JPH10122295A - 免震装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は振動の大きさによって免震できずに
被免震物に振動が伝わってしまうことを防止することを
課題とする。 【解決手段】 免震装置１は、被免震物２が載置される
ベース３と、ベース３の四隅に当接して外部からの振動
を吸収する空気ばね５ａ〜５ｄと、ベース３を変位可能
に支持する支柱６ａ〜６ｄと、空気ばね５ａ〜５ｄの空
気圧を制御する複数の弁を有する空気圧制御ユニット７
と、空気圧制御ユニット７の各弁を開閉制御する制御装
置８とからなる。空気ばね５ａ〜５ｄは、振動が所定以
下の場合空気が供給され、振動が所定以上の場合減圧さ
れる。支柱６ａ〜６ｄは、空気ばね５ａ〜５ｄより内側
で基礎４から起立し、その上端には低摩擦部材１０ａ〜
１０ｄが設けられている。低摩擦部材１０ａ〜１０ｄ
は、通常ベース３から離間しているが、空気ばね５ａ〜
５ｄが減圧されると共に、ベース３下面に当接する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は免震装置に係り、特
に微小な振動及び過大な振動を効果的に免震させるよう
構成した免震装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば半導体露光装置等の精
密機器は、振動に弱いため、免震装置に支持されるよう
に設置されている。この種の免震装置は、主に地震によ
る振動が伝播された場合、精密機器等の載置物が倒壊す
ることを防止するため、載置物が載置された上ベースが
床面に設置された下ベースに対して相対変位できるよう
に構成されている。

【０００３】そして、上ベースと下ベースとの間には、
コイルバネが張設されており、上ベースと下ベースとが
相対変位した場合、コイルバネのバネ力により互いに対
向する原点位置に復帰させるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
免震装置では、上ベースと下ベースとの相対変位により
地震による振動を免震することができる反面、微小な振
動が伝播された場合には上ベースと下ベースとが相対変
位せず、載置物である精密機器に振動が伝播してしま
う。

【０００５】その場合、精密機器が免震装置により支持
されているにも拘わらず、床からの振動が精密機器に伝
播して精密機器の精度が狂ってしまい当初の加工精度を
保つことができなくなってしまうといった問題がある。
また、半導体露光装置等の精密機械を除振及び免震させ
る場合、半導体露光装置の高さが生産するメモリの容量
増大に伴って高くなっているため、既存のクリーンルー
ム内に設置する際、クリーンルームの天井により高さが
制限されている。そのため、従来から免震装置自体の高
さが規制され、より薄型化を図ることが望まれていた。

【０００６】そこで、本発明は上記課題を解決した免震
装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は以下のような特徴を有する。上記請求項１
の発明は、被免震物が載置されるベースと、前記ベース
の下方に設けられ、振動が前記ベースに伝播しないよう
に外部からの振動を吸収する除振部材と、前記ベースを
変位可能に支持する滑り支承と、通常は前記除振部材が
前記ベースを支持し、所定以上の振動が伝播したとき前
記除振部材を前記ベースから離間させると共に、前記滑
り支承を前記ベースに滑動可能に当接させるように切り
替える切替手段と、よりなることを特徴とするものであ
る。

【０００８】従って、請求項１の発明によれば、通常は
除振部材がベースを支持し、所定以上の振動が伝播した
とき除振部材をベースから離間させると共に、滑り支承
をベースに滑動可能に当接させるため、予め設定された
所定以下の比較的小さい振動が伝播されたときは除振部
材により除振し、予め設定された所定以上の比較的大き
い振動が伝播されたときは滑り支承により免震動作して
免震することができる。また、滑り支承と除振部材を同
一平面に配置することが可能になり、装置の薄型化が図
れる。

【０００９】また、請求項２の発明は、前記請求項１記
載の免震装置であって、前記除振部材を前記滑り支承の
外側に設けたことを特徴とするものである。従って、請
求項２の発明によれば、除振部材を滑り支承の外側に設
けたため、ベースが除振部材から外れた位置に変位して
もベースが滑り支承に支持され、その分免震動作ストロ
ークをより広くすることができる。

【００１０】また、請求項３の発明は、前記請求項１記
載の免震装置であって、前記除振部材が、空気ばねによ
り形成され、前記切替手段が、空気ばねの空気圧を減圧
することにより前記滑り支承を前記ベースに滑動可能に
当接させることを特徴とするものである。

【００１１】従って、請求項３の発明によれば、除振部
材が空気ばねにより形成されているので、空気ばねの空
気圧を減圧することにより滑り支承をベースに滑動可能
に当接させることができ、空気圧の調整により除振部材
から滑り支承による支持に容易に切り替えることができ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下図面と共に本発明の一実施例
について説明する。図１は本発明になる免震装置の一実
施例の側面図、図２は免震装置の平面図である。

【００１３】免震装置１は、例えば半導体露光装置等の
精密機器よりなる被免震物２が載置されており、あらゆ
る大きさの振動が被免震物２に伝播しないように除振及
び免震動作するものである。免震装置１は、大略、被免
震物２が載置されるベース３と、ベース３より下方の基
礎４に設置されベース３の四隅に当接して外部からの振
動を吸収する除振部材としての空気ばね５ａ〜５ｄと、
ベース３を変位可能に支持する滑り支承としての支柱６
ａ〜６ｄと、空気ばね５ａ〜５ｄの空気圧を制御する複
数の弁を有する空気圧制御ユニット７と、空気圧制御ユ
ニット７の各弁（図示せず）を開閉制御する制御装置８
とからなる。

【００１４】空気ばね５ａ〜５ｄは、空気圧に応じて上
下方向に伸縮するようにゴム製袋により形成されてお
り、空気圧制御ユニット７と空気管路９ａ〜９ｄを介し
て接続されている。そのため、空気ばね５ａ〜５ｄは、
空気圧制御ユニット７から圧縮空気が供給されて所定圧
以上に加圧されると上端が上昇してベース３下面に当接
し、減圧されると上端が降下してベース３から離間す
る。

【００１５】また、空気ばね５ａ〜５ｄは、除振動作時
のアクチュエータとして機能するものであり、後述する
ように振動の大きさ（加速度、変位）に応じて空気圧が
制御される。本実施例では、制御装置８は、通常、空気
ばね５ａ〜５ｄの空気圧をアクティブ制御しており、ベ
ース３の振動状態に応じてばね定数及び減衰力を調整す
る。これにより、空気ばね５ａ〜５ｄは、ベース３に載
置された被免震物２に基礎６からの振動が伝播しないよ
うに除振動作することができる。

【００１６】このように空気ばね５ａ〜５ｄは、ベース
３の振動状態に応じた空気圧を有するため、例えば基礎
４に振動（特に振幅の小さい微小な振動）が伝播された
場合でも、各空気ばね５ａ〜５ｄの伸縮動作により振動
が除振されて上ベース３及び被免震物２を静止状態に保
つことができる。また、本実施例では、空気ばね５ａ〜
５ｄの上端が空気圧によりベース３の下面に当接してだ
けなので、除振動作中に所定以上の水平方向の振動が印
加された場合には、ベース３が空気ばね５ａ〜５ｄの上
端を摺動することができるので、除振動作と免震動作を
同時に行うことができる構成となっている。

【００１７】尚、空気ばね５ａ〜５ｄは、水平方向の振
動だけでなく、上下方向の振動も吸収することができる
ので、上ベース３及び被免震物２は振動方向に拘わらず
除振される。支柱６ａ〜６ｄは、空気ばね５ａ〜５ｄよ
り内側で基礎４から垂直方向に起立し、その上端には低
摩擦部材１０ａ〜１０ｄが設けられている。低摩擦部材
１０ａ〜１０ｄは、通常ベース３から離間しているが、
空気ばね５ａ〜５ｄの空気圧が減圧されると共に、ベー
ス３下面に滑動可能に当接する。

【００１８】このように各支柱６ａ〜６ｄが空気ばね５
ａ〜５ｄより内側に位置するように設けられているた
め、例えベース３の周縁部分が空気ばね５ａ〜５ｄから
外れても支柱６ａ〜６ｄにより支持されるため、ベース
３の水平方向への摺動ストロークがより長くなるように
設定されている。また、支柱６ａ〜６ｄと空気ばね５ａ
〜５ｄとが同一平面に設けられているため、装置自体の
薄型化を図ることができる。そのため、半導体露光装置
等の精密機械を除振及び免震させる場合のように、半導
体露光装置の高さに拘わらず既存のクリーンルーム内に
設置することが可能になる。

【００１９】また、ベース３上には、変位（振幅）に応
じた信号を出力する変位センサ１１と、加速度に応じた
信号を出力する加速度センサ１２とが設けられている。
制御装置８は、変位センサ１１及び加速度センサ１２か
ら出力された信号に基づいて空気圧制御ユニット７に制
御信号を出力する。

【００２０】この空気圧制御ユニット７には、空気源
（コンプレッサあるいは空気タンク等）１６から供給さ
れた圧縮空気の供給量を調整するため加圧用の給気弁、
減圧用の排気弁等の複数の弁（図示せず）が設けられて
いる。制御装置８は、ベース３の振動の大きさに応じて
空気ばね５ａ〜５ｄの空気圧をアクティブ制御する空気
圧制御プログラムと、ベース３の振動の大きさに応じて
ベース３を空気ばね５ａ〜５ｄで支持する除振モード
か、あるいは支柱６ａ〜６ｄにより滑動可能に支持する
免震モードかを選択的に切り替えるモード切替プログラ
ム（切替手段）が格納されている。

【００２１】すなわち、通常、空気ばね５ａ〜５ｄは空
気圧を所定値以上に加圧されており、これにより上端が
ベース３の下面に当接してベース３を持ち上げて除振モ
ードが設定されている。そして、所定以上の振動が伝播
したとき空気ばね５ａ〜５ｄの空気圧が減圧されて空気
ばね５ａ〜５ｄの上端をベース３から離間させると共
に、ベース３が降下して支柱６ａ〜６ｄの上端に設けら
れた低摩擦部材１０ａ〜１０ｄに当接して免震モードが
設定される。

【００２２】また、ベース３の下方には、ベース３を原
点位置に附勢する４本のコイルバネ１３ａ〜１３ｄが配
設されている。４本のコイルバネ１３ａ〜１３ｄは、下
ベース４の対角方向に放射状に延在するように装架され
ている。各コイルバネ１３ａ〜１３ｄの一端はベース３
に設けられたバネ掛止部１４ａ〜１４ｄに掛止され、各
コイルバネ１３ａ〜１３ｄの他端は基礎４に設けられた
バネ掛止部１５ａ〜１５ｄに掛止されている。

【００２３】また、バネ掛止部１４ａ〜１４ｄ及びバネ
掛止部１５ａ〜１５ｄは、ベース３及び基礎４に回動可
能に植設されており、ベース３の相対変位方向に応じて
回動できるようになっている。尚、バネ掛止部１４ａ〜
１４ｄ及びバネ掛止部１５ａ〜１５ｄは、コイルバネ１
３ａ〜１３ｄの端部が連結された連結部がベース３の昇
降動作に追従して上下方向に回動する構成となってい
る。

【００２４】そのため、ベース３は４本のコイルバネ１
３ａ〜１３ｄのバネ力が釣り合う位置に附勢されてお
り、基礎６に振動が伝播されて相対変位した場合、各コ
イルバネ１３ａ〜１３ｄが変位方向に引っ張られる。そ
して、ベース３は各コイルバネ１３ａ〜１３ｄのバネ力
により原点位置に戻される。

【００２５】図３は各制御機器のブロック図である。制
御装置８には、変位センサ１１及び加速度センサ１２、
空気ばね５ａ〜５ｄの空気圧を制御する空気圧制御ユニ
ット７と接続されている。そして、空気圧制御ユニット
７は、制御回路８からの指令により空気ばね５ａ〜５ｄ
の圧力が振動の大きさ（加速度、変位）に応じた空気圧
となるように調整する。これにより、空気ばね５ａ〜５
ｄは、最適な空気圧で基礎６からの振動がベース３に伝
播しないように除振動作する。

【００２６】図４はベース３に所定以上の振動が伝播さ
れたときの動作を示す側面図である。制御装置８は、変
位センサ１１及び加速度センサ１２からの検出信号が所
定値以上になった場合、空気ばね５ａ〜５ｄの空気圧を
減圧させるように空気圧制御ユニット７に制御信号を出
力し、空気圧制御ユニット７は各弁を排気側に切り替え
て空気ばね５ａ〜５ｄ内の空気を排気させる。

【００２７】これにより、空気ばね５ａ〜５ｄの圧力が
減圧されてベース３の下面に当接していた空気ばね５ａ
〜５ｄの上端が降下しはじめる。これに伴ってベース３
は降下して支柱６ａ〜６ｄの上端に設けられた低摩擦部
材１０ａ〜１０ｄに当接する。さらに、空気ばね５ａ〜
５ｄの圧力が減圧されると、空気ばね５ａ〜５ｄの上端
がベース３から離間する。

【００２８】よって、ベース３は、支柱６ａ〜６ｄによ
り水平方向に摺動可能に支持されて免震動作モードとな
る。そのため、ベース３に比較的大きな振動が伝播され
た場合、ベース３は支柱６ａ〜６ｄに支持された状態で
水平方向に変位し、免震動作する。

【００２９】図５は制御装置８が実行する制御処理の手
順を説明するためのフローチャートである。制御装置８
は、ステップＳ１（以下「ステップ」を省略する）にお
いて、制御装置８の電源がオンに操作されたか否かを判
定する。制御装置８の電源がオンにされると、Ｓ２に進
み、空気ばね５ａ〜５ｄに空気を供給してベース３を上
昇させて支柱６ａ〜６ｄから離間させる（図１参照）。
そのため、ベース３は空気ばね５ａ〜５ｄに支持された
状態となる。

【００３０】次のＳ３では、変位センサ１１及び加速度
センサ１２からの検出信号を読み込み、ベース３の変位
及び加速度を認識する。続いて、Ｓ４において、ベース
３の変位又は加速度が予め設定された所定値（閾値）以
上であるかどうかを判定する。

【００３１】ベース３の変位又は加速度が所定値（閾
値）以下であるときは、Ｓ５に進み、空気ばね５ａ〜５
ｄによる除振を行う。従って、Ｓ５では、変位センサ１
１及び加速度センサ１２のより検出された変位及び加速
度に基づいて制御力を演算する。尚、ベース３が静止し
ているときは、変位センサ１１及び加速度センサ１２か
らの検出信号がゼロとなるため、制御力もゼロとなり、
空気ばね５ａ〜５ｄの空気圧は一定に保たれる。

【００３２】次のＳ６では、Ｓ５で演算された制御力に
応じた空気圧を供給するように制御する。この場合、ベ
ース３は、図１に示されるように空気ばね５ａ〜５ｄに
より支持されており、制御装置８からの指令により空気
圧制御ユニット７が空気ばね５ａ〜５ｄの空気圧を制御
する。これにより、変位センサ１１及び加速度センサ１
２により検出されたベース３の変位又は加速度が所定値
（閾値）以下であるときは、空気ばね５ａ〜５ｄがＳ５
で演算された制御力に応じた空気圧になるように制御さ
れてベース３の変位及び加速度を除振することができ、
ベース３及び被免震物２を静止状態に支持することがで
きる。

【００３３】そして、Ｓ７では、制御装置８の電源がオ
フに操作されたか否かを判定する。このＳ７において、
制御装置８の電源がオンのままであるときは、前述した
Ｓ３に戻り、上記Ｓ３〜Ｓ７の処理を繰り返す。通常
は、ベース３の変位又は加速度が所定値（閾値）以下で
あるので、この除振モードに設定されており、例えば車
両の通行による振動あるいは機械振動、人の移動に伴う
振動等の比較的小さい振動がベース３に伝播されること
を防止できる。

【００３４】また、Ｓ７において、制御装置８の電源が
オフに操作されたときは、今回の処理を終了する。次に
地震等の比較的大きい振動がベース３に伝播された場合
の制御について説明する。

【００３５】上記Ｓ４において、ベース３の変位又は加
速度が所定値（閾値）以上であるときは、Ｓ８に進み、
空気圧制御ユニット７の排気側の弁（図示せず）を開弁
させて空気ばね５ａ〜５ｄの空気を排気させて減圧させ
る。これにより、空気ばね５ａ〜５ｄの空気圧が低下す
ると共に、ベース３が降下して支柱６ａ〜６ｄの上端に
設けられた低摩擦部材１０ａ〜１０ｄに当接する。

【００３６】そして、空気ばね５ａ〜５ｄの上端は、ベ
ース３から離間する。そのため、ベース３は、支柱６ａ
〜６ｄにより水平方向に摺動可能に支持された状態とな
り、ベース３は支柱６ａ〜６ｄの低摩擦部材１０ａ〜１
０ｄ上で水平方向に変位して免震動作する。

【００３７】次のＳ９では、ベース３の変位又は加速度
が予め設定された所定値（閾値）以上であるかどうかを
判定する。このＳ９において、ベース３の変位又は加速
度が所定値（閾値）以上であるときは、前述したＳ３に
戻り、Ｓ３，Ｓ４，Ｓ８，Ｓ９の処理を繰り返して、免
震動作状態を維持する。

【００３８】しかし、Ｓ９において、ベース３の変位又
は加速度が所定値（閾値）以下であるときは、Ｓ１０に
進み、制御装置８の電源がオフに操作されたか否かを判
定する。このＳ１０において、制御装置８の電源がオン
のままであるときは、ベース３の変位又は加速度が所定
値（閾値）以下であるので、前述したＳ２に戻り、空気
ばね５ａ〜５ｄに空気を供給して加圧し、これによりベ
ース３を上昇させて支柱６ａ〜６ｄから離間させると共
に空気ばね５ａ〜５ｄに支持された状態とする。そし
て、前述したＳ３〜Ｓ７の処理を実行する。

【００３９】しかし、Ｓ１０において、制御装置８の電
源がオフに操作されたときは、今回の処理を終了する。
このように、振動の大きさに応じて空気ばね５ａ〜５ｄ
による除振動作モードと支柱６ａ〜６ｄによる免震動作
モードに切り替えることにより、振動の大きさに拘わら
ずベース３に載置された被免震物２に振動が伝わること
を防止できるので、例えば被免震物２が精密機器で高精
度が要求される装置であっても振動の影響を受けずにそ
の精度を維持することができる。

【００４０】尚、上記実施例では、空気ばね５ａ〜５ｄ
を除振部材として用いた構成を一例として説明したが、
これに限らず、空気ばねのアクチュエータ（例えばリニ
アモータ等）を用いた構成にも適用できるのは勿論であ
る。

【００４１】

【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、以下のよ
うな効果が得られる。上記請求項１の発明によれば、通
常は除振部材がベースを支持し、所定以上の振動が伝播
したとき除振部材をベースから離間させると共に、滑り
支承をベースに滑動可能に当接させるため、予め設定さ
れた所定以下の比較的小さい振動が伝播されたときは除
振部材により除振し、予め設定された所定以上の比較的
大きい振動が伝播されたときは滑り支承により免震動作
して免震することができる。

【００４２】従って、振動の大きさに拘わらずベースに
載置された被免震物に振動が伝播することを防止でき、
例え被免震物が精密機器である場合でも、精密機器に振
動が伝わらず高精度を維持することが可能になり、振動
対策の信頼性を高めることができる。さらに、滑り支承
と除振部材を同一平面に配置することが可能になり、そ
の分装置の薄型化を図ることができ、例えば天井の高さ
制限に応じた高さに被免震物を設置することが可能にな
る。

【００４３】また、請求項２の発明によれば、除振部材
を滑り支承の外側に設けたため、ベースが除振部材から
外れた位置に変位してもベースが滑り支承に支持され、
その分ベースと滑り支承の滑動範囲、すなわち免震動作
ストロークをより広くすることができる。

【００４４】また、請求項３の発明によれば、除振部材
が空気ばねにより形成されているので、空気ばねの空気
圧を減圧することにより滑り支承をベースに滑動可能に
当接させることができ、空気圧の調整により除振部材か
ら滑り支承による支持に容易に切り替えることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる免震装置の一実施例の側面図であ
る。

【図２】免震装置の平面図である。

【図３】制御機器のブロック図である。

【図４】ベースに所定以上の振動が伝播されたときの動
作を示す側面図である。

【図５】制御装置が実行する制御処理の手順を説明する
ためのフローチャートである。

【符号の説明】

１ 免震装置 ２ 被免震物 ３ ベース ４ 基礎 ５ａ〜５ｄ 空気ばね ６ａ〜６ｄ 支柱 ７ 空気圧制御ユニット ８ 制御装置 １０ａ〜１０ｄ 低摩擦部材 １３ａ〜１３ｄ コイルバネ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被免震物が載置されるベースと、 前記ベースの下方に設けられ、振動が前記ベースに伝播
   しないように外部からの振動を吸収する除振部材と、 前記ベースを変位可能に支持する滑り支承と、 通常は前記除振部材が前記ベースを支持し、所定以上の
   振動が伝播したとき前記除振部材を前記ベースから離間
   させると共に、前記滑り支承を前記ベースに滑動可能に
   当接させるように切り替える切替手段と、 よりなることを特徴とする免震装置。
2. 【請求項２】 前記請求項１記載の免震装置であって、 前記除振部材を前記滑り支承の外側に設けたことを特徴
   とする免震装置。
3. 【請求項３】 前記請求項１記載の免震装置であって、 前記除振部材は、空気ばねにより形成され、 前記切替手段は、空気ばねの空気圧を減圧することによ
   り前記滑り支承を前記ベースに滑動可能に当接させるこ
   とを特徴とする免震装置。