(57)【要約】【課題】  水平と垂直方向の振動隔離を両立させ、低周波振動の増幅を回避するとともに、アクチュエーターなどの構造の安定性を兼備する振動隔離装置を提供する。【解決手段】  振動源とキャリアとを隔離するための振動隔離装置は、キャリアを積載するための積載台と、振動源に設けられ収容空間を囲むケースと、収容空間に上方に向かって延出され前記積載台に接続されるベースと、前記ベースの周囲に位置され且つ前記ベース及び前記ケースにそれぞれ接続される複数のコネクターと、積載台の微振動量を最小に維持し垂直と水平の振動隔離効果を図るように、コネクターごとにそれぞれ設けられ、振動源が振動した場合コネクターとベースシステムの全体の振動量を動的に変更する複数のアクチュエーターとを備える。【選択図】  図１
2006177545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動源とキャリアとを隔離するための振動隔離装置において、
前記キャリアを積載するための積載台と、
前記振動源に設けられ収容空間を囲むケースと、
前記収容空間の上方にキャップされる蓋板と、
前記収容空間に設けられ前記蓋板から延出され前記積載台に接続されるベースと、
前記収容空間に設けられ前記ベースの周囲に位置され、且つ前記ベース及び前記蓋板にそれぞれ接続される、複数のコネクターと、
前記積載台の振動を最小に維持するように、コネクターごとにそれぞれ設けられ、前記振動源が振動した場合、前記コネクターとベースの振動を変更する複数のアクチュエーターとを備える、振動隔離装置。
【請求項２】
前記積載台の水平振動を最小に維持するように、前記コネクターと、ベースと蓋板とは、振動源が水平に振動した場合に揺れる単振り子構造に形成されている、請求項１に記載の振動隔離装置。
【請求項３】
前記アクチュエーターは、圧電アクチュエーター、リニアモータ、および回転モータのいずれか一つまたはそれらの組合せである、請求項１に記載の振動隔離装置。
【請求項４】
前記アクチュエーターは、サイズの変更により前記コネクターとベースとの振動の大きさを変更する、請求項１に記載の振動隔離装置。
【請求項５】
前記アクチュエーターは、前記コネクターのほぼ中央の位置、前記蓋板の上方におけるコネクター、前記ベースの下方におけるコネクターのいずれか一つに設けられている、請求項１に記載の振動隔離装置。
【請求項６】
前記コネクターは、棒、ケーブル、および長、短の棒の組合せのいずれか一つまたはそれらの組合せである、請求項１に記載の振動隔離装置。
【請求項７】
前記ベースには、前記アクチュエーターを制御するように、前記積載台の振動信号を測定するための検知部材が設けられており、前記検知部材とアクチュエーターとがそれぞれ外部の制御器に接続されている、請求項１に記載の振動隔離装置。
【請求項８】
前記検知部材は、速度計または加速度計である、請求項７に記載の振動隔離装置。
【請求項９】
前記コネクターと前記ベース間は、軸受けによって接続され、且つスラスト軸受と支持ベースによって固定されている、請求項１に記載の振動隔離装置。
【請求項１０】
前記コネクターと前記蓋板間は、軸受けによって接続され、且つスラスト軸受と支持ベースによって固定されている、請求項１に記載の振動隔離装置。
【請求項１１】
前記積載台と前記キャリアとは、弾性クッションが介装されている、請求項１に記載の振動隔離装置。
【請求項１２】
前記ケースは、円筒状、または方形に囲まれ、または二つ以上の支柱である、請求項１に記載の振動隔離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動隔離装置に関し、より詳しくは、精密ナノレベルである検出設備の振動隔離に用いられる振動隔離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般の電子や半導体産業においては、その製造工程や検出設備が環境の微振動に極めて敏感であるため、好ましくない微振動環境下で、それらの機械設備の作動に誤差が生じ、または測定の結果が判定されにくくなり、特に、今後の製造工程がナノレベル解像度へと進んでいくなかで、検出設備の振動隔離への需要は、より重要となっている。
【０００３】
従来より、ナノレベル解像度の電子顕微鏡、走査プローブ式顕微鏡または原子力顕微鏡には、光学テーブルに合わせながら振動隔離を行うためのエアクッション式振動隔離システムが採用されていた。ただし、この種の振動隔離システムでは、低周波の部分において振動が増幅されがちであるため、映像解像度が悪くなることがある。エアクッション式またはゴムクッション式振動隔離は、低周波の部分において共振の自然周波数が現れることがよくあるため、振動が増幅されて振動隔離が困難となっている。また、一般に、能動振動隔離システムでは、大型設備のみに適用されることが多く、小型検出設備の適用には経済的ではないという問題があり、小型検出設備の振動隔離での制限となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図４に示すように、能受動混合振動隔離の設計を採用して、低周波部分の振動を圧電アクチュエーター５１によって能動制御し、高周波部分と設備からの干渉信号との振動を他の受動振動隔離材料５２によって遮断することにより、一般に受動振動隔離が低周波の場合に振動が増幅される問題を確実に解決することができる。だが、この設計の欠点は、外部の突発振動が突然に発生した場合、単一の圧電アクチュエーター５１の撓み負荷になりやすく、構造の破壊を招くことである。しかも、単一の圧電アクチュエーター５１は、積載負荷を完全に受け持つ必要があるため、長期間にわたっての構造の破壊が生じる可能性があり、例えば米国特許第５,６６０,２５５号の能動振動隔離装置には前述のような問題が残されていた。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５,６６０,２５５号明細書
【０００６】
さらに、図５に示す米国特許第６,２０９,８４１号には、単振り子（Simple Pendulum）としてケーブル６１が利用される構造が開示されており、このケーブル６１の構造には大きい撓み性があるため、アクチュエーター６２が撓んだ側面応力を受けることを回避するために、アクチュエーター６２が鋼筒６３に覆われ盤型ばね６４によってプリプレスされるように構成されている。ただし、このような構成は、プリプレスによってアクチュエーター６２の制御ストロークが犠牲になるとともに、そのプリプレスによってアクチュエーター６２の積載能力が低減される。同時に、地震が発生した場合、過大の側面力によってアクチュエーター６２が破損する可能性もある。さらに、この構成においては、検知器６５は、負荷端の振動を直接測定できないため、負荷端の振動が単振り子構造によって検知器６５に送り戻される。この場合、検知器６５とアクチュエーター６２とは、床などの振動源に接続され、この負荷端が単振り子構造によって検知器６５とアクチュエーター６２に接続されているため、アクチュエーター６２が振動源の振動を制御できるのみで、負荷端を直接制御できないため、低周波の振動隔離効果が不良となっている。
【０００７】
【特許文献２】米国特許第６,２０９,８４１号明細書
【０００８】
したがって、水平と垂直方向の振動隔離を両立させ、低周波振動の増幅を回避するとともに、アクチュエーターなどの構造の安定性を兼備する振動隔離装置の開発は、この関係の分野において解決すべき課題となっている。
【０００９】
そこで、以上のとおりの事情に鑑み、本発明は、垂直方向に振動隔離を行うことができる振動隔離装置を提供することを課題とする。
【００１０】
また、本発明は、水平方向に振動隔離を行うことができる振動隔離装置を提供することを課題とする。
【００１１】
また、本発明は、低周波振動が増幅されることがないようにする振動隔離装置を提供することを課題とする。
【００１２】
また、本発明は、アクチュエーターを撓みから回避することができる、構造が安定している振動隔離装置を提供することを課題とする。
【００１３】
また、本発明は、アクチュエーターが高すぎる負荷を受け持つことから回避することができる振動隔離装置を提供することを課題とする。
【００１４】
また、本発明は、積載台の振動を直接検知できる振動隔離装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の課題を解決するために、本発明に係る振動隔離装置は、振動源とキャリアとを隔離するための振動隔離装置において、キャリアを積載するための積載台と、振動源に設けられ収容空間を囲むケースと、収容空間の上方にキャップされる蓋板と、収容空間に設けられ前記蓋板から延出され積載台に接続されるベースと、収容空間に設けられベースの周囲に位置され、ベース及び蓋板にそれぞれ接続される複数のコネクターと、コネクターのそれぞれに設けられ、積載台の振動を最小に維持するように、振動源が振動した場合コネクターとベースシステムの全体の振動量を変更するアクチュエーターとを備える。
【００１６】
コネクターと、ベースと蓋板とは、積載台の水平位置が変わらないように、振動源が水平に振動した場合に揺れる単振り子構造に形成されており、単振り子構造は、ベースの振動の大きさを調整することにより積載台の振動量を制御することができる。
【００１７】
アクチュエーターは圧電アクチュエーターであって、圧電セラミックス材料からなり、サイズの変更によりコネクターの長さを変更することができる。同時に、このアクチュエーターは、コネクターのほぼ中央の位置、コネクターが蓋板の上方から突出した位置、またはコネクターがベースの下方に延出された位置に設けられている。
【００１８】
コネクターは、長、短棒の組合せであり、三つあるのが好ましく、等ピッチでベースの周囲に設けられている。
【００１９】
また、ベースには、アクチュエーターを制御するように、積載台の振動信号を測定するための、例えば速度計または加速度計である検知部材が設けられており、前記検知部材とアクチュエーターとがそれぞれ外部の制御器に接続されている。
【発明の効果】
【００２０】
したがって、本発明に係るコネクター、アクチュエーター、及び検知部材との組合せによって、低周波の振動が増幅されることなく、垂直と水平に振動隔離の効果を十分に達成することができるとともに、アクチュエーターがそれぞれコネクターに接続されているため、アクチュエーターが軸方向からの負荷のみを受け持つことが確保でき、突発的情況によってアクチュエーターの撓み負荷となることはない。また、本発明に係る検知部材は、積載台を直接検知することができるため、低周波の振動隔離効果の不良などの問題を回避し、従来技術の欠点を十分に解決することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施の形態に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、明細書に記載の内容によってこの技術に習熟した者は簡単に本発明のその他の利点や効果が理解できる。本発明は、さらにその他の異なる具体的な実施形態に基づいて実施や応用をすることができ、本明細書における各詳細な内容は、異なる観点や応用に基づいて、本発明の技術思想の範囲内で数々の変更態様が可能であることは言うまでもない。
【００２２】
図１は、本発明に係る振動隔離装置の好ましい実施形態の断面図を示す。この振動隔離装置は、例えば床である振動源１０に設置され、振動源１０に振動が発生した場合、振動隔離装置に積載されたキャリア２０を隔離させる。この振動隔離装置は、図１に示すように、振動源１０に設置されたケース３１を備え、このケース３１は、円筒状の収容空間３２を囲み、蓋板３３によってこの収容空間３２の上方にキャップされる。ただし、ケース３１は、方形やその他の形状に囲まれてよく、または二つ以上の支柱によって、蓋板３３の下方を支持してもよい。同時に、この収容空間３２には、ベース３４が設けられ、このベース３４は、一定の質量があり、蓋板３３から上方へ向かって延出され、キャリア２０を積載するための水平積載台３５に接続されており、この積載台３５とこの蓋板３３とが、相互に接触しないようにしている。
【００２３】
この振動隔離装置の特徴は、ベース３４の周囲に複数のコネクター３６が設けられ、それらが収容空間３２に設けられ、その収容空間３２には、ダンパー作用を増加するためのオイルまたはその他の液体が充満され、等ピッチによってベース３４の周囲に配置され、コネクター３６それぞれの上下両端が蓋板３３及びベース３４の底盤に接続されることにある。本実施形態において、コネクター３６それぞれは、長、短棒の組合せであって、それらのコネクター３６の数は三つであり、三角形の等ピッチでベース３４の周囲（図１の断面図は二つのコネクター３６のみ図示）に配置されている。また、本実施形態において、コネクター３６は、ボール軸受け４０によって、その上方の蓋板３３及びその下方のベース３４の底盤にそれぞれ接続され、図１に示すように、スラスト軸受４５と支持ベース４６によって固定されており、このコネクター３６は外歯を有し、このスラスト軸受４５は内歯を有し、その接触と回転によってコネクター３６の上下運動を調整する。
【００２４】
前記コネクター３６のそれぞれのほぼ中央の位置には、ともにアクチュエーター４１が設けられており、このアクチュエーター４１は、長、短棒３６の連結境界箇所に配設され、外部制御器（図示せず）によって制御され、振動源１０が垂直に振動した場合、アクチュエーター４１のサイズを変更して、さらにコネクター３６の長さを変更する。同時に、ベース３４は、一定の積載質量があるため、長、短棒３６によってアクチュエーター４１が緊密に圧着されることができる。したがって、アクチュエーター４１の作動によってコネクター３６の長さが変更された場合、ベース３４の全体に相対運動が生じて、積載台３５の振動を維持調整することで、垂直振動によってその高度位置が変更されることを回避し、振動隔離の振動防止効果を図る。
【００２５】
本実施形態におけるアクチュエーター４１は、圧電アクチュエーターであって、圧電セラミックス材料からなり、外部制御器からの電気信号が入力された場合、その電気信号が受信されサイズへの変更を図り、さらに、コネクター３６の長さの変化を制御する。
【００２６】
また、ベース３４には、検知部材４２が設けられ、この検知部材４２は、振動源１０の振動信号を測定できる速度計または加速度計である。したがって、振動源１０に垂直振動が発生し、振動信号をベース３４と積載台３５に転送した場合、検知部材４２は、その積載台３５の振動を検知して、その検知された信号を外部の制御器に転送する。そして、この制御器によって信号がアクチュエーター４１に送り戻されることで、アクチュエーター４１が変形するように駆動制御し、必要に応じてコネクター３６の長さを増加または減少し、ベース３４の相対運動及び振動量を調整する。
【００２７】
したがって、検知部材４２、アクチュエーター４１および長さの調整できるコネクター３６の設計によって、能動振動の隔離ができ、キャリア２０を確実に隔離させ、振動源１０の垂直振動の伝送を回避することができる。
【００２８】
同時に、コネクター３６とベース３４の設計は、振動源１０の水平振動を隔離してもよい。これは、コネクター３６、ベース３４および蓋板３３とは、単振り子構造として形成されており、蓋板３３の位置を支点とし、ベース３４の質量に基づいてコネクター３６と単振り子の揺れを行う。したがって、振動源１０に水平振動が発生した場合、ベース３４とコネクター３６とは、積載台３５の水平位置が変わらないように揺れを行い、水平振動隔離の効果を図ることができる。
【００２９】
前記単振り子構造は、ねじ山の設計を利用して、ベース３４の高度を調整してもよく、即ち、コネクター３６の上下の二つの軸受け４０の間の距離を調整し、その有効な長さを変更して、さらに、その水平方向の自然周波率を調整し、水平調整の目的を図ることができる。
【００３０】
本発明に係る振動隔離の効果をさらに強化するために、積載台３５とキャリア２０とは、例えば弾性クッションまたはばねである弾性物体（図示せず）が介装され、受動振動隔離の作用として働く。前記コネクター３６を接続するための軸受け４０にも、ゴムクッションが被覆されることで、ケース３１を介して環境振動がベース３４に伝達されることを回避する。
【００３１】
したがって、本発明の設計によれば、低周波の振動が増幅されることなく、垂直と水平に振動隔離の効果を十分に達成することができるとともに、アクチュエーター４１がそれぞれコネクター３６に接続されているため、アクチュエーター４１が軸方向からの負荷のみを受け持つことが確保でき、突発的情況によってアクチュエーター４１の撓み負荷となることはない。しかも、それらの複数のアクチュエーター４１によって積載が平均的に分担されることとなる。また、本発明に係る検知部材４２は、積載台３５を直接検知することができるため、低周波の振動隔離効果の不良などの問題を回避することが可能である。
【００３２】
本発明に係る振動隔離装置は、前記の実施形態のほか、図２に示す第二の実施形態のように、収容空間３２の大きさに応じてアクチュエーター４１の位置を変更してもよい。この場合、コネクター３６の一端は、蓋板３３に接続され蓋板３３から上方へ向かって延出され、アクチュエーター４１は、蓋板３３の上方のコネクター３６に設けられ、軸受け４０上における支持ベース４６とスラスト軸受４５に挟着される。逆に、このアクチュエーター４１の位置は、図３に示す第三の実施形態であってもよい。この場合、コネクター３６の一端は、ベース３４に接続されベース３４から下方へ向かって延出され、アクチュエーター４１は、ベース３４の下方のコネクター３６に設けられ、軸受け４０下における支持ベース４６とスラスト軸受４５に挟着される。
【００３３】
上記の実施形態は、本発明の説明のみであり、請求の範囲を制限するためのものではなく、例えば、アクチュエーター４１は、圧電アクチュエーターのほか、リニアモータ、および回転モータのいずれか一つまたはそれらの組合せであってもよく、コネクター３６は、棒、およびケーブルのいずれか一つまたはそれらの組合せであってよい。
【００３４】
上記のように、これらの実施の形態は本発明を例示する目的で示すものであり、本発明は、これらによって何ら限定されるものではない。本発明に係る実質的な技術内容は、特許請求の範囲に定義される。本発明はこの技術分野に精通したものが特許請求の範囲を脱しない範囲で色々な修飾や変更が可能であり、そうした修飾や変更は本発明の技術範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る振動隔離装置の第一の実施形態の断面図を示す。
【図２】本発明に係る振動隔離装置の第二の実施形態の断面図を示す。
【図３】本発明に係る振動隔離装置の第三の実施形態の断面図を示す。
【図４】従来の能受動振動隔離装置の側面図を示す。
【図５】アメリカ特許第６，２０９，８４１号に記載の振動隔離装置の側面図を示す。
【符号の説明】
【００３６】
１０  振動源
２０  キャリア
３１  ケース
３２  収容空間
３３  蓋板
３４  ベース
３５  積載台
３６  コネクター
４０  軸受け
４１  アクチュエーター
４２  検知部材
４５ スラスト軸受
４６  支持ベース
５１  圧電アクチュエーター
５２  振動隔離材料
６１  ケーブル
６２  アクチュエーター
６３  鋼筒
６４  盤型ばね
６５  検知器
【図１】
2006177545.tif 000003
【図２】
2006177545.tif 000004
【図３】
2006177545.tif 000005
【図４】
2006177545.tif 000006
【図５】
2006177545.tif 000007