長ストロークと高精度の両立可能な，特殊加工用５自由度磁気浮上アクチュエータの研究

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K05768
• Research Institution: Nippon Institute of Technology
• Principal Investigator: 張 暁友 日本工業大学, 工学部, 教授 (30431985)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 機械要素 / 磁気浮上 / アクチュエータ / 放電加工

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，数ミリメートルのストローク，簡易な構造を有する，放電加工やレーザ加工用高精度な５自由度制御型磁気浮上アクチュエータの実現を目的としている．
このため，本年度では，放電加工用電極またはレーザ加工用集光レンズの長ストロークかつ高精度の案内方法を検討した．提案アクチュエータにおいては，ロータには極性の異なるリング状の永久磁石を２個取り付け，２個の永久磁石の間に電磁軟鉄が挟まれる．また，ロータの上下に，２個で１セットとする８個ずつの空心コイルが配置される．コイルと永久磁石間の吸引力または反発力によって，ロータの５自由度方向の運動を制御する．
また，アクチュエータの性能目標値を，５自由度方向に100Hz以上の応答周波数，1μmの位置決め分解能，並進方向に4mm，回転方向に0.1rad以上のストロークにし，コイルと永久磁石の寸法を探索し，５自由度制御型磁気浮上アクチュエータを設計して試作した．試作したアクチュエータの高さは190mm，幅は134mm，質量は8.0Kgである．ロータの長さは148mm，径は45mm，質量は0.7Kgである．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究では，長ストロークと高精度位置決めを両立できる５自由度制御型磁気浮上アクチュエータの開発，およびそれを従来の放電加工機やレーザ加工機に取り付け，放電加工とレーザ加工の高速化，高精度化，微細化の実現を目的としている．
平成２７年度には，放電加工用電極またはレーザ加工用集光レンズの長ストロークかつ高精度の案内方法を検討し，５自由度制御型磁気浮上アクチュエータを設計して試作した．そこで，本年度の研究配開発はおおむね順調に進展していると考えている．

Strategy for Future Research Activity

平成２８年度は，まず，アクチュエータの長ストロークの高速・高精度の位置決め・軌跡制御を実現できる電気系と制御系を構築する．それから，５自由度制御型アクチュエータの位置決め性能を評価する．具体的に，アクチュエータの目標値特性（制御帯域），位置決め精度，及びストロークの検討を行う．また，アクチュエータの軌跡制御特性の検討を行う．
その後，５自由度制御型アクチュエータの適用による放電加工やレーザ加工の加工速度の向上への有効性を確認する．

Causes of Carryover

電磁石用のアンプが在庫切れのため，導入が遅れた．ただし，平成２８年度にアクチュエータ電気系と制御系を構築する予定のため，研究の支障にならない．

Expenditure Plan for Carryover Budget

研究計画のとおり，電磁石用のアンプを導入する予定である．