JPH08219230A - 除振装置 - Google Patents
除振装置Info
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- JPH08219230A JPH08219230A JP4790495A JP4790495A JPH08219230A JP H08219230 A JPH08219230 A JP H08219230A JP 4790495 A JP4790495 A JP 4790495A JP 4790495 A JP4790495 A JP 4790495A JP H08219230 A JPH08219230 A JP H08219230A
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- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 43
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 3
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- 238000013016 damping Methods 0.000 abstract description 5
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- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
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Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Vibration Prevention Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 パッシブ型の除振装置では、除振面の共振周
波数を低く設定することに限界があり、サブナノメート
ルオーダーの除振性能を得ることが難しい。これを解決
する。 【構成】 除振面と床面との間をアクチュエータで接続
すると共に、除振面に緩衝機構を介して重錘を取り付
け、床面振動に対しては重錘と除振面との相対変位を計
測し、この相対変位を所定の伝達関数を持たせてアクチ
ュエータに伝達し、該アクチュエータで除振面の変位を
フィードバック制御する構成とした。
波数を低く設定することに限界があり、サブナノメート
ルオーダーの除振性能を得ることが難しい。これを解決
する。 【構成】 除振面と床面との間をアクチュエータで接続
すると共に、除振面に緩衝機構を介して重錘を取り付
け、床面振動に対しては重錘と除振面との相対変位を計
測し、この相対変位を所定の伝達関数を持たせてアクチ
ュエータに伝達し、該アクチュエータで除振面の変位を
フィードバック制御する構成とした。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は除振装置、さらに詳しく
は例えば走査プローブ顕微鏡や超微小硬度計などの精密
測定機器に使用される除振装置に関する。
は例えば走査プローブ顕微鏡や超微小硬度計などの精密
測定機器に使用される除振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば走査プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）や
ナノインデンテーション試験機などの精密測定機器は、
近年ナノメートル以下の分解能を持つ機器が実用化され
ているが、これらの機器の性能を充分に発揮させるため
には、充分な除振対策が施される必要がある。すなわち
一般の実験室では、比較的良好な条件化においてもμｍ
オーダーの床振動が存在するため、この振動を測定に影
響を与えないサブナノメートル程度に押さえる必要があ
り、このため１００ｄＢ程度の減衰率を持つ除振装置が
必要になる。この種の除振装置で１００ｄＢ程度の減衰
率を確保する方法としては、除振装置の共振周波数と測
定機器の共振周波数とに差異を設け、共振周波数の差異
によって除振性能を得ることとしており、構造上より容
易な方法として、除振面の共振周波数を出来るだけ低く
し、測定機器の共振周波数を出来るだけ高くする方法を
取っている。
ナノインデンテーション試験機などの精密測定機器は、
近年ナノメートル以下の分解能を持つ機器が実用化され
ているが、これらの機器の性能を充分に発揮させるため
には、充分な除振対策が施される必要がある。すなわち
一般の実験室では、比較的良好な条件化においてもμｍ
オーダーの床振動が存在するため、この振動を測定に影
響を与えないサブナノメートル程度に押さえる必要があ
り、このため１００ｄＢ程度の減衰率を持つ除振装置が
必要になる。この種の除振装置で１００ｄＢ程度の減衰
率を確保する方法としては、除振装置の共振周波数と測
定機器の共振周波数とに差異を設け、共振周波数の差異
によって除振性能を得ることとしており、構造上より容
易な方法として、除振面の共振周波数を出来るだけ低く
し、測定機器の共振周波数を出来るだけ高くする方法を
取っている。
【０００３】然しながら従来のパッシブ型の除振装置、
すなわち質量，ばね，ダンパ等で振動を受けるだけの除
振装置では、除振面の共振周波数を低く設計してもせい
ぜい１Ｈｚ程度が限界となる。図４は、従来のパッシブ
型の除振装置を模試的に表した図であり、１は除振装置
が置かれている床面、２は測定機器を乗せる除振面、３
は質量ｍの定盤、４は定数ｋのばね、５は減衰係数ｃの
ダンパである。
すなわち質量，ばね，ダンパ等で振動を受けるだけの除
振装置では、除振面の共振周波数を低く設計してもせい
ぜい１Ｈｚ程度が限界となる。図４は、従来のパッシブ
型の除振装置を模試的に表した図であり、１は除振装置
が置かれている床面、２は測定機器を乗せる除振面、３
は質量ｍの定盤、４は定数ｋのばね、５は減衰係数ｃの
ダンパである。
【０００４】図４に示す除振装置において床面に振動Ｐ
が作用した場合の除振面の変位をｘ1 ，床面の変位をｘ
2 とすると、この除振装置の運動方程式は、下記数式
（１）で表すことができる。
が作用した場合の除振面の変位をｘ1 ，床面の変位をｘ
2 とすると、この除振装置の運動方程式は、下記数式
（１）で表すことができる。
【数１】 この数式をラプラス変換し、ｘ2 に対するｘ1 の伝達関
数を求めると、下記数式（２）となる。
数を求めると、下記数式（２）となる。
【数２】 但し、ｓは複素周波数、Ｘ1 ，Ｘ2 はそれぞれｘ1 ，ｘ
2 のラプラス変換を示す。そして、振動角周波数ωの応
答特性は、ｓ＝ｊωとおくことにより得られ、下記数式
（３），数式（４）で表すことができる。
2 のラプラス変換を示す。そして、振動角周波数ωの応
答特性は、ｓ＝ｊωとおくことにより得られ、下記数式
（３），数式（４）で表すことができる。
【数３】 図５の曲線１０は図４に示す従来の除振装置の除振面の
振動周波数応答特性を示す。
振動周波数応答特性を示す。
【０００５】また、測定機器の共振周波数を高くするこ
とにも限界がある。例えば原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で
は、その機能上、ばね定数は数Ｎ／ｍ程度の小さな値に
する必要があり、共振周波数を数ｋＨｚ以上出来るだけ
高く設計する必要がある。このために、その質量を極め
て小さくする必要から成膜プロセスを用いて制作した厚
さ数μｍ，幅数十μｍ，長さ数百μｍ程度の微小なカン
チレバーを使用する等の方法を取ることができる。然し
ながら測定機器のうちには、ＳＰＭのようにプローブの
共振周波数を高くし難いものがあり、またナノインデン
テーション試験器では、試験重量が小さくなるほど試験
器の共振周波数が低下してしまい、数十ｎｍ程度の薄膜
の評価の場合には、その共振周波数は荷重負荷機構の共
振周波数と同等になってしまう。従ってこれらの測定機
器では、従来の除振装置を使用しても充分な性能を得る
ことができない。
とにも限界がある。例えば原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で
は、その機能上、ばね定数は数Ｎ／ｍ程度の小さな値に
する必要があり、共振周波数を数ｋＨｚ以上出来るだけ
高く設計する必要がある。このために、その質量を極め
て小さくする必要から成膜プロセスを用いて制作した厚
さ数μｍ，幅数十μｍ，長さ数百μｍ程度の微小なカン
チレバーを使用する等の方法を取ることができる。然し
ながら測定機器のうちには、ＳＰＭのようにプローブの
共振周波数を高くし難いものがあり、またナノインデン
テーション試験器では、試験重量が小さくなるほど試験
器の共振周波数が低下してしまい、数十ｎｍ程度の薄膜
の評価の場合には、その共振周波数は荷重負荷機構の共
振周波数と同等になってしまう。従ってこれらの測定機
器では、従来の除振装置を使用しても充分な性能を得る
ことができない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来のパ
ッシブ型の除振装置では、共振周波数を低く設定するこ
とに限界があり、充分な除振性能が得られないという問
題点があった。
ッシブ型の除振装置では、共振周波数を低く設定するこ
とに限界があり、充分な除振性能が得られないという問
題点があった。
【０００７】本発明はかかる問題点を解決するためにな
されたものであり、簡単な構成で除振面の共振周波数を
低くでき、サブナノメートルオーダーの除振性能が得ら
れるアクティブ型の除振装置を提供することを目的とし
ている。
されたものであり、簡単な構成で除振面の共振周波数を
低くでき、サブナノメートルオーダーの除振性能が得ら
れるアクティブ型の除振装置を提供することを目的とし
ている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる除振装置
は、除振面と床面との間をアクチュエータで接続すると
共に、除振面に緩衝機構を介して重錘を取り付け、床面
振動に対しては重錘と除振面との相対変位を計測し、こ
の相対変位を所定の伝達関数を持たせてアクチュエータ
に伝達し、該アクチュエータを駆動して除振面の変位を
フィードバック制御する構成を特徴とする。
は、除振面と床面との間をアクチュエータで接続すると
共に、除振面に緩衝機構を介して重錘を取り付け、床面
振動に対しては重錘と除振面との相対変位を計測し、こ
の相対変位を所定の伝達関数を持たせてアクチュエータ
に伝達し、該アクチュエータを駆動して除振面の変位を
フィードバック制御する構成を特徴とする。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の原理を説明する。図１は本発
明の除振装置の動作原理を説明するための模式図であ
り、図において、１は床面、２は除振面、３は質量ｍの
重錘、４は定数ｋのばね、５は減衰係数ｃのダンパ、６
はフィードバック制御用のアクチュエータである。図１
に模式的に示す除振装置において、床面に振動Ｐが作用
した場合の床面１の変位をｘ2 ，重錘３の変位をｘ0 ，
除振面２の変位をｘ1 とすると、除振面２に対する重錘
の変位量はｘ0 −ｘ1 となり、除振面２の変位ｘ1 を補
正するアクチュエータ６でフィードバックする変位量は
ｘ1 −ｘ2 となり、伝達関数をＡすると、ｘ1 −ｘ2 ＝
Ａ（ｘ0 −ｘ1 ）・・・数式（５）の関係になる。
明の除振装置の動作原理を説明するための模式図であ
り、図において、１は床面、２は除振面、３は質量ｍの
重錘、４は定数ｋのばね、５は減衰係数ｃのダンパ、６
はフィードバック制御用のアクチュエータである。図１
に模式的に示す除振装置において、床面に振動Ｐが作用
した場合の床面１の変位をｘ2 ，重錘３の変位をｘ0 ，
除振面２の変位をｘ1 とすると、除振面２に対する重錘
の変位量はｘ0 −ｘ1 となり、除振面２の変位ｘ1 を補
正するアクチュエータ６でフィードバックする変位量は
ｘ1 −ｘ2 となり、伝達関数をＡすると、ｘ1 −ｘ2 ＝
Ａ（ｘ0 −ｘ1 ）・・・数式（５）の関係になる。
【００１０】また、重錘３と除振面２との間の運動方程
式は上述の数式（１）と同様な下記数式（６）で表すこ
とができる。
式は上述の数式（１）と同様な下記数式（６）で表すこ
とができる。
【数４】 そして、数式（５），数式（６）の両辺をラプラス変換
して下記数式（７），（８）を得る。
して下記数式（７），（８）を得る。
【数５】 なお、大文字の記号はラプラス変換されたものを表す。
次に数式（７），数式（８）を連立させてＸ0 を消去
し、除振面の変位Ｘ1 を床面の変位Ｘ2 で表すと、下記
数式（９）となり、振動周波数の応答特性は、ｓ＝ｊω
とおくことにより、下記数式（１０），数式（１１）と
なる。
次に数式（７），数式（８）を連立させてＸ0 を消去
し、除振面の変位Ｘ1 を床面の変位Ｘ2 で表すと、下記
数式（９）となり、振動周波数の応答特性は、ｓ＝ｊω
とおくことにより、下記数式（１０），数式（１１）と
なる。
【数６】
【００１１】この数式（１１）と上述の数式（４）とを
比較すれば明らかなように、本発明の除振装置は共振周
波数を１／√（１＋Ａ）と低くでき、従来の装置の共振
周波数付近は極めて小さな減衰率となり、除振性能の高
い除振装置が得られる。図５の曲線１１は、上述の数式
（１１）を ζ＝ｃ／ｍ＝２， Ａ＝９ とした場合の
本発明の除振装置の振動周波数応答特性を示す。
比較すれば明らかなように、本発明の除振装置は共振周
波数を１／√（１＋Ａ）と低くでき、従来の装置の共振
周波数付近は極めて小さな減衰率となり、除振性能の高
い除振装置が得られる。図５の曲線１１は、上述の数式
（１１）を ζ＝ｃ／ｍ＝２， Ａ＝９ とした場合の
本発明の除振装置の振動周波数応答特性を示す。
【００１２】図２は、本発明の除振装置の構成の一実施
例を示す図であり、図１と同一符号は同一又は相当部分
を示し、１６は圧電素子を用いたアクチュエータ、１７
は除振面２と重錘３の相対変位を計測する変位計であ
る。使用するアクチュエータ６はフィードバック制御が
迅速に行える圧電素子を用いたアクチュエータ１６を使
用するのが望ましく、また、変位計１７には、サブナノ
メートルのオーダーで変位を計測できるものであれば、
どのようなものでも良いが、例えば被測定面に照射した
光の反射光量が被測定面の変位によって変化する現象を
利用する光ファイバを用いた反射光電方式の変位計を使
用することができる。また、本願出願人らが１９９３年
度精密工学会秋季大会学，術講演会，講演論文集（第３
分冊）あるいは特願平６−２３０９６号「微小変位測定
装置」で開示した照射用光源に交流変調電力を給電して
所定期間で光度変化させ、受光した反射光を電気信号に
変換して交流増幅することで増幅時のドリフトを低減さ
せる手段を備えた変位計を使用しても良い。
例を示す図であり、図１と同一符号は同一又は相当部分
を示し、１６は圧電素子を用いたアクチュエータ、１７
は除振面２と重錘３の相対変位を計測する変位計であ
る。使用するアクチュエータ６はフィードバック制御が
迅速に行える圧電素子を用いたアクチュエータ１６を使
用するのが望ましく、また、変位計１７には、サブナノ
メートルのオーダーで変位を計測できるものであれば、
どのようなものでも良いが、例えば被測定面に照射した
光の反射光量が被測定面の変位によって変化する現象を
利用する光ファイバを用いた反射光電方式の変位計を使
用することができる。また、本願出願人らが１９９３年
度精密工学会秋季大会学，術講演会，講演論文集（第３
分冊）あるいは特願平６−２３０９６号「微小変位測定
装置」で開示した照射用光源に交流変調電力を給電して
所定期間で光度変化させ、受光した反射光を電気信号に
変換して交流増幅することで増幅時のドリフトを低減さ
せる手段を備えた変位計を使用しても良い。
【００１３】なお、アクテイブ型の除振装置の先行技術
としては、図３に示すような装置が精密防振ハンドブッ
クに開示されているが、この装置は定盤にリニアモータ
等のアクチュエータを介して補助質量を装着し、定盤の
振動その他の変数を検出してこれをアクチュエータにフ
ィードバックすることで除振を行う装置であり、原理的
には床振動による加振力と等しい力を、補助質量の加速
度によって得ようとするものであり、変位を制御する本
発明の除振装置とは本質的に異なる。
としては、図３に示すような装置が精密防振ハンドブッ
クに開示されているが、この装置は定盤にリニアモータ
等のアクチュエータを介して補助質量を装着し、定盤の
振動その他の変数を検出してこれをアクチュエータにフ
ィードバックすることで除振を行う装置であり、原理的
には床振動による加振力と等しい力を、補助質量の加速
度によって得ようとするものであり、変位を制御する本
発明の除振装置とは本質的に異なる。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように本発明の除振装置
は、重錘と除振面の相対変位をサブナノメートルオーダ
ーで計測し、所定の伝達関数を持たせて除振面の変位を
アクチュエータでフィードバック制御することにより、
除振面の共振周波数を低くでき、除振性能の高い装置が
得られるという効果がある。
は、重錘と除振面の相対変位をサブナノメートルオーダ
ーで計測し、所定の伝達関数を持たせて除振面の変位を
アクチュエータでフィードバック制御することにより、
除振面の共振周波数を低くでき、除振性能の高い装置が
得られるという効果がある。
【図１】本発明の装置の動作原理を説明するための図で
ある。
ある。
【図２】本発明の一実施例を示す図である。
【図３】アクティブ型の除振装置の一例を示す図であ
る。
る。
【図４】従来の除振装置の動作原理を説明するための図
である。
である。
【図５】除振面の振動周波数応答特性を示す図である。
１ 床面 ２ 除振面 ３ 重錘 ４ ばね ５ ダンパ ６ アクチュエータ １６ 圧電素子を用いたアクチュエータ １７ 変位計
Claims (4)
- 【請求項１】 除振面と床面との間をアクチュエータで
接続すると共に、除振面に緩衝機構を介して重錘を取り
付け、床面振動に対しては重錘と除振面との相対変位を
計測し、この相対変位を所定の伝達関数を持たせてアク
チュエータに伝達し、該アクチュエータで除振面の変位
をフィードバック制御する構成を特徴とする除振装置。 - 【請求項２】 上記アクチュエータの駆動源は圧電素子
を用いることを特徴とする請求項第１項記載の除振装
置。 - 【請求項３】 上記重錘と除振面との相対変位を計測す
る手段には、被測定面に照射した光の反射光量が被測定
面の変位によって変化する現象を利用する光ファイバを
用いた反射光電方式の変位計を使用することを特徴とす
る請求項第１項記載の除振装置。 - 【請求項４】 上記変位計には、照射用光源に交流変調
電力を給電して所定期間で光度変化させ、受光した反射
光を電気信号に変換して交流増幅することで増幅時のド
リフトを低減させる手段を備えた変位計を使用すること
を特徴とする請求項第３項記載の除振装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4790495A JPH08219230A (ja) | 1995-02-14 | 1995-02-14 | 除振装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4790495A JPH08219230A (ja) | 1995-02-14 | 1995-02-14 | 除振装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08219230A true JPH08219230A (ja) | 1996-08-27 |
Family
ID=12788383
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4790495A Pending JPH08219230A (ja) | 1995-02-14 | 1995-02-14 | 除振装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08219230A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1097292A4 (en) * | 1998-07-14 | 2004-08-25 | Newport Corp | ACTIVE ISOLATOR MODULE |
| WO2005024266A1 (en) * | 2003-09-05 | 2005-03-17 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Actuator arrangement for active vibration isolation comprising an inertial reference mass |
| JP2007135925A (ja) * | 2005-11-18 | 2007-06-07 | Hiroshima Univ | 異物検出方法及び装置 |
| CN100465473C (zh) * | 2003-09-05 | 2009-03-04 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 包括惯性基准质量的用于主动隔振的致动器装置 |
| JP2010085373A (ja) * | 2008-10-02 | 2010-04-15 | Takenaka Komuten Co Ltd | 振動数検出装置、方法、プログラム及び制振装置 |
| JP2017517874A (ja) * | 2014-04-02 | 2017-06-29 | メトリックス・リミテッドＭｅｔｒｙｘ Ｌｉｍｉｔｅｄ | 半導体ウェハ重量計測装置および方法 |
-
1995
- 1995-02-14 JP JP4790495A patent/JPH08219230A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1097292A4 (en) * | 1998-07-14 | 2004-08-25 | Newport Corp | ACTIVE ISOLATOR MODULE |
| WO2005024266A1 (en) * | 2003-09-05 | 2005-03-17 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Actuator arrangement for active vibration isolation comprising an inertial reference mass |
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| US8091694B2 (en) | 2003-09-05 | 2012-01-10 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Actuator arrangement for active vibration isolation comprising an inertial reference mass |
| US8915340B2 (en) | 2003-09-05 | 2014-12-23 | Koninklijke Philips N.V. | Actuator arrangement for active vibration isolation comprising an inertial reference mass |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040615 |