ツイストローラ摩擦駆動機構を採用した超精密工作機械による微細加工の研究

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10555042
• Research Category: Grant-in-Aid for 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): 薮田 義人 鳥取大学, 工学部, 助手 (80263490) ; 有井 士郎 鳥取大学, 工学部, 助教授 (80222751)
• Keywords: 位置決め / 空気静圧案内面 / 工作機械 / 精密機械 / ダイヤモンド切削 / 超精密工作機械 / 摩擦駆動 / メカトロニクス

Research Abstract

本年度はツイストローラ摩擦駆動機構を用いた3軸制御超精密工作機械の完成をめざした。そのために現有のX軸に追加するZ軸(水平軸)、およびこのZ軸テーブルに搭載されるY軸(垂直軸)を設計、製作した。Z軸テーブルの案内には空気静圧案内面を採用し、駆動にはツイストローラ摩擦駆動機構とハーモニックドライブ付きACサーボモータを使用して110mmのストロークを得ている。Y軸も空気静圧案内面を使用し、テーブルの駆動にはボールねじとハーモニックドライブ付きACサーボモータを使用して60mmのストロークを得ている。各軸テーブルの位置検出にはのレーザスケールを用いた。
新作された各軸の基本特性を実測した結果は次の通りである。
<Z軸(水平軸、ストローク110mm)>
案内の真直度 :0.12μm(左右方向全ストローク評価)
0.08μm(左右方向短ストローク評価)
0.28μm(上下方向全ストローク評価)
0.12μm(上下方向全ストローク評価)
位置決め分解能: 1nm(センサーフィードバック)
10nm(レーザスケールフィードバック)
<Y軸(垂直軸、ストローク60mm)>
案内の真直度 :0.50μm(左右方向全ストローク評価)
0.50μm(左右方向短ストローク評価)
0.18μm(前後方向全ストローク評価)
0.18μm(前後方向全ストローク評価)
位置決め分解能: 5nm(センサーフィードバック)
10nm(レーザスケールフィードバック)
真直度についてはY軸が悪いが、モータとねじ軸とのカップリングなどに問題があり、今後改善する予定である。最終的にはすべての項目で真直度を0.1μm台に調整した上で能動自成絞りによる制御を行うことになる。位置決め分解能についてはほぼ予定通りの結果を得ている。
YZ軸の製作と平行して、X軸について能動自成絞りによる案内精度の改善テストと、平面、球面などの切削テストを継続し、良好な結果を得ている。
以上により、本年度の研究計画はほぼ達成されたといえる。