(57)【要約】【課題】  ばね剛性を簡単に変更できる除振ユニットを得る。【解決手段】  容積シリンダと該シリンダ内の可動ピストン体との間に気密部材を設け、この気密部材、除振対象物を載置する天板、容積シリンダ及びベローズで除振圧力室を構成した。可動ピストン体を移動させることで除振圧力室の容積を変更できるので、除振ユニットのばね剛性を簡単に調整できる。【選択図】      図２
2005098464.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
除振対象物を載置する天板；
この天板の下方に位置する、上端部が開放された容積シリンダ；
この容積シリンダ上に天板を支持する除振弾性隔膜部材；
上記容積シリンダ内に位置するピストン体；
このピストン体と容積シリンダとの間に介在し、該ピストン体、容積シリンダ、上記天板及び除振弾性隔膜部材の間に閉じられた除振圧力室を画成する気密部材；
この除振圧力室に制御空気圧を供給する空気圧供給手段；及び
上記ピストン体を軸方向に移動させる移動調整機構；
を有することを特徴とするばね剛性可変空気ばね除振ユニット。
【請求項２】
請求項１記載のばね剛性可変空気ばね除振ユニットにおいて、上記移動調整機構は、ピストン体の軸部に固定され容積シリンダの外部に導かれた調整ロッドと、この調整ロッドの軸方向位置を手動で調整するマニュアル位置調整機構とから構成されているばね剛性可変空気ばね除振ユニット。
【請求項３】
請求項１記載のばね剛性可変空気ばね除振ユニットにおいて、上記移動調整機構は、ピストン体の軸部に固定され容積シリンダの外部に導かれた調整ロッドと、この調整ロッドを軸方向に移動させるリニアアクチュエータとから構成されているばね剛性可変空気ばね除振ユニット。
【請求項４】
除振対象物を載置する天板；
この天板の下方に位置する、上端部が開放された容積シリンダ；
この容積シリンダ上に天板を支持する除振弾性隔膜部材；
上記容積シリンダ内に位置するピストン体；
このピストン体の上方に、上記天板、除振弾性隔膜部材及び容積シリンダとともに閉じられた除振圧力室を画成し、該ピストン体の下方に容積シリンダとともに可変容積圧力室を画成する気密部材；
上記除振圧力室と可変容積圧力室を連通させる絞り通路；
上記除振圧力室に制御空気圧を供給する空気圧供給手段；及び
上記ピストン体を軸方向に移動させる移動調整機構；
を有することを特徴とするばね剛性可変空気ばね除振ユニット。
【請求項５】
請求項４記載のばね剛性可変空気ばね除振ユニットにおいて、上記絞り通路は、上記ピストン体に形成したオリフィスであるばね剛性可変空気ばね除振ユニット。
【請求項６】
請求項４記載のばね剛性可変空気ばね除振ユニットにおいて、上記絞り通路は、通路面積可変のニードルバルブを有する外部管路であるばね剛性可変空気ばね除振ユニット。
【請求項７】
請求項４ないし６のいずれか１項記載のばね剛性可変空気ばね除振ユニットにおいて、上記気密部材は、上記ピストン体の上部外周面と容積シリンダの内周面との間に介在し、上記天板、除振弾性隔膜部材、容積シリンダ及びピストン体の間に閉じられた除振圧力室を画成する第一のローリングダイヤフラムと；上記ピストン体の下部外周面と容積シリンダの内周面との間に介在し、上記除振圧力室の下方に可変容積圧力室を画成する第二のローリングダイヤフラムと；からなっているばね剛性可変空気ばね除振ユニット。
【請求項８】
請求項４ないし７のいずれか１項記載のばね剛性可変空気ばね除振ユニットにおいて、上記移動調整機構は、ピストン体の軸部に固定され容積シリンダの外部に導かれた調整ロッドと、この調整ロッドの軸方向位置を手動で調整するマニュアル位置調整機構から構成されているばね剛性可変空気ばね除振ユニット。
【請求項９】
請求項４ないし７のいずれか１項記載のばね剛性可変空気ばね除振ユニットにおいて、上記移動調整機構は、ピストン体の軸部に固定され容積シリンダの外部に気密に導かれた調整ロッドと、この調整ロッドを軸方向に移動させるリニアアクチュエータとから構成されているばね剛性可変空気ばね除振ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気ばねを用いた汎用パッシブ除振ユニットに関し、特にばね剛性の調整を容易に行うことができるばね剛性可変空気ばね除振ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
パッシブ除振ユニットで除振性能を上げようとすると、荷重に対するばね剛性をできるだけ柔らかく設定する必要がある。しかし、台上の装置の重心が水平方向に変動する場合（例えば装置上の可動テーブルの移動など）、装置が大きく傾くことがある。
【０００３】
通常、空気ばねのパッシブ除振ユニットには、レベリングバルブ（台の高さで弁の開閉を行い空気ばねの圧力室に給排気する）が装備されており、台の高さを一定に保ち、傾きを補正するように設計されている。しかし、高さの変動が起きてから安定し復元するために数分かかることもあり、短時間で復元させるためには高さの初期変動をなるべく小さく抑えることが必要となる。これを抑えるためには、ばね剛性がある程度大きくなければならない。
【０００４】
このように、除振性能と装置の傾き安定性は相反するものとなるので、除振性能をなるべく損なうことなく傾きを許容できる範囲に収めようとすると、ばね剛性の適切な設定が必要となる。しかし、従来のパッシブ除振ユニットでは、ばねを交換する以外にばね剛性を調整することはできなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は従って、ばね剛性の調整が容易に行えるパッシブ型の除振ユニットを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、第一の態様によると、除振対象物を載置する天板；この天板の下方に位置する、上端部が開放された容積シリンダ；この容積シリンダ上に天板を支持する除振弾性隔膜部材；容積シリンダ内に位置するピストン体；このピストン体と容積シリンダとの間に介在し、該ピストン体、容積シリンダ、上記天板及び除振弾性隔膜部材の間に閉じられた除振圧力室を画成する気密部材；この除振圧力室に制御空気圧を供給する空気圧供給手段；及びピストン体を軸方向に移動させる移動調整機構；を有することを特徴としている。
気密部材は、Ｏリング等のパッキンやローリングダイヤフラムを用いることができる。
【０００７】
本発明は、第二の態様によると、除振対象物を載置する天板；この天板の下方に位置する、上端部が開放された容積シリンダ；この容積シリンダ上に天板を支持する除振弾性隔膜部材；容積シリンダ内に位置するピストン体；このピストン体の上方に、上記天板、除振弾性隔膜部材及び容積シリンダとともに閉じられた除振圧力室を画成し、該ピストン体の下方に容積シリンダとともに可変容積圧力室を画成する気密部材；除振圧力室と可変容積圧力室を連通させる絞り通路；除振圧力室に制御空気圧を供給する空気圧供給手段；及びピストン体を軸方向に移動させる移動調整機構；を有することを特徴としている。
【０００８】
絞り通路は、ピストン体に形成したオリフィスから構成し、あるいは、通路面積可変のニードルバルブを有する外部管路から構成することができる。
【０００９】
気密部材は、Ｏリング等のパッキンから構成することも可能であるが、好ましくは、ピストン体の上部外周面と容積シリンダの内周面との間に介在し、上記天板、除振弾性隔膜部材、容積シリンダ及びピストン体の間に閉じられた除振圧力室を画成する第一のローリングダイヤフラムと；上記ピストン体の下部外周面と容積シリンダの内周面との間に介在し、上記除振圧力室の下方に可変容積圧力室を画成する第二のローリングダイヤフラムと；から構成するのがよい。
【００１０】
第一、第二のいずれの態様でも、移動調整機構は、例えば、ピストン体の軸部に固定され容積シリンダの外部に導かれた調整ロッドと、この調整ロッドの軸方向位置を手動で調整するマニュアル位置調整機構とから構成することができる。
【００１１】
あるいは、移動調整機構を、ピストン体の軸部に固定され容積シリンダの外部に気密に導かれた調整ロッドと、この調整ロッドを軸方向に移動させるリニアアクチュエータとから構成することも可能である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ばね剛性を簡単に変更できるパッシブ型の空気ばね除振ユニットが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明によるばね剛性可変空気ばね除振ユニット１００の第一の実施態様を示している。この除振ユニット１００は、床面Ｓに固定される軸線を鉛直方向に向けた上端部が開放された有底の容積シリンダ１０と、この容積シリンダ１０の上端部に下部周縁が固定され、上部周縁が天板２０の下面に固定されたベローズ（除振弾性隔膜部材）３０とを有している。
【００１４】
また容積シリンダ１０内には、同軸のピストン体１１が位置しており、このピストン体１１の軸部に固定した調整ねじロッド１２は、容積シリンダ１０の底壁に設けた摺動穴１０ａを通って外部に導かれている。この調整ねじロッド１２には、容積シリンダ１０の外部においてロックナット１３が螺合されている。
【００１５】
容積シリンダ１０は、上下の２部材に分割されていて、その間に、ローリングダイヤフラム（気密部材）４０の周縁ビード部４１が挟着固定されている。ローリングダイヤフラム４０は、周縁ビード部４１に続けて、容積シリンダ１０の内周面とピストン体１１の外周面とに沿い表裏の圧力差に応じて変形する環状折り返し部４２を有し、その中心部４３はピストン体１１の上面に気密に固定されている。ローリングダイヤフラム４０は、その周縁ビード部４１と中心部４３以外は固定されておらず、ピストン体１１の移動に伴い、折り返し部４２の位置が変化するもので、ピストン体１１の軸方向移動長を大きくとれ、しかもピストン体１１の移動位置に拘わらず受圧面積が変化しないという特徴がある。
【００１６】
以上の天板２０、ベローズ３０及びローリングダイヤフラム４０（ピストン体１１）によって除振圧力室５０が形成されている。除振圧力室５０には、圧縮空気源５１から供給され制御回路（減圧弁）５２によって調圧された制御圧力が供給される。なお、ピストン体１１（ローリングダイヤフラム４０）の下方の容積シリンダ１０内の室１４は、連通穴１５によって大気に連通しており、除振圧力室５０内は常時この大気連通室１４より高圧である。このためローリングダイヤフラム４０の環状折り返し部４２は常時下方に凸となっている。
【００１７】
除振圧力室５０は、また、オリフィス（ニードルバルブ）６０を介してエアタンク６１に接続されている。エアタンク６１には除振圧力室５０と同圧の空気が封入される。
【００１８】
以上の除振ユニット１００は、一つの半導体製造装置や電子顕微鏡等の精密機器（除振対象物）に対して３個以上の複数が用いられる。例えば、３個の除振ユニット１００を平面的な仮想三角形の各頂点に配置して用いる。ピストン体１１の位置はその容積が最大となるように調整され、ロックナット１３によって調整後の位置にロックされる。この状態において、圧縮空気源５１を除振圧力室５０に接続し、制御回路５２によって制御空気圧を除振圧力室５０及びエアタンク６１に導入する。天板２０はベローズ３０によって浮動状態で支持されており、除振圧力室５０内に制御空気圧を導入することにより、床面の振動、特に垂直方向の振動の除振対象物への伝播が防止または軽減される除振動作が実行される。また、除振圧力室５０とエアタンク６１との間をオリフィス６０を介して抵抗を与えられた空気が移動することにより、振動を減衰させる作用が得られる。減衰率は、オリフィス６０の開度を調節することで変化させることができる。
【００１９】
一方、天板２０上に載置する除振対象物を変更する等、除振ユニット１００のばね剛性を変更（調整）する必要が生じたときには、ロックナット１３を緩め、調整ねじロッド１２を介してピストン体１１の軸方向位置を調節する。すると、ローリングダイヤフラム４０が変形しながら（折り返し部４２の位置を変化させながら）、除振圧力室５０の容積を変化させる。除振ユニット１００のばね剛性は、除振圧力室５０の容積によって変化するので、除振対象物に応じた除振特性の除振システムを簡単に得ることができる。
【００２０】
次に、図２は、本発明によるばね剛性可変空気ばね除振ユニット１００Ａの別の実施態様を示している。この実施形態は、ピストン体１１に、その上方のローリングダイヤフラム４０（第一のローリングダイヤフラム）に加えて、下方の第二のローリングダイヤフラム（気密部材）４０’を設けて、ピストン体１１の下方に可変容積圧力室５０’を形成した点、及びピストン体１１にオリフィス（絞り通路）１１ａを設けた点が第一の実施形態と異なる。ローリングダイヤフラム４０’は、ローリングダイヤフラム４０と同様に、分割された容積シリンダ１０の間に挟着支持される周縁ビード部４１’に続けて、容積シリンダ１０の内周面とピストン体１１の外周面とに沿い表裏の圧力差に応じて変形する環状折り返し部４２’を有し、その中心部４３’はピストン体１１の下面に気密に固定されている。
【００２１】
以上の容積シリンダ１０及びローリングダイヤフラム４０’（ピストン体１１）によって可変容積圧力室５０’が形成されている。ピストン体１１のオリフィス１１ａは、この除振圧力室５０と可変容積圧力室５０’を連通させている。除振圧力室５０には、第一の実施形態と同様に、圧縮空気源５１から供給され制御回路（レベリングバルブや減圧弁）５２によって調圧された制御圧力が供給される。除振圧力室５０と可変容積圧力室５０’は、連通しているので、可変容積圧力室５０’内は正圧であり、ローリングダイヤフラム４０’の環状折り返し部４２’は常時上方に凸となっている。なお、二つのローリングダイヤフラム４０、４０’に囲まれた室は大気に連通させる。また、容積シリンダ１０の摺動穴１０ａには、調整ねじロッド１２の摺動部分（可変容積圧力室５０’）を気密に保持するＯリング１６が設けられている。
【００２２】
この実施形態によると、ロックナット１３によってピストン体１１の位置を固定した状態における除振動作は基本的に第一の実施形態と同様である。この実施形態では、除振動作に伴って（除振圧力室５０への圧縮空気の給排に伴って）僅かにオリフィス１１ａを介して除振圧力室５０と可変容積圧力室５０’間で空気の流通が生じる。このオリフィス１１ａを介した空気の流通は、除振圧力室５０とエアタンク６１との間のオリフィス６０を介した空気の流通と同様に、抵抗が与えられているために、振動を減衰させる作用をする。
【００２３】
一方、天板２０上に載置する除振対象物を変更する等、除振ユニット１００Ａのばね剛性を変更（調整）する必要が生じたときには、ロックナット１３を緩め、調整ねじロッド１２を介してピストン体１１の軸方向位置を調節する。すると、ローリングダイヤフラム４０、４０’が変形しながら（折り返し部４２、４２’の位置を変化させながら）、除振圧力室５０（可変容積圧力室５０’)の容積を変化させる。除振ユニット１００Ａのばね剛性は、除振圧力室５０の容積によって変化するので、除振対象物に応じた除振特性の除振システムを簡単に得ることができる。
【００２４】
図３と図４は、図１と図２の実施形態におけるピストン体１１のマニュアル位置調整機構（ロックナット１３）に代えて、リニアアクチュエータ１８を用いた実施形態である。リニアアクチュエータ１８はともに、ピストン体１１の調整ロッド１２’（ねじは形成されていない））を入力信号に応じて直線的に移動させる機能を有するもので、電動機構、空気圧機構、油圧機構等の任意の機構を用いることができる。
【００２５】
また、図５は、図２（図４）の態様においてさらに、ピストン体１１にオリフィス１１ａを形成する代わりに、除振圧力室５０と可変容積圧力室５０’とを、流路面積可変のニードルバルブ６０を有する外部管路を介して接続した実施形態である。この実施形態によると、ニードルバルブ６０の開度により減衰率を可変とすることができる。
【００２６】
以上の実施形態で示したベローズ３０は、除振弾性隔膜部材の一例であり、その形状には自由度がある。また、ローリングダイヤフラムはＯリング等のパッキンに代えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明によるばね剛性可変空気ばね除振ユニットの第一の実施形態を示す縦断面図である。
【図２】同第二の実施形態を示す縦断面図である。
【図３】同第三の実施形態を示す縦断面図である。
【図４】同第四の実施形態を示す縦断面図である。
【図５】同第五の実施形態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  容積シリンダ
１０ａ  摺動穴
１１  ピストン体
１１ａ  オリフィス
１２  調整ねじロッド
１３  ロックナット（マニュアル位置調整機構）
１４  大気連通室
１６  Ｏリング
１８  リニアアクチュエータ
１９  制御回路
２０  天板
３０  ベローズ
４０  ４０’  ローリングダイヤフラム（気密部材）
４１  ４１’  周縁ビード部
４２  ４２’  環状折り返し部
４３  ４３’  中心部
５０  除振圧力室
５０’  可変容積圧力室
５１  圧縮空気源
５２  制御回路
６０  オリフィス（ニードルバルブ）
１００  １００Ａ  除振ユニット
【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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