(57)【要約】  第一熱膨張係数を有する複合材料の構造体のベアリングレース構成は、レース要素を収容するために上記複合材料の構造体の表面に形成された凹部と、上記凹部内に配置され上記複合材料の構造体の熱膨張係数とは異なる熱膨張係数を有する少なくとも１つのベアリングレース要素と、上記ベアリングレース要素を複合材料の構造体の凹部内に留置し、上記複合材料の構造体に応力を与えることなく上記レース要素の長手方向の膨張を許容する保持具と、を備えている。
2015534631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一熱膨張係数を有し、第二の異なる熱膨張係数を有する複合材料の構造体上に設けられるベアリングレースであって、
上記複合材料の構造体の面に形成された凹部と、
上記凹部内に設けられ、上記複合材料の構造体の上記熱膨張係数とは異なる熱膨張係数で特徴づけられた少なくとも１つのベアリングレース要素と、
上記ベアリングレース要素を上記凹部内に留置し、上記複合材料の構造体に応力を与えることなく、上記ベアリングレース要素の長手方向の熱膨張を許容する保持具と、
を備えたことを特徴とするベアリングレース。
【請求項２】
上記凹部が縦長の凹部を含むことを特徴とする、請求項１に記載のベアリングレース。
【請求項３】
上記凹部が幅を有することを特徴とする、請求項２に記載のベアリングレース。
【請求項４】
上記ベアリングレース要素が一対の平行なロッドを含むことを特徴とする、請求項１に記載のベアリングレース。
【請求項５】
上記ベアリングレース要素が一対の平行なロッドを備えたことを特徴とする、請求項３に記載のベアリングレース。
【請求項６】
上記一対の平行なロッドが、ほぼ円形の断面を有する一対のロッドを含むことを特徴とする、請求項５に記載のベアリングレース。
【請求項７】
上記一対の平行なロッドが、平坦面を有する一対のロッドを含むことを特徴とする、請求項５に記載のベアリングレース。
【請求項８】
上記平行なロッドの各々が、上記凹部の上記幅の半分未満の半径を有することを特徴とする、請求項６に記載のベアリングレース。
【請求項９】
上記ベアリングレース要素が、一本のロッドを備えたことを特徴とする、請求項１に記載のベアリングレース。
【請求項１０】
上記一本のロッドが、ほぼ円形の断面を有するロッドを含むことを特徴とする、請求項９に記載のベアリングレース。
【請求項１１】
測定器具用の可動ステージであって、
突出したベアリング要素を有するキャリッジと、
第一熱膨張係数を有するビームと、
上記ビームに形成されたマウント領域と、
第二熱膨張係数を有するベアリングレースと、
上記ベアリングレースを凹部内に留置し、複合材料の構造体に応力を与えることなく、上記ベアリングレースの長手方向の熱膨張を許容する保持具と、
を備えたことを特徴とする可動ステージ。
【請求項１２】
上記凹部が縦長の凹部を含むことを特徴とする、請求項１１に記載のベアリングレース。
【請求項１３】
上記凹部が幅を有することを特徴とする、請求項１２に記載のベアリングレース。
【請求項１４】
上記凹部が縦長の凹部を備えたことを特徴とする、請求項１１に記載のベアリングレース。
【請求項１５】
上記凹部が幅を有することを特徴とする、請求項１４に記載のベアリングレース。
【請求項１６】
上記ベアリングレース要素が一対の平行なロッドを備えたことを特徴とする、請求項１１に記載のベアリングレース。
【請求項１７】
上記ベアリングレース要素が一対の平行なロッドを備えたことを特徴とする、請求項１４に記載のベアリングレース。
【請求項１８】
上記一対の平行なロッドが、ほぼ円形の断面を有する一対のロッドを含むことを特徴とする、請求項１７に記載のベアリングレース。
【請求項１９】
上記一対の平行なロッドが、平坦面を有する一対のロッドを含むことを特徴とする、請求項１７に記載のベアリングレース。
【請求項２０】
上記平行なロッドのそれぞれが上記凹部の上記幅の半分未満の半径を有することを特徴とする、請求項１８に記載のベアリングレース。
【請求項２１】
上記ベアリングレース要素が一本のロッドを備えたことを特徴とする、請求項１１に記載のベアリングレース。
【請求項２２】
上記一本のロッドがほぼ円形の断面を有するロッドを備えたことを特徴とする、請求項２１に記載のベアリングレース。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、リニアベアリングを用いた移動可能なサポートに関し、より具体的には、ベアリング要素とは熱膨張係数の異なるサポートの構成部材に関連したリニアベアリング構成（linear bearing arrangement）であって、温度変化に起因する構成部材の変形を減じるベアリング構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
座標測定機のような機械は、しばしば、サポート構造物に対して移動可能なプラットホームのような構成部材または要素を有する。炭素繊維材料のような複合材料（composite material）は、このような用途で典型的に用いられる鋼その他の材料よりも軽く、しばしば強い。そのため、これらの材料の使用には利点がある。残念なことに、支持構造物に対してプラットホームを精密に移動させるためには、複合材料は、ベアリングおよびベアリング面（又はレース）を形成する材料として適していない。鋼製ベアリングおよびこれに関連するレース（又はトラック）は、必要な耐久性と精密性を提供するが、鋼は炭素繊維等の複合材料よりも熱膨張係数が高い。このことは、鋼製のベアリング構成部材を複合材料の構成部材に取り付ける際に、問題が生じる。複合材料のボデイよりも高い熱膨張係数を有する鋼のベアリングレースを当該ボデイにしっかりと取り付け、この組合せ体を加熱すると、鋼が複合材料よりも膨張し、複合材料に応力を与え、複合材料の変形を引き起こす。図１は、１つの表面に鋼製のベアリングレースが取付けられた複合材料のビームの、温度が３℃上昇した時の変形を示す。図１Ａは、ビーム自体を示し、図１Ｂはその変形をグラフィック表示したものである。この変形を減らす試みとして、図２に示すように、ビームにおいて鋼製のベアリングレースの反対側に鋼製の補償要素を取り付けることが示唆されてきた。図２Ａおよび図２Ｂはこの方法を表わす。図２Ｂは、固定されたベアリングレースと補償構造を有する複合材料のビームが、図１の構成より複雑な仕方ではあるが、なお変形していることを示している。
【発明の概要】
【０００３】
本発明の１つの態様に従って簡潔に述べると、第一熱膨張係数を有する複合材料の構造へのベアリングレース構成(bearing race arrangement）は、レース要素を収容するために複合材料の構造体の表面に形成されたオプションの凹部を含む。少なくとも１つのベアリングレース要素が、上記凹部内または上記表面に設けられる。このベアリングレース要素は、上記複合材料の構造体の熱膨張係数とは異なる熱膨張係数を有する。保持具は、上記ベアリングレース要素を複合材料の構造体の凹部内に留置し、上記複合材料の構造体に応力を与えることなく、レース要素の長手方向の膨張を許容する。
【０００４】
ベアリングレース要素が凹部内に配置された実施例を開示するが、異なる構成、例えばこのベアリングレース要素を複合材料の構造体の平面に取り付ける構成でもよいことが理解されよう。
【０００５】
本発明のさらなる態様によれば、上記凹部は縦長の凹部である。  
【０００６】
本発明のさらなる態様によれば、上記ベアリングレース要素は一組の平行なロッドを備えている。
【０００７】
本発明のさらなる態様によれば、上記一組の平行なロッドの各ロッドは、ほぼ円形の断面を有している。
【０００８】
本発明のさらなる態様によれば、上記平行なロッドのそれぞれの半径は、上記凹部の幅の半分未満である。
【０００９】
本発明の新規な態様を、添付の特許請求の範囲に具体的に記述する。本発明自体は、本発明の現時点における好ましい実施形態を、添付の図面を参照しながら詳細に説明することによって、より容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】複合材料の構造体を示す線図である。この構造体の表面には、この構造体よりも大きな熱膨張係数を有する要素が、しっかりと取り付けられている。
【００１１】
【図１Ｂ】複合材料の構造体の歪み（strain）を示す線図である。この歪みは、ビームよりも大きな熱膨張係数を有するベアリングレースによって引き起こされたものである。
【００１２】
【図２Ａ】複合材料の構造体の線図である。この複合材料の構造体は、１つの面に模擬ベアリングレースを有し、反対側の面に補償構造を有している。
【００１３】
【図２Ｂ】図２Ａの複合材料の構造体の歪みを示す線図である。
【００１４】
【図３】本発明に係る実施形態において、ベアリングレースとスライド部材が取り付けられた複合材料のビームの斜視図である。
【００１５】
【図４】図３の線３−３に沿う断面図である。
【００１６】
【図５】本発明に係る実施形態において、ビームの角部を一部断面にして示す拡大図であり、ベアリングレースを示す。
【００１７】
【図６】本発明の別の実施形態において、ビームの角部を一部断面にして示す拡大図である。
【００１８】
【図７】本発明のさらに別の実施形態において、ビームの角部を一部断面にして示す拡大図である。
【００１９】
【図８】本発明の実施形態において、ベアリングレースをビームに留置するための留め具を、一部断面にして示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明に係るタイプの複合材料の横断ビームは、金属、好ましくはベアリングレース等の鋼製の部品とは異なる熱膨張係数を有する。ベアリングレースは、可動プラットホームを支持するために、ビームに取り付けられている。熱膨張係数の相違は、温度が変化した時、ビームに歪みをもたらす。図１Ａは本発明に関連したタイプのビーム１０を示す。このビーム１０は、ベアリングレースを模した剛性の金属要素１２を有している。この金属要素１２は、ビーム１０の角部に取り付けられ長手方向に延びている。このビーム１０が約３℃の温度変化にさらされると、上記金属要素が複合材料のビームよりも大きく膨張するため、図１Ｂに示すようにビームに歪みが生じる。分かり易いように、歪みの大きさは誇張されている。この歪みは、ベアリングの固着の可能性を含む多くの問題を引き起こし、さらに、測定の不正確性をもたらす。取り付けられたベアリングレース等の金属要素によって引き起こされる複合材料のビームへの歪みを最小化する取り組みの一つは、ビームの反対側の表面に補償要素１４を取り付けることである。図２Ａおよび図２Ｂは、ビームの模擬ベアリングレースの反対側の表面に補償要素が取り付けられている形態での、図１Ａのようなビームへの歪み（温度変化は同じ３℃である）を示す。ビームの変形はより複雑であるが、やはり望ましいものではない。加えて、この方法では、ビーム構造体に付加的な質量が加えられる。これは、複合材料のビームの低質量という利点の一部を打ち消す。
【００２１】
図３を参照すると、キャリッジ１６は、複合材料のビーム２０の上面で循環式ボールベアリングユニット１８によって支持されている。ビーム２０は、好ましくは、炭素繊維等の複合材料から成り、第一熱膨張係数を特徴とする。このビーム２０は、図４にその断面を示すが、側壁２２、２４および上面２６および下面２８によって画成された略長方形の断面を有する。図５は図４の構成の右上の角部の拡大図であり、ビームの側壁２２の上部に沿って延びるボス３０を示している。ボス３０には概長方形の溝またはロッドウエイ（rod way）３２が形成され、ビーム２０の長手方向に延びている。この溝は図中ではボス３０に形成されているが、ビームの表面に直接形成されていても良く、その場合、側壁２２をより厚くすることが好ましい。
【００２２】
好ましくは、ボス３０は、原則的にビーム２０と等しい熱膨張係数を有する材料によって形成される。より好ましくは、ボス３０は、ビーム２０と同じ材料によって形成される。別体のボスが図示されているが、複合材料のビームは、ベアリングレースを収容または取り付けるための構造を一体に有するように形成してもよい。
【００２３】
ビーム２０にはキャリッジ１６が摺動可能に設けられている。キャリッジ１６は、好ましくは、ビーム２０の長手方向に延びる補強された縁部３６を有し、この縁部３６に循環式ボールベアリングユニット１８が設けられている。
【００２４】
一対のロッド４０、４２またはロッドウエイ、好ましくは硬化鋼（焼き入れ鋼）製のロッドが、溝３２に設けられている。好ましくは、これらのロッドは、少なくとも部分的に円形の断面を有し、その半径は溝の幅の半分未満であり、これにより一対のロッド間にスペースが形成されている。ベアリング要素５０または循環式ボールベアリングユニット１８の複数のベアリング要素がこれらのロッドに係合する。本発明の構成の利点の一つは、現存する循環式ベアリングに適応していることである。例えば、Schneeberger Linear Technology社製のベアリング、SK型、SR型ベアリング等を用いることができる。
【００２５】
図６は本発明の別の実施形態を示す。この実施形態においては、１つの大型のロッド４２（ここでも好ましくは硬化鋼製のロッド）が、溝に配置されている。循環式ベアリングユニット１８は、このロッドに係合する２列のボールベアリング４４、４６を有している。
【００２６】
図７は、さらに別の実施形態を示す。この実施形態において、循環式ボールベアリングユニットは２列のローラー５２、５４を備えている。鋼ロッド５６、６８は研削され、ローラーに係合するための平坦面を有している。
【００２７】
図に示す１本または複数のロッドは、複合材料のビームに、ビームに応力を与えずに長手方向に膨張および収縮が可能な方法で取り付けられている。１本または複数のロッドの各端部にゆるく当たる留め具（clips）または軽いばねで付勢された留め具が好ましい。これら留め具は、ロッドの長さの変化を妨げないが、ロッドがロッドウエイから外れるのを防ぐ。これにより、ロッドは、溝またはロッドウエイに保持された状態を維持しながら、熱膨張することができる。
【００２８】
図８はそのような構成の一例を示す。長尺ボルト７０がボス３０およびビーム２０の角部を貫通して、長手方向に延びるアンカー６０に入り込んでいる。このアンカー６０の凹部にはねじが形成されている。ボルト７０にはスリーブ６４が配されている。このスリーブは、ボルトのヘッドとビームに形成された溝の底部との間に把持され、ボルトがアンカー内に入り込む深さを制限する。テーパをなす保持具６６とスリーブ６４との間に設けられたばね６８が、保持具６６を付勢してロッド４０、４２と接触させる。
【００２９】
再び図３を参照すると、ビームは両側面に外側を向く２つの溝部を有しているのが見える。各溝部は２本のロッドまたはロッドのセットを保持し、２つの循環式ボールベアリングユニットと係合している。図５から図７に示すいずれの構成を用いても良く、実際のところ、２つの構成が同じである必要はない。
【００３０】
本発明を、現時点で好ましいいくつかの実施形態に関して述べてきたが、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、数々の改良および変更が可能であることが、当業者には理解されよう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲のみによって定義される。
【図１Ａ】
2015534631.tif 000003
【図１Ｂ】
2015534631.tif 000004
【図２Ａ】
2015534631.tif 000005
【図２Ｂ】
2015534631.tif 000006
【図３】
2015534631.tif 000007
【図４】
2015534631.tif 000008
【図５】
2015534631.tif 000009
【図６】
2015534631.tif 000010
【図７】
2015534631.tif 000011
【図８】
2015534631.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成27年6月16日(2015.6.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リニアベアリングのためのベアリングレースであって、
第一の熱膨張係数で特徴づけられた複合材料の構造体の面に形成され、直線的に延びる凹部と、
上記凹部内に設けられ、上記複合材料の構造体の上記第一の熱膨張係数とは異なる第二の熱膨張係数で特徴づけられた少なくとも１つのベアリングレース要素と、
上記ベアリングレース要素を上記凹部内に留置し、上記複合材料の構造体に応力を与えることなく、上記ベアリングレース要素の長手方向の熱膨張を許容する保持具と、
を備えたことを特徴とするベアリングレース。
【請求項２】
上記ベアリングレース要素が一対の平行なロッドを含むことを特徴とする、請求項１に記載のベアリングレース。
【請求項３】
上記一対の平行なロッドが、ほぼ円形の断面を有する一対のロッドを含むことを特徴とする、請求項２に記載のベアリングレース。
【請求項４】
上記一対の平行なロッドが、平坦面を有する一対のロッドを含むことを特徴とする、請求項２に記載のベアリングレース。
【請求項５】
上記平行なロッドの各々が、上記凹部の上記幅の半分未満の半径を有することを特徴とする、請求項３に記載のベアリングレース。
【請求項６】
上記ベアリングレース要素が、一本のロッドを備えたことを特徴とする、請求項１に記載のベアリングレース。
【請求項７】
上記一本のロッドが、ほぼ円形の断面を有するロッドを含むことを特徴とする、請求項９に記載のベアリングレース。
【請求項８】
測定器具用の可動ステージであって、
突出したベアリング要素を有するキャリッジと、
直線的に延びる凹部を有するとともに、第一熱膨張係数によって特徴づけられたビームと、
上記第一熱膨張率と異なる第二熱膨張係数を有するベアリングレース要素と、
上記ベアリングレース要素を上記凹部内に留置し、上記ビームに応力を与えることなく、上記ベアリングレース要素の長手方向の熱膨張を許容する保持具と、
を備えたことを特徴とする可動ステージ。
【請求項９】
上記ベアリングレース要素が一対の平行なロッドを備えたことを特徴とする、請求項８に記載の可動ステージ。
【請求項１０】
上記一対の平行なロッドが、ほぼ円形の断面を有する一対のロッドを含むことを特徴とする、請求項９に記載の可動ステージ。
【請求項１１】
上記一対の平行なロッドが、平坦面を有する一対のロッドを含むことを特徴とする、請求項９に記載の可動ステージ。
【請求項１２】
上記平行なロッドのそれぞれが上記凹部の幅の半分未満の半径を有することを特徴とする、請求項１０に記載の可動ステージ。
【請求項１３】
上記ベアリングレース要素が一本のロッドを備えたことを特徴とする、請求項８に記載の可動ステージ。
【請求項１４】
上記一本のロッドがほぼ円形の断面を有するロッドを備えたことを特徴とする、請求項１３に記載の可動ステージ。
【請求項１５】
上記保持具が、上記ベアリングレース要素を緩く押さえていることを特徴とする、請求項１に記載のベアリングレース。
【請求項１６】
上記保持具がスプリングにより上記凹部に向かって付勢され、上記ベアリングレース要素をスプリングの力で保持していることを特徴とする、請求項１に記載のベアリングレース。
【請求項１７】
上記ベアリングレース要素が一対の平行なロッドを備え、上記保持具がテーパ面を有するとともに上記一対のロッド間に配置され、上記テーパ面が上記一対のロッドに上記スプリングの力で接していることを特徴とする請求項１６に記載のベアリングレース。
【請求項１８】
上記保持具が、上記ベアリングレース要素を緩く押さえていることを特徴とする、請求項８に記載の可動ステージ。
【請求項１９】
上記保持具がスプリングにより上記凹部に向かって付勢され、上記ベアリングレース要素をスプリングの力で保持していることを特徴とする、請求項８に記載の可動ステージ。
【請求項２０】
上記ベアリングレース要素が一対の平行なロッドを備え、上記保持具がテーパ面を有するとともに上記一対のロッド間に配置され、上記テーパ面が上記一対のロッドに上記スプリングの力で接していることを特徴とする請求項１９に記載の可動ステージ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、一般的には、リニアベアリングを用いた移動可能なサポートに関し、より具体的には、ベアリングレース要素とは熱膨張係数の異なるサポートの構成部材に関連したリニアベアリング構成（linear bearing arrangement）であって、温度変化に起因する構成部材の変形を減じるベアリング構成に関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
図７は、さらに別の実施形態を示す。この実施形態において、循環式ローラベアリングユニットは２列のローラー５２、５４を備えている。鋼ロッド５６、６８は研削され、ローラーに係合するための平坦面を有している。
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2015534631.tif 000013
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2015534631.tif 000014
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2015534631.tif 000015
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2015534631.tif 000016
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2015534631.tif 000017
【国際調査報告】
2015534631.tif 000018
2015534631.tif 000019