JPH0874930A

JPH0874930A - 防振装置

Info

Publication number: JPH0874930A
Application number: JP21107394A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tanaka; 宏幸田中; Hitoshi Maekawa; 仁前川; Kazuya Shimizu; 一弥清水; Masashi Koseki; 誠志小関
Original assignee: Showa Electric Wire and Cable Co
Current assignee: SWCC Corp
Priority date: 1994-09-05
Filing date: 1994-09-05
Publication date: 1996-03-19

Abstract

(57)【要約】【目的】制御対象物の重量の大半を支持することができ
る防振材を制御対象物の重心位置の直下又は実質的にそ
の近傍に設置させて、除振性能の向上を図る。【構成】定盤のような制御対象物２の重心位置ＣＧの直
下に設置される大型空気ばね３と、制御対象物２の４隅
に配設される小型空気ばね４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄとか
らなる。精密機器５が搭載された大型空気ばね３は制御
対象物２の大半を支持させるために、大型空気ばね３の
支持力を制御対象物２の重量の上限を８０％、下限を３
０％に設定する。【効果】垂直方向の振動による回転偶力を小さくするこ
とができ、結果的に支持系の回転振動を防止することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は除振台に使用される防振
装置に係り、特に回転振動を低減化させる防振装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より電子顕微鏡やホログラフィー装
置、ＬＳＩ製造に用いられる縮小投影露光装置（以下、
ステッパと略す）等の精密機器は床からの伝達振動を減
少させるために、空気ばね、コイルばね、ダッシュポッ
ト等の振動吸収手段によって吸収減衰させる防振装置に
除振支持されている。

【０００３】防振装置は例えば図１２に示すように、機
器が搭載された制御対象物５１の重心位置ＣＧが、制御
対象物５１の水平方向の中央に位置する場合には、機器
が搭載された制御対象物５１の重心位置ＣＧに対して各
空気ばね５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄが、実質的に
対称位置に配設される。このように構成された防振装置
５０の各空気ばね５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄのば
ね定数は、機器が搭載された制御対象物５１の荷重が各
空気ばね５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄに均等に加わ
るので等しくなっている。

【０００４】また、図１３に示すような防振装置５０′
の場合、機器が搭載された制御対象物５１′の水平方向
の重心位置ＣＧが、制御対象物５１′の水平方向の中央
位置に対して片寄っているので、各空気ばね５２Ａ′、
５２Ｂ′、５２Ｃ′、５２Ｄ′に加わる制御対象物５
１′の荷重に比例するように、各空気ばね５２Ａ′、５
２Ｂ′、５２Ｃ′、５２Ｄ′のばね定数が決められてい
る。即ち、制御対象物５１′の重心位置ＣＧに近い位置
に配設された空気ばね５２Ａ′、５２Ｄ′のばね定数
は、この空気ばね５２Ａ′、５２Ｄ′に加わる機器が搭
載された制御対象物５１′の荷重が大きいので大きく設
定され、制御対象物５１′の重心位置ＣＧに遠い位置に
配設された空気ばね５２Ｂ′、５２Ｃ′のばね定数は、
空気ばね５２Ｂ′、５２Ｃ′に加わる機器が搭載された
制御対象物５１′の荷重が小さいので小さく設定され
る。

【０００５】これにより防振装置５０、５０′は機器が
搭載された制御対象物５１′の荷重に対して均等に防振
支持することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１４
に示すように制御対象物５１、５１′の重心位置ＣＧか
ら各空気ばねまでの水平距離Ｂ及び制御対象物５１、５
１′の重心位置ＣＧから各空気ばねまでの垂直距離Ｈに
より、垂直方向の振動は一方の空気ばねを上方に、他方
の空気ばねを下方に振動させるなどランダムに作用する
ので、重心位置ＣＧに対して偶力として作用し、結果的
に支持系に上心（重心付近）および下心（横ゆれの振動
中心）を中心とした回転振動をさせる。この下心ローリ
ング（横ゆれ）の固有振動数は一般に１．０〜１．５Ｈ
ｚ程度となるが、床の振動は比較的軟弱な地盤の場合、
その振動数が２Ｈｚ程度に存在するので、良好な除振効
果を得ることができない。

【０００７】

【目的】本発明は、このような従来の問題点を解決する
ためになされたもので、制御対象物の重量の大半を支持
することができる防振材を制御対象物の重心位置の直下
又は実質的にその近傍に設置させて、除振性能の向上を
図る防振装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
る本発明の防振装置は、制御対象物を垂直方向に支持す
る複数の防振材を備えた防振装置において、複数の防振
材は、制御対象物の重心位置の直下又は実質的にその近
傍に設置され制御対象物の重量の上限を８０％、下限を
３０％で支持する重心用防振材と、制御対象物の重心位
置から隔置した位置に設置され重心用防振材によって支
持される制御対象物の重量以外の重量を支持する補助用
防振材とから構成されるものである。

【０００９】なお、本発明の防振装置においては、重心
用防振材は制御対象物の重量の上限を８０％、下限を５
０％で支持することができるように設定することが好ま
しい。

【００１０】

【作用】この防振装置によれば、制御対象物に加わる垂
直方向の加振力は、この制御対象物の重心位置の直下又
は実質的にその近傍に設置された重心用防振材により、
制御対象物の重量の上限を８０％、下限を３０％で防振
支持することができるので、垂直方向の振動による回転
偶力を小さくすることができ、結果的に支持系の回転振
動を防止することができる。

【００１１】また、制御対象物の重心位置から隔置した
位置に設置された補助用防振材のばね定数が小さくなる
ので、支持系を回転させる偶力を小さくすることができ
る。これによりレベル補正装置によって容易にレベル補
正を行なうことができ、また、レベル補正装置のばね力
を小さくすることができので、除振性能の向上を図るこ
とができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の防振装置の一実施例について
図面を参照して説明する。本発明の防振装置が適用され
る除振台は図１（ａ）、（ｂ）に示すように、定盤のよ
うな制御対象物２と、制御対象物２の重心位置ＣＧの直
下に設置される重心用防振材としての大型空気ばね３
と、制御対象物２の例えば４隅に配設される補助用防振
材としての小型空気ばね４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄとを備
えている。

【００１３】ここで制御対象物２とは、定盤のような被
除振質量のみならず、これに搭載されたステッパー（縮
小投影露光器）のようなＩＣ、ＬＳＩの半導体製造・検
査装置、電子顕微鏡、光応用装置等の精密機器５が含ま
れるものである。大型空気ばね３は、図３に示すように
織物で補強したゴムから成るベロフラム３１、内筒３２
で囲繞された空気タンク３３を有している。空気タンク
３３には後述する空圧系から圧縮空気が供給されてい
る。このように構成された大型空気ばね３において、精
密機器５が搭載された制御対象物２の大半を支持させる
ために、圧縮空気による大型空気ばね３の支持力を制御
対象物２の重量の上限を８０％、下限を３０％で設定す
る。

【００１４】小型空気ばね４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄは図
４に示すように織物で補強したゴムから成るベロフラム
４１で囲繞された空気タンク４２と、この空気タンク４
２にオリフィス４３により連通した付加タンク４４とか
らなる。付加タンク４４には大型空気ばね３の空気タン
ク３３と同様に、後述する空圧系から圧縮空気が供給さ
れている。このような小型空気ばね４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、
４Ｄの４個を使用して制御対象物２を補助的に支持さ
せ、さらに後述する機械式自動圧力調整器１３を介して
制御対象物２のレベル補正を行なわせている。

【００１５】なお、大型空気ばね３及び小型空気ばね４
Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄは水平方向の固有振動数を下げる
ために、それぞれ防振ゴム（図示せず）を複数介在させ
て設置基礎６等に固定させてもよい。このように配設さ
れた大型空気ばね３及び小型空気ばね４Ａ、４Ｂ、４
Ｃ、４Ｄに空気源によって圧縮空気を供給するために、
図２に示すように空気源としてのコンプレッサ７と、コ
ンプレッサ７から給気された圧縮空気に混入するゴミな
どを除去するフィルタ８、９と、フィルタ８、９を通過
した圧縮空気を所定の空圧に圧力調整するレギュレータ
１０、１１とから配管系が構築されている。

【００１６】大型空気ばね３への圧縮空気の供給は、コ
ンプレッサ７から圧縮空気が入力配管１２ａを通り、フ
ィルタ８に給気される。コンプレッサ７から給気された
圧縮空気はフィルタ８にてゴミなどが除去され、レギュ
レータ１０にて制御対象物２の重量の上限を８０％、下
限を３０％で支持することができる空圧に圧力調整され
て大型空気ばね３の空気タンク３３に供給される。

【００１７】一方、小型空気ばね４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４
Ｄへの圧縮空気の供給は、コンプレッサ７から圧縮空気
が入力配管１２ｂを通り、フィルタ９に給気される。コ
ンプレッサ７から給気された圧縮空気はフィルタ９にて
ゴミなどが除去され、レギュレータ１１にて制御対象物
２をレベル補正させることができるような空圧に圧力調
整される。さらに制御対象物２のレベル補正を自動的に
行なわせるために機械式自動圧力調整器１３が、レギュ
レータ１１と小型空気ばね４Ａ、４Ｂ間、レギュレータ
１１と小型空気ばね４Ｃ間及びレギュレータ１１と小型
空気ばね４Ｄ間に接続され、各機械式自動圧力調整器１
３から各小型空気ばね４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄの付加タ
ンク４４に圧力調整された圧縮空気が供給される。

【００１８】なお、小型空気ばね４Ｃ、４Ｄにはそれぞ
れ機械式自動圧力調整器１３を接続し、小型空気ばね４
Ａ、４Ｂには１つの機械式自動圧力調整器１３を接続し
ているのは、制御対象物２のレベル設定は３箇所のレベ
ル検出点Ａ、Ｂ、Ｃにより設定されるためで、小型空気
ばね４Ａ、４Ｂの２つでレベル検出点Ｃのレベルを定め
ている。

【００１９】ここで機械式自動圧力調整器１３とは、制
御対象物２の変位に機械的に連動して空気源に接続され
た空気導入弁を開閉し各小型空気ばね４Ａ、４Ｂ、４
Ｃ、４Ｄ内の圧力を自動調整するものである。なお、小
型空気ばね４Ａ、４Ｂの内圧は同一値となる。この機械
式自動圧力調整器１３は、いわゆる同時作動型に属する
ものであり、図５に示すように自動圧力調整弁１５とし
て弁棒１７の下端の弁部１７ａを固定部材１８のテーパ
孔の弁座１８ａに、また上端の弁部１７ｂをレベル検出
機構１４としての可動部材１９のテーパ孔の弁座１９ａ
にそれぞれ位置させると共に弁棒１７をバネ２０により
常時押し上げて弁部１７ａを弁座１８ａに押し当てるよ
うに構成されている。可動部材１９は箱体２１内におい
て上下に摺動するものであり、また上部に制御対象物２
の下面に接するロッド１９ｂが固着されている。

【００２０】ここで、除振台１が制御対象物２としての
精密機器自体の自励や防振装置定盤の固有振動または床
振動等により振動すると、制御対象物２の重量の上限を
８０％、下限を３０％で支持可能な大型空気ばね３は、
制御対象物２の重心位置ＣＧの直下に設置されているの
で、制御対象物２は安定した状態でパッシブに制御され
る。

【００２１】一方、制御対象物２の４隅に配設された小
型空気ばね４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄは、制御対象物２の
重量の上限を７０％、下限を２０％で支持するだけでよ
いので、空気ばねを制御対象物の４隅だけに配設した除
振台１に較べてばね定数を小さくすることができる。こ
れにより支持系を回転させる偶力を小さくすることがで
きるので、レベル補正が容易になり除振性能の向上を図
ることができる。

【００２２】レベル補正は各機械式自動圧力調整器１３
にて行なわれる。例えば小型空気ばね４Ａ、４Ｂに接続
された各機械式自動圧力調整器１３は、制御対象物２の
レベル変動に応じてロッド１９ｂを介して可動部材１９
に荷重が加えられて下方に押し下げられたとすると、こ
れに伴い弁棒１７もばね２０の押上力に抗して下降し、
下端の弁部１７ａと弁座１８ａ間に空隙を生じ、吸気路
２２から圧縮空気が空間２３及び小型空気ばね４Ａ、４
Ｂに流入する。空間２３及び小型空気ばね４Ａ、４Ｂ内
の空気が一定以上に達すると小型空気ばね４Ａ、４Ｂに
よる制御対象物２の押し上げに伴い可動部材１９も上昇
して元の位置に復帰されるが、この復帰が進行して弁部
１７ａが弁座１８ａに押し当ると、弁部１７ｂと弁座１
９ａ間に空隙を生じるので、空間２３及び小型空気ばね
４Ａ、４Ｂ内でオーバーフローした空気は排気路２４か
ら排出される。

【００２３】したがって、制御対象物２のレベル変動に
応じて小型空気ばね４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ内の空気圧
は機械的に自動圧力調整がなされる。このように構成さ
れた本発明の防振装置が適用される除振台１の動作につ
いてコンピュータによるシミュレーションを実施した。設定条件シミュレーションに使用される除振台の特性値は、空気
ばねの垂直方向の固有振動数ｆｎ_V＝３Ｈｚ、空気ばね
の水平方向の固有振動数ｆｎ_H＝２Ｈｚ、空気ばねの垂
直方向の臨界減衰係数比ζ_V＝０．１、空気ばねの水平
方向の臨界減衰係数比ζ_H＝０．１とする。

【００２４】上記特性値を有する除振台は図６に示すよ
うに、制御対象物２の支持間隔ａ_X0＝０．５ｍ、支持系
の重心ＣＧから大型空気ばね３、小型空気ばね４Ａ、４
Ｂ、４Ｃ、４Ｄまでの垂直距離ｈ＝０．８ｍ、回転半径
ρｙ＝０．７ｍとし、水平振幅を求める観察点ｈ₀＝
１．２ｍとする。なお、水平振幅を求める観察点ｈ₀は
機器の精度維持上、重要な部品が存在する場合には、そ
の位置を観察点ｈ₀とすることが好ましい。

【００２５】シミュレーションの結果上記設定条件において床の振動数を２Ｈｚとした場合
の、シミュレーションによる大型空気ばね３の支持割合
に対する振動伝達率Ｔｒの結果を図７に示す。図７に示
すように、大型空気ばね３の支持割合が増大することに
より振動伝達率Ｔｒが低下していくことが示された。特
に、大型空気ばね３で制御対象物２の重量の上限を８０
％、下限を５０％で支持させることにより、振動伝達率
Ｔｒを大きく低下させることができる。したがって、小
型空気ばね４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄによる制御対象物２
の支持割合を少なくすることができるので、従来の小型
空気ばねの支持間隔を狭めたのと同様の効果を得ること
ができる。即ち、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、本
案の防振装置が適用された除振台に配設された空気ばね
の支持間隔をａ_X0、従来の防振装置が適用された除振台
に配設された空気ばねの支持間隔をａ_Xとすると、ａ_X＜ａ_X0 となるので、支持系の下心ローリングである横ゆれの固
有振動数を低下させることができる。

【００２６】なお、精密機器５が搭載された制御対象物
２を支持する大型空気ばね３の支持力が、制御対象物２
の重量の３０％以下に設定されると振動伝達率Ｔｒが３
０％以上になるので好ましくない。また、大型空気ばね
３の支持力を制御対象物２の重量の８０％以上に設定す
ると、不安定になるので好ましくない。また、本実施例
においては大型空気ばね３を制御対象物２の重心位置Ｃ
Ｇの直下に設置させ、小型空気ばね４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、
４Ｄを制御対象物２の４隅に設置させていたが、これに
限らず、制御対象物の重心位置を支持する支持力を、制
御対象物の重量の大半を支持することができ、且つ支持
系を回転させる偶力を小さくすることができれば、空気
ばねの配置はどのようにしてもよい。

【００２７】例えば図９に示すように、大型空気ばね３
を制御対象物２の重心位置ＣＧの直下に設置させ、小型
空気ばね４Ａ、４Ｂを制御対象物２の４隅のうちの２箇
所に設置させ、中型空気ばね２５を小型空気ばね４Ａ、
４Ｂに対して支持バランスのよい位置に設置させてもよ
い。この場合、中型空気ばね２５の支持力は、小型空気
ばね４Ａ、４Ｂの位置及び支持力と、中型空気ばね２５
の設置位置に基づき設定される。

【００２８】また、図１０に示すように、大型空気ばね
の１／２の支持力を有する中型空気ばね２６を制御対象
物２の重心位置ＣＧの直下に設置させ、小型空気ばね４
Ａ、４Ｂを制御対象物２の４隅のうちの２箇所に設置さ
せ、大型空気ばねの１／２の支持力を有する中型空気ば
ね２７を小型空気ばね４Ａ、４Ｂに対して支持バランス
のよい位置に設置させてもよい。この場合、中型空気ば
ね２７は小型空気ばね４Ａ、４Ｂに対して支持バランス
のよい位置に設置させる。

【００２９】更に、支持系の回転振動を防止することが
できれば大型空気ばね又は中型空気ばねを実質的に制御
対象物の重心位置の近傍に設置させてもよい。例えば図
１１に示すように、小型空気ばね４Ａ、４Ｂを制御対象
物２の４隅のうちの２箇所に設置させ、大型空気ばね２
８を小型空気ばね４Ａ、４Ｂに対して支持バランスのよ
い位置、即ち制御対象物２の重心位置ＣＧから小型空気
ばね４Ａ、４Ｂと反対方向にずれた位置（制御対象物２
の重心位置ＣＧの近傍）に設置させる。

【００３０】なお、本実施例においてはパッシブ型の除
振台に本発明の防振装置を適用させていたが、これに限
らずアクティブ型の除振台に適用しても同様の効果を得
ることができる。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の防振装置によれば、制御対象物を垂直方向に支持す
る複数の防振材を備えた防振装置において、複数の防振
材は、制御対象物の重心位置の直下又は実質的にその近
傍に設置され制御対象物の重量の上限を８０％、下限を
３０％で支持する重心用防振材と、制御対象物の重心位
置から隔置した位置に設置され重心用防振材によって支
持される制御対象物の重量以外の重量を支持する補助用
防振材とから構成されることにより、垂直方向の振動に
よる回転偶力を小さくすることができ、結果的に支持系
の回転振動を防止することができる。これにより除振台
の除振性能の向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である防振装置を示す図で、
（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図。

【図２】制御対象物に使用される大型空気ばね、小型空
気ばね、コンプレッサ等の配管図。

【図３】本発明による防振装置に使用される大型空気ば
ねの詳細図。

【図４】本発明による防振装置に使用される小型空気ば
ねの詳細図。

【図５】本発明による防振装置に使用される機械式自動
圧力調整器の説明図。

【図６】本発明の一実施例である防振装置を示す説明
図。

【図７】本発明の防振装置のコンピュータ・シミュレー
ションによって得られた大型空気ばねの支持割合−振動
伝達率の関係を示すグラフ。

【図８】制御対象物の重心位置と、制御対象物を支持す
る空気ばねとの関係を示す図で、（ａ）は従来の除振台
の説明図、（ｂ）は本案の除振台の説明図。

【図９】本発明による防振装置のその他の実施例を示す
説明図。

【図１０】本発明による防振装置のその他の実施例を示
す説明図。

【図１１】本発明による防振装置のその他の実施例を示
す説明図。

【図１２】従来の防振装置に使用される空気ばねの配設
位置を示す説明図。

【図１３】従来の防振装置に使用される空気ばねの配設
位置を示す説明図。

【図１４】従来の防振装置において制御対象物の重心位
置が振動に与える影響を示す説明図。

【符号の説明】

２…制御対象物３…大型空気ばね（重心用防振材）４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ…小型空気ばね（補助用防振
材）５…精密機器２５、２７…中型空気ばね（補助用防振材）２６…中型空気ばね（重心用防振材）ＣＧ…重心

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者清水一弥東京都千代田区神田淡路町２丁目23番地株式会社昭和サイエンス内 (72)発明者小関誠志東京都千代田区神田淡路町２丁目23番地株式会社昭和サイエンス内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】制御対象物を垂直方向に支持する複数の防
振材を備えた防振装置において、前記複数の防振材は、
前記制御対象物の重心位置の直下又は実質的にその近傍
に設置され前記制御対象物の重量の上限を８０％、下限
を３０％で支持する重心用防振材と、前記制御対象物の
重心位置から隔置した位置に設置され前記重心用防振材
によって支持される前記制御対象物の前記重量以外の重
量を支持する補助用防振材とから構成されることを特徴
とする防振装置。
【請求項２】前記重心用防振材は前記制御対象物の重量
の上限を８０％、下限を５０％で支持することを特徴と
する請求項１記載の防振装置。