2014 Fiscal Year Research-status Report
機械平面形状計測のための多点変位同時測定デバイスの開発
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25420057
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
清水 浩貴 九州工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50323043)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田丸 雄摩 九州工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30284590)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 走査形状測定 / 運動誤差計測 / 多点法 / MEMS / 平面度測定 / 真直度測定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は,高精度平面の真直形状計測ならびに平面形状計測に用いるためのカンチレバー式多点変位同時測定デバイスをMEMS製作技術により実現することを目的としている．
平成26年度はデバイス製作の効率化と歩留まりを改善するためのプロセスの実験条件出しを行った．デバイス製作では，まずひずみ検出部と回路を製作した後，その後のプロセスで回路が溶解することを防ぐために水ガラス層とシリコン酸化膜層を複数塗り重ねた保護膜を形成する．この保護層を3層，5層とした場合，およびHF処理を施し水ガラスのみ5層積層する方法の塗布の均一性と保護性能の評価を行い，3点法用デバイスの適切な加工条件を見出した．さらに昨年度に引き続き5点法用のデバイスの試作条件出しを行い，平面度測定用5点法用デバイスの試作にも成功した．
また，探針の製作に於いて長時間のウェットエッチングを要することが製作歩留まりを低下させていることから，Deep RIEのみにより探針を製作する手法について検討し，製作を試みた．その結果，探針部にあたる凸部の製作には成功した一方，中心部と外周部のエッチレートの違いから外周部が薄くなりすぎる問題も判明した．
試作デバイスの耐久性評価，特に探針摩耗の程度を検討するため，板バネを用いた微小荷重検出部を持つ摩耗耐久試験装置を製作した．
さらに，3点法真直度測定における各測定データのばらつき，およびゼロ点調整誤差が累積する問題をモンテカルロシミュレーションにより検討した．この結果をもとに，長ピッチ測定を併用した3点法計測法を提案，検討し，誤差累積を軽減できる測定ピッチ選択法を示した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
デバイス製作プロセスが安定せず歩留まりが非常に悪い昨年度の状況から，比較的安定的にデバイスを製作できるところまで条件出しが進み，3点法用，5点法用の両方のデバイス製作可能になり，デバイスの改良も検討できるようになっていることから，デバイス試作の面ではほぼ当初計画に沿う進行状況にある．
新たに加えたDeep RIEによる探針製作については今後の中心的なプロセスへの採用には至らなかったものの，可能性の検証を行うことができた．
学会発表で指摘を受けたデバイス摩耗の問題に対し，摩耗試験装置を追加で製作した．
また，個々のデータのばらつきの影響の評価を行うモンテカルロシミュレーションも計画通りに行うことができ，さらに長ピッチを併用することで誤差累積の問題を軽減する方法の検討，最適ピッチを選択する方法についての検討を行えた点は当初の計画より順調に進んでいる．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度はデバイスの製作についてはほぼ予定通りの成果を得ることができたが，高分解能な形状測定のためにはさらなるデバイスの感度改善が必要である．その方策として，切欠きや溝をカンチレバーに導入して応力集中部を作り，構造的に感度を向上させる方法をFEMシミュレーションにより検討する．さらに，変位測定のためのひずみ検出部を，より感度の高い圧電効果を持つ薄膜に変更することで感度をあげることを試みる．この材料の変更にあたっては，高度な成膜技術を持つ大阪大学の共同利用設備の利用を検討している．
また，3点法の誤差シミュレーション，および今回検討した長ピッチ援用3点法を発展させ，5点法による平面測定での形状データの再現プログラムおよび誤差評価につなげる．
デバイスの摩耗評価については測定対象となる機械加工面の粗さを変化させた場合，材質を変化させた場合にどのような摩耗特性を示すかを実験により明らかにする．さらに，試験時の荷重のコントロールだけでなく，摩擦力測定も可能なように角度センサを用いた微小摩擦力検出系を装置に組み込む改良を行う．
その他の部分には特に問題は無く，研究計画調書に記載の当初計画事項を遂行する．
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