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マイクロ熱検知素子と格子パターン融合による熱収支検出型高精度変位計測の新原理創出

研究課題

研究課題/領域番号 18K18798
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分18:材料力学、生産工学、設計工学およびその関連分野
研究機関東北大学

研究代表者

清水 裕樹  東北大学, 工学研究科, 准教授 (70606384)

研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2019年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2018年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
キーワード熱収支場 / エンコーダ / マイクロパターン
研究成果の概要

自己ジュール発熱により微小間隙に安定熱収支場を生成してその変化を高精度に検知するマイクロ熱検知素子を用い,高精度マイクロパターン(スケール)の3次元形状を読み取ることで,超コンパクトな形態での高精度・多軸変位計測を実現する「マイクロ熱収支場検知式エンコーダ」の基礎原理を提案した.フォトリソグラフィプロセスを用いてガラス基板上にマイクロ熱検知素子を試作し,マイクロパターン群を有する回折格子と組み合わせてマイクロ熱収支場検知式エンコーダのプロトタイプを構築して原理検証実験を行い,その実現可能性を実験的に明らかにした.

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で提案する「マイクロ熱収支場検知式エンコーダ」は,マイクロ熱検知素子-回折格子スケール間に生成した安定熱収支場をもとにスケール格子パターンを読み取ることで素子-スケール間相対変位の高精度読み取りを実現するものである.「熱」を積極的に精密計測に援用する本手法は学術的にも意義があるもので,従来はリニアスケールを設置できなかった狭小スペースにおいても高精度な変位検出を実現できる可能性を有することから,その産業的波及効果も期待できる.

報告書

(3件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (2件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件) 図書 (1件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Theoretical calculation of the reading output from a micro thermal sensors for precision positioning2018

    • 著者名/発表者名
      Yuki Shimizu, Ayaka Ishida, Hiraku Matsukuma, Wei Gao
    • 雑誌名

      Proceedings of the 2018 IEEE International Conference on Advanced Manufacturing, ICAM 2018

      巻: - ページ: 24-25

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Feasibility study on a compact encoder system employing a micro thermal sensor head for precision positioning2018

    • 著者名/発表者名
      Yuki Shimizu, Yuki Matsuno, Ayaka Ishida, Hiraku Matsukuma, Wei Gao
    • 雑誌名

      Proceedings of the 17th International Conference on Precision Engineering, ICPE2018

      巻: -

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 熱収支場式エンコーダの開発に関する研究 -試作エンコーダを用いた基礎特性評価-2019

    • 著者名/発表者名
      石田彩華,清水裕樹,松隈啓,高偉
    • 学会等名
      2019年度精密工学会東北支部学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 熱収支場式エンコーダの開発に関する研究-利用可能なパターン検討シミュレーション-2018

    • 著者名/発表者名
      石田 彩華,清水 裕樹,松隈 啓,高 偉
    • 学会等名
      精密工学会東北支部学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Theoretical calculation of the reading output from a micro thermal sensors for precision positioning2018

    • 著者名/発表者名
      Yuki Shimizu, Ayaka Ishida, Hiraku Matsukuma, Wei Gao
    • 学会等名
      2018 IEEE International Conference on Advanced Manufacturing, ICAM 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Feasibility study on a compact encoder system employing a micro thermal sensor head for precision positioning2018

    • 著者名/発表者名
      Yuki Shimizu, Yuki Matsuno, Ayaka Ishida, Hiraku Matsukuma, Wei Gao
    • 学会等名
      The 17th International Conference on Precision Engineering, ICPE2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [図書] Metrology (Book Chapter) Chapter 16 Contact-Type Micro Thermal Sensor for Surface Defect Detection2019

    • 著者名/発表者名
      Yuki Shimizu
    • 総ページ数
      15
    • 出版者
      Springer Singapore
    • ISBN
      9789811049378
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 東北大学大学院工学研究科ファインメカニクス専攻 高・清水・松隈研究室

    • URL

      http://web.tohoku.ac.jp/nanometrology/index.html

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 東北大学大学院工学研究科 高・清水・松隈研究室ホームページ

    • URL

      http://web.tohoku.ac.jp/nanometrology/

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書

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公開日: 2018-07-25   更新日: 2021-02-19  

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