JPH0474053B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は磁気浮上形除振台に関し、特に、半導
体製造装置や電子顕微鏡等のように設置床からの
振動により歩留まりや精度上の問題の起こる設備
を床振動から絶縁する高精度な除振台に関するも
のである。

［従来の技術］ 半導体製造装置や電子顕微鏡等のように、設置
床からの振動により歩留まりや精度上の問題の起
こる設備を床振動から絶縁するため、従来は、除
振台の支持において、除振台床板の下側に空気バ
ネや防振用のゴムなどを使用していた。またアク
テイブに床板の運動を制御するタイプの除振台で
は、油圧や空気圧のシリンダあるいは電磁ソレノ
イドを使用して、除振台床板の振動を消滅せしめ
ていた。

［発明が解決しようとする課題］ ここで、空気バネや防振ゴムを用いて、鉛直方
向に支持した受動形除振台においては、バネーマ
スの共振系を形成している。したがつて該共振周
波数よりもかなり高い周波数では防振効果がある
が、共振周波数以下の周波数では除振効果がまつ
たく無いという問題がある。

また、除振台フレームが設置された建物の水平
方向の固有振動数は鉛直方向の固有振動数よりも
低く、地盤の水平方向微動を常時伝達するので、
半導体製造装置や電子顕微鏡などを設置するため
の除振台においては、特に水平方向の除振効果が
要求されている。しかし、空気バネや防振ゴムに
用いられる支持材料は支持方向よりも大きな横剛
性（水平方向剛性）を持つので、鉛直方向の支持
を行つている場合でも、水平方向に共振系を形成
する。そして、その水平方向の共振系における固
有振動数は、鉛直方向と同等かあるいはそれ以上
高いので、水平方向の除振効果は鉛直方向のそれ
よりも劣り、上記要求に応えることができなかつ
た。

一方、水平方向あるいは鉛直方向の除振効果の
改善のため、電磁ソレノイドや油圧・空気圧のシ
リンダをアクチユエータとして、能動制御を行つ
ている例もある。しかし、アクチユエータの特性
から制御方向にたいして直角な２方向に何らかの
拘束を与えることになり、その結果、制御方向以
外の方向の除振効果を減殺してしまうという問題
点がある。

本発明は上記した従来技術の問題点に鑑みて提
案されたもので、水平方向の剛性を持つことなく
鉛直方向の支持を可能とした磁気浮上形除振台の
提供を目的としている。

［課題を解決するための手段］ 本発明の磁気浮上形除振台は、床板とフレーム
とを備え、磁気懸濁装置によつて床板を磁気的に
浮上せしめる磁気浮上形除振台において、前記磁
気懸架装置は、床板に固着された磁性材料製の継
鉄平板、該継鉄平板から微小隙間を設けてフレー
ムに固定された電磁石、床板表面と電磁石との間
の相対変位を測定する相対変位センサ、フレーム
に固定された変位振動計、相対変位センサからの
出力信号と変位振動計からの出力信号とを加算す
る加算器、該加算器の出力に応答して前記継鉄平
板と電磁石との間に作用する磁気吸引力を制御す
る補償回路および電力増幅器、を含んでいる。

本発明の実施に際して、１つの前記床板につい
て前記磁気懸架装置を３個以上設けるのが好まし
い。

また、床板上の前記継鉄平板の表面に、導電物
質の膜を形成するのが好ましい。

［発明の原理］ 上記のような構成を有する本発明の磁気浮上形
除振台の作動原理を、第４図および第５図を用い
て説明する。

先ず、設置床が鉛直方向に振動する場合の磁気
浮上形除振台の作用動原理を第４図を用いて説明
する。第４図において、除振台床板１０の上面
（床面）の鉛直方向絶対高さが符号H1で示され、
除振台フレーム２４に固定された電磁石２１の最
下端の鉛直方向絶対高さが符号H2で示され、除
振台床板１０の表面と電磁石２１最下端との間の
微小隙間の寸法が符号Ｚで示されている。従つ
て、 H1＝H2−Ｚ となる。そして、除振台床板１０の鉛直方向の振
動量をZ1、除振台フレーム２４（除振台設置床）
の変位（振動）量をZ2、除振台床板１０と電磁
石２１の最下端との相対隙間の変位量をZ3とす
ると、 Z1＝Z2＋Z3 ……(イ) となる。但し、Ｚが小さくなつたときZ3は負で
あり、Ｚが大きくなつたときZ3は正である。ま
た、Z1とZ2の正負は第４図中の矢印Z1，Z2の向
きを正として決定されている。

除振台フレーム２４に鉛直方向の振動がなく、
Z2がゼロの場合には、電磁石２１と床板１０の
間の相対隙間Ｚが一定となるように電磁石の励磁
コイル３０の電流を制御する。相対隙間Ｚが一定
であれば、その変位量Z3はゼロであり、従つて、
上記(イ)式よりZ1はゼロとなり、除振台床板１０
は鉛直方向には振動しなくなる。

一方、除振台フレーム２４が鉛直方向に振動し
ている場合には、除振台フレーム２４（除振台設
置床）の変位振動量Z2と、電磁石２１と床板１
０との間の相対隙間Ｚにおける変位量Z3との和
がゼロとなるように電磁石の励磁コイル３０の電
流を制御する。上記(イ)式より明らかなように、
Z2と、Z3との和は除振台床板１０の鉛直方向振
動量Z1であり、これがゼロになることにより、
該床板１０は振動しない。

このように電磁石２１の電流を制御することに
よつて、除振台床板１０を非接触で且つフレーム
２４の振動Z2の影響を受けることなく支持する
ことができるので、設置床あるいはフレームが鉛
直方向に振動しても、除振台床板１０は振動しな
い。

次に、除振台設置床あるいはフレーム２４に水
平方向の振動が作用する場合を、第４図および第
５図を参照して説明する。第５図から明らかなよ
うに、除振台フレーム２４に固定した電磁石２１
が除振台床板１０に対向する部分の投影面積（第
５図中符号２１参照）は、除振台床板１０に固定
した継鉄１１の表面積より遥かに小さい。そのた
め、電磁石２１が水平方向に移動しても、この継
鉄１１の外に出ない限り電磁石２１の磁束線４０
（第４図）の分布は変化しない。したがつて、設
置床あるいはフレーム２４が水平方向に振動して
も、電磁石２１の鉛直方向吸引力によつて水平方
向に加振されることはなく、除振台床板１０には
なんら外乱は付加されない。また、鉛直方向の磁
気吸引力も変化しないので設置床あるいはフレー
ム２４が水平方向に振動しても、除振台床板１０
は鉛直方向に振動することはない。

また、除振台床板１０上の継鉄１１の表面に伝
導材の膜１２を形成した場合には、フレーム２４
と除振台床板１０が水平方向に相対振動すると、
電磁石２１の磁束線４０が移動して、第５図で示
すように、伝導材膜１２に渦電流が発生する。そ
の結果、フレーム２４と除振台床板１０との間の
水平方向相対振動による変位を打ち消すような逆
方向の磁気力RFが発生し、その振動を抑制する。

［作用］ 本発明の磁気浮上形除振台によれば、相対変位
センサからの出力信号と変位振動計からの出力信
号とを加算器に入力し、両信号を加算して除振台
床板の振動による変位を求める。そして該変位が
ゼロとなるように、加算器からの出力に応答し
て、前記除振台床板に固定した継鉄と前記固定フ
レーム上の固定子電磁石との間に作用する磁気吸
引力を補償回路と電力増幅器とによつて制御す
る。これにより除振台床板は磁気浮上して水平方
向の力を発生することなく、鉛直方向に除振台床
板を支持する。

ここで、除振台床板の鉛直方向振動量が常にゼ
ロとなるように固定子電磁石の磁気吸引力が制御
されるので、除振台床板は鉛直方向に振動するこ
とがない。また、除振台の設置床あるいはフレー
ムが水平方向に振動しても電磁石の磁束線の分布
は変化せず、除振台床板が水平方向に加振される
こともない。

さらに、除振台床板の継鉄平板表面に伝導材の
膜を形成すれば、水平方向振動を抑制するような
力が発生するので好都合である。

［実施例］ 以下、第１図ないし第３図を参照して、本発明
の実施例について説明する。

第１図および第２図は本発明の第１実施例を示
し、第２図で明示されているように、半導体製造
装置や電子顕微鏡などの精密機器を設置する除振
台床板１０の表面には磁性材の継鉄１１ａ，１１
ｂ，１１ｃ，１１ｄ（４箇所）が取付けられてい
る。該除振台床板１０の継鉄１１からの微小隙間
Ｚ（第１図）を設けて固定子電磁石２１ａ，２１
ｂ，２１ｃ，２１ｄが配置され、該固定子電磁石
は上向きの起磁力を発生するコイルを備え、その
表面積は除振台床板上の継鉄平板の対向する表面
積よりも小さく、そして図示しない建物に設置し
たフレーム２４に固定されている。

第１図において、前記除振台床板１０と固定子
電磁石２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ（第１図
においては添字ａ，ｂを付した部材のみを示し、
添字ｃ，ｄを付した部材の図示は省略してある。
その他の部材についても同様）との間の相対変位
（第４図のZ3）を測定する相対変位センサ２２
ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄが該電磁石の近傍に
取付けられており、図示しない建物に設置した除
振台フレーム２４には設置床あるいは該フレーム
自体の変位振動（第４図のZ2）を計測する変位
振動計２３が取付けられている。該相対変位セン
サ２２ａないし２２ｄからの出力信号は相対変位
センサアンプ３１ａないし３１ｄで増幅されて加
算器３３ａないし３３ｄへ送出され、そして該変
位振動計２３からの出力信号は加算器３３ａ，３
３ｂ，３３ｃ，３３ｄに入力され、該加算器は両
信号を加算して除振台床板１０の変位量（第４図
のZ1）を求める。そして、除振台床板１０の変
位量Z1がゼロとなるように、加算器３３ａ，３
３ｂ，３３ｃ，３３ｄからの出力に応答して補償
回路３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄと電力増幅
器３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄが作動する。
そして該補償回路および電力増幅器は、除振台床
板１０の変位量Z1がゼロとなるように、隙間
（の間隔）Ｚ、すなわち除振台床板１０に固定し
た継鉄１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄと前記固
定フレーム２４上の固定子電磁石２１ａ，２１
ｂ，２１ｃ，２１ｄとの間に作用する磁気吸引
力、を制御する。これにより、床板１０は磁気懸
垂装置によつて磁気浮上することになり、水平方
向の力を発生することなく、鉛直方向に除振台床
板を支持する。

第３図は本発明の第２実施例を示している。こ
の実施例では防振台床板１０を電磁石支持部分４
０ａとワークの載置部分４２とを分け、載置部分
４２の有効表面積を大きくしてある。その他の構
成や作用については第１実施例と略々同一である
ため、説明を省略する。

［発明の効果］ 本発明によれば、水平方向の剛性を持つことな
く且つ鉛直方向に振動が生じないように除振台床
板を支持する方法が提供され、しかも除振台設置
床の水平方向の振動の影響をまつたく受けること
がない。したがつて、設置床の振動によつて振動
することのない床板を有する高精度除振台を実現
できる。これに加えて、非接触形の除振台が有す
る利点を全て備えている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の磁気浮上形除振台の第１実施
例における除振台とその制御装置のブロツク図、
第２図は第１実施例における除振台の平面図、第
３図は本発明の第２実施例における除振台とその
制御装置のブロツク図、第４図は本発明の作動原
理を示す部分正面図、第５図は同じく作動原理を
示した水平方向の設置床振動と電磁石の相対位置
関係図である。 １０…除振台床板、１１，１１ａ，１１ｂ，１
１ｃ，１１ｄ…床板上の継鉄、１２…導電材膜、
２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ…電磁
石、２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ…変
位センサ、２３…絶対変位振動計、２４…除振台
フレーム、３０…電磁コイル、３１…相対変位セ
ンサアンプ、３２…絶対変位振動アンプ、３３，
３３ａ，３３ｂ…加算器、３４，３４ａ，３４ｂ
…位相補償回路、３５，３５ａ，３５ｂ…電力増
幅器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 床板とフレームとを備え、磁気懸架装置によ
   つて床板を磁気的に浮上せしめる磁気浮上形除振
   台において、前記磁気懸架装置は、床板に固着さ
   れた磁性材料製の継鉄平板、該継鉄平板から微小
   隙間を設けてフレームに固定された電磁石、床板
   表面と電磁石との間の相対変位を測定する相対変
   位センサ、フレームに固定された変位振動計、相
   対変位センサからの出力信号と変位振動計からの
   出力信号とを加算する加算器、該加算器の出力に
   応答して前記継鉄平板と電磁石との間に作用する
   磁気吸引力を制御する補償回路および電力増幅
   器、を含んでいることを特徴とする磁気浮上形除
   振台。