運動誤差をアクティブ補正する超高精度スクイーズ空気軸受の実用化と特性の数値的解析

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11750117
• 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: 圧縮性スクイーズ / スクイーズ軸受 / 運動誤差補正 / アクティブ制御 / 無限剛性 / 圧縮性レイノルズ方程式 / 非接触案内 / 圧電素子

Research Abstract

スクイーズ空気軸受は,対向する2面間(軸-軸受面)の相対的な垂直方向の振動により,すきま内圧力の一周期間の時間平均値が周囲の圧力より高くなる効果(スクイーズ効果)を利用して,回転軸を非接触で支持するものである.また,振動の中心位置を移動させることにより,軸の非接触位置決めも可能になる.本研究において提案するアクティブスクイーズ空気軸受は,圧電素子の高周波振動によって発生するスクイーズ空気膜を用いた回転軸の完全非接触支持と,精密位置決めに用いられる圧電索子の変位制御により,運動誤差をリアルタイムに補正することで超高精度な回転軸系を実現できる.
本年度は,スクイーズ空気軸受のラジアル軸受としての特性を評価するため,スラスト荷重は静圧空気軸受で支持し,回転力の伝達を磁気カップリングにより非接触で行うことで,回転軸を完全に浮上させることのできる装置を試作し,発生する空気膜の特性について検討を行った.その結果,発生する空気膜により,1rpmで回転する軸の非接触支持が確認された.また,回転軸の運動誤差を測定し,リアルタイムで誤差を補正するシステムを構築した.その結果,PI制御により6rpmで回転している軸の心振れ3.0μmを1.0μm以内におさえることが可能であった.この値は,駆動周波数およびその倍成分に同期した微振動の振幅を含んでいる.10Hzのローパスフィルタを通した場合の心振れば0.06μmとなった.以上の結果より,本研究で提案した,超高精度な回転軸系を可能とする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.

Research Products

• [Publications] 磯部浩巳: "スクイーズ効果を利用したアクティブ動圧空気軸受の試作-プロトタイプモデルの製作と数値的解法の検討-"マイクロメカトロニクス. 43・4. 36-46 (1999)
• [Publications] 小野寺 千絵: "圧電素子を利用したアクティブスクイーズ空気軸受の開発-第8報 回転軸の完全浮上と実験装置の改良-"1999年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集. 512 (1999)
• [Publications] 今井豪史: "圧電素子を利用したアクティブスクイーズ空気軸受の開発-第7報 数値解析のためのスラストスクイーズ軸受の実験装置試作-"1999年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集. 511 (1999)