JP2000097282A - 空気ばね除振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鉛直方向及び水平方向の固有振動数での減衰
特性が改善され、しかも安価な空気ばね除振器を提供す
る。 【解決手段】 ベースと、上端がベースに枢設される３
個以上のリンクと、３個以上のリンクの下端が枢設され
鉛直方向を中心とした振り子運動が可能なようにベース
に懸架する下部プレートと、開口部を有するケース部と
鉛直方向に可動なピストン部とケース部とピストン部と
を連結し開口部を封止するダイヤフラムとを有し、下部
プレートに載置される空気ばねと、ピストン部に載置さ
れる上部プレートと、ベースと上部プレートとの間に介
挿される粘弾性体とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体製造
などに用いられる空気ばね除振器に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体産業の最先端分野では微振動対策
として空気ばねを使用し、その除振性能向上が重要課題
となっている。

【０００３】関連する技術として、実開平７−１６０４
２号公報に記載の「空気ばね装置」（従来例１）、特開
平８−１３５７３３号公報に記載の「防振装置」（従来
例２）、特開平８−１４５１１６号公報に記載の「防振
装置」（従来例３）、特開平９−７９３１９号公報に記
載の「防振装置」（従来例４）がある。

【０００４】従来例１は、水平方向の振動減衰は行わ
ず、垂直方向の振動のみ減衰することを目的とするもの
であり、２つの抵抗板を減衰液に浸し、下側の抵抗板を
上側の抵抗板よりも小さくするものである。

【０００５】従来例２は、定盤に搭載される機器が受け
る振幅の大きい外乱による振動に対応して応答性が良く
制振でき、床などから受ける振幅の小さい振動に対して
得られる除振効果が大であり、しかも大がかりな装置を
必要とせず、省スペース化が実現された防振装置を提供
することを目的とし、この防振装置は、非除振体を支持
する空気ばねと、非除振体が受ける外乱に対する応答時
間が１秒以内に設定され空気ばねの圧力を調整する圧力
調整器と、電圧が印加されることにより粘度が変化する
電気粘性流体を収納するシリンダー部及び電気粘性流体
中に配置され非除振体を支持するピストン部を有するも
のである。

【０００６】従来例３は、除振性能と減衰性能とを両立
し、しかも従来のアクティブ型のように機構が複雑にな
らない防振装置を提供することを目的とし、この防振装
置は、非除振体を支持する空気ばねと、電圧が印加され
ることにより粘度が変化する電気粘性流体を収納するシ
リンダー部及び電気粘性流体中に配置され非除振体に固
定されるピストン部を有する電気粘性流体ダンパと、電
圧を電気粘性流体に印可する電圧印加手段と、非除振体
の変位に関係する物理量を検出する検出手段とをそな
え、電圧印加手段は検出手段の出力値に応じた電圧を電
気粘性流体に印加するものである。

【０００７】従来例４は、ばね手段のばね定数を実質的
に小さくして、固有振動数の低いばねを有する防振装置
を提供することを目的とし、搭載台に固定されたピスト
ンが、弾性膜を介し、ベースに固定されたシリンダ内
で、シリンダ内の空気圧により浮上される空気ばね式の
除振装置において、ピストンは、浮上する方向に直径が
減少する逆テーパ部分を設け、除振装置の使用状態にお
いて、弾性膜がピストンから離れる位置が逆テーパ部で
あるようにして、従来型の空気ばねよりも剛性を減少さ
せて固有振動数を低減させ、振動伝達率の小さい空気ば
ねとしたものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の空気ばねの固有
振動数は、一般的に鉛直方向が低く（長所）水平方向が
高い（短所）。

【０００９】また、固有振動数での減衰性能は鉛直方向
および水平方向とも悪い。水平方向の固有振動数を低く
するために空気ばねをぶら下げた振り子式等がある。鉛
直方向の減衰性能を良くするために、補助タンクを利用
して空気ばねと補助タンクの接続部にオリフィスを設置
する場合が多いが、微振動領域においては動的たわみが
小さいため空気の流通が少なく減衰性能が期待できない
ことが判明している。

【００１０】また、従来例１のように、垂直方向の減衰
性能を良くするためにオイルダンパ等を使用する場合が
あるが除振系の構造が複雑となり高価な除振マウントと
なっている。

【００１１】本発明は、鉛直方向及び水平方向の固有振
動数での減衰特性が改善され、しかも安価な空気ばね除
振器を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明による空気ばね除
振器は、ベースと、上端が前記ベースに枢設される３個
以上のリンクと、前記３個以上のリンクの下端が枢設さ
れ鉛直方向を中心とした振り子運動が可能なように前記
ベースに懸架する下部プレートと、開口部を有するケー
ス部と鉛直方向に可動なピストン部と前記ケース部と前
記ピストン部とを連結し前記開口部を封止するダイヤフ
ラムとを有し、前記下部プレートに載置される空気ばね
と、前記ピストン部に載置される上部プレートと、前記
ベースと前記上部プレートとの間に介挿される粘弾性体
と、を備えることを特徴とする。

【００１３】また、本発明による空気ばね除振器は、上
記の空気ばね除振器において、前記粘弾性体は１個以上
有することを特徴とする。

【００１４】更に、本発明による空気ばね除振器は、上
記の空気ばね除振器において、前記粘弾性体は、熱可塑
性樹脂又は熱硬化性樹脂のいずれかであることを特徴と
する。

【００１５】更に、本発明による空気ばね除振器は、上
記の空気ばね除振器において、前記粘性弾性体の減衰比
の値は０．０５以上であることを特徴とする。

【００１６】更に、本発明による空気ばね除振器は、上
記の空気ばね除振器において、前記ベースは空洞部を有
し、前記空気ばねが前記空洞部内で懸垂されることを特
徴とする。

【００１７】更に、本発明による空気ばね除振器は、上
記の空気ばね除振器において、前記下部プレートと前記
ケース部とは一体化されていることを特徴とする。

【００１８】更に、本発明による空気ばね除振器は、上
記の空気ばね除振器において、前記上部プレートと前記
ピストン部とは一体化されていることを特徴とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】第１図は本発明の空気ばね除振器
の一例の上面図及び断面図を示す。

【００２０】上部プレート１の中央下部のピストン部２
にダイヤフラム３を接合し、空気ばねケース４の外枠に
接合させて空気ばねケース４の中を気密構造にする。空
気ばねケース４の下部プレート５の四隅（三隅以上であ
ればよい）にリンク６を４ヶ所（３ヶ所以上であればよ
い）に設置する。

【００２１】リンク６の両端は球面可動としリンク６ａ
の下部は下部プレート５と接合させリンク６ｂの上部は
ベースケース７と接合させる。

【００２２】ベースケース７の上部四隅に粘弾性体８を
４ヶ所に設置する。但し、設置個所は１カ所以上あれば
よい。粘弾性体８の両端は固定とし粘弾性体８ａの下部
はベースケース７ａに固定され粘弾性体８ｂの上部は上
部プレート１ａに固定される。

【００２３】第２図は空気ばね除振器の動作状態の断面
図を示す。

【００２４】図に従って本発明の除振性能の特徴を説明
する。

【００２５】鉛直方向の固有振動数はダイヤフラム３の
ゴム膜のバネ剛性が無視できるので、ダイヤフラム３と
空気ばねケース４で囲まれた内容積と内圧およびピスト
ン部２の有効面積Ａにより空気ばねの鉛直方向のばね定
数及び固有振動数が計算される。

【００２６】例えば、定格荷重が８００ｋｇ、空気ばね
の内圧Ｐが４ｋｇ／ｃｍ²、有効受圧面積Ａが２００ｃ
ｍ²、メインタンク容量Ｖが３ｌである場合は、γをポ
リトロピック指数、Ｐ_aを大気圧とすると、ばね定数Ｋ_V
は、 Ｋ_V＝γ｛（Ｐ＋Ｐ_a）Ａ²｝／Ｖ ＝１．４×｛（４＋１）×２００²｝／３０００＝９３．３ｋｇ／ｃｍ 固有振動数ｆ_nvは、 ｆ_nv＝（1／２π）（Ｋ_Vｇ／Ｗ）^1/2 ＝（1／２π）（９３．３×９８０／８００）^1/2 ＝１．７Hz となる。

【００２７】水平方向の固有振動数は鉛直振り子（振り
子の等時性）の式からリンク６の振り子長によって計算
される。例えば、リンク６の長さ約２５ｃｍの場合は
１．０Ｈｚとなる。

【００２８】粘弾性体８は弾性と粘性が組合わさった性
質を有しているので粘弾性体８の粘性抵抗を利用し、振
り子式空気ばねと並列に設置することで、鉛直方向およ
び水平方向の固有振動数での減衰性能を向上させること
ができた。尚、粘弾性体８の弾性（ばね定数）は振り子
式空気ばねのばね定数と比較して極小なので固有振動数
は殆ど変化しない。

【００２９】第２図に於いて、水平方向の微振動変位量
（χ）がリンク６に伝達され空気ばねは振り子運動する
が、同時に粘弾性体８の粘性抵抗で減衰させることがで
きた。

【００３０】鉛直方向の微振動変位量についても同様に
空気ばねの弾性変位を粘弾性体８の粘性抵抗で減衰させ
ることができた。

【００３１】一般的にコイルばねの減衰性能を表すｔａ
ｎδ（減衰比ζの２倍）は約０．０１、ネオプレンゴム
のｔａｎδは約０．１以上である。本実施形態で使用し
た粘弾性体８は、ＮＥＣ環境エンジニアリング製のＥＭ
２であり、このｔａｎδは０．５以上であり、粘性抵抗
が大きく弾性抵抗が小さい。また、粘弾性体８として、
他に、ポリエチレン、ポリエステル、ポリ塩化ビニー
ル、ポリアミド、尿素、メラミン、フェノール、エポキ
シ、不飽和ポリエステル、ウレタン等の軟性樹脂及びゲ
ル化物質が挙げられる。一般には、例えば、熱可塑性樹
脂、熱硬化製樹脂であればよい。

【００３２】概して言えば、ｔａｎδの値は大きいほど
好ましいが、ｔａｎδの値は、固有振動数での減衰比
や、除振作用が現れる最低周波数などを考慮して定めら
れ、ｔａｎδの値を小さく設定される場合も希にある。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による空気
ばね除振器によれば、減衰性能の高い粘弾性体を振り子
式空気ばねと並列に設置することで、鉛直方向および水
平方向の固有振動数での減衰性能が大幅に改良するとい
う効果が奏される。

【００３４】また、本発明による空気ばね除振器は、振
幅が小さい場合においても、上記の改善された減衰性能
を得ることができる。

【００３５】更に、本発明による空気ばね除振器は安価
に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態による空気ばね除振器の平面
図及び断面図である。

【図２】本発明の実施形態による空気ばね除振器の動作
状態の断面図である。

【符号の説明】

１ 上部プレート ２ ピストン部 ３ ダイヤフラム ４ 空気ばねケース ５ 下部プレート ６ リンク ７ ベースケース ８ 粘弾性体

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベースと、 上端が前記ベースに枢設される３個以上のリンクと、 前記３個以上のリンクの下端が枢設され鉛直方向を中心
   とした振り子運動が可能なように前記ベースに懸架する
   下部プレートと、 開口部を有するケース部と鉛直方向に可動なピストン部
   と前記ケース部と前記ピストン部とを連結し前記開口部
   を封止するダイヤフラムとを有し、前記下部プレートに
   載置される空気ばねと、 前記ピストン部に載置される上部プレートと、 前記ベースと前記上部プレートとの間に介挿される粘弾
   性体と、 を備えることを特徴とする空気ばね除振器。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の空気ばね除振器におい
   て、前記粘弾性体は１個以上有することを特徴とする空
   気ばね除振器。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の空気ばね除振器
   において、前記粘弾性体は、熱可塑性樹脂又は熱硬化性
   樹脂のいずれかであることを特徴とする空気ばね除振
   器。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の
   空気ばね除振器において、前記粘性弾性体の減衰比の値
   は０．０５以上であることを特徴とする空気ばね除振
   器。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
   空気ばね除振器において、前記ベースは空洞部を有し、
   前記空気ばねが前記空洞部内で懸垂されることを特徴と
   する空気ばね除振器。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の
   空気ばね除振器において、前記下部プレートと前記ケー
   ス部とは一体化されていることを特徴とする空気ばね除
   振器。
7. 【請求項７】 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の
   空気ばね除振器において、前記上部プレートと前記ピス
   トン部とは一体化されていることを特徴とする空気ばね
   除振器。