(57)【要約】【課題】機械の質量が増加することなく、機械の水平方向の振動を抑制することができる制振装置を提供する。【解決手段】可動テーブル１と駆動系２からなる可動機構Ｍを搭載した機台と、機台を床に弾性支持する第１ばねとなる足６とより構成される制振装置において、機台は、可動機構Ｍを取り付けた上部機台３と、床５との間に足６により結合された下部機台４とより構成され、上部機台３と下部機台４の間に夫々の機台を弾性支持するための第２ばねとなるコイルばね９を設けた。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動テーブルと駆動系からなる可動機構を搭載した機台と、前記機台を床に弾性支持する第１ばねとより構成される制振装置において、
前記機台は、前記可動機構を取り付けた上部機台と、前記床との間に前記第１ばねにより結合された下部機台とより構成され、
前記上部機台と前記下部機台の間に夫々の機台を弾性支持するための第２ばねが設けられたことを特徴とする制振装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は例えば、半導体素子製造に用いられる露光装置、各種精密加工機あるいは各種精密測定機での位置決めに好適な位置決め装置などの機械構造物に於ける振動を抑制する制振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、半導体素子製造に用いられる露光装置、各種精密加工機あるいは各種精密測定機での位置決めに好適な位置決め装置などの機械構造物に於ける振動を抑制する制振装置は、図５のようになっている。図５は第１従来技術を示す制振装置の正面図である。
図５において、１は可動テーブル、２は駆動系、５は床、６は足、７はモータ、８は機台、である。図５に示した位置決め装置は、機台８の上部に取り付けた可動テーブル１と駆動系２からなる可動機構Ｍをモータ７で駆動して、位置決めを行うものであり、機台８の足６は十分に剛で、床５に図示しないアンカーボルト等で固定されている。
しかし、床５にアンカーボルトが打てない場合は、周囲への振動の伝播を防ぐ目的等で足６は剛体ではなく弾性体を使用して設置される。その場合、周囲への振動の伝播は低減するものの、機台８の振動が発生し、機台８は１慣性系の振動系となる。機台８の質量と振動加速度による慣性力が可動機構Ｍに作用し、可動機構Ｍを駆動するモータ７への外力となり、モータ７の回転軸方向に機台８の振動と同じ周期の外乱が加わる。特に可動機構Ｍを位置決めし停止させる時点で、この周期的な外乱がモータ７の微小動作に影響を与え、所定の停止精度の幅（例えば±１μｍ）を超える等の問題が生じる。この問題を解決するには、モータ７を制御するサーボ装置のゲインを下げるなどして、モータ７の位置決め動作を遅くするしか方法がなかった。
また、上記のような可動機構Ｍを備えた機械では、作業効率の改善のため、位置決め動作時間の短縮が非常に重要な問題であるため、機台８の振動によりモータ７の位置決め動作が高速化できないことは、非常に大きな問題である。
【０００３】
上記問題の根本原因である機台８の振動を抑制するために、例えば、図６に示すような制振装置が提案されている。図６は第２従来技術を示す制振装置の正面図である。
図６において、１１は可動テーブル、１２は駆動系、１７はモータであり、機台８上に搭載した可動テーブル１と駆動系２からなる可動機構Ｍと、可動機構Ｍに対して逆方向に動作する可動テーブル１１と駆動系２１からなる可動機構Ｍ´を取り付ける構造となっている。このとき、可動機構Ｍが発生する慣性力を可動機構Ｍ´が逆方向に動くことによって打ち消す。その結果、機台８に働く外力が低減するため、機台８の振動を低減することができる。
【０００４】
また、振動を低減する別の手段となるとして、機台に動吸振器を取り付け、機台振動に動吸振器の周波数を一致させる方法が考えられる（第３従来技術、例えば特許文献１を参照）。
【０００５】
また、部品の追加を避けて機械的な手段により振動抑制を行うものとして、垂直方向に取り付けたガイドロッドと該ガイドロッドに沿って垂直方向に動作するおもりをばね要素と減衰要素にて橋桁の土台に固定し、構造で動吸振器の機能を持たせる方法がある（第４従来技術、例えば特許文献２を参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２２７３３１号公報
【特許文献２】特開平６−１４７２５７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、第２従来技術では、可動機構Ｍ´は可動機構Ｍに反力を発生させる動作を除いては本来の動作には余分な機構として追加されているため、部品点数の増加によるコスト増、全体質量の増加、あるいは構造系に取り付けるための無駄なスペースが生じるという問題があった。このことは、例えば、半導体製造装置などにおいては、位置決め装置などの機械を設置する床の強度の点から、機械の軽量化を重視する設計となっているため、大きな問題であった。
【０００８】
また、第３従来技術のような方法をとる場合、動吸振器は機械構造に対して本来不要な部品であるため、単純に動吸振器の分だけコストが上がってしまう。しかも、動吸振器の分だけ余分な場所が機械内に必要となり、機械の質量とばね定数によって変動はあるが、場合によっては２０％程度も質量が増加する。
【０００９】
さらに、第１従来技術では、一般的に大質量の物体が水平方向の高加減速の往復運動を繰り返すため、機械の振動は水平方向に大きく発生する。
【００１０】
そして、第４従来技術では、垂直方向に対する振動抑制効果は得られるが、水平方向に対しては全く効果を得ることができないため、この方法をそのまま適用することはできない。
【００１１】
上記に第１〜第４の従来技術を述べたが、近年、機械を設置する床の低剛性化や機械のコスト削減に伴い、機械（特に、半導体関係の機械）は軽量化の傾向にある。特に、軽量化の難しい駆動系よりも比較的簡単に軽量化を図ることができる機台などの被加振系が軽量化される傾向にある。そのため、機械の振動はますます増大し、サーボのゲインをあげることができなくなってしまう。一方で、よりいっそうのサーボの高速応答が求められており、非常に、深刻な問題となっている。
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、機械の質量が増加することなく、機械の水平方向の振動を抑制することができる制振装置を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
可動テーブルと駆動系からなる可動機構を搭載した機台と、前記機台を床に弾性支持する第１ばねとより構成される制振装置において、前記機台は、前記可動機構を取り付けた上部機台と、前記床との間に前記第１ばねにより結合された下部機台とより構成され、前記上部機台と前記下部機台の間に夫々の機台を弾性支持するための第２ばねが設けられたことを特徴とするものである、
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて具体的に説明する。
図１は本発明の実施例を示す制振装置の正面図である。なお、本発明の構成要素が従来技術と同じものについては、同一符号を付してその説明を省略し、異なる点のみ説明する。
図において、３は上部機台、４は下部機台、９はコイルばね、１５はコントローラ、１６はサーボドライバである。
本発明が従来技術と異なる点は、以下のとおりである。
すなわち、可動テーブル１と駆動系２からなる可動機構Ｍを搭載した機台と、機台を床に弾性支持する第１ばねとなる足６とより構成される制振装置において、
機台は、可動機構Ｍを取り付けた上部機台３と、床５との間に足６により結合された下部機台４とより構成され、上部機台３と下部機台４の間に夫々の機台を弾性支持するための第２ばねとなるコイルばね９が設けられた点である。なお、コイルばね９は、該機台の水平方向の振動を抑制するために機台の水平方向に取り付けられている。また、下部機台４の下にはコントローラ１５およびサーボドライバ１６が収納されている。
【００１５】
以下、図１において、振動数Ωの周期外力が上部機台３に働くとき、下部機台４が動吸振器として働く条件について説明する。
図３は図１に示した下部機台が動吸振器として働く制振装置を説明するための図である。ここで、１３は図１に示したコイルばね９に相当するばね、１４は図１に示した足６に相当するばねである。
床５に設置された下部機台４と下部機台４の上に据え付けられ、駆動系２によって繰り返し応力を加えられる上部機台３は、図３に示すような２慣性系で近似される。このような系は、振動数Ωの周期外力が上部機台３に働くとき、上部機台３の質量をｍ２、ばね定数をｋ２、変位をｘ２とし、下部機台４の質量をｍ１、ばね定数をｋ１、変位をｘ１とした場合、図４のようにモデル化することができる。
図４は図３の制振装置をモデル化した場合の模式図である。図４は一見、一般的な動吸振器のモデルのようであるが、周期外力で加振される質量が床５と接地した質量ｍ１ではなく、質量ｍ１の上に据え付けられた質量ｍ２である点で一般的な動吸振器とは異なっている。次に、本発明の実施例のお構成による振動減衰効果があることを下記に説明する。
【００１６】
図４のモデルから運動方程式を考えると、次式のように表される。ただし、ここでいう周期外力の振動数Ωとは、同じ指令信号を同じ時間間隔で出力した場合に、ある指令から次の指令発生までを１つの振動周期と定義するものであり、周期外力とは、その際に駆動系が発する慣性力のことである。
【００１７】
【数１】
2004286099.tif 000003
【００１８】
式（イ）の左辺第３項および式（ロ）の左辺第２項が、上部機台３と下部機台４の間の相互作用を記述する項である。この項より、上部機台３と下部機台４は互いの系に影響を与えあっていることが分かる。すなわち、上部機台３の振動は下部機台４を振動させ、その下部機台４の振動は上部機台３を振動させるものである。上部機台３の振動は作用・反作用によって、さらに駆動系を振動させる。
上式を行列の形で書き直すと、次のようになる。
【００１９】
【数２】
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【００２０】
【数３】
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【００２１】
を周期外力の振動数Ωに一致させれば上部機台３の振動をなくすことができる。また、実際の設計では、式（６）を変形した次式を用いる方がよいと思われる。
【００２２】
【数４】
2004286099.tif 000006
【００２３】
たとえば、下部機台４の質量ｍ１＝３０［ｋｇ］、下部機台４のばね定数ｋ１＝２００［ｋＮ／ｍ］、駆動系が上部機台３を加振する周期ｆ＝１５［Ｈｚ］であるとすると、
【００２４】
【数５】
2004286099.tif 000007
【００２５】
とすれば、下部機台４は、上部機台３に対する動吸振器として働くため、上部機台３の振動は下部機台４により吸収され、低減されることになる。上部機台３の振動が低減されると、駆動系の振動も低減され、モータ側に返ってくる振動の影響も減少するため、サーボのゲインをより高くすることができる。その結果、サーボの応答を早くすることができる。
【００２６】
したがって、可動テーブル１と駆動系２からなる可動機構Ｍを搭載した機台と、機台を床に弾性支持する第１ばねとなる足６とより構成される制振装置において、機台を、可動機構Ｍを取り付けた上部機台３と、床５との間に足６により結合された下部機台４の二つに分割した構成にし、上部機台３と下部機台４の間に夫々の機台を弾性支持するための第２ばねとなるコイルばね９が設ける構成にしたので、下部機台４を上部機台３に対して動吸振器として作用させることから、機械構造の部品点数の増加なしに、上部機台３の振動を低減することができる。また、上部機台の振動が低減されるので、サーボ系が高ゲイン化でき、高速応答が可能となる。
【００２７】
なお、本発明の実施例では上部機台と下部機台間の弾性支持をコイルばね５で行う例を説明したが、図２に示すようにコイルばね５に替えて皿ばね７で構成するようにしても構わない。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、可動テーブルと駆動系からなる可動機構を搭載した機台と、機台を床に弾性支持する第１ばねとなる足とより構成される制振装置において、機台を、可動機構Ｍを取り付けた上部機台と、床との間に足により結合された下部機台に二つに分割した構成にし、上部機台と下部機台の間に夫々の機台を弾性支持するための第２ばねとなるコイルばねが設ける構成にしたため、下部機台を上部機台に対して動吸振器として作用させることから、機械構造の部品点数の増加なしに、上部機台３の振動を低減することができる。また、上部機台の振動が低減されるので、サーボ系が高ゲイン化でき、高速応答が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す制振装置の正面図である。
【図２】本発明のその他の実施例を示す制振装置の正面図である。
【図３】図１に示した下部機台が動吸振器と働く場合の制振装置を説明するための図である。
【図４】図３の制振装置をモデル化した模式図である。
【図５】第１従来技術を示す制振装置の正面図である。
【図６】第２従来技術を示す制振装置の正面図である。
【符号の説明】
１、１１  可動テーブル
２、１２  駆動系
３  上部機台
４  下部機台
５  床
６  足（第１ばね）
７、１７  モータ
８  機台
９  コイルばね（第２ばね）
１０  皿ばね（第２ばね）
１５  コントローラ
１６  サーボドライバ
Ｍ、Ｍ´  可動機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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