JP2001271868A

JP2001271868A - 除振装置

Info

Publication number: JP2001271868A
Application number: JP2000084188A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Mayama; 武彦間山
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-03-24
Filing date: 2000-03-24
Publication date: 2001-10-05
Also published as: US6518721B2; US20010024403A1

Abstract

(57)【要約】【課題】防振支持手段が有する除振性能、振動絶縁性
能、高剛性等のメリットを損なうことなく、除振台の位
置や姿勢を安定かつ再現性よく維持できるようにする。【解決手段】機器を搭載する除振台１の振動を低減し
ながら除振台を基礎７上で支持する防振支持手段２を備
えた除振装置において、防振支持手段と除振台または基
礎との間に、それらの間の相対変位を調整する、外部か
らの作用力によっては有意な変位を生じない高い剛性を
有する変位調整機構３を設け、除振台１と基礎７との相
対変位を検出する検出手段４と、その検出信号に適切な
補償演算を施して出力する補償手段５と、該出力信号に
基いて前記変位調整機構を駆動する駆動回路６を備え、
除振台１の位置・姿勢を所定の状態に維持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、装置設置基礎など
の外部からの除振台への振動伝達を遮断・抑制するとと
もに、除振台に搭載された機器の動作による振動を迅速
に低減・減衰することが可能で、かつ除振台を所定の位
置・姿勢に正しく維持する精密機器搭載用の除振装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】電子顕微鏡、半導体露光装置等の精密機
器の高精度化にともない、それらを搭載する精密除振装
置の高性能化が求められている。特に半導体露光装置に
おいては、適切かつ迅速な露光を行うために、床などの
装置設置基礎からの振動をはじめとする外部からの振動
を極力除去する除振台が必要である。露光に悪影響を及
ぼす振動が露光用ステージに発生するのを防止する必要
があるからである。

【０００３】また、半導体露光装置では、露光用ＸＹス
テージのステップ・アンド・リピートという間欠的な繰
り返し動作、あるいはスキャニング露光のためのスキャ
ン動作が、除振台の振動を励起する。ＸＹステージの駆
動反力およびＸＹステージの荷重移動が除振台を励振し
てしまうのである。したがって除振装置には、床などの
装置設置基礎からの振動をはじめとする外部振動から除
振台を振動的に絶縁するとともに、除振台に搭載された
機器の動作によって発生する振動を迅速に減衰させるこ
とが求められている。

【０００４】特にスキャン露光装置では、露光用ステー
ジがスキャン動作をしている状態で露光を行うため、振
動低減・抑制性能への要求は厳しく、一段と高性能な除
振装置が不可欠となっている。

【０００５】このような要求に対しては、除振台の振動
をセンサで検出し、その検出信号を補償して、除振台に
制御力を加えるアクチュエータにフィードバックするこ
とにより能動的に除振台の振動制御を行う能動除振装置
が開発され、実用化されている。能動除振装置は、受動
的なばね要素、ダンパ要素などのみで構成された除振装
置では困難であった非常に優れた振動制御性能を実現す
ることが可能である。

【０００６】能動除振装置としては、空気ばねをアクチ
ュエータとして用いた空気ばね式能動除振装置、空気ば
ね式能動除振装置に電磁駆動のアクチュエータを併用し
たタイプの能動除振装置などが開発・提案され、実用化
されている。

【０００７】さらに、これらの次の世代の除振装置とし
て、ピエゾ素子に代表される圧電アクチュエータや、磁
歪アクチュエータなどの変位発生形アクチュエータを用
いて除振台の振動制御を行う装置が提案され、開発され
ている。この種の装置は、例えば特願平１０−３２４４
５８号（変位発生形アクチュエータ能動振動絶縁装置）
などにより開示されている。

【０００８】この装置は、制御性の良好な変位発生形ア
クチュエータである圧電アクチュエータなどを用いるこ
とにより、容易にスカイフックスプリング特性を付与す
ることができる。スカイフックスプリングとは、空間内
の絶対静止点から除振対象に作用するスプリング、つま
り、装置設置基礎と除振台との間に直接的な相互作用を
発生させないばね要素である。具体的には、空間内の絶
対静止点に対する物理量として測定可能な、加速度や速
度の信号を適切に補償し、空間内の絶対静止点に対する
剛性を、制御手段を用いて調整することにより実現する
ことができる。前述の特願平１０−３２４４５８号にも
詳述されているとおり、この装置によれば、絶対静止点
に対する剛性を高めることによって低周波数領域におけ
る装置設置基礎の振動の除振台への振動伝達率を０ｄＢ
以下にするとともに、除振台に直接作用する外乱に対す
る応答の振幅を小さくすることができる。スカイフック
スプリング機能は、空間内の絶対静止点に対する剛性
を、制御手段を用いて調整することによって実現するも
のであり、これに対しては、変位量を直接かつ精密に調
整できる変位発生形アクチュータの適用が適している。

【０００９】また、この装置では、床などの装置設置基
礎の振動変位に相当する信号に基づいて変位発生形アク
チュエータの変位量を制御することにより、容易にその
振動変位を吸収し、除振台に搭載された機器への振動伝
達を遮断することができる。したがって、除振台上に搭
載された機器の動作によって発生する振動に対する制振
性能を向上させるべく、除振装置の支持機構の固有振動
数を高く設定する、つまり、変位発生形アクチュエータ
を含む除振台の支持機構の剛性を高めても、装置設置基
礎などの外部振動の伝達量の増大を抑えることができ
る。つまり優れた除振性能を有する高剛性の除振装置を
実現できるため、この装置は次世代除振装置として注目
されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、圧電アクチ
ュエータや磁歪アクチュエータなどの変位発生形アクチ
ュエータを用いるにあたっては、その制御量である変位
の発生方向以外の方向の力がこれらのアクチュエータに
加わらないようにする必要がある。変位発生形アクチュ
エータは、所定方向以外からの作用力で破壊しやすいか
らである。このため、この種の除振装置では、変位発生
形アクチュエータの作用方向には高い剛性、その動作方
向に直交する方向に関しては比較的低い剛性を有する積
層ゴムなどの弾性体を、変位発生形アクチュエータの作
用方向に直列に配置して併用している。

【００１１】しかし、積層ゴムなどの弾性体は、搭載荷
重の影響で除々に変形するため、除振装置を設置した時
に所定の状態に除振台が位置するように調整しても、経
時的な位置ずれを生じることがある。また、除振台上
に、ＸＹステージのような可動機構が搭載され、それが
高速・高加速度で運動する場合、その駆動反力などで除
振台が励振され、変位を発生する。

【００１２】除振台を必要とする精密機器の分野では、
除振台と周辺機器との位置関係を所定の状態に維持しな
ければならない場面が多くあるため、この位置や姿勢の
変化を補正する手段が必要である。圧電アクチュエータ
や磁歪アクチュエータは変位を発生するアクチュエータ
ではあるが、その動作ストロークは、こうした状況で発
生するあらゆる変位を補正して、除振台を所定位置に正
しく維持するためには十分ではなく、変位発生形アクチ
ュエータを用いた除振装置は、適切な位置・姿勢制御機
能を備えていないのが現状である。この点が、変位発生
形アクチュエータを用いた除振装置の広範囲な普及を阻
むひとつの要因にもなっている。変位発生形アクチュエ
ータを用いた除振装置の優れた除振性能および高剛性と
いうメリットを維持しつつ、適切な構成で変位・姿勢制
御が行える除振装置が必要とされているのである。

【００１３】本発明は、このような課題を解決するため
のものであり、変位発生形アクチュエータを用いた除振
装置などのような、それ自身が十分な位置・姿勢制御機
能をもたない防振支持手段を有する除振装置において、
それが有する優れた除振性能・振動絶縁性能、高剛性な
どといったメリットを損なうことなく、支持される除振
台の位置・姿勢を安定かつ再現性よく維持できるように
するものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、本発明の第１の除振装置は、機器を搭載する除振台
の振動を低減しながら前記除振台を基礎上で支持する防
振支持手段を備えた除振装置において、前記防振支持手
段と、除振台または基礎との間に、それらの間の相対変
位を調整する変位調整機構を具備し、この変位調整機構
は外部からの作用力によっては有意な変位を生じない高
い剛性を有することを特徴とする。

【００１５】第２の除振装置は、第１の除振装置におい
て、前記変位調整機構は駆動手段を備えたものであり、
前記除振台と基礎との相対変位を検出する検出手段と、
この検出信号に適切な補償を施して出力する補償手段
と、この出力信号に基づいて前記変位調整機構を駆動す
る駆動回路とを備え、これにより前記除振台の位置また
は姿勢を所定の状態に維持するものであることを特徴と
する。

【００１６】第３の除振装置は、第１または第２の除振
装置において、前記防振支持手段は変位発生形アクチュ
エータにより能動的に前記除振台の振動を低減するもの
であることを特徴とする。

【００１７】第４の除振装置は、第３の除振装置におい
て、前記防振支持手段は、前記変位発生形アクチュエー
タと、前記変位発生形アクチュエータの前記除振台側に
中間プレートを介して接続された弾性体を備え、さらに
前記除振台またはそれに剛に締結された部材もしくは前
記機器の振動を検出する振動センサと、前記中間プレー
トの振動を検出する振動センサと、これらの振動センサ
からの検出信号に適切な補償を施す補償手段と、この補
償手段の出力信号に基づいて前記変位発生形アクチュエ
ータを駆動する駆動回路とを備え、これにより前記除振
台の振動を低減するものであることを特徴とする。

【００１８】第５の除振装置は、第４の除振装置におい
て、前記防振支持手段の前記基礎側の取り付け位置また
は前記基礎の振動を検出する振動センサと、その検出信
号に適切な補償を施して前記変位発生形アクチュエータ
への信号を出力する補償手段とを備え、これにより前記
基礎から前記除振台への振動伝達を低減させるように前
記防振支持手段を制御するものであることを特徴とす
る。

【００１９】第６の除振装置は、第３〜第５のいずれか
の除振装置において、前記変位発生形アクチュエータ
は、圧電アクチュエータ、磁歪アクチュエータ、または
超磁歪アクチュエータのいずれかであることを特徴とす
る。

【００２０】第７の除振装置は、第１〜第６のいずれか
の除振装置において、前記変位調整機構は、相互に異な
る方向に移動可能に支持され、そのいずれの移動方向に
対しても傾いた面を介して接触している第１および第２
の楔形部材と、前記第１楔形部材を送る送りネジと、こ
の送りネジを駆動するモータとを備え、前記モータによ
り前記送りネジおよび第１楔形部材を介して前記第２楔
形部材を移動させることにより前記防振支持手段と防振
台または基礎との間の相対変位の調整を行うものである
ことを特徴とする。

【００２１】第８の除振装置は、第１〜第６のいずれか
の除振装置において、前記変位調整機構は所定の方向に
移動可能に支持された部材と、この部材を送る送りネジ
と、この送りネジを駆動するモータとを備え、このモー
タにより前記送りネジを介して前記部材を移動させるこ
とにより前記防振支持手段と防振台または基礎との間の
相対変位の調整を行うものであることを特徴とする。

【００２２】第９の除振装置は、第１〜第８のいずれか
の除振装置において、前記除振装置と除振台との間に作
用する力を検出する力センサと、その検出信号に適切な
補償を施して出力する補償手段とを備え、この出力信号
に基いて前記変位調整機構を制御することにより、前記
除振装置と除振台との間に作用する力が予め定めた範囲
を逸脱しないように制御する機能を有することを特徴と
する。

【００２３】これら本発明の構成において、変位調整機
構は、防振支持手段と除振台または基礎との間の相対変
位を調整することにより、除振台の位置や姿勢を所定の
状態に保持する。したがって、防振支持手段が、変位発
生形アクチュエータを用いた除振装置などのような、そ
れ自身が十分な位置や姿勢の制御能力をもたない場合で
も、変位調整機構によって、除振台の位置や姿勢が所定
の状態に維持されることになる。またその際、変位調整
機構は、ゴムやばねなどの一般的な防振機構よりも十分
に高い剛性を有する等により、外部からの作用力によっ
ては有意な変位を生じないため、防振支持手段が有する
優れた除振性能、高剛性などといったメリットを損なう
こともない。

【００２４】

【実施例】［実施例１］図１には本発明の第１の実施例
に係る除振装置の構成を示す。この除振装置は除振台１
を支持するものであり、除振マウント５０、その制御装
置１０および２９を備える。本実施例では、同図に示す
ように、除振マウント５０を用いて除振台１を鉛直方向
に防振支持する。

【００２５】除振マウント５０は、除振台１を鉛直方向
に防振支持する能動除振手段２、ゴムやばねなどの一般
的な防振機構よりも十分に高い剛性を有し、装置設置基
礎７と能動除振手段２との間の鉛直方向の相対変位を調
整する変位調整機構３、除振台１と装置設置基礎７との
間の鉛直方向の相対変位を検出する変位検出手段４を備
える。

【００２６】能動除振手段２と変位調整機構３は、力学
的に直列に配置されている。すなわち、能動除振手段２
の上端は除振台１に固定され、下端は変位調整機構３の
上端に固定されており、除振台１と変位調整機構３は能
動除振手段２を介して接続されている。変位調整機構３
の下端は装置設置基礎７に固定されている。なお、能動
除振手段２と変位調整機構３の上下位置を逆にして、変
位調整機構３を除振台１と能動除振手段２との間に配置
し、これらの間の相対位置関係を変位調整機構３によっ
て調整するようにしてもよい。

【００２７】能動除振手段２は変位発生形アクチュエー
タを用いた除振装置などのように、それ自身は除振台の
位置・姿勢を十分な精度で制御・維持する機能をもって
いない。本実施例では、能動除振手段２として、圧電ア
クチュエータを用いた除振装置を用いている。

【００２８】図２は、能動除振手段２の構成を示す。能
動除振手段２は、Ｚ方向に変位を発生するピエゾ素子な
どの圧電アクチュエータ２１、中間プレート２２、およ
びＺ方向には高い剛性、その直交方向には低い剛性を有
する弾性体である積層ゴム２３を主要構成要素とし、こ
れらを除振部構造体２４とベース部構造体２５との間に
配置して構成されている。つまり、除振部構造体２４
は、積層ゴム２３を介して中間プレート２２に結合さ
れ、さらに、圧電アクチュエータ２１を介して、ベース
部構造体２５に結合されている。除振部構造体２４は除
振台１と剛に締結され、ベース部構造体２５は変位調整
機構３の上に剛に締結される。

【００２９】また、能動除振手段２は、中間プレート２
２および除振部構造体２４それぞれの部位の振動を検出
する振動センサ２６および２７を備える。振動センサ２
６および２７としては、各部位の速度を検出する速度セ
ンサやジオフォンセンサ、加速度を検出する加速度セン
サなどを用いることができる。またさらに、能動除振手
段２は、ベース部構造体２５の振動を検出するベース部
振動センサ２８を備えることが望ましい。ベース部振動
センサ２８としても、速度センサやジオフォンセンサ、
加速度センサなどを用いることができる。

【００３０】能動除振手段２は、振動センサ２６および
２７ならびにベース部振動センサ２８の出力信号に基づ
いて、圧電アクチュエータ２１を駆動・制御する除振制
御装置２９によりその動作が制御される。除振制御装置
２９は、振動センサ２６および２７ならびにベース部振
動センサ２８の出力信号に対して制御演算を施す除振制
御演算部２９ａと、除振制御演算部２９ａによって得ら
れる制御信号に基づいて圧電アクチュエータ２１を駆動
する圧電駆動回路２９ｂを備える。

【００３１】除振制御演算部２９ａは、スカイフックス
プリング機能や、圧電アクチュエータ２１による装置設
置基礎７の振動の吸収・相殺などの振動低減効果を実現
すべく、振動センサ２６および２７に対して、ＰＩＤ補
償、ＰＩＤ補償と積分補償を直列接続した補償などをは
じめとする補償演算を施し、ベース部振動センサ２８に
対しては、積分補償や二重積分補償をはじめとする補償
演算を施す。除振制御演算部２９ａによる補償演算の結
果として得られた補償信号に基づいて圧電駆動回路２９
ｂは圧電アクチュエータ２１を駆動する。

【００３２】変位調整機構３としては、楔形のブロッ
ク、送りネジ、および電動モータを備えたものを用いる
ことができる。その構成を図３に示す。同図に示すよう
に、変位調整機構３は、相互に組み合わされた楔形ブロ
ック３１ａおよび３１ｂ、送りネジ３２、ならびに送り
ネジ３２を駆動する電動モータ３３を備える。

【００３３】楔形ブロック３１ａと３１ｂは、双方が相
互に接する面に沿って相対位置を変化させることができ
るようになっており、楔形ブロック３１ｂはＸ方向（水
平方向）にのみ可動であり、楔形ブロック３１ａはＺ方
向（鉛直方向）にのみ可動な構造となっている。また、
楔形ブロック３１ａおよび３１ｂの接触面には、楔形ブ
ロック３１ｂの可動方向について、鉛直、水平いずれの
方向に対してもゼロではないある角度を有した傾斜がつ
けられており、楔形ブロック３１ｂをＸ方向に変位させ
ることにより、楔形ブロック３１ａの鉛直方向の変位を
変化させることができるようになっている。楔形ブロッ
ク３１ａの上部には、トッププレート３４が剛に締結さ
れている。トッププレート３４の上に防振支持手段２の
下端が剛に締結される。

【００３４】電動モータ３３は、送りネジ３２を駆動す
る。送りネジ３２は、楔形ブロック３１ｂに係合され、
楔形ブロック３１ｂにＸ方向の変位を発生させる。した
がって、電動モータ３３と送りネジ３２を用いて、楔形
ブロック３１ｂをＸ方向に変位させることによって、楔
形ブロック３１ａおよびトッププレート３４を鉛直Ｚ方
向に変位させることができる。電動モータ３３と送りネ
ジ３２の間にはギアボックスなどの変速手段を適用して
もよい。

【００３５】変位調整機構３はこの構成により、電動モ
ータ３３の動作でトッププレート３４の鉛直方向の変位
を調整する高剛性の変位調整機構として機能するためゴ
ムやばねなどの一般的な防振機構よりも十分に高い剛性
を有する。

【００３６】制御装置１０は変位調整機構３を用いて除
振台１の位置・姿勢を制御するものであり、変位検出手
段４の出力信号に適切な補償演算を施す補償演算手段
５、および補償演算手段５の出力信号に基づいて変位調
整機構３の電動モータ３３を駆動する駆動回路６を備え
る。駆動回路６は、電動モータ３３を駆動する電流アン
プなどである。

【００３７】本実施例の除振装置では、能動除振手段２
によって除振台１が防振支持されている。したがって、
装置設置基礎７から除振台１へ伝わる振動の絶縁・抑
制、および除振台１上に搭載された機器の駆動反力によ
る振動の制振は、いずれもこの能動除振手段２によって
なされる。一方、能動除振手段２は前述のとおり、それ
自身では、十分な精度の位置・姿勢制御ができない。ま
た、経時変化などで積層ゴム２３が変形することがあ
る。このため、除振台１を所定の位置・姿勢に維持する
位置制御動作が必要である。そこで、変位調整機構３、
変位検出手段４、および制御装置１０により、除振台１
の位置制御が行われる。以下に、その動作を説明する。

【００３８】まず、除振台１と装置設置基礎７との相対
変位を、変位検出手段４を用いて、必要十分な精度で検
出する。精密除振装置の分野では、一般的には変位検出
手段として非接触の発振型近接センサがよく用いられ
る。この変位検出手段４で検出された除振台１と装置設
置基礎７との相対変位を示す信号は、制御装置１０の補
償演算手段５に入力される。補償演算手段５は、変位検
出手段４の出力信号と、除振台１の目標位置に相当する
信号との差を算出して位置偏差信号とし、これに適切な
補償演算を施す。補償演算としては、ＰＩＤ補償（比例
・積分・微分補償）などの制御手法を適用することがで
きる。特に、この位置制御動作では、除振台１を所定の
目標位置に偏差なく位置させるために、ＰＩ補償（比例
・積分補償）などの、積分補償要素を含む補償演算を施
すことが望ましい。

【００３９】この補償演算の結果として得られる偏差補
償信号は駆動回路６に入力される。駆動回路６は、この
偏差補償信号を、電動モータ３３の駆動電流に変換す
る。その結果、変位調整機構３は、前述の位置偏差をゼ
ロにするように動作し、除振台１を所定の位置・姿勢に
偏差なく維持する。

【００４０】なお、ここでは、１台の除振マウント５０
について説明したが、実際には複数台、望ましくは３台
以上の除振マウント５０を用いるべきであることはいう
までもない。

【００４１】本実施例の除振装置は、除振台１を防振支
持する能動除振手段２として、変位発生形アクチュエー
タによる除振装置を用いているので、除振台１上に搭載
された機器の駆動反力による振動を良好に制振するとと
もに、装置設置基礎７から除振台１への振動伝達を非常
に小さく抑えることができる。また、能動除振手段２と
力学的に直列に、高剛性の変位調整機構３を備えている
ので、除振装置の支持機構としての剛性を低化させるこ
となく、除振台１を所定の位置・姿勢に精度よく維持す
ることができる。

【００４２】なお、本実施例では、能動除振手段２とし
て、変位発生形アクチュエータを用いた除振装置を用い
ているが、これに代えて、防振ゴムだけを用いた除振手
段などのようにそれ自身が位置・姿勢を十分な精度で制
御できないタイプの他の防振支持手段を用いてもよい。
また、ここでは、除振マウント５０として一体ユニット
構造のものを用いているが、この代わりに、能動除振手
段２、変位調整機構３、変位検出手段４などの構成要素
を備え、それらの位置関係、機能等が除振マウント５０
と等価であるものを、一体ユニット構造としてではな
く、組み合わせて構成したものを用いてもよい。また、
変位調整機構としては、本実施例で説明したタイプのも
の以外の高剛性の変位調整機構を用いることもできる。

【００４３】［実施例２］実施例１では、能動除振手段
２および変位調整機構３はともに鉛直方向に作用するも
のであるが、これらを水平方向に作用するように配置
し、水平方向の振動制御や変位制御を行うようにしても
よい。また、鉛直および水平いずれの方向にも作用する
ように配置して、鉛直および水平いずれの方向にも振動
制御および変位制御を行うようにすることもできる。

【００４４】図５は本発明の第２の実施例に係る除振装
置を示す。この除振装置は、除振台１を鉛直方向および
水平方向にそれぞれ防振支持する除振マウント５０およ
び６０を備え、鉛直および水平いずれの方向にも機能す
る。防振マウント５０および６０はいずれも能動除振手
段と変位調整機構を力学的に直列に配置したものであ
る。除振マウント５０が有する鉛直方向の変位調整機構
３としては、実施例１で説明した楔形ブロックを用いた
タイプのものを用い、除振マウント６０が有する水平方
向の変位調整機構３ｂとしては、図４に示すものを用い
ている。変位調整機構３ｂは、同図に示すように、送り
ネジ３６、送りネジ３６を駆動する電動モータ３７、お
よび送りネジ３６に係合され、それによってある一方向
（Ｘ方向）に可動な構造のブロック部材３５を備える。
変位調整機構３ｂは、電動モータ３７により送りネジ３
６を駆動することによって、ブロック部材３５にＸ方向
の変位を発生させる。従って能動除振手段２をブロック
部材３５に剛に締結することで変位調整機構３ｂを、水
平方向の変位調整機構として機能させることができる。
変位調整機構３ｂも、ここに示したようにゴムやばねな
どの一般的な防振機構よりも十分に高い剛性を有するも
のを用いる。

【００４５】水平方向に作用する変位調整機構３ｂとし
て、実施例１で説明した楔形ブロックを用いたタイプの
ものではなく、図４のタイプのものを用いたのは、楔形
ブロックを用いたタイプのものは、変位調整機構の作用
方向に予圧が加わらないと、推す方向と引く方向の双方
向に変位を発生できないからである。図７によりその状
況を説明する。

【００４６】図７は、図３の変位調整機構を水平軸まわ
りに９０°回転させて、水平方向に作用するようにした
機構を示す。基本的には、同様の機能を有する部材から
構成されており、図３と同じ機能を有する部材には同一
の符号を付してある。

【００４７】図７の機構では、楔形ブロック３１ａを、
図示された＋Ｘ方向に変位させる場合は、電動モータ３
３を駆動して楔形ブロック３１ｂを、図示された−Ｚ方
向に変位させればよい。しかし、楔形ブロック３１ｂを
変位させて、楔形ブロック３１ａを−Ｘ方向に駆動させ
ることは、ブロック３１ａを−Ｘ方向に押し付ける何ら
かの予圧機構がない限り不可能である。予圧機構がない
と楔形ブロック３１ｂを＋Ｚ方向に変位させると、楔形
ブロック３１ａおよび３１ｂは相互に離れてしまうから
である。図３の鉛直方向に作用する変位調整機構では、
必要な予圧力が除振台１の自重によって加えられるが、
図７の場合は、水平方向の予圧力は、何らかの手段を用
いて加えない限り存在しない。よって、水平方向に作用
する変位調整機構としてはこのような予圧力を必要とし
ない、図４のようなタイプのものを用いることが望まし
いのである。

【００４８】このように、本実施例の除振装置は、鉛直
および水平方向の変位制御を行うために、鉛直および水
平の作用方向に応じて、異なるタイプの変位調整機構３
および３ｂを用いている。除振マウント５０の、鉛直方
向の振動制御のための能動除振手段２は図２のものと同
様である。除振マウント６０の、水平方向の振動制御の
ための能動除振手段２は、図２ものを水平軸まわりに９
０°回転させ、その作用軸が水平方向を向くようにした
ものである。したがって、除振マウント６０の能動除振
手段２および変位調整機構３ｂは、ともに同一方向に作
用するように配置される。

【００４９】また、実施例１の場合と同様に、除振マウ
ント５０および６０における変位制御は、図５では図示
していない制御装置により、鉛直および水平方向の変位
検出手段４の出力信号に対して補償演算を施した信号に
より変位調整機構３および３ｂを駆動して行う。除振マ
ウント５０および６０における能動除振手段２の制御
も、実施例１の場合と同様にして行うことができる。

【００５０】本実施例によれば、変位調整機構を有する
除振マウント５０および６０を鉛直および水平方向に配
置するようにしたため、除振台１、および、その上の除
振対象装置の鉛直および水平いずれの方向の振動および
変位をも高精度で制御することができる。

【００５１】なお、本実施例では、変位調整機構とし
て、送りネジを用いてブロック部材を変位させるタイプ
のものを用いているが、これに代えて、他のタイプの高
剛性変位調整機構を用いてもよい。

【００５２】［実施例３］実施例１および２のいずれの
装置を適用した場合においても、除振台１を鉛直および
水平の各３点で支持すれば、除振台１の姿勢および除振
台１に作用する力をともに一意に決定することができ
る。しかし、例えば除振台１を４台以上の支持脚で支持
したような場合、鉛直方向に関する姿勢は、鉛直並進お
よび水平２軸まわり回転の３自由度の運動自由度で支配
されるのに対して、明らかに冗長性を有することにな
る。これは、同一姿勢を実現する際に、各支持脚が除振
台１に加える力のバランスが一意には決まらないことを
意味する。極端な状態としては、４台ある支持脚のう
ち、１台がまったく除振台１に作用力を加えていない状
態でも、残りの３台の支持脚で姿勢を維持できるという
状態がおこりうる。しかし、これは除振台１に対して不
適当なバランスで力を加えることになり、除振台１に変
形を生じさせて搭載された精密機器の性能へも悪影響を
及ぼすおそれがある。

【００５３】本実施例では、このような点を考慮して、
本発明の除振装置を適切に制御する例を説明する。図６
にその構成を示す。

【００５４】図６の除振装置は、図１の鉛直方向に作用
する除振装置において、除振台１と除振マウント５０の
間に、それらの間で作用している力を検出する力センサ
８を設け、この力センサ８の出力信号をも用いて、変位
調整機構３の制御を行うようにしたものである。この点
以外の、能動除振手段２、変位調整機構３などの構成
は、図１のものと同様である。

【００５５】この構成において、力センサ８が出力す
る、除振台１と除振マウント５０との間に作用する力の
検出信号は、制御装置１０の補償演算手段５に入力され
る。補償演算手段５は、第１の実施例で既に説明した変
位信号の補償演算に加え、力センサ８からの検出信号に
対しても補償演算を施す。この補償演算は、除振台１と
除振マウント５０との間の作用力が、予め定められたあ
る一定範囲を逸脱しないような、適切な補償が施される
ように行う。その際、予め定められた力目標値と力セン
サ８の出力信号との差信号を算出し、これに適切な補償
演算を加えた信号と、上述した変位検出手段４の出力信
号に補償演算を施した信号とを加算して、駆動回路６に
送るようにするのが望ましい。

【００５６】このようにして変位調整機構３の変位量を
制御することにより、除振台１の変位や姿勢に加えて、
除振台１と除振マウント５０との間に作用する力を適切
に制御することが可能となり、複数の除振装置が、除振
台１に対して不適当なバランスで力を加えることにより
起こりうる、除振台上に搭載された機器の性能への様々
な悪影響を低減または解消することができる。

【００５７】なお、本実施例では、鉛直方向に作用する
除振装置について説明したが、水平方向に作用する除振
装置の場合でも同様に力センサを用いた制御を行うこと
ができる。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、防
振支持手段が変位発生形アクチュエータを用いたものな
どのように十分な位置・姿勢制御能力を有しない場合で
も、防振支持手段が有する優れた除振性能や高剛性など
のメリットを損なうことなく、除振台の位置や姿勢を安
定かつ再現性よく維持することができる。

【００５９】特に、防振支持手段が変位発生形アクチュ
エータを用いたものである場合、除振台上に搭載された
機器の駆動反力による振動を良好に制振するとともに、
基礎から除振台への振動伝達を非常に小さく抑えなが
ら、その能動的な防振支持手段と力学的に直列に配置さ
れた高剛性の変位調整機構により、除振装置の支持機構
としての剛性を低化させることなく、除振台を所定の位
置および姿勢に精度よく維持することができる。

【００６０】さらに、除振台と除振装置の間に作用する
力を検出する力センサの出力信号をも用いて変位調整機
構の制御を行うことにより、除振台の変位や姿勢に加
え、除振台と除振装置との間に作用する力を適切に制御
して、除振台に対して不適当なバランスで力を加えるこ
とにより起こりうる搭載機器の性能への様々な悪影響を
低減ないしは解消することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る除振装置を示す
図である。

【図２】図１の装置が有する変位発生形アクチュエー
タを用いた能動除振手段の構成を示す図である。

【図３】図１の装置が有する変位調整機構の構造を示
す図である。

【図４】図５の装置が有する水平方向に作用する変位
調整機構の構成を示す図である。

【図５】本発明の第２の実施例に係る除振装置を示す
図である。

【図６】本発明の第３の実施例に係る除振装置を示す
図である。

【図７】水平方向に作用する変位調整機構の望ましく
ない構成例を示す図である。

【符号の説明】

１：除振台、２：能動除振手段、３：変位調整機構、
４：変位検出手段、５：補償演算手段、６：駆動回路、
７：装置設置基礎、８：力センサ、１０：制御装置、２
１：圧電アクチュエータ、２２：中間プレート、２３：
積層ゴム、２４：除振部構造体、２５：ベース部構造
体、２６，２７：振動センサ、２８：ベース部振動セン
サ、２９：除振制御装置、２９ａ：除振制御演算部、２
９ｂ：圧電駆動回路、３１ａ，３１ｂ：楔形ブロック、
３２：送りネジ、３３：電動モータ、３４：トッププレ
ート、３５：ブロック部材、３６：送りネジ、３７：電
動モータ、５０：除振マウント、６０：除振マウント。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０２Ｎ 2/00 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５０３Ｆ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】機器を搭載する除振台の振動を低減しな
がら前記除振台を基礎上で支持する防振支持手段を備え
た除振装置において、前記防振支持手段と除振台または
基礎との間に、それらの間の相対変位を調整する変位調
整機構を具備し、この変位調整機構は外部からの作用力
によっては有意な変位を生じない高い剛性を有すること
を特徴とする除振装置。
【請求項２】前記変位調整機構は、駆動手段を備えた
ものであり、前記除振台と基礎との相対変位を検出する
検出手段と、この検出信号に適切な補償を施して出力す
る補償手段と、この出力信号に基づいて前記変位調整機
構を駆動する駆動回路とを備え、これにより前記除振台
の位置または姿勢を所定の状態に維持するものであるこ
とを特徴とする請求項１に記載の除振装置。
【請求項３】前記防振支持手段は、変位発生形アクチ
ュエータにより能動的に前記除振台の振動を低減するも
のであることを特徴とする請求項１または２に記載の除
振装置。
【請求項４】前記防振支持手段は、前記変位発生形ア
クチュエータと前記変位発生形アクチュエータの前記除
振台側に中間プレートを介して接続された弾性体を備
え、さらに前記除振台またはそれに剛に締結された部材
もしくは前記機器の振動を検出する振動センサと、前記
中間プレートの振動を検出する振動センサと、これらの
振動センサからの検出信号に適切な補償を施す補償手段
と、この補償手段の出力信号に基づいて前記変位発生形
アクチュエータを駆動する駆動回路とを備え、これによ
り前記除振台の振動を低減するものであることを特徴と
する請求項３に記載の除振装置。
【請求項５】前記防振支持手段の前記基礎側の取付け
位置または前記基礎の振動を検出する振動センサと、そ
の検出信号に適切な補償を施して前記変位発生形アクチ
ュエータへの信号を出力する補償手段とを備え、これに
より前記基礎から前記除振台への振動伝達を低減させる
ように前記防振支持手段を制御するものであることを特
徴とする請求項４に記載の除振装置。
【請求項６】前記変位発生形アクチュエータは、圧電
アクチュエータ、磁歪アクチュエータ、または超磁歪ア
クチュエータのいずれかであることを特徴とする請求項
３〜５のいずれか１項に記載の除振装置。
【請求項７】前記変位調整機構は、相互に異なる方向
に移動可能に支持され、そのいずれの移動方向に対して
も傾いた面を介して接触している第１および第２の楔形
部材と、前記第１楔形部材を送る送りネジと、この送り
ネジを駆動するモータとを備え、前記モータにより前記
送りネジおよび第１楔形部材を介して前記第２楔形部材
を移動させることにより前記防振支持手段と除振台また
は基礎との間の相対変位の調整を行うものであることを
特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の除振装
置。
【請求項８】前記変位調整機構は、所定の方向に移動
可能に支持された部材と、この部材を送る送りネジと、
この送りネジを駆動するモータとを備え、このモータに
より前記送りネジを介して前記部材を移動させることに
より前記防振支持手段と除振台または基礎との間の相対
変位の調整を行うものであることを特徴とする請求項１
〜６のいずれか１項に記載の除振装置。
【請求項９】前記除振装置と除振台との間に作用する
力を検出する力センサと、その検出信号に適切な補償を
施して出力する補償手段とを備え、この出力信号に基い
て前記変位調整機構を制御することにより、前記除振装
置と除振台との間に作用する力が予め定めた範囲を逸脱
しないように制御する機能を有することを特徴とする請
求項１〜８のいずれか１項に記載の除振装置。