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ベローズとシリンダからなる粗微動空気圧アクチュエータによるサブナノポジショニング

研究課題

研究課題/領域番号 19016010
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関東京工業大学

研究代表者

川嶋 健嗣  東京工業大学, 精密工学研究所, 准教授 (40300553)

研究分担者 藤田 壽憲  東京電機大学, 工学部・機械工学科, 教授 (70242279)
研究期間 (年度) 2007 – 2009
研究課題ステータス 完了 (2008年度)
配分額 *注記
7,800千円 (直接経費: 7,800千円)
2008年度: 3,600千円 (直接経費: 3,600千円)
2007年度: 4,200千円 (直接経費: 4,200千円)
キーワード空気圧 / アクチュエータ / 精密位置決め / サブナノ / 粗微動ステージ / 静圧軸受け
研究概要

空気圧サーボアクチュエータを用いることで, 発熱がなく磁場の影響を受けない精密位置決め粗微動ステージを開発し, サブナノオーダーの位置決めを実現することを目的とした研究の最終年度(2年目)として, 下記の成果が得られた.
1. 空気圧ベローズアクチュエータを用いた微動ステージを除振台上に設置して, 位置決め特性を評価した. 制御用サーボ弁には研究者らが開発したスリット機構を用いたが, 昨年と比較して最大流量の小さい新型のものを採用し, 流体振動の抑制と制御性能の向上を目指した. さらに, オブザーバを用いたフィードバック制御方法を実装した. その結果,全変位領域(±100μm)において7nm以下の位置決め精度が達成できることを実験によって確認した.
2. 粗動ステージである静圧軸受け機構を用いた最大変位100mm, 付加重量90Kgのセラミックス製の空気圧サーボテーブルにおいては, ステージとサーボ弁間の配管の影響について実験的に考察した. その結果, 配管長と内径によってサーボ弁の固有周期を適切に調整することで, 0.4μm以下の位置決め精度が確保できることを実験によって明らかにした.
3. 粗動ステージ上に微動ステージを搭載した粗微動ステージを構成し, 粗動ステージの位置決め誤差を微動ステージで補償する制御方法を提案し, 実装した. 位置決め制御実験を行い, 20mmストロークの移動に対して, 2.0μm以下の位置決め誤差を微動ステージによって補償し, 50nm以下の位置決め精度が実現できることを示した. さらなる精度の向上には粗動ステージの振動抑制が重要であることがわかった.

報告書

(2件)
  • 2008 実績報告書
  • 2007 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2009 2008 2007 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (4件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] A New, High Precision, Quick Response Pressure Regulator, for Active Control of Pneumatic Vibration Isolation Tables2009

    • 著者名/発表者名
      Tomonori Kato, Kenji Kawashima, Tatsuya Funaki, Kotaro Tadano and Toshiharu Kagawa
    • 雑誌名

      Precision and Engineering (掲載決定)

    • NAID

      10029042235

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Flow Characteristics of Pressure Reducing Valve with Radial Slit Structure for Low Noise2008

    • 著者名/発表者名
      Chongo Youn, Kenji Kawashima and Toshiharu Kagawa
    • 雑誌名

      Journal of Visualization Vol.11 No.4

      ページ: 357-364

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analysis of Vortex Levitaion2008

    • 著者名/発表者名
      Xin Li, Kenji Kawashima and Toshiharu Kagawa
    • 雑誌名

      Experimental Thermal and Fluid Science Vol.32 No.8

      ページ: 1448-1454

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of Servo Valve Dynamic on Precise Position Control of a Pneumatic Servo Table2008

    • 著者名/発表者名
      Toshinori Fuji Kenji Kawashima, Takashi Miyajima, Taro Ogiso and Toshiharu Kagawa
    • 雑誌名

      International Journal of Automation Technology

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of a Nozzle-flapper Type Servo Valve using a Slit Structure2007

    • 著者名/発表者名
      Kenji Kawashima, Chongho Youn, Toshiharu Kagawa
    • 雑誌名

      Trans. ASME Journal of Fluid Engineering Vo1.129,No.5

      ページ: 573-578

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Active control of a pneumatic isolation table using model following control and a pressure differentiator2007

    • 著者名/発表者名
      Tomonori Kato, Kenji Kawashima, Koichi Saramoto, Toshiharu Kagawa
    • 雑誌名

      Precision Engineering Vo1.31

      ページ: 269-275

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] ラジアルスリット弁の流体特性に関する考察2008

    • 著者名/発表者名
      尹鍾晧, 浅野誠一郎, 大川陽一,川嶋健嗣, 香川利春
    • 学会等名
      計測自動制御学会2008年度産業応用部門大会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2008-10-28
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] Control system design of a pneumatic servo system, considering the dynamic characteristics of the servo valve2008

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Hirano, Kazutoshi Sakaki, Toshinori Fujita, Kenji Kawashima and Toshiharu Kagawa
    • 学会等名
      Proc. of 7th JFPS international symposium on Fluid Power
    • 発表場所
      富山
    • 年月日
      2008-09-17
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] Precise Position Stage using Pneumatically Driven Bellows Actuator and Cylinder with Air Bearings2008

    • 著者名/発表者名
      Kenji Kawashima and Toshinori Fujita
    • 学会等名
      The 2^<nd> International Symposium on Next-Generation Actuators Leading Breakthroughs
    • 発表場所
      千葉
    • 年月日
      2008-04-17
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] Ultra Precise Positioning Control of a Stage Driven by Pneumatic Bellows2007

    • 著者名/発表者名
      Toshinori Fujita, Kazutoshi Sakaki, Kenji Kawashima and Toshiharu Kagawa
    • 学会等名
      FLUCOME, The Ninth International Symposium on Fluid. Control, Measurement and Visualization
    • 発表場所
      米国・フロリダ
    • 年月日
      2007-09-18
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.k-k.pi.titech.ac.jp/research/pservo_j.html

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.k-k.pi.titech.ac.jp/research/pservo_j.html

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書

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公開日: 2007-04-01   更新日: 2018-03-28  

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