| 第1編 位置決め技術の基礎 |
| 第1章 総論 |
| 第1節 精密・超精密位置決め技術までの道のりと位置決めの基礎 |
| 1.1 精密と超精密 27 |
| 1.1.1 超精密のはじまり 27 |
| 1.1.2 日本での超精密 28 |
| 1.1.3 日本発ナノテクノロジー 29 |
| 1.1.4 「精密位置決め」と「超精密位置決め」の数値認識の変遷 30 |
| 1.2 位置決めの基礎 31 |
| 1.2.1 位置決めのための運動 31 |
| （1） 直線運動31 |
| （2） 回転運動32 |
| 1.2.2 位置決めのための3つの制御方式 32 |
| （1） 開ループ制御 32 |
| （2） セミクローズド制御 33 |
| （3） 閉ループ（クローズドループ）制御 33 |
| 1.3 位置決めの形態 33 |
| 1.3.1 間欠位置決め（PointtoPOint，PTP方式）33 |
| 1.3.2 連続位置決め（CP方式）34 |
| 1.4 位置決め誤差と位置決め分解能 34 |
| 1.4.1 位置決め誤差 34 |
| 1.4.2 位置決め分解能35 |
| 第2節 精密・超精密位置決め技術の現状 |
| 2.1 超精密・高速達成の秘訣 37 |
| 2.1.1 ステツパのXYステージ 39 |
| 2.1.2 ピコメートル位置決め具体例 39 |
| 2.1.3 ボールねじvsリニアモータ 40 |
| （1） 両者の比較 40 |
| （2） ボールねじでも工夫次第で1mm分解能が可能 42 |
| （3） リニアモータなら10pmレベルも可能 43 |
| 2.1.4 インテリジェント制御法による超精密位置決め 44 |
| 第3節 超精密位置決めが可能になった理由 |
| 3.1 高精度・高分解能を得る方法 46 |
| 3.1.1 粗微動による方法 46 |
| 3.1.2 変位センサの分解能と精度向上 47 |
| 3.1.3 コントローラの性能向上 48 |
| 第4節 期待される次世代技術と問題点 |
| 4.1 文献調査から見た動向 50 |
| 4.1.1 文献調査の概要 50 |
| 4.1.2 位置決めを構成する技術 50 |
| 4.1.3 文献調査から見た動向 51 |
| （1） 位置決めの技術要素 51 |
| （2） 位置決めに適用された制御手法 51 |
| （3） 振動制御に適用された制御手法 51 |
| （4） 摩擦に対して適用された制御手法 51 |
| （5） 位置決め対象装置 52 |
| （6） 工作機械の技術要素 52 |
| （7） テーブルの技術要素 54 |
| 4.1.4 文献標題集に見るトピックス 54 |
| （1） 超精密位置決め装置 54 |
| （2） 位置センサ 54 |
| （3） 制御手法 54 |
| （4） 位置決め装置のモデル化 54 |
| 4.2 アンケート調査から見た動向 55 |
| 4.2.1 位置決めグレードの認識 55 |
| 4.2.2 回答者が関心を持っている装置の詳細 56 |
| （1） 関心を持っている装置の仕様 56 |
| （2） 位置決め精度 58 |
| （3） 使用している機器・要素 58 |
| （4） 制御系 59 |
| 4.2.3 理想とする位置決め装置 60 |
| 4.2.4 位置決めに関する意見・提言 60 |
| 第2章 基幹性能を支配する現象と原因 |
| 第1節 形と運動と位置決めの精度と支配要因 |
| 1.1 位置決め機構の拘束と自由度 63 |
| 1.2 形と偏差 64 |
| 1.2.1 寸法公差と幾何偏差 64 |
| 1.2.2 幾何偏差から運動誤差へ 65 |
| 1.3 運動における誤差成分 65 |
| 1.3.1 同次変換による運動の記述 65 |
| 1.3.2 直動ステージの場合 66 |
| 1.3.3 アッベの原理 66 |
| 1.3.4 直交座標型位置決め機構 67 |
| 1.3.5 関節型位置決め機構 67 |
| 1.3.6 回転軸の運動誤差 67 |
| 1.4 位置決め機構の構成原理と精度上の特質 68 |
| 1.5 位置決め制御の力学と位置決め誤差 69 |
| 1.5.1 フィードバック制御―PID制御と定常偏差 69 |
| 1.5.2 外乱と計測ノイズ 71 |
| 1.5.3 送りねじ機構と多慣性制御系 72 |
| 1.6 位置決め精度の実際 73 |
| 1.6.1 PTP位置決め特性 73 |
| 1.6.2 位置決め誤差（偏差）の定義 73 |
| 1.6.3 両方向位置決め特性 75 |
| 1.6.4 工作機械の位置決めで精度評価方法 76 |
| 1.6.5 産業用ロボットの位置決めJ性能 77 |
| 1.6.6 目標軌跡追従制御によるPTP位置決めとセンサ性能 77 |
| 1.6.7 位置決め分解能 78 |
| 1.6.8 追従誤差 79 |
| 1.7 位置決め精度の支配要因 81 |
| 1.7.1 精密位置決め機構の性能の現状 81 |
| 1.7.2 位置決め機構の概念構成と誤差要因 81 |
| 第2節 弾性変形 |
| 2.1 弾性体を支配する方程式 84 |
| 2.1.1 応力の平衡方程式 84 |
| 2.1.2 ひずみ－変位関係式 84 |
| 2.1.3 ひずみの適合条件式 85 |
| 2.1.4 応力―ひずみ関係式 85 |
| 2.1.5 平面応力，平面ひずみ 85 |
| 2.2 境界条件 86 |
| 2.3 Airyの応力関数 86 |
| 2.4 仮想仕事の原理 87 |
| 2.5 形状創成理論に基づく解析の基礎 87 |
| 2.6 弾性変形を考慮した解析手順 88 |
| 2.7 位置決め誤差による工作機械設計指針の導出 89 |
| 第3節 熱変形 |
| 3.1 工作機械の熱変形挙動 91 |
| 3.2 熱変形機構と熱変形対策の基本 92 |
| 3.3 熱変形解析と精度補償技術 94 |
| 3.4 工作機械主軸系の冷却法と熱変形対策 95 |
| 3.5 工作機械送り系の熱変形挙動と対策 96 |
| 第4節 振動特性 |
| 4.1 機械系の振動特性 99 |
| 4.1.1 振動制御系としての機械要素 99 |
| 4.1.2 コンブライアンスによる振動制御 100 |
| 4.1.3 伝達特性による振動制御 100 |
| 4.2 応答からみた振動特性 101 |
| 4.2.1 外乱と振動特性101 |
| 4.2.2 時系列応答と振動特性 101 |
| 4.2.3 制御目標と振動特性 102 |
| 4.3 誤差と振動特性（機械の許容振動）102 |
| 4.3.1 精密機器の誤差ダイナミクス 102 |
| 4.3.2 微振動感度と許容振動値103 |
| 4.4 振動制御技術 103 |
| 4.4.1 パッシブ手法の問題点と制御103 |
| 4.4.2 アクティブ制御技術 104 |
| 4.5 精密機器の設置環境 105 |
| 4.5.1 微振動許容値105 |
| 4.5.2 機械基礎の振動特性106 |
| 第5節 界面特性とトライボロジー |
| 5.1 精密位置決めにおけるトライボロジー 108 |
| 5.2 トライボロジーの基礎 109 |
| 5.2.1 しゅう動形態 : すべりと転がり109 |
| （1） すべり要素 109 |
| （2） 転がり要素 112 |
| 5.2.2 摩耗機構と摩耗制御 112 |
| （1） 摩耗機構と耐摩耗材料 112 |
| （2） 摩耗制御 113 |
| 5.3 精密位置決めのためのトライボロジー技術 113 |
| 5.3.1 摩擦力を駆動源とする精密位置決めステージ 113 |
| （1） 超音波モータを駆動源とする精密位置決めステージに要求される耐摩耗特性 114 |
| （2） 超音波モータを駆動源とする精密位置決めステージのための摩耗制御 114 |
| 5.3.2 超精密位置決めのためのトライボロジー117 |
| 第3章 精密位置きめシステムの構成要素技術 |
| 第1節 基本構造体 |
| 1.1 構造体と材料 118 |
| 1.1.1 鋳物構造体 119 |
| 1.1.2 溶接構造体 120 |
| 1.1.3 セラミックス 122 |
| （1） 位置決めシステム構成要素に求められるもの 122 |
| （2） アルミナセラミックスの特徴 122 |
| （3） 低熱膨張セラミックス 124 |
| 1.1.4 グラナイト 125 |
| （1） グラナイトの特徴 125 |
| （2） 設計方法 127 |
| 1.2 防振支持要素 129 |
| （1） 空気ばね 129 |
| （2） サーボバルブ 129 |
| （3） 電磁アクチュエータ 129 |
| （4） 振動センサ 130 |
| （5） 位置センサ 130 |
| （6） 圧力センサ 130 |
| （7） 配管と配線引き回し 131 |
| （8） 防振指示脚の構造 131 |
| （9） 制御 132 |
| （10） 支持脚の配置 132 |
| （11） 多重防振機構 133 |
| 1.3 締結技術 134 |
| 1.3.1 位置決め性能へのボルト締結部の影響 134 |
| 1.3.2 機械本体組立精度向上のためのボルト締結の基本 134 |
| 1.3.3 構造体のボルト締結部の高岡｝性化技術 134 |
| （1） 静剛性 134 |
| （2） 動剛性向上の基本 137 |
| 第2節 案内要素 |
| 2.1 転がり案内 138 |
| 2.1.1 転がり案内の歴史 138 |
| 2.1.2 転がり案内の構造 133 |
| 2.1.3 ボールリテーナ付き転がり案内の性能 139 |
| 2.1.4 最新技術動向 140 |
| 2.1.5 便用例 141 |
| 2.2 すべり案内 142 |
| 2.2.1 すべり摩擦特性について 142 |
| 2.2.2 スティックスリップの発生 143 |
| 2.2.3 摩擦力変動と位置決め分解能 144 |
| 2.2.4 すくり案内面の形式 145 |
| 2.3 静圧案内 146 |
| 2.3.1 静圧潤滑の基礎 146 |
| 2.3.2 静圧案内面の設計 147 |
| 2.3.3 能動型静圧案内面 149 |
| 2.4 磁気浮上案内 152 |
| 2.4.1 磁気浮上 152 |
| 2.4.2 磁気浮上システムの構成 152 |
| （1） 磁気浮上系の最小構成 152 |
| （2） 磁気浮上案内の基本構成 153 |
| 2.4.3 磁気浮上案内の特徴 153 |
| （1） 非接触案内 153 |
| （2） 制御型案内 153 |
| （3） 多自由度位置決め機能 154 |
| 2.4.4 単純構造の磁気浮上案内 155 |
| 2.5 弾性変形案内 157 |
| 2.5.1 円弧ヒンジと大ストローク円弧ヒンジ 157 |
| 2.5.2 円弧ヒンジと大ストローク円弧ヒンジの変位角計算比較 157 |
| （1） 円弧ヒンジの変位角計算 157 |
| （2） 大ストローク円弧ヒンジの変位角計算 158 |
| 2.5.3 円弧ヒンジと大ストローク円弧ヒンジの応用例 158 |
| 第3節 動力伝達機構 |
| 3.1 送りねじ 160 |
| 3.1.1 ボールねじ 160 |
| 3.1.2 ローラねじ 164 |
| 3.1.3 すべりねじ 164 |
| 3.1.4 静圧ねじ 164 |
| 3.2 摩擦駆動機構 165 |
| 3.2.1 摩擦駆動機構への注目 165 |
| 3.2.2 キャプスタン摩擦駆動機構の普及とその位置決め性能の限界 166 |
| 3.2.3 ツイストローラ摩擦駆動の提案とその可能性 168 |
| 3.3 カップリング要素 171 |
| 3.3.1 カップリングの分類 171 |
| 3.3.2 心ずれの種類 172 |
| 3.3.3 ねじり岡I性 172 |
| 3.3.4 回転伝達誤差 172 |
| 3.3.5 軸反力 174 |
| 3.3.6 補正式カップリングの伝達特性 174 |
| 3.3.7 くさび式摩擦継手 174 |
| 3.4 減速機装置 176 |
| 3.4.1 各種減速機装置 176 |
| （1） 歯車対 176 |
| （2） 遊星歯車機構177 |
| （3） 遊星歯車機構から派生した減速機 178 |
| 3.4.2 減速機の性能評価指標 180 |
| 第4章 アクチュエータ |
| 緒言 182 |
| 第1節 電磁アクチュエータ |
| 1.1 ACサーボモータ 184 |
| 1.1.1 最近の動向 184 |
| 1.1.2 ACサーボモータの種類と特徴 184 |
| （1） 電機子特性 184 |
| （2） 界磁特性 185 |
| 1.1.3 ダイレクトドライブモータの種類と特徴 185 |
| 1.1.4 ACサーボモータの動作原理 186 |
| 1.1.5 ACサーボモータ選定のポイント 189 |
| 1.1.6 今後の動向 189 |
| 1.2 ステッピングモータ 190 |
| 1.2.1 ステッピングモータの特徴 190 |
| 1.2.2 ステッビングモータがオープンループで動作できる理由 191 |
| 1.2.3 ステップ角を決める要素 191 |
| 1.2.4 ステッピングモータの構造 192 |
| （1） PM形ステッピングモータ 192 |
| （2） HB形ステッピングモータ 192 |
| 1.2.5 ステッピングモータによる位置決め精度向上策 193 |
| （1） コギングトルクの低減設計 193 |
| （2） 位置決め精度を向上させるモータ選定法 193 |
| （3） 駆動方式による位置決め精度 195 |
| 1.3 リニアモータ 196 |
| 1.3.1 リニアモータの応用分野と特徴 196 |
| 1.3.2 精密位置決めに用いられるリニアモータ 196 |
| 1.4 多自由度アクチュェータ 199 |
| 1.4.1 多自由度アクチュエータの特長 199 |
| 1.4.2 多自由度アクチュエータの開発状況 200 |
| 1.4.3 球面モータ型レーザ追尾距離測定装置 201 |
| 1.5 ボイスコイルモータ 203 |
| 1.5.1 磁気ディスク装置 203 |
| 1.5.2 磁気ディスク装置の構造 203 |
| 1.5.3 VCM（ボイスコイルモータ）204 |
| 1.5.4 HDDのアクチュエータの研究動向 205 |
| 第2節 固体アクチュエータ |
| 2.1 圧電アクチュエータ 206 |
| 2.1.1 圧電アクチュエータの形状と基本特性 206 |
| 2.1.2 圧電アクチュエータの特徴 207 |
| 2.1.3 圧電アクチュェータの技術動向 208 |
| 2.1.4 圧電アクチュエータのモデル化 210 |
| 2.1.5 圧電アクチュエータの設計上の留意点 210 |
| 2.1.6 圧電アクチュエータの技術的課題 211 |
| 2.2 超音波モータ 212 |
| 2.2.1 原理と物理 212 |
| （1） 構成例と原理 212 |
| （2） 効率について 213 |
| 2.2.2 具体例 214 |
| （1） VSMモータ 214 |
| （2） 弾性表面波モータ 215 |
| 2.3 磁歪アクチュエータ 217 |
| 2.3.1 Fe-Ga合金（Galfenol）の材料特性と精密加工 218 |
| 2.3.2 マイクロ磁歪振動子 218 |
| 2.3.3 位置決めデバイス 220 |
| 第3節 液体アクチュエータ |
| 3.1 油圧アクチュエータ 221 |
| 3.1.1 油圧の特徴 221 |
| 3.1.2 サーボ弁とサーボボンプ 222 |
| 3.1.3 関連事項 224 |
| 3.1.4 力の制御 224 |
| 3.1.5 サーボを使わない高精度位置決め 225 |
| 3.2 空気圧アクチュエータ 226 |
| 3.2.1 空気圧アクチユエータの動向 226 |
| 3.2.2 空気圧アクチュエータの基本特性 226 |
| 3.2.3 空気圧シリンダ 226 |
| 3.2.4 回転形アクチュエータ 227 |
| 3.2.5 弾性変形アクチュエータ 227 |
| 3.2.6 ソフトアクチユエータ 228 |
| 3.2.7 空気圧ゴム人工筋 228 |
| 3.3 機能性流体 230 |
| 3.3.1 機能性流体の概要 230 |
| 3.3.2 ERFを応用したマイクロアクチュエータ 230 |
| 3.3.3 MRFを応用したマイクロアクチュエータ 232 |
| 3.3.4 ECFを応用したマイクロアクチュエータ 232 |
| 第4節 静電マイクロアクチュエータ |
| 4.1 種々の静電マイクロアクチユエータ 235 |
| 4.2 インチワーム静電アクチュエータ 236 |
| 4.2.1 微小駆動部とラッチをもつインチワーム静電アクチュエータ 236 |
| 4.2.2 スクラッチ駆動静電アクチュエータSDA 236 |
| 4.2.3 インパクト駆動アクチュエータ 237 |
| 4.3 対向探針のギャップ間隔のナノ位置決め 237 |
| 第5節 高分子アクチュエータ |
| 5.1 高分子アクチュエータの概要 239 |
| 5.2 EAPアクチュエータの各論 240 |
| 5.2.1 イオン性高分子―金属複合体 240 |
| 5.2.2 導電性高分子 240 |
| 5.2.3 イオンゲル 241 |
| 5.2.4 誘電性エラストマー 242 |
| 5.2.5 液晶エラストマー 242 |
| 第5章 センサと計測システム |
| 第1節 変位センサ |
| 1.1 レーザ干渉測長機 244 |
| 1.1.1 光波干渉測長法 244 |
| （1） ホモダイン法 244 |
| （2） へテロダイン法 245 |
| （3） 測長計の高分解能化 245 |
| 1.1.2 干渉側長における課題 245 |
| （1） 周期誤差（サイクリックエラー）245 |
| （2） 環境補正 246 |
| （3） 干渉計の調整 246 |
| 1.1.3 超精密側長技術 246 |
| （1） 光ズーミング 246 |
| （2） 光周波数走査法 247 |
| 1.2 リニアエンコーダ 248 |
| 1.2.1 モアレ型エンコーダ 248 |
| 1.2.2 干渉型エンコーダ 250 |
| 1.2.3 その他のエンコーダ 250 |
| 1.2.4 エンコーダの改良例 251 |
| （1） 変調周期格子 251 |
| （2） 淳波路干渉型エンコーダ 251 |
| 1.3 多自由度サーフェスエンコーダ 252 |
| 1.3.1 サーフェースエンコーダによるXY2自由度位置検出原理 252 |
| 1.3.2 XYサーフェスエンコーダ検出の多自由度化 253 |
| （1） マルチプローブ型XYθz3自由度サーフェスエンコーダ 253 |
| （2） レーザビーム走査型XYθxθyθz5自由度サーフェスエンコーダ 253 |
| 1.4 原子グリッドエンコーダ 258 |
| 1.4.1 2グラファイト結晶格子とSTMを用いた原子グリッドエンコーダの原理 258 |
| （1） 1個の結晶配列を用いる方法（3点原子エンコーダ法） 258 |
| （2） 2個の結晶配列を用いる方法（8点原子エンコーダ法） 258 |
| （3） ディザ振動による準実時間多点トンネル電流計測 259 |
| 1.4.2 実験装置と実験結果 260 |
| （1） 実験装置と計測システム 260 |
| （2） 2次元変位測定実験結果 260 |
| 1.4.3 今後の展開と結言 261 |
| 1.5 静電容量型変位センサ 263 |
| 1.5.1 基本特性 263 |
| 1.5.2 基本原理 263 |
| 1.5.3 センシング技術 264 |
| 1.5.4 測定精度 265 |
| （1） 測定分解能 265 |
| （2） 出力直線性 265 |
| （3） 出力温度特性 265 |
| （4） 出力安定性 265 |
| （5） 周波数応答 266 |
| 1.5.5 測定対象 266 |
| （1） グラウンドが不完全な測定 266 |
| （2） グラウンドが不完全な測定 266 |
| （3） 非金属材を対象とした測定 267 |
| 1.5.6 測定表面上の膜圧の影響 267 |
| 1.5.7 測定面分解能 267 |
| 1.5.8 取り付け時の留意点 267 |
| 1.5.9 応用例 268 |
| 第2節 角度センサ |
| 2.1 ロータリエンコーダ 269 |
| 2.1.1 ロータリエンコーダの構成 269 |
| 2.1.2 インクリメンタル型とアブソリュート型 269 |
| 2.1.3 回転軸の連結 269 |
| 2.1.4 ロータリエンコーダの精度 270 |
| 2.1.5 複数検出部を用いた偏心誤差の低減 271 |
| 2.1.6 ロータリエンコーダの校正 271 |
| 2.1.7 トレーサビリティ体系 272 |
| 2.2 オートコリメータ 274 |
| 2.2.1 オートコリメータの基本原理 274 |
| 2.2.2 オートコリメータの特徴 274 |
| 2.2.3 実際のオートコリメータ 275 |
| 2.2.4 特徴的オートコリメータ 275 |
| （1） 高感度マイクロ角度センサー 275 |
| （2） 高角角度センサー 276 |
| （3） 複合センサー 277 |
| 第3節 速度，加速度センサ |
| 3.1 レーザドップラ振動計 278 |
| 3.1.1 レーザドップラ振動計の動作原理 278 |
| 3.1.2 レーザドップラ振動計の特徴 279 |
| （1） 高空間分解能 280 |
| （2） 広い計測帯域，ダイナミックレンジ 281 |
| （3） 拡張性，柔軟性 281 |
| 3.1.3 レーザドップラ振動計を使った計測 282 |
| 3.1.4 フリンジカウント変位計ユニットを使った動弁系計測 282 |
| 3.2 加速度ピックアップ 284 |
| 3.2.1 静加速度と動加速度（振動）284 |
| 3.2.2 サイズモ系 285 |
| 3.2.3 MEMS技術で構成した加速度センサの特性例 286 |
| 3.2.4 MEMS加速度センサの構造例 286 |
| 第4節 ビジョンセンサ |
| 4.1 光学系 290 |
| 4.1.1 カメラレンズ 290 |
| 4.1.2 被写界深度 291 |
| 4.1.3 テレセントリック光学系 291 |
| 4.1.4 照明 291 |
| 4.2 撮像素子 292 |
| 4.2.1 CCD型イメージセンサ 292 |
| 4.2.2 CMOS型イメージセンサ 292 |
| 4.2.3 CCD型センサとCMOS型センサの違い 293 |
| 4.2.4 出力方式 293 |
| 4.2.5 ラインセンサ 294 |
| 4.3 画像処理による位置決め 294 |
| 4.3.1 多値画像からの対象検出 294 |
| 4.3.2 2値画像からの対象検出 294 |
| 4.3.3 サブピクセル位置推定 295 |
| 第5節 計測評価システム |
| 5.1 形状測定機 296 |
| 5.1.1 計状測定 296 |
| 5.1.2 3次元測定機 296 |
| （1） 3次元測定機の位置づけ 296 |
| （2） 3次元測定機の構造 297 |
| （3） プロービングシステム 297 |
| （4） 座標測定の方法 298 |
| （5） プローブ径とプローブ位置の校正 298 |
| （6） 形状測定の方法 299 |
| 5.1.3 幾何形状の測定および真円度測定機 299 |
| （1）幾何偏差 299 |
| （2）真円度測定器 300 |
| 5.1.4 粗さ測定機 300 |
| （1） 表面性状とフィルタ 300 |
| （2） 表面性状のパラメータ 300 |
| （3） 表面性状の測定方法 301 |
| （4） 触針式表面粗さ測定機 301 |
| 5.2 干渉計 302 |
| 5.2.1 干渉計測とニュートンリング 302 |
| 5.2.2 干渉計の光源 303 |
| 5.2.3 干渉縞の記録 303 |
| 5.2.4 干渉計測で利用されている代表的な干渉計 303 |
| （1） フィゾー干渉計 303 |
| （2） マイケルソン干渉計,トワイマン・グリーン干渉計 303 |
| （3） マッハ・ツェンダー干渉計 304 |
| （4） その他の干渉計測 304 |
| 1） スペックル干渉計 304 |
| 2） 斜入射干渉計 305 |
| 3） 対物レンズを用いた干渉計 305 |
| 4） シェアリング干渉計 306 |
| 5.2.5 縞走査技術（縞解析の高分解能化 306 |
| （1） 時間的縞解析法 306 |
| （2） 空間的縞解析法 307 |
| （3） へテロダイン干渉法 307 |
| 5.3 レーザ顕微鏡 308 |
| 5.3.1 レーザ走査顕微鏡 308 |
| 5.3.2 共焦点得レーザ走査光学顕微鏡による2次元分解能 309 |
| 5.3.3 2光子励起蛍光顕微鏡 311 |
| 5.4 走査型プローブ顕微鏡（SPM） 313 |
| 5.4.1 レーザ干渉計搭載型SPM 313 |
| 5.4.2 リニアエンコーダ搭載型SPM 315 |
| 5.4.3 グリッドエンコーダ搭載型SPM 316 |
| 5.4.4 側壁測定用プローブと測定モード 316 |
| 第6章 位置決めの制御法と制御装置 |
| 第1節 位置決めシステムのダイナミクス |
| 1.1 位置決めシステムの代表的な構成とその基本特性 319 |
| 1.2 精密機構のモデリング 323 |
| 1.3 マイクロダイナミクス 328 |
| 1.4 工作機械の代表的な運動誤差要因（象限突起）332 |
| 1.4.1 運動方向反転時の摩擦特性 332 |
| 1.4.2 運動方向反転時の速度と加速度 333 |
| 1.4.3 象限突起の発生メカニズム 335 |
| 1.4.4 向心加速度と象限突起高さとの関係 336 |
| 1.4.5 象眼突起の発生に影響を及ぼす因子 336 |
| 第2節 位置決めシステムに求められる性能と評価指標 |
| 2.1 評価指標とシステム特性 338 |
| 2.1.1 評価指標の基本 338 |
| 2.1.2 汎用的な評価指標 339 |
| （1） 目標値追従性 339 |
| （2） 安定性 340 |
| 2.1.3 位置決めシステムの評価指標 340 |
| （1） 目標値追従性 340 |
| （2） ロバスト性 342 |
| 2.2 性能とコントローラ構造 342 |
| 2.3 制御性能と制御方法 344 |
| 第3節 位置決め制御の動向 |
| 3.1 半導体露光装置（ステッパ）の動作の変化 346 |
| 3.2 ハードディスクの構造の変化 347 |
| 3.3 位置決め制御系と防振系、機台系との連成 348 |
| 3.4 パワーアンプ 349 |
| 3.5 最新の制御方法 349 |
| 第4節 古典制御によるアプローチ |
| 4.1 サーボモータによる位置決め系 351 |
| 4.2 補償の要素と開ループ系による設計 351 |
| 4.3 マイナーループを使った実際設計 352 |
| 4.3.1 電流ループの設計 352 |
| 4.3.2 速度ループの設計 352 |
| 4.3.3 位置ループの設計 353 |
| 4.4 特性改善のための工夫 353 |
| 4.4.1 フィードフォワード補償 353 |
| 4.4.2 飽和への対処 354 |
| 4.4.3 振動への対処 354 |
| 第5節 現代制御によるアプローチ |
| 5.1 制御の基本的考え方 355 |
| 5.1.1 応答に関して 355 |
| 5.1.2 安定性に関して 356 |
| 5.2 現代制御による設計 356 |
| 5.2.1 設計の考え方 356 |
| 5.2.2 内部モデル原理 356 |
| 5.2.3 状態方程式による位置決め系の定式化 357 |
| 5.2.4 定常偏差補償器 357 |
| 5.2.5 位置決め系の可制御性 358 |
| （1） 可制御性の定義 358 |
| （2） 可制御性の条件 358 |
| （3） 状態フィードバックの設計 358 |
| 第6節 代表的なロバスト制御法 |
| 6.1 スライディングモード制御 360 |
| 6.1.1 スライディングモード制御の考え方 360 |
| （1） 基本的動作 360 |
| （2） 制御則 360 |
| （3） ロバスト性 361 |
| 6.1.2 精密位置決め機構への適用 361 |
| （1） 送りねじ位置決め機構とそのモデル 361 |
| （2） 制御系設計手順 362 |
| 6.1.3 位置決め特性 363 |
| （1） 設計仕様とその達成度 363 |
| （2） ロバスト性能 364 |
| 6.2 繰返し制御とオートチューニング 365 |
| 6.2.1 繰返し制御 365 |
| （1） 繰返し制御系の安定化 365 |
| （2） 予見繰返し制御 366 |
| 6.2.2 オートチューニング 368 |
| 6.3 モデルベースの制御系設計 369 |
| 6.3.1 制御対象モデル 369 |
| 6.3.2 モデルベースの制御系設計 370 |
| （1） 位置指令生成への利用 370 |
| （2） フィードフォワード制御への利用 370 |
| （3） フィードバック制御への利用 371 |
| 第7節 外乱にロバストなオブザーバによる制御法 |
| 7.1 位置制御系におけるPI制御と状態フィードバック 374 |
| 7.2 外乱にロバストなオブザーバ（周波数領域における構成）374 |
| 7.3 PI制御系への外乱にロバストなオブザーバの適用 375 |
| 第8節 位置決めにおける非干渉制御法 |
| 8.1 非干渉制御 378 |
| 8.2 具体的設計法 379 |
| 8.3 極の設定 380 |
| 8.4 具体例 380 |
| 第7章 シュミレーションを用いた設計技術と性能評価技術 |
| 第1節 工作機械のシミュレーションと設計技術 |
| 1.1 緒論 383 |
| 1.2 設計工程 383 |
| 1.3 有限要素法によるシミュレーション 383 |
| 1.4 熱解析 386 |
| 1.5 結論 387 |
| 第2節 工作機械の精度評価技術 |
| 2.1 工作機械の運動精度評価法 388 |
| 2.1.1 マシニングセンタの検査規格 388 |
| 2.1.2 ボールバーを用いた円運動精度試験 388 |
| 2.1.3 交差格子スケールを用いた平面内の運動精度試験 390 |
| 2.1.4 個々の機種に対応した精度検査規格 392 |
| 2.1.5 マシニングセンタ以外の検査規格 392 |
| 2.2 3軸加工機の空間精度の評価技術 393 |
| 2.2.1 空間精度の評価 393 |
| 2.2.2 2次元平面上での運動誤差の測定 394 |
| 2.2.3 3次元空間内での運動誤差の測定 395 |
| （1） アーティファクトを用いる方法 395 |
| （2） パッシブな駆動機構を用いた測定器 395 |
| （3） レーザトラッカ 396 |
| （4） ステップ対角線測定 397 |
| 2.3 多軸加工機の精度評価技術 400 |
| 2.3.1 多軸加工機の軸構成 400 |
| 2.3.2 多軸加工機の精度評価規格 400 |
| 2.3.3 幾何偏差の同定方法P 402 |
| 2.3.4 直進軸と旋回軸の同期運動精度 404 |
| 3節 3次元測定機の設計技術と精度評価技術 |
| 3.1 3次元座標測定機の設計技術 409 |
| 3.1.1 CMMの概要と構成技術 409 |
| 3.1.2 設計課題と設計技術の概要 409 |
| 3.1.3 CMMのモデル 410 |
| 3.1.4 制御構造と設計指針 411 |
| 3.1.5 設計例 413 |
| （1） 速度制御ループの安定化補償器 413 |
| （2） 最適レギュレータの構成 414 |
| （3） 最適レギュレータの設計 415 |
| 3.2 座標測定機の評価と校正技術 417 |
| 3.2.1 座標測定機の不確かさ要因 417 |
| （1） 座標測定機概要 417 |
| （2） プロービングシステムの不確かさ 418 |
| （3） CMMの運動による不確かさ 418 |
| （4） CMM測定の不確かさ要因 419 |
| 3.2.2 座標測定機の評価手法 419 |
| 3.2.3 座標測定機の校正手法 420 |
| （1） 幾何学誤差算出法 420 |
| （2） 2次元幾何ゲージによる幾何誤差算出 421 |
| 3.2.4 CMMの遠隔校正法 422 |
| 第4節 サーボモータと駆動制御系のシミュレーション |
| 4.1 ACサーボモータとDCサーボモータ 425 |
| 4.2 ACサーボモータの回転子構造 425 |
| 4.3 ACサーボモータの制御 425 |
| 4.4 モータ駆動制御のシミュレーション 426 |
| 4.4.1 制御演算部のモデル 426 |
| 4.4.2 PWMインバータのモデル 427 |
| 4.4.3 ACサーボモータのモデル 428 |
| 4.5 電磁界解析との達成 429 |
| 4.6 熱解析との連成 429 |
| 4.7 モータ駆動制御シミュレーションの今後 430 |
| 第2編 位置決め技術の適用事例 |
| 〔1〕半導体関連装置 |
| 1.電子ビーム露光装置 |
| 1.1 位置決め精度への要請 435 |
| 1.2 用いられる位置決め技術 436 |
| 1.2.1 電子ビームの位置決め 436 |
| 1.2.2 マスクステージの位置決め 437 |
| 1.2.3 その他の図形位置修正技術 438 |
| 1.3 位置決め精度の誤差要因 439 |
| 1.4 評価 439 |
| 1.5 今後の位置決め技術動向 440 |
| 2.電子ビーム露光装置の歴史とXYステージ |
| 2.1 電子ビーム露光技術の歴史 440 |
| 2.2 XYステージ設計上の諸条件 441 |
| 2.3 XYステージの技術的変遷 442 |
| （1） ステップアンドリピート型ステージ 442 |
| （2） 定速移動型ステージ 443 |
| （3） 可変速連続移動型ステージ 443 |
| 3.半導体露光装置の制御 |
| 3.1 ナノ制御設計での注意点 446 |
| 3.1.1 制御器 446 |
| 3.1.2 離散化手法 446 |
| 3.1.3 離散化による特性変化の考慮 446 |
| 3.1.4 センサ・アクチュエータの分解能 446 |
| 3.1.5 サンプリング 447 |
| 3.1.6 制御遅れ 447 |
| 3.1.7 制御点とサーボ点 447 |
| 3.2 ナノ精度の達成 448 |
| 3.2.1 フィードフォワード部 449 |
| 3.2.2 ILC 449 |
| 3.2.3 外乱オブザーバ 449 |
| 3.2.4 補正マップ部 449 |
| 3.2.5 閉ループ部 449 |
| 3.3 これからの課題 449 |
| 4.液晶関連製造装置 |
| 4.1 精密位置決め装置の用途と駆動方式 451 |
| 4.1.1 用途と駆動方式 451 |
| 4.1.2 駆動方式による特性比較 452 |
| 4.2 液晶製造装置運用大型ステージの構成と性能 454 |
| 4.2.1 機械系の基本構成と制御方式 454 |
| 4.2.2 液晶ステージの構成とその特性評価ら 455 |
| （1） XY駆動型液晶ステージ 455 |
| （2） ガントリ駆動型ステージ 456 |
| （3） リニア転がり案内を用いたガントリ移動型ステージ456 |
| 5.半導体ウエハ用チャック |
| 5.1 チャックの種類と歴史 457 |
| 5.2 チャックへの要求条件 457 |
| 5.3 リングシール型真空ビンチャック 458 |
| 5.3.1 構造 488 |
| 5.3.2 平面矯正能力 458 |
| 5.3.3 ゴミ除去能力 459 |
| 5.3.4 吸着変形 459 |
| 5.3.5 ピウ摩耗 460 |
| 5.4 静圧シール型真空ピンチャック 461 |
| 5.4.1 構造 461 |
| 5.4.2 静圧シール部の真空圧分布 461 |
| 5.4.3 チャック平坦度 461 |
| 5.4.4 周辺矯正能力 462 |
| 6.EUVリソグラフィとマスク技術 |
| 6.1 EUV露光装置 464 |
| 6.1.1 光源 464 |
| 6.1.2 照明光学系 464 |
| 6.1.3 投影光学系 464 |
| 6.1.4 ステージ／チャック 464 |
| 6.1.5 アライメントセンサー 465 |
| 6.1.6 その他（真空ボディ・温調・搬送）465 |
| 6.2 EUVマスク465 |
| 6.2.1 EUVマスクの構造 465 |
| 6.2.2 EUVマスクの課題 466 |
| 6.3 EUV露光装置での重ね合わせ精度 467 |
| 6.3.1 EUV露光装置固有の問題 467 |
| 6.3.2 補正方法 468 |
| 7.ナノインプリント |
| 7.1 ナノインプリントとは 469 |
| 7.2 熱ナノインプリントでのアライメント方法 471 |
| 7.3 UV-NILでのアライメント方法 471 |
| 〔2〕工作機械関連機器 |
| 1.高精密加エ機の運動精度評価 |
| 1.1 高精密加工機の適用範囲 474 |
| 1.2 高精密加工機の構成 474 |
| 1.2.1 軸構成 474 |
| 1.2.2 案内機構 475 |
| 1.2.3 駆動機構 476 |
| 1.2.4 熱対策 477 |
| 1.3 高精密加工機の性能評価 477 |
| 1.3.1 真直度測定 477 |
| 1.3.2 微小移動量測定 478 |
| 1.3.3 円弧補間時の輪郭運動精度測定 478 |
| 2.門型構造の超精密加工機 |
| 2.1 運動転写機能の向上への技術的対応 480 |
| 2.1.1 工作機械の力学的不安定現象と静圧軸受 481 |
| 2.2 超精密化への開発コンセプト 481 |
| 2.2.1 回転および案内運動機構 481 |
| （1） 回転運動機構 481 |
| （2） 直線案内運動機構 481 |
| 2.2.2 リニア・モータ駆動機構 482 |
| 2.3 超精密加工機 483 |
| 2.3.1 割出装置と微小角度（ピッチ）誤差 484 |
| 2.4 加工サンプル 484 |
| 2.5 加工環境 485 |
| 2.5.1 精密温度制御環境（ナノェンヴァイラー） 485 |
| 2.5.2 外部擾乱の除去・除振（ナノスタピライザー） 485 |
| 2.5.3 複雑形状のCAD／CAMソフトによる加工支援 485 |
| 3.超精密自由曲面加工機 |
| 3.1 超精密加工機の概要 486 |
| 3.2 超精密加工機の位置決め技術 487 |
| 3.2.1 スライドテーブル 487 |
| 3.2.2 回転軸 489 |
| 3.3 超精密加工結果 489 |
| 4.超精密加エ機と構成する要素技術 |
| 4.1 超精密加工機の発展の経過 491 |
| 4.2 超精密加工機と適用製品 491 |
| 4.2.1 ボリゴンミラー加工機 492 |
| 4.2.2 超精密非球面加工機 492 |
| （1） ワーク主軸（空気静圧スピンドル） 493 |
| （2） 工具主軸（空気静圧スピンドル） 493 |
| （3） 案内と送り機構と制御 494 |
| （4） 除振装置 495 |
| 4.2.3 精密清人旋盤 495 |
| 4.2.4 超精密門型加工機 496 |
| 5.超精密加工機とその加工事例 |
| 5.1 UltraNANO100の基本仕様 497 |
| 5.2 機械系・制御系の技術要素 498 |
| 5.2.1 セラミックス製構造材料と基本構造 498 |
| 5.2.2 空気静圧ガイド，Z軸バランサ 498 |
| 5.2.3 リニアモータ駆動と制御 499 |
| 5.2.4 除振台 499 |
| 5.2.5 設置環境 499 |
| 5.2.6 加工方法 500 |
| 5.3 加工動作 500 |
| 5.4 加工例 500 |
| 6.超精密送り位置決め装置と自由曲面加工機 |
| 6.1 超精密送り位置決め装置の特性 502 |
| 6.2 送り位置決め装置の概要 502 |
| 6.2.1 静圧ねじ方式送り位置決め装置 502 |
| 6.2.2 測長フィードバック系 503 |
| 6.2.3 真直精度 503 |
| 6.2.4 位置決め精度 503 |
| 6.2.5 移動分解能 503 |
| 6.3 超精密加工機への適用事例 504 |
| 6.3.1 自由曲面加工機の構成 504 |
| 6.3.2 自由曲面の加工方式 504 |
| 6.3.3 機上計測システム 504 |
| 6.3.4 補正加工システム 505 |
| 6.3.5 自由曲面加工機における加工例 505 |
| 6.4 超精密加工の周辺技術 505 |
| 6.4.1 FTS加工事例 505 |
| 6.4.2 リニアモータ方式の送り位置決めテーブル 505 |
| 6.4.3 静圧ねじ方式とリニアモータ方式の比較 506 |
| 7.パラレルメカニズム工作機械 |
| 7.1 加工分野のニーズ 507 |
| 7.2 パラレルメカニズムエ作機械の構造と特徴 507 |
| 7.2.1 機械構造 507 |
| 7.2.2 パラレルメカニズム用CNC 508 |
| 7.3 キャリブレーション（校正）508 |
| 7.3.1 誤差原因の定義 508 |
| 7.3.2 DBB測定のための測定用ジグ 509 |
| 7.3.3 位置決め精度の向上 509 |
| 7.4 基本性能の加工評価 509 |
| 7.5 加工事例 510 |
| （1） 自動車用オートマチックトランスミションケース 510 |
| （2） タイヤ側面の文字・模様の金型サンプル 510 |
| （3） 航空機部品サンプル 510 |
| 8.複合加エ機 |
| 8.1 緒論 511 |
| 8.2 複合加工機の構造上の問題点 511 |
| 8.3 従来機のDBB法による精度調整と精度低下の原因診断 512 |
| （1） 従来機の精度調整 512 |
| （2） 運動精度低下の原因診断 512 |
| 8.4 複合加工機の構造改善 514 |
| （1） 姿勢変化の許容限度 514 |
| （2） 対象機械の仕様 515 |
| （3） 姿勢変化の許容値の計算 515 |
| （4） Yt軸ピッチングの原因と対策 515 |
| 8.5 複合加工機Bの姿勢変化およびDBB測定結果と考察 515 |
| 9.5軸マシニングセンタ（、Dモータ回転軸） 517 |
| 9.1 緒論 517 |
| 9.2 DDモータ 517 |
| 9.3 5軸マシニングセンタの仕様 517 |
| 9.4 5軸マシニングセンタの設計 518 |
| 9.5 ダイレクト・ドライブモータの設計 518 |
| 9.6 ダイレクト・奴隷部モータの5軸マシニングセンタへの組み込み 519 |
| 9.6.1 割り出し速度／制度の評価 519 |
| 9.6.2 単一段取りいよる5軸マシニングセンタへの応用 519 |
| 10.加速性能と加工面品位の向上を実現する重心駆動（DCG）理論 |
| 10.1 重心駆動の開発の背景と原理 520 |
| 10.2 重心駆動の利点 521 |
| 10.3 重心駆動の採用例 523 |
| 11.熱変位補正を適用したマシニングセンタ |
| 11.1 実用化を考慮した熱変位推定予測 525 |
| 11.1.1 過渡特性を考慮した熱変位推定 525 |
| 11.1.2 主軸熱変位の特性の考慮 526 |
| 11.2 熱変位補償システム 526 |
| 11.2.1 熱変位補償システムの構成 527 |
| 11.2.2 補償システムの指令分解能と加工精度の関係 527 |
| 11.3 熱変位補償システムの適用結果 527 |
| 12.完全非接触コンセプトのマシニングセンタ |
| 12.1 構造面の特徴 530 |
| 12.1.1 非接触案内と非接触駆動 530 |
| 12.1.2 油静圧軸受 530 |
| 12.1.3 熱変位対策 531 |
| 12.2 加工事例 531 |
| 12.2.1 基本的な加工性能 531 |
| 12.2.2 通常のマシニングセンタとの比較 531 |
| 12.2.3 微細加工 532 |
| 13.位置決め方式の変還と大型機の高精度位置決め加工の実例 |
| 13.1 ジグボーラーに見る位置決め方式の変還 533 |
| 13.2 大型機の高精度位置決め 535 |
| 13.3 大型ジボクーラーの例 535 |
| 13.3.1 開発の背景 535 |
| 13.3.2 ベッド形状 536 |
| 13.3.3 テストピース加工精度につして 536 |
| 13.4 横型マシニングセンタの高精度位置決めの例 537 |
| 13.4.1 次世代宇宙望遠鏡JWSTについて 537 |
| 13.4.2 JWST主鏡の加工工程 538 |
| 13.4.3 HS6Aの加工精度について 538 |
| 〔3〕センタと計測評価システム |
| 1.レーザ干渉計 |
| 1.1 レーザー測長の特長 540 |
| 1.2 測長原理概要 540 |
| 1.2.1 レーザチューブの構成と波長の安定化 540 |
| 1.2.2 レーザビームの偏光状態 540 |
| 1.2.3 測長の基本原理 541 |
| 1.2.4 波長と測定分解能の関係 541 |
| 1.2.5 スプリット周波数と測定速度の関係 541 |
| 1.2.6 測長構成の実際 541 |
| 1.3 誤差要因 542 |
| 1.3.1 レーザー波長の補正誤差 542 |
| 1.3.2 被測定物の熱膨張補正誤差 542 |
| 1.3.3 コサイン誤差 542 |
| 1.3.4 アッベ誤差日 543 |
| 1.3.5 デッドパス誤差 543 |
| 1.4 最近の測長ニーズ 543 |
| 1.5 ソリューション 543 |
| 2.レーザファイバエンコーダ |
| 2.1 レーザー干渉技術の利点 545 |
| 2.2 現状の問題点を解消する技術 546 |
| 2.3 RLEの基本原理 547 |
| 2.4 RLEレーザーエンコーダのシステム構成 548 |
| （1） RLUレーザユニット 548 |
| （2） RLD検出ヘッド 548 |
| 2.5 RLE20システムの基本性能 550 |
| （1） RLEの出力信号 550 |
| （2） 位置決め精度安定性 550 |
| （3） 測定ノイズとSDE 550 |
| （4） レーザ干渉システムの精度 550 |
| （5） 周波数安定度 551 |
| 3.リニアエンコーダ |
| 3.1 リニアエンコーダ概要 551 |
| 3.2 インクリメンタルエンコーダ 552 |
| 3.3 アブソリユートエンコーダ 555 |
| 4 クロスグリッドエンコーダ |
| 4.1 KGM181/182 558 |
| 4.1.1 KGM（Kreuzgitter-Messger証）の構成 558 |
| 4.1.2 位相格子 558 |
| （1） 透過型位相格子（透過回析格子）559 |
| （2） 反射型位相格子（反射回析格子）559 |
| （3） エンコーダの基本構成 559 |
| （4） エンコーダの動作原理 559 |
| 4.1.3 KGMを用いた測定事例 561 |
| （1） 円運動精度測定 561 |
| （2） 自由形状運動精度測定 561 |
| 4.1.4 KGMの仕様 561 |
| 4.2 その他のクロスグリッドエンコーダ 562 |
| 4.2.1 VM181/182 562 |
| 4.2.2 PP271R/282R 562 |
| 5.ロータリエンコーダ |
| 5.1 機能安全の規格に関して 564 |
| 5.2 ロータリエンコーダにおける機能安全適応事例 564 |
| 5.3 安全な位置計測システムの基本原理 565 |
| 5.4 実際のシステム 565 |
| 5.5 2つの位置`情報と付加情報の必要性 565 |
| 5.6 制御装置側での留意点 565 |
| 5.7 シリアルインタフェースの利便性 566 |
| 5.8 高い信号品質と制御品質 566 |
| 6.静電容量型変位センサ |
| 6.1 1ch仕様での適用事例 567 |
| 6.2 センサ2～多chでの適用事例 568 |
| 6.2.1 厚さ測定事例 568 |
| 6.2.2 ハードディスクの測定事例 568 |
| 6.2.3 AFMでの適用事例 569 |
| 6.2.4 エンジンのオイルバンの熱膨張測定事例 569 |
| 6.2.5 自動車のシャフトとスピンドルのインプロセス測定事例 569 |
| 6.3 応用事例 : ウェーハ厚さ測定システム 570 |
| 6.4 真空・高温度での使用事例 570 |
| 6.5 その他 571 |
| 7.光ファイバ変位センサ |
| 7.1 光ファイバ変位センサの原理 572 |
| 7.1.1 古典的な光ファイバ変位センサの原理 572 |
| 7.1.2 差動型光ファイバ変位センサ 573 |
| 7.2 感度と分解能 575 |
| 7.3 光源 576 |
| 7.4 光ファイババンドル 577 |
| 7.5 主要なアプリケーション 577 |
| 8.加速度ピックアップ |
| 8.1 加速度ピックアップの種類と特長 578 |
| 8.1.1 圧電式加速度ピックアップ 578 |
| （1） 圧縮型 578 |
| （2） せん断型 578 |
| （3） サイズモ振動系 579 |
| （4） 信号出力方式 579 |
| 8.1.2 サーボ式加速度検出器 579 |
| 8.1.3 ひずみゲージ式加速度検出器 580 |
| 8.1.4 静電容量式加速度検出器 580 |
| 8.2 加速度ピックアップの位置決め用途への適用時の注意点 581 |
| （1） 検出器のオフセット誤差 581 |
| （2） 積分時の周波数による増幅率の違いによる影響 581 |
| （3） 加速度ピックアップの周波数特性 581 |
| 9.微細形状測定機 |
| 9.1 計測技術の動向 582 |
| 9.2 従来型測定機器の課題 583 |
| 9.3 最新の微細形状測定システムとその技術 584 |
| 9.3.1 ハイブリッド表面性状測定機 584 |
| 9.3.2 超音波マイクロプローブと微細計測システム 584 |
| 9.3.3 微細形状計測システム 586 |
| 10.超高精度3次元測定機 |
| 10.1 超高精度3次元測定機-UA3Pの開発 590 |
| 10.2 UA3Pの独自開発技術 591 |
| 10.2.1 原子間力プローブ 591 |
| 10.2.2 3次元座標レーザー側長技術 592 |
| 10.2.3 評価ソフトウエア 592 |
| 10.3 トレーサビリティーと精度確認 594 |
| 10.4 測定事例 595 |
| 11.オートフォーカス法による3次元形状／粗さ測定機 |
| 11.1 センサの原理および装置構成 596 |
| 11.2 装置の特長と測定能力 597 |
| 11.3 測定精度の検証と校正 597 |
| 11.4 外乱対策 599 |
| 11.5 測定事例 599 |
| 12.干渉計 |
| 12.1 光干渉の発展 601 |
| 12.2 位相シフト干渉計の基本原理 601 |
| 12.3 複数干渉縞分離のためのフーリエ変換位相シフト干渉計 602 |
| 12.4 非球面測定のための走査型フイゾー干渉計 603 |
| 12.5 走査型白色干渉計 604 |
| 13.レーザ顕微鏡 |
| 13.1 走査型共焦点レーザ顕微鏡とは 606 |
| 13.1.1 共焦点光学系 606 |
| 13.1.2 走査系 606 |
| 13.1.3 CCD光学系 606 |
| 13.1.4 3次元画像データ 607 |
| 13.1.5 3次元測定原理 608 |
| 13.2 高信頼性測定のための要点 608 |
| 13.3 走査機構とサンプリング 608 |
| 13.3.1 XY軸走査機構 608 |
| 13.3.2 サンプリングクロック生成 609 |
| 13.3.3 Z軸駆動機構 610 |
| 14.走杏型プローブ顕微鏡SPM |
| 14.1 SPMの原理 612 |
| 14.1.1 STMの動作原理 612 |
| 14.1.2 AFMの原理 613 |
| 14.2 SPMにおける位置決め技術 613 |
| 14.2.1 祖動機構 613 |
| 14.2.2 微動・走査機構 614 |
| 14.3 SPMの微細加工への応用 614 |
| 14.3.1 微細除去加工 : ナノスケール超音波振動切削 615 |
| 14.3.2 微細堆積加工 : ピペットプローブ顕微鏡 616 |
| 15.原子間力顕微鏡AFM |
| 15.1 SPMとクローズドループスキャナ 618 |
| 15.1.1 SPMの動作 618 |
| 15.1.2 ピエゾスキャナ 618 |
| 15.1.3 クローズドループスキャナ 619 |
| 15.1.4 2種類のクローズドループスキャナ 619 |
| 15.1.5 クローズドループスキャナの効果 620 |
| 15.1.6 スペクトロスコピーとZ軸センサ 621 |
| 15.1.7 正確な位置決めズーミングやリターン機能 621 |
| 15.1.8 ナノマニピュレーション，ナノリソグラフイ 623 |
| 15.2 ナノリソグラフイ 623 |
| 15.3 ナノマニピュレーション 625 |
| 〔4〕最近の精密機器・情報機器関連装置 |
| 1.マイクロマシン／MEMS |
| 1.1 マイクロアクチュエータ 627 |
| 1.2 マイクロマシン／MEMSの位置決めへの応用 627 |
| 1.2.1 位置決め用マイクロマシン／MEMSの分類 627 |
| 1.2.2 可動部一体型マイクロアクチュエータ 628 |
| 1.2.3 可動部分雛型マイクロアクチュエータ 629 |
| （1） 接触型搬送機構 629 |
| （2） 非接触型搬送機構 630 |
| 1.3 マイクロマシンン/MEMSと位置決め技術 631 |
| 2.バイオ操作（1）（静電） |
| 2.1 誘電泳動によるバイオ操作 634 |
| 2.2 レビテーション 635 |
| 2.3 レーザーマニピュレーション 635 |
| 2.4 その他の交流電界の電気力学的効果 635 |
| 2.5 誘電泳動とバイオ操作 636 |
| 3.バイオ操作（2）（レーザなど光ピンセット） |
| 3.1 光ピンセットとは 639 |
| 3.2 光学系 640 |
| 3.3 ナノ計測手法 640 |
| 3.4 様々な照明方法 641 |
| 3.5 トラップカの評価 642 |
| （1） 粘性抵抗によるトラップ位置の変位 642 |
| （2） ゆらぎの大きさからの見積もり 642 |
| （3） パワースペクトル 643 |
| （4） コーナー周波数からの見積もり 644 |
| 3.6 実際のデータ 644 |
| 4.マイクロファクトリ |
| 4.1 マイクロファクトリの概念と意義 645 |
| 4.2 マイクロステージとマイクロ旋盤 646 |
| 4.3 マイクロファクトリの開発例 648 |
| 5.光ディスク製造 |
| 5.1 光ディスクの歴史 650 |
| 5.2 ナノメートル位置決めシステム 650 |
| 5.3 位置計測系 651 |
| 5.4 運用方法とピッチむら 652 |
| 5.5 ナノスケールコントローラ 653 |
| 6.ハードディスク |
| 6.1 ハードディスク装置の概要 654 |
| 6.2 ヘッドによる位置信号検出 654 |
| 6.3 アクチュエータ制御 655 |
| 6.4 位置決め精度向上 656 |
| 6.5 外乱抑制フィードフォワード制御 657 |
| 7.情報機器関連記録装置 |
| 7.1 MOドライブ 658 |
| 7.2 一体型／分離型光ピックアップ 658 |
| 7.3 精／粗アクチュエータによる2段サーボ 659 |
| 7.4 1段サーボ 660 |
| 8.水平多関節ロボット |
| 8.1 水平多関節ロボットのキネマティクス 661 |
| 8.2 幾何学的誤差による精度 662 |
| 8.3 キャリブレーション 663 |
| 8.4 リンク間の動力学的干渉 665 |
| 8.5 非干渉化制御 665 |
| 9.3次元多関節ロボットにおける位置決め・制御技術 |
| 9.1 産業用ロボットによる精密位借決めの課題 666 |
| 9.2 産業用ロボットの制御技術 667 |
| 9.3 産業用ロボットの軌跡精度 668 |
| 9.4 産業用ロボットの絶対位置決め精度 668 |
| 10.リニアモータを採用した高精度・高速単軸ロボット |
| 10.1 直動型単軸ロボットの動向 669 |
| 10.2 構造 669 |
| 10.3 特徴 670 |
| 10.4 アプリケーションの例 672 |
| 11.除振装置 |
| 11.1 パッシブ除振装置 673 |
| 11.2 アクティブ除振装置 674 |
| 12.燃料噴射バルブ |
| 12.1 ビエゾインジェクタの構造と作動原理 677 |
| 12.2 インジェクタ内各構成要素の機能・構造 678 |
| （1） ピェゾスタック 678 |
| （2） 変位拡大ユニット 678 |
| （3） 制御バルブ 679 |
| 12.3 ソレノイドインジェクタとの性能比較 679 |
| 〔5〕大学・研究機関における研究 |
| 1.圧電アクチュエータの変位制御法 |
| 1.1 誘導電荷検出による変位制御 682 |
| 1.1.1 変位推定の原理 682 |
| 1.1.2 誘導電荷の応答 683 |
| 1.1.3 位置決め制御への応用 683 |
| 1.1.4 誘導電荷検出による変位制御のまとめ 684 |
| 1.2 電流パルスによる駆動 684 |
| 1.2.1 駆動原理 684 |
| 1.2.2 駆動実験 685 |
| 1.2.3 電流パルスによる駆動のまとめ 685 |
| 2.アザラシ型位置決め機構 |
| 2.1 移動原理 687 |
| 2.1.1 基本的な移動原理 687 |
| 2.1.2 3自由度機構の移動原理 688 |
| 2.1.3 微動モードの駆動原理 688 |
| 2.2 繕造 689 |
| 2.3 移動特性 690 |
| 2.3.1 基本的な移動特性 690 |
| 2.3.2 粗動のみによる位置決め実験 690 |
| 2.3.3 変位フィードバックによる粗微動位置決め 691 |
| 3.高密度磁気記録再生評価に用いる高速・高精度アクチュエータ |
| 3.1 高密度磁気記録における精密位置決め 692 |
| 3.2 高速・高精度位置決め用ナノモーションアクチュエータの開発 693 |
| 3.3 ナノモーーション・アクチュエータの変位量の改善 697 |
| 3.4 NMA-k501の位置決め精度と安定度 698 |
| 4.制振技術の適用例 |
| 4.1 機械的方法 700 |
| （1） 軽量高剛性化 700 |
| （2） 制振材料の使用 700 |
| （3） 動吸振器の適用 701 |
| 4.2 能動的方法 701 |
| （1） アクティブマスダンパの適用 701 |
| （2） 反力受け機構の導入 702 |
| （3） アクティブ除振装置の適用 702 |
| 5.カップリング要素 |
| 5.1 カップリングの役割構造と種類 706 |
| 5.2 カップリング部の振動原因 707 |
| 5.2.1 カップリングの取り付け状態による振動 707 |
| （1） モータ軸とボールねじ軸の心ずれ 707 |
| （2） カップリング軸穴への軸挿入不足 707 |
| 5.2.2 カップリングの構造による振動 707 |
| （1） カップリング軸締結部での軸の偏り 707 |
| （2） カップリング軸締結部のねじり剛性の低下とトルク伝達の偏り 708 |
| （3） カップリングたわみ部のねじり周り性の低下 708 |
| （4） カップリングの支持反力 708 |
| 5.3 カップリングの振動防止策 708 |
| 5.3.1 軸テ受け粒えの軸の偏り・ねじり剛性低下・トルク伝達偏りの防止 709 |
| 5.3.2 たわみ部での剛性低下の防止 710 |
| 5.3.3 たわみ部支持反力の低減 710 |
| 6.弾性変形を応用した一体型変位拡大・縮小機構 |
| 6.1 変位の拡大・縮小の原理 711 |
| 6.1.1 てこも支点も剛体の場合（剛体支点） 712 |
| 6.1.2 支点だけが弾性変形する場合（弾性支点） 712 |
| 6.1.3 てこが弾性変形する場合（弾性てこ） 712 |
| 6.2 変位拡大機構付きの位置決め用多次元ステージの例 713 |
| 6.2.1 XY方向駆動 713 |
| 6.2.2 Z方向駆動 714 |
| 6.2.3 拡大効率と干渉率 714 |
| 6.3 縮小機構付き多次元ステージの例 715 |
| 6.3.1 縮小機構付きX軸ステージ 715 |
| 6.3.2 縮小機構付きXY軸ステージ 716 |
| 6.3.3 縮小機構付きXYZステージ 717 |
| 7.圧電アクチュエータを使った超精密位置決め事例 |
| 7.1 精密位置決めシステムの概要 718 |
| 7.2 精密位置決めシステムの高分解能化対応 719 |
| 7.3 精密位置決めシステムの評価例 720 |
| 8.マイクロ部品のセルフアライメント |
| 8.1 メカトロニクスシステムの問題点とマイクロ部品組み立てに特化した解決方法 722 |
| 8.2 セルフアライメントの基本的考え方 722 |
| 8.3 利用される吸引力の種類と例 722 |
| 8.4 液体の表面張力を利用したマイクロ部品のセルフアライメント 723 |
| （1） アライメント方法 723 |
| （2） 試作部品とその製作方法 724 |
| （3） 実験手順と実験装置 724 |
| （4） 実験結果 724 |
| 8.5 高機能化セルフアライメント 725 |
| 9.リニアモーター体型エアスライド装置による精密位置決め |
| 9.1 開発のコンセプト 727 |
| 9.2 空気浮上／磁気吸引複合型エアスライドの原理 727 |
| 9.2.1 従来型空気軸受ガイド 727 |
| 9.2.2 空気浮上／磁気吸引複合型ガイド 728 |
| 9.3 エアスライドテーブルの構成 728 |
| 9.4 装置の特性 729 |
| 9.4.1 静特性 729 |
| 9.4.2 動特性 730 |
| 9.4.3 装置仕様と性能 732 |
| 10.進行波型圧電ポンプ |
| 10.1 駆動原理 733 |
| 10.2 装置概要 733 |
| 10.3 流動実験 735 |
| 11.圧電式ジャークセンサ |
| 11.1 圧電式ジャークセンサの測定原理 737 |
| 11.2 実験装置概要 738 |
| 11.3 評価実験の結果 739 |
| 12.静圧ウオームラック送り機構 |
| 12.1 原理 741 |
| 12.2 横造 742 |
| 12.3 特長 743 |
| 12.4 ウォームおよびラックの歯面状態 743 |
| 13.ナノボジショナーの開発 |
| 13.1 従来装置の問題点 745 |
| 13.2 装置の構成 745 |
| 13.2.1 微動機構の構造 745 |
| 13.2.2 位置決め装置の構造 746 |
| 13.2.3 システム構成 747 |
| 13.3 微動機構の動作特性 747 |
| 13.4 性能評価結果 748 |
| 13.4.1 微動位置決め特性 748 |
| 13.4.2 粗微動位置決め時の精度 749 |
| 14.SIDM⑨アクチュエータを使った位置決めステージ |
| 14.1 SIDM⑨アクチュエータの原理と構造 750 |
| 14.2 精密ステージとコントローラの構成 751 |
| 14.3 位置決め 752 |
| 14.4 位置決め精度 753 |
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