JP2673321B2

JP2673321B2 - 除振台の水平位置の維持と水平振動の除振方法並びにその回路

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Publication number: JP2673321B2
Application number: JP2136252A
Authority: JP
Inventors: 正志安田
Original assignee: Tokkyokiki Corp
Current assignee: Tokkyokiki Corp
Priority date: 1989-07-24
Filing date: 1990-05-25
Publication date: 1997-11-05
Anticipated expiration: 2012-11-05
Also published as: JPH04254025A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、主としてホログラフィーセット、電子顕微
鏡、半導体製造機器など超精密測定装置などの製造装置
を載置する精密除振台の水平位置移動量並びに微小振動
をたちどころに正確に検出して機器の水平基準水平位置
の維持並びに微小振動の除去を行う事が出来る除振台の
水平位置と水平振動の除振方法とその回路に関する。

（従来の技術とその回路問題点）除振台の水平位置の維持と水平振動の除振を行う場
合、従来は機器載置用の除振台本体の両側に空気ばねを
配設し、両空気ばねをオリフィスにて接続し、更に除振
台本体の水平方向の振動加速度を検出する水平方向アナ
ログ加速度センサを除振台本体に設置して水平方向の微
振動を検出し、この微振動をキャンセルするように制御
側空気ばねを制御していた。

この場合、オリフィスを介して両空気ばねを接続して
いるので、振動が高周波の場合はこれに合わせて制御弁
にて制御側空気ばね内の圧力を高周波にて制御しても制
御弁にて制御していない方の基準空気ばね側に前記制御
側の空気ばねの圧力変化が伝わらず、有効に水平位置の
維持並びに振動制御が可能になるが、振動が低周波の場
合には制御側空気ばねの圧力変化が基準側空気ばねに伝
わり、水平位置の維持並びに振動制御が出来なくなると
言う欠点があった。

（発明の目的）本発明はかかる従来例の欠点に鑑みて為されたもの
で、その目的とする処は振動周波数の高低に左右され
ず、水平位置の維持並びに振動制御が可能な除振台の水
平位置と水平振動の除振方法並びにその回路を提供する
事にある。

（問題点を解決するための手段）本発明は、係る従来技術の問題点を解決するために請
求項（１）の方法では；機器載置用の除振台本体が防振支持装置にて支持さ
れ、且つ、水平方向に伸縮する制御用の空気ばねに接続
されると共に、上記制御用空気ばねが水平基準負荷とな
る弾性体と連結されていて、基準水平位置で水平基準負
荷とバランスするように内圧が制御されるよう構成され
た除振台であって、基準水平位置に対する除振台本体（２）の水平位置の
移動量（ΔＹ）をセンシングしてアナログ水平位置電圧
として出力し、続いてこのアナログ水平位置電圧と基準水平位置電圧
とを比較してその差分を出力し、この差分をアナログ積分、又はアナログ積分と水平位
置整定を速めるためのフィードバック補償による水平位
置制御を行い、同時に除振台本体（２）の水平方向の振動加速度を水
平方向加速度電圧として出力し、水平方向加速度電圧を積分、微分又は増幅のいずれか
１つ乃至これらの内の２つ又は総てを組み合わせ、又は
位相補償による制振フィードバック補償による水平振動
制御を行い、前記水平位置制御値と水平振動制御値との和に対応す
るように空気ばね（3b）内の空気圧を加減する。

；と言う技術的手段を採用しており、請求項（２）の方法は、一対の空気ばねにてプッシュ
プル制御を行うもので、機器載置用の除振台本体（２）が防振支持装置（17）
にて支持され、且つ、水平方向において互いに逆方向に
伸縮する一対の空気ばね（３）（３′）に接続された除
振台において、基準水平位置（０）に対する除振台本体（２）の水平
位置の移動量（ΔＹ）をセンシングしてアナログ水平位
置電圧として出力し、続いてこのアナログ水平位置電圧と基準水平位置電圧
とを比較してその差分を出力し、この差分をアナログ積分、又はアナログ積分と水平位
置整定を速めるためのフィードバック補償による水平位
置制御を行い、同時に除振台本体（２）の水平方向の振動加速度を水
平方向加速度電圧として出力し、水平方向加速度電圧を積分、微分又は増幅のいずれか
１つ乃至これらの内の２つ又は総てを組み合わせ、又は
位相補償による制振フィードバック補償による水平振動
制御を行い、前記水平位置制御値と水平振動制御値との和に対応す
るように一方の空気ばね（３）内の空気圧を加減すると
同時に前記水平位置制御値と水平振動制御値との和に対
して180゜位相の反転した値に対応するように他方の空
気ばね（３′）内の空気圧を加減する。

；と言う技術的手段を採用しており、請求項（３）の方法は、前記方法に加えてフィードフ
ォアード制御を行うことにより、初動時の制御効果を大
幅に高めるものであり、水平振動に対して水平方向加速度電圧を積分、微分又
は増幅のいずれか１つ乃至これらの内の２つ又は総てを
組み合わせ、又は位相補償による制振フィードバック補
償を行う請求項（１）又は（２）の除振台の水平位置の
維持と水平振動の除振方法において、事前データを基にしたフィードフォアード制御値をフ
ィードバック制御値に加算して、位置制御値と加算する
ための水平振動制御値とする。

；と言う技術的手段を採用しており、請求項（４）の回路は、請求項（１）の方法を実施す
るために、機器載置用の除振台本体（２）が防振支持装置（17）
にて支持されている除振台において、除振台本体（２）から延出された接続部材（19）乃至
除振台本体（２）にほぼ一定の水平負荷をかける水平基
準負荷（Ｗ）と、水平基準負荷（Ｗ）に対して逆方向の制御負荷を接続
部材乃至除振台本体にかける空気ばね（3b）と、除振台本体（２）の水平基準位置（０）からの水平位
置移動量（ΔＹ）をセンシングしてアナログ水平位置電
圧として出力するアナログ水平位置センサ（１）と、このアナログ水平位置センサ（１）からの出力である
アナログ水平位置電圧と基準水平位置電圧とを比較して
その差分を出力する水平位置差動アンプ（６）と、水平位置差動アンプ（６）の出力を積分する積分アン
プ（71）、又は前記出力を積分する積分アンプ（71）と
水平位置整定を速めるためのフィードバック補償回路
（Fb）とを備えており、且つ、除振台本体（２）の水平方向の振動加速度を検
出する水平方向アナログ加速度センサ（13）と、この水平方向アナログ加速度センサ（13）の出力を積
分する水平方向振動積分アンプ（14）、前記出力を微分
する水平方向振動微分アンプ（15）並びに前記出力を増
幅する水平方向振動比例アンプ（16）のいずれか１つ乃
至２つ以上を具備し、又は位相補償による制振フィード
バック補償回路（SFb）を具備し、これらアンプ又は制振フィードバック補償回路（SF
b）からの水平振動制御値と前記水平位置制御値とを合
算するための加算器（18）と、加算器（18）により合算
された値に対応するように空気ばね（3b）内の空気圧を
加減する制御弁（８）とで構成する。

；と言う技術的手段を採用しており、請求項（５）の回路は、請求項（２）の方法を実施す
るために、機器載置用の除振台本体（２）が防振支持装置（17）
にて支持されている除振台において、除振台本体（２）から延出せる接続部材（19）乃至除
振台本体（２）に対して互いに逆方向の水平負荷をかけ
る一対の空気ばね（３）（３′）と、基準水平位置（０）に対する除振台本体（２）の水平
位置の移動量（ΔＹ）をセンシングしてアナログ水平位
置電圧として出力するアナログ水平位置センサ（１）
と、このアナログ水平位置センサ（１）からの出力である
アナログ水平位置電圧と基準水平位置電圧とを比較して
その差分を出力する水平位置差動アンプ（６）と、水平位置差動アンプ（６）の出力を積分する水平位置
積分アンプ（71）、又は前記出力を積分する積分アンプ
（71）と水平位置整定を速めるためのフィードバック補
償回路（Fb）とを備えており、且つ、除振台本体（２）
の水平方向の振動加速度を検出する水平方向アナログ加
速度センサ（13）と、この水平方向アナログ加速度センサ（13）の出力を積
分する水平方向振動積分アンプ（14）、前記出力を微分
する水平方向振動微分アンプ（15）並びに前記出力を増
幅する水平方向振動比例アンプ（17）のいずれか１つ乃
至２つ以上を具備し、又は位相補償による制振フィード
バック補償回路（SFb）を具備し、これらアンプ又は制
振フィードバック補償回路（SFb）からの水平振動制御
値と前記水平位置制御値とを合算するための加算器（1
8）と、加算器（18）により合算された値に対応するように空
気ばね（３）内の空気圧を加減する制御弁（８）と、前記加算器（18）により合算された値を180゜位相反
転するための位相反転回路（31）と、位相反転回路（31）からの反転出力に対応するように
他方の空気ばね（３′）内の空気圧を加減するもう１つ
の制御弁（８′）とで構成する。

；と言う技術的手段を採用しており、請求項（６）の除振回路は前記請求項（５）並びに
（６）に加えてフィードフォアード制御を行うことによ
り、初動時の制御効果を大幅に高めるものであり、水平振動に対して水平方向加速度電圧を積分、微分又
は増幅のいずれか１つ乃至これらの内の２つ又は総てを
組み合わせ、又は位相補償による制振フィードバック補
償を行う請求項（４）又は（５）の除振台の水平位置の
維持と水平振動の除振回路において、前記フィードバック制御値に加算するための、事前デ
ータを基にしたフィードフォアード制御値を出力するた
めのフィードフォアード制御回路（Ff）を有する。

；と言う技術的手段を採用している。

（作用）まず、除振台本体（２）上の精密機器上のワークが移
動したり、床から水平方向の大きな振動が除振台本体
（２）に伝わってきたり、水平外力が加わったりすると
その基準水平位置（０）に対して前後乃至左右又は回転
方向に除振台本体（２）が大きく移動し、この水平方向
の移動量（ΔＹ）がアナログ水平位置センサ（１）にて
検出される。

アナログ水平位置センサ（１）によって出力されたア
ナログ水平位置電圧は水平位置差動アンプ（６）に入力
し、基準水平位置電圧と比較される。

この時、基準水平位置電圧がアナログ水平位置電圧よ
り高く又は低くなり、水平位置差動アンプ（６）の出力
はプラス又はマイナスになる。

そして前記差分が水平位置積分アンプ（７）で積分さ
れたり、前記積分に加えてフィードバック補償回路（F
b）にてアナログ積分と水平位置整定を速めるためのフ
ィードバック補償が行なわれたり、又は前記フィードバ
ック補償値にフィードフォアード制御の出力値が加算さ
れる。

前記アナログ積分アンプ（71）やフィードバック補償
回路（Fb）の出力値、又はこれにフィードフォアード制
御回路（Ff）によって処理された出力値を加算した水平
位置の制御値は、駆動回路（11）に入力して制御弁
（８）を制御し、制御弁（８）ではこの制御を受けて一
方の制御側空気ばね（3b）に圧縮空気を供給し、基準側
空気ばね（3a）やコイルばね（3c）などの基準負荷
（Ｗ）に抗して除振台本体（２）を水平基準水平位置
（０）まで戻そうとする。

除振台本体（２）が戻どり始めるとアナログ水平位置
センサ（１）の出力電圧が徐々に基準水平位置電圧に近
付き、ついには等しくなって水平位置差動アンプ（６）
の出力は零になる。

前記積分アンプ（71）、又は積分アンプ（71）とフィ
ードバック補償回路（Fb）、又はフィードフォアード制
御回路（Ff）の加算した出力値はこの時点で安定的に保
持され、除振台本体（２）が基準水平位置に一致する水
平位置で保持される。

以上のような動作を経て、短時間で除振台本体（２）
が基準水平位置に到達し固定される。

又、除振方法に付いて説明すると、精密機器の稼動や
ワークの移動による振動の発生や、床から水平方向の振
動が除振台本体（２）に伝わってくるとその基準水平位
置（０）に対して前後乃至左右又は回転方向に除振台本
体（２）が揺れる。

この除振台本体（２）の水平方向の振動加速度（）
を水平方向アナログ加速度電圧として出力し、この水平方向アナログ加速度電圧をアンプ類によって
積分、微分又は増幅のいずれか１つ乃至これらの内の２
つ又は総てを組み合わせて制御、又は制振フィードバッ
ク補償回路（SFb）による制振フィードバック補償、又
は制振フィードバック補償にフィードフォアード制御値
を加算し、その水平振動制御値を前記水平位置制御値に加算し、
駆動回路（11）にて制御弁（８）を制御して両者の和に
対応するように制御側空気ばね（3b）内の空気圧を加減
する。これにより、水平基準水平位置の維持と水平方向
の微小振動制御を行う事が出来るものである。

又、第３図（ａ）〜（ｃ）のように、水平振動制御値
を前記水平位置制御値に加算し、駆動回路（11）にて一
方の制御弁（８）を制御して両者の和に対応するように
一方の空気ばね（３）内の空気圧を加減すると同時に前
記水平位置制御値と水平振動制御値との和に対して180
゜位相の反転した値に対応するように他方の空気ばね
（３′）内の空気圧を加減する事により、除振台の水平
位置と水平振動の除振を行うようにしてもよい。

（実施例）以下、本発明回路を図面と共に説明する。

除振台はホログラフィーセット、電子顕微鏡、半導体
製造機器など超精密測定装置などの製造装置を載置する
ための定盤部分である除振台本体（２）と、除振台本体
（２）を支持するための３乃至４個の例えば空気ばねや
圧縮ばねのような防振支持装置（17）並びに水平防振装
置（Ａ）とで構成されている。防振支持装置（17）は詳
述しないが、単なる防振ゴムのようなものでもよいし、
入力した外乱を積極的に打ち消す能動制振機能並びに基
準高さへの復帰を迅速に行わせるレベル整定機能を有す
るものでもよい。

水平防振装置（Ａ）の第１実施例は第１図（ａ）に示
す通りで、メカニカル部分に付いて説明すると、除振台
本体（２）には接続部材（19）が接続されており、本実
施例では接続部材（19）の先端部分は逆Ｕ字状となって
おり（勿論、このような形状に限られず水平防振装置
（Ａ）と除振台本体（２）とが適宜接続されるものであ
ればよい。）、この接続部材（19）内に基準負荷（Ｗ）
となるコイルバネ（3c）と制御側空気ばね（3b）とが配
置されており、空気ばね（3b）はゴム製ばね部（５）と
これに連通するエアタンク（４）とで構成されている。
コイルバネ（3c）の一端は接続部材（19）の一側壁に押
圧し、他端が制御側空気ばね（3b）のエアタンクに接し
て制御側空気ばね（3b）にほぼ一定の水平負荷をかけて
基準水平負荷（Ｗ）となるようになっている。制御側空
気ばね（3b）のゴム製ばね部（５）は接続部材（19）の
他側壁に押圧してコイルバネ（3c）の押圧力に抗するよ
うになっている。

電気部分に付いて説明すると、除振台本体（２）に
は、前後・左右・回転移動する除振台本体（２）と共に
移動するアナログ水平位置センサ（１）が取付られてお
り、その出力が水平位置差動アンプ（６）の一端に入力
するようになっている。アナログ水平位置センサ（１）
は例えば、非接触アナログ出力型の近接センサを用い
る。前記水平位置差動アンプ（６）の他端入力には除振
台本体（２）の基準水平位置に対応する基準水平位置電
圧が入力するようになっている。この水平位置差動アン
プ（６）の出力端に水平位置積分アンプ（７）のみ、又
は水平位置積分アンプ（71）とレベル整定を速めるため
のフィードバック補償回路（Fb）、又は前記フィードバ
ック補償値に加算して初動時の制振効果を高めるための
事前データを基にしたフィードフォアード制御回路（F
f）などが接続されており、更にこれが駆動回路（11）
に接続されており、この駆動回路（11）によってその出
力である水平位置制御値に対応するように制御側の空気
ばね（3b）が制御されるようになっている。

前記の場合において、水平位置積分アンプ（７）のみ
の場合は、この積分アンプ（７）の時定数に従って基準
水平位置（０）に復帰する事になり、復帰速度は余り迅
速とは言えない。しかしながら、水平位置積分アンプ
（71）とフィードバック補償回路（Fb）を用いる場合は
これが改善される。

第１図に示すようにフィードバック補償回路（Fb）
は、第１例の場合は水平位置比例アンプ（72）及び／又
は水平位置微分アンプ（73）で構成される場合であり、
第２例は水平位置比例アンプ（72）と位相補償回路（7
3′）とで構成される場合である。

第１例の場合は、水平位置積分アンプ（71）＋水平位置比例アンプ（7
2）水平位置積分アンプ（71）＋水平位置微分アンプ（7
3）水平位置積分アンプ（71）＋水平位置比例アンプ（7
2）＋水平位置微分アンプ（73）、という組み合わせになり、第２例の場合は、水平位置積分アンプ（71）＋水平位置比例アンプ（7
2）＋位相補償回路（73′）、という組み合わせになる。

前述の水平位置整定を高速化するためには相対変位の
アナログ積分以外に比例、微分又は位相補償などを加え
ることにより積分の時定数を速める事が出来るものであ
る。

又、空気ばね（３）の時定数より高周波領域（例えば
0.1Hz以上）に微分成分をフィードバックし、逆に低周
波領域に比例成分をフィードバックすることで効果的な
相対変位制御が可能となる。これにより後述する水平方
向加速度センサ（13）での情報をフィードバックする事
では困難な低い周波数帯の変位振動（基準水平位置
（０）を中心とする水平位置復帰時の除振台本体（２）
の水平方向の緩やかなゆれ）を制御する事が出来る。

又、上記のフィードバック制御だけでは外乱に対する
初動応答を小さくする事には限界があり、その改善のた
めにフィードフォアード制御を加算してやる事が効果的
である。以下、フィードフォアード制御回路（Ff）を用
いる場合に付いて説明する。

フィードフォワード制御回路（Ff）の第１法は、制御
対象となる機器や装置の駆動による水平位置変動を予め
パターン化して例えばCPUなどに記憶させておき、当該
水平位置変動が発生したという初動信号を捕らえて最も
最適のパターンを瞬時に選択し、前記水平位置変動の除
振台本体（２）への入力に合わせて前記パターンに従っ
て制御弁（８）を制御するという方式であり、第２法
は、前記のようなパターンを予め作っておかずに、除振
台本体（２）に入力しようとする水平位置変動の大きさ
を除振台本体（２）への入力直前に測定し、これを演算
して制御弁（８）をリアルタイムで制御するものであ
る。これにより、フィードバック制御だけでは初動時の
水平位置制御が十分対応出来なかった点が改善される事
になる。

制御弁（８）はその出力側がエアタンク（４）に接続
されており、入力側はレギュレータ（図示せず）を介し
て空圧源（10）に接続されている。制御弁（８）は例え
ばサーボ弁のように入力した電流により、弁開度が正確
に制御されてエアタンク（４）内の圧力を正確に維持す
る性能を有するものである。

この水平位置センサ（１）、水平位置差動アンプ
（６）、アナログ水平位置積分アンプ（71）、水平位置
比例アンプ（72）、水平位置微分アンプ（73）《又はフ
ィードバック補償回路（Fb）やこれに付加されるフィー
ドフォアード制御回路（Ff）》並びに制御弁（８）は、
水平位置制御における前後又は左右の１次元制御であれ
ば除振台本体（２）の中央に１組配置するだけで足る
し、前後及び左右の２次元及び回転制御を行う場合には
互いに直交させて最低２箇所に設置する事になる。

次に、アナログ水平位置積分アンプ（71）並びに水平
位置比例アンプ（72）、水平位置微分アンプ（73）の働
きに付いて説明する。

アナログ水平位置積分アンプ（71）は、差分をK₁倍
し、これを積分してアナログ出力（K₁・1/S）するもの
であり、その時定数に従って除振台本体（２）の基準水
平位置へ復帰させるように駆動回路（11）にて制御弁
（８）を制御する働き（即ち、水平位置センサ（１）の
出力電位が基準水平位置の電位に一致するように駆動回
路（11）によって制御弁（８）を作動して水平位置差動
アンプ（６）の出力が零になるようにすると共にこの状
態を保持する。）を示す。

水平位置比例アンプ（72）は、前述のように水平位置
差動アンプ（６）の出力をK₂倍に増幅して水平位置復帰
の立ち上がりを迅速にすると共に水平位置復帰に基づく
水平方向の揺れを抑制して正確に基準水平位置の電位に
一致するように駆動回路（11）にて制御弁（８）を制御
するものである。

水平位置微分アンプ（73）は、空気ばねを硬くして水
平位置変位の応答性を小さくする働きをなすもので、一
般的には空気ばねの時定数より高周波の水平位置変動
（水平方向のゆれ）に対して制御効果がある。

位相補償回路（73′）は前記水平位置微分アンプ（7
3）と同様の働きをなすものである。

フィードバック補償回路（Fb）は、前記水平位置比例
アンプ（72）及び／又は水平位置微分アンプ（73）や水
平位置比例アンプ（72）と位相補償回路（73′）などで
構成されており、ハイパスフィルター、ローパスフィル
ター、ノッチフィルター等各種フィルター機能を持ち、
周波数に重みをつけた位相補償を行うものである。

フィードフォアード制御回路（Ff）の働きは既述の通
りである。

前記制御回路は、除振台本体（２）の中央に１個配置
してもよいし、４隅に対称に設置してもよい。

しかして、除振台本体（２）上で機器が作動したり大
きな外力が加わって除振台本体（２）が基準水平位置
（０）からプラス方向にずれているとこの移動量（Δ
Ｙ）がアナログ水平位置センサ（１）にて検出され、ア
ナログ水平位置電圧として出力されて水平位置差動アン
プ（６）に入力し、基準水平位置電圧と比較されてずれ
量がプラスの電圧差として出力される。基準水平位置電
圧が水平位置電圧より高くなり、そのプラスの差分がア
ナログ水平位置積分アンプ（71）、又はアナログ水平位
置積分アンプ（71）とフィードバック補償回路（Fb）に
入力し、アナログ水平位置積分アンプ（71）のみの場合
はアナログ積分値が、アナログ水平位置積分アンプ（7
1）とフィードバック補償回路（Fb）の場合はアナログ
積分値とフィードバック補償値の和が出力され、駆動回
路（11）に入力する。更に、初動時の制御効果を高める
ために、フィードフォアード制御回路（Ff）を付加し、
前述の２つの場合のいずれかのフィードフォアード制御
値をフィードバック補償値に加算する。これにより制御
弁（８）が駆動回路（11）によって制御され、空気ばね
（３）のエアタンク（４）に圧縮空気を供給し、除振台
本体（２）をコイルバネ（3c）の弾発力に抗して除振台
本体（２）を基準水平位置（０）に押し戻そうとする。
除振台本体（２）が持ち上がり始めると水平位置センサ
（１）の出力電圧が徐々に大きなり、基準水平位置電圧
に近付き、ついには等しくなって水平位置差動アンプ
（６）の出力は零になる。駆動回路（11）への入力値は
この時点で安定し、除振台本体（２）が基準水平位置
（０）に一致する位置で安定的に維持される。ここで、
基準負荷（Ｗ）にコイルバネ（3c）を使用しているの
で、制御側空気ばね（3b）に対して素早く反応し、制御
速度が速いものである。

除振台本体（２）が基準水平位置（０）から逆方向に
移動している場合は水平位置差動アンプ（６）の出力は
マイナスとなる。そして前記のように除振台本体（２）
が基準水平位置（０）に復帰する方向に移動し、基準水
平位置（０）に到達した所で水平位置差動アンプ（６）
の出力は零となり、水平位置比例アンプ（72）などの働
きにより揺れを生じる事なく基準水平位置（０）に一致
した所で固定される事になる。

次に、空気ばね式除振台の微小振動の除振に付いて述
べる。この除振台本体（２）は前述の水平位置制御が行
なわれており、これに付加して微小振動の除振を行う事
ができる。即ち、第１図で示すように除振台本体（２）
の水平方向の振動加速度を検出する水平方向加速度セン
サ（13）が除振台本体（２）の中央に配設されており、
この水平方向加速度センサ（13）の出力を積分する水平
方向振動積分アンプ（14）、前記出力を微分する水平方
向振動微分アンプ（15）並びに前記出力を増幅する水平
方向振動比例アンプ（16）のいずれか１つ乃至２つ以
上、又は位相補償による制振フィードバック補償回路
（SFb）が装備されている。

ここで、これらアンプの組み合わせを説明すれば、以
下の通りである。

水平方向振動積分アンプ（14）のみ、水平方向振動微分アンプ（15）のみ、水平方向振動比例アンプ（16）のみ、水平方向振動積分アンプ（14）と水平方向振動微分ア
ンプ（15）の組み合わせ、水平方向振動積分アンプ（14）と水平方向振動比例ア
ンプ（16）の組み合わせ、水平方向振動微分アンプ（15）と水平方向振動比例ア
ンプ（16）の組み合わせ、水平方向振動積分アンプ（14）と水平方向振動微分ア
ンプ（15）並びに水平方向振動比例アンプ（16）の組み
合わせ。

これらアンプからの出力は、前述の水平位置制御信号
と共に駆動回路（11）に入力し、制御弁（８）を制御し
てその弁開度を調節し、空気ばね（３）のエアタンク
（４）の圧力を調整する。

ここで、各アンプの機能説明を行うと、水平方向振動
積分アンプ（14）は、水平方向の加速度（）をK₃倍し
て積分（K₃・1/S）して出力（（）・K₃・1/S）するも
のである。

さて、制御弁（８）で弁開度を制御して流量制御を行
い、空気ばね（３）の圧力を制御する事は流量を積分し
た事に相当する。

これを式で表せば、 α／（１＋Ta・Ｓ）≒1/S ………（１）ただし、空気ばね（３）の時定数よりも高周波領域に
おいて、Ｓ＞1/Taとなるからである。

従って、前記出力値（（）・K₃・1/S）を駆動回路
（11）に入力し、空気ばね（３）を制御すると前記出力
値を更に積分する事になり、除振台本体（２）の水平位
置に関係なくその水平位置で除振台本体（２）の絶対変
位を制御する。これを式で表せば、以下のようになる。

これは換言すれば、床面からの微小振動乃至載置機器
から発生する微小振動を吸収して除振台の振動を無くす
る働きをなすもので、ばね特性では『ばねを固くする』
作用と同等の働きをなす。

水平方向振動比例アンプ（16）は、加速度をK₅倍に増
幅するもので、空気ばね（３）の減衰効率を増大させる
働きをなすものである。

水平方向振動微分アンプ（15）は、加速度（）をK₅
倍し、微分（K₄・Ｓ）して出力（（）・K₄・Ｓ）した
もので、この出力値を制御回路（11）に入力して空気ば
ね（３）を制御するが、これは除振台本体（２）の質量
を増大した場合に相当する働きをする。これを式で表せ
ば以下のようになる。

上記アンプを使用する事により、アンプの特性に従っ
て微小振動が制御される事になる。

又、制振フィードバック補償回路（SHb）並びに制振
フィードフォアード制御回路（SFf）の機能は既述のフ
ィードバック補償回路（Hb）並びにフィードフォアード
制御回路（Ff）と実質的に同一であるから説明を省略す
る。

又、フィードフォアード制御に付いては水平位置復帰
の場合とほぼ同様で、水平振動の種類に合わせて予め定
められた制振パターンを選定して振動を消去する方法
と、入力しつつある振動の大きさを事前にキャッチし、
これを打ち消すための制御信号を駆動回路（11）に入力
して制振する方法とがある。又、第１図（ｂ）に示すよ
うに制御側空気ばね（3b）を接続部材（19）の外側に配
置しても良い。

又、本発明方法の第２実施例はコイルバネ（3c）の代
わりにレギュレータ（12）を介して圧縮空気源（10）に
接続された基準側制御側空気ばね（３）を使用するもの
である。

本発明方法の第３実施例は第３図に示すように一対の
空気ばね（３）（３′）を用い、それぞれに位相の180
゜反転した制御信号を入力し、両空気ばね（３）
（３′）を互いに同方向に制御して制御力を倍増するも
のである。

尚、第３図（ｂ）は接続部材（19）の両側に空気ばね
（3a）（3b）［（３）（３′）］を配設した例であり、
第３図（ｃ）は、除振台本体（２）の両側から能動制振
を行う場合である。

（効果）請求項（１）（２）に記載の本発明方法によれば、除
振台本体を基準水平位置に維持したままで水平方向の振
動を除去する事が出来、その結果非常に精密な防振が可
能となり、例えば極度に振動を嫌う半導体製造装置に適
用する事が出来るものである。

又、請求項（３）の除振方法にあっては、事前データ
を基にしたフィードフォアード制御値をフィードバック
制御値に加算して、位置制御値と加算するための水平振
動制御値とするものであるから、機器の始動や外乱の入
力に合わせて初動時の水平位置の保持や制振制御を行う
事が出来るという利点がある。

請求項（４）は前記請求項（１）の方法を実施するた
めの回路であり、請求項（５）は請求項（２）の方法を
実施するための回路であり、請求項（６）は前記請求項
（３）の方法を実施するための回路である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）…本発明の第１実施例のブロック回路図第１図（ｂ）…本発明の第１実施例の変形例のブロック
回路図第２図…本発明の第２実施例のブロック回路図第３図（ａ）…本発明の第３実施例のブロック回路図第３図（ｂ）…本発明の第４実施例のブロック回路図第３図（ｃ）…本発明の第５実施例のブロック回路図（０）……基準水平位置、（Ｗ）……基準水平負荷（１）……アナログ水平位置センサ（２）……除振台本体、（3a）……基準側空気ばね（3b）……制御側空気ばね、（3c）……コイルばね（３）（３′）……一対の空気ばね（４）……エアタンク、（５）……ゴム製ばね部（６）……差動アンプ（71）……水平位置積分アンプ（72）……水平位置微分アンプ（73）……水平位置増幅アンプ（８）……制御弁、（９）……水平位置比例アンプ（10）……空圧源、（11）……駆動回路（12）……レギュレータ（13）……水平方向アナログ加速度センサ（14）……水平方向振動積分アンプ（15）……水平方向振動微分アンプ（16）……水平方向振動比例アンプ（17）……防振支持装置（19）……接続部材、（31）……位相反転回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０５Ｄ 19/02 Ｇ０５Ｄ 19/02 ＤＧ１０Ｋ 11/16 Ｇ１０Ｋ 11/16 Ｊ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】機器載置用の除振台本体が防振支持装置に
て支持され、且つ、水平方向に伸縮する制御用の空気ば
ねに接続されると共に、上記制御用空気ばねが水平基準
負荷となる弾性体と連結されていて、基準水平位置で水
平基準負荷とバランスするように内圧が制御されるよう
構成された除振台であって、基準水平位置に対する除振台本体の水平位置の移動量を
センシングしてアナログ水平位置電圧として出力し、続
いてこのアナログ水平位置電圧と基準水平位置電圧とを
比較してその差分を出力し、この差分をアナログ積分、
又はアナログ積分と水平位置整定を速めるためのフィー
ドバック補償による水平位置制御を行い、同時に除振台
本体の水平方向の振動加速度を水平方向加速度電圧とし
て出力し、水平方向加速度電圧を積分、微分又は増幅の
いずれか１つ乃至これらの内の２つ又は総てを組み合わ
せ、又は位相補償による制振フィードバック補償による
水平振動制御を行い、前記水平位置制御値と水平振動制
御値との和に対応するように空気ばね内の空気圧を加減
する事を特徴とする除振台の水平位置の維持と水平振動
の除振方法。
【請求項２】機器載置用の除振台本体が防振支持装置に
て支持され、且つ、水平方向において互いに逆方向に伸
縮する一対の空気ばねに接続された除振台において、基準水平位置に対する除振台本体の水平位置の移動量を
センシングしてアナログ水平位置電圧として出力し、続
いてこのアナログ水平位置電圧と基準水平位置電圧とを
比較してその差分を出力し、この差分をアナログ積分、
又はアナログ積分と水平位置整定を速めるためのフィー
ドバック補償による水平位置制御を行い、同時に除振台
本体の水平方向の振動加速度を水平方向加速度電圧とし
て出力し、水平方向加速度電圧を積分、微分又は増幅の
いずれか１つ乃至これらの内の２つ又は総てを組み合わ
せ、又は位相補償による制振フィードバック補償による
水平振動制御を行い、前記水平位置制御値と水平振動制
御値との和に対応するように一方の空気ばね内の空気圧
を加減すると同時に前記水平位置制御値と水平振動制御
値との和に対して180゜位相の反転した値に対応するよ
うに他方の空気ばね内の空気圧を加減した事を特徴とす
る除振台の水平位置の維持と水平振動の除振方法。
【請求項３】水平振動に対して水平方向加速度電圧を積
分、微分又は増幅のいずれか１つ乃至これらの内の２つ
又は総てを組み合わせ、又は位相補償による制振フィー
ドバック補償を行う請求項（１）又は（２）の除振台の
水平位置の維持と水平振動の除振方法において、事前デ
ータを基にしたフィードフォワード制御値をフィードバ
ック制御値に加算して、位置制御値と加算するための水
平振動制御値とする事を特徴とする除振台の水平位置の
維持と水平振動の除振方法。
【請求項４】機器載置用の除振台本体が防振支持装置に
て支持されている除振台において、除振台本体から延出
された接続部材乃至除振台本体にほぼ一定の水平負荷を
かける水平基準負荷と、水平基準負荷に対して逆方向の
制御負荷を接続部材乃至除振台本体にかける空気ばね
と、除振台本体の水平基準位置からの水平位置移動量を
センシングしてアナログ水平位置電圧として出力するア
ナログ水平位置センサと、このアナログ水平位置センサ
からの出力であるアナログ水平位置電圧と基準水平位置
電圧とを比較してその差分を出力する水平位置差動アン
プと、水平位置差動アンプの出力を積分する積分アン
プ、又は前記出力を積分する積分アンプと水平位置整定
を速めるためのフィードバック補償回路とを備えてお
り、且つ、除振台本体の水平方向の振動加速度を検出す
る水平方向アナログ加速度センサと、この水平方向アナ
ログ加速度センサの出力を積分する水平方向振動積分ア
ンプ、前記出力を微分する水平方向振動微分アンプ並び
に前記出力を増幅する水平方向振動比例アンプのいずれ
か１つ乃至２つ以上を具備し、又は位相補償による制振
フィードバック補償回路を具備し、これらアンプ又は制
振フィードバック補償回路からの水平振動制御値と前記
水平位置制御値とを合算するための加算器と、加算器に
より合算された値に対応するように空気ばね内の空気圧
を加減する制御弁とで構成された事を特徴とする除振台
の水平位置の維持と水平振動の除振回路。
【請求項５】機器載置用の除振台本体が防振支持装置に
て支持されている除振台において、除振台本体から延出
せる接続部材乃至除振台本体に対して互いに逆方向の水
平負荷をかける一対の空気ばねと、基準水平位置に対す
る除振台本体の水平位置の移動量をセンシングしてアナ
ログ水平位置電圧として出力するアナログ水平位置セン
サと、このアナログ水平位置センサからの出力であるア
ナログ水平位置電圧と基準水平位置電圧とを比較してそ
の差分を出力する水平位置差動アンプと、水平位置差動
アンプの出力を積分する水平位置積分アンプ、又は前記
出力を積分する積分アンプと水平位置整定を速めるため
のフィードバック補償回路とを備えており、且つ、除振
台本体の水平方向の振動加速度を検出する水平方向アナ
ログ加速度センサと、この水平方向アナログ加速度セン
サの出力を積分する水平方向振動積分アンプ、前記出力
を微分する水平方向振動微分アンプ並びに前記出力を増
幅する水平方向振動比例アンプのいずれか１つ乃至２つ
以上を具備し、又は位相補償による制振フィードバック
補償回路を具備し、これらアンプ又は制振フィードバッ
ク補償回路からの水平振動制御値と前記水平位置制御値
とを合算するための加算器と、加算器により合算された
値に対応するように空気ばね内の空気圧を加減する制御
弁と、前記加算器により合算された値を180゜位相反転
するための位相反転回路と、位相反転回路からの反転出
力に対応するように他方の空気ばね内の空気圧を加減す
るもう１つの制御弁とで構成された事を特徴とする除振
台の水平位置の維持と水平振動の除振回路。
【請求項６】水平振動に対して水平方向加速度電圧を積
分、微分又は増幅のいずれか１つ乃至これらの内の２つ
又は総てを組み合わせ、又は位相補償による制振フィー
ドバック補償を行う請求項（４）又は（５）の除振台の
水平位置の維持と水平振動の除振回路において、前記フ
ィードバック制御値に加算するための、事前データを基
にしたフィードフォワード制御値を出力するためのフィ
ードフォワード制御回路を有する事を特徴とする除振台
の水平位置の維持と水平振動の除振回路。