差動ボールねじを用いたミリストローク超精密位置決め機構に関する研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15560116
• Research Institution: Shinshu University
• Principal Investigator: 深田 茂生 信州大学, 工学部, 助教授 (70156743)
• Keywords: 精密位置決め / ボールねじ / 差動ねじ / 差動機構 / ミリストローク / リード誤差

Research Abstract

本研究では,最大1mm程度のストローク("ミリストローク")に対してナノメートルレベルの分解能を持つ位置決め機構を,差動ボールねじを用いた簡便な機構により実現することを目的としている.そこで,回転型モータと差動ボールねじを用いてミリストロークを確保し,安価なロータリエンコーダを用いた半閉ループ制御系によりナノメートルレベルの位置決め分解能を実現することをめざす.本年度はまず,差動ボールねじの位置決め性能を検討するための実験装置を構成し,差動ボールねじの位置決め特性に関する予備実験を行った.
ねじ軸外径12mm,基準リードがP_A=2.00mmとP_B=1.95mm(相対リード差δ=0.05mm)の差動ボールねじを,定格出力100WのDCサーボモータにより駆動する.ボールねじの循環回路は3.5巻1列で,各ナットはオーバサイズボールにより予圧が与えられている.モータの他端側には,分解能360万パルス/回転のロータリエンコーダが取り付けられている.位置決めステージと,モータステージおよびエンコーダステージは,1組のLMガイド上に組み込まれて直動案内されている.
まず,製作したボールねじ単体のリード誤差を親ねじリード測定機により精密に測定し,相対リード差を算出して差動ボールねじとしての送り精度をシミュレーションにより検討した.その結果,両ナット間の位相差が残存しているが,位相調整を行うことにより差動送り誤差を1μm以下にすることが可能であるとの予想を得た.次に,製作した差動ボールねじを実験装置に組み込み,ボールねじの差動性能について予備的実験を行った.その結果,リニアガイドの摩擦の影響による精度低下が認められ,テーブルの案内方式について再検討する必要があることが判明した.次年度ではまず,必要な設計変更を行って実験装置を再構成し,差動ボールねじの位置決め性能に関する本格的実験を実施する.

Research Products

• [Publications] 深田茂生, 本橋茂之, 福岡万貴, 福井大幹, 有賀直人: "差動ボールねじを用いたミリストローク超精密位置決め(基礎実験のための位置決め機構の構成)"2003年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集. 429 (2003)