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Die
Erfindung betrifft ein Endmaß,
welches bei der Messung einer genauen Längenabmessung als Normal verwendet
wird.
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Bei
dem Messen einer genauen Längenabmessung
wird ein Endmaß als
Normal angewendet. Das Endmaß muß ausgezeichnete
Abrieb- und Korrosionsbeständigkeiten
aufweisen, da es der Standard für
die genaue Messung der Abmessung ist. Wenn das Endmaß abgenutzt
oder erodiert ist, kann es nicht mehr als Norm nützlich sein. Außerdem kann das "Ringing" (?) nicht durchgeführt werden,
in welchem das Endmaß so
angewendet wird, dass es ein anderes Endmaß eng kontaktiert. Daher sind
bisher Stahl, Keramik, Glas niedriger Wärmedehnung und so weiter als
Materialien des Endmaßes
genutzt worden.
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Ein
Endmaß aus
einem Metall wie bei Stahl ist leicht erosiv und daher nicht ausreichend
in der Korrosionsbeständigkeit.
Also muß das
Stahlendmaß unter
einer vollständig
antikorrosiven Umgebung gehalten werden, was ein Nachteil bleibt,
da seine Handhabung extrem kompliziert wäre. Zum Beispiel sollten während seiner
Handhabung immer antikorrosive Handschuhe getragen werden. Es ist kürzlich versucht
worden, die Abrieb- und Korrosionsbeständigkeit metallischer Endmaße zu verbessern,
um das obige Problem zu lösen.
Es braucht jedoch eine lange Zeit, Materialien auszuwählen, zu
erhitzen und so weiter, was einen anderen Nachteil durch Erhöhung der
Herstellkosten mit sich bringt.
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Insbesondere
muß das
Stahlendmaß den Abriebwiderstand
erhöhen
durch Erhitzung (Abschreckhärtung),
um seine Härte
zu erhöhen.
Die Abschreckhärtung
verursacht jedoch eine strukturelle Veränderung, welche leider zu zeitabhängigen Veränderungen
in der Abmessung führt.
Außerdem
erhöht
die Abschreckhärtung
die Kosten.
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Im
Gegensatz dazu sind kürzlich
einige Methoden angewendet worden, um die zeitabhängigen Veränderungen
in der Abmessung zu reduzieren. Sie umfassen spezielle Wärmebehandlungen
wie beispielsweise eine Tieftemperatur- oder Temperbehandlung. Sie
umfassen auch eine künstliche
Alterungsbehandlung und natürliche
Alterung. Jedoch können
derzeit nicht immer ausreichende Wirkungen erzielt werden. Außerdem erhöht die Spezialbehandlung
die Kosten noch mehr.
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Die
Veröffentlichung
JP 8-20201(B) offenbart eine
Technik, die eine harten dünnen
Film über
die Bezugsfläche
eines Endmaßes
bildet. Diese Technik richtet sich hauptsächlich darauf zu verhindern,
dass die Bezugsfläche
kontaminiert wird, und beabsichtigt, einen harten dünnen Film
mit einer rauhen Oberfläche
zu bilden. Die Bildung solch einer Rauhigkeit auf der Bezugsfläche macht
es unmöglich,
das "Ringing" durchzuführen, in
welchem eine Mehrzahl von Endmaßen
angewendet wird, wobei eine Bezugsfläche eine andere eng kontaktiert.
Die Durchführung
des "Ringing" erfordert eine Fläche, die
eine hohe Glattheit und keine Rauhigkeit als Bezugsfläche des
Endmaßes
aufweist.
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Ein
Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Endmaßes, welches ausgezeichnete
Abrieb- und Korrosionsbeständigkeit
aufweist ohne zeitabhängige
Veränderungen
in der Abmessung, und welche kostengünstig hergestellt werden kann.
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Die
Erfindung ist versehen mit einem Endmaß, welches einen Endmaßkörper und
einen diamantartigen darauf beschichteten Kohlenstoff-Film umfaßt.
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In
der Erfindung kann das Endmaß vorzugsweise
ein Rohstahlmaterial umfassen, das nicht gehärtet ist, oder ein Rohstahlmaterial
mit wenigstens einer Bezugsfläche,
die abschreckgehärtet
ist.
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Gemäß der Erfindung
können
das Betriebsverhalten und die Zuverlässigkeit des Endmaßes verbessert
werden durch Aufbringen des diamantartigen Kohlenstoff-Filmes (DLC-Film),
der ausgezeichnete Abrieb- und Korrosionsbeständigkeit aufweist.
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Falls
das Rohstahlmaterial, das nicht gehärtet ist, speziell als das
Endmaß in
der Erfindung angewendet wird, kann ein stabiles Endmaß, das lange Zeit
nutzbar ist, erhalten werden ohne die zeitabhängigen Veränderungen in der Abmessung
aufgrund der strukturellen Veränderung,
die bewirkt wird, wenn das Material abschreckgehärtet wird. Außerdem sind Abschreckhärtung, spezielle
Wärmebehandlungen (Tieftemperatur-
und Temperbehandlungen), künstliche
Alterungsbehandlung und natürliche
Alterung nicht erforderlich. Auf diese Weise können die Herstellkosten und
die Herstellzeit vermindert werden.
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Der
Endmaßkörper, der
mit dem DLC zu überziehen
ist, kann auch eine Keramikmaterial oder Glas niedriger Wärmedehnung
umfassen. Das Keramikmaterial ist vorzugsweise ein aus Zirkoniumoxid (ZrO2) bestehendes Material. Das Glas niedriger Wärmedehnung
kann eine Festlösung
sein, beispielsweise mit 60–70
Gewichts-% Siliziumdioxid (SiO2) als Hauptbestandteil,
15–25
Gewichts-% Aluminiumoxid (Al2O3)
und 1,5–5
Gewichts-% Lithiumoxid (LiO2).
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Das
Aufbringen des DLC-Filmes kann durchgeführt werden durch eine physikalische
Aufdampfungsmethode, vorzugsweise eine Mehr-Lichtbogen-Ionenplattiermethode,
die einen superdünnen DLC-Film
mit einer Dicke von einigen nm oder weniger in guter Kontrollierbarkeit
bilden kann. Der zu bildende DLC-Film ist amorph, und seine Oberfläche weist
Glattheit und einen niedrigen Reibungskoeffizienten auf. Dementsprechend
wäre durch
Polieren des Endmaßkörpers in
der Weise, dass die Abmessung zwischen den Bezugsflächen einen
gewünschten
Wert annimmt, Endpolieren nicht erforderlich, nachdem der DLC-Film
gebildet ist.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung gezeigten
Ausführungsbeispiels
näher beschrieben.
In der Zeichnung zeigen:
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1 ein Diagramm der Prozeßschritte
zur Herstellung eines Endmaßes
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung; und
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2 ein
Diagramm eines Ionenplattiergerätes
zur Bildung eines DLC-Filmes gemäß der Ausführungsform.
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1 zeigt eine Schnittansicht Prozeßschritte
zur Herstellung des Endmaßes. 1A zeigt einen verarbeiteten Querschnitt
eines Endmaßkörper 1.
In dieser Ausführungsform
ist der Endmaßkörper 1 hergestellt
aus einem Rohstahlmaterial, das nicht abschreckgehärtet ist.
Bezugsflächen
A werden bearbeitet, um eine gewünschte
Abmessung D zwischen ihnen zu erzielen, und sind fertigfeinpoliert.
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Dann
wird ein DLC-Film 2 über
Flächen
des Endmaßkörpers 1 gebildet,
wie in 1B gezeigt. In dieser Ausführungsform
wurde Ionenplattierung angewendet, um den DLC-Film 2 zu
bilden. Wie in 2 gezeigt, Ist das Ionenplattiergerät vom Mehrlichtbogentyp,
welches eine Mehrzahl von Ionenquellen 21 umfaßt. Ein
Substrathalter umfaßt
einen Halter mit Eigendrehung/Umdrehung, mit einem Haupthalter 22,
der zum Drehen angetrieben wird, und Teilhalter 23, die
angetrieben werden, um sich an dem Haupthalter zu drehen. Der Endmaßkörper 1 wird
an dem Teilhalter 23 montiert, wobei die Bezugsfläche A bei
Bildung des DLC-Filmes senkrecht zu dem Teilhalter 23 gehalten
wird. Ein Kohlenwasserstoffgas wird als Materialgas angewendet,
von welchem das Plasma durch die Ionenquellen 21 verursacht
wird. Das Anlegen einer negativen Vorspannung an den Substrathalter
beschleunigt das durch das Plasma gelöste CxHy+,
um den DLC-Film auf dem Endmaß zu
bilden.
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Eine
Filmbildungsbedingung für
den DLC-Film umfaßt:
einen Druck von 10–4 bis 10–5 Torr in
der Kammer, eine Temperatur von Raumtemperatur bis 200°C sowie 0,5
bis 2 Stunden. Unter solchen Bedingungen kann ein DLC-Film 2 mit
einer Dicke von 50–2000
nm über
der Bezugsfläche
A des Endmaßkörpers 1 gebildet
werden. Bei der Bildung solch eines superdünnen Filmes kann der DLC-Film 2 die Abmessung
D zwischen den Bezugsflächen
A des Endmaßkörpers 1 innerhalb
eines Toleranzbereiches beibehalten ohne das Erfordernis zum nochmaligen Ferigfeinpolieren
der Flächen.
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1B zeigt andere Flächen als die Bezugsflächen A in
einem Zustand, in dem sie ebenfalls mit dem DLC-Film überzogen
sind. Das Überziehen
der gesamten Fläche
mit dem DLC-Film ist effektiv zur Erzielung eines Rostschutzeffektes
und eliminiert die Notwendigkeit für eine spezielle Maskierung.
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Der
absolute Toleranzwert der Abmessung zwischen den Bezugsflächen variiert
gemäß der Größe des Endmaßes. Um
erforderliche Bezugsflächen ohne
die Ferigfeinpolierung zu erhalten, sollte daher die Dicke des DLC-Filmes
in einem Bereich einiger nm bis zu etwa 200 nm gesteuert werden.
Diese durch die Ionenplattierung gebildete Dicke des DLC-Filmes
kann leicht mit hoher Präzision
innerhalb eines solchen Bereiches gesteuert werden.
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Da
in dieser Ausführungsform
der Endmaßkörper 1 nicht
abschreckgehärtet
ist, beträgt
seine ursprüngliche
Härte etwa
Hv = 230. Durch Aufbringen des DLC-Filmes 2 kann ein Endmaß mit einer
hohen Härte
von Hv = 3000–5000
erhalten werden. Zum Vergleich weist ein herkömmliches abschreckgehärtetes Stahlendmaß eine Härte von
Hv = 800 auf, eine Zirkoniumoxid-Keramik nicht überzogen Hv = 1350 und ein
Glas niedriger Wärmedehnung
Hv = 700.
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Wie
oben beschrieben, kann gemäß der Erfindung
ein Endmaß mit
hoher Härte
und ausgezeichneter Abrieb- und Korrosionsbeständigkeit erhalten werden. Da
ein Rohstahlmaterial in dem Endmaßkörper 1 angewendet
wird, kann ein Endmaß erhalten werden,
welches die Strukturvariation, die in dem Stand der Technik durch
Abschreckhärtung
verursacht würde,
und die resultierende Zeitveränderung unterdrücken kann,
und welche eine hohe Zuverlässigkeit über eine
lange Zeitspanne aufrechterhalten kann. Außerdem sind die speziellen
Wärmebehandlungen
wie beispielsweise Tieftemperatur- und Temperbehandlungen nicht
erforderlich, und so können die
Kosten des Endmaßes
reduziert werden.
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In
der obigen Ausführungsform
ist es in dem Zustand von 1A auch
effektiv, partiell nur die Bezugsflächen A des Endmaßkörpers abzuschrecken. Diese
partielle Abschreckhärtung
kann praktisch durchgeführt
werden durch eine Hochfrequenz-Härtungsmethode
(eine Methode einer partiellen Härtung
durch Fließen
eines induzierten Stromes von der Primärspule, die eine in einer Hochfrequenzhärteeinrichtung
enthaltene Spule ist, in ein Werkstück, das die Sekundärspule ist),
eine Aufkohlungshärtungsmethode
und eine Nitriermethode.
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Eine
solche partielle Abschreckhärtung
kann den Effekt erzielen, eine Beule zu vermeiden, die auftritt,
wenn der ganze Körper
noch ein Rohstahlmaterial ist. Sie kann auch die Abrieb- und Korrosionswiderstände der
Bezugsflächen
in einem gewissen Ausmaß sicherstellen,
selbst wenn der superdünne DLC-Film
durch die Benutzung verschlissen ist. Außerdem kann, wenn nicht das
Endmaß völlig abschreckgehärtet ist,
die Strukturveränderung
und die resultierende Zeitveränderung
unterdrückt
werden, sich nicht auszuwirken.
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Obwohl
die obige Ausführungsform
das Endmaß beschreibt,
das aus einem Rohstahlmaterial mit DLC besteht, ist die Erfindung
nicht auf diese Ausführungsform
beschränkt,
es kann vielmehr auch ein Endmaß aus
einem Keramikmaterial oder Glas niedriger Wärmedehnung, überzogen
mit DLC, angewendet werden.
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Gemäß der Erfindung
wird die DLC-Beschichtung durchgeführt, wie oben beschrieben. Dementsprechend
kann sie ein Endmaß schaffen, welches
ausgezeichnete Abrieb- und Korrosionsbeständigkeit ohne zeitabhängige Veränderungen
in der Abmessung aufweist, und welche kostengünstig hergestellt werden kann.
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Nach
Beschreibung der Ausführungsform gemäß der Erfindung
werden andere Ausführungsformen
und Abwandlungen gemäß der Erfindung dem
Fachmann erscheinen. Daher sollte die Erfindung nicht angesehen
werden als beschränkt
auf die offenbarten Ausführungsform,
sondern sollte vielmehr als nur durch den Gedanken und Rahmen der Erfindung
beschränkt
angesehen werden.