JP2017110809A - 垂直方向に有効な空気ばねを備えた防振装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明の目的は、アクティブ防振システムに好適であり、かつ、コンパクトな空間内で高い補償力を生成することができる防振装置を提供することである。【解決手段】本発明は、垂直方向においてのみ有効である空気ばねを備える防振装置に関し、空気ばねは、垂直に有効なアクチュエーターが配置される作動空間を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、垂直方向においてのみ有効である空気ばねを備えた防振装置に関する。より詳細には、本発明は、半導体産業における装置、例えば、リソグラフィー装置、光学検査装置、及びウェハー処理装置を支持する定常振動防止システムに用いられる防振装置に関する。
空気ばねに基づくアクティブ及びパッシブ防振システムが既知である。空気ばねのパッシブ伝達特徴により、質量−ばね系の固有振動数を超える床面からの防振が既に達成される。振動振幅の増加は、固有振動数周辺の範囲においてのみ発生し、この増加は振動の減衰に極めて大きく依拠する場合がある。
したがって、空気式防振装置を備えるこのようなパッシブシステムは、アクティブ制御によって改良されてきた。特にこの目的で、隔離される荷重の上に、加速度、速度又は床面までの距離を測定するセンサが配置され、通常、システムに補償する力を印加する非接触型アクチュエーターを駆動する。
空気ばねは、通常、支持される荷重の質量に応じて構成される。幾つかの場合において、特に支持される荷重が変化するとき、レベル制御弁を用いて給気及び排気を制御するレベル制御が付加的に採用される。したがって、空気ばねは、アクティブ防振システムの制御システム内に一体化されている。
これとは異なる場合においてシステムの制御に用いられる非接触型アクチュエーターは、多くの場合ローレンツ原理に基づいており、移動コイル及び永久磁石からなる。一方の構成要素は支持される荷重上に取り付けられ、他方は床面に連結される。
荷重が大きく変化する場合、ソレノイドアクチュエーターを介した高さ制御及び空気ばねのレベル制御は限界に達する。
一方、特許文献１（Integrated Dynamics Engineering GmbH社）は、高さ調節可能な垂直防振のためのコイルばねを開示している。このコイルばねは、ベース又は隔離される荷重に水平方向に強固に接続されており、それにより、隔離される荷重を水平方向にシフトさせることなく高さ調節を達成することを可能にしている。
しかしながら、このような純粋に機械的なばねは、空気ばねの反応挙動とは著しく異なる反応挙動を呈するので、多くの用途では、この純粋に機械的なばねは考慮の対象とならない。
隔離される荷重が高移動質量である、及び／又はシステム上で移動質量に高加速度を加える用途に対しても好適な空気式防振システムを提供することは困難である。この場合には大きな力が必要とされるが、限られた空間と起こり得る垂直及び水平の組み合わされた移動とに起因して、この力は限られた程度でしか実現することができない。
欧州特許出願公開第２７５９７６３号明細書
したがって、本発明は、従来技術の上記欠点を軽減する目的に基づいている。
より詳細には、本発明の目的は、アクティブ防振システムに好適であり、かつ、コンパクトな空間内で高い補償力を生成することができる防振装置を提供することである。
本発明の目的は、請求項１に係る防振装置によって、及び本発明による防振装置を備える、請求項１２に係る防振システムによって既に達成されている。
本発明の好ましい実施形態及び改良形態は、従属請求項の主題によって明示されている。
本発明は、特に、半導体産業において定常的に設置され、装置を支持することに用いられる防振システムの一部を形成する防振装置に関する。そのような防振システムは概して、防振で取り付けられる台又はフレームを備えており、その上で関連する装置が支持される。
防振装置は、垂直方向においてのみ有効である空気ばねを備える。
空気ばねは、特に、ベース又は隔離される荷重に水平方向に強固に接続され、したがって、垂直方向においてのみ防振を提供する。「水平」及び「垂直」という用語は、設置状態での配向を指す。
好ましくは、防振装置は水平防振のための更なる構成要素を備える。この水平防振のための更なる構成要素は、特に可撓性ロッド又は座屈ペンデュラムとすることができる。
本発明によれば、垂直方向において有効な少なくとも１つのアクチュエーターが、空気ばねの作動空間内に配置される。
垂直方向において有効なアクチュエーター、特にソレノイドアクチュエーターの使用により、設置空間を変更することなく垂直方向における更なる防振が可能となる。アクチュエーターは、特にアクティブ防振に用いられる。
好ましくはコイル及び永久磁石から形成されるアクチュエーターは、空気ばねの対向する構成要素、特に内側ハウジング及び外側ハウジングは水平方向に移動しないことから利益を得る。
したがって、コイルと磁石との間に存在する間隙は、特に狭くすることができ、特に、５ｍｍ未満の幅、好ましくは１ｍｍ未満の幅、より好ましくは０．５ｍｍ未満の幅とすることができる。
これにより、空気ばねの作動空間内で大きな力を生成することが可能となる。
本発明の好ましい実施形態では、可撓性ロッド又は座屈ペンデュラムは、防振装置の内側ハウジング内に配置され、この可撓性ロッド又は座屈ペンデュラムは、空気ばねの作動空間内に突出する。
したがって、可撓性ロッド又は座屈ペンデュラムは、空気ばねの作動空間の外部に配置されるが、内側ハウジングを通って空気ばねの作動空間内に突出する。内側ハウジングは、隔離される荷重の延出部を形成し、また、特に少なくともその一部分は管状設計を有しており、そのことによってもシステムのコンパクトな設計を可能にしている。
好ましくは、アクチュエーターのコイルは、内側ハウジングの周囲に延びており、特に内側ハウジングにプレス加工されるか又はこのハウジングに接着加工され、また、磁石、特に永久磁石は、外側ハウジングに沿って延びている。特に、磁石は、環状形状を有しており、その設置状態において、コイルが磁石の中で移動する。
本発明の代替的な一実施形態によって考察されるように、アクチュエーターの磁石を内側ハウジングに、及びコイルを外側ハウジングに施す、反対の設計を有することも想定可能であることが理解されるであろう。
本発明の更なる実施形態において、防振装置は、複数のアクチュエーター、特にソレノイドアクチュエーターを備え、これらのアクチュエーターは重ね合わされる。１つの実施形態では、防振装置は、少なくとも３つの重ね合わされた磁気アクチュエーターを備える。これによっても、コンパクトな空間内で大きな力を生成することが可能となる。
水平方向における空気ばねの固い連結は、特に、空気ばねと平行に接続される、少なくとも１つの板ばねによって達成することができる。
板ばねを、特に空気ばねの作動空間内に配置して、作動空間を囲む内側ハウジングと外側ハウジングとを相互接続することができる。
好ましくは、防振装置は、外側ハウジングに対して内側ハウジングが傾斜することを防止するために、垂直に離間した少なくとも２つの板ばねを備える。
板ばねは、板ばねアセンブリの一部とすることができる。
特に、リングセグメントから形成されるセグメント化された板ばねを用いることができる。
板ばねは、好ましくは交換可能である。これによって、特に防振装置の固有振動数を容易に調整することが可能となる。特に、短い整定時間を達成するために、５Ｈｚ超の固有振動数を達成することが可能である。
本発明に係る防振装置が防振システムの一部を形成する場合、特に、作動空間内の、アクチュエーターの一体化に起因して節約された空間を、アクチュエーターの外側ハウジングの外部に配置され、かつ、水平方向において有効である少なくとも１つの更なるアクチュエーターのために用いることが可能である。
本発明に係る防振装置の概略断面図である。 内側ハウジングを示す図である。 外側ハウジングを示す図である。 本発明に係る、アクチュエーターを備えた防振システムの概略図である。
ここで、図１〜図４の図面を参照しながら、本発明の主題をより詳細に説明する。
図１は、本発明に係る防振装置１を示す概略断面図である。防振装置１は、作動空間４を有し、かつ、ベース部２及びヘッド部３を備える、空気ばねとして構成される。ヘッド部３は、ピストンプレートとして特に設計されており、隔離される荷重に接続されるか又は隔離される荷重の一部である。
空気ばねは、ベース部２に取り付けられた外側ハウジング８と、内側ハウジング９とを備える。外側ハウジング８及び内側ハウジング９は、弾性膜５によって閉鎖されている。膜５は、クランプリング６によって外側ハウジングに、及びクランプリング７によって内側ハウジング９に固定される。
空気圧制御弁（図示せず）によって制御することができる、作動空間４の優勢な圧力に起因して、内側ハウジング９は、外側ハウジング８に対して空気圧で支持され、また、膜５の弾性に起因して、垂直方向に移動可能である。
空気ばねを水平方向に固くベース部２に連結させるために、垂直方向に離間した複数の板ばね１４を備える板ばねアセンブリ１３が、内側ハウジング９と外側ハウジング８との間に設けられる。
この例示的な実施形態では、内側ハウジング９及び外側ハウジング８の接続は、板ばねアセンブリ１３をベース部２に締結することにより達成される。
水平方向における防振効果のために、曲げロッド１２が設けられ、この曲げロッド１２は、ねじ１０によってヘッド部に、及びねじ１１によって内側ハウジング９に接続される。
内側ハウジング９は、少なくともその切断部分はカップ状の形状を有しており、空気ばねのヘッド部３から作動空間４内に延びている。これにより、コンパクトな設計が提供されると同時に、座屈点が下方にシフトし、したがってシステムが安定化する。
内側ハウジング９の外面は、少なくともその一部分は円筒形状を有しており、その上に少なくとも１つのコイル１５が施される。この例示的な実施形態では、複数のコイル１５が内側ハウジング９に重ね合せの関係で締め付けられる。
ソレノイドアクチュエーターを形成するために、環状磁石１６が、外側ハウジング８内にコイル１５に対向して設置される。それぞれの対向するコイル１５及び磁石１６は、ソレノイドアクチュエーターを画定する。
これは、簡易的な実施が可能であり、また、任意選択で防振装置に後付けすることも同様に可能である。
好ましくは、まずコイル１５が内側ハウジング９に取り付けられ、次に磁石１６が外側ハウジング８に取り付けられ、そしてこれら２つのアセンブリが組み合わされる。
空気ばねは垂直方向においてのみ有効であるため、コイル１５と磁石１６との間の間隙は狭く、これによって大きな力をコンパクトな空間内で生成することが可能となる。
図２は、図１に示されている防振装置の、予め組立てられた内側ハウジングの概略断面図を示している。
コイル１５が内側ハウジング９に締め付けられている。
内側ハウジング９は、下部２３と該下部２３に取り付けられる上部２２とを備え、コイル１５との接合面として機能することができる。
下部２３は、板ばねアセンブリ１３の領域で狭くなっている。
別の場合においては、内側ハウジング９はカップ状であり、可撓性ロッド１２が内側ハウジング９の底部に固定される。
図３は、外側ハウジング８の概略断面図を示している。
環状磁石１６が、円筒形状を有する外側ハウジング８に挿入されていることを見て取ることができる。これらの環状磁石１６は、例えば接着剤結合（図示せず）によって、外側ハウジング８に固定することができる。
さらに、クランプリング６が頂部に配置されていることを見て取ることができ、このクランプリング６は、膜（図１の５）を固定するように機能する。このクランプリング６は、組立てのために除去されなければならないことが理解されるだろう。
図４は、防振のために取り付けられる台２０を備え、この台２０の上に半導体デバイスを処理する装置２４が配置される、防振システム１８の概略図を示している。
台２０の上に、隔離される荷重の振動を検出するセンサ１９が配置される。センサ１９は、速度センサ、加速度センサ、又は距離センサの形態で実施することができる。
センサ１９は、台２０を支える防振装置１を駆動する制御装置２１に連結されている。
この例示的な実施形態では、制御装置２１は、空気ばねの空気圧制御弁及び防振装置１内に設けられるソレノイドアクチュエーターの双方を制御する。
防振装置１のハウジングの外部に、水平方向におけるアクティブ制御を可能にするアクチュエーター２５が配置される。また、これらのアクチュエーターは、センサに基づいてアクティブに制御される。この対応する制御ループについては、ここでは説明されない。
本発明は、コンパクトな空間内で、空気圧の原理によって動作し、大きな制御力のアクティブ制御を可能にする防振装置を提供することを可能にする。
１ 防振装置
２ ベース部
３ ヘッド部
４ 作動空間
５ 膜
６ クランプリング
７ クランプリング
８ 外側ハウジング
９ 内側ハウジング
１０ ねじ
１１ ねじ
１２ 可撓性ロッド
１３ 板ばねアセンブリ
１４ 板ばね
１５ コイル
１６ 磁石
１７ 間隙
１８ 防振システム
１９ センサ
２０ 台
２１ 制御装置
２２ 上部
２３ 下部
２４ 半導体デバイスを処理する装置
２５ アクチュエーター

Claims (15)

  1. 防振装置（１）であって、垂直方向においてのみ有効である空気ばねを備え、該空気ばねは作動空間（４）を有し、垂直方向において有効な少なくとも１つのアクチュエーターが前記作動空間（４）内に配置される、防振装置。
  2. 請求項１に記載の防振装置（１）であって、該防振装置（１）は、水平方向における防振のための更なる構成要素を備える、防振装置。
  3. 請求項１又は２に記載の防振装置（１）であって、前記更なる構成要素は、可撓性ロッド（１２）又は座屈ペンデュラムとして実施される、防振装置。
  4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の防振装置（１）であって、前記可撓性ロッド（１２）又は前記座屈ペンデュラムは前記防振装置（１）の内側ハウジング（９）内に配置され、前記可撓性ロッド（１２）又は前記座屈ペンデュラムは前記空気ばねの前記作動空間（４）内に突出する、防振装置。
  5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の防振装置（１）であって、前記アクチュエーターはソレノイドアクチュエーターとして実施される、防振装置。
  6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の防振装置（１）であって、該防振装置は内側ハウジング（９）及び外側ハウジング（８）を有し、該内側ハウジング（９）及び該外側ハウジング（８）の間に前記作動空間が配置される、防振装置。
  7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の防振装置（１）であって、少なくとも１つのコイル（１５）が前記内側ハウジングの周囲に延びており、及び少なくとも１つの磁石が前記外側ハウジングに沿って延びている、防振装置。
  8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の防振装置（１）であって、重ね合わされる複数のアクチュエーター、特にソレノイドアクチュエーターを備える、防振装置。
  9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の防振装置（１）であって、前記アクチュエーターはソレノイドアクチュエーターとして実施され、及びコイル（１５）と磁石（１６）とを備え、該コイル（１５）と該磁石（１６）との間の間隙（１７）は、５ｍｍ未満の幅、好ましくは１ｍｍ未満の幅、より好ましくは０．５ｍｍ未満の幅を有する、防振装置。
  10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の防振装置（１）であって、前記空気ばねの前記作動空間（４）内に配置される少なくとも１つの板ばね（１４）を備え、該少なくとも１つの板ばね（１４）は前記空気ばねと平行に接続される、防振装置。
  11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の防振装置（１）であって、前記板ばね（１４）は板ばねアセンブリの一部である、防振装置。
  12. 防振システム（１８）であって、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の少なくとも１つの防振装置を備える、防振システム。
  13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の防振システム（１８）であって、該防振システムは、半導体デバイスを処理する装置（２４）、特にリソグラフィー装置、光学検査装置、又はウェハー処理装置を備える、防振システム。
  14. 請求項１〜１３のいずれか１項に記載の防振システム（１８）であって、防振のために取り付けられる荷重又は該防振システムが配置される床面の振動を検出する少なくとも１つのセンサと、該少なくとも１つのセンサからの信号に基づいて前記空気ばね及び／又は前記アクチュエーターをアクティブに制御する制御装置（２１）と、を備える、防振システム。
  15. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載の防振システム（１８）であって、前記アクチュエーターの外側ハウジング（８）の外部に配置され、水平方向において有効である少なくとも１つの更なるアクチュエーター（２５）を備える、防振システム。
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