オングストロームの分解能を持つ超精密位置決めシステムの開発

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07555375
• Research Category: Grant-in-Aid for Developmental Scientific Research (B)
• Research Institution: Tottori University
• Principal Investigator: 水本 洋 鳥取大学, 工学部, 教授 (80108795)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 上 芳啓 不二越, 技術開発部, 研究員 ; 清水 龍人 不二越, 技術開発部, 研究員 ; 有井 士郎 鳥取大学, 工学部, 助教授 (80222751)
• Keywords: 位置決め / 超精密工作機械 / ナノテクノロジ / 摩擦駆動 / 転がり軸受 / パソコン制御 / ツイストローラ摩擦駆動

Research Abstract

本研究の目的は、超LSIや精密光学素子などの製造、あるいは基礎物理学の研究や新素材開発などでの物質の観察に必要となる超精密加工・計測技術の発展に対する社会的要求を満たせる、次世代の超精密位置決め技術を提供することである。具体的には、単一機構でナノメートルオーダ、さらにオングストロームオーダの分解能と百ミリメートルを越えるストロークを持つ位置決め装置を実用化させようとするもので、基本的な位置決め機能の解析に加えて実用化に向けた機構の簡素化による経済性、操作性、保守性などについても考察する。
このようなことを目的として、平成7年度においては以下を実行した。
(1)摩擦駆動装置の設計・製作:機構の簡素化をねらいとして、ローラが転がり軸受により支持されるツイストローラ摩擦駆動装置を2組、設計・製作した。
(2)超精密位置決め装置の製作:空気静圧案内面を製作し、これに上記の摩擦駆動装置の一つを組み込みX軸位置決め装置とした。また、ころがり案内面を製作し、これにもう一つの摩擦駆動装置を組み込むことでZ軸位置決め装置とした。それぞれのテーブルのストロークは100mm程度である。
(3)2軸位置決めシステムの整備:上記の2台の位置決め装置を防振台上にT型に配置して固定し、XZ2軸の位置決めシステムとする。駆動にはサーボモータを使用し、パソコンによりモータの駆動と位置決め制御を行った。来年度はX軸にはエア-スピンドル、Z軸軸には工具台を搭載する予定である
(4)負荷容量の解析:テーブルにスラスト負荷を加えたときに生じる微少すべりの送り量への影響を解析し、軽切削程度の負荷が作用した場合においても十分な剛性、分解能の得られるように制御システムを調整した。
(5)案内真直度の解析:X軸、Z軸の案内の真直度を測定し、いずれもストロークに対して0.1μm以内であることを確認した。
(6)位置決め分解能の解析:位置決め装置の各軸に、ナノメータオーダのステップ送り指令を与えたときの各軸の応答を測定し、この位置決め装置の分解能の限界が少なくとも1nmであることを確認した。