JP3380578B2 - 振動絶縁装置及びこの装置システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、振動絶縁装置及びその
装置システムに関し、特に空気式のものに関する。な
お、以下の説明において除振、除振器、除振装置と簡潔
にいうことがあるが、それぞれ振動絶縁、振動絶縁器、
振動絶縁装置と同等である。

【０００２】

【発明の背景】液体式及び気体式振動絶縁装置において
は、その基本的な振動絶縁特性は、ばねすなわち作動ピ
ストンの回りのコンプライアンス容積と、このコンプラ
イアンス容積からのガス又は他の流体の流れダンピング
・オリフィスの寸法によって決められる。従来からの振
動絶縁装置はまた、流れダンピング・オリフィスによっ
てコンプライアンス容積から分離されたダンピング容積
を有するダンピングチャンバを備えている。

【０００３】振動絶縁を行おうとする諸パラメータは、
特有の絶縁装置に予め定められた振動絶縁の仕事機能に
合わせるようにして決められ、作定される。これは、考
えられる主たる利用形態でその特有の絶縁装置の機能を
最適にする一方で、装置あるいはシステムにおける多く
の逸脱作用に対してははなはだ弱い。例えば、振動絶縁
装置上の負荷の変動が振動(オッシレーション)あるいは
不安定を引き起こし、これが収れんするのに長い時間が
かかるかもしれない。この点で、空気式振動絶縁装置と
その負荷作用は、基本運動によって惹起されるダンピン
グされたばね質量系として見直しをされてよい。除振系
の伝達率は、系の共振周波数、普通は１〜３Ｈｚで１を
超えて増大し、共振周波数の１.４１４倍のところで１
に、そして高周波域，マイナス４０ｄｂのところでうね
り終えるような特性である。除振系のばねの剛さが非常
に低いと、現荷重ないし有効荷重(ペイロード)に負荷重
が加わったりあるいは除去されたりするとき、上下の幅
が大きくなる。有効荷重上で動く荷重があるときも同じ
効果をもち、有効荷重の傾きが生じる。除振系のレベリ
ング制御は、有効荷重の位置を復元しレベルを回復する
のに数秒を要する。最小の再レベリング時間は系の固有
周波数によって制限されている。すなわち、固有周波数
が低ければ低いほど、除振は良好であるが、再レベリン
グの時間は長くかかる。このような空気式除振装置の制
限は、一般的に、レーザ等を使う光学・電子分野の研究
施設に於けるユーザには問題にはならないが、産業の分
野のユーザにとっては問題である。例えば、自動化検査
装置の傾斜及び再レベリングの時間の長さはサイクル時
間の増大したがってコストの増大をもたらすことになる
からである。

【０００４】従来の空気式除振システムが補償し合って
いた精度とスピード、すなわち負荷重，負荷変動は除振
装置のレベルを制御する機械式／空圧的サーボ系の許容
可能なゲインによって制限されている。このサーボまた
はレベリングバルブのゲインは、除振装置における空気
の出入りの割合を有効荷重レベルにおける検知誤差に関
連づけている。このゲイン制御の設定を極めて低くして
しまうと、空気の流れる割合はゆっくりしていて、レベ
ル修復はゆっくりしか進まない。反面、設定を高くし過
ぎると、空気は急激に出入りすることとなり、結果とし
て装置系に振動(オッシレーション)を生じ、不安定とな
る。

【０００５】従来からの除振テーブル付き空気式除振装
置は、通常、所与の負荷状態に合わせるようにして作ら
れている。そして産業の分野、とりわけ製造工程などに
おいては、このようなテーブルを一列に並べて使用され
ることがある。このような場合、負荷は、連続する製造
ステップに応じてテーブルからテーブルへ移送されるワ
ークあるいはワーク相当物としてよい。負荷重が一つの
テーブルから次のテーブルへ移送される毎に、当該テー
ブルは急激に軽減される一方で、次のテーブルは急激に
負荷を負わされることとなる。このことは、テーブルを
連続的に再レベリングするようにしている従来の装置に
おいては、面積の広い大きなテーブルの各所に位置ずれ
を生じさせる。このような、テーブルの再レベリングに
要する時間を減らすことは、間欠の定駆動をなし製造や
検査の工程のスピードを上げるうえで、ますます重要に
なってきている。例えば、振動に極めて敏感な装置、一
例を挙げるとするなら、半導体ウェハの各種検査装置や
各種のマスクアライナ、ステッパ露光機、光学式座標測
定器などを考慮されるとよい。

【０００６】

【発明の目的】安定な除振性を発揮すると共に、負荷の
変動に素早く応答できる空気式振動絶縁装置システムを
提供することである。安定な除振性を発揮すると共に、
負荷の変動に素早く応答できる空気式振動絶縁装置を提
供することである。内部ダンパを備える空気式振動絶縁
装置を提供することである。空気式振動絶縁装置に支持
された負荷テーブルの間欠的な安定化をもたらすように
することである。負荷の位置変化や負荷重の変動に応答
して再レベリングに要する時間を短縮できるようにする
ことである。

【０００７】

【発明の概要】上記の目的を達成するため、本発明は、
第１の空気チャンバと、前記第１の空気チャンバ内に収
まるピストンと、前記第１空気チャンバ及び前記ピスト
ンと離隔されている第２の空気チャンバと、前記第１及
び第２の空気チャンバにガスを供給するガス供給手段
と、前記第１空気チャンバと前記第２空気チャンバとの
間でガスの通過を可変するガス通路と、前記第１空気チ
ャンバと前記第２空気チャンバとの間で前記可変ガス通
路と接続されたガス通過禁止手段とを備えることを特徴
とする空気式振動絶縁装置、好ましくは、前記第１及び
第２チャンバ間に層流のガス流制限器を備える振動絶縁
装置である。また、本発明は、負荷テーブルと、前記負
荷テーブルを支持する空気式振動絶縁装置と、前記空気
式振動絶縁装置にガスを供給するガス供給手段と、負荷
の変動を決定する手段と、前記負荷変動決定手段と接続
され、負荷の変動状態に応答して前記空気式振動絶縁装
置へのガスの通過を増大させるガス通過増大手段と、前
記負荷の変動状態に応答して前記負荷テーブルにダンピ
ングを強制するダンピング強制手段とを備えることを特
徴とする空気式振動絶縁装置システムであり、好ましく
は、前記ダンピング強制手段は、前記空気式振動絶縁装
置内に集約化して設備したダンパであり、前記負荷変動
状態に応答してこの集約化設備ダンパを作動するための
手段を備えた装置システムである。さらに、本発明は、
離隔された複数の空気チャンバと、前記複数の空気チャ
ンバの一つのチャンバ内の作動ピストントと、前記空気
チャンバにガスを供給するガス供給手段と、前記空気チ
ャンバ間のガス通路と、前記ガス通路に接続され、選択
的に作動されてガスの通過を禁止できるガス通過禁止手
段と、前記空気チャンバの一つに収容されたダンピング
流体と、前記一つの空気チャンバと他の空気チャンバと
の間で前記ダンピング流体に流体摩擦抵抗を生じさせる
該流体の通路とを備えたことを特徴とする空気式振動絶
縁装置である。

【０００８】

【作用の概要】上記の発明のいずれにおいても、共通す
る作用は、負荷に変化があろうとするときもしくは負荷
の変動が生じたとき、空気式振動絶縁装置が本来の特性
に対し極めて剛くなり、変動のエネルギを吸収した後剛
さを解除し、本来の振動絶縁動作に復帰するので、安定
するのに短時間で済む(従来では数秒かかっていたもの
が１秒以内、数百msのオーダにできる)というものであ
る。

【０００９】

【好ましい実施例】図面は、空気式除振装置１０又は１
００における間欠的な安定化をもたらす空気式除振シス
テムを示している。上記空気式除振装置１０又は１００
は、第１及び第２の空気チャンバ１２と１３及び１２０
と１３０と、チャンバに対し作動する除振ピストン１４
又は１４０を備えている。図面はまた、内部ダンピング
を有する空気式除振装置１０又は１００をも示してい
る。

【００１０】ここでは、第１チャンバ１２又は１２０の
みに作動ピストンを備え、第２チャンバ１３又は１３０
は、上記ピストン１４又は１４０及び第１チャンバ１２
又は１２０の両者から分離された形のものを示してい
る。

【００１１】第１チャンバ１２(又は１２０)、第２チャ
ンバ１３(又は１３０)には、ガスが供給される。あるい
は当初に充填される。除振目的で最も広く使用されるガ
スは空気であるが、ここでいうガスは圧縮性の流体を広
くカバーし、空気以外のガスとしてもよいし、又、ガス
及び空気なる用語は便宜上の意味を含み、代替可能なら
ばその他の媒体でもよい。

【００１２】ガスは、ポンプ、タンク又は他の供給源１
６から供給される。例えば、バルブ１８，１９及び２７
又は１８０を経由するが、後に詳記する。一般的に、ガ
ス供給源１６は、常時ではないが、第１及び第２チャン
バ１２と１３又は１２０と１３０に接続されている。同
様に、実存のガス排気所２５がこれら両チャンバに接続
されている。

【００１３】空気式の場合、上記のガス排気所は単に大
気中である。しかし、高価なガス又は液体の場合、排気
所２５はリサイクル用に供給源の方へ導路されてよい。
また、各チャンバ用に排気を分離してもよい。

【００１４】図１と図６に示す実施例において、第１及
び第２チャンバ１２と１３及び１２０と１３０間には、
１つの制御されたガス通路が示されている。可変ガス通
路２１又は２１０がこの目的で使用されてよい。この可
変ガス通路は選択作動するガスバルブ２２又は２２０を
備えている。ガス通路可変体という語を用いることがあ
るが、これは、例えばバルブあるいはガスの通路または
通過を変えるための他の手段を総称するものである。

【００１５】図１に示す実施例において、ガス通路２１
は可変体２２によって両チャンバ間で可変にされる。ガ
ス通路又は可変体は両チャンバ１２，１３間のガスの通
路を連続的に制御することによって空気式振動分離を連
続的に変える。

【００１６】ガス通路可変体２２は、両チャンバ間にお
けるガス通過禁止体を含んでもよい。禁止体は、この点
で、オン／オフのガスバルブあるいはガスの流れを選択
的に禁止するデバイスを意味する。したがって、図１の
コンポーネント２２又は図６の対応のコンポーネント２
２０は、可変体、禁止体あるいはバルブと称されてよい。

【００１７】実施例によれば、除振は、両チャンバ間の
ガス通過を禁止すること、例えばバルブすなわち禁止体
２２又は２２０を閉じることによって第１の動作特性を
現す。この場合、ピストンは第２チャンバ１３又は１３
０中のガス容積に寄与する事なく、第１チャンバ１２又
は１２０中の圧縮ガス容積に抗して作動する。

【００１８】例えば、チャンバ１２０がコンプライアン
スチャンバ(ばねチャンバとも称される)であるとする
と、又は、このコンプライアンスチャンバがチャンバ１
２と１３の合わせた容積をもつとすると、このときはそ
のような合体容積又はチャンバ１２０の容積はダンピン
グのない除振装置の固有周波数を決め、次の式に従う。

【数１】

【００１９】ここで、ω0は固有周波数、ｎはポリトロ
ピック・ガス定数、ｇは重力加速度、Ａはピストンの断
面積、Ｖsはコンプライアンスチャンバのガス容積、Ｐa
は大気圧、Ｐgはコンプライアンスチャンバ内のゲージ
圧で、除振装置に支持される荷重に依存する。

【００２０】分子にあるｎは、低周波域で１に等しく、
高周波域では１.４へ増える。

【００２１】ここにおいて、もし禁止体すなわちガスバ
ルブ２２が開くと、ガスは、ピストン１４の動きに応じ
て、ガス通路２１を介しチャンバ１２と１３間を流れる
ことができる。そのとき、ガス容積Ｖsは両チャンバ１
２と１３を合わせたものと等しくなり、除振装置１０の
除振周波数は、実質的に、式(１)に従ったその容積Ｖs
のω₀と等しい。

【００２２】図１に示される除振装置１０は、従来のか
さばった外部ダンピングチャンバは除去されていて、コ
ンプライアンスチャンバでもって内部ダンピングを行っ
ている。特に、実質上可能な限りピストンに接近して
(ピストンの最大変位と合理的な耐性の制限の範囲内に
おいて)障壁３１を位置させることにより、閉じた小体
積１２は、禁止体すなわちガスバルブ２２が開かれる
と、ダッシュポット(弾性復元効果を作りだすもの)とし
て振る舞い、ピストン１４に抗圧力を及ぼすが、この力
はピストンの速度に比例する。このシステムの動作は以
下の式によって記述される。すなわち、両チャンバ内の
ガスの全質量は一定で、小変位圧力変化はピストンの変
位と次式により関連づけられる。

【数２】

【００２３】ここで、Ｖdは小チャンバ１２のダンパ容
積、Ｐdはダンパ圧の変化、Ｖcはコンプライアンスチャ
ンバ１３の容積、Ｐcはコンプライアンス圧の変化、Ｐ
は絶対チャンバ圧、Ａはピストン１４の断面積、ｚは質量
の変位(下方に正)である。

【００２４】障壁３１(ガスバルブ２２は開)を通る質量
流は、圧力差に線形であると仮定され、次式で与えられ
る。

【数３】

【００２５】ここで、Ｑ／ΔＰは流れアドミッタンス、
Ｔは絶対ガス温度、Ｒはガス定数である。

【００２６】上部チャンバ１２内は小容積Ｖdであるの
で、相対的に高いアドミッタンスとするため、ガス通路
２１が大きいか、２つ以上のガス通路が並行して設けて
ある限り、障壁３１を通る体積流はピストン変位の体積
変化率と等しいとできる。式は次の(４)式のようにな
る。

【数４】

【００２７】ここで、ρは密度でＰ／ＲＴに等しい。Ｐ
dとｚの関係は(５)式で、(５)式中のａは(６)式で与え
られ、コンプライアンスチャンバの特性周波数である。

【数５】

【数６】

【００２８】外乱のない質量ｍの運動方程式は(７)式で
与えられるから、式(５)と(７)より、図１の系の特性方
程式は(８)式となる。

【数７】

【数８】

【００２９】ここで、ｓは移行運動(トランジェント・
モーション)の特性周波数、ω₀は(１)式で規定されるも
ので(９)式により与えられる。

【数９】

【００３０】禁止体すなわちガスバルブ２２が開いてい
るか、又はそうではなくて障壁がガス透過性であると、
図１の構成は、例えば負荷４６に対し、除振装置１０の
主たる機能を行う。

【００３１】他方、禁止体すなわちガスバルブ２２が閉
じられると、ピストン１４の運動は、第１の空気チャン
バ１２からガスを動かすことができない。そのような場
合、実効容積は容積のＶsのほんのわずかとなる。換言
すると、式(１)の容積Ｖsの値は、小さな第１空気チャ
ンバの内側だけとなり、これはバルブ１２が開いている
ときの容積Ｖsの小部分ということである。

【００３２】例えば、第１及び第２のチャンバ１２と１
３の容積が第１チャンバ１２だけの容積の２５倍あると
すると、バルブ２２が開いているときよりも閉じている
ときの方が除振周波数は５倍高いということであり、こ
れが除振装置１０の第１の動作特性の一つの特徴であ
る。

【００３３】除振周波数の二乗ω²と支持された質量Ｍ
(すなわちテーブル４３と負荷重４６を合わせた質量)の
積は、ばね定数ｋであるので、本実施例の除振装置１０
はバルブ２２が開いているときよりも閉じているときの
方が２５倍剛いということである。

【００３４】一般的に、禁止体２２すなわちバルブの閉
又は作動を通して剛さＳが比例して変化すると、それは
次式により規定される。

【数１０】

【００３５】ここで、Ｖ₁₂はピストン１４まわりの第１
空気チャンバ１２の容積、Ｖ₁₃は第２空気チャンバ１３
の容積である。

【００３６】例によれば、負荷４６が一つのテーブルか
ら他へ移送されるとき、そのテーブルは急激に負荷を減
じられ、他方、他のテーブルは急激に負荷を負わせられ
る。従来のシステムでは、このことは大きなテーブルの
各所に変位を生ぜしめ、テーブルを原位置に回復するの
に大変に長い時間を要している。禁止体２２はこのよう
な各種負荷変動に対する除振システムの不所望の応答を
最小化するものである。

【００３７】外部ダンピングチャンバが省かれている場
合は、例えば負荷の変動の間、禁止体２２が作動される
とき、テーブルの振動を軽減する目的で補助ダンパ５４
を用いてもよい。通常の除振動作に対しては、このダン
パは作動せず、すなわち、除振装置１０又は１００が本
来の動作を行っているときには、このダンパは作動せ
ず、床又は地面(グランド)の運動は全くテーブル４３に
伝達されない。他方、急な負荷の変動又は揺動がある
と、アクチュエータ５６がダンパ５４をグランド５７に
接続する。たとえば、ダンパが油圧形式のダッシュポッ
ト又はクラッチをオン／オフする必要のある形式のもの
では、ダンパロッド５８に対しグリップ５９を適用する
ことによりグランド５７に接続する。このほか、ダンパ
５４の制御には、クラッチ式以外に、電磁式，空気式あ
るいは電気その他の信号による他の形式のものを用いる
ことができる。

【００３８】除振装置の実際の動作がスタートする前
に、ダンパグリップ５９はレリースされる又は電磁形式
あるいは他の形式のダンパは消勢される。

【００３９】図１に示した実施例において、負荷重のシ
フト(変動を含む)は、差圧センサ３３によって検出され
るようにしてもよい。センサ３３は第２チャンバ１３の
圧に対する第１チャンバ１２の圧力の増加を検知し、制
御手段４１とグリップ５９によってダンパ５４を付勢す
るようにしてよい。

【００４０】実施例によれば、静止した状態において、
制御手段４１が第１の電磁式空気バルブ６１をリード線
６２を介して付勢し、これによりダンパアクチュエータ
５６は圧力源１１６に接続される。後に詳記するよう
に、これは、ダンパアクチュエータ５６中に示されるば
ねの非付勢バイアスを与え、除振装置１０又は１００の
通常の除振動作に対しダンパ５４を不作動化状態に維持
するものである。圧力源１１６は、又、先に示した圧力
源１６であってもよい。第２の電磁式空気バルブ６４は
通常の除振モード期間中、不作動のままである。

【００４１】反対に、差圧センサ３３が負荷の変化を検
知すると、制御手段４１はダンパ５４を付勢する。すな
わち、リード線６２を消勢してバルブ６１をダンパアク
チュエータ５６のばね室を排気１２５に接続するととも
に、リード線６３を付勢してバルブ６４はダンパアクチ
ュエータ５６左側のチャンバを圧力源１１６に接続し
て、ダンパ５４を作動させる。従って、外部ダンピング
は、圧力変化すなわち負荷の変動がある間中、作動する
ことになる。

【００４２】除振装置１０又は１００における負荷すな
わち圧の変動がおさまってしまうと、制御手段はグリッ
プ５９を解放する又は、ダンパ５４に係るその他の消勢
を行う。すなわち、センサ入力３４の収束に応答してリ
ード線６３を消勢すると共に、リード線６２を再付勢す
る。

【００４３】差圧センサ３３はよく知られたホイートス
トン・ブリッジ形式のものでよい。たとえば、米国・モ
トローラ社が提供するＭＰＸ２０００シリーズ・差圧セ
ンサの一つを利用できる。この種のセンサは二室の分離
度が高い。

【００４４】差圧センサ３３は２つの入力部をもち、一
つは入力３４もう一つは３６で示される。実施例によれ
ば、このセンサは供給される直流１２Ｖで作動される。
センサは基本的にホイートストン・ブリッジであるの
で、その出力は電源電圧の半分である。センサ応答出力
電圧は好ましくは入力３４，３６に加わる差圧に比例す
る。

【００４５】出力電圧は、センサの入力側３４に圧が加
わると、平衡電圧６ボルトを超えて線形に増加する。反
対に、センサの入力側３６に圧が加わると、６ボルトか
ら線形に減少する。

【００４６】図３と図４に、図１及び他の好ましい実施
例で使用できる閾値比較器とバルブ駆動器を備えた制御
手段４１の一例を示す。

【００４７】図１と図３に示されるセンサ３３の出力
は、ゲイン及びオフセット調整回路７１に与えられる。
ゲインはたとえば１０００倍とされる。この高ゲイン
は、両チャンバ１２と１３間の微小な差圧に対し回路の
応答性を増加させる。オフセット調整器７２はこの回路
にセンサ出力をセットするために印加されるもので、例
えば供給電圧のちょうど中間点とされる。

【００４８】ウィンド比較器７３は、圧力センサの両側
の出力に対し上側と下側の閾値をセットするのに使われ
る。ポテンショメータ７４と７５でそれぞれ上と下が決
められる。入力３４に接続された側が入力３６に接続さ
れた側に対し高いと、すなわち、チャンバ１２の圧力が
チャンバ１３の圧力より高い、例えばピストン１４が負
荷重４６によって押下されるとき、上限比較器７６はハ
イレベルとなり、バルブ駆動回路を介してソレノイドバ
ルブ２２をオンするとともに、タイマ回路７７をオンす
る。と同時に、ハイ信号は、バルブ駆動回路７８を介し
てソレノイド駆動回路をオンする。

【００４９】両チャンバ１２と１３間の連通をバルブ２
２が断つ。図１中に示すように、バルブ２７が空気供給
源１６に接続され、チャンバ１３中の圧力をチャンバ１
２中の圧力と等しくなるまで昇圧する。タイミング回路
８１及び８２は、チャンバ１２の圧力が変わるのを止
め、そしてチャンバ１３の圧力が実質的にチャンバ１２
の圧力と等しくなるまで、バルブ２２の開成を遅延させ
ることにより動作の安定化をもたらす。

【００５０】チャンバ１３の圧力がチャンバ１２の圧力
より高いとき、下側の比較器８３がハイレベルとなる。
これはまた、ＯＲ素子８４を介し、ソレノイドバルブ２
２用の駆動回路をオンする。このハイレベルの信号はま
た、ソレノイドバルブ１７用の駆動回路をオンする。す
なわち、今、チャンバ１３の圧力がチャンバ１２より高
いためである。ソレノイドバルブ１７はチャンバ１３か
ら空気を排出する。両圧力が等しくなり、かつバルブ２
２用のタイマがタイムアップすると、装置は静定状態す
なわち通常の除振動作モードに戻る。

【００５１】図３と図４によれば、ＯＲ素子８４はまた
ライン８８を介して一対のタイミング回路９１及び９２
に作用している。この回路はタイミング回路部８６，８
７をそれぞれ備えた先のタイミング回路８１，８２と同
様、タイミング回路部８６，８７を備えている。時間遅
延は、この一対のタイミング回路９１及び９２によって
決められるが、可変抵抗器９３によって調整可能として
よい。もちろん、図３のものでも遅延時間を調整可能と
してよいのは言うまでもない。

【００５２】ライン８８を介した付勢がないとき、上記
のバルブ６１は、双投リレー接点９５の常閉側を通りそ
のリード線６２を介して付勢される。上述のように、こ
れは、ダンパアクチュエータ５６のばねチャンバを加圧
し、ダンパ５４を不作動とするもので、このアクチュエ
ータ５６の右側のチャンバは、他のバルブ６４が図示と
は反対の位置にある限り、排気のままにされているため
である。

【００５３】除振装置１０又は１００は、このようにテ
ーブル４３及び負荷４６の通常の除振動作を実行する。

【００５４】しかしながら、ＯＲ素子８４の出力が、タ
イミング回路８１と８２及びバルブ２２と同じように、
図３に示した回路によって付勢されると、この第２のタ
イミング回路対９１と９２は、またリード線８８を介し
ての入力を受け、所定時間又はセット時間後に、リレー
駆動回路９７を介してリレー９６を付勢し、テーブル４
３へ補助ダンパ５４が急激に接続されるのを回避してい
る。

【００５５】他方、タイミング回路８１と８２と同様
に、タイミング回路９１と９２は、運用においては除か
れてもよい。このように除かれても、不安定化を招くこ
とはない。代替的には、バルブ２２，６１及び６４の付
勢は同時に、そしてこれらの消勢は遅延させるようにし
てよく、反対に、時間遅延は付勢と消勢に対し異なるよ
うにしてもよく、これらすべては設ける装置に特有の要
請に依存する。

【００５６】別の場合には、リレー９６の付勢は、双投
接点９５の常開側を閉じ、これによって図１と図４に示
される第１のリード線６２を消勢しかつ第２のリード線
６３を付勢する。このようなリード線６２の消勢は第１
バルブ６１を消勢し、図１に図示した位置に戻す。これ
により、ダンパアクチュエータのばねチャンバは排気に
導通する。と同時に、第２のリード線６３の付勢は、第
２のバルブ６４にダンパアクチュエータ５６の左側のチ
ャンバを加圧するようにさせる。その結果、ダンパアクチ
ュエータ５６はダンパ５４をグランド５７にクラッチ的
に結合する。

【００５７】一般的に、リレー９６の付勢は、ダンパ５
４を付勢し、もし時間遅延後に必要なら、これは図１、
図３及び図４に示される方法又は同等な他の方法による
ものとする。

【００５８】除振装置１０又は１００における負荷変動
と圧力変動が収束すると、ＯＲ素子８４の出力信号はリ
ード８８にはなくなる。すると、これは上述のようなバ
ルブ２２の時限開成となり、又、バルブ６１の時限再付
勢とバルブ６４の時限再付勢を生じ、これによってダン
パ５４は再び不作動となって、一台あるいはそれ以上の
除振器１０又は１００による通常の除振モードを回復す
る。

【００５９】リレー９６に並列のダイオード９８及びバ
ルブ１７，２２，２７，６１そして６４のそれぞれのま
わりにあるダイオードは、リレーやバルブの巻線を消勢
するときに生じる電圧スパイクとノイズを避けるための
ものである。

【００６０】実施例によれば、型式ＬＭ３２４の４回路
の演算増幅器を用いているが、これは、米国・テキサス
インスツルメント社のリニア回路データブック１９８９
年版ｐｐ.２−３３から２−３５に示されており、図３
の７６，８３，８４，８５に使用してよい。上記データ
ブックのｐｐ.４−４９から４−５２にはまた、図３の
８１，８２及び図４の９１，９２に使用してよい２回路
式精密タイマが示されている。この回路において、トリ
ガーは(ＴＲ)、閾値すなわちスレッショルドは(ＴＨ
Ｒ)、放電すなわちディスチャージは(ＤＩＳ)、リセッ
トは(Ｒ)、出力は(Ｑ)とそれぞれの端子名を示し、また
ＲＣ回路８６及び８７を示す。さらに実施例によれば、
図３の回路中のバルブ駆動回路及び図４中のリレー駆動
回路９７は、チップ形式のものとしてよく、米国・モト
ローラ社のバイポーラトランジスタ・データブックの１
９８７年版ｐｐ.３−１１５６及び３−１１５７に示さ
れている。図３及び図４中のブロック１７，２２，２
７，６１及び６４は、図１の１７，２２，２７，６１及
び６４で示されるソレノイドバルブとして考えてよい。

【００６１】式(８)は、新規な設計の特徴を示すから、
図１の装置システムの除振装置１０は、禁止体ちなわち
ガスバルブ２２が開いているか又はこれとは別に障壁３
１が透過性であるとき、前記式の２次式によって動的に
特徴づけられるものであるが、図５と図６に示される装
置システムは、どちらかといえば３次式により特徴づけ
られるものである。

【００６２】特に、除振装置１００は、ガス通路又はオ
リフィス２１０が開いている、例えば禁止体すなわちガ
スバルブ２２０を開くことによって、下記の３次の動的
方程式に支配される。

【数１１】

【００６３】ここで、ω_nはダンピングチャンバ１３０
がない非ダンピング系の固有周波数、ｓは移行運動の特
性周波数、αはコンプライアンスチャンバ１２０に対す
るダンピングチャンバ１３０の容積比、ａはダンピング
チャンバ１３０の特性周波数である。

【００６４】固有周波数ω_nは(１)式を変形された次の
式で与えられる。

【数１２】

【００６５】実施例によれば、比αは、一般の場合、ほ
ぼ２又は３で、もっともより高い場合は、例えば下記に
言及されるＤｅＢｒａ教授の発表に係る空気式除振装置
のＣＩＲＰ論文に示されている。α＝２のとき振動運動
の非ダンピング固有周波数はω₀＝０.６７ω_nである。
もし、全容積がコンプライアンス容積であると仮定する
と、この周波数はω₀＝０.５８ω_nである。

【００６６】これから、除振装置１００の固有除振周波
数を決めるコンプライアンスチャンバ１２０のガス容積
Ｖsは、１次的に、ダンピングチャンバ１３０を以って
相互作用による変形を受けることとなる。下方のチャン
バ１３０は次の式により支配される。

【数１３】

【数１４】

【００６７】ここで、上式中の記号は、上述の式(２)か
ら(７)に定義した記号と同様である。式(11)から(14)
は、ダンピングチャンバ圧が、次式に規定される周波数
ａにおいて第１次の遅れをもってコンプライアンスチャ
ンバ内の変化に従うということを示している。

【数１５】

【００６８】ここで、Ｐはダンピングチャンバ内の絶対
圧、Ｖdはダンピングチャンバ１３０の容積、Ｑはガス
体積流の割合、ΔＰは測定されるか算定されるＱにおけ
る圧力差である。

【００６９】式(11)はｓに関し３次であるから、支持質
量４３，４６の運動は、通常、ダンピングされた振動運
動に加えて、１次のエクスポーネンシャル指数運動によ
ってて特徴づけられる。所与のαに対し、最大のダンピ
ングを与えるのは、(16)式である。

【数１６】

【００７０】固有周波数ω_nについて、最大のダンピン
グはａが(17)式のときに生じる。

【数１７】

【００７１】非ダンピング固有周波数と最大ダンピング
における１次のエクスポーネンシャル指数運動の周波数
は、(18)式となる。

【数１８】

【００７２】従って、禁止体すなわちガスバルブ２２０
が開くと、コンプライアンスチャンバ１２０中のピスト
ンの振動は通路２１０を通ってダンピングチャンバ１３
０中へガスを変位させることができる。これによって、
たとえば式(11)と式(15)に記述されるように、除振装置
１００は低くされた除振周波数をもってダンピングされ
る特性をもつことになる。

【００７３】他方、もし仮に、第１チャンバ１２０が図
５と図６で示されるようなコンプライアンスチャンバと
すると、禁止体すなわちガスバルブ２２０が閉じられる
と、除振装置１００の除振周波数は、必ず式(１)に従う
非ダンピング系の周波数ω₀である。これは、除振装置
１００の第１の動作特性の一面を示すものである。上記
したダンピング特性が、反対に、第２の動作特性として考
えられるものである。

【００７４】幾つかの応用においては、ガスバルブ２２
又は２２０の閉、及び／又はチャンバ１３又は１３０中
の圧力の増加は、除振装置１００に振動子のような振る
舞いを生じさせるかも知れない。実施例によれば、次に
詳記するダンピングシステムの一つと当該除振装置とを
組み合わせることによってこれに対抗することができ
る。

【００７５】ガスは第１と第２の空気式チャンバ１２と
１３又は１２０と１３０に供給されることができる。た
とえば、第１と第２のチャンバ１２と１３又は１２０と
１３０間のガスの通過が図１と図６のバルブ２２又は２
２０を閉じることによって禁止されている間、供給源１
６から下側位置にしたバルブ１８又は１８０を介して、
及び/又は開いた位置にしたバルブ２７を介してガスを
供給することができる。

【００７６】バルブ１８又は１８０はレベル制御バルブ
すなわちレベリングバルブであってよい。このバルブ
は、除振装置１０又は１００が作動状態にあるとき、テ
ーブル４６すなわち質量を支持したピストン１４又は１
４０のレベル又は位置を連続的に回復するためのもので
ある。この目的及びその他の目的のため、ガスは第１及
び第２のチャンバ１２と１３又は１２０と１３０から排
気される。たとえば、上側位置にしたバルブ１８を介
し、及び／又は開いた位置にしたバルブ１７を介して排
気される。第１及び第２のチャンバ１２と１３及び１２
０と１３０は図１と図６に示されるように、両チャンバ
間のガスの通過が禁止されることができる。

【００７７】実施例によれば、両チャンバ間のガスの通
過が禁止され、ガスは、第１のチャンバ１２又は１２０
内の圧力増大に応じて、たとえば負荷の移動や負荷重に
よってピストン１４又は１４０が押下されることによっ
て、これら両チャンバに供給される。

【００７８】反対に、両チャンバ間のガスの通過が禁止
され、ガスは、第１のチャンバ１２又は１２０内の圧力
減少に応じて、たとえば負荷や質量の軽減が生じピスト
ン１４又は１４０の上昇運動によって、これら両チャン
バから排気される。

【００７９】ガス流制限器２９が両チャンバ１２と１３
又は１２０と１３０間に設けられていてもよい。たとえ
ばガス流路２１又は２１０中に設けられてよい。この点
において、ガス流路２１は除振装置１０又は１００の内
部又は外部に装置してよい。

【００８０】いずれの場合も、除振は両チャンバ１２と
１３又は１２０と１３０間の制限器２９又は２９０を通
してガス流を変えることによって変化させることができ
る。

【００８１】好ましい実施例においては、制限器２９又
は２９０は層流のガス流とすることができ、 空気式除
振は両チャンバ１２と１３又は１２０と１３０間の当該
制限器を通る層流のガス流を制御することによって変え
られる。同様なオリフィス又は流れ制限器２９０が、図
５に示されるように、両チャンバ１２０と１３０間に設
けられてよい。これにより、除振装置１００は除振モー
ドにおける式(１)に係る動作を行える。

【００８２】実施例によれば、層流による制限器は、Ｄ
ａｎｉｅｌ Ｂ．ＤｅＢｒａ氏によって、空気式除振装
置のための層流制限器の設計と題して１９８４年８月に
第３４回ＣＩＲＰの全体集会において発表された内容物
をこの２９や２９０で示される制限器に適用してもよ
い。代替としては、多孔性焼結金属素子又はマニホール
ド状のガス通路をもった他の流れ制限器としてもよい。

【００８３】流れ制限器２９又は２９０に上記したいず
れかを適用すると、全く異なる二つの形式の現象が考え
られる。一つは、低周波・高振幅の振動で、ガスは除振
及び位置回復の間中、予期される変位と周波数で制限器
中を通過するということである。標準の質量流れの考慮
はこの点で使われている。もう一つの現象は、除振中に
見られる低振幅・高周波の振動に関するもので、ここで
はエネルギが音響波の形で分子レベルで処理される。こ
のモードでは、ガスは、実際には制限器を通過しない、
すなわちエネルギだけが分子波動運動として通過する。

【００８４】多孔性フィルタ形式の層流流れ制限器は、
好ましくは、低周波・高振幅モードにおける流れ抵抗が
制限器を通るガスの期待される速度に線形に変わること
を保証するように選択される。多孔性フィルタ形式の層
流流れ制限器を用いる最大の利点は、小振幅・高周波の
底運動に対し、ガス分子が実際にはその多孔性フィルタ
を通過しないということである。フィルタを通る質量流
がなく、第１と第２のチャンバ内のフィルタオリフィス
又は制限器を備える障壁は、音響圧力波に対して透明性
を呈する。これは次のことを意味する。すなわち、フィ
ルタ材の充分な面積があれば、第２チャンバ１３又は１
３０の底すなわち床から、第１チャンバ１２又は１２０
へ伝達される運動は、除振装置１０又は１００によって
分離された質量に対する床との間の直接のカップリング
を何も与えないということである。従来の流れ制限器で
ある孔すなわちオリフィスでは、このような圧力波に対
する透明度を全く示さない。

【００８５】２つ又はそれ以上の可変ガス通路２１また
は２１０が、圧力障壁３１、又はチャンバ１２と１３又
は１２０と１３０間に並列に設けられてよい。このよう
にすれば、このような並列のガス通路を１，２又はそれ
以上を選択的に作動／非作動とすることによって、ガス
通過をステップ的に変えることができる。あるいは、圧
力障壁３１に、単一に開いた流れ制限器２９を有する可
能性よりもずっと透過性を付与することができる。

【００８６】煩雑をさける目的で、図１には１つの流れ
制限器しか示していない。しかし、本発明においては、
２以上の流れ制限器２９を、それぞれがそれ自身の直列
の可変体、禁止体、すなわちバルブ２２を有するもの
を、並列に圧力障壁３１を通して可変ガス流れ通路２１
として、幾つかを備えるようにしてよい。この実施例に
よれば、そのような２以上の可変体、禁止体すなわちバ
ルブ２２は、図１と図３で示された同じリード３９を介
した同一の制御によって作動化されることができる。

【００８７】流れ制限器２９を除きかつバルブ２２中の
オリフィスに依存しても、事実上は、満足すべきダンピ
ングが得られる。この場合、そのバルブオリフィスは、
流れ制限器とみなされ、相当に面積が広いかも知れな
い。そのような圧力障壁３１の増大された透過性は、ダ
ンピングチャンバの制限を取り除くことに役立つかもし
れないし、１つ以上のガス通路２１が開いているとき、
(１)式の助けを借りて上に説明したように、コンプライ
アンスすなわちバネチャンバだけをもった除振におい
て、図１のチャンバ１２と１３の合わせた容積で構成さ
れることを許容されてよい。

【００８８】たとえば、図５に示されるように、第１チ
ャンバ１２０がコンプライアンスチャンバとして構成さ
れ、第２のチャンバ１３０がダンピングチャンバとして
構成されてよい。それは又、図１に示されたガス流れ制
御の実施例の場合でもある。しかしながら、図１は好ま
しい実施例を示しており、そこでは、第１のチャンバ１
２が第２チャンバ１３の容積の数倍小さい振動ピストン
まわりの容積を備えるものを示している。

【００８９】この点で、除振装置１０又は１００のピス
トン１４又は１４０の運動のダンピングは、ピストンの
運動によって、流れ制限器２９又は２９０を横切って起
こる圧力によって引き起こされるということが考えられ
る。所与の流れに対する圧力降下が大きければ大きいほ
ど、ダンピング力は大きくなる。

【００９０】ダンピング制限器の効率は、ピストン１４
とストローク前の第１チャンバの底との間の当初の体積
と、ストローク後の両者間の最終体積との比(Ｖ１／Ｖ
２)によって決定することができ、可能な限り高い値に
されるべきである。振動に対しては、そのことが小スト
ロークを生じ、高圧縮比を得る唯一の方法は、実際上可
能な限り当初の体積(Ｖ１)を削減することによる。この
場合、体積は、ピストン１４のストロークと横運動によ
って許容される限り小さなものとでき、第１チャンバ１
２の底と側壁は好ましくはこれらの制限的寸法によって
構成されるべきである。

【００９１】実施例によれば、図１の第１チャンバ１２
のガス容積がピストン１４のストローク前に４００ｃｍ
³あり、最大ストローク後に２００ｃｍ³であるとすれ
ば、これは約２(＝４００／２００)の圧縮比であり、典
型的な除振装置たとえば前述のＤｅＢｒａ博士の論文に
記載されたもの、圧縮比が１.００オーダのものよりず
っとよいということである。

【００９２】図１に示された好ましい実施例によれば、
第２チャンバ１３は、上方のチャンバ１２と結合してコ
ンプライアンスチャンバとして構成されている。両チャ
ンバには、予め決められた固有除振周波数ω₀としてコ
ンプライアンス容積Ｖsの圧縮ガスが供給される。そし
て、第１チャンバ１２は、チャンバに沿うように作動ピ
ストン１４を備え、圧力障壁３１間とピストンまわりの
合わせたガス容積は、固有除振周波数の観点から予め決
められたコンプライアンスチャンバのコンプライアンス
容積より数倍小さくされている。制御されるガス通路２
１は、第１チャンバ１２内の圧力障壁３１のある側から
第２チャンバ１３内の当該圧力障壁３１の反対側に至る
ように設けられている。図１の例では、ガス通路２１
は、圧力障壁３１を貫通しており、ガス流制限器２９を
直列に接続した可変体，禁止体あるいはバルブ２２によ
って制限される。同様な構成は、図５に設けてよい。コ
ンプライアンスチャンバ１２０とダンピングチャンバ１
３０との間においてである。可変ガス流制限器は、図１
の２９や図５の２９０で示されるものを適用してよい。

【００９３】本発明の実施例によれば、第１チャンバと
第２チャンバ１２と１３又は１２０と１３０間の圧力差
は、連続的に計測され、第２チャンバ１３又は１３０に
関し両チャンバ間のガス通路とガス供給及びガス排気
が、その圧力差の変化に応答して制御される。実施例に
よれば、図１には、差圧センサ３３を示しており、これ
は第１チャンバに圧力ライン３５を介して接続された第
１入力３４と、第２チャンバに圧力ライン３７を介して
接続された第２入力３６を有している。この差圧センサ
はまた、ガス通路可変体２２の制御入力３９に接続され
た出力３８を有している。図１及び図３にみられるよう
に、閾値比較器とバルブ駆動回路手段４１がこのような
目的及び他の目的のために使用されてよく、後に詳記す
る。

【００９４】差圧センサ３３は、バルブ１８，１７及び
２７を備えて、第１及び第２チャンバへのガスの給排気
制御と組合わされている。バルブ１７と２７は制御手段
４１によつて作動される。

【００９５】ここに示した除振装置及びシステムは、多
くの用途を有している。一つの利用が、図１，図５，図
６に示され、平担面あるいは床４４に対しテーブル４３
を支持するというものである。３台あるいはそれ以上の
除振装置１０又は１００がテーブル４３用の脚として使
用することができる。テーブルは、最良の除振性すなわ
ちダンピングをうる目的でハニカム構造のものがよい。

【００９６】除振装置１０又は１００は、図１のテーブ
ル４３上に示されるように、負荷４６を支持する。この
負荷は高さを調節される(レベリングとして知られる)。
当該負荷の位置変化を検出し、その位置変化に応じて第
１チャンバ１２中のガス圧を変化させることによってで
ある。この点で、「負荷」とは、テーブル４３とその上
に置かれる質量物体の両者を含む。テーブル又は負荷の
位置変化は、従来より「レベリングバルブ」(位置制御
バルブ)として知られたバルブ１８によって検知され、
これが、選択的にガス給排源１６と２５を調整流れ制限
バルブ１９を介して第１チャンバ１２に接続し、テーブ
ル４３又は負荷４６が所定の高さにされるまで作動す
る。可変制限器１９は、レベル又は高さセンサ５１を備
えるレベリングバルブ１８を含む高さ調整サーボループ
のゲイン調節として配備されている。

【００９７】広いテーブルの変位に対し、バルブ１８
は、制御入力４９を有した、第１チャンバ１２用のガス
給排制御として考えられてよい。負荷高さ又はレベルセ
ンサ５１は、負荷レベル又は高さの信号出力５２を出力
する。これは、除振装置１０又は１００の第１チャンバ
１２又は１２０を介し床からテーブル４３又は負荷４６
までの高さを調節するためガスバルブ１８におけるガス
給排制御をする制御入力４９へ与えられる。小さな変位
又はゆっくり動く変位に対しては、バルブ２２が開いて
いるとき、チャンバ１２と１３のガス給排制御と考えて
よい。

【００９８】図示した好ましい実施例において、これ
は、第１及び第２チャンバ１２と１３又は１２０と１３
０間の可変ガス通路２１又は２１０によって補完されて
いる。ガス通路可変体２２又は２２０は両チャンバ間の
可変のガス通路に連結されている。

【００９９】図１に見られるように、ガス通路可変体
は、両チャンバ間のガス通路禁止体２２又は２２０と、
圧力信号検知出力３８を有するチャンバ圧センサ３３と
を含む。ガス通路禁止体２２又は２２０は、制御手段４
１を介してこの圧力信号検知出力に接続された制御入力
３９を備えている。

【０１００】両チャンバ１２と１３又は１２０と１３０
間のガス通過は、負荷におけるシフト(変動)に応じて禁
止される。この点で、一般的に、製造設備及び他の諸設
備は一列に並べた幾つかのテーブルを使用しているか
ら、図１に示されるように、テーブル１４３，４３，４
３０の如くであり、負荷又はワーク４６が、製造工程に
沿って順次にテーブルに移送されてくる。他方、２台又
はより多くのテーブル４３，１４３，４３０が同じシス
テムの一体をなした単一の支持要素と見られてもよい。
テーブル１４３と４３０も、テーブル４３と同様な形で
除振装置１０又は１００により除振されてよい。

【０１０１】いずれの場合においても、除振装置１０又
は１００あるいはテーブル４３のばね定数又は他の作動
特性は本発明に従った特有の要請に適合して変えること
ができる。たとえば、上述の実施例において、除振装置
の剛さは、バルブ２２を閉じるあるいは換言すると当該
禁止体を作動させることによって、２５倍にまで増大さ
せることが可能である。

【０１０２】図１の助けを借りて説明すると、本発明の
好ましい実施例は２つの制御モードを有している。系が
静定すなわち除振状態にあるとき、負荷変化がゆっくり
であるか全くないとすると、両チャンバ１２と１３内の
空気圧は位置制御バルブ１８によって制御される。

【０１０３】急激な負荷変動の間には、バルブ２２は閉
じ、そしてチャンバ１２の空気圧だけが位置制御バルブ
１８によって制御される。バルブ２２が閉じられている
限り、チャンバ１３の圧力は差圧センサ３３、制御手段
４１及びチャンバ１２に圧力を加える他のシステム要素
によって制御される。

【０１０４】チャンバ１２と１３の圧力がタイマ８１，
８２のタイムアウトを待って実質的に等しくなると、バ
ルブ２２は開き、系はその最大の除振モードに復帰す
る。

【０１０５】図１から図６の実施例によって、除振装置
１０又は１００により支持された負荷テーブル４３の間
欠的な安定化をもたらす手法が明らかになったと考え
る。その手法とは、負荷４６の除振のため除振装置にガ
スを供給すること、その負荷の変動をたとえばセンサ３
３又は３３０で検知すること、負荷の変動をこの検知に
応答して除振装置へのガスの通路を増加すること、及び
負荷の変動の検知に応答して負荷テーブルにダンピング
を与えることによつて除振装置の振動(オッシレーショ
ン)を妨げることの組合わせによる手法である。

【０１０６】図１と図５によれば、要求されるダンピン
グは補助ダンパ５４又は５４０によってあたえられる。
これらダンパは除振装置１０又は１００から分離された
もので、負荷の変化の検出に応答して作動する。

【０１０７】図５に示される補助ダンパ５４０は、ガス
圧の増加と減少のそれぞれに対応した２つのチャンバ５
４１と５４２とを備えている。このダンパは、コントロ
ールバルブ１０８によって、両チャンバ間のガス通路を
減少させることによって作動、すなわち剛くされる。

【０１０８】図５に示される補助ダンパ５４０は、チャ
ンバ５４１とチャンバ５４２とを備えているが、この補
助ダンパは、流れ制限器１０４と１０５を通してそれぞ
れのチャンバに個別にガスを供給することによって能動
化される。圧力源１６又は１１６は、主ガス供給バルブ
１０６を介してオリフィス１０４と１０５に連結されて
いる。

【０１０９】２つのダイアフラム形式のチャンバ５４１
と５４２とが背中合わせに連結されて、ダンパ５４０を
構成している。この場合、５４１と５４２のチャンバの
ダイアフラムが破れないが、作動及び負荷載置の間中よ
く知られたダイアフラムの膨らみを維持する程度の、周
囲の空気圧より大きな圧力で圧力源１１６からの空気圧
で作動される。

【０１１０】補助ダンパ５４０は、負荷の除振に対して
は、２つのチャンバ５４１と５４２が流れ制限器１０４
と１０５にそれぞれバイパスされるように相互に連結さ
れることにより非能動化されることにより、有効とな
る。両チャンバ５４１と５４２のダイアフラムは、カッ
プリング１０７を介して負荷テーブル４３に連結されて
おり、これにより、常閉のバイパスバルブ１０８が作動
すなわち開いている間、いずれかのダンピングチャンバ
中のガスは膨張される一方で、他のダンピングチャンバ
中のガスは圧縮される。

【０１１１】図５に示すように、単純な形で双投スイッ
チすなわちトグルスイッチ１０９を示しているが、これ
を「除振モード」と記されたスイッチ１０９の上側位置
に切り換え、通常の除振を行うために、常閉の空電バル
ブ１０８を開にする目的で使用することができる。要す
るならば、図４に示された形式のダンパ制御手段を代わ
りに使用することができる。そのような制御手段４１は
ダンピングが必要なときリード６３を付勢することがで
きるからであり、このことから空電バルブ１０８を図３
の制御手段に示された空電バルブ６４と代替することが
できる。他方、スイッチ１０９の動作と同様な機能をコ
ンピュータ又はマイクロプロセサのプログラム制御で行
うこともできる。負荷の変動状態はこのようなコンピュ
ータ手段によつても決定することができる。この点で、
ここで使われている「負荷の変動状態を決定する」とい
う意味は、充分に広い意義をカバーするもので、たとえ
ば、負荷における変動の検出は、例えば差圧センサ３３
によるか、あるいは負荷の変化又は負荷変動の状態を事
前に予想するか決定して手動またはコンピュータらよっ
ても行うことが可能である。たとえば、異なる製造工程
中でテーブルからテーブルへ負荷４６が機械的すなわち
物理的に動いて行くとするなら、負荷が当該テーブルで
変化するということは事前に判明しており、したがっ
て、負荷の変動を除振システム中で検知せずとも、事前
に判明しているタイミングでモードの切り換えをすれば
よいということである。この観点から、スイッチ１０９
を囲うブロックは、負荷変動制御手段を象徴して示すも
のと言うことができ、したがって、外部からの電気的信
号によりこのスイッチを切り換えてよい。

【０１１２】また、ここで用いている「負荷変動の決定
体」とは、負荷変動のセンサ、負荷変動制御手段及び他
の装置、たとえば、負荷の変動又は負荷変動の状態を先
取りしたり決定するためのプログラムされたマイクロプ
ロセサをも含んでいる。

【０１１３】トグルスイッチ１０９が下側すなわち負荷
変動モードに切換わる、あるいは図４のリード線６３が
消勢されていると、バイパスバルブ１０８は常閉状態に
反転し、これによりダンパ５４０は能動化される。それ
が負荷４６又は負荷を支持しているテーブル４３上の他
の負荷の変化に応答して負荷の移動(トラッキング)を許
容する。ここで簡約して一般的に使っている「負荷の変
動」(ロード・シフティング)あるいは「負荷の変化」
(シフト・イン・ザ・ロード)という状況である。

【０１１４】この負荷変動モードでは、当該除振システ
ムに加わるダンピングの量は、オリフィス１０４と１０
５の設定により制御される。これらオリフィス、例えば
ニードルバルブでよいが、があまりにも早く開くと、ほ
とんどダンピングは生じず、システムは振動する。ま
た、これらオリフィス１０４と１０５があまりにも早く
閉じてしまうと、ダンパ部分５４１と５４２は空気ばね
として作用し、ダンピングを与えず、振動を許していま
い、そしてレベリングバルブ系にこの空気ばね力に抗す
る有効荷重高さを修正する能力を無くさせてしまう。し
たがって、ニードルバルブ又はオリフィス１０４と１０
５は、一方で系の振動傾向、他方で空気ばねとその振動
作用を見てからそれらの間に調整される。

【０１１５】上記したように、補助ダンピングは、除振
モードにおいて常閉バイパスバルブ１０８を開くことに
より断続的に有効となる。

【０１１６】本発明の図解された好ましい実施例におい
て、負荷テーブル４３は、当該負荷テーブルの位置変化
に応答して除振装置１０又は１００中のガス圧を変える
ことによってレベリングされる。上記したレベリングバ
ルブ１８は、レベリングバルブ１８０については後述す
るが、この目的で使用され、負荷又は負荷の支持レベル
が低すぎるとき、ガス供給をその源１６から除振装置に
行い、反対に、負荷又は負荷の支持レベルが高すぎると
き除振装置からガスの排出を行い、所定のレベルとなる
まで給排を行う。

【０１１７】図５と図６によれば、高ゲインのレベリン
グバルブ１８０を備えている。例えば、このレベリング
バルブ１８０は、１８１で概略的に示されるオリフィス
を備えている。もしそれが大きいと、レベリングバルブ
１８０を通る非制限ガス流が系に振動を引き起こす。そ
のため、圧力緩和器１１４が圧力源１６とレベリングバ
ルブ１８０間に設けられている。もっとも、除振モード
において振動を避けるためには、除振装置１００中のガ
ス圧が、オリフィス又は流れ制限器１１２を通して、負
荷４６又は負荷テーブル４３の位置変化に応じて、変え
られる。換言すれば、レベリングバルブ１８０の高ゲイ
ンが正常な除振を鈍くさせている。

【０１１８】他方、除振装置１００へのガス通過は負荷
４６等の変動を検知することに応答して増加され、ダン
ピングが強制される。実施例によれば、流れ制限器１１
２は負荷変動の検知に応じて圧力源１６から除振装置１
００へのガス通過を増加するようにバイパスされる。バ
イパスすなわちゲインスイッチとしてのソレノイドバル
ブ１１３はこの目的のために使用される。該バルブは常
閉タイプのもので、トグルスイッチ１０９が除振側にあ
る間、通常の除振のために、低ゲインのガス流とする。

【０１１９】反対に、トグルスイッチ１０９が負荷変動
モード側にセットされると、バルブ１１３は作動され、
レベリングバルブ１８０を介して回復された高ゲインの
レベル制御動作を行う。流れ制限器１１２がこのように
バイパスされると、ガスはその源１６から除振装置１０
０すなわちチャンバ１３０へある範囲まで流れることが
できる反面、システムの発振を助長するが、もし本発明
による強制された同時のダンピング、たとえば他のバイ
パスバルブ１０８の常閉状態の反転を介してこのシステ
ムの発振は生じない。

【０１２０】これと同様な手法で、負荷のレベリングは
負荷変動に応答して迅速に回復される。正常な除振は、
こうしてゲインスイッチバルブ１１３を常閉状態に反転
させることによって迅速に回復され、他方で常閉バイパ
スバルブ１０８を開き、例えばスイッチ１０９を除振モ
ード位置に切換えることにより開き正常な除振モードと
なる。

【０１２１】ゲインスイッチ又は負荷変動におけるバル
ブは、より洗練された制御手段、図３に示される回路に
より作動されるのが望ましい。例えば、図５又は図６の
ゲイン制御バルブ１１３は、負荷変動用のオリフィス１
１２のバイパス用として、図３のバルブ２７と代替して
よい。

【０１２２】反対に、図１のダンパ５４は図５のダンパ
５４０と代替してもよい。除振モード時、負荷支持から
非連結とできる利点があるからである。

【０１２３】ここで単純化した制御の態様を図２に示す
こととする。圧力センサ３３０が有り、これは図１の３
３で示される差圧センサ、あるいは単なる圧力センサで
除振装置すなわちチャンバ１３又は１３０内の圧力を入
力３６又は３６０とされるものである。

【０１２４】センサ３３０の出力は微分器１１６に与え
られる。微分器１１６は、入力対圧力の特性がブロック
１１６の上方に示されるＶ対Ｐのグラフ中に示される直
線状の入力を与えられるものとする。

【０１２５】ブロック１１７によって示され、下側のＶ
対ｔのグラフで見られるように、微分器１１６が微分値
ゼロを決定すると、図５に示されるダンパ不能化バルブ
１０８が作動化される。図１と図６においては、対応の
内部ガス流バルブ２２は消勢され、又はバルブ２２０が
付勢される。すなわち、チャンバ１２と１３又は１２０
と１３０間のガス流を許容し、除振モードとする。

【０１２６】反対に、ブロック１１８に示された上側の
Ｖ対ｔのグラフで見られるように、微分器１１６が微分
値ゼロ以外と決定するとき、ゲインスイッチバルブ１１
３が付勢される。すなわち、負荷変動モードとなる。微分
器１１６として示されるような微分器はその利用形態と
もどもよく知られており、また、図２のブロック図で図解
された機能は簡単にコンピュータ化される、例えばマイ
クロプロセサによって実現でき、あるいは図３及び図４
に示される形態の回路によっても実現される。

【０１２７】トグルスイッチ１０９は、固体素子のスイ
ッチあるいは、負荷変動センサ３３又は３３０、他の負
荷変動の検出体、または負荷変動制御手段からのコマン
ドに応答して作動するもの一般を適用してよい。

【０１２８】図６に示した除振装置１００は分離された
チャンバ１２０と１３０及びいずれか一つのチャンバ内
に振動ピストン１４０を備えるものである。両チャンバ
へガスを供給する源は供給源１６である。両チャンバ内
にはガス通路２１０があり、選択的に作動するガス通路
禁止体２２０は上記ガス通路２１０に連結されている。

【０１２９】図６に示される実施例では、ダンピング流
体１２２が両チャンバのいずれか１つにあり(図示では
チャンバ１３０中)、流体抵抗ダンピング通路１２３が
チャンバ１３０内のダンピング流体１２２とチャンバ１
２０との間に設けられている。図６によれば、該抵抗通
路１２３はコンプライアンスチャンバ１２０からチュー
ブの形でダンピングチャンバ１３０中のダンピング流体
１２２中へ延びている。除振装置１００は、ガス通路２
１０と管状の抵抗通路１２３が貫通する隔壁１２５をも
つ。

【０１３０】負荷テーブルレベリングバルブ１８とガス
流制限器１１２が、ガス圧源１６又はレギュレータ１１
４と下側のチャンバ１３０との間に直列にある。

【０１３１】ゲインスイッチバルブすなわち選択作動す
るバイパス１１３は、負荷変動センサ１０９又は３３０
と接続され(例えば図２参照)、流れ制限器１１２に並列
してあり、これにより負荷４５の変動を検知することに
応答してチャンバ１３０中へガス流を増大する。

【０１３２】図６に係る特徴は、ダンパが除振装置１０
０内で行われること、そしてダンピングは、センサ３３
０により負荷４６の変化を検出し固体素子又は機構部品
のトグルスイッチ１０９を作動して当該ダンパを能動化
することで課される。

【０１３３】制御されるガス通路２１０は、例えば、ス
イッチ１０９が下側の負荷変動モードに切換わり常閉ガ
ス通路バルブ２２０が閉すなわち通過禁止状態に復帰す
ることによりガス通過が禁止される。内部ダンピング
は、例えば圧力センサ３３０によりトグルスイッチ１０
９を作動し、負荷の変動の検知に応答して第１及び第２
のチャンバ１２０と１３０間でまた有効に作動する。

【０１３４】負荷４６の変動の検知に応答してチューブ
１２３にダンピング流体１２２の摩擦抵抗を与えること
によりダンピングが課される。特に、バルブ２２０が閉
じていることにより、両チャンバ間の自由なガス通過は
阻止されており、かつガスはこの通過阻止中、両チャン
バに供給され、こうしてチューブ１２３中に流体１２２
を強制的に流しシステムをダンピングする。

【０１３５】例えば、除振装置１００内のガス圧が負荷
シフトで変えられるか又は流れ制限器１１２を通って変
わると、この流れ制限器は、負荷の変動を検知するか他
の決定に応答して、除振装置へガスの通過を増大するた
めにバイパスされる。バイパスは、バルブ１１３のある
ガス流制限器１１２に並列のバイパスであり、圧力セン
サ３３０又は図２又は図３に示された制御回路によって
作動される負荷変動制御切換１０９に接続された入力２
１３を有する。

【０１３６】チャンバ１３０へ適用される圧縮ガスはダ
ンピング流体１２２に作用し、その一部に摩擦抵抗通路
すなわちチューブ１２３へ入り込むように強制し、結
果、摩擦によるエネルギ損を生じ、バイパス路をもつ流
れ制限器１１２を備えるレベリングバルブ１８０が高ゲ
インであるにもかかわらず、システムを振動(オッシレ
ーション)から守るダンピングを与える。

【０１３７】そして、その後、センサ３３０又は他の決
定信号が制御手段に作用すると、システムは、バイパス
１１３を閉じガス通路２２０を開いて、通常の除振機能
に戻る。

【０１３８】除振装置１００は、コンプライアンスチャ
ンバとして働くチャンバ１２０とダンピングチャンバと
して働くチャンバ１３０とにより、上記した式(11)に従
うように作動される。

【０１３９】隔壁１２５は、図１に示したガス流障壁、
すなわち制限されたガス流障壁３１のようにされてもよ
い。その場合、除振の動作は上述の(８)式に従うものとな
る。

【０１４０】ダンピング流体１２２は、オイルもしく
は、ガスすなわち圧縮性流体よりも高密度な摩擦特性を
与える他の媒体としてよい。

【０１４１】従来と同様に、実用上、除振装置は３台以
上テーブル下に据え置いて使用されてよい。負荷変動に
応答する垂直軸まわりの変位制御と水平軸まわりの回動
制御とは、従来と同様の垂直軸まわり除振を付加して装
置されるものである。図１の９で示される振り子式懸架
タイプは、米国特許第３７８４１４６号明細書に開示さ
れ、また、それら構造体の詳細等は米国特許第４３６０
１８４号明細書に開示されている。これらに開示された
ものをここに示したピストン１４又は１４０に備えるこ
とができ、有効荷重(ペイロード)の質量の加速に由来す
る水平動又は垂直軸まわりの回動制御に対応できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の説明図である。

【図２】制御の一態様を簡略化して示したブロック図で
ある。

【図３】主として制御手段４１を具体的に示す回路図で
ある。

【図４】図３と合体するもので制御手段４１の部分を具
体的に示す回路図である。

【図５】本発明の他の実施例の説明図である。

【図６】本発明のさらに別の実施例の説明図である。

【符号の説明】

１０，１００ 空気式振動絶縁装置又は除振装置 １２，１２０ 上部のチャンバ １３，１３０ 下部のチャンバ １４，１４０ ピストント又は作動ピストント １６，１１６ ガスの供給源又は圧力源 ２１，２１０ ガス通路 ２２，２２０ ガス通過禁止体又は禁止バルブ ３１ 圧力障壁又は透過性圧力障壁 ４３ 負荷テーブル ４６ 負荷又は負荷重又は変化乃至変動する負荷 ４１ 制御手段又は制御回路 １８，１８０ レベリングバルブ ５４，５４０ 補助ダンパ ３３，３３０ 圧力センサ又は差圧センサ １０９ モード切換えのトグルスイッチ １２２ 流体又はオイル １２３ チューブ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リチャード・ポール・エディ アメリカ合衆国 90247 カリフォルニ ア、ガーデナ、ダブリュ マリーン 17 番アベニュ 1450番 (72)発明者 ジャイ・ローリン・マッコイ アメリカ合衆国 92675 カリフォルニ ア、サン ジュアン キャピストラー ノ、ロス リオス ストリート 31602 番 (56)参考文献 特開 平２−31043（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−123403（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−115138（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16F 9/02 F16F 15/04

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の空気チャンバと、 前記第１の空気チャンバ内に収まるピストンと、 前記第１空気チャンバ及び前記ピストンと離隔されてい
   る第２の空気チャンバと、前記第１及び第２の空気チャンバの圧力の差を検出する
   差圧検出手段と、 前記第１及び第２の空気チャンバに対し個別にガスを供
   給及び排気するガス供給排気手段と、 前記第１空気チャンバと前記第２空気チャンバとの間で
   ガスの通過を許容するガス通路と、この ガス通路に接続され当該ガス通路のガス通過及び禁
   止を行うガス通過禁止手段と、 前記各手段を制御する制御手段とを備え、 この制御手段は、前記ピストンに付与される負荷の変動
   により前記第１の空気チャンバと前記第２の空気チャン
   バの圧力に差が生じた場合、前記ガス通過禁止手段を制
   御して前記ガス通路のガス通過を禁止するとともに前記
   ガス供給排気手段を動作させて両チャンバの圧力差をな
   くすよう制御し、両チャンバの圧力差がなくなった後前
   記ガス通過禁止手段をガス通過状態とすることを特徴と
   する空気式振動絶縁装置。
2. 【請求項２】 前記第１及び第２チャンバ間に層流のガ
   ス流制限器を備える請求項１記載の空気式振動絶縁装
   置。
3. 【請求項３】 前記ピストンに負荷テーブルが取り付け
   られ、該負荷テーブルに対する負荷の変動状態に応答し
   て当該負荷テーブルにダンピングを強制するダンピング
   強制手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の空
   気式振動絶縁装置。
4. 【請求項４】 前記ダンピング強制手段は、前記空気式
   振動絶縁装置内に集約化して設備したダンパであり、前
   記負荷変動状態に応答してこの集約化設備ダンパを作動
   するための手段を備えた請求項３記載の空気式振動絶縁
   装置。
5. 【請求項５】 離隔された複数の空気チャンバと、前記
   複数の空気チャンバの一つのチャンバ内の作動ピストン
   と、前記空気チャンバにガスを供給するガス供給手段
   と、前記空気チャンバ間のガス通路と、前記ガス通路に
   接続され、選択的に作動されてガスの通過を禁止できる
   ガス通過禁止手段と、前記空気チャンバの一つに収容さ
   れたダンピング流体と、前記一つの空気チャンバと他の
   空気チャンバとの間で前記ダンピング流体に流体摩擦抵
   抗を生じさせる該流体の通路とを備えたことを特徴とす
   る空気式振動絶縁装置。