JP2015122692A - 周波数調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した駆動を行うことのできる周波数調整装置を提供すること。【解決手段】周波数調整装置１００は、Ｘ軸方向に往復移動可能なシャッター部５１と、Ｘ軸方向と交わる回転軸を有し、シャッター部５１を付勢する偏心カム５６と、偏心カム５６を回転軸まわりに回転させることでシャッター部５１をＸ軸方向に移動させるソレノイドアクチュエーター５７と、を有するシャッター装置１を有している。このようなシャッター装置１は、シャッター部５１を移動させることで、質量調整源による振動素子の質量調整を許容する開状態と、質量調整源による振動素子の質量調整を阻止する閉状態と、を切り替える。【選択図】図４

Description

本発明は、周波数調整装置に関するものである。

例えば、振動素子の共振周波数を調整する方法として、振動素子の質量を変化させる方法が知られている。このような方法は、例えば、振動素子と、イオンビームを振動素子に照射することにより振動素子の一部を除去して振動素子の質量を減少させるイオンガンと、振動素子とイオンガンとの間に設けられたシャッターとを有する装置を用いて行われる（特許文献１参照）。

特許文献１に記載の装置では、複数のシャッター板が重ねられた状態にて鉄芯に軸支されており、各シャッター板は、鉄芯を中心として回動可動となっている。また、各シャッター板は、対応するソレノイドの駆動により回動するように構成されている。特許文献１に記載の装置では、このようなシャッター板の回動を利用して、シャッターを開状態または閉状態とすることができる。

このような装置では、イオンガンからイオンビームが発射されている状態にて、シャッターを開状態とする。これにより、イオンビームがシャッターを通過して振動素子に照射され、振動素子の一部が除去されることにより、振動素子の共振周波数が変化する。そして、振動素子の周波数が所定の周波数となった時点でシャッターを閉状態とすることにより、振動素子へのイオンビームの照射を阻止する。このような方法により、振動素子の共振周波数を調整する。

しかしながら、このようなシャッターでは、シャッター板の回動によって、シャッター板同士が互いに擦れ合い、当該擦れに起因する摩耗により、シャッター板の摺動性が悪化する。摺動性の悪化は、シャッター板の移動速度を低下させ、シャッターの開閉タイミングにバラつきが生じる。すると、振動素子の質量調整にもバラつきが生じ、振動素子の共振周波数が目的の共振周波数から大きくずれてしまうのに加えて、そのずれ量が振動素子ごとにばらばらとなる。
すなわち、特許文献１に記載の装置では、シャッター装置を安定して駆動させることができず、高精度な振動素子の周波数調整を行うことができない。

特開２００４−５６４５５号公報

本発明の目的は、安定した駆動を行うことのできる周波数調整装置を提供することにある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
［適用例１］
本適用例の周波数調整装置は、振動素子を載置する載置部と、
前記振動素子の質量を調整する質量調整源と、
シャッター装置と、
を有し、
前記シャッター装置は、第１軸方向に往復移動可能であって、前記載置部に載置されている前記振動素子と前記質量調整源との間に設けられているシャッター部と、
前記第１軸方向と交わる回転軸を有し、前記シャッター部を付勢するカムと、
前記カムを前記回転軸まわりに回転させることで前記シャッター部を前記第１軸方向に移動させる駆動手段と、
を備え、
前記シャッター部を移動させることで、前記質量調整源による振動素子の質量調整を許容する開状態と、前記質量調整源による振動素子の質量調整を阻止する閉状態と、を切り替えることを特徴とする。

このように、カムを回転させることでシャッター部を動かすことにより、シャッター部の動作が安定する。また、各部の摩擦を抑えることもでき、経年劣化よるシャッター部の移動特性の悪化を低減することができる。また、カムを用いた回転運動でシャッター部を動かしているため、例えば、リニア型のソレノイドアクチュエーターのような直動運動でシャッター部を動かす場合と比較して、装置の小型化を図ることができる。

［適用例２］
本適用例の周波数調整装置では、前記シャッター装置は、前記シャッター部を前記第１軸方向に誘導する直動ガイドを有し、
前記直動ガイドは、前記第１軸方向に延在するレールと、前記レールに摺動可能に設けられているスライダーと、を備えていることが好ましい。
これにより、より安定して、シャッター部を第１軸方向に移動させることができる。

［適用例３］
本適用例の周波数調整装置では、前記シャッター装置は、
前記カムと当接し、前記カムとの摩擦を低減する摩擦低減部を有していることが好ましい。
これにより、カムとの間の摺動抵抗を低減することができ、より安定してシャッター部を動かすことができる。

［適用例４］
本適用例の周波数調整装置では、前記摩擦低減部は、前記カムの回転軸と平行な軸まわりに回転可能な回転体を有していることが好ましい。
これにより、摩擦低減部の構成が簡単なものとなるとともに、より効果的に、カムとの間の摩擦抵抗を低減することができる。

［適用例５］
本適用例の周波数調整装置では、前記回転体は、前記スライダーの平面視にて、少なくとも一部が前記スライダーと重なっていることが好ましい。
これにより、シャッター装置の平面方向の広がりを抑えることができ、小型化を図ることができる。

［適用例６］
本適用例の周波数調整装置では、前記カムは、前記回転軸とは異なる位置に中心を有する円の円周に沿って設けられている円弧状の側面を有し、前記側面が前記摩擦低減部と当接していることが好ましい。
これにより、カムを簡単な構成とすることができる。

［適用例７］
本適用例の周波数調整装置では、前記駆動手段は、前記シャッター部を前記第１軸方向の一方側へ移動させて、前記開状態から前記閉状態とすることが好ましい。
これにより、開状態から閉状態への切り替えをより速く行うことができる。
［適用例８］
本適用例の周波数調整装置では、前記開状態から前記閉状態とする際の前記シャッター部の速度を低減する減速手段を有していることが好ましい。
これにより、シャッター部の揺れを低減できる。

［適用例９］
本適用例の周波数調整装置では、前記シャッター部によって開閉される開口を有し、
前記開状態は、前記開口が開いた状態であり、
前記閉状態は、前記開口が前記シャッター部によって覆われている状態であり、
前記減速手段は、前記シャッター部が前記開口を覆い始めた後に作動することが好ましい。
これにより、シャッター部の揺れを低減することができるとともに、減速手段による開状態から閉状態への切り替えに必要な時間の遅延を小さく留めることができる。

［適用例１０］
本適用例の周波数調整装置では、前記第１軸方向に交差する第２軸方向に配列されている複数の前記シャッター装置を有していることが好ましい。
これにより、一度に複数の振動素子の周波数調整を行うことができるので、効率が向上する。
［適用例１１］
本適用例の周波数調整装置では、前記質量調整部は、イオンビームを発射するイオンガンであることが好ましい。
これにより、質量調整部の構成が簡単なものとなる。

本発明の周波数調整装置の好適な実施形態を示す断面図である。 図１に示す周波数調整装置が有するシャッター装置集合体の上面図である。 開状態のときのシャッター装置の側面図である。 図３に示すシャッター装置の下面図である。 閉状態のときのシャッター装置の側面図である。 図５に示すシャッター装置の下面図である。 シャッター装置の断面図である。 シャッター装置集合体の下面図である。

以下、本発明の周波数調整装置を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の周波数調整装置の好適な実施形態を示す断面図である。図２は、図１に示す周波数調整装置が有するシャッター装置集合体の上面図である。図３は、開状態のときのシャッター装置の側面図である。図４は、図３に示すシャッター装置の下面図である。図５は、閉状態のときのシャッター装置の側面図である。図６は、図５に示すシャッター装置の下面図である。図７は、シャッター装置の断面図である。なお、以下では、説明の都合上、図１、図３〜図７中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」として説明する。また、図１に示すように、互いに直交する３軸を、それぞれ、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸とし、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向（第１軸方向）」とも言い、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向（第２軸方向）」と言い、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」とも言う。

１．周波数調整装置
図１に示す周波数調整装置１００は、内部を所望の環境とすることのできるチャンバー１１０と、イオンビームＩＢを発射するイオンガン（質量調整源）１２０と、複数の開口１３１を有する遮蔽板（マスク）１３０と、開口１３１を開閉する複数のシャッター装置１を有するシャッター装置集合体１０と、振動素子９を載置するステージ（載置部）１４０と、を有している。そして、イオンガン１２０とステージ１４０との間に遮蔽板１３０およびシャッター装置集合体１０が配置されている。なお、図１は、周波数調整装置１００の全体図を概略的に示しているものであり、便宜上、遮蔽板１３０が有する開口１３１の数、シャッター装置集合体１０が有するシャッター装置１の数、ステージ１４０に配置される振動素子９の数が、それぞれ、図２以降に示す構成と異なっている。

イオンガン１２０は、例えば、Ａｒ、Ｎｅ等の不活性ガスに電界を作用させて加速させることにより、イオンビームＩＢを発射するものであり、振動素子９の質量を変化させる質量調整源を構成するものである。これにより、質量調整源の構成が簡単となるとともに、高精度に振動素子９の質量を調整することができる。
遮蔽板１３０は、イオンガン１２０の上側に配置されており、複数の開口１３１が形成されている。各開口１３１の大きさおよび形状としては、特に限定されず、振動素子９の大きさ等によっても異なるが、例えば、０．５ｍｍ×０．５ｍｍ〜２ｍｍ×２ｍｍの矩形とすることができる。
複数のシャッター装置１は、複数の開口１３１に対応して１対１で設けられている。また、複数のシャッター装置１は、それぞれ、独立して駆動が制御されており、対応する開口１３１を開いてイオンビームＩＢの通過を許容する開状態と、開口１３１を閉じてイオンビームＩＢを遮断する閉状態と、を選択できるようになっている。

このような周波数調整装置１００では、１つの開口１３１の上方に１つの振動素子９を配置し、イオンガン１２０からイオンビームＩＢを発射し、シャッター装置１で開口１３１を開状態とすることで、振動素子９にイオンビームＩＢを照射し、振動素子９の一部（例えば、電極の一部）を除去する。これにより、振動素子９の質量を減らし、その共振周波数を調整する。イオンビームＩＢの照射により、振動素子９の共振周波数が所定値となったら、速やかにシャッター装置１で開口１３１を閉状態とし、それ以上、イオンビームＩＢが振動素子９に照射されるのを阻止する（すなわち、周波数調整を終了する）。周波数調整装置１００では、各シャッター装置１を独立して制御することで、各振動素子９の共振周波数を独立して調整する。なお、周波数調整装置１００を用いた振動素子９の周波数調整方法については、後に詳しく説明する。

次に、シャッター装置集合体１０について詳しく説明する。
図２ないし図５に示すように、シャッター装置集合体１０は、ベース２と、ベース２に支持されている複数のシャッター装置１と、複数のシャッター装置１の駆動を独立して制御する駆動制御部３と、冷却手段４と、を有している。
また、シャッター装置集合体１０は、図２中右側（＋Ｘ軸側）に位置し、Ｙ軸方向に並設されている１６個のシャッター装置１からなる第１のシャッター装置群１Ａと、図２中左側（−Ｘ軸側）に位置し、Ｙ軸方向に並設されている１６個のシャッター装置１からなる第２のシャッター装置群１Ｂと、を有し、第１のシャッター装置群１Ａと第２のシャッター装置群１Ｂとがシャッター部５１を向き合せて対称的に配置されている。このように、複数のシャッター装置１を備えることにより、一度に多数（本実施形態では３２個）の振動素子９の共振周波数を調整することができるため、周波数調整装置１００の効率が向上する。また、複数のシャッター装置１をこのように配置することで、シャッター装置集合体１０の小型化を図ることもできる。

以下、複数のシャッター装置１について説明するが、複数のシャッター装置１は、それぞれ同様の構成であるため、以下では、第１のシャッター装置群１Ａに含まれる１つのシャッター装置１について代表して説明し、その他のシャッター装置１については、その説明を省略する。なお、図３および図４は、後述するガイドブロック５４が第２のストッパー２２に当接し、開口１３１が開いている開状態を示し、図５および図６は、ガイドブロック５４が第１のストッパー２１に当接し、開口１３１が閉じている閉状態を示している。そのため、以下では、説明の便宜上、図３および図４の状態を単に「開状態」とも言い、図５および図６の状態を単に「閉状態」とも言う。

図３ないし図７に示すように、シャッター装置１は、開口１３１を開閉するシャッター部５１と、シャッター部５１を支持するリンク５２と、リンク５２をＸ軸方向に直動的に案内する直動ガイド５３と、直動ガイド５３に取り付けられているガイドブロック５４と、ガイドブロック５４に取り付けられている回転体（摩擦低減部）５５と、回転体５５に接触して設けられている偏心カム（カム）５６と、偏心カム５６を回転（回動）させるソレノイドアクチュエーター（駆動手段）５７と、シャッター部５１の移動速度を減速させる減速バネ（減速手段）５８と、シャッター部５１を付勢する付勢バネ（付勢手段）５９と、を有している。

直動ガイド５３は、ＬＭガイド（ただし、「ＬＭガイド」は登録商標）、リニアガイドとも呼ばれる直動ベアリングである。図７に示すように、直動ガイド５３は、ベース２の下面にＸ軸方向に延在して取り付けられているレール５３１と、レール５３１にスライド可能に取り付けられているスライダー５３２と、レール５３１とスライダー５３２との間に位置している複数のボール５３３と、を有している。

本実施形態の直動ガイド５３は、スライダー５３２のスライド（摺動）に伴ってボール５３３がレール５３１とスライダー５３２との間を循環する「循環ボール式」の直動ベアリングとなっている。このような直動ガイド５３によれば、直動ガイド５３の構成を簡単なものとすることができると共に、スライダー５３２（シャッター部５１）をガタツキなくＸ軸方向に移動させることができる。さらには、スライダーを低摩擦（低抵抗）でスライドさせることができるため、シャッター部５１の移動速度をより速くすることができる。また、低摩擦な状態を比較的長期間維持することができる。そのため、周波数調整装置１００の周波数調整能力の向上を図ることができる。ただし、直動ガイド５３の構成としては、シャッター部５１をＸ軸方向に直動的に誘導（案内）することができれば、直動ベアリングに限定されない。

このような直動ガイド５３のスライダー５３２には、ガイドブロック５４が固定されている。したがって、ガイドブロック５４は、スライダー５３２とともに、レール５３１に沿ってＸ軸方向に直動的に往復移動可能となっている。ここで、ベース２には、下側に突出し、ガイドブロック５４を挟み込むように位置している第１のストッパー２１および第２のストッパー２２が設けられており、ガイドブロック５４は、第１のストッパー２１に当接することによって、それ以上の−Ｘ軸側への移動が阻止され、反対に、第２のストッパー２２に当接することによって、それ以上の＋Ｘ軸側への移動が阻止される。すなわち、ガイドブロック５４は、第１、第２のストッパー２１、２２の間でＸ軸方向に移動可能となっている。

スライダー５３２へのガイドブロック５４の固定は、特に限定されず、例えば、ネジ止め、接着材、嵌合等によって行うことができる。本実施形態では、図７に示すように、ピンＰを用いてスライダー５３２とガイドブロック５４とを固定している。なお、ガイドブロック５４は、硬質な材料で構成されており、硬質な材料としては、特に限定されず、例えば、金属材料、樹脂材料等が挙げられる。

このようなガイドブロック５４にはリンク５２が固定されている。リンク５２は、長尺であり、途中２カ所で略直角に屈曲した形状をなしている。具体的には、図３および図５に示すように、リンク５２は、ガイドブロック５４に固定されている支持部５２１と、支持部５２１から＋Ｚ軸方向に延出する連結部５２２と、連結部５２２の先端から−Ｘ軸方向に延出するシャッター保持部５２３と、を有している。また、支持部５２１は、ベース２の下側に位置し、シャッター保持部５２３は、ベース２の上側に位置し、連結部５２２は、ベース２に形成されている切り欠き２７を介して支持部５２１とシャッター保持部５２３とを連結している。なお、リンク５２は、硬質な材料で構成されており、硬質な材料としては、特に限定されず、例えば、金属材料、樹脂材料等が挙げられる。これらの中でも、例えば、チタン（Ｔｉ）等の軽量な金属材料を用いることが好ましい。これにより、リンク５２の軽量化を図ることができる。

このようなリンク５２のシャッター保持部５２３には、シャッター部５１が着脱自在に保持されている。シャッター部５１は、Ｘ軸方向に延在する長尺な平板状をなし、その基端部にてシャッター保持部５２３に保持されている。シャッター部５１は、消耗品であるため、リンク５２に着脱自在となっていることで、シャッター部５１の交換・修理等を簡単に行うことができる。このようなシャッター部５１は、例えば、耐エッチング性に優れる炭素、チタン等を構成材料として構成されている。これにより、イオンビームＩＢによるシャッター部５１の損傷（劣化）を低減でき、シャッター部５１の長寿命化を図ることができる。また、このような材料で構成することにより、シャッター部５１の軽量化を図ることができ、シャッター部５１の反応性や移動速度を向上させることができる。

また、ガイドブロック５４には回転体（摩擦低減部）５５が回転自在に設けられている。これにより、後述するように、シャッター部５１を動かすときの偏心カム５６と回転体５５との間の摩擦抵抗が低減される。回転体５５は、公知のボールベアリングを用いることができる。すなわち、本実施形態の回転体５５は、円環状の内輪（内側軌道輪）５５１と、円環状の外輪（外側軌道輪）５５２と、内輪５５１と外輪５５２とに囲まれた複数のボール５５３と、を有している。このような回転体５５は、ガイドブロック５４に設けられ、Ｚ軸方向に延在する軸５４６に内輪５５１が固定されており、外輪５５２が軸５４６に対してＺ軸まわりに回転自在となっている。

また、回転体５５は、Ｚ軸方向から見た平面視にて、少なくともその一部が、ガイドブロック５４（スライダー５３２）と重なっている。このような配置とすることで、シャッター装置１のＸＹ平面方向の広がりを抑えることができる。
なお、回転体５５としては、ガイドブロック５４に対してＺ軸まわりに回転することができれば、ボールベアリングに限定されない。例えば、円環状の部材からなる回転体５５が軸５４６に回転自在に保持された構成となっていてもよい。

このような回転体５５に当接するように、偏心カム５６が設けられている。偏心カム５６は、ソレノイドアクチュエーター５７によって、Ｚ軸方向に延びる軸Ｊｚまわりに回転（回動）する。偏心カム５６は、軸Ｊｚとは異なる位置にある中心Ｏを有する円に沿って延在する円弧状の側面５６１を有し、この側面５６１が回転体５５の外輪５５２の側面と当接している。これにより、偏心カム５６の形状が簡単なものとなる。なお、後述するように、この偏心カム５６が図３中の反時計回りに回転することで、回転体５５を介してガイドブロック５４が−Ｘ軸方向に付勢されて開状態から閉状態となる。

なお、偏心カム５６の軌道上にはストッパー５６９が設けられており、このストッパー５６９に偏心カム５６が当接することで、偏心カム５６のそれ以上の図３中時計回りの回転が阻止されている。ストッパー５６９は、開状態のときに、偏心カム５６が回転体５５から離れないように、すなわち、開状態のときに、偏心カム５６と回転体５５とが当接した状態を維持するように設けられている。これにより、素早く、かつ、一定の時間で、開状態から閉状態とすることができ、シャッター装置１の反応性の低下やバラつきの拡大を防止することができる。

ここで、本実施形態のように、偏心カム５６と回転体５５との当接点は、レール５３１とＺ軸方向（Ｚ軸方向から見た平面視）で重なるように位置していることが好ましい。厳密には、偏心カム５６の回転量に応じて、偏心カム５６と回転体５５との当接点は、Ｙ軸方向に変位することとなるため、シャッター部５１の駆動範囲内において、偏心カム５６の回転角度の全域で前記当接点がレール５３１とＺ軸方向で重なっていることがより好ましい。これにより、偏心カム５６を介して伝達されるソレノイドアクチュエーター５７の駆動力によって、シャッター部５１にＺ軸まわりの回転振動が生じることを効果的に抑制することができる。

ソレノイドアクチュエーター５７は、ロータリーソレノイド（回転ソレノイド）であり、ソレノイドコイルに電流を印加することによって、偏心カム５６を軸Ｊｚまわりに回転（回動）させることができる。ソレノイドアクチュエーター５７の駆動は、駆動制御部３によって制御される。なお、偏心カム５６を回転させる駆動手段としては、ソレノイドアクチュエーターに限定されず、例えば、ステッピングモーター等の各種モーターを用いてもよい。
また、ガイドブロック５４の−Ｘ軸方向側には、ベース２とガイドブロック５４との間に挟まれるようにして、ガイドブロック５４を＋Ｘ軸方向に付勢する付勢バネ５９が配置されている。付勢バネ５９は、コイルバネであり、圧縮された状態でベース２とガイドブロック５４との間に配置されている。

本実施形態では、第１のストッパー２１から＋Ｘ軸方向に延出する支持棒２３が設けられており、この支持棒２３に付勢バネ５９が支持されている。また、ガイドブロック５４の支持棒２３と対向する側面には第１バネ挿入孔５４４が設けられており、この第１バネ挿入孔５４４に付勢バネ５９の先端部が挿入されている。そして、第１のストッパー２１の側面と第１バネ挿入孔５４４の底面との間に挟まれる格好で付勢バネ５９が配置されている。これにより、付勢バネ５９の離脱を防止しつつ、安定した状態で配置することができるため、前述した付勢力をより確実に発揮させることができる。なお、ガイドブロック５４が−Ｘ軸方向に移動した際に、支持棒２３がガイドブロック５４に干渉しないように、支持棒２３は、第１バネ挿入孔５４４内に侵入されるようになっている。

また、ガイドブロック５４の−Ｘ軸方向側には、ガイドブロック５４の−Ｘ軸方向の移動速度を低減（減速）する減速バネ５８が配置されている。この減速バネ５８は、コイルバネであり、開状態（図３に示す状態）にて、隙間が生じるように、ベース２とガイドブロック５４との間に配置されている。このような構成から、ガイドブロック５４が開状態から−Ｘ軸方向に移動すると、その途中で（すなわち、前記隙間分の距離を移動した直後に）、減速バネ５８が第１のストッパー２１とガイドブロック５４とに挟まれることで収縮を始め、これにより発生する付勢力（反力）によって、ガイドブロック５４が減速する。このような減速バネ５８を配置することで、ガイドブロック５４が第１のストッパー２１に当接（衝突）する際の衝撃を和らげることができ、例えば、シャッター部５１の揺れを低減することができる。特に、本実施形態のように、ガイドブロック５４の移動の途中で減速バネ５８を効かせることで、ガイドブロック５４（シャッター部５１）の反応性や移動速度の低下を極力抑えることができる。

本実施形態では、前述した支持棒２３に減速バネ５８の基端部が支持されている。より具体的には、支持棒２３の途中にはフランジ２３１が配置されており、このフランジ２３１よりも先端側に減速バネ５８が支持されている。また、減速バネ５８は、付勢バネ５９よりも先端側（＋Ｘ軸側）に位置し、付勢バネ５９よりも小径である。また、第１バネ挿入孔５４４の底面には、第１バネ挿入孔５４４よりも小径の第２バネ挿入孔５４５が第１バネ挿入孔５４４と同軸的に設けられており、この第２バネ挿入孔５４５に減速バネ５８の先端部が挿入されている。そして、フランジ２３１と第２バネ挿入孔５４５の底面との間に挟まれる格好で減速バネ５８が配置されている。これにより、減速バネ５８に離脱を防止しつつ、安定した状態で配置することができるため、前述した減速機能をより確実に発揮することができる。

なお、ガイドブロック５４が−Ｘ軸方向に移動した際に、支持棒２３がガイドブロック５４に干渉しないように、支持棒２３は、第２バネ挿入孔５４５内に侵入できるようになっている。
また、図７に示すように、支持棒２３は、その中心軸Ｊがレール５３１とＺ軸方向（Ｚ軸方向から見た平面視）で重なるように配置されている。これにより、付勢バネ５９や減速バネ５８の反力によって、シャッター部５１にＺ軸まわりの回転振動が生じることを効果的に抑制することができる。

このようなシャッター装置１は、次のようにして駆動する。
すなわち、ソレノイドアクチュエーター５７に通電されていない場合は、付勢バネ５９によって、ガイドブロック５４が第２のストッパー２２に押し付けられており、図３および図４に示す開状態に維持される。この状態では、遮蔽板１３０の開口１３１が開いているので、イオンビームＩＢが開口１３１を通過して、振動素子９に照射される。

一方、開状態の時に、ソレノイドアクチュエーター５７に通電して偏心カム５６を回転させると、偏心カム５６によって回転体５５が−Ｘ軸方向に付勢される。これにより、ガイドブロック５４が第１のストッパー２１に当接するまで−Ｘ軸方向に移動し、図５および図６に示す閉状態となる。この状態では、シャッター部５１によって開口１３１が閉じられているので、イオンビームＩＢが振動素子９に照射されない。なお、開状態から閉状態とする時の偏心カム５６の回転角は、例えば、６０〜８０°程度である。

ここで、減速バネ５８は、シャッター部５１が開口１３１を覆い始めた後で効き始める（収縮し始める）ようにするのが好ましく、開口１３１を完全に覆った後で効き始めるようにするのがより好ましい。すなわち、図３ないし図６に示すシャッター装置１について言えば、Ｚ軸方向から見た平面視にて、−Ｘ軸方向へ移動し始めたシャッター部５１の先端（−Ｘ軸方向側の端）が、開口１３１の＋Ｘ軸側の端よりも−Ｘ軸側に位置した後に減速バネ５８が収縮し始めるように構成されているのが好ましく、開口１３１の−Ｘ軸側の端よりも−Ｘ軸側に位置した後に減速バネ５８が収縮し始めるように構成されているのがより好ましい。これにより、減速バネ５８の効果を発揮させつつ、減速バネ５８が効いている時間をなるべく短くすることができるので、減速バネ５８によるシャッター部５１の反応性や移動速度の低下を極力抑えることができる。

また、本実施形態では、偏心カム５６によって回転体５５を−Ｘ軸方向へ付勢することでガイドブロック５４を−Ｘ軸方向に移動させている。この際、回転体５５（外輪５５２）がＺ軸まわりに回転しながら偏心カム５６に付勢されるため、回転体５５と偏心カム５６との間の摩擦が低減され、その分、ガイドブロック５４（シャッター部５１）を安定して移動させることができ、さらには、その反応性や移動速度の低下を抑えることができる。

なお、開状態から閉状態とするときにソレノイドアクチュエーター５７の駆動により発生する推力は、付勢バネ５９および減速バネ５８の反力の総和よりも大きくなるように設計し、開状態から閉状態への切り替えが阻害されることがないようにする。ここで、偏心カム５６は、開状態を基準として、そこから回転角度が大きくなるに連れて、ガイドブロック５４を押す推力が大きくなるように設計されている。本実施形態では、ガイドブロック５４が移動を開始してからしばらくは、付勢バネ５９の反力だけが加わるが、途中からは、付勢バネ５９の反力に加えて、減速バネ５８の反力が加わるため、上述のように、推力が徐々に大きくなるような偏心カム５６の設計とすることで、確実に、開状態から閉状態とすることができる。具体的には、軸Ｊｚと、側面５６１と回転体５５との接点と、中心Ｏとからなる角をクサビ角θとすると、偏心カム５６は、開状態を基準として、回転角が大きくなるに連れて、クサビ角θが狭くなるように構成されている（図３および図５参照）。クサビ角θが狭くなるに連れて、回転体５５を−Ｘ軸方向に付勢する付勢力が増すため、このような偏心カム５６を用いることで、上述した効果を確実に発揮することができる。
また、ソレノイドアクチュエーター５７として、自己保持型のソレノイドアクチュエーターを用いる場合、閉状態とした後、内蔵された永久磁石の働きによって、無通電状態でも閉状態を維持することもできる。
以上、シャッター装置１の構成について詳細に説明した。

このような構成を有する３２個のシャッター装置１には、リンク５２のシャッター保持部５２３の長さが異なる４種類のシャッター装置１が含まれている。すなわち、３２個のシャッター装置１は、図２に示すように、シャッター保持部５２３の長さが最も短い８つの第１のシャッター装置１１と、第１のシャッター装置１１よりもシャッター保持部５２３の長さが長い８つの第２のシャッター装置１２と、第２のシャッター装置１２よりもシャッター保持部５２３の長さが長い８つの第３のシャッター装置１３と、シャッター保持部５２３の長さが最も長い８つの第４のシャッター装置１４と、で構成されている。

以下、これら、第１〜第４のシャッター装置１１〜１４の配置について説明するが、前述したように、第１のシャッター装置群１Ａと、第２のシャッター装置群１Ｂとが同様の構成であるため、以下では、第１のシャッター装置群１Ａについて代表して説明し、第２のシャッター装置群１Ｂについては、その説明を省略する。
図２に示すように、第１のシャッター装置群１Ａには、第１〜第４のシャッター装置１１〜１４がそれぞれ４つずつ配置されている。そして、Ｙ軸方向に沿って、第１のシャッター装置１１、第２のシャッター装置１２、第３のシャッター装置１３、第４のシャッター装置１４がこの順で繰り返し配置されている。また、第１のシャッター装置群１Ａに含まれる全てのシャッター装置１は、シャッター部５１の先端がＹ軸方向に揃うように配置されている。なお、シャッター部５１の配設ピッチ（中心間距離）としては、特に限定されないが、例えば、１ｍｍ〜２ｍｍ程度とされる。

このような配置とすることで、図８に示すように、各シャッター装置１の機構部１’（直動ガイド５３、ガイドブロック５４、回転体５５、偏心カム５６、ソレノイドアクチュエーター５７、減速バネ５８、付勢バネ５９の集合体）を規則的にＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ分散させて配置することができる。
具体的には、Ｘ軸方向に関して言えば、第１〜第４のシャッター装置１１〜１４のシャッター保持部５２３の長さが異なっていることから、第１のシャッター装置１１の機構部１１’（１’）と、第２のシャッター装置１２の機構部１２’（１’）と、第３のシャッター装置１３の機構部１３’（１’）と、第４のシャッター装置１４の機構部１４’（１’）と、がＸ軸方向にずれて配置されている。一方、Ｙ軸方向に関して言えば、隣り合う第１のシャッター装置１１の間に、３つのシャッター装置１（１２、１３、１４）が位置しているため、４つの第１のシャッター装置１１の機構部１１’（１’）は、互いに、Ｙ軸方向に十分に離間して配置されている。第２、第３、第４のシャッター装置１２、１３、１４についても同様である。

このように、本実施形態によれば、各シャッター装置１の機構部１’を規則的にＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ分散させて配置することができるため、各機構部１’を配置するためのスペースを十分に確保することができ、各シャッター装置１のシャッター部５１を狭ピッチで配置することができる。言い換えると、シャッター部５１を狭ピッチで配置しても、各シャッター装置１の機構部１’を配置するスペースを十分に確保することができる。そのため、例えば、同じ大きさのシャッター装置集合体１０であれば、より多くのシャッター装置１を配置することができ、同じ数のシャッター装置１を有するシャッター装置集合体１０であれば、その小型化を図ることができる。

ここで、本実施形態のベース２は、複数に分割されており、これらが、枠状のフレーム８に着脱可能に固定されている。具体的には、ベース２は、図２に示すように、Ｙ軸方向に延在する第１のベース（第１支持部）２Ａ、第２のベース（第２支持部）２Ｂ、第３のベース（第３支持部）２Ｃおよび第４のベース（第４支持部）２Ｄを有し、これら第１〜第４のベース２Ａ〜２ＤがＸ軸方向に並んで、ネジ止め等によってフレーム８に取り付けられている。また、第１〜第４のベース２Ａ〜２Ｄは、互いにＸ軸方向に離間して配置されている。

これら第１〜第４のベース２Ａ〜２Ｄのうち、第１のベース２Ａは、各第１のシャッター装置１１を支持し、第２のベース２Ｂは、各第２のシャッター装置１２を支持し、第３のベース２Ｃは、各第３のシャッター装置１３を支持し、第４のベース２Ｄは、各第４のシャッター装置１４を支持している。このように、第１〜第４のシャッター装置１１〜１４を、それぞれ、異なるベース２に固定することで、メンテナンス性が向上する。例えば、第１のベース２Ａをフレーム８から取り外せば、それとともに、４つの第１のシャッター装置１１が取り外される。取り外した状態では、４つのシャッター部５１が互いに広く離間しているため、すなわち、隣り合う第１のシャッター装置１１のシャッター部５１の間に、第２、第３、第４のシャッター装置のシャッター部５１が存在していないため、例えば、シャッター部５１の交換を簡単に行うことができる。第２、第３、第４のベース２Ｂ、２Ｃ、２Ｄについても、順に行うことで、全てのシャッター部５１を簡単に交換することができる。
特に、前述したように、第１〜第４のベース２Ａ〜２Ｄが、互いにＸ軸方向に離間して配置されているため、各ベース２Ａ〜２Ｄを取り外し易い。また、熱膨張による干渉を防ぐことができるため、例えば、各機構部１’に不要な応力が加わってしまうことを低減することができる。

このようなベース２（２Ａ〜２Ｄ）は、例えば、耐エッチング性に優れる炭素、チタン等を構成材料として構成されている。また、ベース２は、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、銅、マンガン、アルミニウム、マグネシウム等の各種金属、またはこれらのうちの少なくとも１種を含む合金または金属間化合物、さらには、これらの金属の酸化物、窒化物、炭化物等で構成された本体の表面に、耐エッチング性に優れるＤＬＣ（ダイアモンドライクカーボン）膜を形成した構成とすることもできる。
ベース２をこのような構成とすることにより、イオンビームＩＢによるベース２の損傷を効果的に抑制することができる。なお、ベース２がイオンビームＩＢと接触せず、ベース２に耐エッチング性が要求されない場合には、ベース２は、例えば、前述した金属材料等により構成されていてもよい。

冷却手段４は、フレーム８の下側に設けられている。この冷却手段４は、各シャッター装置１のソレノイドアクチュエーター５７を冷却するために設置されている。ソレノイドアクチュエーター５７は、一般的に、昇温によって駆動効率（動作速度）が変動することが知られており、このような駆動効率の変動が生じると、偏心カム５６の回転速度が変化して、ガイドブロック５４（シャッター部５１）の反応性や移動速度を一定に保つことが困難となる。特に、周波数調整装置１００では、イオンガン１２０からの熱（通常、２５０°程度）によって、ソレノイドアクチュエーター５７が熱的に苛酷な環境に曝されるため、冷却手段４を設けることで、上述したような問題を解消（緩和）し、ガイドブロック５４（シャッター部５１）の反応性や移動速度を一定に保つことができる。

図８に示すように、冷却手段４は、フレーム８の下側に配置され、内部に流路４１１が形成されている本体部４１を有し、この流路４１１内に冷却水Ｗを循環させることで、ソレノイドアクチュエーター５７を冷却するように構成されている。このような構成によれば、冷却手段４の構成が簡単なものとなる。なお、冷却手段４は、ソレノイドアクチュエーター５７の温度（周囲の温度）に関係なく、冷却水Ｗを一定の速度で流路４１１内を循環させてもよいが、例えば、ソレノイドアクチュエーター５７の温度を検知しながら、その温度が所定温度範囲内に維持されるように、冷却水Ｗの速度を変化させてもよい。これにより、ガイドブロック５４（シャッター部５１）の反応性や移動速度をより一定に保つことができる。なお、冷却手段４としては、ソレノイドアクチュエーター５７を冷却することができれば、特に限定されず、例えば、冷却ガスをソレノイドアクチュエーター５７に吹き付けるような構成となっていてもよい。

駆動制御部３は、各シャッター装置１のソレノイドアクチュエーター５７を独立して駆動する。また、駆動制御部３は、各シャッター装置１のガイドブロック５４の開状態から閉状態となる際の移動速度が等しくなるように、各シャッター装置１のソレノイドアクチュエーター５７に印加する電流値を調整している。例えば、同じ大きさの電流を各ソレノイドアクチュエーター５７に印加しても、レール５３１とスライダー５３２との間の摺動抵抗や、シャッター部５１、リンク５２、ガイドブロック５４および回転体５５の重量や、減速バネ５８および付勢バネ５９のバネ定数等の個体差によって、シャッター装置１毎に、開状態から閉状態とする際のシャッター部５１の移動速度（言い換えると、開状態から閉状態とするのにかかる時間Ｔ）が異なる場合がある。シャッター装置１毎に移動速度（時間Ｔ）が異なっていると、各振動素子９の周波数調整の精度（誤差）にバラつきが生じ、周波数調整の歩留まりが悪くなるおそれがある。

そこで、駆動制御部３は、時間Ｔが各シャッター装置１間でほぼ一定となるように、ソレノイドアクチュエーター５７毎に印加する電流値Ａを定めている。これにより、各振動素子９の周波数調整の精度（誤差）のバラつきが無くなり、周波数調整の歩留まりが高くなる。なお、経年劣化（例えば、シャッター部５１の劣化による質量減、直動ガイド５３の摺動抵抗の増加等）によって、各シャッター装置１における時間Ｔが変化するため、電流値Ａの調整は、定期的に行うことが好ましい。
なお、駆動制御部３が行う、各シャッター装置１のガイドブロック５４の開状態から閉状態となる際の移動速度の調整は、上記の電流値の調整に限定されず、電圧値制御またはシャッター移動時間（オフセット）制御により行ってもよい。
以上、周波数調整装置１００について説明した。このような周波数調整装置１００によれば、次のような効果を発揮することができる。

まず、シャッター部５１を偏心カム５６の回転運動によってＸ軸方向に移動させているため、起動トルク（推力）が安定して、シャッター部５１の動作が安定する。したがって、前述した時間Ｔのずれが少なく、振動素子９の周波数を優れた制度で調整することができる。また、シャッター部５１が安定して移動するため、振動も少なく、例えば、シャッター部５１が隣のシャッター部５１にぶつかることもないため、シャッター部５１の破損を防止することができる。また、例えば、リニア型のソレノイドアクチュエーターのような直動運動でシャッター部５１を動かす場合と比較して、装置の小型化を図ることができる。

また、シャッター部５１をＸ軸方向に直動的に案内（誘導）する手段として、直動ガイド５３を用いているため、シャッター部５１をより精度よくＸ軸方向に直動的に案内することができる。そのため、シャッター部５１のＹ軸方向への位置ずれが低減され、開口１３１を確実に覆うことができる。また、隣のシャッター部５１にぶつかることもないため、シャッター部５１の破損を防止することができる。したがって、閉状態の開口１３１からイオンビームＩＢが漏れることを防止でき、振動素子９が不本意にエッチングされてしまうのを防止できる。その結果、振動素子９の周波数を優れた制度で調整することができる。特に、直動ガイド５３として、ボール５３３の転がり運動を利用した直動ベアリングを採用したことで、直動ガイド５３の摺動抵抗をより効果的に低減することができ、シャッター部５１の反応性および移動速度を高めることができる。また、経時的な摩耗劣化を抑えることができるので、長期的に、より速く、精度よく、シャッター部５１をＸ軸方向に案内することができる。

また、本実施形態では、シャッター部５１を動かす駆動手段としてソレノイドアクチュエーター５７を用いている。これにより、駆動手段の構成が簡単なものとなる。また、ソレノイドアクチュエーター５７は、反応性が高いため、振動素子９の周波数をより精度よく調整することができる。
特に、本実施形態では、ソレノイドアクチュエーター５７の駆動によって、開状態から閉状態としている。前述したように、ソレノイドアクチュエーター５７は、反応性が高く。また、その反応性もほぼ一定であるため、より短時間で、かつ、決まった時間で開状態から閉状態に切り替えることができる。そのため、振動素子９が所定の共振周波数となった際に、イオンビームＩＢを素早くかつ所定時間で遮断することができ、すなわち、開口１３１を閉状態とする命令を出した時刻と、開口１３１が実際に閉状態となった時刻との時間差をより短くかつ一定にすることができ、振動素子９の周波数をより精度よく調整することができる。

また、本実施形態では、付勢バネ５９によって、閉状態から開状態としている。これにより、シャッター装置１の省電力駆動を実現することができる。すなわち、例えば、閉状態から開状態とする場合も、ソレノイドアクチュエーター５７の駆動力を用いる場合と比較して、省電力で開状態と閉状態とを切り替えることができる。加えて、ソレノイドアクチュエーター５７の駆動時間を短くすることができる分、ソレノイドアクチュエーター５７の発熱を低減でき、前述したような問題（昇温による駆動能力の低下）を低減することができる。
ただし、本実施形態とは逆に、付勢バネ５９で開状態から閉状態とし、ソレノイドアクチュエーター５７で閉状態から開状態としてもよい。

また、本実施形態では、減速バネ５８を設けているため、ガイドブロック５４が第１のストッパー２１に当接（衝突）する際の衝撃を和らげることができる。そのため、シャッター部５１の揺れを低減することができ、開口１３１をより確実に塞ぐことができる。すなわち、シャッター部５１が揺れることによって、閉状態にもかかわらず、開口１３１に隙間が生じてしまうことを防止することができる。特に、前述したように、減速バネ５８が、シャッター部５１が開口１３１を覆い始めた後で効き始める（収縮し始める）ことで、シャッター部５１の反応性や移動速度の低下を極力抑えることができる。なお、このような減速バネ５８は、省略してもよく、その場合は、第１のストッパー２１のガイドブロック５４と当接する箇所に、ゴム材、発泡体等のような比較的柔らかい弾性層（衝撃緩和層）を配置することが好ましい。

２．周波数調整方法
次に、周波数調整装置１００を用いた振動素子９の周波数調整方法について簡単に説明する。
周波数調整装置１００による振動素子９の周波数調整は、１つのシャッター装置１の直上に１つの振動素子９が位置するように、複数の振動素子９をステージ１４０に載置した状態でチャンバー１１０内に配置し、チャンバー１１０内を減圧状態とした状態にて行われる。また、周波数調整装置１００による振動素子９の周波数調整は、各振動素子９の共振周波数を連続的に検知しながら行われ、この検知結果は、リアルタイムに駆動制御部３に送信される。

まず、各シャッター装置１を駆動させて、各開口１３１を閉状態とする。次に、イオンガン１２０をＯＮとし、イオンビームＩＢを上方に向けて発射する。そして、イオンビームＩＢが安定するまで、各開口１３１を閉状態としたまま放置する。次に、各シャッター装置１を駆動させて、各開口１３１を開状態とする。各開口１３１を開状態とすると、開口１３１を通過してイオンビームＩＢが各振動素子９に照射され、振動素子９の一部、より具体的には電極の一部が除去され、これに伴う振動素子９の質量の減少によって、振動素子９の共振周波数が徐々に上昇する。次に、共振周波数が所定の周波数となった振動素子９から順に、速やかに、それに対応するシャッター装置１を駆動させて開口１３１を閉状態とする。以上の工程によって、振動素子９の共振周波数の調整が終了する。
なお、前述したように、開口１３１を閉状態とする命令を出した時刻と、開口１３１が実際に閉状態となった時刻とに僅かながら時間差が生じる。そのため、この時間差を考慮して、開口１３１を閉状態とするタイミングを補正してもよい。すなわち、所定の周波数よりも僅かに低い段階で、閉状態とする命令を出してもよい。

以上、本発明の周波数調整装置について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
また、前述した実施形態では、イオンビームによって振動素子の質量を減少させることにより振動素子の共振周波数を変更する方法について説明したが、質量調整部の構成としては、これに限定されず、例えば蒸着によって金属粒子を振動素子に付着させ、振動素子の質量を増加させることにより、振動素子の共振周波数を変更してもよい。

１……シャッター装置 １’……機構部 １Ａ……第１のシャッター装置群 １Ｂ……第２のシャッター装置群 １１……第１のシャッター装置 １１’……機構部 １２……第２のシャッター装置 １２’……機構部 １３……第３のシャッター装置 １３’……機構部 １４……第４のシャッター装置 １４’……機構部 ２……ベース ２Ａ……第１のベース ２Ｂ……第２のベース ２Ｃ……第３のベース ２Ｄ……第４のベース ２１……第１のストッパー ２２……第２のストッパー ２３……支持棒 ２３１……フランジ ２７……切り欠き ３……駆動制御部 ４……冷却手段 ４１……本体部 ４１１……流路 ５１……シャッター部 ５２……リンク ５２１……支持部 ５２２……連結部 ５２３……シャッター保持部 ５３……直動ガイド ５３１……レール ５３２……スライダー ５３３……ボール ５４……ガイドブロック ５４４……第１バネ挿入孔 ５４５……第２バネ挿入孔 ５４６……軸 ５５……回転体 ５５１……内輪 ５５２……外輪 ５５３……ボール ５６……偏心カム ５６１……側面 ５６９……ストッパー ５７……ソレノイドアクチュエーター ５８……減速バネ ５９……付勢バネ ８……フレーム ９……振動素子 １０……シャッター装置集合体 １００……周波数調整装置 １１０……チャンバー １２０……イオンガン １３０……遮蔽板 １３１……開口 １４０……ステージ ＩＢ……イオンビーム Ｊ……中心軸 Ｊｚ……軸 Ｗ……冷却水 Ｐ……ピン

Claims (11)

1. 振動素子を載置する載置部と、
   前記振動素子の質量を調整する質量調整源と、
   シャッター装置と、
   を有し、
   前記シャッター装置は、第１軸方向に往復移動可能であって、前記載置部に載置されている前記振動素子と前記質量調整源との間に設けられているシャッター部と、
   前記第１軸方向と交わる回転軸を有し、前記シャッター部を付勢するカムと、
   前記カムを前記回転軸まわりに回転させることで前記シャッター部を前記第１軸方向に移動させる駆動手段と、
   を備え、
   前記シャッター部を移動させることで、前記質量調整源による振動素子の質量調整を許容する開状態と、前記質量調整源による振動素子の質量調整を阻止する閉状態と、を切り替えることを特徴とする周波数調整装置。
2. 前記シャッター装置は、前記シャッター部を前記第１軸方向に誘導する直動ガイドを有し、
   前記直動ガイドは、前記第１軸方向に延在するレールと、前記レールに摺動可能に設けられているスライダーと、を備えている請求項１に記載の周波数調整装置。
3. 前記シャッター装置は、
   前記カムと当接し、前記カムとの摩擦を低減する摩擦低減部を有している請求項２に記載の周波数調整装置。
4. 前記摩擦低減部は、前記カムの回転軸と平行な軸まわりに回転可能な回転体を有している請求項３に記載の周波数調整装置。
5. 前記回転体は、前記スライダーの平面視にて、少なくとも一部が前記スライダーと重なっている請求項４に記載の周波数調整装置。
6. 前記カムは、前記回転軸とは異なる位置に中心を有する円の円周に沿って設けられている円弧状の側面を有し、前記側面が前記摩擦低減部と当接している請求項３ないし５のいずれか１項に記載の周波数調整装置。
7. 前記駆動手段は、前記シャッター部を前記第１軸方向の一方側へ移動させて、前記開状態から前記閉状態とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の周波数調整装置。
8. 前記開状態から前記閉状態とする際の前記シャッター部の速度を低減する減速手段を有している請求項７に記載の周波数調整装置。
9. 前記シャッター部によって開閉される開口を有し、
   前記開状態は、前記開口が開いた状態であり、
   前記閉状態は、前記開口が前記シャッター部によって覆われている状態であり、
   前記減速手段は、前記シャッター部が前記開口を覆い始めた後に作動する請求項８に記載の周波数調整装置。
10. 前記第１軸方向に交差する第２軸方向に配列されている複数の前記シャッター装置を有している請求項１ないし９のいずれか１項に記載の周波数調整装置。
11. 前記質量調整部は、イオンビームを発射するイオンガンである請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の周波数調整装置。

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