(57)【要約】【課題】簡単な構造で制御し易く、回転力が発生しない複合アクチュエータを提供することである。【解決手段】複合アクチュエータは、ボイスコイルモータ１０と気体アクチュエータより成る。ボイスコイルモータ１０は、カップ状外側ヨーク１２と、円柱状内側ヨーク１３と、内側ヨーク１３の外周に設けられた永久磁石１１と、この永久磁石１１と外側ヨーク１２との間に配置されたコイル１４から成る。気体アクチュエータ２０は、トレー状の基板２１と、この基板２１の内周と前記内側ヨーク１３との間に気密に設けダイヤフラム２４より成り、前記コイル１４は基板２１の上面に一体に設けられたボビン１５に巻回されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カップ状外側ヨークの内面に内側ヨークを設け、この内側ヨークの適宜個所に永久磁石を固定し、外側ヨークのスカート部と内側ヨークとの間に前記永久磁石に対向するコイルを配置したボイスコイルモータと、トレー状基板の内周部と前記内側ヨークとの間にダイヤフラムを気密に取り付け、前記内側ヨーク内面とダイヤフラム及び基板によって区画される圧力室を形成した気体アクチュエータより成り、前記基板とコイルのボビンを一体とした複合アクチュエータ。
【請求項２】
カップ状外側ヨークの内面に内側ヨークを設け、この内側ヨークの適宜個所に永久磁石を固定し、外側ヨークのスカート部と内側ヨークとの間に前記永久磁石に対向するコイルを配置したボイスコイルモータと、トレー状基板の外周から上方に一体に延びる前記コイルのボビンと前記外側ヨークのスカート部との間にダイヤフラムを気密に取り付け、前記外側ヨーク内面と内側ヨーク及び基板とによって区画される圧力室を形成した気体アクチュエータより成る複合アクチュエータ。
【請求項３】
前記コイルに近接して前記基板を回周する冷却液の通路を設けた請求項１または２に記載の複合アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術分野】
この発明は、超精密加工装置、例えば半導体製造装置などの除振に用いられる複合アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のアクチュエータとして、空気バネとリニアモータ（ボイスコイルモータ）を組合せた構造がよく知られ、多くの提案がなされている。例えば特許文献１には、空気バネとリニアモータを直列的に接続した除振装置が開示されている。この除振装置では、空気バネとリニアモータの駆動方向が直交しているため、制御が難しくまたリニアモータのコイル支持枠が片持ちになっているため、回転力が発生する問題がある。
【０００３】
また、特許文献２には、空気バネとボイスコイルモータの一方の内部に他方を備え付ける防振装置が開示されている。しかしながら、この防振装置では、ボイスコイルモータの発熱によって、空気バネの内部または外部から加熱され易い構造になっているため、空気バネの圧力が大きく変動する問題がある。
【０００４】
特許文献３には、ケーシング中で弾性部材によって作用部材を支持する気体アクチュエータを構成し、前記ケーシングに固定されたコイル部の上下に対向配置された永久磁石を有するフレームを前記作用部材に固定したリニアアクチュエータから成るハイブリッドアクチュエータが開示されている。このハイブリッドアクチュエータでは、気体アクチュエータはＺ軸方向、リニアアクチュエータはＸ軸方向の推力を有するため、制御が複雑になるほか、構造も複雑になる問題がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−２８５１７６号公報（段落００１３、００１９、図８、図９）
【特許文献２】
特開平５−３４０４４４号公報（段落００２６、００２７、００２８、００２９、００３１、００３２、図１、図２）
【特許文献３】
特開２００２−１２２１８０号公報（段落０００６、０００７、０００８、図１）
【０００６】
【発明の課題】
そこで、この発明の課題は、簡単な構造で制御し易く、回転力が発生しない複合アクチュエータを提供することである。
【０００７】
【課題の解決手段】
上記の課題を解決するために、この発明においては、カップ状外側ヨークの内面に内側ヨークを設け、この内側ヨークの適宜個所に永久磁石を固定し、外側ヨークのスカート部と内側ヨークとの間に前記永久磁石に対向するコイルを配置したボイスコイルモータと、トレー状基板の内周部と前記内側ヨークとの間にダイヤフラムを気密に取り付け、前記内側ヨークの内面とダイヤフラム及び基板によって区画された圧力室を形成した気体アクチュエータとによって複合アクチュエータを構成し、前記基板とコイルのボビンを一体としたのである。
【０００８】
前記ダイヤフラムを外側ヨークのスカート部とコイルを取り付けたボビンとの間に気密に設けてもよい。この場合には、外側ヨーク内面と内側ヨーク及び基板とによって、気体アクチュエータの圧力室が形成される。
【０００９】
また、前記コイルに近接して前記基板を回周する冷却液の通路を設けておくことができる。
【００１０】
【実施の形態】
以下、この発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１に示すように、複合アクチュエータは、ボイスコイルモータ１０と気体アクチュエータ２０より成る。前記ボイスコイルモータ１０は、トレー状またはカップ状の外側ヨーク１２と、外側ヨーク１２の内面に固定された円柱状内側ヨーク１３と、内側ヨーク１３の外周に固定されたリング状永久磁石１１と、前記外側ヨーク１２のスカート部１２ａと永久磁石１１の外周に対向しかつ所定の間隔をあけて設けられたコイル１４より成る。
【００１１】
前記気体アクチュエータ２０は、トレー状またはカップ状の基板２１と、基板２１の側壁２２から内側に突出するフランジ部２３と前記内側ヨーク１３の間に設けられたダイヤフラム２４より成り、前記基板２１の内面、ダイヤフラム２４、内側ヨーク１３の下面で囲まれた内部空間が気密な圧力室２５を形成している。そして、前記コイル１４を保持するボビン１５は基板２１のフランジ部２３と一体化されている。
【００１２】
図１及び図２に示すように、前記ダイヤフラム２４の外側フランジ２４ａに設けられた突条２４ｂは、基板２１のフランジ部２３内面と支持リング２６ａによって挟持され、内側フランジ２４ｃは、内側ヨーク１３の下面と支持リング２６ｂによって挟持され、断面略半円形状可動膜部２４ｄにより基板２１に対してヨーク１２、１３及び磁石１１が一体にＺ軸方向に移動可能に支持されている。なおダイヤフラム２４は、図示のようなリング状であってもよいが、中央に空間のない一枚物でもよい。
【００１３】
前記基板２１のフランジ部２３には、冷却液の回周通路２７がコイル１４に近接して設けられている。この通路２７には、冷却液の供給孔２７ａが設けられている。また、前記圧力室２５には、圧力気体例えば圧縮空気の供給孔２５ａが連通している。
【００１４】
図３にこの発明の他の実施形態を示す。図示のように、気体アクチュエータ２０の基板２１と一体に設けられたボビン１５を延長してその先端にダイヤフラム２４の内側フランジ２４ｃが支持リング２６ｂによって挟持され、外側フランジ２４ａは外側ヨーク１２のスカート部１２ａの中途部分に挟持されている。そして、圧力室２５は、基板２１及びボビン１５の内面と、内側ヨーク１３の下面と外周面及び磁石１１の外周面と、外側ヨーク１２の下面及びスカート部１２ａの内面上部とによって区画される空間に形成される。
【００１５】
図４は、複合アクチュエータのさらに他の実施形態を示す。図示のように、円板状永久磁石１１がカップ状外側ヨーク１２の内面に固定され、永久磁石１１の下面に内側ヨーク１３が固定されている。この実施形態は、図１の永久磁石１１に代えて、円板状永久磁石１１を外側ヨーク１２と内側ヨーク１３の間に配置したものである。同様に、図３の実施形態に代えて、外側ヨーク１２と内側ヨーク１３の間に円板状永久磁石１１を配置してもよく、或は内側ヨーク１３の下面に円板状永久磁石１１を固着してもよい。
【００１６】
なお、図示しないが、外側ヨーク１２または内側ヨーク１３の変位及び加速度を検出するセンサを適宜個所に取り付けることができる。そしてセンサの信号を適当な制御装置に入力し、この発明の複合アクチュエータを制御する。いま、圧力室２５に供給孔２５ａから圧縮気体を送り込み気体圧を適宜調節すると、内側ヨーク１３に対してＺ軸方向の推力が働く。一方コイル１４に電流を流すことによっても、フレミングの法則により、内側ヨーク１３に対してＺ軸方向の推力が働く。これらの推力を前記センサの信号に対応して制御することにより、半導体製造装置などの振動発生源の除振を行なうことができる。
【００１７】
【発明の効果】
この発明によれば、以上のように、縦型のボイスコイルモータの内側または外側ヨークにダイヤフラムを介して気体アクチュエータを直列に配置したので、コンパクトで小型の複合アクチュエータが得られ、外側ヨークにも余分なフランジなどを必要としないので剛性が高く、またボイスコイルモータと気体アクチュエータの推力軸が一致するため制御が容易である。
【００１８】
さらに、ボイスコイルモータのコイル部が気体アクチュエータの外部に配置されているため、ボイスコイルモータが気体圧力の影響を受けず、かつコイル部の発熱による気体の加熱膨脹によって気体アクチュエータの圧力変動が生じることが少なく、安定した性能の複合アクチュエータが得られる。また、コイル部の冷却機構を設けることによって、さらに性能を安定させることができる。
【００１９】
そのほか、内側ヨークまたは外側ヨークとこれらに対向する気体アクチュエータの基板とに挟まれた構造のダイヤフラムを用いているので、ベローズなどに比較すると、上下変位に対する有効受圧面積が等しく圧力に比例した推力を出すことができるため制御し易く、圧力による水平位置変動が少なく、水平方向の変位後の戻りも早く、水平位置安定性、位置再現性が良好である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の複合アクチュエータの一例を示す縦断面図
【図２】気体アクチュエータに用いるダイヤフラムの平面図
【図３】複合アクチュエータの他の例を示す縦断面図
【図４】複合アクチュエータのさらに他の例を示す縦断面図
【符号の説明】
１０  ボイスコイルモータ
１１  永久磁石
１２  外側ヨーク
１２ａ  スカート部
１３  内側ヨーク
１４  コイル
１５  ボビン
２０  気体アクチュエータ
２１  基板
２２  側壁
２３  フランジ部
２４  ダイヤフラム
２４ａ  外側フランジ
２４ｂ  突条
２４ｃ  内側フランジ
２４ｄ  可動膜
２５  圧力室
２５ａ  気体供給孔
２６ａ、２６ｂ  支持リング
２７  冷却液回周通路
２７ａ  冷却液供給孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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