気体制御回転移動装置及び気体制御アクチュエータ
【課題】テーブルの気体制御回転移動において、気体制御アクチュエータの先端部と移動対象物との間に気体を導入したときの先端部における実効負荷力を向上させることである。
【解決手段】テーブル５０を駆動する気体制御アクチュエータ２００は、案内部２０２に案内されてその軸方向に移動可能な第１可動体２０４と、その先端の曲面座で底面が支持される第２可動体２０６とを含む。案内部２０２の底部には、供給口ＣＰ１から駆動気体圧が導かれる。テーブル５０のタンク５６からは、絞り部５８、軸側伝達気体供給路６０を介して、矩形軸５４の気体受面２０８と第２可動体２０６の先端面２１０との間の隙間に、駆動気体圧より高い伝達気体圧を有する気体が供給される。
【解決手段】テーブル５０を駆動する気体制御アクチュエータ２００は、案内部２０２に案内されてその軸方向に移動可能な第１可動体２０４と、その先端の曲面座で底面が支持される第２可動体２０６とを含む。案内部２０２の底部には、供給口ＣＰ１から駆動気体圧が導かれる。テーブル５０のタンク５６からは、絞り部５８、軸側伝達気体供給路６０を介して、矩形軸５４の気体受面２０８と第２可動体２０６の先端面２１０との間の隙間に、駆動気体圧より高い伝達気体圧を有する気体が供給される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は気体制御回転移動装置及び気体制御アクチュエータに係り、特に平面内で移動可能なテーブルを軸方向に回転移動させる気体制御回転移動装置及び気体制御アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
物を保持して移動させ位置決めを行うために、テーブルの移動、回転機構が広く用いられている。例えば、半導体製造において、露光装置やボンディング装置等でウエファ等をテーブルに保持し、精密な位置決めの下で作業が行われるが、ここではＸ軸とＹ軸方向の精密な移動と、Ｚ軸周りのθ回転が行われる。
【０００３】
これらテーブルの移動、回転機構のうち、Ｘ軸とＹ軸方向の精密な移動には、いわゆるＸＹテーブル移動機構が用いられ、例えば、Ｘ軸方向に移動可能なＸテーブルと、Ｙ軸方向に移動可能なＹテーブルとを２段重ねにし、それぞれを精密モータで移動させるものが周知である。テーブルの回転機構には、円形の回転テーブルを用い、その回転軸をやはり精密な回転モータで駆動させるものを用いることが多い。精度を向上させるために、回転軸にモータを直結することや、精密な減速機構を用いる場合もある。
【０００４】
この他に、モータによる騒音や振動等の問題がない気体制御アクチュエータが用いられる。気体制御アクチュエータとは、いわゆるシリンダ・ピストン機構を用いるもので、シリンダとピストンの協働によりシリンダ内部のピストンの前後に気体室を形成し、両気体室に供給する気体圧を制御することでピストンを精密に移動させるものである。たとえば、特許文献１には、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流体圧アクチュエータが開示される。気体制御アクチュエータのピストンにテーブルを接続することにより、気体圧により駆動されるテーブル送り機構を得ることができる。
【０００５】
【特許文献１】特開昭５７−５１００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、精密モータを用いたＸＹθ移動回転機構は広く用いられている。また、気体制御アクチュエータを用いて、振動を抑制して高精度化を図ることも提案されている。しかし、気体制御アクチュエータは、いわゆるシリンダ・ピストン機構で代表されるように、直進機構が基本であるため、テーブルのθ回転がそのままでは実現できない。
【０００７】
テーブルのθ回転も気体アクチュエータで実現しようとするには、例えば、アクチュエータの先端部を直接テーブルに接続するのでなく、円弧上の点接触のすべりを利用することが考えられる。さらに、アクチュエータの先端部と、テーブルの押される部分との間に気体を導入し、気体層を介して駆動することにすれば、摩擦も大幅に低減できる。
【０００８】
このように、気体制御アクチュエータの先端部と移動対象物との間の隙間に気体を導入することで、モータによる騒音や振動等の問題を排除して、ＸＹθ移動回転機構を構成することが考えられるが、この構成においては、駆動力の伝達特性に次のような課題がある。
【０００９】
図１は、移動対象物２と気体制御アクチュエータ４の先端部との隙間ｓに気体を導入する構成の移動機構において、気体制御アクチュエータ４の可動部が面積Ａで気体圧Ｐを受け、駆動力Ｐ・Ａで駆動しようとするとき、移動対象物２が受ける負荷力Ｆが、隙間ｓによってどのように変わるかを定性的に示す図である。図１において、横軸は移動対象物２と気体制御アクチュエータ４の先端部との間の隙間ｓ、縦軸は、移動対象物４が受ける負荷力Ｆと、駆動力Ｐ・Ａとの比（Ｆ／Ｐ・Ａ）を取ってある。パラメータは、隙間ｓにおける気体圧Ｐｓである。この場合、Ｐｓ＝Ｐとしてある。
【００１０】
移動対象物２と気体制御アクチュエータ４の先端部との間の隙間ｓに気体層がなければ、周知のように、通常Ｆ＝Ｐ・Ａとなる。図１でいえば移動対象物２と気体制御アクチュエータ４の先端部とが接触している場合に相当する。隙間ｓに気体圧Ｐｓが導入されると、隙間ｓが大きいほど、Ｐｓが小さいほど、急激にＦはＰ・Ａに比べ小さい値となる。例えば、Ｐ＝Ｐｓとして、気体制御アクチュエータに用いられる気体圧とし、隙間を数１０μｍ程度とすると、（Ｆ／Ｐ・Ａ）は、０．５〜０．９程度になることもある。この原因は、隙間ｓに導入された気体が、移動対象物２と気体制御アクチュエータ４の先端部との間の押し付け力等によって隙間ｓから外部へ向かって流出することに起因する。
【００１１】
したがって、気体制御アクチュエータ４の先端部と移動対象物２との間の隙間ｓに気体を導入すると、気体制御アクチュエータ４に入力した駆動力Ｐ・Ａは、隙間ｓから外部に流れる気体により駆動力損失を生じ、駆動力Ｐ・Ａからこの駆動力損失を差し引いたものが実効負荷力Ｆとなる。このように、気体制御アクチュエータ４の先端部と移動対象物２との間の隙間に気体を導入すると、実効負荷力Ｆが駆動力Ｐ・Ａに対して低下するという課題がある。
【００１２】
本発明の目的は、気体制御アクチュエータの先端部と移動対象物との間に気体を導入したときの先端部における実効負荷力を向上させる気体制御回転移動装置及び気体制御アクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る気体制御回転移動装置は、多角形軸を有し、軸方向に垂直な平面内で移動可能なテーブルと、テーブルの多角形軸の各辺に対応してそれぞれ設けられるアクチュエータであって、案内部に案内され駆動気体圧で駆動される可動部を有し、多角形軸の対応する辺を気体受面として、可動部の先端面と気体受面との間に供給される伝達気体圧を介して多角形軸に駆動力を与える複数の気体制御アクチュエータと、各気体制御アクチュエータを制御し、多角形軸の各辺に与えられる駆動力の協働によって、テーブルの平面内移動又は軸周りの任意角度の回転の少なくともいずれか１の制御を含むテーブル制御部と、を備え、さらに、各気体制御アクチュエータに対応してそれぞれ、可動部の先端面と気体受面との間の隙間に伝達気体圧を供給する伝達気体供給路と、伝達気体圧を、可動部に対する駆動気体圧より大きい気体圧で、かつ、可動部先端面の面積に伝達気体圧を乗じて得られる負荷力から、可動部の先端面と気体受面との間の隙間に応じて外部に流れる気体による駆動力損失を差し引いた実効負荷力が可動部に対する駆動力と同じまたはそれより小さくなる気体圧に制御する伝達気体制御手段と、を有することを特徴とする。
【００１４】
上記構成により、可動部の先端面と気体受面との間に供給される伝達気体圧を介して多角形軸に駆動力を与える複数の気体制御アクチュエータを用いて、テーブルの平面内の移動と回転を制御する。そして、伝達気体圧は駆動気体圧より大きく、かつ実効負荷力が可動部に対する駆動力より小さくなる気体圧に制御される。これにより、伝達気体圧を駆動気体圧と別個に大きな気体圧とでき、実効負荷力を向上させることができる。
【００１５】
本発明に係る気体制御回転移動装置は、多角形軸を有し、軸方向に垂直な平面内で移動可能なテーブルと、テーブルの多角形軸の各辺に対応してそれぞれ設けられるアクチュエータであって、案内部に案内され駆動気体圧で駆動される可動部を有し、多角形軸の対応する辺を気体受面として、可動部の先端面と気体受面との間に供給される伝達気体の層を介して多角形軸に駆動力を与える複数の気体制御アクチュエータと、各気体制御アクチュエータを制御し、多角形軸の各辺に与えられる駆動力の協働によって、テーブルの平面内移動又は軸周りの任意角度の回転の少なくともいずれか１の制御を含むテーブル制御部と、可動部の先端面と気体受面との間の隙間に伝達気体圧として駆動気体圧を供給する伝達気体供給路と、を備え、各可動部の先端面は、可動体の駆動気体圧を受ける駆動気体圧面の面積より広く、かつ、その先端面の広い面積に伝達気体圧を乗じて得られる負荷力から、可動部の先端面と気体受面との間の隙間に応じて外部に流れる気体による駆動力損失を差し引いた実効負荷力が可動部に対する駆動力と同じまたはそれより小さくなる面積を有することを特徴とする。
【００１６】
上記構成により、可動部の先端面と気体受面との間に供給される伝達気体圧を介して多角形軸に駆動力を与える複数の気体制御アクチュエータを用いて、テーブルの平面内の移動と回転を制御する。そして、伝達気体圧が駆動気体圧と同じときは、可動部の先端面の面積は可動体の駆動気体圧を受ける駆動気体圧面の面積より広くする。これにより、可動部先端における実効負荷力を向上させることができる。
【００１７】
また、本発明に係る気体制御回転移動装置は、多角形軸を有し、軸方向に垂直な平面内で移動可能なテーブルと、テーブルの多角形軸の各辺に対応してそれぞれ設けられるアクチュエータであって、案内部に案内されるスリーブ状の可動部を有し、多角形軸の対応する辺を気体受面として、スリーブ状の可動部の中心穴を通って気体受面に供給される駆動気体圧によって気体受面に駆動力を与え、スリーブ状の可動部の中心穴からスリーブ状の可動部の先端面と気体受面との間の隙間を通って外部に流れる気体によって気体受面を支持する複数の気体制御アクチュエータと、各気体制御アクチュエータを制御し、多角形軸の各辺に与えられる駆動力の協働によって、テーブルの平面内移動又は軸周りの任意角度の回転の少なくともいずれか１の制御を含むテーブル制御部と、を備え、さらに、各気体制御アクチュエータに対応してそれぞれ、スリーブ状の可動部に対し、スリーブ移動気体圧によって気体受面の駆動に連動して移動させるスリーブ移動気体圧を供給する供給手段を有することを特徴とする。
【００１８】
上記構成により、可動部の先端面と気体受面との間に供給される伝達気体圧を介して多角形軸に駆動力を与える複数の気体制御アクチュエータを用いて、テーブルの平面内の移動と回転を制御する。そして、可動スリーブ部の先端面、すなわち円筒状の周辺部でテーブルの気体受面を気体支持するとともに、可動スリーブ部の中心穴によって駆動気体圧がそのままテーブルの気体受面に供給され、駆動力を与える。したがって、可動部である可動スリーブ先端における実効負荷力は、駆動気体圧による駆動力と同程度に向上する。
【００１９】
また、本発明に係る気体制御回転移動装置は、伝達気体供給路に設けられる絞りを有することが好ましい。これにより、伝達気体圧の制御性を向上させることができる。
【００２０】
また、伝達気体供給路は、伝達気体圧の供給源から多角形軸の内部を通り対応する気体受面に他方側の開口を有する軸側伝達気体供給路、又は伝達気体圧供給源から可動部の内部を通り可動部の先端面に他方側の開口を有する可動部側伝達気体供給路であることが好ましい。これにより、伝達気体供給路の配置の自由度が増す。
【００２１】
また、可動部は、可動方向に沿って配置される複数の可動体を有し、気体受面に向かい合う先端可動体は、その底面が曲面で、これに対応する任意の曲率を有する曲面座で支持される曲面可動体であることが好ましい。これにより、テーブルの回転に対し、可動部先端が曲面座の支持の下で滑らかに追従できる。
【００２２】
また、先端可動体は、その底面曲面と曲面座との間の曲面隙間に供給される曲面支持気体圧で支持されることが好ましい。これにより、曲面支持において摩擦を少なくして滑らかに支持できる。
【００２３】
また、本発明に係る気体制御回転移動装置において、テーブル制御部は、位置又は角度指令、速度又は角速度指令、加速度又は角加速度指令の少なくとも１つの指令に、その上限を制限するリミッタを有することが好ましい。これによって、線形性のよい回転移動制御を行うことができる。
【００２４】
また、本発明に係る気体制御回転移動装置において、先端可動体の底面曲面の曲率と、これを支持する曲面座の曲率とが異なることが好ましい。これにより、曲面隙間における気体の流れる断面積を一定、あるいは下流に向かって広がる末広がり等の形態に設計でき、曲面支持をより効率的に行うことが可能になる。
【００２５】
また、本発明に係る気体制御回転移動装置において、曲面隙間には、駆動気体圧又は伝達気体圧が供給されることが好ましい。これにより、別途、曲面支持専用の気体源又はその制御を省略することができる。
【００２６】
また、本発明に係る気体制御回転移動装置において、曲面座を有する可動体は、その内部にバッファ気体室を有し、バッファ気体室は、外部に連通する気体供給口と、曲面隙間に連通する曲面支持気体供給路とを有することが好ましい。これにより、曲面支持の気体圧を独自に設定することが可能になる。
【００２７】
また、本発明に係る気体制御回転移動装置において、曲面座を有する可動体は、その内部にバッファ気体室を有し、バッファ気体室は、駆動気体圧又は伝達気体圧が導かれる気体導入路と、可動部と案内部との可動軸受隙間に軸受気体圧を供給する軸受気体供給路とを有することが好ましい。これにより、可動軸受隙間の可動部案内気体軸受のための専用の気体源又はその制御を省略することができる。
【００２８】
また、可動部は、可動方向に沿って配置される複数の可動体を有し、気体受面に向かい合う先端可動体は、その先端面が任意の曲率を有する曲面であることが好ましい。これにより、テーブルの回転に対し、可動部先端がその先端曲面において滑らかに追従できる。
【００２９】
また、スリーブ状の可動部は、可動方向に沿って配置され、略同一の中心穴を有する複数の可動体を有し、気体受面に向かい合う先端可動体は、その底面が曲面で、これに対応する任意の曲率を有する曲面座で支持される曲面可動体であることが好ましい。これにより、テーブルの回転に対し、スリーブ状の可動部先端が曲面座の支持の下で滑らかに追従できる。
【００３０】
また、供給手段は、スリーブ状可動部に駆動気体圧を供給することが好ましい。これにより、スリーブ状可動部の移動のための専用の気体源又はその制御を省略することができる。
【００３１】
また、本発明に係る気体制御回転移動装置は、多角形軸を有し、軸方向に垂直な平面内で移動可能なテーブルと、テーブルの多角形軸の各辺に対応してそれぞれ設けられるアクチュエータであって、ダイヤフラムの先端に接続され、ダイヤフラムの内管部に供給される駆動気体圧で駆動される可動部を有し、多角形軸の対応する辺を気体受面として、可動部の先端面と気体受面との間に供給される伝達気体の層を介して多角形軸に駆動力を与える複数の気体制御アクチュエータと、各気体制御アクチュエータを制御し、多角形軸の各辺に与えられる駆動力の協働によって、テーブルの平面内移動又は軸周りの任意角度の回転の少なくともいずれか１の制御を含むテーブル制御部と、可動部の先端面と気体受面との間の隙間に伝達気体圧として駆動気体圧を供給する伝達気体供給路と、を備えることを特徴とする。
【００３２】
上記構成により、可動部の先端面と気体受面との間に供給される伝達気体圧を介して多角形軸に駆動力を与える複数の気体制御アクチュエータを用いて、テーブルの平面内の移動と回転を制御する。そして、可動部は駆動気体圧が供給されるダイヤフラムの先端に設けられるので、駆動気体圧そのもので駆動され、可動部の先端面における実効負荷力は、駆動気体圧による駆動力と同じとなる。
【００３３】
また、本発明に係る気体制御回転移動装置は、多角形軸を有し、軸方向に垂直な平面内で移動可能なテーブルと、テーブルの多角形軸の各辺に対応してそれぞれ設けられるアクチュエータであって、案内部に案内されて電磁モータで駆動される可動部を有し、多角形軸の対応する辺を気体受面として、可動部の先端面と気体受面との間に供給される伝達気体の層を介して多角形軸に駆動力を与える複数の気体制御アクチュエータと、各気体制御アクチュエータを制御し、多角形軸の各辺に与えられる駆動力の協働によって、テーブルの平面内移動又は軸周りの任意角度の回転の少なくともいずれか１の制御を含むテーブル制御部と、可動部の先端面と気体受面との間の隙間に伝達気体圧として駆動気体圧を供給する伝達気体供給路と、を備えることを特徴とする。
【００３４】
上記構成により、可動部の先端面と気体受面との間に供給される伝達気体圧を介して多角形軸に駆動力を与える複数の気体制御アクチュエータを用いて、テーブルの平面内の移動と回転を制御する。そして、多角形軸の回転移動量が微小である気体制御回転移動装置の場合は、可動部の移動制御を電磁モータ、例えばボイスコイルモータあるいはフォースモータを用いて微小な移動制御を行うことができる。このように可動体の駆動源に電磁モータを使用することで、駆動気体圧と伝達気体圧との関係を考慮することなく、可動部の先端面における負荷力は、電磁モータの駆動力と同じとなる。
【００３５】
また、本発明に係る気体制御アクチュエータは、案内部に案内され駆動気体圧で駆動され、その先端面と移動対象物の気体受面との間に供給される伝達気体圧を介して移動対象物に駆動力を与える可動部と、伝達気体圧を、可動部に対する駆動気体圧より大きい気体圧で、かつ、可動部先端面の面積に伝達気体圧を乗じて得られる負荷力から、可動部の先端面と気体受面との間の隙間に応じて外部に流れる気体による駆動力損失を差し引いた実効負荷力が可動部に対する駆動力と同じまたはそれより小さくなる気体圧に制御する伝達気体圧制御手段と、可動部の先端面と気体受面との間の隙間に伝達気体圧を供給する伝達気体供給路と、を有することを特徴とする。
【００３６】
また、本発明に係る気体制御アクチュエータは、案内部に案内され駆動気体圧で駆動され、その先端面と移動対象物の気体受面との間に供給される伝達気体圧を介して移動対象物に駆動力を与える可動部と、可動部の先端面と気体受面との間の隙間に伝達気体圧として駆動気体圧を供給する伝達気体供給路と、を備え、可動部の先端面は、可動体の駆動気体圧を受ける駆動気体圧面の面積より広く、かつ、その先端面の広い面積に伝達気体圧を乗じて得られる負荷力から、可動部の先端面と気体受面との間の隙間に応じて外部に流れる気体による駆動力損失を差し引いた実効負荷力が可動部に対する駆動力と同じまたはそれより小さくなる面積を有することを特徴とする。
【００３７】
また、本発明に係る気体制御アクチュエータは、案内部に案内されるスリーブ状の可動部であって、スリーブ状の可動部の中心穴を通って移動対象物の気体受面に供給される駆動気体圧によって移動対象物に駆動力を与え、スリーブ状の可動部の中心穴からスリーブ状の可動部の先端面と気体受面との間の隙間を通って外部に流れる気体によって移動対象物を支持するスリーブ状の可動部と、スリーブ状の可動部に対し、スリーブ移動気体圧によって気体受面の駆動に連動して移動させるスリーブ移動気体圧を供給する供給手段と、を有することを特徴とする。
【００３８】
また、本発明に係る気体制御アクチュエータは、ダイヤフラムの先端に接続され、ダイヤフラムの内管部に供給される駆動気体圧で駆動される可動部であって、その先端面と移動対象物の気体受面との間に供給される伝達気体圧を介して移動対象物に駆動力を与える可動部と、可動部の先端面と気体受面との間の隙間に伝達気体圧として駆動気体圧を供給する伝達気体供給路と、を備えることを特徴とする。
【００３９】
また、本発明に係る気体制御アクチュエータは、案内部に案内されて電磁モータで駆動され、その先端面と移動対象物の気体受面との間に供給される伝達気体圧を介して移動対象物に駆動力を与える可動部と、可動部の先端面と気体受面との間の隙間に伝達気体圧として駆動気体圧を供給する伝達気体供給路と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００４０】
上記のように、本発明に係る気体制御回転移動装置及び気体制御アクチュエータによれば、気体制御アクチュエータの先端部と移動対象物との間に気体を導入したときの先端部における実効負荷力を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
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、気体制御回転移動装置の全体について実施例１とし、気体制御回転移動装置を構成する要素、特に気体制御アクチュエータの他の実施形態等を実施例２以下で説明する。実施例２以下の実施形態は、そのまま単独で実施例１の構成要素と置き換えてもよく、いくつかの実施形態を組み合わせたものを実施例１の構成要素と置き換えて用いるものとしてもよい。
【実施例１】
【００４２】
図２は、気体制御回転移動装置１０の構成図で、特に図２（ａ）は全体の構成を示す。ここで示されるように、気体制御回転移動装置１０は、テーブル５０をその平面内で回転移動する機構であるテーブル機構部２０、テーブル機構部２０の気体制御アクチュエータ２００に所定の気体圧を供給する気体圧調整部７０、全体の制御を行うテーブル制御部８０を含んで構成される。図２（ｂ）は、テーブル機構部２０の側面図である。
【００４３】
テーブル機構部２０は、固定部分である本体部２４と、本体部２４に対し、図２（ａ）、（ｂ）に示すＸＹ平面内の移動と、Ｚ軸周りのθ回転とが可能なテーブル５０と、本体部２４に取り付けられテーブル５０に変位力を与える６つの気体制御アクチュエータ２００を含んで構成される。ここで、６つの気体制御アクチュエータ２００は、テーブル５０に対し、Ｙ方向の変位力を与え、互いに向き合って配置される２つのＹ１，Ｙ２アクチュエータと、Ｘ方向の変位力を与え、互いに向き合って配置される２組、計４つのＸ１〜Ｘ４アクチュエータである。これら６つの気体制御アクチュエータ２００の配置は、これらの駆動を協働的に制御することで、テーブル５０を、移動可能な範囲内で、ＸＹ平面内の任意の位置へ移動させ、またＺ軸周りの任意の角度でθ回転させることができるようになされている。
【００４４】
例えば、Ｘ１〜Ｘ４アクチュエータを駆動させず、Ｙ１，Ｙ２アクチュエータのみを適当に駆動することでテーブル５０をＹ方向に移動させることができる。同様に、Ｙ１，Ｙ２アクチュエータを駆動させずに、Ｘ１，Ｘ２を対とし、またＸ３，Ｘ４を対として、適当に駆動させることで、テーブル５０をＹ方向に移動させることができる。また、Ｙ１，Ｙ２アクチュエータを駆動させず、さらにＸ１，Ｘ４を対とし、またＸ２，Ｘ３を対として適当に駆動させることで、テーブル５０をＺ軸回りに時計方向又は反時計方向に回転できる。さらに、これらの駆動態様を組合せて、テーブル５０をＸＹ平面内の任意の位置に移動でき、またこれに加えてＺ軸回りに任意の角度で回転させることができる。
【００４５】
各気体制御アクチュエータ２００には、駆動力を与えるためにテーブル制御部８０の制御の下で駆動気体圧を制御して出力するサーボ弁２２が設けられる。サーボ弁２２には、一般的な精密気体圧制御弁を用いることができる。
【００４６】
気体圧調整部７０は、気体源１２０から供給される気体を所定の制御された高圧の供給気体圧に調整し、調整された供給気体圧の気体を、各サーボ弁２２、及び後述する伝達気体の供給源であるタンク５６にそれぞれ供給する機能を有する。気体圧調整部７０は、各サーボ弁２２用の供給気体圧調整ルートと、タンク５６用の伝達気体圧調整ルートとに分けられ、それぞれは圧力制御弁７２，７３及び調整用タンク７４，７５等を含んで構成される。供給気体圧は、各サーボ弁２２において、後述するように、テーブル５０の回転移動指令に従ったテーブル制御部８０の制御の下で各気体制御アクチュエータ２００のための各駆動気体圧に制御されるので、その元圧として適当な高圧の気体圧に調整される。伝達気体圧の設定の詳細は、気体制御アクチュエータ２００の構成のところで後述する。気体圧調整部７０から各サーボ弁２２への接続は、適当な気体用配管で行われる。同様に、伝達気体用のタンク５６への供給口として本体部２４に設けられる接続口４０と、気体圧調整部７０との間も適当な気体配管によって接続される。
【００４７】
テーブル制御部８０は、テーブル５０に対する回転移動の指令９０に基づいて、その指令を目標値として、各気体制御アクチュエータ２００を協働して駆動させるように、対応する各サーボ弁２２に駆動信号を出力する機能を有する。テーブル制御部８０は、Ｘ軸移動、Ｙ軸移動、θ回転の回転移動制御部８２と、Ｄ／Ａ変換部８４と、サーボ弁２２の駆動用のパワーアンプ８６とを含んで構成される。テーブル５０には、実際のＸ移動、Ｙ移動、θ回転を検出するセンサ８８が設けられ、その検出信号は回転移動制御部８２にフィードバックされる。
【００４８】
図３は、テーブル制御部８０のＸ軸移動、Ｙ軸移動、θ回転の中のいずれか１つ、例えばＹ軸移動についての部分と、複数のサーボ弁２２、複数の気体制御アクチュエータ２００、テーブル５０、センサ８８を含めた回転移動制御のブロック線図である。
【００４９】
この回転移動制御部８２は、回転移動の指令９０のうち位置指令９０が入力される減算器９２と、減算器９２から順次位置制御器９４−速度リミッタ１００−減算器９６−速度制御器９８−加速度リミッタ１０１−減算器１０２−加速度制御器１０４と直列に接続され、その後さらに、−Ｄ／Ａ変換部８４−パワーアンプ８６−サーボ弁２２−気体制御アクチュエータ２００と接続されるメイン制御ルートを有する。そして、さらに気体制御アクチュエータ２００の変位をセンサ８８で検出し、センサアンプ１０６で信号処理した後、位置に変換して減算器９２に戻す位置フィードバックループと、位置を微分器１０８で速度に変換し、減算器９６に戻す速度フィードバックループと、位置を２回微分器１１０で加速度に変換し、減算器１０２に戻す加速度フィードバックループとを有する。図において破線で囲んだ回転移動制御部８２の部分はディジタル信号処理で行われるが、場合によってはアナログ信号処理を行ってもよい。
【００５０】
減算器９２は、位置指令９０と制御対象である気体制御アクチュエータ２００の位置とを入力し、位置偏差＝（位置指令と制御対象の位置）を出力する機能を有する回路である。例えば、ディジタル制御の場合には、位置指令のディジタル値と後述のセンサアンプ１０６のディジタル出力との減算処理を行うことで位置偏差を算出し出力することができる。
【００５１】
位置制御器９４は、ゲインＧｓによって位置偏差をＧｓ倍して減算器９６に出力する機能を有する増幅器である。ゲインＧｓは、いわゆる位置ループゲインである。位置制御器９４の出力は速度指令である。速度指令は、通常、そのまま減算器９６に入力されるが、ここでは速度リミッタ１００により速度指令の上限を制限し、その結果を減算器９６に入力する。位置制御器９４は、ディジタル制御の場合はディジタル演算器で増幅することができる。
【００５２】
速度リミッタ１００は、入出力特性が原点から所定範囲が線形で、所定範囲を超すと出力が一定値となる特性を有する出力制限素子である。その入出力特性図は、図３における速度リミッタ１００のボックスの中に模式的に示す通りである。ここにおいて横軸は速度リミッタ１００への入力、すなわち位置制御器９４の出力であり、縦軸は速度リミッタ１００の出力、すなわち減算器９６への入力である。かかる速度リミッタ１００は、ディジタル制御のときは、予め任意に設定された関数形を用いる関数演算器で構成でき、例えばアナログ処理の場合には、ダイオード等の電圧リミッタ又は電流リミッタ等を用いることができる。
【００５３】
速度リミッタ１００における線形領域は、出力＝入力の４５度勾配の直線特性を用いてもよく、位置制御器９４のゲインＧｓと組み合わせて適当な勾配の直線特性を設けてもよい。また、出力制限領域までを線形領域とせずに、前段の位置制御器９４や次段の減算器９６の特性をあわせるために適当な増加関数形の特性とすることもできる。また、速度リミッタ１００の入出力特性において、線形領域から出力制限領域への遷移は、このような折れ線状遷移を用いることもできるが、好ましくは、線形領域と出力一定領域とを漸近線で接続することで得ることができる緩和的曲線状遷移を用いてもよい。緩和的曲線状遷移を用いることで、高調波の発生を抑制できる。速度リミッタ１００における出力制限値は、速度リミッタ１００に設定端子を設け、外部から任意に設定できるようにすることが好ましい。
【００５４】
減算器９６は、速度指令と、制御対象の速度とを入力し、速度偏差＝（速度指令と制御対象の速度）を速度制御器９８に出力する機能を有する回路である。速度制御器９８は、ゲインＧｖによって速度偏差をＧｖ倍し、加速度指令として加速度リミッタ１０１に出力する機能を有する増幅器としての機能を有する。ゲインＧｖは、いわゆる速度ループゲインである。加速度指令は、通常、そのまま減算器１０２に入力されるが、ここでは加速度リミッタ１０１により加速度指令の上限を制限し、その結果を減算器１０２に入力する。
【００５５】
加速度リミッタ１０１は、速度リミッタ１００と同様に、入出力特性が原点から所定範囲が線形で、所定範囲を超すと出力が一定値となる特性を有する出力制限素子である。その入出力特性図は、速度リミッタ１００と同様で、横軸は加速度リミッタ１０１への入力、すなわち速度制御器９８の出力であり、縦軸は加速度リミッタ１０１の出力、すなわち減算器１０２への入力である。また、速度リミッタ１００と同様に、加速度リミッタ１０１における線形領域は、出力＝入力の４５度勾配の直線特性を用いてもよく、速度制御器９８のゲインＧｖと組み合わせて適当な勾配の直線特性を設けてもよい。また、出力制限領域までを線形領域とせずに、前段の速度制御器９８や次段の減算器１０２の特性をあわせるために適当な増加関数形の特性とすること、また加速度リミッタ１０１の入出力特性において、線形領域から出力制限領域への遷移は、このような折れ線状遷移を用いることもできるが、好ましくは、線形領域と出力一定領域とを漸近線で接続することで得ることができる緩和的曲線状遷移を用いてもよいこと、加速度リミッタ１０１における出力制限値は、加速度リミッタ１０１に設定端子を設け、外部から任意に設定できるようにすることが好ましいこと等も、同様である。
【００５６】
減算器１０２は、加速度リミッタ１０１により制限された加速度指令と制御対象である気体制御アクチュエータ２００の加速度とを入力し、加速度偏差＝（加速度指令と制御対象の加速度）を出力する機能を有する回路である。例えば、ディジタル制御の場合には、加速度指令のディジタル値と加速度リミッタ１０１のディジタル出力との減算処理を行うことで位置偏差を算出し出力することができる。
【００５７】
加速度制御器１０４は、ゲインＧａによって加速度偏差をＧａ倍してＤ／Ａ変換部８４に出力する機能を有する増幅器である。ゲインＧａは、いわゆる加速度ループゲインである。加速度制御器１０４の出力は、いわゆる駆動指令である。加速度制御器１０４は、ディジタル制御の場合はディジタル演算器で増幅することができる。
【００５８】
Ｄ／Ａ変換部８４の出力は、パワーアンプ８６に出力される。パワーアンプ８６は、サーボ弁２２を駆動指令に基づいて駆動するドライバとしての機能を有する回路である。具体的には、サーボ弁２２の駆動部である例えば可動線輪に供給する駆動電流を発生する駆動回路である。パワーアンプ８６は、Ｄ／Ａ変換後のアナログ電圧を電流に変換する回路等で構成することができる。
【００５９】
パワーアンプ８６の出力はサーボ弁２２に供給され、例えば可動線輪に流れる電流によって、磁石からの磁束との協働により駆動力が生じ、それによりスプール等を移動させて、これにより弁の制御された開閉を行い、制御された気体圧を駆動気体圧として気体制御アクチュエータ２００に出力する。気体制御アクチュエータ２００はこの駆動気体圧に応じて駆動力を発生し、そこで、６つの気体制御アクチュエータ２００の協働によりテーブル５０が移動あるいは回転する。テーブル５０の回転移動はセンサ８８により検出される。
【００６０】
センサ８８の出力は、上記のように、センサアンプ１０６を介し、減算器９２に入力され、位置フィードバックループを形成する。同様に、センサアンプ１０６の出力は微分器１０８を介して減算器９６に戻されて速度フィードバックループを形成し、２回微分器１１０を介して減算器１０２へ戻されて加速度フィードバックループを形成する。ここで、センサ８８の出力が回転角度θの場合は、位置は角度、速度は角速度、加速度は角加速度に相当する。
【００６１】
このように、テーブル制御部８０においては、速度リミッタ１００及び加速度リミッタ１０１を設けるので、パワーアンプ８６等における飽和現象を抑制し、線形性のよい制御を行うことができる。また、位置フィードバック、速度フィードバック、加速度フィードバックを行うので、迅速で、追従性のよい制御を行うことができる。なお、上記では速度指令及び加速度指令に対するリミッタを説明したが、場合によっては、速度指令又は加速度指令のいずれか一方のみにリミッタを用いることとしてもよい。
【００６２】
次に図４、図５を用いて、テーブル機構部２０の詳細を説明する。図４は、テーブル機構部２０において、各サーボ弁２２及びセンサ８８を取り外した状態の断面図である。ここで示されるように、テーブル５０は、上板５２、下板５３と、矩形軸５４を含んで構成され、その内部に伝達気体用のタンク５６としての空洞部を有する。図５は、さらに、テーブル５０の上板５２を取り外した状態の上面図である。
【００６３】
テーブル５０の矩形軸５４は、本体部２４の中央部の矩形穴２６の中に所定の移動隙間をもって収納される形状を有する。この移動隙間が、テーブル５０のＸＹ平面内の回転移動可能範囲を規制する。ここで本体部２４は、テーブル機構部２０を例えば基台に固定するための取付部２５を有する。そして、テーブル５０の上板５２、下板５３に向かい合う上面、又は下面には、矩形穴２６の周囲に３重の溝が設けられる。これらの溝は、矩形穴２６に近い内周側から外周側に向かって、順に、上板５２、下板５３を気体支持する気体軸受用気体供給溝２８、排気溝３０、漏れる気体を回収する真空引き溝３２である。この構成により、上板５２及び下板５３と本体部２４との間で、いわゆる気体軸受作用によりテーブル５０を移動可能に保持することができ、さらに、余分な気体が外に漏れず、真空中でも気体制御回転移動装置１０を稼働させることができる。なお、矩形穴２６は、排気溝３０と接続される。これらの溝に対応し、それぞれ、気体軸受用気体供給穴３４、排気穴３６、真空引き穴３８が設けられる。気体軸受用気体として伝達気体を用いるときには、気体軸受用気体供給穴３４は、タンク５６に接続される。排気穴３６、真空引き穴３８は、それぞれ図示されていない排気装置、真空装置等に接続される。
【００６４】
伝達気体は次のような経路でタンク５６に導かれる。すなわち、気体圧調整部７０で所定の伝達気体圧に調整された伝達気体は、適当な配管で本体部２４の側壁の接続口４０に供給され、図２（ａ），（ｂ）に示されるように本体部２４の内部のＺ方向に沿って設けられる流路４２を通り、テーブル５０の上板５２、下板５３の内部のＸ方向に沿って設けられる流路４４を通り、テーブルのほぼ中心に達する。そこで図３、図４に示すように、矩形軸５４の中心においてＺ方向に延びてタンク５６に達する流路４６を通ってタンク５６に供給される。タンク５６は、導かれた伝達気体のバッファ体積としての機能を有する。そしてここから、図４に示されるように、絞り部５８を介し、軸側伝達気体供給路６０を通って、各気体制御アクチュエータ２００の先端部に向けて供給され、各気体制御アクチュエータ２００の可動部の先端面と、矩形軸５４の対応する辺との間に気体を供給する。この気体が、矩形軸５４の対応する辺を気体受面として、各気体制御アクチュエータ２００の可動部の先端面と気体受面との間に供給される伝達気体で、これを介して、各気体制御アクチュエータ２００の駆動力が矩形軸５４、すなわちテーブル５０に実効負荷力として伝達されることになる。
【００６５】
ここで、絞り部５８について説明する。絞り部５８は、伝達気体の流れを乱れの少ないものとして、負荷力の滑らかな伝達を行うために設けられる。以下に、絞り部５８に好ましい形態の例をいくつか示すが、各形態を区別するため、各絞り部の符号を異ならせて説明する。
【００６６】
図６は、絞り部として好ましい２つの例を示す図である。図６（ａ）は、可動体１６０のポケット開口１６４の中に設けられる平行隙間絞り１７０である。平行隙間絞り１７０は、ドーナツ状に中央穴を有する円環板１７２と、円環板１７２と外形が同じの円板１７４とが狭い平行隙間で配置され、その平行隙間の間を気体が流れる間に整流され、その流れが乱れなく形成されるものである。平行隙間は、例えば、気体供給路１６２に供給される気体圧を０．５Ｍｐａとし、その流速を３０ｍ／ｓｅｃとして、これを絞りにより流速３００ｍ／ｓｅｃの層流とするときの場合で、５０μｍが好ましい。そのときの円環板１７２と円板１７４との間の平行隙間の長さは、５０μｍに対し、十分長いことが望ましい。例えば５−１０ｍｍ程度とすることができる。
【００６７】
このように平行隙間絞りの整流作用により絞り部に流れる気体を乱れなく形成することで、例えば絞りとして一般的に用いられるオリフィス絞り等により気体を絞る場合に生ずる、乱流や渦流等を抑制できる。特に、高圧かつ高速の気体を扱うときにオリフィスのエッジ等から生ずる衝撃波を抑制することもできる。したがって、気体圧制御において、このようなノイズの影響を少なくでき、気体制御回転移動装置１０の制御性の向上を図ることができる。
【００６８】
図６（ｂ）は、絞り部のもう１つの好ましい例として、多孔質材料１７６をポケット開口１６４の中に配置するものを示す図である。この場合も、多孔質の微小孔の整流作用により絞り部に流れる気体を乱れなく形成することができる。
【００６９】
図７は、用いることができるその他の絞り部の例を示す図で、気体供給路１６２から単純に細い開口１７８に絞るオリフィス１７８である。
【００７０】
これらの絞り部は、製作の容易性、整流性、絞り特性等にそれぞれ特徴がある。したがって、気体制御回転移動装置１０に要求される応答性、耐ノイズ性、気体条件等を考慮し、コストと性能の兼ね合いで最も適する構成を選択することが好ましい。
【００７１】
次に、気体制御アクチュエータ２００回りの構成につき説明する。図８は、６つの気体制御アクチュエータ２００の中の１つについてその周辺の断面図である。気体制御アクチュエータ２００は、本体部２４に設けられた案内部２０２と、案内部２０２に案内されてその軸方向に移動可能な２つの可動体である第１可動体２０４、第２可動体２０６とを含む。案内部２０２は、シリンダ状の内壁を有するものであり、第１可動体２０４、第２可動体２０６の側面は概略円柱状である。案内部２０２は本体部２４に設けられるが、具体的には、案内部２０２の底板部を本体部２４の筐体の一部とし、そこに円筒部材を取り付け、その部分を案内部２０２とすることができる。
【００７２】
なお、案内部２０２の形状と、第１可動体２０４、第２可動体２０６の形状との関係は、滑らかに移動可能な相互に対応する形状であればよく、円筒状のものの他、矩形、多角形等の断面形状を有する組合せであってもよい。以下における他の形態の気体制御駆動部の構成においても同様である。
【００７３】
案内部２０２の底部には、サーボ弁２２からの駆動気体圧がＣＰ１で示される駆動気体圧供給口から導入され、第１可動体２０４の底面との間に気体室が形成される。第１可動体２０４の先端には曲面座が設けられ、その先の第２可動体２０６は、その曲面座に対応する曲率の曲面を有する。図８において曲面座は凹状曲面であるが、これを凸状曲面としてもよい。曲面の形状は球面を用いることができる。また、一部に球面形状を用いるものであってもよく、あるいは円弧状の曲面であってもよく、またそれ以外の曲面形状を用いてもよい。かかる曲面座及び第２可動体２０６の曲面は、適当な金属材料又はセラミックの素材を成形及び精密な球面表面加工して得ることができる。
【００７４】
テーブル５０のタンク５６からは、絞り部５８、軸側伝達気体供給路６０を通って、矩形軸５４の対応する辺を気体受面２０８とし、第２可動体２０６の先端面２１０との隙間に伝達気体が供給される。また、第２可動体２０６を貫いて第２供給路２１２が設けられ、これを通った伝達気体は、第１可動体２０４、第２可動体２０６との間の曲面隙間に供給される。またさらに、第２供給路２１２に対応して第１可動体内部に第１供給路２１４が設けられ、その先は内部タンク２１６となる空間に接続される。
【００７５】
結局、内部タンク２１６には、伝達気体圧を有する気体が矩形軸５４のタンク５６から供給される。内部タンク２１６は、これらの供給された気体のバッファ空間としての機能を有する。そして、内部タンク２１６から、第１可動体２０４の側壁に向かって延びる第３供給路２２０は、内部タンク２１６からの気体を、案内部２０２と第１可動体２０４との間の円筒状隙間に供給し、いわゆる気体軸受支持を行わせることができる。これにより、第１可動体２０４は、案内部２０２に摩擦なく滑らかに案内支持され、駆動気体圧によって、矩形軸５４の気体受面２０８の方向に移動できる。
【００７６】
さらに、案内部２０２から本体部２４を通ってテーブル５０に向かう第４供給路２２２によって、これらの気体は、本体部２４とテーブル５０との間の隙間に排気される。
【００７７】
ここで、第２可動体２０６の先端面２１０から気体受面２０８の状態に注目すると、ここでは、伝達気体圧を有する気体が供給される。ここで、気体受面２０８が受ける実効負荷力を駆動気体圧による駆動力に近づけるため、伝達気体圧は、気体圧調整部７０によって、次のように調整される。すなわち、駆動気体圧より大きい気体圧に設定される。その大きさは、第２可動体２０６の先端面２１０の面積に伝達気体圧を乗じて得られる負荷力から、先端面２１０と気体受面２０８との間の隙間に応じて外部に流れる気体による駆動力損失を差し引いた実効負荷力が、第１可動体２０４の底面の面積に駆動気体圧を乗じて得られる駆動力と略同じまたはそれより若干小さくなるような気体圧に設定される。駆動力を超えないようにするのは、実効負荷力が駆動力を超えると、第１可動体２０４、第２可動体２０６が押し戻されて、矩形軸５４を効果的に駆動できなくなることを防ぐためである。
【００７８】
したがって、このような伝達気体圧の設定により、矩形軸５４は、ＣＰ１からの駆動気体圧による駆動力とほぼ同じ実効負荷力で駆動され、テーブル５０は、駆動気体圧によって、十分に回転移動することができる。
【実施例２】
【００７９】
伝達気体圧を有する気体の供給は、矩形軸５４の気体受面２０８の開口からでなくてもよい。図９は、伝達気体圧を有する気体の供給を、第２可動体２０６の先端面２１０の開口から行う気体制御アクチュエータ２３０を示す図である。図８と共通の要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。ここでは本体部２４に設けられた供給口ＣＰ２から伝達気体圧を有する気体が気体圧調整部７０から供給される。そして、この気体は、第１可動体２３２に設けられる可動部側伝達気体供給路２３４と、第２可動体２０６の第２供給路を通って、第２可動体２０６の先端面２１０と気体受面２０８との間の隙間に伝達気体圧を有する気体として供給される。この構成により、図８で説明したと同様に、矩形軸５４は、ＣＰ１からの駆動気体圧による駆動力とほぼ同じ実効負荷力で駆動され、テーブル５０は、駆動気体圧によって、十分に回転移動することができる。
【実施例３】
【００８０】
伝達気体圧を有する気体の供給を、第２可動体２１２の先端面２１０の開口から行う場合に、その気体の流れを乱れの少ないものとするために、絞り部を設けることが望ましい。図１０は、第１可動体２４２の側面に沿って表面絞りを設け、これを用いて伝達気体を供給する構造の気体制御アクチュエータ２４０を示す図である。図８、図９と共通の要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００８１】
図１０の気体制御アクチュエータ２４０においては、図９の構造と同様に、本体部２４に設けられた供給口ＣＰ２から伝達気体圧を有する気体が気体圧調整部７０から供給される。そして、ＣＰ２から供給された気体は、案内部２０２と第１可動体２４２との間の円筒状隙間に設けられ、図１０においてＡ部として示した隙間絞りによって絞られ、乱れの少ない流れとなって、第２可動体２０６の可動部側伝達気体供給路２４４と、第２可動体２０６の第２供給路を通って、第２可動体２０６の先端面２１０と気体受面２０８との間の隙間に伝達気体圧を有する気体として供給される。この構成により、図８で説明したと同様に、矩形軸５４は、ＣＰ１からの駆動気体圧による駆動力とほぼ同じ実効負荷力で駆動され、テーブル５０は、駆動気体圧によって、十分に回転移動することができる。
【実施例４】
【００８２】
伝達気体圧の流れとは別に、第１可動体と第２可動体との間の曲面隙間に供給される流れも、乱れの少ないものとすることが望ましい。図１１は、曲面隙間に供給する気体の供給路に絞り部２５８を設ける構成の気体制御アクチュエータ２５０を示す図である。図８から図１０と共通の要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００８３】
図１１の気体制御アクチュエータ２５０においては、本体部２４に設けられた供給口ＣＰ３から曲面隙間用の気体が供給される。この気体は、気体圧調整部７０から別途供給されてもよく、あるいは駆動気体圧を有する気体を分流して供給するものとしてもよい。そして、ＣＰ３から供給された気体は、第１可動体２５２に設けられた供給路２５４を経て、第１可動体２５２の内部に設けられた内部タンク２５６に導かれる。内部タンク２５６は図８で説明したものと同様に、導かれた気体のバッファ体積としての機能を有する。内部タンク２５６からは、絞り部２５８を介し、曲面隙間に向けて延びる別の供給路２６０が設けられる。この絞り部２５８は、図８で説明した絞り部５８と同様のもの、すなわち平行隙間絞り等を用いることができる。このように、ＣＰ３から供給される気体は、絞り部２５８によって乱れの少ない流れとなって、曲面隙間に供給され、曲面座に対する第２可動体２０６の動きをさらに滑らかなものとし、テーブル５０の回転移動の精度を向上させることができる。
【実施例５】
【００８４】
第１可動体と第２可動体との間の曲面隙間における気体による気体支持を効果的にするには、曲面隙間の流れを噴出し口から排気側に向けて一様な隙間あるいは次第に隙間が広がる末広がりとすることが好ましいことがある。このように、曲面隙間の流路の寸法を考慮するときは、第２可動体の底面曲面の曲率と、これを支持する第１可動体の曲面座の曲率とを異なることとすることが好ましい。図１２は、その様子を示す図である。図１２（ａ）では、第２可動体の底面曲面２６４の曲率Ｒ１と、これを支持する第１可動体の曲面座曲面２６６の曲率Ｒ１とを同じとし、曲面隙間に噴出す気体により、これら曲面が相互にＹ方向に平行移動した場合を示してある。このように、同じ曲率の２つの曲面を平行移動する場合には、その間の曲面隙間の間隔は一様にならず、中央部から周辺に向かって次第に隙間が狭まる末すぼまりの形態となる。つまり、中央部で噴出した気体の流れは、周辺へ向けてより狭くなる隙間を流れることになる。ここで曲率は、単純な半径でなく、曲率関数であるとして図示したが、勿論曲面が球面の場合は、曲率はその半径となる。
【００８５】
図１２（ｂ）は、第２可動体の底面曲面２６４の曲率Ｒ１とに対し、これを支持する第１可動体の曲面座曲面２６８の曲率Ｒ２を異ならせてある。ここでは、曲率Ｒ２を曲率Ｒ１より緩やかのものとし、２つの曲面が相互にＹ方向に平行移動するときに、曲面隙間が全経路に渡りほぼ同じ隙間となるように選んである。このように、第２可動体の底面曲面の曲率と、これを支持する第１可動体の曲面座の曲率とを異ならせることで、曲面隙間の形態を任意のものに設定でき、曲面隙間を流れる流れを、滑らかな移動を可能にする気体支持とすることができる。
【実施例６】
【００８６】
テーブル５０と、可動体との負荷力の伝達を滑らかにするには、図８等で説明したように、第１可動体の曲面座で第２可動体の底面の曲面を支持することで、第２可動体をテーブル５０の移動に対し、回転可能に追従させることができる。これを１つの可動体で行うには、その可動体の先端部を曲面として、テーブル５０の対応する辺に向かい合わせればよい。図１３は、可動体２７２の先端面２７４を凸状の曲面とし、矩形軸５４の気体受面２０８に向かい合わせる気体制御アクチュエータ２７０，２８０を示す図である。図８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。
【００８７】
図１３（ａ）は、１つの可動体２７２の先端面２７４を凸状の曲面とし、この先端面２７４と気体受面２０８との隙間に、矩形軸５４のタンク５６から絞り部５８及び軸側伝達気体供給路６０を経由して、伝達気体が供給される。供給された伝達気体は、噴出し口から、排気側に向かって次第に隙間が広がる末広がりの伝達隙間を通って流れる。図１３（ｂ）は、同様の可動体２７２を用い、伝達気体の流れを、図１３（ａ）と逆に、次第に隙間が狭まる末すぼまりとする形態を示す。ここでは、伝達気体は、凸状の曲面の外周側から図示されていない供給口から供給されて、末すぼまりの流れ２０８となって、先端面２７４と気体受面２０８との間を流れ、矩形軸５４の中を通る排気の流れ２８４として回収される。
【００８８】
このように、凸状の曲面を有する先端面の可動体を用いることで、可動体の数を減らしながら、図８で説明した伝達気体圧の設定により、矩形軸５４は、ＣＰ１からの駆動気体圧による駆動力とほぼ同じ実効負荷力で駆動され、テーブル５０は、駆動気体圧によって、十分に回転移動することができる。
【実施例７】
【００８９】
テーブル５０の回転が微小量である移動可能範囲に設定される気体制御回転移動装置１０の場合には、可動体に曲面の部分を用いなくてもよい場合がある。図１４は、複数の可動体を用いるが、曲面座あるいは曲面の先端面を用いない気体制御アクチュエータ２９０を示す図である。図８等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。
【００９０】
この気体制御アクチュエータ２９０は、第１可動体２９２と、２つの積層板状の可動体で構成される第２可動体２９４を有する。これらの可動体は、Ｚ方向の相互位置関係がずれないように、外周側に径の異なる鍔部を備えている。伝達気体は、図８で説明したと同様に、矩形軸５４のタンク５６側から供給され、各可動体の間の隙間にも供給される。このように、複数の板状の可動体を用いることで、簡単な構成で、微小回転に対応できる気体制御アクチュエータを提供できる。
【実施例８】
【００９１】
気体制御アクチュエータの可動部の先端面とテーブルの気体受面との間の伝達隙間に供給される伝達気体圧を介してテーブルに駆動力を与える場合に、気体受面における実効負荷力を向上させるには、伝達気体圧を駆動気体圧より大きくする方法以外にも幾つかの方法がある。図１５は、駆動気体圧を有する気体を伝達隙間に供給し、すなわち、駆動気体圧と伝達気体圧と実質的に同じとして、可動部の先端面の面積を可動体の底面の駆動気体圧を受ける面積より広くする気体制御アクチュエータ３００，３１０を示す図である。ここでは、可動体は単一のものとし、また、その先端面は平坦なものが図示されるが、勿論図１４で説明した積層板状可動体、図１３で説明した先端が凸状の可動体、図８等で説明した曲面座を用いる２つの可動体を用いるものとしてもよい。また、図８等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。
【００９２】
図１５（ａ）における気体制御アクチュエータ３００は、可動体３０２の先端面３０４における先端面２１０の面積は、可動体３０２の底面部３０６の面積より広い。そして、ＣＰ１から供給され駆動気体圧を有する気体は、可動体３０２を駆動すると共に、供給路３０８を通って、可動部の先端面とテーブルの気体受面との間の伝達隙間に伝達気体として供給される。
【００９３】
可動体３０２の先端面２１０における面積は次のように設定される。すなわち、可動体３０２の駆動気体圧を受ける駆動気体圧面すなわち底面部３０６の面積より広く、かつ、その先端面２１０の広い面積に伝達気体圧である駆動気体圧を乗じて得られる負荷力から、可動体３０２の先端面２１０と気体受面２０８との間の隙間に応じて外部に流れる気体による駆動力損失を差し引いた実効負荷力が可動体３０２に対する駆動力と同じまたはそれより若干小さくなる面積に設定される。駆動力を超えないようにするのは、実効負荷力が駆動力を超えると、可動体３０２が押し戻されて、矩形軸５４を効果的に駆動できなくなることを防ぐためである。
【００９４】
したがって、このような可動体３０２における底面と先端面２１０の面積比の設定により、矩形軸５４は、ＣＰ１からの駆動気体圧による駆動力とほぼ同じ実効負荷力で駆動され、テーブル５０は、駆動気体圧によって、十分に回転移動することができる。
【００９５】
図１５（ｂ）における気体制御アクチュエータ３１０は、可動体３１２の先端面２１０の面積に比べ、可動体３１２の底面部３１４の面積を狭くしたものである。この場合、案内部２０２は、その狭くした面積に対応する部分を狭くする。この案内部２０２における底面側の面積の狭めには、例えば、適当なリング状のカラー部材３１８を用いることができる。この構成によっても、図１５（ａ）と同様の効果を得ることができる。
【００９６】
なお、この面積効果による方法と、図８で説明した駆動気体圧と独立に設定される伝達気体圧による方法とを組合せることもできる。図１６は、その組合せの幾つかの例を示すものである。図１６（ａ）は、可動体の先端面の面積を広くし、伝達気体圧は矩形軸側伝達気体供給路を介して駆動気体圧とは独立に供給される。（ｂ）は、可動体の先端面の面積を大きくし、伝達気体圧は軸側伝達気体供給路を介して駆動気体圧とは独立に供給される。これに対し、図１６（ｃ），（ｄ）は、可動体の底面の面積を狭くしたものである。
【実施例９】
【００９７】
気体制御アクチュエータの可動部の先端面とテーブルの気体受面との間の伝達隙間に供給される伝達気体圧を介してテーブルに駆動力を与える場合に、気体受面における実効負荷力を向上させ更なる他の方法として、スリーブ状の可動体を用い、その中心穴に駆動気体圧を有する気体を通し、気体受面に駆動気体圧を直接及ぼす方法を用いることができる。図１７はそのような構成の気体制御アクチュエータ３２０、３４０を示す。ここで、図８等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。
【００９８】
図１７における気体制御アクチュエータ３２０は、スリーブ状の第１可動体３２２、第２可動体３３０を用いる。第１可動体３２２は、案内部２０２に案内される可動スリーブで、軸に垂直な断面がリング状で比較的薄肉の外周部３２４と、それに囲まれる中心穴３２６を有する。第１可動体３２２の外周部３２４の先端は、曲面座３２８となっている。第２可動体３３０は、第１可動体３２２と同様な断面がリング状で比較的薄肉の外周部と、それに囲まれる中心穴を有し、その外周部の底面は曲面座３２８によって支持される曲面を有する。つまり、中心穴は、第１可動体３２２と第２可動体３３０を通して同じ大きさで軸方向に通っている。また、案内部２０２の底面で、第１可動体３２２の外周部３２４の底面に対応する部分に、スリーブ移動用気体圧を有する気体の供給口ＣＰ４が設けられる。ＣＰ４は、中心穴３２６に供給される駆動気体圧の気体の供給口とは別に設けられる。ＣＰ１からの気体とＣＰ４からの気体を分離するため、案内部２０２の底面部には、仕切台３３４が設けられる。スリーブ移動用気体圧を有する気体は、気体圧調整部７０から図示されていないスリーブ移動用気体圧制御部を介してＣＰ４に供給される。
【００９９】
この構成において、第１可動体３２２と第２可動体３３０を通して中心穴は気体受面２０８に向かって設けられ、ＣＰ１から供給される駆動気体圧を有する気体は、この中心穴３２６及び第２可動体の中心穴を通って気体受面２０８に向かって流れる。この中心穴３２６の穴面積に駆動気体圧を乗じたものが駆動力となるが、それがそのまま気体受面に及ぼされ、気体受面における負荷力は、駆動力とほぼ同じとなる。
【０１００】
この場合、第２可動体３３０の外周部の先端面３３２は、気体受面２０８と向かい合いその隙間に駆動気体圧の気体が外側の排気側に向かって流れ、その気体を介して矩形軸５４の気体受面２０８が支持される。したがって、駆動気体圧によって気体受面２０８が負荷力を受けてテーブル５０が移動するとその隙間が拡がるが、あまり拡がると、その隙間を通って外部に漏れる気体が増し、負荷力の損失が増加する。そのために、所定の隙間に
維持するため、スリーブ移動用気体圧によって、第１可動体３２２と第２可動体３３０は軸方向に移動される。
【０１０１】
すなわち、スリーブ移動用気体圧制御部は、第１可動体３２２と第２可動体３３０を気体受面の駆動に連動して移動させるように、スリーブ移動用気体圧を制御し、ＣＰ４に供給する機能を有する。このようにすることで、気体受面における実効負荷力を、ほぼ駆動力と同じにすることができる。
【０１０２】
図１７（ｂ）は、駆動気体圧を調整して、それをスリーブ移動用気体圧として用いる構成の気体制御アクチュエータ３４０を示す図である。第１可動体３２２と第２可動体３３０の移動量は、気体受面２０８の移動量に連動させる必要があるが、気体受面２０８の移動量は駆動気体圧に応じて変化するので、駆動気体圧を適当に調整して、これをスリーブ移動用気体圧として用いることができる。図１７（ｂ）では、第１可動体３４２の外周部３４４における底面の気体圧受面積を適当な広さに設定する。そして、その気体圧受面積の所に、駆動気体圧の気体を導入する。導入路は、中心穴３４６の仕切台３３４と第１可動体３４２の外周部との隙間を利用できる。気体圧受面積の広さは、第２可動体３３０の外周部の先端面３３２と気体受面２０８との間の隙間を一定に保つように、気体受面２０８の移動に連動して第１可動体３２２と第２可動体３３０が移動するのに必要な力を受ける面積に設定される。この構成により、スリーブ移動用気体圧制御部を省略することができる。
【実施例１０】
【０１０３】
気体制御アクチュエータの可動部の先端面とテーブルの気体受面との間の伝達隙間に供給される伝達気体圧を介してテーブルに駆動力を与える場合に、可動体をダイヤフラムの先端に接続し、ダイヤフラムの内管部に供給される駆動気体圧で可動体を駆動する方法によっても、気体受面に対する負荷力を駆動力とほぼ同じにすることができる。図１８は、そのような構成の気体制御アクチュエータ３５０を示す図である。ここで図８等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。
【０１０４】
気体制御アクチュエータ３５０において、可動体３５２は、ダイヤフラム３５４の先端に取り付けられ、ダイヤフラム３５４の管の内部３５６には、ＣＰ１から可撓管３５８を通して駆動気体圧が供給される。そして、矩形軸５４のタンク５６から絞り部５８、軸側伝達気体供給路６０を介し、可動体３５２の先端面２１０と気体受面２０８との間の隙間に伝達気体圧を有する気体が導かれる。この構成では、駆動気体圧を有する気体はダイヤフラム３５４の管の内部３５６に閉じ込められ、外部に漏れないので、気体受面２０８には駆動気体圧による駆動力にほぼ等しい負荷力が伝達される。また、テーブル５０の回転に対しては、可撓管３５８の弾性によって、可動体３５２は滑らかに追従することができる。
【実施例１１】
【０１０５】
気体制御アクチュエータの可動部の先端面とテーブルの気体受面との間の伝達隙間に供給される伝達気体圧を介してテーブルに駆動力を与える場合に、テーブルの回転移動の加速度が小さいとき、すなわちテーブルに与える力が小さくて済む場合には、駆動気体圧による駆動よりも、フォースモータあるいはボイスコイルモータのような電磁モータによる駆動を用いることができる。図１９は、そのような構成の気体制御アクチュエータ３６０を示す図である。ここで図８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。
【０１０６】
ここで、気体制御アクチュエータ３６０は、図８において第１可動体２０４がＣＰ１からの駆動気体圧によって駆動されたのに代わり、フォースモータ３６２によって駆動されるものである。フォースモータ３６２は、本体部２４に取付けられたヨーク３６４に設けられた磁石３６６と、これと協働してＹ方向の推力を生じさせるコイル３６８と、一方端にコイル３６８が取付けられ他方端が第１可動体２０４の底面に取付けられる移動体３７０を含んで構成される。コイル３６８のリード線は、外部に取り出され、図示されていないモータ駆動制御部に接続される。モータ駆動制御部は、テーブル制御部８０からの制御信号に応じ、フォースモータ３６２の駆動力を制御する機能を有する回路である。この場合は、図２におけるサーボ弁２２への制御信号を、各フォースモータへの制御信号と読み替えることができる。
【０１０７】
第２可動体２０６の先端面２１０と気体受面２０８との間の隙間には、図８で説明したと同様に、伝達気体圧を有する気体が導かれる。そして、この伝達気体圧による押し戻し力に釣り合うように、本体部２４のＣＰ２から伝達気体圧を有する気体が第１可動体２０４の底面に対し供給される。これにより、第１可動体２０４、第２可動体２０６のＹ方向の駆動力は、伝達気体圧の影響が相殺され、フォースモータ３６２の電気的に制御された精密なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】移動対象物と気体制御アクチュエータの先端部との隙間に気体を導入する構成の移動機構において、移動対象物が受ける負荷力Ｆと、気体制御アクチュエータの駆動力Ｐ・Ａとの関係を示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態における気体制御回転移動装置の構成図である。
【図３】本発明に係る実施の形態における回転移動制御のブロック線図である。
【図４】本発明に係る実施の形態において、テーブル部の各サーボ弁及びセンサを取り外した状態の断面図である。
【図５】図４の状態からさらに、テーブルの上板を取り外した状態の上面図である。
【図６】本発明に係る実施の形態において、絞り部として好ましい２つの例を示す図である。
【図７】本発明に係る実施の形態において、その他の絞り部の例を示す図である。
【図８】本発明に係る実施の形態において、気体制御アクチュエータの周辺の断面図である。
【図９】実施例２を示す図である。
【図１０】実施例３を示す図である。
【図１１】実施例４を示す図である。
【図１２】実施例５を示す図である。
【図１３】実施例６を示す図である。
【図１４】実施例７を示す図である。
【図１５】実施例８を示す図である。
【図１６】実施例を組合せた実施例を示す図である。
【図１７】実施例９を示す図である。
【図１８】実施例１０を示す図である。
【図１９】実施例１１を示す図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１０ 気体制御回転移動装置、２０ テーブル機構部、２２ サーボ弁、２４ 本体部、２５ 取付部、２６ 矩形穴、２８ 気体軸受用気体供給溝、３０ 排気溝、３２ 真空引き溝、３４ 気体軸受用気体供給穴、３６ 排気穴、３８ 真空引き穴、４０ 接続口、４２，４４，４６ 流路、５０ テーブル、５２ 上板、５３ 下板、５４ 矩形軸、５６ タンク、５８、２５８ 絞り部、６０ 軸側伝達気体供給路、７０ 気体圧調整部、７２，７３ 圧力制御弁、７４，７５ 調整用タンク、８０ テーブル制御部、８２ 回転移動制御部、８４ Ｄ／Ａ変換部、８６ パワーアンプ、８８ センサ、９０ 回転移動の指令，９２，９６，１０２ 減算器、９４ 位置制御器、９８ 速度制御器、１００ 速度リミッタ、１０１ 加速度リミッタ、１０４ 加速度制御器、１０６ センサアンプ、１０８ 微分器、１１０ ２回微分器、１２０ 気体源、１６０，２０４，２０６，２１２，２３２，２４２，２５２、２７２、２９２、２９４，３０２，３１２，３２２，３３０，３４２，３５２ 可動体，２００，２３０，２４０，２５０，２７０，２８０、２９０，３００，３１０，３２０，３４０，３５０，３６０ 気体制御アクチュエータ、２０２ 案内部、２０８ 気体受面、２１０，２７４，３０４，３３２ 先端面、２１２，２１４，２１８，２２０，２２２，２５４，２６０，３０８ 供給路、２１６，２５６ 内部タンク、２３４，２４４ 可動部側伝達気体供給路、２６４ 底面曲面、２６６，２６８ 曲面座曲面、３０６，３１４ 底面部、３１８ カラー部材、３２４，３４４ 外周部、３２６，３４６ 中心穴、３２８ 曲面座、３３４ 仕切台、３５４ ダイヤフラム、３５６ 内部、３５８ 可撓管、３６２ フォースモータ、３６４ ヨーク、３６６ 磁石、３６８ コイル、３７０ 移動体。
【技術分野】
【０００１】
本発明は気体制御回転移動装置及び気体制御アクチュエータに係り、特に平面内で移動可能なテーブルを軸方向に回転移動させる気体制御回転移動装置及び気体制御アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
物を保持して移動させ位置決めを行うために、テーブルの移動、回転機構が広く用いられている。例えば、半導体製造において、露光装置やボンディング装置等でウエファ等をテーブルに保持し、精密な位置決めの下で作業が行われるが、ここではＸ軸とＹ軸方向の精密な移動と、Ｚ軸周りのθ回転が行われる。
【０００３】
これらテーブルの移動、回転機構のうち、Ｘ軸とＹ軸方向の精密な移動には、いわゆるＸＹテーブル移動機構が用いられ、例えば、Ｘ軸方向に移動可能なＸテーブルと、Ｙ軸方向に移動可能なＹテーブルとを２段重ねにし、それぞれを精密モータで移動させるものが周知である。テーブルの回転機構には、円形の回転テーブルを用い、その回転軸をやはり精密な回転モータで駆動させるものを用いることが多い。精度を向上させるために、回転軸にモータを直結することや、精密な減速機構を用いる場合もある。
【０００４】
この他に、モータによる騒音や振動等の問題がない気体制御アクチュエータが用いられる。気体制御アクチュエータとは、いわゆるシリンダ・ピストン機構を用いるもので、シリンダとピストンの協働によりシリンダ内部のピストンの前後に気体室を形成し、両気体室に供給する気体圧を制御することでピストンを精密に移動させるものである。たとえば、特許文献１には、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流体圧アクチュエータが開示される。気体制御アクチュエータのピストンにテーブルを接続することにより、気体圧により駆動されるテーブル送り機構を得ることができる。
【０００５】
【特許文献１】特開昭５７−５１００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、精密モータを用いたＸＹθ移動回転機構は広く用いられている。また、気体制御アクチュエータを用いて、振動を抑制して高精度化を図ることも提案されている。しかし、気体制御アクチュエータは、いわゆるシリンダ・ピストン機構で代表されるように、直進機構が基本であるため、テーブルのθ回転がそのままでは実現できない。
【０００７】
テーブルのθ回転も気体アクチュエータで実現しようとするには、例えば、アクチュエータの先端部を直接テーブルに接続するのでなく、円弧上の点接触のすべりを利用することが考えられる。さらに、アクチュエータの先端部と、テーブルの押される部分との間に気体を導入し、気体層を介して駆動することにすれば、摩擦も大幅に低減できる。
【０００８】
このように、気体制御アクチュエータの先端部と移動対象物との間の隙間に気体を導入することで、モータによる騒音や振動等の問題を排除して、ＸＹθ移動回転機構を構成することが考えられるが、この構成においては、駆動力の伝達特性に次のような課題がある。
【０００９】
図１は、移動対象物２と気体制御アクチュエータ４の先端部との隙間ｓに気体を導入する構成の移動機構において、気体制御アクチュエータ４の可動部が面積Ａで気体圧Ｐを受け、駆動力Ｐ・Ａで駆動しようとするとき、移動対象物２が受ける負荷力Ｆが、隙間ｓによってどのように変わるかを定性的に示す図である。図１において、横軸は移動対象物２と気体制御アクチュエータ４の先端部との間の隙間ｓ、縦軸は、移動対象物４が受ける負荷力Ｆと、駆動力Ｐ・Ａとの比（Ｆ／Ｐ・Ａ）を取ってある。パラメータは、隙間ｓにおける気体圧Ｐｓである。この場合、Ｐｓ＝Ｐとしてある。
【００１０】
移動対象物２と気体制御アクチュエータ４の先端部との間の隙間ｓに気体層がなければ、周知のように、通常Ｆ＝Ｐ・Ａとなる。図１でいえば移動対象物２と気体制御アクチュエータ４の先端部とが接触している場合に相当する。隙間ｓに気体圧Ｐｓが導入されると、隙間ｓが大きいほど、Ｐｓが小さいほど、急激にＦはＰ・Ａに比べ小さい値となる。例えば、Ｐ＝Ｐｓとして、気体制御アクチュエータに用いられる気体圧とし、隙間を数１０μｍ程度とすると、（Ｆ／Ｐ・Ａ）は、０．５〜０．９程度になることもある。この原因は、隙間ｓに導入された気体が、移動対象物２と気体制御アクチュエータ４の先端部との間の押し付け力等によって隙間ｓから外部へ向かって流出することに起因する。
【００１１】
したがって、気体制御アクチュエータ４の先端部と移動対象物２との間の隙間ｓに気体を導入すると、気体制御アクチュエータ４に入力した駆動力Ｐ・Ａは、隙間ｓから外部に流れる気体により駆動力損失を生じ、駆動力Ｐ・Ａからこの駆動力損失を差し引いたものが実効負荷力Ｆとなる。このように、気体制御アクチュエータ４の先端部と移動対象物２との間の隙間に気体を導入すると、実効負荷力Ｆが駆動力Ｐ・Ａに対して低下するという課題がある。
【００１２】
本発明の目的は、気体制御アクチュエータの先端部と移動対象物との間に気体を導入したときの先端部における実効負荷力を向上させる気体制御回転移動装置及び気体制御アクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る気体制御回転移動装置は、多角形軸を有し、軸方向に垂直な平面内で移動可能なテーブルと、テーブルの多角形軸の各辺に対応してそれぞれ設けられるアクチュエータであって、案内部に案内され駆動気体圧で駆動される可動部を有し、多角形軸の対応する辺を気体受面として、可動部の先端面と気体受面との間に供給される伝達気体圧を介して多角形軸に駆動力を与える複数の気体制御アクチュエータと、各気体制御アクチュエータを制御し、多角形軸の各辺に与えられる駆動力の協働によって、テーブルの平面内移動又は軸周りの任意角度の回転の少なくともいずれか１の制御を含むテーブル制御部と、を備え、さらに、各気体制御アクチュエータに対応してそれぞれ、可動部の先端面と気体受面との間の隙間に伝達気体圧を供給する伝達気体供給路と、伝達気体圧を、可動部に対する駆動気体圧より大きい気体圧で、かつ、可動部先端面の面積に伝達気体圧を乗じて得られる負荷力から、可動部の先端面と気体受面との間の隙間に応じて外部に流れる気体による駆動力損失を差し引いた実効負荷力が可動部に対する駆動力と同じまたはそれより小さくなる気体圧に制御する伝達気体制御手段と、を有することを特徴とする。
【００１４】
上記構成により、可動部の先端面と気体受面との間に供給される伝達気体圧を介して多角形軸に駆動力を与える複数の気体制御アクチュエータを用いて、テーブルの平面内の移動と回転を制御する。そして、伝達気体圧は駆動気体圧より大きく、かつ実効負荷力が可動部に対する駆動力より小さくなる気体圧に制御される。これにより、伝達気体圧を駆動気体圧と別個に大きな気体圧とでき、実効負荷力を向上させることができる。
【００１５】
本発明に係る気体制御回転移動装置は、多角形軸を有し、軸方向に垂直な平面内で移動可能なテーブルと、テーブルの多角形軸の各辺に対応してそれぞれ設けられるアクチュエータであって、案内部に案内され駆動気体圧で駆動される可動部を有し、多角形軸の対応する辺を気体受面として、可動部の先端面と気体受面との間に供給される伝達気体の層を介して多角形軸に駆動力を与える複数の気体制御アクチュエータと、各気体制御アクチュエータを制御し、多角形軸の各辺に与えられる駆動力の協働によって、テーブルの平面内移動又は軸周りの任意角度の回転の少なくともいずれか１の制御を含むテーブル制御部と、可動部の先端面と気体受面との間の隙間に伝達気体圧として駆動気体圧を供給する伝達気体供給路と、を備え、各可動部の先端面は、可動体の駆動気体圧を受ける駆動気体圧面の面積より広く、かつ、その先端面の広い面積に伝達気体圧を乗じて得られる負荷力から、可動部の先端面と気体受面との間の隙間に応じて外部に流れる気体による駆動力損失を差し引いた実効負荷力が可動部に対する駆動力と同じまたはそれより小さくなる面積を有することを特徴とする。
【００１６】
上記構成により、可動部の先端面と気体受面との間に供給される伝達気体圧を介して多角形軸に駆動力を与える複数の気体制御アクチュエータを用いて、テーブルの平面内の移動と回転を制御する。そして、伝達気体圧が駆動気体圧と同じときは、可動部の先端面の面積は可動体の駆動気体圧を受ける駆動気体圧面の面積より広くする。これにより、可動部先端における実効負荷力を向上させることができる。
【００１７】
また、本発明に係る気体制御回転移動装置は、多角形軸を有し、軸方向に垂直な平面内で移動可能なテーブルと、テーブルの多角形軸の各辺に対応してそれぞれ設けられるアクチュエータであって、案内部に案内されるスリーブ状の可動部を有し、多角形軸の対応する辺を気体受面として、スリーブ状の可動部の中心穴を通って気体受面に供給される駆動気体圧によって気体受面に駆動力を与え、スリーブ状の可動部の中心穴からスリーブ状の可動部の先端面と気体受面との間の隙間を通って外部に流れる気体によって気体受面を支持する複数の気体制御アクチュエータと、各気体制御アクチュエータを制御し、多角形軸の各辺に与えられる駆動力の協働によって、テーブルの平面内移動又は軸周りの任意角度の回転の少なくともいずれか１の制御を含むテーブル制御部と、を備え、さらに、各気体制御アクチュエータに対応してそれぞれ、スリーブ状の可動部に対し、スリーブ移動気体圧によって気体受面の駆動に連動して移動させるスリーブ移動気体圧を供給する供給手段を有することを特徴とする。
【００１８】
上記構成により、可動部の先端面と気体受面との間に供給される伝達気体圧を介して多角形軸に駆動力を与える複数の気体制御アクチュエータを用いて、テーブルの平面内の移動と回転を制御する。そして、可動スリーブ部の先端面、すなわち円筒状の周辺部でテーブルの気体受面を気体支持するとともに、可動スリーブ部の中心穴によって駆動気体圧がそのままテーブルの気体受面に供給され、駆動力を与える。したがって、可動部である可動スリーブ先端における実効負荷力は、駆動気体圧による駆動力と同程度に向上する。
【００１９】
また、本発明に係る気体制御回転移動装置は、伝達気体供給路に設けられる絞りを有することが好ましい。これにより、伝達気体圧の制御性を向上させることができる。
【００２０】
また、伝達気体供給路は、伝達気体圧の供給源から多角形軸の内部を通り対応する気体受面に他方側の開口を有する軸側伝達気体供給路、又は伝達気体圧供給源から可動部の内部を通り可動部の先端面に他方側の開口を有する可動部側伝達気体供給路であることが好ましい。これにより、伝達気体供給路の配置の自由度が増す。
【００２１】
また、可動部は、可動方向に沿って配置される複数の可動体を有し、気体受面に向かい合う先端可動体は、その底面が曲面で、これに対応する任意の曲率を有する曲面座で支持される曲面可動体であることが好ましい。これにより、テーブルの回転に対し、可動部先端が曲面座の支持の下で滑らかに追従できる。
【００２２】
また、先端可動体は、その底面曲面と曲面座との間の曲面隙間に供給される曲面支持気体圧で支持されることが好ましい。これにより、曲面支持において摩擦を少なくして滑らかに支持できる。
【００２３】
また、本発明に係る気体制御回転移動装置において、テーブル制御部は、位置又は角度指令、速度又は角速度指令、加速度又は角加速度指令の少なくとも１つの指令に、その上限を制限するリミッタを有することが好ましい。これによって、線形性のよい回転移動制御を行うことができる。
【００２４】
また、本発明に係る気体制御回転移動装置において、先端可動体の底面曲面の曲率と、これを支持する曲面座の曲率とが異なることが好ましい。これにより、曲面隙間における気体の流れる断面積を一定、あるいは下流に向かって広がる末広がり等の形態に設計でき、曲面支持をより効率的に行うことが可能になる。
【００２５】
また、本発明に係る気体制御回転移動装置において、曲面隙間には、駆動気体圧又は伝達気体圧が供給されることが好ましい。これにより、別途、曲面支持専用の気体源又はその制御を省略することができる。
【００２６】
また、本発明に係る気体制御回転移動装置において、曲面座を有する可動体は、その内部にバッファ気体室を有し、バッファ気体室は、外部に連通する気体供給口と、曲面隙間に連通する曲面支持気体供給路とを有することが好ましい。これにより、曲面支持の気体圧を独自に設定することが可能になる。
【００２７】
また、本発明に係る気体制御回転移動装置において、曲面座を有する可動体は、その内部にバッファ気体室を有し、バッファ気体室は、駆動気体圧又は伝達気体圧が導かれる気体導入路と、可動部と案内部との可動軸受隙間に軸受気体圧を供給する軸受気体供給路とを有することが好ましい。これにより、可動軸受隙間の可動部案内気体軸受のための専用の気体源又はその制御を省略することができる。
【００２８】
また、可動部は、可動方向に沿って配置される複数の可動体を有し、気体受面に向かい合う先端可動体は、その先端面が任意の曲率を有する曲面であることが好ましい。これにより、テーブルの回転に対し、可動部先端がその先端曲面において滑らかに追従できる。
【００２９】
また、スリーブ状の可動部は、可動方向に沿って配置され、略同一の中心穴を有する複数の可動体を有し、気体受面に向かい合う先端可動体は、その底面が曲面で、これに対応する任意の曲率を有する曲面座で支持される曲面可動体であることが好ましい。これにより、テーブルの回転に対し、スリーブ状の可動部先端が曲面座の支持の下で滑らかに追従できる。
【００３０】
また、供給手段は、スリーブ状可動部に駆動気体圧を供給することが好ましい。これにより、スリーブ状可動部の移動のための専用の気体源又はその制御を省略することができる。
【００３１】
また、本発明に係る気体制御回転移動装置は、多角形軸を有し、軸方向に垂直な平面内で移動可能なテーブルと、テーブルの多角形軸の各辺に対応してそれぞれ設けられるアクチュエータであって、ダイヤフラムの先端に接続され、ダイヤフラムの内管部に供給される駆動気体圧で駆動される可動部を有し、多角形軸の対応する辺を気体受面として、可動部の先端面と気体受面との間に供給される伝達気体の層を介して多角形軸に駆動力を与える複数の気体制御アクチュエータと、各気体制御アクチュエータを制御し、多角形軸の各辺に与えられる駆動力の協働によって、テーブルの平面内移動又は軸周りの任意角度の回転の少なくともいずれか１の制御を含むテーブル制御部と、可動部の先端面と気体受面との間の隙間に伝達気体圧として駆動気体圧を供給する伝達気体供給路と、を備えることを特徴とする。
【００３２】
上記構成により、可動部の先端面と気体受面との間に供給される伝達気体圧を介して多角形軸に駆動力を与える複数の気体制御アクチュエータを用いて、テーブルの平面内の移動と回転を制御する。そして、可動部は駆動気体圧が供給されるダイヤフラムの先端に設けられるので、駆動気体圧そのもので駆動され、可動部の先端面における実効負荷力は、駆動気体圧による駆動力と同じとなる。
【００３３】
また、本発明に係る気体制御回転移動装置は、多角形軸を有し、軸方向に垂直な平面内で移動可能なテーブルと、テーブルの多角形軸の各辺に対応してそれぞれ設けられるアクチュエータであって、案内部に案内されて電磁モータで駆動される可動部を有し、多角形軸の対応する辺を気体受面として、可動部の先端面と気体受面との間に供給される伝達気体の層を介して多角形軸に駆動力を与える複数の気体制御アクチュエータと、各気体制御アクチュエータを制御し、多角形軸の各辺に与えられる駆動力の協働によって、テーブルの平面内移動又は軸周りの任意角度の回転の少なくともいずれか１の制御を含むテーブル制御部と、可動部の先端面と気体受面との間の隙間に伝達気体圧として駆動気体圧を供給する伝達気体供給路と、を備えることを特徴とする。
【００３４】
上記構成により、可動部の先端面と気体受面との間に供給される伝達気体圧を介して多角形軸に駆動力を与える複数の気体制御アクチュエータを用いて、テーブルの平面内の移動と回転を制御する。そして、多角形軸の回転移動量が微小である気体制御回転移動装置の場合は、可動部の移動制御を電磁モータ、例えばボイスコイルモータあるいはフォースモータを用いて微小な移動制御を行うことができる。このように可動体の駆動源に電磁モータを使用することで、駆動気体圧と伝達気体圧との関係を考慮することなく、可動部の先端面における負荷力は、電磁モータの駆動力と同じとなる。
【００３５】
また、本発明に係る気体制御アクチュエータは、案内部に案内され駆動気体圧で駆動され、その先端面と移動対象物の気体受面との間に供給される伝達気体圧を介して移動対象物に駆動力を与える可動部と、伝達気体圧を、可動部に対する駆動気体圧より大きい気体圧で、かつ、可動部先端面の面積に伝達気体圧を乗じて得られる負荷力から、可動部の先端面と気体受面との間の隙間に応じて外部に流れる気体による駆動力損失を差し引いた実効負荷力が可動部に対する駆動力と同じまたはそれより小さくなる気体圧に制御する伝達気体圧制御手段と、可動部の先端面と気体受面との間の隙間に伝達気体圧を供給する伝達気体供給路と、を有することを特徴とする。
【００３６】
また、本発明に係る気体制御アクチュエータは、案内部に案内され駆動気体圧で駆動され、その先端面と移動対象物の気体受面との間に供給される伝達気体圧を介して移動対象物に駆動力を与える可動部と、可動部の先端面と気体受面との間の隙間に伝達気体圧として駆動気体圧を供給する伝達気体供給路と、を備え、可動部の先端面は、可動体の駆動気体圧を受ける駆動気体圧面の面積より広く、かつ、その先端面の広い面積に伝達気体圧を乗じて得られる負荷力から、可動部の先端面と気体受面との間の隙間に応じて外部に流れる気体による駆動力損失を差し引いた実効負荷力が可動部に対する駆動力と同じまたはそれより小さくなる面積を有することを特徴とする。
【００３７】
また、本発明に係る気体制御アクチュエータは、案内部に案内されるスリーブ状の可動部であって、スリーブ状の可動部の中心穴を通って移動対象物の気体受面に供給される駆動気体圧によって移動対象物に駆動力を与え、スリーブ状の可動部の中心穴からスリーブ状の可動部の先端面と気体受面との間の隙間を通って外部に流れる気体によって移動対象物を支持するスリーブ状の可動部と、スリーブ状の可動部に対し、スリーブ移動気体圧によって気体受面の駆動に連動して移動させるスリーブ移動気体圧を供給する供給手段と、を有することを特徴とする。
【００３８】
また、本発明に係る気体制御アクチュエータは、ダイヤフラムの先端に接続され、ダイヤフラムの内管部に供給される駆動気体圧で駆動される可動部であって、その先端面と移動対象物の気体受面との間に供給される伝達気体圧を介して移動対象物に駆動力を与える可動部と、可動部の先端面と気体受面との間の隙間に伝達気体圧として駆動気体圧を供給する伝達気体供給路と、を備えることを特徴とする。
【００３９】
また、本発明に係る気体制御アクチュエータは、案内部に案内されて電磁モータで駆動され、その先端面と移動対象物の気体受面との間に供給される伝達気体圧を介して移動対象物に駆動力を与える可動部と、可動部の先端面と気体受面との間の隙間に伝達気体圧として駆動気体圧を供給する伝達気体供給路と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００４０】
上記のように、本発明に係る気体制御回転移動装置及び気体制御アクチュエータによれば、気体制御アクチュエータの先端部と移動対象物との間に気体を導入したときの先端部における実効負荷力を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
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、気体制御回転移動装置の全体について実施例１とし、気体制御回転移動装置を構成する要素、特に気体制御アクチュエータの他の実施形態等を実施例２以下で説明する。実施例２以下の実施形態は、そのまま単独で実施例１の構成要素と置き換えてもよく、いくつかの実施形態を組み合わせたものを実施例１の構成要素と置き換えて用いるものとしてもよい。
【実施例１】
【００４２】
図２は、気体制御回転移動装置１０の構成図で、特に図２（ａ）は全体の構成を示す。ここで示されるように、気体制御回転移動装置１０は、テーブル５０をその平面内で回転移動する機構であるテーブル機構部２０、テーブル機構部２０の気体制御アクチュエータ２００に所定の気体圧を供給する気体圧調整部７０、全体の制御を行うテーブル制御部８０を含んで構成される。図２（ｂ）は、テーブル機構部２０の側面図である。
【００４３】
テーブル機構部２０は、固定部分である本体部２４と、本体部２４に対し、図２（ａ）、（ｂ）に示すＸＹ平面内の移動と、Ｚ軸周りのθ回転とが可能なテーブル５０と、本体部２４に取り付けられテーブル５０に変位力を与える６つの気体制御アクチュエータ２００を含んで構成される。ここで、６つの気体制御アクチュエータ２００は、テーブル５０に対し、Ｙ方向の変位力を与え、互いに向き合って配置される２つのＹ１，Ｙ２アクチュエータと、Ｘ方向の変位力を与え、互いに向き合って配置される２組、計４つのＸ１〜Ｘ４アクチュエータである。これら６つの気体制御アクチュエータ２００の配置は、これらの駆動を協働的に制御することで、テーブル５０を、移動可能な範囲内で、ＸＹ平面内の任意の位置へ移動させ、またＺ軸周りの任意の角度でθ回転させることができるようになされている。
【００４４】
例えば、Ｘ１〜Ｘ４アクチュエータを駆動させず、Ｙ１，Ｙ２アクチュエータのみを適当に駆動することでテーブル５０をＹ方向に移動させることができる。同様に、Ｙ１，Ｙ２アクチュエータを駆動させずに、Ｘ１，Ｘ２を対とし、またＸ３，Ｘ４を対として、適当に駆動させることで、テーブル５０をＹ方向に移動させることができる。また、Ｙ１，Ｙ２アクチュエータを駆動させず、さらにＸ１，Ｘ４を対とし、またＸ２，Ｘ３を対として適当に駆動させることで、テーブル５０をＺ軸回りに時計方向又は反時計方向に回転できる。さらに、これらの駆動態様を組合せて、テーブル５０をＸＹ平面内の任意の位置に移動でき、またこれに加えてＺ軸回りに任意の角度で回転させることができる。
【００４５】
各気体制御アクチュエータ２００には、駆動力を与えるためにテーブル制御部８０の制御の下で駆動気体圧を制御して出力するサーボ弁２２が設けられる。サーボ弁２２には、一般的な精密気体圧制御弁を用いることができる。
【００４６】
気体圧調整部７０は、気体源１２０から供給される気体を所定の制御された高圧の供給気体圧に調整し、調整された供給気体圧の気体を、各サーボ弁２２、及び後述する伝達気体の供給源であるタンク５６にそれぞれ供給する機能を有する。気体圧調整部７０は、各サーボ弁２２用の供給気体圧調整ルートと、タンク５６用の伝達気体圧調整ルートとに分けられ、それぞれは圧力制御弁７２，７３及び調整用タンク７４，７５等を含んで構成される。供給気体圧は、各サーボ弁２２において、後述するように、テーブル５０の回転移動指令に従ったテーブル制御部８０の制御の下で各気体制御アクチュエータ２００のための各駆動気体圧に制御されるので、その元圧として適当な高圧の気体圧に調整される。伝達気体圧の設定の詳細は、気体制御アクチュエータ２００の構成のところで後述する。気体圧調整部７０から各サーボ弁２２への接続は、適当な気体用配管で行われる。同様に、伝達気体用のタンク５６への供給口として本体部２４に設けられる接続口４０と、気体圧調整部７０との間も適当な気体配管によって接続される。
【００４７】
テーブル制御部８０は、テーブル５０に対する回転移動の指令９０に基づいて、その指令を目標値として、各気体制御アクチュエータ２００を協働して駆動させるように、対応する各サーボ弁２２に駆動信号を出力する機能を有する。テーブル制御部８０は、Ｘ軸移動、Ｙ軸移動、θ回転の回転移動制御部８２と、Ｄ／Ａ変換部８４と、サーボ弁２２の駆動用のパワーアンプ８６とを含んで構成される。テーブル５０には、実際のＸ移動、Ｙ移動、θ回転を検出するセンサ８８が設けられ、その検出信号は回転移動制御部８２にフィードバックされる。
【００４８】
図３は、テーブル制御部８０のＸ軸移動、Ｙ軸移動、θ回転の中のいずれか１つ、例えばＹ軸移動についての部分と、複数のサーボ弁２２、複数の気体制御アクチュエータ２００、テーブル５０、センサ８８を含めた回転移動制御のブロック線図である。
【００４９】
この回転移動制御部８２は、回転移動の指令９０のうち位置指令９０が入力される減算器９２と、減算器９２から順次位置制御器９４−速度リミッタ１００−減算器９６−速度制御器９８−加速度リミッタ１０１−減算器１０２−加速度制御器１０４と直列に接続され、その後さらに、−Ｄ／Ａ変換部８４−パワーアンプ８６−サーボ弁２２−気体制御アクチュエータ２００と接続されるメイン制御ルートを有する。そして、さらに気体制御アクチュエータ２００の変位をセンサ８８で検出し、センサアンプ１０６で信号処理した後、位置に変換して減算器９２に戻す位置フィードバックループと、位置を微分器１０８で速度に変換し、減算器９６に戻す速度フィードバックループと、位置を２回微分器１１０で加速度に変換し、減算器１０２に戻す加速度フィードバックループとを有する。図において破線で囲んだ回転移動制御部８２の部分はディジタル信号処理で行われるが、場合によってはアナログ信号処理を行ってもよい。
【００５０】
減算器９２は、位置指令９０と制御対象である気体制御アクチュエータ２００の位置とを入力し、位置偏差＝（位置指令と制御対象の位置）を出力する機能を有する回路である。例えば、ディジタル制御の場合には、位置指令のディジタル値と後述のセンサアンプ１０６のディジタル出力との減算処理を行うことで位置偏差を算出し出力することができる。
【００５１】
位置制御器９４は、ゲインＧｓによって位置偏差をＧｓ倍して減算器９６に出力する機能を有する増幅器である。ゲインＧｓは、いわゆる位置ループゲインである。位置制御器９４の出力は速度指令である。速度指令は、通常、そのまま減算器９６に入力されるが、ここでは速度リミッタ１００により速度指令の上限を制限し、その結果を減算器９６に入力する。位置制御器９４は、ディジタル制御の場合はディジタル演算器で増幅することができる。
【００５２】
速度リミッタ１００は、入出力特性が原点から所定範囲が線形で、所定範囲を超すと出力が一定値となる特性を有する出力制限素子である。その入出力特性図は、図３における速度リミッタ１００のボックスの中に模式的に示す通りである。ここにおいて横軸は速度リミッタ１００への入力、すなわち位置制御器９４の出力であり、縦軸は速度リミッタ１００の出力、すなわち減算器９６への入力である。かかる速度リミッタ１００は、ディジタル制御のときは、予め任意に設定された関数形を用いる関数演算器で構成でき、例えばアナログ処理の場合には、ダイオード等の電圧リミッタ又は電流リミッタ等を用いることができる。
【００５３】
速度リミッタ１００における線形領域は、出力＝入力の４５度勾配の直線特性を用いてもよく、位置制御器９４のゲインＧｓと組み合わせて適当な勾配の直線特性を設けてもよい。また、出力制限領域までを線形領域とせずに、前段の位置制御器９４や次段の減算器９６の特性をあわせるために適当な増加関数形の特性とすることもできる。また、速度リミッタ１００の入出力特性において、線形領域から出力制限領域への遷移は、このような折れ線状遷移を用いることもできるが、好ましくは、線形領域と出力一定領域とを漸近線で接続することで得ることができる緩和的曲線状遷移を用いてもよい。緩和的曲線状遷移を用いることで、高調波の発生を抑制できる。速度リミッタ１００における出力制限値は、速度リミッタ１００に設定端子を設け、外部から任意に設定できるようにすることが好ましい。
【００５４】
減算器９６は、速度指令と、制御対象の速度とを入力し、速度偏差＝（速度指令と制御対象の速度）を速度制御器９８に出力する機能を有する回路である。速度制御器９８は、ゲインＧｖによって速度偏差をＧｖ倍し、加速度指令として加速度リミッタ１０１に出力する機能を有する増幅器としての機能を有する。ゲインＧｖは、いわゆる速度ループゲインである。加速度指令は、通常、そのまま減算器１０２に入力されるが、ここでは加速度リミッタ１０１により加速度指令の上限を制限し、その結果を減算器１０２に入力する。
【００５５】
加速度リミッタ１０１は、速度リミッタ１００と同様に、入出力特性が原点から所定範囲が線形で、所定範囲を超すと出力が一定値となる特性を有する出力制限素子である。その入出力特性図は、速度リミッタ１００と同様で、横軸は加速度リミッタ１０１への入力、すなわち速度制御器９８の出力であり、縦軸は加速度リミッタ１０１の出力、すなわち減算器１０２への入力である。また、速度リミッタ１００と同様に、加速度リミッタ１０１における線形領域は、出力＝入力の４５度勾配の直線特性を用いてもよく、速度制御器９８のゲインＧｖと組み合わせて適当な勾配の直線特性を設けてもよい。また、出力制限領域までを線形領域とせずに、前段の速度制御器９８や次段の減算器１０２の特性をあわせるために適当な増加関数形の特性とすること、また加速度リミッタ１０１の入出力特性において、線形領域から出力制限領域への遷移は、このような折れ線状遷移を用いることもできるが、好ましくは、線形領域と出力一定領域とを漸近線で接続することで得ることができる緩和的曲線状遷移を用いてもよいこと、加速度リミッタ１０１における出力制限値は、加速度リミッタ１０１に設定端子を設け、外部から任意に設定できるようにすることが好ましいこと等も、同様である。
【００５６】
減算器１０２は、加速度リミッタ１０１により制限された加速度指令と制御対象である気体制御アクチュエータ２００の加速度とを入力し、加速度偏差＝（加速度指令と制御対象の加速度）を出力する機能を有する回路である。例えば、ディジタル制御の場合には、加速度指令のディジタル値と加速度リミッタ１０１のディジタル出力との減算処理を行うことで位置偏差を算出し出力することができる。
【００５７】
加速度制御器１０４は、ゲインＧａによって加速度偏差をＧａ倍してＤ／Ａ変換部８４に出力する機能を有する増幅器である。ゲインＧａは、いわゆる加速度ループゲインである。加速度制御器１０４の出力は、いわゆる駆動指令である。加速度制御器１０４は、ディジタル制御の場合はディジタル演算器で増幅することができる。
【００５８】
Ｄ／Ａ変換部８４の出力は、パワーアンプ８６に出力される。パワーアンプ８６は、サーボ弁２２を駆動指令に基づいて駆動するドライバとしての機能を有する回路である。具体的には、サーボ弁２２の駆動部である例えば可動線輪に供給する駆動電流を発生する駆動回路である。パワーアンプ８６は、Ｄ／Ａ変換後のアナログ電圧を電流に変換する回路等で構成することができる。
【００５９】
パワーアンプ８６の出力はサーボ弁２２に供給され、例えば可動線輪に流れる電流によって、磁石からの磁束との協働により駆動力が生じ、それによりスプール等を移動させて、これにより弁の制御された開閉を行い、制御された気体圧を駆動気体圧として気体制御アクチュエータ２００に出力する。気体制御アクチュエータ２００はこの駆動気体圧に応じて駆動力を発生し、そこで、６つの気体制御アクチュエータ２００の協働によりテーブル５０が移動あるいは回転する。テーブル５０の回転移動はセンサ８８により検出される。
【００６０】
センサ８８の出力は、上記のように、センサアンプ１０６を介し、減算器９２に入力され、位置フィードバックループを形成する。同様に、センサアンプ１０６の出力は微分器１０８を介して減算器９６に戻されて速度フィードバックループを形成し、２回微分器１１０を介して減算器１０２へ戻されて加速度フィードバックループを形成する。ここで、センサ８８の出力が回転角度θの場合は、位置は角度、速度は角速度、加速度は角加速度に相当する。
【００６１】
このように、テーブル制御部８０においては、速度リミッタ１００及び加速度リミッタ１０１を設けるので、パワーアンプ８６等における飽和現象を抑制し、線形性のよい制御を行うことができる。また、位置フィードバック、速度フィードバック、加速度フィードバックを行うので、迅速で、追従性のよい制御を行うことができる。なお、上記では速度指令及び加速度指令に対するリミッタを説明したが、場合によっては、速度指令又は加速度指令のいずれか一方のみにリミッタを用いることとしてもよい。
【００６２】
次に図４、図５を用いて、テーブル機構部２０の詳細を説明する。図４は、テーブル機構部２０において、各サーボ弁２２及びセンサ８８を取り外した状態の断面図である。ここで示されるように、テーブル５０は、上板５２、下板５３と、矩形軸５４を含んで構成され、その内部に伝達気体用のタンク５６としての空洞部を有する。図５は、さらに、テーブル５０の上板５２を取り外した状態の上面図である。
【００６３】
テーブル５０の矩形軸５４は、本体部２４の中央部の矩形穴２６の中に所定の移動隙間をもって収納される形状を有する。この移動隙間が、テーブル５０のＸＹ平面内の回転移動可能範囲を規制する。ここで本体部２４は、テーブル機構部２０を例えば基台に固定するための取付部２５を有する。そして、テーブル５０の上板５２、下板５３に向かい合う上面、又は下面には、矩形穴２６の周囲に３重の溝が設けられる。これらの溝は、矩形穴２６に近い内周側から外周側に向かって、順に、上板５２、下板５３を気体支持する気体軸受用気体供給溝２８、排気溝３０、漏れる気体を回収する真空引き溝３２である。この構成により、上板５２及び下板５３と本体部２４との間で、いわゆる気体軸受作用によりテーブル５０を移動可能に保持することができ、さらに、余分な気体が外に漏れず、真空中でも気体制御回転移動装置１０を稼働させることができる。なお、矩形穴２６は、排気溝３０と接続される。これらの溝に対応し、それぞれ、気体軸受用気体供給穴３４、排気穴３６、真空引き穴３８が設けられる。気体軸受用気体として伝達気体を用いるときには、気体軸受用気体供給穴３４は、タンク５６に接続される。排気穴３６、真空引き穴３８は、それぞれ図示されていない排気装置、真空装置等に接続される。
【００６４】
伝達気体は次のような経路でタンク５６に導かれる。すなわち、気体圧調整部７０で所定の伝達気体圧に調整された伝達気体は、適当な配管で本体部２４の側壁の接続口４０に供給され、図２（ａ），（ｂ）に示されるように本体部２４の内部のＺ方向に沿って設けられる流路４２を通り、テーブル５０の上板５２、下板５３の内部のＸ方向に沿って設けられる流路４４を通り、テーブルのほぼ中心に達する。そこで図３、図４に示すように、矩形軸５４の中心においてＺ方向に延びてタンク５６に達する流路４６を通ってタンク５６に供給される。タンク５６は、導かれた伝達気体のバッファ体積としての機能を有する。そしてここから、図４に示されるように、絞り部５８を介し、軸側伝達気体供給路６０を通って、各気体制御アクチュエータ２００の先端部に向けて供給され、各気体制御アクチュエータ２００の可動部の先端面と、矩形軸５４の対応する辺との間に気体を供給する。この気体が、矩形軸５４の対応する辺を気体受面として、各気体制御アクチュエータ２００の可動部の先端面と気体受面との間に供給される伝達気体で、これを介して、各気体制御アクチュエータ２００の駆動力が矩形軸５４、すなわちテーブル５０に実効負荷力として伝達されることになる。
【００６５】
ここで、絞り部５８について説明する。絞り部５８は、伝達気体の流れを乱れの少ないものとして、負荷力の滑らかな伝達を行うために設けられる。以下に、絞り部５８に好ましい形態の例をいくつか示すが、各形態を区別するため、各絞り部の符号を異ならせて説明する。
【００６６】
図６は、絞り部として好ましい２つの例を示す図である。図６（ａ）は、可動体１６０のポケット開口１６４の中に設けられる平行隙間絞り１７０である。平行隙間絞り１７０は、ドーナツ状に中央穴を有する円環板１７２と、円環板１７２と外形が同じの円板１７４とが狭い平行隙間で配置され、その平行隙間の間を気体が流れる間に整流され、その流れが乱れなく形成されるものである。平行隙間は、例えば、気体供給路１６２に供給される気体圧を０．５Ｍｐａとし、その流速を３０ｍ／ｓｅｃとして、これを絞りにより流速３００ｍ／ｓｅｃの層流とするときの場合で、５０μｍが好ましい。そのときの円環板１７２と円板１７４との間の平行隙間の長さは、５０μｍに対し、十分長いことが望ましい。例えば５−１０ｍｍ程度とすることができる。
【００６７】
このように平行隙間絞りの整流作用により絞り部に流れる気体を乱れなく形成することで、例えば絞りとして一般的に用いられるオリフィス絞り等により気体を絞る場合に生ずる、乱流や渦流等を抑制できる。特に、高圧かつ高速の気体を扱うときにオリフィスのエッジ等から生ずる衝撃波を抑制することもできる。したがって、気体圧制御において、このようなノイズの影響を少なくでき、気体制御回転移動装置１０の制御性の向上を図ることができる。
【００６８】
図６（ｂ）は、絞り部のもう１つの好ましい例として、多孔質材料１７６をポケット開口１６４の中に配置するものを示す図である。この場合も、多孔質の微小孔の整流作用により絞り部に流れる気体を乱れなく形成することができる。
【００６９】
図７は、用いることができるその他の絞り部の例を示す図で、気体供給路１６２から単純に細い開口１７８に絞るオリフィス１７８である。
【００７０】
これらの絞り部は、製作の容易性、整流性、絞り特性等にそれぞれ特徴がある。したがって、気体制御回転移動装置１０に要求される応答性、耐ノイズ性、気体条件等を考慮し、コストと性能の兼ね合いで最も適する構成を選択することが好ましい。
【００７１】
次に、気体制御アクチュエータ２００回りの構成につき説明する。図８は、６つの気体制御アクチュエータ２００の中の１つについてその周辺の断面図である。気体制御アクチュエータ２００は、本体部２４に設けられた案内部２０２と、案内部２０２に案内されてその軸方向に移動可能な２つの可動体である第１可動体２０４、第２可動体２０６とを含む。案内部２０２は、シリンダ状の内壁を有するものであり、第１可動体２０４、第２可動体２０６の側面は概略円柱状である。案内部２０２は本体部２４に設けられるが、具体的には、案内部２０２の底板部を本体部２４の筐体の一部とし、そこに円筒部材を取り付け、その部分を案内部２０２とすることができる。
【００７２】
なお、案内部２０２の形状と、第１可動体２０４、第２可動体２０６の形状との関係は、滑らかに移動可能な相互に対応する形状であればよく、円筒状のものの他、矩形、多角形等の断面形状を有する組合せであってもよい。以下における他の形態の気体制御駆動部の構成においても同様である。
【００７３】
案内部２０２の底部には、サーボ弁２２からの駆動気体圧がＣＰ１で示される駆動気体圧供給口から導入され、第１可動体２０４の底面との間に気体室が形成される。第１可動体２０４の先端には曲面座が設けられ、その先の第２可動体２０６は、その曲面座に対応する曲率の曲面を有する。図８において曲面座は凹状曲面であるが、これを凸状曲面としてもよい。曲面の形状は球面を用いることができる。また、一部に球面形状を用いるものであってもよく、あるいは円弧状の曲面であってもよく、またそれ以外の曲面形状を用いてもよい。かかる曲面座及び第２可動体２０６の曲面は、適当な金属材料又はセラミックの素材を成形及び精密な球面表面加工して得ることができる。
【００７４】
テーブル５０のタンク５６からは、絞り部５８、軸側伝達気体供給路６０を通って、矩形軸５４の対応する辺を気体受面２０８とし、第２可動体２０６の先端面２１０との隙間に伝達気体が供給される。また、第２可動体２０６を貫いて第２供給路２１２が設けられ、これを通った伝達気体は、第１可動体２０４、第２可動体２０６との間の曲面隙間に供給される。またさらに、第２供給路２１２に対応して第１可動体内部に第１供給路２１４が設けられ、その先は内部タンク２１６となる空間に接続される。
【００７５】
結局、内部タンク２１６には、伝達気体圧を有する気体が矩形軸５４のタンク５６から供給される。内部タンク２１６は、これらの供給された気体のバッファ空間としての機能を有する。そして、内部タンク２１６から、第１可動体２０４の側壁に向かって延びる第３供給路２２０は、内部タンク２１６からの気体を、案内部２０２と第１可動体２０４との間の円筒状隙間に供給し、いわゆる気体軸受支持を行わせることができる。これにより、第１可動体２０４は、案内部２０２に摩擦なく滑らかに案内支持され、駆動気体圧によって、矩形軸５４の気体受面２０８の方向に移動できる。
【００７６】
さらに、案内部２０２から本体部２４を通ってテーブル５０に向かう第４供給路２２２によって、これらの気体は、本体部２４とテーブル５０との間の隙間に排気される。
【００７７】
ここで、第２可動体２０６の先端面２１０から気体受面２０８の状態に注目すると、ここでは、伝達気体圧を有する気体が供給される。ここで、気体受面２０８が受ける実効負荷力を駆動気体圧による駆動力に近づけるため、伝達気体圧は、気体圧調整部７０によって、次のように調整される。すなわち、駆動気体圧より大きい気体圧に設定される。その大きさは、第２可動体２０６の先端面２１０の面積に伝達気体圧を乗じて得られる負荷力から、先端面２１０と気体受面２０８との間の隙間に応じて外部に流れる気体による駆動力損失を差し引いた実効負荷力が、第１可動体２０４の底面の面積に駆動気体圧を乗じて得られる駆動力と略同じまたはそれより若干小さくなるような気体圧に設定される。駆動力を超えないようにするのは、実効負荷力が駆動力を超えると、第１可動体２０４、第２可動体２０６が押し戻されて、矩形軸５４を効果的に駆動できなくなることを防ぐためである。
【００７８】
したがって、このような伝達気体圧の設定により、矩形軸５４は、ＣＰ１からの駆動気体圧による駆動力とほぼ同じ実効負荷力で駆動され、テーブル５０は、駆動気体圧によって、十分に回転移動することができる。
【実施例２】
【００７９】
伝達気体圧を有する気体の供給は、矩形軸５４の気体受面２０８の開口からでなくてもよい。図９は、伝達気体圧を有する気体の供給を、第２可動体２０６の先端面２１０の開口から行う気体制御アクチュエータ２３０を示す図である。図８と共通の要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。ここでは本体部２４に設けられた供給口ＣＰ２から伝達気体圧を有する気体が気体圧調整部７０から供給される。そして、この気体は、第１可動体２３２に設けられる可動部側伝達気体供給路２３４と、第２可動体２０６の第２供給路を通って、第２可動体２０６の先端面２１０と気体受面２０８との間の隙間に伝達気体圧を有する気体として供給される。この構成により、図８で説明したと同様に、矩形軸５４は、ＣＰ１からの駆動気体圧による駆動力とほぼ同じ実効負荷力で駆動され、テーブル５０は、駆動気体圧によって、十分に回転移動することができる。
【実施例３】
【００８０】
伝達気体圧を有する気体の供給を、第２可動体２１２の先端面２１０の開口から行う場合に、その気体の流れを乱れの少ないものとするために、絞り部を設けることが望ましい。図１０は、第１可動体２４２の側面に沿って表面絞りを設け、これを用いて伝達気体を供給する構造の気体制御アクチュエータ２４０を示す図である。図８、図９と共通の要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００８１】
図１０の気体制御アクチュエータ２４０においては、図９の構造と同様に、本体部２４に設けられた供給口ＣＰ２から伝達気体圧を有する気体が気体圧調整部７０から供給される。そして、ＣＰ２から供給された気体は、案内部２０２と第１可動体２４２との間の円筒状隙間に設けられ、図１０においてＡ部として示した隙間絞りによって絞られ、乱れの少ない流れとなって、第２可動体２０６の可動部側伝達気体供給路２４４と、第２可動体２０６の第２供給路を通って、第２可動体２０６の先端面２１０と気体受面２０８との間の隙間に伝達気体圧を有する気体として供給される。この構成により、図８で説明したと同様に、矩形軸５４は、ＣＰ１からの駆動気体圧による駆動力とほぼ同じ実効負荷力で駆動され、テーブル５０は、駆動気体圧によって、十分に回転移動することができる。
【実施例４】
【００８２】
伝達気体圧の流れとは別に、第１可動体と第２可動体との間の曲面隙間に供給される流れも、乱れの少ないものとすることが望ましい。図１１は、曲面隙間に供給する気体の供給路に絞り部２５８を設ける構成の気体制御アクチュエータ２５０を示す図である。図８から図１０と共通の要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００８３】
図１１の気体制御アクチュエータ２５０においては、本体部２４に設けられた供給口ＣＰ３から曲面隙間用の気体が供給される。この気体は、気体圧調整部７０から別途供給されてもよく、あるいは駆動気体圧を有する気体を分流して供給するものとしてもよい。そして、ＣＰ３から供給された気体は、第１可動体２５２に設けられた供給路２５４を経て、第１可動体２５２の内部に設けられた内部タンク２５６に導かれる。内部タンク２５６は図８で説明したものと同様に、導かれた気体のバッファ体積としての機能を有する。内部タンク２５６からは、絞り部２５８を介し、曲面隙間に向けて延びる別の供給路２６０が設けられる。この絞り部２５８は、図８で説明した絞り部５８と同様のもの、すなわち平行隙間絞り等を用いることができる。このように、ＣＰ３から供給される気体は、絞り部２５８によって乱れの少ない流れとなって、曲面隙間に供給され、曲面座に対する第２可動体２０６の動きをさらに滑らかなものとし、テーブル５０の回転移動の精度を向上させることができる。
【実施例５】
【００８４】
第１可動体と第２可動体との間の曲面隙間における気体による気体支持を効果的にするには、曲面隙間の流れを噴出し口から排気側に向けて一様な隙間あるいは次第に隙間が広がる末広がりとすることが好ましいことがある。このように、曲面隙間の流路の寸法を考慮するときは、第２可動体の底面曲面の曲率と、これを支持する第１可動体の曲面座の曲率とを異なることとすることが好ましい。図１２は、その様子を示す図である。図１２（ａ）では、第２可動体の底面曲面２６４の曲率Ｒ１と、これを支持する第１可動体の曲面座曲面２６６の曲率Ｒ１とを同じとし、曲面隙間に噴出す気体により、これら曲面が相互にＹ方向に平行移動した場合を示してある。このように、同じ曲率の２つの曲面を平行移動する場合には、その間の曲面隙間の間隔は一様にならず、中央部から周辺に向かって次第に隙間が狭まる末すぼまりの形態となる。つまり、中央部で噴出した気体の流れは、周辺へ向けてより狭くなる隙間を流れることになる。ここで曲率は、単純な半径でなく、曲率関数であるとして図示したが、勿論曲面が球面の場合は、曲率はその半径となる。
【００８５】
図１２（ｂ）は、第２可動体の底面曲面２６４の曲率Ｒ１とに対し、これを支持する第１可動体の曲面座曲面２６８の曲率Ｒ２を異ならせてある。ここでは、曲率Ｒ２を曲率Ｒ１より緩やかのものとし、２つの曲面が相互にＹ方向に平行移動するときに、曲面隙間が全経路に渡りほぼ同じ隙間となるように選んである。このように、第２可動体の底面曲面の曲率と、これを支持する第１可動体の曲面座の曲率とを異ならせることで、曲面隙間の形態を任意のものに設定でき、曲面隙間を流れる流れを、滑らかな移動を可能にする気体支持とすることができる。
【実施例６】
【００８６】
テーブル５０と、可動体との負荷力の伝達を滑らかにするには、図８等で説明したように、第１可動体の曲面座で第２可動体の底面の曲面を支持することで、第２可動体をテーブル５０の移動に対し、回転可能に追従させることができる。これを１つの可動体で行うには、その可動体の先端部を曲面として、テーブル５０の対応する辺に向かい合わせればよい。図１３は、可動体２７２の先端面２７４を凸状の曲面とし、矩形軸５４の気体受面２０８に向かい合わせる気体制御アクチュエータ２７０，２８０を示す図である。図８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。
【００８７】
図１３（ａ）は、１つの可動体２７２の先端面２７４を凸状の曲面とし、この先端面２７４と気体受面２０８との隙間に、矩形軸５４のタンク５６から絞り部５８及び軸側伝達気体供給路６０を経由して、伝達気体が供給される。供給された伝達気体は、噴出し口から、排気側に向かって次第に隙間が広がる末広がりの伝達隙間を通って流れる。図１３（ｂ）は、同様の可動体２７２を用い、伝達気体の流れを、図１３（ａ）と逆に、次第に隙間が狭まる末すぼまりとする形態を示す。ここでは、伝達気体は、凸状の曲面の外周側から図示されていない供給口から供給されて、末すぼまりの流れ２０８となって、先端面２７４と気体受面２０８との間を流れ、矩形軸５４の中を通る排気の流れ２８４として回収される。
【００８８】
このように、凸状の曲面を有する先端面の可動体を用いることで、可動体の数を減らしながら、図８で説明した伝達気体圧の設定により、矩形軸５４は、ＣＰ１からの駆動気体圧による駆動力とほぼ同じ実効負荷力で駆動され、テーブル５０は、駆動気体圧によって、十分に回転移動することができる。
【実施例７】
【００８９】
テーブル５０の回転が微小量である移動可能範囲に設定される気体制御回転移動装置１０の場合には、可動体に曲面の部分を用いなくてもよい場合がある。図１４は、複数の可動体を用いるが、曲面座あるいは曲面の先端面を用いない気体制御アクチュエータ２９０を示す図である。図８等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。
【００９０】
この気体制御アクチュエータ２９０は、第１可動体２９２と、２つの積層板状の可動体で構成される第２可動体２９４を有する。これらの可動体は、Ｚ方向の相互位置関係がずれないように、外周側に径の異なる鍔部を備えている。伝達気体は、図８で説明したと同様に、矩形軸５４のタンク５６側から供給され、各可動体の間の隙間にも供給される。このように、複数の板状の可動体を用いることで、簡単な構成で、微小回転に対応できる気体制御アクチュエータを提供できる。
【実施例８】
【００９１】
気体制御アクチュエータの可動部の先端面とテーブルの気体受面との間の伝達隙間に供給される伝達気体圧を介してテーブルに駆動力を与える場合に、気体受面における実効負荷力を向上させるには、伝達気体圧を駆動気体圧より大きくする方法以外にも幾つかの方法がある。図１５は、駆動気体圧を有する気体を伝達隙間に供給し、すなわち、駆動気体圧と伝達気体圧と実質的に同じとして、可動部の先端面の面積を可動体の底面の駆動気体圧を受ける面積より広くする気体制御アクチュエータ３００，３１０を示す図である。ここでは、可動体は単一のものとし、また、その先端面は平坦なものが図示されるが、勿論図１４で説明した積層板状可動体、図１３で説明した先端が凸状の可動体、図８等で説明した曲面座を用いる２つの可動体を用いるものとしてもよい。また、図８等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。
【００９２】
図１５（ａ）における気体制御アクチュエータ３００は、可動体３０２の先端面３０４における先端面２１０の面積は、可動体３０２の底面部３０６の面積より広い。そして、ＣＰ１から供給され駆動気体圧を有する気体は、可動体３０２を駆動すると共に、供給路３０８を通って、可動部の先端面とテーブルの気体受面との間の伝達隙間に伝達気体として供給される。
【００９３】
可動体３０２の先端面２１０における面積は次のように設定される。すなわち、可動体３０２の駆動気体圧を受ける駆動気体圧面すなわち底面部３０６の面積より広く、かつ、その先端面２１０の広い面積に伝達気体圧である駆動気体圧を乗じて得られる負荷力から、可動体３０２の先端面２１０と気体受面２０８との間の隙間に応じて外部に流れる気体による駆動力損失を差し引いた実効負荷力が可動体３０２に対する駆動力と同じまたはそれより若干小さくなる面積に設定される。駆動力を超えないようにするのは、実効負荷力が駆動力を超えると、可動体３０２が押し戻されて、矩形軸５４を効果的に駆動できなくなることを防ぐためである。
【００９４】
したがって、このような可動体３０２における底面と先端面２１０の面積比の設定により、矩形軸５４は、ＣＰ１からの駆動気体圧による駆動力とほぼ同じ実効負荷力で駆動され、テーブル５０は、駆動気体圧によって、十分に回転移動することができる。
【００９５】
図１５（ｂ）における気体制御アクチュエータ３１０は、可動体３１２の先端面２１０の面積に比べ、可動体３１２の底面部３１４の面積を狭くしたものである。この場合、案内部２０２は、その狭くした面積に対応する部分を狭くする。この案内部２０２における底面側の面積の狭めには、例えば、適当なリング状のカラー部材３１８を用いることができる。この構成によっても、図１５（ａ）と同様の効果を得ることができる。
【００９６】
なお、この面積効果による方法と、図８で説明した駆動気体圧と独立に設定される伝達気体圧による方法とを組合せることもできる。図１６は、その組合せの幾つかの例を示すものである。図１６（ａ）は、可動体の先端面の面積を広くし、伝達気体圧は矩形軸側伝達気体供給路を介して駆動気体圧とは独立に供給される。（ｂ）は、可動体の先端面の面積を大きくし、伝達気体圧は軸側伝達気体供給路を介して駆動気体圧とは独立に供給される。これに対し、図１６（ｃ），（ｄ）は、可動体の底面の面積を狭くしたものである。
【実施例９】
【００９７】
気体制御アクチュエータの可動部の先端面とテーブルの気体受面との間の伝達隙間に供給される伝達気体圧を介してテーブルに駆動力を与える場合に、気体受面における実効負荷力を向上させ更なる他の方法として、スリーブ状の可動体を用い、その中心穴に駆動気体圧を有する気体を通し、気体受面に駆動気体圧を直接及ぼす方法を用いることができる。図１７はそのような構成の気体制御アクチュエータ３２０、３４０を示す。ここで、図８等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。
【００９８】
図１７における気体制御アクチュエータ３２０は、スリーブ状の第１可動体３２２、第２可動体３３０を用いる。第１可動体３２２は、案内部２０２に案内される可動スリーブで、軸に垂直な断面がリング状で比較的薄肉の外周部３２４と、それに囲まれる中心穴３２６を有する。第１可動体３２２の外周部３２４の先端は、曲面座３２８となっている。第２可動体３３０は、第１可動体３２２と同様な断面がリング状で比較的薄肉の外周部と、それに囲まれる中心穴を有し、その外周部の底面は曲面座３２８によって支持される曲面を有する。つまり、中心穴は、第１可動体３２２と第２可動体３３０を通して同じ大きさで軸方向に通っている。また、案内部２０２の底面で、第１可動体３２２の外周部３２４の底面に対応する部分に、スリーブ移動用気体圧を有する気体の供給口ＣＰ４が設けられる。ＣＰ４は、中心穴３２６に供給される駆動気体圧の気体の供給口とは別に設けられる。ＣＰ１からの気体とＣＰ４からの気体を分離するため、案内部２０２の底面部には、仕切台３３４が設けられる。スリーブ移動用気体圧を有する気体は、気体圧調整部７０から図示されていないスリーブ移動用気体圧制御部を介してＣＰ４に供給される。
【００９９】
この構成において、第１可動体３２２と第２可動体３３０を通して中心穴は気体受面２０８に向かって設けられ、ＣＰ１から供給される駆動気体圧を有する気体は、この中心穴３２６及び第２可動体の中心穴を通って気体受面２０８に向かって流れる。この中心穴３２６の穴面積に駆動気体圧を乗じたものが駆動力となるが、それがそのまま気体受面に及ぼされ、気体受面における負荷力は、駆動力とほぼ同じとなる。
【０１００】
この場合、第２可動体３３０の外周部の先端面３３２は、気体受面２０８と向かい合いその隙間に駆動気体圧の気体が外側の排気側に向かって流れ、その気体を介して矩形軸５４の気体受面２０８が支持される。したがって、駆動気体圧によって気体受面２０８が負荷力を受けてテーブル５０が移動するとその隙間が拡がるが、あまり拡がると、その隙間を通って外部に漏れる気体が増し、負荷力の損失が増加する。そのために、所定の隙間に
維持するため、スリーブ移動用気体圧によって、第１可動体３２２と第２可動体３３０は軸方向に移動される。
【０１０１】
すなわち、スリーブ移動用気体圧制御部は、第１可動体３２２と第２可動体３３０を気体受面の駆動に連動して移動させるように、スリーブ移動用気体圧を制御し、ＣＰ４に供給する機能を有する。このようにすることで、気体受面における実効負荷力を、ほぼ駆動力と同じにすることができる。
【０１０２】
図１７（ｂ）は、駆動気体圧を調整して、それをスリーブ移動用気体圧として用いる構成の気体制御アクチュエータ３４０を示す図である。第１可動体３２２と第２可動体３３０の移動量は、気体受面２０８の移動量に連動させる必要があるが、気体受面２０８の移動量は駆動気体圧に応じて変化するので、駆動気体圧を適当に調整して、これをスリーブ移動用気体圧として用いることができる。図１７（ｂ）では、第１可動体３４２の外周部３４４における底面の気体圧受面積を適当な広さに設定する。そして、その気体圧受面積の所に、駆動気体圧の気体を導入する。導入路は、中心穴３４６の仕切台３３４と第１可動体３４２の外周部との隙間を利用できる。気体圧受面積の広さは、第２可動体３３０の外周部の先端面３３２と気体受面２０８との間の隙間を一定に保つように、気体受面２０８の移動に連動して第１可動体３２２と第２可動体３３０が移動するのに必要な力を受ける面積に設定される。この構成により、スリーブ移動用気体圧制御部を省略することができる。
【実施例１０】
【０１０３】
気体制御アクチュエータの可動部の先端面とテーブルの気体受面との間の伝達隙間に供給される伝達気体圧を介してテーブルに駆動力を与える場合に、可動体をダイヤフラムの先端に接続し、ダイヤフラムの内管部に供給される駆動気体圧で可動体を駆動する方法によっても、気体受面に対する負荷力を駆動力とほぼ同じにすることができる。図１８は、そのような構成の気体制御アクチュエータ３５０を示す図である。ここで図８等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。
【０１０４】
気体制御アクチュエータ３５０において、可動体３５２は、ダイヤフラム３５４の先端に取り付けられ、ダイヤフラム３５４の管の内部３５６には、ＣＰ１から可撓管３５８を通して駆動気体圧が供給される。そして、矩形軸５４のタンク５６から絞り部５８、軸側伝達気体供給路６０を介し、可動体３５２の先端面２１０と気体受面２０８との間の隙間に伝達気体圧を有する気体が導かれる。この構成では、駆動気体圧を有する気体はダイヤフラム３５４の管の内部３５６に閉じ込められ、外部に漏れないので、気体受面２０８には駆動気体圧による駆動力にほぼ等しい負荷力が伝達される。また、テーブル５０の回転に対しては、可撓管３５８の弾性によって、可動体３５２は滑らかに追従することができる。
【実施例１１】
【０１０５】
気体制御アクチュエータの可動部の先端面とテーブルの気体受面との間の伝達隙間に供給される伝達気体圧を介してテーブルに駆動力を与える場合に、テーブルの回転移動の加速度が小さいとき、すなわちテーブルに与える力が小さくて済む場合には、駆動気体圧による駆動よりも、フォースモータあるいはボイスコイルモータのような電磁モータによる駆動を用いることができる。図１９は、そのような構成の気体制御アクチュエータ３６０を示す図である。ここで図８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。
【０１０６】
ここで、気体制御アクチュエータ３６０は、図８において第１可動体２０４がＣＰ１からの駆動気体圧によって駆動されたのに代わり、フォースモータ３６２によって駆動されるものである。フォースモータ３６２は、本体部２４に取付けられたヨーク３６４に設けられた磁石３６６と、これと協働してＹ方向の推力を生じさせるコイル３６８と、一方端にコイル３６８が取付けられ他方端が第１可動体２０４の底面に取付けられる移動体３７０を含んで構成される。コイル３６８のリード線は、外部に取り出され、図示されていないモータ駆動制御部に接続される。モータ駆動制御部は、テーブル制御部８０からの制御信号に応じ、フォースモータ３６２の駆動力を制御する機能を有する回路である。この場合は、図２におけるサーボ弁２２への制御信号を、各フォースモータへの制御信号と読み替えることができる。
【０１０７】
第２可動体２０６の先端面２１０と気体受面２０８との間の隙間には、図８で説明したと同様に、伝達気体圧を有する気体が導かれる。そして、この伝達気体圧による押し戻し力に釣り合うように、本体部２４のＣＰ２から伝達気体圧を有する気体が第１可動体２０４の底面に対し供給される。これにより、第１可動体２０４、第２可動体２０６のＹ方向の駆動力は、伝達気体圧の影響が相殺され、フォースモータ３６２の電気的に制御された精密なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】移動対象物と気体制御アクチュエータの先端部との隙間に気体を導入する構成の移動機構において、移動対象物が受ける負荷力Ｆと、気体制御アクチュエータの駆動力Ｐ・Ａとの関係を示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態における気体制御回転移動装置の構成図である。
【図３】本発明に係る実施の形態における回転移動制御のブロック線図である。
【図４】本発明に係る実施の形態において、テーブル部の各サーボ弁及びセンサを取り外した状態の断面図である。
【図５】図４の状態からさらに、テーブルの上板を取り外した状態の上面図である。
【図６】本発明に係る実施の形態において、絞り部として好ましい２つの例を示す図である。
【図７】本発明に係る実施の形態において、その他の絞り部の例を示す図である。
【図８】本発明に係る実施の形態において、気体制御アクチュエータの周辺の断面図である。
【図９】実施例２を示す図である。
【図１０】実施例３を示す図である。
【図１１】実施例４を示す図である。
【図１２】実施例５を示す図である。
【図１３】実施例６を示す図である。
【図１４】実施例７を示す図である。
【図１５】実施例８を示す図である。
【図１６】実施例を組合せた実施例を示す図である。
【図１７】実施例９を示す図である。
【図１８】実施例１０を示す図である。
【図１９】実施例１１を示す図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１０ 気体制御回転移動装置、２０ テーブル機構部、２２ サーボ弁、２４ 本体部、２５ 取付部、２６ 矩形穴、２８ 気体軸受用気体供給溝、３０ 排気溝、３２ 真空引き溝、３４ 気体軸受用気体供給穴、３６ 排気穴、３８ 真空引き穴、４０ 接続口、４２，４４，４６ 流路、５０ テーブル、５２ 上板、５３ 下板、５４ 矩形軸、５６ タンク、５８、２５８ 絞り部、６０ 軸側伝達気体供給路、７０ 気体圧調整部、７２，７３ 圧力制御弁、７４，７５ 調整用タンク、８０ テーブル制御部、８２ 回転移動制御部、８４ Ｄ／Ａ変換部、８６ パワーアンプ、８８ センサ、９０ 回転移動の指令，９２，９６，１０２ 減算器、９４ 位置制御器、９８ 速度制御器、１００ 速度リミッタ、１０１ 加速度リミッタ、１０４ 加速度制御器、１０６ センサアンプ、１０８ 微分器、１１０ ２回微分器、１２０ 気体源、１６０，２０４，２０６，２１２，２３２，２４２，２５２、２７２、２９２、２９４，３０２，３１２，３２２，３３０，３４２，３５２ 可動体，２００，２３０，２４０，２５０，２７０，２８０、２９０，３００，３１０，３２０，３４０，３５０，３６０ 気体制御アクチュエータ、２０２ 案内部、２０８ 気体受面、２１０，２７４，３０４，３３２ 先端面、２１２，２１４，２１８，２２０，２２２，２５４，２６０，３０８ 供給路、２１６，２５６ 内部タンク、２３４，２４４ 可動部側伝達気体供給路、２６４ 底面曲面、２６６，２６８ 曲面座曲面、３０６，３１４ 底面部、３１８ カラー部材、３２４，３４４ 外周部、３２６，３４６ 中心穴、３２８ 曲面座、３３４ 仕切台、３５４ ダイヤフラム、３５６ 内部、３５８ 可撓管、３６２ フォースモータ、３６４ ヨーク、３６６ 磁石、３６８ コイル、３７０ 移動体。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多角形軸を有し、軸方向に垂直な平面内で移動可能なテーブルと、
テーブルの多角形軸の各辺に対応してそれぞれ設けられるアクチュエータであって、案内部に案内され駆動気体圧で駆動される可動部を有し、多角形軸の対応する辺を気体受面として、可動部の先端面と気体受面との間に供給される伝達気体圧を介して多角形軸に駆動力を与える複数の気体制御アクチュエータと、
各気体制御アクチュエータを制御し、多角形軸の各辺に与えられる駆動力の協働によって、テーブルの平面内移動又は軸周りの任意角度の回転の少なくともいずれか１の制御を含むテーブル制御部と、
を備え、さらに、
各気体制御アクチュエータに対応してそれぞれ、
可動部の先端面と気体受面との間の隙間に伝達気体圧を供給する伝達気体供給路と、
伝達気体圧を、可動部に対する駆動気体圧より大きい気体圧で、かつ、可動部先端面の面積に伝達気体圧を乗じて得られる負荷力から、可動部の先端面と気体受面との間の隙間に応じて外部に流れる気体による駆動力損失を差し引いた実効負荷力が可動部に対する駆動力と同じまたはそれより小さくなる気体圧に制御する伝達気体圧制御手段と、
を有することを特徴とする気体制御回転移動装置。
【請求項２】
多角形軸を有し、軸方向に垂直な平面内で移動可能なテーブルと、
テーブルの多角形軸の各辺に対応してそれぞれ設けられるアクチュエータであって、案内部に案内され駆動気体圧で駆動される可動部を有し、多角形軸の対応する辺を気体受面として、可動部の先端面と気体受面との間に供給される伝達気体の層を介して多角形軸に駆動力を与える複数の気体制御アクチュエータと、
各気体制御アクチュエータを制御し、多角形軸の各辺に与えられる駆動力の協働によって、テーブルの平面内移動又は軸周りの任意角度の回転の少なくともいずれか１の制御を含むテーブル制御部と、
可動部の先端面と気体受面との間の隙間に伝達気体圧として駆動気体圧を供給する伝達気体供給路と、
を備え、
各可動部の先端面は、可動体の駆動気体圧を受ける駆動気体圧面の面積より広く、かつ、その先端面の広い面積に伝達気体圧を乗じて得られる負荷力から、可動部の先端面と気体受面との間の隙間に応じて外部に流れる気体による駆動力損失を差し引いた実効負荷力が可動部に対する駆動力と同じまたはそれより小さくなる面積を有することを特徴とする気体制御回転移動装置。
【請求項３】
多角形軸を有し、軸方向に垂直な平面内で移動可能なテーブルと、
テーブルの多角形軸の各辺に対応してそれぞれ設けられるアクチュエータであって、
案内部に案内されるスリーブ状の可動部を有し、多角形軸の対応する辺を気体受面として、スリーブ状の可動部の中心穴を通って気体受面に供給される駆動気体圧によって気体受面に駆動力を与え、スリーブ状の可動部の中心穴からスリーブ状の可動部の先端面と気体受面との間の隙間を通って外部に流れる気体によって気体受面を支持する複数の気体制御アクチュエータと、
各気体制御アクチュエータを制御し、多角形軸の各辺に与えられる駆動力の協働によって、テーブルの平面内移動又は軸周りの任意角度の回転の少なくともいずれか１の制御を含むテーブル制御部と、
を備え、さらに、
各気体制御アクチュエータに対応してそれぞれ、
スリーブ状の可動部に対し、スリーブ移動気体圧によって気体受面の駆動に連動して移動させるスリーブ移動気体圧を供給する供給手段を有することを特徴とする気体制御回転移動装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の気体制御回転移動装置において、
伝達気体供給路に設けられる絞りを有することを特徴とする気体制御回転移動装置。
【請求項５】
請求項１、２、４のいずれか１に記載の気体制御回転移動装置において、
伝達気体供給路は、
伝達気体圧の供給源から多角形軸の内部を通り対応する気体受面に他方側の開口を有する軸側伝達気体供給路、又は伝達気体圧供給源から可動部の内部を通り可動部の先端面に他方側の開口を有する可動部側伝達気体供給路であることを特徴とする気体制御回転移動装置。
【請求項６】
請求項１から３のいずれか１に記載の気体制御回転移動装置において、
可動部は、可動方向に沿って配置される複数の可動体を有し、
気体受面に向かい合う先端可動体は、その底面が曲面で、これに対応する任意の曲率を有する曲面座で支持される曲面可動体であることを特徴とする気体制御回転移動装置。
【請求項７】
請求項６に記載の気体制御回転移動装置において、
先端可動体は、その底面曲面と曲面座との間の曲面隙間に供給される曲面支持気体圧で支持されることを特徴とする気体制御回転移動装置。
【請求項８】
請求項１、２、３のいずれか１に記載する気体制御回転移動装置において、
テーブル制御部は、位置又は角度指令、速度又は角速度指令、加速度又は角加速度指令の少なくとも１つの指令に、その上限を制限するリミッタを有することを特徴とする気体制御回転移動装置。
【請求項９】
案内部に案内され駆動気体圧で駆動され、その先端面と移動対象物の気体受面との間に供給される伝達気体圧を介して移動対象物に駆動力を与える可動部と、
伝達気体圧を、可動部に対する駆動気体圧より大きい気体圧で、かつ、可動部先端面の面積に伝達気体圧を乗じて得られる負荷力から、可動部の先端面と気体受面との間の隙間に応じて外部に流れる気体による駆動力損失を差し引いた実効負荷力が可動部に対する駆動力と同じまたはそれより小さくなる気体圧に制御する伝達気体圧制御手段と、
可動部の先端面と気体受面との間の隙間に伝達気体圧を供給する伝達気体供給路と、
を有することを特徴とする気体制御アクチュエータ。
【請求項１０】
案内部に案内され駆動気体圧で駆動され、その先端面と移動対象物の気体受面との間に供給される伝達気体圧を介して移動対象物に駆動力を与える可動部と、
可動部の先端面と気体受面との間の隙間に伝達気体圧として駆動気体圧を供給する伝達気体供給路と、
を備え、
可動部の先端面は、可動体の駆動気体圧を受ける駆動気体圧面の面積より広く、かつ、その先端面の広い面積に伝達気体圧を乗じて得られる負荷力から、可動部の先端面と気体受面との間の隙間に応じて外部に流れる気体による駆動力損失を差し引いた実効負荷力が可動部に対する駆動力と同じまたはそれより小さくなる面積を有することを特徴とする気体制御アクチュエータ。
【請求項１１】
案内部に案内されるスリーブ状の可動部であって、スリーブ状の可動部の中心穴を通って移動対象物の気体受面に供給される駆動気体圧によって移動対象物に駆動力を与え、スリーブ状の可動部の中心穴からスリーブ状の可動部の先端面と気体受面との間の隙間を通って外部に流れる気体によって移動対象物を支持するスリーブ状の可動部と、
スリーブ状の可動部に対し、スリーブ移動気体圧によって気体受面の駆動に連動して移動させるスリーブ移動気体圧を供給する供給手段と、
を有することを特徴とする気体制御アクチュエータ。
【請求項１２】
請求項９、１０、１１に記載の気体制御アクチュエータにおいて、
可動部は、可動方向に沿って配置される複数の可動体を有し、
気体受面に向かい合う先端可動体は、その底面が曲面で、これに対応する任意の曲率を有する曲面座で支持される曲面可動体であることを特徴とする気体制御アクチュエータ。
【請求項１】
多角形軸を有し、軸方向に垂直な平面内で移動可能なテーブルと、
テーブルの多角形軸の各辺に対応してそれぞれ設けられるアクチュエータであって、案内部に案内され駆動気体圧で駆動される可動部を有し、多角形軸の対応する辺を気体受面として、可動部の先端面と気体受面との間に供給される伝達気体圧を介して多角形軸に駆動力を与える複数の気体制御アクチュエータと、
各気体制御アクチュエータを制御し、多角形軸の各辺に与えられる駆動力の協働によって、テーブルの平面内移動又は軸周りの任意角度の回転の少なくともいずれか１の制御を含むテーブル制御部と、
を備え、さらに、
各気体制御アクチュエータに対応してそれぞれ、
可動部の先端面と気体受面との間の隙間に伝達気体圧を供給する伝達気体供給路と、
伝達気体圧を、可動部に対する駆動気体圧より大きい気体圧で、かつ、可動部先端面の面積に伝達気体圧を乗じて得られる負荷力から、可動部の先端面と気体受面との間の隙間に応じて外部に流れる気体による駆動力損失を差し引いた実効負荷力が可動部に対する駆動力と同じまたはそれより小さくなる気体圧に制御する伝達気体圧制御手段と、
を有することを特徴とする気体制御回転移動装置。
【請求項２】
多角形軸を有し、軸方向に垂直な平面内で移動可能なテーブルと、
テーブルの多角形軸の各辺に対応してそれぞれ設けられるアクチュエータであって、案内部に案内され駆動気体圧で駆動される可動部を有し、多角形軸の対応する辺を気体受面として、可動部の先端面と気体受面との間に供給される伝達気体の層を介して多角形軸に駆動力を与える複数の気体制御アクチュエータと、
各気体制御アクチュエータを制御し、多角形軸の各辺に与えられる駆動力の協働によって、テーブルの平面内移動又は軸周りの任意角度の回転の少なくともいずれか１の制御を含むテーブル制御部と、
可動部の先端面と気体受面との間の隙間に伝達気体圧として駆動気体圧を供給する伝達気体供給路と、
を備え、
各可動部の先端面は、可動体の駆動気体圧を受ける駆動気体圧面の面積より広く、かつ、その先端面の広い面積に伝達気体圧を乗じて得られる負荷力から、可動部の先端面と気体受面との間の隙間に応じて外部に流れる気体による駆動力損失を差し引いた実効負荷力が可動部に対する駆動力と同じまたはそれより小さくなる面積を有することを特徴とする気体制御回転移動装置。
【請求項３】
多角形軸を有し、軸方向に垂直な平面内で移動可能なテーブルと、
テーブルの多角形軸の各辺に対応してそれぞれ設けられるアクチュエータであって、
案内部に案内されるスリーブ状の可動部を有し、多角形軸の対応する辺を気体受面として、スリーブ状の可動部の中心穴を通って気体受面に供給される駆動気体圧によって気体受面に駆動力を与え、スリーブ状の可動部の中心穴からスリーブ状の可動部の先端面と気体受面との間の隙間を通って外部に流れる気体によって気体受面を支持する複数の気体制御アクチュエータと、
各気体制御アクチュエータを制御し、多角形軸の各辺に与えられる駆動力の協働によって、テーブルの平面内移動又は軸周りの任意角度の回転の少なくともいずれか１の制御を含むテーブル制御部と、
を備え、さらに、
各気体制御アクチュエータに対応してそれぞれ、
スリーブ状の可動部に対し、スリーブ移動気体圧によって気体受面の駆動に連動して移動させるスリーブ移動気体圧を供給する供給手段を有することを特徴とする気体制御回転移動装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の気体制御回転移動装置において、
伝達気体供給路に設けられる絞りを有することを特徴とする気体制御回転移動装置。
【請求項５】
請求項１、２、４のいずれか１に記載の気体制御回転移動装置において、
伝達気体供給路は、
伝達気体圧の供給源から多角形軸の内部を通り対応する気体受面に他方側の開口を有する軸側伝達気体供給路、又は伝達気体圧供給源から可動部の内部を通り可動部の先端面に他方側の開口を有する可動部側伝達気体供給路であることを特徴とする気体制御回転移動装置。
【請求項６】
請求項１から３のいずれか１に記載の気体制御回転移動装置において、
可動部は、可動方向に沿って配置される複数の可動体を有し、
気体受面に向かい合う先端可動体は、その底面が曲面で、これに対応する任意の曲率を有する曲面座で支持される曲面可動体であることを特徴とする気体制御回転移動装置。
【請求項７】
請求項６に記載の気体制御回転移動装置において、
先端可動体は、その底面曲面と曲面座との間の曲面隙間に供給される曲面支持気体圧で支持されることを特徴とする気体制御回転移動装置。
【請求項８】
請求項１、２、３のいずれか１に記載する気体制御回転移動装置において、
テーブル制御部は、位置又は角度指令、速度又は角速度指令、加速度又は角加速度指令の少なくとも１つの指令に、その上限を制限するリミッタを有することを特徴とする気体制御回転移動装置。
【請求項９】
案内部に案内され駆動気体圧で駆動され、その先端面と移動対象物の気体受面との間に供給される伝達気体圧を介して移動対象物に駆動力を与える可動部と、
伝達気体圧を、可動部に対する駆動気体圧より大きい気体圧で、かつ、可動部先端面の面積に伝達気体圧を乗じて得られる負荷力から、可動部の先端面と気体受面との間の隙間に応じて外部に流れる気体による駆動力損失を差し引いた実効負荷力が可動部に対する駆動力と同じまたはそれより小さくなる気体圧に制御する伝達気体圧制御手段と、
可動部の先端面と気体受面との間の隙間に伝達気体圧を供給する伝達気体供給路と、
を有することを特徴とする気体制御アクチュエータ。
【請求項１０】
案内部に案内され駆動気体圧で駆動され、その先端面と移動対象物の気体受面との間に供給される伝達気体圧を介して移動対象物に駆動力を与える可動部と、
可動部の先端面と気体受面との間の隙間に伝達気体圧として駆動気体圧を供給する伝達気体供給路と、
を備え、
可動部の先端面は、可動体の駆動気体圧を受ける駆動気体圧面の面積より広く、かつ、その先端面の広い面積に伝達気体圧を乗じて得られる負荷力から、可動部の先端面と気体受面との間の隙間に応じて外部に流れる気体による駆動力損失を差し引いた実効負荷力が可動部に対する駆動力と同じまたはそれより小さくなる面積を有することを特徴とする気体制御アクチュエータ。
【請求項１１】
案内部に案内されるスリーブ状の可動部であって、スリーブ状の可動部の中心穴を通って移動対象物の気体受面に供給される駆動気体圧によって移動対象物に駆動力を与え、スリーブ状の可動部の中心穴からスリーブ状の可動部の先端面と気体受面との間の隙間を通って外部に流れる気体によって移動対象物を支持するスリーブ状の可動部と、
スリーブ状の可動部に対し、スリーブ移動気体圧によって気体受面の駆動に連動して移動させるスリーブ移動気体圧を供給する供給手段と、
を有することを特徴とする気体制御アクチュエータ。
【請求項１２】
請求項９、１０、１１に記載の気体制御アクチュエータにおいて、
可動部は、可動方向に沿って配置される複数の可動体を有し、
気体受面に向かい合う先端可動体は、その底面が曲面で、これに対応する任意の曲率を有する曲面座で支持される曲面可動体であることを特徴とする気体制御アクチュエータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２００６−３０９６５４（Ｐ２００６−３０９６５４Ａ）
【公開日】平成１８年１１月９日（２００６．１１．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１３４１２３（Ｐ２００５−１３４１２３）
【出願日】平成１７年５月２日（２００５．５．２）
【出願人】（５０３０９４０７０）ピー・エス・シー株式会社 (36)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月９日（２００６．１１．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月２日（２００５．５．２）
【出願人】（５０３０９４０７０）ピー・エス・シー株式会社 (36)
【Ｆターム（参考）】
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