JPH08504255A - 防振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 全方向防振懸架装置（１０）は幾つかの複合絶縁装置（１２）を含み、絶縁装置は絶縁すべき物体をペイロードプラットフォーム（１４）に弾性的に支持する。各々の複合絶縁装置（１２）は水平方向運動絶縁装置に作動連結された垂直運動絶縁装置を含む。垂直運動絶縁装置は支持ばね（１８）を含み、このばねは中央ハブ組立体（２０）およびベースプラットフォーム（２２）に連結される。ばね（１８）は、中央ハブ組立体（１８）とペイロードプラットフォーム（１４）との間に作動連結されている水平運動絶縁装置を経て中央ハブ組立体に伝達されるペイロード重量を支持する。負の剛性機構も中央ハブ組立体（２０）に連結されており、ばね（１８）の正の剛性に対して逆作用する。水平運動絶縁装置は円筒ロッドとされた３つの可撓ビーム支柱（３６）を含み、これらは垂直運動絶縁装置に作動連結される。

Description

【発明の詳細な説明】 防振装置 関連出願 本願は「防振装置」と題して１９９１年５月３１日付け出願された関連出願第 ０７／７０８９９５号の一部継続出願であり、該出願は「減衰防振装置」と題し て１９９１年４月８日付け出願された出願第０７／６８１８０８号の一部継続出 願であり、該関連出願は「防振装置」と題して１９８９年８月１６日付け出願さ れた関連出願第３９５０９３号の一部継続出願である。 発明の背景 発明の分野 本発明は一般に物体とベースとの間で振動運動の伝達を防止および低減させる ための懸架装置および方法に係わり、更に詳しくは、装置の共振応答性を制限す るために低剛性高減衰性を示し、高振動数での防振、防振装置の高共振振動数で の防振に有効であり、防振装置の性能を大きく低下させることなく重量負荷変化 を許容できる小型の全方向の防振装置すなわち懸架装置に関する。関連技術の説明 運動検出機器および装置に発生する望ましくない振動によって生じる問題が広 く調査され、振動運動の伝達を防止または低減させる数多くの解決策が提案され て開発されてきた。物体とその周囲との間の望ましくない振動伝達を低減するよ うに設計された一般に防振装置すなわち懸架装置と称される装置の多くは、様々 な材料で作られた弾性パッド、各種形式の機械的ばねおよび空気式装置のような 要素を様々に組み合わせて使用している。しかしながら、特に従来技術の防振装 置には、低い装置固有振動数を得ることを阻止し、高振動数において高い防振性 能を与える一方で共振振動数を低く制限することを阻止する欠点および不利益が ある。 従来技術の装置のこれらの欠点および不利益は、新規の防振装置、および本出 願人の１９８９年８月１６日付けで出願された「防振装置」と題する特許願第 ０７／３９５０９３号に記載されている既存の防振装置、本出願人の１９９１年 ４月８日付けで出願された「減衰防振装置」と題する特許願、および１９９１年 ５月３１日付けで出願された「防振装置」と題する関連出願第７０８９９５号を 改善する新規な装置および方法の本出願人による開発を通じて対処されるのであ り、これらの全ての特許願は参照することでここに組み入れられる。本出願人の ３つの特許願に記載され且つ本発明に関連して使用される特定の防振装置は、軸 線方向（一般にペイロード荷重の方向）およびこの軸線方向を実質的に横断する あらゆる方向（一般に水平方向）の剛性を低くすることで多方向防振性を与える 。この特定装置は、全方向の防振を行うために軸線方向に直列に互いに連結する ことのできる絶縁装置（防振装置）の組み合わせを使用する。各絶縁装置は、全 方向に関する振動を効果的に絶縁するために、あらゆる振動運動をする軸線方向 または横方向の部材を絶縁するように設計されている。以下の説明で、軸線方向 の絶縁装置は垂直運動絶縁装置と称され、軸線方向の運動絶縁装置の装置系は垂 直運動絶縁装置系と称される。同様に、横方向の運動絶縁装置は水平運動絶縁装 置と称され、横方向運動絶縁装置の装置系は水平運動絶縁装置系と称される。 本出願人の関連出願に記載された実施例では、絶縁装置はそれ自体を、または その一部を形成する特定の弾性構造体に荷重を加えて（荷重は支持重量または外 部の荷重付与機構で与えられる）、弾性構造体の弾性不安定点に近づけることを 基本としている。この弾性不安定点に近づくまでの荷重の付与は、構造体の「臨 界座屈荷重」とも呼ばれており、絶縁装置の垂直方向または水平方向の剛性を実 質的に低減させて、垂直方向および水平なあらゆる向に低剛性（ゼロかほとんど ゼロとされる）の絶縁装置系を作り上げるとともに、構造体の固有の減衰性を高 める。剛性が低減されても、これらの絶縁装置はペイロード重量を支持する能力 を保持する。 不安定性の弾性構造体にかかる荷重が臨界座屈荷重より大きいと、過剰荷重は 構造体を座屈形状となるように推し進めて、「負の剛性」すなわち「負のばね定 数」機構を生じるようにする傾向を示す。負の剛性機構にばねを組み合わせて、 負の剛性が正のばね剛性を打ち消す、またはほぼ打ち消すように調整することに より、弾性不安定点またはその近くに設定することのできる装置を得ることがで きる。負の剛性を生じる荷重の強さは調整することができ、これにより特定の所 望剛性に「微調整」することのできる絶縁装置が作り出される。 発明の概要 本発明は、本出願人の先願に記載された防振装置の性能を改良するとともに、 一層小型の形状にするための新規な手段を提供する。本発明によれば、絶縁装置 の内部構造の共振振動数は十分に高くされ、絶縁装置は垂直方向および水平方向 に同じ小さな剛性を与えるとともに低い装置共振振動数を与え、これにより高い 振動数での性能が改良される。本発明はまた、中央ハブに連結された半径方向可 撓部材を有する垂直運動絶縁装置と、中央ハブに作動連結された１つ以上の水平 運動ビーム支柱絶縁装置とで構成された複合絶縁装置の性能を、中央ハブのベー スに対するあらゆる水平軸線のまわりの回転剛性を高めることで改良し、これに よりビーム支柱のための一層安定したプラットフォームを形成するとともに、垂 直運動絶縁装置および水平運動絶縁装置の間の良好な遮断を与える。 本発明はまた、垂直運動絶縁装置の自由移動容量を超えることなく、ウェーハ ステッパーおよび座標測定機のような可動ステージを備えた機器および他の応用 例において生じるような、絶縁された物体重量の一層大きな再分配を受動的に受 入れる手段を提供する。この手段は、絶縁物体重量の再分配によって生じるモー メントに対する絶縁物体の揺れ変位を制限するために、あらゆる水平方向軸線の まわりの絶縁装置の回転すなわち揺れ剛性の修正を含む。 本発明はまた、様々な重量荷重を受入れるため、また上限および下限ストッパ ーの間で絶縁装置の位置を調節するためにペイロード支持ばねのベースを昇降さ せる調節ナットを使用した垂直運動絶縁装置の性能を改善する。 本発明により作られる典型的な垂直運動絶縁装置は、ペイロード手段および負 の剛性機構を支持するためにばね手段を使用するのであり、ペイロード手段は中 央ハブに内端部で連結された半径方向に圧縮された半径方向可撓組立体を含んで なる。ばね手段は中央ハブおよびベースの間に連結される。半径方向可撓組立体 の少なくとも１つの外端部は連結ブロックに連結され、連結ブロックは半径方向 の圧縮荷重を与える。半径方向可撓組立体の各々は垂直方向に間隔を隔てられた 平坦ばね部材の箇所に少なくとも２つの半径方向可撓部材を含み、また荷重付与 可撓組立体の各々は半径方向に間隔を隔てられた少なくとも２つの荷重付与可撓 部材すなわち平坦ばね部材を含む。荷重付与可撓部材の各々の一端部は連結ブロ ックに連結され、他端部はベースに連結される。垂直方向に比較的高剛性を有し てあらゆる水平方向に低剛性を有する弾性構造体を含んでなる水平運動絶縁装置 は、中央ハブとペイロードとの間に連結される。 垂直方向に間隔を隔てた半径方向可撓部材および半径方向に間隔を隔てた荷重 付与可撓部材が連結ブロックで連結されて組み合わされて絶縁構造体を形成して おり、この絶縁構造体の剛性はベースに対する中央ハブの垂直方向の移動に関し て比較的に低く、連結ブロックの半径方向の撓みに対する荷重付与可撓部材の剛 性は比較的に低く、半径方向可撓部材にほぼ一定の非常に一定した半径方向力お よびほぼ一定の非常に一定した負の剛性作用を保持するようになす。しかしなが ら、この絶縁構造体はベースに対する中央ハブの回転または水平方向の移動に対 しては非常に剛性的であり、これらの変形モードに関連して絶縁装置の共振振動 数を非常に高くし、また非常に高い振動数まで絶縁装置系の伝達作用がほぼ理想 的なｌ自由度系の作用に近づくことを生じ、これにより本発明による防振装置の 高振動数絶縁性能が改良される。 ベースに対する中央ハブの回転または水平方向の移動に対して本発明の垂直運 動絶縁構造体の剛性が高いことは、１つ以上のビーム支柱のような中央ハブに作 動連結された水平運動絶縁装置のためのプラットフォームを一層安定させ、全方 向の複合絶縁装置を作り出す。 本発明により作り出された複合絶縁装置の１つの特定の形態において、垂直運 動絶縁装置は、中央ハブとベースプラットフォームとの間に連結されてペイロー ド重量を支持するコイルばねと、中央ハブに連結されてこのコイルばねから剛性 を取り除く負の剛性機構とを使用する。負の剛性機構は、１８０゜ほど隔てられ た２つの半径方向可撓組立体を含み、１つの半径方向可撓組立体の外端部はベー スプラットフォームから上方へ延在した剛性支持支柱に連結され、また他の半径 方向可撓組立体の外端部は連結ブロックを介して荷重付与可撓部材組立体に連結 され、この組立体が半径方向の圧縮荷重を半径方向可撓組立体に伝達して、これ により負の剛性作用を生じる。 半径方向可撓組立体の各々は、２つの水平方向に間隔を隔てた対をなす半径方 向可撓部材を含み、これらの各対は中央ハブおよび外端部におけるスペーサブロ ックで垂直方向に間隔を隔てられた２つの半径方向可撓部材を含んでなる。荷重 付与可撓組立体は半径方向に間隔を隔てられた２つの荷重付与可撓部材を含み、 これらの可撓部材は片持ち支持されてベースプラットフォームから上方へ延在さ れ、上端部で１つの半径方向可撓組立体に取付けられている連結ブロックに対し て連結される。絶縁装置は、荷重付与可撓部材が下端部に比べて半径方向外方へ 変位されて可撓部材を曲げ変形させるとともに、半径方向圧縮荷重を半径方向可 撓組立体に伝達するようになされる。第３の可撓部材は、片持ち支持されてベー スプラットフォームから上方へ延在されるとともに、半径方向の撓みおよび半径 方向可撓組立体に伝達された半径方向力を変化させることのできる調節ねじを経 て連結ブロックに連結されて、これにより垂直運動絶縁装置の剛性を微調節する 手段を形成する。 コイルばねは上端部で中央ハブの一部である上側ばね支持部に取付けられ、下 端部で下側ばね支持部に取付けられており、下側ばね支持部はベースプラットフ ォームから上方へ延在するばね支持チューブを取囲み、該チューブによりガイド される。下側ばね支持部はスラスト軸受上に支持されており、このスラスト軸受 はばね支持チューブの外面のねじ溝に螺合される調節ナットに支持される。この 調節ナットはばねのベースを昇降させて、様々な重量負荷を受入れることができ るようになされており、また中央ハブをベースプラットフォームに対する均衡位 置、すなわち垂直運動絶縁装置の作動位置に保持するようになされている。コイ ルばねは、各端部で互いに巻かれている３つのコイルを有する。上側および下側 ばね支持部はばねの中に３つのコイルの距離だけ挿入され、ばねは両端部にてク ランプで支持部に固定されており、このクランプは３つのコイルを取囲んでそれ らを互いに剛性的にばね支持部にクランプ保持して、調節ナットが回転されると きにばねが支持部に対して移動することを防止する。下側ばね支持部は回転防振 装置に連結されており、この回転防振装置は支持部から半径方向外方へ延在した Ｕ形溝を有するプレートと、ベースプラットフォームから上方へ延在してＵ形溝 内に非常に小さな間隙を有して嵌合する支柱とを含んでなり、垂直方向に移動す るときに下側ばね支持部が回転することを防止するようになす。支持部に対する ばねの回転またはばねの移動は、特に負の剛性作用がばねの正の剛性に密接に近 づいて絶縁装置に非常に小さい正味の剛性を生じるとき、ばねの剛性に小さな変 化を、また絶縁装置の正味の剛性に大きな変化を生じる。 水平運動絶縁装置は垂直運動絶縁装置および物体と垂直方向に直列に作動連結 されており、これは支柱ベースプラットフォームおよび支柱頂部プレートの間に 連結された細いロッド形の可撓性の３つのビーム支柱を含む。支柱ベースプレー トは絶縁装置ベースプラットフォームより下方に位置され、中央支柱の底端部に 連結されており、中央支柱は上端部で上側ばね支持部に連結され、ばね支持チュ ーブおよびベースプラットフォームを通して下方へ延在されている。ビーム支柱 は絶縁装置ベースプラットフォームに形成されている開口を通過して、支柱ベー スプレートに連結され、また端部取付け部を通して支柱頂部プレートに連結され ている。間隔を隔てた半径方向の可撓部材および間隔を隔てた荷重付与片持ち部 によって中央支柱の曲げ剛性が高く、中央ハブの回転剛性が高い理由により、支 柱ベースプレートは垂直方向に容易に移動するように強制され、これにより水平 運動絶縁装置のための安定したベースを形成するとともに、垂直運動および水平 運動の絶縁装置を効果的に遮断する。平坦ばねの形態の可撓部材が支柱ベースプ レートと絶縁装置ベースプラットフォームとの間を作動連結して、水平運動およ び水平軸線のまわりの回転運動に抗して支柱ベースプレートを更に安定化させる とともに、絶縁構造体の共振振動数を高めるようにする。 支柱頂部プレートは縮径部を有するロッドの形をした頂部可撓部材を経て荷重 プレートに連結されて、全ての水平軸線のまわりで支柱頂部プレートに対する荷 重プレートの揺れ剛性を低くする一方、全ての水平方向での支柱頂部プレートに 対する荷重プレートの移動に関する剛性を高くする。荷重プレートはペイロード またはペイロードプラットフォームに取付けられる。この複合絶縁装置構造によ れば、この絶縁装置のような３つ以上の懸架装置系は６つの自由度の全てにおい て低い剛性、装置系の低い固有振動数、および効果的な防振を与える一方、絶縁 構造体の共振振動数を高く保持する。頂部可撓部材、またはペイロードと支柱頂 部プレートとの間に低い揺れ剛性および高い振動剛性を与える他の手段が無けれ ば、高い構造共振振動数（例えば１００Ｈｚを超える）を与えるための絶縁構造 体の剛性付与は装置系に高い揺れ振動数（ピッチまたはロール）を生じ、揺れ振 動入力に対する絶縁有効性を低下させる傾向を示す。 絶縁装置の揺れ剛性を高め、また装置系の垂直および水平方向の固有振動数に 対して装置系の揺れ固有振動数を高めることが有益となる応用例がある。例えば 物体重量を再分布させてペイロードの傾斜または揺れを生じるようなウェーハス テッパー、座標測定機および他の検査装置のような可動ステージをペイロードが 有する応用例の場合である。非常に低い振動数の６つの自由度の受動的絶縁装置 系は大きい重量再分布を許容することができない。何故ならば、絶縁装置が垂直 方向ストッパーに接触するように過剰な傾斜を生じるからである。頂部可撓部材 の揺れ剛性を高めることにより、またこれにより装置系の固有振動数を高めるこ とにより、重量再分布の許容量が増大する。揺れ振動入力は一般に垂直および水 平方向の振動入力よりも格段に低く、装置系の揺れ固有振動数の上昇は多くの場 合に防振装置の効果を著しく低減することはない。例えば、本発明に基づく複合 絶縁装置を使用した防振装置は、０．７５Ｈｚの垂直および水平方向の固有振動 数および２．０Ｈｚの揺れ固有振動数を与え、有用な範囲のステージ運動重量再 分布を許容することができる。垂直および水平方向の入力振動数に比べて揺れ入 力振動数が低いので、２０．Ｈｚの揺れ固有振動数は装置系の全体的な絶縁効果 を著しく低減することはない。 水平運動絶縁装置は、設計条件および制約に基づいて必要とされる範囲で、剛 性を低減する負の剛性ビーム支柱の作用を利用するように設計されることができ る。空間的な制約が小さな絶縁装置の高さおよび小さな支柱長さを要求するなら ば、また非常に低い剛性が要求されるならば、小型の設計で非常に低い剛性を得 るために、支柱は重量荷重が支柱の臨界座屈荷重に密接に接近するように設計さ れることができる。空間的制約が重要でないならば、多くの応用例に適するよう に長い支柱設計で重量荷重が支柱の臨界座屈荷重の僅かとされて、低剛性が達成 できる。この負の剛性作用が比較的小さな後者の設計は、水平方向の剛性が重量 荷重の変化に鈍感であるという利点を有する。 比較的高荷重の容量を有するストッパーは複合絶縁装置の垂直および水平方向 の撓みを制限して、一層敏感な部材、すなわち半径方向の可撓部材および支柱を 過負荷から保護し、これにより頑丈な絶縁装置を作り出す。ベースプラットフォ ームの高さ調節ねじは、絶縁装置およびペイロードプラットフォームの高さを調 節するように、またペイロードを絶縁装置に対して水平に位置決めするように作 用して、ペイロードプラットフォームに取付けられる荷重プレートの穴の中に水 平ストッパーピンを芯出しするようになされる。これは水平運動絶縁装置系の作 動位置である。垂直運動絶縁装置は重量荷重調節ナットで作動位置に調節され、 上側および下側の垂直ストッパーの間に適当な間隙を形成するようになす。 概して本発明は、小型で、絶縁構造体の共振振動数が高く垂直および水平運動 絶縁装置の間の遮断が良好という改良した性能を示し、また重量荷重の変化に対 する調節に対応する改良した性能を示す改良された垂直運動絶縁装置を提供し、 また例えば移動するステージによってペイロードに発生するような支持物体の大 きな重量再分布を受動的に許容する改良された一層小型の複合絶縁装置を提供す る。本発明の他の特徴および利点は、例として本発明の基本を図示する添付図面 と関連させて以下の詳細な説明から明白となるであろう。 図面の簡単な説明 第１図は本発明により作られた防振装置の１実施例の平面図； 第２図は第１図に示された実施例の線２−２に沿う部分的横断側面図； 第３図は第１図に示された実施例の第２図の線３−３に沿う部分的横断平面図 ； 第４図は第１図に示された実施例の第２図の線４−４に沿う部分的底面図であ る。 好ましい実施例の詳細な説明 図解のための図面に示されるように、本発明は幾つかの複合された垂直運動お よび水平運動の絶縁装置に支持されたペイロードプラットフォームを含んでなる 防振懸架装置に具現される。本発明により作られた複合絶縁装置は、絶縁装置内 部構造体の共振振動数を十分高くでき、また垂直運動および水平運動絶縁装置の 良好な遮断ができる。この防振懸架装置はペイロード重量の大きな低減を受動的 に許容できる。また、本発明により作られた垂直運動絶縁装置は、様々な重量荷 重を許容するために調節ナットが支持ばねのベースを昇降するように使用される とき、改良された性能を表す。本発明はまた、コイルばねのようなばねが垂直運 動絶縁装置における支持ばねとして使用されるとき、一層小型の複合絶縁装置構 造を提供する。 第１図は本発明により作られた絶縁装置系のｌ実施例を示している。この装置 系１０は、ペイロードプラットフォーム１４上にて絶縁されるべき物体（図示せ ず）を弾性的に支持するために、幾つかの新規な複合防振装置すなわち絶縁装置 １２を使用している。装置系１０では、このような３つの絶縁装置が基礎に対し てペイロードプラットフォーム１４を支持し、このペイロードプラットフォーム に支持された物体と基礎との間の全方向の振動の伝達を低減する。 第１図、第２図、第３図および第４図をここで参照すれば、複合絶縁装置の１ 実施例が示されている。この複合絶縁装置は、垂直運動絶縁装置が垂直方向に水 平運動絶縁装置と直列に作動連結構成されている。この垂直運動絶縁装置はコイ ルばねとされた支持ばね１８を含み、このばねは中央ハブ組立体２０とベースプ ラットフォーム２２との間に作動連結され、ベースプラットフォームは３つの位 置調節ねじ２４で基礎１６に連結されている。ばね１８は物体重量荷重を支持し ており、この荷重は中央ハブ組立体２０とペイロードプラットフォーム１４との 間に作動連結されている水平運動絶縁装置を経て中央ハブ組立体２０に伝達され る。負の剛性機構もまた中央ハブ組立体２０に連結され、ばね１８の正の剛性に 対して逆作用している。負の剛性機構は半径方向に圧縮された半径方向可撓組立 体２８および３０を含んでなり、これらの半径方向可撓組立体は内端部で中央ハ ブ組立体２０に連結されている。半径方向可撓組立体２８の外端部は剛性支持支 柱３２に連結され、この支柱はねじ２３でベースプラットフォーム２２に取付け られている。半径方向可撓組立体３０の外端部は荷重付与片持ち組立体３４の上 端部に連結され、この荷重付与片持ち組立体は下端部にてベースプラットフォー ム２２に取付けられて予め変形状態に組立てられ、これにより半径方向の圧縮荷 重を半径方向可撓組立体２８および３０に与えるようになされる。垂直運動絶縁 装置の正味の垂直方向の剛性は、半径方向可撓組立体２８および３０に十分大き な圧縮荷重を付与し、発生する負の剛性がばね１８の正の剛性をほぼ打ち消すよ うにすることで、非常に小さくできる。 水平運動絶縁装置は支柱ベースプレート３８と支柱頂部プレート４０との間に 作動連結された細い円筒形ロッドである３つの可撓ビーム支柱３６を含む。支柱 ベースプレート３８は剛性中央支柱４２に連結され、この剛性中央支柱は中央ハ ブ組立体２０の一部である上側ばね支持部４４に連結されており、これにより水 平運動絶縁装置のベースである支柱ベースプレート３８と垂直運動絶縁装置の頂 部である中央ハブ組立体２０との間に比較的剛性の連結を形成する。支柱頂部プ レート４０は傾斜可撓組立体４８を経て荷重プレート４６に連結され、この傾斜 可撓組立体は支柱頂部プレート４０と荷重プレート４６との間に比較的高い垂直 および水平方向の剛性を与え、また支柱頂部プレート４０と荷重プレート４６と の間に揺れ移動または傾斜移動（ピッチまたはロール）に対する比較的低い剛性 を与える。荷重プレートは、物体を支持するペイロードプラットフォーム１４に 剛性的に連結されている。水平運動絶縁性は、支柱ベースプレート３８に対する 支柱頂部プレート４０の水平移動に対して、ビーム支柱３６の剛性によりあらゆ る水平方向に与えられる。この水平方向の剛性は、ビーム支柱３６に荷重を付与 して臨界座屈荷重に近づけることにより非常に低く形成することができる。 傾斜可撓組立体４８の低い揺れ剛性は水平運動および垂直運動絶縁装置の低い 剛性とともに、全６つの自由度、すなわち３つの移動および３つの回転において 効果的な絶縁性を与える。傾斜可撓組立体４８の剛性は、垂直絶縁装置が垂直ス トッパーに接触することなく物体重量のより大きな再分布を許容するために、ま たは他の原因で付与されるモーメントに対する揺れ移動を制限するために、絶縁 装置およびその装置系の揺れ剛性を高めるように増大されることもできる。本発 明の他の特徴および利点は、第１図〜第４図に示されるような絶縁装置の形状お よび構造の詳細の完全な説明から明白となるであろう。 中央ハブ組立体２０は上側ばね支持部４４、中央ナットプレート５０、中央ス ペーサブロック５２、および中央クランププレート５４を含む。中央ナットプレ ート５０はねじ５６で上側ばね支持部４４に取付けられる。中央クランププレー ト５４および中央スペーサブロック５２はねじ５８で中央ナットプレート５０に クランプされ、ねじ５８はまた上側半径方向可撓部材６０を中央クランププレー ト５４と中央スペーサブロック５２との間にクランプし、下側半径方向可撓部材 ６２を中央スペーサブロック５２と中央ナットプレート５０との間にクランプし ている。 半径方向可撓組立体２８は、２つの上側半径方向可撓部材６０および２つの下 側半径方向可撓部材６２の部分であって、中央ハブ組立体２０内にクランプされ て、端部組立体６６へ延在してその内側にクランプされる部分を含む。端部組立 体６６は端部クランププレート６８および端部ブロック７０を含み、これらはね じ７２で支持支柱３２にクランプされる。 半径方向可撓組立体３０は２つの上側半径方向可撓部材６０および２つの下側 半径方向可撓部材６２の部分であって、中央ハブ組立体２０内にクランプされ、 片持ち連結組立体６４へ延在してその内側にクランプされる部分を含む。片持ち 連結組立体６４は、片持ち頂部クランププレート７４、片持ち底部ナットプレー ト７６、片持ちスペーサブロック７８、片持ち側部クランププレート８０および 片持ち側部ナットプレート８２を含む。ねじ８４により、２つの上側半径方向可 撓部材６０は片持ち頂部クランププレート７４と片持ちスペーサブロック７８と の間にクランプされ、また２つの下側半径方向可撓部材６２は片持ちスペーサブ ロック７８と片持ち底部ナットプレート７６との間にクランプされる。 荷重付与片持ち組立体３４は、２つの半径方向に間隔を隔てた平坦ばねとされ た荷重付与片持ち部８６および８８と、平坦ばねとされた調節用片持ち部９０と を含む。荷重付与片持ち部８６および８８は、上端部で片持ちスペーサブロック ７８により間隔を隔てられ、また片持ち側部クランププレート８０および片持ち 側部ナットプレート８２とともにねじ９２で片持ちスペーサブロック７８にクラ ンプされる。荷重付与片持ち部８６および８８は、下端部でベーススペーサブロ ック９４により間隔を隔てられ、ねじ９８でベース部クランププレート９６とと もにベースプラットフォーム２２にクランプされる。組立時において、端部組立 体６６および中央ハブ組立体２０が固定された後、また荷重付与片持ち部８６お よび８８がベースプラットフォーム２２に固定された後、しかし半径方向可撓部 材６０および６２を片持ち連結組立体６４に固定するねじ８４を緊締する前に、 所望される負の剛性作用を作り出すために、片持ち連結組立体６４は中央ハブ組 立体２０に対して半径方向外方へ移動されて片持ち部８６および８８を変形し、 定められた半径方向内方へ向かう圧縮荷重を半径方向可撓組立体２８および３０ に発生させるようにする。この半径方向圧縮荷重は、片持ち連結組立体６４を移 動させるために必要な力が取除かれたときに作用するようにされる。絶縁装置の 組立時には、片持ち連結組立体６４を移動させるために必要な力を付与すること に様々な技術を使用できる。例えば、端部組立体６６から片持ち連結組立体６４ を移動させるために、ねじジャッキを端部組立体６６と片持ち連結組立体６４と の間に配置できる。 調節用片持ち部９０はねじ１００でベースクランププレート９６にクランプさ れており、負の剛性作用したがってこれにより垂直運動絶縁装置の垂直方向の剛 性を調節するために、半径方向可撓組立体２８および３０に付加的な調節可能の 半径方向圧縮力を付与するために使用される。この調節力は垂直方向の剛性の調 節ねじ１０２を調節することで付与され、この調節ねじは、調節用片持ち部９０ に対して上端部付近で螺合連結され、片持ち側部クランププレート８０に対して 支持されて、調節用片持ち部９０の頂部を外方へ変位させて所望される調節のた めの半径方向圧縮力を発生させるようにする。 垂直運動絶縁装置の支持ばね１８は、上端部にて一緒に巻かれた３つのコイル １０４、１０６および１０８と、下端部にて一緒に巻かれた３つのコイル１１０ 、１１２および１１４とを有する。コイル１０４、１０６および１０８は、ねじ １１８を使用して上側ねじクランプ１１６で上側ねじ支持部４４にクランプされ る。コイル１１０、１１２および１１４は、ねじ１２４を使用して下側ねじクラ ンプ１２２で下側ねじ支持部１２０にクランプされる。下側ばね支持部１２０は 、ねじ付き外面１２８を有するとともにベースプラットフォーム２２に螺合され てロックナット１３０で固定されたばね支持チューブ１２６を取囲み、該チュー ブによりガイドされる。重量荷重調節ナット１３２は支持チューブ１２６に螺合 連結され、スラスト軸受１３４上に下側ばね支持部１２０を支持する。重量荷重 調節ナット１３２は、絶縁装置の様々な重量荷重に関して支持部１８のベースを 昇降させて中央ハブ組立体２０を作動位置に保持するようにするために使用され るのであり、この作動位置は半径方向可撓部材６０および６２が真っ直ぐな変形 さ れていない形状に近づけられ、垂直運動絶縁装置が上側および下側ストッパーの 間を遊動するような位置に対応する。スラスト軸受１３４は、調節ナット１３２ と下側ばね支持部１２０との間の直接的接触によって生じる調節ナット１３２と 下側ばね支持部１２０との間の摩擦および捩じり抵抗を減少させる。 ばね１８は、調節ナット１３２が作動されるときにばね１８とその支持部４４ および１２０との間の相対的な動きを防止するために、上側４４および下側支持 部１２０にクランプされる。支持部４４および１２０に対するばね１８の小さな 動きですらばね１８の有効剛性を変化させ、特に半径方向に圧縮された可撓部材 ６０および６２による負の剛性作用がばね１８の正の剛性に密接に近づいて絶縁 装置の垂直方向の剛性を非常に小さくしているときには、絶縁装置の正味の垂直 方向の剛性に大きな変化を生じさせる。ばね１８の捩じり変形もまたその有効剛 性および絶縁装置の正味の垂直方向の剛性を変化させる。調節ナット１３２が作 動されるときのばね１８のねじり変形を防止するために、回転防止装置１３６が 使用される。この回転防止装置１３６は、下側ばね支持部１２０にクランプされ 且つまたストッパー支柱１４２に係合するＵ形溝１４０を有した半径方向のプレ ート延長部１３８を含み、ストッパー支柱はベースプラットフォーム２２に固定 されてそこから上方へ延在して、非常に小さな間隙でスロット１４０内に嵌合す る。 中央支柱４２は上側ばね支持部４４の凹部１４４内に嵌合し、ねじ１４６で上 側ばね支持部４４に固定され、ねじ１４８で支柱ベースプレート３８に固定され る。ビーム支柱３６はその両端で取付け部１５０の中に締まり嵌めされる。取付 け部１５０はねじ１５２で支柱ベースプラットフォーム３８および頂部プレート ４０に固定される。 支柱頂部プレート４０はねじ穴１５６を備えたカップ部１５４を有しており、 そのねじ穴には傾斜可撓組立体４８の下端部が螺合されている。傾斜可撓組立体 ４８はねじ付き傾斜可撓ロッド１５８を含み、このロッド傾斜可撓部材として作 用する縮径部１６０を有する。ロッド１５８は支柱頂部プレート４０のカップ部 １５４の穴１５６の中に螺合され、ナット１６２で支柱頂部プレート４０に固定 される。傾斜可撓ロッド１５８は荷重プレート４６の穴１６４を通過し、ナット １６６および１６８で頂部プレート４６に固定される。 絶縁装置の垂直および水平方向の移動を制限するためにストッパーが備えられ る。２つのストッパー組立体１７０がブロック７０に連結されてそこから上方へ 延在しており、荷重プレート４６の水平移動および下方への移動を制限するため に水平運動および垂直運動ストッパーとして作用する。ストッパー組立体１７０ はブロック７０に螺合するねじ付き下端部（図示せず）、荷重プレート４６の下 方への移動を制限する六角部１７２、および六角部１７０の中央から上方へ突出 し、荷重プレート４６の水平移動を制限するように特定の半径方向間隙を有して 荷重プレート４６の穴１７６の中に入り込む円筒ピン１７４を有している。スト ッパー支柱１７８は片持ち連結組立体６４の中央から上方へ突出し、荷重プレー ト４６の下方への移動を制限するために第３の下側の垂直運動ストッパーとして 作用する。ストッパー支柱１７８は片持ち頂部クランププレート７４の穴１８０ を通過するねじ付きロッドとされており、片持ちスペーサブロック７８にねじ込 まれてロックナット１８２で固定される。中央支柱４２の底部のフランジ１８４ は、ばね支持チューブ１２６の底端部１８６と接触して垂直運動絶縁装置の上方 への移動を制限するストッパーとして作用する。 Ｌ形平坦ばねとされた底部可撓部材１８８は支柱ベースプレート３８と絶縁装 置ベースプレートとの間を作動連結し、絶縁装置内部構造体の共振振動数を高め るように作用する。（第４図を参照）可撓部材は３つの穴（図面に示されていな い）を有し、１つはＬ形の曲がり角１９０の位置、１つはＬ形の端部１９２の近 く、そして１つはＬ形の端部１９４の近くである。ねじ１４８は曲がり角１９０ の穴を通過して、可撓部材１８８をワッシャー１９６の間で支柱ベースプレート ３８に固定する。回転防止ストッパー支柱１４２は、下端部にねじを形成され、 ベースプラットフォーム２２の穴の中に固定され、またベースプラットフォーム ２２の底部を通り、底部可撓部材１８８の端部１９２の近くの穴を通って突出す る。ナット１９８はストッパー支柱１４２をベースプラットフォーム２２に固定 し、可撓部材１８８の端部１９２をワッシャー２００の間でベースプラットフォ ーム２２にクランプする。ねじ２０２は可撓部材１８８の端部１９４の穴を通過 して、可撓部１８８をワッシャー２０４の間でベースプラットフォーム２２に固 定する。底部可撓部材１８８は装置ベースプラットフォーム２２に対する支柱ベ ースプレート３８の水平方向の移動に対しては非常に剛性的であるが、絶縁装置 ベースプラットフォーム２２に対する支柱ベースプレート３８の垂直方向の移動 に対しては非常に可撓性である。 支柱ベースプレート３８および中央ハブ組立体２０は中央支柱４２を介して互 いに剛性的に連結されているので、絶縁装置ベースプラットフォーム２２に対し て互いに水平に振動する中央ハブ組立体２０、中央支柱４２および支柱ベースプ レート３８の組み合わされた質量は、重要な絶縁装置内部構造体の振動モードを 表すのである。端部組立体６６および片持ち連結組立体６４に対する中央ハブ組 立体２０の水平移動に対する半径方向可撓組立体２８および３０の高剛性は、ベ ースプラットフォーム２２に対する片持ち連結組立体６４の半径方向の移動を除 く全ての移動に関して支持支柱３２の高剛性および荷重付与片持ち組立体３４の 高剛性と組合い、またベースプラットフォーム２２に対する支柱ベースプレート ３８の水平移動に関して底部可撓部材１８８の高剛性と組合って、これらの絶縁 装置内部構造体の振動モードに関して共振振動数を高めることになる。底部可撓 部材１８８が無くても、垂直方向に間隔を隔てた半径方向可撓部材６０および６ ２、および半径方向に間隔を隔てた荷重付与片持ち部８６および８８は、剛性支 柱とともにベースプラットフォーム２２に対する中央ハブ組立体２０の水平また は回転移動に対する剛性を高め、またベースプラットフォーム２２に対して振動 する中央ハブ組立体２０および連結構造体の質量と組み合わされて絶縁装置内部 構造体の共振振動数を高める。剛性の中央支柱４２を経て中央ハブ組立体２０に 剛性的に連結された支柱ベースプレート３８により、支柱ベースプレート３８は 中央ハブにより垂直方向に移動されるが、水平運動絶縁装置のための安定したプ ラットフォームを形成する。何故ならば、ベースプラットフォーム２２に対する 水平または回転移動しないように高剛性により抑制されるからである。 本発明によるこの絶縁装置の実施例は、垂直運動および水平運動絶縁装置を一 層効果的に遮断して、絶縁装置内部構造体の共振振動数を高め、絶縁性能を改善 する。垂直方向に間隔を隔てた半径方向可撓部材６０および６２、および半径方 向に間隔を隔てた荷重付与片持ち部８６および８８と関連して可撓部材１８８を 使用することは、絶縁装置内部構造体に高い共振振動数を与え、垂直運動および 水平運動絶縁装置の間に良好な遮断を与える。 補強部材２０６がねじ２０８でそれらの上端部を端部スペーサブロック７０に 連結し、それらの下端部をねじ２１０でベースプラットフォーム２２に連結し、 ベースプラットフォーム２２に関する移動に対する端部組立体６６の剛性を更に 高める。 第１図〜第４図の複合絶縁装置の実施例は、小型の形状を許容する一方、比較 的長いビーム支柱の使用を可能にするとともに、絶縁装置内部構造体の共振振動 数を高く保持する。特定の絶縁装置の高さ制限および非常に低い水平剛性条件に 対してできるだけ長いビーム支柱を有することにより、利点を得られる。ビーム 支柱長さの増大は、付与された重量荷重から臨界座屈荷重を離して、負の剛性作 用を小さくするとともに重量荷重の変化に対して水平方向の剛性の敏感性を小さ くするように、ビーム支柱を設計できるようにする。十分な高さがビーム支柱に 応用できるならば、ビーム支柱は非常に小さな負の剛性作用を有するとともに重 量荷重の変化に非常に鈍感とされて設計できる。 剛性中央支柱４２および底部可撓部材１８８に連結された垂直方向に間隔を隔 てた半径方向可撓部材６０および６２、および半径方向に間隔を隔てた荷重付与 片持ち部８６および８８による、ベースプラットフォーム２２に対する水平およ び回転移動に反応する中央ハブ組立体２０の高剛性は、ベースプラットフォーム ２２に対する水平および回転移動に対しては高剛性を有して支柱ベース３８が絶 縁装置の底部の近くに位置できるようにし、またビーム支柱長さが複合絶縁装置 の高さに近づくことを可能にする。また、この構造により、絶縁装置の全高は垂 直運動絶縁装置だけの高さよりも僅かに大きいだけとされる。 傾斜可撓組立体４８の使用は本発明の新規な特徴であり、重要な利益を与える のである。支柱ベースプレート３８は中央ハブ組立体２０により比較的自由に昇 降するが、他の移動の全てに対しては非常に剛性的である。これにより、また支 柱頂部プレート４０の剛性が高いこと、ビーム支柱３６の軸方向の剛性が高いこ とにより、支柱頂部プレート４０は水平移動に対して、またベースプラットフォ ーム２２に対する垂直軸線のまわりの回転に対して低剛性を有するが、ペイロー ドプラットフォーム２２に対する揺れ移動（ピッチおよびロール）に対して非常 に剛性的である。支柱頂部プレート４０と荷重プレート４６との間に傾斜可撓組 立体４８を使用することは、複合絶縁装置が非常に高い値から非常に低い値まで の揺れ剛性範囲に関して設計できるようにする。非常に低い揺れ剛性によれば、 得られる絶縁装置は６つの自由度、すなわち３つの移動および３つの回転、の全 てにおいて非常に低い共振振動数を有するように設計できる。高い揺れ剛性は、 水平に移動するステージによってペイロードに生じるような揺れモーメントが付 与されることに応答してペイロードの揺れ移動を制限するために使用できる。地 面および床の揺れ振動強度は一般的にそれらの垂直および水平方向の振動強度よ りも格段に小さいので、絶縁装置の揺れを増大させることはその装置の全体的な 絶縁効果の比較的僅かな低減により重大な利益を与えることができる。 第１図〜第４図に示された特定の複合絶縁構造および構成方法は、本発明の新 規な特徴を組み入れることのできる多くの構造のただ１つであるに過ぎない。他 の形状および構成方法は、当業者には明白であろう。例えば、１つの荷重付与片 持ち組立体およびｌつの剛性支持支柱を有する１８０゜の間隔を隔てた２つの半 径方向可撓組立体の代わりに、２０゜の間隔を隔てた３つの半径方向可撓組立体 を使用して、各々が荷重付与片持ち組立体を有するが、剛性支持支柱は省略され ることができる。 本発明を構成する部材は、例えば鋼およびアルミニウム合金のような一般の構 造材料で作ることができ、適当な強度および弾性特性を有する他の構造材料も使 用できる。 本発明の特定形態を図示し説明したが、様々な変更が本発明の精神および範囲 から逸脱せずになし得ることは明白となるであろう。したがって本発明は請求の 範囲の欄の記載を除いて、制限されることを意図していない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＪＰ (72)発明者 カンニンガム，パトリック，ジェイ. アメリカ合衆国92631 カリフォルニア州 フラートン，ノース ラデラ ビスタ 600

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ベースに対して均衡位置に物体を支持する一方で物体とベースとの間の振 動運動の伝達を抑制するための全方向防振懸架装置であって、物体とベースとの 間に連結された少なくとも１つの複合懸架装置を含み、前記複合懸架装置は軸線 方向を定めるために間隔を隔てた第１および第２端部を有しており、また前記複 合懸架装置は軸線方向に間隔を隔てた第１および第２端部を有する第１懸架装置 を有しており、前記第１懸架装置は物体を支持するための軸線方向の力による支 持能力と、比較的高い軸線方向の剛性と、軸線方向を横断する軸線のまわりでの 前記端部の相対回転に対する比較的高い剛性と、軸線方向を横断する方向での前 記端部の相対的な移動に対する比較的低い剛性とを有し、前記第１懸架装置の第 １端部は前記複合懸架装置の第１端部の近くに位置され、前記第１懸架装置の第 ２端部は前記複合懸架装置の第２端部の近くに位置されており、また前記複合懸 架装置は軸線方向に間隔を隔てた第１および第２端部を有する第２懸架装置を有 しており、前記第２懸架装置は前記第１の懸架装置と軸線方向に直列に連結され 、前記第２懸架装置の第１端部は前記複合懸架装置の第１端部の近くに位置され 、前記第２懸架装置の第２端部は前記複合懸架装置の第２端部の近くに位置され ており、前記第２の懸架装置は、第１および第２端部を有して軸線方向に正の剛 性を与えるようになされるとともに物体を支持するための軸線方向の力による支 持能力を備えたばね手段と、前記ばね手段の前記第１端部および前記複合懸架装 置の第２端部に対して前記ばね手段の第２端部を移動させる手段と、前記ばね手 段をその第１端部の近くで第１ばね支持部に固定して前記ばね手段の第２端部が その第１端部に対して移動するときに前記ばね手段および前記第１ばね支持部の 間の相対的な動きを禁止するようにする第１ばね支持部および固定手段と、前記 ばね手段をその第２端部の近くで第２ばね支持部に固定して前記ばね手段の第２ 端部がその第１端部に対して移動するときに前記ばね手段および前記第２ばね支 持部の間の相対的な動きを禁止するようにする第２ばね支持部および固定手段と 、前記ばね手段の第２端部が前記ばね手段の第１端部に対して移動するときに前 記複合懸架装置の第２端部に対して前記ばね手段の第２端部が回転するのを禁止 す るための回転防止手段と、前記第１ばね支持部と作動連結されて軸線方向の負の 剛性を発生する手段とを含んでおり、前記ばね手段および前記負の剛性を発生す る手段が組合って前記第２懸架装置の軸線方向の正負の剛性の代数的加算である 低剛性を生み出し、前記負の剛性発生手段は軸線方向を横断する方向における前 記第２の懸架装置の第２の端部に対する前記第１ばね支持部の移動に対して比較 的高剛性を有するとともに前記第２の懸架装置の第２端部に対する第１ばね支持 部の回転に対して比較的高剛性を有しており、前記負の剛性発生手段は、軸線方 向を横断する半径方向に配向され且つ軸線方向に間隔を隔てられ、少なくとも２ つの半径方向に間隔を隔てられた可撓部材を含んでなる予め変形された弾性構造 手段に作動連結されるとともに該弾性構造手段で半径方向に圧縮荷重を付与され る少なくとも２つの可撓部材を含んでおり、前記複合懸架装置の第１端部および 前記第１懸架装置の第１端部の間に軸線対称の可撓手段が配置されて直列に前記 第１懸架装置と軸線方向に作動連結されており、前記軸線対称の可撓手段は前記 第１懸架装置の第１端部に対する前記複合懸架装置の第１端部の移動に対して比 較的高剛性を有するとともに、軸線方向を横断する軸線のまわりの前記第１の懸 架装置の第１端部に対する前記複合懸架装置の第１端部の回転に対して比較的低 剛性を有しており、また比較的剛性構造部材が前記第２懸架装置の前記第１ばね 支持部と前記第１懸架装置の第２端部付近との間に直列に軸線方向に連結されて おり、前記構造部材が前記第１および第２懸架装置の間を連結していることを特 徴とする全方向防振懸架装置。