レーザーラマン分光法による超微小力計測とナノワールドでの物体操作のための力制御系

• Project/Area Number: 08750269
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Dynamics/Control
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 新井 史人 名古屋大学, 工学部, 講師 (90221051)
• Project Period (FY): 1996
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1996)
• Budget Amount: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 1996: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: 微小力計測 / レーザーラマン分光法 / 単結晶シリコン / マイクロ構造物 / FEM解析 / 設計 / マイクログリッパー / 微小力制御

Research Abstract

応力情報に基づく力計測の利点は、構造物が小さくなるにつれて発揮されることがスケーリング則により示せる。これによって、レーザーラマン分光法による微小力計測の将来性が期待できる。本研究では、ナノワールドにおける微小物体の操作・計測のために、レーザーラマン分光法を用いた力計測・制御系を考案した。実績を以下にまとめる。
(1)シリコンカンチレバ-の応力解析・設計
微小物体を把持するためのグリッパーの指先に単結晶シリコンを用いた。シリコンカンチレバ-の設計では形状的に圧縮集中が起こりやすく、引っ張り破壊が起きにくい構造とした。シリコンは異方性物質であるため、有限要素法を用いて結晶方位を考慮した応力解析を行った。解析結果に基づき、力計測感度を向上するための構造設計を行った。
(2)シリコンカンチレバ-の製作・力計測
微細加工技術により、小型のカンチレバ-を試作した。試作したシリコンカンチレバ-をジグで固定し、力測定プローブで力を加え、レーザーラマン分光計でカンチレバ-の根元部分の応力情報を測定した。シリコンの材料特性を考慮した形状設計により、力計測感度を大幅に向上することに成功した。
(3)マイクログリッパーの試作
微小力計測と把持動作のために、微動・粗動機構を備えたマイクログリッパーを設計、試作し、動作確認を行った。
(4)力計測・物体把持実験
試作したシリコンカンチレバ-をマイクログリッパーの先端に取り付け、微小力測定・制御を行った。