STMの原理によるマイクロ部品の形状測定

• 研究課題/領域番号: 04650115
• 研究種目: 一般研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 機械工作
• 研究機関: 慶応義塾大学
• 研究代表者: 三井 公之 慶応義塾大学, 理工学部, 教授 (90219668)
• 研究期間 (年度): 1992
• 研究課題ステータス: 完了 (1992年度)
• 配分額: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円); 1992年度: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
• キーワード: STM / 表面粗さ / 寸法測定 / マイクロマシン / 微細加工 / マイクロ部品 / 非接触測定

研究概要

最近、次世代を担う技術の一つとしてマイクロマシンの研究開発が広く注目を集めている。マイクロマシンが実現されれば、精密工学、医療をはじめとするさまざまな分野に大きなインパクトを与えることとなる。
マイクロマシンを実現するために必要な要素技術の一つが、部品の寸法、形状、粗さ測定技術である。将来的には、直径数十μmの微細な穴の内径、真円度、深さを測定すること、あるいは、微細な部品の寸法、平面度、直角度、平行度などをサブμmのオーダーで測定することが必要となるであろう。
このような観点から本研究では微細部品の寸法・形状測定法の開発を行った。本研究において開発した測定装置は、微細な計測プローブを測定対象に接近させ、トンネル電流を検出するための粗動及び微動機構、圧電素子を駆動し測定物とプローブ間の距離を一定に保つようにコントロールするための制御回路等から構成されている。トンネル電流を検出するためのプローブは、細いタングステン線の先端に微小なベアリング球を接着したものを製作し使用した。
装置を試作した後、プローブ位置を制御している状態での、トンネル電流と制御電圧の様子の観察、装置に外乱が加わった時の、圧電素子の変位とプローブと測定物間の距離との関連について調べた。その結果、試料とプローブの間の距離が十分な精度で制御されていることが明かとなった。
次に、幅20mm、深さ10μmの段差形状を有する鋼製試料の断面形状測定、従来測定が困難であった微小な穴の深さ計測などに本測定法を適用し、微小部品の寸法、形状測定に本測定法が有効なことを示した。