低い共振周波数を有する系のためのサブナノメートルアクティブ除振

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近年,走査プローブ顕微鏡(SPM; Scanning probe microscope)やナノインデンテーション試験機などナノメートル以下の分解能を有する表面解析機器が実用化されているが,その除振は深刻な問題となっている.ナノインデンテーション試験機は,試料より十分に硬い先端の鋭い圧子を試料表面に数nm〜数十nm押し付けた時の圧子の負荷荷重と試料への侵入深さの関係をサブナノメートルの精度で測定し,これから表面の機械的性質を評価する装置であるが,これは一般に可動部の質量が大きいため,除振が極めて困難である.除振が不完全である場合には,圧子が試料と接触するところで圧子と試料が断続的に接触し,この接触圧力によって試料表面に塑性変形を生じさせることになる.そこで,本研究では,サブナノメートルオーダーの除振を達成するためのアクティブ除振方式を提案した.これは,圧子と試料表面の相対変位をサブナノメートルオーダーの分解能を持つ変位計で計測し,この変位が目標値と等しくなるようにフィードバック制御するものである.これによって,通常の実験室環境で本方式を適用しない場合20nm程度残存していた振動を0.5nm以下に抑えることに成功し,その結果,最大圧子侵入深さ3nmという世界最高性能のナノインデンテーション試験機を開発することができた.