JP4651502B2 - クリーンルームの防振架構構造 - Google Patents

Description

この発明は、主として半導体製造工場などの精密加工や検査などのため建物内に設備されるクリーンルームの防振架構構造、特に云えば、クリーンルーム内に設置される、振動を極端に嫌う精密加工装置や検査機器など（いわゆる嫌振機器）を振動源から絶縁する防振架構構造の技術分野に属する。

クリーンルーム内に設置される、振動を極端に嫌う精密加工装置や検査機器などの嫌振機器は、一般に周辺の振動源、例えば建物外部の設備機械類の運転により発生して伝搬されてくる振動、或いは床架構上を物や人が移動する際に発する振動から絶縁する必要がある。即ち、クリーンルーム内部のアクセレランス（単位加振力当たりの加速度応答、若しくはイナータンス。）を向上させると共に、建物周辺からの振動伝搬を絶縁し又は低減する必要性が大である。

従来、クリーンルーム内部のアクセレランスを向上させると共に、建物周辺からの振動伝搬を絶縁し又は低減する手法は、主に下記三つの手段、態様に分類される。
ｉ）振動源を嫌振機器から遠く離し、いわゆる距離減衰により振動エネルギーを吸収する手法。構造体の縁切りなどもこの手法に含まれる。
ｉｉ）振動源からの加振力が構造躯体へ伝達される前に、弾性的支持（いわゆる防振支持）により振動エネルギーを吸収する手法。
ｉｉｉ）嫌振機器を弾性的に支持（所謂除振支持）することにより、構造体から嫌振機器へ振動が伝搬する前にエネルギーを吸収する手法。前記除振支持には、その構造により、パッシブ型とアクティブ型などがある。

なお、下記の特許文献１に開示されたクリーンルームの免振床構造は、リターンチャンバ内に架台を設置し、前記架台上に免振装置を介してワッフルスラブが支持され、クリーンルームの床面開口を通じてワッフルスラブ上に免振架台が設置され、この免振架台上に精密機器などの嫌振機器が設置された構成である。クリーンルームの床構造を構成するグレーティングはワッフルスラブとは完全に縁が切られ、グレーティング上を作業員が通行する際に発生する微振動は、ワッフルスラブおよび免振架台に伝搬されない。

特開平９−１９５５５６号公報

上記した従来の振動伝搬絶縁手法のｉ）は、多様に多数存在する全ての振動源から嫌振機器を遠く離すことは、クリーンルームの構造に対する制約が大きくて無理があり、不経済でもある。
また、上記ｉｉ）の手法は、多数の振動源に対して個別に防振処理を行う必要があり、防振点数が膨大となるため、対応しきれないし、手間がかかる上にコスト高の要因になる。また、クリーンルーム内の人の歩行や、設備機器などのように防振対策ができない振動源の振動には対応できないという問題点もある。
上記ｉｉｉ）の手法は、周辺からの振動伝搬を低減する目的で言えば、相対的に効果は高い。しかし、クリーンルーム内には数多くの嫌振機器が存在し、全ての嫌振機器を個別に防振措置すると、コスト高となる。また、嫌振機器の一部には、設置床面のアクセレランス（単位加振力当たりの加速度応答、若しくはイナータンス。）がスペックとして規定されるものが存在し、これらの除振台ではパッシブ型、アクティブ型ともにアクセレランスを満足させることはできない。更に、クリーンルーム架構には、鉄骨系の素材を用いる場合が多いため、モード減衰が小さく、一般的な耐震構造であっても、共振振動数領域の振動増幅によりアクセレランスを満足できない場合があった。

次に、上記特許文献１に開示されたクリーンルームの免振床構造も、一案ではあるが、クリーンルーム内に多数設置される嫌振機器毎に床面開口を設けてワッフルスラブを設置し免振架台を設置することは、クリーンルームの床構造が大変複雑になって煩わしいばかりでなく、クリーンルームについて頻繁に行われるレイアウト変更に対応し難い、という大きな問題点がある。

本発明の目的は、クリーンルームの床架構の全体を基本的に防振、除振構造として、同クリーンルーム内に設置される嫌振機器に振動源から振動が伝搬することを可及的に遮断すること、換言すれば、クリーンルームの床のアクセレランスを向上させ、周辺からの振動伝搬を低減する防振架構構造を提供することである。
本発明の次の目的は、クリーンルームの床の防振、除振効果を高めると共に、同クリーンルーム内に設置される嫌振機器の配置やレイアウトの変更に多様に応答可能な防振架構構造を提供することである。

上述した従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係るクリーンルームの防振架構構造は、クリーンルームの防振架構構造において、
クリーンルームＡ、Ｂを構成する床架構２を柱３で支持する部分Ｍは、振動を伝搬させない構造に縁切りすると共に、同床架構の端部を、弾性的で、且つ振動を減衰する構造の複数の支持部Ｐ〜Ｓにより曲げモーメントを伝達する（あるいは回転を拘束する）構造で支持させること、
前記床架構２を間柱４で支持する部分Ｎも、振動を伝搬させない構造に縁切りすると共に、弾性的で、且つ振動を減衰する構造で支持させていることをそれぞれ特徴とする。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載したクリーンルームの防振架構構造において、
床架構２の弾性的な支持は、防振ゴム５を使用した支持、又はバネ材とダンパーとの組合せによる支持、若しくは吊り構造の支持であることを特徴とする。

請求項３に記載した発明は、請求項１に記載したクリーンルームの防振架構構造において、
クリーンルームＡ、Ｂを構成する床架構２は鉄骨梁を主体に構成され、柱３は鉄骨柱であることを特徴とする。

本発明は、クリーンルームＡ、Ｂを構成する床架構２を柱３で支持する部分Ｍを、振動を伝搬させない構造に縁切りし、同床架構２の端部を、弾性的で、且つ振動を減衰する構造の複数の支持部Ｐ〜Ｓにより曲げモーメントを伝達する（又は回転を拘束する）構造で支持させるほか、前記床架構２を間柱４で支持する部分Ｎも、振動を伝搬させない構造に縁切りし、弾性的で、且つ振動を減衰する構造で支持させて除振する架構構造であるから、クリーンルームＡ、Ｂを設備する建物１の建築に際して同架構を実施しておけば足り、その後にクリーンルームＡ、Ｂ内に設置する嫌振機器の設置構造（例えば防振支持の採用など）やレイアウトの如何に左右されない。したがって、各嫌振機器の配置に関する自由度が高く、レイアウト変更に多様に迅速、安価に応答できる。

それでいて、本発明の防振架構構造は、１次固有振動数領域で高いモード減衰が得られる。例えば図６に示すように、梁中央部加振時のアクセレランスは、特性曲線ニを参照すると明らかなように、許容値事例の曲線イを遙かにクリヤーしていることはもとより、端部をピン支持した除振架構構造の特性曲線ハに比しても、ピークが半減する程の優れた免振、除振の効果が得られる。
また、図７に基盤入力時の梁中央部の振動増幅率を示したように、周辺機器から入る振動の低減化性能も、特性曲線ニを参照して明らかなように、ピークを生じない程に優れた免振効果が得られる。

クリーンルームＡ、Ｂを構成する床架構２を柱３で支持する部分Ｍは、振動を伝搬させない構造に縁切りすると共に、同床架構の端部を、弾性的で、且つ振動を減衰する構造の複数の支持部Ｐ〜Ｓにより曲げモーメントを伝達する（あるいは回転を拘束する）構造で支持させる。
前記床架構２を間柱４で支持する部分Ｎも、振動を伝搬させない構造に縁切りすると共に、弾性的で、且つ振動を減衰する構造で支持させる。

以下に、本発明を図示した実施例に基づいて説明する。
まず図１は、クリーンルームＡ、Ｂが設備される建物１において、クリーンルームＡ、Ｂの床架構２を柱３及び間柱４で支持する部分Ｍ、Ｎの配置と構成概念図を示している。そして、図２〜図５は、前記支持部分Ｍ、Ｎの具体的な除振支持架構の構成例を示している。

先ず図２は、クリーンルームＡ、Ｂを構成する床架構２を柱３で支持する部分の除振支持架構の構造例として、床架構２と柱３は振動を伝搬させない構造に完全に離間させ縁切りすると共に、同床架構２の端部と柱３の取り合いは、弾性的で、且つ振動を減衰する構造要素として採用した防振ゴム５を主体とする少なくとも２以上複数の支持部Ｐ、Ｑにより曲げモーメントを伝達する（又は回転を拘束する。以下、同じ。）構造で支持させた構成を示している。防振ゴム５は、弾性的支持の機能、および振動を減衰する機能の２機能を充足させるものとして好適である。防振ゴム５は、その上下に一体的に貼り合わせた鉄板の如き繋ぎ材６を介してクリーンルームＡ、Ｂの床架構２の下面と接合され、また、柱３から突き出させたブラケット７とも繋ぎ材６を介して接合し支持させている。クリーンルームＡ、Ｂの床架構２のスパン方向に横並びの配置で、少なくとも２以上複数の支持部Ｐ、Ｑを前記の構成で設置することにより、床架構２の支持に構造的安定性が得られると共に、同床架構２の端部の曲げモーメントを伝達することができる。

次に図３は、同じ床架構２と柱３を、振動を伝搬させない構造に完全に離間させ縁切りすると共に、同床架構２の端部と柱３の取り合いは、柱３の上下方向に並列する２以上複数の支持部Ｐ、Ｑにより曲げモーメントを伝達する構造で支持させた構成を示している。
この場合、柱３からは上下２箇所にブラケット７が突き出され、防振ゴム５を主体とする支持部Ｐ、Ｑは、その繋ぎ材６を介してクリーンルームＡ、Ｂの床架構２の下面と接合され、また、柱３から突き出させたブラケット７とも繋ぎ材６を介して接合して支持させている。但し、上位の支持部Ｐは、防振ゴム５が床架構２の上側フランジを支持しているので、上下のフランジ間の安易な変形を伝達するため、床架構２の端部の上下のフランジ間に補強用のスチフナー８が組み込まれ、もって同床架構２の端部の曲げモーメントを強力に伝達する構成とされている。

次に、図４は、基本的には図２の例と同様に、床架構２と柱３は振動を伝搬させない構造に完全に離間させ縁切りすると共に、同床架構２の端部と柱３とは、弾性的で、且つ振動を減衰する構造要素として採用した防振ゴム５を主体とする、少なくとも２以上複数の支持部Ｐ、Ｑにより曲げモーメントを伝達する構造で支持させた構成である。その上で、床架構２の端部を上下のフランジ間をスチフナー８で接合して補強するとともに、このスチフナー８と柱３のフランジ内面との間に、一例としていわゆる積層ゴム９による支持部Ｒを上下方向に少なくとも２以上複数箇所設置して、床架構２の端部の曲げモーメントを伝達する構造で支持させた構成の例を示している。積層ゴム９も、両端の繋ぎ材１０を柱３および床架構２のスチフナー８と接合されている。この積層ゴム９も、上記防振ゴム５と同様に、弾性的支持の機能、および振動を減衰する機能の２機能を充足させるものとして好適である。

次に、図５も、基本的には図２の例と同様に、床架構２と柱３は振動を伝搬させない構造に完全に離間させ縁切りすると共に、同床架構２の端部と柱３とは、弾性的で、且つ振動を減衰する構造要素として採用した防振ゴム５を主体とする少なくとも２以上複数の支持部Ｐ、Ｑにより曲げモーメントを伝達する構造で支持させた構成である。その上で、柱３から突き出させた下向きのブラケット７Ａと、床架構２の下側フランジの上面端部との間に、同じく防振ゴム５を主体とする支持部Ｓを設置して、床架構２の端部の曲げモーメントを伝達する構造で支持させた構成の例を示している。もっとも、支持部Ｓは、床架構２の上下のフランジ端部間にスチフナーを設置した上で、上側フランジを支持する構成で設置して同様な作用効果を得ることもできる。

なお、以上の各実施例は、防振ゴム５を主体とする支持部、及び積層ゴム９を主体とする支持部を示したが、この限りではない。床架構２の弾性的な支持は、バネ材とダンパーとの組合せによる支持、若しくは吊り構造の支持で同様に実施することができる。
また、図２〜図５の実施例は、クリーンルームを構成する床架構２及び柱３がそれぞれ鉄骨梁、鉄骨柱として示されているが、この限りではない。例えば床架構２をトラス構造或いは現場打ち又はプレキャストコンクリート造として同様に実施することができる。

次に、図１に示したようにクリーンルームＡ、Ｂが設備された建物の床架構２を支持する部分Ｍ、Ｎを、上記図２から図５に示したように、弾性的で、且つ振動を減衰する構造であって、しかも床架構２の曲げモーメントを伝達する構造で支持させた構成によれば、図６及び図７に示したような防振効果が得られることを、実証試験により確認した。図６及び図７は、大スパン構造と端部除振の振動特性解析図である。
先ず図６は、床架構２の中央部加振時のアクセレランスを、振動数との関連で試験した結果を示す。図７は、大スパン構造と端部除振の振動特性解析事例を示す。図６中の曲線イは許容値事例を示す。図６及び図７中の曲線ロは、従来の端部回転伝達の支持で除振なしの場合を示すものである。一般に鉄骨系の減衰が小さい素材が使用されていることが多いため、固有振動数付近に大きな増幅が認められる。
曲線ハは、床架構２の端部を、バネ性と減衰性を合せ持つ支持機構で弾性的に支持した例の振動特性で、単純に支持した場合には、端部はピン接合の除振機構として挙動する。その結果、周辺の振動伝搬に対する増幅については、高振動数領域で除振効果は高いが、固有振動数による共振振動数は低く移動する。また、弾性支持機構がもつ減衰力が効果的に伝達されず、１次固有振動数のピークは低くなるものの、従来の曲線ロに較べてかなり増幅する領域ができる。

それに比較して、本発明の上記図２〜図５に示した、床架構２の端部の曲げモーメントを伝達する支持機構によれば、特性曲線ニに如実に現れているように、弾性支持による除振が効果的に現れ、１次固有振動数領域で高いモード減衰の効果が得られる。その結果、アクセレランスの許容値事例（曲線イ）を充分にクリヤーして満足できると共に、周辺から入る振動も良好に低減していることが明らかである。

以上に本発明を実施例に基づいて説明したが、勿論、本発明は上記の実験例に限定されるものではない。本発明の目的と要旨、および技術的思想を逸脱しない限り、いわゆる当業者が必要に応じて行う設計変更や応用・変形も含めて、広く多様に実施されることを、念のため申し添える。

クリーンルームの防振架構構造の全体を概念的に示したイメージ図である。 除振支持架構の一例を示した部分図である。 除振支持架構の他の一例を示した部分図である。 除振支持架構の異なる一例を示した部分図である。 除振支持架構の異なる一例を示した部分図である。 床架構の中央部加振時のアクセレランスを試験した結果を示す特性図である。 基盤入力時の床架構中央部の増幅率特性図である。

符号の説明

Ａ、Ｂ クリーンルーム
２ 床架構
３ 柱
Ｐ〜Ｓ 支持部
４ 間柱
Ｍ、Ｎ 支持する部分
５ 防振ゴム

Claims (3)

1. クリーンルームの防振架構構造において、
   クリーンルームを構成する床架構を柱で支持する部分は、振動を伝搬させない構造に縁切りすると共に、同床架構の端部を、弾性的で、且つ振動を減衰する構造の複数の支持部により曲げモーメントを伝達する構造で支持させていること、
   前記床架構を間柱で支持する部分も、振動を伝搬させない構造に縁切りすると共に、弾性的で、且つ振動を減衰する構造で支持させていることをそれぞれ特徴とする、クリーンルームの防振架構構造。
2. 床架構の弾性的な支持は、防振ゴムを使用した支持、又はバネ材とダンパーとの組合せによる支持、若しくは吊り構造の支持であることを特徴とする、請求項１に記載したクリーンルームの防振架構構造。
3. クリーンルームを構成する床架構は鉄骨梁を主体に構成され、柱は鉄骨柱であることを特徴とする、請求項１に記載したクリーンルームの防振架構構造。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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