ベローズとシリンダからなる粗微動空気圧アクチュエータによるサブナノポジショニング

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空気圧サーボアクチュエータを用いることで, 発熱がなく磁場の影響を受けない精密位置決め粗微動ステージを開発し, サブナノオーダーの位置決めを実現することを目的とした研究の最終年度(2年目)として, 下記の成果が得られた.1. 空気圧ベローズアクチュエータを用いた微動ステージを除振台上に設置して, 位置決め特性を評価した. 制御用サーボ弁には研究者らが開発したスリット機構を用いたが, 昨年と比較して最大流量の小さい新型のものを採用し, 流体振動の抑制と制御性能の向上を目指した. さらに, オブザーバを用いたフィードバック制御方法を実装した. その結果,全変位領域(±100μm)において7nm以下の位置決め精度が達成できることを実験によって確認した.2. 粗動ステージである静圧軸受け機構を用いた最大変位100mm, 付加重量90Kgのセラミックス製の空気圧サーボテーブルにおいては, ステージとサーボ弁間の配管の影響について実験的に考察した. その結果, 配管長と内径によってサーボ弁の固有周期を適切に調整することで, 0.4μm以下の位置決め精度が確保できることを実験によって明らかにした.3. 粗動ステージ上に微動ステージを搭載した粗微動ステージを構成し, 粗動ステージの位置決め誤差を微動ステージで補償する制御方法を提案し, 実装した. 位置決め制御実験を行い, 20mmストロークの移動に対して, 2.0μm以下の位置決め誤差を微動ステージによって補償し, 50nm以下の位置決め精度が実現できることを示した. さらなる精度の向上には粗動ステージの振動抑制が重要であることがわかった.