JP3970510B2 - 線膨張係数測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は線膨張係数測定装置に関し、特に、例えばパイプやサンドイッチパネルのような、寸法の大きいあるいは線膨張係数の測定が困難であった部材や、実際の構造部材等のための線膨張係数測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８（ａ）〜（ｃ）は、従来の線膨張係数測定装置を示したものである。従来の線膨張係数測定装置においては、図８（ａ）に示すように、まず、被測定部材１を恒温槽２内に設置された基台３の上に乗せ、恒温槽２内の温度を上昇させることで加熱する。被測定部材１の温度を被測定部材１に取り付けられた熱電対４により測定し、また、被測定部材１に歪みゲージ５を貼り付けて被測定部材１の歪みを測定し、それらの結果に基づいて被測定部材１の線膨張係数を計測演算装置６を用いて測定する。あるいは、図８（ｂ）に示すように、被測定部材１の少なくとも一端に取り付けられた接触型の変位計７により被測定部材１の線膨張係数を計測演算装置６を用いて測定する。あるいは、図８（ｃ）に示すように、被測定部材１の一端に取り付けられた干渉計８と反射鏡９とを用いて、恒温槽２の側面に設けられた窓ガラス１０を通過したレーザービーム発振装置１１からの入射ビーム１２と反射鏡９による反射ビーム１３とを干渉させ、検出器１４で変位を検出することにより被測定部材１の線膨張係数を計測演算装置６を用いて測定する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の線膨張係数測定装置では、上述したように、被測定部材１全体を恒温槽２に入れて加熱することにより温度変化を与えるため、被測定部材１の寸法が大きい場合には恒温槽２に入らず測定することができないという問題点があった。
【０００４】
また、恒温槽２内の温度のみを制御し、被測定部材１の温度を直接制御する構成でないため、被測定部材１の温度を均一にすることが難しく、そのため、正確な線膨張係数の測定は不可能であった。
【０００５】
また、図８（ａ）に示した歪みゲージ５を用いた線膨張係数測定装置では、歪みを電気抵抗の変化として検出しているため、電気抵抗の温度による変化が被測定部材１の温度変化による歪みの変化と比較して大きいことや歪みゲージ自体の誤差が大きいことにより２ｐｐｍ／℃以下の線膨張係数の測定は不可能であった。
【０００６】
また、図８（ｂ）に示した接触型の変位計７を用いた線膨張係数測定装置では、温度変化に対して接触型の変位計自体が熱変形し、当該変形の比率が、被測定部材１の温度変化による伸びの変化と比較して大きいことや接触型の変位計自体の誤差が大きいことにより正確な線膨張係数の測定は不可能であった。
【０００７】
また、図８（ｃ）に示したレーザービームを用いた線膨張係数測定装置では、恒温槽２、レーザービーム発振装置１１、検出器１４をそれぞれ別々の場所に置く必要があるため、大きなスペースを必要とすることや各々の装置の外部からの変動、例えば、設置部の振動や温度変化による熱変形により測定に対して大きな誤差を生じる恐れがあった。
【０００８】
また、図８（ａ）〜（ｃ）の各装置において、温度変化により恒温槽２や基台３が変形する場合、特に、被測定部材１が傾くような変形を生じた場合、被測定部材１の正確な線膨張係数が測定できなかった。
【０００９】
また、被測定部材１のある１つの方向での線膨張係数しか測定することができなかった。
【００１０】
また、温度変化に対して面外（上下）方向に変形するような薄板形状の線膨張係数測定することが困難であった。
【００１１】
この発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、寸法の大きい部材や実際の構造部材の線膨張係数を小さな誤差でより正確に測定できる線膨張係数測定装置を得ることを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明は、ゼロ膨張ガラスから構成された基台と、上記基台に設けられ、測定すべき被測定部材を支持するためのゼロ膨張ガラスから構成された支持手段と、上記被測定部材に対して測定すべき方向に設けられたゼロ膨張ガラスから構成された測定板と、上記基台に設けられ、上記測定板の変位を測定する非接触型の変位計と、上記被測定部材を加熱する加熱手段と、上記被測定部材の温度を測定する温度測定手段と、上記被測定部材の温度変化に伴う伸びによる上記測定板の変位から、上記被測定部材の線膨張係数を演算する計測演算手段とを備え、加熱手段が、上記被測定部材を内部に収納する筒状に構成されたシートヒーターと、上記シートヒーターを内部に収納するとともに、当該内部が真空状態になるように構成された真空チャンバとを備えていることを特徴とする線膨張係数測定装置である。
また、この発明は、ゼロ膨張ガラスから構成された基台と、上記基台に設けられ、測定すべき被測定部材を支持するためのゼロ膨張ガラスから構成された支持手段と、上記被測定部材に対して測定すべき方向に設けられたゼロ膨張ガラスから構成された測定板と、上記基台に設けられ、上記測定板の変位を測定する非接触型の変位計と、上記被測定部材を加熱する加熱手段と、上記被測定部材の温度を測定する温度測定手段と、上記被測定部材の温度変化に伴う伸びによる上記測定板の変位から、上記被測定部材の線膨張係数を演算する計測演算手段とを備え、上記支持手段が、上記被測定部材を中央部に夾持し、上記被測定部材の上下方向の変形を抑える構成を有し、上記測定板が、一方の端部がナイフエッジ形状で、他方の端部が円柱形状であるλ形状を有することを特徴とする線膨張係数測定装置である。
【００１３】
また、測定板が被測定部材の少なくとも両端に設けられており、変位計が測定板の各々に対して１つずつ設けられている。
【００１４】
また、被測定部材の一端の測定すべき方向の移動を阻止するためのゼロ膨張ガラスから構成された軸方向固定手段をさらに備え、測定板は、軸方向固定手段の反対側に設けられている。
【００１５】
また、支持手段が、被測定部材を支持するためのＶ字型支持表面を有している。
【００１６】
また、加熱手段が、被測定部材の周表面全体を覆うシートヒーターを備えている。
【００１７】
また、加熱手段が、被測定部材を内部に収納する筒と、筒の周表面全体を覆うシートヒーターとを備えている。
【００１９】
また、被測定部材を恒温恒湿に保つ恒温恒湿手段と、被測定部材の重量を測定する重量計とをさらに備え、計測演算手段が、被測定部材の重量変化に伴う伸びによる測定板の変位から、被測定部材の膨潤係数を演算する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による線膨張係数測定装置を示す図である。図１（ａ）は本装置の正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）における線Ａ−Ａに沿った断面図、図１（ｃ）は右側面図である。図１において、１は線膨張係数を測定すべき被測定部材であり、図１の例においては円柱型を有して、長手方向の寸法がかなり長いものであり、上述した従来の測定装置の恒温槽２内には入れることができない寸法を有している。１５は、線膨張係数が０．１ｐｐｍ／℃未満のゼロ膨張ガラス製の基台であり、１６は、基台１５に設けられ、被測定部材１を支持するゼロ膨張ガラス製の支持装置（支持手段）である。支持装置１６は、図１（ｂ）に示すように、円柱型の被測定部材１を支持するためのＶ字型支持表面を有するＶブロックから構成されている。支持装置１６は、Ｖ字型支持表面を用いることにより、被測定部材１を中央部に支持し、長手方向に水平で、温度変化に対して上下方向に変化しないように構成されている。１７は、被測定部材１の両端に設けられた平円板型のゼロ膨張ガラス製の２枚の測定板である。また、１８は、測定板１７の位置を測定するために、基台１５の両端に設置された測定精度０．５μｍ以内の非接触型の変位計であり、例えば、レーザー式や渦電流式の変位計から構成されている。１９は、被測定部材１を直接加熱するためのシートヒーター（加熱手段）である。シートヒーター１９は、シートヒーター１９の温度を制御するための温度調節装置（図示せず）に接続されており、図１のように、被測定部材１に直接貼り付けられて被測定部材１の周表面全体を覆っている。また、シートヒーター１９の両表面は、シート状の断熱材１９ａによって覆われている。４は、被測定部材１の温度を測定するために被測定部材１に取り付けられた熱電対（温度測定手段）である。６は、熱電対４による温度測定結果及び変位計１８による測定板１７の位置測定結果に基づいて、被測定部材１の温度変化による測定板１７の変位、すなわち、被測定部材１の伸びを演算する計測演算装置（計測演算手段）である。
【００２３】
次に、本装置の動作について説明する。図１において、線膨張係数が０．１ｐｐｍ／℃未満のゼロ膨張ガラス製の基台１５上に、被測定部材１を支持するためのＶ字型支持表面を持つゼロ膨張ガラス製の支持装置１６を設置して、支持装置１６上に被測定部材１を乗せ、シートヒーター９の温度を上昇させることにより、被測定部材１を加熱する。被測定部材１の温度を被測定部材１に取り付けられた熱電対４により測定し、一方、測定板１７の位置変位を変位計１８により測定して、これらの測定結果から、計測演算装置６を用いて、被測定部材１の伸びを演算し、線膨張係数を測定する。
【００２４】
上述したように、本発明の線膨張係数測定装置では、従来のように被測定部材１全体を恒温槽２に入れて加熱する必要がないため、大型の被測定部材１の測定を実現することができる。
【００２５】
また、従来のように恒温槽２内の温度のみを制御するのではなく、ヒートヒーター１９により、被測定部材１の温度を直接制御することが可能であるため、被測定部材１の温度を均一にすることが容易に実現でき、そのため、より正確な線膨張係数の測定はが可能である。
【００２６】
また、従来は、恒温槽２内に設置された歪みゲージや接触型の変位計を用いていたため、恒温槽２内の温度変化に伴うそれらの機器自体の誤差の影響を受けていたが、本発明においては、変位計１８は、非接触型であり、かつ、恒温槽内に設置されているわけではないので、変位計１８自体が加熱されることがなく、変位計１８自体の誤差は発生しないので、正確な線膨張係数の測定が可能である。
【００２７】
また、図８（ｃ）に示した従来装置においては、恒温槽、レーザービーム発振装置、検出器をそれぞれ別々の場所に置く必要があるため、大きなスペースを必要とすることや各々の装置の外部からの変動、例えば、設置部の振動や温度変化による熱変形により測定に対して大きな誤差を生じる恐れがあったが、本発明においては、被測定部材１の両端に変位計１８を単に設置するだけでよいので、省スペース化を図ることができるとともに、同一場所に設置しているため、測定に対して大きな誤差が生じることもなく、測定精度を高く保つことが可能である。
【００２８】
また、図８（ａ）〜（ｃ）の各従来装置においては、温度変化により恒温槽や基台が変形して、特に被測定部材１が傾くような変形を生じた場合、被測定部材１の正確な線膨張係数が測定できなかったが、本発明においては、Ｖ字型支持表面を有する支持装置１６を用いて被測定部材１を支持しているため、たとえ支持装置１６が温度変化により多少変形しても測定に対しては大きな影響を与えることがない。
【００２９】
また、従来装置においては、被測定部材１のある１つの方向での線膨張係数しか測定することができなかったが、本発明においては、被測定部材１のいかなる方向での線膨張係数の測定が可能である。
【００３０】
また、温度変化に対して面外（上下）方向に変形するような薄板形状の線膨張係数の測定も可能である。
【００３１】
実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２による線膨張係数測定装置を示す図である。図２（ａ）は本装置の正面図、図２（ｂ）は断面図、図２（ｃ）は右側面図である。図２において、２０は、被測定部材１を覆う筒であり、被測定部材１の直径よりも大きい直径を有し、被測定部材１に対して非接触の状態で設置されている。また、１９Ａは、温度調節装置（図示せず）に接続され、表面がシート状の断熱材によって覆われたシートヒーターであり、筒２０の周表面全体を覆っている。他の構成については、上述の実施の形態１と同様であるため、ここでは説明を省略する。筒２０の長手方向の長さは、被測定部材１よりも長い寸法になっている。
【００３２】
次に、動作について説明する。本実施の形態における線膨張係数測定装置においては、図２に示すように、基台１５上に筒２０が設けられ、その内部にＶ字型支持表面を持つ支持装置１６が設置されて、その上に被測定部材１が搭載されている。この状態で、シートヒーター１９Ａの温度を上昇させることにより、筒２０内の温度を上昇させ、被測定部材１を加熱して測定を行う。なお、他の動作については、上述の実施の形態１と同様であるため、ここではその説明を省略する。
【００３３】
本実施の形態においては、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、上述したように、被測定部材を覆う筒２０と、筒２０の周表面全体を覆うヒートシーター１９Ａとを用いるようにしたので、シートヒーター１９Ａを直接貼ることができないような構成または形状の被測定部材１でも一様な温度条件で正確な線膨張係数の測定を行うことができる。
【００３４】
実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３による線膨張係数測定装置を示す図である。図３（ａ）は本装置の正面図、図３（ｂ）は断面図、図２（ｃ）は左側面図である。図において、２１は、基台１５上に設けられ、被測定部材１の一端の軸方向（すなわち、変位の測定を行う方向）の移動を阻止するゼロ膨張ガラス製の軸方向固定装置である。また、１７Ａは、軸方向固定装置２１の反対側に設けられたゼロ膨張ガラス製の測定板である。他の構成については実施の形態１と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００３５】
次に動作について説明する。本実施の形態においては、上述の実施の形態１と基本的に同じ動作により測定を行うが、本実施の形態においては、被測定部材１の片側の端面に軸方向固定装置２１を設けているため、当該端面の位置の変化は起こらない。そのため、温度上昇による被測定部材１の伸びは、すべて、軸方向固定装置２１の反対側の測定板１７Ａの変位により検出することができる。他の動作については、実施の形態１と同じであるため、ここでは、説明を省略する。
【００３６】
本実施の形態においては、上述の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、被測定部材１の一端の軸方向の移動を阻止するゼロ膨張ガラス製の軸方向固定装置２１を設けて、当該一端側の移動は起こらないようにしたので、変位計１８を１つだけ設ければよく、構成が容易になるとともにコストも削減でき、かつ、被測定部材１の片側でのみ変位を計測するため処理データの量も半分となり、処理時間の高速化を図ることができる。
【００３７】
実施の形態４．
図４は、この発明の実施の形態４による線膨張係数測定装置を示す図である。図４（ａ）は本装置の正面図、図４（ｂ）は断面図、図４（ｃ）は右側面図である。図において、２２は、被測定部材１を覆うように筒状に形成され、内部が真空状態になるように構成された真空チャンバである。真空チャンバ２２は、シートヒーター１９Ｂと温度調節装置（図示せず）とを備えている。ヒートヒーター１９Ｂの被測定部材１側の表面には、図４（ｂ）に示すように、シート状の断熱材１９ａが設けられている。さらに、当該断熱材１９ａと被測定部材１との間には、図４（ｂ）に示すように、必要に応じて、筒状に形成された別の断熱材１９ａが設けられている。なお、本実施の形態においては、被測定部材１に対して、断熱材１９ａ及びヒートシーター１９Ｂとは離間して設けられている。従って、ヒートシーター等を直接貼ることができないような被測定部材でも一様な温度条件で正確な線膨張係数の測定が可能である。
【００３８】
次に、動作について説明する。本実施の形態においては、図４に示すように、基台１５上に真空チャンバー２２が設けられ、その内部にＶ字型支持表面を持つ支持装置１６が設置されて、その上に被測定部材１が搭載されている。この状態で、シートヒーター１９Ｂの温度を上昇させることにより、真空チャンバー２２内の温度を上昇させ、被測定部材１を加熱して測定を行う。なお、他の動作については、上述の実施の形態１と同様であるため、ここではその説明を省略する。
【００３９】
本実施の形態においては、上述の実施の形態１及び２と同様の効果が得られるとともに、さらに、シートヒーター１９Ｂと温度調節装置とを備え、被測定部材１を覆うように筒状に形成された真空チャンバ２２を用いるようにしたので、真空環境での被測定部材１の線膨張係数の測定や低温環境での線膨張係数の測定を実現することができる。
【００４０】
実施の形態５．
図５は、本発明の実施の形態５による線膨張係数測定装置を示す図である。図において、２３は、被測定部材１を内部につり下げた状態で設置するための恒温恒湿装置である。恒温恒湿装置２３の内部は、常に恒温恒湿に保たれている。また、２４は被測定部材１の重量を測定するための重量計である。本実施の形態における重量計２４は、図５に示すように、シーブ（滑車）３０に対しロープ３２を介して被測定部材１とつるべ式に接続されている。他の構成については、上述の実施の形態１と同一符号を用いて示し、ここではその説明を省略する。
【００４１】
次に、動作について説明する。図５において、線膨張係数が０．１ｐｐｍ／℃未満のゼロ膨張ガラス製の基台１５に、１対の変位計１８を取り付け、当該変位計１８の間に恒温恒湿装置２３を設けている。恒温恒湿装置２３内には、図のように、被測定部材１がロープ３２によりつり下げれている。被測定部材１の両端には測定板１７が取り付けられており、被測定部材１の重量変化による測定板１７の変位、すなわち、伸びを計測演算装置６により演算して求める。なお、本実施の形態においては、重量変化による被測定部材の伸び、すなわち、膨潤係数の測定が可能である。
【００４２】
本実施の形態においては、恒温恒湿装置２３及び重量計２４を加えて、恒温恒湿装置２３内に被測定部材１をつり下げて、被測定部材１の重量変化による伸びを測定するようにしたので、膨潤係数の測定も可能になる。なお、本実施の形態においては、恒温状態において測定を行う例について説明したが、その場合に限らず、上述の実施の形態のように、ヒートシーター等により被測定部材１を加熱して測定するようにしてもよい。
【００４３】
実施の形態６．
図６は、本発明の実施の形態６による線膨張係数測定装置を示す図である。図６（ａ）は正面図、図６（ｂ）は平面図である。図において、２５は、複数の角度をなす方向に非接触型の変位計１８を設置することが可能な線膨張係数が０．１ｐｐｍ／℃未満のゼロ膨張ガラス製の基台である。基台２５は、図６の例においては、互いに９０°ずつの角度をなす４方向に変位計１８が設置されている。本実施の形態においては、被測定部材１は円平板形状を有しており、当該被測定部材の側面の複数箇所に、すなわち、複数の角度をなす方向に、測定板１７が設けられている。各測定板１７に対して、１対１対応するように、変位計１８が設けられている。また、図６において、１９Ｃは、被測定部材の周表面に設けられたシートヒーターであり、温度調節装置（図示せず）に接続され、表面がシート状の断熱材によって覆われている。他の構成は、上述の実施の形態１と同様であるため、ここではその説明を省略する。
【００４４】
次に動作について説明する。本実施の形態１は、基本的に実施の形態１と同様の動作により測定を行う。すなわち、シートヒーター１９Ｃの温度を上昇させることにより、被測定部材１を加熱し、被測定部材１の温度を熱電対４により測定し、被測定部材の温度上昇による測定板１７の変位、すなわち、伸びを計測演算装置６により演算して求める。
【００４５】
本実施の形態においては、上述の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、複数の角度をなす方向に変位計を設置できるような基台２５を用いるようにしたので、被測定部材の複数方向の線膨張係数を測定することができる。
【００４６】
実施の形態７．
図７はこの発明の実施の形態７による線膨張係数測定装置を示す図である。図において、２７は線膨張係数を測定すべき薄板形状の被測定部材であり、２８は、基台１５上に設けられ、薄板形状の被測定部材２７を夾んで中央部で支持し、被測定部材２７の面外（上下）方向の変形を抑えるゼロ膨張ガラス製の支持装置である。２９は、被測定部材２７の両側に取り付けられ、図７（ｂ）に拡大斜視図を示すように、測定端部２９ａがナイフエッジ形状で、もう一端２９ｂが円柱形状であるλ形状をしたゼロ膨張ガラス製の測定板である。４は、被測定部材２７の温度を測定する熱電対、６は、被測定部材２７の温度変化による測定板２９の変位、すなわち、伸びを演算する計測演算装置である。なお、本実施の形態においては、表面がシート状の断熱材によって覆われたシートヒーター１９Ｄが、図７に示すように、支持装置２８の表面全体を覆うように取り付けられている。他の構成については、上述の実施の形態と同様であるため、同一符号により示し、ここではその説明を省略する。
【００４７】
次に動作について説明する。本実施の形態においては、シートヒーター１９Ｄの温度を上昇させることにより、被測定部材２７を支持装置２８を介して加熱し、被測定部材２７の温度を熱電対４により測定し、被測定部材２７の温度上昇による測定板２９の変位、すなわち、伸びを計測演算装置６により演算して求める。
【００４８】
本実施の形態においては、線膨張係数が０．１ｐｐｍ／℃未満のゼロ膨張ガラス製の基台１５上に、線膨張係数を測定すべき薄板形状の被測定部材２７を中央部で支持し、被測定部材２７の面外（上下）方向の変形を抑えるゼロ膨張ガラス製の支持装置２８、被測定部材２７の両側に取り付けられた測定端部がナイフエッジ形状で、もう一端が円柱形状で水平方向にスライドできるλ形状をしたゼロ膨張ガラス製の測定板２９を備えることにより、温度変化に対して面外（上下）方向に変形するような薄板形状の線膨張係数を測定することができる。
【００４９】
【発明の効果】
この発明は、ゼロ膨張ガラスから構成された基台と、上記基台に設けられ、測定すべき被測定部材を支持するためのゼロ膨張ガラスから構成された支持手段と、上記被測定部材に対して測定すべき方向に設けられたゼロ膨張ガラスから構成された測定板と、上記基台に設けられ、上記測定板の変位を測定する非接触型の変位計と、上記被測定部材を加熱する加熱手段と、上記被測定部材の温度を測定する温度測定手段と、上記被測定部材の温度変化に伴う伸びによる上記測定板の変位から、上記被測定部材の線膨張係数を演算する計測演算手段とを備え、加熱手段が、上記被測定部材を内部に収納する筒状に構成されたシートヒーターと、上記シートヒーターを内部に収納するとともに、当該内部が真空状態になるように構成された真空チャンバとを備えていることを特徴とする線膨張係数測定装置であるので、従来用いていた恒温槽を使用することなく、恒温槽には入りきらないような大型部材の線膨張係数の測定を実現でき、しかも、小さな誤差で高精度に当該測定を行うことができる。また、加熱手段が、被測定部材を内部に収納する筒状に構成されたシートヒーターと、シートヒーターを内部に収納するとともに、当該内部が真空状態になるように構成された真空チャンバとを備えているようにしたので、真空環境での被測定部材の線膨張係数の測定や低温環境での線膨張係数の測定ができる。
また、この発明は、ゼロ膨張ガラスから構成された基台と、上記基台に設けられ、測定すべき被測定部材を支持するためのゼロ膨張ガラスから構成された支持手段と、上記被測定部材に対して測定すべき方向に設けられたゼロ膨張ガラスから構成された測定板と、上記基台に設けられ、上記測定板の変位を測定する非接触型の変位計と、上記被測定部材を加熱する加熱手段と、上記被測定部材の温度を測定する温度測定手段と、上記被測定部材の温度変化に伴う伸びによる上記測定板の変位から、上記被測定部材の線膨張係数を演算する計測演算手段とを備え、上記支持手段が、上記被測定部材を中央部に夾持し、上記被測定部材の上下方向の変形を抑える構成を有し、上記測定板が、一方の端部がナイフエッジ形状で、他方の端部が円柱形状であるλ形状を有することを特徴とする線膨張係数測定装置である。また、支持手段が、被測定部材を中央部に夾持し、被測定部材の上下方向の変形を抑える構成を有し、測定板が、一方の端部がナイフエッジ形状で、他方の端部が円柱形状であるλ形状を有するようにしたので、温度変化に対して面外（上下）方向に変形するような薄板形状の線膨張係数を測定できる。
【００５０】
また、測定板が被測定部材の少なくとも両端に設けられており、変位計が測定板の各々に対して１つずつ設けられているようにしたので、大型部材の線膨張係数の測定を測定板の誤差の影響を小さくして行うことができる。
【００５１】
また、被測定部材の一端の測定すべき方向の移動を阻止するためのゼロ膨張ガラスから構成された軸方向固定手段をさらに備え、測定板は、軸方向固定手段の反対側に設けられているようにしたので、非接触型の変位計の数を少なくすることができる。
【００５２】
また、支持手段が、被測定部材を支持するためのＶ字型支持表面を有しているので、被測定部材を基台に固定する必要がなく、作業性及び利便性の向上を図ることができる。
【００５３】
また、加熱手段が、被測定部材の周表面全体を覆うシートヒーターを備えているようにしたので、被測定部材が一様に加熱され正確な線膨張係数の測定ができる。
【００５４】
また、加熱手段が、被測定部材を内部に収納する筒と、筒の周表面全体を覆うシートヒーターとを備えているようにしたので、シートヒーターを直接貼ることができないような被測定部材でも一様な温度条件で正確な線膨張係数の測定ができる。
【００５６】
また、被測定部材を恒温恒湿に保つ恒温恒湿手段と、被測定部材の重量を測定する重量計とをさらに備え、計測演算手段が、被測定部材の重量変化に伴う伸びによる測定板の変位から、被測定部材の膨潤係数を演算するようにしたので、膨潤係数測定装置として用いることも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１における線膨張係数測定装置の構成を示す図である。
【図２】 本発明の実施の形態２における線膨張係数測定装置の構成を示す図である。
【図３】 本発明の実施の形態３における線膨張係数測定装置の構成を示す図である。
【図４】 本発明の実施の形態４における線膨張係数測定装置の構成を示す図である。
【図５】 本発明の実施の形態５における線膨張係数測定装置の構成を示す図である。
【図６】 本発明の実施の形態６における線膨張係数測定装置の構成を示す図である。
【図７】 本発明の実施の形態７における線膨張係数測定装置の構成を示す図である。
【図８】 従来の線膨張係数測定装置を示す図である。
【符号の説明】
１，２７ 被測定部材、２ 恒温槽、３，１５，２５ 基台、４ 熱電対、５歪みゲージ、６ 計測演算装置、７ 接触型の変位計、８ 干渉計、９ 反射鏡、１０ 窓ガラス、１１ レーザービーム発振装置、１２ 入射ビーム、１３反射ビーム、１４ 検出器、１６，２６，２８ 支持装置、１７，２９ 測定板、１８ 非接触型の変位計、１９，１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄ シートヒーター、２０ 筒、２１ 軸方向固定装置、２２ 真空チャンバ、２３ 恒温恒湿装置、２４ 重量計。
【発明の属する技術分野】
この発明は線膨張係数測定装置に関し、特に、例えばパイプやサンドイッチパネルのような、寸法の大きいあるいは線膨張係数の測定が困難であった部材や、実際の構造部材等のための線膨張係数測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８（ａ）〜（ｃ）は、従来の線膨張係数測定装置を示したものである。従来の線膨張係数測定装置においては、図８（ａ）に示すように、まず、被測定部材１を恒温槽２内に設置された基台３の上に乗せ、恒温槽２内の温度を上昇させることで加熱する。被測定部材１の温度を被測定部材１に取り付けられた熱電対４により測定し、また、被測定部材１に歪みゲージ５を貼り付けて被測定部材１の歪みを測定し、それらの結果に基づいて被測定部材１の線膨張係数を計測演算装置６を用いて測定する。あるいは、図８（ｂ）に示すように、被測定部材１の少なくとも一端に取り付けられた接触型の変位計７により被測定部材１の線膨張係数を計測演算装置６を用いて測定する。あるいは、図８（ｃ）に示すように、被測定部材１の一端に取り付けられた干渉計８と反射鏡９とを用いて、恒温槽２の側面に設けられた窓ガラス１０を通過したレーザービーム発振装置１１からの入射ビーム１２と反射鏡９による反射ビーム１３とを干渉させ、検出器１４で変位を検出することにより被測定部材１の線膨張係数を計測演算装置６を用いて測定する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の線膨張係数測定装置では、上述したように、被測定部材１全体を恒温槽２に入れて加熱することにより温度変化を与えるため、被測定部材１の寸法が大きい場合には恒温槽２に入らず測定することができないという問題点があった。
【０００４】
また、恒温槽２内の温度のみを制御し、被測定部材１の温度を直接制御する構成でないため、被測定部材１の温度を均一にすることが難しく、そのため、正確な線膨張係数の測定は不可能であった。
【０００５】
また、図８（ａ）に示した歪みゲージ５を用いた線膨張係数測定装置では、歪みを電気抵抗の変化として検出しているため、電気抵抗の温度による変化が被測定部材１の温度変化による歪みの変化と比較して大きいことや歪みゲージ自体の誤差が大きいことにより２ｐｐｍ／℃以下の線膨張係数の測定は不可能であった。
【０００６】
また、図８（ｂ）に示した接触型の変位計７を用いた線膨張係数測定装置では、温度変化に対して接触型の変位計自体が熱変形し、当該変形の比率が、被測定部材１の温度変化による伸びの変化と比較して大きいことや接触型の変位計自体の誤差が大きいことにより正確な線膨張係数の測定は不可能であった。
【０００７】
また、図８（ｃ）に示したレーザービームを用いた線膨張係数測定装置では、恒温槽２、レーザービーム発振装置１１、検出器１４をそれぞれ別々の場所に置く必要があるため、大きなスペースを必要とすることや各々の装置の外部からの変動、例えば、設置部の振動や温度変化による熱変形により測定に対して大きな誤差を生じる恐れがあった。
【０００８】
また、図８（ａ）〜（ｃ）の各装置において、温度変化により恒温槽２や基台３が変形する場合、特に、被測定部材１が傾くような変形を生じた場合、被測定部材１の正確な線膨張係数が測定できなかった。
【０００９】
また、被測定部材１のある１つの方向での線膨張係数しか測定することができなかった。
【００１０】
また、温度変化に対して面外（上下）方向に変形するような薄板形状の線膨張係数測定することが困難であった。
【００１１】
この発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、寸法の大きい部材や実際の構造部材の線膨張係数を小さな誤差でより正確に測定できる線膨張係数測定装置を得ることを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明は、ゼロ膨張ガラスから構成された基台と、上記基台に設けられ、測定すべき被測定部材を支持するためのゼロ膨張ガラスから構成された支持手段と、上記被測定部材に対して測定すべき方向に設けられたゼロ膨張ガラスから構成された測定板と、上記基台に設けられ、上記測定板の変位を測定する非接触型の変位計と、上記被測定部材を加熱する加熱手段と、上記被測定部材の温度を測定する温度測定手段と、上記被測定部材の温度変化に伴う伸びによる上記測定板の変位から、上記被測定部材の線膨張係数を演算する計測演算手段とを備え、加熱手段が、上記被測定部材を内部に収納する筒状に構成されたシートヒーターと、上記シートヒーターを内部に収納するとともに、当該内部が真空状態になるように構成された真空チャンバとを備えていることを特徴とする線膨張係数測定装置である。
また、この発明は、ゼロ膨張ガラスから構成された基台と、上記基台に設けられ、測定すべき被測定部材を支持するためのゼロ膨張ガラスから構成された支持手段と、上記被測定部材に対して測定すべき方向に設けられたゼロ膨張ガラスから構成された測定板と、上記基台に設けられ、上記測定板の変位を測定する非接触型の変位計と、上記被測定部材を加熱する加熱手段と、上記被測定部材の温度を測定する温度測定手段と、上記被測定部材の温度変化に伴う伸びによる上記測定板の変位から、上記被測定部材の線膨張係数を演算する計測演算手段とを備え、上記支持手段が、上記被測定部材を中央部に夾持し、上記被測定部材の上下方向の変形を抑える構成を有し、上記測定板が、一方の端部がナイフエッジ形状で、他方の端部が円柱形状であるλ形状を有することを特徴とする線膨張係数測定装置である。
【００１３】
また、測定板が被測定部材の少なくとも両端に設けられており、変位計が測定板の各々に対して１つずつ設けられている。
【００１４】
また、被測定部材の一端の測定すべき方向の移動を阻止するためのゼロ膨張ガラスから構成された軸方向固定手段をさらに備え、測定板は、軸方向固定手段の反対側に設けられている。
【００１５】
また、支持手段が、被測定部材を支持するためのＶ字型支持表面を有している。
【００１６】
また、加熱手段が、被測定部材の周表面全体を覆うシートヒーターを備えている。
【００１７】
また、加熱手段が、被測定部材を内部に収納する筒と、筒の周表面全体を覆うシートヒーターとを備えている。
【００１９】
また、被測定部材を恒温恒湿に保つ恒温恒湿手段と、被測定部材の重量を測定する重量計とをさらに備え、計測演算手段が、被測定部材の重量変化に伴う伸びによる測定板の変位から、被測定部材の膨潤係数を演算する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による線膨張係数測定装置を示す図である。図１（ａ）は本装置の正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）における線Ａ−Ａに沿った断面図、図１（ｃ）は右側面図である。図１において、１は線膨張係数を測定すべき被測定部材であり、図１の例においては円柱型を有して、長手方向の寸法がかなり長いものであり、上述した従来の測定装置の恒温槽２内には入れることができない寸法を有している。１５は、線膨張係数が０．１ｐｐｍ／℃未満のゼロ膨張ガラス製の基台であり、１６は、基台１５に設けられ、被測定部材１を支持するゼロ膨張ガラス製の支持装置（支持手段）である。支持装置１６は、図１（ｂ）に示すように、円柱型の被測定部材１を支持するためのＶ字型支持表面を有するＶブロックから構成されている。支持装置１６は、Ｖ字型支持表面を用いることにより、被測定部材１を中央部に支持し、長手方向に水平で、温度変化に対して上下方向に変化しないように構成されている。１７は、被測定部材１の両端に設けられた平円板型のゼロ膨張ガラス製の２枚の測定板である。また、１８は、測定板１７の位置を測定するために、基台１５の両端に設置された測定精度０．５μｍ以内の非接触型の変位計であり、例えば、レーザー式や渦電流式の変位計から構成されている。１９は、被測定部材１を直接加熱するためのシートヒーター（加熱手段）である。シートヒーター１９は、シートヒーター１９の温度を制御するための温度調節装置（図示せず）に接続されており、図１のように、被測定部材１に直接貼り付けられて被測定部材１の周表面全体を覆っている。また、シートヒーター１９の両表面は、シート状の断熱材１９ａによって覆われている。４は、被測定部材１の温度を測定するために被測定部材１に取り付けられた熱電対（温度測定手段）である。６は、熱電対４による温度測定結果及び変位計１８による測定板１７の位置測定結果に基づいて、被測定部材１の温度変化による測定板１７の変位、すなわち、被測定部材１の伸びを演算する計測演算装置（計測演算手段）である。
【００２３】
次に、本装置の動作について説明する。図１において、線膨張係数が０．１ｐｐｍ／℃未満のゼロ膨張ガラス製の基台１５上に、被測定部材１を支持するためのＶ字型支持表面を持つゼロ膨張ガラス製の支持装置１６を設置して、支持装置１６上に被測定部材１を乗せ、シートヒーター９の温度を上昇させることにより、被測定部材１を加熱する。被測定部材１の温度を被測定部材１に取り付けられた熱電対４により測定し、一方、測定板１７の位置変位を変位計１８により測定して、これらの測定結果から、計測演算装置６を用いて、被測定部材１の伸びを演算し、線膨張係数を測定する。
【００２４】
上述したように、本発明の線膨張係数測定装置では、従来のように被測定部材１全体を恒温槽２に入れて加熱する必要がないため、大型の被測定部材１の測定を実現することができる。
【００２５】
また、従来のように恒温槽２内の温度のみを制御するのではなく、ヒートヒーター１９により、被測定部材１の温度を直接制御することが可能であるため、被測定部材１の温度を均一にすることが容易に実現でき、そのため、より正確な線膨張係数の測定はが可能である。
【００２６】
また、従来は、恒温槽２内に設置された歪みゲージや接触型の変位計を用いていたため、恒温槽２内の温度変化に伴うそれらの機器自体の誤差の影響を受けていたが、本発明においては、変位計１８は、非接触型であり、かつ、恒温槽内に設置されているわけではないので、変位計１８自体が加熱されることがなく、変位計１８自体の誤差は発生しないので、正確な線膨張係数の測定が可能である。
【００２７】
また、図８（ｃ）に示した従来装置においては、恒温槽、レーザービーム発振装置、検出器をそれぞれ別々の場所に置く必要があるため、大きなスペースを必要とすることや各々の装置の外部からの変動、例えば、設置部の振動や温度変化による熱変形により測定に対して大きな誤差を生じる恐れがあったが、本発明においては、被測定部材１の両端に変位計１８を単に設置するだけでよいので、省スペース化を図ることができるとともに、同一場所に設置しているため、測定に対して大きな誤差が生じることもなく、測定精度を高く保つことが可能である。
【００２８】
また、図８（ａ）〜（ｃ）の各従来装置においては、温度変化により恒温槽や基台が変形して、特に被測定部材１が傾くような変形を生じた場合、被測定部材１の正確な線膨張係数が測定できなかったが、本発明においては、Ｖ字型支持表面を有する支持装置１６を用いて被測定部材１を支持しているため、たとえ支持装置１６が温度変化により多少変形しても測定に対しては大きな影響を与えることがない。
【００２９】
また、従来装置においては、被測定部材１のある１つの方向での線膨張係数しか測定することができなかったが、本発明においては、被測定部材１のいかなる方向での線膨張係数の測定が可能である。
【００３０】
また、温度変化に対して面外（上下）方向に変形するような薄板形状の線膨張係数の測定も可能である。
【００３１】
実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２による線膨張係数測定装置を示す図である。図２（ａ）は本装置の正面図、図２（ｂ）は断面図、図２（ｃ）は右側面図である。図２において、２０は、被測定部材１を覆う筒であり、被測定部材１の直径よりも大きい直径を有し、被測定部材１に対して非接触の状態で設置されている。また、１９Ａは、温度調節装置（図示せず）に接続され、表面がシート状の断熱材によって覆われたシートヒーターであり、筒２０の周表面全体を覆っている。他の構成については、上述の実施の形態１と同様であるため、ここでは説明を省略する。筒２０の長手方向の長さは、被測定部材１よりも長い寸法になっている。
【００３２】
次に、動作について説明する。本実施の形態における線膨張係数測定装置においては、図２に示すように、基台１５上に筒２０が設けられ、その内部にＶ字型支持表面を持つ支持装置１６が設置されて、その上に被測定部材１が搭載されている。この状態で、シートヒーター１９Ａの温度を上昇させることにより、筒２０内の温度を上昇させ、被測定部材１を加熱して測定を行う。なお、他の動作については、上述の実施の形態１と同様であるため、ここではその説明を省略する。
【００３３】
本実施の形態においては、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、上述したように、被測定部材を覆う筒２０と、筒２０の周表面全体を覆うヒートシーター１９Ａとを用いるようにしたので、シートヒーター１９Ａを直接貼ることができないような構成または形状の被測定部材１でも一様な温度条件で正確な線膨張係数の測定を行うことができる。
【００３４】
実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３による線膨張係数測定装置を示す図である。図３（ａ）は本装置の正面図、図３（ｂ）は断面図、図２（ｃ）は左側面図である。図において、２１は、基台１５上に設けられ、被測定部材１の一端の軸方向（すなわち、変位の測定を行う方向）の移動を阻止するゼロ膨張ガラス製の軸方向固定装置である。また、１７Ａは、軸方向固定装置２１の反対側に設けられたゼロ膨張ガラス製の測定板である。他の構成については実施の形態１と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００３５】
次に動作について説明する。本実施の形態においては、上述の実施の形態１と基本的に同じ動作により測定を行うが、本実施の形態においては、被測定部材１の片側の端面に軸方向固定装置２１を設けているため、当該端面の位置の変化は起こらない。そのため、温度上昇による被測定部材１の伸びは、すべて、軸方向固定装置２１の反対側の測定板１７Ａの変位により検出することができる。他の動作については、実施の形態１と同じであるため、ここでは、説明を省略する。
【００３６】
本実施の形態においては、上述の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、被測定部材１の一端の軸方向の移動を阻止するゼロ膨張ガラス製の軸方向固定装置２１を設けて、当該一端側の移動は起こらないようにしたので、変位計１８を１つだけ設ければよく、構成が容易になるとともにコストも削減でき、かつ、被測定部材１の片側でのみ変位を計測するため処理データの量も半分となり、処理時間の高速化を図ることができる。
【００３７】
実施の形態４．
図４は、この発明の実施の形態４による線膨張係数測定装置を示す図である。図４（ａ）は本装置の正面図、図４（ｂ）は断面図、図４（ｃ）は右側面図である。図において、２２は、被測定部材１を覆うように筒状に形成され、内部が真空状態になるように構成された真空チャンバである。真空チャンバ２２は、シートヒーター１９Ｂと温度調節装置（図示せず）とを備えている。ヒートヒーター１９Ｂの被測定部材１側の表面には、図４（ｂ）に示すように、シート状の断熱材１９ａが設けられている。さらに、当該断熱材１９ａと被測定部材１との間には、図４（ｂ）に示すように、必要に応じて、筒状に形成された別の断熱材１９ａが設けられている。なお、本実施の形態においては、被測定部材１に対して、断熱材１９ａ及びヒートシーター１９Ｂとは離間して設けられている。従って、ヒートシーター等を直接貼ることができないような被測定部材でも一様な温度条件で正確な線膨張係数の測定が可能である。
【００３８】
次に、動作について説明する。本実施の形態においては、図４に示すように、基台１５上に真空チャンバー２２が設けられ、その内部にＶ字型支持表面を持つ支持装置１６が設置されて、その上に被測定部材１が搭載されている。この状態で、シートヒーター１９Ｂの温度を上昇させることにより、真空チャンバー２２内の温度を上昇させ、被測定部材１を加熱して測定を行う。なお、他の動作については、上述の実施の形態１と同様であるため、ここではその説明を省略する。
【００３９】
本実施の形態においては、上述の実施の形態１及び２と同様の効果が得られるとともに、さらに、シートヒーター１９Ｂと温度調節装置とを備え、被測定部材１を覆うように筒状に形成された真空チャンバ２２を用いるようにしたので、真空環境での被測定部材１の線膨張係数の測定や低温環境での線膨張係数の測定を実現することができる。
【００４０】
実施の形態５．
図５は、本発明の実施の形態５による線膨張係数測定装置を示す図である。図において、２３は、被測定部材１を内部につり下げた状態で設置するための恒温恒湿装置である。恒温恒湿装置２３の内部は、常に恒温恒湿に保たれている。また、２４は被測定部材１の重量を測定するための重量計である。本実施の形態における重量計２４は、図５に示すように、シーブ（滑車）３０に対しロープ３２を介して被測定部材１とつるべ式に接続されている。他の構成については、上述の実施の形態１と同一符号を用いて示し、ここではその説明を省略する。
【００４１】
次に、動作について説明する。図５において、線膨張係数が０．１ｐｐｍ／℃未満のゼロ膨張ガラス製の基台１５に、１対の変位計１８を取り付け、当該変位計１８の間に恒温恒湿装置２３を設けている。恒温恒湿装置２３内には、図のように、被測定部材１がロープ３２によりつり下げれている。被測定部材１の両端には測定板１７が取り付けられており、被測定部材１の重量変化による測定板１７の変位、すなわち、伸びを計測演算装置６により演算して求める。なお、本実施の形態においては、重量変化による被測定部材の伸び、すなわち、膨潤係数の測定が可能である。
【００４２】
本実施の形態においては、恒温恒湿装置２３及び重量計２４を加えて、恒温恒湿装置２３内に被測定部材１をつり下げて、被測定部材１の重量変化による伸びを測定するようにしたので、膨潤係数の測定も可能になる。なお、本実施の形態においては、恒温状態において測定を行う例について説明したが、その場合に限らず、上述の実施の形態のように、ヒートシーター等により被測定部材１を加熱して測定するようにしてもよい。
【００４３】
実施の形態６．
図６は、本発明の実施の形態６による線膨張係数測定装置を示す図である。図６（ａ）は正面図、図６（ｂ）は平面図である。図において、２５は、複数の角度をなす方向に非接触型の変位計１８を設置することが可能な線膨張係数が０．１ｐｐｍ／℃未満のゼロ膨張ガラス製の基台である。基台２５は、図６の例においては、互いに９０°ずつの角度をなす４方向に変位計１８が設置されている。本実施の形態においては、被測定部材１は円平板形状を有しており、当該被測定部材の側面の複数箇所に、すなわち、複数の角度をなす方向に、測定板１７が設けられている。各測定板１７に対して、１対１対応するように、変位計１８が設けられている。また、図６において、１９Ｃは、被測定部材の周表面に設けられたシートヒーターであり、温度調節装置（図示せず）に接続され、表面がシート状の断熱材によって覆われている。他の構成は、上述の実施の形態１と同様であるため、ここではその説明を省略する。
【００４４】
次に動作について説明する。本実施の形態１は、基本的に実施の形態１と同様の動作により測定を行う。すなわち、シートヒーター１９Ｃの温度を上昇させることにより、被測定部材１を加熱し、被測定部材１の温度を熱電対４により測定し、被測定部材の温度上昇による測定板１７の変位、すなわち、伸びを計測演算装置６により演算して求める。
【００４５】
本実施の形態においては、上述の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、複数の角度をなす方向に変位計を設置できるような基台２５を用いるようにしたので、被測定部材の複数方向の線膨張係数を測定することができる。
【００４６】
実施の形態７．
図７はこの発明の実施の形態７による線膨張係数測定装置を示す図である。図において、２７は線膨張係数を測定すべき薄板形状の被測定部材であり、２８は、基台１５上に設けられ、薄板形状の被測定部材２７を夾んで中央部で支持し、被測定部材２７の面外（上下）方向の変形を抑えるゼロ膨張ガラス製の支持装置である。２９は、被測定部材２７の両側に取り付けられ、図７（ｂ）に拡大斜視図を示すように、測定端部２９ａがナイフエッジ形状で、もう一端２９ｂが円柱形状であるλ形状をしたゼロ膨張ガラス製の測定板である。４は、被測定部材２７の温度を測定する熱電対、６は、被測定部材２７の温度変化による測定板２９の変位、すなわち、伸びを演算する計測演算装置である。なお、本実施の形態においては、表面がシート状の断熱材によって覆われたシートヒーター１９Ｄが、図７に示すように、支持装置２８の表面全体を覆うように取り付けられている。他の構成については、上述の実施の形態と同様であるため、同一符号により示し、ここではその説明を省略する。
【００４７】
次に動作について説明する。本実施の形態においては、シートヒーター１９Ｄの温度を上昇させることにより、被測定部材２７を支持装置２８を介して加熱し、被測定部材２７の温度を熱電対４により測定し、被測定部材２７の温度上昇による測定板２９の変位、すなわち、伸びを計測演算装置６により演算して求める。
【００４８】
本実施の形態においては、線膨張係数が０．１ｐｐｍ／℃未満のゼロ膨張ガラス製の基台１５上に、線膨張係数を測定すべき薄板形状の被測定部材２７を中央部で支持し、被測定部材２７の面外（上下）方向の変形を抑えるゼロ膨張ガラス製の支持装置２８、被測定部材２７の両側に取り付けられた測定端部がナイフエッジ形状で、もう一端が円柱形状で水平方向にスライドできるλ形状をしたゼロ膨張ガラス製の測定板２９を備えることにより、温度変化に対して面外（上下）方向に変形するような薄板形状の線膨張係数を測定することができる。
【００４９】
【発明の効果】
この発明は、ゼロ膨張ガラスから構成された基台と、上記基台に設けられ、測定すべき被測定部材を支持するためのゼロ膨張ガラスから構成された支持手段と、上記被測定部材に対して測定すべき方向に設けられたゼロ膨張ガラスから構成された測定板と、上記基台に設けられ、上記測定板の変位を測定する非接触型の変位計と、上記被測定部材を加熱する加熱手段と、上記被測定部材の温度を測定する温度測定手段と、上記被測定部材の温度変化に伴う伸びによる上記測定板の変位から、上記被測定部材の線膨張係数を演算する計測演算手段とを備え、加熱手段が、上記被測定部材を内部に収納する筒状に構成されたシートヒーターと、上記シートヒーターを内部に収納するとともに、当該内部が真空状態になるように構成された真空チャンバとを備えていることを特徴とする線膨張係数測定装置であるので、従来用いていた恒温槽を使用することなく、恒温槽には入りきらないような大型部材の線膨張係数の測定を実現でき、しかも、小さな誤差で高精度に当該測定を行うことができる。また、加熱手段が、被測定部材を内部に収納する筒状に構成されたシートヒーターと、シートヒーターを内部に収納するとともに、当該内部が真空状態になるように構成された真空チャンバとを備えているようにしたので、真空環境での被測定部材の線膨張係数の測定や低温環境での線膨張係数の測定ができる。
また、この発明は、ゼロ膨張ガラスから構成された基台と、上記基台に設けられ、測定すべき被測定部材を支持するためのゼロ膨張ガラスから構成された支持手段と、上記被測定部材に対して測定すべき方向に設けられたゼロ膨張ガラスから構成された測定板と、上記基台に設けられ、上記測定板の変位を測定する非接触型の変位計と、上記被測定部材を加熱する加熱手段と、上記被測定部材の温度を測定する温度測定手段と、上記被測定部材の温度変化に伴う伸びによる上記測定板の変位から、上記被測定部材の線膨張係数を演算する計測演算手段とを備え、上記支持手段が、上記被測定部材を中央部に夾持し、上記被測定部材の上下方向の変形を抑える構成を有し、上記測定板が、一方の端部がナイフエッジ形状で、他方の端部が円柱形状であるλ形状を有することを特徴とする線膨張係数測定装置である。また、支持手段が、被測定部材を中央部に夾持し、被測定部材の上下方向の変形を抑える構成を有し、測定板が、一方の端部がナイフエッジ形状で、他方の端部が円柱形状であるλ形状を有するようにしたので、温度変化に対して面外（上下）方向に変形するような薄板形状の線膨張係数を測定できる。
【００５０】
また、測定板が被測定部材の少なくとも両端に設けられており、変位計が測定板の各々に対して１つずつ設けられているようにしたので、大型部材の線膨張係数の測定を測定板の誤差の影響を小さくして行うことができる。
【００５１】
また、被測定部材の一端の測定すべき方向の移動を阻止するためのゼロ膨張ガラスから構成された軸方向固定手段をさらに備え、測定板は、軸方向固定手段の反対側に設けられているようにしたので、非接触型の変位計の数を少なくすることができる。
【００５２】
また、支持手段が、被測定部材を支持するためのＶ字型支持表面を有しているので、被測定部材を基台に固定する必要がなく、作業性及び利便性の向上を図ることができる。
【００５３】
また、加熱手段が、被測定部材の周表面全体を覆うシートヒーターを備えているようにしたので、被測定部材が一様に加熱され正確な線膨張係数の測定ができる。
【００５４】
また、加熱手段が、被測定部材を内部に収納する筒と、筒の周表面全体を覆うシートヒーターとを備えているようにしたので、シートヒーターを直接貼ることができないような被測定部材でも一様な温度条件で正確な線膨張係数の測定ができる。
【００５６】
また、被測定部材を恒温恒湿に保つ恒温恒湿手段と、被測定部材の重量を測定する重量計とをさらに備え、計測演算手段が、被測定部材の重量変化に伴う伸びによる測定板の変位から、被測定部材の膨潤係数を演算するようにしたので、膨潤係数測定装置として用いることも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１における線膨張係数測定装置の構成を示す図である。
【図２】 本発明の実施の形態２における線膨張係数測定装置の構成を示す図である。
【図３】 本発明の実施の形態３における線膨張係数測定装置の構成を示す図である。
【図４】 本発明の実施の形態４における線膨張係数測定装置の構成を示す図である。
【図５】 本発明の実施の形態５における線膨張係数測定装置の構成を示す図である。
【図６】 本発明の実施の形態６における線膨張係数測定装置の構成を示す図である。
【図７】 本発明の実施の形態７における線膨張係数測定装置の構成を示す図である。
【図８】 従来の線膨張係数測定装置を示す図である。
【符号の説明】
１，２７ 被測定部材、２ 恒温槽、３，１５，２５ 基台、４ 熱電対、５歪みゲージ、６ 計測演算装置、７ 接触型の変位計、８ 干渉計、９ 反射鏡、１０ 窓ガラス、１１ レーザービーム発振装置、１２ 入射ビーム、１３反射ビーム、１４ 検出器、１６，２６，２８ 支持装置、１７，２９ 測定板、１８ 非接触型の変位計、１９，１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄ シートヒーター、２０ 筒、２１ 軸方向固定装置、２２ 真空チャンバ、２３ 恒温恒湿装置、２４ 重量計。
Claims (8)
- ゼロ膨張ガラスから構成された基台と、
上記基台に設けられ、測定すべき被測定部材を支持するためのゼロ膨張ガラスから構成された支持手段と、
上記被測定部材に対して測定すべき方向に設けられたゼロ膨張ガラスから構成された測定板と、
上記基台に設けられ、上記測定板の変位を測定する非接触型の変位計と、
上記被測定部材を加熱する加熱手段と、
上記被測定部材の温度を測定する温度測定手段と、
上記被測定部材の温度変化に伴う伸びによる上記測定板の変位から、上記被測定部材の線膨張係数を演算する計測演算手段と
を備え、
加熱手段が、
上記被測定部材を内部に収納する筒状に構成されたシートヒーターと、
上記シートヒーターを内部に収納するとともに、当該内部が真空状態になるように構成された真空チャンバと
を備えていることを特徴とする線膨張係数測定装置。 - ゼロ膨張ガラスから構成された基台と、
上記基台に設けられ、測定すべき被測定部材を支持するためのゼロ膨張ガラスから構成された支持手段と、
上記被測定部材に対して測定すべき方向に設けられたゼロ膨張ガラスから構成された測定板と、
上記基台に設けられ、上記測定板の変位を測定する非接触型の変位計と、
上記被測定部材を加熱する加熱手段と、
上記被測定部材の温度を測定する温度測定手段と、
上記被測定部材の温度変化に伴う伸びによる上記測定板の変位から、上記被測定部材の線膨張係数を演算する計測演算手段と
を備え、
上記支持手段が、上記被測定部材を中央部に夾持し、上記被測定部材の上下方向の変形を抑える構成を有し、
上記測定板が、一方の端部がナイフエッジ形状で、他方の端部が円柱形状であるλ形状を有する
ことを特徴とする線膨張係数測定装置。 - 上記測定板が上記被測定部材の少なくとも両端に設けられており、上記変位計が上記測定板の各々に対して１つずつ設けられている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の線膨張係数測定装置。 - 上記被測定部材の一端の測定すべき方向の移動を阻止するためのゼロ膨張ガラスから構成された軸方向固定手段をさらに備え、
上記測定板は、上記軸方向固定手段の反対側に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の線膨張係数測定装置。 - 上記支持手段が、上記被測定部材を支持するためのＶ字型支持表面を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の線膨張係数測定装置。
- 上記加熱手段が、上記被測定部材の周表面全体を覆うシートヒーターを備えていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の線膨張係数測定装置。
- 上記加熱手段が、
上記被測定部材を内部に収納する筒と、上記筒の周表面全体を覆うシートヒーターとを備えていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の線膨張係数測定装置。 - 上記被測定部材を恒温恒湿に保つ恒温恒湿手段と、
上記被測定部材の重量を測定する重量計とをさらに備え、
上記計測演算手段が、上記被測定部材の重量変化に伴う伸びによる上記測定板の変位から、上記被測定部材の膨潤係数を演算することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の線膨張係数測定装置。
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