JP4080854B2

JP4080854B2 - 除振台装置

Info

Publication number: JP4080854B2
Application number: JP2002350635A
Authority: JP
Inventors: 正邦海沼; 壽一青樹; 恵司玉置; 知正藤田; 寛珍田; 明宏林; 光章中西
Original assignee: Fujikura Rubber Ltd
Current assignee: Fujikura Composites Inc
Priority date: 2002-12-03
Filing date: 2002-12-03
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2022-12-03
Also published as: JP2004183763A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、除振台装置に関し、特に、除振対象物に直接または間接的に敷設され、除振対象物の除振を行う除振台装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開平１１−１３２２８５号公報
【０００３】
例えば、半導体製造装置においてメモリ、ＩＣを作る場合、ウエハ基板の上に回路を写真技術を応用した焼き付け装置を備えるステッパーが用いられる。実際のステッパーの使用に際しては、生産効率を上げるためにウエハ基板や焼き付け装置を所定位置に俊敏かつ精度よく動かして位置決めする必要がある。しかしながら、俊敏な移動および停止を行なおうとすればする程、ステッパーには振動の発生という問題が必然的に生じる。特に、ＩＣの高い集積度が求められている今日の仕様では、たとえ微振動であっても、これを完全に除去しないと、回路の線が二重になったりショートしたりする（回路のダブリの発生）という問題が生じる。
【０００４】
このような問題を解決するために従来よりステッパーの微振動を除去する除振台装置の提案が種々なされており、本願出願人は、すでに、特開平１１−１３２２８５号公報で特定される発明として、簡易かつコンパクトな構造で、固有振動数が小さく、鉛直方向および水平方向のいずれにも極めて優れた除振性能を備えた除振台装置を提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体、液晶製造装置、高倍率（電子）顕微鏡用等に使用される除振装置においては、より一層の水平方向の低固有振動数化が求められてきており、この要求を満足させるべく種々の検討が行なわれつつある。
【０００６】
例えば、鉛直方向の荷重を受けるようにベローズを用いた空気ばね式除振装置においては、ベローズ固有の水平方向のバネ定数をできるだけ低くして対応する試みがなされているが、上記水平方向のバネ定数を低くすると、ベローズが倒れ、座屈を起こしやすくなるために例えば従来例のごとく水平方向ベローズの設置が必要となる。
【０００７】
しかしながら、従来の水平方向の荷重を受けるためのベローズ構成では水平方向のバネ定数を小さくすることに限界がある。従って、要求される仕様によっては、バネ定数をさらに小さくするための改良が求められてきており、さらに装置の振動（揺動）等によってもバネ定数などの性能の変動が生じ難い水平方向の荷重を受けるための構造が求められている。
【０００８】
このような実状のもとに本発明は創案されたものであって、その目的はバネ定数をさらに小さくすることができ、さらに装置の振動（揺動）等によってもバネ定数などの性能の変動が生じ難い新規な構造を備える除振台装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、除振対象物に直接または間接的に敷設され、除振対象物の除振を行う除振台装置であって、該除振台装置は、除振対象物に直接または間接的に接する天井板と、その天井板から垂下する垂下板を備える浮遊部と、この浮遊部を支える固定部を有し、前記浮遊部の垂下板と固定部の間には、実質的に水平方向の荷重を支えるように作動するダイヤフラムが介在されており、前記固定部側にシリンダ相当部が形成されるとともにダイヤフラムの周縁フランジ部が固定されており、ダイヤフラムの受圧面部にはピストン相当部が形成されており、前記ピストン相当部は、ダイヤフラムが固定される固定部位と、前記浮遊部の垂下板と当接する当接部位を有し、前記ピストン相当部の垂下板との当接部位は、湾曲形状をなし、自動求心作用が働くように垂下板と実質的な点接触をしてなるように構成される。
【００１１】
また、本発明における好ましい態様として、前記浮遊部と固定部の間には実質的に鉛直方向の荷重を支えるように作動するベローズが介在されてなるように構成される。
【００１７】
また、本発明における好ましい態様として、前記ダイヤフラムは、任意の水平方向に作動できるようにその方向に向けて少なくとも１対が鏡像関係に配置されてなるように構成される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２０】
図１には、本発明の除振台装置１の好適な第１実施形態を説明するための断面図が示される。図２には、本発明の除振台装置１の好適な第２実施形態を説明するための断面図が示される。図３（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、本発明の除振台装置１の使用状況を示す正面図および平面図である。
【００２１】
本発明の除振台装置１は、図３（ａ），（ｂ）に示されるように除振対象物である例えば、ステッパー３が載置された板状のステッパー支持台４の下に直接または間接的に敷設され、ステッパー３（除振対象物）により発生された振動を除去するように、また、床からの振動をステッパー３に伝えないように用いられる。
【００２２】
除振台装置１は、通常、載置の安定性を考慮して３つ以上用いられ、好適な位置に適宜、配置される。
【００２３】
第１実施形態の説明
除振台装置１は、図１に示されるように除振対象物に直接または間接的に接する天井板１０と、その天井板１０の周縁から垂下する垂下板１５と、これらの天井板１０と垂下板１５に被せられる基台部９０とを備えている。
【００２４】
本実施の形態では、天井板１０と垂下板１５は一体化されており、除振台装置１の中で浮遊状態で使用されるいわゆる振動除去のための『浮遊部』としての機能を果たしている。基台部９０は除振台装置１の中で固定状態で使用されるいわゆる『固定部』としての機能を果たしている。
【００２５】
本発明における除振台装置１は、図１に示されるように天井板１０の内側面と基台部９０との間には、布入りのゴム製ベローズ７０が介在されており、このベローズ７０は、主として鉛直方向の荷重を支えるように配置されている。
【００２６】
本発明で用いるベローズ７０は、例えば、半加硫のゴム成形体にポリエステルなどで形成された布（好ましくは所定形状にプレフォーミングされた布）をゴム成形体表面に押圧・埋設し、その後、加硫することによって製造することができる。
【００２７】
鉛直ベローズ７０は、相対向する１組のリング状のゴム製の対向面部と、対向面部の各外周縁部を相互に連接するように設けられたゴム製の湾曲側面壁部とを備えている。対向面部は、それぞれリング状の略平板形状をなし、中心部に開口部を備えるとともに、開口部の内周縁部の内側ないし外側にはフランジ部７１，７５が形成されている。鉛直ベローズ７０は、対向面部および湾曲側面壁部に連続した布が埋め込まれている。
【００２８】
このような鉛直ベローズ７０の厚さは、０．１５〜３．０ｍｍ、好ましくは０．２〜２．０ｍｍ、より好ましくは０．３〜１．５ｍｍとされる。この値が大きくなり過ぎると、膜の剛性が大きくなり、水平方向のバネ定数を小さくすることができなくなるという不都合が生じる。また、この値が０．１５ｍｍ未満となると、使用する基布（布）が薄くなるため、（１）耐圧性がなくなる、（２）膜厚に占める基布厚の割合が増加するため膜としてのシール性が低下する、（３）突起物に接触した時破損し易くなり耐久性に乏しくなるという問題が生じる。
【００２９】
このような鉛直ベローズ７０を上記のごとく浮遊部と固定部との間に介在させることによって、鉛直方向の荷重をうけることができ（鉛直ベローズ）、主として鉛直方向の除振効果を発現させることができる。
【００３０】
なお、鉛直ベローズ７０の湾曲側面壁部を形成する半径Ｒの大きさは、設計仕様に応じて適宜選定すればよい。半径Ｒの大きさが大きくなれば水平方向のバネ定数は小さくなるが、その反面、座屈を生じやすくなるとともに耐圧性が低下するためである。
【００３１】
このようなベローズ７０を上記のごとく天井板１０の内側面と基台部９０との間に介在させることによって、鉛直方向の荷重をうけることができ（鉛直ベローズ）、主として鉛直方向の除振効果を発現させることができる。
【００３２】
なお、略円盤形状のベローズ７０は、図１に示されるように、第１の固定部材７ａ，７ｂおよび第２の固定部材８ａ，８ｂを介して、天井板１０の内側面と基台部９０とにそれぞれ固定されている。また、本実施形態における布入りのゴム製ベローズ７０の内部の作動空間Ｓ１は、前記基台部９０の略中央中心線に沿って形成された連通孔９９を介して外部の図示しない空気室に連通されている。このような空気室を設けることによって、内容積を大きくすることができ、バネ定数を小さくすることができ、結果として装置の固有振動数が小さくなる。
【００３３】
さらに、本発明における垂下板１５の内側面と基台部９０との間には、布入りゴム製で構成されるダイヤフラム８０が介在されており、このダイヤフラムは、実質的に水平方向の荷重を支えるように配置されており（水平作動膜）、主として水平方向の除振効果を発現させることができる。ダイヤフラム８０は、その作用においてローリングアクションを行なう、いわゆるＢＦダイヤフラムであってもよいし、ローリングアクションを行なわない、いわゆる一般的なダイヤフラムであってもよい。
【００３４】
特に、ＢＦダイヤフラムは、水平方向の荷重を受けることによって、いわゆる折り返し部（図面上、湾曲で描かれている）がローリング移動できるようになっている。ＢＦダイヤフラム８０は、有底円筒形状のものであって、折り返し装着により、折り返し部（Convolution）を持ち、作動中にその有効受圧面積が一定不変に保たれる円筒形の布入りゴム部材である。
【００３５】
本発明の実施の形態において、ダイヤフラム８０の周縁を固定するリング状突起部材４４によっていわゆるシリンダ相当部が形成され、ダイヤフラム８０の中央を固定する円柱部材４５によっていわゆるピストン相当部が形成されている。
【００３６】
ピストン相当部材（円柱部材４５）は、ダイヤフラム８０の受圧面を固定する固定部位４５ａ（リテーナ４９と協働して固定する）と、前記浮遊部の側板と当接する当接部位４５ｂを有し、この当接部位４５ｂは、湾曲形状をなし、自動求心作用が働くように垂下板１５の内面と実質的な点接触をしてなるよう構成されている。すなわち、ダイヤフラム８０が振動を吸収する際に、当接部位４５ｂが当接面上をスライド移動することにより、崩れそうになったバランスを復元し、本来設計されたとおりのバネ定数を維持することができ、所望の除振効果を発現することができる。
【００３７】
ダイヤフラム８０は、極めて薄く設計され（例えば、０．２５〜０．９ｍｍ程度の厚さ）構成的には強力なポリエステル布等の上にゴムを被覆したものである。
なお、水平方向のアクチュエータは、上述したようにＢＦダイヤフラムに限らず、一般的なローリングアクションをしないダイヤフラムでもよい。
【００３８】
本発明の実施形態において、固定部の基台部９０にはダイヤフラム８０の数に対応するだけの空気室６１，６２が形成されており、各空気室６１，６２が水平方向の荷重を支えるダイヤフラム８０の作動空間Ｓ２，Ｓ２にそれぞれ連通孔を介して連通されている。空気室を設けることによって、内容積を大きくすることができ、バネ定数を小さくすることができ、結果として装置の固有振動数を小さくすることができる。
【００３９】
なお、除振対象物に直接または間接的に敷設される除振台装置１の個数および配置の仕方によっては（図３参照）、すべての除振台装置１にそれぞれダイヤフラム８０を４つ備える必要はなく、対向する位置に２個のみ配置（１対を鏡像関係に配置）するようにしてもよい。
【００４０】
なお、符号１５ａは、鉛直ベローズ７０との接触を避けるために部分的に切り欠かれた逃がし窓を示している。垂下板１５の下部は、隙間Ｇが設けられており、固定部との接触がないようになっている。
【００４１】
第２実施形態の説明
図２に示されるように除振台装置１は、除振対象物に直接または間接的に接する天井板１０を備える浮遊部（鉛直ベローズ７０の上側に連結されている一群の部材）と、この浮遊部と鉛直ベローズ７０を介して連結される固定部（鉛直ベローズ７０の下側に連結されている一群の部材）に大別される。鉛直ベローズ７０とは、図示のごとく主として鉛直方向の荷重を支えるように配置されているベローズをいう。
【００４２】
本実施形態における浮遊部は、鉛直ベローズ７０の上側部分（上側周縁フランジ部７１）と固定されている浮遊機能部２０を有している。
【００４３】
浮遊機能部２０は、天井板１０を支持する天面板２１と、天面板２１の下方に空間凹部Ｐを形成するように天面板２１から垂下する垂下体２５を備えている。天面板２１は天井板１０と固定されていてもよいし（図示の例）、わずかな接触面積で揺動可能に軸支するような組み合わせ形態としてもよい。
【００４４】
本実施形態では、天面板２１は略正四角形状であり、その周縁から４つの板状の垂下体２５が垂下するように形成されている。これにより空間凹部Ｐが形成される。
【００４５】
さらに、垂下体２５は、鉛直ベローズ７０の上側部分（上側周縁フランジ部７１）を固定するための周縁リング状のフランジ部２７を備えている。フランジ部２７の周縁には、リング状の溝２７ａが形成されており、この溝２７ａ内に鉛直ベローズ７０の上側周縁フランジ部７１が挿着され、固定リング２９により挟持・固定される。一方、鉛直ベローズ７０の下側周縁フランジ部７５は図示のごとく固定部の固定板４７，４９により挟持され固定されている。
【００４６】
固定部は前記鉛直ベローズ７０の中心軸方向に沿って上方に延出する上方延出体４１を備えている。この上方延出体４１は、図示のごとく前記浮遊機能部２０の空間凹部Ｐ内に入り込む凸部を形成するように構成されている。
【００４７】
本発明においては、前記垂下体２５がこの上方延出体４１に覆い被さるように組み合わされているとともに、これらの組み合わせにより、所定の隙間を開けて互いの面同士が対向する対向面が形成されている。そして、この対向面の隙間には、図示のごとく実質的に水平方向に作動するダイヤフラム８０が介在されており、このダイヤフラムは、実質的に水平方向の荷重を支えるように配置されており（水平作動膜）、主として水平方向の除振効果を発現させることができる。
【００４８】
ダイヤフラム８０は、前述したように布入りゴム製で構成され、ＢＦダイヤフラムに限らず、一般的なローリングアクションをしないダイヤフラムでもよい。
【００４９】
本発明の実施の形態において、前述したように作動膜８０の周縁を固定するリング状突起部材４４によっていわゆるシリンダ相当部が形成され、ダイヤフラム８０の中央を固定する円柱部材４５によっていわゆるピストン相当部が形成されている。ピストン相当部材（円柱部材４５）は、ダイヤフラム８０の受圧面を固定する固定部位４５ａ（リテーナ４９と協働して固定する）と、前記浮遊部の垂下板２５と当接する当接部位４５ｂを有し、この当接部位４５ｂは、湾曲形状をなし、自動求心作用が働くように垂下板１５の内面と実質的な点接触をしてなるよう構成されている。すなわち、ダイヤフラム８０が振動を吸収する際に、当接部位４５ｂが当接面上をスライド移動することにより、崩れそうになったバランスを復元し、本来設計されたとおりのバネ定数を維持することができ、所望の除振効果を発現することができる。
【００５０】
ダイヤフラム８０は、前述したように極めて薄く設計され（例えば、０．２５〜０．９ｍｍ程度の厚さ）構成的には強力なポリエステル布等の上にゴムを被覆したものである。
【００５１】
なお、上記の『実質的に水平方向に作動する』とは、ダイヤフラム８０が主として水平方向の荷重を支えるように作用できるように配置されているという意味である。
【００５２】
ところで、本発明における第２実施形態においては、前記垂下体２５と前記上方延出体４１の少なくとも一方が鉛直ベローズ７０の中に入り込む関係に配置されるように構成されている。このような構成とすることにより、ダイヤフラム８０の受圧面部８５の水平中心位置（図面中、ラインＬ２で表示される）を、鉛直ベローズの水平中心位置（図面中、ラインＬ１で表示される）の近傍に設置させることが可能となる。図２に示される実施の形態においては、垂下体２５と上方延出体４１のうち上方延出体４１のみが、鉛直ベローズ７０の中に入り込む関係に配置されており、このような関係より、ラインＬ２とラインＬ１とを近接させることができ、不要なモーメントの発生を防止でき、装置全体としてのローリング、ヨウイング、ピッチング等の発生を抑制することができる。また、装置の小型化、特に装置の高さを抑えることができ、装置全体の揺れレベルの低減に寄与することができる。
【００５３】
なお、前述のごとく除振対象物に直接または間接的に敷設される除振台装置１の個数および配置の仕方によっては（図３参照）、すべての除振台装置１にそれぞれダイヤフラム８０を４つ備える必要はなく、対向する位置に２個のみ配置（１対を鏡像関係に配置）するようにしてもよい。
【００５４】
本発明の第２実施形態において、固定部の基台４５にはダイヤフラム８０の数に対応するだけの空気室６１，６２が形成されており、各空気室６１，６２が水平方向の荷重を支えるダイヤフラムの作動空間Ｓ２，Ｓ２にそれぞれ連通孔を介して連通されている。空気室を設けることによって、内容積を大きくすることができ、バネ定数を小さくすることができ、結果として装置の固有振動数を小さくすることができる。
【００５５】
同様に、鉛直ベローズ７０の内部空間Ｓ１もまた、図示していないが、別途形成された空気室と連通されるよう構成されることが望ましい。前述したように空気室を設けることによって、内容積を大きくすることができ、バネ定数を小さくすることができ、結果として装置の固有振動数を小さくすることができる。
【００５６】
本発明において、図２に示されるように除振対象物に直接または間接的に接する天井板１０は、その天井板１０の周縁から垂下する囲い板１１を四方に備えている。符号１１ａは、鉛直ベローズ７０との接触を避けるために部分的に切り欠かれた逃がし窓を示している。囲い板１１の下部は、隙間Ｇが設けられており、固定部との接触がないようになっている。
【００５７】
本発明で用いる鉛直ベローズ７０は、例えば、半加硫のゴム成形体にポリエステルなどで形成された布（好ましくは所定形状にプレフォーミングされた布）をゴム成形体表面に押圧・埋設し、その後、加硫することによって製造することができる。詳細は前述したとおりである。
【００５８】
また、垂下体２５と上方延出体４１との隙間に設けられるダイヤフラム８０についてもその詳細は前述したとおりである。
【００５９】
他の好適な実施形態の説明
図示していないが、上記第２実施形態のさらなる好適な変形例として、垂下体２５と上方延出体４１の双方を、それぞれ、鉛直ベローズ７０の中に入り込む関係に配置させ、かつ、これらの対向面の隙間に設置されるダイヤフラム８０の受圧面部の水平中心位置（ラインＬ２で表示される）を、鉛直ベローズ内に存在するように構成させた例が挙げられる。特に、図２におけるダイヤフラム８０の受圧面部の水平中心位置（ラインＬ２で表示される）と、鉛直ベローズの水平中心位置（ラインＬ１で表示される）とが実質的に一致してなるように構成することが特に好ましい。このような構成とすることにより、不要なモーメントの発生をより一層確実に防止することができ、装置全体としてのローリング、ヨウイング、ピッチング等の発生を抑制することができる。また、装置の小型化、特に装置の高さをより一層抑えることができ、装置全体の揺れレベルの低減に寄与することができる。
【００６０】
さらに、図示していないが、上記第２実施形態のさらなる好適な変形例として、垂下体２５のみが鉛直ベローズ７０の中に入り込む関係に配置され形態を採用してもよい。この場合、図２おけるラインＬ２の位置が、ラインＬ１の位置よりも下側に存在するように構成される。
【００６１】
【発明の効果】
本発明は、除振対象物に直接または間接的に敷設され、除振対象物の除振を行う除振台装置であって、該除振台装置は、除振対象物に直接または間接的に接する天井板と、その天井板から垂下する垂下板を備える浮遊部と、この浮遊部を支える固定部を有し、前記浮遊部の垂下板と固定部の間には、実質的に水平方向の荷重を支えるように作動するダイヤフラムが介在されており、前記固定部側にシリンダ相当部が形成されるとともにダイヤフラムの周縁フランジ部が固定されており、ダイヤフラムの受圧面部にはピストン相当部が形成されており、前記ピストン相当部は、ダイヤフラムが固定される固定部位と、前記浮遊部の垂下板と当接する当接部位を有し、当該ピストン相当部は、自動求心作用が働くように垂下板と当接してなるように構成されているので、バネ定数を極めて小さくすることができ、しかも、装置の振動（揺動）等によってもバネ定数などの性能の変動がきわめて生じ難いという優れた効果が発現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の除振台装置の第１実施形態を示す概略正面断面図である。
【図２】本発明の除振台装置の第２実施形態を示す概略正面断面図である。
【図３】（ａ）は、除振対象物であるステッパーが載置された板状のステッパー支持台の下に、直接または間接的に除振台装置が敷設された状態を示す正面図であり、（ｂ）は（ａ）の平面図である。
【符号の説明】
１…除振台装置
１０…天井板
２０…浮遊機能部
２１…天面板
１１、２５…垂下体
４１…上方延出体
７０…鉛直ベローズ
８０…ダイヤフラム

Claims

除振対象物に直接または間接的に敷設され、除振対象物の除振を行う除振台装置であって、
該除振台装置は、除振対象物に直接または間接的に接する天井板と、その天井板から垂下する垂下板を備える浮遊部と、この浮遊部を支える固定部を有し、
前記浮遊部の垂下板と固定部の間には、実質的に水平方向の荷重を支えるように作動するダイヤフラムが介在されており、
前記固定部側にシリンダ相当部が形成されるとともにダイヤフラムの周縁フランジ部が固定されており、ダイヤフラムの受圧面部にはピストン相当部が形成されており、
前記ピストン相当部は、ダイヤフラムが固定される固定部位と、前記浮遊部の垂下板と当接する当接部位を有し、
前記ピストン相当部の垂下板との当接部位は、湾曲形状をなし、自動求心作用が働くように垂下板と実質的な点接触をしてなることを特徴とする除振台装置。
前記浮遊部と固定部の間には実質的に鉛直方向の荷重を支えるように作動するベローズが介在されてなる請求項１に記載の除振台装置。
前記ダイヤフラムは、任意の水平方向に作動できるようにその方向に向けて少なくとも１対が鏡像関係に配置されてなる請求項１または請求項２に記載の除振台装置。