１２，α１３…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】