(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
床面と構造物が剛性体で連結され、前記構造物の振動を抑制する免震装置であって、
前記床面と前記構造物との間に介設され、前記構造物を前記床面に対して相対変位させるように駆動可能なアクチュエータと、
前記構造物の前記床面に対する相対変位量を検出可能な相対変位センサと、
前記相対変位センサの出力に基づいて前記アクチュエータを制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記床面が前記構造物に対して相対変位した際、その相対変位を増幅させるように、前記相対変位センサの出力を前記アクチュエータへ入力する制御信号に帰還させることを特徴とする免震装置。
【請求項２】
前記コントローラは、前記構造物の固有振動数を下げるように前記アクチュエータを制御する請求項１に記載の免震装置。
【請求項３】
前記コントローラは、前記アクチュエータによる動作の見かけ上のバネ定数が前記剛性体のバネ定数を打ち消すように、前記アクチュエータを制御する請求項１又は２に記載の免震装置。
【請求項４】
前記アクチュエータは、回転位置検出手段を有するモータと、前記モータによる回転運動を直線運動に変換する直動機構とを備えた直動アクチュエータとし、
前記回転位置検出手段が前記相対変位センサを兼用している請求項１乃至３のいずれかに記載の免震装置。
【請求項５】
前記床面と前記構造物との間に介設されるダンパーをさらに備えている請求項１乃至４のいずれかに記載の免震装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の免震装置と、前記構造物を構成する半導体製造装置とを備えたことを特徴とする半導体製造設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置や建物等のような構造物に地震による振動が伝達されるのを抑制する免震装置及び半導体製造設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地震による振動が構造物に伝達されるのを抑制する免震装置には、パッシブ免震方式とアクティブ免震方式とがある。パッシブ免震装置は、床面（地面）と構造物との間に介設される積層ゴム等の振動吸収手段を有している（例えば、特許文献１参照）。この振動吸収手段により、構造物の固有振動数が地震波の主周波数成分よりも低くなるように設定され、床面から構造物への振動伝達が抑制される（図７（ａ）参照）。
【０００３】
一方、アクティブ免震装置は、床面と構造物との間に介設されるアクチュエータを有し、床面や構造物に設置された加速度センサ等の出力に基づいて構造物の振動を打ち消すようにアクチュエータが制御される（例えば、特許文献２参照）。地震時には、床面と構造物との間で水平方向の相対変位が生じるため、構造物が床面側の壁に衝突しないように構造物と床面側の壁との間にクリアランスが設けられているが、デッドスペースを減少させるためには該クリアランスを極力減らすことが望まれる。よって、アクティブ免震装置では、一般的に、構造物の揺れを抑制すべく構造物の絶対加速度を低減することと、床面と構造物との間の相対変位を適度に抑制することが設計目標とされている。
【特許文献１】特公平７−５４１３２号公報
【特許文献２】特開平１０−２９９２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、パッシブ免震装置では、構造物の固有振動数を地震波の主周波数成分よりも低くするために、振動吸収手段が十分な柔軟性を有することが要求される。しかしながら、半導体製造装置のような構造物に適用した場合に、配管等の付属物である剛性体が床面と構造物との間に連結されると、その剛性体が振動吸収手段の柔軟性を阻害してしまい、構造物側の固有振動数が高くなって免震機能が低下することが考えられる（図７（ｂ）及び図８参照）。
【０００５】
なお、前述したアクティブ免震装置は、構造物の絶対加速度を低減することと、床面と構造物との間の相対変位を適度に抑制することを目的としたものであり、パッシブ免震装置の免震機能を維持するために、構造物側の固有振動数を低下させることを目的とするものは存在しない。
【０００６】
そこで本発明は、構造物側の固有振動数を低下させて免震機能を向上させることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上述のような事情に鑑みてなされたものであり、本発明に係る免震装置は、床面と構造物が剛性体で連結され、前記構造物の振動を抑制する免震装置であって、前記床面と前記構造物との間に介設され、前記構造物を前記床面に対して相対変位させるように駆動可能なアクチュエータと、前記構造物の前記床面に対する相対変位量を検出可能な相対変位センサと、前記相対変位センサの出力に基づいて前記アクチュエータを制御するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記床面が前記構造物に対して相対変位した際、その相対変位を増幅させるように、前記相対変位センサの出力を前記アクチュエータへ入力する制御信号に帰還させることを特徴とする。
【０００８】
前記構成によれば、床面が構造物に対して相対変位した際、その相対変位を増幅させるようにアクチュエータが制御されることとなる。そうすると、剛性体により床面と構造物との間の相対変位を低減させるような力が働いても、その力をアクチュエータにより打ち消すことが可能となる。したがって、免震機能を向上させることができる。
【０００９】
前記コントローラは、前記構造物の固有振動数を下げるように前記アクチュエータを制御してもよい。
【００１０】
前記構成によれば、構造物側の固有振動数が低下させられるので、免震機能を向上させることができる。
【００１１】
前記コントローラは、前記アクチュエータによる動作の見かけ上のバネ定数が前記剛性体のバネ定数を打ち消すように、前記アクチュエータを制御してもよい。
【００１２】
前記構成によれば、例えば、剛性体のバネ定数がｋｐ、アクチュエータにより補償されるバネ定数がｋｃである場合に、ｋｃ≒−ｋｐとなるようにコントローラが設定されることで、剛性体が存在せずに構造物が振動吸収手段のみで支持される通常のパッシブ免震装置と同じ機能を保つことができ、免震機能をより効果的に発揮させることが可能となる。
【００１３】
前記アクチュエータは、回転位置検出手段を有するモータと、前記モータによる回転運動を直線運動に変換する直動機構とを備えた直動アクチュエータとし、前記回転位置検出手段が前記相対変位センサを兼用していてもよい。
【００１４】
前記構成によれば、モータ付属の回転位置検出手段を相対変位センサとしても兼用しているので、相対変位センサとなるストロークセンサ等を別部品で設ける必要がなくなり、部品点数を低減することができる。
【００１５】
前記床面と前記構造物との間に介設されるダンパーをさらに備えていてもよい。
【００１６】
前記構成によれば、ダンパーが地震波による床面の振動を減衰させるので、アクチュエータが小出力のもので足りることとなり、コストダウンを図ることが可能となる。
【００１７】
また、本発明の半導体製造設備は、前述した免震装置と、前記構造物を構成する半導体製造装置とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
前記構成によれば、免震装置により床面から半導体製造装置への振動伝達が十分に抑制されるので、耐震性の高い半導体製造設備を実現することが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、振動吸収手段の柔軟性が十分に発揮されて構造物側の見かけ上の固有振動数が低下し、免震機能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は本発明の実施形態に係る免震装置１０を示す概略図である。図１に示すように、半導体製造工場では、地盤と一体的な床面１の上に作業者が歩く固定床２が設けられている。半導体製造設備１００は、床面１上の固定床２が存在しない箇所では、床面１上に積層ゴムからなる振動吸収手段９が設置され、その振動吸収手段９により構造物８が支持されている。つまり、振動吸収手段９が地震波による床面１の水平方向の振動を吸収し、構造物８に加速度が生じるのを抑制している。
【００２２】
構造物８は、振動吸収手段９で支持される免震床３と、その免震床３の上に設置される半導体製造装置４とを有している。免震床３は、固定床２に対して所定のクリアランスを有する状態で、固定床２と略同一高さに配置されている。また、半導体製造装置４には、振動吸収手段９よりも剛性の高い剛性体である金属製の配管５の端部が連結されており、その配管５の所要部位が床面１に固定されている。従って、床面１と構造物８との間は振動吸収手段９だけでなく、剛性を有する配管５でも連結されていることとなる。
【００２３】
免震装置１０は、床面１と免震床３との間に介設される直動アクチュエータ１１と、床面１と免震床３との相対変位量に基づいて直動アクチュエータ１１を制御するコントローラ１２とを備えている。床面１上には固定側ブラケット６が固定されると共に、免震床３の下面に可動側ブラケット７が固定されており、各ブラケット６，７の間には水平方向の直進運動を発生させる直動アクチュエータ１１が介設されている。以上のように、免震装置１０、免震床３及び半導体製造装置４により半導体製造設備１００が構成されている。
【００２４】
図２は図１に示す免震装置１０の主に直動アクチュエータ１１を表した平面図である。図２に示すように、直動アクチュエータ１１は、ＡＣサーボモータ１４と、そのＡＣサーボモータ１４の回転運動を直線運動に変換する直動機構１５とを備えている。ＡＣサーボモータ１４は、駆動軸（図示せず）を有するモータ本体部１６と、モータ本体部１６の駆動軸（図示せず）の回転位相を検出可能なロータリーエンコーダ１７（回転位置検出手段）を有している。なお、ＡＣサーボモータの動作にはロータリーエンコーダが必要で、市販のＡＣサーボモータにはロータリーエンコーダが通常付属している。
【００２５】
モータ本体部１６の駆動軸（図示せず）にはボールネジ１８が接続されており、このボールネジ１８に可動側ブラケット７が螺合されている。また、可動側ブラケット７は、ボールネジ１８の軸線方向に平行配置されたリニアガイド１９により一方向に案内されている。即ち、モータ本体部１６が駆動することでボールネジ１８が回転すると、可動側ブラケット７がリニアガイド１９に沿って移動し、床面１と免震床３との間の水平方向の距離が変化することとなる。
【００２６】
また、ＡＣサーボモータ１４にはコントローラ１２が接続されている。コントローラ１２は、ロータリーエンコーダ１７の出力を受信し、その出力に基づいて床面１の免震床３に対する相対変位量を算出し、その算出結果に基づいて制御信号をモータ本体部１６に送信してＡＣサーボモータ１４の制御を行う。即ち、ロータリーエンコーダ１７が、床面１の免震床３に対する相対変位量を検出可能な相対変位センサを兼ねている。
【００２７】
図３は図１に示す免震装置１０のコントローラ１２の正帰還制御を説明する図面である。図３に示すように、コントローラ１２は、直動アクチュエータ１１のロータリーエンコーダ１７（相対変位センサ）の出力値、即ち、床面１と免震床３との間の相対変位量を直動アクチュエータ１１へ入力する制御信号に正帰還させる制御を行う構成となっている。なお、図３中のｋｃは補償要素である。こうすると、地震波による横揺れを振動吸収手段９が吸収することで床面１が免震床３に対して相対変位すると、その相対変位を増幅させるように直動アクチュエータ１１が制御されることとなる。つまり、配管５により床面１と免震床３との間の相対変位を低減させるような抵抗が生じても、その抵抗を打ち消すように直動アクチュエータ１１による力が作用することとなる。
【００２８】
具体的には、振動吸収手段９のバネ定数をｋｂ、配管５のバネ定数をｋｐ、直動アクチュエータ１１により補償されるバネ定数をｋｃ、構造物８の質量をｍとすれば、構造物８の固有振動数ｆnは運動方程式より以下のように表すことができる。
【００２９】
ｆn＝√{（ｋｂ＋ｋｐ＋ｋｃ）／ｍ} ／２π      ・・・・・（１）
この際、正帰還によりバネ定数ｋｃがバネ定数ｋｐに対してマイナス値となるよう制御されるので、構造物８の見かけ上の固有振動数ｆnがｋｃの分だけ低下して、振動吸収手段９の柔軟性が十分に発揮され、免震機能を向上させることが可能となる。特に、ｋｃ≒−ｋｐとすれば、配管５が存在せずに構造物８が振動吸収手段９でのみ支持される通常のパッシブ免震装置と同じ機能を保つことができ、免震機能を効果的に発揮させることが可能となる。つまり、図４のグラフを見れば分かるように、本発明の免震装置１０における周波数応答は、図７（ａ）に示した配管５の存在しないパッシブ免震装置の周波数応答と同じ状態となりうる。したがって、図５に示すように、地震波による床面１の横揺れが免震床３に伝達されるのを抑制することができる。
【００３０】
さらに、本実施形態では、ＡＣサーボモータ１４に付属されたロータリーエンコーダ１７を相対変位センサとしても兼用しているので、相対変位センサとなるストロークセンサ等を別部品で設ける必要がなくなり、部品点数を低減することが可能となる。また、直動アクチュエータ１１による動作の見かけ上のバネ定数はコントローラ１２により連続的に調整することができるため、バネ部材を用いたバネ定数の調整作業に比べて、設計工数を削減することも可能となる。
【００３１】
次に、図６は本発明の変形例に係る免震装置２０を示す概略図である。なお、図１に示した実施形態と共通する部分については同一符号を付して説明を省略している。図６に示すように、変形例の免震装置２０は、床面１と免震床３との間にダンパー２１が介設されている。床面１上には固定側ブラケット２２が固定されていると共に、免震床３の下面に可動側ブラケット２３が固定されており、各ブラケット２２，２３の間に水平方向の振動を減衰させるダンパー２１が接続されている。この構成によれば、ダンパー２１が地震波による床面１の水平方向の振動を減衰させるので、直動アクチュエータ１１に用いるモータが小出力のもので足りることとなり、コストダウンを図ることが可能となる。なお、他の構成は図１に示した実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００３２】
なお、前述した実施形態では、振動吸収手段として積層ゴムを例示しているが、これに限定されず、たとえば床面に取り付けた皿部材の上に免震床に取り付けたボールを回転自在に載置したボール支承機構等のようなものを用いてもよい。また、前述した実施形態では、相対変位センサとしてモータ付属のロータリーエンコーダを例示しているが、これに限定されず、たとえばモータとは別部品でストロークセンサを用いてもよい。また、前述した実施形態では、構造物は免震床と半導体製造装置の２つからなるが、これに限定されず、たとえばマンションやビル等のように１つの建物であってもよい。さらに、前述した実施形態では、回転位置検出手段としてロータリーエンコーダを用いているが、レゾルバ等の回転角度センサーを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
以上のように、本発明に係る免震装置及び半導体製造設備は、免震機能を向上させることができる優れた効果を有し、この効果の意義を発揮できる半導体製造装置や建物等のような構造物に対する免震装置に適用すると有益である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態に係る免震装置を示す概略図である。
【図２】図１に示す免震装置の主に直動アクチュエータを表した平面図である。
【図３】図１に示す免震装置のコントローラの正帰還制御を説明する図面である。
【図４】図１に示す免震装置における周波数応答を示すグラフである。
【図５】図１に示す免震装置における床面と構造物との絶対加速度を比較したグラフである。
【図６】本発明の変形例に係る免震装置を示す概略図である。
【図７】（ａ）は従来のパッシブ免震（剛性体なし）における周波数応答を示すグラフ、（ｂ）は従来のパッシブ免震（剛性体あり）における周波数応答を示すグラフである。
【図８】従来のパッシブ免震（剛性体あり）における床面と構造物との絶対加速度を比較したグラフである。
【符号の説明】
【００３５】
１  床面
３  免震床
４  半導体製造装置
５  配管（剛性体）
８  構造物
９  振動吸収手段
１０，２０  免震装置
１１  直動アクチュエータ
１２  コントローラ
１４  ＡＣサーボモータ
１５  直動機構
１６  モータ本体部
１７  ロータリーエンコーダ（回転位置検出手段及び相対変位センサ）
２１  ダンパー
１００  半導体製造設備
【図１】
0004922114.tif 000002
【図２】
0004922114.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004922114.tif 000005
【図５】
0004922114.tif 000006
【図６】
0004922114.tif 000007
【図７】
0004922114.tif 000008
【図８】
0004922114.tif 000009