JPH10509788A

JPH10509788A - 可動機構構造に関する改良

Info

Publication number: JPH10509788A
Application number: JP8517408A
Authority: JP
Inventors: ラルフ，ピーター，スティーヴンベイリー，
Original assignee: ラルフ，ピーター，スティーヴンベイリー，
Priority date: 1994-12-05
Filing date: 1995-12-05
Publication date: 1998-09-22
Also published as: WO1996018045A3; WO1996018045A2; EP0796397A1; US6071031A

Abstract

(57)【要約】六脚に関するいくつかの改良が記載されている。本改良は、２本の支柱が共通の焦点で合致する自在継手および玉継手、自在継手のボールねじ駆動装置に用いられる２軸ジンバル、六脚構造に組み込まれる微小位置決め装置に関する。自在継手（１）は、一方の支柱（１２）に接続された２つの部分球体（１３、１４）およびもう一方の支柱（１１）に接続された回転自在なリング（１５）を含む。２つの部分球体（１３、１４）はともに、その間に固定されたリング（１５）を介して締結装置（２５）によって固定され、１つの球体を形成する。リング（１５）は、予荷重をかけられ、球体の共通軸（１７）に対して回転自在である。

Description

【発明の詳細な説明】発明の名称：可動機構構造に関する改良産業上の利用分野本発明は、特に、六脚またはスチュアートプラットフォームのような平行支柱構造だけに限らず可動機構構造に関する改良に関する。特に、本発明は、２本の支柱が共通の焦点で合致する自在継手および玉継手と、自在継手のボールねじ駆動装置に用いられる２軸ジンバルと、六脚構造に組み込まれる微小位置決め装置に関する。背景技術工作機械の設計において公知のように、２本の支柱間の相対回転を制限しながら、支柱が共通軸で回転できるようにすることによって、この対がすべての軸に対して自由に接続できる機構を内蔵する継手を考案する必要があった。この種の継手は、六脚のような平行支柱構造を作成するために必要である。玉継手の形を取ることによって回転中心に対して自在とする方法が提案されてきた。この玉継手は、各支柱が一緒になって継手の玉を形成する半球体に接続されている。しかしながら、このような従来の問題解決法は、２つの半球体から正確な球体を組み立てる必要があり、このように正確に作成することは困難であることが分かった。必要な球形度を得るためには、研削および／またはラップできる１面の球体を作成する方がかなり容易である。六脚を用いた工作機械のような現在の機械設計は、非常に広い自由度が可能な自在継手を必要とする。玉継手は高精度に作成することができるとともに、回転中心を正確に維持できて較正しやすいので、概念的には優れた解決法である。従来の解決法の欠点は、保持圧力およびそれによって生じる摩擦を最小にするために大きな角度にわたって玉を保持する必要があるので、サポートできる自由度が制限されることである。提案されてきた解決法の１つは、玉を受口の底部半分のみで磁気的に保持することによって、結合空間の半球より大きな面積を空けておく方法である。いくつかの用途には適しているが、大規模な機械に用いるような場合に必要とする非常に高い保持力を得るためには、継手が過度に大きくなってしまう。六脚の設計では、２軸自在継手内でスクリュー軸を概念上の焦点を介して駆動させるのに非常に適した機構を供給する必要があった。ボールねじ駆動点を自在継手内に形成するため、ボールナットの回転トルクに耐えられるように、動作を２つの自由度に制限する必要がある。現在、これは、互いに向かい合って直交する軸を有する標準的な２軸ジンバル、または、適当に制限された玉継手のいずれかによって行われる。これらの方法の両方とも、欠点がある。標準的なジンバルの場合、予荷重を各末端に加えなければならないので、熱応力または荷重応力は、両方の直交軸に対する回転中心を移動させてしまう。これによって、節点の信頼性が失われる。制限された玉継手の場合、大きな荷重が加わると、玉と受口との接触面での摩擦により剛性が得られるか、および／または、玉の大部分で受口が広がって結合が限定される。超高分解能で６つの自由度を通じて荷重を伝達できる機構が必要である。多くの場合、装置の構成成分の位置および配列を非常に小さな角度だけ変えることが望ましい。現在、これは、一連の極／デカルト座標の単一軸ごとにそれぞれ配置された多軸段によって行われる。構造の寸法および重量を過度に増加させず、さらに、利用できる移動の自由度を減らすことなく、このような構成の剛性を維持することは困難である。発明の概要および目的本発明の目的は、可動機構構造に関連する上記問題の少なくともいくつかを克服またはほぼ軽減することである。本発明の第１の形態によると、２つの支柱を接続する自在継手において、この自在継手は、一方の支柱に接続可能な２つの部分球体および他方の支柱に接続可能な回転自在リングからなり、２つの部分球体は、その間に固定されたリングで互いに固定されて１つの球体を形成し、リングは球体の共通軸に対して回転自在である自在継手が構成される。本発明の第２の形態によると、自在継手と２つの支柱の組み合わせにおいて、自在継手は、ともに固定されている２つの部分球体およびその間に固定されている回転自在なリングからなり、１つの球体を形成し、支柱の一方は部分球体に接続可能であり、支柱の他方はリングに接続可能であり、支柱の両方は、球体の共通軸を中心にして互いに対して回転できる組み合わせで構成されている。本発明の第３の形態によると、２つの支柱を共通焦点でピボット接続する玉継手において、２つの部分からなる受口に保持された玉を備え、２つの部分からなる受口は、玉を係合するための半球内面を有する基準部と、玉を受口内に保持するための保持部とからなり、保持部は、基準部上を滑動自在であり、玉を係合する手段を有する玉継手が構成される。本発明の第４の形態によると、１つの軸の周囲に設けられた相補的な環状面構造に加えられる単一軸方向の予荷重を有する２軸ジンバルが構成される。本発明の第５の形態によると、接続された支柱を第１の軸で回転させる第１の手段と、接続された第１の手段を第１の軸に直交する第２の軸で回転させる第２の手段とからなる２軸ジンバルにおいて、第２の手段は、ジンバルに第２の軸で予荷重をかける予荷重手段を含み、予荷重手段は、相補的な面構造の摩擦面を含むジンバルが構成される。本発明の第６の形態によると、基部と、プラットフォームと、それぞれの端部が基部およびプラットフォームに接続されている複数の伸長支柱とからなる微小位置決め装置において、複数の支柱は、基部とプラットフォームとの間に少なくとも３つの動きの自由度を与えるように配置され、支柱は、それぞれ、磁気歪材料、電気歪材料または圧電材料からなり、各支柱は、電磁界を加えることによって線形伸長できる構成となっている。本発明の上記特徴および他の特徴は、以下に、本発明の利点とともに、特に、請求の範囲に記載されているが、図面を参照しながら記載される本発明のいくつかの実施の形態例の詳細な説明を考慮すれば、当業者には明らかになる。図面の簡単な説明図１は、本発明の第１および第２の態様を具体化した自在継手の概略断面図である。図２は、図１に示される自在継手の各部の概略斜視図である。図３は、本発明の第３の態様を最大角度位置で具体化した玉継手の概略断面図である。図４は、最小角度位置にある図３の玉継手の概略断面図である。図５は、本発明の第４および第５の形態を具体化した２軸ジンバルの概略斜視図である。図６は、本発明の第６の形態を具体化した微小位置決め装置の概略斜視図である。実施の形態以下の各実施形態は個別に説明されているが、すべての実施の形態が、六脚構造の部分であることから可動機構構造に関することは明らかである。自在継手図１および図２を参照すると、第１の支柱１１および第２の支柱１２に接続された玉継手球体１０を含む自在継手１が示されている。玉継手球体１０は、２つの部分１３、１４から組み立てられ、高精度で加工されている。一方の部分１４は第２の支柱１２に接続され、一方、第１の支柱１１はリング１５に接続されている。リング１５は、球体１０の回転軸１７の周囲に形成された円周方向の溝１６内に保持されている。自在継手１は、球体１０を開いてリング１５を溝１６に挿入することによって、組み立てられる。それから球体は再び組み立てられて、球体の回転軸１７を中心に第２の支柱１２が回転できるように、真球度を有するよう球体を再形成する。球体１０および支柱１２は、適当な加工物を第２の支柱１２の軸で回転させることによって、製造される。その結果得られた球体１０および支柱１２をさらに直交する軸１７のまわりに回転させて、図２（左側）に示されるシェル型が形成される。第２の支柱１２は、符号１８で示される部分ではさみの片割れのように切り離されているので、自在継手が組み立てられたとき、支柱１１と支柱１２の間の角度を固く閉じることができる。一方の部分１４の軸受面１９は、リング１５の対応する対向面２０に噛合するように設計された環状溝である。その代わりに、軸受面１９は、玉またはころを保持する軌道でもよい。この設計の重要な目的は、軸受面１９が、組み立てたときの予荷重によって生じる軸方向荷重および支柱に圧縮力または張力がかかったときに生じる半径方向荷重を支持できるように設計することである。同様に、第１の支柱１１は符号２１の部分で切り離され、閉じることができる。リング１５は他方の軸受面２０を備え、球体１０に予荷重がかかると、球体の回転軸１７を中心に回転できる。球体１０が閉じられると、さらに環状圧力板２２は、ばね２３またはポケット２４に設けられた他の荷重装置によって軸受面１９と噛合しながらリング１５を押圧して、リング１５に作用するように構成されている。球体１０を閉じることによって、予荷重が加えられる。球体１０の２つの部分１３、１４は、ケルビンクランプのような運動手段によって位置付けられ配置され、球体を開いて支柱／リングを導入した後の位置決めを確実に繰り返すことができる。（この実施形態では６つの）締結装置セット２５を用いて、２つの部分を互いに締結する。本実施形態の基礎をなす発明の概念は、球体の表面の大部分が２つの支柱の１つに接続されていることを含む。球体の部分１３および１４は中空なので、自在継手１の質量を最小化できる。玉継手図３および図４を参照すると、本発明の第３の形態を具体化する玉継手が示されている。玉継手３０は、玉３１、基準受口３２および可動式部分受口３３からなる。本実施形態の玉３１は、前述の図１および図２参照の自在継手１を備えることが好ましい。基準受口３２は半球シェルからなり、半球シェルは、精密な内面３４および取り付けフランジ３６に向かって下方に延長している適度に良好な環状の外面３５を備えている。部分受口３３は、基準受口３２の外面３５の球面に合致する低摩擦接触リング３７を有するように構成されている。部分受口３３は、取り付けるときに基準受口３２のリップの上を通過できるようにする必要があるので、部分受口３３の上端３８を円筒状にする。環状圧力リング３９は、保持された玉３１に合致する内部形状４０および部分受口３３に重なるように延長するフランジ４１を有するように構成されている。玉継手３０は、重なった円板ばね４３を介して作用する締結装置４２を周方向に配置して圧力リング３９を部分受口３３に保持することによって、組み立てられる。組み立てるとき、ばね４３にかかる圧縮力によって、玉に予荷重が加えられる。圧力リング３９は、基準受口３２によって確立される軌道精度に反しないように、ばね４３上で効果的に「浮遊」することができる。継手を結合するとき、受口部と玉の間の内部空間またはキャビティ４４は一定の容積を維持し、潤滑材が有益に充填されている。この潤滑材は、キロポアズのような剪断粘性潤滑材である。玉と圧力リングの間および／また部分受口と外部基準受口の間を環状シールが滑動することによって、潤滑材漏れは最小限に抑えられる。一定の潤滑材膜の厚さを維持するよう潤滑材圧力量は、キャビティ内で与えられる。。基準受口および圧力リングの接触面３4、４０は、精密ゲージ玉の形状をモグリーズのような樹脂複合材料で複製することによって形成される。このようにして、非常に高精度の装置を低コストで作ることができる。基準受口の外表面３５および部分受口３３の接触リング３７は、このように高精度に構成される必要はない。誤差は円板ばね４３の配列が圧力リング３９に加える保持予荷重によって補償され、圧力リング３９自身が玉に対する基準になる。本実施形態において、玉は、環状圧力リングによって、正確な位置にある基準受口に保持される。基準受口シェルの外面によって保持されている部分受口シェルにさらに張力を加えることによって玉を保持するように、予荷重がかけられる。本装置を用いる場合、最大角度に移動させるため、まず、（１つまたは複数の）支柱４５は受口のリップに近づき、部分受口が基準受口の周囲を滑動するにつれて、支柱４５はさらにリップの方向に移動する。常に、圧力リングは、玉を基準受口に押圧する保持力を維持している。受口の全開角度は、１８０°未満が効果的である。この角度は、基準受口の開先角度に圧力リングの２つの接触角を加えた角度である。本実施の形態の別の利点は、磁力を用いずに支柱４５を延長して結合できることである。２軸ジンバル図５を参照すると、本発明の第４および第５の形態を具体化する２軸ジンバルが示されている。２軸ジンバル５０はバレル５１からなり、バレル５１は、バレル５１の側面５３から延びている駆動支柱５２を有する。バレル５１は２つのクランプ構造５４内に拘束され、クランプ構造５４は、バレル５１を保持するとともに、その回転を局部軸５５（以下、第２の軸と呼ぶ）まわりに限定するよう働く。バレル５１は、バレル５１の側面５３のまわりに延びる２つの円周方向の溝５６を有する。前述のクランプ構造５４の内面に設けられた相補的なリッジ構造５７は、溝５６に係合し、バレルの回転を第２の軸５５まわりに制限している。クランプ構造５４のそれぞれは、固定軸５９（以下、第１の軸と呼ぶ）を中心に同心円状に連なる環状溝５８を備えている。同様に第１の軸５９に沿って設けられたクランプ頭部６０は、それぞれ、相補的に同心円状に連なる環状リッジまたはテーパ６１を有し、リッジまたはテーパ６１は、クランプ構造５４の溝５８に係合するように配置されている。このようにして、クランプ構造５４は、第１の軸５９に対して回転することができる。クランプ頭部６０のテーパ６１およびクランプ構造５４の溝５８によって、単一軸方向の予荷重を第１の軸５９に沿ってかけることができ、第１の軸５９は、半径方向力および軸方向力の両方に対してジンバルを支持している。第１の軸５９は、（図５において、垂直方向に突出している）駆動支柱５２にかかる張力あるいは圧縮力によって生じる大きな半径方向力を耐える必要がある。軸方向力は、主として、バレル５１にかけられる予荷重によって、または、第２の軸５５が回転するときに発生する。第２の軸５５は、大きな半径方向力に耐えなければならない。駆動支柱５２が張力または圧縮力のみの下で動作する場合、軸方向力は最小になる。溝を浅くつくることでこれを削減できる。実際、多数の代替の溝またはテーパを設計することが可能であるが、その原理は軸方向力および半径方向力を支持することである。（溝５６、５８およびテーパ５７、６１の）摩擦面は、モリブデンを含む工業所有権のある合成物であるモリコートのような接着された潤滑剤でコートできる。特に、摩擦面をフルオロシリコーンのような適当なシリコーン滑材でさらにコートした場合、大きな接触面積は減らせる。本実施形態は、従来のジンバルより３つのすぐれた改良点を有する。すなわち、 − 両軸とも隣接点から支持されているので、通常のジンバルロッカーフレームにおける曲げモーメントを避けることができる。 − 軸受ではなく摩擦パッドを用いるので、より高い予荷重を実現できるとともに、振動を軽減する。 − 熱膨張は１つの軸だけに作用するので、すべての動作状態において予測可能な中心を維持できる。本実施形態は、従来の限定された玉継手より３つのすぐれた改良点を有する、すなわち、 − 提案の継手は、結合に支障をきたすことなく、受口よりも大きな角度で玉を保持できる。 − 継手の動きは、完全な受口より容易に封止されている滑動路によって制限されている。 − 大きな玉に高精度の真球度をもたらすより、精密な溝を研削する方が簡単である。代替の実施形態として、滑り軸受を用いる代わりに、玉軸受またはころ軸受を第１の軸に用いることができ、これらは従来のラジアル設計のものが使用できる。第２の軸には、軸受の両側に予荷重をかける必要があるので、軸受は２つの半球に分割され、２つの半球の間に弾性軸継手を備え、一方の半球から他方の半球に玉またはころが移動できるようにする。この代替として、各半球は、玉またはころが（再循環する玉軌道またはナットと同様の方法で）内部帰路を介して再循環されて、別々に保持されてもよい。微小位置決め装置図６を参照すると、本発明の第６の形態を具体化する６軸微小位置決め装置７０が示されている。微小位置決め装置は、基部７１および６本の支持脚７３によって基部７１に取り付けられているプラットフォーム７２からなる。脚７３の効果的な長さおよび角度向きは制御自在に調整され、プラットフォーム７２を効果的に移動させる。支持脚７３は、３対に配置され、三角形状に離れた位置７４、７５、７６でプラットフォームに接続されている。脚７３は、これらの位置７４、７５、７６から分岐した方向に延長し、それぞれ、離れた位置で基部７１に取り付けられている。各々の脚７３は磁気歪材料からなるが、電気歪材料および圧電材料もまた好ましい。各脚７３は、磁界を脚の長さに沿って加えることによって伸長し、それぞれに対応する磁界を発生させるため、電気コイル７７が各支柱の周囲に設けられている。大まかには、本実施形態は、所望の移動を平行支柱機構（しばしば、スチュアートプラットフォームまたは六脚と呼ばれる）に統合する。この平行支柱機構は、磁気歪材料、電気歪材料または圧電材料からなる支柱７３を用いる。この種の装置は、レーザ光学装置、集積回路のウェーハ製造、トンネル顕微鏡検査のナノ機構等に役立つ。ジョンソン・マッセイ（ＪｏｈｎｓｏｎＭａｔｔｈｅｙ）のターフェノールのような比較的大きく膨張する磁気歪材料が開発されており、これは、およそ０．１５％膨張可能である。膨張の程度は、各々の支柱７３の周囲で電気コイル７７を用いて可変磁界を発生させることによって、非常に滑らかに制御できる。電流を例えば１６ビット（約６５６００段階）で制御することによって、長さ４０ｍｍの支柱は、１０ｎｍ（０．０１μ）ずつ０．０６ｍｍの範囲まで段階的に長さを増やすことができる。さらに高分解能を達成するには、支柱の有効長を短くするか、圧電材料を基部に有するシステムを用いればよい。しかしながら、どちらを選択しても有効な可変範囲を犠牲にしてしまう。このような長さの増加は、六脚結合構造によって連動されるが、代替として、誤差平均が行われ、個々の支柱の長さの若干の誤差は平均化されてプラットフォームではさらに小さな誤差に補正される。支柱は、荷重および並進運動の必要に応じて、種々の手段によって基部とプラットフォームの間に接続できる。プラットフォームを最小に移動させなければならない場合、支柱は基部とプラットフォームの間に固着できる。支柱の配置は、結合構造の変化に適応する支柱の屈曲性に影響される。その結果生じる複雑な仮想回転中心のため、この構造は、完全な精度を得るためには、較正されなければならない。屈曲性または弾性の基部とプラットフォームを結合したその他の組み合わせが、支柱の屈曲を低減するために適用できる。大きく並進運動するため、または、容積精度が重要な場所では、球状自在継手を用いることができる。磁気受口を用いて、３つの運動パッドでしっかりと支持しながら球面端を支柱に保持できる。球面が運動受口に取り付けられるように球面を明確に調整することによって、回転中心を設けることができる。このような結合構造の節点を用いて、プラットフォームの正確な並進を決定する。プラットフォームの位置を絶対基準と比較する場合、良好な初期較正によって、後続の誤差補正ソフトウェアを容易に収束させる。大きなプラットフォーム荷重または高い加速度を考えると、玉を取り付けるとともに玉を保持する取り付けパッドを備える受口が案出される。しっかりと保持するため、それらは、それらの法線が保持される球体の半径に一致する共通点で交差するように配置された３つの低摩擦運動パッドを有する。これらのパッドは、高分子軸受材料またはジルコニウムまたは他の低摩擦セラミック材料からなる。少なくとも３つ以上の軸受面からなる予荷重スラストリングは、球体を受口内に保持するように球体に作用しながら球体から突出する支柱の周囲に保持される。球体を運動パッドの間に保持する代替法として、より大きな面積で合致する球面の凹部で保持でき、封止された球体の反復可能な位置決めは、適当な非ニュートン滑材による表面誤差平均化によって行われる（または、別の方法で、球面の圧搾を防ぐように封止する）。良好な平均化を示す他のオプションとして、空気軸受または静圧軸受がある。制御ループを閉じるため、支柱の長さを正確に調整する方法が用いられる。ある実施形態では、ＬＶＤＴ法が用いられる。ＬＶＤＴ法は、適当な寸法で堅固な押棒および取り付け具を用いて、支柱内の中空コアを介して作用する。代わりに、ＬＶＤＴ法は、磁気歪駆動コイルを封止するシリンダのように作用できる。光学干渉計手段を含む装置で必要な分解能に応じて、他の解決法は可能である。このような装置の制御システムは、デカルト座標空間から六脚支柱の長さに変換できる処理装置からなる。制御システムは較正補正表を用い、コイルに加える所定の電流を支柱の延長量に合わせて調整する。これは、また、支柱の測定温度に基づく熱補正を含む。適当な絶対支柱長または他の位置の変換器が適合する場合、代わりに閉ループ制御に基いて補正を行うことができる。高レベルのソフトウェアによって、デカルト／極座標の増分を行い、６軸路をたどり、パターン走査を行うことができる。なお、隣接する支柱対が（プラットフォームの分離と同様にこれらの基部を分離して）平行四辺形を形成するとともに、平行四辺形を形成する支柱が長さを同じにすると同時に制御されるようにノード結合構造が構成されている場合、プラットフォームは、３つの自由度（Ｘ，Ｙ，Ｚ）だけに制限される。このように、本発明のすべての態様を特定の実施形態を参照しながら説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されず、以下の請求の範囲によって限定されるように、本発明の思想および範囲から逸脱することなく種々の変形および変更が可能であることは明らかである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号９４２４５１７．２ (32)優先日 1994年12月５日 (33)優先権主張国イギリス（ＧＢ） (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＵＳ

Claims

【特許請求の範囲】１．２つの支柱を接続する自在継手において、一方の支柱に接続可能な２つの部分球体と、他方の支柱に接続可能な回転自在リングを備え、前記２つの部分球体は、その間に固定された前記リングで固定されて１つの球体を形成し、前記リングは前記球体の共通軸に対して回転自在であることを特徴とする自在継手。２．前記リングおよび前記部分球体の１つは、それぞれ、両者の間で回転可能な相補的な軸受面を備えることを特徴とする請求項１記載の自在継手。３．前記相補的な軸受面は、環状溝およびリッジ構造を備えることを特徴とする請求項２記載の自在継手。４．前記相補的な軸受面は、環状軌道および環状軌道に設けられた玉またはころを備えることを特徴とする請求項２記載の自在継手。５．前記リングに予荷重をかけるため、前記リングを前記部分球体の１つに押圧する予荷重手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の自在継手。６．前記予荷重手段は、環状圧力板および複数のばねを備え、前記複数のばねは、それぞれ、他方の前記部分球体のポケットに設けられていることを特徴とする請求項５記載の自在継手。７．前記２つの部分球体は、２つの球体の間に延在する複数の締結装置によって固定されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の自在継手。８．前記部分球体は、それぞれ、中空であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の自在継手。９．自在継手と２つの支柱の組み合わせにおいて、前記自在継手は、互いに固定されている２つの部分球体およびその間に固定されている回転自在なリングを備えて、１つの球体を形成し、前記支柱の一方は前記部分球体に接続され、前記支柱の他方は前記リングに接続され、前記支柱の両方は、前記球体の共通軸を中心にしてそれぞれ他方に対して回転できることを特徴とする組み合わせ。１０．前記支柱は、相補切断部をさらに備え、支柱間に形成される閉角度を比較的小さくできることを特徴とする請求項９記載の組み合わせ。１１．２つの支柱を共通焦点でピボット接続する玉継手において、２つの部分からなる受口に保持された玉を備え、前記２つの部分からなる受口は、玉を係合する半球内面を有する基準部と、玉を受口内に保持する保持部とを備えており、前記保持部は、前記基準部上を滑動自在であり、玉を係合する手段を有することを特徴とする玉継手。１２．前記基準部は部分的な球外面を有し、前記保持部は、前記基準部の外面に係合する相補関係にある部分的な球内面を有することを特徴とする請求項１２記載の玉継手。１３．前記基準部は、取り付け部を有する取り付けフランジを含むことを特徴とする請求項１１または１２記載の玉継手。１４．前記係合手段は、前記基準部の内面の湾曲に対応する玉係合面を有する環状フランジを備えることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれかに記載の玉継手。１５．前記環状フランジは、複数の締結装置およびばね手段によって前記保持部に取り付けられ、玉保持予荷重を発生させることを特徴とする請求項１４記載の玉継手。１６．前記ばね手段は、複数の積み重ねられた円板ばねからなることを特徴とする請求項１５記載の玉継手。１７．前記基準部および前記環状フランジの玉係合面は、樹脂複合材料で構成されていること特徴とする請求項１４〜１６のいずれかに記載の玉継手。１８．前記基準部と前記保持部と前記玉との間の内部空間には、液体軸受を構成する潤滑材が充填されていることを特徴とする請求項１１〜１７のいずれかに記載の玉継手。１９．前記潤滑材は剪断粘性潤滑材からなることを特徴とする請求項１８記載の玉継手。２０．接続された支柱を第１の軸で回転させる第１の手段と、接続された第１の手段を前記第１の軸に直交する第２の軸で回転させる第２の手段とを備える２軸ジンバルにおいて、前記第２の手段は、前記ジンバルに前記第２の軸で予荷重をかける予荷重手段を含み、前記予荷重手段は、相補的な表面構造の摩擦面を含むことを特徴とするジンバル。２１．前記相補的な表面構造は、複数の同心円状環状溝およびテーパ構造からなることを特徴とする請求項２０記載のジンバル。２２．前記相補的な表面構造は、接着された潤滑材でコートされていることを特徴とする請求項２０あるいは２１記載のジンバル。２３．前記相補的な表面構造は、さらにシリコーン潤滑材でコートされていることを特徴とする請求項２２記載のジンバル。２４．前記相補的な表面構造は、摩擦パッドを含むことを特徴とする請求項２０〜２３のいずれかに記載のジンバル。２５．前記相補的な表面構造は、溝およびその中に設けられた玉軸受またはころ軸受を備えていることを特徴とする請求項２０記載のジンバル。２６．前記第１の手段は、複数の円周方向の溝を含み、前記第２の手段は複数の円周方向のリッジ構造を含むことを特徴とする請求項２０〜２５のいずれかに記載のジンバル。２７．１つの軸の周囲に設けられた相補的な環状面構造に加えられる単一軸方向の予荷重を有する２軸ジンバル。２８．基部と、プラットフォームと、それぞれの端部が前記基部および前記プラットフォームに接続されている複数の伸長支柱とを備える微小位置決め装置において、前記複数の支柱は、前記基部と前記プラットフォームとの間の動きに少なくとも３つの自由度を与えるように配置され、前記支柱は、それぞれ、磁気歪材料、電気歪材料または圧電材料から構成され、各支柱は、電磁界を支柱に加えることによってまっすぐに伸長できることを特徴とする微小位置決め装置。２９．前記各支柱の周囲に磁界を発生させるために、各支柱の周囲に電気コイルをさらに備えることを特徴とする請求項２８記載の微小位置決め装置。３０．前記各支柱が必要とする正確な伸長量を求めるとともに、このような伸長を行うための正確な信号を発生させる処理装置を核とした制御システムをさらに備えることを特徴とする請求項２８または２９に記載の微小位置決め装置。３１．前記支柱のそれぞれの末端が、前記基部および前記プラットフォームに固着されていることを特徴とする請求項２８〜３０のいずれかに記載の微小位置決め装置。３２．前記支柱は、それぞれ、屈曲継手または弾性継手によって、前記基部または前記プラットフォームに接続されていることを特徴とする請求項２８〜３０のいずれかに記載の微小位置決め装置。３３．前記基部および前記プラットフォームに接続するため、各支柱の端部に球状自在継手をさらに備えることを特徴とする請求項２８〜３０のいずれかに記載の微小位置決め装置。３４．前記自在継手は、複数の運動パッドおよび磁気保持手段を含むことを特徴とする請求項３３記載の微小位置決め装置。