JPH0772439B2 - 超微細振動環境を作る制振方法及び制振装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、例えば超LSI製造工場などのように１ミク
ロンないしそれ以下のオーダーの加工及び精度が厳格に
要求される超又は超々精密機器を据付ける床ないしテー
ブル（以下制振床という）の振動障害を解消するための
制振方法及びこの方法を実施する制振装置に係り、さら
にいえば、制振床の振動を検出するとリアルタイムで振
動に応答する外力を加えて能動的に振動を打ち消して超
微細振動環境を作る制振方法及び制振装置に関する。

従来の技術 LSI製造工場などのように超又は超々精密な加工および
精度が厳格に要求される先端技術の発達と共に振動障害
の問題が大きくなり、振動防止技術も発達している。

とりわけ、我国は軟弱な地盤が多く、地震国でもある
し、しかもノイズレベルが高い過密化した環境にあるの
で、振動防止技術も、地盤の改良のほか、発振源からの
振動伝達の遮断、あるいは受振体への振動伝達の遮断な
ど多岐の技術分野にわたっている。そして、精密機器を
設置する振動環境を作る従来の手段は、以下のようであ
った。

一般的には、制振床の剛性を高め振動の増幅を抑える
設計的技術と、振動源の防振を徹底する方法が多く採用
されている。

また、空気ばねに代表される柔らかいばね要素で制振
床を支持せしめ、振動の影響を受け流す受動的、消極的
な制振装置も採用されている。

特開昭59−161565号及び特開昭60−92570公報にそれ
ぞれ記載された制振装置の場合は、第８図に振動モデル
を示したとおり、制振床Ｍに補助質量ｍを付設し、セン
サーＰが制振床Ｍのある大きさに達した振動を検出する
と、制御回路Ｇを通じてアクチュエータａを制御し、補
助質量ｍを駆動して振動を吸収せしめる構成とされてい
る。

本発明が解決しようとする問題点 （Ｉ）上記に述べた制振方法は、防振、除振効果に限
界がある。

即ち、１ミクロンないし0.1ミクロンのオーダーの加工
及び精度を要求される超LSI製造工場などにおいては、
振動許容値（加速度）は0.1gal以下を要求される。しか
るに、上記の制振方法では0.2galがせい一杯の制振な
いし除振効果であり、とうてい前記の振動許容値を達成
し得ないという問題点がある。

（II）上記に述べた制振装置の場合、その実施に必要
とされる柔らかいばねを得るためには材料上の制約があ
り、場合によっては制振床が不安定なだけの状態になっ
てしまう。

また、系の固有振動数でいわゆる共振現象を生ずるた
め、本発明が目的とするような超微細振動環境を作るこ
とは極めて困難である。

（III）上記の制振装置は、積極的に振動を打ち消そ
うとする原理を評価できるが、あくまでも地震の制振を
目的としているため、振動の分解能に限界があり、制振
床の振動（つまり地震力）がある大きさレベルに達した
場合にのみ有効に働き、前記大きさレベルに達しない微
細振動には反応せず役に立たない。しかも、制振床Ｍの
振動を検出してから、アクチュエータａが補助質量ｍを
動かして振動を打ち消す効果を発現するまでに若干の時
間を要し、この時間遅れのためにリアルな防振、除振効
果を期待しがたい。即ち、系の固有振動数での共振現象
は回避し得ず、いわば単に共振点をずらすか又は分散さ
せる程度の制振効果を奏しているにすぎず、超微細振動
環境を作ることは至難である。

また、この制振装置は、補助質量ｍを含む複雑な制振設
計が必要であるし、いわゆる静剛性を改善できないとい
う問題点がある。

従って、本発明の目的は、通常の生活環境振動に卓越す
る1.5Hz以上の振動数で外乱振動の1/10以下の超微細振
動環境、換言すれば、振動許容値（加速度）が0.1gal以
下の超微細振動環境を作る制振方法及び制振装置を提供
することである。

問題点を解決するための手段 （第１の発明） 上記従来技術の問題点を解決するための手段として、こ
の発明に係る制振方法は、図面の第１図〜第７図に好適
な実施例を示したとおり、 制振床１は構造躯体へ水平二次元方向及び鉛直方向に振
動可能な６自由度に支持すること、前記制振床１を水平
二次元方向に加振する複数の床駆動装置３´、及び同制
振床１を鉛直方向に加振する複数の床駆動装置３を設け
ること、前記制振床１にその振動状態を検出する振動セ
ンサー４を設置し、また、前記振動センサー４の検出信
号を受けて処理する演算制御回路５を設置し、演算制御
回路５で処理した制御信号によって前記振動センサー４
が検出した振動と正比例する逆向きの外力を同制振床１
へ加えるように前記の各床駆動装置３及び３´を制御し
てリアルタイムに振動を打ち消すことをそれぞれ特徴と
する。

（第２の発明） また、本発明の制振装置は、構造躯体へ支持機構により
水平二次元方向及び鉛直方向に振動可能な６自由度に支
持された制振床１と、前記制振床１に設置された振動ン
サー４と、前記振動センサー４の検出信号が入力され該
検出信号に基いて各床駆動装置の制御信号を出力する演
算制御回路５と、構造躯体又はこれに準ずるものに反力
をとり制振床１に振動を打ち消す力を加えるように水平
二次元方向に設置された複数の床駆動装置３´及び鉛直
方向に設置された複数の床駆動装置３とより成ることを
特徴とする。

作用 制振床１が微細にでも振動すると、振動センサー４の検
出信号に基いて水平二次元方向の床駆動装置３´及び
（又は）鉛直方向の床駆動装置３が前記振動を打ち消す
外力を制振床１へリアルタイムに加えて振動を能動的に
抑え込む（打ち消す）ので、同制振床１の振動は効果的
に抑制することができ、高い制振効果を発揮する。

特に、６自由度に支持された制振床１に、水平二次元方
向及び鉛直方向に設置された複数の床駆動装置３´及び
３がリアルタイムに振動と逆向きの外力を加えるので、
通常の生活環境振動に卓越する1.5Hz以上の振動数にお
いて外乱振動の1/10以下の超微細振動環境、あるいは振
動許容値が0.1gal以下の超微細振動環境を作ることがで
きる。

制振床１の振動は高感度で広周波数帯域に良好な特性を
もった振動センサー４が検出し、その検出信号は演算制
御回路５へ送る。前記検出信号が入力された演算制御回
路５は、床駆動装置３及び３´に対する応答のアナログ
制御信号に処理して床駆動装置３´及び３へ送りその駆
動制御を行なう。応答性に優れた床駆動装置３´及び３
は、前記の制御信号に基いて検出信号と正比例する逆向
きの出力を発生し、構造躯体床６等に反力をとって振動
を打ち消す外力を制振床１に加え、もって制振床１の振
動を打ち消し制振効果を奏する。

実施例 第１図は、この発明に係る制振装置の概念図であり、第
２図は前記概念図を具体化した実施例である。

即ち、構造躯体床６の上に柔らかい空気ばね式の支持機
構２で制振床１が略水平に支持されている。したがっ
て、静剛性は改善できる。

制振床１と構造躯体床６との間には、制御が簡単で出力
が大きく応答性に優れたロッド型のリニアモータ、即ち
ボイスコイルモータによる床駆動装置３、３´を垂直方
向及び水平方向にそれぞれ設置し、もって構造躯体床６
に反力をとって制振床１に制振力を外力として加える構
成とされている。

ちなみに、床駆動装置３、３´の床１に対する配置は、
その１例を第３図に示したとおり、垂直方向の床駆動装
置３は、制振床１の全平面にバランスした正三角形の各
頂点位置に合計３台使用されている。水平方向の床駆動
装置３は、制振床１の直角２方向にそれぞれ少なくとも
２台ずつ使用されている。こうした配置により、回転又
は捩れ振動の悪影響を除くことができる。

制振床１には、同床１の振動を検出する振動センサー４
が直に設置されている。振動ンサー４としては、高感度
で広周波数帯域に良好な特性をもったセンサー、即ち、
振動を電圧の大きさで高感度に検出し、かつ周波数特性
が良好なサーボ型加速度計を使用し、これが演算制御回
路５と接続されている。そして、演算制御回路５は、前
記床駆動装置３、３´と接続されている。

演算制御回路５は、論理演算回路を組込んだアナログ方
式のものであり、振動センサー４から入った検出信号
（電圧値）を直ちに電流の大きさに変換して床駆動装置
３、３´へ送り、制振床１の振動に対し、正比例する逆
向きの外力を床駆動装置３、３´がリアルタイムで加
え、振動を打ち消す。したがって、この制振設計は至極
簡単にできる。また、応答性と電気回路の定数変更によ
り全体系の振動応答性が可変に構成されている。

実験の結果によれば、第４図に示したとおり、構造躯体
床６に伝達された衝撃振動は、制振床１上では1/10以下
に制振された効果が確認されている。

図中７はグレーチング床である。

第２の実施例 第５図に概念図を示し、第６図に具体的構成を示した制
振装置の原理及び構成の大部分は、上記の第１実施例と
共通する。但し、本実施例の場合、制振床１は、柔らか
いばね性をもつケーブル状の吊り支持機構２´で梁８に
吊り支持された構成を特徴とするものである。

第３の実施例 第７図に示した制振装置は、第６図のように梁８から吊
り支持された制振床１が作業性に及ぼす影響を除くべく
改良した構成のものである。

即ち、制振床１は、その直下に平行に設けた補助床１´
との二重構造に構成し、それぞれの床１、１´に振動ン
サー４、４´が設置されている。

水平方向の床駆動装置３´は構造躯体床６と補助床１´
との間に設置し、垂直方向の床駆動装置３は制振床１と
補助床１´との間に設置し、しかも両床１、１´間には
さらにやわらかいばね性の支持機構２が設置され、さら
に補助床１´を構造躯体床６に吊り支持機構２´で吊り
支持せしめた構成とされている。

本実施例の制御装置は、上下方向、及び水平方向の制御
を容易に行なえる点を特長とする。

本発明が奏する効果 以上に実施例と併せて詳述したとおりであって、この発
明に係る制振方法及び制振装置は、制振床１の振動に対
し、リアルタイムで逆向きの外力を加え、能動的に振動
を打ち消し静止状態を保持する制振制御が働くので、通
常の生活環境振動に卓越する1.5Hz以上の振動数におい
て外乱振動の1/10以下に制振する優れた制振、除振効果
を発揮する。よって、現在超LSI製造工場などの床に要
求されている0.1gal以下を楽にクリヤーできる。

したがって、超微細振動環境を得ることができ、益々集
積度が高まる傾向にある半導体製造工場などのクリーン
ルーム内の特に微細な振動環境の要求に応じられるので
ある。

また、制御可能な振動、振幅範囲が広く、地震時の精密
機器の保護にすこぶる有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る制振装置の概念図、第２図は第
１実施例の制振装置の主要部を示した断面図、第３図は
制振床に対する駆動装置の配置を示した説明図、第４図
は常時微動と床上足踏み衝撃を構造躯体と制振床に分け
て記録した加速度波形図、第５図と第６図は第２実施例
の概念図と主要部の断面図、第７図は第３実施例の主要
部の断面図、第８図は従来の振動装置モデル図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】制振床（１）は構造躯体へ水平二次元方向
   及び鉛直方向に振動可能な６自由度に支持すること、前
   記制振床（１）を水平二次元方向に加振する複数の床駆
   動装置（３´）、及び同制振床（１）を鉛直方向に加振
   する複数の床駆動装置（３）を設けること、前記制振床
   （１）にその振動状態を検出する振動センサー（４）を
   設置し、また、前記振動センサー（４）の検出信号を受
   けて処理する演算制御回路（５）を設置し、演算制御回
   路（５）で処理した制御信号によって前記振動センサー
   （４）が検出した振動と正比例する逆向きの外力を同制
   振床（１）へ加えるように前記の各床駆動装置（３）及
   び（３´）を制御してリアルタイムに振動を打ち消すこ
   とをそれぞれ特徴とする、超微細振動環境を作る制振方
   法。
2. 【請求項２】構造躯体へ支持機構により水平二次元方向
   及び鉛直方向に振動可能な６自由度に支持された制振床
   （１）と、前記制振床（１）に設置された振動ンサー
   （４）と、前記振動センサー（４）の検出信号が入力さ
   れ該検出信号に基いて各床駆動装置の制御信号を出力す
   る演算制御回路（５）と、構造躯体又はこれに準ずるも
   のに反力をとり制振床（１）に振動を打ち消す力を加え
   るように水平二次元方向に設置された複数の床駆動装置
   （３´）及び鉛直方向に設置された複数の床駆動装置
   （３）とより成ることを特徴とする、超微細振動環境を
   作る制振装置。