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JP4901533B2 - Force sensor, load detection device, and shape measurement device - Google Patents

Force sensor, load detection device, and shape measurement device Download PDF

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JP4901533B2
JP4901533B2 JP2007051481A JP2007051481A JP4901533B2 JP 4901533 B2 JP4901533 B2 JP 4901533B2 JP 2007051481 A JP2007051481 A JP 2007051481A JP 2007051481 A JP2007051481 A JP 2007051481A JP 4901533 B2 JP4901533 B2 JP 4901533B2
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Japan
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probe
force sensor
flexible substrate
load
measurement object
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JP2007051481A
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淳 古田
俊郎 樋口
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株式会社ナノコントロール
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  • Measurement Of Force In General (AREA)

Description

本発明は主に半導体製造分野における電気測定、故障解析等におけるプローブの接触検出、及び超精密加工時等における形状測定、及びバイオテクノロジー等におけるマニピュレーション等の分野に関する。   The present invention mainly relates to the fields of electrical measurement in the field of semiconductor manufacturing, probe contact detection in failure analysis, etc., shape measurement during ultra-precision machining, and manipulation in biotechnology.

従来技術の一例として三次元測定機の構成を図16に示す。三次元測定機80は、プローブ81がXYZ方向の三次元変位計82を備えたXYZステージ83に取り付けられている。XYZステージ83は制御・駆動部84、PC85及び操作部86によってプローブ81をXYZ方向に移動させることができる。手動或いはモータでXYZステージ83を操作してプローブ81が測定対象物88に押し付けられたときのXYZ方向の変位を三次元変位計82によって測定し表示器87に表示させることによって、測定対象物88の形状を測定する。三次元変位計82としては、通常、ガラススケールが使用されている。   As an example of the prior art, the configuration of a coordinate measuring machine is shown in FIG. In the three-dimensional measuring machine 80, a probe 81 is attached to an XYZ stage 83 provided with a three-dimensional displacement meter 82 in the XYZ directions. The XYZ stage 83 can move the probe 81 in the XYZ directions by the control / drive unit 84, the PC 85, and the operation unit 86. The XYZ stage 83 is operated manually or with a motor to measure the displacement in the XYZ directions when the probe 81 is pressed against the measurement object 88 by the three-dimensional displacement meter 82 and display it on the display 87. Measure the shape. As the three-dimensional displacement meter 82, a glass scale is usually used.

しかし、超精密加工の加工精度は数十nmレベルに達しているのに対して、図16に示す加工物の形状測定装置の測定精度は、サブμm程度であり、より高精度に測定することへの要求が高まっている。また、ガラススケールを用いた場合は、測定装置も大きくなる。そのため、加工物の大型化による測定範囲の増加、複雑形状化による測定ポイント数の増加によって測定時間が長時間化しており、測定時間の短縮に対する要求も高まっている。   However, while the processing accuracy of ultra-precision processing has reached a level of several tens of nanometers, the measurement accuracy of the workpiece shape measuring apparatus shown in FIG. The demand for is increasing. Moreover, when a glass scale is used, a measuring apparatus also becomes large. Therefore, the measurement time is prolonged due to the increase in the measurement range due to the enlargement of the workpiece and the increase in the number of measurement points due to the complicated shape, and the demand for shortening the measurement time is also increasing.

また、従来の形状測定装置はプローブを手動或いはモータで測定対象物に押しつける方式のため、プローブが測定対象物に接触するときの荷重を一定にすることが困難である。そのため、プローブや測定器本体の剛性による変形量が測定者や測定毎に異なったり、測定形状の傾斜角が大きい場合には荷重が変動してしまうために測定誤差が大きくなるという問題があった。この問題を解決するために、形状測定時の接触力を高精度、高分解能に測定することができる力センサが求められていた。またプローブや力センサやそれを移動させる手段の構造が複雑化することによって装置の価格が高価になるという問題があった。更に測定時間の短縮についてはプローブを高速に移動する必要があるが、プローブが大型で重量が大きいと高速に移動することが困難であるという問題があった。   In addition, since the conventional shape measuring apparatus is a system in which the probe is pressed against the measurement object manually or with a motor, it is difficult to make the load constant when the probe contacts the measurement object. For this reason, there are problems that the amount of deformation due to the rigidity of the probe and the measuring instrument body varies depending on the measurer and the measurement, or that the measurement error increases because the load fluctuates when the inclination angle of the measurement shape is large. . In order to solve this problem, there has been a demand for a force sensor that can measure the contact force during shape measurement with high accuracy and high resolution. In addition, since the structure of the probe, the force sensor, and the means for moving the probe is complicated, there is a problem that the price of the apparatus becomes expensive. Further, for shortening the measurement time, it is necessary to move the probe at a high speed. However, when the probe is large and heavy, it is difficult to move at high speed.

本発明はこれらの問題点を鑑みてなされたものであり、小型化が可能で、高分解能で、安価な力センサを提供することを第1の目的としている。   The present invention has been made in view of these problems, and it is a first object of the present invention to provide a force sensor that can be downsized, has high resolution, and is inexpensive.

また半導体などの1つのデバイス単体の電気測定や故障解析を行う場合、プローブを大きな荷重でデバイスの電極に押しつけるとプローブが変形するという問題があった。またプローブを電極に位置制御で接触させた場合振動などの外乱によってプローブが電極と離れてしまうという問題があった。本発明はこれら問題を鑑みてなされたものであり、本発明による荷重検出装置を用いることにより、プローブと電極がより安定した接触状態で測定できる荷重検出装置を提供することを第2の目的としている。   Further, when electrical measurement or failure analysis of a single device such as a semiconductor is performed, there is a problem that the probe is deformed when the probe is pressed against the device electrode with a large load. Further, when the probe is brought into contact with the electrode by position control, there is a problem that the probe is separated from the electrode by disturbance such as vibration. The present invention has been made in view of these problems, and a second object of the present invention is to provide a load detection device that can measure in a more stable contact state between the probe and the electrode by using the load detection device according to the present invention. Yes.

また本発明による力センサを用いた荷重検出装置を用いて、高精度で測定できる形状測定装置を提供することを第3の目的としている。   It is a third object of the present invention to provide a shape measuring device that can measure with high accuracy using a load detection device using a force sensor according to the present invention.

上記第1の目的を達成するために本発明の力センサは、絶縁性のセラミックスからなる可撓性基板と、該可撓性基板の両端を支持する支持部を備えた固定部材と、前記可撓性基板の前記支持部間に設けられたプローブとを備え、前記プローブに荷重を付加したときに、前記可撓性基板上の歪みが生じる部位に薄膜状に形成され、可撓性基板の歪みにより電気抵抗値が変化する少なくとも1の歪みゲージと、を有し、該歪みゲージによりプローブに加わった力を測定するとともに、前記プローブが移動する範囲を制限するようにプローブの一部を前記固定部材で覆ったことを特徴としている。   In order to achieve the first object, a force sensor according to the present invention includes a flexible substrate made of insulating ceramics, a fixing member having support portions for supporting both ends of the flexible substrate, and the movable sensor. A probe provided between the support portions of the flexible substrate, and is formed in a thin film at a portion where distortion occurs on the flexible substrate when a load is applied to the probe. At least one strain gauge whose electrical resistance value changes due to strain, and measures a force applied to the probe by the strain gauge, and a part of the probe is restricted so as to limit a range in which the probe moves. It is characterized by being covered with a fixing member.

または、絶縁性のセラミックスからなる可撓性基板と、該可撓性基板上に薄膜状に形成され、可撓性基板の歪みにより電気抵抗値が変化する少なくとも1つの歪みゲージと、前記可撓性基板の一方の端部に取り付けられたプローブホルダーと、該プローブホルダーに支持されたプローブと、前記可撓性基板の他方の端部から前記少なくとも1つの歪みゲージの近傍までを支持し、荷重を検出する方向以外の方向に対して剛性が大きい固定部材と、該固定部材に支持され、前記プローブホルダーの移動範囲を制限するためにプローブホルダーとの間に所定の隙間を有する保護部材と、を有することを特徴としている。   Alternatively, a flexible substrate made of insulating ceramics, at least one strain gauge formed on the flexible substrate in a thin film shape, and having an electric resistance value changed by strain of the flexible substrate, and the flexible substrate A probe holder attached to one end of the flexible substrate, a probe supported by the probe holder, and the other end of the flexible substrate to the vicinity of the at least one strain gauge, and a load A fixing member having high rigidity with respect to a direction other than the direction of detecting the protection member, a protection member supported by the fixing member, and having a predetermined gap between the probe holder and the probe holder in order to limit the movement range of the probe holder, It is characterized by having.

前記プローブホルダー及び固定部材が中空の円柱であって、該円柱の側面に設けられた切欠溝に前記可撓性基板が嵌合されている構成としたり、前記歪みゲージが4個設けられ、2個は共に歪みが正又は負で、他の2個は歪みが前記2個と逆符号又は0となるように配置されている構成としたりすることができる。   The probe holder and the fixing member are hollow cylinders, and the flexible substrate is fitted in a notch groove provided on a side surface of the cylinder, or four strain gauges are provided. Each of the two may have a positive or negative distortion, and the other two may be arranged so that the distortion has the opposite sign or 0 from the two.

また、別の構成として、絶縁性のセラミックスからなる十字型の可撓性基板と、該可撓性基板の各腕上の歪みが生じる部位に薄膜状に形成され、可撓性基板の歪みにより電気抵抗値が変化する4つの歪みゲージと、前記十字型の可撓性基板の各腕の先端を保持する固定部材と、前記十字型の可撓性基板の中央に設けられたプローブホルダーと、該プローブホルダーに支持されたプローブと、を有し、前記プローブに加わる荷重を前記4つの歪みゲージの和信号及び/または差信号を測定することによって、前記プローブにかかる荷重を互いに垂直な3方向の分力に分解することを特徴としている。   Also, as another configuration, a cruciform flexible substrate made of insulating ceramics, and a thin film is formed on a portion where distortion occurs on each arm of the flexible substrate. Four strain gauges with varying electrical resistance values, a fixing member for holding the tip of each arm of the cross-shaped flexible substrate, a probe holder provided at the center of the cross-shaped flexible substrate, A probe supported by the probe holder, and measuring the load applied to the probe in three directions perpendicular to each other by measuring a sum signal and / or a difference signal of the four strain gauges. It is characterized by breaking down into its component power.

前記プローブ及び前記プローブホルダーが導体であって、前記可撓性基板に前記保持部と電気的に接続された導体が形成され、前記プローブからの電気信号を出力するための端子を備えた構成としてもよい。また、前記可撓性基板が、ジルコニアのセラミックからなり、前記可撓性基板に薄膜状に形成された歪みゲージがCr−Nの薄膜である構成とすることができる。また、前記歪みゲージによるブリッジ出力を増幅するためのアンプが設けられている構成としてもよい。   The probe and the probe holder are conductors, and a conductor that is electrically connected to the holding portion is formed on the flexible substrate, and includes a terminal for outputting an electrical signal from the probe. Also good. The flexible substrate may be made of zirconia ceramic, and the strain gauge formed in a thin film shape on the flexible substrate may be a Cr-N thin film. Further, an amplifier for amplifying the bridge output by the strain gauge may be provided.

上記第2の目的を達成するために本発明の荷重検出装置は、上記のいずれかの力センサが、駆動手段と制御手段を備えた移動手段に搭載され、前記移動手段により前記力センサに装着されたプローブが測定対象物、と対向するように移動し、前記プローブと前記測定対象物、との荷重が所望の値になると前記移動手段が停止する構成を特徴としている。   In order to achieve the second object, in the load detection device according to the present invention, any one of the force sensors described above is mounted on a moving unit including a driving unit and a control unit, and the moving unit is attached to the force sensor. The probe is moved so as to face the measurement object, and the moving means stops when the load between the probe and the measurement object reaches a desired value.

又は、上記いずれかに記載の力センサが、駆動手段と制御手段を備えた移動手段に搭載され、前記移動手段により前記力センサに装着されたプローブが測定対象物、と対向するように移動し、前記移動手段によって前記プローブが前記測定対象物に当接して受ける荷重が所望の値を保持するように制御する構成を特徴としている。   Alternatively, the force sensor according to any one of the above is mounted on a moving unit including a driving unit and a control unit, and the probe mounted on the force sensor is moved by the moving unit so as to face the measurement object. The moving means controls the load so that the load received by contacting the probe with the object to be measured maintains a desired value.

又は、上記いずれかに記載の力センサが、駆動手段と制御手段を備えた移動手段に搭載され、前記移動手段により前記力センサに装着されたプローブが測定対象物、と対向するように移動し、前記移動手段が位置検出手段を備えており、検出位置が所望の値になると、その位置を保持するように前記制御手段が前記駆動手段を制御する構成を特徴としている。   Alternatively, the force sensor according to any one of the above is mounted on a moving unit including a driving unit and a control unit, and the probe mounted on the force sensor is moved by the moving unit so as to face the measurement object. The moving means includes position detecting means, and when the detected position reaches a desired value, the control means controls the driving means so as to hold the position.

前記移動手段が積層型圧電アクチュエータと平行ヒンジバネから成る微動ステージである構成とすることができる。   The moving means may be a fine movement stage including a laminated piezoelectric actuator and a parallel hinge spring.

又は、可撓性基板と、前記可撓性基板の一方の端部に設けられたプローブホルダーと、該プローブホルダーに装着されたプローブと、前記可撓性基板の他端部に設けられた固定部材と、前記可撓性基板に貼り合わされた圧電素子と、前記可撓性基板に設けられ前記プローブの荷重による可撓性基板の屈曲変位を検知する少なくとも1の歪みゲージと、前記圧電素子に電圧を印加することによって生じる前記可撓性基板の屈曲変位を検知する少なくとも1の歪みゲージとを有することを特徴としている。   Alternatively, a flexible substrate, a probe holder provided at one end of the flexible substrate, a probe attached to the probe holder, and a fixing provided at the other end of the flexible substrate A member, a piezoelectric element bonded to the flexible substrate, at least one strain gauge provided on the flexible substrate for detecting bending displacement of the flexible substrate due to the load of the probe, and the piezoelectric element And at least one strain gauge for detecting a bending displacement of the flexible substrate caused by applying a voltage.

上記第3の目的を達成するために本発明の形状測定装置は、上記いずれかに記載の力センサと移動手段とを備え、前記プローブが測定対象物から受ける荷重が所望の値を保持するように、前記移動手段を走査し、そのときのプローブの位置を測定することにより前記測定対象物、の形状を測定することを特徴としている。   In order to achieve the third object, a shape measuring apparatus of the present invention includes any one of the force sensors and the moving means described above, so that the load received by the probe from the measurement object maintains a desired value. In addition, the shape of the measuring object is measured by scanning the moving means and measuring the position of the probe at that time.

前記移動手段が積層型圧電アクチュエータと平行ヒンジバネから成る微動ステージである構成とすることができる。   The moving means may be a fine movement stage including a laminated piezoelectric actuator and a parallel hinge spring.

または、可撓性基板と、前記可撓性基板の一方の端部に設けられたプローブホルダーと、該プローブホルダーに装着されたプローブと、前記可撓性基板の他端部に設けられた固定部材と、前記可撓性基板に貼り合わされた圧電素子と、前記可撓性基板に設けられ前記プローブの荷重による可撓性基板の屈曲変位を検知する少なくとも1の歪みゲージと、前記圧電素子に電圧を印加することによって生じる前記可撓性基板の屈曲変位を検知する少なくとも1の歪みゲージとを有することを特徴としている。   Alternatively, a flexible substrate, a probe holder provided at one end of the flexible substrate, a probe attached to the probe holder, and a fixing provided at the other end of the flexible substrate A member, a piezoelectric element bonded to the flexible substrate, at least one strain gauge provided on the flexible substrate for detecting bending displacement of the flexible substrate due to the load of the probe, and the piezoelectric element And at least one strain gauge for detecting a bending displacement of the flexible substrate caused by applying a voltage.

前記力センサの剛性及び前記プローブの剛性と前記力センサが前記測定対象物から受ける接触荷重により、前記力センサ及び前記プローブの変形量を補正することにより、前記測定対象物の形状を測定する   The shape of the measurement object is measured by correcting the deformation amount of the force sensor and the probe based on the rigidity of the force sensor, the rigidity of the probe, and the contact load that the force sensor receives from the measurement object.

本発明による力センサは、絶縁性のセラミックスからなる可撓性基板と薄膜状に形成された歪みゲージを使用しているので、力センサを小型化にすることができ、かつ、安価に製造できる。また、歪みゲージが可撓性基板にスパッタリング等で形成されたCr−Nの薄膜である構成とすることで、nmオーダーの変位で生じる微小な力を検知可能となり、高分解能を有する力センサを得ることができる。プローブの移動範囲を制限するようにしているので、プローブを交換する際に、可撓性基板を破損することを効果的に防止できる、等の効果を奏する。   Since the force sensor according to the present invention uses a flexible substrate made of insulating ceramics and a strain gauge formed in a thin film shape, the force sensor can be reduced in size and manufactured at low cost. . In addition, since the strain gauge is a Cr-N thin film formed on a flexible substrate by sputtering or the like, a minute force generated by a displacement on the order of nm can be detected, and a force sensor having high resolution can be obtained. Obtainable. Since the movement range of the probe is limited, it is possible to effectively prevent the flexible substrate from being damaged when the probe is replaced.

本発明の荷重検出装置は、また、小型、軽量にできるため高速にプローブを移動させることが可能である。また、プローブが測定対象物を押圧する力が所定の値になったら、その位置を確保したり、一定の押圧力を保持したりすることができるので、測定中に振動などの外乱を受けても、振動に追従して一定の押圧力を保持でき、振動の影響を受けることなく正確な測定ができる。また本発明による荷重検出装置は、一定の荷重での計測が可能なため、測定者や測定毎による測定ばらつきが少ない。   Since the load detection device of the present invention can be made small and lightweight, the probe can be moved at high speed. In addition, when the force with which the probe presses the measurement object reaches a predetermined value, the position can be secured or a constant pressing force can be maintained. However, it is possible to maintain a constant pressing force following the vibration, and to perform an accurate measurement without being affected by the vibration. In addition, since the load detection device according to the present invention can perform measurement with a constant load, there is little measurement variation depending on the measurer and each measurement.

また、上記力センサや荷重検出装置を用いることで、高分解能で、安定した形状測定ができる。   Further, by using the force sensor and the load detection device, stable shape measurement can be performed with high resolution.

図1は、本発明の第1の実施例による力センサ10の斜視図である。力センサ10には可撓性基板11が設けられているが、これは、ジルコニア等の絶縁性のセラミックス製でかつ、適当な可撓性を有するものである。可撓性基板11の両端は固定部材12の支持部12a、12bにより支持されていて、上面にはCr−N薄膜からなる歪みゲージ13a〜13dがスパッタリング等により直接形成されている。歪みゲージ13a〜13dは、細い線を蛇行させた形状で、スパッタリング等による薄膜なので、強度はほぼ0に近く、歪みゲージ自身が可撓性基板11を補強することがないようになっている。また、スパッタリングによる薄膜なので接着剤が介在することがなく接着層による感度の吸収、ばらつき、クリープを抑えることができ安定性の良い歪みゲージを得ることができる。また断面積の小さいため抵抗の高い抵抗線となりブリッジ電圧を大きくすることによって感度のよい歪みゲージを得ることができる。支持部12a、12bはアーム状で、X方向に自由度があるようにX方向の剛性は小さい。また、固定部材12が可撓性基板11の変形と共に変形しないように、固定部材12には補強部12cが設けられている。可撓性基板11の略中央にはプローブホルダー16が接合されており、その先端にはプローブ17が取り付けられている。プローブ17に荷重が加わると可撓性基板11が撓むことにより、可撓性基板11上には歪みが生じる。プローブ17に+Z方向の荷重が加わると可撓性基板11には支持部12a、12bに近い部位に負の歪み(縮み)、プローブホルダー16に近い部位に正の歪み(伸び)が生じる。歪みの大きさは、負の歪みでは支持部12a12bに近いほど大きく、また正の歪みではプローブホルダー16に近いほど大きい。従って歪みゲージ13a〜13dを形成する部位は、なるべく感度を大きくする必要から歪みゲージ13aは支持部12aに近い部位に、歪みゲージ13dは支持部12bに近い部位に、歪みゲージ13b、13cはプローブホルダー16の両側に近い部位に、それぞれ形成することが望ましい。   FIG. 1 is a perspective view of a force sensor 10 according to a first embodiment of the present invention. The force sensor 10 is provided with a flexible substrate 11, which is made of insulating ceramics such as zirconia and has appropriate flexibility. Both ends of the flexible substrate 11 are supported by support portions 12a and 12b of the fixing member 12, and strain gauges 13a to 13d made of a Cr—N thin film are directly formed on the upper surface by sputtering or the like. Since the strain gauges 13a to 13d are formed by meandering thin lines and are thin films formed by sputtering or the like, the strength is almost zero, and the strain gauge itself does not reinforce the flexible substrate 11. Further, since the thin film is formed by sputtering, the adhesive does not intervene, and absorption, variation, and creep of sensitivity due to the adhesive layer can be suppressed, and a strain gauge with good stability can be obtained. In addition, since the cross-sectional area is small, a resistance wire having high resistance is obtained, and a strain gauge with high sensitivity can be obtained by increasing the bridge voltage. The support portions 12a and 12b are arm-shaped, and the rigidity in the X direction is small so that there is a degree of freedom in the X direction. In addition, the fixing member 12 is provided with a reinforcing portion 12 c so that the fixing member 12 does not deform with the deformation of the flexible substrate 11. A probe holder 16 is joined to substantially the center of the flexible substrate 11, and a probe 17 is attached to the tip thereof. When a load is applied to the probe 17, the flexible substrate 11 bends to cause distortion on the flexible substrate 11. When a load in the + Z direction is applied to the probe 17, negative distortion (shrinkage) occurs in the flexible substrate 11 near the support portions 12 a and 12 b, and positive distortion (extension) occurs near the probe holder 16. The magnitude of the distortion is larger as it is closer to the support portion 12a12b in the case of negative distortion, and is larger as it is closer to the probe holder 16 in the case of positive distortion. Therefore, since the strain gauges 13a to 13d need to be as sensitive as possible, the strain gauge 13a is close to the support portion 12a, the strain gauge 13d is close to the support portion 12b, and the strain gauges 13b and 13c are probes. It is desirable to form the holders 16 at portions close to both sides.

図2は、歪みゲージ13a〜13dをブリッジ接続した図である。歪みゲージ13a〜13dは、可撓性基板11が撓むと、蛇行している線が伸縮し、電気抵抗値が変化するものである。そこで、図2に示すようにブリッジ接続し、歪みゲージ13a〜13dの正負の歪みによる抵抗変化の差動をとることによって出力電圧を大きくなるように接続されている。入力電圧Vinと出力電圧Voutの関係は、歪みゲージ13a〜13dが形成された可撓性基板11上に生じる歪みをε1〜ε4、ゲージ率k、ゲージアンプの増幅率Gとして次の式(1)で示される。ただし、ε1は歪みゲージ13bの歪み、ε2は歪みゲージ13aの歪み、ε3は歪みゲージ13dの歪み、ε4は歪みゲージ13cの歪みを表す。また、ε1、ε4は正の歪みで、ε2、ε3は負の歪みとする。   FIG. 2 is a diagram in which the strain gauges 13a to 13d are bridge-connected. In the strain gauges 13a to 13d, when the flexible substrate 11 is bent, the meandering line expands and contracts and the electric resistance value changes. Therefore, as shown in FIG. 2, a bridge connection is made and the output voltage is increased by taking a differential resistance change caused by positive and negative strains of the strain gauges 13a to 13d. The relationship between the input voltage Vin and the output voltage Vout is expressed by the following equation (1) where the strain generated on the flexible substrate 11 on which the strain gauges 13a to 13d are formed is represented by ε1 to ε4, the gauge factor k, and the gain G of the gauge amplifier. ). However, ε1 represents the strain of the strain gauge 13b, ε2 represents the strain of the strain gauge 13a, ε3 represents the strain of the strain gauge 13d, and ε4 represents the strain of the strain gauge 13c. Ε1 and ε4 are positive strains, and ε2 and ε3 are negative strains.

Vout = Vin{k(ε1−ε2−ε3+ε4)}G/4 式(1)
式(1)から分かるように、負の歪みの符号が負なので、Voutは、ε1〜ε4の絶対値を加えた値に比例することになる。すなわち、歪みゲージを正負の歪みを生じるところに2つずつ設けることで、力センサの感度を向上させることができる。
Vout = Vin {k (ε1-ε2-ε3 + ε4)} G / 4 Formula (1)
As can be seen from equation (1), since the sign of the negative distortion is negative, Vout is proportional to the value obtained by adding the absolute values of ε1 to ε4. That is, the sensitivity of the force sensor can be improved by providing two strain gauges where the positive and negative strains are generated.

このような構成の力センサ10は小型化が容易で、かつ、nmオーダーの変位による接触荷重が10μNと、非常に軽量な力を高分解能で検知することが可能となる。また、接触力が非常に小さいので、測定対象物の表面を傷つけることがない。   The force sensor 10 having such a configuration can be easily miniaturized, and can detect a very light force with a high resolution of 10 μN as a contact load due to a displacement on the order of nm. Further, since the contact force is very small, the surface of the measurement object is not damaged.

図3(a)は、図1に示す力センサの全体を斜め下方から見た斜視図で、(b)は力センサの拡大した下面図である。図4は図3のA−A断面の要部を示す拡大断面図である。力センサ10の固定部材12と支持部12a、12bとは、その外側全体をカバー18で覆われている。カバー18は、固定部材12の上面と密着し、支持部12a、12bとは離反しているが、固定部材12と一体のものである。カバー18には、底部に孔18aがあり、この孔18aをプローブホルダー16が貫通している。プローブホルダー16と孔18aとの間には、x方向に片側d1の隙間があり、y方向には片側d2の隙間がある。また、プローブホルダー16には、可撓性基板11より下方に、x方向に延びる板状の凸部16aが、片側2枚ずつ間隔を空けて設けられ、これらの間にカバー18の孔18aの縁部が入るようになっている。したがって、孔18aの縁と上下の凸部16aとの間には、z方向に片側d3の隙間が確保されている。このような構成により、プローブホルダー16は、隙間d1、d2、d3の範囲内で孔18a内をx、y、z方向に移動できるようになっている。d1〜d3を適当に決めることで、プローブ17を交換する場合などプローブホルダー16に大きな荷重が加わった場合でも、プローブホルダー16がXYZ方向に動く範囲を制限して、可撓性基板11などの力センサ10を破損することを防ぐことができる。なお、プローブホルダー16の動く範囲を制限するのに代えて、孔18aなどによって、プローブ17そのものの移動範囲を制限してもよい。   3A is a perspective view of the entire force sensor shown in FIG. 1 as viewed obliquely from below, and FIG. 3B is an enlarged bottom view of the force sensor. FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing the main part of the AA cross section of FIG. The fixing member 12 and the support portions 12a and 12b of the force sensor 10 are entirely covered with a cover 18. The cover 18 is in close contact with the upper surface of the fixing member 12 and is separated from the support portions 12 a and 12 b, but is integral with the fixing member 12. The cover 18 has a hole 18a at the bottom, and the probe holder 16 passes through the hole 18a. Between the probe holder 16 and the hole 18a, there is a gap on one side d1 in the x direction, and there is a gap on one side d2 in the y direction. The probe holder 16 is provided with plate-like convex portions 16a extending in the x direction below the flexible substrate 11 with two pieces spaced apart on one side, and the hole 18a of the cover 18 is interposed between them. The edge is designed to enter. Therefore, a gap on one side d3 is secured in the z direction between the edge of the hole 18a and the upper and lower convex portions 16a. With such a configuration, the probe holder 16 can move in the holes 18a in the x, y, and z directions within the gaps d1, d2, and d3. By appropriately determining d1 to d3, even when a large load is applied to the probe holder 16 such as when the probe 17 is replaced, the range in which the probe holder 16 moves in the XYZ directions is limited, and the flexible substrate 11 It is possible to prevent the force sensor 10 from being damaged. Instead of limiting the moving range of the probe holder 16, the moving range of the probe 17 itself may be limited by the hole 18a or the like.

本実施例の具体的例として、可撓性基板11の形状は4×30×0.05mmのジルコニア基板で、Cr−N薄膜による蛇行した線をスパッタリング法などの手段によって成膜することで歪みゲージ13a〜13dを形成している。ゲージ率は6、ブリッジ電圧10V、ゲージアンプのゲインを1600倍とすることによって。1g重の荷重に対して10Vの出力が得られている。   As a specific example of this embodiment, the flexible substrate 11 is a zirconia substrate having a shape of 4 × 30 × 0.05 mm, and a meandering line formed of a Cr—N thin film is formed by means such as sputtering. Gauges 13a to 13d are formed. By setting the gauge factor to 6, the bridge voltage 10V, and the gain of the gauge amplifier to 1600 times. An output of 10 V is obtained for a load of 1 g weight.

図5は、本発明の第2の実施例の力センサ20を示す斜視図である。プリアンプ(又はゲージアンプ)21に中空円筒状の固定部材22が取り付けられている。固定部材22の中空部には、切欠溝22aが対向して2本形成されており、ここにジルコニア等のセラミックス製で絶縁性で、かつ、可撓性のある可撓性基板23がはめ込まれている。可撓性基板23は、固定部材22の先端から外側に突出しており、突出した先端に固定部材22と同様の形状をしたプローブホルダー24があり、これに対向して形成された切欠溝24a内に可撓性基板23がはめ込まれている。固定部材22の先端には、円筒形状の保護部材25が取り付けられており、保護部材25は、プローブホルダー24の一部を覆っているが、プローブホルダー24の保護部材25から突出した部分にプローブ17が取り付けられている。プローブホルダー24の外径は保護部材25の内径より小さく、片側dの隙間が設けられている。   FIG. 5 is a perspective view showing the force sensor 20 of the second embodiment of the present invention. A hollow cylindrical fixing member 22 is attached to the preamplifier (or gauge amplifier) 21. Two hollow grooves 22a are formed in the hollow portion of the fixing member 22 so as to face each other, and an insulating and flexible flexible substrate 23 made of ceramics such as zirconia is fitted therein. ing. The flexible substrate 23 protrudes outward from the tip of the fixing member 22, and a probe holder 24 having the same shape as that of the fixing member 22 is provided at the protruding tip, and in a notch groove 24 a formed so as to face the same. A flexible substrate 23 is fitted into the base plate. A cylindrical protective member 25 is attached to the tip of the fixing member 22, and the protective member 25 covers a part of the probe holder 24, but the probe protrudes from the protective member 25 of the probe holder 24. 17 is attached. The outer diameter of the probe holder 24 is smaller than the inner diameter of the protective member 25, and a gap on one side d is provided.

可撓性基板23は、固定部材22とプローブホルダー24との間にどちらにも覆われていない部分があり、この部分の表面には図6(a)に示すように歪みゲージ13a〜13dが設けられている。これらの歪みゲージ13a〜13dは、第1の実施例と同じで、Cr−N薄膜からなる線をスパッタリングにより形成したものである。歪みゲージ13a〜13dは、保護部材25に覆われている。図6(b)に示すように、可撓性基板23の裏面にはほぼ全面に導体26が形成されているが、この導体26は、スパッタリング等で形成された薄膜などであるから、可撓性基板23を補強することがない。   The flexible substrate 23 has a portion that is not covered by either of the fixing member 22 and the probe holder 24, and strain gauges 13a to 13d are provided on the surface of this portion as shown in FIG. Is provided. These strain gauges 13a to 13d are the same as those of the first embodiment, and are formed by sputtering a line made of a Cr-N thin film. The strain gauges 13a to 13d are covered with a protective member 25. As shown in FIG. 6 (b), a conductor 26 is formed almost entirely on the back surface of the flexible substrate 23. Since the conductor 26 is a thin film formed by sputtering or the like, it is flexible. The conductive substrate 23 is not reinforced.

歪みゲージ13a、13bは歪みの感度がX方向に、歪みゲージ13c、13dはY方向にあるように形成され、図7に示すように、互いにブリッジ接続されて、力センサ20に隣接されたプリアンプ21に接続されている。歪みゲージ13a〜13dによる抵抗変化は極めて小さく、歪みゲージセンサ信号ケーブルの引き回しにより、周囲の電気的ノイズの影響を受けやすい。そこでプリアンプ21を歪みゲージ13a〜13dの近傍に設置して、増幅後の信号を引き回すことによって、ノイズの影響を低減することができる。歪みゲージ13c、13dを可撓性基板23の裏面に設ければ、歪みゲージ13a、13bと歪みゲージ13c、13dは正負逆方向の歪みを受けることになるので、感度を上げることができる。   The strain gauges 13a and 13b are formed so that the strain sensitivity is in the X direction, and the strain gauges 13c and 13d are in the Y direction, and are connected to each other as shown in FIG. 21 is connected. The resistance change due to the strain gauges 13a to 13d is extremely small, and the strain gauge sensor signal cable is easily routed to be influenced by surrounding electrical noise. Therefore, the influence of noise can be reduced by installing the preamplifier 21 in the vicinity of the strain gauges 13a to 13d and routing the amplified signal. If the strain gauges 13c and 13d are provided on the back surface of the flexible substrate 23, the strain gauges 13a and 13b and the strain gauges 13c and 13d are subjected to strain in the positive and negative directions, so that the sensitivity can be increased.

プローブ17が測定対象物19と対向するように移動して接触し、荷重が加わり、Z方向に変位すると、この変位は可撓性基板23に伝達される。固定部材22とプローブホルダー24は可撓性基板23に比べて充分に大きな剛性を有しているので、プローブ17に荷重が加わった場合、可撓性基板23の歪みゲージ13a、13bが形成された部位が最も大きく屈曲することになり、歪みゲージの感度を高めることが可能である。プローブ17のZ方向の変位は、可撓性基板23の曲げとなり、X方向の変位となる。したがって、歪みゲージ13a、13bによりこの変位が検知され、歪みゲージ13c、13dは変位を検知しない無感の状態となる。歪みゲージ13a〜13dを図7に示すようにブリッジ接続し、歪みゲージ13a、13bの変位量を検出することで、プローブ17に加わった荷重を測定することができる。   When the probe 17 moves so as to face the measurement object 19 and comes into contact with it, a load is applied and the probe 17 is displaced in the Z direction, this displacement is transmitted to the flexible substrate 23. Since the fixing member 22 and the probe holder 24 have sufficiently large rigidity as compared with the flexible substrate 23, the strain gauges 13a and 13b of the flexible substrate 23 are formed when a load is applied to the probe 17. The bent portion is bent the most, and the sensitivity of the strain gauge can be increased. The displacement of the probe 17 in the Z direction is a bending of the flexible substrate 23 and is displaced in the X direction. Therefore, the displacement is detected by the strain gauges 13a and 13b, and the strain gauges 13c and 13d are in an insensitive state where no displacement is detected. The strain gauges 13a to 13d are bridge-connected as shown in FIG. 7, and the load applied to the probe 17 can be measured by detecting the displacement amount of the strain gauges 13a and 13b.

なお、図5の実施例では、歪みゲージ13a〜13dを全て可撓性基板23の一方の面に形成したが、歪みゲージ13a、13bを表側に、歪みゲージ13c、13dを裏側に形成し、全ての歪みゲージの感度をX方向に揃えると、一方が伸びで、他方が縮みとなって、さらに感度と分解能を上げることができる。   In the embodiment of FIG. 5, the strain gauges 13a to 13d are all formed on one surface of the flexible substrate 23. However, the strain gauges 13a and 13b are formed on the front side, and the strain gauges 13c and 13d are formed on the back side. When the sensitivity of all strain gauges is aligned in the X direction, one is expanded and the other is contracted, and sensitivity and resolution can be further increased.

プローブ交換時などに、プローブ17に大きな荷重が加わると、可撓性基板23の変位が大きくなって可撓性基板23を破損するおそれがある。これに対し、本発明では保護部材25を設け、プローブホルダー24の動ける範囲を片側dの隙間の範囲内に制限しているので可撓性基板23を破損することを防ぐことができる。また力センサ20は円筒状の形状をしているため、構造が単純で量産性に富み、小型軽量に構成することが可能である。   If a large load is applied to the probe 17 when the probe is exchanged, the displacement of the flexible substrate 23 becomes large and the flexible substrate 23 may be damaged. On the other hand, in the present invention, the protection member 25 is provided and the range in which the probe holder 24 can move is limited to the range of the gap on one side d, so that the flexible substrate 23 can be prevented from being damaged. Further, since the force sensor 20 has a cylindrical shape, the structure is simple, high in mass productivity, and can be configured to be small and light.

プローブホルダー24及びプローブ17は金属で構成され、導体26上に接続された端子29によって、プローブ17と電気的に接触した測定対象物19の電気特性を端子29から測定することが可能である。   The probe holder 24 and the probe 17 are made of metal, and the electrical characteristics of the measurement object 19 in electrical contact with the probe 17 can be measured from the terminal 29 by a terminal 29 connected on the conductor 26.

図8は、本発明の第3の実施例による力センサ30の図で、(a)は斜視図で、(b)は可撓性基板31の縮小した平面図である。この力センサ30は、プローブ17に加わったXYZ方向の力を分力して測定することができるものである。   FIGS. 8A and 8B are views of the force sensor 30 according to the third embodiment of the present invention, in which FIG. 8A is a perspective view and FIG. 8B is a reduced plan view of the flexible substrate 31. The force sensor 30 can measure the force in the XYZ directions applied to the probe 17 by dividing it.

力センサ30は、十字型をした可撓性基板31を有し、十字の各腕上に歪みゲージ13a〜13dが形成されている。可撓性基板31と歪みゲージ13a〜13dは、図1に示す可撓性基板11と同じ素材と方法により形成されている。力センサ30には、十字型をした固定部材32があり、この固定部材32の4つの腕の先端から垂下された支持部32a〜32dに十字型の可撓性基板31の4つの腕の先端部を接合している。各支持部32a〜32dは、薄く形成され、可撓性基板31が撓む場合の抵抗とならないように、撓み方向の剛性が小さくなるようにしている。固定部材32の上には、固定部材32の剛性を上げるための補強部32eが固定されている。また十字型の可撓性基板31の中央部にはプローブホルダー16が設けられこのプローブホルダー16には、プローブ17が装着されている。   The force sensor 30 has a flexible substrate 31 having a cross shape, and strain gauges 13a to 13d are formed on the arms of the cross. The flexible substrate 31 and the strain gauges 13a to 13d are formed by the same material and method as the flexible substrate 11 shown in FIG. The force sensor 30 has a cross-shaped fixing member 32, and the tips of the four arms of the cross-shaped flexible substrate 31 are supported by support portions 32 a to 32 d suspended from the tips of the four arms of the fixing member 32. The parts are joined. Each support part 32a-32d is formed thinly, and it is trying for the rigidity of a bending direction to become small so that it may not become resistance when the flexible substrate 31 bends. On the fixing member 32, a reinforcing portion 32e for increasing the rigidity of the fixing member 32 is fixed. A probe holder 16 is provided at the center of the cross-shaped flexible substrate 31, and a probe 17 is attached to the probe holder 16.

プローブ17にX方向の荷重が加わると歪みゲージ13b及び13dの歪みは零、歪みゲージ13aは正の歪み、歪みゲージ13cは負の歪みが生じる。またプローブ17にY方向の荷重が加わると歪みゲージ13dは負の歪み、歪みゲージ13bは正の歪み、歪みゲージ13a及び13cの歪みは零となる。またプローブ17にZ方向の荷重が加わった場合、歪みゲージ13a〜13dには正の歪みが生じる。従って歪みゲージ13a〜13dの歪みの和信号及び差信号を出力することによって、プローブ17に加わったXYZ方向の力を分力して測定することが可能となり3軸の力センサを実現することができる。   When a load in the X direction is applied to the probe 17, the strain gauges 13b and 13d have zero strain, the strain gauge 13a has positive strain, and the strain gauge 13c has negative strain. When a load in the Y direction is applied to the probe 17, the strain gauge 13d becomes negative, the strain gauge 13b becomes positive, and the strain gauges 13a and 13c have zero strain. Further, when a load in the Z direction is applied to the probe 17, positive strain is generated in the strain gauges 13a to 13d. Therefore, by outputting the sum signal and difference signal of the strain gauges 13a to 13d, the force in the XYZ directions applied to the probe 17 can be divided and measured, and a triaxial force sensor can be realized. it can.

図9は、本発明の第4実施例で、移動手段としての微動ステージ41を備えた力センサ40を示す斜視図である。この微動ステージ付き力センサ40は、力センサ10を図10に示す微動ステージ41に搭載したものである。微動ステージ41は、図10に示すようにアルミニウムなどの直方体の金属ブロックにワイヤーカットなどで表裏を貫通したスリット41aを図のように形成し、四隅に複数のスリット41aが近接した状態の平行ヒンジバネ42を形成したものである。微動ステージ41のスリット41aの外側に形成された固定部43と、スリット41aの内側に形成された移動部44とは、これら4つの平行ヒンジバネ42により互いに連結されており、バックラッシュのないガイド機構の働きをしている。固定部43と移動部44の間には積層型圧電アクチュエータ45が組み込まれている。積層型圧電アクチュエータ45は、圧電セラミックスと内部電極とが交互に積層され、隣り合う圧電セラミックスには互いに逆向きとなる電界が内部電極によって印加されるように、内部電極が一層おきに外部電極に接続された構造を有する。   FIG. 9 is a perspective view showing a force sensor 40 having a fine movement stage 41 as a moving means in the fourth embodiment of the present invention. This force sensor 40 with a fine movement stage is obtained by mounting the force sensor 10 on a fine movement stage 41 shown in FIG. As shown in FIG. 10, the fine movement stage 41 is formed with slits 41a penetrating the front and back of a rectangular parallelepiped metal block such as aluminum as shown in the figure, and a parallel hinge spring in which a plurality of slits 41a are close to each other at four corners. 42 is formed. The fixed portion 43 formed on the outside of the slit 41a of the fine movement stage 41 and the moving portion 44 formed on the inside of the slit 41a are connected to each other by these four parallel hinge springs 42, and a guide mechanism without backlash. Is working. A laminated piezoelectric actuator 45 is incorporated between the fixed portion 43 and the moving portion 44. In the multilayer piezoelectric actuator 45, piezoelectric ceramics and internal electrodes are alternately stacked, and the internal electrodes are alternately applied to the external electrodes so that electric fields opposite to each other are applied to the adjacent piezoelectric ceramics by the internal electrodes. It has a connected structure.

積層型圧電アクチュエータ45に電圧を印加することによって積層型圧電アクチュエータ45が伸縮し、平行ヒンジバネ42の弾性力に抗して移動部44を固定部43に対してnmレベルの分解能で変位させることができる。また、積層型圧電アクチュエータ45に印加される電圧により、伸縮量が決まるので、移動部44を所望の量だけ移動することも可能となる。   By applying a voltage to the multilayer piezoelectric actuator 45, the multilayer piezoelectric actuator 45 expands and contracts, and the moving part 44 can be displaced with respect to the fixed part 43 with a resolution of nm level against the elastic force of the parallel hinge spring 42. it can. In addition, since the amount of expansion and contraction is determined by the voltage applied to the laminated piezoelectric actuator 45, the moving unit 44 can be moved by a desired amount.

力センサ10は、微動ステージ41の移動部44に、カバー18乃至固定部材12を固定している。したがって、微動ステージ41は力センサ10を移動させる移動手段ということになる。また、積層型圧電アクチュエータ45と平行ヒンジバネ42とで移動手段の駆動手段を構成している。   The force sensor 10 fixes the cover 18 to the fixing member 12 to the moving part 44 of the fine movement stage 41. Therefore, the fine movement stage 41 is a moving means for moving the force sensor 10. The laminated piezoelectric actuator 45 and the parallel hinge spring 42 constitute a driving means for the moving means.

積層型圧電アクチュエータ45は図11に示すようにドライバ46、D/Aコンバータ47を介してPC48に接続されている。力センサ10のブリッジ出力はプリアンプ(ゲージアンプ)21、A/Dコンバータ49を介してPC48に接続されている。PC48からの指令により微動ステージ41の積層型圧電アクチュエータ45に電圧を印加して、プローブ17を下降させることにより、プローブ17を測定対象物19に接触させることができる。そして、接触したときの荷重を力センサ10によって検出し、検出された荷重をA/Dコンバータ49を介してPC48に取り込む。PC48は、力センサ10で検出した荷重が設定された値になったら、その位置で微動ステージ41を停止させる。積層型圧電アクチュエータ45に印加する電圧を保持することで、微動ステージ41はその位置を保持することができる。或いは、逆に、検出荷重が設定された荷重を維持するように積層型圧電アクチュエータ45にサーボ電圧を印加することによって、プローブ17と測定対象物19が常に所望の接触圧を保持するように制御することが可能となる。以上の構成から、ゲージアンプ21、A/Dコンバータ49、ドライバ46、D/Aコンバータ47、及びPC48で、移動手段の制御手段を構成している。   The multilayer piezoelectric actuator 45 is connected to a PC 48 via a driver 46 and a D / A converter 47 as shown in FIG. The bridge output of the force sensor 10 is connected to the PC 48 via a preamplifier (gauge amplifier) 21 and an A / D converter 49. The probe 17 can be brought into contact with the measurement object 19 by applying a voltage to the laminated piezoelectric actuator 45 of the fine movement stage 41 in accordance with a command from the PC 48 and lowering the probe 17. Then, the load at the time of contact is detected by the force sensor 10, and the detected load is taken into the PC 48 via the A / D converter 49. When the load detected by the force sensor 10 reaches the set value, the PC 48 stops the fine movement stage 41 at that position. By holding the voltage applied to the laminated piezoelectric actuator 45, the fine movement stage 41 can hold its position. Or, conversely, by applying a servo voltage to the multilayer piezoelectric actuator 45 so as to maintain the set load as the detection load, the probe 17 and the measurement object 19 are controlled so as to always maintain a desired contact pressure. It becomes possible to do. With the above configuration, the gauge amplifier 21, the A / D converter 49, the driver 46, the D / A converter 47, and the PC 48 constitute a moving means control means.

すなわち、この微動ステージ付き力センサ40は、力センサとして使用できるだけでなく、一定の接触圧(荷重)を保持する荷重検出装置として使用することができる。   That is, the force sensor 40 with a fine movement stage can be used not only as a force sensor but also as a load detection device that holds a constant contact pressure (load).

なお搭載される力センサ10は第2の実施例で述べた力センサ20や第3の実施例で述べた力センサ30であってよい。   The force sensor 10 to be mounted may be the force sensor 20 described in the second embodiment or the force sensor 30 described in the third embodiment.

本発明による微動ステージ付き力センサ40を用いることによって、例えばプローブ17を測定対象物19上に押し当てて電気特性を測定する場合、一定荷重で接触することができるので、確実な接触状態を維持して安定した測定が可能となる。また本発明による微動ステージ付き力センサ40を用いることによって、例えば非常に柔らかい測定対象物をクランプする場合においても、測定対象物を最適な荷重でクランプすることが可能であるので、測定対象物を破損させることなくクランプさせることが可能である。   By using the force sensor 40 with a fine movement stage according to the present invention, for example, when the electrical characteristics are measured by pressing the probe 17 onto the measurement object 19, contact can be made with a constant load, so that a reliable contact state is maintained. Stable measurement is possible. Further, by using the force sensor 40 with a fine movement stage according to the present invention, for example, even when a very soft measurement object is clamped, the measurement object can be clamped with an optimum load. It is possible to clamp without breaking.

図12(a)は、本発明の第5実施例の微動ステージ付き力センサ50を示す斜視図で(b)は力センサ10を取り外した状態を示す斜視図である。移動手段としての微動ステージ51は、図9、図10に示す微動ステージ41に、変位センサプローブ52を内蔵させたものである。微動ステージ41と共通する構成には微動ステージ41と同じ番号を付して、説明は省略する。力センサ10は、微動ステージ51の移動部44に固定される。変位センサプローブ52の一端は固定部43に固定され、他端は移動部44に接触している。また、変位センサプローブ52は、原理的には図1に示す力センサ10と同じ構造で、図示しないが弾性変形する部材と、これに設けられた4つの歪みゲージを有し、これら4つの歪みゲージをブリッジ接続している。固定部43に対して移動部44が移動すると、移動部44の位置を変位センサプローブ52が検出するので、変位センサプローブ52は、移動部44の位置検出手段となる。   FIG. 12A is a perspective view showing a force sensor 50 with a fine movement stage according to a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 12B is a perspective view showing a state in which the force sensor 10 is removed. A fine movement stage 51 as a moving means is obtained by incorporating a displacement sensor probe 52 into the fine movement stage 41 shown in FIGS. Components common to fine movement stage 41 are assigned the same reference numerals as fine movement stage 41, and description thereof is omitted. The force sensor 10 is fixed to the moving unit 44 of the fine movement stage 51. One end of the displacement sensor probe 52 is fixed to the fixed portion 43, and the other end is in contact with the moving portion 44. The displacement sensor probe 52 has the same structure as that of the force sensor 10 shown in FIG. 1 in principle, and includes a member that is elastically deformed (not shown) and four strain gauges provided on the member. The gauge is bridged. When the moving unit 44 moves relative to the fixed unit 43, the displacement sensor probe 52 detects the position of the moving unit 44, so that the displacement sensor probe 52 serves as a position detecting unit for the moving unit 44.

図13は、第5の実施例のブロック図である。図11の第4実施例のブロック図と共通する構成には同じ符号を付し、説明を省略する。変位センサプローブ52は、変位センサアンプ53と接続され、測定変位をA/Dコンバータ54を介してPC48に取り込むことによって微動ステージ51の移動部44の変位量を測定することができる。その他は、図11で説明したのと同様である。またPC48からの指令により積層型圧電アクチュエータ45に電圧を印加して、プローブ17を下降させることにより、プローブ17が測定対象物19に接触したときの荷重を力センサ10によって検出し、検出された荷重をゲージアンプ21とA/Dコンバータ49を介してPC48に取り込むことによって、検出荷重が設定された任意の値になった位置で微動ステージ付き力センサ50を停止させることができることも第2の実施例で述べたと同様である。微動ステージ付き力センサ50が停止した位置を図13に示す変位センサプローブ52及び変位センサアンプ53によって測定し、微動ステージ51の変位が一定になるようにドライバ46にサーボ電圧を印加することによって、プローブ17は測定対象物19を一定の距離を押し込んだ状態で保持することが可能である。また、移動手段としての微動ステージ41を測定対象物19に対して走査し、そのときのプローブ17の位置を変位センサプローブ52で測定することで、形状測定装置として使用することが可能である。   FIG. 13 is a block diagram of the fifth embodiment. The same components as those in the block diagram of the fourth embodiment shown in FIG. The displacement sensor probe 52 is connected to the displacement sensor amplifier 53 and can measure the displacement amount of the moving unit 44 of the fine movement stage 51 by taking the measured displacement into the PC 48 via the A / D converter 54. Others are the same as described in FIG. Further, by applying a voltage to the multilayer piezoelectric actuator 45 in accordance with a command from the PC 48 and lowering the probe 17, the load when the probe 17 contacts the measurement object 19 is detected by the force sensor 10 and detected. Secondly, the force sensor 50 with the fine movement stage can be stopped at a position where the detected load becomes an arbitrary value by taking the load into the PC 48 via the gauge amplifier 21 and the A / D converter 49. This is the same as described in the embodiment. By measuring the position where the force sensor 50 with the fine movement stage is stopped by the displacement sensor probe 52 and the displacement sensor amplifier 53 shown in FIG. 13 and applying a servo voltage to the driver 46 so that the displacement of the fine movement stage 51 becomes constant, The probe 17 can hold the measurement object 19 in a state where it is pushed in a certain distance. Further, the fine movement stage 41 as the moving means is scanned with respect to the measurement object 19, and the position of the probe 17 at that time is measured by the displacement sensor probe 52, so that it can be used as a shape measuring device.

以上の構成から明らかなように、ゲージアンプ21、A/Dコンバータ49、ドライバ46、D/Aコンバータ47、PC48、変位センサアンプ53及びA/Dコンバータ54で、移動手段の制御手段を構成している。   As is apparent from the above configuration, the gauge amplifier 21, the A / D converter 49, the driver 46, the D / A converter 47, the PC 48, the displacement sensor amplifier 53, and the A / D converter 54 constitute a moving means control means. ing.

なお搭載される力センサは第2の実施例で述べた力センサ20や第3の実施例で述べた力センサ30であってももちろん構わない。   Of course, the force sensor mounted may be the force sensor 20 described in the second embodiment or the force sensor 30 described in the third embodiment.

図14は、本発明の第6の実施例の微動ステージ付き力センサ60の斜視図である。ここでは、3つの微動ステージ41をXYZ軸方向に組合せ、これに力センサ10を取り付けた構成にしている。X軸用微動ステージが41X、Y軸用微動ステージが41Y、Z軸用微動ステージが41Zである。   FIG. 14 is a perspective view of a force sensor 60 with a fine movement stage according to a sixth embodiment of the present invention. Here, the three fine movement stages 41 are combined in the XYZ axial directions, and the force sensor 10 is attached thereto. The fine movement stage for X axis is 41X, the fine movement stage for Y axis is 41Y, and the fine movement stage for Z axis is 41Z.

力センサ10がZ軸用微動ステージ41Zの移動部44に固定され、Z軸用微動ステージ41Zの固定部43は、X軸用微動ステージ41Xの移動部44に固定され、X軸用微動ステージ41Xの固定部43は、Y軸用微動ステージ41の移動部44に固定されている。このような構成により、力センサ10を、X、Y、Z軸方向にそれぞれnmの分解能で微小な量だけ移動することができる。その他は、第5の実施例で述べたと同様である。   The force sensor 10 is fixed to the moving part 44 of the Z-axis fine movement stage 41Z, and the fixed part 43 of the Z-axis fine movement stage 41Z is fixed to the moving part 44 of the X-axis fine movement stage 41X, and the X-axis fine movement stage 41X. The fixed portion 43 is fixed to the moving portion 44 of the Y-axis fine movement stage 41. With such a configuration, the force sensor 10 can be moved by a minute amount in the X, Y, and Z axis directions with a resolution of nm. Others are the same as described in the fifth embodiment.

また、プローブ17と測定対象物19との間にかかる荷重が設定された所望の値になるように、Z軸微動ステージ41Zの積層型圧電アクチュエータ45にサーボ電圧を印加して、プローブ17と測定対象物19にかかる荷重を一定に維持し、X軸用微動ステージ41X、Y軸用微動ステージ41Yによって測定対象物19を走査させることによって、プローブ17を所望の接触荷重で測定対象物19の表面をなぞることができる。このときのZ軸用微動ステージ41Zの変位を変位センサプローブ52によって測定することによって、測定対象物19の表面形状を測定することができる。接触荷重が大きい場合には表面形状測定の誤差が大きくなるが、本発明による力センサは接触荷重を10μNと非常に微小に設定できるため、精度良く表面形状を測定することができ、また測定対象物19の表面を傷つけることなく測定することが可能である。また更に高精度に表面形状を測定するためには、力センサ10の可撓性基板11自身の剛性による変形が無視できなくなるが、本発明による力センサ10は弾性体のみで構成されているため、本発明による荷重一定制御を行うことにより力センサ10の荷重と変形量は線形関係で且つ略一定になるので、容易に補正することが可能である。   Further, a servo voltage is applied to the stacked piezoelectric actuator 45 of the Z-axis fine movement stage 41Z so that the load applied between the probe 17 and the measurement object 19 becomes a set desired value, and the measurement with the probe 17 is performed. The load applied to the object 19 is kept constant, and the measurement object 19 is scanned by the X-axis fine movement stage 41X and the Y-axis fine movement stage 41Y, whereby the probe 17 is moved to the surface of the measurement object 19 with a desired contact load. Can be traced. By measuring the displacement of the Z-axis fine movement stage 41Z at this time with the displacement sensor probe 52, the surface shape of the measuring object 19 can be measured. When the contact load is large, the error in measuring the surface shape becomes large. However, the force sensor according to the present invention can set the contact load to a very small value of 10 μN. It is possible to measure without damaging the surface of the object 19. Further, in order to measure the surface shape with higher accuracy, deformation due to the rigidity of the flexible substrate 11 itself of the force sensor 10 cannot be ignored, but the force sensor 10 according to the present invention is composed only of an elastic body. By performing the constant load control according to the present invention, the load and the deformation amount of the force sensor 10 have a linear relationship and become substantially constant, and therefore can be easily corrected.

図14において、搭載される力センサ10に代えて第3の実施例で述べた力センサ30を用いることによって、XYZ方向に対して所望の荷重でなぞることができるため、XYZ軸用微動ステージ41X、41Y、41ZのXYZ方向の変位を測定することによって任意の三次元形状を測定することが可能となる。   In FIG. 14, by using the force sensor 30 described in the third embodiment instead of the mounted force sensor 10, it is possible to trace with a desired load in the XYZ directions. , 41Y, 41Z can be measured by measuring the displacement in the XYZ direction.

図15は、本発明の第7実施例を示す図である。この第7実施例による微動ステージ付き力センサ70は図1に示す可撓性基板11と同様の絶縁性の可撓性基板71を有し、基端を固定部材72に固定され、先端にプローブホルダー16とプローブ17が装着されている。可撓性基板71の表面には、圧電素子73が形成され、圧電素子73の裏面側には、変位検出用の歪みゲージ74a、74b、74c、74dが形成されている。また、可撓性基板71のプローブホルダー16近くには、表側に歪みゲージ13a、13bが、裏側に歪みゲージ13c、13dがそれぞれ形成されて、これらはブリッジ接続されている。   FIG. 15 is a diagram showing a seventh embodiment of the present invention. The force sensor 70 with a fine movement stage according to the seventh embodiment has an insulating flexible substrate 71 similar to the flexible substrate 11 shown in FIG. 1, has a proximal end fixed to a fixing member 72, and a probe at the distal end. A holder 16 and a probe 17 are attached. A piezoelectric element 73 is formed on the front surface of the flexible substrate 71, and strain gauges 74a, 74b, 74c, and 74d for displacement detection are formed on the back surface side of the piezoelectric element 73. Further, near the probe holder 16 of the flexible substrate 71, strain gauges 13a and 13b are formed on the front side, and strain gauges 13c and 13d are formed on the back side, respectively, and these are bridge-connected.

プローブ17が測定対象物19に圧接して力を受け、Z方向に変位すると、可撓性基板71は、先端がZ方向に変位するが、歪みゲージ13a、13bと、歪みゲージ13c、13dとは、可撓性基板71の表裏にあるので、一方が伸びの歪みを検知したとき、他方は縮みの歪みを検知することになり、これらを図7に示すようにブリッジ接続することで、プローブ17に加わった力を高精度に検出することができる。   When the probe 17 is pressed against the measuring object 19 and receives a force and is displaced in the Z direction, the flexible substrate 71 is displaced in the Z direction, but the strain gauges 13a and 13b and the strain gauges 13c and 13d Is on the front and back of the flexible substrate 71, so that when one detects the strain of expansion, the other detects the strain of shrinkage, and these are bridge-connected as shown in FIG. The force applied to 17 can be detected with high accuracy.

また、可撓性基板71の上面には、圧電素子73が設けられおり、圧電素子73に電圧を印加すると可撓性基板71の長手方向に伸縮するため、可撓性基板71は屈曲し、プローブ17をZ方向に移動させる。歪みゲージ74a、74bは、可撓性基板71の長さ方向(図15の左右方向)の伸縮を検知し、歪みゲージ74c、74d、可撓性基板71の幅方向の伸縮を検知するが、長さ方向の伸縮は無感となる。そこで、これら4つの歪みゲージを図7に示すようにブリッジ接続することによって、プローブ17がZ方向に移動したときの移動量を検出することができる。また、圧電素子73に電圧を印加することによりプローブ17がZ方向に変位するが、この変位量を変位検出用歪みゲージ74a、74b、74c、74dによって測定することが可能である。従って圧電素子73に印加する電圧を調整することで、プローブ17を所望の位置に移動することができる。   In addition, a piezoelectric element 73 is provided on the upper surface of the flexible substrate 71. When a voltage is applied to the piezoelectric element 73, the flexible substrate 71 expands and contracts in the longitudinal direction. The probe 17 is moved in the Z direction. The strain gauges 74a and 74b detect expansion and contraction in the length direction (left and right direction in FIG. 15) of the flexible substrate 71, and detect expansion and contraction in the width direction of the strain gauges 74c and 74d and flexible substrate 71. Stretching in the length direction is insensitive. Therefore, the amount of movement when the probe 17 moves in the Z direction can be detected by bridge-connecting these four strain gauges as shown in FIG. Further, when a voltage is applied to the piezoelectric element 73, the probe 17 is displaced in the Z direction. This displacement amount can be measured by the displacement detection strain gauges 74a, 74b, 74c, and 74d. Therefore, the probe 17 can be moved to a desired position by adjusting the voltage applied to the piezoelectric element 73.

この図15に示す構成は、図9に示す実施例に比べて更に単純な構成となり、Z方向に移動可能な移動手段を一体で併せ持った力センサを実現することが可能であるため、小型、軽量、低コストに実現することができる。   The configuration shown in FIG. 15 is a simpler configuration than the embodiment shown in FIG. 9, and it is possible to realize a force sensor integrally having moving means that can move in the Z direction. Light weight and low cost can be realized.

本発明の第1の実施例による力センサの要部を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the principal part of the force sensor by the 1st Example of this invention. 図1の4つの歪みゲージをブリッジ接続した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which bridge-connected four strain gauges of FIG. (a)は、図1に示す力センサの全体を斜め下方から見た斜視図で、(b)は(a)のBから見た図で、力センサの拡大した下面図である。(A) is the perspective view which looked at the whole force sensor shown in FIG. 1 from diagonally downward, (b) is the figure seen from B of (a), and is the expanded bottom view of a force sensor. 図3のA−A断面の要部を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows the principal part of the AA cross section of FIG. 本発明の第2の実施例の力センサを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the force sensor of the 2nd Example of this invention. (a)は第2の実施例の可撓性基板に形成された歪みゲージの図で、(b)は可撓性基板の裏面に形成された導体を示す図である。(A) is a figure of the strain gauge formed in the flexible substrate of 2nd Example, (b) is a figure which shows the conductor formed in the back surface of a flexible substrate. 図6の4つの歪みゲージのブリッジ接続を示す図である。It is a figure which shows the bridge connection of the four strain gauges of FIG. (a)本発明による第3の実施例の力センサの構成を示す斜視図で、(b)が可撓性基板と歪みゲージの配置を示す図である。(A) It is a perspective view which shows the structure of the force sensor of the 3rd Example by this invention, (b) is a figure which shows arrangement | positioning of a flexible substrate and a strain gauge. 本発明の第4実施例で、移動手段としての微動ステージを備えた力センサを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the force sensor provided with the fine movement stage as a moving means in 4th Example of this invention. 微動ステージの構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of a fine movement stage. 第4の実施例のブロック図である。It is a block diagram of a 4th example. (a)は本発明の第5実施例の微動ステージ付き力センサを示す斜視図で(b)は力センサを取り外した状態を示す斜視図である。(A) is a perspective view which shows the force sensor with a fine movement stage of 5th Example of this invention, (b) is a perspective view which shows the state which removed the force sensor. 本発明の第5の実施例のブロック図である。It is a block diagram of the 5th example of the present invention. 本発明による第6の実施例の微動ステージ付き力センサを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the force sensor with a fine movement stage of the 6th Example by this invention. 本発明による第7の実施例を示す図である。It is a figure which shows the 7th Example by this invention. 従来の三次元測定機を示す図である。It is a figure which shows the conventional coordinate measuring machine.

符号の説明Explanation of symbols

d、d1〜d3 隙間
10、20、30 力センサ
11、23 可撓性基板
12 固定部材
12a、12b 支持部
12c 補強部
13a〜13d 歪みゲージ
16a 凸部
16、24 プローブホルダー
17 プローブ
18 カバー(固定部材)
18a 孔
19 測定対象物
21 プリアンプ(またはゲージアンプ)
22 固定部材
23 可撓性基板
22a、24a 切欠溝
25 保護部材
26 導体
29 端子
31 十字型の可撓性基板
32 固定部材
32a〜32d 支持部
32e 補強部
40、50、60、70 微動ステージ付き力センサ
41、41X、41Y、41Z 微動ステージ
41a スリット
42 平行ヒンジバネ
43 固定部
44 移動部
45 積層型圧電アクチュエータ
46 ドライバ
47 D/Aコンバータ
48 PC
49、54 A/Dコンバータ
51 微動ステージ
52 変位センサプローブ
53 変位センサアンプ
71 可撓性基板
72 固定部材
73 圧電素子
74a〜74d 変位検出用歪みゲージ
d, d1 to d3 Gap 10, 20, 30 Force sensor 11, 23 Flexible substrate 12 Fixing member 12a, 12b Support part 12c Reinforcement part 13a-13d Strain gauge 16a Protruding part 16, 24 Probe holder 17 Probe 18 Cover (fixed) Element)
18a Hole 19 Measurement object 21 Preamplifier (or gauge amplifier)
22 fixing member 23 flexible substrate 22a, 24a notch groove 25 protective member 26 conductor 29 terminal 31 cross-shaped flexible substrate 32 fixing member 32a-32d support portion 32e reinforcing portion 40, 50, 60, 70 force with fine movement stage Sensors 41, 41X, 41Y, 41Z Fine movement stage 41a Slit 42 Parallel hinge spring 43 Fixed part 44 Moving part 45 Multilayer piezoelectric actuator 46 Driver 47 D / A converter 48 PC
49, 54 A / D converter 51 Fine movement stage 52 Displacement sensor probe 53 Displacement sensor amplifier 71 Flexible substrate 72 Fixing member 73 Piezoelectric elements 74a to 74d Displacement detection strain gauges

Claims (12)

絶縁性のセラミックスからなる可撓性基板と、該可撓性基板上に薄膜状に形成され、可撓性基板の歪みにより電気抵抗値が変化する少なくとも1つの歪みゲージと、前記可撓性基板の一方の端部に取り付けられたプローブホルダーと、該プローブホルダーに支持されたプローブと、前記可撓性基板の他方の端部から前記少なくとも1つの歪みゲージの近傍までを支持し、荷重を検出する方向以外の方向に対して剛性が大きい固定部材と、該固定部材に支持され、前記プローブホルダーの移動範囲を制限するためにプローブホルダーとの間に所定の隙間を有する保護部材と、を有し、前記プローブホルダー及び固定部材が中空の円柱であって、該円柱の側面に設けられた切欠溝に前記可撓性基板が嵌合されていることを特徴とする力センサ。 A flexible substrate made of insulative ceramics, at least one strain gauge formed on the flexible substrate in a thin film shape and having an electric resistance value changed by strain of the flexible substrate, and the flexible substrate A load is detected by supporting a probe holder attached to one end of the probe, a probe supported by the probe holder, and the other end of the flexible substrate from the vicinity of the at least one strain gauge. A fixing member having a high rigidity in a direction other than the direction in which the probe holder is supported, and a protection member supported by the fixing member and having a predetermined gap between the probe holder and the probe holder in order to limit the movement range of the probe holder. A force sensor , wherein the probe holder and the fixing member are hollow cylinders, and the flexible substrate is fitted in a notch groove provided on a side surface of the cylinder . 前記歪みゲージが4個設けられ、2個は共に歪みが正又は負で、他の2個は歪みが前記2個と逆符号又は0となるように配置されていることを特徴とする請求項に記載の力センサ。 The four strain gauges are provided, two of which are arranged so that the strain is positive or negative, and the other two are arranged so that the strain has an opposite sign or 0 with respect to the two. The force sensor according to 1 . 前記プローブ及び前記プローブホルダーが導体であって、前記可撓性基板に前記プローブホルダーと電気的に接続された導体が形成され、前記プローブからの電気信号を出力するための端子を備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の力センサ。 The probe and the probe holder are conductors, a conductor electrically connected to the probe holder is formed on the flexible substrate, and a terminal for outputting an electrical signal from the probe is provided. The force sensor according to claim 1 or 2 , characterized by the above. 前記可撓性基板が、ジルコニアのセラミックスからなり、前記可撓性基板に薄膜状に形成された歪みゲージがCr−Nの薄膜であることを特徴とする請求項1からのいずれかに記載の力センサ。 Wherein the flexible substrate is made of zirconia ceramics, according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the strain gauges are formed as a thin film on the flexible substrate is a thin film of Cr-N Force sensor. 前記歪みゲージによるブリッジ出力を増幅するためのアンプが設けられていることを特徴とする請求項1からのいずれかに記載の力センサ。 The force sensor according to any of claims 1 4, characterized in that the amplifier for amplifying the bridge output by the strain gauge is provided. 請求項1からのいずれかに記載の力センサが、駆動手段と制御手段を備えた移動手段に搭載され、前記移動手段により前記力センサに装着されたプローブが測定対象物、と対向するように移動し、前記プローブと前記測定対象物、との荷重が所望の値になると前記移動手段が停止することを特徴とする荷重検出装置。 The force sensor according to any one of claims 1 to 5 is mounted on a moving unit including a driving unit and a control unit, and a probe mounted on the force sensor by the moving unit is opposed to a measurement object. When the load between the probe and the measurement object reaches a desired value, the moving means stops. 請求項1からのいずれかに記載の力センサが、駆動手段と制御手段を備えた移動手段に搭載され、前記移動手段により前記力センサに装着されたプローブが測定対象物、と対向するように移動し、前記移動手段によって前記プローブが前記測定対象物に当接して受ける荷重が所望の値を保持するように制御することを特徴とする荷重検出装置。 The force sensor according to any one of claims 1 to 5 is mounted on a moving unit including a driving unit and a control unit, and a probe mounted on the force sensor by the moving unit is opposed to a measurement object. The load detecting device is controlled so that the load received by the probe contacting the measurement object by the moving means is maintained at a desired value. 請求項1からのいずれかに記載の力センサが、駆動手段と制御手段を備えた移動手段に搭載され、前記移動手段により前記力センサに装着されたプローブが測定対象物、と対向するように移動し、前記移動手段が位置検出手段を備えており、検出位置が所望の値になると、その位置を保持するように前記制御手段が前記駆動手段を制御することを特徴とする荷重検出装置。 The force sensor according to any one of claims 1 to 5 is mounted on a moving unit including a driving unit and a control unit, and a probe mounted on the force sensor by the moving unit is opposed to a measurement object. The load detecting device is characterized in that when the detection position reaches a desired value, the control means controls the driving means so as to hold the position. . 前記移動手段が積層型圧電アクチュエータと平行ヒンジバネから成る微動ステージであることを特徴とする請求項6から8のいずれかに記載の荷重検出装置。 9. The load detection device according to claim 6, wherein the moving means is a fine movement stage including a laminated piezoelectric actuator and a parallel hinge spring. 請求項1からのいずれかに記載の力センサと移動手段とを備え、前記プローブが測定対象物から受ける荷重が所望の値を保持するように、前記移動手段を走査し、そのときのプローブの位置を測定することにより前記測定対象物、の形状を測定することを特徴とする形状測定装置。 A force sensor according to any one of claims 1 to 5 and a moving means, wherein the probe scans the moving means so that a load that the probe receives from a measurement object maintains a desired value. A shape measuring apparatus that measures the shape of the measurement object by measuring the position of the object. 前記移動手段が積層型圧電アクチュエータと平行ヒンジバネから成る微動ステージであることを特徴とする請求項10に記載の形状測定装置。 The shape measuring apparatus according to claim 10 , wherein the moving means is a fine movement stage including a laminated piezoelectric actuator and a parallel hinge spring. 前記力センサの剛性及び前記プローブの剛性と前記力センサが前記測定対象物から受ける接触荷重により、前記力センサ及び前記プローブの変形量を補正することにより、前記測定対象物の形状を測定することを特徴とする請求項10又は11に記載の形状測定装置。 The shape of the measurement object is measured by correcting the deformation amount of the force sensor and the probe based on the rigidity of the force sensor, the rigidity of the probe, and the contact load that the force sensor receives from the measurement object. The shape measuring apparatus according to claim 10 or 11 , characterized in that:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8482868B2 (en) * 2010-07-15 2013-07-09 Newport Corporation Optical adjustable mounts with absolute position feedback
US9425711B2 (en) 2014-04-15 2016-08-23 Newport Corporation Integral preload mechanism for piezoelectric actuator
US10161560B2 (en) 2015-01-29 2018-12-25 Newport Corporation Integrated picomotor mount
JP2018151204A (en) * 2017-03-10 2018-09-27 公益財団法人電磁材料研究所 Strain sensor for hydrogen gas environment

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62156502A (en) * 1985-12-27 1987-07-11 Kyocera Corp Minute displacement measuring head
US4806859A (en) * 1987-01-27 1989-02-21 Ford Motor Company Resonant vibrating structures with driving sensing means for noncontacting position and pick up sensing
JP2548012B2 (en) * 1987-07-29 1996-10-30 京セラ株式会社 Touch sensor
JP3270141B2 (en) * 1992-09-29 2002-04-02 株式会社リコー Force detection device
JPH08145819A (en) * 1994-11-22 1996-06-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd Load sensor
JP3060954B2 (en) * 1996-07-19 2000-07-10 村田機械株式会社 Yarn tension sensor
JPH10239012A (en) * 1997-02-28 1998-09-11 Tokyo Seimitsu Co Ltd Contour shape measuring method and contour shape measuring machine
JP2002139373A (en) * 2000-10-31 2002-05-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd Weight sensor
JP3913526B2 (en) * 2001-10-30 2007-05-09 独立行政法人科学技術振興機構 Displacement sensor, manufacturing method thereof and positioning stage

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