シャッター装置、シャッター装置の制御方法および周波数調整方法
【課題】シャッターを開状態から閉状態とするのにかかる時間をほぼ一定に保つことができるシャッターおよび当該シャッターを用いた周波数調整方法を提供すること。
【解決手段】開閉自在なシャッター装置１は、ベース２とシャッター部３とを連結する形状記憶合金４１と、形状記憶合金４１に電圧を印加する電圧印加手段４２と、形状記憶合金４１を冷却する冷却手段４３と、形状記憶合金４１の温度を検知する温度検知手段４４と、電圧印加手段４２および冷却手段４３の駆動を制御する制御手段４５と、ベース２に対してシャッター部３を付勢する付勢手段４６とを有している。また、制御手段４５は、開状態における形状記憶合金４１の温度が所定温度となるように、温度検知手段４４の検知結果に基づいて電圧印加手段４２および前記冷却手段４３の少なくとも一方の駆動を制御する。
【解決手段】開閉自在なシャッター装置１は、ベース２とシャッター部３とを連結する形状記憶合金４１と、形状記憶合金４１に電圧を印加する電圧印加手段４２と、形状記憶合金４１を冷却する冷却手段４３と、形状記憶合金４１の温度を検知する温度検知手段４４と、電圧印加手段４２および冷却手段４３の駆動を制御する制御手段４５と、ベース２に対してシャッター部３を付勢する付勢手段４６とを有している。また、制御手段４５は、開状態における形状記憶合金４１の温度が所定温度となるように、温度検知手段４４の検知結果に基づいて電圧印加手段４２および前記冷却手段４３の少なくとも一方の駆動を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャッター装置、シャッター装置の制御方法および周波数調整方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、振動子の共振周波数を調整（変更）する方法として、振動子の質量を変化（増加または減少）させる方法が知られている。このような方法は、例えば、振動子と、イオンビームを振動子に照射することにより振動子の一部を除去して振動子の質量を減少させるイオンガンと、振動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）。
【０００３】
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。
【０００４】
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子に照射され、振動子の一部が除去されることにより、振動子の共振周波数が変化（減少）する。そして、振動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、振動子の共振周波数を調整する。
【０００５】
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、シャッター板の回動速度を低下させるため、シャッターを開状態から閉状態とするのにかかる時間が長くなる。このように、シャッターを閉じる時間が長くなると、その分、振動子へのイオンビームの照射時間が長くなり、振動子の共振周波数が所定の周波数よりも高くなってしまう。すなわち、特許文献１のシャッターでは、その開閉を精度よく制御することができず、振動子の共振周波数を所定の周波数に高精度に合わせ込むことが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１１８１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、開状態から閉状態とするのにかかる時間をほぼ一定に保つことができるシャッター装置、このシャッター装置の制御方法および当該シャッターを用いた周波数調整方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
本発明のシャッター装置は、貫通孔を有するベースと、前記ベースに対して変位可能なシャッター部と、前記シャッター部を駆動する駆動手段とを有し、前記駆動手段によって前記シャッター部を前記ベースに対して変位させることにより、前記貫通孔が開かれた開状態と前記シャッター部によって閉じられた閉状態とを切り替えることのできるシャッター装置であって、
前記駆動手段は、前記ベースと前記シャッター部とを連結し、電圧が印加されることにより収縮する形状記憶合金と、
前記形状記憶合金に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記形状記憶合金を冷却する冷却手段と、
前記形状記憶合金の温度を検知する温度検知手段と、
前記電圧印加手段および前記冷却手段の駆動を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
これにより、開状態から閉状態とするのにかかる時間をほぼ一定に保つことができるシャッターが得られる。
【０００９】
本発明のシャッター装置の制御方法は、貫通孔を有するベースと、前記ベースに対して変位可能なシャッター部と、
前記シャッター部を駆動する駆動手段を有し、
前記駆動手段は、前記ベースと前記シャッター部とを連結し、電圧が印加されることにより収縮する形状記憶合金と、
前記形状記憶合金に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記形状記憶合金を冷却する冷却手段と、
前記形状記憶合金の温度を検知する温度検知手段と、
前記電圧印加手段および前記冷却手段の駆動を制御する制御手段と、
前記ベースに対して前記シャッター部を前記形状記憶合金の収縮方向と反対方向に付勢する付勢手段とを備え、
前記駆動手段によって前記シャッター部を前記ベースに対して変位させることにより、前記貫通孔が開かれた開状態と前記シャッター部によって閉じられた閉状態とを切り替えることのできるシャッター装置の制御方法であって、
前記電圧印加手段による前記形状記憶合金への電圧印加によって前記形状記憶合金を収縮させ、前記付勢手段の付勢力に逆らって前記シャッター部を変位させることにより前記開状態から前記閉状態へ変位させることを特徴とする。
これにより、より素早く、シャッターを開状態から閉状態とすることができる。
【００１０】
本発明のシャッター装置の制御方法では、前記制御手段は、前記開状態において、前記形状記憶合金の温度が所定温度となるように、前記温度検知手段の検知結果が前記所定温度よりも低い場合は、前記電圧印加手段の駆動を行い、前記所定温度より高い場合は、前記電圧印加手段の駆動を停止することが好ましい。
これにより、形状記憶合金の温度制御が比較的簡単となる。
【００１１】
本発明のシャッター装置の制御方法では、前記制御手段は、前記閉状態における前記形状記憶合金の温度が所定温度となるように、前記温度検知手段の検知結果に基づいて前記電圧印加手段および前記冷却手段の少なくとも一方の駆動を制御することが好ましい。
これにより、閉状態から開状態とするのにかかる時間をほぼ一定に保つことができるシャッターが得られる。
【００１２】
本発明のシャッター装置の制御方法では、前記制御手段は、前記閉状態において、前記形状記憶合金の温度が所定温度となるように、前記温度検知手段の検知結果が前記所定温度よりも高い場合は、前記冷却手段の駆動を行い、前記所定温度より低い場合は、前記冷却手段の駆動を停止することが好ましい。
これにより、形状記憶合金の温度制御が比較的簡単となる。
【００１３】
本発明の振動子の周波数調整方法は、振動子の共振周波数を調整する周波数調整方法であって、
貫通孔を有するベースと、
前記ベースに対して変位可能なシャッター部と、
前記シャッター部を駆動する駆動手段を有し、
前記駆動手段は、前記ベースと前記シャッター部とを連結し、電圧が印加されることにより収縮する形状記憶合金と、
前記形状記憶合金に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記形状記憶合金を冷却する冷却手段と、
前記形状記憶合金の温度を検知する温度検知手段と、
前記電圧印加手段および前記冷却手段の駆動を制御する制御手段と、
前記ベースに対して前記シャッター部を前記形状記憶合金の収縮方向と反対方向に付勢する付勢手段と、を備えたシャッター装置を用意し、
前記振動子と該振動子の質量を変化させる質量変化手段との間に、前記ベースと前記シャッター部を配置する工程と、
前記貫通孔を閉状態から開状態へ切り替える第１の切り替え工程と、
前記開状態において前記質量変化手段を駆動させつつ、前記振動子の質量を変化させて前記振動子の共振周波数を変化させる工程と、
前記開状態から前記閉状態へ切り替える第２の切り替え工程と、
前記閉状態において前記振動子の共振周波数の変化を阻止する工程を有し、
前記第１の切り替え工程および前記第２の切り替え工程のうち一方は、前記電圧印加手段による前記形状記憶合金への電圧印加によって前記形状記憶合金を収縮させ、前記付勢手段の付勢力に逆らって前記シャッター部を第１方向に変位させることにより行われ、他方は、前記冷却手段による前記形状記憶合金の冷却によって前記形状記憶合金を伸長させ、前記付勢手段の付勢力によって前記シャッター部を前記第１方向と反対の第２方向へ変位させることにより行なわれ、
前記制御手段は、前記開状態における前記形状記憶合金の温度が所定温度となるように、前記温度検知手段の検知結果に基づいて前記電圧印加手段および前記冷却手段の少なくとも一方の駆動を制御するよう構成されていることを特徴とする。
これにより、振動子の共振周波数の調整を高精度に行うことができる。
【００１４】
本発明の振動子の周波数調整方法では、前記質量変化手段は、不活性ガスを電界で加速させることによりイオンビームを発射するイオンビーム発射部を有し、
前記冷却手段は、前記イオンビームと同種の不活性ガスからなる冷却ガスによって前記形状記憶合金を冷却することが好ましい。
これにより、安定した周波数調整を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるシャッターを適用した周波数調整装置の断面図である。
【図２】図１に示す共振周波数調整装置が有するシャッター装置の断面図である。
【図３】図１に示す共振周波数調整装置が有するシャッター装置の断面図である。
【図４】図２に示すシャッター装置の変形例である。
【図５】形状記憶合金の温度とせん断ひずみの関係を示すグラフである。
【図６】本発明の周波数調整方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】本発明の周波数調整方法を説明するためのフローチャートである。
【図８】本発明の周波数調整方法を説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明の第２実施形態にかかるシャッターの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明のシャッター装置、シャッター装置の制御方法および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。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態にかかるシャッター装置を適用した周波数調整装置の断面図、図２および図３は、図１に示す共振周波数調整装置が有するシャッター装置の断面図、図４は、図２に示すシャッター装置の変形例、図５は、形状記憶合金の温度とせん断ひずみの関係を示すグラフ、図６〜図８は、本発明の周波数調整方法を説明するためのフローチャートである。なお、以下では、説明の都合上、図１〜４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ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸とする。
【００１７】
以下では、本発明のシャッター装置を、振動子９の共振周波数を調整するための周波数調整装置１００に適用した場合について説明する。ただし、本発明のシャッター装置の用途は、これに限定されない。
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、複数のシャッター装置１が並設してなるシャッター装置群１’と、イオンガン（イオンビーム発射部）１２０と、遮蔽板１３０とを有している。
【００１８】
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、イオンビームを発射するものであり、振動子９の質量を変化させる質量変化手段を構成するものである。
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、イオンビームＩＢの通過を許容する開状態と、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。また、イオンガン１２０は、チャンバー１１０内にてシャッター装置群１’よりも下側に位置しており、上方へ向けてイオンビームＩＢを照射する。また、遮蔽板１３０は、チャンバー１１０内にてシャッター装置群１’よりも上側に位置しており、隣り合うシャッター装置１の間から上方へ漏れるイオンビームＩＢを遮断する。
【００１９】
このような周波数調整装置１００では、１つのシャッター装置１の上方に１つの振動子９を配置し、イオンガン１２０からイオンビームＩＢを発射するとともに、シャッター装置１を開状態とすることにより、振動子９にイオンビームＩＢを照射し、振動子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を閉じ、それ以上、イオンビームＩＢが振動子９に照射されるのを阻止する。周波数調整装置１００では、このようにして、振動子９の共振周波数を調整する。なお、周波数調整装置１００を用いた振動子９の周波数調整方法については、後に、詳しく説明する。
【００２０】
次に、シャッター装置群１’について詳しく説明する。
図１に示すように、シャッター装置群１’は、ｘ軸方向に延在する複数のシャッター装置１を有し、これら複数のシャッター装置１をｙ軸方向に並設した構成である。このように、複数のシャッター装置１を並設することにより、一度に、複数（すなわち、シャッター装置１の枚数分）の振動子９の共振周波数を調整することができるため、装置の効率性が向上する。なお、シャッター装置１の枚数は、図１の構成では４枚であるが、特に限定されず、例えば、１０以上、３０以下程度とすることができる。
【００２１】
以下、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、１つのシャッター装置１について説明し、それ以外のシャッター装置１については、その説明を省略する。
［シャッター装置１］
図２に示すように、シャッター装置１は、ベース２と、ベース２に対して変位可能なシャッター部（シャッター板）３と、シャッター部３を駆動する駆動手段４とを有している。このようなシャッター装置１は、駆動手段４によってシャッター部３をベース２に対して変位させることにより、振動子９がイオンガン１２０側へ露出した開状態と、振動子９がイオンガン１２０側から遮蔽された閉状態とを切り替えることができる。
【００２２】
ベース２は、シャッター部３を支持する機能を有している。このようなベース２は、ｘ軸方向に延在する長尺状をなしている。ベース２の幅（ｙ軸方向の長さ）は、振動子９の大きさにもよるが、例えば１〜５ｍｍ程度である。
また、ベース２には、その中央部に上下を貫通する貫通孔２１が形成されている。貫通孔２１は、イオンビームＩＢをイオンガン１２０側から振動子９側へ通過させるための孔である。このような貫通孔２１の形状、大きさとしては、振動子９の形状、大きさ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。
【００２３】
また、ベース２の右側端部には、上面に開放し、形状記憶合金４１に向けて冷却ガスＧを噴出するための噴出孔２２が形成されている。このような噴出孔２２は、形状記憶合金４１の下側に設けられており、冷却ガスＧを効率的に形状記憶合金４１に吹き付けることができる。
このようなベース２は、例えば、耐スパッタ性に優れる炭素、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、耐スパッタ性に優れる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に耐スパッタ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。
【００２４】
シャッター部３は、ベース２の上面上に配置されており、ｘ軸方向に延在する長尺状をなしている。また、シャッター部３は、ベース２の上面上をｘ軸方向に摺動（変位）可能となっている。このようなシャッター部３は、ベース２に形成された貫通孔２１の上部開口を開いたり、閉じたりするための部材である。
具体的には、シャッター部３には、ｚ軸方向に貫通する貫通孔で構成された窓部３１が形成されており、図３（ａ）に示すように、この窓部３１とベース２の貫通孔２１とが重なり合った状態にて、貫通孔２１が開きイオンビームＩＢの通過を許容する状態、すなわち振動子９がイオンガン１２０側に露出した開状態となる。一方、図３（ｂ）に示すように、窓部３１が貫通孔２１からずれた状態にて、貫通孔２１が閉じイオンビームＩＢを遮断する状態、すなわち振動子９がイオンガン１２０側から遮蔽された閉状態となる。
【００２５】
このようなシャッター部３の幅（ｙ軸方向の長さ）は、貫通孔２１を開いたり塞いだりすることができれば、特に限定されないが、ベース２の幅以下であるのが好ましい。これにより、ｚ軸方向から見た平面視にて、ベース２のｙ軸方向両側からシャッター部３がはみ出るのを防止することができる。そのため、シャッター装置１の全幅を短く抑えることができ、複数のシャッター装置１をｙ軸方向に比較的狭ピッチで並設することができる。
【００２６】
このようなシャッター部３は、例えば、耐スパッタ性に優れる炭素、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３の損傷を効果的に抑制することができる。また、このような材料で構成することにより、さらに、シャッター部３の軽量化を図ることができ、シャッター部３の反応性や移動速度を向上させることができる。
【００２７】
なお、シャッター部３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、耐スパッタ性に優れる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。
【００２８】
駆動手段４は、シャッター部３を駆動する、すなわちベース２に対してシャッター部３を変位させる機能を有している。図２に示すように、このような駆動手段４は、形状記憶合金４１と、電圧印加手段４２と、冷却手段４３と、温度検知手段４４と、制御手段４５と、付勢手段４６とを有している。
形状記憶合金４１は、ｘ軸方向に延在する長尺状をなしており、その両端部にて、ベース２とシャッター部３とを連結している。なお、形状記憶合金４１の形状としては、特に限定されず、例えば、紐状（細線状）、コイル状とすることができる。
【００２９】
このような形状記憶合金４１は、所定温度（変態点）以下で変形しても、変態点以上に加熱すると、元の形状（記憶形状）に回復する性質を持っている。本実施形態の形状記憶合金４１は、通常は、柔らかくしなやかであるが、電圧印加手段４２によって電圧を印加して発熱させると強靭となりつつ収縮する。また、電圧印加手段４２による電圧の印加を停止し、形状記憶合金４１の温度が低下すれば、再び柔らかくなりもとの長さに伸長する。
【００３０】
前述したように、形状記憶合金４１は、ベース２とシャッター部３とを連結しているため、形状記憶合金４１が収縮すると、その収縮力によって、シャッター部３がベース２に対して、第１方向（図２中右側）に変位する。本実施形態では、シャッター部３が第１方向へ移動することにより、シャッター装置１が開状態から閉状態となる。なお、以下では、説明の便宜上、形状記憶合金４１が電圧印加によって収縮した状態を「収縮状態」と言い、電圧印加がされていない伸長した状態を「伸長状態」と言う。
【００３１】
このような形状記憶合金４１の構成材料としては、上記のような性質を発揮することができれば、特に限定されないが、例えば、４９〜５２原子％ＮｉのＮｉ−Ｔｉ合金等のＮｉ−Ｔｉ系合金、３８．５〜４１．５重量％ＺｎのＣｕ−Ｚｎ合金、１〜１０重量％ＸのＣｕ−Ｚｎ−Ｘ合金（Ｘは、Ｂｅ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｇａのうちの少なくとも１種）等のＣｕ−Ｚｎ系合金、３６〜３８原子％ＡｌのＮｉ−Ａｌ合金等のＮｉ−Ａｌ系合金等が挙げられる。
【００３２】
付勢手段４６は、シャッター部３を、第１方向と反対の第２方向（図１中左側）へ付勢する。すなわち、付勢手段４６は、シャッター部３を形状記憶合金４１の収縮方向と反対方向に付勢する。このような付勢手段４６は、ｘ軸方向に延在する長尺状をなし、その両端部にて、ベース２とシャッター部３とを連結している。付勢手段４６は、上記機能を発揮することができれば、特に限定されず、例えば、ゴムやコイルバネ等の弾性体で構成することができる。
付勢手段４６の付勢力は、形状記憶合金４１の収縮力よりも小さく設定されている。これにより、付勢手段４６の付勢力に反して、形状記憶合金４１の収縮に伴うシャッター部３の変位が可能となる。
【００３３】
なお、付勢手段４６の付勢力は、形状記憶合金４１の収縮力よりも小さく、かつ、形状記憶合金４１が収縮状態から伸長状態となった時にシャッター部３を第２方向へ移動させることができれば、より小さいのが好ましい。これにより、形状記憶合金４１の収縮力をより効率的にシャッター部３の第１方向への移動へ利用することができ、シャッター部３の第１方向への移動速度および反応性がより高くなる。
【００３４】
前述したように、シャッター部３の第１方向への移動は、シャッター装置１を開状態から閉状態とするための移動である。このような移動をより高速かつ反応性よく行うことにより、振動子９が所定の共振周波数となった際に、イオンビームＩＢをより素早く遮断することができ、すなわち、シャッター装置１を閉状態とする命令を出した時刻と、シャッター装置１が実際に閉状態となった時刻との時間差をより短くすることができ、振動子９の周波数をより精度よく所定値に合わせ込むことができる。
【００３５】
電圧印加手段４２は、形状記憶合金４１に電圧を印加する機能を有している。電圧印加手段４２は、直流電圧を印加する電源４２１と、電源４２１と形状記憶合金４１とを連結する配線４２２とを有している。電源４２１は、制御手段４５と電気的に接続されており、制御手段４５によりその作動が制御される。
このような電圧印加手段４２によって形状記憶合金４１に電圧を印加すると、前述したように、形状記憶合金４１が収縮し、これに伴ってシャッター部３が第１方向へ移動する。このことから、電圧印加手段４２は、シャッター部３を第１方向へ移動させるための移動手段（第１移動手段）を構成しているとも言える。
【００３６】
冷却手段４３は、形状記憶合金４１を冷却する機能を有している。このような冷却手段４３を有することにより、電圧印加手段４２からの電圧印加によって発熱した形状記憶合金４１をより短時間で冷却することができる。そのため、形状記憶合金４１をより短時間で収縮状態から伸長状態とすることができる。形状記憶合金４１を冷却し、形状記憶合金４１を収縮状態から伸長状態とすると、付勢手段４６の付勢力によって、シャッター部３が形状記憶合金４１の伸長分だけ第２方向へ移動する。このことから、冷却手段４３および付勢手段４６は、シャッター部３を第２方向へ移動させるための移動手段（第２移動手段）を構成しているとも言える。
【００３７】
このような冷却手段４３は、冷却ガスＧを充填するガスボンベ（ガス供給源）４３１と、ベース２の噴出孔２２とガスボンベ４３１とを接続する冷却ガス供給流路４３２と、ガスボンベ４３１から供給される冷却ガスＧの流量を調整するマスフローコントローラー（流量調整手段）４３３と、マスフローコントローラー４３３より下流側で、冷却ガス供給流路４３２内の流路を開閉するバルブ（電磁バルブ）４３４とを有している。なお、マスフローコントローラー４３３およびバルブ４３４は、それぞれ、制御手段４５によりその作動が制御される。
【００３８】
このような冷却手段４３は、バルブ４３４を開状態とした状態にて、ガスボンベ４３１から冷却ガスＧを送り出し、マスフローコントローラー４３３により冷却ガスＧの流量を調節する。そして、流量が調整された冷却ガスＧを、冷却ガス供給流路４３２を介して噴出孔２２から形状記憶合金４１に吹き付ける。また、冷却手段４３は、バルブ４３４を閉状態とすることにより、形状記憶合金４１への冷却ガスＧの吹き付けを停止する。
【００３９】
前述したように、ベース２の噴出孔２２は、形状記憶合金４１の下側（直下）に形成されているため、噴出孔２２から噴出した冷却ガスＧは、速やかに、形状記憶合金４１の冷却の用に供される。そのため、形状記憶合金４１の冷却をより短時間かつ効率的に行うことができ、シャッター部３の第２方向への移動速度および反応性をより高めることができる。
【００４０】
また、冷却ガスＧとしては、形状記憶合金４１を冷却することができれば、特に限定されないが、例えば、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅまたはこれらの混合ガス等の不活性ガス（希ガス）を主成分とするガスを用いることができる。これらの中でも、冷却ガスＧとしては、イオンビームＩＢと同種のガスであるのが好ましい。これにより、チャンバー１１０内の環境を一定に維持することができ、振動子９の周波数調整を安定的に行うことができる。
温度検知手段４４は、形状記憶合金４１の温度を検知する。本実施形態の温度検知手段４４は、形状記憶合金４１から放射される赤外線の強度を測定することにより温度を検知する放射温度計であり、放射温度計は、例えば、形状記憶合金４１の直上に配置することができる。
【００４１】
なお、温度検知手段４４の構成としては、形状記憶合金４１の温度を検知することができれば、本実施形態の構成に限定されない。例えば、図４に示すように形状記憶合金４１の抵抗値を検出することのできる抵抗計４４２を接続し、抵抗計４４２により検出した抵抗値に基づいて形状記憶合金４１の温度を検出するように構成されていてもよい。形状記憶合金４１は、温度変化に伴って抵抗値も変化するため、例えば、図示しない記憶部等に抵抗値と温度の関係を示すテーブル等を格納しておけば、抵抗計４４２で検出した抵抗値を当該テーブルに照らし合わせることにより、形状記憶合金４１の温度を検知することができる。また、このような構成とすることにより、温度検知手段４４をチャンバー１１０の外側に配置することができる。そのため、チャンバー１１０の小型化を図ることができるとともに、チャンバー１１０内への配線の引き回し等が不要となるため、周波数調整装置１００の構成の容易化を図ることができる。
制御手段４５は、温度検知手段４４の検知結果に基づいて、電圧印加手段４２および冷却手段４３の駆動を制御する。なお、制御手段４５の具体的な制御については、後に詳述する。
以上、シャッター装置１の構成について、詳細に説明した。
【００４２】
次に、シャッター装置１の駆動方法（本発明の制御方法）について説明する。
シャッター装置１では、形状記憶合金４１が伸長状態であり、付勢手段４６によってシャッター部３が第２方向へ移動した状態にて窓部３１が貫通孔２１と重なる開状態となり、形状記憶合金４１が収縮状態であり、シャッター部３が第１方向へ移動した状態にて窓部３１が貫通孔２１からずれた閉状態となる。
【００４３】
まず、開状態から閉状態とする動作について説明する。シャッター装置１が開状態のときに電圧印加手段４２によって形状記憶合金４１に電圧を印加すると、形状記憶合金４１が収縮するとともにシャッター部３が第１方向に移動する。これにより、開状態から閉状態となる。
次に、閉状態から開状態とする動作について説明する。シャッター装置１が閉状態のときに冷却手段４３によって形状記憶合金４１を冷却すると、形状記憶合金４１が収縮状態から伸長状態へ変形するとともに、付勢手段４６の付勢力によってシャッター部３が第２方向に移動する。これにより、閉状態から開状態となる。
【００４４】
ここで、本実施形態のように、開状態から閉状態とするのに形状記憶合金４１の収縮力を利用することにより、反応性よくかつ素早く開状態から閉状態とすることができる。これにより、振動子９が所定の共振周波数となった際に、イオンビームＩＢをより素早く遮断することができ、すなわち、シャッター装置１を閉状態とする命令を出した時刻と、シャッター装置１が実際に閉状態となった時刻との時間差をより短くすることができ、振動子９の周波数をより精度よく所定値に合わせ込むことができる。
【００４５】
具体的に説明すると、第１に、形状記憶合金４１の収縮と伸長では、収縮の方が伸長よりも、反応性が高くかつ変形速度が速い。また、第２に、電圧印加手段４２によって形状記憶合金４１を収縮させるのと、冷却手段４３によって形状記憶合金４１を伸長させるのとでは、電圧印加手段４２による方が素早く、すなわち制御手段４５から命令が出されてからより短時間で形状記憶合金４１を変形させることができる。さらに、第３に、形状記憶合金４１の収縮によるシャッター部３の移動速度と、付勢手段４６の付勢によるシャッター部３の移動速度とでは、形状記憶合金４１の収縮によるシャッター部３の移動速度の方が早い。以上のような３つの理由から、開状態から閉状態とするのに形状記憶合金４１の収縮力を利用することにより、反応性よくかつ素早く開状態から閉状態とすることができる。
【００４６】
なお、シャッター装置１の駆動は、これに限定されず、本実施形態とは逆になっていてもよい。すなわち、開状態から閉状態とするのに付勢手段４６の付勢力を利用し、閉状態から開状態とするのに形状記憶合金４１の収縮力を利用してもよい。
このようなシャッター装置１において、制御手段４５は、開状態における形状記憶合金４１の温度を所定温度または前記所定温度を含む所定温度範囲内（例えば、所定温度±１℃程度）に維持するように、温度検知手段４４の検知結果に基づいて冷却手段４３の駆動を制御する。
【００４７】
なお、制御手段４５は、冷却手段４３に加えて、電圧印加手段４２の駆動を制御することにより、すなわち加熱と冷却を共に用いて、開状態における形状記憶合金４１の温度を制御してもよい。これにより、より精度よく、形状記憶合金４１の温度を制御することができる。また、環境温度によっては、制御手段４５は、電圧印加手段４２のみを制御するよう構成されていてもよい。
【００４８】
このように、開状態での形状記憶合金４１の温度を制御することにより、開状態での形状記憶合金４１の長さ（ｘ軸方向の長さ）を所定長さに維持することができる。これにより、ベース２に対するシャッター部３、より具体的には貫通孔２１に対する窓部３１の位置を所定位置に維持することができる。そのため、第１に、開状態を確実に維持することができ、第２に、シャッター部３を第１方向に移動させる際、移動開始時刻から貫通孔２１が閉じきるまでの時間をほぼ一定とすることができる。また、第３に、形状記憶合金４１を所定温度（所定温度範囲内）に維持しておくことにより、形状記憶合金４１を、収縮させるための待機状態とすることができ、より迅速に開状態から閉状態とすることができる。
【００４９】
以上説明したような開状態における形状記憶合金４１の温度制御と同様に、制御手段４５は、閉状態における形状記憶合金４１の温度を所定温度または前記所定温度を含む所定温度範囲内（例えば、所定温度±１℃程度）に維持するように、温度検知手段４４の検知結果に基づいて電圧印加手段４２の駆動を制御する。
なお、電圧印加手段４２に加えて、冷却手段４３の駆動を制御することにより、すなわち加熱と冷却を共に用いて、閉状態における形状記憶合金４１の温度が所定温度または所定温度範囲内を維持するように構成されていてもよい。これにより、より精度よく、形状記憶合金４１の温度を制御することができる。
【００５０】
このように、閉状態における形状記憶合金４１の温度を所定温度または所定温度範囲内に維持することにより、閉状態における、貫通孔２１に対する窓部３１の位置を所定位置に維持することができる。そのため、第１に、閉状態を確実に維持することができる。また、第２に、シャッター部３を第２方向に移動させる際、移動開始時刻から貫通孔２１が開ききるまでの時間をほぼ一定とすることができる。また、第３に、形状記憶合金４１を所定温度または所定温度範囲内に維持しておくことにより、形状記憶合金４１を、伸長させるための待機状態とすることができ、より迅速に閉状態から開状態とすることができる。
【００５１】
開状態において維持しようとする形状記憶合金４１の設定温度Ｔｏ’と、閉状態において維持しようとする形状記憶合金４１の設定温度Ｔｃ’とは、例えば、次のようにして設定される。図５は、形状記憶合金４１の温度とせん断歪みの関係の一例を示すグラフである。同図に示すように、形状記憶合金４１は、温度がＴｏまでは伸長状態からほとんど変形しない。そして、温度がＴｏを超えたあたりから急激に変形し、温度Ｔｃにて収縮状態となり、それ以上の温度ではほとんど変形しない。
【００５２】
そのため、設定温度Ｔｏ’は、実質的に伸長状態を保つことのできる最も高い温度である温度Ｔｏと等しいのが理想的である。しかしながら、形状記憶合金４１の作動誤差や個体差などを加味すると、設定温度Ｔｏ’は、温度Ｔｏよりも１〜２℃程度低い温度であるのが好ましい。同様に、設定温度Ｔｃ’は、実質的に収縮状態を保つことのできる最も低い温度である温度Ｔｃであるのが理想的である。しかしながら、形状記憶合金４１の作動誤差や個体差などを加味すると、温度Ｔｃよりも１〜２℃程度高い温度であるのが好ましい。
設定温度Ｔｏ’、Ｔｃ’をこのような温度に設定することにより、シャッター装置１の誤作動（例えば、不本意に開状態や閉状態が解除されること）を効果的に防止することができるとともに、より素早く、すなわち制御信号発信時刻からタイミングラグ無く開状態から閉状態または閉状態から開状態とすることができる。
【００５３】
２．周波数調整方法
次に、周波数調整装置１００を用いた振動子９の周波数調整方法（本発明の周波数調整方法）について、図６〜８に示すフローチャートに基づいて説明する。
周波数調整装置１００による振動子９の周波数調整は、１つのシャッター装置１の直上に１つの振動子９が位置するように、複数の振動子９をチャンバー１１０内に配置し、チャンバー１１０内を減圧状態（好ましくは、真空状態）とした状態にて行われる。また、周波数調整装置１００による振動子９の周波数調整は、断続的（常時）または間欠的（所定時間間隔ごと）に温度検知手段４４によって形状記憶合金４１の温度を検知しながら行われる。また、周波数調整装置１００による振動子９の周波数調整は、振動子９の共振周波数を断続的に検知しながら行われ、この検知結果は、リアルタイムに制御手段４５に送られる。
【００５４】
なお、複数の振動子９は、それぞれ、板状またはシート状のキャリアに支持されている。そして、この状態にて、以下のようにして、振動子９の周波数を調整する。各振動子９の周波数調整の方法は、互いに同様であるため、以下では、１つの振動子９の周波数を調整する方法について説明し、他の振動子９の周波数を調整する方法については、その説明を省略する。
【００５５】
まず、図６に示すように、シャッター装置１を閉状態とする（Ｓ１）。このステップＳ１を詳細に説明すると、図７に示すように、まず、冷却手段４３の駆動をＯＦＦとするとともに、電圧印加手段４２の駆動をＯＮにする（Ｓ１１）。次に、制御手段４５によって、温度検知手段４４により検知される形状記憶合金４１の温度が設定温度Ｔｃ’以上か否かを判断し（Ｓ１２）、設定温度Ｔｃ’より低い場合には電圧印加手段４２をそのまま駆動させ、設定温度Ｔｃ’以上である場合には電圧印加手段４２の駆動をＯＦＦとする（Ｓ１３）。電圧印加手段４２の駆動をＯＦＦとした場合には、制御手段４５によって、温度検知手段４４により検知された形状記憶合金４１の温度が設定温度Ｔｃ’より低いか否かを判断し（Ｓ１４）、設定温度Ｔｃ’以上である場合には電圧印加手段４２をそのままＯＦＦとし、設定温度Ｔｃ’よりも低い場合には電圧印加手段４２の駆動をＯＮとする（Ｓ１５）。このように、ステップＳ１では、形状記憶合金４１の温度が設定温度Ｔｃ’付近に維持されるように、制御手段４５によって電圧印加手段４２の駆動を制御（フィードバック制御）する。このような方法によれば、簡単な電圧印加手段４２の制御で、形状記憶合金４１の温度を制御することができる。
なお、上記では、電圧印加手段４２のＯＮ／ＯＦＦによって形状記憶合金４１の温度制御を行っているが、これに限定されず、例えば、電圧印加手段４２から形状記憶合金４１へ印加する電圧の強さを変更することにより、形状記憶合金４１の温度制御を行ってもよい。
【００５６】
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（Ｓ２）。そして、イオンビームＩＢが安定するまで、シャッター装置１を閉状態としたまま放置する。
次に、シャッター装置１を開状態（露出状態）とする（第１の切り替え工程。Ｓ３）。このステップＳ３を詳細に説明すると、図８に示すように、まず、電圧印加手段４２の駆動をＯＦＦとするとともに、冷却手段４３の駆動をＯＮにする（Ｓ３１）。次に、制御手段４５によって、温度検知手段４４により検知される形状記憶合金４１の温度が設定温度Ｔｏ’以下であるか否かを判断し（Ｓ３２）、設定温度Ｔｏ’より高い場合には冷却手段４３をそのまま駆動させ、設定温度Ｔｏ’以下である場合には冷却手段４３の駆動をＯＦＦとする（Ｓ３３）。冷却手段４３の駆動をＯＦＦとした場合には、制御手段４５によって、温度検知手段４４により検知される形状記憶合金４１の温度が設定温度Ｔｏ’よりも高いか否かを判断し（Ｓ３４）、設定温度Ｔｏ’以下の場合には冷却手段４３をそのままＯＦＦとし、設定温度Ｔｏ’より高い場合には冷却手段４３の駆動をＯＮとする（Ｓ３５）。このように、ステップＳ３では、形状記憶合金４１の温度が設定温度Ｔｃ’付近に維持されるように、制御手段４５によって、冷却手段４３の駆動を制御（フィードバック制御）する。このような方法によれば、簡単な冷却手段４３の制御で、形状記憶合金４１の温度を制御することができる。
【００５７】
なお、上記では、冷却手段４３のＯＮ／ＯＦＦ（バルブ４３４の開閉）によって形状記憶合金４１の温度制御を行っているが、これに限定されず、例えば、マスフローコントローラー４３３によって噴出孔２２から噴出される冷却ガスＧの単位時間当たりの噴出量を変更することにより、形状記憶合金４１の温度制御を行ってもよい。
このようにして、シャッター装置１を開状態とすると、シャッター装置１の貫通孔２１を通過してイオンビームＩＢが振動子９に照射され、振動子９の一部、より具体的には電極の一部が除去され、これに伴う振動子９の質量の減少によって、振動子９の共振周波数が徐々に上昇する。
【００５８】
次に、制御手段４５によって、振動子９の共振周波数が所定の周波数となったか否かを判断する（Ｓ４）。なお、振動子９は、所定の周波数よりも高い周波数を持つようにあらかじめ設計されている。振動子９の共振周波数が所定の周波数よりも高い場合には、そのままシャッター装置１を開状態とし、所定の周波数と等しい場合には、シャッター装置１を閉状態とする（第２の切り替え工程。Ｓ５）。なお、シャッター装置１を閉状態とする方法は、前述したステップＳ１と同様である。
以上のステップＳ１〜Ｓ５によって、振動子９の共振周波数の調整が終了する。
振動子９の共振周波数の調整が終わった後は、例えば、チャンバー１１０内を大気圧に戻し、周波数調整済みの振動子９を取り除き、新たな振動子９をチャンバー１１０内に配置すればよい。なお、新たな振動子９の周波数調整を行う場合は、チャンバー１１０を真空引きした後は、前述したステップＳ３から始めればよい。
【００５９】
＜第２実施形態＞
次に、本発明のシャッターの第２実施形態について説明する。
図９は、本発明の第２実施形態にかかるシャッターの断面図である。
以下、第２実施形態のシャッターについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００６０】
本発明の第２実施形態にかかるシャッターは、冷却手段の構成が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、前述した第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
図９に示すように、本実施形態の冷却手段４３Ａは、形状記憶合金４１を内側に含むように設けられた容器４３６Ａと、容器４３６Ａに接続された循環路４３７Ａと、循環路４３７Ａの途中に設けられた熱交換部（冷却部）４３８Ａおよびポンプ４３９Ａとを有している。また、容器４３６Ａおよび冷却路４３７Ａ内には、絶縁性の冷却媒体が充填れており、ポンプ４３９Ａの駆動によって冷却媒体が循環している。また、形状記憶合金４１の冷却の用に供され温度の上がった冷却媒体は、熱交換部４３８Ａによって冷却され、再び形状記憶合金４１の冷却に用いられる。
このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００６１】
以上、本発明のシャッターおよび周波数調整方法について、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、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
また、前述した実施形態では、イオンビームによって振動子の質量を減少させることにより振動子の共振周波数を変更する方法について説明したが、これに限定されず、例えば蒸着によって金属粒子を振動子に付着させ、振動子の質量を増加させることにより、振動子の共振周波数を変更してもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１…シャッター装置 １’…シャッター装置群 ２…ベース ２１…貫通孔 ２２…噴出孔 ３…シャッター部 ３１…窓部 ４…駆動手段 ４１…形状記憶合金 ４２…電圧印加手段 ４２１…電源 ４２２…配線 ４３…冷却手段 ４３１…ガスボンベ ４３２…冷却ガス供給流路 ４３３…マスフローコントローラー ４３４…バルブ ４３Ａ…冷却手段 ４３６Ａ…容器 ４３７Ａ…循環路 ４３８Ａ…熱交換部 ４３９Ａ…ポンプ ４４…温度検知手段 ４４１…放射温度計 ４４２…抵抗計 ４５…制御手段 ４６…付勢手段 ９…振動子 １００…周波数調整装置 １１０…チャンバー １２０…イオンガン １３０…遮蔽板 Ｇ…冷却ガス ＩＢ…イオンビーム Ｓ１〜Ｓ５…ステップ
Ｔｏ’…設定温度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャッター装置、シャッター装置の制御方法および周波数調整方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、振動子の共振周波数を調整（変更）する方法として、振動子の質量を変化（増加または減少）させる方法が知られている。このような方法は、例えば、振動子と、イオンビームを振動子に照射することにより振動子の一部を除去して振動子の質量を減少させるイオンガンと、振動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）。
【０００３】
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。
【０００４】
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子に照射され、振動子の一部が除去されることにより、振動子の共振周波数が変化（減少）する。そして、振動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、振動子の共振周波数を調整する。
【０００５】
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、シャッター板の回動速度を低下させるため、シャッターを開状態から閉状態とするのにかかる時間が長くなる。このように、シャッターを閉じる時間が長くなると、その分、振動子へのイオンビームの照射時間が長くなり、振動子の共振周波数が所定の周波数よりも高くなってしまう。すなわち、特許文献１のシャッターでは、その開閉を精度よく制御することができず、振動子の共振周波数を所定の周波数に高精度に合わせ込むことが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１１８１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、開状態から閉状態とするのにかかる時間をほぼ一定に保つことができるシャッター装置、このシャッター装置の制御方法および当該シャッターを用いた周波数調整方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
本発明のシャッター装置は、貫通孔を有するベースと、前記ベースに対して変位可能なシャッター部と、前記シャッター部を駆動する駆動手段とを有し、前記駆動手段によって前記シャッター部を前記ベースに対して変位させることにより、前記貫通孔が開かれた開状態と前記シャッター部によって閉じられた閉状態とを切り替えることのできるシャッター装置であって、
前記駆動手段は、前記ベースと前記シャッター部とを連結し、電圧が印加されることにより収縮する形状記憶合金と、
前記形状記憶合金に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記形状記憶合金を冷却する冷却手段と、
前記形状記憶合金の温度を検知する温度検知手段と、
前記電圧印加手段および前記冷却手段の駆動を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
これにより、開状態から閉状態とするのにかかる時間をほぼ一定に保つことができるシャッターが得られる。
【０００９】
本発明のシャッター装置の制御方法は、貫通孔を有するベースと、前記ベースに対して変位可能なシャッター部と、
前記シャッター部を駆動する駆動手段を有し、
前記駆動手段は、前記ベースと前記シャッター部とを連結し、電圧が印加されることにより収縮する形状記憶合金と、
前記形状記憶合金に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記形状記憶合金を冷却する冷却手段と、
前記形状記憶合金の温度を検知する温度検知手段と、
前記電圧印加手段および前記冷却手段の駆動を制御する制御手段と、
前記ベースに対して前記シャッター部を前記形状記憶合金の収縮方向と反対方向に付勢する付勢手段とを備え、
前記駆動手段によって前記シャッター部を前記ベースに対して変位させることにより、前記貫通孔が開かれた開状態と前記シャッター部によって閉じられた閉状態とを切り替えることのできるシャッター装置の制御方法であって、
前記電圧印加手段による前記形状記憶合金への電圧印加によって前記形状記憶合金を収縮させ、前記付勢手段の付勢力に逆らって前記シャッター部を変位させることにより前記開状態から前記閉状態へ変位させることを特徴とする。
これにより、より素早く、シャッターを開状態から閉状態とすることができる。
【００１０】
本発明のシャッター装置の制御方法では、前記制御手段は、前記開状態において、前記形状記憶合金の温度が所定温度となるように、前記温度検知手段の検知結果が前記所定温度よりも低い場合は、前記電圧印加手段の駆動を行い、前記所定温度より高い場合は、前記電圧印加手段の駆動を停止することが好ましい。
これにより、形状記憶合金の温度制御が比較的簡単となる。
【００１１】
本発明のシャッター装置の制御方法では、前記制御手段は、前記閉状態における前記形状記憶合金の温度が所定温度となるように、前記温度検知手段の検知結果に基づいて前記電圧印加手段および前記冷却手段の少なくとも一方の駆動を制御することが好ましい。
これにより、閉状態から開状態とするのにかかる時間をほぼ一定に保つことができるシャッターが得られる。
【００１２】
本発明のシャッター装置の制御方法では、前記制御手段は、前記閉状態において、前記形状記憶合金の温度が所定温度となるように、前記温度検知手段の検知結果が前記所定温度よりも高い場合は、前記冷却手段の駆動を行い、前記所定温度より低い場合は、前記冷却手段の駆動を停止することが好ましい。
これにより、形状記憶合金の温度制御が比較的簡単となる。
【００１３】
本発明の振動子の周波数調整方法は、振動子の共振周波数を調整する周波数調整方法であって、
貫通孔を有するベースと、
前記ベースに対して変位可能なシャッター部と、
前記シャッター部を駆動する駆動手段を有し、
前記駆動手段は、前記ベースと前記シャッター部とを連結し、電圧が印加されることにより収縮する形状記憶合金と、
前記形状記憶合金に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記形状記憶合金を冷却する冷却手段と、
前記形状記憶合金の温度を検知する温度検知手段と、
前記電圧印加手段および前記冷却手段の駆動を制御する制御手段と、
前記ベースに対して前記シャッター部を前記形状記憶合金の収縮方向と反対方向に付勢する付勢手段と、を備えたシャッター装置を用意し、
前記振動子と該振動子の質量を変化させる質量変化手段との間に、前記ベースと前記シャッター部を配置する工程と、
前記貫通孔を閉状態から開状態へ切り替える第１の切り替え工程と、
前記開状態において前記質量変化手段を駆動させつつ、前記振動子の質量を変化させて前記振動子の共振周波数を変化させる工程と、
前記開状態から前記閉状態へ切り替える第２の切り替え工程と、
前記閉状態において前記振動子の共振周波数の変化を阻止する工程を有し、
前記第１の切り替え工程および前記第２の切り替え工程のうち一方は、前記電圧印加手段による前記形状記憶合金への電圧印加によって前記形状記憶合金を収縮させ、前記付勢手段の付勢力に逆らって前記シャッター部を第１方向に変位させることにより行われ、他方は、前記冷却手段による前記形状記憶合金の冷却によって前記形状記憶合金を伸長させ、前記付勢手段の付勢力によって前記シャッター部を前記第１方向と反対の第２方向へ変位させることにより行なわれ、
前記制御手段は、前記開状態における前記形状記憶合金の温度が所定温度となるように、前記温度検知手段の検知結果に基づいて前記電圧印加手段および前記冷却手段の少なくとも一方の駆動を制御するよう構成されていることを特徴とする。
これにより、振動子の共振周波数の調整を高精度に行うことができる。
【００１４】
本発明の振動子の周波数調整方法では、前記質量変化手段は、不活性ガスを電界で加速させることによりイオンビームを発射するイオンビーム発射部を有し、
前記冷却手段は、前記イオンビームと同種の不活性ガスからなる冷却ガスによって前記形状記憶合金を冷却することが好ましい。
これにより、安定した周波数調整を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるシャッターを適用した周波数調整装置の断面図である。
【図２】図１に示す共振周波数調整装置が有するシャッター装置の断面図である。
【図３】図１に示す共振周波数調整装置が有するシャッター装置の断面図である。
【図４】図２に示すシャッター装置の変形例である。
【図５】形状記憶合金の温度とせん断ひずみの関係を示すグラフである。
【図６】本発明の周波数調整方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】本発明の周波数調整方法を説明するためのフローチャートである。
【図８】本発明の周波数調整方法を説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明の第２実施形態にかかるシャッターの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明のシャッター装置、シャッター装置の制御方法および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。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態にかかるシャッター装置を適用した周波数調整装置の断面図、図２および図３は、図１に示す共振周波数調整装置が有するシャッター装置の断面図、図４は、図２に示すシャッター装置の変形例、図５は、形状記憶合金の温度とせん断ひずみの関係を示すグラフ、図６〜図８は、本発明の周波数調整方法を説明するためのフローチャートである。なお、以下では、説明の都合上、図１〜４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ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸とする。
【００１７】
以下では、本発明のシャッター装置を、振動子９の共振周波数を調整するための周波数調整装置１００に適用した場合について説明する。ただし、本発明のシャッター装置の用途は、これに限定されない。
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、複数のシャッター装置１が並設してなるシャッター装置群１’と、イオンガン（イオンビーム発射部）１２０と、遮蔽板１３０とを有している。
【００１８】
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、イオンビームを発射するものであり、振動子９の質量を変化させる質量変化手段を構成するものである。
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、イオンビームＩＢの通過を許容する開状態と、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。また、イオンガン１２０は、チャンバー１１０内にてシャッター装置群１’よりも下側に位置しており、上方へ向けてイオンビームＩＢを照射する。また、遮蔽板１３０は、チャンバー１１０内にてシャッター装置群１’よりも上側に位置しており、隣り合うシャッター装置１の間から上方へ漏れるイオンビームＩＢを遮断する。
【００１９】
このような周波数調整装置１００では、１つのシャッター装置１の上方に１つの振動子９を配置し、イオンガン１２０からイオンビームＩＢを発射するとともに、シャッター装置１を開状態とすることにより、振動子９にイオンビームＩＢを照射し、振動子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を閉じ、それ以上、イオンビームＩＢが振動子９に照射されるのを阻止する。周波数調整装置１００では、このようにして、振動子９の共振周波数を調整する。なお、周波数調整装置１００を用いた振動子９の周波数調整方法については、後に、詳しく説明する。
【００２０】
次に、シャッター装置群１’について詳しく説明する。
図１に示すように、シャッター装置群１’は、ｘ軸方向に延在する複数のシャッター装置１を有し、これら複数のシャッター装置１をｙ軸方向に並設した構成である。このように、複数のシャッター装置１を並設することにより、一度に、複数（すなわち、シャッター装置１の枚数分）の振動子９の共振周波数を調整することができるため、装置の効率性が向上する。なお、シャッター装置１の枚数は、図１の構成では４枚であるが、特に限定されず、例えば、１０以上、３０以下程度とすることができる。
【００２１】
以下、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、１つのシャッター装置１について説明し、それ以外のシャッター装置１については、その説明を省略する。
［シャッター装置１］
図２に示すように、シャッター装置１は、ベース２と、ベース２に対して変位可能なシャッター部（シャッター板）３と、シャッター部３を駆動する駆動手段４とを有している。このようなシャッター装置１は、駆動手段４によってシャッター部３をベース２に対して変位させることにより、振動子９がイオンガン１２０側へ露出した開状態と、振動子９がイオンガン１２０側から遮蔽された閉状態とを切り替えることができる。
【００２２】
ベース２は、シャッター部３を支持する機能を有している。このようなベース２は、ｘ軸方向に延在する長尺状をなしている。ベース２の幅（ｙ軸方向の長さ）は、振動子９の大きさにもよるが、例えば１〜５ｍｍ程度である。
また、ベース２には、その中央部に上下を貫通する貫通孔２１が形成されている。貫通孔２１は、イオンビームＩＢをイオンガン１２０側から振動子９側へ通過させるための孔である。このような貫通孔２１の形状、大きさとしては、振動子９の形状、大きさ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。
【００２３】
また、ベース２の右側端部には、上面に開放し、形状記憶合金４１に向けて冷却ガスＧを噴出するための噴出孔２２が形成されている。このような噴出孔２２は、形状記憶合金４１の下側に設けられており、冷却ガスＧを効率的に形状記憶合金４１に吹き付けることができる。
このようなベース２は、例えば、耐スパッタ性に優れる炭素、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、耐スパッタ性に優れる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に耐スパッタ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。
【００２４】
シャッター部３は、ベース２の上面上に配置されており、ｘ軸方向に延在する長尺状をなしている。また、シャッター部３は、ベース２の上面上をｘ軸方向に摺動（変位）可能となっている。このようなシャッター部３は、ベース２に形成された貫通孔２１の上部開口を開いたり、閉じたりするための部材である。
具体的には、シャッター部３には、ｚ軸方向に貫通する貫通孔で構成された窓部３１が形成されており、図３（ａ）に示すように、この窓部３１とベース２の貫通孔２１とが重なり合った状態にて、貫通孔２１が開きイオンビームＩＢの通過を許容する状態、すなわち振動子９がイオンガン１２０側に露出した開状態となる。一方、図３（ｂ）に示すように、窓部３１が貫通孔２１からずれた状態にて、貫通孔２１が閉じイオンビームＩＢを遮断する状態、すなわち振動子９がイオンガン１２０側から遮蔽された閉状態となる。
【００２５】
このようなシャッター部３の幅（ｙ軸方向の長さ）は、貫通孔２１を開いたり塞いだりすることができれば、特に限定されないが、ベース２の幅以下であるのが好ましい。これにより、ｚ軸方向から見た平面視にて、ベース２のｙ軸方向両側からシャッター部３がはみ出るのを防止することができる。そのため、シャッター装置１の全幅を短く抑えることができ、複数のシャッター装置１をｙ軸方向に比較的狭ピッチで並設することができる。
【００２６】
このようなシャッター部３は、例えば、耐スパッタ性に優れる炭素、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３の損傷を効果的に抑制することができる。また、このような材料で構成することにより、さらに、シャッター部３の軽量化を図ることができ、シャッター部３の反応性や移動速度を向上させることができる。
【００２７】
なお、シャッター部３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、耐スパッタ性に優れる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。
【００２８】
駆動手段４は、シャッター部３を駆動する、すなわちベース２に対してシャッター部３を変位させる機能を有している。図２に示すように、このような駆動手段４は、形状記憶合金４１と、電圧印加手段４２と、冷却手段４３と、温度検知手段４４と、制御手段４５と、付勢手段４６とを有している。
形状記憶合金４１は、ｘ軸方向に延在する長尺状をなしており、その両端部にて、ベース２とシャッター部３とを連結している。なお、形状記憶合金４１の形状としては、特に限定されず、例えば、紐状（細線状）、コイル状とすることができる。
【００２９】
このような形状記憶合金４１は、所定温度（変態点）以下で変形しても、変態点以上に加熱すると、元の形状（記憶形状）に回復する性質を持っている。本実施形態の形状記憶合金４１は、通常は、柔らかくしなやかであるが、電圧印加手段４２によって電圧を印加して発熱させると強靭となりつつ収縮する。また、電圧印加手段４２による電圧の印加を停止し、形状記憶合金４１の温度が低下すれば、再び柔らかくなりもとの長さに伸長する。
【００３０】
前述したように、形状記憶合金４１は、ベース２とシャッター部３とを連結しているため、形状記憶合金４１が収縮すると、その収縮力によって、シャッター部３がベース２に対して、第１方向（図２中右側）に変位する。本実施形態では、シャッター部３が第１方向へ移動することにより、シャッター装置１が開状態から閉状態となる。なお、以下では、説明の便宜上、形状記憶合金４１が電圧印加によって収縮した状態を「収縮状態」と言い、電圧印加がされていない伸長した状態を「伸長状態」と言う。
【００３１】
このような形状記憶合金４１の構成材料としては、上記のような性質を発揮することができれば、特に限定されないが、例えば、４９〜５２原子％ＮｉのＮｉ−Ｔｉ合金等のＮｉ−Ｔｉ系合金、３８．５〜４１．５重量％ＺｎのＣｕ−Ｚｎ合金、１〜１０重量％ＸのＣｕ−Ｚｎ−Ｘ合金（Ｘは、Ｂｅ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｇａのうちの少なくとも１種）等のＣｕ−Ｚｎ系合金、３６〜３８原子％ＡｌのＮｉ−Ａｌ合金等のＮｉ−Ａｌ系合金等が挙げられる。
【００３２】
付勢手段４６は、シャッター部３を、第１方向と反対の第２方向（図１中左側）へ付勢する。すなわち、付勢手段４６は、シャッター部３を形状記憶合金４１の収縮方向と反対方向に付勢する。このような付勢手段４６は、ｘ軸方向に延在する長尺状をなし、その両端部にて、ベース２とシャッター部３とを連結している。付勢手段４６は、上記機能を発揮することができれば、特に限定されず、例えば、ゴムやコイルバネ等の弾性体で構成することができる。
付勢手段４６の付勢力は、形状記憶合金４１の収縮力よりも小さく設定されている。これにより、付勢手段４６の付勢力に反して、形状記憶合金４１の収縮に伴うシャッター部３の変位が可能となる。
【００３３】
なお、付勢手段４６の付勢力は、形状記憶合金４１の収縮力よりも小さく、かつ、形状記憶合金４１が収縮状態から伸長状態となった時にシャッター部３を第２方向へ移動させることができれば、より小さいのが好ましい。これにより、形状記憶合金４１の収縮力をより効率的にシャッター部３の第１方向への移動へ利用することができ、シャッター部３の第１方向への移動速度および反応性がより高くなる。
【００３４】
前述したように、シャッター部３の第１方向への移動は、シャッター装置１を開状態から閉状態とするための移動である。このような移動をより高速かつ反応性よく行うことにより、振動子９が所定の共振周波数となった際に、イオンビームＩＢをより素早く遮断することができ、すなわち、シャッター装置１を閉状態とする命令を出した時刻と、シャッター装置１が実際に閉状態となった時刻との時間差をより短くすることができ、振動子９の周波数をより精度よく所定値に合わせ込むことができる。
【００３５】
電圧印加手段４２は、形状記憶合金４１に電圧を印加する機能を有している。電圧印加手段４２は、直流電圧を印加する電源４２１と、電源４２１と形状記憶合金４１とを連結する配線４２２とを有している。電源４２１は、制御手段４５と電気的に接続されており、制御手段４５によりその作動が制御される。
このような電圧印加手段４２によって形状記憶合金４１に電圧を印加すると、前述したように、形状記憶合金４１が収縮し、これに伴ってシャッター部３が第１方向へ移動する。このことから、電圧印加手段４２は、シャッター部３を第１方向へ移動させるための移動手段（第１移動手段）を構成しているとも言える。
【００３６】
冷却手段４３は、形状記憶合金４１を冷却する機能を有している。このような冷却手段４３を有することにより、電圧印加手段４２からの電圧印加によって発熱した形状記憶合金４１をより短時間で冷却することができる。そのため、形状記憶合金４１をより短時間で収縮状態から伸長状態とすることができる。形状記憶合金４１を冷却し、形状記憶合金４１を収縮状態から伸長状態とすると、付勢手段４６の付勢力によって、シャッター部３が形状記憶合金４１の伸長分だけ第２方向へ移動する。このことから、冷却手段４３および付勢手段４６は、シャッター部３を第２方向へ移動させるための移動手段（第２移動手段）を構成しているとも言える。
【００３７】
このような冷却手段４３は、冷却ガスＧを充填するガスボンベ（ガス供給源）４３１と、ベース２の噴出孔２２とガスボンベ４３１とを接続する冷却ガス供給流路４３２と、ガスボンベ４３１から供給される冷却ガスＧの流量を調整するマスフローコントローラー（流量調整手段）４３３と、マスフローコントローラー４３３より下流側で、冷却ガス供給流路４３２内の流路を開閉するバルブ（電磁バルブ）４３４とを有している。なお、マスフローコントローラー４３３およびバルブ４３４は、それぞれ、制御手段４５によりその作動が制御される。
【００３８】
このような冷却手段４３は、バルブ４３４を開状態とした状態にて、ガスボンベ４３１から冷却ガスＧを送り出し、マスフローコントローラー４３３により冷却ガスＧの流量を調節する。そして、流量が調整された冷却ガスＧを、冷却ガス供給流路４３２を介して噴出孔２２から形状記憶合金４１に吹き付ける。また、冷却手段４３は、バルブ４３４を閉状態とすることにより、形状記憶合金４１への冷却ガスＧの吹き付けを停止する。
【００３９】
前述したように、ベース２の噴出孔２２は、形状記憶合金４１の下側（直下）に形成されているため、噴出孔２２から噴出した冷却ガスＧは、速やかに、形状記憶合金４１の冷却の用に供される。そのため、形状記憶合金４１の冷却をより短時間かつ効率的に行うことができ、シャッター部３の第２方向への移動速度および反応性をより高めることができる。
【００４０】
また、冷却ガスＧとしては、形状記憶合金４１を冷却することができれば、特に限定されないが、例えば、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅまたはこれらの混合ガス等の不活性ガス（希ガス）を主成分とするガスを用いることができる。これらの中でも、冷却ガスＧとしては、イオンビームＩＢと同種のガスであるのが好ましい。これにより、チャンバー１１０内の環境を一定に維持することができ、振動子９の周波数調整を安定的に行うことができる。
温度検知手段４４は、形状記憶合金４１の温度を検知する。本実施形態の温度検知手段４４は、形状記憶合金４１から放射される赤外線の強度を測定することにより温度を検知する放射温度計であり、放射温度計は、例えば、形状記憶合金４１の直上に配置することができる。
【００４１】
なお、温度検知手段４４の構成としては、形状記憶合金４１の温度を検知することができれば、本実施形態の構成に限定されない。例えば、図４に示すように形状記憶合金４１の抵抗値を検出することのできる抵抗計４４２を接続し、抵抗計４４２により検出した抵抗値に基づいて形状記憶合金４１の温度を検出するように構成されていてもよい。形状記憶合金４１は、温度変化に伴って抵抗値も変化するため、例えば、図示しない記憶部等に抵抗値と温度の関係を示すテーブル等を格納しておけば、抵抗計４４２で検出した抵抗値を当該テーブルに照らし合わせることにより、形状記憶合金４１の温度を検知することができる。また、このような構成とすることにより、温度検知手段４４をチャンバー１１０の外側に配置することができる。そのため、チャンバー１１０の小型化を図ることができるとともに、チャンバー１１０内への配線の引き回し等が不要となるため、周波数調整装置１００の構成の容易化を図ることができる。
制御手段４５は、温度検知手段４４の検知結果に基づいて、電圧印加手段４２および冷却手段４３の駆動を制御する。なお、制御手段４５の具体的な制御については、後に詳述する。
以上、シャッター装置１の構成について、詳細に説明した。
【００４２】
次に、シャッター装置１の駆動方法（本発明の制御方法）について説明する。
シャッター装置１では、形状記憶合金４１が伸長状態であり、付勢手段４６によってシャッター部３が第２方向へ移動した状態にて窓部３１が貫通孔２１と重なる開状態となり、形状記憶合金４１が収縮状態であり、シャッター部３が第１方向へ移動した状態にて窓部３１が貫通孔２１からずれた閉状態となる。
【００４３】
まず、開状態から閉状態とする動作について説明する。シャッター装置１が開状態のときに電圧印加手段４２によって形状記憶合金４１に電圧を印加すると、形状記憶合金４１が収縮するとともにシャッター部３が第１方向に移動する。これにより、開状態から閉状態となる。
次に、閉状態から開状態とする動作について説明する。シャッター装置１が閉状態のときに冷却手段４３によって形状記憶合金４１を冷却すると、形状記憶合金４１が収縮状態から伸長状態へ変形するとともに、付勢手段４６の付勢力によってシャッター部３が第２方向に移動する。これにより、閉状態から開状態となる。
【００４４】
ここで、本実施形態のように、開状態から閉状態とするのに形状記憶合金４１の収縮力を利用することにより、反応性よくかつ素早く開状態から閉状態とすることができる。これにより、振動子９が所定の共振周波数となった際に、イオンビームＩＢをより素早く遮断することができ、すなわち、シャッター装置１を閉状態とする命令を出した時刻と、シャッター装置１が実際に閉状態となった時刻との時間差をより短くすることができ、振動子９の周波数をより精度よく所定値に合わせ込むことができる。
【００４５】
具体的に説明すると、第１に、形状記憶合金４１の収縮と伸長では、収縮の方が伸長よりも、反応性が高くかつ変形速度が速い。また、第２に、電圧印加手段４２によって形状記憶合金４１を収縮させるのと、冷却手段４３によって形状記憶合金４１を伸長させるのとでは、電圧印加手段４２による方が素早く、すなわち制御手段４５から命令が出されてからより短時間で形状記憶合金４１を変形させることができる。さらに、第３に、形状記憶合金４１の収縮によるシャッター部３の移動速度と、付勢手段４６の付勢によるシャッター部３の移動速度とでは、形状記憶合金４１の収縮によるシャッター部３の移動速度の方が早い。以上のような３つの理由から、開状態から閉状態とするのに形状記憶合金４１の収縮力を利用することにより、反応性よくかつ素早く開状態から閉状態とすることができる。
【００４６】
なお、シャッター装置１の駆動は、これに限定されず、本実施形態とは逆になっていてもよい。すなわち、開状態から閉状態とするのに付勢手段４６の付勢力を利用し、閉状態から開状態とするのに形状記憶合金４１の収縮力を利用してもよい。
このようなシャッター装置１において、制御手段４５は、開状態における形状記憶合金４１の温度を所定温度または前記所定温度を含む所定温度範囲内（例えば、所定温度±１℃程度）に維持するように、温度検知手段４４の検知結果に基づいて冷却手段４３の駆動を制御する。
【００４７】
なお、制御手段４５は、冷却手段４３に加えて、電圧印加手段４２の駆動を制御することにより、すなわち加熱と冷却を共に用いて、開状態における形状記憶合金４１の温度を制御してもよい。これにより、より精度よく、形状記憶合金４１の温度を制御することができる。また、環境温度によっては、制御手段４５は、電圧印加手段４２のみを制御するよう構成されていてもよい。
【００４８】
このように、開状態での形状記憶合金４１の温度を制御することにより、開状態での形状記憶合金４１の長さ（ｘ軸方向の長さ）を所定長さに維持することができる。これにより、ベース２に対するシャッター部３、より具体的には貫通孔２１に対する窓部３１の位置を所定位置に維持することができる。そのため、第１に、開状態を確実に維持することができ、第２に、シャッター部３を第１方向に移動させる際、移動開始時刻から貫通孔２１が閉じきるまでの時間をほぼ一定とすることができる。また、第３に、形状記憶合金４１を所定温度（所定温度範囲内）に維持しておくことにより、形状記憶合金４１を、収縮させるための待機状態とすることができ、より迅速に開状態から閉状態とすることができる。
【００４９】
以上説明したような開状態における形状記憶合金４１の温度制御と同様に、制御手段４５は、閉状態における形状記憶合金４１の温度を所定温度または前記所定温度を含む所定温度範囲内（例えば、所定温度±１℃程度）に維持するように、温度検知手段４４の検知結果に基づいて電圧印加手段４２の駆動を制御する。
なお、電圧印加手段４２に加えて、冷却手段４３の駆動を制御することにより、すなわち加熱と冷却を共に用いて、閉状態における形状記憶合金４１の温度が所定温度または所定温度範囲内を維持するように構成されていてもよい。これにより、より精度よく、形状記憶合金４１の温度を制御することができる。
【００５０】
このように、閉状態における形状記憶合金４１の温度を所定温度または所定温度範囲内に維持することにより、閉状態における、貫通孔２１に対する窓部３１の位置を所定位置に維持することができる。そのため、第１に、閉状態を確実に維持することができる。また、第２に、シャッター部３を第２方向に移動させる際、移動開始時刻から貫通孔２１が開ききるまでの時間をほぼ一定とすることができる。また、第３に、形状記憶合金４１を所定温度または所定温度範囲内に維持しておくことにより、形状記憶合金４１を、伸長させるための待機状態とすることができ、より迅速に閉状態から開状態とすることができる。
【００５１】
開状態において維持しようとする形状記憶合金４１の設定温度Ｔｏ’と、閉状態において維持しようとする形状記憶合金４１の設定温度Ｔｃ’とは、例えば、次のようにして設定される。図５は、形状記憶合金４１の温度とせん断歪みの関係の一例を示すグラフである。同図に示すように、形状記憶合金４１は、温度がＴｏまでは伸長状態からほとんど変形しない。そして、温度がＴｏを超えたあたりから急激に変形し、温度Ｔｃにて収縮状態となり、それ以上の温度ではほとんど変形しない。
【００５２】
そのため、設定温度Ｔｏ’は、実質的に伸長状態を保つことのできる最も高い温度である温度Ｔｏと等しいのが理想的である。しかしながら、形状記憶合金４１の作動誤差や個体差などを加味すると、設定温度Ｔｏ’は、温度Ｔｏよりも１〜２℃程度低い温度であるのが好ましい。同様に、設定温度Ｔｃ’は、実質的に収縮状態を保つことのできる最も低い温度である温度Ｔｃであるのが理想的である。しかしながら、形状記憶合金４１の作動誤差や個体差などを加味すると、温度Ｔｃよりも１〜２℃程度高い温度であるのが好ましい。
設定温度Ｔｏ’、Ｔｃ’をこのような温度に設定することにより、シャッター装置１の誤作動（例えば、不本意に開状態や閉状態が解除されること）を効果的に防止することができるとともに、より素早く、すなわち制御信号発信時刻からタイミングラグ無く開状態から閉状態または閉状態から開状態とすることができる。
【００５３】
２．周波数調整方法
次に、周波数調整装置１００を用いた振動子９の周波数調整方法（本発明の周波数調整方法）について、図６〜８に示すフローチャートに基づいて説明する。
周波数調整装置１００による振動子９の周波数調整は、１つのシャッター装置１の直上に１つの振動子９が位置するように、複数の振動子９をチャンバー１１０内に配置し、チャンバー１１０内を減圧状態（好ましくは、真空状態）とした状態にて行われる。また、周波数調整装置１００による振動子９の周波数調整は、断続的（常時）または間欠的（所定時間間隔ごと）に温度検知手段４４によって形状記憶合金４１の温度を検知しながら行われる。また、周波数調整装置１００による振動子９の周波数調整は、振動子９の共振周波数を断続的に検知しながら行われ、この検知結果は、リアルタイムに制御手段４５に送られる。
【００５４】
なお、複数の振動子９は、それぞれ、板状またはシート状のキャリアに支持されている。そして、この状態にて、以下のようにして、振動子９の周波数を調整する。各振動子９の周波数調整の方法は、互いに同様であるため、以下では、１つの振動子９の周波数を調整する方法について説明し、他の振動子９の周波数を調整する方法については、その説明を省略する。
【００５５】
まず、図６に示すように、シャッター装置１を閉状態とする（Ｓ１）。このステップＳ１を詳細に説明すると、図７に示すように、まず、冷却手段４３の駆動をＯＦＦとするとともに、電圧印加手段４２の駆動をＯＮにする（Ｓ１１）。次に、制御手段４５によって、温度検知手段４４により検知される形状記憶合金４１の温度が設定温度Ｔｃ’以上か否かを判断し（Ｓ１２）、設定温度Ｔｃ’より低い場合には電圧印加手段４２をそのまま駆動させ、設定温度Ｔｃ’以上である場合には電圧印加手段４２の駆動をＯＦＦとする（Ｓ１３）。電圧印加手段４２の駆動をＯＦＦとした場合には、制御手段４５によって、温度検知手段４４により検知された形状記憶合金４１の温度が設定温度Ｔｃ’より低いか否かを判断し（Ｓ１４）、設定温度Ｔｃ’以上である場合には電圧印加手段４２をそのままＯＦＦとし、設定温度Ｔｃ’よりも低い場合には電圧印加手段４２の駆動をＯＮとする（Ｓ１５）。このように、ステップＳ１では、形状記憶合金４１の温度が設定温度Ｔｃ’付近に維持されるように、制御手段４５によって電圧印加手段４２の駆動を制御（フィードバック制御）する。このような方法によれば、簡単な電圧印加手段４２の制御で、形状記憶合金４１の温度を制御することができる。
なお、上記では、電圧印加手段４２のＯＮ／ＯＦＦによって形状記憶合金４１の温度制御を行っているが、これに限定されず、例えば、電圧印加手段４２から形状記憶合金４１へ印加する電圧の強さを変更することにより、形状記憶合金４１の温度制御を行ってもよい。
【００５６】
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（Ｓ２）。そして、イオンビームＩＢが安定するまで、シャッター装置１を閉状態としたまま放置する。
次に、シャッター装置１を開状態（露出状態）とする（第１の切り替え工程。Ｓ３）。このステップＳ３を詳細に説明すると、図８に示すように、まず、電圧印加手段４２の駆動をＯＦＦとするとともに、冷却手段４３の駆動をＯＮにする（Ｓ３１）。次に、制御手段４５によって、温度検知手段４４により検知される形状記憶合金４１の温度が設定温度Ｔｏ’以下であるか否かを判断し（Ｓ３２）、設定温度Ｔｏ’より高い場合には冷却手段４３をそのまま駆動させ、設定温度Ｔｏ’以下である場合には冷却手段４３の駆動をＯＦＦとする（Ｓ３３）。冷却手段４３の駆動をＯＦＦとした場合には、制御手段４５によって、温度検知手段４４により検知される形状記憶合金４１の温度が設定温度Ｔｏ’よりも高いか否かを判断し（Ｓ３４）、設定温度Ｔｏ’以下の場合には冷却手段４３をそのままＯＦＦとし、設定温度Ｔｏ’より高い場合には冷却手段４３の駆動をＯＮとする（Ｓ３５）。このように、ステップＳ３では、形状記憶合金４１の温度が設定温度Ｔｃ’付近に維持されるように、制御手段４５によって、冷却手段４３の駆動を制御（フィードバック制御）する。このような方法によれば、簡単な冷却手段４３の制御で、形状記憶合金４１の温度を制御することができる。
【００５７】
なお、上記では、冷却手段４３のＯＮ／ＯＦＦ（バルブ４３４の開閉）によって形状記憶合金４１の温度制御を行っているが、これに限定されず、例えば、マスフローコントローラー４３３によって噴出孔２２から噴出される冷却ガスＧの単位時間当たりの噴出量を変更することにより、形状記憶合金４１の温度制御を行ってもよい。
このようにして、シャッター装置１を開状態とすると、シャッター装置１の貫通孔２１を通過してイオンビームＩＢが振動子９に照射され、振動子９の一部、より具体的には電極の一部が除去され、これに伴う振動子９の質量の減少によって、振動子９の共振周波数が徐々に上昇する。
【００５８】
次に、制御手段４５によって、振動子９の共振周波数が所定の周波数となったか否かを判断する（Ｓ４）。なお、振動子９は、所定の周波数よりも高い周波数を持つようにあらかじめ設計されている。振動子９の共振周波数が所定の周波数よりも高い場合には、そのままシャッター装置１を開状態とし、所定の周波数と等しい場合には、シャッター装置１を閉状態とする（第２の切り替え工程。Ｓ５）。なお、シャッター装置１を閉状態とする方法は、前述したステップＳ１と同様である。
以上のステップＳ１〜Ｓ５によって、振動子９の共振周波数の調整が終了する。
振動子９の共振周波数の調整が終わった後は、例えば、チャンバー１１０内を大気圧に戻し、周波数調整済みの振動子９を取り除き、新たな振動子９をチャンバー１１０内に配置すればよい。なお、新たな振動子９の周波数調整を行う場合は、チャンバー１１０を真空引きした後は、前述したステップＳ３から始めればよい。
【００５９】
＜第２実施形態＞
次に、本発明のシャッターの第２実施形態について説明する。
図９は、本発明の第２実施形態にかかるシャッターの断面図である。
以下、第２実施形態のシャッターについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００６０】
本発明の第２実施形態にかかるシャッターは、冷却手段の構成が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、前述した第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
図９に示すように、本実施形態の冷却手段４３Ａは、形状記憶合金４１を内側に含むように設けられた容器４３６Ａと、容器４３６Ａに接続された循環路４３７Ａと、循環路４３７Ａの途中に設けられた熱交換部（冷却部）４３８Ａおよびポンプ４３９Ａとを有している。また、容器４３６Ａおよび冷却路４３７Ａ内には、絶縁性の冷却媒体が充填れており、ポンプ４３９Ａの駆動によって冷却媒体が循環している。また、形状記憶合金４１の冷却の用に供され温度の上がった冷却媒体は、熱交換部４３８Ａによって冷却され、再び形状記憶合金４１の冷却に用いられる。
このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００６１】
以上、本発明のシャッターおよび周波数調整方法について、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、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
また、前述した実施形態では、イオンビームによって振動子の質量を減少させることにより振動子の共振周波数を変更する方法について説明したが、これに限定されず、例えば蒸着によって金属粒子を振動子に付着させ、振動子の質量を増加させることにより、振動子の共振周波数を変更してもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１…シャッター装置 １’…シャッター装置群 ２…ベース ２１…貫通孔 ２２…噴出孔 ３…シャッター部 ３１…窓部 ４…駆動手段 ４１…形状記憶合金 ４２…電圧印加手段 ４２１…電源 ４２２…配線 ４３…冷却手段 ４３１…ガスボンベ ４３２…冷却ガス供給流路 ４３３…マスフローコントローラー ４３４…バルブ ４３Ａ…冷却手段 ４３６Ａ…容器 ４３７Ａ…循環路 ４３８Ａ…熱交換部 ４３９Ａ…ポンプ ４４…温度検知手段 ４４１…放射温度計 ４４２…抵抗計 ４５…制御手段 ４６…付勢手段 ９…振動子 １００…周波数調整装置 １１０…チャンバー １２０…イオンガン １３０…遮蔽板 Ｇ…冷却ガス ＩＢ…イオンビーム Ｓ１〜Ｓ５…ステップ
Ｔｏ’…設定温度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔を有するベースと、前記ベースに対して変位可能なシャッター部と、前記シャッター部を駆動する駆動手段とを有し、前記駆動手段によって前記シャッター部を前記ベースに対して変位させることにより、前記貫通孔が開かれた開状態と前記シャッター部によって閉じられた閉状態とを切り替えることのできるシャッター装置であって、
前記駆動手段は、前記ベースと前記シャッター部とを連結し、電圧が印加されることにより収縮する形状記憶合金と、
前記形状記憶合金に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記形状記憶合金を冷却する冷却手段と、
前記形状記憶合金の温度を検知する温度検知手段と、
前記電圧印加手段および前記冷却手段の駆動を制御する制御手段と、を有することを特徴とするシャッター装置。
【請求項２】
貫通孔を有するベースと、前記ベースに対して変位可能なシャッター部と、
前記シャッター部を駆動する駆動手段を有し、
前記駆動手段は、前記ベースと前記シャッター部とを連結し、電圧が印加されることにより収縮する形状記憶合金と、
前記形状記憶合金に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記形状記憶合金を冷却する冷却手段と、
前記形状記憶合金の温度を検知する温度検知手段と、
前記電圧印加手段および前記冷却手段の駆動を制御する制御手段と、
前記ベースに対して前記シャッター部を前記形状記憶合金の収縮方向と反対方向に付勢する付勢手段とを備え、
前記駆動手段によって前記シャッター部を前記ベースに対して変位させることにより、前記貫通孔が開かれた開状態と前記シャッター部によって閉じられた閉状態とを切り替えることのできるシャッター装置の制御方法であって、
前記電圧印加手段による前記形状記憶合金への電圧印加によって前記形状記憶合金を収縮させ、前記付勢手段の付勢力に逆らって前記シャッター部を変位させることにより前記開状態から前記閉状態へ変位させることを特徴とするシャッター装置の制御方法。
【請求項３】
前記制御手段は、前記開状態において、前記形状記憶合金の温度が所定温度となるように、前記温度検知手段の検知結果が前記所定温度よりも低い場合は、前記電圧印加手段の駆動を行い、前記所定温度より高い場合は、前記電圧印加手段の駆動を停止する請求項２に記載のシャッター装置の制御方法。
【請求項４】
前記制御手段は、前記閉状態における前記形状記憶合金の温度が所定温度となるように、前記温度検知手段の検知結果に基づいて前記電圧印加手段および前記冷却手段の少なくとも一方の駆動を制御する請求項２または３に記載のシャッター装置の制御方法。
【請求項５】
前記制御手段は、前記閉状態において、前記形状記憶合金の温度が所定温度となるように、前記温度検知手段の検知結果が前記所定温度よりも高い場合は、前記冷却手段の駆動を行い、前記所定温度より低い場合は、前記冷却手段の駆動を停止する請求項４に記載のシャッター装置の制御方法。
【請求項６】
振動子の共振周波数を調整する周波数調整方法であって、
貫通孔を有するベースと、
前記ベースに対して変位可能なシャッター部と、
前記シャッター部を駆動する駆動手段を有し、
前記駆動手段は、前記ベースと前記シャッター部とを連結し、電圧が印加されることにより収縮する形状記憶合金と、
前記形状記憶合金に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記形状記憶合金を冷却する冷却手段と、
前記形状記憶合金の温度を検知する温度検知手段と、
前記電圧印加手段および前記冷却手段の駆動を制御する制御手段と、
前記ベースに対して前記シャッター部を前記形状記憶合金の収縮方向と反対方向に付勢する付勢手段と、を備えたシャッター装置を用意し、
前記振動子と該振動子の質量を変化させる質量変化手段との間に、前記ベースと前記シャッター部を配置する工程と、
前記貫通孔を閉状態から開状態へ切り替える第１の切り替え工程と、
前記開状態において前記質量変化手段を駆動させつつ、前記振動子の質量を変化させて前記振動子の共振周波数を変化させる工程と、
前記開状態から前記閉状態へ切り替える第２の切り替え工程と、
前記閉状態において前記振動子の共振周波数の変化を阻止する工程を有し、
前記第１の切り替え工程および前記第２の切り替え工程のうち一方は、前記電圧印加手段による前記形状記憶合金への電圧印加によって前記形状記憶合金を収縮させ、前記付勢手段の付勢力に逆らって前記シャッター部を第１方向に変位させることにより行われ、他方は、前記冷却手段による前記形状記憶合金の冷却によって前記形状記憶合金を伸長させ、前記付勢手段の付勢力によって前記シャッター部を前記第１方向と反対の第２方向へ変位させることにより行なわれ、
前記制御手段は、前記開状態における前記形状記憶合金の温度が所定温度となるように、前記温度検知手段の検知結果に基づいて前記電圧印加手段および前記冷却手段の少なくとも一方の駆動を制御するよう構成されていることを特徴とする振動子の周波数調整方法。
【請求項７】
前記質量変化手段は、不活性ガスを電界で加速させることによりイオンビームを発射するイオンビーム発射部を有し、
前記冷却手段は、前記イオンビームと同種の不活性ガスからなる冷却ガスによって前記形状記憶合金を冷却する請求項６に記載の振動子の周波数調整方法。
【請求項１】
貫通孔を有するベースと、前記ベースに対して変位可能なシャッター部と、前記シャッター部を駆動する駆動手段とを有し、前記駆動手段によって前記シャッター部を前記ベースに対して変位させることにより、前記貫通孔が開かれた開状態と前記シャッター部によって閉じられた閉状態とを切り替えることのできるシャッター装置であって、
前記駆動手段は、前記ベースと前記シャッター部とを連結し、電圧が印加されることにより収縮する形状記憶合金と、
前記形状記憶合金に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記形状記憶合金を冷却する冷却手段と、
前記形状記憶合金の温度を検知する温度検知手段と、
前記電圧印加手段および前記冷却手段の駆動を制御する制御手段と、を有することを特徴とするシャッター装置。
【請求項２】
貫通孔を有するベースと、前記ベースに対して変位可能なシャッター部と、
前記シャッター部を駆動する駆動手段を有し、
前記駆動手段は、前記ベースと前記シャッター部とを連結し、電圧が印加されることにより収縮する形状記憶合金と、
前記形状記憶合金に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記形状記憶合金を冷却する冷却手段と、
前記形状記憶合金の温度を検知する温度検知手段と、
前記電圧印加手段および前記冷却手段の駆動を制御する制御手段と、
前記ベースに対して前記シャッター部を前記形状記憶合金の収縮方向と反対方向に付勢する付勢手段とを備え、
前記駆動手段によって前記シャッター部を前記ベースに対して変位させることにより、前記貫通孔が開かれた開状態と前記シャッター部によって閉じられた閉状態とを切り替えることのできるシャッター装置の制御方法であって、
前記電圧印加手段による前記形状記憶合金への電圧印加によって前記形状記憶合金を収縮させ、前記付勢手段の付勢力に逆らって前記シャッター部を変位させることにより前記開状態から前記閉状態へ変位させることを特徴とするシャッター装置の制御方法。
【請求項３】
前記制御手段は、前記開状態において、前記形状記憶合金の温度が所定温度となるように、前記温度検知手段の検知結果が前記所定温度よりも低い場合は、前記電圧印加手段の駆動を行い、前記所定温度より高い場合は、前記電圧印加手段の駆動を停止する請求項２に記載のシャッター装置の制御方法。
【請求項４】
前記制御手段は、前記閉状態における前記形状記憶合金の温度が所定温度となるように、前記温度検知手段の検知結果に基づいて前記電圧印加手段および前記冷却手段の少なくとも一方の駆動を制御する請求項２または３に記載のシャッター装置の制御方法。
【請求項５】
前記制御手段は、前記閉状態において、前記形状記憶合金の温度が所定温度となるように、前記温度検知手段の検知結果が前記所定温度よりも高い場合は、前記冷却手段の駆動を行い、前記所定温度より低い場合は、前記冷却手段の駆動を停止する請求項４に記載のシャッター装置の制御方法。
【請求項６】
振動子の共振周波数を調整する周波数調整方法であって、
貫通孔を有するベースと、
前記ベースに対して変位可能なシャッター部と、
前記シャッター部を駆動する駆動手段を有し、
前記駆動手段は、前記ベースと前記シャッター部とを連結し、電圧が印加されることにより収縮する形状記憶合金と、
前記形状記憶合金に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記形状記憶合金を冷却する冷却手段と、
前記形状記憶合金の温度を検知する温度検知手段と、
前記電圧印加手段および前記冷却手段の駆動を制御する制御手段と、
前記ベースに対して前記シャッター部を前記形状記憶合金の収縮方向と反対方向に付勢する付勢手段と、を備えたシャッター装置を用意し、
前記振動子と該振動子の質量を変化させる質量変化手段との間に、前記ベースと前記シャッター部を配置する工程と、
前記貫通孔を閉状態から開状態へ切り替える第１の切り替え工程と、
前記開状態において前記質量変化手段を駆動させつつ、前記振動子の質量を変化させて前記振動子の共振周波数を変化させる工程と、
前記開状態から前記閉状態へ切り替える第２の切り替え工程と、
前記閉状態において前記振動子の共振周波数の変化を阻止する工程を有し、
前記第１の切り替え工程および前記第２の切り替え工程のうち一方は、前記電圧印加手段による前記形状記憶合金への電圧印加によって前記形状記憶合金を収縮させ、前記付勢手段の付勢力に逆らって前記シャッター部を第１方向に変位させることにより行われ、他方は、前記冷却手段による前記形状記憶合金の冷却によって前記形状記憶合金を伸長させ、前記付勢手段の付勢力によって前記シャッター部を前記第１方向と反対の第２方向へ変位させることにより行なわれ、
前記制御手段は、前記開状態における前記形状記憶合金の温度が所定温度となるように、前記温度検知手段の検知結果に基づいて前記電圧印加手段および前記冷却手段の少なくとも一方の駆動を制御するよう構成されていることを特徴とする振動子の周波数調整方法。
【請求項７】
前記質量変化手段は、不活性ガスを電界で加速させることによりイオンビームを発射するイオンビーム発射部を有し、
前記冷却手段は、前記イオンビームと同種の不活性ガスからなる冷却ガスによって前記形状記憶合金を冷却する請求項６に記載の振動子の周波数調整方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−５８５１９（Ｐ２０１３−５８５１９Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９４５９９（Ｐ２０１１−１９４５９９）
【出願日】平成２３年９月７日（２０１１．９．７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月７日（２０１１．９．７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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