JPH08504946A

JPH08504946A - 機械式直線案内

Info

Publication number: JPH08504946A
Application number: JP6514013A
Authority: JP
Inventors: ブラーム，ベルナルドウス・カロルス; ホプマン，ジヤン; コスター，マリヌス・ピーター
Original assignee: ネーデルランドセ・オルガニザテイエ・フール・テゲパスト−ナトウールベテンシヤツペリーク・オンデルツエク・テイエヌオー
Priority date: 1992-12-16
Filing date: 1993-12-14
Publication date: 1996-05-28
Also published as: AU5720094A; EP0673479A1; ES2107801T3; EP0673479B1; WO1994013976A1; DE69314660T2; DE69314660D1; US5663486A; NL9202177A

Abstract

(57)【要約】好ましくは補強された板ばね及び／又は穴式のヒンジで作られ、かつ軸方向まわりに回転対称であり軸方向に直角な面に関して鏡像対称であるシステムを備え、このシステムが６点（Ａ、Ｃ、Ｉ、Ｌ、Ｍ、Ｐ）において固定ベースに連結され、更に本体（１８）が実質的に軸方向においてのみ運動可能であり横方向では運動不可能であるように２個の点（Ｆ、Ｇ）の間に懸架された本体を軸方向に動かすための機械式直線案内である。

Description

【発明の詳細な説明】機械式直線案内本発明は、少なくも４個の相互に連結された懸架手段であって、その第１の懸架手段は一方の端部において固定ベースに第１の点で連結されかつ他方の端部により第２の点において予定角度で第２の懸架手段に可動に連結され、この第２の懸架手段はその他方の端部により第３の点において本体に可動に連結され、そしてその第３の懸架手段は一方の端部で第３の点において本体に可動に連結されかつ第４の点において予定角度で第４の懸架手段に可動に連結され、その他方の端部は第５の点において固定ベースに連結される前記相互に連結された懸架手段を備え、本体を軸方向で動かすための機械式直線案内に関する。かかる構造は、エム・ピー・コスターの講義綱要「正確な運動及び位置決めのための構造原理（Constructieprincipes voor het nauwkeurigbewegen en posit ioneren）」WA-163、University of Twente）1990年10月、p.172より知られている。この公知の構造においては、軸方向運動のみを可能とするために、上述の４個の懸架手段と５個の点を平面内に置くことはできない。公知の構造では、初めの３個の点は第１の面内にあり、第３、第４及び第５の点は第２の面内にあり、これらの面は互いに１２０°の角度を形成する。３次元の対称的な構造を作りかつ軸方向以外の運動の可能性を無くした更なる懸架手段も提供される。公知の構造は、本体を実質的に軸方向にのみ動かし、かつ横方向の運動を極めて小さくすることが可能である。しかし、ある種の用途に対してはこれと共に生ずる横方向の変位がまだ大きすぎる。従って、本発明の目的は、本体の軸方向の変位の可能性をある希望の最小に維持しながら、横方向の変位の可能性を更に減らした機械式直線案内を提供することである。このため、本発明による機械式直線案内は、第１の点が第５の懸架手段により第６の点にも連結され、この第６の点は第６の懸架手段により第５の点に連結され、一方、第２の点と第６の点との間及び第４の点と第６の点との間にはそれぞれ第７の懸架手段及び第８の懸架手段が設けられ、この方法の総てにより第６の点と第３の点の両者が実質的に軸方向運動のみを受け得ることを特徴とする。かかる機械式直線案内により、極めて正確な直線運動を本体に与えることができ、一方では、横方向変位は、軸方向変位が例えば３mmの場合に、10nm以下である。機械式直線案内の第１の実施例においては、最初の３個の点が第１の面内にあり、第３、第４及び第５の点が第２の面内にあり、これら両面が互いに１２０° の角度を形成し、一方、本体は第３の点において第９の懸架手段に連結され、これは他方の端部において第７の点で第１０の懸架手段に連結され、この第１０の懸架手段は他方の端部において、固定ベースに連結された第８の点に連結され、更に第６の点と第８の点との間及び第６の点と第７の点との間にそれぞれ第１１の懸架手段及び第１２の懸架手段が設けられ、そして第３の点、第７の点及び第８の点が第３の面を定め、この面は第１及び第２の面の両者と１２０°の角度を形成する。更なる実施例においては、本発明は、軸方向と直角に設定された面の回りで最初の直線案内と鏡像的関係で生ずる構造により拡張され、この手段により、第１から第８の点に対応してそれぞれ第９から第１６の点が定められ、更に第１から第１２の懸架手段に対応してそれぞれ第１３から第２４の懸架手段が定められ、本体が第３の点と第１１の点との間に固定された機械式直線案内に関連する。好ましい実施例においては、総ての懸架手段が板ばねより形成される。軸方向まわりの回転方向の剛性がこれにより得られる。好ましい実施例においては、軸方向の剛性を減らすように横向きの力を発生するためにばねが設けられる。機械式直線案内は、３個の実質的に同じ一体式の部品で作られることが好ましい。本発明による機械式直線案内は、好ましくは、加速度記録器に置かれる重力場測定装置用の校正ユニットに使用され、この校正ユニットが３個の実質的に同じ校正装置を備え、そのそれぞれの本体が直角座標システムの軸に沿って振動し、こうして加速度記録器の座標システムも決定する。本発明は多くの図面を参照し、以下説明されるであろう。図１は、地球の重力場を測定するための衛星における装置を線図的に示す。図２ａは校正手段を備えた衛星における重力場測定装置の配列を示す。図２ｂは図２ａの面と直角方向の面から見た図２ａと同様な配列を示す。図３は校正手段用の制御回路のブロック図である。図４は機械式直線案内の基本的概念の図を示す。図５ａは図４に示された基本概念の別の具体例を示す。図５ｂは図５ａに示された具体例の変更を示す。図６ａ、６ｂ及び６ｃは機械式直線案内の設計原理を示す。図７は図６ｃの設計原理に基づく機械式直線案内を３次元の線図的表現を示す。図８は図７に基づく機械式直線案内の好ましい実施例を示す。図９は一定エネルギーシステムの原理の説明を示す。図１０は具体化された機械式直線案内の線図的な図を示す。図１１は図１０に示された機械式直線案内を一緒に形成する３個の単構造部品の一つを示す。機械式直線案内の設計のための出発点は、衛星における重力場測定装直を可能とする最も正確な校正ユニットを持つことの必要性であった。図１は衛星（図示せず）に設置された４個の３次元加速度計３、４、５、６の支援により宇宙空間２からの地球１の重力場の測定を線図的に示す。４個の加速度計は強固な板７の上に置かれ、従ってこれらは互いに一定の位置にあるとする。図１の文字ｘ、ｙ及びｚは４個の加速度計３、４、５、６に関して固定された座標システムを示す。衛星は、ｚ軸を常に地球の中心に実質的に正確に向けて地球を回って動く。自由に飛翔している衛星における重力の方向の測定は不可能である。４個の加速度計３、４、５、６の手段により重力の勾配を判定すること、及びこれから重力場を決定することは可能である。地球の重力場は４個の加速度計３、４、５、６の手段により極めて正確に判定しなければならず、精度は少なくも５×１０^-5 m/s²、そして地球水準面における解像度は１００km×１００kmでなければならない。かかる高精度のため、加速度計３、４、５、６は、これを衛星上で常に校正することが必要である。この目的で、非常に高精度の加速度の校正ユニットが必要である。校正ユニットは、好ましくは、直角な３方向に向けられた調和した力を発生する３個の校正装置９、１０、１１より校正される（図２）。これらの力の各は、それ自身の振動数で、それぞれ３方向の各において衛星を全体として振動させる。ｘ、ｙ及びｚの方向について、周波数を、例えば4/12、5/12及び6/12Hzと選定し、加速度振幅を３方向のすべてが同じ、例えば10^-5m/s²と選定することができる。これらの振動により、ｘ、ｙ及びｚ方向の校正測定点が加速度計３、４、５、６において得られ、その点の周波数は、それぞれ上述の4/12、5/12及び6/12Hz の値に対応する。これらの周波数の値は重力場の判定に重要である周波数範囲（ほぼ0.005-0.125Hz）の外側にあり、従って濾波により校正信号が得られる。座標システムは衛星の座標システムに関連する必要なしに校正ユニット９、１０、１１により定められる。図２ａは、ｘ方向から見た４個の加速度計３、４、５、６の中央の校正ユニット９、１０、１１の位置を示す。図２ｂは、図２ａによる配列であるが、−ｚ方向から見た図を示す。この図２ｂは、特に必要な電子回路及び電源を収容した箱１２も示す。この目的で、各校正ユニット９、１０、１１は、ｘ方向、ｙ方向又はｚ方向に振動する本体であって電子制御ループ内のアクチュエーターにより駆動される本体を有し、その位置は位置センサーにより測定される。図３は使用される制御ループのブロック図を示す。本体１８の所望の正弦運動に適した制御信号が位置信号発生器１３により作られ、合計ユニット１４に供給される。合計ユニット１４は、この制御信号から、本体１８の正確な位置を測定する位置センサー２２の出力信号を推定する。合計ユニット１４は推定に基づいた修正信号を制御用電子回路１５に送り、一方、この回路はアクチュエーター駆動用電子回路１６用の駆動信号を発生する。アクチュエーター駆動用電子回路１６は、本体１８に所望の正弦運動を与えるために、例えば電磁力を作る。この電磁力は（後述される）ばねシステム２１により作られるばね力により反対方向の力を受ける。これは合計ユニット１７の手段により象徴的に示されたる。本体の運動による外部の干渉は２０により示され、この干渉の影響は合計ユニット１９により象徴的に示される。制御用電子回路は、それ自体が公知の適宜形式のレギュレーション、即ちＰ、ＰＩ又はＰＩＤレギュレーションを行うことができる。前述のように、３個の校正ユニット９、１０、１１の各に、実質的に一方向においてのみ振動し、その他の方向の変位は実質的に０である本体１８が設けられる。ｘ方向で振動している本体１８に対する設計原理が以下説明される。ｙ方向及びｚ方向において振動する本体について同じ設計原理が適用される。表１はｘ方向において振動する本体についての所要の設計仕様を与える。図４は、本発明による機械式直線案内を容易に理解するために、ここに与えられた本体１８の直線運動を達成するそれ自体は公知の設計を示す。本体１８はアクチュエーター手段（図示せず）によりｘ方向で動くように設置される。本体１８は、両端においてそれぞれ３個の板ばね２３ａ、２３ｂ、２３ｃ及び２４ａ、２４ｂ、２４ｃに懸架される。３個の板ばね２３ａ、２３ｂ、２３ｃは好ましくは互いに１２０°の角度をなして置かれ、本体１８に連結されない方の端部はベースに固定される。３個の板ばね２４ａ、２４ｂ，２４ｃも同じである。図４に示された本体１８の懸架、及び板ばねの長手方向の剛性とその平面内の剛性のために、本体は実質的にｘ方向にのみ動けるだけである。しかし、図４に示された単純な設計は、ｘ方向のいかなる運動も原則的に剛体の板ばね２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２４ａ、２４ｂ、２４ｃの伸びを必要とするので、ｘ方向のごく小さな軸方向運動だけしかできないという欠点がある。更に、このシステムは、特にｘ軸まわりの方向φ（図４）において何倍もの過大判定をする。本体１８の最も正確でかつできるだけ干渉されない軸方向運動のために、このシステムはいかなる方向の過大判定もこれを防止しなければならない。過大判定は、望ましくなくかつ制御不能な張力を生じ、従って運動の歪みを導くことが明らかであるためである。図５ａに示されたシステムは、図４に示されたシステムの第１に述べられた問題点を解決する。図５ａに示されたシステムと図４に示されたものとの相違は次の通りである。即ち、板ばね２３ａ、２３ｂ及び２３ｃは、予定された角度で折られた板ばね２５ａ、２５ｂ及び２５ｃでそれぞれ置き換えられ、更に板ばね２４ａ、２４ｂ及び２４ｃは予定角度で折られた板ばね２６ａ、２６ｂ及び２６ｃで置き換えられる。板ばね２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２６ａ、２６ｂ、２６ｃは、板ばねの折れのため、折れの近くで横方向に動くことができ、従ってこれらの本体１８に連結された部分は、板ばねの伸縮力を余りにも大きくすることなく軸方向運動をすることができる。同時に、このシステムは、板ばねの３点懸架とそれ自体の平面内剛性のため、本体１８の横方向に対しては剛である。図５Ａに示されたシステムは方向φにおいては過大判定し、これは望ましくない張力を生ずる可能性がある。これは本体１８に比較的小さな捩り剛性を与えることにより補償することができる。図５ｂは、それ自体公知でありかつ図５ａの設計原理に基づいた機械式直線案内を示す。３個の板ばね２５ａ、２５ｂ、２５ｃが一緒に板ばね構造２５を形成し、３個の板ばね２６ａ、２６ｂ、２６ｃが一緒に板ばね構造２６を形成する。板ばね構造２５は３個のフランジ状の端部により板ばね構造２６の３個の関連のフランジ状端部の上に押され、一方、一緒に押された構造は３カ所の重なっている部分において固定ベースに連結される。２個の板ばね構造の各が折り重なった６位置の総てにばねが固定され、その一つ２７が図５ｂに示される。これらのばね２７の各は、板ばね構造２５、２６上にｘ軸と直角方向の力を加える。これらのばね２７を取り付けた理由は図９及び１０を参照し後で説明されるであろう。本体は、これを図５ｂに示されたシステム内に破線で示された円筒１８’の位置において取り付けることができる。ここでは円筒形は例示のみのために示され、本発明について本質的なものではない。図５ａ、５ｂに示されたシステムでは図４に示されたシステムよりも本体１８のより大きな軸方向（即ち、ｘ方向）の変位が可能であるが、システムの横方向（即ちｘ方向と直角の方向）の剛性を犠牲にしている。これは、板ばね２５（ａ、ｂ、ｃ）、２６（ａ、ｂ、ｃ）が横方向には束縛されず、従って横方向剛性のために板ばねの長手方向剛性を使用し得ないからである。使用される板ばねの長手方向剛性を使用し、かつ図５ａ及び５ｂに示されたシステムの利点も有するシステムが図６ｂ及び６ｃに示される。図６ａは図６ｂ及び６ｃに示されるシステムの作動モードを示す。図６ａは三角形のロッドシステムを示し、このロッドは点Ａ、Ｂ、Ｅにおいて玉継手の手段により互に連結される。点Ａは固定ベースに連結される。三角形が２等辺三角形でありかつ角ＢＡＥが９０°であれば、点Ｂのｙ方向の運動は点Ｅのｘ方向の同じ大きさの運動を生ずるであろう。もし長さＥＡとＢＡとが不等であるように選定されたならば、これらの運動は言うまでもなく互いに等しくない。図６ｂに示されたシステムは図６ａのシステムに基づくものではあるが、ｘ軸に関して鏡像的な２重のものであり、かつ２個の追加のロッドＢＦ及びＪＦが設けられるように設計される。この場合も、総ての隅角点Ａ、Ｂ、Ｅ、Ｆ、Ｉ、Ｊにおいて、ロッドは玉継手により互いに連結され、また、図６ｂにおいて、システムは点Ａ及び点Ｉの双方において固定ベースに連結される。本発明の理念に対して本質的ではないが、休止時には、ロッドＡＥ及びＩＥは互いに同一直線上にあり、またロッドＢＦ及びＪＦも互いに同一直線上にある。即ち、休止時には、角度ＡＥＩとＢＦＪとを同じにすること又は１８０°以上とすることができる。これらは互いに等しいことは必要としない。点Ｆが休止位置からｘ軸に沿って動くと、点ＢとＪとはｘ軸に向かって動き、点Ｅはｘ軸に沿って移動する。点ＡとＩとは両者とも固定されているので、点Ｅはいかなる横方向運動もできず、またロッドＡＥとＩＥの伸びは点Ｅのｘ軸に沿ったこの運動を可能とするに違いない。従って、図６ｂに示されたシステムにおいては、ロッドの長手方向の剛性は、これを横方向の運動の可能性を最小にするために使用できる筈である。点ＢとＪとは、ｘ軸に関して鏡像的ではあるが実質的に同じ運動を行うであろう。使用されるロッドの長手方向剛性にため、点Ｆは殆ど横方向運動をしないであろう。ｘ方向におけるＥの非常に小さな変位がｘ軸に沿ったＦの比較的大きな変位に相当するようにシステムの寸法を決めることができる。例えば、Ｅの休止位置からの0.1mmにわたる変位をＦの休止位置からの3mmにわたる変位に相当させることができる。もし三角形ＢＡＥとＪＩＥとが両者とも２等辺三角形でありかつ互いに等しければ、かかる変位もまたＢとＪのｙ方向の0.1mmの変位に相当する。図６ｂに示されたシステムにより、横方向の変位を図５ａ及び５ｂに示されたシステムの場合に置けるよりも非常に少なくしながら、点Ｆに加わる点質量にｘ軸方向の実質的に真の直線運動を行わせることができる。図６ｂの面ｘ−ｙと直角なｚ方向における剛性と同じ剛性をシステムに与えるために、面ＡＥＦＢを面ＥＩＪＦと１２０°の角度に置き、かつ図７に示されたような更に説明される同じロッドシステムＥＭＮＦをこれに加えることができる。面ＥＭＮＦも説明された２個の他の面ＡＥＦＢ及びＥＩＪＦと１２０°の角度を形成する。僅かに大きな寸法の本体に直線運動をさせねばならないときは、この場合もｙ軸に関して図６ｂに示されたシステムを鏡像的に配置し、図６ｃに示された追加システムＣＤＧＨＫＬを得ることが有利である。このとき、本体１８は、これを点ＦＧの間に固定することができる。ロッドシステムＣＤＧＨＫＬは、ｙ軸に関して鏡像的であるだけで、ロッドシステムＡＢＥＦＩＪと正確に同じであることが好ましく、従ってその更なる説明は、これを省略することができる。３次元の同等品ＡＢＥＦＩＪＭＮ（図７の左側を参照）を有する図６ｂに示されたシステムと同じ方法で、図６ｃに示されたシステムも全体が図７に示される３次元の同等品を持つ。図７において、ロッドは、それぞれ点ＢとＣ、ＪとＫ、及びＮとＯの間に示される。しかし、これら３個のロッドは真っすぐである必要はない。図７に示されたシステムは、本体１８に、点ＦとＧとの間の自由度が２、即ちｘ軸方向の移動とφ方向の回転を与える。ｘ軸方向の自由度は望ましいが、φ方向の自由度はこれを無くさねばならない。これは図８に示されたシステムの手段により達成でき、これにおいては、図７に示されたシステムの総てのロッドは板ばねに置換される。板ばねＢＣ、ＪＫ及びＮＯは必須というわけではない。図８に示されたシステムは、ｘ軸方向とｙ軸方向及び回転における過大判定を導くが、これらの方向に生ずる過大判定する力は使用される板ばねの面内の曲げ剛性と関連付けられ、かつこれは言うまでもなく板ばねの長手方向剛性より遥かに小さいので、過大判定を無くすことができる。図８は３次元の構造を示すが、関連ロッドが板ばねで置換された図６ｂ及び６ｃのものと同様な２次元構造（図示せず）を設計することもまた可能であることは熟練技術者に明らかであろう。図８に示された実施例により、点ＥとＨとがｘ方向でほぼ0.1mmの距離だけ動かされる間に、本体を3mmの距離にわたって動かすことが可能である。横方向におけるシステムの剛性はできるだけ大きくすべきである。これは使用される板ばねの形状と材質とに関係する。好ましい材料として疲労強度が大きいためTiAl₆V₄が選定されるが、アルミニウム、ばね鋼及びベリリウムのような他の材料も使用可能である。板ばねの厚さが増加するとシステムの横方向の剛性が大きくなる。更に、これは板ばねの曲げ剛性を大きくすることにも相当し、厚さが増加すると軸方向剛性もまた増加する。軸方向剛性の増加は、例えばより大きな容量を有するアクチュエーターの使用によりこれを克服することができるが、これは望ましくない。このため、システムの横方向剛性を大きくし同時に軸方向剛性を減らす方法が考えられた。この目的に対しては、出発点は一定エネルギーの原理であり、その基本原理が図９に示される。剛体のビーム２８が壁３２上に摩擦なしに置かれかつ壁３１に対して摩擦なしで傾けられる。ビーム２８の壁３１に当たる点がばね定数cyのばね２９に連結され、このばねはビーム２８を壁３２の方向で引っ張る。ビーム２８の壁３２に当たる点がばね定数cxのばね３０に連結され、このばねはビーム２８を壁３１の方向で引っ張る。ビーム２８が壁３２に当たる点と壁３１との距離がｘに等しくかつビーム２８が壁３１に斜めに当たる点と壁３２との間の距離がｙに等しいならば、このシステム内に蓄えられる全体のばねエネルギーＵについては次式が適用される（ばね２９、３０は、それぞれ撓みがｙ＝０及びｘ＝０で置かれるとする）。 U=1/2・cx・x²+1/2・cy・y² （１）もしばね定数cx及びcyが互いに等しいように選定されたならば、次式が適用される。 U=1/2・c・（x²+y²）=1/2・c・l²=一定（２）ここに、ｌはビーム２８の長さである。従って、ビーム２８は、これにいかなる外力も作用させることなく支持点を壁３２及び壁３１に沿って動かすことが理論上可能である。かかるシステムは摩擦なしでありかつ損失なしであることは勿論である。図９に示された力なしの運動の原理を図８に示されたシステムに適用することができる。図９に示された板ばね２９に相当する引張りばねが６個のばねで達成され、その５個３３…３７が図１０に見られる。６番目のばね３８（見えない）は点ＫとＯとの間をばね３５と平行に走る。図９においてばね３０により示される力は、図１０に示されたシステムにおいては、板ばねＢＦ、ＪＩ、ＮＦ、ＣＧ、ＫＧ、ＯＧの曲げ力に相当する。ばね３３ないし３８のばね定数が正確な値に選定されれば、本体１８は、これを極めて小さな軸方向の力で軸方向に動かすことができる。実際は、例えば、図１０に示されたようなシステムが達成され、このシステムにおいては、1.35kgの本体１８が最大2.5Nの力で3mmの振幅で振動状態に保持された。図１１は図１０に示された直線案内の部品４２に対する好ましい設計を示す。図１０に示された直線案内においては、図１１に示された部品４２の３個が、板状の部品３９、４０、４１に、好ましくは連結用手段３９ａ、４０ａ（図１０参照）により、他の２個の部品と互いに連結される。図１０は、連結用手段４０ａが円形である状況を示す。この円形は必須ではなく、それぞれの板状部品４０と隣接の板状部品４０’との間の連結用手段の使用することができる。図１０は、隣接の板状部品３９及び３９’が連結用手段３９ａにより互いに連結されたことを示す。この手段は全部で３個あるが、図ではその１個だけを見ることができる。３個の隣接部品４２の板状部品４１は３個の板状部品４０と同じ方法で互いに連結される。３個の部品４２の各は一体品に作られ、直線案内全体は、互いに連結されかつハウジング４３内に動けないように固定された３個の同様な一体部品より組み立てられる。この目的で、図１１に示された３個の一体式設計の各は強固でかつ実質的に曲げ作用のない連結用部材Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３を持つ。それぞれの部品４２は、例えばその多くが４４、４５、４６で示されたボルトの手段によりハウジングに連結される。図１１に示された部品を３個使用して機械式直線案内が得られ、その隅点Ａ、Ｄ、Ｉ、Ｌ、Ｍ、Ｐは固定ベースに連結され、その他の点は予定された基準内で動くことができる。一体式の部品４２に使用が直線案内の組立を単純化する。最後に、板ばねの特別な形状にも注目される。これらは総て厚く強固な中央部分を有し、端部のみが比較的薄い。その結果、板ばねはその端部おいてのみ曲がり、大きな曲げ抵抗も達成される。総ての板ばねは、ＢＦ、ＣＧ、ＪＦ、ＫＧ、ＮＦ及びＯＧを除いて、穴式のヒンジ構造を持つことが好ましい。板ばねＢＦ、ＣＧ、ＪＦ、ＫＧ、ＮＦ及びＯＧは、本体１８の軸方向の変位の可能性に有利なように比較的長く薄い端部を有することが好ましい。表２は、表１に示された希望値と比較して図１０の示された機械式直線案内により得られる値の概略を示す。表２は、本体が僅かに重いことを除いて、総ての設計仕様が合致したことを示す。また、8/12Hzの第１高調波において80nmの横方向変位が生じたことがも見いだされた。これについての要求される基準は特定されない。これにもかかわらず、設定された目的は十分に達成された。機械式直線案内の設計の出発点は、加速度計の校正ユニットとして使用し得る宇宙空間運動本体用の直線案内の提供の要求であった。言うまでもなくここに説明された非常に正確な直線案内の用途はこれには限られない。説明された機械式直線案内は、例えば光学的補償用の正確なガイダンスの例（例えば、減速線）にも使用できることが勿論である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９５年１月９日【補正内容】明細書機械式直線案内本発明は、軸方向に本体を動かすための機械式直線案内にして、ｎ個の平面内に配列された点の間に配列された懸架手段を備え、ｎは整数であって少なくも２に等しく、前記平面の総ては共通曲線の交線を有しこれに沿って前記本体の軸方向運動が定められかつ隣接した平面は2π/nラジアンの角度で互いに出会い、前記平面の各は前記点の少なくも固定された第１の点、可動の第２の点及び共通の第３の点を含み、前記共通の第３の点は前記交線の共通曲線に設置され、前記平面の各の内において第１の懸架手段は一方の端部において前記固定された第１の点に連結されかつ他方の端部により前記可動の第２の点において予定の角度で第２の懸架手段に可動に連結され、前記第２の懸架手段の各は前記共通の第３の点において前記本体に可動に連結された機械式直線案内に関する。かかる構造は、エム・ピー・コスターの講義綱要「正確な運動及び位置決めのための構造原理（Constructieprincipes voor hetnauwkeurigbewegen en positi oneren）」WA-163、University of Twente、1990年10月、p.172より知られている。この公知の構造においては、軸方向運動のみを可能とするために、上述の４個の懸架手段と５個の点を平面内に置くことはできない。公知の構造では、初めの３個の点は第１の面内にあり、第３、第４及び第５の点は第２の面内にあり、これらの面は互いに１２０°の角度を形成する。３次元の対称的な構造を作りかつ軸方向以外の運動の可能性を無くした更なる懸架手段も提供される。公知の構造は、本体を実質的に軸方向にのみ動かし、かつ横方向の運動を極めて小さくすることが可能である。しかし、ある種の用途に対してはこれと共に生ずる横方向の変位がまだ大きすぎる。従って、本発明の目的は、本体の軸方向の変位の可能性をある希望の最小に維持しながら、横方向の変位の可能性を更に減らした機械式直線案内を提供することである。このために、本発明による機械式直線案内は、各平面内に第３の懸架手段が設けられ、その各が一方の端部において前記第１の固定された点に連結され他方の端部により共通の第４の点において第４の懸架手段の一方の端部に可動に連結され、この第４の懸架手段は他方の端部において前記第２の点で前記第１の懸架手段及び前記第２の懸架手段に可動に連結され、前記第３の懸架手段の総てと前記第４の懸架手段の総てとが前記共通の第４の点において可動に相互連結され、同様に前記第３の点も前記交線の共通曲線上に設定されることを特徴とする。かかる機械式直線案内により、極めて正確な直線運動を本体に与えることができ、一方では、横方向変位は、軸方向変位が例えば3mmの場合に、10nm以下である。上述の平面の数は、例えばn=2又はn=3に等しくすることができる。機械式直線案内の１実施例においては、各平面が固定された第５の点、可動の第６の点、共通の第７の点及び共通の第８の点を含み、前記共通の第７の点と前記共通の第８の点の両者が前記交線の共通曲線上に設置され、本体が前記共通の第３の点と前記共通の第７の点との間に固定され、更に前記固定された第５の点、前記可動の第６の点、前記共通の共通の第７の点及び前記共通の第８の点が、前記固定された第１の点、前記可動の第２の点、前記共通の第３の点及び前記共通の第４の点により形成された四辺形の、前記本体が休止しているときの前記交線の共通曲線に直角な平面に関する鏡像と実質的に一致する四辺形を形成し、各平面内において第５の懸架手段が前記固定された第５の点と前記可動の第６の点との間に配列され、第６の懸架手段が前記可動の第６の点と前記共通の第７の点との間に配列され、第７の懸架手段が前記固定された第５の点と前記共通の第８の点との間に配列され、更に第８の懸架手段が前記可動の第６の点と前記共通の第８の点との間に配列される。この実施例においては、各平面内において第９の懸架手段を可動の第２の点と可動の第６の点との間に設けることができる。好ましくは、総ての懸架手段が板ばねより形成される。軸方向まわりの回転方向の剛性がこれにより得られる。好ましい実施例においては、軸方向の剛性を減らすように横向きの力を発生するためにばねが設けられる。請求の範囲１．軸方向に本体（１８）を動かすための機械式直線案内において、ｎ個の平面内に配列された点（Ａ、Ｂ、Ｆ、Ｊ、Ｉ）の間に配列された懸架手段（ＡＢ、ＢＦ、ＦＪ、ＪＩ）を備え、ｎは整数であって少なくも２に等しく、前記平面の総ては共通曲線の交線（ｘ）を有し、これに沿って前記本体（１８）の軸方向運動が定められ、かつ隣接した平面は2π/nラジアンの角度で互いに出会い、前記平面の各は前記点の少なくも固定された第１の点（Ａ；Ｉ）、可動の第２の点（Ｂ；Ｊ）及び共通の第３の点（Ｆ）を含み、前記共通の第３の点（Ｆ）は前記交線（ｘ）の共通曲線に設置され、前記平面の各の内において第１の懸架手段（ＡＢ；ＩＪ）は一方の端部において前記固定された第１の点（Ａ；Ｉ）に連結されかつ、他方の端部により前記可動の第２の点（Ｂ；Ｊ）において所定の角度で第２の懸架手段（ＢＦ；ＪＦ）に可動に連結され、前記第２の懸架手段（ＢＦ；ＪＦ）の各は前記共通の第３の点（Ｆ）において前記本体（１８）に可動に連結された機械式直線案内において、各平面内に第３の懸架手段（ＡＥ；ＩＥ）が設けられ、その各が一方の端部において前記第１の固定された点（Ａ；Ｉ）に連結され、他方の端部により共通の第４の点（Ｅ）において第４の懸架手段（ＥＢ；ＥＪ）の一方の端部に可動に連結され、この第４の懸架手段は他方の端部において前記第２の点（Ｂ）で前記第１の懸架手段（ＡＢ；ＩＪ）及び前記第２の懸架手段（ＢＦ；ＪＦ）に可動に連結され、前記第３の懸架手段（ＡＥ；ＩＥ）の総てと前記第４の懸架手段（ＥＢ；ＥＪ）の総てとが前記共通の第４の点（Ｅ）において可動に相互連結され、同様に前記第３の点（Ｆ）も前記交線（ｘ）の共通曲線上に設定されることを特徴とする機械式直線案内。２．ｎ＝２であることを特徴とする請求項１による機械式直線案内。３．ｎ＝３であることを特徴とする請求項１による機械式直線案内。４．各平面が固定された第５の点（Ｄ；Ｌ）、可動の第６の点（Ｃ；Ｋ）、共通の第７の点（Ｇ）及び共通の第８の点（Ｈ）を含み、前記共通の第７の点（Ｇ）と前記共通の第８の点（Ｈ）の両者が前記交線（ｘ）の共通曲線上に設置され、本体（１８）が前記共通の第３の点（Ｆ）と前記共通の第７の点（Ｇ）との間に固定され、更に前記固定された第５の点（Ｄ；Ｌ）、前記可動の第６の点（Ｃ；Ｋ）、前記共通の共通の第７の点（Ｇ）及び前記共通の第８の点（Ｈ）が、前記固定された第１の点（Ａ；Ｉ）、前記可動の第２の点（Ｂ；Ｊ）、前記共通の第３の点（Ｆ）及び前記共通の第４の点（Ｅ）により形成された四辺形の、前記本体が休止しているときの前記交線（ｘ）の共通曲線に直角な平面に関する鏡像と実質的に一致する四辺形を形成し、各平面内において第５の懸架手段（ＤＣ；ＬＫ）が前記固定された第５の点（Ｄ；Ｌ）と前記可動の第６の点（Ｃ；Ｋ）との間に配列され、第６の懸架手段（ＣＧ；ＫＧ）が前記可動の第６の点（Ｃ；Ｋ）と前記共通の第７の点（Ｇ）との間に配列され、第７の懸架手段（ＤＨ；ＬＨ）が前記固定された第５の点（Ｄ；Ｌ）と前記共通の第８の点（Ｈ）との間に配列され、更に第８の懸架手段（ＣＨ；ＫＨ）が前記可動の第６の点（Ｃ；Ｋ）と前記共通の第８の点（Ｈ）との間に配列されることを特徴とする先行請求項のいずれかによる機械式直線案内。５．各平面内において第９の懸架手段（ＢＣ；ＪＫ）が可動の第２の点（Ｂ；Ｊ）と可動の第６の点（Ｃ；Ｋ）との間に設けられることを特徴とする請求項４による機械式直線案内。６．総ての懸架手段（ＡＢ、…）が板ばね及び／又は穴式のヒンジより形成されることを特徴とする先行請求項のいずれかによる機械式直線案内。７．板ばね／穴式のヒンジがTiAl₆V₄で作られることを特徴とする請求項６による機械式直線案内。８．軸方向の剛性を減ずるように横向きの力を発生するためにばね（３３、…、３８）が設けられることを特徴とする先行請求項のいずれかによる機械式直線案内。９．３個の実質的に同じ一体式の部品（４２）より構成されることを特徴とする請求項３による機械式直線案内。１０．加速度記録器に置かれる重力場測定装置用の校正ユニット（８）に使用される機械式直線案内であって、この校正ユニット（８）が３個の実質的に同じ校正装置（８、９、１０）を備え、そのそれぞれの本体（１８）が直角座標システムの軸（ｘ、ｙ、ｚ）に沿って振動し、加速度記録器の座標システムを決定することを特徴とする先行請求項のいずれかによる機械式直線案内。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩＧ０１Ｖ 13/00 9406−2Ｇ (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者ホプマン，ジヤンオランダ国エヌエル―8212エイエムレリスタド・ブイテンプラーツ144 (72)発明者コスター，マリヌス・ピーターオランダ国エヌエル―5631エヌエイチエインドホーベン・ネヘルラーン39

Claims

【特許請求の範囲】１．少なくも４個の相互に連結された懸架手段であって、その第１の懸架手段は一方の端部において固定ベースに第１の点で連結されかつ他方の端部により第２の点において予定角度で第２の懸架手段に可動に連結され、この第２の懸架手段はその他方の端部により第３の点において本体に可動に連結され、そしてその第３の懸架手段は一方の端部で第３の点において本体に可動に連結されかつ第４の点において予定角度で第４の懸架手段に可動に連結され、その他方の端部は第５の点において固定ベースに連結された前記相互に連結される懸架手段を備え、本体を軸方向に動かすための機械式直線案内であって、第１の点（Ａ）は第５の懸架手段（ＡＥ）により第６の点（Ｅ）にも連結され、この第６の点（Ｅ）は第６の懸架手段（ＥＩ）により第５の点（Ｉ）に連結され、一方、第２の点（Ｂ）と第６の点（Ｅ）との間及び第４の点（Ｊ）と第６の点（Ｅ）との間にはそれぞれ第７の懸架手段（ＢＥ）及び第８の懸架手段（ＪＥ）が設けられ、この方法の総てにより第６の点（Ｅ）と第３の点（Ｆ）の両者が実質的に軸方向運動のみを受け得ることを特徴とする機械式直線案内。２．最初の３個の点（Ａ、Ｂ、Ｆ）が第１の面（ＡＢＦ）内にあり、第３、第４及び第５の点（Ｆ、Ｊ、Ｉ）が第２の面内にあり、これら両面が互いに１２０° の角度を形成する機械式直線案内であって、本体（１８）は第３の点（Ｆ）において第９の懸架手段（ＦＮ）に連結され、これは他方の端部において第７の点（Ｎ）で第１０の懸架手段（ＭＮ）に連結され、この第１０の懸架手段は他方の端部において、固定ベースに連結された第８の点（Ｍ）に連結され、更に第６の点（Ｅ）と第８の点（Ｍ）との間及び第６の点（Ｅ）と第７の点（Ｎ）との間にそれぞれ第１１の懸架手段（ＥＭ）及び第１２の懸架手段（ＥＮ）が設けられ、そして第３の点（Ｆ）、第７の点（Ｎ）及び第８の点（Ｍ）が第３の面を定め、この面は第１及び第２の面の両者と１２０°の角度を形成することを特徴とする請求項１による機械式直線案内。３．軸方向（ｘ）と直角に設定された面（ｙ−ｘ）の回りで最初の直線案内と鏡像的関係で生ずる構造により拡張された機械式直線案内であって、第１から第８の点（Ａ、Ｂ、Ｆ、Ｊ、Ｉ、Ｅ、Ｎ及びＭ）に対応してそれぞれ第９から第１６の点（Ｄ、Ｃ、Ｇ、Ｋ、Ｌ、Ｈ、Ｏ及びＰ）が定められ、更に第１から第１２の懸架手段（ＡＢ、ＢＦ、ＦＪ、ＪＩ、ＡＥ、ＩＥ、ＢＥ、ＪＥ、ＮＦ、ＮＭ、ＭＥ及びＮＥ）に対応してそれぞれ第１３から第２４の懸架手段（ＣＤ、ＣＧ、ＧＫ、ＫＬ、ＤＨ、ＬＨ、ＣＨ、ＫＨ、ＯＧ、ＯＰ、ＰＨ及びＯＨ）が定められ、本体（１８）が第３の点（Ｆ）と第１１の点（Ｇ）との間に固定されることを特徴とする請求項１又は２による機械式直線案内。４．第２の点（Ｂ）と第１０の点（Ｃ）との間に第２５の懸架手段（ＢＣ）が設けられ、第４の点（Ｊ）と第１２の点（Ｋ）との間に第２６の懸架手段（ＪＫ）が設けられ、更に第７の点（Ｎ）と第１５の点（Ｏ）との間に第２７の懸架手段（ＮＯ）が設けられることを特徴とする請求項３による機械式直線案内。５．総ての懸架手段（ＡＢ、……）が板ばね及び／又は穴式のヒンジより形成されることを特徴とする先行請求項のいずれかによる機械式直線案内。６．板ばね／穴式ヒンジがTiAl₆V₄で作られることを特徴とする請求項５による機械式直線案内。７．横向きの力を加えて軸方向剛性を減らすためにばね（３３、…、３８）が設けられることを特徴とする先行請求項のいずれかによる機械式直線案内。８．３個の実質的に同じ一体式の部品（４２）から構成されることを特徴とする先行請求項のいずれかによる機械式直線案内。９．加速度記録器に置かれた重力場測定装置用の校正ユニット（８）に使用される機械式直線案内であって、この校正ユニット（８）が３個の実質的に同じ校正装置（８、９、１０）を備え、そのそれぞれの本体（１８）が直角座標システムの軸（ｘ、ｙ、ｚ）に沿って振動し、加速度記録器の座標システムを決定することを特徴とする先行請求項のいずれかによる機械式直線案内。