既存の高速サーボ機構の性能が、非回転型微細構造マトリックス表面部品の加工能力と精度を満たすことが困難であるため、巨磁歪アクチュエータ（Giant Magnetostrictive Actuator、GMA）を電動スピンドルと統合し、電動スピンドル向け微細構造精密加工機構の設計方案を提案した。まず、GMA駆動磁場がスピンドルモータの磁場に及ぼす影響を分析した。次に、電気-磁気-機械の多分野連成モデルと力検知モデルを構築し、バイアス電流と予加圧が性能に及ぼす影響および異なるバイアス電流下における力検知特性の変化規則を分析した。最後に、性能試験プラットフォームを構築し実験検証を行った。研究結果は以下のとおりである：GMAの励磁磁場はスピンドルモータの駆動磁場のわずか4.09％である。適切なバイアス電流と予加圧は微細構造精密加工機構の出力変位を向上させ、シミュレーションおよび実験結果は構築した理論モデルの有効性を検証した。力検知のシミュレーション結果は力検知モデルの計算結果とほぼ一致し、出力電圧は電動スピンドル軸方向力と一次導関係を示した。実験結果では、バイアス電流1A、予加圧1MPaにおいて出力変位が26.2μm、出力推力が22Nに達し、本設計方案が電動スピンドル向け微細構造精密加工機構に適用可能であり、複雑な微細構造部品の加工問題解決に一つの解決策を提供することを示した。

電動スピンドル;微細構造;精密加工;統合設計;力検知