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振動対策事例
精密機器
一般ビル5階フロアにおけるAFMの除振対策

一般ビルの5階に精密測定検査室が計画され、6台のAFM(Atomic Force Microscope原子間力顕微鏡)が設置されることとなった。AFMは振動に非常に敏感であり、計測分解能の劣化と外乱振動レベルとは比例することが知られている。

対策のポイント

事前の振動調査で設置床に低周波数の大きなピーク振動があることからアクティブ除振制御による対策が検討された。しかし建屋の寸法制約から低周波数対応の大型除振装置の設計ができず、標準品のアクティブ除振装置によって低周波振動をどこまで除去できるかが焦点となった。

原因

本件の建屋は微振動対策が何も施されていない一般ビル構造である。しかもその5階フロアーにAFMの検査室を設けるという、振動環境からすると非常に悪条件の重なった事例である。
AFMは振動に非常に敏感であり、設置床の振動許容値は1Hzから10Hzまでの周波数領域で0.01Galという極めて厳しい微振動環境が要請されている。一方、設置予定場所における事前の微振動調査では1Hzにおいて0.1Gal又3Hzにおいては約0.7GalとAFMの許容値をはるかに超えていた。
図1に対策前の床振動を示す。

図1 対策前床振動
図1 対策前床振動

対策

本件では1Hz及び3Hzの低周波領域の絶縁が必要なため、アクティブ制御による振動低減対策の検討がされた。
今回、現状の床振動値とAFM振動許容値から、1Hzにおいては少なくとも1/10程度まで振動加速度を低減させる必要がある。これを実現するには、除振装置の水平固有振動数を通常より低く設定することがポイントで、かつ確実に低減できる方法である。しかし水平固有振動数を低くするには、建屋側の寸法的制約があり本件での採用は不可能であった。そのため標準品アクティブを使用して制御技術者の最終的な調整技術に託される事となった。
その結果、フィルター処理によるゲイン操作等を駆使し6台とも全て許容値以下に抑えられ、精密測定検査室としてAFMが使用できる十分な微振動環境を得ることができた。

図2に対策後除振台上振動を示す。

図2 対策後除振台上振動
図2 対策後除振台上振動

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