(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端に取り付けられたボール（１２）を有する第１部材(１０)と、
前記第１部材に取り付けられたボール上に位置する、ソケット（１４）を有する固定部材（１６）と、
前記第１部材（１０）に取り付けられたボール（１２）上に位置する一端に配置されたソケット（２８）を有する第２部材とを備え、
それにより、前記固定部材（１６）と前記第２の部材（２６）の前記ソケット（２８）とが前記第１部材(１０)に取り付けられたボール（１２）上に配置される一方、前記第１部材と前記第２部材（１０，２６）が、前記ボール（１２）中心の周りで回転可能であることを特徴とするピボットジョイント。
【請求項２】
前記ボール（１２）は、前記ソケット（１４，２８）がそれぞれ配置される球状面を含むことを特徴とする請求項１に記載のピボットジョイント。
【請求項３】
前記ボール（１２）に対して前記ソケット（１４，２８）の一方または両方を付勢するための付勢デバイスが設けられることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のピボットジョイント。
【請求項４】
前記付勢デバイスは、磁石、重力、またはばねを含むことを特徴とする請求項３に記載のピボットジョイント。
【請求項５】
前記ソケット（１４，２８）の一方または両方は、前記ボールとの３つの接触点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ピボットジョイント。
【請求項６】
前記ソケット(１４，２８)の一方または両方は、前記ボールと線接触することを特徴とする前記請求項１ないし５のいずれかに記載のピボットジョイント。
【請求項７】
前記固定部材（１６）と前記第２部材（２６）の一方または両方は、前記ボール（１２）が受け取られるアセンブリを形成することを特徴とする請求項１に記載のピボットジョイント。
【請求項８】
前記第２部材（２６）は、前記第１部材（１０）に取り付けられた前記ボール（１２）に支持され得ると共に、前記第１部材に取り付けられた前記ボール（１２）は、前記固定部材（１６）に支持され得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ピボットジョイント。
【請求項９】
前記ボール（１２）が取り付けられた前記第１部材（１０）の端部は、前記ボール（１２）に配置された前記第２の部材（２６）の端部より厚いことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のピボットジョイント。
【請求項１０】
前記ソケット（１４，２８）は、それぞれ１つ以上の支承表面を有することを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のピボットジョイント。
【請求項１１】
前記支承表面は、凹状の支承表面であることを特徴とする請求項１０に記載のピボットジョイント。
【請求項１２】
前記ソケット（１４，２８）は、前記ボール（１２）の上に部分的に嵌合ように配置されていることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載のピボットジョイント。
【請求項１３】
前記第１および第２部材（１０，２６）が、前記ボール（１０）の中心の周りを回転するとき、前記ソケット（１４，２８）は、前記ボール（１２）の外面にわたってスライドするように構成されていることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかに記載のピボットジョイント。
【請求項１４】
前記第１部材（１０）が前記ボール（１０）の中心の周りを回転するとき、前記固定部材(１６)の前記ソケット（１４）内の前記ボール（１２）の中心が固定されたままであるように、前記固定部材（１６）は、前記ピボットジョイントの使用の間、静止状態に保持されることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれかに記載のピボットジョイント。
【請求項１５】
複数のストラットによって、互いに連結された上部および下部構造を備え、
前記ストラットは、請求項１から１４のいずれかに記載のピボットジョイントによって、前記上部および下部構造の少なくとも一方に連結されることを特徴とする機械。
【請求項１６】
前記上部構造と前記下部構造との間の前記ストラットの長さは調整可能であることを特徴とする請求項１５に記載の機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピボットジョイント（ｐｉｖｏｔ  ｊｏｉｎｔ）、特に、高精度ピボットジョイントに関する。より詳細には、本発明は、２つの部材が、同じ点を中心に回転運動することを可能にするピボットジョイントに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、ある構造上に配置された球状支持体を含む機械を開示しており、部材が、その構造上で回転運動するように載置される。各球状支持体は、構造内の磁気ソケット（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｓｏｃｋｅｔ）内に載置される球を備える。各球は２つの部材を支持する。各部材は、磁気ソケットを備え、磁気ソケットは、それぞれのボールに対して自在に旋回可能に部材を保持する。
【０００３】
特許文献２は、第１構造のレセプタクル内にボールが保持されるピボットジョイントを開示する。２つのストラットが、支承表面を介してボールに接触する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６６６２４６１号明細書
【特許文献２】国際公開第２００４／０６３５７９号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２は、第１構造のレセプタクル内にボールが保持されるピボットジョイントを開示する。２つのストラットが、支承表面を介してボールに接触する。ストラットは、それぞれ、ボールを部分的に受け取り、かつ、ボールに嵌合する穴を一端に備える。２つのストラットは、共に付勢されて、支承表面においてボールとストラットとの接触が確保される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様は、
一端に配置された少なくとも部分的に球状の領域（ｐａｒｔ  ｓｐｈｅｒｉｃａｌ  ｒｅｇｉｏｎ）を有する第１部材と、
第１部材の少なくとも部分的に球状の領域上に位置する、１つまたは複数の支承表面を有する固定部材と、
第１部材の少なくとも部分的に球状の領域上に位置する、一端に配置された１つまたは複数の支承表面を有する第２部材とを備え、
それにより、第１部材と第２部材が、少なくとも部分的に球状の領域の中心の周りで回転可能であるピボットジョイントを提供する。
【０００７】
少なくとも部分的に球状の領域はボールを含むことができる。
【０００８】
好ましくは、少なくとも部分的に球状の領域に対して支承表面の一方または両方を付勢するための付勢デバイスが設けられる。付勢デバイスは、例えば、磁石、重力、またはばねを含むことができる。
【０００９】
固定部材と第２部材の一方または両方は、少なくとも部分的に球状の領域が受け取られるアセンブリを形成してもよい。
【００１０】
第１および第２の支承表面は、ボールとの３つの接触点を有してもよい。第１支承表面および／または第２支承表面は、ボールと線接触（ｌｉｎｅ  ｃｏｎｔａｃｔ）してもよい（すなわち、円状）。
【００１１】
本発明の第２の態様は、
複数のストラットによって、互いに連結された上部および下部構造を備え、
ストラットは、本発明の第１の態様によるピボットジョイントによって、上部および下部構造の少なくとも一方に連結される機械を含む。
【００１２】
好ましくは、上部構造と下部構造との間のストラットの長さは調整可能である。
【００１３】
次に、本発明の実施形態について、添付図面を参照して、より詳細に述べる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のピボットジョイントの側面図である。
【図２】ソケットの第１の実施形態の平面図である。
【図３】ソケットの第２の実施形態の平面図である。
【図４】ソケットの第３の実施形態の側面図である。
【図５】図１に示すピボットジョイントを使用した機械を示す斜視図である。
【図６】図５の機械において使用するためのストラットを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明のピボットジョイントは図１に示される。第１部材１０は、一端にボール１２を備える。このボール１２は、できる限り正確に球である。ボールは、知られている方法、例えば、定位置への溶接、螺合、または接着によって部材に取り付けられてもよく、あるいは、ストラットとボールを、一体構成（ｏｎｅ  ｐｉｅｃｅ）として形成してもよい。「ボール（ｂａｌｌ）」という用語が使用されるが、ボールは、完全に球状でなくてもよい。ストラットの端において１つまたは複数の部分的に球状の領域があることで十分である。
【００１６】
ボール１２は、固定構造１６内に設けられるソケット１４内に着座する。ソケット１４は、ボール１２を受け取るために、実質的に円形の開口（図２および３の１８）を有する。図２および３は、ソケットの２つの実施形態の平面図を示す。図２では、ソケットとボールとの３点接触を実現するために、開口１８の内部円周の周りに、３つのパッド２０ａ、２０ｂ、２０ｃが設けられる。パッドは、他の機構と置換えられてもよく、好ましくは、傾斜表面にある。図３では、開口１８は、ボールに接触し、３つの接触点を形成する３つの突出部２２ａ、２２ｂ、２２ｃを備えて形成される。これらは、ソケットと一体にされても、ボールベアリングなどの機構によって形成されてれもよい。これらの両実施形態では、三面体接触は、ボールがソケット内に正確に配置されることを可能にする。
【００１７】
ボールとソケットのこの構成は、併進運動を防止しながら、ボールがソケット内で回転することを可能にし、それにより、ボールが取り付けられる部材の回転を可能にする。
【００１８】
図４は、ソケットの別の実施形態の側面図を断面で示す。この実施形態では、ソケットは、円錐断面２４を有し、ボールは、ボールと円錐との間の円状接触部によって支持される。
【００１９】
これらのソケットの実施形態のそれぞれにおいて、ボールを引き寄せるためにソケット内に磁石が設けられ、磁石は、好ましくは、鋼で作られる。これは、ボールが回転することを可能にしながら、ボールをソケット内に保持する。そのため、ソケット内のボールの中心は、固定されたままである。磁石の代わりに、別の付勢デバイス、例えば、重力またはばねが使用されてもよい。ばねが使用される場合、ばねは、第１部材１０と固定構造１６との間に載置されて、ボール１２を定位置に捕捉してもよい。
【００２０】
これまで述べたこの構成は、単一部材が、固定構造に対して回転されることを可能にする。しかし、単一ジョイント上に２つの部材を載置することが望ましい場合がある。
【００２１】
ピボットジョイント８に載置された第２部材２６が示される。部材２６は、一端にソケット２８を備える。このソケット２８は、図２〜４を参照して述べたものと類似の形態を有する。
【００２２】
ソケット２８は、第１部材によって設けられたボール１２上に着座する。こうして、ソケットで終わる部材２６は、ボール１２の中心３０の周りで回転することができ、したがって、ボールで終わる部材が回転するのとほぼ同じ中心の周りで回転することができる。前述と同様に、第２部材は、例えば、磁石、重力、または、ばねによって定位置に付勢されてもよい。ばねが使用される場合、ばねは、第２部材２６と固定部材１６との間に設けられ、それにより、ボール１２を定位置に捕捉してもよい。
【００２３】
代替の構成では、ボールが回転することを可能にする数ミクロンのクリアランスを残しながら、ボールがその中にカプセル化されるアセンブリとして、固定構造とソケット２８の一方または両方を形成することによって、ボールは、固定構造内に、または、固定構造とソケット２８の組合せの中に捕捉されてもよい。
【００２４】
このピボットジョイントは、ベースと、上部構造と、ベースを上部構造に結合する複数の、例えば６つのストラットとを備えるスチュアートプラットフォームなどの機械において使用することができる。ストラットは、それぞれの端で、ベースおよび上部構造に回転可能に載置され、そのマウント間のストラットの長さは、ベースに対して上部構造の位置を変えるように調整可能である。
【００２５】
特許文献１は、６つのストラットが、ベースを上部構造に結合する機械を開示する。３つのピボットジョイントが、上部構造とベースのそれぞれに設けられ、２つのストラットが各ピボットジョイント上に載置される。
【００２６】
図５は、ベース３２と上部構造３４を有する機械の斜視図である。３つのピボットジョイント３６ａ、３６ｂ、３６ｃが、上部構造３４内に配置され、３つのピボットジョイント３８ａ、３８ｂ、３８ｃが、ベース３２内に配置される。６つのストラット４０ａ〜４０ｆは、上部構造３４をベース３２に連結し、かつ、それぞれの端でピボットジョイントに載置される。各ピボットジョイントは、図１に示す構成を有してもよく、１つのストラットが、ボールに連結され、他のストラットが、ボールに係合したソケットを有する。
【００２７】
図６は、図５に示す機械において使用するのに適したストラットの側面図である。ストラット４０は、入れ子式に嵌合する内側および外側部品４２、４４で作られる。ボール１２は、ストラットの一端に設けられ、ソケット２８は、他端の内部に設けられる。ストラットの長さは常に、一端のボール１２と、ソケット２８が載置されるボールとの間の距離の正確な尺度である。この長さは、任意の好都合な変換器システム、例えば、部品４４に取り付けられた読取ヘッド（図示せず）がその上を通過する部品４２内のスケール（図示せず）によって測定される。
【００２８】
図６に示すタイプのストラット４０は、１つのストラットのソケット端が、別のストラットのボール端上に載置されるように、互い違いの方向で機械に載置されてもよい。これは、ストラットの１つのデザインだけが必要とされるという利点を有する。あるいは、２つのタイプのストラット、すなわち両端にボール、および両端にソケットがあるストラットを使用することができる。
【００２９】
上記実施形態は、ソケットが、磁気手段によってボール上に付勢されることを述べるが、他の付勢手段が可能である。例えば、ボールおよびソケットは、重力下で一緒に保持されてもよい。
【００３０】
ピボットジョイントのこのデザインは、いくつかの利点を有する。ボールをストラットの１つに取り付けることによって、ボールに隣接するストラットの端は、一端にソケットを有するストラットの場合に必要とされるよりもずっと薄くすることができる。これは、ソケットがボールと３点接触することが好ましく、３つの点が広く離れれば離れるほど、ボールに対するソケットの位置決めがよくなるからである。こうして、両方のストラットが、ソケットを介してボール上に載置される場合に比べて、２つのストラットのより広い運動範囲が可能になる。
【００３１】
別の利点は、入れ子式ストラット内のスケールを、ボールに取り付けることができ、それにより、ボール間の距離の測定精度が改善されることである。
【００３２】
このタイプの機械は、例えば、腕が上部構造とベースの一方に付加され、測定プローブまたはツールなどの動作モジュールが腕に載置される、座標測定機（ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ  ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  ｍａｃｈｉｎｅ）または工作機械（ｍａｃｈｉｎｅ  ｔｏｏｌ）として使用することができる。測定される、または、機械加工される部品は、上部構造とベースの他方に載置される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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