(57)【要約】【課題】  簡単な構成で安価であり、且つ効率的に除振制御を行うことができる除振装置を提供すること。【解決手段】  対象物２を載置する除振テーブル３と、除振テーブル３を鉛直方向に浮上支持し位置決めする空気ばね１０と、除振テーブル３の鉛直方向及び水平方向の振動を制御すると共に位置決めをする電磁アクチュエータ２０と、除振テーブルの振動を検出する加速度センサＡＺ１〜ＡＺ３と、除振テーブル３の位置を検出する変位センサＺ１〜Ｚ４とを備えた除振装置１において、空気ばね１０を制御する第１の制御回路４０と電磁アクチュエータ２０を制御する第２の制御回路５０とをそれぞれ別個に設け、制御回路４０で除振テーブルの位置を制御し、制御回路５０で除振テーブル３の振動を制御するように構成した。【選択図】図１
2006022858.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物を載置する除振テーブルと、前記除振テーブルを浮上支持し位置決めする空気ばねと、前記除振テーブルの振動を制御する電磁アクチュエータとを備えた除振装置において、前記空気ばねを制御する第１の制御回路と前記電磁アクチュエータを制御する第２の制御回路とをそれぞれ別個に設けたことを特徴とする除振装置。
【請求項２】
請求項１に記載の除振装置において、前記除振テーブルの振動を検出する加速度センサと前記除振テーブルの位置を検出する変位センサを具備し、前記第１の制御回路は、前記変位センサからの変位信号を入力信号として空気ばねに除振テーブルの位置制御を行わせる機能を備え、前記第２の制御回路は、前記加速度センサからの加速度信号を入力信号として電磁アクチュエータに除振テーブルの振動制御を行わせる機能を備えたことを特徴とする除振装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の除振装置において、前記第１の制御回路と前記第２の制御回路は共にデジタル制御回路を具備することを特徴とする除振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置や電子顕微鏡等に設置床から伝わる振動を遮断し、又は製品の歩留りや測定観測精度等に悪影響を与える装置自身の振動を抑制する高精度の除振装置に関する。特に、鉛直方向の支持力を主に空気ばねで分担し、精密な除振制御を主に電磁アクチュエータで分担する空気ばね・電磁アクチュエータ併用型の除振装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より振動を嫌う半導体製造装置や電子顕微鏡等の機械装置は、除振装置に搭載されて工場等に設置されていた。古くからある空気ばねやゴムなどを用いた受動制御型の除振装置に代わり、高性能の除振を実現できる電磁アクチュエータを用いた磁気浮上による除振装置（アクティブ除振装置）が開発されている。ところで、アクティブ制御を行う場合、除振テーブルと搭載物の重量が重いと、電磁アクチュエータの発生する力だけでこれを浮上支持するには、必要となる制御力が大きくなりすぎる。そこで、電磁アクチュエータと空気ばねを併用して搭載物の重量を支えるように構成した除振装置がある。
【０００３】
即ち、機械装置を載置した除振テーブルの重量の大部分を空気ばねで支持すると共に、電磁アクチュエータの制御でその振動を除去する構成である。この除振装置では、空気ばねによって除振テーブルと搭載物を安定した状態で浮上支持した後に、電磁アクチュエータによる制御を加え、より精密かつ安定な状態で除振を行う。
【０００４】
ところで、この除振装置では、空気ばねで除振テーブルの鉛直方向の位置決めをすると共にその振動の抑制もしている。更に、電磁アクチュエータで、主に除振テーブルの振動を抑制すると共にその鉛直方向及び水平方向の位置決めも行っている。即ち、空気ばねと電磁アクチュエータの両方で、除振テーブルの位置制御及び振動制御を行っている。そのため、除振テーブルの位置を検出する変位センサから出力された変位センサ信号と、除振テーブルの振動を検出する加速度センサから出力された加速度信号を共に同一の制御回路に送り、該制御回路によって空気ばねと電磁アクチュエータの両方の動作を制御するように構成されていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、空気ばねは大きな力を発生する能力はあるが、高い周波数には追従できないという性質を有する一方、電磁アクチュエータは高い周波数の力は出せるが、あまり大きな力を発生することができないという性質を有する。このように、空気ばねと電磁アクチュエータは互いに全く異なる性質を有する。そのため、上記のように空気ばねと電磁アクチュエータの両方を同一の制御回路で制御するように構成すると、これらを効率よく高精度に制御して除振することができないという問題があった。
【０００６】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、空気ばねと電磁アクチュエータのそれぞれの特徴を生かして効率的に除振制御を行うことができる除振装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願の請求項１に記載の発明は、対象物を載置する除振テーブルと、除振テーブルを浮上支持し位置決めする空気ばねと、除振テーブルの振動を制御する電磁アクチュエータとを備えた除振装置において、空気ばねを制御する第１の制御回路と電磁アクチュエータを制御する第２の制御回路とをそれぞれ別個に設けたことを特徴とする。
【０００８】
本願の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の除振装置において、除振テーブルの振動を検出する加速度センサと除振テーブルの位置を検出する変位センサを具備し、第１の制御回路は、変位センサからの変位信号を入力信号として空気ばねに除振テーブルの位置制御を行わせる機能を備え、第２の制御回路は、加速度センサからの加速度信号を入力信号として電磁アクチュエータに除振テーブルの振動制御を行わせる機能を備えたことを特徴とする。
【０００９】
本願の請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の除振装置において、第１の制御回路と第２の制御回路は共にデジタル制御回路を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本願請求項１に記載の発明によれば、空気ばねを制御する第１の制御回路と電磁アクチュエータを制御する第２の制御回路とをそれぞれ別個に設けたので、空気ばねと電磁アクチュエータをそれぞれの特徴を生かしながら効率良く制御することができる。また、第１の制御回路と第２の制御回路の構成が簡単になると共にその小型化を図ることができ、除振装置の構成が簡単で安価となる。
【００１１】
本願請求項２に記載の発明によれば、第１の制御回路は、変位センサからの変位信号を入力して空気ばねに除振テーブルの位置制御を行わせ、第２の制御回路は、加速度センサからの加速度信号を入力して電磁アクチュエータに除振テーブルの振動制御を行わせるので、空気ばねと電磁アクチュエータをそれぞれの特徴を生かしながら効率良く高精度に制御することができる。
【００１２】
本願請求項３に記載の発明によれば、第１の制御回路と第２の制御回路は共にデジタル制御回路を具備するので、空気ばね及び電磁アクチュエータをそれぞれの特徴を生かしながら高精度に且つ適切に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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、本発明の一実施形態にかかる除振装置１の構成例を示す図で、同図（ａ）は除振装置１の平面図であり、同図（ｂ）は側面図である。除振装置１は、電子顕微鏡、半導体製造装置等の精密機械等である載置物（対象物）２を載せる除振テーブル３が、空気ばね１０と電磁アクチュエータ２０を備えたアクチュエータユニット３０によって架台４の上で支持された構成である。架台４は、載置台５及び支持脚６を介して設置面７上に設置されている。本実施形態では、除振テーブル３が四個に分かれて配置されている場合を示したが、除振テーブル３は一枚で構成されていても良い。アクチュエータユニット３０は、各除振テーブル３の下部にそれぞれ配置されている。空気ばね１０には空気ばね制御回路（第１の制御回路）４０が接続され、電磁アクチュエータ２０には電磁アクチュエータ制御回路（第２の制御回路）５０が接続されている。
【００１４】
除振テーブル３には、その振動を検出する加速度センサＡＺ１〜ＡＺ３が設置されている。加速度センサＡＺ１〜ＡＺ３は除振テーブル３の振動を検出できる位置であれば、どの位置に設置しても良い。好ましくは、鉛直方向の移動量が一番大きい除振テーブル３の隅に設置する。図１では除振テーブル３のうち３つの除振テーブル３の隅にそれぞれ設置している。
【００１５】
また、図１では図示を省略するが、除振テーブル３にはその位置を検出する変位センサＺ１〜Ｚ４（図３参照）が設置されている。変位センサＺ１〜Ｚ４は、除振テーブル３の位置測定の精度を高めるために、例えば各除振テーブル３の下面のアクチュエータユニット３０の近傍等に配置する。あるいは、下記のように電磁アクチュエータ２０に組み込むこともできる。
【００１６】
アクチュエータユニット３０の構成を説明する。空気ばね１０は、空気圧により除振テーブル３を鉛直方向に浮上支持し位置決めするものである。一方、図２は、電磁アクチュエータ２０の構成を示す概略側断面図である。同図に示すように、電磁アクチュエータ２０は可動部２１と固定部２２を具備し、固定部２２には、可動部２１の軸部２１ａの外周を囲む位置に、可動部２１の水平方向の振動を制御するラジアル磁気コイル２３が設置されている。また、軸部２１ａの下端に設けたアキシャルディスク２４の上下を挟む位置に、可動部２１の鉛直方向の振動を制御するアキシャル磁気コイル２５が設置されている。
【００１７】
さらに軸部２１ａの外周に対向する位置には、可動部２１の水平方向の変位を検出するラジアル変位センサ２６が配置され、アキシャルディスク２４の下面に設置したセンサターゲット２７に対向する位置には、可動部２１の鉛直方向の変位を検出するアキシャル変位センサ２８が配置されている。これらラジアル変位センサ２６とアキシャル変位センサ２８とで変位センサＺ１（又はＺ２〜Ｚ４のいずれか）が構成されている。可動部２１は除振テーブル３に固定され、固定部２２は架台４に固定されている。この電磁アクチュエータ２０のラジアル磁気コイル２３及びアキシャル磁気コイル２５は、電磁アクチュエータ制御回路５０により制御され、除振テーブル３の振動を除去するようになっている。また、ラジアル磁気コイル２３及びアキシャル磁気コイル２５で除振テーブル３の位置決めをすることもできる。
【００１８】
図１では、アクチュエータユニット３０として、それぞれ別個に構成された空気ばね１０と電磁アクチュエータ２０が並んで配置されたものを示したが、アクチュエータユニット３０はこれに限定されず、空気ばね１０の内部に電磁アクチュエータ２０を設置したものや、電磁アクチュエータ２０の内部に空気ばね１０を備えたものでもよい。
【００１９】
図３に、空気ばね１０を制御する空気ばね制御回路４０のブロック構成を示し、図４に電磁アクチュエータ２０を制御する電磁アクチュエータ制御回路５０のブロック構成を示す。これら空気ばね制御回路４０と電磁アクチュエータ制御回路５０はそれぞれ別個に設けられている。まず、空気ばね制御回路４０は、Ａ／Ｄ変換器４１、モード演算器４２、コントローラ４３、モード分配器４４、Ｄ／Ａ変換器４５を備えて構成される。この空気ばね制御回路４０には、変位センサＺ１〜Ｚ４で検出された除振テーブル３の各変位信号が入力され、Ａ／Ｄ変換器４１でＡ／Ｄ変換されて、モード演算器４２に入力される。該モード演算器４２で各変位信号のモード演算が行われて、各変位信号が所定の各運動モード別変位信号Ｚ，α，βに変換される。各運動モード別変位信号Ｚ，α，βはそれぞれコントローラ４３に入力されて指令電圧等との演算処理が行われる。ここで、コントローラ４３はデジタル制御回路であり、プログラムにより任意の設定が可能である。コントローラ４３で演算処理された運動モード別変位信号Ｚ，α，βは、モード分配器４４に入力されて各空気ばね１０を駆動制御する駆動信号Ｆａｚ１〜Ｆａｚ４に変換される。該駆動信号Ｆａｚ１〜Ｆａｚ４は、Ｄ／Ａ変換器４５に入力され各制御バルブ１５を介して各空気ばね１０に出力される。このように、変位センサＺ１〜Ｚ４の出力信号に基づいて各空気ばね１０の空気圧を制御することで、除振テーブル３を一定の目標位置に位置決めして浮上制御する。
【００２０】
一方、電磁アクチュエータ制御回路５０は、空気ばね制御回路４０と同様、Ａ／Ｄ変換器５１、モード演算器５２、コントローラ５３、モード分配器５４、Ｄ／Ａ変換器５５を備えて構成される。この電磁アクチュエータ制御回路５０には、加速度センサＡＺ１〜ＡＺ３で検出された除振テーブル３の各振動信号が入力され、Ａ／Ｄ変換器５１でＡ／Ｄ変換されて、モード演算器５２に入力される。該モード演算器５２で各振動信号のモード演算が行われ、所定の各運動モード別制御信号Ｚ，α，βに変換される。各運動モード別振動信号Ｚ，α，βはそれぞれコントローラ５３に入力されて指令電圧等との演算処理が行われる。コントローラ５３はデジタル制御回路であり、プログラムにより任意の設定が可能である。コントローラ５３で演算処理された各運動モード別振動信号Ｚ，α，βは、モード分配器５４に入力されて各電磁アクチュエータ２０を駆動制御する制御信号Ｆａｚ１〜Ｆａｚ４に変換される。該制御信号Ｆａｚ１〜Ｆａｚ４は、Ｄ／Ａ変換器５５に入力されて各電流増幅器２９を介して各電磁アクチュエータ２０に出力される。このように、加速度センサＡＺ１〜ＡＺ３の出力信号に基づいて電磁アクチュエータ２０を駆動制御することで、除振テーブル３の振動を制御する。
【００２１】
このように、空気ばね１０を制御する空気ばね制御回路４０と電磁アクチュエータ２０を制御する電磁アクチュエータ制御回路５０をそれぞれ別個に設け、空気ばね制御回路４０と空気ばね１０で除振テーブル３の位置制御を行い、電磁アクチュエータ制御回路５０と電磁アクチュエータ２０で除振テーブル３の振動制御を行うように構成したので、空気ばね１０と電磁アクチュエータ２０を、それぞれの特徴を生かしながら効率良く高精度に制御することができる。また、除振装置の小型化、及びコストの削減を図ることができる。さらに、空気ばね制御回路４０と電磁アクチュエータ制御回路５０とは共にデジタル制御回路を備えているので、空気ばね１０及び電磁アクチュエータ２０を、それぞれの特徴を生かしながら精度良く且つ適切に制御することができる。
【００２２】
この除振装置１では、上記のように空気ばね１０を除振テーブル３の位置制御だけに使用する場合には、空気ばね制御回路４０において、変位センサＺ１〜Ｚ４の出力信号の直流成分を含む低周波部分だけを制御すればよいので、Ａ／Ｄ変換器４１のサンプリング周波数はそれほど高くする必要はない。一方、電磁アクチュエータ２０に関しては、加速度センサＡＺ１〜ＡＺ３から出力された加速度信号による振動制御を行うため応答速度が要求されるので、電磁アクチュエータ制御回路５０において、Ａ／Ｄ変換器５１のサンプリング周波数は高いものを選ぶ必要があるが、電磁アクチュエータ２０は十分な応答速度を備えているので、そのための特別な機構などを設ける必要はない。また、電磁アクチュエータ２０で除振テーブル３の位置制御を行わないように構成したことで、電磁アクチュエータ２０では直流電流による大きい力を発生させる必要が無いので、電流増幅器２９から出力される電流の容量を少なくすることができると共に、電磁アクチュエータ２０自体の大きさも小型化することができる。従って、除振装置１のコンパクト化を図ることができる。
【００２３】
なお、空気ばね制御回路４０や電磁アクチュエータ制御回路５０の構成は上記に限定されるのではなく、空気ばね制御回路４０は、変位センサＺ１〜Ｚ４の出力信号により空気ばね１０に除振テーブル３の位置制御を行わせるものであればどのような構成でもよく、電磁アクチュエータ制御回路５０は、加速度センサＡＺ１〜ＡＺ３の出力信号により電磁アクチュエータ２０に除振テーブル３の振動制御を行わせるものであれば、他の構成でもよい。
【００２４】
以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載のない何れの形状や材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態にかかる除振装置を示す図で、同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は側面図である。
【図２】電磁アクチュエータ２０を示す概略側断面図である。
【図３】空気ばね制御回路４０の構成を示すブロック図である。
【図４】電磁アクチュエータ制御回路５０の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２６】
１        除振装置
２        載置物
３        除振テーブル
４        架台
５        載置台
６        支持脚
７        設置面
８        加速度センサ
１０      空気ばね
１５      制御バルブ
２０      電磁アクチュエータ
２１      可動部
２１ａ    軸部
２２      固定部
２３      ラジアル磁気コイル
２４      アキシャルディスク
２５      アキシャル磁気コイル
２６      ラジアル変位センサ
２７      センサターゲット
２８      アキシャル変位センサ
２９      電流増幅器
３０      アクチュエータユニット
４０      空気ばね制御回路
４１      Ａ／Ｄ変換器
４２      モード演算器
４３      コントローラ
４４      モード分配器
４５      Ｄ／Ａ変換器
５０      電磁アクチュエータ制御回路
５１      Ａ／Ｄ変換器
５２      モード演算器
５３      コントローラ
５４      モード分配器
５５      Ｄ／Ａ変換器
Ｚ１〜Ｚ４  変位センサ
ＡＺ１〜ＡＺ４  加速度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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