JPH09501113A - 割出し機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 割出し機構は、軸Ａのまわりに互いに対して回動可能とされる第１の本体部１０および第２の本体部１２を含んでなる測定機における多関節のプローブヘッドに用いられる。各本体部は、部材２０および３０の円周に沿った配列を含んでなり、各部材は、隣接する部材における隣接する表面が相互に収束され、半径方向に延在する対称軸のまわりに対称となる各部材である。二つの本体部１０および１２は、割り出された位置において係合されるとき、本体部における一方の各部材は、本体部１０および１２の他方に隣接する部材２０の間にもたらされる一対の収束面上に着座する。加えて、その表面は、隣接する部材２０の間の間隙の半分よりも大きい前記曲率半径をもって相互に直交する３つの平面のうちの少なくとも１つの平面内で湾曲されている。この形状が伝統的なハース(Hirth)カップリングに匹敵する剛性および反復性能をもたらす。そして、同時に、カイネマティックサポート(kinematic support)における耐埃性、および、機械加工上の比較的広い公差を得るようないくらかの利点がもたらされる。

Description

【発明の詳細な説明】 割出し機構 本発明は、多数の個別的に離間され、かつ、高度に反復的な割出し位置におい て、他方に対し一方の本体を角度的に位置付けるための割出し機構に関する。か かる割出し機構は、代表的には座標測定機または工作機械のような座標位置決め 機械に用いられ得る多関節のプローブヘッドまたは円テーブルに用いられる。 割出し機構の知られた形式の一つは、二つの本体部のうちの一方に設けられ円 形状に配列されたボールと、二つの本体部のうち他方に設けられ、二つの本体部 の回転軸に関して等間隔で半径方向に延在する３つのローラとを含んでいる。 割り出された位置では、各ローラは、円形状に配列されたボールのうちの隣接 する一対のボールによって形成される収束面に着座する。 割り出し可能な位置の数量は、他方の本体部に対し一方の本体部が３６０度、 １回転するとき、円形状に配列されたボールによってもたらされる一対の収束面 の数量によって設定される。 この割出し機構の代替的な、かつ、全く均等な形態では、半径方向に延在し、 かつ、等しく離間されたローラの円形状の配列が複数の本体部の一つに設けられ 、等辺三角形の頂点に位置された３個のボールが二つの本体部のうちの他方に設 けられており、各ボールは、隣接する一対のローラによって形成された収束面に 着座する。 割出し機構においてさらに知られた形式は、二つの同一で、かつ、互いに係合 する歯のリングによってもたらされ、割出し機構のこの形式は、ハース(Hirth) カップリングとして知られている。 本発明は、相対的に回転可能とされる第１および第２の本体部に適した代替的 な割出し機構を提供することを試みるものであり、その割出し機構は、該第１の 本体部に円形状に配列された細長い第１の部材であって、各々が円周上に離間し た一対の第１の表面を有し、隣接する第１の部材の対向する第１の表面が互いに 収束されている第１の部材と、前記第２の本体部に設けられた、少なくとも３個 の第２の部材であって、各々が円周上に離間した一対の第２の表面を有し、かつ 、互いに収束せしめられた前記一対の第１の表面によって形成される切込み内に 着座される第２の部材とを備え、 前記第１の部材および前記第２の部材のうち少なくとも一方が半径方向に延在 する対称軸のまわりに対称であり、該第１の部材および該第２の部材のうち前記 少なくとも一方の各表面の領域が湾曲され、隣接する第１の部材の間の距離の半 分よりも大きな曲率半径を有するものである。 一つの好ましい具体例においては、各湾曲された表面の前記領域が前記軸に少 なくとも直交する平面内で湾曲されるであろう。第２の好ましい具体例において は、各湾曲された表面の前記領域が前記軸に対して平行である二つの相互に直交 する平面内で湾曲されるであろう。 さらに、好ましい具体例においては、各湾曲された表面の前記領域が、前記軸 に対して直交する平面と、前記軸に対して平行な二つの平面からなる３つの相互 に直交する平面内で湾曲される。 本発明の具体例の一つは、第１および第２の本体部が同一であって、各第１の 部材は、隣接する一対の第２の部材によって形成される一対の第２の収束面に着 座し、各第２の部材は、隣接する一対の第１の部材によって形成される一対の第 １の収束面に着座する。 さらに多くの具体例がある。例えば、第１の部材は、必要とされる湾曲領域を 有してもよく、一方、３個にすぎない第２の部材は、例えば、円柱状のローラ、 ボール、または、平坦面の歯であってもよい。それに代えて、第１の部材が平坦 な面であって、また、少なくとも３個以上の第２の部材が必要とされる湾曲領域 を有するものでもよい。 そこで、本発明に係る種々の具体例は、一例として、添付図面を参照して詳細 に説明されるであろう。添付図面においては、図１は、本発明に従う割出し機構 における側面図である。 図２は、図１におけるII−II線に沿う断面図である。 図３は、図１におけるIII−III線に沿う断面図である。 図４は、断面詳細図である。 図５は、図４におけるＶ−Ｖ線に沿う平面図である。 図６および図７は、本発明に係る第２の具体例の斜視図である。 次に、図１から図５までを参照するに、割出し機構は、軸Ａの回りに個別に離 間された角度位置に設けられた複数の割出し位置の間において、軸Ａの回りに互 いに対し回転可能な第１のおよび第２の本体部１０，１２を含んでいる。 加えて、本体部１０，１２は、所定の割り出し位置から容易に非係合状態にす るために軸方向に相対的に移動可能であり、本体部１０，１２は、本体部１０， １２の軸Ａの回りの相対的な回転、および、引続くあらたな割出し位置に再係合 することに続く。回転と軸方向の移動とをもたらす適当な機構は、それ自体、我 々の先願となる公開された欧州特許出願番号ＥＰ３９２６６０から知られており 、さらには説明されない。 複数の同一とされる細長い第１の部材２０は、第２の本体部１２に向かい合う 第１の本体部１０の端面上に等しく離間された角度間隔で円形状に配列されて設 けられており、それによって、第１の本体部１０のほぼ城郭状の外郭を形成する こととなる。軸Ａに関して半径方向に延在する第１の部材２０は、半径方向の対 称軸の回りに対称的になっており、それぞれは、軸Ａに対し直交する平面（すな わち、図２および図４における紙面）内で湾曲され、円周上で離間する一対の表 面２２を含んでいる。加えて、その表面２２は、隣接する部材２０における互い に対向する表面が互いに一点に収束するように傾斜されており、図５に最もよく 示されるように、切込みを形成している。 第１の本体部１０に対向する第２の本体部の端面は、半径方向に延在し、かつ 、等しく離間された３個の第２の部材３０を支持している。 第２の部材は、その円柱状の本体部の円周上で離間した両側部によりもたらさ れる円周上に離間した表面を有している。第１の部材２０の配列、および、第２ の部材３０の角度間隔の幾何学的寸法は、第１、および、第２の本体部１０，１ ２の相対的な軸方向の移動の際、各第２の部材３０が同時に二つの第１の部材の 間の一対の互いに収束する面２２によって形成された切込みに着座し、それによ り、複数の割出し位置の一つを設定するようにする。 割り出された位置の間の回転は、先に述べたように、第１のおよび第２の本体 部１０，１２を軸方向に非係合とし、望ましくは、モータ、エンコーダ、および 、適当なサーボ機構のような自動的な手段によって容易になされてもよい第１の および第２の本体部１０，１２の間の相対的な回転を行い、そして、新たに割出 した位置における第１と第２の本体部１０，１２との間の軸方向に沿う再係合を 行うことによって達成される。一つの変形例では、表面２２が円柱状の第２の部 材３０の表面に接触する領域上で湾曲されているのみである。 表面２２の曲率は、隣接する部材の間の距離に比して大きい。明確には、曲率 半径は、隣接する第１の部材２０の間隔の半分よりも大きい。この構造は、位置 決めのために大規模な湾曲面をもたらすが比較的微細な角度の増加分での割出し を可能とする。例えば、適当な半径のボールのリングを設けることによって表面 を得れば、割出しが起こる範囲で角度の増加分を著しく増大させ、かくて、割出 し位置の数を低減することとなる。その代わりに、円周上に配列される適当な数 のボールによって等しく微細な角度の増加分での割り出しをもたらすこと、比較 的小なる半径のボールを必要とし、かくて、著しく曲率の半径を低減させること となる。 その表面２２の湾曲と３個にすぎない円柱状の第２の部材３０を設けることに よって、第１の本体部１０と第２の本体部１２との間の擬似的なカイネマティッ クサポート(Kinematic support)となる。そのサポートは、完全なカイネマティ ックとは言えないというのもその表面２２の比較的大きな曲率半径が伝統的なカ イネマティックサポート（例えば、米国特許第４，１５３，９９８号に示される カイネマティックサポート）の接触範囲よりも実質的に大である表面２２と円柱 状の第２の部材３０との間の接触範囲をもたらすからである。 しかしながら、我等は、割出した位置での二つの本体部における位置決め反復 性能が、二つの本体部１０および１２がその位置で係合されている一方の状態か ら他方の状態まで大変良好に維持されることを見出した。加えて、比較的大なる 曲率半径を有する表面２２を設けることは、第１および第２の本体部１０，１２ が係合されるとき、伝統的なカイネマティックサポートのおけるより大きく湾曲 した表面の場合よりも、割出し機構のより高い剛性を確実にする。しかしながら 、この割出し機構の剛性は、伝統的なハース(Hirth)カップリングの剛性より もいくらか低いが、湾曲した表面を設けることが、著しい耐埃性、および、製造 精度低減をもたらす。 変形例では、第２の本体部１２が第１の本体部１０の形状と同一の形状を有し ているこの割出し機構は、伝統的なハースカップリングにいくらか似ているが、 第１および第２の本体部１０，１２の両方に設けられる部材の表面２２が湾曲さ れていることが重要な違いである。さらなる変形例では、円柱状の第２の部材３ ０がＶ字形の横断面および平面を有する細長い部材によって置換えられているこ とである。 次に、図６および図７を参照するに、割出し機構のさらなる形態は、軸Ａ′の 回りに互いに回転可能な同一とされる第１および第２の円柱状の本体部１１０， １１２を含んでいる。各本体部１１０，１１２は、その円周上に、その軸に関し て実質的に半径方向に延在し、かつ、半径方向に延在する対称軸のまわりに対称 的である複数の細長く、等しく離間して設けられる係合部材１２０を有している 。 各係合部材１２０は、一対の円周上に離間した表面１２２を有し、また、隣接 する係合部材１２０から相互に対向する表面は、相互に収束するように湾曲され ている。その表面１２２は、軸Ａ′に平行な第１の擬似半径方向にある平面Ｐ１ 内で湾曲されている。表面１２２は、その軸に平行で、かつ、平面Ｐ１に直交す る第２の擬似接線方向にある平面Ｐ２内で湾曲されている。 また、表面１２２は、加えて、図６にはあらわれていない軸Ａ′に直交する平 面内に湾曲されている。この表面における軸Ａ′に直交する平面内の湾曲は、（ この具体例では）部材１２０が形作られる研磨処理の作用により形成され、その 研摩といしの深さは部材１２０における半径方向の内側と外側との部分において 最も大きい。その湾曲は、隣接する部材における対向する表面１２２の間のより 広い間隙によって部分的にコンシール(conceal)される。部材が円形状に配列さ れているからである。 少なくとも第１の平面Ｐ１および最後に述べた平面における曲率半径は、隣接 する係合部材１２０の間の間隙の半分よりも実質的に大きい。この例では、二番 目に述べた平面Ｐ２における曲率半径は、前に述べた間隙に比して相対的に小さ い。 本発明に係るさらなる変形例においては、本体部１１０，１１２のうち一方が 、平面；１、２または３個の平面内で曲げられた表面；もしくは、ボールもしく は円柱状のローラによってもたらされる表面を有する少なくとも３個の部材１２ ０によりもたらされてもよい。 第１および第２の具体例のためのさらなる変形例においては、本体部１０，１ ２，１１０，１１２のうちの１個が、ハースカップリングに用いられるような歯 の標準的なリングによってもたらされてもよく、そして、少なくとも３個の部材 が、少なくとも１個の平面内において必要とされる湾曲表面部を有する他方の本 体部に設けられてもよい。 本明細書においては、湾曲した表面の“曲率半径”がしばしば言及される。こ れは、必ずしも表面が円形状もしくは球面状でなければならないという意味では ない。“曲率半径”という言葉は、適切な、より一般的な意味であって、隣接す る部材の間の間隙に関して湾曲した部分を形成するというような意味である。例 えば、表面は、放物線、または、楕円などの断面に沿って湾曲したものであって もよい。この場合、“曲率半径”は、例えば、その焦点からの湾曲した表面まで の距離であってもよい。 この中で説明される割出し機構は、代表的には、座標位置決め機械に用いられ る多関節のプローブヘッドに使用されるであろう。そのようなプローブヘッドは 、例えば、欧州特許番号ＥＰ３９２６６０号において知られている。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．軸の回りに互いに対し回動可能な第１および第２の本体部に適合する割出し 機構であって、 該第１の本体部に円形状に配列された細長い第１の部材であって、各々が円周 上に離間した一対の第１の表面を有し、隣接する第１の部材の対向する第１の表 面が互いに収束されている第１の部材と、 前記第２の本体部に設けられた、少なくとも３個の第２の部材であって、各々 が円周上に離間した一対の第２の表面を有し、かつ、互いに収束せしめられた前 記一対の第１の表面によって形成される切込み内に着座される第２の部材とを備 え、 前記第１の部材および前記第２の部材のうち少なくとも一方が半径方向に延在 する対称軸のまわりに対称であり、該第１の部材および該第２の部材のうち前記 少なくとも一方の各表面の領域が湾曲され、隣接する第１の部材の間の距離の半 分よりも大きな曲率半径を有することを特徴とする割出し機構。 ２．前記第１の本体部および前記第２の本体部が同一のものであることを特徴と する請求項１記載の割出し機構。 ３．３個だけの第２の部材が前記第２の本体部に設けられ、前記円周上に離間し た第２の表面の各々は、湾曲され隣接する第１の部材の間の距離の半分よりも大 きな曲率半径を有する領域を有することを特徴とする請求項１記載の割出し機構 。 ４．前記第１の部材の各々が、隣接する第１の部材の間の空間の半分よりも大き な曲率半径を有する領域を含む第１の表面を有することを特徴とする請求項１記 載の割出し機構。 ５．前記第２の部材が円柱状のローラであることを特徴とする請求項４記載の割 出し機構。 ６．前記領域が、前記軸に対し平行で、かつ、前記円周上の配列における半径に 対し平行となる位置にある第１の平面、前記軸に対し平行であって、前記円形状 の配列に対する接線に対して平行、かつ、前記第１の平面に直交する第２の平面 、および、前記軸に直交して延び、かつ、前記第１および第２の平面に直交する 第３の平面のうちの少なくとも一つの平面内において湾曲されていることを特徴 とする請求項１記載の割出し機構。 ７．前記第１の部材の前記第１の表面が平面であることを特徴とする請求項１記 載の割出し機構。