JP2000258260A5 - - Google Patents

Description

【特許請求の範囲】
【請求項１】 測定すべき力が作用されて曲げ変形する弾性変形部と、前記力によっては変形しない剛性を有するベース部とを有し、これら弾性変形部とベース部との間にギャップが形成され、このギャップを構成する弾性変形部およびベース部の表面にそれぞれ電極を設けたセンサユニットと、このセンサユニットの前記ギャップを介して対向する電極に接続された入力端子を有し、これら電極によって構成されるコンデンサと直列または並列に接続されるように前記入力端子に接続されたインダクタと、これらコンデンサとインダクタとによって構成される共振周波数の変化として前記弾性変形部に作用される力を測定する測定回路とを具え、前記センサユニットを硬質材料の一体構造としたことを特徴とする電気容量式力測定装置。
【請求項２】 前記センサユニットの弾性変形部およびベース部を、導電率が低く、熱膨張率が小さな硬質材料で形成したことを特徴とする請求項１に記載の電気容量式力測定装置。
【請求項３】 前記弾性変形部およびベース部の硬質材料を、ガラスまたはセラミックスとしたことを特徴とする請求項２に記載の電気容量式力測定装置。
【請求項４】 前記弾性変形部およびベース部の材料を、溶融石英としたことを特徴とする請求項３に記載の電気容量式力測定装置。
【請求項５】 前記ベース部に、前記弾性変形部の一端と結合される取り付け面を形成すると共に前記ギャップを介して弾性変形部と対向する面とを形成し、これら取り付け面および対向面を互いに平行とすると共に対向面を取り付け面から前記ギャップの間隔に等しい距離だけ後退させたことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の電気容量式力測定装置。
【請求項６】 前記ベース部の取り付け面およびこれに結合される弾性変形部の取り付け面に、弾性変形部に設けられた電極に接続される導電パッドを設け、これらの導電パッドを介して弾性変形部とベース部とを結合したことを特徴とする請求項５に記載の電気容量式力測定装置。
【請求項７】 前記ギャップの間隔を１〜１００μｍとしたことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の電気容量式力測定装置。
【請求項８】 前記センサユニットの弾性変形部の先端に、測定すべき力を発生する試料を保持するプローブを連結したことを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の電気容量式力測定装置。
【請求項９】 前記測定回路に、前記コンデンサとインダクタによって構成される共振回路を含む発振回路と、この発振回路から発生される前記共振周波数にほぼ等しい周波数を有する発振信号の周波数の変化を測定する周波数変化検出回路とを具えることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の電気容量式力測定装
置。
【請求項１０】 前記周波数変化検出回路が、前記発振信号を計数するデジタル周波数カウンタと、このデジタル周波数カウンタが所定の時間に亘って計数した計数値を処理して前記弾性変形部に作用する力を測定するデジタル信号処理回路とを具えることを特徴とする請求項９に記載の電気容量式力測定装置。
【請求項１１】 前記周波数変化検出回路が、前記発振信号を計数するデジタル周波数カウンタと、このデジタル周波数カウンタの計数値が所定の計数値に達するまでの時間を測定する回路と、この回路の出力信号を処理して前記弾性変形部に作用する力を測定するデジタル信号処理回路とを具えることを特徴とする請求項９に記載の電気容量式力測定装置。
【請求項１２】 前記発振回路の能動素子として、入力容量が低い半導体素子を設けたことを特徴とする請求項９〜１１の何れかに記載の電気容量式力測定装置。
【請求項１３】 前記入力容量の低い半導体素子としてＭＥＳ−ＦＥＴ，Ｊ−ＦＥＴまたはＭＯＳ−ＦＥＴを用いたことを特徴とする請求項１２に記載の電気容量式力測定装置。
【請求項１４】 前記センサユニットおよび測定回路の一部分を、外部雰囲気から遮断するハウジングに収納し、このハウジングを経て乾燥空気を流通させることを特徴とする請求項１〜１３の何れかに記載の電気容量式力測定装置。

【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように電気容量の変化を利用して微小な力や変位を測定する装置として、例えば特開平４ー２４９７２６号公報や同４ー２９９２２７号公報に記載されたものがある。これらの従来の装置においては、測定すべき力によって変位する弾性変形部と、これを支持するベース部との間に微小なギャップを形成し、このギャップを挟んで互いに対向する電極を設け、これらの電極によって構成されるコンデンサの容量値の変化を検出することによって力または変位を測定するようにしている。