JPS61267012A - 光学器械用平衡装置 - Google Patents

光学器械用平衡装置

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JPS61267012A
JPS61267012A JP61110965A JP11096586A JPS61267012A JP S61267012 A JPS61267012 A JP S61267012A JP 61110965 A JP61110965 A JP 61110965A JP 11096586 A JP11096586 A JP 11096586A JP S61267012 A JPS61267012 A JP S61267012A
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JP
Japan
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movable member
balancing
fixed
movable
elastic means
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Application number
JP61110965A
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English (en)
Inventor
マイケル　エイチ．ドブナー
エバン　エー．エドワーズ
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Bausch and Lomb Inc
Original Assignee
Bausch and Lomb Inc
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Filing date
Publication date
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/28—Counterweights, i.e. additional weights counterbalancing inertia forces induced by the reciprocating movement of masses in the system, e.g. of pistons attached to an engine crankshaft; Attaching or mounting same
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/16—Housings; Caps; Mountings; Supports, e.g. with counterweight
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/001—Counterbalanced structures, e.g. surgical microscopes

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば顕微鏡等の光学器械の光学ヘッドユニ
ットの重量を釣り合わせる平衡装置に関する０ 〔従来技術と問題点〕 固定部材に対しである部材（例えば光学ヘッドあるいは
支持ステージ）が移動しなければならない精密光学器械
は、可動部材の重量を釣り合わせるための種々の機構を
備えている。顕微鏡等の精密器械においては、可動部材
の移動範囲全体に渡って可動部材を移動せしめる調節ノ
ブを回転させるためのトルクを最小限にすることは必須
条件である。
釣り合い（平衡）を成すため利用される一機構には固定
された滑車を通るケーブルの一端に吊シ下げられる、可
動部材の重量に等しい質量（おもシ）がある。その際、
ケーブルの他端は可動部材に固定される。即ち、可動部
材が上昇すると質量は下降し、逆も又同様である。この
機構の欠点は、精密器械自体の重量をかなシ増やし、無
視することのできない余分の慣性あるいは移動すべき質
量を増やし加えられた質量を収納するため相尚大きなパ
ッケージが必要となることである。
上記機構の欠点を認識し、いくつかの方法が熟考されて
きたが、それは、可動部材に対し直接的あるいは間接的
に力を加えて、その重量を補うべく助ける種々のデザイ
ンになるばねを利用している。例えば、簡単な引張シコ
イルばねの一端を固定部材に吊り下げ、他端を可動部材
に固着する方法等である。ばねは可動部材の重量を移動
中間点で支持すべく充分強度を持つ様に適合される。あ
る方向に部材を動かすとばねは拡がシ、反対方向に移動
場せるとばねは和らぐ。その結果、ばねは可動部材を中
立の移動中間位置に戻そうとする。
しかし、可動部材を移動に沿うどんな所定の位置にも停
まらせるためには、可動部材が中立位置に戻るのを防い
でその位置を維持するための付加機構を装置に組み入れ
て設計しなければならない。
代表的なものとしては、ばね力に逆らうべくある型式の
クラッチ又はブレーキ機構が、調整軸に加えられてきた
。又、可動部材の下に取付けられる圧縮ばねも引張シば
ねと似た作用をし、その結果同種の問題を有することが
わかる。
可動部材の重量を釣り合わせるその他の試みには、可動
部材を上下に動かすための駆動軸に作用する捩９ばねの
使用もある。機構が移動中間位置のみで釣り合うととは
同じなので捩シばねは上述したコイルばねと同じ固有の
問題を被る。
加えて、非常〈長いコイルばねを試用してみたがそれは
上記のものよシは幾分ましではあるが高価でかつ追加の
スペースを要する。米国特許出願第６５０，７５６号１
光学器械用ケーブル駆動焦点合わせ機構１１９８４年９
月１４日出願、発明者：ジェームス　Ａ、クラーク（Ｊ
ａｍｅｓ　Ａ、　ｃｌａｒｋ）　。
ミカｘル）ｉ、　　ドプナー（Ｍｉｃｈａｅｌ　Ｈ，Ｄ
ｏｂｎｅｒ）では、閉じた輪のケーブルを備え、かつ可
動部材の重量により調整機構に課せられた力を中和する
調整捩りばね機構を有する駆動機構を使用した顕微鏡が
示されている。捩シばねの一端は顕微鏡支持柱に固定さ
れ、他端は調整軸上のカラー（えり部）に固定される。
ケーブルは調整軸にｖ！４整可能に固定される包み車（
ラップリール）の周シを数回巻かれる。包み車を緩ませ
軸が回転している間、静止した状態に保持することｋよ
シ、捩シばねに課せられたトルクは、ステージ組立体の
重量の変化に対し補正すべく増加したシ減少したシする
ことができる。しかし、捩りばねは依然としてほぼ移動
中間位置でのステージ組立体の平衡を保つのみなので、
それ故上述した様なりラッチ機構が必要となる。加えて
中面地点を超えていずれかの方向に移動するためには、
調整軸に作用するトルク量を一層大きくあるいは小さく
する必要があネ。
以下詳細に記述する平衡装置は、顕微鏡等の精密器械の
調整軸を回転するのに必要なトルクを簡単であるが充分
効率良く均等にする、偏心部材と；イルばねとの組合わ
せを提供する。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は顕微鏡等の精密器械のための釣り合い機構（平
衡機構）であって、器械に固定される一端と、器械に回
転可能に固定される偏心部材の上を通るケーブル（非弾
性部材）に連結される他端とを有する弾性手段（ばね）
を有する機構を提供する。ここでケーブルの他端は可動
部材に連結される。又、他の実施例ではばねあるいは可
動部材のいずれかを取力付け、かつ均一表面（円形）及
び／又は不均一表面（渦形）を有するプーリの組合わせ
を使用する。
〔実施例〕
例えば顕微鏡等の精密器械１０は、第１図に示される様
な可動部材１４０重量を釣り合わせる機構１２を有する
。例えばステージ１４４たはヘッド組立体（図示せず）
である可動部材１４は、適切な方法かあるいは前出の米
国特許出願第６５０．７５６号に記載の方法によって固
定部材としてのスタンド組立体１６に取り付けられる。
−組の調節ノブ５６と５８は機構に連結され、ここでは
図示しないが可動部材１４をいづれかの方向に移動する
ために使用される。
釣り合い機構（以下平衡機構と呼ぶ）１２は、半径１Ｒ
”のプーリ１８を有し、それは低摩擦ベアリング２０に
よってスタンド１６の上方端部に取り付けられる。ベア
リング２０の中心は、第１〜４図に示す様に距離＠ｅ”
だけオフセットされる（偏心手段）。非弾性ケーブル２
２は一端部２４を有し、それはスタンド１６のスロット
２６を通るベアリング２５を経て可動部材１４に固定さ
れる。ケーブルのもう一方の端部２８は弾性手段として
のコイルばね３２の一端部３０に固定され、ばねのもう
一方の端部３４はロッカアーム３８の切欠き３６に固定
される。又、ケーブルの中央部分はプーリ１８上を滑ら
ない様にプーリ１８に連結される。
ロッカアーム３８は例えば、スタンド組立体１６の顕微
鏡基部４２（固定部材）のスロット４０に枢着されてス
ロット４０を中心とした揺動を可能ならしめる。調整可
能なＵリンク（クレビス）４６は、ピボットビン５ｏに
よってロッカアーム３８に固着される内ねじヨーク４８
と、基部４２に形成される段付き穴５４に受容されるｌ
整ねじ５２とを有する。
第２〜４図は可動スライド部材１４及び平衡機構１２の
下方位置から下方位置までの様々な位置を図示する。第
２図は、可動部材１４がその移動における上方限界にあ
シ、コイルばね３２がほぼ閉じた状態を示す。この位置
では、“Ｌ＃という最初の拡張長さを有するスプリング
３２によって課せられた所定の最初の力“Ｆ”がある。
部材１４を第３図に示す様なプーリ１８の９０度変位置
あるいは第４図に示す様な１８０度位変位置動するため
、ばねを新しい長さＬ＋Ｅ　（Ｅ　：伸び）まで拡げる
ことが必要である。拡げられた位置においてばねに課せ
られる力は、弐Ｆ　＝　ＫＸＥ　（Ｋ　：ばね定数２例
えばボンド／インチ＝ばねの伸び）で表される。
滑車１８の０変位置で、（第１〜４図に示される様に）
ケーブル２２によってデーｙの右手側に課せられる牽引
力が可動部材１４の重量Ｗに等しくなる様にばねが選択
される。プーリが釣り合うためには、 Ｆｏｏ（Ｒ＋　ｅ　）　＝Ｗ（Ｒｅ　）但し　Ｆ　”　
ＫＥ□ｏ　：故に ＥｏｏＫ　（Ｒ＋　ｅ　）　＝Ｗ（Ｒｅ　）１８０度位
変位置 ＥｔｇｏＫ（Ｒ−ｅ　）　＝Ｗ（Ｒ＋ｅ　）又、プーリ
１８の１／２回転により、 Ｅｌ　ｇ□ｏ　＝　Ｅｏｏ　＋　Ｋ　Ｒプーリ１８の９
０度変位置は、Ｆｇ□ｏ＝Ｗ　（何故ならば、両方の力
は共通の半径Ｒで作用しているからである。）但し、 Ｅ９０゜＝　Ｅｏｏ＋πＲ／２＋ｅ （πＲ／２　は滑車の１／４回転を表し、＋ｅはプーリ
の中心Ｘが第３図に示す様にｅに等しい値まで上昇する
ことを示している。） 上記式はブーＩＪ　１　Ｂの各回転角度において可動部
材１４の重量Ｗに釣り合うのに必要な力＠ＦＷ’を、仮
定されたプーリの半径″″Ｒｍ１８ｍ１プーリ“ｅ″、
ばね３２のばね定数”Ｋ”、Ｏ変位置でのばねの最初の
長さ量″″Ｌ”によって算出する一方程式に統合され得
る。
方程式は以下の通シである。
ζこで、Ｋ：ばね定数 ｅ：偏心率 θ：回転角度 Ｒ：プーリ半径 Ｌｄ：＊初のばねの伸び 屋外力 一例として１３ボンド（約５．９０ｋｇ）の可動部材を
３インチ（約７６．２＋１ｌｌ）分だけ移動するために
０．２８インチ（約７．１　ｍｒ　）の偏心率（ｅ）、
１．２５インチ（約３１．８ｍ）の半径（Ｒ）のプーリ
が選ばれた。又、外径０．７５０インチ（約１９．１＋
＋＋ｉり、長さ４インチ（約１０１．６Ｂ）、線径０．
０７５インチ（約１．９１朋）のばねが選ばれた。１３
ボンドの可動部材を釣り合わすのに必要な力は、当然垂
直移動全範囲を通して１３ボンドと予想される。我々の
計算では、本発明による平衡装置は全体で３インチの移
動に渡り、１２．５〜１３．７ポンド（約５．６７〜６
．２１　ｋｌｉｌｌ）の変化があることを示している。
しかし、通常の同軸プーリに上記と同じばねを取り付け
た場合、移動中間点で１３ボンドに調整するためには移
動の最上点で４．２ポンド（約１．９１　ｋｇ　）のみ
、そして移動の最下点で２０ボンド（釣り．０７ｋｇ）
以上の平衡力となることが予想される。最上点から最下
点までの必要とする力のその様な広範囲に渡る違いは全
体的には不適切である。
第１図により、ばね３２の張力社、可動部材１４の移動
中間点で厳しい公差に容易に！！ｉｔ整し得るととがわ
かる。これはねじ５２を締めるか緩めるかいずれかによ
り達成され、そのねじは次に四ツカアーム３８をピボッ
ト４０を中心として揺動せしめる。ねじ５２を締めると
げね３２の張力が増加する。文選に、ねじ５２を緩める
とげね３２の張力が減少する。ひとたび可動部材が移動
中間点で平衡を保たれると、偏心プーリの幾可学により
移動全範囲に渡シ均一な平衡力を提供する。
第５図は、均一表面から成る円形プーリ１０４（第１部
材）に固定される、不規則形状の表面（不均一表面）１
０２を有するプーリ１００（第２部材）を図示する。ケ
ーブル１０６の一端はブー！Ｊ１００に連結され、他端
はコイルばね３２に連結され、コイルばね３２は顕微鏡
基部４２に固定される。第２のケーブル１１２の一端は
プーリ１０４に固定される。又その反対側の端部は可動
部材１４に固定される。第５図の形状ではプーリとケー
ブルの組合わせは２７０度までの円弧を通して回転し得
ることが理解される。その結果、この機構の外形寸法は
必要とされる可動部材１４の移動量を維持しながらもか
なシ減少することができる。
第６図は第５図の逆の配置関係にある実施例を示してお
り、渦形プーリ２００はケーブル２０２により可動部材
１４に取り付けられ、円形プーリ２０６はケーブル２０
８によりコイルはね３２に取り付けられ、そのばね３２
は基部４２に固定される。
第７図は２つの渦形プーリ３００及び３０２を示す。プ
ーリ３００はケーブル３０４によって可動部材１４に連
結され、プーリ３０２はケーブル３０６によって基部４
２に固着されたコイルばね３２に連結される。
第５図〜第７図に図示した実施例では、可動部材１４は
上方位置にある。この３実施例全てが可動部材の重量の
厳密な補正をするコンパクトな設計を提供している。さ
らにこれらの実施例における渦形プーリは、引張ばねに
取り付けられたケーブルと、可動部材に取り付けられた
ケーブルとの間の種々の機械的比率を可変にする。
さらに第７図に示す実施例では、ばねケーブル牽引力と
ヘッドケーブル牽引力との間の比率は調整軸を駆動する
のに必要なトルクを増やすことなく大きくなシ得る。従
って、一層コンパクトであるが堅いばねの使用が可能で
あシ、ハウジングの外形寸法を減少することができる。
本発明の特定実施例のみを提示し、詳細にわたシ記述し
たが、数多くの他の実施例及び変形実施例が本発明の意
図及び範囲から逸脱することなく特許請求の範囲で限定
した如〈実施され得ることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の平衡機構を組み込む精密器械の後方部
分断面図：＠２図は可動部材上方位置における平衡装置
を示す概略図；第３図は可動部材中間位置を示す概略図
；第４図は可動部材下方位置を示す概略図；第５〜７図
は本発明による平衡機構の別の実施例を示す概略図。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、固定部材に対して可動なる一部材（可動部材）の重
    量を釣り合わせる装置であって、上記固定部材に回転可
    能に取り付けられる偏心手段と、上記可動部材と固定部
    材との間に連結され、これら両部材で偏心手段の外周の
    少くとも一部分に係合する弾性手段とを有し、該弾性手
    段は可動部材の重量を平衡させるのを助け、それにより
    偏心手段の回転により弾性手段が偏心手段の回転度合に
    少くともほぼ比例する量だけ変形し、弾性手段の変形と
    偏心手段の偏心率の組合わせにより可動部材の質量にほ
    ぼ等しい平衡力を付与する平衡装置。 ２、上記偏心手段は、均一な表面を有するプーリを有す
    ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の平衡
    装置。 ３、上記弾性手段は非弾性部材を介して上記可動部材に
    連結されるばねを有することを特徴とする特許請求の範
    囲第１項に記載の平衡装置。 ４、上記非弾性部材は可動部材に連結され、かつ上記ば
    ねは固定部材に連結されることを特徴とする特許請求の
    範囲第３項に記載の平衡装置。 ５、上記偏心手段は、各々が不均一表面を形成した第１
    部材及び第２部材を有し、これらの第１、第２部材は回
    転可能に上記固定部材に同軸状に取り付けられ、これら
    の部材の一方は弾性手段に連結され、他方は非弾性部材
    により可動部材に連結されることを特徴とする特許請求
    の範囲第１項に記載の平衡装置。 ６、固定部材に対して可動なる一部材（可動部材）の重
    量を釣り合わせる装置であって、上記固定部材に回転可
    能に取り付けられる偏心手段と、上記可動部材と固定部
    材との間に連結され、これら両部材で偏心手段の外周の
    少くとも一部分に係合する弾性手段と、該弾性手段の張
    力を調整する手段とを有し、該弾性手段は可動部材の重
    量を平衡させるのを助け、それにより偏心手段の回転に
    より弾性手段が偏心手段の回転度合に少くともほぼ比例
    する量だけ変形し、弾性手段の変形と偏心手段の偏心率
    の組合わせにより可動部材の質量にほぼ等しい平衡力を
    付与する平衡装置。 ７、上記調整手段は、上記固定部材に枢着されかつ上記
    弾性手段を固着する第１部材と、枢着された部材（第１
    部材）を揺動せしめて、弾性手段の変形を調整する手段
    とを有する特許請求の範囲第６項に記載の平衡装置。 ８、上記枢着部材（第１部材）を揺動せしめる手段は、
    上記第１部材に連結されたＵリンク（クレビス）から成
    り、該クレビスは固定部材に調節可能に固着されること
    を特徴とする特許請求の範囲第７項に記載の平衡装置。 ９、上記第１部材はロッカアームから成ることを特徴と
    する特許請求の範囲第７項に記載の平衡装置。 １０、固定部材に対して可動なる一部材（可動部材）の
    重量を釣り合わせる装置であって、非弾性部材により上
    記可動部材に連結され均一な表面を有する第１部材と、
    弾性手段により固定部材に連結され不均一な表面を有す
    る第２部材とを有し、これらの第１、第２部材は回転可
    能に上記固定部材に取り付けられ、第１、第２部材の回
    転により弾性手段が均一な表面を有する第１部材の回転
    に比例する量だけ変形し、弾性手段の変形が可動部材に
    対し平衡力を付与する平衡装置。 １１、固定部材に対して可動なる一部材（可動部材）の
    重量を釣り合わせる装置であって、弾性手段によって固
    定部材に連結され均一な表面を有する第１部材と、非弾
    性部材によって上記可動部材に連結される不均一な表面
    を有する第２部材とを有し、これらの第１、第２部材は
    回転可能に上記固定部材に取り付けられ、第１、第２部
    材の回転により弾性手段が不均一な表面を有する第２部
    材の回転に比例する量だけ変形し、弾性手段の変形が可
    動部材に対し平衡力を付与する平衡装置。
JP61110965A 1985-05-17 1986-05-16 光学器械用平衡装置 Pending JPS61267012A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US735414 1985-05-17
US06/735,414 US4685648A (en) 1985-05-17 1985-05-17 Counterbalancing apparatus for use in an optical instrument

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JPS61267012A true JPS61267012A (ja) 1986-11-26

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JP (1) JPS61267012A (ja)

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