JP2005299874A

JP2005299874A - 除振装置

Info

Publication number: JP2005299874A
Application number: JP2004119999A
Authority: JP
Inventors: Shohei Minbu; 庄平民部
Original assignee: Tokkyokiki Corp
Current assignee: Tokkyokiki Corp
Priority date: 2004-04-15
Filing date: 2004-04-15
Publication date: 2005-10-27

Abstract

【課題】振動絶縁性能を損なうことなく、ベースを素早く元の位置に復帰させる。
【解決手段】載置物１１が載置されるベース４との間の距離を制御するためのレベリングバルブ７が接続された第１空気ばね１と、第１の空気ばねよりも溶積が大きくて一定量の空気を内包して速度に比例する抵抗とばね剛性を有する第２空気ばね２とを、ベース４に対して並列に配置するか、連結ブロック３で直列に連結することによりベース４に対して直列に配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、精密機器、半導体製造装置等を支持し、精密機器、半導体製造装置等が載置されるベースの振動を除去する除振装置に関する。

精密機器、半導体製造装置等は、設置される床からの微振動により、その性能が十分に発揮できなくなるため、一般に空気ばねを用いた除振装置のベース上に載置される。空気ばねを用いた除振装置は、ベース上に載置された機器の質量の変化、質量の移動に応じて発生するベースの変位に対して、レベリングバルブにより空気ばね内の圧搾空気を排気する、或いは、空気ばね内に圧搾空気を給気することで、ベース或いはベース及びベース上の載置物の元の位置への復帰を制御することができるという利点がある。また、空気ばねの容積を大きくすることにより、簡便に空気ばねの剛性を柔らかくさせて、空気ばねが有する固有振動数を低く設定することができるため、空気ばねを用いた除振装置は、固有振動数より高い振動数を有する、床からベースに伝播する振動或いはベースの変位の振幅を減衰させる振動絶縁性能を広い振動数帯域で発揮することができるという利点がある。

特許文献１には、一定圧力で給気される圧搾空気の空気ばねへの吹き出し量を段階的に変化させるレベリングセンサを設けることで、振幅が小さなベースの変位のみならず、振幅が大きなベースの変位に対しても、ベースを短時間で元の位置に復帰させることが可能な除振機構が開示されている。
特開２００１−１９３７９１号公報

しかしながら、空気ばねの容積を小さくして、空気ばね内から圧搾空気を排気する、或いは、空気ばね内に圧搾空気を給気する速度を速めることでベースの元の位置への復帰に要する時間を短くしてやると、空気ばねの容積が小さいために固有振動数が高くなり、振動の振幅を減衰できる振動数領域が狭くなるため、振動絶縁性能が損なわれることになる。逆に、空気ばねの容積を大きくして固有振動数を低く設定することで振動の振幅を減衰できる振動数領域を広くして振動絶縁性能を向上させてやると、空気ばねの容積が大きいために空気ばね内から圧搾空気を排気する、或いは、空気ばね内に圧搾空気を給気する速度が遅くなり、ベースの元の位置への復帰に要する時間が長くなってしまうという問題がある。

本発明は上記問題を鑑みなされたものであって、その目的とするところは、振動絶縁性能を損なうことなく、ベースを素早く元の位置に復帰させることができる除振装置を提供することである。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の除振装置は、載置物が載置されるベースとの間の距離を制御するためのレベリングバルブが接続された第１の空気ばねと、前記第１の空気ばねよりも容積が大きく、一定圧力の空気を内包しており且つ前記ベースに対して前記第１の空気ばねと直列に配置された第２の空気ばねと、前記第１の空気ばね及び前記第２の空気ばねの両方によって支持されていると共に、前記ベースを支持している連結部材とを備えている。

本発明によると、第１の空気ばねによりベースを素早く元の位置に復帰させることができると共に、第２の空気ばねが有するばね剛性を低く設定することで、第１の空気ばね及び第２の空気ばね（両者を併せて空気ばねという）による振動絶縁性能を広い振動数領域で発揮させることができる。

本発明においては、前記第１の空気ばねが、前記第２の空気ばねと前記ベースとの間に挟まれていることが好ましい。これによると、連結部材を短くすることができるため、連結部材を座屈しにくい構成にできる。

本発明においては、前記第２の空気ばねが、前記第１の空気ばねよりも下方に配置されて前記第１の空気ばねを支持する第１の空気室と、前記第１の空気室よりも容積が大きい第２の空気室とを有していることが好ましい。これによると、第２の空気ばねに速度に比例する固有の抵抗を設定できるため、第２の空気ばねがベースの振動に及ぼす減衰力を調整することができる。

別の観点において、本発明の除振装置は、載置物が載置されるベースとの間の距離を制御するためのレベリングバルブが接続された第１の空気ばねと、前記第１の空気ばねよりも容積が大きく、一定圧力の空気を内包しており且つ前記ベースに対して前記第１の空気ばねと並列に配置された第２の空気ばねとを備えている。

これによっても、上記の除振装置と同様の利益が得られる。

本発明においては、前記第２の空気ばねが、前記ベースよりも下方に配置されて前記ベースを支持する第１の空気室と、前記第１の空気室よりも容積が大きい第２の空気室とを有していることが好ましい。これによると、第２の空気ばねに速度に比例する固有の抵抗を設定できるため、第２の空気ばねがベースの振動に及ぼす減衰力を調整することができる。

本発明においては、空気圧力を調整するためのレギュレータが、前記第２の空気ばねに接続されていることが好ましい。これによると、第２の空気ばね内の空気圧力を増減させて空気ばねが有する固有振動数を調整することで、載置物の質量に応じた振動絶縁性能とすることができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明に係る除振装置の実施形態について説明する。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る除振装置の構成を図１、図２に基づいて説明する。図１は除振装置の構成図であり、図２は第１の空気ばねと第２の空気ばねの断面図である。

図１において、除振装置１０は載置物１１が載置されるベース４に当設する複数の第１空気ばね（第１の空気ばね）１と、床８上にあってベース４に対して第１空気ばね１と直列に配置された複数の第２空気ばね（第２の空気ばね）２と、第１空気ばね１と第２空気ばね２とを連結する連結ブロック３と、第１空気ばね１及び第２空気ばね２に給気する圧搾空気の供給源５と、供給源５から伸びて夫々の第１空気ばね１に接続する給気管９ａと、供給源５から伸びて夫々の第２空気ばね２に接続する給気管９ｂと、を備える。

除振装置１０は、複数の第１空気ばね１と複数の第２空気ばね２とを用いて、ベース４に載置された載置物１１の質量の変化、質量の移動により生じるベース４の変位及び床からベース４に伝播する振動を除去する装置である。

第１空気ばね１は、図２に示すように、圧搾空気を内包する空気室１ａ上に載置されたコア１ｃがベース４に当設してベース４を支持し、ベース４の振動に連動して空気室１ａ上を上下に運動することでばねとして機能する。また、給気管９ａが空気室１ａに連通することで、第１空気ばね１より上流の給気管９ａに設けられたレベリングバルブ７により、供給源５から供給された圧搾空気が空気室１ａ内に給気自在に、空気室１ａ内の圧搾空気が外部へ排気自在に構成されている。そして、レベリングバルブ７が圧搾空気を空気室１ａ内に給気或いは空気室１ａ内から排気してコア１ｃの位置を上下させて第１空気ばね１全体を伸縮させることで、第１空気ばね１は床からベース４に伝播する振動或いはベース４の変位の振幅を素早く抑制する。

第２空気ばね２は図２に示すように、圧搾空気を内包する第１空気室（第１の空気室）２ａと、第１空気室２ａより容積が大きく、圧搾空気を内包する第２空気室（第２の空気室）２ｂとが連通した２層構造であり、第１空気ばね１に比して圧搾空気を内包できる容量が大きい。また、第１空気室２ａ上に載置された第２空気ばね２のコア２ｃは連結ブロック３により第１空気ばね１のコア１ｃと連結しており、コア１ｃの運動に同期してコア２ｃが第１空気室２ａ上を上下に運動することでばねとして機能する。第１空気ばね１が第２空気ばね２とベース４との間に挟まれる構成にすることで、連結ブロック３を短くできるため、連結ブロック３は座屈しにくい。また、コア２ｃ上方であって第１空気ばね１との間の空間２ｄは大気に通じることで圧力変動が生じないようにされている。そして、第２空気ばね２を２層構造にすることにより、第２空気ばね２に速度に比例する固有の抵抗を設定できるため、第２空気ばね２はコア２ｃに伝播するベース４の振動に対して高い減衰力を発揮する。

また、第２空気ばね２は、給気管９ｂが第２空気室２ｂに連通することで、第２空気ばね２より上流の給気管９ｂに設けられたレギュレータ６により、供給源５から供給された圧搾空気が第２空気室２ｂ内に給気可能に、第２空気室２ｂ内の圧搾空気が外部へ排気可能に構成されている。そして、供給源５から給気管９ｂを通過して供給される圧搾空気のうち、一定圧力の圧搾空気がレギュレータ６により給気管９ｂを通って第２空気室２ｂに給気され、第２空気ばね２は給気後にレギュレータ６により閉塞される。第２空気ばね２が閉塞されることで第２空気ばね２内は一定圧力に設定され、固有のばね剛性を有する。このばね剛性により、空気ばねは固有振動数を有する。この固有振動数により、空気ばねには固有振動数よりも高い振動数を有する振動の振幅を減衰させる振動絶縁性能が生じる。具体的には、ベース４にこの固有振動数よりも高い振動数の振動が生じた場合、空気ばねは振動絶縁性能を発揮させて該振動の振幅を減衰させる。第２空気室２ｂの容積が大きいほど、固有振動数を低く設定でき、振動絶縁性能が生じる領域を広く確保できる。

第１空気ばね１と第２空気ばね２との直列体（以後、直列体という）は床からベース４に伝播する振動或いはベース４の変位を好適に除去するように、ベース４の縁に複数配置されることが好ましい。また、配置される直列体の数は限定されないが、ベース４の重心を中心に対称配置されて、１つの振動方向に対して少なくとも３つの直列体が作用する構成が好ましい。

レベリングバルブ７は第１空気ばね１に連通する給気管９ａに設けられることで容易にベース４の端近傍に配置され、該レベリングバルブ７が有するプローブをベース４に接触させて床からベース４に伝播する振動或いはベース４の変位の振幅を感知する。そして、レベリングバルブ７は第１空気ばね１内への圧搾空気の給気、第１空気ばね１外への圧搾空気の排気を制御することで第１空気ばね１を伸縮させて、第１空気ばね１とベース４との間の距離を制御する。即ち、ベース４が沈み込んで、ベース４と第１空気ばね１との間の距離が短くなった場合、レベリングバルブ７は空気室１ａに圧搾空気を給気してコア１ｃを上方に押し上げることで第１空気ばね１を伸長させてベース４を押し上げ、逆に、ベース４が浮き上がって、ベース４と第１空気ばね１との間の距離が長くなった場合、レベリングバルブ７は空気室１ａ内の圧搾空気を排気してコア１ｃを下方に引き下げることで第１空気ばね１を縮ませてベース４を引き下げる。

レギュレータ６は第２空気ばね２内の空気圧力を調整することが可能である。即ち、供給源５から給気管９ｂを通じて供給される圧搾空気をレギュレータ６により第２空気ばね２内に給気するか、或いは第２空気ばね２内の圧搾空気をレギュレータ６により排気して第２空気ばね２内の空気圧力を調整することで、第２空気ばね２が有するばね剛性を調整し、空気ばねが載置物１１の質量に応じた振動絶縁性能を発揮できるようにすることができる。

次に、上記の構成における空気ばねの作動について図１を用いて説明する。

除振装置１０のベース４上に載置された載置物１１がベース４上を移動し、又はベース４上で移動されると、それに伴いベース４に変位が生じる。或いは床からの振動がベース４に伝播する。その変位或いは振動はベース４を支持する直列体に伝播する。

第１空気ばね１は、レベリングバルブ７の制御により伸縮して、ベース４を素早く元の位置に復帰させる。即ち、ベース４が沈み込んだ場合、レベリングバルブ７は空気室１ａに圧搾空気を給気してコア１ｃを上方に押し上げることでベース４を押し上げ、逆に、ベース４が浮き上がった場合、レベリングバルブ７は空気室１ａ内の圧搾空気を排気してコア１ｃを下方に引き下げることでベース４を引き下げて、ベース４を素早く元の位置に復帰させる。

第２空気ばね２は、コア２ｃが第１空気ばね１のコア１ｃと連結ブロック３で連結しているため、第１空気ばね１の伸縮と連動して伸縮するのであるが、ベース４の変位或いは振動の振動数が空気ばねの有する固有振動数より高い場合には、空気ばねはその変位或いは振動の振幅を減衰させる振動絶縁性能を発揮する。また、第２空気ばね２が有する速度に比例する固有の抵抗により、ベース４の変位或いは振動は好適に減衰される。空気ばねの振動絶縁性能と第２空気ばね２の減衰力によりベース４は速やかに元の位置に復帰する。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係る除振装置の構成を図３、図４に基づいて説明する。尚、第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付記してその説明を省略する。第２実施形態の構成が第１実施形態と異なる点は、図３のように、第１空気ばね１と第２空気ばね２とが、並列に配置されている点である。図４（ａ）に第１空気ばね１の構成を、図４（ｂ）に第２空気ばね２の構成を示す。第１空気ばね１及び第２空気ばね２は第１実施形態の直列体とは異なり、相互に連結しておらず、単体として機能する。つまり、第２空気ばね２のコア２ｃはベース４に当設しており、第２空気ばね２には床からベース４に伝播する振動或いはベース４の変位が直接伝播し、第２空気ばね２はこの振動或いは変位により伸縮する。単体の第１空気ばね１と単体の第２空気ばね２との並列体（以下、並列体という）を１つのユニットとして用いる本実施形態の構成は、第１空気ばね１と第２空気ばね２の配置形態が第１実施形態と異なるだけで、並列体を構成する第１空気ばね１及び第２空気ばね２は、第１実施形態の第１空気ばね及び第２空気ばねと同じ作用・効果を発揮する。その他の点については第１実施形態と同じであるため、その説明を省略する。

以上のように、本実施形態の除振装置は、圧搾空気の給排気を行なうレベリングバルブが接続された第１空気ばねがレベリングバルブにより伸縮することで、ベースを素早く元の位置に復帰させると共に、第１空気ばねよりも容積が大きく、一定圧力の圧搾空気を内包することで速度に比例する抵抗が設定され且つばね剛性を有する第２空気ばねが高い減衰力を発揮し、空気ばねが振動絶縁性能を発揮することで、ベースの変位或いは床からベースに伝播する振動を好適に減衰させる構成にされている。この構成によれば、振動絶縁性能を損なうことがない。

また、本発明を好適な実施の形態に基づいて説明したが、本発明はその趣旨を超えない範囲において変更が可能である。即ち、第１実施形態の構成の直列体と第２実施形態の構成の並列体を同時に使用する構成であっても良い。例えば、ベース４の重心に対して直列体と並列体が対称配置される構成であっても良い。この場合には、第１実施形態及び第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、第１実施形態の構成の直列体が、図５のように、ベース４に当接する第２空気ばね２と、ベース４に対して第２空気ばね２と直列に配置された第１空気ばね１であっても良い。除振装置としての作用・効果は第１実施形態とおなじである。

また、第１実施形態或いは第２実施形態の第２空気ばね２の構成が図６のように、空気室が第１空気室２ａのみの構成であっても良い。この場合には、オイルダンパー等を追加設置して、第２空気ばねが有する減衰力の不足分を補うことで、好適な除振装置とすることができる。

また、レギュレータが第２空気ばねに接続していない構成であっても良い。この場合には、第２空気ばねが有するばね剛性を調整することはできないが、載置物の質量に変化がなければ空気ばねは問題なく振動絶縁性能を発揮できる。

本発明の第１実施形態に係る除振装置の構成図である。図１に描かれた空気ばねの断面図である。本発明の第２実施形態に係る除振装置の構成図である。（ａ）、（ｂ）は、図３に描かれた空気ばねの断面図である。第１実施形態に係る除振装置に含まれる空気ばねの変形例の断面図である。本発明に係る除振装置に含まれる空気ばねの変形例の断面図である。

符号の説明

１第１の空気ばね（第１空気ばね）
１ａ第１の空気室（空気室）
１ｃコア
１ｄ空間
２第２の空気ばね（第２空気ばね）
２ａ第１の空気室（第１空気室）
２ｂ第２の空気室（第２空気室）
２ｃコア
２ｄ空間
３連結ブロック
４ベース
５供給源
６レギュレータ
７レベリングバルブ
８床
９ａ，９ｂ給気管
１０除振装置
１１載置物

Claims

載置物が載置されるベースとの間の距離を制御するためのレベリングバルブが接続された第１の空気ばねと、
前記第１の空気ばねよりも容積が大きく、一定圧力の空気を内包しており且つ前記ベースに対して前記第１の空気ばねと直列に配置された第２の空気ばねと、
前記第１の空気ばね及び前記第２の空気ばねの両方によって支持されていると共に、前記ベースを支持している連結部材とを備えていることを特徴とする除振装置。
前記第１の空気ばねが、前記第２の空気ばねと前記ベースとの間に挟まれていることを特徴とする請求項１に記載の除振装置。
前記第２の空気ばねが、前記第１の空気ばねよりも下方に配置されて前記第１の空気ばねを支持する第１の空気室と、前記第１の空気室よりも容積が大きい第２の空気室とを有していることを特徴とする請求項２に記載の除振装置。
載置物が載置されるベースとの間の距離を制御するためのレベリングバルブが接続された第１の空気ばねと、
前記第１の空気ばねよりも容積が大きく、一定圧力の空気を内包しており且つ前記ベースに対して前記第１の空気ばねと並列に配置された第２の空気ばねとを備えていることを特徴とする除振装置。
前記第２の空気ばねが、前記ベースよりも下方に配置されて前記ベースを支持する第１の空気室と、前記第１の空気室よりも容積が大きい第２の空気室とを有していることを特徴とする請求項４に記載の除振装置。
空気圧力を調整するためのレギュレータが、前記第２の空気ばねに接続されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の除振装置。