(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体を具備し該回転体の主軸を磁気軸受装置で浮上支持する機械装置をアクティブ除振装置の除振台テーブルに搭載したアクティブ除振装置を用いる装置であって、
前記磁気軸受装置は、相対系の変位制御ループで制御される磁気軸受装置であり、
前記アクティブ除振装置は、前記除振台テーブルを除振ベースに支持する弾性バネと、該除振台テーブルと該除振ベースの間に配置され該除振台テーブルを電磁石によって除振制御する電磁アクチュエータと、該除振台テーブルの振動を検出する振動センサと、該振動センサの出力を補償する除振検出手段と、前記除振台テーブルの変位を検出する変位センサと、該変位センサの出力を補償する位置検出手段と、前記除振検出手段の出力と前記位置検出手段の出力を加算演算し除振制御信号を得る除振制御演算手段を具備し、該除振制御演算手段からの除振制御信号で前記電磁アクチュエータと駆動するように構成し、
前記除振検出手段の出力を前記磁気軸受装置の相対系の変位制御ループに加算手段を介して加算するように構成したことを特徴とするアクティブ除振装置を用いる装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回転体の主軸の軸受に磁気軸受装置を用いた機械装置を除振台テーブルに搭載したアクティブ除振装置を用いる装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
除振装置の除振台テーブルに搭載される機械装置には、高真空を必要とする電子顕微鏡や半導体検査装置や半導体製造装置があり、これらの装置は半導体ウエハの加工処理や製造過程において真空ポンプで真空にし、且つ振動の除去を必要とする。高真空を発生するための手段として、例えば高速回転するロータ（回転翼）を回転体磁気軸受装置で浮上支持するターボ分子ポンプを使用している。
【０００３】
上記回転体磁気軸受装置は低周波領域の剛性が弱い傾向があり、該回転体磁気軸受装置を除振台装置の除振台テーブルに搭載すると、除振装置の除振台テーブルを支持する弾性バネの固有振動数（１〜１０Ｈｚ）と重なり、剛性が著しく低下するおそれがある。その結果、ロータが触れ廻ったり、接触し、振動を嫌う機械装置を加振する結果となり、非接触の浮上支持が特徴の磁気軸受としてのメリットがなくなるばかりか、このように振動を嫌う機械装置を加振することがあった。
【０００４】
このため、図１に示すように、振動を減衰できるゴム製のベローズ１を介して高速回転するロータを磁気軸受装置で浮上支持するターボ分子ポンプ２を機台３に設置していたが、ターボ分子ポンプ２のロータが異常に振れ回った場合に発生する応力に耐え得る強度を確保しなければならないという問題がある。また、この問題に対処するためベローズ１の強度を増せばベローズ１の振動減衰作用が損なわれるという問題がある。
【０００５】
振動を極度に嫌う電子顕微鏡、半導体製造装置等の機械装置は、空気バネ、又はゴムを用いた受動制御型の除振装置に代わり、除振台テーブルの重量の大部分を弾性バネで支持すると共に、電磁アクチュエータの制御で振動を除去するように構成されたアクティブ除振装置がある。図２はこの種のアクティブ除振装置の概略構成を示す図である。アクティブ除振装置１０は、除振台ベース１１と除振台テーブル１２を具備し、除振台テーブル１２は除振台ベース１１上に設置された空気バネ等の弾性バネ１３で支持されている。除振台ベース１１と除振台テーブル１２の間には電磁アクチュエータ１４が配置され、該電磁アクチュエータ１４をアクティブ除振制御装置１５で制御して振動を除去するようになっている。なお、１６は除振台テーブル１２の振動を検出する振動センサである。
【０００６】
図３はアクティブ除振制御装置１５の構成例を示す図である。アクティブ除振制御装置１５は振動検出手段１５−１、位置検出手段１５−２及び除振制御演算手段１５−３を具備する。振動検出手段１５−１は振動センサ１６の出力を補償し、その出力を除振制御演算手段１５−３に出力する。位置検出手段１５−２は除振台テーブルの変位を検出する変位センサ１７（電磁アクチュエータ１４内に内蔵）の出力を補償し、その出力を除振制御演算手段１５−３に出力する。
【０００７】
除振制御演算手段１５−３は振動検出手段１５−１及び位置検出手段１５−２の出力を加算演算し除振台テーブル１２の振動を除去するための除振制御信号を得て、電磁アクチュエータ１４に出力する。ここで振動センサ１６及び振動検出手段１５−１を通るループＬ１を絶対系フィードバックループといい、変位センサ１７及び位置検出手段１５−２を通るループＬ２を相対系フィードバックループという。
【０００８】
図４は従来の回転体磁気軸受制御装置の構成例を示す図である。回転体磁気軸受制御装置２０は回転体変位検出手段２１、回転体位相補償回路２２及び回転体磁気軸受制御出力手段２３を具備する。回転体変位検出手段２１は回転体磁気軸受３０の回転体３１の変位を検出する回転体変位センサ３２の変位検出出力から回転体３１の変位を検出する。該回転体変位センサ３２の出力は回転体変位検出手段２１に出力され、変位検出信号に変換される。該変位検出信号は回転体位相補償回路２２で位相補償及び増幅され、回転体磁気軸受制御出力手段２３に出力され、該回転体磁気軸受制御出力手段２３から回転体磁気軸受３０を構成する磁気コイル３３に駆動電流を通電する。これを相対系フィードバックループＬと言う。
【０００９】
上記アクティブ除振装置の除振台テーブル上に回転体の軸受に磁気軸受装置を用いた機械装置を搭載する場合は、低周波数領域の剛性が弱い点と、除振台テーブル１２を支持する弾性バネ１３の固有振動数と重なり不安定制御になる。そこで、磁気軸受装置の低周波数領域の剛性を改善するために困難な開発を試みたり、別途にセンサと制御機器を設けて対応していた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、アクティブ除振装置の振動センサ及び振動検出手段を通る絶対系の制御ループを流用することにより、磁気軸受装置を安価で安定して制御できるアクティブ除振装置を用いる装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、回転体を具備し該回転体の主軸を磁気軸受装置で浮上支持する機械装置をアクティブ除振装置の除振台テーブルに搭載したアクティブ除振装置を用いる装置であって、磁気軸受装置は、相対系の変位制御ループで制御される磁気軸受装置であり、アクティブ除振装置は、除振台テーブルを除振ベースに支持する弾性バネと、該除振台テーブルと該除振ベースの間に配置され該除振台テーブルを電磁石によって除振制御する電磁アクチュエータと、該除振台テーブルの振動を検出する振動センサと、該振動センサの出力を補償する除振検出手段と、除振台テーブルの変位を検出する変位センサと、該変位センサの出力を補償する位置検出手段と、除振検出手段の出力と位置検出手段の出力を加算演算し除振制御信号を得る除振制御演算手段を具備し、該除振制御演算手段からの除振制御信号で前記電磁アクチュエータと駆動するように構成し、除振検出手段の出力を磁気軸受装置の相対系の変位制御ループに加算手段を介して加算するように構成したことを特徴とする。
【００１２】
上記のように除振検出手段の出力、即ちアクティブ除振装置の絶対系の制御ループ信号を磁気軸受装置の相対系の変位の制御ループに加算手段を介して加算することにより、安価で安定した制御が可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図５及び図６は本発明に係るアクティブ除振装置を用いる装置の構成例を示す図で、図５は全体構成を、図６は一部構成をそれぞれ示す。１０はアクティブ除振装置であり、該アクティブ除振装置１０は除振台設置床４１面上に設けられた機械装置架台４２上に設置されている。アクティブ除振装置１０上には機械装置４３が搭載されている。該機械装置４３は図６に示すように、例えばターボ分子ポンプ等の回転機械装置４４を具備し、該回転機械装置４４は後に詳述するような回転体主軸が磁気軸受で浮上支持されるようになっている。
【００１４】
図７はアクティブ除振装置１０の電磁アクチュエータ１４の構成例を示す図で、電磁アクチュエータ１４は可動部１４−１と固定部１４−２を具備し、固定部１４−２には水平方向磁気コイル（ラジアル磁気コイル）１４−３及び鉛直方向磁気コイル（アキシャル磁気コイル）１４−４が設けられ、更に水平方向変位センサ１７ａ及び鉛直方向変位センサ１７ｂからなる変位センサ１７が設けられている。可動部１４−１は除振台テーブル１２に固定され、固定部１４−２は除振台ベース１１に固定される。電磁アクチュエータ１４の水平方向磁気コイル１４−３及び鉛直方向磁気コイル１４−４はアクティブ除振制御装置１５により制御され、除振台テーブル１２の振動を除去するようになっている。
【００１５】
図８は回転機械装置（ここではターボ分子ポンプを示す）４４の断面構成を示す図である。回転機械装置は回転体（回転翼）３１を具備し、該回転体３１の主軸３１ａは水平方向磁気コイル（アキシャル磁気コイル）３３ａ及び鉛直方向磁気コイル（ラジアル磁気コイル）３３ｂからなる磁気コイル３３（図９参照）を具備する回転体磁気軸受３０により浮上支持されている。水平方向磁気コイル３３ａ及び鉛直方向磁気コイル３３ｂが設けられた静止体３５は図６に示すように除振台テーブル１２に搭載された機械装置４３のケーシング４３ａに固定されている。なお図８において、３６は回転駆動用モータコイルである。
【００１６】
また、静止体３５には回転体３１の変位を検出する水平方向変位センサ（ラジアル変位センサ）３２ａ及び鉛直方向変位センサ（アキシャル変位センサ）３２ｂを具備する回転体変位センサ３２（図９参照）が設けられている。回転体磁気軸受３０の水平方向磁気コイル３３ａ及び鉛直方向磁気コイル３３ｂからなる磁気コイル３３は後に詳述するように回転体磁気軸受制御装置２０’により駆動制御され、回転体３１を所定位置に浮上支持するようになっている。
【００１７】
図９は回転体磁気軸受制御装置２０’及びアクティブ除振制御装置１５の構成例を示す図である。回転体磁気軸受制御装置２０’は、回転体変位検出手段２１、回転体位相補償回路２２及び回転体磁気軸受制御出力手段２３を具備する相対系の変位制御ループＬの回転体位相補償回路２２と回転体磁気軸受制御出力手段２３の間に加算手段２４を設けている。回転体変位検出手段２１は回転体磁気軸受３０の回転体３１の変位を検出する回転体変位センサ３２（図８の水平方向変位センサ３２ａ、鉛直方向変位センサ３２ｂ）の変位検出出力から回転体３１の変位（水位方向変位、鉛直方向変位）を検出する。
【００１８】
回転体変位センサ３２の出力は回転体変位検出手段２１で変位検出信号に変換され、該変位検出信号は回転体位相補償回路２２で位相補償及び増幅され、加算手段２４で後述するようにアクティブ除振制御装置１５の出力、即ちアクティブ除振制御装置１５の絶対系の制御ループ信号を加算し、回転体磁気軸受制御出力手段２３に出力し、該回転体磁気軸受制御出力手段２３から回転体磁気軸受３０を構成する磁気コイル３３に駆動電流を通電する。
【００１９】
アクティブ除振制御装置１５は、図３と同様、振動検出手段１５−１、位置検出手段１５−２及び除振制御演算手段１５−３を具備する。振動検出手段１５−１は振動センサ１６の出力を補償し、その出力を除振制御演算手段１５−３に出力する。位置検出手段１５−２は除振台テーブルの変位を検出する変位センサ１７（電磁アクチュエータ１４内に内蔵）の出力を補償し、その出力を除振制御演算手段１５−３に出力する。除振制御演算手段１５−３は振動検出手段１５−１及び位置検出手段１５−２の検出信号から除振台テーブル１２の振動を除去するための除振制御信号を得るための除振制御演算を行い、電磁アクチュエータ１４の水平方向磁気コイル１４−３及び鉛直方向磁気コイル１４−４（図７参照）に駆動制御電流を通電し除振台テーブルの振動を除去する。
【００２０】
図１０は回転体磁気軸受制御装置２０’の変位検出例を示す図である。回転体３１が機械的中心に位置している場合は、Ｘ軸方向における回転体３１と変位センサ３２ａ（＋Ｘ）との間隔Ｇａｐ（＋）及び回転体３１と変位センサ３２ａ（−Ｘ）との間隔Ｇａｐ（−）が等しくなる。この時、回転体変位検出手段２１のＸ軸方向検出出力は０電位となり、回転体３１が変位センサ３２ａ（＋Ｘ）側に寄れば間隔Ｇａｐ（＋）と間隔Ｇａｐ（−）の差に比例した変位検出信号が得られる。変位センサ３２ａ（＋Ｙ）と変位センサ３２ａ（−Ｙ）を有するＹ軸方向も同様である。また、図示は省略するが鉛直方向の変位を検出する場合も同様である。
【００２１】
図５に示すようにアクティブ除振装置１０の除振台テーブル１２上に磁気軸受装置を用いた回転機械装置４４を搭載すると、磁気軸受の低周波領域の剛性が弱い点と、除振台テーブル１２を支持する弾性バネ１３の固有周波数とが重なり不安定な制御となるが、ここでは図９に示すようにアクティブ除振制御装置１５の振動検出手段１５−１の出力、即ちアクティブ除振装置１５の絶対系の制御ループＬ１の信号を回転体磁気軸受制御装置２０’の相対系の変位の制御ループＬに加算手段２４を介して加算することにより、別途センサや制御機器を設けることなく、回転体磁気軸受３０の安定した制御が可能となる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載の発明によれば下記のような優れた効果が得られる。
【００２３】
請求項１に記載の発明によれば、除振検出手段の出力、即ちアクティブ除振装置の絶対系の制御ループ信号を磁気軸受装置の相対系の変位の制御ループに加算手段を介して加算することにより、別途センサや制御機器を設けることなく、安価で安定した制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のベローズを用いてターボ分子ポンプを取り付ける装置の構成例を示す図である。
【図２】従来のアクティブ除振装置の概略構成例を示す図である。
【図３】従来のアクティブ除振制御装置の構成を示す図である。
【図４】従来の回転体磁気軸受制御装置の構成例を示す図である。
【図５】本発明に係るアクティブ除振装置を用いる装置構成例を示す図である。
【図６】図５に示す装置の一部構成を示す図である。
【図７】本発明に係るアクティブ除振装置の電磁アクチュエータの構成例を示す図である。
【図８】本発明に係るアクティブ除振装置に搭載する回転機械装置の構成例を示す図である。
【図９】本発明に係るアクティブ除振装置の制御装置の構成例を示す図である。
【図１０】回転体磁気軸受制御装置の回転体の変位検出例を示す図である。
【符号の説明】
１０            アクティブ除振装置
１１            除振台ベース
１２            除振台テーブル
１３            弾性バネ
１４            電磁アクチュエータ
１４−１        可動部
１４−２        固定部
１４−３        水平方向磁気コイル
１４−４        鉛直方向磁気コイル
１５            アクティブ除振制御装置
１５−１        振動検出手段
１５−２        位置検出手段
１５−３        除振制御演算手段
１６            振動センサ
１７            変位センサ
２０’          回転体磁気軸受制御装置
２１            回転体変位検出手段
２２            回転体位相補償回路
２３            回転体磁気軸受制御出力手段
２４            加算手段
３０            回転体磁気軸受
３１            回転体
３２            回転体変位センサ
３３            磁気コイル
３５            静止体
３６            回転駆動用モータコイル
４１            除振台設置床
４２            機械装置架台
４３            機械装置
４４            回転機械装置
【図１】
0003883811.tif 000002
【図２】
0003883811.tif 000003
【図３】
0003883811.tif 000004
【図４】
0003883811.tif 000005
【図５】
0003883811.tif 000006
【図６】
0003883811.tif 000007
【図７】
0003883811.tif 000008
【図８】
0003883811.tif 000009
【図９】
0003883811.tif 000010
【図１０】
0003883811.tif 000011