(57)【要約】【課題】  ボルト止めされる中間面は減衰性及び不安定性の両方の原因となっている。二つの面が互いに他方の面を滑るときに更には二つの衝接面を互いの面に対して新しい位置へ滑らせかつ停止させようとする時に、摩擦はエネルギー散逸の原因となっている。【解決手段】  第１及び第２の隣接した表面を有している加工された曲げ部要素であって、第１の表面が該第１の表面を横切っている複数の溝部を有し、該溝部が所定の高さ及び幅を有している複数の曲げ部を形成しており、該曲げ部が第２の表面へ接触している加工された曲げ部要素。【選択図】  図１ 
2004197945.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の隣接した表面を有している加工された曲げ部要素であって、第１の表面が該第１の表面を横切っている複数の溝部を有し、該溝部が所定の高さ及び幅を有している複数の曲げ部を形成しており、該曲げ部が第２の表面へ接触している、上記加工された曲げ部要素。
【請求項２】
複数の溝部が互に並行である、請求項１に記載の加工された曲げ部要素。
【請求項３】
複数の溝部が第１の表面を完全に横切っている、請求項１に記載の加工された曲げ部要素。
【請求項４】
複数の溝部が第１の表面を垂直方向に横切っている、請求項１に記載の加工された曲げ部要素。
【請求項５】
複数の溝部が第１の表面を水平方向に横切っている、請求項１に記載の加工された曲げ部要素。
【請求項６】
第１の表面が、該第１の表面を垂直方向に横切っている第１の組の溝部と、該第１の表面を水平方向に横切っている第２の組の溝部とを有しており、該第１の組の溝部が第２の組の溝部に対し垂直である、請求項１に記載の加工された曲げ部要素。
【請求項７】
曲げ部の高さ及び幅が、曲げ部の曲げ剛性、軸線方向剛性、捩れ剛性、座屈限界および負荷進路処理設計ルールの組み合わせによって決定される、請求項１に記載の加工された曲げ部要素。
【請求項８】
曲げ部が、約６.３５ｍｍ（約１／４インチ）〜約２５.４ｍｍ（約１インチ）の範囲の高さを有している、請求項１に記載の加工された曲げ部要素。
【請求項９】
曲げ部が、約３.１７ｍｍ（約１／８インチ）〜約２５.４ｍｍ（約１インチ）の範囲の幅を有している、請求項１に記載の加工された曲げ部要素。
【請求項１０】
曲げ部が幾何学的な形状を有している、請求項１に記載の加工された曲げ部要素。
【請求項１１】
第１の表面及び第２の表面の曲げ部間に中間面が形成されている、請求項１に記載の加工された曲げ部要素。
【請求項１２】
（ａ）一連の曲げ部を形成するため第１の表面へ第１の組の溝部を形成すること、
（ｂ）一連の曲げ部を形成するため第２の表面へ第２の組の溝部を形成すること、
（ｃ）第１の組の溝部が第２の組の溝部に対し垂直になるように該第１の表面を該第２の表面へ衝接すること、および
（ｄ）増大した面圧力と減少した摩擦力を備えた中間面を形成すること、
からなる第１の表面を第２の表面へ接触させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、精密光学機器のボルト止めされる中間面に使用される加工された曲げ部要素（engineered flexure component）に関する。
【背景技術】
【０００２】
望遠鏡等の精密構造体では、機械的なヒステリシスの原因を理解することは重要なことである。ここで、機械的なヒステリシスの出所としては、ある特定の瞬間に存在する応力の値のみならずそれ以前の応力に関する経歴についても材料歪に関連するものと説明されている。二つの構成要素が互にボルト止めされる時はいつでもこれらのボルト止めされる中間面に摩擦が存在することは知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ボルト止めされる中間面は減衰性及び不安定性の両方の原因となっている。二つの面が互いに他方の面を滑るときに、更には二つの衝接面を互いの面に対して新しい位置へ滑らせかつ停止させようとする時に、摩擦はエネルギー散逸の原因となっている。現時点で、これらの中間面を設計する中間面設計者は、摩擦により中間面を横切って作用する力のパーセンテージを明確に制御することは出来ない。現在では、精密光学機器としての多くの光学機械の取り付けは光学台へ直接ボルト止めされている。高振動環境のもとにおいては、このような光学機械の取り付けは外力に対して反応する傾向がありかつそれらの取り付け位置を変える傾向があり、その結果、これらの光学機器がその位置を変動させることになる。このため、曲げに対して十分な可撓性を有しかつボルト止めされる中間面の衝接面が互いに関して移動するときに滑らないような十分な可撓性を有している加工された曲げ部要素が求められるところである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明では、フランジの表面を横切って複数の平行な溝部を備えているボルトフランジ（bolt flange）が提供される。第１のボルトフランジ面は垂直方向に走っている複数の溝部を有しており、第２のボルトフランジ面は水平方向に走っている複数の溝部を有し、これらの水平方向に走っている溝部は第１のボルトフランジ衝接面の溝部へ対して垂直をなしている。
【発明の効果】
【０００５】
これらの溝部の目的は曲げ部を構成する表面を形成することである。これらの曲げ部はボルト止めされる中間面へ二つの効果をもたらしている。第１は、所定の締め付け力にとって、中間面における接触面積が小さくこのため摩擦力を増大させるために発生する面圧力がより大きくなることである。第２は、曲げ部が曲げに対して十分な可撓性を有しており、二つの中間面が互いに移動するときに滑らないだけの十分な可撓性を有することである。曲げ部の部分は、例えば四角形、円形、三角形又はその他の幾何学的形状等、種々の形状を有することが出来る。表面の溝は、光学器械の設計者に対して曲げ部の剛性を決定することのみならず、弾性的な曲げと比較した時の、摩擦によって中間面を横切って伝達される力のパーセンテージを制御することを可能とさせるのである。曲げられた中間面はまた、設計者が負荷進路処理設計ルール（load path management design rules）を行使することを可能とさせる。要約すると、負荷進路処理は設計者が摩擦メカニズムに影響させないで、摩擦要素を取り巻く弾性的剛性を変更することによって、摩擦の効果を制御することが出来る一つのプロセスである。中間の衝接面に溝を配置することにより設計者は一連の曲げ梁として中間面の剛性を設計することが出来、これにより当該設計者は摩擦を介して作用する力のパーセンテージを明確にモデル化出来るのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図面、特に図１を参照すると、前方面１０５を有するボルトフランジ１０が示してある。このボルトフランジ１０は前方面１０５を横切って伸びている複数の平行な溝部１１０を備えている。図１に示すように、溝部１１０が垂直方向に前方面１０５を横切って伸びている。図３に示すように、第２のボルトフランジの前方の面１０５は複数の溝部を有しており、これらの溝部は水平方向に前方の面１０５を横切って伸びている。こうして第１のボルトフランジと第２のボルトフランジとが中間面を形成するように一緒にボルト止めされるとき、これらの溝部は第１のボルトフランジの前方の面１０５に設けられた溝部１１０に対して直角をなすようになっている。
【０００７】
溝部１１０の目的は曲げ部１１５を形成することである。曲げ部１１５はボルト止めされる中間面に発生する二つの効果をもたらしている。第１は、与えられた締め付け力により、中間面における接触面積をより小さくしてそこに発生する面圧力をより一層大きくし、クーロン摩擦力（coulombic friction force）を増大することである。第２は、曲げ部１１５が付加的可撓性を提供して、当該中間面を横切って伝達される力のパーセンテージを減少することである。曲げ部１１５の幅及び高さは、曲げ部の曲げ剛性、軸線方向剛性、捩れ剛性、座屈限界及び負荷進路処理設計ルールにより決定される。
【０００８】
図２は、別の実施例を示しており、この実施例では溝部１１０が前方面１０５を垂直及び水平の両方向を横切り、直交線模様の外観を形成している。図４に示すように、この実施例はボルトフランジが平坦で円滑な表面と接する際に使用される。その他の別の実施例としては、曲げ部の部分は、別の形状、例えば四角形、円形、三角形、その他の幾何学形状を備えることが出来るのである。
【０００９】
負荷進路処理理論（load path management theory）によれば、摩擦要素を取り巻く弾性メカニズムを有効に機能させることにより中間面摩擦の効果を減少又は調整することが可能である。ヒステリシスは中間面における剛性の相対的な大きさに関して保有することに依存するため、負荷進路処理によれば、摩擦メカニズムに影響することなく、剛性の相対的な大きさを変更することによって、中間面における摩擦による散逸を減じることが可能である。このことは内部弾性メカニズムを介して伝達される負荷のパーセンテージを増加するように中間面の設計を変更することにより達成され得る。
【００１０】
物理的中間面を横切って力が伝達されるとき、垂直方向及び接線方向の応力及び部分的な歪が中間面に発生する。垂直方向の応力を介して中間面に負荷伝達が起こるときには、その負荷進路は弾性的即ち保存的（conservative）なものである。剪断応力を介して中間面に負荷伝達が起こるときには、摩擦が存在しなければならず、これに伴って滑りが起こり得る。摩擦中間面を横切って負荷伝達が起こるときには、これは非保存的（non−conservative）なものと考えられる。このような力の伝達が図５の中間面モデルに示されている。このモデルは二つの明確な部分から構成されており、かつ中間面に存在するであろう保存的な負荷進路と非保存的な負荷進路の代表を示している。このモデルの保存的な部分は、負荷進路内に（材料的なヒステリシス以外の）弾性メカニズムのみが存在するような中間面の形態を示している。このモデルの非保存的な部分は、非保存的な負荷進路内に存在する弾性メカニズムと摩擦メカニズムとの組み合わせを示している。中間面のヒステリシスメカニズムは、直線的バネ要素（Ｋｐ）と並列をなしかつ他の直線的バネ要素（Ｋｓ）と直列をなしているクーロン摩擦メカニズム（coulombic friction mechanism）により示されている。クーロン摩擦メカニズムは、中間面に存在しているヒステリシスメカニズムを示しているため選択されたものである。非保存的な負荷進路と並列をなしている直線的で弾性的なメカニズム（Ｋｅ）は中間面において保存的な負荷状態を示している。図５に示す分解モデルはかかる中間面を示している。この中間面モデルは、外部から付与された力（Ｆａ）が中間面を横切る負荷伝達として如何にして弾性（即ち垂直方向）負荷進路要素と非弾性（即ち接線方向）負荷進路要素とに分解されるかについて示している。このモデルのＫｅ弾性要素は、外部負荷の付与から中間面における垂直応力までの本体の弾性挙動を示している。またこのモデルのＫｓ弾性メカニズムは、外部負荷の付与から中間面における剪断応力までの本体の弾性挙動を示している。中間面を横切る負荷伝達は、摩擦メカニズムΦＮと並列をなす弾性メカニズム（Ｋｐ）によって示されている。この弾性メカニズムＫｐは、中間面を弾性的に即ち滑りが発生しない接触部分内の領域を横切って伝達される剪断負荷の部分を示している。この摩擦メカニズムは、中間面を非弾性的に即ち滑りが発生する接触部分内の領域を横切って伝達される剪断負荷の部分を示している。
【００１１】
損失要因分析を行うことにより、もし図６に示すモデルに転位従属摩擦即ちデイスプレースメントーデペンデント  フリクション（displacement−dependent friction）が存在するなら、絶えず増大するパーセンテージの力が内部弾性メカニズム即ち負荷進路処理を介して伝達されるように内部剛性の相対的な大きさを変更することにより摩擦効果を減少することが可能であることが分かる。本発明の強化曲げ部要素は、中間面における外部負荷の付与から剪断応力までの本体の弾性挙動と協同する弾性バネ常数であるＫｓの値を変更することを含むのである。バネ剛性Ｋｓの減少は弾性メカニズムを介して作用する力のパーセンテージを減少する。構成要素の衝接面間の部分的な中間面の変更は、曲げ部の先端部は曲るが、互に関しては滑らないので、衝接面を当初位置まで戻すことが出来るのである。
【００１２】
本発明は、特にその好ましい形態に関して記述したが、添付の特許請求の範囲にて画定される本発明の精神及び範囲から出ることなく種々の変更及び改変がなし得ることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００１３】
本発明におけるボルトフランジは、そのボルト止めされるフランジの表面を横切って複数の平行な溝部を備えている。第１のボルトフランジ面は垂直方向に走っている複数の溝部を有しており、第２のボルトフランジ面は水平方向に走っている複数の溝部を有し、これらの水平方向に走っている溝部は第１のボルトフランジ衝接面の溝部へ対して垂直をなしている。これらの溝部の目的は曲げ部を構成する表面を形成することである。これらの曲げ部はボルト止めされる中間面へ二つの効果をもたらしている。第１は、所定の締め付け力にとって、発生する面圧力がより大きくなることである。これは、中間面における接触面積が小さくなってこのため摩擦力を増大させるためである。第２は、曲げ部が曲げに対して十分な可撓性を有しており、二つの中間面が互いに移動するときに滑らないだけの十分な可撓性を有することである。曲げ部の部分は、例えば四角形、円形、三角形又はその他の幾何学的形状等、種々の形状を有することが出来る。表面の溝は、光学器械の設計者に対して曲げ部の剛性を決定することのみならず、弾性的な曲げと比較した時の、摩擦によって中間面を横切って伝達される力のパーセンテージを制御することを可能とさせるのである。また、曲げられた中間面はまた、設計者が負荷進路処理設計ルールを行使することを可能とさせる。即ち、負荷進路処理は設計者が摩擦メカニズムに影響させないで摩擦要素を取り巻く弾性的剛性を変更することによって、摩擦の効果を制御することが出来る一つのプロセスである。中間の衝接面に溝を配置することにより設計者は一連の曲げ梁として中間面の剛性を設計することが出来、これにより当該設計者は摩擦を介して作用する力のパーセンテージを明確にモデル化出来るのである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の加工された曲げ部要素の斜視図である。
【図２】図１に示す加工された曲げ部要素に対する別の実施例を示す斜視図である。
【図３】図１に示す実施例を使用した曲げ部組み立て体の分解図である。
【図４】図２に示す別の実施例を使用した曲げ部組み立て体の分解図である。
【図５】曲げ部組み立て体の中間面に存在する保存的な負荷進路と非保存的な負荷進路双方の力伝達状態を示しているモデルである。
【図６】曲げ部組み立て体の中間面を横切って存在している負荷進路を示している図である。
【符号の説明】
【００１５】
１０    締め付けフランジ
１０５  前方面
１１０  溝部
１１５  曲げ部
【図１】
2004197945.tif 000003
【図２】
2004197945.tif 000004
【図３】
2004197945.tif 000005
【図４】
2004197945.tif 000006
【図５】
2004197945.tif 000007
【図６】
2004197945.tif 000008