JP2010011557A - Actuator device and temperature adjustment method - Google Patents

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稔久 田中
Satoru Sanada
覚 真田
Norio Nakahira
法生 中平
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an actuator device with high efficiency of resource. <P>SOLUTION: The actuator device includes: a fluidic actuator that is operated by driving force produced by the pressure of working fluid; an heat exchange unit that absorbs heat from a heating element using as a medium the working fluid discharged from the fluidic actuator; and a working fluid flow path for causing working fluid to flow from a temperature adjustment unit back to the fluidic actuator. The heating element is, for example, an electromagnetic actuator that is operated by driving force produced by electromagnetic force. The working fluid can be air or a liquid of fluorine compound. The actuator device may be additionally provided with a temperature controller that controls the temperature of working fluid within a predetermined set temperature range. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、アクチュエータおよび温度調節方法に関する。より詳細には、流体アクチュエータを含むアクチュエータ装置と、当該アクチュエータ装置における発熱体の温度調節方法とに関する。   The present invention relates to an actuator and a temperature adjustment method. More specifically, the present invention relates to an actuator device including a fluid actuator and a method for adjusting the temperature of a heating element in the actuator device.

位置決め装置は、対象物を目標位置に向かって移動させる場合に駆動力を発生するアクチュエータを備える。この種のアクチュエータには、作動流体の圧力により駆動力を発生する流体アクチュエータと、電磁気力により駆動力を発生する電磁アクチュエータとが含まれる。   The positioning device includes an actuator that generates a driving force when the object is moved toward the target position. This type of actuator includes a fluid actuator that generates a driving force by the pressure of a working fluid and an electromagnetic actuator that generates a driving force by an electromagnetic force.

特許文献１には、作動流体を循環させて再利用する流体アクチュエータが記載されている。特許文献２には、冷却装置を備えた電磁アクチュエータが記載されている。特許文献３には、流体を用いた冷却機能を有するリニアモータが記載されている。特許文献４には、ひとつの位置決め対象に対して電磁アクチュエータおよび流体アクチュエータを組み合わせた構造が記載されている。
特許第３６７６６６９号公報 特開２００１−１１９９１８号公報 特開２００２−１３８９５７号公報 特開２００３−０２８９７４号公報 Patent Document 1 describes a fluid actuator that circulates and reuses a working fluid. Patent Document 2 describes an electromagnetic actuator provided with a cooling device. Patent Document 3 describes a linear motor having a cooling function using a fluid. Patent Document 4 describes a structure in which an electromagnetic actuator and a fluid actuator are combined for one positioning target.
Japanese Patent No. 3676669 JP 2001-119918 A JP 2002-138957 A Japanese Patent Laid-Open No. 2003-028974

サーボ制御される流体アクチュエータは、圧力室を急速に減圧する場合に作動流体を圧力系の外部に排出する構造を有するものがある。このため、アクチュエータの稼動に伴って作動流体が消尽される。   Some servo actuators have a structure for discharging the working fluid to the outside of the pressure system when the pressure chamber is rapidly decompressed. For this reason, the working fluid is exhausted with the operation of the actuator.

また、また、流体アクチュエータをサーボ制御する場合に用いるサーボ制御弁には、作動流体を排気弁側に流し続けて圧力制御室の背圧を安定させる構造を有するものがある。このため、動作頻度の如何にかかわらず、作動流体が消尽され続ける。   Some servo control valves used for servo-controlling a fluid actuator have a structure that stabilizes the back pressure in the pressure control chamber by continuously flowing the working fluid to the exhaust valve side. For this reason, the working fluid continues to be exhausted regardless of the operation frequency.

更に、流体アクチュエータは、作動流体自体の層流により静圧軸受けを形成して摺動抵抗を低減する構造を採るものがある。このため、アクチュエータの動作に伴って作動流体が消費され続ける。   Furthermore, some fluid actuators have a structure in which a static pressure bearing is formed by laminar flow of the working fluid itself to reduce sliding resistance. For this reason, the working fluid continues to be consumed with the operation of the actuator.

一方、電磁アクチュエータは、駆動電流が流れることにより不可避に発熱する。そこで、アクチュエータに高い動作精度が求められる場合は、冷却装置を設けてアクチュエータ自体の温度を管理する。このため、冷却装置を含むアクチュエータの装置規模が大きくなることが避けられなかった。   On the other hand, the electromagnetic actuator inevitably generates heat when a drive current flows. Therefore, when high operating accuracy is required for the actuator, a cooling device is provided to manage the temperature of the actuator itself. For this reason, it is inevitable that the scale of the actuator including the cooling device becomes large.

そこで、上記課題を解決すべく、本発明の第１の形態として、作動流体の圧力により発生した駆動力で動作する流体アクチュエータと、流体アクチュエータから排出された作動流体を媒体として発熱体の熱を吸収する熱交換部と、熱交換部と流体アクチュエータとの間で作動流体を循環させる作動流体流路とを備えるアクチュエータ装置が提供される。   Therefore, in order to solve the above-mentioned problems, as a first embodiment of the present invention, the heat of the heating element is obtained by using a fluid actuator that operates with the driving force generated by the pressure of the working fluid and the working fluid discharged from the fluid actuator as a medium. An actuator device is provided that includes a heat exchange unit that absorbs, and a working fluid channel that circulates the working fluid between the heat exchange unit and the fluid actuator.

また、本発明の第２の形態として、作動流体の圧力により発生した駆動力で動作する流体アクチュエータから排出された作動流体を媒体として発熱体の熱を吸収する熱交換段階と、熱交換段階を経た作動流体を、流体アクチュエータへ還流させる還流段階とを備える温度調節方法が提供される。   Further, as a second embodiment of the present invention, a heat exchange stage that absorbs heat of the heating element using a working fluid discharged from a fluid actuator that operates with a driving force generated by the pressure of the working fluid as a medium, and a heat exchange stage A temperature control method is provided that includes a refluxing step of refluxing the working fluid passed through to a fluid actuator.

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションも発明となり得る。   It should be noted that the above summary of the invention does not enumerate all the necessary features of the present invention. Further, a sub-combination of these feature groups can be an invention.

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決に必須であるとは限らない。   Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solution of the invention.

図１は、アクチュエータ装置１００のレイアウトを示す模式的な斜視図である。アクチュエータ装置１００は、基台２３０、ステージ３６０、液体アクチュエータ３１０、電磁アクチュエータ４０１、４１０および空気アクチュエータ５１１、５１２を備える。   FIG. 1 is a schematic perspective view showing a layout of the actuator device 100. The actuator device 100 includes a base 230, a stage 360, a liquid actuator 310, electromagnetic actuators 401 and 410, and air actuators 511 and 512.

即ち、このアクチュエータ装置１００は、液体アクチュエータ３１０および空気アクチュエータ５１１、５１２の２種の流体アクチュエータを備える。後述するように、液体アクチュエータ３１０は、液体の作動流体により駆動される。また、液体アクチュエータ３１０の作動流体は、液体アクチュエータ３１０と電磁アクチュエータ４０１との間で循環し、電磁アクチュエータ４０１の冷却に寄与する。   That is, the actuator device 100 includes two types of fluid actuators, that is, a liquid actuator 310 and air actuators 511 and 512. As will be described later, the liquid actuator 310 is driven by a liquid working fluid. Further, the working fluid of the liquid actuator 310 circulates between the liquid actuator 310 and the electromagnetic actuator 401 and contributes to cooling of the electromagnetic actuator 401.

また、空気アクチュエータ５１１、５１２は、空気を作動媒体として駆動される。また、作動流体としての空気は、空気アクチュエータ５１１、５１２から排出された後も、電磁アクチュエータ４１０を冷却する目的で、アクチュエータ装置１００内で循環する。   The air actuators 511 and 512 are driven using air as a working medium. Further, the air as the working fluid circulates in the actuator device 100 for the purpose of cooling the electromagnetic actuator 410 even after being discharged from the air actuators 511 and 512.

ただし、液体アクチュエータ３１０、電磁アクチュエータ４０１、４１０および空気アクチュエータ５１１、５１２のようなアクチュエータの種類の組み合わせがこれに限定されるわけではなく、用途に応じて適宜される。   However, the combination of the types of actuators such as the liquid actuator 310, the electromagnetic actuators 401 and 410, and the air actuators 511 and 512 is not limited to this, and is appropriately determined according to the application.

基台２３０は、空気アクチュエータ５１１、５１２により略水平に支持される。なお、アクチュエータ装置１００は、この図では見えない、基台２３０を支持するもうひとつの空気アクチュエータ５１３も備える。基台２３０の上面には、電磁アクチュエータ４１０が搭載される。   The base 230 is supported substantially horizontally by the air actuators 511 and 512. The actuator device 100 also includes another air actuator 513 that supports the base 230, which is not visible in this drawing. An electromagnetic actuator 410 is mounted on the upper surface of the base 230.

ステージ３６０は、上面に電磁アクチュエータ４０１を搭載しつつ、液体アクチュエータ３１０に下方から支持される。液体アクチュエータ３１０は、電磁アクチュエータ４１０により下方から支持される。   The stage 360 is supported by the liquid actuator 310 from below while mounting the electromagnetic actuator 401 on the upper surface. The liquid actuator 310 is supported from below by the electromagnetic actuator 410.

液体アクチュエータ３１０は、図中に矢印で示すＸ方向にステージ３６０を移動させる。また、電磁アクチュエータ４１０は、図中に矢印で示すＹ方向に液体アクチュエータ３１０を移動させる。これら液体アクチュエータ３１０および電磁アクチュエータ４１０の動作を組み合わせることにより、ＸＹ平面内に展開する平面上で、ステージ３６０を任意の方向に移動させることができる。   The liquid actuator 310 moves the stage 360 in the X direction indicated by an arrow in the drawing. Further, the electromagnetic actuator 410 moves the liquid actuator 310 in the Y direction indicated by an arrow in the drawing. By combining the operations of the liquid actuator 310 and the electromagnetic actuator 410, the stage 360 can be moved in an arbitrary direction on a plane developed in the XY plane.

電磁アクチュエータ４０１は、ステージ３６０の上に載せられた図示していない搬送物とステージ３６０との間に介在して高さ方向に伸縮する。これにより、図中に矢印で示すＺ方向に搬送物を移動させることができる。また、電磁アクチュエータ４０１は、図示の例では、個別に動作する３つのＺ軸アクチュエータ４０２、４０４、４０６を含む。これにより、ステージ３６０上で搭載物を傾けることもできる。   The electromagnetic actuator 401 is interposed between a transported object (not shown) placed on the stage 360 and the stage 360 and expands and contracts in the height direction. Thereby, a conveyed product can be moved to the Z direction shown by the arrow in a figure. In the illustrated example, the electromagnetic actuator 401 includes three Z-axis actuators 402, 404, and 406 that operate individually. Thereby, the mounted object can be tilted on the stage 360.

空気アクチュエータ５１１、５１２は、作動流体流路５０２、レギュレータ２２１およびサーボ弁５３１、５３２を介して圧力源５０１に結合される。サーボ弁５３１、５３２を適宜開放または閉鎖することにより、空気アクチュエータ５１１、５１２は駆動力を発生して、基台２３０を昇降させる。また、サーボ弁５３１、５３２は個別に開閉できるので、空気アクチュエータ５１１、５１２を個別に動作させて基台２３０を傾けることもできる。   Air actuators 511 and 512 are coupled to pressure source 501 through working fluid flow path 502, regulator 221 and servo valves 531 and 532. By opening or closing the servo valves 531 and 532 as appropriate, the air actuators 511 and 512 generate a driving force to raise and lower the base 230. Further, since the servo valves 531 and 532 can be individually opened and closed, the base 230 can be tilted by operating the air actuators 511 and 512 individually.

空気アクチュエータ５１１、５１２から排出された空気は、作動流体流路５０３を通じて、バッファタンク２２４に一旦収容される。バッファタンク２２４は、空気の脈動を吸収した上で、レギュレータ２２２および作動流体流路５０４を通じて空気を定常的に送り出す。   Air discharged from the air actuators 511 and 512 is temporarily stored in the buffer tank 224 through the working fluid flow path 503. The buffer tank 224 absorbs the pulsation of air and then constantly sends out air through the regulator 222 and the working fluid flow path 504.

バッファタンク２２４から送り出された空気は、電磁アクチュエータ４０１の近傍を循環した後、熱交換器２２３を経由して、作動流体流路５０５から再びバッファタンク２２４に戻される。これにより、電磁アクチュエータ４０１が動作した場合に発生する熱が空気に伝えられ、熱交換器２２３により放散される。従って、作動流体流路５０５からバッファタンク２２４に戻された空気は、電磁アクチュエータ４０１の冷却に再び利用できる。   The air sent out from the buffer tank 224 circulates in the vicinity of the electromagnetic actuator 401 and then returns to the buffer tank 224 from the working fluid flow path 505 via the heat exchanger 223. Thereby, the heat generated when the electromagnetic actuator 401 is operated is transmitted to the air and dissipated by the heat exchanger 223. Therefore, the air returned from the working fluid flow path 505 to the buffer tank 224 can be used again for cooling the electromagnetic actuator 401.

このような構造により、空気アクチュエータ５１１、５１２の作動流体である空気は、圧力源５０１から供給された後は殆ど消耗されることなく、空気アクチュエータ５１１、５１２を作動させる。また、作動流体である空気が電磁アクチュエータ４０１を冷却するので、冷却媒体として他の媒体を導入しなくてもよい。   With such a structure, the air as the working fluid of the air actuators 511 and 512 operates the air actuators 511 and 512 with almost no consumption after being supplied from the pressure source 501. Further, since air as the working fluid cools the electromagnetic actuator 401, it is not necessary to introduce another medium as a cooling medium.

電磁アクチュエータ４１０は、Ｙ方向に延在して基台２３０に両端を固定された固定子４１２と、基台２３０の中央に固定された、固定子４１２と平行な案内部４１３と、固定子４１２に装着され、固定子４１２の延在方向に沿って移動する移動子４１１とを含む。この実施形態では、２組の固定子４１２および移動子４１１が、Ｘ方向について基台２３０の略両端に配される。一対の移動子４１１は、連結部４１４により結合されて一体的に移動する。また、連結部４１４の中程には、連結部４１４の移動を案内する案内部４１３が挿通されている。   The electromagnetic actuator 410 includes a stator 412 extending in the Y direction and fixed at both ends to the base 230, a guide portion 413 fixed to the center of the base 230 and parallel to the stator 412, and the stator 412. And a mover 411 that moves along the extending direction of the stator 412. In this embodiment, two sets of the stator 412 and the mover 411 are arranged at substantially both ends of the base 230 in the X direction. The pair of movers 411 are coupled by the connecting portion 414 and move integrally. Further, a guide part 413 for guiding the movement of the connection part 414 is inserted in the middle of the connection part 414.

液体アクチュエータ３１０は、連結部４１４に支持されて、Ｘ方向に延在する案内部３８６と、案内部３８６を挿通されたシリンダ３５０とを含む。シリンダ３５０は、ステージ３６０を搭載して、案内部３８６に沿って移動する。ステージ３６０には、前述した電磁アクチュエータ４０１の他に、一対の反射鏡３６２、３６４が搭載される。   The liquid actuator 310 includes a guide part 386 supported by the connecting part 414 and extending in the X direction, and a cylinder 350 inserted through the guide part 386. The cylinder 350 is mounted with the stage 360 and moves along the guide portion 386. In addition to the electromagnetic actuator 401 described above, a pair of reflecting mirrors 362 and 364 are mounted on the stage 360.

また、液体アクチュエータ３１０には、昇圧ポンプ１１３から加圧して送り出された液体が、レギュレータ１１４、作動流体流路３０１およびサーボ弁３３２、３４２を介して供給される。液体アクチュエータ３１０を動作させた液体は、作動流体流路３０４を介して作動流体タンク１１１に回収される。回収された液体は、温度調節器１１２において適切な温度まで冷却された後、再び昇圧ポンプ１１３に供給される。このように、液体は、液体アクチュエータ３１０、温度調節器３０１、電磁アクチュエータ４０１の間を循環する。液体を供給された液体アクチュエータ３１０の動作については後述する。   The liquid actuator 310 is supplied with the liquid pressurized and sent from the booster pump 113 via the regulator 114, the working fluid flow path 301, and the servo valves 332 and 342. The liquid in which the liquid actuator 310 is operated is collected in the working fluid tank 111 via the working fluid channel 304. The recovered liquid is cooled to an appropriate temperature in the temperature controller 112 and then supplied to the booster pump 113 again. Thus, the liquid circulates between the liquid actuator 310, the temperature controller 301, and the electromagnetic actuator 401. The operation of the liquid actuator 310 supplied with the liquid will be described later.

更に、昇圧ポンプ１１３から加圧して送り出された液体は、レギュレータ１１５および作動流体流路３０３を介して、電磁アクチュエータ４１０の固定子４１２に供給される。固定子４１２の内部を流通した液体は、電磁アクチュエータ４１０において発生した熱を吸収し、作動流体流路３０４を介して還流され、作動流体タンク１１１に回収される。既に説明した通り、回収された液体は、温度調節器１１２において適切な温度まで冷却された後、再び昇圧ポンプ１１３に供給される。   Furthermore, the liquid sent out under pressure from the booster pump 113 is supplied to the stator 412 of the electromagnetic actuator 410 via the regulator 115 and the working fluid flow path 303. The liquid flowing through the stator 412 absorbs heat generated in the electromagnetic actuator 410, is recirculated through the working fluid channel 304, and is collected in the working fluid tank 111. As described above, the recovered liquid is cooled to an appropriate temperature by the temperature controller 112 and then supplied to the booster pump 113 again.

このような構造により、液体アクチュエータ３１０の作動流体である液体は、殆ど消耗されることなく液体アクチュエータ３１０を作動させる。また、作動流体が電磁アクチュエータ４１０を冷却するので、他の冷却媒体あるいは他の冷却設備を導入することなく、電磁アクチュエータ４１０の温度を制御することもできる。   With such a structure, the liquid that is the working fluid of the liquid actuator 310 operates the liquid actuator 310 with almost no consumption. Further, since the working fluid cools the electromagnetic actuator 410, the temperature of the electromagnetic actuator 410 can be controlled without introducing another cooling medium or other cooling equipment.

なお、作動流体としては、水、作動油等の他、フッ素化合物の液体を例示できる。フッ素化合物の液体には、化学的に安定で、比熱が比較的大きいものがある。更に、組成によっては沸点の低いものがある。これにより、温度調節器１１２において沸騰冷却させることができるので、温度調節器において広い温度範囲で温度を調節できる。   In addition, as a working fluid, the liquid of a fluorine compound other than water, working oil, etc. can be illustrated. Some fluorine compound liquids are chemically stable and have a relatively large specific heat. Furthermore, some compositions have low boiling points. Thereby, since it is possible to boil and cool in the temperature controller 112, the temperature can be adjusted in a wide temperature range in the temperature controller.

また、バッファタンク２２４には、空気のオーバフローを防止するリリース弁を設けてもよい。また、作動流体流路３０１、３０２、３０３、３０４が合流する箇所には、作動流体の逆流を防止する逆止弁を設けてもよい。   The buffer tank 224 may be provided with a release valve that prevents air overflow. In addition, a check valve for preventing the backflow of the working fluid may be provided at a location where the working fluid flow paths 301, 302, 303, and 304 join.

図２は、アクチュエータ装置１００の制御系２００の構造を示すブロック図である。また、図２においては、制御の対象となる電磁アクチュエータ４０１、４１０、液体アクチュエータ３１０および空気アクチュエータ５１０を併せて模式的に示す。   FIG. 2 is a block diagram showing the structure of the control system 200 of the actuator device 100. In FIG. 2, the electromagnetic actuators 401 and 410, the liquid actuator 310, and the air actuator 510 to be controlled are schematically shown together.

アクチュエータ装置１００は、アクチュエータ装置１００全体の制御を司る上位コントローラ２１０の制御の下で、電磁アクチュエータ４０１、４１０、液体アクチュエータ３１０および空気アクチュエータ５１０の各々の動作を制御するアクチュエータ制御部２２０を備える。更に、アクチュエータ制御部２２０は、液体アクチュエータ制御部３２０、電磁アクチュエータ制御部４２０および空気アクチュエータ制御部５２０を含む。   The actuator device 100 includes an actuator control unit 220 that controls operations of the electromagnetic actuators 401 and 410, the liquid actuator 310, and the air actuator 510 under the control of the host controller 210 that controls the entire actuator device 100. Further, the actuator control unit 220 includes a liquid actuator control unit 320, an electromagnetic actuator control unit 420, and an air actuator control unit 520.

液体アクチュエータ制御部３２０は、サーボ弁３３２、３４２を個別に駆動する一対のサーボ弁アンプ３３０、３４０を含む。電磁アクチュエータ制御部４２０は、電磁アクチュエータ４０１を駆動する駆動電流を発生するＺ軸アクチュエータアンプ４３１、４３２、４３３と、電磁アクチュエータ４１０を駆動する駆動電流を発生するＹ軸アクチュエータアンプ４３０とを含む。空気アクチュエータ制御部５２０は、空気アクチュエータ５１１、５１２、５１３のそれぞれに対応したサーボ弁５３１、５３２、５３３を個別に駆動するサーボ弁アンプ５４１、５４２、５４３を含む。   The liquid actuator control unit 320 includes a pair of servo valve amplifiers 330 and 340 that individually drive the servo valves 332 and 342. The electromagnetic actuator control unit 420 includes Z-axis actuator amplifiers 431, 432, and 433 that generate a drive current that drives the electromagnetic actuator 401, and a Y-axis actuator amplifier 430 that generates a drive current that drives the electromagnetic actuator 410. The air actuator control unit 520 includes servo valve amplifiers 541, 542, and 543 that individually drive servo valves 531, 532, and 533 corresponding to the air actuators 511, 512, and 513, respectively.

更に、制御系２００は、一対の干渉計４７１、４７３と、干渉計４７１、４７３から個別に計測結果を受けるＸ軸位置検出４７２およびＹ軸位置検出４７４とを備える。干渉計４７１、４７３は、ステージ３６０に搭載された反射鏡３６２、３６４に向かってレーザを照射し、反射鏡３６２、３６４による反射光から、ステージ３６０の位置を精密に検出する。   Furthermore, the control system 200 includes a pair of interferometers 471 and 473, and an X-axis position detection 472 and a Y-axis position detection 474 that receive measurement results from the interferometers 471 and 473, respectively. Interferometers 471 and 473 irradiate lasers toward reflecting mirrors 362 and 364 mounted on stage 360, and accurately detect the position of stage 360 from the reflected light from reflecting mirrors 362 and 364.

図３は、アクチュエータ装置１００に装備される液体アクチュエータ３１０の構造を模式的に示す図である。液体アクチュエータ３１０は、連結部４１４に固定された案内部３８６、案内部３８６の中程に支持されたピストン３８２、ピストン３８２に対して装着されたシリンダ３５０を有する。   FIG. 3 is a diagram schematically showing the structure of the liquid actuator 310 provided in the actuator device 100. The liquid actuator 310 includes a guide portion 386 fixed to the connecting portion 414, a piston 382 supported in the middle of the guide portion 386, and a cylinder 350 attached to the piston 382.

案内部３８６は、その略中央にピストン３８２を保持する。また、案内部３８６は、連結部４１４からピストン３８２に至る途中の部分においてシリンダ３５０の側端面を貫通して、シリンダ３５０の移動方向を案内する。   The guide portion 386 holds the piston 382 at the approximate center thereof. The guide portion 386 guides the moving direction of the cylinder 350 by penetrating the side end surface of the cylinder 350 in the middle of the connecting portion 414 to the piston 382.

シリンダ３５０は、案内部３８６に両端を案内されつつ、ピストン３８２を内包する。シリンダ３５０の内部には、シリンダ３５０の内壁およびピストン３８２により画成された一対の圧力室３５２、３５４が形成される。   The cylinder 350 contains the piston 382 while being guided at both ends by the guide portion 386. A pair of pressure chambers 352 and 354 defined by the inner wall of the cylinder 350 and the piston 382 are formed inside the cylinder 350.

圧力室３５２、３５４の内部には、ピストン３８２の側壁に開口した流路３３４、３４４が連通する。流路３３４、３４４は、サーボ弁３３２、３４２を介して、圧力室３５２、３５４に対して個別に作動流体を供給または排出させる。これにより一対の圧力室３５２、３５４相互の間に差圧を生じさせることができる。   Inside the pressure chambers 352 and 354, flow paths 334 and 344 that open to the side wall of the piston 382 communicate with each other. The flow paths 334 and 344 individually supply or discharge the working fluid to the pressure chambers 352 and 354 via the servo valves 332 and 342. Thereby, a differential pressure can be generated between the pair of pressure chambers 352 and 354.

圧力室３５２、３５４相互の間に差圧が生じた場合、差圧の大きさに応じて発生した推力が、シリンダ３５０を含む負荷を、その質量に反比例した加速度で加速して移動させる。シリンダ３５０の移動により差圧がなくなると、シリンダ３５０は等速運動を行う。ステージ３６０はシリンダ３５０と共に移動し、逆向きの加速度をかければ、減速し停止させることができる。   When a differential pressure is generated between the pressure chambers 352 and 354, the thrust generated according to the magnitude of the differential pressure accelerates and moves the load including the cylinder 350 at an acceleration inversely proportional to its mass. When the differential pressure disappears due to the movement of the cylinder 350, the cylinder 350 moves at a constant speed. The stage 360 moves together with the cylinder 350 and can be decelerated and stopped by applying a reverse acceleration.

このように、液体アクチュエータ３１０においては、ピストン３８２が固定され、シリンダ３５０がステージ３６０と共に移動する。このような構造により、簡潔な構造で複動型シリンダを形成できる。ただし、アクチュエータ装置１００に装備される液体アクチュエータ３１０の構造が複動型に限られるわけではない。   Thus, in the liquid actuator 310, the piston 382 is fixed, and the cylinder 350 moves together with the stage 360. With such a structure, a double-acting cylinder can be formed with a simple structure. However, the structure of the liquid actuator 310 provided in the actuator device 100 is not limited to the double-acting type.

更に、シリンダ３５０に搬送されるステージ３６０には、反射鏡３６４が搭載される。干渉計４７１は、反射鏡３６４を利用して、シリンダ３５０のＸ軸方向の移動量に対応したパルス信号を発生する。   Further, a reflecting mirror 364 is mounted on the stage 360 conveyed to the cylinder 350. The interferometer 471 uses the reflecting mirror 364 to generate a pulse signal corresponding to the amount of movement of the cylinder 350 in the X-axis direction.

なお、シリンダ３５０のＸ軸方向の位置検出をする構造が上記のものに限られるわけではなく、光学的、磁気的に位置を検出するセンサを用いてもよい。また、エンコーダ等を用いてもよい。更に、エンコーダは、初期値からの移動量を積算するインクリメント型と、絶対的な位置を検出するアブソリュート型とをいずれも使用できる。   Note that the structure for detecting the position of the cylinder 350 in the X-axis direction is not limited to the above, and a sensor that detects the position optically and magnetically may be used. An encoder or the like may be used. Furthermore, the encoder can use both the increment type that integrates the movement amount from the initial value and the absolute type that detects the absolute position.

液体アクチュエータ制御部３２０は、エンコーダ３７０の検出結果を参照しつつ、サーボ弁アンプ３３０、３４０に指令を発する。液体アクチュエータ制御部３２０は、デジタル式であってもアナログ式であってもよい。   The liquid actuator control unit 320 issues a command to the servo valve amplifiers 330 and 340 while referring to the detection result of the encoder 370. The liquid actuator controller 320 may be digital or analog.

サーボ弁３３２、３４２の各々は、例えば、電磁モータにより駆動されるスプール軸を備えた流量制御弁であり、スプール位置に応じた流量で作動流体を流通させる。スプール位置は、外部から受けた指令により決定される。本実施形態では、サーボ弁アンプ３３０、３４０から供給される駆動電流により動作する。   Each of the servo valves 332 and 342 is, for example, a flow rate control valve having a spool shaft driven by an electromagnetic motor, and circulates the working fluid at a flow rate corresponding to the spool position. The spool position is determined by a command received from the outside. In the present embodiment, the operation is performed by the drive current supplied from the servo valve amplifiers 330 and 340.

サーボ弁３３２、３４２の制御口は、圧力室３５２、３５４の各々に接続される。サーボ弁３３２、３４２の供給口は昇圧ポンプ１１３側に、サーボ弁３３２、３４２の排気口は作動流体タンク１１１側に接続される。これにより、サーボ弁３３２、３４２は、圧力室３５２、３５４に対して作動流体を供給または排出させることができる。   Control ports of the servo valves 332 and 342 are connected to the pressure chambers 352 and 354, respectively. The supply ports of the servo valves 332 and 342 are connected to the booster pump 113 side, and the exhaust ports of the servo valves 332 and 342 are connected to the working fluid tank 111 side. Thereby, the servo valves 332 and 342 can supply or discharge the working fluid to the pressure chambers 352 and 354.

図４は、液体アクチュエータ制御系３００の構造を模式的に示すブロック図である。なお、以下に説明する処理はデジタル信号処理により制御を実行されるが、アナログ信号処理により同様の制御をすることもできる。また、以下の説明においては、圧力室３５２に関する信号を符号「ａ」により、圧力室３５４に関する信号を符号「ｂ」により識別するが、図１に示した参照番号も随時参照する。   FIG. 4 is a block diagram schematically showing the structure of the liquid actuator control system 300. The processing described below is controlled by digital signal processing, but similar control can also be performed by analog signal processing. In the following description, the signal related to the pressure chamber 352 is identified by the symbol “a”, and the signal related to the pressure chamber 354 is identified by the symbol “b”. The reference numerals shown in FIG.

サーボ弁３３２、３４２における作動流体の体積流量をＧａ、Ｇｂとした場合、圧力室３５２、３５４の各々に発生する内圧Pa、Pbは、サーボ弁３３２、３４２における作動流体の流量Ｇａ、Ｇｂを圧力流量係数ｋｐで除したものに、シリンダ速度ｖに依存した帰還分が減算(a)あるいは加算(b)されたものに相当する。ｋｐは一般的に圧力流量係数と呼ばれ、サーボ弁の種類で決定される。なお、作動流体として液体を用いる制御では圧縮による体積の変化を無視できる。   When the volume flow rates of the working fluid in the servo valves 332 and 342 are Ga and Gb, the internal pressures Pa and Pb generated in the pressure chambers 352 and 354 are the pressures Ga and Gb of the working fluid in the servo valves 332 and 342, respectively. This is equivalent to the feedback divided by the cylinder speed v subtracted (a) or added (b) to that divided by the flow coefficient kp. kp is generally called a pressure flow coefficient and is determined by the type of servo valve. In the control using a liquid as a working fluid, a change in volume due to compression can be ignored.

シリンダ３５０における受圧面積Ｓを圧力Ｐａ、Ｐｂに乗ずることにより、圧力室３５２、３５４の各々で発生する推力Ｆａ、Ｆｂが決定される。更に、推力Ｆａ、Ｆｂの差分が、負荷を移動させる推力Ｆを生じ、負荷の質量に反比例した加速度となる。   By multiplying the pressure receiving area S in the cylinder 350 by the pressures Pa and Pb, thrusts Fa and Fb generated in the pressure chambers 352 and 354 are determined. Furthermore, the difference between the thrusts Fa and Fb generates a thrust F that moves the load, and the acceleration is inversely proportional to the mass of the load.

このようにして得られた加速度特性（ｍ／ｓ２）で、シリンダ３５０を加速する。シリンダ３５０の加速度を時間積分すると、シリンダ３５０の移動速度ｖ（ｍ／ｓ）が得られる。さらに移動速度ｖを積分するとシリンダ３５０の移動量ｘ(m)が得られる。移動量ｘ(m)は干渉計を含むX軸位置検出４７２によって観測することができる。 The cylinder 350 is accelerated with the acceleration characteristic (m / s 2 ) thus obtained. When the acceleration of the cylinder 350 is integrated over time, the moving speed v (m / s) of the cylinder 350 is obtained. Further, when the moving speed v is integrated, a moving amount x (m) of the cylinder 350 is obtained. The movement amount x (m) can be observed by an X-axis position detection 472 including an interferometer.

上記のような特性を有する液体アクチュエータ３１０に対して、液体アクチュエータ制御部３２０は、以下のような処理を実行する。干渉計４７１を含むX軸位置検出４７２からは、シリンダ３５０の位置を示す移動量ｘを示す位置センサ信号が入力される。位置センサ信号は、デジタル変換されて位置信号として演算される。なお、干渉計４７１が位置センサ信号をパルス信号として発生する場合は、パルスカウント値をそのまま位置信号として処理することもできる。   For the liquid actuator 310 having the above characteristics, the liquid actuator control unit 320 executes the following processing. A position sensor signal indicating a movement amount x indicating the position of the cylinder 350 is input from the X-axis position detection 472 including the interferometer 471. The position sensor signal is digitally converted and calculated as a position signal. When the interferometer 471 generates the position sensor signal as a pulse signal, the pulse count value can be directly processed as the position signal.

位置信号から、目標位置を示す値を減算することにより、目標位置に対する現在位置の差分を示す位置残差信号Ｓｉｇｘ＿ｐと、位置残差信号Ｓｉｇｘ＿ｐを積分した積分帰還信号Ｓｉｇｘ＿ｉとが生成される。これにより、Ｓｉｇｘ＿ｐの積分値を帰還して、定常偏差に対する利得を向上させることができる。   By subtracting a value indicating the target position from the position signal, a position residual signal Sigx_p indicating a difference between the current position and the target position, and an integrated feedback signal Sigx_i obtained by integrating the position residual signal Sigx_p are generated. Thereby, the integrated value of Sigx_p can be fed back, and the gain with respect to the steady deviation can be improved.

これら、位置残差信号Ｓｉｇｘ＿ｐおよび積分帰還信号Ｓｉｇｘ＿ｉに、それぞれの利得倍率（Ｋｐ、Ｋｉ）を乗算することにより、位置目標信号Ｓｉｇｘ＿Ｅが生成される。なお、位置目標信号Ｓｉｇｘ＿Ｅは、下記の式１のように表すことができる。
Ｓｉｇｘ＿Ｅ＝Ｋｐ＊Ｓｉｇｘ＿ｐ
＋Ｋｉ＊Ｓｉｇｘ＿ｉ・・・式１ The position target signal Sigx_E is generated by multiplying the position residual signal Sigx_p and the integral feedback signal Sigx_i by the respective gain magnifications (Kp, Ki). Note that the position target signal Sigx_E can be expressed as the following Expression 1.
Sigx_E = Kp * Sigx_p
+ Ki * Sigx_i Formula 1

上記のようにして生成した位置目標信号Ｓｉｇ＿Ｅに基づいて、サーボ弁３３２、３４２の駆動信号が生成される。即ち、サーボ弁アンプ３３０への指令信号のＳｉｇ＿Ａは、例えば、下記の式２に示す演算により生成される。
Ｓｉｇ＿Ａ＝Ｓｉｇ＿Ｅ・・・式２ Based on the position target signal Sig_E generated as described above, drive signals for the servo valves 332 and 342 are generated. That is, Sig_A of the command signal to the servo valve amplifier 330 is generated by, for example, the calculation shown in the following formula 2.
Sig_A = Sig_E Formula 2

この場合、サーボ弁アンプ３４０への指令信号Ｓｉｇ＿Ｂは、下記の式３に示す演算により生成される。
Ｓｉｇ＿Ｂ＝−Ｓｉｇ＿Ｅ・・・式３ In this case, the command signal Sig_B to the servo valve amplifier 340 is generated by the calculation shown in the following Expression 3.
Sig_B = −Sig_E Formula 3

サーボ弁アンプ３３０、３４０は、それぞれ、サーボゲインＫｓａ、Ｋｓｂを有し、入力された指令信号Ｓｉｇ＿Ａ、Ｓｉｇ＿Ｂに従って、サーボ弁３３２、３４２への指令電流を発生する。サーボ弁３３２、３４２は、各々の流量特性ｇ（Ｓ）に従って、指令電流に応じた流量で、圧力室３５２、３５４の作動流体を供給または排出する。   The servo valve amplifiers 330 and 340 have servo gains Ksa and Ksb, respectively, and generate command currents to the servo valves 332 and 342 in accordance with the input command signals Sig_A and Sig_B. The servo valves 332 and 342 supply or discharge the working fluid in the pressure chambers 352 and 354 at a flow rate corresponding to the command current according to each flow rate characteristic g (S).

図５は、電磁アクチュエータ制御系４００の構造を模式的に示すブロック図である。なお、電磁アクチュエータ制御系４００は、液体アクチュエータ３１０をＹ方向に移動させる電磁アクチュエータ４１０に対しても、ステージ３６０の上でＺ方向に変位するＺ軸電磁アクチュエータ４０１に対しても、等しく使用できる。但し、位置検出４７０は電磁アクチュエータ４１０に対しては、干渉計４７３と反射鏡３６２から得られるY軸位置検出４７４を意味する。Z軸電磁アクチュエータ４０１に対しては不図示のリニアスケールとエンコーダを用いたZ軸方向の位置検出を意味する。   FIG. 5 is a block diagram schematically showing the structure of the electromagnetic actuator control system 400. The electromagnetic actuator control system 400 can be used equally for the electromagnetic actuator 410 that moves the liquid actuator 310 in the Y direction and the Z-axis electromagnetic actuator 401 that moves in the Z direction on the stage 360. However, the position detection 470 means the Y-axis position detection 474 obtained from the interferometer 473 and the reflecting mirror 362 with respect to the electromagnetic actuator 410. For the Z-axis electromagnetic actuator 401, this means position detection in the Z-axis direction using a linear scale and an encoder (not shown).

電磁アクチュエータ４１０は、Ｙ軸アクチュエータアンプ４３０から供給された駆動電流の増減に応じて増減する推力Ｆを発生する。推力Ｆは、負荷となる液体アクチュエータ３１０、電磁アクチュエータ４０１等の質量の総和に反比例した加速度特性（ｍ／ｓ２）で、これらの負荷を加速する。電磁アクチュエータ４１０の負荷への加速度を時間積分すると、電磁アクチュエータ４１０の負荷の移動速度ｖ（ｍ／ｓ）が得られる。 The electromagnetic actuator 410 generates a thrust F that increases or decreases according to the increase or decrease of the drive current supplied from the Y-axis actuator amplifier 430. The thrust F accelerates these loads with acceleration characteristics (m / s 2 ) that are inversely proportional to the total mass of the liquid actuator 310, the electromagnetic actuator 401, and the like serving as loads. When the acceleration of the electromagnetic actuator 410 to the load is integrated over time, the moving speed v (m / s) of the load of the electromagnetic actuator 410 is obtained.

さらに移動速度ｖを積分すると電磁アクチュエータ４１０の負荷の移動量ｘ（ｍ）が得られる。移動量ｘ(ｍ) は電磁アクチュエータ４０１の場合は、干渉計を含むＹ軸位置検出４７４によって観測することができる。またＺ軸アクチュエータ４０１の場合は例えば、不図示のリニアスケールとエンコーダを用いて観測することができる。   Further, when the moving speed v is integrated, a load moving amount x (m) of the electromagnetic actuator 410 is obtained. In the case of the electromagnetic actuator 401, the movement amount x (m) can be observed by the Y-axis position detection 474 including an interferometer. In the case of the Z-axis actuator 401, for example, observation can be performed using a linear scale and an encoder (not shown).

上記のような特性を有する電磁アクチュエータ４１０に対して、電磁アクチュエータ制御部４２０は、以下のような処理を実行する。位置検出からは、負荷の位置を示す移動量ｘを示す位置センサ信号が入力される。位置センサ信号は、デジタル変換されて位置信号として演算される。   For the electromagnetic actuator 410 having the above characteristics, the electromagnetic actuator control unit 420 performs the following processing. From the position detection, a position sensor signal indicating a movement amount x indicating the position of the load is input. The position sensor signal is digitally converted and calculated as a position signal.

位置信号から、目標位置を示す値を減算することにより、目標位置に対する現在位置の差分を示す位置残差信号Ｓｉｇｙｚ＿ｐと、位置残差信号Ｓｉｇｙｚ＿ｐを積分した積分帰還信号Ｓｉｇｙｚ＿ｉとが生成される。これにより、定常偏差に対する利得を向上させることができる。   By subtracting a value indicating the target position from the position signal, a position residual signal Sigz_p indicating a difference between the current position and the target position, and an integrated feedback signal Sigz_i obtained by integrating the position residual signal Sigz_p are generated. Thereby, the gain with respect to a stationary deviation can be improved.

これら、位置残差信号Ｓｉｇｙｚ＿ｐおよび積分帰還信号Ｓｉｇｙｚ＿ｉに、それぞれの利得倍率（Ｋｐ、Ｋｉ）を乗算することにより、位置目標信号が生成されＹ軸アクチュエータアンプ４３０に入力される。   The position residual signal Sigz_p and the integral feedback signal Sigz_i are multiplied by respective gain magnifications (Kp, Ki) to generate a position target signal and input it to the Y-axis actuator amplifier 430.

このように、前述した液体アクチュエータ制御系３００および電磁アクチュエータ制御系４００は２次遅れ系なので、位置信号に位相補償をかけることにより、負荷の安定な位置決めができる。また、積分演算をかけることにより、定常偏差を零に近づけることができる。   Thus, since the liquid actuator control system 300 and the electromagnetic actuator control system 400 described above are secondary delay systems, stable positioning of the load can be performed by applying phase compensation to the position signal. In addition, the steady deviation can be brought close to zero by performing an integral operation.

図６は、空気アクチュエータ５１０を制御する空気アクチュエータ制御系５００の構造を模式的に示すブロック図である。本実施形態に係る空気アクチュエータ５１０は、一対の圧力室を備えた複動型シリンダを備える。図１に示したアクチュエータ装置１００では、空気アクチュエータ５１１、５１２、５１３がこれに該当する。   FIG. 6 is a block diagram schematically showing the structure of an air actuator control system 500 that controls the air actuator 510. The air actuator 510 according to the present embodiment includes a double-acting cylinder having a pair of pressure chambers. In the actuator device 100 shown in FIG. 1, the air actuators 511, 512, and 513 correspond to this.

一方の圧力室ｃは、レギュレータ２２１を介して圧力源５０１に接続され、内部圧力が一定になるように、作動流体を供給され続ける。他方の圧力室ａは、サーボ弁５３０を介して圧力源５０１に接続され、サーボ弁５３０の開度に応じて圧力が変化する作動流体を供給される。   One pressure chamber c is connected to the pressure source 501 via the regulator 221, and the working fluid is continuously supplied so that the internal pressure becomes constant. The other pressure chamber a is connected to a pressure source 501 via a servo valve 530 and supplied with a working fluid whose pressure changes according to the opening degree of the servo valve 530.

以下の説明においては、内部圧力が変化する圧力室ａに関する信号を符号「ａ」により識別する。また、内部圧力が一定の圧力室ｃに関する信号を符号「ｃ」により示す。   In the following description, a signal related to the pressure chamber a in which the internal pressure changes is identified by the symbol “a”. Further, a signal related to the pressure chamber c having a constant internal pressure is indicated by a symbol “c”.

サーボ弁５３０における作動流体の質量流量をＧａとした場合、圧力室ａに供給される作動流体の質量は、サーボ弁５３０における作動流体の流量Ｇａの積分値に相当する。そこで、流量Ｇａの積分値と、圧力室ａに当初より存在した作動流体の既存質量ｍ０ａの総和から、圧力室ａにおける作動流体の質量が判る。   When the mass flow rate of the working fluid in the servo valve 530 is Ga, the mass of the working fluid supplied to the pressure chamber a corresponds to an integral value of the flow rate Ga of the working fluid in the servo valve 530. Therefore, the mass of the working fluid in the pressure chamber a can be determined from the integrated value of the flow rate Ga and the sum of the existing mass m0a of the working fluid that has existed in the pressure chamber a from the beginning.

圧力室ａの容積は、空気アクチュエータ５１０のシリンダの位置ｘに応じて変化する。よって、当該容積はシリンダの位置ｘの関数Ｖａ（ｘ）として表される。作動流体は空気なので、圧力室ａにおける作動流体の圧力Ｐａは状態方程式ＲＴ／Ｖａ（ｘ）に従って決まる。更に、圧力室ａにおける受圧面積Ｓを圧力Ｐａに乗ずることにより、圧力室ａで発生する推力Ｆａが決定される。   The volume of the pressure chamber a changes according to the cylinder position x of the air actuator 510. Accordingly, the volume is expressed as a function Va (x) of the cylinder position x. Since the working fluid is air, the pressure Pa of the working fluid in the pressure chamber a is determined according to the state equation RT / Va (x). Furthermore, the thrust Fa generated in the pressure chamber a is determined by multiplying the pressure receiving area S in the pressure chamber a by the pressure Pa.

一方、圧力室ｃの内圧は、レギュレータ２２１により一定に維持されている。従って、当該一定の圧力Ｐｃを圧力室ｃの受圧面積Ｓに乗じることにより、圧力室ｃからシリンダに作用する力Ｆｃが判る。   On the other hand, the internal pressure of the pressure chamber c is kept constant by the regulator 221. Therefore, by multiplying the pressure receiving area S of the pressure chamber c by the constant pressure Pc, the force Fc acting on the cylinder from the pressure chamber c can be determined.

こうして発生した推力Ｆａ、Ｆｃの差分が、空気アクチュエータ５１０を駆動する推力Ｆを生じる加速度となる。なお、圧力室ａ、ｃにおける受圧面積Ｓが相互に等しい場合、推力Ｆは圧力Ｐａ、Ｐｃの差圧Ｐに等価となる。   The difference between the thrusts Fa and Fc thus generated becomes the acceleration that generates the thrust F that drives the air actuator 510. When the pressure receiving areas S in the pressure chambers a and c are equal to each other, the thrust F is equivalent to the differential pressure P between the pressures Pa and Pc.

推力Ｆは、空気アクチュエータ５１０の負荷質量に反比例した加速度特性（ｍ／ｓ２）を有する。空気アクチュエータ５１０の負荷への加速度を時間積分すると、空気アクチュエータ５１０の負荷の移動速度ｖ（ｍ／ｓ）が得られる。さらに移動速度ｖを積分すると空気アクチュエータ５１０の負荷の移動量ｘ（ｍ）が得られる。移動量ｘ(ｍ) は位置検出５７０、例えば、不図示のリニアスケールとエンコーダを用いて観測することができる。 The thrust F has an acceleration characteristic (m / s 2 ) that is inversely proportional to the load mass of the air actuator 510. When the acceleration to the load of the air actuator 510 is integrated over time, the moving speed v (m / s) of the load of the air actuator 510 is obtained. Further, when the moving speed v is integrated, a load moving amount x (m) of the air actuator 510 is obtained. The movement amount x (m) can be observed using a position detection 570, for example, a linear scale and an encoder (not shown).

上記のような特性を有する空気アクチュエータ５１０に対して、空気アクチュエータ制御部５２０は、以下のような処理を実行する。位置検出５７０により検出された移動量ｘを示す位置センサ信号は、デジタル変換されて位置信号として演算される。   For the air actuator 510 having the above characteristics, the air actuator control unit 520 executes the following processing. The position sensor signal indicating the movement amount x detected by the position detection 570 is digitally converted and calculated as a position signal.

位置信号から、目標位置を示す値を減産することにより、目標位置に対する現在位置の差分を示す位置残差信号Ｓｉｇ＿ｐと、位置残差信号Ｓｉｇ＿ｐを積分した積分帰還信号Ｓｉｇ＿ｉとが生成される。これにより、Ｓｉｇ＿ｐの積分値を帰還して、定常偏差に対する利得を向上させることができる。   By reducing the value indicating the target position from the position signal, a position residual signal Sig_p indicating a difference between the current position and the target position, and an integrated feedback signal Sig_i obtained by integrating the position residual signal Sig_p are generated. Thereby, the integrated value of Sig_p can be fed back to improve the gain with respect to the steady deviation.

また、位置信号を微分し、更にデジタルフィルタにより位相補償演算することにより、搬送対象物の速度ｖを示す速度信号Ｓｉｇ＿ｖが生成される。なお、デジタル処理における微分演算は、制御系２００のサンプリング周期毎に、位置センサが取り込んだ位置信号を、サンプリング周期の時間で除する。   Further, the position signal is differentiated and further subjected to phase compensation calculation by a digital filter, thereby generating a speed signal Sig_v indicating the speed v of the conveyance object. In the differential calculation in the digital processing, the position signal acquired by the position sensor is divided by the time of the sampling period for each sampling period of the control system 200.

即ち、作動流体として圧縮流体を用いる制御では積分項が３次となり、安定な帰還系を構築するには位置信号の２階微分値が帰還される。上記の例では、微分演算と位相補償演算により２階微分値の帰還と等価な系を形成している。これにより、安定な位置決め特性が得られる。   That is, in the control using the compressed fluid as the working fluid, the integral term becomes the third order, and the second-order differential value of the position signal is fed back to construct a stable feedback system. In the above example, a system equivalent to the feedback of the second-order differential value is formed by the differential calculation and the phase compensation calculation. Thereby, a stable positioning characteristic is obtained.

これら、位置残差信号Ｓｉｇ＿ｐ、積分帰還信号Ｓｉｇ＿ｉおよび速度信号Ｓｉｇ＿ｖに、それぞれの利得倍率（Ｋｖ、Ｋｐ、Ｋｉ）を乗算することにより、位置目標信号Ｓｉｇ＿Ｅが生成される。なお、位置目標信号Ｓｉｇ＿Ｅは、下記の式４のように表すことができる。
Ｓｉｇ＿Ｅ＝Ｋｐ＊Ｓｉｇ＿ｐ
＋Ｋｉ＊Ｓｉｇ＿ｉ
＋Ｋｖ＊Ｓｉｇ＿ｖ・・・式４ The position target signal Sig_E is generated by multiplying the position residual signal Sig_p, the integral feedback signal Sig_i, and the speed signal Sig_v by respective gain magnifications (Kv, Kp, Ki). Note that the position target signal Sig_E can be expressed as the following Expression 4.
Sig_E = Kp * Sig_p
+ Ki * Sig_i
+ Kv * Sig_v Equation 4

上記のようにして生成した目標位置信号Ｓｉｇ＿Ｅに基づいて、サーボ弁５３０の駆動信号が生成される。即ち、サーボ弁アンプ５４０への指令信号は、Ｓｉｇ＿Ｅに、サーボ弁アンプ５４０のゲインを乗じることにより得られる。こうして、空気アクチュエータ制御系５００においては、空気アクチュエータ５１０に、目標位置に応じた動作をさせることができる。   Based on the target position signal Sig_E generated as described above, a drive signal for the servo valve 530 is generated. That is, a command signal to the servo valve amplifier 540 is obtained by multiplying Sig_E by the gain of the servo valve amplifier 540. Thus, in the air actuator control system 500, the air actuator 510 can be operated according to the target position.

このように、流体アクチュエータを備えるアクチュエータ装置において、流体アクチュエータの作動流体を媒体として発熱体の熱を吸収させ、更に、作動流体を流体アクチュエータに還流させることにより、アクチュエータ装置１００の装置規模を抑制することができる。また、作動流体の消尽を抑制することもできるので、この点においても資源を節約できる。   Thus, in an actuator device including a fluid actuator, the heat of the heating element is absorbed using the working fluid of the fluid actuator as a medium, and the working fluid is recirculated to the fluid actuator, thereby suppressing the device scale of the actuator device 100. be able to. Moreover, since exhaustion of the working fluid can be suppressed, resources can be saved also in this respect.

従って、特に複数のアクチュエータを備えるアクチュエータ装置のコストを低減できる。また、高い動作精度が求められるアクチュエータ装置において、電磁アクチュエータの使用を容易にする。   Therefore, it is possible to reduce the cost of an actuator device that includes a plurality of actuators. In addition, in an actuator device that requires high operation accuracy, the use of an electromagnetic actuator is facilitated.

これにより、半導体装置の製造設備、液晶パネルの製造設備、マイクロマシンの製造設備等において、好適に使用できる。また、それにより、半導体装置、液晶パネル、マイクロマシン等の製造コストを抑制することもできる。   Thereby, it can be suitably used in a semiconductor device manufacturing facility, a liquid crystal panel manufacturing facility, a micromachine manufacturing facility, and the like. Thereby, manufacturing costs of a semiconductor device, a liquid crystal panel, a micromachine, and the like can be suppressed.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。また、上記実施の形態に、多様な変更または改良を加え得ることが当業者に明らかである。更に、その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。   As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. In addition, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above embodiment. Furthermore, it is apparent from the description of the scope of claims that embodiments with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.

アクチュエータ装置１００のレイアウトを示す模式的な斜視図である。2 is a schematic perspective view showing a layout of an actuator device 100. FIG. アクチュエータ装置の制御系２００の構造を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the control system 200 of an actuator apparatus. 液体アクチュエータ３１０の構造を模式的に示す図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing the structure of a liquid actuator 310. 液体アクチュエータ制御系３００の構造を模式的に示すブロック図である。4 is a block diagram schematically showing the structure of a liquid actuator control system 300. FIG. 電磁アクチュエータ制御系４００の構造を模式的に示すブロック図である。3 is a block diagram schematically showing the structure of an electromagnetic actuator control system 400. FIG. 空気アクチュエータ制御系５００の構造を模式的に示すブロック図である。3 is a block diagram schematically showing the structure of an air actuator control system 500. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１００ アクチュエータ装置、１１１ 作動流体タンク、１１２ 温度調節器、１１３ 昇圧ポンプ、１１４、１１５、２２１、２２２ レギュレータ、２００ 制御系、２１０ 上位コントローラ、２２０ アクチュエータ制御部、２２３ 熱交換器、２２４ バッファタンク、２３０ 基台、３００ 液体アクチュエータ制御系、３０１、３０２、３０３、３０４、５０２、５０３、５０４、５０５ 作動流体流路、３１０ 液体アクチュエータ、３２０ 液体アクチュエータ制御部、３３０、３４０、５４０、５４１、５４２、５４３ サーボ弁アンプ、３３２、３４２、５３０、５３１、５３２、５３３ サーボ弁、３３４、３４４ 流路、３５０ シリンダ、３５２、３５４ 圧力室、３６０ ステージ、３６２、３６４ 反射鏡、３８２ ピストン、３８６、４１３ 案内部、４００ 電磁アクチュエータ制御系、４０１、４１０ 電磁アクチュエータ、４０２、４０４、４０６ Ｚ軸アクチュエータ、４１１ 移動子、４１２ 固定子、４１４ 連結部、４２０ 電磁アクチュエータ制御部、４３０ Ｙ軸アクチュエータアンプ、４３１、４３２、４３３ Ｚ軸アクチュエータアンプ、４７０ 位置検出、４７１、４７３ 干渉計、４７２ Ｘ軸位置検出、４７４ Ｙ軸位置検出、５００ 空気アクチュエータ制御系、５０１ 圧力源、５１１、５１２、５１３、５１０ 空気アクチュエータ、５２０ 空気アクチュエータ制御部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Actuator apparatus, 111 Working fluid tank, 112 Temperature controller, 113 Booster pump, 114, 115, 221, 222 Regulator, 200 Control system, 210 Host controller, 220 Actuator control part, 223 Heat exchanger, 224 Buffer tank, 230 Base, 300 Liquid actuator control system, 301, 302, 303, 304, 502, 503, 504, 505 Working fluid flow path, 310 Liquid actuator, 320 Liquid actuator controller, 330, 340, 540, 541, 542, 543 Servo valve amplifier, 332, 342, 530, 531, 532, 533 Servo valve, 334, 344 Flow path, 350 cylinder, 352, 354 Pressure chamber, 360 stage, 362, 364 Reflector, 382 386, 413 Guide unit, 400 Electromagnetic actuator control system, 401, 410 Electromagnetic actuator, 402, 404, 406 Z-axis actuator, 411 Mover, 412 Stator, 414 Connecting unit, 420 Electromagnetic actuator control unit, 430 Y-axis Actuator amplifier, 431, 432, 433 Z-axis actuator amplifier, 470 Position detection, 471, 473 Interferometer, 472 X-axis position detection, 474 Y-axis position detection, 500 Air actuator control system, 501 Pressure source, 511, 512, 513 , 510 Air actuator, 520 Air actuator controller

Claims (7)

作動流体の圧力により発生した駆動力で動作する流体アクチュエータと、
前記流体アクチュエータから排出された前記作動流体を媒体として発熱体の熱を吸収する熱交換部と、
前記熱交換部と前記流体アクチュエータとの間で前記作動流体を循環させる作動流体流路と
を備えるアクチュエータ装置。 A fluid actuator that operates with a driving force generated by the pressure of the working fluid;
A heat exchanging unit that absorbs heat of the heating element using the working fluid discharged from the fluid actuator as a medium;
An actuator device comprising: a working fluid flow path for circulating the working fluid between the heat exchange unit and the fluid actuator. 前記発熱体は、電磁気力により発生した駆動力で動作する電磁アクチュエータである請求項１に記載のアクチュエータ装置。   The actuator device according to claim 1, wherein the heating element is an electromagnetic actuator that operates with a driving force generated by an electromagnetic force. 前記作動流体は、空気である請求項１または請求項２に記載のアクチュエータ装置。   The actuator device according to claim 1, wherein the working fluid is air. 前記作動流体は、フッ素化合物の液体である請求項１または請求項２に記載のアクチュエータ装置。   The actuator device according to claim 1, wherein the working fluid is a liquid of a fluorine compound. 前記作動流体流路上において、前記作動流体の温度を所与の設定温度範囲に調節する温度調節部を更に備える請求項１から請求項４までの何れかに記載のアクチュエータ装置。   The actuator device according to any one of claims 1 to 4, further comprising a temperature adjusting unit that adjusts the temperature of the working fluid to a given set temperature range on the working fluid flow path. 前記流体アクチュエータは、
中空のシリンダと、
前記シリンダに収容されて、前記シリンダと共に一対の圧力室を形成しつつ、前記シリンダに対して相対移動するピストンと、
前記一対の圧力室の各々を、作動流体の圧力源または排出部に対して連通または遮断させる一対の制御弁と、
前記シリンダに対する前記ピストンの位置を検出する位置検出器と、
前記位置検出器が検出する前記位置が所与の目標位置に近づくように、前記制御弁を制御する制御部と
を備える求項１から請求項５までの何れかに記載のアクチュエータ装置。 The fluid actuator includes:
A hollow cylinder;
A piston housed in the cylinder and moving relative to the cylinder while forming a pair of pressure chambers together with the cylinder;
A pair of control valves for communicating or blocking each of the pair of pressure chambers with respect to a pressure source or discharge part of the working fluid;
A position detector for detecting the position of the piston relative to the cylinder;
The actuator device according to any one of claims 1 to 5, further comprising: a control unit that controls the control valve such that the position detected by the position detector approaches a given target position. 作動流体の圧力により発生した駆動力で動作する流体アクチュエータから排出された前記作動流体を媒体として発熱体の熱を吸収する熱交換段階と、
前記熱交換段階を経た前記作動流体を、前記流体アクチュエータへ還流させる還流段階と
を備える温度調節方法。 A heat exchanging step of absorbing heat of the heating element using the working fluid discharged from a fluid actuator operating with a driving force generated by the pressure of the working fluid as a medium;
A temperature adjusting method comprising: a refluxing step of refluxing the working fluid that has undergone the heat exchange step to the fluid actuator.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2016530709A (en) * 2013-07-17 2016-09-29 メカトロニクス・アクチェンゲゼルシャフトＭｅｃａｔｒｏｎｉｘ ＡＧ Positioning device for moving a substrate

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