(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを保持する輪帯状のホルダーを有し、ワーク支持用の支持球をそれぞれ備えた３個のワーク支持機構を前記ホルダーに等間隔に配置するとともに、前記ホルダーにおける３以上のｎ点の箇所にワークの重力と反対方向に力を発生させる押上げ力発生機構を等間隔に配置し、前記押上げ力発生機構がワークの重量の（ｎ＋３）分の１またはｎ分の１の力で該ワークを押し上げるように構成されているワーク保持治具であって、
前記押上げ力発生機構は、前記ホルダーに装着されたシャフトと、該シャフトに回転可能に取り付けられ、端部にワーク保持部を有する押上げレバーと、前記押上げレバーのワーク保持部にワークの重力と反対方向の力を発生させるための前記押上げレバーの間に配設されたばねとを有することを特徴とするワーク保持治具。
【請求項２】
ワークを保持する輪帯状のホルダーを有し、ワーク支持用の支持球をそれぞれ備えた３個のワーク支持機構を前記ホルダーに等間隔に配置するとともに、前記ホルダーにおける３以上のｎ点の箇所にワークの重力と反対方向に力を発生させる押上げ力発生機構を等間隔に配置し、前記押上げ力発生機構がワークの重量の（ｎ＋３）分の１またはｎ分の１の力で該ワークを押し上げるように構成されていることを特徴とするワーク保持治具であって、
前記押上げ力発生機構は、前記ホルダーに装着されたシャフトと、該シャフトに回転可能に取り付けられ、端部にワーク保持部を有する押上げレバーと、前記押上げレバーのワーク保持部にワークの重力と反対方向の力を発生させるために前記シャフトとの他端部に配設された調節可能な重りとを有することを特徴とするワーク保持治具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物品の加工装置や測定装置、およびその他の例えば半導体露光装置ステッパー等のように物品を取り扱うための装置に利用することができるワーク保持治具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
物品の加工装置や測定装置、およびその他の各種装置に利用される物品の保持方法として、従来は、特開平８−６６８４１号公報に開示されているように、図１３に図示するような保持方法が用いられている。すなわち、ワーク１００を吸着保持する３個の円盤状の吸着パッド１０１（１０１ａ，１０１ｂ，１０ｃ）が用いられ、これらの吸着パッド１０１はワーク面の傾斜にイコライズする機構を有し、吸着パッド１０１の上面にはワーク１００を真空吸着するための溝部が環状に設けられており、この溝部に真空配管１０２（１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ）がそれぞれ連通されている。また、吸着パッド１０１によりワーク１００を吸着保持する部位の間には重力と反対方向に力を発生できるエアーシリンダ１０３（１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ）が設けられており、重力によるワーク１００の変形を押さえるように構成されている。
【０００３】
なお、加工装置や測定装置、あるいはその他の各種装置において、保持する対象物品はそれぞれ異なり、加工や測定を行なう場合はワークと呼ばれ、また、ワークが光学部品である場合にはレンズやミラーなどと呼ばれている。そこで、本明細書においては、これらを総称する意味でワークと呼ぶことにする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来例においては、次のような問題点がある。
【０００５】
１）真空吸着パッドの面でワークを支持しているために、完全な３点支持ではなく、パッドやワーク面の面精度誤差によって、ワークを支持する点が変化する。この支持点の変化は予測することができず、しかも環境温度の変化などによっても影響を受ける。このような支持点変化により、ワークの変形状態も変化してしまう。その結果、ワークの着脱によるワーク形状が再現しないという問題点が生じる。
【０００６】
２）真空吸着パッドにはある程度の面積が必要であるため、ワークの周辺部での支持が難しく、例えば、ワークがレンズである場合、光線が通過する中央部分の有効領域において、パッドがワークに接触することとなり、ワークの有効領域での傷の発生などの危険性がある。
【０００７】
３）さらに、真空吸着パッドはある程度の面積が必要であるため、ワークの裏面と正確に同じ形状であることが必要である。ワークの裏面が球面である場合は、真空吸着パッドの吸着面をワークの曲率と正確に同じ形状に精度よく仕上げなければならないが、その作業は難しく、さらに、ワークの裏面が非球面である場合には非常に難しく、事実上不可能である。
【０００８】
４）ワーク保持手段をワークの形状測定装置へ採用する際に、特に、ワークがレンズである場合、形状測定装置は３次元座標測定装置等であり、先端に球をもったプローブをレンズの片側からレンズ面に接触させて座標を測定している。光線を通過させるレンズ形状を評価するには、上面と下面との位置関係を知る必要があるけれども、従来例のようなワーク保持方法では、イコライズする真空吸着パッドの位置の特定ができないためにレンズ形状の評価ができないという問題点があった。
【０００９】
５）また、ワークを支持する際には、一般的に、３つの点でワークを支持する３点支持法が優れているけれども、この３点支持法では、ワークを面で支持する場合に比べて支持剛性が弱く、図１４に図示するように、ワークは自重により非軸対称のいわゆるオムスビ形状に変形しかつワークが低い周波数で共振する現象が生じるという問題点があるために、高精度な保持を必要とする場合には使用することができなかった。
【００１０】
そこで、本発明は、上記のような従来技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであって、剛性の低い３点支持であっても振動や変形を押さえることができ、またワークを着脱しても位置の再現性が良好であり、かつワーク裏面の形状対応能力が高いワーク保持治具を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のワーク保持治具は、ワークを保持する輪帯状のホルダーを有し、ワーク支持用の支持球をそれぞれ備えた３個のワーク支持機構を前記ホルダーに等間隔に配置するとともに、前記ホルダーにおける３以上のｎ点の箇所にワークの重力と反対方向に力を発生させる押上げ力発生機構を等間隔に配置し、前記押上げ力発生機構がワークの重量の（ｎ＋３）分の１またはｎ分の１の力で該ワークを押し上げるように構成されているワーク保持治具であって、前記押上げ力発生機構は、前記ホルダーに装着されたシャフトと、該シャフトに回転可能に取り付けられ、端部にワーク保持部を有する押上げレバーと、前記押上げレバーのワーク保持部にワークの重力と反対方向の力を発生させるための前記押上げレバーの間に配設されたばねとを有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のワーク保持治具は、ワークを保持する輪帯状のホルダーを有し、ワーク支持用の支持球をそれぞれ備えた３個のワーク支持機構を前記ホルダーに等間隔に配置するとともに、前記ホルダーにおける３以上のｎ点の箇所にワークの重力と反対方向に力を発生させる押上げ力発生機構を等間隔に配置し、前記押上げ力発生機構がワークの重量の（ｎ＋３）分の１またはｎ分の１の力で該ワークを押し上げるように構成されているワーク保持治具であって、前記押上げ力発生機構は、前記ホルダーに装着されたシャフトと、該シャフトに回転可能に取り付けられ、端部にワーク保持部を有する押上げレバーと、前記押上げレバーのワーク保持部にワークの重力と反対方向の力を発生させるために前記シャフトとの他端部に配設された調節可能な重りとを有することを特徴とする。
【００１３】
【作用】
本発明のワーク保持治具によれば、ワーク周辺部の３点を点接触状に支持し、かつその間のｎ点（ｎ≧３）を一定力で押上げることにより、剛性の低い３点支持であってもワークの変形を押さえることができる。さらに、ワークを３点で支持するために、ワークを着脱しても位置誤差が少ないワーク保持が可能となり、また、ワークの周辺部をしかも点で支持しているために、ワークの有効領域に傷をつける危険が少なく、さらに、ワーク裏面の形状に合わせる必要がなく形状対応能力が高く、精度の高いワーク保持を可能にする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施例におけるワーク保持治具の概略図であり、同（ａ）は斜視図で同（ｂ）は平面図であり、図２は、本発明の第１の実施例におけるワーク保持治具におけるワークの支持機構の詳細を示し、同（ａ）は支持機構の縦断面図で同（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線から見た図であり、図３は、本発明の第１の実施例におけるワーク保持治具における押上げ力発生機構の詳細を示し、同（ａ）は押上げ力発生機構を内方から見た図で同（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【００１６】
図１ないし図３において、１はレンズ等のワーク２を保持するワーク保持治具であり、ワーク２が取り付けられた状態で形状測定装置等の各種装置にセットされる。このワーク保持治具１は、輪帯状のホルダー３を有し、このホルダー３には、支持球１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ）を有するワーク支持機構４（４ａ，４ｂ，４ｃ）および押上げ力発生機構５（５ａ，５ｂ，５ｃ）、ホルダー３に着脱可能にねじで取り付けられるハンドル６（６ａ，６ｂ）、３個の位置マーク用球７（７ａ，７ｂ，７ｃ）および位置決めピン用のピン穴８（８ａ，８ｂ）が設けられている。なお、ハンドル６（６ａ，６ｂ）は、ワーク保持治具１を形状測定装置等の各種装置への取り付けや取り外しをする際に使用するものであり、３個の位置マーク用球７（７ａ，７ｂ，７ｃ）は、ワーク保持治具１に保持されたワーク２の表面形状を測定する際に基準となる面を設定するために使用されるものであり、その詳細は後述する。位置決めピン用のピン穴８（８ａ，８ｂ）は、形状測定装置等の各種装置のベース上に設けられる２個の位置決めピンに対応して設けられておりワーク保持治具１を位置決めするためのものである。
【００１７】
ワーク支持機構４（４ａ，４ｂ，４ｃ）は、図１の（ａ）および（ｂ）に図示するように、輪帯状のホルダー３上で、１２０度間隔で等間隔の３ケ所に設けられ、その詳細は図２の（ａ）および（ｂ）に図示する。ワーク支持機構４は、ワーク２の下面に当接してワーク２を上下方向を支持するようにホルダー３の内側面から内方へ僅かに突出する突出部３ａ上に固定された支持球１１と、軟質材料で作製されたパッド１２を先端に接着し、他端部が押さえ板１４とボルト１５を用いてホルダー３の上面に固定された板ばね１３とを有し、板ばね１３は、そのパッド１２が支持球１１の真上に位置するように配置されており、パッド１２を介してワーク２に下方向の力を作用させ、ワーク２を支持球１１に押し当てる働きをする。また、支持球１１を配設した突出部３ａに対応するホルダー３の内側面に、ワーク２の水平方向の位置を規制する横方向突き当て部１６が設けられている。このように、ワーク支持機構４（４ａ，４ｂ，４ｃ）は、円周上に等間隔に配置された３個の支持球１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ）によりワーク２の周辺部の３点を点接触にて支持し、また、板ばね１３によりパッド１２を介してワーク２を支持球１１に押し付けてワーク２の移動を阻止する。そして、ワーク２の水平方向の位置は３個の横方向突き当て部１６により規制される。
【００１８】
ワーク２を保持するワーク保持治具１を形状測定装置等の各種装置のベース９（図２の（ａ）参照）にセットするときに、ベース９に固定された３個の固定駒１０上にワーク保持治具１のホルダー３を載置するが、このとき、固定駒１０、支持球１１およびパッド１２においてそれぞれ垂直方向の力が発生する。しかし、ワーク保持治具１の支持球１１の真下にベース９に固定された固定駒１０が位置するようにセットすることにより、これらの固定駒１０、支持球１１およびパッド１２は１本の垂直線上に位置することになり、垂直方向の力による曲げモーメントが発生せず、ホルダー３とワーク２の変形を防止することができる。
【００１９】
押上げ力発生機構５（５ａ，５ｂ，５ｃ）は、図１の（ａ）および（ｂ）に図示するように、ホルダー３上で、３ケ所のワーク支持機構４（４ａ，４ｂ，４ｃ）の中間に１２０度間隔で等間隔に配置された３ケ所に設けられ、ホルダー３の内周面に形成された凹部３ｂにそれぞれ収容されている。押上げ力発生機構５の詳細は図３の（ａ）および（ｂ）に図示する。ホルダー３を貫通するシャフト１８は、一端部がＣ型止め輪１９とナット２０でホルダー３に取り付けられ、シャフト１８の他端部分には押上げレバー２２が回転可能に装着され、この押上げレバー２２の軸方向の移動はＣ型止め輪２１により位置規制されている。また、シャフト１８と押上げレバー２２の間にはばね２３が配設され、このばね２３は、その両端部をシャフト１８と押上げレバー２２にそれぞれ設けられた小さな穴に掛けることにより、押上げレバー２２にシャフト１８の周りの回転力を発生させる。このばね２３による回転力はナット２０を緩めてシャフト１８を適宜回転させることにより調整することができ、シャフト１８を回転させて所望の回転力が得られるところでナット２０を締め付けてシャフト１８をホルダー３に固定することにより所望の回転力が得られる。押上げレバー２２の先端部には、ワーク２に接触する際にワーク２に傷を付けることを防止するために軟質材料で作製された押上げパッド２４が接着されており、この押上げパッド２４がワーク２の下面に当接して、ばね２３による回転力の作用によりワーク２を押し上げる働きをする。押上げ力発生機構５のばね２３の作用によるワーク２を押上げる力は、ワーク２の周辺部を３点支持しかつその支持点の間でそれぞれ位置されるｎ点（本実施例では、ｎ＝３）でワークを押上げる場合に、ワーク重量の（ｎ＋３）分の１となるように設定する。
【００２０】
以上のように、本実施例のワーク保持治具によれば、ワーク２の周辺部において等間隔に配置された３個のワーク支持機構４の支持球１１により点接触によってワーク２を支持し、そして、３個のワーク支持機構４の中間部に同様に等間隔に配置された押上げ力発生機構５によりワーク２の周辺部分を重力と反対方向に押し上げるようにワーク２を保持する。このように、３点で点接触状にワークを支持しているため、ワークを着脱しても位置誤差が少ないワークの保持が可能となり、さらに、点で支持しているため、ワーク裏面の形状に合わせる必要はなく、形状対応能力が高く、また、ワークの周辺部をしかも点で支持しているため、ワークの有効領域に傷をつける危険が少ない。さらに、押上げ力発生機構によってワーク周辺部分を重力と反対方向に押し上げることにより、３点支持のワークにおける重力による変形を低減することができる。また、ばねで押し上げ力を発生する押上げレバーを輪帯状のホルダー内に組み込むことによって、コンパクトで精度の高い押上げ力発生機構の実現を可能にしている。
【００２１】
また、ワークを３点で支持した場合のワークの変形形状は、図１４のように非軸対称のいわゆるオムスビ形状の形状誤差を生じる。ワークがレンズである場合、軸に回転対称で滑らかな変形であれば、レンズの焦点距離が変化するだけで、レンズ位置の調整などで補正可能であるのに対して、前記のような変形は補正不可能な収差を生じてしまう。そこで、本実施例では、このような問題点に鑑みてなされたものであり、ワーク周辺部分を重力と反対方向に押し上げる機構を複数設けることにより、重力による変形を押さえるものである。これを図５の（ａ）を参照してさらに説明すると、３つの支持点の中間の位置を押し上げる方法であり、図５の（ａ）に図示するように、ワークが軸対称形状の場合、支持点と押上げ点の位置は等しい角度で分割する。押上げ点の数をｎ（ｎ≧３、なお、本実施例ではｎ＝３）とすると、押上げ点で発生する力は、すべて同じであって、ワーク重量の（ｎ＋３）分の１となる。図１および図５の（ａ）ではｎが３の場合を想定しているので、支持点と押上げ点の角度差は６０度であり、押上げ点で発生する押上げ力はワーク重量の６分の１となる。ｎは３の倍数で増やすことが可能で、ｎを増やすとワークの非軸対称の変形量を少なくすることができる。
【００２２】
次に、本発明の第２の実施例について、図４を参照して説明する。
【００２３】
本実施例においては、ワーク保持治具１の輪帯状のホルダー３に等間隔にｎ個（ｎ＞３、本実施例では、ｎ＝６）のワーク押上げ力発生機構５（５ａ〜５ｆ）を設けるものである。なお、本実施例の部材において、先の実施例と同じ部材には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２４】
本実施例における６個のワーク押上げ力発生機構５（５ａ〜５ｆ）の配置は、３個のワーク支持機構４（４ａ，４ｂ，４ｃ）との相対関係は任意であって、適宜設定することができる。このようにワーク押上げ力発生機構５を６個設けることにより、ワーク押上げ力発生機構５に発生する力はワーク重量の６分の１とすることができ、ワーク重量は全てワーク押上げ力発生機構５で受け持つこととし、ワーク支持機構４の支持点ではワークの重量を保持しないようにする。これにより、３個のワーク支持機構４の支持点はどの位置に設けても良く、ホルダー３の設計自由度を向上させることができる。
【００２５】
本実施例においてワークの重力に基づく変形を押さえる態様について図５の（ｂ）を参照してさらに説明すると、本実施例は、３つの支持点とは無関係な位置で等間隔に複数の点を押し上げる方法であって、押上げ点の数をｎ（ｎ＞３、なお、本実施例ではｎ＝６）とすると、押上げ点で発生する力は、すべて同じであり、ワークの重量のｎ分の１となる。図４および図５の（ｂ）ではｎが６の場合を想定しているので、押上げ点の角度差は６０度であり、押上げ点で発生する押上げ力はワーク重量の６分の１となる。この場合、等間隔な３つの支持点はどこにあってもよく、また、ｎの数を増やすことによりワークの非軸対称の変形量を少なくすることができる。
【００２６】
そして、本実施例においても前述した第１の実施例と同様の作用効果を奏するものである。すなわち、本発明の第１および第２の実施例におけるワーク保持治具によれば、ワーク周辺部の３点でワークを点接触で支持することにより、接触するワーク面の精度誤差があっても支持点の位置は変化せず、ワークの重力による変形状態も変化しない。さらに、３点でワークを支持しているために、ワークの裏面形状の如何にかかわらず上記の作用が期待できる。したがって、ワーク裏面の形状対応能力の高いワーク保持が可能である。さらに、ワークの周辺部でしかも点で支持しているため、ワークの有効領域に傷をつける危険が少ない。また、点で支持しているため、ワーク裏面の形状に合わせる必要はなく、形状対応能力が高い。
【００２７】
以上説明した第１および第２の実施例においては、押上げ力発生機構５の押上げレバー２２に回転力を発生する手段としてねじりばね２３を用いているが、ねじりばね２３に代えて、引張りばねや圧縮ばねを用いても、同様の回転力を押上げレバーに発生させることができることはいうまでもない。
【００２８】
次に、本発明の第３の実施例について、図６を参照して説明する。
【００２９】
本実施例においては、押上げ力発生機構の構造が、前述した第１および第２の実施例と異なり、ワークを押し上げるための回転力を重りにより発生させるものである。なお、本実施例の部材においても先の実施例と同じ部材には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３０】
図６の（ａ）および（ｂ）において、先端部にワーク２の下面に当接する軟質材料製の押上げパッド２４が接着された押上げレバー２２は、ホルダー３を貫通してＣ型止め輪１９とナット２０でホルダー３に固定されるシャフト１８に対し回転可能に装着され、そして、押上げレバー２２の他端部には重り３０が着脱自在に固定される。この重り３０の形状や重量を変更することによって、ワーク２の押上げ力を調節することができるように構成する。このように押上げ力発生機構５を構成すると、上下方向の加速度例えば重力加速度が変化した場合でも、ワーク２の重量と重り３０の重量が比例して変化するので、加速度変化の影響がキャンセルされる。したがって、本実施例では、第１や第２の実施例のようにばねで押し上げる機構に比べて、上下方向の加速度変化に影響されないワーク保持が実現できる。
【００３１】
次に、本発明の第４の実施例について図７を参照して説明する。
【００３２】
本実施例は、前述した第１ないし第３の実施例における押上げ力発生機構にさらにダンパー手段を付設するものである。前述した実施例では、ワークを３点で支持するため、面で支持する方法に対して剛性が低下しており、その結果、ワークが低い周波数で共振する現象が生じる。このような現象を防止するために、剛性を向上させるべくさらに他の点でワークを支持してしまったのでは３点支持ではなくなってしまう。そこで、本実施例では、この点に鑑みてなされたものである。ワークの振動としては、支持点付近に節がありその間に腹がある振動モードが予想され、その腹の付近にはワーク押上げ力発生機構が存在する。そこで、この押上げ力発生機構にダンパー手段を付設することにより、ワークの振動を減衰させようとするものである。なお、本実施例の部材においても前述した実施例と同じ部材には同一符号を付しその詳細な説明は省略する。
【００３３】
図７において、一端部にダンパーゴム３２を接着した板ばね３３は、ダンパーゴム３２が押上げ力発生機構５の押上げレバー２２の側面に当接するように、ホルダー３にねじ３４により固定される。この板ばね３３は、紙面で上下方向には容易に変形するが、紙面に垂直な方向には剛性が高くなるように形成されている。そして、ダンパーゴム３２を押上げレバー２２に押し付けるためのプランジャー３５がホルダー３に調節可能にねじ止めされている。このように押上げ力発生機構５にダンパー手段（３２〜３５）を付設した構成とすることにより、押上げレバー２２の紙面に垂直な方向の振動に対して減衰力を発生させることができ、この共振振動により、ワークの振動を減衰させて振動振幅を小さくすることが可能となる。
【００３４】
さらに、本発明の第５の実施例について図８を参照して説明する。
【００３５】
本実施例は、押上げ力発生機構に付設するダンパー手段が、前述した第４の実施例（図７）におけるダンパー手段と異なるものである。なお、本実施例の部材においても前述した実施例と同じ部材には同一符号を付しその詳細な説明は省略する。
【００３６】
図８において、押上げ力発生機構５に隣接した部位において、ワーク２の側面に直接接触するダンパーゴム３７を配設するものである。ダンパーゴム３７は押し当て板３８に接着されて板ばね３９にねじ４０で固定され、板ばね３９の他端部はねじ４１によりホルダー３に固定されている。この板ばね３９は、紙面で上下方向には容易に変形するが、紙面に垂直な方向には剛性が高くなるように形成されている。そして、ダンパーゴム３７をワーク２に押し付けるためのプランジャー４２がホルダー３に調節可能にねじ止めされる。このようにワーク２に直接当接するダンパー手段（３７〜４２）を押上げ力発生機構５に隣接して付設した構成とすることにより、押上げレバー２２に保持されるワーク２の紙面に垂直な方向の振動に対して減衰力を発生させることができ、この共振振動による振動振幅を小さくすることが可能となる。さらに、本実施例では、第４の実施例の場合に比べてダンパーの面積を広くすることができ、そして直接ワークに減衰力を作用させることができる構成であるので、より強い減衰力が実現できる。
【００３７】
前述した各実施例におけるワーク保持治具は、ワークを取り扱う各種の装置に有効に適用することができるが、以下に、特に、本発明のワーク保持治具を用いてワークの形状を測定するワーク形状測定方法の参考例についてさらに説明する。
【００３８】
ワークの形状を測定する形状測定方法について、図９ないし図１２を参照して説明する。なお、ワーク保持治具としては、前述した各実施例のワーク保持治具を用いることができるが、特に、図１ないし図３に図示する第１の実施例のワーク保持治具を用いて説明する。
【００３９】
図９において、５０は、ワーク保持治具１に保持されるワーク２の形状を測定する形状測定装置であり、そのベース５１上には、ワーク保持治具１をセットするための２個の位置決めピン５２（５２ａ，５２ｂ）と３個の固定駒５３（５３ａ，５３ｂ，５３ｃ）が固定して配設されており、２個の位置決めピン５２（５２ａ，５２ｂ）は、ワーク保持治具１に設けられている２個のピン穴８（８ａ，８ｂ）にそれぞれ対応するように位置付けられており、３個の固定駒５３（５３ａ，５３ｂ，５３ｃ）は、ワーク保持治具１に設けられている３個のワーク支持機構４（４ａ，４ｂ，４ｃ）の支持球１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ）にそれぞれ対応するように設けられ、特に、ワーク保持治具１の２個のピン穴８（８ａ，８ｂ）がベース５１上の２個の位置決めピン５２（５２ａ，５２ｂ）に挿入されて位置決めされたときに、ワーク保持治具１の３個の支持球１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ）の真下にそれぞれ固定駒５３（５３ａ，５３ｂ，５３ｃ）が位置するように配置されている。
【００４０】
また、ベース４上にはＸ，Ｙ，Ｚ方向にそれぞれ移動可能なＸ軸スライド５５、Ｙ軸スライド５６およびＺ軸スライド５７が配設され、Ｚ軸スライド５７の先端にはワーク２の形状をトレースするプローブ５８が設けられている。
【００４１】
ワーク保持治具１の形状測定装置５０へのセットは、ワーク保持治具１に取り付けたハンドル６ａ，６ｂを持ってワーク保持治具１を移動させ、ワーク保持治具１のピン穴８ａ，８ｂにベース５１上の２個の位置決めピン５２ａ，５２ｂを挿入することにより位置決めして、３個の固定駒５３ａ，５３ｂ，５３ｃの上にホルダー３を載置することにより行なわれる。なお、ハンドル６ａ，６ｂはワーク保持治具１のセットが終了した後に取り外される。
【００４２】
本参考例の形状測定方法においては、本発明に係るワーク保持治具１を用いてワーク２を保持することにより、ワーク２を位置誤差のない保持が可能であり、変形のない状態で形状測定を行なうことができ、測定精度を向上させることができる。さらに、ワークの３点支持を３つの支持球で行なうことにより、ワークの裏面が平面あるいは球面であるワークの形状を測定する場合には、支持球の中心位置が形状測定装置によって測定可能であるので、ワークが取り付けられていない状態で支持球を測定しておけば、その支持球と接触するワーク裏面の位置も知ることができる。
【００４３】
以下、ワークの裏面位置の計算方法を示す。なお、測定した３つの支持球１ａ，１１ｂ，１１ｃの中心位置を図１０に示すように｛p1｝、｛p2｝、｛p3｝とする。
【００４４】
先ず、裏面が平面の場合を考える。この場合、接触しているワークの裏面の平面と、３つの支持球の中心位置で定義される平面は平行であるため、裏面の平面を｛q(a ，b)｝で表すこととすると、
【数１】
0003689585.tif 000002
【００４５】
ここで、ａ，ｂは任意の実数で、｛ｎ｝は３つの支持球の中心を通る平面に垂直な単位ベクトル、Ｒは３つの支持球の半径である。最初の２項で平面が定義されており、３、４項でその面に含まれる１点が定義されている。また、｛ｎ｝は法線ベクトルで、次の式で定義される。
【数２】
0003689585.tif 000003
【００４６】
ここで、演算子ｘはベクトル外積を表し、分子は３つの支持球で測られる平面に垂直なベクトルとなり、分母は大きさ１の単位ベクトルにするためである。
【００４７】
以上のように、ワークの裏面の平面の位置が式（１）で計算することができる。
【００４８】
次に、ワーク裏面が球面の場合を考える。球面はその中心位置と半径が分かれば定義でき、半径は設定値などから既知として計算をすすめる。この場合、ワーク裏面の球面の中心位置から、支持球の中心位置までの間隔は３つとも等しい。裏面の半径をＲｒとする。ここで、凸面の場合はＲｒは正、凹面の場合は負とする。また、中心点を｛ｐｒ｝とすると、
【数３】
0003689585.tif 000004
【００４９】
ここで、｛ｎ｝は３つの支持球の中心を通る平面に垂直な単位ベクトルで式（２）で計算する。ｃは変数で、次の式（４）と連立させて計算する。なお、支持球の半径をＲとする。
【数４】
0003689585.tif 000005
【００５０】
以上のように、ワーク裏面の球面の位置すなわち球の中心位置が、式（３）で計算することができる。
【００５１】
次に、ワーク形状測定方法の他の参考例について説明する。
【００５２】
前述したワーク形状測定方法では、ワーク形状を測定する前にワークを設置していない状態で支持球の位置を測定しなければならない。すなわち、ワーク保持治具を形状測定装置にセットして支持球の位置を測定し、その後、ワークをセットするために、ワーク保持治具を形状測定装置から外す必要があり、ワーク保持治具の着脱によって生じる位置の誤差が裏面位置の測定精度を悪くさせる問題がある。また、形状測定ごとに、ワーク取付け前のセッティングで支持球の位置を測定しなければならないので、段取りが増え、作業の効率が悪いという問題点を有している。
【００５３】
そこで、本参考例では、このような問題点に鑑みて、ワーク保持治具の周辺部に設けた３個の位置マーク用球（図１および図９における７ａ，７ｂ，７ｃ）を用いて、あらかじめ位置マーク用球と支持球の間の相対位置を測定しておくことにより、一回の段取りでワーク表面の形状誤差と裏面の位置を測定することが可能となる。すなわち、位置マーク用球と支持球の間の相対位置をあらかじめ測定し、ワーク形状測定のときには、ワークをワーク保持治具にセットして、再び位置マーク用球の位置を測定し、ワークの形状を測定する。裏面位置測定に用いる支持球の位置は、位置マーク用球の測定位置を補正計算して用いる。このようにすると保持治具を着脱する必要がなく、上記問題点を回避することができる。
【００５４】
次に、本参考例のワークの形状測定手順を図１０ないし図１２を参照して説明する。
【００５５】
先ず、第１段階は、ワーク保持治具１の支持球１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ）と位置マーク用球７（７ａ，７ｂ，７ｃ）の位置を測定する手順であり、図１１に示す。ワーク保持治具１のみを形状測定装置５０にセットし（ステップＳ１）、ワーク保持治具１に固定されている３つの支持球１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ）の中心位置を測定し（ステップＳ２）、それぞれの中心位置座標〈｛ｐ１｝、｛ｐ２｝、｛ｐ３｝〉を出力し（ステップＳ３）、次に、３つの位置マーク用球７（７ａ，７ｂ，７ｃ）の中心位置を測定し（ステップＳ４）、それぞれの中心位置座標〈｛ｐ４｝、｛ｐ５｝、｛ｐ６｝〉を出力し（ステップＳ５）、ワーク保持治具１を形状測定装置５０から取り外す（ステップＳ６）。
【００５６】
第２段階は、ワーク２の形状測定を行なう手順であり、図１２に示す。ワーク保持治具１にワーク２を取り付けた状態で形状測定装置５０にセットし（ステップＳ１１）、３つの位置マーク用球７（７ａ，７ｂ，７ｃ）の中心位置を測定して（ステップＳ１２）、それぞれの中心位置座標〈｛ｐ７｝、｛ｐ８｝、｛ｐ９｝〉を出力する（ステップＳ１３）。その後、ワーク２の上面形状を測定し（ステップＳ１４）、セッティング誤差と誤差形状を求める（ステップＳ１５）。そして、先に第１段階のステップＳ３において算出した支持球の中心位置座標〈｛ｐ１｝、｛ｐ２｝、｛ｐ３｝〉、ステップ５において算出した位置マーク用球の中心位置座標〈｛ｐ４｝、｛ｐ５｝、｛ｐ６｝〉、およびステップＳ１３にて算出した位置マーク用球の中心位置座標〈｛ｐ７｝、｛ｐ８｝、｛ｐ９｝〉からワーク２の裏面の位置を計算する（ステップＳ１６）。
【００５７】
以下に、ワーク裏面の補正計算手順を図１０の（ａ）および（ｂ）を用いて説明する。
【００５８】
前述したように、ワーク２の形状を測定する前に、ワーク保持治具１のみを形状測定装置にセットし、あらかじめ保持治具１の３つの支持球１１と３つの位置マーク球７の位置を測定しておく。これらの位置を、それぞれ、｛ｐ１｝、｛ｐ２｝、｛ｐ３｝および｛ｐ４｝、｛ｐ５｝、｛ｐ６｝とする（図１０の（ａ）参照）。次に、ワーク保持治具１を形状測定装置から外し、ワーク２をワーク保持治具１に固定し、形状測定装置にセットし、位置マーク用球７の位置を再び測定し、その位置を｛ｐ７｝、｛ｐ８｝、｛ｐ９｝とし（図１０の（ｂ）参照）、ワーク形状を測定する。このとき、｛ｐ４｝、｛ｐ５｝、｛ｐ６｝と｛ｐ７｝、｛ｐ８｝、｛ｐ９｝は同じ位置マーク球７を測定しているが、測定の間に一回ワーク保持治具１を着脱しているので、異なる位置である。同じ理由で支持球１１の位置も、｛ｐ１｝、｛ｐ２｝、｛ｐ３｝とは異なるので、それを｛ｐ１１｝、｛ｐ１２｝、｛ｐ１３｝とする。この３点｛ｐ１１｝、｛ｐ１２｝、｛ｐ１３｝を求めるのが目的である。
【００５９】
先ず、３つの位置｛ｐ１｝、｛ｐ２｝、｛ｐ３｝から座標系を決定し、これをＣ１とする。この座標の決定方法は、例えば、｛ｐ１｝から｛ｐ２｝へのベクトルと、｛ｐ１｝から｛ｐ３｝へのベクトルの両方に直交する方向にＺ軸をとり、｛ｐ１｝から｛ｐ２｝の方向にＸ軸をとれば、残るＹ軸は自動的に決まるので決定できる。同様に、｛ｐ４｝、｛ｐ５｝、｛ｐ６｝および｛ｐ７｝、｛ｐ８｝、｛ｐ９｝および｛ｐ１０｝、｛ｐ１１｝、｛ｐ１２｝から座標系が定義でき、これをＣ２、Ｃ３、Ｃ４とする。また、Ｃ２からＣ１まで、Ｃ２からＣ３までの座標変換行列を［Ｔ２１］、［Ｔ３４］とおく。保持治具はワークの有りなしに関係なく、変形しないとすると、この２つの座標変換行列［Ｔ２１］、［Ｔ３４］は同じである。したがって、位置マーク球の中心位置｛ｐ７｝、｛ｐ８｝、｛ｐ９｝から支持球の位置｛ｐ１１｝、｛ｐ１２｝、｛ｐ１３｝を次の式を用いて計算できる。
【数５】
0003689585.tif 000006
【００６０】
このようにすれば形状測定装置からワーク保持治具を着脱することなく、裏面と接触している球の中心位置を算出することができる。その後の計算操作は前述のように行なうことができるので省略する。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のワーク保持治具によれば、剛性の低い３点支持であってもワークの振動や変形を押さえることができ、ワークを３点で支持するために、ワークを着脱しても位置誤差が少ないワーク保持が可能となる。また、ワークの周辺部をしかも点で支持しているため、ワークの有効領域に傷をつける危険が少なく、さらに、ワーク裏面の形状に合わせる必要がなく形状対応能力が高く、また、３点支持のワークの変形を押上げ力発生機構を設けることによって低減でき、さらに精度の高いワーク保持を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施例におけるワーク保持治具の概略図であり、同（ａ）は斜視図で、同（ｂ）は平面図である。
【図２】  本発明の第１の実施例におけるワーク保持治具におけるワークの支持機構の詳細を示し、同（ａ）は支持機構の縦断面図であり、同（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線から見た図である。
【図３】  本発明の第１の実施例におけるワーク保持治具における押上げ力発生機構の詳細を示し、同（ａ）は押上げ力発生機構を内方から見た図であり、同（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図４】  本発明の第２の実施例におけるワーク保持治具の概略図である。
【図５】  （ａ）および（ｂ）は、本発明のワーク保持治具における支持点と押上げ点の配置を説明する図である。
【図６】  本発明の第３の実施例におけるワーク保持治具における押上げ力発生機構の詳細を示し、同（ａ）は押上げ力発生機構を内方から見た図であり、同（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【図７】  本発明の第４の実施例におけるワーク保持治具における押上げ力発生機構の断面図である。
【図８】  本発明の第５の実施例におけるワーク保持治具における押上げ力発生機構の断面図である。
【図９】  参考例のワーク形状測定方法を実施するためのワーク保持治具と形状測定装置の概略図である。
【図１０】  参考例のワーク形状測定方法に基づきワーク形状を測定する際において、支持球位置の計算方法を説明するための図である。
【図１１】  参考例のワーク形状測定方法に基づく測定準備手順のフローチャートである。
【図１２】  参考例のワーク形状測定方法に基づく測定手順のフローチャートである。
【図１３】  従来のワーク保持方法を説明する概略図である。
【図１４】  従来のワーク３点支持の問題点を説明する図である。
【符号の説明】
１    ワーク保持治具
２    ワーク
３    ホルダー
３ａ    突出部
３ｂ    凹部
４（４ａ〜４ｃ）    ワーク支持機構
５（５ａ〜５ｆ）    押上げ力発生機構
６（６ａ，６ｂ）    ハンドル
７（７ａ〜７ｃ）    位置マーク用球
８（８ａ，８ｂ）    ピン穴
１１（１１ａ〜１１ｃ）    支持球
１２    パッド
１３    板ばね
１８    シャフト
２０    ナット
２２    押上げレバー
２３    ばね
２４    押上げパッド
３０    重り
３２，３７    ダンパーゴム
３３，３９    板ばね
３５，４２    プランジャー
５０    形状測定装置
５１    ベース
５２（５２ａ，５２ｂ）    位置決めピン
５３（５３ａ〜５３ｃ）    固定駒
５５    Ｘ軸スライド
５６    Ｙ軸スライド
５７    Ｚ軸スライド
５８    プローブ
【図１】
0003689585.tif 000007
【図２】
0003689585.tif 000008
【図３】
0003689585.tif 000009
【図４】
0003689585.tif 000010
【図５】
0003689585.tif 000011
【図６】
0003689585.tif 000012
【図７】
0003689585.tif 000013
【図８】
0003689585.tif 000014
【図９】
0003689585.tif 000015
【図１０】
0003689585.tif 000016
【図１１】
0003689585.tif 000017
【図１２】
0003689585.tif 000018
【図１３】
0003689585.tif 000019
【図１４】
0003689585.tif 000020