(57)【要約】【課題】  ダイナミックキネマティックマウントを提供する。【解決手段】  ダイナミックキネマティックマウントは、３つのボール、第１のプレート、および対向する第２のプレートを含む。第１のプレートは、第１のプレートの並進および回転運動を抑制する６つの接触点で３つのボールに接触し、また第２のプレートは、第２のプレートの並進および回転運動を抑制する６つの接触点で３つのボールに接触する。同様に、対向する第１および第２の面と、第１の面から第２の面に延在する３つの穴とを有するスペーサが設けられる。３つのボールの各々は、スペーサに対して回転するための３つの穴の１つに配置され、このスペーサ内で、３つのボールが第１および第２の面の外側に突出する。第１のプレートは第１の面に並置され、また第２のプレートは第２の面に並置される。【選択図】図２Ｂ−１【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、
３つのボールと、
第１のプレートと、対向する第２のプレートとを備え、
前記第１のプレートが、前記第１のプレートの並進および回転運動を抑制する６つの接触点で前記３つのボールに接触し、また前記第２のプレートが、前記第２のプレートの並進および回転運動を抑制する６つの接触点で前記３つのボールに接触する装置。
【請求項２】
対向する第１および第２の面と、前記第１の面から前記第２の面に延在する３つの穴とを有するスペーサをさらに備え、
前記３つのボールの各々が、前記スペーサに対して回転するための前記３つの穴の１つに配置され、前記３つのボールが前記第１および第２の面の外側に突出し、
前記第１のプレートが前記第１の面に並置され、
また前記第２のプレートが前記第２の面に並置される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
第４のボールをさらに備え、
前記第１のプレートが第１の接触点で前記第４のボールに接触し、
また前記第２のプレートが第２の接触点で前記第４のボールに接触し、
前記第１および第２の接触点の少なくとも１つがコンプライアントな接触点である、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
対向する第１および第２の面と、前記第１の面から前記第２の面に延在する４つの穴とを有するスペーサをさらに備え、
前記３つのボールおよび前記第４のボールの各々が、前記スペーサに対して回転するための前記４つの穴の１つに配置され、前記４つのボールが前記第１および第２の面の外側に突出し、
前記第１のプレートが前記第１の面に並置され、
また前記第２のプレートが前記第２の面に並置される、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記コンプライアントな接触点が、エラストマによって前記接触点に設けられる、請求項３に記載の装置。
【請求項６】
前記エラストマに適用された弾塑性材料をさらに備える、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記エラストマが、前記第４のボール、前記第１のプレート、および前記第２のプレートの内の１つによって支承される、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記第１のプレートが、複数の固定貼付されたブロックから形成される、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記第２のプレートが、複数の固定貼付されたブロックから形成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１のプレートが、フレームによって保持されかつ前記フレームに固定されたブロックから形成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記第２のプレートが、フレームによって保持されかつ前記フレームに固定されたブロックから形成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
装置であって、
対向する第１および第２の面と、前記第１の面から前記第２の面に延在する３つの穴とを有するスペーサと、
前記スペーサに対して回転するための前記３つの穴の１つに各々が配置された３つのボールであって、前記第１および第２の面の外側に突出する３つのボールと、
前記第１の面に並置され、また前記第１のプレートの並進および回転運動を抑制する６つの接触点で前記３つのボールに接触する第１のプレートと、
前記第２の面に並置され、また前記第２のプレートの並進および回転運動を抑制する６つの接触点で前記３つのボールに接触する第２のプレートと、
を備える装置。
【請求項１３】
前記スペーサを通して前記第１の面から前記第２の面に延在する第４の穴と、
前記スペーサに対して回転するための前記第４の穴に配置された第４のボールであって、前記第１および第２の面の外側に突出する第４のボールとをさらに備え、
前記第１のプレートが第１の接触点で前記第４のボールに接触し、
また前記第２のプレートが第２の接触点で前記第４のボールに接触し、
前記第１および第２の接触点の少なくとも１つがコンプライアントな接触点である、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記コンプライアントな接触点が、エラストマによって前記接触点に設けられる、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記エラストマが、前記第４のボール、前記第１のプレート、および前記第２のプレートの内の１つによって支承される、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記エラストマ層に適用された弾塑性材料をさらに備える、請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
前記第１のプレートが、複数の固定貼付されたブロックから形成される、請求項１２に記載の装置。
【請求項１８】
前記第２のプレートが、複数の固定貼付されたブロックから形成される、請求項１２に記載の装置。
【請求項１９】
前記第１のプレートが、フレームによって保持されかつ前記フレームに固定されたブロックから形成される、請求項１２に記載の装置。
【請求項２０】
前記第２のプレートが、フレームによって保持されかつ前記フレームに固定されたブロックから形成される、請求項１２に記載の装置。
【請求項２１】
装置であって、
３つのボールと、
第４のボールを備える少なくとも１つの追加のボールと、
第１のプレートと、対向する第２のプレートとを備え、
前記第１のプレートが、前記第１のプレートの並進および回転運動を抑制する６つの接触点で前記３つのボールに接触し、
前記第２のプレートが、前記第２のプレートの並進および回転運動を抑制する６つの接触点で前記３つのボールに接触し、
前記第１のプレートが第１の接触点で前記第４のボールに接触し、
また前記第２のプレートが第２の接触点で前記第４のボールに接触し、
前記第１および第２の接触点の少なくとも１つがコンプライアントな接触点である装置。
【請求項２２】
対向する第１および第２の面と、前記第１の面から前記第２の面に延在する４つの穴とを有するスペーサをさらに備え、
前記３つのボールおよび前記第４のボールの各々が、前記スペーサに対して回転するための前記４つの穴の１つに配置され、前記４つのボールが前記第１および第２の面の外側に突出し、
前記第１のプレートが前記第１の面に並置され、
また前記第２のプレートが前記第２の面に並置される、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記コンプライアントな接触点が、エラストマによって前記接触点に設けられる、請求項２１に記載の装置。
【請求項２４】
前記エラストマに適用された弾塑性材料をさらに備える、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記エラストマが、前記第４のボール、前記第１のプレート、および前記第２のプレートの内の１つによって支承される、請求項２３に記載の装置。
【請求項２６】
前記第１のプレートが、複数の固定貼付されたブロックから形成される、請求項２１に記載の装置。
【請求項２７】
前記第２のプレートが、複数の固定貼付されたブロックから形成される、請求項２１に記載の装置。
【請求項２８】
前記第１のプレートが、フレームによって保持されかつ前記フレームに固定されたブロックから形成される、請求項２１に記載の装置。
【請求項２９】
前記第２のプレートが、フレームによって保持されかつ前記フレームに固定されたブロックから形成される、請求項２１に記載の装置。
【請求項３０】
装置であって、
対向する第１および第２の面と、前記第１の面から前記第２の面に延在する穴とを有するスペーサと、
３つのボールと、
第４のボールを備える少なくとも１つの追加のボールであって、前記３つのボールおよび前記第４のボールの各々が、前記スペーサに対して回転するための前記穴の１つに配置され、前記４つのボールが前記第１および第２の面の外側に突出する、少なくとも１つの追加のボールと、
前記第１の面に並置され、また前記第１のプレートの並進および回転運動を抑制する６つの接触点で前記３つのボールに接触する第１のプレートと、
前記第２の面に並置され、また前記第２のプレートの並進および回転運動を抑制する６つの接触点で前記３つのボールに接触する第２のプレートと、を備え、
前記第１のプレートが第１の接触点で前記第４のボールに接触し、
また前記第２のプレートが第２の接触点で前記第４のボールに接触し、
前記第１および第２の接触点の少なくとも１つがコンプライアントな接触点である装置。
【請求項３１】
前記コンプライアントな接触点が、エラストマによって前記接触点に設けられる、請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
前記エラストマが、前記第４のボール、前記第１のプレート、および前記第２のプレートの内の１つによって支承される、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記エラストマに適用された弾塑性材料をさらに備える、請求項３１に記載の装置。
【請求項３４】
前記第１のプレートが、複数の固定貼付されたブロックから形成される、請求項３０に記載の装置。
【請求項３５】
前記第２のプレートが、複数の固定貼付されたブロックから形成される、請求項３０に記載の装置。
【請求項３６】
前記第１のプレートが、フレームによって保持されかつ前記フレームに固定されたブロックから形成される、請求項３０に記載の装置。
【請求項３７】
前記第２のプレートが、フレームによって保持されかつ前記フレームに固定されたブロックから形成される、請求項３０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キネマティックマウントに関する。
【背景技術】
【０００２】
他にはキネマティックカップリングまたはコンストレイントとして公知のキネマティックマウントは、基部または下部構造に計測装置または器具を結合するために、また剛性の部分を硬質の噛合表面に結合するために通常使用され、この場合、分解および再組立の繰り返しにもかかわらず、プレートは以前に組み立てたときと互いに同一の相対位置に留まる。
【０００３】
空間における固体の運動および位置を完全に説明するために、３つの直線運動または並進運動（Ｘ、Ｙ、Ｚ）および３つの角運動または回転（θｘ、θｙ、θｚ）が必要である。剛体を空間に完全に固定するために、分解および再組立の繰り返しにもかかわらず、６つの自由度のすべてを抑制する必要がある。言い換えれば、ある任意の固定座標系に関して、３つの並進運動および３つの回転を抑制しなければならない。６つの自由度すべてが抑制される場合、マウントは運動学的であり、この場合、追加の制約は余分であろう。したがって、キネマティックマウントは６つの独立した抑制を有する。
【０００４】
簡単なキネマティックマウントは、望ましくない運動を抑制するために、円錐またはボール、溝、およびマウントの前部プレートの平坦部を使用する。ボールは、Ｘ、ＹおよびＺ軸の運動を抑制する。溝は、運動θｙ（ピッチ）およびθｘ（ロール）を抑制する。平坦部は、θｚ（ヨー）の運動を抑制する。円錐／ボールマウントの主な不都合は、回転軸が装着部分の表面でセンタリングされず、これが相当の並進誤差を引き起こすことがあるので、あるクロス結合が並進軸と回転軸との間に生じることである。
【０００５】
周知のキネマティックマウントは、互いに約１２０度の角度を各々が形成する３つのＶ字状の溝で固定ベースプレートを組み込む。各々の溝の壁部は、ベースプレートの表面と約４５度の角度を形成する。第２のプレートに、３つの凸状の球形部材が概ね２等辺三角形の配列で固定される。第２のプレートが第１のプレートに位置するとき、３つの凸状の球形部材の各々は、３つの溝の１つに位置し、それぞれの各第２のプレートの２つの側壁に接触し、この第２のプレートは、ベースプレートから持ち上げることが可能であり、また交換された場合、通常固定されたままである基部に対し同一の位置を占める。
【０００６】
しかし、各球形部材と溝との間の上述の点接触は、これらの接触点に力の集中をもたらす。これらの力の集中は、球形部材および溝の両方に、ヘルツ応力として公知の高い応力をもたらす。したがって、この従来技術のマウントは、実験室用途または軽作業用途のような軽荷重には十分であるが、高強度振動および衝撃が接触点の不具合を生じる宇宙打ち上げロケット、橋梁、建物、および上部構造に使用する場合のような使用環境の厳しい用途では不十分である。
【０００７】
アイソレータとしばしば称されるいくつかのキネマティックマウントは、過渡的な数の自由変化（すなわち、傾きの変化および大きさの変化）を可能にするように設計され、また運動遮断のために使用される。過渡的な数の自由変化は、ある場合には、一時的である。典型的な傾きは、固定された海洋油井掘削機およびロケット発射台が遭遇する傾きである。典型的な大きさの変化は、天体観測望遠鏡、鏡、レンズ、およびアンテナの地震の底部運動によって対処される大きさの変化である。
【０００８】
多くの当業者は、コンプライアントな特徴を組み込むことによって、剛性のキネマティックマウントを改良しようと試みてきた。例えば、このような１つのマウントは、円錐内ボール軸受を使用する３脚のプラットフォーム支持体のＶ支柱で抑制されたエラストマ層を組み込む。しかし、この構成は、これらの外乱が顕微鏡的または限界的でない限り、傾きまたは大きさの過渡的変化に対処できない。このように、このマウントの使用は、残念ながら、光学用途および半導体用途に限定される。他には剛性のキネマティックマウントにコンプライアンスの選択を導入する他の努力も試みられたが、その結果は限界的であるかまたは受け入れできない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、キネマティック抑制マウント装置の最新技術の現在の傾向は、実行可能な最短時間のアクティブ制御なしに、他に使用されるマウントのアクティブ制御システムに対し追加的な要求を課することなく、また加速度外乱の通過後にこのようなシステムをリブートまたはリセットする必要なしに、推移的加速度をバランスさせて自動的な再センタリングを行うために、コンプライアンス減衰能力を加えることである。制御および命令プラットフォームおよびデータセンタの爆発防止またはテロリスト防護のようないくつかの用途は、このようなシステムの連続操作が極めて重要な場合にリブートおよびリセットできない。同じことが、データ、通信および命令センタの免震に当てはまる。宇宙ステーションにおける人為的重力または誘発された求心場に装着された制御装置の連続的な操作性は、このような場の遷移が避けられず、また頻繁であり得るという事実を考慮すると、むしろ明白な要件である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、ダイナミックキネマティックマウントは、３つのボールと、対向する第１および第２のプレートとを含み、第１のプレートは、第１のプレートの並進および回転運動を抑制する６つの接触点で３つのボールに接触し、また第２のプレートは、第２のプレートの並進および回転運動を抑制する６つの接触点で３つのボールに接触する。スペーサは、対向する第１および第２の面と、第１の面から第２の面に延在する３つの穴とを有する。３つのボールの各々は、スペーサに対して回転するための３つの穴の１つに配置され、また３つのボールは第１および第２の面の外側に突出する。第１のプレートは第１の面に並置され、また第２のプレートは第２の面に並置される。特別な実施形態では、第４のボールがあり、この中で、第１のプレートは第１の接触点で第４のボールに接触し、第２のプレートは第２の接触点で第４のボールに接触し、第１および第２の接触点の少なくとも１つはコンプライアントな接触点である。第４のボールを考慮すると、同様にスペーサには第４の穴が設けられ、この穴はスペーサを通して第１の面から第２の面に延在する。第４のボールは、スペーサに対して回転するための第４の穴に配置され、スペーサの第１および第２の面の外側に突出する。コンプライアントな接触点は、エラストマによって第４のボールと第１および第２のプレートの一方との間の接触点に設けられる。他の実施形態では、弾塑性材料／層がエラストマに適用される。エラストマは、第４のボール、第１のプレート、および第２のプレートの内の１つによって支承される。特別な実施形態では、エラストマは適用層の形態で付与される。特別な実施形態では、第１のプレートは、複数の固定貼付されたブロックから形成される。他の実施形態では、第２のプレートは、複数の固定貼付されたブロックから形成される。さらに他の実施形態では、第１のプレートは、フレームによって保持されかつフレームに固定されたブロックから形成される。さらになお他の実施形態では、第２のプレートは、フレームによって保持されかつフレームに固定されたブロックから形成される。
【００１１】
本発明によれば、ダイナミックキネマティックマウントの他の実施形態は、対向する第１および第２の面と、第１の面から第２の面に延在する３つの穴とを有するスペーサを含む。３つのボールの各々は、スペーサに対して回転するための３つの穴の１つに配置され、また３つのボールは第１および第２の面の外側に突出する。第１の面に並置される第１のプレートは、第１のプレートの並進および回転運動を抑制する６つの接触点で３つのボールに接触し、第２の面に並置される第２のプレートは、第２のプレートの並進および回転運動を抑制する６つの接触点で３つのボールに接触する。第４の穴は、スペーサを通して第１の面から第２の面に延在する。第４のボールは、スペーサに対して回転するための第４の穴に配置され、第１および第２の面の外側に突出する。第１のプレートは第１の接触点で第４のボールに接触し、第２のプレートは第２の接触点で第４のボールに接触し、第１および第２の接触点の少なくとも１つはコンプライアントな接触点である。好ましくは、コンプライアントな接触点は、エラストマによって第４のボールと第１および第２のプレートの一方との間の接触点に設けられ、この場合、エラストマは、第４のボール、第１のプレート、および第２のプレートの内の１つによって支承される。特別な実施形態では、弾塑性材料／層がエラストマに適用される。特別な実施形態では、エラストマは適用層の形態で付与される。一実施形態において、第１のプレートは、複数の固定貼付されたブロックから形成される。他の実施形態では、第２のプレートは、複数の固定貼付されたブロックから形成される。さらに他の実施形態では、第１のプレートは、フレームによって保持されかつフレームに固定されたブロックから形成される。さらになお他の実施形態では、第２のプレートは、フレームによって保持されかつフレームに固定されたブロックから形成される。
【００１２】
本発明によれば、ダイナミックキネマティックマウントのさらに他の実施形態は、３つのボールと、第４のボールを備える少なくとも１つの追加のボールと、第１のプレート、対向する第２のプレートとを含む。第１のプレートは、第１のプレートの並進および回転運動を抑制する６つの接触点で３つのボールに接触し、また第２のプレートは、第２のプレートの並進および回転運動を抑制する６つの接触点で３つのボールに接触する。第１のプレートは第１の接触点で第４のボールに接触し、第２のプレートは第２の接触点で第４のボールに接触し、第１および第２の接触点の少なくとも１つはコンプライアントな接触点である。さらに本実施形態には、対向する第１および第２の面と、第１の面から第２の面に延在する４つの穴とを有するスペーサがある。３つのボールおよび第４のボールの各々は、スペーサに対して回転するための４つの穴の１つに配置され、４つのボールは第１および第２の面の外側に突出する。第１のプレートは第１の面に並置され、また第２のプレートは第２の面に並置される。好ましくは、コンプライアントな接触点は、エラストマによって第４のボールと第１および第２のプレートの一方との間の接触点に設けられる。特別な実施形態では、弾塑性材料／層がエラストマに適用される。エラストマは、第４のボール、第１のプレート、および第２のプレートの内の１つによって支承される。特別な実施形態では、エラストマは適用層の形態で付与される。特別な実施形態では、第１のプレートは、複数の固定貼付されたブロックから形成される。他の実施形態では、第２のプレートは、複数の固定貼付されたブロックから形成される。さらに他の実施形態では、第１のプレートは、フレームによって保持されかつフレームに固定されたブロックから形成される。さらになお他の実施形態では、第２のプレートは、フレームによって保持されかつフレームに固定されたブロックから形成される。
【００１３】
本発明によれば、キネマティックマウントのさらに他の実施形態は、対向する第１および第２の面と第１の面から第２の面に延在する穴とを有するスペーサと、３つのボールと、第４のボールを備える少なくとも１つの追加のボールとを含む。３つのボールおよび第４のボールの各々は、スペーサに対して回転するための穴の１つに配置され、４つのボールは第１および第２の面の外側に突出する。第１のプレートは第１の面に並置され、第１のプレートの並進および回転運動を抑制する６つの接触点で３つのボールに接触する。第２のプレートは第２の面に並置され、第２のプレートの並進および回転運動を抑制する６つの接触点で３つのボールに接触する。第１のプレートは第１の接触点で第４のボールに接触し、第２のプレートは第２の接触点で第４のボールに接触し、第１および第２の接触点の少なくとも１つはコンプライアントな接触点である。好ましくは、コンプライアントな接触点は、エラストマによって第４のボールと第１および第２のプレートの一方との間の接触点に設けられる。エラストマは、第４のボール、第１のプレート、および第２のプレートの内の１つによって支承される。特別な実施形態では、弾塑性材料／層がエラストマに適用される。特別な実施形態では、エラストマは適用層の形態で付与される。特別な実施形態では、第１のプレートは、複数の固定貼付されたブロックから形成される。他の実施形態では、第２のプレートは、複数の固定貼付されたブロックから形成される。さらに他の実施形態では、第１のプレートは、フレームによって保持されかつフレームに固定されたブロックから形成される。さらになお他の実施形態では、第２のプレートは、フレームによって保持されかつフレームに固定されたブロックから形成される。
【００１４】
共に本発明の開示であると理解すべきである、好ましい実施形態の前述の概要および本発明を実施するための最良の形態の引き続く開示に従って、本発明はまた、他の装置および方法の実施形態を意図する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本明細書において、過度の変位なしに、自然および人為的な重力環境および加速度場における大きさおよび傾きの大きな推移的変化をバランスさせることができ、このような外乱がなくなった後に迅速に、効率的に、また自動的に再センタリングできるキネマティックマウントが開示され、これによって、このようなマウントに対するアクティブ制御の要求が低減されるか、あるいはさもなければ実質的に排除され、このようなマウントに対するエレクトロニクスおよび機械システムの操作性が保証される。
【００１６】
同様の参照数字が複数の図面の全体にわたって対応する要素を示す図面を参照して、関連部分で、対向する剛性プレート１１と１２を組み込んだ従来技術のキネマティックマウント１０を示している図１Ａ〜図１Ｄについて最初に説明する。説明を容易にするため、プレート１１を第１のプレートとし、プレート１２を第２のプレートとする。第１のプレート１１は、その中に形成された３つの空洞１３、１４、１５を有し、空洞は２等辺三角形の配列で概ね配置される。第２のプレート１２は、２等辺三角形の配列で概ね固定される３つのスラスト軸受またはボール１６ａ、１６ｂ、１６ｃを支承する。図１Ｂは、アンロック状態のキネマティックマウント１０を示し、図１Ａは、ロック状態のキネマティックマウント１０を示し、このマウント内で、ボール１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、それぞれ、空洞１３、１４、１５に位置し、空洞に係合する。重力のような加速度場がキネマティックマウント１０をロックする。
【００１７】
プレート１１と１２は、加速度場の方向に対し各々が垂直の平行の裏表面を有する。プレート１１は典型的に固定され、ベースプレートと考えられる。プレート１２は加速度場によってプレート１１に向けられる。典型的に、図示していない対象物がプレート１２に重ね合わせられ、プレート１２に対するペイロードとして作用する。対象物は、器具、取付け具、構造的な支持体等であり得る。プレート１２に加えられるペイロードは、油圧アセンブリ、ばね等のような追加の外部干渉を加えることにより増大することができる。
【００１８】
図１Ｂと図１Ｃを参照すると、空洞１３は円錐形、空洞１４は波頭状、また空洞１５は平坦である。空洞１３は円錐と称され、空洞１４は溝と称され、また空洞１５は平面または凹部と称される。ボール１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、それぞれ、空洞１３、１４、１５に対面し、それらに位置決め可能である。キネマティックマウント１０が図１Ａに示したようにロックされた場合、ボール１６ａの表面は、３つの点で空洞１３の表面（または頂点と呼ばれる３つの点の円の）に触れ、ボール１６ｂの表面は、２つの点で空洞１４に触れ、またボール１６ｃの表面は１つの点で空洞１５に触れる。これらの６つの接触点は剛性の接触点である。
【００１９】
図１Ｃと図１Ｄは、プレート１１のＸ、ＹおよびＺの座標系を示している。Ｘ軸は、空洞１３と１４の中心を通過し、Ｙ軸は、空洞１３の中心を通過し、Ｘ軸とＺ軸に対し垂直であり、またＺ軸はＹ軸に対し垂直であり、加速度場の方向に対し平行である。ある場合には、プレート１１の形状は、Ｙ座標がプレート１１の幾何学的中心の上方を通過するようにさせるために、適合しかつ配置することができる。
【００２０】
プレート１１と１２の各々は、Ｘ、ＹおよびＺ軸に沿った３つの並進運動と、Ｘ、ＹおよびＺ軸の周りの３つの回転、すなわち、θｘ（ロール）、θｙ（ピッチ）およびθｚ（ヨー）とを含む互いに対して移動するための６つの自由度を有する。ボール１６ａと空洞１３との間の３つの接触点は、３つのＸ、ＹおよびＺの並進運動のプレート１１と１２の運動を抑制する。このように、ボール１６ａおよび空洞１３はキネマティックマウント１０の一次抑制である。ボール１６ｂと空洞１４との間の２つの接触点は、それぞれ、θｙ（ピッチ）およびθｘ（ロール）のプレート１１と１２の運動を抑制する。ボール１６ａおよび空洞１４はキネマティックマウント１０の二次抑制である。最後に、ボール１６ｃと空洞１５との間の単一の接触点は、θｚ（ヨー）のプレート１１と１２の運動を抑制する。ボール１６ｃおよび空洞１５はキネマティックマウント１０の三次抑制である。当業者は、キネマティックマウント１０は剛性であり、したがって、プレート１１と１２を共にロックするように機能する加速度場の角度外乱と大きさの外乱とをバランスさせることができないことを容易に理解するであろう。
【００２１】
本発明の原理によれば、加速度場の角度外乱と大きさの外乱とをバランスさせることができるキネマティックマウントの好ましい実施形態が本明細書に開示される。本発明の原理に従って構成かつ配置されたキネマティックマウントの好ましい実施形態は、回転ボールと、対向プレートの間に位置決めされたスペーサによって維持される回転ボールと、および／または６つの剛性の接触点と組み合わせてコンプライアントな特徴を組み込んだ余剰の接触点とを含む。
【００２２】
本発明の好ましい実施形態を考慮しつつ、キネマティックマウント用のスペーサ１７が見られる図２Ａを参照する。スペーサ１７は、それを通して形成された球形穴１８ａ、１８ｂ、１８ｃを有し、球形穴は２等辺三角形の配列で概ね配置される。穴１８ａ、１８ｂ、１８ｃの各々は、回転のためにその中にスラスト軸受またはボールを受容する。スペーサ１７は、鋼、アルミニウム、チタン、プラスチック等のような実質的に剛性の材料または材料の組み合わせから構成される。スペーサ１７は、例えばモールディングまたは機械加工によって一体形成することができるか、あるいは複数の固定貼付された部分から製造することができる。
【００２３】
図２Ｂ−１と図２Ｅに戻ると、対向する剛性プレート１１Ａと１１Ａ’それぞれを組み込んだキネマティックマウント２０が示されている。プレート１１Ａと１１Ａ’の各々は、１０で示した従来技術の実施形態と関連して以前に説明したプレート１１と同一であり、またプレート１１の以前の説明がプレート１１Ａと１１Ａ’の各々に適用されることが理解される。プレート１１のように、プレート１１Ａおよび１１Ａ’の各々は空洞１３、１４、１５を含み、分かりやすさのため、プレート１１Ａに関連した参照番号１３、１４、１５はＡの名称をそれぞれ組み込み、プレート１１Ａ’に関連した参照番号１３、１４、１５はＡ’の名称をそれぞれ組み込んでいる。
【００２４】
プレート１１Ａと１１Ａ’の間に、穴１８ａ、１８ｂ、１８ｃに配置されたボール１９ａ、１９ｂ、１９ｃを有するスペーサ１７が位置決めされる。スペーサ１７は、ボール１９ａ、１９ｂ、１９ｃを概ね２等辺三角形の配列に維持し、ボール１９ａ、１９ｂ、１９ｃは、本発明の原理に従って、穴１８ａ、１８ｂ、１８ｃでそれぞれ回転でき、これらの穴の中で、スペーサ１７およびボール１９ａ、１９ｂ、１９ｃは、抑制されたフリーボディアセンブリを構成する。スペーサ１７は、対向する主面１７Ａと１７Ｂを有し、この主面において、面１７Ａは空洞１３Ａ、１４Ａ、１５Ａと対面し、面１７Ｂは空洞１３Ａ’、１４Ａ’、１５Ａ’と対面する。ボール１９ａ、１９ｂ、１９ｃは、穴１８ａ、１８ｂ、１８ｃに対して回転できるのみならず、ボールは面１７Ａと１７Ｂの外側に突出する。ボール１９ａ、１９ｂ、１９ｃが穴１８ａ、１８ｂ、１８ｃにそれぞれ配置されるとき、ボール１９ａ、１９ｂ、１９ｃはスペーサ１７の部分であると考えられる。
【００２５】
ボール１９ａ、１９ｂ、１９ｃは、穴１８ａ、１８ｂ、１８ｃと等しいサイズであることが好ましい。穴１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、それぞれ、ボール１９ａ、１９ｂ、１９ｃよりも幾分大きく、これによって、穴１８ａ、１８ｂ、１８ｃはボール１９ａ、１９ｂ、１９ｃを受け入れることが可能であり、またこれによって、ボール１９ａ、１９ｂ、１９ｃは穴１８ａ、１８ｂ、１８ｃに対して回転することが可能である。
【００２６】
図２Ｂ−１は、アンロック状態のキネマティックマウント２０を示し、図２Ｅは、ロック状態のキネマティックマウント２０を示している。プレート１１Ａ、１１Ａ’とスペーサ１７との間の距離は、説明の目的のため誇張されている。図２Ｅのロック位置において、ボール１９ａ、１９ｂ、１９ｃを含むスペーサ１７は、プレート１１Ａと１１Ａ’の間に間挿され、この場合、ボール１９ａ、１９ｂ、１９ｃはプレート１１Ａの空洞１３Ａ、１４Ａ、１５Ａにそれぞれ位置し、またプレート１１Ａ’の空洞１５Ａ’、１４Ａ’、１３Ａ’にそれぞれ位置する。重力のような加速度場により、キネマティックマウント２０のロックが保証される。プレート１１Ａと１１Ａは、加速度場の方向に対し各々が垂直の平行の裏表面を有する。プレート１１Ａはが典型的に固定され、ベースプレートと称することができる。プレート１１Ａ’は、加速度場によってスペーサ１７に向けられ、またスペーサ１７はプレート１１に向けられる。図示しない質量または対象物は、典型的に、プレート１１Ａ’に重ね合わせられ、プレート１１Ａ’のペイロードとして作用する。プレート１１Ａ’に加えられたペイロードは、例えば油圧アセンブリ、ばね等のような追加の外部干渉により増大することができる。この例として、図２Ｆと図２Ｇは、キネマティックマウント２０に追加の外部ロック力を加えるプレート１１Ａ’の裏表面に適用されたばね２５付きのキネマティックマウント２０を示している。図２Ｇは、プレート１１Ａ’の裏表面に適用されたばね２５付きのキネマティックマウント２０側面図である。当業者は、キネマティックマウント２０のロックを増大するために他の装置を使用し得ることを容易に理解するであろう。
【００２７】
１０で示した実施形態と関連して製造されたプレート１１の説明に従って、また図２Ｂ−１を特に参照すると、空洞１３Ａ、１３Ａ’の各々は円錐状（すなわち、円錐）であり、空洞１４Ａ、１４Ａ’の各々は波頭状（すなわち、溝）であり、また空洞１５Ａ、１５Ａ’の各々は平坦（すなわち、平面または凹部）である。キネマティックマウント２０は図２Ｅと図２Ｆのようにロックされるとき、ボール１９ａは、３つの点で空洞１３Ａの表面に触れかつ１つの点で空洞１５Ａ’の表面に触れ、またボール１９ｂは、２つの点で空洞１４Ａに触れかつ２つの点で空洞１４Ａ’の表面に触れ、またボール１９ｃは、１つの点で空洞１５Ａに触れかつ３つの点で空洞１３Ａ’の表面に触れる。
【００２８】
空洞１３は、三角形の柱体、多角形の柱体、あるいは望むなら円錐よりもむしろロフト付き表面として形成することができる。一例として、図２Ｂ−２は、１つの点で空洞１５Ａ’の表面に触れ、３つの点で空洞Ｓ’のロフト付き表面Ｓに触れるボール１９ａを示している。この点に関して、ロフト付き表面Ｓによって特徴づけられる空洞Ｓ’は、望むなら、空洞１３Ａと１３Ａ’に取って代わることが可能であることが理解される。
【００２９】
ボール１９ａ、１９ｂ、１９ｃとプレート１１Ａとの間に６つの接触点があり、ボール１９ａ、１９ｂ、１９ｃとプレート１１Ａ’との間に６つの接触点がある。ボール１９ａと空洞１３Ａとの間の３つの接触点およびボール１９ｃと空洞１３Ａ’との間の３つの接触点は、３つのＸ、ＹおよびＺの並進運動のプレート１１Ａと１１Ａ’それぞれの運動を抑制する。ボール１９ａと空洞１３Ａおよびボール１９ｃと空洞１３Ａ’は、キネマティックマウント２０の一次抑制を共に構成する。ボール１９ｂと空洞１４Ａとの間の２つの接触点およびボール１９ｂと空洞１４Ａ’との間の２つの接触点は、θｙ（ピッチ）およびθｘ（ロール）のプレート１１Ａと１１Ａ’それぞれの運動を共に抑制／遅延する。ボール１９ａと空洞１４Ａおよびボール１９ａと空洞１４Ａ’は、キネマティックマウント２０の二次抑制を共に構成する。最後に、ボール１９ａと空洞１５Ａ’との間の単一の接触点およびボール１９ｃと空洞１５Ａとの間の単一の接触点は、θｚ（ヨー）のプレート１１Ａと１１Ａ’それぞれの運動を抑制する。ボール１９ａと空洞１５Ａ’およびボール１９ｃと空洞１５Ａは、キネマティックマウント２０の三次抑制を共に構成する。
【００３０】
ボール１９ａ、１９ｂ、１９ｃは固定貼付されず、むしろ穴１８ａ、１８ｂ、１８ｃに対して回転できるので、キネマティックマウント２０は、本発明の原理によれば、コンプライアントである。このコンプライアンスにより、キネマティックマウント２０は、加速度場の角度外乱および大きさの外乱を動的かつ自動的にバランスさせることができる。バランス事象中、空洞１４Ａ、１４Ａの間のボール１９ｂの回転は本質的に非ホロノミック（すなわち、摩擦を低減した回転）であり、またボール１９ａ、１９ｃの回転は本質的にホロノミック（すなわち、摩擦を増した回転）であるので、キネマティックマウント２０の運動の性質が混合される。言い換えれば、ボール１９ａ、１９ｃは、回転するときにそれらの接触点においてボール１９ｂよりも大きな摩擦を受ける。ボール１９ａ、１９ｃにおける摩擦は、キネマティックマウント２０に減衰を付与し、また本発明の原理に従って、バランス事象の後にキネマティックマウント２０が自動的に再センタリングするようにさせる。したがって、キネマティックマウント２０は、ボール１９ａ、１９ｃの回転の非ホロノミックの性質のため、非ホロノミックのキネマティックマウントである。
【００３１】
キネマティックマウント２０のボールの回転は、ボールが触れるプレート１１Ａ、１１Ａ’の対向空洞の当接表面が互いに平行な場合、非ホロノミックである。ボールの回転軸は、ボールを通して、ボールと対向する平行表面との間の２つの接触点の間に延在する。このように、キネマティックマウント２０のボールの非ホロノミック特性、すなわち、キネマティックマウント２０のボールの摩擦が低減された無条件の回転は、ボールが触れるプレート１１Ａ、１１Ａ’の空洞の表面が互いに平行な場合にのみ保証される。さらに、キネマティックマウント２０のボールのホロノミック特性、すなわち、キネマティックマウント２０のボールの摩擦が増大された条件付き回転は、ボールが触れるプレート１１Ａ、１１Ａ’の空洞の表面が互いに平行でない場合にのみ保証される。キネマティックマウント２０のボール１９ｂの摩擦が低減された無条件の回転は、ボールが触れる空洞１４Ａの表面が、ボールが触れる空洞１４Ａ’の表面に平行であるので達成される。
【００３２】
本発明の原理に従って構成かつ配置されたキネマティックマウントのボールの摩擦が増大された無条件の回転は、プレート１１Ａ、１１Ａ’を配向して、キネマティックマウント２０と同様に対向空洞１４Ａ、１４Ａ’の間にボールを位置決めすることによって達成される。本発明の原理に従って構成かつ配置されたキネマティックマウントのボールの無条件の摩擦増大は、同様に、図２Ｃのキネマティックマウント２１の実施形態のように、プレート１１Ａ、１１Ａ’を配向して、対向空洞１５Ａ、１５Ａ’の間にボールを位置決めすることによって達成される。プレート１１Ａと１１Ａ’の各々は、非ホロノミックのボール回転および選択された数のホロノミックボール回転を提供するために、様々な組み合わせの空洞を組み込むことができることが理解される。
【００３３】
特に図２Ｃを参照すると、キネマティックマウント２１は、プレート１１Ａ、１１Ａ’と、ボール１９ａ、１９ｂ、１９ｃを維持するスペーサ１７とを含む。２１で示した本実施形態では、プレート１１Ａと１１Ａ’は、キネマティックマウント２１がロックされた場合、ボール１９ａの表面が３つの点で空洞１３Ａの表面に触れ、２つの点で空洞１４Ａ’の表面に触れ、ボール１９ｂの表面が２つの点で空洞１４Ａに触れ、３つの点で空洞１３Ａ’の表面に触れ、またボール１９ｃの表面が１つの点で空洞１５Ａに触れ、１つの点で空洞１５Ａ’の表面に触れるように、スペーサ１７に対して配向される。
【００３４】
したがって、２１で示したキネマティックマウントの本実施形態では、ボール１９ａ、１９ｂ、１９ｃとプレート１１Ａとの間に６つの接触点があり、ボール１９ａ、１９ｂ、１９ｃとプレート１１Ａ’との間に６つの接触点がある。ボール１９ａと空洞１３Ａとの間の３つの接触点およびボール１９ｃと空洞１３Ａ’との間の３つの接触点は、３つのＸ、ＹおよびＺの並進運動のプレート１１Ａと１１Ａ’それぞれの運動を抑制する。このように、ボール１９ａと空洞１３Ａおよびボール１９ｃと空洞１３Ａ’は、キネマティックマウント２１の一次抑制を共に構成する。ボール１９ｂと空洞１４Ａとの間の２つの接触点およびボール１９ａと空洞１４Ａ’との間の２つの接触点は、θｙ（ピッチ）およびθｘ（ロール）のプレート１１Ａと１１Ａ’それぞれの運動を共に抑制する。ボール１９ｂと空洞１４Ａおよびボール１９ａと空洞１４Ａ’は、キネマティックマウント２０の二次抑制を共に構成する。最後に、ボール１９ｃと空洞１５Ａ’との間の単一の接触点およびボール１９ｃと空洞１５Ａとの間の単一の接触点は、θｚ（ヨー）のプレート１１Ａと１１Ａ’それぞれの運動を抑制する。ボール１９ｃと空洞１５Ａ’およびボール１９ｃと空洞１５Ａは、キネマティックマウント２０の三次抑制を共に構成する。ボール１９ａ、１９ｂ、１９ｃは固定貼付されず、むしろ穴１８ａ、１８ｂ、１８ｃに対して回転できるので、キネマティックマウント２１はコンプライアントであり、加速度場の角度外乱および大きさの外乱を動的かつ自動的にバランスさせることができる。ボール１９ｃが触れる空洞１５Ａ、１５Ａ’の表面は互いに平行である。このように、ボール１９ｃの回転は本質的に非ホロノミックである。したがって、キネマティックマウント２１は、非ホロノミックのキネマティックマウントである。
【００３５】
図２Ｄに関し、本発明の原理に従って構成かつ配置されるキネマティックマウント２２は、プレート１１Ａ、１１Ａ’と、ボール１９ａ、１９ｂ、１９ｃを含むスペーサ１７とを含む。２２で示した本実施形態では、プレート１１Ａと１１Ａ’は、キネマティックマウント２１がロックされた場合、ボール１９ａの表面が３つの点で空洞１３Ａの表面に触れ、３つの点で空洞１３Ａ’の表面に触れ、ボール１９ｂの表面が２つの点で空洞１４Ａに触れ、１つの点で空洞１５Ａ’の表面に触れ、またボール１９ｃの表面が１つの点で空洞１５Ａに触れ、２つの点で空洞１４Ａ’の表面に触れるように、スペーサ１７に対して配向される。
【００３６】
したがって、２２で示したキネマティックマウントの本実施形態では、ボール１９ａ、１９ｂ、１９ｃとプレート１１Ａとの間に６つの接触点があり、ボール１９ａ、１９ｂ、１９ｃとプレート１１Ａ’との間に６つの接触点がある。ボール１９ａと空洞１３Ａとの間の３つの接触点およびボール１９ａと空洞１３Ａ’との間の３つの接触点は、３つのＸ、ＹおよびＺの並進運動のプレート１１Ａと１１Ａ’それぞれの運動を抑制する。このように、ボール１９ａと空洞１３Ａおよびボール１９ａと空洞１３Ａ’は、キネマティックマウント２２の一次抑制を共に構成する。ボール１９ｂと空洞１４Ａとの間の２つの接触点およびボール１９ｃと空洞１４Ａ’との間の２つの接触点は、θｙ（ピッチ）およびθｘ（ロール）のプレート１１Ａと１１Ａ’それぞれの運動を共に抑制する。ボール１９ｂと空洞１４Ａおよびボール１９ｃと空洞１４Ａ’は、キネマティックマウント２２の二次抑制を共に構成する。最後に、ボール１９ｂと空洞１５Ａ’との間の単一の接触点およびボール１９ｃと空洞１５Ａとの間の単一の接触点は、θｚ（ヨー）のプレート１１Ａと１１Ａ’それぞれの運動を抑制する。ボール１９ｂと空洞１５Ａ’およびボール１９ｃと空洞１５Ａは、キネマティックマウント２２の三次抑制を共に構成する。ボール１９ａ、１９ｂ、１９ｃは固定貼付されず、むしろ穴１８ａ、１８ｂ、１８ｃに対して回転できるので、キネマティックマウント２２はコンプライアントであり、加速度場の角度外乱および大きさの外乱を動的かつ自動的にバランスさせることができる。ボール１９ａ、１９ｂ、１９ｃが触れるプレート１１Ａ、１１Ａ’の空洞の表面のいずれも、互いに平行でない。したがって、ボール１９ａ、１９ｂ、１９ｃの回転は本質的に非ホロノミックである。したがって、キネマティックマウント２２は、非ホロノミックのキネマティックマウントである。
【００３７】
２０、２１、２２で示したキネマティックマウントの例示的な実施形態について説明してきたが、次に、本発明の原理による、表面または平坦部３２と接触するボール３１を含む３０で示した接触状態を示している図３Ａ−１を参照する。ボールの１つ以上と本明細書に開示したキネマティックマウントの好ましい実施形態の空洞との間の１つ以上の表面接触点のために、以前に開示した本発明のキネマティックマウント２０、２１、２２およびそれに続く好ましい実施形態を含めて、接触状態３０を使用することが可能である。図３Ａ−１に示した例では、ボール３１が平坦部３２のインデントまたはフットプリント３４を生成させるように、強制的なパルスがボール３１に印加され、ボール３１を平坦部３２に方向付ける。これは図３Ａ−２の平面図にも見ることができる。この例では、ボール３１は平坦部３２よりも剛性であり、これにより、平坦部３２に対してボール３１に印加される強制的なパルスに反応して、表面３２にフットプリント３４が形成される。
【００３８】
好ましくは、平坦部３２は弾性であり、平坦部３２からのボール３１の解放の際に、フットプリント３４は復元し、平坦部３２は元の形状をとる。平坦部３２が弾性でなかった場合、フットプリント３４はそのままである。接触状態３０はコンプライアントな接触状態であり、キネマティックマウント（キネマティックマウント２０、２１、または２２）への接触状態３０の導入により、追加のコンプライアンス層が提供され、バランス事象がさらに改善される。平坦部３２はボール３１よりも剛性であるが、接触状態３０の代替実施形態では逆にすることができる。ボール３１が平坦部３２よりも剛性が小さい場合、窪部は、平坦部３２よりむしろボール３１の表面に形成されるであろう。この点に関して、ボール３１は、１つのエラストマ材料または複数のエラストマ材料から形成でき、この場合、平坦部３２は、鋼、アルミニウム等のようなボール３１よりも剛性の材料から製造される。
【００３９】
図３Ｂ−１には、本発明の原理による、平坦部３２と接触するボール３１を含む４０で示した他の接触状態が示されている。ボールの１つ以上と本明細書に開示したキネマティックマウントの好ましい実施形態の空洞との間の１つ以上の表面接触点のために、以前に開示した本発明のキネマティックマウント２０、２１、２２およびそれに続く好ましい実施形態を含めて、接触状態４０を使用することが可能である。図３Ｂ−１に示した例では、ボール３１は平坦部３２にわたって矢印線Ａによって示された方向に移動しており、またボール３１が平坦部３２内に窪んだトラック３９を生成させるように、強制的なパルスがボール３１に同時に印加され、ボール３１を平坦部３２に方向付ける。これは図３Ｂ−２の平面図にも見ることができる。図３Ｂ−２に見られるように、トラック３９は、ヘッド輪郭３５と、対向する先細りの尾部３８と、それらの間の対向する平行側面３７とを含む。ヘッド輪郭３５は、楕円形である動的、または瞬間的な窪部フットプリント３６の前部半部である。トラック３９は復元していない状態にあり、尾部３８は復元の過程にある。平坦部３２が弾性である好ましい場合、図３Ｂ−１のトラックは回復する。この例では、ボール３１は平坦部３２よりも剛性であり、これにより、ボールが平坦部にわたって移動するときに平坦部３２に対してボール３１に印加される強制的なパルスに反応して、表面３２にトラック３９が形成される。好ましい実施形態では、平坦部３２は弾性であり、この場合、平坦部３２からのボールの解放後にトラック３９が復元し、平坦部３２は元の形状をとる。平坦部３２が弾性でない場合、トラック３９はそのままである。さらに、塑性特性を有する材料から平坦部３２が製造される場合、トラック３９は平坦部３２に留まる。免震および爆発防止のために使用されるキネマティックマウントには、永続的トラックが望ましいが、半導体産業または光学機器の精密位置決めには望ましくない。
【００４０】
次に図３Ｃを参照すると、本発明の原理による剛性ボール４３および剛性表面または平坦部４５を含むさらに他の接触状態４１が示されている。ボールの１つ以上と本明細書に開示したキネマティックマウントの好ましい実施形態の空洞との間の１つ以上の表面接触点のために、以前に開示した本発明のキネマティックマウント２０、２１、２２およびそれに続く好ましい実施形態を含めて、接触状態４１を使用することが可能である。本実施形態では、エラストマがシェル／層４２の形態のボール４３に適用され、平坦部４５に層４４の形態のエラストマ材料もコーティングされる。層４２と４４の各々は、スプレ、展着、あるいは他の従来のコーティング技術によって適用される。図３Ｃに示した例では、ボール４３が平坦部４５の、より詳しくはエラストマ層４４のインデントまたはフットプリント４６を生成させるように、強制的なパルスがボール４２に印加され、ボール４２を平坦部４５に方向付ける。エラストマ層４２と４４の変形は、例示目的のために図３Ｃでは誇張されている。平坦部４５はエラストマ層４４でコーティングされるので、フットプリント４６、およびエラストマ層４２のすべての変形は、平坦部４５からのボール４３の取り除きの際に完全に復元する。ボール４３上のエラストマ層４２および平坦部４５上のエラストマ層４４の提供により、ボール４３と平坦部４５との間の接触にコンプライアンスが導入される。接触状態４１はコンプライアントな接触状態であり、キネマティックマウント（キネマティックマウント２０、２１、または２２）への接触状態４１の導入により、追加のコンプライアンス層が提供され、バランス事象がさらに改善される。
【００４１】
本発明の原理によれば、図３Ｄは、４９で示したなおさらに他の改良された接触状態を示しており、以前に開示した本発明のキネマティックマウント２０、２１、２２およびそれに続く好ましい実施形態を含めて、ボールの１つ以上と本明細書に開示したキネマティックマウントの好ましい実施形態の空洞との間の１つ以上の表面接触点のために、この接触状態を使用することが可能である。図３Ｄの接触状態４９は、２つの別個の材料、すなわち、シェル／層４２ａのコーティングボール４３の形態のエラストマ材料およびシェル／層４７ａのコーティングエラストマシェル／層４２ａの形態の弾塑性材料で上下にコーティングされた剛性ボール４３によって特徴づけられる。層４２ｂの形態のエラストマは平坦部４５に適用され、層４７ｂの形態の弾塑性材料はエラストマ層４２ｂに適用される。ボール４３は、平坦部４５に対して方向付けられ、この平坦部で、弾塑性層４７ａは弾塑性層４７ｂと接触する。平坦部４５は、本実施形態では剛性である。図３Ｄに示した例では、強制的なパルスがボール４３に印加され、ボール４３を平坦部４５に方向付けて、小さなフットプリント４８を形成する。フットプリント４８は弾塑性層４７ｂとエラストマ層４２ｂの中に形成される変形である。弾塑性層４７ａおよび弾塑性層４７ｂは、それぞれ、エラストマ層４２ａおよびエラストマ層４２ｂの接触応力を分布して、コンプライアンスを提供することが理解される。望むなら、弾塑性層４７ａと４７ｂの一方を省略できる。接触状態４９は、位置決めテーブル用途、マニピュレータ基部用途、および他の同様の用途に使用されるキネマティックマウントに有用である。接触状態４９はコンプライアントな接触状態であり、キネマティックマウント（キネマティックマウント２０、２１、または２２）への接触状態４９の導入により、追加のコンプライアンス層が提供され、バランス事象がさらに改善される。
【００４２】
本発明のキネマティックマウントの用途の例として、次に図４を参照すると、基部構造５１と、基部構造５１に重なるマニピュレータ基部５３と、マニピュレータ基部５３に対向するペイロード基部５５と、マニピュレータアーム５４と、基部構造５１とマニピュレータ基部５３との間のマウント空間５２とを組み込んだ位置決めプラットホームアセンブリ５０が見られる。この例では、基部構造５１は、基部構造５１とマニピュレータ基部５３との間の空間５２に配置された３つのキネマティックマウントを組み込んでおり、それらの各々は、マニピュレータ基部５３を支持するために、本発明（すなわち、キネマティックマウント２０、２１、２２）に従って構成かつ配置される。マニピュレータアーム５４はペイロード基部５５を位置決めし、またペイロード基部５５の頂部表面は、重力のような加速度場に対し直角である。空間５２の本発明の原理に従って構成かつ配置されたキネマティックマウントは、加速度場が妨げられるときにアーム５４の制御要求を低減する。制御要求のこの低減は、地震およびテロリストによって誘発される爆発事象から防護する必要がある固定海洋ベースの掘削装置、大型遠洋航海船舶、大型地上アンテナ、望遠鏡、レンズ、ミラーおよびレーザ兵器に著しく望ましい。本発明のキネマティックマウントは、大型装置用途のような重荷重用途に広い用途を有するが、科学および教育機器、半導体用途のような小さな軽荷重用途、および他の軽荷重用途に使用することが可能である。
【００４３】
本発明の原理によれば、本発明の原理に従って構成かつ配置されたキネマティックマウントのプレートをビルディングブロックのアセンブリとして製造できる。図５Ａは、概して６０で示されるまさにこのようなビルディングブロックの例示的な実施形態を示している。特定の用途とニーズに応じて、ブロック６０は弾性、弾塑性、または剛性であり得る。ブロック６０は、一体形成できるか、あるいは、２つ以上の固定貼付された部分のアセンブリとして形成でき、このことは、ブロック６０のみでなく、引き続くすべての好ましいビルディングブロックの実施形態に当てはまる。
【００４４】
ブロック６０は、別個のモジュール式ユニットであり、また非噛合表面、すなわち、対向する平行表面６１ａと６１ｂおよび対向する平行表面６２ａと６２ｂを有する。表面６１ａと６１ｂはブロック６０の対向端部を特徴づけ、表面６２ａと６２ｂはブロック６０の対向側面を特徴づける。ブロック６０はまた、対向する主面６０ａと６０ｂを有する。対向する平行のＸ−Ｚ面にある表面６１ａと６１ｂは、ブロック６０の端面と考えることができ、また対向する平行のＹ−Ｚ面にある表面６２ａと６２ｂは、ブロック６０の側部表面と考えることができる。表面６０ａは固定できるか、あるいはペイロードを受容するように配置できる。ブロック６０の軸Ｚは、キネマティックマウントのプレートに使用する場合、加速度場と位置合わせされなければならない。溝／円錐が表面６０ｂ内に形成され、この表面は、溝線６５で出会う内側方向に方向付けられた対向表面６３と６４によって特徴づけられ、溝線は、軸Ｘに対し垂直であり、かつＸ−Ｙ面に対して表面６１ａから表面６１ｂに下方に傾けられる。
【００４５】
溝のいずれかの側面の対向面６０ｂ’と６０ｂ”は、溝ライン６５のようにＸ−Ｙ面に対して同様に傾けられる同一の平面にある。さらに、ブロック６０は表面６１ａから表面６１ｂに先細りする。この点に関して、表面６１ｂのブロック６０の端部は、ブロック６０の先細り端部と考えることができる。ブロック６０の寸法は、一般に、ＸおよびＹ座標の縁部６８の長さと縁部６９の長さとによって規定される。縁部６８と６９の長さは、必ずしも等しい必要はない。ビルディングブロック６０の溝には、図３Ｃの接触状態と関連して上述したようなエラストマ層、または図３Ｄに説明した接触状態と関連して上述したようなエラストマ層および弾塑性層を設けることができる。
【００４６】
図５Ｂと図５Ｃは、各々がブロック６０から形成された対向プレート７１Ａと７１Ｂを含むキネマティックマウントプレートサブアセンブリを示している。プレート７１Ａは、対の対向ブロック６０を含む４つのブロック６０から形成される。各対のブロック６０のブロック６０は並んで配置され、また対の対向ブロック６０は、それらの各々が互いに左右対称であるように、図示したように先細り端部から先細り端部にさらに配置される。プレート７１Ａのブロック６０は、例えば溶接または接着によって共に固定貼付される。プレート７１Ａは４つのブロック６０を組み込むので、プレート７１Ａは、各溝がボール用の２つの接触点を提供する４つの溝を有する。
【００４７】
同様に、プレート７１Ｂは、対の対向ブロック６０を含む４つのブロック６０から形成される。プレート７１Ｂに関して、各対のブロック６０のブロック６０は並んで配置され、また対の対向ブロック６０は、それらの各々が互いに左右対称であるように、図示したように先細り端部から先細り端部にさらに配置される。プレート７１Ｂのブロック６０は、例えば溶接または接着によって共に固定貼付される。プレート７１Ｂは４つのブロック６０を組み込むので、プレート７１Ｂは、各溝がボール用の２つの接触点を提供する４つの溝を有する。
【００４８】
４つのブロック６０がプレート７１Ａの構造に使用されるが、より少ないかまたはより多くのブロックを使用することができる。また、４つのブロック６０がプレート７１Ｂの構造に使用されるが、より少ないかまたはより多くのブロックを使用することができる。
【００４９】
図５Ｂと図５Ｃに示した構成において、Ｘ−Ｙ面で、プレート７１Ａの溝はプレート７１Ｂの溝に対して直角である。図５Ｂと図５Ｃでは、プレート７１Ａは頂部プレートであり、プレート７１Ｂは底部プレートである。
【００５０】
図５Ｄと図５Ｅは、頂部プレート７１Ａ、底部プレート７１Ｂ、４つのボール７５およびスペーサ７６を含むキネマティックマウント７３を示しており、スペーサ７６は、ボール７５の間の距離を一定に維持するが、穴内のボール回転および溝上のボール転動を可能にするための球形穴を有する。図５Ｄでは、各ボール７５は、プレート７１Ａ、７１Ｂの対向する２つの溝それぞれによって保持され、それらに接触する。４つのボール７５およびスペーサ７６によって設けられた対応する４つの穴は別として、スペーサ７６およびボール７５は、前述したようなスペーサ１７およびボール１９ａ、１９ｂ、１９ｃと同一であり、またスペーサ１７およびボール１９ａ、１９ｂ、１９ｃの説明はスペーサ７６およびボール７５に当てはまることが理解されるであろう。
【００５１】
図５Ｄでは、各ボール７５は、プレート７１Ａ、７１Ｂの対向する２つの溝それぞれによって保持され、それらに接触する。プレート７１Ａの各々の溝は２つのボール接触点を提供するので、またプレート７１Ｂの各々の溝は２つのボール接触点を提供するので、ボール７５は、プレート７１Ａとの８つの接触点と、プレート７１Ｂとの８つの接触点とを提供する。３つの並進運動および３つの回転に伴うプレートの運動を抑制するために、各プレートには６つの接触点のみで十分であるので、各プレート７１Ａ、７１Ｂの２つの追加の接触点は不要である。しかし、これは本発明の原理によるが、この理由は、ボールの１つとプレートの１つの対応する接触表面との間の少なくとも１つの接触点がコンプライアントであり、また図３Ｃと図３Ｄに説明したコンプライアントな接触状態の一方、すなわち、コンプライアントな接触状態４１またはコンプライアントな接触状態４９を組み込んでいることが理解されるからである。キネマティックマウント７３のコンプライアンスは、ボール回転の提供のみによるものでなく、ボール７５の１つにおいても、各プレート用の残りの６つの接触点が本質的に運動学的に留まるようなものである。好ましい実施形態に従って必要なコンプライアンスを提供するために、ボールとプレートとの間に１つのみの接触点が必要であるに過ぎないが、望むなら、より多くの接触点を設けることができる。
【００５２】
スペーサ１７と関連して以前に示したように、スペーサ７６およびボール７５は、抑制されたフリーボディサブアセンブリを構成する。加速度場の外乱が終わった後、キネマティックマウント７３は、プレート７１Ａ、７１Ｂの溝の傾斜のみでなく、ボール７５の１つに導入されるコンプライアンスおよびボールの回転のため再びセンタリングする。
【００５３】
望むなら、キネマティックマウント７３のスペーサ７６を省略することができる。スペーサ７６はキネマティックマウント７３に不必要に思われるが、その存在は、キネマティックマウント７３の動的な性質を増大し、ロバストネスの強化を提供する。
【００５４】
図６Ａ−１は、本発明の原理による、キネマティックマウントのプレートを形成するために使用されるビルディングブロック８０の他の実施形態を示している。ブロック８０は、機能的にブロック６０と同様であり、また他の同様のブロックと接合されて、ブロック６０と関連して説明したようなプレートを形成するが、運動特性を変更する異なる形状を組み込む。簡単にブロック８０を考えると、面６１と６２は非噛合であり、またＸ、Ｙ、およびＺ座標系は、軸Ｚが加速度場を規定するブロック６０と基本的に同一である。ブロック８０の頂面８１は、ボール用の２つの接触点を提供する表面空洞を有する。引き続き図６Ａ−１を参照し、図６Ａ−２をさらに参照すると、空洞は、円形の溝線８３で互いに出会いかつ２つの放物線状の縁部線８４で表面８１に出会う２つの対向円錐表面８２によって特徴づけられる。ブロック８０の寸法は、縁部線８５によって一般に規定される。特に図６Ａ−２を参照すると、空洞内のボールの回転軸は、軸Ｚに沿って画定された加速度場と相互位置合わせされる（すなわち、＋／−５０°の大きな許容誤差内で直角に）。図６Ａ−２では、例示目的のためにのみ、ボールは仮想線で示されている。
【００５５】
円錐表面８２の軸は面Ｘ−Ｙに対し平行であり、したがって加速度場に対し垂直であることが指摘される。これは、円錐の向きと反対である。この点に関して、非ホロノミックのボールまたは摩擦が低減されたボールの転動が、２つのみの回転方向（加速度場の方向に対して半径方向および接線方向）において、加速度場と位置合わせされた軸に沿った円錐表面で生じることがあるが、このような運動は円錐表面８２のどこにでも生じ、したがって、再位置合わせ特性が強化される。また、円錐１３（以前に説明）が３つの点でボールに触れる一方、ボールは、２つの点のみで円錐表面８２に触れることができる。
【００５６】
図６Ｂと図６Ｃは、ブロック８０から各々が形成された対向プレート８６Ａと８６Ｂを含むキネマティックマウント８７を示している。プレート８６Ａは、例えば溶接によって共に固定貼付される４つのブロック８０から形成される。同様に、プレート８６Ｂは、例えば溶接によって共に固定貼付される４つのブロック８０から形成される。プレート８６Ａと８６Ｂの各々は、４つのブロック８０から形成される。４つのブロック８０がプレート８６Ａの構造に使用されるが、より少ないかまたはより多くのブロックを使用することができる。また、４つのブロック８０がプレート８６Ｂの構造に使用されるが、より少ないかまたはより多くのブロックを使用することができる。キネマティックマウント８７は、スペーサ７６および４つのボール７５（図６Ｃでは図示せず）と、ボールの１つとプレートの１つの対応する接触表面との間の少なくとも１つのコンプライアントな接触点とをさらに組み込んでいる。図６Ｂは、アンロック位置のキネマティックマウント８７を示し、また図６Ｃは、ロック位置のキネマティックマウント８７を示している。さらなるすべての観点において、キネマティックマウント８７はキネマティックマウント７３のように機能する。望むなら、スペーサ７６を省略でき、また図６Ｄは、このことについて、対向プレート８６Ａと８６Ｂとの間に間挿された４つのボール７５を含むキネマティックマウント８９を示している。
【００５７】
図７Ａ−１と図７Ａ−２は、本発明の原理による、キネマティックマウントのプレートを形成するために使用されるビルディングブロック９０のさらに他の実施形態を示している。以前のビルディングブロックの実施形態８０で説明したように、ビルディングブロック９０は、表面６１と６２、縁部線８５、および対応するＸ、ＹおよびＺ座標を共有する。本実施形態では、空洞が頂部表面９１内に形成され、頂部表面は、円形の溝線９３と、溝線８３の反対側の表面９１の対向する２つの狭い平行線９４との間にロフトのある２つの２次の表面を有する。このようなロフトのある表面は、ボール用の２つの接触点を提供し、また線９４に対し直角の直線９５にわたって並進する可変の傾斜を有する。この可変の傾斜は、一定の傾斜表面が十分に提供できない滑らかな再センタリング反応を引き起こす。
【００５８】
図７Ｃと図７Ｄは、ブロック９０から各々が形成された対向プレート９６Ａと９６Ｂを含むキネマティックマウント９７を示している。プレート９６Ａは、例えば溶接によって共に固定貼付される４つのブロック９０から形成される。同様に、プレート９６Ｂは、例えば溶接によって共に固定貼付される４つのブロック９０から形成される。プレート９６Ａと９６Ｂの各々は、４つのブロック９０から形成される。４つのブロック９０がプレート９６Ａの構造に使用されるが、より少ないかまたはより多くのブロックを使用することができる。また、４つのブロック９０がプレート９６Ｂの構造に使用されるが、より少ないかまたはより多くのブロックを使用することができる。
【００５９】
キネマティックマウント９７は、スペーサ７６および４つのボール７５（図７Ｄでは図示せず）と、ボールの１つとプレートの１つの対応する接触表面との間の少なくとも１つのコンプライアントな接触点とをさらに組み込んでいる。図７Ｃは、アンロック位置のキネマティックマウント９７を示し、また図７Ｄは、ロック位置のキネマティックマウント９７を示している。さらなるすべての観点において、キネマティックマウント９７はキネマティックマウント７３と８７のように機能する。望むなら、スペーサ７６を省略でき、また図７Ｅは、このことについて、対向プレート９６Ａと９６Ｂとの間に間挿された４つのボール７５を含むキネマティックマウント１００を示している。
【００６０】
図７Ｂは、溝線９３が互いに平行であるように共に固定貼付される２つのブロック９０から構成されたさらに他のビルディングブロック９６を示している。望むなら、ブロック９６を一体形成することができる。
【００６１】
図８Ａは、本発明の原理による、キネマティックマウントのプレートを形成するために使用されるビルディングブロック１０１のさらになお他の実施形態を示している。ブロック１０１が円筒状であり、バーストックから容易に加工して、ベースプレートの硬質化した挿入部として使用することができる。ブロック１０１は、丸い基部１０２と、２つのボール接触点を提供する２つの円錐表面１０３と、円形の溝線１０４と、頂部周囲の空間曲線１０５とを有する。ブロック１０１は、小規模の用途に有用である。ビルディングブロック１０１は、本明細書に開示した他のビルディングブロックのようにキネマティックマウントに配置され、また本発明の前述のビルディングブロックの説明は、この点に関してビルディングブロック１０１に適用されることが理解される。
【００６２】
図８Ｂは、キネマティックマウントのベースプレートを形成するために使用されるビルディングブロック１０６のさらに他の実施形態を示している。ブロック１０６は、正方形または長方形の基部および２次の双曲放物面の二重のロフト付き表面１０７を有し、これにより、２つのボール接触点が提供される。表面１０７の溝線は、このような溝線（図示せず）にわたる案内曲線の可変半径のため消失する。しかし、「溝線効果」は、もっぱらブロック１０６によって構成されたキネマティックマウントの動応答に現れる。このように、ブロック１０６の溝線は隠れているが、実際にある。表面１０７は、２次の形状を超えない限り、ドームと称されることができる。高次の運動学的表面は、提案された用途分野では不都合を有し、したがって、本発明の主題ではない。ブロック１０６は、大きな表面１０７を必要とする大規模用途に使用することが好ましい。震動および爆発によって誘発される重力場の外乱のバランスには、このような大きな寸法のブロック１０６が必要である。海洋ベースの掘削装置および航空母艦と定期船のような大きな船舶は、定常状態重力場の傾斜アンバランスを有し、また大きなブロック１０６から形成された大きなプレートを組み込んだ開示したキネマティックマウントを利用することができる。ビルディングブロック１０６は、本明細書に開示した他のビルディングブロックのようにキネマティックマウントに配置され、また本発明の前述のビルディングブロックの説明は、この点に関してビルディングブロック１０６に適用されることが理解される。
【００６３】
大規模なキネマティックマウントは、広く分離されたブロックを共に枠組することを必要とするかもしれない。１つのこのような枠組みを次に示す。キネマティックマウントの３つよりも多いボールは、ブロックを共に保持する枠組みのフレーム柔軟性を必要とし、これによって、例えば４つ以上のような３つよりも多いボールを組み込んだキネマティックマウントに必要とされるコンプライアンスが提供されることを指摘する。これに従って、図８Ｃは、ブロック１０６と同一の表面空洞を有する２つのブロック１１１を含む部分的に組み立てられたキネマティックマウント１１０を示しており、そのさらなる詳細については説明しない。図８Ｃで行われる示唆は、ブロック１１１がフレーム１１２と接合されてプレートを形成することであり、この場合、ブロック１１１は、フレーム１１２を受け入れるための外側に方向付けられたパラメトリック溝１１１Ａを組み込み、次に、ブロック１１１をフレーム１１２に固定貼付するために溶接、ボルト、ねじ等が使用される。任意の数のブロックをフレーム付きのプレート内に形成することができ、フレームは任意の所望の形状をとることができ、またブロックをフレームに貼付する任意の適切な方法を本発明から逸脱することなしに使用することができる。ブロックは、互いに並べて位置決めするか、あるいは間隔を空けることができ、また望むなら互いに広く間隔を空けることもでき、このことは、特定の用途に左右される。
【００６４】
一例として、図８Ｄは、フレームと接合された２つのブロックを含むキネマティックマウント１１０Ａを示し、図８Ｅは、フレームと接合された４つのブロックを含むキネマティックマウント１１０Ｂを示し、また図８Ｆは、フレームと接合された６つのブロックを含むキネマティックマウント１１０Ｃを示している。マウント１１０Ａ、１１０Ｂ、および１１０Ｃのブロックは、本開示による任意の所望の空洞形状を有することができる。本発明から逸脱することなしに、フレームによって固定された任意の数のブロックをキネマティックマウント用のプレートに使用することができる。
【００６５】
図９は、本明細書に開示したように本発明の原理に従って構成かつ配置された大規模なキネマティックマウントのボールと噛合する中央の環状シート１１５を有するプレート１１４を含むトラスアセンブリ１１３を示している。プレート１１４は、枠組み支柱１１７を受容するようにシート１１５の周りに円周方向に配置された複数の離間した孔１１６を有する。支柱１１７はプレート１１４にボルト締めされるが、ボルトは図９に図示されていない。
【００６６】
多数の溝線を有する表面空洞を有するビルディングブロックが実用的であり、また本明細書にこのように今まで開示してきたビルディングブロックの単一の溝空洞表面よりも有利かもしれない。一例として、図１０は、本発明の原理による、キネマティックマウントのベースプレートを構成するために使用されるビルディングブロック１２０の他の実施形態を示している。ブロック１２０は、ブロック１２０の正方形または長方形の基部１２７に対し対角線である１２１と１２２の二重の交差溝線の表面空洞を含む。２つの円形または放物線状の表面１２３と１２４は、溝線１２１と周囲線１２５との間で、また溝線１２２と周囲線１２６との間でそれぞれロフトが付けられ、中心対称性の四分円表面が形成される。
【００６７】
多数の溝線の同様の対称の中央空洞表面、例えば３つ以上の溝線および双曲放物面の四分円の構造は、本発明の教示内で有益である。このことをさらに示すために、図１１は、正方形の周囲線１３１と円形の案内線１３２との間でロフトが付けられる本発明の好ましい実施形態の表面空洞１３０を示しており、線１３１と１３２は、加速度場に対し直角の対向する平行面に配置される。ロフト表面１３３は、四分円であるように見えまた疑似溝線１３４によって分割される単一の表面である。ロフト表面１３３に対し接線の球面１３５は、この表面空洞の底部を閉鎖する。このようなロフトは、なお２次の表面である双曲放物面であることを指摘する。このように、図１０は、交差溝線を組み込んだロフト付き表面を示しているが、図１１の実施形態は、非交差溝線を組み込んだ表面空洞の構造を示している。
【００６８】
次に、図１２を参照すると、キネマティックマウントのベースプレートを形成するために使用されるさらに他のビルディングブロック１４０が示されている。ブロック１４０は、４つの連続した表面空洞１４１を含む。各空洞１４１は、丸い溝線を有する対向側部円筒面１４２と、丸い溝線を有する対向端部円筒面１４３とを有し、この場合、丸い溝線の各々は１４４で示されまた一定の半径表面を有する。空洞１４１は、より高い剛性およびより低い減衰の荷重軸受ボールまたは高い減衰を有するより軟質の材料の非軸受ボールを受容するために適切である。ブロック１４０の側壁１４５は、軸受ベッドまたはトラックを形成するために、コネクタブロックを受容してより多くのプレート１４０を結合することができる。端壁１４６は、代わりに、同一の結合目的のために端部バーを受容するために適切である。
【００６９】
一例として、図１３は、プレート１４０を共に結合して、キネマティックマウントに使用するための大規模なプレートを形成するために使用される結合体１５０を示している。本実施形態では、結合体１５０は、４つの短い側面の側壁を形成する上面１５１内に形成された空洞１５２を含む。短い側壁は、ボルトまたはねじを受容してブロック１５０をプレート１４０に結合するための孔１５３を有する。図１４を見ると、プレート１４０と結合体１５０とによって形成されたフレーム付きプラットフォーム１６０がある。多数の組のエレクトロニクスキャビネットおよび他のペイロードユニットを受容するために適切であるより多くの結合体およびプレートを、より大規模なトラックまたはプレートに加えることができる。
【００７０】
追加の減衰が必要とされる場合、前記ボールが転動する表面空洞の表面は、例えば、鈍角の台形の穿孔点、またはボールポイントカッタ、接触状態４１、接触状態４９等によって形成された一方向の溝、または二方向の溝を含むコンプライアントな表面層として処理することができる。ボール表面はまた、溝の球面でより実用的な高密度の配列のディンプルまたは浅い穴によって表面処理することができる。この点に関して、図１５Ａと図１５Ｂは、ボールと、本発明の原理に従って構成かつ配置されたキネマティックマウントのプレートの空洞の表面との間にコンプライアントな接触を形成するために、適用して使用することができるエラストマ層１０７を示している。層１０７は、ボール、および／またはプレートの接触表面、すなわちプレート空洞に適用することができる。層１０７は、長手方向および緯度方向の谷１０９と１１０を交差させることによって分割された平行の列の離間したタワー１０８のグリッドまたはマトリックスを含む。ボールは、層１０７で転動する間に、さらに転動抵抗を達成し、減衰の強化を提供する。図１５Ａと図１５Ｂに示した実施形態では、タワー１０８は一般に正方形である。図１６には、ボールポイントカッタ１２５によって切断された谷１２２によって分離されたマッシュルーム状のタワー１２１を含むエラストマ層１２０の代替実施形態が示されており、この場合、谷１２２の形状は丸くされる。本発明から逸脱することなしに、タワーおよび谷のために他の形状を使用してもよい。
【００７１】
本発明は、好ましい実施形態を参照して上に記述されている。しかし、当業者は、本発明の本質および範囲から逸脱することなく、記述した実施形態に変更および修正をなし得ることを理解するであろう。例えば、図１７を参照すると、対向する頂部および底部空洞１５１と１５２に接触するボール１５０を含むボール接触形状１４５の概略図が見られ、この場合、軸Ｘを中心とする底部空洞１５２の回転は、Ｙを中心とする頂部空洞１５１の回転と直交し、また両方の回転は、本実施形態では重力と位置合わせされる加速度場Ｚに直交する。ボール用の接触表面としての直交するウェッジ状の空洞は、本発明の原理に従って構成かつ配置されたキネマティックマウントのプレート用に図１７のように使用することができる。図２Ｂ−２の形状は、そう望むなら、図１７の形状と同じように配置することができる。一例として、図２Ｂ−２に示した実施形態の空洞Ｓ’のロフト付き表面Ｓは、断面で見て、空洞１５１と１５２の各々と実質的に同一の空洞形状を表す。説明目的で本明細書に選択した実施形態に対する様々なさらなる変更および修正が、容易に当業者に想起されるであろう。このような修正と変更が本発明の精神から逸脱しない限りにおいて、それらは本発明の範囲内に含まれることが意図される。
【００７２】
当業者が本発明を理解かつ実施することを可能にするように、明瞭かつ簡明な用語で本発明について詳細に記述してきたが、冒頭に記載のように本発明を請求する。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１Ａ】ロック状態で示した従来技術のキネマティックマウントの等角図である。
【図１Ｂ】アンロック状態で示した図１Ａの従来技術のキネマティックマウントの等角図である。
【図１Ｃ】図１Ａに示したキネマティックマウントのプレートの頂部等角図である。
【図１Ｄ】図１Ｃのプレートの平面図である。
【図２Ａ】本発明の原理に従って構成かつ配置された、ボールを維持するための穴を有するスペーサの頂部等角図である。
【図２Ｂ−１】本発明の原理に従って構成かつ配置されたアンロック状態で示したキネマティックマウントの等角図であり、キネマティックマウントは、対向プレートと、プレートの間に配置されたボールを維持する図２Ａのスペーサとを含む。
【図２Ｂ−２】本発明の原理による対向空洞に接触するボールの垂直断面図である。
【図２Ｃ】本発明の原理に従って構成かつ配置されたアンロック状態で示したキネマティックマウントの代替実施形態である。
【図２Ｄ】本発明の原理に従って構成かつ配置されたアンロック状態で示したキネマティックマウントの他の代替実施形態である。
【図２Ｅ】ロック状態で示した図２Ｂ−１のキネマティックマウントの等角図である。
【図２Ｆ】キネマティックマウントのロックを補助するばねに関連付けられた図２Ｅのキネマティックマウントの等角図である。
【図２Ｇ】図２Ｅに示した実施形態の側面図である。
【図３Ａ−１】平坦部と接触したボールを含む接触状態の概略部分側面図である。
【図３Ａ−２】ボールによって図３Ａ−１の平坦部に残されたフットプリントの平面図である。
【図３Ｂ−１】ボールと、ボールから平坦部に残されたトラックとを含む本発明の原理による接触状態の概略部分側面図である。
【図３Ｂ−２】本発明の原理による、ボールによって図３Ｂ−１の平坦部に残されたトラックの平面図である。
【図３Ｃ】本発明の原理による、エラストマでコーティングされた平坦部と接触するエラストマでコーティングされたボールを含む他の接触状態の垂直断面図である。
【図３Ｄ】平坦部のエラストマコーティングに適用されためっきと接触する、エラストマでコーティングされかつ弾塑性シェルでめっきされたボールを含む本発明の原理による接触状態の垂直断面図である。
【図４】本発明の原理に従って構成かつ配置されたキネマティックマウントを組み込んだ位置決めプラットフォームの概略部分等角図である。
【図５Ａ】本発明の原理による、キネマティックマウント用のプレートを構成する際に使用するためのビルディングブロックの等角図である。
【図５Ｂ】図５Ａに示したビルディングブロックに従って構成かつ配置されたビルディングブロックから各々が構成されたキネマティックマウント用の対向プレートの等角図であり、ボールは例示目的のために仮想線で示されている。
【図５Ｃ】図５Ｂのプレートの他の等角図であり、ボールは例示目的のために仮想線で示されている。
【図５Ｄ】ロック状態で示し、また図５Ｃの対向プレートと、４つのボールを組み込んだ対向プレートの間に配置されたスペーサとを含む本発明の原理によるキネマティックマウントの等角図である。
【図５Ｅ】図５Ｄのキネマティックマウントの部分分解等角図である。
【図６Ａ−１】本発明の原理による、キネマティックマウント用のプレートを構成する際に使用するためのビルディングブロックの代替実施形態の等角図である。
【図６Ａ−２】図６Ａ−１のビルディングブロックの接触形状の概略図である。
【図６Ｂ】図６Ａ−１のビルディングブロックのアセンブリとして各々が形成された対向プレートと、対向プレートの間に配置されて４つのボールを維持するスペーサとを含むアンロック状態で示した本発明の原理によるキネマティックマウントの等角図である。
【図６Ｃ】ロック状態で示した図６Ｂのキネマティックマウントの等角図である。
【図６Ｄ】ロック状態で示し、また図６Ａ−１のビルディングブロックから各々が構成された対向ベースプレートの間に位置決めされたボールを含む本発明の原理によるキネマティックマウントの等角図である。
【図７Ａ−１】本発明の原理による、キネマティックマウント用のプレートを構成する際に使用するためのビルディングブロックの他の代替実施形態の等角図である。
【図７Ａ−２】本発明の原理による、キネマティックマウント用のプレートを構成する際に使用するためのビルディングブロックの他の代替実施形態の等角図である。
【図７Ｂ】本発明の原理による、キネマティックマウント用のプレートを構成する際に使用するためのビルディングブロックのさらに他の代替実施形態の等角図である。
【図７Ｃ】図７Ｂのビルディングブロックのアセンブリとして各々が形成された対向プレートと、対向プレートの間に配置されて４つのボールを維持するスペーサとを含む、本発明の原理に従って構成かつ配置されまたアンロック状態で示したキネマティックマウントの等角図である。
【図７Ｄ】ロック状態で示した図７Ｃのキネマティックマウントの等角図である。
【図７Ｅ】ロック状態で示し、また図７Ｂのビルディングブロックのアセンブリとして各々が構成された対向ベースプレートの間に位置決めされたボールを含む本発明の原理によるキネマティックマウントの等角図である。
【図８Ａ】本発明の原理による、キネマティックマウント用のプレートを構成する際に使用するためのビルディングブロックのなおさらに他の代替実施形態の等角図である。
【図８Ｂ】本発明の原理による、キネマティックマウント用のプレートを構成する際に使用するためのビルディングブロックのなお別の代替実施形態の等角図である。
【図８Ｃ】本発明の原理による、キネマティックマウント用のプレートを構成する際に使用するためのビルディングブロック、およびキネマティックマウント用のベースプレートを形成するために複数のこのようなビルディングブロックを組み立てる際に使用するためのフレームのさらに別の代替実施形態の等角図である。
【図８Ｄ】フレームに取り付けられた２つのビルディングブロックを組み込んだキネマティックマウント用のプレートの等角図である。
【図８Ｅ】フレームに取り付けられた４つのビルディングブロックを組み込んだキネマティックマウント用のプレートの等角図である。
【図８Ｆ】フレームに取り付けられた６つのビルディングブロックを組み込んだキネマティックマウント用のプレートの等角図である。
【図９】本発明の原理に従って構成かつ配置されたキネマティックマウントに使用可能なトラスアセンブリの図面である。
【図１０】本発明の原理による、キネマティックマウント用のプレートを構成する際に使用するためのビルディングブロックの他の実施形態の等角図である。
【図１１】本発明の原理による、キネマティックマウント用のプレートを構成するために使用されるビルディングブロックに使用可能な表面空洞構造の実施形態の図面である。
【図１２】本発明の原理による、キネマティックマウント用のプレートを構成する際に使用するためのビルディングブロックのなお他の実施形態の等角図である。
【図１３】本発明の原理による、キネマティックマウント用のプレートを形成するために図１２に記述したビルディングブロックに従って各々が構成かつ配置されたビルディングブロックを相互接続するために使用されるカップリングの等角図である。
【図１４】本発明の原理による、図１２のビルディングブロックに従って各々が構成かつ配置されたキネマティックマウント用のプレートの等角図であり、これらのプレートは、図１３のカプラブロックに従って各々が構成かつ配置されたカップリングと接合される。
【図１５Ａ】コンプライアンスをキネマティックマウントに導入するためのコンプライアントな表面層の平面図である。
【図１５Ｂ】図１５Ａのコンプライアントな表面層の垂直断面図である。
【図１６】コンプライアンスをキネマティックマウントに導入するためのコンプライアントな表面層の代替実施形態の垂直断面図である。
【図１７】ボール接触形状の概略図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０  キネマティックマウント
１１  第１のプレート
１１Ａ、１１Ａ’  剛性プレート
１２  第２のプレート
１３、１４、１５  空洞
１３Ａ、１４Ａ、１５Ａ  空洞
１３Ａ’、１４Ａ’、１５Ａ’  空洞
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ  ボール
１７  スペーサ
１７Ａ、１７Ｂ  主面
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ  穴
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ  ボール
２０  キネマティックマウント
２１  キネマティックマウント
２２  キネマティックマウント
２５  ばね
３０  接触状態
３１  ボール
３２  平坦部
３４  フットプリント
３５  ヘッド輪郭
３６  窪部フットプリント
３７  平行側面
３８  尾部
３９  トラック
４０  接触状態
４１  接触状態
４２  シェル／層
４２ａ  シェル／層
４２ｂ  エラストマ層
４３  剛性ボール
４４  エラストマ層
４５  平坦部
４６  フットプリント
４７ａ  シェル／層
４７ｂ  弾塑性層
４８  フットプリント
４９  接触状態
５０  位置決めプラットホームアセンブリ
５１  基部構造
５２  マウント空間
５３  マニピュレータ基部
５４  マニピュレータアーム
５５  ペイロード基部
６０  ビルディングブロック
６０ａ、６０ｂ  主面
６０ｂ’、６０ｂ”  対向面
６１、６２  表面
６１ａ、６１ｂ  平行表面
６２ａ、６２ｂ  平行表面
６３、６４  対向表面
６５  溝線
６８  縁部
６９  縁部
７１Ａ、７１Ｂ  対向プレート
７３  キネマティックマウント
７５  ボール
７６  スペーサ
８０  ビルディングブロック
８１  頂面
８２  円錐表面
８３  溝線
８４  縁部線
８５  縁部線
８６Ａ、８６Ｂ  対向プレート
８７  キネマティックマウント
８９  キネマティックマウント
９０  ビルディングブロック
９１  頂部表面
９３  溝線
９４  平行線
９５  直線
９６  ビルディングブロック
９６Ａ、９６Ｂ  対向プレート
９７  キネマティックマウント
１００  キネマティックマウント
１０１  ビルディングブロック
１０２  丸い基部
１０３  円錐表面
１０４  溝線
１０５  空間曲線
１０６  ビルディングブロック
１０７  ロフト付き表面、エラストマ層
１０８  タワー
１０９  谷
１１０  キネマティックマウント
１１０Ａ  キネマティックマウント
１１０Ｂ  キネマティックマウント
１１０Ｃ  キネマティックマウント
１１１  ブロック
１１１Ａ  パラメトリック溝
１１２  フレーム
１１３  トラスアセンブリ
１１４  プレート
１１５  環状シート
１１６  孔
１１７  枠組み支柱
１２０  ビルディングブロック
１２１  交差溝線、タワー
１２２  交差溝線、谷
１２３、１２４  円形または放物線状の表面
１２５  周囲線、ボールポイントカッタ
１２６  周囲線
１２７  正方形または長方形の基部
１３０  表面空洞
１３１  周囲線
１３２  案内線
１３３  ロフト表面
１３４  疑似溝線
１３５  球面
１４０  ビルディングブロック、プレート
１４１  表面空洞
１４２  対向側部円筒面
１４３  対向端部円筒面
１４４  半径表面
１４５  側壁
１４６  端壁
１５０  結合体、ブロック、ボール
１５１  上面、頂部空洞
１５２  空洞、底部空洞
１５３  孔
１６０  プラットフォーム
Ａ  矢印線
Ｓ  表面
Ｓ’  空洞
θｘ  ロール
θｙ  ピッチ
θｚ  ヨー
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ−１】
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【図２Ｂ−２】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図３Ａ−１】
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【図３Ａ−２】
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【図３Ｂ−１】
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【図３Ｂ−２】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６Ａ−１】
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【図６Ａ−２】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ−１】
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【図７Ａ−２】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図８Ｆ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
2007534910.tif 000053