「表面力測定装置」の開発に成功

　新技術の背景、内容、効果は次の通りである。

　新規機能性材料の開発や、バイオ分野での生体分子の相互作用の解明、また、半導体やマイクロマシンなどの開発における微細加工技術など、現在盛んに行われている研究開発内容において共通して、物質表面における原子若しくは分子の状態を高精度に測定・制御する必要がある。
　表面力の測定は、対向する２つの試料表面間の距離を順次変えながら、一方の試料を保持している板ばねのたわみを検出することにより行っている。従来の表面力測定装置では、透明かつ平滑な面を有する雲母基板の上に作製した試料表面を用い、基板の一方を支持しているステンレス製の板ばねを上下させながら、そのたわみを検出することにより、表面間に働く力を測定している。
　この装置では、板ばねの駆動に直流モータを用いており、手動による速度制御等のため、駆動速度を精密に制御することが出来なかった。このため、板ばねを任意の速度で動かす動的な条件で表面力を測定することが困難であった。一方測定系では、表面力による板ばねのたわみ量を検出するために、試料を透過してくる光の干渉を利用しており、透明な試料しか使用できなかった。また、距離測定を目視で行っていることより自動化が難しい等の問題点がある。さらに一回の測定に数十分程度かかり、測定条件に関する制限も大きかった。
　このように、従来の装置では、迅速な測定や測定の自動化が困難であり、また、試料を含む測定条件への制限が大きく、十分な経験がないと利用するのが難しい測定装置であった。

　本新技術は、対向する２つの試料表面間の距離の制御にパルスモータと作動ばね機構を組み合わせた微小移動機構を採用することで、高分解能および高精度な距離制御を実現し、さらに入力パルス数によるモータの駆動で試料を一定速度で動かすことが出来、動的な測定も可能とした。
　また、表面力の測定にはレーザプローブを用いることで、レーザプローブからのレーザ光を分離用回折格子に通して分離された１次光の一つを装置内部で折り返し、もう片方は試料を取り付けた板ばねの裏面で反射させ、それぞれの反射光は受光部（フォトダイオード）で重なり合い、干渉させて板ばねの変位（たわみ）量を測定することにより、板ばねのばね定数と、微小移動機構の駆動距離から、２試料の表面間距離における表面力の大きさとその方向（引力または斥力）をリアルタイムで計測することを可能とした。これにより、従来不可能であった不透明試料でも測定が可能となった。さらに、これらの要素はコンピュータにより制御され、試料をセットすればあとは自動での測定が可能となるため、ユーザの負担を大幅に軽減できる装置が開発できた。

　本新技術による表面力測定装置は、

などの特徴を持つため、

などに利用されることが期待される。