超精密垂直軸向けの摩擦のない高安定性重力バランスシステムの要求に応え、本論文では新型の摩擦のないエアシリンダを設計し、エアベアリングのパラメータを最適化した。まず、エアベアリングの初期パラメータを決定し、これに基づいてANSYSを用いた有限要素解析モデルを構築し、解析結果を工学的計算および実験結果と比較してシミュレーションの信頼性を検証した。次に、このモデルを用いて応答面最適化手法を採用し、異なるスロットル穴配置（最適なエア膜厚に対応）における耐荷重、空気消費量、曲げ抵抗モーメントを得て最適なエア膜パラメータを選定した。解析結果は、耐荷重がスロットル穴の数に対して非線形の変化関係を示し、スロットル穴数が増加するにつれて急速に上昇した後、ほぼ一定となることを示した。二列のスロットル穴配置を採用することで、少ないスロットル穴数で曲げ抵抗モーメントを確保できる。最後に、最適化前後のシリンダに対して実験試験を実施し、解析によりパラメータ最適化後に耐荷重が約7.7%、曲げ抵抗モーメントが約15.7%向上したことを確認した。本論文で提案した応答面最適化に基づくエアベアリングパラメータの最適化設計は効率的かつ実現可能であり、最適化された新型の摩擦のないエアシリンダは重力バランスシステムの使用要求を満たすことができる。

無摩擦エアシリンダ;エアベアリング;有限要素解析;超精密垂直軸;パラメータ最適化