アボガドロ定数にトレーサブルな超高精度フリーフォーム形状測定技術の開発

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本研究では、密度測定に基づく基準球直径の超高精度測定及びランダムボール法によるプローブ球校正技術及び、高精度幾何ゲージによる空間座標補正法を用いてマイクロCMMと呼ばれる小型の接触式形状測定装置の革新的高精度化に取り組んでいる。2021年度は、まず、直径約30 mmのシリコン単結晶球（基準球）において、圧力浮遊法による密度値の高精度測定を行った。圧力浮遊法は、固体試料とほぼ等しい密度の液体中に、標準試料と測定試料を浮遊させ、その浮遊高さの差から標準試料とのわずかな密度差を算出するもので、超高精度な標準シリコン球（1 kg）を密度測定の標準試料とすることで、10-7レベルの相対不確かさで密度値の決定に成功した。さらに、超高精度質量測定と組み合わせることにより体積値を決定し、シリコン基準球の平均直径値を高精度に算出することに成功した。そして、算出されたシリコン基準球の平均直径値の妥当性検証に向けて、レーザ干渉計を搭載したマイクロCMM (Micro Coordinate Measuring Machine)による高精度球直径測定システムを構築した。構築システムにおいては、まず、独自開発した両面干渉式のレーザ干渉計システムにより、低熱膨張材料で作成された標準ブロックゲージ寸法の値付けを行った。次に、そのブロックゲージとの比較測定により、直径約30mmの基準球の直径を21 nmの拡張不確かさで決定することに成功した。