2005 Fiscal Year Annual Research Report
ピコメートル位置決め装置の開発とその超精密加工への応用に関する研究
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15360071
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
水本 洋 鳥取大学, 工学部, 教授 (80108795)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
有井 士郎 鳥取大学, 工学部, 助教授 (80222751)
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| Keywords | 位置決め / 工作機械 / ナノテクノロジ / 静圧軸受 / 超精密加工 / 摩擦駆動 / 能動制御 |
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| Research Abstract |
これまでの研究により完成した3モードピコ位置決めシステムの実用性能を評価することが本年度の主な課題である。研究の進行に伴い、新しい機構の着想も得られた。
1.粗動モード・微動モード・超微動モードのNC制御
3モード位置決めシステムにおいては、テーブル変位の検出にはレーザスケールによるディジタル方式と光ファイバセンサまたは容量型変位計によるアナログ方式の測定機器が用いられ、一方、アクチュエータもサーボモータと圧電素子が使われる。実用性を考慮して、これらの機器を統一的に制御できる「モーションコントローラ」を導入し、各モードに応じたセンサとアクチュエータを使い分けられるようにした。モーションロントローラの導入により同一形式の数値制御プログラムによってサーボモータ駆動による粗動モードによる全ストロークに渡る位置決め動作とモータ取付部の微動機構による微動モードでの位置決め動作を必要に応じて切り替えて行うことが可能となった。したがって、超精密工作機械などの実用機器への3モードピコ位置決めシステム導入の可能性が示された。
なお、超微動モードのための能動型静圧案内面も機能的にはモーションコントローラによる制御可能であるが、位置決め分解能の限界をめざす場合には従来通りのパソコン制御としている(下記2.参照)。
2.超微動モードでの位置決め分解能の向上
空気静圧案内面に組み込まれた能動自成絞りによる能動型静圧案内面を用いた超微動機構によりピコメートル位置決めの実現をめざして実験を行った。昨年度までの実験を引き継ぎ、テーブル変位を検出する光ファイバ変位センサのノイズなどに注意してパソコン制御によるステップ位置決めを行った結果、位置決め分解能は25pmと測定された。ただし、機構的にはさらに細かいステップ位置決め指令にも反応していることを確認した。
4.静圧カップリングの能動制御
研究を行う中で、本位置決めシステムでツイストローラ摩擦駆動機構の横振動を抑制するために採用された静圧カップリングの静圧スラスト軸受を能動制御することを着想し、特許申請を行った。そして、この着想に沿って「能動型静圧カップリング」を試作し、本位置決めシステムに組み込んで能動制御の効果を解析した。その結果、静圧カップリングの弱点であったスラスト剛性を向上させることができたことだけでなく、この能動型静圧カップリングによっても微小範囲での高分解能位置決めが可能であることも明らかにできた。
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