精密軸受回転誤差の結晶格子を基準とするピコメートル直接計測法の開発

点击翻译按钮获取中文摘要

精密軸受の運動誤差に対する要求が、最近ではサブナノメートルに至る例が出てきている。特に、軸受の横運動誤差(ラジアルモーション)に対する要求が厳しい。現状の運動誤差測定は、基準となる真円標準あるいは真球標準を用いマルチステップ法・反転法・マルチプローブ法などで行われるが、真円標準の形状誤差が混入する。また測定自体の精度もナノメートルオーダではない。この欠点を克服するために、格子間隔がおよそ0.246nmである、グラファイト結晶と結晶表面の原子を解像可能な走査型トンネル顕微鏡を複合し、軸受のラジアルモーションエラーを直接測定する手法を提案開発した。この方法では、軸受正面に2次元変位のリファレンスであるグラファイト結晶格子を配置し、これを軸受上部に固定したSTMヘッド(探針スキャナと探針)で観察する。STMヘッドに準リアルタイムマルチプローブ法を適用することで、軸受のラジアルモーションに伴う横方向の2次元変位を測定する。マルチプローブ法として、6点法を開発した。これは、STMヘッドの探針スキャナに高速円運動ディザ振動を加え、円上の正6角形を形成する6点からのトンネル電流を加算演算することで軸受の横方向変位を、グラファイト結晶格子の単位基本並進ベクトル(ベクトルの大きさ0.246nm、ベクトル間のなす角0度)の線形和で得ようとするものである。軸受の回転に同期して、上の6点を動かせば、軸受のラジアルモーションをグラファイト結晶格子の基本並進ベクトルで直接計測可能である。横方向2次元変位測定法である6点法と静電容量型変位センサと比較した。この結果、6点法は格子間隔の1/20以下の精度(20pm)を持つ可能性があることが判った。今後は精密軸受のラジアルモーションをこの手法で直接計測する。