マイクロプローブ走査方式による広領域トライボテスタの開発に関する研究

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07455171
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 三矢 保永 名古屋大学, 工学部, 教授 (10200065)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 野村 由司彦 名古屋大学, 工学部, 助教授 (00228371)
• Keywords: 走査型プローブ顕微鏡 / 走査型摩擦力顕微鏡 / カンチレバ- / ダイヤモンド触針 / シリコンレバ- / マイケルソン干渉法 / 干渉縞位相差法 / 縞画像解析

Research Abstract

トライボ特性の評価には,耐久性の高いダイヤモンド触針が必須であることから,これを先端に固着した長方形はり形式のカンティレバ-を対象として,広領域の三次元的な変位検出系の構成法に関する研究を進めた.具体的には,マイケルソン干渉フリンジ画像処理によるカンティレバ-姿勢の三次元同時測定とシリコンカンティレバ-を用いた表面力の直接測定についての確認実験,および撓みと捻れの連成特性の解明と撓みと捻れの機能分離形状の最適化などのシミュレーションを行った.
先に提案した,カンティレバ-表面と試料表面に同時に形成したマイケルソン干渉縞を用いて,変位を測定する方法について,高速VTRを用いて,ディスクと触針を接触させた状態から分離させる瞬間のカンティレバ-の挙動を撮影して,画像解析により両者の相対位置関係を測定する実験に成功した.本方法ではカンティレバ-の三次元的な変形を同時に測定できるために,相対運動に伴う表面力を測定する方法として有用性が高いと考えられる.しかし,多量の情報をもつ画像データのなかから,ノイズを除去した有効なデータのみを抽出する画像処理手順を確立する必要があり,今後の検討課題である.
試作したシリコンカンティレバ-の出力特性については,50μmまでの線形出力,26μV/μmの感度をもつこと,また伝達関数より,ばね定数・等価質量などの同定が容易に行えることなど,トライボ特性の評価に有効であることを確認した.しかし,温度・風速などの影響を受け易いために安定化に課題が残される.
形状設計のシミュレーションとしては,線形領域において現れる連成効果・非線形特性に基づく連成効果,および後者が生じない最適な設計点が存在することを明らかにした.また,機能分離形状として,大型矩形カンティレバ-の先に小型門型カンティレバ-を配置する複合カンティレバ-形状を提案した.

Research Products

• [Publications] Y.Mitsuya,Y.Ohshima,T.Nonogaki: "Coupling and Nonlinear Effects of Cantilever Deflection and Torsion Encountered in Simultaneous Measurement of Vertical and Lateral Forces Using Scanning Probe Method" Proc.of NORDTRIB'96. Vol.3. 41-46 (1996)
• [Publications] Y.Ohshima,Y.Mitsuya: "Simultaneous Measurement of Vertical and Lateral Forces With Scanning Micro-Probe Using Differential Output Form Strain Gauges Attached on Dual-Cantilevers" Proc.of the Trird Int.Conf.on Motion and Vibration Control. Vol.2. 148-153 (1996)