JP2005163914A - Vibration resistant system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の除振装置を配置することによって、電子顕微鏡や半導体製造装置などが載置される定盤の除振を行う除振システムに関する。 The present invention relates to a vibration isolation system that performs vibration isolation of a surface plate on which an electron microscope, a semiconductor manufacturing apparatus, and the like are placed by arranging a plurality of vibration isolation devices.
定盤の下方から定盤を支持するように4個の能動除振装置を配置して定盤の除振を行う除振システムが知られている。この除振システムにおいては、4個の除振装置、即ち、第1の除振装置、第2の除振装置、第3の除振装置、第4の除振装置動除振装置が定盤の各辺に配設されている。このうち基準となる第1の除振装置が、定盤の1辺に1方向の操作力を付与する事によって、並進力と回転力を定盤に付与する。そして、この第1の除振装置が配置される辺の対辺に第2の除振装置が配置される。この第2の除振装置は、定盤に対して第1の除振装置が付与する操作力と逆方向の操作力を対辺に付与し、並進力が打ち消されるように制御され且つ第1の除振装置と共に定盤に回転力を与えている。また、第1の除振装置が配置される辺と隣接するそれぞれの辺に、第3の除振装置と第4の除振装置とが対向するように配置される。この第3の除振装置と第4の除振装置からの操作力に起因する並進力が打ち消されるように制御されるとともに、第1の除振装置と第2の除振装置からの操作力による回転力に対して逆回りの回転力を定盤に対して与えている(例えば、特許文献1参照)。 There is known a vibration isolation system in which four active vibration isolation devices are arranged so as to support the surface plate from below the surface plate and perform vibration isolation of the surface plate. In this vibration isolation system, four vibration isolation devices, that is, a first vibration isolation device, a second vibration isolation device, a third vibration isolation device, and a fourth vibration isolation device are provided. Are arranged on each side. Among these, the first vibration isolator serving as a reference applies translational force and rotational force to the surface plate by applying an operation force in one direction to one side of the surface plate. And the 2nd vibration isolator is arrange | positioned on the opposite side of the edge | side where this 1st vibration isolator is arrange | positioned. The second vibration isolation device is controlled so that the operation force in the opposite direction to the operation force applied to the surface plate by the first vibration isolation device is applied to the opposite side, and the translational force is canceled out. A rotational force is applied to the surface plate together with the vibration isolator. Further, the third vibration isolation device and the fourth vibration isolation device are arranged so as to face each side adjacent to the side where the first vibration isolation device is arranged. The translational force resulting from the operation force from the third vibration isolation device and the fourth vibration isolation device is controlled to cancel, and the operation force from the first vibration isolation device and the second vibration isolation device. The reverse rotational force is applied to the surface plate with respect to the rotational force of (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、4個の能動除振装置で定盤を支持する除振システムにおいて、定盤から各能動除振装置に作用する支持荷重に偏りが生じ、除振装置からの操作力を定盤に対して十分に作用させうことが困難となり、除振性能の低下に繋がる。また、定盤の面は高精度に仕上げられているが、定盤から各能動除振装置に作用する支持荷重に偏りが生じると定盤の重心が移動してしまい、定盤の面精度が低下させてしまう。そして、定盤の面精度の低下は、定盤から各能動除振装置に作用する支持荷重の偏りを増長させ、さらなる除振性能の低下に繋がる。 However, in a vibration isolation system that supports the surface plate with four active vibration isolation devices, the support load acting on each active vibration isolation device from the surface plate is biased, and the operating force from the vibration isolation device is applied to the surface plate. Therefore, it is difficult to act sufficiently, leading to a decrease in vibration isolation performance. Also, the surface of the surface plate is finished with high accuracy, but if the support load acting on each active vibration isolator from the surface plate is biased, the center of gravity of the surface plate moves, and the surface accuracy of the surface plate is reduced. It will decrease. And the fall of the surface accuracy of a surface plate increases the bias | inclination of the support load which acts on each active vibration isolator from a surface plate, and leads to the fall of the vibration isolation performance further.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、定盤から各能動除振装置に作用する支持荷重に偏りが生じにくい除振システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a vibration isolation system in which a bias is hardly generated in a support load that acts on each active vibration isolation device from a surface plate.
本発明において、以下の特徴は単独で、若しくは、適宜組合わされて備えられている。前記課題を解決するための本発明に係る除振システムは、機器が載置される定盤と、水平面内において第1の方向の操作力を前記定盤に対して作用させる第1の除振装置と、水平面内において前記第1の方向とは異なる第2の方向の操作力を前記定盤に対して作用させる第2の除振装置と、水平面内において前記第1及び第2の方向とは異なる第3の方向の操作力、及び、水平面内において前記第1〜第3の方向とは異なる第4の方向の操作力を前記定盤に対して作用させる第3の除振装置とを備えており、前記第1〜第3の除振装置からの操作力に起因して前記状盤に加えられる回転力及び並進力が打ち消されるように、前記状盤に対する前記第1〜第3の除振装置の位置並びに前記第1〜第4の操作力の方向及び大きさが決定されていることを特徴とする。この除振システムによれば、3個の除振装置で定盤を支持することが可能となり、定盤から各除振装置に作用する支持荷重がほぼ同じ大きさとなるとともに、定盤の高い面精度を維持することができる。構造力学上、4点支持は不静定構造であるが3点支持は静定構造であるため、本発明にかかる除振装システムのように3点支持が好ましい。また、従来、4個の除振装置が必要であったが、3個の除振装置で水平方向の除振を行う除振システムを構成することができるので、コストの削減にも繋がる。 In the present invention, the following features are provided alone or in combination as appropriate. The vibration isolation system according to the present invention for solving the above-described problems includes a surface plate on which equipment is placed, and a first vibration isolation that causes an operating force in a first direction to act on the surface plate in a horizontal plane. An apparatus, a second vibration isolator for causing the operating force in a second direction different from the first direction in the horizontal plane to act on the surface plate, and the first and second directions in the horizontal plane. A third vibration isolator for causing the operating force in a third direction different from the first and third directions to act on the surface plate in a horizontal plane. And the first to third to the shape plate so that the rotational force and translational force applied to the shape plate due to the operating force from the first to third vibration isolator are canceled. The position of the vibration isolator and the directions and magnitudes of the first to fourth operating forces are determined. And wherein the door. According to this vibration isolation system, it becomes possible to support the surface plate with three vibration isolation devices, the supporting load acting on each vibration isolation device from the surface plate is almost the same size, and the high surface of the surface plate Accuracy can be maintained. In terms of structural mechanics, the four-point support is an indefinite structure, but the three-point support is a static structure. Therefore, the three-point support is preferable as in the vibration isolator system according to the present invention. Conventionally, four anti-vibration devices are required, but a vibration isolation system that performs horizontal anti-vibration with three anti-vibration devices can be configured, leading to cost reduction.
ここで、本発明に係る除振システムは、前記第1の方向と前記第3の方向とが相対していると共に前記第2の方向と前記第4の方向とが相対しており、且つ、前記第1の方向及び前記第3の方向が前記第2の方向及び前記第4の方向と直交していることが好ましい。こうすることで、各除振装置からの操作力に起因して定盤に加えられる回転力及び並進力が打ち消されるための演算が容易となる。 Here, in the vibration isolation system according to the present invention, the first direction and the third direction are opposite to each other, the second direction and the fourth direction are opposite to each other, and It is preferable that the first direction and the third direction are orthogonal to the second direction and the fourth direction. By doing so, the calculation for canceling the rotational force and translational force applied to the surface plate due to the operating force from each vibration isolator is facilitated.
ここで、本発明に係る除振システムは、前記第1〜第3の除振装置の位置が正三角形の3つの頂点に対応していると共に、前記第1〜第4の方向の操作力が同じ大きさであることが好ましい。こうすることで、定盤を3個の除振装置で支持可能な除振システムの合理的な構成が実現される。 Here, in the vibration isolation system according to the present invention, the positions of the first to third vibration isolation devices correspond to the three vertices of an equilateral triangle, and the operation force in the first to fourth directions is Preferably they are the same size. By doing so, a rational configuration of a vibration isolation system capable of supporting the surface plate with three vibration isolation devices is realized.
ここで、本発明に係る除振システムは、前記第1〜第3の除振装置の少なくともいずれか1つが、前記定盤との間で振動が相互に伝達される除振ブロック、前記除振ブロックと同一水平面内にある第1の空気バネ、及び、前記除振ブロックとの間で前記第1の空気バネを挟む外枠を含む水平ユニット部と、固定ベース、前記固定ベースと同一鉛直面内にある第2の空気バネ、及び、前記固定ベースとの間で前記第2の空気バネを挟む支持部材を含む鉛直ユニット部とを備えており、前記水平ユニット部には、前記除振ブロックに対して水平面内の互いに異なる方向に配置された前記第1の空気バネの数によって識別される複数種類が用意されており、前記複数種類の前記水平ユニット部のいずれかと前記鉛直ユニット部とが接続されていることが好ましい。本発明に係る除振システムにおいては、少なくとも、定盤に対して水平一方向にのみ操作力を作用させる除振装置と、定盤に対して水平一方向、及び前記水平一方向と水平方向に交差する方向に操作力を作用する除振装置とが必要である。また、各除振装置の配置如何によっては、定盤に対して水平方向に操作力を作用させる様々なバリエーションの除振装置が必要である。ところが、このようなバリエーション豊富な除振装置を個々にストックしておくことはコストアップにつながり好ましくない。また、必要に応じて製造すれば製品の提供に遅延が生じる。そこで、本発明に係る構成とすることで、要求される除振装置が迅速に提供可能となるので、コストアップを回避できる。 Here, in the vibration isolation system according to the present invention, at least one of the first to third vibration isolation devices includes a vibration isolation block in which vibration is transmitted to and from the surface plate, and the vibration isolation A horizontal unit including a first air spring in the same horizontal plane as the block, and an outer frame sandwiching the first air spring between the anti-vibration block, a fixed base, and the same vertical plane as the fixed base And a vertical unit portion including a support member that sandwiches the second air spring with the fixed base. The horizontal unit portion includes the vibration isolation block. A plurality of types identified by the number of the first air springs arranged in different directions in the horizontal plane are prepared, and any one of the plurality of types of the horizontal unit portions and the vertical unit portion are provided. Connected It is preferred. In the vibration isolation system according to the present invention, at least a vibration isolation device that applies an operating force only in one horizontal direction to the surface plate, one horizontal direction to the surface plate, and the one horizontal direction and the horizontal direction. An anti-vibration device that applies an operating force in the intersecting direction is required. Further, depending on the arrangement of each vibration isolator, various variations of the vibration isolator that apply an operating force to the surface plate in the horizontal direction are necessary. However, stocking such a variety of vibration isolators individually is not preferable because it increases costs. Moreover, if it manufactures as needed, provision of a product will be delayed. Therefore, with the configuration according to the present invention, the required vibration isolator can be provided promptly, so that an increase in cost can be avoided.
また、本発明に係る除振システムの前記水平ユニット部には、少なくとも、前記除振ブロックに対して水平面内で互いに直交する4方向のうちの1方向、2方向及び4方向に前記第1の空気バネがそれぞれ配置された3種類が用意されていることが好ましい。こうすることで、あらゆる除振システムであっても適用可能な除振装置を提供することができる。 Further, the horizontal unit portion of the vibration isolation system according to the present invention includes at least the first direction in one direction, two directions, and four directions out of four directions orthogonal to each other in a horizontal plane with respect to the vibration isolation block. Three types of air springs are preferably prepared. By doing so, it is possible to provide a vibration isolation device that can be applied to any vibration isolation system.
また、本発明に係る除振システムは、前記第1〜第3の除振装置の少なくともいずれか1つの前記鉛直ユニット部が、複数の前記第2空気バネが鉛直方向に直列配列可能に構成されていることが好ましい。こうすることで、定盤に載置される機器の重量に応じて、低コストで、かつ適正な除振能力を備えた除振装置が配置された除振システムを迅速に顧客に提供することができる。 Further, the vibration isolation system according to the present invention is configured such that at least one of the first to third vibration isolation devices is configured such that the plurality of second air springs can be arranged in series in the vertical direction. It is preferable. In this way, it is possible to quickly provide a customer with a vibration isolation system in which a vibration isolation device having an appropriate vibration isolation capacity is arranged at a low cost according to the weight of the device placed on the surface plate. Can do.
また、本発明に係る除振システムは、前記第1〜第3の除振装置の少なくともいずれかの前記水平ユニット部が、前記鉛直ユニット部に接続されたときに、前記第1の空気バネが前記第2の空気バネの外周位置よりも径内側に配置されていることが好ましい。このように配置することで、除振システムを構成する除振装置の大型化が回避できる。 In the vibration isolation system according to the present invention, when the horizontal unit portion of at least one of the first to third vibration isolation devices is connected to the vertical unit portion, the first air spring is It is preferable that the second air spring is disposed on the inner diameter side than the outer peripheral position. By arranging in this way, an increase in the size of the vibration isolation device constituting the vibration isolation system can be avoided.
また、本発明に係る除振システムは、機器が載置される定盤と、水平面内において第1の方向及び前記第1の方向とは異なる第2の方向の操作力を前記定盤に対して作用させる第1の除振装置と、水平面内において第1の方向及び第2の方向とは異なる第3の方向、及び第1〜3の方向とは異なる第4の方向の操作力を前記定盤に対して作用させる第2の除振装置と、水平面内において第5の方向、前記第5の方向とは異なる第6の方向、前記第5の方向及び第6の方向とは異なる第7の方向、及び前記第5〜第7の方向とは異なる第8の方向に対して作用させる第3の除振装置とを備えており、前記第1〜第3の除振装置からの操作力に起因して前記定盤に加えられる回転力及び並進力が打ち消されるように、前記定盤に対する前記第1〜第3の除振装置の位置並びに前記第1〜第8の操作力の方向及び大きさが決定されているものであってもよい。この除振システムによれば、定盤に作用する各除振装置からの操作力に起因する並進力及び回転力を大きくすることができ、かつこのトルクバランスが、3個の除振装置で定盤を支持することによって実現できるので、定盤の面精度を高レベルに維持することができ、定盤剛性を上げるなどの高コストを招くこともない。なお、構造力学上、4点支持は不静定構造であるが3点支持は静定構造であるため、本発明にかかる除振装システムのように3点支持が好ましいことは前述のとおりである。 In addition, the vibration isolation system according to the present invention provides a surface plate on which the device is placed and an operation force in a first direction and a second direction different from the first direction on the surface plate in a horizontal plane. Operating force in a fourth direction different from the first direction and the first direction, the third direction different from the first direction and the second direction, and the fourth direction different from the first to third directions in the horizontal plane. A second vibration isolator that acts on the surface plate; a fifth direction in a horizontal plane; a sixth direction different from the fifth direction; a fifth direction different from the fifth direction and the sixth direction. 7 and a third vibration isolator that acts on an eighth direction different from the fifth to seventh directions, and an operation from the first to third vibration isolator The first to the first plates with respect to the platen so that the rotational force and translational force applied to the platen due to force are canceled out. 3 position and direction and magnitude of the operating force of the first to eighth anti-vibration apparatus may be one that has been determined. According to this vibration isolation system, it is possible to increase the translational force and the rotational force due to the operating force from each vibration isolation device acting on the surface plate, and this torque balance is fixed by three vibration isolation devices. Since it can be realized by supporting the panel, the surface accuracy of the surface plate can be maintained at a high level, and high costs such as increasing the surface plate rigidity are not incurred. In addition, because of the structural mechanics, the four-point support is an indefinite structure, but the three-point support is a static structure. is there.
以下、本発明に係る除振システムの好適な実施形態について説明する。図1は、3個の除振装置によって定盤が支持される除振システムの平面配置図、図2は、本発明に関わる除振システムに用いる能動除振装置の正断面図である。図1に図示されるX及びYは、本実施形態の除振システム全体における水平方向の座標軸であり、X軸とY軸は直交している。なお、以下の説明において、紙面前方向からみてX軸の右方向が正方向、左方向がX軸の負方向、Y軸の上方向が正方向、下方向が負方向とする。また、重心Gは、除振システム全体における水平方向の座標の原点である。以下に、本実施形態における除振システム1の構成について詳細に説明する。
Hereinafter, preferred embodiments of the vibration isolation system according to the present invention will be described. FIG. 1 is a plan view of a vibration isolation system in which a surface plate is supported by three vibration isolation devices. FIG. 2 is a front sectional view of an active vibration isolation device used in the vibration isolation system according to the present invention. X and Y illustrated in FIG. 1 are horizontal coordinate axes in the entire vibration isolation system of the present embodiment, and the X axis and the Y axis are orthogonal to each other. In the following description, it is assumed that the right direction of the X axis is the positive direction, the left direction is the negative direction of the X axis, the upward direction of the Y axis is the positive direction, and the downward direction is the negative direction when viewed from the front of the page. The center of gravity G is the origin of horizontal coordinates in the entire vibration isolation system. Below, the structure of the
図1において、本実施形態における除振システム1は、直方体の形状をした定盤2と、第1の除振装置A1、第2の除振装置A2、及び第3の除振装置A3の3個の除振装置とを備えている。定盤2の上部には、図示しない半導体製造装置や電子顕微鏡などの機器が配置される。各除振装置A1〜A3は、定盤2の下方に配置され、下方から定盤2を支持している。各除振装置A1〜A3に支持される定盤2の面、及び図示しない半導体製造装置などが配置される定盤2の面はいずれも平らな面となっている。また、本実施形態における除振システム1では、水平面内において第1の方向の操作力F1を定盤2に対して作用させる第1の除振装置A1と、水平面内において第1の方向とは異なる第2の方向の操作力F2を定盤2に対して作用させる第2の除振装置A2と、水平面内において第1及び第2の方向とは異なる第3の方向の操作力F3、及び、水平面内において第1〜第3の方向とは異なる第4の方向の操作力F4を定盤2に対して作用させる第3の除振装置A3とを用いている。
In FIG. 1, a
ここで、第1の除振装置A1、第2の除振装置A2及び第3の除振装置A3の構成について、図2を用いて説明する。これらの各除振装置A1〜A3は、定盤2との間で振動が相互に伝達される除振ブロック3、水平方向に伸縮する第1の空気バネ4、及び第1の空気バネ4を除振ブロック3とで挟むように配置され、形状が異なる3種類の外枠ブロック5a〜5cを構成部材とする外枠5とを備える水平ユニット部6と、床面に固定される固定ベース7、鉛直方向に伸縮する第2の空気バネ8、第2の空気バネ8を支持する支持部材9、及び剪断力を緩和する作用がある振動制御体21を備える鉛直ユニット部10とを備えている。なお、第1の除振装置A1及び第2の除振装置A2は第1の空気バネ4を1個、第3の除振装置A3は第1の空気バネ4を2個備えているが、これについては後述する。また、定盤2の水平方向及び鉛直方向の変位を検出する変位センサS1及びS2、定盤2の水平方向及び鉛直方向の加速度を検出する加速度センサS3及びS4が設けられている。ここで、第1の空気バネ4は、圧縮された空気が蓄圧されたレシーバタンク11と接続されており、各センサで検出された結果に基づいて、レシーバタンク11と第1の空気バネ4との間に設けられた空気制御弁12によって、第1の空気バネ4に供給される空気量が制御される。即ち、第1の空気バネ4に空気が供給されると、第1の空気バネ4は、除振ブロック3に対して、紙面前方向からみて左向きの操作力を作用させる。なお、第1の空気バネ4を2個有する第3の除振装置においては、さらに図示しないマニホールドが設けられており、このマニホールドで各第1の空気バネ4に供給される空気量が調整される。
Here, the configuration of the first vibration isolation device A1, the second vibration isolation device A2, and the third vibration isolation device A3 will be described with reference to FIG. Each of these vibration isolation devices A1 to A3 includes a
次に、第1の空気バネ4の配置される個数について、図3及び図4を用いて説明する。ここで、図3は、第1の除振装置A1及び第2の除振装置A2についての図2におけるA−A線断面図、図4は、第3の除振装置A3についての図2におけるA−A線断面図である。なお、正断面図については、第1の除振装置A1、第2の除振装置A2、及び第3の除振装置A3のいずれも図2に図示されるように同様である。図3に図示されるように、第1の除振装置A1及び第2の除振装置A2では、第1の空気バネ4に空気が供給されると、第1の空気バネ4が除振ブロック3に対して水平一方向に操作力を作用させることとなる。一方、図4に図示されるように、第3の除振装置A3では、第1の空気バネ4に空気が供給されると、第1の空気バネ4が除振ブロック3に対して水平二方向に操作力を作用させることとなる。この水平二方向は、互いに直交する方向である。
Next, the number of the first air springs 4 disposed will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 2 for the first vibration isolation device A1 and the second vibration isolation device A2, and FIG. 4 is a diagram in FIG. 2 for the third vibration isolation device A3. It is AA sectional view. As for the front sectional view, the first vibration isolation device A1, the second vibration isolation device A2, and the third vibration isolation device A3 are all the same as shown in FIG. As shown in FIG. 3, in the first vibration isolation device A1 and the second vibration isolation device A2, when air is supplied to the
ここで、外枠5の構成について説明する。外枠5は、第1の空気バネ4が除振ブロック3に対して作用させる負荷の反力を受ける外枠ブロックA5a、外枠ブロックB5b、及び外枠ブロックA5aと外枠ブロックB5bの両側面に配置される外枠ブロックC5cとから構成されている。また、これら各外枠ブロックA5a、外枠ブロックB5b、及び外枠ブロックA5aは、いずれも外周面が円弧状となっており、下方に形成されたフランジ面20と一体的に構成されている。このフランジ面20は、支持部材9を介して固定ベース8に固定されている。
Here, the configuration of the outer frame 5 will be described. The outer frame 5 includes the outer frame block A5a, the outer frame block B5b, and both side surfaces of the outer frame block A5a and the outer frame block B5b that receive the reaction force of the load that the
次に、本実施形態における除振システム1における各除振装置A1〜A3の配置について、図1に戻って説明する。ここで、各除振装置A1〜A3によって支持される定盤2の面における各辺をa1〜a4とする。なお、各除振装置A1〜A3は、定盤2の下方であって、定盤2の4つの辺a1〜a4で囲まれた領域内に、即ち、定盤2からはみ出さないように配置されている。第1の除振装置A1は、定盤2の一辺a1に沿ってそのほぼ中央部に、第1の除振装置A1の除振ブロック3に対してY軸正方向に操作力F1を作用させるように配置されている。第2の除振装置A2は、定盤2の一辺a1に隣接する一方の辺a2と一辺a1に対向する辺a3とで囲まれた角に、第2の除振装置A2の除振ブロック3に対してX軸正方向に操作力F2を作用させるように配置されている。第3の除振装置A3は、定盤2の一辺a1に隣接する他の辺a4と一辺a1に対向する辺a3とで囲まれた角部に、第3の除振装置A3の除振ブロック3に対してY軸負方向の操作力F3とX軸負方向の操作力F4を作用させるように配置されている。なお、各除振装置A1〜A3の上部に定盤2が配置されているので、各除振装置A1〜A3が各々の除振ブロック3に対して作用させる操作力F1〜F4は、定盤2にそのまま作用する。即ち、「各除振装置A1〜A3が各々の除振ブロック3に対して操作力F1〜F4を作用させる」とは、「各除振装置A1〜A3が定盤2に対して操作力F1〜F4を作用させる」と同義である。そして、このように配置された各除振装置A1〜A3が定盤2に対して作用させる操作力F1〜F4に起因する並進力及び回転力は、互いに打ち消されている。以下に、定盤2に作用する各除振装置A1〜A3からの操作力F1〜F4に起因する並進力及び回転力が打ち消される原理について説明する。
Next, the arrangement of the vibration isolation devices A1 to A3 in the
先ず、定盤2に対して作用する各除振装置A1〜A3からの操作力F1〜F4に起因する並進力が打ち消される原理について説明する。定盤2に対して作用する各除振装置A1〜A3からの操作力F1〜F4に起因する並進力が打ち消されるためには、一の除振装置が定盤2に対して作用させる操作力の分力が、一の除振装置に対向して配置される除振装置が定盤2に対して作用させる操作力に起因する並進力によって相殺される必要がある。即ち、一の除振装置が定盤2に対して作用させる操作力の直線方向の分力の方向と、一の除振装置に対向して配置される除振装置が定盤2に対して作用させる操作力の直線方向の分力の方向とが相対するものであって、且つ、それぞれの直線方向の分力が同じ大きさであるときに打ち消される。本実施形態の除振システム1においては、Y軸方向については、第1の除振装置A1が定盤2に対して作用させる操作力F1が並進力となり、第3の除振装置A3が定盤2に対して作用させるY軸負方向の操作力F3が並進力となる。したがって、これらが互いに相対する方向であって、同じ大きさの操作力であるときに打ち消される。また、X軸方向についても同様に、第2の除振装置A2が定盤2に対して作用させる操作力F2と、第3の除振装置A3が定盤2に対して作用させるX軸負方向の操作力F4とが、互いに相対する方向であって、同じ大きさの操作力であるときに相殺される。
First, the principle by which the translational force caused by the operation forces F1 to F4 from the vibration isolation devices A1 to A3 acting on the
次に、定盤2に対して作用する各除振装置A1〜A3からの操作力F1〜F4に起因する回転力が打ち消される原理について説明する。定盤2に対して作用する各除振装置A1〜A3からの操作力F1〜F4に起因する回転力が打ち消されるためには、重心Gを中心として定盤2に対して時計回りに作用させる回転モーメントが、重心Gを中心として定盤2に対して反時計回りに作用させる回転モーメントによって打ち消される必要がある。以下に、本実施形態の除振システム1において説明する。なお、操作力F1が作用される除振装置A1の除振ブロック3から重心Gまでの距離をL1、操作力F2が作用される除振装置A2の除振ブロック3から重心Gまでの距離をL2、操作力F3及びF4が作用される除振装置A3の除振ブロック3から重心Gまでの距離をL3とし、操作力F2の、重心Gを中心とした回転方向の分力をf2、操作力F3の、重心Gを中心とした回転方向の分力をf3、操作力F4の、重心Gを中心とした回転方向の分力をf4とする。本実施形態の除振システム1において、時計回りの回転モーメントが反時計回りの回転モーメントによって打ち消されるためには、以下の式で表される。
[数1]
F1×L1+f3×L3=f2×L2+f4×L3
Next, the principle by which the rotational force caused by the operating forces F1 to F4 from the vibration isolation devices A1 to A3 acting on the
[Equation 1]
F1 * L1 + f3 * L3 = f2 * L2 + f4 * L3
このように、3個の除振装置A1〜A3で定盤2を支持することで、定盤2に作用する各除振装置A1〜A3からの操作力F1〜F4が、直線方向及び回転方向にバランスするので、構造力学上、静定構造である3点支持で実現できる。したがって、定盤2から各除振装置A1〜A3に作用する支持荷重がほぼ同じ大きさとなるとともに、定盤2の高い面精度を維持することができる。また、従来、4個の除振装置が必要であったが、3個の除振装置で水平方向の除振を行う除振システムを構成することができるので、コストの削減にも繋がる。
Thus, by supporting the
なお、各除振装置A1〜A3の配置は、これに限られるものではない。即ち、並進力については、一の除振装置から定盤2に対して作用させる操作力に起因する並進力が、一の除振装置に対向して配置される除振装置が定盤2に対して作用させる操作力に起因する並進力によって相殺されればよい。また、回転力については、重心Gを中心として定盤2に対して時計回りに作用させる回転モーメントが、重心Gを中心として定盤2に対して反時計回りに作用させる回転モーメントによって相殺されればよい。例えば、図5乃至図7に図示されるように各除振装置を配置すれば、本発明における目的を達成することができる。ここで、図5乃至図7は、3個の除振装置A1〜A3によって定盤2が支持される除振システム1の平面配置図であって、本発明に関わる除振システム1を構成する各除振装置A1〜A3が定盤2に対して作用させる操作力F1〜F4の方向が、図1に図示される除振システム1を構成する除振装置A1〜A3が定盤2に対して作用させる操作力F1〜F4の方向と異なるものである。なお、図5乃至図7に記載される符号の意味は、図1に記載される符号の意味と同様である。また、本実施形態においては、第1の除振装置が定盤2に対して作用させる操作力F1と第2の除振装置が定盤2に対して作用させる操作力F2が直交するように、第1の除振装置と第2の除振装置が配置されているが、必ずしも直交するように配置する必要はなく、交差するように配置されていてもよい。即ち、各除振装置A1〜A3が定盤2に対して作用させる操作力F1〜F4に起因する並進力及び回転力が打ち消されるように、各除振装置A1〜A3が配置されればよい。ただし、第1の除振装置が定盤2に対して作用させる操作力F1と第2の除振装置が定盤2に対して作用させる操作力F2が直交するように、第1の除振装置と第2の除振装置が配置されれば、並進力及び回転力が打ち消されるための、各除振装置A1〜A3が定盤2に対して作用させる操作力F1〜F4の演算が容易となる。さらに、各除振装置A1〜A3の配置位置についても、これには限られず、定盤2の形状も直方体には限られない。
In addition, arrangement | positioning of each vibration isolator A1-A3 is not restricted to this. That is, for the translational force, the translational force caused by the operation force applied to the
さらに、変形例として、図8に図示される除振システムにおいても、本発明の目的を達成することができる。図8は、第4の除振装置A4、第5の除振装置A5、第6の除振装置A6の3個の除振装置によって定盤2が支持される除振システム1の平面配置図であって、本発明に関わる除振システム1を構成する各除振装置A4〜A6が定盤2に対して作用させる操作力(F11,F22,F33,F44,F55,F66,F77,F88)の数が、図1及び図5乃至図7に図示される除振システム1を構成する除振装置A1〜A3が定盤2に対して作用させる操作力F1〜F4の数と異なるものである。
Furthermore, as a modification, the object of the present invention can be achieved also in the vibration isolation system shown in FIG. FIG. 8 is a plan layout view of the
ここで、第4の除振装置A4、第5の除振装置A5及び第6の除振装置A6の構成について、図9を用いて説明する。図9は、本発明に関わる変形例としての除振システム1を構成する能動除振装置A4〜A6の正断面図である。これらの各除振装置A4〜A6は、定盤2との間で振動が相互に伝達される除振ブロック3、水平方向に伸縮する第1の空気バネ4、及び第1の空気バネ4を除振ブロック3とで挟むように配置される外枠5とを備える水平ユニット部6と、床面に固定される固定ベース7、鉛直方向に伸縮する第2の空気バネ8、及び第2の空気バネ8を支持する支持部材9とを備える鉛直ユニット部10とを備えている。なお、第4の除振装置A4及び第5の除振装置A5は第1の空気バネ4を2個、第6の除振装置A6は第1の空気バネ4を4個備えているが、これについては後述する。また、定盤2の水平方向及び鉛直方向の変位を検出する変位センサS1及びS2、定盤2の水平方向及び鉛直方向の加速度を検出する加速度センサS3及びS4が設けられている。ここで、第4の空気バネ4は、圧縮された空気が蓄圧されたレシーバタンク11と接続されており、各センサで検出された結果に基づいて、レシーバタンク11と第1の空気バネ4との間に設けられた空気制御弁12によって、第1の空気バネ4に供給される空気量が制御される。さらに、図示しないマニホールドが各除振装置A4〜A6に設けられており、このマニホールドで各除振装置における各第1の空気バネ4に供給される空気量が調整される。即ち、紙面前方向からみて左側に配置される第1の空気バネ4に空気が供給されると、この第1の空気バネ4は、除振ブロック3に対して、紙面前方向からみて右向きの操作力を定盤2に対して作用させる。
Here, the configuration of the fourth vibration isolation device A4, the fifth vibration isolation device A5, and the sixth vibration isolation device A6 will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a front sectional view of active vibration isolation devices A4 to A6 constituting the
次に、変形例の除振システム1における各除振装置A4〜A6の配置について、図8に戻って説明する。ここで、各除振装置A4〜A6によって支持される定盤2の面における各辺をb1〜b4とする。なお、各除振装置A4〜A6は、定盤2の下方であって、定盤2の4つの辺b1〜b4で囲まれた領域内に、即ち、定盤2からはみ出さないように配置されている。第4の除振装置A4は、定盤2の一辺b1に沿ってそのほぼ中央部に、第1の除振装置A4の除振ブロック3に対してY軸の正方向及び負方向に操作力F11及びF22を作用させるように配置されている。第5の除振装置A5は、定盤2の一辺b1に隣接する一方の辺b2と一辺b1に対向する辺b3とで囲まれた角に、第4の除振装置A4の除振ブロック3に対してX軸の正方向及び負方向に操作力F33及びF44を作用させるように配置されている。第6の除振装置A6は、定盤2の一辺b1に隣接する他の辺b4と一辺b1に対向する辺b3とで囲まれた角部に、第6の除振装置A6の除振ブロック3に対してY軸の正方向及び負方向の操作力F55とX軸の正方向及び負方向の操作力F77及びF88を作用させるように配置されている。なお、各除振装置A4〜A6の上部に定盤2が配置されているので、各除振装置A4〜A6が各々の除振ブロック3に対して作用させる操作力F11〜F88は、定盤2にそのまま作用する。即ち、「各除振装置A4〜A6が各々の除振ブロック3に対して操作力F11〜F88を作用させる」とは、「各除振装置A4〜A6定盤2に対して操作力F1〜F88を作用させる」と同義である。そして、このように配置された各除振装置A4〜A6から定盤2に作用する操作力F11〜F88に起因する並進力及び回転力は、互いに打ち消されている。以下に、定盤2に作用する各除振装置A4〜A6からの操作力F11〜F88に起因する並進力及び回転力が打ち消される原理について説明する。
Next, the arrangement of the vibration isolation devices A4 to A6 in the
先ず、定盤2に対して作用する各除振装置A4〜A6からの操作力F11〜F88に起因する並進力が互いに打ち消される原理について説明する。定盤2に作用する各除振装置A4〜A6からの操作力に起因する並進力が互いに打ち消されるためには、一の除振装置が定盤2に対して作用させる操作力の直線方向の分力が、一の除振装置に対向して配置される除振装置が定盤2に対して作用させる操作力の直線方向の分力によって打ち消される必要がある。即ち、一の除振装置が定盤2に対して作用させる操作力の直線方向の分力の方向と、一の除振装置に対向して配置される除振装置が定盤2に対して作用させる操作力の直線方向の分力の方向とが相対するものであって、且つ、それぞれの分力が同じ大きさであるときの他、各除振装置A4〜A6の全てが、それぞれが定盤2に対して相対する方向に操作力を作用させ、かつその操作力の大きさが同じであるときに、定盤2に対する操作力に起因する並進力が打ち消される。変形例の除振システム1においては、第4の除振装置A4が定盤2に対してY軸の正方向に作用させる操作力F11とY軸の負方向に作用させる操作力F22とが相対する方向であって、同じ大きさなので、第4の除振装置A4において定盤2に対するY軸方向の並進力がバランスしている。同様に、第5の除振装置A5においてもX軸方向の並進力がバランスし、第6の除振装置A6においてもY軸方向及びX軸方向のいずれにも並進力がバランスしている。
First, the principle by which the translational forces caused by the operation forces F11 to F88 from the vibration isolation devices A4 to A6 acting on the
次に、定盤2に対して作用する各除振装置A4〜A6からの操作力F11〜F88が、回転方向にバランスする原理について説明する。定盤2に対して作用する各除振装置A4〜A6からの操作力F11〜F88が、回転方向にバランスするためには、重心Gを中心として定盤2に対して時計回りに作用させる回転モーメントが、重心Gを中心として定盤2に対して反時計回りに作用させる回転モーメントによって相殺される必要がある。以下に、変形例の除振システム1において説明する。なお、第4の除振装置A4の除振ブロック3から重心Gまでの距離をL11、第5の除振装置A5の除振ブロック3から重心Gまでの距離をL22、第6の除振装置A6の除振ブロック3から重心Gまでの距離をL33とし、各操作力F33,F55,F88の反時計回りの分力を、それぞれf33,f55,f88、操作力F44,F66,F77の時計回りの分力を、それぞれf44,f66,f77とする。変形例の除振システム1において回転モーメントがバランスするためには、以下の式で表される。
[数2]
F11×L11+f44×L22+(f66+f77)×L33=F22×L11+f33×L22+(f55+f88)×L33
Next, the principle that the operation forces F11 to F88 from the vibration isolation devices A4 to A6 acting on the
[Equation 2]
F11 × L11 + f44 × L22 + (f66 + f77) × L33 = F22 × L11 + f33 × L22 + (f55 + f88) × L33
このような構成であっても、3個の除振装置A4〜A6で定盤2を支持することで、定盤2に作用する各除振装置A4〜A6からの操作力F11〜F88に起因する並進力及び回転力が互いに打ち消。したがって、構造力学上、静定構造である3点支持で実現できるので、定盤2から各除振装置A4〜A6に作用する支持荷重がほぼ同じ大きさとなるとともに、定盤2の高い面精度を維持することができる。また、従来、4個の除振装置が必要であったが、3個の除振装置で水平方向の除振を行う除振システムを構成することができるので、コストの削減にも繋がる。さらに、変形例における除振システム1においては、各除振装置A4〜A6が2乃至4個の第1の空気バネ4を備えているので、操作力をアップすることができる。
Even in such a configuration, by supporting the
以上に示したように、本実施形態及び変形例に示す除振システム1を構成する除振装置A1〜A6は、それぞれ第1の空気バネ4の数が異なる。したがって、このような除振装置A1〜A6を各々ストックすることはコストアップに繋がり好ましくない。そこで、本発明においては、第1の空気バネ4の配置個数が異なる複数のバリエーションから成る水平ユニット部6をストックし、それらのいずれか一の水平ユニット部6と、鉛直ユニット10とを接続可能に構成している。具体的には、図3,図4,図10,図11に図示されるように、1乃至4個の第1の空気バネ4を配置したバリエーションの水平ユニット部6を予め準備しておく。なお、第1の空気バネ4が3個又は4個配置される場合には、外枠ブロックB4bは、第1の空気バネ4が除振ブロック3に対して作用させる負荷の反作用を受ける。ここで、図10は、第4の除振装置A4及び第5の除振装置A5についての図9におけるB−B線断面図、図11は、第6の除振装置A6についての図9におけるB−B線断面図である。そして、図2及び図9に示されるように、水平ユニット部6を構成する除振ブロック3と、除振ブロック3の下方から除振ブロック3を支持し、鉛直ユニット部10を構成するストッパー13とをボルト19で接続している。また水平ユニット部6を構成する外枠5に形成されたフランジ20と、鉛直ユニット10を構成する支持部材9及び固定ベース7を通しボルト15で接続する。ここで、除振ブロック3は、定盤2との間で振動が相互に伝達される可動部であり、ストッパー13は、除振ブロック3に接続されることによって可動部となる。また、固定ベース7は床面に固定された固定部であり、外枠5は、支持部材9を介して固定ベース7に接続されることによって固定部となる。このように、第1の空気バネ4の配置個数が異なる複数のバリエーションから成る水平ユニット部6のいずれかと、鉛直ユニット10とを接続可能に構成することによって、ストックすべき除振装置の数を減らすことができるので、コスト削減が可能となる。
As described above, the anti-vibration devices A1 to A6 constituting the
さらに、本発明の除振システム1を構成する各除振装置A1〜A6の水平ユニット部6は、いずれも、鉛直ユニット部10と接続したときに、第1の空気バネ4が第2の空気バネ8の外周位置よりも径内側に配置されるように構成されている。さらに具体的には、第1の空気バネ4の全部が、第2の空気バネ8の外周位置よりも径内側に配置されている。このように配置することで、除振装置A1〜A6の大型化が回避できる。なお、本発明における除振システム1を構成する各除振装置A1〜A6は、除振ブロック3と第1の空気バネ4との間に防振ゴム14が設けられている。空気バネは、その伸縮方向に負荷が発生することに対しては優れた性能を発揮するものの、伸縮方向と直交する方向に負荷が発生することは好ましくない。そこで、第1の空気バネ4の伸縮方向と直交する方向に弾性変形が可能な防振ゴム14を、除振ブロック3と第1の空気バネ4との間に設けたのである。
Furthermore, when all the
また、本発明の除振システム1を構成する各除振装置A1〜A6の鉛直ユニット部10は、いずれも、第2の空気バネ8が鉛直方向に直列配列可能に構成されている。第2の空気バネ8は、具体的には、ダイヤフラム16とフロートコア17とを備えている。ダイヤフラム16は、弾性体であって、その内部に圧縮空気が収納される。フロートコア7は、円板形状をした部材であって、中央部には開口部が形成されている。そして、その開口部の内面にはメネジが切られている。ここで、複数の第2の空気バネ8を鉛直方向に直列配列する場合、フロートコア17同士を連結する。即ち、フロートコア17の中央部に形成された開口部に、オネジが切られた連結軸18をねじ込んで連結する。この場合、ダイヤフラム16は、フロートコア17と支持部材9に挟持されることとなる。なお、最下段でない位置に配置される第2の空気バネ8のダイヤフラム16は、その中央部に連結軸18を通す必要があることから、ドーナツ型の形状をしている。この鉛直ユニット部10は、容易に第2の空気バネ8の配置個数を変更することができるが、予め、1個又は複数個の第2の空気バネ8を備えた鉛直ユニット部10としてストックしておくこともできる。このように、鉛直ユニット部10が、第2の空気バネ8が鉛直方向に直列配列可能に構成されていることによって、定盤2の上部に配置される機器の重量等に応じて、最適な除振装置の選択が可能となる。
Further, each of the
尚、本発明は、上記の好ましい実施形態に記載されているが、本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神と範囲から逸脱することのない様々な実施形態が他になされることができることは理解されよう。 In addition, although this invention is described in said preferable embodiment, this invention is not restrict | limited only to it. It will be understood that various other embodiments may be made without departing from the spirit and scope of the invention.
1 除振システム
2 定盤
3 除振ブロック
4 第1の空気バネ
5 外枠
5a〜5c 外枠ブロック
6 水平ユニット部
7 固定ベース
8 第2の空気バネ
9 支持部材
10 鉛直ユニット部
11 レシーバタンク
12 空気制御弁
13 ストッパー
14 防振ゴム
15 通しボルト
16 ダイヤフラム
17 フロートコア
18 連結軸
19 ボルト
20 フランジ面
21 振動制御体
A1 第1の除振装置
A2 第2の除振装置
A3 第3の除振装置
A4 第4の除振装置
A5 第5の除振装置
A6 第6の除振装置
F1 第1の除振装置が定盤に対して作用させる操作力
F2 第2の除振装置が定盤に対して作用させる操作力
F3 第3の除振装置が定盤に対して作用させる操作力
F4 第3の除振装置が定盤に対して作用させる操作力
f2 第2の除振装置が定盤に対して作用させる操作力の回転方向の分力
f3 第3の除振装置が定盤に対して作用させる操作力の回転方向の分力
f4 第3の除振装置が定盤に対して作用させる操作力の回転方向の分力
F11 第4の除振装置が定盤に対してY軸正方向に作用させる操作力
F22 第4の除振装置が定盤に対してY軸負方向に作用させる操作力
F33 第5の除振装置が定盤に対してX軸正方向に作用させる操作力
F44 第5の除振装置が定盤に対してX軸負方向に作用させる操作力
F55 第6の除振装置が定盤に対してY軸正方向に作用させる操作力
F66 第6の除振装置が定盤に対してY軸負方向に作用させる操作力
F77 第6の除振装置が定盤に対してX軸正方向に作用させる操作力
F88 第6の除振装置が定盤に対してX軸負方向に作用させる操作力
f33 第5の除振装置が定盤に対してX軸正方向に作用させる操作力の反時計回りの分力
f44 第5の除振装置が定盤に対してX軸負方向に作用させる操作力の時計回りの分力
f55 第6の除振装置が定盤に対してY軸正方向に作用させる操作力の反時計回りの分力
f66 第6の除振装置が定盤に対してY軸負方向に作用させる操作力の時計回りの分力
f77 第6の除振装置が定盤に対してX軸正方向に作用させる操作力の時計回りの分力
f88 第6の除振装置が定盤に対してX軸負方向に作用させる操作力の反時計回りの分力
a1〜a4 第1の除振装置、第2の除振装置、第3の除振装置によって支持される定盤の面における各辺
b1〜b4 第4の除振装置、第5の除振装置、第6の除振装置によって支持される定盤の面における各辺
DESCRIPTION OF
Claims (8)
水平面内において第1の方向の操作力を前記定盤に対して作用させる第1の除振装置と、
水平面内において前記第1の方向とは異なる第2の方向の操作力を前記定盤に対して作用させる第2の除振装置と、
水平面内において前記第1及び第2の方向とは異なる第3の方向の操作力、及び、水平面内において前記第1〜第3の方向とは異なる第4の方向の操作力を前記定盤に対して作用させる第3の除振装置とを備えており、
前記第1〜第3の除振装置からの操作力に起因して前記定盤に加えられる回転力及び並進力が打ち消されるように、前記定盤に対する前記第1〜第3の除振装置の位置並びに前記第1〜第4の操作力の方向及び大きさが決定されている除振システム。 A surface plate on which the equipment is placed;
A first vibration isolator for applying an operating force in a first direction to the surface plate in a horizontal plane;
A second vibration isolator for causing the operating force in a second direction different from the first direction to act on the surface plate in a horizontal plane;
An operating force in a third direction different from the first and second directions in the horizontal plane and an operating force in a fourth direction different from the first to third directions in the horizontal plane are applied to the surface plate. A third vibration isolator that acts against the
The first to third vibration isolation devices for the surface plate are canceled so that the rotational force and the translational force applied to the surface plate due to the operating force from the first to third vibration isolation devices are canceled out. A vibration isolation system in which a position and directions and magnitudes of the first to fourth operating forces are determined.
前記定盤との間で振動が相互に伝達される除振ブロック、前記除振ブロックと同一水平面内にある第1の空気バネ、及び、前記除振ブロックとの間で前記第1の空気バネを挟む外枠を含む水平ユニット部と、
固定ベース、前記固定ベースと同一鉛直面内にある第2の空気バネ、及び、前記固定ベースとの間で前記第2の空気バネを挟む支持部材を含む鉛直ユニット部とを備えており、
前記水平ユニット部には、前記除振ブロックに対して水平面内の互いに異なる方向に配置された前記第1の空気バネの数によって識別される複数種類が用意されており、前記複数種類の前記水平ユニット部のいずれかと前記鉛直ユニット部とが接続されている請求項1乃至3のいずれか一項に記載の除振システム。 At least one of the first to third vibration isolation devices is
A vibration isolation block in which vibration is transmitted to and from the surface plate, a first air spring in the same horizontal plane as the vibration isolation block, and the first air spring between the vibration isolation block A horizontal unit including an outer frame sandwiching the
A fixed base, a second air spring in the same vertical plane as the fixed base, and a vertical unit portion including a support member that sandwiches the second air spring between the fixed base,
In the horizontal unit portion, a plurality of types identified by the number of the first air springs arranged in different directions in a horizontal plane with respect to the vibration isolation block are prepared, and the plurality of types of the horizontal springs are prepared. The vibration isolation system according to any one of claims 1 to 3, wherein any one of the unit units and the vertical unit unit are connected.
水平面内において第1の方向及び前記第1の方向とは異なる第2の方向の操作力を前記定盤に対して作用させる第1の除振装置と、
水平面内において第1の方向及び第2の方向とは異なる第3の方向、及び第1〜3の方向とは異なる第4の方向の操作力を前記定盤に対して作用させる第2の除振装置と、
水平面内において第5の方向、前記第5の方向とは異なる第6の方向、前記第5の方向及び第6の方向とは異なる第7の方向、及び前記第5〜第7の方向とは異なる第8の方向に対して作用させる第3の除振装置とを備えており、
前記第1〜第3の除振装置からの操作力に起因して前記定盤に加えられる回転力及び並進力が打ち消されるように、前記定盤に対する前記第1〜第3の除振装置の位置並びに前記第1〜第8の操作力の方向及び大きさが決定されている除振システム。
A surface plate on which the equipment is placed;
A first vibration isolator that causes an operating force in a first direction and a second direction different from the first direction to act on the surface plate in a horizontal plane;
In the horizontal plane, a second direction that causes the operating force to act on the surface plate in a third direction different from the first direction and the second direction and in a fourth direction different from the first to third directions. A vibration device;
The fifth direction, the sixth direction different from the fifth direction, the seventh direction different from the fifth direction and the sixth direction, and the fifth to seventh directions in the horizontal plane A third vibration isolator that operates in a different eighth direction,
The first to third vibration isolation devices for the surface plate are canceled so that the rotational force and the translational force applied to the surface plate due to the operating force from the first to third vibration isolation devices are canceled out. A vibration isolation system in which a position and directions and magnitudes of the first to eighth operating forces are determined.
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JP2012163426A (en) * | 2011-02-07 | 2012-08-30 | West Japan Railway Co | Measuring device and vibration isolator |
-
2003
- 2003-12-02 JP JP2003403835A patent/JP2005163914A/en active Pending
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