摩擦駆動による超高速・超精密位置決めの研究

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04402027
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 大塚 二郎 東京工業大学, 精研, 助教授 (30016787)
• 研究分担者: 深田 茂生 信州大, 工学部, 助教授 (70156743) ; 香川 利春 東工大, 工学部, 助教授 (50108221)
• キーワード: 摩擦駆動 / 超精密 / 超高速 / 位置決め

研究概要

1.DCサーボモーターにより駆動輪を回転し、スライダを駆動輪に押付けて接触面で生ずる摩擦力によりスライダは直線移動して、スライダに継がれるテーブル(質量13.1Kg)変位は分解能1.24nmレーザ測長されコントローラを通じてモータにフィールドバックする位置決め装置を製作した。
2.1μmの小ストロークのステップ応答では,位置制御にPI制御を適用することにより、テーブル発進後0.5秒における目標位置とテーブル変位との差を位置決め誤差とするとき、100回試行の位置決め誤差の平均1.7nm、標準偏差3.2nmという超精密位置決めを達成した。
3.300nm大ストロークのステップ応答では、テーブルを目標位置に近づける粗動を台形波速度制御、正確に目標位置に停止させる微動をPI制御による位置制御とする。台形波速度制御では、加速度が不連続となって残留振動が生ずるので、加速度が連続となる変形台形波とし、駆動部にすべりが生じない加速度を4.5m/s_2、最高速度を0.7m/sという超高速にし、テーブル発進後2秒における位置決め誤差の平均17nm、標準偏差0.16μm、テーブルが目標位置の±1μmに入り続ける整定時間1.26秒という超高速・超精密を達成した。
4.本摩擦駆動装置を将来ナノメータ精度をねらう超精密平面研削盤のテーブル送りに応用し、良好な結果を得た。
5.上記2、3における位置決め精度は、駆動輪・スライダでの接触部および駆動輪と従動輪を支える玉軸受での転がり要素の転がり出し寸前に、そこで働く力と変位との間にヒステリシスを伴ったばね特性が存在することにより得られていることが判明した。
6.ボールねじ駆動との比較は来年度行なう。

研究成果

• [文献書誌] 大塚 二郎: "機精面からみた超精密・超高速位置決め技術(1)" 機械の研究. 44. 743-747 (1992)
• [文献書誌] 大塚 二郎: "機精面からみた超精密・超高速位置決め技術(2)" 機械の研究. 44. 861-865 (1992)
• [文献書誌] Jiro Otsuka: "Ultraprecision Positivning Vsing a Ledd Screw Drive(1et Report)-Fundamented Study using a Sliving Screw or A Ball Screw-" Int J.Japan Sogiety for Precision Eng. 26. 231-236 (1192)
• [文献書誌] Jiro Otsuka: "Nanumater Level Pwsitioning Vsing Three Kinds of head screws" Nanotechlogy. 2. 29-36 (1992)
• [文献書誌] Jiro Otsuka: "Study of Precision Positioning by Friction Drive(2nd Report)-Trapezoidal Veloctiy Conrol-" Int.J.Japan Sociery for Precision Eng. 26. 800-805 (1992)
• [文献書誌] shiheo Fukada: "Friction of Precision Trapezoidal Lead Screws Unden Luvrication (1st Report)-Effect of Revolution Sped and Oil Viscosity-" Japan J.Tribology. 36. 1447-1460 (1991)
• [文献書誌] Jiro Otsuka: "Characteristics of Friction Drive and Thein Applecation to Precison Pisitioning" Bull P.&.I.(Tokyo Institute of Technology). 67. 1-11 (1992)
• [文献書誌] 大塚 二郎: "ボールねじを位置決め用としてフル活用するため" 機械設計. 36. 17-24 (1992)
• [文献書誌] 深田 茂生: "滑り送りねじの摩擦と潤滑(1)" 日本ねじ研究協会法. 23. 211-219 (1992)
• [文献書誌] 深田 茂生: "滑り送りねじの摩擦と潤滑(2)" 日本ねじ研究協会法. 23. 249-261 (1992)