JP2009031075A - Gravity compensation mechanism and vertical-direction positioning equipment using the same - Google Patents

Gravity compensation mechanism and vertical-direction positioning equipment using the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gravity compensation mechanism which is capable of responding to vertical-direction super-precision positioning equipment that demand precision of nanometer order. <P>SOLUTION: The gravity compensation mechanism is equipped with a vacuum cylinder actuator 10 and a vacuum pump 14. The vacuum cylinder actuator consists of a vacuum cylinder 10A that is made to communicate with the vacuum pump 14, a noncontact seal ring 10B provided on the side of one end face of the vacuum cylinder and a piston 10C inserted through the noncontact seal ring, and a load given downward vertically to the piston is compensated by the operation of the vacuum pump. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は重力補償機構及びその重力補償機構を用いる鉛直方向位置決め装置に関する。   The present invention relates to a gravity compensation mechanism and a vertical direction positioning device using the gravity compensation mechanism.

近年、精密工作機械、半導体製造設備及び各種測定器等では、鉛直方向の位置決めにナノメートルのオーダの超精密度が要求され、これに伴ない超精密の鉛直方向位置決め装置の開発が望まれている。   In recent years, precision machine tools, semiconductor manufacturing equipment, various measuring instruments, and the like have been required to have ultra-precision on the order of nanometers for vertical positioning, and accordingly, development of ultra-precision vertical positioning devices is desired. Yes.

従来、鉛直方向位置決め装置には制御対象物の位置決めを容易に行い得るように重力補償機構が用いられる。このような重力補償機構の代表的な従来例としては、カウンタウエイト方式、定張力ばね方式、電磁アクチュエータ方式、空気圧シリンダ方式等が挙げられる。しかしながら、これら従来の重力補償機構については、ナノメートルのオーダの超精密度が要求される超精密の鉛直方向位置決め装置には以下に述べる理由のために利用することはできない。   Conventionally, a gravity compensation mechanism is used in a vertical positioning device so that a controlled object can be positioned easily. Typical examples of such a gravity compensation mechanism include a counterweight method, a constant tension spring method, an electromagnetic actuator method, and a pneumatic cylinder method. However, these conventional gravity compensation mechanisms cannot be used for ultra-precision vertical positioning devices that require ultra-precision on the order of nanometers for the reasons described below.

先ず、カウンタウエイト方式の重力補償機構では、制御対象物と実質的に同じ荷重を持つカウンタウエイトが互いにベルト或いはワイヤで互いに連結され、このベルト或いはワイヤはプーリに掛けられ、制御対象物とカウンタウエイトとは互いにバランスさせられる。しかしながら、このようなカウンタウエイト方式の重力補償機構にあっては、プーリの回転軸に摩擦が発生し、このような摩擦の発生の伴なう重力補償機構をナノメートルのオーダの鉛直方向位置決めに利用することはできない。また、カウンタウエイト方式では、可動部の質量が倍増するだけでなくカウンタウエイトの可動スペースを用意しなければならず、重力補償機構が大型化するという問題もある。   First, in the counterweight type gravity compensation mechanism, counterweights having substantially the same load as the control object are connected to each other by a belt or a wire, and the belt or wire is hung on a pulley, and the control object and the counterweight are connected to each other. Are balanced with each other. However, in such a counterweight type gravity compensation mechanism, friction is generated on the rotating shaft of the pulley, and the gravity compensation mechanism accompanying the generation of such friction is used for vertical positioning on the order of nanometers. It cannot be used. In the counterweight system, not only the mass of the movable part is doubled but also a movable space for the counterweight has to be prepared, and there is a problem that the gravity compensation mechanism is enlarged.

定張力ばね方式の重力補償機構は、制御対象物を定張力ばねで吊下する構成となる。しかしながら、このような構成では、制御対象物が振動を受け易く、また定張力ばねが経時的に疲労するために、定張力ばね方式の重力補償機構もナノメートルのオーダの鉛直方向位置決めに利用することはできない。   The constant tension spring type gravity compensation mechanism has a configuration in which a controlled object is suspended by a constant tension spring. However, in such a configuration, the controlled object is easily subjected to vibration, and the constant tension spring is fatigued over time. Therefore, the gravity compensation mechanism using the constant tension spring is also used for vertical positioning in the order of nanometers. It is not possible.

電磁アクチュエータ方式の重力補償機構は、制御対象物を電磁アクチュエータの作動ロッドで押し上げる構成となる。しかしながら、電磁アクチュエータの作動にはシステムの熱変形の原因となる大量の発熱が伴なうので、電磁アクチュエータ方式の重力補償機構もナノメートルのオーダの鉛直方向位置決めに利用することはできない。   The gravitational compensation mechanism of the electromagnetic actuator type is configured to push up the control object with the operating rod of the electromagnetic actuator. However, the operation of the electromagnetic actuator is accompanied by a large amount of heat that causes thermal deformation of the system. Therefore, the electromagnetic actuator type gravity compensation mechanism cannot be used for positioning in the vertical direction on the order of nanometers.

空気圧シリンダ方式の重力補償機構は空気圧シリンダのピストンで制御対象物を押し上げる構成となる。しかしながら、後述するように制御対象物が変位させられたとき、空気圧シリンダの出力変動が大きく、空気圧シリンダ方式の重力補償機構もナノメートルのオーダの鉛直方向位置決めに利用することはできない。   The pneumatic cylinder type gravity compensation mechanism is configured to push up an object to be controlled by a piston of the pneumatic cylinder. However, when the object to be controlled is displaced as will be described later, the output fluctuation of the pneumatic cylinder is large, and the gravity compensation mechanism of the pneumatic cylinder system cannot be used for vertical positioning of the order of nanometers.

従って、本発明は、ナノメートルのオーダの精密度が要求される超精密の鉛直方向位置決め装置に対応し得る重力補償機構を提供すると共にそのような重力補償機構を用いる鉛直方向位置決め装置を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention provides a gravity compensation mechanism that can correspond to an ultra-precision vertical positioning device that requires precision on the order of nanometers, and also provides a vertical positioning device that uses such a gravity compensation mechanism. For the purpose.

本発明の第1の局面による重力補償機構は真空シリンダ作動器及び真空ポンプとを具備する。真空シリンダ作動器は、真空ポンプと連通させられた真空シリンダと、この真空シリンダの一端面側に設けられた非接触シールリングと、この非接触シールリングに挿通させられたピストンとから成り、ピストンに鉛直方向下向きに及ぼされる荷重が真空ポンプの作動により補償させられる。即ち、真空ポンプの作動によって真空シリンダ内には低圧状態となり、これによりピストンがそこに及ぼされる鉛直方向下向きの荷重を補償すべく真空シリンダ内に引き込まれることになる。   The gravity compensation mechanism according to the first aspect of the present invention includes a vacuum cylinder actuator and a vacuum pump. The vacuum cylinder actuator includes a vacuum cylinder communicated with a vacuum pump, a non-contact seal ring provided on one end face side of the vacuum cylinder, and a piston inserted through the non-contact seal ring. The load exerted downward in the vertical direction is compensated by the operation of the vacuum pump. That is, the operation of the vacuum pump places the vacuum cylinder in a low pressure state, which causes the piston to be drawn into the vacuum cylinder to compensate for the downward vertical load applied thereto.

このような重力補償機構において、非接触シールリングのシール隙間及びシール長については、ピストンに鉛直方向下向きに及ぼされる荷重に応じて設定される。この場合、好ましくは、真空ポンプの作動により真空シリンダ内のゲージ圧力が少なくとも-80kPaG以下となるように、非接触シールリングのシール隙間及びシール長の設定が行われる。   In such a gravity compensation mechanism, the seal clearance and the seal length of the non-contact seal ring are set according to the load exerted downward on the piston in the vertical direction. In this case, preferably, the seal gap and the seal length of the non-contact seal ring are set so that the gauge pressure in the vacuum cylinder is at least −80 kPaG or less by the operation of the vacuum pump.

本発明の第2の局面による鉛直方向位置決め装置は、以上で述べたような重力補償機構を用いるものであって、ピストンを鉛直方向に沿って移動させるための駆動モータと、ピストンの鉛直方向に沿う移動距離を測定する移動距離測定センサとを具備するものである。   The vertical positioning device according to the second aspect of the present invention uses the gravity compensation mechanism as described above, and includes a drive motor for moving the piston along the vertical direction, and a vertical direction of the piston. And a moving distance measuring sensor for measuring the moving distance along.

本発明の第2の局面による鉛直方向位置決め装置において、駆動モータはボイスコイルモータ及びリニアモータのうちのいずれかであってよい。また、移動距離測定センサについては、好ましくは、非接触式高分解センサとして構成される。   In the vertical positioning device according to the second aspect of the present invention, the drive motor may be one of a voice coil motor and a linear motor. Further, the moving distance measuring sensor is preferably configured as a non-contact type high resolution sensor.

また、本発明の第3の局面による鉛直方向位置決め装置は、一対の真空シリンダ作動器と、真空ポンプとを具備する。この場合、真空シリンダ作動器の各々は、真空ポンプと連通させられた真空シリンダと、この真空シリンダの一端面側に設けられた非接触シールリングと、この非接触シールリングに挿通させられたピストンとから成り、ピストンの双方に鉛直方向下向きに及ぼされる荷重が真空ポンプの作動により補償させられる。本発明の第3の局面による鉛直方向位置決め装置は、更に、一対の真空シリンダ作動器間の中央にピストンの双方を鉛直方向に沿って移動させるための駆動モータと、ピストンの鉛直方向に沿う移動距離を測定する移動距離測定センサとを具備する。一対のピストンには制御対象物が吊下され、移動距離測定センサにより駆動モータを制御することにより制御対象物の位置決めが行われる。   The vertical positioning apparatus according to the third aspect of the present invention includes a pair of vacuum cylinder actuators and a vacuum pump. In this case, each of the vacuum cylinder actuators includes a vacuum cylinder communicated with a vacuum pump, a non-contact seal ring provided on one end face side of the vacuum cylinder, and a piston inserted through the non-contact seal ring The load exerted downward on the piston in the vertical direction is compensated by the operation of the vacuum pump. The vertical positioning apparatus according to the third aspect of the present invention further includes a drive motor for moving both pistons along the vertical direction to the center between the pair of vacuum cylinder actuators, and movement along the vertical direction of the pistons. A moving distance measuring sensor for measuring the distance. A control object is suspended from the pair of pistons, and the control object is positioned by controlling the drive motor with a movement distance measurement sensor.

本発明の第3の局面による鉛直方向位置決め装置は、更に、制御対象物を支持するためにピストンの双方から吊下され、かつ前記駆動モータによって接続された支持体と、この支持体の鉛直方向の移動をガイドするための一対の無接触ガイド手段とを具備し得る。このような無接触ガイド手段が用いられると、摩擦熱の発生が極力抑えられ、これにより制御対象物の鉛直方向の位置決め精度に与える摩擦熱の影響が排除されることになる。   The vertical positioning apparatus according to the third aspect of the present invention further includes a support suspended from both of the pistons and supported by the drive motor to support the controlled object, and the vertical direction of the support. And a pair of non-contact guide means for guiding the movement of the two. When such a non-contact guide means is used, the generation of frictional heat is suppressed as much as possible, thereby eliminating the influence of frictional heat on the vertical positioning accuracy of the controlled object.

本発明の第3の局面による鉛直方向位置決め装置においては、好ましくは、一対の真空シリンダ作動器が駆動モータの駆動方向に対して対称に配置され、同様に一対の無接触ガイド手段も駆動モータの駆動方向に対して対称に配置される。このような対称構造により、例えば、温度変化に伴なう構成部品の寸法変化により制御対称物の鉛直方向の位置決め精度に与える影響を最小に抑えることが可能となる。   In the vertical positioning device according to the third aspect of the present invention, preferably, the pair of vacuum cylinder actuators are arranged symmetrically with respect to the drive direction of the drive motor, and similarly, the pair of non-contact guide means is also provided for the drive motor. They are arranged symmetrically with respect to the driving direction. With such a symmetric structure, for example, it is possible to minimize the influence on the positioning accuracy in the vertical direction of the control symmetric object due to the dimensional change of the component accompanying the temperature change.

本発明の第3の局面による鉛直方向位置決め装置においては、一対の無接触ガイド手段の各々については、ガイドレールと、このガイドレールに沿って移動させられかつ支持体に連結されたガイドブロックとから構成することができる。このような場合には、好ましくは、鉛直方向位置決め装置は、更に、移動距離測定センサ及び一対のガイドレールを支持する第1の支持構造体と、一対の真空シリンダ作動器及び駆動モータを支持し、かつ第1の支持構造体と独立した第2の支持構造体とを具備する。このような構成によれば、駆動モータの作動時に発生する振動が移動距離測定センサに及ぶことが阻止されるので、かかる振動の減衰を待つことなく移動距離測定センサによる測定を速やかに行うことができる。   In the vertical positioning device according to the third aspect of the present invention, each of the pair of non-contact guide means includes a guide rail and a guide block that is moved along the guide rail and connected to the support body. Can be configured. In such a case, preferably, the vertical positioning device further supports the first support structure that supports the movement distance measurement sensor and the pair of guide rails, the pair of vacuum cylinder actuators, and the drive motor. And a second support structure independent of the first support structure. According to such a configuration, the vibration generated when the drive motor is actuated is prevented from reaching the movement distance measurement sensor, so that the measurement by the movement distance measurement sensor can be performed quickly without waiting for the vibration to attenuate. it can.

次に、図1を参照して、本発明による重力補償機構の一実施形態について説明する。なお、図1は本発明による重力補償機構の原理構成を示す模式図である。   Next, an embodiment of a gravity compensation mechanism according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram showing the principle configuration of a gravity compensation mechanism according to the present invention.

本発明による重力補償機構は真空シリンダ方式を採用するものであって、真空シリンダ作動器10及びガイドコラム11を具備する。真空シリンダ作動器10は、ガイドコラム11の上端側に適宜固着された真空シリンダ10Aと、この真空シリンダ10Aの下面側に設けられた非接触シールリング10Bと、この非接触シールリング10Bを通して真空シリンダ10Aに挿通させられたピストン10Cとから成る。ピストン10Cの外端には制御対象物12が適宜固着され、この制御対象物12からはガイド片12Aが突出させられ、ガイド片12Aは、ガイドコラム11に形成されたに鉛直ガイド溝11Aに非接触状態で係合させられる。即ち、鉛直ガイド溝12の内側壁面にはコンプレッサに連通させられた多数の圧縮空気噴出孔(図示されない)が形成され、これにより鉛直ガイド溝11A内でのガイド片12Aの非接触状態が保証される。   The gravity compensation mechanism according to the present invention employs a vacuum cylinder system and includes a vacuum cylinder actuator 10 and a guide column 11. The vacuum cylinder actuator 10 includes a vacuum cylinder 10A that is appropriately fixed to the upper end side of the guide column 11, a non-contact seal ring 10B provided on the lower surface side of the vacuum cylinder 10A, and a vacuum cylinder through the non-contact seal ring 10B. And a piston 10C inserted through 10A. A control object 12 is appropriately fixed to the outer end of the piston 10C, and a guide piece 12A is projected from the control object 12, and the guide piece 12A is formed in the guide column 11 but is not in the vertical guide groove 11A. Engaged in contact. That is, a large number of compressed air ejection holes (not shown) communicated with the compressor are formed on the inner wall surface of the vertical guide groove 12, thereby guaranteeing the non-contact state of the guide piece 12 </ b> A in the vertical guide groove 11 </ b> A. The

真空シリンダ10Aは導管13を介して真空ポンプ14に連通させられ、導管13には圧力レギュレータ15が設けられ、これにより真空シリンダ10A内には制御対象物12の荷重を補償するようになった所定の真空状態即ち低圧状態が作り出される。即ち、ピストン10Cはその荷重と制御対象物12の荷重とを相殺する吸引力で真空シリンダ10Aにより引き込まれ、制御対象物12はフローティング状態で保持されることになる。   The vacuum cylinder 10A is communicated with the vacuum pump 14 via the conduit 13, and the conduit 13 is provided with a pressure regulator 15, whereby the load of the control object 12 is compensated in the vacuum cylinder 10A. A vacuum or low pressure state is created. That is, the piston 10 </ b> C is drawn by the vacuum cylinder 10 </ b> A with a suction force that cancels the load and the load of the control object 12, and the control object 12 is held in a floating state.

非接触シールリング10Bとピストン10Cとの間のシール隙間は数十μm程度とされ、制御対象物12をフローティング状態に維持するために真空ポンプ14は連続的に作動させられ、このとき真空シリンダ10Aはゲージ圧力-80ないし-100kPaGの低圧状態とされる。なお、単位kPaGはゲージ圧力を示す。   The seal gap between the non-contact seal ring 10B and the piston 10C is about several tens of μm, and the vacuum pump 14 is continuously operated to maintain the control target 12 in a floating state. At this time, the vacuum cylinder 10A Is in a low pressure state with a gauge pressure of -80 to -100 kPaG. The unit kPaG indicates the gauge pressure.

以上のような真空シリンダ方式の重力補償機構によれば、制御対象物12がその位置決めのために適当な駆動手段例えばボイスコイルモータ、リニアモータ等で変位させられたとしても、以下に詳細に述べるように、真空シリンダ作動器10の出力変動については実質的にゼロとすることが可能であり、これにより制御対象物12をナノメートルのオーダの超高精度で位置決めすることができる。   According to the vacuum cylinder type gravity compensation mechanism as described above, even if the controlled object 12 is displaced by an appropriate drive means such as a voice coil motor or a linear motor for positioning, the details will be described below. As described above, the output fluctuation of the vacuum cylinder actuator 10 can be made substantially zero, so that the controlled object 12 can be positioned with ultra-high accuracy on the order of nanometers.

先ず、本発明の一層の理解のために、本発明による重力補償機構の比較例として、図2を参照して、従来の空気圧シリンダ方式の重力補償機構について説明する。なお、図2は従来の空気圧シリンダ方式の重力補償機構を示す模式図である。   First, for a better understanding of the present invention, a conventional pneumatic cylinder type gravity compensation mechanism will be described as a comparative example of the gravity compensation mechanism according to the present invention with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic diagram showing a conventional pneumatic cylinder type gravity compensation mechanism.

空気圧シリンダ方式の重力補償機構は空気圧シリンダ作動器20及びガイドコラム21を具備し、空気圧シリンダ作動器20及びガイドコラム21は互いに隣接して設けられる。空気圧シリンダ作動器20は、適当な支持台上に設置された空気圧シリンダ20Aと、この空気圧シリンダ20Aの上面側に設けられた非接触シールリング20Bと、この非接触シールリング20Bを通して空気圧シリンダ20Aに挿通させられたピストン20Cとから成る。ピストン20Cの外端には制御対象物22が適宜固着され、この制御対象物22からはガイド片22Aが突出させられ、ガイド片22Aは、ガイドコラム21に形成されたに鉛直ガイド溝21Aに非接触状態で係合させられる。即ち、図1に示した場合と同様に、鉛直ガイド溝22の内側壁面にはコンプレッサに連通させられた多数の圧縮空気噴出孔(図示されない)が形成され、これにより鉛直ガイド溝21A内でのガイド片22Aの非接触状態が保証される。   The pneumatic cylinder type gravity compensation mechanism includes a pneumatic cylinder actuator 20 and a guide column 21, and the pneumatic cylinder actuator 20 and the guide column 21 are provided adjacent to each other. The pneumatic cylinder actuator 20 includes a pneumatic cylinder 20A installed on an appropriate support base, a non-contact seal ring 20B provided on the upper surface side of the pneumatic cylinder 20A, and the pneumatic cylinder 20A through the non-contact seal ring 20B. It consists of the piston 20C inserted. A control object 22 is appropriately fixed to the outer end of the piston 20C, and a guide piece 22A is projected from the control object 22. The guide piece 22A is formed in the guide column 21 but is not in the vertical guide groove 21A. Engage in contact. That is, as in the case shown in FIG. 1, the inner wall surface of the vertical guide groove 22 is formed with a number of compressed air ejection holes (not shown) communicated with the compressor. The non-contact state of the guide piece 22A is guaranteed.

空気圧シリンダ20Aは導管23を介してコンプレッサ24に連通させられ、導管23には圧力レギュレータ25が設けられ、これにより空気圧シリンダ20A内には制御対象物22の荷重を補償するようになった所定の高圧状態が作り出される。即ち、ピストン20Cはその荷重と制御対象物22の荷重とを相殺する押圧力で空気圧シリンダ20Aから押し出され、制御対象物22はフローティング状態で保持されることになる。   The pneumatic cylinder 20A is communicated with the compressor 24 through a conduit 23, and a pressure regulator 25 is provided in the conduit 23, whereby a predetermined load that compensates for the load of the controlled object 22 is provided in the pneumatic cylinder 20A. A high pressure condition is created. That is, the piston 20C is pushed out of the pneumatic cylinder 20A with a pressing force that cancels out the load and the load of the controlled object 22, and the controlled object 22 is held in a floating state.

なお、非接触シールリング20Bとピストン20Cとの間のシール隙間は数十μm程度とされ、制御対象物22をフローティング状態に維持するためにコンプレッサ24は連続的に作動させられる。   Note that the seal gap between the non-contact seal ring 20B and the piston 20C is about several tens of μm, and the compressor 24 is continuously operated in order to maintain the controlled object 22 in a floating state.

以上のような空気圧シリンダ方式の重力補償機構おいては、制御対象物22がその位置決めのために適当な駆動手段例えばボイスコイルモータ、リニアモータ等で変位させられた場合、空気圧シリンダ作動器20の出力変動については大きなものとなり、このため制御対象物22をナノメートルのオーダの超高精度で位置決めするために空気圧シリンダ方式の重力補償機構を利用することはできない。   In the gravity compensation mechanism of the pneumatic cylinder type as described above, when the controlled object 22 is displaced by an appropriate driving means such as a voice coil motor or a linear motor for positioning, the pneumatic cylinder actuator 20 The output fluctuation becomes large, and therefore, the pneumatic cylinder type gravity compensation mechanism cannot be used to position the control object 22 with ultra-high accuracy on the order of nanometers.

図1に示す重力補償機構で真空シリンダ10A内の容積がピストン10Cの移動によって変化させられた際にピストン10Cが受ける出力(ゲージ圧力)変動については、図2に示す重力補償機構で空気圧シリンダ20A内の容積がピストン20Cの移動によって変化させられた際にピストン20Cが受ける出力ゲージ圧力)変動よりも大幅に小さいことは容易に予想し得るが、しかし双方の出力(ゲージ圧力)変動が定量的にどの程度相違するについて明らかではない。   With respect to the output (gauge pressure) fluctuation received by the piston 10C when the volume in the vacuum cylinder 10A is changed by the movement of the piston 10C in the gravity compensation mechanism shown in FIG. 1, the pneumatic cylinder 20A is used in the gravity compensation mechanism shown in FIG. It can be easily expected that the internal volume is significantly smaller than the fluctuation of the output gauge pressure that the piston 20C receives when it is changed by the movement of the piston 20C, but the fluctuation of both outputs (gauge pressure) is quantitative. It is not clear how much is different.

そこで、本発明者により、図1の本発明に係る真空シリンダ方式の重力補償機構及び図2の従来の空気圧シリンダ方式の重力補償機構について図3の(a)及び図3の(b)に示すように擬似的にモデル化し、シリンダの低圧状態下及び高圧状態下での容積変動時に受けるピストンの出力変動が数値的に計算された。なお、図3の(a)及び図3の(b)の擬似的モデルでは、ピストンはシリンダ内をシールされた状態で移動させられ、ピストンの移動に伴なうシリンダ内の圧力(ゲージ圧力)/容積変化はポリトロープ変化を受けることになる。   3A and 3B show the vacuum cylinder type gravity compensation mechanism according to the present invention shown in FIG. 1 and the conventional pneumatic cylinder type gravity compensation mechanism shown in FIG. Thus, the output fluctuation of the piston received when the cylinder fluctuates under low pressure and high pressure conditions was numerically calculated. In the pseudo model of FIGS. 3A and 3B, the piston is moved in a sealed state within the cylinder, and the pressure in the cylinder (gauge pressure) as the piston moves. / Volume changes will be subject to polytropic changes.

なお、ポリトロープ変化は以下の式で表される。
PV=一定
ここで、Pはシリンダ内のゲージ圧力、Vはシリンダ内の容積変化、nは定数である。
The polytropic change is expressed by the following formula.
PV n = constant where P is the gauge pressure in the cylinder, V is the volume change in the cylinder, and n is a constant.

詳述すると、図3の(a)の擬似モデルにおいて、ピストン10Cが下限位置に置かれ、かつシリンダ10A内のゲージ圧力が-95kPaG(絶対圧力6.3kPaに相当)の低圧状態である初期条件下で、ピストン10Cが下限位置からシリンダ10Aの容積を50%減少させるまで移動させられたとすると、シリンダ10A内のゲージ圧力は-95kPaGから-85kPaG(絶対圧力17kPaに相当)まで上昇し、このときピストン10Cの出力変動、即ちシリンダ10A内のゲージ圧変動ついては約11%[(95-85)/95×100%]となる。   More specifically, in the pseudo model of FIG. 3A, the initial condition is that the piston 10C is placed at the lower limit position and the gauge pressure in the cylinder 10A is a low pressure state of −95 kPaG (corresponding to an absolute pressure of 6.3 kPa). If the piston 10C is moved from the lower limit position until the volume of the cylinder 10A is reduced by 50%, the gauge pressure in the cylinder 10A increases from -95 kPaG to -85 kPaG (corresponding to an absolute pressure of 17 kPa). The output fluctuation of 10C, that is, the gauge pressure fluctuation in the cylinder 10A is about 11% [(95-85) / 95 × 100%].

一方、図3の(b)の擬似モデルにおいて、ピストン20Cが上限位置に置かれ、かつシリンダ20A内のゲージ圧力が95kPaG(絶対圧力196kPaに相当)の高圧状態である初期条件下で、ピストン20Cが上限位置からシリンダ20Aの容積を50%減少させるまで移動させられると、シリンダ20A内のゲージ圧力は95kPaGから418kPaG(519kPa)まで上昇し、このときピストン20Cの出力変動については340%[(418-95)/95×100%]となる。   On the other hand, in the pseudo model of FIG. 3B, the piston 20C is placed under an initial condition where the piston 20C is placed at the upper limit position and the gauge pressure in the cylinder 20A is 95 kPaG (corresponding to an absolute pressure of 196 kPa). Is moved from the upper limit position until the volume of the cylinder 20A is reduced by 50%, the gauge pressure in the cylinder 20A increases from 95 kPaG to 418 kPaG (519 kPa). At this time, the output fluctuation of the piston 20C is 340% [(418 -95) / 95 × 100%].

以上の計算結果で示されるように、図3の(b)に比較して図3の(a)の場合に、ピストン10Cの移動によるシリンダ10Aの容積変動に伴なうピストン10Cの出力(ゲージ圧力)変動は大幅に小さいことが分かる。なお、図1に示す重力補償機構では、実際には、ピストン10Cは非接触シールリング10Bを通して真空シリンダ10Aに挿通させられるので、真空シリンダ10Aの容積変動に伴なうピストン10Cの出力(ゲージ圧力)変動は更に小さなものとなる。   As shown by the above calculation results, in the case of FIG. 3A as compared with FIG. 3B, the output (gauge) of the piston 10C accompanying the volume fluctuation of the cylinder 10A due to the movement of the piston 10C. It can be seen that the pressure variation is much smaller. In the gravity compensation mechanism shown in FIG. 1, the piston 10C is actually inserted into the vacuum cylinder 10A through the non-contact seal ring 10B, so that the output (gauge pressure) of the piston 10C accompanying the volume variation of the vacuum cylinder 10A. ) The fluctuation is even smaller.

図1に示す重力補償機構において、重力補償力、即ち制御対象物12をフローティング状態で保持するための力は非接触シールリング10Bの設計によって決まる。これについて以下に説明する。   In the gravity compensation mechanism shown in FIG. 1, the gravity compensation force, that is, the force for holding the controlled object 12 in a floating state is determined by the design of the non-contact seal ring 10B. This will be described below.

先ず、図4を参照すると、図1の非接触シールリング10B及びピストン10Cが斜視図として示され、同図において、参照符号aは非接触シールリング10Bのシール隙間を示し、参照符号Lは非接触シールリング10Bのシール長を示す。   First, referring to FIG. 4, the non-contact seal ring 10 </ b> B and the piston 10 </ b> C of FIG. 1 are shown as perspective views, in which the reference symbol a indicates the seal gap of the non-contact seal ring 10 </ b> B, and the reference symbol L indicates non- The seal length of the contact seal ring 10B is shown.

重力補償力は、真空シリンダ10A(図1参照)内で得られる低圧状態に依存し、この低圧状態は非接触シールリング10Bとピストン10Cとの間のシール隙間aから流入する空気量によって決まる。即ち、空気流入量は小さければ小さい程、大きな重力補償力が得られる。従って、シール隙間aが小さくかつシール長Lが大きければ、重力補償力は大きくなる。   The gravity compensation force depends on the low-pressure state obtained in the vacuum cylinder 10A (see FIG. 1), and this low-pressure state is determined by the amount of air flowing from the seal gap a between the non-contact seal ring 10B and the piston 10C. That is, the smaller the air inflow amount, the greater the gravity compensation force. Therefore, if the seal gap a is small and the seal length L is large, the gravity compensation force becomes large.

図5の(a)のグラフは、シール隙間aと重力補償力との関係の解析結果を示し、また図5の(b)のグラフは、シール長Lと重力補償力との関係の解析結果を示す。これらグラフに示すように、シール隙間aが小さくかつシール長Lが大きくなれば、大きな重力補償力が得られる。   The graph of FIG. 5A shows the analysis result of the relationship between the seal gap a and the gravity compensation force, and the graph of FIG. 5B shows the analysis result of the relationship between the seal length L and the gravity compensation force. Indicates. As shown in these graphs, a large gravity compensation force can be obtained if the seal gap a is small and the seal length L is large.

従って、図1の重力補償機構を設計する際には、制御対象物12の荷重に応じて、非接触シールリング10Bの設計パラメータ(a、L)を図5(a)及び図5(b)のグラフに基づいて適宜決めることができる。   Therefore, when designing the gravity compensation mechanism of FIG. 1, the design parameters (a, L) of the non-contact seal ring 10B are set in FIGS. 5 (a) and 5 (b) according to the load of the controlled object 12. It can be determined appropriately based on the graph.

図6を参照すると、本発明による重力補償機構を持つ鉛直方向位置決め装置と等価な構成を持つ実験装置が示され、この実験装置を用いて本発明による鉛直方向位置決め装置の評価実験が行われた。   Referring to FIG. 6, an experimental apparatus having a configuration equivalent to a vertical positioning apparatus having a gravity compensation mechanism according to the present invention is shown, and an evaluation experiment of the vertical positioning apparatus according to the present invention was performed using this experimental apparatus. .

図6の実験装置は真空シリンダ作動器30を具備し、この真空シリンダ作動器30は、適当な基台B上に設置された真空シリンダ30Aと、この真空シリンダ30Aの一方の端面側に設けられた非接触シールリング30Bと、この非接触シールリング30Bを通して真空シリンダ30Aに挿通させられたピストン30Cとから成る。ピストン30Cの直径は25mmであり、そのストローク長については30mmである。また、非接触シールリング30Bのシール隙間は20μmであり、そのシール長は19mmである。なお、参照符号31は真空シリンダ30A内の圧力を測定するための圧力センサである。   The experimental apparatus shown in FIG. 6 includes a vacuum cylinder actuator 30, which is provided on a suitable cylinder B and one end face of the vacuum cylinder 30A. The non-contact seal ring 30B and the piston 30C inserted into the vacuum cylinder 30A through the non-contact seal ring 30B. The diameter of the piston 30C is 25 mm, and the stroke length is 30 mm. The non-contact seal ring 30B has a seal gap of 20 μm and a seal length of 19 mm. Reference numeral 31 is a pressure sensor for measuring the pressure in the vacuum cylinder 30A.

真空シリンダ30Aの他方の端面は導管32を介して真空ポンプ33に連通させられ、導管32には圧力レギュレータ34が設けられる。   The other end face of the vacuum cylinder 30A is communicated with a vacuum pump 33 through a conduit 32, and the conduit 32 is provided with a pressure regulator 34.

ピストン30Cの外端には制御対象物としてブロック片35が接続される。なお、図6には図示されないが、基台Bの一部領域、即ちブッロク片35が配置されれる領域には多数の圧縮空気噴出孔が形成され、これによりブロック片35は空気層によってフローティング状態に維持される。   A block piece 35 is connected to the outer end of the piston 30C as a control object. Although not shown in FIG. 6, a large number of compressed air ejection holes are formed in a part of the base B, that is, a region where the block piece 35 is disposed, so that the block piece 35 is floated by the air layer. Maintained.

ブロック片35を駆動するために、ボイスコイルモータ36がブロック片35に対してピストン30C側とは反対側に設けられる。ボイスコイルモータ36は基台B上に固定された永久磁石36Aと、この永久磁石36A内に収容された電磁コイル36Bと、この電磁コイル36Bとブロック片35とを連結する連結ロッド36Cとから成る。なお、ボイスコイルモータ36の最大推力は50Nである。   In order to drive the block piece 35, a voice coil motor 36 is provided on the side opposite to the piston 30 </ b> C side with respect to the block piece 35. The voice coil motor 36 includes a permanent magnet 36A fixed on the base B, an electromagnetic coil 36B accommodated in the permanent magnet 36A, and a connecting rod 36C for connecting the electromagnetic coil 36B and the block piece 35. . The maximum thrust of the voice coil motor 36 is 50N.

ブロック片35の移動量を測定するために、ボイスコイルモータ36に隣接して非接触式高分解センサ例えばレーザ干渉計37が設けられ、このレーザ干渉計37は、基台B上に設けられた支持台38上に設置される。一方、ブロック片35上にはレーザ干渉計37から射出されたレーザ光LBをレーザ干渉計37に反射し返すミラー39が設置される。なお、レーザ干渉計37の分解能は0.3nmである。   In order to measure the amount of movement of the block piece 35, a non-contact type high resolution sensor such as a laser interferometer 37 is provided adjacent to the voice coil motor 36, and this laser interferometer 37 is provided on the base B. It is installed on the support base 38. On the other hand, a mirror 39 is installed on the block piece 35 to reflect the laser beam LB emitted from the laser interferometer 37 back to the laser interferometer 37. The resolution of the laser interferometer 37 is 0.3 nm.

図6の実験装置においては、真空シリンダ作動器30及びブッロク片35は互いに水平面上に配置されているので、ブッロク片35の重力が真空シリンダ作動器30のピストン30Cに作用することはない。真空ポンプ33の作動時、ブロック片35は真空シリンダ作動器30側に所定の吸引力で吸引されるが、その吸引力を補償するようにボイスコイルモータ36を作動させることにより、ピストン30C及びブッロク片35を図6に示すような初期位置に維持することが可能であり、このとき実験装置は鉛直方向位置決め装置と等価なものとなる。   In the experimental apparatus of FIG. 6, the vacuum cylinder actuator 30 and the block piece 35 are arranged on a horizontal plane, so that the gravity of the block piece 35 does not act on the piston 30 </ b> C of the vacuum cylinder actuator 30. When the vacuum pump 33 is operated, the block piece 35 is sucked to the vacuum cylinder actuator 30 side with a predetermined suction force. By operating the voice coil motor 36 so as to compensate for the suction force, the block 30 and the block 30 are blocked. It is possible to maintain the piece 35 in the initial position as shown in FIG. 6, and at this time, the experimental apparatus is equivalent to a vertical positioning apparatus.

先ず、図6の実験装置において、真空シリンダ30A内の圧力変動実験が次のような条件下で行われた。即ち、ブロック片35が初期位置に維持された状態で、真空シリンダ30A内のゲージ圧力が-20kPaGの定常圧力とになるように、真空ポンプ33及びボイスコイルモータ36が駆動させられ、次いでピストン30Cが20mmだけ真空シリンダ30A内に押し込まれるようにボイスコイルモータ36の駆動が制御された。このとき真空シリンダ30A内のゲージ圧力が圧力センサ31によって測定された。なお、ピストン30Aの移動距離、即ちブロック片35の移動距離についてはレーザ干渉計37によって測定された。   First, in the experimental apparatus of FIG. 6, a pressure fluctuation experiment in the vacuum cylinder 30A was performed under the following conditions. That is, with the block piece 35 maintained at the initial position, the vacuum pump 33 and the voice coil motor 36 are driven so that the gauge pressure in the vacuum cylinder 30A becomes a steady pressure of −20 kPaG, and then the piston 30C. The voice coil motor 36 is controlled to be pushed into the vacuum cylinder 30A by 20 mm. At this time, the gauge pressure in the vacuum cylinder 30 </ b> A was measured by the pressure sensor 31. The moving distance of the piston 30A, that is, the moving distance of the block piece 35 was measured by the laser interferometer 37.

測定結果を図7の(a)のタイミング図に示す。同図に示すように、ピストン30Cが真空シリンダ30A内に押し込まれた際、真空シリンダ30内のゲージ圧力は5kPaG程度上昇して、定常圧力-20kPaGに直ちに戻ることが分かる。つまり、測定結果の圧力変動は5kPaG程度である。図7の(a)のタイミング図にはシミュレーションに基づく解析結果も示され、解析結果の圧力変動は4kPaG程度であり、測定結果と解析結果とはほぼ一致することが分かる。   The measurement results are shown in the timing chart of FIG. As shown in the figure, when the piston 30C is pushed into the vacuum cylinder 30A, the gauge pressure in the vacuum cylinder 30 increases by about 5 kPaG and immediately returns to the steady pressure of -20 kPaG. That is, the pressure fluctuation of the measurement result is about 5 kPaG. An analysis result based on simulation is also shown in the timing diagram of FIG. 7A. The pressure fluctuation of the analysis result is about 4 kPaG, and it can be seen that the measurement result and the analysis result are almost the same.

次いで、図6の実験装置において、真空シリンダ30A内の圧力変動実験が別の条件下で行われた。即ち、この圧力変動実験は、ブロック片35が初期位置に維持された状態で、真空シリンダ30A内のゲージ圧力が-80kPaGの定常圧力とになるように真空ポンプ33及びボイスコイルモータ36が駆動された点を除けば、上述の圧力変動実験(図7の(a))と同じ条件下で行われた。   Next, in the experimental apparatus of FIG. 6, a pressure fluctuation experiment in the vacuum cylinder 30A was performed under different conditions. That is, in this pressure fluctuation experiment, the vacuum pump 33 and the voice coil motor 36 are driven so that the gauge pressure in the vacuum cylinder 30A becomes a steady pressure of -80 kPaG with the block piece 35 maintained at the initial position. Except for these points, the experiment was performed under the same conditions as the pressure fluctuation experiment described above (FIG. 7A).

シリンダ内定常圧力が-80kPaGである場合の測定結果を図7の(b)のタイミング図に示す。同図に示すように、ピストン30Cが真空シリンダ30A内に押し込まれた際、真空シリンダ30内のゲージ圧力は2kPaG程度上昇して、定常圧力-80kPaGに直ちに戻ることが分かる。つまり、測定結果の圧力変動は2kPaG程度である。図7の(b)のタイミング図にはシミュレーションに基づく解析結果も示され、解析結果の圧力変動は3kPaG程度であり、測定結果と解析結果とはほぼ一致することが分かる。   The measurement result when the in-cylinder steady pressure is −80 kPaG is shown in the timing diagram of FIG. As shown in the figure, when the piston 30C is pushed into the vacuum cylinder 30A, the gauge pressure in the vacuum cylinder 30 increases by about 2 kPaG and immediately returns to the steady pressure of -80 kPaG. That is, the pressure fluctuation of the measurement result is about 2 kPaG. The timing diagram of FIG. 7 (b) also shows an analysis result based on the simulation. The pressure fluctuation of the analysis result is about 3 kPaG, and it can be seen that the measurement result and the analysis result almost coincide.

以上の測定結果及び解析結果から、真空シリンダ30A内の圧力変動の測定結果に代えて、シミュレーションに基づく解析結果により真空シリンダ30A内の圧力変動を予測し得るということが分かる。   From the above measurement results and analysis results, it can be seen that the pressure fluctuation in the vacuum cylinder 30A can be predicted by the analysis result based on the simulation instead of the measurement result of the pressure fluctuation in the vacuum cylinder 30A.

従って、図6の実験装置において、定常ゲージ圧力を変数として、圧力変動をシミュレーションに基づく解析結果により求める。即ち、真空シリンダ30内の定常ゲージ圧力として-20kPaG、-50kPaG、-80kPaG及び-90kPaGをそれぞれ設定し、かつそれぞれの定常ゲージ圧力の設定下でピストン30Cが初期位置(図6参照)から20mmだけ真空シリンダ30A内に押し込まれた後に真空シリンダ30Aから再び初期位置にまで引き抜かれるようにボイスコイルモータ36の駆動が制御されるものとされ、このとき真空シリンダ30内の圧力変動をシミュレーションにより求めた。   Therefore, in the experimental apparatus of FIG. 6, the steady gauge pressure is used as a variable, and the pressure fluctuation is obtained from the analysis result based on the simulation. That is, -20 kPaG, -50 kPaG, -80 kPaG and -90 kPaG are set as the steady gauge pressures in the vacuum cylinder 30, respectively, and the piston 30C is only 20 mm from the initial position (see FIG. 6) under the respective steady gauge pressure settings. The drive of the voice coil motor 36 is controlled so as to be pulled out from the vacuum cylinder 30A to the initial position after being pushed into the vacuum cylinder 30A. At this time, the pressure fluctuation in the vacuum cylinder 30 was obtained by simulation. .

ピストン30Cが真空シリンダ30A内に押し込まれた際の圧力変動のシミュレーションの解析結果を図8の(a)のタイミング図に示し、ピストン30Cが真空シリンダ30Aから引き抜かれた際の圧力変動のシミュレーションの解析結果を図8の(b)のタイミング図に示す。   The analysis result of the pressure fluctuation simulation when the piston 30C is pushed into the vacuum cylinder 30A is shown in the timing diagram of FIG. 8A, and the simulation of the pressure fluctuation when the piston 30C is pulled out from the vacuum cylinder 30A. The analysis result is shown in the timing chart of FIG.

図8(a)及び図8(b)のタイミング図に示されるように、真空シリンダ30内の定常圧力が-80kPaG以下の場合にはピストン30Cの押込み時でもピストン30Cの引抜き時でも真空シリンダ30内の圧力変動は±2kPaG以下となる。即ち、ピストン30Cの押込み時及び引抜き時において、ピストン30Cの出力変動は実質的に排除され、このためナノメートルのオーダでのブロック片35の位置決めが可能となる。   As shown in the timing diagrams of FIG. 8A and FIG. 8B, when the steady pressure in the vacuum cylinder 30 is -80 kPaG or less, the vacuum cylinder 30 can be used both when the piston 30C is pushed and when the piston 30C is pulled out. The pressure fluctuation is ± 2kPaG or less. That is, when the piston 30C is pushed in and pulled out, fluctuations in the output of the piston 30C are substantially eliminated, so that the block piece 35 can be positioned on the order of nanometers.

図9を参照すると、精密工作機械が斜視図として示され、この精密工作機械には、図1に示すような重力補償機構を用いる鉛直方向位置決め装置が組み込まれる。   Referring to FIG. 9, the precision machine tool is shown as a perspective view, and the precision machine tool incorporates a vertical positioning device using a gravity compensation mechanism as shown in FIG.

図9に示すように、精密工作機械は互いに独立した前方支持構造体40及び後方支持構造体41を具備し、前方支持構造体40は一対のブロック基台40A上に張り渡されたビーム40Bとして構成され、同様に後方支持構造体41も一対のブロック基台41A上に張り渡されたビーム41Bとして構成される。双方のビーム40B及び41Bは所定間隔で互いに平行に延在させられる。なお、図9では、ビーム40Bは図示の便宜のためにその中央部を切り欠いて示されている。   As shown in FIG. 9, the precision machine tool includes a front support structure 40 and a rear support structure 41 that are independent from each other, and the front support structure 40 is formed as a beam 40B stretched on a pair of block bases 40A. Similarly, the rear support structure 41 is also configured as a beam 41B stretched over a pair of block bases 41A. Both beams 40B and 41B are extended in parallel with each other at a predetermined interval. In FIG. 9, the beam 40 </ b> B is shown with its central portion cut away for convenience of illustration.

精密工作機械は、また、双方のビーム40B及び41Bの中央の下方に設置された水平方向位置決め装置42を具備する。水平方向位置決め装置42は、XYZ直角座標系のX軸及びY軸に沿って位置決め可能なX−Yテーブル42Aと、このX−Yテーブル42Aを駆動するための駆動機構42Bと、X−Yテーブル42A上に設置された加工物搭載台42Cとから成る。なお、加工物搭載台42C上には適当な被加工物Wが搭載される。   The precision machine tool also includes a horizontal positioning device 42 located below the center of both beams 40B and 41B. The horizontal direction positioning device 42 includes an XY table 42A that can be positioned along the X and Y axes of an XYZ rectangular coordinate system, a drive mechanism 42B for driving the XY table 42A, and an XY table. And a workpiece mounting table 42C installed on 42A. An appropriate workpiece W is mounted on the workpiece mounting table 42C.

精密工作機械は、更に、ビーム40Bの内側壁面即ちビーム41Bと向かい合う内側壁面に固定されたH形状支持板43と、このH形状支持板43によって支持された非接触式高分解センサ例えばレーザ干渉計44と、H形状支持板43によって支持された一対のガイドレール45とを具備する。詳述すると、H形状支持板43の上方側には矩形取付板43Aが張り渡され、この矩形取付板43Aの中央部にレーザ干渉計44が取り付けられる。なお、レーザ干渉計44の分解能は0.6nmである。   The precision machine tool further includes an H-shaped support plate 43 fixed to the inner wall surface of the beam 40B, that is, the inner wall surface facing the beam 41B, and a non-contact high resolution sensor such as a laser interferometer supported by the H-shaped support plate 43. 44 and a pair of guide rails 45 supported by an H-shaped support plate 43. More specifically, a rectangular attachment plate 43A is stretched over the H-shaped support plate 43, and a laser interferometer 44 is attached to the center of the rectangular attachment plate 43A. The resolution of the laser interferometer 44 is 0.6 nm.

一方、H形状支持板43の左右側辺の後方壁面からはそれらの上端及び下端付近で支持片43Bが固着され、該左右側辺のそれぞれの上端及び下端付近の支持片43Bにはガイドレール45が支持される。なお、図9では、H形状支持板43の左右側辺の下端付近の支持片(43B)についてはH形状支持板43に隠れて見ることはできない。   On the other hand, from the rear wall surface of the left and right sides of the H-shaped support plate 43, support pieces 43B are fixed in the vicinity of the upper and lower ends thereof, and the guide rail 45 is attached to the support pieces 43B near the upper and lower ends of the left and right sides. Is supported. In FIG. 9, the support piece (43 </ b> B) near the lower ends of the left and right sides of the H-shaped support plate 43 cannot be hidden behind the H-shaped support plate 43.

精密工作機械は、更に、双方のビーム40B及び41B間に設けられた鉛直方向位置決め装置46を具備する。鉛直方向位置決め装置46は支持ブラケット47によってビーム41Bに固定支持された一対の真空シリンダ作動器460と、この一対の真空シリンダ作動器460間に設けられたボイスコイルモータ461と、一対のガイドレール45のそれぞれに非接触状態で係合させられる一対のガイドブロック462とから成る。なお、図9では、左側のガイドブロック462の一部だけが見えて、右側のガイドブロック(462)についてはH形状支持板43に隠れて見ることはできない。   The precision machine tool further comprises a vertical positioning device 46 provided between both beams 40B and 41B. The vertical positioning device 46 includes a pair of vacuum cylinder actuators 460 fixedly supported on the beam 41B by a support bracket 47, a voice coil motor 461 provided between the pair of vacuum cylinder actuators 460, and a pair of guide rails 45. And a pair of guide blocks 462 engaged with each of them in a non-contact state. In FIG. 9, only a part of the left guide block 462 is visible, and the right guide block (462) cannot be seen hidden behind the H-shaped support plate 43.

図10を参照すると、図9の精密工作機械から抜き出した鉛直方向位置決め装置46が一部断面詳細斜視図として示される。   Referring to FIG. 10, a vertical positioning device 46 extracted from the precision machine tool of FIG. 9 is shown as a partial cross-sectional detailed perspective view.

図10に示すように、各真空シリンダ作動器460は、支持ブラケット47(図9参照)に固着された真空シリンダ460Aと、この真空シリンダ460Aの下面側に設けられた非接触シールリング460Bと、この非接触シールリング460Bを通して真空シリンダ20Bに挿通させられたピストン460Cとから成る。各ピストン460Cの下端は、その該当ガイドブロック462の上端から突出した取付片462Aに固着される。   As shown in FIG. 10, each vacuum cylinder actuator 460 includes a vacuum cylinder 460A fixed to the support bracket 47 (see FIG. 9), a non-contact seal ring 460B provided on the lower surface side of the vacuum cylinder 460A, The piston 460C is inserted into the vacuum cylinder 20B through the non-contact seal ring 460B. The lower end of each piston 460C is fixed to an attachment piece 462A protruding from the upper end of the corresponding guide block 462.

なお、非接触シールリング460Bのシール隙間は20μmであり、そのシール長は19mmである。また、ピストン460Cの直径は40mmであり、その長さは145mmであり、そのストロークは100mmとされた。   The non-contact seal ring 460B has a seal gap of 20 μm and a seal length of 19 mm. The piston 460C had a diameter of 40 mm, a length of 145 mm, and a stroke of 100 mm.

なお、図10には図示されないが、ガイドレール45の全周囲にはコンプレッサに連通させられた多数の圧縮空気噴出孔が適宜形成され、これによりガイドレール45に対するガイドブロック462の非接触状態が保証される。   Although not shown in FIG. 10, a large number of compressed air ejection holes communicating with the compressor are appropriately formed around the entire guide rail 45, thereby guaranteeing a non-contact state of the guide block 462 with respect to the guide rail 45. Is done.

ボイスコイルモータ461は、一対の真空シリンダ460A間に固着されかつコ形状横断面を持つた永久磁石461Aと、この永久磁石461A内に配置された電磁コイル461Bとから成る。電磁コイル461Bはそこに流す電流方向に応じて上下動するように駆動される。   The voice coil motor 461 includes a permanent magnet 461A which is fixed between a pair of vacuum cylinders 460A and has a U-shaped cross section, and an electromagnetic coil 461B disposed in the permanent magnet 461A. The electromagnetic coil 461B is driven so as to move up and down according to the direction of current flowing therethrough.

ボイスコイルモータ461の電磁コイル461Bの下端には逆T形状の支持体463が接続され、その下端側頭部は一対のガイドブロック462の側壁に固着される。即ち、一対のガイドブロック462及び支持体463は一対のピストン460Cから吊下された構成となる。逆T形状の支持体463の下端側頭部の中央正面にはレーザ干渉計44(図9参照)と整列するように配置されたミラー464が取り付けられ、このミラー464はレーザ干渉計44から射出させられたレーザ光を該レーザ干渉計44に向かって反射し、これによりミラー464とレーザ干渉計44との間の距離、即ち電磁コイル461Bの上下動の永久磁石461Aの移動距離が計測される。   An inverted T-shaped support body 463 is connected to the lower end of the electromagnetic coil 461 </ b> B of the voice coil motor 461, and the lower end side head is fixed to the side walls of the pair of guide blocks 462. That is, the pair of guide blocks 462 and the support body 463 are suspended from the pair of pistons 460C. A mirror 464 arranged so as to be aligned with the laser interferometer 44 (see FIG. 9) is attached to the center front of the lower-end side head of the inverted T-shaped support 463, and this mirror 464 is emitted from the laser interferometer 44. The reflected laser light is reflected toward the laser interferometer 44, whereby the distance between the mirror 464 and the laser interferometer 44, that is, the moving distance of the permanent magnet 461A moving up and down of the electromagnetic coil 461B is measured. .

再び図9に戻って説明すると、ボイスコイルモータ461の電磁コイル461Bの安定した上下動を保証するために、一対のガイドレール461Cがコ形状横断面の永久磁石461Aの開口縁に沿って設けられ、この一対のガイドレール461C間には、T形状横断面を持つガイド部材461Dが挿通させられて電磁コイル46に接続される。一対のガイドレール461Cの互いに向かい合う壁面にはコンプレッサに連通させられた多数の圧縮空気噴出孔(図示されない)が形成され、これによりガイド部材461Dは一対のガイドレール461Dに対して非接触状態で係合させられる。   Returning to FIG. 9 again, in order to ensure stable vertical movement of the electromagnetic coil 461B of the voice coil motor 461, a pair of guide rails 461C are provided along the opening edge of the permanent magnet 461A having a U-shaped cross section. The guide member 461D having a T-shaped cross section is inserted between the pair of guide rails 461C and connected to the electromagnetic coil 46. The wall surfaces of the pair of guide rails 461C facing each other are formed with a number of compressed air ejection holes (not shown) communicating with the compressor, whereby the guide member 461D is engaged with the pair of guide rails 461D in a non-contact state. Can be combined.

また、図9に示すように、逆T形状の支持体463の下端側頭部の中央からは工具ホルダ465が吊下させられ、この工具ホルダ465には制御対象物として適当な工具Tが保持される。   Further, as shown in FIG. 9, a tool holder 465 is suspended from the center of the lower end side head portion of the inverted T-shaped support body 463, and an appropriate tool T is held on the tool holder 465 as an object to be controlled. Is done.

図9及び図10には図示されないが、以上に述べた精密工作機械においては、一対の真空シリンダ460Aは圧力レギュレータを介して真空ポンプに連通させられる。なお、真空ポンプの排気速度は4m2/hであり、また各真空シリンダ460内の定常圧力は-80kPaGとされた。 Although not shown in FIGS. 9 and 10, in the precision machine tool described above, the pair of vacuum cylinders 460A are communicated with a vacuum pump via a pressure regulator. The pumping speed of the vacuum pump was 4 m 2 / h, and the steady pressure in each vacuum cylinder 460 was -80 kPaG.

図9及び図10の精密工作機械においては、一対の真空シリンダ作動器460は重力補償機構を構成し、この重力補償機構により、一対のピストン460C、電磁コイル461B、ガイド部材461D、一対のガイドブロック462、一対の取付片462A、支持体463、ミラー464、工具ホルダ465及び工具Tから成る可動部の荷重が補償されてフローティング状態とされる。このようなフローティング状態下でボイスコイルモータ461を駆動することにより、工具Tの鉛直方向の位置決めをナノメートルのオーダで行うことが可能となる。なお、上述の可動部の荷重は16kgである。   In the precision machine tool of FIGS. 9 and 10, the pair of vacuum cylinder actuators 460 constitute a gravity compensation mechanism, and by this gravity compensation mechanism, a pair of pistons 460C, an electromagnetic coil 461B, a guide member 461D, and a pair of guide blocks. The load of the movable part consisting of 462, the pair of mounting pieces 462A, the support 463, the mirror 464, the tool holder 465, and the tool T is compensated to be in a floating state. By driving the voice coil motor 461 in such a floating state, the vertical positioning of the tool T can be performed on the order of nanometers. In addition, the load of the above-mentioned movable part is 16 kg.

図9及び図10の精密工作機械の重要な特徴事項として、その全体構造がボイスコイルモータ461の駆動軸線に対して対称とされている点が挙げられる。このような対称構造により、例えば、温度変化に伴なう構成部品の寸法変化により工具Tの鉛直方向の位置決め精度に与える影響を最小に抑えることが可能となる。   An important feature of the precision machine tool shown in FIGS. 9 and 10 is that the entire structure is symmetric with respect to the drive axis of the voice coil motor 461. With such a symmetric structure, for example, it is possible to minimize the influence on the vertical positioning accuracy of the tool T due to the dimensional change of the component accompanying the temperature change.

また、図9及び図10の精密工作機械の別の重要な特徴事項として、ガイド部材461D及びガイドブロック462が圧縮空気を用いて非接触状態でガイドされる点も挙げられる。即ち、ガイド部材461D及びガイドブロック462が非接触状態でガイドされることから、摩擦熱の発生が抑えられ、これにより工具Tの鉛直方向の位置決め精度に与える摩擦熱の影響が排除されることになる。   Another important feature of the precision machine tool of FIGS. 9 and 10 is that the guide member 461D and the guide block 462 are guided in a non-contact state using compressed air. That is, since the guide member 461D and the guide block 462 are guided in a non-contact state, generation of frictional heat is suppressed, thereby eliminating the influence of frictional heat on the vertical positioning accuracy of the tool T. Become.

また、図9及び図10の精密工作機械の更に別の重要な特徴事項として、レーザ干渉計44及び一対のガイドレール45がH形状支持板43によって前方支持構造体40側に支持されるのに対して、一対の真空シリンダ作動器460及びボイスコイルモータ461が支持ブラケット47によって後方支持構造体41側に支持される点も挙げられる。このような構成によれば、ボイスコイルモータ461の作動時に発生する振動がレーザ干渉計44に及ぶことが阻止されるので、かかる振動の減衰を待つことなくレーザ干渉計44による測定を速やかに行うことができる。   Further, as another important feature of the precision machine tool of FIGS. 9 and 10, the laser interferometer 44 and the pair of guide rails 45 are supported on the front support structure 40 side by the H-shaped support plate 43. On the other hand, a point that the pair of vacuum cylinder actuators 460 and the voice coil motor 461 are supported on the rear support structure 41 side by the support bracket 47 is also mentioned. According to such a configuration, the vibration generated when the voice coil motor 461 is actuated is prevented from reaching the laser interferometer 44. Therefore, the measurement by the laser interferometer 44 is promptly performed without waiting for the attenuation of the vibration. be able to.

図9及び図10の精密工作機械においては、工具Tを位置決めするための駆動モータとして、ボイスコイルモータ461が使用されるが、その他の駆動モータとして、例えばリニアモータを利用することができる。   9 and 10, a voice coil motor 461 is used as a drive motor for positioning the tool T. For example, a linear motor can be used as another drive motor.

図9及び図10の精密工作機械おいて、工具Tを鉛直方向の所定の停止位置から2nmずつ上方に移動させた後に元の停止位置まで2nmずつ下方に移動させる実験が実際に行われ、この実験結果を図11(a)及び図11(b)のグラフに示す。   In the precision machine tool shown in FIGS. 9 and 10, an experiment is actually performed in which the tool T is moved upward by 2 nm from a predetermined stop position in the vertical direction and then moved downward by 2 nm to the original stop position. The experimental results are shown in the graphs of FIGS. 11 (a) and 11 (b).

図11の(a)のタイミング図が鉛直方向の所定の停止位置に置かれているかれている際にレーザ干渉計44から得られる測定値を示す。図11(a)のタイミング図に示すように、レーザ干渉計44からの測定値はほぼ±1.5nmの範囲内で変化していることが分かる。このことは、図9及び図10の精密工作機械において、工具Tに対する停止性能が±1.5nmであることを示している。なお、図11の(a)のタイミング図において、工具位置0nmに引かれた実線は工具Tが本来停止されるべき停止位置を示している。   The timing diagram of FIG. 11A shows the measurement values obtained from the laser interferometer 44 when placed at a predetermined stop position in the vertical direction. As shown in the timing chart of FIG. 11A, it can be seen that the measured value from the laser interferometer 44 changes within a range of approximately ± 1.5 nm. This indicates that the stop performance with respect to the tool T is ± 1.5 nm in the precision machine tool of FIGS. 9 and 10. In the timing chart of FIG. 11A, the solid line drawn at the tool position 0 nm indicates the stop position where the tool T should be originally stopped.

図11の(b)のタイミング図は、工具Tを上述の所定の停止位置から2nmずつ上方に移動させた後に元の停止位置まで2nmずつ下方に移動させた際にレーザ干渉計44から得られる測定値を示す。図11の(b)のタイミング図において、階段状の実線は工具Tが本来辿るべき移動軌跡を示しいる。図11の(b)のタイミング図に示すように、工具Tが2nmの位置決め分解能で位置決めできることが分かる。   The timing chart of FIG. 11B is obtained from the laser interferometer 44 when the tool T is moved upward by 2 nm from the predetermined stop position and then moved downward by 2 nm to the original stop position. Indicates the measured value. In the timing diagram of FIG. 11B, the solid line in the staircase shape indicates the movement locus that the tool T should follow. As shown in the timing diagram of FIG. 11B, it can be seen that the tool T can be positioned with a positioning resolution of 2 nm.

なお、図9及び図10では、本発明による鉛直方向位置決め装置を精密工作機械に適用した例が示されているが、本発明による鉛直方向位置決め装置は精密工作機械だけでなく半導体製造設備及び各種測定器等にも適用できる。   9 and 10 show an example in which the vertical positioning device according to the present invention is applied to a precision machine tool. However, the vertical positioning device according to the present invention is not only a precision machine tool but also a semiconductor manufacturing facility and various kinds of devices. It can also be applied to measuring instruments.

上述した実施形態では、非接触式高分解センサとしてレーザ干渉計44が用いられているが、その他のセンサ例えばリニアエンコーダを用いることもできる。
In the embodiment described above, the laser interferometer 44 is used as a non-contact type high resolution sensor, but other sensors such as a linear encoder may be used.

本発明による真空シリンダ方式の重力補償機構の一実施形態を示す模式図である。It is a schematic diagram showing an embodiment of a gravity compensation mechanism of a vacuum cylinder type according to the present invention. 従来の空気圧シリンダ方式の重力補償機構を示す模式図である。It is a schematic diagram showing a conventional pneumatic cylinder type gravity compensation mechanism. (a)は、図1の重力補償機構の擬似的モデルにおいて、低圧状態下のシリンダ内がピストンの移動により圧力/容積変化を受けた際のピストンの出力(ゲージ圧力)変動を説明する説明図であり、(b)は、図2の重力補償機構の擬似的モデルにおいて、高圧状態下のシリンダ内がピストンの移動により圧力/容積変化を受けた際のピストンの出力(ゲージ圧力)変動を説明する説明図である。(A) is an explanatory view for explaining fluctuations in output (gauge pressure) of a piston when a pressure / volume change is caused by movement of the piston in a cylinder under a low pressure state in the pseudo model of the gravity compensation mechanism of FIG. (B) explains the fluctuation of the output (gauge pressure) of the piston when the inside of the cylinder under high pressure is subjected to a pressure / volume change due to the movement of the piston in the pseudo model of the gravity compensation mechanism of FIG. It is explanatory drawing to do. 図1の非接触シールリング及びピストンを示す斜視図であって、非接触シールリングのシール隙間及びシール長を説明する説明図である。It is a perspective view which shows the non-contact seal ring and piston of FIG. 1, Comprising: It is explanatory drawing explaining the seal clearance gap and seal length of a non-contact seal ring. (a)は、図1の重力補償機構の非接触シールリングのシール隙間と重力補償力との関係を示すグラフであり、(b)は、図1の重力補償機構の非接触シールリングのシール長と重力補償力との関係を示すグラフである。(A) is a graph which shows the relationship between the seal clearance gap and gravity compensation force of the non-contact seal ring of the gravity compensation mechanism of FIG. 1, (b) is the seal of the non-contact seal ring of the gravity compensation mechanism of FIG. It is a graph which shows the relationship between length and gravity compensation force. 本発明による重力補償機構を持つ鉛直方向位置決め装置と等価な構成を持つ実験装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the experimental apparatus with a structure equivalent to the vertical direction positioning apparatus with a gravity compensation mechanism by this invention. (a)は、図6の実験装置で行われた1つの真空シリンダ圧力変動実験の測定結果及びシミュレーションの解析結果を示すタイミング図であり、(b)は、図6の実験装置で行われた別の真空シリンダ圧力変動実験の測定結果及びシミュレーションの解析結果を示すタイミング図である。(A) is a timing chart showing the measurement result and simulation analysis result of one vacuum cylinder pressure fluctuation experiment performed with the experimental apparatus of FIG. 6, and (b) was performed with the experimental apparatus of FIG. It is a timing diagram which shows the measurement result of another vacuum cylinder pressure fluctuation experiment, and the analysis result of simulation. (a)は、図6の実験装置で行われた更に別の真空シリンダ圧力変動のシミュレーションの解析結果を示すタイミング図であり、(b)は、図6の実験装置で行われた更に別の真空シリンダ圧力変動のシミュレーションの解析結果を示すタイミング図である。(A) is a timing diagram which shows the analysis result of the simulation of another vacuum cylinder pressure fluctuation | variation performed with the experimental apparatus of FIG. 6, (b) is another another performed with the experimental apparatus of FIG. It is a timing diagram which shows the analysis result of the simulation of a vacuum cylinder pressure fluctuation. 本発明による重力補償機構を用いる鉛直方向位置決め装置を組み込んだ精密工作機械の斜視図である。1 is a perspective view of a precision machine tool incorporating a vertical positioning device using a gravity compensation mechanism according to the present invention. 図9の精密工作機械から抜き出した鉛直方向位置決め装置の一部断面詳細斜視図である。FIG. 10 is a partial cross-sectional detailed perspective view of the vertical positioning device extracted from the precision machine tool of FIG. 9. (a)は、図10の精密工作機械で工具が鉛直方向の所定の停止位置に置かれている際にレーザ干渉計から得られる測定値を示すタイミング図であり、(b)は、図10の精密工作機械で工具を所定の停止位置から2nmずつ上方に移動させた後に元の停止位置まで2nmずつ下方に移動させた際にレーザ干渉計から得られる測定値を示すタイミング図である。(A) is a timing diagram showing measurement values obtained from a laser interferometer when the tool is placed at a predetermined stop position in the vertical direction in the precision machine tool of FIG. 10, and (b) is a timing diagram showing FIG. FIG. 5 is a timing chart showing measurement values obtained from a laser interferometer when a tool is moved upward by 2 nm from a predetermined stop position by the precision machine tool and then moved downward by 2 nm to the original stop position.

符号の説明Explanation of symbols

10:真空シリンダ作動器
11:ガイドコラム
11A:鉛直ガイド溝
10A:真空シリンダ
10B:非接触シールリング
10C:ピストン
12:制御対象物
12A:ガイド片
20:空気圧シリンダ作動器
20A:空気圧シリンダ
20B:非接触シールリング
20C:ピストン
21:ガイドコラム
21A:鉛直ガイド溝
22:制御対象物
22A:ガイド片
a:シール隙間
L:シール長
30:真空シリンダ作動器
30A:真空シリンダ
30B:非接触シールリング
30C:ピストン
31:圧力センサ
32:導管
33:真空ポンプ
34:圧力レギュレータ
35:ブロック片
36:ボイスコイルモータ
36A:永久磁石
36B:電磁コイル
37:レーザ干渉計
38:支持台
39:ミラー
LB:レーザ光
40:前方支持構造体
40A:ブロック基台
40B:ビーム
41:後方支持構造体
41A:ブロック基台
41B:ビーム
42:水平方向位置決め装置
42A:X−Yテーブル
42B:駆動機構
42C:加工物搭載台
W:被加工物
43:H形状支持板
43A:矩形取付板
43B:支持片
44:レーザ干渉計
45:ガイドレール
46:鉛直方向位置決め装置
460:真空シリンダ作動器
460A:真空シリンダ
460B:非接触シールリング
460C:ピストン
461:ボイスコイルモータ
461A:永久磁石
461B:電磁コイル
461C:ガイドレール
461D:ガイド部材
462:ガイドブロック
462A:取付片
463:支持体
464:ミラー
465:工具ホルダ
47:支持ブラケット
T:工具
10: Vacuum cylinder actuator 11: Guide column 11A: Vertical guide groove 10A: Vacuum cylinder 10B: Non-contact seal ring 10C: Piston 12: Control target 12A: Guide piece 20: Pneumatic cylinder actuator 20A: Pneumatic cylinder 20B: Non Contact seal ring 20C: Piston 21: Guide column 21A: Vertical guide groove 22: Control target 22A: Guide piece a: Seal gap L: Seal length 30: Vacuum cylinder actuator 30A: Vacuum cylinder 30B: Non-contact seal ring 30C: Piston 31: Pressure sensor 32: Conduit 33: Vacuum pump 34: Pressure regulator 35: Block piece 36: Voice coil motor 36A: Permanent magnet 36B: Electromagnetic coil 37: Laser interferometer 38: Support base 39: Mirror LB: Laser light 40 : Front support structure 40A: Block base 40 : Beam 41: Back support structure 41A: Block base 41B: Beam 42: Horizontal positioning device 42A: XY table 42B: Drive mechanism 42C: Workpiece mounting table W: Workpiece 43: H-shaped support plate 43A : Rectangular mounting plate 43B: Support piece 44: Laser interferometer 45: Guide rail 46: Vertical positioning device 460: Vacuum cylinder actuator 460A: Vacuum cylinder 460B: Non-contact seal ring 460C: Piston 461: Voice coil motor 461A: Permanent Magnet 461B: Electromagnetic coil 461C: Guide rail 461D: Guide member 462: Guide block 462A: Mounting piece 463: Support body 464: Mirror 465: Tool holder 47: Support bracket T: Tool

Claims (11)

真空シリンダ作動器(10)と、真空ポンプ(14)とを具備する重力補償機構であって、
前記真空シリンダ作動器が、前記真空ポンプ(14)と連通させられた真空シリンダ(10A)と、この真空シリンダの一端面側に設けられた非接触シールリング(10B)と、この非接触シールリングに挿通させられたピストン(10C)とから成り、前記ピストンに鉛直方向下向きに及ぼされる荷重が前記真空ポンプの作動により補償させられる重力補償機構。
A gravity compensation mechanism comprising a vacuum cylinder actuator (10) and a vacuum pump (14),
The vacuum cylinder actuator includes a vacuum cylinder (10A) communicated with the vacuum pump (14), a non-contact seal ring (10B) provided on one end face side of the vacuum cylinder, and the non-contact seal ring A gravity compensation mechanism comprising a piston (10C) inserted into the piston, and a load exerted downward on the piston in the vertical direction is compensated by the operation of the vacuum pump.
請求項1に記載の重力補償機構において、前記非接触シールリング(10B)のシール隙間及びシール長が前記ピストンに鉛直方向下向きに及ぼされる荷重に応じて設定される重力補償機構。 2. The gravity compensation mechanism according to claim 1, wherein a seal gap and a seal length of the non-contact seal ring (10 </ b> B) are set according to a load applied vertically downward to the piston. 請求項2に記載の重力補償機構において、前記真空ポンプ(14)の作動により前記真空シリンダ(10A)内の圧力が少なくとも-80kPaG以下となるように前記非接触シールリング(10B)のシール隙間及びシール長の設定が行われる重力補償機構。 The gravity compensation mechanism according to claim 2, wherein the non-contact seal ring (10B) and the non-contact seal ring (10B) are configured so that the pressure in the vacuum cylinder (10A) is at least -80 kPaG or less by the operation of the vacuum pump (14). Gravity compensation mechanism in which the seal length is set. 請求項1から3までのいずれか1項に記載の重力補償機構を用いる鉛直方向位置決め装置であって、
前記ピストンを鉛直方向に沿って移動させるための駆動モータと、
前記ピストンの鉛直方向に沿う移動距離を測定する移動距離測定センサとを具備する鉛直方向位置決め装置。
A vertical positioning device using the gravity compensation mechanism according to any one of claims 1 to 3,
A drive motor for moving the piston along the vertical direction;
A vertical positioning device comprising a movement distance measuring sensor for measuring a movement distance along a vertical direction of the piston.
請求項4に記載の鉛直方向位置決め装置において、前記駆動モータがボイスコイルモータ及びリニアモータのうちのいずれか一方から成る鉛直方向位置決め装置。 5. The vertical positioning apparatus according to claim 4, wherein the drive motor is one of a voice coil motor and a linear motor. 請求項4に記載の鉛直方向位置決め装置において、前記移動距離測定センサが非接触式高分解センサから成る鉛直方向位置決め装置。 5. The vertical positioning device according to claim 4, wherein the moving distance measuring sensor is a non-contact type high resolution sensor. 一対の真空シリンダ作動器(460)と、真空ポンプとを具備する鉛直方向位置決め装置であって、
前記真空シリンダ作動器の各々が、前記真空ポンプと連通させられた真空シリンダ(460A)と、この真空シリンダの一端面側に設けられた非接触シールリング(460B)と、この非接触シールリングに挿通させられたピストン(460C)とから成り、前記ピストンの双方に鉛直方向下向きに及ぼされる荷重が前記真空ポンプの作動により補償させられる鉛直方向位置決め装置において、
更に、前記一対の真空シリンダ作動器間の中央に前記ピストンの双方を鉛直方向に沿って移動させるための駆動モータ(461)と、
前記ピストンの鉛直方向に沿う移動距離を測定する移動距離測定センサ(44)とを具備する鉛直方向位置決め装置。
A vertical positioning device comprising a pair of vacuum cylinder actuators (460) and a vacuum pump,
Each of the vacuum cylinder actuators includes a vacuum cylinder (460A) communicated with the vacuum pump, a non-contact seal ring (460B) provided on one end surface side of the vacuum cylinder, and a non-contact seal ring. A vertical positioning device comprising a piston (460C) inserted therein, wherein a load applied vertically downward to both of the pistons is compensated by the operation of the vacuum pump;
And a drive motor (461) for moving both of the pistons along the vertical direction in the center between the pair of vacuum cylinder actuators;
A vertical positioning device comprising a moving distance measuring sensor (44) for measuring a moving distance along a vertical direction of the piston.
請求項7に記載の鉛直方向位置決め装置において、
更に、制御対象物(T)を支持するために前記ピストン(460C)の双方から吊下され、かつ前記駆動モータによって接続された支持体(463)と、
前記支持体の鉛直方向の移動をガイドするための一対の無接触ガイド手段(45、462)とを具備する鉛直方向位置決め装置。
The vertical positioning device according to claim 7,
A support (463) suspended from both of the pistons (460C) and connected by the drive motor to support the control object (T);
A vertical positioning device comprising a pair of non-contact guide means (45, 462) for guiding the vertical movement of the support.
請求項8に記載の鉛直方向位置決め装置において、前記一対の真空シリンダ作動器(460)が前記駆動モータ(461)の駆動方向に対して対称に配置され、かつ前記一対の無接触ガイド手段(45、462)も前記駆動モータ(461)の駆動方向に対して対称に配置される鉛直方向位置決め装置。 9. The vertical positioning device according to claim 8, wherein the pair of vacuum cylinder actuators (460) are arranged symmetrically with respect to the drive direction of the drive motor (461) and the pair of non-contact guide means (45). , 462) are also positioned vertically with respect to the drive direction of the drive motor (461). 請求項7に記載の鉛直方向位置決め装置において、前記一対の無接触ガイド手段の各々がガイドレール(45)と、このガイドレールに沿って移動させられかつ前記支持体(463)に連結された前記ガイドブロック(462)とから成る鉛直方向位置決め装置。 8. The vertical positioning device according to claim 7, wherein each of the pair of non-contact guide means is moved along the guide rail (45) and connected to the support body (463). A vertical positioning device comprising a guide block (462). 請求項10に記載の鉛直方向位置決め装置において、
更に、前記移動距離測定センサ(44)及び前記一対のガイドレール(45)を支持する第1の支持構造体(40)と、
前記一対の真空シリンダ作動器(460)及び前記駆動モータ(461)を支持し、かつ前記第1の支持構造体と独立した第2の支持構造体(42)とを具備する鉛直方向位置決め装置。
The vertical positioning device according to claim 10,
A first support structure (40) for supporting the movement distance measuring sensor (44) and the pair of guide rails (45);
A vertical positioning device comprising a second support structure (42) supporting the pair of vacuum cylinder actuators (460) and the drive motor (461) and independent of the first support structure.
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