圧電素子の高周波振動を利用した超高精度アクティブスクイーズ空気軸受の開発

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09750163
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: 磯部 浩巳 長岡技術科学大学, 工学部, 助手 (60272861)
• Keywords: スクイーズ効果 / 空気軸受 / 位置決め / 圧電素子 / 微動機構

Research Abstract

本研究では,軸受面を圧電素子で高周波振動させることにより,回転軸-軸受面間にスクイーズ空気膜を発生させる.この結果,外部からの圧縮空気の供給を必要とせず,軸が回転していない場合でも負荷容量を有する新形式のスクイーズ空気軸受を開発する.また,圧電素子の駆動パターンを調整することで,回転軸の非接触位置決めが可能になる.この結果,回転軸の運動誤差(例えば心振れ)を実時間で検出し,圧電素子をアクティブ制御して誤差補正を行うことで,回転軸の超高精度化と高剛性化を実現させる.
これまでに回転軸を支持する前段階として,簡易モデルを用いた実験を行い,スクイーズ空気軸受の特性を考察した.実験装置は非常に柔軟な板ばねによって支持されている浮上体に対し,圧電素子と振動パッドとで構成される励振装置が浮上体を挟み込むように配置される.圧電素子によりパッドを振動させることでスクイーズ空気膜が発生し,負荷容量が得られた.実験の結果,外部から負荷荷重4.9Nを受けている浮上体が,発生したスクイーズ空気膜によって5.5mum浮上した.また空気膜は9.8Nの荷重に対しても浮上体を支持でき,その剛性は1.8N/mumであった.スクイーズ運動のための交流電圧と位置決めのための直流電圧を圧電素子に印加することで,浮上体を非接触で移動できた.さらに浮上体の位置を測定して簡単なフィードバック系を構築した結果,整定時間10msで浮上体の位置決めが可能となった.これより,アクティブスクイーズ空気軸受実現の可能性が見出された.次の段階として,回転軸とその周囲に配置された4枚の振動パッドで構成されるラジアルスクイーズ空気軸受の設計・試作を行った.