(57)【要約】      （修正有）【課題】真空雰囲気中に配置でき、真空雰囲気中で作動される除振対象物に対して良好な除振を行える除振装置を提供することを目的とする。【解決手段】除振対象３を支持する天板７の下部に除振機構９を備える除振装置１において、除振機構９は、上金属ベローズ２３と下金属ベローズ２５とが間に任意の質量を有する結合部材２１を互いに連通するように介在させて直列に連結されたベローズ結合体１７を備えていることを特徴とする。【選択図】図１
2006220204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
除振対象物を支持する天板の下部に除振機構を備える除振装置において、
前記除振機構は、複数の金属ベローズがそれぞれの間に任意の質量を有する結合部材を互いに連通するように介在させて直列に連結されたベローズ結合体を備えていることを特徴とする除振装置。
【請求項２】
前記ベローズ結合体の内部には、気体が封入されていることを特徴とする請求項１に記載の除振装置。
【請求項３】
前記ベローズ結合体の内部と連通する気体タンクが備えられていることを特徴とする請求項２に記載の除振装置。
【請求項４】
前記天板あるいは除振対象物の移動を検知する検知センサと、
該検知センサの検知信号に応じて前記天板を上下方向および水平方向に付勢するアクチュエータと、が備えられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の除振装置。
【請求項５】
前記検知センサおよび／または前記アクチュエータは、前記ベローズ結合体の内部に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の除振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空雰囲気中で用いる除振装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
除振装置は、床からの振動を除振対象に伝達しないようにするものである。このためには、除振機構の復元力、すなわちバネ定数を小さくする必要がある。
従来、除振装置には、除振機構として、例えば特許文献１に示されるゴム製ベローズあるいは防振ゴム等が広く用いられている。これらは、バネ定数の面では除振機能に対して十分な小ささを備えている。
こうした従来技術はこれに搭載した除振対象の重量と除振機構の復元特性ならびに減衰特性の３要素で表現される１自由度振動系のふるまいをすることで振動絶縁の効果が示される。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−７０９１１号公報（段落［００２１］〜［００３６］，及び図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ゴム製の除振真空雰囲気中で用いる場合には、ゴムからの脱ガスが発生し、あるいは内部の空気等が透過して、真空雰囲気の真空度を低下させ、除振対象物の作業に支障をきたす恐れがあり、真空雰囲気では用いられないという問題があった。
一方、真空雰囲気中で使用可能である金属バネ等では、十分な小ささのバネ定数が得られないため、金属バネ等の変形を助長するような補助的な機構を付加する必要があり、構造が複雑となるという問題があった。さらに小さなバネ定数を再現する機構に限界があることから、特に除振振動系の固有値特性として一義に決定される高周波数領域の除振性能にも限界があった。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑み、真空雰囲気中に配置でき、真空雰囲気中で作動される除振対象物に対して良好な除振を行える除振装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる除振装置は、除振対象物を支持する天板の下部に除振機構を備える除振装置において、前記除振機構は、複数の金属ベローズがそれぞれの間に任意の質量を有する結合部材を互いに連通するように介在させて直列に連結されたベローズ結合体を備えていることを特徴とする。
【０００７】
本発明の除振装置によれば、構成部材が金属等の材料であるので、真空雰囲気で使用した場合、ゴム等の材料で見られる脱ガス現象がない。このため、真空雰囲気に悪影響を及ぼさないので、除振装置は真空雰囲気中に配置でき、真空雰囲気中で作動される除振対象物に対して最適な除振を行うことができる。
除振機構は、金属ベローズが結合部材を介して直列に連結されているので、上下方向のバネ定数は小さくできる。また、水平方向では、結合部材が剛体としてふるまうことにより、結合部材両端に配した各金属ベローズの軸線方向に直交する方向（略水平方向）の変形が拡大される。
言い換えると、一方の金属ベローズの自由端、すなわち結合部材側端部が略水平に移動すると、固定端に対して傾斜する。これにより結合部材が傾斜するので、他方の金属ベローズは、この傾斜した結合部材に対してさらに傾斜することになる。このように結合部材のところで移動方向へ折れ曲がった状態で移動するので、他方の金属ベローズの固定端の略水平方向への移動が大きくなる。
このように、ベローズ結合体は、略水平方向の力に対する変形量が大きいので、みかけのバネ定数が小さくなる。
したがって、ベローズ結合体のバネ定数は、上下方向および略水平方向において小さくすることができるので、良好な除振を行うことができる。
さらに本発明における除振装置は、除振対象の質量、ベローズ結合部材の質量、個々のベローズの復元特性、減衰特性を用いて表現される多自由度振動系であり、従来の手法を表現する１自由度振動系と比較して自身の振動特性が異なる。特に除振機構の共振点より高い周波数領域において従来よりも低い伝達特性をおのずと示すことになる。これによって高周波数領域の外乱に対する除振効果は従来手法によるものより優れたものと成る。
【０００８】
また、本発明の除振装置は、前記ベローズ結合体の内部には、気体が封入されていることを特徴とする。
【０００９】
このように、ベローズ結合体の内部には気体が封入されているので、金属ベローズの変形に応じて気体がバネ（いわゆる気体バネ）の機能を奏することができる。
この封入される気体の圧力を調節することによって、適宜なバネ定数とすることができる。
【００１０】
また、本発明にかかる除振装置は、前記ベローズ結合体の内部と連通する気体タンクが備えられていることを特徴とする。
【００１１】
このように、ベローズ結合体の内部と連通する気体タンクが備えられているので、気体の封入容積が増加する。このため、同じ圧力の気体であれば、バネ定数を小さくできる。
この気体タンクに封入される気体の容積を調節可能としておくと、気体バネのバネ定数を容易に調節することができる。
【００１２】
また、本発明にかかる除振装置は、前記天板あるいは除振対象物の移動を検知する検知センサと、該検知センサの検知信号に応じて前記天板を上下方向および水平方向に付勢するアクチュエータと、が備えられていることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、検知センサが天板あるいは除振対象物の移動を検知すると、その検知信号に応じてアクチュエータを作動させて天板を反対方向に駆動し、天板等の移動を抑えることができる。このため、除振機構による除振にも拘わらず、あるいは他の要因によって、天板あるいは除振対象物が振動を生じた場合にその振動を減衰させる、すなわち制振することができる。
なお、ここで言う「アクチュエータ」には、その駆動を制御する制御機構も含まれている。
【００１４】
また、本発明にかかる除振装置では、前記検知センサおよび／または前記アクチュエータは、前記ベローズ結合体の内部に配置されていることを特徴とする。
【００１５】
このように、検知センサおよび／またはアクチュエータは、ベローズ結合体の内部に配置されているので、真空雰囲気にさらされることがない。このため、真空雰囲気中では十分な機能を奏さない、あるいは機能しない検知センサおよび／またはアクチュエータであっても用いることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、除振機構としてのベローズ結合体が金属製等で、かつそのバネ定数が小さくできるので、真空雰囲気中に配置でき、真空雰囲気中で作動される除振対象物に対して良好な除振を行うことができる。また、高周波数領域における除振性能を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明にかかる一実施形態について、図１を用いて説明する。
除振装置１には、天板７と、除振機構９と、アクチュエータ機構１１と、台板１３と、が備えられている。
天板７は、長方形の厚板であり、除振対象３を支持するものである。除振対象３は天板７に固定されていても、あるいは載置されていてもよい。
除振装置１の基盤となる台板１３は、長方形の厚板であり、真空室５の床１５に取り付けられている。
【００１８】
除振機構９には、ベローズ結合体１７と、補助タンク（気体タンク）１９と、が備えられている。
ベローズ結合体１７には、タンク（結合部材）２１と、天板７とタンク２１との間に取り付けられた上金属ベローズ２３と、台板１３とタンク２１との間に取り付けられた下金属ベローズ２５と、が備えられている。
タンク２１は、直方体形状をし、側面の周囲がＨ型鋼で形成され、その上面と下面とに鋼板が中内部空間２２を形成するように固定されている。この各鋼板の略中央部分にはそれぞれ中内部空間２２と連通する図示しない開口部が設けられている。
【００１９】
上金属ベローズ２３および下金属ベローズ２５は、ステンレス製で、周縁が曲折されたドーナツ状の板同士が相互に溶接されて形成されている。それらの外径は、例えば、３２０ｍｍとされている。
上金属ベローズ２３は、上端が天板７の下部に、下端がタンク２１の上部に、それぞれ固定されており、天板７およびタンク２１と合わせて密封された上内部空間２４を形成している。
下金属ベローズ２５は、上端がタンク２１の下部に、下端が台板１３の上部に、それぞれ固定されており、タンク２１および台板１３と合わせて密封された下内部空間２６を形成している。
【００２０】
台板１３の略中央部には、下内部空間２６と外部とを連通させる連通孔２７が設けられている。
補助タンク１９は、所要性能に応じて適宜最適な容量を設ける。
上内部空間２４、中内部空間２２、下内部空間２６および補助内部空間２８は、タンク２１における上下の鋼板に設けられた開口部および連通孔２７によって連通され、外部から密閉された一つの内部空間３０を形成している。
補助タンク１９には、圧縮機２９の吐出部が接続されており、圧縮機２９から空気（気体）を供給し、内部空間３０内を所定の圧力に調節するように構成されている。
この内部空間３０に封入された空気は、空気バネ（気体バネ）の機能を奏する。
【００２１】
アクチュエータ機構１１には、垂直方向アクチュエータ３１と、水平方向アクチュエータ３３とが備えられている。
垂直方向アクチュエータ３１および水平方向アクチュエータ３３としては、シャフトモータが用いられている。
垂直方向アクチュエータ３１には、シャフト３５と、ボイスコイル３７とが備えられている。シャフト３５は、天板７の下部に垂下するように取り付けられた内部に永久磁石が上下方向に積層されている。ボイスコイル３７は、内部にコイルが巻かれて構成された円筒状に内周面を備えた直方体せあり、内周面の軸線が垂直方向に位置するように台板１３に固定して支持されている。
【００２２】
シャフト３５は、ボイスコイル３７の内周面に対して間隔を空けて挿入されており、ボイスコイル３７のコイルに通電されることで発生する磁界によって、上下方向に移動するものである。
垂直方向アクチュエータ３１は、安定した制振を行うには、複数設けられるのが望ましく、例えば四隅の４箇所に設けられる。あるいは三角形の角部の３箇所に設けてもよい。
【００２３】
水平方向アクチュエータ３３では、ボイスコイル３９が内周面の軸線が水平方向に位置するように天板７に固定して支持されている。台板に水平方向に延在するように支持される図示しないシャフトが、ボイスコイル３９の内周面に対して間隔を空けて挿入されている。
ボイスコイル３９は、ボイスコイル３９のコイルに通電されることで発生する磁界によって、台板１３に固定されたシャフトに沿って水平方向に移動するものである。
水平方向アクチュエータ３３は、水平面内の移動を調節するためには、作動方向の異なる２箇所に設ける必要がある。また、移動させる重量に応じてそれに見合う能力で、設置箇所を増減させる。
【００２４】
垂直方向アクチュエータ３１および水平方向アクチュエータ３３は、天板７に取付けた変位センサ（検知センサ）４１によって、検出される天板７の変位に応じて図示しない制御装置からの制御信号によって駆動される。
なお、変位センサ４１は、除振対象３に取付けるようにしてもよい。
【００２５】
以上説明した構成を有する本実施形態にかかる除振装置１の動作について、その作用・効果を含めて説明する。
地震等の何らかの外乱によって、床１５が振動すると、台板１３が振動し、ベローズ結合体１７の台板１３への固定部が振動する。この時の振動は、建物等によるフィルタ機能を通過してくるので、その振動数は、１０Ｈｚ前後をピークとしたものである。
この振動は、上金属ベローズ２３および下金属ベローズ２５の変形によって吸収され、天板７および除振対象３へ伝播しない。すなわち、下金属ベローズ２５の下端が振動しても、下金属ベローズ２５および上金属ベローズ２３が上下方向および水平方向に容易に変形して、上金属ベローズ２３の上端に伝播されないことになる。
【００２６】
この場合、ベローズ結合体１７のバネ定数が、小さいほど除振効果はよくなる。
本実施形態では、ベローズ結合体１７には、上金属ベローズ２３と下金属ベローズ２５とが、結合部材２１を介して直列に連結されているので、上下方向のバネ定数は小さくできる。
また、水平方向では、上金属ベローズ２３と下金属ベローズ２５とが、剛体の結合部材を介して連結されているので、例えば、上金属ベローズ２３の上端を略水平に移動すると、上金属ベローズ２３および下金属ベローズ２５には、上端部に水平方向へ移動させようとする力が作用する。
【００２７】
これによって、下金属ベローズ２５は台板１３から、上金属ベローズ２３は結合部材２１から水平方向に傾斜するように移動することになる。
今、台板１３は移動しないとしているので、下金属ベローズ２５が傾斜すると、結合部材２１が傾斜する。上金属ベローズ２３は、この傾斜した結合部材２１に対してさらに傾斜することになる。
このように、ベローズ結合体１７は、結合部材２１のところで移動方向へ折れ曲がった状態で移動するので、上金属ベローズ２３の上端の略水平方向への移動量が大きくなる。
このように、ベローズ結合体１７は、略水平方向の力に対する変形量が大きいので、みかけのバネ定数が小さくなる。
したがって、ベローズ結合体１７のバネ定数は、上下方向および略水平方向において小さくできるので、良好な除振を行うことができる。
このように、ベローズ結合体１７は、変形を助長するような補助的な弾性機構を付加することなくバネ定数を小さくできるので、除振装置１の構造を簡素化できる。
また、結合部材に任意の質量を与えた２自由度振動系の減衰特性をパラメータにとり、地動加速度外乱に対するパッシブな応答特性を解析した例を、従来の１自由度振動系との対比の元に図２に示す。同図から明らかなように、２自由度系の２つの共振点よりも高い周波数領域において、１自由度振動系の振動特性との違いからおのずから伝達特性が下回る周波数領域が存在し、これは除振性能が従来技術よりも優れていることに他ならない。
【００２８】
また、上金属ベローズ２３および下金属ベローズ２５が変形すると、それに対応して上内部空間２４および下内部空間２６の容積が変化し、内部空間３０の容積が変化する。この内部空間３０の容積が変動すると、内部空間３０に封入された空気の圧力が変動するので、封入された空気は、圧力が元に戻る方向、例えば容積が減少すると増加させる方向に力を作用させる。すなわち、いわゆる空気バネとして機能する。
したがって、除振機構９のバネ定数は、ベローズ結合体１７と空気バネのバネ定数を加えたものである。
空気バネのバネ定数は、封入される空気の容積あるいは圧力を調節することによって調節できるので、例えば、コンプレッサ２９から送られる空気量を調節する、あるいは、補助内部空間２８の容積を調節することによって調節できる。
これにより、除振機構９のバネ定数を調節することができる。
【００２９】
そして、上金属ベローズ２３および下金属ベローズ２５が変形する時、溶接された部分で摩擦が生じるが、この摩擦損失は伝播される振動を少しとは言え減衰させることができる。
また、内部空間３０の容積が変動するのに伴い空気が連通孔２７を通過するが、この空気の通過で若干の圧力損失が発生し、振動を減衰させることができる。
このように、除振機構９にも、振動を減衰する機能が備えられているが、本実施形態では、減衰機能の大半を行うアクチュエータ機構１１が備えられている。
【００３０】
アクチュエータ機構１１は、天板７に取り付けられた変位センサ４１によって変位が検知された時、作動させられる。
変位センサ４１が天板７の移動を検知すると、検知信号が制御装置に入力され、制御信号に変換される。この制御信号が、垂直方向アクチュエータ３１および水平方向アクチュエータ３３に送られ、シャフトモータ３１，３３が作動される。これにより、天板７を振動方向と反対方向に駆動し、天板７の移動を抑える。
【００３１】
このように、除振機構９による除振にも拘わらず、天板７に振動を発生した場合、あるいは除振対象３側に振動が生じた場合に、アクチュエータ機構１１を作動させて振動を減衰させる、すなわち制振することができる。
【００３２】
本実施形態の除振装置１によれば、ベローズ結合体１７が金属材料であるので、真空雰囲気で使用した場合、ゴム等の材料で見られる脱ガス現象がない。このため、真空雰囲気に悪影響を及ぼさないので、除振装置１は真空雰囲気中に配置でき、真空雰囲気中で作動される露光装置に対して最適な除振を行うことができる。
また、ベローズ結合体１７の内部は真空雰囲気にさらされることがないので、真空雰囲気中では十分な機能を奏さない、あるいは機能しないアクチュエータ機構１１の場合には、ベローズ結合体１７の中に設置することができる。
【００３３】
なお、本実施形態では、１台の除振装置１の上に除振対象３を載置しているが、除振対象物が大型の場合には、複数台の除振装置１によって支持されるようにしてもよい。
また、ベローズ結合体１７には２個の金属ベローズを直列に連結したが、これに限定されるものではなく、必要に応じて、３個以上の金属ベローズを連結するようにしてもよい。このようにすると、バネ定数はさらに小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態にかかる除振装置の全体概略構成を示す縦断面図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる除振装置における２自由度振動系の減衰特性をパラメータとした地動加速度外乱に対するパッシブな応答特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３５】
１  除振装置
３  除振対象
７  天板
９  除振機構
１１  アクチュエータ機構
１７  ベローズ結合体
１９  補助タンク
２１  タンク（結合部材）
２３  上金属ベローズ
２５  下金属ベローズ
４１  変位センサ
【図１】
2006220204.tif 000003
【図２】
2006220204.tif 000004