JP2002022562A - 微小力測定方法及び微小力測定器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】測定制度を維持した状態でレンジ範囲が広くで
きるような微小力測定器を提供する。 【解決手段】単結晶シリコン（Ｓｉ）を用いて歪センサ
を起歪体と一体に形成する微小力測定器であって、この
歪センサを応力集中力の異なる位置に複数個配置するよ
うにして起歪体に一体成形し、この一体成形した複数の
歪センサにより微小な力関係を測定するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微小力測定方法及
び微小力測定器に関するものであり、詳しくは大レンジ
及び小レンジ用の歪センサを設けて測定精度を維持させ
て測定範囲を広くした微小力測定方法及び微小力測定器
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術における微小力測定器は、図７
及び図８に示すように、起歪体である片持ち梁形状の直
方体形状に作成された測定本体部１０と、この測定本体
部１０と連設して幅狭に形成した測定先端部２０とから
構成され、測定本体部１０の一端部側を固定台３０に接
合し、他端部側である測定先端部２０側をマイクロアク
チュエータ４０からの測定力Ｆを受けるようにした構造
となっている。

【０００３】測定本体部１０は、所定の厚みを持って略
長方体形状に形成され、短手方向の一端部側に固定台３
０と接合する接合部１１と、その略中央位置に歪センサ
１２を面一にして一体成形した構造となっている。又、
この歪センサ１２の反対側面には、歪センサ１２と対向
する位置であって短手方向に肉厚を一番薄く且つ所定幅
有する応力集中底部１３を設け、この応力集中底部１３
を境にして幅広になる、いわゆる断面が三角形状になる
ように切り欠いた応力集中部１４を設けた構造となって
いる。歪センサ１２にはセンサの物理力変化により発生
する電気信号を取り出す信号取出し線１５を備えた構造
となっている。この歪センサ１２は、単結晶シリコン
（Ｓｉ）より形成される片持ち梁形状の測定本体部１０
を作成する半導体プロセスによる同一製造プロセスにて
作成された半導体歪センサである。即ち、シリコンウェ
ハに多数の歪センサ１２と応力集中部１４を作成するよ
うにすれば一度に多数の微小力測定器を作成することが
できるのである。

【０００４】測定先端部２０は、応力集中部１４の終端
位置から所定幅を設け、この所定幅を設けた位置から略
５分の１の幅狭の角部２１を形成し、その幅狭の部位を
所定長さに形成し、その先端を肉薄のテーパ状に形成し
た測定点である測定爪部２２を設けた構造となってい
る。

【０００５】このような構造からなる微小力測定器は、
図８に示すように、先ずガラス材からなる固定台３０の
場合には接合部１１が陽極接合により接合される。そし
て、測定点である測定爪部２２にマイクロアクチュエー
タ４０の測定力Ｆを加えることにより、その印加された
力が肉薄の応力集中部１４が応力変形することにより、
その起歪が歪センサ１２に物理的な歪を発生させ電気信
号（歪信号）が発生する。

【０００６】このように、基本的に機械的強度が均一で
且つ理想的な弾性体である単結晶シリコン（Ｓｉ）を、
高感度歪センサ構成要素（基板）兼起歪体として用いる
ことにより、微小な力を高感度且つ高精度に測定するこ
とができるのである。歪センサ１２の測定精度を高める
ためにはプローブ（微小力測定器）全体の剛性を高める
のが効果的で、対象となる力発生体よりも高剛性とする
ことが必要である。この条件では、力測定時の変位ひい
ては歪は小さくなるので、図７及び図８のように歪セン
サ１２部分に応力が集中する構造にすると共に、微小歪
でも測定可能な高感度センサを用いる必要がある。この
用途に用いることが可能な歪センサ１２には、振動式圧
力センサに用いる振動式歪センサ、又は測定レンジ幅を
特に必要としなければ高感度型の半導体剪断歪センサ
（ピエゾ抵抗型）が利用可能である。このようにしてマ
イクロアクチュエータの発生力と拮抗させることにより
１ｍＮ以下の微小力を最小１μＮの分解能で測定するこ
とが可能である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術における微小力測定器における１つのプロー
ブで測れるダイナミックレンジは１０００位であり、そ
れ以上の広帯域は困難であるという構造的に限界がある
という問題がある。

【０００８】従って、実際のマイクロアクチュエータに
よる測定に際しては、特に測定前後の通常の組立て、調
整操作において頻繁に発生する力（数ｋｇｆ＝数１０
Ｎ）までは実用上測定できる構造にすることに解決しな
ければならない課題を有する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る微小力測定方法及び微小力測定器は次
に示す構成にすることである。

【００１０】（１）単結晶シリコン（Ｓｉ）を用いて歪
センサを起歪体と一体に形成する微小力測定器であっ
て、該歪センサを応力集中力の異なる位置に複数個配置
するようにして前記起歪体に一体成形し、該一体成形し
た複数の歪センサにより微小な力関係を測定するように
したことを特徴とする微小力測定方法。 （２）前記複数の歪センサは、応力集中力が異なる大レ
ンジ用歪センサ及び小レンジ用歪センサとから形成され
ていることを特徴とする（１）に記載の微小力測定方
法。 （３）前記小レンジ用歪センサには、過大力による破壊
を防止する過大力保護機構部を設けると共に、小レンジ
の範囲内において自由に変形できる空間を設けたことを
特徴とする（２）に記載の微小力測定方法。 （４）前記大レンジ用歪センサは、その先端にかかる力
の全てを歪信号に変換できるようにしたことを特徴とす
る（２）に記載の微小力測定方法。 （５）前記小レンジ用歪センサは、その先端に印加され
る測定力の全てが前記大レンジ用歪センサの歪発生部に
かかるようにしたことを特徴とする（２）、（３）又は
（４）に記載の微小力測定方法。

【００１１】（６）片持ち梁形状に形成した起歪体と、
該起歪体の固定点と測定力の測定点との間に該起歪体と
一体成形に形成すると共に、該起歪体の歪により歪信号
を生成する歪センサと、該歪センサに歪を発生させるた
めの応力集中部とを備えた微小力測定器であって、前記
歪センサは、応力集中力が異なる応力集中部のそれぞれ
に対応させて前記起歪体と一体成形に形成したことを特
徴とする微小力測定器。 （７）前記起歪体は、単結晶シリコン（Ｓｉ）で形成し
たことを特徴とする（６）に記載の微小力測定器。 （８）前記応力集中力が異なる応力集中部のそれぞれに
対応させて形成した歪センサは、応力集中力が異なる大
レンジ用歪センサと小レンジ用歪センサであることを特
徴とする（６）に記載の微小力測定器。 （９）前記小レンジ用歪センサは、過大力による破壊を
防止する過大力保護機構部を設けると共に、小レンジの
範囲内において自由に変形できる空間を設けたことを特
徴とする（８）に記載の微小力測定器。 （１０）前記大レンジ用歪センサは、その先端にかかる
力の全てを歪信号に変換できるようにしたことを特徴と
する（８）に記載の微小力測定器。 （１１）前記小レンジ用歪センサは、その先端に印加さ
れる測定力が前記大レンジ用歪センサの歪発生部にもか
かるようにしたことを特徴とする（８）、（９）又は
（１０）に記載の微小力測定器。

【００１２】このように、単結晶シリコン（Ｓｉ）で形
成されている起歪体に測定力による応力集中力に応じた
大小レンジ用歪センサを設けるようにしたことにより、
測定力の測定精度を維持させながら測定範囲（レンジ）
を広くすることが可能になる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る微小力測定方
法及び微小力測定器に関する実施の形態を図面を参照し
て説明する。

【００１４】本発明の微小力測定方法を具現化した第１
の実施の形態の微小力測定器は、図１に示すように、単
結晶シリコン（Ｓｉ）により生成され、起歪体である片
持ち梁形状の直方体形状に形成した測定本体部５０と、
この測定本体部５０と連設して略三角形柱形状に形成し
た測定先端部６０と、測定本体部５０と測定先端部６０
に一体形成により成形した大小レンジ用歪センサ７０、
８０とから構成され、測定本体部５０の一端部側を固定
台９０に接合し、他端部側である測定先端部６０側を図
示しないマイクロアクチュエータからの測定力Ｗを受け
るようにした構造となっている。

【００１５】測定本体部５０は、所定の厚みを持って略
長方体形状に形成され、長手方向の一端部側に固定台９
０と接合する接合部５１と、この接合部５１と反対側で
あって表面の略中間位置に一体成形して形成した大レン
ジ用歪センサ７０と、この大レンジ用歪センサ７０の対
向する反対側には測定本体部５０の長手方向に沿って断
面を三角形状に切欠いた大レンジ用応力集中部５２とか
ら構成されている。又、実施例において大レンジ用歪セ
ンサ７０は０.１ｍＮ〜０.１Ｎまでの測定が可能であ
る。

【００１６】測定先端部６０は、この測定本体部５０と
連設して、大レンジ用応力集中部５２に連続して先細の
三角形柱状に形成され、その三角形先端から少し奥側中
央位置に一体成形により形成した小レンジ用歪センサ８
０と、この小レンジ用歪センサ８０を境にして先端側方
向に所定の厚みと空間６４を持って生成された測定舌部
６１と、この測定舌部６１と所定空間６４を持って下部
側に設けた先端保護部６２とからなる。又、この測定舌
部６１と先端保護部６２とこれら両者の間の空間６４に
より過大力保護機構部６１を構成する。更に、測定舌部
６１と下部空間６４とで小レンジ用応力集中部６５を形
成する。又、実施例において小レンジ用歪センサ８０は
１μＮ〜１ｍＮまでの測定が可能である。

【００１７】このように、本発明の微小力測定器の基本
構造は、基本的に機械的強度が均一で且つ理想的な弾性
体である単結晶シリコン（Ｓｉ）を、高感度歪センサ構
成要素（基板）兼起歪体として用いることにより、微小
な力を高感度且つ高精度に測定する歪センサであり、応
力集中力を変えた２箇所に大レンジ用歪センサ７０と小
レンジ用歪センサ８０を配置することにより、大レンジ
範囲及び小レンジ範囲の測定が可能になる。又、小レン
ジ用歪センサ８０部分に過大力保護機構部６３を設け
て、小レンジ用歪センサ８０部分に過大力がかかっても
センサ自体の破壊を引き起こす大変形を抑えつつ、小レ
ンジ範囲内では自由に変形できる空間６４を持つように
したことによって小レンジ範囲内での高精度な測定が可
能になる。更に、大レンジ用歪センサ７０の部分には小
レンジ用歪センサ８０にかかる力の全てがセンサの歪信
号として得ることができる構造となっているため、小レ
ンジ用歪センサ８０の応力バックアップ部分を含め、全
て先端にかかる測定力は大レンジ用歪センサ７０の大レ
ンジ用応力集中部（歪発生部）５２にかけることができ
る。尚、大小レンジの比は、歪センサ単体のダイナミッ
クレンジを考慮し、小レンジ用歪センサ８０のレンジ幅
は大レンジ用歪センサ７０の分解能より大きな値（１０
倍以上）とすることが望ましい。

【００１８】次に、このような構造及び機能を有する微
小力測定器において、実際の測定力Ｗがかかった場合の
変形する状態を図１を参照して図２及び図３の模式図に
基づいて説明する。

【００１９】先ず、図２（Ａ）は、図３におけるの範
囲であり、測定舌部６１に係る測定力Ｗが、測定舌部６
１と先端保護部６２との間の空間６４において許容でき
る範囲の力である場合を示したものであり、小レンジ用
歪センサ８０により測定が可能な範囲の測定力Ｗであ
り、この場合には大レンジ用歪センサ７０には何の影響
も与えない。図２（Ｂ）は、図３におけるの位置であ
り、測定舌部６１と先端保護部６４との間の空間６４で
許容できない大きさの測定力Ｗが加えられた場合を示し
たものであり、測定舌部６１が押されて先端保護部６２
に接触してしまった状態で小レンジ用歪センサ８０での
センシングは飽和状態となる。図２（Ｃ）は、図３にお
けるの範囲であり、小レンジ用歪センサ８０が飽和状
態で更に測定力Ｗが加えられた場合を示したものであ
り、測定舌部６１が先端保護部６２に接触した状態で更
に測定先端部６０全体が下方向に曲がり、大レンジ用応
力集中部５２の切り欠いた隙間が狭くなる方向に変化し
て大レンジ用歪センサ７０により測定力が測定できるよ
うになる。

【００２０】このようにして、測定力がある程度小さい
小レンジの時は小レンジ用歪センサ８０を用いて測定
し、小レンジ用歪センサ８０では測定できない大きな測
定力が加わった場合には、小レンジ用歪センサ８０が損
壊することなく大レンジ用歪センサ７０で測定できるよ
うにすることができるため、測定範囲を広くすると共に
その測定を高精度に維持することができるのである。

【００２１】次に、本発明に係る第２の実施の形態の微
小力測定器について、図４を参照して説明する。

【００２２】第２の実施の形態の微小力測定器は、単結
晶シリコン（Ｓｉ）により生成され、起歪体である片持
ち梁形状の直方体形状に形成した測定本体部５０Ａと、
この測定本体部５０Ａと連設して略三角形柱形状に形成
した測定先端部６０Ａと、測定本体部５０Ａと測定先端
部６０Ａとの連設した部位に設けた大レンジ用歪センサ
部１００とから構成され、測定本体部５０Ａの一端部側
を固定台９０に接合し、他端部側である測定先端部６０
Ａ側を図示しないマイクロアクチュエータからの測定力
Ｗを受けるようにした構造となっている。

【００２３】測定本体部５０Ａは、所定の厚みを持って
略長方体形状に形成され、長手方向の一端部側に固定台
９０と接合する接合部５１と、この接合部５１と反対側
に大レンジ用歪センサ部１００を介して測定先端部６０
Ａを連設した構造となっている。

【００２４】測定先端部６０Ａは、この測定本体部５０
Ａと連設して、先細の三角形柱状に形成され、その三角
形先端から少し奥側中央位置に一体成形により形成した
小レンジ用歪センサ８０と、この小レンジ用歪センサ８
０を境にして先端側方向に所定の厚みと空間６４を持っ
て生成された測定舌部６１と、この測定舌部６１と空間
６４を持って下部側に設けた先端保護部６２とからな
る。この測定舌部６１と先端保護部６２とこれら両者の
間の空間６４により過大力保護機構部６３、いわゆる過
大力バックアップ構造を構成する。この小レンジ用歪セ
ンサ８０は実施例において１μＮから１ｍＮまでの測定
が可能である。

【００２５】大レンジ用歪センサ部１００は、測定本体
部５０Ａと測定先端部６０Ａとの間に設けたものであ
り、両端部側を三角形状に切欠いた大レンジ用応力集中
部５２ａ、５２ｂ及びこの大レンジ用応力集中部５２
ａ、５２ｂに挟まれた中央位置に六画筒形状の空間部１
０１と、六角筒形状の空間部１０１と大レンジ用応力集
中部５２ａ、５２ｂとの間であって表面に２個の大レン
ジ用歪センサ７０ａ、７０ｂを測定本体部５０Ａ及び測
定先端部６０Ａと一体成形に形成した構造となってい
る。この大レンジ用歪センサ７０ａ、７０ｂは実施例に
おいて０.１ｍＮから０.１Ｎまでの測定が可能である。

【００２６】このような構造からなる微小力測定器は、
先ず、小レンジ範囲内の測定力Ｗは測定舌部６１の歪に
より発生する起歪を小レンジ用歪センサ８０が電気信号
に変換することにより測定することができる。大レンジ
範囲の測定力Ｗは、測定舌部６１が座屈状態となり、測
定飽和状態となると、測定力Ｗが縦方向の力に対して、
横方向の応力が応力集中部５２ａ、５２ｂにかかり、２
個の大レンジ用歪センサ７０ａ、７０ｂから電気信号
（歪信号）を得ることができる。

【００２７】次に、本発明に係る第３の実施の形態の微
小力測定器について、図５を参照して説明する。

【００２８】第３の実施の形態の微小力測定器は、単結
晶シリコン（Ｓｉ）により生成され、起歪体である片持
ち梁形状の直方体形状に形成した測定本体部５０Ｂと、
この測定本体部５０Ｂと連設して略立方体形状に形成し
た測定先端部６０Ｂと、測定本体部５０Ｂと測定先端部
６０Ｂに一体形成により成形した大小レンジ用歪センサ
７０Ｂ、８０とから構成され、測定本体部５０Ｂの一端
部側を固定台９０に接合し、他端部側である測定先端部
６０Ｂ側をマイクロアクチュエータからの測定力Ｗを受
けるようにした構造となっている。

【００２９】測定本体部５０Ｂは、所定の厚みを持って
略長方体形状に形成され、長手方向の一端部側に固定台
９０と接合する接合部５１と、この接合部５１と反対側
であって表面の略中間位置に一体成形して形成した大レ
ンジ用歪センサ７０Ｂと、この大レンジ用歪センサ７０
Ｂと対向する反対側には測定本体部５０Ｂの短手方向に
沿って断面を三角形状に切欠いた大レンジ用応力集中部
５２Ｃとから構成されている。

【００３０】測定先端部６０Ｂは、この測定本体部５０
Ｂと連設して、大レンジ用応力集中部５２Ｃに連続して
同じ大きさに形成され、その端部側の中央位置には、先
細の三角形状に形成された測定舌部６１と、この三角形
状の測定舌部６１を挟むようにして且つ一段低く形成し
た四角柱状の過大力保護部６２ａ、６２ｂと、測定舌部
６１の基部位置に一体成形により形成した小レンジ用歪
センサ８０とからなる。この過大力保護部６２ａ、６２
ｂの両端表面に図示しない測定力Ｗを印加する部材の端
部を押し当てるようにして小レンジ用歪センサ８０への
過大力を阻止する構造となっており、そのときが小レン
ジ用歪センサ８０の飽和状態である。そして、大レンジ
範囲の測定力の場合は、この過大力保護部６２ａ、６２
ｂに押し当てた状態で更に押すことにより、大レンジ用
応力集中部５２Ｃに起歪が発生し、大レンジ用歪センサ
７０Ｂに電気信号（歪信号）を得ることができるのであ
る。

【００３１】次に、本発明に係る第４の実施の形態の微
小力測定器について、図６を参照して説明する。

【００３２】第４の実施の形態の微小力測定器は、単結
晶シリコン（Ｓｉ）により生成され、起歪体である片持
ち梁形状の直方体形状に形成した測定本体部５０Ｃと、
この測定本体部５０Ｃと連設して略三角形柱形状に形成
した測定先端部６０Ｃと、測定本体部５０Ｃと測定先端
部６０Ｃに一体形成により成形した大中小レンジ用歪セ
ンサ７０、１１０、８０Ａとから構成され、測定本体部
５０Ｃの一端部側を固定台９０に接合し、他端部側であ
る測定先端部６０Ｃ側を図示しないマイクロアクチュエ
ータからの測定力Ｗを受けるようにした構造となってい
る。

【００３３】測定本体部５０Ｃは、所定の厚みを持って
略長方体形状に形成され、長手方向の一端部側に固定台
９０と接合する接合部５１と、この接合部５１と反対側
であって表面の略中間位置に一体成形して形成した大レ
ンジ用歪センサ７０と、この大レンジ用歪センサ（力セ
ンサ）７０の対向する反対側には測定本体部５０Ｃの長
手方向に沿って断面を三角形状に切欠いた大レンジ用応
力集中部５２Ｄとから構成されている。この大レンジ用
歪センサ（力センサ）７０は１Ｎ〜１０ｍＮを測定する
ことができるセンサである。

【００３４】測定先端部６０Ｃは、この測定本体部５０
Ｃと連設して、大レンジ用応力集中部５２Ｄに連続して
先細の三角形柱状に形成され、その三角形先端から少し
奥側中央位置に所定間隔を持って２個一体成形により形
成した中レンジ用歪センサ（微小力センサ）１１０及び
小レンジ用歪センサ（極微小力センサ）８０Ａと、この
小レンジ用歪センサ８０Ａを境にして先端側方向に所定
の厚みと小レンジ用空間６４Ａを持って生成された小レ
ンジ用測定舌部６１Ａと、この小レンジ用測定舌部６１
Ａと小レンジ用空間６４Ａを持って下部側に設けた小レ
ンジ用先端保護部６２Ｃと、この小レンジ用先端保護部
６２Ｃとの間に中レンジ用空間６４Ｂを持って下部側に
設けた中レンジ用先端保護部６２Ｄとからなる。この小
レンジ用測定舌部６１Ａと小レンジ用先端保護部６２Ｃ
とこれら両者の間の小レンジ用空間６４Ａにより小レン
ジ用過大力保護機構部を構成する。又、小レンジ用先端
保護部６２Ｃと中レンジ用空間６４Ｂと中レンジ用先端
保護部６２Ｄとで中レンジ用過大保護機構部を構成す
る。尚、中レンジ用歪センサ（微小力センサ）１１０
は、実施例において１０ｍＮ〜０.１ｍＮを測定するセ
ンサであり、小レンジ用歪センサ（極微小力センサ）８
０Ａは、実施例において０.１ｍＮ〜１μＮを測定する
ことができるセンサである。

【００３５】このような構造にすると、小レンジ用歪セ
ンサ８０Ａのレンジ幅は大レンジ用歪センサ７０の分解
能より大きな値、例えば１０倍以上、とした場合でも、
レンジ幅が不足することなく、上述の中レンジ用歪セン
サ１１０を用いて測定することができる。即ち、先ず、
測定力Ｗが印加されると小レンジ用空間６４Ａ内におい
て小レンジ用測定舌部６１に起歪が発生し小レンジ用歪
センサ８０Ａより歪信号を得ることができる。更に、測
定力Ｗが加わると小レンジ用測定舌部６１Ａが小レンジ
用先端保護部６２Ｃに接触して飽和状態になる。この状
態で更に測定力Ｗが加わると中レンジ用空間６４Ｂ内に
おいて小レンジ用先端保護部６２Ｃの起歪により中レン
ジ用歪センサ１１０から歪信号を得ることができる。更
に測定力Ｗが加わわり、小レンジ用先端保護部６２Ｃが
中レンジ用先端保護部６２Ｄに接触すると中レンジ用歪
センサ１１０による測定は飽和状態になる。更に、この
状態で測定力Ｗが加わると大レンジ用応力集中部５２Ｄ
が狭まる方向に変化して起歪が発生し大レンジ用歪セン
サ７０による歪信号を得ることができる。

【００３６】

【発明の効果】上記説明したように、本発明の微小力測
定方法及び微小力測定器は、応力集中力の異なる位置に
複数の歪センサを起歪体と一体成形に形成したことによ
り、測定精度を維持させながら測定範囲を広く取ること
ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１の実施の形態の微小力測定器
の全体構成図である。

【図２】同測定力による大小レンジ用歪センサの起歪状
態を示したものであり、（Ａ）は小レンジ範囲の測定力
の場合、（Ｂ）は小レンジ範囲の限界、（Ｃ）は小レン
ジの限界を超え更に測定力が加わり大レンジ範囲の測定
力による起歪状態である。

【図３】図３は、図２における（Ａ）〜（Ｂ）における
測定力と出力電圧（歪信号）との関係を示したグラフで
ある。

【図４】本発明に係る第２の実施の形態の微小力測定器
の全体構成図である。

【図５】本発明に係る第３の実施の形態の微小力測定器
の全体構成図である。

【図６】本発明に係る第４の実施の形態の微小力測定器
の全体構成図である。

【図７】従来技術における微小力測定器を示したもので
あり（Ａ）は側面図、（Ｂ）は正面図である。

【図８】従来技術における微小力測定器を固定第に取り
付けたときの状態を示した説明図である。

【符号の説明】

５０ 測定本体部 ５０Ａ 測定本体部 ５０Ｂ 測定本体部 ５０Ｃ 測定本体部 ５１ 接合部 ５２ 大レンジ用応力集中部 ５２ａ 大レンジ用応力集中部 ５２ｂ 大レンジ用応力集中部 ５２Ｃ 大レンジ用応力集中部 ５２Ｄ 大レンジ用応力集中部 ６０ 測定先端部 ６０Ａ 測定先端部 ６０Ｂ 測定先端部 ６１ 測定舌部 ６２ 先端保護部 ６２ａ 過大力保護部 ６２ｂ 過大力保護部 ６２Ｄ 中レンジ用先端保護部 ６３ 過大力保護機構部 ６４ 空間 ６４Ａ 小レンジ用空間 ６４Ｂ 中レンジ用空間 ６５ 小レンジ用応力集中部 ７０ 大レンジ用歪センサ ７０ａ 大レンジ用歪センサ ７０ｂ 大レンジ用歪センサ ７０Ｂ 大レンジ用歪センサ ８０ 小レンジ用歪センサ ８０Ａ 小レンジ用歪センサ ９０ 固定台 １００ 大レンジ用歪センサ部 １０１ 空間部 １１０ 中レンジ用歪センサ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】単結晶シリコン（Ｓｉ）を用いて歪センサ
   を起歪体と一体に形成する微小力測定器であって、該歪
   センサを応力集中力の異なる位置に複数個配置するよう
   にして前記起歪体に一体成形し、該一体成形した複数の
   歪センサにより微小な力関係を測定するようにしたこと
   を特徴とする微小力測定方法。
2. 【請求項２】前記複数の歪センサは、応力集中力が異な
   る大レンジ用歪センサ及び小レンジ用歪センサとから形
   成されていることを特徴とする請求項１に記載の微小力
   測定方法。
3. 【請求項３】前記小レンジ用歪センサには、過大力によ
   る破壊を防止する過大力保護機構部を設けると共に、小
   レンジの範囲内において自由に変形できる空間を設けた
   ことを特徴とする請求項２に記載の微小力測定方法。
4. 【請求項４】前記大レンジ用歪センサは、その先端にか
   かる力の全てを歪信号に変換できるようにしたことを特
   徴とする請求項２に記載の微小力測定方法。
5. 【請求項５】前記小レンジ用歪センサは、その先端に印
   加される測定力の全てが前記大レンジ用歪センサの歪発
   生部にかかるようにしたことを特徴とする請求項２、３
   又は４に記載の微小力測定方法。
6. 【請求項６】片持ち梁形状に形成した起歪体と、該起歪
   体の固定点と測定力の測定点との間に該起歪体と一体成
   形に形成すると共に、該起歪体の歪により歪信号を生成
   する歪センサと、該歪センサに歪を発生させるための応
   力集中部とを備えた微小力測定器であって、前記歪セン
   サは、応力集中力が異なる応力集中部のそれぞれに対応
   させて前記起歪体と一体成形に形成したことを特徴とす
   る微小力測定器。
7. 【請求項７】前記起歪体は、単結晶シリコン（Ｓｉ）で
   形成したことを特徴とする請求項６に記載の微小力測定
   器。
8. 【請求項８】前記応力集中力が異なる応力集中部のそれ
   ぞれに対応させて形成した歪センサは、応力集中力が異
   なる大レンジ用歪センサと小レンジ用歪センサであるこ
   とを特徴とする請求項６に記載の微小力測定器。
9. 【請求項９】前記小レンジ用歪センサは、過大力による
   破壊を防止する過大力保護機構部を設けると共に、小レ
   ンジの範囲内において自由に変形できる空間を設けたこ
   とを特徴とする請求項８に記載の微小力測定器。
10. 【請求項１０】前記大レンジ用歪センサは、その先端に
    かかる力の全てを歪信号に変換できるようにしたことを
    特徴とする請求項８に記載の微小力測定器。
11. 【請求項１１】前記小レンジ用歪センサは、その先端に
    印加される測定力が前記大レンジ用歪センサの歪発生部
    にもかかるようにしたことを特徴とする請求項８、９又
    は１０に記載の微小力測定器。