ボールねじ駆動によるサブナノメートル位置決めの研究：停止状態の安定性と位置決め分解能に関する実験と考察

摘要

ボールねじは，回転運動を直動変位に変換する幾何学的機能を持つとともに，軸方向負荷に対する剛性を機構自身で発揮できるため，工作機械をはじめとする高負荷をともなう位置決め機構において最も一般的に用いられてきた位置決め要素である．一方，リニアエンコーダの分解能が 10pm（ピコメートル）レベルに達するまで飛躍的に向上しており，ボールねじ機構においてもさらなる分解能の向上が期待されている．前報では，分解能 70 pm のリニアエンコーダと空気静圧案内を用いた位置決め実験システムを構成した．本報では，サブナノメートルレベルの微動動作におけるねじ軸の回転挙動とステージの変位挙動との関係を明らかにし，さらに停止保持状態における定常振動をCAS（累積振幅スペクトル）で評価し，機構の振動特性との関係を考察する．また安定性を向上させ残留振動を低減するためにオイルフィルムダンパをステージに適用し，その効果を検証する．