翔栄システムの技術に関するニーズ事例・声（具体例紹介）

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■ピエゾサーボシステム

　技術に関するニーズ事例・声（具体例紹介）

ある半導体装置メーカの弊社ピエゾ・サーボシステム導入事例

図１．応用事例

図２．ピエゾアクチュエータの基本特性

　あるユーザの応用事例は素材の表面を研磨する工程で、ピエゾアクチュエータを応用したサーボ・システムを導入し好結果を得ました。
この応用事例は高速で回転するステージ上に載せられた素材の表面を研磨する工程で回転ステージのうねりによる加工誤差を小さくするため回転ステージそのものを下から上下に位置調整しようというものでした。

そのユーザは最初、他社からピエゾアクチュエータを購入され試作機を開発されていらしゃいましたが、その段階になってピエゾアクチュエータの基本特性（図２参照）である非線形性、ヒステリシスに気付き重大問題になりました。

他者のピエゾアクチュエータの営業担当はそのピエゾアクチュエータの基本特性をユーザに説明していませんでした。

その段階になって弊社が呼ばれ、解決策を協議いたしました。
既に購入されたピエゾアクチュエータとドライバーはそのまま生かして使用するとして、ピエゾアクチュエータの特性を線形化し、ヒステリシスをなくすためクローズドループ制御としました。

回転ステージの位置をフィードバックするため渦電流センサで高さを検出し、ステージの高さを検出しピエゾアクチュエータを制御する方式としました。

この応用事例で弊社の提案したシステムの特徴は、

１）回転ステージの高さを渦電流センサで直接検出しピエゾ・アクチュエータを制御するアクチュエータ、センサ分離方式を採用したこと。

これはピエゾ・アクチュエータにとって回転ステージの負荷は重く、これを回転に同期させて高速で制御するとなるとピエゾ・アクチュエータの先端部分で弾性歪が生じ、ピエゾ・アクチュエータの伸びそのものを制御しても回転ステージそのものを位置制御することにならず、好結果が得られなと考えられた。

２）コストを下げるため、変位センサに静電容量センサの代わりに、渦電流センサを採用したこと。

この際、弊社取扱い低価格高分解能渦電流センサ（測定レンジ500μm、応答周波数：1kHz、分解能：40nm）が役に立った。

３）サーボユニットのPIパラメータの調整をユーザのシステムに弊社のピエゾ位置決めシステムを組み込んだ後、最適な値に調整し、高速応答を可能にしたこと。

図3．弊社担当範囲のシステム・ブロック図

以上のことを、短期間で4週間で対応し、無事ユーザのエンドユーザへの納期前に完了し、好結果を得ました。

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