JP5208002B2 - 除振装置 - Google Patents

Description

本発明は、基台に対して被除振体を弾性的に支持する除振装置に関するものである。

従来から、顕微鏡や半導体露光装置等の精密機器において、床からの振動を絶縁してこれらの精密機器を一定位置に保つために、空気ばねを用いた除振装置を当該精密機器の脚として用いることが知られている。また、最近では、除振装置の構造を簡単にするために、ダイヤフラムやピストンによって構成される空気ばねに代えてコイルばねを用いることがある。

ところで、コイルばねに伝わる外力振動数がコイルばね自体の固有振動数に近づくと振動が大きくなるサージングが生じることから、コイルばねを用いた除振装置及び防振装置では、サージングを抑えるためにサージング防止部材を設けることが多い。

例えば、特許文献１には、断面円形状の丸線材からなるコイルばねのループ内において直径方向に対向する位置に、弾性部又は粘弾性部からなる内部部材をばねの中心軸線方向に延びるように配置し、この対なる内部部材を円弧状に折り曲げられた弾性体で連結して、この弾性体の弾性力により内部部材をコイルばねのループ内周面に常時押し付けられるように付勢することで、その内部部材の押付けによりコイルばねのサージングを防止するようにした防振装置が開示されている。
特開平８−２１０４３９号公報

しかしながら、上記特許文献１のもののように、丸線材からなるコイルばねを用いた除振装置及び防振装置を顕微鏡や半導体露光装置等の精密機器の脚として用いたものでは、以下のような問題がある。

すなわち、数ミクロンの揺れでも、例えば顕微鏡では観察の際に像がぼやけ、例えば半導体露光装置では露光に悪影響を及ぼすことから、これらの精密機器では高い減衰特性が要求されるが、丸線材からなるコイルばねを用いた除振装置では、コイルばねと当該コイルばねのループ内に配置された内部部材とが線接触することになり、コイルばねと内部部材との接触面積が小さくなるため、高い減衰特性が得られないおそれがある。

また、精密機器との寸法バランスを考慮して、これらの脚として用いられる除振装置では小型化が要求されるが、丸線材からなるコイルばねで所定のばね定数を確保するためには、ばね容積（ばね高さ及びばね外径）を一定以上の大きさにする必要があることから、除振装置の小型化が困難であるという問題がある。

さらに、丸線材からなるコイルばねを用いた除振装置では、内部部材が断面円形のコイルばねの外周面に沿うように変形してコイルばねの巻線の間に入り込み易くなる。このように、内部部材がコイルばねの巻線の間に入り込むと、コイルばねの収縮が妨げられ、コイルばねが正常に収縮するのに比べて、見かけ上、コイルばねのばね定数が大きくなり、除振装置の除振性能が不安定になるという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、基台に対して被除振体を弾性的に支持する除振装置において、除振装置の小型化及び除振性能の安定化を図りつつ高い減衰特性を得る技術を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明では、弾性体からなるサージング防止部材をコイルバネのループ内に配設するとともに、同じばね特性を有する丸線材からなるコイルばねよりもばね容積の小さい角線材からなるコイルばねを用いることにより、除振装置をコンパクトにするとともにサージング防止部材とコイルばねとを面で接触させて大きな接触面積を確保するようにしている。

第１の発明は、基台に対して被除振体を弾性的に支持する除振装置であって、上記基台上に載置され、上方に開口している第１ケース部材と、上記被除振体側に取り付けられ、上記第１ケース部材の上側に位置し且つ当該第１ケース部材に対し上下方向に相対移動する、下方に開口している第２ケース部材と、上記両ケース部材の間に収容されているコイルばねと、上記第１ケース部材の底壁部又は第２ケース部材の頂壁部に取り付けられ、且つ上記コイルばねに内側から接触するように当該コイルばねのループ内に配設されている、弾性体からなるサージング防止部材と、を備え、上記コイルばねは、断面略矩形状の角線材からなり、上記サージング防止部材は、略円筒状の弾性体をその中心軸線が略水平となるように上記コイルばねのループ内に配置したものであり、当該中心軸線を挟んで略水平方向に対向する両側部の外周面の少なくとも一部が、コイルばねのループ内周面により内方に押圧されることにより、水平方向から見て、略楕円状又は略長円状に変形しており、上記サージング防止部材の両側部は、当該サージング防止部材の円筒内に配設されている、上下方向に延びる円柱部材の外周面と、上記コイルばねのループ内周面とに挟まれることにより、上下方向から見て、当該ループ内周面に沿うように湾曲していることを特徴とするものである。

第１の発明では、コイルばねは断面略矩形状の角線材からなっているので、丸線材からなるコイルばねのようにサージング防止部材と線接触するのではなく、面接触することになる。これにより、コイルばねとサージング防止部材との接触面積が大きくなり、高い減衰特性を得ることができる。

また、同じばね特性を有する丸線材からなるコイルばねよりも、ばね高さ及びばね外径が共に小さい角線材からなるコイルばねを用いることにより、所望のばね特性を維持しつつ除振装置の小型化を図ることができる。

ところで、丸線材からなるコイルばねを用いた場合には、弾性体からなるサージング防止部材が断面円形のコイルばねの外周面に沿うように変形して、コイルばねの巻線の間に入り込み易くなる。これに対し、第１の発明の除振装置では、角線材からなるコイルばねを用いているので、コイルばねのループ内周面とサージング防止部材とがほぼ均等に面接触し、サージング防止部材がコイルばねの巻線の間に入り込み難くなる。これにより、コイルばねを正常に収縮させて、除振装置の除振性能の安定化を図ることができる。

さらに、略円筒状の弾性体（サージング防止部材）の外周面をその弾性反発力によってコイルばねのループ内周面に接触させた状態に維持して、良好なサージング防止性能を安定的に確保することができる。

また、略円筒状の弾性体を、水平方向から見て略楕円状又は略長円状に変形させてコイルばねのループ内に嵌入した構造であるから、サージング防止部材の構造が極めて簡単なものになり、サージング防止部材のコイルばねへの組付作業を容易に行える。

さらに、サージング防止部材の円筒内には、上下方向に延びる円柱部材が配設されており、サージング防止部材の両側部は、当該円柱部材の外周面とコイルばねのループ内周面とに挟まれることにより、上下方向から見て、当該ループ内周面に沿うように湾曲している。サージング防止部材の両側部をこのように湾曲させたことと、コイルばねとして断面略矩形状の角線材を用いたこととが相俟って、弾性体の両側部の外周面とコイルばねのループ内周面とがより一層面接触し易くなる。これにより、コイルばねとサージング防止部材との接触面積が確実に大きくなり、より一層高い減衰特性を得ることができる。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記サージング防止部材は、上記第１ケース部材の底壁部に上記コイルばねの下端よりも下方に凹むように、又は、上記第２ケース部材の頂壁部に上記コイルばねの上端よりも上方に凹むように形成されている座ぐり凹部に取り付けられていることを特徴とするものである。

上述の如く、サージング防止部材として、略円筒状の弾性体をその中心軸線が略水平となるようにコイルばねのループ内に配置し、水平方向から見て、略楕円状又は略長円状に変形させたものでは、弾性体の上下方向における中央部は、コイルばねのループ内周面に沿うように上下方向に略直線状に延びる一方、弾性体の上端部及び下端部には、Ｒ部が不可避的に生じ、当該Ｒ部では弾性体の外周面とループ内周面とが接触しなくなる。

そこで、第２の発明では、弾性体を、第１ケース部材の底壁部にコイルばねの下端よりも下方に凹むように、又は、第２ケース部材の頂壁部にコイルばねの上端よりも上方に凹むように形成されている座ぐり凹部に取り付けることによって、当該弾性体の下端部又は上端部に生じるＲ部を座ぐり凹部に収納するようにしている。これにより、上下方向において、コイルばねと弾性体のＲ部とが重なる部分が短くなるので、第１ケース部材の底壁部と第２ケース部材の頂壁部との間隔が狭く弾性体の大きさ（変形した状態における上下方向の長さ）が制限されていても、弾性体の外周面とループ内周面とが接触しない部分の長さを短くすることができる。したがって、コイルばねとサージング防止部材との接触面積を確実に確保して、より一層高い減衰特性を得ることができる。

第３の発明は、上記第１又は第２の発明において、上記サージング防止部材は、その上端が上記第１ケース部材よりも先に上記第２ケース部材と当接するような、又は、その下端が上記第２ケース部材よりも先に上記第１ケース部材と当接するような大きさに設定されていることを特徴とするものである。

上述の如く、第２ケース部材は第１ケース部材の上側に位置し且つ当該第１ケース部材に対し上下方向に相対移動し、且つ、これら両ケースの間にはコイルばねが収容されているので、例えば大振幅時には、第２ケース部材は、当該第２ケース部材の一部と第１ケース部材の一部とが当接するまで下方に移動する。

ここで、第３の発明では、サージング防止部材は、その上端が第１ケース部材よりも先に第２ケース部材と当接するような、又は、その下端が第２ケース部材よりも先に第１ケース部材と当接するような大きさに設定されているので、第２ケース部材の一部と第１ケース部材の一部とが当接する前に、弾性体からなるサージング防止部材の上端又は下端と、第２又は第１ケース部材とが接触する。

このように、サージング防止部材は、ストッパとしても機能するので、第１ケース部材と第２ケース部材との当接による衝撃が被除振体に伝達されるのを抑えることができるとともに、大振幅時における制振効果を高めることができる。

第４の発明は、上記第１〜第３のいずれか１つの発明において、上記各ケース部材はいずれも略円筒状であり、上記両ケース部材のうち一方のケース部材の外径は、他方のケース部材の内径よりも小さく形成されており、上記一方のケース部材の側壁部の外周面には、ケース外側に突出する外側突起部が形成されている一方、上記他方のケース部材の側壁部の内周面には、当該外側突起部と上下方向で対向するように、ケース内側に突出する内側突起部が形成されており、上記外側突起部は、無負荷状態で、上記一方のケース部材が上記他方のケース部材から離脱しないように上記内側突起部に係合することを特徴とするものである。

第４の発明では、外側突起部と内側突起部とを係合させることにより、除振装置の組立時や、被除振体を運搬する際など一旦無負荷状態とした後に再び除振装置に負荷をかけるときに、両ケース部材の分離を防げるとともにこれらの軸心を合わせるのが容易になる。これにより、コイルばねの傾きが抑えられるので、サージング防止部材の両側部がコイルばねのループ内周面に確実に押し付けられる。

第５の発明は、上記第１〜第４のいずれか１つの発明において、上記一方のケース部材の側壁部の外周面には、上記内側突起部を上記外側突起部に誘導するように、上下方向における当該外側突起部側に行くほどケース外側に傾斜する傾斜部が形成されている一方、上記他方のケース部材の側壁部の内周面には、上記外側突起部を上記内側突起部に誘導するように、上下方向における当該内側突起部側に行くほどケース内側に傾斜する傾斜部が形成されていることを特徴とするものである。

第５の発明では、一方のケース部材の側壁部の外周面には、内側突起部を外側突起部に誘導するように、上下方向における外側突起部側に行くほどケース外側に傾斜する傾斜部が形成されている一方、他方のケース部材の側壁部の内周面には、外側突起部を内側突起部に誘導するように、上下方向における内側突起部側に行くほどケース内側に傾斜する傾斜部が形成されているので、第１ケース部材と第２ケース部材とを組み付ける際、これらのケース部材の軸心がずれていても、これら傾斜部に当接した外側及び内側突起部が互いに引き合うように誘導される。これにより、組立時の両ケース部材の軸心を合わせるのがさらに容易になる。

第６の発明は、基台に対して被除振体を弾性的に支持する除振装置であって、上記基台上に載置され、上方に開口している第１ケース部材と、上記被除振体側に取り付けられ、上記第１ケース部材の上側に位置し且つ当該第１ケース部材に対し上下方向に相対移動する、下方に開口している第２ケース部材と、上記両ケース部材の間に収容されているコイルばねと、上記第１ケース部材の底壁部又は第２ケース部材の頂壁部に取り付けられ、且つ上記コイルばねに内側から接触するように当該コイルばねのループ内に配設されている、弾性体からなるサージング防止部材と、を備え、上記コイルばねは、断面略矩形状の角線材からなり、上記各ケース部材はいずれも略円筒状であり、上記両ケース部材のうち一方のケース部材の外径は、他方のケース部材の内径よりも小さく形成されており、上記一方のケース部材の側壁部の外周面には、ケース外側に突出する外側突起部が形成されている一方、上記他方のケース部材の側壁部の内周面には、当該外側突起部と上下方向で対向するように、ケース内側に突出する内側突起部が形成されており、上記外側突起部は、無負荷状態で、上記一方のケース部材が上記他方のケース部材から離脱しないように上記内側突起部に係合し、上記一方のケース部材の側壁部の外周面には、上記内側突起部を上記外側突起部に誘導するように、上下方向における当該外側突起部側に行くほどケース外側に傾斜する傾斜部が形成されている一方、上記他方のケース部材の側壁部の内周面には、上記外側突起部を上記内側突起部に誘導するように、上下方向における当該内側突起部側に行くほどケース内側に傾斜する傾斜部が形成されていることを特徴とするものである。

第６の発明では、コイルばねは断面略矩形状の角線材からなっているので、丸線材からなるコイルばねのようにサージング防止部材と線接触するのではなく、面接触することになる。これにより、コイルばねとサージング防止部材との接触面積が大きくなり、高い減衰特性を得ることができる。

また、同じばね特性を有する丸線材からなるコイルばねよりも、ばね高さ及びばね外径が共に小さい角線材からなるコイルばねを用いることにより、所望のばね特性を維持しつつ除振装置の小型化を図ることができる。

ところで、丸線材からなるコイルばねを用いた場合には、弾性体からなるサージング防止部材が断面円形のコイルばねの外周面に沿うように変形して、コイルばねの巻線の間に入り込み易くなる。これに対し、第６の発明の除振装置では、角線材からなるコイルばねを用いているので、コイルばねのループ内周面とサージング防止部材とがほぼ均等に面接触し、サージング防止部材がコイルばねの巻線の間に入り込み難くなる。これにより、コイルばねを正常に収縮させて、除振装置の除振性能の安定化を図ることができる。

さらに、外側突起部と内側突起部とを係合させることにより、除振装置の組立時や、被除振体を運搬する際など一旦無負荷状態とした後に再び除振装置に負荷をかけるときに、両ケース部材の分離を防げるとともにこれらの軸心を合わせるのが容易になる。これにより、コイルばねの傾きが抑えられるので、サージング防止部材の両側部がコイルばねのループ内周面に確実に押し付けられる。

また、一方のケース部材の側壁部の外周面には、内側突起部を外側突起部に誘導するように、上下方向における外側突起部側に行くほどケース外側に傾斜する傾斜部が形成されている一方、他方のケース部材の側壁部の内周面には、外側突起部を内側突起部に誘導するように、上下方向における内側突起部側に行くほどケース内側に傾斜する傾斜部が形成されているので、第１ケース部材と第２ケース部材とを組み付ける際、これらのケース部材の軸心がずれていても、これら傾斜部に当接した外側及び内側突起部が互いに引き合うように誘導される。これにより、組立時の両ケース部材の軸心を合わせるのがさらに容易になる。

本発明に係る除振装置によれば、コイルばねが断面略矩形状の角線材からなっているので、当該コイルばねとサージング防止部材との接触面積が大きくなって高い減衰特性を得ることができるとともに、サージング防止部材がコイルばねの巻線の間に入り込み難くなり、除振装置の除振性能の安定化を図ることができる。また、同じばね特性を有する丸線材からなるコイルばねよりも、ばね高さ及びばね外径が共に小さい角線材からなるコイルばねを用いることにより、除振装置の小型化を図ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る除振装置の組立状態を示す縦断面図であり、図２は、除振装置の荷重付加状態を示す縦断面図であり、図３は、図１のIII−III線の矢視断面図であり、図４は、図１のIV−IV線の矢視断面図である。除振装置１は、顕微鏡（被除振体）１５の脚部として用いられるものであり、テーブル（基台）１３に対して顕微鏡１５を弾性的に支持するようになっている。

図１及び図２に示すように、除振装置１は、円盤状の台座１１を介してテーブル１３上に載置される下部ばねケース（第１ケース部材）７と、この下部ばねケース７の上側に配置され、顕微鏡１５の底部に取り付けられる上部ばねケース（第２ケース部材）９と、これら両ばねケース７，９の間に同心状に配置されて収容され、顕微鏡１５の荷重を受けるコイルばね３と、下部ばねケース７の底壁部１７に取り付けられ且つこのコイルばね３のループ３ａ，３ａ，…内に内側から接触するように嵌入されたサージング防止部材としてのリングゴム（弾性体）５とを備えている。

下部ばねケース７は、底壁部１７と下側側壁部２７とを有する有底円筒状に形成された鋳造成型品であり、上方に開口した状態でテーブル１３上に載置される。

下部ばねケース７の底壁部１７の中央部には円形断面を有する円形凹部１７ａが形成されており、当該円形凹部１７ａの底面にコイルばね３の下端が当接した状態で、円形凹部１７ａにコイルばね３の下端部が収められている。このように、コイルばね３の下端部を底壁部１７の上面よりも一段低くなった円形凹部１７ａに収めることにより、コイルばね３が水平方向に移動しようとしてもコイルばね３のループ３ａ，３ａ，…の外周面が円形凹部１７ａを区画する側面に当接するので、下部ばねケース７とコイルばね３との心ずれが発生し難くい。

さらに、下部ばねケース７の底壁部１７には、円形凹部１７ａの中央部に当該円形凹部１７ａよりもさらに下方に凹む円形断面を有する座ぐり凹部１７ｂが形成されている。この座ぐり凹部１７ｂは、コイルばね３のループ３ａ，３ａ，…の内径とほぼ同じ大きさに形成されており、当該座ぐり凹部１７ｂにリングゴム５が取り付けられている。

また、下部ばねケース７の底壁部１７（座ぐり凹部１７ｂ）の中央部には、当該底壁部１７を上下に貫通するねじ挿入孔１７ｃが形成されている。このねじ挿入孔１７ｃは、底壁部１７の下端部に形成された、後述する十字穴付皿小ねじ４５の頭部と同径の大径孔１７ｄと、座ぐり凹部１７ｂの底面近傍に形成された、十字穴付皿小ねじ４５の軸部と同径の小径孔１７ｆとが上窄みのテーパー部１７ｅを介して連通したような形状に形成されている。

さらに、下部ばねケース７の底壁部１７には、上下方向に延びる２つのボルト挿通孔１７ｇ，１７ｇが、ねじ挿入孔１７ｃを挟んで対称に形成されている。このボルト挿通孔１７ｇ，１７ｇに不図示のボルトを螺合させることで、除振装置１の下端に上記台座１１が取り付けられる。

下部ばねケース７の下側側壁部２７の上端部には、その外周面からケース外側（径方向外側）に突出する外側突条部（外側突起部）２７ａ，２７ａが形成されている。この外側突条部２７ａ，２７ａは、図５に示すように、下側側壁部２７の外周面の２箇所に間欠的に且つ下部ばねケース７（除振装置１）の中心軸線Ｚ１を挟んで対称に形成されている。各外側突条部２７ａ，２７ａは、下側側壁部２７の外周の略４分の１の範囲に亘って設けられている。

下部ばねケース７の下側側壁部２７の外周面には、各外側突条部２７ａ，２７ａの下側（当該外側突条部２７ａ，２７ａよりも底壁部１７側）に、上方（上下方向における当該外側突条部２７ａ側）に行くほど下側側壁部２７の外周面からケース外側に傾斜する下側傾斜部２７ｂ，２７ｂが形成されている。より具体的には、各下側傾斜部２７ｂ，２７ｂは、縦断面略直角二等辺三角形状に形成されていて、下側側壁部２７の外周面と各外側突条部２７ａ，２７ａの下面における突出方向の中間部とを結ぶように略４５度傾斜する傾斜面を有している。

これに対し、上部ばねケース９は、頂壁部１９と上側側壁部２９とを有する有頂円筒状に形成された鋳造成型品であり、この頂壁部１９の上面に突設された取付ボルト９ａによって、下方に開口した状態で顕微鏡１５の底部に締結されている。この上部ばねケース９は、下部ばねケース７と略同じ高さを有している。また、上部ばねケース９の内径は、下部ばねケース７の外径よりも大きく形成されており、これにより、上部ばねケース９は、下部ばねケース７の上側に被せられた状態で下部ばねケース７に対し上下方向に相対移動可能となっている。

上部ばねケース９の頂壁部１９の中央部には円形断面を有する円形凹部１９ａが形成されており、当該円形凹部１９ａの天井面にコイルばね３の上端が当接した状態で、円形凹部１９ａにコイルばね３の上端部が収められている。このように、コイルばね３の上端部を頂壁部１９の上面よりも一段高くなった円形凹部１９ａに収めることにより、コイルばね３が水平方向に移動しようとしてもコイルばね３のループ３ａ，３ａ，…の外周面が円形凹部１９ａを区画する側面に当接するので、上部ばねケース９とコイルばね３との心ずれが発生し難くい。

上部ばねケース９の上側側壁部２９の下端部には、外側突条部２７ａ，２７ａと上下方向で対向するように、その内周面からケース内側（径方向内側）に突出する内側突条部（内側突起部）２９ａ，２９ａが形成されている。この内側突条部２９ａ，２９ａは、図６に示すように、上側側壁部２９の外周面の２箇所に間欠的に且つ上部ばねケース９（除振装置１）の中心軸線Ｚ２を挟んで対称に形成されている。各外側突条部２７ａ，２７ａは、上側側壁部２９の外周の略４分の１の範囲に亘って設けられている。

上部ばねケース９の上側側壁部２９の内周面には、各内側突条部２９ａ，２９ａの上側（当該内側突条部２９ａ，２９ａよりも頂壁部１９側）に、下方（上下方向における当該内側突条部２９ａ側）に行くほど当該上側側壁部２９の内周面からケース内側に傾斜する上側傾斜部２９ｂ，２９ｂが形成されている。より具体的には、各上側傾斜部２９ｂ，２９ｂは、縦断面略直角二等辺三角形状に形成されていて、上側側壁部２９の内周面と各内側突条部２９ａ，２９ａの上面における突出方向の中間部とを結ぶように略４５度傾斜する傾斜面を有している。

また、内側突条部２９ａ及び上側傾斜部２９ｂの両端部には略矩形板状の妻壁部２９ｃ，２９ｃが形成されている。この妻壁部２９ｃ，２９ｃは、上側側壁部２９の下端から上側傾斜部２９ｂの上端まで上下方向に延びているとともに、上側側壁部２９の内周面から内側突条部２９ａの径方向の先端までケース内側に延びている。

上述の如く、下部ばねケース７と上部ばねケース９との間にはコイルばね３が収容されているので、除振装置１に負荷がかかっていない無負荷状態では、下部ばねケース７と上部ばねケース９とが互いに離れようとするが、当該除振装置１では、外側突条部２７ａ，２７ａの下面と、当該外側突条部２７ａ，２７ａに対向するように設けられた内側突条部２９ａ，２９ａの上面とが当接することで、図４に示すように、これら外側突条部２７ａ，２７ａと内側突条部２９ａ，２９ａとが互いに係合し、下部ばねケース７が上部ばねケース９から外れ難くなっている。

また、下部ばねケース７と上部ばねケース９とが相対的に回転し、外側突条部２７ａ，２７ａと内側突条部２９ａ，２９ａとがずれそうになった場合にも、外側突条部２７ａ，２７ａの周方向の端部が、内側突条部２９ａ，２９ａの両端部に設けられた妻壁部２９ｃ，２９ｃ，…の一方に当接するので、ケース周方向においても、下部ばねケース７が上部ばねケース９から外れ難くなっている。

さらに、下部ばねケース７の中心軸線Ｚ１と上部ばねケース９の中心軸線Ｚ２とがずれた場合にも、内側突条部２９ａの径方向の先端が下側傾斜部２７ｂに当接し、当該下側傾斜部２７ｂの傾斜面を滑るように外側突条部２７ａに誘導されるとともに、外側突条部２７ａの径方向の先端が上側傾斜部２９ｂに当接し、当該上側傾斜部２９ｂの傾斜面を滑るように内側突条部２９ａに誘導される。このように、下部ばねケース７の中心軸線Ｚ１と上部ばねケース９の中心軸線Ｚ２とのセンタリングが常に行われるので、除振装置１の除振性能が安定する。

上記コイルばね３は、断面略矩形状の角線材からなっていて、上述の如く、その下端部が下部ばねケース７の円形凹部１７ａに収められるとともに、その上端部が上部ばねケース９の円形凹部１９ａに収められることで、両ばねケース７，９の間に同心状に配置されて収容されている。このように、断面略矩形状の角線材からなるコイルばね３を用いることにより、コイルばね３とサージング防止部材としてのリングゴム５とが面接触するので、コイルばね３とリングゴム５とが線接触する従来の丸線材からなるコイルばねを用いたものよりも、コイルばね３とリングゴム５との接触面積が大きくなっている。

リングゴム５は、減衰性を有するゴム弾性体を、コイルばね３のループ３ａ，３ａ，…の内径よりも大きな外径を有する略円筒状に形成したものであり、その中心軸線が略水平となるようにコイルばね３のループ３ａ，３ａ，…内に配置されている。このリングゴム５の下部には挿入孔５ａが貫通形成されており、当該挿入孔５ａに円筒状のスペーサ２５が嵌挿されている。

図１及び図７に示すように、リングゴム５に嵌挿されているスペーサ２５には、下方から下部ばねケース７のねじ挿入孔１７ｃに挿入されて座ぐり凹部１７ｂの下面から突出する十字穴付皿小ねじ４５の軸部が挿通されている。そして、当該スペーサ２５よりも上方に延びる十字穴付皿小ねじ４５の軸部の上部には、緩み止めのためのばね座金５５と平ワッシャ６５を介して、その中央部に軸方向に延びるねじ孔が形成された円柱状のボス部材（円柱部材）３５が螺合されている。このように、スペーサ２５がボス部材３５の下端と座ぐり凹部１７ｂの下面とで挟まれることにより、リングゴム５は、その円筒内に上下方向に延びるボス部材３５が組み付けられた状態（配設された状態）で座ぐり凹部１７ｂに取り付けられる。なお、リングゴム５を十字穴付皿小ねじ４５とボス部材３５とで直接締め付けるのではなく、リングゴム５の挿入孔５ａに嵌挿されたスペーサ２５を介して座ぐり凹部１７ｂに取り付けるのは、十字穴付皿小ねじ４５とボス部材３５とで締め付けられることで、リングゴム５が際限なくひしゃげるのを避けるためである。

このように、下部ばねケース７の底壁部１７に形成されている、コイルばね３の下端よりも下方に凹む座ぐり凹部１７ｂに、リングゴム５を取り付けることにより、リングゴム５の下端部に不可避的に生じるＲ部５ｃ，５ｃとコイルばね３とが重なる部分の長さが短くなる。換言すると、リングゴム５のＲ部５ｃ，５ｃが、コイルばね３の下端よりも下方に膨出することにより、下部ばねケース７の底壁部１７と上部ばねケース９の頂壁部１９との間における上下方向の長さが等しい場合には、コイルばね３の下端と同じ高さに取り付けられたリングゴムと比較して、リングゴム５の外周面とループ３ａ，３ａ，…の内周面とが接触しない部分の長さを短くなる。

また、リングゴム５は、その中心軸線を挟んで略水平方向に対向する両側部５ｂ，５ｂが、外周面をコイルばね３のループ３ａ，３ａ，…の内周面により内方に押圧されて、水平方向から見て略長円状（略楕円状でもよい）に変形している。より詳しくは、リングゴム５は、コイルばね３のループ３ａ，３ａ，…の内径よりも大きな外径を有しているので、その両側部５ｂ，５ｂの外周面の幅方向の隅角部がループ３ａ，３ａ，…の内周面に接触することで、コイルばね３のループ３ａ，３ａ，…により直径方向内方に押圧されて略長円状になっており、両側部５ｂ，５ｂの外周面と接触するループ３ａの数が、円状の状態よりも増大している。

そして、リングゴム５の両側部５ｂ，５ｂは、その外周面の幅方向の隅角部がループ３ａ，３ａ，…の内周面に押圧されることで、外周面の幅方向で湾曲することになる。ここで、リングゴム５の円筒内には、上下方向に延びる円柱状のボス部材３５が配設されているので、リングゴム５の両側部５ｂ，５ｂは、ボス部材３５の外周面とコイルばね３のループ３ａ，３ａ，…とに挟まれることにより、図３に示すように、上方から見て、当該ループ３ａ，３ａ，…の内周面に沿うように湾曲している。このように略長円状に変形したリングゴム５の両側部５ｂ，５ｂがループ３ａ，３ａ，…の内周面に沿うように湾曲することと、コイルばね３が断面略矩形状の角線材からなっていることとが相俟って、従来の丸線材からなるコイルばねを用いた除振装置に比して、リングゴム５とコイルばね３との接触面積が飛躍的に増大する。なお、コイルばね３が断面略矩形状の角線材からなっているので、リングゴム５とコイルばね３との接触面積が大きくなっているにも拘わらず、リングゴム５がコイルばね３の巻線３ａの間に入り込み難くなっている。

また、リングゴム５は、その上端が、下部ばねケース７よりも先に上部ばねケース９の頂壁部１９と当接するような大きさに設定されている。より詳しくは、リングゴム５の外径寸法は、無負荷状態において、長円形に変形した状態の上端と上部ばねケース９の円形凹部１９ａの天井面との上下方向の間隔が、下部ばねケース７の下側側壁部２７の上端と上部ばねケース９の頂壁部１９の下面との上下方向の間隔よりも短くなるように設定されている。これにより、リングゴム５は、サージングを防止するだけではなく、ストッパとしての役割も果たすようになっており、図８に示すように、除振装置１の最大荷重負荷状態においても（リングゴム５が最も変形しても）、下部ばねケース７の下側側壁部２７の上端と上部ばねケース９の頂壁部１９の下面とが当接しないようになっている。

−除振装置の組立手順−
次いで、除振装置１の組立手順について説明する。

先ず、下部ばねケース７の下方から十字穴付皿小ねじ４５をねじ挿入孔１７ｃに挿入し、当該十字穴付皿小ねじ４５の軸部を座ぐり凹部１７ｂの下面から突出させる。また、スペーサ２５をリングゴム５に貫通形成された挿入孔５ａに嵌挿する。

そうして、リングゴム５に嵌挿されたスペーサ２５の孔に十字穴付皿小ねじ４５の軸部を挿通した後、スペーサ２５よりも上方に突出した十字穴付皿小ねじ４５の軸部の上部に平ワッシャ６５とばね座金５５をこの順で嵌める。

次いで、十字穴付皿小ねじ４５の軸部の上部にボス部材３５を螺合させた後、十字穴付皿小ねじ４５を締め付けて、リングゴム５を座ぐり凹部１７ｂに固定する。

そして、軽く窄めたリングゴム５の上端部をコイルばね３のループ３ａ，３ａ，…内に嵌入させるように、下部ばねケース７の内部にコイルばね３を押し込み、当該コイルばね３の下端を下部ばねケース７の円形凹部１７ａの底面に当接させる。このとき、リングゴム５は、略長円状に変形するとともに、その両側部５ｂ，５ｂが当該ループ３ａ，３ａ，…の内周面に沿うように湾曲する。

次いで、下部ばねケース７の外側突条部２７ａ，２７ａと上部ばねケース９の内側突条部２９ａ，２９ａとを、水平面内で略９０度ずらした状態で、上部ばねケース９を下部ばねケース７に被せるように下部ばねケース７側に押し込む。

そして、下部ばねケース７の外側突条部２７ａ，２７ａと上部ばねケース９の内側突条部２９ａ，２９ａとが上下方向にずれた（外側突条部２７ａ，２７ａが内側突条部２９ａ，２９ａの上側に位置した）ところで、上部ばねケース９を下部ばねケース７に対して略９０度回転させて、上部ばねケース９を押し込む力を弱める。そうすると、外側突条部２７ａ，２７ａの下面と内側突条部２９ａ，２９ａの上面とが当接することで、これら外側突条部２７ａ，２７ａと内側突条部２９ａ，２９ａとが互いに係合し、除振装置１の組立が完了する。

なお、上部ばねケース９を押し込む力を弱めた際、下部ばねケース７の中心軸線Ｚ１と上部ばねケース９の中心軸線Ｚ２とが多少ずれていても、内側突条部２９ａ，２９ａの先端が下側傾斜部２７ｂ，２７ｂの傾斜面を滑るように外側突条部２７ａ，２７ａに誘導され、また、外側突条部２７ａ，２７ａの先端が上側傾斜部２９ｂ，２９ｂの傾斜面を滑るように内側突条部２９ａ，２９ａに誘導されることから、下部ばねケース７の中心軸線Ｚ１と上部ばねケース９の中心軸線Ｚ２とのセンタリングが行われる。

−除振装置の作用−
次いで、除振装置１の作用について説明する。

先ず、顕微鏡１５の自重がコイルばね３に作用して上部ばねケース９が下方の正規位置に変位した状態（１Ｇ状態）における通常振幅時（人体が感知しない程度の床振動時）には、上部ばねケース９が下部ばねケース７に対し相対的に上下に移動すると、コイルばね３が振動を吸収するとともにリングゴム５が当該コイルばね３の振動を減衰させることにより低動ばねとして機能する。

図９は、本実施形態に係る除振装置１において、コイルばね３とリングゴム５との接触面積を変化させた場合の除振装置１の上下方向の振動伝達率を示すグラフ図である。実施例１（図９の実線）及び実施例２（図９の破線）は、共に弾性ゴムからなるリングゴム５と、断面矩形状の角線材からなるコイルばね３を用いた。なお、実施例１におけるコイルばね３とリングゴム５との接触面積は、実施例２におけるコイルばね３とリングゴム５との接触面積の約１．５倍とした。

図９より、コイルばね３とリングゴム５との接触面積が大きい実施例１の固有振動数ｆ１における共振倍率は、実施例２の固有振動数ｆ２における共振倍率よりも明らかに小さくなることが、すなわち、コイルばね３とリングゴム５との接触面積が大きいほど高い減衰特性が得られることが分かる。

つまり、本実施形態に係る除振装置１では、断面略矩形状の角線材からなるコイルばね３を用いているので、丸線材からなるコイルばねを用いた従来の除振装置よりも、コイルばね３とリングゴム５との接触面積が大きくなり、高い減衰特性を示すことになる。

一方、大振幅時には、上部ばねケース９が下方に大きく移動するが、上述の如く、リングゴム５は、その上端が、下部ばねケース７よりも先に上部ばねケース９と当接するような大きさに設定されているので、両ばねケース７，９は当接し難くなっている。また、リングゴム５の上端が上部ばねケース９の頂壁部１９と当接すると、リングゴム５が膨らむことで減衰特性及びコイルばね３のばね定数がさらに向上する。これにより、上部ばねケース９の大きな移動が抑えられる。

−効果−
本実施形態によれば、コイルばね３は断面略矩形状の角線材からなっているので、丸線材からなるコイルばねのようにリングゴム５と線接触するのではなく、面接触することになる。これにより、コイルばね３とリングゴム５との接触面積が大きくなり、高い減衰特性を得ることができる。

また、同じばね特性を有する丸線材からなるコイルばねよりも、ばね高さ及びばね外径が共に小さい角線材からなるコイルばね３を用いることにより、所望のばね特性を維持しつつ除振装置１の小型化を図ることができる。

ところで、丸線材からなるコイルばねを用いた場合には、ゴム弾性体からなるリングゴム５が断面円形のコイルばねの外周面に沿うように変形して、コイルばねの巻線の間に入り込み易くなる。これに対し、本実施形態の除振装置１では、角線材からなるコイルばね３を用いているので、コイルばね３のループ３ａ，３ａ，…の内周面とリングゴム５とがほぼ均等に面接触し、リングゴム５がコイルばね３の巻線３ａの間に入り込み難くなる。これにより、コイルばね３を正常に収縮させて、除振装置１の除振性能の安定化を図ることができる。

また、略円筒状のリングゴム５の外周面をその弾性反発力によってコイルばね３のループ３ａ，３ａ，…の内周面に接触させた状態に維持して、良好なサージング防止性能を安定的に確保することができる。

さらに、略円筒状のリングゴム５を略長円状に変形させてコイルばね３のループ３ａ，３ａ，…内に嵌入した構造であるから、リングゴム５の構造が極めて簡単なものになり、リングゴム５のコイルばね３への組付作業を容易に行える。

また、リングゴム５の円筒内には、上下方向に延びるボス部材３５が配設されており、リングゴム５の両側部５ｂ，５ｂは、当該ボス部材３５の外周面とコイルばね３のループ３ａ，３ａ，…の内周面とに挟まれることにより、上下方向から見て、当該ループ３ａ，３ａ，…の内周面に沿うように湾曲している。リングゴム５の両側部５ｂ，５ｂをこのように湾曲させたことと、コイルばね３として断面略矩形状の角線材を用いたこととが相俟って、リングゴム５の両側部５ｂ，５ｂの外周面とコイルばね３のループ３ａ，３ａ，…の内周面とがより一層面接触し易くなる。これにより、コイルばね３とリングゴム５との接触面積が確実に大きくなり、より一層高い減衰特性を得ることができる。

上述の如く、リングゴム５をその中心軸線が略水平となるようにコイルばね３のループ３ａ，３ａ，…内に配置し、水平方向から見て略長円状に変形させているので、リングゴム５の上下方向における中央部は、コイルばね３のループ３ａ，３ａ，…の内周面に沿うように上下方向に略直線状に延びる一方、リングゴム５の下端部には、Ｒ部５ｃ，５ｃが不可避的に生じ、当該Ｒ部５ｃ，５ｃでは弾性体の外周面とループ３ａ，３ａ，…の内周面とが接触しなくなる。

そこで、本実施形態では、リングゴム５を、下部ばねケース７の底壁部１７にコイルばね３の下端よりも下方に凹むように形成されている座ぐり凹部１７ｂに取り付けることによって、リングゴム５の下端部に生じるＲ部５ｃ，５ｃを座ぐり凹部１７ｂに収納するようにしている。これにより、上下方向において、コイルばね３とリングゴム５のＲ部５ｃ，５ｃとが重なる部分が短くなるので、下部ばねケース７の底壁部１７と上部ばねケース９の頂壁部１９との間隔が狭くリングゴム５の大きさ（変形した状態における上下方向の長さ）が制限されていても、リングゴム５の外周面とループ３ａ，３ａ，…の内周面とが接触しない部分の長さを短くすることができる。したがって、コイルばね３とリングゴム５との接触面積を確実に確保して、より一層高い減衰特性を得ることができる。

上述の如く、上部ばねケース９は下部ばねケース７の上側に位置し且つ当該下部ばねケース７に対し上下方向に相対移動するので、例えば大振幅時には、上部ばねケース９は、当該上部ばねケース９の頂壁部１９の底面と下部ばねケース７の下側側壁部２７の上端とが当接するまで下方に移動する。

ここで、本実施形態では、リングゴム５は、その上端が下部ばねケース７の下側側壁部２７の上端よりも先に上部ばねケース９の頂壁部１９の下面と当接するような大きさに設定されているので、上部ばねケース９の頂壁部１９の下面と下部ばねケース７の下側側壁部２７の上端とが当接する前に、リングゴム５の上端と上部ばねケース９の円形凹部１９ａの天井面とが接触する。

このように、リングゴム５は、ストッパとしても機能するので、下部ばねケース７と上部ばねケース９との当接による衝撃が顕微鏡１５に伝達されるのを抑えることができるとともに、大振幅時における制振効果を高めることができる。

また、外側突条部２７ａ，２７ａと内側突条部２９ａ，２９ａとを係合させることにより、除振装置１の組立時や、顕微鏡１５を運搬する際など一旦無負荷状態（顕微鏡１５による負荷が作用していない状態）とした後に再び除振装置１に負荷をかけるときに、両ばねケース７，９の分離を防げるとともにこれらの軸心を合わせるのが容易になる。これにより、コイルばね３の傾きが抑えられるので、リングゴム５の両側部５ｂ，５ｂがコイルばね３のループ３ａ，３ａ，…の内周面に確実に押し付けられる。

さらに、下部ばねケース７の下側側壁部２７の外周面には、内側突条部２９ａ，２９ａを外側突条部２７ａ，２７ａに誘導するように、上方に行くほどケース外側に傾斜する傾斜部２７ｂ，２７ｂが形成されている一方、上部ばねケース９の上側側壁部２９の内周面には、外側突条部２７ａ，２７ａを内側突条部２９ａ，２９ａに誘導するように、下方に行くほどケース内側に傾斜する傾斜部２９ｂ，２９ｂが形成されているので、下部ばねケース７と上部ばねケース９とを組み付ける際、これらのばねケース７，９の軸心がずれていても、これら傾斜部２７ｂ，２９ｂ，…に当接した外側及び内側突条部２７ａ，２９ａ，…が互いに引き合うように誘導される。これにより、組立時の両ばねケース７，９の軸心を合わせるのがさらに容易になる。

（その他の実施形態）
本発明は、実施形態に限定されず、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく他の色々な形で実施することができる。

上記実施形態では、除振装置１を顕微鏡１５の脚として用いたが、これに限らず、例えば半導体露光装置の脚として用いてもよい。

また、上記実施形態では、リングゴム５を下部ばねケース７の底壁部１７に取り付けたが、これに限らず、上部ばねケース９の頂壁部１９に座ぐり凹部を設けて、この座ぐり凹部にリングゴム５を取り付けてもよい。

さらに、上記実施形態では、リングゴム５として略円筒状のゴム弾性体をその中心軸線が略水平となるようにコイルばね３のループ３ａ，３ａ，…内に配置したが、これに限らず、上下方向に延びる円筒状のゴム弾性体を用いてもよい。

また、上記実施形態では、上部ばねケース９の内径を下部ばねケース７の外径よりも大きく形成したが、これとは逆に、下部ばねケース７の内径を上部ばねケース９の外径よりも大きく形成してもよい。

さらに、上記実施形態では、下部ばねケース７の下側側壁部２７の上端部及び上部ばねケース９の上側側壁部２９の下端部の外周面の２箇所に間欠的に外側及び内側突条部２７ａ，２７ａ，２９ａ，２９ａを形成したが、下部及び上部ばねケース７，９の中心軸線Ｚ１，Ｚ２に関して対称に形成される限り、外側及び内側突条部２７ａ，２９ａを３つ以上形成してもよい。

このように、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

以上説明したように、本発明は、顕微鏡や半導体露光装置等の精密機器への床振動等の伝搬を抑制する除振装置等について有用である。

本発明の実施形態に係る除振装置の組立状態を示す縦断面図である。 除振装置の荷重負荷状態を示す縦断面図である。 図１のIII−III線の矢視断面図である。 図１のIV−IV線の矢視断面図である。 下部ばねケースの下方から見た図である。 図４に相当する上部ばねケースの矢視断面図である。 リングゴムの取付構造を模式的に示す分解図である。 除振装置の最大荷重負荷状態を示す縦断面図である。 除振装置の上下方向の振動伝達率を示すグラフ図である。

１ 除振装置
３ コイルばね
３ａ ループ
５ リングゴム（サージング防止部材）
５ｂ 側部
７ 下部ばねケース（第１ケース部材）（一方のケース部材）
９ 上部ばねケース（第２ケース部材）（他方のケース部材）
１３ テーブル（基台）
１５ 顕微鏡（被除振体）
１７ 底壁部
１７ｂ 座ぐり凹部
１９ 頂壁部
２７ 下側側壁部（側壁部）
２７ａ 外側突条部（外側突起部）
２７ｂ 下側傾斜部（傾斜部）
２９ 上側側壁部（側壁部）
２９ａ 内側突条部（内側突起部）
２９ｂ 上側傾斜部（傾斜部）
３５ ボス部材（円柱部材）

Claims (6)

1. 基台に対して被除振体を弾性的に支持する除振装置であって、
   上記基台上に載置され、上方に開口している第１ケース部材と、
   上記被除振体側に取り付けられ、上記第１ケース部材の上側に位置し且つ当該第１ケース部材に対し上下方向に相対移動する、下方に開口している第２ケース部材と、
   上記両ケース部材の間に収容されているコイルばねと、
   上記第１ケース部材の底壁部又は第２ケース部材の頂壁部に取り付けられ、且つ上記コイルばねに内側から接触するように当該コイルばねのループ内に配設されている、弾性体からなるサージング防止部材と、を備え、
   上記コイルばねは、断面略矩形状の角線材からなり、
   上記サージング防止部材は、略円筒状の弾性体をその中心軸線が略水平となるように上記コイルばねのループ内に配置したものであり、当該中心軸線を挟んで略水平方向に対向する両側部の外周面の少なくとも一部が、コイルばねのループ内周面により内方に押圧されることにより、水平方向から見て、略楕円状又は略長円状に変形しており、
   上記サージング防止部材の両側部は、当該サージング防止部材の円筒内に配設されている、上下方向に延びる円柱部材の外周面と、上記コイルばねのループ内周面とに挟まれることにより、上下方向から見て、当該ループ内周面に沿うように湾曲していることを特徴とする除振装置。
2. 請求項１記載の除振装置において、
   上記サージング防止部材は、上記第１ケース部材の底壁部に上記コイルばねの下端よりも下方に凹むように、又は、上記第２ケース部材の頂壁部に上記コイルばねの上端よりも上方に凹むように形成されている座ぐり凹部に取り付けられていることを特徴とする除振装置。
3. 請求項１又は２に記載の除振装置において、
   上記サージング防止部材は、その上端が上記第１ケース部材よりも先に上記第２ケース部材と当接するような、又は、その下端が上記第２ケース部材よりも先に上記第１ケース部材と当接するような大きさに設定されていることを特徴とする除振装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の除振装置において、
   上記各ケース部材はいずれも略円筒状であり、
   上記両ケース部材のうち一方のケース部材の外径は、他方のケース部材の内径よりも小さく形成されており、
   上記一方のケース部材の側壁部の外周面には、ケース外側に突出する外側突起部が形成されている一方、上記他方のケース部材の側壁部の内周面には、当該外側突起部と上下方向で対向するように、ケース内側に突出する内側突起部が形成されており、
   上記外側突起部は、無負荷状態で、上記一方のケース部材が上記他方のケース部材から離脱しないように上記内側突起部に係合することを特徴とする除振装置。
5. 請求項４記載の除振装置において、
   上記一方のケース部材の側壁部の外周面には、上記内側突起部を上記外側突起部に誘導するように、上下方向における当該外側突起部側に行くほどケース外側に傾斜する傾斜部が形成されている一方、上記他方のケース部材の側壁部の内周面には、上記外側突起部を上記内側突起部に誘導するように、上下方向における当該内側突起部側に行くほどケース内側に傾斜する傾斜部が形成されていることを特徴とする除振装置。
6. 基台に対して被除振体を弾性的に支持する除振装置であって、
   上記基台上に載置され、上方に開口している第１ケース部材と、
   上記被除振体側に取り付けられ、上記第１ケース部材の上側に位置し且つ当該第１ケース部材に対し上下方向に相対移動する、下方に開口している第２ケース部材と、
   上記両ケース部材の間に収容されているコイルばねと、
   上記第１ケース部材の底壁部又は第２ケース部材の頂壁部に取り付けられ、且つ上記コイルばねに内側から接触するように当該コイルばねのループ内に配設されている、弾性体からなるサージング防止部材と、を備え、
   上記コイルばねは、断面略矩形状の角線材からなり、
   上記各ケース部材はいずれも略円筒状であり、
   上記両ケース部材のうち一方のケース部材の外径は、他方のケース部材の内径よりも小さく形成されており、
   上記一方のケース部材の側壁部の外周面には、ケース外側に突出する外側突起部が形成されている一方、上記他方のケース部材の側壁部の内周面には、当該外側突起部と上下方向で対向するように、ケース内側に突出する内側突起部が形成されており、
   上記外側突起部は、無負荷状態で、上記一方のケース部材が上記他方のケース部材から離脱しないように上記内側突起部に係合し、
   上記一方のケース部材の側壁部の外周面には、上記内側突起部を上記外側突起部に誘導するように、上下方向における当該外側突起部側に行くほどケース外側に傾斜する傾斜部が形成されている一方、上記他方のケース部材の側壁部の内周面には、上記外側突起部を上記内側突起部に誘導するように、上下方向における当該内側突起部側に行くほどケース内側に傾斜する傾斜部が形成されていることを特徴とする除振装置。

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