(57)【要約】  気体圧制御アクチュエータ（１００）は、案内部（１０２）に取り付けられた支持軸（２２）に、雲形バネと円環状平板とを含む円環状平板可動子（２０）が複数支持される。出力可動子（１０４）は押付力用気体圧Ｐ２による押付力を複数の円環状平板可動子（２０）に与える。雲形バネは、気体が流れることができる窓を有し支持軸（２２）の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい。制御気体圧Ｐ１を有する気体は、案内部（５２）の底面の供給口（５４）から複数の円環状平板可動子（２０）の各雲形バネの窓を通って、隣接する円環状平板可動子（２０）の間の隙間を流れる。制御気体圧Ｐ１を制御し、押付力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る。全移動量範囲は、軸方向に沿った隙間の数を増加することで拡大される。
2007077878.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
案内部に案内されて軸方向に気体圧によって駆動されるピストン型可動子と、
ピストン型可動子の先端に軸方向に延びて取り付けられる支持軸と、
平板可動子であって、気体が流れることができる窓を有し支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して、平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される平板可動子と、
を有し、平板可動子が気体層を介して駆動対象物に駆動力を及ぼすことを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項２】
請求の範囲１に記載の気体圧制御アクチュエータにおいて、
平板可動子の一方側平板面とピストン型可動子の先端面との間の隙間と、平板可動子の他方側平板面とこれに向かい合う駆動対象物の気体受面との間の隙間とに、それぞれ気体を供給して流すための気体供給手段を有することを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項３】
平板可動子であって、気体が流れることができる窓を有し支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して、平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される平板可動子と、
支持軸が底面に取り付けられ、支持軸の先端側の方が開口し、平板可動子を案内する筒状の案内部と、
案内部の底面と平板可動子の一方側平板面との間の隙間と、平板可動子の他方側平板面とこれに向かい合う駆動対象物の気体受面との間の隙間とに、それぞれ気体を供給して流すために、案内部の底面側に設けられる気体供給手段と、
を有し、平板可動子が気体層を介して駆動対象物に駆動力を及ぼすことを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項４】
案内部に案内されて軸方向に気体圧によって駆動されるピストン型可動子と、
ピストン型可動子の先端に軸方向に延びて取り付けられる支持軸と、
支持軸の軸方向に沿って複数整列配置される平板可動子であって、気体が流れることができる窓を有し支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して、平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される複数の平板可動子と、
ピストン型可動子に向かい合う平板可動子の一方側平板面とピストン型可動子の先端面との間の隙間と、隣接する平板可動子の間の隙間と、駆動対象物に向かい合う先端側平板可動子の他方側平板面とこれに向かい合う駆動対象物の気体受面との間の隙間とに、それぞれ気体を供給して流すための気体供給手段と、
を有し、先端側平板可動子が気体層を介して駆動対象物に駆動力を及ぼすことを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項５】
支持軸の軸方向に沿って複数整列配置される平板可動子であって、気体が流れることができる窓を有し支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して、平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される複数の平板可動子と、
支持軸が底面に取り付けられ、支持軸の先端側の方が開口し、複数の平板可動子を案内する筒状の案内部と、
案内部の底面に向かい合う平板可動子の一方側平板面と案内部の底面との間の隙間と、隣接する平板可動子の間の隙間と、駆動対象物に向かい合う先端側平板可動子の他方側平板面とこれに向かい合う駆動対象物の気体受面との間の隙間とに、それぞれ気体を供給して流すために、案内部の底面側に設けられる気体供給手段と、
を有し、先端側平板可動子が気体層を介して駆動対象物に駆動力を及ぼすことを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項６】
案内部に案内されて軸方向に気体圧によって駆動されるピストン型可動子と、
ピストン型可動子の先端に軸方向に延びて取り付けられる支持軸と、
支持軸の軸方向に沿って複数整列配置される平板可動子であって、気体が流れることができる窓を有し、平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される複数の平板可動子と、
ピストン型可動子に向かい合う平板可動子の一方側平板面とピストン型可動子の先端面との間の隙間と、隣接する平板可動子の間の隙間と、駆動対象物に向かい合う先端側平板可動子の他方側平板面とこれに向かい合う駆動対象物の気体受面との間の隙間とに、それぞれ気体を供給して流すための気体供給手段と、
を有し、先端側平板可動子が気体層を介して駆動対象物に駆動力を及ぼすことを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項７】
支持軸の軸方向に軸方向に沿って複数整列配置される平板可動子であって、気体が流れることができる窓を有し、平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される複数の平板可動子と、
支持軸が底面に取り付けられ、支持軸の先端側の方が開口し、複数の平板可動子を案内する筒状の案内部と、
案内部の底面に向かい合う平板可動子の一方側平板面と案内部の底面との間の隙間と、隣接する平板可動子の間の隙間と、駆動対象物に向かい合う先端側平板可動子の他方側平板面とこれに向かい合う駆動対象物の気体受面との間の隙間とに、それぞれ気体を供給して流すために、案内部の底面側に設けられる気体供給手段と、
を有し、先端側平板可動子が気体層を介して駆動対象物に駆動力を及ぼすことを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項８】
請求の範囲１から請求の範囲５のいずれか１に記載の気体圧制御アクチュエータにおいて、
支持部材は、
平板可動子の内径側部分と支持軸との間を接続する雲形状の可撓アームを有する薄板バネであることを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項９】
請求の範囲１から請求の範囲７のいずれか１に記載の気体圧制御アクチュエータにおいて、
平板可動子と支持軸との間の支持部が軸方向に摺動可能であることを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項１０】
請求の範囲４又は請求の範囲７に記載の気体圧制御アクチュエータにおいて、
平板可動子は、
内径側部分に、外径側部分よりも板厚が薄く、隣接する平板可動子の平板面との間で表面絞り隙間を形成する絞り部を有することを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項１１】
請求の範囲２から請求の範囲７のいずれか１に記載の気体圧制御アクチュエータにおいて、
気体供給手段は、
平板可動子に向かって開口する気体供給口と、
気体供給口に設けられ、供給気体の流れを整流する気体絞り部と、
を有することを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項１２】
請求の範囲４又は請求の範囲７に記載の気体圧制御アクチュエータにおいて、
隣接する平板可動子の間に設けられ、隣接する平板可動子との間の隙間を規制するスペーサを備えることを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項１３】
案内部に案内されて軸方向に気体圧によって駆動されるピストン型可動子と、
ピストン型可動子の先端に軸方向に延びて取り付けられる支持軸と、
支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して薄板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される薄板可動子であって、内周側に設けられて気体が流れることができる窓部と、窓部から径方向に外周側に向かって任意の長さで延び、気体が流れるとき気体の流れの抵抗を有するように薄板の表裏に抜けている複数の有端溝とを有する薄板可動子と、
薄板可動子の窓部から各有端溝を通って、薄板可動子の表側と裏側とにおいて向かい合う各平板可動子との間のそれぞれの隙間がほぼ等しくなるように気体を供給し、薄板可動子とピストン可動子との間の隙間と、薄板可動子と駆動対象物との間の隙間に、それぞれ気体を流すための気体供給手段と、
を備え、駆動対象物に駆動力を及ぼすことを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項１４】
支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して薄板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される薄板可動子であって、内周側に設けられて気体が流れることができる窓部と、窓部から径方向に外周側に向かって任意の長さで延び、気体が流れるとき気体の流れの抵抗を有するように薄板の表裏に抜けている複数の有端溝とを有する薄板可動子と、
支持軸が底面に取り付けられ、支持軸の先端側の方が開口し、薄板可動子を案内する筒状の案内部と、
薄板可動子の窓部から各有端溝を通って、薄板可動子の表側と裏側とにおいて向かい合う各平板可動子との間のそれぞれの隙間がほぼ等しくなるように気体を供給し、薄板可動子と案内部の底面との間の隙間と、薄板可動子と駆動対象物との間の隙間に、それぞれ気体を流すための気体供給手段と、
を備え、駆動対象物に駆動力を及ぼすことを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項１５】
請求の範囲１３又は請求の範囲１４に記載の気体圧制御アクチュエータにおいて、
さらに、
薄板可動子の表面側あるいは裏面側の少なくともいずれかに設けられ、支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される平板可動子であって、内周側に設けられて気体が流れることができる窓部を有する平板可動子を備えることを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項１６】
案内部に案内されて軸方向に気体圧によって駆動されるピストン型可動子と、
ピストン型可動子の先端に軸方向に延びて取り付けられる支持軸と、
支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して薄板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される薄板可動子であって、内周側に設けられて気体が流れることができる窓部と、窓部から径方向に外周側に向かって任意の長さで延び、気体が流れるとき気体の流れの抵抗を有するように薄板の表裏に抜けている複数の有端溝とを有する複数の薄板可動子と、
軸方向に沿って薄板可動子と交互に配置され、支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される平板可動子であって、内周側に設けられて気体が流れることができる窓部を有する平板可動子と、
各薄板可動子及び各平板可動子の各窓部から、各薄板可動子の各有端溝を通って、薄板可動子の表側と裏側とにおいて向かい合う各平板可動子との間のそれぞれの隙間がほぼ等しくなるように気体を供給し、薄板可動子又は平板可動子とピストン可動子との間の隙間と、隣接する薄板可動子と平板可動子との間の隙間と、平板可動子又は薄板可動子と駆動対象物との間の隙間に、それぞれ気体を流すための気体供給手段と、
を備え、駆動対象物に駆動力を及ぼすことを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項１７】
支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して薄板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される薄板可動子であって、内周側に設けられて気体が流れることができる窓部と、窓部から径方向に外周側に向かって任意の長さで延び、気体が流れるとき気体の流れの抵抗を有するように薄板の表裏に抜けている複数の有端溝とを有する複数の薄板可動子と、
軸方向に沿って薄板可動子と交互に配置され、支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される平板可動子であって、内周側に設けられて気体が流れることができる窓部を有する平板可動子と、
支持軸が底面に取り付けられ、支持軸の先端側の方が開口し、薄板可動子及び平板可動を案内する筒状の案内部と、
各薄板可動子及び各平板可動子の各窓部から、各薄板可動子の各有端溝を通って、薄板可動子の表側と裏側とにおいて向かい合う各平板可動子との間のそれぞれの隙間がほぼ等しくなるように気体を供給し、薄板可動子又は平板可動子と案内部の底面との間の隙間と、隣接する薄板可動子と平板可動子との間の隙間と、平板可動子又は薄板可動子と駆動対象物との間の隙間に、それぞれ気体を流すための気体供給手段と、
を備え、駆動対象物に駆動力を及ぼすことを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項１８】
請求の範囲１３から請求の範囲１７のいずれか１に記載の気体圧制御アクチュエータにおいて、
薄板可動子に設けられる支持部材は、
薄板可動子の内径側部分と支持軸との間を接続する複数の可撓アームを有する薄板バネであることを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項１９】
請求の範囲１５から請求の範囲１７のいずれか１に記載の気体圧制御アクチュエータにおいて、
平板可動子に設けられる支持部材は、
平板可動子の内径側部分と支持軸との間を接続する複数の可撓アームを有する薄板バネであることを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項２０】
請求の範囲１３から請求の範囲１７のいずれか１に記載の気体圧制御アクチュエータにおいて、
支持部材が支持軸に沿って摺動可能であることを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項２１】
請求の範囲１５から請求の範囲１７のいずれか１に記載の気体圧制御アクチュエータにおいて、
平板可動子は、
窓部の外径側部分に、外周部より薄い板厚を有するステップ状気体導入部、または、窓部からの入口部から外周部に行くにつれて板厚が厚くなるテーパ状気体導入部を有することを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項２２】
請求の範囲１３から請求の範囲１７のいずれか１に記載の気体圧制御アクチュエータにおいて、
気体供給手段は、
窓部に向かって開口する気体供給口と、
気体供給口に設けられ、供給気体の流れを整流する気体絞り部と、
を有することを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項２３】
請求の範囲１６又は請求の範囲１７に記載の気体圧制御アクチュエータにおいて、
隣接する薄板可動子と平板可動子との間に設けられ、隣接する薄板可動子と平板可動子との間の隙間を規制するスペーサを備えることを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項２４】
ベースの気体受壁と、軸の底面部の気体受面との間の軸受隙間に気体を供給して軸をベースに対して浮上させ保持するスラスト気体軸受機構であって、
気体受壁又は気体受面に設けられる気体供給口と、
気体受壁又は気体受面に設けられ、気体供給口を囲む減速用くぼみと、
減速用くぼみを越えて軸受隙間の外周方向に向かって延び終端部を備える気体流路浅溝と、
を含むことを特徴とする気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構。
【請求項２５】
請求の範囲２４に記載の気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構において、
気体供給口は円形開口であり、
減速用くぼみは気体供給口の円形開口と同心で、円形開口の直径より大きな直径を有し、
気体流路浅溝は、気体供給口を中心として放射状に外周方向に向かって延びる複数の浅溝であり、
各気体流路浅溝の終端部は、浅溝の幅よりも円周方向に広がる形状を有することを特徴とする気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構。
【請求項２６】
請求の範囲２４に記載の気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構において、減速用くぼみの深さと気体流路浅溝の深さとが同じであることを特徴とする気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構。
【請求項２７】
請求の範囲２４に記載の気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構において、減速用くぼみは、気体流路浅溝の深さより浅いことを特徴とする気体圧制御アクチュエータ用スラスト気体軸受機構。
【請求項２８】
請求の範囲２４に記載の気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構において、減速用くぼみは、気体供給口のところで気体流路浅溝の深さより浅く、外周に向かってさらに浅くなるテーパくぼみであることを特徴とする気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構。
【請求項２９】
請求の範囲２４から請求の範囲２７のいずれか１に記載の気体圧制御アクチュエータ用気体軸受において、さらに、気体受壁又は気体受面に設けられ、気体供給口を囲み、気体流路浅溝の径方向の長さより短い外径を有し、気体供給口側から外周側に向かって浅くなるテーパくぼみを含むことを特徴とする気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構。
【請求項３０】
支持軸の軸方向に沿って複数整列配置され、支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される平板状可動子であって、気体が流れることができる窓を有する複数の平板状可動子と、
複数の平板状可動子の最先端側可動子に向かい合う気体受面を有し、出力に用いられる出力可動子と、
支持軸が底面に取り付けられ、支持軸の先端側の方が開口する筒状の筐体部と、
最先端側平板状可動子と出力可動子の気体受面との間の隙間と、隣接する平板状可動子の間の各隙間と、最後端側平板状可動子と筐体部の底面との間の隙間とに、それぞれ気体を供給して流す気体供給手段と、
筐体部の先端側開口を覆う蓋部であって、出力可動子の中央部に接して出力可動子の出力を外部に伝達する伝達部と、筐体部の筒状外周部と伝達部とを接続する弾性部材とを有し、筐体部と一体化して出力可動子に押付力を与える蓋部と、
を備え、気体供給手段から制御された気体圧を供給し、押付力と釣り合わせつつ各隙間の間隔を調整して、伝達部から微小変位を出力することを特徴とする気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置。
【請求項３１】
支持軸の軸方向に沿って複数整列配置され、支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して薄板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される薄板可動子であって、気体が流れることができる窓部と、窓部から径方向に延び、気体が流れるとき気体の流れの抵抗を有するように薄板の表裏に抜けている複数の有端溝とを有する複数の薄板可動子と、
軸方向に沿って薄板可動子と交互に配置され、支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される平板可動子であって、気体が流れることができる窓部を有する平板可動子と、
交互に整列配置された薄板可動子及び平板可動子の中の最先端側可動子に向かい合う気体受面を有し、出力に用いられる出力可動子と、
支持軸が底面に取り付けられ、支持軸の先端側の方が開口する筒状の筐体部と、
各薄板可動子及び各平板可動子の各窓部から、各薄板可動子の各有端溝を通って、薄板可動子の表側と裏側とにおいて向かい合う各平板可動子との間のそれぞれの隙間がほぼ等しくなるように気体を供給し、最先端側可動子と出力可動子との間の隙間と、隣接する薄板可動子と平板可動子との間の隙間と、最後端側可動子と筐体部の底面との間の隙間に、それぞれ気体を流すための気体供給手段と、
筐体部の先端側開口を覆う蓋部であって、出力可動子の中央部に接して出力可動子の出力を外部に伝達する伝達部と、筐体部の筒状外周部と伝達部とを接続する弾性部材と、を有し、筐体部と一体化して出力可動子に押付力を与える蓋部と、
を備え、気体供給手段から制御された気体圧を供給し、押付力と釣り合わせつつ各隙間の間隔を調整して、伝達部から微小変位を出力することを特徴とする気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置。
【請求項３２】
請求の範囲３０又は請求の範囲３１に記載の気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、
気体が流れることができる窓部は、気体供給手段からの気体を、支持軸の外径側へ向かって各隙間に供給することを特徴とする気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置。
【請求項３３】
請求の範囲３０に記載の気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、
気体が流れることができる窓部は、気体供給手段からの気体を、支持軸の内径側及び外径側へ向かって各隙間に供給することを特徴とする気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置。
【請求項３４】
請求の範囲３０又は請求の範囲３１に記載の気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、
蓋部は、伝達部の移動軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい弾性部材を有することを特徴とする気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置。
【請求項３５】
請求の範囲３０又は請求の範囲３１に記載の気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、
蓋部は、筐体部の筒状外周部と伝達部とを接続するメンブレム状の弾性部材を有し、筐体部と一体化して気密構造となることを特徴とする気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置。
【請求項３６】
請求の範囲３５に記載の気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、
筐体部は、
気体供給源からの気体を取り入れる取入口と、
外部に気体を排出する排出口と、
排出口に接続され、排気される気体の排気気体圧を調整する排気弁であって、外部気体圧との間の差圧によって蓋部の弾性部材に初期変位を与える任意の排気気体圧とする排気弁と、
を有することを特徴とする気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置。
【請求項３７】
底面と前方開口とを有し、少なくとも一部が磁性体で構成される筒状の案内部と、
案内部に軸方向に移動可能に案内され、少なくとも一部が磁性体で構成される出力可動子と、
出力可動子と案内部の底面との間に配置され、気体が流れることができる窓を有し、磁性体で構成される平板状の複数の中間可動子と、
出力可動子の先端面とこれに向かい合う中間可動子の一方側平板面との間の隙間と、隣接する中間可動子の間の隙間と、案内部の底面とこれに向かい合う中間可動子の他方側平板面との間の隙間とに、それぞれ気体を供給して流すための気体供給手段と、
案内部の底面に向かって気体を圧縮しつつ中間可動子及び出力可動子を押し付ける押付力発生部と、
案内部に設けられ、案内部と出力可動子と複数の中間可動子とともに構成される磁気回路を流れる磁界を発生し、磁界の規制力によって各中間可動子を案内部の中心軸に沿って整列させる磁界発生コイルと、
を備え、気体供給手段から制御された気体圧を供給し、押付力と釣り合わせつつ各隙間の間隔を調整して出力可動子を微小移動させることを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項３８】
請求の範囲３７に記載の気体圧制御アクチュエータにおいて、
中間可動子は、
窓部から径方向に外周側に向かって延びる複数の有端溝を平板面に含む放射状溝付中間可動子であることを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項３９】
請求の範囲３７に記載の気体圧制御アクチュエータにおいて、
中間可動子は、
窓部から径方向に外周側に延び、気体が流れるとき気体の抵抗を有するように平板の表裏に抜けている複数の有端溝を含むスリット溝付中間可動子であることを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項４０】
請求の範囲３９に記載の気体圧制御アクチュエータにおいて、
スリット溝付中間可動子は、溝を含まない平坦な平板面を有する平板可動子と交互に配置されることを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項４１】
請求の範囲３７に記載の気体圧制御アクチュエータにおいて、
中間可動子は、軸方向回りの回転を抑制する回転止め形状を外周に有し、
案内部は、中間可動子の回転止め形状に対応する内壁形状を有することを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項４２】
請求の範囲３７に記載の気体圧制御アクチュエータにおいて、
磁界発生コイルを励磁する励磁回路であって、励磁電流を可変することで気体が供給される各隙間の間隔を調整する励磁回路を備えることを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項４３】
底面と前方開口とを有し、少なくとも一部が磁性体で構成される筒状の筐体部と、
筐体部に軸方向に移動可能に案内され、少なくとも一部が磁性体で構成される出力可動子と、
出力可動子と案内部の底面との間に配置され、気体が流れることができる窓を有し、磁性体で構成される平板状の複数の中間可動子と、
出力可動子の先端面とこれに向かい合う中間可動子の一方側平板面との間の隙間と、隣接する中間可動子の間の隙間と、筐体部の底面とこれに向かい合う中間可動子の他方側平板面との間の隙間とに、それぞれ気体を供給して流すための気体供給手段と、
筐体部の前方開口を覆う蓋部であって、出力可動子の中央部に接して出力可動子の出力を外部に伝達する伝達部と、筐体部の筒状外周部と伝達部とを接続する弾性部材とを有し、筐体部と一体化して出力可動子に押付力を与える蓋部と、
筐体部に設けられ、筐体部と出力可動子と複数の中間可動子とともに構成される磁気回路に流れる磁界を発生し、磁界の規制力によって各中間可動子を筐体部の中心軸に沿って整列させる磁界発生コイルと、
を備え、気体供給手段から制御された気体圧を供給し、押付力と釣り合わせつつ各隙間の間隔を調整して、伝達部から微小変位を出力することを特徴とする気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体圧制御アクチュエータ、気体圧制御アクチュエータに用いる軸受機構及び気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置に係り、特に微小移動が可能な気体圧制御アクチュエータと、ベースの気体受壁と軸の底面部の気体受面との間の軸受隙間に気体を供給して軸をベースに対して浮上させ保持する気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構と、複数の可動子を有する気体圧制御アクチュエータに制御気体圧を供給し押付力と釣り合わせつつ複数の可動子の間の各隙間の間隔を調整して微小変位を出力する微小変位出力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、特開昭５７−５１００２号公報に示されるように、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。【０００３】
近年、位置決め装置において、その精度、分解能の向上の要求が著しい。例えば、半導体装置の露光装置では、半導体デバイスの最小線幅が１００ｎｍを切る。したがって、半導体デバイスの寸法精度の要求は１０ｎｍ以下となり、そのための位置決めアクチュエータの位置決め精度は１ｎｍ以下、つまりサブｎｍのものが要望される。また、その高速性も同様に要求される。【０００４】
このような位置決め装置に気体圧制御アクチュエータが用いることができれば、上記のようにコンタミネーションが少なくなるほか、電磁的ノイズも発生せず、温度変化による影響、振動、騒音も少なくできる。しかしながら、気体圧制御アクチュエータをそのまま用いるには、高速、高精度等の性能の面からいくつかの課題がある。【０００５】
第１に、一般的に用いられる気体圧制御アクチュエータは、応答性があまり良くない。それは、気体圧制御アクチュエータのバネ定数が、気体室の体積が大きいほど小さくなり、また使用気体の圧縮率が大きいほど小さくなる傾向にあるが、シリンダーにおける空気室の体積を小さくするには限度があるためである。このような気体の性質から来る特性のため、気体圧制御アクチュエータを用いて要望される高精度、高速応答を達成するには高度かつ複雑な制御を用いる必要がある。【０００６】
第２に、高度かつ複雑な制御によって高精度、高速応答を図っても、一般的にその適用移動範囲が制限される。すなわち、ごく短い作動範囲内において高精度を達成することができても、広い作動範囲で高精度、高速応答を図ることは困難なことが多い。【０００７】
第３に、テーブル等の移動体をアクチュエータの先端で移動駆動する際に接触の状態が変化すると、微小な移動を制御することが困難となる。例えば、アクチュエータの先端が平坦なものを使用すると、テーブルを回転駆動する場合に、テーブルとアクチュエータ先端とが斜めに接触することになり、微小な角度の制御が困難となる。この問題は気体圧制御アクチュエータに限らず、一般的な微小移動機構に特有の課題でもある。これを解決する１つの方法は、例えば球面座機構をテーブルとアクチュエータ先端との接触部に設けることであるが、気体圧制御アクチュエータの場合には、気体圧駆動の球面座機構となるので、機構がさらに複雑となる。【０００８】
また、気体圧制御アクチュエータは、アクチュエータ先端で移動対象物に移動のための駆動力を与えることになるが、そのような機構としてスラスト軸受機構が用いられる。一般的にスラスト軸受機構としては、回転軸のスラスト方向の負荷を転がり軸受機構で支持するもの等の他、また、軸と軸を支持するベースとの間の隙間に油等の支持流体を供給し、支持流体の静圧又は動圧によって軸をベースに対し浮上支持するものが知られている。後者は、流体スラスト軸受機構と呼ばれ、流体としては油、磁性流体、気体等が用いられる。【０００９】
流体スラスト軸受機構の構造の一例を上げると、円柱状の軸と、軸の外形に対応する内径を有する底部のある筒状支持部材とを組み合わせ、支持部材の底部と向かい合う軸の底面部の中央部に設けられる流体供給口から流体を噴出させて軸の底面部を支持部材の底部に対し浮上させる。この場合、支持部材の底部は流体受壁となり、軸の底面部は流体受面となる。流体受壁と流体受面はいずれも平坦面であるものを用いることができる。【００１０】
また、流体受壁と流体受面との間の隙間であるいわゆる軸受隙間の隙間間隔の制御についてノイズを抑制し、制御安定性を向上させる等のために、軸受隙間においてラジアルスリット絞りを設けることも知られている。ラジアルスリット絞りとは、軸の中央部の流体供給口からラジアル方向に延び、すなわち径方向に沿って外周方向に向かって延び、終端部を有する浅い溝深さのスリットを複数本設け、この浅溝に流れる流体が流体受壁と流体受面との間の軸受隙間へ流れ出すときの流体絞り効果を利用し、軸受隙間の隙間間隔の制御性の向上等を図るものである。【００１１】
このように、流体受壁と流体受面との間の軸受隙間の部分にラジアルスリット絞りを有するスラスト流体軸受の利用が図られている。ラジアルスリット絞りは上記のように軸受隙間の隙間間隔の制御性を向上させるため等に用いられるのであるが、流体の種類によって異なる特性を有することがある。例えば、軸受隙間の隙間間隔を高精度に制御する場合、流体に油を使用するときと空気等の気体を使用するときを比較すると、流体が流体供給口から狭い隙間に流れ込む際に流体抵抗が急変して縮流が生じ、流体に油を使用するときに比べ、気体を使用するときには流体粘性の相違から隙間間隔が僅かに振動する傾向にあるといわれる。【００１２】
このように、従来のラジアルスリット絞りを有するスラスト気体軸受機構においては、軸受隙間の隙間間隔が振動する恐れがあり、軸方向位置決めの高精度化等に限界がある。【００１３】
ところで、上記のように、気体圧制御アクチュエータを用いる移動機構は、他の機構に比べ、コンタミネーションが少ないほか、電磁的ノイズを発生せず、温度変化による影響、振動、騒音も少ない。そこで半導体装置等の位置決めアクチュエータの用途のほか、除振装置における振動を打ち消すためのアクチュエータの用途等に期待される。そこで、気体圧制御アクチュエータを用いて、応答性のよい微小移動機構を構成することが提案されている。【００１４】
特開２００５−２６８２９３号公報には、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。【００１５】
上記特開２００５−２６８２９３号公報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微小移動機構を構成することができる。【００１６】
ところで、これらの微小移動機構は、制御された気体が隙間に流れることで発生する気体軸受的な浮上力を外部から与えられる押付力と釣り合わせて、隙間量を調整するものであるので、押付力発生機構が必要である。一般的には、微小移動機構が移動対象とする対象物の自重等の負荷力をこの押付力源として利用できる。【００１７】
実際の装置に微小移動機構を組み込む場合には、このように移動対象物の負荷力を押付力源として用いることが有効であるが、例えば、微小移動機構の特性の評価を行うときのように移動対象物の負荷力がない場合、あるいは、移動対象物の負荷力が十分でない場合等には、押付力発生機構がないと不便である。そこで、押付力発生機構を内蔵する構造とすれば、ユーザがその微小移動機構の特性をそれ自体で評価でき、また、ユーザの目的とする対象物にその微小移動機構をそのまま適用して評価が行えるので便利である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の目的は、高速応答性を改善でき、微小移動が可能な気体圧制御アクチュエータを提供することである。本発明の他の目的は、作動範囲の広い微小移動を可能とする気体圧制御アクチュエータを提供することである。また、他の目的は、球面座機構を要することなく、微小移動が可能な気体圧制御アクチュエータを提供することである。【００１９】
また、本発明の他の目的は、軸受隙間の隙間間隔の振動を抑制することが可能な気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構を提供することである。【００２０】
また、本発明の他の目的は、制御気体圧を供給し、押付力と釣り合わせつつ複数の可動子の間の各隙間の間隔を調整して、微小変位を出力する微小変位出力装置において、押付力発生機構を内蔵し、それ自体のみで特性評価を可能とする気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置を提供することである。【００２１】
以下の手段は、これらの目的の少なくとも１つに貢献する。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明に係る気体圧制御アクチュエータは、案内部に案内されて軸方向に気体圧によって駆動されるピストン型可動子と、ピストン型可動子の先端に軸方向に延びて取り付けられる支持軸と、平板可動子であって、気体が流れることができる窓を有し支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して、平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される平板可動子と、を有し、平板可動子が気体層を介して駆動対象物に駆動力を及ぼすことを特徴とする。【００２３】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータにおいて、平板可動子の一方側平板面とピストン型可動子の先端面との間の隙間と、平板可動子の他方側平板面とこれに向かい合う駆動対象物の気体受面との間の隙間とに、それぞれ気体を供給して流すための気体供給手段を有することが好ましい。【００２４】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータは、平板可動子であって、気体が流れることができる窓を有し支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して、平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される平板可動子と、支持軸が底面に取り付けられ、支持軸の先端側の方が開口し、平板可動子を案内する筒状の案内部と、案内部の底面と平板可動子の一方側平板面との間の隙間と、平板可動子の他方側平板面とこれに向かい合う駆動対象物の気体受面との間の隙間とに、それぞれ気体を供給して流すために、案内部の底面側に設けられる気体供給手段と、を有し、平板可動子が気体層を介して駆動対象物に駆動力を及ぼすことを特徴とする。【００２５】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータは、案内部に案内されて軸方向に気体圧によって駆動されるピストン型可動子と、ピストン型可動子の先端に軸方向に延びて取り付けられる支持軸と、支持軸の軸方向に沿って複数整列配置される平板可動子であって、気体が流れることができる窓を有し支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して、平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される複数の平板可動子と、ピストン型可動子に向かい合う平板可動子の一方側平板面とピストン型可動子の先端面との間の隙間と、隣接する平板可動子の間の隙間と、駆動対象物に向かい合う先端側平板可動子の他方側平板面とこれに向かい合う駆動対象物の気体受面との間の隙間とに、それぞれ気体を供給して流すための気体供給手段と、を有し、先端側平板可動子が気体層を介して駆動対象物に駆動力を及ぼすことを特徴とする。【００２６】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータは、支持軸の軸方向に沿って複数整列配置される平板可動子であって、気体が流れることができる窓を有し支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して、平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される複数の平板可動子と、支持軸が底面に取り付けられ、支持軸の先端側の方が開口し、複数の平板可動子を案内する筒状の案内部と、案内部の底面に向かい合う平板可動子の一方側平板面と案内部の底面との間の隙間と、隣接する平板可動子の間の隙間と、駆動対象物に向かい合う先端側平板可動子の他方側平板面とこれに向かい合う駆動対象物の気体受面との間の隙間とに、それぞれ気体を供給して流すために、案内部の底面側に設けられる気体供給手段と、を有し、先端側平板可動子が気体層を介して駆動対象物に駆動力を及ぼすことを特徴とする。【００２７】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータは、案内部に案内されて軸方向に気体圧によって駆動されるピストン型可動子と、ピストン型可動子の先端に軸方向に延びて取り付けられる支持軸と、支持軸の軸方向に沿って複数整列配置される平板可動子であって、気体が流れることができる窓を有し、平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される複数の平板可動子と、ピストン型可動子に向かい合う平板可動子の一方側平板面とピストン型可動子の先端面との間の隙間と、隣接する平板可動子の間の隙間と、駆動対象物に向かい合う先端側平板可動子の他方側平板面とこれに向かい合う駆動対象物の気体受面との間の隙間とに、それぞれ気体を供給して流すための気体供給手段と、を有し、先端側平板可動子が気体層を介して駆動対象物に駆動力を及ぼすことを特徴とする。【００２８】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータは、支持軸の軸方向に軸方向に沿って複数整列配置される平板可動子であって、気体が流れることができる窓を有し、平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される複数の平板可動子と、支持軸が底面に取り付けられ、支持軸の先端側の方が開口し、複数の平板可動子を案内する筒状の案内部と、案内部の底面に向かい合う平板可動子の一方側平板面と案内部の底面との間の隙間と、隣接する平板可動子の間の隙間と、駆動対象物に向かい合う先端側平板可動子の他方側平板面とこれに向かい合う駆動対象物の気体受面との間の隙間とに、それぞれ気体を供給して流すために、案内部の底面側に設けられる気体供給手段と、を有し、先端側平板可動子が気体層を介して駆動対象物に駆動力を及ぼすことを特徴とする。【００２９】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータにおいて、支持部材は、平板可動子の内径側部分と支持軸との間を接続する雲形状の可撓アームを有する薄板バネであることが好ましい。【００３０】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータにおいて、平板可動子と支持軸との間の支持部が軸方向に摺動可能であることが好ましい。【００３１】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータにおいて、平板可動子は、内径側部分に、外径側部分よりも板厚が薄く、隣接する平板可動子の平板面との間で表面絞り隙間を形成する絞り部を有することが好ましい。【００３２】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータにおいて、気体供給手段は、平板可動子に向かって開口する気体供給口と、気体供給口に設けられ、供給気体の流れを整流する気体絞り部と、を有することが好ましい。【００３３】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータにおいて、隣接する平板可動子の間に設けられ、隣接する平板可動子との間の隙間を規制するスペーサを備えることが好ましい。【００３４】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータは、案内部に案内されて軸方向に気体圧によって駆動されるピストン型可動子と、ピストン型可動子の先端に軸方向に延びて取り付けられる支持軸と、支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して薄板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される薄板可動子であって、内周側に設けられて気体が流れることができる窓部と、窓部から径方向に外周側に向かって任意の長さで延び、気体が流れるとき気体の流れの抵抗を有するように薄板の表裏に抜けている複数の有端溝とを有する薄板可動子と、薄板可動子の窓部から各有端溝を通って、薄板可動子の表側と裏側とにおいて向かい合う各平板可動子との間のそれぞれの隙間がほぼ等しくなるように気体を供給し、薄板可動子とピストン可動子との間の隙間と、薄板可動子と駆動対象物との間の隙間に、それぞれ気体を流すための気体供給手段と、を備え、駆動対象物に駆動力を及ぼすことを特徴とする。【００３５】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータは、支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して薄板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される薄板可動子であって、内周側に設けられて気体が流れることができる窓部と、窓部から径方向に外周側に向かって任意の長さで延び、気体が流れるとき気体の流れの抵抗を有するように薄板の表裏に抜けている複数の有端溝とを有する薄板可動子と、支持軸が底面に取り付けられ、支持軸の先端側の方が開口し、薄板可動子を案内する筒状の案内部と、薄板可動子の窓部から各有端溝を通って、薄板可動子の表側と裏側とにおいて向かい合う各平板可動子との間のそれぞれの隙間がほぼ等しくなるように気体を供給し、薄板可動子と案内部の底面との間の隙間と、薄板可動子と駆動対象物との間の隙間に、それぞれ気体を流すための気体供給手段と、を備え、駆動対象物に駆動力を及ぼすことを特徴とする。【００３６】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータにおいて、さらに、薄板可動子の表面側あるいは裏面側の少なくともいずれかに設けられ、支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される平板可動子であって、内周側に設けられて気体が流れることができる窓部を有する平板可動子を備えることが好ましい。【００３７】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータは、案内部に案内されて軸方向に気体圧によって駆動されるピストン型可動子と、ピストン型可動子の先端に軸方向に延びて取り付けられる支持軸と、支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して薄板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される薄板可動子であって、内周側に設けられて気体が流れることができる窓部と、窓部から径方向に外周側に向かって任意の長さで延び、気体が流れるとき気体の流れの抵抗を有するように薄板の表裏に抜けている複数の有端溝とを有する複数の薄板可動子と、軸方向に沿って薄板可動子と交互に配置され、支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される平板可動子であって、内周側に設けられて気体が流れることができる窓部を有する平板可動子と、各薄板可動子及び各平板可動子の各窓部から、各薄板可動子の各有端溝を通って、薄板可動子の表側と裏側とにおいて向かい合う各平板可動子との間のそれぞれの隙間がほぼ等しくなるように気体を供給し、薄板可動子又は平板可動子とピストン可動子との間の隙間と、隣接する薄板可動子と平板可動子との間の隙間と、平板可動子又は薄板可動子と駆動対象物との間の隙間に、それぞれ気体を流すための気体供給手段と、を備え、駆動対象物に駆動力を及ぼすことを特徴とする。【００３８】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータは、支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して薄板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される薄板可動子であって、内周側に設けられて気体が流れることができる窓部と、窓部から径方向に外周側に向かって任意の長さで延び、気体が流れるとき気体の流れの抵抗を有するように薄板の表裏に抜けている複数の有端溝とを有する複数の薄板可動子と、軸方向に沿って薄板可動子と交互に配置され、支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される平板可動子であって、内周側に設けられて気体が流れることができる窓部を有する平板可動子と、支持軸が底面に取り付けられ、支持軸の先端側の方が開口し、薄板可動子及び平板可動を案内する筒状の案内部と、各薄板可動子及び各平板可動子の各窓部から、各薄板可動子の各有端溝を通って、薄板可動子の表側と裏側とにおいて向かい合う各平板可動子との間のそれぞれの隙間がほぼ等しくなるように気体を供給し、薄板可動子又は平板可動子と案内部の底面との間の隙間と、隣接する薄板可動子と平板可動子との間の隙間と、平板可動子又は薄板可動子と駆動対象物との間の隙間に、それぞれ気体を流すための気体供給手段と、を備え、駆動対象物に駆動力を及ぼすことを特徴とする。【００３９】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータにおいて、薄板可動子に設けられる支持部材は、薄板可動子の内径側部分と支持軸との間を接続する複数の可撓アームを有する薄板バネであることが好ましい。【００４０】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータにおいて、平板可動子に設けられる支持部材は、平板可動子の内径側部分と支持軸との間を接続する複数の可撓アームを有する薄板バネであることが好ましい。【００４１】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータにおいて、支持部材が支持軸に沿って摺動可能であることが好ましい。【００４２】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータにおいて、平板可動子は、窓部の外径側部分に、外周部より薄い板厚を有するステップ状気体導入部、または、窓部からの入口部から外周部に行くにつれて板厚が厚くなるテーパ状気体導入部を有することが好ましい。【００４３】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータにおいて、気体供給手段は、窓部に向かって開口する気体供給口と、気体供給口に設けられ、供給気体の流れを整流する気体絞り部と、を有することが好ましい。【００４４】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータにおいて、隣接する薄板可動子と平板可動子との間に設けられ、隣接する薄板可動子と平板可動子との間の隙間を規制するスペーサを備えることが好ましい。【００４５】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構は、ベースの気体受壁と、軸の底面部の気体受面との間の軸受隙間に気体を供給して軸をベースに対して浮上させ保持するスラスト気体軸受機構であって、気体受壁又は気体受面に設けられる気体供給口と、気体受壁又は気体受面に設けられ、気体供給口を囲む減速用くぼみと、減速用くぼみを越えて軸受隙間の外周方向に向かって延び終端部を備える気体流路浅溝と、を含むことを特徴とする。【００４６】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構において、気体供給口は円形開口であり、減速用くぼみは気体供給口の円形開口と同心で、円形開口の直径より大きな直径を有し、気体流路浅溝は、気体供給口を中心として放射状に外周方向に向かって延びる複数の浅溝であり、各気体流路浅溝の終端部は、浅溝の幅よりも円周方向に広がる形状を有することが好ましい。【００４７】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構において、減速用くぼみの深さと気体流路浅溝の深さとが同じであることが好ましい。【００４８】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構において、減速用くぼみは、気体流路浅溝の深さより浅いことが好ましい。【００４９】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構において、減速用くぼみは、気体供給口のところで気体流路浅溝の深さより浅く、外周に向かってさらに浅くなるテーパくぼみであることが好ましい。【００５０】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構において、さらに、気体受壁又は気体受面に設けられ、気体供給口を囲み、気体流路浅溝の径方向の長さより短い外径を有し、気体供給口側から外周側に向かって浅くなるテーパくぼみを含むことが好ましい。【００５１】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置は、支持軸の軸方向に沿って複数整列配置され、支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される平板状可動子であって、気体が流れることができる窓を有する複数の平板状可動子と、複数の平板状可動子の最先端側可動子に向かい合う気体受面を有し、出力に用いられる出力可動子と、支持軸が底面に取り付けられ、支持軸の先端側の方が開口する筒状の筐体部と、最先端側平板状可動子と出力可動子の気体受面との間の隙間と、隣接する平板状可動子の間の各隙間と、最後端側平板状可動子と筐体部の底面との間の隙間とに、それぞれ気体を供給して流す気体供給手段と、筐体部の先端側開口を覆う蓋部であって、出力可動子の中央部に接して出力可動子の出力を外部に伝達する伝達部と、筐体部の筒状外周部と伝達部とを接続する弾性部材とを有し、筐体部と一体化して出力可動子に押付力を与える蓋部と、を備え、気体供給手段から制御された気体圧を供給し、押付力と釣り合わせつつ各隙間の間隔を調整して、伝達部から微小変位を出力することを特徴とする。【００５２】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置は、支持軸の軸方向に沿って複数整列配置され、支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して薄板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される薄板可動子であって、気体が流れることができる窓部と、窓部から径方向に延び、気体が流れるとき気体の流れの抵抗を有するように薄板の表裏に抜けている複数の有端溝とを有する複数の薄板可動子と、軸方向に沿って薄板可動子と交互に配置され、支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される平板可動子であって、気体が流れることができる窓部を有する平板可動子と、交互に整列配置された薄板可動子及び平板可動子の中の最先端側可動子に向かい合う気体受面を有し、出力に用いられる出力可動子と、支持軸が底面に取り付けられ、支持軸の先端側の方が開口する筒状の筐体部と、各薄板可動子及び各平板可動子の各窓部から、各薄板可動子の各有端溝を通って、薄板可動子の表側と裏側とにおいて向かい合う各平板可動子との間のそれぞれの隙間がほぼ等しくなるように気体を供給し、最先端側可動子と出力可動子との間の隙間と、隣接する薄板可動子と平板可動子との間の隙間と、最後端側可動子と筐体部の底面との間の隙間に、それぞれ気体を流すための気体供給手段と、筐体部の先端側開口を覆う蓋部であって、出力可動子の中央部に接して出力可動子の出力を外部に伝達する伝達部と、筐体部の筒状外周部と伝達部とを接続する弾性部材と、を有し、筐体部と一体化して出力可動子に押付力を与える蓋部と、を備え、気体供給手段から制御された気体圧を供給し、押付力と釣り合わせつつ各隙間の間隔を調整して、伝達部から微小変位を出力することを特徴とする。【００５３】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、気体が流れることができる窓部は、気体供給手段からの気体を、支持軸の外径側へ向かって各隙間に供給することが好ましい。【００５４】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、気体が流れることができる窓部は、気体供給手段からの気体を、支持軸の内径側及び外径側へ向かって各隙間に供給することが好ましい。【００５５】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、蓋部は、伝達部の移動軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい弾性部材を有することが好ましい。【００５６】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、蓋部は、筐体部の筒状外周部と伝達部とを接続するメンブレム状の弾性部材を有し、筐体部と一体化して気密構造となることが好ましい。【００５７】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、筐体部は、気体供給源からの気体を取り入れる取入口と、外部に気体を排出する排出口と、排出口に接続され、排気される気体の排気気体圧を調整する排気弁であって、外部気体圧との間の差圧によって蓋部の弾性部材に初期変位を与える任意の排気気体圧とする排気弁と、を有することが好ましい。【００５８】
本発明に係る気体圧制御アクチュエータは、底面と前方開口とを有し、少なくとも一部が磁性体で構成される筒状の案内部と、案内部に軸方向に移動可能に案内され、少なくとも一部が磁性体で構成される出力可動子と、出力可動子と案内部の底面との間に配置され、気体が流れることができる窓を有し、磁性体で構成される平板状の複数の中間可動子と、出力可動子の先端面とこれに向かい合う中間可動子の一方側平板面との間の隙間と、隣接する中間可動子の間の隙間と、案内部の底面とこれに向かい合う中間可動子の他方側平板面との間の隙間とに、それぞれ気体を供給して流すための気体供給手段と、案内部の底面に向かって気体を圧縮しつつ中間可動子及び出力可動子を押し付ける押付力発生部と、案内部に設けられ、案内部と出力可動子と複数の中間可動子とともに構成される磁気回路を流れる磁界を発生し、磁界の規制力によって各中間可動子を案内部の中心軸に沿って整列させる磁界発生コイルと、を備え、気体供給手段から制御された気体圧を供給し、押付力と釣り合わせつつ各隙間の間隔を調整して出力可動子を微小移動させることを特徴とする。【００５９】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータにおいて、中間可動子は、窓部から径方向に外周側に向かって延びる複数の有端溝を平板面に含む放射状溝付中間可動子であることが好ましい。【００６０】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータにおいて、中間可動子は、窓部から径方向に外周側に延び、気体が流れるとき気体の抵抗を有するように平板の表裏に抜けている複数の有端溝を含むスリット溝付中間可動子であることが好ましい。【００６１】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータにおいて、スリット溝付中間可動子は、溝を含まない平坦な平板面を有する平板可動子と交互に配置されることが好ましい。【００６２】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータにおいて、中間可動子は、軸方向回りの回転を抑制する回転止め形状を外周に有し、案内部は、中間可動子の回転止め形状に対応する内壁形状を有することが好ましい。【００６３】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータにおいて、磁界発生コイルを励磁する励磁回路であって、励磁電流を可変することで気体が供給される各隙間の間隔を調整する励磁回路を備えることが好ましい。【００６４】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置は、底面と前方開口とを有し、少なくとも一部が磁性体で構成される筒状の筐体部と、筐体部に軸方向に移動可能に案内され、少なくとも一部が磁性体で構成される出力可動子と、出力可動子と案内部の底面との間に配置され、気体が流れることができる窓を有し、磁性体で構成される平板状の複数の中間可動子と、出力可動子の先端面とこれに向かい合う中間可動子の一方側平板面との間の隙間と、隣接する中間可動子の間の隙間と、筐体部の底面とこれに向かい合う中間可動子の他方側平板面との間の隙間とに、それぞれ気体を供給して流すための気体供給手段と、筐体部の前方開口を覆う蓋部であって、出力可動子の中央部に接して出力可動子の出力を外部に伝達する伝達部と、筐体部の筒状外周部と伝達部とを接続する弾性部材とを有し、筐体部と一体化して出力可動子に押付力を与える蓋部と、筐体部に設けられ、筐体部と出力可動子と複数の中間可動子とともに構成される磁気回路に流れる磁界を発生し、磁界の規制力によって各中間可動子を筐体部の中心軸に沿って整列させる磁界発生コイルと、を備え、気体供給手段から制御された気体圧を供給し、押付力と釣り合わせつつ各隙間の間隔を調整して、伝達部から微小変位を出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００６５】
上記構成の少なくとも１つにより、気体圧アクチュエータは、案内部に案内されて気体圧によって駆動されるピストン型可動子の先端に取り付けられる支持軸に、平板可動子が支持される。そして、平板可動子が気体層を介して駆動対象物に駆動力を及ぼす。ここで、平板可動子は、気体が流れることができる窓を有し支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して、平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される。このように、平板可動子は、スラスト方向に自由度が大きく、ラジアル方向に拘束が大きい特性を有するので、駆動対象物の傾きに追従してその傾きを変更する。すなわち、球面座機構を要することなく、駆動対象物の傾きに追従しながら駆動力を駆動対象物に伝達することができる。【００６６】
また、気体供給手段は、平板可動子の一方側平板面とピストン型可動子の先端面との間の隙間と、平板可動子の他方側平板面とこれに向かい合う駆動対象物の気体受面との間の隙間とに、それぞれ気体を供給して流す。この隙間に流れる気体は、いわゆる気体軸受の作用を行うので、供給される気体の気体圧によって隙間量を制御でき、微小移動をさせることができる。【００６７】
また、上記構成の少なくとも１つにより、気体圧アクチュエータは、筒状の案内部の底面に取り付けられる支持軸に、平板可動子が支持される。そして、案内部の底面と平板可動子の一方側平板面との間の隙間と、平板可動子の他方側平板面とこれに向かい合う駆動対象物の気体受面との間の隙間とに、それぞれ気体が供給され、平板可動子が気体層を介して駆動対象物に駆動力を及ぼす。ここで、平板可動子は、気体が流れることができる窓を有し支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して、平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される。このように、平板可動子は、スラスト方向に自由度が大きく、ラジアル方向に拘束が大きい特性を有するので、駆動対象物の傾きに追従してその傾きを変更する。すなわち、球面座機構を要することなく、駆動対象物の傾きに追従しながら駆動力を駆動対象物に伝達することができる。【００６８】
また、上記構成の少なくとも１つにより、気体圧アクチュエータは、案内部に案内されて気体圧によって駆動されるピストン型可動子の先端に取り付けられる支持軸に、複数の平板可動子が支持される。そして、隣接する平板可動子の間の隙間等にそれぞれ気体が供給され、平板可動子が気体層を介して駆動対象物に駆動力を及ぼす。ここで、平板可動子は、気体が流れることができる窓を有し支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して、平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される。【００６９】
また、上記構成の少なくとも１つにより、気体圧アクチュエータは、筒状の案内部の底面に取り付けられる支持軸に、複数の平板可動子が支持される。そして、隣接する平板可動子の間の隙間等にそれぞれ気体が供給され、平板可動子が気体層を介して駆動対象物に駆動力を及ぼす。ここで、平板可動子は、気体が流れることができる窓を有し支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して、平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される。【００７０】
隣接する平板可動子の間の隙間等に流れる気体は、いわゆる気体軸受の作用を行うので、供給される気体の気体圧によって隙間量を制御でき、微小移動をさせることができる。そして、平板可動子を軸方向に複数整列配置することで隙間の数を増加させ、高精度の微小移動の範囲をその隙間の数に応じて拡大することができる。また、平板可動子は、スラスト方向に自由度が大きく、ラジアル方向に拘束が大きい特性を有するので、駆動対象物の傾きに追従してその傾きを変更する。すなわち、球面座機構を要することなく、駆動対象物の傾きに追従しながら駆動力を駆動対象物に伝達することができる。【００７１】
また、平板可動子は、気体が流れることができる窓を有し、平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持されるものとしてもよい。この場合には、支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介さずに、気体が流れることができる窓を有する平板が、支持軸に支持される。したがって、より簡単な構成とすることができる。【００７２】
また、支持部材は、平板可動子の内径側部分と支持軸との間を接続する雲形状の可撓アームを有する薄板バネであるので、簡単な構成で、気体が流れることができる窓を有し支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を得ることができる。【００７３】
また、平板可動子と支持部材との間の支持部が、軸方向に摺動可能であるので、複数の平板可動子が軸方向に大きく移動するときに、支持部材の軸方向の変形とは別に、軸方向に平板可動子自身が摺動自在に移動できる。したがって、広い範囲の移動駆動に対応できる。【００７４】
また、平板可動子は、内径側部分に、外径側部分よりも板厚が薄く、隣接する平板可動子の平板面との間で表面絞り隙間を形成する絞り部を有するので、隣接する平板可動子の間の隙間を流れる気体の流れを安定化することができる。ここで、表面絞り隙間とは、向かい合う面の間の間隔が広い隙間から狭い隙間に絞られることで流れを安定化させるいわゆる表面絞り効果を生じさせる隙間のことである。【００７５】
また、気体供給手段は、供給気体の流れを整流する気体絞り部を有するので、気体の流れによるノイズを抑制し、気体圧制御アクチュエータの制御性を向上させることができる。【００７６】
また、隣接する平板可動子の間にスペーサを設けるので、隣接する平板可動子との間の隙間を正確に規制できる。【００７７】
また、上記構成の少なくとも１つにより、気体圧アクチュエータは、案内部に案内されて気体圧によって駆動されるピストン型可動子の先端に取り付けられる支持軸に、薄板可動子が支持される。ここで、薄板可動子は、支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して、平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される。このように、薄板可動子は、スラスト方向に自由度が大きく、ラジアル方向に拘束が大きい特性を有するので、駆動対象物の傾きに追従してその傾きを変更する。すなわち、球面座機構を要することなく、駆動対象物の傾きに追従しながら駆動力を駆動対象物に伝達することができる。【００７８】
また、薄板可動子は、気体が流れることができる窓部を内周側に有し、窓部から径方向に外周側に向かって任意の長さで延びる複数の有端溝を有する。ここで、有端溝は、薄板の表裏に抜けている。つまり、薄板の板厚方向に貫通している有端溝である。この有端溝は、単に開口しているのではなく、そこに気体が流れるとき、気体の流れの抵抗を適当に有する流路である。そして、窓部から各有端溝を通って、薄板可動子の表側と裏側とにおいて向かい合う各平板可動子との間のそれぞれの隙間がほぼ等しくなるように対称的に気体が供給され、薄板可動子とピストン可動子との間の隙間と、薄板可動子と駆動対象物との間の隙間に、それぞれ気体が流される。すなわち、薄板可動子は、その前後が駆動対象物とピストン型可動子であり、その間の狭い隙間に気体が流れ、それにより駆動対象物に気体を介した駆動力が与えられる。その駆動力は、１つはピストン型可動子からのいわゆるピストン・シリンダ機構による気体圧駆動力で、もう１つは、薄板可動子の窓部から有端溝を通って、薄板可動子とピストン可動子との間の狭い隙間、及び薄板可動子と駆動対象物との間の狭い隙間を流れる気体による駆動力である。後者の隙間に流れる気体は、いわゆる気体軸受の作用を有する。２つの壁の間の狭い隙間を流れる気体によって気体軸受作用が生じることは、例えば、流体軸受等の例からも周知である。一般的な流体軸受では、適当な浮上隙間を生じることを目的としているが、上記構成は、供給される気体圧を制御して、隙間量を精密に制御し、駆動対象物を微小移動させるところが相違する。【００７９】
また、上記構成は、一般的に知られている流体軸受的な構成と以下のように異なっている。すなわち、いま、薄板可動子の表側を駆動対象物に面している側とすると、上記構成では、薄板可動子の表側面と駆動対象物との間の隙間に気体を流すのではなく、あるいは薄板可動子の裏側面とピストン型可動子との間の隙間に気体を流すのでもなく、薄板可動子の表裏に抜けている有端溝に気体を流している。つまり、気体は、窓部から有端溝に導かれて流れるが、有端溝の表側は駆動対象物の壁に面し、裏側はピストン型可動子の壁に面している。したがって、気体は、駆動対象物の壁と、ピストン型可動子の壁との間の隙間において、有端溝の中を流れている。このような構成であっても、以下のような原理で、気体軸受の作用が行われる。【００８０】
この構成では、有端溝の中を流れる気体は、駆動対象物の壁に対しても、ピストン型可動子の壁に対しても、気体の流れの抵抗を適当に有して同じ様に流れる。このことは、有端溝の深さ方向の中間位置に仮想的な境界を考えると、その仮想的境界を挟んで、表側と裏側にそれぞれ気体が対称的に流れている。ここで対称的に気体が流れるとは、向かい合う各平板可動子との間のそれぞれの隙間がほぼ等しくなるように気体が流れることを指している。仮想的境界の片側の表側では、仮想的境界と駆動対象物との間の隙間、すなわち、薄板可動子の板厚の１／２の狭い隙間を通って気体が流れる。同様に、仮想的境界の片側の裏側では、仮想的境界とピストン型可動子との間の隙間、すなわち、薄板可動子の板厚の１／２の狭い隙間を通って気体が流れる。換言すれば、仮想的境界を鏡像面として、２つの流れが対称的に流れている。仮想的境界は、流体的に変動しないので、この仮想的境界と駆動対象物との間の隙間、及び仮想的境界とピストン型可動子との間の隙間に、気体軸受作用が行われる。【００８１】
上記のように、気体軸受作用は、供給される気体の気体圧によって隙間量を制御でき、微小移動をさせることができるが、この気体軸受作用による隙間量調整を制御性よく行うには、可動子の内周側から外周側に有端浅溝を設け、その中に気体を流して、絞り効果を持たせることが好ましい。この浅溝の好ましい深さは、気体圧が０．１ＭＰａから１ＭＰａのレベルにおいて、数μｍから数１０μｍ程度である。この浅溝を加工によって作り出すにはかなりの精密加工を要する。上記構成では、仮想的境界の原理で、表裏に対称的に気体を流すことで行われる気体軸受作用を利用することで、深さの精密な管理が必要な浅溝ではなく、薄板の表裏に抜ける有端溝、つまり板厚方向に貫通する有端溝を用いる。この貫通は、単なる開口ではなく、気体が流れるときに適当な抵抗を有する流路としての貫通である。したがって、精密な深さ管理を要する浅溝に比較して、加工がきわめて容易である。【００８２】
このようにして、気体が流れるとき気体の流れの抵抗を有するように薄板の表裏に抜ける有端溝を有する薄板可動子を用いて、そこに流す気体圧を制御することで、駆動対象物を微小移動させることができる。またピストン型可動子による駆動力を併用することで、広い移動量の範囲で、駆動対象物の精密な移動を行わせることができる。【００８３】
また、上記構成の少なくとも１つにより、気体圧アクチュエータは、筒状の案内部の底面に取り付けられる支持軸に、薄板可動子が支持される。ここで、薄板可動子は、支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して、平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持されるので、駆動対象物の傾きに追従してその傾きを変更する。すなわち、球面座機構を要することなく、駆動対象物の傾きに追従しながら駆動力を駆動対象物に伝達することができる。また、薄板可動子は、気体が流れることができる窓部を内周側に有し、窓部から径方向に外周側に向かって任意の長さで延びる複数の有端溝を有する。ここで、有端溝は、気体が流れるとき気体の流れの抵抗を有するように薄板の表裏に抜けている。そして、窓部から各有端溝を通って、薄板可動子の表側と裏側とにおいて向かい合う各平板可動子との間のそれぞれの隙間がほぼ等しくなるように対称的に気体が供給され、薄板可動子と案内部の底部との間の隙間と、薄板可動子と駆動対象物との間の隙間に、それぞれ気体が流される。したがって、有端溝の深さ方向の中間位置の仮想的境界を挟んで、表裏に対称的に気体を流すことで行われる気体軸受作用を利用し、供給気体圧を制御することで駆動対象物を微小移動させることができる。【００８４】
また上記構成の少なくとも１つにより、気体圧アクチュエータは、さらに、薄板可動子の表面側あるいは裏面側の少なくともいずれかに平板可動子が設けられる。平板可動子は、支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される平板可動子であって、内周側に設けられて気体が流れることができる窓部を有している。この構成を用いることで、薄板可動子を支持軸の軸方向に複数配置し、微小隙間の調整幅を薄板可動子の数に応じて拡大することができる。すなわち、薄板可動子における有端溝を利用した隙間調整には、薄板可動子の表側にも裏側にも、隙間を形成するための壁面、つまり気体受面が必要である。上記構成によれば、薄板可動子の必要な側に、平板可動子を設ける。平板可動子は平板面を有するので、この平板面と薄板可動子とを組み合わせることで、薄板可動子の表側にも裏側にも、隙間を形成するための気体受面が配置される。これによって、各薄板可動子ごとに、気体圧によって制御できる微小隙間量が設定でき、全体としての移動量は、支持軸に並べて配置された薄板可動子の数に応じて拡大することができる。【００８５】
上記構成の少なくとも１つにより、気体圧アクチュエータは、ピストン型可動子と併用するときに、支持軸の軸方向に沿って薄板可動子と交互に平板可動子を配置する。そして、各薄板可動子及び各平板可動子の各窓部から、各薄板可動子の各有端溝を通って、薄板可動子の表側と裏側とにおいて向かい合う各平板可動子との間のそれぞれの隙間がほぼ等しくなるように気体を供給し、薄板可動子又は平板可動子とピストン可動子との間の隙間と、隣接する薄板可動子と平板可動子との間の隙間と、平板可動子又は薄板可動子と駆動対象物との間の隙間に、それぞれ気体を流す。また、上記構成の少なくとも１つにより、支持軸が底面に取り付けられ支持軸の先端側の方が開口する筒状の案内部を用いるときに、支持軸の軸方向に沿って薄板可動子と交互に平板可動子を配置する。そして、薄板可動子及び平板可動子の窓部から各薄板可動子の各有端溝を通って、薄板可動子の表側と裏側とにおいて向かい合う各平板可動子との間のそれぞれの隙間がほぼ等しくなるように気体を供給し、薄板可動子又は平板可動子と案内部の底面との間の隙間と、隣接する薄板可動子と平板可動子との間の隙間と、平板可動子又は薄板可動子と駆動対象物との間の隙間に、それぞれ気体を流す。【００８６】
これにより、隙間の数を増加させ、高精度の微小移動の範囲をその隙間の数に応じて拡大することができる。また、平板可動子は、スラスト方向に自由度が大きく、ラジアル方向に拘束が大きい特性を有するので、駆動対象物の傾きに追従してその傾きを変更する。すなわち、球面座機構を要することなく、駆動対象物の傾きに追従しながら駆動力を駆動対象物に伝達することができる。【００８７】
また、薄板可動子に設けられる支持部材は、薄板可動子の内径側部分と支持軸との間を接続する複数の可撓アームを有する薄板バネである。また、平板可動子に設けられる支持部材は、平板可動子の内径側部分と支持軸との間を接続する複数の可撓アームを有する薄板バネである。したがって、簡単な構成で、気体が流れることができる窓部を有し支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を得ることができる。【００８８】
また、支持部材は支持軸に沿って摺動可能であるので、薄板可動子又は平板可動子が軸方向に大きく移動するときに、支持部材の軸方向の変形とは別に、軸方向に薄板可動子自身又は平板可動子自身が摺動自在に移動できる。したがって、広い範囲の移動駆動に対応できる。【００８９】
また、平板可動子は、窓部の外径側部分に、外周部より薄い板厚を有するステップ状気体導入部、または、窓部からの入口部から外周部に行くにつれて板厚が厚くなるテーパ状気体導入部を有する。この形状を有する気体導入部は、表面絞り隙間を形成するので、隣接する薄板可動子の間の隙間を流れる気体の流れを安定化することができる。ここで、表面絞り隙間とは、向かい合う面の間の間隔が広い隙間から狭い隙間に絞られることで流れを安定化させるいわゆる表面絞り効果を生じさせる隙間のことである。【００９０】
また、気体供給手段は、窓部に向かって開口する気体供給口と、供給気体の流れを整流する気体絞り部を有するので、気体の流れによるノイズを抑制し、気体圧アクチュエータの制御性を向上させることができる。【００９１】
また、隣接する薄板可動子と平板可動子との間にスペーサを設けるので、隣接する薄板可動子と平板可動子との間の標準的な隙間を正確に規制できる。【００９２】
上記のように、本発明に係る気体圧アクチュエータによれば、高速応答性を改善でき、微小移動が可能となる。また、作動範囲の広い微小移動が可能となる。また、球面座機構等の複雑な加工を要することなく、微小移動が可能となる。【００９３】
上記構成の少なくとも１つにより、気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構は、気体受壁又は気体受面に気体供給口を設け、気体供給口を囲む態様で減速用くぼみを気体受壁又は気体受面に設け、減速用くぼみを越えて軸受隙間の外周方向に向かって延び終端部を備える気体流路浅溝を設ける。気体流路浅溝から軸受隙間に流れ出す気体によっていわゆるラジアルスリット絞りが形成されるが、気体供給口から流れ出す気体は、気体流路浅溝に入る前に気体供給口の周囲に広がる減速用くぼみに流れ込む。つまり、気体供給口からいきなり狭い気体流路浅溝に気体が流れ込むのでなく、一旦減速用くぼみに広がって減速した後に気体流路浅溝に流れ込む。したがって、この減速によって縮流の程度を緩和でき、気体流路浅溝に流れ込む際の振動を抑制することができる。【００９４】
なお、気体供給口と減速用くぼみとは、ともに気体受壁に設けてもよく、あるいはともに気体受面に設けてもよく、あるいは一方を気体受壁に他方を気体受面に設けてもよい。気体流路浅溝は減速用くぼみが設けられる方に設けられる。【００９５】
また、円形開口の気体供給口より大きな直径でこれと同心に減速用くぼみを設け、気体供給口を中心として放射状に外周方向に延びる複数の気体流路浅溝を設け、各気体流路浅溝の終端部は、浅溝の幅よりも円周方向に広がる形状を有することとした。したがって、減速用くぼみは、気体供給口と同心で気体供給口より大きな直径でくぼませる加工を行うことで容易に得ることができる。【００９６】
また、減速用くぼみの深さと気体流路浅溝の深さとが同じであるとするので、減速用くぼみと気体流路浅溝とを同様な加工方法で得ることができる。【００９７】
また、減速用くぼみは、気体流路浅溝の深さより浅いこととする。この場合には、気体供給口から流れ出す気体は、気体流路浅溝に入り、減速用くぼみを通って軸受隙間に流れ出す。つまり、気体流路浅溝からいきなり狭い軸受隙間に気体が流れ出すのでなく、一旦減速用くぼみに広がって減速した後に軸受隙間に流れ出す。したがって、この減速によって縮流の程度を緩和でき、軸受隙間に流れ出す際の振動を抑制することができる。【００９８】
また、減速用くぼみは、気体供給口のところで気体流路浅溝の深さより浅く、外周に向かってさらに浅くなるテーパくぼみであるとする。段差状のくぼみよりも、テーパ状のくぼみの方が気体の流れを滑らかにすることができる。【００９９】
また、減速用くぼみに加えて、さらに、気体受壁又は気体受面に設けられ、気体供給口を囲み、気体流路浅溝の径方向の長さより短い外径を有し、気体供給口側から外周側に向かって浅くなるテーパくぼみを含む。これによって、より一層、縮流の程度を緩和でき、軸受隙間に流れ出す際の振動を抑制することができる。【０１００】
上記のように、本発明に係る気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構によれば、軸受隙間間隔の隙間間隔の振動を抑制することが可能となる。【０１０１】
上記構成の少なくとも１つにより、気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置は、支持軸の軸方向に沿って複数整列配置支持される平板状可動子を用い、最先端側可動子に向かい合う出力可動子と、支持軸が底面に取り付けられる筒状の筐体部と、筐体部と一体化して出力可動子に押付力を与える弾性部材と出力可動子の出力を外部に伝達する伝達部とを有する蓋部と、各平板状可動子の前後の隙間等に気体を流す気体供給手段とを備える。そして、気体供給手段から制御された気体圧を供給し、押付力と釣り合わせつつ各隙間の間隔を調整して、伝達部から微小変位を出力するので、微小変位出力装置自体のみでその特性評価が可能となる。【０１０２】
また、上記構成の少なくとも１つにより、気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置は、支持軸の軸方向に沿って複数整列配置支持される薄板可動子と平板可動子とを用い、最先端側可動子に向かい合う出力可動子と、支持軸が底面に取り付けられる筒状の筐体部と、筐体部と一体化して出力可動子に押付力を与える弾性部材と出力可動子の出力を外部に伝達する伝達部とを有する蓋部と、各薄板可動子の前後の隙間等に気体を流す気体供給手段とを備える。【０１０３】
ここで、薄板可動子は、気体が流れることができる窓部と、窓部から径方向に延び、気体が流れるとき気体の流れの抵抗を有するように薄板の表裏に抜けている複数の有端溝とを有するので、加工が容易である。そして、気体供給手段から制御された気体圧を供給し、押付力と釣り合わせつつ各隙間の間隔を調整して、伝達部から微小変位を出力するので、微小変位出力装置自体のみでその特性評価が可能となる。【０１０４】
また、気体が流れることができる窓部は、気体供給手段からの気体を、支持軸の外径側へ向かって各隙間に供給する。これにより、気体供給手段から制御された気体圧を調整することで、窓部から支持軸の外径側へ向かう範囲に渡って、各隙間の隙間量を調整できる。【０１０５】
また、複数の平板状可動子を用いる場合において、気体が流れることができる窓部は、気体供給手段からの気体を、支持軸の内径側及び外径側へ向かって各隙間に供給する。これにより、気体供給手段から制御された気体圧を調整することで、窓部から外径側及び内径側の両側に向かう範囲に渡って、各隙間の隙間量を調整できる。【０１０６】
また、弾性部材は、伝達部の移動軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さいので、移動軸方向に効率的に押付力を与えると共に、軸方向に効率的に変位を伝達することができる。また、メンブレム状の弾性部材を有し、筐体部と一体化して気密構造となる場合には、弾性部材の周辺から気体の排気が行われないようにできるので、微小変位出力装置自体の評価が、より便利に行うことができる。【０１０７】
また、蓋部がメンブレム状の弾性部材を有し、筐体部と一体化して気密構造となる場合において、外部に気体を排出する排出口排気弁が設けられ、排気される気体の排気気体圧が、外部気体圧との間の差圧によって蓋部の弾性部材に初期変位を与える任意の排気気体圧とされる。これにより、蓋部において外部負荷を受け止める伝達部に予め初期変位が与えられるので、外部負荷が出力可動子に急激にかけられることを防止できる。【０１０８】
上記のように、本発明に係る気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置によれば、それ自体のみで特性評価が可能となる。【０１０９】
上記構成の少なくとも１つによれば、気体圧制御アクチュエータは、少なくとも一部が磁性体で構成される筒状の案内部と、少なくとも一部が磁性体で構成される出力可動子と、出力可動子と案内部の底面との間に配置され、気体が流れることができる窓を有し、磁性体で構成される平板状の複数の中間可動子と、隣接する中間可動子の間の隙間等にそれぞれ気体を供給して流すための気体供給手段と、案内部の底面に向かって気体を圧縮しつつ中間可動子及び出力可動子を押し付ける押付力発生部と、案内部に設けられ、案内部と出力可動子と複数の中間可動子とともに構成される磁気回路を流れる磁界を発生し、磁界の規制力によって各中間可動子を案内部の中心軸に沿って整列させる磁界発生コイルとを備える。【０１１０】
ここで、磁界発生コイルに適当な励磁電流が供給されることで磁界が発生し、制御された供給気体圧が供給されると、押付力によって、隣接する中間可動子の間等の各隙間において気体を圧縮しつつ中間可動子及び出力可動子が底面に向かって押し付けられる。そして、供給気体圧の大きさを制御することで、押付力と釣り合わせつつ各隙間の間隔を調整して出力可動子を微小移動させることができる。そして、このときに、各中間可動子は、各隙間に気体が流れているので、いわば、他のものと非接触の状態で浮いていることになる。したがって、そのままでは、径方向に滑って位置ずれを生じる恐れがあるが、磁界発生コイルによって発生する磁界の規制力によって、各中間可動子は、その中心軸に自動的に調心される。このように、支持軸を用いることなく、複数の中間可動子を整列して流体的に支持することができる。【０１１１】
また、中間可動子は、窓部から径方向に外周側に向かって延びる複数の有端溝を平板面に含む放射状溝付中間可動子であるので、放射状溝の絞り効果により、滑らかな気体の流れとなる。また、中間可動子は、窓部から径方向に外周側に延び、気体が流れるとき気体の抵抗を有するように平板の表裏に抜けている複数の有端溝を含むスリット溝付中間可動子であるので、中間可動子の製作が容易となる。また、スリット溝付中間可動子は、溝を含まない平坦な平板面を有する平板可動子と交互に配置されるので、スリット溝が平板面と協働作用して、絞り効果を生じ、滑らかな気体の流れとなる。【０１１２】
また、中間可動子は、軸方向回りの回転を抑制する回転止め形状を外周に有し、案内部は、中間可動子の回転止め形状に対応する内壁形状を有する。したがって、各中間可動子の回転止め形状とこれに対応する案内部の内壁形状との協働によって、各中間可動子の軸方向回りの回転が抑制される。このように、支持軸を用いることなく、複数の中間可動子を整列して流体的に支持することができる。【０１１３】
また、磁界発生コイルを励磁する励磁回路を備えて、励磁電流を可変することで気体が供給される各隙間の間隔を調整するので、供給気体圧の変更とは別に、電気的手段によっても各隙間の間隔を調整できる。【０１１４】
また、上記構成の少なくとも１つにより、気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置は、少なくとも一部が磁性体で構成される筒状の筐体部と、少なくとも一部が磁性体で構成される出力可動子と、出力可動子と案内部の底面との間に配置され、気体が流れることができる窓を有し、磁性体で構成される平板状の複数の中間可動子と、隣接する中間可動子の間の隙間等にそれぞれ気体を供給して流すための気体供給手段と、筐体部の前方開口を覆う蓋部であって、出力可動子の出力を外部に伝達する伝達部と、筐体部の筒状外周部と伝達部とを接続する弾性部材とを有し、筐体部と一体化して出力可動子に押付力を与える蓋部と、筐体部に設けられ、筐体部と出力可動子と複数の中間可動子とともに構成される磁気回路に流れる磁界を発生し、磁界の規制力によって各中間可動子を筐体部の中心軸に沿って整列させる磁界発生コイルとを備える。ここで、磁界発生コイルに適当な励磁電流が供給されることで磁界が発生し、制御された供給気体圧が供給されると、押付力によって、隣接する中間可動子の間等の各隙間において気体を圧縮しつつ中間可動子及び出力可動子が底面に向かって押し付けられる。そして、供給気体圧の大きさを制御することで、押付力と釣り合わせつつ各隙間の間隔を調整して出力可動子を微小移動させることができる。そして、このときに、各中間可動子は、各隙間に気体が流れているので、いわば、他のものと非接触の状態で浮いていることになる。したがって、そのままでは、径方向に滑って位置ずれを生じる恐れがあるが、磁界発生コイルによって発生する磁界の規制力によって、各中間可動子は、その中心軸に自動的に調心される。このように、支持軸を用いることなく、複数の中間可動子を整列して流体的に支持することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】本発明に係る実施の形態において、ピストン型可動子を備える気体圧制御アクチュエータの構成を示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータにおける円環状平板可動子の斜視図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータにおける円環状平板可動子の正面図及び側面図である。
【図４】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータにおいて、円環状平板の内径側の部分の拡大断面図である。
【図５】図１の構成の気体圧制御アクチュエータの作用を説明する図である。
【図６】本発明に係る実施の形態において、可動子として円環状平板可動子のみを用いる気体圧制御アクチュエータの構成を示す図である。
【図７】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例を示す図である。
【図８】他の好ましい絞り部の例を示す図である。
【図９】本発明に係る実施の形態において、複数の円環状平板可動子が配置されたピストン型可動子を備える気体圧制御アクチュエータの構成を示す図である。
【図１０】本発明に係る実施の形態において、案内部の底面に取り付けられた支持軸に複数の円環状平板可動子が配置された気体圧制御アクチュエータの構成を示す図である。
【図１１】本発明に係る実施の形態において、複数の円環状平板可動子が配置され、出力可動子が設けられた気体圧制御アクチュエータを示す図である。
【図１２】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータにおいて、雲形バネと円環状平板との接続法、及び雲形バネと支持軸との接続法を説明する図である。
【図１３】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータにおいて、複数の円環状平板可動子の間にスペーサを設ける構成を示す図である。
【図１４】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータにおいて、円環状平板を単純な平板とする構成を示す図である。
【図１５】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータにおいて、雲形バネを省略する構成を示す図である。
【図１６】図１５における円環状平板の断面図である。
【図１７】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータが適用されるＸＹθ移動機構の平面図である。
【図１８】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータが適用される６自由度パラレルリンク機構を示す図である。
【図１９】図１８における気体圧制御アクチュエータ回りの構成を示す図である。
【図２０】図１８の６自由度パラレルリンク機構における他の気体圧制御アクチュエータ回りの構成を示す図である。
【図２１】本発明に係る実施の形態において、ピストン型可動子を備える気体圧アクチュエータの構成を示す図である。
【図２２】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータにおける円環状薄板可動子の斜視図である。
【図２３】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータにおける円環状薄板可動子の正面図及び側面図である。
【図２４】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータにおいて、円環状薄板可動子について気体の流れを説明する断面図である。
【図２５】図２１の構成の気体圧アクチュエータの作用を説明する図である。
【図２６】本発明に係る実施の形態において、可動子として円環状薄板可動子のみを用いる他の気体圧アクチュエータの構成を示す図である。
【図２７】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例を示す図である。
【図２８】他の好ましい絞り部の例を示す図である。
【図２９】本発明に係る実施の形態において、複数の円環状薄板可動子及び複数の円環状平板可動子が配置されたピストン型可動子を備える気体圧アクチュエータの構成を示す図である。
【図３０】本発明に係る実施の形態において、案内部の底面に取り付けられた支持軸に複数の円環状薄板可動子及び複数の円環状平板可動子が配置された気体圧アクチュエータの構成を示す図である。
【図３１】本発明に係る実施の形態において、複数の円環状薄板可動子及び複数の円環状平板可動子が配置され、出力可動子が設けられた気体圧アクチュエータを示す図である。
【図３２】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータにおける円環状平板可動子の正面図及び断面図である。
【図３３】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータにおいて、可撓アームと支持軸との接続法を説明する図である。
【図３４】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータにおいて、円環状薄板可動子と円環状平板可動子との間にスペーサを設ける構成を示す図である。
【図３５】本発明に係る実施の形態の気体圧アクチュエータが適用されるＸＹθ移動機構の平面図である。
【図３６】本発明に係る実施の形態の気体圧アクチュエータが適用される６自由度パラレルリンク機構を示す図である。
【図３７】図３６における気体圧アクチュエータ回りの構成を示す図である。
【図３８】図３６の６自由度パラレルリンク機構における他の気体圧アクチュエータ回りの構成を示す図である。
【図３９】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構の構成を説明する図である。
【図４０】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構において、気体流路浅溝の周辺部の拡大図である。
【図４１】実施例２における気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構の構成を説明する図である。
【図４２】図４１の一部拡大図である。
【図４３】実施例４の気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構において、中間軸受体の構成を説明する図である。
【図４４】実施例５の気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構において、中間軸受体の構成を説明する図である。
【図４５】実施例５の気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構において、段差状減速くぼみとテーパ状減速くぼみの組み合わせの例を説明する図である。
【図４６】本発明に係る実施の形態において、複数の平板状可動子を用いる気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置を示す図である。
【図４７】図４６における気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置の拡大断面図である。
【図４８】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、平板状可動子の斜視図である。
【図４９】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、平板状可動子の正面図及び側面図である。
【図５０】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、円環状平板の内径側の部分の拡大断面図である。
【図５１】実施例６の気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置における平板状可動子の正面図及び側面図である。
【図５２】実施例６の気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置における平板状可動子の内径側の部分の拡大断面図である。
【図５３】実施例６の気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、他の構成の平板状可動子の正面図である。
【図５４】実施例６の気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、別の構成の平板状可動子の正面図である。
【図５５】実施例７において、薄板可動子と平板可動子とを交互に配置したものを用いる気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置の拡大断面図である。
【図５６】実施例７の気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、薄板可動子の斜視図である。
【図５７】実施例７の気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、薄板可動子の正面図及び側面図である。
【図５８】実施例７の気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、平板可動子の平面図と断面図である。
【図５９】実施例７の気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、薄板可動子について気体の流れを説明する図である。
【図６０】実施例８の気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、排気口に排気弁を設けた構成の微小変位出力装置の様子を示す図である。
【図６１】実施例９の気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、蓋部を示す図である。
【図６２】本発明に係る実施の形態において、磁界発生コイルを用いる気体圧制御アクチュエータの構成を示す図である。
【図６３】図６２における中間可動子の一例を示す図である。
【図６４】図６２における中間可動子の他の例を示す図である。
【図６５】図６２における中間可動子の別の例を示す図である。
【図６６】他の実施の形態の磁界発生コイルを用いる気体圧制御アクチュエータの構成を示す図である。
【図６７】別の実施の形態の磁界発生コイルを用いる気体圧制御アクチュエータの構成を示す図である。
【図６８】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータにおいて、磁界発生コイルの配置の他の例を示す図である。
【図６９】本発明に係る実施の形態において、磁界発生コイルを備える気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置の構成を示す図である。
【図７０】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、磁界発生コイルの配置の他の例を示す図である。
【図７１】別の実施の形態において、磁界発生コイルを備える気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１１６】
１．平板可動子を用いる気体圧制御アクチュエータ
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。最初に、本発明に係る実施の形態の中核の１つである平板可動子を用いた基本的な場合を説明し、その後にその他の構成について説明する。以下では、平板可動子として、円形の外形を有し、中央に支持軸に適合する穴を有する円環状平板を用いる円環状平板可動子について説明するが、平面寸法に比較して板厚の薄い平板であればよく、外形は円形でなくてもよい。例えば多角形の外形、楕円の外形、曲面の外形を有する平板であってもよい。また、平板可動子と支持軸との支持構造は、円形の穴と丸棒の関係として説明するが、それ以外の支持構造であってもよい。例えば、支持軸が丸棒であるが、支持構造として支持軸の外形を多角形にし、平板可動子の支持穴をそれに対応する多角形穴としてもよい。なお、このようにすることで、支持軸周りの回転を抑制することが容易となる。もちろん、支持軸の軸断面形状を多角形以外の形状、例えば楕円形としてもよい。また、以下で述べる材質、寸法等は、説明のための１例であり、気体圧制御アクチュエータの仕様に適合する材質、寸法等を適宜選択できる。【０１１７】
図１に示す気体圧制御アクチュエータ１０は、移動体６を移動駆動する場合に、案内部１２で案内され、図示されていない気体圧制御装置から供給される駆動気体圧ＰＰを受けて駆動されるピストン型可動子１４を用い、ピストン型可動子１４の先端に円環状平板可動子２０を設け、円環状平板可動子２０を介してピストン型可動子１４の駆動力を移動体６に伝達する構成を有する。ここで移動体６は、例えばＸＹ方向等の軸方向移動、及びＺ軸周りのθ回転等のように回転が可能テーブル等である。案内部１２は、ピストン型可動子１４を軸方向に移動可能に案内する機能を有し、一方側に開口し、底面に駆動気体圧ＰＰが供給される供給口１８を有する筒状の部材で、いわゆるシリンダーに相当するものである。ここで、案内部１２の底面及び内部側壁と、ピストン型可動子１４の底面とで囲まれる空間は圧力室１６である。【０１１８】
図２の斜視図、図３の正面図及び側面図に、円環状平板可動子２０の詳細構成を示す。円環状平板可動子２０は、支持軸２２に支持される可動子で、円環状平板２４と、雲形状の可撓アームを有する薄板からなるいわゆる雲形バネ２６を含んで構成される。このとき、円環状平板２４は、平板面を支持軸２２の軸方向に対し垂直方向として支持される。
円環状平板２４は、薄板円板の中央部に同心円の開口を有するドーナツ型の部材である。円環状平板２４には、その平板面の一方の面、あるいは両側の面に、中心から放射状に延びる複数の細溝３０が設けられる。放射状に延びる細溝３０は、円環状平板の２４の内径側で共通化してくぼみとなっている。図４は、円環状平板２４の内径側の部分の拡大断面図である。円環状平板２４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くぼみ２８を形成し、そのくぼみ２８が各細溝３０の始発点となり、そこから所定の長さで細溝３０が径方向に延びる。径方向に延びた細溝３０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３０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２８及び細溝３０による表面絞りの形状は１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。【０１１９】
このようなくぼみ２８及び細溝３０は、円環状平板２４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、円環状平板２４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２８及び細溝３０を流れる気体が細溝３０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。【０１２０】
かかる円環状平板２４の寸法の１例を述べると、外径が約３０ｍｍから約４０ｍｍ、内径が約１０ｍｍから１５ｍｍ、板厚が約０．１ｍｍから約０．２ｍｍ程度、くぼみ２８及び細溝３０の深さは約１３μｍから約１７μｍ、くぼみ２８の径方向の幅は約２ｍｍから４ｍｍ程度、細溝３０の幅は約０．２ｍｍ程度である。なお、図３、図４は、細溝３０等の深さを誇張して拡大してある。かかる円環状平板２４は、例えばＳＵＳ等の金属円板を加工して得ることができる。【０１２１】
雲形バネ２６は、この円環状平板２４の内径側部分と、支持軸２２の外形との間を接続する薄板部材で、円環状平板可動子２０を支持軸２２に支持する支持部材である。雲形バネ２６のパターンは、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。また、雲形バネ２６は、支持軸２２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ように、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。かかる雲形バネ２６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。【０１２２】
すなわち、支持軸２２に雲形バネ２６を介して円環状平板２４が支持される構成を有する円環状平板可動子２０は、支持軸２２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、すなわち支持軸２２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、円環状平板可動子２０は、支持軸２２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。【０１２３】
再び図１に戻り、円環状平板可動子２０は、その支持される支持軸がピストン型可動子１４の軸方向の中心に設けられ、その平板面が移動体６の対向する面に向かい合うようにして配置される。円環状平板可動子２０は、そのままでも十分作動可能であるが、移動体６と平板面とが直接接触するとその間の摩擦等が大きいので、移動体６と円環状平板可動子２０との間は気体層を介することが望ましい。そこで図１における気体圧制御アクチュエータ１０では、移動体６側にも気体の供給口８を設け、図示されていない気体圧制御装置から、円環状平板可動子２０に向かって制御気体圧Ｐ１を有する気体を供給する。供給される気体は、円環状平板可動子２０と移動体６の対向面である気体受面と間の隙間、および円環状平板可動子２０とピストン型可動子１４の先端面との間の隙間とに流れる。この流れについては、上記のように、円環状平板２４の表面に設けられたくぼみ２８及び細溝３０の絞り効果により、流れの安定化が図られる。【０１２４】
図５は、かかる気体圧制御アクチュエータ１０の作用を説明する図である。ピストン型可動子１４が案内される案内部１２の供給口１８から圧力室１６に駆動気体圧Ｐｐが供給されると、ピストン型可動子１４の底面積にＰｐを乗じた駆動力がピストン型可動子１４に与えられ、気体層を介して円環状平板可動子２０から移動体６に伝達される。このようにして、駆動気体圧ＰＰを制御することで移動体の駆動を制御できる。円環状平板可動子２０の作用が最も顕著に現れるのは、移動体６が気体圧制御アクチュエータ１０の駆動軸方向に対し傾いたときである。このとき、円環状平板可動子２０は、スラスト方向に自由度が大きく、ラジアル方向に拘束が大きい特性を有するので、移動体６の傾きに追従してその傾きを変更する。すなわち、この場合の雲形バネは、軸方向に対する平板の傾斜角度剛性を低いものとする作用を有する。すなわち、あたかもピストン型可動子１４と移動体６との間に球面座機構が設けられたと同様に、移動体６の傾きに追従しながら駆動力を移動体６に伝達することができる。【０１２５】
上記のピストン型可動子１４を用いる気体圧制御アクチュエータ１０の場合は、比較的大きな移動量を移動体６に与えることができる。移動量が比較的小さくて、より精密に制御したいときには、円環状平板可動子２０と移動体６の気体受面との間の隙間を流れる気体圧の制御を用いることができる。図６は、可動子として円環状平板可動子２０のみを用いる気体圧制御アクチュエータ５０の構成を示す図である。【０１２６】
図６に示す気体圧制御アクチュエータ５０は、筒状の案内部５２の底面に支持軸２２が直接取り付けられ、支持軸２２に雲形バネを介して円環状平板が取り付けられた円環状平板可動子２０が支持される。案内部５２には、制御気体圧Ｐ１が供給される供給口５４が設けられ、制御気体圧Ｐ１を有する気体は、絞り部５６を通り、案内部５２の底面から円環状平板可動子２０に供給される。【０１２７】
絞り部５６は、制御気体圧Ｐ１が供給される供給口５４と、案内部５２の底面において円環状平板可動子２０に対して気体を供給する気体出口との間の気体流路の途中に設けられ、流体抵抗を増加させて気体の流れを整流する機能を有する素子又は構造である。【０１２８】
図７、図８は、絞り部として好ましい２つの例を示す図である。図７は、案内部５２のポケット開口６０の中に設けられる平行隙間絞り７０である。平行隙間絞り７０は、ドーナツ状に中央穴を有する円環板７２と、円環板７２と外形が同じ円板７４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、気体供給口５４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７２と円板７４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。【０１２９】
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、気体圧制御アクチュエータ５０の制御性の向上を図ることができる。【０１３０】
図８は、絞り部のもう１つの好ましい例として、多孔質材料７６をポケット開口６０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。もちろん、制御性の必要が少ない場合は、通常のオリフィス等を用いることができる。【０１３１】
再び図６に戻り、案内部５２の底面から絞り部５６を経由して円環状平板可動子２０に対し供給される気体は、円環状平板可動子２０と移動体６の気体受面との間の隙間、及び円環状平板可動子２０と案内部５２の底面との間の隙間を流れて外気へ開放される。ここで、移動体６から気体圧制御アクチュエータ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、制御気体圧Ｐ１を制御し、押付力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、円環状平板可動子２０を軸方向、すなわち支持軸２２の軸方向に微小移動させることができる。【０１３２】
そして、その際にも、図５で説明したと同様に、円環状平板可動子２０は、スラスト方向に自由度が大きく、ラジアル方向に拘束が大きい特性を有するので、移動体６の傾きに追従してその傾きを変更することができる。すなわち、移動体６の微小な角度変化に追従しながら微小移動に必要な駆動力を移動体６に伝達することができる。【０１３３】
次に、円環状平板可動子２０を支持軸２２の軸方向に複数整列配置した気体圧制御アクチュエータの構成を説明する。図９は、ピストン型可動子の先端に複数の円環状平板可動子２０が配置された気体圧制御アクチュエータ８０を示し、図１０は、案内部の底面に取り付けられた支持軸に複数の円環状平板可動子２０が配置された気体圧制御アクチュエータ９０を示す。これらは、それぞれ、図１、図６で説明した気体圧制御アクチュエータ１０，５０において、円環状平板可動子２０の数を１つから複数にしたものに相当する。図１１は、図１０の構成において、移動体６とは独立に、円環状平板可動子２０の駆動力を伝達するものとして、出力可動子１０４を設けた気体圧制御アクチュエータ１００を示す。以下にこれらの構成の詳細を説明する。その際、図１から図６におけるもの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。【０１３４】
図９に示す気体圧制御アクチュエータ８０は、上記のように、図１で説明した気体圧制御アクチュエータ１０における円環状平板可動子２０の数を複数としたものに相当する。ここでは、案内部１２の底面の供給口１８から、駆動気体圧Ｐｐを有する気体が圧力室１６に供給されてピストン型可動子８２を駆動する一方で、移動体６の供給口８から、制御気体圧Ｐ１を有する気体が、複数の円環状平板可動子２０に向かって供給される。供給口８から移動体６の気体受面の気体出口、すなわち円環状平板可動子２０と対向する面の気体出口との間には、図６で説明したような絞り部５６を設けることが好ましい。【０１３５】
ピストン型可動子８２は、その内部に気体室８４を有するいわば内蔵タンクを有する可動子である。制御気体圧Ｐ１を有する気体は、移動体６の気体受面から複数の円環状平板可動子２０の各雲形バネの気体通り抜け窓を通って、隣接する円環状平板可動子２０の間の隙間を流れ大気に開放される。また、一部は、ピストン型可動子８２の内部の気体室８４に流れこみ、一旦そこで蓄えられてから、軸受用開口８６より、ピストン型可動子８２の外周と案内部１２の内壁との隙間に流れる。流れ出した気体は、いわゆる気体軸受作用によりピストン型可動子８２を案内部１２の内壁に対し、浮上させる。これにより、ピストン型可動子８２の軸方向の移動の摩擦を低減できる。【０１３６】
隣接する円環状平板可動子２０の間の隙間を流れる気体は、いわゆる気体軸受としての作用を示す。すなわち、ピストン型可動子８２から、駆動気体圧ＰＰによる押付力が移動体６に向かって働くので、制御気体圧Ｐ１を制御し、押付力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る。例えば制御気体圧Ｐ１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、円環状平板の形状、隣り合う円環状平板の間の隙間、制御気体圧Ｐ１、押付力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とすると、複数の円環状平板可動子２０の全体の軸方向移動量は、Ｎ×Δｓとなり、移動量が、円環状平板可動子２０の数の増減で調整できる。【０１３７】
１例を上げると、上記の円環状平板可動子２０の寸法で、隣り合う隙間の公称標準値を１０μｍ程度とし、Ｐ１を約０．２ＭＰａとすると、（隙間変化量／気体圧変化量）＝（０．５μｍ／０．１Ｍｐａ）程度とすることができる。上記のように、円環状平板の厚さは、約０．１ｍｍから数ｍｍであるので、仮にＮ＝１００としても、９９個の円環状平板可動子２０の軸方向の全長は、約１０ｍｍから数１０ｍｍである。そして、ΔＰを０．１ＭＰａとすれば、この９９個の円環状平板可動子２０によって、移動体６に数ｍｍの移動量を与えることができる。【０１３８】
しかも、その移動量は、Δｓ／ΔＰで定まり、気体圧の制御性は極めてよいので、その移動量の精度は、全ストロークについてきわめて高く維持することができる。なお、以上の説明では、ピストン型可動子８２の駆動気体圧ＰＰによる移動を除いている。実際に駆動気体圧ＰＰによるピストン型可動子８２の移動駆動がなされる場合は、駆動気体圧ＰＰによる比較的大きな移動量に加えて、複数の円環状平板可動子２０による精度の高い移動が加わることになる。【０１３９】
そして、その際にも、図５で説明したと同様に、各円環状平板可動子２０は、スラスト方向に自由度が大きく、ラジアル方向に拘束が大きい特性を有するので、移動体６の傾きに追従してその傾きを変更することができる。すなわち、移動体６の角度変化に追従しながら高精度の微小移動に必要な駆動力を移動体６に伝達することができる。【０１４０】
図１０に示す気体圧制御アクチュエータ９０は、上記のように、図６で説明した気体圧制御アクチュエータ５０における円環状平板可動子２０の数を複数としたものに相当する。ここでは、制御気体圧Ｐ１を有する気体は、案内部５２の底面から複数の円環状平板可動子２０の各雲形バネの気体通り抜け窓を通って、隣接する円環状平板可動子２０の間の隙間を流れ大気に開放される。そして、隣接する円環状平板可動子２０の間の隙間を流れる気体は、いわゆる気体軸受としての作用を示し、移動体６からの押付力Ｆが複数の円環状平板可動子２０に向かって働くので、制御気体圧Ｐ１を制御し、押付力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る。【０１４１】
そして、図９で説明したと同様に、上記の円環状平板可動子２０の寸法等の条件の下で、仮に９９個の円環状平板可動子２０を用いるときは、この約１０ｍｍから約２０ｍｍの全長の９９個の円環状平板可動子２０によって、移動体６に約１ｍｍ程度の移動量を与えることができる。【０１４２】
そして、その移動量の精度は、全ストロークについてきわめて高く維持することができることも、また、移動体６の傾きに追従してその傾きを変更することができることも、図９に関連して説明したところと同様である。【０１４３】
図１０の構成においては、移動体６からの押付力Ｆを前提としたが、押付力を気体圧制御アクチュエータの内部で作り出す構成としたものが図１１に示す気体圧制御アクチュエータ１００である。ここでは、案内部１０２と、複数の円環状平板可動子２０との間に出力可動子１０４が設けられる。出力可動子１０４は、複数の円環状平板可動子２０による駆動力を受ける可動子であるが、その先端側の肩部において、押付力用気体圧Ｐ２が供給口１０６から供給され、これによって出力可動子１０４は、押付力を複数の円環状平板可動子２０に与える。【０１４４】
したがって、制御気体圧Ｐ１を有する気体は、案内部１０２の底面から複数の円環状平板可動子２０の各雲形バネの気体通り抜け窓を通って、隣接する円環状平板可動子２０の間の隙間を流れ排気口５８等から大気に開放される。そして、隣接する円環状平板可動子２０の間の隙間を流れる気体は、いわゆる気体軸受としての作用を示し、出力可動子１０４からの押付力が複数の円環状平板可動子２０に向かって働くので、制御気体圧Ｐ１を制御し、押付力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る。【０１４５】
そして、図９で説明したと同様に、上記の円環状平板可動子２０の寸法等の条件の下で、仮に９９個の円環状平板可動子２０を用いるときは、この約１０ｍｍから数１０ｍｍの全長の９９個の円環状平板可動子２０によって、移動体６に数ｍｍの移動量を与えることができる。【０１４６】
そして、その移動量の精度は、全ストロークについてきわめて高く維持することができることも、また、移動体６の傾きに追従してその傾きを変更することができることも、図９に関連して説明したところと同様である。【０１４７】
なお、図１１の構成において、出力可動子１０４は、案内部１０２の内壁によって案内され、その際、軸受用気体圧ＰＢが、出力可動子１０４の外周と、案内部１０２の内壁の間の隙間に流れる。この隙間に流れる気体は、いわゆる気体軸受作用により出力可動子１０４を案内部１０２の内壁に対し、浮上させる。これにより、出力可動子１０４の軸方向の移動の摩擦を低減できる。図１１において、Ｅｘと示してあるのは排気である。また、Ｖと示してあるのは真空引きで、排気しきれない気体をこれにより排除することで、気体圧制御アクチュエータ１００を減圧環境下、あるいは真空下でも使用可能とすることができる。【０１４８】
図１２は、雲形バネ２６と円環状平板２４との接続法、及び雲形バネ２６と支持軸２２との接続法を説明する図である。雲形バネ２６と円環状平板２４の内径側部分との接続は、接着、溶接、カシメ等の固定手段１１０により行うことができる。また、図１２では、雲形バネ２６がスラスト方向に柔軟性があり、これに対し円環状平板２４は剛体と考えていることを示すため、雲形バネ２６の板厚を誇張して薄く示してあるが、上記のように、実際には円環状平板２４の厚さと、雲形バネ２６の板厚はあまり差が無いように設定することができる。そのような場合には、円環状平板２４と雲形バネ２６とを一体成形により形作ってもよい。【０１４９】
雲形バネ２６と、支持軸２２との間の接続は、図１２（ａ）のように、接着、溶接、カシメ等の固定手段１１２で行うことができる。また、上記のように、複数の円環状平板可動子２０を用いるときは、全体の移動量が相当大きくなり、支持軸２２の端部に配置された円環状平板可動子は、支持軸２２に対し軸方向に相当移動することになるので、固定接続でなく、摺動支持が好ましい。図１２（ｂ）は、支持軸２２に雲形バネ２６の板厚より十分大きい溝幅の溝１１４を設け、その溝１１４に、雲形バネ２６の端部を差込み、雲形バネ２６自体が軸方向に摺動可能とする構成を示す図である。図１２（ｃ）は、雲形バネ２６の端部にスライド部１１６を接続し、支持軸２２にスライド部１１６の幅より十分大きい溝幅のスライド溝１１８を設ける構成を示す図である。スライド部１１６の材質は、摺動抵抗を低減できるもの、例えばテフロン（登録商標）等を用いることが好ましい。また、支持軸２２に対し、雲形バネ２６が軸方向に相当大きく移動することが予め設定されている場合には、雲形バネ２６に、予めバイアス移動量あるいはバイアス力を与えて変形させておくこともできる。【０１５０】
図１３は、複数の円環状平板可動子２０が支持軸２２に対し軸方向に整列配置されるように、スペーサ１２０あるいは適当なシムを設ける構成を示す図である。スペーサ１２０は、図１２で説明したように、雲形バネ２６が軸方向に摺動することができるように、適当な隙間を開けて配置されることが好ましい。【０１５１】
図１４は、円環状平板において、くぼみ及び放射状の細溝を設けずに、単純な平板１３０とする構成を示す図である。図３、図４で説明したように、円環状平板２４に絞り部を構成するくぼみ２８及び細溝３０を設けることで、隣接する円環状平板の間の隙間を流れる流れを安定させ、その隙間量を安定したものとし、外力が働いたときの抵抗力を示す軸受剛性が向上し、いわゆる位置決め性が向上する。一方で、気体圧そのものによる駆動力を発生させるいわゆる力制御性が低下する。図１４のように、単純な平板１３０の円環状平板を用いると、軸受剛性が低下し、いわゆる位置決め性は低下するが、力制御性が向上する。【０１５２】
このように、円環状平板において、くぼみ２８の領域の大きさ、細溝３０の延伸する領域の大きさの設定によって、位置決め性を優勢にすることも、力制御性を優勢にすることも可能である。したがって、気体圧制御アクチュエータに要求される性能に応じ、円環状平板におけるくぼみ２８の領域の大きさ及び細溝３０の延伸する領域の大きさを設定することができる。【０１５３】
上記において、円環状平板可動子２０は、円環状平板２４と、雲形バネ２６の組み合わせとし、雲形バネ２６は、気体が流れることができる窓を有し支持軸２２の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材の１例として示してある。雲形バネ２６を介して円環状平板２４を支持軸２２に支持させることで、円環状平板２４は、ほとんど摩擦なしで、その平板面を軸方向に移動させることができる。例えば、隙間に流す気体の圧力を４ａｔｍとし、これに適当に釣り合う押付力を与えて隙間間隔を約１０μｍと設定したとして、この状態で１０ｍＮの外力に対し、隙間間隔は１ｎｍ程度しか変動しないようにできる。このように、雲形バネを用いて摩擦の影響をなくすことで平板面の軸方向移動を高精度で制御できる。これほどの高精度を必要としない場合には、雲形バネを省略して、より簡単な構成を用いることができる。【０１５４】
図１５、図１６は、雲形バネを省略し、気体が流れる窓１３４を有する円環状平板１３２を円環状平板可動子として、支持軸２２に支持させる構成を示す図である。図１５は、円環状平板１３２の側面図と正面図で、図１６は、図１５におけるＡ−Ａ線に沿った断面図で、厚み方向を拡大して示す図である。円環状平板１３２は、薄板円板の中央部に支持軸２２を通す同心円の開口を有する円環状の部材である。円環状平板１３２には、その平板面の一方の面、あるいは両側の面に、中心から放射状に延びる複数の細溝３０が設けられ、それらの細溝３０は、円環状平板１３２の内径側で共通化してくぼみ２８となっていることは図３で説明したところと同様である。そして、くぼみ２８の部分に、気体を支持軸２２の軸方向に沿って通すための窓１３４が設けられる。窓１３４は、くぼみ２８の部分の剛性を損なわない程度に適当な大きさで開けることができる。【０１５５】
図１５において、窓１３４は、支持軸２２のための穴と、くぼみ２８との間の領域に設けられており、この例では支持軸２２に対し対称的に４つの窓１３４が示される。隣接する窓１３４の間は、くぼみ２８より一段と深いくぼみ１３６となっている。すなわち、円環状平板１３２の平板表面からの深さは、くぼみ２８と放射状細溝３０は同じで、隣接する窓１３４の間の領域は、これより一段と深いくぼみ１３６となっている。この構造によって、図１６に示されるように、窓１３４を軸方向に流れてくる気体１３８は、窓１３４ら、一段と深いくぼみ１３６、これよりも浅いくぼみ２８及び細溝３０を流れ、細溝３０に流路を制限されて、その突き当りから円環状平板１３２の表面に出る。このように、気体１３８は、図示されていない隣接する円環状平板との間隔が次第に絞られてくる隙間を流れるので、表面絞り効果が適切に作用する。【０１５６】
なお、くぼみ２８及び放射状に延びる複数の細溝３０の作用は図３で説明した内容と同様である。すなわち、くぼみ２８及び細溝３０は、円環状平板２４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。くぼみ２８、細溝３０の寸法例も、図３に関連して説明したものと同様なものを用いることができる。かかる円環状平板１３２は、例えばＳＵＳ等の金属円板を加工して得ることができる。なお、剛性をあまり必要としない場合には、放射状の細溝３０をなくし、平坦な平板としてもよい。【０１５７】
支持軸２２と円環状平板１３２との間の支持法は、図１２で説明した３つの方法のいずれを用いてもよいが、より簡単な構成として、穴と軸の摺動で支持されるものとすることができる。この場合には、支持軸２２を単純な丸棒の軸とし、円環状平板１３２は中心に単なる丸穴を有するものとする簡単な構成にできる。もちろん、これ以外の支持構造とすることもできる。例えば、支持軸と穴の支持部断面形状を多角形として、軸方向の回転を抑制するものとしてもよい。【０１５８】
円環状平板可動子を用いる気体圧制御アクチュエータは、ＸＹθ移動機構のテーブルのアクチュエータとして利用できる。図１７は、ＸＹθ移動機構１４０の平面図で、筐体１４２の中央に設けられる矩形の案内穴１４４の中に配置される矩形テーブル１４６を８個の気体圧制御アクチュエータ９０を用い、図１７に示すＸＹ平面内での移動、及びＸＹ平面に垂直なＺ軸周りにθ回転を行うものの構成が示される。ここで、８個の気体圧制御アクチュエータ９０は、図１０で説明した構成のものである。もちろん、これ以外の構成の円環状平板可動子を備える気体圧制御アクチュエータを用いてもよい。８個の気体圧制御アクチュエータ９０のうち、図１７の紙面において矩形テーブル１４６の左右に配置され、移動軸方向がＸ方向に平行な４つは、Ｘ軸アクチュエータで、紙面において矩形テーブル１４６の上下に配置され、移動軸方向がＹ方向に平行な４つは、Ｙ軸アクチュエータである。これらの複数の気体圧制御アクチュエータ９０を組み合わせて駆動制御し、その協働によって、矩形テーブル１４６をＸＹθ移動させることができる。【０１５９】
例えばＸ軸方向の動作については、４組のＸアクチュエータの動作のみを考えればよい。さらに単純にするには、この４組を左半分の２組と右半分の２組に分け、左半分の２組は共に同じ動作をし、右半分の２組は共に同じ動作をする場合を考えればよい。この場合の動作は、Ｘ軸方向の移動が制御できる。同様に、４組のＹアクチュエータについて上半分の２組と下半分の２組をそれぞれ同じ動作をするものとしてＹ軸方向の移動が制御できる。このように、矩形テーブル１４６をＸＹ平面内で任意の位置に移動させることができる。【０１６０】
さらに、４組のＸアクチュエータのうち、右上のものと左下のものとを組にし、右下のものと左上のものとを別の組にし、それぞれの組の移動量を異ならせることで、Ｚ軸周りに矩形テーブル１４６を回転させることができる。４組のＹアクチュエータを用いてもよい。このようにして、矩形テーブル１４６をＺ軸周りにθ回転させることができる。また、上記のＸＹ平面内移動とθ回転とを組み合わせて、任意のＸＹθ移動を行せることができる。【０１６１】
なお、これらのＸアクチュエータ、Ｙアクチュエータは、それぞれ４つずつである必要はなく、例えばそれぞれ又はいずれかを４つ以外の数で構成してもよい。また、左右対称に配置する必要もなく、矩形テーブル１４６の形状、要求性能等に合わせ適当な配置をとることができる。また、例えば、Ｘ軸方向について左右それぞれ２つずつでなくて、一方側を１つ、他方側を２つというように、左右について配置数を異ならせてもよい。Ｙ軸方向の配置についても同様に配置数を非対称としてもよい。また、Ｘアクチュエータの合計数と、Ｙアクチュエータの合計数を異ならせてもよい。例えば、Ｘアクチュエータ合計４つ、Ｙアクチュエータを合計２つとしてもよい。【０１６２】
このように、矩形テーブル１４６を駆動する場合に、円環状平板可動子を備える気体圧制御アクチュエータを用いることで、高精度の微小移動を広い範囲で確保でき、また、球面座機構を要することなく、矩形テーブル１４６の傾きに追従しながら駆動力を矩形テーブル１４６に伝達することができる。【０１６３】
円環状平板可動子を用いる気体圧制御アクチュエータは、６自由度パラレルリンク機構のアクチュエータとして利用できる。図１８は、気体圧制御アクチュエータを６つ用いて６自由度パラレルリンク機構１５０を構成する例を示す図である。６自由度パラレルリンク機構１５０は、ベース１５２と、可動ステージ１５４との間を６つの気体圧制御アクチュエータ１６０を所定の角度配置で取り付けることで構成される。ここで、６つの気体圧制御アクチュエータ１６０は、その内部に円環状平板可動子を含んでいる。この構成は、一般的な６自由度パラレルリンクにおける構成の６つのアクチュエータを気体圧制御アクチュエータ１６０に置き換えたもので、周知の制御法により、６つの気体圧制御アクチュエータ１６０の変位量をそれぞれ制御することで、可動ステージ１５４をベース１５２に対し、Ｘ，Ｙ，Ｚ，φ，θ，ψの６自由度で運動させることができる。【０１６４】
図１９は、図１８の６自由度パラレルリンク機構１５０に用いられる気体圧制御アクチュエータ１６０回りの構成を示す図である。気体圧制御アクチュエータ１６０は、出力可動子１６２の形状がやや異なっている程度で、他は複数の円環状平板可動子２０を含め、図１１で説明した気体圧制御アクチュエータ１００の構成とほぼ同様のものを用いることができるので、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。もちろん、これ以外の構成の円環状平板可動子を備える気体圧制御アクチュエータを用いてもよい。気体圧制御アクチュエータ１６０の案内部１０２にはベース側可撓継手１６４の一端が取り付けられ、ベース側可撓継手１６４の他端は、図１８の６自由度パラレルリンク機構１５０におけるベース１５２の所定位置に取り付けられる。また、出力可動子１６２には可動ステージ側可撓継手１６６の一端が取り付けられ、可動ステージ側可撓継手１６６の他端は、図１８の６自由度パラレルリンク機構１５０における可動ステージ１５４の所定位置に取り付けられる。各気体圧制御アクチュエータ１６０の制御部１６８は、それぞれの案内部１０２に取り付けられる。【０１６５】
図２０は、６自由度パラレルリンク機構１５０用の他の気体圧制御アクチュエータ１７０を示す図である。図１９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。ここでは、ベース側可撓継手１７２を可撓性パイプとし、これを通して制御気体圧Ｐ１の供給をベース１５２側から行うところに特徴がある。これにより制御部１６８を個々のアクチュエータに設けずに軽量小型化を図ることができる。【０１６６】
このように、図１８の６自由度パラレルリンク機構１５０において、可動ステージ１５４をベース１５２に対し駆動する場合に、円環状平板可動子を備える気体圧制御アクチュエータを用いることで、高精度の微小移動を広い範囲で確保でき、また、球面座機構を要することなく、可動ステージ１５４の相対的な傾きに追従しながら駆動力を可動ステージ１５４に伝達することができる。【０１６７】
２．薄板可動子を用いる気体圧制御アクチュエータ
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。最初に、本発明に係る実施の形態の中核の１つである薄板可動子を用いた基本的な場合を説明し、その後にその他の構成について説明する。以下では、薄板可動子として、円形の外形を有し、中央に支持軸に適合する穴を有する円環状薄板を用いる円環状薄板可動子について説明するが、細長い溝を板厚方向に貫通して加工できる程度の薄板であればよく、外形は円形でなくてもよい。すなわち、溝幅に比べて十分薄い板厚の薄い薄板であればよく、例えば多角形の外形、楕円の外形、曲面の外形を有する薄板であってもよい。また、薄板可動子と支持軸との支持構造は、円形の穴と丸棒の関係として説明するが、それ以外の支持構造であってもよい。例えば、支持軸が丸棒であるが、支持構造として支持軸の外形を多角形にし、薄板可動子の支持穴をそれに対応する多角形穴としてもよい。なお、このようにすることで、支持軸周りの回転を抑制することが容易となる。もちろん、支持軸の軸断面形状を多角形以外の形状、例えば楕円形としてもよい。【０１６８】
薄板可動子と組み合わせて用いられる平板可動子についても同様である。すなわち、平板可動子として、円形の外形を有し、中央に支持軸に適合する穴を有する円環状平板を用いる円環状平板可動子について説明するが、外形は薄板可動子と同様の形状であれば、円形でなくてもよい。例えば多角形の外形、楕円の外形、曲面の外形を有する平板であってもよい。また、平板可動子と支持軸との支持構造は、円形の穴と丸棒の関係として説明するが、薄板可動子と支持軸との支持構造と同様であればよく、それ以外の支持構造であってもよい。例えば、支持軸が丸棒であるが、支持構造として支持軸の外形を多角形にし、平板可動子の支持穴をそれに対応する多角形穴としてもよい。なお、このようにすることで、支持軸周りの回転を抑制することが容易となる。もちろん、支持軸の軸断面形状を多角形以外の形状、例えば楕円形としてもよい。【０１６９】
また、以下で述べる材質、寸法等は、説明のための１例であり、気体圧アクチュエータの仕様に適合する材質、寸法等を適宜選択できる。【０１７０】
図２１に示す気体圧で制御される気体アクチュエータ１０１０は、移動体１００６を移動駆動する場合に、案内部１０１２で案内され、図示されていない気体圧制御装置から供給される駆動気体圧ＰＰを受けて駆動されるピストン型可動子１０１４を用い、ピストン型可動子１０１４の先端に支持軸１０２２を設け、支持軸１０２２に薄板面を垂直方向として円環状薄板可動子１０２０を配置し、円環状薄板可動子１０２０を介してピストン型可動子１０１４の駆動力を移動体１００６に伝達する構成を有する。ここで移動体１００６は、例えばＸＹ方向等の軸方向移動、及びＺ軸周りのθ回転等のように回転が可能テーブル等である。案内部１０１２は、ピストン型可動子１０１４を軸方向に移動可能に案内する機能を有し、一方側に開口し、底面に駆動気体圧ＰＰが供給される供給口１０１８を有する筒状の部材で、いわゆるシリンダーに相当するものである。ここで、案内部１０１２の底面及び内部側壁と、ピストン型可動子１０１４の底面とで囲まれる空間は圧力室１０１６である。また、移動体１００６側にも気体の供給口１００８が設けられ、図示されていない気体圧制御装置から、円環状薄板可動子１０２０に向かって制御気体圧Ｐ１を有する気体が供給される。【０１７１】
図２２の斜視図、図２３の正面図及び側面図に、円環状薄板可動子１０２０の詳細構成を示す。円環状薄板可動子１０２０は、支持軸１０２２に支持される可動子で、円環状薄板１０２４と、波形状あるいは雲形状の複数の可撓アーム１０２６を含んで構成される。また、隣接する可撓アーム１０２６の間の窓部１０２８は、気体が流れてくる空間である。そして、円環状薄板１０２４は、薄板面を支持軸１０２２の軸方向に対し垂直方向として支持される。【０１７２】
円環状薄板１０２４は、薄板円板の中央部に同心円の開口１０２３を有するドーナツ型の部材である。この中央部の開口１０２３には支持軸１０２２が取り付けられる。また、円環状薄板１０２４には、中心から放射状に延びる複数の細溝１０３０が設けられる。放射状に延びる細溝１０３０は、窓部１０２８を始発点として、そこから所定の長さで径方向に延びる。径方向に延びた細溝１０３０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１０３０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。このように、細溝１０３０は、円環状薄板１０２４の板厚方向に貫通し、いわば薄板の表裏に抜けて形成された有端溝である。この細溝１０３０は単なる開口ではなく、そこに、気体が流れるとき気体の流れの抵抗を適当に有する流路である。【０１７３】
かかる円環状薄板１０２４の寸法の１例を述べると、外径が約３０ｍｍから約４０ｍｍ、可撓アーム１０２６の領域との境界の径が約１０ｍｍから１５ｍｍ、板厚ｔが約０．０１ｍｍから約０．０５ｍｍ程度、細溝１０３０の幅ｗは約０．０１ｍｍから約０．３ｍｍ程度である。なお、支持軸１０２２の直径は、数ｍｍ程度とすることができる。かかる円環状薄板１０２４は、例えばＳＵＳ等の金属円板をプレス加工又はエッチング加工等によって得ることができる。円環状薄板１０２４の板厚ｔは、円環状薄板１０２４の両側に向かい合う面との間の隙間等、軸受性能により定めることができる。【０１７４】
複数の可撓アーム１０２６は、この円環状薄板１０２４の内径側部分と、支持軸１０２２の外形との間を接続する薄板部材で、円環状薄板可動子１０２０を支持軸１０２２に支持する薄板バネ部材である。可撓アーム１０２６のパターンは、波形に曲がった形状を有し、これによりパターンの間に窓状の開口が形成され、この窓部１０２８を通って気体が流れることができる。また、可撓アーム１０２６は、支持軸１０２２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よりも小さいように、具体的な波形の幅及び形状等が形成される。かかる可撓アーム１０２６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０．０１ｍｍから０．０５ｍｍ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、波形以外の形状であっても、軸方向に剛性が小さく、径方向に剛性の大きいバネ特性を有する形状であればよく、例えば、いわゆる雲形バネの形状を用いることができる。雲形バネとは、その形状が曲がりくねっていて、雲形に似ているもので、曲がりくねっている形状を工夫することで、軸方向に剛性が小さく、径方向に剛性の大きいバネ特性を有する形状とすることができる。【０１７５】
すなわち、支持軸１０２２に複数の可撓アーム１０２６である薄板バネを介して円環状薄板１０２４が支持される構成を有する円環状薄板可動子１０２０は、支持軸１０２２の軸方向への移動が比較的容易であるが、薄板の径方向への移動、すなわち支持軸１０２２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、円環状薄板可動子１０２０は、支持軸１０２２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。【０１７６】
再び図２１に戻り、円環状薄板可動子１０２０は、その支持される支持軸がピストン型可動子１０１４の軸方向の中心に設けられ、その薄板面が移動体１００６の対向する面に向かい合うようにして配置される。円環状薄板可動子１０２０は、そのままでも十分作動可能であるが、移動体１００６と薄板面とが直接接触するとその間の摩擦等が大きいので、移動体１００６と円環状薄板可動子１０２０との間は気体層を介することが望ましい。そこで上記のように、図２１における気体圧アクチュエータ１０１０では、移動体１００６側に気体の供給口１００８が設けられ、図示されていない気体圧制御装置から、円環状薄板可動子１０２０に向かって制御気体圧Ｐ１を有する気体が供給される。供給される気体は、円環状薄板可動子１０２０の窓部と細溝とを通り、移動体１００６の対向面である気体受面と間の隙間、および円環状薄板可動子１０２０とピストン型可動子１０１４の先端面との間の隙間とに流れる。【０１７７】
図２４は、円環状薄板可動子１０２０について気体の流れを説明する図で、図２３のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図２４では、円環状薄板可動子１０２０を横方向に配置し、紙面において下側に駆動対象物である移動体１００６を、上側にピストン型可動子１０１４を示してある。移動体１００６側の気体の供給口１００８から円環状薄板可動子１０２０に向かって供給される制御気体圧Ｐ１を有する気体は、円環状薄板可動子１０２０の窓部１０２８に入り、そこから細溝１０３０を通り、外周側の端部で突き当たり、そこで円環状薄板可動子１０２０の外に出て、円環状薄板可動子１０２０の表面と移動体１００６との間の隙間、及び円環状薄板可動子１０２０の裏面とピストン型可動子１０１４との間の隙間を通って外部に流れる。【０１７８】
なお、円環状薄板可動子１０２０と移動体１００６との間の隙間、及び円環状薄板可動子１０２０とピストン型可動子１０１４との間の隙間は、実際には数μｍから数１０μｍの程度であるが、誇張して広げてある。上記の例では、円環状薄板可動子１０２０の板厚は約０．０１ｍｍから約０．０５ｍｍ程度であるので、細溝１０３０と隙間との間で表面絞り効果が現れ、軸受として働く。【０１７９】
このことは、細溝１０３０の深さ方向の中間位置に仮想的境界１０２９を考えると、その仮想的境界１０２９を挟んで、移動体１００６の側とピストン型可動子１０１４の側にそれぞれ気体が対称的に流れている。仮想的境界１０２９の片側の移動体１００６の側では、仮想的境界と移動体１００６との間の隙間、すなわち、実際には細溝１０３０の下半分の部分である円環状薄板可動子１０２０の板厚の１／２の狭い隙間を通って気体が流れる。同様に、仮想的境界１０２９の片側のピストン型可動子１０１４との間の隙間、すなわち、実際には細溝１０３０の下半分の部分である薄板可動子の板厚の１／２の狭い隙間を通って気体が流れる。換言すれば、仮想的境界１０２９を鏡像面として、２つの流れが対称的に流れている。仮想的境界１０２９は、流体的に変動しないので、この仮想的境界１０２９と駆動対象物である移動体１００６との間の隙間に流れる気体、及び仮想的境界１０２９とピストン型可動子１０１４との間の隙間に流れる気体によって、それぞれ気体軸受作用が行われる。【０１８０】
気体軸受作用は、供給される気体の気体圧によって隙間量を制御でき、微小移動をさせることができるので、薄板の表裏に抜ける細溝１０３０を有する円環状薄板可動子１０２０を用いて、そこに流す気体圧Ｐ１を制御することで、駆動対象物である移動体１００６を微小移動させることができる。またピストン型可動子１４による駆動力を併用することで、広い移動量の範囲で、駆動対象物である移動体１００６の精密な移動を行わせることができる。【０１８１】
図２５は、かかる気体圧アクチュエータ１０１０の作用を説明する図である。ピストン型可動子１０１４が案内される案内部１０１２の供給口１０１８から圧力室１０１６に駆動気体圧ＰＰが供給されると、ピストン型可動子１０１４の底面積にＰＰを乗じた駆動力がピストン型可動子１０１４に与えられ、気体層を介して円環状薄板可動子１０２０から移動体１００６に伝達される。このようにして、駆動気体圧ＰＰを制御することで移動体１００６の駆動を制御できる。円環状薄板可動子１０２０の作用が最も顕著に現れるのは、移動体１００６が気体圧アクチュエータ１０１０の駆動軸方向に対し傾いたときである。このとき、円環状薄板可動子１０２０は、スラスト方向に自由度が大きく、ラジアル方向に拘束が大きい特性を有するので、移動体１００６の傾きに追従してその傾きを変更する。すなわち、この場合の可撓アームは、軸方向に対する薄板の傾斜角度剛性を低いものとする作用を有する。すなわち、あたかもピストン型可動子１０１４と移動体１００６との間に球面座機構が設けられたと同様に、移動体１００６の傾きに追従しながら駆動力を移動体１００６に伝達することができる。【０１８２】
上記のピストン型可動子１０１４を用いる気体圧アクチュエータ１０１０の場合は、比較的大きな移動量を移動体１００６に与えることができる。移動量が比較的小さくて、より精密に制御したいときには、円環状薄板可動子１０２０と移動体１００６の気体受面との間の隙間を流れる気体圧の制御を用いることができる。図２６は、可動子として円環状薄板可動子１０２０のみを用いる気体圧アクチュエータ１０５０の構成を示す図である。【０１８３】
図２６に示す気体圧アクチュエータ１０５０は、筒状の案内部１０５２の底面に支持軸１０２２が直接取り付けられ、支持軸１０２２に、可撓アームを介して円環状薄板が取り付けられた円環状薄板可動子１０２０が支持される。案内部１０５２には、制御気体圧Ｐ１が供給される供給口１０５４が設けられ、制御気体圧Ｐ１を有する気体は、絞り部１０５６を通り、案内部１０５２の底面から円環状薄板可動子１０２０に供給される。【０１８４】
絞り部１０５６は、制御気体圧Ｐ１が供給される供給口１０５４と、案内部１０５２の底面において円環状薄板可動子１０２０に対して気体を供給する気体出口との間の気体流路の途中に設けられ、流体抵抗を増加させて気体の流れを整流する機能を有する素子又は構造である。【０１８５】
図２７、図２８は、絞り部として好ましい２つの例を示す図である。図２７は、案内部１０５２のポケット開口１０６０の中に設けられる平行隙間絞り１０７０である。平行隙間絞り１０７０は、ドーナツ状に中央穴を有する円環板１０７２と、円環板１０７２と外形が同じ円板１０７４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、気体供給口１０５４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１０７２と円板１０７４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。【０１８６】
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、気体圧アクチュエータ１０５０の制御性の向上を図ることができる。【０１８７】
図２８は、絞り部のもう１つの好ましい例として、多孔質材料１０７６をポケット開口１０６０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。もちろん、制御性の必要が少ない場合は、通常のオリフィス等を用いることができる。【０１８８】
再び図２６に戻り、案内部１０５２の底面から絞り部１０５６を経由して円環状薄板可動子１０２０に対し供給される気体は、円環状薄板可動子１０２０と移動体１００６の気体受面との間の隙間、及び円環状薄板可動子１０２０と案内部１０５２の底面との間の隙間を流れて外気へ開放される。ここで、移動体１００６から気体圧アクチュエータ１０５０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、制御気体圧Ｐ１を制御し、押付力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、円環状薄板可動子１０２０を軸方向、すなわち支持軸１０２２の軸方向に微小移動させることができる。【０１８９】
そして、その際にも、図２５で説明したと同様に、円環状薄板可動子１０２０は、スラスト方向に自由度が大きく、ラジアル方向に拘束が大きい特性を有するので、移動体１００６の傾きに追従してその傾きを変更することができる。すなわち、移動体１００６の微小な角度変化に追従しながら微小移動に必要な駆動力を移動体１００６に伝達することができる。【０１９０】
次に、円環状薄板可動子１０２０を支持軸１０２２の軸方向に複数整列配置した気体圧アクチュエータの構成を説明する。図２９は、ピストン型可動子の先端に複数の円環状薄板可動子１０２０が配置された気体圧アクチュエータ１０８０を示し、図３０は、案内部の底面に取り付けられた支持軸に複数の円環状薄板可動子１０２０が配置された気体圧アクチュエータ１０９０を示す。これらは、それぞれ、図２１、図２６で説明した気体圧アクチュエータ１０１０，１０５０において、円環状薄板可動子１０２０の数を１つから複数にし、後述する円環状平板可動子１１３０を各円環状薄板可動子１０２０の前後に配置したものに相当する。図３１は、図３０の構成において、移動体１００６とは独立に、円環状薄板可動子１０２０の駆動力を伝達するものとして、出力可動子１１０４を設けた気体圧アクチュエータ１１００を示す。以下にこれらの構成の詳細を説明する。その際、図２１から図２６におけるもの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。【０１９１】
ここで、円環状平板可動子１１３０は、円環状薄板可動子１０２０を支持軸１０２２の軸方向に沿って複数配置するときに用いられる可動子である。図３２は、円環状平板可動子１１３０の平面図と、平面図におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。円環状平板可動子１１３０は、支持軸１０２２に支持される可動子で、円環状平板１１３２と、波形状あるいは雲形状の複数の可撓アーム１０２６を含んで構成される。また、隣接する可撓アーム１０２６の間の窓部１０２８は、気体が流れてくる空間である。そして、円環状平板１１３２は、平板面を支持軸１０２２の軸方向に対し垂直方向として支持される。可撓アーム１０２６は、円環状薄板可動子１０２０に備えられる可撓アーム１０２６と同じ構造を有する薄板バネであり、窓部１０２８が隣接する可撓アーム１０２６の間の開口であることも円環状薄板可動子１０２０の窓部１０２８と同じである。【０１９２】
円環状平板１１３２は、平板円板の中央部に同心円の開口１１３３を有するドーナツ型の部材である。この中央部の開口１１３３には支持軸１０２２が取り付けられる。また、上記の可撓アーム１０２６は、開口１１３３の外周側に設けられる。可撓アーム１０２６のさらに外周側には、円環状のくぼみ１１３４が設けられる。くぼみ１１３４は、円環状平板１１３２の内周側の窓部１０２８から円環状平板１１３２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。このくぼみ１１３４を設けることで、隣接する円環状平板と円環状薄板との間の隙間を流れる流れを安定させ、その隙間量を安定したものとし、外力が働いたときの抵抗力を示す軸受剛性が向上し、いわゆる位置決め性が向上する。くぼみ１１３４は、窓部１０２８から気体が外周側に流れるときの気体導入部の機能を有する。この気体導入部の形状としては、外周部より薄い板厚を有するステップ状のもの、あるいは、窓部１０２８からの入口部から外周部に行くにつれて板厚が厚くなるテーパ状のものとすることができる。なお、気体圧アクチュエータの仕様によっては、くぼみ１１３４を設けないものとしてもよい。【０１９３】
かかる円環状平板１１３２の平面寸法は、外径、可撓アーム、支持軸用の開口については、円環状薄板可動子１０２０の平面寸法と異ならせてもよいが、好ましくはこれらの平面寸法は、円環状薄板可動子１０２０のものと同じが望ましい。すなわち、外径が約３０ｍｍから約４０ｍｍ、可撓アーム１０２６の領域との境界の径が約１０ｍｍから１５ｍｍが好ましい。円環状平板１１３２には、円環状薄板可動子１０２０における細溝は設けられない。板厚は、気体圧を受けても、板材として撓むことのない程度の厚さを有する必要がある。上記の平面寸法において、例えば板厚を、約０．１ｍｍ程度とすることができる。もちろんこれと異なる板厚としてもよい。かかる円環状平板１１３２は、例えばＳＵＳ等の金属材料をプレス加工あるいは機械加工によって所定の形状に加工したものを用いることができる。【０１９４】
円環状平板可動子１１３０において、複数の可撓アーム１０２６を含む薄板バネの部分は、円環状薄板可動子１０２０の場合と同じとすると、その板厚ｔは上記のように約０．０１ｍｍから約０．０５ｍｍ程度である。したがって、円環状平板１１３２と、複数の可撓アーム１０２６を含む薄板バネの部分とを別々に製作し、適当な接合技術で一体化し、円環状平板可動子１１３０とすることができる。もちろん、ＳＵＳ等の金属材料について、エッチング技術等を用いて、円環状平板１１３２と、可撓アーム１０２６の部分を一体として加工して、円環状平板可動子１１３０を得ることもできる。【０１９５】
このように、円環状平板可動子１１３０は、支持軸１０２２の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される平板状の可動子であって、内周側に設けられて気体が流れることができる窓部を有している。この構成を用いることで、薄板可動子を支持軸の軸方向に複数配置し、微小隙間の調整幅を薄板可動子の数に応じて拡大することができる。【０１９６】
すなわち、薄板可動子における有端溝を利用した隙間調整には、薄板可動子の表側にも裏側にも、隙間を形成するための壁面、すなわち気体受面が必要である。そこで、円環状薄板可動子１０２０と円環状平板可動子１１３０とを支持軸１０２２の軸方向に沿って交互に配置し、円環状薄板可動子１０２０の必要な側にそれぞれ平板可動子を設ける。円環状平板可動子１１３０は平板面を有するので、この平板面と円環状薄板可動子１０２０とを組み合わせることで、円環状薄板可動子１０２０の表側にも裏側にも、隙間を形成するための気体受面が配置される。これによって、各円環状薄板可動子１０２０ごとに、気体圧によって制御できる微小隙間量が設定でき、全体としての移動量は、支持軸１０２２に並べて配置された円環状薄板可動子１０２０の数に応じて拡大することができる。【０１９７】
ここで再び図２９に戻ると、図２９に示す気体圧アクチュエータ１０８０は、上記のように、図２１で説明した気体圧アクチュエータ１０１０における円環状薄板可動子１０２０の数を複数とし、隣接する円環状薄板可動子１０２０の間に円環状平板可動子１１３０を配置したものに相当する。ここでは、案内部１０１２の底面の供給口１０１８から、駆動気体圧ＰＰを有する気体が圧力室１０１６に供給されてピストン型可動子１０８２を駆動する一方で、移動体１００６の供給口１００８から、制御気体圧Ｐ１を有する気体が、複数の円環状薄板可動子１０２０及び複数の円環状平板可動子１１３０に向かって供給される。供給口１００８から移動体１００６の気体受面の気体出口、すなわち支持軸１０２２の先端側の円環状薄板可動子１０２０と対向する面の気体出口との間には、図２６で説明したような絞り部１０５６を設けることが好ましい。【０１９８】
ピストン型可動子１０８２は、その内部に気体室１０８４を有するいわば内蔵タンクを有する可動子である。制御気体圧Ｐ１を有する気体は、移動体１００６の気体受面から複数の円環状薄板可動子１０２０及び複数の円環状平板可動子１１３０の各可撓アームの間の気体通り抜け窓部を通って、各円環状薄板可動子１０２０の細溝を表裏対称に流れてその後大気に開放される。また、一部は、ピストン型可動子１０８２の内部の気体室１０８４に流れこみ、一旦そこで蓄えられてから、軸受用開口１０８６より、ピストン型可動子１０８２の外周と案内部１０１２の内壁との隙間に流れる。流れ出した気体は、いわゆる気体軸受作用によりピストン型可動子１０８２を案内部１０１２の内壁に対し、浮上させる。これにより、ピストン型可動子１０８２の軸方向の移動の摩擦を低減できる。【０１９９】
円環状薄板可動子１０２０の細溝を表裏対称に流れる気体は、円環状薄板可動子１０２０の表側が対向する気体受面及び裏側が対向する気体受面に対し、それぞれ、いわゆる気体軸受としての作用を示す。図２９の例では、支持軸１０２２の最も根元側に配置される円環状薄板可動子１０２０とピストン型可動子１０８２の気体受面との間の隙間に流れる気体は、その供給気体圧を制御することで、その隙間を微小変化させることができる。同様に、支持軸１０２２の最も先端側に配置される円環状薄板可動子１０２０と移動体１００６の気体受面との間の隙間に流れる気体は、その供給気体圧を制御することで、その隙間を微小変化させることができる。また、支持軸１０２２の中ほどに配置される円環状薄板可動子１０２０と、それに隣接する円環状平板可動子１１３０の平板面との間の隙間を流れる気体は、その供給気体圧を制御することで、その隙間を微小変化させることができる。【０２００】
すなわち、ピストン型可動子１０８２から、駆動気体圧ＰＰによる押付力が移動体１００６に向かって働くので、制御気体圧Ｐ１を制御し、押付力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る。例えば制御気体圧Ｐ１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、円環状薄板の形状、円環状薄板とこれに向かい合う気体受面との間の隙間、制御気体圧Ｐ１、押付力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とすると、複数の円環状薄板可動子１０２０の全体の軸方向移動量は、Ｎ×Δｓとなり、移動量が、円環状薄板可動子１０２０の数の増減で調整できる。ここで、隙間の数Ｎは、円環状薄板可動子１０２０の両側にそれぞれあるので、円環状薄板可動子１０２０の数の２倍である。【０２０１】
１例を上げると、上記の円環状薄板可動子１０２０の寸法で、隣り合う隙間の公称標準値を１０μｍ程度とし、Ｐ１を約０．２ＭＰａとすると、（隙間変化量／気体圧変化量）＝（０．５μｍ／０．１ＭＰａ）程度とすることができる。上記のように、円環状薄板の厚さは、約０．０１ｍｍから約０．０５ｍｍであり、円環状平板の厚さは、約０．１ｍｍ程度であるので、仮に隙間の数をＮ＝１００としても、５０個の円環状薄板可動子２０と、４９個の円環状平板可動子１１３０の軸方向の全長は、約５ｍｍから約７．５ｍｍである。そして、ΔＰを０．１ＭＰａとすれば、この１００個の隙間によって、移動体１００６に約１ｍｍ程度の移動量を与えることができる。【０２０２】
しかも、その移動量は、Δｓ／ΔＰで定まり、気体圧の制御性は極めてよいので、その移動量の精度は、全ストロークについてきわめて高く維持することができる。なお、以上の説明では、ピストン型可動子１０８２の駆動気体圧ＰＰによる移動を除いている。実際に駆動気体圧ＰＰによるピストン型可動子１０８２の移動駆動がなされる場合は、駆動気体圧ＰＰによる比較的大きな移動量に加えて、複数の円環状薄板可動子１０２０による精度の高い移動が加わることになる。【０２０３】
そして、その際にも、図２５で説明したと同様に、各円環状薄板可動子１０２０及び円環状平板可動子１１３０は、スラスト方向に自由度が大きく、ラジアル方向に拘束が大きい特性を有するので、移動体１００６の傾きに追従してその傾きを変更することができる。すなわち、移動体１００６の角度変化に追従しながら高精度の微小移動に必要な駆動力を移動体１００６に伝達することができる。【０２０４】
図３０に示す気体圧アクチュエータ１０９０は、上記のように、図２６で説明した気体圧アクチュエータ１０５０における円環状薄板可動子１０２０の数を複数とし、隣接する円環状薄板可動子１０２０の間に円環状平板可動子１１３０を配置したものに相当する。ここでは、制御気体圧Ｐ１を有する気体は、案内部１０５２の底面から複数の円環状薄板可動子１０２０及び複数の円環状平板可動子１１３０の各可撓アームの間の気体通り抜け窓部を通って、各円環状薄板可動子１０２０の細溝を表裏対称に流れてその後大気に開放される。そして、図２９に関連して説明したと同様に、円環状薄板可動子１０２０の細溝を表裏対称に流れる気体は、円環状薄板可動子１０２０の表側が対向する気体受面及び裏側が対向する気体受面に対し、それぞれ、いわゆる気体軸受としての作用を示す。ここでは、移動体１００６からの押付力Ｆが複数の円環状薄板可動子１０２０に向かって働くので、制御気体圧Ｐ１を制御し、押付力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る。【０２０５】
そして、図２９で説明したと同様に、上記の円環状薄板可動子１０２０の寸法等の条件の下で、仮に５０個の円環状薄板可動子１０２０と４９個の円環状平板可動子１１３０によって１００個の隙間を用いるときは、この円環状薄板可動子１０２０と円環状平板可動子１１３０の約５ｍｍから約７．５ｍｍの全長によって、移動体１００６に約１ｍｍ程度の移動量を与えることができる。【０２０６】
そして、その移動量の精度は、全ストロークについてきわめて高く維持することができることも、また、移動体１００６の傾きに追従してその傾きを変更することができることも、図２９に関連して説明したところと同様である。【０２０７】
図３０の構成においては、移動体１００６からの押付力Ｆを前提としたが、押付力を気体圧アクチュエータの内部で作り出す構成としたものが図３１に示す気体圧アクチュエータ１１００である。ここでは、案内部１１０２と、複数の円環状薄板可動子１０２０との間に出力可動子１１０４が設けられる。出力可動子１１０４は、複数の円環状薄板可動子１０２０による駆動力を受ける可動子であるが、その先端側の肩部において、押付力用気体圧Ｐ２が供給口１１０６から供給され、これによって出力可動子１１０４は、押付力を複数の円環状薄板可動子１０２０に与える。【０２０８】
したがって、制御気体圧Ｐ１を有する気体は、案内部１１０２の底面から複数の円環状薄板可動子１０２０及び複数の円環状平板可動子１１３０の各可撓アームの間の気体通り抜け窓部を通って、各円環状薄板可動子１０２０の細溝を表裏対称に流れてその後大気に開放される。そして、図２９に関連して説明したと同様に、円環状薄板可動子１０２０の細溝を表裏対称に流れる気体は、円環状薄板可動子１０２０の表側が対向する気体受面及び裏側が対向する気体受面に対し、それぞれ、いわゆる気体軸受としての作用を示す。ここでは、出力可動子１１０４からの押付力Ｆが複数の円環状薄板可動子１０２０に向かって働くので、制御気体圧Ｐ１を制御し、押付力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る。【０２０９】
そして、図２９で説明したと同様に、上記の円環状薄板可動子１０２０の寸法等の条件の下で、仮に５０個の円環状薄板可動子１０２０と４９個の円環状平板可動子１１３０によって１００個の隙間を用いるときは、この円環状薄板可動子１０２０と円環状平板可動子１１３０の約５ｍｍから約７．５ｍｍの全長によって、移動体１００６に約１ｍｍ程度の移動量を与えることができる。【０２１０】
そして、その移動量の精度は、全ストロークについてきわめて高く維持することができることも、また、移動体１００６の傾きに追従してその傾きを変更することができることも、図２９に関連して説明したところと同様である。【０２１１】
なお、図３１の構成において、出力可動子１１０４は、案内部１１０２の内壁によって案内され、その際、軸受用気体圧ＰＢが、出力可動子１１０４の外周と、案内部１１０２の内壁の間の隙間に流れる。この隙間に流れる気体は、いわゆる気体軸受作用により出力可動子１１０４を案内部１１０２の内壁に対し、浮上させる。これにより、出力可動子１１０４の軸方向の移動の摩擦を低減できる。図３１において、Ｅｘと示してあるのは排気である。また、Ｖと示してあるのは真空引きで、排気しきれない気体をこれにより排除することで、気体圧アクチュエータ１１００を減圧環境下、あるいは真空下でも使用可能とすることができる。【０２１２】
図３３は、可撓アーム１０２６と支持軸１０２２との接続法を説明する図である。可撓アーム１０２６と、支持軸１０２２との間の接続は、図３３（ａ）のように、接着、溶接、カシメ等の固定手段１１１２で行うことができる。また、上記のように、複数の円環状薄板可動子１０２０及び複数の円環状平板可動子１１３０を用いるときは、全体の移動量が相当大きくなり、支持軸１０２２の端部に配置された円環状薄板可動子１０２０は、支持軸１０２２に対し軸方向に相当大きな量で移動することになるので、固定接続でなく、摺動支持が好ましい。図３３（ｂ）は、支持軸１０２２に可撓アーム１０２６の板厚より十分大きい溝幅の溝１１１４を設け、その溝１１１４に、可撓アーム１０２６の端部を差込み、可撓アーム１０２６自体が軸方向に摺動可能とする構成を示す図である。図３３（ｃ）は、可撓アーム１０２６の端部にスライド部１１１６を接続し、支持軸１０２２にスライド部１１１６の幅より十分大きい溝幅のスライド溝１１１８を設ける構成を示す図である。スライド部１１１６の材質は、摺動抵抗を低減できるもの、例えばテフロン（登録商標）等を用いることが好ましい。また、支持軸１０２２に対し、可撓アーム１０２６が軸方向に相当大きく移動することが予め設定されている場合には、可撓アーム１０２６に、予めバイアス移動量あるいはバイアス力を与えて変形させておくこともできる。【０２１３】
図３４は、複数の円環状薄板可動子１０２０及び複数の円環状平板可動子１１３０が支持軸１０２２に対し軸方向に所定の間隔で整列配置されるように、スペーサ１１２０あるいは適当なシムを設ける構成を示す図である。スペーサ１１２０は、図３３で説明したように、可撓アーム１０２６が軸方向に摺動することができるように、適当な隙間を開けて配置されることが好ましい。【０２１４】
円環状薄板可動子を用いる気体圧アクチュエータは、ＸＹθ移動機構のテーブルのアクチュエータとして利用できる。図３５は、ＸＹθ移動機構１１４０の平面図で、筐体１１４２の中央に設けられる矩形の案内穴１１４４の中に配置される矩形テーブル１１４６を８個の気体圧アクチュエータ１０９０を用い、図３５に示すＸＹ平面内での移動、及びＸＹ平面に垂直なＺ軸周りにθ回転を行うものの構成が示される。ここで、８個の気体圧アクチュエータ１０９０は、図３０で説明した構成のものである。もちろん、これ以外の構成の円環状薄板可動子を備える気体圧アクチュエータを用いてもよい。８個の気体圧アクチュエータ１０９０のうち、図３５の紙面において矩形テーブル１１４６の左右に配置され、移動軸方向がＸ方向に平行な４つは、Ｘ軸アクチュエータで、紙面において矩形テーブル１１４６の上下に配置され、移動軸方向がＹ方向に平行な４つは、Ｙ軸アクチュエータである。これらの複数の気体圧アクチュエータ１０９０を組み合わせて駆動制御し、その協働によって、矩形テーブル１１４６をＸＹθ移動させることができる。【０２１５】
例えばＸ軸方向の動作については、４組のＸアクチュエータの動作のみを考えればよい。さらに単純にするには、この４組を左半分の２組と右半分の２組に分け、左半分の２組は共に同じ動作をし、右半分の２組は共に同じ動作をする場合を考えればよい。この場合の動作は、Ｘ軸方向の移動が制御できる。同様に、４組のＹアクチュエータについて上半分の２組と下半分の２組をそれぞれ同じ動作をするものとしてＹ軸方向の移動が制御できる。このように、矩形テーブル１１４６をＸＹ平面内で任意の位置に移動させることができる。【０２１６】
さらに、４組のＸアクチュエータのうち、右上のものと左下のものとを組にし、右下のものと左上のものとを別の組にし、それぞれの組の移動量を異ならせることで、Ｚ軸周りに矩形テーブル１１４６を回転させることができる。４組のＹアクチュエータを用いてもよい。このようにして、矩形テーブル１１４６をＺ軸周りにθ回転させることができる。また、上記のＸＹ平面内移動とθ回転とを組み合わせて、任意のＸＹθ移動を行せることができる。【０２１７】
なお、これらのＸアクチュエータ、Ｙアクチュエータは、それぞれ４つずつである必要はなく、例えばそれぞれ又はいずれかを４つ以外の数で構成してもよい。また、左右対称に配置する必要もなく、矩形テーブル１１４６の形状、要求性能等に合わせ適当な配置をとることができる。また、例えば、Ｘ軸方向について左右それぞれ２つずつでなくて、一方側を１つ、他方側を２つというように、左右について配置数を異ならせてもよい。Ｙ軸方向の配置についても同様に配置数を非対称としてもよい。また、Ｘアクチュエータの合計数と、Ｙアクチュエータの合計数を異ならせてもよい。例えば、Ｘアクチュエータ合計４つ、Ｙアクチュエータを合計２つとしてもよい。【０２１８】
このように、矩形テーブル１１４６を駆動する場合に、円環状薄板可動子を備える気体圧アクチュエータを用いることで、高精度の微小移動を広い範囲で確保でき、また、球面座機構を要することなく、矩形テーブル１１４６の傾きに追従しながら駆動力を矩形テーブル１１４６に伝達することができる。【０２１９】
円環状薄板可動子を用いる気体圧アクチュエータは、６自由度パラレルリンク機構のアクチュエータとして利用できる。図３６は、気体圧アクチュエータを６つ用いて６自由度パラレルリンク機構１１５０を構成する例を示す図である。６自由度パラレルリンク機構１１５０は、ベース１１５２と、可動ステージ１１５４との間を６つの気体圧アクチュエータ１１６０を所定の角度配置で取り付けることで構成される。ここで、６つの気体圧アクチュエータ１１６０は、その内部に円環状薄板可動子を含んでいる。この構成は、一般的な６自由度パラレルリンクにおける構成の６つのアクチュエータを気体圧アクチュエータ１１６０に置き換えたもので、周知の制御法により、６つの気体圧アクチュエータ１１６０の変位量をそれぞれ制御することで、可動ステージ１１５４をベース１１５２に対し、Ｘ，Ｙ，Ｚ，φ，θ，ψの６自由度で運動させることができる。【０２２０】
図３７は、図３６の６自由度パラレルリンク機構１１５０に用いられる気体圧アクチュエータ１１６０回りの構成を示す図である。気体圧アクチュエータ１１６０は、出力可動子１１６２の形状がやや異なっている程度で、他は複数の円環状薄板可動子１０２０及び複数の円環状平板可動子１１３０を含め、図３１で説明した気体圧アクチュエータ１１００の構成とほぼ同様のものを用いることができるので、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。もちろん、これ以外の構成の円環状平板可動子を備える気体圧アクチュエータを用いてもよい。気体圧アクチュエータ１１６０の案内部１１０２にはベース側可撓継手１１６４の一端が取り付けられ、ベース側可撓継手１１６４の他端は、図３６の６自由度パラレルリンク機構１１５０におけるベース１１５２の所定位置に取り付けられる。また、出力可動子１１６２には可動ステージ側可撓継手１１６６の一端が取り付けられ、可動ステージ側可撓継手１１６６の他端は、図３６の６自由度パラレルリンク機構１１５０における可動ステージ１１５４の所定位置に取り付けられる。各気体圧アクチュエータ１１６０の制御部１１６８は、それぞれの案内部１１０２に取り付けられる。【０２２１】
図３８は、６自由度パラレルリンク機構１１５０用の他の気体圧アクチュエータ１１７０を示す図である。図３７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。ここでは、ベース側可撓継手１１７２を可撓性パイプとし、これを通して制御気体圧Ｐ１の供給をベース１１５２側から行うところに特徴がある。これにより制御部を個々のアクチュエータに設けずに軽量小型化を図ることができる。【０２２２】
このように、図３６の６自由度パラレルリンク機構１１５０において、可動ステージ１１５４をベース１１５２に対し駆動する場合に、円環状平板可動子を備える気体圧アクチュエータを用いることで、高精度の微小移動を広い範囲で確保でき、また、球面座機構を要することなく、可動ステージ１１５４の相対的な傾きに追従しながら駆動力を可動ステージ１１５４に伝達することができる。【０２２３】
３．気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態について詳細に説明する。以下においてスラスト軸受機構は、アクチュエータのスラスト出力を移動テーブル等のベースに伝達するための中間軸受機構の形態で説明するが、これは隙間間隔の高精度化を利用する一実施形態であって、それ以外に、一般的な回転軸のスラスト軸受機構等にもちろん実施できる。また、以下において気体供給口は中間軸受体の底面部に設けられるものとしたが、ベースの気体受壁に設けてもよい。同様に、減速用くぼみ及び気体流路浅溝は中間軸受体の底面部に設けられるものとしたが、ベースの気体受壁に設けてもよい。また、以下に説明する形状、寸法、浅溝の配置、その数等は、一例であって、用途に応じ適当に変更して用いることができる。
【実施例１】
【０２２４】
図３９は、スラスト気体軸受機構２０１０の構成を説明する図である。このスラスト気体軸受機構２０１０は、アクチュエータ２００８のＸ軸方向出力を、中間軸受体２０２０を介して移動テーブルのベース２０５０に伝達するスラスト力伝達機構の中で利用されるものである。例えば、移動テーブルをＸ軸方向に精度よく移動させるには、アクチュエータ２００８の移動の高精度化とともに、スラスト気体軸受機構の軸受隙間の隙間間隔の高精度化が求められる。ここで、中間軸受体２０２０とベース２０５０と、それらが向かい合う軸受隙間２０４０とでスラスト気体軸受機構２０１０を構成する。【０２２５】
図３９（ａ）は、ベース２０５０をとり除いたときの中間軸受体２０２０の底面部を示し、図３９（ｂ）は、スラスト気体軸受機構２０１０を含むスラスト力伝達機構について、図３９（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図である。【０２２６】
スラスト気体軸受機構２０１０は、ベース２０５０のスラストを受ける面である気体受壁２０５２と、中間軸受体２０２０の底面部である気体受面２０２２とを向かい合わせ、気体受壁２０５２と気体受面２０２２との間を軸受隙間２０４０とする構成をとる。中間軸受体２０２０は、中心軸に沿って貫通穴２０２３が設けられる円柱状の部材である。貫通穴２０２３は、気体受面２０２２において気体供給口２０２４として開口する。中間軸受体２０２０の気体受面２０２２には、図３９（ａ）に示すように、気体供給口２０２４が開口する他に、減速用くぼみ２０２６、複数の気体流路浅溝２０２８が設けられる。【０２２７】
各気体流路浅溝２０２８は、気体供給口２０２４を中心として径方向に沿いながら外周方向に向かって放射状に延び、それぞれ終端部２０３０を有する。図３９の場合では気体流路浅溝２０２８が１６本、すなわち気体供給口２０２４を中心として放射状に円周方向の角度で２２．５度間隔に設けられているが、もちろんその数は用途、要求性能に応じ増減することができる。なお、図３９（ａ），（ｂ）において、気体供給口２０２４から軸受隙間２０４０に流れる気体２００６の流れの一部を、矢印付きの流れ線で示してある。【０２２８】
図４０は、１つの気体流路浅溝２０２８についてその周辺部の拡大図である。ここで示された気体流路浅溝２０２８は、図３９（ａ）のＢ−Ｂ線に沿って配置されたものである。図４０（ａ）は中間軸受体２０の底面部を示し、図４０（ｂ）は、Ｂ−Ｂ線に沿った断面図であり、そこではベース２０５０、気体受壁２０５２、軸受隙間２０４０が示される。【０２２９】
気体供給口２０２４は、上記のように中間軸受体２０２０の底面部の中心に設けられる円形開口で、貫通穴２０２３から軸受支持気体を軸受隙間２０４０に供給する機能を有する。その寸法の一例を上げると、中間軸受体の直径を約３０ｍｍとして、気体供給口２０２４の直径は約５ｍｍ程度とすることができる。【０２３０】
減速用くぼみ２０２６は、気体供給口２０２４の直径より大きな直径を有し、気体供給口２０２４と同心の円形形状の浅いくぼみである。図４０（ａ）においては、気体受面２０２２の面の高さを（０）とし、減速用くぼみ２０２６の高さを（−）として、減速用くぼみ２０２６が気体受面２０２２より沈んでいることを示してある。減速用くぼみ２０２６は、気体供給口２０２４から流れ出す気体２００６、実際には噴き出す気体２００６を、複数の気体流路浅溝２０２８に案内して径方向に流す前に、気体供給口２０２４の流路断面より広い流路断面に一旦広げて、その流速を減速させる機能を有する。減速の度合いは、気体供給口２０２４の直径に対する減速用くぼみ２０２６の直径の大きさ、減速用くぼみ２０２６のくぼみ深さ等で定められる。その寸法の一例は、上記の気体供給口２０２４の直径を約５ｍｍとして、減速用くぼみ２０２６の直径を約１０ｍｍとすることができる。また、減速用くぼみ２０２６のくぼみ深さは、１０μｍから２０μｍ程度、好ましくは１２μｍから１５μｍ程度とすることがよい。【０２３１】
気体流路浅溝２０２８は、減速用くぼみ２０２６から中間軸受体２０２０の外周方向に向かって延び、終端部２０３０を有する細い浅溝である。図４０（ａ）においては、気体流路浅溝２０２８の高さを（−）として、気体受面２０２２より沈んでいることを示した。終端部２０３０は、気体流路浅溝２０２８が径方向に沿いながら外周方向に向かって延びた後に、図４０（ａ）に示すように円周方向に沿って延びて終わる形状を有する。つまり、気体流路浅溝２８は径方向に沿って所定の長さだけ延びた後、そこで延びる方向を円周方向に沿うように変えて、少し延びて終わる。別の見方をすれば、終端部２０３０は、気体流路浅溝２０２８の径方向に沿って延びるときの幅を広げながら円周方向に延びる形状を有する。【０２３２】
気体流路浅溝２０２８及びその終端部２０３０の機能は、いわゆるラジアルスリット絞りの機能である。すなわち、気体供給口２０２４から噴出する気体は減速用くぼみ２０２６で減速された後、複数の気体流路浅溝２０２８のそれぞれに導かれ、その細い浅溝に案内されて径方向に沿って流れるが、気体流路浅溝２０２８は終端部２０３０を有するので、流れる気体はそこで行き止まりとなる。行き止まりとなった気体は、気体受面２０２２と向かい合う気体受壁２０５２との間に絞られながら漏れ出て、気体受面２０２２と気体受壁２０５２との間の隙間を広げて軸受隙間２０４０を形成し、ベース２０５０に対し中間軸受体２０２０を浮上させる。【０２３３】
軸受隙間２０４０の形成は、ベース２０５０に対する中間軸受体の押し付け力、すなわちアクチュエータ２００８によって中間軸受体２０２０を介してベース２０５０に与えるスラスト力と、軸受隙間２０４０に供給される気体の供給圧等の関係で定めることができる。つまり、気体の供給圧を制御することで軸受隙間を制御することができ、スラスト力に応じて気体の供給圧を制御することで軸受隙間の隙間間隔を一定になるように制御できる。あるいは、隙間間隔を所定のものになるように自在に制御することもできる。【０２３４】
気体流路浅溝２０２８の寸法の一例を上げると、上記の中間軸受体２０２０の直径を約３０ｍｍ、減速用くぼみ２０２６の直径を約１０ｍｍとして、気体流路浅溝２０２８の径方向に沿って外周方向に向かって延びる部分の幅を０．６ｍｍ程度、気体供給口２０２４の中心から終端部２０３０の最外周側までの径方向に沿った距離を１２ｍｍとできる。この場合、減速用くぼみ２０２６の最外周側から始まる気体流路浅溝２０２８の終端部２０３０の最外周側までの径方向に沿った長さは、（１２ｍｍ−１０ｍｍ／２）＝７ｍｍとなる。終端部２０３０の円周方向への広がりは、１６本の気体流路浅溝２０２８が気体供給口２０２４を中心として円周方向角度について２２．５度間隔で設けられる上記の場合、気体供給口２０２４を中心とする円周方向角度で約１６度程度の広がりとすることができる。気体流路浅溝２０２８の溝深さは、減速用くぼみ２０２６のくぼみ深さと同じとすることができる。もちろん、用途、性能の面から、減速用くぼみ２０２６のくぼみ深さよりさらに浅くし、あるいはさらに深くして、絞り効果を変更してもよい。【０２３５】
上記構成のスラスト気体軸受機構２０１０の作用を説明する。スラスト力伝達機構の中のスラスト気体軸受機構２０１０においては、アクチュエータ２００８は移動テーブルのベース２０５０に向かって中間軸受体２０２０をＸ軸方向に移動させる。中間軸受体２０２０の軸方向中心に設けられる貫通穴２０２３には図示されていない気体供給部から供給気体圧が制御された気体２００６が供給される。貫通穴２０２３は、中間軸受体２０２０の底面部である気体受面２０２２に気体供給口２０２４として開口するので、気体２００６は、ベース２０５０の気体受壁２０５２と中間軸受体２０２０の気体受面２０２２との間の軸受隙間２０４０に噴き出して流れる。供給気体圧の大きさは、軸受隙間２０４０の隙間間隔を一定に維持するように、アクチュエータ２００８のスラスト力に応じた制御が行われるのが好ましい。なお、スラスト力の変化が少ない場合は、供給気体圧を一定に維持することでもよい。【０２３６】
気体供給口２０２４から噴き出す気体２００６は、気体供給口２０２４の直径より大きな直径を有する円形形状の減速用くぼみ２０２６に広がり、ここで減速される。その後、減速された気体は、減速用くぼみ２０２６から径方向に沿って外周方向に延びる気体流路浅溝２０２８に導かれる。気体流路浅溝２０２８は終端部２０３０で行き止まりとなるので、気体流路浅溝２０２８を流れてきた気体はそこで軸受隙間２０４０の方に漏れ出る。漏れ出る際に、気体は気体受壁２０５２と気体受面２０２２との隙間によって絞られる。この絞りにより、流れが整流化され、流れの乱れが抑制され、軸受隙間２０４０の隙間間隔の維持の安定性が改善される。【０２３７】
気体流路浅溝２０２８の流路面断面積は、上記の例で、０．６ｍｍ×（１０μｍから２０μｍ）であり、１６本分を合わせても気体供給口２０２４の流路断面積に比べ格段に小さい。そのために高圧高速の気体がここに供給されるとその入力側で縮流が生じ、その結果、隙間間隔が変動する振動を生じることがある。気体供給口２０２４と気体流路浅溝２０２８との間に設けられる減速用くぼみ２０２６は、気体供給口２０２４の直径より大きな直径を有し、流路断面積の急変を緩和して気体供給口２０２４からの気体２００６の流速を減速するので、軸受隙間２０４０の隙間間隔の振動を抑制する。したがって、軸受隙間２０４０の隙間間隔を高精度に維持することができ、アクチュエータ２００８による中間軸受体２０２０を介した移動テーブルのベース２０５０のＸ軸方向の移動駆動を高精度なものとすることが出来る。【０２３８】
上記においては、減速用くぼみ２０２６と、終端部２０３０を有する気体流路浅溝２０２８とを、中間軸受体２０２０の底面部に作りこむこととして説明した。このような構造は、中間軸受体２０２０の底面部において精密なエッチング加工、またはコイニング加工、ショットピーニング加工等を用いることで実現できる。また、減速用くぼみ２０２６と、終端部２０３０を有する気体流路浅溝２０２８を含む部分を上記の加工方法を用いて別部材に作りこみ、これを平坦な底面部を有する中間軸受体２０２０に固着して取り付けることも出来る。
【実施例２】
【０２３９】
軸受隙間２０４０の振動を抑制する別のスラスト気体軸受機構２０６０の構造を図４１、図４２に示す。ここで、図３９、図４０と共通の要素には同一の符号を付し、以下において詳細な説明を省略する。図４１（ａ），（ｂ）は、図３９（ａ），（ｂ）に対応してスラスト気体軸受機構２０６０の構成を説明する図である。ここで、中間軸受体２０７０とベース２０５０と、それらが向かい合う軸受隙間２０４０とでスラスト気体軸受機構２０６０を構成する。このように、ここでのスラスト気体軸受機構２０６０は、図３９、図４０で説明したスラスト気体軸受機構２０１０に比較して中間軸受体７０の構造が相違する。【０２４０】
図４１（ａ）に示されるように、中間軸受体２０７０の気体受面２０２２には、気体供給口２０２４が開口する他に、複数の扇状くぼみ２０７２、気体供給口２０２４の周囲のＲ部２０７４が設けられる。図４１（ａ）においては、気体受面２０２２の面の高さを（０）とし、扇状くぼみ２０７４の高さを（−）として、扇状くぼみ２０７２が気体受面２０２２より沈んでいることを示してある。【０２４１】
扇状くぼみ２０７２は、気体供給口２０２４を中心として外周方向に向かって放射状に延びながら扇状に広がるくぼみである。図４１の場合、扇状くぼみ２０７２は４つ設けられているが、もちろんその数は用途、要求性能に応じ増減することができる。扇状くぼみ２０７２のくぼみ深さは、図３９、図４０に関連して説明した減速用くぼみ２０２６と同様に、１０μｍから２０μｍ程度、好ましくは１２μｍから１５μｍ程度とすることがよい。【０２４２】
隣接する扇状くぼみ２０７２の間には、細い帯状に気体受面２０２２の部分が残される。この細い帯状部分の幅Ｗは、図３９で説明した中間軸受体の直径が約３０ｍｍ、気体供給口の直径が約５ｍｍの例において、Ｗ＝１ｍｍから２ｍｍ程度とすることが出来る。【０２４３】
Ｒ部２０７４は、気体供給口２０２４の円形開口の円周縁をなだらかにするＲ部である。Ｒの大きさは、気体の流れを乱さない程度の適当な大きさでよい。また、Ｒ部の代わりに、扇状くぼみの（−）より一段と低くしたくぼみ（−−）の溝部を気体供給口２０２４の円形開口の周囲に形成し、流れをそこで減速させることでもよい。【０２４４】
図４２は、２つの扇状くぼみ２０７２の間の帯状部分の気体受面２０２２についてその周辺部の拡大図である。ここで示された帯状部分の気体受面２０２２は、図４１（ａ）のＢ−Ｂ線に沿って配置されたものである。【０２４５】
ここで、図４１（ｂ）、図４２において、気体供給口２０２４から軸受隙間２０４０に流れる気体２００６の流れの一部を、矢印付きの流れ線で示してある。このように、気体供給口２０２４から流れ出す気体２００６は、扇状くぼみ２０７２に案内されて、外周方向に向かって広がりながら流れる。そして、扇状くぼみ２０７２の平面形状の縁で行き止まりとなるので、行き止まりとなった気体は、気体受面２０２２と向かい合う気体受壁２０５２との間に絞られながら漏れ出て、気体受面２０２２と気体受壁２０５２との間の隙間を広げて軸受隙間２０４０を形成し、ベース５０に対し中間軸受体２０７０を浮上させる。【０２４６】
ここで、扇状くぼみ２０７２は、浅いくぼみではあるが広い面積を有する扇状くぼみ２０７２に案内される。したがって、図３９で説明した狭い気体流路浅溝２０２８に比べ、大きな流路断面積を有し、気体供給口２０２４のからの流路断面積の急変をある程度緩和する。したがって、流路断面積の急変による軸受隙間４０の隙間間隔の振動を抑制し、軸受隙間２０４０の隙間間隔を高精度に維持することができる。
【実施例３】
【０２４７】
上記において、例えば図３９に示されるように、各気体流路浅溝２０２８は、気体供給口２０２４を中心として径方向に沿いながら外周方向に向かって放射状に延び、それぞれ終端部２０３０を有するものとして、つまり、各終端部２０３０はそれぞれ独立して他と接続していないものとして、説明した。これに対し、終端部を接続するものとすることができる。例えば、全部の終端部２０３０を円周上で接続し、外周側で１つの円環状の細溝を形成するものとすることができる。また、全部の終端部２０３０を接続するのではなく、複数の終端部２０３０を１つのグループとして、各グループごとに、複数の終端部２０３０を円周上で接続するものとできる。例えば、図３９（ａ）では、１６個の終端部２０３０が示されているが、これを４つのグループに分け、それぞれ４つの終端部２０３０を接続するものとできる。この場合は、外周側に、４つの終端部が形成されることになる。
【実施例４】
【０２４８】
図３９、図４０におけるスラスト気体軸受機構２０１０においては、気体流路浅溝２０２８は、減速用くぼみ２０２６から中間軸受体２０２０の外周方向に向かって延びるものとして説明した。すなわち、気体流路浅溝２０２８と減速くぼみ２０２６は、気体受面２０２２より沈んでいる量は同じである。ここで、気体受面２０２２よりの沈み量を、減速くぼみ２０２６と気体流路浅溝２０２８とで異ならせることができる。図４３は、気体受面２０２２から見て、減速くぼみ２０２６の方が気体流路浅溝２０２８より浅い中間軸受体２０８０の構造を示す図である。ここで、図３９、図４０と共通の要素には同一の符号を付し、以下において詳細な説明を省略する。図４３（ａ），（ｂ）は、図４０（ａ），（ｂ）に対応して中間軸受体２０８０の構成を説明する図である。【０２４９】
減速用くぼみ２０８２は、気体供給口２０２４の直径より大きな直径を有し、気体供給口２０２４と同心の円形形状の浅いくぼみである。その気体受面２０２２からの沈み量は、気体流路浅溝２０２８の沈み量より少ない。すなわち、気体流路浅溝２０２８の深さより浅い。図４３（ａ）においては、気体受面２０２２の面の高さを（０）とし、減速用くぼみ２０２６の高さを（−）とし、気体流路浅溝２０２８の高さを（−−）として、減速用くぼみ２０２６が気体受面２２より沈んでおり、かつ気体流路浅溝２０２８より浅いことを示してある。減速用くぼみ２０２６は、気体供給口２０２４から流れ出す気体２００６、実際には噴き出す気体２００６が、複数の気体流路浅溝２０２８に流れ込み、そこから軸受隙間２０４０に流れ出す前に、軸受隙間の流路断面より広い流路断面に一旦広げて、その流速を減速させる機能を有する。減速の度合いは、気体供給口２０２４の直径に対する減速用くぼみ２０２６の直径の大きさ、減速用くぼみ２０２６のくぼみ深さの他に、気体流路浅溝２０２８の溝深さ、隣接する気体流路浅溝の間の間隔等で定められる。その寸法の一例は、上記の気体供給口２０２４の直径を約５ｍｍとして、気体流路浅溝２０２８の溝深さを１０μｍから４０μｍ程度として、減速用くぼみ２０２６の直径を約１０ｍｍとし、減速用くぼみ２０２６のくぼみ深さを、３μｍから１０μｍ程度、好ましくは約５μｍ前後とすることがよい。【０２５０】
気体流路浅溝２０２８より浅い減速用くぼみは、テーパ状のくぼみであってもよい。図４３（ｃ）は、気体供給口である貫通穴２０２３のところで気体流路浅溝２０２８の深さより浅く、外周に向かってさらに浅くなるテーパくぼみの例を示す図である。このように、テーパ状の減速用くぼみ２０８４とすることで、気体の流れを、より滑らかなものとすることができる。
【実施例５】
【０２５１】
段差状の減速用くぼみと、テーパ状の減速用くぼみとを併用することで、気体供給口から軸受隙間に流れる気体の流れについて、縮流の程度を緩和でき、軸受隙間に流れ出す際の振動を抑制することができる。図４４は、段差状の減速くぼみ２０８２とテーパ状の減速くぼみ２０９２とを併用する一例を示す図である。ここで、図３９、図４０と共通の要素には同一の符号を付し、以下において詳細な説明を省略する。図４４（ａ），（ｂ）は、図４０（ａ），（ｂ）に対応して中間軸受体２０９０の構成を説明する図である。ここでは、テーパ状の減速くぼみ２０９２の貫通穴２０２３のところにおける気体受面２０２２からの沈み量は、気体流路浅溝２０２８より浅く、段差状減速くぼみ２０８２よりも深く、テーパ状の減速くぼみ２０９２の半径は、段差状の減速用くぼみ２０８２の半径より短いものとして示されている。【０２５２】
段差状減速くぼみとテーパ状減速くぼみは、スラスト気体軸受機構の用途に応じ、その配置の組合せを選択することができる。図４５は、段差状減速くぼみ２０８２に対し、テーパ状減速くぼみの沈み量Ｈと、半径Ｒを変更する例を示す図である。これらの図は、中間軸受体における気体流路浅溝に沿った断面図で、各図において、貫通穴２０２３の右側の図は断面において向こう側の壁の様子も示す一般的な断面図であり、左側の図は断面において向こう側の壁を省略し、気体流路浅溝の断面形状を示してある。また、これらの図では、図４３で説明したものと同様に、段差状減速くぼみ２０８２の沈み量を気体流路浅溝２０２８の沈み量より浅いものとしてある。もちろん、段差状減速くぼみの沈み量と気体流路浅溝の沈み量を同じとして、これにテーパ状減速くぼみを組み合わせることができる。【０２５３】
図４５（ａ）と（ｂ）は、テーパ状減速くぼみの貫通穴２０２３における沈み量Ｈ２を、気体流路浅溝２０２８の沈み量よりも深くする例である。図４５（ａ）は、テーパ状減速くぼみ２０９１の半径Ｒ１が、段差状減速くぼみ２０８２の半径より小さい例を示す。図４５（ｂ）は、テーパ状減速くぼみ２０９３の半径Ｒ３が、段差状減速くぼみの半径より大きい例を示し、この場合は、結果として段差状減速くぼみがなくなっている。【０２５４】
図４５（ｃ）と（ｄ）は、テーパ状減速くぼみの貫通穴２０２３における沈み量Ｈ１を、段差状減速くぼみ２０８２の沈み量よりは深く、気体流路浅溝２０２８の沈み量よりも浅くする例である。図４５（ｃ）は、テーパ状減速くぼみ２０９２の半径Ｒ１が、段差状減速くぼみ２０８２の半径より小さい例を示し、上記で説明した図４４の場合に相当する。図４５（ｄ）は、テーパ状減速くぼみ２０９４の半径Ｒ３が、段差状減速くぼみの半径より大きい例を示し、この場合は、結果として段差状減速くぼみがなくなっている。なお、図４５（ｅ）は、テーパ状減速くぼみ２０８４の半径Ｒ２が、ちょうど段差状減速くぼみの半径と同じ場合で、上記で説明した図４３（ｃ）の場合に相当する。【０２５５】
これらの軸受機構において、供給圧力を制御して気体受壁と気体受面との間の隙間間隔を制御しアクチュエータとして働かせるときにも、上記の構成をとることで軸受間隔を高精度化できるので、特に有用である。また、上記の構成をとる軸受機構を直列に配置することで、アクチュエータとしてのストロークを大きくとることもできる。【０２５６】
４．気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置
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。【０２５７】
最初に、微小変位を生成する可動子として、複数の平板状可動子を用いる場合及びその応用例を説明し、ついで、薄板可動子と平板可動子とを交互に配置したものを用いる場合について説明する。
【実施例６】
【０２５８】
以下では、平板状可動子として、円形の外形を有し、中央に支持軸に適合する穴を有する円環状平板を用いる円環平板状可動子について説明するが、平面寸法に比較して板厚の薄い平板であればよく、外形は円形でなくてもよい。例えば多角形の外形、楕円の外形、曲面の外形を有する平板であってもよい。また、平板状可動子と支持軸との支持構造は、円形の穴と丸棒の関係として説明するが、それ以外の支持構造であってもよい。例えば、支持軸が丸棒であるが、支持構造として支持軸の外形を多角形にし、平板状可動子の支持穴をそれに対応する多角形穴としてもよい。なお、このようにすることで、支持軸周りの回転を抑制することが容易となる。もちろん、支持軸の軸断面形状を多角形以外の形状、例えば楕円形としてもよい。【０２５９】
図４６は、複数の平板状可動子を用いる微小変位出力装置３０１０を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は正面図である。なお、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向を図中に示してある。図４７は、微小変位出力装置３０１０の拡大断面図で、ここではＺ方向に沿った隙間等の関係を分かりやすくするため、Ｙ方向における拡大率よりもＺ方向における拡大率を大きくとってある。また、図４６（ｃ）には、微小変位出力装置３０１０の構成要素ではないが、微小変位を受ける対象物３００６と、微小変位出力装置３０１０を配置しておくためのベース３００８が示されている。対象物３００６は、例えばＺ方向に微小移動可能なテーブルでもよく、あるいはＺ方向に微小量移動させたい重量のある試験物であってもよい。ベース３００８は、制御された気体圧ＰＳを有する気体を微小変位出力装置３０１０に供給するための供給口３００２と、微小変位出力装置３０１０から気体を排出するための排気口３００４とを有することが好ましく、図４６（ｃ）では、その好ましい形態が示されている。【０２６０】
微小変位出力装置３０１０は、制御された気体圧を入力することで、伝達部３０１８からＺ方向に沿った微小変位を外部に出力する機能を有する装置である。ここで、出力される微小変位とは、ナノｍ（ｎｍ）から数十ナノｍ程度の精度を有しながら、数μｍから数１００μｍの範囲の変位である。【０２６１】
微小変位出力装置３０１０は、筐体部３０１２と、筐体部３０１２の上面を覆う蓋部３０１４を含んで構成される平円筒形の外形を有している装置である。筐体部３０１２と蓋部３０１４とで囲まれる内部空間には、支持軸３０２２の軸方向に整列配置されて取り付けられる複数の平板状可動子３０２０と、複数の平板状可動子３０２０の最先端側の平板状可動子に向かい合う出力可動子３０４０とが含まれる。【０２６２】
筐体部３０１２は、筒部３０５０と、底部３０５２とを有し、底部３０５２から見て上方、すなわち＋Ｚ方向側が開口している筒状部品である。底部３０５２には、外壁に設けられ制御気体圧ＰＳを有する気体を受け入れる取入口３０５４と、内壁すなわち底面に設けられる気体供給口３０５６と、取入口３０５４と気体供給口３０５６とを接続する気体流路３０５５が設けられる。取入口３０５４、気体流路３０５５、気体供給口３０５６のいずれかに適当な絞り部が設けられることが好ましい。【０２６３】
絞り部は、流体抵抗を増加させて気体の流れを整流する機能を有する素子又は構造である。かかる絞り部としては、平行隙間絞りを用いることができる。平行隙間絞りは、ドーナツ状に中央穴を有する円環板と、円環板と外形が同じの円板とを狭い平行隙間で配置したもので、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。また、多孔質材料をポケット開口の中に配置するものを絞り部として用いてもよい。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。もちろん、制御性の必要が少ない場合は、絞り部として、通常のオリフィス等を用いることができる。【０２６４】
筐体部３０１２の底部３０５２には、支持軸３０２２が＋Ｚ方向に先端を向けて取り付けられる。支持軸３０２２は、複数の平板状可動子３０２０を軸方向、すなわちＺ方向に沿って、整列配置させて取り付け支持する機能を有する軸部品である。なお、支持軸３０２２の先端は、出力可動子３０４０と接触しないように配置される。【０２６５】
蓋部３０１４は、筐体部３０１２の先端側開口を覆う部材である。蓋部３０１４は、筐体部３０１２の筒部３０５０と一体化できるリング部３０１５と、中央に配置される円板状の伝達部３０１８と、リング部３０１５と伝達部３０１８との間を接続する弾性材料から構成されるメンブレム状の薄板３０１６とを含んで構成される。薄板３０１６は、蓋部３０１４と筐体部３０１２とが一体化したときに、伝達部３０１８を介して適当な付勢力を出力可動子３０４０に与えるように、その形状が設定される。これによって蓋部３０１４は、出力可動子３０４０に押付力を与える押付力発生手段としての機能と、伝達部３０１８の底面側が出力可動子３０４０の中央部に接することで伝達部３０１８の上面側から出力可動子の変位出力を外部に伝達する変位出力手段としての機能とを有する。また、メンブレム状の薄板３０１６が伝達部３０１８とリング部３０１５とにそれぞれ隙間なく支持され、リング部３０１５と筐体部３０１２の筒部３０５０とが隙間なく一体化されるときは、蓋部３０１４は、筐体部３０１２と共に、取入口３０５４と排気口３０５８とを除いて、内部空間を気密に保つ機能を有する。【０２６６】
かかる蓋部３０１４としては、伝達部３０１８の直径、すなわち薄板３０１６の内側直径を約２０ｍｍ、リング部３０１５の内径、すなわち薄板３０１６の外側直径を約１５０ｍｍとし、薄板３０１６として、板厚が約１ｍｍから約２ｍｍのステンレス薄板を用いて構成することができる。この構成例では、膜モデルの試算によれば、伝達部３０１８のＺ方向の出力変位ΔＺ＝１ｍｍのとき、薄板３０１６に生じる応力を許容値より十分低いものとすることができる。【０２６７】
複数の平板状可動子３０２０は、隣接する平板状可動子３０２０の間の隙間量を変化させることで、その隙間量の変化分だけ出力可動子３０４０を移動変位させる機能を有する微小移動可動子である。平板状可動子３０２０は、筐体部３０１２の底部３０５２の底面と、出力可動子３０４０の底面との間に、支持軸３０２２の軸方向に沿って複数整列配置される。【０２６８】
図４８の斜視図、図４９の正面図及び側面図に、平板状可動子３０２０の詳細構成を示す。平板状可動子３０２０は、支持軸３０２２に支持される可動子で、円環状平板３０２４と、雲形状の可撓アームを有する薄板からなるいわゆる雲形バネ３０２６を含んで構成される。このとき、円環状平板３０２４は、平板面を支持軸３０２２の軸方向に対し垂直方向として支持される。【０２６９】
円環状平板３０２４は、円板の中央部に同心円の開口を有するドーナツ型の部材である。円環状平板３０２４には、その平板面の一方の面、あるいは両側の面に、中心から放射状に延びる複数の細溝３０３０が設けられる。放射状に延びる細溝３０３０は、円環状平板の３０２４の内径側で共通化してくぼみとなっている。図５０は、円環状平板３０２４の内径側の部分の拡大断面図である。円環状平板３０２４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くぼみ３０２８を形成し、そのくぼみ３０２８が各細溝３０３０の始発点となり、そこから所定の長さで細溝３０３０が径方向に延びる。径方向に延びた細溝３０３０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３０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３０２８及び細溝３０３０による表面絞りの形状は一例であって、他の適当な形状を有する表面絞りであってもよい。【０２７０】
このようなくぼみ３０２８及び細溝３０３０は、円環状平板３０２４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、円環状平板３０２４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３０２８及び細溝３０３０を流れる気体が細溝３０３０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。【０２７１】
かかる円環状平板３０２４の寸法の一例を述べると、外径が約３０ｍｍから約４０ｍｍ、内径が約１０ｍｍから１５ｍｍ、板厚が約０．１ｍｍから約０．２ｍｍ程度、くぼみ３０２８及び細溝３０３０の深さは約１３μｍから約１７μｍ、くぼみ３０２８の径方向の幅は約２ｍｍから４ｍｍ程度、細溝３０３０の幅は約０．２ｍｍ程度である。なお、図４８、図４９は、細溝３０３０等の深さを誇張して拡大してある。かかる円環状平板３０２４は、例えばＳＵＳ等の金属円板を加工して得ることができる。【０２７２】
雲形バネ３０２６は、この円環状平板３０２４の内径側部分と、支持軸３０２２の外形との間を接続する薄板部材で、平板状可動子３０２０を支持軸３０２２に支持する支持部材である。雲形バネ３０２６のパターンは、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。また、雲形バネ３０２６は、支持軸３０２２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ように、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。かかる雲形バネ３０２６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。【０２７３】
すなわち、支持軸３０２２に雲形バネ３０２６を介して円環状平板３０２４が支持される構成を有する平板状可動子３０２０は、支持軸３０２２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、すなわち支持軸３０２２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、平板状可動子３０２０は、支持軸３０２２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。【０２７４】
上記構成の微小変位出力装置３０１０の作用、特に複数整列配置された平板状可動子３０２０の作用を以下に詳細に説明する。微小変位出力装置３０１０を動作させるときは、図４６（ｃ）に示すように、ベース３００８の上面に微小変位出力装置３０１０を置いて、ベース３００８の供給口３００２に図示されていない気体供給源を接続し、排気口は大気に開放しておく。図示されていない気体供給源は、気体圧を任意の値に制御して出力する機能を有することが好ましい。そして、ベース３００８の供給口３００２に制御された気体圧ＰＳを有する気体を供給する。供給された気体圧ＰＳを有する気体は、微小変位出力装置３０１０の筐体部３０１２の底部３０５２の取入口３０５４、気体流路３０５５、気体供給口３０５６及び図示されていない絞り部を通り、複数の平板状可動子３０２０に向かって供給される。【０２７５】
複数の平板状可動子３０２０に気体を供給する手段としては、微小変位出力装置３０１０の外部に設けられる気体供給源と、微小変位出力装置３０１０における供給口、絞り部及びこれらに関連する流路等がこれに相当する。そこで、微小変位出力装置３０１０の外部に設けられる気体供給源と区別して、微小変位出力装置３０１０における供給口、絞り部及びこれらに関連する流路等を、微小変位出力装置３０１０における気体供給手段と呼ぶことができる。【０２７６】
上記のように、平板状可動子３０２０は、筐体部３０１２の底部３０５２の底面と、出力可動子３０４０の底面との間に、支持軸３０２２の軸方向に沿って複数整列配置される。したがって、筐体部３０１２の気体供給口３０５６から複数の平板状可動子３０２０に向けて制御気体圧ＰＳを有する気体が供給されると、気体は、最先端側平板状可動子３０２０と出力可動子３０４０の気体受面との間の隙間と、隣接する平板状可動子３０２０の間の各隙間と、最後端側平板状可動子３０２０と筐体部３０１２の底面との間の隙間とに、それぞれ流れる。【０２７７】
ここでは、制御気体圧ＰＳを有する気体は、筐体部３０１２の底面から複数の平板状可動子３０２０の各雲形バネ３０２６の気体通り抜け窓を通って、上記の各隙間を流れ、その後、筐体部３０１２の筒部３０５０の内壁に沿って流れて、筐体部３０１２の排気口３０５８から外気へ開放される。雲形バネ３０２６は平板状可動子３０２０の内径側に配置されているので、雲形バネ３０２６の気体通り抜け窓を通ってきた気体は、円環状平板３０２４の内径側から外径側に向かって各隙間を流れる。ここで、蓋部３０１４の薄板３０１６によって出力可動子３０４０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、制御気体圧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、平板状可動子３０２０を支持軸３０２２の軸方向、すなわちＺ方向に微小移動させることができる。【０２７８】
例えば制御気体圧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、円環状平板の形状、隣り合う円環状平板の間の隙間、制御気体圧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とすると、複数の平板状可動子３０２０の全体の軸方向移動量は、Ｎ×Δｓとなり、移動量が、平板状可動子３０２０の数の増減で調整できる。【０２７９】
一例を上げると、上記の平板状可動子３０２０の寸法で、隣り合う隙間の公称標準値を１０μｍ程度とし、ＰＳを約０．２ＭＰａとすると、（隙間変化量／気体圧変化量）＝（０．５μｍ／０．１ＭＰａ）程度とすることができる。上記のように、円環状平板の厚さは、約０．１ｍｍから約０．２ｍｍであるので、仮にＮ＝３０としても、２９個の平板状可動子３０２０の軸方向の全長は、約２．９ｍｍから約５．８ｍｍである。そして、ΔＰを０．１５ＭＰａとすれば、この２９個の平板状可動子３０２０によって、出力可動子３０４０及び伝達部３０１８に約１５μｍの移動量を与えることができる。すなわち数ｍｍの全長に対し、約１５μｍの移動量を与えることができる。しかも、その移動量は、Δｓ／ΔＰで定まり、気体圧の制御性は極めてよいので、その移動量の精度は、全ストロークについてきわめて高く維持することができる。【０２８０】
そして、その際に、各平板状可動子３０２０は、スラスト方向に自由度が大きく、ラジアル方向に拘束が大きい特性を有するので、伝達部３０１８及び出力可動子３０４０のＹ方向からの傾きに追従してその傾きを変更することができる。すなわち、伝達部３０１８及び出力可動子３０４０の角度変化に追従しながら高精度の微小変位±Ｚ、又はその移動に必要な駆動力を、伝達部３０１８を介して対象物３００６に伝達することができる。
【実施例７】
【０２８１】
上記において、制御気体圧ＰＳを有する気体は、各平板状可動子３０２０の各雲形バネ３０２６の気体通り抜け窓を通って供給され、各円環状平板３０２４の内径側から外径側に向かって各隙間を流れる。すなわち、制御気体圧ＰＳを有する気体は、各平板状可動子３０２０の内径側から供給されて外径側に向かって流れる。【０２８２】
上記構成の外に、制御気体圧ＰＳを有する気体の供給を、各平板状可動子の円環状平板３０２４の内径と外径との間の中間のところから行うこともできる。そのような構成の平板状可動子３０２１の正面図及び側面図を図５１に、内径側の部分の拡大断面図を図５２に示す。図５３、図５４は、図５１の構成の変形例である。図４９、図５０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。【０２８３】
ここで示される平板状可動子３０２１において、気体が供給される各気体通り抜け窓３０３２は、雲形バネ３０２６のところではなく、円環状平板３０２４の内径と外径との間の中間のところに複数個設けられる。詳しくは、円環状平板３０２４の内径と外径との間の領域に、半径方向に延びる複数の細溝３０３０と、円周方向に延びる複数の細溝３０３４とを組み合わせて、概略の平面形状が田の字形状である細溝パターン３０３１が設けられ、気体通り抜け窓３０３２は、この細溝パターン３０３１の中央部に配置される。すなわち、図５１において、田の字形状の細溝パターン３０３１は、半径方向に延びる２本の細溝３０３３と、円周方向に延びる２本の細溝３０３４とを接続して閉鎖された１つの細溝ループを形成させ、半径方向に延びる１本の細溝３０３３と、円周方向に延びる１本の細溝３０３４とを十文字に交差させて細溝ループの中に配置して構成される。そして、十文字の交差位置に、気体通り抜け窓３０３２が配置される。【０２８４】
図５１の例では、田の字形状の細溝パターン３０３１が、円環状平板３０２４の内径と外径との間の中間のところに４つ、円周方向に沿って等間隔に設けられる。そして、各細溝パターン３１に対応して、それぞれ１つの気体通り抜け窓３２が設けられる。細溝パターン３０３１を構成する各細溝３０３３，３０３４の深さ及び幅は、図４９、図５０で説明した細溝３０３０の深さ及び幅と同じとすることができる。各気体通り抜け窓３０３２の形状及び大きさは適当に定めることができる。例えば直径数ｍｍの貫通穴とすることができる。【０２８５】
各平板状可動子２１における気体通り抜け窓３０３２の配置は、支持軸３０２２に各平板状可動子３０２１が取り付けられたときに、対応する気体通り抜け窓３０３２の位置が、隣接する平板状可動子３０２１の間でほぼ一致するようにされることが望ましい。これによって、筐体部３０１２の気体供給口３０５６から、各気体通り抜け窓３０３２を通って、各隙間に制御気体圧ＰＳを有する気体を供給することができる。各隙間に供給された気体は、各気体通り抜け窓３０３２から、細溝３０３３，３０３４を流れ、そこから、平板状可動子３０２１の内径側に向かって隣接する平板状可動子３０２１の間の隙間を流れる流れと、外径側に向かって隣接する平板状可動子３０２１の間の隙間を流れる流れとに分かれる。前者は、雲形バネ３０２６の気体通り抜け窓を通って排気され、後者は、平板状可動子３０２１の外周から排気される。【０２８６】
気体通り抜け窓３０３２を有する田の字形状の細溝パターンの配置数は、４つに限られない。例えば、図５３には、８つの田の字形状の細溝パターン３０３５が、円環状平板３０２４の内径と外径との間の中間のところに配置される例が示される。また、細溝パターンに複数の気体通り抜け窓３０３２を配置するものとしてもよい。例えば、図５４は、１つの細溝ループの中に十文字に交差する細溝を２つ配置して、複合的田の字形状の細溝パターン３０３６として、各細溝パターン３０３６にそれぞれ２つの気体通り抜け窓３０３２を配置する例が示される。【０２８７】
気体が供給される各気体通り抜け窓３０３２を円環状平板３０２４の内径と外径との間の中間のところに設けることに伴って、微小変位出力装置３０１０の筐体部３０１２の構造も変更される。すなわち、筐体部３０１２の底部３０５２の底面に設けられる気体供給口３０５６は、上記の気体通り抜け窓３０３２の位置に合わせて配置される。そして、排気口３０５８は、筐体部３０１２の筒部３０５０の内壁に向かって開口するものの他に、雲形バネ３０２６の気体通り抜け窓の位置に合わせて開口するものが設けられ、これらは内部で接続されて１つ又は２以上の排気口３０５８とされる。【０２８８】
上記構成の平板状可動子３０２１を用いても、図４６等で説明した微小変位出力装置３０１０と同様な作用と効果を得ることができる。すなわち、制御気体圧ＰＳを調整することで、高精度の微小変位±Ｚ、又はその移動に必要な駆動力を、伝達部３０１８を介して対象物６に伝達することができる。
【実施例８】
【０２８９】
次に、微小変位を生成する可動子として、薄板可動子と平板可動子とを交互に配置したものを用いる場合を説明する。【０２９０】
以下では、薄板可動子として、円形の外形を有し、中央に支持軸に適合する穴を有する円環状薄板を用いる円環状薄板可動子について説明するが、細長い溝を板厚方向に貫通して加工できる程度の薄板であればよく、外形は円形でなくてもよい。すなわち、溝幅に比べて十分薄い板厚の薄い薄板であればよく、例えば多角形の外形、楕円の外形、曲面の外形を有する薄板であってもよい。また、薄板可動子と支持軸との支持構造は、円形の穴と丸棒の関係として説明するが、それ以外の支持構造であってもよい。例えば、支持軸が丸棒であるが、支持構造として支持軸の外形を多角形にし、薄板可動子の支持穴をそれに対応する多角形穴としてもよい。なお、このようにすることで、支持軸周りの回転を抑制することが容易となる。もちろん、支持軸の軸断面形状を多角形以外の形状、例えば楕円形としてもよい。【０２９１】
薄板可動子と組み合わせて用いられる平板可動子についても同様である。すなわち、平板可動子として、円形の外形を有し、中央に支持軸に適合する穴を有する円環状平板を用いる円環状平板可動子について説明するが、外形は薄板可動子と同様の形状であれば、円形でなくてもよい。例えば多角形の外形、楕円の外形、曲面の外形を有する平板であってもよい。また、平板可動子と支持軸との支持構造は、円形の穴と丸棒の関係として説明するが、薄板可動子と支持軸との支持構造と同様であればよく、それ以外の支持構造であってもよい。例えば、支持軸が丸棒であるが、支持構造として支持軸の外形を多角形にし、平板可動子の支持穴をそれに対応する多角形穴としてもよい。なお、このようにすることで、支持軸周りの回転を抑制することが容易となる。もちろん、支持軸の軸断面形状を多角形以外の形状、例えば楕円形としてもよい。【０２９２】
図５５は、薄板可動子と平板可動子とを交互に配置したものを用いる微小変位出力装置３１１０の拡大断面図である。図４６、図４７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。図５５を図４６と比較して分かるように、この微小変位出力装置３１１０は、図４６の微小変位出力装置３０１０の複数の平板状可動子３０２０に代えて、薄板可動子３１２０と平板可動子３１４０とを交互に配置したものである。それ以外の要素に変更はない。したがって、以下では、主に、薄板可動子３１２０と平板可動子３１４０の内容について説明する。【０２９３】
図５６の斜視図、図５７の正面図及び側面図に、薄板可動子３１２０の詳細構成を示す。薄板可動子３１２０は、支持軸３０２２に支持される可動子で、円環状薄板３１２４と、波形状あるいは雲形状の複数の可撓アーム３１２６を含んで構成される。また、隣接する可撓アーム３１２６の間の窓部３１２８は、気体が流れてくる空間である。そして、円環状薄板３１２４は、薄板面を支持軸３０２２の軸方向に対し垂直方向として支持される。【０２９４】
円環状薄板３１２４は、薄板円板の中央部に同心円の開口３０２３を有するドーナツ型の部材である。この中央部の開口３０２３には支持軸３０２２が取り付けられる。また、円環状薄板３１２４には、中心から放射状に延びる複数の細溝３１３０が設けられる。放射状に延びる細溝３１３０は、窓部３１２８を始発点として、そこから所定の長さで径方向に延びる。径方向に延びた細溝３１３０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３１３０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。このように、細溝３１３０は、円環状薄板３１２４の板厚方向に貫通し、いわば薄板の表裏に抜けて形成された有端溝である。この細溝３１３０は単なる開口ではなく、そこに、気体が流れるとき気体の流れの抵抗を適当に有する流路である。【０２９５】
かかる円環状薄板３１２４の寸法の一例を述べると、外径が約３０ｍｍから約４０ｍｍ、可撓アーム３１２６の領域との境界の径が約１０ｍｍから１５ｍｍ、板厚ｔが約０．０１ｍｍから約０．０５ｍｍ程度、細溝３１３０の幅ｗは約０．０１ｍｍから約０．３ｍｍ程度である。なお、支持軸３０２２の直径は、数ｍｍ程度とすることができる。かかる円環状薄板３１２４は、例えばＳＵＳ等の金属円板をプレス加工又はエッチング加工等によって得ることができる。円環状薄板１２４の板厚ｔは、円環状薄板３１２４の両側に向かい合う面との間の隙間等、軸受性能により定めることができる。【０２９６】
複数の可撓アーム３１２６は、この円環状薄板３１２４の内径側部分と、支持軸３０２２の外形との間を接続する薄板部材で、薄板可動子３１２０を支持軸３０２２に支持する薄板バネ部材である。可撓アーム３１２６のパターンは、波形に曲がった形状を有し、これによりパターンの間に窓状の開口が形成され、この窓部３１２８を通って気体が流れることができる。また、可撓アーム３１２６は、支持軸３０２２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よりも小さいように、具体的な波形の幅及び形状等が形成される。かかる可撓アーム３１２６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０．０１ｍｍから０．０５ｍｍ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、波形以外の形状であっても、軸方向に剛性が小さく、径方向に剛性の大きいバネ特性を有する形状であればよく、例えば、いわゆる雲形バネの形状を用いることができる。雲形バネとは、その形状が曲がりくねっていて、雲形に似ているもので、曲がりくねっている形状を工夫することで、軸方向に剛性が小さく、径方向に剛性の大きいバネ特性を有する形状とすることができる。【０２９７】
すなわち、支持軸３０２２に複数の可撓アーム３１２６である薄板バネを介して円環状薄板３１２４が支持される構成を有する薄板可動子３１２０は、支持軸３０２２の軸方向への移動が比較的容易であるが、薄板の径方向への移動、すなわち支持軸３０２２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、薄板可動子３１２０は、支持軸３０２２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。【０２９８】
平板可動子３１４０は、薄板可動子３１２０を支持軸３０２２の軸方向に沿って複数配置するときに、薄板可動子３１２０の両側に流れる気体の流れを受ける気体受面としての機能を有する可動子である。図５８は、平板可動子３１４０の平面図と、平面図におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。平板可動子３１４０は、支持軸３０２２に支持される可動子で、円環状平板３１３２と、波形状あるいは雲形状の複数の可撓アーム３１２６を含んで構成される。また、隣接する可撓アーム３１２６の間の窓部３１２８は、気体が流れてくる空間である。そして、円環状平板３１３２は、平板面を支持軸３０２２の軸方向に対し垂直方向として支持される。可撓アーム３１２６は、薄板可動子３１２０に備えられる可撓アーム３１２６と同じ構造を有する薄板バネであり、窓部３１２８が隣接する可撓アーム３１２６の間の開口であることも薄板可動子３１２０の窓部３１２８と同じである。【０２９９】
円環状平板３１３２は、平板円板の中央部に同心円の開口３１３３を有するドーナツ型の部材である。この中央部の開口３０２３には支持軸３０２２が取り付けられる。また、上記の可撓アーム３１２６は、開口３１３３の外周側に設けられる。可撓アーム３１２６のさらに外周側には、円環状のくぼみ３１３４が設けられる。くぼみ３１３４は、円環状平板３１３２の内周側の窓部３１２８から円環状平板３１３２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。このくぼみ３１３４を設けることで、隣接する円環状平板と円環状薄板との間の隙間を流れる流れを安定させ、その隙間量を安定したものとし、外力が働いたときの抵抗力を示す軸受剛性が向上し、いわゆる位置決め性が向上する。くぼみ３１３４は、窓部３１２８から気体が外周側に流れるときの気体導入部の機能を有する。この気体導入部の形状としては、外周部より薄い板厚を有するステップ状のもの、あるいは、窓部３１２８からの入口部から外周部に行くにつれて板厚が厚くなるテーパ状のものとすることができる。なお、気体圧アクチュエータの仕様によっては、くぼみ３１３４を設けないものとしてもよい。【０３００】
かかる円環状平板３１３２の平面寸法は、外径、可撓アーム、支持軸用の開口については、薄板可動子３１２０の平面寸法と異ならせてもよいが、好ましくはこれらの平面寸法は、薄板可動子３１２０のものと同じが望ましい。すなわち、外径が約３０ｍｍから約４０ｍｍ、可撓アーム３１２６の領域との境界の径が約１０ｍｍから１５ｍｍが好ましい。円環状平板３１３２には、薄板可動子３１２０における細溝は設けられない。板厚は、気体圧を受けても板材として撓むことのない程度の厚さを有する必要がある。上記の平面寸法において、例えば板厚を、約０．１ｍｍ程度とすることができる。もちろんこれと異なる板厚としてもよい。かかる円環状平板３１３２は、例えばＳＵＳ等の金属材料をプレス加工あるいは機械加工によって所定の形状に加工したものを用いることができる。【０３０１】
平板可動子３１４０において、複数の可撓アーム３１２６を含む薄板バネの部分は、薄板可動子３１２０の場合と同じとすると、その板厚ｔは上記のように約０．０１ｍｍから約０．０５ｍｍ程度である。したがって、円環状平板３１３２と、複数の可撓アーム３１２６を含む薄板バネの部分とを別々に製作し、適当な接合技術で一体化し、平板可動子３１４０とすることができる。もちろん、ＳＵＳ等の金属材料について、エッチング技術等を用いて、円環状平板３１３２と、可撓アーム３１２６の部分を一体として加工して、平板可動子３１４０を得ることもできる。【０３０２】
このように、平板可動子３１４０は、支持軸３０２２の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材である可撓アーム３１２６を介して平板面を支持軸３０２２に垂直な方向として支持軸３０２２に支持される平板状の可動子であって、内周側に設けられて気体が流れることができる窓部３１２８を有している。この構成を用いることで、薄板可動子３１２０を支持軸３０２２の軸方向に複数配置し、微小隙間の調整幅を薄板可動子３１２０の数に応じて拡大することができる。【０３０３】
すなわち、薄板可動子３１２０における有端の細溝３１３０を利用した隙間調整には、薄板可動子３１２０の表側にも裏側にも、隙間を形成するための壁面、すなわち気体受面が必要である。そこで、薄板可動子３１２０と平板可動子３１４０とを支持軸３０２２の軸方向に沿って交互に配置し、薄板可動子３１２０の必要な側にそれぞれ平板可動子３１４０を設ける。平板可動子３１４０は平板面を有するので、この平板面と薄板可動子３１２０とを組み合わせることで、薄板可動子３１２０の表側にも裏側にも、隙間を形成するための気体受面が配置される。これによって、各薄板可動子３１２０ごとに、気体圧によって制御できる微小隙間量が設定でき、全体としての移動量は、支持軸３０２２に並べて配置された薄板可動子３１２０の数に応じて拡大することができる。【０３０４】
図５９は、薄板可動子３１２０について気体の流れを説明する図で、図５７のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図５９では、薄板可動子３１２０を横方向に配置し、紙面において下側に平板可動子３１４０を、上側に出力可動子３０４０を示してある。この配置は説明の一例であって、もちろん、薄板可動子３１２０の両側にそれぞれ平板可動子３１４０を配置してもよく、薄板可動子３１２０の下側に筐体部３０１２の底部３０５２を配置しても以下と同様な説明が可能である。【０３０５】
図５９において、平板可動子３１４０の窓部３１２８から薄板可動子３１２０に向かって供給される制御気体圧ＰＳを有する気体は、薄板可動子３１２０の窓部３１２８に入り、そこから細溝３１３０を通り、外周側の端部で突き当たり、そこで薄板可動子３１２０の外に出て、薄板可動子３１２０の表面と出力可動子３０４０との間の隙間、及び薄板可動子３１２０の裏面と平板可動子３１４０との間の隙間を通って外部に流れる。【０３０６】
なお、薄板可動子３１２０と出力可動子３０４０との間の隙間、及び薄板可動子３１２０と平板可動子３１４０との間の隙間は、実際には数μｍから数１０μｍの程度であるが、誇張して広げてある。上記の例では、薄板可動子３１２０の板厚は約０．０１ｍｍから約０．０５ｍｍ程度であるので、細溝３１３０と隙間との間で表面絞り効果が現れ、軸受として働く。【０３０７】
このことは、細溝３１３０の深さ方向の中間位置に仮想的境界３１２９を考えると、その仮想的境界３１２９を挟んで、出力可動子３０４０の側と平板可動子３１４０の側にそれぞれ気体が対称的に流れている。仮想的境界３１２９の片側の出力可動子３０４０の側では、仮想的境界３１２９と出力可動子３０４０との間の隙間、すなわち、実際には細溝３１３０の上半分の部分である薄板可動子３１２０の板厚の１／２の狭い隙間を通って気体が流れる。同様に、仮想的境界３１２９の片側の平板可動子３１４０との間の隙間、すなわち、実際には細溝３１３０の下半分の部分である薄板可動子の板厚の１／２の狭い隙間を通って気体が流れる。換言すれば、仮想的境界３１２９を鏡像面として、２つの流れが対称的に流れている。仮想的境界３１２９は、流体的に変動しないので、この仮想的境界３１２９と出力可動子３０４０との間の隙間に流れる気体、及び仮想的境界３１２９と平板可動子３１４０との間の隙間に流れる気体によって、それぞれ気体軸受作用が行われる。【０３０８】
気体軸受作用は、供給される気体の気体圧によって隙間量を制御でき、微小移動をさせることができるので、薄板の表裏に抜ける細溝３１３０を有する薄板可動子３１２０の表側及び裏側にそれぞれ気体受面を設け、その気体受面と薄板可動子３１２０との間の隙間に流す気体圧ＰＳを制御することで、その隙間量を調整できる。したがって、薄板可動子３１２０と平板可動子３１４０とを交互に配置し、複数の隙間のそれぞれに流す気体圧ＰＳを制御することで、隙間の数に応じた変位を得ることができる。【０３０９】
ここで、制御気体圧ＰＳを＋ΔＰ変化させて、各隙間量を＋Δｓ変化させることができ、隙間の数をＮとすると、全体の軸方向移動量は、Ｎ×Δｓとなること、Δｓ／ΔＰの関係等は、図４６、図４７の微小変位出力装置３０１０に関連して説明した内容と同様である。
【実施例９】
【０３１０】
図４７に関連して述べたように、蓋部３０１４は、筐体部３０１２の筒部３０５０と一体化できるリング部３０１５と、中央に配置される円板状の伝達部３０１８と、リング部３０１５と伝達部３０１８との間を接続する弾性材料から構成されるメンブレム状の薄板３０１６とを含んで構成される。そこで、筐体部３０１２と蓋部３０１４とを組み合わせると、取入口３０５４と排気口３０５８とを除いて、内部空間が気密に保たれる。ここでは排気口３０５８がそのまま外気に開放されているので、メンブレム状の薄板３０１６の両側にはほぼ同じ気圧がかけられており、したがって、メンブレム状の薄板３０１６は、薄板の両側の気圧の差による初期変位がなく、通常では中立位置にある。ここで、排気口３０５８に適当な排気弁を設けることで、メンブレム状の薄板３０１６に初期変位を与えることができる。【０３１１】
図６０は、排気口３０５８に排気弁３２５２を設けた構成の微小変位出力装置３２５０の様子を示す図である。なお、図６０は、対象物３００６の負荷がかかる方向であるＺ方向を紙面の上下方向として微小変位出力装置３２５０が示されており、この配置法は、図４７、図５５と角度で９０度異なっている。図４７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。図４７で説明した微小変位出力装置３０１０と比べて、この微小変位出力装置３２５０は、排気口３０５８に排気弁３２５２が設けられるところが相違する。【０３１２】
排気弁３２５２は、排気される気体の排気気体圧ＰＥを調整する気体弁である。排気気体圧ＰＥは、外部気体圧より高い気体圧に設定される。例えば、メンブレム状の薄板３０１６の外側の気体圧ＰＯが大気圧の場合は、排気気体圧ＰＥは、大気圧より高い気体圧に設定される。また、微小変位出力装置３２５０が減圧あるいは真空の下で使用されて、メンブレム状の薄板３０１６の外側の気体圧が大気圧より低い場合は、その減圧された気体圧より高い気体圧に設定される。このように排気弁３２５２の排気気体圧ＰＥを外部気体圧ＰＯより高く設定することで、メンブレム状の薄板３０１６の内側の空間３２５４の気体圧はほぼ排気気体圧ＰＥとなり、メンブレム状の薄板３０１６の外側は外部気体圧ＰＯであるから、メンブレム状の薄板３０１６の内外において差圧が生じる。この差圧ΔＰ＝ＰＥ−ＰＯにより、メンブレム状の薄板３０１６は外側に膨張変形する力Ｋを受けて、初期変位する。力Ｋは、メンブレム状の薄板３０１６の受圧面積をＡとして、Ｋ＝Ａ×ΔＰで計算される。【０３１３】
このように、排気気体圧ＰＥを設定することで、メンブレム状の薄板３０１６は外側に向けて力Ｋを受けて初期変位する。すなわち、伝達部３０１８に負荷３００６がかけられていない状態では、伝達部３０１８の底面側が出力可動子３０４０の上面側から離れた状態となる。換言すれば、この状態は、メンブレム状の薄板３０１６が、初期変形に相当する力Ｋで、外側にバイアスされている状態である。そして、伝達部３０１８に負荷３００６がかけられると、その負荷３００６の大きさＷが、まずバイアスされている力Ｋによって受け止められる。その後、負荷３００６の大きさＷとバイアスされている力Ｋとの差によって、メンブレム状の薄板３０１６が変形し、伝達部３０１８が−Ｚ方向に沈み、出力可動子３０４０の上面に接触し、さらに−Ｚ方向に押し付ける。これにより、隣接する平板状可動子３０２０の間等の隙間に押付力を与えることができる。【０３１４】
これにより、蓋部３０１４において負荷である対象物３００６を受け止める伝達部３０１８に予め初期変位又はバイアス力Ｋが与えられるので、負荷である対象物３００６が出力可動子３０４０に急激にかけられることを防止できる。したがって、急激な負荷がかかることで生じえる平板状可動子３０２０の損傷を防止することができる。【０３１５】
なお、図６０においては、複数の平板状可動子３０２０が用いられるものとして説明したが、複数の平板状可動子３０２０に代えて、図５５で説明した薄板可動子３１２０と平板可動子３１４０を組み合わせた構成を用いるものとすることもできる。
【実施例１０】
【０３１６】
上記では、蓋部３０１４が、筐体部３０１２の筒部３０５０と一体化できるリング部３０１５と、中央に配置される円板状の伝達部３０１８と、リング部３０１５と伝達部３０１８との間を接続する弾性材料から構成されるメンブレム状の薄板３０１６とを含んで構成されるものとして説明した。ここでリング部３０１５と伝達部３０１８との間を接続するものを、メンブレム状の薄板に代えて、伝達部１８の移動軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい弾性部材としてもよい。図６１は、リング部３０１５と伝達部３０１８との間を接続するものを複数の可撓アーム３２１６とする蓋部３２１４を示す図である。【０３１７】
この場合には、蓋部３２１４は、筐体部と一体化しても気密性を有しない。すなわち複数の可撓アーム３１２６の間の空間３２１８を通って、気体は外部に開放される。したがって、筐体部３０１２に排気部を設ける必要がない。【０３１８】
４．磁界発生コイルを備える気体圧制御アクチュエータ等
上記においては、平板可動子、薄板可動子等を複数用いる場合に、これらを支持軸に取り付けて整列配置させている。平板可動子、薄板可動子等を磁性体とし、磁界の中に配置すれば、磁界から外れようとすると磁界によって引き戻されるので、支持軸を用いなくても、これらを整列配置することが可能となる。【０３１９】
図６２は、複数の平板可動子を磁界の中において、磁界の規制力によって整列配置させ、支持軸を省略する構成の気体圧制御アクチュエータ４０１０の構成を示す図である。【０３２０】
ここでは、気体圧制御アクチュエータ４０１０は、案内部４０１２と、出力可動子４０２０と、複数の中間可動子４０３０とがそれぞれ磁性体で構成され、磁界発生コイル４０４０が案内部４０１２に設けられる。これによって、案内部４０１２と出力可動子４０２０と複数の中間可動子４０３０とともに、図６２に白抜き矢印で示される磁気回路に磁界が形成され、その磁界の規制力によって各中間可動子が案内部４０１２の中心軸に沿って整列する。【０３２１】
案内部４０１２は、底面部４０１４と、前方開口を有する筒部４０１６とを含み、磁性体であるＳＵＳ（ステンレス鋼）で構成される。筒部４０１６の内壁部分は、円筒形に穴加工されるが、後述するように、中間可動子４０３０には回り止めのための外形形状を有するので、筒部４０１６の内壁部分にもこれに対応した回り止め形状部分が設けられる。案内部４０１２は、全部が磁性体で構成される必要はないが、少なくとも磁気回路を構成される部分は磁性体で構成される。ＳＵＳ以外の磁性体を用いることも勿論可能である。【０３２２】
出力可動子４０２０は、案内部４０１２に軸方向に移動可能に案内される円筒状部材で、案内部４０１２から突き出る部分で、移動対象物等に推進力等を与え、微小移動させる機能を有する。出力可動子４０２０も磁性体であるＳＵＳ等で構成される。出力可動子４０２０は、全部が磁性体で構成される必要はないが、少なくとも磁気回路を構成される部分は磁性体で構成される。ＳＵＳ以外の磁性体を用いることも勿論可能である。【０３２３】
出力可動子４０２０と案内部４０１２の底面部４０１４との間には、複数の中間可動子４０３０が配置される。各中間可動子４０３０は、それぞれ、気体を流すための窓部を有している。各中間可動子４０３０は、磁性体であるＳＵＳ等で構成される。勿論ＳＵＳ以外の磁性体で構成してもよい。出力可動子４０３０の詳細に付いては後述する。【０３２４】
そして、案内部４０１２の筒部４０１６に、磁界発生コイル４０４０が配置される。磁界発生コイル４０４０は、中間可動子４０３０の外周を取り囲むように、円環状に導体線を複数回巻いたもので、図示されていない励磁回路によって適当な大きさの磁界を発生する機能を有する。磁界発生コイル４０３０の大きさは、複数の中間可動子４０３０の中心軸に沿った方向に磁界が形成されるように設定される。すなわち、磁界発生コイル４０４０によって発生される磁界は、図６２において循環する白抜き矢印で示されるように、案内部４０１２の筒部４０１６と、出力可動子４０２０と、複数の中間可動子４０３０と、案内部４０１２の底面部４０１４と、案内部４０１２の筒部４０１６を巡って、磁気回路を構成する。【０３２５】
これにより、各中間可動子４０３０には、その中心軸に沿って磁界が流れ、その磁界の規制力によって、各中間可動子４０３０が外側にずれようとすると、中心軸側に引き戻す力が働く。したがって、支持軸等の整列手段を用いなくても、各中間可動子４０３０は、それらの中心軸、すなわち、案内部４０１２の中心軸に沿って整列することができる。【０３２６】
案内部４０１２の底面部４０１４には、供給気体圧ＰＳが供給される供給口４０５０が設けられ、気体供給路４０５２を経由し、各中間可動子４０３０に、制御された気体圧ＰＳの気体が供給される。供給された気体は、案内部４０１２の筒部４０１６に設けられた排気口４０７０から外部に排出される。【０３２７】
これによって、出力可動子４０２０の先端面とこれに向かい合う中間可動子４０３０の一方側平板面との間の隙間と、隣接する中間可動子４０３０の間の隙間と、案内部４０１２の底面部４０１４とこれに向かい合う中間可動子４０３０の他方側平板面との間の隙間とに、それぞれ気体が供給される。すなわち、供給口４０５０、気体供給路４０５２、排気口４０７０は、気体供給手段に相当する。気体供給口４０５０と気体供給路４０５２の適当な箇所に、適当な絞り手段を配置することが好ましい。【０３２８】
なお、気体供給路４０５２から中間可動子４０３０に供給された気体は、排気口４０７０に向かうとともに、一部は、案内部４０２０の内部に設けられた流路４０６０を経由し、出力可動子４０２０の円筒状外周部に設けられた噴出口４０６２から、案内部４０１２の筒部４０１６の内壁面に向かって噴出する。これによって、出力可動子４０２０の円筒状外周部と、案内部４０１２の筒部４０１６の内壁面との間に、気体軸受作用が生じ、出力可動子４０２０は、軸方向に滑らかに移動支持されることができる。【０３２９】
出力可動子４０２０には、移動または駆動の対象物から反力としての押付力Ｆがかけられる。押付力Ｆの方向は、案内部４０１２の底面部４０１４に向かう方向である。したがって、この押付力Ｆによって、上記の各隙間において気体を圧縮しつつ中間可動子４０３０及び出力可動子４０２０を押し付け、供給気体圧ＰＳの大きさを制御することで、押付力Ｆと釣り合わせつつ各隙間の間隔を調整して出力可動子４０２０を微小移動させることができる。これによって、出力可動子４０２０に向かい合う対象物に推進力を与え、微小移動させることができる。なお、出力可動子４０２０が過度に移動しないように、適当なストッパ４０１８が設けられる。【０３３０】
磁界発生コイル４０４０は、図示されていない励磁回路に接続される。励磁回路は、気体圧制御アクチュエータ４０１０の動作を制御する制御部によって、励磁電流の制御が行われる。励磁電流を可変すると、磁気回路を流れる磁界の強さが変化し、これによって、
気体が供給される各隙間の間隔を変えることができる。すなわち、励磁電流を大きくして磁界を強くすることで各隙間の間隔が狭まり、逆に励磁電流を小さくすると各隙間の間隔を広げることができる。【０３３１】
励磁電流の可変方法として、直流的に可変することもでき、交流的に可変することもできる。直流的に可変とは、直流励磁電流の大きさを変更することで、交流的に可変とは、任意に設定された所定の周波数の交流電流の振幅を変更することである。周波数としては、例えば数ｋＨｚ等に設定することができる。励磁電流を直流的に可変することで、各隙間の間隔の中心値を変化させることができる。つまり、直流励磁電流の大小に応じ、各隙間の間隔の中心値を変化させることができる。励磁電流を交流的に可変することで、各隙間の間隔の中心値をそのままにして、その中心値を中心として各隙間の間隔を周期的に増減することができる。すなわち、各隙間の間隔について振動させることができる。直流的可変と交流的可変とを組み合わせてもよい。【０３３２】
一方、供給気体圧ＰＳも、直流的に可変することもでき、交流的に可変することもできる。ここで気体圧ＰＳについて直流的に可変とは、気体圧ＰＳの大きさを変更することで、交流的に可変とは、任意に設定された所定の周波数で、気体圧の振幅を変更することである。周波数としては、例えば数Ｈｚ等に設定することができる。気体圧ＰＳを直流的に可変することで、各隙間の間隔の中心値を変化させることができる。つまり、気体圧ＰＳの大小に応じ、各隙間の間隔の中心値を変化させることができる。気体圧ＰＳを交流的に可変することで、各隙間の間隔の中心値をそのままにして、その中心値を中心として各隙間の間隔を周期的に増減することができる。すなわち、各隙間の間隔について振動させることができる。直流的可変と交流的可変とを組み合わせてもよい。【０３３３】
ここで、供給気体圧ＰＳの変更による各隙間の間隔の変更は、応答速度は遅いが、推力を大きくとることができる。すなわち、推力の変化を大きくとることができる。他方、励磁電流の変更による各隙間の間隔の変更は、推力はさほど大きくとれないが、応答速度を速いものとできる。供給気体圧ＰＳを可変することと、励磁電流を可変することとを組み合わせることもできる。【０３３４】
図６３から図６５は、図６２で説明した中間可動子４０３０として用いることができる例を示す図である。中間可動子４０３０としては、両面が平坦面である円板状の中間可動子４１００を用いることができる。この円板状の中間可動子４１００は、中心部に気体が流れることのできる窓部４１０２を有する。この窓部４１０２は、貫通穴で形成することができる。窓部４１０２の周囲には、くぼみ４１０４が設けられる。くぼみ４１０４は、浅い深さを有する円環状の掘り込みで形成することができる。このくぼみ４１０４は、気体が、窓部４１０２から平板の平坦面に沿って外周側に流れる際の絞りの機能を有するものである。これにより、窓部４１０４から平板の平坦面に沿って外周側に滑らかに気体が流れることができる。【０３３５】
中間可動子４１００は、円板状外形を有するが、その外周部部分に、回り止め部４１１０，４１１２を有する。この回り止め部４１１０，４１１２に対応して、図６２で説明した案内部４０１２の筒部４０１６には、回り止め形状が設けられる。そして、これらの協働作用によって、中間可動子４１００は、支持軸等の手段を用いなくても、その中心軸周りに回転することが抑制される。【０３３６】
かかる中間可動子４１００の寸法の一例を述べると、外径が約３０ｍｍから約４０ｍｍ、気体を通す窓部４１０２である内径が約１０ｍｍから１５ｍｍ、板厚が約０．１ｍｍから約０．２ｍｍ程度、くぼみ４１０４の深さは約１３μｍから約１７μｍ程度である。なお、図６３において、回り止め部４１１０，４１１２は、適当な長さで、外周の２箇所を直線状で切り取った形状として示されているが、回り止め部の数は、これ以外の数でもよい。また、端的に、中間可動子４１００の平面形状を多角形、正方形、矩形、楕円形等としてもよい。この場合には、図６２における案内部４０１２も、対応する回り止め形状を有するものとされる。なお、図６３は、板厚方向を誇張して拡大してある。かかる円環状平板４１００は、例えばＳＵＳ等の金属円板を加工して得ることができる。【０３３７】
図６４は、図６２における中間可動子４０３０の別の形態を示す図である。この中間可動子４１２０は、図６３で説明した中間可動子４１００に、中心から放射状に延びる複数の細溝４１０６を設けたものである。図６３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。細溝４１０６は、中間可動子４１２０の平板面の一方の面、あるいは両側の面に設けることができる。また、細溝４１０６は、くぼみ４１０４を始発点として、そこから所定の長さで外周側に径方向に延びて、その先端部は、そこで円周方向に両側に広がり、隣接する細溝４１０６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。細溝４１０６による表面絞りの形状は一例であって、他の適当な形状を有する表面絞りであってもよい。【０３３８】
このような細溝４１０６は、中間可動子４１２０の平板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、中間可動子４１２０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、この細溝４１０６を流れる気体が細溝４１０６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。【０３３９】
かかる中間可動子４１２０の寸法の例は、図６３で説明した中間可動子４１００の寸法例に加えて、幅が約０．２ｍｍ、深さがくぼみ４１０４の深さと同じ細溝４１０６を加えたものとできる。なお、細溝４１０６の深さは、くぼみ４１０４の深さと異なるものとしてもよい。また、図６３と同様な回り止め部４１１０，４１１２が設けられる。図６３で説明したと同様に、回り止め部の数は任意の数であってよく、また、端的に、中間可動子４１２０の平面形状を多角形、正方形、矩形、楕円形等としてもよい。勿論、この場合には、図６２における案内部４０１２も、対応する回り止め形状を有するものとされる。なお、図６４は、図６３と同様に、板厚方向を誇張して拡大してある。かかる円環状平板４１２０は、例えばＳＵＳ等の金属円板を加工して得ることができる。【０３４０】
なお、この中間可動子４１２０にも、図６３で説明したと同様に、外周部に回り止め部４１１０，４１１２が設けられる。【０３４１】
図６５は、図６２における中間可動子４０３０のさらに他の形態を示す図である。以下では、図６３，図６４と同様の要素に同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。この中間可動子４１３０は、図６４で説明した中間可動子４１２０に似ているが、図６４における細溝４１０６が、平板面に設けられた底のある溝であるのに対し、この中間可動子４１３０では、これに対応する細溝４１３２が、平板の表裏に貫通する溝、すなわちスリット溝であるところが異なっている。すなわち、細溝４１３２は、図６４の細溝４１０６と同様に、窓部４１０２を始発点として、そこから所定の長さで径方向に延びて、その先端部は、そこで円周方向に両側に広がり、隣接する細溝４１３２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。このように、細溝４１３２は、薄板である中間可動子４０３０の板厚方向に貫通し、いわば薄板の表裏に抜けて形成された有端溝であり、この細溝４１３２は単なる開口ではなく、そこに、気体が流れるとき気体の流れの抵抗を適当に有する流路である。【０３４２】
かかる中間可動子４１３０の寸法の一例を述べると、外径と窓部の大きさは図６３，図６４の中間可動子４１００，４１２０と同じものとでき、板厚を約０．０１ｍｍから約０．０５ｍｍ程度、細溝４１３２の幅を約０．０１ｍｍから約０．３ｍｍ程度とすることができる。また、図６３と同様な回り止め部４１１０，４１１２が設けられる。図６３で説明したと同様に、回り止め部の数は任意の数であってよく、また、端的に、中間可動子４１３０の平面形状を多角形、正方形、矩形、楕円形等としてもよい。勿論、この場合には、図６２における案内部４０１２も、対応する回り止め形状を有するものとされる。なお、図６５は、図６３，図６４と同様に、板厚方向を誇張して拡大してある。かかる中間可動子４１３０は、例えばＳＵＳ等の金属円板を加工して得ることができる。【０３４３】
図６２における複数の中間可動子４０３０は、上記の３種類の中間可動子４１００，４１２０，４１３０を用いて、次の３通りの構成をとることができる。第１の構成は、全ての中間可動子について、細溝を有しない中間可動子４１００を用いるものである。第２の構成は、すべての中間可動子について、平板に対し底を有する細溝４１０６を有する中間可動子４１２０を用いるものである。【０３４４】
第３の構成は、平板の表裏に抜ける貫通溝である細溝４１３２を有する中間可動子４１３０と、細溝を有しない中間可動子４１００とを交互に配置するものである。この場合、両端に配置されるものを、中間可動子４１３０とする。その理由は、図６２において、複数の中間可動子４０３０の両端の中間可動子に向かい合うのが、細溝を有していない出力可動子４０２０の先端部及び案内部４０１２の底面部４０１４であるからである。例えば、図６２の複数の中間可動子４０３０として１１枚の中間可動子で構成されるものとすると、６枚の中間可動子４１３０と、５枚の中間可動子４１００を用い、２つの中間可動子４１３０の間に中間可動子４１００が配置されるようにする。【０３４５】
再び図６２に戻り、このようにして構成された気体圧制御アクチュエータ４０１０の作用を説明する。上記のように、磁界発生コイル４０４０に適当な励磁電流が供給されることで磁界が発生し、制御された供給気体圧ＰＳが供給されると、対象物からの押付力Ｆによって、隣接する中間可動子４０３０の間等の各隙間において気体を圧縮しつつ中間可動子４０３０及び出力可動子４０２０が底面部４０１４に向かって押し付けられる。そして、供給気体圧ＰＳの大きさを制御することで、押付力Ｆと釣り合わせつつ各隙間の間隔を調整して出力可動子４０２０を微小移動させることができる。【０３４６】
このときに、各中間可動子４０３０は、各隙間に気体が流れているので、いわば、他のものと非接触の状態で浮いていることになる。したがって、そのままでは、径方向に滑って位置ずれを生じる恐れがあるが、磁界発生コイル４０４０によって発生する磁界の規制力によって、各中間可動子４０３０は、その中心軸に自動的に調心される。また、そのままでは、その軸方向回りに回転する恐れもあるが、各中間可動子４０３０の回り止め部４１１０，４１１２とこれに対応する案内部４０１２の回り止め形状との協働によって、軸方向回りの回転が抑制される。このように、支持軸を用いることなく、複数の中間可動子４０３０を整列して流体的に支持することができる。【０３４７】
図６６から図６８は、他の構成を有する気体圧制御アクチュエータの例を示す図である。これらの図において、図６２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。【０３４８】
図６６は、真空中等でも使用可能なように、案内部４０１２の筒部４０１６に、排気口４２１２と真空口４２１４とを対で設ける例を示す図である。この排気口４２１２と真空口４２１４とは、図６２で説明した出力可動子４０２０の円筒状外周部に設けられた噴出口４０６２よりも、案内部４０１２の前方開口の側に設けられる。これにより、噴出口４０６２から流れ出る気体が、この排気口４２１２と真空口４２１４とによって回収され、外部に漏れることが抑制される。これによって、減圧雰囲気、真空雰囲気においても、気体圧制御アクチュエータ４２１０を使用することができる。【０３４９】
図６７は、出力可動子に押付力を独自で発生されることができる気体圧制御アクチュエータ４２２０の構成を示す図である。図６２においては、中間可動子４０３０、出力可動子４０２０を案内部４０１２の底面部４０１４に押し付ける押付力発生源として、対象物からの反作用を用いるものとして説明した。他の押付力発生源としては、出力可動子４０２０の自重が上げられる。しかし、この場合は、気体圧制御アクチュエータ４０１０の出力可動子４０２０を底面部４０１４に対し、重力方向に沿って上方側に配置する必要があり、配置上の条件、あるいは作動姿勢について制約が付けられることになる。【０３５０】
図６７の気体圧制御アクチュエータ４２２０は、出力可動子４２３２に肩部４２３４が設けられ、その部分に、供給口４２２６を介して外部から気体圧Ｐ１を有する気体が供給される。気体圧Ｐ１を適当に設定することで、出力可動子４２３２を底面部４０１４に向かって、適当な押付力で押し付けることができる。これによって、気体圧制御アクチュエータ４２２０の配置上の条件、あるいは作動姿勢についての制限をなくすことができる。なお、供給口４２２６よりも案内部４０１２の開口側に排気口４２２８、真空口４２３０が設けられ、押付力発生に用いられた気体が回収される。【０３５１】
図６８は、磁界発生コイルの別の配置の例を示す図である。図６８における気体圧制御アクチュエータ４２４０においては、磁界発生コイル４０４６が案内部４２４２の底面部４２４４に設けられる。この場合でも、図６８に循環する白抜き矢印で示すように、中間可動子４０３０をその中心軸に調心するような磁界を発生させることができる。【０３５２】
図６９から図７１は、上記の磁界発生コイルを有する気体圧制御アクチュエータの構成
を微小変位出力装置に適用する数例を示す図である。以下では、図６２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。【０３５３】
図６９において、微小変位出力装置４３１０は、筐体部４３１２と、筐体部４３１２の上面を覆う蓋部４３８０を含んで構成される平円筒形の外形を有している装置である。筐体部４３１２と蓋部４３８０とで囲まれる内部空間には、複数の中間可動子４３３０と、複数の中間可動子４３３０の最先端側の中間可動子に向かい合う出力可動子４３２０とが含まれる。また、筐体部４３１２には、磁界発生コイル４３４０が設けられる。【０３５４】
出力可動子４３２０、複数の中間可動子４３３０、磁界発生コイル４３４０の各機能とその内容は、図６２で説明した出力可動子４０２０、複数の中間可動子４３３０、磁界発生コイル４０４０と同様である。【０３５５】
ここでは、筐体部４３１２は、底面部４３１４と、前方開口を有する筒部４３１６とを含み、磁性体であるＳＵＳで構成される。また、出力可動子４３２０と、複数の中間可動子４３３０も、磁性体で構成される。なお、磁界発生コイル４３４０は、筐体部４３１２の筒部４３１６に設けられている。【０３５６】
筐体部４３１２の底面部４３１４には、制御された気体圧ＰＳが供給される供給口４３５０が設けられ、好ましくは適当な絞り部を介し、気体供給路４３５２を経て、気体が複数の中間可動子４３３０に供給される。供給された気体は、出力可動子４３２０の先端面とこれに向かい合う中間可動子４３３０の一方側平板面との間の隙間と、隣接する中間可動子４３３０の間の隙間と、筐体部４３１２の底面部４３１４とこれに向かい合う中間可動子４３３０の他方側平板面との間の隙間とを流れ、排気口４３７０から外部に排出される。したがって、供給口４３５０、気体供給路４３５２、排気口４３７０は、これらの隙間に気体を供給する気体供給手段である。【０３５７】
蓋部４３８０は、筐体部４３１２の前方開口を覆う部材である。蓋部４３８０は、出力可動子４３２０の中央部に接する伝達部４３８２と、筐体部４３１２の筒部４３１６と伝達部４３８２とを接続する弾性部材４３８４とを有する。これによって、筐体部４３１２と一体化し、出力可動子４３２０に押付力を与えると共に、出力可動子４３２０の出力を外部に伝達する機能を有する。【０３５８】
このように構成される微小変位出力装置４３１０は、図６２で説明した気体圧制御アクチュエータ４０１０に、押付力Ｆの発生機構として、弾性部材４３８４を有する蓋部４３８０を用いたものに相当する。したがって、気体圧制御アクチュエータ４０１０の作用で説明したのと同様に、供給気体圧ＰＳの大きさを制御することで、蓋部４３８０によって与えられる押付力と釣り合わせつつ、中間可動子４０３０等の間の各隙間の間隔を調整して出力可動子４３２０を微小移動させることができる。【０３５９】
また、磁界発生コイル４３４０によって発生する磁界の規制力によって、各中間可動子４３３０は、その中心軸に自動的に調心される。また、各中間可動子４３３０には回り止め部が設けられ、これに対応して筐体部４３１２にも回り止め形状が設けられるので、これらの協働によって、各中間可動子４３３０の軸方向回りの回転が抑制される。このように、支持軸を用いることなく、複数の中間可動子４３３０を整列して流体的に支持することができる。【０３６０】
図７０は、磁界発生コイルの別の配置の例を示す図である。以下では、図６９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。図７０における気体圧制御アクチュエータ４４１０においては、磁界発生コイル４３４２が案内部４４１２の底面部４４１４に設けられる。この場合でも、中間可動子４３３０をその中心軸に調心するような磁界を発生させることができる。【０３６１】
図７１は、対象物が微小変位出力装置に接触するときに過度な衝撃を与えない構成とした微小変位出力装置４５１０の例を示す図である。以下では、図６９，図７０と同様な要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。【０３６２】
図７１における微小変位出力装置４５１０においては、出力可動子４５２０が、蓋部４３８０の伝達部４３８２と直接的な面接触をする代わりに、連結棒４５９０で接続され、出力可動子４５２０と蓋部４３８０との間に緩衝室４５９２が設けられている。緩衝室４５９２には、供給口４５９２を介して外部から気体圧Ｐ１が供給される。その他の構成は、磁界発生コイル４３４４等を含め、図６９と同様である。この緩衝室４５９２によって、対象物が伝達部３４８２に接触してもその接触衝撃が直接的に出力可動子４５２０及びその先の複数の中間可動子４３３０に伝わることなく、緩衝されて伝達される。【０３６３】
上記のように、中間可動子４３３０は、厚みが極めて薄く、また、隣接する中間可動子４３３０の間の隙間もきわめて微小な間隔であるので、過度な衝撃によって中間可動子４３３０が破損する恐れがある。緩衝室４５９２を設けることで、この過度な衝撃を緩和することができる。このような構成の微小変位出力装置４５１０においても、磁界発生コイル４３４４を設けることで、各中間可動子４３３０を、その中心軸に自動的に調心させることができる。
【産業上の利用可能性】
【０３６４】
本発明に係る気体制御アクチュエータは、上記のように、ＸＹθ移動機構のテーブルのアクチュエータ、６自由度パラレルリンク機構のアクチュエータとして利用出来る他に、ＸＹＺステージ用アクチュエータ、加速度キャンセラのアクチュエータ、除振装置のアクチュエータ、免振装置のアクチュエータ等としても利用することができる。本発明に係る気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置は、微小移動機構として利用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
2007077878.tif 000033
【図３２】
2007077878.tif 000034
【図３３】
2007077878.tif 000035
【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
2007077878.tif 000038
【図３７】
2007077878.tif 000039
【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年12月17日(2007.12.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
案内部に案内されて軸方向に気体圧によって駆動されるピストン型可動子と、
ピストン型可動子の先端に軸方向に延びて取り付けられる支持軸と、
平板可動子であって、気体が流れることができる窓を有し支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して、平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される平板可動子と、
を有し、平板可動子が気体層を介して駆動対象物に駆動力を及ぼすことを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載の気体圧制御アクチュエータにおいて、
平板可動子の一方側平板面とピストン型可動子の先端面との間の隙間と、平板可動子の他方側平板面とこれに向かい合う駆動対象物の気体受面との間の隙間とに、それぞれ気体を供給して流すための気体供給手段を有することを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項３】
平板可動子であって、気体が流れることができる窓を有し支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して、平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される平板可動子と、
支持軸が底面に取り付けられ、支持軸の先端側の方が開口し、平板可動子を案内する筒状の案内部と、
案内部の底面と平板可動子の一方側平板面との間の隙間と、平板可動子の他方側平板面とこれに向かい合う駆動対象物の気体受面との間の隙間とに、それぞれ気体を供給して流すために、案内部の底面側に設けられる気体供給手段と、
を有し、平板可動子が気体層を介して駆動対象物に駆動力を及ぼすことを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項４】
案内部に案内されて軸方向に気体圧によって駆動されるピストン型可動子と、
ピストン型可動子の先端に軸方向に延びて取り付けられる支持軸と、
支持軸の軸方向に沿って複数整列配置される平板可動子であって、気体が流れることができる窓を有し支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して、平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される複数の平板可動子と、
ピストン型可動子に向かい合う平板可動子の一方側平板面とピストン型可動子の先端面との間の隙間と、隣接する平板可動子の間の隙間と、駆動対象物に向かい合う先端側平板可動子の他方側平板面とこれに向かい合う駆動対象物の気体受面との間の隙間とに、それぞれ気体を供給して流すための気体供給手段と、
を有し、先端側平板可動子が気体層を介して駆動対象物に駆動力を及ぼすことを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項５】
支持軸の軸方向に沿って複数整列配置される平板可動子であって、気体が流れることができる窓を有し支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して、平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される複数の平板可動子と、
支持軸が底面に取り付けられ、支持軸の先端側の方が開口し、複数の平板可動子を案内する筒状の案内部と、
案内部の底面に向かい合う平板可動子の一方側平板面と案内部の底面との間の隙間と、隣接する平板可動子の間の隙間と、駆動対象物に向かい合う先端側平板可動子の他方側平板面とこれに向かい合う駆動対象物の気体受面との間の隙間とに、それぞれ気体を供給して流すために、案内部の底面側に設けられる気体供給手段と、
を有し、先端側平板可動子が気体層を介して駆動対象物に駆動力を及ぼすことを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項６】
案内部に案内されて軸方向に気体圧によって駆動されるピストン型可動子と、
ピストン型可動子の先端に軸方向に延びて取り付けられる支持軸と、
支持軸の軸方向に沿って複数整列配置される平板可動子であって、気体が流れることができる窓を有し、平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される複数の平板可動子と、
ピストン型可動子に向かい合う平板可動子の一方側平板面とピストン型可動子の先端面との間の隙間と、隣接する平板可動子の間の隙間と、駆動対象物に向かい合う先端側平板可動子の他方側平板面とこれに向かい合う駆動対象物の気体受面との間の隙間とに、それぞれ気体を供給して流すための気体供給手段と、
を有し、先端側平板可動子が気体層を介して駆動対象物に駆動力を及ぼすことを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項７】
支持軸の軸方向に沿って複数整列配置される平板可動子であって、気体が流れることができる窓を有し、平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される複数の平板可動子と、
支持軸が底面に取り付けられ、支持軸の先端側の方が開口し、複数の平板可動子を案内する筒状の案内部と、
案内部の底面に向かい合う平板可動子の一方側平板面と案内部の底面との間の隙間と、隣接する平板可動子の間の隙間と、駆動対象物に向かい合う先端側平板可動子の他方側平板面とこれに向かい合う駆動対象物の気体受面との間の隙間とに、それぞれ気体を供給して流すために、案内部の底面側に設けられる気体供給手段と、
を有し、先端側平板可動子が気体層を介して駆動対象物に駆動力を及ぼすことを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項８】
請求項１から請求項５のいずれか１に記載の気体圧制御アクチュエータにおいて、
支持部材は、
平板可動子の内径側部分と支持軸との間を接続する雲形状の可撓アームを有する薄板バネであることを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項９】
請求項１から請求項７のいずれか１に記載の気体圧制御アクチュエータにおいて、
平板可動子と支持軸との間の支持部が軸方向に摺動可能であることを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項１０】
請求項４又は請求項７に記載の気体圧制御アクチュエータにおいて、
平板可動子は、
内径側部分に、外径側部分よりも板厚が薄く、隣接する平板可動子の平板面との間で表面絞り隙間を形成する絞り部を有することを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項１１】
請求項２から請求項７のいずれか１に記載の気体圧制御アクチュエータにおいて、
気体供給手段は、
平板可動子に向かって開口する気体供給口と、
気体供給口に設けられ、供給気体の流れを整流する気体絞り部と、
を有することを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項１２】
請求項４又は請求項７に記載の気体圧制御アクチュエータにおいて、
隣接する平板可動子の間に設けられ、隣接する平板可動子との間の隙間を規制するスペーサを備えることを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項１３】
案内部に案内されて軸方向に気体圧によって駆動されるピストン型可動子と、
ピストン型可動子の先端に軸方向に延びて取り付けられる支持軸と、
支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して薄板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される薄板可動子であって、内周側に設けられて気体が流れることができる窓部と、窓部から径方向に外周側に向かって任意の長さで延び、気体が流れるとき気体の流れの抵抗を有するように薄板の表裏に抜けている複数の有端溝とを有する薄板可動子と、
薄板可動子の窓部から各有端溝を通って、薄板可動子の表側と裏側とにおいて向かい合う各平板可動子との間のそれぞれの隙間がほぼ等しくなるように気体を供給し、薄板可動子とピストン可動子との間の隙間と、薄板可動子と駆動対象物との間の隙間に、それぞれ気体を流すための気体供給手段と、
を備え、駆動対象物に駆動力を及ぼすことを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項１４】
支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して薄板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される薄板可動子であって、内周側に設けられて気体が流れることができる窓部と、窓部から径方向に外周側に向かって任意の長さで延び、気体が流れるとき気体の流れの抵抗を有するように薄板の表裏に抜けている複数の有端溝とを有する薄板可動子と、
支持軸が底面に取り付けられ、支持軸の先端側の方が開口し、薄板可動子を案内する筒状の案内部と、
薄板可動子の窓部から各有端溝を通って、薄板可動子の表側と裏側とにおいて向かい合う各平板可動子との間のそれぞれの隙間がほぼ等しくなるように気体を供給し、薄板可動子と案内部の底面との間の隙間と、薄板可動子と駆動対象物との間の隙間に、それぞれ気体を流すための気体供給手段と、
を備え、駆動対象物に駆動力を及ぼすことを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項１５】
請求項１３又は請求項１４に記載の気体圧制御アクチュエータにおいて、
さらに、
薄板可動子の表面側あるいは裏面側の少なくともいずれかに設けられ、支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される平板可動子であって、内周側に設けられて気体が流れることができる窓部を有する平板可動子を備えることを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項１６】
案内部に案内されて軸方向に気体圧によって駆動されるピストン型可動子と、
ピストン型可動子の先端に軸方向に延びて取り付けられる支持軸と、
支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して薄板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される薄板可動子であって、内周側に設けられて気体が流れることができる窓部と、窓部から径方向に外周側に向かって任意の長さで延び、気体が流れるとき気体の流れの抵抗を有するように薄板の表裏に抜けている複数の有端溝とを有する複数の薄板可動子と、
軸方向に沿って薄板可動子と交互に配置され、支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される平板可動子であって、内周側に設けられて気体が流れることができる窓部を有する平板可動子と、
各薄板可動子及び各平板可動子の各窓部から、各薄板可動子の各有端溝を通って、薄板可動子の表側と裏側とにおいて向かい合う各平板可動子との間のそれぞれの隙間がほぼ等しくなるように気体を供給し、薄板可動子又は平板可動子とピストン可動子との間の隙間と、隣接する薄板可動子と平板可動子との間の隙間と、平板可動子又は薄板可動子と駆動対象物との間の隙間に、それぞれ気体を流すための気体供給手段と、
を備え、駆動対象物に駆動力を及ぼすことを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項１７】
支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して薄板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される薄板可動子であって、内周側に設けられて気体が流れることができる窓部と、窓部から径方向に外周側に向かって任意の長さで延び、気体が流れるとき気体の流れの抵抗を有するように薄板の表裏に抜けている複数の有端溝とを有する複数の薄板可動子と、
軸方向に沿って薄板可動子と交互に配置され、支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される平板可動子であって、内周側に設けられて気体が流れることができる窓部を有する平板可動子と、
支持軸が底面に取り付けられ、支持軸の先端側の方が開口し、薄板可動子及び平板可動を案内する筒状の案内部と、
各薄板可動子及び各平板可動子の各窓部から、各薄板可動子の各有端溝を通って、薄板可動子の表側と裏側とにおいて向かい合う各平板可動子との間のそれぞれの隙間がほぼ等しくなるように気体を供給し、薄板可動子又は平板可動子と案内部の底面との間の隙間と、隣接する薄板可動子と平板可動子との間の隙間と、平板可動子又は薄板可動子と駆動対象物との間の隙間に、それぞれ気体を流すための気体供給手段と、
を備え、駆動対象物に駆動力を及ぼすことを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項１８】
請求項１３から請求項１７のいずれか１に記載の気体圧制御アクチュエータにおいて、
薄板可動子に設けられる支持部材は、
薄板可動子の内径側部分と支持軸との間を接続する複数の可撓アームを有する薄板バネであることを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項１９】
請求項１５から請求項１７のいずれか１に記載の気体圧制御アクチュエータにおいて、
平板可動子に設けられる支持部材は、
平板可動子の内径側部分と支持軸との間を接続する複数の可撓アームを有する薄板バネであることを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項２０】
請求項１３から請求項１７のいずれか１に記載の気体圧制御アクチュエータにおいて、
支持部材が支持軸に沿って摺動可能であることを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項２１】
請求項１５から請求項１７のいずれか１に記載の気体圧制御アクチュエータにおいて、
平板可動子は、
窓部の外径側部分に、外周部より薄い板厚を有するステップ状気体導入部、または、窓部からの入口部から外周部に行くにつれて板厚が厚くなるテーパ状気体導入部を有することを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項２２】
請求項１３から請求項１７のいずれか１に記載の気体圧制御アクチュエータにおいて、
気体供給手段は、
窓部に向かって開口する気体供給口と、
気体供給口に設けられ、供給気体の流れを整流する気体絞り部と、
を有することを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項２３】
請求項１６又は請求項１７に記載の気体圧制御アクチュエータにおいて、
隣接する薄板可動子と平板可動子との間に設けられ、隣接する薄板可動子と平板可動子との間の隙間を規制するスペーサを備えることを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項２４】
ベースの気体受壁と、軸の底面部の気体受面との間の軸受隙間に気体を供給して軸をベースに対して浮上させ保持するスラスト気体軸受機構であって、
気体受壁又は気体受面に設けられる気体供給口と、
気体受壁又は気体受面に設けられ、気体供給口を囲む減速用くぼみと、
減速用くぼみを越えて軸受隙間の外周方向に向かって延び終端部を備える気体流路浅溝と、
を含むことを特徴とする気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構。
【請求項２５】
請求項２４に記載の気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構において、
気体供給口は円形開口であり、
減速用くぼみは気体供給口の円形開口と同心で、円形開口の直径より大きな直径を有し、
気体流路浅溝は、気体供給口を中心として放射状に外周方向に向かって延びる複数の浅溝であり、
各気体流路浅溝の終端部は、浅溝の幅よりも円周方向に広がる形状を有することを特徴とする気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構。
【請求項２６】
請求項２４に記載の気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構において、減速用くぼみの深さと気体流路浅溝の深さとが同じであることを特徴とする気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構。
【請求項２７】
請求項２４に記載の気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構において、減速用くぼみは、気体流路浅溝の深さより浅いことを特徴とする気体圧制御アクチュエータ用スラスト気体軸受機構。
【請求項２８】
請求項２４に記載の気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構において、減速用くぼみは、気体供給口のところで気体流路浅溝の深さより浅く、外周に向かってさらに浅くなるテーパくぼみであることを特徴とする気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構。
【請求項２９】
請求項２４から請求項２７のいずれか１に記載の気体圧制御アクチュエータ用気体軸受において、さらに、気体受壁又は気体受面に設けられ、気体供給口を囲み、気体流路浅溝の径方向の長さより短い外径を有し、気体供給口側から外周側に向かって浅くなるテーパくぼみを含むことを特徴とする気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構。
【請求項３０】
支持軸の軸方向に沿って複数整列配置され、支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される平板状可動子であって、気体が流れることができる窓を有する複数の平板状可動子と、
複数の平板状可動子の最先端側可動子に向かい合う気体受面を有し、出力に用いられる出力可動子と、
支持軸が底面に取り付けられ、支持軸の先端側の方が開口する筒状の筐体部と、
最先端側平板状可動子と出力可動子の気体受面との間の隙間と、隣接する平板状可動子の間の各隙間と、最後端側平板状可動子と筐体部の底面との間の隙間とに、それぞれ気体を供給して流す気体供給手段と、
筐体部の先端側開口を覆う蓋部であって、出力可動子の中央部に接して出力可動子の出力を外部に伝達する伝達部と、筐体部の筒状外周部と伝達部とを接続する弾性部材とを有し、筐体部と一体化して出力可動子に押付力を与える蓋部と、
を備え、気体供給手段から制御された気体圧を供給し、押付力と釣り合わせつつ各隙間の間隔を調整して、伝達部から微小変位を出力することを特徴とする気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置。
【請求項３１】
支持軸の軸方向に沿って複数整列配置され、支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して薄板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される薄板可動子であって、気体が流れることができる窓部と、窓部から径方向に延び、気体が流れるとき気体の流れの抵抗を有するように薄板の表裏に抜けている複数の有端溝とを有する複数の薄板可動子と、
軸方向に沿って薄板可動子と交互に配置され、支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される平板可動子であって、気体が流れることができる窓部を有する平板可動子と、
交互に整列配置された薄板可動子及び平板可動子の中の最先端側可動子に向かい合う気体受面を有し、出力に用いられる出力可動子と、
支持軸が底面に取り付けられ、支持軸の先端側の方が開口する筒状の筐体部と、
各薄板可動子及び各平板可動子の各窓部から、各薄板可動子の各有端溝を通って、薄板可動子の表側と裏側とにおいて向かい合う各平板可動子との間のそれぞれの隙間がほぼ等しくなるように気体を供給し、最先端側可動子と出力可動子との間の隙間と、隣接する薄板可動子と平板可動子との間の隙間と、最後端側可動子と筐体部の底面との間の隙間に、それぞれ気体を流すための気体供給手段と、
筐体部の先端側開口を覆う蓋部であって、出力可動子の中央部に接して出力可動子の出力を外部に伝達する伝達部と、筐体部の筒状外周部と伝達部とを接続する弾性部材と、を有し、筐体部と一体化して出力可動子に押付力を与える蓋部と、
を備え、気体供給手段から制御された気体圧を供給し、押付力と釣り合わせつつ各隙間の間隔を調整して、伝達部から微小変位を出力することを特徴とする気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置。
【請求項３２】
請求項３０又は請求項３１に記載の気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、
気体が流れることができる窓部は、気体供給手段からの気体を、支持軸の外径側へ向かって各隙間に供給することを特徴とする気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置。
【請求項３３】
請求項３０に記載の気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、
気体が流れることができる窓部は、気体供給手段からの気体を、支持軸の内径側及び外径側へ向かって各隙間に供給することを特徴とする気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置。
【請求項３４】
請求項３０又は請求項３１に記載の気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、
蓋部は、伝達部の移動軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい弾性部材を有することを特徴とする気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置。
【請求項３５】
請求項３０又は請求項３１に記載の気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、
蓋部は、筐体部の筒状外周部と伝達部とを接続するメンブレム状の弾性部材を有し、筐体部と一体化して気密構造となることを特徴とする気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置。
【請求項３６】
請求項３５に記載の気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、
筐体部は、
気体供給源からの気体を取り入れる取入口と、
外部に気体を排出する排出口と、
排出口に接続され、排気される気体の排気気体圧を調整する排気弁であって、外部気体圧との間の差圧によって蓋部の弾性部材に初期変位を与える任意の排気気体圧とする排気弁と、
を有することを特徴とする気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置。
【請求項３７】
底面と前方開口とを有し、少なくとも一部が磁性体で構成される筒状の案内部と、
案内部に軸方向に移動可能に案内され、少なくとも一部が磁性体で構成される出力可動子と、
出力可動子と案内部の底面との間に配置され、気体が流れることができる窓を有し、磁性体で構成される平板状の複数の中間可動子と、
出力可動子の先端面とこれに向かい合う中間可動子の一方側平板面との間の隙間と、隣接する中間可動子の間の隙間と、案内部の底面とこれに向かい合う中間可動子の他方側平板面との間の隙間とに、それぞれ気体を供給して流すための気体供給手段と、
案内部の底面に向かって気体を圧縮しつつ中間可動子及び出力可動子を押し付ける押付力発生部と、
案内部に設けられ、案内部と出力可動子と複数の中間可動子とともに構成される磁気回路を流れる磁界を発生し、磁界の規制力によって各中間可動子を案内部の中心軸に沿って整列させる磁界発生コイルと、
を備え、気体供給手段から制御された気体圧を供給し、押付力と釣り合わせつつ各隙間の間隔を調整して出力可動子を微小移動させることを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項３８】
請求項３７に記載の気体圧制御アクチュエータにおいて、
中間可動子は、
窓部から径方向に外周側に向かって延びる複数の有端溝を平板面に含む放射状溝付中間可動子であることを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項３９】
請求項３７に記載の気体圧制御アクチュエータにおいて、
中間可動子は、
窓部から径方向に外周側に延び、気体が流れるとき気体の抵抗を有するように平板の表裏に抜けている複数の有端溝を含むスリット溝付中間可動子であることを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項４０】
請求項３９に記載の気体圧制御アクチュエータにおいて、
スリット溝付中間可動子は、溝を含まない平坦な平板面を有する平板可動子と交互に配置されることを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項４１】
請求項３７に記載の気体圧制御アクチュエータにおいて、
中間可動子は、軸方向回りの回転を抑制する回転止め形状を外周に有し、
案内部は、中間可動子の回転止め形状に対応する内壁形状を有することを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項４２】
請求項３７に記載の気体圧制御アクチュエータにおいて、
磁界発生コイルを励磁する励磁回路であって、励磁電流を可変することで気体が供給される各隙間の間隔を調整する励磁回路を備えることを特徴とする気体圧制御アクチュエータ。
【請求項４３】
底面と前方開口とを有し、少なくとも一部が磁性体で構成される筒状の筐体部と、
筐体部に軸方向に移動可能に案内され、少なくとも一部が磁性体で構成される出力可動子と、
出力可動子と案内部の底面との間に配置され、気体が流れることができる窓を有し、磁性体で構成される平板状の複数の中間可動子と、
出力可動子の先端面とこれに向かい合う中間可動子の一方側平板面との間の隙間と、隣接する中間可動子の間の隙間と、筐体部の底面とこれに向かい合う中間可動子の他方側平板面との間の隙間とに、それぞれ気体を供給して流すための気体供給手段と、
筐体部の前方開口を覆う蓋部であって、出力可動子の中央部に接して出力可動子の出力を外部に伝達する伝達部と、筐体部の筒状外周部と伝達部とを接続する弾性部材とを有し、筐体部と一体化して出力可動子に押付力を与える蓋部と、
筐体部に設けられ、筐体部と出力可動子と複数の中間可動子とともに構成される磁気回路に流れる磁界を発生し、磁界の規制力によって各中間可動子を筐体部の中心軸に沿って整列させる磁界発生コイルと、
を備え、気体供給手段から制御された気体圧を供給し、押付力と釣り合わせつつ各隙間の間隔を調整して、伝達部から微小変位を出力することを特徴とする気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体圧制御アクチュエータ、気体圧制御アクチュエータに用いる軸受機構及び気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置に係り、特に微小移動が可能な気体圧制御アクチュエータと、ベースの気体受壁と軸の底面部の気体受面との間の軸受隙間に気体を供給して軸をベースに対して浮上させ保持する気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構と、複数の可動子を有する気体圧制御アクチュエータに制御気体圧を供給し押付力と釣り合わせつつ複数の可動子の間の各隙間の間隔を調整して微小変位を出力する微小変位出力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、特開昭５７−５１００２号公報に示されるように、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。
【０００３】
近年、位置決め装置において、その精度、分解能の向上の要求が著しい。例えば、半導体装置の露光装置では、半導体デバイスの最小線幅が１００ｎｍを切る。したがって、半導体デバイスの寸法精度の要求は１０ｎｍ以下となり、そのための位置決めアクチュエータの位置決め精度は１ｎｍ以下、つまりサブｎｍのものが要望される。また、その高速性も同様に要求される。
【０００４】
このような位置決め装置に気体圧制御アクチュエータが用いることができれば、上記のようにコンタミネーションが少なくなるほか、電磁的ノイズも発生せず、温度変化による影響、振動、騒音も少なくできる。しかしながら、気体圧制御アクチュエータをそのまま用いるには、高速、高精度等の性能の面からいくつかの課題がある。
【０００５】
第１に、一般的に用いられる気体圧制御アクチュエータは、応答性があまり良くない。それは、気体圧制御アクチュエータのバネ定数が、気体室の体積が大きいほど小さくなり、また使用気体の圧縮率が大きいほど小さくなる傾向にあるが、シリンダーにおける空気室の体積を小さくするには限度があるためである。このような気体の性質から来る特性のため、気体圧制御アクチュエータを用いて要望される高精度、高速応答を達成するには高度かつ複雑な制御を用いる必要がある。
【０００６】
第２に、高度かつ複雑な制御によって高精度、高速応答を図っても、一般的にその適用移動範囲が制限される。すなわち、ごく短い作動範囲内において高精度を達成することができても、広い作動範囲で高精度、高速応答を図ることは困難なことが多い。
【０００７】
第３に、テーブル等の移動体をアクチュエータの先端で移動駆動する際に接触の状態が変化すると、微小な移動を制御することが困難となる。例えば、アクチュエータの先端が平坦なものを使用すると、テーブルを回転駆動する場合に、テーブルとアクチュエータ先端とが斜めに接触することになり、微小な角度の制御が困難となる。この問題は気体圧制御アクチュエータに限らず、一般的な微小移動機構に特有の課題でもある。これを解決する１つの方法は、例えば球面座機構をテーブルとアクチュエータ先端との接触部に設けることであるが、気体圧制御アクチュエータの場合には、気体圧駆動の球面座機構となるので、機構がさらに複雑となる。
【０００８】
また、気体圧制御アクチュエータは、アクチュエータ先端で移動対象物に移動のための駆動力を与えることになるが、そのような機構としてスラスト軸受機構が用いられる。一般的にスラスト軸受機構としては、回転軸のスラスト方向の負荷を転がり軸受機構で支持するもの等の他、また、軸と軸を支持するベースとの間の隙間に油等の支持流体を供給し、支持流体の静圧又は動圧によって軸をベースに対し浮上支持するものが知られている。後者は、流体スラスト軸受機構と呼ばれ、流体としては油、磁性流体、気体等が用いられる。
【０００９】
流体スラスト軸受機構の構造の一例を上げると、円柱状の軸と、軸の外形に対応する内径を有する底部のある筒状支持部材とを組み合わせ、支持部材の底部と向かい合う軸の底面部の中央部に設けられる流体供給口から流体を噴出させて軸の底面部を支持部材の底部に対し浮上させる。この場合、支持部材の底部は流体受壁となり、軸の底面部は流体受面となる。流体受壁と流体受面はいずれも平坦面であるものを用いることができる。
【００１０】
また、流体受壁と流体受面との間の隙間であるいわゆる軸受隙間の隙間間隔の制御についてノイズを抑制し、制御安定性を向上させる等のために、軸受隙間においてラジアルスリット絞りを設けることも知られている。ラジアルスリット絞りとは、軸の中央部の流体供給口からラジアル方向に延び、すなわち径方向に沿って外周方向に向かって延び、終端部を有する浅い溝深さのスリットを複数本設け、この浅溝に流れる流体が流体受壁と流体受面との間の軸受隙間へ流れ出すときの流体絞り効果を利用し、軸受隙間の隙間間隔の制御性の向上等を図るものである。
【００１１】
このように、流体受壁と流体受面との間の軸受隙間の部分にラジアルスリット絞りを有するスラスト流体軸受の利用が図られている。ラジアルスリット絞りは上記のように軸受隙間の隙間間隔の制御性を向上させるため等に用いられるのであるが、流体の種類によって異なる特性を有することがある。例えば、軸受隙間の隙間間隔を高精度に制御する場合、流体に油を使用するときと空気等の気体を使用するときを比較すると、流体が流体供給口から狭い隙間に流れ込む際に流体抵抗が急変して縮流が生じ、流体に油を使用するときに比べ、気体を使用するときには流体粘性の相違から隙間間隔が僅かに振動する傾向にあるといわれる。
【００１２】
このように、従来のラジアルスリット絞りを有するスラスト気体軸受機構においては、軸受隙間の隙間間隔が振動する恐れがあり、軸方向位置決めの高精度化等に限界がある。
【００１３】
ところで、上記のように、気体圧制御アクチュエータを用いる移動機構は、他の機構に比べ、コンタミネーションが少ないほか、電磁的ノイズを発生せず、温度変化による影響、振動、騒音も少ない。そこで半導体装置等の位置決めアクチュエータの用途のほか、除振装置における振動を打ち消すためのアクチュエータの用途等に期待される。そこで、気体圧制御アクチュエータを用いて、応答性のよい微小移動機構を構成することが提案されている。
【００１４】
特開２００５−２６８２９３号公報には、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。
【００１５】
上記特開２００５−２６８２９３号公報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微小移動機構を構成することができる。
【００１６】
ところで、これらの微小移動機構は、制御された気体が隙間に流れることで発生する気体軸受的な浮上力を外部から与えられる押付力と釣り合わせて、隙間量を調整するものであるので、押付力発生機構が必要である。一般的には、微小移動機構が移動対象とする対象物の自重等の負荷力をこの押付力源として利用できる。
【００１７】
実際の装置に微小移動機構を組み込む場合には、このように移動対象物の負荷力を押付力源として用いることが有効であるが、例えば、微小移動機構の特性の評価を行うときのように移動対象物の負荷力がない場合、あるいは、移動対象物の負荷力が十分でない場合等には、押付力発生機構がないと不便である。そこで、押付力発生機構を内蔵する構造とすれば、ユーザがその微小移動機構の特性をそれ自体で評価でき、また、ユーザの目的とする対象物にその微小移動機構をそのまま適用して評価が行えるので便利である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の目的は、高速応答性を改善でき、微小移動が可能な気体圧制御アクチュエータを提供することである。本発明の他の目的は、作動範囲の広い微小移動を可能とする気体圧制御アクチュエータを提供することである。また、他の目的は、球面座機構を要することなく、微小移動が可能な気体圧制御アクチュエータを提供することである。
【００１９】
また、本発明の他の目的は、軸受隙間の隙間間隔の振動を抑制することが可能な気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構を提供することである。
【００２０】
また、本発明の他の目的は、制御気体圧を供給し、押付力と釣り合わせつつ複数の可動子の間の各隙間の間隔を調整して、微小変位を出力する微小変位出力装置において、押付力発生機構を内蔵し、それ自体のみで特性評価を可能とする気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置を提供することである。
【００２１】
以下の手段は、これらの目的の少なくとも１つに貢献する。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明に係る気体圧制御アクチュエータは、案内部に案内されて軸方向に気体圧によって駆動されるピストン型可動子と、ピストン型可動子の先端に軸方向に延びて取り付けられる支持軸と、平板可動子であって、気体が流れることができる窓を有し支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して、平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される平板可動子と、を有し、平板可動子が気体層を介して駆動対象物に駆動力を及ぼすことを特徴とする。
【００２３】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータにおいて、平板可動子の一方側平板面とピストン型可動子の先端面との間の隙間と、平板可動子の他方側平板面とこれに向かい合う駆動対象物の気体受面との間の隙間とに、それぞれ気体を供給して流すための気体供給手段を有することが好ましい。
【００２４】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータは、平板可動子であって、気体が流れることができる窓を有し支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して、平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される平板可動子と、支持軸が底面に取り付けられ、支持軸の先端側の方が開口し、平板可動子を案内する筒状の案内部と、案内部の底面と平板可動子の一方側平板面との間の隙間と、平板可動子の他方側平板面とこれに向かい合う駆動対象物の気体受面との間の隙間とに、それぞれ気体を供給して流すために、案内部の底面側に設けられる気体供給手段と、を有し、平板可動子が気体層を介して駆動対象物に駆動力を及ぼすことを特徴とする。
【００２５】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータは、案内部に案内されて軸方向に気体圧によって駆動されるピストン型可動子と、ピストン型可動子の先端に軸方向に延びて取り付けられる支持軸と、支持軸の軸方向に沿って複数整列配置される平板可動子であって、気体が流れることができる窓を有し支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して、平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される複数の平板可動子と、ピストン型可動子に向かい合う平板可動子の一方側平板面とピストン型可動子の先端面との間の隙間と、隣接する平板可動子の間の隙間と、駆動対象物に向かい合う先端側平板可動子の他方側平板面とこれに向かい合う駆動対象物の気体受面との間の隙間とに、それぞれ気体を供給して流すための気体供給手段と、を有し、先端側平板可動子が気体層を介して駆動対象物に駆動力を及ぼすことを特徴とする。
【００２６】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータは、支持軸の軸方向に沿って複数整列配置される平板可動子であって、気体が流れることができる窓を有し支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して、平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される複数の平板可動子と、支持軸が底面に取り付けられ、支持軸の先端側の方が開口し、複数の平板可動子を案内する筒状の案内部と、案内部の底面に向かい合う平板可動子の一方側平板面と案内部の底面との間の隙間と、隣接する平板可動子の間の隙間と、駆動対象物に向かい合う先端側平板可動子の他方側平板面とこれに向かい合う駆動対象物の気体受面との間の隙間とに、それぞれ気体を供給して流すために、案内部の底面側に設けられる気体供給手段と、を有し、先端側平板可動子が気体層を介して駆動対象物に駆動力を及ぼすことを特徴とする。
【００２７】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータは、案内部に案内されて軸方向に気体圧によって駆動されるピストン型可動子と、ピストン型可動子の先端に軸方向に延びて取り付けられる支持軸と、支持軸の軸方向に沿って複数整列配置される平板可動子であって、気体が流れることができる窓を有し、平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される複数の平板可動子と、ピストン型可動子に向かい合う平板可動子の一方側平板面とピストン型可動子の先端面との間の隙間と、隣接する平板可動子の間の隙間と、駆動対象物に向かい合う先端側平板可動子の他方側平板面とこれに向かい合う駆動対象物の気体受面との間の隙間とに、それぞれ気体を供給して流すための気体供給手段と、を有し、先端側平板可動子が気体層を介して駆動対象物に駆動力を及ぼすことを特徴とする。
【００２８】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータは、支持軸の軸方向に沿って複数整列配置される平板可動子であって、気体が流れることができる窓を有し、平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される複数の平板可動子と、支持軸が底面に取り付けられ、支持軸の先端側の方が開口し、複数の平板可動子を案内する筒状の案内部と、案内部の底面に向かい合う平板可動子の一方側平板面と案内部の底面との間の隙間と、隣接する平板可動子の間の隙間と、駆動対象物に向かい合う先端側平板可動子の他方側平板面とこれに向かい合う駆動対象物の気体受面との間の隙間とに、それぞれ気体を供給して流すために、案内部の底面側に設けられる気体供給手段と、を有し、先端側平板可動子が気体層を介して駆動対象物に駆動力を及ぼすことを特徴とする。
【００２９】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータにおいて、支持部材は、平板可動子の内径側部分と支持軸との間を接続する雲形状の可撓アームを有する薄板バネであることが好ましい。
【００３０】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータにおいて、平板可動子と支持軸との間の支持部が軸方向に摺動可能であることが好ましい。
【００３１】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータにおいて、平板可動子は、内径側部分に、外径側部分よりも板厚が薄く、隣接する平板可動子の平板面との間で表面絞り隙間を形成する絞り部を有することが好ましい。
【００３２】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータにおいて、気体供給手段は、平板可動子に向かって開口する気体供給口と、気体供給口に設けられ、供給気体の流れを整流する気体絞り部と、を有することが好ましい。
【００３３】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータにおいて、隣接する平板可動子の間に設けられ、隣接する平板可動子との間の隙間を規制するスペーサを備えることが好ましい。
【００３４】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータは、案内部に案内されて軸方向に気体圧によって駆動されるピストン型可動子と、ピストン型可動子の先端に軸方向に延びて取り付けられる支持軸と、支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して薄板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される薄板可動子であって、内周側に設けられて気体が流れることができる窓部と、窓部から径方向に外周側に向かって任意の長さで延び、気体が流れるとき気体の流れの抵抗を有するように薄板の表裏に抜けている複数の有端溝とを有する薄板可動子と、薄板可動子の窓部から各有端溝を通って、薄板可動子の表側と裏側とにおいて向かい合う各平板可動子との間のそれぞれの隙間がほぼ等しくなるように気体を供給し、薄板可動子とピストン可動子との間の隙間と、薄板可動子と駆動対象物との間の隙間に、それぞれ気体を流すための気体供給手段と、を備え、駆動対象物に駆動力を及ぼすことを特徴とする。
【００３５】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータは、支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して薄板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される薄板可動子であって、内周側に設けられて気体が流れることができる窓部と、窓部から径方向に外周側に向かって任意の長さで延び、気体が流れるとき気体の流れの抵抗を有するように薄板の表裏に抜けている複数の有端溝とを有する薄板可動子と、支持軸が底面に取り付けられ、支持軸の先端側の方が開口し、薄板可動子を案内する筒状の案内部と、薄板可動子の窓部から各有端溝を通って、薄板可動子の表側と裏側とにおいて向かい合う各平板可動子との間のそれぞれの隙間がほぼ等しくなるように気体を供給し、薄板可動子と案内部の底面との間の隙間と、薄板可動子と駆動対象物との間の隙間に、それぞれ気体を流すための気体供給手段と、を備え、駆動対象物に駆動力を及ぼすことを特徴とする。
【００３６】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータにおいて、さらに、薄板可動子の表面側あるいは裏面側の少なくともいずれかに設けられ、支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される平板可動子であって、内周側に設けられて気体が流れることができる窓部を有する平板可動子を備えることが好ましい。
【００３７】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータは、案内部に案内されて軸方向に気体圧によって駆動されるピストン型可動子と、ピストン型可動子の先端に軸方向に延びて取り付けられる支持軸と、支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して薄板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される薄板可動子であって、内周側に設けられて気体が流れることができる窓部と、窓部から径方向に外周側に向かって任意の長さで延び、気体が流れるとき気体の流れの抵抗を有するように薄板の表裏に抜けている複数の有端溝とを有する複数の薄板可動子と、軸方向に沿って薄板可動子と交互に配置され、支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される平板可動子であって、内周側に設けられて気体が流れることができる窓部を有する平板可動子と、各薄板可動子及び各平板可動子の各窓部から、各薄板可動子の各有端溝を通って、薄板可動子の表側と裏側とにおいて向かい合う各平板可動子との間のそれぞれの隙間がほぼ等しくなるように気体を供給し、薄板可動子又は平板可動子とピストン可動子との間の隙間と、隣接する薄板可動子と平板可動子との間の隙間と、平板可動子又は薄板可動子と駆動対象物との間の隙間に、それぞれ気体を流すための気体供給手段と、を備え、駆動対象物に駆動力を及ぼすことを特徴とする。
【００３８】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータは、支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して薄板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される薄板可動子であって、内周側に設けられて気体が流れることができる窓部と、窓部から径方向に外周側に向かって任意の長さで延び、気体が流れるとき気体の流れの抵抗を有するように薄板の表裏に抜けている複数の有端溝とを有する複数の薄板可動子と、軸方向に沿って薄板可動子と交互に配置され、支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される平板可動子であって、内周側に設けられて気体が流れることができる窓部を有する平板可動子と、支持軸が底面に取り付けられ、支持軸の先端側の方が開口し、薄板可動子及び平板可動を案内する筒状の案内部と、各薄板可動子及び各平板可動子の各窓部から、各薄板可動子の各有端溝を通って、薄板可動子の表側と裏側とにおいて向かい合う各平板可動子との間のそれぞれの隙間がほぼ等しくなるように気体を供給し、薄板可動子又は平板可動子と案内部の底面との間の隙間と、隣接する薄板可動子と平板可動子との間の隙間と、平板可動子又は薄板可動子と駆動対象物との間の隙間に、それぞれ気体を流すための気体供給手段と、を備え、駆動対象物に駆動力を及ぼすことを特徴とする。
【００３９】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータにおいて、薄板可動子に設けられる支持部材は、薄板可動子の内径側部分と支持軸との間を接続する複数の可撓アームを有する薄板バネであることが好ましい。
【００４０】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータにおいて、平板可動子に設けられる支持部材は、平板可動子の内径側部分と支持軸との間を接続する複数の可撓アームを有する薄板バネであることが好ましい。
【００４１】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータにおいて、支持部材が支持軸に沿って摺動可能であることが好ましい。
【００４２】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータにおいて、平板可動子は、窓部の外径側部分に、外周部より薄い板厚を有するステップ状気体導入部、または、窓部からの入口部から外周部に行くにつれて板厚が厚くなるテーパ状気体導入部を有することが好ましい。
【００４３】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータにおいて、気体供給手段は、窓部に向かって開口する気体供給口と、気体供給口に設けられ、供給気体の流れを整流する気体絞り部と、を有することが好ましい。
【００４４】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータにおいて、隣接する薄板可動子と平板可動子との間に設けられ、隣接する薄板可動子と平板可動子との間の隙間を規制するスペーサを備えることが好ましい。
【００４５】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構は、ベースの気体受壁と、軸の底面部の気体受面との間の軸受隙間に気体を供給して軸をベースに対して浮上させ保持するスラスト気体軸受機構であって、気体受壁又は気体受面に設けられる気体供給口と、気体受壁又は気体受面に設けられ、気体供給口を囲む減速用くぼみと、減速用くぼみを越えて軸受隙間の外周方向に向かって延び終端部を備える気体流路浅溝と、を含むことを特徴とする。
【００４６】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構において、気体供給口は円形開口であり、減速用くぼみは気体供給口の円形開口と同心で、円形開口の直径より大きな直径を有し、気体流路浅溝は、気体供給口を中心として放射状に外周方向に向かって延びる複数の浅溝であり、各気体流路浅溝の終端部は、浅溝の幅よりも円周方向に広がる形状を有することが好ましい。
【００４７】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構において、減速用くぼみの深さと気体流路浅溝の深さとが同じであることが好ましい。
【００４８】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構において、減速用くぼみは、気体流路浅溝の深さより浅いことが好ましい。
【００４９】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構において、減速用くぼみは、気体供給口のところで気体流路浅溝の深さより浅く、外周に向かってさらに浅くなるテーパくぼみであることが好ましい。
【００５０】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構において、さらに、気体受壁又は気体受面に設けられ、気体供給口を囲み、気体流路浅溝の径方向の長さより短い外径を有し、気体供給口側から外周側に向かって浅くなるテーパくぼみを含むことが好ましい。
【００５１】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置は、支持軸の軸方向に沿って複数整列配置され、支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される平板状可動子であって、気体が流れることができる窓を有する複数の平板状可動子と、複数の平板状可動子の最先端側可動子に向かい合う気体受面を有し、出力に用いられる出力可動子と、支持軸が底面に取り付けられ、支持軸の先端側の方が開口する筒状の筐体部と、最先端側平板状可動子と出力可動子の気体受面との間の隙間と、隣接する平板状可動子の間の各隙間と、最後端側平板状可動子と筐体部の底面との間の隙間とに、それぞれ気体を供給して流す気体供給手段と、筐体部の先端側開口を覆う蓋部であって、出力可動子の中央部に接して出力可動子の出力を外部に伝達する伝達部と、筐体部の筒状外周部と伝達部とを接続する弾性部材とを有し、筐体部と一体化して出力可動子に押付力を与える蓋部と、を備え、気体供給手段から制御された気体圧を供給し、押付力と釣り合わせつつ各隙間の間隔を調整して、伝達部から微小変位を出力することを特徴とする。
【００５２】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置は、支持軸の軸方向に沿って複数整列配置され、支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して薄板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される薄板可動子であって、気体が流れることができる窓部と、窓部から径方向に延び、気体が流れるとき気体の流れの抵抗を有するように薄板の表裏に抜けている複数の有端溝とを有する複数の薄板可動子と、軸方向に沿って薄板可動子と交互に配置され、支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される平板可動子であって、気体が流れることができる窓部を有する平板可動子と、交互に整列配置された薄板可動子及び平板可動子の中の最先端側可動子に向かい合う気体受面を有し、出力に用いられる出力可動子と、支持軸が底面に取り付けられ、支持軸の先端側の方が開口する筒状の筐体部と、各薄板可動子及び各平板可動子の各窓部から、各薄板可動子の各有端溝を通って、薄板可動子の表側と裏側とにおいて向かい合う各平板可動子との間のそれぞれの隙間がほぼ等しくなるように気体を供給し、最先端側可動子と出力可動子との間の隙間と、隣接する薄板可動子と平板可動子との間の隙間と、最後端側可動子と筐体部の底面との間の隙間に、それぞれ気体を流すための気体供給手段と、筐体部の先端側開口を覆う蓋部であって、出力可動子の中央部に接して出力可動子の出力を外部に伝達する伝達部と、筐体部の筒状外周部と伝達部とを接続する弾性部材と、を有し、筐体部と一体化して出力可動子に押付力を与える蓋部と、を備え、気体供給手段から制御された気体圧を供給し、押付力と釣り合わせつつ各隙間の間隔を調整して、伝達部から微小変位を出力することを特徴とする。
【００５３】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、気体が流れることができる窓部は、気体供給手段からの気体を、支持軸の外径側へ向かって各隙間に供給することが好ましい。
【００５４】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、気体が流れることができる窓部は、気体供給手段からの気体を、支持軸の内径側及び外径側へ向かって各隙間に供給することが好ましい。
【００５５】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、蓋部は、伝達部の移動軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい弾性部材を有することが好ましい。
【００５６】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、蓋部は、筐体部の筒状外周部と伝達部とを接続するメンブレム状の弾性部材を有し、筐体部と一体化して気密構造となることが好ましい。
【００５７】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、筐体部は、気体供給源からの気体を取り入れる取入口と、外部に気体を排出する排出口と、排出口に接続され、排気される気体の排気気体圧を調整する排気弁であって、外部気体圧との間の差圧によって蓋部の弾性部材に初期変位を与える任意の排気気体圧とする排気弁と、を有することが好ましい。
【００５８】
本発明に係る気体圧制御アクチュエータは、底面と前方開口とを有し、少なくとも一部が磁性体で構成される筒状の案内部と、案内部に軸方向に移動可能に案内され、少なくとも一部が磁性体で構成される出力可動子と、出力可動子と案内部の底面との間に配置され、気体が流れることができる窓を有し、磁性体で構成される平板状の複数の中間可動子と、出力可動子の先端面とこれに向かい合う中間可動子の一方側平板面との間の隙間と、隣接する中間可動子の間の隙間と、案内部の底面とこれに向かい合う中間可動子の他方側平板面との間の隙間とに、それぞれ気体を供給して流すための気体供給手段と、案内部の底面に向かって気体を圧縮しつつ中間可動子及び出力可動子を押し付ける押付力発生部と、案内部に設けられ、案内部と出力可動子と複数の中間可動子とともに構成される磁気回路を流れる磁界を発生し、磁界の規制力によって各中間可動子を案内部の中心軸に沿って整列させる磁界発生コイルと、を備え、気体供給手段から制御された気体圧を供給し、押付力と釣り合わせつつ各隙間の間隔を調整して出力可動子を微小移動させることを特徴とする。
【００５９】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータにおいて、中間可動子は、窓部から径方向に外周側に向かって延びる複数の有端溝を平板面に含む放射状溝付中間可動子であることが好ましい。
【００６０】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータにおいて、中間可動子は、窓部から径方向に外周側に延び、気体が流れるとき気体の抵抗を有するように平板の表裏に抜けている複数の有端溝を含むスリット溝付中間可動子であることが好ましい。
【００６１】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータにおいて、スリット溝付中間可動子は、溝を含まない平坦な平板面を有する平板可動子と交互に配置されることが好ましい。
【００６２】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータにおいて、中間可動子は、軸方向回りの回転を抑制する回転止め形状を外周に有し、案内部は、中間可動子の回転止め形状に対応する内壁形状を有することが好ましい。
【００６３】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータにおいて、磁界発生コイルを励磁する励磁回路であって、励磁電流を可変することで気体が供給される各隙間の間隔を調整する励磁回路を備えることが好ましい。
【００６４】
また、本発明に係る気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置は、底面と前方開口とを有し、少なくとも一部が磁性体で構成される筒状の筐体部と、筐体部に軸方向に移動可能に案内され、少なくとも一部が磁性体で構成される出力可動子と、出力可動子と案内部の底面との間に配置され、気体が流れることができる窓を有し、磁性体で構成される平板状の複数の中間可動子と、出力可動子の先端面とこれに向かい合う中間可動子の一方側平板面との間の隙間と、隣接する中間可動子の間の隙間と、筐体部の底面とこれに向かい合う中間可動子の他方側平板面との間の隙間とに、それぞれ気体を供給して流すための気体供給手段と、筐体部の前方開口を覆う蓋部であって、出力可動子の中央部に接して出力可動子の出力を外部に伝達する伝達部と、筐体部の筒状外周部と伝達部とを接続する弾性部材とを有し、筐体部と一体化して出力可動子に押付力を与える蓋部と、筐体部に設けられ、筐体部と出力可動子と複数の中間可動子とともに構成される磁気回路に流れる磁界を発生し、磁界の規制力によって各中間可動子を筐体部の中心軸に沿って整列させる磁界発生コイルと、を備え、気体供給手段から制御された気体圧を供給し、押付力と釣り合わせつつ各隙間の間隔を調整して、伝達部から微小変位を出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００６５】
上記構成の少なくとも１つにより、気体圧アクチュエータは、案内部に案内されて気体圧によって駆動されるピストン型可動子の先端に取り付けられる支持軸に、平板可動子が支持される。そして、平板可動子が気体層を介して駆動対象物に駆動力を及ぼす。ここで、平板可動子は、気体が流れることができる窓を有し支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して、平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される。このように、平板可動子は、スラスト方向に自由度が大きく、ラジアル方向に拘束が大きい特性を有するので、駆動対象物の傾きに追従してその傾きを変更する。すなわち、球面座機構を要することなく、駆動対象物の傾きに追従しながら駆動力を駆動対象物に伝達することができる。
【００６６】
また、気体供給手段は、平板可動子の一方側平板面とピストン型可動子の先端面との間の隙間と、平板可動子の他方側平板面とこれに向かい合う駆動対象物の気体受面との間の隙間とに、それぞれ気体を供給して流す。この隙間に流れる気体は、いわゆる気体軸受の作用を行うので、供給される気体の気体圧によって隙間量を制御でき、微小移動をさせることができる。
【００６７】
また、上記構成の少なくとも１つにより、気体圧アクチュエータは、筒状の案内部の底面に取り付けられる支持軸に、平板可動子が支持される。そして、案内部の底面と平板可動子の一方側平板面との間の隙間と、平板可動子の他方側平板面とこれに向かい合う駆動対象物の気体受面との間の隙間とに、それぞれ気体が供給され、平板可動子が気体層を介して駆動対象物に駆動力を及ぼす。ここで、平板可動子は、気体が流れることができる窓を有し支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して、平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される。このように、平板可動子は、スラスト方向に自由度が大きく、ラジアル方向に拘束が大きい特性を有するので、駆動対象物の傾きに追従してその傾きを変更する。すなわち、球面座機構を要することなく、駆動対象物の傾きに追従しながら駆動力を駆動対象物に伝達することができる。
【００６８】
また、上記構成の少なくとも１つにより、気体圧アクチュエータは、案内部に案内されて気体圧によって駆動されるピストン型可動子の先端に取り付けられる支持軸に、複数の平板可動子が支持される。そして、隣接する平板可動子の間の隙間等にそれぞれ気体が供給され、平板可動子が気体層を介して駆動対象物に駆動力を及ぼす。ここで、平板可動子は、気体が流れることができる窓を有し支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して、平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される。
【００６９】
また、上記構成の少なくとも１つにより、気体圧アクチュエータは、筒状の案内部の底面に取り付けられる支持軸に、複数の平板可動子が支持される。そして、隣接する平板可動子の間の隙間等にそれぞれ気体が供給され、平板可動子が気体層を介して駆動対象物に駆動力を及ぼす。ここで、平板可動子は、気体が流れることができる窓を有し支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して、平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される。
【００７０】
隣接する平板可動子の間の隙間等に流れる気体は、いわゆる気体軸受の作用を行うので、供給される気体の気体圧によって隙間量を制御でき、微小移動をさせることができる。そして、平板可動子を軸方向に複数整列配置することで隙間の数を増加させ、高精度の微小移動の範囲をその隙間の数に応じて拡大することができる。また、平板可動子は、スラスト方向に自由度が大きく、ラジアル方向に拘束が大きい特性を有するので、駆動対象物の傾きに追従してその傾きを変更する。すなわち、球面座機構を要することなく、駆動対象物の傾きに追従しながら駆動力を駆動対象物に伝達することができる。
【００７１】
また、平板可動子は、気体が流れることができる窓を有し、平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持されるものとしてもよい。この場合には、支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介さずに、気体が流れることができる窓を有する平板が、支持軸に支持される。したがって、より簡単な構成とすることができる。
【００７２】
また、支持部材は、平板可動子の内径側部分と支持軸との間を接続する雲形状の可撓アームを有する薄板バネであるので、簡単な構成で、気体が流れることができる窓を有し支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を得ることができる。
【００７３】
また、平板可動子と支持部材との間の支持部が、軸方向に摺動可能であるので、複数の平板可動子が軸方向に大きく移動するときに、支持部材の軸方向の変形とは別に、軸方向に平板可動子自身が摺動自在に移動できる。したがって、広い範囲の移動駆動に対応できる。
【００７４】
また、平板可動子は、内径側部分に、外径側部分よりも板厚が薄く、隣接する平板可動子の平板面との間で表面絞り隙間を形成する絞り部を有するので、隣接する平板可動子の間の隙間を流れる気体の流れを安定化することができる。ここで、表面絞り隙間とは、向かい合う面の間の間隔が広い隙間から狭い隙間に絞られることで流れを安定化させるいわゆる表面絞り効果を生じさせる隙間のことである。
【００７５】
また、気体供給手段は、供給気体の流れを整流する気体絞り部を有するので、気体の流れによるノイズを抑制し、気体圧制御アクチュエータの制御性を向上させることができる。
【００７６】
また、隣接する平板可動子の間にスペーサを設けるので、隣接する平板可動子との間の隙間を正確に規制できる。
【００７７】
また、上記構成の少なくとも１つにより、気体圧アクチュエータは、案内部に案内されて気体圧によって駆動されるピストン型可動子の先端に取り付けられる支持軸に、薄板可動子が支持される。ここで、薄板可動子は、支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して、平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される。このように、薄板可動子は、スラスト方向に自由度が大きく、ラジアル方向に拘束が大きい特性を有するので、駆動対象物の傾きに追従してその傾きを変更する。すなわち、球面座機構を要することなく、駆動対象物の傾きに追従しながら駆動力を駆動対象物に伝達することができる。
【００７８】
また、薄板可動子は、気体が流れることができる窓部を内周側に有し、窓部から径方向に外周側に向かって任意の長さで延びる複数の有端溝を有する。ここで、有端溝は、薄板の表裏に抜けている。つまり、薄板の板厚方向に貫通している有端溝である。この有端溝は、単に開口しているのではなく、そこに気体が流れるとき、気体の流れの抵抗を適当に有する流路である。そして、窓部から各有端溝を通って、薄板可動子の表側と裏側とにおいて向かい合う各平板可動子との間のそれぞれの隙間がほぼ等しくなるように対称的に気体が供給され、薄板可動子とピストン可動子との間の隙間と、薄板可動子と駆動対象物との間の隙間に、それぞれ気体が流される。すなわち、薄板可動子は、その前後が駆動対象物とピストン型可動子であり、その間の狭い隙間に気体が流れ、それにより駆動対象物に気体を介した駆動力が与えられる。その駆動力は、１つはピストン型可動子からのいわゆるピストン・シリンダ機構による気体圧駆動力で、もう１つは、薄板可動子の窓部から有端溝を通って、薄板可動子とピストン可動子との間の狭い隙間、及び薄板可動子と駆動対象物との間の狭い隙間を流れる気体による駆動力である。後者の隙間に流れる気体は、いわゆる気体軸受の作用を有する。２つの壁の間の狭い隙間を流れる気体によって気体軸受作用が生じることは、例えば、流体軸受等の例からも周知である。一般的な流体軸受では、適当な浮上隙間を生じることを目的としているが、上記構成は、供給される気体圧を制御して、隙間量を精密に制御し、駆動対象物を微小移動させるところが相違する。
【００７９】
また、上記構成は、一般的に知られている流体軸受的な構成と以下のように異なっている。すなわち、いま、薄板可動子の表側を駆動対象物に面している側とすると、上記構成では、薄板可動子の表側面と駆動対象物との間の隙間に気体を流すのではなく、あるいは薄板可動子の裏側面とピストン型可動子との間の隙間に気体を流すのでもなく、薄板可動子の表裏に抜けている有端溝に気体を流している。つまり、気体は、窓部から有端溝に導かれて流れるが、有端溝の表側は駆動対象物の壁に面し、裏側はピストン型可動子の壁に面している。したがって、気体は、駆動対象物の壁と、ピストン型可動子の壁との間の隙間において、有端溝の中を流れている。このような構成であっても、以下のような原理で、気体軸受の作用が行われる。
【００８０】
この構成では、有端溝の中を流れる気体は、駆動対象物の壁に対しても、ピストン型可動子の壁に対しても、気体の流れの抵抗を適当に有して同じ様に流れる。このことは、有端溝の深さ方向の中間位置に仮想的な境界を考えると、その仮想的境界を挟んで、表側と裏側にそれぞれ気体が対称的に流れている。ここで対称的に気体が流れるとは、向かい合う各平板可動子との間のそれぞれの隙間がほぼ等しくなるように気体が流れることを指している。仮想的境界の片側の表側では、仮想的境界と駆動対象物との間の隙間、すなわち、薄板可動子の板厚の１／２の狭い隙間を通って気体が流れる。同様に、仮想的境界の片側の裏側では、仮想的境界とピストン型可動子との間の隙間、すなわち、薄板可動子の板厚の１／２の狭い隙間を通って気体が流れる。換言すれば、仮想的境界を鏡像面として、２つの流れが対称的に流れている。仮想的境界は、流体的に変動しないので、この仮想的境界と駆動対象物との間の隙間、及び仮想的境界とピストン型可動子との間の隙間に、気体軸受作用が行われる。
【００８１】
上記のように、気体軸受作用は、供給される気体の気体圧によって隙間量を制御でき、微小移動をさせることができるが、この気体軸受作用による隙間量調整を制御性よく行うには、可動子の内周側から外周側に有端浅溝を設け、その中に気体を流して、絞り効果を持たせることが好ましい。この浅溝の好ましい深さは、気体圧が０．１ＭＰａから１ＭＰａのレベルにおいて、数μｍから数１０μｍ程度である。この浅溝を加工によって作り出すにはかなりの精密加工を要する。上記構成では、仮想的境界の原理で、表裏に対称的に気体を流すことで行われる気体軸受作用を利用することで、深さの精密な管理が必要な浅溝ではなく、薄板の表裏に抜ける有端溝、つまり板厚方向に貫通する有端溝を用いる。この貫通は、単なる開口ではなく、気体が流れるときに適当な抵抗を有する流路としての貫通である。したがって、精密な深さ管理を要する浅溝に比較して、加工がきわめて容易である。
【００８２】
このようにして、気体が流れるとき気体の流れの抵抗を有するように薄板の表裏に抜ける有端溝を有する薄板可動子を用いて、そこに流す気体圧を制御することで、駆動対象物を微小移動させることができる。またピストン型可動子による駆動力を併用することで、広い移動量の範囲で、駆動対象物の精密な移動を行わせることができる。
【００８３】
また、上記構成の少なくとも１つにより、気体圧アクチュエータは、筒状の案内部の底面に取り付けられる支持軸に、薄板可動子が支持される。ここで、薄板可動子は、支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して、平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持されるので、駆動対象物の傾きに追従してその傾きを変更する。すなわち、球面座機構を要することなく、駆動対象物の傾きに追従しながら駆動力を駆動対象物に伝達することができる。また、薄板可動子は、気体が流れることができる窓部を内周側に有し、窓部から径方向に外周側に向かって任意の長さで延びる複数の有端溝を有する。ここで、有端溝は、気体が流れるとき気体の流れの抵抗を有するように薄板の表裏に抜けている。そして、窓部から各有端溝を通って、薄板可動子の表側と裏側とにおいて向かい合う各平板可動子との間のそれぞれの隙間がほぼ等しくなるように対称的に気体が供給され、薄板可動子と案内部の底部との間の隙間と、薄板可動子と駆動対象物との間の隙間に、それぞれ気体が流される。したがって、有端溝の深さ方向の中間位置の仮想的境界を挟んで、表裏に対称的に気体を流すことで行われる気体軸受作用を利用し、供給気体圧を制御することで駆動対象物を微小移動させることができる。
【００８４】
また上記構成の少なくとも１つにより、気体圧アクチュエータは、さらに、薄板可動子の表面側あるいは裏面側の少なくともいずれかに平板可動子が設けられる。平板可動子は、支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される平板可動子であって、内周側に設けられて気体が流れることができる窓部を有している。この構成を用いることで、薄板可動子を支持軸の軸方向に複数配置し、微小隙間の調整幅を薄板可動子の数に応じて拡大することができる。すなわち、薄板可動子における有端溝を利用した隙間調整には、薄板可動子の表側にも裏側にも、隙間を形成するための壁面、つまり気体受面が必要である。上記構成によれば、薄板可動子の必要な側に、平板可動子を設ける。平板可動子は平板面を有するので、この平板面と薄板可動子とを組み合わせることで、薄板可動子の表側にも裏側にも、隙間を形成するための気体受面が配置される。これによって、各薄板可動子ごとに、気体圧によって制御できる微小隙間量が設定でき、全体としての移動量は、支持軸に並べて配置された薄板可動子の数に応じて拡大することができる。
【００８５】
上記構成の少なくとも１つにより、気体圧アクチュエータは、ピストン型可動子と併用するときに、支持軸の軸方向に沿って薄板可動子と交互に平板可動子を配置する。そして、各薄板可動子及び各平板可動子の各窓部から、各薄板可動子の各有端溝を通って、薄板可動子の表側と裏側とにおいて向かい合う各平板可動子との間のそれぞれの隙間がほぼ等しくなるように気体を供給し、薄板可動子又は平板可動子とピストン可動子との間の隙間と、隣接する薄板可動子と平板可動子との間の隙間と、平板可動子又は薄板可動子と駆動対象物との間の隙間に、それぞれ気体を流す。また、上記構成の少なくとも１つにより、支持軸が底面に取り付けられ支持軸の先端側の方が開口する筒状の案内部を用いるときに、支持軸の軸方向に沿って薄板可動子と交互に平板可動子を配置する。そして、薄板可動子及び平板可動子の窓部から各薄板可動子の各有端溝を通って、薄板可動子の表側と裏側とにおいて向かい合う各平板可動子との間のそれぞれの隙間がほぼ等しくなるように気体を供給し、薄板可動子又は平板可動子と案内部の底面との間の隙間と、隣接する薄板可動子と平板可動子との間の隙間と、平板可動子又は薄板可動子と駆動対象物との間の隙間に、それぞれ気体を流す。
【００８６】
これにより、隙間の数を増加させ、高精度の微小移動の範囲をその隙間の数に応じて拡大することができる。また、平板可動子は、スラスト方向に自由度が大きく、ラジアル方向に拘束が大きい特性を有するので、駆動対象物の傾きに追従してその傾きを変更する。すなわち、球面座機構を要することなく、駆動対象物の傾きに追従しながら駆動力を駆動対象物に伝達することができる。
【００８７】
また、薄板可動子に設けられる支持部材は、薄板可動子の内径側部分と支持軸との間を接続する複数の可撓アームを有する薄板バネである。また、平板可動子に設けられる支持部材は、平板可動子の内径側部分と支持軸との間を接続する複数の可撓アームを有する薄板バネである。したがって、簡単な構成で、気体が流れることができる窓部を有し支持軸の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を得ることができる。
【００８８】
また、支持部材は支持軸に沿って摺動可能であるので、薄板可動子又は平板可動子が軸方向に大きく移動するときに、支持部材の軸方向の変形とは別に、軸方向に薄板可動子自身又は平板可動子自身が摺動自在に移動できる。したがって、広い範囲の移動駆動に対応できる。
【００８９】
また、平板可動子は、窓部の外径側部分に、外周部より薄い板厚を有するステップ状気体導入部、または、窓部からの入口部から外周部に行くにつれて板厚が厚くなるテーパ状気体導入部を有する。この形状を有する気体導入部は、表面絞り隙間を形成するので、隣接する薄板可動子の間の隙間を流れる気体の流れを安定化することができる。ここで、表面絞り隙間とは、向かい合う面の間の間隔が広い隙間から狭い隙間に絞られることで流れを安定化させるいわゆる表面絞り効果を生じさせる隙間のことである。
【００９０】
また、気体供給手段は、窓部に向かって開口する気体供給口と、供給気体の流れを整流する気体絞り部を有するので、気体の流れによるノイズを抑制し、気体圧アクチュエータの制御性を向上させることができる。
【００９１】
また、隣接する薄板可動子と平板可動子との間にスペーサを設けるので、隣接する薄板可動子と平板可動子との間の標準的な隙間を正確に規制できる。
【００９２】
上記のように、本発明に係る気体圧アクチュエータによれば、高速応答性を改善でき、微小移動が可能となる。また、作動範囲の広い微小移動が可能となる。また、球面座機構等の複雑な加工を要することなく、微小移動が可能となる。
【００９３】
上記構成の少なくとも１つにより、気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構は、気体受壁又は気体受面に気体供給口を設け、気体供給口を囲む態様で減速用くぼみを気体受壁又は気体受面に設け、減速用くぼみを越えて軸受隙間の外周方向に向かって延び終端部を備える気体流路浅溝を設ける。気体流路浅溝から軸受隙間に流れ出す気体によっていわゆるラジアルスリット絞りが形成されるが、気体供給口から流れ出す気体は、気体流路浅溝に入る前に気体供給口の周囲に広がる減速用くぼみに流れ込む。つまり、気体供給口からいきなり狭い気体流路浅溝に気体が流れ込むのでなく、一旦減速用くぼみに広がって減速した後に気体流路浅溝に流れ込む。したがって、この減速によって縮流の程度を緩和でき、気体流路浅溝に流れ込む際の振動を抑制することができる。
【００９４】
なお、気体供給口と減速用くぼみとは、ともに気体受壁に設けてもよく、あるいはともに気体受面に設けてもよく、あるいは一方を気体受壁に他方を気体受面に設けてもよい。気体流路浅溝は減速用くぼみが設けられる方に設けられる。
【００９５】
また、円形開口の気体供給口より大きな直径でこれと同心に減速用くぼみを設け、気体供給口を中心として放射状に外周方向に延びる複数の気体流路浅溝を設け、各気体流路浅溝の終端部は、浅溝の幅よりも円周方向に広がる形状を有することとした。したがって、減速用くぼみは、気体供給口と同心で気体供給口より大きな直径でくぼませる加工を行うことで容易に得ることができる。
【００９６】
また、減速用くぼみの深さと気体流路浅溝の深さとが同じであるとするので、減速用くぼみと気体流路浅溝とを同様な加工方法で得ることができる。
【００９７】
また、減速用くぼみは、気体流路浅溝の深さより浅いこととする。この場合には、気体供給口から流れ出す気体は、気体流路浅溝に入り、減速用くぼみを通って軸受隙間に流れ出す。つまり、気体流路浅溝からいきなり狭い軸受隙間に気体が流れ出すのでなく、一旦減速用くぼみに広がって減速した後に軸受隙間に流れ出す。したがって、この減速によって縮流の程度を緩和でき、軸受隙間に流れ出す際の振動を抑制することができる。
【００９８】
また、減速用くぼみは、気体供給口のところで気体流路浅溝の深さより浅く、外周に向かってさらに浅くなるテーパくぼみであるとする。段差状のくぼみよりも、テーパ状のくぼみの方が気体の流れを滑らかにすることができる。
【００９９】
また、減速用くぼみに加えて、さらに、気体受壁又は気体受面に設けられ、気体供給口を囲み、気体流路浅溝の径方向の長さより短い外径を有し、気体供給口側から外周側に向かって浅くなるテーパくぼみを含む。これによって、より一層、縮流の程度を緩和でき、軸受隙間に流れ出す際の振動を抑制することができる。
【０１００】
上記のように、本発明に係る気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構によれば、軸受隙間間隔の隙間間隔の振動を抑制することが可能となる。
【０１０１】
上記構成の少なくとも１つにより、気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置は、支持軸の軸方向に沿って複数整列配置支持される平板状可動子を用い、最先端側可動子に向かい合う出力可動子と、支持軸が底面に取り付けられる筒状の筐体部と、筐体部と一体化して出力可動子に押付力を与える弾性部材と出力可動子の出力を外部に伝達する伝達部とを有する蓋部と、各平板状可動子の前後の隙間等に気体を流す気体供給手段とを備える。そして、気体供給手段から制御された気体圧を供給し、押付力と釣り合わせつつ各隙間の間隔を調整して、伝達部から微小変位を出力するので、微小変位出力装置自体のみでその特性評価が可能となる。
【０１０２】
また、上記構成の少なくとも１つにより、気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置は、支持軸の軸方向に沿って複数整列配置支持される薄板可動子と平板可動子とを用い、最先端側可動子に向かい合う出力可動子と、支持軸が底面に取り付けられる筒状の筐体部と、筐体部と一体化して出力可動子に押付力を与える弾性部材と出力可動子の出力を外部に伝達する伝達部とを有する蓋部と、各薄板可動子の前後の隙間等に気体を流す気体供給手段とを備える。
【０１０３】
ここで、薄板可動子は、気体が流れることができる窓部と、窓部から径方向に延び、気体が流れるとき気体の流れの抵抗を有するように薄板の表裏に抜けている複数の有端溝とを有するので、加工が容易である。そして、気体供給手段から制御された気体圧を供給し、押付力と釣り合わせつつ各隙間の間隔を調整して、伝達部から微小変位を出力するので、微小変位出力装置自体のみでその特性評価が可能となる。
【０１０４】
また、気体が流れることができる窓部は、気体供給手段からの気体を、支持軸の外径側へ向かって各隙間に供給する。これにより、気体供給手段から制御された気体圧を調整することで、窓部から支持軸の外径側へ向かう範囲に渡って、各隙間の隙間量を調整できる。
【０１０５】
また、複数の平板状可動子を用いる場合において、気体が流れることができる窓部は、気体供給手段からの気体を、支持軸の内径側及び外径側へ向かって各隙間に供給する。これにより、気体供給手段から制御された気体圧を調整することで、窓部から外径側及び内径側の両側に向かう範囲に渡って、各隙間の隙間量を調整できる。
【０１０６】
また、弾性部材は、伝達部の移動軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さいので、移動軸方向に効率的に押付力を与えると共に、軸方向に効率的に変位を伝達することができる。また、メンブレム状の弾性部材を有し、筐体部と一体化して気密構造となる場合には、弾性部材の周辺から気体の排気が行われないようにできるので、微小変位出力装置自体の評価が、より便利に行うことができる。
【０１０７】
また、蓋部がメンブレム状の弾性部材を有し、筐体部と一体化して気密構造となる場合において、外部に気体を排出する排出口排気弁が設けられ、排気される気体の排気気体圧が、外部気体圧との間の差圧によって蓋部の弾性部材に初期変位を与える任意の排気気体圧とされる。これにより、蓋部において外部負荷を受け止める伝達部に予め初期変位が与えられるので、外部負荷が出力可動子に急激にかけられることを防止できる。
【０１０８】
上記のように、本発明に係る気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置によれば、それ自体のみで特性評価が可能となる。
【０１０９】
上記構成の少なくとも１つによれば、気体圧制御アクチュエータは、少なくとも一部が磁性体で構成される筒状の案内部と、少なくとも一部が磁性体で構成される出力可動子と、出力可動子と案内部の底面との間に配置され、気体が流れることができる窓を有し、磁性体で構成される平板状の複数の中間可動子と、隣接する中間可動子の間の隙間等にそれぞれ気体を供給して流すための気体供給手段と、案内部の底面に向かって気体を圧縮しつつ中間可動子及び出力可動子を押し付ける押付力発生部と、案内部に設けられ、案内部と出力可動子と複数の中間可動子とともに構成される磁気回路を流れる磁界を発生し、磁界の規制力によって各中間可動子を案内部の中心軸に沿って整列させる磁界発生コイルとを備える。
【０１１０】
ここで、磁界発生コイルに適当な励磁電流が供給されることで磁界が発生し、制御された供給気体圧が供給されると、押付力によって、隣接する中間可動子の間等の各隙間において気体を圧縮しつつ中間可動子及び出力可動子が底面に向かって押し付けられる。そして、供給気体圧の大きさを制御することで、押付力と釣り合わせつつ各隙間の間隔を調整して出力可動子を微小移動させることができる。そして、このときに、各中間可動子は、各隙間に気体が流れているので、いわば、他のものと非接触の状態で浮いていることになる。したがって、そのままでは、径方向に滑って位置ずれを生じる恐れがあるが、磁界発生コイルによって発生する磁界の規制力によって、各中間可動子は、その中心軸に自動的に調心される。このように、支持軸を用いることなく、複数の中間可動子を整列して流体的に支持することができる。
【０１１１】
また、中間可動子は、窓部から径方向に外周側に向かって延びる複数の有端溝を平板面に含む放射状溝付中間可動子であるので、放射状溝の絞り効果により、滑らかな気体の流れとなる。また、中間可動子は、窓部から径方向に外周側に延び、気体が流れるとき気体の抵抗を有するように平板の表裏に抜けている複数の有端溝を含むスリット溝付中間可動子であるので、中間可動子の製作が容易となる。また、スリット溝付中間可動子は、溝を含まない平坦な平板面を有する平板可動子と交互に配置されるので、スリット溝が平板面と協働作用して、絞り効果を生じ、滑らかな気体の流れとなる。
【０１１２】
また、中間可動子は、軸方向回りの回転を抑制する回転止め形状を外周に有し、案内部は、中間可動子の回転止め形状に対応する内壁形状を有する。したがって、各中間可動子の回転止め形状とこれに対応する案内部の内壁形状との協働によって、各中間可動子の軸方向回りの回転が抑制される。このように、支持軸を用いることなく、複数の中間可動子を整列して流体的に支持することができる。
【０１１３】
また、磁界発生コイルを励磁する励磁回路を備えて、励磁電流を可変することで気体が供給される各隙間の間隔を調整するので、供給気体圧の変更とは別に、電気的手段によっても各隙間の間隔を調整できる。
【０１１４】
また、上記構成の少なくとも１つにより、気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置は、少なくとも一部が磁性体で構成される筒状の筐体部と、少なくとも一部が磁性体で構成される出力可動子と、出力可動子と案内部の底面との間に配置され、気体が流れることができる窓を有し、磁性体で構成される平板状の複数の中間可動子と、隣接する中間可動子の間の隙間等にそれぞれ気体を供給して流すための気体供給手段と、筐体部の前方開口を覆う蓋部であって、出力可動子の出力を外部に伝達する伝達部と、筐体部の筒状外周部と伝達部とを接続する弾性部材とを有し、筐体部と一体化して出力可動子に押付力を与える蓋部と、筐体部に設けられ、筐体部と出力可動子と複数の中間可動子とともに構成される磁気回路に流れる磁界を発生し、磁界の規制力によって各中間可動子を筐体部の中心軸に沿って整列させる磁界発生コイルとを備える。ここで、磁界発生コイルに適当な励磁電流が供給されることで磁界が発生し、制御された供給気体圧が供給されると、押付力によって、隣接する中間可動子の間等の各隙間において気体を圧縮しつつ中間可動子及び出力可動子が底面に向かって押し付けられる。そして、供給気体圧の大きさを制御することで、押付力と釣り合わせつつ各隙間の間隔を調整して出力可動子を微小移動させることができる。そして、このときに、各中間可動子は、各隙間に気体が流れているので、いわば、他のものと非接触の状態で浮いていることになる。したがって、そのままでは、径方向に滑って位置ずれを生じる恐れがあるが、磁界発生コイルによって発生する磁界の規制力によって、各中間可動子は、その中心軸に自動的に調心される。このように、支持軸を用いることなく、複数の中間可動子を整列して流体的に支持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１１５】
１．平板可動子を用いる気体圧制御アクチュエータ
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。最初に、本発明に係る実施の形態の中核の１つである平板可動子を用いた基本的な場合を説明し、その後にその他の構成について説明する。以下では、平板可動子として、円形の外形を有し、中央に支持軸に適合する穴を有する円環状平板を用いる円環状平板可動子について説明するが、平面寸法に比較して板厚の薄い平板であればよく、外形は円形でなくてもよい。例えば多角形の外形、楕円の外形、曲面の外形を有する平板であってもよい。また、平板可動子と支持軸との支持構造は、円形の穴と丸棒の関係として説明するが、それ以外の支持構造であってもよい。例えば、支持軸が丸棒であるが、支持構造として支持軸の外形を多角形にし、平板可動子の支持穴をそれに対応する多角形穴としてもよい。なお、このようにすることで、支持軸周りの回転を抑制することが容易となる。もちろん、支持軸の軸断面形状を多角形以外の形状、例えば楕円形としてもよい。また、以下で述べる材質、寸法等は、説明のための１例であり、気体圧制御アクチュエータの仕様に適合する材質、寸法等を適宜選択できる。
【０１１６】
図１に示す気体圧制御アクチュエータ１０は、移動体６を移動駆動する場合に、案内部１２で案内され、図示されていない気体圧制御装置から供給される駆動気体圧ＰPを受けて駆動されるピストン型可動子１４を用い、ピストン型可動子１４の先端に円環状平板可動子２０を設け、円環状平板可動子２０を介してピストン型可動子１４の駆動力を移動体６に伝達する構成を有する。ここで移動体６は、例えばＸＹ方向等の軸方向移動、及びＺ軸周りのθ回転等のように回転が可能テーブル等である。案内部１２は、ピストン型可動子１４を軸方向に移動可能に案内する機能を有し、一方側に開口し、底面に駆動気体圧ＰPが供給される供給口１８を有する筒状の部材で、いわゆるシリンダーに相当するものである。ここで、案内部１２の底面及び内部側壁と、ピストン型可動子１４の底面とで囲まれる空間は圧力室１６である。
【０１１７】
図２の斜視図、図３の正面図及び側面図に、円環状平板可動子２０の詳細構成を示す。円環状平板可動子２０は、支持軸２２に支持される可動子で、円環状平板２４と、雲形状の可撓アームを有する薄板からなるいわゆる雲形バネ２６を含んで構成される。このとき、円環状平板２４は、平板面を支持軸２２の軸方向に対し垂直方向として支持される。
円環状平板２４は、薄板円板の中央部に同心円の開口を有するドーナツ型の部材である。円環状平板２４には、その平板面の一方の面、あるいは両側の面に、中心から放射状に延びる複数の細溝３０が設けられる。放射状に延びる細溝３０は、円環状平板の２４の内径側で共通化してくぼみとなっている。図４は、円環状平板２４の内径側の部分の拡大断面図である。円環状平板２４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くぼみ２８を形成し、そのくぼみ２８が各細溝３０の始発点となり、そこから所定の長さで細溝３０が径方向に延びる。径方向に延びた細溝３０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３０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２８及び細溝３０による表面絞りの形状は１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。
【０１１８】
このようなくぼみ２８及び細溝３０は、円環状平板２４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、円環状平板２４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２８及び細溝３０を流れる気体が細溝３０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。
【０１１９】
かかる円環状平板２４の寸法の１例を述べると、外径が約３０ｍｍから約４０ｍｍ、内径が約１０ｍｍから１５ｍｍ、板厚が約０．１ｍｍから約０．２ｍｍ程度、くぼみ２８及び細溝３０の深さは約１３μｍから約１７μｍ、くぼみ２８の径方向の幅は約２ｍｍから４ｍｍ程度、細溝３０の幅は約０．２ｍｍ程度である。なお、図３、図４は、細溝３０等の深さを誇張して拡大してある。かかる円環状平板２４は、例えばＳＵＳ等の金属円板を加工して得ることができる。
【０１２０】
雲形バネ２６は、この円環状平板２４の内径側部分と、支持軸２２の外形との間を接続する薄板部材で、円環状平板可動子２０を支持軸２２に支持する支持部材である。雲形バネ２６のパターンは、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。また、雲形バネ２６は、支持軸２２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ように、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。かかる雲形バネ２６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。
【０１２１】
すなわち、支持軸２２に雲形バネ２６を介して円環状平板２４が支持される構成を有する円環状平板可動子２０は、支持軸２２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、すなわち支持軸２２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、円環状平板可動子２０は、支持軸２２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。
【０１２２】
再び図１に戻り、円環状平板可動子２０は、その支持される支持軸がピストン型可動子１４の軸方向の中心に設けられ、その平板面が移動体６の対向する面に向かい合うようにして配置される。円環状平板可動子２０は、そのままでも十分作動可能であるが、移動体６と平板面とが直接接触するとその間の摩擦等が大きいので、移動体６と円環状平板可動子２０との間は気体層を介することが望ましい。そこで図１における気体圧制御アクチュエータ１０では、移動体６側にも気体の供給口８を設け、図示されていない気体圧制御装置から、円環状平板可動子２０に向かって制御気体圧Ｐ1を有する気体を供給する。供給される気体は、円環状平板可動子２０と移動体６の対向面である気体受面と間の隙間、および円環状平板可動子２０とピストン型可動子１４の先端面との間の隙間とに流れる。この流れについては、上記のように、円環状平板２４の表面に設けられたくぼみ２８及び細溝３０の絞り効果により、流れの安定化が図られる。
【０１２３】
図５は、かかる気体圧制御アクチュエータ１０の作用を説明する図である。ピストン型可動子１４が案内される案内部１２の供給口１８から圧力室１６に駆動気体圧Ｐpが供給されると、ピストン型可動子１４の底面積にＰpを乗じた駆動力がピストン型可動子１４に与えられ、気体層を介して円環状平板可動子２０から移動体６に伝達される。このようにして、駆動気体圧ＰPを制御することで移動体の駆動を制御できる。円環状平板可動子２０の作用が最も顕著に現れるのは、移動体６が気体圧制御アクチュエータ１０の駆動軸方向に対し傾いたときである。このとき、円環状平板可動子２０は、スラスト方向に自由度が大きく、ラジアル方向に拘束が大きい特性を有するので、移動体６の傾きに追従してその傾きを変更する。すなわち、この場合の雲形バネは、軸方向に対する平板の傾斜角度剛性を低いものとする作用を有する。すなわち、あたかもピストン型可動子１４と移動体６との間に球面座機構が設けられたと同様に、移動体６の傾きに追従しながら駆動力を移動体６に伝達することができる。
【０１２４】
上記のピストン型可動子１４を用いる気体圧制御アクチュエータ１０の場合は、比較的大きな移動量を移動体６に与えることができる。移動量が比較的小さくて、より精密に制御したいときには、円環状平板可動子２０と移動体６の気体受面との間の隙間を流れる気体圧の制御を用いることができる。図６は、可動子として円環状平板可動子２０のみを用いる気体圧制御アクチュエータ５０の構成を示す図である。
【０１２５】
図６に示す気体圧制御アクチュエータ５０は、筒状の案内部５２の底面に支持軸２２が直接取り付けられ、支持軸２２に雲形バネを介して円環状平板が取り付けられた円環状平板可動子２０が支持される。案内部５２には、制御気体圧Ｐ1が供給される供給口５４が設けられ、制御気体圧Ｐ1を有する気体は、絞り部５６を通り、案内部５２の底面から円環状平板可動子２０に供給される。
【０１２６】
絞り部５６は、制御気体圧Ｐ1が供給される供給口５４と、案内部５２の底面において円環状平板可動子２０に対して気体を供給する気体出口との間の気体流路の途中に設けられ、流体抵抗を増加させて気体の流れを整流する機能を有する素子又は構造である。
【０１２７】
図７、図８は、絞り部として好ましい２つの例を示す図である。図７は、案内部５２のポケット開口６０の中に設けられる平行隙間絞り７０である。平行隙間絞り７０は、ドーナツ状に中央穴を有する円環板７２と、円環板７２と外形が同じ円板７４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、気体供給口５４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７２と円板７４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。
【０１２８】
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、気体圧制御アクチュエータ５０の制御性の向上を図ることができる。
【０１２９】
図８は、絞り部のもう１つの好ましい例として、多孔質材料７６をポケット開口６０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。もちろん、制御性の必要が少ない場合は、通常のオリフィス等を用いることができる。
【０１３０】
再び図６に戻り、案内部５２の底面から絞り部５６を経由して円環状平板可動子２０に対し供給される気体は、円環状平板可動子２０と移動体６の気体受面との間の隙間、及び円環状平板可動子２０と案内部５２の底面との間の隙間を流れて外気へ開放される。ここで、移動体６から気体圧制御アクチュエータ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、制御気体圧Ｐ1を制御し、押付力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、円環状平板可動子２０を軸方向、すなわち支持軸２２の軸方向に微小移動させることができる。
【０１３１】
そして、その際にも、図５で説明したと同様に、円環状平板可動子２０は、スラスト方向に自由度が大きく、ラジアル方向に拘束が大きい特性を有するので、移動体６の傾きに追従してその傾きを変更することができる。すなわち、移動体６の微小な角度変化に追従しながら微小移動に必要な駆動力を移動体６に伝達することができる。
【０１３２】
次に、円環状平板可動子２０を支持軸２２の軸方向に複数整列配置した気体圧制御アクチュエータの構成を説明する。図９は、ピストン型可動子の先端に複数の円環状平板可動子２０が配置された気体圧制御アクチュエータ８０を示し、図１０は、案内部の底面に取り付けられた支持軸に複数の円環状平板可動子２０が配置された気体圧制御アクチュエータ９０を示す。これらは、それぞれ、図１、図６で説明した気体圧制御アクチュエータ１０，５０において、円環状平板可動子２０の数を１つから複数にしたものに相当する。図１１は、図１０の構成において、移動体６とは独立に、円環状平板可動子２０の駆動力を伝達するものとして、出力可動子１０４を設けた気体圧制御アクチュエータ１００を示す。以下にこれらの構成の詳細を説明する。その際、図１から図６におけるもの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。
【０１３３】
図９に示す気体圧制御アクチュエータ８０は、上記のように、図１で説明した気体圧制御アクチュエータ１０における円環状平板可動子２０の数を複数としたものに相当する。ここでは、案内部１２の底面の供給口１８から、駆動気体圧Ｐpを有する気体が圧力室１６に供給されてピストン型可動子８２を駆動する一方で、移動体６の供給口８から、制御気体圧Ｐ1を有する気体が、複数の円環状平板可動子２０に向かって供給される。供給口８から移動体６の気体受面の気体出口、すなわち円環状平板可動子２０と対向する面の気体出口との間には、図６で説明したような絞り部５６を設けることが好ましい。
【０１３４】
ピストン型可動子８２は、その内部に気体室８４を有するいわば内蔵タンクを有する可動子である。制御気体圧Ｐ1を有する気体は、移動体６の気体受面から複数の円環状平板可動子２０の各雲形バネの気体通り抜け窓を通って、隣接する円環状平板可動子２０の間の隙間を流れ大気に開放される。また、一部は、ピストン型可動子８２の内部の気体室８４に流れこみ、一旦そこで蓄えられてから、軸受用開口８６より、ピストン型可動子８２の外周と案内部１２の内壁との隙間に流れる。流れ出した気体は、いわゆる気体軸受作用によりピストン型可動子８２を案内部１２の内壁に対し、浮上させる。これにより、ピストン型可動子８２の軸方向の移動の摩擦を低減できる。
【０１３５】
隣接する円環状平板可動子２０の間の隙間を流れる気体は、いわゆる気体軸受としての作用を示す。すなわち、ピストン型可動子８２から、駆動気体圧ＰPによる押付力が移動体６に向かって働くので、制御気体圧Ｐ1を制御し、押付力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る。例えば制御気体圧Ｐ1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、円環状平板の形状、隣り合う円環状平板の間の隙間、制御気体圧Ｐ1、押付力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とすると、複数の円環状平板可動子２０の全体の軸方向移動量は、Ｎ×Δｓとなり、移動量が、円環状平板可動子２０の数の増減で調整できる。
【０１３６】
１例を上げると、上記の円環状平板可動子２０の寸法で、隣り合う隙間の公称標準値を１０μｍ程度とし、Ｐ1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。上記のように、円環状平板の厚さは、約０．１ｍｍから数ｍｍであるので、仮にＮ＝１００としても、９９個の円環状平板可動子２０の軸方向の全長は、約１０ｍｍから数１００ｍｍである。そして、ΔＰを０．１ＭＰａとすれば、この９９個の円環状平板可動子２０によって、移動体６に約５００μｍの移動量を与えることができる。
【０１３７】
しかも、その移動量は、Δｓ／ΔＰで定まり、気体圧の制御性は極めてよいので、その移動量の精度は、全ストロークについてきわめて高く維持することができる。なお、以上の説明では、ピストン型可動子８２の駆動気体圧ＰPによる移動を除いている。実際に駆動気体圧ＰPによるピストン型可動子８２の移動駆動がなされる場合は、駆動気体圧ＰPによる比較的大きな移動量に加えて、複数の円環状平板可動子２０による精度の高い移動が加わることになる。
【０１３８】
そして、その際にも、図５で説明したと同様に、各円環状平板可動子２０は、スラスト方向に自由度が大きく、ラジアル方向に拘束が大きい特性を有するので、移動体６の傾きに追従してその傾きを変更することができる。すなわち、移動体６の角度変化に追従しながら高精度の微小移動に必要な駆動力を移動体６に伝達することができる。
【０１３９】
図１０に示す気体圧制御アクチュエータ９０は、上記のように、図６で説明した気体圧制御アクチュエータ５０における円環状平板可動子２０の数を複数としたものに相当する。ここでは、制御気体圧Ｐ1を有する気体は、案内部５２の底面から複数の円環状平板可動子２０の各雲形バネの気体通り抜け窓を通って、隣接する円環状平板可動子２０の間の隙間を流れ大気に開放される。そして、隣接する円環状平板可動子２０の間の隙間を流れる気体は、いわゆる気体軸受としての作用を示し、移動体６からの押付力Ｆが複数の円環状平板可動子２０に向かって働くので、制御気体圧Ｐ1を制御し、押付力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る。
【０１４０】
そして、図９で説明したと同様に、上記の円環状平板可動子２０の寸法等の条件の下で、仮に９９個の円環状平板可動子２０を用いるときは、この約１０ｍｍから約１００ｍｍの全長の９９個の円環状平板可動子２０によって、移動体６に約５００μｍ程度の移動量を与えることができる。
【０１４１】
そして、その移動量の精度は、全ストロークについてきわめて高く維持することができることも、また、移動体６の傾きに追従してその傾きを変更することができることも、図９に関連して説明したところと同様である。
【０１４２】
図１０の構成においては、移動体６からの押付力Ｆを前提としたが、押付力を気体圧制御アクチュエータの内部で作り出す構成としたものが図１１に示す気体圧制御アクチュエータ１００である。ここでは、案内部１０２と、複数の円環状平板可動子２０との間に出力可動子１０４が設けられる。出力可動子１０４は、複数の円環状平板可動子２０による駆動力を受ける可動子であるが、その先端側の肩部において、押付力用気体圧Ｐ2が供給口１０６から供給され、これによって出力可動子１０４は、押付力を複数の円環状平板可動子２０に与える。
【０１４３】
したがって、制御気体圧Ｐ1を有する気体は、案内部１０２の底面から複数の円環状平板可動子２０の各雲形バネの気体通り抜け窓を通って、隣接する円環状平板可動子２０の間の隙間を流れ排気口５８等から大気に開放される。そして、隣接する円環状平板可動子２０の間の隙間を流れる気体は、いわゆる気体軸受としての作用を示し、出力可動子１０４からの押付力が複数の円環状平板可動子２０に向かって働くので、制御気体圧Ｐ1を制御し、押付力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る。
【０１４４】
そして、図９で説明したと同様に、上記の円環状平板可動子２０の寸法等の条件の下で、仮に９９個の円環状平板可動子２０を用いるときは、この約１０ｍｍから約１００ｍｍの全長の９９個の円環状平板可動子２０によって、移動体６に約５００μｍの移動量を与えることができる。
【０１４５】
そして、その移動量の精度は、全ストロークについてきわめて高く維持することができることも、また、移動体６の傾きに追従してその傾きを変更することができることも、図９に関連して説明したところと同様である。
【０１４６】
なお、図１１の構成において、出力可動子１０４は、案内部１０２の内壁によって案内され、その際、軸受用気体圧ＰBが、出力可動子１０４の外周と、案内部１０２の内壁の間の隙間に流れる。この隙間に流れる気体は、いわゆる気体軸受作用により出力可動子１０４を案内部１０２の内壁に対し、浮上させる。これにより、出力可動子１０４の軸方向の移動の摩擦を低減できる。図１１において、Ｅｘと示してあるのは排気である。また、Ｖと示してあるのは真空引きで、排気しきれない気体をこれにより排除することで、気体圧制御アクチュエータ１００を減圧環境下、あるいは真空下でも使用可能とすることができる。
【０１４７】
図１２は、雲形バネ２６と円環状平板２４との接続法、及び雲形バネ２６と支持軸２２との接続法を説明する図である。雲形バネ２６と円環状平板２４の内径側部分との接続は、接着、溶接、カシメ等の固定手段１１０により行うことができる。また、図１２では、雲形バネ２６がスラスト方向に柔軟性があり、これに対し円環状平板２４は剛体と考えていることを示すため、雲形バネ２６の板厚を誇張して薄く示してあるが、上記のように、実際には円環状平板２４の厚さと、雲形バネ２６の板厚はあまり差が無いように設定することができる。そのような場合には、円環状平板２４と雲形バネ２６とを一体成形により形作ってもよい。
【０１４８】
雲形バネ２６と、支持軸２２との間の接続は、図１２（ａ）のように、接着、溶接、カシメ等の固定手段１１２で行うことができる。また、上記のように、複数の円環状平板可動子２０を用いるときは、全体の移動量が相当大きくなり、支持軸２２の端部に配置された円環状平板可動子は、支持軸２２に対し軸方向に相当移動することになるので、固定接続でなく、摺動支持が好ましい。図１２（ｂ）は、支持軸２２に雲形バネ２６の板厚より十分大きい溝幅の溝１１４を設け、その溝１１４に、雲形バネ２６の端部を差込み、雲形バネ２６自体が軸方向に摺動可能とする構成を示す図である。図１２（ｃ）は、雲形バネ２６の端部にスライド部１１６を接続し、支持軸２２にスライド部１１６の幅より十分大きい溝幅のスライド溝１１８を設ける構成を示す図である。スライド部１１６の材質は、摺動抵抗を低減できるもの、例えばテフロン（登録商標）等を用いることが好ましい。また、支持軸２２に対し、雲形バネ２６が軸方向に相当大きく移動することが予め設定されている場合には、雲形バネ２６に、予めバイアス移動量あるいはバイアス力を与えて変形させておくこともできる。
【０１４９】
図１３は、複数の円環状平板可動子２０が支持軸２２に対し軸方向に整列配置されるように、スペーサ１２０あるいは適当なシムを設ける構成を示す図である。スペーサ１２０は、図１２で説明したように、雲形バネ２６が軸方向に摺動することができるように、適当な隙間を開けて配置されることが好ましい。
【０１５０】
図１４は、円環状平板において、くぼみ及び放射状の細溝を設けずに、単純な平板１３０とする構成を示す図である。図３、図４で説明したように、円環状平板２４に絞り部を構成するくぼみ２８及び細溝３０を設けることで、隣接する円環状平板の間の隙間を流れる流れを安定させ、その隙間量を安定したものとし、外力が働いたときの抵抗力を示す軸受剛性が向上し、いわゆる位置決め性が向上する。一方で、気体圧そのものによる駆動力を発生させるいわゆる力制御性が低下する。図１４のように、単純な平板１３０の円環状平板を用いると、軸受剛性が低下し、いわゆる位置決め性は低下するが、力制御性が向上する。
【０１５１】
このように、円環状平板において、くぼみ２８の領域の大きさ、細溝３０の延伸する領域の大きさの設定によって、位置決め性を優勢にすることも、力制御性を優勢にすることも可能である。したがって、気体圧制御アクチュエータに要求される性能に応じ、円環状平板におけるくぼみ２８の領域の大きさ及び細溝３０の延伸する領域の大きさを設定することができる。
【０１５２】
上記において、円環状平板可動子２０は、円環状平板２４と、雲形バネ２６の組み合わせとし、雲形バネ２６は、気体が流れることができる窓を有し支持軸２２の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材の１例として示してある。雲形バネ２６を介して円環状平板２４を支持軸２２に支持させることで、円環状平板２４は、ほとんど摩擦なしで、その平板面を軸方向に移動させることができる。例えば、隙間に流す気体の圧力を４ａｔｍとし、これに適当に釣り合う押付力を与えて隙間間隔を約１０μｍと設定したとして、この状態で１０ｍＮの外力に対し、隙間間隔は１ｎｍ程度しか変動しないようにできる。このように、雲形バネを用いて摩擦の影響をなくすことで平板面の軸方向移動を高精度で制御できる。これほどの高精度を必要としない場合には、雲形バネを省略して、より簡単な構成を用いることができる。
【０１５３】
図１５、図１６は、雲形バネを省略し、気体が流れる窓１３４を有する円環状平板１３２を円環状平板可動子として、支持軸２２に支持させる構成を示す図である。図１５は、円環状平板１３２の側面図と正面図で、図１６は、図１５におけるＡ−Ａ線に沿った断面図で、厚み方向を拡大して示す図である。円環状平板１３２は、薄板円板の中央部に支持軸２２を通す同心円の開口を有する円環状の部材である。円環状平板１３２には、その平板面の一方の面、あるいは両側の面に、中心から放射状に延びる複数の細溝３０が設けられ、それらの細溝３０は、円環状平板１３２の内径側で共通化してくぼみ２８となっていることは図３で説明したところと同様である。そして、くぼみ２８の部分に、気体を支持軸２２の軸方向に沿って通すための窓１３４が設けられる。窓１３４は、くぼみ２８の部分の剛性を損なわない程度に適当な大きさで開けることができる。
【０１５４】
図１５において、窓１３４は、支持軸２２のための穴と、くぼみ２８との間の領域に設けられており、この例では支持軸２２に対し対称的に４つの窓１３４が示される。隣接する窓１３４の間は、くぼみ２８より一段と深いくぼみ１３６となっている。すなわち、円環状平板１３２の平板表面からの深さは、くぼみ２８と放射状細溝３０は同じで、隣接する窓１３４の間の領域は、これより一段と深いくぼみ１３６となっている。この構造によって、図１６に示されるように、窓１３４を軸方向に流れてくる気体１３８は、窓１３４ら、一段と深いくぼみ１３６、これよりも浅いくぼみ２８及び細溝３０を流れ、細溝３０に流路を制限されて、その突き当りから円環状平板１３２の表面に出る。このように、気体１３８は、図示されていない隣接する円環状平板との間隔が次第に絞られてくる隙間を流れるので、表面絞り効果が適切に作用する。
【０１５５】
なお、くぼみ２８及び放射状に延びる複数の細溝３０の作用は図３で説明した内容と同様である。すなわち、くぼみ２８及び細溝３０は、円環状平板２４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。くぼみ２８、細溝３０の寸法例も、図３に関連して説明したものと同様なものを用いることができる。かかる円環状平板１３２は、例えばＳＵＳ等の金属円板を加工して得ることができる。なお、剛性をあまり必要としない場合には、放射状の細溝３０をなくし、平坦な平板としてもよい。
【０１５６】
支持軸２２と円環状平板１３２との間の支持法は、図１２で説明した３つの方法のいずれを用いてもよいが、より簡単な構成として、穴と軸の摺動で支持されるものとすることができる。この場合には、支持軸２２を単純な丸棒の軸とし、円環状平板１３２は中心に単なる丸穴を有するものとする簡単な構成にできる。もちろん、これ以外の支持構造とすることもできる。例えば、支持軸と穴の支持部断面形状を多角形として、軸方向の回転を抑制するものとしてもよい。
【０１５７】
円環状平板可動子を用いる気体圧制御アクチュエータは、ＸＹθ移動機構のテーブルのアクチュエータとして利用できる。図１７は、ＸＹθ移動機構１４０の平面図で、筐体１４２の中央に設けられる矩形の案内穴１４４の中に配置される矩形テーブル１４６を８個の気体圧制御アクチュエータ９０を用い、図１７に示すＸＹ平面内での移動、及びＸＹ平面に垂直なＺ軸周りにθ回転を行うものの構成が示される。ここで、８個の気体圧制御アクチュエータ９０は、図１０で説明した構成のものである。もちろん、これ以外の構成の円環状平板可動子を備える気体圧制御アクチュエータを用いてもよい。８個の気体圧制御アクチュエータ９０のうち、図１７の紙面において矩形テーブル１４６の左右に配置され、移動軸方向がＸ方向に平行な４つは、Ｘ軸アクチュエータで、紙面において矩形テーブル１４６の上下に配置され、移動軸方向がＹ方向に平行な４つは、Ｙ軸アクチュエータである。これらの複数の気体圧制御アクチュエータ９０を組み合わせて駆動制御し、その協働によって、矩形テーブル１４６をＸＹθ移動させることができる。
【０１５８】
例えばＸ軸方向の動作については、４組のＸアクチュエータの動作のみを考えればよい。さらに単純にするには、この４組を左半分の２組と右半分の２組に分け、左半分の２組は共に同じ動作をし、右半分の２組は共に同じ動作をする場合を考えればよい。この場合の動作は、Ｘ軸方向の移動が制御できる。同様に、４組のＹアクチュエータについて上半分の２組と下半分の２組をそれぞれ同じ動作をするものとしてＹ軸方向の移動が制御できる。このように、矩形テーブル１４６をＸＹ平面内で任意の位置に移動させることができる。
【０１５９】
さらに、４組のＸアクチュエータのうち、右上のものと左下のものとを組にし、右下のものと左上のものとを別の組にし、それぞれの組の移動量を異ならせることで、Ｚ軸周りに矩形テーブル１４６を回転させることができる。４組のＹアクチュエータを用いてもよい。このようにして、矩形テーブル１４６をＺ軸周りにθ回転させることができる。また、上記のＸＹ平面内移動とθ回転とを組み合わせて、任意のＸＹθ移動を行せることができる。
【０１６０】
なお、これらのＸアクチュエータ、Ｙアクチュエータは、それぞれ４つずつである必要はなく、例えばそれぞれ又はいずれかを４つ以外の数で構成してもよい。また、左右対称に配置する必要もなく、矩形テーブル１４６の形状、要求性能等に合わせ適当な配置をとることができる。また、例えば、Ｘ軸方向について左右それぞれ２つずつでなくて、一方側を１つ、他方側を２つというように、左右について配置数を異ならせてもよい。Ｙ軸方向の配置についても同様に配置数を非対称としてもよい。また、Ｘアクチュエータの合計数と、Ｙアクチュエータの合計数を異ならせてもよい。例えば、Ｘアクチュエータ合計４つ、Ｙアクチュエータを合計２つとしてもよい。
【０１６１】
このように、矩形テーブル１４６を駆動する場合に、円環状平板可動子を備える気体圧制御アクチュエータを用いることで、高精度の微小移動を広い範囲で確保でき、また、球面座機構を要することなく、矩形テーブル１４６の傾きに追従しながら駆動力を矩形テーブル１４６に伝達することができる。
【０１６２】
円環状平板可動子を用いる気体圧制御アクチュエータは、６自由度パラレルリンク機構のアクチュエータとして利用できる。図１８は、気体圧制御アクチュエータを６つ用いて６自由度パラレルリンク機構１５０を構成する例を示す図である。６自由度パラレルリンク機構１５０は、ベース１５２と、可動ステージ１５４との間を６つの気体圧制御アクチュエータ１６０を所定の角度配置で取り付けることで構成される。ここで、６つの気体圧制御アクチュエータ１６０は、その内部に円環状平板可動子を含んでいる。この構成は、一般的な６自由度パラレルリンクにおける構成の６つのアクチュエータを気体圧制御アクチュエータ１６０に置き換えたもので、周知の制御法により、６つの気体圧制御アクチュエータ１６０の変位量をそれぞれ制御することで、可動ステージ１５４をベース１５２に対し、Ｘ，Ｙ，Ｚ，φ，θ，ψの６自由度で運動させることができる。
【０１６３】
図１９は、図１８の６自由度パラレルリンク機構１５０に用いられる気体圧制御アクチュエータ１６０回りの構成を示す図である。気体圧制御アクチュエータ１６０は、出力可動子１６２の形状がやや異なっている程度で、他は複数の円環状平板可動子２０を含め、図１１で説明した気体圧制御アクチュエータ１００の構成とほぼ同様のものを用いることができるので、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。もちろん、これ以外の構成の円環状平板可動子を備える気体圧制御アクチュエータを用いてもよい。気体圧制御アクチュエータ１６０の案内部１０２にはベース側可撓継手１６４の一端が取り付けられ、ベース側可撓継手１６４の他端は、図１８の６自由度パラレルリンク機構１５０におけるベース１５２の所定位置に取り付けられる。また、出力可動子１６２には可動ステージ側可撓継手１６６の一端が取り付けられ、可動ステージ側可撓継手１６６の他端は、図１８の６自由度パラレルリンク機構１５０における可動ステージ１５４の所定位置に取り付けられる。各気体圧制御アクチュエータ１６０の制御部１６８は、それぞれの案内部１０２に取り付けられる。
【０１６４】
図２０は、６自由度パラレルリンク機構１５０用の他の気体圧制御アクチュエータ１７０を示す図である。図１９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。ここでは、ベース側可撓継手１７２を可撓性パイプとし、これを通して制御気体圧Ｐ1の供給をベース１５２側から行うところに特徴がある。これにより制御部１６８を個々のアクチュエータに設けずに軽量小型化を図ることができる。
【０１６５】
このように、図１８の６自由度パラレルリンク機構１５０において、可動ステージ１５４をベース１５２に対し駆動する場合に、円環状平板可動子を備える気体圧制御アクチュエータを用いることで、高精度の微小移動を広い範囲で確保でき、また、球面座機構を要することなく、可動ステージ１５４の相対的な傾きに追従しながら駆動力を可動ステージ１５４に伝達することができる。
【０１６６】
２．薄板可動子を用いる気体圧制御アクチュエータ
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。最初に、本発明に係る実施の形態の中核の１つである薄板可動子を用いた基本的な場合を説明し、その後にその他の構成について説明する。以下では、薄板可動子として、円形の外形を有し、中央に支持軸に適合する穴を有する円環状薄板を用いる円環状薄板可動子について説明するが、細長い溝を板厚方向に貫通して加工できる程度の薄板であればよく、外形は円形でなくてもよい。すなわち、溝幅に比べて十分薄い板厚の薄い薄板であればよく、例えば多角形の外形、楕円の外形、曲面の外形を有する薄板であってもよい。また、薄板可動子と支持軸との支持構造は、円形の穴と丸棒の関係として説明するが、それ以外の支持構造であってもよい。例えば、支持軸が丸棒であるが、支持構造として支持軸の外形を多角形にし、薄板可動子の支持穴をそれに対応する多角形穴としてもよい。なお、このようにすることで、支持軸周りの回転を抑制することが容易となる。もちろん、支持軸の軸断面形状を多角形以外の形状、例えば楕円形としてもよい。
【０１６７】
薄板可動子と組み合わせて用いられる平板可動子についても同様である。すなわち、平板可動子として、円形の外形を有し、中央に支持軸に適合する穴を有する円環状平板を用いる円環状平板可動子について説明するが、外形は薄板可動子と同様の形状であれば、円形でなくてもよい。例えば多角形の外形、楕円の外形、曲面の外形を有する平板であってもよい。また、平板可動子と支持軸との支持構造は、円形の穴と丸棒の関係として説明するが、薄板可動子と支持軸との支持構造と同様であればよく、それ以外の支持構造であってもよい。例えば、支持軸が丸棒であるが、支持構造として支持軸の外形を多角形にし、平板可動子の支持穴をそれに対応する多角形穴としてもよい。なお、このようにすることで、支持軸周りの回転を抑制することが容易となる。もちろん、支持軸の軸断面形状を多角形以外の形状、例えば楕円形としてもよい。
【０１６８】
また、以下で述べる材質、寸法等は、説明のための１例であり、気体圧アクチュエータの仕様に適合する材質、寸法等を適宜選択できる。
【０１６９】
図２１に示す気体圧で制御される気体アクチュエータ１０１０は、移動体１００６を移動駆動する場合に、案内部１０１２で案内され、図示されていない気体圧制御装置から供給される駆動気体圧ＰPを受けて駆動されるピストン型可動子１０１４を用い、ピストン型可動子１０１４の先端に支持軸１０２２を設け、支持軸１０２２に薄板面を垂直方向として円環状薄板可動子１０２０を配置し、円環状薄板可動子１０２０を介してピストン型可動子１０１４の駆動力を移動体１００６に伝達する構成を有する。ここで移動体１００６は、例えばＸＹ方向等の軸方向移動、及びＺ軸周りのθ回転等のように回転が可能テーブル等である。案内部１０１２は、ピストン型可動子１０１４を軸方向に移動可能に案内する機能を有し、一方側に開口し、底面に駆動気体圧ＰPが供給される供給口１０１８を有する筒状の部材で、いわゆるシリンダーに相当するものである。ここで、案内部１０１２の底面及び内部側壁と、ピストン型可動子１０１４の底面とで囲まれる空間は圧力室１０１６である。また、移動体１００６側にも気体の供給口１００８が設けられ、図示されていない気体圧制御装置から、円環状薄板可動子１０２０に向かって制御気体圧Ｐ1を有する気体が供給される。
【０１７０】
図２２の斜視図、図２３の正面図及び側面図に、円環状薄板可動子１０２０の詳細構成を示す。円環状薄板可動子１０２０は、支持軸１０２２に支持される可動子で、円環状薄板１０２４と、波形状あるいは雲形状の複数の可撓アーム１０２６を含んで構成される。また、隣接する可撓アーム１０２６の間の窓部１０２８は、気体が流れてくる空間である。そして、円環状薄板１０２４は、薄板面を支持軸１０２２の軸方向に対し垂直方向として支持される。
【０１７１】
円環状薄板１０２４は、薄板円板の中央部に同心円の開口１０２３を有するドーナツ型の部材である。この中央部の開口１０２３には支持軸１０２２が取り付けられる。また、円環状薄板１０２４には、中心から放射状に延びる複数の細溝１０３０が設けられる。放射状に延びる細溝１０３０は、窓部１０２８を始発点として、そこから所定の長さで径方向に延びる。径方向に延びた細溝１０３０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１０３０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。このように、細溝１０３０は、円環状薄板１０２４の板厚方向に貫通し、いわば薄板の表裏に抜けて形成された有端溝である。この細溝１０３０は単なる開口ではなく、そこに、気体が流れるとき気体の流れの抵抗を適当に有する流路である。
【０１７２】
かかる円環状薄板１０２４の寸法の１例を述べると、外径が約３０ｍｍから約４０ｍｍ、可撓アーム１０２６の領域との境界の径が約１０ｍｍから１５ｍｍ、板厚ｔが約０．０１ｍｍから約０．０５ｍｍ程度、細溝１０３０の幅ｗは約０．０１ｍｍから約０．３ｍｍ程度である。なお、支持軸１０２２の直径は、数ｍｍ程度とすることができる。かかる円環状薄板１０２４は、例えばＳＵＳ等の金属円板をプレス加工又はエッチング加工等によって得ることができる。円環状薄板１０２４の板厚ｔは、円環状薄板１０２４の両側に向かい合う面との間の隙間等、軸受性能により定めることができる。
【０１７３】
複数の可撓アーム１０２６は、この円環状薄板１０２４の内径側部分と、支持軸１０２２の外形との間を接続する薄板部材で、円環状薄板可動子１０２０を支持軸１０２２に支持する薄板バネ部材である。可撓アーム１０２６のパターンは、波形に曲がった形状を有し、これによりパターンの間に窓状の開口が形成され、この窓部１０２８を通って気体が流れることができる。また、可撓アーム１０２６は、支持軸１０２２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よりも小さいように、具体的な波形の幅及び形状等が形成される。かかる可撓アーム１０２６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０．０１ｍｍから０．０５ｍｍ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、波形以外の形状であっても、軸方向に剛性が小さく、径方向に剛性の大きいバネ特性を有する形状であればよく、例えば、いわゆる雲形バネの形状を用いることができる。雲形バネとは、その形状が曲がりくねっていて、雲形に似ているもので、曲がりくねっている形状を工夫することで、軸方向に剛性が小さく、径方向に剛性の大きいバネ特性を有する形状とすることができる。
【０１７４】
すなわち、支持軸１０２２に複数の可撓アーム１０２６である薄板バネを介して円環状薄板１０２４が支持される構成を有する円環状薄板可動子１０２０は、支持軸１０２２の軸方向への移動が比較的容易であるが、薄板の径方向への移動、すなわち支持軸１０２２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、円環状薄板可動子１０２０は、支持軸１０２２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。
【０１７５】
再び図２１に戻り、円環状薄板可動子１０２０は、その支持される支持軸がピストン型可動子１０１４の軸方向の中心に設けられ、その薄板面が移動体１００６の対向する面に向かい合うようにして配置される。円環状薄板可動子１０２０は、そのままでも十分作動可能であるが、移動体１００６と薄板面とが直接接触するとその間の摩擦等が大きいので、移動体１００６と円環状薄板可動子１０２０との間は気体層を介することが望ましい。そこで上記のように、図２１における気体圧アクチュエータ１０１０では、移動体１００６側に気体の供給口１００８が設けられ、図示されていない気体圧制御装置から、円環状薄板可動子１０２０に向かって制御気体圧Ｐ1を有する気体が供給される。供給される気体は、円環状薄板可動子１０２０の窓部と細溝とを通り、移動体１００６の対向面である気体受面と間の隙間、および円環状薄板可動子１０２０とピストン型可動子１０１４の先端面との間の隙間とに流れる。
【０１７６】
図２４は、円環状薄板可動子１０２０について気体の流れを説明する図で、図２３のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図２４では、円環状薄板可動子１０２０を横方向に配置し、紙面において下側に駆動対象物である移動体１００６を、上側にピストン型可動子１０１４を示してある。移動体１００６側の気体の供給口１００８から円環状薄板可動子１０２０に向かって供給される制御気体圧Ｐ1を有する気体は、円環状薄板可動子１０２０の窓部１０２８に入り、そこから細溝１０３０を通り、外周側の端部で突き当たり、そこで円環状薄板可動子１０２０の外に出て、円環状薄板可動子１０２０の表面と移動体１００６との間の隙間、及び円環状薄板可動子１０２０の裏面とピストン型可動子１０１４との間の隙間を通って外部に流れる。
【０１７７】
なお、円環状薄板可動子１０２０と移動体１００６との間の隙間、及び円環状薄板可動子１０２０とピストン型可動子１０１４との間の隙間は、実際には数μｍから数１０μｍの程度であるが、誇張して広げてある。上記の例では、円環状薄板可動子１０２０の板厚は約０．０１ｍｍから約０．０５ｍｍ程度であるので、細溝１０３０と隙間との間で表面絞り効果が現れ、軸受として働く。
【０１７８】
このことは、細溝１０３０の深さ方向の中間位置に仮想的境界１０２９を考えると、その仮想的境界１０２９を挟んで、移動体１００６の側とピストン型可動子１０１４の側にそれぞれ気体が対称的に流れている。仮想的境界１０２９の片側の移動体１００６の側では、仮想的境界と移動体１００６との間の隙間、すなわち、実際には細溝１０３０の下半分の部分である円環状薄板可動子１０２０の板厚の１／２の狭い隙間を通って気体が流れる。同様に、仮想的境界１０２９の片側のピストン型可動子１０１４との間の隙間、すなわち、実際には細溝１０３０の下半分の部分である薄板可動子の板厚の１／２の狭い隙間を通って気体が流れる。換言すれば、仮想的境界１０２９を鏡像面として、２つの流れが対称的に流れている。仮想的境界１０２９は、流体的に変動しないので、この仮想的境界１０２９と駆動対象物である移動体１００６との間の隙間に流れる気体、及び仮想的境界１０２９とピストン型可動子１０１４との間の隙間に流れる気体によって、それぞれ気体軸受作用が行われる。
【０１７９】
気体軸受作用は、供給される気体の気体圧によって隙間量を制御でき、微小移動をさせることができるので、薄板の表裏に抜ける細溝１０３０を有する円環状薄板可動子１０２０を用いて、そこに流す気体圧Ｐ1を制御することで、駆動対象物である移動体１００６を微小移動させることができる。またピストン型可動子１４による駆動力を併用することで、広い移動量の範囲で、駆動対象物である移動体１００６の精密な移動を行わせることができる。
【０１８０】
図２５は、かかる気体圧アクチュエータ１０１０の作用を説明する図である。ピストン型可動子１０１４が案内される案内部１０１２の供給口１０１８から圧力室１０１６に駆動気体圧ＰPが供給されると、ピストン型可動子１０１４の底面積にＰPを乗じた駆動力がピストン型可動子１０１４に与えられ、気体層を介して円環状薄板可動子１０２０から移動体１００６に伝達される。このようにして、駆動気体圧ＰPを制御することで移動体１００６の駆動を制御できる。円環状薄板可動子１０２０の作用が最も顕著に現れるのは、移動体１００６が気体圧アクチュエータ１０１０の駆動軸方向に対し傾いたときである。このとき、円環状薄板可動子１０２０は、スラスト方向に自由度が大きく、ラジアル方向に拘束が大きい特性を有するので、移動体１００６の傾きに追従してその傾きを変更する。すなわち、この場合の可撓アームは、軸方向に対する薄板の傾斜角度剛性を低いものとする作用を有する。すなわち、あたかもピストン型可動子１０１４と移動体１００６との間に球面座機構が設けられたと同様に、移動体１００６の傾きに追従しながら駆動力を移動体１００６に伝達することができる。
【０１８１】
上記のピストン型可動子１０１４を用いる気体圧アクチュエータ１０１０の場合は、比較的大きな移動量を移動体１００６に与えることができる。移動量が比較的小さくて、より精密に制御したいときには、円環状薄板可動子１０２０と移動体１００６の気体受面との間の隙間を流れる気体圧の制御を用いることができる。図２６は、可動子として円環状薄板可動子１０２０のみを用いる気体圧アクチュエータ１０５０の構成を示す図である。
【０１８２】
図２６に示す気体圧アクチュエータ１０５０は、筒状の案内部１０５２の底面に支持軸１０２２が直接取り付けられ、支持軸１０２２に、可撓アームを介して円環状薄板が取り付けられた円環状薄板可動子１０２０が支持される。案内部１０５２には、制御気体圧Ｐ1が供給される供給口１０５４が設けられ、制御気体圧Ｐ1を有する気体は、絞り部１０５６を通り、案内部１０５２の底面から円環状薄板可動子１０２０に供給される。
【０１８３】
絞り部１０５６は、制御気体圧Ｐ1が供給される供給口１０５４と、案内部１０５２の底面において円環状薄板可動子１０２０に対して気体を供給する気体出口との間の気体流路の途中に設けられ、流体抵抗を増加させて気体の流れを整流する機能を有する素子又は構造である。
【０１８４】
図２７、図２８は、絞り部として好ましい２つの例を示す図である。図２７は、案内部１０５２のポケット開口１０６０の中に設けられる平行隙間絞り１０７０である。平行隙間絞り１０７０は、ドーナツ状に中央穴を有する円環板１０７２と、円環板１０７２と外形が同じ円板１０７４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、気体供給口１０５４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１０７２と円板１０７４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。
【０１８５】
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、気体圧アクチュエータ１０５０の制御性の向上を図ることができる。
【０１８６】
図２８は、絞り部のもう１つの好ましい例として、多孔質材料１０７６をポケット開口１０６０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。もちろん、制御性の必要が少ない場合は、通常のオリフィス等を用いることができる。
【０１８７】
再び図２６に戻り、案内部１０５２の底面から絞り部１０５６を経由して円環状薄板可動子１０２０に対し供給される気体は、円環状薄板可動子１０２０と移動体１００６の気体受面との間の隙間、及び円環状薄板可動子１０２０と案内部１０５２の底面との間の隙間を流れて外気へ開放される。ここで、移動体１００６から気体圧アクチュエータ１０５０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、制御気体圧Ｐ1を制御し、押付力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、円環状薄板可動子１０２０を軸方向、すなわち支持軸１０２２の軸方向に微小移動させることができる。
【０１８８】
そして、その際にも、図２５で説明したと同様に、円環状薄板可動子１０２０は、スラスト方向に自由度が大きく、ラジアル方向に拘束が大きい特性を有するので、移動体１００６の傾きに追従してその傾きを変更することができる。すなわち、移動体１００６の微小な角度変化に追従しながら微小移動に必要な駆動力を移動体１００６に伝達することができる。
【０１８９】
次に、円環状薄板可動子１０２０を支持軸１０２２の軸方向に複数整列配置した気体圧アクチュエータの構成を説明する。図２９は、ピストン型可動子の先端に複数の円環状薄板可動子１０２０が配置された気体圧アクチュエータ１０８０を示し、図３０は、案内部の底面に取り付けられた支持軸に複数の円環状薄板可動子１０２０が配置された気体圧アクチュエータ１０９０を示す。これらは、それぞれ、図２１、図２６で説明した気体圧アクチュエータ１０１０，１０５０において、円環状薄板可動子１０２０の数を１つから複数にし、後述する円環状平板可動子１１３０を各円環状薄板可動子１０２０の前後に配置したものに相当する。図３１は、図３０の構成において、移動体１００６とは独立に、円環状薄板可動子１０２０の駆動力を伝達するものとして、出力可動子１１０４を設けた気体圧アクチュエータ１１００を示す。以下にこれらの構成の詳細を説明する。その際、図２１から図２６におけるもの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。
【０１９０】
ここで、円環状平板可動子１１３０は、円環状薄板可動子１０２０を支持軸１０２２の軸方向に沿って複数配置するときに用いられる可動子である。図３２は、円環状平板可動子１１３０の平面図と、平面図におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。円環状平板可動子１１３０は、支持軸１０２２に支持される可動子で、円環状平板１１３２と、波形状あるいは雲形状の複数の可撓アーム１０２６を含んで構成される。また、隣接する可撓アーム１０２６の間の窓部１０２８は、気体が流れてくる空間である。そして、円環状平板１１３２は、平板面を支持軸１０２２の軸方向に対し垂直方向として支持される。可撓アーム１０２６は、円環状薄板可動子１０２０に備えられる可撓アーム１０２６と同じ構造を有する薄板バネであり、窓部１０２８が隣接する可撓アーム１０２６の間の開口であることも円環状薄板可動子１０２０の窓部１０２８と同じである。
【０１９１】
円環状平板１１３２は、平板円板の中央部に同心円の開口１１３３を有するドーナツ型の部材である。この中央部の開口１１３３には支持軸１０２２が取り付けられる。また、上記の可撓アーム１０２６は、開口１１３３の外周側に設けられる。可撓アーム１０２６のさらに外周側には、円環状のくぼみ１１３４が設けられる。くぼみ１１３４は、円環状平板１１３２の内周側の窓部１０２８から円環状平板１１３２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。このくぼみ１１３４を設けることで、隣接する円環状平板と円環状薄板との間の隙間を流れる流れを安定させ、その隙間量を安定したものとし、外力が働いたときの抵抗力を示す軸受剛性が向上し、いわゆる位置決め性が向上する。くぼみ１１３４は、窓部１０２８から気体が外周側に流れるときの気体導入部の機能を有する。この気体導入部の形状としては、外周部より薄い板厚を有するステップ状のもの、あるいは、窓部１０２８からの入口部から外周部に行くにつれて板厚が厚くなるテーパ状のものとすることができる。なお、気体圧アクチュエータの仕様によっては、くぼみ１１３４を設けないものとしてもよい。
【０１９２】
かかる円環状平板１１３２の平面寸法は、外径、可撓アーム、支持軸用の開口については、円環状薄板可動子１０２０の平面寸法と異ならせてもよいが、好ましくはこれらの平面寸法は、円環状薄板可動子１０２０のものと同じが望ましい。すなわち、外径が約３０ｍｍから約４０ｍｍ、可撓アーム１０２６の領域との境界の径が約１０ｍｍから１５ｍｍが好ましい。円環状平板１１３２には、円環状薄板可動子１０２０における細溝は設けられない。板厚は、気体圧を受けても、板材として撓むことのない程度の厚さを有する必要がある。上記の平面寸法において、例えば板厚を、約０．１ｍｍ程度とすることができる。もちろんこれと異なる板厚としてもよい。かかる円環状平板１１３２は、例えばＳＵＳ等の金属材料をプレス加工あるいは機械加工によって所定の形状に加工したものを用いることができる。
【０１９３】
円環状平板可動子１１３０において、複数の可撓アーム１０２６を含む薄板バネの部分は、円環状薄板可動子１０２０の場合と同じとすると、その板厚ｔは上記のように約０．０１ｍｍから約０．０５ｍｍ程度である。したがって、円環状平板１１３２と、複数の可撓アーム１０２６を含む薄板バネの部分とを別々に製作し、適当な接合技術で一体化し、円環状平板可動子１１３０とすることができる。もちろん、ＳＵＳ等の金属材料について、エッチング技術等を用いて、円環状平板１１３２と、可撓アーム１０２６の部分を一体として加工して、円環状平板可動子１１３０を得ることもできる。
【０１９４】
このように、円環状平板可動子１１３０は、支持軸１０２２の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材を介して平板面を支持軸に垂直な方向として支持軸に支持される平板状の可動子であって、内周側に設けられて気体が流れることができる窓部を有している。この構成を用いることで、薄板可動子を支持軸の軸方向に複数配置し、微小隙間の調整幅を薄板可動子の数に応じて拡大することができる。
【０１９５】
すなわち、薄板可動子における有端溝を利用した隙間調整には、薄板可動子の表側にも裏側にも、隙間を形成するための壁面、すなわち気体受面が必要である。そこで、円環状薄板可動子１０２０と円環状平板可動子１１３０とを支持軸１０２２の軸方向に沿って交互に配置し、円環状薄板可動子１０２０の必要な側にそれぞれ平板可動子を設ける。円環状平板可動子１１３０は平板面を有するので、この平板面と円環状薄板可動子１０２０とを組み合わせることで、円環状薄板可動子１０２０の表側にも裏側にも、隙間を形成するための気体受面が配置される。これによって、各円環状薄板可動子１０２０ごとに、気体圧によって制御できる微小隙間量が設定でき、全体としての移動量は、支持軸１０２２に並べて配置された円環状薄板可動子１０２０の数に応じて拡大することができる。
【０１９６】
ここで再び図２９に戻ると、図２９に示す気体圧アクチュエータ１０８０は、上記のように、図２１で説明した気体圧アクチュエータ１０１０における円環状薄板可動子１０２０の数を複数とし、隣接する円環状薄板可動子１０２０の間に円環状平板可動子１１３０を配置したものに相当する。ここでは、案内部１０１２の底面の供給口１０１８から、駆動気体圧ＰPを有する気体が圧力室１０１６に供給されてピストン型可動子１０８２を駆動する一方で、移動体１００６の供給口１００８から、制御気体圧Ｐ1を有する気体が、複数の円環状薄板可動子１０２０及び複数の円環状平板可動子１１３０に向かって供給される。供給口１００８から移動体１００６の気体受面の気体出口、すなわち支持軸１０２２の先端側の円環状薄板可動子１０２０と対向する面の気体出口との間には、図２６で説明したような絞り部１０５６を設けることが好ましい。
【０１９７】
ピストン型可動子１０８２は、その内部に気体室１０８４を有するいわば内蔵タンクを有する可動子である。制御気体圧Ｐ1を有する気体は、移動体１００６の気体受面から複数の円環状薄板可動子１０２０及び複数の円環状平板可動子１１３０の各可撓アームの間の気体通り抜け窓部を通って、各円環状薄板可動子１０２０の細溝を表裏対称に流れてその後大気に開放される。また、一部は、ピストン型可動子１０８２の内部の気体室１０８４に流れこみ、一旦そこで蓄えられてから、軸受用開口１０８６より、ピストン型可動子１０８２の外周と案内部１０１２の内壁との隙間に流れる。流れ出した気体は、いわゆる気体軸受作用によりピストン型可動子１０８２を案内部１０１２の内壁に対し、浮上させる。これにより、ピストン型可動子１０８２の軸方向の移動の摩擦を低減できる。
【０１９８】
円環状薄板可動子１０２０の細溝を表裏対称に流れる気体は、円環状薄板可動子１０２０の表側が対向する気体受面及び裏側が対向する気体受面に対し、それぞれ、いわゆる気体軸受としての作用を示す。図２９の例では、支持軸１０２２の最も根元側に配置される円環状薄板可動子１０２０とピストン型可動子１０８２の気体受面との間の隙間に流れる気体は、その供給気体圧を制御することで、その隙間を微小変化させることができる。同様に、支持軸１０２２の最も先端側に配置される円環状薄板可動子１０２０と移動体１００６の気体受面との間の隙間に流れる気体は、その供給気体圧を制御することで、その隙間を微小変化させることができる。また、支持軸１０２２の中ほどに配置される円環状薄板可動子１０２０と、それに隣接する円環状平板可動子１１３０の平板面との間の隙間を流れる気体は、その供給気体圧を制御することで、その隙間を微小変化させることができる。
【０１９９】
すなわち、ピストン型可動子１０８２から、駆動気体圧ＰPによる押付力が移動体１００６に向かって働くので、制御気体圧Ｐ1を制御し、押付力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る。例えば制御気体圧Ｐ1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、円環状薄板の形状、円環状薄板とこれに向かい合う気体受面との間の隙間、制御気体圧Ｐ1、押付力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とすると、複数の円環状薄板可動子１０２０の全体の軸方向移動量は、Ｎ×Δｓとなり、移動量が、円環状薄板可動子１０２０の数の増減で調整できる。ここで、隙間の数Ｎは、円環状薄板可動子１０２０の両側にそれぞれあるので、円環状薄板可動子１０２０の数の２倍である。
【０２００】
１例を上げると、上記の円環状薄板可動子１０２０の寸法で、隣り合う隙間の公称標準値を１０μｍ程度とし、Ｐ1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。上記のように、円環状薄板の厚さは、約０．０１ｍｍから約０．０５ｍｍであり、円環状平板の厚さは、約０．１ｍｍ程度であるので、仮に隙間の数をＮ＝１００としても、５０個の円環状薄板可動子２０と、４９個の円環状平板可動子１１３０の軸方向の全長は、約５ｍｍから約７．５ｍｍである。そして、ΔＰを０．１ＭＰａとすれば、この１００個の隙間によって、移動体１００６に約５００μｍ程度の移動量を与えることができる。
【０２０１】
しかも、その移動量は、Δｓ／ΔＰで定まり、気体圧の制御性は極めてよいので、その移動量の精度は、全ストロークについてきわめて高く維持することができる。なお、以上の説明では、ピストン型可動子１０８２の駆動気体圧ＰPによる移動を除いている。実際に駆動気体圧ＰPによるピストン型可動子１０８２の移動駆動がなされる場合は、駆動気体圧ＰPによる比較的大きな移動量に加えて、複数の円環状薄板可動子１０２０による精度の高い移動が加わることになる。
【０２０２】
そして、その際にも、図２５で説明したと同様に、各円環状薄板可動子１０２０及び円環状平板可動子１１３０は、スラスト方向に自由度が大きく、ラジアル方向に拘束が大きい特性を有するので、移動体１００６の傾きに追従してその傾きを変更することができる。すなわち、移動体１００６の角度変化に追従しながら高精度の微小移動に必要な駆動力を移動体１００６に伝達することができる。
【０２０３】
図３０に示す気体圧アクチュエータ１０９０は、上記のように、図２６で説明した気体圧アクチュエータ１０５０における円環状薄板可動子１０２０の数を複数とし、隣接する円環状薄板可動子１０２０の間に円環状平板可動子１１３０を配置したものに相当する。ここでは、制御気体圧Ｐ1を有する気体は、案内部１０５２の底面から複数の円環状薄板可動子１０２０及び複数の円環状平板可動子１１３０の各可撓アームの間の気体通り抜け窓部を通って、各円環状薄板可動子１０２０の細溝を表裏対称に流れてその後大気に開放される。そして、図２９に関連して説明したと同様に、円環状薄板可動子１０２０の細溝を表裏対称に流れる気体は、円環状薄板可動子１０２０の表側が対向する気体受面及び裏側が対向する気体受面に対し、それぞれ、いわゆる気体軸受としての作用を示す。ここでは、移動体１００６からの押付力Ｆが複数の円環状薄板可動子１０２０に向かって働くので、制御気体圧Ｐ1を制御し、押付力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る。
【０２０４】
そして、図２９で説明したと同様に、上記の円環状薄板可動子１０２０の寸法等の条件の下で、仮に５０個の円環状薄板可動子１０２０と４９個の円環状平板可動子１１３０によって１００個の隙間を用いるときは、この円環状薄板可動子１０２０と円環状平板可動子１１３０の約５ｍｍから約７．５ｍｍの全長によって、移動体１００６に約１ｍｍ程度の移動量を与えることができる。
【０２０５】
そして、その移動量の精度は、全ストロークについてきわめて高く維持することができることも、また、移動体１００６の傾きに追従してその傾きを変更することができることも、図２９に関連して説明したところと同様である。
【０２０６】
図３０の構成においては、移動体１００６からの押付力Ｆを前提としたが、押付力を気体圧アクチュエータの内部で作り出す構成としたものが図３１に示す気体圧アクチュエータ１１００である。ここでは、案内部１１０２と、複数の円環状薄板可動子１０２０との間に出力可動子１１０４が設けられる。出力可動子１１０４は、複数の円環状薄板可動子１０２０による駆動力を受ける可動子であるが、その先端側の肩部において、押付力用気体圧Ｐ2が供給口１１０６から供給され、これによって出力可動子１１０４は、押付力を複数の円環状薄板可動子１０２０に与える。
【０２０７】
したがって、制御気体圧Ｐ1を有する気体は、案内部１１０２の底面から複数の円環状薄板可動子１０２０及び複数の円環状平板可動子１１３０の各可撓アームの間の気体通り抜け窓部を通って、各円環状薄板可動子１０２０の細溝を表裏対称に流れてその後大気に開放される。そして、図２９に関連して説明したと同様に、円環状薄板可動子１０２０の細溝を表裏対称に流れる気体は、円環状薄板可動子１０２０の表側が対向する気体受面及び裏側が対向する気体受面に対し、それぞれ、いわゆる気体軸受としての作用を示す。ここでは、出力可動子１１０４からの押付力Ｆが複数の円環状薄板可動子１０２０に向かって働くので、制御気体圧Ｐ1を制御し、押付力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る。
【０２０８】
そして、図２９で説明したと同様に、上記の円環状薄板可動子１０２０の寸法等の条件の下で、仮に５０個の円環状薄板可動子１０２０と４９個の円環状平板可動子１１３０によって１００個の隙間を用いるときは、この円環状薄板可動子１０２０と円環状平板可動子１１３０の約５ｍｍから約７．５ｍｍの全長によって、移動体１００６に約１ｍｍ程度の移動量を与えることができる。
【０２０９】
そして、その移動量の精度は、全ストロークについてきわめて高く維持することができることも、また、移動体１００６の傾きに追従してその傾きを変更することができることも、図２９に関連して説明したところと同様である。
【０２１０】
なお、図３１の構成において、出力可動子１１０４は、案内部１１０２の内壁によって案内され、その際、軸受用気体圧ＰBが、出力可動子１１０４の外周と、案内部１１０２の内壁の間の隙間に流れる。この隙間に流れる気体は、いわゆる気体軸受作用により出力可動子１１０４を案内部１１０２の内壁に対し、浮上させる。これにより、出力可動子１１０４の軸方向の移動の摩擦を低減できる。図３１において、Ｅｘと示してあるのは排気である。また、Ｖと示してあるのは真空引きで、排気しきれない気体をこれにより排除することで、気体圧アクチュエータ１１００を減圧環境下、あるいは真空下でも使用可能とすることができる。
【０２１１】
図３３は、可撓アーム１０２６と支持軸１０２２との接続法を説明する図である。可撓アーム１０２６と、支持軸１０２２との間の接続は、図３３（ａ）のように、接着、溶接、カシメ等の固定手段１１１２で行うことができる。また、上記のように、複数の円環状薄板可動子１０２０及び複数の円環状平板可動子１１３０を用いるときは、全体の移動量が相当大きくなり、支持軸１０２２の端部に配置された円環状薄板可動子１０２０は、支持軸１０２２に対し軸方向に相当大きな量で移動することになるので、固定接続でなく、摺動支持が好ましい。図３３（ｂ）は、支持軸１０２２に可撓アーム１０２６の板厚より十分大きい溝幅の溝１１１４を設け、その溝１１１４に、可撓アーム１０２６の端部を差込み、可撓アーム１０２６自体が軸方向に摺動可能とする構成を示す図である。図３３（ｃ）は、可撓アーム１０２６の端部にスライド部１１１６を接続し、支持軸１０２２にスライド部１１１６の幅より十分大きい溝幅のスライド溝１１１８を設ける構成を示す図である。スライド部１１１６の材質は、摺動抵抗を低減できるもの、例えばテフロン（登録商標）等を用いることが好ましい。また、支持軸１０２２に対し、可撓アーム１０２６が軸方向に相当大きく移動することが予め設定されている場合には、可撓アーム１０２６に、予めバイアス移動量あるいはバイアス力を与えて変形させておくこともできる。
【０２１２】
図３４は、複数の円環状薄板可動子１０２０及び複数の円環状平板可動子１１３０が支持軸１０２２に対し軸方向に所定の間隔で整列配置されるように、スペーサ１１２０あるいは適当なシムを設ける構成を示す図である。スペーサ１１２０は、図３３で説明したように、可撓アーム１０２６が軸方向に摺動することができるように、適当な隙間を開けて配置されることが好ましい。
【０２１３】
円環状薄板可動子を用いる気体圧アクチュエータは、ＸＹθ移動機構のテーブルのアクチュエータとして利用できる。図３５は、ＸＹθ移動機構１１４０の平面図で、筐体１１４２の中央に設けられる矩形の案内穴１１４４の中に配置される矩形テーブル１１４６を８個の気体圧アクチュエータ１０９０を用い、図３５に示すＸＹ平面内での移動、及びＸＹ平面に垂直なＺ軸周りにθ回転を行うものの構成が示される。ここで、８個の気体圧アクチュエータ１０９０は、図３０で説明した構成のものである。もちろん、これ以外の構成の円環状薄板可動子を備える気体圧アクチュエータを用いてもよい。８個の気体圧アクチュエータ１０９０のうち、図３５の紙面において矩形テーブル１１４６の左右に配置され、移動軸方向がＸ方向に平行な４つは、Ｘ軸アクチュエータで、紙面において矩形テーブル１１４６の上下に配置され、移動軸方向がＹ方向に平行な４つは、Ｙ軸アクチュエータである。これらの複数の気体圧アクチュエータ１０９０を組み合わせて駆動制御し、その協働によって、矩形テーブル１１４６をＸＹθ移動させることができる。
【０２１４】
例えばＸ軸方向の動作については、４組のＸアクチュエータの動作のみを考えればよい。さらに単純にするには、この４組を左半分の２組と右半分の２組に分け、左半分の２組は共に同じ動作をし、右半分の２組は共に同じ動作をする場合を考えればよい。この場合の動作は、Ｘ軸方向の移動が制御できる。同様に、４組のＹアクチュエータについて上半分の２組と下半分の２組をそれぞれ同じ動作をするものとしてＹ軸方向の移動が制御できる。このように、矩形テーブル１１４６をＸＹ平面内で任意の位置に移動させることができる。
【０２１５】
さらに、４組のＸアクチュエータのうち、右上のものと左下のものとを組にし、右下のものと左上のものとを別の組にし、それぞれの組の移動量を異ならせることで、Ｚ軸周りに矩形テーブル１１４６を回転させることができる。４組のＹアクチュエータを用いてもよい。このようにして、矩形テーブル１１４６をＺ軸周りにθ回転させることができる。また、上記のＸＹ平面内移動とθ回転とを組み合わせて、任意のＸＹθ移動を行せることができる。
【０２１６】
なお、これらのＸアクチュエータ、Ｙアクチュエータは、それぞれ４つずつである必要はなく、例えばそれぞれ又はいずれかを４つ以外の数で構成してもよい。また、左右対称に配置する必要もなく、矩形テーブル１１４６の形状、要求性能等に合わせ適当な配置をとることができる。また、例えば、Ｘ軸方向について左右それぞれ２つずつでなくて、一方側を１つ、他方側を２つというように、左右について配置数を異ならせてもよい。Ｙ軸方向の配置についても同様に配置数を非対称としてもよい。また、Ｘアクチュエータの合計数と、Ｙアクチュエータの合計数を異ならせてもよい。例えば、Ｘアクチュエータ合計４つ、Ｙアクチュエータを合計２つとしてもよい。
【０２１７】
このように、矩形テーブル１１４６を駆動する場合に、円環状薄板可動子を備える気体圧アクチュエータを用いることで、高精度の微小移動を広い範囲で確保でき、また、球面座機構を要することなく、矩形テーブル１１４６の傾きに追従しながら駆動力を矩形テーブル１１４６に伝達することができる。
【０２１８】
円環状薄板可動子を用いる気体圧アクチュエータは、６自由度パラレルリンク機構のアクチュエータとして利用できる。図３６は、気体圧アクチュエータを６つ用いて６自由度パラレルリンク機構１１５０を構成する例を示す図である。６自由度パラレルリンク機構１１５０は、ベース１１５２と、可動ステージ１１５４との間を６つの気体圧アクチュエータ１１６０を所定の角度配置で取り付けることで構成される。ここで、６つの気体圧アクチュエータ１１６０は、その内部に円環状薄板可動子を含んでいる。この構成は、一般的な６自由度パラレルリンクにおける構成の６つのアクチュエータを気体圧アクチュエータ１１６０に置き換えたもので、周知の制御法により、６つの気体圧アクチュエータ１１６０の変位量をそれぞれ制御することで、可動ステージ１１５４をベース１１５２に対し、Ｘ，Ｙ，Ｚ，φ，θ，ψの６自由度で運動させることができる。
【０２１９】
図３７は、図３６の６自由度パラレルリンク機構１１５０に用いられる気体圧アクチュエータ１１６０回りの構成を示す図である。気体圧アクチュエータ１１６０は、出力可動子１１６２の形状がやや異なっている程度で、他は複数の円環状薄板可動子１０２０及び複数の円環状平板可動子１１３０を含め、図３１で説明した気体圧アクチュエータ１１００の構成とほぼ同様のものを用いることができるので、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。もちろん、これ以外の構成の円環状平板可動子を備える気体圧アクチュエータを用いてもよい。気体圧アクチュエータ１１６０の案内部１１０２にはベース側可撓継手１１６４の一端が取り付けられ、ベース側可撓継手１１６４の他端は、図３６の６自由度パラレルリンク機構１１５０におけるベース１１５２の所定位置に取り付けられる。また、出力可動子１１６２には可動ステージ側可撓継手１１６６の一端が取り付けられ、可動ステージ側可撓継手１１６６の他端は、図３６の６自由度パラレルリンク機構１１５０における可動ステージ１１５４の所定位置に取り付けられる。各気体圧アクチュエータ１１６０の制御部１１６８は、それぞれの案内部１１０２に取り付けられる。
【０２２０】
図３８は、６自由度パラレルリンク機構１１５０用の他の気体圧アクチュエータ１１７０を示す図である。図３７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。ここでは、ベース側可撓継手１１７２を可撓性パイプとし、これを通して制御気体圧Ｐ1の供給をベース１１５２側から行うところに特徴がある。これにより制御部を個々のアクチュエータに設けずに軽量小型化を図ることができる。
【０２２１】
このように、図３６の６自由度パラレルリンク機構１１５０において、可動ステージ１１５４をベース１１５２に対し駆動する場合に、円環状平板可動子を備える気体圧アクチュエータを用いることで、高精度の微小移動を広い範囲で確保でき、また、球面座機構を要することなく、可動ステージ１１５４の相対的な傾きに追従しながら駆動力を可動ステージ１１５４に伝達することができる。
【０２２２】
３．気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態について詳細に説明する。以下においてスラスト軸受機構は、アクチュエータのスラスト出力を移動テーブル等のベースに伝達するための中間軸受機構の形態で説明するが、これは隙間間隔の高精度化を利用する一実施形態であって、それ以外に、一般的な回転軸のスラスト軸受機構等にもちろん実施できる。また、以下において気体供給口は中間軸受体の底面部に設けられるものとしたが、ベースの気体受壁に設けてもよい。同様に、減速用くぼみ及び気体流路浅溝は中間軸受体の底面部に設けられるものとしたが、ベースの気体受壁に設けてもよい。また、以下に説明する形状、寸法、浅溝の配置、その数等は、一例であって、用途に応じ適当に変更して用いることができる。
【実施例１】
【０２２３】
図３９は、スラスト気体軸受機構２０１０の構成を説明する図である。このスラスト気体軸受機構２０１０は、アクチュエータ２００８のＸ軸方向出力を、中間軸受体２０２０を介して移動テーブルのベース２０５０に伝達するスラスト力伝達機構の中で利用されるものである。例えば、移動テーブルをＸ軸方向に精度よく移動させるには、アクチュエータ２００８の移動の高精度化とともに、スラスト気体軸受機構の軸受隙間の隙間間隔の高精度化が求められる。ここで、中間軸受体２０２０とベース２０５０と、それらが向かい合う軸受隙間２０４０とでスラスト気体軸受機構２０１０を構成する。
【０２２４】
図３９（ａ）は、ベース２０５０をとり除いたときの中間軸受体２０２０の底面部を示し、図３９（ｂ）は、スラスト気体軸受機構２０１０を含むスラスト力伝達機構について、図３９（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図である。
【０２２５】
スラスト気体軸受機構２０１０は、ベース２０５０のスラストを受ける面である気体受壁２０５２と、中間軸受体２０２０の底面部である気体受面２０２２とを向かい合わせ、気体受壁２０５２と気体受面２０２２との間を軸受隙間２０４０とする構成をとる。中間軸受体２０２０は、中心軸に沿って貫通穴２０２３が設けられる円柱状の部材である。貫通穴２０２３は、気体受面２０２２において気体供給口２０２４として開口する。中間軸受体２０２０の気体受面２０２２には、図３９（ａ）に示すように、気体供給口２０２４が開口する他に、減速用くぼみ２０２６、複数の気体流路浅溝２０２８が設けられる。
【０２２６】
各気体流路浅溝２０２８は、気体供給口２０２４を中心として径方向に沿いながら外周方向に向かって放射状に延び、それぞれ終端部２０３０を有する。図３９の場合では気体流路浅溝２０２８が１６本、すなわち気体供給口２０２４を中心として放射状に円周方向の角度で２２．５度間隔に設けられているが、もちろんその数は用途、要求性能に応じ増減することができる。なお、図３９（ａ），（ｂ）において、気体供給口２０２４から軸受隙間２０４０に流れる気体２００６の流れの一部を、矢印付きの流れ線で示してある。
【０２２７】
図４０は、１つの気体流路浅溝２０２８についてその周辺部の拡大図である。ここで示された気体流路浅溝２０２８は、図３９（ａ）のＢ−Ｂ線に沿って配置されたものである。図４０（ａ）は中間軸受体２０の底面部を示し、図４０（ｂ）は、Ｂ−Ｂ線に沿った断面図であり、そこではベース２０５０、気体受壁２０５２、軸受隙間２０４０が示される。
【０２２８】
気体供給口２０２４は、上記のように中間軸受体２０２０の底面部の中心に設けられる円形開口で、貫通穴２０２３から軸受支持気体を軸受隙間２０４０に供給する機能を有する。その寸法の一例を上げると、中間軸受体の直径を約３０ｍｍとして、気体供給口２０２４の直径は約５ｍｍ程度とすることができる。
【０２２９】
減速用くぼみ２０２６は、気体供給口２０２４の直径より大きな直径を有し、気体供給口２０２４と同心の円形形状の浅いくぼみである。図４０（ａ）においては、気体受面２０２２の面の高さを（０）とし、減速用くぼみ２０２６の高さを（−）として、減速用くぼみ２０２６が気体受面２０２２より沈んでいることを示してある。減速用くぼみ２０２６は、気体供給口２０２４から流れ出す気体２００６、実際には噴き出す気体２００６を、複数の気体流路浅溝２０２８に案内して径方向に流す前に、気体供給口２０２４の流路断面より広い流路断面に一旦広げて、その流速を減速させる機能を有する。減速の度合いは、気体供給口２０２４の直径に対する減速用くぼみ２０２６の直径の大きさ、減速用くぼみ２０２６のくぼみ深さ等で定められる。その寸法の一例は、上記の気体供給口２０２４の直径を約５ｍｍとして、減速用くぼみ２０２６の直径を約１０ｍｍとすることができる。また、減速用くぼみ２０２６のくぼみ深さは、１０μｍから２０μｍ程度、好ましくは１２μｍから１５μｍ程度とすることがよい。
【０２３０】
気体流路浅溝２０２８は、減速用くぼみ２０２６から中間軸受体２０２０の外周方向に向かって延び、終端部２０３０を有する細い浅溝である。図４０（ａ）においては、気体流路浅溝２０２８の高さを（−）として、気体受面２０２２より沈んでいることを示した。終端部２０３０は、気体流路浅溝２０２８が径方向に沿いながら外周方向に向かって延びた後に、図４０（ａ）に示すように円周方向に沿って延びて終わる形状を有する。つまり、気体流路浅溝２８は径方向に沿って所定の長さだけ延びた後、そこで延びる方向を円周方向に沿うように変えて、少し延びて終わる。別の見方をすれば、終端部２０３０は、気体流路浅溝２０２８の径方向に沿って延びるときの幅を広げながら円周方向に延びる形状を有する。
【０２３１】
気体流路浅溝２０２８及びその終端部２０３０の機能は、いわゆるラジアルスリット絞りの機能である。すなわち、気体供給口２０２４から噴出する気体は減速用くぼみ２０２６で減速された後、複数の気体流路浅溝２０２８のそれぞれに導かれ、その細い浅溝に案内されて径方向に沿って流れるが、気体流路浅溝２０２８は終端部２０３０を有するので、流れる気体はそこで行き止まりとなる。行き止まりとなった気体は、気体受面２０２２と向かい合う気体受壁２０５２との間に絞られながら漏れ出て、気体受面２０２２と気体受壁２０５２との間の隙間を広げて軸受隙間２０４０を形成し、ベース２０５０に対し中間軸受体２０２０を浮上させる。
【０２３２】
軸受隙間２０４０の形成は、ベース２０５０に対する中間軸受体の押し付け力、すなわちアクチュエータ２００８によって中間軸受体２０２０を介してベース２０５０に与えるスラスト力と、軸受隙間２０４０に供給される気体の供給圧等の関係で定めることができる。つまり、気体の供給圧を制御することで軸受隙間を制御することができ、スラスト力に応じて気体の供給圧を制御することで軸受隙間の隙間間隔を一定になるように制御できる。あるいは、隙間間隔を所定のものになるように自在に制御することもできる。
【０２３３】
気体流路浅溝２０２８の寸法の一例を上げると、上記の中間軸受体２０２０の直径を約３０ｍｍ、減速用くぼみ２０２６の直径を約１０ｍｍとして、気体流路浅溝２０２８の径方向に沿って外周方向に向かって延びる部分の幅を０．６ｍｍ程度、気体供給口２０２４の中心から終端部２０３０の最外周側までの径方向に沿った距離を１２ｍｍとできる。この場合、減速用くぼみ２０２６の最外周側から始まる気体流路浅溝２０２８の終端部２０３０の最外周側までの径方向に沿った長さは、（１２ｍｍ−１０ｍｍ／２）＝７ｍｍとなる。終端部２０３０の円周方向への広がりは、１６本の気体流路浅溝２０２８が気体供給口２０２４を中心として円周方向角度について２２．５度間隔で設けられる上記の場合、気体供給口２０２４を中心とする円周方向角度で約１６度程度の広がりとすることができる。気体流路浅溝２０２８の溝深さは、減速用くぼみ２０２６のくぼみ深さと同じとすることができる。もちろん、用途、性能の面から、減速用くぼみ２０２６のくぼみ深さよりさらに浅くし、あるいはさらに深くして、絞り効果を変更してもよい。
【０２３４】
上記構成のスラスト気体軸受機構２０１０の作用を説明する。スラスト力伝達機構の中のスラスト気体軸受機構２０１０においては、アクチュエータ２００８は移動テーブルのベース２０５０に向かって中間軸受体２０２０をＸ軸方向に移動させる。中間軸受体２０２０の軸方向中心に設けられる貫通穴２０２３には図示されていない気体供給部から供給気体圧が制御された気体２００６が供給される。貫通穴２０２３は、中間軸受体２０２０の底面部である気体受面２０２２に気体供給口２０２４として開口するので、気体２００６は、ベース２０５０の気体受壁２０５２と中間軸受体２０２０の気体受面２０２２との間の軸受隙間２０４０に噴き出して流れる。供給気体圧の大きさは、軸受隙間２０４０の隙間間隔を一定に維持するように、アクチュエータ２００８のスラスト力に応じた制御が行われるのが好ましい。なお、スラスト力の変化が少ない場合は、供給気体圧を一定に維持することでもよい。
【０２３５】
気体供給口２０２４から噴き出す気体２００６は、気体供給口２０２４の直径より大きな直径を有する円形形状の減速用くぼみ２０２６に広がり、ここで減速される。その後、減速された気体は、減速用くぼみ２０２６から径方向に沿って外周方向に延びる気体流路浅溝２０２８に導かれる。気体流路浅溝２０２８は終端部２０３０で行き止まりとなるので、気体流路浅溝２０２８を流れてきた気体はそこで軸受隙間２０４０の方に漏れ出る。漏れ出る際に、気体は気体受壁２０５２と気体受面２０２２との隙間によって絞られる。この絞りにより、流れが整流化され、流れの乱れが抑制され、軸受隙間２０４０の隙間間隔の維持の安定性が改善される。
【０２３６】
気体流路浅溝２０２８の流路面断面積は、上記の例で、０．６ｍｍ×（１０μｍから２０μｍ）であり、１６本分を合わせても気体供給口２０２４の流路断面積に比べ格段に小さい。そのために高圧高速の気体がここに供給されるとその入力側で縮流が生じ、その結果、隙間間隔が変動する振動を生じることがある。気体供給口２０２４と気体流路浅溝２０２８との間に設けられる減速用くぼみ２０２６は、気体供給口２０２４の直径より大きな直径を有し、流路断面積の急変を緩和して気体供給口２０２４からの気体２００６の流速を減速するので、軸受隙間２０４０の隙間間隔の振動を抑制する。したがって、軸受隙間２０４０の隙間間隔を高精度に維持することができ、アクチュエータ２００８による中間軸受体２０２０を介した移動テーブルのベース２０５０のＸ軸方向の移動駆動を高精度なものとすることが出来る。
【０２３７】
上記においては、減速用くぼみ２０２６と、終端部２０３０を有する気体流路浅溝２０２８とを、中間軸受体２０２０の底面部に作りこむこととして説明した。このような構造は、中間軸受体２０２０の底面部において精密なエッチング加工、またはコイニング加工、ショットピーニング加工等を用いることで実現できる。また、減速用くぼみ２０２６と、終端部２０３０を有する気体流路浅溝２０２８を含む部分を上記の加工方法を用いて別部材に作りこみ、これを平坦な底面部を有する中間軸受体２０２０に固着して取り付けることも出来る。
【実施例２】
【０２３８】
軸受隙間２０４０の振動を抑制する別のスラスト気体軸受機構２０６０の構造を図４１、図４２に示す。ここで、図３９、図４０と共通の要素には同一の符号を付し、以下において詳細な説明を省略する。図４１（ａ），（ｂ）は、図３９（ａ），（ｂ）に対応してスラスト気体軸受機構２０６０の構成を説明する図である。ここで、中間軸受体２０７０とベース２０５０と、それらが向かい合う軸受隙間２０４０とでスラスト気体軸受機構２０６０を構成する。このように、ここでのスラスト気体軸受機構２０６０は、図３９、図４０で説明したスラスト気体軸受機構２０１０に比較して中間軸受体７０の構造が相違する。
【０２３９】
図４１（ａ）に示されるように、中間軸受体２０７０の気体受面２０２２には、気体供給口２０２４が開口する他に、複数の扇状くぼみ２０７２、気体供給口２０２４の周囲のＲ部２０７４が設けられる。図４１（ａ）においては、気体受面２０２２の面の高さを（０）とし、扇状くぼみ２０７４の高さを（−）として、扇状くぼみ２０７２が気体受面２０２２より沈んでいることを示してある。
【０２４０】
扇状くぼみ２０７２は、気体供給口２０２４を中心として外周方向に向かって放射状に延びながら扇状に広がるくぼみである。図４１の場合、扇状くぼみ２０７２は４つ設けられているが、もちろんその数は用途、要求性能に応じ増減することができる。扇状くぼみ２０７２のくぼみ深さは、図３９、図４０に関連して説明した減速用くぼみ２０２６と同様に、１０μｍから２０μｍ程度、好ましくは１２μｍから１５μｍ程度とすることがよい。
【０２４１】
隣接する扇状くぼみ２０７２の間には、細い帯状に気体受面２０２２の部分が残される。この細い帯状部分の幅Ｗは、図３９で説明した中間軸受体の直径が約３０ｍｍ、気体供給口の直径が約５ｍｍの例において、Ｗ＝１ｍｍから２ｍｍ程度とすることが出来る。
【０２４２】
Ｒ部２０７４は、気体供給口２０２４の円形開口の円周縁をなだらかにするＲ部である。Ｒの大きさは、気体の流れを乱さない程度の適当な大きさでよい。また、Ｒ部の代わりに、扇状くぼみの（−）より一段と低くしたくぼみ（−−）の溝部を気体供給口２０２４の円形開口の周囲に形成し、流れをそこで減速させることでもよい。
【０２４３】
図４２は、２つの扇状くぼみ２０７２の間の帯状部分の気体受面２０２２についてその周辺部の拡大図である。ここで示された帯状部分の気体受面２０２２は、図４１（ａ）のＢ−Ｂ線に沿って配置されたものである。
【０２４４】
ここで、図４１（ｂ）、図４２において、気体供給口２０２４から軸受隙間２０４０に流れる気体２００６の流れの一部を、矢印付きの流れ線で示してある。このように、気体供給口２０２４から流れ出す気体２００６は、扇状くぼみ２０７２に案内されて、外周方向に向かって広がりながら流れる。そして、扇状くぼみ２０７２の平面形状の縁で行き止まりとなるので、行き止まりとなった気体は、気体受面２０２２と向かい合う気体受壁２０５２との間に絞られながら漏れ出て、気体受面２０２２と気体受壁２０５２との間の隙間を広げて軸受隙間２０４０を形成し、ベース５０に対し中間軸受体２０７０を浮上させる。
【０２４５】
ここで、扇状くぼみ２０７２は、浅いくぼみではあるが広い面積を有する扇状くぼみ２０７２に案内される。したがって、図３９で説明した狭い気体流路浅溝２０２８に比べ、大きな流路断面積を有し、気体供給口２０２４のからの流路断面積の急変をある程度緩和する。したがって、流路断面積の急変による軸受隙間４０の隙間間隔の振動を抑制し、軸受隙間２０４０の隙間間隔を高精度に維持することができる。
【実施例３】
【０２４６】
上記において、例えば図３９に示されるように、各気体流路浅溝２０２８は、気体供給口２０２４を中心として径方向に沿いながら外周方向に向かって放射状に延び、それぞれ終端部２０３０を有するものとして、つまり、各終端部２０３０はそれぞれ独立して他と接続していないものとして、説明した。これに対し、終端部を接続するものとすることができる。例えば、全部の終端部２０３０を円周上で接続し、外周側で１つの円環状の細溝を形成するものとすることができる。また、全部の終端部２０３０を接続するのではなく、複数の終端部２０３０を１つのグループとして、各グループごとに、複数の終端部２０３０を円周上で接続するものとできる。例えば、図３９（ａ）では、１６個の終端部２０３０が示されているが、これを４つのグループに分け、それぞれ４つの終端部２０３０を接続するものとできる。この場合は、外周側に、４つの終端部が形成されることになる。
【実施例４】
【０２４７】
図３９、図４０におけるスラスト気体軸受機構２０１０においては、気体流路浅溝２０２８は、減速用くぼみ２０２６から中間軸受体２０２０の外周方向に向かって延びるものとして説明した。すなわち、気体流路浅溝２０２８と減速くぼみ２０２６は、気体受面２０２２より沈んでいる量は同じである。ここで、気体受面２０２２よりの沈み量を、減速くぼみ２０２６と気体流路浅溝２０２８とで異ならせることができる。図４３は、気体受面２０２２から見て、減速くぼみ２０２６の方が気体流路浅溝２０２８より浅い中間軸受体２０８０の構造を示す図である。ここで、図３９、図４０と共通の要素には同一の符号を付し、以下において詳細な説明を省略する。図４３（ａ），（ｂ）は、図４０（ａ），（ｂ）に対応して中間軸受体２０８０の構成を説明する図である。
【０２４８】
減速用くぼみ２０８２は、気体供給口２０２４の直径より大きな直径を有し、気体供給口２０２４と同心の円形形状の浅いくぼみである。その気体受面２０２２からの沈み量は、気体流路浅溝２０２８の沈み量より少ない。すなわち、気体流路浅溝２０２８の深さより浅い。図４３（ａ）においては、気体受面２０２２の面の高さを（０）とし、減速用くぼみ２０２６の高さを（−）とし、気体流路浅溝２０２８の高さを（−−）として、減速用くぼみ２０２６が気体受面２２より沈んでおり、かつ気体流路浅溝２０２８より浅いことを示してある。減速用くぼみ２０２６は、気体供給口２０２４から流れ出す気体２００６、実際には噴き出す気体２００６が、複数の気体流路浅溝２０２８に流れ込み、そこから軸受隙間２０４０に流れ出す前に、軸受隙間の流路断面より広い流路断面に一旦広げて、その流速を減速させる機能を有する。減速の度合いは、気体供給口２０２４の直径に対する減速用くぼみ２０２６の直径の大きさ、減速用くぼみ２０２６のくぼみ深さの他に、気体流路浅溝２０２８の溝深さ、隣接する気体流路浅溝の間の間隔等で定められる。その寸法の一例は、上記の気体供給口２０２４の直径を約５ｍｍとして、気体流路浅溝２０２８の溝深さを１０μｍから４０μｍ程度として、減速用くぼみ２０２６の直径を約１０ｍｍとし、減速用くぼみ２０２６のくぼみ深さを、３μｍから１０μｍ程度、好ましくは約５μｍ前後とすることがよい。
【０２４９】
気体流路浅溝２０２８より浅い減速用くぼみは、テーパ状のくぼみであってもよい。図４３（ｃ）は、気体供給口である貫通穴２０２３のところで気体流路浅溝２０２８の深さより浅く、外周に向かってさらに浅くなるテーパくぼみの例を示す図である。このように、テーパ状の減速用くぼみ２０８４とすることで、気体の流れを、より滑らかなものとすることができる。
【実施例５】
【０２５０】
段差状の減速用くぼみと、テーパ状の減速用くぼみとを併用することで、気体供給口から軸受隙間に流れる気体の流れについて、縮流の程度を緩和でき、軸受隙間に流れ出す際の振動を抑制することができる。図４４は、段差状の減速くぼみ２０８２とテーパ状の減速くぼみ２０９２とを併用する一例を示す図である。ここで、図３９、図４０と共通の要素には同一の符号を付し、以下において詳細な説明を省略する。図４４（ａ），（ｂ）は、図４０（ａ），（ｂ）に対応して中間軸受体２０９０の構成を説明する図である。ここでは、テーパ状の減速くぼみ２０９２の貫通穴２０２３のところにおける気体受面２０２２からの沈み量は、気体流路浅溝２０２８より浅く、段差状減速くぼみ２０８２よりも深く、テーパ状の減速くぼみ２０９２の半径は、段差状の減速用くぼみ２０８２の半径より短いものとして示されている。
【０２５１】
段差状減速くぼみとテーパ状減速くぼみは、スラスト気体軸受機構の用途に応じ、その配置の組合せを選択することができる。図４５は、段差状減速くぼみ２０８２に対し、テーパ状減速くぼみの沈み量Ｈと、半径Ｒを変更する例を示す図である。これらの図は、中間軸受体における気体流路浅溝に沿った断面図で、各図において、貫通穴２０２３の右側の図は断面において向こう側の壁の様子も示す一般的な断面図であり、左側の図は断面において向こう側の壁を省略し、気体流路浅溝の断面形状を示してある。また、これらの図では、図４３で説明したものと同様に、段差状減速くぼみ２０８２の沈み量を気体流路浅溝２０２８の沈み量より浅いものとしてある。もちろん、段差状減速くぼみの沈み量と気体流路浅溝の沈み量を同じとして、これにテーパ状減速くぼみを組み合わせることができる。
【０２５２】
図４５（ａ）と（ｂ）は、テーパ状減速くぼみの貫通穴２０２３における沈み量Ｈ２を、気体流路浅溝２０２８の沈み量よりも深くする例である。図４５（ａ）は、テーパ状減速くぼみ２０９１の半径Ｒ１が、段差状減速くぼみ２０８２の半径より小さい例を示す。図４５（ｂ）は、テーパ状減速くぼみ２０９３の半径Ｒ３が、段差状減速くぼみの半径より大きい例を示し、この場合は、結果として段差状減速くぼみがなくなっている。
【０２５３】
図４５（ｃ）と（ｄ）は、テーパ状減速くぼみの貫通穴２０２３における沈み量Ｈ１を、段差状減速くぼみ２０８２の沈み量よりは深く、気体流路浅溝２０２８の沈み量よりも浅くする例である。図４５（ｃ）は、テーパ状減速くぼみ２０９２の半径Ｒ１が、段差状減速くぼみ２０８２の半径より小さい例を示し、上記で説明した図４４の場合に相当する。図４５（ｄ）は、テーパ状減速くぼみ２０９４の半径Ｒ３が、段差状減速くぼみの半径より大きい例を示し、この場合は、結果として段差状減速くぼみがなくなっている。なお、図４５（ｅ）は、テーパ状減速くぼみ２０８４の半径Ｒ２が、ちょうど段差状減速くぼみの半径と同じ場合で、上記で説明した図４３（ｃ）の場合に相当する。
【０２５４】
これらの軸受機構において、供給圧力を制御して気体受壁と気体受面との間の隙間間隔を制御しアクチュエータとして働かせるときにも、上記の構成をとることで軸受間隔を高精度化できるので、特に有用である。また、上記の構成をとる軸受機構を直列に配置することで、アクチュエータとしてのストロークを大きくとることもできる。
【０２５５】
４．気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置
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。
【０２５６】
最初に、微小変位を生成する可動子として、複数の平板状可動子を用いる場合及びその応用例を説明し、ついで、薄板可動子と平板可動子とを交互に配置したものを用いる場合について説明する。
【実施例６】
【０２５７】
以下では、平板状可動子として、円形の外形を有し、中央に支持軸に適合する穴を有する円環状平板を用いる円環平板状可動子について説明するが、平面寸法に比較して板厚の薄い平板であればよく、外形は円形でなくてもよい。例えば多角形の外形、楕円の外形、曲面の外形を有する平板であってもよい。また、平板状可動子と支持軸との支持構造は、円形の穴と丸棒の関係として説明するが、それ以外の支持構造であってもよい。例えば、支持軸が丸棒であるが、支持構造として支持軸の外形を多角形にし、平板状可動子の支持穴をそれに対応する多角形穴としてもよい。なお、このようにすることで、支持軸周りの回転を抑制することが容易となる。もちろん、支持軸の軸断面形状を多角形以外の形状、例えば楕円形としてもよい。
【０２５８】
図４６は、複数の平板状可動子を用いる微小変位出力装置３０１０を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は正面図である。なお、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向を図中に示してある。図４７は、微小変位出力装置３０１０の拡大断面図で、ここではＺ方向に沿った隙間等の関係を分かりやすくするため、Ｙ方向における拡大率よりもＺ方向における拡大率を大きくとってある。また、図４６（ｃ）には、微小変位出力装置３０１０の構成要素ではないが、微小変位を受ける対象物３００６と、微小変位出力装置３０１０を配置しておくためのベース３００８が示されている。対象物３００６は、例えばＺ方向に微小移動可能なテーブルでもよく、あるいはＺ方向に微小量移動させたい重量のある試験物であってもよい。ベース３００８は、制御された気体圧ＰSを有する気体を微小変位出力装置３０１０に供給するための供給口３００２と、微小変位出力装置３０１０から気体を排出するための排気口３００４とを有することが好ましく、図４６（ｃ）では、その好ましい形態が示されている。
【０２５９】
微小変位出力装置３０１０は、制御された気体圧を入力することで、伝達部３０１８からＺ方向に沿った微小変位を外部に出力する機能を有する装置である。ここで、出力される微小変位とは、ナノｍ（ｎｍ）から数十ナノｍ程度の精度を有しながら、数μｍから数１００μｍの範囲の変位である。
【０２６０】
微小変位出力装置３０１０は、筐体部３０１２と、筐体部３０１２の上面を覆う蓋部３０１４を含んで構成される平円筒形の外形を有している装置である。筐体部３０１２と蓋部３０１４とで囲まれる内部空間には、支持軸３０２２の軸方向に整列配置されて取り付けられる複数の平板状可動子３０２０と、複数の平板状可動子３０２０の最先端側の平板状可動子に向かい合う出力可動子３０４０とが含まれる。
【０２６１】
筐体部３０１２は、筒部３０５０と、底部３０５２とを有し、底部３０５２から見て上方、すなわち＋Ｚ方向側が開口している筒状部品である。底部３０５２には、外壁に設けられ制御気体圧ＰSを有する気体を受け入れる取入口３０５４と、内壁すなわち底面に設けられる気体供給口３０５６と、取入口３０５４と気体供給口３０５６とを接続する気体流路３０５５が設けられる。取入口３０５４、気体流路３０５５、気体供給口３０５６のいずれかに適当な絞り部が設けられることが好ましい。
【０２６２】
絞り部は、流体抵抗を増加させて気体の流れを整流する機能を有する素子又は構造である。かかる絞り部としては、平行隙間絞りを用いることができる。平行隙間絞りは、ドーナツ状に中央穴を有する円環板と、円環板と外形が同じの円板とを狭い平行隙間で配置したもので、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。また、多孔質材料をポケット開口の中に配置するものを絞り部として用いてもよい。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。もちろん、制御性の必要が少ない場合は、絞り部として、通常のオリフィス等を用いることができる。
【０２６３】
筐体部３０１２の底部３０５２には、支持軸３０２２が＋Ｚ方向に先端を向けて取り付けられる。支持軸３０２２は、複数の平板状可動子３０２０を軸方向、すなわちＺ方向に沿って、整列配置させて取り付け支持する機能を有する軸部品である。なお、支持軸３０２２の先端は、出力可動子３０４０と接触しないように配置される。
【０２６４】
蓋部３０１４は、筐体部３０１２の先端側開口を覆う部材である。蓋部３０１４は、筐体部３０１２の筒部３０５０と一体化できるリング部３０１５と、中央に配置される円板状の伝達部３０１８と、リング部３０１５と伝達部３０１８との間を接続する弾性材料から構成されるメンブレム状の薄板３０１６とを含んで構成される。薄板３０１６は、蓋部３０１４と筐体部３０１２とが一体化したときに、伝達部３０１８を介して適当な付勢力を出力可動子３０４０に与えるように、その形状が設定される。これによって蓋部３０１４は、出力可動子３０４０に押付力を与える押付力発生手段としての機能と、伝達部３０１８の底面側が出力可動子３０４０の中央部に接することで伝達部３０１８の上面側から出力可動子の変位出力を外部に伝達する変位出力手段としての機能とを有する。また、メンブレム状の薄板３０１６が伝達部３０１８とリング部３０１５とにそれぞれ隙間なく支持され、リング部３０１５と筐体部３０１２の筒部３０５０とが隙間なく一体化されるときは、蓋部３０１４は、筐体部３０１２と共に、取入口３０５４と排気口３０５８とを除いて、内部空間を気密に保つ機能を有する。
【０２６５】
かかる蓋部３０１４としては、伝達部３０１８の直径、すなわち薄板３０１６の内側直径を約２０ｍｍ、リング部３０１５の内径、すなわち薄板３０１６の外側直径を約１５０ｍｍとし、薄板３０１６として、板厚が約１ｍｍから約２ｍｍのステンレス薄板を用いて構成することができる。この構成例では、膜モデルの試算によれば、伝達部３０１８のＺ方向の出力変位ΔＺ＝１ｍｍのとき、薄板３０１６に生じる応力を許容値より十分低いものとすることができる。
【０２６６】
複数の平板状可動子３０２０は、隣接する平板状可動子３０２０の間の隙間量を変化させることで、その隙間量の変化分だけ出力可動子３０４０を移動変位させる機能を有する微小移動可動子である。平板状可動子３０２０は、筐体部３０１２の底部３０５２の底面と、出力可動子３０４０の底面との間に、支持軸３０２２の軸方向に沿って複数整列配置される。
【０２６７】
図４８の斜視図、図４９の正面図及び側面図に、平板状可動子３０２０の詳細構成を示す。平板状可動子３０２０は、支持軸３０２２に支持される可動子で、円環状平板３０２４と、雲形状の可撓アームを有する薄板からなるいわゆる雲形バネ３０２６を含んで構成される。このとき、円環状平板３０２４は、平板面を支持軸３０２２の軸方向に対し垂直方向として支持される。
【０２６８】
円環状平板３０２４は、円板の中央部に同心円の開口を有するドーナツ型の部材である。円環状平板３０２４には、その平板面の一方の面、あるいは両側の面に、中心から放射状に延びる複数の細溝３０３０が設けられる。放射状に延びる細溝３０３０は、円環状平板の３０２４の内径側で共通化してくぼみとなっている。図５０は、円環状平板３０２４の内径側の部分の拡大断面図である。円環状平板３０２４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くぼみ３０２８を形成し、そのくぼみ３０２８が各細溝３０３０の始発点となり、そこから所定の長さで細溝３０３０が径方向に延びる。径方向に延びた細溝３０３０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３０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３０２８及び細溝３０３０による表面絞りの形状は一例であって、他の適当な形状を有する表面絞りであってもよい。
【０２６９】
このようなくぼみ３０２８及び細溝３０３０は、円環状平板３０２４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、円環状平板３０２４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３０２８及び細溝３０３０を流れる気体が細溝３０３０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。
【０２７０】
かかる円環状平板３０２４の寸法の一例を述べると、外径が約３０ｍｍから約４０ｍｍ、内径が約１０ｍｍから１５ｍｍ、板厚が約０．１ｍｍから約０．２ｍｍ程度、くぼみ３０２８及び細溝３０３０の深さは約１３μｍから約１７μｍ、くぼみ３０２８の径方向の幅は約２ｍｍから４ｍｍ程度、細溝３０３０の幅は約０．２ｍｍ程度である。なお、図４８、図４９は、細溝３０３０等の深さを誇張して拡大してある。かかる円環状平板３０２４は、例えばＳＵＳ等の金属円板を加工して得ることができる。
【０２７１】
雲形バネ３０２６は、この円環状平板３０２４の内径側部分と、支持軸３０２２の外形との間を接続する薄板部材で、平板状可動子３０２０を支持軸３０２２に支持する支持部材である。雲形バネ３０２６のパターンは、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。また、雲形バネ３０２６は、支持軸３０２２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ように、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。かかる雲形バネ３０２６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。
【０２７２】
すなわち、支持軸３０２２に雲形バネ３０２６を介して円環状平板３０２４が支持される構成を有する平板状可動子３０２０は、支持軸３０２２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、すなわち支持軸３０２２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、平板状可動子３０２０は、支持軸３０２２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。
【０２７３】
上記構成の微小変位出力装置３０１０の作用、特に複数整列配置された平板状可動子３０２０の作用を以下に詳細に説明する。微小変位出力装置３０１０を動作させるときは、図４６（ｃ）に示すように、ベース３００８の上面に微小変位出力装置３０１０を置いて、ベース３００８の供給口３００２に図示されていない気体供給源を接続し、排気口は大気に開放しておく。図示されていない気体供給源は、気体圧を任意の値に制御して出力する機能を有することが好ましい。そして、ベース３００８の供給口３００２に制御された気体圧ＰSを有する気体を供給する。供給された気体圧ＰSを有する気体は、微小変位出力装置３０１０の筐体部３０１２の底部３０５２の取入口３０５４、気体流路３０５５、気体供給口３０５６及び図示されていない絞り部を通り、複数の平板状可動子３０２０に向かって供給される。
【０２７４】
複数の平板状可動子３０２０に気体を供給する手段としては、微小変位出力装置３０１０の外部に設けられる気体供給源と、微小変位出力装置３０１０における供給口、絞り部及びこれらに関連する流路等がこれに相当する。そこで、微小変位出力装置３０１０の外部に設けられる気体供給源と区別して、微小変位出力装置３０１０における供給口、絞り部及びこれらに関連する流路等を、微小変位出力装置３０１０における気体供給手段と呼ぶことができる。
【０２７５】
上記のように、平板状可動子３０２０は、筐体部３０１２の底部３０５２の底面と、出力可動子３０４０の底面との間に、支持軸３０２２の軸方向に沿って複数整列配置される。したがって、筐体部３０１２の気体供給口３０５６から複数の平板状可動子３０２０に向けて制御気体圧ＰSを有する気体が供給されると、気体は、最先端側平板状可動子３０２０と出力可動子３０４０の気体受面との間の隙間と、隣接する平板状可動子３０２０の間の各隙間と、最後端側平板状可動子３０２０と筐体部３０１２の底面との間の隙間とに、それぞれ流れる。
【０２７６】
ここでは、制御気体圧ＰSを有する気体は、筐体部３０１２の底面から複数の平板状可動子３０２０の各雲形バネ３０２６の気体通り抜け窓を通って、上記の各隙間を流れ、その後、筐体部３０１２の筒部３０５０の内壁に沿って流れて、筐体部３０１２の排気口３０５８から外気へ開放される。雲形バネ３０２６は平板状可動子３０２０の内径側に配置されているので、雲形バネ３０２６の気体通り抜け窓を通ってきた気体は、円環状平板３０２４の内径側から外径側に向かって各隙間を流れる。ここで、蓋部３０１４の薄板３０１６によって出力可動子３０４０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、制御気体圧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、平板状可動子３０２０を支持軸３０２２の軸方向、すなわちＺ方向に微小移動させることができる。
【０２７７】
例えば制御気体圧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、円環状平板の形状、隣り合う円環状平板の間の隙間、制御気体圧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とすると、複数の平板状可動子３０２０の全体の軸方向移動量は、Ｎ×Δｓとなり、移動量が、平板状可動子３０２０の数の増減で調整できる。
【０２７８】
一例を上げると、上記の平板状可動子３０２０の寸法で、隣り合う隙間の公称標準値を１０μｍ程度とし、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。上記のように、円環状平板の厚さは、約０．１ｍｍから約０．２ｍｍであるので、仮にＮ＝３０としても、２９個の平板状可動子３０２０の軸方向の全長は、約２．９ｍｍから約５．８ｍｍである。そして、ΔＰを０．１５ＭＰａとすれば、この２９個の平板状可動子３０２０によって、出力可動子３０４０及び伝達部３０１８に約２２０μｍの移動量を与えることができる。すなわち数ｍｍの全長に対し、約２２０μｍの移動量を与えることができる。しかも、その移動量は、Δｓ／ΔＰで定まり、気体圧の制御性は極めてよいので、その移動量の精度は、全ストロークについてきわめて高く維持することができる。
【０２７９】
そして、その際に、各平板状可動子３０２０は、スラスト方向に自由度が大きく、ラジアル方向に拘束が大きい特性を有するので、伝達部３０１８及び出力可動子３０４０のＹ方向からの傾きに追従してその傾きを変更することができる。すなわち、伝達部３０１８及び出力可動子３０４０の角度変化に追従しながら高精度の微小変位±Ｚ、又はその移動に必要な駆動力を、伝達部３０１８を介して対象物３００６に伝達することができる。
【実施例７】
【０２８０】
上記において、制御気体圧ＰSを有する気体は、各平板状可動子３０２０の各雲形バネ３０２６の気体通り抜け窓を通って供給され、各円環状平板３０２４の内径側から外径側に向かって各隙間を流れる。すなわち、制御気体圧ＰSを有する気体は、各平板状可動子３０２０の内径側から供給されて外径側に向かって流れる。
【０２８１】
上記構成の外に、制御気体圧ＰSを有する気体の供給を、各平板状可動子の円環状平板３０２４の内径と外径との間の中間のところから行うこともできる。そのような構成の平板状可動子３０２１の正面図及び側面図を図５１に、内径側の部分の拡大断面図を図５２に示す。図５３、図５４は、図５１の構成の変形例である。図４９、図５０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。
【０２８２】
ここで示される平板状可動子３０２１において、気体が供給される各気体通り抜け窓３０３２は、雲形バネ３０２６のところではなく、円環状平板３０２４の内径と外径との間の中間のところに複数個設けられる。詳しくは、円環状平板３０２４の内径と外径との間の領域に、半径方向に延びる複数の細溝３０３０と、円周方向に延びる複数の細溝３０３４とを組み合わせて、概略の平面形状が田の字形状である細溝パターン３０３１が設けられ、気体通り抜け窓３０３２は、この細溝パターン３０３１の中央部に配置される。すなわち、図５１において、田の字形状の細溝パターン３０３１は、半径方向に延びる２本の細溝３０３３と、円周方向に延びる２本の細溝３０３４とを接続して閉鎖された１つの細溝ループを形成させ、半径方向に延びる１本の細溝３０３３と、円周方向に延びる１本の細溝３０３４とを十文字に交差させて細溝ループの中に配置して構成される。そして、十文字の交差位置に、気体通り抜け窓３０３２が配置される。
【０２８３】
図５１の例では、田の字形状の細溝パターン３０３１が、円環状平板３０２４の内径と外径との間の中間のところに４つ、円周方向に沿って等間隔に設けられる。そして、各細溝パターン３１に対応して、それぞれ１つの気体通り抜け窓３２が設けられる。細溝パターン３０３１を構成する各細溝３０３３，３０３４の深さ及び幅は、図４９、図５０で説明した細溝３０３０の深さ及び幅と同じとすることができる。各気体通り抜け窓３０３２の形状及び大きさは適当に定めることができる。例えば直径数ｍｍの貫通穴とすることができる。
【０２８４】
各平板状可動子２１における気体通り抜け窓３０３２の配置は、支持軸３０２２に各平板状可動子３０２１が取り付けられたときに、対応する気体通り抜け窓３０３２の位置が、隣接する平板状可動子３０２１の間でほぼ一致するようにされることが望ましい。これによって、筐体部３０１２の気体供給口３０５６から、各気体通り抜け窓３０３２を通って、各隙間に制御気体圧ＰSを有する気体を供給することができる。各隙間に供給された気体は、各気体通り抜け窓３０３２から、細溝３０３３，３０３４を流れ、そこから、平板状可動子３０２１の内径側に向かって隣接する平板状可動子３０２１の間の隙間を流れる流れと、外径側に向かって隣接する平板状可動子３０２１の間の隙間を流れる流れとに分かれる。前者は、雲形バネ３０２６の気体通り抜け窓を通って排気され、後者は、平板状可動子３０２１の外周から排気される。
【０２８５】
気体通り抜け窓３０３２を有する田の字形状の細溝パターンの配置数は、４つに限られない。例えば、図５３には、８つの田の字形状の細溝パターン３０３５が、円環状平板３０２４の内径と外径との間の中間のところに配置される例が示される。また、細溝パターンに複数の気体通り抜け窓３０３２を配置するものとしてもよい。例えば、図５４は、１つの細溝ループの中に十文字に交差する細溝を２つ配置して、複合的田の字形状の細溝パターン３０３６として、各細溝パターン３０３６にそれぞれ２つの気体通り抜け窓３０３２を配置する例が示される。
【０２８６】
気体が供給される各気体通り抜け窓３０３２を円環状平板３０２４の内径と外径との間の中間のところに設けることに伴って、微小変位出力装置３０１０の筐体部３０１２の構造も変更される。すなわち、筐体部３０１２の底部３０５２の底面に設けられる気体供給口３０５６は、上記の気体通り抜け窓３０３２の位置に合わせて配置される。そして、排気口３０５８は、筐体部３０１２の筒部３０５０の内壁に向かって開口するものの他に、雲形バネ３０２６の気体通り抜け窓の位置に合わせて開口するものが設けられ、これらは内部で接続されて１つ又は２以上の排気口３０５８とされる。
【０２８７】
上記構成の平板状可動子３０２１を用いても、図４６等で説明した微小変位出力装置３０１０と同様な作用と効果を得ることができる。すなわち、制御気体圧ＰSを調整することで、高精度の微小変位±Ｚ、又はその移動に必要な駆動力を、伝達部３０１８を介して対象物６に伝達することができる。
【実施例８】
【０２８８】
次に、微小変位を生成する可動子として、薄板可動子と平板可動子とを交互に配置したものを用いる場合を説明する。
【０２８９】
以下では、薄板可動子として、円形の外形を有し、中央に支持軸に適合する穴を有する円環状薄板を用いる円環状薄板可動子について説明するが、細長い溝を板厚方向に貫通して加工できる程度の薄板であればよく、外形は円形でなくてもよい。すなわち、溝幅に比べて十分薄い板厚の薄い薄板であればよく、例えば多角形の外形、楕円の外形、曲面の外形を有する薄板であってもよい。また、薄板可動子と支持軸との支持構造は、円形の穴と丸棒の関係として説明するが、それ以外の支持構造であってもよい。例えば、支持軸が丸棒であるが、支持構造として支持軸の外形を多角形にし、薄板可動子の支持穴をそれに対応する多角形穴としてもよい。なお、このようにすることで、支持軸周りの回転を抑制することが容易となる。もちろん、支持軸の軸断面形状を多角形以外の形状、例えば楕円形としてもよい。
【０２９０】
薄板可動子と組み合わせて用いられる平板可動子についても同様である。すなわち、平板可動子として、円形の外形を有し、中央に支持軸に適合する穴を有する円環状平板を用いる円環状平板可動子について説明するが、外形は薄板可動子と同様の形状であれば、円形でなくてもよい。例えば多角形の外形、楕円の外形、曲面の外形を有する平板であってもよい。また、平板可動子と支持軸との支持構造は、円形の穴と丸棒の関係として説明するが、薄板可動子と支持軸との支持構造と同様であればよく、それ以外の支持構造であってもよい。例えば、支持軸が丸棒であるが、支持構造として支持軸の外形を多角形にし、平板可動子の支持穴をそれに対応する多角形穴としてもよい。なお、このようにすることで、支持軸周りの回転を抑制することが容易となる。もちろん、支持軸の軸断面形状を多角形以外の形状、例えば楕円形としてもよい。
【０２９１】
図５５は、薄板可動子と平板可動子とを交互に配置したものを用いる微小変位出力装置３１１０の拡大断面図である。図４６、図４７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。図５５を図４６と比較して分かるように、この微小変位出力装置３１１０は、図４６の微小変位出力装置３０１０の複数の平板状可動子３０２０に代えて、薄板可動子３１２０と平板可動子３１４０とを交互に配置したものである。それ以外の要素に変更はない。したがって、以下では、主に、薄板可動子３１２０と平板可動子３１４０の内容について説明する。
【０２９２】
図５６の斜視図、図５７の正面図及び側面図に、薄板可動子３１２０の詳細構成を示す。薄板可動子３１２０は、支持軸３０２２に支持される可動子で、円環状薄板３１２４と、波形状あるいは雲形状の複数の可撓アーム３１２６を含んで構成される。また、隣接する可撓アーム３１２６の間の窓部３１２８は、気体が流れてくる空間である。そして、円環状薄板３１２４は、薄板面を支持軸３０２２の軸方向に対し垂直方向として支持される。
【０２９３】
円環状薄板３１２４は、薄板円板の中央部に同心円の開口３０２３を有するドーナツ型の部材である。この中央部の開口３０２３には支持軸３０２２が取り付けられる。また、円環状薄板３１２４には、中心から放射状に延びる複数の細溝３１３０が設けられる。放射状に延びる細溝３１３０は、窓部３１２８を始発点として、そこから所定の長さで径方向に延びる。径方向に延びた細溝３１３０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３１３０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。このように、細溝３１３０は、円環状薄板３１２４の板厚方向に貫通し、いわば薄板の表裏に抜けて形成された有端溝である。この細溝３１３０は単なる開口ではなく、そこに、気体が流れるとき気体の流れの抵抗を適当に有する流路である。
【０２９４】
かかる円環状薄板３１２４の寸法の一例を述べると、外径が約３０ｍｍから約４０ｍｍ、可撓アーム３１２６の領域との境界の径が約１０ｍｍから１５ｍｍ、板厚ｔが約０．０１ｍｍから約０．０５ｍｍ程度、細溝３１３０の幅ｗは約０．０１ｍｍから約０．３ｍｍ程度である。なお、支持軸３０２２の直径は、数ｍｍ程度とすることができる。かかる円環状薄板３１２４は、例えばＳＵＳ等の金属円板をプレス加工又はエッチング加工等によって得ることができる。円環状薄板１２４の板厚ｔは、円環状薄板３１２４の両側に向かい合う面との間の隙間等、軸受性能により定めることができる。
【０２９５】
複数の可撓アーム３１２６は、この円環状薄板３１２４の内径側部分と、支持軸３０２２の外形との間を接続する薄板部材で、薄板可動子３１２０を支持軸３０２２に支持する薄板バネ部材である。可撓アーム３１２６のパターンは、波形に曲がった形状を有し、これによりパターンの間に窓状の開口が形成され、この窓部３１２８を通って気体が流れることができる。また、可撓アーム３１２６は、支持軸３０２２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よりも小さいように、具体的な波形の幅及び形状等が形成される。かかる可撓アーム３１２６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０．０１ｍｍから０．０５ｍｍ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、波形以外の形状であっても、軸方向に剛性が小さく、径方向に剛性の大きいバネ特性を有する形状であればよく、例えば、いわゆる雲形バネの形状を用いることができる。雲形バネとは、その形状が曲がりくねっていて、雲形に似ているもので、曲がりくねっている形状を工夫することで、軸方向に剛性が小さく、径方向に剛性の大きいバネ特性を有する形状とすることができる。
【０２９６】
すなわち、支持軸３０２２に複数の可撓アーム３１２６である薄板バネを介して円環状薄板３１２４が支持される構成を有する薄板可動子３１２０は、支持軸３０２２の軸方向への移動が比較的容易であるが、薄板の径方向への移動、すなわち支持軸３０２２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、薄板可動子３１２０は、支持軸３０２２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。
【０２９７】
平板可動子３１４０は、薄板可動子３１２０を支持軸３０２２の軸方向に沿って複数配置するときに、薄板可動子３１２０の両側に流れる気体の流れを受ける気体受面としての機能を有する可動子である。図５８は、平板可動子３１４０の平面図と、平面図におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。平板可動子３１４０は、支持軸３０２２に支持される可動子で、円環状平板３１３２と、波形状あるいは雲形状の複数の可撓アーム３１２６を含んで構成される。また、隣接する可撓アーム３１２６の間の窓部３１２８は、気体が流れてくる空間である。そして、円環状平板３１３２は、平板面を支持軸３０２２の軸方向に対し垂直方向として支持される。可撓アーム３１２６は、薄板可動子３１２０に備えられる可撓アーム３１２６と同じ構造を有する薄板バネであり、窓部３１２８が隣接する可撓アーム３１２６の間の開口であることも薄板可動子３１２０の窓部３１２８と同じである。
【０２９８】
円環状平板３１３２は、平板円板の中央部に同心円の開口３１３３を有するドーナツ型の部材である。この中央部の開口３０２３には支持軸３０２２が取り付けられる。また、上記の可撓アーム３１２６は、開口３１３３の外周側に設けられる。可撓アーム３１２６のさらに外周側には、円環状のくぼみ３１３４が設けられる。くぼみ３１３４は、円環状平板３１３２の内周側の窓部３１２８から円環状平板３１３２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。このくぼみ３１３４を設けることで、隣接する円環状平板と円環状薄板との間の隙間を流れる流れを安定させ、その隙間量を安定したものとし、外力が働いたときの抵抗力を示す軸受剛性が向上し、いわゆる位置決め性が向上する。くぼみ３１３４は、窓部３１２８から気体が外周側に流れるときの気体導入部の機能を有する。この気体導入部の形状としては、外周部より薄い板厚を有するステップ状のもの、あるいは、窓部３１２８からの入口部から外周部に行くにつれて板厚が厚くなるテーパ状のものとすることができる。なお、気体圧アクチュエータの仕様によっては、くぼみ３１３４を設けないものとしてもよい。
【０２９９】
かかる円環状平板３１３２の平面寸法は、外径、可撓アーム、支持軸用の開口については、薄板可動子３１２０の平面寸法と異ならせてもよいが、好ましくはこれらの平面寸法は、薄板可動子３１２０のものと同じが望ましい。すなわち、外径が約３０ｍｍから約４０ｍｍ、可撓アーム３１２６の領域との境界の径が約１０ｍｍから１５ｍｍが好ましい。円環状平板３１３２には、薄板可動子３１２０における細溝は設けられない。板厚は、気体圧を受けても板材として撓むことのない程度の厚さを有する必要がある。上記の平面寸法において、例えば板厚を、約０．１ｍｍ程度とすることができる。もちろんこれと異なる板厚としてもよい。かかる円環状平板３１３２は、例えばＳＵＳ等の金属材料をプレス加工あるいは機械加工によって所定の形状に加工したものを用いることができる。
【０３００】
平板可動子３１４０において、複数の可撓アーム３１２６を含む薄板バネの部分は、薄板可動子３１２０の場合と同じとすると、その板厚ｔは上記のように約０．０１ｍｍから約０．０５ｍｍ程度である。したがって、円環状平板３１３２と、複数の可撓アーム３１２６を含む薄板バネの部分とを別々に製作し、適当な接合技術で一体化し、平板可動子３１４０とすることができる。もちろん、ＳＵＳ等の金属材料について、エッチング技術等を用いて、円環状平板３１３２と、可撓アーム３１２６の部分を一体として加工して、平板可動子３１４０を得ることもできる。
【０３０１】
このように、平板可動子３１４０は、支持軸３０２２の軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい支持部材である可撓アーム３１２６を介して平板面を支持軸３０２２に垂直な方向として支持軸３０２２に支持される平板状の可動子であって、内周側に設けられて気体が流れることができる窓部３１２８を有している。この構成を用いることで、薄板可動子３１２０を支持軸３０２２の軸方向に複数配置し、微小隙間の調整幅を薄板可動子３１２０の数に応じて拡大することができる。
【０３０２】
すなわち、薄板可動子３１２０における有端の細溝３１３０を利用した隙間調整には、薄板可動子３１２０の表側にも裏側にも、隙間を形成するための壁面、すなわち気体受面が必要である。そこで、薄板可動子３１２０と平板可動子３１４０とを支持軸３０２２の軸方向に沿って交互に配置し、薄板可動子３１２０の必要な側にそれぞれ平板可動子３１４０を設ける。平板可動子３１４０は平板面を有するので、この平板面と薄板可動子３１２０とを組み合わせることで、薄板可動子３１２０の表側にも裏側にも、隙間を形成するための気体受面が配置される。これによって、各薄板可動子３１２０ごとに、気体圧によって制御できる微小隙間量が設定でき、全体としての移動量は、支持軸３０２２に並べて配置された薄板可動子３１２０の数に応じて拡大することができる。
【０３０３】
図５９は、薄板可動子３１２０について気体の流れを説明する図で、図５７のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図５９では、薄板可動子３１２０を横方向に配置し、紙面において下側に平板可動子３１４０を、上側に出力可動子３０４０を示してある。この配置は説明の一例であって、もちろん、薄板可動子３１２０の両側にそれぞれ平板可動子３１４０を配置してもよく、薄板可動子３１２０の下側に筐体部３０１２の底部３０５２を配置しても以下と同様な説明が可能である。
【０３０４】
図５９において、平板可動子３１４０の窓部３１２８から薄板可動子３１２０に向かって供給される制御気体圧ＰSを有する気体は、薄板可動子３１２０の窓部３１２８に入り、そこから細溝３１３０を通り、外周側の端部で突き当たり、そこで薄板可動子３１２０の外に出て、薄板可動子３１２０の表面と出力可動子３０４０との間の隙間、及び薄板可動子３１２０の裏面と平板可動子３１４０との間の隙間を通って外部に流れる。
【０３０５】
なお、薄板可動子３１２０と出力可動子３０４０との間の隙間、及び薄板可動子３１２０と平板可動子３１４０との間の隙間は、実際には数μｍから数１０μｍの程度であるが、誇張して広げてある。上記の例では、薄板可動子３１２０の板厚は約０．０１ｍｍから約０．０５ｍｍ程度であるので、細溝３１３０と隙間との間で表面絞り効果が現れ、軸受として働く。
【０３０６】
このことは、細溝３１３０の深さ方向の中間位置に仮想的境界３１２９を考えると、その仮想的境界３１２９を挟んで、出力可動子３０４０の側と平板可動子３１４０の側にそれぞれ気体が対称的に流れている。仮想的境界３１２９の片側の出力可動子３０４０の側では、仮想的境界３１２９と出力可動子３０４０との間の隙間、すなわち、実際には細溝３１３０の上半分の部分である薄板可動子３１２０の板厚の１／２の狭い隙間を通って気体が流れる。同様に、仮想的境界３１２９の片側の平板可動子３１４０との間の隙間、すなわち、実際には細溝３１３０の下半分の部分である薄板可動子の板厚の１／２の狭い隙間を通って気体が流れる。換言すれば、仮想的境界３１２９を鏡像面として、２つの流れが対称的に流れている。仮想的境界３１２９は、流体的に変動しないので、この仮想的境界３１２９と出力可動子３０４０との間の隙間に流れる気体、及び仮想的境界３１２９と平板可動子３１４０との間の隙間に流れる気体によって、それぞれ気体軸受作用が行われる。
【０３０７】
気体軸受作用は、供給される気体の気体圧によって隙間量を制御でき、微小移動をさせることができるので、薄板の表裏に抜ける細溝３１３０を有する薄板可動子３１２０の表側及び裏側にそれぞれ気体受面を設け、その気体受面と薄板可動子３１２０との間の隙間に流す気体圧ＰSを制御することで、その隙間量を調整できる。したがって、薄板可動子３１２０と平板可動子３１４０とを交互に配置し、複数の隙間のそれぞれに流す気体圧ＰSを制御することで、隙間の数に応じた変位を得ることができる。
【０３０８】
ここで、制御気体圧ＰSを＋ΔＰ変化させて、各隙間量を＋Δｓ変化させることができ、隙間の数をＮとすると、全体の軸方向移動量は、Ｎ×Δｓとなること、Δｓ／ΔＰの関係等は、図４６、図４７の微小変位出力装置３０１０に関連して説明した内容と同様である。
【実施例９】
【０３０９】
図４７に関連して述べたように、蓋部３０１４は、筐体部３０１２の筒部３０５０と一体化できるリング部３０１５と、中央に配置される円板状の伝達部３０１８と、リング部３０１５と伝達部３０１８との間を接続する弾性材料から構成されるメンブレム状の薄板３０１６とを含んで構成される。そこで、筐体部３０１２と蓋部３０１４とを組み合わせると、取入口３０５４と排気口３０５８とを除いて、内部空間が気密に保たれる。ここでは排気口３０５８がそのまま外気に開放されているので、メンブレム状の薄板３０１６の両側にはほぼ同じ気圧がかけられており、したがって、メンブレム状の薄板３０１６は、薄板の両側の気圧の差による初期変位がなく、通常では中立位置にある。ここで、排気口３０５８に適当な排気弁を設けることで、メンブレム状の薄板３０１６に初期変位を与えることができる。
【０３１０】
図６０は、排気口３０５８に排気弁３２５２を設けた構成の微小変位出力装置３２５０の様子を示す図である。なお、図６０は、対象物３００６の負荷がかかる方向であるＺ方向を紙面の上下方向として微小変位出力装置３２５０が示されており、この配置法は、図４７、図５５と角度で９０度異なっている。図４７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。図４７で説明した微小変位出力装置３０１０と比べて、この微小変位出力装置３２５０は、排気口３０５８に排気弁３２５２が設けられるところが相違する。
【０３１１】
排気弁３２５２は、排気される気体の排気気体圧ＰEを調整する気体弁である。排気気体圧ＰEは、外部気体圧より高い気体圧に設定される。例えば、メンブレム状の薄板３０１６の外側の気体圧ＰOが大気圧の場合は、排気気体圧ＰEは、大気圧より高い気体圧に設定される。また、微小変位出力装置３２５０が減圧あるいは真空の下で使用されて、メンブレム状の薄板３０１６の外側の気体圧が大気圧より低い場合は、その減圧された気体圧より高い気体圧に設定される。このように排気弁３２５２の排気気体圧ＰEを外部気体圧ＰOより高く設定することで、メンブレム状の薄板３０１６の内側の空間３２５４の気体圧はほぼ排気気体圧ＰEとなり、メンブレム状の薄板３０１６の外側は外部気体圧ＰOであるから、メンブレム状の薄板３０１６の内外において差圧が生じる。この差圧ΔＰ＝ＰE−ＰOにより、メンブレム状の薄板３０１６は外側に膨張変形する力Ｋを受けて、初期変位する。力Ｋは、メンブレム状の薄板３０１６の受圧面積をＡとして、Ｋ＝Ａ×ΔＰで計算される。
【０３１２】
このように、排気気体圧ＰEを設定することで、メンブレム状の薄板３０１６は外側に向けて力Ｋを受けて初期変位する。すなわち、伝達部３０１８に負荷３００６がかけられていない状態では、伝達部３０１８の底面側が出力可動子３０４０の上面側から離れた状態となる。換言すれば、この状態は、メンブレム状の薄板３０１６が、初期変形に相当する力Ｋで、外側にバイアスされている状態である。そして、伝達部３０１８に負荷３００６がかけられると、その負荷３００６の大きさＷが、まずバイアスされている力Ｋによって受け止められる。その後、負荷３００６の大きさＷとバイアスされている力Ｋとの差によって、メンブレム状の薄板３０１６が変形し、伝達部３０１８が−Ｚ方向に沈み、出力可動子３０４０の上面に接触し、さらに−Ｚ方向に押し付ける。これにより、隣接する平板状可動子３０２０の間等の隙間に押付力を与えることができる。
【０３１３】
これにより、蓋部３０１４において負荷である対象物３００６を受け止める伝達部３０１８に予め初期変位又はバイアス力Ｋが与えられるので、負荷である対象物３００６が出力可動子３０４０に急激にかけられることを防止できる。したがって、急激な負荷がかかることで生じえる平板状可動子３０２０の損傷を防止することができる。
【０３１４】
なお、図６０においては、複数の平板状可動子３０２０が用いられるものとして説明したが、複数の平板状可動子３０２０に代えて、図５５で説明した薄板可動子３１２０と平板可動子３１４０を組み合わせた構成を用いるものとすることもできる。
【実施例１０】
【０３１５】
上記では、蓋部３０１４が、筐体部３０１２の筒部３０５０と一体化できるリング部３０１５と、中央に配置される円板状の伝達部３０１８と、リング部３０１５と伝達部３０１８との間を接続する弾性材料から構成されるメンブレム状の薄板３０１６とを含んで構成されるものとして説明した。ここでリング部３０１５と伝達部３０１８との間を接続するものを、メンブレム状の薄板に代えて、伝達部１８の移動軸方向への変位剛性が径方向への剛性よりも小さい弾性部材としてもよい。図６１は、リング部３０１５と伝達部３０１８との間を接続するものを複数の可撓アーム３２１６とする蓋部３２１４を示す図である。
【０３１６】
この場合には、蓋部３２１４は、筐体部と一体化しても気密性を有しない。すなわち複数の可撓アーム３１２６の間の空間３２１８を通って、気体は外部に開放される。したがって、筐体部３０１２に排気部を設ける必要がない。
【０３１７】
４．磁界発生コイルを備える気体圧制御アクチュエータ等
上記においては、平板可動子、薄板可動子等を複数用いる場合に、これらを支持軸に取り付けて整列配置させている。平板可動子、薄板可動子等を磁性体とし、磁界の中に配置すれば、磁界から外れようとすると磁界によって引き戻されるので、支持軸を用いなくても、これらを整列配置することが可能となる。
【０３１８】
図６２は、複数の平板可動子を磁界の中において、磁界の規制力によって整列配置させ、支持軸を省略する構成の気体圧制御アクチュエータ４０１０の構成を示す図である。
【０３１９】
ここでは、気体圧制御アクチュエータ４０１０は、案内部４０１２と、出力可動子４０２０と、複数の中間可動子４０３０とがそれぞれ磁性体で構成され、磁界発生コイル４０４０が案内部４０１２に設けられる。これによって、案内部４０１２と出力可動子４０２０と複数の中間可動子４０３０とともに、図６２に白抜き矢印で示される磁気回路に磁界が形成され、その磁界の規制力によって各中間可動子が案内部４０１２の中心軸に沿って整列する。
【０３２０】
案内部４０１２は、底面部４０１４と、前方開口を有する筒部４０１６とを含み、磁性体であるＳＵＳ（ステンレス鋼）で構成される。筒部４０１６の内壁部分は、円筒形に穴加工されるが、後述するように、中間可動子４０３０には回り止めのための外形形状を有するので、筒部４０１６の内壁部分にもこれに対応した回り止め形状部分が設けられる。案内部４０１２は、全部が磁性体で構成される必要はないが、少なくとも磁気回路を構成される部分は磁性体で構成される。ＳＵＳ以外の磁性体を用いることも勿論可能である。
【０３２１】
出力可動子４０２０は、案内部４０１２に軸方向に移動可能に案内される円筒状部材で、案内部４０１２から突き出る部分で、移動対象物等に推進力等を与え、微小移動させる機能を有する。出力可動子４０２０も磁性体であるＳＵＳ等で構成される。出力可動子４０２０は、全部が磁性体で構成される必要はないが、少なくとも磁気回路を構成される部分は磁性体で構成される。ＳＵＳ以外の磁性体を用いることも勿論可能である。
【０３２２】
出力可動子４０２０と案内部４０１２の底面部４０１４との間には、複数の中間可動子４０３０が配置される。各中間可動子４０３０は、それぞれ、気体を流すための窓部を有している。各中間可動子４０３０は、磁性体であるＳＵＳ等で構成される。勿論ＳＵＳ以外の磁性体で構成してもよい。出力可動子４０３０の詳細に付いては後述する。
【０３２３】
そして、案内部４０１２の筒部４０１６に、磁界発生コイル４０４０が配置される。磁界発生コイル４０４０は、中間可動子４０３０の外周を取り囲むように、円環状に導体線を複数回巻いたもので、図示されていない励磁回路によって適当な大きさの磁界を発生する機能を有する。磁界発生コイル４０３０の大きさは、複数の中間可動子４０３０の中心軸に沿った方向に磁界が形成されるように設定される。すなわち、磁界発生コイル４０４０によって発生される磁界は、図６２において循環する白抜き矢印で示されるように、案内部４０１２の筒部４０１６と、出力可動子４０２０と、複数の中間可動子４０３０と、案内部４０１２の底面部４０１４と、案内部４０１２の筒部４０１６を巡って、磁気回路を構成する。
【０３２４】
これにより、各中間可動子４０３０には、その中心軸に沿って磁界が流れ、その磁界の規制力によって、各中間可動子４０３０が外側にずれようとすると、中心軸側に引き戻す力が働く。したがって、支持軸等の整列手段を用いなくても、各中間可動子４０３０は、それらの中心軸、すなわち、案内部４０１２の中心軸に沿って整列することができる。
【０３２５】
案内部４０１２の底面部４０１４には、供給気体圧ＰSが供給される供給口４０５０が設けられ、気体供給路４０５２を経由し、各中間可動子４０３０に、制御された気体圧ＰSの気体が供給される。供給された気体は、案内部４０１２の筒部４０１６に設けられた排気口４０７０から外部に排出される。
【０３２６】
これによって、出力可動子４０２０の先端面とこれに向かい合う中間可動子４０３０の一方側平板面との間の隙間と、隣接する中間可動子４０３０の間の隙間と、案内部４０１２の底面部４０１４とこれに向かい合う中間可動子４０３０の他方側平板面との間の隙間とに、それぞれ気体が供給される。すなわち、供給口４０５０、気体供給路４０５２、排気口４０７０は、気体供給手段に相当する。気体供給口４０５０と気体供給路４０５２の適当な箇所に、適当な絞り手段を配置することが好ましい。
【０３２７】
なお、気体供給路４０５２から中間可動子４０３０に供給された気体は、排気口４０７０に向かうとともに、一部は、案内部４０２０の内部に設けられた流路４０６０を経由し、出力可動子４０２０の円筒状外周部に設けられた噴出口４０６２から、案内部４０１２の筒部４０１６の内壁面に向かって噴出する。これによって、出力可動子４０２０の円筒状外周部と、案内部４０１２の筒部４０１６の内壁面との間に、気体軸受作用が生じ、出力可動子４０２０は、軸方向に滑らかに移動支持されることができる。
【０３２８】
出力可動子４０２０には、移動または駆動の対象物から反力としての押付力Ｆがかけられる。押付力Ｆの方向は、案内部４０１２の底面部４０１４に向かう方向である。したがって、この押付力Ｆによって、上記の各隙間において気体を圧縮しつつ中間可動子４０３０及び出力可動子４０２０を押し付け、供給気体圧ＰSの大きさを制御することで、押付力Ｆと釣り合わせつつ各隙間の間隔を調整して出力可動子４０２０を微小移動させることができる。これによって、出力可動子４０２０に向かい合う対象物に推進力を与え、微小移動させることができる。なお、出力可動子４０２０が過度に移動しないように、適当なストッパ４０１８が設けられる。
【０３２９】
磁界発生コイル４０４０は、図示されていない励磁回路に接続される。励磁回路は、気体圧制御アクチュエータ４０１０の動作を制御する制御部によって、励磁電流の制御が行われる。励磁電流を可変すると、磁気回路を流れる磁界の強さが変化し、これによって、
気体が供給される各隙間の間隔を変えることができる。すなわち、励磁電流を大きくして磁界を強くすることで各隙間の間隔が狭まり、逆に励磁電流を小さくすると各隙間の間隔を広げることができる。
【０３３０】
励磁電流の可変方法として、直流的に可変することもでき、交流的に可変することもできる。直流的に可変とは、直流励磁電流の大きさを変更することで、交流的に可変とは、任意に設定された所定の周波数の交流電流の振幅を変更することである。周波数としては、例えば数ｋＨｚ等に設定することができる。励磁電流を直流的に可変することで、各隙間の間隔の中心値を変化させることができる。つまり、直流励磁電流の大小に応じ、各隙間の間隔の中心値を変化させることができる。励磁電流を交流的に可変することで、各隙間の間隔の中心値をそのままにして、その中心値を中心として各隙間の間隔を周期的に増減することができる。すなわち、各隙間の間隔について振動させることができる。直流的可変と交流的可変とを組み合わせてもよい。
【０３３１】
一方、供給気体圧ＰSも、直流的に可変することもでき、交流的に可変することもできる。ここで気体圧ＰSについて直流的に可変とは、気体圧ＰSの大きさを変更することで、交流的に可変とは、任意に設定された所定の周波数で、気体圧の振幅を変更することである。周波数としては、例えば数Ｈｚ等に設定することができる。気体圧ＰSを直流的に可変することで、各隙間の間隔の中心値を変化させることができる。つまり、気体圧ＰSの大小に応じ、各隙間の間隔の中心値を変化させることができる。気体圧ＰSを交流的に可変することで、各隙間の間隔の中心値をそのままにして、その中心値を中心として各隙間の間隔を周期的に増減することができる。すなわち、各隙間の間隔について振動させることができる。直流的可変と交流的可変とを組み合わせてもよい。
【０３３２】
ここで、供給気体圧ＰSの変更による各隙間の間隔の変更は、応答速度は遅いが、推力を大きくとることができる。すなわち、推力の変化を大きくとることができる。他方、励磁電流の変更による各隙間の間隔の変更は、推力はさほど大きくとれないが、応答速度を速いものとできる。供給気体圧ＰSを可変することと、励磁電流を可変することとを組み合わせることもできる。
【０３３３】
図６３から図６５は、図６２で説明した中間可動子４０３０として用いることができる例を示す図である。中間可動子４０３０としては、両面が平坦面である円板状の中間可動子４１００を用いることができる。この円板状の中間可動子４１００は、中心部に気体が流れることのできる窓部４１０２を有する。この窓部４１０２は、貫通穴で形成することができる。窓部４１０２の周囲には、くぼみ４１０４が設けられる。くぼみ４１０４は、浅い深さを有する円環状の掘り込みで形成することができる。このくぼみ４１０４は、気体が、窓部４１０２から平板の平坦面に沿って外周側に流れる際の絞りの機能を有するものである。これにより、窓部４１０４から平板の平坦面に沿って外周側に滑らかに気体が流れることができる。
【０３３４】
中間可動子４１００は、円板状外形を有するが、その外周部部分に、回り止め部４１１０，４１１２を有する。この回り止め部４１１０，４１１２に対応して、図６２で説明した案内部４０１２の筒部４０１６には、回り止め形状が設けられる。そして、これらの協働作用によって、中間可動子４１００は、支持軸等の手段を用いなくても、その中心軸周りに回転することが抑制される。
【０３３５】
かかる中間可動子４１００の寸法の一例を述べると、外径が約３０ｍｍから約４０ｍｍ、気体を通す窓部４１０２である内径が約１０ｍｍから１５ｍｍ、板厚が約０．１ｍｍから約０．２ｍｍ程度、くぼみ４１０４の深さは約１３μｍから約１７μｍ程度である。なお、図６３において、回り止め部４１１０，４１１２は、適当な長さで、外周の２箇所を直線状で切り取った形状として示されているが、回り止め部の数は、これ以外の数でもよい。また、端的に、中間可動子４１００の平面形状を多角形、正方形、矩形、楕円形等としてもよい。この場合には、図６２における案内部４０１２も、対応する回り止め形状を有するものとされる。なお、図６３は、板厚方向を誇張して拡大してある。かかる円環状平板４１００は、例えばＳＵＳ等の金属円板を加工して得ることができる。
【０３３６】
図６４は、図６２における中間可動子４０３０の別の形態を示す図である。この中間可動子４１２０は、図６３で説明した中間可動子４１００に、中心から放射状に延びる複数の細溝４１０６を設けたものである。図６３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。細溝４１０６は、中間可動子４１２０の平板面の一方の面、あるいは両側の面に設けることができる。また、細溝４１０６は、くぼみ４１０４を始発点として、そこから所定の長さで外周側に径方向に延びて、その先端部は、そこで円周方向に両側に広がり、隣接する細溝４１０６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。細溝４１０６による表面絞りの形状は一例であって、他の適当な形状を有する表面絞りであってもよい。
【０３３７】
このような細溝４１０６は、中間可動子４１２０の平板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、中間可動子４１２０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、この細溝４１０６を流れる気体が細溝４１０６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。
【０３３８】
かかる中間可動子４１２０の寸法の例は、図６３で説明した中間可動子４１００の寸法例に加えて、幅が約０．２ｍｍ、深さがくぼみ４１０４の深さと同じ細溝４１０６を加えたものとできる。なお、細溝４１０６の深さは、くぼみ４１０４の深さと異なるものとしてもよい。また、図６３と同様な回り止め部４１１０，４１１２が設けられる。図６３で説明したと同様に、回り止め部の数は任意の数であってよく、また、端的に、中間可動子４１２０の平面形状を多角形、正方形、矩形、楕円形等としてもよい。勿論、この場合には、図６２における案内部４０１２も、対応する回り止め形状を有するものとされる。なお、図６４は、図６３と同様に、板厚方向を誇張して拡大してある。かかる円環状平板４１２０は、例えばＳＵＳ等の金属円板を加工して得ることができる。
【０３３９】
なお、この中間可動子４１２０にも、図６３で説明したと同様に、外周部に回り止め部４１１０，４１１２が設けられる。
【０３４０】
図６５は、図６２における中間可動子４０３０のさらに他の形態を示す図である。以下では、図６３，図６４と同様の要素に同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。この中間可動子４１３０は、図６４で説明した中間可動子４１２０に似ているが、図６４における細溝４１０６が、平板面に設けられた底のある溝であるのに対し、この中間可動子４１３０では、これに対応する細溝４１３２が、平板の表裏に貫通する溝、すなわちスリット溝であるところが異なっている。すなわち、細溝４１３２は、図６４の細溝４１０６と同様に、窓部４１０２を始発点として、そこから所定の長さで径方向に延びて、その先端部は、そこで円周方向に両側に広がり、隣接する細溝４１３２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。このように、細溝４１３２は、薄板である中間可動子４０３０の板厚方向に貫通し、いわば薄板の表裏に抜けて形成された有端溝であり、この細溝４１３２は単なる開口ではなく、そこに、気体が流れるとき気体の流れの抵抗を適当に有する流路である。
【０３４１】
かかる中間可動子４１３０の寸法の一例を述べると、外径と窓部の大きさは図６３，図６４の中間可動子４１００，４１２０と同じものとでき、板厚を約０．０１ｍｍから約０．０５ｍｍ程度、細溝４１３２の幅を約０．０１ｍｍから約０．３ｍｍ程度とすることができる。また、図６３と同様な回り止め部４１１０，４１１２が設けられる。図６３で説明したと同様に、回り止め部の数は任意の数であってよく、また、端的に、中間可動子４１３０の平面形状を多角形、正方形、矩形、楕円形等としてもよい。勿論、この場合には、図６２における案内部４０１２も、対応する回り止め形状を有するものとされる。なお、図６５は、図６３，図６４と同様に、板厚方向を誇張して拡大してある。かかる中間可動子４１３０は、例えばＳＵＳ等の金属円板を加工して得ることができる。
【０３４２】
図６２における複数の中間可動子４０３０は、上記の３種類の中間可動子４１００，４１２０，４１３０を用いて、次の３通りの構成をとることができる。第１の構成は、全ての中間可動子について、細溝を有しない中間可動子４１００を用いるものである。第２の構成は、すべての中間可動子について、平板に対し底を有する細溝４１０６を有する中間可動子４１２０を用いるものである。
【０３４３】
第３の構成は、平板の表裏に抜ける貫通溝である細溝４１３２を有する中間可動子４１３０と、細溝を有しない中間可動子４１００とを交互に配置するものである。この場合、両端に配置されるものを、中間可動子４１３０とする。その理由は、図６２において、複数の中間可動子４０３０の両端の中間可動子に向かい合うのが、細溝を有していない出力可動子４０２０の先端部及び案内部４０１２の底面部４０１４であるからである。例えば、図６２の複数の中間可動子４０３０として１１枚の中間可動子で構成されるものとすると、６枚の中間可動子４１３０と、５枚の中間可動子４１００を用い、２つの中間可動子４１３０の間に中間可動子４１００が配置されるようにする。
【０３４４】
再び図６２に戻り、このようにして構成された気体圧制御アクチュエータ４０１０の作用を説明する。上記のように、磁界発生コイル４０４０に適当な励磁電流が供給されることで磁界が発生し、制御された供給気体圧ＰSが供給されると、対象物からの押付力Ｆによって、隣接する中間可動子４０３０の間等の各隙間において気体を圧縮しつつ中間可動子４０３０及び出力可動子４０２０が底面部４０１４に向かって押し付けられる。そして、供給気体圧ＰSの大きさを制御することで、押付力Ｆと釣り合わせつつ各隙間の間隔を調整して出力可動子４０２０を微小移動させることができる。
【０３４５】
このときに、各中間可動子４０３０は、各隙間に気体が流れているので、いわば、他のものと非接触の状態で浮いていることになる。したがって、そのままでは、径方向に滑って位置ずれを生じる恐れがあるが、磁界発生コイル４０４０によって発生する磁界の規制力によって、各中間可動子４０３０は、その中心軸に自動的に調心される。また、そのままでは、その軸方向回りに回転する恐れもあるが、各中間可動子４０３０の回り止め部４１１０，４１１２とこれに対応する案内部４０１２の回り止め形状との協働によって、軸方向回りの回転が抑制される。このように、支持軸を用いることなく、複数の中間可動子４０３０を整列して流体的に支持することができる。
【０３４６】
図６６から図６８は、他の構成を有する気体圧制御アクチュエータの例を示す図である。これらの図において、図６２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。
【０３４７】
図６６は、真空中等でも使用可能なように、案内部４０１２の筒部４０１６に、排気口４２１２と真空口４２１４とを対で設ける例を示す図である。この排気口４２１２と真空口４２１４とは、図６２で説明した出力可動子４０２０の円筒状外周部に設けられた噴出口４０６２よりも、案内部４０１２の前方開口の側に設けられる。これにより、噴出口４０６２から流れ出る気体が、この排気口４２１２と真空口４２１４とによって回収され、外部に漏れることが抑制される。これによって、減圧雰囲気、真空雰囲気においても、気体圧制御アクチュエータ４２１０を使用することができる。
【０３４８】
図６７は、出力可動子に押付力を独自で発生されることができる気体圧制御アクチュエータ４２２０の構成を示す図である。図６２においては、中間可動子４０３０、出力可動子４０２０を案内部４０１２の底面部４０１４に押し付ける押付力発生源として、対象物からの反作用を用いるものとして説明した。他の押付力発生源としては、出力可動子４０２０の自重が上げられる。しかし、この場合は、気体圧制御アクチュエータ４０１０の出力可動子４０２０を底面部４０１４に対し、重力方向に沿って上方側に配置する必要があり、配置上の条件、あるいは作動姿勢について制約が付けられることになる。
【０３４９】
図６７の気体圧制御アクチュエータ４２２０は、出力可動子４２３２に肩部４２３４が設けられ、その部分に、供給口４２２６を介して外部から気体圧Ｐ1を有する気体が供給される。気体圧Ｐ1を適当に設定することで、出力可動子４２３２を底面部４０１４に向かって、適当な押付力で押し付けることができる。これによって、気体圧制御アクチュエータ４２２０の配置上の条件、あるいは作動姿勢についての制限をなくすことができる。なお、供給口４２２６よりも案内部４０１２の開口側に排気口４２２８、真空口４２３０が設けられ、押付力発生に用いられた気体が回収される。
【０３５０】
図６８は、磁界発生コイルの別の配置の例を示す図である。図６８における気体圧制御アクチュエータ４２４０においては、磁界発生コイル４０４６が案内部４２４２の底面部４２４４に設けられる。この場合でも、図６８に循環する白抜き矢印で示すように、中間可動子４０３０をその中心軸に調心するような磁界を発生させることができる。
【０３５１】
図６９から図７１は、上記の磁界発生コイルを有する気体圧制御アクチュエータの構成
を微小変位出力装置に適用する数例を示す図である。以下では、図６２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。
【０３５２】
図６９において、微小変位出力装置４３１０は、筐体部４３１２と、筐体部４３１２の上面を覆う蓋部４３８０を含んで構成される平円筒形の外形を有している装置である。筐体部４３１２と蓋部４３８０とで囲まれる内部空間には、複数の中間可動子４３３０と、複数の中間可動子４３３０の最先端側の中間可動子に向かい合う出力可動子４３２０とが含まれる。また、筐体部４３１２には、磁界発生コイル４３４０が設けられる。
【０３５３】
出力可動子４３２０、複数の中間可動子４３３０、磁界発生コイル４３４０の各機能とその内容は、図６２で説明した出力可動子４０２０、複数の中間可動子４３３０、磁界発生コイル４０４０と同様である。
【０３５４】
ここでは、筐体部４３１２は、底面部４３１４と、前方開口を有する筒部４３１６とを含み、磁性体であるＳＵＳで構成される。また、出力可動子４３２０と、複数の中間可動子４３３０も、磁性体で構成される。なお、磁界発生コイル４３４０は、筐体部４３１２の筒部４３１６に設けられている。
【０３５５】
筐体部４３１２の底面部４３１４には、制御された気体圧ＰSが供給される供給口４３５０が設けられ、好ましくは適当な絞り部を介し、気体供給路４３５２を経て、気体が複数の中間可動子４３３０に供給される。供給された気体は、出力可動子４３２０の先端面とこれに向かい合う中間可動子４３３０の一方側平板面との間の隙間と、隣接する中間可動子４３３０の間の隙間と、筐体部４３１２の底面部４３１４とこれに向かい合う中間可動子４３３０の他方側平板面との間の隙間とを流れ、排気口４３７０から外部に排出される。したがって、供給口４３５０、気体供給路４３５２、排気口４３７０は、これらの隙間に気体を供給する気体供給手段である。
【０３５６】
蓋部４３８０は、筐体部４３１２の前方開口を覆う部材である。蓋部４３８０は、出力可動子４３２０の中央部に接する伝達部４３８２と、筐体部４３１２の筒部４３１６と伝達部４３８２とを接続する弾性部材４３８４とを有する。これによって、筐体部４３１２と一体化し、出力可動子４３２０に押付力を与えると共に、出力可動子４３２０の出力を外部に伝達する機能を有する。
【０３５７】
このように構成される微小変位出力装置４３１０は、図６２で説明した気体圧制御アクチュエータ４０１０に、押付力Ｆの発生機構として、弾性部材４３８４を有する蓋部４３８０を用いたものに相当する。したがって、気体圧制御アクチュエータ４０１０の作用で説明したのと同様に、供給気体圧ＰSの大きさを制御することで、蓋部４３８０によって与えられる押付力と釣り合わせつつ、中間可動子４０３０等の間の各隙間の間隔を調整して出力可動子４３２０を微小移動させることができる。
【０３５８】
また、磁界発生コイル４３４０によって発生する磁界の規制力によって、各中間可動子４３３０は、その中心軸に自動的に調心される。また、各中間可動子４３３０には回り止め部が設けられ、これに対応して筐体部４３１２にも回り止め形状が設けられるので、これらの協働によって、各中間可動子４３３０の軸方向回りの回転が抑制される。このように、支持軸を用いることなく、複数の中間可動子４３３０を整列して流体的に支持することができる。
【０３５９】
図７０は、磁界発生コイルの別の配置の例を示す図である。以下では、図６９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。図７０における気体圧制御アクチュエータ４４１０においては、磁界発生コイル４３４２が案内部４４１２の底面部４４１４に設けられる。この場合でも、中間可動子４３３０をその中心軸に調心するような磁界を発生させることができる。
【０３６０】
図７１は、対象物が微小変位出力装置に接触するときに過度な衝撃を与えない構成とした微小変位出力装置４５１０の例を示す図である。以下では、図６９，図７０と同様な要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【０３６１】
図７１における微小変位出力装置４５１０においては、出力可動子４５２０が、蓋部４３８０の伝達部４３８２と直接的な面接触をする代わりに、連結棒４５９０で接続され、出力可動子４５２０と蓋部４３８０との間に緩衝室４５９２が設けられている。緩衝室４５９２には、供給口４５９２を介して外部から気体圧Ｐ1が供給される。その他の構成は、磁界発生コイル４３４４等を含め、図６９と同様である。この緩衝室４５９２によって、対象物が伝達部３４８２に接触してもその接触衝撃が直接的に出力可動子４５２０及びその先の複数の中間可動子４３３０に伝わることなく、緩衝されて伝達される。
【０３６２】
上記のように、中間可動子４３３０は、厚みが極めて薄く、また、隣接する中間可動子４３３０の間の隙間もきわめて微小な間隔であるので、過度な衝撃によって中間可動子４３３０が破損する恐れがある。緩衝室４５９２を設けることで、この過度な衝撃を緩和することができる。このような構成の微小変位出力装置４５１０においても、磁界発生コイル４３４４を設けることで、各中間可動子４３３０を、その中心軸に自動的に調心させることができる。
【産業上の利用可能性】
【０３６３】
本発明に係る気体制御アクチュエータは、上記のように、ＸＹθ移動機構のテーブルのアクチュエータ、６自由度パラレルリンク機構のアクチュエータとして利用出来る他に、ＸＹＺステージ用アクチュエータ、加速度キャンセラのアクチュエータ、除振装置のアクチュエータ、免振装置のアクチュエータ等としても利用することができる。本発明に係る気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置は、微小移動機構として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０３６４】
【図１】本発明に係る実施の形態において、ピストン型可動子を備える気体圧制御アクチュエータの構成を示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータにおける円環状平板可動子の斜視図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータにおける円環状平板可動子の正面図及び側面図である。
【図４】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータにおいて、円環状平板の内径側の部分の拡大断面図である。
【図５】図１の構成の気体圧制御アクチュエータの作用を説明する図である。
【図６】本発明に係る実施の形態において、可動子として円環状平板可動子のみを用いる気体圧制御アクチュエータの構成を示す図である。
【図７】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例を示す図である。
【図８】他の好ましい絞り部の例を示す図である。
【図９】本発明に係る実施の形態において、複数の円環状平板可動子が配置されたピストン型可動子を備える気体圧制御アクチュエータの構成を示す図である。
【図１０】本発明に係る実施の形態において、案内部の底面に取り付けられた支持軸に複数の円環状平板可動子が配置された気体圧制御アクチュエータの構成を示す図である。
【図１１】本発明に係る実施の形態において、複数の円環状平板可動子が配置され、出力可動子が設けられた気体圧制御アクチュエータを示す図である。
【図１２】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータにおいて、雲形バネと円環状平板との接続法、及び雲形バネと支持軸との接続法を説明する図である。
【図１３】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータにおいて、複数の円環状平板可動子の間にスペーサを設ける構成を示す図である。
【図１４】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータにおいて、円環状平板を単純な平板とする構成を示す図である。
【図１５】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータにおいて、雲形バネを省略する構成を示す図である。
【図１６】図１５における円環状平板の断面図である。
【図１７】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータが適用されるＸＹθ移動機構の平面図である。
【図１８】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータが適用される６自由度パラレルリンク機構を示す図である。
【図１９】図１８における気体圧制御アクチュエータ回りの構成を示す図である。
【図２０】図１８の６自由度パラレルリンク機構における他の気体圧制御アクチュエータ回りの構成を示す図である。
【図２１】本発明に係る実施の形態において、ピストン型可動子を備える気体圧アクチュエータの構成を示す図である。
【図２２】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータにおける円環状薄板可動子の斜視図である。
【図２３】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータにおける円環状薄板可動子の正面図及び側面図である。
【図２４】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータにおいて、円環状薄板可動子について気体の流れを説明する断面図である。
【図２５】図２１の構成の気体圧アクチュエータの作用を説明する図である。
【図２６】本発明に係る実施の形態において、可動子として円環状薄板可動子のみを用いる他の気体圧アクチュエータの構成を示す図である。
【図２７】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例を示す図である。
【図２８】他の好ましい絞り部の例を示す図である。
【図２９】本発明に係る実施の形態において、複数の円環状薄板可動子及び複数の円環状平板可動子が配置されたピストン型可動子を備える気体圧アクチュエータの構成を示す図である。
【図３０】本発明に係る実施の形態において、案内部の底面に取り付けられた支持軸に複数の円環状薄板可動子及び複数の円環状平板可動子が配置された気体圧アクチュエータの構成を示す図である。
【図３１】本発明に係る実施の形態において、複数の円環状薄板可動子及び複数の円環状平板可動子が配置され、出力可動子が設けられた気体圧アクチュエータを示す図である。
【図３２】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータにおける円環状平板可動子の正面図及び断面図である。
【図３３】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータにおいて、可撓アームと支持軸との接続法を説明する図である。
【図３４】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータにおいて、円環状薄板可動子と円環状平板可動子との間にスペーサを設ける構成を示す図である。
【図３５】本発明に係る実施の形態の気体圧アクチュエータが適用されるＸＹθ移動機構の平面図である。
【図３６】本発明に係る実施の形態の気体圧アクチュエータが適用される６自由度パラレルリンク機構を示す図である。
【図３７】図３６における気体圧アクチュエータ回りの構成を示す図である。
【図３８】図３６の６自由度パラレルリンク機構における他の気体圧アクチュエータ回りの構成を示す図である。
【図３９】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構の構成を説明する図である。
【図４０】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構において、気体流路浅溝の周辺部の拡大図である。
【図４１】実施例２における気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構の構成を説明する図である。
【図４２】図４１の一部拡大図である。
【図４３】実施例４の気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構において、中間軸受体の構成を説明する図である。
【図４４】実施例５の気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構において、中間軸受体の構成を説明する図である。
【図４５】実施例５の気体圧制御アクチュエータ用気体軸受機構において、段差状減速くぼみとテーパ状減速くぼみの組み合わせの例を説明する図である。
【図４６】本発明に係る実施の形態において、複数の平板状可動子を用いる気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置を示す図である。
【図４７】図４６における気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置の拡大断面図である。
【図４８】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、平板状可動子の斜視図である。
【図４９】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、平板状可動子の正面図及び側面図である。
【図５０】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、円環状平板の内径側の部分の拡大断面図である。
【図５１】実施例６の気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置における平板状可動子の正面図及び側面図である。
【図５２】実施例６の気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置における平板状可動子の内径側の部分の拡大断面図である。
【図５３】実施例６の気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、他の構成の平板状可動子の正面図である。
【図５４】実施例６の気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、別の構成の平板状可動子の正面図である。
【図５５】実施例７において、薄板可動子と平板可動子とを交互に配置したものを用いる気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置の拡大断面図である。
【図５６】実施例７の気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、薄板可動子の斜視図である。
【図５７】実施例７の気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、薄板可動子の正面図及び側面図である。
【図５８】実施例７の気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、平板可動子の平面図と断面図である。
【図５９】実施例７の気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、薄板可動子について気体の流れを説明する図である。
【図６０】実施例８の気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、排気口に排気弁を設けた構成の微小変位出力装置の様子を示す図である。
【図６１】実施例９の気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、蓋部を示す図である。
【図６２】本発明に係る実施の形態において、磁界発生コイルを用いる気体圧制御アクチュエータの構成を示す図である。
【図６３】図６２における中間可動子の一例を示す図である。
【図６４】図６２における中間可動子の他の例を示す図である。
【図６５】図６２における中間可動子の別の例を示す図である。
【図６６】他の実施の形態の磁界発生コイルを用いる気体圧制御アクチュエータの構成を示す図である。
【図６７】別の実施の形態の磁界発生コイルを用いる気体圧制御アクチュエータの構成を示す図である。
【図６８】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータにおいて、磁界発生コイルの配置の他の例を示す図である。
【図６９】本発明に係る実施の形態において、磁界発生コイルを備える気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置の構成を示す図である。
【図７０】本発明に係る実施の形態の気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置において、磁界発生コイルの配置の他の例を示す図である。
【図７１】別の実施の形態において、磁界発生コイルを備える気体圧制御アクチュエータを用いた微小変位出力装置の構成を示す図である。
【国際調査報告】
2007077878.tif 000074
2007077878.tif 000075
2007077878.tif 000076
2007077878.tif 000077