WO2020022048A1

WO2020022048A1 - 気体ばね式除振装置

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Publication number: WO2020022048A1
Application number: PCT/JP2019/027149
Authority: WO
Inventors: 承燮沈
Original assignee: 倉敷化工株式会社
Priority date: 2018-07-25
Filing date: 2019-07-09
Publication date: 2020-01-30
Also published as: EP3805598A1; JP2020016283A; CN112352118A; TW202022255A; EP3805598B1; TWI787532B; KR20210034581A; EP3805598A4; JP6634122B1

Abstract

アイソレータ（２）は、搭載盤（３）を上下方向に支持する上下方向の空気ばね（Ｓ１）と、搭載盤（３）を水平方向に支持する水平方向の空気ばね（Ｓ２，Ｓ２，…）とを備える。各気体ばね（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ２，…）は、それぞれ、インナケーシング（２０），アウタケーシング（２００）と、ピストン（３０，３００）と、空気室（２３，２３０）を区画するダイヤフラム（４０，４００）とを有する。空気ばね（Ｓ２，Ｓ２，…）は、空気ばね（Ｓ１）におけるインナケーシング（２０）の外周面部に着脱可能に取り付けられる。

Description

気体ばね式除振装置

　本開示は、気体ばね式除振装置に関する。

　この種の気体ばね式除振装置としては、例えば特許文献１に、鋼製の固定基台に対して、被支持体を上下方向に支持する上下方向の気体ばねと、被支持体を水平方向に支持する水平方向の気体ばねとを設けた気体ばね式除振装置が開示されている。

　この除振装置では、水平方向の気体ばねは、固定基台を挟む水平方向の両側部位において互いに中心軸が略一致するように対向配置されている。そして、上下及び水平方向の各気体ばねは、それぞれ、固定基台において外方に向かって開口するように設けられた凹部と、凹部の開口近傍に配置されたピストンと、ピストンと凹部の開口周縁との間を閉塞して気体室を区画するダイヤフラムとを備えている。

特許第３７９９２４４号公報

　ところで、気体ばね式除振装置では、上下方向の固有振動数を低くするために、上下方向の気体ばねの気体室の容積を大きくしたいという要望がある。

　しかしながら、特許文献１のものでは、図６に示すように、水平方向の気体ばねの凹部が固定基台の側壁部材に設けられているため、上下方向の気体ばねの気体室の容積を大きくできないという問題がある。

　この問題を解決するために、固定基台の側壁部材に、凹部の代わりに、外方に突出し、かつ水平方向の気体ばねの気体室を区画する環状の突起部を形成することが考えられる。

　このような突起部を形成した固定基台は、鋼材のブロックを削り出しで加工すると一般に考えられるが、削り出し加工だと、材料歩留まりが悪化するという課題がある。

　本開示は、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、加工時の材料歩留まりが悪化することを抑制しながら、上下方向の気体ばねの気体室の容積を大きくすることにある。

　ここに開示する気体ばね式除振装置は、被支持体を上下方向に支持する上下方向の気体ばねと、該被支持体を水平方向に支持する水平方向の気体ばねと、を備える。

　前記上下及び水平方向の各気体ばねは、それぞれ、外方に向かって開口する凹部が形成された凹部形成部材と、前記凹部の開口近傍に配置されたピストンと、前記ピストンと前記凹部の開口周縁との間を閉塞して気体室を区画するダイヤフラムとを有する。

　そして、前記水平方向の気体ばねは、前記上下方向の気体ばねにおける前記凹部形成部材の外周面部に着脱可能に取り付けられる。

　上記の構成によれば、水平方向の気体ばねにおける凹部形成部材（以下、水平凹部形成部材ともいう）は、上下方向の気体ばねにおける凹部形成部材（以下、上下凹部形成部材ともいう）に凹設されるのではなく、その外周面部に取り付けられるため、上下凹部形成部材で区画される、上下方向の気体ばねの気体室の容積を大きくすることができる。また、水平凹部形成部材は、上下凹部形成部材に対して、外方に突出した突起部として一体に形成されるのではなく、その外周面部に着脱可能に取り付けられるため、加工時の材料歩留りの悪化が抑制される。以上より、加工時の材料歩留まりが悪化することを抑制しながら、上下方向の気体ばねの気体室の容積を大きくすることができる。

　前記上下方向の気体ばねにおける前記凹部形成部材の外周面には、前記水平方向の気体ばねが嵌合可能な嵌合部が形成されている、こととしてもよい。

　上記の構成によれば、水平方向の気体ばねは、上下凹部形成部材の外周面に形成された嵌合部に嵌合されて取り付けられるため、その取付強度が高くなる。

　前記水平方向の気体ばねは、モジュール化されている、こととしてもよい。

　上記の構成によれば、水平方向の気体ばねの着脱が簡単かつ確実になる。また、水平方向の気体ばね自体が機能的にまとまった一部分になるため、水平方向の気体ばねを単独で製品として使用することが可能になる。

　前記水平方向の気体ばねの前記ピストンは、その中心軸の方向で相対的に前記凹部から遠くなる一側に配置された荷重受部材と、前記荷重受部材から軸方向他側に離間し、かつ中心軸に直交する方向の任意の軸周りに揺動可能に前記ダイヤフラムにより弾性的に保持された筒状のピストン本体部材とを有し、前記荷重受部材から前記ピストン本体部材の中心孔を貫通するように軸方向他側に向かって延びる支持柱が設けられる一方、前記ピストン本体部材には、前記支持柱を囲むように軸方向他側に向かって延びる有底筒状の延出部が設けられ、前記延出部の底部に前記支持柱の先端部が転動自在に当接して枢支されている、こととしてもよい。

　上記の構成によれば、水平方向の気体ばねにおいて、軸直交方向、即ち上下方向の振動に対してはピストン本体部材が鉛直面内の任意の軸の周りに揺動することで、ピストン本体部材の延出部の底部に支持柱を介して枢支されている荷重受部材が上下方向に変位し、これにより振動の吸収がなされることになる。この際、支持柱のピストン本体部材による支持点がピストン本体部材のダイヤフラムによる保持位置よりも軸方向内側の位置にあることで、荷重受部材の上下方向変位に対するダイヤフラムのばね特性が非常に柔らかなものとなり、このことによって、上下方向の固有振動数を十分に低くすることができる。

　本開示によれば、加工時の材料歩留まりが悪化することを抑制しながら、上下方向の気体ばねの気体室の容積を大きくすることができる。

本開示の実施形態１に係るアイソレータ（気体ばね式除振装置）が搭載された精密除振台の全体構成を示す斜視図である。アイソレータの全体構成を示す斜視図である。アイソレータのIII-III線矢視断面図である。アイソレータの分解斜視図である。アイソレータのアクティブ制振制御システムの概略構成図である。アイソレータの先行技術を示す図３相当図である。

　以下、本開示の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。

　（実施形態１）
　図１は、本開示に係るアイソレータ２（気体ばね式除振装置）を使用した精密除振台Ａの一例を示し、この精密除振台Ａは、例えば、図示しない半導体検査装置や電子顕微鏡、光学式計測装置等の精密機器を搭載して、それらの機器を床からの振動と略絶縁した状態で設置するためのものである。即ち、精密除振台Ａの概略構成は、図示の如く、床面に設置される下側構造部１と、下側構造部１の上面の４隅にそれぞれ配設された空気ばね式のアイソレータ２，２，…と、４つのアイソレータ２，２，…の上部に搭載された搭載盤３（被支持体）とからなる。

　下側構造部１は、鋼製角パイプの構造部材を概ね直方体形状となるように櫓組みしたものであり、それぞれ上下方向に延びる４本の脚部４，４，…と、その隣接する２本の脚部４，４同士を下端側で連結するように水平方向に延びる下梁部５，５，…と、それら４本の脚部４，４，…の上端側外周を囲んで平面視で略矩形の枠状となるように配置され、それぞれ内側面が脚部４，４，…の外側面に接合されるとともに、上面が該脚部４，４，…の上端面と同一平面上に位置付けられた上梁部６，６，…とからなる。そして、前記各脚部４の上端面からその外側を囲む上梁部６，６の上面に亘って、水平板７，７，…が配設されていて、この各水平板７上にそれぞれアイソレータ２が配設されている。また、下側構造部１の長手方向に延びる２つの下梁部５，５の下面には、移動用のキャスター８，８，…が２つずつ配設されるとともに、各脚部４の下端面にはそれぞれ高さ調整用のレベラー９，９，…が配設されている。

　（アイソレータの構成）
　次に、図２～図４を参照しながら、アイソレータ２の構成を説明する。なお、本明細書では、図示のＸ方向を左右方向（水平方向）、Ｙ方向を前後方向（水平方向）、また、Ｚ方向を上下方向（鉛直方向）とそれぞれ呼ぶものとする。

　アイソレータ２は、後述するベースプレート１０の上部に配置された上下方向の空気ばねＳ１と、空気ばねＳ１の後述するインナケーシング２０の外周面部に配置された水平方向の空気ばねＳ２，Ｓ２，…と、を有する。

　ベースプレート１０は、下面が精密除振台Ａの下側構造部１に水平板７を介して固定される一方（図１も参照）、上面には空気ばねＳ１が配置されて取付固定される。ベースプレート１０は、例えばアルミニウム合金等の鋼材により、各辺が前後左右方向に臨む略矩形板状に形成されている。ベースプレート１０上面の中央部には、上方に開口する上下方向視で円状の凹部１１が形成されており、この凹部１１に空気ばねＳ１の下端部（後述する凸部２７）が嵌合されている。また、ベースプレート１０の前後左右の外縁における中間部には、後述するサイドプレート６０の下縁を案内するための下方に凹む切欠き部１２が形成されている。

　（上下方向の空気ばねの構成）
　上下方向の空気ばねＳ１は、搭載盤３を上下方向に支持するものであり、上面の中央部に上方外方に向かって開口する凹部２１が形成されたインナケーシング２０（凹部形成部材）と、凹部２１の開口２２近傍に配置されたピストン３０と、ピストン３０と凹部２１の開口２２周縁との間を閉塞して空気室２３（気体室）を区画するダイヤフラム４０と、を有する。

　インナケーシング２０は、例えばアルミニウム合金等のブロックを削り出すことで形成されている。インナケーシング２０は、直方体の角部を面取りしてなる上下方向視で略八角形状の基部２４と、この基部２４の下端中央部から下方に延びるように突設された円状の凸部２７と、から構成される。

　インナケーシング２０の基部２４は、４つの側壁部２５，２５，…と、周方向に相隣接する側壁部２５，２５の間にそれぞれ配設された４つの面取部２６，２６，…と、を有する。基部２４の側壁部２５，２５，…は、それぞれ前後左右方向に臨んでいる。側壁部２５の中央部の外面には、外方に向かって開口し、かつ水平方向の空気ばねＳ２の軸方向内側端部（後述するフランジ部２５０及び嵌合凸部２６０）が嵌合可能な円状の嵌合凹部２８（嵌合部）が形成されている。この嵌合凹部２８は、フランジ部２５０が嵌合可能な外側部分２８ａと、この外側部分２８ａの内側に段部２８ｂを介して連続して配設され、外側部分２８ａよりも開口径が小さく、嵌合凸部２６０が嵌合可能な内側部分２８ｃと、から構成される。

　基部２４の面取部２６の外面には、上下方向の略中間部から下部に亘って、サーボ弁７５や制御基板７６等が取り付けられる略矩形状の取付凹部２９が形成されている。

　インナケーシング２０の凸部２７は、上下方向視でインナケーシング２０の基部２４よりも面積が小さく、かつベースプレート１０の凹部１１に嵌合可能に形成されている。

　インナケーシング２０の凹部２１は、上下方向視で円状に形成されている。具体的には、この凹部２１は、インナケーシング２０の基部２４に相当する部分に形成された上側部分２１ａと、インナケーシング２０の凸部２７に相当する部分に上側部分２１ａよりも開口径が小さくなるように上側部分２１ａに段部を介して連続して形成された下側部分２１ｂと、から構成される。これにより、インナケーシング２０上面の中央部に開口２２が形成され、この開口２２によって上側部分２１ａ及び下側部分２１ｂが外部に開放されている。

　インナケーシング２０の開口２２には、空気ばねＳ１のピストン３０を構成するドーナツ状のピストン本体３１が内挿されている。このピストン本体３１はアルミニウム合金製であり、断面円形の中心孔３１ａが図３に示す軸線Ｚに沿って上下方向に貫通する一方、外周の下側約半分には下端側に向かって僅かに縮径するテーパ面３１ｂが形成されている。そして、ピストン本体３１の下端面３１ｃから外周側のテーパ面３１ｂを覆ってさらに外周側に延び、そこから開口２２の周縁までを閉塞するように、円環状のダイヤフラム４０が配設されている。即ち、ダイヤフラム４０及びピストン本体３１によりインナケーシング２０の開口２２周縁との間が閉塞されて、その内部（即ち凹部２１）に空気室２３が区画されており、そのピストン本体３１の下端面３１ｃが空気室２３に臨んで空気圧を受けることにより、上下方向の荷重を支持する上下方向の空気ばねＳ１が構成されている。

　ダイヤフラム４０は、ポリエステル繊維の織物を補強材として埋設したゴム弾性膜からなり、一旦、中心部分に丸穴が空いたハット状に形成した後に、そのハットの周壁部分を途中で湾曲させて下方に折り返すようにして、深皿形状としたものである。即ち、ダイヤフラム４０は、ハットの鍔の部分に相当する外周フランジ部４０ａの内周端縁に連続して、上方に凸に湾曲する円環状ロール部４０ｂが形成され、このロール部４０ｂの内周端縁部が外周フランジ部４０ａよりも下方まで延びていて、そこからさらに内周側に向かって、前記の丸穴を囲むように内周フランジ部４０ｃが形成されている。

　そして、ダイヤフラム４０の内周フランジ部４０ｃがピストン本体３１の下端面３１ｃに接着されて、その下方からワッシャ４１によりピストン本体３１に対して強固に圧着されている。一方、ダイヤフラム４０の外周フランジ部４０ａは、インナケーシング２０の上面に接着されて、その上部に配設された締付けリング４２がボルトによりインナケーシング２０の上面に締結されることにより、締付けリング４２の下面とインナケーシング２０の上面との間に挟持されている。

　そうして、そのように配設されたダイヤフラム４０は、円環状ロール部４０ｂがピストン本体３１と締付けリング４２との間で上下にうねるようにかつ全周に亘って略均等に大きく撓むことで、ピストン本体３１の上下方向の変位に対して大きな可撓性を有する。また、ダイヤフラム４０がピストン本体３１を挟む左右両側のロール部４０ｂにおいて反対向きに撓むことによって、ピストン本体３１は水平方向の任意の軸の周りに容易に揺動するようになっている。一方、ダイヤフラム４０はピストン本体３１の水平方向の変位に対しては可撓性が極めて小さく、このため、ピストン３０は水平方向には殆ど変位しないことになる。

　ピストン本体３１の下端面３１ｃには、その内周側から略鉛直下方に向かって延びるように、円筒状のピストンウエル３２（延出部）が取付けられている。このピストンウエル３２は、ピストン本体３１と同じアルミニウム合金製であり、その上端部がやや縮径されて、ピストン本体３１の中心孔３１ａに螺入される縮径部３２ａとされている。そして、この縮径部３２ａの外周に螺設された雄ネジが中心孔３１ａの内周に螺設された雌ねじと螺合することにより、ピストンウエル３２の上端側がワッシャ４１と共にピストン本体３１に対して強固に締結されている。また、ピストンウエル３２の縮径部３２ａの先端がピストン本体３１の中心孔３１ａ内に突出し、ピストンウエル３２の中空部３２ｂの上端が中心孔３１ａに連通する一方、中空部３２ｂの下端は円盤状の鋼製キャップ３３により閉止されており、このキャップ３３の上面には、後述の如くサポートロッド３４の下端部を支持するために、表面硬度を高める熱処理加工が施されたウエルスラグ３３ａが形成されている。

　一方、ピストン本体３１の上方には、搭載盤３と接するトッププレート５０（荷重受部材）がピストン本体３１から離間して配置されている。このトッププレート５０は、例えばアルミニウム合金等の鋼材により、各辺が前後左右方向に臨む略矩形板状に形成され、アイソレータ２のインナケーシング２０の天井部をなす。トッププレート５０の前後左右の外縁の中央部には、それぞれ下方に垂下するように中央部に円状の開口６１が形成された略十文字状のサイドプレート６０，６０，…の上縁がボルトにより着脱可能に締結されていて、その各サイドプレート６０，６０，…の下縁がベースプレート１０の切欠き部１２の底面付近まで延びている。また、周方向に相隣接するサイドプレート６０，６０は、互いにボルトにより着脱可能に締結され連結されている。

　本実施形態では、上下方向の空気ばねＳ１における空気ばねとしていわゆるドームジンバルピストンが採用されている。具体的には、トッププレート５０を支持するサポートロッド３４の上端部には、厚肉の円盤状の転動子３５が配設され、この転動子３５の上面が球面状とされていて、そこにトッププレート５０の下面略中央部（詳細には、トッププレート５０の下面略中央部に配設された、転動子３５の上面を受けるための当接部材３６）が当接して転動自在に支持されている。なお、転動子３５は、トッププレート５０の下面に締結されたリング部材３７の内部に配設されている。

　このサポートロッド３４は、ピストン本体３１の中心孔３１ａ及びピストンウエル３２の中空部３２ｂを貫通して略鉛直下方に延びていて、その下端部に配設された鋼球３７がウエルスラグ３３ａに転動自在に当接している。さらに、図示省略するが、サポートロッド３４の下端側には、芯体の埋設されたゴム弾性リングが外挿されて、サポートロッド３４の下端部を常に軸線Ｚ上に位置付けるようになっている。つまり、トッププレート５０は、転動子３５及びサポートロッド３４を介してピストンウエル３２の底部に枢支され、ピストン本体３１に対して水平方向の任意の軸の周りに回動自在になっている。

　そして、空気室２３に適正な空気圧が供給されている状態では、トッププレート５０の下面がその下方の締付けリング４２の上面から離間して上下に対向した状態になる一方、例えば空気室２３の空気が抜けて、空気圧が大幅に低下したときには、トッププレート５０の下面が締付けリング４２の上面に当接して、締付けリング４２を介してインナケーシング２０により支持される状態となる。

　上述したように、本実施形態のアイソレータ２は、トッププレート５０やピストン本体３１が略一体として上下方向に変位するように、上下方向の空気ばねＳ１により支持されるとともに、そのトッププレート５０が転動子３５及びサポートロッド３４によりピストン本体３１に対し枢支され、かつピストン本体３１がダイヤフラム４０により揺動自在に支持されていて、それらトッププレート５０、転動子３５、サポートロッド３４及びピストン本体３１によっていわゆるドームジンバルピストンが構成されている。これにより、空気ばねの特性として、その軸方向である上下方向の振動に関しては、固有振動数が略０．７～１．５Ｈｚと極めて低い周波数域に現れるとともに、広い周波数領域に亘り優れた除振性能が得られる。

　また、上下方向の空気ばねＳ１においては、水平方向の振動に対しピストン本体３１の揺動運動のみならず、トッププレート５０と転動子３５との間の転動運動によっても振動が吸収されることになり、このことで、アイソレータ２の水平方向のばね特性がより一層、柔らかなものとなって、除振性能のさらなる向上が図られる。

　水平方向の振動に対しては、インナケーシング２０及びサポートロッド３４が水平方向に変位すると、ピストン本体３１がダイヤフラム４０により保持されつつ、水平方向の任意の軸の周りに揺動し、これにより振動が吸収されることになる。この際、そのピストン本体３１のダイヤフラム４０による保持位置よりも、サポートロッド３４の下端部がウエルスラグ３３ａに枢支されている位置の方が低いことから、ダイヤフラム４０のばね特性は非常に柔らかなものとなり、このことで、アイソレータ２による水平方向の除振性能が上下方向と同様に優れたものとなる。

　また、上記のように揺動するピストン本体３１に対して、サポートロッド３４を介して作用する上下方向の荷重（軸方向荷重）は、ピストン本体３１の揺動を抑止して、中立の状態に戻そうとする復元力となる。そして、その復元力によってピストン本体３１が中立の状態に戻されて、サポートロッド３４が鉛直方向に延びる状態になると、トッププレート５０も水平方向に変位する以前の所定の原点位置に戻ることになる。つまり、このアイソレータ２は、上下方向の空気ばねＳ１のドームジンバルピストンが弾性部材等のばね力によるものとは異なる機構学的なセルフセンタリング作用を有し、このことで、所要の位置決め精度が得られるものである。

　（水平方向の空気ばねの構成）
　本実施形態のアイソレータ２では、後述するアクティブ制振制御のためのアクチュエータとして、上下方向の空気ばねＳ１におけるインナケーシング２０の前後左右の外周面部にそれぞれ水平方向の空気ばねＳ２，Ｓ２，…が１つずつ配設されて着脱可能に取り付けられている。空気ばねＳ２は、機能的にまとまった一部分になるように、モジュール化されている。

　空気ばねＳ２は、搭載盤３を水平方向に支持するものであり、軸方向外側端面の中央部に軸方向外方に向かって開口する凹部２１０が形成された有底無蓋円筒状のアウタケーシング２００（凹部形成部材）と、凹部２１０の開口２２０近傍に配置されたピストン３００と、ピストン３００と凹部２１０の開口２２０周縁との間を閉塞して空気室２３０（気体室）を区画するダイヤフラム４００と、を有する。

　アウタケーシング２００は、空気ばねＳ１におけるインナケーシング２０と同様に、例えばアルミニウム合金等のブロックを削り出すことで形成されている。アウタケーシング２００は、無底無蓋円筒状の筒部２４０と、この筒部２４０の軸方向内側端部の外周面に一体的に形成された円環状のフランジ部２５０と、筒部２４０の軸方向内側に連続して配設され、筒部２４０よりも外径が小さい有底無蓋円筒状の嵌合凸部２６０と、から構成される。筒部２４０の外径は、サイドプレート６０の開口６１の開口径よりも小さい。筒部２４０は、サイドプレート６０の開口６１に挿通されている。フランジ部２５０の外径及び厚さは、それぞれインナケーシング２０の嵌合凹部２８の外側部分２８ａに嵌合可能な大きさである。フランジ部２５０には、ボルト（図示省略）が挿通されるボルト孔２５１が周回りに等間隔で複数形成されている。そして、このボルト孔２５１に挿通されたボルトが嵌合凹部２８の段部２８ｂに形成された螺合孔２８ｄと螺合することにより、フランジ部２５０がインナケーシング２０に対して締結される。嵌合凸部２６０の外径及び厚さは、それぞれインナケーシング２０の嵌合凹部２８の内側部分２８ｃに嵌合可能な大きさである。

　アウタケーシング２００の凹部２１０は、軸方向視で円状に形成されている。これにより、アウタケーシング２００軸方向外側端面の中央部に開口２２０が形成され、この開口２２０によって凹部２１０が外部に開放されている。

　アウタケーシング２００の開口２２０に内挿され、かつ、サイドプレート６０の後述するカバーキャップ６２から左右方向に離間するように、上下方向の空気ばねＳ１と同様の中心孔３１０ａを有するピストン本体３１０が配置されている。この各ピストン本体３１０と凹部２１０の開口２２０周縁との間には円環状のダイヤフラム４００が配設されている。即ち、ダイヤフラム４００及びピストン本体３１０によりアウタケーシング２００の開口２２０周縁との間が閉塞されて、その内部（即ち凹部２１０）に空気室２３０が区画されており、この空気室２３０に臨むピストン本体３１０の受圧面３１０ｂ（軸方向内側端面）が空気圧を受けることにより、水平方向の荷重を支持する水平方向の空気ばねＳ２が構成されている。

　ピストン本体３１０の受圧面３１０ｂにはワッシャ４１０によりダイヤフラム４００の内周フランジ部４００ｃが固着されている一方、ダイヤフラム４００の外周フランジ部４００ａはアウタケーシング２００の上面と締付けリング４２０とにより挟持されていて、ピストン本体３１０の外周と締付けリング４２０との中間に、ダイヤフラム４００の円環状ロール部４００ｂが位置している。そして、その円環状ロール部４００ｂがうねるように撓み変形することによって、ピストン本体３１０は軸方向である前後方向又は左右方向に大きく変位し、かつその軸方向に直交する任意の軸の周りに揺動するようになっている。また、ピストン本体３１０には、その軸方向である前後方向又は左右方向に延びるように有底無蓋円筒状のピストンウエル３２０（延出部）が取り付けられていて、その中空部３２０ｂとピストン本体３１０の中心孔３１０ａとが連通していてピストンウエル３２０の底面にウエルスラグ（図示省略）が形成されている。

　一方、ピストン本体３１０の軸方向外側には、サイドプレート６０の開口６１を覆うカバーキャップ６２（荷重受部材）がピストン本体３１０から離間して配置されている。このカバーキャップ６２は、例えばアルミニウム合金等の鋼材により、軸方向内方に向かって開口する略有底円筒状に形成され、その中空部６２ａにアウタケーシング２００の軸方向外側端部、具体的にはサイドプレート６０の開口６１から軸方向外側に突出するアウタケーシング２００の部分が収容されている。カバーキャップ６２は、その軸方向内側端面においてサイドプレート６０外面の開口６１外周縁部にボルトにより着脱可能に締結されている。そして、アイソレータ２は、トッププレート５０にサイドプレート６０及びカバーキャップ６２が取り付けられた完成状態では、略直方体状になっている。

　カバーキャップ６２底面の中央部には、その軸方向である前後方向又は左右方向に延びるサポートロッド３４０（支持柱）の軸方向外側端部が着脱可能に締結されており、上下方向の空気ばねＳ１と違って、転動子３５が介設されていない。即ち本実施形態では、水平方向の空気ばねＳ２における空気ばねとしていわゆるジンバルピストンが採用されている。

　このジンバルピストンでは、ピストンウエル３２０の中空部３２０ｂを貫通してピストンウエル３２０と同軸に水平方向に延びるサポートロッド３４０が配置され、このサポートロッド３４０の基端部がサイドプレート６０のカバーキャップ６２に締結される一方、サポートロッド３４０の先端には前記ウエルスラグに回動自在に当接されるように鋼球３７０が配設されるとともに、ゴム弾性リング（図示省略）が外挿されている。

　水平方向の空気ばねＳ２のその他の構成は、上下方向の空気ばねＳ１とほぼ同様である。

　以上、要するに、水平方向の空気ばねＳ２においては、サイドプレート６０の開口６１を覆うカバーキャップ６２がサポートロッド３４０を介してピストンウエル３２０の底部に枢支されていて、ピストンウエル３２０と一体のピストン本体３１０がダイヤフラム４００により揺動自在に保持されており、これらのカバーキャップ６２、サポートロッド３４０及びピストン本体３１０により、ジンバルピストンが構成されている。そして、空気室２３０に適正な空気圧が供給されている状態では、カバーキャップ６２及びピストン本体３１０は略一体として空気ばねＳ２の軸方向である前後方向又は左右方向に支持されて、その軸方向に関して極めて柔らかなばね特性が得られるとともに、上下方向の空気ばねＳ１と同様に、ジンバルピストンの機能によって、軸直交方向である上下方向や左右方向（又は前後方向）についても極めて柔らかなばね特性が得られ、これにより、優れた除振性能が得られるものである。

　さらに、水平方向の空気ばねＳ２において、揺動するピストン本体３１０に対しサポートロッド３４０から作用する軸方向の荷重は、ピストン本体３１０の揺動を抑止して中立の状態に戻そうとする復元力となるから、この水平方向の空気ばねＳ２も前記した上下方向の空気ばねＳ１と同様に機構学的なセルフセンタリング作用を有し、これにより所要の位置決め精度を得られるものである。

　なお、本実施形態では、上下方向の空気ばねＳ１にドームジンバルピストンが採用されているため、水平方向のばね定数が低下することによって、水平方向の復元力も低下することになるが、例えば左右方向については左右方向の空気ばねＳ２，Ｓ２により復元力を得ることができるので、位置決め精度は十分に高くなる。また、除振台Ａの４つのアイソレータ２，２，…のうち、２つのアイソレータ２，２については左右方向に一対の空気ばねＳ２，Ｓ２を備えるものとし、また、残りの２つのアイソレータ２，２については前後方向に一対の空気ばねＳ２，Ｓ２を備えるものとすれば、除振台Ａとしては水平方向全体に過不足のない位置決め精度を得ることができる。

　以上のように構成される空気ばねＳ２は、アウタケーシング２００、ピストン３００及びダイヤフラム４００を有する１つの単位としてモジュール化されている。このモジュール構造には、サイドプレート６０と、カバーキャップ６２と、このカバーキャップ６２に取り付けられたサポートロッド３４０が含まれない。

　（水平方向の空気ばねの着脱工程）
　次に、図４を参照しながら、水平方向の空気ばねＳ２，Ｓ２，…を上下方向の空気ばねＳ１に対して着脱する工程を説明する。

　まず、空気ばねＳ２におけるアウタケーシング２００のフランジ部２５０及び嵌合凸部２６０を、それぞれ空気ばねＳ１におけるインナケーシング２０の外周面部（基部２４の側壁部２５）に形成された嵌合凹部２８の外側部分２８ａ及び内側部分２８ｃに嵌合させる。この嵌合状態で、フランジ部２５０をそのボルト孔２５１に挿通させたボルトにより嵌合凹部２８の段部２８ｂに形成された螺合孔２８ｄと螺合する。以上の工程により、空気ばねＳ２を空気ばねＳ１に取り付けることができる。

　次いで、カバーキャップ６２及びサポートロッド３４０が取り付けられたサイドプレート６０を、その開口６１にアウタケーシング２００が挿通された状態でトッププレート５０に締結する。そして、周方向に相隣接するサイドプレート６０，６０を、互いにボルトにより締結する。以上の工程により、アイソレータ２を組み立てることができる。

　一方、空気ばねＳ２を空気ばねＳ１から取り外す場合は、上記の工程とは逆の工程を経ればよい。

　以上のように、アイソレータ２は、必要に応じてインナケーシング２０の外周面部に水平方向の空気ばねＳ２が着脱されるようになっている。

　（空気圧の制御）
　この実施形態に係る精密除振台Ａは、上述の如く４つのアイソレータ２，２，…によって床からの振動の伝達を防ぐだけでなく、その各アイソレータ２，２，…における空気ばねＳ１，Ｓ２の圧力をコントローラ７０により制御して、搭載盤３に対し上下方向及び水平方向の制御振動を積極的に付加することにより、搭載盤３上の機器から発生する振動を能動的に抑制できるようにした、いわゆるアクティブ制振機能を有するものである。

　即ち、各アイソレータ２には、図５に模式的に示すように、トッププレート５０の上下方向の変位及び加速度をそれぞれ検出する非接触式変位センサ７１及び加速度センサ７２と、同様にサイドプレート６０の水平方向の変位及び加速度をそれぞれ検出する変位センサ７３及び加速度センサ７４とが配設されていて、各センサ７１～７４からの出力信号がそれぞれコントローラ７０に入力される。一方、コントローラ７０からの制御信号はアイソレータ２の各空気ばねＳ１，Ｓ２，…毎のサーボ弁７５，７５，…に出力され、この制御信号を受けた各サーボ弁７５の作動により、各空気ばねの空気室２３，２３０，…への空気の給排流量がそれぞれ調整されて、該各空気ばねの圧力が速やかに変更されるようになっている。尚、図示しないが、サーボ弁７５は、圧搾空気を貯留するリザーバタンクに接続されており、同様に該リザーバタンクに接続された電動ポンプの作動により、リザーバタンク内の空気圧が所定値に維持されるようになっている。

　（効果）
　以上のように構成されるアイソレータ２によれば、水平方向の空気ばねＳ２のアウタケーシング２００は、上下方向の空気ばねＳ１のインナケーシング２０に凹設されるのではなく、その外周面部に取り付けられるため、インナケーシング２０で区画される、上下方向の空気ばねＳ１の空気室２３の容積を大きくすることができる。また、アウタケーシング２００は、インナケーシング２０に対して、外方に突出した突起部として一体に形成されるのではなく、その外周面部に着脱可能に取り付けられるため、加工時の材料歩留りの悪化が抑制される（加工性の向上）。以上より、加工時の材料歩留まりが悪化することを抑制しながら、上下方向の空気ばねＳ１の空気室２３の容積を大きくすることができる。また、インナケーシング２０の共通化によって上下方向の空気ばねＳ１の共通化が可能になるため、上下方向の空気ばねＳ１の生産性の向上や製品納期の短縮化を図ることができる。

　水平方向の空気ばねＳ２は、インナケーシング２０の外周面に形成された嵌合凹部２８に嵌合されて取り付けられるため、その取付強度が高くなる。

　また、水平方向の空気ばねＳ２は、モジュール化されているため、その着脱が簡単かつ確実になる。また、水平方向の空気ばねＳ２自体が機能的にまとまった一部分になるため、水平方向の空気ばねＳ２を単独で製品として使用することが可能になる。これらにより、アイソレータ２の仕様に応じて水平方向の空気ばねＳ２の取付数が選択可能になる。また、アイソレータ２の製品据付後であっても必要に応じて水平方向の空気ばねＳ２の取り付け、交換又は取り外しが可能になる。

　水平方向の空気ばねＳ２における空気ばねとしていわゆるジンバルピストンが採用されているため、上下方向の固有振動数を十分に低くすることができる。

　（その他の実施形態）
　上記各実施形態では、上下方向の空気ばねＳ１におけるインナケーシング２０の外周面には、嵌合部として、嵌合凹部２８が形成されているが、これに限らず、水平方向の空気ばねＳ２の軸方向内側端部に嵌合凹部が形成されていて、該嵌合部として、外方に突出し、かつ該嵌合凹部に嵌合可能な嵌合凸部が形成されてもよい。

　上記各実施形態では、水平方向の空気ばねＳ２の荷重受部材として、サイドプレート６０の開口６１を覆うカバーキャップ６２がピストン本体３１０から離間して配置されているが、これに限らず、該荷重受部材として、サイドプレート６０が直接ピストン本体３１０から離間して配置されてもよい。

　上記各実施形態では、水平方向の空気ばねＳ２は、前後左右に１つずつ取り付けられているが、これに限らず、仕様に応じて空気ばねＳ２の取付数を決定すればよい。例えば、空気ばねＳ２を１つ、２つ又は３つ取り付けても、１つも取り付けなくてもよい。また、空気ばねＳ２を２つ取り付ける場合、水平方向に互いに中心軸が略一致するように対向配置されても、中心軸が略直交するように配置されてもよい。

　上記各実施形態では、アクティブタイプのものであるが、パッシブタイプのものであってもよく、そのいずれについても、上下方向及び水平方向の空気ばねＳ１，Ｓ２としてジンバルピストン又はドームジンバルピストンのいずれかを備えるものとしても、いずれも備えないものとしてもよい。

　空気ばねＳ１，Ｓ２の代わりに、例えば窒素ガス等を充填した気体ばねを用いることも可能である。

　上記各実施形態では、４個のアイソレータ２，２，…を用いて除振台Ａを構成するようにしているが、これに限らず、例えば、半導体製造装置等の防振支持のために、それらの装置に合わせて専用に設計した搭載盤を３～４本のアイソレータ（除振装置）により支持する構成としたり、或いは、クリーンルームのグレーチング床へ埋め込む可動床を同様にアイソレータにより支持する構成とすることもできる。

　本開示は、気体ばね式除振装置等に適用することができる。

Ａ　　　　　　　　精密除振台
Ｓ１，Ｓ２　　　　空気ばね（気体ばね）
２　　　　　　　　アイソレータ（気体ばね式除振装置）
３　　　　　　　　搭載盤（被支持体）
１０　　　　　　　ベースプレート
２０　　　　　　　インナケーシング（凹部形成部材）
２１，２１０　　　凹部
２２，２２０　　　開口
２３，２３０　　　空気室（気体室）
２８　　　　　　　嵌合凹部（嵌合部）
３０，３００　　　ピストン
３１，３１０　　　ピストン本体
３１ａ，３１０ａ　中心孔
３２，３２０　　　ピストンウエル（延出部）
３３ａ　　　　　　ウエルスラグ（延出部の底部）
３４，３４０　　　サポートロッド（支持柱）
３５　　　　　　　転動子
３７，３７０　　　鋼球
４０，４００　　　ダイヤフラム
５０　　　　　　　トッププレート（荷重受部材）
６０　　　　　　　サイドプレート
６２　　　　　　　カバーキャップ（荷重受部材）
２００　　　　　　アウタケーシング（凹部形成部材）

Claims

　被支持体を上下方向に支持する上下方向の気体ばねと、該被支持体を水平方向に支持する水平方向の気体ばねと、を備える気体ばね式除振装置であって、
　前記上下及び水平方向の各気体ばねは、それぞれ、
　外方に向かって開口する凹部が形成された凹部形成部材と、
　前記凹部の開口近傍に配置されたピストンと、
　前記ピストンと前記凹部の開口周縁との間を閉塞して気体室を区画するダイヤフラムとを有し、
　前記水平方向の気体ばねは、前記上下方向の気体ばねにおける前記凹部形成部材の外周面部に着脱可能に取り付けられる気体ばね式除振装置。
　請求項１において、
　前記上下方向の気体ばねにおける前記凹部形成部材の外周面には、前記水平方向の気体ばねが嵌合可能な嵌合部が形成されている気体ばね式除振装置。
　請求項１又は２において、
　前記水平方向の気体ばねは、モジュール化されている気体ばね式除振装置。
　請求項１～３のいずれか１項において、
　前記水平方向の気体ばねの前記ピストンは、
　その中心軸の方向で相対的に前記凹部から遠くなる一側に配置された荷重受部材と、
　前記荷重受部材から軸方向他側に離間し、かつ中心軸に直交する方向の任意の軸周りに揺動可能に前記ダイヤフラムにより弾性的に保持された筒状のピストン本体部材とを有し、
　前記荷重受部材から前記ピストン本体部材の中心孔を貫通するように軸方向他側に向かって延びる支持柱が設けられる一方、
　前記ピストン本体部材には、前記支持柱を囲むように軸方向他側に向かって延びる有底筒状の延出部が設けられ、
　前記延出部の底部に前記支持柱の先端部が転動自在に当接して枢支されている気体ばね式除振装置。