JP2012233557A - Two-layer three-way valve for vibration isolation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、除振システム用二層三方弁に係り、特に、ベースと定盤の間に設けられる空気バネを伸長または縮小して定盤の振動を抑制する定盤除振システム用二層三方弁に関する。 The present invention relates to a two-layer three-way valve for a vibration isolation system, and in particular, a two-layer three-way valve for a surface plate vibration isolation system that suppresses vibration of the surface plate by extending or contracting an air spring provided between the base and the surface plate. Regarding the valve.
精密測定、精密加工、露光装置等に防振台が用いられる。防振台は、ベースの上に設けられる定盤の上で測定、加工、露光等を行なう際に、定盤に振動が加わらず、かつ振動を低減するようにしたものである。そのために、ベースと定盤との間の振動を除去する除振装置が用いられる。例えば、ベースと定盤との間に空気バネを設け、空気バネによって、ベースと定盤との間の振動伝達を遮断することが行われる。 An anti-vibration table is used for precision measurement, precision processing, exposure equipment, and the like. The vibration isolator is designed so that vibration is not applied to the surface plate and vibration is reduced when measurement, processing, exposure, etc. are performed on the surface plate provided on the base. For this purpose, a vibration isolator that removes vibration between the base and the surface plate is used. For example, an air spring is provided between the base and the surface plate, and vibration transmission between the base and the surface plate is blocked by the air spring.
例えば、特許文献1には、アクティブ型除振装置として、床面に設置される基台と、この基台の上面に配設された4個の空気ばねによって上下及び水平方向に移動可能に支持された被除振体を取り付けるための定盤を備える構成が述べられている。ここでは、定盤に加速度センサが配設され、基台にはこの定盤に上下及び水平方向の変位を加える第1及び第2の超磁歪アクチュエータが配設されている。 For example, in Patent Document 1, an active vibration isolator is supported by a base installed on the floor and four air springs arranged on the top of the base so as to be movable in the vertical and horizontal directions. The structure provided with the surface plate for attaching the made vibration isolator is described. Here, an acceleration sensor is provided on the surface plate, and first and second giant magnetostrictive actuators that apply vertical and horizontal displacements to the surface plate are provided on the base.
また、特許文献2には、従来技術として、自動レベル調整式の空気バネを用いた防振装置が述べられている。ここで、自動レベル調整手段とは、空気バネに支持されている架台の高さ位置を検出し、この高さ位置が予め設定された値になるように、空気バネへ供給する空圧を制御することにより、架台を所定の高さ位置に水平を保って支持するものである。 Further, Patent Document 2 describes a vibration isolating apparatus using an automatic level adjustment type air spring as a conventional technique. Here, the automatic level adjustment means detects the height position of the pedestal supported by the air spring and controls the air pressure supplied to the air spring so that the height position becomes a preset value. By doing so, the gantry is supported at a predetermined height position while being kept horizontal.
この自動レベル調整式の空気バネを防振装置に適用することで、被支持体を所定の高さ位置に水平を保って支持し、さらに防振機能も有することができる。この従来技術の防振装置では、ステージの移動や荷重の変化があると、防振装置で支持している被支持体が傾斜するが、自動レベル調整には制御の遅れがあるので、被支持体の支持が不安定になることを指摘している。ここでは、自動レベル調整手段と空気バネとの間の空圧供給回路にストップバルブを介在させ、ストップバルブの開閉によって、レベル調整機能による支持と、空気バネを密閉した固定的安定支持とを選択できることが開示されている。 By applying the automatic level adjustment type air spring to the vibration isolator, the supported body is supported in a horizontal position at a predetermined height, and further has a vibration isolating function. In this prior art anti-vibration device, if the stage moves or changes in load, the supported body that is supported by the anti-vibration device tilts, but there is a control delay in automatic level adjustment. It points out that the support of the body becomes unstable. Here, a stop valve is interposed in the pneumatic pressure supply circuit between the automatic level adjustment means and the air spring, and the support by the level adjustment function and the fixed stable support with the air spring sealed are selected by opening and closing the stop valve. It is disclosed that it can be done.
特許文献2の自動レベル調整手段は、リンク機構を用いた自動高さ調整弁として知られている。この自動高さ調整弁を用いれば、定盤の高さを基準の高さに維持することが自動的にできる。自動高さ調整弁に用いられるリンク機構は機械的機構であるので、電気的制御に比べ堅牢性が高い。しかしながら自動高さ調整弁は、定盤の高さ位置をリンク機構の形状の初期設定で定まる標準定盤高さ位置にすることはできるが、定盤の振動を能動的に除去することができず、また定盤を傾斜することができない。 The automatic level adjusting means of Patent Document 2 is known as an automatic height adjusting valve using a link mechanism. By using this automatic height adjustment valve, the height of the surface plate can be automatically maintained at the reference height. Since the link mechanism used in the automatic height adjustment valve is a mechanical mechanism, it is more robust than electrical control. However, the automatic height adjustment valve can set the height position of the surface plate to the standard surface plate height position determined by the initial setting of the link mechanism shape, but can actively eliminate the vibration of the surface plate. In addition, the surface plate cannot be tilted.
定盤の振動も除去するには、特許文献1に述べられているように、定盤の振動を加速度センサ等で検出し、その加速度が小さくなるように、定盤の高さを変位させ、あるいは傾斜させることが必要である。能動的制御ではないパッシブ制御では、加速度に応じた定盤の除振と傾斜を行うことができない。なお、特許文献1では、超磁歪アクチュエータを用いて定盤に上下及び水平方向の変位を加えているが、自動高さ調整弁のように空気バネの伸縮を利用しているわけではない。 To remove the vibration of the surface plate, as described in Patent Document 1, the vibration of the surface plate is detected by an acceleration sensor or the like, and the height of the surface plate is displaced so that the acceleration becomes small. Alternatively, it is necessary to incline. In passive control that is not active control, it is impossible to perform vibration isolation and tilting of the surface plate according to acceleration. In Patent Document 1, a super magnetostrictive actuator is used to apply vertical and horizontal displacements to the surface plate, but the expansion and contraction of the air spring is not used like an automatic height adjustment valve.
このように、定盤の能動的除振と、定盤の自動高さ調整とは、分離して用いられており、構成が複雑になっている。本発明の目的は、定盤除振システムに利用したときに、自動高さ調整弁の特質を生かしながら、定盤の除振制御と傾斜制御を可能とする定盤除振システム用二層三方弁を提供することである。 Thus, the active vibration isolation of the surface plate and the automatic height adjustment of the surface plate are used separately, and the configuration is complicated. An object of the present invention is to provide a two-layer three-way system for a surface plate vibration isolation system that enables vibration control and tilt control of the surface plate while utilizing the characteristics of the automatic height adjustment valve when used in a surface plate vibration isolation system. Is to provide a valve.
本発明に係る除振システム用二層三方弁は、定盤とベースの間に配置される空気バネに気体を供給しあるいは排気して空気バネを伸縮駆動し、定盤の振動抑制と定盤の傾斜を行う定盤除振システムにおいて、空気バネの伸縮駆動に用いられる三方弁であって、小径のステムに接続される複数の大径のランドを有するスプール部と、気体供給源に接続される給気ポートと、排気ポートと、負荷ポートとを有する固定スリーブと、外周側で固定スリーブに摺動自在に支持され、内周側でスプールを摺動自在に支持し、スプールの複数のランドの内の中央ランドに対応する負荷口と、中央ランドとその両側のランドとの間に形成される空間に対応してそれぞれ設けられる給気口と排気口とを有し、固定スリーブに対し予め定めた所定移動範囲で相対的に移動可能で、所定移動範囲において負荷口は固定スリーブの負荷ポートの範囲にあり、給気口は固定スリーブの給気ポートの範囲にあり、排気口は固定スリーブの排気ポートの範囲にある制御スリーブと、スプール部を制御スリーブに対して相対的に変位させて駆動するスプールアクチュエータと、スプール部の変位を検出するスプールセンサと、を備え、スリーブ部が固定スリーブと制御スリーブの二層構造を有し、スプールアクチュエータによってスプール部が駆動されることで、スプール部の中央ランドと制御スリーブの負荷口との間の相対位置関係で負荷ポートから給気ポートを経て空気バネに供給される気体流量が定まり、あるいは空気バネから負荷ポートを経て排気ポートから排出される気体流量が定まることを特徴とする。 The two-layer three-way valve for an anti-vibration system according to the present invention supplies or exhausts gas to an air spring disposed between the surface plate and the base to drive the air spring to extend and contract, thereby suppressing vibration of the surface plate and the surface plate. Is a three-way valve used for expansion and contraction drive of an air spring, and is connected to a spool part having a plurality of large-diameter lands connected to a small-diameter stem and a gas supply source. A fixed sleeve having an air supply port, an exhaust port, and a load port, and is slidably supported on the outer peripheral side and slidably supported on the inner peripheral side. A load port corresponding to the central land, and an air supply port and an exhaust port respectively provided corresponding to a space formed between the central land and the lands on both sides thereof, Relative within a specified range of movement In the predetermined movement range, the load port is in the range of the load port of the fixed sleeve, the supply port is in the range of the supply port of the fixed sleeve, and the exhaust port is in the range of the exhaust port of the fixed sleeve A sleeve, a spool actuator that is driven by displacing the spool portion relative to the control sleeve, and a spool sensor that detects displacement of the spool portion, and the sleeve portion has a two-layer structure of a fixed sleeve and a control sleeve. And the flow rate of the gas supplied from the load port to the air spring through the air supply port in the relative positional relationship between the center land of the spool portion and the load port of the control sleeve by the spool actuator being driven by the spool actuator Or the flow rate of gas discharged from the exhaust port via the load port from the air spring is determined
上記構成により、定盤除振システム用二層三方弁は、定盤とベースの間に配置される複数の空気バネの空気バネ駆動装置としてのスプール・スリーブ型三方弁であって、スリーブ部が固定位置を取る固定スリーブと固定スリーブに対し移動可能な制御スリーブの二層構造を有する二層三方弁である。そして、定盤除振システムに用いられる場合には、駆動信号に応じて、二層三方弁の固定スリーブに対しスプール部が軸方向に移動駆動され、定盤高さ位置に応じて、二層三方弁のスプールが軸方向に移動駆動されることになる。 With the above configuration, the two-layer three-way valve for the surface plate vibration isolation system is a spool-sleeve type three-way valve as an air spring driving device for a plurality of air springs arranged between the surface plate and the base, and the sleeve portion is It is a two-layer three-way valve having a two-layer structure of a fixed sleeve taking a fixed position and a control sleeve movable relative to the fixed sleeve. Then, when used in a surface plate vibration isolation system, the spool portion is driven to move in the axial direction with respect to the fixed sleeve of the two-layer three-way valve according to the drive signal, and the two layers according to the surface plate height position. The spool of the three-way valve is driven to move in the axial direction.
従来の自動高さ調整弁で用いられる三方弁では、スプール部の駆動のみで空気バネの伸縮を行っているが、上記構成では、スプール部の駆動と別に、制御スリーブの駆動ができるので、空気バネの伸縮制御について、所定の定盤高さにする制御と共に、任意の定盤高さにする制御が行える。これによって、定盤に加わる加速度を抑制するように定盤を任意に変位させ、あるいは定盤を傾斜させて除振することも、定盤を一定高さに維持することも可能になる。 In the three-way valve used in the conventional automatic height adjustment valve, the air spring is expanded and contracted only by driving the spool portion. However, in the above configuration, the control sleeve can be driven separately from the driving of the spool portion. With regard to the expansion and contraction control of the spring, it is possible to perform control to make an arbitrary surface plate height as well as control to make a predetermined surface plate height. As a result, it is possible to arbitrarily displace the surface plate so as to suppress the acceleration applied to the surface plate, or to incline the surface plate for vibration isolation, or to maintain the surface plate at a constant height.
定盤の高さを任意に変化させるには、固定スリーブおよび制御スリーブに対しスプールを軸方向に移動駆動する。このようにすることで、従来の自動高さ調整弁において一定の定盤高さとされる値をオフセットさせて、定盤高さを任意の高さとすることができる。定盤を傾斜させるには、複数の空気バネに対応して、固定スリーブおよび制御スリーブに対しそれぞれのスプールを軸方向に移動駆動する。このようにすることで、それぞれの空気バネが設けられるところの定盤の高さを任意に異ならせるものとでき、定盤を傾斜させることができる。このように、三方弁の制御を2系統独立としたので、自動高さ調整弁の特質を十分生かしながら、定盤を任意に変位させることができる。 In order to arbitrarily change the height of the surface plate, the spool is moved in the axial direction with respect to the fixed sleeve and the control sleeve. By doing in this way, the value made into fixed surface plate height in the conventional automatic height adjustment valve can be offset, and surface plate height can be made into arbitrary height. In order to incline the surface plate, the respective spools are driven to move in the axial direction with respect to the fixed sleeve and the control sleeve corresponding to the plurality of air springs. By doing in this way, the height of the surface plate in which each air spring is provided can be varied arbitrarily, and the surface plate can be inclined. As described above, since the control of the three-way valve is made independent of the two systems, the surface plate can be arbitrarily displaced while taking full advantage of the characteristics of the automatic height adjustment valve.
また、定盤除振システム用の二層三方弁は、スプール部は、小径のステムに接続される複数の大径のランドを有する。固定スリーブは、気体供給源に接続される給気ポートと、排気ポートと、空気バネに接続される負荷ポートとを有する。そして、制御スリーブは、スプールの複数のランドの内の中央ランドに対応する負荷口と、中央ランドとその両側のランドとの間に形成される空間に対応してそれぞれ設けられる給気口と排気口とを有し、固定スリーブに対し予め定めた所定移動範囲で相対的に移動可能で、所定移動範囲において負荷口は固定スリーブの負荷ポートの範囲にあり、給気口は固定スリーブの給気ポートの範囲にあり、排気口は固定スリーブの排気ポートの範囲にあるように設定される。 In the two-layer three-way valve for the surface plate vibration isolation system, the spool portion has a plurality of large-diameter lands connected to the small-diameter stem. The fixed sleeve has an air supply port connected to the gas supply source, an exhaust port, and a load port connected to the air spring. The control sleeve includes a load port corresponding to the central land of the plurality of lands of the spool, and an air supply port and an exhaust provided respectively corresponding to a space formed between the central land and the lands on both sides thereof. The fixed sleeve is movable relative to the fixed sleeve within a predetermined range of movement, wherein the load port is in the range of the load port of the fixed sleeve, and the air supply port is the air supply of the fixed sleeve In the range of the port, the exhaust port is set to be in the range of the exhaust port of the fixed sleeve.
したがって、スプール部の駆動制御、あるいは制御スリーブの駆動制御によって、スプール部の中央ランドと制御スリーブの負荷口との間の相対位置関係を変化させることができる。そして、これらの駆動制御によって、負荷ポートから給気ポートを経て空気バネに供給される気体流量が定まり、あるいは空気バネから負荷ポートを経て排気ポートから排出される気体流量が定まることになる。 Therefore, the relative positional relationship between the center land of the spool portion and the load port of the control sleeve can be changed by the drive control of the spool portion or the drive control of the control sleeve. And by these drive controls, the gas flow rate supplied to the air spring from the load port via the air supply port is determined, or the gas flow rate discharged from the exhaust port via the load port from the air spring is determined.
以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。以下では、二層三方弁の説明のために、定盤除振システムの中でどのように用いられるかを説明する。以下で説明する定盤除振システムは1つの例である。例えば、従来技術の自動高さ調整弁に相当するものとして、スプール・スリーブ方式の制御弁を説明するが、これは一例であって、空気バネに連通する負荷ポートと、気体供給源に連通する給気ポートと、大気側に開放される排気ポートとの3つのポートを有する気体制御弁であれば、他の構造であってもよい。スプールアクチュエータとして可動線輪型のフォースモータを説明するが、これ以外の方式、例えば、プランジャ型のアクチュエータでもよく、場合によってはステッピングモータ、サーボモータ等の小型モータとボールネジ等の直線運動機構との組合せであってもよい。 Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following, it will be described how it is used in a surface plate vibration isolation system for the description of the two-layer three-way valve. The surface plate vibration isolation system described below is one example. For example, a spool-sleeve type control valve will be described as an example of a conventional automatic height adjustment valve, but this is only an example, and a load port that communicates with an air spring and a gas supply source. Other structures may be used as long as the gas control valve has three ports, that is, an air supply port and an exhaust port opened to the atmosphere side. Although a movable wire ring type force motor will be described as a spool actuator, other methods such as a plunger type actuator may be used. In some cases, a small motor such as a stepping motor or a servo motor and a linear motion mechanism such as a ball screw are used. It may be a combination.
なお、以下では、空気バネに加圧空気が供給されるものとして説明するが、ここでの空気は、外気の他に、乾燥空気、あるいは窒素と酸素の成分比を適当に変更した気体、適当な不活性ガス等を添加した気体等であってもよい。 In the following description, it is assumed that pressurized air is supplied to the air spring, but the air here is not only the outside air but also a dry air or a gas in which the component ratio of nitrogen and oxygen is appropriately changed. The gas etc. which added the inert gas etc. may be sufficient.
また、以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。 In the following description, the same elements are denoted by the same reference symbols in all the drawings, and redundant description is omitted. In the description in the text, the symbols described before are used as necessary.
図1は、二層三方弁78が用いられる定盤除振システム220の構成を説明する図である。定盤除振システム220は、床面の上に設置されるベース222と、精密測定、精密加工、精細露光等の精密作業を行うための定盤224と、ベース222と定盤224の間に設けられる空気バネ22,23と、空気バネ22,23の伸縮によって定盤224に任意の変位を与える空気バネ駆動装置30と、定盤224の加速度、定盤224の変位に基づいて空気バネ駆動装置30の動作を制御する制御装置110を含む。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a surface plate
ベース222は、定盤224を搭載する基台で、その内部に空気バネ駆動装置30、制御装置110等が配置される。定盤224は、平坦面を有し、適当な質量を有するテーブルである。空気バネ22,23は、定盤224を支持する流体バネで、内部空間に加圧気体を導入することで伸長し、加圧気体を外部に放出することで収縮する。空気バネ22,23は、定盤224の底面に複数個所設けられる。図1は正面図であるので空気バネ22,23は2つ示されているが、定盤224の全体で4箇所、すなわち4つの空気バネが設けられる。もっとも、定盤224の大きさに応じてその個数を増減できる。例えば、3つの空気バネを用いて定盤224を3点支持としてもよい。5個として5点支持とすることも、これ以上の個数とすることもできる。
The
空気バネ駆動装置30は、空気バネ22,23の数に対応する複数の個別駆動装置112,113で構成され、全体として制御装置110によってその動作が制御される。個別駆動装置112,113は、制御弁40と、リンクレバー機構24,25と、気体供給源32を含んで構成される。空気バネ22,23と個別駆動装置112,113は一対一で対応し、それぞれの対の構成は同じ内容であるので、以下では、個別駆動装置112に代表させて、その制御弁40、リンクレバー機構24について説明を続ける。
The air
制御弁40は、制御スリーブ90と固定スリーブ91とスプール部80の二層三方弁78と、リンクレバー機構24,25と接続されて制御スリーブ90を駆動する回転・直進変換機構44と、スプール部80を駆動するスプールアクチュエータ120を含んで構成される。
The
制御装置110は、空気バネ駆動装置30の動作を制御して、定盤224をベース222に対して定盤224に任意の変位を与える機能を有する。具体的には、制御装置110は、加速度センサ111によって定盤224の加速度のフィードバックを受け、二層三方弁78の制御スリーブ90の変位から定盤224の変位である定盤高さのフィードバックを受け、二層三方弁78のスプール部80の変位のフィードバックを受け、これらのフィードバック情報を処理し、定盤224の振動を除去し、定盤224を一定高さに維持し、あるいは定盤224を傾斜させる制御を行う。
The
図2は、制御弁40全体の構造図で、図3は、二層三方弁78の部分の詳細図、図4は、回転・直進変換機構44の詳細図である。これらの図において、直交するXYZ軸を示した。X方向が、スプール部80および制御スリーブ90の移動方向である。
2 is a structural view of the
制御弁40は、給気口接続部53、排気口開放部55、負荷口接続部57の3つの気体流通口と、スプール駆動制御ポート128、スプールセンサポート146の2つの信号接続部を有する。これらは、制御弁40の筐体に取り付けられる。制御弁40の筐体は、制御弁40が複数の構成要素を組み合わせていることから、各構成要素の筐体を接続して組み立てたものであるが、ここでは、二層三方弁78の筐体である固定スリーブ91に代表させて、これを制御弁40の筐体と呼ぶことにする。
The
給気口接続部53は、二層三方弁78の給気ポート52に接続して気体供給源32からの加圧空気を供給するための接続口である。排気口開放部55は、二層三方弁78の排気ポート54に接続し、大気に開放する開放端である。負荷口接続部57は、二層三方弁78の負荷ポート56と空気バネ22とを接続するための接続口である。給気口接続部53と負荷口接続部57には適当なフィルタを設けてもよい。また、排気口開放部55に適当な消音器を設けてもよい。
The air supply
スプール駆動制御ポート128は、スプールアクチュエータ120に制御装置110からの駆動制御信号を伝送するための信号線を接続するためのコネクタ部である。スプールセンサポート146は、スプール部80の状態を検出するスプールセンサ140である変位センサの出力信号を制御装置110へ伝送するための信号線を接続するためのコネクタである。
The spool
二層三方弁78は、給気ポート52と排気ポート54と負荷ポート56とを有する三方弁の一種で、スプール・スリーブ機構を有するが、ここでは、スリーブが2層に分かれて、制御スリーブ90と固定スリーブ91とに分かれる。固定スリーブ91は、スプール・スリーブ機構の筐体であって、一般的なスプール・スリーブ機構のスリーブに相当するものである。制御スリーブ90は、外周側で固定スリーブ91に摺動自在に支持され、内周側でスプール部80を摺動自在に支持する部材である。二層三方弁78の詳細構造は後述する。
The two-layer three-
スプール軸118は、スプール部80が二層三方弁78の領域よりも−X方向に延びて突き出す部分である。スプール軸118に取り付けられるスプールアクチュエータ120は、スプール部80を軸方向に移動駆動する可動線輪型のフォースモータである。また、スプール軸118の先端に取り付けられるスプールセンサ140である変位センサは、磁性体軸142と差動トランス144で構成され、スプール部80の軸方向の変位を検出する機能を有する。
The
スプールアクチュエータ120は、スプール軸118に取り付けられ先端部がカップ型に開く駆動アーム122と、駆動アーム122の先端に設けられるコイル124と、制御弁40の筐体に取り付けられコイル124に対向して配置される永久磁石126を含んで構成される。コイル124には、スプール駆動制御ポート128を介して制御装置110から駆動電流信号が供給される。この駆動電流信号によってコイル124に流れる電流と、永久磁石126の磁束との協働作用によって、駆動アーム122に、軸方向の駆動力が与えられ、これによって、スプール部80を軸方向に移動駆動することができる。なお、図2に示されるように、駆動アーム122と筐体である固定スリーブ91との間には、スプールアクチュエータ120を中立位置に引き戻す中立バネが設けられるものとしてもよい。
The
スプールセンサ140は、スプール部80のX方向の移動量を検出する変位センサである。図2には、スプールセンサ140として、差動トランス型が図示されているが、差動トランス型以外の形式の変位センサを用いてもよい。例えば、光学型変位センサ、静電容量型変位センサ等を用いることができる。
The
次に、二層三方弁78の構成について、図3を用いて説明する。図3は、二層三方弁78に関する詳細を示す断面図で、二層三方弁78が中立状態にあるときの様子が示されている。二層三方弁78は、上記のように、固定スリーブ91、制御スリーブ90、スプール部80を含んで構成される。二層三方弁78としての給気ポート52と排気ポート54と負荷ポート56は、固定スリーブ91に設けられる。
Next, the configuration of the two-layer three-
制御スリーブ90は、外周側で固定スリーブ91に摺動自在に支持され、内周側でスプール部80を摺動自在に支持する円筒状部材である。制御スリーブ90には、固定スリーブ91の給気ポート52と排気ポート54と負荷ポート56に対応して、それぞれ給気口62と排気口64と負荷口66が設けられる。
The
図3に示されるように、給気口62の開口大きさは給気ポート52の開口大きさよりも大きく、排気口64の開口大きさは排気ポート54の開口大きさよりも大きく、負荷口66の開口大きさは負荷ポート56の開口大きさよりも大きく設定される。これによって、固定スリーブ91に対して制御スリーブ90が予め定めた所定移動範囲で相対的に移動したときに、その所定移動範囲において、給気口62の開口部は固定スリーブ91の給気ポート52の開口部の範囲にあり、排気口64の開口部は固定スリーブ91の排気ポート54の開口部の範囲にあり、負荷口66の開口部は固定スリーブ91の負荷ポート56の開口部の範囲にある。つまり、固定スリーブ91に対して制御スリーブ90が相対的に移動しても、給気口62は給気ポート52と常に連通し、排気口64は排気ポート54と常に連通し、負荷口66は負荷ポート56と常に連通する。
As shown in FIG. 3, the opening size of the
二層三方弁78のスプール部80は、細軸のステム部81と、ステム部81よりも外径の大きい中央ランド86と、その両側に配置される前後ランド82,84とを有する軸部材である。
The
次に、リンクレバー機構24について説明する。リンクレバー機構24は、ベース222に対する定盤224の変位を示す高さ位置を検出する機能を有する。リンクレバー機構24は、定盤224に対し回動可能に一方端が支持される定盤側アームと、ベース222に対し回転可能に他方端が支持されるベース側アームであるレバーと、定盤側アームの他方端とベース側アームの一方端が相互に回動可能に接続される機構である。ベース222に対する定盤224の高さ位置が変わると、リンクレバー機構24のリンク形状が変化し、その形状変化は、ベース222に対する定盤224の高さによって一意に定まる。そこで、例えば、予め定められたベース222の基準面に対するベース側アームの傾斜角度を、ベース222に対する定盤224の高さに対応する高さ対応値として用いることができる。
Next, the
リンクレバー機構24の形状変化は、ベース222に対する定盤224の高さ対応値、すなわち、ベース222に対する定盤224の変位量を示すものである。この定盤224の変位量は、制御弁40の回転・直進変換機構44に伝えられ、制御スリーブ90の駆動制御に用いられる。また、回転・直進変換機構44に設けられるレゾルバ132によって電気信号に変換され、変位量のフィードバックとして制御装置110に伝送される。
The change in the shape of the
回転・直進変換機構44について、図4を用いて説明する。回転・直進変換機構44は、制御スリーブ90の−X方向端に設けられ、リンクレバー機構24に接続される。図4では、リンクレバー機構24について、定盤側アーム26とベース側アームであるレバー28と、これらを回転自在に相互に接続する回転接続部27が示されている。
The rotation /
回転・直進変換機構44は、ベース222に対する定盤224の高さである定盤高さ値に応じて、定盤側アーム26とベース側アームであるレバー28とで形成される形状の変化に伴うレバー28の回転運動を、制御スリーブ90の直進運動に変換する機能を有する。これによって、定盤高さ値に応じて、制御スリーブ90が軸方向に移動駆動される。その意味で、リンクレバー機構24と回転・直進変換機構44が、制御スリーブ90を移動駆動するスリーブアクチュエータに相当する。
The rotation / straight-
回転・直進変換機構44は、制御弁40の筐体に固定されるケース160と、ケース160に回転自在に支持される回転体162と、回転体162と一体的に回転する円板130と、円板130の回転中心軸から偏心して配置される偏心ピン164と、制御スリーブ90の−X方向端に接続される案内板166に設けられた案内溝168を含んで構成される。
The rotation / straight-
ここで、回転体162の中心軸161に、レバー28の一方端が取り付けられる。回転体の中心軸161と円板130の回転中心軸は同心である。また、案内板166は、制御スリーブ90と一体であるので、X方向にのみ移動可能である。そして、案内溝168は、Z方向に沿って設けられた溝で、偏心ピン164を受け入れる溝幅を有する。
Here, one end of the
回転・直進変換機構44の作用を説明する。上記のように、ベース222に対する定盤224の高さ位置が変わると、リンクレバー機構24のリンク形状が変化する。そのリンク形状の変化に応じて、ベース側アームであるレバー28が回転体162の中心軸161を回転させる。これによっての周りに回転する。これによって、偏心ピン164が中心軸161の周りに回転する。偏心ピン164の回転は、案内溝168の拘束によって案内板166をX方向に移動させる。案内板166と制御スリーブ90とは一体であるので、結局、ベース222に対する定盤224の高さ位置が変わると、その変化に応じて、制御スリーブ90がX方向に移動駆動される。
The operation of the rotation / straight-
ケース160の内部には、回転体162の中心軸161の回転角度を検出するレゾルバ132が設けられる。これによって、定盤224の変位量である定盤高さ位置がリンクレバー機構24の形状変化を介してレゾルバ132によって検出される。レゾルバ132の検出信号は、適当な信号線によって制御装置110に伝送される。なお、レゾルバ132に代えて、他の方式の回転角度検出器を用いてもよい。例えば、エンコーダ、ポテンショメータ等を用いることができる。
A
図5は、上記構成の定盤除振システム220のブロック図である。制御装置110は、除振処理部230と、傾斜処理部232の2つの制御処理機能を有する。除振処理部230は、定盤224の加速度を加速度センサ111によって取得し、その加速度を打ち消すように定盤224を変位させる機能を有する。傾斜処理部232は、複数の空気バネ22,23に対してそれぞれ異なる変位量で変位させ、定盤224をベース222に対して傾斜させる機能を有する。定盤224に不均一な荷重がかかる場合のように、定盤224に印加される加速度によっては、定盤224が傾斜することがあるが、傾斜処理部232は、定盤224を傾斜させる加速度を打ち消して、定盤224を水平に戻す制御処理を行うことができる。
FIG. 5 is a block diagram of the surface plate
除振処理部230の制御処理は以下のように行われる。定盤224が振動を受けると、その振動を加速度センサ111が検知し、制御装置110がそれを取得する。制御装置110は、定盤224の質量と、空気バネ22のバネ定数、ダンピング特性等に基づいて、定盤224の加速度を打ち消す反力に相当する変位量を算出し、その変位量を変位指令値として、二層三方弁78のスプールアクチュエータ120に与える。スプールアクチュエータ120はその変位指令値に応じてスプール部80を軸方向に移動駆動する。一方で制御スリーブ90は、定盤224の変位量である定盤高さ位置に応じてリンクレバー機構24、回転・直進変換機構44を介して変位駆動を受ける。スプール部80と制御スリーブ90との間の変位量差に応じて、二層三方弁78は空気バネ22に対して加圧気体を供給し、あるいは空気バネ22の中の気体を大気に解放する。これによって、空気バネ22が伸縮して定盤224を変位させる。
The control process of the vibration
このように、定盤224の加速度に応じて、制御装置110は定盤224をベース222に対して加速度を低減させる制御を行う。そして、除振のために行われた定盤224の実際の変位量は、レゾルバ132を介して高さフィードバックループ234で制御装置110に戻され、除振された定盤224の実際の加速度は加速度センサ111を介して加速度フィードバックループ236で制御装置110に戻される。なお、除振のために行われたスプール部80の実際の変位量も、スプールセンサ140を介して、スプール部フィードバックループ238で制御装置110に戻される。制御装置110は、これらのフィードバックによって、目標値と指令値との偏差を求め、偏差を少なくする制御を行って、定盤224の振動を除去する。
As described above, the
傾斜処理部232の制御処理は以下のように行われる。いま、定盤224が偏荷重等によって傾斜したとすると、複数の空気バネ22,23に対応する箇所の定盤224の高さ位置が、リンクレバー機構24と回転・直進変換機構44、レゾルバ132を介して、制御装置110に伝送される。制御装置110は、複数の空気バネ22,23に対応する箇所の定盤224の高さ位置の情報を受けると、その高さを所望の目標高さにするように、変化させる高さを変位指令値とする。そして、その変位指令値を二層三方弁78のスプールアクチュエータ120に与える。スプールアクチュエータ120はその変位指令値に応じてスプール部80を軸方向に移動駆動する。一方で制御スリーブ90は、定盤224の変位量である定盤高さ位置に応じてリンクレバー機構24、回転・直進変換機構44を介して変位駆動を受ける。スプール部80と制御スリーブ90との間の変位量差に応じて、二層三方弁78は空気バネ22に対して加圧気体を供給し、あるいは空気バネ22の中の気体を大気に解放する。これによって、空気バネ22が伸縮して定盤224を変位させる。
The control process of the
このように、定盤224の各箇所の高さ位置に応じて、制御装置110は各空気バネ22,23を駆動させ、定盤224の傾斜を打ち消すような傾斜変位制御を行う。そして、傾斜処理のために行われた定盤224の各箇所の実際の変位量は、各レゾルバ132を介して高さフィードバックループ234で制御装置110に戻され、定盤224の実際の加速度は加速度センサ111を介して制御装置110に戻される。なお、傾斜処理のために行われたスプール部80の実際の変位量も、スプールセンサ140を介してスプール部フィードバックループで制御装置110に戻される。制御装置110は、これらのフィードバックによって、目標値と指令値との偏差を求め、偏差を少なくする制御を行って、定盤224の傾斜を打ち消すように定盤224を傾ける。
As described above, the
なお、通常時は、制御装置110はスプールアクチュエータ120に対し、変位指令値をゼロ、つまり、定盤224の高さ位置をベース222に対し標準定盤高さ位置に維持する指令値を与える。このときには、スプール部80の軸方向位置が、ベース222に対し固定位置となる。定盤224が何かの原因で標準定盤高さ位置と異なる高さとなると、スプール部80と制御スリーブ90との間の変位量差に応じて、二層三方弁78は空気バネ22に対して加圧気体を供給し、あるいは空気バネ22の中の気体を大気に解放する。これによって、空気バネ22が伸縮して定盤224を変位させる。これによって、定盤224は元の標準定盤高さ位置の方向に復帰する方向に変位する。定盤224が完全に元の標準定盤高さ位置に復帰すると、二層三方弁78は空気バネ22との間の連通を閉じるので、元の標準定盤高さ位置が維持される。この機能は、従来技術における空気バネを用いた定盤224の自動レベル調整と同じものである。
During normal operation,
上記構成の作用を図6から図8を用いて説明する。これらの図は図3に対応する図で、図3が中立状態を示すものであったのに対し、図6と図7は、スプール部80が移動せず、制御スリーブ90が移動する場合を示し、図8と図9は、制御スリーブ90が移動せず、スプール部80が移動する場合を示す図である。図6と図7が定盤224を予め定めた標準定盤高さ位置に維持する制御に対応し、図8と図9が定盤224を任意の高さに変位させる制御に対応する。前者の典型例は、定盤高さを一定に調整するレベル調整制御であり、後者の典型例は、定盤224を傾斜させる傾斜制御である。そこで、以下では、図6と図7をレベル調整制御、図8と図9を傾斜制御と呼ぶことにして説明を続ける。なお、実際の作用としては、制御スリーブ90もスプール部80も移動する場合があるが、そのときでも、制御スリーブ90の動きの作用とスプール部80の動きの作用に分解できる。
The operation of the above configuration will be described with reference to FIGS. These figures correspond to FIG. 3 and FIG. 3 shows a neutral state. On the other hand, FIGS. 6 and 7 show the case where the
図6、図7は、従来からよく知られているレベル調整制御を説明する図である。図6は、レベル調整制御において、実際の定盤高さ値hが標準定盤高さ値h0よりも高い場合である。この場合は、リンクレバー機構24と回転・直進変換機構44によって、制御スリーブ90が、中立位置にあるスプール部80に対し、−X方向に移動した場合に相当する。ここでは、制御スリーブ90の負荷口66がスプール部80の中央ランド86に対して−X方向に移動するので、負荷口66が開く。これにより、負荷ポート56は、負荷口66−中央ランド86とその隣のランド84との間の空間−排気口64−排気ポート54の経路で、排気口開放部55を経て大気に開放される。
6 and 7 are diagrams for explaining level adjustment control that has been well known in the past. FIG. 6 shows a case where the actual surface plate height value h is higher than the standard surface plate height value h 0 in the level adjustment control. This case corresponds to a case where the
このようにして、空気バネ22と排気口開放部55が連通することで、空気バネ22からの空気が大気に放出され、空気バネ22が縮小する。空気バネ22が縮小すると、定盤高さ値hが低くなる。定盤高さ値hが低くなると、制御スリーブ90はスプール部80に対し+X方向に戻される。定盤高さ値hが標準定盤高さ値h0に達すると、スプール部80の中央ランド86と負荷口66の位置が一致する。これにより、図3の中立状態に戻って、空気バネ22からの空気の放出が止まる。このようにして、実際の定盤高さ値を標準定盤高さ値h0に戻すレベル調整制御が自動的に行われる。
Thus, the
図7は、レベル調整制御において、実際の定盤高さ値hが標準定盤高さ値h0よりも低い場合である。この場合は、リンクレバー機構24と回転・直進変換機構44によって、制御スリーブ90が、中立位置にあるスプール部80に対し、+X方向に移動した場合に相当する。ここでは、制御スリーブ90の負荷口66がスプール部80の中央ランド86に対して+X方向に移動するので、負荷口66が開く。これにより、負荷ポート56は、負荷口66−中央ランド86とその隣のランド82との間の空間−給気口62−給気ポート52の経路で、給気口接続部53を経て気体供給源32に連通する。
FIG. 7 shows a case where the actual surface plate height value h is lower than the standard surface plate height value h 0 in the level adjustment control. This case corresponds to the case where the
このようにして、給気口接続部53と空気バネ22とが連通することで、空気バネ22に加圧空気が供給され、空気バネ22が伸長する。空気バネ22が伸長すると、定盤高さ値hが高くなる。定盤高さ値hが高くなると、制御スリーブ90はスプール部80に対して−X方向に戻される。定盤高さ値hが標準定盤高さ値h0に達すると、スプール部80の中央ランド86と制御スリーブ90の負荷口66の位置が一致する。これにより、図3で説明した中立状態に戻って、給気口接続部53からの加圧空気の供給が止まる。このようにして、実際の定盤高さ値を標準定盤高さ値h0に戻すレベル調整制御が自動的に行われる。
In this manner, the air supply
次に傾斜制御について説明する。なお、以下では、傾斜制御を開始する前に、定盤224とベース222との間の高さである定盤高さ値が標準状態にあり、制御スリーブ90が中立状態であるとして説明する。
Next, the tilt control will be described. In the following description, it is assumed that the surface plate height value, which is the height between the
図8は、傾斜制御において、定盤高さ値を低く設定する場合である。この場合は、スプールアクチュエータ120によって、スプール部80が、中立位置にある制御スリーブ90に対し、+X方向に移動した場合に相当する。ここでは、制御スリーブ90の負荷口66に対してスプール部80の中央ランド86が+X方向に移動するので、負荷口66が開く。これにより、負荷ポート56は、負荷口66−中央ランド86とその隣のランド84との間の空間−排気口64−排気ポート54の経路で、排気口開放部55を経て大気に開放される。
FIG. 8 shows a case where the platen height value is set low in the tilt control. This case corresponds to a case where the
このようにして、空気バネ22と排気口開放部55が連通することで、空気バネ22からの空気が大気に放出され、空気バネ22が縮小する。空気バネ22が縮小すると、定盤高さ値hが低くなる。定盤高さ値hが低くなると、スプール部80は制御スリーブ90に対し−X方向に戻される。定盤高さ値hが変位指令値によって任意に設定された設定定盤高さ値h1に達すると、スプール部80の中央ランド86と負荷口66の位置が一致する。これにより、図3の中立状態に戻って、空気バネ22からの空気の放出が止まる。このようにして、実際の定盤高さ値を任意の設定定盤高さ値h1にする定盤傾斜制御が自動的に行われる。
Thus, the
図9は、傾斜制御において、定盤高さ値を高く設定する場合である。この場合は、スプールアクチュエータ120によって、スプール部80が、中立位置にある制御スリーブ90に対し、−X方向に移動した場合に相当する。ここでは、制御スリーブ90の負荷口66に対してスプール部80の中央ランド86が−X方向に移動するので、負荷口66が開く。これにより、負荷ポート56は、負荷口66−中央ランド86とその隣のランド82との間の空間−給気口62−給気ポート52の経路で、給気口接続部53を経て気体供給源32に連通する。
FIG. 9 shows a case where the platen height value is set high in the tilt control. This case corresponds to the case where the
このようにして、給気口接続部53と空気バネ22とが連通することで、空気バネ22に加圧空気が供給され、空気バネ22が伸長する。空気バネ22が伸長すると、定盤高さ値hが高くなる。定盤高さ値hが高くなると、スプール部80は制御スリーブ90に対して+X方向に戻される。定盤高さ値hが変位指令値によって任意に設定された設定定盤高さ値h2に達すると、スプール部80の中央ランド86と制御スリーブ90の負荷口66の位置が一致する。これにより、図3で説明した中立状態に戻って、給気口接続部53からの加圧空気の供給が止まる。このようにして、実際の定盤高さ値を任意の設定定盤高さ値h2にする定盤傾斜制御が自動的に行われる。
In this manner, the air supply
上記では、制御スリーブ90の移動駆動を定盤高さ値によって形状が変化するリンクレバー機構24によって行い、スプール部80の移動駆動をスプールアクチュエータ120によって行うものとして説明した。設定定盤高さ値の変更は、スプール部80と制御スリーブ90の相対的位置のオフセットの設定で行うことができる。したがって、スプール部80の移動駆動を定盤高さ値によって形状が変化するリンクレバー機構24によって行い、制御スリーブ90の移動駆動をフォースモータ等の制御スリーブアクチュエータによって行うものとしてもよい。
In the above description, it is assumed that the movement of the
上記では、ベース222に個別駆動装置112,113を内蔵するものとしたが、勿論、定盤224に個別駆動装置112,113を内蔵するものとしてもよい。
In the above description, the
本発明に係る除振システム用二層三方弁は、空気バネで保持された精密防振テーブルに利用できる。 The two-layer three-way valve for vibration isolation system according to the present invention can be used for a precision vibration isolation table held by an air spring.
22,23 空気バネ、24,25 リンクレバー機構、26 定盤側アーム、27 回転接続部、28 レバー、30 空気バネ駆動装置、32 気体供給源、40 制御弁、44 回転・直進変換機構、52 給気ポート、53 給気口接続部、54 排気ポート、55 排気口開放部、56 負荷ポート、57 負荷口接続部、62 給気口、64 排気口、66 負荷口、78 二層三方弁、80 スプール部、81 ステム部、82,84 前後ランド、86 中央ランド、90 制御スリーブ、91 固定スリーブ、110 制御装置、111 加速度センサ、112,113 個別駆動装置、118 スプール軸、120 スプールアクチュエータ、122 駆動アーム、124 コイル、126 永久磁石、128 スプール駆動制御ポート、130 円板、132 レゾルバ、140 スプールセンサ、142 磁性体軸、144 差動トランス、146 スプールセンサポート、160 ケース、161 中心軸、162 回転体、164 偏心ピン、166 案内板、168 案内溝、220 定盤除振システム、222 ベース、224 定盤、230 除振処理部、232 傾斜処理部、234 高さフィードバックループ、236 加速度フィードバックループ、238 スプール部フィードバックループ。 22, 23 Air spring, 24, 25 Link lever mechanism, 26 Surface plate side arm, 27 Rotation connection part, 28 Lever, 30 Air spring drive device, 32 Gas supply source, 40 Control valve, 44 Rotation / straight-ahead conversion mechanism, 52 Supply port, 53 Supply port connection, 54 Exhaust port, 55 Exhaust port opening, 56 Load port, 57 Load port connection, 62 Supply port, 64 Exhaust port, 66 Load port, 78 Two-layer three-way valve, 80 spool portion, 81 stem portion, 82, 84 front and rear lands, 86 central land, 90 control sleeve, 91 fixed sleeve, 110 control device, 111 acceleration sensor, 112, 113 individual drive device, 118 spool shaft, 120 spool actuator, 122 Drive arm, 124 coil, 126 permanent magnet, 128 spool drive control port, 13 Disc, 132 Resolver, 140 Spool sensor, 142 Magnetic shaft, 144 Differential transformer, 146 Spool sensor port, 160 Case, 161 Central shaft, 162 Rotating body, 164 Eccentric pin, 166 Guide plate, 168 Guide groove, 220 Constant Panel vibration isolation system, 222 base, 224 surface plate, 230 vibration isolation processing section, 232 tilt processing section, 234 height feedback loop, 236 acceleration feedback loop, 238 spool section feedback loop.
Claims (1)
小径のステムに接続される複数の大径のランドを有するスプール部と、
気体供給源に接続される給気ポートと、排気ポートと、負荷ポートとを有する固定スリーブと、
外周側で固定スリーブに摺動自在に支持され、内周側でスプールを摺動自在に支持し、スプールの複数のランドの内の中央ランドに対応する負荷口と、中央ランドとその両側のランドとの間に形成される空間に対応してそれぞれ設けられる給気口と排気口とを有し、固定スリーブに対し予め定めた所定移動範囲で相対的に移動可能で、所定移動範囲において負荷口は固定スリーブの負荷ポートの範囲にあり、給気口は固定スリーブの給気ポートの範囲にあり、排気口は固定スリーブの排気ポートの範囲にある制御スリーブと、
スプール部を制御スリーブに対して相対的に変位させて駆動するスプールアクチュエータと、
スプール部の変位を検出するスプールセンサと、
を備え、スリーブ部が固定スリーブと制御スリーブの二層構造を有し、スプールアクチュエータによってスプール部が駆動されることで、スプール部の中央ランドと制御スリーブの負荷口との間の相対位置関係で負荷ポートから給気ポートを経て空気バネに供給される気体流量が定まり、あるいは空気バネから負荷ポートを経て排気ポートから排出される気体流量が定まることを特徴とする除振システム用二層三方弁。 In a surface plate vibration isolation system that suppresses vibration of the surface plate and tilts the surface plate by supplying or exhausting gas to the air spring arranged between the surface plate and the base and driving the air spring to extend and contract, A three-way valve used for telescopic drive,
A spool portion having a plurality of large-diameter lands connected to a small-diameter stem;
A fixed sleeve having an air supply port connected to a gas supply source, an exhaust port, and a load port;
A load port corresponding to a center land of a plurality of lands of the spool, a load port corresponding to the center land of the plurality of lands of the spool, a center land and lands on both sides thereof Each having a supply port and an exhaust port provided corresponding to a space formed between the fixed sleeve and the fixed sleeve. Is in the range of the load port of the fixed sleeve, the supply port is in the range of the supply port of the fixed sleeve, the exhaust port is in the range of the exhaust port of the fixed sleeve, and
A spool actuator that is driven by displacing the spool portion relative to the control sleeve;
A spool sensor for detecting the displacement of the spool portion;
The sleeve portion has a two-layer structure of a fixed sleeve and a control sleeve, and the spool portion is driven by a spool actuator, so that the relative positional relationship between the center land of the spool portion and the load port of the control sleeve A two-layer three-way valve for a vibration isolation system in which the gas flow rate supplied to the air spring from the load port through the air supply port is determined or the gas flow rate discharged from the exhaust port through the load port from the air spring is determined .
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