粗微動間連結分離機構を有する次世代型超精密位置決めステージの制御系設計

精密位置決めステージは半導体や液晶パネルを製造するための装置であり，製品の高性能化，低価格化の要求に伴い，装置の大型化，高速高精度化が求められている。精密位置決め装置の位置決め精度を低下させる要因は複数存在し，本研究ではそのうち機械共振及びケーブル外乱に着目し，新たな機構のステージを提案することによりそれらの問題を解決する。まず一つ目は粗微動間連結分離機構を有するステージ（カタパルトステージ）である。カタパルトステージは加減速時において粗微動間の接触を許容することで微動部のアクチュエータを軽量化し，微動部の制御帯域の向上を実現する。しかしカタパルトステージではアクチュエータの出力が小さくなるため，その制約を考慮した制御系が必要である。本研究では制約を考慮したフィードフォワード及びフィードバック制御系を提案し，その有効性を実験により示した。その結果カタパルトステージを実際の目標軌道で駆動させることが可能になり，カタパルトステージを実用化するための基礎を確立した。更にもう一つの誤差要因であるケーブル外乱を解決するために，無線電力伝送技術をステージに適用する（WHPS2）。無線でアクチュエータやセンサに電力を送ることで，センサ等につながれていた配線を除去し，ケーブル外乱を抜本的に解決する。本研究ではWHPS2の要求仕様を考慮したコイル設計，DCリンク電圧の安定化制御，電力軌道を考慮した制御系設計を統合することにより，無線電力伝送を用いた多軸精密位置決め装置というコンセプトが実現できることを実験により示した。以上より，新たな構造の精密位置決めステージにより，精密位置決めステージの性能を劣化させる２大要因である機械共振とケーブル外乱を解決した。将来的にはこれらの２つの装置を統合することにより，性能を劣化させる要因を全て除去した究極の精密位置決め装置が完成することを望む。

精密位置決めステージは半導体や液晶パネルを製造するための装置であり，製品の高性能化，低価格化の要求に伴い，装置の大型化，高速高精度化が求められている。精密位置決め装置の位置決め精度を低下させる要因は複数存在し，本研究ではそのうち機械共振及びケーブル外乱に着目し，新たな機構のステージを提案することによりそれらの問題を解決する。まず一つ目は粗微動間連結分離機構を有するステージ（カタパルトステージ）である。カタパルトステージは加減速時において粗微動間の接触を許容することで微動部のアクチュエータを軽量化し，微動部の制御帯域の向上を実現する。しかしカタパルトステージではアクチュエータの出力が小さくなるため，その制約を考慮した制御系が必要である。本研究では制約を考慮したフィードフォワード及びフィードバック制御系を提案し，その有効性を実験により示した。その結果カタパルトステージを実際の目標軌道で駆動させることが可能になり，カタパルトステージを実用化するための基礎を確立した。更にもう一つの誤差要因であるケーブル外乱を解決するために，無線電力伝送技術をステージに適用する（WHPS2）。無線でアクチュエータやセンサに電力を送ることで，センサ等につながれていた配線を除去し，ケーブル外乱を抜本的に解決する。本研究ではWHPS2の要求仕様を考慮したコイル設計，DCリンク電圧の安定化制御，電力軌道を考慮した制御系設計を統合することにより，無線電力伝送を用いた多軸精密位置決め装置というコンセプトが実現できることを実験により示した。以上より，新たな構造の精密位置決めステージにより，精密位置決めステージの性能を劣化させる２大要因である機械共振とケーブル外乱を解決した。将来的にはこれらの２つの装置を統合することにより，性能を劣化させる要因を全て除去した究極の精密位置決め装置が完成することを望む。