JPH05215133A - 静圧流体軸受およびその位置決め制御装置 - Google Patents
静圧流体軸受およびその位置決め制御装置Info
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- JPH05215133A JPH05215133A JP4046384A JP4638492A JPH05215133A JP H05215133 A JPH05215133 A JP H05215133A JP 4046384 A JP4046384 A JP 4046384A JP 4638492 A JP4638492 A JP 4638492A JP H05215133 A JPH05215133 A JP H05215133A
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- Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 軸受の組立精度や機械的精度のバラツキある
いは軸受の移動による場所的変化による軸受隙間の変化
を防止した静圧空気軸受を提供する。 【構成】 流体を対向面に噴出してその静圧により対向
面との間に隙間を保つため静圧パッド５ａ、５ｂと、前
記隙間を減少させる方向に作用するバイアス用磁石１２
ａ、１２ｂと、該バイアス用磁石の磁場変調用コイル１
３ａ、１３ｂとを備えたことを特徴とする静圧流体軸
受。
いは軸受の移動による場所的変化による軸受隙間の変化
を防止した静圧空気軸受を提供する。 【構成】 流体を対向面に噴出してその静圧により対向
面との間に隙間を保つため静圧パッド５ａ、５ｂと、前
記隙間を減少させる方向に作用するバイアス用磁石１２
ａ、１２ｂと、該バイアス用磁石の磁場変調用コイル１
３ａ、１３ｂとを備えたことを特徴とする静圧流体軸
受。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体露光装置（ステ
ッパ等）の位置決め装置の案内として使用される静圧空
気軸受に関し、特に浮上力に対してバランスをとるため
の吸引力発生用永久磁石部に磁場変調用コイルを設けた
静圧空気軸受に関するものである。さらに本発明はこの
静圧空気軸受を使った位置決め装置に関し、特に移動体
の姿勢変化を制御するための位置決め制御装置構成に関
するものである。
ッパ等）の位置決め装置の案内として使用される静圧空
気軸受に関し、特に浮上力に対してバランスをとるため
の吸引力発生用永久磁石部に磁場変調用コイルを設けた
静圧空気軸受に関するものである。さらに本発明はこの
静圧空気軸受を使った位置決め装置に関し、特に移動体
の姿勢変化を制御するための位置決め制御装置構成に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】精密機器の運動精度を支配する重要な要
素の一つとして案内面がある。近年、直進精度確保の観
点から静圧軸受が多く用いられている。例えば、高精度
を要求される位置決めステージでは、通常、案内や支持
部に静圧軸受を用いて運動精度を高めている。
素の一つとして案内面がある。近年、直進精度確保の観
点から静圧軸受が多く用いられている。例えば、高精度
を要求される位置決めステージでは、通常、案内や支持
部に静圧軸受を用いて運動精度を高めている。
【０００３】この静圧空気軸受の長所は、空気膜の平均
化効果により高い直進精度が得られることおよび非接触
支持のため摩擦、摩耗、発塵が少なくその結果、駆動力
を小さくでき、清浄環境化での使用が可能となることで
ある。
化効果により高い直進精度が得られることおよび非接触
支持のため摩擦、摩耗、発塵が少なくその結果、駆動力
を小さくでき、清浄環境化での使用が可能となることで
ある。
【０００４】一方、静圧空気軸受の短所は、粘性が小さ
い空気で支持しているため、剛性や負荷容量の向上が難
しいことおよび空気の圧縮性に起因する自励振動が発生
しやすいことである。
い空気で支持しているため、剛性や負荷容量の向上が難
しいことおよび空気の圧縮性に起因する自励振動が発生
しやすいことである。
【０００５】次に、静圧空気軸受を用いた位置決め装置
の一例について説明する。図５は移動体１を静圧空気軸
受２を用いて案内する１軸方向の位置決め装置の一例で
ある。ここで、３は駆動用ボールネジであり、カップリ
ング４を介して移動体１を直動方向に位置決めする駆動
機構となっている。使用される案内としての静圧空気軸
受２は、固体摩擦に起因するスティックスリップやバッ
クラッシュが皆無であるため高移動分解能を持ち、静圧
静圧パッドの形状誤差が作動流体膜で平均化されるため
案内精度が向上し、かつ摩擦が皆無であるため恒久的な
高精度送りが可能となるという特徴を有する。
の一例について説明する。図５は移動体１を静圧空気軸
受２を用いて案内する１軸方向の位置決め装置の一例で
ある。ここで、３は駆動用ボールネジであり、カップリ
ング４を介して移動体１を直動方向に位置決めする駆動
機構となっている。使用される案内としての静圧空気軸
受２は、固体摩擦に起因するスティックスリップやバッ
クラッシュが皆無であるため高移動分解能を持ち、静圧
静圧パッドの形状誤差が作動流体膜で平均化されるため
案内精度が向上し、かつ摩擦が皆無であるため恒久的な
高精度送りが可能となるという特徴を有する。
【０００６】図６は静圧空気軸受取付部の拡大断面図で
ある。図６を用いてこの軸受の原理を説明する。同図
は、移動体１が静圧パッド５ａ、５ｂの働きにより隙間
６ａ、６ｂを介して定盤７から非接触浮上している様子
を描いている。静圧パッドホルダ９ａ、９ｂに取り付け
られた静圧パッド５ａ、５ｂには各々供給チューブ８
ａ、８ｂから圧縮空気が供給され、これにより定盤７に
対する浮上力を得ている。また、磁石ホルダ１０ａ、１
０ｂに取り付けられた永久磁石１１ａ、１１ｂの作用に
より、移動体１を定盤７側へ吸引する。したがって、圧
縮空気が導かれる静圧パッド５ａ、５ｂによる上方向の
浮上力と永久磁石による下方向への吸引力のバランスが
とれた状態で隙間６ａ、６ｂが安定となり、定盤７に対
する非接触状態が得られる。
ある。図６を用いてこの軸受の原理を説明する。同図
は、移動体１が静圧パッド５ａ、５ｂの働きにより隙間
６ａ、６ｂを介して定盤７から非接触浮上している様子
を描いている。静圧パッドホルダ９ａ、９ｂに取り付け
られた静圧パッド５ａ、５ｂには各々供給チューブ８
ａ、８ｂから圧縮空気が供給され、これにより定盤７に
対する浮上力を得ている。また、磁石ホルダ１０ａ、１
０ｂに取り付けられた永久磁石１１ａ、１１ｂの作用に
より、移動体１を定盤７側へ吸引する。したがって、圧
縮空気が導かれる静圧パッド５ａ、５ｂによる上方向の
浮上力と永久磁石による下方向への吸引力のバランスが
とれた状態で隙間６ａ、６ｂが安定となり、定盤７に対
する非接触状態が得られる。
【０００７】なお、同図は移動体１が静圧パッド５ａ、
５ｂによって重力と逆方向に非接触支持される場合の図
であるが、水平方向に移動体１を非接触支持する場合も
原理は同様となる。ただし、この場合は永久磁石は、空
気軸受の反発力によって移動体１が左右に変形するのを
防止する役割も有する。
５ｂによって重力と逆方向に非接触支持される場合の図
であるが、水平方向に移動体１を非接触支持する場合も
原理は同様となる。ただし、この場合は永久磁石は、空
気軸受の反発力によって移動体１が左右に変形するのを
防止する役割も有する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】前記従来技術において
は、以上の説明のように、静圧空気軸受は永久磁石の吸
引力と作動流体の圧力との釣合いによって一定の隙間を
得て移動体を非接触支持する。この場合、隙間が装置性
能に関わる重要なパラメータになる。即ち隙間は装置の
機械剛性を決定しており、この機械剛性は、制御ループ
を構成して静圧空気軸受を使用する位置決め装置の性能
に大きく影響するからである。従来の静圧空気軸受では
隙間の管理が十分できないという問題点があった。
は、以上の説明のように、静圧空気軸受は永久磁石の吸
引力と作動流体の圧力との釣合いによって一定の隙間を
得て移動体を非接触支持する。この場合、隙間が装置性
能に関わる重要なパラメータになる。即ち隙間は装置の
機械剛性を決定しており、この機械剛性は、制御ループ
を構成して静圧空気軸受を使用する位置決め装置の性能
に大きく影響するからである。従来の静圧空気軸受では
隙間の管理が十分できないという問題点があった。
【０００９】即ち、着磁によって永久磁石の吸引力が決
まるのであるが、その大きさを正確に、かつバラツキ無
しで作り込むことは困難であった。また、パッドそのも
のも制作上のバラツキを持っていた。したがって、作動
流体を静圧パッドに供給したときに得られる浮上力と磁
気吸引力のバランスもバラツキを持ち、このため隙間が
目標値どおりに設定できなかった。この場合、剛性の絶
対値が目標どおりに管理できないことになるため、制御
系を構成したときの位置決め性能も管理できなかった。
まるのであるが、その大きさを正確に、かつバラツキ無
しで作り込むことは困難であった。また、パッドそのも
のも制作上のバラツキを持っていた。したがって、作動
流体を静圧パッドに供給したときに得られる浮上力と磁
気吸引力のバランスもバラツキを持ち、このため隙間が
目標値どおりに設定できなかった。この場合、剛性の絶
対値が目標どおりに管理できないことになるため、制御
系を構成したときの位置決め性能も管理できなかった。
【００１０】上述の問題点は位置決め装置の制御系性能
を制限する剛性の絶対値に関わるものであったが、従来
技術においてはその他に、静圧空気軸受を空間的に配置
したことに原因する位置決め装置の姿勢変化の問題があ
った。以下これについて説明する。
を制限する剛性の絶対値に関わるものであったが、従来
技術においてはその他に、静圧空気軸受を空間的に配置
したことに原因する位置決め装置の姿勢変化の問題があ
った。以下これについて説明する。
【００１１】一般に、静圧パッドと永久磁石を静圧空気
軸受を構成する１ユニットとしたとき、位置決め装置の
中ではこのユニットを何カ所も使用して移動体を支持し
ている。したがって、静圧パッドの浮上力と永久磁石の
吸引力の釣合いはユニット毎に異なり、当然、それぞれ
の隙間も異なっていた。従来、所与の永久磁石の吸引力
は組み込んだ後には調整できないので、作動流体の圧力
を調整して、全ユニットの隙間がほぼ目標値近傍となる
ようにしていた。しかしながら、各ユニットの隙間は微
妙に異なり、ユニットに支持された移動体が位置決め駆
動されるたびに、隙間が異なることに起因した姿勢変化
が生じていた。
軸受を構成する１ユニットとしたとき、位置決め装置の
中ではこのユニットを何カ所も使用して移動体を支持し
ている。したがって、静圧パッドの浮上力と永久磁石の
吸引力の釣合いはユニット毎に異なり、当然、それぞれ
の隙間も異なっていた。従来、所与の永久磁石の吸引力
は組み込んだ後には調整できないので、作動流体の圧力
を調整して、全ユニットの隙間がほぼ目標値近傍となる
ようにしていた。しかしながら、各ユニットの隙間は微
妙に異なり、ユニットに支持された移動体が位置決め駆
動されるたびに、隙間が異なることに起因した姿勢変化
が生じていた。
【００１２】つまり、静止空気軸受の隙間は軸受剛性と
等価なのであるが、移動体の共振周波数と軸受剛性の関
係は周知のように次式で与えられている。
等価なのであるが、移動体の共振周波数と軸受剛性の関
係は周知のように次式で与えられている。
【００１３】
【数１】ｆ＝（ｋ／ｍ）1/2／２π ただし、ｍ：ステージ質量、ｋ：剛性、である。
【００１４】上式において、静圧空気軸受の剛性ｋは軸
受隙間によって変化する。しかしながら、移動体が移動
する位置で軸受隙間も変化する。このため、剛性が軸受
各部で変化すると、移動体の姿勢変化をもたらす。した
がって、姿勢変化により位置決め時間が移動場所毎に変
動し、ある場所では良好な位置決め時間を達成している
にもかかわらず、別の場所では、極端な場合、発振現象
を招くという事態にさえ陥ることがある。さらには、軸
受隙間の変化は経時的な機械寸法の変化や機械組立時の
材料変形とあいまって機械的接触事故を招くことがあっ
た。
受隙間によって変化する。しかしながら、移動体が移動
する位置で軸受隙間も変化する。このため、剛性が軸受
各部で変化すると、移動体の姿勢変化をもたらす。した
がって、姿勢変化により位置決め時間が移動場所毎に変
動し、ある場所では良好な位置決め時間を達成している
にもかかわらず、別の場所では、極端な場合、発振現象
を招くという事態にさえ陥ることがある。さらには、軸
受隙間の変化は経時的な機械寸法の変化や機械組立時の
材料変形とあいまって機械的接触事故を招くことがあっ
た。
【００１５】本発明は上記従来技術の欠点に鑑みなされ
たものであって、軸受の組立精度や機械的精度のバラツ
キあるいは軸受の移動による場所的変化による軸受隙間
の変化を防止した静圧空気軸受の提供を目的とする。
たものであって、軸受の組立精度や機械的精度のバラツ
キあるいは軸受の移動による場所的変化による軸受隙間
の変化を防止した静圧空気軸受の提供を目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段および作用】前記目的を達
成するため、本発明では、永久磁石によるバイアス吸引
力を磁場変調用コイルに通電する電流によって操作可能
な静圧空気軸受を提供する。本構成によって軸受間隙は
調整可能となり、これにより剛性を調整できることとな
る。
成するため、本発明では、永久磁石によるバイアス吸引
力を磁場変調用コイルに通電する電流によって操作可能
な静圧空気軸受を提供する。本構成によって軸受間隙は
調整可能となり、これにより剛性を調整できることとな
る。
【００１７】また、位置決め装置における移動体のピッ
チングやヨーイングなどの姿勢変化を抑制すべく、その
姿勢変化を補正するように磁場変調用コイルへの電流を
制御する装置構成を提供する。この場合、静圧空気軸受
各部の剛性を同一に揃えるということではなく、姿勢変
化を抑制するように静圧空気軸受各部の剛性値をそれぞ
れ変化させて移動体の姿勢が矯正される。
チングやヨーイングなどの姿勢変化を抑制すべく、その
姿勢変化を補正するように磁場変調用コイルへの電流を
制御する装置構成を提供する。この場合、静圧空気軸受
各部の剛性を同一に揃えるということではなく、姿勢変
化を抑制するように静圧空気軸受各部の剛性値をそれぞ
れ変化させて移動体の姿勢が矯正される。
【００１８】
【実施例】図１は本の一実施例に係る磁場変調用コイル
を備えた静圧空気軸受取付部の拡大断面図である。同図
において、１２ａ、１２ｂはバイアス用の永久磁石、１
３ａ、１３ｂは磁場変調用コイル、１４ａ、１４ｂはヨ
ークである。
を備えた静圧空気軸受取付部の拡大断面図である。同図
において、１２ａ、１２ｂはバイアス用の永久磁石、１
３ａ、１３ｂは磁場変調用コイル、１４ａ、１４ｂはヨ
ークである。
【００１９】前述の図６に示す従来の静圧空気軸受で
は、静圧パッド５ａ、５ｂにバラツキがあるので、同一
の圧縮空気を供給チューブ８ａ、８ｂに導いても浮上力
は異なる。また、定盤７への吸引力を発生する永久磁石
１１ａ、１１ｂにも着磁ムラによる吸引力のバラツキが
あった。したがって、静圧バッド５ａの近傍と静圧パッ
ド５ｂの近傍の隙間６ａ、６ｂは同一ではないのであ
る。この状態で、移動体１を水平方向に高速位置決め駆
動させた場合、ピッチングという姿勢変化を生じさせ、
位置決めの整定を著しく阻害する結果となっていた。最
悪の場合には、定盤７への接触事故を生じる場合もあっ
た。一方、静圧軸受が移動体１を水平方向に非接触支持
するように配置された場合において移動体１を高速位置
決めさせたときには、ヨーイングと呼ばれる姿勢の変化
を生じさせていた。
は、静圧パッド５ａ、５ｂにバラツキがあるので、同一
の圧縮空気を供給チューブ８ａ、８ｂに導いても浮上力
は異なる。また、定盤７への吸引力を発生する永久磁石
１１ａ、１１ｂにも着磁ムラによる吸引力のバラツキが
あった。したがって、静圧バッド５ａの近傍と静圧パッ
ド５ｂの近傍の隙間６ａ、６ｂは同一ではないのであ
る。この状態で、移動体１を水平方向に高速位置決め駆
動させた場合、ピッチングという姿勢変化を生じさせ、
位置決めの整定を著しく阻害する結果となっていた。最
悪の場合には、定盤７への接触事故を生じる場合もあっ
た。一方、静圧軸受が移動体１を水平方向に非接触支持
するように配置された場合において移動体１を高速位置
決めさせたときには、ヨーイングと呼ばれる姿勢の変化
を生じさせていた。
【００２０】しかしながら、図１に示す本発明の実施例
に係る磁場変調用コイルを備えた静圧空気軸受では永久
磁石１２ａ、１２ｂとともに磁場変調用コイル１３ａ、
１３ｂが準備されており、これに通電する電流によって
吸引力を調整することが可能である。したがって、移動
体１の定盤７に対する隙間６ａ、６ｂをそれぞれ目標値
に調整することが可能である。すなわち、磁場を強める
方向に電流を通電すれば吸引力ば大きくなるので、隙間
６ａ、６ｂは狭くなり、反対に磁場を弱める方向に通電
すると吸引力も弱くなるので隙間６ａ、６ｂは拡がるの
である。隙間６ａ、６ｂの調整は剛性の調整と等価であ
り、特性が揃った軸受を有する移動体１の水平方向の位
置決めは、定盤７が平面度が良好であればピッチング運
動を生じさせることがないため、移動場所によらず位置
決め特性は安定になる。勿論、剛性値を目標とする値に
セットすることができるので、共振周波数そのものも実
現可能な範囲で高くすることができ、したがって位置決
め性能も最高の状態にすることが可能となる。
に係る磁場変調用コイルを備えた静圧空気軸受では永久
磁石１２ａ、１２ｂとともに磁場変調用コイル１３ａ、
１３ｂが準備されており、これに通電する電流によって
吸引力を調整することが可能である。したがって、移動
体１の定盤７に対する隙間６ａ、６ｂをそれぞれ目標値
に調整することが可能である。すなわち、磁場を強める
方向に電流を通電すれば吸引力ば大きくなるので、隙間
６ａ、６ｂは狭くなり、反対に磁場を弱める方向に通電
すると吸引力も弱くなるので隙間６ａ、６ｂは拡がるの
である。隙間６ａ、６ｂの調整は剛性の調整と等価であ
り、特性が揃った軸受を有する移動体１の水平方向の位
置決めは、定盤７が平面度が良好であればピッチング運
動を生じさせることがないため、移動場所によらず位置
決め特性は安定になる。勿論、剛性値を目標とする値に
セットすることができるので、共振周波数そのものも実
現可能な範囲で高くすることができ、したがって位置決
め性能も最高の状態にすることが可能となる。
【００２１】図１の実施例では２カ所に静圧パッド５
ａ、５ｂを配置し、同時に２カ所に磁場変調用コイル１
３ａ、１３ｂを備えていた。このような構成に代えて、
図２のように、静圧パッド５ａと永久磁石１１ａからな
る静圧空気軸受と静圧パッド５ｂとバイアス用永久磁石
１２ｂに磁場変調用コイル１３ｂを施したものからなる
静圧空気軸受とを配置してもよい。この場合、静圧パッ
ド５ａと永久磁石１１ａとからなる静圧空気軸受の部位
は、圧縮空気の供給量と永久磁石の吸引力のバランスで
受動的に隙間６ａが決まる。調整可能な部位は磁場変調
用コイル１３ｂを備えた静圧パッド５ｂの部位の隙間６
ｂである。
ａ、５ｂを配置し、同時に２カ所に磁場変調用コイル１
３ａ、１３ｂを備えていた。このような構成に代えて、
図２のように、静圧パッド５ａと永久磁石１１ａからな
る静圧空気軸受と静圧パッド５ｂとバイアス用永久磁石
１２ｂに磁場変調用コイル１３ｂを施したものからなる
静圧空気軸受とを配置してもよい。この場合、静圧パッ
ド５ａと永久磁石１１ａとからなる静圧空気軸受の部位
は、圧縮空気の供給量と永久磁石の吸引力のバランスで
受動的に隙間６ａが決まる。調整可能な部位は磁場変調
用コイル１３ｂを備えた静圧パッド５ｂの部位の隙間６
ｂである。
【００２２】また、図１の実施例と図２の実施例におい
ては何れも定盤７の平面度が良好の場合であり、隙間６
ａ、６ｂを磁場変調用コイルに通電する電流によって調
整するものである。しかしながら、本発明によれば、定
盤７の平面度が良好でない場合においても高速高精度な
位置決め動作を実現できる。以下、定盤７の平面度がで
ていない場合における位置決め制御装置の構成を示す。
ては何れも定盤７の平面度が良好の場合であり、隙間６
ａ、６ｂを磁場変調用コイルに通電する電流によって調
整するものである。しかしながら、本発明によれば、定
盤７の平面度が良好でない場合においても高速高精度な
位置決め動作を実現できる。以下、定盤７の平面度がで
ていない場合における位置決め制御装置の構成を示す。
【００２３】一般に、案内面となる定盤には高い平面度
が要求されるが、この表面には表面うねりが存在する。
短ピッチの表面うねりは静圧空気軸受の平均化効果によ
って移動体に与える姿勢変化への影響は軽減される。し
かし、長ピッチのうねりが存在する場合には移動体の姿
勢変化に及ぼす影響は大きい。
が要求されるが、この表面には表面うねりが存在する。
短ピッチの表面うねりは静圧空気軸受の平均化効果によ
って移動体に与える姿勢変化への影響は軽減される。し
かし、長ピッチのうねりが存在する場合には移動体の姿
勢変化に及ぼす影響は大きい。
【００２４】図３は定盤７の中央部が盛り上がった形状
の案内面に沿って移動体１を水平方向に位置決めする場
合において、ピッチング運動を抑制するための位置決め
制御装置構成を示す。このような形状の定盤７に沿って
移動体１を高速高精度に位置決めするためには、特定の
場所のみで隙間６ａ６ｂを調整するだけでは済まされな
い。つまり、移動体１のピッチング運動を抑制すべく移
動場所毎に隙間６ａ、６ｂは調整される必要がある。
の案内面に沿って移動体１を水平方向に位置決めする場
合において、ピッチング運動を抑制するための位置決め
制御装置構成を示す。このような形状の定盤７に沿って
移動体１を高速高精度に位置決めするためには、特定の
場所のみで隙間６ａ６ｂを調整するだけでは済まされな
い。つまり、移動体１のピッチング運動を抑制すべく移
動場所毎に隙間６ａ、６ｂは調整される必要がある。
【００２５】同図において、１５はミラー、１６はレー
ザ光線、１７は干渉計ヘッド、１８は位置検出器であ
り、これらは位置検出手段となる。さらに、１９は分配
器、２０ａと２０ｂは電力増幅器、そして２１は補償器
である。この装置構成において、移動体１の水平方向位
置はこれに搭載されるミラー１５へレーザ光線１６を照
射して反射光を干渉計ヘッド１７で受光することにより
位置検出器１８において検出される。いま、磁場変調用
コイル１３ａ、１３ｂへの電流供給が無い場合を考え
る。この場合には、永久磁石１２ａ、１２ｂの発生する
吸引力と静圧パッド５ａ、５ｂの浮上力のバランスによ
って隙間６ａ、６ｂが決まる。しかし、この状態で、中
央部が凸の案内面に沿って移動体１を位置決めした場合
には、案内面の定盤７の平面度がでていないためにピッ
チング運動を発生して位置決め性能を著しく阻害する。
しかし、移動場所毎に移動体１のピッチング量は予め知
ることができる。例えばオートコリメータによる計測に
よってピッチング量は既知となる。あるいは、移動場所
毎に周波数特性を測定してピッチング運動の周波数応答
上の変化をみることによっても間接的に移動体１のピッ
チング運動の様子は把握可能である。したがって、ピッ
チングを抑制するための隙間６の補正量は移動体１の位
置ごとに既知となる。図３の構成では、移動体１の絶対
位置が位置検出器１８で計測され、この信号は分配器１
９に導かれている。この分配器１９では、磁場変調用コ
イル１３ａ、１３ｂに供給すべき電流の分配率を格納し
たテーブルを有しており、移動体１の絶対位置に応じて
電力増幅器２０ａ、２０ｂを励起して磁場変調用コイル
１３へ電流を流して隙間６ａ、６ｂを調整する。このよ
うにすれば、ピッチング運動を生じさせることなく安定
に移動体１を位置決め駆動できる。ただし、同図におい
ては、２１は移動体１の位置決め制御系用補償器であ
り、端子Ｒから印加される目標信号と位置検出器１８の
出力との偏差信号で動作する。この出力は図示していな
いが移動体１を位置決め駆動するアクチュエータへ導か
れている。なお、図３は移動体１のピッチング運動を抑
制するための位置決め制御装置構成であったが、移動体
１が図面に対して垂直方向に動く場合には、その方向の
位置検出出力を使ったローリング運動抑制の位置決め制
御装置になることは言うまでもない。
ザ光線、１７は干渉計ヘッド、１８は位置検出器であ
り、これらは位置検出手段となる。さらに、１９は分配
器、２０ａと２０ｂは電力増幅器、そして２１は補償器
である。この装置構成において、移動体１の水平方向位
置はこれに搭載されるミラー１５へレーザ光線１６を照
射して反射光を干渉計ヘッド１７で受光することにより
位置検出器１８において検出される。いま、磁場変調用
コイル１３ａ、１３ｂへの電流供給が無い場合を考え
る。この場合には、永久磁石１２ａ、１２ｂの発生する
吸引力と静圧パッド５ａ、５ｂの浮上力のバランスによ
って隙間６ａ、６ｂが決まる。しかし、この状態で、中
央部が凸の案内面に沿って移動体１を位置決めした場合
には、案内面の定盤７の平面度がでていないためにピッ
チング運動を発生して位置決め性能を著しく阻害する。
しかし、移動場所毎に移動体１のピッチング量は予め知
ることができる。例えばオートコリメータによる計測に
よってピッチング量は既知となる。あるいは、移動場所
毎に周波数特性を測定してピッチング運動の周波数応答
上の変化をみることによっても間接的に移動体１のピッ
チング運動の様子は把握可能である。したがって、ピッ
チングを抑制するための隙間６の補正量は移動体１の位
置ごとに既知となる。図３の構成では、移動体１の絶対
位置が位置検出器１８で計測され、この信号は分配器１
９に導かれている。この分配器１９では、磁場変調用コ
イル１３ａ、１３ｂに供給すべき電流の分配率を格納し
たテーブルを有しており、移動体１の絶対位置に応じて
電力増幅器２０ａ、２０ｂを励起して磁場変調用コイル
１３へ電流を流して隙間６ａ、６ｂを調整する。このよ
うにすれば、ピッチング運動を生じさせることなく安定
に移動体１を位置決め駆動できる。ただし、同図におい
ては、２１は移動体１の位置決め制御系用補償器であ
り、端子Ｒから印加される目標信号と位置検出器１８の
出力との偏差信号で動作する。この出力は図示していな
いが移動体１を位置決め駆動するアクチュエータへ導か
れている。なお、図３は移動体１のピッチング運動を抑
制するための位置決め制御装置構成であったが、移動体
１が図面に対して垂直方向に動く場合には、その方向の
位置検出出力を使ったローリング運動抑制の位置決め制
御装置になることは言うまでもない。
【００２６】さらに、図４は静圧空気軸受が両側面に配
置された位置決め装置の移動体１を上面からみたもので
あり、ヨーイング運動抑制のための位置決め装置構成を
示している。同図に示すように、Ｙ方向に移動する移動
体１には水平Ｘ方向に可動な位置決め装置の移動体２２
も搭載されている。このような位置決め装置において
は、移動体２２が移動することにより移動体１の重心が
変化する。したがって、移動体１の駆動点とその重心に
差異があることに原因したヨーイング運動が発生する。
もちろん、ヨーガイド２３ａ、２３ｂに表面うねりが存
在したり、あるいは両ヨーガイドの平行度が悪い場合に
もヨーイング運動を引起こす。しかし、図示のような位
置決め制御装置を構成すればヨーイング運動は制御可能
となる。つまり同図において、移動体１の水平２軸方向
の絶対位置のうち、Ｘ方向については干渉計ヘッド１７
ｘ、レーザ光線１６ｘ、ミラー１５ｘ、位置検出器１８
ｘからなる位置検出手段により、Ｙ方向については干渉
計ヘッド１７ｙ、レーザ光線１６ｙ、ミラー１５ｙ、位
置検出器１８ｙからなる位置検出手段とにより各々検出
される。そして、位置検出器１８ｘと１８ｙの出力は分
配器２４に導かれている。
置された位置決め装置の移動体１を上面からみたもので
あり、ヨーイング運動抑制のための位置決め装置構成を
示している。同図に示すように、Ｙ方向に移動する移動
体１には水平Ｘ方向に可動な位置決め装置の移動体２２
も搭載されている。このような位置決め装置において
は、移動体２２が移動することにより移動体１の重心が
変化する。したがって、移動体１の駆動点とその重心に
差異があることに原因したヨーイング運動が発生する。
もちろん、ヨーガイド２３ａ、２３ｂに表面うねりが存
在したり、あるいは両ヨーガイドの平行度が悪い場合に
もヨーイング運動を引起こす。しかし、図示のような位
置決め制御装置を構成すればヨーイング運動は制御可能
となる。つまり同図において、移動体１の水平２軸方向
の絶対位置のうち、Ｘ方向については干渉計ヘッド１７
ｘ、レーザ光線１６ｘ、ミラー１５ｘ、位置検出器１８
ｘからなる位置検出手段により、Ｙ方向については干渉
計ヘッド１７ｙ、レーザ光線１６ｙ、ミラー１５ｙ、位
置検出器１８ｙからなる位置検出手段とにより各々検出
される。そして、位置検出器１８ｘと１８ｙの出力は分
配器２４に導かれている。
【００２７】分配器２４では移動体１および移動体２２
の位置に応じて磁場変調用コイル１３ａ、１３ｂ、１３
ｃ、１３ｄに供給すべき電流の分配率を格納したテーブ
ルを持っている。したがって、移動体１および移動体２
２の絶対位置に応じて電力増幅器２０ａ、２０ｂ、２０
ｃ、２０ｄが励起されて磁場変調用コイル１３ａ、１３
ｂ、１３ｃ、１３ｄへ電流が流れる結果として各部４カ
所の静圧空気軸受部の隙間が調整される。したがって、
移動体１のヨーイング運動を抑制することが可能とな
り、高速高精度位置決めを実現することができる。もち
ろん、位置検出器１８ｘ、１８ｙの出力は分配器２４へ
の入力になるとともに、図３の構成と同様に、移動体２
２と移動体１を駆動する補償器へ導かれている（図示せ
ず）。
の位置に応じて磁場変調用コイル１３ａ、１３ｂ、１３
ｃ、１３ｄに供給すべき電流の分配率を格納したテーブ
ルを持っている。したがって、移動体１および移動体２
２の絶対位置に応じて電力増幅器２０ａ、２０ｂ、２０
ｃ、２０ｄが励起されて磁場変調用コイル１３ａ、１３
ｂ、１３ｃ、１３ｄへ電流が流れる結果として各部４カ
所の静圧空気軸受部の隙間が調整される。したがって、
移動体１のヨーイング運動を抑制することが可能とな
り、高速高精度位置決めを実現することができる。もち
ろん、位置検出器１８ｘ、１８ｙの出力は分配器２４へ
の入力になるとともに、図３の構成と同様に、移動体２
２と移動体１を駆動する補償器へ導かれている（図示せ
ず）。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
永久磁石による吸引力を磁場変調コイルに通電する電流
によって可変にできるので、静圧空気軸受の隙間を調整
することができる。したがって、剛性の調整が可能とな
る。剛性値は位置決め装置の位置決め性能を規定するパ
ラメータであるが、剛性値を常に目標値どおり設定でき
るため位置決めの信頼性が向上し常に所望の最適位置に
維持させることが可能になる。
永久磁石による吸引力を磁場変調コイルに通電する電流
によって可変にできるので、静圧空気軸受の隙間を調整
することができる。したがって、剛性の調整が可能とな
る。剛性値は位置決め装置の位置決め性能を規定するパ
ラメータであるが、剛性値を常に目標値どおり設定でき
るため位置決めの信頼性が向上し常に所望の最適位置に
維持させることが可能になる。
【００２９】さらに、本発明によれば移動体の位置決め
時における姿勢変化を軽減ないし除去することが可能と
なる。従来静圧空気軸受を位置決め装置の各部に使用し
た移動機構では、移動場所毎に空気軸受の間隙が微妙に
異なり、これが原因で共振特性が変動し姿勢変化を生じ
ていた。また、これにより制御系のパラメータ調整を面
倒なものとし、例えば、移動場所ごとに制御系のゲイン
を変えるというゲインスケジューリングを施していた。
しかし、本発明によれば、移動体の移動場所ごとに変化
する間隙が磁場変調用コイルに通電する電流値によって
調整可能となるので、移動体の移動全域にわたって共振
特性を一定にし、かつ姿勢変化を無くすことが可能とな
る。したがって、制御系のパラメータ調整が容易にでき
る。さらに位置決め時間および位置決め精度が移動場所
によらず一定となる効果がある。
時における姿勢変化を軽減ないし除去することが可能と
なる。従来静圧空気軸受を位置決め装置の各部に使用し
た移動機構では、移動場所毎に空気軸受の間隙が微妙に
異なり、これが原因で共振特性が変動し姿勢変化を生じ
ていた。また、これにより制御系のパラメータ調整を面
倒なものとし、例えば、移動場所ごとに制御系のゲイン
を変えるというゲインスケジューリングを施していた。
しかし、本発明によれば、移動体の移動場所ごとに変化
する間隙が磁場変調用コイルに通電する電流値によって
調整可能となるので、移動体の移動全域にわたって共振
特性を一定にし、かつ姿勢変化を無くすことが可能とな
る。したがって、制御系のパラメータ調整が容易にでき
る。さらに位置決め時間および位置決め精度が移動場所
によらず一定となる効果がある。
【図１】 本発明の一実施例に係る磁場変調用コイルを
備えた静圧空気軸受取付け部の拡大断面図である。
備えた静圧空気軸受取付け部の拡大断面図である。
【図２】 本発明の他の実施例に係る磁場変調用コイル
を備えた静圧軸受取付け部の拡大断面図である。
を備えた静圧軸受取付け部の拡大断面図である。
【図３】 ピッチング運動抑制のための位置決め制御装
置の構成説明図である。
置の構成説明図である。
【図４】 ヨーイング運動抑制のための位置決め制御装
置の構成説明図である。
置の構成説明図である。
【図５】 静圧空気軸受を用いた１軸の位置決め装置の
斜視図である。
斜視図である。
【図６】 従来の静圧空気軸受取付け部の拡大断面図で
ある。
ある。
１；移動体、２；静圧空気軸受、３；駆動用ボールネ
ジ、４；カップリング、５ａ、５ｂ；静圧パッド、６
ａ、６ｂ；隙間、７；定盤、８ａ、８ｂ；供給チュー
ブ、９ａ、９ｂ；静圧パッドホルダ、１０ａ、１０ｂ；
磁石ホルダ、１１ａ、１１ｂ；永久磁石、１２ａ、１２
ｂ；永久磁石、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ；磁場
変調用コイル、１４ａ、１４ｂ；ヨーク、１５、１５
ｘ、１５ｙ；ミラー、１６、１６ｘ、１６ｙ；レーザ光
線、１７、１７ｘ、１７ｙ；干渉計ヘッド、１８、１８
ｘ、１８ｙ；位置検出器、１９；分配器、２０ａ、２０
ｂ、２０ｃ、２０ｄ；電力増幅器、２１；補償器、２
２；移動体、２３ａ、２３ｂ；ヨーガイド、２４；分配
器。
ジ、４；カップリング、５ａ、５ｂ；静圧パッド、６
ａ、６ｂ；隙間、７；定盤、８ａ、８ｂ；供給チュー
ブ、９ａ、９ｂ；静圧パッドホルダ、１０ａ、１０ｂ；
磁石ホルダ、１１ａ、１１ｂ；永久磁石、１２ａ、１２
ｂ；永久磁石、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ；磁場
変調用コイル、１４ａ、１４ｂ；ヨーク、１５、１５
ｘ、１５ｙ；ミラー、１６、１６ｘ、１６ｙ；レーザ光
線、１７、１７ｘ、１７ｙ；干渉計ヘッド、１８、１８
ｘ、１８ｙ；位置検出器、１９；分配器、２０ａ、２０
ｂ、２０ｃ、２０ｄ；電力増幅器、２１；補償器、２
２；移動体、２３ａ、２３ｂ；ヨーガイド、２４；分配
器。
Claims (4)
- 【請求項１】 流体を対向面に噴出してその静圧により
対向面との間に隙間を保つための静圧パッドと、前記隙
間を減少させる方向に作用するバイアス用磁石と、該バ
イアス用磁石の磁場変調用コイルとを備えたことを特徴
とする静圧流体軸受。 - 【請求項２】 前記静圧パッドおよびバイアス用磁石を
移動体側に設け、該移動体を対向する静止案内面上に非
接触状態で可動的に支持することを特徴とする請求項１
の静圧流体軸受。 - 【請求項３】 前記移動体の位置計測手段と、該位置計
測手段の出力に応じて補正すべき前記隙間の量を格納し
たテーブルを有する分配器と、該分配器の出力に応じ
て、前記磁場変調用コイルに通電する電流を発生する電
力増幅器を備えたことを特徴とする請求項２記載の静圧
流体軸受を用いた位置決め制御装置。 - 【請求項４】 前記静圧パッドとバイアス用磁石とから
なる軸受ユニットを移動体の複数箇所に設けたことを特
徴とする請求項３の位置決め制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4046384A JPH05215133A (ja) | 1992-02-03 | 1992-02-03 | 静圧流体軸受およびその位置決め制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4046384A JPH05215133A (ja) | 1992-02-03 | 1992-02-03 | 静圧流体軸受およびその位置決め制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05215133A true JPH05215133A (ja) | 1993-08-24 |
Family
ID=12745647
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4046384A Pending JPH05215133A (ja) | 1992-02-03 | 1992-02-03 | 静圧流体軸受およびその位置決め制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05215133A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6064467A (en) * | 1997-04-21 | 2000-05-16 | Canon Kabushiki Kaisha | Alignment apparatus, and exposure apparatus with the alignment apparatus |
| WO2011111100A1 (ja) * | 2010-03-10 | 2011-09-15 | 黒田精工株式会社 | 空気圧リニアガイド方式の並列スライダ装置およびその制御方法および測定装置 |
| JP2013533810A (ja) * | 2011-05-31 | 2013-08-29 | コリア・インスティテュート・オブ・マシナリー・アンド・マテリアルズ | ５自由度運動誤差補正機能を有する能動補正型ステージおよびその運動誤差補正方法 |
| EP3458733A4 (en) * | 2016-05-17 | 2019-11-20 | Aly El-Shafei | INTEGRATED SMOOTH BEARING |
-
1992
- 1992-02-03 JP JP4046384A patent/JPH05215133A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6064467A (en) * | 1997-04-21 | 2000-05-16 | Canon Kabushiki Kaisha | Alignment apparatus, and exposure apparatus with the alignment apparatus |
| WO2011111100A1 (ja) * | 2010-03-10 | 2011-09-15 | 黒田精工株式会社 | 空気圧リニアガイド方式の並列スライダ装置およびその制御方法および測定装置 |
| US8984971B2 (en) | 2010-03-10 | 2015-03-24 | Kuroda Precision Industries Ltd. | Parallel slider device with a pneumatic linear guide, control method therefor and measuring device using same |
| JP2013533810A (ja) * | 2011-05-31 | 2013-08-29 | コリア・インスティテュート・オブ・マシナリー・アンド・マテリアルズ | ５自由度運動誤差補正機能を有する能動補正型ステージおよびその運動誤差補正方法 |
| US9079279B2 (en) | 2011-05-31 | 2015-07-14 | Korea Institute Of Machinery & Materials | Actively compensated stage having 5-DOF motion error compensation and motion error compensating method thereof |
| EP3458733A4 (en) * | 2016-05-17 | 2019-11-20 | Aly El-Shafei | INTEGRATED SMOOTH BEARING |
| AU2017268318B2 (en) * | 2016-05-17 | 2021-03-11 | Aly El-Shafei | Integrated journal bearing |
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