JP2000314442A - アクティブ制振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アクティブ制振装置において、小型・軽量の
質量体で効果的に制振できるようにする 【解決手段】制振対象物２に固定するベースプレート３
に腕７，７を揺動自在に軸支し、該腕７，７の先端部に
質量体８を取り付けて制振対象物２を制振する振動振り
子４を構成する。更に、圧電素子の積層体より成るアク
チュエータ１４の一端部を前記腕７，７に沿わせて移動
自在に取付け、他端部を前記ベースプレート３に連結す
る。制御対象物２に振動を検出すべく振動検出センサ２
１を設け、前記振動検出セン２１の出力を演算処理して
前記振動対象物２の振動数、周期を求め、該演算結果に
基づいて前記制振対象物２の振動を制振する前記アクチ
ュエータ１４の周期、位相角を求め、この周期、位相角
に対応する駆動信号を前記静電アクチュエータ１４に出
力するコントローラ２３を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はアクティブ制振装置
に関するものであり、特に、小型・軽量の質量体を有す
る振動振り子により、パッシブ及びアクティブ制振を行
うアクティブ制振装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】制振対
象物の振動を抑制する技術として、制振対象物の振動
の腹にマス（質量体）を配置し、マスにより振動を抑制
するもの、制振対象物の振動面をリブ、スティフナ等
の補強材によって剛性を高め、共振点を常用周波数帯域
より移行することによって共振を防止するもの、制振
対象物にばね、質量体より成る動吸振器を取付け、該質
量体の振動による振動エネルギの吸収によって振動対象
物の振動を制振するもの等、各種のパッシブ制振装置が
知られている。

【０００３】この種、パッシブ制振装置により、重量が
大きな制振対象物を制振するには、前記マスの重量はよ
り重く、剛性はより大きくせざるを得ず、装置の大型
化、専有スペースの増大は否めない。

【０００４】このため、制御対象物の振動をセンサによ
り検出し、この検出信号に基づいて振動振り子を逆位相
に振動させ、その慣性反力によって制振するアクティブ
制振装置で制振することが想定されるが、アクチュエー
タとしては大型で高出力のリニアモータ、あるいはサー
ボモータ、油圧のモータ等を使用せざるを得ず、上述の
小型、省スペース化についての対応が困難である。ま
た、質量体の質量は一定であり、振動振り子全体のばね
定数も一定であるため、高次の共振や、ローカルな共振
現象の全てに対応することは困難となる。

【０００５】そこで、アクティブ制振装置において、小
型、省スペース化を達成し、制振対象物の固有振動数に
対応した制振を可能とするために解決せられる技術的課
題が生じて来るのであり、本発明は該課題を解決するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために提案せられたものであり、制振対象物に固定
するベースプレートに腕を揺動自在に軸支し、該腕の先
端部に質量体を取り付けて制振対象物を制振するための
振動振り子を構成する一方、前記腕と前記ベースプレー
トとを振動子により連結し、前記振動子による前記振動
振り子の強制振動により前記制振対象物を制振するよう
に構成したアクティブ制振装置を提供し、更に、前記べ
ースプレートと腕とを連結する前記振動子を、前記制振
対象物の固有振動数で共振する弾性体を介して連結した
アクティブ制振装置を提供し、更に、又、前記腕及びベ
ースプレートに、前記振動子及び前記弾性体を腕長手方
向に沿わせて移動自在に案内するガイド部を夫々形成
し、各ガイド部に夫々振動子及び前記弾性体を固定する
固定部を設けたアクティブ制振装置を提供するものであ
る。 又、前記制振対象物の振動を検出する第１の振動
検出センサと、該振動検出センサの出力値を演算して該
振動対象物の振動の周期を演算すると共に、該振動の周
期に基づいて前記制振対象物の振動を制振する制振周期
及び位相差を演算し、該制振周期及び位相差に対応した
駆動信号を前記振動子に出力するコントローラとを備え
たアクティブ制振装置を提供し、更に、前記振動振り子
の振動を検出して前記コントローラに出力する第２の振
動検出センサを設け、前記コントローラに、該第２の振
動検出センサの出力値より前記振動振り子の実振動の周
期を演算すると共に、該演算によって得られた実振動の
周期が前記制振周期から外れたときは、前記振動子に対
する前記駆動信号の周期及び位相差を制振周期に一致さ
せるべく補正制御する補正制御部を設けたアクティブ制
振装置を提供し、更に、前記振動振り子又は前記振動子
の少なくとも何れか一方に対して水平方向の強制振動の
ためのプリロードを負荷すべくプリロード負荷手段を設
けて、前記振動振り子により前記制振対象物の水平方向
の振動を制振するように構成したアクティブ制振装置を
提供し、そして、前記腕の回転支点部に支軸を一体に設
けると共に、前記ベースプレートに前記支軸を回転自在
に軸支するための軸支孔を有する軸支部を設け、該軸支
孔内面と前記支軸外周面との間に前記支軸の軸振れを規
制する弾性軸受けを介設したアクティブ制振装置を提供
するものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、半導体製造装置を載置する
基盤の制振に適用された本発明の一実施の形態を図１乃
至図９を参照して詳述する。

【０００８】図１及び図２は前記基盤を制振するための
アクティブ制振装置１を示し、制振対象物としての基盤
２に固定するベースプレート３を形成し、このベースプ
レート３に、制振のための振動振り子４を揺動自在に軸
支している。例えば、前記ベースプレート３に軸受部５
を設け、該軸受部５に支軸６を介して一対の腕７，７を
夫々揺動自在に支持し、これ等一対の腕７，７の他端部
に所定重量の質量体８を固設して制振のための振動振り
子４を構成している。

【０００９】前記一対の腕７，７の両側には、支持手段
９，９を配設し、これら支持手段９，９により各腕７の
ガタ付きを規制している。これら支持手段９，９は、各
腕７の側面に一体に取付けられ、揺動方向には柔らかく
揺動方向と直交方向には硬い粘弾性体１０，１０と、前
記ベースプレート３に各粘弾性体１０，１０を揺動方向
に摺接させて案内する支持ブラケット１１，１１とから
構成されるが、この場合に、粘弾性体１０，１０を、粘
弾性ゴムと鋼板とを交互に積層して成る多層積層体で構
成してもよく、更に、支持ブラケット１１，１１との接
触面に対して摩擦係数が低く且つ、耐摩耗性が十分に高
いテフロン樹脂層等のすべり層を形成しても良い。

【００１０】然るときは、粘弾性体１０，１０と支持ブ
ラケットとの摺動抵抗は著しく低下し、腕７，７の制振
のための揺動はよりスムーズなものとなる。

【００１１】一方、図３に示すように、前記腕７，７を
前記支持部４に回転支持するための支軸６の外周面に、
径方向外方に突出する板ばね１２，１２，１２，１２を
周方向に所定間隔隔てて突設し、各板ばね１２，１２，
１２，１２を軸受部５の軸支孔１３の内周面に弾性的に
摺接させる弾性軸受を構成してもよい。然るときには、
腕７，７の軸振れは各板ばね１２…の先端面の支持によ
って拘束され回転方向には各板ばね１２…の曲げ変形に
よって前記支軸６が弾性支持される。もちろん、よりス
ムーズな腕７，７の揺動のためには、係る弾性軸受と、
前記支持手段９，９とを併用してもよい。

【００１２】腕７，７を振動させるための振動子は、例
えば、ピエゾ素子を直列に且つ他段に連結した応答性、
及び制御の容易な静電アクチュエータ１４を用いてお
り、図１及び図２に示す如く、互いに締結する一対の締
結リング１５Ａ，１５Ｂの一方を前記静電アクチュエー
タ１４のシリンダ１６の基端部外周に一体成して前記一
対の腕７，７の上面に着座可能とする一方、該一対の腕
７，７間に静電アクチュエータ１４のシリンダ挿入状態
を保持して前記ベースプレート３側から前記シリンダ１
６の外周面に他方の締結リング１５Ｂを嵌合している。

【００１３】そして、一方の締結リング１５Ａに形成さ
れているボルト挿入孔１７に挿入したボルト１８…を他
方の締結リング１５Ｂの対応するねじ孔１９…に夫々螺
入し、両締結リング１５Ａ，１５Ｂにより、前記一対の
腕７，７を上下に挟持している。

【００１４】このため、前記ボルト１８…を緩め、静電
アクチュエータ１４を腕長手方向に押し出せば任意の位
置に移動し停止することが可能となると共に、ボルト１
８…の締結により任意の位置に固定することが可能とな
り、その結果として、振動振り子４の周期と振幅の変更
が可能となる。

【００１５】例えば、質量体８の質量ｍ，振動振り子４
の腕長さＬ，静電アクチュエータ１４の支持点より質量
体８の重心までの距離ｌとして、アクチュエータ１４の
支持点より質量体８の重心までの距離ｌを、質量体８の
振幅、すなわち、前記振動振り子４の振れ幅が前記基盤
２を制振する振れ幅となるようにアクチュエータ１４の
位置を設定し、この位置で前記ベースプレート３に対峙
面に静電アクチュエータ１４の伸縮ロッド２０を固定し
た後、対応する周期、振幅で静電アクチュエータ１４に
より振動振り子４を加振すれば、基盤２のアクティブ制
振が可能となる。

【００１６】そして、基盤２、すなわち制振対象物の振
動数を検出して振動数に対応する周期で前記振動振り子
４を振動方向と逆方向に振動するために、前記基盤２の
振動数を検知すべく第１振動検知センサ２１が設置さ
れ、更に、振動振り子４の振動数を検知すべく第２振動
検出センサ２２が設置され、これら第１振動検出センサ
２１及び第２振動検出センサ２２の検出信号をコントロ
ーラ２３の演算処理部（図示せず）に入力して処理して
いる。

【００１７】コントローラ２３は、周知のマイクロコン
ピュータ又はシーケンサから構成されており、前記第１
振動検出センサ２１より出力された検出信号を演算処理
して振動対象物の振動数、周期を求め、該演算結果に基
づいて前記基盤２の振動を制振する周期、位相角を求
め、この周期、位相角に対応する駆動信号を前記静電ア
クチュエータ１４に出力して前記振動振り子４を振動さ
せる。そして、前記第２振動検出センサ２２の出力値に
基づく演算により前記振動振り子４の振動の実周期と実
位相差を演算し、この演算結果に基づいて、前記静電ア
クチュエータ１４の駆動制御部に対する駆動信号の補正
演算を実行し、このフィーバック制御によって、制振の
精度及び信頼性を高めている。よって、質量体７の小型
化、装置全体の軽量、コンパクト化が達成される。

【００１８】而して、前記制振装置１は、アクティブ制
振装置として機能するが、パッシブ制振装置の機能を組
み込んでもよい。

【００１９】例えば、図４に示す如く、前記静電アクチ
ュエータ１４の伸縮ロッド２０と前記ベースプレート３
とを弾性体２４を介して接続し、該弾性体２４の固有振
動数は、制振対象物としての基盤２の固有振動数と等し
いか、又は、基盤２の固有振動数よりも適宜小さい振動
数に設定する。

【００２０】弾性体１１の固有振動数を、基盤２の固有
振動数と等しく設定する場合は、弾性体１１の共振によ
り振動が前記振動振り子４に連成し、この連成による振
動エネルギの吸収によって基盤２の振動を制振し、前記
半導体製造装置の振動を制振する。なお、弾性体２４に
は、コイルばね、板ばね等の弾発手段、ゴム又はゴムと
前記弾発手段の複合体、若しくは、粘弾性体又は粘弾性
体と鋼板の積層体のいずれかが用いられる。よって、停
電時、前記静電アクチュエータ１４の故障時においても
前記基盤２の制振が達成されることになり、振動による
半導体の歩留りの低下を防止することが可能となる。ま
た、弾性体２４を装置に組み込んだ場合は、静電アクチ
ュエータ１４の起振力は小さくて済み、また、制振のた
めの応答遅れの排除が可能となる。よって、この場合は
小型で、且つ能力の低い静電アクチュエータを使用する
ことができる。

【００２１】軽量、小型の質量体８によって、効果的に
制振するには、例えば、図５に示すように、前記ベース
プレート３に腕長手方向に沿わせて長孔２５を形成し、
この弾性体２４に長孔２５に沿って摺動移動する断面矩
形の被案内体２６を一体形成し、更に、この被案内体２
６に固定のためのボルト部２７を一体形成して、ボルト
部２７に、ナット２８Ａを螺合して締結する構造とし
て、前記振動振り子４の振幅を質量体８の質量に対応さ
せればよく、また、前記コントローラ２３は、基盤２の
振動と同調する周期で前記静電アクチュエータ１４を加
振するように構成すればよい。

【００２２】そして、より精度の高い制振を実施するに
は、更に、前記第２振動検出センサ２２の出力値と第１
振動検出センサ２１の検出値により、前記静電アクチュ
エータ１４の振動周期を補正して基盤２の振動を停止す
るように構成すればよい。

【００２３】弾性体２４の固有振動数を、基盤２の共振
点未満で且つ、その近傍に設定する場合には、振動が基
盤２の共振点に到達する前に、静電アクチュエータ１４
ごと振動振り子７が振動する。従って、この場合には、
前記コントローラ２３は、前記第１振動検出センサ２１
より出力された検出信号を演算処理して振動対象物の振
動数、周期を求め、該演算結果に基づいて前記基盤２の
振動を制振する周期、位相角を求め、この周期、位相角
に対応する駆動信号を前記静電アクチュエータ１４に出
力して前記振動振り子４を振動し、更に、前記第２振動
検出センサ２２の出力値に基づく演算により前記振動振
り子４の振動の実周期と実位相差を演算し、この演算結
果に基づいて、前記静電アクチュエータ１４の駆動制御
部に対する駆動信号の補正演算を実行するよう構成す
る。

【００２４】なお、本実施形態のように、左右の腕５，
５間に静電アクチュエータ１４を介設して、アクチュエ
ータの移動のためのガイドを構成し、前記一対の締結リ
ング１５Ａ，１５Ｂとボルト１８…によって、静電アク
チュエータ１４を一対の腕５，５に固定する構造とする
と、さらに、静電アクチュエータ１４をこれに作用する
剪断応力から保護できる利点もある。

【００２５】而して、前記アクティブ制振装置１によっ
て、重力方向に沿った振動面に対して基盤２を制振する
場合は、前記振動振り子４及び静電アクチュエータ１４
の重量それ自身が振動に対するプリロードとして働くこ
とになるが、このアクティブ制振装置１には、水平面に
沿った振動の制振に対するプリロード負荷手段は備えら
れていない。

【００２６】そこで、本実施の形態では、図６及び図７
に示す如く、前記ベースプレート３に腕７，７を挟んで
ブラケット２８，２８を立設し、各ブラケット２８に、
腕７，７の上面又はアクチュエータ１４の基端面、ある
いは一方の締結リング１５Ａ，１５Ａに対峙させて夫々
弾性体２９を固設している。そして、該弾性体２９，２
９と腕７，７又は前記アクチュエータ１４の基端面、あ
るいは一方の締結リング１５Ａとの当接によってプリロ
ードを与えている。

【００２７】より低コストなプリロード負荷手段として
は、例えば、図８に示す如く、振動振り子４の腕７，７
の支軸６外周面と軸受部４の軸支孔２３の内面との間に
腕７，７の回転方向には柔らかく、回転方向と直交方向
には硬い粘弾性層３０、例えば、樹脂のエラストマ、ゲ
ル、より具体的には、シリコンゴム、超塑性ゴムのエラ
ストマ、ゲルより成る粘弾性層３０を全周に及んで形成
すればよく、又、図９に示す如く、支持部の軸支孔２３
の内周面に前記各板ばね１２の回動を夫々所定範囲規制
すべくスプライン溝３１，３１，３１，３１を形成し、
各板ばね１２のねじり反力によってプリロードを負荷す
るように構成してもよく、更に又、支軸６の軸面に横断
面Ｘ型のトーションバーを連結し、軸支部５に該トーシ
ョンバーを受けてねじり変形させてもよい。

【００２８】よって、何れのプリロード負荷手段によっ
ても、水平方向のプリロードの負荷を作用させることで
きるため、基盤２に対して制振複数のアクティブ制振装
置を複数取付けて、垂直と水平の双方の制振を達成する
こと、及び、各アクティブ制振装置１の振動の周期、振
幅を変えて、広帯域の振動、高次の振動を抑制すること
ができる。

【００２９】このように本発明は本発明の精神を逸脱し
ない限り種々の改変が可能であり、また、本発明がこの
改変された発明に及ぶことは当然である。

【００３０】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、上記一実施の形
態に詳述したように、振動子の取付け位置に応じて腕に
対する振動振り子の位置を設定して振動振り子の振れ幅
を質量体の質量に応じた振幅に増幅するように構成した
ので軽量・小型の質量体により、制振対象物の振動を効
果的に制振することができる。また、軽量・小型の質量
体の使用時には、質量体の専有スペースを削減できる。

【００３１】請求項２記載の発明は、べースプレートと
腕とを連結する前記振動子を、前記制振対象物の固有振
動数で共振する弾性体を介して連結したので、停電時又
は振動子の故障時においても応答遅れなく振動対象物を
制振することができる。

【００３２】請求項３記載の発明は、腕及びベースプレ
ートに、振動子及び記弾性体を腕長手方向に沿わせて移
動自在に案内するガイド部を夫々形成し、各ガイド部に
夫々振動子及び前記弾性体を固定する固定部を設けたの
で、質量体の質量に応じて腕に対する振動子の取付け位
置の設定が自在となり、振動振り子の振れ幅を質量体の
質量に応じた振幅とすることが可能となり、また、各種
の制振対象物の固有振動数に対応して制振できる。

【００３３】請求項４記載の発明は、第１振動検出セン
サの出力値を演算して該振動対象物の振動の周期を演算
すると共に、該振動の周期に基づいて前記制振対象物の
振動を制振する制振周期及び位相差を演算し、該制振周
期及び位相差に対応した駆動信号を前記振動子に出力す
るように構成したので、精度の高いアクティブ制振を実
施できる。

【００３４】請求項５記載の発明は、振動振り子の実振
動の周期を演算すると共に、該演算によって得られた実
振動の周期が前記制振周期から外れたときは、前記振動
子に対する前記駆動信号の周期及び位相差を制振周期に
一致させるべく補正制御するように構成したので、制振
の信頼性を大幅に向上できる。

【００３５】請求項６記載の発明は、振動振り子又は前
記振動子の少なくとも何れか一方に対して水平方向強制
振動のためのプリロードを負荷すべくプリロード負荷手
段を設けたので、取付け方向を変えるのみで、鉛直方向
と水平方向の振動を制振できる。

【００３６】請求項７記載の発明は、ベースプレートの
軸支孔内面と腕の支軸との間に支軸の軸振れを規制する
弾性軸受を介設したので、振動のための振動振り子の揺
動が円滑になり、効率の良い制振がなされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示し、アクティブ制振
装置の一部破断平面図である。

【図２】本発明の一実施の形態を示し、図１のＡ−Ｂ−
Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆ断面を示す図である。

【図３】本発明の一実施の形態を示し、腕の軸支部の構
造を示す側面図である。

【図４】本発明の一実施の形態を示し、パッシブ制振を
可能するために弾性体を介設した図を示す一部破断側面
図である。

【図５】本発明の一実施の形態を示し、パッシブ制振を
可能するための弾性体の摺動移動を可能とするための構
造を示す一部破断側面図である。

【図６】本発明の一実施の形態を示し、水平方向の振動
を規制するために、ベースプレートにプリロード負荷手
段を設けた一部切欠平面図である。

【図７】本発明の一実施の形態を示し、図６の一部切欠
側面図である。

【図８】本発明の一実施の形態を示し、軸支部にプリロ
ード負荷手段を設けた側面図である。

【図９】本発明の一実施の形態を示し、軸支部にプリロ
ード負荷手段を設けた要部詳細解説側面図である。

【符号の説明】

２ 制振対象物 ３ ベースプレート ４ 振動振り子（振動子） ７ 腕 ８ 質量体 １４ 静電アクチュエータ ２１ 振動検出センサ ２３ コントローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷川 清光 東京都新宿区津久戸町２番１号 株式会社 熊谷組東京本社内 (72)発明者 安田 正志 兵庫県尼崎市南初島町10番地133 特許機 器株式会社内 Ｆターム(参考） 3J048 AB07 AD03 AD07 CB19 EA38

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制振対象物に固定するベースプレートに
   腕を揺動自在に軸支し、該腕の先端部に質量体を取り付
   けて制振対象物を制振するための振動振り子を構成する
   一方、前記腕と前記ベースプレートとを振動子により連
   結し、前記振動子による前記振動振り子の強制振動によ
   り前記制振対象物を制振するように構成したことを特徴
   とするアクティブ制振装置。
2. 【請求項２】 前記べースプレートと腕とを連結する前
   記振動子を、前記制振対象物の固有振動数で共振する弾
   性体を介して連結した請求項１記載の制振装置。
3. 【請求項３】 前記腕及びベースプレートに、前記振動
   子及び前記弾性体を腕長手方向に沿わせて移動自在に案
   内するガイド部を夫々形成し、各ガイド部に夫々振動子
   及び前記弾性体を固定する固定部を設けた請求項１又は
   ２記載のアクティブ制振装置。
4. 【請求項４】 前記制振対象物の振動を検出する第１の
   振動検出センサと、該振動検出センサの出力値を演算し
   て該振動対象物の振動の周期を演算すると共に、該振動
   の周期に基づいて前記制振対象物の振動を制振する制振
   周期及び位相差を演算し、該制振周期及び位相差に対応
   した駆動信号を前記振動子に出力するコントローラとを
   備えた請求項１，２，又は３記載のアクティブ制振装
   置。
5. 【請求項５】 前記振動振り子の振動を検出して前記コ
   ントローラに出力する第２の振動検出センサを設け、前
   記コントローラに、該第２の振動検出センサの出力値よ
   り前記振動振り子の実振動の周期を演算すると共に、該
   演算によって得られた実振動の周期が前記制振周期から
   外れたときは、前記振動子に対する前記駆動信号の周期
   及び位相差を制振周期に一致させるべく補正制御する補
   正制御部を設けた請求項１，２，３又は４記載のアクテ
   ィブ制振装置。
6. 【請求項６】 前記振動振り子又は前記振動子の少なく
   とも何れか一方に対して水平方向の強制振動のためのプ
   リロードを負荷すべくプリロード負荷手段を設けて、前
   記振動振り子により前記制振対象物の水平方向の振動を
   制振するように構成した請求項１，２，３，４又は５記
   載のアクティブ制振装置。
7. 【請求項７】 前記腕の回転支点部に支軸を一体に設け
   ると共に、前記ベースプレートに前記支軸を回転自在に
   軸支するための軸支孔を有する軸支部を設け、該軸支孔
   内面と前記支軸外周面との間に前記支軸の軸振れを規制
   する弾性軸受けを介設した請求項１，２，３，４，５又
   は６記載のアクティブ制振装置。