JPH01427A - 直線運動支持機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 この発明は、フーリエ変換分光光度計の移動鏡等を非常
に高精度に平行に直線運動させつつ支持する直線運動支
持機構に関する。

Ｂ、従来の技術 この種の直線運動支持機構では、平行運動部材を高精度
かつ滑らかに平行移動する必要があり、従来、エアスラ
イダや磁気浮上スライダ等の非接触型支持機構により平
行運動部材等を支持している。１枚の板ばねで支持する
ものも知られている。

Ｃ０発明が解決しようとする問題点 しかし、フーリエ変換分光光度計等のように光学計測系
をもつ装置の直線運動支持機構にエアスライダを用いる
と、スライダより排気された空気流により光路が乱され
計測精度が低下してしまう。

また、その支持機構を真空中に設置する場合、エアスラ
イダは使用できず、磁気浮上スライダもその励磁コイル
の接着剤からガスが発生するため真空中では使用できな
い。更に、磁気浮上スライダでは磁気による機構部の歪
も問題となる。更にまた、これらの支持機構は、非常に
高価である。−方、１枚の板ばねによる支持機構では、
平行運動が非常に困難である。

この発明は、移動軸の前後端側を１枚以上の支持板ばね
を有する複数の支持部材で支持して上述の問題を解消し
た直線運動支持８！１ｌｌＩｌ！を提供することを目的
としている。

Ｄ０問題点を解決するための手段 請求項１の発明に係る直線運動支持機構は、平行運動部
材をアクチュエータによって往復直線運動する移動軸で
保持し、該移動軸の前端部および後端部の近傍をそれぞ
れ１枚以上の支持板ばねを有する一対の支持部材で支持
し、移動軸が軸方向に変位するときに各支持部材に働く
支持荷重によって生じる支持部材の変位が等しくなるよ
うにして構成される。

請求項２の発明に係る直線運動支持機構は、平行運動部
材をアクチュエータによって往復直線運動する移動軸で
保持し、該移動軸の前端部および後端部の近傍をそれぞ
れ１枚以上の支持板ばねを有する一対の支持部材で支持
するとともに、移動軸、平行運動部材などから成る移動
体をばねで吊持してこの移動体の自重を保持するように
して構成される。

Ｅ０作用 １）請求項１の発明 アクチュエータの運動により移動軸は前後端の支持部材
に支持されて往復直線運動するが、各支持部材を構成す
る支持板ばねは、移動軸や平行運動部材等を支持してお
り、その支持荷重により僅かに重力方向にも撓みながら
運動する。しかし。

前端部および後端部の支持部材の各軸方向変位における
支持荷重による変位が等しくしであるから、移動軸の軸
心がほぼ平行に運動することになる。

したがって、移動軸の軸心と直交する例えば移動鏡の鏡
面等を平行移動できる。

２）請求項２の発明 アクチュエータの運動により移動軸は前後端の支持部材
に支持されて往復直線運動する。このとき、移動軸、平
行運動部材などから成る移動体をばねで吊持して、この
移動体の自重を保持するようにしたので、支持板ばねに
は移動体の自重が働かず、支持板ばねの垂直方向の剛性
が低下しても移動体が重力方向に変位することがなく、
平行運動部材の所要変位量が大きい場合でも高精度な直
線運動を確保できる。

Ｆ、実施例 一第１の実施例− 以下、この発明に係る直線運動支持機構をフーリエ変換
分光光度計に利用した場合の第１の実施例について説明
する。

第１図は、フーリエ変換分光光度計における移動鏡駆動
系を示す側面図である。ベース１上に螺着されたブラケ
ット２にリニアモータ３が取付けられている。リニアモ
ータ３のボビン３ａに移動軸４の後端がナツト７で螺着
され、前端が水平方向に延設している。この移動軸４は
、後述する後端側支持部材１００と前端側支持部材２０
０によりそれぞれ後端側、前端側か支持されている。な
お、３ｂはボビン３ａに巻回されたコイル、３ｃは永久
磁石を示している。

移動軸４の先端部には支持ホルダ５を介して移動鏡６が
取付けられている。移動軸４の前端側および後端側には
ボス４ａと４ｂが形成され、前端ボス４ａより前方に支
持板ばね２１ａ、２１ｂ。

２Ｌｃが配設され、後端ボス４ｂより後方に支持板ばね
１１が配設される。支持板ばね２１ａ〜２１ｃおよび１
１は、第２図に示すように、中央部に支持孔ＨＬが穿設
されるとともに、点対称に溝孔部ＧＬが形成されている
。番孔ＨＬ、ＧＬはエツチングやワイヤカットによって
形成される。

そして、支持孔部ＨＬに移動軸４を挿通し、各板ばね間
にカラー２２ａ、２２ｂ、２２ｃを介装してナツト２３
とボス４ａとの間に支持板ばね２１ａ〜２１ｃを挟持し
ている。また、ボス４ａ。

支持板ばねｊｌａ〜２１ｃ、およびカラー２２ａ〜２２
　ｃにピン２４を貫設して板ばね等が移動軸４に止着さ
れる。一方、支持板ばね１１の支持孔ＨＬに移動軸４を
挿通し、カラー１２を介してすット１３とボス４ｂとの
間に支持板ばね１１を挟持し、ピン１４をボス４ｂ、支
持板ばね１１．カラー１２に貫設して各部材が移動軸４
に止着される。これら支持板ばね２１ａ〜２１ｃの周縁
部は、それぞれ押え枠２５ａ、２５ｂ、２５ｃを介して
止めねじ２６によって支持部材２７に取付けられ。

支持板ばね１１の周縁部も同様に押さえ枠１５を介して
止めねじ１６によって支持部材１７に取付けられている
。支持部材１７．２７はベース１に螺着されている。

以上の構成で、支持板ばね１１．カラー１２゜ナツト１
３．ピン１４．押さえ枠１５．ねじ１６゜支持部材１７
により後端側支持部材１００が、支持板ばね２１ａ〜２
１ｃ、カラー２２ａ〜２２ｃ。

ナツト２３．ピン２４．押さえ枠２５ａ〜２５ｃ。

ねじ２６．支持部材２７により前端側支持部材２００が
構成される。

これら支持板ばねの取付けに際しては、前端側支持部材
２００と後端側支持部材１００の支持荷重分担が３：１
であり、前端側の３枚の支持板ばね２１ａ〜２１ｃのそ
れぞれが負担する荷重と。

後端側の１枚の支持板ばね１１が負担する荷重とが等し
くなるようになっている。したがって、各支持部材ｔｏ
ｏ、２００における軸方向変位に対する支持荷重方向変
位がそれぞれ等しくなっている。

このように構成されたフーリエ変換分光光度計の移動鏡
駆動系の動作を説明する。

アクチュエータコイル３ｂに通電し電磁力によりボビン
３ａを駆動すると、移動軸４が各支持板ばね２１ａ〜２
１ｃおよび】１の弾性力に抗し、上記電磁力と上記弾性
力とが均衡する位置まで移動する。このとき、支持板ば
ね２　Ｌ　ａ〜２１ｃおよび１１の横方向の剛性が低下
して、支持荷重によって移動軸４の軸心は下方向（重力
方向）に変位するが、前端側支持板ばね２１ａ〜２１ｃ
と後端側支持板ばね１１の各分担荷重が等しいため。

各支持部材１００，２００の下方向への変位量は等しく
、移動軸４の軸心は平行に下方向に変位しながら軸方向
に移動する。したがって、この移動軸４に支持された移
動Ｒ６は、その鏡面６ａを常に同じ方向に向けて平行移
動することになる。

すなわち、各支持板ばねは第３図に示すように変位が大
きくなるにつれて下方に変位するが、支持板ばね２１ａ
〜２１ｃおよび１１の分担荷重が等しいため、いずれの
支持部も等しく変位し、以って移動軸４の軸心は平行に
直線移動する。

なお、支持板ばねの形状は第２図に示したものに限らず
、第４図（ａ）〜（ｄ）に示すように、可撓部分を長く
して応力を低くし、これにより変位量を増加して移動軸
４のストロークを長くするようにしてもよい。

また、本実施例では、移動軸４の前端側に３枚、後端側
に１枚の支持板ばねを用いたが、これは全体の重心位置
が前端側にずれているためである。

したがって、重心位置が後端側にある場合には、分担荷
重が等しくなるように後端側の支持板ばねの枚数を多く
する。更に１重心位置に近い支持板ばねの厚みを増し剛
性を高くして調整してもよい。

更にまた、移動軸４その他の部材にバランス用重錘を取
付けて重心位置を調整することもできる。

なお、アクチュエータはりニアモータに限定されず、そ
の他のものを用いてもよい。

−第２の実施例− 第５図（ａ）、（ｂ）〜第７図に基づいて第１の実施例
と同様に本発明をフーリエ変換分光光度計に実施した場
合の第２の実施例について説明する。なお、第１図と同
様な箇所には同一の符号を付して説明する。

第５図（ａ）はフーリエ変換分光光度計の移動ｆｌｔ駆
動系の側面断面図、第５図（ｂ）はそのｂ−ｂ線断面図
、第５図（Ｑ）は移動鏡の上平面図である。

ベース１の上部には、直方体のブロック５１が設置され
、このブロック５１に穿設された水平方向の貫通孔５１
ａを移動軸４が貫通している。移動軸４の前端部は、２
枚の板ばね２１ａ、２１ｂの支持孔部ｎＬ（第２図）に
挿通され、これらの支持板ばね２１ａ、２１ｂは、カラ
ー２２ａ。

２２ｂによりナツト２３とボス４ａとの間に挟持される
とともに、ピン２４により移動軸４に止着されている。

また、支持板ばね２１ａ、２１ｂの周縁部は、押さえ枠
２５ａ、２５ｂを介して止めねじ２６によりブロック５
１に固定されている６一方、移動軸４の後端部は、２枚
の支持板ばね１１ａ、ｌｌｂの支持孔部ＨＬに挿通され
、これらの抜ばねｌｌａ、ｌｌｂはカラー１２ａ。

１２ｂによりナツト１３とボス４ｂとの間に挟持される
とともに、ピン１４により移動軸４に止着される。また
、板ばねｌｌａ、ｌｌｂの周縁部は押さえ枠１５ａ、１
５ｂを介して止めねじ１６によりブロック５１に固定さ
れている。

第５図（ｂ）にも示すように、ブロック５１には、上述
の貫通孔５１ａと直交する長孔５１ｂが穿設され、この
長孔５１ｂの上部にはナツト５２が図示Ａ方向に移動可
能に設けられている。ナツト５２にはねじ５３が螺合し
ており、ねじ５３の下端にはばね５４の一端が固着され
ている。ばね５４の他端には、ヒンジ５５を介してフッ
ク５６が取付けられ、このフック５６は移動＠４゛やミ
ラー６から成る移動体の重心位置に係合固定される。す
なわち、移動軸４は、支持板ばね２１ａ。

２１ｂ、２２ａ、２２ｂにより前後端部が支持されると
ともに、−移動体の重心位置においてばね５４により上
部から保持される。なお、ばね５４による保持力は移動
軸４．移動鏡６などから成る移動体の自重に相当する力
であり、ねじ５３により調整可能である。

その他の構造は第１図に示したものと同様であり説明を
省略する。

このような移動鏡駆動装置の動作は次の通りである。

アクチュエータコイル３ｂに通電することにより、ボビ
ン３ａを駆動すると、移動軸４は第１の実施例と同様に
移動する。このとき、上述の移動体の自重により支持板
ばね２１ａ、２１ｂ。

２２ａ、２２ｂに作用する重力方向の力がばね５４によ
り軽減される（またはほぼ零となる）ので、支持板ばね
ｌｌａ、ｌｌｂ、２１ａ、２１ｂの重力方向の撓みが低
減され、移動＠４の直進運動が高精度に行える。

すなわち、移動軸４の水平方向移動に伴い支持板ばね１
１，２１は軸方向に変形し、重力方向の剛性が低下する
。このため、移動鏡６の所要変位量が大きくなると移動
軸４は水平方向移動する際に重力方向にも変位する。こ
のとき移動軸前後端における重力方向変位量が等しけれ
ば移動鏡６は平行移動し傾斜することはないが、重力方
向変位量が相違すると移動鏡６は傾斜してしまう。そこ
で、移動体の自重をばね５４で保持すれば、支持板ばね
１１．２１には移動体の自重がほとんど（または全く）
働かず、剛性が低下しても移動体が重力方向に変位する
ことがなく、移動鏡６の所要変位量が大きくても高精度
な直進運動を確保できる。

次に本発明者等による比較試験結果について説明する。

第５図（ａ）、（ｂ）のように移動体の自重をばね５４
で保持して移動鏡６を中立位置から±１２ｎ＋ｎ＋移動
させたときの移動鏡６のピッチングとヨーイングとを示
すのが第６図のグラフであり、またばね５４による保持
をやめて同様に移動鏡６を±１２ｍｍ移動させた場合が
第７図のグラフである。なお、ピッチングは移動鏡６の
Ｂ方向（第５図（ａ））の揺動角で表わし、ヨーイング
はＣ方向（第５図（ｃ）参照）の揺動角で表わしている
。

第６図、第７図から明らかなように、移動体の自重を保
持することにより、ピッチングおよびヨーイングを大幅
に減少させることができる。したがって、支持板ばね１
１，２１により移動軸４の前後端の支持力を調整すると
いった煩雑な調整作業を行うことなく、移動量が大きく
なっても移動！ｔ６を精度よく直線運動させることがで
きる。

また、支持板ばね１１，２１による軸と直交する水平方
向の支持力が不均一の場合には、第５図（ｂ）に示すよ
うにナツト５２を図示Ａ方向に移動させて調節すればよ
い。

一変形例１− なお、第８図に示すように、ボディ５１の上部に設けら
れた一対のばね支持台６１を介して移動軸４を一対のば
ね５４ａ、５４ｂにより支持してもよい。なお、ばね５
４　ａ　、　５４　ｂの先端には支持棒６２が取付けら
れ、支持棒６２の他端が移動軸４の前端部、後端部にそ
れぞれ取付けられている。この場合、一対のばね５４ａ
、５４ｂのばね力Ｆ１．　Ｆ、は、移動体の自重と重心
位置とによって適切に定められる。

一変形例２− また、第９図に示すように、移動軸４の前後端支持部を
コ字状の枠体７１で連結し、この枠体７１を介してはね
５４で移動体の自重を保持してもよい。ここで、ばね５
４は、ブロック５１上に突設する支持台７２に上述と同
様にナツト５２゜ねじ５３で吊持される。

Ｇ０発明の効果 請求項１，２の発明に係る直線運動支持機構によれば、
支持板ばねを用いた支持部材で移動軸の前後端を支持す
ることにより、エアスライダや磁気スライダと同等に正
確な直線運動を得ることができ、エアスライダのような
空気源が不要で光学計測系の光路を乱すことがなく、ま
た、磁気力による機構部分の歪みもない。さらに、真空
中でも使用できるので、高精度な計測を行える。

また、実施例のようにリニアモータで移動軸を駆動すれ
ば、無通電時には支持板ばねの復元力により平行運動部
材が中心位置に自動復帰するため、復帰ばね等を別設す
る必要がない。更に、支持板ばねをエツチング加工やワ
イヤカット加工をすれば高精度の加工ができ、精度の高
い直線運動支持機構を提供できる。

更に請求項２の発明によれば、移動体の自重を支持板ば
ねとは別設の吊持ばねで吊設保持するようにしたので、
支持板ばねによる移動体支持力が所定以下となるほど移
動軸の所要変位量が大きい場合でも、移動体は自重によ
って重力方向に変位せず、簡単な構成で高精度直進運動
を得ることができる。すなわち、支持板ばねの支持力を
増すためにばね板厚を厚くすると応力的に問題が生じ、
枚数を増加すると調整が煩雑となるが、このような問題
がすべて解決される。

なお、移動体の所要移動量が小さいときには、請求項２
のものに比べて外部振動に強い請求項１のものを用いる
のが好ましい。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の第１の実施例を示し、第１図
はこの発明に係る直線運動支持機構の一例を用いたフー
リエ変換分光光度計の一部分を示す側面図、第２図は支
持板ばねの正面図、第３図は一定荷重時の支持板ばねの
変位と中心の移動特性を示す図、第４図（ａ）〜（ｄ）
は支持板ばねの他の実施例の正面図である。 第５図〜第７図は本発明の第２の実施例を示し、第５図
（ａ）はフーリエ変換分光光学針の一部分を示す側面図
、第５図（ｂ）はそのｂ−ｂ線断面図、第５図（ｃ）は
移動鏡の上〆面図、第６図。 第７図は移動鏡のピッチングとヨーイングとの関係を示
すグラフ、第８図、第９図は第５図（ａ）に相当する２
変形例をそれぞれ示す図である。 ３：リニアモータ　　　　４：移動軸 ４ａ：前端ボス　　　　　４ｂ：後端ボス６：移動鏡（
平行運動部材） １１．２１ａ〜２１ｃ：支持板はね １２．２２ａ〜２２ｃ：カラー １４．２４：ピン １５．２５ａ〜２５ｃ：押さえ枠 ５２：ナツト　　　　　　５３：ねじ ５４：ばね　　　　　　　５５：ヒンジ５６：フック １００　：後端側支持部材 ２００：前端側支持部材 特許出願人　　株式会社島津製作所 代理人弁理士　　　永　井　冬　紀 第７図 第５図 （ｂ）　　　　　　　　　　　（ｃ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）平行運動部材をアクチュエータによって往復直線運
   動する移動軸で保持し、該移動軸の前端部および後端部
   の近傍をそれぞれ１枚以上の支持板ばねを有する一対の
   支持部材で支持し、移動軸が軸方向に変位するときに各
   支持部材に働く支持荷重によって生じる当該支持部材の
   変位が等しくなるようにしたことを特徴とする直線運動
   支持機構。 ２）平行運動部材をアクチュエータによって往復直線運
   動する移動軸で保持し、該移動軸の前端部および後端部
   の近傍をそれぞれ１枚以上の支持板ばねを有する一対の
   支持部材で支持するとともに、前記移動軸、平行運動部
   材などから成る移動体をばねで吊持してこの移動体の自
   重を保持するようにしたことを特徴とする直線運動支持
   機構。