JP2005036838A - Compound actuator - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の技術分野】
この発明は、超精密加工装置、例えば半導体製造装置などの除振に用いられる複合アクチュエータに関する。
【0002】
【従来の技術】
この種のアクチュエータとして、空気バネとリニアモータ(ボイスコイルモータ)を組合せた構造がよく知られ、多くの提案がなされている。例えば特許文献1には、空気バネとリニアモータを直列的に接続した除振装置が開示されている。この除振装置では、空気バネとリニアモータの駆動方向が直交しているため、制御が難しくまたリニアモータのコイル支持枠が片持ちになっているため、回転力が発生する問題がある。
【0003】
また、特許文献2には、空気バネとボイスコイルモータの一方の内部に他方を備え付ける防振装置が開示されている。しかしながら、この防振装置では、ボイスコイルモータの発熱によって、空気バネの内部または外部から加熱され易い構造になっているため、空気バネの圧力が大きく変動する問題がある。
【0004】
特許文献3には、ケーシング中で弾性部材によって作用部材を支持する気体アクチュエータを構成し、前記ケーシングに固定されたコイル部の上下に対向配置された永久磁石を有するフレームを前記作用部材に固定したリニアアクチュエータから成るハイブリッドアクチュエータが開示されている。このハイブリッドアクチュエータでは、気体アクチュエータはZ軸方向、リニアアクチュエータはX軸方向の推力を有するため、制御が複雑になるほか、構造も複雑になる問題がある。
【0005】
【特許文献1】
特開平8−285176号公報(段落0013、0019、図8、図9)
【特許文献2】
特開平5−340444号公報(段落0026、0027、0028、0029、0031、0032、図1、図2)
【特許文献3】
特開2002−122180号公報(段落0006、0007、0008、図1)
【0006】
【発明の課題】
そこで、この発明の課題は、簡単な構造で制御し易く、回転力が発生しない複合アクチュエータを提供することである。
【0007】
【課題の解決手段】
上記の課題を解決するために、この発明においては、カップ状外側ヨークの内面に内側ヨークを設け、この内側ヨークの適宜個所に永久磁石を固定し、外側ヨークのスカート部と内側ヨークとの間に前記永久磁石に対向するコイルを配置したボイスコイルモータと、トレー状基板の内周部と前記内側ヨークとの間にダイヤフラムを気密に取り付け、前記内側ヨークの内面とダイヤフラム及び基板によって区画された圧力室を形成した気体アクチュエータとによって複合アクチュエータを構成し、前記基板とコイルのボビンを一体としたのである。
【0008】
前記ダイヤフラムを外側ヨークのスカート部とコイルを取り付けたボビンとの間に気密に設けてもよい。この場合には、外側ヨーク内面と内側ヨーク及び基板とによって、気体アクチュエータの圧力室が形成される。
【0009】
また、前記コイルに近接して前記基板を回周する冷却液の通路を設けておくことができる。
【0010】
【実施の形態】
以下、この発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図1に示すように、複合アクチュエータは、ボイスコイルモータ10と気体アクチュエータ20より成る。前記ボイスコイルモータ10は、トレー状またはカップ状の外側ヨーク12と、外側ヨーク12の内面に固定された円柱状内側ヨーク13と、内側ヨーク13の外周に固定されたリング状永久磁石11と、前記外側ヨーク12のスカート部12aと永久磁石11の外周に対向しかつ所定の間隔をあけて設けられたコイル14より成る。
【0011】
前記気体アクチュエータ20は、トレー状またはカップ状の基板21と、基板21の側壁22から内側に突出するフランジ部23と前記内側ヨーク13の間に設けられたダイヤフラム24より成り、前記基板21の内面、ダイヤフラム24、内側ヨーク13の下面で囲まれた内部空間が気密な圧力室25を形成している。そして、前記コイル14を保持するボビン15は基板21のフランジ部23と一体化されている。
【0012】
図1及び図2に示すように、前記ダイヤフラム24の外側フランジ24aに設けられた突条24bは、基板21のフランジ部23内面と支持リング26aによって挟持され、内側フランジ24cは、内側ヨーク13の下面と支持リング26bによって挟持され、断面略半円形状可動膜部24dにより基板21に対してヨーク12、13及び磁石11が一体にZ軸方向に移動可能に支持されている。なおダイヤフラム24は、図示のようなリング状であってもよいが、中央に空間のない一枚物でもよい。
【0013】
前記基板21のフランジ部23には、冷却液の回周通路27がコイル14に近接して設けられている。この通路27には、冷却液の供給孔27aが設けられている。また、前記圧力室25には、圧力気体例えば圧縮空気の供給孔25aが連通している。
【0014】
図3にこの発明の他の実施形態を示す。図示のように、気体アクチュエータ20の基板21と一体に設けられたボビン15を延長してその先端にダイヤフラム24の内側フランジ24cが支持リング26bによって挟持され、外側フランジ24aは外側ヨーク12のスカート部12aの中途部分に挟持されている。そして、圧力室25は、基板21及びボビン15の内面と、内側ヨーク13の下面と外周面及び磁石11の外周面と、外側ヨーク12の下面及びスカート部12aの内面上部とによって区画される空間に形成される。
【0015】
図4は、複合アクチュエータのさらに他の実施形態を示す。図示のように、円板状永久磁石11がカップ状外側ヨーク12の内面に固定され、永久磁石11の下面に内側ヨーク13が固定されている。この実施形態は、図1の永久磁石11に代えて、円板状永久磁石11を外側ヨーク12と内側ヨーク13の間に配置したものである。同様に、図3の実施形態に代えて、外側ヨーク12と内側ヨーク13の間に円板状永久磁石11を配置してもよく、或は内側ヨーク13の下面に円板状永久磁石11を固着してもよい。
【0016】
なお、図示しないが、外側ヨーク12または内側ヨーク13の変位及び加速度を検出するセンサを適宜個所に取り付けることができる。そしてセンサの信号を適当な制御装置に入力し、この発明の複合アクチュエータを制御する。いま、圧力室25に供給孔25aから圧縮気体を送り込み気体圧を適宜調節すると、内側ヨーク13に対してZ軸方向の推力が働く。一方コイル14に電流を流すことによっても、フレミングの法則により、内側ヨーク13に対してZ軸方向の推力が働く。これらの推力を前記センサの信号に対応して制御することにより、半導体製造装置などの振動発生源の除振を行なうことができる。
【0017】
【発明の効果】
この発明によれば、以上のように、縦型のボイスコイルモータの内側または外側ヨークにダイヤフラムを介して気体アクチュエータを直列に配置したので、コンパクトで小型の複合アクチュエータが得られ、外側ヨークにも余分なフランジなどを必要としないので剛性が高く、またボイスコイルモータと気体アクチュエータの推力軸が一致するため制御が容易である。
【0018】
さらに、ボイスコイルモータのコイル部が気体アクチュエータの外部に配置されているため、ボイスコイルモータが気体圧力の影響を受けず、かつコイル部の発熱による気体の加熱膨脹によって気体アクチュエータの圧力変動が生じることが少なく、安定した性能の複合アクチュエータが得られる。また、コイル部の冷却機構を設けることによって、さらに性能を安定させることができる。
【0019】
そのほか、内側ヨークまたは外側ヨークとこれらに対向する気体アクチュエータの基板とに挟まれた構造のダイヤフラムを用いているので、ベローズなどに比較すると、上下変位に対する有効受圧面積が等しく圧力に比例した推力を出すことができるため制御し易く、圧力による水平位置変動が少なく、水平方向の変位後の戻りも早く、水平位置安定性、位置再現性が良好である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の複合アクチュエータの一例を示す縦断面図
【図2】気体アクチュエータに用いるダイヤフラムの平面図
【図3】複合アクチュエータの他の例を示す縦断面図
【図4】複合アクチュエータのさらに他の例を示す縦断面図
【符号の説明】
10 ボイスコイルモータ
11 永久磁石
12 外側ヨーク
12a スカート部
13 内側ヨーク
14 コイル
15 ボビン
20 気体アクチュエータ
21 基板
22 側壁
23 フランジ部
24 ダイヤフラム
24a 外側フランジ
24b 突条
24c 内側フランジ
24d 可動膜
25 圧力室
25a 気体供給孔
26a、26b 支持リング
27 冷却液回周通路
27a 冷却液供給孔[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a composite actuator used for vibration isolation of an ultraprecision processing apparatus, for example, a semiconductor manufacturing apparatus.
[0002]
[Prior art]
As this type of actuator, a structure combining an air spring and a linear motor (voice coil motor) is well known, and many proposals have been made. For example, Patent Document 1 discloses a vibration isolation device in which an air spring and a linear motor are connected in series. In this vibration isolator, since the driving direction of the air spring and the linear motor are orthogonal to each other, it is difficult to control, and the linear motor coil support frame is cantilevered.
[0003]
Further, Patent Document 2 discloses a vibration isolator in which one of an air spring and a voice coil motor is provided with the other. However, since this vibration isolator has a structure that is easily heated from inside or outside of the air spring due to heat generated by the voice coil motor, there is a problem that the pressure of the air spring largely fluctuates.
[0004]
In Patent Document 3, a gas actuator that supports an action member by an elastic member in a casing is configured, and a frame having permanent magnets arranged opposite to each other above and below a coil portion fixed to the casing is fixed to the action member. A hybrid actuator comprising a linear actuator is disclosed. In this hybrid actuator, since the gas actuator has thrust in the Z-axis direction and the linear actuator has thrust in the X-axis direction, there is a problem that the control becomes complicated and the structure becomes complicated.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-8-285176 (paragraphs 0013, 0019, FIG. 8, FIG. 9)
[Patent Document 2]
JP-A-5-340444 (paragraphs 0026, 0027, 0028, 0029, 0031, 0032, FIGS. 1 and 2)
[Patent Document 3]
Japanese Patent Laying-Open No. 2002-122180 (paragraphs 0006, 0007, 0008, FIG. 1)
[0006]
[Problems of the Invention]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a composite actuator that is easy to control with a simple structure and does not generate a rotational force.
[0007]
[Means for solving problems]
In order to solve the above-described problems, in the present invention, an inner yoke is provided on the inner surface of the cup-shaped outer yoke, a permanent magnet is fixed to an appropriate portion of the inner yoke, and the space between the skirt portion of the outer yoke and the inner yoke is fixed. And a voice coil motor having a coil opposed to the permanent magnet disposed thereon, and a diaphragm is hermetically attached between the inner peripheral portion of the tray-like substrate and the inner yoke, and is defined by the inner surface of the inner yoke and the diaphragm and the substrate. A composite actuator is constituted by a gas actuator having a pressure chamber, and the substrate and the bobbin of the coil are integrated.
[0008]
The diaphragm may be airtightly provided between the skirt portion of the outer yoke and the bobbin to which the coil is attached. In this case, the pressure chamber of the gas actuator is formed by the inner surface of the outer yoke, the inner yoke and the substrate.
[0009]
In addition, a coolant passage that circulates around the substrate may be provided in the vicinity of the coil.
[0010]
Embodiment
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. As shown in FIG. 1, the composite actuator includes a
[0011]
The
[0012]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
[0013]
A cooling
[0014]
FIG. 3 shows another embodiment of the present invention. As shown in the figure, the
[0015]
FIG. 4 shows still another embodiment of the composite actuator. As illustrated, a disk-shaped
[0016]
Although not shown, a sensor for detecting the displacement and acceleration of the
[0017]
【The invention's effect】
According to the present invention, as described above, since the gas actuator is arranged in series via the diaphragm on the inner or outer yoke of the vertical voice coil motor, a compact and small composite actuator can be obtained. Since no extra flange or the like is required, the rigidity is high, and control is easy because the thrust axis of the voice coil motor and the gas actuator coincide.
[0018]
Further, since the coil portion of the voice coil motor is arranged outside the gas actuator, the voice coil motor is not affected by the gas pressure, and the pressure fluctuation of the gas actuator is caused by the heating and expansion of the gas due to the heat generation of the coil portion. Therefore, a composite actuator with stable performance can be obtained. In addition, the performance can be further stabilized by providing a cooling mechanism for the coil section.
[0019]
In addition, since a diaphragm having a structure sandwiched between the inner yoke or the outer yoke and the substrate of the gas actuator facing them is used, the effective pressure-receiving area for vertical displacement is equal to the pressure in comparison with the bellows, etc. Therefore, the horizontal position fluctuation due to the pressure is small, the return after the displacement in the horizontal direction is quick, and the horizontal position stability and the position reproducibility are good.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example of a composite actuator of the present invention. FIG. 2 is a plan view of a diaphragm used in a gas actuator. FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing another example of the composite actuator. Vertical sectional view showing still another example [Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003197917A JP2005036838A (en) | 2003-07-16 | 2003-07-16 | Compound actuator |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2003197917A JP2005036838A (en) | 2003-07-16 | 2003-07-16 | Compound actuator |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005036838A true JP2005036838A (en) | 2005-02-10 |
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2003197917A Pending JP2005036838A (en) | 2003-07-16 | 2003-07-16 | Compound actuator |
Country Status (1)
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---|---|---|---|---|
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-
2003
- 2003-07-16 JP JP2003197917A patent/JP2005036838A/en active Pending
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