運動誤差をアクティブ補正する超高精度スクイーズ空気軸受の実用化と特性の数値的解析

スクイーズ空気軸受は,対向する二面間(軸-軸受面)の相対的な垂直運動の振動によって,すき間内圧力の一周期間の時間平均値が周囲の圧力より高くなる効果(スクイーズ効果)を利用して,回転軸を非接触で支持するものである.また,振動の中心位置を移動させることにより,軸の非接触位置決めも可能になる.本研究において提案するアクティブスクイーズ空気軸受は,圧電素子の高周波振動によっ発生するスクイーズ空気膜を用いた回転軸の完全非接触支持と,精密位置決めに用いられる圧電素子の変位制御により,運動誤差をリアルタイムに補正することで超高精度な回転軸系を実現できる.本年度は,ラジアル軸受の特性を評価するために,スラスト荷重は静圧空気案内で支持し,回転力の伝達は磁気カップリングによって非接触で行う装置を製作した.この結果,ラジアルスクイーズ空気膜の特性実験を高い再現性の下で行うことができた.1.駆動振幅2μm,平均すき間13μmの場合,駆動周波数500Hz以上で,安定したスクイーズ空気膜が発生した.2.駆動周波数1000Hz,駆動振幅2μm,平均すき間9μmにおいて,空気膜の剛性は2.2N/μmであった.3.回転軸のアクティブ運動誤差補正を行った結果,補正前に5μmであった半径方向運動誤差は,完全に補正された.以上の結果,ここで提案した手法の有効性が実験的に確認された.

スクイーズ空気軸受は,対向する二面間(軸-軸受面)の相対的な垂直運動の振動によって,すき間内圧力の一周期間の時間平均値が周囲の圧力より高くなる効果(スクイーズ効果)を利用して,回転軸を非接触で支持するものである.また,振動の中心位置を移動させることにより,軸の非接触位置決めも可能になる.本研究において提案するアクティブスクイーズ空気軸受は,圧電素子の高周波振動によっ発生するスクイーズ空気膜を用いた回転軸の完全非接触支持と,精密位置決めに用いられる圧電素子の変位制御により,運動誤差をリアルタイムに補正することで超高精度な回転軸系を実現できる.本年度は,ラジアル軸受の特性を評価するために,スラスト荷重は静圧空気案内で支持し,回転力の伝達は磁気カップリングによって非接触で行う装置を製作した.この結果,ラジアルスクイーズ空気膜の特性実験を高い再現性の下で行うことができた.1.駆動振幅2μm,平均すき間13μmの場合,駆動周波数500Hz以上で,安定したスクイーズ空気膜が発生した.2.駆動周波数1000Hz,駆動振幅2μm,平均すき間9μmにおいて,空気膜の剛性は2.2N/μmであった.3.回転軸のアクティブ運動誤差補正を行った結果,補正前に5μmであった半径方向運動誤差は,完全に補正された.以上の結果,ここで提案した手法の有効性が実験的に確認された.