(57)【要約】【課題】温度変化による小さな変位によって発生する熱応力を吸収するとともに、振動等による大きな変位を一定の変位以下に拘束する二軸拘束型熱応力吸収機構の提供を目的とする。【解決手段】二軸拘束型熱応力吸収機構を実現する保持装置１は、台座６に固定される基部２と、基部２にガイドされＸ軸方向にのみ移動可能な、機器７が固定される取付部３と、基部２の内部に収納された熱応力吸収部４とからなっており、取付部３が大きく変位すると、剛性の高い取付部３や基部２により、大きな変位を一定の変位以下に拘束する。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機器を台座に対して一方向へのみ移動可能に保持することにより、熱応力を吸収する二軸拘束型熱応力吸収機構であって、
前記機器が取り付けられ、前記一方向へのみ移動可能とする嵌合部を有する取付部と、
前記台座に取り付けられ、前記嵌合部に対応した被嵌合部を有する基部と、
前記取付部を初期位置に保持するとともに、温度変化による前記取付部の前記一方向への移動に対しては、該移動を可能とする熱応力吸収部と、
を具備し、
前記取付部が前記一方向に所定の移動量を越えて移動すると、前記取付部と基部とが当接し、前記取付部及び／又は基部が弾性変形することを特徴とする二軸拘束型熱応力吸収機構。
【請求項２】
前記嵌合部を、前記一方向に対し水平かつ直角な方向に突設したことを特徴とする請求項１記載の二軸拘束型熱応力吸収機構。
【請求項３】
前記嵌合部を前記取付部の両側に突設し、前記取付部及び基部を中心軸に対して対称な構造としたことを特徴とする請求項２記載の二軸拘束型熱応力吸収機構。
【請求項４】
前記熱応力吸収部を、前記基部に収納したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の二軸拘束型熱応力吸収機構。
【請求項５】
前記熱応力吸収部をゴム及び／又はばねからなる弾性体としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の二軸拘束型熱応力吸収機構。
【請求項６】
前記取付部と基部が当接する当接面に、緩衝部材を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の二軸拘束型熱応力吸収機構。
【請求項７】
前記取付部と基部との摺動面に、摩擦抵抗低減化処理を施したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の二軸拘束型熱応力吸収機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二軸拘束型熱応力吸収機構に関し、特に、機器を台座に保持する保持装置によって実現され、温度変化による機器と台座の微小変位によって発生する熱応力を吸収するとともに、振動等の外力による大きな変位を所定の変位以下に拘束する二軸拘束型熱応力吸収機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、機器や台座に使用される金属等の材料は、温度が高くなると膨張する性質、すなわち、材料ごとに固有の線膨張係数を有している。
したがって、台座と線膨張係数が異なる機器を台座に固定した場合、固定したときの温度から環境温度が変化すると、機器及び台座には熱応力が発生する。このため、高精度のアライメントを必要とする、例えばレーザ装置等の光学機器の精度を低下させるといった不具合があった。
このため、温度変化による熱ひずみによって発生する熱応力の影響を緩和する様々な熱応力吸収機構が開発されてきた。
【０００３】
（従来例）
次に、従来例にかかる熱応力吸収機構について、図面を参照して説明する。
図８は、従来例にかかる熱応力吸収機構の要部の構造を説明するための概略平面図を示している。
また、図９は、図８のＣ−Ｃ線における概略拡大断面図を示している。
図８、図９において、熱応力吸収機構を実現した保持装置１０１は、機器７が取付けられる軸部１０５と、この軸部１０５と同心に設けられた円筒状の内フレーム１５１と、この内フレーム１５１の外側に軸部１０５と同心に設けられた円筒状の外フレーム１５２と、軸部１０５と内フレーム１５１を連結する熱応力第１吸収部１３６と、内フレーム１５１と外フレーム１５２を連結する熱応力第２吸収部１３７とを備えている。
【０００４】
軸部１０５は、金属製の円柱であり、中心軸に沿って雌ねじ加工が施されている。
この軸部１０５は、Ｙ軸のプラス方向及びマイナス方向に、金属製の熱応力第１吸収部１３６が突設してあり、内フレーム１５１と連結されている。
なお、図９に示すように、軸部１０５の上面には、ボルト７１によって、機器７が固定される。
【０００５】
内フレーム１５１は、金属製の円筒であり、Ｘ軸のプラス方向及びマイナス方向に、熱応力第２吸収部１３７が突設してあり、外フレーム１５２の円筒部１５２ａと連結されている。
また、外フレーム１５２は、金属製の円筒部１５２ａとフランジ部１５２ｂととからなっており、円板にはボルト孔１５２ｃが穿設してあり、ボルト（図示せず）によって台座６に固定される。
【０００６】
上記構成の保持装置１０１は、環境温度が変化すると、各部材の線膨張係数や断面形状の相違によって発生する機器７と台座６の熱応力を吸収する。
すなわち、環境温度が変化すると、機器７と台座６に熱による微少な変形、すなわち熱ひずみが発生し、機器７は台座６に対して相対的に変位する。この機器７の相対的変位は、軸部１０５，熱応力第１吸収部１３６，内部フレーム１５１，熱応力第２吸収部１３７及び外フレーム１５２に伝達されるが、保持装置１０１が弾性変形することによって、機器７及び台座６に発生する熱応力を吸収することができる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
次に、熱応力吸収機構のその他の従来技術としては、図示してないが、たとえば、機器載置用の基台を台座に対して保持する脚部であって、この脚部が、垂直方向に移動規制され、水平方向に移動可能な基台取付部と、この基台取付部の水平方向移動に応動して弾性変形する熱応力吸収部とを有する熱応力吸収保持機構の技術がある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００８】
ところで、上記二つの技術は、いずれも、機器及び台座に熱応力を発生させないために、機器と台座の変形が拘束されない機構としてあり、したがって、熱応力吸収部の剛性を低くすればするほど機器と台座の変形を拘束する力が弱まり、機器と台座に発生する熱応力を緩和することができた。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−１７９７９１号公報　（第１項、第２項　特許請求の範囲）
【特許文献２】
特開平１１−１１８９６４号公報　（第１項　特許請求の範囲）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術は、ほとんど静止状態にある機器と台座に発生する熱応力を緩和できるものの、振動などの外力による大きな変位を効果的に拘束することができないといった問題があった。
例えば、ロケットに積まれた光学装置は、宇宙空間においては熱応力を緩和する熱応力吸収機構が必要であり、かつ、ロケット打上げの際には、台座に対して強固に固定される必要があった。すなわち、熱応力を吸収するとともに、台座に対して機器の大きな変位を拘束する熱応力吸収機構が必要であった。
【００１１】
本発明は、上述した従来の技術が有する問題を解決するために提案されたものであり、温度変化による小さな変位によって発生する熱応力を吸収するとともに、振動等による大きな変位を一定の変位以下に拘束する二軸拘束型熱応力吸収機構の提供を目的とする。
【００１２】
【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二軸拘束型熱応力吸収機構は、機器を台座に対して一方向へのみ移動可能に保持することにより、熱応力を吸収する二軸拘束型熱応力吸収機構であって、前記機器が取り付けられ、前記一方向へのみ移動可能とする嵌合部を有する取付部と、前記台座に取り付けられ、前記嵌合部に対応した被嵌合部を有する基部と、前記取付部を初期位置に保持するとともに、温度変化による前記取付部の前記一方向への移動に対しては、該移動を可能とする熱応力吸収部と、を具備し、前記取付部が前記一方向に所定の移動量を越えて移動すると、前記取付部と基部とが当接し、前記取付部及び／又は基部が弾性変形する構成としてある。
【００１３】
このようにすると、温度変化による小さな変位によって発生する熱応力を吸収するとともに、振動等による大きな変位を一定の変位以下に拘束することができる。
【００１４】
また、本発明の二軸拘束型熱応力吸収機構は、前記嵌合部を、前記一方向に対し水平かつ直角な方向に突設した構成としてある。
このようにすると、取付部及び基部の構造を単純化でき、製造費のコストダウンを図ることができる。
【００１５】
また、本発明の二軸拘束型熱応力吸収機構は、前記嵌合部を前記取付部の両側に突設し、前記取付部及び基部を中心軸に対して対称な構造としてある。
このようにすると、取付部が受ける上下方向の外力を平行に基部へ伝達することができ、回転モーメントが発生しないので、取付部をよりスムースに移動させることができる。
【００１６】
また、本発明の二軸拘束型熱応力吸収機構は、前記熱応力吸収部を、前記基部に収納した構成としてある。
このようにすると、小型化及び部品点数を削減することができ、コストダウンを図ることができる。
【００１７】
また、本発明の二軸拘束型熱応力吸収機構は、前記熱応力吸収部をゴム及び／又はばねからなる弾性体とした構成としてある。
このようにすると、熱応力を容易に吸収することができるとともに、取付部に対して変位に応じた復元力を作用させることができる。
【００１８】
また、本発明の二軸拘束型熱応力吸収機構は、前記取付部と基部が当接する当接面に、緩衝部材を設けた構成としてある。
このようにすると、取付部と基部とが当接するときの衝撃を低減することができる。
【００１９】
また、本発明の二軸拘束型熱応力吸収機構は、前記取付部と基部との摺動面に、摩擦抵抗低減化処理を施した構成としてある。
このようにすると、取付部がよりスムースに移動するので、熱応力をより確実に吸収することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の二軸拘束型熱応力吸収機構の好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２１】
［第一実施形態］
図１は、第一実施形態にかかる二軸拘束型熱応力吸収機構の要部の構造を説明するための、概略平面図を示している。
また、図２は、図１のＡ−Ａ線における概略断面図を示している。
さらに、図３は、図１のＢ−Ｂ線における概略断面図を示している。
図１，図２及び図３において、第一実施形態にかかる二軸拘束型熱応力吸収機構を実現する保持装置１は、台座６に固定される基部２と、この基部２にガイドされ一方向にのみ移動可能な、機器７が固定される取付部３と、基部２の内部に収納された熱応力吸収部４とからなっている。
なお、本実施形態では、上記一方向をＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸からなる直交座標系のＸ軸方向としてある。また、上記一方向に水平かつ直角な方向は、Ｙ軸方向としてある。
【００２２】
基部２は、ケース２１とカバー２２とからなっている。
ケース２１は、Ｘ軸のプラス方向及びマイナス方向にフランジが突設された直方体の形状としてあり、フランジ２１ａには、台座６に螺着するためのボルト孔２１ｂが穿設してある。
【００２３】
また、ケース２１には、直方体の上方から四角柱状の空隙２３が形成されている。
この空隙２３のＸ軸方向の幅ｍは、取付部３の厚さｔに所定の温度変化に対する機器７と台座６の相対変位２Δを加算した寸法としてある（図２参照）。
すなわち、本実施形態では、例えば、機器７が使用されると想定される最高温度において、機器７が台座６に対してＸ軸のプラス方向に距離Δだけ変位し、同様に、最低温度において、Ｘ軸のマイナス方向に距離Δだけ変位することから、使用温度範囲において熱応力を完全に吸収できる。
【００２４】
また、空隙２３のＹ軸方向の幅ｎは、取付部３の上方端部の横幅ｗ（Ｙ軸方向の幅）より広い幅としてあり、取付部３の嵌合部３１を上下方向（Ｚ軸方向）から挟んで、Ｚ軸方向への移動を拘束する構造としてある（図３参照）。
さらに、空隙２３は、貫通しない深さとしてある。
【００２５】
また、ケース２１は、空隙２３のＸ軸方向の各側面に、熱応力吸収部４が嵌め込まれる溝２４を形成してあり、熱応力吸収部４が容易にずれたりしないようにしてある（図２参照）。
なお、この溝２４のＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸方向の各寸法は、熱応力吸収部４の形状・大きさなどに応じて決定される。
【００２６】
カバー２２は、ケース２１の直方体を覆う矩形板であり、中央部に矩形状の切り欠き２２ａが形成されている。
この切り欠き２２ａのＸ軸方向の幅Ｍは、空隙２３のＸ軸方向の幅ｍと同じ寸法としてあり、このようにすると、取付部３が距離Δを越えて大きく変位し、空隙２３のＸ軸方向の側面と当接したとき、切り欠き２２ａのＸ軸方向の側面とも当接し、衝撃荷重を分散した状態で受けることができる。
【００２７】
また、切り欠き２２ａのＹ軸方向の幅Ｎは、取付部３の上方端部の横幅ｗより広く、かつ、嵌合部３１の横幅Ｗより狭い幅としてあり、このようにすると、カバー２３の下面が、取付部３の嵌合部３１の上面を摺動自在に係止することができ、取付部３はＺ軸のプラス方向に自由に移動できなくなり、Ｚ軸のプラス方向の動きを拘束することができる。
【００２８】
なお、カバー２２は、取付部３及び熱応力吸収部４がケース２１に組み込まれてから、ケース２１に蓋をするようにねじ２２ｂによって固定される。
また、本実施形態では、ねじ２２ｂを用いて固定する構造としたが、これに限定されるものではなく、たとえば、溶接や接着などによって固定してもよい。
【００２９】
取付部３は、図３に示すように、Ｘ軸方向から見ると、Ｙ軸のプラス方向及びマイナス方向に直方体の嵌合部３１が突設されている。すなわち、取付部３及び基部２が中心軸に対して対称な構造となり、取付部３が受ける上下方向（Ｚ軸方向）の外力を平行に基部２へ伝達することができ、回転モーメントが発生しないので、取付部３をよりスムースに移動させることができる。
【００３０】
なお、本実施形態では、嵌合部３１を取付部３の両側に突設させた構造としてあるが、これに限定されるものではなく、たとえば、図示してないが、Ｙ軸方向のプラス方向だけに嵌合部３１を突設した構成としてもよく、取付部３及び基部２の構造を単純化でき、製造費のコストダウンを図ることができる。
【００３１】
これらの嵌合部３１は、Ｚ軸方向の高さＨを、摺動するためのクリアランス分、空隙２３の深さｈより短い寸法としてある。また、端面間の距離Ｗを、摺動するためのクリアランス分、空隙２３のＹ軸方向の幅ｎより短い寸法としてある。さらに、厚さｓを取付部３の厚さｔより薄くしてある。
このようにすることにより、取付部３は、嵌合部３１が空隙２３及びカバー２２によって形成される被嵌合部に組み込まれ、Ｙ軸方向及びＺ軸方向への移動が拘束され、かつ、Ｚ軸方向への移動が可能となる。
【００３２】
ここで、嵌合部３１の上面，Ｙ軸方向の側面及び下面と、被嵌合部を形成する、カバー２２の下面，ケース２１の空隙２３におけるＹ軸方向の側面及び底面は、それぞれ摺動するので、これらの面の表面を滑らかに加工したり、硬質化したり、さらには、グリースなどの潤滑材を塗布したりするとよい。このようにすることにより、取付部３がスムースにＸ軸方向に移動することができ、熱応力を確実に吸収することができる。
なお、各図面において、各摺動面の間には隙間を設けてあり、摺動面であることを容易に理解できるように図示している。
【００３３】
なお、ケース２１，カバー２２及び取付部３の材料は、機械的強度に優れる金属材料が使用され、たとえば、ロケットで宇宙空間に打ち上げられる機器に対しては、アルミニウムなどの軽い金属が使用される。
【００３４】
熱応力吸収部４は、シリコン等の弾性変形しやすいゴムからなる弾性体としてある。このゴムは、直方体の形状に成形してあり、一端はケース２１の溝２４に接着剤等で固定され、もう一方の端は取付部３と接着剤等で結合されている。
なお、本実施形態では、熱応力吸収部４として、ゴムを使用したが、熱応力吸収部４は、ゴムからなる弾性体に限定されるものではなく、たとえば、ばねからなる弾性体や、ゴムとばねの複合材料からなる弾性体としてもよい。
【００３５】
次に、上記構成の保持装置１の動作について、図面を参照して説明する。
保持装置１は、まず台座６に固定され、続いて機器７が固定されるが、図２に示すように、取付部３は空隙２３の中心軸（適宜、原点位置と略称する。）に位置する。このとき、機器７と台座６の位置関係は、熱ひずみなどによる位置ずれがない状態である。
【００３６】
そして、上記状態から環境温度が変化すると、機器７や台座６などの線膨張係数や断面形状の相違によって、機器７と台座６にはそれぞれ熱による微少な変形、すなわち熱ひずみが発生し、機器７は台座６に対して相対的に微小距離だけ変位（相対的変位）する。
この機器７の相対的変位は取付部３に伝達され、取付部３はケース２１の空隙２３及びカバー２２の切り欠き２２ａに沿って一方向（Ｘ軸のプラス方向又はマイナス方向）に変位する。
【００３７】
例えば、図４に示すように、機器７が台座６より相対的にＸ軸のプラス方向に変位すると、取付部３は、原点位置よりもＸ軸方向のプラス方向に移動する。
このとき、取付部３は、二つの熱応力吸収部４から変位に応じた復元力を受けているが、機器７や台座６を変形させるほどの大きな力でないため、機器７や台座６は変形しない。すなわち、保持装置１は、弾性体である熱応力吸収部４が弾性変形することにより、機器７および台座６に発生する熱応力を吸収することができる。
【００３８】
次に、振動等により機器７及び／又は台座６に大きな外力が作用すると、機器７は台座６に対して相対的に大きく変位する。
例えば、図５に示すように、機器７が台座６より相対的にＸ軸のプラス方向に大きく変位すると、この機器７の大きな相対的変位は取付部３に伝達され、取付部３は、ケース２１の空隙２３およびカバー２２の切り欠き２２ａに沿って一方向（Ｘ軸プラス方向）に変位する。
そして、取付部３は、予想した熱変化によって発生する熱応力を吸収する距離Δを越えて変位すると、ケース２１の空隙２３のＸ軸プラス方向の側面及びカバー２２の切り欠き２２ａのＸ軸プラス方向の側面と当接する。
【００３９】
ここで、取付部３やケース２１，カバー２２は、剛性の高い金属製であることから、取付部３はそれ以上変位することができなくなり、すなわち、振動等による大きな変位を一定の変位以下に拘束することができる。
【００４０】
このように、本実施形態にかかる二軸拘束型熱応力吸収機構は、熱ひずみのような小さな変位に対しては、熱応力吸収部４の弾性変形によって熱応力を吸収し、また、振動等の大きな変位に対しては、基部２の剛性によってその変位を拘束し機器７に発生する応力を低減することができる。
【００４１】
［第二実施形態］
図６は、第二実施形態にかかる二軸拘束型熱応力吸収機構の要部の構造を説明するための概略断面図を示している。
同図において、第二実施形態にかかる二軸拘束型熱応力吸収機構を実現する保持装置１ａは、熱応力吸収部４を取付部３のＸ軸マイナス側だけに設けた構成としてある。
なお、その他の構造は、第一実施形態の保持装置１とほぼ同様としてあり、同一の部位、同一の部材には同一の符号を付して、詳しい説明は省略する。
【００４２】
このように、保持装置１ａは、熱応力吸収部４を取付部３のＸ軸マイナス側だけに設けているので、温度変化により取付部３が原点位置から変位したとき、一個の熱応力吸収部４から復元力を受ける。すなわち、上記第一実施形態の保持装置１が機器７や台座６に作用させる復元力の半分となるので、機器７や台座６に作用する復元力を低減することができ、より完璧に熱応力を吸収することができる。
【００４３】
なお、本実施形態は、第一実施形態の保持装置１から、取付部３のＸ軸プラス側の熱応力吸収部４を取り外した構成としてあるが、熱応力吸収部による復元力は、上述した構成に限定されるものではない。
例えば、取り外した溝２４に、通気性部材４よりばね力の大きいばね４１を取り付けてもよい。この想像線で示すばね４１は、取付部３と連結されていないので、取付部３は、Ｘ軸マイナス方向に変位すると、通気性部材４のみの復元力を受けるが、Ｘ軸プラス方向に変位すると、通気性部材４とばね４１の両方の復元力を受けることができる。
【００４４】
［第三実施形態］
図７は、第三実施形態にかかる二軸拘束型熱応力吸収機構の要部の構造を説明するための概略断面図を示している。
同図において、第三実施形態にかかる二軸拘束型熱応力吸収機構を実現する保持装置１ｂは、ケース２１の空隙２３のＸ軸方向の側面及びカバー２２の切り欠き２２ａのＸ軸方向の側面に緩衝材８が取付けられている。
なお、その他の構造は、第一実施形態の保持装置１とほぼ同様としてあり、同一の部位、同一の部材には同一の符号を付して、詳しい説明は省略する。
【００４５】
このようにすると、保持装置１ｂは、機器７と台座６が相対的に大きく変位し、取付部３がケース２１とカバー２２にぶつかるときの衝撃を緩和することができる。
なお、緩衝材８は、通常、ゴム製のラバーなどが使用されるが、これに限定されるものではなく、ナイロン等の樹脂製のラバーでもよい。
【００４６】
以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態によりなんら限定されるものではなく、本発明の適用範囲内で種々に変更することが可能である。
例えば、嵌合部と被嵌合部の構造は、上記構造に限定されるものではなく、様々な構造とすることができる。
【００４７】
すなわち、嵌合部と被嵌合部は、嵌合することにより、一方向のみの移動を可能とし、他の方向への移動を拘束する構造であればよく、例えば、上記実施形態では、取付部及び嵌合部をＺ軸方向に長い形状としてあるが、Ｘ軸方向に長い形状としたり、あるいは、基部に凸状の嵌合部を形成し、取付部に被嵌合部を形成してもよい。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の二軸拘束型熱応力吸収機構によれば、温度変化による小さな変位によって発生する熱応力を緩和することができ、かつ、振動等による大きな変位をある一定の変位以下に拘束することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、第一実施形態にかかる二軸拘束型熱応力吸収機構の要部の構造を説明するための、概略平面図を示している。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ線における概略断面図を示している。
【図３】図３は、図１のＢ−Ｂ線における概略断面図を示している。
【図４】図４は、第一実施形態にかかる二軸拘束型熱応力吸収機構が、熱応力を吸収した状態を説明するための要部の概略断面図を示してある。
【図５】図５は、第一実施形態にかかる二軸拘束型熱応力吸収機構が、大きな変位を受けた状態を説明するための要部の概略断面図を示してある。
【図６】図６は、第二実施形態にかかる二軸拘束型熱応力吸収機構の要部の構造を説明するための概略断面図を示している。
【図７】図７は、第三実施形態にかかる二軸拘束型熱応力吸収機構の要部の構造を説明するための概略断面図を示している。
【図８】図８は、従来例にかかる熱応力吸収機構の要部の構造を説明するための概略平面図を示している。
【図９】図９は、図８のＣ−Ｃ線における概略拡大断面図を示している。
【符号の説明】
１，１０１　保持装置
１ａ，１ｂ　保持装置
２　基部
３　取付部
４　熱応力吸収部
６　台座
７　機器
８　緩衝材
２１　ケース
２２　カバー
２１ａ　フランジ
２１ｂ　ボルト孔
２２ａ　切り欠き
２２ｂ　ねじ
２３　空隙
２４　溝
３１　嵌合部
４１　ばね
７１　ボルト
１０５　軸部
１５１　内フレーム
１５２　外フレーム
１５２ａ　円筒部
１５２ｂ　フランジ部
１５２ｃ　ボルト孔
１３６　熱応力第１吸収部
１３７　熱応力第２吸収部
【図１】
2004116744.tif 000003
【図２】
2004116744.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004116744.tif 000006
【図５】
2004116744.tif 000007
【図６】
2004116744.tif 000008
【図７】
2004116744.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004116744.tif 000011