ツイストローラ摩擦駆動機構を採用した超精密工作機械による微細加工の研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10555042
• 研究機関: 鳥取大学
• 研究代表者: 水本 洋 鳥取大学, 工学部, 教授 (80108795)
• 研究分担者: 薮田 義人 鳥取大学, 工学部, 助手 (80263490) ; 有井 士郎 鳥取大学, 工学部, 助教授 (80222751)
• キーワード: 位置決め / 空気静圧案内面 / 工作機械 / 精密機械 / ダイヤモンド切削 / 超精密工作機械 / 能動制御 / 摩擦駆動

研究概要

本年度は昨年度に完成したツイストローラ摩擦駆動機構を用いた3軸制御超精密工作機械の機械性能の向上をめざした調整と切削加工実験を行った。まず、案内精度に関しては、各軸テーブルとも移動に伴い摩擦駆動機構に起因する振幅0.1μmオーダの"うねり"を生じていたが、XおよびZ軸は能動制御を行うことで、うねりを抑御して、テーブル運動の真直度を10nm以内に保てることがわかった。ただし、能動制御は参照面を基準として行われるため、参照面の状態が悪ければそれはそのままテーブル運動に現れてしまう。実験中には参照面の汚れや傷、あるいは温度変化による熱変形などが生じ、制御によりテーブル運動の真直度が低下することもあった。なお、Y軸についてはボールねじを使用しており、"うねり"が大きいため、能動制御が困難であった。そこで、このY軸を含め、各軸の駆動機構とテーブルとの結合に弾性カップリングを用いることで駆動機構の影響を少なくすること、そして、能動制御に用いるアクチュエータの出力の向上を計画中である。
次に切削実験に関しては、XおよびZの2軸を同時制御するパソコンNCを自作し、このパソコンNCを用いてアルミニウムを素材として平面、球面などを切削した。平面の切削にも2軸制御を行ったのは、X軸とZ軸との直角度が完全ではないことを補正するためである。切削された面の評価を行ったところ、能動制御を行わない状態での形状精度は0.2〜0.5μmであるが、能動制御を行うことでは形状精度は0.1〜0.2μmに改善された。表面あらさは7〜12nm程度であった。 以上により、本年度の研究計画はほぼ達成されたといえる。

研究成果

• [文献書誌] Mizumoto,H.,Inoue,M.,Arii,S.,Kami,Y.and Yabuya,M.: "An Ultraprecision Machine Tool using Twist-roller Friction Drives and Active Control Aerostatic Guideways,"Proceedings of the 1st International euspen Conference. Vol.1. 28-31 (1999)
• [文献書誌] Mizumoto,H.,Inoue,S.,Arii,S.,Kami,Y.and Yabuya,M.: "An Ultraprecision Machine Tool with Active Control Aerostatic Guidewaya for Improving Quality of Machined Surface,"Proceedings of the 9th International Conference on Production Engineering. Vol.1. 165-170 (1999)