JP4446855B2 - アクティブ姿勢制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気ばねをアクチュエータとするアクティブ姿勢制御装置に関する。

半導体製造工場、レーザー応用製品製造工場、その他の精密加工工場などに設置された加工装置や測定装置においては、きわめてわずかな微振動であっても加工精度や測定精度に影響を与えることがあるため、微振動は高度に制振することが要求される。特に除振台に搭載された機器が移動するテーブルを有するような場合には、搭載機器の移動によって除振台には荷重変動による浮き沈みが生じ、あるいは搭載機器の移動に加速度が伴うと、除振台には搭載機器の加速度によるテーブルの振れや揺れが生じるが、このような除振台の浮き沈みや振れ、揺れは可及的速やかに制振しなければならない。

このような要求に対し、変位検出センサと、アクチュエータとしての空気ばねとの組合せを用いたいわゆるアクティブ姿勢制御装置が実用化されている。変位検出センサは、搭載機器の移動に伴うテーブルの振れ、揺れ、浮き沈みによる除振台の上下の変位を検出し、その検出信号をもって圧力制御弁を駆動して除振台を支える空気ばねの内圧を制御し、空気ばねを伸長あるいは収縮させて除振台を水平の姿勢に保持させるものである。

アクティブ姿勢制御装置によれば、除振台の姿勢制御ばねとダンパーとの組合せによるパッシブ除振装置では困難とされている除振台の姿勢制御、除振性能と制振性能をバランスよく実現できるものとして期待されている。

空気ばねの内圧を制御する圧力制御弁には、通常メカニカルバルブが用いられる。除振台上には、電子顕微鏡、半導体製造装置の露光機などの機器が搭載されるが、搭載機器が除振台上を移動するテーブルを備える機器Ｍの場合には、図７（ａ）のように機器Ｍの安定支持のために除振台１の四隅が４個の空気ばね３ａ〜３ｄで支持される。しかし、除振台１の上下の変位を除振台１の四隅の変位検出センサ１０ａ〜１０ｄで個別に検知し、その検知信号をもって除振台１の四隅を支える４個の空気ばね３ａ〜３ｄの内圧を個別に制御する４点検知方式では、除振台１を水平姿勢に制御することは難しい。

このため、図７（ｂ）に示すように除振台１の１辺の両端の２個所と、他辺中央の１箇所とに変位検出センサ１０ｃ、１０ｄおよび１０ａｂを設置し、除振台１の１辺両端の変位検出センサ１０ｃ、１０ｄにてそれぞれ除振台１の１辺両端の空気ばね３ｃ、３ｄの高さを個別に制御し、他辺中央の変位検出センサ１０ａｂにて他辺両端の２つの空気ばね３ａ、３ｂの高さを制御する、いわゆる３点検知方式にて除振台１を水平姿勢に制御していた。３点検知方式によれば１度の調整で除振台１を水平姿勢に調整することが可能となる。

しかしながら、３点検知方式によるときには、除振台１上を機器Ｍが前後、左右さらには斜め方向に移動するときには、除振台１の板面にひねりが生じて水平姿勢を保つことが難しい。このような問題点を解消するためには、除振台の剛性を高めるなどの対応策も考えられるが、除振台の姿勢制御に高精度を要求されるときには、姿勢制御が難しいのを承知の上で前述の４点検知方式によらざるを得ない。

このため、手数をかけて各空気ばねの内圧調整用のメカニカルバルブを操作して、４個の空気ばねのバランスを保たせるように微調整を繰り返し行なうことによって対応していた。しかし、メカニカルバルブを如何に精密に微調整して除振台を水平姿勢に調整できたとしても、搭載機器の移動による上下変位に応じて空気ばねが伸縮を繰り返す間に除振台の経時的変化として姿勢に狂いが生じてくるのは避けられず、除振台の姿勢に狂いが生じるたびに搭載機器の運転を停止して各空気ばねのメカニカルバルブを個別に微調整しなければならない。

このような問題が生じる最大の原因は、圧力調整弁には、給気も排気もしないゾーン（以下これを不感帯という）が存在するからである。図６（ａ）〜（ｃ）に圧力制御弁（メカニカルバルブ）の有する不感帯によって除振台の姿勢に狂いが生ずる原因を４点検知方式を例にとって説明する。

図６（ａ）、（ｂ）において、除振台１は、四隅がそれぞれ空気ばね３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄで支えられ、それぞれの空気ばねの高さは変位検出センサの高さ検知信号によって個別に制御される４点検知方式を示している。すなわち、図６（ａ）、（ｂ）は、除振台１の四隅の上下変位は除振台１の四隅の変位検出センサ１０ａ〜１０ｄで個別に検知され、圧力制御弁（メカニカルバルブ）を給気、排気に切り替えて除振台の四隅を支える４個の空気ばねの内圧を個別に制御する。例えば除振台１上で搭載機器Ｍが台の中央から矢印Ｘ１方向に移動すると、空気ばね３ａ，３ｂが伸長し、３ｃ，３ｄが圧縮される。

したがって、それぞれの圧力制御弁が動作し、空気ばね３ａ，３ｂ内は排気、空気ばね３ｃ，３ｄは給気となって、除振台１を水平姿勢に保たせようとする。逆に機器Ｍが矢印Ｘ２方向に移動すると、空気ばね３ａ，３ｂは圧縮されて、給気、空気ばねは３ｃ，３ｄは伸長して排気となり、除振台１は、上面の荷重変動による浮き沈みの傾きに応じてそれぞれの空気ばねへの給・排気が繰り返される。

ところが、メカニカルバルブに限らないが通常圧力制御弁には、給気側から排気側に移るとき、あるいは排気側から給気側に移るときの一定ストローク範囲に、給気も排気もしないゾーン（以下これを不感帯という）があり、この不感帯の位置を全て同一平面にあるように調整することが困難であるために、個々の圧力制御弁の不感帯の位置ずれが生じてしまう。

図６（ｃ）において、除振台１が水平姿勢を保つ高さを仮に基準レベルＬとすると、基準レベルＬの高さを挟んで例えば空気ばね３ａ，３ｂの圧力制御弁が形成する不感帯Ｗ１、Ｗ２の幅や位置は必ずしも同じではない。今空気ばね３ａ，３ｂのバルブが形成する不感帯Ｗ１、Ｗ２の位置に図示のように排気側にｄ１、給気側にｄ２の差があったとすると、両バルブの不感帯Ｗ１、Ｗ２の位置のずれによって空気ばね３ａ，３ｂへの給・排気の停止時間にずれが生じ、空気ばね３ａに対しては、排気が多く、給気が少なく、空気ばね３ｂに対して給気が多く、排気が少ないという現象が生じ、除振台上で搭載機器が移動するたびに各空気ばねへの空気の給・排気量の差が蓄積され、各空気ばね間のバランスが崩れて除振台の四隅の支持にねじれが生じるのである。

特許公開２００３−２０２０５１ 特許公開２０００−２７８０５

解決しようとする問題点は、空気ばねへの給排気量制御にメカニカルバルブを用いたときに除振台上で搭載機器が移動するたびに各空気ばねへの給・排気量の差が蓄積され、各空気ばね間のバランスが崩れて除振台の支持高さにねじれが生じるという点である。特に４点検知方式によるときには除振台の支持高さのねじれ現象が顕著に現れるという点である。

本発明は、各空気ばねへの給排気量を制御する流量制御弁に比例制御ソレノイドバルブを用い、変位センサに得られた除振台の高さ検知信号をもって比例制御ソレノイドバルブを制御し、空気ばねへの空気の給・排気を切り替えるとともに各比例制御ソレノイドバルブごとに異なる不感帯の範囲を強制的に一定の範囲に設定することによって各比例制御ソレノイドバルブに固有の不感帯の差に起因して経時的に発生する除振台のねじれ現象の発生をなくしたことを特徴とする。

本発明のアクティブ姿勢制御装置は、空気ばねへの給排気量制御用の流量制御弁に比例制御ソレノイドバルブを用いるため、変位センサに得られた除振台の高さ検知の出力電圧の大きさをもって空気ばねに対する給気、排気量を電気的に制御でき、除振台を支える２以上の空気ばねをそれぞれ制御する比例制御ソレノイドバルブの不感帯の位置ずれに関係なく、除振台が水平姿勢に復帰したときには、変位センサの出力電圧をもって空気ばねの給気管路、排気管路を強制的に閉鎖することによって各比例制御ソレノイドバルブの不感帯の位置ずれに影響されずに除振台の姿勢を制御できる。

これによって、除振台を支える２以上の空気ばねをそれぞれ制御する比例制御ソレノイドバルブの不感帯の位置ずれを解消し、除振台上の荷重変動にかかわらず、除振台の支持構造に従来困難とされていた４点検知方式を採用しても除振台にねじれを生じさせることがなく、浮き沈みによる除振台の姿勢の変化を高度に姿勢制御して高精度に水平姿勢を保たせることができる。

各比例制御ソレノイドバルブに固有の不感帯の幅・位置の差による各空気ばねへの空気の給・排気量の差の発生をなくすという目的を、各比例制御ソレノイドバルブの不感帯の幅あるいは位置を強制的に統一することによって実現した。

本発明においては、図６（ａ）に示したように、除振台１はその四隅にそれぞれ除振台１を支える空気ばね３（３ａ〜３ｄ）が設置され、除振台１の高さを検知して各空気ばね３ａ〜３ｄの高さを制御する４個の変位センサ１０（１０ａ〜１０ｄ）を有している。すなわち、本発明は４点検知方式の適用が可能なシステムを実現するものである。図１に、本発明の１実施例を示す要部の構成図を示す。

図１において、機器Ｍを搭載する除振台１は、架台２上に設置した空気ばね３に支えられている。空気ばね３は、図６に示したとおり、除振台１の四隅を支えるもので、除振台１は、空気ばね３に支えられて一定高さに保持されている。各隅の空気ばね３と、空気供給源（エアコンプレッサ）４とは空気管路５にて接続され、空気管路５には、空気ばね３の内圧を制御する流量制御弁として比例制御ソレノイドバルブ６が接続され、比例制御ソレノイドバルブ６の給気ポート７と空気供給源４間の給気側管路５ａ及び比例制御ソレノイドバルブ６の送気ポート８と空気ばね３間の送気側管路５ｂには、それぞれ管路の開閉機構となる電磁弁９ａ、９ｂが接続されている。比例制御ソレノイドバルブ６は、排気ポート１２を有し、空気ばね３に通じる空気管路５は、比例制御ソレノイドバルブ６の排気ポート１２を通して大気に開放される。

変位センサ１０は、空気ばね３の近傍に設置されている。変位センサ１０は、後に説明するように基準レベルＬに対する除振台１の特定部分の上下の高さを検知し、検知信号としてその高さの変化に比例した電圧を出力する。本発明において変位センサ１０には、無接触変位センサを用いている。無接触変位センサは、センサ１９と向き合わせに感知プレート２０を設置し、感知プレート２０とセンサ１９間の間隔を検知して出力電圧を出力するものである。無接触変位センサを用いることによって、除振台１と、架台２間は振動絶縁が図られる。

この実施例では、センサ１９を架台２上に設置し、感知プレート２０を除振台１からバー１１で吊り下げて感知プレート２０を基準レベルＬの高さに支持した例を示している。この目的に適合するセンサとして例えば、株式会社センテックの磁気式スペースセンサがある。このセンサは、渦電流式の非接触センサであり、仕様によれば、検出物体を金属として、測定範囲０〜８ｍｍ、最小分解能８μｍの性能を有している。

図２に、共通の不感帯域の形成要領を説明する。なお、除振台はその四隅が空気ばねで支えられているが、図は、図６（ａ）のＸ１−Ｘ２方向から視た除振台１の側面を示しており、除振台１の両端は、空気ばね３ａ、３ｄで支えられている。図２（ａ）において、本発明によるアクティブ姿勢制御装置を組み付けた除振台を床上に設置する。床は例えば工場内の床である。床面は必ずしも水平面とは限らない。説明を分かりやすくするために、例えば床が水平面に対してθの角度で図上右上がりに傾斜していたとする。以下の説明では、図２に現れた空気ばね３ａ、３ｄ及び変位センサ１０ａ、１０ｄの動作について説明するが、その動作は、空気ばね３ｂ、３ｃ及び変位センサ１０ｂ、１０ｃの動作にもそのまま当てはまる。

除振台１が空気ばね３ａ、３ｄを介して架台２と平行に支えられていたとすると、架台２が傾斜角θの床面に置かれることによって、除振台１は、架台２の姿勢に倣ってθの角度で傾斜する。このとき空気ばね３ａの変位センサ１０ａと空気ばね３ｄの変位センサ１０ｄとの検出高さは同じであり、いずれも高さｄ０を検知し、検出信号として出力電圧Ｖ０を出力しているものとする。

図中Ｈは水準器であり、水準器Ｈは傾きを示している。まず、比例制御ソレノイドバルブ（図示略）をとおして空気ばね３ａ内に送気し、これを伸長させ、水準器Ｈを見て除振台１を図２（ｂ）のように水平姿勢に調整する。このときの除振台１の高さを基準高さＬと定義する。空気ばね３ａの変位センサ１０ａの検出高さｄ１は、ｄ１＞ｄ０で給気となり、出力電圧Ｖ１＞Ｖ０を発生し、空気ばね３ｄの変位センサ１０ｄの検出高さｄ２は、ｄ２＜ｄ０で排気となり、出力電圧Ｖ２＜Ｖ０を出力する。本発明において、空気ばね３ａの変位センサ１０ａの検知信号としての出力電圧Ｖ１、空気ばね３ｄの変位センサ１０ｄの出力電圧Ｖ２が、除振台１の基準高さＬにおける新たに設定された基準電圧である。

図２（ｃ）において、除振台１の搭載機器ＭがＸ２側に移動すると、空気ばね３ａが圧縮され、変位センサ１０ａは、高さ（ｄ１−αｄ）を検出し、出力電圧（Ｖ１−αＶ）を出力する。一方、空気ばね３ｄは伸長し、変位センサ１０ｄは、高さ（ｄ２＋αｄ）を検出し、出力電圧（Ｖ２＋αＶ）を出力する。これによって、空気ばね３ａの比例制御ソレノイドバルブは、変位センサ１０ａの出力電圧（Ｖ１−αＶ）でバルブは給気側に切り替えられて空気ばね３ａに送気し、変位センサ１０ａの検出高さをｄ１に戻す。一方、空気ばね３ｄの比例制御ソレノイドバルブは、変位センサ１０ｄの出力電圧（Ｖ２＋αＶ）で排気側に切り替えられて空気ばね内を排気し、変位センサ１０ｄの検出高さがｄ２となり、図２（ｄ）のように除振台１は水平姿勢に戻る。

逆に搭載機器Ｍの移動方向が反転して空気ばね３ｄ側に移動したときには図２（ｅ）のように空気ばね３ｄが圧縮され、変位センサ１０ｄは、高さ（ｄ１−βｄ）を検出し、出力電圧（Ｖ１−βＶ）を出力する。一方、空気ばね３ａが伸長し、変位センサ１０ａは、高さ（ｄ１＋βｄ）を検出し、出力電圧（Ｖ１＋βＶ）を出力する。出力電圧の変化値βＶが規定値より大きいときには、図２（ｆ）のように空気ばね３ａの比例制御ソレノイドバルブは、変位センサ１０ａの出力電圧（Ｖ１＋βＶ）で給気側に切り替えられて空気ばねに送気し、変位センサ１０ａの検出高さをｄ１に戻し、空気ばね３ｄの比例制御ソレノイドバルブは、変位センサ１０ｄの出力電圧（Ｖ２＋βＶ）で排気側に切り替えられて空気ばね３ｄを排気し、変位センサ１０ｄの検出高さをｄ２に戻し、除振台１は水平姿勢になる。

しかしながら、各流量制御弁の不感帯幅の位置ずれによって各空気ばねに対する空気の給・排気量の差が蓄積され、各空気ばねへの給排気量のバランスに崩れが生じるのはメカニカルバルブを使用した場合と同じである。

本発明においては、除振台１の基準レベルＬの高さにおける変位センサの出力電圧の大きさを基準電圧とし、基準電圧の上下に予め規定値を設定し、変位センサが基準電圧より大きい規定値以上あるいは基準電圧より小さい規定値電圧以下の電圧を出力した時には比例制御ソレノイドバルブ６による空気ばねへの給・排気の切り替えを行い、上下の規定値の範囲内の電圧出力に対しては、強制的にすべての空気ばねについての比例制御ソレノイドバルブ６の送気側及び送気側管路５ａ、５ｂを一斉に閉じて共通の不感帯域を形成し、比例制御ソレノイドバルブに固有の不感帯の位置ずれをなくし、不感帯の位置ずれに起因した除振台のねじれを解消するものである。

例えばある比例制御ソレノイドバルブを制御する変位センサの基準電圧が２．５Ｖ、上下の規定値を±０．１Ｖに設定したとすると、変位センサの出力電圧が（２．５Ｖ＋０．１）＝２．６Ｖ以上の時には空気ばねに対する比例制御ソレノイドバルブへの排気指令となり、変位センサの出力電圧が（２．５Ｖ−０．１＝）２．４Ｖ以下の時には空気ばねに対する比例制御ソレノイドバルブへの給気指令となる。また変位センサの出力電圧が２．４Ｖ〜２.６Ｖの範囲では、不感帯指令となって空気ばねへの給排気を強制的に停止する。

もっとも、基準電圧は、比例制御ソレノイドバルブ毎に異なる。したがって、例えば変位センサの基準電圧が２．６Ｖのものは、基準電圧２．６Ｖに対し、電圧変化の基準値を±０．１Ｖに設定して変位センサの出力電圧が２．５Ｖ〜２.７Ｖの範囲内の出力電圧の時に不感帯指令を発する。

図３に給気指令、排気指令又は不感帯指令が発信されたときの比例制御ソレノイドバルブ６及び電磁弁９ａ、９ｂの動作要領を示している。図３（ａ）は、変位センサが規準レベル以下の高さを検知したとき、すなわち、規準電圧以下の電圧を出力して比例制御ソレノイドバルブ６に対して給気指令が発せられた場合である。この例では、比例制御ソレノイドバルブ６のスプール１３がソレノイド２６内に吸引されて排気ポート１２を閉じ、給気ポート７と送気ポート８が開かれ、空気供給源４内の空気が空気ばね３内に供給される。

空気ばね３への給気により空気ばね３が伸長するにしたがって、変位センサの出力電圧が増大し、基準電圧に近づいて不感帯の範囲内に達すると、比例制御ソレノイドバルブ６のすべてのポートが閉じられるかどうかに関わりなく、図３（ｃ）のように、電磁弁９ａ、９ｂが作動して比例制御ソレノイドバルブ６と空気ばね間の管路（５ｂ）及び比例制御ソレノイドバルブ６と空気供給源４間の管路（５ａ）を強制的に遮断して空気ばね３内への給気あるいは空気ばね３内からの排気が停止される。変位センサが規準レベル以上の高さを検知したとき、すなわち規準電圧以上の電圧を出力して比例制御ソレノイドバルブ６に対して排気指令が発せられた場合には、図３（ｂ）に示すように比例制御ソレノイドバルブ６のスプール１３がソレノイド２６から押し出され、この結果、給気ポート７が閉じ、送気ポート８と排気ポート１２とが開かれ、空気ばね３内の空気は、送気ポート８から排気ポート１２を経て大気中に放出される。

このとき、電磁弁９ｂに対しては動作指令が発せられ、比例制御ソレノイドバルブ６と空気供給源４間の送気管路（５ａ）が閉じ、空気供給源４から比例制御ソレノイドバルブ６への送気は強制的に止められる。空気ばね内の排気により空気ばねが収縮するにしたがって、変位センサの出力電圧が減少し、基準電圧に近づいて不感帯の範囲内に達すると、図３（ｃ）のように比例制御ソレノイドバルブ６のすべてのポート７、８、１２が閉じられるかどうかに関わりなく、電磁弁９ａ、９ｂが作動して管路５ａ、５ｂが強制的に遮断され、空気ばね３内への給気あるいは空気ばね３内からの排気が停止される。

本発明によるアクティブ姿勢制御装置は、空気ばね３に対する給気指令、排気指令、不感帯指令を表示する表示器を備えている。表示器は、変位センサの出力配線に接続され、それぞれの空気ばねの比例制御ソレノイドバルブ６に印加する電圧値の表示をもって、空気ばねに対する給気指令、排気指令、不感帯指令を表示するものである。図４において、除振台１の四隅を支える４個の空気ばね３（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）について、それぞれの空気ばねに対する給気指令、排気指令、不感帯指令は、それぞれの変位センサ１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）より発せられる出力電圧によって決定される。

図中、１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）は、変位センサ１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）が給気指令として発生した出力電圧によって点灯する給気表示灯、１５（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ）は、変位センサ１０が排気指令として発した出力電圧によって点灯する排気表示灯、１６（１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ）は、不感帯指令として発した出力電圧によって点灯する不感帯表示灯である。

各表示灯１４，１５，１６は、コントロールパネル１７に表示器として設置されている。図６において、除振台１上を搭載機器ＭがＸ１、Ｘ２方向に移動したときに、各隅の空気ばね３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ内へは、除振台１の傾きによる浮き沈みを補償するように給排気が繰り返され、除振台１の姿勢が基準レベルＬの高さで水平姿勢に制御され、各空気ばねの給・排気の様子はコントロールパネル１７の表示器に点灯表示される。図６の例では、搭載機器Ｍの移動方向に対面する除振台１の一辺の空気ばね３ａ，３ｂが給気のときには、他辺の空気ばね３ｃ，３ｄは排気となり、空気ばね３ａ，３ｂについては給気表示灯１４ａ，１４ｂが点灯し、空気ばね３ｃ，３ｄについては排気表示灯１５ｃ，１５ｄが点灯する。

逆に空気ばね３ａ，３ｂが排気のときには、排気表示灯１５ａ，１５ｂが点灯し、空気ばね３ｃ，３ｄについては給気となって給気表示灯１４ｃ，１４ｄが点灯する。各空気ばね３内への給気あるいは排気によって、除振台１の姿勢が基準レベルＬの高さを含む不感帯の範囲に入ったときには、空気ばねへの給排気が停止されて不感帯表示灯１６（１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ）が点灯する。もっとも、表示灯１４，１５，１６のすべてが必ず必要であるというものはなく、例えば不感帯表示灯がなくても、給気表示灯１４、排気表示灯１５が消灯していれば、その空気ばねの比例制御ソレノイドバルブは、不感帯位の位置にあることが分かる。

本発明においては、各比例制御ソレノイドバルブ毎に設けた対の電磁弁９ａ，９ｂを動作させ、強制的に給気管路、送気管路を閉鎖することによって各比例制御ソレノイドバルブの不感帯の位置、幅を統一する。これによって空気ばねについての各比例制御ソレノイドバルブの不感帯の幅や位置ずれの影響が解消される。図６（ｃ）の例で言えば、空気ばね３ａの比例制御ソレノイドバルブについての不感帯Ｗ１と、空気ばね３ｂの比例制御ソレノイドバルブについての不感帯Ｗ２との位置ずれを補償し、両不感帯Ｗ１、Ｗ２の幅並びに位置を合致させることになる。４つの空気ばねの比例制御ソレノイドバルブに対する各不感帯の幅並びに位置についても全く同じ要領で補償することができる。これによって、空気ばね３ａ，３ｂ間及び３ｃ，３ｄ間の給気時間差および排気時間差がなくなり、給・排気量の差の累積による空気ばねへの給排気量のバランスは保たれる。

比例制御ソレノイドバルブ毎の給気管路、送気管路に設けた対の電磁弁の主目的は、比例制御ソレノイドバルブの不感帯の位置を調整することにあるが、比例制御ソレノイドバルブが不感帯位置にあるときに、給気管路、送気管路を電磁弁で強制的に閉鎖することによって弁体と弁室間の隙間を通じて比例制御ソレノイドバルブから外部に漏洩する空気の流出を完全に遮断することができる。

以上実施例においては、空気ばねへの給排気量を制御する流量制御弁に各比例制御ソレノイドバルブを用い、各比例制御ソレノイドバルブへの印加電圧の違いを検知信号に利用して各空気ばねへの給・排気のタイミング並びに給・排気が停止される不感帯の境界を表示するため、適宜、比例制御ソレノイドバルブ毎の給気管路、送気管路を遮断することによって不感帯の範囲を自由にコントロールすることができ、これによって、除振台にねじれを生じさせることなく、空気ばねによる除振台４点支持による高度の水平安定性を得ることができる。

図４において、表示器には、各空気ばね３（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）の内圧を表示する圧力計１８（１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ）を設け、その内圧を監視することによって、除振台の姿勢を制御して、例えば図２（ｂ）に示す所期の姿勢にリセットすることができる。

各空気ばね３（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）の内圧の総和は一定である。搭載機器Ｍが除振台のセンターの位置（重心）にあるときは、各空気ばね３（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）の内圧は同じであり、それぞれの圧力計１８（１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ）は同じ値を示している。図５（ａ）において、四個の空気ばね３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの内圧を表示するそれぞれの圧力計１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄの表示がいずれも仮に「１０」を示していたとすれば、その総計は４０である。

各空気ばね３の内圧の変化は圧力計１８に表示され、例えば空気ばね３ｂの内圧が８に低下し、空気ばね３ａの内圧および空気ばね３ｄの内圧が仮に「１２」に上昇したとすると、残りの空気ばね３ｃの内圧は「８」となり、その総計はやはり「４０」である。したがって、各空気ばね３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの内圧を監視し、その内圧が規定値を超えたときに警告を発するだけでなく、各空気ばね３の内圧を自動的に規定値に戻すことによって、除振台は基準高さＬの高さに戻る。

本発明は、半導体製造装置、特にＸ−Ｙステージを有する露光装置のように往復動するテーブルを備えた機器類を搭載した除振台のアクティブ姿勢制御装置として高度の安定性、水平保持性を実現でき、ひいては搭載機器の作業性、加工精度、測定精度を高めることができる。

本発明によるアクティブ姿勢制御装置の基本構成を示す要部を示す図である。 本発明によるアクティブ姿勢制御装置のセッティング要領を示す図である。 比例制御ソレノイドバルブの動作説明図である。 変位センサの検出信号をもって給気、排気、不感帯の表示と共に空気ばねへの給排気量を表示する例を示す図である。 空気ばねへの給排気量検知の１例を示す図である。 （ａ）は除振台上を移動する搭載機器のテーブルの移動方向を示す図、（ｂ）は、同側面図、（ｃ）は２つの空気ばねの流量制御弁間に生ずる不感帯の位置ずれを説明する図である。 （ａ）が４点検知方式、（ｂ）は３点検知方式の問題点を説明するための図である。

符号の説明

１ 除振台
２ 架台
３ 空気ばね
４ 空気供給源（エアコンプレッサ）
５ 管路
６ 比例制御ソレノイドバルブ
７ 給気ポート
８ 送気ポート
９，９ａ，９ｂ 電磁弁
１０ 変位センサ
１１ バー
１２ 排気ポート
１３ スプール
１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ） 給気表示灯
１５（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ） 排気表示灯
１６（１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ） 不感帯表示灯
１７ コントロールパネル
１８（１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ） 圧力計
１９ センサ
２０ 感知プレート
２６ ソレノイド

Claims (3)

1. 空気ばねと、変位センサと、比例制御ソレノイドバルブと、電磁弁とを有し、除振台上を移動する機器を搭載した除振台を支えるアクティブ姿勢制御装置であって、
   空気ばねは、除振台の四隅を個別に支えて一定高さに保持させるものであり、
   変位センサは、基準レベルに対する除振台の上下の高さを無接触で検知し、検知信号として除振台の高さの変化に比例した出力電圧を出力するものであり、
   基準レベルは、最初に除振台を床上に設置し、各空気ばね内に送気し、あるいは排気して除振台を水平姿勢に設定された除振台の高さであり、
   比例制御ソレノイドバルブは、それぞれの変位センサが、基準レベルの上下に予め定められた規定値の範囲外の電力を出力したときに空気ばねへの給気・排気を切り替えて除振台を基準レベルの高さに制御するものであり、
   電磁弁は、比例制御ソレノイドバルブの給気ポートと空気供給源間の給気側管路及び比例制御ソレノイドバルブの送気ポートと空気ばね間の送気側管路とにそれぞれ管路の開閉機構として接続され、それぞれの変位センサが規定値の範囲内の電力を出力したときには、空気ばねについての比例制御ソレノイドバルブの空気管路を一斉に閉じて共通の不感帯域を形成するものであることを特徴とするアクティブ姿勢制御装置。
2. 変位センサは、除振台が基準レベルの高さにあるときに出力する電圧は、基準電圧であり、
   変位センサが基準電圧を含む規定値の範囲内の電圧を出力したときに、両電磁弁は、比例制御ソレノイドバルブの全てのポートが閉じられているかどうかにかかわり無く、比例制御ソレノイドバルブと空気ばね間の管路及び比例制御ソレノイドバルブと空気供給源間の管路を強制的に遮断して空気ばね内への給気あるいは空気ばね内からの排気を停止させるものであることを特徴とする請求項１に記載のアクティブ姿勢制御装置。
3. アクティブ姿勢制御装置は表示器を有し、
   表示器は、変位センサの出力配線に接続され、それぞれの空気ばねの比例制御ソレノイドバルブに印加する電圧値又は、電磁弁の開閉状態の表示をもって、各空気ばねに対する給気指令、排気指令、不感帯を表示するものであることを特徴とする請求項１に記載のアクティブ姿勢制御装置。

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