JPH09210293A - 支持方法及び支持機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】被支持部材の歪が低減され、しかも、被支持部
材の姿勢調整が可能な支持方法、及び、支持機構を提供
する。 【解決手段】支持機構１００は、台座１１０と、３つの
脚部１２０と、３つの脚部１２０と一対一で台座１１０
に設けられ、それぞれが、対応する脚部１２０を支持す
る３つの脚部支持機構１３０とを有する。３つの脚部支
持機構１３０の各々は、台座１１０に固定された２つの
保持ブロック１３１と、２つの保持ブロック１３１のそ
れぞれに一本ずつ挿入された調節ネジ１３２と、これら
２つの調節ネジ１３２の間に配置された２つの円柱部材
１３３を有する。各脚部１２０は、その直下にある２つ
の円柱部材１３３の上に置かれている。各調節ネジ１３
２は、回転操作された際に前後に移動し、自身に当接し
ている円柱部材１３３を移動させる。被支持部材１４０
の姿勢は、各円柱部材１３３の位置に応じて変化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、３つの脚部を介し
て被支持部材を支持する際に、各脚部に１又は２以上の
支持面を所定の位置関係で点接触させ、前記被支持部材
の歪を低減する支持方法及び支持機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】物体の支持方法として、従来より、キネ
マティックマウントと呼ばれる方法が知られている。キ
ネマティックマウントは、被支持状態にある物体に発生
する歪の低減や、物体を取外した後に当該物体を再配置
する場合の再現性の向上を目的として考案された支持方
法であり、超精密加工や超精密測定等にしばしば用いら
れる。

【０００３】図１１に、キネマティックマウントの一種
であるKelvin Clampの構成例を示す。同図には、３つの
脚部１２を備えた物体（以下、被支持部材とする）１４
と、３つの脚部１２を介して被支持部材１４を支持する
台座１１が示されている。３つの脚部１２の各先端部に
は、球形部材１２ａが設けられている。台座１１には、
三角錐状の穴１３と、該穴１３に向かって延びたＶ字型
の溝１５が形成されており、それぞれに、球形部材１２
ａが配置されている。残りの球形部材１２ａは、台座１
１の上面１１ａに直接置かれている。

【０００４】この支持機構においては、１つ目の球形部
材１２ａが、穴１３を形成する３つの支持面（支持面１
３ａ、１３ｂ、１３ｃ）で支持され、２つ目の球形部材
１２ａが、溝１５を形成する２つの支持面（支持面１５
ａ、１５ｂ）で支持され、残りの球形部材１２ａが、台
座１１の上面１１ａで支持される。すなわち、被支持部
材１４は、都合６点で支持されることとなる。穴１３
（支持面１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）と、溝１５（支持面
１５ａ、１５ｂ）と、前述の残りの球形部材１２ａと台
座１１との接触点１１ｂを上方から見た様子は、図１２
に示されている。各支持面をこのような位置関係で配置
した場合、剛体としての被支持部材１４は、独立した６
つの自由度のみが拘束されることになる。独立した６つ
の自由度とは、互いに直交する３軸方向の３つの自由度
と、各軸回りの３つの自由度の６つである。何らかの原
因で外力が加わったり、周囲の温度変化が生じること
で、台座１１１には、無視できない変形が生じることが
あるが、本例の如く、被支持部材を過度に拘束すること
なく支持すれば、台座１１の変形によって発生する被支
持部材の歪を無視できる程度まで低減することができ
る。

【０００５】また、被支持部材１４を台座１１から取外
し、その後、再び台座１１に載置するような作業を繰返
し行う場合でも、被支持部材１４を台座１１に再現性よ
く配置することができる。

【０００６】図１３には、キネマティックマウントのそ
の他の構成例が示されている。

【０００７】この支持機構は、台座１１に３つのＶ溝１
５が形成され、それぞれに、球形部材１２ａが配置され
ている。この場合においても、被支持部材１４は、独立
した６つの自由度のみが拘束されるため、被支持部材１
４の歪が低減され、また、再現性よく被支持部材１４を
台座１１に配置することができる。また、この支持機構
では、３つのＶ溝１５が放射状に形成されているため、
周囲の温度変化によって台座１１や被支持部材１４が一
様に膨張／収縮した場合でも、被支持部材１４の中心軸
と台座１１の中心軸がずれないという特性がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような従来の支持機構においては、被支持部材１４の
姿勢を調整することができないという問題がある。被支
持部材１４は、例えば、光学装置の一部を構成する平面
鏡であったりするが、光路調整等においては、前述の姿
勢調整は不可欠となる。もちろん、図１の被支持部材１
４の上に姿勢調整機構を設け、この上に平面鏡を配置す
るようにしてもよいが、この場合、テーブルとして機能
する被支持部材１４の上に、さらに目的物としての平面
鏡が載置されることになるので、機構が複雑化するだけ
でなく、平面鏡や被支持部材１４の歪みが相乗的に増加
するという問題がある。

【０００９】以上の問題を鑑み、本発明の目的は、被支
持部材の歪が低減され、しかも、被支持部材の姿勢調整
が可能な支持方法、及び、支持機構を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の第１の態様によれば、３つの脚部を介して被
支持部材を支持する際に、各脚部に１又は２以上の支持
面を所定の位置関係で点接触させ、前記被支持部材の歪
を低減する支持方法において、前記３つの脚部のそれぞ
れに点接触させた、前記１又は２以上の支持面の少なく
とも１つを、前記被支持部材の姿勢が変化するように移
動させることを特徴とする支持方法が提供される。

【００１１】上記目的を達成するための本発明の第２の
態様によれば、被支持部材を支持するための支持機構に
おいて、前記被支持部材に分離可能に若しくは固定的に
設けられた３つの脚部と、前記３つの脚部と一対一で台
座に設けられ、それぞれが、対応する脚部を支持する３
つの脚部支持機構とを備え、前記３つの脚部支持機構の
それぞれは、対応する脚部に点接触した１又は２以上の
支持面を有し、前記３つの脚部支持機構の少なくとも一
つは、対応する脚部に点接触した１又は２以上の支持面
の少なくとも一つを前記被支持部材の姿勢が変化するよ
うに移動させる移動機構を有し、前記各支持面は、前記
被支持部材の姿勢の変化の前後において、予め定めた位
置関係で配置され、前記予め定めた位置関係は、前記被
支持部材を支持する際に発生する当該被支持部材の歪が
低減される位置関係であることを特徴とする支持機構が
提供される。

【００１２】上記目的を達成するための本発明の第３の
態様によれば、第２の態様において、前記３つの脚部の
それぞれには、曲面が形成されており、前記移動機構
は、前記曲面に点接触した側面を有する円柱部材を備
え、当該円柱部材を移動させることを特徴とする支持機
構が提供される。

【００１３】上記目的を達成するための本発明の第４の
態様によれば、第２または第３の態様において、前記円
柱部材は、セラミックスで形成されていることを特徴と
する支持機構が提供される。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施形態につ
いて図面を参照しながら説明する。

【００１５】図１及び図２に、第１の実施形態の支持機
構１００を示す。図１は、支持機構１００の全体構成図
である。被支持部材１４０については、説明上、その一
部を切り欠いて図示している。図２（ａ）、図２（ｂ）
は、それぞれ、脚部支持機構１３０の拡大図である。図
２（ａ）には、脚部支持機構１３０を上方から見た様子
が示されている。図２（ｂ）には、脚部支持機構１３０
を側方から見た様子が示されている。被支持部材１４０
は、例えば、精度を要求する被加工物や被測定物であ
る。なお、図１において、一部の構成部品については、
被支持部材１４０に隠れているため図示されていない。

【００１６】支持機構１００は、台座１１０と、３つの
脚部１２０と、３つの脚部１２０と一対一で台座１１０
に設けられ、それぞれが、対応する脚部１２０を支持す
る３つの脚部支持機構１３０とを有する。３つの脚部１
２０は、それぞれ同一径の球形部材である。これらの球
形部材は、被支持部材１４０に形成された３つの円錐状
の穴１４１のそれぞれに係合している。このように被支
持部材１４０は、３つの球形部材の上に単に置かれてい
るだけの、これらの球形部材と完全に分離されている別
部材である。

【００１７】３つの脚部支持機構１３０の各々は、台座
１１０に固定された２つの保持ブロック１３１と、２つ
の保持ブロック１３１のそれぞれに一本ずつ挿入された
調節ネジ１３２と、これら２つの調節ネジ１３２の間に
配置された２つの円柱部材１３３とを有する。２つの円
柱部材１３３は、互いに平行になるように整列した状態
で台座１１０の上に載置されている。前述の脚部１２０
は、これら２つの円柱部材１３３の上に置かれている。
２つの円柱部材１３３の各側面は、脚部１２０に点接触
しており、当該脚部１２０を支持するための支持面とし
て機能する。２つの円柱部材１３３の各中心軸の間に引
かれた仮想直線は、その他の２つの脚部支持機構１３０
から延びた２つの仮想直線のそれぞれに１２０°の角度
を為して交わっている。各保持ブロック１３１の両端部
は、固定ネジ１３４によって台座１１０に固定されてい
る。各調節ネジ１３２の先端部は、その正面にある円柱
部材１３３に当接している。各調節ネジ１３２は、回転
操作された際に、その回転方向と回転量に応じて前後に
移動し、自身に当接している円柱部材１３３の転動方向
の位置決めを行う。

【００１８】以上の構成を有する支持機構１００は、３
つの脚部１２０を介して被支持部材１４０を支持する際
に、３つの脚部１２０のそれぞれに２つの支持面が点接
触し、各支持面が、被支持部材１４０の歪が低減される
ような位置関係にあるキネマティックマウントを構成す
る。すなわち、支持機構１００では、外力や温度変化に
よって発生する被支持部材の歪を無視できる程度まで低
減することができると共に、被支持部材１４を台座１１
０に再現性よく配置することができる。また、本実施形
態の支持機構１００によれば、６本の調節ネジ１３２の
うちの一部又は全部を回転操作することで、被支持部材
１４０の姿勢を任意に調整することができる。例えば、
図１において手前に位置している脚部支持機構１３０の
２つの円柱部材１３３を、相互の間隔が広がるように移
動させた場合には、被支持部材１４０の手前側部分が下
がることになる。また、各脚部支持機構１３０の２つの
円柱部材１３３を、同時に、相互の間隔が狭くなるよう
に移動させた場合には、被支持部材１４０は全体的に上
方に移動することとなる。

【００１９】また、本実施形態の支持機構１００では、
合計６つの円柱部材を用いているが、円柱部材は、一般
に加工が簡単である。すなわち、台座に三角錐状の穴
（図１１の穴１３）を形成するような従来の支持機構と
比較して、本実施形態の支持機構１００では、加工作業
に要する時間が短くなり、製造コストを下げることがで
きる。なお、穴１３の３つの支持面を正確に形成するこ
とは、実際問題としては非常に難しく、高度な加工技術
が必要となる。

【００２０】なお、本実施形態の各脚部については、次
のように構成してもよい。

【００２１】図３（ａ）、図３（ｂ）には、半球状に形
成された脚部１５０が示されている。２つの円柱部材１
３３は、脚部１５０の半球部分を支持している。なお、
脚部１５０は、前述の脚部１２０と異なり、被支持部材
１４０に固定ネジ１５１で固定されている。ここでは図
示しない２つの脚部１５０についても同様な構成になっ
ている。なお、２つの調節ネジ１３２を回転操作した場
合の様子は、図４に示されている。このように、脚部１
５０を載せた２つの円柱部材１３３は、各調節ネジ１３
２のねじ込み具合に応じて台座１１０上を移動し、被支
持部材１４０の姿勢を変化させる。

【００２２】図５（ａ）、図５（ｂ）には、先端部分の
みが半球状に形成された脚部１６０が示されている。２
つの円柱部材１３３は、前述と同様、脚部１６０の半球
部分を支持している。脚部１６０の基端部は、被支持部
材１４０に固定ネジ１５１で固定されている。ここでは
図示しない２つの脚部１６０についても同様な構成にな
っている。

【００２３】図６（ａ）、図６（ｂ）には、先端部分が
円錐状に形成された脚部１７０が示されている。２つの
円柱部材１３３は、脚部１７０の円錐部分を支持してい
る。脚部１７０の基端部は、被支持部材１４０に固定ネ
ジ１５１で固定されている。ここでは図示しない２つの
脚部１７０についても同様な構成になっている。

【００２４】また、本実施形態の各脚部支持機構につい
ては、図７に示すように構成してもよい。脚部支持機構
１８０は、前述の２つの円柱部材１３３に代えて、２つ
の移動ブロック１８１を有する。各移動ブロック１８１
には、脚部１２０を支持する支持面１８１ａが形成され
ている。脚部を支持するための支持面は、円柱部材の側
面のような曲面に限らず、このような平面であっても構
わない。

【００２５】また、支持機構１００に支持される被支持
部材は、図８に示すように、例えば、光学装置の一部を
構成する平面鏡１９１を含んだものであってもよい。被
支持部材１９０は、図１では被支持部材としていたプレ
ート１９２と、プレート１９２に固定された平面鏡１９
１とから成る。なお、３次元座標測定機等では、平面鏡
１９１の代わりに被測定物が用いられることもある。

【００２６】つぎに、第２の実施形態の支持機構２００
を図９に示す。図９は、支持機構２００の全体構成図で
ある。プレート１９２については、説明上、その一部を
切り欠いて図示している。

【００２７】支持機構２００は、台座１１０と、３つの
脚部（同一径の２つの球形部材１２０と、これよりも僅
かに大きい直径を有する球形部材２２０）と、脚部支持
機構１３０、２３０とを有する。これらの球形部材は、
第１の実施形態と同様、被支持部材１４０に形成された
３つの円錐状の穴１４１（図２参照）にそれぞれ係合し
ており、被支持部材１９０については、３つの球形部材
の上に単に置かれているだけの、これらの球形部材と完
全に分離されている別部材である。なお、球形部材２２
０については、第１の実施形態と異なり、台座１１０に
直接接触している。また、図面の関係上、一部の構成部
品については、被支持部材１９０に隠れているため図示
されていない。

【００２８】脚部支持機構１３０は、台座１１０に固定
された２つの保持ブロック１３１と、２つの保持ブロッ
ク１３１のそれぞれに一本ずつ挿入された調節ネジ１３
２と、これら２つの調節ネジ１３２の間に配置された２
つの円柱部材１３３とを有する。保持ブロック１３１の
両端部は、固定ネジ１３４によって台座１１０に固定さ
れている（図２参照）。２つの円柱部材１３３は、互い
に平行になるように整列した状態で台座１１０の上に載
置されている。図９において手前側に位置する脚部１２
０は、これら２つの円柱部材１３３の上に置かれてい
る。２つの円柱部材１３３の各側面は、脚部１２０に点
接触しており、当該脚部１２０を支持するための支持面
として機能する。各調節ネジ１３２の先端部は、その正
面にある円柱部材１３３に当接している。各調節ネジ１
３２は、回転操作された際に、その回転方向と回転量に
応じて前後に移動し、自身に当接している円柱部材１３
３の転動方向の位置決めを行う。

【００２９】脚部支持機構２３０は、台座１１０に正三
角形状に配置された３つの保持ブロック１３１と、３つ
の保持ブロック１３１のそれぞれに一本ずつ挿入された
調節ネジ１３２と、３つの調節ネジ１３２のそれぞれに
当接した３つの円柱部材１３３とを有する。これら３つ
の円柱部材１３３についても、前述の３つの保持ブロッ
ク１３１と同様、台座１１０に正三角形状に配置されて
いる。各保持ブロック１３１の両端部は、固定ネジ１３
４（図２参照）によって台座１１０に固定されている。

【００３０】脚部２２０については、前述した通り、台
座１１０に直接置かれている。

【００３１】図１０には、台座１１０に投影された各円
柱部材１３３の中心軸１３３ａと、脚部２２０と台座１
１０との接触点２２０ａが示されている。

【００３２】各中心軸１３３ａと接触点２２０ａとの相
対的な位置関係は、各円柱部材１３３の動きに合わせて
変化するが、何れにせよ、脚部支持機構１３０の２つの
円柱部材１３３の各中心軸については、脚部支持機構２
３０の３つの円柱部材１３３のうちの、脚部支持機構１
２０に最も近い円柱部材１３３の中心軸に垂直に交わる
こととなる。

【００３３】以上、本発明の第１、第２の実施形態につ
いて説明したが、各実施形態で用いた脚部及び円柱部材
は、その両方又は一方を、硬質の材料、例えばセラミッ
クス（窒化珪素等）で形成しても構わない。このように
すれば、円柱部材等の摩耗が低減され、長期にわたって
精度よく被支持部材を支持することができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、被支持部材の歪が低減
され、しかも、被支持部材を支持するための３つの脚部
のそれぞれに点接触させた、１又は２以上の支持面の少
なくとも１つを移動させることで、被支持部材の姿勢を
任意に調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る支持機構の第１の実施形態の構成
図。

【図２】図１の支持機構の備える脚部支持機構の拡大
図。

【図３】図１の支持機構の備える脚部のその他の構成例
（その１）の拡大図。

【図４】図３の脚部支持機構の動作に関する説明図。

【図５】図１の支持機構の備える脚部のその他の構成例
（その２）の拡大図。

【図６】図１の支持機構の備える脚部のその他の構成例
（その３）の拡大図。

【図７】図１の支持機構の備える脚部支持機構のその他
の構成例（その１）の拡大図。

【図８】図１の被支持部材が参照鏡を有する場合の支持
機構の構成図。

【図９】本発明に係る支持機構の第２の実施形態の構成
図。

【図１０】図１０の支持機構の各支持面に関する説明
図。

【図１１】従来の支持機構（その１）の構成図。

【図１２】図１１の支持機構の各支持面に関する説明
図。

【図１３】従来の支持機構（その２）の構成図。

【符号の説明】

１１、１１０：台座、 １２、１２０、１５０、１６０、１７０、２２０：脚
部、 １３１、４１：穴、 １４、１４０、１９０：被支持部材、 １５：溝、 １００、２００：支持機構、 １３０、１８０、２３０：脚部支持機構、 １３１：保持ブロック、 １３２：調節ネジ、 １３３：円柱部材、 １３４、１５１：固定ネジ、 １８１：移動ブロック、 １９１：平面鏡 １９２：プレート

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】３つの脚部を介して被支持部材を支持する
   際に、前記各脚部に１又は２以上の支持面を所定の位置
   で点接触させ、前記被支持部材の歪を低減する支持方法
   において、 前記３つの脚部のそれぞれに点接触させた、前記１又は
   ２以上の支持面の少なくとも１つを、前記被支持部材の
   姿勢が変化するように移動させることを特徴とする支持
   方法。
2. 【請求項２】被支持部材を支持するための支持機構にお
   いて、 前記被支持部材に分離可能に若しくは固定的に設けられ
   た３つの脚部と、 前記３つの脚部と一対一で台座に設けられ、それぞれ
   が、対応する脚部を支持する３つの脚部支持機構とを備
   え、 前記３つの脚部支持機構のそれぞれは、対応する脚部に
   点接触した１又は２以上の支持面を有し、 前記３つの脚部支持機構の少なくとも一つは、対応する
   脚部に点接触した１又は２以上の支持面の少なくとも一
   つを前記被支持部材の姿勢が変化するように移動させる
   移動機構を有し、 前記各支持面は、前記被支持部材の姿勢の変化の前後に
   おいて、予め定めた位置関係で配置され、 前記予め定めた位置関係は、前記被支持部材を支持する
   際に発生する当該被支持部材の歪が低減される位置関係
   であることを特徴とする支持機構。
3. 【請求項３】請求項２において、 前記３つの脚部のそれぞれには、曲面が形成されてお
   り、 前記移動機構は、前記曲面に点接触した側面を有する円
   柱部材を備え、当該円柱部材を移動させることを特徴と
   する支持機構。
4. 【請求項４】請求項２または３において、 前記円柱部材は、セラミックスで形成されていることを
   特徴とする支持機構。