JP5102089B2 - Gas pressure control type micro vibration control device - Google Patents
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Description
本発明は気体圧制御型微小振動制御装置に係り、特に、気体圧の制御によって支持対象物を微小振動させる気体圧制御型微小振動制御装置に関する。 The present invention relates to a gas pressure control type microvibration control device, and more particularly to a gas pressure control type microvibration control device that microvibrates a support object by controlling the gas pressure.
流体圧を用いるアクチュエータは、ピストンとシリンダーの機構で代表されるように、よく知られている。流体圧アクチュエータは、流体圧サーボ機構を用い、流体圧を制御することで移動体を駆動することができる。特に、空気等の気体を用いる気体圧制御アクチュエータは、油圧を用いるものに比べてコンタミネーションの問題が少ないので、扱いやすい位置決め装置として期待されている。 Actuators that use fluid pressure are well known, as represented by piston and cylinder mechanisms. The fluid pressure actuator can drive a moving body by controlling the fluid pressure using a fluid pressure servomechanism. In particular, a gas pressure control actuator that uses a gas such as air is expected to be an easy-to-handle positioning device because it has less contamination problems than an oil pressure control actuator.
特許文献1には、気体軸受機構のバネ定数が高いことに着目し、気体軸受の隙間をそこに供給する気体圧の制御により変化させ、この隙間の変化を対象物の微小移動に用い、応答性の良い微小移動機構を実現する構成が示されている。ここでは、適当な押付力が与えられている可動子を移動方向に案内する案内部があり、案内部の底面である気体受壁に設けられる開口から、可動子の気体受面へ向かって制御された気体圧を有する気体が供給され、可動子が気体受壁から浮上し、押付力と釣り合いつつ隙間を形成し、この隙間量を供給気体圧によって制御することで、可動子が微小移動される。また、可動子を複数個、軸方向に配置し、隣接する可動子の間の隙間にそれぞれ制御された気体圧を供給することで、微小移動の範囲を隙間の数に応じて拡大できることも述べられている。 Patent Document 1 focuses on the high spring constant of the gas bearing mechanism, changes the gap of the gas bearing by controlling the gas pressure supplied thereto, and uses this change in the gap for minute movement of the object. A configuration that realizes a fine movement mechanism with good characteristics is shown. Here, there is a guide portion that guides the mover to which an appropriate pressing force is applied in the moving direction, and control is performed from the opening provided in the gas receiving wall that is the bottom surface of the guide portion toward the gas receiving surface of the mover. The gas having the gas pressure is supplied, the mover floats from the gas receiving wall, forms a gap while balancing with the pressing force, and the mover is moved slightly by controlling the amount of the gap by the supply gas pressure. The In addition, it is also stated that by arranging a plurality of movers in the axial direction and supplying a controlled gas pressure to the gaps between adjacent movers, the range of minute movement can be expanded according to the number of gaps. It has been.
上記特許文献1に開示される構成を発展させて、板厚の薄い可動子を複数個、軸方向に配置し、隣接する可動子の間の隙間にそれぞれ制御された気体圧を供給することで、全体として小型で、微小移動の移動範囲が広い気体圧制御アクチュエータを構成することができる。 By developing the configuration disclosed in Patent Document 1, a plurality of thin movers are arranged in the axial direction, and a controlled gas pressure is supplied to the gap between adjacent movers. The gas pressure control actuator which is small as a whole and has a wide movement range of minute movement can be configured.
このように、特許文献1では、気体軸受機構のバネ定数が高いことを利用して、気体圧によって押付力と釣り合わせて気体の流れる隙間量を制御することができる。この隙間量を変化させることで加速度を生成すれば、微小振動を気体圧で制御できそうである。微小振動を制御できれば、除振装置等に広く利用できる可能性がある。 As described above, in Patent Document 1, by utilizing the high spring constant of the gas bearing mechanism, it is possible to control the amount of gap through which the gas flows by balancing the pressing force with the gas pressure. If acceleration is generated by changing the gap amount, it is likely that minute vibrations can be controlled by gas pressure. If a minute vibration can be controlled, it may be widely used for a vibration isolator or the like.
しかしながら、気体隙間のバネ定数、すなわち気体圧変化に対する隙間量の変化に関する気体軸受剛性が高いと、これにつれて気体隙間の減衰特性も高く、隙間量の時間微分量である速度、隙間量の2階時間微分量である加速度を精度よく制御できない。 However, if the spring constant of the gas gap, that is, the gas bearing rigidity related to the change in the gap amount with respect to the change in the gas pressure is high, the damping characteristic of the gas gap is also high accordingly. The acceleration that is the time derivative cannot be controlled with high accuracy.
すなわち、特許文献1の構成では、気体隙間量の2階時間微分量である加速度、あるいは推力を精度よく制御することができない。 That is, with the configuration of Patent Document 1, it is impossible to accurately control the acceleration or thrust, which is the second-order time differential amount of the gas gap amount.
本発明の目的は、気体圧制御によって支持対象物を微小振動させることができる気体圧制御型微小振動制御装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a gas pressure control type microvibration control device capable of microvibrating a support object by gas pressure control.
本発明に係る気体圧制御型微小振動制御装置は、支持対象物に向かい合う対物上面に気体吹出部を有し、対物上面と支持対象物との間の対物隙間に気体を流す対物パッドと、気体が流れることができる貫通窓を有し、対物パッドの対物上面と反対側のパッド裏面に平行に整列配置される複数の平板可動子と、複数の平板可動子をその整列配置される整列軸方向に沿って移動可能に収容する筐体部と、対物パッドの気体吹出部と、各平板可動子の貫通窓と、複数の平板可動子のうちでパッド裏面に向かい合う最先端側平板可動子とパッド裏面との隙間であるパッド側隙間と、隣接する平板可動子の間の隙間である各可動子間隙間と、複数の平板可動子のうちで筐体部の底面に向かい合う最後端側平板可動子と筐体部の底面との隙間である底面側隙間とに隙間制御用気体を供給する隙間制御用気体供給手段と、を備え、対物パッドは、気体吹出部から外周側に向かって延びる表面絞りであって、気体圧変化に対する対物隙間の変化量に関する気体軸受剛性特性が対物隙間量を制御可能な予め定めた所定値を有し、各平板可動子は、気体圧変化に対する各可動子隙間の変化量に関する気体軸受剛性特性が正方向の符号を有し、対物パッドにおける気体軸受剛性特性の所定値に対し1/10以下に設定される気体絞り部をそれぞれ有し、隙間制御用気体の気体圧を制御し、支持対象物からの押付力と釣り合わせつつ各隙間の間隔を調整しながら、支持対象物を微小振動させることを特徴とする。 Gas pressure control type micro vibration control apparatus according to the present invention, the gas blowout part possess the objective top surface facing the supporting object, an objective pad flowing gas to the objective gap between the objective top and the supporting object, the gas has a through window that can flow, alignment in which a plurality of flat plate-friendly Doko arranged aligned parallel to the opposite side of the pad back side and the objective upper surface of the objective pads are the aligned multiple flat armature a casing for movably accommodated in the axial direction, and a gas outlet portion of the objective pad, a through window of each flat plate armature, advanced side flat plate facing the pad back surface of the plurality of flat plate-friendly Doko and the pad-side gap is a gap between the movable element and the pad back surface, the gap between the movable element which is a gap between the adjacent flat plate-friendly Doko, the bottom surface of the housing portion of the plurality of flat plate-friendly Doko The bottom side, which is the gap between the flat plate mover at the rear end facing to the bottom of the housing The gap control gas supply means for supplying a gap control gas and between, with the objective pad, a a stop surface extending toward the outer circumferential side from the gas blowout part, the amount of change in the objective gap to gas pressure changes The gas bearing stiffness characteristic has a predetermined value that can control the objective gap amount, and each flat plate mover has a positive sign in the gas bearing stiffness characteristic related to the change amount of each mover gap with respect to the gas pressure change. Each having a gas restrictor set to 1/10 or less of a predetermined value of the gas bearing rigidity characteristic in the objective pad, controlling the gas pressure of the gap control gas, and pressing force from the support object The object to be supported is minutely vibrated while adjusting the interval of each gap while balancing.
また、本発明に係る気体圧制御型微小振動制御装置において、対物パッドは、気体吹出部から吹き出し、支持対象物と対物上面との間の隙間を流れる気体を排出するための気体排出部を有し、筐体部は、その内部に複数の平板可動子の外周側に軸方向に沿って設けられる外周側空間を有し、気体排出部は、外周側空間を介して外部の排気装置に接続されることが好ましい。 Further, in the gas pressure control type micro vibration control device according to the present invention, the objective pad has a gas discharge part for discharging the gas flowing out from the gas blowing part and flowing through the gap between the support object and the object upper surface. The casing portion has an outer peripheral space provided along the axial direction on the outer peripheral side of the plurality of flat plate movers, and the gas discharge portion is connected to an external exhaust device via the outer peripheral space. It is preferred that
また、本発明に係る気体圧制御型微小振動制御装置において、筐体部は、その内部に複数の平板可動子の外周側に軸方向に沿って設けられる外周側空間を有し、外周側空間に予め定めた所定気体圧の気体を供給し、支持対象物に予め定めたバイアス支持力を与えるバイアス気体供給手段を備えることが好ましい。 Moreover, in the gas pressure control type micro vibration control device according to the present invention, the housing part has an outer peripheral side space provided along the axial direction on the outer peripheral side of the plurality of flat plate movers, and the outer peripheral side space. It is preferable to provide a bias gas supply means for supplying a gas having a predetermined gas pressure to the support object and applying a predetermined bias support force to the support object.
また、本発明に係る気体圧制御型微小振動制御装置において、支持対象物または対物パッドと筐体部とを気密に接続し、ゴムまたはプラスチックゴムで構成されるベロフラムを備えることが好ましい。 Further, in the gas pressure control type micro vibration control device according to the present invention, it is preferable that a support object or an objective pad and a housing part are connected in an airtight manner and a bellophram made of rubber or plastic rubber is provided.
また、本発明に係る気体圧制御型微小振動制御装置において、対物パッドは、表面絞りとして、気体吹出部から外周側に向かって延びる複数の細溝を有し、各平板可動子は、気体絞り部として、貫通窓から外周側に向かって延びる複数の溝であって、対物パッドの細溝よりも溝幅が広く、溝深さが深いことが好ましい。 Further, in the gas pressure control type micro vibration control device according to the present invention, the objective pad has a plurality of narrow grooves extending from the gas blowing portion toward the outer peripheral side as the surface diaphragm, and each flat plate movable element is a gas diaphragm. As a part, it is a plurality of grooves extending from the through window toward the outer peripheral side, and it is preferable that the groove width is wider and the groove depth is deeper than the narrow groove of the objective pad .
また、本発明に係る気体圧制御型微小振動制御装置において、筐体部の内部に設けられ、各平板可動子の中心部をそれぞれ支持する中心支持軸であって、整列軸方向への変位剛性が径方向への変位剛性よりも小さい支持部材を介して支持する中心支持軸を備えることが好ましい。 Further, in the gas pressure control type micro vibration control device according to the present invention, the center support shaft is provided inside the housing portion and supports the center portion of each flat plate movable element, and the displacement rigidity in the alignment axis direction. It is preferable to provide a central support shaft that supports the support member via a support member that is smaller than the displacement rigidity in the radial direction.
また、本発明に係る気体圧制御型微小振動制御装置において、支持対象物または対物パッドの加速度を取得し、取得された加速度に応じて隙間制御用気体の気体圧を制御する制御部を備えることが好ましい。 Further, the gas pressure control type micro vibration control device according to the present invention includes a control unit that acquires the acceleration of the object to be supported or the objective pad and controls the gas pressure of the gap control gas according to the acquired acceleration. Is preferred.
また、本発明に係る気体圧制御型微小振動制御装置において、対物パッドは、直交する3軸の方向で支持対象物を支持するように、支持対象物に対し複数設けられることが好ましい。 In the gas pressure control type micro vibration control device according to the present invention, it is preferable that a plurality of objective pads are provided on the support object so as to support the support object in the directions of three orthogonal axes.
上記構成により、気体圧制御型微小振動制御装置は、気体が流れることができる貫通窓を有し、対物パッドの対物上面と反対側のパッド裏面に平行に整列配置される複数の平板状可動子を備えて、各可動子間隙間等に隙間制御用気体が供給される。ここまでの構成は、上記特許文献1における気体軸受利用の微小隙間制御と同じである。特許文献1における内容と異なるのは、各平板可動子に設けられる気体絞り部である。ここでは、各平板可動子は、気体圧変化に対する各可動子隙間の変化量に関する気体軸受剛性特性が正方向の符号を有し予め定めた閾値剛性値以下に設定される気体絞り部をそれぞれ有する。 With the above configuration, the gas pressure control type micro vibration control device has a plurality of flat plate-like movable elements having a through window through which gas can flow and arranged in parallel on the back surface of the object pad opposite to the object upper surface. The gap control gas is supplied to the gaps between the movers and the like. The configuration up to this point is the same as the minute clearance control using the gas bearing in Patent Document 1 described above. What differs from the content in Patent Document 1 is a gas restrictor provided in each flat plate movable element. Here, each flat plate mover has a gas constriction part in which the gas bearing rigidity characteristic relating to the change amount of each mover gap with respect to the change in gas pressure has a positive sign and is set to a predetermined threshold rigidity value or less. .
表面絞り等の気体絞り部をなくして、各平板可動子を表面が平坦なものとすれば、平板可動子の間の気体軸受剛性特性は最小になる。しかしながら、実験によれば、表面絞り等の気体絞り部をなくすと、隣接する平板可動子の隙間に気体を流そうとしても、その隙間がゼロ、あるいは相互にくっついてしまうことが生じる。つまり、表面絞り等の気体絞り部をなくすと、気体圧変化に対する各可動子隙間の変化量に関する気体軸受剛性特性がマイナスとなることが生じる。この状態では、隙間量の2階時間微分量である加速度を気体圧で制御することができない。 If the gas restrictor such as the surface restrictor is eliminated and each flat plate movable element has a flat surface, the gas bearing rigidity characteristics between the flat plate movable elements are minimized. However, according to experiments, if a gas restricting part such as a surface restrictor is eliminated, even if an attempt is made to flow gas into the gap between adjacent flat plate movers, the gap may be zero or stick to each other. In other words, if the gas restrictor such as the surface restrictor is eliminated, the gas bearing stiffness characteristic related to the change amount of each mover gap with respect to the change in gas pressure may be negative. In this state, the acceleration that is the second-order time differential amount of the gap amount cannot be controlled by the gas pressure.
上記構成によれば、各平板可動子には気体絞り部が設けられるが、その気体圧変化に対する各可動子隙間の変化量に関する気体軸受剛性特性が正方向の符号を有し、対物パッドに設けられる表面絞りの気体軸受剛性特性の1/10以下の気体軸受剛性特性に設定される。例えば、特許文献1で述べられている気体軸受剛性特性の1例は、(隙間変化量/気体圧変化量)=(5μm/0.1MPa)程度であるが、対物パッドに設けられる表面絞りの気体軸受剛性特性をこの値に設定するときは、各平板可動子の気体軸受剛性特性は、この10%である(0.5μm/0.1MPa)以下に設定される。
According to the above configuration, each flat plate mover is provided with a gas restrictor, but the gas bearing stiffness characteristic related to the amount of change in each mover gap with respect to the change in gas pressure has a positive sign, and is provided on the objective pad. The gas bearing rigidity characteristic is set to 1/10 or less of the gas bearing rigidity characteristic of the surface diaphragm. For example, one example of the gas bearing stiffness characteristic described in Patent Document 1 is about (gap change amount / gas pressure change amount) = (5 μm / 0.1 MPa) . When the gas bearing rigidity characteristic is set to this value, the gas bearing rigidity characteristic of each flat plate movable element is set to 10% (0.5 μm / 0.1 MPa) or less .
このように、気体絞り部の気体軸受剛性特性を1/10程度に低く設定することで、気体が流れる隙間の減衰特性もこれに応じて低下させることができ、気体圧によって隙間量の2階時間微分量である加速度を制御できる。これによって、気体圧制御によって、対物パッド上の支持対象物を微小振動させることができる。 In this way, by setting the gas bearing rigidity characteristic of the gas constriction part as low as about 1/10, the attenuation characteristic of the gap through which the gas flows can be reduced accordingly, and the second level of the gap amount by the gas pressure. It is possible to control the acceleration that is the time derivative. Thereby, the support target object on the objective pad can be minutely vibrated by the gas pressure control.
また、気体圧制御型微小振動制御装置は、対物パッドには気体吹出部から吹き出した気体を回収する気体排出部を有し、筐体部の内部には複数の平板可動子の外周側に軸方向に沿って設けられる外周側空間が設けられ、気体排出部は、外周側空間を介して外部の排気装置に接続される。気体吹出部から吹き出して支持対象物を浮上させるのに用いられた気体を効率よく回収できる。 In the gas pressure control type micro vibration control device, the objective pad has a gas discharge portion that collects the gas blown from the gas blow-out portion, and the housing portion has a shaft on the outer peripheral side of the plurality of flat plate movers. An outer peripheral side space provided along the direction is provided, and the gas discharge unit is connected to an external exhaust device via the outer peripheral side space. It is possible to efficiently recover the gas used for blowing out from the gas blowing section and floating the support object.
また、気体圧制御型微小振動制御装置において、筐体部は、その内部に複数の平板可動子の外周側に軸方向に沿って設けられる外周側空間を有し、外周側空間に予め定めた所定気体圧の気体を供給し、対物パッドを介し支持対象物に予め定めたバイアス支持力を与えるバイアス気体供給手段を備える。これによって、隙間制御用気体によって微小加速度を発生させながら、例えば、一定値のバイアス支持力を発生させることができる。 Further, in the gas pressure control type micro vibration control device, the casing portion has an outer peripheral side space provided along the axial direction on the outer peripheral side of the plurality of flat plate movers, and is predetermined in the outer peripheral side space. Bias gas supply means for supplying a gas having a predetermined gas pressure and applying a predetermined bias support force to the support object via the objective pad is provided. As a result, for example, a bias support force having a constant value can be generated while generating a small acceleration by the gap control gas.
また、気体圧制御型微小振動制御装置において、対物パッドと筐体部とを気密に接続し、ゴムまたはプラスチックゴムで構成されるベロフラムを備えるので、例えば、対物パッドが筐体部に対し、対物パッドの対物上面に平行な面内で移動することがあっても、隙間制御用気体によって微小加速度を発生させながら、例えば、一定値のバイアス支持力を発生させることができる。 In addition, in the gas pressure control type micro vibration control device, the objective pad and the casing are connected in an airtight manner and a bellophram made of rubber or plastic rubber is provided. Even when the pad moves in a plane parallel to the objective upper surface, for example, a bias supporting force having a constant value can be generated while generating a minute acceleration by the gap control gas.
また、気体圧制御型微小振動制御装置において、対物パッドは、対物上面に設けられ、気体吹出部から外周側に向かって延びる表面絞りを有する。ここでの表面絞りは、気体軸受剛性特性を十分高くとって、隙間量を精度よく制御するものとすることがよい。これによって、支持対象物を対物パッドの対物との上面に対して精度よく浮上制御させることができる。 Further, in the gas pressure control type micro vibration control device, the objective pad has a surface stop provided on the upper surface of the objective and extending from the gas blowing portion toward the outer peripheral side. In this case, it is preferable that the surface diaphragm control the gap amount with high accuracy by taking the gas bearing rigidity characteristics sufficiently high. Thereby, the support object can be controlled to be levitated with high accuracy with respect to the upper surface of the objective pad with respect to the objective.
また、気体圧制御型微小振動制御装置において、筐体部の内部に設けられ、各平板可動子の中心部をそれぞれ支持する中心支持軸であって、整列軸方向への変位剛性が径方向への変位剛性よりも小さい支持部材を介して支持する中心支持軸を備える。これによって、各平板可動子が中心軸に沿って振動する際に、中心軸の径方向に各平板可動子がずれることを抑制することができる。 Further, in the gas pressure control type micro vibration control device, the center support shaft is provided inside the casing and supports the center of each flat plate mover, and the displacement rigidity in the alignment axis direction is in the radial direction. And a center support shaft that supports the support member through a support member smaller than the displacement rigidity. Thereby, when each flat plate movable element vibrates along the central axis, it is possible to suppress each flat plate movable element from shifting in the radial direction of the central axis.
また、気体圧制御型微小振動制御装置において、支持対象物の加速度を取得して、取得された加速度に応じて隙間制御用気体の気体圧を制御するので、目標加速度で支持対象物を微小振動させることができる。 Further, in the gas pressure control type micro vibration control device, the acceleration of the support object is acquired, and the gas pressure of the gap control gas is controlled according to the acquired acceleration. Can be made.
また、気体圧制御型微小振動制御装置において、対物パッドは、直交する3軸の方向で支持対象物を支持するように、支持対象物に対し複数設けられるので、支持対象物を3次元的に微小振動させ、例えば、支持対象物の3次元的振動を相殺して除振することができる。 Further, in the gas pressure control type micro vibration control device, a plurality of objective pads are provided for the support object so as to support the support object in the directions of three orthogonal axes. For example, the vibration can be eliminated by canceling out the three-dimensional vibration of the support object.
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、気体圧制御型微小振動制御装置が支持する対象物として、除振台を説明するが、支持対象物はこれ以外のものであってもよい。例えば、振動を除去したい載物台、あるいは振動を除去したい測定器等の装置であってもよい。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following, a vibration isolation table will be described as an object to be supported by the gas pressure control type micro vibration control device, but the support object may be other than this. For example, it may be a platform for removing vibrations or a device such as a measuring instrument for removing vibrations.
また、支持対象物を支持する方法として、支持対象物をXYZの直交する3軸方向で支持するものとし、支持対象物に対し、Z方向に支持する対物パッドを有する気体圧制御型微小振動制御装置と、X方向に支持する対物パッドを有する気体圧制御型微小振動制御装置と、Y方向に支持する対物パッドを有する気体圧制御型微小振動制御装置との3種類の気体圧制御型微小振動制御装置が設けられる例を説明するが、勿論、支持対象物を1方向のみで支持するもの、直交する2方向で支持するものとしてもよい。 In addition, as a method of supporting the support object, the support object is supported in three orthogonal directions of XYZ, and the gas pressure control type micro vibration control having an objective pad that supports the support object in the Z direction. Three types of gas pressure control type micro vibration control device, gas pressure control type micro vibration control device having an objective pad supported in the X direction, and gas pressure control type micro vibration control device having an objective pad supported in the Y direction Although an example in which a control device is provided will be described, of course, the support object may be supported only in one direction, or may be supported in two orthogonal directions.
また、支持対象物は、対物パッドに直接支持されるのではなく、対物パッドに支持される可動台に取り付けられるものとして説明するが、これ以外の取付方法、支持方法を用いてもよい。例えば、支持対象物をZ方向の1方向にのみ支持する場合に、対物パッドに支持対象物を直接向かい合わせて浮上支持させるものとしてもよい。また、以下で述べる寸法、材質、個数等は、説明のための例示であり、用途目的に応じて、それ以外の条件のものを用いることができる。 Further, although the description will be made assuming that the support object is not directly supported by the objective pad but is attached to the movable base supported by the objective pad, other attachment methods and support methods may be used. For example, when the support object is supported only in one direction of the Z direction, the support object may be directly supported by the objective pad so as to be levitated. In addition, the dimensions, materials, numbers, and the like described below are examples for explanation, and other conditions can be used depending on the purpose of use.
図1は、気体圧制御型微小振動制御装置100が用いられる除振システム200の構成を示す図である。以下では、気体圧制御型微小振動制御装置のことを、単に微小振動制御装置と呼ぶことにする。この除振システム200は、除振台202の振動を加速度検出器204で検出し、検出された加速度に応じて制御部206において気体圧を制御し、制御された気体圧を微小振動制御装置200に供給し、微小振動制御装置200によって後述する可動台を微小振動させて、可動台に取付部210を介して取り付けられた除振台202の微小振動を相殺して除振する機能を有するシステムである。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a
図1の例では、除振台202は、その底部の複数の取付部210においてそれぞれ可動台に取り付けられる。例えば、平面形状が矩形の除振台202の場合は、矩形の各隅部に4つの微小振動制御装置100を配置し、それぞれの微小振動制御装置100によって支持される4つの可動台に取付部210を介して除振台202を取り付けるものとできる。また、平面形状が円形の除振台202の場合は、円形の外周に沿って均等に複数の微小振動制御装置100を配置し、それぞれの微小振動制御装置100によって支持される各可動台に取付部210を介して除振台202を取り付けるものとできる。
In the example of FIG. 1, the vibration isolation table 202 is attached to the movable table at a plurality of
図2、図3は、微小振動制御装置100の構成を示す図で、図2は上面図、図3は正面断面図である。なお、図1から図3には、直交する3軸の方向であるX方向、Y方向、Z方向が示されている。ここで、XY平面は除振台202の上面に平行な平面で、Z方向はXY平面に垂直な方向である。図1は、XZ平面で見た図、図2はXY平面で見た図、図3はXZ平面で見た図である。
2 and 3 are diagrams showing a configuration of the minute
微小振動制御装置100は、例えば、除振システム200の基礎部に固定される筐体部102と、図1で説明した除振台202の取付部210が取り付けられる可動台104と、可動台104をXYZの3軸方向に気体を介して非接触的に支持する5つの気体圧支持機構12,14,16,18,20と、各気体圧支持機構12,14,16,18,20にそれぞれ接続される気体圧制御弁13,15,17,19,60を含んで構成される。
The
筐体部102は、図2、図3の例では平面形状が矩形のケース体で、可動台104、5つの気体圧支持機構12,14,16,18,20が収容される。筐体部102は、上記のように、除振システム200の基礎部に適当な固定手段によって固定される。
2 and 3, the
可動台104は、底面側にフランジ部を有し、フランジ部の上部に角柱部を有し、5つの気体圧支持機構12,14,16,18,20によって、気体を介して浮上され、XYZの3軸方向に移動可能に支持されるテーブルである。可動台104の角柱部は、図2に示されるように、平面形状が適当に隅部が丸められた矩形形状で、矩形形状の4辺は、X方向に平行な2つの辺と、Y方向に平行な2つの辺である。これらの辺は、それぞれZ方向に延びて、XZ平面またはYZ平面を形成する。可動台104の底面はXY平面に平行な面である。また、可動台104の上面は、除振台202の取付部210が取り付けられる面である。
The movable table 104 has a flange portion on the bottom surface side, a prismatic portion on the upper portion of the flange portion, and is levitated via gas by the five gas
5つの気体圧支持機構12,14,16,18,20は、3種類に区別することができる。気体圧支持機構12,14は、可動台104のYZ平面に向かい合い、可動台104にX方向の微小振動を与える機能を有する。気体圧支持機構16,18は、可動台104のXZ平面に向かい合い、可動台104にY方向の微小振動を与える機能を有する。なお、可動台104のYZ平面とXZ平面とがほぼ同じ面積を有する場合は、気体圧支持機構12,14,16,18は筐体部において配置される位置が異なるのみで、同じ構成のものを用いることができる。
The five gas
もう1つの気体圧支持機構20は、可動台104の底面のXY平面に向かい合い、可動台104にZ方向の微小振動を与える機能を有する。この気体圧支持機構20は、図1で説明した除振台202の重量を支えて、さらに除振台202にZ方向の微小振動を与えることになるので、気体圧支持機構12,14,16,18に比べて大型となる。そのことに応じて、可動台104の底部のXY平面の面積を広げるために、可動台104に上記のランジ部が設けられることになる。
The other gas
5つの気体圧制御弁13,15,17,19,60は、図1で説明した制御部206の制御の下で5つの気体圧支持機構12,14,16,18,20に制御された気体圧を供給する制御弁である。上記のように、気体圧支持機構12,14,16,18と気体圧支持機構20の大きさが異なることに対応し、気体圧制御弁13,15,17,19に比べ、気体圧制御弁60は大きな気体流量容量を有する。かかる気体圧制御弁13,15,17,19,60としては、電気信号でアクチュエータを駆動して出力気体圧を制御するアクチュエータ駆動型制御弁を用いることができる。例えば、フォースモータ駆動スプール・スリーブ型気体圧制御弁等を用いることができる。
The five gas
上記のように、気体圧支持機構12,14,16,18,20は大きさ等が異なるのみで、基本構成は同じものとできるので、以下では、代表して気体圧支持機構20の詳細な構成を説明する。図3では、気体圧支持機構20とこれに用いられる気体圧制御弁60とを含む構成をZ方向微小振動部10として示してある。
As described above, the gas
図4は、気体圧支持機構20の上面図であり、図5は、気体圧支持機構20と気体圧制御弁60を含むZ方向微小振動部10の構成を示す図である。図6は、気体圧支持機構20を構成する中心軸32を、図7は平板可動子50を、それぞれ示す図である。
FIG. 4 is a top view of the gas
気体圧支持機構20は、対物パッド22と、筐体本体26と、対物パッド22と筐体本体26とを気密に接続する伸縮壁部24とを有する筐体部21を含んで構成される。筐体部21の内部には、中心軸32、中心軸32の周囲に軸方向に整列配置される複数の平板可動子50が収納される。
The gas
対物パッド22は、支持対象物である可動台104を非接触的に支持するための平板状部材であり、その上面は、可動台104に向かい合う対物上面23である。対物上面23は、その表面を気体が滑らかに流れるように平坦面に加工される。また、対物パッド22は、その裏面側の外周部において伸縮壁部24に接続される。かかる対物パッド22は、適当な金属材料を用いて円板状に成形したものを用いることができる。場合によっては、セラミック材料またはプラスチック材料等を用いることができる。対物パッド22の表面には、適当な表面処理を行うことができる。
The
対物上面23の中央に設けられる気体吹出口30は、気体圧制御弁60に接続される気体吹出部で、対物上面23と可動台104との隙間に流す隙間制御用気体を供給するための開口部である。
The
また、対物上面23において、気体吹出口30の外側に円環状に配置される気体排出溝44は、排気口48(図5参照)を介して排気装置45に接続される気体排出部であり、気体吹出口30から供給される隙間制御用気体を回収する排出溝である。
Further, on the objective
また、対物上面23において、気体排出溝44の外周側に円環状に設けられる気体吸引溝46は、減圧源47に接続される気体吸引部であり、気体排出溝44から漏れてくる気体を吸引するための減圧溝である。気体吸引溝46は、対物パッド22の内部に設けられる管路を通り、対物パッド22の外周部に設けられた接続口を介して外部の減圧源47に接続される。気体吸引溝46を設けることで、気体圧支持機構20を例えば真空環境の下で作動させることができる。
A
対物パッド22の上面である対物上面23において、気体吹出口30と気体排出溝44との間には、中心から放射状に延びる浅く細い溝である複数の細溝42が設けられる。放射状に延びる細溝42は、円板の内径側で共通化してくぼみ40となっている。すなわち、対物パッド22の上面において、内径側の部分は、気体吹出口30の中心から所定の半径の部分の肉厚が薄くなってくぼみ40を形成し、そのくぼみ40が各細溝42の始発点となり、そこから所定の長さで細溝42が径方向に延びる。径方向に延びた細溝42の先端部は、そこで円周方向に両側に広がり、隣接する細溝42の円周方向の広がりとつながらない程度でその広がりを止める。くぼみ40及び細溝42の形状は表面絞りとしての一例であって、他の適当な形状を有する表面絞りであってもよい。
In the objective
このようなくぼみ40及び細溝42は、対物上面23において気体吹出口30から径方向に気体が流れるときに、絞り効果を奏するように設けられる。すなわち、対物上面23と可動台104の下面と対向し、2つの面の間の隙間に気体が流れて、このくぼみ40及び細溝42を流れる気体が細溝42の終端等で平板面にあふれるときに、流路が狭くなって絞られ、いわゆる表面絞りとなる。この表面絞りの効果により、2つの面の間の流れが安定し、2つの面の間の間隔も安定する。
In this way, the
くぼみ40及び細溝42の深さは約10μmから約20μmとすることができる。また、対物パッド22の外形を例えば約30mmとすると、くぼみ40の径方向の幅は約1mmから6mm程度、細溝42の幅は約0.2mmから約2mm程度とすることができる。
The depth of the
排気装置45によって回収された気体、減圧源47から回収された気体は、再び気体圧制御弁60等に戻されて再利用されることができる。
The gas recovered by the
伸縮壁部24は円環状の蛇腹状伸縮部材で、筐体本体26の外周部に底面側の接続部を有し、対物パッド22の裏面側の側面の外周部に上面側の接続部を有する。伸縮壁部24は、筐体本体26と、対物パッド22のいずれとも、気密構造で接続される。かかる伸縮壁部24としては、適当なプラスチック材料またはゴム材料の蛇腹状部材、あるいは金属薄板の蛇腹状部材を用いることができる。また、場合によって、蛇腹状伸縮部材に代えて、金属製のベロー状伸縮部材またはダイヤフラム状伸縮部材を用いてもよい。あるいは、少しの気体の漏れが許容できるときには、内径の異なるスリーブを数段に渡って径方向に配置し、いわゆる竹の子型に軸方向に順次移動する構造のものを用いてもよい。
The
筐体本体26は、対物パッド22とほぼ同じ外径の円板状の外形を有する部材で、その中央部には中心穴を有する円環状くぼみが設けられる。この円環状くぼみには、中心軸32が着脱可能に立設して配置される。上記のように、筐体本体26の外周部には円環状の伸縮壁部24が立設して設けられ、これによって、上部開口を有する容器状の空間が形成され、この空間に平板可動子50が収納される。
The
このように筐体本体26は、伸縮壁部24とともに複数の平板可動子50を収納する機能を有するが、特に、平板可動子50を中心軸32の周囲に、軸方向に沿って整列配置させる機能を有する。筐体本体26の底面には、その中心部に、気体圧制御弁60に接続される気体供給口38(図5参照)が貫通して設けられ、底面の外周側に排気装置45に接続される排気口48(図5参照)が設けられる。
As described above, the
中心軸32は、筐体本体26の中心の貫通穴である気体供給口38の上面側に、気体供給口38の内径よりも大きな外径を有して形成される円環状のくぼみの中に立設されて配置される軸である。図6に、中心軸32の様子を示す。中心軸32は、その中央に中心貫通穴を有し、外形は六角星稜形をなし、その星陵形の谷の部分に、中心貫通穴に連通する連通穴34が複数設けられる。上記のように、中心軸32は、気体供給口38の上面側の円環状くぼみに立設されて配置されるので、中心軸32の中心貫通穴は気体供給口38に連通している。したがって、中心軸32の側面に設けられる連通穴34は、気体供給口38に連通し、気体圧制御弁60から供給される隙間制御用気体が吹き出すことができる。そして吹き出した気体は、径方向には各平板可動子50に向かって流れ、また、軸方向には星陵形の谷間から上方に向かって気体吹出口30に向かって流れる。
The
なお、必要に応じ、中心軸32の中心貫通穴の中に隙間量センサを配置することができる。隙間量センサを配置することで、対物パッド22の対物上面23と、非接触支持対象物である可動台104との間の隙間を検出し、そのデータを図1で説明した制御部206に伝送し、隙間量の制御に用いることができる。その場合、隙間量センサの外形を中心貫通穴の内径よりも小さくすることで、気体供給口38から供給される気体を十分に気体吹出口30、連通穴34に流れることができる。隙間量センサとしては、静電容量型センサ、磁気センサ、光学式センサ等を用いることができる。
If necessary, a gap amount sensor can be disposed in the central through hole of the
再び図5に戻り、中心軸32の周りに配置される複数の平板可動子50は、筐体部21の筐体本体26に対し、対物パッド22を移動させるための微小変位を発生する機能を有する。平板可動子50の様子を図7に示す。
Returning again to FIG. 5, the plurality of flat plate
平板可動子50は、円板52の中央部に同心円の開口部54を有するドーナツ型の部材である。開口部54は、その中に中心軸32が十分配置できる程度の大きさの内径を有する。開口部54の外周側には、2段のくぼみ56,58が設けられる。このくぼみ56,58は、開口部54から隙間制御用気体が平板可動子50の円板の表面に流れ出し、例えば隣接する他の平板可動子50との間の隙間を通って外周側に流れるときの気体の流れを絞る気体絞り部としての機能を有する。この気体絞り部の機能によって、隙間を流れる気体に剛性特性と減衰特性が付与されることになる。
The flat plate
ここで、図4で説明したような細溝42による表面絞りの場合は、気体圧変化に対する気体隙間の変化量に関する気体軸受剛性特性がかなり大きく、これによって、隙間量を気体圧によって精度よく制御できる。例えば、図4で説明した細溝42等の寸法の場合、対物パッド22における気体排出溝44の位置までの直径を約30mmから約300mmとし、気体吹出口の内径を約10mmから30mmとして、気体が流れる隙間の公称標準値を10μm程度とし、気体圧PSを約0.2MPaとすると、(隙間変化量/気体圧変化量)=(5μm/0.1MPa)程度とすることができる。
Here, in the case of the surface restriction by the
これに対し、図7で示される平板可動子50の気体絞り部は、気体軸受剛性特性が小さく設定される。すなわち、平板可動子50の絞り部の気体軸受剛性特性は、正方向の符号を有し予め定めた閾値剛性値以下に設定される。ここで閾値剛性値は、同様な隙間流れにおいて、隙間量を精度よく制御する場合に設定される気体軸受剛性特性の約1/10程度以下とすることがよい。上記の例では、平板可動子50の直径を約30mmから約300mmとし、気体吹出口の内径を約10mmから30mmとし、気体が流れる隙間の公称標準値を10μm程度とした場合に、(隙間変化量/気体圧変化量)=(0.5μm/0.1MPa)以下とすることが好ましい。
On the other hand, the gas throttle portion of the flat plate
このように、平板可動子50の気体絞り部の気体軸受剛性特性を小さく設定することで、気体が流れる隙間の減衰特性もこれに応じて低下させることができ、気体圧によって隙間量の2階時間微分量である加速度を制御できる。これによって、気体圧制御によって、対物パッド22上の支持対象物である可動台104を微小振動させることができる。
In this way, by setting the gas bearing rigidity characteristic of the gas throttle portion of the flat plate
図7の平板可動子50の寸法の一例を述べると、外径が約30mmから大きいもので約300mm、内径が約5mmから10mm、板厚が約0.05mmから約2mm程度、くぼみ56の深さは約100μmから約300μm、くぼみ58の深さは約300μmから約500μm程度である。かかる平板可動子50は、例えばSUS等の金属円板を加工して得ることができる。
An example of the dimensions of the flat plate
気体軸受剛性特性を小さく設定するには、図7の2段くぼみによる気体絞り部以外に、図4で説明した表面絞りを用いて行うこともできる。図8はそのような表面絞りを有する平板可動子70の例を示す図である。この平板可動子70は、円板72の中心に開口部74を有し、さらに、くぼみ76と幅広溝78とを有する。すなわち、平板可動子70の平板面の一方の面に、中心から放射状に延びる深く幅が広い溝である複数の幅広溝78が設けられる。放射状に延びる幅広溝78は、円板の内径側で共通化して深いくぼみ76となっている。すなわち、平板可動子70の内径側の部分は、中心から所定の半径の部分の肉厚が薄くなって深いくぼみ76を形成し、そのくぼみ76が各幅広溝78の始発点となり、そこから所定の長さで幅広溝78が径方向に延びる。径方向に延びた幅広溝78の先端部は、そこで円周方向に両側に広がり、隣接する幅広溝78の円周方向の広がりとつながらない程度でその広がりを止める。くぼみ76及び幅広溝78の形状は表面絞りとしての一例であって、他の適当な形状を有する表面絞りであってもよい。なお、くぼみ76、幅広溝78を平板可動子70の両側の面に設けるものとしてもよい。
In order to set the gas bearing rigidity characteristic small, it is possible to use the surface restriction described with reference to FIG. 4 in addition to the gas restriction part by the two-stage depression in FIG. FIG. 8 is a view showing an example of a flat plate
このようなくぼみ76及び幅広溝78は、平板可動子70の表面に沿って径方向に気体が流れるときに、絞り効果を奏するように設けられる。すなわち、平板可動子70の平板面が、他の面と対向し、2つの面の間の隙間に気体が流れて、このくぼみ76及び幅広溝78を流れる気体が幅広溝78の終端等で平板面にあふれるときに、流路が狭くなって絞られ、いわゆる表面絞りとなる。この表面絞りの効果により、2つの面の間の流れが安定し、2つの面の間の間隔も安定する。ただし、絞りの効果としての気体軸受剛性特性は、隙間量を精度よく制御する場合に設定される気体軸受剛性特性の約1/10以下と制限されることは上記の通りである。
In this way, the
再び図5に戻り、複数の平板可動子50は、中心軸32の周りに、その軸方向に沿って積層状に整列配置される。そして、隣接する平板可動子50の間の隙間には、中心軸32の側面の連通穴34から隙間制御用気体が流される。また、複数の平板可動子50の中の最上層に位置する平板可動子50の上面と対物パッド22の底面との間の隙間と、最下層に位置する平板可動子50の下面と筐体本体26の上面との間の隙間にも、同様に中心軸32の側面の連通穴34から隙間制御用気体が流される。
Returning to FIG. 5 again, the plurality of flat plate
いま、対物パッド22と伸縮壁部24と筐体本体26とで形成される収納空間にN枚の平板可動子50が整列配置されているとすると、対物パッド22と筐体本体26との間には、N+1の隙間が形成されており、これらの隙間に隙間制御用気体が流れる。そして、可動台104からは、除振台202の重量がかかり、これによって対物パッド22には押付力が与えられる。
Now, assuming that N
ここで、対物パッド22によって各平板可動子50に向かって押付力Fが働くときは、これらの隙間を流れる気体の流れは、いわゆる気体軸受としての作用を示す。すなわち、隙間制御用気体の気体圧PSを制御し、押付力Fと釣り合わせつつこれらの隙間量を調整することができ、これによって、平板可動子50を中心軸32の軸方向、すなわち対物パッド22を可動台104の高さ位置を変化させる方向に微小移動させることができる。そして、この微小移動を時間変化させることで、隙間量の2階時間微分量としての微小加速度を可動台104に与えることができ、これによって可動台104を微小振動させることができる。
Here, when the pressing force F acts toward each flat plate
例えば隙間制御用気体の気体圧PSを+ΔP変化させると、各隙間量を+Δs変化させることができ、このΔs/ΔPは、平板可動子50の形状、隣り合う平板可動子50の間の隙間、気体圧PS、押付力F等を与えることで実験的に定めることができる。ここで、Δs/ΔPは、各隙間ごとに定まるものであるので、隙間の数をN+1とすると、複数の平板可動子50の全体の軸方向移動量は、(N+1)×Δsとなり、移動量が、平板可動子50の数の増減で調整できる。
For example, if the gas pressure P S of the gap control gas is changed by + ΔP, the amount of each gap can be changed by + Δs, and this Δs / ΔP is the shape of the
このように、対物パッド22と伸縮壁部24と筐体本体26とで形成される収納空間においては、中心軸32の側面の連通穴34から隙間制御用気体が供給されて、複数の平板可動子50の間の隙間等に流れる。流れた気体は、複数の平板可動子50の外周と、伸縮壁部24との間の空間49に流れ出す。この空間49は、図3に示されるように、対物パッド22の気体排出溝44と、筐体本体26における排気口48に接続されて、外部に吸引される空間であるので、これを気体排気流路と呼ぶことができる。気体排気流路である空間49は、上記のように、対物パッド22の気体排出溝44からの気体と、各平板可動子50の間の隙間等からの気体とを集めて外部の排気装置45に導く。これにより、気体を効率よく回収できる。
As described above, in the storage space formed by the
次に、図1の制御部206について説明する。制御部206は、加速度検出器204で検出された除振台202の振動の加速度を、適当な指令値と比較し、その偏差をゼロにするように、気体圧制御弁60を制御して隙間制御用気体の気体圧を周期的に微小変化させる機能を有する。適当な指令値としては、加速度=0とすることができる。また、除振台202の振動の周波数を検出し、その振動周波数で、隙間制御用気体の気体圧を周期的に微小変化させることが好ましい。このようにして、検出された加速度に応じて気体圧PSを周期的に微小変化させた隙間制御用気体は、Z方向微小振動部10に供給される。そして、これによって、対物パッド22が微小振動し、可動台104を微小振動させ、除振台202の微小振動が相殺されて除振が行われる。なお、加速度検出器204は、除振台202の他に、可動台104に取り付けられるものとしてもよく、また、対物パッドの加速度を検出するものとしてもよい。
Next, the
図3で説明したように、微小振動制御装置100は、Z方向微小振動部10を構成する気体圧支持機構20と気体圧制御弁60と同様な機能を有する気体圧支持機構12,14,16,18と気体圧制御弁13,15,17,19を有し、これによって、可動台104にX方向の微小振動とY方向の微小振動を与えることができる。これらのX方向微小振動とY方向微小振動も、加速度検出器204を3次元的検出装置とすることで、制御部206によって、検出されたX方向振動、Y方向振動を相殺するように、それぞれの隙間制御用気体の気体圧を制御するものとすることができる。
As described with reference to FIG. 3, the minute
上記では、平板可動子50の中心部の開口部52と、中心軸32とは直接的に固定されることなく、中心軸32によって各平板可動子50が径方向に偏移しないように摺動保持されている。平板可動子50の保持としては、この他に、中心軸に粘弾性材料で各平板可動子50を保持することができる。粘弾性材料としては、プラスチック、ゴム等を用いることができる。この場合には、中心軸は星陵形でなく単純な円柱軸または角柱軸でもよい。
In the above, the
図9は、雲形ばねを用いて平板可動子を中心軸に保持する例を示す図である。この平板可動子71は、図8で説明した平板可動子70と同様に、円板73において、内径側のくぼみ77と、くぼみ77から径方向に延びる幅広溝79が設けられている。そして、この円板73の内径側部分と、中心軸33の外形との間を接続する薄板部材として雲形ばね75が設けられる。雲形ばね75は、ここでは、中心軸33の軸方向への変位に対する剛性が径方向への変位に対する剛性が小さい保持部材として用いられている。
FIG. 9 is a diagram showing an example in which a flat plate movable element is held on the central axis using a cloud spring. As with the flat plate
雲形ばね75のパターンとしては、径方向に延びる部分の形状と円周状に延びる部分の形状とを適切に組み合わせて全体の形状が形成される。具体的には、複雑に曲がりくねった形状を有し、これによりパターンの間に窓状の開口が形成され、この開口窓を通って気体が流れることができる。かかる雲形バネ75は、金属薄板を所定のパターンにエッチング加工して得ることができる。例えば厚さ約0.1mm程度のSUS板に対しエッチング加工または放電加工等を行うことによって得ることができる。なお、雲形バネとは、その形状パターンが、曲がりくねっていて、雲形に似ていることから用いた単なる呼称であり、軸方向に剛性が小さく、径方向に剛性の大きいバネであればそれ以外の呼称のものであってもよい。
As a pattern of the
雲形ばね75と平板可動子70の円板73との間の接続、雲形ばね75と中心軸33との間の接続としては、適当な接着材を用いることができる。また、場合によっては、円板73の厚さを薄くして、雲形ばね75と一体化成形を行うものとすることができる。
An appropriate adhesive can be used for the connection between the
このような構成をとることで、中心軸33に雲形バネ75を介して保持される平板可動子71は、中心軸33の軸方向への移動が比較的容易であるが、平板の径方向への移動、すなわち中心軸33の軸方向に垂直な方向に移動することが比較的困難である特性を有する。換言すれば、平板可動子71は、中心軸33の軸方向をスラスト方向として、スラスト方向に自由度が大きいが、これに垂直なラジアル方向の運動が拘束される特性を有する。なお、ここでは、中心軸33が単純な円柱軸または角柱軸であってもよい。
By adopting such a configuration, the flat plate
上記では、対物パッドの中央部の吹出口から隙間制御用気体が吹き出すものとして説明したが、吹き出す気体を滑らかな流れとして整流性を持たせる構造をとることができる。図10に、吹き出す気体に整流性を持たせることができる対物パッドのいくつかの例を示す。 In the above description, the gap control gas is blown out from the blowout port at the center of the objective pad. However, it is possible to adopt a structure in which the blown out gas has a rectifying property as a smooth flow. FIG. 10 shows some examples of an objective pad that can impart rectification to the gas to be blown out.
図10(a)は、対物パッド80の上面側に多孔質板84を設ける場合である。中心開口部82から供給された隙間制御用気体は、多孔質板を通過することで整流されて滑らかな流れとなる。
FIG. 10A shows a case where a
図10(b)は、対物パッド90の上面に表面絞り94を設ける場合である。表面絞りとしては、図4に説明した浅溝構造等を用いることができ、また、他の構成の表面絞りとしてもよい。表面絞りによって、中心開口部から供給された隙間制御用気体の流れを滑らかなものとすることができる。また、中心開口部には、前段絞り92として、適当なオリフィス絞り等を設けることができる。
FIG. 10B shows a case where a
図10(c)は、対物パッド96の上面にテーパ溝98を設ける場合である。テーパ溝98は、中心開口部から外周に向かって溝深さが次第に浅くなるものを用いることができる。テーパ溝98によって中心開口部から供給された流れは外周に向かって次第に広がり、これによって滑らかな流れとすることができる。ここでも中心開口部に前段絞り92を用いることができる。なお、テーパ溝に代えて、段付溝等を用いることもできる。
FIG. 10C shows a case where a tapered
なお、図5で説明した構成においては、対物パッド22に気体排出溝44を設け、筐体部21の内部の空間49を経由して排気装置45によって、気体吹出口30から吹き出す気体を気体吸引溝46から回収する。そして、気体排出溝44の外周側にさらに気体吸引溝46を設ける。この構成によれば、気体圧支持機構20において可動台104を浮上させるのに用いられる気体が気体圧支持機構20の外側に漏れることがない。したがって、減圧下における作動等が可能になる。これに対し、浮上させるのに用いた気体の回収を厳密に行う必要がないシステムにおいては、気体吸引溝を省略することができる。
In the configuration described with reference to FIG. 5, a
上記では、可動台104に与える加速度としては、隙間制御用気体の気体圧変化によるものとして説明した。この場合には、気体が流れる隙間が、公称標準隙間量を中心として前後に変化することになり、公称標準隙間量によって加速度の上限が制限されることが生じえる。そこで、隙間制御用気体とは別に、可動台104を支持する支持力を増加させるバイアス支持力を与えるためのバイアス制御用気体を供給することがよい。 In the above description, the acceleration applied to the movable table 104 is described as being due to a change in the gas pressure of the gap control gas. In this case, the gap through which the gas flows changes around the nominal standard gap amount, and the upper limit of the acceleration may be limited by the nominal standard gap amount. Therefore, separately from the gap control gas, it is preferable to supply a bias control gas for providing a bias support force that increases the support force for supporting the movable table 104.
図11は、隙間制御用気体圧制御弁150とは別にバイアス制御用気体圧制御弁152を備え、これによって可動台114にバイアス支持力を与えることができる微小振動制御装置110の構成を示す図である。図3と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a micro
この微小振動制御装置110においては、図3の微小振動制御装置100と比較して、独立の対物パッドが省略され、可動台104の底面側の部分が支持対象物に微小振動を与える対物パッドとしての機能を有している。勿論、図3と同様に対物パッドを設けるものとしてもよい。ここでは、対物パッドの機能を有する可動台104の底面と、筐体部112とがベロフラム116によって接続される。ベロフラム116は、対物パッドの機能を有する可動台104と筐体部112とを気密に接続する柔軟に変形可能な接続部材で、例えば、ゴムまたはプラスチックゴムで構成される。
In this minute
このようにして、ベロフラム116と可動台104の底面と、筐体部112の内壁部とで、1つの密閉空間が形成される。この密閉空間が、図5における気体圧支持機構20の内部の密閉空間に相当する。図5においては、伸縮壁部24によってZ方向に対物パッド22が移動可能であったが、X方向およびY方向についての移動は制限されている。これに対し、図11の構成では、ベロフラム116を備えているので、可動台104はXYZの3方向に移動可能である。
In this way, one sealed space is formed by the
ベロフラム116と可動台104の底面と筐体部112の内壁部とで構成される1つの密閉空間の内部には、複数の平板可動子50が配置される。そして、複数の平板可動子50の外周と、筐体部112の内壁部との間に空間120が設けられ、この空間に、バイアス制御用気体圧制御弁152からの気体が供給される。バイアス制御用気体圧制御弁152から供給される気体圧をPBとし、空間120において可動台104の底面の気体圧受面の面積をABとすれば、PB×ABのバイアス支持力が可動台104に与えられる。これによって、隙間制御用気体圧制御弁150から供給される気体圧の変化によって可動台104に与えられる加速度に対する制限を緩和することができる。
A plurality of
図11では、可動台104に対しZ方向のバイアス支持力を与える構成を説明したが、同様の構成を気体圧支持機構12,14等に適用し、可動台104に対しX方向のバイアス支持力、Y方向のバイアス支持力を与えるものとすることができる。
In FIG. 11, the configuration in which the bias support force in the Z direction is applied to the movable table 104 has been described. However, the same configuration is applied to the gas
10 Z方向微小振動部、12,14,16,18,20 気体圧支持機構、13,15,17,19,60 気体圧制御弁、21 筐体部、22,80,90,96 対物パッド、23 対物上面、24 伸縮壁部、26 筐体本体、30 気体吹出口、32,33 中心軸、34 連通穴、38 気体供給口、42 細溝、44 気体排出溝、45 排気装置、46 気体吸引溝、47 減圧源、48 排気口、49,120 空間、50,70,71 平板可動子、52,72,73 円板、52,54,74 開口部、40,56,58,76,77 くぼみ、75 雲形バネ、78,79 幅広溝、82 中心開口部、84 多孔質板、92 前段絞り、94 表面絞り、98 テーパ溝、100,110,200 (気体圧制御型)微小振動制御装置、102 筐体部、104,114 可動台、112 筐体部、116 ベロフラム、150 隙間制御用気体圧制御弁、152 バイアス制御用気体圧制御弁、200 除振システム、202 除振台、204 加速度検出器、206 制御部、210 取付部。
10 Z direction minute vibration part, 12, 14, 16, 18, 20 Gas pressure support mechanism, 13, 15, 17, 19, 60 Gas pressure control valve, 21 Housing part, 22, 80, 90, 96 Objective pad, 23 Objective top surface, 24 Telescopic wall, 26 Housing body, 30 Gas outlet, 32, 33 Central axis, 34 Communication hole, 38 Gas supply port, 42 Narrow groove, 44 Gas exhaust groove, 45 Exhaust device, 46 Gas suction Groove, 47 vacuum source, 48 exhaust port, 49,120 space, 50, 70, 71 flat plate mover, 52, 72, 73 disc, 52, 54, 74 opening, 40, 56, 58, 76, 77 indentation , 75 Cloud spring, 78, 79 Wide groove, 82 Center opening, 84 Porous plate, 92 Pre-stage restriction, 94 Surface restriction, 98 Tapered groove, 100, 110, 200 (Gas pressure control type) Micro
Claims (8)
気体が流れることができる貫通窓を有し、対物パッドの対物上面と反対側のパッド裏面に平行に整列配置される複数の平板可動子と、
複数の平板可動子をその整列配置される整列軸方向に沿って移動可能に収容する筐体部と、
対物パッドの気体吹出部と、各平板可動子の貫通窓と、複数の平板可動子のうちでパッド裏面に向かい合う最先端側平板可動子とパッド裏面との隙間であるパッド側隙間と、隣接する平板可動子の間の隙間である各可動子間隙間と、複数の平板可動子のうちで筐体部の底面に向かい合う最後端側平板可動子と筐体部の底面との隙間である底面側隙間とに隙間制御用気体を供給する隙間制御用気体供給手段と、
を備え、
対物パッドは、気体吹出部から外周側に向かって延びる表面絞りであって、気体圧変化に対する対物隙間の変化量に関する気体軸受剛性特性が対物隙間量を制御可能な予め定めた所定値を有し、
各平板可動子は、気体圧変化に対する各可動子隙間の変化量に関する気体軸受剛性特性が正方向の符号を有し、対物パッドにおける気体軸受剛性特性の所定値に対し1/10以下に設定される気体絞り部をそれぞれ有し、
隙間制御用気体の気体圧を制御し、支持対象物からの押付力と釣り合わせつつ各隙間の間隔を調整しながら、支持対象物を微小振動させることを特徴とする気体圧制御型微小振動制御装置。 The gas blowout part possess the objective top surface facing the supporting object, an objective pad flowing gas to the objective gap between the objective top and the supporting object,
It has a through window that can be a gas flow, a plurality of flat plate-friendly Doko arranged aligned parallel to the pad back surface opposite the objective upper surface of the objective pads,
A housing portion that accommodates the plurality of flat plate movable elements so as to be movable along the alignment axis direction in which the movable plates are aligned;
A gas blowout part of the objective pad, and the pad-side gap is a gap between the through window of the flat plate armature, a leading-edge-side flat plate armature and a pad rear surface facing the pad back surface of the plurality of flat plate-Friendly Doko, the gap between the movable element which is a gap between the adjacent flat plate-friendly Doko, the bottom surface of the rearmost end side flat plate armature and a housing part facing the bottom surface of the housing portion of the plurality of flat plate-friendly Doko A gap control gas supply means for supplying a gap control gas to the bottom surface side gap which is a gap of
With
The objective pad is a surface diaphragm that extends from the gas blowing portion toward the outer peripheral side, and has a predetermined value that allows the gas bearing rigidity characteristics related to the amount of change in the object gap to change in the gas pressure to control the object gap amount. ,
Each flat plate mover has a positive sign in the gas bearing stiffness characteristic related to the amount of change in each mover gap with respect to a change in gas pressure, and is set to 1/10 or less of a predetermined value of the gas bearing stiffness characteristic in the objective pad. Each has a gas restrictor,
Gas pressure control type micro vibration control, which controls the gas pressure of the gap control gas and finely vibrates the support object while adjusting the gap distance while balancing with the pressing force from the support object. apparatus.
対物パッドは、気体吹出部から吹き出し、支持対象物と対物上面との間の隙間を流れる気体を排出するための気体排出部を有し、
筐体部は、その内部に複数の平板可動子の外周側に軸方向に沿って設けられる外周側空間を有し、
気体排出部は、外周側空間を介して外部の排気装置に接続されることを特徴とする気体圧制御型微小振動制御装置。 In the gas pressure control type micro vibration control device according to claim 1,
The objective pad has a gas discharge part for discharging the gas flowing from the gas blowing part and flowing through the gap between the support object and the upper surface of the objective,
The housing part has an outer peripheral side space provided along the axial direction on the outer peripheral side of the plurality of flat plate movers inside,
A gas pressure control type micro vibration control device, wherein the gas discharge unit is connected to an external exhaust device through a space on the outer peripheral side.
筐体部は、その内部に複数の平板可動子の外周側に軸方向に沿って設けられる外周側空間を有し、
外周側空間に予め定めた所定気体圧の気体を供給し、支持対象物に予め定めたバイアス支持力を与えるバイアス気体供給手段を備えることを特徴とする気体圧制御型微小振動制御装置。 In the gas pressure control type micro vibration control device according to claim 1,
The housing part has an outer peripheral side space provided along the axial direction on the outer peripheral side of the plurality of flat plate movers inside,
A gas pressure control type micro-vibration control device comprising bias gas supply means for supplying a gas having a predetermined gas pressure to an outer peripheral side space and applying a predetermined bias support force to a support object.
支持対象物または対物パッドと筐体部とを気密に接続し、ゴムまたはプラスチックゴムで構成されるベロフラムを備えることを特徴とする気体圧制御型微小振動制御装置。 In the gas pressure control type micro vibration control device according to claim 3,
A gas pressure control type microvibration control device comprising: a bellophram made of rubber or plastic rubber, wherein a support object or an objective pad and a casing are connected in an airtight manner.
対物パッドは、表面絞りとして、気体吹出部から外周側に向かって延びる複数の細溝を有し、
各平板可動子は、気体絞り部として、貫通窓から外周側に向かって延びる複数の溝であって、対物パッドの細溝よりも溝幅が広く、溝深さが深いことを特徴とする気体圧制御型微小振動制御装置。 In the gas pressure control type micro vibration control device according to claim 1,
The objective pad has a plurality of fine grooves extending from the gas blowing portion toward the outer peripheral side as a surface diaphragm,
Each flat plate movable element is a plurality of grooves extending from the through window toward the outer peripheral side as a gas constriction portion, and has a groove width wider than a narrow groove of the objective pad, and a groove depth is deep. Pressure control type micro vibration control device.
筐体部の内部に設けられ、各平板可動子の中心部をそれぞれ支持する中心支持軸であって、整列軸方向への変位剛性が径方向への変位剛性よりも小さい支持部材を介して支持する中心支持軸を備えることを特徴とする気体圧制御型微小振動制御装置。 In the gas pressure control type micro vibration control device according to claim 1,
A central support shaft that is provided inside the housing and supports the center of each flat plate mover, and is supported via a support member that has a displacement rigidity in the alignment axis direction smaller than that in the radial direction. A gas pressure control type microvibration control device comprising a central support shaft.
支持対象物または対物パッドの加速度を取得し、取得された加速度に応じて隙間制御用気体の気体圧を制御する制御部を備えることを特徴とする気体圧制御型微小振動制御装置。 In the gas pressure control type micro vibration control device according to claim 1,
A gas pressure control type microvibration control device comprising: a control unit that acquires acceleration of a support object or an objective pad and controls a gas pressure of a gap control gas according to the acquired acceleration.
対物パッドは、直交する3軸の方向で支持対象物を支持するように、支持対象物に対し複数設けられることを特徴とする気体圧制御型微小振動制御装置。 In the gas pressure control type micro vibration control device according to claim 1,
A plurality of objective pads are provided for a support object so as to support the support object in directions of three axes perpendicular to each other.
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