(57)【要約】【課題】除振システム用二層三方弁において、自動高さ調整弁の特質を生かしながら、定盤の除振制御と傾斜制御を可能とすることである。【解決手段】除振システム用二層三方弁７８が適用される定盤除振システム２２０は、空気バネ２２，２３と、個別駆動装置１１２，１１３と、制御装置１１０とを備える。個別駆動装置１１２，１１３は、制御弁４０と、リンクレバー機構２４，２５と、気体供給源３２を含み、制御弁４０は、制御スリーブ９０と固定スリーブ９１とスプール部８０の二層三方弁７８と、リンクレバー機構２４，２５と接続されて制御スリーブ９０を駆動する回転・直進変換機構４４と、スプール部８０を駆動するスプールアクチュエータ１２０を含む。制御装置１１０は、定盤２２４の加速度に応じて、空気バネ駆動装置３０の動作を制御して、定盤２２４をベース２２２に対して定盤２２４に任意の変位を与える機能を有する。【選択図】図１
2012233557.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定盤とベースの間に配置される空気バネに気体を供給しあるいは排気して空気バネを伸縮駆動し、定盤の振動抑制と定盤の傾斜を行う定盤除振システムにおいて、空気バネの伸縮駆動に用いられる三方弁であって、
小径のステムに接続される複数の大径のランドを有するスプール部と、
気体供給源に接続される給気ポートと、排気ポートと、負荷ポートとを有する固定スリーブと、
外周側で固定スリーブに摺動自在に支持され、内周側でスプールを摺動自在に支持し、スプールの複数のランドの内の中央ランドに対応する負荷口と、中央ランドとその両側のランドとの間に形成される空間に対応してそれぞれ設けられる給気口と排気口とを有し、固定スリーブに対し予め定めた所定移動範囲で相対的に移動可能で、所定移動範囲において負荷口は固定スリーブの負荷ポートの範囲にあり、給気口は固定スリーブの給気ポートの範囲にあり、排気口は固定スリーブの排気ポートの範囲にある制御スリーブと、
スプール部を制御スリーブに対して相対的に変位させて駆動するスプールアクチュエータと、
スプール部の変位を検出するスプールセンサと、
を備え、スリーブ部が固定スリーブと制御スリーブの二層構造を有し、スプールアクチュエータによってスプール部が駆動されることで、スプール部の中央ランドと制御スリーブの負荷口との間の相対位置関係で負荷ポートから給気ポートを経て空気バネに供給される気体流量が定まり、あるいは空気バネから負荷ポートを経て排気ポートから排出される気体流量が定まることを特徴とする除振システム用二層三方弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、除振システム用二層三方弁に係り、特に、ベースと定盤の間に設けられる空気バネを伸長または縮小して定盤の振動を抑制する定盤除振システム用二層三方弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
精密測定、精密加工、露光装置等に防振台が用いられる。防振台は、ベースの上に設けられる定盤の上で測定、加工、露光等を行なう際に、定盤に振動が加わらず、かつ振動を低減するようにしたものである。そのために、ベースと定盤との間の振動を除去する除振装置が用いられる。例えば、ベースと定盤との間に空気バネを設け、空気バネによって、ベースと定盤との間の振動伝達を遮断することが行われる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、アクティブ型除振装置として、床面に設置される基台と、この基台の上面に配設された４個の空気ばねによって上下及び水平方向に移動可能に支持された被除振体を取り付けるための定盤を備える構成が述べられている。ここでは、定盤に加速度センサが配設され、基台にはこの定盤に上下及び水平方向の変位を加える第１及び第２の超磁歪アクチュエータが配設されている。
【０００４】
また、特許文献２には、従来技術として、自動レベル調整式の空気バネを用いた防振装置が述べられている。ここで、自動レベル調整手段とは、空気バネに支持されている架台の高さ位置を検出し、この高さ位置が予め設定された値になるように、空気バネへ供給する空圧を制御することにより、架台を所定の高さ位置に水平を保って支持するものである。
【０００５】
この自動レベル調整式の空気バネを防振装置に適用することで、被支持体を所定の高さ位置に水平を保って支持し、さらに防振機能も有することができる。この従来技術の防振装置では、ステージの移動や荷重の変化があると、防振装置で支持している被支持体が傾斜するが、自動レベル調整には制御の遅れがあるので、被支持体の支持が不安定になることを指摘している。ここでは、自動レベル調整手段と空気バネとの間の空圧供給回路にストップバルブを介在させ、ストップバルブの開閉によって、レベル調整機能による支持と、空気バネを密閉した固定的安定支持とを選択できることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２５７４１９号公報
【特許文献２】特開平１１−３３６８３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２の自動レベル調整手段は、リンク機構を用いた自動高さ調整弁として知られている。この自動高さ調整弁を用いれば、定盤の高さを基準の高さに維持することが自動的にできる。自動高さ調整弁に用いられるリンク機構は機械的機構であるので、電気的制御に比べ堅牢性が高い。しかしながら自動高さ調整弁は、定盤の高さ位置をリンク機構の形状の初期設定で定まる標準定盤高さ位置にすることはできるが、定盤の振動を能動的に除去することができず、また定盤を傾斜することができない。
【０００８】
定盤の振動も除去するには、特許文献１に述べられているように、定盤の振動を加速度センサ等で検出し、その加速度が小さくなるように、定盤の高さを変位させ、あるいは傾斜させることが必要である。能動的制御ではないパッシブ制御では、加速度に応じた定盤の除振と傾斜を行うことができない。なお、特許文献１では、超磁歪アクチュエータを用いて定盤に上下及び水平方向の変位を加えているが、自動高さ調整弁のように空気バネの伸縮を利用しているわけではない。
【０００９】
このように、定盤の能動的除振と、定盤の自動高さ調整とは、分離して用いられており、構成が複雑になっている。本発明の目的は、定盤除振システムに利用したときに、自動高さ調整弁の特質を生かしながら、定盤の除振制御と傾斜制御を可能とする定盤除振システム用二層三方弁を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る除振システム用二層三方弁は、定盤とベースの間に配置される空気バネに気体を供給しあるいは排気して空気バネを伸縮駆動し、定盤の振動抑制と定盤の傾斜を行う定盤除振システムにおいて、空気バネの伸縮駆動に用いられる三方弁であって、小径のステムに接続される複数の大径のランドを有するスプール部と、気体供給源に接続される給気ポートと、排気ポートと、負荷ポートとを有する固定スリーブと、外周側で固定スリーブに摺動自在に支持され、内周側でスプールを摺動自在に支持し、スプールの複数のランドの内の中央ランドに対応する負荷口と、中央ランドとその両側のランドとの間に形成される空間に対応してそれぞれ設けられる給気口と排気口とを有し、固定スリーブに対し予め定めた所定移動範囲で相対的に移動可能で、所定移動範囲において負荷口は固定スリーブの負荷ポートの範囲にあり、給気口は固定スリーブの給気ポートの範囲にあり、排気口は固定スリーブの排気ポートの範囲にある制御スリーブと、スプール部を制御スリーブに対して相対的に変位させて駆動するスプールアクチュエータと、スプール部の変位を検出するスプールセンサと、を備え、スリーブ部が固定スリーブと制御スリーブの二層構造を有し、スプールアクチュエータによってスプール部が駆動されることで、スプール部の中央ランドと制御スリーブの負荷口との間の相対位置関係で負荷ポートから給気ポートを経て空気バネに供給される気体流量が定まり、あるいは空気バネから負荷ポートを経て排気ポートから排出される気体流量が定まることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
上記構成により、定盤除振システム用二層三方弁は、定盤とベースの間に配置される複数の空気バネの空気バネ駆動装置としてのスプール・スリーブ型三方弁であって、スリーブ部が固定位置を取る固定スリーブと固定スリーブに対し移動可能な制御スリーブの二層構造を有する二層三方弁である。そして、定盤除振システムに用いられる場合には、駆動信号に応じて、二層三方弁の固定スリーブに対しスプール部が軸方向に移動駆動され、定盤高さ位置に応じて、二層三方弁のスプールが軸方向に移動駆動されることになる。
【００１２】
従来の自動高さ調整弁で用いられる三方弁では、スプール部の駆動のみで空気バネの伸縮を行っているが、上記構成では、スプール部の駆動と別に、制御スリーブの駆動ができるので、空気バネの伸縮制御について、所定の定盤高さにする制御と共に、任意の定盤高さにする制御が行える。これによって、定盤に加わる加速度を抑制するように定盤を任意に変位させ、あるいは定盤を傾斜させて除振することも、定盤を一定高さに維持することも可能になる。
【００１３】
定盤の高さを任意に変化させるには、固定スリーブおよび制御スリーブに対しスプールを軸方向に移動駆動する。このようにすることで、従来の自動高さ調整弁において一定の定盤高さとされる値をオフセットさせて、定盤高さを任意の高さとすることができる。定盤を傾斜させるには、複数の空気バネに対応して、固定スリーブおよび制御スリーブに対しそれぞれのスプールを軸方向に移動駆動する。このようにすることで、それぞれの空気バネが設けられるところの定盤の高さを任意に異ならせるものとでき、定盤を傾斜させることができる。このように、三方弁の制御を２系統独立としたので、自動高さ調整弁の特質を十分生かしながら、定盤を任意に変位させることができる。
【００１４】
また、定盤除振システム用の二層三方弁は、スプール部は、小径のステムに接続される複数の大径のランドを有する。固定スリーブは、気体供給源に接続される給気ポートと、排気ポートと、空気バネに接続される負荷ポートとを有する。そして、制御スリーブは、スプールの複数のランドの内の中央ランドに対応する負荷口と、中央ランドとその両側のランドとの間に形成される空間に対応してそれぞれ設けられる給気口と排気口とを有し、固定スリーブに対し予め定めた所定移動範囲で相対的に移動可能で、所定移動範囲において負荷口は固定スリーブの負荷ポートの範囲にあり、給気口は固定スリーブの給気ポートの範囲にあり、排気口は固定スリーブの排気ポートの範囲にあるように設定される。
【００１５】
したがって、スプール部の駆動制御、あるいは制御スリーブの駆動制御によって、スプール部の中央ランドと制御スリーブの負荷口との間の相対位置関係を変化させることができる。そして、これらの駆動制御によって、負荷ポートから給気ポートを経て空気バネに供給される気体流量が定まり、あるいは空気バネから負荷ポートを経て排気ポートから排出される気体流量が定まることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る実施の形態の二層三方弁が用いられる定盤除振システムの構成を説明する図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の二層三方弁が適用される制御弁の構成図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の二層三方弁の詳細拡大断面図である。
【図４】本発明に係る実施の形態に二層三方弁が用いられる定盤除振システムにおける回転・直進変換機構の詳細構成図である。
【図５】本発明に係る実施の形態の二層三方弁が用いられる除振装置のブロック図である。
【図６】本発明に係る実施の形態において、定盤一定高さ調整のときに空気バネを収縮させる様子を説明する図である。
【図７】本発明に係る実施の形態において、定盤一定高さ調整のときに空気バネを伸長させる様子を説明する図である。
【図８】本発明に係る実施の形態において、定盤に任意の変位を与えるときに空気バネを収縮させる様子を説明する図である。
【図９】本発明に係る実施の形態において、定盤に任意の変位を与えるときに空気バネを伸長させる様子を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。以下では、二層三方弁の説明のために、定盤除振システムの中でどのように用いられるかを説明する。以下で説明する定盤除振システムは１つの例である。例えば、従来技術の自動高さ調整弁に相当するものとして、スプール・スリーブ方式の制御弁を説明するが、これは一例であって、空気バネに連通する負荷ポートと、気体供給源に連通する給気ポートと、大気側に開放される排気ポートとの３つのポートを有する気体制御弁であれば、他の構造であってもよい。スプールアクチュエータとして可動線輪型のフォースモータを説明するが、これ以外の方式、例えば、プランジャ型のアクチュエータでもよく、場合によってはステッピングモータ、サーボモータ等の小型モータとボールネジ等の直線運動機構との組合せであってもよい。
【００１８】
なお、以下では、空気バネに加圧空気が供給されるものとして説明するが、ここでの空気は、外気の他に、乾燥空気、あるいは窒素と酸素の成分比を適当に変更した気体、適当な不活性ガス等を添加した気体等であってもよい。
【００１９】
また、以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００２０】
図１は、二層三方弁７８が用いられる定盤除振システム２２０の構成を説明する図である。定盤除振システム２２０は、床面の上に設置されるベース２２２と、精密測定、精密加工、精細露光等の精密作業を行うための定盤２２４と、ベース２２２と定盤２２４の間に設けられる空気バネ２２，２３と、空気バネ２２，２３の伸縮によって定盤２２４に任意の変位を与える空気バネ駆動装置３０と、定盤２２４の加速度、定盤２２４の変位に基づいて空気バネ駆動装置３０の動作を制御する制御装置１１０を含む。
【００２１】
ベース２２２は、定盤２２４を搭載する基台で、その内部に空気バネ駆動装置３０、制御装置１１０等が配置される。定盤２２４は、平坦面を有し、適当な質量を有するテーブルである。空気バネ２２，２３は、定盤２２４を支持する流体バネで、内部空間に加圧気体を導入することで伸長し、加圧気体を外部に放出することで収縮する。空気バネ２２，２３は、定盤２２４の底面に複数個所設けられる。図１は正面図であるので空気バネ２２，２３は２つ示されているが、定盤２２４の全体で４箇所、すなわち４つの空気バネが設けられる。もっとも、定盤２２４の大きさに応じてその個数を増減できる。例えば、３つの空気バネを用いて定盤２２４を３点支持としてもよい。５個として５点支持とすることも、これ以上の個数とすることもできる。
【００２２】
空気バネ駆動装置３０は、空気バネ２２，２３の数に対応する複数の個別駆動装置１１２，１１３で構成され、全体として制御装置１１０によってその動作が制御される。個別駆動装置１１２，１１３は、制御弁４０と、リンクレバー機構２４，２５と、気体供給源３２を含んで構成される。空気バネ２２，２３と個別駆動装置１１２，１１３は一対一で対応し、それぞれの対の構成は同じ内容であるので、以下では、個別駆動装置１１２に代表させて、その制御弁４０、リンクレバー機構２４について説明を続ける。
【００２３】
制御弁４０は、制御スリーブ９０と固定スリーブ９１とスプール部８０の二層三方弁７８と、リンクレバー機構２４，２５と接続されて制御スリーブ９０を駆動する回転・直進変換機構４４と、スプール部８０を駆動するスプールアクチュエータ１２０を含んで構成される。
【００２４】
制御装置１１０は、空気バネ駆動装置３０の動作を制御して、定盤２２４をベース２２２に対して定盤２２４に任意の変位を与える機能を有する。具体的には、制御装置１１０は、加速度センサ１１１によって定盤２２４の加速度のフィードバックを受け、二層三方弁７８の制御スリーブ９０の変位から定盤２２４の変位である定盤高さのフィードバックを受け、二層三方弁７８のスプール部８０の変位のフィードバックを受け、これらのフィードバック情報を処理し、定盤２２４の振動を除去し、定盤２２４を一定高さに維持し、あるいは定盤２２４を傾斜させる制御を行う。
【００２５】
図２は、制御弁４０全体の構造図で、図３は、二層三方弁７８の部分の詳細図、図４は、回転・直進変換機構４４の詳細図である。これらの図において、直交するＸＹＺ軸を示した。Ｘ方向が、スプール部８０および制御スリーブ９０の移動方向である。
【００２６】
制御弁４０は、給気口接続部５３、排気口開放部５５、負荷口接続部５７の３つの気体流通口と、スプール駆動制御ポート１２８、スプールセンサポート１４６の２つの信号接続部を有する。これらは、制御弁４０の筐体に取り付けられる。制御弁４０の筐体は、制御弁４０が複数の構成要素を組み合わせていることから、各構成要素の筐体を接続して組み立てたものであるが、ここでは、二層三方弁７８の筐体である固定スリーブ９１に代表させて、これを制御弁４０の筐体と呼ぶことにする。
【００２７】
給気口接続部５３は、二層三方弁７８の給気ポート５２に接続して気体供給源３２からの加圧空気を供給するための接続口である。排気口開放部５５は、二層三方弁７８の排気ポート５４に接続し、大気に開放する開放端である。負荷口接続部５７は、二層三方弁７８の負荷ポート５６と空気バネ２２とを接続するための接続口である。給気口接続部５３と負荷口接続部５７には適当なフィルタを設けてもよい。また、排気口開放部５５に適当な消音器を設けてもよい。
【００２８】
スプール駆動制御ポート１２８は、スプールアクチュエータ１２０に制御装置１１０からの駆動制御信号を伝送するための信号線を接続するためのコネクタ部である。スプールセンサポート１４６は、スプール部８０の状態を検出するスプールセンサ１４０である変位センサの出力信号を制御装置１１０へ伝送するための信号線を接続するためのコネクタである。
【００２９】
二層三方弁７８は、給気ポート５２と排気ポート５４と負荷ポート５６とを有する三方弁の一種で、スプール・スリーブ機構を有するが、ここでは、スリーブが２層に分かれて、制御スリーブ９０と固定スリーブ９１とに分かれる。固定スリーブ９１は、スプール・スリーブ機構の筐体であって、一般的なスプール・スリーブ機構のスリーブに相当するものである。制御スリーブ９０は、外周側で固定スリーブ９１に摺動自在に支持され、内周側でスプール部８０を摺動自在に支持する部材である。二層三方弁７８の詳細構造は後述する。
【００３０】
スプール軸１１８は、スプール部８０が二層三方弁７８の領域よりも−Ｘ方向に延びて突き出す部分である。スプール軸１１８に取り付けられるスプールアクチュエータ１２０は、スプール部８０を軸方向に移動駆動する可動線輪型のフォースモータである。また、スプール軸１１８の先端に取り付けられるスプールセンサ１４０である変位センサは、磁性体軸１４２と差動トランス１４４で構成され、スプール部８０の軸方向の変位を検出する機能を有する。
【００３１】
スプールアクチュエータ１２０は、スプール軸１１８に取り付けられ先端部がカップ型に開く駆動アーム１２２と、駆動アーム１２２の先端に設けられるコイル１２４と、制御弁４０の筐体に取り付けられコイル１２４に対向して配置される永久磁石１２６を含んで構成される。コイル１２４には、スプール駆動制御ポート１２８を介して制御装置１１０から駆動電流信号が供給される。この駆動電流信号によってコイル１２４に流れる電流と、永久磁石１２６の磁束との協働作用によって、駆動アーム１２２に、軸方向の駆動力が与えられ、これによって、スプール部８０を軸方向に移動駆動することができる。なお、図２に示されるように、駆動アーム１２２と筐体である固定スリーブ９１との間には、スプールアクチュエータ１２０を中立位置に引き戻す中立バネが設けられるものとしてもよい。
【００３２】
スプールセンサ１４０は、スプール部８０のＸ方向の移動量を検出する変位センサである。図２には、スプールセンサ１４０として、差動トランス型が図示されているが、差動トランス型以外の形式の変位センサを用いてもよい。例えば、光学型変位センサ、静電容量型変位センサ等を用いることができる。
【００３３】
次に、二層三方弁７８の構成について、図３を用いて説明する。図３は、二層三方弁７８に関する詳細を示す断面図で、二層三方弁７８が中立状態にあるときの様子が示されている。二層三方弁７８は、上記のように、固定スリーブ９１、制御スリーブ９０、スプール部８０を含んで構成される。二層三方弁７８としての給気ポート５２と排気ポート５４と負荷ポート５６は、固定スリーブ９１に設けられる。
【００３４】
制御スリーブ９０は、外周側で固定スリーブ９１に摺動自在に支持され、内周側でスプール部８０を摺動自在に支持する円筒状部材である。制御スリーブ９０には、固定スリーブ９１の給気ポート５２と排気ポート５４と負荷ポート５６に対応して、それぞれ給気口６２と排気口６４と負荷口６６が設けられる。
【００３５】
図３に示されるように、給気口６２の開口大きさは給気ポート５２の開口大きさよりも大きく、排気口６４の開口大きさは排気ポート５４の開口大きさよりも大きく、負荷口６６の開口大きさは負荷ポート５６の開口大きさよりも大きく設定される。これによって、固定スリーブ９１に対して制御スリーブ９０が予め定めた所定移動範囲で相対的に移動したときに、その所定移動範囲において、給気口６２の開口部は固定スリーブ９１の給気ポート５２の開口部の範囲にあり、排気口６４の開口部は固定スリーブ９１の排気ポート５４の開口部の範囲にあり、負荷口６６の開口部は固定スリーブ９１の負荷ポート５６の開口部の範囲にある。つまり、固定スリーブ９１に対して制御スリーブ９０が相対的に移動しても、給気口６２は給気ポート５２と常に連通し、排気口６４は排気ポート５４と常に連通し、負荷口６６は負荷ポート５６と常に連通する。
【００３６】
二層三方弁７８のスプール部８０は、細軸のステム部８１と、ステム部８１よりも外径の大きい中央ランド８６と、その両側に配置される前後ランド８２，８４とを有する軸部材である。
【００３７】
次に、リンクレバー機構２４について説明する。リンクレバー機構２４は、ベース２２２に対する定盤２２４の変位を示す高さ位置を検出する機能を有する。リンクレバー機構２４は、定盤２２４に対し回動可能に一方端が支持される定盤側アームと、ベース２２２に対し回転可能に他方端が支持されるベース側アームであるレバーと、定盤側アームの他方端とベース側アームの一方端が相互に回動可能に接続される機構である。ベース２２２に対する定盤２２４の高さ位置が変わると、リンクレバー機構２４のリンク形状が変化し、その形状変化は、ベース２２２に対する定盤２２４の高さによって一意に定まる。そこで、例えば、予め定められたベース２２２の基準面に対するベース側アームの傾斜角度を、ベース２２２に対する定盤２２４の高さに対応する高さ対応値として用いることができる。
【００３８】
リンクレバー機構２４の形状変化は、ベース２２２に対する定盤２２４の高さ対応値、すなわち、ベース２２２に対する定盤２２４の変位量を示すものである。この定盤２２４の変位量は、制御弁４０の回転・直進変換機構４４に伝えられ、制御スリーブ９０の駆動制御に用いられる。また、回転・直進変換機構４４に設けられるレゾルバ１３２によって電気信号に変換され、変位量のフィードバックとして制御装置１１０に伝送される。
【００３９】
回転・直進変換機構４４について、図４を用いて説明する。回転・直進変換機構４４は、制御スリーブ９０の−Ｘ方向端に設けられ、リンクレバー機構２４に接続される。図４では、リンクレバー機構２４について、定盤側アーム２６とベース側アームであるレバー２８と、これらを回転自在に相互に接続する回転接続部２７が示されている。
【００４０】
回転・直進変換機構４４は、ベース２２２に対する定盤２２４の高さである定盤高さ値に応じて、定盤側アーム２６とベース側アームであるレバー２８とで形成される形状の変化に伴うレバー２８の回転運動を、制御スリーブ９０の直進運動に変換する機能を有する。これによって、定盤高さ値に応じて、制御スリーブ９０が軸方向に移動駆動される。その意味で、リンクレバー機構２４と回転・直進変換機構４４が、制御スリーブ９０を移動駆動するスリーブアクチュエータに相当する。
【００４１】
回転・直進変換機構４４は、制御弁４０の筐体に固定されるケース１６０と、ケース１６０に回転自在に支持される回転体１６２と、回転体１６２と一体的に回転する円板１３０と、円板１３０の回転中心軸から偏心して配置される偏心ピン１６４と、制御スリーブ９０の−Ｘ方向端に接続される案内板１６６に設けられた案内溝１６８を含んで構成される。
【００４２】
ここで、回転体１６２の中心軸１６１に、レバー２８の一方端が取り付けられる。回転体の中心軸１６１と円板１３０の回転中心軸は同心である。また、案内板１６６は、制御スリーブ９０と一体であるので、Ｘ方向にのみ移動可能である。そして、案内溝１６８は、Ｚ方向に沿って設けられた溝で、偏心ピン１６４を受け入れる溝幅を有する。
【００４３】
回転・直進変換機構４４の作用を説明する。上記のように、ベース２２２に対する定盤２２４の高さ位置が変わると、リンクレバー機構２４のリンク形状が変化する。そのリンク形状の変化に応じて、ベース側アームであるレバー２８が回転体１６２の中心軸１６１を回転させる。これによっての周りに回転する。これによって、偏心ピン１６４が中心軸１６１の周りに回転する。偏心ピン１６４の回転は、案内溝１６８の拘束によって案内板１６６をＸ方向に移動させる。案内板１６６と制御スリーブ９０とは一体であるので、結局、ベース２２２に対する定盤２２４の高さ位置が変わると、その変化に応じて、制御スリーブ９０がＸ方向に移動駆動される。
【００４４】
ケース１６０の内部には、回転体１６２の中心軸１６１の回転角度を検出するレゾルバ１３２が設けられる。これによって、定盤２２４の変位量である定盤高さ位置がリンクレバー機構２４の形状変化を介してレゾルバ１３２によって検出される。レゾルバ１３２の検出信号は、適当な信号線によって制御装置１１０に伝送される。なお、レゾルバ１３２に代えて、他の方式の回転角度検出器を用いてもよい。例えば、エンコーダ、ポテンショメータ等を用いることができる。
【００４５】
図５は、上記構成の定盤除振システム２２０のブロック図である。制御装置１１０は、除振処理部２３０と、傾斜処理部２３２の２つの制御処理機能を有する。除振処理部２３０は、定盤２２４の加速度を加速度センサ１１１によって取得し、その加速度を打ち消すように定盤２２４を変位させる機能を有する。傾斜処理部２３２は、複数の空気バネ２２，２３に対してそれぞれ異なる変位量で変位させ、定盤２２４をベース２２２に対して傾斜させる機能を有する。定盤２２４に不均一な荷重がかかる場合のように、定盤２２４に印加される加速度によっては、定盤２２４が傾斜することがあるが、傾斜処理部２３２は、定盤２２４を傾斜させる加速度を打ち消して、定盤２２４を水平に戻す制御処理を行うことができる。
【００４６】
除振処理部２３０の制御処理は以下のように行われる。定盤２２４が振動を受けると、その振動を加速度センサ１１１が検知し、制御装置１１０がそれを取得する。制御装置１１０は、定盤２２４の質量と、空気バネ２２のバネ定数、ダンピング特性等に基づいて、定盤２２４の加速度を打ち消す反力に相当する変位量を算出し、その変位量を変位指令値として、二層三方弁７８のスプールアクチュエータ１２０に与える。スプールアクチュエータ１２０はその変位指令値に応じてスプール部８０を軸方向に移動駆動する。一方で制御スリーブ９０は、定盤２２４の変位量である定盤高さ位置に応じてリンクレバー機構２４、回転・直進変換機構４４を介して変位駆動を受ける。スプール部８０と制御スリーブ９０との間の変位量差に応じて、二層三方弁７８は空気バネ２２に対して加圧気体を供給し、あるいは空気バネ２２の中の気体を大気に解放する。これによって、空気バネ２２が伸縮して定盤２２４を変位させる。
【００４７】
このように、定盤２２４の加速度に応じて、制御装置１１０は定盤２２４をベース２２２に対して加速度を低減させる制御を行う。そして、除振のために行われた定盤２２４の実際の変位量は、レゾルバ１３２を介して高さフィードバックループ２３４で制御装置１１０に戻され、除振された定盤２２４の実際の加速度は加速度センサ１１１を介して加速度フィードバックループ２３６で制御装置１１０に戻される。なお、除振のために行われたスプール部８０の実際の変位量も、スプールセンサ１４０を介して、スプール部フィードバックループ２３８で制御装置１１０に戻される。制御装置１１０は、これらのフィードバックによって、目標値と指令値との偏差を求め、偏差を少なくする制御を行って、定盤２２４の振動を除去する。
【００４８】
傾斜処理部２３２の制御処理は以下のように行われる。いま、定盤２２４が偏荷重等によって傾斜したとすると、複数の空気バネ２２，２３に対応する箇所の定盤２２４の高さ位置が、リンクレバー機構２４と回転・直進変換機構４４、レゾルバ１３２を介して、制御装置１１０に伝送される。制御装置１１０は、複数の空気バネ２２，２３に対応する箇所の定盤２２４の高さ位置の情報を受けると、その高さを所望の目標高さにするように、変化させる高さを変位指令値とする。そして、その変位指令値を二層三方弁７８のスプールアクチュエータ１２０に与える。スプールアクチュエータ１２０はその変位指令値に応じてスプール部８０を軸方向に移動駆動する。一方で制御スリーブ９０は、定盤２２４の変位量である定盤高さ位置に応じてリンクレバー機構２４、回転・直進変換機構４４を介して変位駆動を受ける。スプール部８０と制御スリーブ９０との間の変位量差に応じて、二層三方弁７８は空気バネ２２に対して加圧気体を供給し、あるいは空気バネ２２の中の気体を大気に解放する。これによって、空気バネ２２が伸縮して定盤２２４を変位させる。
【００４９】
このように、定盤２２４の各箇所の高さ位置に応じて、制御装置１１０は各空気バネ２２，２３を駆動させ、定盤２２４の傾斜を打ち消すような傾斜変位制御を行う。そして、傾斜処理のために行われた定盤２２４の各箇所の実際の変位量は、各レゾルバ１３２を介して高さフィードバックループ２３４で制御装置１１０に戻され、定盤２２４の実際の加速度は加速度センサ１１１を介して制御装置１１０に戻される。なお、傾斜処理のために行われたスプール部８０の実際の変位量も、スプールセンサ１４０を介してスプール部フィードバックループで制御装置１１０に戻される。制御装置１１０は、これらのフィードバックによって、目標値と指令値との偏差を求め、偏差を少なくする制御を行って、定盤２２４の傾斜を打ち消すように定盤２２４を傾ける。
【００５０】
なお、通常時は、制御装置１１０はスプールアクチュエータ１２０に対し、変位指令値をゼロ、つまり、定盤２２４の高さ位置をベース２２２に対し標準定盤高さ位置に維持する指令値を与える。このときには、スプール部８０の軸方向位置が、ベース２２２に対し固定位置となる。定盤２２４が何かの原因で標準定盤高さ位置と異なる高さとなると、スプール部８０と制御スリーブ９０との間の変位量差に応じて、二層三方弁７８は空気バネ２２に対して加圧気体を供給し、あるいは空気バネ２２の中の気体を大気に解放する。これによって、空気バネ２２が伸縮して定盤２２４を変位させる。これによって、定盤２２４は元の標準定盤高さ位置の方向に復帰する方向に変位する。定盤２２４が完全に元の標準定盤高さ位置に復帰すると、二層三方弁７８は空気バネ２２との間の連通を閉じるので、元の標準定盤高さ位置が維持される。この機能は、従来技術における空気バネを用いた定盤２２４の自動レベル調整と同じものである。
【００５１】
上記構成の作用を図６から図８を用いて説明する。これらの図は図３に対応する図で、図３が中立状態を示すものであったのに対し、図６と図７は、スプール部８０が移動せず、制御スリーブ９０が移動する場合を示し、図８と図９は、制御スリーブ９０が移動せず、スプール部８０が移動する場合を示す図である。図６と図７が定盤２２４を予め定めた標準定盤高さ位置に維持する制御に対応し、図８と図９が定盤２２４を任意の高さに変位させる制御に対応する。前者の典型例は、定盤高さを一定に調整するレベル調整制御であり、後者の典型例は、定盤２２４を傾斜させる傾斜制御である。そこで、以下では、図６と図７をレベル調整制御、図８と図９を傾斜制御と呼ぶことにして説明を続ける。なお、実際の作用としては、制御スリーブ９０もスプール部８０も移動する場合があるが、そのときでも、制御スリーブ９０の動きの作用とスプール部８０の動きの作用に分解できる。
【００５２】
図６、図７は、従来からよく知られているレベル調整制御を説明する図である。図６は、レベル調整制御において、実際の定盤高さ値ｈが標準定盤高さ値ｈ0よりも高い場合である。この場合は、リンクレバー機構２４と回転・直進変換機構４４によって、制御スリーブ９０が、中立位置にあるスプール部８０に対し、−Ｘ方向に移動した場合に相当する。ここでは、制御スリーブ９０の負荷口６６がスプール部８０の中央ランド８６に対して−Ｘ方向に移動するので、負荷口６６が開く。これにより、負荷ポート５６は、負荷口６６−中央ランド８６とその隣のランド８４との間の空間−排気口６４−排気ポート５４の経路で、排気口開放部５５を経て大気に開放される。
【００５３】
このようにして、空気バネ２２と排気口開放部５５が連通することで、空気バネ２２からの空気が大気に放出され、空気バネ２２が縮小する。空気バネ２２が縮小すると、定盤高さ値ｈが低くなる。定盤高さ値ｈが低くなると、制御スリーブ９０はスプール部８０に対し＋Ｘ方向に戻される。定盤高さ値ｈが標準定盤高さ値ｈ0に達すると、スプール部８０の中央ランド８６と負荷口６６の位置が一致する。これにより、図３の中立状態に戻って、空気バネ２２からの空気の放出が止まる。このようにして、実際の定盤高さ値を標準定盤高さ値ｈ0に戻すレベル調整制御が自動的に行われる。
【００５４】
図７は、レベル調整制御において、実際の定盤高さ値ｈが標準定盤高さ値ｈ0よりも低い場合である。この場合は、リンクレバー機構２４と回転・直進変換機構４４によって、制御スリーブ９０が、中立位置にあるスプール部８０に対し、＋Ｘ方向に移動した場合に相当する。ここでは、制御スリーブ９０の負荷口６６がスプール部８０の中央ランド８６に対して＋Ｘ方向に移動するので、負荷口６６が開く。これにより、負荷ポート５６は、負荷口６６−中央ランド８６とその隣のランド８２との間の空間−給気口６２−給気ポート５２の経路で、給気口接続部５３を経て気体供給源３２に連通する。
【００５５】
このようにして、給気口接続部５３と空気バネ２２とが連通することで、空気バネ２２に加圧空気が供給され、空気バネ２２が伸長する。空気バネ２２が伸長すると、定盤高さ値ｈが高くなる。定盤高さ値ｈが高くなると、制御スリーブ９０はスプール部８０に対して−Ｘ方向に戻される。定盤高さ値ｈが標準定盤高さ値ｈ0に達すると、スプール部８０の中央ランド８６と制御スリーブ９０の負荷口６６の位置が一致する。これにより、図３で説明した中立状態に戻って、給気口接続部５３からの加圧空気の供給が止まる。このようにして、実際の定盤高さ値を標準定盤高さ値ｈ0に戻すレベル調整制御が自動的に行われる。
【００５６】
次に傾斜制御について説明する。なお、以下では、傾斜制御を開始する前に、定盤２２４とベース２２２との間の高さである定盤高さ値が標準状態にあり、制御スリーブ９０が中立状態であるとして説明する。
【００５７】
図８は、傾斜制御において、定盤高さ値を低く設定する場合である。この場合は、スプールアクチュエータ１２０によって、スプール部８０が、中立位置にある制御スリーブ９０に対し、＋Ｘ方向に移動した場合に相当する。ここでは、制御スリーブ９０の負荷口６６に対してスプール部８０の中央ランド８６が＋Ｘ方向に移動するので、負荷口６６が開く。これにより、負荷ポート５６は、負荷口６６−中央ランド８６とその隣のランド８４との間の空間−排気口６４−排気ポート５４の経路で、排気口開放部５５を経て大気に開放される。
【００５８】
このようにして、空気バネ２２と排気口開放部５５が連通することで、空気バネ２２からの空気が大気に放出され、空気バネ２２が縮小する。空気バネ２２が縮小すると、定盤高さ値ｈが低くなる。定盤高さ値ｈが低くなると、スプール部８０は制御スリーブ９０に対し−Ｘ方向に戻される。定盤高さ値ｈが変位指令値によって任意に設定された設定定盤高さ値ｈ1に達すると、スプール部８０の中央ランド８６と負荷口６６の位置が一致する。これにより、図３の中立状態に戻って、空気バネ２２からの空気の放出が止まる。このようにして、実際の定盤高さ値を任意の設定定盤高さ値ｈ1にする定盤傾斜制御が自動的に行われる。
【００５９】
図９は、傾斜制御において、定盤高さ値を高く設定する場合である。この場合は、スプールアクチュエータ１２０によって、スプール部８０が、中立位置にある制御スリーブ９０に対し、−Ｘ方向に移動した場合に相当する。ここでは、制御スリーブ９０の負荷口６６に対してスプール部８０の中央ランド８６が−Ｘ方向に移動するので、負荷口６６が開く。これにより、負荷ポート５６は、負荷口６６−中央ランド８６とその隣のランド８２との間の空間−給気口６２−給気ポート５２の経路で、給気口接続部５３を経て気体供給源３２に連通する。
【００６０】
このようにして、給気口接続部５３と空気バネ２２とが連通することで、空気バネ２２に加圧空気が供給され、空気バネ２２が伸長する。空気バネ２２が伸長すると、定盤高さ値ｈが高くなる。定盤高さ値ｈが高くなると、スプール部８０は制御スリーブ９０に対して＋Ｘ方向に戻される。定盤高さ値ｈが変位指令値によって任意に設定された設定定盤高さ値ｈ2に達すると、スプール部８０の中央ランド８６と制御スリーブ９０の負荷口６６の位置が一致する。これにより、図３で説明した中立状態に戻って、給気口接続部５３からの加圧空気の供給が止まる。このようにして、実際の定盤高さ値を任意の設定定盤高さ値ｈ2にする定盤傾斜制御が自動的に行われる。
【００６１】
上記では、制御スリーブ９０の移動駆動を定盤高さ値によって形状が変化するリンクレバー機構２４によって行い、スプール部８０の移動駆動をスプールアクチュエータ１２０によって行うものとして説明した。設定定盤高さ値の変更は、スプール部８０と制御スリーブ９０の相対的位置のオフセットの設定で行うことができる。したがって、スプール部８０の移動駆動を定盤高さ値によって形状が変化するリンクレバー機構２４によって行い、制御スリーブ９０の移動駆動をフォースモータ等の制御スリーブアクチュエータによって行うものとしてもよい。
【００６２】
上記では、ベース２２２に個別駆動装置１１２，１１３を内蔵するものとしたが、勿論、定盤２２４に個別駆動装置１１２，１１３を内蔵するものとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明に係る除振システム用二層三方弁は、空気バネで保持された精密防振テーブルに利用できる。
【符号の説明】
【００６４】
２２，２３  空気バネ、２４，２５  リンクレバー機構、２６  定盤側アーム、２７  回転接続部、２８  レバー、３０  空気バネ駆動装置、３２  気体供給源、４０  制御弁、４４  回転・直進変換機構、５２  給気ポート、５３  給気口接続部、５４  排気ポート、５５  排気口開放部、５６  負荷ポート、５７  負荷口接続部、６２  給気口、６４  排気口、６６  負荷口、７８  二層三方弁、８０  スプール部、８１  ステム部、８２，８４  前後ランド、８６  中央ランド、９０  制御スリーブ、９１  固定スリーブ、１１０  制御装置、１１１  加速度センサ、１１２，１１３  個別駆動装置、１１８  スプール軸、１２０  スプールアクチュエータ、１２２  駆動アーム、１２４  コイル、１２６  永久磁石、１２８  スプール駆動制御ポート、１３０  円板、１３２  レゾルバ、１４０  スプールセンサ、１４２  磁性体軸、１４４  差動トランス、１４６  スプールセンサポート、１６０  ケース、１６１  中心軸、１６２  回転体、１６４  偏心ピン、１６６  案内板、１６８  案内溝、２２０  定盤除振システム、２２２  ベース、２２４  定盤、２３０  除振処理部、２３２  傾斜処理部、２３４  高さフィードバックループ、２３６  加速度フィードバックループ、２３８        スプール部フィードバックループ。
【図１】
2012233557.tif 000003
【図２】
2012233557.tif 000004
【図３】
2012233557.tif 000005
【図４】
2012233557.tif 000006
【図５】
2012233557.tif 000007
【図６】
2012233557.tif 000008
【図７】
2012233557.tif 000009
【図８】
2012233557.tif 000010
【図９】
2012233557.tif 000011