Research
①光ファイバプローブを用いたマイクロ三次元形状測定機の開発
1. Development of measurement system for microstructure using an optical fiber probe
【研究の背景と目的】
近年の微細加工技術の進歩に伴い，微細形状を測定する重要性は増加している．特に，微細金型やMEMS，マイクロマシン等のマイクロ部品，各種ノズル穴，光通信機器，医療機器などの微細形状の測定技術が各機器の高機能化のために要望されており，これまでに各種方法が提案されている．我々はこれまでに，微小径穴内壁の表面粗さや真円度，真直度，円筒度，穴径などの形状精度を高精度に測定することを目的とし，微小径・低測定力・高アスペクト比のプローブが容易に得られ，測定範囲が広く走査プローブとして利用可能な光ファイバを用いた新しい測定原理を提案している．光ファイバプローブはスタイラスシャフトとスタイラス接触子から構成される．スタイラス接触子が測定対象面に接触すると，スタイラスシャフトがたわむ．このたわみをレーザを用いて検出することでスタイラス接触子と測定対象面の接触を検知することができ，接触点のXYZの座標を測定することができる．スタイラスはエッチングとレーザ加工により容易に製作することができ，直径が１µｍ以下の接触子も製作可能であるので，最小数µｍの穴や溝などの測定が可能である．
【Research purpose】
The demand for precise and accurate measurement of microstructures has shown a tremendous growth in recent years. For example, the measurement of mechanical micro-parts, micro-electro-mechanical systems, semiconductor devices, micromolds, optical devices, microholes, etc. has also gained considerable attention. However, it is very difficult to precisely measure the shape of a microstructure with a large length-to-diameter (L/D) ratio because of the difficulty in probe fabrication and sensing methods, wherein the measuring force is small. The fiber probe comprises a stylus shaft and a stylus tip. When the stylus tip comes into contact with the measured surface, the stylus shaft is deflected. The amount of deflection of the intermediate part of the stylus shaft is measured optically. This stylus is a type of displacement-measuring probe with low contact force and a wide measuring range. Moreover, the stylus can be easily fabricated. The diameter of the stylus shaft is below 1 µm, and the stylus shaft has an aspect ratio above 3000. In general, the stylus shaft must be rigid to transmit the measuring force acting on the stylus tip to the force-detectionmechanism installed at the root of the stylus shaft. However, because the deflection amplitude of the stylus shaft is measured using the proposed probe with the help of a laser-based non-contact method, the stylus shaft need not be rigid; this principle also applies to styluses with much smaller diameters and longer lengths.
②超高速マイクロスピンドル用光学式回転精度測定装置の開発
【研究の背景と目的】
近年の工作機械の小型化に伴い，これらに用いる主軸も小型小径化している．主軸の製作においてその性能を把握し改善点を明らかにするためには，主軸回転精度の測定による評価が不可欠である．しかし，基準球や軸と複数の変位計（一般的に静電容量型の変位計）を用いる従来方法では変位計同士の機械的干渉の問題，小径主軸チャックへは比較的大きな基準球や軸は把持できない等の理由により小径主軸5自由度の回転精度の評価は困難である．さらに，5自由度であれば5つの変位計を用いることになり測定システムが非常に高価になる．そこで，本研究はロッドレンズとボールレンズを用いることにより，高速小径主軸の5自由度運動誤差を簡便に同時計測可能な低コストのシステム開発を目的とする．
【特徴】
・数10万rpm以上の高速回転に対応可能
・測定分解能： 5 nm
・低コストかつシンプルな構造の装置製作が可能
・小径主軸対応（チャック内径：数100μm～数10mmに対応）
③工具状態監視機能を有する超高速マイクロエアータービンスピンドルの開発
【研究の背景と目的】
本研究では，空気静圧軸受エアータービンスピンドルと各種センサを組み合わせることで，安価で簡単に微小径工具の折損および工具摩耗，スピンドルの異常などをリアルタイムに検出することが可能な超高速エアータービンスピンドルの開発を目的とする．
