(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022188902
(43)【公開日】2022-12-22
(54)【発明の名称】締結構造、光学装置、成形装置、及び物品の製造方法
(51)【国際特許分類】
G02B 7/00 20210101AFI20221215BHJP
F16B 5/02 20060101ALI20221215BHJP
【ＦＩ】
G02B7/00 F
F16B5/02 S
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021097174
(22)【出願日】2021-06-10
(71)【出願人】
【識別番号】000001007
【氏名又は名称】キヤノン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100114775
【弁理士】
【氏名又は名称】高岡 亮一
(74)【代理人】
【識別番号】100121511
【弁理士】
【氏名又は名称】小田 直
(74)【代理人】
【識別番号】100208580
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 玲奈
(72)【発明者】
【氏名】井本 浩平
【テーマコード（参考）】
2H043
3J001
【Ｆターム（参考）】
2H043AE07
3J001FA02
3J001GA03
3J001GA09
3J001HA02
3J001HA07
3J001JA03
3J001KA25
3J001KA26
3J001KB10
(57)【要約】 （修正有）
【課題】温度変化による緩みや破損の問題を低減することができる締結構造を提供する。
【解決手段】被締結部材１と螺合可能に構成され、第２の材料より成る締結部材３１と、第１の部材２と共に被締結部材１に締結され、第１の材料構成部分３２１と第１の材料とは異なる第２の材料構成部分３２２とを含む第２の部材３２から構成され、第２の材料構成部分３２２の締結に有効な長さＢ３２２と、締結具３を被締結部材１に締結した際に締結部材３１の締結に有効な長さＢ３１との差が所定の閾値以下であって、第１の部材２の締結に有効な長さＡ２と、締結具３を被締結部材１に締結した際に第１の材料構成部分３２１の締結に有効な長さＡ３２１との差が所定の閾値以下であることを特徴とする。
【選択図】図１
【解決手段】被締結部材１と螺合可能に構成され、第２の材料より成る締結部材３１と、第１の部材２と共に被締結部材１に締結され、第１の材料構成部分３２１と第１の材料とは異なる第２の材料構成部分３２２とを含む第２の部材３２から構成され、第２の材料構成部分３２２の締結に有効な長さＢ３２２と、締結具３を被締結部材１に締結した際に締結部材３１の締結に有効な長さＢ３１との差が所定の閾値以下であって、第１の部材２の締結に有効な長さＡ２と、締結具３を被締結部材１に締結した際に第１の材料構成部分３２１の締結に有効な長さＡ３２１との差が所定の閾値以下であることを特徴とする。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被締結部材の所定の面に配置される第１の部材を、締結具を用いて前記被締結部材に締結する締結構造であって、
前記締結具は、前記被締結部材と螺合可能に構成される締結部材と、前記締結部材を前記被締結部材に螺合した際に前記第１の部材と共に前記被締結部材に締結される第２の部材と、を含み、
前記第２の部材は、第１の材料で構成される部分と、前記第１の材料とは異なる第２の材料で構成される部分とを含み、
前記締結部材は、前記第２の材料で構成され、
前記締結部材を前記被締結部材に対して螺合する方向における前記第２の部材の前記第２の材料で構成される部分の締結に有効な長さと、前記締結具を前記被締結部材に締結した際に前記締結部材の前記第２の材料で構成される部分の締結に有効な長さとの差が、所定の閾値以下であって、
前記締結部材を前記被締結部材に対して螺合する方向における前記第１の部材の締結に有効な長さと、前記締結具を前記被締結部材に締結した際に前記第２の部材の前記第１の材料で構成される部分の締結に有効な長さとの差が、前記所定の閾値以下である、
ことを特徴とする締結構造。
前記締結具は、前記被締結部材と螺合可能に構成される締結部材と、前記締結部材を前記被締結部材に螺合した際に前記第１の部材と共に前記被締結部材に締結される第２の部材と、を含み、
前記第２の部材は、第１の材料で構成される部分と、前記第１の材料とは異なる第２の材料で構成される部分とを含み、
前記締結部材は、前記第２の材料で構成され、
前記締結部材を前記被締結部材に対して螺合する方向における前記第２の部材の前記第２の材料で構成される部分の締結に有効な長さと、前記締結具を前記被締結部材に締結した際に前記締結部材の前記第２の材料で構成される部分の締結に有効な長さとの差が、所定の閾値以下であって、
前記締結部材を前記被締結部材に対して螺合する方向における前記第１の部材の締結に有効な長さと、前記締結具を前記被締結部材に締結した際に前記第２の部材の前記第１の材料で構成される部分の締結に有効な長さとの差が、前記所定の閾値以下である、
ことを特徴とする締結構造。
【請求項2】
前記締結部材は、雄ねじ部を有し、
前記締結部材の前記雄ねじ部を前記被締結部材に形成された雌ねじ部に螺合することで、前記第１の部材と前記第２の部材を前記被締結部材に締結する請求項１に記載の締結構造。
前記締結部材の前記雄ねじ部を前記被締結部材に形成された雌ねじ部に螺合することで、前記第１の部材と前記第２の部材を前記被締結部材に締結する請求項１に記載の締結構造。
【請求項3】
前記締結部材はナットに螺合することで、前記被締結部材と前記第１の部材と前記第２の部材とを締結する請求項１または２に記載の締結構造。
【請求項4】
前記締結部材は、前記第１の材料で構成される部分と前記第２の材料で構成される部分を一体的に含むことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の締結構造。
【請求項5】
前記被締結部材と前記第１の部材は、互いに異なる材料で構成されることを特徴とする請求項１に記載の締結構造。
【請求項6】
前記第１の部材は、前記被締結部材の前記所定の面とは反対側の面にも配置されていることを特徴とする請求項１に記載の締結構造。
【請求項7】
前記閾値は誤差の許容値であることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の締結構造。
【請求項8】
光学系と、
前記光学系を他の部材と締結するための請求項１～７のいずれか１項に記載の締結構造と、
を有することを特徴とする光学装置。
前記光学系を他の部材と締結するための請求項１～７のいずれか１項に記載の締結構造と、
を有することを特徴とする光学装置。
【請求項9】
基板上の組成物を成形する成形装置であって、
前記基板上の組成物に対して露光を行う光学系と、
前記光学系を他の部材と締結するための請求項１～７のいずれか１項に記載の締結構造を有することを特徴とする成形装置。
前記基板上の組成物に対して露光を行う光学系と、
前記光学系を他の部材と締結するための請求項１～７のいずれか１項に記載の締結構造を有することを特徴とする成形装置。
【請求項10】
請求項９に記載の成形装置を用いて前記基板上の組成物を成形する成形工程と、
前記成形工程を経た前記基板を加工する加工工程と、
前記加工工程で加工された前記基板から物品を製造する工程と、
を含むことを特徴とする物品の製造方法。
前記成形工程を経た前記基板を加工する加工工程と、
前記加工工程で加工された前記基板から物品を製造する工程と、
を含むことを特徴とする物品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、締結構造、光学装置、成形装置、及び物品の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
部材と部材の締結においては、締結の簡便性、高い締結力、締結力の管理性、着脱・微調整が可能、小型などの利点からボルト締結が広く用いられている。ボルト締結は溶接や接着と異なり部材の材質を限定することが少なく、アルミと鉄、セラミックスと金属など異種材の締結も容易である。
【0003】
ボルト（締結部材）による高い締結力は重量物の締結や高い力を受ける構造体の締結などに有効である。ボルト締結の更なる利点は軸力を管理することが可能な点である。このような利点から、精密光学機器にとってボルト締結は有用であり、光学系を構成する部品の高い取付け精度を満足できる締結手段としてはボルト締結が優位である。
【0004】
一方で、ボルト締結においてもボルトと被締結部材とを異種材料によって構成すると、温度差によって軸力が変化し、締結の緩みや部材の破損をまねく危険が生じる。使用する装置等によっては稼働又は動作に際し、一部の部品の温度が数百℃にまで昇温する場合もある。このような高温下における部品の形状・位置関係の劣化を最小限にすべく、各種部品の部材やその配置が工夫されているが、異種材料の部材締結は避けられず、微小変形や部材破損の懸念がある。
【0005】
このような課題に対して、特許文献１では、異種材料同士の熱膨張を補完することで軸力を一定に保つ構造を提案している。図８は特許文献１の構成を例示した図である。特許文献１の構造では、膨張係数の大きなボルト８０３で線膨張係数の小さい鋼製部材（被締結部材）８０２を母材８０１に締結する構造としている。そして、ボルトよりも線膨張係数の大きなスリーブ座金８０４を介して鋼製部材８０２を締結している。この構造によって温度上昇時のボルト８０３と鋼製部材８０２の膨張差をスリーブ座金８０４の大きな膨張で補うことでボルト軸力を一定に保っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開昭６１－２００３１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかし、特許文献１では、材料の線膨張係数の温度依存性を回避できない問題がある。例えば、アルミなどの材料では温度によって線膨張係数が異なる温度依存性を示すことが知られている。金属の種類によって線膨張係数の温度依存特性が異なるため、特許文献１の方法では広い温度範囲で膨張を補う関係を保つことが難しい。
【0008】
また、特許文献１では各材料の寸法と線膨張係数を正確に求める必要があるが、線膨張係数の測定オーダーは以下の例のように寸法管理（計測・加工）オーダーの１桁上であり、厳密な管理が難しい。
線膨張係数 ： ２０ｐｐｍ／Ｋ 測定精度 ±０．２ｐｐｍ
寸法 ： ２０ｍｍ 管理精度 ±０．０２ｍｍ
線膨張係数 ： ２０ｐｐｍ／Ｋ 測定精度 ±０．２ｐｐｍ
寸法 ： ２０ｍｍ 管理精度 ±０．０２ｍｍ
【0009】
さらに、特許文献１の構成では、使用する各部材の材料についてもボルト８０３と鋼製部材８０２以外の線膨張係数の部材が必要となり、材料選択において制約を受ける。これにより、材料の線膨張係数の温度依存性のために、広い温度範囲で膨張を補う関係を実現することは困難となり、ボルト等の締結に用いる部材の緩みや破損が生じる問題がある。
【0010】
そこで本発明は、例えば、温度変化による緩みや破損の問題を低減できる締結構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての締結構造は、被締結部材の所定の面に配置される第１の部材を、締結具を用いて被締結部材に締結する締結構造であって、締結具は、被締結部材と螺合可能に構成される締結部材と、締結部材を被締結部材に螺合した際に第１の部材と共に被締結部材に締結される第２の部材と、を含み、第２の部材は、第１の材料で構成される部分と、第１の材料とは異なる第２の材料で構成される部分とを含み、締結部材は、第２の材料で構成され、締結部材を被締結部材に対して螺合する方向における第２の部材の第２の材料で構成される部分の締結に有効な長さと、締結具を被締結部材に締結した際に締結部材の第２の材料で構成される部分の締結に有効な長さとの差が、所定の閾値以下であって、締結部材を被締結部材に対して螺合する方向における第１の部材の締結に有効な長さと、締結具を被締結部材に締結した際に第２の部材の第１の材料で構成される部分の締結に有効な長さとの差が、所定の閾値以下である、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、例えば、温度変化による緩みや破損の問題を低減できる締結構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】実施例１の締結構造を例示する断面図である。
【図2】実施例１の締結構造における温度変化を説明する断面図である。
【図3】実施例２の締結構造を例示する断面図である。
【図4】実施例３の締結構造を例示する断面図である。
【図5】実施例４の締結構造を例示する断面図である。
【図6】実施例５の締結構造を例示する断面図である。
【図7】実施例６の締結構造を例示する断面図である。
【図8】従来のボルト軸力を一定に保つ締結構造を示した一例の図である。
【図9】実施例７の締結構造を例示する断面図である。
【図10】衛星光学系の概念図である。
【図11】物品の製造方法を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下に、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について実施例や図を用いて説明する。尚、以下の実施例及び各図において、重複する説明は省略ないし簡略化する。
【0015】
＜実施例１＞
温度変化によってもボルトの締結力が増減することなく、緩みや破損の危険を低減できる実施例１の締結構造を、図１を参照して、以下に説明する。図１は、実施例１における締結構造を説明する図であって、ボルト３１の中心軸に平行な断面図である。なお、実施例１で説明する材料は一例であり、鉄、アルミ、銅、ステンレス、その他金属や合金、セラミックス、複合材料など、一般の構造材料のいずれを用いてもよい。また、他の材料に置き換えても同等の効果が得られる。以下では、後述するボルト３１の軸方向をＺ軸方向（Ｚ方向）とし、Ｚ軸方向に垂直な平面内で互いに直交する２方向をＸ軸方向（Ｘ方向）及びＹ軸方向（Ｙ方向）とする。さらに、ボルト３１を母材１またはナット１１に対して螺合する方向を－Ｚ方向とし、その反対を＋Ｚ方向とする。
温度変化によってもボルトの締結力が増減することなく、緩みや破損の危険を低減できる実施例１の締結構造を、図１を参照して、以下に説明する。図１は、実施例１における締結構造を説明する図であって、ボルト３１の中心軸に平行な断面図である。なお、実施例１で説明する材料は一例であり、鉄、アルミ、銅、ステンレス、その他金属や合金、セラミックス、複合材料など、一般の構造材料のいずれを用いてもよい。また、他の材料に置き換えても同等の効果が得られる。以下では、後述するボルト３１の軸方向をＺ軸方向（Ｚ方向）とし、Ｚ軸方向に垂直な平面内で互いに直交する２方向をＸ軸方向（Ｘ方向）及びＹ軸方向（Ｙ方向）とする。さらに、ボルト３１を母材１またはナット１１に対して螺合する方向を－Ｚ方向とし、その反対を＋Ｚ方向とする。
【0016】
実施例１のような締結構造では、締結の簡便性、高い締結力、締結力の管理性、着脱・微調整が可能、小型などの利点から、広く用いられているボルト締結で部材と部材とを締結している。ボルト締結は溶接や接着と異なり部材の材質を限定することが少なく、アルミと鉄、セラミックスと金属など異種材の締結も容易である。また、ボルトによる高い締結力は重量物の締結や高い力を受ける構造体の締結などに有効である。ボルト締結はボルトのねじを締め込むことによって生じる軸力によって行われ、一般的な条件では、例えば、Ｍ１０ボルト１本で約１２ｋＮもの軸力を生じる。
【0017】
ボルト締結の更なる利点は軸力を管理することが可能な点である。軸力を管理する方法としてはトルクレンチによって軸力を管理する手法が知られている。また、ボルト締付け時のボルトの伸びから軸力を求める方法があり、ボルト締付け時の長さ変化を超音波で計測することによって軸力を求める軸力計などがある。
【0018】
締結において軸力が管理できることの利点は、部品同士の高精度な位置決めや位置調整が可能になることや、ガラスやセラミックスのような脆性材料の締結における過度な軸力による破損を防止できることにある。軸力が管理できるボルト締結はガラスなどの脆性材料を用いる光学精密機器にとっては非常に有用な締結方法である。
【0019】
次に、例えば鉄素材のボルトによるアルミ材の締結や、鉄素材のボルトによるセラミック材の締結といった異種材料の締結構造の問題を以下で紹介する。例えば、光学系や種々の装置、機械等などでは軽量化のためアルミ材を多用する。アルミ板をフレーム等で締結する場合、一般に引張り強度が高くネジ部の加工性・信頼性の高い鉄素材のボルトを用いて締結する。そして、ボルト締結後に温度が低下すると鉄よりも線膨張係数の大きいアルミ板がより多く収縮することでボルトの軸力が低下し、高精度な位置関係が変化したり、ボルトに緩みが生じる危険性がある。
【0020】
上記のアルミ材と同様に、軽量・高剛性なセラミックスも例えば、光学系や種々の装置、機械等に使用されうる。セラミックスを鉄系ボルトにて母材に締結する場合では、ボルト締結後に温度が低下するとセラミックスよりも線膨張係数の大きい鉄系ボルトがより多く収縮することでボルトの軸力が増加し、セラミックスを破損する危険性がある。
【0021】
アルミ材をフレーム等に締結する際に、一例としてＭ１０ボルトを使用する場合を考える。この場合、Ｍ１０ボルトの初期軸力を１２ｋＮとすると２０℃の温度低下によってボルトの軸力は９．５ｋＮにまで減少する。このようにボルトの軸力は温度変化－２０℃で７９％程度まで減少し、－４０℃で５８％程度にまで減少する。逆に、温度上昇の場合にあっては、温度変化＋２０℃で１２１％程度、＋４０℃で１４２％程度にまで増加する。つまり、ボルト締結においても異種材料による締結で、且つ、温度変化がある環境においては精度が維持できなかったり、破損する危険性がある。
【0022】
実施例１の締結構造では、母材（被締結部材）１の所定の面に配置される被締結部材（第１の部材）２を、複数の部材から構成される締結具３を用いて母材１に締結する構造である。実施例１の締結具３は、ボルト（締結部材）３１、補助部材（第２の部材）３２から構成される。なお、実施例１では、被締結部材２も締結具３に含みうる。補助部材３２は更に、段付きワッシャ３２１と、ワッシャ３２２から構成される。
【0023】
被締結部材２は、締結具３により母材１と締結する部材であって、実施例１における被締結部材２はアルミ素材（第１の材料）で構成される。
【0024】
ボルト３１は、頭部、雄ねじ部の順に軸方向に連なって一体に形成される。なお、実施例１では、母材１にボルト３１の雄ねじ部と螺合可能な雌ねじ部が形成されている穴部が備えられている。そして、ボルト３１の雄ねじ部を母材１の雌ねじ部に螺合することで、被締結部材２と補助部材３２を母材１に締結することができる。実施例１におけるボルト３１は、鉄素材（第２の材料）で構成される。
【0025】
段付きワッシャ３２１は上下で２つのフランジを有している。段付きワッシャ３２１は、図１に例示しているように、Ｚ方向に所定の長さで形成される接続部材に一方のフランジの一端と、他方のフランジの他端とがそれぞれ接合しており、いわゆるハット型に形成される。また、母材１に被締結部材２と締結具を用いて締結した際に、一方のフランジの下面はワッシャ３２２の上面と当接し、他方のフランジの上面はボルト３１の頭部下面と当接し、当該フランジの下面は母材１の所定の面と当接する。実施例１における段付きワッシャ３２１は、アルミ素材で構成される。
【0026】
段付きワッシャ３２１は、少なくとも１つの貫通孔をボルト３１の雄ネジ部が挿入される位置に備える。なお、当該貫通孔は、ボルト３１の雄ネジ部の径より大きい径で形成される。また、当該貫通孔について雄ネジ部の径と同様の径とし、この雄ネジ部に螺合可能となるようにねじ切り加工を施してもよい。
【0027】
ワッシャ３２２は、所定の厚さで円形または多角形状に形成され、ワッシャ３２２の中央には貫通孔が形成される。当該貫通孔は、段付きワッシャ３２１の接続部材の外径より大きい径で形成される。実施例１におけるワッシャ３２２は、鉄素材で構成される。
【0028】
実施例１においては、上記のように被締結部材２は第１の材料であるアルミ素材で構成される。さらに、段付きワッシャ３２１も被締結部材２と同様に第１の材料であるアルミ素材で構成される。また、実施例１においては、ボルト３１は、第２の材料である鉄素材で構成される。さらに、ワッシャ３２２もボルト３１と同様に第２の材料である鉄素材で構成される。また、段付きワッシャ３２１とワッシャ３２２はそれぞれ分離して構成されるが、補助部材３２は、アルミ素材で構成される部分と、鉄素材で構成される部分とを有する部分を一体的に含むように構成してもよい。なお、このように構成する場合であっても、段付きワッシャ３２１とワッシャ３２２とをそれぞれ分離可能に構成するようしてもよい
【0029】
なお、母材１の材質は実施例１において、鉄、アルミ、銅、ステンレス、その他金属や合金、セラミックス、複合材料など、一般の構造材料のいずれを用いてもよい。即ち、母材１の材質は実施例１における効果に影響しないためである。
【0030】
被締結部材２の母材１への締結は、ワッシャ３２２と段付きワッシャ３２１とを介したボルト３１によって行う。そして、ボルト３１の中心軸（Ｚ方向）における方向、即ちボルト３１を母材１に対して螺合する方向をボルト３１の締結方向とする。この締結方向について実施例１の締結構造における各部品の寸法の関係を以下に説明する。以下、実施例１のボルト３１の締結方向において、ボルト３１による締結軸力が作用する部位の寸法を、締結に有効な寸法とする。
【0031】
また、この構造において温度変化によるボルト締結軸と直行する方向（Ｘ方向、Ｙ方向）の膨張・収縮はボルト３１の締付け力（締結力）にほとんど影響しないため無視することができる。従って、実施例１においては、以下に例示する温度変化の想定ではボルト３１の締結軸方向（Ｚ方向）の膨張及び収縮のみで考えるものとする。
【0032】
被締結部材２の締結に有効な寸法は、図１のＡ２で示す部位である。ボルト３１の締結に有効な寸法は、図１のＢ３１で示す部位である。段付きワッシャ３２１の締結に有効な寸法は、図１のＡ３２１で示す部位である。ワッシャ３２２の締結に有効な寸法は、図１のＢ３２２で示す部位である。
【0033】
また、各部材の寸法の関係は、以下の式（１）と式（２）で示される。
（数１）
Ａ２＝Ａ３２１ （１）
Ｂ３２２＝Ｂ３１ （２）
即ち、ボルト３１を母材１に対して螺合する方向における被締結部材２の締結に有効な長さＡ２と、締結具３を母材１に締結した際に段付きワッシャ３２１の締結に有効な長さＡ３２１とが一致している。なお、それぞれの長さが一致していなくてもよく、上記のＡ２とＡ３２１との長さの差が、所定の閾値以下であればよい。
（数１）
Ａ２＝Ａ３２１ （１）
Ｂ３２２＝Ｂ３１ （２）
即ち、ボルト３１を母材１に対して螺合する方向における被締結部材２の締結に有効な長さＡ２と、締結具３を母材１に締結した際に段付きワッシャ３２１の締結に有効な長さＡ３２１とが一致している。なお、それぞれの長さが一致していなくてもよく、上記のＡ２とＡ３２１との長さの差が、所定の閾値以下であればよい。
【0034】
また、ボルト３１を母材１に対して螺合する方向におけるワッシャ３２２の締結に有効な長さＢ３２２と、締結具３を母材１に締結した際にボルト３１の締結に有効な長さＢ３１とが一致している。なお、それぞれの長さが一致していなくてもよく、上記のＢ３２２とＢ３１との長さの差が、所定の閾値以下であればよい。なお、所定の閾値については実施例１の締結構造に使用する各部材の製造等における加工誤差（公差）の許容値である。
【0035】
ここで、実施例１で示す被締結部材２、締結具３のそれぞれに温度変化が生じた場合の各部品の温度変化の関係を図２を参照して以下に説明する。図２は、実施例１の締結構造における温度変化を説明する断面図である。図２では、温度の変化量をΔＴ、被締結部材２のアルミ素材の線膨張係数をα２、ボルト３１の鉄素材の線膨張係数をα３１としている。ここで、被締結部材２の締結に有効な方向の寸法変化（距離の変化）は、以下の式（３）で示される。
（数２）
Ａ２×α２×ΔＴ＝Ａ２’ （３）
（数２）
Ａ２×α２×ΔＴ＝Ａ２’ （３）
【0036】
また、ボルト３１の締結に有効な方向の寸法変化は、以下の式（４）で示される。
（数３）
Ｂ３１×α３１×ΔＴ＝Ｂ３１’ （４）
（数３）
Ｂ３１×α３１×ΔＴ＝Ｂ３１’ （４）
【0037】
段付きワッシャ３２１の締結に有効な方向の寸法変化は、段付きワッシャ３２１の線膨張係数が被締結部材２の締結の線膨張係数と同じとなるので、以下の式（５）で示される。
（数４）
Ａ３２１×α２×ΔＴ＝Ａ３２１’ （５）
そして、上記式（１）の関係から以下の式（６）を導ける。
（数５）
Ａ２’＝ Ａ３２１’ （６）
上記式（６）によって、ΔＴの温度変化が生じた場合の被締結部材２の寸法変化と段付きワッシャ３２１の寸法変化は一致する。
（数４）
Ａ３２１×α２×ΔＴ＝Ａ３２１’ （５）
そして、上記式（１）の関係から以下の式（６）を導ける。
（数５）
Ａ２’＝ Ａ３２１’ （６）
上記式（６）によって、ΔＴの温度変化が生じた場合の被締結部材２の寸法変化と段付きワッシャ３２１の寸法変化は一致する。
【0038】
ワッシャ３２２の締結に有効な方向の寸法変化は、ワッシャ３２２の線膨張係数がボルト３１の締結の線膨張係数と同じとなるので、以下の式（７）で示される。
（数６）
Ｂ３２２×α３１×ΔＴ＝Ｂ３２２’ （７）
そして、上記式（２）の関係から、以下の式（８）が導き出せる。
（数６）
Ｂ３２２×α３１×ΔＴ＝Ｂ３２２’ （７）
そして、上記式（２）の関係から、以下の式（８）が導き出せる。
【0039】
（数７）
Ｂ３２２’＝Ｂ３１’ （８）
上記式（８）によって、ΔＴの温度変化が生じた場合のボルト３１の寸法変化とワッシャ３２２の寸法変化は一致する。
Ｂ３２２’＝Ｂ３１’ （８）
上記式（８）によって、ΔＴの温度変化が生じた場合のボルト３１の寸法変化とワッシャ３２２の寸法変化は一致する。
【0040】
次に、被締結部材２と母材１との当接面を基準に、各部材の寸法関係を足し合わせていくと以下の式（９）が導き出せる。
（数８）
Ａ２＋Ｂ３２２－Ａ３２１－Ｂ３１＝０ （９）
さらに、上記式（６）および上記式（８）の関係から、上記した式（９）を変形すると以下の式（１０）が導き出せる。
（数８）
Ａ２＋Ｂ３２２－Ａ３２１－Ｂ３１＝０ （９）
さらに、上記式（６）および上記式（８）の関係から、上記した式（９）を変形すると以下の式（１０）が導き出せる。
【0041】
（数９）
Ａ２’＋Ｂ３２２’－Ａ３２１’－Ｂ３１’＝０ （１０）
上記式（１０）によって、ΔＴの温度変化が生じても各部品の寸法変化が相殺されるため、締結具３による締結力は変化することがない。
Ａ２’＋Ｂ３２２’－Ａ３２１’－Ｂ３１’＝０ （１０）
上記式（１０）によって、ΔＴの温度変化が生じても各部品の寸法変化が相殺されるため、締結具３による締結力は変化することがない。
【0042】
以上、実施例１の締結構造では、温度変化による被締結部材２と締結具３のそれぞれの膨張・収縮をそれぞれに対応する部材同士で相殺するため、温度変化が生じても締結力が変化しない。また、膨張・収縮の相殺作用は同じ材質に対して行われるため、材料の線膨張係数の大小や温度依存性の影響を受けることがない。そのため、絶対零度から部材の融点まで本効果を維持することが可能である。従って、温度変化による被締結部材や締結具の緩み、破損の問題を低減できる締結構造を提供することができる。
【0043】
＜実施例２＞
実施例２の締結構造では、被締結部材２１の所定の面に配置される被締結部材（第１の部材）２を、締結具３とナット１１を用いてによって締結する。締結具３は、鉄系素材のボルト（締結部材）３１、補助部材（第２の部材）３２から構成され、被締結部材２を含みうる。補助部材３２は、アルミ素材の段付きワッシャ３２１と、鉄素材のワッシャ３２２から構成される。以下に、実施例２における締結構造について、図３を参照して説明する。図３は、実施例２の締結構造を例示する断面図であり、ボルト３１の中心軸に平行な断面図である。
実施例２の締結構造では、被締結部材２１の所定の面に配置される被締結部材（第１の部材）２を、締結具３とナット１１を用いてによって締結する。締結具３は、鉄系素材のボルト（締結部材）３１、補助部材（第２の部材）３２から構成され、被締結部材２を含みうる。補助部材３２は、アルミ素材の段付きワッシャ３２１と、鉄素材のワッシャ３２２から構成される。以下に、実施例２における締結構造について、図３を参照して説明する。図３は、実施例２の締結構造を例示する断面図であり、ボルト３１の中心軸に平行な断面図である。
【0044】
ナット１１の材質は実施例２において、鉄、アルミ、銅、その他金属や合金、セラミックス、複合材料など、一般の構造材料のいずれを用いても効果に影響しない。よってここではナット１１について特に材質については言及しない。また、ナット１１にはボルト３１の雄ねじ部と螺合可能な雌ねじ部が形成されている。
【0045】
実施例２における被締結部材２１の所定の面に配置される被締結部材２の締結は、ワッシャ３２２と段付きワッシャ３２１とを介したボルト３１とナット１１によって行う。なお、締結具３の構成と各材質等は実施例１と同様であるため重複する箇所は説明を省略する。実施例２では、図３に示しているように被締結部材２の所定の面とは反対側の面に被締結部材２１が配置されている。そして、被締結部材２の所定の面と被締結部材２１の所定の面とは当接している。実施例２では、締結具３のボルト３１をナット１１に螺合することで、被締結部材２と補助部材３２を被締結部材２１に締結することができる。締結した際には、ナット１１の所定の面と、被締結部材２１の所定の面と反対側の面とが当接する。
【0046】
以下に実施例２における、締結に有効な寸法関係を述べる。被締結部材２と被締結部材２１とは同じアルミ素材で構成される。そして、被締結部材２、２１の締結に有効な寸法は図３に示す被締結部材２、２１を２枚を重ねた際の寸法Ａ２１となる。ボルト３１の締結に有効な寸法は、図３のＢ３１で示す部位である。段付きワッシャ３２１の締結に有効な寸法は、図３のＡ３２１で示す部位である。ワッシャ３２２の締結に有効な寸法は、図３のＢ３２２で示す部位である。
【0047】
各部材の寸法の関係は、以下の式（１１）と式（１２）で示される。
（数１０）
Ａ２１＝Ａ３２１ （１１）
Ｂ３２２＝Ｂ３１ （１２）
即ち、ボルト３１をナット１１に対して螺合する方向における被締結部材２、２１の締結に有効な長さＡ２１と、締結具３を被締結部材２１に締結した際に段付きワッシャ３２１の締結に有効な長さＡ３２１とが一致している。なお、それぞれの長さが一致していなくてもよく、上記のＡ２１とＡ３２１との長さの差が、所定の閾値以下であればよい。
（数１０）
Ａ２１＝Ａ３２１ （１１）
Ｂ３２２＝Ｂ３１ （１２）
即ち、ボルト３１をナット１１に対して螺合する方向における被締結部材２、２１の締結に有効な長さＡ２１と、締結具３を被締結部材２１に締結した際に段付きワッシャ３２１の締結に有効な長さＡ３２１とが一致している。なお、それぞれの長さが一致していなくてもよく、上記のＡ２１とＡ３２１との長さの差が、所定の閾値以下であればよい。
【0048】
また、ボルト３１をナット１１に対して螺合する方向におけるワッシャ３２２の締結に有効な長さＢ３２２と、締結具３を被締結部材２１に締結した際にボルト３１の締結に有効な長さＢ３１とが一致している。なお、それぞれの長さが一致していなくてもよく、上記のＢ３２２とＢ３１との長さの差が、所定の閾値以下であればよい。なお、所定の閾値については実施例２の締結構造に使用する各部材の加工誤差の許容値である。また、ボルト３１をナット１１に対して螺合する際には被締結部材２１を介している。
【0049】
ここで、実施例１の寸法Ａ２をＡ２１と置き換え、上記式（９）を変形すると以下の式（１３）が導き出せる。
Ａ２１＋Ｂ３２２－Ａ３２１－Ｂ３１＝０ （１３）
上記式（１３）では、上記式（１０）と同様にΔＴの温度変化が生じても各部品の寸法変化が相殺されるため、締結具３による締結力は変化することがない。
Ａ２１＋Ｂ３２２－Ａ３２１－Ｂ３１＝０ （１３）
上記式（１３）では、上記式（１０）と同様にΔＴの温度変化が生じても各部品の寸法変化が相殺されるため、締結具３による締結力は変化することがない。
【0050】
以上、実施例２の締結構造では、実施例１と同様に温度変化による被締結部材や締結具の緩み、破損の問題を低減できる締結構造を提供することができる。
【0051】
＜実施例３＞
実施例３の締結構造では、２つの被締結部材である被締結部材２２と被締結部材２３の素材をそれぞれ異なるように構成をしている。実施例３における締結構造について図４を参照して以下に説明する。図４は、実施例３の締結構造を例示する断面図であり、ボルト３１の中心軸に平行な断面図である。なお、上記各実施例と同様の箇所や構成については説明を省略する。
実施例３の締結構造では、２つの被締結部材である被締結部材２２と被締結部材２３の素材をそれぞれ異なるように構成をしている。実施例３における締結構造について図４を参照して以下に説明する。図４は、実施例３の締結構造を例示する断面図であり、ボルト３１の中心軸に平行な断面図である。なお、上記各実施例と同様の箇所や構成については説明を省略する。
【0052】
実施例３における締結構造は、銅素材製の被締結部材２３の所定の面に配置されるアルミ素材製の被締結部材２２を、締結具３とナット１１を用いて締結する構造である。締結具３は、鉄系素材のボルト（締結部材）３１、補助部材（第２の部材）３２から構成される。補助部材３２は、アルミ素材の段付きワッシャ３２１と、銅素材の段付きワッシャ３２１と、鉄素材のワッシャ３２２、３２４から構成される。なお、実施例３では、被締結部材２２と被締結部材２３は所定の面がそれぞれ当接している。被締結部材２２と被締結部材２３との当接面を界面として、界面に対して所定の方向を上側方向とし、その反対側の方向を下側方向とする。そして、上側方向及び下側方向のそれぞれが独立して実施例１の構成と同様と考えることができる。なお、この際の上側方向は被締結部材２２の界面より＋Ｚ方向側であり、下側方向は、被締結部材２２の所定の面から見て－Ｚ方向側である。
【0053】
それぞれの部品と締結に有効な寸法関係を実施例１を参考にして以下に説明する。被締結部材２２はアルミ素材製であるため被締結部材２２の締結に有効な寸法は図４のＡ２２で示す部位であり、実施例１のＡ２に相当する。ボルト３１において２枚の被締結部材２２、２３の界面から上側の締結に有効な寸法は図４のＢ３１１で示す部位であり、これは実施例１のＢ３１に相当する。段付きワッシャ３２１は被締結部材２２と同じアルミ素材製であるため段付きワッシャ３２１の締結に有効な寸法は図４のＡ３２１で示す部位であり、これは実施例１のＡ３２１に相当する。ワッシャ３２２はボルト３１と同じ鉄素材であるためワッシャ３２２の締結に有効な寸法は図４のＢ３２２で示す部位であり、これは実施例１のＢ３２２に相当する。
【0054】
さらに、被締結部材２３は銅素材製であるため、被締結部材２３の締結に有効な寸法は図４のＡ２３で示す部位であり、これは、実施例１のＡ２に相当する。ボルト３１は鉄素材であるため、ボルト３１において２枚の被締結部材２２、２３の界面から下側の締結に有効な寸法は図４のＢ３１２に示す部位であり、これは実施例１のＢ３１に相当する。段付きワッシャ３２３は被締結部材２３と同じ銅素材製であるため、段付きワッシャ３２３の締結に有効な寸法は図４のＡ３２３に示す部位であり、これは実施例１のＡ３２１に相当する。ワッシャ３２４はボルト３１と同じ鉄素材であるため、ワッシャ３２４の締結に有効な寸法は図４のＢ３２４で示す部位であり、これは実施例１のＢ３２２に相当する。
【0055】
また、各部材の寸法の関係は、２枚の被締結部材の界面から上側においては、以下の式（１４）と式（１５）で示される。
（数１１）
Ａ２２＝Ａ３２１ （１４）
Ｂ３２２＝Ｂ３１１ （１５）
即ち、ボルト３１をナット１１に対して螺合する方向における被締結部材２２の締結に有効な長さＡ２２と、締結具３を被締結部材２３に締結した際に段付きワッシャ３２１の締結に有効な長さＡ３２１とが一致している。なお、それぞれの長さが一致していなくてもよく、上記のＡ２２とＡ３２１との長さの差が、所定の閾値以下であればよい。
（数１１）
Ａ２２＝Ａ３２１ （１４）
Ｂ３２２＝Ｂ３１１ （１５）
即ち、ボルト３１をナット１１に対して螺合する方向における被締結部材２２の締結に有効な長さＡ２２と、締結具３を被締結部材２３に締結した際に段付きワッシャ３２１の締結に有効な長さＡ３２１とが一致している。なお、それぞれの長さが一致していなくてもよく、上記のＡ２２とＡ３２１との長さの差が、所定の閾値以下であればよい。
【0056】
また、ボルト３１をナット１１に対して螺合する方向におけるワッシャ３２２の締結に有効な長さＢ３２２と、締結具３を被締結部材２３に締結した際に２枚の被締結部材２２、２３の界面から上側の締結に有効な長さＢ３１１とが一致している。なお、それぞれの長さが一致していなくてもよく、上記のＢ３２２とＢ３１１との長さ差が、所定の閾値以下であればよい。なお、所定の閾値については実施例３の締結構造に使用する各部材の加工誤差の許容値である。
【0057】
さらに、２枚の被締結部材の界面から下側においては、以下の式（１６）と式（１７）で示される。
（数１２）
Ａ２３＝Ａ３２３ （１６）
Ｂ３２４＝Ｂ３１２ （１７）
即ち、ボルト３１をナット１１に対して螺合する方向における被締結部材２３の締結に有効な長さＡ２３と、締結具３を被締結部材２３に締結した際に段付きワッシャ３２３の締結に有効な長さＡ３２３とが一致している。なお、それぞれの長さが一致していなくてもよく、上記のＡ２３とＡ３２３との長さの差が、所定の閾値以下であればよい。
（数１２）
Ａ２３＝Ａ３２３ （１６）
Ｂ３２４＝Ｂ３１２ （１７）
即ち、ボルト３１をナット１１に対して螺合する方向における被締結部材２３の締結に有効な長さＡ２３と、締結具３を被締結部材２３に締結した際に段付きワッシャ３２３の締結に有効な長さＡ３２３とが一致している。なお、それぞれの長さが一致していなくてもよく、上記のＡ２３とＡ３２３との長さの差が、所定の閾値以下であればよい。
【0058】
また、ボルト３１をナット１１に対して螺合する方向におけるワッシャ３２４の締結に有効な長さＢ３２４と、締結具３を被締結部材２３に締結した際に２枚の被締結部材２２、２３の界面から下側の締結に有効な長さＢ３１２とが一致している。なお、それぞれの長さが一致していなくてもよく、上記のＢ３２４とＢ３１２との長さの差が、所定の閾値以下であればよい。なお、所定の閾値については実施例３の締結構造に使用する各部材の加工誤差の許容値である。また、ボルト３１をナット１１に対して螺合する際には被締結部材２３を介している。
【0059】
このように、２枚の被締結部材２２、２３の界面から上側及び下側それぞれで、実施例１で示した上記式（９）、上記式（１０）の関係を満足することができる。従って、ΔＴの温度変化が生じても各部品の寸法変化が相殺されるため、締結具３による締結力は変化することがない。
【0060】
以上、実施例３の締結構造では、実施例１と同様に温度変化による被締結部材や締結具の緩み、破損の問題を低減できる締結構造を提供することができる。
【0061】
＜実施例４＞
実施例２の構成では、ワッシャ３２２の寸法が高くなるため実装する際寸法の制約が生じる。これを解決するために、実施例４の締結構造では、実施例２の締結構造のワッシャ３２２を締結に有効な寸法を維持して２つに分割する。これにより、片側に大きくなる寸法を２枚の被締結部材２、２１の界面から見て所定の方向と、所定の方向とは反対方向（上下方向）に振り分けることができる。実施例４における締結構造について図５を参照して以下に説明する。図５は、実施例４の締結構造を例示する断面図であり、ボルト３１の中心軸に平行な断面図である。なお、実施例４の説明に際し、実施例２の構成を参考に説明する。また、上記各実施例と同様の箇所や構成については説明を省略する。
実施例２の構成では、ワッシャ３２２の寸法が高くなるため実装する際寸法の制約が生じる。これを解決するために、実施例４の締結構造では、実施例２の締結構造のワッシャ３２２を締結に有効な寸法を維持して２つに分割する。これにより、片側に大きくなる寸法を２枚の被締結部材２、２１の界面から見て所定の方向と、所定の方向とは反対方向（上下方向）に振り分けることができる。実施例４における締結構造について図５を参照して以下に説明する。図５は、実施例４の締結構造を例示する断面図であり、ボルト３１の中心軸に平行な断面図である。なお、実施例４の説明に際し、実施例２の構成を参考に説明する。また、上記各実施例と同様の箇所や構成については説明を省略する。
【0062】
実施例４の締結構造では、実施例２と同様に、被締結部材２１の所定の面に配置される被締結部材（第１の部材）２を、締結具３とナット１１を用いて締結する。締結具３は、鉄系素材のボルト（締結部材）３１、補助部材（第２の部材）３２から構成され、被締結部材２を含みうる。補助部材３２は、アルミ素材の段付きワッシャ３２１と、鉄素材のワッシャ３２２１、３２２２から構成される。被締結部材２、２１はアルミ素材で構成される。
【0063】
実施例４における、被締結部材２１の所定の面に配置される被締結部材２の締結は、ワッシャ３２２１と段付きワッシャ３２１とを介したボルト３１と、ワッシャ３２２２を介したナット１１によって行う。そして、、締結具３のボルト３１をナット１１に螺合することで、被締結部材２と補助部材３２を被締結部材２１に締結することができる。締結した際には、ワッシャ３２２２の所定の面と、被締結部材２１の所定の面と反対側の面とが当接し、ナット１１の所定の面とワッシャ３２２２の所定の面と反対側の面とが当接する。
【0064】
以下に締結に有効な寸法関係を述べる。被締結部材２と被締結部材２１とは同じアルミ素材で構成されるため、被締結部材２、２１の締結に有効な寸法は図５に示す被締結部材２、２１を２枚を重ねた際の寸法Ａ２となる。ボルト３１は鉄素材であるため、ボルト３１の締結に有効な寸法は図５のＢ３１に示す部位である。段付きワッシャ３２１は被締結部材２と同じアルミ素材であるため、段付きワッシャ３２１の締結に有効な寸法は図５のＡ３２１に示す部位である。ワッシャ３２２１はボルト３１と同じ鉄素材であるため、ワッシャ３２２１の締結に有効な寸法は図５のＢ３２２１に示す部位である。ワッシャ３２２２はボルト３１と同じ鉄素材であるため、ワッシャ３２２２の締結に有効な寸法は図５のＢ３２２２で示す部位である。
【0065】
また、各部材の寸法の関係は、以下の式（１８）と式（１９）で示される。
（数１３）
Ａ２＝Ａ３２１ （１８）
Ｂ３２２１＋Ｂ３２２２＝Ｂ３１ （１９）
即ち、ボルト３１をナット１１に対して螺合する方向における被締結部材２の締結に有効な長さＡ２と、締結具３を被締結部材２１に締結した際に段付きワッシャ３２１の締結に有効な長さＡ３２１とが一致している。なお、それぞれの長さが一致していなくてもよく、上記のＡ２とＡ３２１との差が、所定の閾値以下であればよい。
（数１３）
Ａ２＝Ａ３２１ （１８）
Ｂ３２２１＋Ｂ３２２２＝Ｂ３１ （１９）
即ち、ボルト３１をナット１１に対して螺合する方向における被締結部材２の締結に有効な長さＡ２と、締結具３を被締結部材２１に締結した際に段付きワッシャ３２１の締結に有効な長さＡ３２１とが一致している。なお、それぞれの長さが一致していなくてもよく、上記のＡ２とＡ３２１との差が、所定の閾値以下であればよい。
【0066】
また、ボルト３１をナット１１に対して螺合する方向におけるワッシャ３２１１とワッシャ３２２２の締結に有効な長さＢ３２１１とＢ３２２２の合計長さと、締結具３を被締結部材２１に締結した際にボルト３１の締結に有効な長さＢ３１とが一致している。なお、それぞれの長さが一致していなくてもよく、上記のＢ３２１１とＢ３２２２の合計長さとＢ３１との長さの差が、所定の閾値以下であればよい。なお、所定の閾値については実施例４の締結構造に使用する各部材の加工誤差の許容値である。また、ボルト３１をナット１１に対して螺合する際には被締結部材２１を介している。
【0067】
そして、ワッシャ３２２２とナット１１との当接面を基準に、各部材の寸法関係を足し合わせていくと、以下の式（２０）が導き出せる。
（数１４）
Ａ２＋Ｂ３２２１＋Ｂ３２２２－Ａ３２１－Ｂ３１＝０ （２０）
上記式（２０）によれば、上記式（１８）と上記式（１９）から上記式（１０）と同様にΔＴの温度変化が生じても各部品の寸法変化が相殺されるため、締結具３による締結力は変化することがない。
（数１４）
Ａ２＋Ｂ３２２１＋Ｂ３２２２－Ａ３２１－Ｂ３１＝０ （２０）
上記式（２０）によれば、上記式（１８）と上記式（１９）から上記式（１０）と同様にΔＴの温度変化が生じても各部品の寸法変化が相殺されるため、締結具３による締結力は変化することがない。
【0068】
以上、実施例４の締結構造では、実施例１と同様に温度変化による被締結部材や締結具の緩み、破損の問題を低減できる締結構造を提供することができる。
【0069】
＜実施例５＞
実施例５の締結構造では、ボルト３１と異なる金属同士で接合した一体ボルト３１１を使用する。実施例５の締結構造について、図６を参照して以下に説明する。図６は、実施例５の締結構造を例示する断面図であり、一体ボルト３１１の中心軸に平行な断面図である。また、上記各実施例と同様の箇所や構成については説明を省略する。
実施例５の締結構造では、ボルト３１と異なる金属同士で接合した一体ボルト３１１を使用する。実施例５の締結構造について、図６を参照して以下に説明する。図６は、実施例５の締結構造を例示する断面図であり、一体ボルト３１１の中心軸に平行な断面図である。また、上記各実施例と同様の箇所や構成については説明を省略する。
【0070】
実施例５の締結構造では、母材（被締結部材）１の所定の面に配置される被締結部材（第１の部材）２を、締結具３を用いて母材１へ締結する構造である。実施例５の締結具３は、異なる金属同士を接合して構成させる一体ボルト３１１、補助部材（第２の部材）３２から構成される。なお、実施例５では、被締結部材２も締結具３に含みうる。実施例５の補助部材３２は、鉄素材のワッシャ３２２である。また、被締結部材２はアルミ素材で構成される。
【0071】
ここで、一体ボルト３１１は、被締結部材２と同じアルミ素材からなる一体ボルト・アルミ部３１１１と鉄素材からなる一体ボルト・鉄部３１１２からなり、一体ボルト・アルミ部３１１１と一体ボルト・鉄部３１１２とは融着によって接合されている。上記接合の方法は、接着や機械的な結合などのような他の接合手段を用いてもよい。
【0072】
各部品の締結に有効な寸法関係を以下に説明する。一体ボルト・アルミ部３１１１と一体ボルト・鉄部３１１２との接合面から寸法を分ける。そして。被締結部材２の締結に有効な寸法は図６のＡ２で示す部位ある。一体ボルト・アルミ部３１１１の締結に有効な寸法は図６のＡ３１１１で示す部位ある。一体ボルト・鉄部３１１２の締結に有効な寸法は図６のＢ３１１２で示す部位である。ワッシャ３２２の締結に有効な寸法は図６のＢ３２２で示す部位ある。
【0073】
各部材の寸法の関係は、以下の式（２１）と式（２２）で示される。
（数１５）
Ａ２＝Ａ３１１１ （２１）
Ｂ３２２＝Ｂ３１１２ （２２）
即ち、一体ボルト３１１を母材１に対して螺合する方向における被締結部材２の締結に有効な長さＡ２と、締結具３を母材１に締結した際に一体ボルト・アルミ部３１１１の締結に有効な長さＡ３１１１とが一致している。なお、それぞれの長さが一致していなくてもよく、上記のＡ２とＡ３１１１との長さの差が、所定の閾値以下であればよい。
（数１５）
Ａ２＝Ａ３１１１ （２１）
Ｂ３２２＝Ｂ３１１２ （２２）
即ち、一体ボルト３１１を母材１に対して螺合する方向における被締結部材２の締結に有効な長さＡ２と、締結具３を母材１に締結した際に一体ボルト・アルミ部３１１１の締結に有効な長さＡ３１１１とが一致している。なお、それぞれの長さが一致していなくてもよく、上記のＡ２とＡ３１１１との長さの差が、所定の閾値以下であればよい。
【0074】
また、一体ボルト３１１を母材１に対して螺合する方向におけるワッシャ３２２の締結に有効な長さＢ３２２と、締結具３を母材１に締結した際に一体ボルト・鉄部３１１２の締結に有効な長さＢ３１１２とが一致している。なお、それぞれの長さが一致していなくてもよく、上記のＢ３２２とＢ３１１２との長さの差が、所定の閾値以下であればよい。なお、所定の閾値については実施例５の締結構造に使用する各部材の加工誤差の許容値である。
【0075】
上記式（２１）と上記式（２２）によれば、実施例１で示した式（１０）と同様にΔＴの温度変化が生じても各部品の寸法変化が相殺されるため、一体ボルト３１１による締結力は変化することがない。
【0076】
以上、実施例５の締結構造では、実施例１と同様に温度変化による被締結部材や締結具の緩み、破損の問題を低減できる締結構造を提供することができる。
【0077】
＜実施例６＞
実施例６の締結構造では、被締結部材２１の所定の面に配置される被締結部材（第１の部材）２を、締結具３とナット１１を用いて締結する。以下に、実施例６における締結構造について図７を参照して説明する。図７は、実施例６の締結構造を例示する断面図であり、一体ボルト３１１の中心軸に平行な断面図である。また、上記各実施例と同様の箇所や構成については説明を省略する。
実施例６の締結構造では、被締結部材２１の所定の面に配置される被締結部材（第１の部材）２を、締結具３とナット１１を用いて締結する。以下に、実施例６における締結構造について図７を参照して説明する。図７は、実施例６の締結構造を例示する断面図であり、一体ボルト３１１の中心軸に平行な断面図である。また、上記各実施例と同様の箇所や構成については説明を省略する。
【0078】
実施例６の締結具３は、実施例５と同様の異なる金属同士を接合して構成させる一体ボルト３１１、補助部材（第２の部材）３２から構成される。なお、実施例６では、被締結部材２も締結具３に含みうる。また、実施例６の補助部材３２は、鉄素材のワッシャ３２２である。また、被締結部材２、２１はそれぞれアルミ素材で構成される。
【0079】
一体ボルト３１１は、実施例５と同様に、被締結部材２と同じアルミ素材からなる一体ボルト・アルミ部３１１１と鉄素材からなる一体ボルト－・鉄部３１１２からなる。そして、一体ボルト・アルミ部３１１１と一体ボルト・鉄部３１１２とは融着によって接合されている。
【0080】
各部品の締結に有効な寸法関係を以下に説明する。被締結部材２と被締結部材２１とは同じアルミ素材なので、被締結部材２、２１の締結に有効な寸法は図７に示す被締結部材２、２１を２重ねた際の寸法Ａ２１である。なお、実施例５と同様に、一体ボルト・アルミ部３１１１と一体ボルト・鉄部３１１２との接合面から寸法を分ける。一体ボルト・アルミ部３１１１の締結に有効な寸法は図６のＡ３１１１で示す部位である。一体ボルト・鉄部３１１２の締結に有効な寸法は図６のＢ３１１２で示す部位である。ワッシャ３２２の締結に有効な寸法は図６のＢ３２２で示す部位である。
【0081】
各部材の寸法の関係は、以下の式（２３）と式（２４）で示される。
（数１６）
Ａ２１＝Ａ３１１１ （２３）
Ｂ３２２＝Ｂ３１１２ （２４）
即ち、一体ボルト３１１をナット１１に対して螺合する方向における被締結部材２、２１の締結に有効な長さＡ２１と、締結具３を被締結部材２１に締結した際に一体ボルト・アルミ部３１１１の締結に有効な長さＡ３１１１とが一致している。なお、それぞれの長さが一致していなくてもよく、上記のＡ２１とＡ３１１１との長さの差が、所定の閾値以下であればよい。
（数１６）
Ａ２１＝Ａ３１１１ （２３）
Ｂ３２２＝Ｂ３１１２ （２４）
即ち、一体ボルト３１１をナット１１に対して螺合する方向における被締結部材２、２１の締結に有効な長さＡ２１と、締結具３を被締結部材２１に締結した際に一体ボルト・アルミ部３１１１の締結に有効な長さＡ３１１１とが一致している。なお、それぞれの長さが一致していなくてもよく、上記のＡ２１とＡ３１１１との長さの差が、所定の閾値以下であればよい。
【0082】
また、一体ボルト３１１をナット１１に対して螺合する方向におけるワッシャ３２２の締結に有効な長さＢ３２２と、締結具３を被締結部材２１に締結した際に一体ボルト・鉄部３１１２の締結に有効な長さＢ３１１２とが一致している。なお、それぞれの長さが一致していなくてもよく、上記のＢ３２２とＢ３１１２との長さの差が、所定の閾値以下であればよい。なお、所定の閾値については実施例６の締結構造に使用する各部材の加工誤差の許容値である。また、一体ボルト３１１をナット１１に対して螺合する際には被締結部材２３を介している。
【0083】
上記式（２３）と上記式（２４）によれば、実施例１で示した上記式（１０）と同様にΔＴの温度変化が生じても各部品の寸法変化が相殺されるため、一体ボルト３１１による締結力は変化することがない。
【0084】
以上、実施例６の締結構造では、実施例１と同様に温度変化による被締結部材や締結具の緩み、破損の問題を低減できる締結構造を提供することができる。
【0085】
＜実施例７＞
実施例７は、実施例１の締結構造をインプリント装置（リソグラフィ装置）及び平坦化処理装置等の、基板上の組成物を成形する成形装置に適用したものである。インプリント装置は、凹凸パターンを有するモールド（型）を用いて基板上に供給された組成物（インプリント材）に光を照射（露光）硬化させることで、基板上に当該組成物のパターンを形成する装置である。また、平坦化装置は、平面形状を有するモールド（テンプレート）を基板上の組成物に接触させることにより当該組成物の表面を平坦にする装置である。以下に、実施例７の締結構造を図９を参照して説明する。図９は、実施例７の締結構造を例示する断面図である。さらに、図９ではレンズ保持フランジ２４を締結する２本のボルト３１の中央を結ぶ断面を表している。また、上記各実施例と同様の箇所や構成については説明を省略する。
実施例７は、実施例１の締結構造をインプリント装置（リソグラフィ装置）及び平坦化処理装置等の、基板上の組成物を成形する成形装置に適用したものである。インプリント装置は、凹凸パターンを有するモールド（型）を用いて基板上に供給された組成物（インプリント材）に光を照射（露光）硬化させることで、基板上に当該組成物のパターンを形成する装置である。また、平坦化装置は、平面形状を有するモールド（テンプレート）を基板上の組成物に接触させることにより当該組成物の表面を平坦にする装置である。以下に、実施例７の締結構造を図９を参照して説明する。図９は、実施例７の締結構造を例示する断面図である。さらに、図９ではレンズ保持フランジ２４を締結する２本のボルト３１の中央を結ぶ断面を表している。また、上記各実施例と同様の箇所や構成については説明を省略する。
【0086】
高温に晒される一方で部材の高精度な位置決め、部材変形を抑制しなければならない成形装置においても、実施例１と同様にボルト締結は重用している。例えば、インプリント装置を例にすると、基板上の組成物を硬化させるために、不図示の照射部（照明部）から照射する高強度の紫外線等の光（例えば、レーザー光）を凹凸パターンを有するモールドを介し、組成物に照射する。また、不図示の照射部は、例えば、光源と、光源から射出された光を、組成物を望ましい硬度で硬化させるために最適な光の強度となるように調整するための光学系（照明光学系）とを含む。当該光学系は、レンズ等の光学素子、アパーチャ（開口）、照射と遮光とを切り替えるシャッタ等を含みうる。
【0087】
光学系はこの時照射される光のエネルギーによって昇温する。特に照明光学系等の部品では数百℃にまで昇温する場合もある。このような高温下における光学系及び光学素子の形状及び位置関係の劣化を最小限にすべく、各種部品の部材に対してやその配置方法が工夫されている。しかし、異種材料間の部材締結は避けられず、上記した温度変化によって、微小変形や部材破損が生じる可能性がある。さらに、実施例１の締結構造を適用できるのは上記の成形装置に限らず、光学素子であるレンズを備えた光学系を有する交換レンズ（光学装置）にも適用できる。この場合は、当該光学系を他の部材と締結する際に実施例１の締結構造を適用することができる。また、例えば、半導体露光装置や搬送装置等のボルト締結を採用している各種装置等にも適用することができる。
【0088】
実施例７の締結構造では、母材（ベース）１の所定の面に配置され、光学素子を保持するレンズ保持フランジ２４を、締結具３を用いて母材１に締結する。実施例７の締結具３の構成は実施例１と同様である
【0089】
レンズ保持フランジ２４の中央にはレンズ（光学素子）が挿入されており、不図示の別のレンズと光学的な位置関係に保持されている。レンズ保持フランジ２４は高出力の光を集光することによって温度が上昇する。この時の温度上昇として、レンズ保持フランジ２４及びその周囲、締結具３等の部材は、２００℃程度にまで温度が上昇することもある。なお、一例として図９に示すボルト３１はＭ５六角穴付きボルト（クロムモリブデン鋼：ＳＣＭ４３５）とする。そして、当該ボルト３１は初期状態に室温にて１００００［Ｎ］の軸力で締結している。レンズ保持フランジ２４はアルミ（５０００系アルミ：Ａ５０５２）で構成される。また、各種物性を以下の表１に示す。
【0090】
【表1】
【0091】
上記の表１によれば、実施例１と同様に、段付きワッシャ３２１の材料と寸法はレンズ保持フランジ２４と同様であり、ワッシャ３２２の材料と寸法も同様にボルト３１と同様である。
【0092】
実施例７における成形装置の照射部から照射される光によってレンズ保持フランジ２４が加熱され、例えば２００℃まで温度が上昇する場合を想定する。この場合であっても、実施例１と同様に温度変化によるレンズ保持フランジ２４と締結具３のそれぞれの膨張・収縮をそれぞれに対応する部材同士で相殺できるため、ボルト３１の初期軸力１００００［Ｎ］は変わらない。
【0093】
以上、実施例７の締結構造では、実施例１の締結構造を成形装置等の装置における光学系や他の部材との締結に用いることで、実施例１と同様に温度変化による被締結部材や締結具の緩み、破損の問題を低減することができる。
【0094】
また、実施例１と同様に、締結構造に使用する各部材について、加工誤差の許容値であればよいが、しかしながら実際には、レンズ保持フランジ２４、ボルト３１、段付きワッシャ寸法Ａ３２１、ワッシャＡ３２２の締結に有効な寸法に誤差が生じる場合がある。この寸法誤差によって生じる軸力の変化の一例を以下に示す。
【0095】
例として、段付きワッシャ３２１の締結に有効な寸法が加工誤差の許容値として最大４ｍｍを想定していたが、製造における加工によって１ｍｍ長い５ｍｍだった場合を考える。この際、ボルト３１を締め付けると締結に有効な寸法は６ｍｍから５ｍｍに短くなる。そして、この場合の状態（初期状態）から一例として上記のように２００℃に温度が上昇すると、ボルトの軸力は約２０００Ｎ低下する。そのため、初期軸力１０００００［Ｎ］の場合にあっては２０％ボルトの軸力が減少する。
【0096】
レンズ保持フランジ２４の締結力が約１０％程度低下することでレンズ保持フランジ２４または締結しているいずれかの部材のズレが懸念される。更にレンズ保持フランジ２４にズレが生じるまたは変形してしまうことで光学素子も変形や位置ズレを生じ、実施例７における装置の性能が劣化してしまうことが考えられる。そのため、温度変化や加工誤差の許容値を超えるような場合を考慮して、ボルトの軸力の変動は１％以下とすることが好ましい。
【0097】
例えば、上記した一例のように２００℃の温度変化の環境を想定する。この場合、ボルトの軸力の変動を１％以下に抑える場合には、レンズ保持フランジ２４、ボルト３１、段付きワッシャ３２１、ワッシャ３２２の締結に有効な寸法の誤差は０．０５ｍｍ以下であることが望ましい。この際は加工誤差（公差）を考慮する。なお、上記したボルトの軸力の変動については実施例７に限らず、上記各実施例でも同様である。
【0098】
また、材料の線膨張係数の違い（誤差）も軸力の変動要因となるため、対応する部材同士の線膨張係数を合わせることが好ましい。しかし、設計上の制約等のため、ワッシャ３２２と同様の炭素鋼ではあるもののボルト材料の強度区分からＳＭＣ４４０を採用する場合が考えられる。この場合を例とすると上記表１の寸法において、ボルト３１の材質の型式をＳＣＭ４４０（線膨張係数：１２．５［ｐｐｍ］）とすると、２００℃において軸力は１２０８［Ｎ］増え、１０００００［Ｎ］の初期軸力に対して１２％軸力が増加してしまう。このことから上記したボルトの軸力の変動を１％以下に抑える場合には、同材料であるレンズ保持フランジ２４と段付きワッシャ３２１、またはボルト３１とワッシャ３２２の材質の線膨張係数の差は０．１２［ｐｐｍ］以下であることが望ましい。言い換えると線膨張係数の違いが所望の値以下であれば材料の型式、ＪＩＳ規格等における鋼種番号、または成分が異なってもよい。
【0099】
＜実施例８＞
実施例８は、実施例１の締結構造を衛星光学系に適用したものである。図１０は、図１０を正面から見て右側から入射した光線を集光する衛星光学系６の概念図である。また、上記各実施例と同様の箇所や構成については説明を省略する。
実施例８は、実施例１の締結構造を衛星光学系に適用したものである。図１０は、図１０を正面から見て右側から入射した光線を集光する衛星光学系６の概念図である。また、上記各実施例と同様の箇所や構成については説明を省略する。
【0100】
衛星に搭載される精密光学機器にとってボルト締結は有用であり、衛星打ち上げ時の大きな振動・加速度に耐え、光学系を構成する部品の高い取付け精度を満足できる締結手段としてはボルト締結が優位である。一方で、ボルト締結においてもボルトと被締結部材とを異種材料によって構成すると、宇宙空間での大きな温度差によって軸力が変化し、締結の緩みや部材の破損をまねく危険が生じる。宇宙空間での温度変化幅は大きく、太陽光を受けているときと影になっているときとでは１００℃以上の温度差が生じる。
【0101】
そこで、実施例７と同様に、実施例１の締結構造を衛星光学系の光学素子の締結に用いることで、高温から極低温まで温度変化の影響を受ける光学系の性能劣化の抑制、破損リスクの低減が可能である。
【0102】
光学素子６１は入射光に対して精密に位置決めされ、温度変化時のミラー形状変化の影響を最小限にするよう配置されている。上記した一例と同様に、一般的なボルト締結では１００℃の温度変化で１０％もの軸力変化があり、温度が１００℃低下することによるフランジの微小変形は光学素子の位置ズレや変形となり、光学性能を劣化させる要因となる。そこで、実施例１の締結構造を用いることで、軸力が変化しないことで光学性能劣化の要因となる光学素子への応力発生や、光学素子配置の微小なズレの影響を低減することができる。
【0103】
以上、実施例８の締結構造では、実施例１の結構造を衛星光学系の光学系や他の部材との締結に用いることで、高温から極低温まで温度変化による締結具の緩みや破損の危険を低減できる締結構造を提供することができる。
【0104】
＜物品製造方法に係る実施例＞
成形装置を用いて成形した硬化物のパターンは、各種物品の少なくとも一部に恒久的に、或いは各種物品を製造する際に一時的に、用いられる。物品とは、電気回路素子、光学素子、ＭＥＭＳ、記録素子、センサ、或いは、モールド（型）等である。電気回路素子としては、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＭＲＡＭのような、揮発性或いは不揮発性の半導体メモリや、ＬＳＩ、ＣＣＤ、イメージセンサ、ＦＰＧＡのような半導体素子等が挙げられる。モールドとしては、インプリント用のモールド等が挙げられる。
成形装置を用いて成形した硬化物のパターンは、各種物品の少なくとも一部に恒久的に、或いは各種物品を製造する際に一時的に、用いられる。物品とは、電気回路素子、光学素子、ＭＥＭＳ、記録素子、センサ、或いは、モールド（型）等である。電気回路素子としては、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＭＲＡＭのような、揮発性或いは不揮発性の半導体メモリや、ＬＳＩ、ＣＣＤ、イメージセンサ、ＦＰＧＡのような半導体素子等が挙げられる。モールドとしては、インプリント用のモールド等が挙げられる。
【0105】
硬化物のパターンは、上記物品の少なくとも一部の構成部材として、そのまま用いられるか、或いは、レジストマスクとして一時的に用いられる。基板の加工工程においてエッチング又はイオン注入等が行われた後、レジストマスクは除去される。
【0106】
次に、物品の具体的な製造方法について、図１１を参照して説明する。なお、図１１に示す成形装置は、成形装置の１つであるインプリント装置を例としており、当該成形装置は光学系を他の部部材と締結するための上記実施例に示す締結構造を有している。図１１（Ａ）に示すように、絶縁体等の被加工材２ｚが表面に成形されたシリコンウエハ等の基板１ｚを用意し、続いて、インクジェット法等により、被加工材２ｚの表面にインプリント材（光硬化性材料）３ｚを付与する。ここでは、複数の液滴状になったインプリント材３ｚが基板上に付与された様子を示している。
【0107】
図１１（Ｂ）に示すように、インプリント用のモールド４ｚを、その凹凸パターンが成形された側を基板上のインプリント材３ｚに向け、対向させる。図１１（Ｃ）に示すように、インプリント材３ｚが付与された基板１ｚとモールド４ｚとを接触させ、圧力を加える（接触工程）。インプリント材３ｚはモールド４ｚと被加工材２ｚとの隙間に充填される。この状態で硬化用のエネルギーとして光を、モールド４ｚを透して照射するとインプリント材３ｚは硬化する（硬化工程）。
【0108】
図１１（Ｄ）に示すように、インプリント材３ｚを硬化させた後、モールド４ｚと基板１ｚを引き離すと、基板１ｚ上にインプリント材３ｚの硬化物のパターンが成形される（パターン成形工程）。この硬化物のパターンは、モールドの凹部が硬化物の凸部に、モールドの凹部が硬化物の凸部に対応した形状になっており、即ち、インプリント材３ｚにモールド４ｚの凹凸パターンが転写されたことになる。
【0109】
図１１（Ｅ）に示すように、硬化物のパターンを耐エッチングマスクとしてエッチングを行うと、被加工材２ｚの表面のうち、硬化物が無いか或いは薄く残存した部分が除去され、溝５ｚとなる（加工工程）。図１１（Ｆ）に示すように、硬化物のパターンを除去すると、被加工材２ｚの表面に溝５ｚが成形された物品を得ることができる。ここでは硬化物のパターンを除去したが、加工後も除去せずに、例えば、半導体素子等に含まれる層間絶縁用の膜、つまり、物品の構成部材として利用してもよい。
【0110】
＜その他の実施例＞
以上、本発明をその好適な実施例に基づいて詳述してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の主旨に基づき種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。
以上、本発明をその好適な実施例に基づいて詳述してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の主旨に基づき種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。
【符号の説明】
【0111】
１ 母材
２ 被締結部材
３ 締結具
３１ ボルト
３２ 補助部材
３２１ 段付きワッシャ
３２２ ワッシャ
２ 被締結部材
３ 締結具
３１ ボルト
３２ 補助部材
３２１ 段付きワッシャ
３２２ ワッシャ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】