高周波応答、高精度、大駆動力を備えた圧電駆動型高速工具サーボ（Fast Tool Servo, FTS）装置を開発した。本装置は、広義円錐線近似による新規柔軟ヒンジ構造の柔軟機構を採用し、左右対称の構造配置により、柔軟工具架の非希望運動方向の相互干渉誤差を除去し、機構の運動学特性の総合的なモデリングを行った。装置の動作ストロークと固有振動数の設計目標を考慮し、改良型BPニューラルネットワーク最適化アルゴリズムに基づいて柔軟機構の構造寸法の多目的最適設計を実施した。最適化された構造パラメータを用いてFTS装置の3次元モデルを作成し、ANSYSソフトウェアによる有限要素解析を行った。解析結果は、最適化された柔軟機構が所期の性能要件を満たすことを示し、最適化アルゴリズムの有効性を検証した。最後に、試作機を製作し性能試験を実施し、FTS装置の最適設計結果をさらに検証した。試験結果は、FTS装置の固有振動数が7.6 kHzを超え、公称ストロークは約6.4 μm、分解能は約12 nm、追従精度は約0.3 μmであり、静的および動的性能が設計目標を満たしていることを示した。

超精密加工; 高速工具サーボ装置; 柔軟工具架; 最適設計; 有限要素解析