CN108955450A - 阶梯规 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种阶梯规(1)。该阶梯规(1)是具有基准测量面(113)的量块(11)与设于一对量块(11)之间且将一对量块(11)之间的距离维持为规定间隔的间隔块(12)沿着一个方向交替地配置的结构，其中，量块(11)以及间隔块(12)的线膨胀系数小于0.03×10‑6(1/K)，量块(11)以及间隔块(12)具有沿着一个方向贯通的贯通孔(114、122)，阶梯规(1)包括贯穿各贯通孔(114、122)的拉杆(13)以及分别固定于拉杆(13)的两端部的沉头螺钉(14)，拉杆(13)由线膨胀系数小于0.5×10‑6(1/K)的材料形成。

Description

阶梯规
技术领域
本发明涉及将多个端面量具连结在一起而成的阶梯规。
背景技术
以往，在用于测量被测量物的表面形状、尺寸等的测量装置中，公知有使用每隔规定间隔而设有基准测量面的阶梯规来进行校准处理的测量装置(文献1：日本特开2004-125665号公报)。在这样的测量装置中，能够通过测量阶梯规的以固定间隔配置的各基准测量面从而进行尺寸校准。
通常，这样的阶梯规是通过将具有基准测量面的量块(端面量具)与配置于一对量块之间且用于将基准测量面之间的距离严格地维持为设定尺寸的间隔块交替地配置从而连结在一起而形成的。
然而，上述那样的阶梯规是用于进行测量装置的校准的结构，因此需要使由使用环境的变化、老化导致的尺寸变动非常小。
近年，为了抑制由量块、间隔块的温度变化导致的尺寸变动，也使用了由极低膨胀材料来形成这些块而得到的阶梯规。
然而，即使像上述那样利用极低膨胀材料来形成各块，在用于连结这些块的连结用具的线膨胀系数较大的情况下，有时也会由于温度变化导致用于连结各块的应力发生变动，阶梯规整体的尺寸发生变化。
发明内容
发明要解决的问题
本发明的目的在于提供能够抑制由温度变化等导致的尺寸变动的阶梯规。
用于解决问题的方案
本发明的阶梯规是具有基准测量面的量块与设于一对所述量块之间且用于将一对所述量块之间的距离维持为规定的间隔的间隔块沿着一个方向交替地配置的阶梯规，其特征在于，所述量块以及所述间隔块的线膨胀系数小于0.03×10-6(1/K)，具有沿着所述一个方向贯通的贯通孔，所述阶梯规包括：轴材料，其贯穿所述量块的所述贯通孔以及所述间隔块的所述贯通孔，该轴材料跨沿着所述一个方向配置的所述量块以及所述间隔块的两端部之间地配置，该轴材料沿着所述一个方向成为长条；以及固定部，其分别固定于所述轴材料的两端部，抵接于沿着所述一个方向配置的所述量块以及所述间隔块中的配置于所述一个方向上的两端部的块，所述轴材料由线膨胀系数小于0.5×10-6(1/K)的材料形成。
发明的效果
在本发明中，针对阶梯规而言，量块和间隔块沿着一个方向交替地配置。在沿着一个方向形成于这些量块以及间隔块的贯通孔中贯穿有轴材料，使固定于该轴材料的两端部的固定部与沿着一个方向排列的块(量块以及间隔块)中的位于两端部的块抵接。即，沿着一个方向排列的块利用固定于轴材料的两端部的固定部夹住，沿着彼此靠近的方向被施加应力，即，在轴材料的轴向力的作用下将各块固定。
并且，在本发明中，各块由线膨胀系数小于0.03×10-6(1/K)的极低膨胀材料形成，轴材料由线膨胀系数小于0.5×10-6(1/K)的极低膨胀材料形成。
轴材料与固定于两端部的固定部一起沿着夹紧各块的方向施加应力从而进行固定。因此，在轴材料施加有轴向力，因此若使用例如陶瓷等，则可能会由于轴向力过大而导致轴材料破损。另一方面，在使用铁、铜等金属作为轴材料的情况下，虽然抑制了轴材料的破损，但是会由于环境温度的变化而导致发生热膨胀，用于固定各块的轴向力降低。在该情况下，阶梯规的整体的长度尺寸发生变动。与此相对地，在本发明中，通过使用上述那样的轴材料，从而不产生轴材料的破损，且还能够抑制由环境温度的变化导致的轴向力的降低，能够抑制由阶梯规的环境温度的变化导致的尺寸变动。
能够提供能够抑制由阶梯规的温度变化导致的尺寸变动，且能够在测量装置中实施高精度的校准处理的阶梯规。
附图说明
图1是本实施方式的阶梯规的概略立体图。
图2是沿着本实施方式的阶梯规的长度方向的剖视图。
图3是表示在使阶梯规的温度由基准温度变化为60℃以及-20℃的情况下轴向力是否发生变化的图。
图4是表示图3的试验后的中央尺寸的比较的图。
图5是表示本实施方式的阶梯规的制造方法的流程图。
具体实施方式
以下，对本发明的一个实施方式的阶梯规进行说明。
图1是本实施方式的阶梯规的概略立体图。图2是沿着本实施方式的阶梯规的长度方向的剖视图。
阶梯规1是沿着一个方向(X方向)成为长条的基准规。如图1以及图2所示，该阶梯规1包括多个量块11、多个间隔块12、用于将这些量块11以及间隔块12连结起来的拉杆13(轴材料)以及设于拉杆13的两端部的沉头螺钉14(固定部)。
量块11包括沿着与X方向交叉(在本实施方式中为正交)的平面延伸的第一侧面111、以及沿着与X方向交叉(在本实施方式中为正交)的Z方向突出的测量部112。
第一侧面111是沿着与X方向正交的YZ平面延伸的平滑的平面，紧密固定(研合)于后述的间隔块12的第二侧面121。一个量块11中的一对第一侧面111之间的距离形成为预先设定好的规定尺寸。
测量部112具有在进行测量装置的校准处理等情况下用于被测量的基准测量面113。基准测量面113是同与X方向正交的YZ平面平行的平滑的平面，成对设于各测量部112。在本实施方式中，在间隔块12的作用下各量块11严格地等间隔配置，因此彼此相邻的量块11中的测量部112的彼此相对的基准测量面113之间的间隔也成为等间隔。
另外，量块11具有沿着X方向延伸的贯通孔114。拉杆13贯穿该贯通孔114。
在贯通孔114的两端部分别设有自块内侧朝向第一侧面111扩径而使得内表面成为大致圆锥面的扩径部114A，有时也在该扩径部114A填充有用于将拉杆13和量块11粘接固定在一起的粘接剂。
间隔块12设于沿着X方向排列的量块11之间。即，阶梯规1成为量块11和间隔块12沿着X方向交替地排列的结构。其中，在本实施方式中，示出了在阶梯规1的X方向上的两端部配置量块11的例子，但也可以在一端或者两端配置间隔块12。
该间隔块12具有沿着与X方向交叉(在本实施方式中为正交)的平面延伸的第二侧面121。
第二侧面121研合于配置在间隔块12的X方向上的两侧的量块11的第一侧面111。另外，一个间隔块12中的一对第二侧面121之间的距离形成为预先设定好的规定尺寸。由此，量块11在间隔块12的作用下以预先设定好的间隔配置。
另外，间隔块12具有沿着X方向延伸的贯通孔122。该贯通孔122与量块11的贯通孔114同轴，在该贯通孔122贯穿有拉杆13。
另外，与量块11的贯通孔114同样地，在贯通孔122的两端部分别设有自块内侧朝向第二侧面121扩径而形成的扩径部122A。该扩径部122A与量块11的扩径部114A形状相同，有时也填充有用于将拉杆13和间隔块12粘接固定在一起的粘接剂。
上述那样的量块11以及间隔块12分别由线膨胀系数小于0.03×10-6(1/K)的极低膨胀材料形成。
其中，通常使用的块规、阶梯规为钢铁制(线膨胀系数10.8×10-6(1/K))、氧化锆陶瓷制(线膨胀系数9.3×10-6(1/K))。若利用这样的材料形成量块11以及间隔块12，则各量块11以及各间隔块12自身会在温度变化的影响下发生热收缩或者热膨胀。因而，在测量装置中，即使使用该材料的阶梯规进行校准处理，不确定性也较大，无法实施高精度的(可靠性较高的)校准。
与此相对地，针对本实施方式而言，像上述那样，由线膨胀系数小于0.03×10-6(1/K)的极低膨胀材料、例如20℃时的线膨胀系数大致为0.0的“Nexera”(注册商标)等形成。
因此，量块11、间隔块12大致不会产生由环境温度的变化导致的尺寸变动，在测量装置中能够实施可靠性较高的校准处理。
回看图1、图2，拉杆13贯穿量块11的贯通孔114以及间隔块12的贯通孔122。另外，在拉杆13的长度方向上的两端部的端面上设有用于供沉头螺钉14螺纹结合的螺纹孔。
该拉杆13的X方向上的长度尺寸小于阶梯规1的X方向上的长度尺寸。因而，拉杆13的端部位置位于配置在阶梯规1的X方向上的端部的块(在本实施方式中为量块11)的内部。配置于阶梯规1的端部的量块11的第一侧面111中的未抵接于间隔块12的第一侧面111与拉杆13的端部之间的距离成为预先设定好的距离，该距离为沉头螺钉14的螺纹部141能够螺纹结合于拉杆13的螺纹孔的距离。
另外，也存在拉杆13和各块(量块11、间隔块12)被粘接剂粘接固定在一起的情况。
沉头螺钉14为例如SUS410等钢铁制，其包括用于与拉杆13的螺纹孔螺纹结合的螺纹部141以及设置在螺纹部141的一端部的头部142。头部142具有能够与量块11的扩径部114A以及间隔块12的扩径部122A抵接的大致圆锥状的斜面，该斜面抵接于扩径部114A的内表面。
并且，通过将沉头螺钉14紧固于拉杆13的两端部，从而利用一对沉头螺钉14夹住形成阶梯规1的各块11、12。即，在沉头螺钉14的紧固力矩的作用下，拉杆13被向两端侧拉伸，被施加轴向力。在该轴向力的作用下，各块11、12沿着X方向彼此挤压，第一侧面111以及第二侧面121以研合在一起的状态被固定在一起。
并且，在本实施方式中，上述那样的拉杆13由线膨胀系数小于0.5×10-6(1/K)的极低膨胀材料形成。
即，若利用线膨胀系数较大的材料形成拉杆13，则在环境温度发生变化时拉杆13发生热膨胀，沉头螺钉14的紧固力矩发生变动(变小)。像这样地，若紧固力矩发生变动，则拉杆13的轴向力减小。另外，即使使阶梯规1的温度自基准温度(例如室温等)变化为高温后再回到基准温度，沉头螺钉14的紧固力矩也不会恢复。因此，其结果，夹持各块11、12的力(维持研合的力)减小，因此即使没有以各块11、12为单位发生尺寸变动，阶梯规1的整体尺寸也发生变动。
另外，为了防止拉杆13因轴向力而破损，需要能够克服轴向力的强度。从该点出发，作为拉杆13，优选其由金属材料形成。然而，若由通常的金属材料形成拉杆13，则像上述那样，线膨胀系数较大，会产生由温度变化导致的阶梯规1的尺寸变动。
图3中示出了在使阶梯规1的温度自基准温度(20℃)变化为60℃以及-20℃的情况下轴向力是否发生变化。
如图3所示，可知轴向力随着温度变化而变化。若包含阶梯规1在内的周围环境的温度上升则轴向力减小，相反地若温度降低则轴向力增大。在使用通常的含有低膨胀金属(线膨胀系数为1.3×10-6(1/K)～2.0×10-6(1/K))的超因瓦合金作为拉杆13的情况下，阶梯规1的轴向力最多减小35％左右。
与此相对地，在本实施方式中，使用线膨胀系数小于0.5×10-6(1/K)的材料作为拉杆13，例如，使用线膨胀系数为0±0.2×10-6(1/K)的材料。
在此，图3是表示在使使用了上述的材料作为拉杆13的阶梯规1的温度从基准温度变化到60℃以及-20℃之后再次回到基准温度的情况下，轴向力是否发生变化的图，图4中示出了实施了该试验后的中央尺寸的比较。
根据图3，能够确认，作为拉杆13，在使用了线膨胀系数小于0.5×10-6(1/K)的材料的情况下，基本不产生轴向力变动。另外，抑制了轴向力变动的产生，因此如图4所示，也能够抑制在回到基准温度的情况下的尺寸变动。
[阶梯规的制造方法]
接着对上述那样的阶梯规1的制造方法进行说明。
图5是表示阶梯规1的制造方法的流程图。
针对阶梯规1的制造而言，通过实施研合工序S1、拉杆插入工序S2以及固定工序S3来进行制造。
首先，通过研合工序S1，将量块11以及间隔块12交替地配置，使量块11的第一侧面111和间隔块12的第二侧面121紧贴从而将这两者研合。
之后，进行拉杆插入工序S2。在该拉杆插入工序S2中，有时也在研合后的量块11以及间隔块12的贯通孔114、122的内径部填充粘接剂。由此，向设于贯通孔114的两侧的扩径部114A、设于贯通孔122的两侧的扩径部122A填入粘接剂。然后，将拉杆13插入贯通孔114、122。在拉杆13的插入的作用下，所填充的粘接剂自与插入拉杆13的一侧相反的那一侧排出，但是在扩径部114A、122A还残留有粘接剂。
然后，将沉头螺钉14螺纹结合于拉杆13的两端侧的螺纹孔从而进行紧固。这时，以拉杆13的轴向力成为预先设定好的轴向力(例如420N)的紧固力矩使沉头螺钉14螺纹结合于拉杆13。由此，各块11、12在轴向力的作用下被固定，从而形成阶梯规1。
[本实施方式的作用效果]
针对上述那样的本实施方式的阶梯规1而言，间隔块12与具有基准测量面113的量块11沿着X方向交替地配置从而研合在一起。在设于量块11的贯通孔114以及设于间隔块12的贯通孔122中贯穿有拉杆13，通过将沉头螺钉14以规定的紧固力矩紧固于该拉杆13的两端部，从而在拉杆的轴向力的作用下将量块11以及间隔块12固定。
并且，在这样的阶梯规1中，量块11以及间隔块12由线膨胀系数小于0.03×10-6(1/K)的材料形成，拉杆13由线膨胀系数小于0.5×10-6(1/K)的材料形成。
在这样的结构中，即使在由于环境温度的变化而导致阶梯规1成为高温的情况下，由于各块11、12的线膨胀系数较小，因此也能抑制各块11、12的尺寸变动。另外，通过使拉杆13的线膨胀系数也较小，从而即使在阶梯规1的温度成为高温的情况下，也能够抑制沉头螺钉14的紧固力矩的变动，能够抑制轴向力的变动。
因而，能够抑制由阶梯规1的温度变化导致的尺寸变动，在对测量装置实施校准处理时，能够实施降低了不确定性的、可靠性较高的校准处理。
[变形例]
另外，本发明不限定于所述实施方式，本发明包含能够达成本发明的目的的范围内的变形、改良等。
例如，在上述实施方式中，例示了第一侧面111以及第二侧面121成为沿着与X方向正交的YZ平面延伸的平滑面的例子，但不限定于此。例如，第一侧面111也可以相对于X方向倾斜，在该情况下，第二侧面121也以与第一侧面111相同的倾斜角相对于X方向倾斜即可。即使在这样的情况下，也能够使第一侧面111和第二侧面121研合在一起。
另外，有时轴向力的分力沿着第一侧面111、第二侧面121的面方向(相对于X方向倾斜的方向)作用，可能导致量块11沿着该倾斜方向位移。在该情况下，能够通过使拉杆13的外径尺寸与贯通孔114、122的内径尺寸严格地匹配等，从而抑制各块的位置偏移。
在上述实施方式中，作为固定部例示了沉头螺钉14，但不限定于此。即，固定部只要是自两端侧夹住各块11、12而紧固于拉杆13从而能够施加轴向力的结构即可。例如，也可以自拉杆13沿着X方向突出形成有外螺纹轴，并在该外螺纹轴上卡合有螺母。在该情况下，也能够在螺母的紧固力矩的作用下向拉杆13施加轴向力，将各块11、12牢固地固定。
此外，本发明的实施时的具体的构造能够在能达成本发明的目的的范围内恰当变更为其他的构造等。

Claims (1)

1.一种阶梯规，该阶梯规是具有基准测量面的量块与设于一对所述量块之间且用于将一对所述量块之间的距离维持为规定的间隔的间隔块沿着一个方向交替地配置的、将一系列的所述量块和所述间隔块限定的阶梯规，
该阶梯规的特征在于，
所述量块以及所述间隔块的以1/K为单位的线膨胀系数小于0.03×10-6，具有沿着所述一个方向贯通的贯通孔，
所述阶梯规包括：
轴材料，其贯穿所述量块的所述贯通孔以及所述间隔块的所述贯通孔，该轴材料跨沿着所述一个方向配置的所述一系列的所述量块以及所述间隔块的两端部之间地配置，该轴材料沿着所述一个方向成为长条；以及
固定部，其分别固定于所述轴材料的两端部，抵接于沿着所述一个方向配置的所述量块以及所述间隔块中的配置于所述一个方向上的两端部的块，
所述轴材料由以1/K为单位的线膨胀系数小于0.5×10-6的材料形成。
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