JP2016080361A - 光干渉計測手段と超音波計測手段の２通りの計測手段にて液体の膜厚を計測する際の計測中心位置一致方法と、その方法を用いた液体膜厚計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】第１部材と第２部材との接触面の周囲に形成された空間の一部に充填された液体の膜厚を、光干渉計測手段と超音波計測手段の２通りの計測手段にて、より正確な計測結果を得て比較・評価することができるように、光干渉計測手段と超音波計測手段の２通りの計測手段にて液体の膜厚を計測する際の計測中心位置一致方法と、その方法を用いた液体膜厚計測方法を提供する。
【解決手段】第２部材の下から上に計測光を照射して光干渉縞を計測する光干渉縞計測ステップと、光干渉縞の中心にレーザ光を位置させる第１目印付与ステップと、レーザ光と計測位置決め治具の貫通孔を一致させる第２目印付与ステップと、貫通孔を通るように超音波プローブを走査してエコー強度または反射関連時間の少なくとも一方を検出する超音波走査ステップと、検出された貫通孔の位置を超音波計測中心位置に設定する超音波計測中心設定ステップと、を有する計測中心位置一致方法。
【選択図】図１２

Description

本発明は、第１部材と第２部材との接触面の周囲に形成された空間の一部に充填された液体の膜厚を、光干渉計測手段と超音波計測手段の２通りの計測手段にて計測して光干渉計測手段の計測結果に対する超音波計測手段の計測結果を比較・評価するために、それぞれの計測手段の計測中心位置を一致させる計測中心位置一致方法と、その方法を用いた液体膜厚計測方法に関する。

例えば、ガラスの略平板の第１部材に、ガラスの略球体の第２部材を接触させて、第１部材と第２部材の接触面の周囲に形成された空間の一部に潤滑油を充填した場合、その油膜の膜厚は、光干渉縞（いわゆるニュートンリング）を利用した光干渉計測方法にて、所望する精度（例えば数［ｎｍ］程度の精度）で計測できることが確認されている。しかし、この光干渉計測方法では、第１部材と第２部材の少なくとも一方が透明でなければならないので、例えば非透明な金属の軌道輪（第１部材に相当）と、非透明な鋼球（第２部材に相当）と、にて構成された転がり軸受装置等には適用できない。

非透明な第１部材に、非透明な第２部材の曲面を接触させて、その接触面の周囲に形成された空間の一部に充填した液体の膜厚を計測する方法としては、超音波を利用した超音波計測方法の利用が考えられる。超音波計測方法は、発信した超音波の反射波の強度（エコー強度）を検出することで、エコー強度に応じた膜厚を計測することができる。しかし、超音波計測方法では、所望する精度（例えば数［ｎｍ］程度の精度）で計測することができない可能性が考えられ、超音波計測方法における計測精度の評価が望まれている。

そこで特許文献１には、音響インピーダンス及び屈折率が実質的に異なる物質の第１の界面と第２の界面との距離を変化させながら、当該距離を光学的距離測定装置及び超音波診断装置によって測定するステップと、光学的距離測定装置による測定結果を基準として超音波診断装置の測定結果から超音波診断装置の評価を行うステップと、を包含する超音波診断装置の評価方法が記載されている。

特開２００３−３２５５２２号公報

特許文献１に記載の発明では、第１の界面と第２の界面とを平行に保ちながら計測対象物を挟み込み、第１の界面と第２の界面との距離を変化させている。すなわち、いずれの位置で計測しても計測対象物の厚さが同じとなるように構成されており、その計測対象物の厚さを、光学的距離測定装置及び超音波診断装置にて計測して、比較・評価している。なお特許文献１には、超音波診断装置にて計測対象物の厚さを計測する具体的な方法の記載が無いが、一般的には、予め、平行に配置された第１の界面と第２の界面に挟まれた計測対象物の厚さに対するエコー強度を実際に計測して、エコー強度と厚さの関係を示すエコー強度・厚さ特性を作成しておく。そして超音波診断装置を用いて検出したエコー強度と、予め作成したエコー強度・厚さ特性とに基づいて、計測個所での計測対象物の厚さを求める。

しかし、例えば図３に示すように、平板の第１部材２１と、凸状曲面を有する第２部材２２との接触面の周囲の空間の一部に充填された液体の膜Ｍのように、接触中心Ｓからの距離に応じて膜厚が変化するような計測対象物の場合、超音波診断装置にて膜厚を計測するためには、接触中心Ｓを基準とした、接触中心Ｓからの距離とエコー強度との関係を示す距離・エコー強度特性と、接触中心Ｓからの距離と膜厚（第２部材２１と第２部材２２との間隔）との関係を示す距離・間隔特性とを必要とする（図１８参照）。そして、距離・エコー強度特性は、正しい接触中心Ｓの位置を正確に求めていなければ、正しい特性を得ることができない（図１０参照）。図３の例において、実際には、第１部材２１と第２部材２２とが接触している部分は、接触中心Ｓの「点」のみでなく、接触中心Ｓを中心とした「面」で接触しているためである。しかし特許文献１では、第１の界面と第２の界面とを平行に保ちながら計測対象物を挟み込んでおり、第１の界面と第２の界面の接触面が存在しないので、正しい接触中心の位置を求めることの必要性も、正しい接触中心の位置を求める方法も、記載が見受けられない。

本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、第１部材と第２部材との接触面の周囲に形成された空間の一部に充填された液体の膜厚を、光干渉計測手段と超音波計測手段の２通りの計測手段にて、より正確な計測結果を得て比較・評価することができるように、光干渉計測手段と超音波計測手段の２通りの計測手段にて液体の膜厚を計測する際の計測中心位置一致方法と、その方法を用いた液体膜厚計測方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る光干渉計測手段と超音波計測手段の２通りの計測手段にて液体の膜厚を計測する際の計測中心位置一致方法と、その方法を用いた液体膜厚計測方法は、次の手段をとる。まず、本発明の第１の発明は、第１部材と第２部材との接触面の周囲に形成された空間の一部に充填された液体の膜厚に対して、光干渉計測手段と超音波計測手段との２通りの計測手段にて液体の膜厚を計測する際の計測中心位置一致方法であって、第１部材は、透明部材にて形成されて略平板状の形状を有しており、第２部材は、透明部材あるいは非透明部材にて形成されているとともに第１部材に対向する面が少なくとも１つの曲率を有する凸形状を有している。そして、透明部材あるいは非透明部材にて形成されて略平板状の形状を有して上面及び下面に直交する貫通孔が形成された計測位置決め冶具と、第１部材の上面の側から下面の側に向かう所定径のレーザ光を出射するレーザポインタと、を用いて、第１部材を上側として第１部材と第２部材が接触するように上下に配置した第１部材と第２部材との接触面の周囲に形成された空間の一部に液体を充填した後、所定波長の計測光を出射する光源を用いて、第２部材の下側から上側に向けて、あるいは第１部材の上側から下側に向けて、前記光源からの前記計測光を照射するとともに第１部材と第２部材との接触面及び当該接触面の周囲に形成された光干渉縞を前記光干渉計測手段にて計測する、光干渉縞計測ステップと、計測された光干渉縞の中心である光干渉計測中心位置に前記レーザ光の輝点が位置するように、第１部材の上方に配置した前記レーザポインタを移動させる、第１目印付与ステップと、前記光干渉計測中心位置に前記計測位置決め治具の前記貫通孔が位置するように、第１部材の上面に載置した前記計測位置決め治具を、第１部材の上面上で移動させ、前記貫通孔と前記レーザ光の位置を一致させる、第２目印付与ステップと、前記レーザポインタからの前記レーザ光の出射を停止させた後、前記超音波計測手段を用いて、超音波伝導媒体を介して第１部材の上方に配置されて第１部材の上面から下面に向かう超音波を発信して反射波を検出する超音波プローブを、前記計測位置決め治具の前記貫通孔を通るように、第１部材の上面に対して平行に走査しながら、発信した超音波に対する反射波の強度に基づいたエコー強度、あるいは前記反射波の検出時刻に基づいた反射関連時間、の少なくとも一方を検出する、超音波走査ステップと、前記エコー強度が最小となる位置、あるいは前記反射関連時間が最長となる位置、として検出された前記貫通孔の位置を、第１部材と第２部材との接触面における超音波計測の中心である超音波計測中心位置に設定する、超音波計測中心設定ステップと、を有する、光干渉計測手段と超音波計測手段の２通りの計測手段にて液体の膜厚を計測する際の計測中心位置一致方法である。

次に、本発明の第２の発明は、上記第１の発明に係る光干渉計測手段と超音波計測手段の２通りの計測手段にて液体の膜厚を計測する際の計測中心位置一致方法であって、前記超音波プローブから発信される超音波は、焦点位置を調整可能であり、前記超音波走査ステップにおいて、前記超音波プローブから発信される超音波は、前記計測位置決め治具の上面に焦点が調整されている。

次に、本発明の第３の発明は、上記第２の発明に係る光干渉計測手段と超音波計測手段の２通りの計測手段にて液体の膜厚を計測する際の計測中心位置一致方法であって、前記計測位置決め冶具の材質は、前記超音波伝導媒体の音響インピーダンスよりも高い音響インピーダンスを有する材質である。

次に、本発明の第４の発明は、上記第１〜第３の発明のいずれか１つに係る光干渉計測手段と超音波計測手段の２通りの計測手段にて液体の膜厚を計測する際の計測中心位置一致方法であって、前記光干渉縞計測ステップにおいて、前記測定光を第２部材の下側から上側に向けて前記光源からの前記計測光を照射する場合には、第２部材の下側から光干渉縞を計測し、第２部材は、透明部材にて形成されており、前記計測位置決め治具は、透明部材または非透明部材にて形成されている。

次に、本発明の第５の発明は、上記第１〜第３の発明のいずれか１つに係る光干渉計測手段と超音波計測手段の２通りの計測手段にて液体の膜厚を計測する際の計測中心位置一致方法であって、前記光干渉縞計測ステップにおいて、前記測定光を第１部材の上側から下側に向けて前記光源からの前記計測光を照射する場合には、第１部材の上側から光干渉縞を計測し、第２部材は、透明部材あるいは非透明部材にて形成されており、前記計測位置決め治具は、透明部材にて形成されている。

次に、本発明の第６の発明は、上記第１〜第５の発明のいずれか１つに係る光干渉計測手段と超音波計測手段の２通りの計測手段にて液体の膜厚を計測する際の計測中心位置一致方法を用いた、液体膜厚計測方法であって、第１部材の材質と第２部材の材質とが同一の材質である場合、第１部材上における前記超音波計測中心位置からの距離と第１部材と第２部材との間隔との関係を示す距離・間隔特性が、予め記憶されている。そして、前記超音波計測中心設定ステップの後、前記計測位置決め治具を前記超音波計測中心位置から外れた位置に移動させた後、前記超音波プローブを、前記超音波計測中心位置を通るように第１部材の上面に対して平行に走査しながら反射波の前記エコー強度を計測し、第１部材上における前記超音波計測中心位置からの距離と前記エコー強度との関係を示す距離・エコー強度特性を作成する、超音波特性作成ステップと、前記光干渉計測中心位置及び前記超音波計測中心位置にかかわらず、第１部材上の任意の位置に対して、第２部材の下側から上側に向けて前記光源から前記計測光を照射して形成された光干渉縞を前記光干渉計測手段にて計測した前記任意の位置における第１部材と第２部材との間に充填された液体の膜厚と、前記光干渉計測中心位置及び前記超音波計測中心位置にかかわらず、前記任意の位置に対して、第１部材の上側から下側に向けて前記超音波プローブから超音波を発信して検出された反射波の前記エコー強度と、前記距離・エコー強度特性と、前記距離・間隔特性と、に基づいて前記超音波計測手段にて計測した前記任意の位置における第１部材と第２部材との間に充填された液体の膜厚と、を比較する、計測結果比較ステップと、を有する、液体膜厚計測方法である。

次に、本発明の第７の発明は、上記第１〜第５の発明のいずれか１つに係る光干渉計測手段と超音波計測手段の２通りの計測手段にて液体の膜厚を計測する際の計測中心位置一致方法を用いた、液体膜厚計測方法であって、第１部材の材質と第２部材の材質とが異なる材質である場合、第１部材上における前記超音波計測中心位置からの距離と第１部材と第２部材との間隔との関係を示す距離・間隔特性が、予め記憶されている。そして、前記超音波計測中心設定ステップの後、前記計測位置決め治具を前記超音波計測中心位置から外れた位置に移動させた後、前記超音波プローブを、前記超音波計測中心位置を通るように第１部材の上面に対して平行に走査しながら反射波の前記エコー強度と前記反射関連時間を計測し、第１部材上における前記超音波計測中心位置からの距離と前記エコー強度との関係を示す距離・エコー強度特性と、第１部材上における前記超音波計測中心位置からの距離と前記反射関連時間との関係を示す距離・反射関連時間特性と、を作成する、超音波特性作成ステップと、前記光干渉計測中心位置及び前記超音波計測中心位置にかかわらず、第１部材上の任意の位置に対して、第２部材の下側から上側に向けて前記光源から前記計測光を照射して形成された光干渉縞を前記光干渉計測手段にて計測した前記任意の位置における第１部材と第２部材との間に充填された液体の膜厚と、前記光干渉計測中心位置及び前記超音波計測中心位置にかかわらず、前記任意の位置に対して、第１部材の上側から下側に向けて前記超音波プローブから超音波を発信して検出された反射波の前記エコー強度及び前記反射関連時間と、前記距離・エコー強度特性と、前記距離・反射関連時間特性と、前記距離・間隔特性と、に基づいて前記超音波計測手段にて計測した前記任意の位置における第１部材と第２部材との間に充填された液体の膜厚と、を比較する、計測結果比較ステップと、を有する、液体膜厚計測方法である。

次に、本発明の第８の発明は、上記第６または第７の発明に係る液体膜厚計測方法であって、前記超音波計測中心設定ステップにて、前記超音波計測中心位置を設定した後、前記超音波プローブの向きを、前記超音波計測中心位置として設定した前記貫通孔に向いた状態を維持しながら、第１部材の上面に対する前記超音波プローブの角度を揺動させて、発信した超音波に対する反射波を検出し、前記エコー強度が最小となった揺動角度、あるいは前記反射関連時間が最長となった揺動角度を、前記第１部材の上面に対して垂直に超音波を発信する角度となる垂直発信角度である、と前記超音波計測手段に認識させ、第１部材に対する前記超音波プローブの角度を前記垂直発信角度に設定して、前記超音波特性作成ステップと前記計測結果比較ステップを実行する、液体膜厚計測方法である。

第１の発明によれば、計測位置決め治具を適切に用いることで、正しい光干渉計測中心位置（第１部材と第２部材の接触面の中心である接触中心の位置）に、超音波計測中心位置を、比較的短時間で容易に一致させることができる。また、レーザポインタからのレーザ光と計測位置決め治具の貫通孔とを一致させることで、比較的容易に、且つより正確に、計測位置決め治具の貫通孔と光干渉計測中心位置とを一致させることができる。

第２の発明によれば、超音波走査ステップにおいて、超音波プローブから発信される超音波の焦点位置を、計測位置決め治具の上面に調整することで、計測位置決め治具の貫通孔の位置によるエコー強度の変動（あるいは反射関連時間の変動）を、より大きくすることができる。従って、計測位置決め治具の貫通孔の位置を、より容易に検出することができる。

第３の発明によれば、計測位置決め治具の材質を、超音波伝導媒体の音響インピーダンスよりも高い音響インピーダンスの材質とすることで、貫通孔からの反射波を、より高いＳＮ比で検出することが可能となるので、より容易に超音波計測中心位置を求めることができる。

第４の発明によれば、第２部材の下側から上側に向けて測定光を照射する場合、第２部材の下側から光干渉縞を計測し、第２部材を透明部材とすることで、光干渉縞を適切に計測することができる。また第１発明より第１部材は透明部材であるので、計測位置決め治具が透明部材であっても非透明部材であっても、適切に貫通孔を認識することが可能であり、第２目印付与ステップを、適切に実施することができる。

第５の発明によれば、第１部材の上側から下側に向けて測定光を照射する場合、第１部材の上側から光干渉縞を計測し、第２部材は透明部材であっても非透明部材であってもよく、第１発明より第１部材は透明部材であるので、光干渉縞を適切に計測することができる。また第１部材に計測光を導くために、計測位置決め治具は透明部材であり、第１部材の上側から光干渉縞と貫通孔を適切に認識することが可能であり、第２目印付与ステップを、適切に実施することができる。

第６の発明によれば、第１部材と第２部材が同一の材質である場合に、第１〜第５の発明のいずれか１つに記載した計測中心位置一致方法を用いて、光干渉計測中心位置と超音波計測中心位置とを一致させることで、超音波計測手段が本来有している計測精度を安定的に引き出すことができる。これにより、光干渉計測手段にて計測した液体の膜厚の計測結果と、超音波計測手段にて計測した液体の膜厚の計測結果と、を適切に比較することが可能となるので、光干渉計測手段の計測結果に対する、超音波計測手段の計測結果を、適切に評価することができる。

第７の発明によれば、第１部材と第２部材が異なる材質である場合に、第１〜第５の発明のいずれか１つに記載した計測中心位置一致方法を用いて、光干渉計測中心位置と超音波計測中心位置とを一致させることで、超音波計測手段が本来有している計測精度を安定的に引き出すことができる。これにより、光干渉計測手段にて計測した液体の膜厚の計測結果と、超音波計測手段にて計測した液体の膜厚の計測結果と、を適切に比較することが可能となるので、光干渉計測手段の計測結果に対する、超音波計測手段の計測結果を、適切に評価することができる。

第８の発明によれば、第１部材の上面に対して、超音波プローブから発信する超音波を、正しく垂直に発信することができるので、超音波計測手段が本来有している計測精度をさらに安定的に引き出すことができる。

外輪と、内輪と、複数の転動体と、を有する転がり軸受装置の外観の例を説明する図である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ断面図である。 図２における外輪と転動体をモデル化した例を説明する図である。 光干渉計測手段と超音波計測手段との２通りの計測手段にて、第１部材と第２部材との接触面の周囲に形成された空間の一部に充填された液体の膜厚を計測する、評価用計測装置の外観の例を説明する図（側面図）である。 図４に示す評価用計測装置から光干渉計測手段を抽出した図（側面図）と、光干渉計測手段によって計測された光干渉縞の例を説明する図である。 図４に示す評価用計測装置から超音波計測手段を抽出した図（側面図）である。 図６に示す超音波計測手段の平面図である。 超音波計測手段の超音波プローブから発信した超音波に対する反射波の例を説明する図である。 図６に示す超音波計測手段を用いて検出した反射波に基づいて作成した距離・エコー強度特性と、距離・反射関連時間特性、及び第１部材と第２部材の形状に基づいて作成した距離・間隔特性、の例を説明する図である。 超音波計測手段にて計測する際、正しい超音波計測中心位置を求めることの必要性を説明する図である。 計測位置決め治具の外観の例を説明する斜視図である。 図４に示す評価用計測装置の制御手段の処理手順の例を説明するフローチャートである。 光干渉計測手段にて計測した光干渉縞の中心である光干渉計測中心位置に、レーザポインタからのレーザ光を位置決めする例を説明する平面図（裏面図）である。 光干渉計測手段にて計測した光干渉縞の中心である光干渉計測中心位置に、レーザポインタからのレーザ光を位置決めする例を説明する側面図である。 光干渉計測中心位置に位置決めしたレーザ光の位置に、計測位置決め治具の貫通孔の位置を位置決めする例を説明する平面図（裏面図）である。 光干渉計測中心位置に位置決めしたレーザ光の位置に、計測位置決め治具の貫通孔の位置を位置決めする例を説明する側面図である。 超音波計測中心位置を検出した超音波プローブを揺動させる様子を説明する図である。 第１部材と第２部材が同一の材質である場合において、任意位置の液体の膜厚を、光干渉計測手段にて計測する計測方法と、超音波計測手段にて計測する計測方法と、を説明する図である。 第１部材と第２部材が異なる材質である場合において、任意位置の液体の膜厚を、光干渉計測手段にて計測する計測方法と、超音波計測手段にて計測する計測方法と、を説明する図である。 図４に示す評価用計測装置に対して、評価用計測装置の他の例を説明する図（側面図）である。

以下に本発明を実施するための形態を図面を用いて説明する。なお、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸が記載されている図において、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸は互いに直交しており、Ｚ軸は鉛直上方に向かう方向を示している。

●［液体の膜厚の計測対象物の例（図１、図２）と計測対象物のモデル（図３）］
図１は、液体の膜厚の計測対象物の例である転がり軸受装置１００の外観を示しており、図２は、図１の転がり軸受装置１００のＩＩ−ＩＩ断面図を示している。転がり軸受装置１００は、外輪１２１と、内輪１２３と、複数の転動体１２２等にて構成されている。なお、図１及び図２の例では、隣り合う転動体１２２の間隔を保持する保持器の記載を省略している。

図１及び図２に示すように、外輪１２１は、内周面に凹状の外輪側軌道面１２１Ｋを有する円環状である。また内輪１２３は、外周面に凹状の内輪側軌道面１２３Ｋを有する円環状である。そして図２に示すように、外輪側軌道面１２１Ｋと転動体１２２との接点の周囲に形成された空間の少なくとも一部には、潤滑油が充填された液体膜Ｍ（油膜）が形成されている。また、内輪側軌道面１２３Ｋと転動体１２２との接点の周囲に形成された空間の少なくとも一部にも、潤滑油が充填された液体膜Ｍ（油膜）が形成されている。

なお、転がり軸受装置１００における外輪の形状や転動体の形状に対して、計測に都合の良い形状としたモデルを図３に示し、以降、この図３のモデルの形状を用いて説明する。図３のモデルでは、外輪の代わりに、Ｚ軸方向の厚さ２１Ｔが一定の略平板の第１部材２１を用い、転動体の代わりに、第１部材２１に向かって少なくとも１つの曲率を有する凸形状を有する第２部材２２を用いている。図３に示す第２部材２２は、接触面の中心である接触中心Ｓを含む曲率であって外周部ＳＬと外周部ＳＲとの間の曲率と、外周部ＳＬよりも左側及び外周部ＳＲよりも右側の曲率と、の異なる曲率を有する部材である。そして第１部材２１と第２部材２２とが接触中心Ｓを含む接触面にて接触しており、接触中心Ｓを含む接触面の周囲に形成された空間の少なくとも一部に、液体膜Ｍが形成されている。また、符号２１Ａは第１部材２１の上面を示し、符号２１Ｂは第１部材２１の下面を示し、符号２２Ａは第２部材２２の上面（第１部材に対向する面）を示し、符号２２Ｂは第２部材２２の下面を示している。また接触中心Ｓは、第１部材２１と第２部材２２が面で接触している接触面の中心位置となる点を示している。

図３の例に示す第１部材２１と第２部材２２とを接触させた（接触中心Ｓを中心とした）接触面の周囲に形成された空間の一部に充填された液体の膜Ｍの膜厚は、上述したように、光干渉縞を利用した光干渉計測方法にて、所望する精度（例えば数［ｎｍ］程度の精度）で計測できることが確認されている。しかし、上述したように、光干渉計測方法は、第１部材２１と第２部材２２との少なくとも一方が透明な部材で形成されていなければ利用することができない。例えば第１部材２１に相当する外輪が非透明なセラミック、第２部材２２に相当する転動体が非透明な鋼球、であるような転がり軸受装置の油膜の計測に光干渉計測方法を利用することはできない。そこで、第１部材２１と第２部材２２との双方が非透明な部材である場合は、超音波計測手段を利用するが、超音波計測手段の計測精度が所望する精度を確保できるか否か、を評価する必要がある。以下、図３に示す第１部材２１と第２部材２２との接触面の周囲に形成された空間の一部に充填された液体膜Ｍの膜厚を光干渉計測手段と超音波計測手段にて計測し、その計測結果の評価を行うために、上述した正しい接触中心Ｓの位置を求める計測中心位置一致方法と、その方法を用いた（光干渉計測手段と超音波計測手段）液体膜厚計測方法について説明する。

●［評価用計測装置１の全体構成（図４）］
図４に示す評価用計測装置１は、第１部材２１と第２部材２２との接触面の周囲に形成された空間の一部に充填された液体膜Ｍの膜厚を計測するための、光干渉計測手段と超音波計測手段の２つの計測手段を備えており、基台１１、１２を有している。なお図４において、第１部材２１は透明部材（例えばガラス）であり、第２部材２２も透明部材（例えばガラス）である。なお第１部材２１の形状、第２部材２２の形状は、図３を用いて説明したとおりであり、第１部材２１と第２部材２２は上下に重ねられた状態で、支持部材１３にて支持されている。また評価用計測装置１は、第２部材２２の下側から上側に向けて計測光を照射して、第２部材２２の下側から光干渉縞を計測する。以下、評価用計測装置１における光干渉計測手段の構成と、超音波計測手段の構成を、順に説明する。

●［光干渉計測手段の構成（図４、図５）］
図５は、光干渉計測手段を説明するために、図４に示す評価用計測装置１から、第１部材２１、第２部材２２、及び光干渉計測手段を抽出した図であり、光干渉計測手段は、光源３１、ハーフミラー３２、撮像手段３３、制御手段６０等にて構成されている。

光源３１は、例えば複数の青色ＬＥＤであり、制御手段６０からの制御信号に基づいて、所定波長の平行光である計測光を出射する。図４及び図５の例では、光源３１は、第２部材２２の下方に配置されて、第２部材２２の下側から上側に向けて計測光を出射する。

ハーフミラー３２は、所定割合の透過率を有するミラーであり、入射された光の一部を透過して残りの光を反射する。図４及び図５の例では、ハーフミラー３２は、光源３１から入射される測定光の方向に対して所定角度θにて配置されており、光源３１から入射される測定光の一部を第２部材２２に向けて透過し、第２部材２２及び第１部材２１にて反射された反射光の一部を撮像手段３３に向けて反射する。なお、第２部材２２の上面２２Ａにて反射された第１反射光と、第１部材２１の下面２１Ｂにて反射された第２反射光は、互いに干渉して光干渉縞を発生させる。なお、ハーフミラー３２に、所定波長の光のみを透過する機能を付与することもできる。

撮像手段３３は、例えばＣＣＤカメラであり、ハーフミラー３２にて反射された反射光である光干渉縞を撮像し、撮像した画像データを制御手段６０に出力する。なお、光源３１の位置と撮像手段３３の位置を入れ替えてもよい。

制御手段６０は、例えばパーソナルコンピュータであり、光源３１に制御信号を出力し、撮像手段３３から画像データを取り込み、取り込んだ画像データに基づいた光干渉縞を表示手段に表示し（図５の表示画面Ｇ１０参照）、指定された任意位置Ｎにおける液体膜Ｍの膜厚を求める。

●［超音波計測手段の構成（図４、図６〜図８）］
図６は、超音波計測手段を説明するために、図４に示す評価用計測装置１から、第１部材２１、第２部材２２、及び超音波計測手段を抽出した図であり、図７は図６の平面図を示しており、図８は、超音波プローブから発信した超音波に対する反射波（エコー）の波形の例を示している。超音波計測手段は、図６、図７に示すように、超音波伝導媒体Ｂ、媒体保持部材４３、計測位置決め治具５１、レール５２Ｘ、５２Ｙ、スライダ５３Ｘ、５３Ｙ、アーム５４Ｘ、５４Ｙ、超音波プローブ４１、プローブアーム７１、プローブホルダ７２、制御手段６０等にて構成されている。

超音波伝導媒体Ｂは、例えば水であり、媒体保持部材４３及び第１部材２１の上面２１Ａ等にて形成された凹状の空間に充填され、超音波プローブ４１から発信された超音波を第１部材２１の上面２１Ａへと伝達する。

媒体保持部材４３は、超音波伝導媒体Ｂを保持するとともに、計測位置決め治具５１をＸ軸方向及びＹ軸方向にスライドさせる治具スライド機構を有している。また、超音波プローブ４１をＸ軸方向及びＹ軸方向にスライドさせるプローブスライド機構は、プローブアーム７１にて構成されている。プローブアーム７１は、超音波プローブ４１（またはレーザポインタ５２）を保持するプローブホルダ７２を備えており、制御手段６０からの制御信号に基づいて、プローブホルダ７２に保持された超音波プローブ４１（またはレーザポインタ５２）を、Ｘ軸方向における目標位置、及びＹ軸方向における目標位置、に移動させる。以上のプローブスライド機構の構成により、制御手段６０は、プローブアーム７１を制御することで、超音波プローブ４１（またはレーザポインタ５２）を、Ｘ軸方向、及びＹ軸方向の、任意の位置に移動させることができる。なお、プローブホルダ７２には、超音波プローブ４１またはレーザポインタ５２が、制御手段６０により選択されて取り付けられる（図４参照）。

超音波プローブ４１は、プローブホルダ７２に保持され、少なくとも超音波を発信する先端部が超音波伝導媒体Ｂに浸かるように、超音波伝導媒体Ｂを介して第１部材２１の上面２１Ａの側に配置されている。そして超音波プローブ４１は、制御手段６０からの制御信号に基づいて、第１部材２１の上面２１Ａから下面２１Ｂに向かう超音波ＷＳを発信するとともに、発信した超音波ＷＳの反射波を検出する。なお図８の例は、発信した超音波ＷＳが第１部材２１の上面２１Ａにて反射した第１反射波Ｗ１の波形の例と、発信した超音波ＷＳが第１部材２１の下面２１Ｂにて反射した第２反射波と第２部材２２の上面２２Ａにて反射した第３反射波とが合成された合成反射波ＷＧの波形の例を示している。制御手段６０は、図８に示すように、超音波プローブ４１から発信した超音波に対する第１反射波Ｗ１の振幅及び検出時刻Ｚ１と、合成反射波ＷＧの振幅及び検出時刻ＺＧと、を検出する（なお図８は、横軸が時刻を示し、縦軸がエコー強度を示している）。そして制御手段６０は、図８に示すように、超音波プローブ４１から発信した超音波に対する第１反射波Ｗ１の遅れ時間Ｔｄ、第１反射波Ｗ１のエコー強度Ｈ１、第１反射波Ｗ１と合成反射波ＷＧとの時間差である反射時間差Ｔ１Ｇ、合成反射波ＷＧのエコー強度ＨＧ、等を求めることができる。なお図８の例において、検出時刻Ｚ１の位置は第１反射波Ｗ１の最初のゼロクロスポイントの位置、検出時刻ＺＧは合成反射波の最初のゼロクロスポイントの位置、としているが、この位置の時刻に限定されるものではない。

また、超音波プローブ４１は、例えば超音波の発信と受信を行う超音波探触子を複数有しており、複数の超音波探触子は面状に配列されている。制御手段６０は、各超音波探触子からの超音波の発信に時間差を適切に設けることで、超音波ビームが集約される焦点を形成することが可能であり、焦点距離を調整することができる。例えば、制御手段６０は、液体膜Ｍの膜厚を計測する場合は、第１部材２１の上面２１Ａ上に超音波ビームの焦点が形成されるように、各超音波探触子を制御する。

レーザポインタ５２は、制御手段６０からの制御信号に基づいて、第１部材２１の上面２１Ａの側から下面２１Ｂの側に向かう所定径のレーザ光を出射する。なお、レーザ光の径は、例えば図５の例に示す光干渉縞の中央部に計測される中央暗円と、中央暗円の隣の暗環である第１暗環との間隔の１／１０程度となる径に設定されている。

また、図７に示すように、治具スライド機構は、レール５２Ｘ、レール５２Ｙ、スライダ５３Ｘ、スライダ５３Ｙ、アーム５４Ｘ、アーム５４Ｙ等にて構成されている。レール５２Ｘは、Ｘ軸方向と平行となるように、一対で媒体保持部材４３の下部に取り付けられている。また、レール５２Ｙは、Ｙ軸方向と平行となるように、一対で媒体保持部材４３の下部に取り付けられている。

スライダ５３Ｘは、一対のレール５２Ｘのそれぞれに取り付けられ、制御手段６０からの制御信号に基づいて、レール５２Ｘに沿ってＸ軸方向に移動し、移動先の位置に基づいた位置信号を制御手段６０に出力する。また、スライダ５３Ｙは、一対のレール５２Ｙのそれぞれに取り付けられ、制御手段６０からの制御信号に基づいて、レール５２Ｙに沿ってＹ軸方向に移動し、移動先の位置に基づいた位置信号を制御手段６０に出力する。制御手段６０は、スライダ５３Ｘからの位置信号に基づいて、スライダ５３ＸをＸ軸方向における目標位置に移動させ、スライダ５３Ｙからの位置信号に基づいて、スライダ５３ＹをＹ軸方向における目標位置に移動させる。

アーム５４Ｘは、一方端が一方のスライダ５３Ｘに取り付けられ、他方端が他方のスライダ５３Ｘに取り付けられ、計測位置決め治具５１（図１１参照）をＸ軸方向に挟むように一対で取り付けられている。また、アーム５４Ｙは、一方端が一方のスライダ５３Ｙに取り付けられ、他方端が他方のスライダ５３Ｙに取り付けられ、計測位置決め治具５１をＹ軸方向に挟むように一対で取り付けられている。以上の治具スライド機構の構成により、制御手段６０は、スライダ５３ＸにおけるＸ軸方向の位置、及びスライダ５３ＹにおけるＹ軸方向の位置、を制御することで、計測位置決め治具５１を、第１部材２１の上面２１Ａ上において、Ｘ軸方向、及びＹ軸方向の、任意の位置に移動させることができる。

●［計測位置決め治具５１の構成（図１１）］
計測位置決め治具５１は、図１１の斜視図に示すように、所定サイズの平板状（円形平板状）の形状を有しており、中央部には、上面及び下面に直交する貫通孔５１Ｈが形成されている。なお、計測位置決め治具５１は、透明部材で形成されていてもよいし、非透明部材で形成されていてもよい。

また、計測位置決め治具５１の厚さＨｐ、径Ｄｐは、適宜設定され、貫通孔５１Ｈの径Ｄｔは、適宜設定される。計測位置決め治具５１の径Ｄｐは、光干渉縞の最も中心部の暗円の径よりも小さいことが好ましく、例えば径Ｄｐは３０［ｍｍ］程度に設定されている。また計測位置決め治具５１の厚さＨｐは、例えば５［ｍｍ］程度に設定されている。また、貫通孔５１Ｈの径Ｄｔは、例えば１［ｍｍ］程度に設定されている。また、計測位置決め治具５１の材質は、超音波伝導媒体Ｂの音響インピーダンスよりも高い音響インピーダンスを有する材質で形成されている。例えば超音波伝導媒体Ｂが水（音響インピーダンスが約１．３）の場合、計測位置決め治具５１を、ガラス（音響インピーダンスが約１３）や鋼（音響インピーダンスが約４６）等、水の音響インピーダンスよりも充分大きな音響インピーダンスの材質にて形成すると、超音波による検出のＳＮ比が向上するので、後述する貫通孔５１Ｈの位置の検出が、より容易になる。

●［光干渉計測手段による液体膜Ｍの膜厚の計測方法（図５）］
光干渉計測手段を用いて、第１部材２１上の任意位置Ｎに対応する液体膜Ｍの膜厚を求める際は、図５に示すように、制御手段６０の表示画面Ｇ１０の光干渉縞における任意位置Ｎから光干渉縞の中心位置である光干渉計測中心位置（接触中心Ｓ）までの距離Ｒｈ、測定光の波長λ、表示画面Ｇ１０中において任意位置Ｎが何番目の輝環（または暗環）であるか、液体膜Ｍの液体の屈折率、等から計算にて求めることができる。なお、この求め方は既存の求め方であるので、詳細については説明を省略する。

●［超音波計測手段による液体膜Ｍの膜厚の計測方法（図９）］
超音波計測手段を用いて、第１部材２１上の任意位置Ｎに対応する液体膜Ｍの膜厚を求める際は、図９に示すように、予め、距離・エコー強度特性と、距離・反射関連時間特性と、距離・間隔特性と、を作成しておく。そして、任意位置Ｎにて検出したエコー強度、反射関連時間と、予め作成しておいた距離・エコー強度特性、距離・反射関連時間特性、距離・間隔特性と、に基づいて、任意位置Ｎに対応する液体膜Ｍの膜厚を求める。なお、第１部材２１と第２部材２２とが同一の材質である場合は、距離・反射関連時間特性は特に必要としないので省略してもよい（第１部材２１と第２部材２２とが異なる材質である場合は、距離・反射関連時間特性が必要である）。

距離・エコー強度特性は、図９に示す状態において、接触中心Ｓを通るように第１部材２１の上面２１Ａに対して平行に超音波プローブ４１をＸ軸方向に走査しながら、接触中心Ｓからの距離と、合成反射波ＷＧのエコー強度ＨＧ（図８参照）と、を検出することで作成される。そして距離・エコー強度特性は、第１部材上における接触中心Ｓ（後述する超音波計測中心位置に相当）からの距離とエコー強度との関係を示している。

距離・反射関連時間特性は、図９に示す状態において、接触中心Ｓを通るように第１部材２１の上面２１Ａに対して平行に超音波プローブ４１をＸ軸方向に走査しながら、接触中心Ｓからの距離と、第１反射波Ｗ１の検出時刻Ｚ１及び合成反射波ＷＧの検出時刻ＺＧとの時間差である反射時間差Ｔ１Ｇ（反射関連時間に相当し、図８参照）と、を検出することで作成される。そして距離・反射関連時間特性は、第１部材上における接触中心Ｓ（後述する超音波計測中心位置に相当）からの距離と反射関連時間（この場合、反射時間差）との関係を示している。

距離・間隔特性は、第１部材２１と第２部材２２の形状から理論的に求めた、第１部材２１上における接触中心Ｓからの距離と、当該距離における第１部材２１と第２部材２２との間隔の大きさを示している。例えば、距離・間隔特性は、第２部材２２の各位置の曲率半径と、ヘルツ接触理論と、から求められている。

例えば、図９において、第１部材２１上の任意位置Ｎにおいて超音波計測手段にて計測したエコー強度がＨ１であった場合、以下のようにして任意位置Ｎにおける液体膜Ｍの膜厚を求める。まず、計測したエコー強度Ｈ１と、予め作成した距離・エコー強度特性とに基づいて、エコー強度Ｈ１に対応する距離Ｄ１を求める。そして、求めた距離Ｄ１と、予め作成した距離・間隔特性とに基づいて、距離Ｄ１に対応する間隔Ｌ１を求める。この間隔Ｌ１が、任意位置Ｎにおける液体膜Ｍの膜厚である。

●［正しい超音波計測中心位置を求める必要性（図１０）］
超音波計測手段を用いて液体膜Ｍの膜厚を計測する際は、上記のように、距離・エコー強度特性と距離・間隔特性を利用する。そして距離・間隔特性は理論式から求めており、距離・エコー強度特性は実際に超音波プローブを走査してエコー強度を計測した結果である。従って、超音波計測手段を用いて液体膜Ｍの膜厚を計測する際の計測精度は、距離・エコー強度特性の精度による影響が大きい。

ここで、図１０は、正しい接触中心Ｓを通る経路Ｒｓｔにて走査し、且つ正しい接触中心Ｓを認識して作成した、距離・エコー強度特性（点線の特性）と、正しい経路Ｒｓｔにて走査したが接触中心を位置Ｓｅｒ１と誤認した場合の距離・エコー強度特性の例と、誤った経路Ｒｅｒにて走査し接触中心を位置Ｓｅｒ２と誤認した場合の距離・エコー強度特性の例を示す。このように、正しい接触中心Ｓを認識して、正しい接触中心Ｓを通る経路Ｒｓｔにて超音波プローブを走査しなければ、正しい距離・エコー強度特性を得ることができない。しかし、第１部材２１と第２部材２２との接触面は、図１０における符号ＳＳで示すように、「点」ではなく「面」であり、作業者はこの「範囲（接触面）」を視認することが困難であり、「点（接触中心Ｓ）」を視認することは更に困難である。また、超音波プローブから発信される超音波も作業者が視認できるものではないので、超音波がどこに当たっているか、作業者には判断できない。従って、正しい接触中心Ｓの位置を認識し、接触中心Ｓを通る正しい経路Ｒｓｔにて走査することは、非常に困難である。そこで、以下に説明する処理手順にて、制御手段６０に正しい接触中心Ｓの位置を認識させ、接触中心Ｓを通る正しい経路Ｒｓｔにて超音波プローブを走査させ、正しい距離・エコー強度特性を求める。

●［制御手段６０の処理手順（図１２〜図１８）（第１部材と第２部材が同一の材質の場合）］
次に図１２に示すフローチャートを用いて、制御手段６０の処理手順について説明する。なお、以下の処理は、第１部材２１が上側であって、且つ第１部材２１と第２部材２２が接触するように、第１部材２１と第２部材２２を上下に配置し、第１部材２１と第２部材２２との（接触中心Ｓを中心とした）接触面の周囲に形成された空間の一部に液体を充填した液体膜Ｍを形成した後、実行される。なお、以下の説明では、第１部材２１の材質と、第２部材２２の材質と、が同一の材質（例えばガラス）の場合について説明する。制御手段６０は、作業者により起動されると、まずステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０にて、制御手段６０は、光源３１に制御信号を出力して、光源から所定波長の計測光を出射させ、第２部材２２の下側から上側に向けて計測光を照射する。そして制御手段６０は、撮像手段３３から画像データを取得し、取得した画像データに基づいた光干渉縞を表示手段に表示（図５参照）して、第２部材２２の下側から光干渉縞を計測する。また、制御手段６０は、プローブホルダ７２にレーザポインタ５２を保持してステップＳ２０に進む。なお、このステップＳ１０は、所定波長の計測光を出射する光源を用いて、第２部材の下側から上側に向けて、光源からの計測光を照射するとともに第１部材と第２部材との接触面及び当該接触面の周囲に形成された光干渉縞を光干渉計測手段にて計測する、光干渉縞計測ステップに相当する。

ステップＳ２０にて、制御手段６０は、表示した光干渉縞の中心である接触中心Ｓ（光干渉計測中心位置に相当）を、画像認識プログラム等を用いて認識する。そして制御手段６０は、レーザポインタ５２からレーザ光ＬＺを出射させ、図１３及び図１４に示すように、認識した接触中心Ｓの位置に、レーザ光ＬＺが位置するように、プローブアーム７１を制御して、プローブホルダ７２に保持したレーザポインタ５２を、第１部材２１の上方で移動させる。このレーザポインタ５２の位置決めは、第１目印付与ステップに相当する。そして制御手段６０は、図１５及び図１６に示すように、スライダ５３Ｘ、スライダ５３Ｙを制御して、計測位置決め治具５１を第１部材２１の上面２１Ａ上で移動させ、レーザ光ＬＺの位置と計測位置決め治具５１の貫通孔５１Ｈの位置とを一致させる。そして制御手段６０は、計測位置決め治具５１の移動が完了した後、ステップＳ３０に進む。この計測位置決め治具５１の位置決めは、第２目印付与ステップに相当する。なお制御手段６０は、計測位置決め治具５１が透明部材であっても非透明部材であっても、透明部材の第２部材２２及び透明部材の第１部材２１を通して貫通孔５１Ｈの位置を容易に認識することができる。

ステップＳ３０にて、制御手段６０は、レーザポインタ５２からのレーザ光の出射を停止し、プローブホルダ７２に保持していたレーザポインタ５２を超音波プローブ４１と交換して、ステップＳ２０にて認識した接触中心Ｓの近傍に超音波プローブ４１が位置するように、プローブアーム７１を制御して、超音波プローブ４１（超音波伝導媒体を介して第１部材２１の上方に配置されている）のＹ軸方向の位置を位置決めする。そして制御手段６０は、プローブアーム７１を制御して、超音波プローブ４１から発信される超音波（第１部材２１の上面から下面に向かう超音波）が計測位置決め治具５１の貫通孔５１Ｈを通るように、計測位置決め治具５１の近傍をＸ軸方向に走査する。そして制御手段６０は、超音波プローブをＸ軸方向に走査しながら、発信した超音波に対する反射波の強度に基づいたエコー強度、あるいは反射波の検出時刻に基づいた反射関連時間、の少なくとも一方を計測して貫通孔５１Ｈの位置を探す。このステップＳ３０の処理は、超音波走査ステップに相当する。

ステップＳ４０にて、制御手段６０は、貫通孔５１Ｈの位置を検出したか否かを判定し、検出した場合（Ｙｅｓ）はステップＳ５０に進み、検出していない場合（Ｎｏ）はステップＳ３０に戻る。貫通孔５１Ｈの位置の真上に超音波プローブ４１が位置した場合は、第１反射波のエコー強度が大きく落ち込んで最小となる、あるいは超音波を発信してから第１反射波を検出するまでの遅れ時間Ｔｄ（反射関連時間であり、図８参照）が最長となるので、この状態を検出した場合、貫通孔５１Ｈの位置を検出したと判定する。なお、計測位置決め治具５１の近傍をＸ軸方向に走査しても貫通孔５１Ｈの位置が検出されなかった場合は、プローブアーム７１を制御してＹ軸方向の位置を微小修正して、ステップＳ３０に戻り、再度、Ｘ軸方向に走査する。また、超音波プローブから発信される超音波の焦点を計測位置決め治具５１の上面に調整しておくと、より適切に貫通孔５１Ｈの位置を検出することができる。

ステップＳ５０に進んだ場合、制御手段６０は、検出した貫通孔５１Ｈの位置（すなわち、光干渉計測中心位置）を、第１部材２１と第２部材２２とを接触させた接触面における超音波計測の中心（すなわち、接触中心Ｓ）である超音波計測中心位置に設定し、当該超音波計測中心位置（Ｘ座標、Ｙ座標）を記憶手段に記憶し、ステップＳ５５に進む。このステップＳ４０、及びステップＳ５０は、超音波計測中心設定ステップに相当する。このように、ステップＳ４０、Ｓ５０にて、計測位置決め治具５１の貫通孔５１Ｈを介して、光干渉計測の中心位置である光干渉計測中心位置と、超音波計測の中心位置である超音波計測中心位置と、を一致させる（光干渉計測中心位置＝超音波計測中心位置＝接触中心Ｓとする）。

ステップＳ５５にて制御手段６０は、図１７に示すように、超音波プローブ４１の向きを、超音波計測中心位置として設定した貫通孔５１Ｈに向いた状態を維持しながら、第１部材２１の上面２１Ａに対する超音波プローブ４１の角度を揺動させながら、発信した超音波に対する反射波のエコー強度または反射時間差（反射関連時間）の少なくとも一方を検出する（発信した超音波の焦点の位置を貫通孔５１Ｈの上端部に維持しながら超音波プローブ４１の角度を揺動させる）。例えば、プローブホルダ７２は、制御手段６０からの制御信号に基づいて、超音波プローブ４１をＸＺ平面内で揺動させる。そして制御手段６０は、エコー強度が最小となった揺動角度θｘ、あるいは反射時間差（反射関連時間）が最長となった揺動角度θｘ、を求める。同様にプローブホルダ７２は、制御手段６０からの制御信号に基づいて、超音波プローブ４１をＹＺ平面内で揺動させる。そして制御手段６０は、エコー強度が最小となった揺動角度θｙ、あるいは反射時間差（反射関連時間）が最長となった揺動角度θｙ、を求める。そして制御手段６０は、揺動角度θｘ及び揺動角度θｙが、第１部材２１の上面２１Ａに対して、垂直に超音波を発信する角度となる垂直発信角度であると認識し、この揺動角度θｘ、θｙを垂直発信角度として記憶し、ステップＳ６０に進む。なお、要求精度を満足できるのであれば、ステップＳ５５は省略してもよい。

ステップＳ６０にて、制御手段６０は、スライダ５３Ｘ、５３Ｙを制御して、計測位置決め治具５１を、超音波計測中心位置から外れた位置に移動させる（役目を終えた計測位置決め治具５１を取り除く）。そして制御手段６０は、第１部材２１に対する超音波プローブ４１の角度を、ステップＳ５５にて求めた垂直発信角度に設定する（ステップＳ５５を省略した場合は、予め設定されている角度に設定する）。そして制御手段６０は、プローブアーム７１を制御して、超音波プローブを、設定した（記憶した）超音波計測中心位置（接触中心Ｓ）の真上に移動させた後、プローブアーム７１を制御して、超音波計測中心位置を通るように超音波プローブをＸ軸方向に走査しながら反射波のエコー強度と反射関連時間（反射時間差）を計測し、第１部材２１上における超音波計測中心位置からの距離とエコー強度との関係を示す距離・エコー強度特性（図１８の（距離・エコー強度特性）を参照）と、第１部材２１上における超音波計測中心位置からの距離と反射関連時間（反射時間差）との関係を示す距離・反射関連時間特性（図１９の（距離・反射関連時間特性）を参照）と、を作成して記憶手段に記憶する。なお、第１部材２１と第２部材２２とが同一の材質である場合の距離・エコー強度特性は、図１８の例に示す特性を示し、第１部材２１と第２部材２２とが異なる材質である場合の距離・エコー強度特性等については、図１９を用いて後述する。この場合、反射関連時間は、図８に示すように、第１反射波Ｗ１の検出時刻Ｚ１と合成反射波ＷＧの検出時刻ＺＧとの時間差である反射時間差Ｔ１Ｇを用いる。なお、第１部材２１と第２部材２２とが同一の材質である場合は、距離・反射関連時間特性を利用する必要が無いので、距離・反射関連時間特性を作成しなくてもよい。第１部材２１と第２部材２２とが異なる材質である場合は、距離・反射関連時間特性を利用するので、距離・反射関連時間特性を作成する。以上、ステップＳ６０の処理は、超音波特性作成ステップに相当する。

なお、第１部材２１と第２部材２２の形状から理論的に求めた、第１部材２１上における超音波計測中心位置からの距離と、第１部材２１と第２部材２２との間隔との関係を示す距離・間隔特性は、予め（制御手段６０の）記憶手段に記憶されている。例えば、距離・間隔特性は、第２部材２２の各位置の曲率半径と、ヘルツ接触理論と、から求められている。以上により、記憶手段には、距離・エコー強度特性と、距離・反射関連時間特性（第１部材と第２部材が異なる材質の場合）と、距離・間隔特性とが記憶されている。

ステップＳ７０は、第１部材２１上の任意位置Ｎに対して、光干渉計測手段を用いて、任意位置Ｎに対応する液体膜Ｍの位置の膜厚の計測結果を得る処理である。図１４及び図１６に示すように、ステップＳ７０にて制御手段６０は、第２部材２２の下側から上側に向けて、光源から計測光を照射して、第２部材２２の下側から光干渉縞を計測し、図１８における表示画面Ｇ１０中の光干渉縞を得る。そして制御手段６０は、表示画面Ｇ１０の光干渉縞における任意位置Ｎの位置を特定し、任意位置Ｎに対応する液体膜Ｍの位置の膜厚Ｌｈを計測する。制御手段６０は、光干渉計測中心位置（接触中心Ｓ）から任意位置Ｎまでの距離Ｒｈ、測定光の波長λ、表示画面Ｇ１０中において任意位置Ｎが何番目の輝環（または暗環）であるか、液体膜Ｍの液体の屈折率、等から計算にて膜厚Ｌｈを求める。

ステップＳ８０は、上記の任意位置Ｎに対して、超音波計測手段を用いて、任意位置Ｎに対応する液体膜Ｍの位置の膜厚の計測結果を得る処理である。ステップＳ８０にて制御手段６０は、任意位置Ｎにおけるエコー強度（Ｈｕ）を計測する。なお、第１部材と第２部材が同一の材質である場合は、反射関連時間を計測しなくてもよい。そして制御手段６０は、図１８に示すように、計測したエコー強度（Ｈｕ）と、記憶されている距離・エコー強度特性とから距離（Ｄｕ）を特定する。そして制御手段６０は、図１８に示すように、特定した距離（Ｄｕ）と、記憶されている距離・間隔特性とから間隔（Ｌｕ）を特定する。この間隔（Ｌｕ）が、超音波計測手段にて計測された膜厚Ｌｕである。

そしてステップＳ９０にて制御手段６０は、任意位置Ｎに対して、光干渉計測手段にて計測した膜厚Ｌｈと、超音波計測手段にて計測した膜厚Ｌｕと、を比較し、光干渉計測手段による計測結果に対する超音波計測手段による計測結果を評価し、処理を終了する。

●［制御手段６０の処理手順（図１９）（第１部材と第２部材が異なる材質の場合）］
上記の説明は、第１部材と第２部材とが同一の材質である場合の説明であり、距離・エコー強度特性が、図１８の例に示す特性（超音波計測中心位置（接触中心Ｓ）から離れるにしたがってエコー強度がゼロ近傍から徐々に上昇する特性）の場合の説明である。第１部材と第２部材が異なる材質の場合、距離・エコー強度特性は、図１８の例に示す特性とならず、図１９の例に示す特性となる。図１９の例に示す距離・エコー強度特性は、超音波計測中心位置（接触中心Ｓ）ではエコー強度はゼロでなく、第１部材と第２部材の材質に応じた、ある程度の大きさを有している。そして超音波計測中心位置（接触中心Ｓ）から離れるにしたがって、まずエコー強度は徐々に下降し、ある距離を越えるとエコー強度は徐々に上昇していく。エコー強度が下降から上昇に転じる極小値となる距離の位置は、第１部材と第２部材とが接触している接触面の境界に相当する位置である。図１９の例に示す距離・エコー強度特性を有する場合、例えば計測したエコー強度が図１９中のエコー強度（Ｈｕ）である場合、エコー強度（Ｈｕ）と、距離・エコー強度特性とから特定される距離は、距離（ＤｕＡ）と距離（ＤｕＢ）の２つとなる。この２つの距離（ＤｕＡ）、距離（ＤｕＢ）と、距離・間隔特性とから間隔（膜厚）を求めた場合、１つの膜厚に特定することができない。そこで、第１部材と第２部材とが異なる材質である場合は、図１２の処理手順に対して、以下の処理を追加する。以下、追加した相違点について主に説明する。

図１２のステップＳ６０にて制御手段６０は、超音波計測中心位置を通るように超音波プローブをＸ軸方向に走査しながら第１反射波の検出時刻と合成反射波の検出時刻を計測し、第１反射波の検出時刻と合成反射波の検出時刻との時間差である反射時間差（反射関連時間）を計測し、第１部材２１上における超音波計測中心位置からの距離と反射時間差（反射関連時間）との関係を示す距離・反射関連時間特性を作成して記憶手段に記憶する。従って、ステップＳ６０にて制御手段は、距離・エコー強度特性と、距離・反射関連時間特性と、を作成して記憶する。

またステップＳ８０にて制御手段６０は、任意位置Ｎにおけるエコー強度（Ｈｕ）と反射時間差（反射関連時間）（Ｔｕ）を計測する。そして制御手段６０は、図１９に示すように、計測したエコー強度（Ｈｕ）と、記憶されている距離・エコー強度特性とから距離（ＤｕＡ）、距離（ＤｕＢ）の２つを特定する。また制御手段６０は、図１９に示すように、計測した反射時間差（反射関連時間）（Ｔｕ）と、記憶されている距離・反射関連時間特性とから距離（ＤｕＡ）を特定する。そして制御手段６０は、双方に共通する距離である距離（ＤｕＡ）を、任意位置Ｎに対応する距離であると特定し、特定した距離（ＤｕＡ）と、記憶されている距離・間隔特性とから間隔（Ｌｕ）を特定する。この間隔（Ｌｕ）が、超音波計測手段にて計測された膜厚Ｌｕである。

以上に説明した評価用計測装置１では、第２部材２２の下側に、光源３１、ハーフミラー３２、撮像手段３３が配置されており、第２部材２２の下側から上側に向けて計測光が照射され、第２部材２２の下側から光干渉縞を計測する。従って、光干渉縞を計測するために、第２部材２２は透明部材で形成されていなければならない。また第１部材２１の上面に載置された計測位置決め治具５１を、第２部材２２の下側から認識するために第１部材２１も透明部材で形成されていなければならない。また、第２部材２２の下側から計測位置決め治具５１の貫通孔５１Ｈの位置を認識できればよいので、計測位置決め治具５１は透明部材で形成されていてもよいし、非透明部材で形成されていてもよい。

●［評価用計測装置１Ａの全体構成（図２０）］
次に図２０を用いて、評価用計測装置１の他の例となる評価用計測装置１Ａの全体構成について説明する。以下に説明する評価用計測装置１Ａは、評価用計測装置１に対して、第１部材２１の上側に、光源３１、ハーフミラー３２、撮像手段３３が配置されており、第１部材２１の上側から下側に向けて計測光が照射され、第１部材２１の上側から光干渉縞を計測する点が異なる。これにより、評価用計測装置１Ａでは、光干渉縞を計測するために、第１部材２１は透明部材で形成されていなければならない。しかし、第２部材２２は、透明部材で形成されていてもよいし、非透明部材で形成されていてもよい。また、第１部材２１に計測光を導くために、計測位置決め治具５１は透明部材で形成されていている。また、光源３１の中央部にはレーザポインタ用貫通孔３１Ｈが形成されており、レーザポインタ５２から出射されたレーザ光は、レーザポインタ用貫通孔３１Ｈを通ってハーフミラー３２に到達し、ハーフミラー３２にて第１部材２１の上側から下側に向かうレーザ光へと反射される。

図２０に示すように、評価用計測装置１Ａは、第１部材２１の上側に、光源３１とハーフミラー３２と撮像手段３３が配置されている。そしてハーフミラー３２は、光源３１から入射される測定光の方向に対して所定角度θにて配置されている。また図２０の例では、光源３１とハーフミラー３２と撮像手段３３は、支持体３４に収容された例を示している。なお、光源３１及びレーザポインタ５２の位置と撮像手段３３の位置を入れ替えてもよい。また、制御手段６０の処理手順は、図１２を用いて説明したとおりであるので、説明は省略する。

以上、評価用計測装置１、及び評価用計測装置１Ａでは、上記の処理手順によって、光干渉計測中心位置と超音波計測中心位置とを一致させることで、正しい距離・エコー強度特性、正しい距離・反射関連時間特性を得ることができる。また、垂直発信角度を求めることで、さらに正確に距離・エコー強度特性、及び距離・反射関連時間特性を得ることができる。従って、超音波計測手段にて、より高精度に液体膜の膜厚を計測することができるので、光干渉計測手段にて計測した膜厚に対する、超音波計測手段にて計測した膜厚の比較と評価を、より適切に行うことができる。

本発明の光干渉計測手段と超音波計測手段の２通りの計測手段にて液体の膜厚を計測する際の計測中心位置一致方法と、その方法を用いた液体膜厚計測方法、の処理手順等は、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。また、評価用計測装置１、評価用計測装置１Ａの構成、構造、形状等は、本実施の形態にて説明したものに限定されるものではない。

また、第１部材、第２部材、計測位置決め治具、を透明部材で形成する場合、透明部材はガラスに限定されるものではない。また第２部材、計測位置決め治具を非透明部材で形成する場合、非透明部材は鋼に限定されるものではない。透明部材には種々の材質のものを利用することが可能であり、非透明部材にも種々の材質のものを利用することが可能である。

また本実施の形態の説明では、潤滑油の油膜の厚さを計測する例を説明したが、潤滑油の油膜に限定されず、水等の種々の液体の膜厚の計測に適用することが可能である。

また本実施の形態の説明では、第１反射波Ｗ１の検出時刻Ｚ１を、第１反射波Ｗ１の最初のゼロクロスポイントの位置としたが、これに限定されるものではない。また、合成反射波ＷＧの検出時刻ＺＧを、合成反射波ＷＧの最初のゼロクロスポイントの位置としたが、これに限定されるものではない。

また、本実施の形態の説明に用いた数値は一例であり、この数値に限定されるものではない。

また、光干渉縞をより計測しやすくするために、第１部材２１の下面にクロムコートを施すようにしてもよい。

１、１Ａ 評価用計測装置
１１、１２ 基台
２１ 第１部材
２１Ａ （第１部材の）上面
２１Ｂ （第１部材の）下面
２２ 第２部材
２２Ａ （第２部材の）上面
２２Ｂ （第２部材の）下面
３１ 光源
３２ ハーフミラー
３３ 撮像手段
４１ 超音波プローブ
５１ 計測位置決め治具
５１Ｈ 貫通孔
５２ レーザポインタ
５２Ｘ、５２Ｙ レール
５３Ｘ、５３Ｙ スライダ
５４Ｘ、５４Ｙ アーム
６０ 制御手段
７１ プローブアーム
７２ プローブホルダ
Ｂ 超音波伝導媒体
Ｎ 任意位置
Ｍ 液体膜
Ｓ 接触中心

Claims (8)

1. 第１部材と第２部材との接触面の周囲に形成された空間の一部に充填された液体の膜厚に対して、光干渉計測手段と超音波計測手段との２通りの計測手段にて液体の膜厚を計測する際の計測中心位置一致方法であって、
   第１部材は、透明部材にて形成されて略平板状の形状を有しており、
   第２部材は、透明部材あるいは非透明部材にて形成されているとともに第１部材に対向する面が少なくとも１つの曲率を有する凸形状を有しており、
   透明部材あるいは非透明部材にて形成されて略平板状の形状を有して上面及び下面に直交する貫通孔が形成された計測位置決め冶具と、第１部材の上面の側から下面の側に向かう所定径のレーザ光を出射するレーザポインタと、を用いて、
   第１部材を上側として第１部材と第２部材が接触するように上下に配置した第１部材と第２部材との接触面の周囲に形成された空間の一部に液体を充填した後、
   所定波長の計測光を出射する光源を用いて、第２部材の下側から上側に向けて、あるいは第１部材の上側から下側に向けて、前記光源からの前記計測光を照射するとともに第１部材と第２部材との接触面及び当該接触面の周囲に形成された光干渉縞を前記光干渉計測手段にて計測する、光干渉縞計測ステップと、
   計測された光干渉縞の中心である光干渉計測中心位置に前記レーザ光の輝点が位置するように、第１部材の上方に配置した前記レーザポインタを移動させる、第１目印付与ステップと、
   前記光干渉計測中心位置に前記計測位置決め治具の前記貫通孔が位置するように、第１部材の上面に載置した前記計測位置決め治具を、第１部材の上面上で移動させ、前記貫通孔と前記レーザ光の位置を一致させる、第２目印付与ステップと、
   前記レーザポインタからの前記レーザ光の出射を停止させた後、前記超音波計測手段を用いて、超音波伝導媒体を介して第１部材の上方に配置されて第１部材の上面から下面に向かう超音波を発信して反射波を検出する超音波プローブを、前記計測位置決め治具の前記貫通孔を通るように、第１部材の上面に対して平行に走査しながら、発信した超音波に対する反射波の強度に基づいたエコー強度、あるいは前記反射波の検出時刻に基づいた反射関連時間、の少なくとも一方を検出する、超音波走査ステップと、
   前記エコー強度が最小となる位置、あるいは前記反射関連時間が最長となる位置、として検出された前記貫通孔の位置を、第１部材と第２部材との接触面における超音波計測の中心である超音波計測中心位置に設定する、超音波計測中心設定ステップと、を有する、
   光干渉計測手段と超音波計測手段の２通りの計測手段にて液体の膜厚を計測する際の計測中心位置一致方法。
2. 請求項１に記載の光干渉計測手段と超音波計測手段の２通りの計測手段にて液体の膜厚を計測する際の計測中心位置一致方法であって、
   前記超音波プローブから発信される超音波は、焦点位置を調整可能であり、
   前記超音波走査ステップにおいて、前記超音波プローブから発信される超音波は、前記計測位置決め治具の上面に焦点が調整されている、
   光干渉計測手段と超音波計測手段の２通りの計測手段にて液体の膜厚を計測する際の計測中心位置一致方法。
3. 請求項１または２に記載の光干渉計測手段と超音波計測手段の２通りの計測手段にて液体の膜厚を計測する際の計測中心位置一致方法であって、
   前記計測位置決め冶具の材質は、前記超音波伝導媒体の音響インピーダンスよりも高い音響インピーダンスを有する材質である、
   光干渉計測手段と超音波計測手段の２通りの計測手段にて液体の膜厚を計測する際の計測中心位置一致方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の光干渉計測手段と超音波計測手段の２通りの計測手段にて液体の膜厚を計測する際の計測中心位置一致方法であって、
   前記光干渉縞計測ステップにおいて、前記測定光を第２部材の下側から上側に向けて前記光源からの前記計測光を照射する場合には、
   第２部材の下側から光干渉縞を計測し、
   第２部材は、透明部材にて形成されており、
   前記計測位置決め治具は、透明部材または非透明部材にて形成されている、
   光干渉計測手段と超音波計測手段の２通りの計測手段にて液体の膜厚を計測する際の計測中心位置一致方法。
5. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の光干渉計測手段と超音波計測手段の２通りの計測手段にて液体の膜厚を計測する際の計測中心位置一致方法であって、
   前記光干渉縞計測ステップにおいて、前記測定光を第１部材の上側から下側に向けて前記光源からの前記計測光を照射する場合には、
   第１部材の上側から光干渉縞を計測し、
   第２部材は、透明部材あるいは非透明部材にて形成されており、
   前記計測位置決め治具は、透明部材にて形成されている、
   光干渉計測手段と超音波計測手段の２通りの計測手段にて液体の膜厚を計測する際の計測中心位置一致方法。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の光干渉計測手段と超音波計測手段の２通りの計測手段にて液体の膜厚を計測する際の計測中心位置一致方法を用いた、液体膜厚計測方法であって、
   第１部材の材質と第２部材の材質とが同一の材質である場合、
   第１部材上における前記超音波計測中心位置からの距離と第１部材と第２部材との間隔との関係を示す距離・間隔特性が、予め記憶されており、
   前記超音波計測中心設定ステップの後、
   前記計測位置決め治具を前記超音波計測中心位置から外れた位置に移動させた後、前記超音波プローブを、前記超音波計測中心位置を通るように第１部材の上面に対して平行に走査しながら反射波の前記エコー強度を計測し、第１部材上における前記超音波計測中心位置からの距離と前記エコー強度との関係を示す距離・エコー強度特性を作成する、超音波特性作成ステップと、
   前記光干渉計測中心位置及び前記超音波計測中心位置にかかわらず、第１部材上の任意の位置に対して、第２部材の下側から上側に向けて前記光源から前記計測光を照射して形成された光干渉縞を前記光干渉計測手段にて計測した前記任意の位置における第１部材と第２部材との間に充填された液体の膜厚と、
   前記光干渉計測中心位置及び前記超音波計測中心位置にかかわらず、前記任意の位置に対して、第１部材の上側から下側に向けて前記超音波プローブから超音波を発信して検出された反射波の前記エコー強度と、前記距離・エコー強度特性と、前記距離・間隔特性と、に基づいて前記超音波計測手段にて計測した前記任意の位置における第１部材と第２部材との間に充填された液体の膜厚と、を比較する、計測結果比較ステップと、を有する、
   液体膜厚計測方法。
7. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の光干渉計測手段と超音波計測手段の２通りの計測手段にて液体の膜厚を計測する際の計測中心位置一致方法を用いた、液体膜厚計測方法であって、
   第１部材の材質と第２部材の材質とが異なる材質である場合、
   第１部材上における前記超音波計測中心位置からの距離と第１部材と第２部材との間隔との関係を示す距離・間隔特性が、予め記憶されており、
   前記超音波計測中心設定ステップの後、
   前記計測位置決め治具を前記超音波計測中心位置から外れた位置に移動させた後、前記超音波プローブを、前記超音波計測中心位置を通るように第１部材の上面に対して平行に走査しながら反射波の前記エコー強度と前記反射関連時間を計測し、第１部材上における前記超音波計測中心位置からの距離と前記エコー強度との関係を示す距離・エコー強度特性と、第１部材上における前記超音波計測中心位置からの距離と前記反射関連時間との関係を示す距離・反射関連時間特性と、を作成する、超音波特性作成ステップと、
   前記光干渉計測中心位置及び前記超音波計測中心位置にかかわらず、第１部材上の任意の位置に対して、第２部材の下側から上側に向けて前記光源から前記計測光を照射して形成された光干渉縞を前記光干渉計測手段にて計測した前記任意の位置における第１部材と第２部材との間に充填された液体の膜厚と、
   前記光干渉計測中心位置及び前記超音波計測中心位置にかかわらず、前記任意の位置に対して、第１部材の上側から下側に向けて前記超音波プローブから超音波を発信して検出された反射波の前記エコー強度及び前記反射関連時間と、前記距離・エコー強度特性と、前記距離・反射関連時間特性と、前記距離・間隔特性と、に基づいて前記超音波計測手段にて計測した前記任意の位置における第１部材と第２部材との間に充填された液体の膜厚と、を比較する、計測結果比較ステップと、を有する、
   液体膜厚計測方法。
8. 請求項６または７に記載の液体膜厚計測方法であって、
   前記超音波計測中心設定ステップにて、前記超音波計測中心位置を設定した後、前記超音波プローブの向きを、前記超音波計測中心位置として設定した前記貫通孔に向いた状態を維持しながら、第１部材の上面に対する前記超音波プローブの角度を揺動させて、発信した超音波に対する反射波を検出し、前記エコー強度が最小となった揺動角度、あるいは前記反射関連時間が最長となった揺動角度を、前記第１部材の上面に対して垂直に超音波を発信する角度となる垂直発信角度である、と前記超音波計測手段に認識させ、
   第１部材に対する前記超音波プローブの角度を前記垂直発信角度に設定して、前記超音波特性作成ステップと前記計測結果比較ステップを実行する、
   液体膜厚計測方法。
   
   

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