JP4908152B2 - 床免震システム - Google Patents

Description

本発明は、床免震システムに関するものである。

半導体あるいは電子デバイスを製造する精密装置の免震は、振動に敏感な精密装置を対象とするため、地震対策と同時に微小振動対策が行われていた。従来は、例えば、工場全体が積層ゴムおよび剛滑り支承で支持されていた。剛滑り支承は、加速度の小さい微振動に対しては上載物を基礎に固定して振動を増幅しないようにし、地震時のように大きな振動の場合には、滑ることで入力する地震力を頭打ちして免震するとともに、摩擦ダンパとして振れ幅を抑制する機能を奏する。
上載物を積層ゴムおよび剛滑り支承で直接支持するため、両者の荷重分担を明確にできず、滑り始める振動レベルを制御することができなかった。このため、中小地震、例えば、震度３〜４の揺れを確実に免震できなかった。
また、工場全体を免震するため、長期間の工期が必要であるし、多大なコストが必要であった。

また、例えば、特許文献１に示されるように、精密装置を設置する床を免震構造とするものが提案されている。
これは、精密装置を載置する床全体を複数の免震支承（アイソレータ）で支承するとともに、この床の任意の区画の床あるいは隣接する床を独立させ、支持脚で支持された通路床とするものである。
人が歩行する通路床を独立させたことで、人の歩行に伴う微振動が精密装置に伝達されないようにしている。

実開平１−１５９０４４号全文明細書

しかしながら、特許文献１に示されたものは、精密装置が設置される床が複数のアイソレータで支承されているが、精密装置は重い部材がある部分、ない部分あるいは軽い部材がある部分等がある。
この場合、アイソレータが同じ部材であれば、滑り始める振動レベルの制御は可能であるが、滑り始めると各アイソレータ位置での慣性力が異なるため床に旋回が生じ、安定した免震性能が得られない問題があった。
また、中小地震、例えば、震度３〜４の揺れを確実に免震するには、１０Ｇａｌ以下の小さな加速度レベルから滑り始める必要があり、地震以外の外力、特に精密装置内部からの加振力による微小振動を増幅させてしまう問題があった。
また、精密装置が載置される床と通路床とは独立して設置されているので、大きな地震で移動した場合や床が旋回した場合、両者が衝突し、その衝撃が精密装置に付加されるという問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑み、微小振動対策を有しながら中小地震でも安定した免震性能を発揮できる床免震システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる床免震システムは、基礎の上にそれぞれ支承部材を介して移動可能に支持された複数の床体と、隣り合う該床体同士の相互の上下移動を許容し、横方向には移動を抑制するように連結する連結部材と、一部の前記床体と前記基礎との間に介装され、復元を行う復元部材と、を備え、前記床体が複数の前記支承部材で支持されている場合には、それらは同一種類の前記支承部材によって構成されていることを特徴とする。

このように、基礎の上にそれぞれ支承部材を介して移動可能に支持された複数の床体に分割されているので、各床体に載置される部材の重量、すなわち、支承部材が分担する荷重を明確に把握することができる。また、各床体では、それぞれが同一種類の支承部材によって支承されているので、例えば、各支承の静摩擦係数が略同一となる。
このため、各床体で滑り始めの静摩擦力を正確に把握することができる。
また、各床体は連結部材によって相互の上下移動を許容し、横方向には移動を抑制するように連結されているので、地震等の大きな振動で移動する場合には、各床体が一体となって移動することとなる。このため、例えば床体が３体ある場合、各床体の静摩擦力をF１、F２、F３とし、各床体の質量をM１、M２、M３とすると、滑り出す加速度αは、α＝（F1＋F２+F３）／（M１＋M２＋M３）として設定される。また例えば、F１に比べF２、F３を非常に小さくする支承部材を用いると、滑り出す加速度αは、α＝F１／（M１＋M２＋M３）として小さく設定され、中小地震の振動レベルから免震性能を発揮させることができる。

床体の移動は、地震等が収まると、復元部材によってそれが接続された床体が元の位置に戻され、さらに連結部材を介して全部の床体がもとの位置に戻される。
なお、各支承部材および復元部材による振動の減衰効果を一層向上させるために、一部の床体と基礎との間に減衰部材を介装するようにしてもよい。
このように、床全体に対し、一様な免震性能が実現でき、例えば、精密装置等の生産機能を守ることができる。
なお、床全体での免震が行える範囲で、隣り合う床体同士間を連結する連結部材を用いないようにしてもよい。
例えば、振動を許容しない機器を設置する床体は、他の床体と連結部材によって連結されている場合には、例えば、歩廊等の振動発生減となる床体との間で連結部材による連結を行わないようにしてもよい。
このようにすると、振動を許容しない機器への振動の伝播を一層低減させることができる。

また、上記発明では、少なくとも一つ以上の前記床体の前記支承部材は、前記床体の旋回を拘束できる支承とされていることが好適である。
このようにすると、地震時において前記床体だけでなく床全体の旋回を抑制することができ、安定した免震性能を得ることができる。
なお、旋回を拘束できる支承としては、直交する直動レールと側方ガイドを持つスライドブロックで構成される転がり支承が好適である。
また、上記発明では、少なくとも一つの前記床体の前記支承部材は、剛滑り支承とされていることが好適である。
このようにすると、剛滑り支承の床体は、地震以外の外乱、特に精密装置内部からの加振力による微振動に対して容易に動かないよう固定でき、振動の増幅を抑えることができる。

また、上記発明では、前記連結部材は、連結する方向には高剛性で、該方向と直交する方向には低剛性の弾性部材で構成され、ほぼ直交する２方向にそれぞれ複数配置されていることが好適である。
このようにすると、各床体は弾性力で連結されることになるので、衝撃的な力が作用することを確実に防止することができる。
なお、弾性部材としては、横方向に積み重ねられた積層ゴムが好適である。

また、本発明にかかる床免震システムでは、振動を許容しない機器を設置する前記床体は、その重量が他の前記床体に比べて重く形成されるとともに前記支承部材が剛滑り支承とされていることを特徴とする。

このように、振動を許容しない機器を設置する床体は、その重量が他の床体に比べて重く形成されているので、同じレベルの外乱に対する振動を小さく抑えることができる。
また、支承部材が剛滑り支承とされているので、地震以外の外乱、特に機器内部からの加振力による微振動に対して容易に動かないよう固定でき、振動の増幅を抑えることができる。
したがって、振動を許容しない機器を確実に振動から保護することができる。

本発明の床免震システムによれば、基礎の上にそれぞれ支承部材を介して移動可能に支持された複数の床体に分割され、各床体では、それぞれが同一種類の支承部材によって支承されているので、各床体の質量と静摩擦力が明確に把握でき、各床体で滑り始めの振動レベルを正確に調整できる。
また、各床体は連結部材によって相互の上下移動を許容し、横方向には移動を抑制するように連結されているので、例えば床体が３体ある場合、各床体の静摩擦力をF１、F２、F３とし、各床体の質量をM１、M２、M３とすると、滑り出す加速度αは、α＝（F1＋F２+F３）／（M１＋M２＋M３）として調整される。また例えば、F１に比べF２、F３を非常に小さくする支承部材を用いると、滑り出す加速度αは、α＝F１／（M１＋M２＋M３）として小さく調整され、中小地震の振動レベルから免震性能を発揮させることができる。
また上記発明では、少なくとも一つ以上の前記床体の前記支承部材が、前記床体の旋回を拘束できる支承とされているので、前記床体だけでなく床全体の旋回を抑制でき、安定した免震性能を得ることができる。
また上記発明では、少なくとも一つの前記床体の前記支承部材は、剛滑り支承とされているので、剛滑り支承の床体は、地震以外の外乱、特に上載物の機器内部からの加振力による微小振動に対し、振動の増幅を抑えることができる。
このように、床全体に対し、一様な免震性能が実現でき、例えば、精密装置等の生産機能を地震から守ることができると同時に、振動を許容しない機器に対し、地震以外の外乱による微小振動対策を実現できる。

以下に、本発明の一実施形態にかかる床免震システム１について、図１〜図６を参照して説明する。本実施形態にかかる床免震システム１は、一例として半導体製造装置を設置するものについて説明する。
半導体製造装置には、露光装置、検査装置等の振動に対する許容度が少ない、いわゆる嫌振機器と、ダイシング、電気的な検査を行う機器等の振動に対する許容度が比較的大きい機器とが存在している。
図１は、本実施形態にかかる床免震システム１を設置した状態を示す模式図である。図２は、平面を示す模式図である。

床免震システム１には、基礎３と、重床体（床体）５と、歩廊床体（床体）７と、通常床体（床体）９と、接合体（連結部材）１１と、コイルばね（復元部材）１３と、オイルダンパ１５とが備えられている。
重床体５は、振動を許容しない機器、いわゆる、嫌振機器、例えば、露光装置１７を載置するものである。
重床体５には、露光装置１７を載置する重床パネル１９と、重床パネル１９を支持する重架構２１と、重架構２１の下部に取り付けられ、基礎３面に固定した相手材２４に沿って滑るように構成された剛滑り支承（支承部材）２３と、が備えられている。

重床パネル１９は、鋼製の板材で形成されている。
重架構２１は、箱構造をし、鉄筋コンクロート製床盤と鉄骨構造とを組合せて構成されており、剛性および重量を大幅に増加させている。
なお、重架構２１は、角型鋼管にコンクリートを充填したコンクリート充填鋼管（ＣＦＴ）部材あるいは型鋼をコンクリートで覆った鉄骨鉄筋コンクリート（ＳＲＣ）部材などで構成するようにしてもよい。

剛滑り支承２３は、重架構２１の下面に複数、例えば、四隅部に四個設けられている。剛滑り支承２３は、軸線が上下方向を向くように取り付けられた束材下面にフッ素樹脂系の滑り材が固定して取りつけられており、これと接触する基礎３面には相手材２４が固定されている。
剛滑り支承２３の下面、すなわち、滑り材と相手材との間の静摩擦係数μ１によって、剛滑り支承２３が滑り出す振動レベルが設定できる。
例えば、基礎３面の相手材にもフッ素樹脂系の滑り材を貼れば、０．０１５〜０．０２程度の静止摩擦係数が可能で、剛滑り支承２３の方にフッ素樹脂系を備え、相手材にステンレス鋼板を備えると、０．２程度の静止摩擦係数が可能であるので、この範囲で必要に応じて設定することになる。

すなわち、露光装置１７、重パネル１９、重架構２１および剛滑り支承２３の重量（垂直抗力）Ｗ１（質量Ｍ１）は与えられるので、剛滑り支承２３と基礎３との間の接触面に作用する静止摩擦力Ｆ１は、Ｆ１＝Ｗ１×μ１である。
一方、地震力P1は、質量Ｍ１に地震動による加速度（水平）α１を乗算した大きさ、すなわちP１＝Ｍ１×α１＝Ｗ１／ｇ×α１となる。

地震力P１が、静止摩擦力Ｆ１より大きくなると剛滑り支承２３は滑り出すことになるので、摺動を開始する地震による加速度αの境界値は、Ｆ１＝P１として上記関係を代入すると、α１＝μ１ｇとなる。重力加速度ｇは、９８０ＧＡＬであり、静止摩擦係数μ１が与えられれば、剛滑り支承２３が滑り出す地震動による加速度α１を設定することができる。

歩廊床体７は、人が歩行する歩廊を形成するものである。
歩廊床体７には、人が歩行する歩廊を構成する歩廊床パネル２５と、歩廊床パネル２５を支持する歩廊架構２７と、歩廊架構２７の下部に取り付けられた転がり支承（支承部材）２９と、が備えられている。
歩廊床パネル２５は、鋼製の板材で形成されている。歩廊架構２７は、箱構造をし、鉄骨を主体として重架構２１に比べて相当軽量に構成されている。

転がり支承２９は、歩廊架構２７の下面に複数、例えば、四隅部に四個設けられている。
転がり支承２９には、歩廊架構２７の下面に一方向に延在するように取り付けられた上直動レール３１と、基礎３の上面に上直動レール３１と略直交する方向に延在するように取り付けられた下直動レール３３と、上直動レール３１および下直動レール３３を接続し、それらの長手方向にのみ移動可能に設けられたスライドブロック３５とが備えられている。

上直動レール３１および下直動レール３３の対向する面および側面には、複数個ベアリングが長手方向に間隔を空けて取り付けられ、スライドブロック３５は、これらのベアリングの転動に案内されて長手方向のみ移動するように構成されている。こうした機構の転がり支承２９を歩廊架構２７の四隅部に設けることで、歩廊架構２７の並進移動は許容され、旋回移動は拘束可能となる。
歩廊パネル２５、歩廊架構２７および転がり支承２９の重量（垂直抗力）Ｗ２（質量Ｍ２）は与えられるので、転がり支承２９の静摩擦係数μ２を設定することによって、歩廊床体７の静止摩擦力F２＝W２×μ２が与えられ、滑り出す振動レベルが設定できる。

通常床体９は、振動に対する許容度が比較的大きい機器、例えば、ダイシング３７を載置するものである。
通常床体９には、ダイシング３７を載置する通常床パネル３９と、通常床パネル３９を支持する通常架構４１と、通常架構４１の下部に取り付けられた転がり支承２９と、が備えられている。
通常床パネル３９は、鋼製の板材で形成されている。通常架構４１は、箱構造をし、鉄骨を主体として重架構２１に比べて相当軽量に構成されている。

転がり支承２９は、歩廊床体７に用いられているものと同構成のものが、通常架構４１の下面に複数、例えば、四隅部に四個設けられている。このため、通常床体９の並進移動は許容され、旋回移動は拘束可能とされている。
ダイシング３７、通常パネル３９、通常架構４１および転がり支承２９の重量（垂直抗力）Ｗ３（質量Ｍ３）は与えられるので、転がり支承２９の静摩擦係数μ３（本実施例ではμ3＝μ２）を設定することによって、通常床体９の静止摩擦力F３＝W３×μ３が与えられ、滑り出す振動レベルが設定できる。

図１では、重床体５、歩廊床体７および通常床体９をそれぞれ１個示しているが、重床体５、歩廊床体７および通常床体９は、図２に示されるように、必要に応じて複数備えられてもよい。

このように、基礎３の上にそれぞれ剛滑り支承２３あるいは転がり支承２９を介して移動可能に支持された複数の重床体５、歩廊床体７および通常床体９に分割されているので、重床体５、歩廊床体７および通常床体９に載置される部材の重量、すなわち、剛滑り支承２３あるいは転がり支承２９が分担する荷重を明確に把握することができる。
また、各重床体５、歩廊床体７および通常床体９では、それぞれが同一種類の支承部材すなわち、剛滑り支承２３あるいは転がり支承２９によって支承されているので、各床体の静摩擦力を明確に把握することができる。
このため、各重床体５、歩廊床体７および通常床体９で滑り始めの振動レベルを正確に設定できる。

コイルばね１３は、通常床体９と基礎３との間に介装され、通常床体９を元の位置に戻す復元部材の機能を奏する。
コイルばね１３は、床免震システム１の水平２方向に機能するよう取り付けられ、ここでは通常床体９に取り付けているが、これは重床体５あるいは歩廊床体７に取付けるようにしてもよい。

オイルダンパ１５は、通常床体９と基礎３との間に介装され、通常床体９の振動を減衰させる減衰部材の機能を奏する。
オイルダンパ１５は、床免震システム１の水平２方向に機能するよう取り付けられ、、ここでは通常床体９に取り付けているが、これは重床体５あるいは歩廊床体７に取付けるようにしてもよい。
なお、オイルダンパ１５は、剛滑り支承２３による減衰効果が十分である場合には、省略してもよい。

次に、重床体５、歩廊床体７および通常床体９の間を連結する接合体１１について図３および図４に基づいて説明する。
図３は、本実施形態にかかる接合体１１を示す図１のＸ視平面図である。図４は、図３のＹ−Ｙ断面図である。
接合体１１には、水平枠体４３と、垂直枠体４５と、第一積層ゴム（弾性部材）４７と、第二積層ゴム（弾性部材）４９と、が備えられている。

水平枠体４３は、上下方向に見てコ字形状をした鋼製の枠体であり、開放部分が、接合する一方の架構、ここでは、歩廊架構２７に固定して取り付けられている。
垂直枠体４５は、横方向に見てコ字形状をした鋼製の枠体であり、開放部分が、接合する他方の架構、ここでは、重架構２１に固定して取り付けられている。
水平枠体４３および垂直枠体４５は、鎖状にかみ合うように取り付けられている。
すなわち、開口部に対向した水平枠５１が垂直枠体４５のコ字空間に位置し、開口部に対向した垂直枠５３が、水平枠体４３のコ字空間に位置するように取り付けられている。

第一積層ゴム４７は、水平枠５１の外側（重架構２１側）と重架構２１との間の装着されている。したがって、水平枠５１の外側と重架構２１との間には十分な間隔が確保されている。
第二積層ゴム４９は、水平枠５１の内側（歩廊架構２７側）と垂直枠体４５の内側（重架構２１側）との間に装着されている。
垂直枠５３の外側（歩廊架構２７側）と歩廊架構２７との間隔は、第一積層ゴム４７の最大圧縮時にも両者が接触しない程度の大きさが確保されている。

以上、説明した本実施形態にかかる床免震システム１の免震動作について説明する。
地震によって基礎３が振動すると、嫌振機器が設置された重床体５、歩廊床体７、通常床体９に振動が伝達され、加速度が生じる。この加速度による慣性力は、各床体の質量が異なるため、異なる大きさとなり、接合体１１には、横方向に圧縮力や引張力が作用する。

図５は、接合体１１に圧縮力が作用した状態を示したものであり、この場合、第一積層ゴム４７が圧縮される。
一方、図６は、接合体１１に引張力が作用した状態を示したものであり、この場合、第二積層ゴム４９が圧縮される。
すなわち接合体に横方向の圧縮力や引張力が作用しても、積層ゴムには、引張力が作用しない荷重伝達機構を接合体は備えている。
なお積層ゴムは、ゴムと鋼板を交互に積層した部材であり、積層面に直交する横方向には高剛性であり、積層面に並行する上下方向には低剛性である。このため横方向の水平地震力は伝達するが、上下方向の歩行振動などは伝達しない機能を有している。

以上のように地震等の大きな水平振動に対しては、接合体１１を介して横方向に地震力が伝播し、重床体５、歩廊床体７および通常床体９があたかも一体のように移動を開始する。
この場合、移動開始の加速度αは、α＝（F1＋F2＋F3）／(M１＋M２＋M３)として設定されるが、転がり支承の歩廊床体７と通常床体９の場合、静摩擦力F２、F３は、剛滑り支承の重床体の静摩擦力F１に比べて非常に小さく、近似的にはα＝F1／(M１＋M２＋M３)として始動加速度を小さく設定できる。即ち加速度の小さい中小地震から始動し、滑ることで入力する地震力を頭打ちする免震効果を床全体に対し得ることができる。
また、重床体５、歩廊床体７および通常床体９は第一積層ゴム４７および第二積層ゴム４９の弾性力で連結されることになるので、第一積層ゴム４７および第二積層ゴム４９の圧縮量と隙間とを適宜な値に設定することにより隣り合う床体が衝突することを回避でき、衝撃的な力が作用することを確実に防止することができる。

重床体５、歩廊床体７および通常床体９の振動は、剛滑り支承２３の摩擦力、オイルダンパ１５の減衰力によって減衰される。
また、地震等が収まると、コイルばね１３によってそれが接続された重床体５、歩廊床体７および通常床体９が元の位置に戻され、さらに接合体１１を介して全部の重床体５、歩廊床体７および通常床体９がもとの位置に戻される。
このように、床全体に対し、一様な免震性能が実現でき、半導体製造装置の生産機能を守ることができる。

次に、地震に比べて振動の加速度が小さい微振動について説明する。
重架構２１は、その重量が重く形成されているので、微小外乱に対する振動レベルを小さく抑えることができる。
また、第一積層ゴム４７および第二積層ゴム４９は、横方向に積層されているので、上下方向の振動はほとんど伝達しない。このため、微振動の主たる要因である人の歩行が歩廊床体７で発生しても、それが露光装置１７が載置された重床体５に伝播することは効果的に防止できる。
さらに、重床体５は、剛滑り支承２３によって支承されているので、地震以外の外乱、特に露光装置内部からの加振力による微振動に対して重床体５を容易に基礎に固定でき、振動の増幅を抑えることができる。
これらによって、重床体５は、載置した機器の微振動を効果的に抑制できるので、振動を許容しない機器を確実に振動から保護することができる。

なお、本実施形態では、重床体５、歩廊床体７および通常床体９の間は全て接合体１１によって連結されているが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、図７に示されるように、重床体５と歩廊床体７との間を接合体１１で連結しないようにしてもよい。
このようにすると、歩廊を人が歩くことによって生じる微小振動が直接重床体５に伝播されることがないので、重床体５に載置する振動を特に嫌う露光装置１７等の嫌振機器に伝播される振動を一層低減させることができる。

また、本実施形態では、接合体１１に積層ゴムを用いているが、これに限定されるものではなく、例えば、ダンパ、ばね等の弾性部材、あるいは、機械式の接合体としてもよい。
また、歩廊床体７および通常床体９の支承に転がり支承を用いているが、これは滑り支承を用いるようにしてもよい。
さらに、本発明は本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

本発明の第一実施形態の床免震システムの示す模式図である。 本発明の第一実施形態の床免震システムの平面を示す模式図である。 本実施形態にかかる接合体を示す図１のＸ視平面図である。 図２のＹ−Ｙ断面図である。 本実施形態にかかる接合体の作用を説明する図３と同様部分を示す断面図である。 本実施形態にかかる接合体の作用を説明する図３と同様部分を示す断面図である。 本発明の第一実施形態の床免震システムの別の実施形態を示す図２と同様な模式図である。

符号の説明

１ 床免震システム
３ 基礎
５ 重床体
７ 歩廊床体
９ 通常床体
１１ 接合体
１３ コイルばね
２３ 剛滑り支承
２９ 転がり支承
４７ 第一積層ゴム
４９ 第二積層ゴム

Claims (5)

1. 基礎の上にそれぞれ支承部材を介して移動可能に支持された複数の床体と、
   隣り合う該床体同士の相互の上下移動を許容し、横方向には移動を抑制するように連結する連結部材と、
   一部の前記床体と前記基礎との間に介装され、復元を行う復元部材と、を備え、
   前記床体が複数の前記支承部材で支持されている場合には、それらは同一種類の前記支承部材によって構成されていることを特徴とする床免震システム。
2. 少なくとも一つ以上の前記床体の前記支承部材は、前記床体の旋回を拘束できる支承とされていることを特徴とする請求項１に記載された床免震システム。
3. 少なくとも一つの前記床体の前記支承部材は、剛滑り支承とされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された床免震システム。
4. 前記連結部材は、連結する方向には高剛性で、該方向と直交する方向には低剛性の弾性部材で構成され、ほぼ直交する２方向にそれぞれ複数配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載された床免震システム。
5. 振動を許容しない機器を設置する前記床体は、その重量が他の前記床体に比べて重く形成されるとともに前記支承部材が剛滑り支承とされていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載された床免震システム。

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