(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと第１部材との間に正のバネ特性を有する支持機構を設けてベースから第１部材に伝わる振動を絶縁し、
第１部材と第２部材との間に負のバネ特性を有する支持機構を設けて第１部材と第２部材との間を除振し、
前記正のバネ特性と前記負のバネ特性の絶対値が等しくなるように負のバネ特性を有する支持機構を制御し、
さらに、前記ベースと前記第２部材との間には正のバネ特性を有する荷重支持機構を前記支持機構と並列に設けて第２部材に作用する荷重を受けるように構成することにより、
直動外乱に対して略無限大の剛性を有せしめるとともに、ベースからの地動外乱による振動を絶縁することを特徴とする除振方法。
【請求項２】
ベースと第１部材との間に正のバネ特性を有する支持機構を設けてベースから第１部材に伝わる振動を絶縁し、
前記第１部材と第２部材との間に負のバネ特性を有する永久磁石と電磁石とから構成されてゼロパワー特性を有する磁気浮上機構を設けて第１部材と第２部材との間を除振し、
前記正のバネ特性と前記負のバネ特性の絶対値が等しくなるように負のバネ特性を有する磁気浮上機構を制御し、
さらに、前記ベースと前記第２部材との間には正のバネ特性を有する荷重支持機構を前記支持機構と前記磁気浮上機構とに並列に設けて第２部材に作用する荷重を受けるように構成することにより、
直動外乱に対して略無限大の剛性を有せしめるとともに、ベースからの地動外乱による振動を絶縁することを特徴とする除振方法。
【請求項３】
ベースと第１部材との間に正のバネ特性を有する支持機構を設けてベースから第１部材に伝わる振動を絶縁し、
前記第１部材と第２部材との間には負のバネ特性を有する永久磁石と電磁石とから構成されてゼロパワー特性を有する磁気浮上機構と正のバネ特性を有するバネとを互いに並列に設けて第１部材と第２部材との間を除振し、
前記正のバネ特性と前記負のバネ特性の絶対値が等しくなるように負のバネ特性を有する磁気浮上機構を制御し、
さらに、前記ベースと前記第２部材との間には正のバネ特性を有する荷重支持機構を前記支持機構と前記磁気浮上機構とに並列に設けて第２部材に作用する荷重を受けるように構成することにより、
直動外乱に対して略無限大の剛性を有せしめるとともに、ベースからの地動外乱による振動を絶縁することを特徴とする除振方法。
【請求項４】
ベースと第１部材との間に正のバネ特性を有し並列に配置されたリニアアクチュエータとバネとからなる支持機構を設け、
前記第１部材と第２部材との間には負のバネ特性を有する永久磁石と電磁石とから構成されるゼロパワー特性を有する磁気浮上機構を設けて第１部材と第２部材との間を除振し、前記正のバネ特性と前記負のバネ特性の絶対値が等しくなるように負のバネ特性を有する磁気浮上機構を制御し、
さらに、前記ベースと前記第２部材との間に正のバネ特性を有する荷重支持機構を前記支持機構と前記磁気浮上機構とに並列に設けて第２部材に作用する荷重を受けるように構成することにより、
直動外乱に対して略無限大の剛性を有せしめるとともに、ベースからの地動外乱による振動を絶縁することを特徴とする除振方法。
【請求項５】
ベースと第１部材との間に正のバネ特性を有するバネ要素を設け、
前記第１部材と第２部材との間に負のバネ特性を有する永久磁石と電磁石とから構成されるゼロパワー特性を有する磁気浮上機構を配置して第１部材と第２部材との間を除振し、前記正のバネ特性と前記負のバネ特性の絶対値が等しくなるように負のバネ特性を有する磁気浮上機構を制御し、
さらに、ベースと第２部材との間に正のバネ特性を有する空気バネからなる荷重支持機構を前記バネ要素と前記磁気浮上機構とに並列に設けて第２部材に作用する荷重を受けるように構成することにより、
直動外乱に対して略無限大の剛性を有せしめるとともに、ベースからの地動外乱による振動を絶縁することを特徴とする除振方法。
【請求項６】
ベースに正のバネ特性を有するバネ要素により支持される中間台と、
前記中間台に対して負のバネ特性を有する永久磁石と電磁石とから構成されて前記中間台と除振テーブルとの間を除振するゼロパワー特性を有する磁気浮上機構により支持された除振テーブルと、
前記正のバネ特性と前記負のバネ特性の絶対値が等しくなるように負のバネ特性を有する磁気浮上機構を制御する制御装置とを備え、
前記ベースと前記除振テーブルとの間には正のバネ特性を有する荷重支持機構を前記バネ要素と前記磁気浮上機構とに並列に配置して前記除振テーブルに作用する荷重を受けるように構成することにより、
直動外乱に対して略無限大の剛性を有せしめるとともに、ベースからの地動外乱による振動を絶縁することを特徴とする除振装置。
【請求項７】
ベースに正のバネ特性を有するバネ要素により支持される中間台と、
前記中間台に対して負のバネ特性を有する永久磁石と電磁石とから構成されて前記中間台と除振テーブルとの間を除振するゼロパワー特性を有する磁気浮上機構とこれに並列に配置した正のバネ特性を有するバネとによって支持された除振テーブルと、
前記正のバネ特性と前記負のバネ特性の絶対値が等しくなるように負のバネ特性を有する磁気浮上機構を制御する制御装置とを備え、
前記ベースと前記除振テーブルとの間に正のバネ特性を有する荷重支持機構を前記バネ要素と前記磁気浮上機構と前記バネに並列に配置して前記除振テーブルに作用する荷重を受けるように構成することにより、
直動外乱に対して略無限大の剛性を有せしめるとともに、ベースからの地動外乱による振動を絶縁することを特徴とする除振装置。
【請求項８】
ベースに共に正のバネ特性を有し並列に配置されたリニアアクチュエータとバネとからなる支持機構によって支持された中間台と、
前記中間台に対して負のバネ特性を有する永久磁石と電磁石とから構成されて前記中間台と除振テーブルとの間を除振するゼロパワー特性を有する磁気浮上機構によって支持された除振テーブルとを備え、
前記正のバネ特性と前記負のバネ特性の絶対値が等しくなるように負のバネ特性を有する磁気浮上機構を制御する制御装置とを備え、
前記ベースと前記除振テーブルとの間に正のバネ特性を有する荷重支持機構を前記支持機構と前記磁気浮上機構とに並列に配置して前記除振テーブルに作用する荷重を受けるように構成することにより、
直動外乱に対して略無限大の剛性を有せしめるとともに、ベースからの地動外乱による振動を絶縁することを特徴とする除振装置。
【請求項９】
前記荷重支持機構は、
正のバネ特性を有するバネ要素とそのバネ要素に並列に設けた所定の減衰率の減衰装置とから構成されていることを特徴とする請求項６〜請求項８のいずれかに記載の除振装置。
【請求項１０】
前記荷重支持機構は、
正のバネ特性を有する空気バネであることを特徴とする請求項６〜請求項８のいずれかに記載の除振装置。
【請求項１１】
前記ベースと中間台との間に、前記正のバネ特性を有するバネ要素と併設して所定の減衰率の減衰装置を設置したことを特徴とする請求項６〜請求項１０のいずれかに記載の除振装置。
【請求項１２】
前記磁気浮上機構を構成する電磁石の吸引力は除振テーブルへ作用する荷重の増減に応じて増減するように構成したことを特徴とする請求項６〜請求項１１のいずれかに記載の除振装置。
【請求項１３】
前記ベースと前記除振テーブルは共に対向部材を連結部材で連結して構成され、
さらにベースと除振テーブルの対向部材が交互に成るように配置され、
中央部のベースおよび除振テーブルの対向部材の間に中間台を配置したことを特徴とする請求項６〜請求項１２のいずれかに記載の除振装置。
【請求項１４】
前記ベースは除振装置を形成する床であることを特徴とする請求項６〜請求項１３のいずれかに記載の除振装置。
【請求項１５】
少なくとも前記ベース、前記中間台、前記除振テーブルの一組を一つのユニットとしてまとめて構成したことを特徴とする請求項６〜請求項１３のいずれかに記載の除振装置。
【請求項１６】
ベースと第１部材との間に正のバネ特性を有する支持機構を配設してベースから第１部材に伝わる振動を絶縁するとともに、
前記第１部材と第２部材との間にアクチュエータと制御装置から構成される支持機構により負のバネ特性を付与することにより、
前記第１部材から第２部材に伝わる振動を絶縁し、
前記制御装置により前記正のバネ特性と前記負のバネ特性の絶対値が等しくなるように負のバネ特性を有するアクチュエータを制御し、
さらに、前記ベースと第２部材との間に正のバネ特性を有する荷重支持機構を配置して、前記第２部材に作用する荷重の一部を前記荷重支持機構により支持することを特徴とする除振方法。
【請求項１７】
ベースと第１部材との間に正のバネ特性を有する支持機構を配設してベースから第１部材に伝わる振動を絶縁し、
さらに前記第１部材と第２部材との間にアクチュエータと制御装置から構成される支持機構により負のバネ特性を付与するとともに、
前記第１部材と第２部材との間に正のバネ特性を有するバネ要素を配置することにより、前記第１部材から第２部材に伝わる振動を絶縁し、
前記制御装置により前記正のバネ特性と前記負のバネ特性の絶対値が等しくなるように負のバネ特性を有するアクチュエータを制御し、
さらに、前記ベースと第２部材との間に正のバネ特性を有する荷重支持機構を配置して、前記第２部材に作用する荷重の一部を前記荷重支持機構により支持することを特徴とする除振方法。
【請求項１８】
ベースと第１部材との間に正のバネ特性を有する支持機構とリニアアクチュエータとを配設してベースから第１部材に伝わる振動を絶縁し、
さらに前記第１部材と第２部材との間にアクチュエータと制御装置から構成される支持機構により負のバネ特性を付与するとともに、
前記第１部材と第２部材との間に前記アクチュエータと並列に正のバネ特性を有するバネ要素を配置することにより、
前記第１部材から第２部材に伝わる振動を絶縁し、
前記制御装置により前記正のバネ特性と前記負のバネ特性の絶対値が等しくなるように負のバネ特性を有するアクチュエータを制御し、
さらに、前記ベースと第２部材との間に正のバネ特性を有する荷重支持機構を配置して、第２部材に作用する荷重の一部を前記荷重支持機構により支持することを特徴とする除振方法。
【請求項１９】
ベースに所定の正のバネ特性を有するバネ要素により支持される中間台と、
前記中間台に対してアクチュエータと制御装置から構成されて所定の負のバネ特性を有する支持機構により支持される除振テーブルとを備え、
前記制御装置により前記正のバネ特性と前記負のバネ特性の絶対値が等しくなるように負のバネ特性を有するアクチュエータを制御し、
前記ベースと前記除振テーブルとの間には正のバネ特性を有する荷重支持機構を配置して、
除振テーブルに作用する荷重の一部を前記荷重支持機構により支持することを特徴とする除振装置。
【請求項２０】
ベースに所定の正のバネ特性を有するバネ要素とリニアアクチュエータとにより支持される中間台と、
前記中間台に対してアクチュエータと制御装置から構成されて負のバネ特性を有する支持機構により支持される除振テーブルとを備え、
前記制御装置により前記正のバネ特性と前記負のバネ特性の絶対値が等しくなるように負のバネ特性を有するアクチュエータを制御し、
前記ベースと前記除振テーブルとの間には正のバネ特性を有する荷重支持機構を配置して、
除振テーブルに作用する荷重の一部を前記荷重支持機構により支持することを特徴とする除振装置。
【請求項２１】
ベースに所定の正のバネ特性を有するバネ要素により支持される複数の中間台と、
前記複数の中間台に対してアクチュエータと制御装置から構成されて所定の負のバネ特性を有する支持機構により支持される除振テーブルとを備え、
前記制御装置により前記正のバネ特性と前記負のバネ特性の絶対値が等しくなるように負のバネ特性を有するアクチュエータを制御し、
前記ベースと前記除振テーブルとの間には正のバネ特性を有する荷重支持機構を配置して、
除振テーブルに作用する荷重の一部を前記荷重支持機構により支持することを特徴とする除振装置。
【請求項２２】
前記中間台と前記除振テーブルとの間に設ける支持機構（アクチュエータ）と並列に正のバネ特性を有するバネ要素を備えた、
ことを特徴とする請求項１９〜請求項２１のいずれかに記載の除振装置。
【請求項２３】
前記ベースと前記除振テーブルとは共に対向部材を連結部材で連結して構成され、
さらにベースと除振テーブルの対向部材が交互となるように配置され、
中央部のベースおよび除振テーブルの対向部材の間に前記中間台を配置したことを特徴とする請求項１９〜請求項２２のいずれかに記載の除振装置。
【請求項２４】
前記ベースは前記除振装置を形成する床であることを特徴とする請求項１９〜請求項２３のいずれかに記載の除振装置。
【請求項２５】
少なくとも前記ベース、前記中間台、前記除振テーブルの一組を一つのユニットとしてまとめて構成したことを特徴とする請求項１９〜請求項２４のいずれかに記載の除振装置。
【請求項２６】
前記荷重支持機構は、
正のバネ特性を有するバネとそのバネに並列に設けた所定の減衰率の減衰装置とから構成されていることを特徴とする請求項１９〜請求項２５のいずれかに記載の除振装置。
【請求項２７】
前記荷重支持機構は、
正のバネ特性を有する空気バネであることを特徴とする請求項１９〜請求項２５のいずれかに記載の除振装置。
【請求項２８】
前記ベースと前記中間台との間に、前記正のバネ特性を有するバネと併設して所定の減衰率の減衰装置を設置したことを特徴とする請求項１９〜請求項２５のいずれかに記載の除振装置。
【請求項２９】
前記中間台に設けられたアクチュエータの伸びを除振テーブルへ作用する荷重の増減に応じて増減させるように構成したことを特徴とする請求項１９〜請求項２８のいずれかに記載の除振装置。
【請求項３０】
前記アクチュエータがボイスコイルモータ、リニアモータ、空気圧アクチュエータ、油圧アクチュエータ等のリニアアクチュエータであり、
前記制御装置が変位センサおよび制御回路ならびに電力増幅器から構成されたことを特徴とする請求項１９〜請求項２９のいずれかに記載の除振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正のバネ特性を有する支持機構と並列に、正のバネ特性を有する支持機構と負のバネ特性を有する支持機構を直列に接続した支持機構を配置してなる除振方法およびその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、半導体デバイス製造システムや極微小領域計測システム等では、急速に高精度化、高性能化してきており、これらのシステムでは、振動等の外乱を除去する除振、除振装置の重要性が増大している。除振装置で除去すべき振動外乱は、設置床からの振動に起因する地動外乱と、装置のバネ上に入力される直動外乱とに大別でき、前者には低剛性の機構が適しており、後者には高剛性の機構が適している。図２０（Ａ）は、地動外乱を絶縁して除振する従来のパッシブ除振システムを示すのもので、床３６からの振動伝達率を低くするためにバネ特性ｋを小さくしてバネ剛性を小さくすると、除振テーブル３２（質量ｍ）上の質量変化Δｍや除振テーブル３２に作用する荷重の変化等のバネ上での外乱に対して弱くなってしまう。逆に、バネ上での外乱に対してはある程度バネ剛性を大きくする必要がある。このような外乱吸収のための低剛性機構と、位置、姿勢保持のための高剛性機構という相反する特性が要求される。
【０００３】
図２０（Ｂ）に示すように、一般に、正のバネ特性ｋ1 、ｋ2 を有する２つのバネ３５−１、３５−２を直列に結合して１つの除振機構を構成すると、そのバネ特性は次式で求められる。
ｋc ＝ｋ1 ｋ2 ／（ｋ1 ＋ｋ2 ）  （１）
つまり、通常の正のバネ特性を有するバネを直列に結合すると、結合してできたバネ特性は、結合前のバネ特性より必ず小さくなるものである。したがって、これら従来のバネのみを使用した除振装置では、質量変化や振動等のバネ上での外乱に対して高い剛性を確保することが極めて困難であることから、アクティブ除振制御装置が提案された。
【０００４】
図２１は、一般的なアクティブ除振制御装置の原理を示したもので、除振台１１０上に設置された加速度センサ１１４による検出信号に基づいてコントローラ１１５によって除振台１１０の振動を抑制する制御入力を計算し、求められた制御入力によって、バネ１１１および減衰器１１２と並列に設置されたアクチュエータ１１３を動作させることによって除振制御を行う。
【０００５】
しかしながら、このようなアプローチは、除振台や床の振動が正確に検出されることを前提としており、実現化されるには、低周波の振動まで感度良く検出できるサーボ型加速度センサを用いる必要があるために高価格になる上、採用されるサーボ型加速度センサによっては、直動外乱に対する剛性が未だ充分とは言い難く、完全な振動絶縁性能を確保するには不充分であった。
【０００６】
そこで本発明者らは、前記従来の除振方法およびその装置の課題を解決するために、先に、地動外乱に対する振動絶縁性能を損なうことなく、直動外乱に対する高い剛性を確保して、高い除振機能を発揮して精密加工等を可能にする除振方法およびその装置を提案している（特許文献１）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−８１４９８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記文献で開示した除振方法および装置は、床（ベース）と中間台（第１部材）との間をバネにより除振するとともに、前記中間台（第１部材）と除振テーブル（第２部材）との間を永久磁石と電磁石とから構成されるゼロパワー特性を有する磁気浮上機構により除振するもので、床と中間台との間のバネによるバネ除振および中間台と除振テーブル間の磁気浮上機構による除振により地動外乱に対する振動絶縁性能を損なうことなく、直動外乱に対する高い剛性を確保して、高い除振機能を発揮して精密加工等を可能にしている。
【０００９】
しかしながら、上記文献で開示した除振方法およびその装置は、ゼロコンプライアンス機構としては十分な機能を達成できたが、ステッパー等製品の大型化によって新たな問題が浮き上がってきた。
即ち、負のバネ特性を実現するアクチュエータ（磁気浮上機構等）が当該除振テーブルの全質量を支持しなければならず、そのため、大型除振装置を実現するには、大出力のアクチュエータが必要となるという大きな障害が生じてきた。
また、負のバネ特性を実現するのに、ゼロパワー磁気浮上機構を利用する場合には、ゼロパワー磁気浮上用の永久磁石が大量に必要となってしまい、高コスト化の問題が生じてきた。
【００１０】
さらに、ゼロパワー磁気浮上のように直流電磁石の吸引力を利用した磁気浮上系では、原理的に浮上対象物に吸引力だけしか作用させられないので、除振テーブルの吸引力が作用する部分は、中間台に下側にある必要がある。このことは、除振装置の構造を複雑にすると同時に装置の設計の自由度を狭めることになる。
【００１１】
そこで本発明は、ゼロコンプライアンス機構と並列に、荷重支持用のバネ支持機構を配置することにより、地動外乱への振動絶縁特性を劣化させることなく、直動外乱への剛性も高くでき、しかも質量の大きな装置に対しても低コストで高性能を維持できる除振方法およびその装置を提供することを目的とする。
【００１２】
以下、本発明の原理を図１を用いて説明する。
バネ特性ｋ1 、ｋ2 を持つ二つのバネを直列に統合し、さらにこれにバネ特性ｋ3 を持つバネを並列に接続して一つのバネを作ると、その合成バネ特性ｋc は次式で求められる。    ｋc ＝〔ｋ1 ・ｋ2 ／（ｋ1 ＋ｋ2 ）〕＋ｋ3 
したがって、ｋ1 ＝−ｋ2 
という関係を満たすようになれば、ｋ3 の値に依らず
｜ｋc ｜＝＋∞
となることが判る。
【００１３】
以上のことから、正のバネ特性と負のバネ特性とを直列に接続して構成したゼロコンプライアンス機構と並列に荷重支持用のバネ要素を配設しても、直動外乱に対する剛性は、無限大に保持されることが判る。
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、正のバネ特性を有する荷重支持機構と並列に、正のバネ特性を有する支持機構と負のバネ特性を有する支持機構とを直列に接続した構成を採用した点に特徴がある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このため、本発明が採用した技術解決手段は、
ベースと第１部材との間に正のバネ特性を有する支持機構を設けてベースから第１部材に伝わる振動を絶縁し、第１部材と第２部材との間に負のバネ特性を有する支持機構を設けて第１部材と第２部材との間を除振し、前記正のバネ特性と前記負のバネ特性の絶対値が等しくなるように負のバネ特性を有する支持機構を制御し、さらに、前記ベースと前記第２部材との間には正のバネ特性を有する荷重支持機構を前記支持機構と並列に設けて第２部材に作用する荷重を受けるように構成することにより、直動外乱に対して略無限大の剛性を有せしめるとともに、ベースからの地動外乱による振動を絶縁することを特徴とする除振方法である。
また、ベースと第１部材との間に正のバネ特性を有する支持機構を設けてベースから第１部材に伝わる振動を絶縁し、前記第１部材と第２部材との間に負のバネ特性を有する永久磁石と電磁石とから構成されてゼロパワー特性を有する磁気浮上機構を設けて第１部材と第２部材との間を除振し、前記正のバネ特性と前記負のバネ特性の絶対値が等しくなるように負のバネ特性を有する磁気浮上機構を制御し、さらに、前記ベースと前記第２部材との間には正のバネ特性を有する荷重支持機構を前記支持機構と前記磁気浮上機構とに並列に設けて第２部材に作用する荷重を受けるように構成することにより、直動外乱に対して略無限大の剛性を有せしめるとともに、ベースからの地動外乱による振動を絶縁することを特徴とする除振方法である。
また、ベースと第１部材との間に正のバネ特性を有する支持機構を設けてベースから第１部材に伝わる振動を絶縁し、前記第１部材と第２部材との間には負のバネ特性を有する永久磁石と電磁石とから構成されてゼロパワー特性を有する磁気浮上機構と正のバネ特性を有するバネとを互いに並列に設けて第１部材と第２部材との間を除振し、前記正のバネ特性と前記負のバネ特性の絶対値が等しくなるように負のバネ特性を有する磁気浮上機構を制御し、さらに、前記ベースと前記第２部材との間には正のバネ特性を有する荷重支持機構を前記支持機構と前記磁気浮上機構とに並列に設けて第２部材に作用する荷重を受けるように構成することにより、直動外乱に対して略無限大の剛性を有せしめるとともに、ベースからの地動外乱による振動を絶縁することを特徴とする除振方法である。
また、ベースと第１部材との間に正のバネ特性を有し並列に配置されたリニアアクチュエータとバネとからなる支持機構を設け、前記第１部材と第２部材との間には負のバネ特性を有する永久磁石と電磁石とから構成されるゼロパワー特性を有する磁気浮上機構を設けて第１部材と第２部材との間を除振し、前記正のバネ特性と前記負のバネ特性の絶対値が等しくなるように負のバネ特性を有する磁気浮上機構を制御し、さらに、前記ベースと前記第２部材との間に正のバネ特性を有する荷重支持機構を前記支持機構と前記磁気浮上機構とに並列に設けて第２部材に作用する荷重を受けるように構成することにより、直動外乱に対して略無限大の剛性を有せしめるとともに、ベースからの地動外乱による振動を絶縁することを特徴とする除振方法である。
また、ベースと第１部材との間に正のバネ特性を有するバネ要素を設けてベースから第１部材に伝わる振動を絶縁し、前記第１部材と第２部材との間に負のバネ特性を有する永久磁石と電磁石とから構成されるゼロパワー特性を有する磁気浮上機構を配置して第１部材と第２部材との間を除振し、前記正のバネ特性と前記負のバネ特性の絶対値が等しくなるように負のバネ特性を有する磁気浮上機構を制御し、さらに、ベースと第２部材との間に正のバネ特性を有する空気バネからなる荷重支持機構を前記バネ要素と前記磁気浮上機構とに並列に設けて第２部材に作用する荷重を受けるように構成することにより、直動外乱に対して略無限大の剛性を有せしめるとともに、ベースからの地動外乱による振動を絶縁することを特徴とする除振方法である。
さらに、ベースに正のバネ特性を有するバネ要素により支持される中間台と、前記中間台に対して負のバネ特性を有する永久磁石と電磁石とから構成されて前記中間台と除振テーブルとの間を除振するゼロパワー特性を有する磁気浮上機構により支持された除振テーブルと、前記正のバネ特性と前記負のバネ特性の絶対値が等しくなるように負のバネ特性を有する磁気浮上機構を制御する制御装置とを備え、前記ベースと前記除振テーブルとの間には正のバネ特性を有する荷重支持機構を前記バネ要素と前記磁気浮上機構とに並列に配置して前記除振テーブルに作用する荷重を受けるように構成することにより、直動外乱に対して略無限大の剛性を有せしめるとともに、ベースからの地動外乱による振動を絶縁することを特徴とする除振装置である。
また、ベースに正のバネ特性を有するバネ要素により支持される中間台と、前記中間台に対して負のバネ特性を有する永久磁石と電磁石とから構成されて前記中間台と除振テーブルとの間を除振するゼロパワー特性を有する磁気浮上機構とこれに並列に配置した正のバネ特性を有するバネとによって支持された除振テーブルと、前記正のバネ特性と前記負のバネ特性の絶対値が等しくなるように負のバネ特性を有する磁気浮上機構を制御する制御装置とを備え、前記ベースと前記除振テーブルとの間に正のバネ特性を有する荷重支持機構を前記バネ要素と前記磁気浮上機構と前記バネに並列に配置して前記除振テーブルに作用する荷重を受けるように構成することにより、直動外乱に対して略無限大の剛性を有せしめるとともに、ベースからの地動外乱による振動を絶縁することを特徴とする除振装置である。
また、ベースに共に正のバネ特性を有し並列に配置されたリニアアクチュエータとバネとからなる支持機構によって支持された中間台と、前記中間台に対して負のバネ特性を有する永久磁石と電磁石とから構成されて前記中間台と除振テーブルとの間を除振するゼロパワー特性を有する磁気浮上機構によって支持された除振テーブルとを備え、前記正のバネ特性と前記負のバネ特性の絶対値が等しくなるように負のバネ特性を有する磁気浮上機構を制御する制御装置とを備え、前記ベースと前記除振テーブルとの間に正のバネ特性を有する荷重支持機構を前記支持機構と前記磁気浮上機構とに並列に配置して前記除振テーブルに作用する荷重を受けるように構成することにより、直動外乱に対して略無限大の剛性を有せしめるとともに、ベースからの地動外乱による振動を絶縁することを特徴とする除振装置である。
また、前記荷重支持機構は、正のバネ特性を有するバネ要素とそのバネ要素に並列に設けた所定の減衰率の減衰装置とから構成されていることを特徴とする除振装置である。
また、前記荷重支持機構は、正のバネ特性を有する空気バネであることを特徴とする除振装置である。
また、前記ベースと中間台との間に、前記正のバネ特性を有するバネ要素と併設して所定の減衰率の減衰装置を設置したことを特徴とする除振装置である。
また、前記磁気浮上機構を構成する電磁石の吸引力は除振テーブルへ作用する荷重の増減に応じて増減するように構成したことを特徴とする除振装置である。
また、前記ベースと前記除振テーブルは共に対向部材を連結部材で連結して構成され、さらにベースと除振テーブルの対向部材が交互に成るように配置され、中央部のベースおよび除振テーブルの対向部材の間に中間台を配置したことを特徴とする除振装置である。  また、前記ベースは除振装置を形成する床であることを特徴とする除振装置である。
また、少なくとも前記ベース、前記中間台、前記除振テーブルの一組を一つのユニットとしてまとめて構成したことを特徴とする除振装置である。
さらに、ベースと第１部材との間に正のバネ特性を有する支持機構を配設してベースから第１部材に伝わる振動を絶縁するとともに、前記第１部材と第２部材との間にアクチュエータと制御装置から構成される支持機構により負のバネ特性を付与することにより、前記第１部材から第２部材に伝わる振動を絶縁し、前記制御装置により前記正のバネ特性と前記負のバネ特性の絶対値が等しくなるように負のバネ特性を有するアクチュエータを制御し、さらに、前記ベースと第２部材との間に正のバネ特性を有する荷重支持機構を配置して、前記第２部材に作用する荷重の一部を前記荷重支持機構により支持することを特徴とする除振方法である。
また、ベースと第１部材との間に正のバネ特性を有する支持機構を配設してベースから第１部材に伝わる振動を絶縁し、さらに前記第１部材と第２部材との間にアクチュエータと制御装置から構成される支持機構により負のバネ特性を付与するとともに、前記第１部材と第２部材との間に正のバネ特性を有するバネ要素を配置することにより、前記第１部材から第２部材に伝わる振動を絶縁し、前記制御装置により前記正のバネ特性と前記負のバネ特性の絶対値が等しくなるように負のバネ特性を有するアクチュエータを制御し、さらに、前記ベースと第２部材との間に正のバネ特性を有する荷重支持機構を配置して、前記第２部材に作用する荷重の一部を前記荷重支持機構により支持することを特徴とする除振方法である。
また、ベースと第１部材との間に正のバネ特性を有する支持機構とリニアアクチュエータとを配設してベースから第１部材に伝わる振動を絶縁し、さらに前記第１部材と第２部材との間にアクチュエータと制御装置から構成される支持機構により負のバネ特性を付与するとともに、前記第１部材と第２部材との間に前記アクチュエータと並列に正のバネ特性を有するバネ要素を配置することにより、前記第１部材から第２部材に伝わる振動を絶縁し、前記制御装置により前記正のバネ特性と前記負のバネ特性の絶対値が等しくなるように負のバネ特性を有するアクチュエータを制御し、さらに、前記ベースと第２部材との間に正のバネ特性を有する荷重支持機構を配置して、第２部材に作用する荷重の一部を前記荷重支持機構により支持することを特徴とする除振方法である。
また、ベースに所定の正のバネ特性を有するバネ要素により支持される中間台と、前記中間台に対してアクチュエータと制御装置から構成されて所定の負のバネ特性を有する支持機構により支持される除振テーブルとを備え、前記制御装置により前記正のバネ特性と前記負のバネ特性の絶対値が等しくなるように負のバネ特性を有するアクチュエータを制御し、前記ベースと前記除振テーブルとの間には正のバネ特性を有する荷重支持機構を配置して、除振テーブルに作用する荷重の一部を前記荷重支持機構により支持することを特徴とする除振装置である。
また、ベースに所定の正のバネ特性を有するバネ要素とリニアアクチュエータとにより支持される中間台と、前記中間台に対してアクチュエータと制御装置から構成されて負のバネ特性を有する支持機構により支持される除振テーブルとを備え、前記制御装置により前記正のバネ特性と前記負のバネ特性の絶対値が等しくなるように負のバネ特性を有するアクチュエータを制御し、前記ベースと前記除振テーブルとの間には正のバネ特性を有する荷重支持機構を配置して、除振テーブルに作用する荷重の一部を前記荷重支持機構により支持することを特徴とする除振装置である。
また、ベースに所定の正のバネ特性を有するバネ要素により支持される複数の中間台と、前記複数の中間台に対してアクチュエータと制御装置から構成されて所定の負のバネ特性を有する支持機構により支持される除振テーブルとを備え、前記制御装置により前記正のバネ特性と前記負のバネ特性の絶対値が等しくなるように負のバネ特性を有するアクチュエータを制御し、前記ベースと前記除振テーブルとの間には正のバネ特性を有する荷重支持機構を配置して、除振テーブルに作用する荷重の一部を前記荷重支持機構により支持することを特徴とする除振装置である。
また、前記中間台と前記除振テーブルとの間に設ける支持機構（アクチュエータ）と並列に正のバネ特性を有するバネ要素を備えた、ことを特徴とする除振装置である。
また、前記ベースと前記除振テーブルとは共に対向部材を連結部材で連結して構成され、さらにベースと除振テーブルの対向部材が交互となるように配置され、中央部のベースおよび除振テーブルの対向部材の間に前記中間台を配置したことを特徴とする除振装置である。
また、前記ベースは前記除振装置を形成する床であることを特徴とする除振装置である。
また、少なくとも前記ベース、前記中間台、前記除振テーブルの一組を一つのユニットとしてまとめて構成したことを特徴とする除振装置である。
また、前記荷重支持機構は、正のバネ特性を有するバネとそのバネに並列に設けた所定の減衰率の減衰装置とから構成されていることを特徴とする除振装置である。
また、前記荷重支持機構は、正のバネ特性を有する空気バネであることを特徴とする除振装置である。
また、前記ベースと前記中間台との間に、前記正のバネ特性を有するバネと併設して所定の減衰率の減衰装置を設置したことを特徴とする除振装置である。
また、前記中間台に設けられたアクチュエータの伸びを除振テーブルへ作用する荷重の増減に応じて増減させるように構成したことを特徴とする除振装置である。
また、前記アクチュエータがボイスコイルモータ、リニアモータ、空気圧アクチュエータ、油圧アクチュエータ等のリニアアクチュエータであり、前記制御装置が変位センサおよび制御回路ならびに電力増幅器から構成されたことを特徴とする除振装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、正のバネ特性を有する荷重支持機構と並列に、正のバネ特性を有する支持機構と負のバネ特性を有する支持機構とを直列に接続した構成を採用することにより、以下のような特有の効果を達成することができる。
（ａ）負のバネ特性を有する支持機構を実現するのにゼロパワー磁気浮上機構を利用した場合。
除振テーブルの荷重全部（または一部）を磁気浮上機構によって受ける必要がなくなるので磁石部を小型化でき、コストの大幅な低減が図れる。
また構造を単純化することができ、除振装置全体の設計がやりやすくなると同時に低コスト化を図ることができる。
（ｂ）負のバネ特性を有する支持機構を実現するのにリニアアクチュエータを利用した場合。
除振テーブルの荷重全部（または一部）をリニアアクチュエータによって受ける必要がなくなるので、低出力なアクチュエータを利用できるようになるので、コストの大幅な低減を図ることができる。
（ｃ）前述の除振機構を構成するベース、中間台、除振テーブルの一組を一つのユニットとしてまとめて構成することにより、これらを複数組み合わせることで多自由度の除振装置を容易に構成することができ、かつ、余分な自由度を考慮する必要をなくすことができる。さらに、６自由度全てを除振する場合にはパラレルリンク機構を採用することで容易に対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は、正のバネ特性を有する支持機構と負のバネ特性を有する支持機構とを直列に接続した支持機構に対して、正のバネ特性を有する荷重支持機構を並列に配置して構成した除振方法および除振装置である。また、前記除振装置を構成するベース、中間台、除振テーブルの一組を一つのユニットとしてユニット化した除振装置である。
【実施例】
【００１７】
以下、本発明の除振方法およびその装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。本発明は、正のバネ特性を有する支持機構と、負のバネ特性を有する支持機構とを直列に接続するとともに、これらの支持機構に並列に正のバネ特性を有する支持機構を配置したことにより、装置上で発生する直動外乱に対して略無限大の剛性を有せしめるとともに、床（ベース）に対する振動を絶縁する。さらに除振テーブルの荷重全部（または一部）は磁気浮上機構によって受ける必要がなくなるので磁石部を小型化でき、コストの大幅な低減が図れるものである。以下、負のバネ特性を有する支持機構として、ゼロパワー特性を有する磁気浮上機構を用いた実施例１について説明する。なお、ゼロパワー特性を有する磁気浮上機構および電磁石の制御を含めた基本構成作用は、本発明者が提案した先の特許文献１（特開２００２−８１４９８）に示したものを使用するとともに、磁気浮上の原理は本発明の特徴ではないのでその詳細についての説明はここでは省略する。
【００１８】
図２は本発明の除振装置の第１実施例を示すもので、本発明は、ベースとして床を対象としたものであり、床１と中間台である第１部材２との間に所定の正のバネ特性ｋ1 を有するバネ（バネ要素）を配設してベースから第１部材２に伝わる振動を絶縁するとともに、前記第１部材２と除振テーブルである第２部材３との間に永久磁石６と電磁石７とから構成される負のバネ特性を有する（ゼロパワー特性を有する）磁気浮上機構４を配設してある。さらに、床１と第２部材（除振テーブル）３との間には荷重支持用の正のバネ特性ｋ3 を有する荷重支持機構５を配置している。なお、正のバネ特性ｋ1 、ｋ3 を有する支持機構には、それぞれ必要に応じて所定の減衰率を有する減衰装置ｃ1 、ｃ3 を図示のように並列に設けることもできる。
【００１９】
そして、本実施例の場合には、床１に対して所定の正のバネ特性ｋ3 のバネによって支持された除振テーブル３と、中間台２に対して永久磁石と電磁石とから構成されて所定の負のバネ特性ｋｓを有し、且つゼロパワー特性を有する磁気浮上機構４によって支持された除振テーブル３とから構成されているため、図示の例では、中間台２に設けられた電磁石７の吸引力を永久磁石６が設けられた除振テーブル３の質量増加等に起因する荷重の増減に応じて増減させるように適宜の制御装置（図示省略）により制御することができる。また第２部材３に作用する荷重全部（または一部）を磁気浮上機構４によって受ける必要がなくなる。なお、本例では電磁石７が中間台２に、永久磁石６が除振テーブル３側に取り付けてあるが、これらを逆にしたり、まとめて一方側に取り付けることもできる。また、前記制御装置が変位センサおよび制御回路ならびに電力増幅器から構成されていることは前述した特許文献１の場合と同様である。さらに電磁石と永久磁石の配置については先に述べた特許文献１（特開２００２−８１４９８）段落番号０００９内で詳細に説明した構成のものを使用する事ができるのは当然である。
この結果ゼロパワー特性を有する磁気浮上機構内の磁石部を小型化でき、コストの大幅な低減が図れる。また構造を単純化することができ、除振装置全体の設計がやりやすくなると同時に低コスト化を図ることができる。
【００２０】
図３は本発明の除振装置の第２実施例を示している。前記第１実施例では、除振テーブル３の吸引力が作用する部分は、中間台２の下側にある。これは、ゼロパワー磁気浮上のように直流電磁石の吸引力を利用した磁気浮上系では、原理的に浮上対象物に吸引力だけしか作用させられないためであるが、このことは、除振装置の構造を複雑にすると同時に、装置の設計の自由度を狭めることにもなっている。
これに対し、バネ要素ｋ3 を利用して重力よりも大きな上向きの力が除振テーブルに働くようにすれば、図３に示すような構成の除振装置が可能となる。この場合には除振テーブルの磁石の吸引力が作用する部分を中間台の下側にもってくる必要がなくなるので、装置全体の構造を単純化することができる。
【００２１】
図３を参照して第２実施例の構成を説明すると、床１には正のバネ特性を有する所定のバネ特性からなる支持機構により中間台２が支持されており、さらに中間台２と除振テーブル３との間には負のバネ特性を有する所定のバネ特性を有する磁気浮上機構４が配置されている。除振テーブル３は本例では中間台２の全体を上側から覆うような形状となっている。さらに、除振テーブル３には荷重支持機構を構成する正のバネ特性ｋ3 を有する荷重支持機構が床１と除振テーブル３の間に配置されている。そして、前述した正のバネ特性を有する各支持機構には、それぞれ必要に応じて減衰装置を図に示すように並列に設ける。なお、本例では磁気浮上機構は中間台側に設けてあるが、除振テーブル３側に設けることもできる。
【００２２】
図４は本発明の除振装置の第３実施例を示している。前記第２実施例では、負のバネ特性の大きさは、ゼロパワー磁気浮上の永久磁石の強さと、中間台において永久磁石の吸引力が作用する箇所と永久磁石の間の空隙の大きさで決まってしまう。このため、第３実施例では、ゼロパワー磁気浮上機構と並列に正のバネ特性を有するバネ要素ｋ2 を挿入することによって、負のバネ特性の大きさを調整することができるようにしている。
図４において、床１には正のバネ特性を有する所定のバネ特性からなる支持機構（バネ要素）ｋ1 により中間台２が支持されており、さらに中間台２と除振テーブル３との間には負のバネ特性を有する磁気浮上機構４が配置されている。また、中間台２と除振テーブル３との間に正のバネ特性を有するバネ要素ｋ2 が磁気浮上機構４と並列に配置されている。除振テーブル３は本例では中間台２の全体を上側から覆うような断面が略コ字状をした形状となっている。さらに、除振テーブル３には荷重支持機構を構成する正のバネ特性ｋ3 を有する荷重支持機構が床１と除振テーブル３の間に配置されている。そして、前述した正のバネ特性を有する各支持機構ｋ1 、ｋ3 には、それぞれ必要に応じて減衰装置ｃ1 、 c3 を図に示すように並列に設ける。なお、本例では磁気浮上機構は中間台側に設けてあるが、除振テーブル３側に設けることもできる。
上記のような構成とすることにより、ゼロパワー磁気浮上機構だけによる負のバネ特性の大きさをｋn とすると、中間台に対する除振テーブルの負のバネ特性の大きさは（ｋn −ｋ2 ）となり、これと正のバネ特性の大きさｋ1 とを等しく設定すれば、直動外乱に対して略無限大の剛性を保持したまま、床振動に対する振動絶縁特性をより良好にすることが可能となる。
【００２３】
図４に示した系を用いて、ゼロパワー磁気浮上機構と並列に正のバネ特性を有するバネ要素ｋ2 を挿入することにより、中間台に対する除振テーブルの負のバネ特性の大きさが（ｋn −ｋ2 ）となることを説明する。中間台が動かないと仮定する（ｘ1 ＝０、ただしｘ1 は中間台の平衡点からの変位）と、除振テーブルの運動方程式は、次式のように求められる。                                                                        
【００２４】
【数１】
0004727151.tif 000002
ここで、                                                                            ｘ２：除振テーブルの平衡点からの変位
ｋn ：磁石の変位・吸引力係数
ｋi ：磁石の電流・吸引力係数
i : 制御電流
ｆd : 除振テーブルに作用する直動外乱
【００２５】
ゼロパワー制御を達成する制御入力は次のように表すことができる。
I(s)＝−ｃ2(s)s Ｘ2 (s)                           （２）
ここでｃ2(s)は０（ゼロ）を極にもたない強プロパーな伝達関数で、制御系が安定になるように選定される。中間台が動かないと仮定されている場合には２次式以上の次数を持つ制御器によって安定化が可能となる。
簡単のため初期条件を零と仮定して（１）式をラプラス変換し、これに式（２）を代入して整理すると次式が得られる。なお、各変数のラプラス変換は対応する大文字で表している。
【００２６】
【数２】
0004727151.tif 000003
【００２７】
直動外乱に対する剛性を評価するために、
Ｆd(s)＝Ｆ0 ／s       Ｆ0 : 一定                  （４）  
とする。除振テーブルの中間台に対する変位ｘ（∞）は次のように求められる。
【００２８】
【数３】
0004727151.tif 000004
したがって、除振テーブルの中間台に対する負の剛性（＝力／変位）の大きさは        ｋn −ｋ2 となる。
【００２９】
図５は本発明の除振装置の第４実施例を示している。前記第２実施例（図３参照）では、床１に対する中間台２の正のバネ特性の大きさ及び減衰特性は、バネ要素ｋ1 及び減衰装置ｃ1 によって決まってしまう。これに対して図５に示すように、これらの要素と並列にリニアアクチュエータＡ1 を床１と中間台２との間に挿入し、これを制御することにより正のバネ特性および減衰特性をより柔軟に調整することが可能となる。
図５において床１には正のバネ特性を有する支持機構（バネ要素ｋ1 ）により中間台２が支持されており、さらにその支持機構ｋ1 と並列にリニアアクチュエータＡ１が配置されている。そして中間台２と除振テーブル３との間には負のバネ特性を有する磁気浮上機構４が配置されている。除振テーブル３は本例では中間台２の全体を上側から覆うような断面が略コ字状をした形状となっている。さらに、除振テーブル３には荷重支持機構を構成する正のバネ特性ｋ3 を有する荷重支持機構が床１と除振テーブル３の間に配置されている。前述した正のバネ特性を有する各支持機構ｋ1 、ｋ３には、それぞれ必要に応じて減衰装置ｃ1 、ｃ３が図に示すように並列に設けられている。なお、本例では磁気浮上機構は中間台側に設けてあるが、除振テーブル３側に設けることもできる。
【００３０】
図６は本発明の除振装置の第５実施例を示している。第５実施例は、荷重支持機構として、従来のパッシブ除振装置で用いられている空気バネを使用した構成例である。
第５実施例では床１には正のバネ特性を有する所定のバネ特性からなる支持機構（バネ要素ｋ1 ）により複数（本例では２台）の中間台２が支持されており、さらにそれぞれの中間台２と除振テーブル３との間には負のバネ特性を有するゼロパワー磁気浮上機構４が配置されている。さらに、除振テーブル３には荷重支持機構を構成する正のバネ特性ｋ3 を有する空気バネ９が床１との間に配置されている。そして、前述した正のバネ特性を有する支持機構ｋ1 には、必要に応じて減衰装置ｃ1 を並列に設けることができる。
この構成によりゼロパワー磁気浮上機構４を利用して負の剛性を実現し、その絶対値をｋ1 と等しくすることによって、直動外乱に対する剛性を無限大とすることができる。したがって、従来のパッシブ除振絶縁特性を劣化させることなく、直動外乱に対する剛性を無限大とすることができる。
【００３１】
図７は本発明の除振装置の第６実施例を示している。前記第６実施例は、負のバネ特性を有する支持機構を実現するのにアクチュエータ（リニアアクチュエータ）８を用いている。除振テーブル３は、正のバネ要素ｋ3 と減衰要素ｃ3 とからなる荷重支持機構５によって、床１から支持されている。この荷重支持機構５のバネ要素ｋ3 の上向きの力を利用することによって、リニアアクチュエータ８で支持する荷重を軽減できるので、リニアアクチュエータ８が小型のものですみ、低コスト化が図れる。なお、前記リニアアクチュエータ８の代わりに、ボイスコイルモータ、リニアモータ、空気圧アクチュエータ、油圧アクチュエータ等のリニアアクチュエータを使用することができることは当然である。
【００３２】
図８は本発明の除振装置の第７実施例を示している。前記図７に示す第６実施例では、床に対する中間台の正のバネ特性の大きさ及び減衰特性は、バネ要素ｋ1 と減衰要素ｃ1 とによって決まってしまう。これに対して図８に示す第７実施例では、バネ要素ｋ1 と減衰要素ｃ1 と並列に負のバネ特性を有するリニアアクチュエータ１０を中間台２と床１との間に挿入し、これを制御することにより正のバネ特性及び減衰特性をより柔軟に調整することができる。
図８において、除振テーブル３は、正のバネ要素ｋ3 と減衰要素ｃ3 とからなる荷重支持機構５によって、床１から支持されている。また、中間台は、正のバネ要素ｋ1 と減衰要素ｃ1 とからなる支持機構によって、床１から支持されている。さらに前記バネ要素ｋ1 と減衰要素ｃ1 と並列に中間台と床１との間には負のバネ特性を有するリニアアクチュエータ１０が配置される。また、中間台２と除振テーブル３との間には、負のバネ特性を有するアクチュエータ（リニアアクチュエータ）８と正のバネ特性を有するバネ要素ｋ2 が配置される。なお、中間台２と除振テーブル３との間の正のバネ特性を有するバネ要素ｋ2 は、削除することも可能である。また、前記リニアアクチュエータ８、１０の代わりに、ボイスコイルモータ、リニアモータ、空気圧アクチュエータ、油圧アクチュエータ等のリニアアクチュエータを使用することができることは当然である。
【００３３】
図９は本発明の除振装置の第８実施例を示している。第８実施例は、荷重支持機構５として、従来のパッシブ除振装置で用いられている空気バネを利用した場合の除振装置の構成例である。
第８実施例では床１には正のバネ特性を有する所定のバネ特性からなる支持機構により複数（本例では２台）の中間台２が支持されており、さらにそれぞれの中間台２と除振テーブル３との間には負のバネ特性を有するリニアアクチュエータ８が配置されている。除振テーブル３は本例では中間台２の全体を上側から覆うような形状となっており、さらに、除振テーブル３には荷重支持機構５を構成する正のバネ特性を有する空気バネ９が床１との間に配置されている。そして、前述した正のバネ特性を有する支持機構ｋ1 には、必要に応じて減衰装置ｃ1 を図に示すように並列に設ける。この構成によりリニアアクチュエータを利用して負の剛性を実現し、その絶対値をｋ1 と等しくすることによって、直動外乱に対する剛性を無限大とすることができる。したがって、従来のパッシブ除振絶縁特性を劣化させることなく、直動外乱に対する剛性を無限大とすることができる。
【００３４】
ところで、以上説明してきた第１実施例から第８実施例の「負の剛性と正の剛性を組み合わせた除振装置」では、正負双方の剛性の絶対値は等しくなるとき、除振テーブルが有する剛性が理論上無限大になるという現象を利用している。この中で負の剛性を実現する要素として「ゼロパワー特性を有する磁気浮上機構」が例にあげられており、これまでに「正の剛性」としてコイルバネを用いていた。「剛性が理論上無限大になるという現象」は同一軸上に「負の剛性」と「正の剛性」を配置した場合に、軸方向の剛性に関してのみ実現することができる。即ち除振テーブルが持つ６つの自由度全ての剛性を「理論上無限大」にするには少なくとも６軸の「負の剛性」と「正の剛性」の直列配置が必要となる。  例えば、前述した実施例を用いて６自由度除振装置を構成した場合には、本発明者がすでに提案、開示している特開２００２−８１４９８の図１０および段落番号００２５〜００２６に記載した構成を採用することになる。
また、鉛直方向に配されたハイブリッド電磁石（前述したゼロパワー特性を有する磁気浮上機構であり、以下磁気浮上機構という）では中間台、除振テーブルの質量を支えるため、大型のものが必要になるが、水平方向に配されたものでは重力を支持する必要がないため反面差動型の構造を持つ必要がある。このため、除振テーブルの開発には２種類の負の剛性と正の剛性の組み合わせを開発する必要がある。
さらに、前記実施例では中間台（第１部材）を共通で一つにしているため、ある軸での中間台の振動の影響が他の軸にも及んでしまう場合がある。また、除振テーブルの構造上３自由度に対して４組の「負の剛性」と「正の剛性」の直列接続を用いなければならない場合は、その冗長性を排除するためにより複雑な制御系が必要となってしまう。また、６個全ての自由度の除振が必要ない場合でも、６自由度を考慮しなければならない。このように、上記の各実施例では中間台を共用にした構成であることから上述のような問題が発生する。
【００３５】
そこで、本発明の以下に述べる第９実施例〜第１２実施例は、軸方向に剛性が理論上無限大となるユニットを導入したものである。即ち少なくともベース、中間台、除振テーブルの一組をユニット化し、ユニット一つで１自由度の除振機能を持たせる。一つのユニットにつき一つの中間台を有するため、多自由度の除振を行う際の中間台が共通による問題点を解決することができる。また複数のユニットの組み合わせにより、多自由度の除振が可能であり、かつ余分な自由度を考慮しなくてすむ。さらに６自由度全てを除振する場合はパラレルリンク機構を採用すればよい。
【００３６】
以下本発明の第９実施例〜第１２実施例について図面を参照して説明する。
図１０は第９実施例であり、この第９実施例は前述した第１〜第８実施例に示した除振装置において、少なくともベース（基台）、中間台（第１部材）、除振テーブル（第２部材）の一組をユニット化し、ユニット一つで一つの除振装置を構成したものである。
図１０において、２１は基台（以下ベースという）、２２は第１部材としての中間台、２３は第２部材としての除振テーブルであり、ベース２１および除振テーブル２３は図のように上下に離れた対向部材を連結部材２８、２９で結合し、さらに夫々の対向部材が交互となるように配置されている。前記対向部材は本例では図のように平板で構成してあるが、必ずしも平板ではなく、支持機構、磁気浮上機構、荷重支持機構を取り付けることができ、上記した機能を達成できるものであれば、種々の形態の対向部材を使用することができる。また、連結部材２８、２９も設計時に適宜形状のものを採用することができる。そして、中間台２２は、図示のようにベース２１および除振テーブル２３との間の対向部材間に配置されている。ベース２１には正のバネ特性を有する所定のバネ特性からなる支持機構ｋ１により中間台２２が支持されており、さらに中間台２２と除振テーブル２３との間には負のバネ特性を有する所定のバネ特性を有する磁気浮上機構２４が配置されている。さらに、除振テーブル２３には荷重支持機構を構成する正のバネ特性ｋ3 を有する荷重支持機構がベース２１と除振テーブル２３の間に配置されている。そして、前述した正のバネ特性を有する各支持機構には、それぞれ必要に応じて減衰装置ｃ１を並列に設ける。なお、本例では磁気浮上機構を構成する電磁石を中間台に、永久磁石を除振テーブル２３に設けてあるがこの配置を逆にすることも可能である。また、荷重支持機構としてのバネｋ３の代わりに前述した実施例でも説明した空気バネを使用することも可能である。さらに前記磁気浮上機構２４と並列に正のバネ特性を有するバネ要素を配置することもできる。
【００３７】
図１１は第１０実施例である。第１０実施例は前記第９実施例における支持機構ｋ１と並列に正の剛性を持つリニアアクチュエータ３２を配置したものである。
図１２は第１１実施例である。第１１実施例は前記第９実施例における磁気浮上機構の代わりに負の剛性を持つアクチュエータ３１を配置したものである。
図１３は第１２実施例である。第１２実施例は前記第９実施例における磁気浮上機構の代わりに負の剛性を持つアクチュエータ３１と正のバネ特性を有するバネ要素ｋ２を配置し、さらにベースと中間台との間に配置した支持機構と並列に正の剛性を持つアクチュエータ３２を配置したものである。
【００３８】
ところで、上記第９〜第１２実施例は、少なくともベース（基台）、中間台（第１部材）、除振テーブル（第２部材）の一組をユニット化して構成したものである。具体的には、ベースと除振テーブルは、共に対向部材を備え、それらの対向部材を連結部材２８、２９で連結して構成し、さらにベースと除振テーブルの対向部材が交互となるように配置され、中央部のベースおよび除振テーブルの対向部材の間に中間台を配置した構成（入れ子式という）となっている。しかしながら、前記のような入れ子式の構造にすると、装置の構造を複雑化すると同時に設計の自由度を狭めることになり、製作に手間やコストがかかる。
このため、以下の述べる第１３実施例〜第１６実施例は、前記第９実施例〜第１２実施例の支持機構と前記図３（第２実施例）〜図９（第８実施例）に示すような荷重支持機構を併用して構成することにより、前記入れ子式の構造を不要とし、より実用性が高いユニットとすることができるものである。
【００３９】
図１４は第１３実施例であり、この第１３実施例は前述した第９実施例に示した入れ子式の除振装置と、第２実施例等に示す非入れ子式の構成とを併用して構成したものである。
図１４において、２１は基台（以下ベースという）、２２は第１部材としての中間台、２３は第２部材としての除振テーブルであり、ベース２１および除振テーブル２３は図のように上下に離れて配置され、さらにベース２１と除振テーブル２３との間に中間台が配置されている。ベース２１は、正のバネ特性を有する所定のバネ特性からなる支持機構ｋ１を介して中間台２２を支持されており、さらに中間台２２と除振テーブル２３との間には負のバネ特性を有する所定のバネ特性を有する磁気浮上機構２４が配置されている。さらに、除振テーブル２３とベース２１との間には荷重支持機構を構成する正のバネ特性ｋ3 を有する荷重支持機構が配置されている。そして、前述した正のバネ特性を有する各支持機構には、それぞれ必要に応じて減衰装置ｃ１を並列に設ける。なお、本例では磁気浮上機構を構成する電磁石を除振テーブル２３に、また永久磁石を中間台２２に設けてあるが、この配置を逆にすることも可能である。また、荷重支持機構としてのバネｋ３の代わりに前述した実施例でも説明した空気バネを使用することも可能である。さらに前記磁気浮上機構２４と並列に正のバネ特性を有するバネ要素を配置することもできる。
【００４０】
図１５は第１４実施例である。第１４実施例は前記第１３実施例における支持機構ｋ１と並列に正の剛性を持つリニアアクチュエータ３２を配置したものである。
図１６は第１５実施例である。第１５実施例は前記第１３実施例における磁気浮上機構の代わりに負の剛性を持つアクチュエータ３１を配置したものである。
図１７は第１６実施例である。第１６実施例は前記第１３実施例における磁気浮上機構の代わりに負の剛性を持つアクチュエータ３１と正のバネ特性を有するバネ要素ｋ２を配置し、さらにベースと中間台との間に配置した支持機構と並列に正の剛性を持つアクチュエータ３２を配置したものである。
【００４１】
上記ユニット化した除振装置の使用方法を図１８、図１９に示す。図１８はテーブルの脚と平行にユニット化した除振装置を配置した例であり、また、図１９はパラレルリンクを利用した６自由度アクティブ除振装置の例である。
【００４２】
以上、本発明の除振方法およびその装置の実施の形態を説明してきたが、本発明の趣旨の範囲内で、中間台および除振テーブルの形状、形式、電磁石および永久磁石の形状、形式およびそれらの配設形態（電磁石を中間台あるいは除振テーブルに設置するか、永久磁石を除振テーブルあるいは中間台に設置するか、永久磁石に加えて強磁性体を併設するか、もしくは永久磁石を電磁石の鉄心に組み込んで除振テーブルあるいは中間台のいずれか一方にのみ設置し、他方には強磁性体を設置するように構成してもよい）、アクチュエータ、バネおよび減衰装置の形状、形式およびその中間台への配設形態（床と中間台との間にはバネに加えて適宜の減衰装置を併設してもよい）、ゼロパワー特性を有する磁気浮上手段、アクチュエータの制御手段（変位センサの種類、制御回路の形式、電力増幅形態およびそれらによるアクチュエータの制御形態）、除振の方向（前述の各実施の形態では、主として垂直方向の除振について説明したが、水平方向の除振、あるいは垂直方向および水平方向を同時に除振するように構成できることは言うまでもない。）等については適宜選定できる。また、床は所謂基台のことであり、また中間台、除振テーブルの形状も適宜形状のものを選択できる。さらに、正の剛性を有する支持機構（バネ要素）としては、ゴム等を含むパッシブな弾性体や正の剛性を持つアクチュエータを使用することができる。また、負の剛性を持つ磁気浮上機構として負の剛性をもつようにアクティブ制御された各種アクチュエータを使用することができる。
【００４３】
また本発明はその精神また主要な特徴から逸脱することなく、他の色々な形で実施することができる。そのため前述の実施例は単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。更に特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、
（１）半導体露光装置やレーザー加工装置などの精密機器・装置
（２）電子顕微鏡、ＳＴＭ、ＡＦＭなどの超精密計測
（３）超微細加工分野
等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の原理を説明する図である。
【図２】本発明の除振装置の第１実施例を示す図である。
【図３】本発明の除振装置の第２実施例を示す図である。
【図４】本発明の除振装置の第３実施例を示す図である。
【図５】本発明の除振装置の第４実施例を示す図である。
【図６】本発明の除振装置の第５実施例を示す図である。
【図７】本発明の除振装置の第６実施例を示す図である。
【図８】本発明の除振装置の第７実施例を示す図である。
【図９】本発明の除振装置の第８実施例を示す図である。
【図１０】本発明の除振装置の第９実施例を示す図である。
【図１１】本発明の除振装置の第１０実施例を示す図である。
【図１２】本発明の除振装置の第１１実施例を示す図である。
【図１３】本発明の除振装置の第１２実施例を示す図である。
【図１４】本発明の除振装置の第１３実施例を示す図である。
【図１５】本発明の除振装置の第１４実施例を示す図である。
【図１６】本発明の除振装置の第１５実施例を示す図である。
【図１７】本発明の除振装置の第１６実施例を示す図である。
【図１８】パッシブ除振装置にユニット型除振装置を付加した図である。
【図１９】パラレルリンクを利用した６自由度アクティブ除振装置である。
【図２０】従来のバネ系の除振システムの図である。
【図２１】従来のアクティブ除振システムの説明図である。
【符号の説明】
【００４６】
１、２１      ベース（床、基台、第１部材）
２、２２      中間台
３、２３      除振テーブル（第２部材）
４、２４      磁気浮上機構
５、２５      荷重支持機構
６  ２６      永久磁石
７  ２７      電磁石
８、１０、Ａ１    アクチュエータ（リニアアクチュエータ）
９      空気バネ
２８、２９    連結部材
３１          負の剛性を持つアクチュエータ
３２          正の剛性を持つアクチュエータ
ｋ1 〜  ｋ3   支持機構（バネ要素）
ｃ1 〜  ｃ3   減衰装置
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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