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本研究の目的は、超精密工作機械や超精密計測機器などの直動型位置決め装置に使用される空気静圧案内面を"能動自成絞り"と呼ばれる絞りで能動制御することで、案内の真直度を100mmを越えるストロークにわたって10nmオーダに保つことと、無限大の案内面剛性を実現させることである。
このようなことを目的として、平成7年における研究では次のことを実行した。
(1)能動自成絞りの製作:能動自成絞りとして使用する圧電素子の中央に1mm程度の貫通穴を設け、その一端に樹脂をコートしたうえで、樹脂面に貫通穴に通じる約0.3mmの給気孔(自成絞りとなる)を設ける。このようにして製作された能動自成絞りユニットを予備も含め、20個準備した。
(2)空気静圧案内面の製作:ストローク200mm程度の空気静圧案内面を設計・製作した。案内面を精度良くラップすることで能動制御を行わない状態においても0.1μmオーダの真直度が得られることを確認した。
(3)能動自成絞りの組み込み:完成された静圧案内面に能動自成絞りを上下方向4個所、左右方向2個所の合計6組、12個組み込み、一方、直定規を配置して運動の真直度を容量型変位計により検出できるようにした。
(4)制御システムの構成:パソコンをコントローラとして、変位計よりの信号を処理して圧電素子駆動電圧を算出させることにより制御システムを構成した。
(5)静剛性の測定:能動自成絞りを駆動した状態でテーブルに負荷をおもりなどにより加えて静的変位を容量型変位センサで測定し、制御システムにフィードバックすることで静剛性が無限大となることを確かめた。
(6)動特性の測定:能動自成絞りに正弦波状の信号を加え、この時のテーブル振動を容量型変位計により測定することで案内面の動剛性を測定、評価した。
(7)真直度の測定:1mm程度の距離であるが、テーブルを移動させたときの運動の真直度を直定規を基準として容量型変位計で測定し、真直度が能動自成絞りを駆動させることで10nmオーダに改善されたことを確認した。
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