(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物を載置する対物台と床面との間の異なる平面位置に位置し、供給空気圧力に応じて床面に対する対物台の傾きを変化させる複数の空気ばねユニット；
上方が開放された半球状凹面を有し床面に固定された固定台座；
この固定台座の半球状凹面に全方向に相対回動可能に係合する半球状凸面を有し上記対物台と一緒に動く回動台；及び
この回動台の固定台座に対する相対回動位置に応じて、上記複数の空気ばねユニットに対する供給空気圧力を変化させる傾斜センサ機構；を備え、
上記傾斜センサ機構は、上記固定台座の半球状凹面に上記空気ばねユニットの数に応じて開口させた圧力供給口と圧力排出口、及び上記回動台の半球状凸面に上記空気ばねユニットの数に応じて開口させた吸排制御ポートを備え、各吸排制御ポートは、上記固定台座に対する上記回動台の傾きに応じて、上記圧力供給口と圧力排出口を選択的に対応する空気ばねユニットに連通させることを特徴とする水平保持装置。
【請求項２】
請求項１記載の水平保持装置において、上記空気ばねユニットは、対物台の平面中心に関し直交二方向に位置を異ならせて４個が配置されている水平保持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気ばねを用いた水平保持装置に関し、特に単一センサで制御可能な構成が簡易な水平保持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気ばねを用いた水平保持装置として、レベリングバルブを用いた装置が知られている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００５-６９３０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、この装置は、空気ばねの数と同数のレベリングバルブを必要とする（空気ばね毎にレベリングバルブを必要とする）ため、構造が複雑化するという問題がある。
【０００４】
本発明は、空気ばねを用いた水平保持装置であって、単一のセンサ機構で複数の空気ばねを制御可能な水平保持装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による水平保持装置は、対象物を載置する対物台と床面との間の異なる平面位置に位置し、供給空気圧力に応じて床面に対する対物台の傾きを変化させる複数の空気ばねユニット；上方が開放された半球状凹面を有し床面に固定された固定台座；この固定台座の半球状凹面に全方向に相対回動可能に係合する半球状凸面を有し上記対物台と一緒に動く回動台；及びこの回動台の固定台座に対する相対回動位置に応じて、上記複数の空気ばねユニットに対する供給空気圧力を変化させる傾斜センサ機構；を備え、上記傾斜センサ機構は、上記固定台座の半球状凹面に上記空気ばねユニットの数に応じて開口させた圧力供給口と圧力排出口、及び上記回動台の半球状凸面に上記空気ばねユニットの数に応じて開口させた吸排制御ポートを備え、各吸排制御ポートは、上記固定台座に対する上記回動台の傾きに応じて、上記圧力供給口と圧力排出口を選択的に対応する空気ばねユニットに連通させることを特徴としている。
【０００７】
空気ばねユニットは、対物台の平面中心に関し直交二方向に位置を異ならせて４個を配置するのが実際的である。この態様では、固定台座の半球状凹面に開口させる圧力供給口と圧力排出口、及び回動台の半球状凸面に設ける吸排制御ポートもそれぞれ４個（セット）となる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、単一の傾斜センサ機構により複数の空気ばねユニットを制御し、対物台を水平に保持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１、図２は、本発明による水平保持装置１０の全体構造を示している。この水平保持装置１０は、平面矩形の対物台１１を有し、この対物台１１の下面と床面１２との間に、４つの空気ばねユニット１３が配置されている。これらの空気ばねユニット１３は、対物台１１の平面中心を通る直交二方向上に位置を異ならせている。各空気ばねユニット１３は、ダイヤフラム１３ａを有する気密圧力室１３ｂを備えており、ダイヤフラム１３ａは支持ロッド１３ｃを介して対物台１１に結合されている。従って、各空気ばねユニット１３の気密圧力室１３ｂに対する供給空気圧力を変化させると、対物台１１の高さ（傾き）が変化する。
【００１０】
対物台１１の平面中心裏面と床面１２との間には、傾斜センサ機構２０が配置されている。この傾斜センサ機構２０は、床面１２に固定された固定台座２１と、この固定台座２１に相対回動自在に支持された回動台２２とを備えている。すなわち、固定台座２１は、上方が開放された半球状凹面２１ａを備えており、回動台２２は、この半球状凹面２１ａに全方向に相対回動自在に摺接する半球状凸面２２ａを備えている。この半球状凸面２２ａには、分断させたすべり軸受（面）２２ｂ（図５、図７参照）が添着（形成）されている。
【００１１】
回動台２２にはまた、その上面に対物台１１の下面を支える空気ばねユニット１３方向に延びる４個の腕を有する十字腕２２ｃを備えており、この十字腕２２ｃを介して対物台１１と回動台２２が一緒に回動する。
【００１２】
固定台座２１の半球状凹面２１ａには、各空気ばねユニット１３に対応させて、４個の圧力供給口２４と圧力排出口２５が平面的にみて９０゜間隔で開口している（図６参照）。圧力供給口２４と圧力排出口２５の間には、中立閉空間２６が存在する。全ての圧力供給口２４は、レギュレータ３０を介して圧縮空気源３１に接続されており（図４、図６）、全ての圧力排出口２５は大気に開放されている。また、圧力供給口２４、圧力排出口２５及び中立閉空間２６は、固定台座２１の半球状凹面２１ａに接着したシール部材２９によって区画されており、シール部材２９は、回動台２２の半球状凸面２２ａに接触して空気漏れを防ぐ。固定台座２１を金属材料としたとき、ゴム材料からなるシール部材２９は例えば焼付（加硫）接着技術によって半球状凹面２１ａに接着することができる。
【００１３】
回動台２２には、各空気ばねユニット１３（圧力供給口２４、圧力排出口２５）に対応させて、平面的にみて９０゜間隔で吸排制御ポート２８が設けられている。各吸排制御ポート２８は、半球状凸面２２ａに開口する供給ポート２８ａと排出ポート２８ｂ、及びこれらの供給ポート２８ａと排出ポート２８ｂに連通する切替ポート２８ｃを有し、切替ポート２８ｃは、フレキシブルパイプ２８ｄを介して空気ばねユニット１３の気密圧力室１３ｂに連通している。
【００１４】
以上のそれぞれ４つ存在する空気ばねユニット１３、十字腕２２ｃ、圧力供給口２４、圧力排出口２５、中立閉空間２６及び吸排制御ポート２８は、対応しており、以下の説明では、方向（位置）を特定するため、Ｎ、Ｓ、Ｅ、Ｗのサフィックスを付すことがある。
【００１５】
吸排制御ポート２８の供給ポート２８ａと排出ポート２８ｂは、回動台２２（対物台１１）が水平状態である（傾きが許容範囲にある）ときには、中立閉空間２６に連通し、圧力供給口２４と圧力排出口２５のいずれにも連通しない（図４）。すなわち、空気ばねユニット１３の気密圧力室１３ｂには、新たに圧縮空気は供給されない。
【００１６】
これに対し、回動台２２が固定台座２１に対して回動すると、その回動方向に応じて、空気ばねユニット１３に接近する側（方向）のいずれかの十字腕２２ｃに対応する吸排制御ポート２８の供給ポート２８ａが圧力供給口２４に連通してその切替ポート２８ｃを対応する空気ばねユニット１３の気密圧力室１３ｂに連通させる。また、その吸排制御ポート２８とは反対側に位置する、空気ばねユニット１３から離れる方向の十字腕２２ｃに対応する吸排制御ポート２８の排出ポート２８ｂは、圧力排出口２５に連通して対応する空気ばねユニット１３の気密圧力室１３ｂを大気に連通させる。この空気流路の切替により、対物台１１の水平補償機能が営まれる。
【００１７】
なお、装置組立て終了時には、各気密圧力室１３ｂに圧縮空気が供給されていないため、各気密圧力室１３ｂに圧縮空気を供給する必要がある。この圧縮空気の供給は、初期バランスを確保するため、徐々に行う。対物台１１は、各気密圧力室１３ｂ内の圧力が上昇したとき、水平状態が保たれていない場合には、本発明のバランス機構によって水平状態になる。一方、対物台１１の水平状態が保たれていた場合には、バランス機構は作用しない（中立位置のままである）。このとき、各気密圧力室１３ｂ内の圧力は所定の数値を維持する。装置組立て終了時には、以上のようにして対物台１１の水平補償機能が営まれる。
【００１８】
図８、図９は、一例として、十字腕２２ｃＥが下降し、十字腕２２ｃＷが上昇する方向に、回動台２２が回動した状態を示している。回動台２２が許容範囲以上に傾くと、圧力供給口２４Ｅと吸排制御ポート２８Ｅの供給ポート２８ａＥとが連通して吸排制御ポート２８Ｅには、圧縮空気源３１からレギュレータ３０を介して圧縮空気が供給される。この圧縮空気は、切替ポート２８ｃＥ、フレキシブルパイプ２８ｄＥを介して空気ばねユニット１３Ｅに供給される。従って、気密圧力室１３ｂＥ内の圧力は上昇し、この内圧上昇によってダイヤフラム１３ａＥが押し上げられる。ダイヤフラム１３ａＥが押し上げられると、支持ロッド１３ｃＥを介して対物台１１が部分的に押し上げられる。
【００１９】
一方、回動台２２の許容範囲以上の回動により排出ポート２８ｂＷは、圧力排出口２５Ｗに連通され、その結果、空気ばねユニット１３Ｗは、フレキシブルパイプ２８ｄＷ、切替ポート２８ｃＷ、排出ポート２８ｂＷ、及び圧力排出口２５Ｗを介して大気に連通され、空気ばねユニット１３Ｗ内の空気は大気中に排出される。従って、空気ばねユニット１３Ｗ内の空気が排出される結果、対物台１１は部分的に下降する。このため、対物台１１は水平状態に戻る方向に回動し、やがて、供給ポート２８ａＷと排出ポート２８ｂＷが中立閉空間２６Ｗに連通し、供給ポート２８ａＥと排出ポート２８ｂＥが中立閉空間２６Ｅに連通すると、回動台２２の回動が止まる。
【００２０】
以上の回動台２２のＥ-Ｗ方向の回動に際しては、回動台２２の吸排制御ポート２８Ｎと２８Ｓも位置を変えるが、その供給ポート２８ａＮと排出ポート２８ｂＮは、中立閉空間２６Ｎとの連通を維持し、その供給ポート２８ａＳと排出ポート２８ｂＳは、中立閉空間２６Ｓとの連通を維持する（図９）。よって、Ｎ-Ｓ方向には影響を与えない。
【００２１】
以上は、回動台２２のＥ-Ｗ方向の回動を例に本装置の動作を説明したものであるが、Ｎ-Ｓ方向の回動も同様である。
【００２２】
次に、回動台２２のＥ-Ｗ方向（Ｎ-Ｓ方向）以外の回動について本装置の動作を説明する。この動作は、回動台２２のＥ-Ｗ方向とＮ-Ｓ方向の回動の合成で得られる。
図１０は、一例として、固定台座２１の四隅のうち一隅（図１０中の右下）が下降する方向に回動台２２が回動した状態を示している。すなわち、十字腕２２ｃＥ、２２ｃＳは、それぞれ、水平状態から同位置まで下降し、この十字腕２２ｃＥ、２２ｃＳの下降に伴い、十字腕２２ｃＮ、２２ｃＷがそれぞれ同位置まで上昇する状態である。
【００２３】
まず、圧縮空気の供給動作について説明する。
回動台２２が許容範囲以上に回動する（十字腕２２ｃＥ、２２ｃＳが許容範囲以上に下降する）と、圧力供給口２４Ｅと吸排制御ポート２８Ｅの供給ポート２８ａＥとが連通し、同時に、圧力供給口２４Ｓと吸排制御ポート２８Ｓの供給ポート２８ａＳとも連通する。これらが連通すると、吸排制御ポート２８Ｅ、２８Ｓには、レギュレータ３０を介して圧縮空気源３１から圧縮空気が供給される。この圧縮空気は、切替ポート２８ｃＥ、フレキシブルパイプ２８ｄＥを介して空気ばねユニット１３Ｅに供給され、同時に、切替ポート２８ｃＳ、フレキシブルパイプ２８ｄＳを介して空気ばねユニット１３Ｓにも供給される。従って、気密圧力室１３ｂＥ、１３ｂＳ内の圧力は上昇し、内圧上昇によってダイヤフラム１３ａＥ、１３ａＳが押し上げられる。このダイヤフラム１３ａＥ、１３ａＳが押し上げられると、対物台１１は支持ロッド１３ｃＥ、１３ｃＳを介して部分的に押し上げられる。
【００２４】
別言すると、十字腕２２ｃＥ、２２ｃＳが、それぞれ、水平状態から同じ位置まで下降するとき、圧力供給口２４Ｅ（圧力供給口２４Ｓ）から供給ポート２８ａＥ（供給ポート２８ａＳ）に流入する圧縮空気量は等しく、気密圧力室１３ｂＥ、１３ｂＳ内に供給される圧縮空気量も等しい。従って、気密圧力室１３ｂＥ、１３ｂＳ内の内圧上昇も等しく、十字腕２２ｃＥ、２２ｃＳは同じ位置まで押し上げられる。
【００２５】
次に、空気ばねユニット１３Ｗ、１３Ｎ内の空気の排出動作について説明する。
十字腕２２ｃＷ、２２ｃＮが許容範囲以上に上昇すると、排出ポート２８ｂＷは、圧力排出口２５Ｗに連通する。また、排出ポート２８ｂＮも、圧力排出口２５Ｎに連通する。これらが連通すると、空気ばねユニット１３Ｗは、フレキシブルパイプ２８ｄＷ、切替ポート２８ｃＷ、排出ポート２８ｂＷ、及び圧力排出口２５Ｗを介して大気に連通し、同時に、空気ばねユニット１３Ｎも、フレキシブルパイプ２８ｄＮ、切替ポート２８ｃＮ、排出ポート２８ｂＮ、及び圧力排出口２５Ｎを介して大気に連通する。従って、空気ばねユニット１３Ｗ、１３Ｎ内の空気は大気中に排出される。そして、空気ばねユニット１３Ｗ、１３Ｎ内の空気が排出される結果、対物台１１は部分的に下降する。
別言すると、十字腕２２ｃＷ、２２ｃＮが、それぞれ、水平状態から同じ位置まで上昇するとき、排出ポート２８ｂＷ（排出ポート２８ｂＮ）から圧力排出口２５Ｗ（圧力排出口２５Ｎ）を介して大気中に排出される空気量は等しく、気密圧力室１３ｂＷ、１３ｂＮ内から大気中に排出される空気量も等しい。従って、気密圧力室１３ｂＷ、１３ｂＮ内の内圧下降も等しく、十字腕２２ｃＷ、２２ｃＮは同じ位置まで下降する。
以上のように、回動台２２は対物台１１が水平状態に戻る方向に回動し、やがて、供給ポート２８ａＥと排出ポート２８ｂＥが中立閉空間２６Ｅに連通し、供給ポート２８ａＳと排出ポート２８ｂＳが中立閉空間２６Ｓに連通し、供給ポート２８ａＷと排出ポート２８ｂＷが中立閉空間２６Ｗに連通し、供給ポート２８ａＮと排出ポート２８ｂＮが中立閉空間２６Ｎに連通する（対物台１１が水平状態に戻る）と、回動台２２の回動が止まる。
【００２６】
以上の実施形態では、理解を容易にするため、圧力供給口２４と圧力排出口２５の角度間隔、及び吸排制御ポート２８の供給ポート２８ａと排出ポート２８ｂの角度間隔を誇張して描いているが、実際の装置構成では、必要とされる対物台１１の水平度に応じてこれらの角度間隔を小さく設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明による水平保持装置の一実施形態を示す正面図である。
【図２】図１の水平保持装置から対物台を除いて描いた平面図である。
【図３】図１の水平保持装置の傾斜センサ機構だけを描いた平面図である。
【図４】図３のIV-IV線に沿う断面図である。
【図５】図３、図７のV-V線に沿う断面図である。
【図６】傾斜センサ機構の半球状凹面を有する固定台座の平面図である。
【図７】傾斜センサ機構の半球状凸面を有する回動台の底面図である。
【図８】本発明による水平保持装置が傾いた状態を示す、図４に対応する断面図である。
【図９】図８の状態におけるエア吸排流路を示す、図６に図７の吸排制御ポートを重ねて描いた平面図である。
【図１０】本発明による水平保持装置が傾いた別の状態を示す、図９に対応する平面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  水平保持装置
１１  対物台
１２  床面
１３  空気ばねユニット
１３ａ  ダイヤフラム
１３ｂ  気密圧力室
１３ｃ  支持ロッド
２０  傾斜センサ機構
２１  固定台座
２１ａ  半球状凹面
２２  回動台
２２ａ  半球状凸面
２２ｂ  軸受
２２ｃ  十字腕
２４  圧力供給口
２５  圧力排出口
２６  中立閉空間
２８  吸排制御ポート
２８ａ  供給ポート
２８ｂ  排出ポート
２８ｃ  切替ポート
２８ｄ  フレキシブルパイプ
２９  シール部材
３０  レギュレータ
３１  圧縮空気源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図８】
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