(57)【要約】【課題】ポンプ等に設けられた配管システムの振動伝達を好適に遮断する。【解決手段】除振装置１００は、互いに直列的に配置され且つ個々の金属製の波形ベローズ１０５の両端にフランジ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄがそれぞれ接合された一対の可撓管１００ａ、１００ｂと、直列的に配置された一対の可撓管１００ａ、１００ｂの中央部に位置する各フランジ１０１ｃ、１０１ｂ間に介在された慣性部材１０７と、中央部に位置する各フランジ１０１ｃ、１０１ｂ及び慣性部材１０７を両側から弾性的に挟持するようにして、一対の可撓管の端部側に位置する各フランジ間に間接的に介挿された複数の円筒状の防振ゴム１０４とから構成されている。防振ゴム１０４は、個々の可撓管１００ａ、１００ｂの両端のフランジ１０１ｃ、１０１ｄ間及びフランジ１０１ａ、１０１ｂ間にスペ−サ１０３を介して取り付けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直列的に配置され、個々のベローズの両端にフランジがそれぞれ接合された一対の可撓管と、
前記直列的に配置された一対の可撓管の中央部に位置する各フランジの少なくとも一方に接合された慣性部材と、
前記中央部に位置する各フランジ及び前記慣性部材を両側から弾性的に挟持するようにして、前記直列的に配置された一対の可撓管の端部側に位置する各フランジ間に介挿された弾性支持部材と
を具備することを特徴とする除振装置。
【請求項２】
ベローズの一端部に設けたフランジよりも該ベローズの他端部に設けたフランジの質量が大きくなるように形成された第１の可撓管と、
ベローズの一端部に設けたフランジよりも該ベローズの他端部に設けたフランジの質量が大きくなるように形成され、当該ベローズの他端部のフランジと前記第１の可撓管の他端部のフランジとが対向するように前記第１の可撓管に対し直列的に連結された第２の可撓管と、
前記第１及び第２の可撓管の中央部で対向する前記質量を大きくした各フランジを両側から弾性的に挟持するようにして、前記直列的に配置された第１及び第２の可撓管の端部側に位置する各フランジ間に介挿された弾性支持部材と
を具備することを特徴とする除振装置。
【請求項３】
前記弾性支持部材は、個々の前記可撓管の両端のフランジ間にスペ−サを介して取り付けられた複数の円筒状の防振ゴム、又は個々の前記可撓管の両端のフランジ間に介挿された軸方向にスリットを有する円管状の防振ゴムであることを特徴とする請求項１又は２記載の除振装置。
【請求項４】
前記慣性部材及び／又は前記中央部で対向する各フランジの合計質量と、いずれか一方の可撓管の両端のフランジ間に介挿された防振ゴムの合計のばね定数とで、定まる防振系の固有振動数が４０Ｈｚ以下であることを特徴とする請求項３記載の除振装置。
【請求項５】
前記慣性部材は、比重７以上の金属材料で形成され、前記中央部に位置する各フランジどうしの間、又は前記中央部に位置する各フランジの周縁部に接合されていることを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項に記載の除振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電子顕微鏡や極低温装置に設けられたターボ分子ポンプ又は空調用ポンプ等の配管システムに適用される除振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、真空ポンプや内圧ポンプのように稼動時に振動を発生する装置と、電子顕微鏡のように装置本体への加振を殆ど許容しない装置とを連結する場合には、一般に可撓管継手を使用した配管システムが用いられる。つまり、この配管システムでは、ステンレスベローズやゴム等の可撓管継手を介在させることで、真空ポンプ等から電子顕微鏡等への振動の伝達を遮断する。このような配管システムとしては、可撓管継手自身が持つ可撓特性が十分に発揮されるように例えば加振時に可撓管の保持部が３次元的に揺動する機構を備えた除振配管システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、配管システムに搭載された従来の除振装置の一例を図１２ないし図１４に基づき説明する。なお、図１２は、除振装置の配置を概略的に示す図、図１３（ａ）は、この除振装置を構成する可撓管の平面図、図１３（ｂ）は、可撓管の側面図、図１４は、この除振装置の防振系のモデル図である。
【０００４】
すなわち、この除振装置では、図１２に示すように、例えば電子顕微鏡の鏡筒部２０１を真空にすべく、この鏡筒部２０１の下方に可撓管２０３を介してターボ分子ポンプ２０４が取り付けられている。ターボ分子ポンプ２０４が取り付けられた鏡筒部２０１は、保持プレート２０２を介して支持台２０５にボルト２０６及びナット２０７により固定されている。ターボ分子ポンプ２０４は、質量が、概ね７〜７０Ｋｇであり、回転数が例えば５００〜１２００Ｈｚとなる仕様である。
【０００５】
可撓管２０３は、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、その主要部が波形ベローズ４０６によって構成されている。波形ベローズ４０６の各端部には、鏡筒部２０１又はターボ分子ポンプ２０４にそれぞれ接合される一対のリング状のフランジ４０１が溶接されている。この一対のフランジ４０１の間には、波形ベローズ４０６の周面を包囲するようにゴム環４０２が介挿されている。ここで、ゴム環４０２のバネ定数は、ターボ分子ポンプ２０４の作動時に波形ベローズ４０６内が負圧になり、さらに波形ベローズ４０６が弾性限界を超えて収縮（塑性変形）しないように設定されている。
【０００６】
また、このようなゴム環４０２は、その軸方向にスリットが形成されており、このスリットを広げ波形ベローズ４０６を外側から包囲するように取り付けられる。さらに、ゴム環４０２は、外側から、薄型鋼板で形成されたリング状のバンド４０３により波形ベローズ４０６側に締結されている。バンド４０３は、２ピースの半円リングにより構成されている、各半円リングの端部どうしがボルト４０５及びナット４０８により互いに締結されている。
【０００７】
また、上記一対のフランジ４０１には、両フランジ間が所定の間隔以上離間しないように、金具４０７ａ、４０７ｂが互いに直交するかたちで溶接されている。すなわち、金具４０７ａ、４０７ｂは、ターボ分子ポンプ２０４及び可撓管２０３自身の自重によって、波形ベローズ４０６が伸びる方向に塑性変形してしまうことを阻止するためのストッパーとして機能する。
【０００８】
ここで、この除振装置を図１４に示す防振系のモデル図により考察してみる。
すなわち、ターボ分子ポンプ２０４は、加振力周波数ｆ（Ｈｚ）の加振力Ｆ0（Ｎ）を発生する。鏡筒部２０１には、防振材である可撓管２０３によって減衰された振動が、伝達力Ｆtとして作用する。このような防振系は、単一部材の質量位置が、単一の座標ｚで定まるので、いわゆる１自由度系の防振システムである。
この除振装置の固有振動数ｆn（Ｈｚ）と振動伝達率Ｔr（ｄＢ）とを下記数式（１）及び数式（２）によりそれぞれ示す。
なお、振動伝達率は、１／１０が一般に−２０ｄＢと定められている。
【数１】
2005098326.tif 000003
【数２】
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ただし、上記数式（１）、（２）においては、
ｋ（Ｎ／Ｍ）：ゴム環４０２のバネ定数
ｍ（ｋｇ）：ターボ分子ポンプ２０４の質量
Ｆt（Ｎ）：伝達力
Ｆ0（Ｎ）：加振力
ｆn（Ｈｚ）：固有振動数
ｆ（Ｈｚ）：加振力周波数
である。
【０００９】
また、ターボ分子ポンプ２０４の運転時に発生する５００〜１２００Ｈｚの高周波振動においては、たとえｆn＝５０Ｈｚと大きな値を設定しても、ｆ／ｆn≫１より
【数３】
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となる。
上記数式（３）で与えられた固有振動数ｆnに対し、加振力周波数ｆを２倍（１オクターブ［oct］）にした場合には、−１２ｄＢの傾斜で小さくなる。
ここで、図１５を参照しつつ図１３に示した可撓管２０３の防振特性について説明を追加する。なお、曲線Ａは、図１３に示した可撓管２０３の防振特性の実測値を示し、曲線Ｂは、可撓管２０３の防振特性の計算値を示し、曲線Ｃは、２本の可撓管２０３を直列的に連結した後述する除振装置の防振特性を示すものである。同図１５に示すように、曲線Ｂは、およそ１００Ｈｚ以上の高周波帯域において周波数が倍になる毎に伝達率Ｔrは−１２ｄＢの降下率で低下している。
【００１０】
次に、上述した電子顕微鏡等に適用される除振装置に代えて、極低温装置や空調用ポンプ等に適用される除振装置について説明する。ここで、極低温装置や空調用ポンプ等に用いられる除振装置は、ポンプ等を可撓管が支持する構造ではなく、可撓管におけるポンプ側及び装置本体側が共に固定されている。
【００１１】
まず、極低温装置に適用される除振装置について説明する。
図１６に示すように、極低温装置７０１は、支持プレート７０８を介して立上り基礎７０２上にボルト７０９により固定支持されている。極低温装置は、一般に防振機構を介して基礎上に支持されるが、可撓管周辺の防振系の構成をより把握し易くするために、極低温装置本体が基礎上に固定されているものとして説明を行う。可撓管７０４の一端部は、極低温装置本体に接合された配管７０３ａに連結されている。可撓管７０４の他端部は、ポンプ７０６に接合された配管７０３ｂに連結されている。この配管７０３ｂは、Ｕバンド７０５によって壁７０７に固定されている。
【００１２】
次に、空調用ポンプに適用される除振装置について説明する。
図１７に示すように、吐出側配管８０１ａ及び吸入側配管８０１ｂと、空調用ポンプ８０３との間に、可撓管８０２が介挿されている。また、可撓管８０２は、空調用ポンプ８０３や配管架台８０４に固定されている。ここで、空調用ポンプ８０３から吸入側配管８０１ｂ及び吐出側配管８０１ａへの振動伝達は、可撓管８０２によって防振されている。
【００１３】
上記図１６及び図１７に示した除振装置を図１８に示す防振系のモデル図により考察してみる。
空調用ポンプ９０３は、固定されていても、ある振動振幅（u＝u0sin2πft）にて振動する。可撓管９０２を経由して装置ないしは建物躯体９０１に伝達される伝達力は次式の通りである。
【数４】
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u0（Ｍ）：振動振幅
【００１４】
ここで、可撓管の両端が固定されていても、真空の圧縮力ないしは内圧力による伸張力に対する弾性体のストッパーは一般に具備されている。何故なら、可撓管の両端が固定されていても、ストッパー機構がないと、フランジの両端に連結している装置ないしは配管に大きな圧縮力ないしは伸張力が作用し、フランジの両端に連結している装置ないし配管に変形をもたらすからである。
【００１５】
そこで、真空配管であれば、上記図１３に示したような構造の可撓管２０３が一般に用いられるが、可撓管に伸張力や圧縮力が作用する場合、図１９に例示される構造の可撓管１０００が例えば使用される。同図１９に示すように、防振ゴム１００１は、中空に構成されており、ボルト１００３を貫通させて金具１００２に固定されている。この可撓管１０００は、内圧、真空どちらが作用しても比較的良好な防振特性が得られる。
【特許文献１】特開平８−１４５２７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ところで、上述してきた構成の除振装置には、次のような課題がある。
すなわち、上記図１２ないし図１３で示した除振装置の使用状況において、一般に真空引きの際に波形ベローズ４０６に加わる圧縮力Ｐ（図１２参照）が、ターボ分子ポンプ２０４の重量よりも大きな値になる。したがって、ゴム環４０２のばね定数は、当該圧縮力に基づいて決定される。例えば、可撓管２０３の波形ベローズ４０６の有効径が２００ｍｍ、ターボ分子ポンプ２０４の重量が１２０Ｎ、圧縮力が３０７７Ｎである場合、上記数式（１）によって、固有振動数を求めると、ｆn＝５０Ｈｚといった大きな固有振動数となってしまう。したがって、数式（２）より与えられた加振力周波数ｆに対する振動伝達率Ｔrが小さな値にならず、良好な防振効果が得られない。
【００１７】
つまり、ゴム環４０２が装着された波形ベローズ４０６では、この波形ベローズ４０６が本来持つバネ的特性が有効に機能せず、効果的な防振特性を得ることが困難になる。詳述すると、圧縮力の存在がなく、ターボ分子ポンプ２０４の重量を支持するだけであれば、その防振系の固有振動数ｆnは、一般に１０〜２０Ｈｚ程度の小さな値になる。この場合、振動数比ｆ／ｆnは、大きくなり、振動伝達率Ｔrが小さな値になる。すなわち、図１２ないし図１３で示すような使用状況において、振動伝達率を低下させるための構造上の改善が求められている。
【００１８】
そこで、防振性能を改善するために、図２０に示すように、単に２本の可撓管２０３をシールリング１００５を介してクランプ金具１００４により連結することが実施されている。なお、図２０（ａ）は、この除振装置の断面図、図２０（ｂ）は、図２０（ａ）で示した除振装置をＣ−Ｃ方向からみた矢視図である。
すなわち、図２０に示す除振装置では、図１４に示した１自由度系の防振システムにおいて、例えば軸方向のばね定数ｋを１／２にして数式（１）の固有振動数ｆnを１／２1/2にすることである。ｆnが小さくなると数式（２）により伝達率Ｔｒが低減し、防振性能の改善を期待できる。
【００１９】
ただし、上記数式（２）が成立するのは、２本の可撓管の中間に位置する連結部の質量がない場合である。実際には、連結部に２枚のフランジの質量が存在し、図２１に示すように２自由度系の防振系となる。
ここで、振動伝達率Ｔrは、下記数式（５）により求められる。
【数５】
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ここで、
ｍ1（ｋｇ）：連結部１０７ａの質量
ｍ2（ｋｇ）：ターボ分子ポンプ２０４の質量
ｆ1（Ｈｚ）：ｍ1−ｋ系の固有振動数
ｆ2（Ｈｚ）：ｍ2−ｋ系の固有振動数
ｆ（Ｈｚ）：ターボ分子ポンプ２０４が発生させる加振力周波数
ｋ（Ｎ／Ｍ）：連結部１０７ａとターボ分子ポンプ２０４との間、及び連結部１０７ａと鏡筒２０１の間にある防振ゴム１０４ａ（ゴム環４０２）のばね定数
である。
【００２０】
この２自由度系において、中間の質量ｍ1が小さいと、振動伝達Ｔrは、加振力の低周波数域において、１自由度系よりも大きくなり、防振性能の改善が、結果的に得られないこととなる。防振性能の改善を図ろうとしたが、ｍ1の質量が小さいことにより、新たな課題が発生するのである。
【００２１】
ここで、上記図１５に基づいて、まず電子顕微鏡の場合を例にとり課題を明らかにする。
詳述すると、曲線Ａは、図１４に示した１自由度系の防振システムにおける振動伝達率Ｔrの実測例である。曲線Ａには、この防振系の固有振動数ｆn＝２４．３７Ｈｚがその特性としてあらわれている。ここで、この曲線Ａで示される程度の防振性能では、電子顕微鏡の配管システムに適用するには不十分な場合がある。
また、曲線Ｂは、上記固有振動数ｆn＝２４．３７Ｈｚで設定された防振系を上記数式（２）により求めた振動伝達率Ｔrの計算値である。曲線Ａ、Ｂにおける特性の差は、可撓部分である波型ベローズのサージング現象に起因すると思われる。つまり、防振性能の実測値（実力値）と計算値（理論値）には２０ｄＢの差が生じる可能性があり、新規に防振設計を行う場合には、２０ｄＢの余裕を持つことが望ましいと考えられる。
さらに、曲線Ｃは、上記図２０に示した２つの可撓管を直列的に直結した有効径２００ＭＭの２自由度系の伝達率Ｔrの計算例である。
【００２２】
ここで、上述した数式（５）において、ｆ1の値は、一般にｆ1＝９０Ｈｚ、ｆ2＝２５Ｈｚ程度である。
２枚のフランジ４０１では、質量が小さいため、ｍ1−ｋ系の固有振動数ｆ1＝１／２π×(ｋ／ｍ)1/2が、ｆ1＝９０Ｈｚと大きくなるのである。他方、ｍ2−ｋ系の固有振動数ｆ2は、ｆ2＝１／２π×(ｋ／ｍ)1/2で、ターボ分子ポンプ２０４の質量ｍ2は、ｍ1に比較して大きいため、ｆ2＝２５Ｈｚ程度となる。
質量比νは、可撓管の有効径を２００ＭＭ程度に設定した場合には、一般にν＝１３位の値が得られる。
また、図１５に示したように、ターボ分子ポンプ２０４の加振力周波数ｆが１５０Ｈｚ以下の領域においては、曲線Ｃの振動伝達率Ｔrは、１自由度系の曲線Ｂに比べて劣っていることがわかる。
【００２３】
次に、極低温装置や空調用ポンプを例にとって課題を明らかにする。図１８に示した防振系のモデルにおいて、ばね定数ｋを半減させるべく、前項の電子顕微鏡と同様に２本の可撓管２０３を連結すると、中央部分に位置する２枚のフランジ４０１の存在により、実際のシステムは、図２２に示すような防振系となる。
すなわち、同図２２に防振系のモデル図として示すように、主に中央部分に位置する２枚のフランジ４０１が振動する際の慣性力ｍua(2πf)2によって、防振すべき装置側への伝達力が、ある加振周波数ｆの値以下では増大し、また同時にｆ以上の周波数領域では伝達力が減少する。振動系の固定部分もu0sin(2πft)の振動が生じている。防振対象の極低温装置や空調用ポンプ等への振動伝達力Ｆtを以下に示す。
【００２４】
同図２２において、防振対象の装置への振動伝達力をＦt（＝ｋ×ua）とすると、振動伝達率Ｔrは、下記数式（６）により与えられる。なお、Ｆt0は、上記数式（４）にて示される値で、図１９に示した可撓管を一本適用した場合の伝達力である。
【数６】
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上記数式（６）における固有振動数ｆnは、一般には、やはりｆn＝９０Ｈｚ程度となり、振動伝達率Ｔrは、図２３に示す曲線Ａの如く求まる。つまり、ｆn＝９０Ｈｚでは、２本の可撓管を連結して使用する効果は少ない。
【００２５】
次に課題となるのが可撓部である波形ベローズの長さである。電子顕微鏡や半導体製造検査装置は、極力、据付床面積が小さいことが望まれる。このため、可撓管の長さが短いことが要求されるが、ばね定数は、長さの３乗に逆比例することから、おのずと短縮化には制限がある。長さを短くし過ぎると、横直角方向のばね定数が過大となり、防振性能が損なわれる可能性が生ずる。
【００２６】
そこで本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、ポンプ等に設けられた配管システムの振動伝達を好適に遮断する除振装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
上記目的を達成するために、本発明に係る除振装置は、互いに直列的に配置され、個々のベローズの両端にフランジがそれぞれ接合された一対の可撓管と、前記直列的に配置された一対の可撓管の中央部に位置する各フランジの少なくとも一方に接合された慣性部材と、前記中央部に位置する各フランジ及び前記慣性部材を両側から弾性的に挟持するようにして、前記直列的に配置された一対の可撓管の端部側に位置する各フランジ間に介挿された弾性支持部材とを具備することを特徴とするものである。
【００２８】
また、本発明に係る除振装置は、ベローズの一端部に設けたフランジよりも該ベローズの他端部に設けたフランジの質量が大きくなるように形成された第１の可撓管と、ベローズの一端部に設けたフランジよりも該ベローズの他端部に設けたフランジの質量が大きくなるように形成され、当該ベローズの他端部のフランジと前記第１の可撓管の他端部のフランジとが対向するように前記第１の可撓管に対し直列的に連結された第２の可撓管と、前記第１及び第２の可撓管の中央部で対向する前記質量を大きくした各フランジを両側から弾性的に挟持するようにして、前記直列的に配置された第１及び第２の可撓管の端部側に位置する各フランジ間に介挿された弾性支持部材とを具備することを特徴とするものである。
【００２９】
さらに、本発明に係る除振装置では、個々の前記可撓管の両端のフランジ間にスペ−サを介して取り付けられた複数の円筒状の防振ゴム、又は個々の前記可撓管の両端のフランジ間に介挿された軸方向にスリットを有する円管状の防振ゴムを前記弾性支持部材として適用することができる。
【００３０】
また、本発明に係る除振装置では、前記中央部で対向する各フランジ及び／又は前記慣性部材の合計質量と、いずれか一方の可撓管の両端のフランジ間に介挿された防振ゴムの合計のばね定数とで、定まる防振系の固有振動数を４０Ｈｚ以下にすることが好適な防振特性を得る上で望ましい。
【００３１】
さらに、本発明に係る除振装置では、前記慣性部材は、比重７以上の金属材料で形成され、前記中央部に位置する各フランジどうしの間、又は前記中央部に位置する各フランジの周縁部に接合される態様等が例示される。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の除振装置によれば、ポンプ等に設けられた配管システムの振動伝達を好適に遮断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づき説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る除振装置を示す斜視図、図２は、図１の除振装置が適用された防振系のモデル図である。
図１及び図２に示すように、この実施形態の除振装置１００は、例えば電子顕微鏡と、その電子顕微鏡の鏡筒部２０１を真空にするためのターボ分子ポンプ２０４等とを連結する除振配管システムである（図１２参照）。
【００３４】
すなわち、除振装置１００は、互いに直列的に配置され且つ個々の金属製の波形ベローズ１０５の両端にフランジ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄがそれぞれ接合された一対の可撓管１００ａ、１００ｂと、直列的に配置された一対の可撓管１００ａ、１００の中央部に位置する各フランジ１０１ｃ、１０１ｂの少なくとも一方（本実施形態では両方）に接合された慣性部材１０７と、中央部に位置する各フランジ１０１ｃ、１０１ｂ及び慣性部材１０７を両側から弾性的に挟持するようにして、直列的に配置された一対の可撓管の端部側に位置する各フランジ間に間接的に介挿された弾性支持部材とから構成されている。
【００３５】
ここで、本実施形態の弾性支持部材は、個々の可撓管１００ａ、１００ｂの両端のフランジ１０１ｃ、１０１ｄ間及びフランジ１０１ａ、１０１ｂ間にスペ−サ１０３を介して取り付けられた複数の円筒状の防振ゴム１０４である。慣性部材１０７は、中央部に位置する各フランジ１０１ｃ、１０１ｂどうしの間に介在されている。なお、図１においては、フランジ１０１ｃ、１０１ｂと慣性部材１０７と間の間隙をシールするシール部品の図示を省略している
【００３６】
詳述すると、フランジ１０１ｄ又はフランジ１０１ａは、鏡筒部２０１又はターボ分子ポンプ２０４にそれぞれ接合される。台座であるスペ−サ１０３は、個々の可撓管１００ａ、１００ｂの両端の各フランジの内側面（他方のフランジと対向する側の面）から、各々突出するように、その基端部が、各フランジ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄの内側面に溶接されている。ボルト穴１０２は、除振装置１００の可撓管１００ａ、１００ｂを電子顕微鏡の鏡筒部２０１ないしはターボ分子ポンプ２０４にボルト締結するためのものである。また、スペ−サ１０３は、各々リング状に形成されたフランジ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄの表面上に９０度の間隔をおいて各々４つずつ立設されている（合計１６個設けられている）。防振ゴム１０４は、対向するスペーサ１０３の先端部に挟まれるように取り付けられており、これにより慣性部材１０７及び中央部に位置する各フランジ１０１ｃ、１０１ｂを実質的に両側から挟持するかたちで、これを弾性的に支持している。
【００３７】
慣性部材１０７は、リング状に形成されており、図１に示すように、ボルト１０６を介して各フランジ１０１ｃ、１０１ｂに各々接合されている。また、慣性部材１０４の構成材料としては、例えばステンレス鋼（約比重７．９）、鉄（比重７．９）、又は銅（比重８．９）等、比較的比重の大きい材料が例示される。また、上記環状の慣性部材１０７を、上記リング型構造に代えて、例えば正方形や矩形の辺部どうしを連結したかたちの角型の環状構造としてもよい。
【００３８】
ここで、本実施形態の除振装置１００を図２に示した防振系（図１２に示した電子顕微鏡等に設けられた防振システム）のモデル図により考察してみる。
除振装置１００は、２自由度系の防振構造を有しており、加振力Ｆ0と伝達力Ｆtとの比率、振動伝達率Ｔr（ｄＢ）は、上述した数式（５）により求められる。なお、この数式（５）において、本実施形態では、図１、図２に示すように、ｍ1（ｋｇ）は、慣性部材１０７及び中央部で対向する各フランジ１０１ｃ、１０１ｂの合計質量であり、また、ｋ（Ｎ／Ｍ）は、いずれか一方の可撓管の両端のフランジ間に介挿された４つの防振ゴム１０４の合計のばね定数とする。
【００３９】
振動伝達率Ｔr（ｄＢ）を小さくするには、ｆ1、ｆ2をできるだけ、小さくして与えられたｆに対する比率ｆ／ｆ1、ｆ／ｆ2を大きくすることである。除振装置を適宜設定し、ｆ1、ｆ2を３０〜４０Ｈｚにすると、１００〜１５０Ｈｚ以上の加振力周波数ｆに対しては、ｆ／ｆ1≫１、ｆ／ｆ2≫１となり、
【数７】
2005098326.tif 000009
となる。
上記数式（７）の分母の第２項 は、ν・ｆ2／ｆ12の２乗であるので、第１項の４乗に対し高周波数領域ではその値を無視できる。
上記数式（７）より、高周波領域では、周波数が２倍になるに従い、振動伝達率Ｔrは、−２４ｄＢでその伝達率曲線が降下する。
【００４０】
すなわち、中央部分のフランジ１０１ｃ、１０１ｂに質量を付加しｍ1を大きくして、固有振動数を低下させたことで、伝達率Ｔrが改善される。つまり、図３は、本実施形態の除振装置１００の防振特性（伝達率Ｔr）を上記数式（５）により求め、求めた曲線Ｄを上記図１５に示した曲線Ａ〜Ｃに追加して示すものである。慣性部材１０７の質量を付加した結果、ｆは、ｆ1＝５０Ｈｚまで低下し且つ質量比ν＝ｍ2／ｍ1＝４となった。ｆ2＝２５Ｈｚは、不変である。曲線Ｄは、加振力の周波数ｆ＝７０Ｈｚ近辺で、１自由度系の計算値Ｂよりも劣るが１００Ｈｚ以上においては、Ｂよりも−２０〜−４０ｄＢの性能向上が認められる。中間のフランジに付加する質量を大きくして、ｍ1をターボ分子ポンプのｍ2の質量と同じにすれば、ｆ1＝ｆ2＝２５Ｈｚとなる。
【００４１】
ここで、慣性部材１０７及び／又は中央部で対向する各フランジ１０１ｃ、１０１ｂの合計質量（本実施形態では慣性部材１０７とフランジ１０１ｃ、１０１ｂとの合計質量）と、いずれか一方の可撓管の両端のフランジ間に介挿された防振ゴム１０４の合計のばね定数とで、定まる防振系の固有振動数は６０Ｈｚ以下にすることが望ましく、さらに好適には４０Ｈｚ以下にすれば良好な防振特性を得ることができる。なお、固有振動数を小さくすれば、より一層防振性能が向上するが、電子顕微鏡と他部品とのレイアウト上の制約を考慮すると、ｆ1＝２５Ｈｚ程度が妥当である。つまり、図３において、曲線Ｄは、周波数が倍になると、伝達率は−２４ｄＢ／ｏｃｔで下降している。例えば１００Ｈｚと２００Ｈｚとの伝達率の差は、ほぼ−２４ｄＢである。曲線Ｃにおいても高周波域、すなわち、２５０Ｈｚと５００Ｈｚとの差は−２４ｄＢである。
【００４２】
さらに、本実施形態の除振装置１００を、上記図１６、図１７にて示した極低温装置や空調用ポンプ等に適用した場合について考察してみる。
すなわち、極低温装置や空調用ポンプの場合も前記電子顕微鏡の場合と同様に、慣性部材１０７を設けて中央部分のフランジ１０１ｃ、１０１ｂを含む中央部分の質量を大きくすると、上記数式（６）で求まる伝達率Ｔrが改善される。図４は、本実施形態の除振装置１００の防振特性(伝達率Ｔr)を上記数式（６）により求め、求めた曲線Ｂを上記図２３に示した曲線Ａに追加して示すものである。つまり、曲線Ｂは、中央部分の質量を大きくし、数式（６）の固有振動数がｆn＝２５Ｈｚに設定された防振特性（伝達率Ｔr）を示している。
ここで、図５に防振系のモデル図として示すように、フランジ１０１ｃ、１０１ｂ及び慣性部材１０７からなる構造体１０７ｂが振動する際の慣性力ｍua(2πf)2によって、防振すべき装置側への伝達力が、４３．３Ｈｚ以上の加振力周波数範囲で防振効果を得ている。すなわち、単に２本の可撓管を連結しただけでは、数式（６）の固有振動数ｆnが前述したように、例えばｆn＝９０Ｈｚと高い周波数となり、前述したとおり図４の曲線Ａのように、装置への伝達力が増大する加振力周波数が、１５５Ｈｚ以下と広い周波数範囲となってしまう。
中央部分の質量を大きくして、ｆn＝２５Ｈｚに設定することにより、４３．３Ｈｚ以下では装置への伝達力が増大するが、その増大する周波数範囲が小さくなっている。振動系の固定部分もu0sin(2πft)の振動が生じていることから、このシステムも２自由度系の除振システムである。防振対象の極低温装置や空調用ポンプ等への振動伝達力Ｆtを以下に示す。
【００４３】
一般に、極低温装置や空調用ポンプに可撓管を使用した防振システムは、上記図１８のモデル図で表される。
装置への伝達率Ｆt0は、上記数式４によって与えられる（Ｆt0＝ｋ×u0sin2πft）。
【００４４】
２本の可撓管を直結した場合、中間に存在する質量により、図５に示した２自由度系となり、装置への伝達力Ｆtは、Ｆt＝ｋuasin(2πft)である。
振動伝達率ＴrをＦtとＦt0の比率とすると、振動伝達率Ｔrは、上述した数式（６）によって求められる。
【００４５】
また、軸回転数、すなわち加振力の周波数ｆが、２５Ｈｚ位のポンプを防振する場合、固有振動数ｆnは、ｆn＝３Ｈｚ程度であることが望ましい。固有振動数ｆn＝３Ｈｚを得るには、弾性支持部材としては、コイルバネ等のばね定数の小さいものを採用する必要がある。ここで、３Ｈｚ程度の低固有振動数の防振系を得るための実施形態を図６に示す。同図６に示すように、この除振装置１５００は、例えば１０Ｈｚや２５Ｈｚで回転する低速回転ポンプ１５０５の振動を半導体製造検査装置１５０１に対して遮断するために固定台１５０４を介して設置されている。すなわち、除振装置１５００は、直列的に配置された一対の可撓管１５０２の中央部に位置する各フランジ間に慣性部材１５０３が介在されている。慣性部材１５０３は、防振ゴム１０４の代わりにコイルバネによって支持されている。また、図７は、固有振動数ｆnを、ｆn＝３Ｈｚに設定した除振装置１５００の防振特性を示しており、除振装置１５００は、７〜８Ｈｚ程度の低周波振動に対しても優れた防振効果を発揮することがわかる。
【００４６】
また、上記除振装置１００における波形ベローズ１０５のばね定数と、防振ゴム１０４のばね定数との関係を図８に基づき考察する。なお、図８は、波形ベローズ１０５として有効径９５ＭＭのものを適用し、これに適合する防振ゴム１０４を用いた例であり、防振ゴム１０４の軸方向のばね定数をＫrv、防振ゴム１０４の軸直角方向のばね定数をＫrH、波形ベローズ１０５の軸方向のばね定数をＫbV、波形ベローズ１０５の軸直角方向のばね定数をＫbH、防振ゴム１０４及び波形ベローズ１０５の合計の軸方向のばね定数をＫrV＋ＫbV、防振ゴム１０４及び波形ベローズ１０５の合計の軸直角方向のばね定数をＫrH＋ＫbHとしてそれぞれ示している。
【００４７】
ここで、波形ベローズ１０５の軸方向のばね定数ＫbVは、可撓部の長さの増加に対し反比例しているが、波形ベローズ１０５の軸直角方向のばね定数ＫbHは、可撓部の長さの増加に対して３乗に反比例している。したがって、可撓管の長さは短い方が使い易いとはいえ、その軸直角方向の合計のばね定数ＫbH＋ＫrHは、軸方向の合計のばね定数ＫbV＋ＫrVの２倍以下にとどめたい。これにより、波形ベローズ１０５の長さは３２ＭＭ以上、すなわち、有効径（９５ＭＭ）の１／３以上であることが一般に必要となり、この条件を満足することで所望の防振特性を確保することができる。
【００４８】
このように構成された本実施形態の除振装置１００では、波形ベローズ１０５に外部から振動が加わった場合に、防振ゴム１０４の弾性力に抗しつつ慣性部材１０７が振動することになる。これにより、慣性部材１０７の振動と、波形ベローズ１０５の振動とが相殺（キャンセル）され、系全体の振動を低減させることができる。つまり、慣性部材１０７と防振ゴム１０４とは、振動系のローパスフィルタとして機能し、図４の曲線Ｂに示したように概ね５０〜１００Ｈｚ以上の高周波振動を遮断する。したがって、除振装置１００によれば、ポンプ等に設けられた配管システムの振動伝達を好適に遮断することができる。
【００４９】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る除振装置を図９に基づき説明する。
ここで、図９（ａ）は、この除振装置の断面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）で示した除振装置をＡ−Ａ方向からみた矢視図である。
同図９（ａ）、図９（ｂ）に示すように、この実施形態の除振装置１８００は、互いに直列的に配置され且つ個々の金属製の波形ベローズ１８０２ａ、１８０２ｂの両端にフランジ１８０１ａ、１８０１ｂ、１８０１ｃ、１８０１ｄがそれぞれ接合された一対の可撓管１８００ａ、１８００ｂと、直列的に配置された一対の可撓管１８００ａ、１８００ｂの中央部に位置する各フランジ１８０１ｂ、１８０１ｃに各々接合された慣性部材１８０４と、中央部に位置する各１８０１ｂ、１８０１ｃ及び慣性部材１８０４を両側から弾性的に挟持するようにして、直列的に配置された一対の可撓管の端部側に位置する各フランジ間に直接的に介挿された弾性支持部材とから構成されている。
【００５０】
ここで、本実施形態の弾性支持部材は、個々の可撓管１８００ａ、１８００ｂの両端のフランジ１８０１ａ、１８０１ｂ間及びフランジ１８０１ｃ、１８０１ｄ間に直接的に介挿された軸方向にスリットを有する円管状の防振ゴム１８０３ａ、１８０３ｂである。慣性部材１８０４は、中央部に位置する各フランジ１８０１ｂ、１８０１ｃの周面（周縁部）に接合されている。中央部に位置する各フランジ１８０１ｂ、１８０１ｃどうしは、シールリング１８０８を介して例えば４つのクランプ金具１８０５によって締結されている。クランプ金具１８０５は、慣性部材１８０４に設けられた切り欠き部分に配置されている。
【００５１】
慣性部材１８０４は、図９（ｂ）に示すように、リング状の部材を径方向に２分割したかたちの２ピース構造である。各ピースを構成する一対の半円リング１８０４ａ、１８０４ｂは、個々の端部に設けられた係合穴等を介してボルト１８０６及びナット１８０７により互いに連結されている。すなわち、慣性部材１８０４は、その一対の半円リング１８０４ａ、１８０４ｂで各フランジ１８０１ｂ、１８０１ｃの周面を挟持するかたちで接合されている。なお、慣性部材１８０４の構成材料は、第１の実施形態の慣性部材１０７と同様の材料で形成されている。
【００５２】
したがって、このように構成された除振装置１８００によれば、上記除振装置１００と同様、ポンプ等に設けられた配管システムの振動伝達を好適に遮断することができる。また、除振装置１８００によれば、例えば既設の単一の可撓管の周辺に、もう一つ別の可撓管を連結（増設）できる設置ペースさえ存在すれば、容易に防振効果の向上を図ることができる。
【００５３】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る除振装置を図１０に基づき説明する。
ここで、図１０（ａ）は、この除振装置の断面図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）で示した除振装置をＢ−Ｂ方向からみた矢視図である。
同図１０（ａ）、図１０（ｂ）に示すように、この実施形態の除振装置１９００は、互いに直列的に配置され且つ個々の金属製の波形ベローズ１９０２ａ、１９０２ｂの両端にフランジ１９０１ａ、１９０１ｂ、１９０１ｃ、１９０１ｄがそれぞれ接合された一対の可撓管１９００ａ、１９００ｂと、直列的に配置された一対の可撓管１９００ａ、１９００ｂの中央部に位置する各フランジ１９０１ｂ、１９０１ｃに各々接合された慣性部材１９０４と、中央部に位置する各フランジ１９０１ｂ、１９０１ｃ及び慣性部材１９０４を両側から弾性的に挟持するようにして、直列的に配置された一対の可撓管の端部側に位置する各フランジ間に直接的に介挿された弾性支持部材とから構成されている。
【００５４】
ここで、本実施形態の弾性支持部材は、個々の可撓管１９００ａ、１９００ｂの両端のフランジ１９０１ａ、１９０１ｂ間及びフランジ１９０１ｃ、１９０１ｄ間に直接的に介挿された軸方向にスリットを有する防振ゴム１８０３ａ、１８０３ｂと同一構造の円管状の防振ゴム１９０３ａ、１９０３ｂである。慣性部材１９０４は、中央部に位置する各フランジ１９０１ｂ、１９０１ｃの周端縁（周縁部）に接合されている。中央部に位置する各フランジ１９０１ｂ、１９０１ｃどうしは、プレート１９０８により外側から挟持されるかたちでボルト１９０５及びナット１９０６により締結され各々接合されている。
【００５５】
慣性部材１９０４は、図１０（ｂ）に示すように、リング状の部材を径方向に２分割した２ピースの部材が２組用意されて構成されている。各ピースを構成する半円リング１９０４ａ、１９０４ｂ、１９０４ｃ、１９０４ｄは、上記各フランジ１９０１ｂ、１９０１ｃに接合された上記プレート１９０８に対しボルト１９０７により締結されている。すなわち、半円リング１９０４ｂ、１９０４ｄは、防振ゴム１９０３ｂを包囲するようにして、プレート１９０８を通じてフランジ１９０１ｃに接合されている。一方、半円リング１９０４ａ、１９０４ｃは、防振ゴム１９０３ａを包囲するようにして、プレート１９０８を通じてフランジ１９０１ｂに接合されている。なお、このような慣性部材１９０４の構成材料は、上記慣性部材１０７や慣性部材１８０４と同様の材料で形成されている。
【００５６】
したがって、このように構成された除振装置１９００では、上記除振装置１８００と同様に、ポンプ等に設けられた配管システムの振動伝達を好適に遮断することができるとともに、例えば既設の単一の可撓管に対し、別の可撓管及び慣性部材１９０４を取り付けるだけで容易に防振効果を高めることができる。
【００５７】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態に係る除振装置を図１１に示す断面図に基づいて説明する。
すなわち、この実施形態の除振装置１７００は、ベローズ１７０２ａの一端部に設けたフランジ１７０１ａよりも該ベローズ１７０２ａの他端部に設けたフランジ１７０１ｂの質量が大きくなるように形成された第１の可撓管１７００ａと、ベローズ１７０２ｂの一端部に設けたフランジ１７０１ｄよりも該ベローズ１０７２ｂの他端部に設けたフランジ１７０１ｃの質量が大きくなるように形成され、当該ベローズ１７０２ｂの他端部のフランジ１７０１ｃと前記第１の可撓管１７００ａの他端部のフランジ１７０１ｂとが対向するように第１の可撓管１７００ａに対し直列的に連結された第２の可撓管１７００ｂと、第１及び第２の可撓管１７００ａ、１７００ｂの中央部で対向する質量を大きくした各フランジ１７０１ｂ、１７０１ｃを両側から弾性的に挟持するようにして、直列的に配置された第１及び第２の可撓管１７００ａ、１７００ｂの端部側に位置する各フランジ１７０１ａ、１７０１ｄ間に介挿された弾性支持部材とから構成されている。
【００５８】
ここで、本実施形態の弾性支持部材は、前述した防振ゴム１９０３ａ、１９０３ｂ等と同一構造で構成されており、個々の可撓管１７００ａ、１７００ｂの両端のフランジ１７０１ａ、１７０１ｂ間及びフランジ１７０１ｃ、１７０１ｄ間に直接的に介挿された軸方向にスリットを有する円管状の防振ゴム１７０３ａ、１７０３ｂである。中央部に位置する質量を大きくした各フランジ１７０１ｂ、１７０１ｃどうしは、ボルト１７０５及びナット１７０６を通じて互いに接合されている。また、中央部で対向する各フランジ１７０１ｂ、１７０１ｃの合計質量と、いずれか一方の可撓管の両端のフランジ間に介挿された防振ゴム１７０３ａ又は１７０３ｂのばね定数とで、定まる防振系の固有振動数は６０Ｈｚ以下にすることが望ましく、さらに好適には４０Ｈｚ以下にすれば良好な防振特性を得ることができる。
【００５９】
したがって、このように構成された除振装置１７００では、可撓管どうしの中央部に位置するフランジ１７０１ｂ、１７０１ｃの質量を大きくしたことで、上述した慣性部材を設けることなく、ポンプ等に設けられた配管システムの振動伝達を好適に遮断することができる。これにより、除振装置のコストを低減できるとともに、除振装置の設置の簡易化を図ることができる。
【００６０】
以上、本発明を各実施の形態により具体的に説明したが、無論、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る除振装置を示す斜視図。
【図２】図１の除振装置を電子顕微鏡等に搭載した場合の防振系のモデル図。
【図３】図１の除振装置を電子顕微鏡等に搭載した場合の防振系の特性を示す図。
【図４】図１の除振装置を極低温装置等に搭載した場合の防振系の特性を示す図。
【図５】図１の除振装置を極低温装置等に搭載した場合の防振系のモデル図。
【図６】低固有振動数の防振系を得るための装置構成を示す図。
【図７】図６の装置構成の防振特性を示す図。
【図８】図１の除振装置の波形ベローズの有効長さとばね定数との関係を示す図。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る除振装置を示す図。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る除振装置を示す図。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る除振装置を示す図。
【図１２】従来の除振装置が電子顕微鏡に搭載された形態を示す図。
【図１３】図１２の除振装置の構造を示す図。
【図１４】図１２の防振系のモデル図。
【図１５】図１２の除振装置を電子顕微鏡等に搭載した場合の防振系の特性を示す図。
【図１６】図１２の除振装置を極低温装置等に搭載した場合の形態を示す図。
【図１７】図１２の除振装置を空調用ポンプ等に搭載した場合の形態を示す図。
【図１８】図１６又は１７に示した振動系のモデル図。
【図１９】図１７の空調用ポンプ等に適用される除振装置の構造を示す図。
【図２０】従来の２つの可撓管を連結した除振装置の構造を示す図。
【図２１】図２０の除振装置が電子顕微鏡等に搭載された場合の防振系のモデル図。
【図２２】図２０の除振装置が極低温装置等に搭載された場合の防振系のモデル図。
【図２３】図２２の防振系の特性を示す図。
【符号の説明】
【００６２】
１００，１５００，１７００，１８００，１９００…除振装置、１７０１ｂ、１７０１ｃ…フランジ、１００ａ，１００ｂ…可撓管、１０４，１７０３ａ，１７０３ｂ，１８０３ａ，１８０３ｂ，１９０３ａ，１９０３ｂ…防振ゴム、１０７，１５０３，１８０４、１９０４…慣性部材。
【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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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