JPH10325762A - Micro force evaluation device - Google Patents

Micro force evaluation device

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Publication number
JPH10325762A
JPH10325762A JP13355697A JP13355697A JPH10325762A JP H10325762 A JPH10325762 A JP H10325762A JP 13355697 A JP13355697 A JP 13355697A JP 13355697 A JP13355697 A JP 13355697A JP H10325762 A JPH10325762 A JP H10325762A
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JP
Japan
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sample
force
pendulum
evaluation device
stage
Prior art date
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Pending
Application number
JP13355697A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Keisuke Fukatsu
恵輔 深津
Takao Murakoshi
尊雄 村越
Michio Fukano
道雄 深野
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Tokyo Keiki Inc
Original Assignee
Tokimec Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Tokimec Inc filed Critical Tokimec Inc
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  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 微小力、特に0.1mgw(≒1μN)以下
の力を正確に測定するための装置を提供することを目的
とする。 【解決手段】 微小力評価装置は、サンプルを支持する
サンプルホルダと、サンプルに作用する力を検出する検
出部と、検出部を支持するステージ装置と、サンプルの
位置を監視するモニタ装置と、サンプルの位置とサンプ
ルに作用する力の間の関係を評価する評価処理装置とを
有する。評価処理装置は検出部の出力とモニタ装置の出
力を入力してステージ装置に制御信号を供給する。それ
によって検出部に位置が変化する。
(57) [Problem] To provide an apparatus for accurately measuring a small force, particularly a force of 0.1 mgw (≒ 1 μN) or less. A micro force evaluation device includes a sample holder that supports a sample, a detection unit that detects a force acting on the sample, a stage device that supports the detection unit, a monitor device that monitors a position of the sample, and a sample device. And an evaluation processor for evaluating the relationship between the position of the sample and the force acting on the sample. The evaluation processing device inputs the output of the detection unit and the output of the monitor device and supplies a control signal to the stage device. As a result, the position of the detecting unit changes.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は物体に作用する力を
測定し評価するための評価装置に関し、特に1μN以下
の微小力を精密に測定し評価するための微小力評価装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an evaluation device for measuring and evaluating a force acting on an object, and more particularly to a micro force evaluation device for precisely measuring and evaluating a micro force of 1 μN or less.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、マイクロマシニング技術が半導体
製造技術、医療等の広い分野にて利用されている。マイ
クロマシニング技術では、アクチュエータ等にて微小な
駆動力が使用される。
2. Description of the Related Art In recent years, micromachining technology has been used in a wide range of fields such as semiconductor manufacturing technology and medical treatment. In micromachining technology, a minute driving force is used by an actuator or the like.

【0003】従って、マイクロマシニング技術の開発に
伴い、微小力、特に0.1mgw(≒1μN)以下の力
を正確に測定する必要性が高くなっている。
Therefore, with the development of the micromachining technology, there is an increasing need to accurately measure a minute force, particularly a force of 0.1 mgw (≒ 1 μN) or less.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来、力又は応力を測
定するための装置としてロードセルが広く知られてい
る。ロードセルは弾性体の歪みを検出することによって
応力又は力を測定するように構成されており、微小力を
精密に測定することは困難であった。
Heretofore, load cells have been widely known as devices for measuring force or stress. Load cells are configured to measure stress or force by detecting distortion of an elastic body, and it has been difficult to accurately measure minute force.

【0005】ロードセルの分解能は最高で、例えば、約
0.1mgw(≒1μN)程度である。従って0.1m
gw(≒1μN)以下の力を正確に測定することは困難
である。また、マイクロマシンのアクチュエータでは、
駆動力として静電力又は電磁力を用いる場合がある。従
来、このような非接触的な微小力を精密に測定するため
の適当な方法が無かった。
The resolution of the load cell is the highest, for example, about 0.1 mgw (≒ 1 μN). Therefore 0.1m
It is difficult to accurately measure a force of gw (≒ 1 μN) or less. In micromachine actuators,
Electrostatic force or electromagnetic force may be used as the driving force. Heretofore, there has been no appropriate method for accurately measuring such non-contact minute force.

【0006】本発明は、斯かる点に鑑み、微小力、特に
0.1mgw(≒1μN)以下の力を正確に測定するた
めの装置を提供することを目的とする。
In view of the above, an object of the present invention is to provide an apparatus for accurately measuring a small force, particularly a force of 0.1 mgw (mg1 μN) or less.

【0007】本発明は、斯かる点に鑑み、静電力又は電
磁力に如き非接触的な微小力を精密に測定するための装
置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the foregoing, an object of the present invention is to provide an apparatus for precisely measuring a noncontact small force such as an electrostatic force or an electromagnetic force.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明によると、微小力
評価装置は、検出部と、検出部を直交3軸方向の直線変
位及び直交3軸周りの回転変位が可能なように支持する
ステージ装置と、サンプルの位置を監視するモニタ装置
と、モニタ装置からの出力と検出部からの出力を入力し
てサンプルの位置とサンプルに作用する力の間の関係を
検出しステージ装置に検出部の位置を調整するための制
御信号を出力する評価処理装置とを有する。
According to the present invention, there is provided a micro force evaluation apparatus, comprising: a detecting section; and a stage for supporting the detecting section so as to be capable of linear displacement in three orthogonal directions and rotational displacement about three orthogonal axes. A monitoring device for monitoring the position of the sample, and an output from the monitoring device and an output from the detection unit, and the relationship between the position of the sample and the force acting on the sample is detected. An evaluation processing device that outputs a control signal for adjusting the position.

【0009】検出部は、サンプルを支持するサンプルホ
ルダと、サンプルに作用する力によって変位可能な振り
子と、振り子の変位を検出する変位検出装置と、振り子
を変位させる力を生成するトルカと、変位検出装置から
の信号に基づいて振り子の変位がゼロになるようにトル
カに命令信号を供給するフィードバック回路と、を有
し、トルカへの命令信号によってサンプルに作用する力
を測定するように構成されている。
The detecting section includes a sample holder for supporting the sample, a pendulum that can be displaced by a force acting on the sample, a displacement detecting device for detecting the displacement of the pendulum, a torquer for generating a force for displacing the pendulum, A feedback circuit for supplying a command signal to the Toruca so that the displacement of the pendulum becomes zero based on a signal from the detection device, and configured to measure a force acting on the sample by the command signal to the Toruca. ing.

【0010】サンプルホルダは第1のサンプルを支持す
る第1のサンプルステージと第2のサンプルを支持する
第2のサンプルステージとを有し、振り子は2つのサン
プル間に作用する静電力又は電磁力を測定することがで
きる。
The sample holder has a first sample stage for supporting a first sample and a second sample stage for supporting a second sample, and the pendulum has an electrostatic or electromagnetic force acting between the two samples. Can be measured.

【0011】第1のサンプルステージは振り子に装着さ
れ第2のサンプルステージはベース板に装着されたアー
ムに支持されている。
The first sample stage is mounted on a pendulum, and the second sample stage is supported on an arm mounted on a base plate.

【0012】また、検出部は、従来のサーボ型加速度計
の原理及び主要部を利用することができる。例えば、振
り子は撓み継ぎ手を介してフレームに片持ち支持されて
よい。トルカは、振り子に装着されたトルカコイルとフ
レームに装着された永久磁石及びポールピースとを含む
ように構成してよい。変位検出装置は振り子の一方の側
に設けられた発光素子と他方の側に設けられた受光素子
とを含むように構成してよい。
The detection unit can use the principle and main parts of a conventional servo-type accelerometer. For example, the pendulum may be cantilevered to the frame via a flex joint. The torquer may be configured to include a torquer coil mounted on a pendulum and a permanent magnet and a pole piece mounted on a frame. The displacement detection device may be configured to include a light emitting element provided on one side of the pendulum and a light receiving element provided on the other side.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】図1を参照して本発明の微小力評
価装置の第1の例を説明する。本例によると、微小力評
価装置は、検出部100と検出部100の下側に装着さ
れた取り付け具104と取り付け具104を介して検出
部100を支持するステージ105と評価処理装置30
0とモニタ装置302とを有する。ステージ105の下
側にはベース板106が装着され、このベース板106
は振動遮断装置107を介してグランドに設置される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first example of a micro force evaluation apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. According to the present example, the micro-force evaluation device includes a detection unit 100, a mounting tool 104 mounted below the detection unit 100, a stage 105 supporting the detection unit 100 via the mounting tool 104, and the evaluation processing device 30.
0 and a monitor device 302. A base plate 106 is mounted below the stage 105.
Is installed on the ground via the vibration isolator 107.

【0014】図示のように水平面に沿ってX軸及びY軸
(Y軸は紙面に垂直)をとり、鉛直上方にZ軸をとる。
ステージ105は、X、Y、Z軸方向に沿った直線変位
とX、Y、Z軸周りの回転変位を生成するための機構を
有する。従って、ステージ105に装着された検出部1
00は、X、Y、Z軸方向に沿った直線変位とX、Y、
Z軸周りの回転変位が可能である。
As shown, an X-axis and a Y-axis (the Y-axis is perpendicular to the plane of the paper) are taken along a horizontal plane, and the Z-axis is taken vertically above.
The stage 105 has a mechanism for generating a linear displacement along the X, Y, and Z axis directions and a rotational displacement around the X, Y, and Z axes. Therefore, the detection unit 1 mounted on the stage 105
00 is a linear displacement along X, Y, and Z axis directions and X, Y,
Rotational displacement about the Z axis is possible.

【0015】検出部100の上側にはL字型アーム90
が装着され、L字型アーム90の先端にはカウンタウェ
イト91が装着されている。
An L-shaped arm 90 is provided above the detecting section 100.
, And a counterweight 91 is attached to the tip of the L-shaped arm 90.

【0016】検出部100の上側には更に第1のサンプ
ル201を支持する第1のサンプルステージ101と第
2のサンプル202を支持する第2のサンプルステージ
102とが配置されている。サンプルステージ101、
102は絶縁材より構成されている。2つのサンプル2
01、202は、本例では互いに隔置されている。第2
のサンプルステージ102はL字型のアーム102Aに
よって支持され、このアーム102Aは、ベース板10
6に装着されている。
A first sample stage 101 for supporting a first sample 201 and a second sample stage 102 for supporting a second sample 202 are arranged above the detecting section 100. Sample stage 101,
Reference numeral 102 is made of an insulating material. Two samples 2
01 and 202 are spaced apart from each other in this example. Second
Sample stage 102 is supported by an L-shaped arm 102A, and this arm 102A
6 is attached.

【0017】モニタ装置302は、2つのサンプル20
1、202の位置を監視するように構成され、適当なビ
デオカメラ、IRスコープ等の撮像装置及びディスプレ
イ装置を有してよい。評価処理装置300は、モニタ装
置302より供給されたモニタ信号Mと検出部100よ
り供給された微小力信号MFを入力し、微小データ信号
DGを外部に出力し、またステージコントロール信号S
Cをステージ105に出力する。評価処理装置300を
含むフィードバック系については後に図3を参照して説
明する。
The monitor device 302 has two samples 20.
1, 202 may be configured to monitor the position and may include a suitable video camera, an imaging device such as an IR scope, and a display device. The evaluation processing device 300 receives the monitor signal M supplied from the monitor device 302 and the small force signal MF supplied from the detection unit 100, outputs a small data signal DG to the outside, and outputs the stage control signal S
C is output to the stage 105. The feedback system including the evaluation processing device 300 will be described later with reference to FIG.

【0018】図2を参照して説明する。本例では、2つ
のサンプル201、202の間に作用する静電力又は電
磁力を測定する。先ず図2Aを参照して静電力を測定す
る場合について説明する。第1のサンプル201は金属
等の導電材より構成され、第2のサンプル202はガラ
ス等の非導導電材よりなる基板とそれに装着された電極
202Aより構成される。電極202Aは適当な形状を
有し、金属薄膜によって形成されてよい。
A description will be given with reference to FIG. In this example, an electrostatic force or an electromagnetic force acting between the two samples 201 and 202 is measured. First, a case where the electrostatic force is measured will be described with reference to FIG. 2A. The first sample 201 is made of a conductive material such as a metal, and the second sample 202 is made up of a substrate made of a non-conductive material such as glass and an electrode 202A mounted on the substrate. The electrode 202A has an appropriate shape and may be formed by a metal thin film.

【0019】第1のサンプル201と第2のサンプル2
02の電極202Aとによってコンデンサが構成され
る。コンデンサに電圧Vを付与すると、第1のサンプル
201と電極202Aの間に静電吸引力が作用する。こ
の静電吸引力FZ は次のように表される。
First sample 201 and second sample 2
The capacitor 202 is formed by the electrode 202A of No. 02. When a voltage V is applied to the capacitor, an electrostatic attractive force acts between the first sample 201 and the electrode 202A. This electrostatic attraction force F Z is expressed as follows.

【0020】[0020]

【数1】FZ =CV2 /2δ =εSV2 /2δ2 ## EQU1 ## F Z = CV 2 / 2δ = εSV 2 / 2δ 2

【0021】ここに、Cはコンデンサの静電容量、Vは
コンデンサに印加された電圧、δはコンデンサの間隙、
Sはコンデンサの面積、εは誘電率である。
Where C is the capacitance of the capacitor, V is the voltage applied to the capacitor, δ is the gap between the capacitors,
S is the area of the capacitor, and ε is the dielectric constant.

【0022】次に図2Bを参照して電磁力を測定する場
合について説明する。第1のサンプル201は金属等の
導電材より構成され、第2のサンプル202はガラス等
の非導導電材よりなる基板とそれに装着されたコイル2
02Aより構成される。
Next, the case of measuring the electromagnetic force will be described with reference to FIG. 2B. The first sample 201 is made of a conductive material such as a metal, and the second sample 202 is made of a substrate made of a non-conductive material such as glass and a coil 2 mounted on the substrate.
02A.

【0023】第2のサンプル202に装着されたコイル
202Aに交流電流I1 を流すと周期的に変化する磁場
が形成され、第1のサンプル201に渦電流I2 が発生
する。この渦電流I2 によって生成される磁場は、コイ
ル202Aによって生成された磁場と位相が反対である
ため、2つの磁場は互いに反発し合う。この電磁反発力
FZ はコイルの単位長さ当たり次のように表される。
When an alternating current I 1 is applied to the coil 202 A mounted on the second sample 202, a periodically changing magnetic field is formed, and an eddy current I 2 is generated in the first sample 201. The magnetic field generated by the eddy current I 2 has a phase opposite to that of the magnetic field generated by the coil 202A, so that the two magnetic fields repel each other. The electromagnetic repulsion FZ is expressed as follows per unit length of the coil.

【0024】[0024]

【数2】FZ =(2I1 I2 /δ)×10-7〔N/m〕F z = (2I 1 I 2 / δ) × 10 -7 [N / m]

【0025】ここに、δはコイル202Aと第1のサン
プル201に生成される渦電流の間の距離である。
Here, δ is the distance between the coil 202A and the eddy current generated in the first sample 201.

【0026】図3を参照して本発明の評価処理装置30
0の構成及び動作の例を説明する。本例の評価処理装置
300は相対位置認識部300−1とステージコントロ
ール部300−2とデータ記憶部300−3とを含む。
相対位置認識部300−1はモニタ装置から出力された
モニタ信号Mを入力し、2つのサンプル201、202
の間の相対的位置関係を検出する。2つのサンプル20
1、202の間の相対的位置関係の検出は、ビデオ信号
を処理して画像を認識する画像処理技術を使用してなさ
れてよい。
Referring to FIG. 3, evaluation processing apparatus 30 of the present invention
An example of the configuration and operation of 0 will be described. The evaluation processing device 300 of this example includes a relative position recognition unit 300-1, a stage control unit 300-2, and a data storage unit 300-3.
The relative position recognition unit 300-1 receives the monitor signal M output from the monitor device and receives two samples 201 and 202.
To detect the relative positional relationship between. Two samples 20
The detection of the relative positional relationship between 1, 202 may be made using image processing techniques that process video signals to recognize images.

【0027】相対位置認識部300−1から出力された
相対的位置関係を指示する信号はステージコントロール
部300−2に供給される。ステージコントロール部3
00−2は、位置設定信号と相対位置認識部300−1
から出力された相対的位置関係指示信号とを入力し、ス
テージコントロール信号SCを生成する。位置設定信号
は、2つのサンプル201、202の間の相対的位置関
係の設定値を有しており、予め評価処理装置300内に
記憶又は保持されている。
The signal indicating the relative positional relationship output from the relative position recognition unit 300-1 is supplied to the stage control unit 300-2. Stage control unit 3
00-2 is a position setting signal and a relative position recognition unit 300-1.
And outputs the relative position relationship instruction signal output from the controller and generates a stage control signal SC. The position setting signal has a set value of the relative positional relationship between the two samples 201 and 202, and is stored or held in the evaluation processing device 300 in advance.

【0028】従って、ステージコントロール信号SC
は、2つのサンプル201、202の間の相対的位置関
係の設定値と現在値の間の偏差を示している。ステージ
コントロール信号SCは、ステージ105に供給され
る。ステージ105はステージコントロール信号SCに
基づいて、検出部100の位置を調整する。上述のよう
に、ステージ105は検出部100を直交3軸方向に直
線変位させ、直交3軸周りの回転変位させる。
Therefore, the stage control signal SC
Indicates a deviation between the set value of the relative positional relationship between the two samples 201 and 202 and the current value. The stage control signal SC is supplied to the stage 105. The stage 105 adjusts the position of the detection unit 100 based on the stage control signal SC. As described above, the stage 105 linearly displaces the detection unit 100 in the three orthogonal axes and rotationally displaces the detection unit 100 about the three orthogonal axes.

【0029】モニタ装置302、評価処理装置300及
び検出部100はフィードバックループを構成してお
り、このフィードバックループは2つのサンプル20
1、202が所定の位置に設定され、ステージコントロ
ール信号SCがゼロとなるように作用する。
The monitoring device 302, the evaluation processing device 300, and the detection unit 100 constitute a feedback loop, and the feedback loop is composed of two samples 20.
1, 202 are set at predetermined positions and operate so that the stage control signal SC becomes zero.

【0030】データ記憶部300−3は、位置設定信号
と検出部100から出力された微小力信号MFを入力
し、それを記憶する。位置設定信号の様々な値に対する
微小力信号MFの値がデータ群DGとして形成され、出
力される。
The data storage section 300-3 receives the position setting signal and the small force signal MF output from the detection section 100 and stores them. The values of the small force signal MF with respect to various values of the position setting signal are formed as a data group DG and output.

【0031】本例によると、評価処理装置300によっ
て様々なデータが得られる。例えば、2つのサンプル2
01、202間の相対的位置を調整しながら、検出部1
00から出力された微小力信号MFを記録することによ
って、2つのサンプル201、202間に作用する力を
2つのサンプル201、202間の相対的位置の関数と
して測定することができる。
According to this embodiment, various data can be obtained by the evaluation processing device 300. For example, two samples 2
01 and 202 while adjusting the relative position between them.
By recording the small force signal MF output from 00, the force acting between the two samples 201, 202 can be measured as a function of the relative position between the two samples 201, 202.

【0032】例えば、2つのサンプル201、202の
間の距離と力の関係、2つのサンプル201、202の
間の平行度と力の関係等が得られる。更に、2つのサン
プル201、202の間の相対的位置が最適状態にある
ときの2つのサンプル201、202間に作用する力を
測定することができる。
For example, the relationship between the distance and the force between the two samples 201 and 202 and the relationship between the parallelism and the force between the two samples 201 and 202 are obtained. Further, it is possible to measure the force acting between the two samples 201 and 202 when the relative position between the two samples 201 and 202 is in an optimum state.

【0033】図4及び図5を参照して検出部100の詳
細を説明する。本例の検出部100は、サーボ型加速度
計の原理及び機構の一部が使用されている。尚、本例の
検出部100に使用されるサーボ型加速度計の例とし
て、平成6年12月28日付にて本願出願人と同一の出
願人によって出願された特願平6−326941号に開
示されたものがある。詳細は同出願を参照されたい。
The details of the detection section 100 will be described with reference to FIGS. The detection unit 100 of this example uses a part of the principle and mechanism of a servo accelerometer. An example of a servo-type accelerometer used in the detection unit 100 of the present example is disclosed in Japanese Patent Application No. 6-326914 filed on Dec. 28, 1994 by the same applicant as the present applicant. Something was done. See the same application for details.

【0034】検出部100は、フレーム10とフレーム
10の取り付け部10aに取り付けられた撓み継ぎ手2
0と、撓み継ぎ手20の他端に装着された棒状の振り子
30とを有する。撓み継ぎ手20は押さえ板18を介し
てねじ19によって取り付けられている。フレーム10
の凹部10eには、円板状の永久磁石36及び円柱状の
ポールピース38が装着されている。
The detecting section 100 includes a frame 10 and a flexible joint 2 mounted on the mounting section 10a of the frame 10.
0 and a rod-shaped pendulum 30 attached to the other end of the flexible joint 20. The flexible joint 20 is attached by a screw 19 via a holding plate 18. Frame 10
A disc-shaped permanent magnet 36 and a column-shaped pole piece 38 are mounted in the concave portion 10e.

【0035】振り子30には1端が開口された円筒状の
トルカボビン32が装着され、斯かるトルカボビン32
の外側円筒面にはトルカコイル34が装着されている。
トルカボビン32の円筒部は永久磁石36及びポールピ
ース38より隔置されている。
A cylindrical torcab bobbin 32 having one end opened is mounted on the pendulum 30.
A Toruca coil 34 is mounted on the outer cylindrical surface.
The cylindrical portion of the torcab bobbin 32 is separated from the permanent magnet 36 and the pole piece 38.

【0036】フレーム10は電磁軟鉄よりなり、ポール
ピース38から永久磁石36を介してフレーム10まで
磁気回路を形成するべくヨーク(リターンパス)として
機能し、これらはトルカコイル34と共働してトルカを
提供する。
The frame 10 is made of soft magnetic iron and functions as a yoke (return path) to form a magnetic circuit from the pole piece 38 to the frame 10 through the permanent magnet 36. These cooperate with the torquer coil 34 to reduce torque. provide.

【0037】トルカボビン32の他端にはL字型のアー
ム90及び第1のステージ101が装着されている。L
字型のアーム90の先端にはカウンターウェイト91が
装着されている。第1のステージ101には第1のサン
プル201が装着されている。尚、トルカボビン32の
円形端面に、L字型のアーム90を取り付けるための突
起32Aが設けられてよい。
An L-shaped arm 90 and a first stage 101 are mounted on the other end of the torcab bobbin 32. L
A counterweight 91 is attached to the tip of the arm 90 having a U-shape. On the first stage 101, a first sample 201 is mounted. In addition, a projection 32A for attaching the L-shaped arm 90 may be provided on the circular end surface of the torcab bobbin 32.

【0038】振り子30の先端部にはそれより隔置され
た発光素子40A及び受光素子40Bとからなる変位検
出装置が配置されている。尚、図示されていないが、振
り子30の先端部にてそれより隔置されて1対のストッ
パが配置されてよく、斯かるストッパによって振り子3
0の振幅が制限される。
At the tip end of the pendulum 30, there is disposed a displacement detecting device including a light emitting element 40A and a light receiving element 40B which are spaced apart therefrom. Although not shown, a pair of stoppers may be disposed at the distal end of the pendulum 30 and spaced apart therefrom.
The amplitude of 0 is limited.

【0039】フレーム10のフランジ部10bには基準
面10cが設けられており、また図5に示す如く孔10
dが形成されている。斯かる基準面10cを取り付け具
104(図1)の対応する基準面に装着し、孔10dに
適当な締結具例えばねじを挿入することによって、検出
部100は取り付け具104に固定される。
A reference surface 10c is provided on a flange portion 10b of the frame 10, and a hole 10 as shown in FIG.
d is formed. By attaching such a reference surface 10c to the corresponding reference surface of the fixture 104 (FIG. 1) and inserting an appropriate fastener, for example, a screw into the hole 10d, the detection unit 100 is fixed to the fixture 104.

【0040】振り子30及び撓み継ぎ手20は、フレー
ム10の取り付け部10aにて片持ち支持されている。
撓み継ぎ手20には適当な撓み部20aが形成され、そ
れによって振り子30は撓み部20aを通る回転軸線O
−O周りに揺動することができる。振り子30が揺動す
ると、それに装着された部品32、34、90、91、
101、201も揺動する。撓み継ぎ手20の撓み部2
0aは、例えば図5に示すように、撓み継ぎ手20に矩
形の孔20eを形成しその両側の2本の支柱部に薄肉部
を形成するように構成してよい。
The pendulum 30 and the flexible joint 20 are cantilevered at the mounting portion 10a of the frame 10.
A suitable flexure 20a is formed in the flexure joint 20 so that the pendulum 30 can be rotated about the axis of rotation O through the flexure 20a.
Can swing around -O. When the pendulum 30 swings, the parts 32, 34, 90, 91,
101 and 201 also swing. Flexure portion 2 of flexure joint 20
5a, for example, as shown in FIG. 5, a rectangular hole 20e may be formed in the flexible joint 20 and thin portions may be formed in the two columns on both sides thereof.

【0041】図6を参照して検出部100の動作を説明
する。図6は検出部100の主要部、即ち、撓み継ぎ手
20と、撓み継ぎ手20に装着された棒状の振り子30
と、振り子30に装着されたトルカボビン32と、振り
子30の先端に配置された変位検出装置40A、40
B、40Bとを示す。ここで、図示のように、振り子3
0の中心軸線に沿った方向をX軸とし、X軸に垂直にト
ルカボビン32の中心軸線に沿ってZ軸をとる。
The operation of the detector 100 will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows a main part of the detection unit 100, that is, the bending joint 20 and a rod-shaped pendulum 30 mounted on the bending joint 20.
And a torcab bobbin 32 attached to the pendulum 30, and displacement detection devices 40A and 40 disposed at the tip of the pendulum 30.
B, 40B. Here, as shown in FIG.
The direction along the center axis of 0 is the X axis, and the Z axis is perpendicular to the X axis and along the center axis of the torque bobbin 32.

【0042】検出部100の中心軸線、即ち、Z軸に沿
って測定すべき力FZ が作用すると、振り子30は撓み
部20aを通る回転軸線O−O周りに回転し、その先端
部は微小変位する。発光素子40Aによって発光され受
光素子40Bによって受光される光量が変化し、振り子
30の先端の微小変位が検出される。
The central axis of the detector 100, i.e., the force F Z to be measured is applied along the Z-axis, the pendulum 30 is rotated in the rotational axis O-O around through the flexures 20a, the tip minute Displace. The amount of light emitted by the light emitting element 40A and received by the light receiving element 40B changes, and a minute displacement of the tip of the pendulum 30 is detected.

【0043】こうして変位検出装置によって検出された
微小変位を指示する信号は、トルカコイル34にフィー
ドバックされ、微小変位が零になるようにトルカコイル
34に流れる電流が制御される。斯かる電流即ち拘束電
流は力FZ に比例しているから、この拘束電流を検出す
ることによって力Fを計測することができる。
The signal indicating the minute displacement detected by the displacement detecting device is fed back to the Toruca coil 34, and the current flowing through the Toruca coil 34 is controlled so that the minute displacement becomes zero. Since such current or constraint current is proportional to the force F Z, it is possible to measure the force F by detecting the constraint current.

【0044】また検出部100に測定すべき力FZ が作
用しても、振り子30の変位は常にゼロに維持されるか
ら、長時間使用しても撓み部20は塑性変形することが
なく、力FZ を正確に測定することができる。
Even if the force F Z to be measured is applied to the detecting unit 100, the displacement of the pendulum 30 is always maintained at zero. the force F Z can be accurately measured.

【0045】再び図4を参照してカウンターウェイト9
1の機能を説明する。振り子30にはトルカボビン32
が装着され、トルカボビン32にはトルカコイル34、
第1のステージ101及び第1のサンプル201、L字
型アーム90及びカウンターウェイト91が装着されて
いる。従って、撓み継ぎ手20は、振り子30の自重及
び振り子30に装着されたこれらの部品の重量によっ
て、回転軸線O−O周りの(図4にて右周りの)曲げモ
ーメントMC を受ける。
Referring again to FIG.
Function 1 will be described. The pendulum 30 has a tolcab bobbin 32
Is mounted, the torcab bobbin 32 has a torca coil 34,
A first stage 101, a first sample 201, an L-shaped arm 90, and a counterweight 91 are mounted. Accordingly, the flex joint 20 receives a bending moment M C around the rotation axis OO (clockwise in FIG. 4) due to the weight of the pendulum 30 and the weight of these components mounted on the pendulum 30.

【0046】それによって振り子30は、第1のサンプ
ル201に測定すべき力FZ が作用していない場合で
も、回転軸線O−O周りに回転変位し、それが誤差の原
因となる。
As a result, even when the force F Z to be measured is not applied to the first sample 201, the pendulum 30 is rotationally displaced around the rotation axis OO, which causes an error.

【0047】カウンターウェイト91は、振り子30及
びそれに装着された部品の重量によって生ずる曲げモー
メントMC に対して反対方向の曲げモーメントMW を生
成するために設けられる。カウンターウェイト91は、
回転軸線O−Oに対して振り子30と反対側に、即ち、
L字型のアーム90の先端に装着されている。
The counterweight 91 is provided to generate the opposite direction of the bending moment M W against arising bending moment M C the weight of components mounted pendulum 30 and its. The counterweight 91
On the side opposite to the pendulum 30 with respect to the rotation axis OO,
It is mounted on the tip of an L-shaped arm 90.

【0048】振り子30及びそれに装着された部品の重
量によって生ずる曲げモーメントM C とカウンターウェ
イト91による曲げモーメントMW の大きさが等しいと
き、振り子30の回転変位はゼロとなる。カウンターウ
ェイト91による曲げモーメントMW の大きさの調整
は、カウンターウェイト91の質量又はL字型のアーム
90の長さを変化させることによってなされる。
The weight of the pendulum 30 and the components mounted thereon
Bending moment M CAnd counterway
Bending moment M by site 91WEqual in size
At this time, the rotational displacement of the pendulum 30 becomes zero. Counterau
Bending moment M by gate 91WAdjusting the size of
Is the mass of the counterweight 91 or an L-shaped arm
This is done by changing the length of 90.

【0049】図7を参照して本発明による微小力評価装
置の第2の例を説明する。図示のように水平面に沿って
X軸及びY軸(Y軸は紙面に垂直)をとり、鉛直上方に
Z軸をとる。本例の微小力評価装置は図1に示した第1
の例と同様に、評価処理装置300とモニタ装置302
と検出部100等を有するが、評価処理装置300及び
モニタ装置302は、図1に示した第1の例と同様なの
で省略する。検出部100は、図4及び図5を参照して
説明した検出部100と同一構造を有するが、本例の検
出部は図1の第1の例とは異なる方向に配置されてい
る。
Referring to FIG. 7, a second example of the micro force evaluation device according to the present invention will be described. As shown, an X axis and a Y axis (the Y axis is perpendicular to the paper surface) are taken along a horizontal plane, and a Z axis is taken vertically above. The micro force evaluation device of this example is the first device shown in FIG.
Of the evaluation processing device 300 and the monitor device 302
And the detection unit 100, etc., but the evaluation processing device 300 and the monitor device 302 are the same as those in the first example shown in FIG. The detection unit 100 has the same structure as the detection unit 100 described with reference to FIGS. 4 and 5, but the detection unit of the present example is arranged in a different direction from the first example of FIG. 1.

【0050】本例では、振り子30の中心軸線が垂直方
向、即ち、Z軸に沿って配置されるように、検出部10
0が取り付け具104に装着される。こうして、取り付
け具104に装着された検出部100は、図1の第1の
例と同様に、ステージ105に支持される。
In this example, the detecting unit 10 is arranged so that the central axis of the pendulum 30 is arranged in the vertical direction, that is, along the Z axis.
0 is attached to the fixture 104. Thus, the detection unit 100 mounted on the mounting tool 104 is supported by the stage 105 as in the first example of FIG.

【0051】検出部100にはL字型アーム90が装着
され、L字型アーム90の先端の水平部90Aには第1
のサンプルステージ101が装着され、第1のサンプル
ステージ101には第1のサンプル201が装着されて
いる。同様に、ベース板106に装着されたL字型のア
ーム102Aに第2のサンプルステージ102が装着さ
れ、第2のサンプルステージ102に第2のサンプル2
02が支持されている。第1のサンプル201と第2の
サンプル202は互いに隔置されている。
An L-shaped arm 90 is mounted on the detection unit 100, and a first horizontal portion 90 A of the L-shaped arm 90 has a first
Sample stage 101 is mounted, and the first sample 201 is mounted on the first sample stage 101. Similarly, the second sample stage 102 is mounted on the L-shaped arm 102A mounted on the base plate 106, and the second sample 2 is mounted on the second sample stage 102.
02 is supported. The first sample 201 and the second sample 202 are separated from each other.

【0052】本例では、振り子30は撓み継ぎ手20の
下側に配置されている。従って、振り子30の自重によ
る回転軸線O−O周りの曲げモーメントはゼロであり、
振り子30に装着された部品の重量による回転軸線O−
O周りの曲げモーメントは極めて小さい。従って、本例
では、カウンタウェイトを設ける必要がない。
In this embodiment, the pendulum 30 is arranged below the flexible joint 20. Therefore, the bending moment around the rotation axis OO due to the weight of the pendulum 30 is zero,
The rotation axis O- based on the weight of the component mounted on the pendulum 30
The bending moment around O is extremely small. Therefore, in this example, there is no need to provide a counter weight.

【0053】好ましくは、第1のサンプルステージ10
1及びそれに装着された第1のサンプル201は、振り
子30の中心軸線、即ち、Z軸に沿って配置される。
Preferably, the first sample stage 10
1 and the first sample 201 attached thereto are arranged along the central axis of the pendulum 30, that is, the Z axis.

【0054】本例によると、第1のサンプル201と第
2のサンプル202の間に作用するX軸方向の力FX を
測定する。このX軸方向の力FX によって、振り子30
は撓み部20aを通る回転軸線O−O周りに回転し、そ
の先端部は微小変位する。振り子30の変位は変位検出
装置40A、40Bによって検出される。
According to this example, the force F X acting between the first sample 201 and the second sample 202 in the X-axis direction is measured. The pendulum 30 is caused by the force F X in the X-axis direction.
Rotates around the rotation axis OO passing through the bending portion 20a, and its tip portion is slightly displaced. The displacement of the pendulum 30 is detected by the displacement detection devices 40A and 40B.

【0055】変位検出装置によって検出された微小変位
を指示する信号は、トルカコイル34にフィードバック
され、微小変位が零になるようにトルカコイル34に流
れる電流が制御される。斯かる電流即ち拘束電流は力F
X に比例しているから、この拘束電流を検出することに
よって力FX を計測することができる。
The signal indicating the minute displacement detected by the displacement detecting device is fed back to the Toruca coil 34, and the current flowing through the Toruca coil 34 is controlled so that the minute displacement becomes zero. Such current, or constrained current, is the force F
Since it is proportional to X , the force F X can be measured by detecting this constraint current.

【0056】図8を参照して、2つのサンプル201、
202の間に生成されるX軸方向の力FX の例を説明す
る。図8は2つのサンプル201、202の部分拡大図
である。第1のサンプル201の上面、即ち、第2のサ
ンプル202に面した側の面に、Y軸方向(紙面に垂
直)に延在する多数の互いに平行な突起状の電極部20
1Aを形成する。各電極部201AのX軸方向の幅をD
1 、X軸方向のピッチをp1 とする。
Referring to FIG. 8, two samples 201,
An example of the force F X in the X-axis direction generated during 202 will be described. FIG. 8 is a partially enlarged view of two samples 201 and 202. On the upper surface of the first sample 201, that is, the surface facing the second sample 202, a number of mutually parallel protruding electrode portions 20 extending in the Y-axis direction (perpendicular to the paper surface).
Form 1A. The width of each electrode part 201A in the X-axis direction is D
1, the pitch of the X-axis direction is p 1.

【0057】同様に、第2のサンプル202の下面、即
ち、第1のサンプル201に面した側の面に、Y軸方向
(紙面に垂直)に延在する多数の互いに平行な電極20
2Aを形成する。各電極202AのX軸方向の幅を
D2 、X軸方向のピッチをp2 とする。
Similarly, on the lower surface of the second sample 202, that is, the surface facing the first sample 201, a large number of parallel electrodes 20 extending in the Y-axis direction (perpendicular to the paper).
Form 2A. The width of each electrode 202A in the X-axis direction is D 2 , and the pitch in the X-axis direction is p 2 .

【0058】電極部201Aの幅D1 と電極202Aの
幅D2 は等しく、電極部201Aのピッチp1 と電極2
02Aのピッチp2 は等しくてよい。しかしながら、各
電極部201Aは、対応する電極202Aに対して、X
軸方向の幅D1 (=D2 =D)の半分D/2だけ偏倚し
ている。従って、電極部201Aと電極202Aが互い
に重なる部分LはX軸方向の幅Dの半分D/2である。
The width D 1 of the electrode portion 201A is equal to the width D 2 of the electrode 202A, and the pitch p 1 of the electrode portion 201A and the width of the electrode 2
Pitch p 2 of 02A may be equal. However, each electrode portion 201A is connected to the corresponding electrode 202A by X
It deviates by half D / 2 of the axial width D 1 (= D 2 = D). Therefore, a portion L where the electrode portion 201A and the electrode 202A overlap each other is a half D / 2 of the width D in the X-axis direction.

【0059】電極部201Aと電極202Aの重なる部
分Lによってコンデンサが構成される。こうして、第1
のサンプル201の電極部201Aに対して第2のサン
プル202の電極202AをX軸方向にずらすことによ
って、両者間にX軸方向の静電力が生成される。即ち、
電極部201Aと電極202Aの間に電圧Vを印加する
と、第1のサンプル201はX軸方向の力FX を受け
る。
A portion L of the electrode portion 201A and the electrode 202A forms a capacitor. Thus, the first
By shifting the electrode 202A of the second sample 202 in the X-axis direction with respect to the electrode portion 201A of the sample 201, an electrostatic force in the X-axis direction is generated between the two. That is,
When a voltage V is applied between the electrode portion 201A and the electrode 202A, the first sample 201 receives a force F X in the X-axis direction.

【0060】[0060]

【数3】FX =CV2 /2L=εSV2 /2δLF X = CV 2 / 2L = εSV 2 / 2δL

【0061】ここに、Cはコンデンサの静電容量、Vは
コンデンサに印加された電圧、δはコンデンサの間隙、
Sはコンデンサの面積、LはコンデンサのX軸方向の
幅、εは誘電率である。
Where C is the capacitance of the capacitor, V is the voltage applied to the capacitor, δ is the gap between the capacitors,
S is the area of the capacitor, L is the width of the capacitor in the X-axis direction, and ε is the dielectric constant.

【0062】尚、電極部201Aと電極202Aの間に
電圧Vを印加すると、実際には、両者間にX軸方向の静
電力とZ軸方向の静電力が生成される。しかしながら、
このZ軸方向の静電力FZ は本例の検出部100によっ
て検出されない。
When a voltage V is applied between the electrode portion 201A and the electrode 202A, an electrostatic force in the X-axis direction and an electrostatic force in the Z-axis direction are actually generated therebetween. However,
The electrostatic force F Z in the Z-axis direction is not detected by the detection unit 100 of the present example.

【0063】上述のように、2つのサンプル201、2
02は、振り子30の中心軸線に沿って配置される。従
って電極部201Aと電極202Aによって生成される
Z軸方向の静電力は、振り子30の中心軸線に沿って作
用し、撓み部20aを通る回転軸線O−O周りのモーメ
ントを生成しない。従ってZ軸方向の静電力力FZ によ
って振り子30は回転変位しない。
As described above, the two samples 201, 2
Numeral 02 is arranged along the central axis of the pendulum 30. Therefore, the electrostatic force in the Z-axis direction generated by the electrode portion 201A and the electrode 202A acts along the central axis of the pendulum 30, and does not generate a moment about the rotation axis OO passing through the bending portion 20a. Thus the pendulum 30 by an electrostatic force force F Z in the Z-axis direction is not rotationally displaced.

【0064】以上本発明の実施例について詳細に説明し
てきたが、本発明は上述の実施例に限ることなく本発明
の要旨を逸脱することなく他の種々の構成が採り得るこ
とは当業者にとって容易に理解されよう。
Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention is not limited to the above-described embodiments and can adopt various other configurations without departing from the gist of the present invention. It will be easily understood.

【0065】以上、本発明の装置によって静電力又は電
磁力を測定する場合を説明したが、本発明の装置によっ
て静電力又は電磁力以外の力を測定することが可能であ
ることは当業者にとって理解されよう。本発明の装置に
よって静電力又は電磁力の如き非接触的な力(空間を伝
播する力)以外に接触的な力(物体間を伝播する力)も
測定可能である。
Although the case where the electrostatic force or the electromagnetic force is measured by the device of the present invention has been described above, it is understood by those skilled in the art that the device of the present invention can measure a force other than the electrostatic force or the electromagnetic force. Will be understood. With the device of the present invention, a contact force (a force propagating between objects) other than a non-contact force (a force propagating in space) such as an electrostatic force or an electromagnetic force can be measured.

【0066】[0066]

【発明の効果】本発明によると、モニタ装置と評価処理
装置を含むフィードバック回路によって検出部の位置を
調整し、それによってサンプルの相対的位置を調整する
ことができるから、サンプルに作用する力をサンプルの
相対的位置の関数として測定することができる利点を有
する。
According to the present invention, the position of the detecting section can be adjusted by the feedback circuit including the monitor device and the evaluation processing device, and thereby the relative position of the sample can be adjusted. It has the advantage that it can be measured as a function of the relative position of the sample.

【0067】本発明によると、モニタ装置と評価処理装
置を含むフィードバック回路によって検出部の位置を調
整し、それによってサンプルの相対的位置を調整するこ
とができるから、サンプルが最適位置に配置されたとき
のサンプルに作用する力を測定することができる利点を
有する。
According to the present invention, the position of the detection unit can be adjusted by the feedback circuit including the monitor device and the evaluation processing device, and thereby the relative position of the sample can be adjusted. This has the advantage that the force acting on the sample can be measured.

【0068】本発明によると、2つのサンプルの間に作
用する力、例えば静電力、電磁力等を測定することがで
きる利点を有する。また、2つのサンプルの間に作用す
る任意の方向の力を測定することができる利点を有す
る。
According to the present invention, there is an advantage that a force acting between two samples, for example, an electrostatic force, an electromagnetic force or the like can be measured. Further, there is an advantage that a force acting between two samples in any direction can be measured.

【0069】本発明によると、振り子、変位検出装置、
トルカ及びフィードバック回路を含む検出部は、従来の
サーボ型加速度計の原理及び主要部を利用することがで
きる利点を有する。
According to the present invention, a pendulum, a displacement detecting device,
The detector including the torquer and the feedback circuit has an advantage that the principle and main parts of the conventional servo accelerometer can be used.

【0070】本発明によると、微小力を測定するとき、
振り子の変位は常にゼロに維持されるから、長時間使用
しても、径年変化が無く正確に微小力を正確に測定する
ことができる利点を有する。
According to the present invention, when measuring a small force,
Since the displacement of the pendulum is always kept at zero, there is an advantage that even when the pendulum is used for a long time, there is no change in diameter and the micro force can be measured accurately.

【0071】本発明によると、微小力を検出するセンサ
部として、撓み継ぎ手を使用することができるから、製
造費及び材料費を安価にすることができる利点を有す
る。
According to the present invention, since a flexible joint can be used as a sensor for detecting a small force, there is an advantage that manufacturing costs and material costs can be reduced.

【0072】本発明によると、微小力を測定するとき、
振り子の変位は常にゼロに維持され、撓み継ぎ手の撓み
量は常にゼロに維持されるから、センサ部、即ち、撓み
継ぎ手の感度を十分大きくすることができるから、極め
て微小な力を正確に測定することができる利点を有す
る。
According to the present invention, when measuring a small force,
Since the displacement of the pendulum is always maintained at zero and the bending amount of the flexible joint is always maintained at zero, the sensitivity of the sensor unit, that is, the flexible joint can be sufficiently increased, so that an extremely small force can be accurately measured. Have the advantage that you can.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の微小力評価装置の第1の例を示す説明
図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a first example of a micro force evaluation device of the present invention.

【図2】本発明の微小力評価装置の第1の例によって測
定すべき微小力の生成方法を説明するための説明図であ
る。
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a method of generating a small force to be measured by the first example of the small force evaluation device of the present invention.

【図3】本発明の微小力評価装置の評価処理装置の例を
示す説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of an evaluation processing device of the micro force evaluation device of the present invention.

【図4】本発明の微小力評価装置の検出部の断面構成の
例を示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a cross-sectional configuration of a detection unit of the micro force evaluation device of the present invention.

【図5】本発明の微小力評価装置の検出部の平面構成の
例を示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a planar configuration of a detection unit of the micro force evaluation device of the present invention.

【図6】本発明の微小力評価装置の検出部の原理を説明
するための説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the principle of a detection unit of the micro force evaluation device of the present invention.

【図7】本発明の微小力評価装置の第2の例の主要部を
示す説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a main part of a second example of the micro force evaluation device of the present invention.

【図8】本発明の微小力評価装置の第2の例によって測
定すべき微小力の生成方法を説明するための説明図であ
る。
FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining a method of generating a small force to be measured by the second example of the small force evaluation device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 フレーム 10a 取り付け部 10b フランジ部 10c 基準面 10d 孔 10e 凹部 18 押さえ板 19 ねじ 20 撓み継ぎ手 20a 撓み部 20e 孔 30 振り子 32 トルカボビン 34 トルカコイル 36 永久磁石 38 ポールピース 40A 発光素子 40B 受光素子 90 L字型アーム 91 バランスウェイト 100 検出部 101、102 サンプルステージ 104 取り付け具 105 ステージ 106 ベース板 107 振動遮断装置 201、202 サンプル DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Frame 10a Attachment part 10b Flange part 10c Reference surface 10d Hole 10e Concave part 18 Holding plate 19 Screw 20 Flex joint 20a Flexure part 20e Hole 30 Pendulum 32 Torcabobbin 34 Toruca coil 36 Permanent magnet 38 Pole piece 40A Light emitting element 90B Light emitting element 40B Arm 91 Balance weight 100 Detector 101, 102 Sample stage 104 Attachment 105 Stage 106 Base plate 107 Vibration isolator 201, 202 Sample

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 サンプルを支持するサンプルホルダと、
上記サンプルに作用する力によって変位可能な振り子
と、該振り子の変位を検出する変位検出装置と、上記振
り子を変位させる力を生成するトルカと、上記変位検出
装置からの信号に基づいて上記振り子の変位がゼロにな
るように上記トルカに命令信号を供給するフィードバッ
ク回路と、を有し、上記命令信号によって上記サンプル
に作用する力を検出するように構成された検出部と、 上記検出部を直交3軸方向の直線変位及び直交3軸周り
の回転変位が可能なように支持するステージ装置と、 上記サンプルの位置を監視するモニタ装置と、 上記モニタ装置の出力と上記検出部の出力を入力して上
記サンプルの位置と上記サンプルに作用する力の間の関
係を評価し、上記ステージ装置に上記検出部の位置を調
整するための制御信号を出力する評価処理装置と、を有
する微小力評価装置。
1. A sample holder for supporting a sample,
A pendulum that can be displaced by a force acting on the sample, a displacement detection device that detects displacement of the pendulum, a torquer that generates a force that displaces the pendulum, and a pendulum of the pendulum based on a signal from the displacement detection device. A feedback circuit that supplies a command signal to the torquer so that the displacement becomes zero; and a detection unit configured to detect a force acting on the sample by the command signal. A stage device for supporting linear displacement in three axial directions and rotational displacement about three orthogonal axes, a monitor device for monitoring the position of the sample, an output of the monitor device, and an output of the detection unit, To evaluate the relationship between the position of the sample and the force acting on the sample, and output a control signal for adjusting the position of the detection unit to the stage device. Microforce evaluation device having an evaluation processing unit.
【請求項2】 請求項1記載の微小力評価装置におい
て、 上記サンプルホルダは第1のサンプルを支持する第1の
サンプルステージと第2のサンプルを支持する第2のサ
ンプルステージとを有し、上記検出部は上記2つのサン
プル間に作用する静電力又は電磁力を測定するように構
成されていることを特徴とする微小力評価装置。
2. The micro force evaluation device according to claim 1, wherein the sample holder has a first sample stage supporting a first sample and a second sample stage supporting a second sample. The small force evaluation device, wherein the detection unit is configured to measure an electrostatic force or an electromagnetic force acting between the two samples.
【請求項3】 請求項2記載の微小力評価装置におい
て、 上記第1のサンプルステージは上記振り子に装着され、
上記第2のサンプルステージはベース板に装着されたア
ームに支持されていることを特徴とする微小力評価装
置。
3. The micro-force evaluation device according to claim 2, wherein the first sample stage is mounted on the pendulum,
The second sample stage is supported by an arm mounted on a base plate.
【請求項4】 請求項2又は3記載の微小力評価装置に
おいて、上記振り子にL字形のアームが装着され、該L
字形のアームの端部にカウンタウエイトが装着され、該
カウンタウエイトによって上記第1のサンプルステー
ジ、上記L字形のアーム及び上記振り子の自重による上
記振り子の撓みをキャンセルすることができるように構
成されていることを特徴とする微小力評価装置。
4. An apparatus according to claim 2, wherein an L-shaped arm is attached to said pendulum.
A counterweight is attached to an end of the U-shaped arm, and the counterweight can be configured to cancel the deflection of the pendulum due to the weight of the first sample stage, the L-shaped arm, and the pendulum. A small force evaluation device.
【請求項5】 請求項2記載の微小力評価装置におい
て、上記第1のサンプルステージはL字形のアームを介
して上記振り子に装着され、上記第1のサンプルステー
ジを上記L字形のアームの互いに直交する2つの面のい
ずれかに装着することによって、上記2つのサンプルの
間に作用する力の方向が上記2つの面のいずれかに沿っ
た場合でも測定可能であることを特徴とする微小力評価
装置。
5. The micro-force evaluation device according to claim 2, wherein the first sample stage is mounted on the pendulum via an L-shaped arm, and the first sample stage is connected to the L-shaped arm with each other. A micro force which can be measured even when the direction of the force acting between the two samples is along one of the two surfaces by being mounted on one of the two orthogonal surfaces. Evaluation device.
【請求項6】 請求項2記載の微小力評価装置におい
て、上記評価処理装置は、上記2つのサンプルの間の位
置関係を設定するために位置設定信号に基づいて上記ス
テージ装置に制御信号を出力するように構成されている
ことを特徴とする微小力評価装置。
6. The micro force evaluation device according to claim 2, wherein the evaluation processing device outputs a control signal to the stage device based on a position setting signal to set a positional relationship between the two samples. A small force evaluation device characterized in that it is configured to
【請求項7】 請求項6記載の微小力評価装置におい
て、上記評価処理装置は、上記検出部からの出力及び上
記位置設定信号を記憶し、記憶されたデータを出力する
ように構成されていることを特徴とする微小力評価装
置。
7. The micro force evaluation device according to claim 6, wherein the evaluation processing device is configured to store the output from the detection unit and the position setting signal, and output the stored data. A small force evaluation device characterized by the above-mentioned.
【請求項8】 請求項1、2、3、4、5、6又は7記
載の微小力評価装置において、 上記振り子は撓み継ぎ手を介してフレームに片持ち支持
されていることを特徴とする微小力評価装置。
8. The micro force evaluation apparatus according to claim 1, wherein the pendulum is cantilevered by a frame via a flexible joint. Force evaluation device.
【請求項9】 請求項1、2、3、4、5、6、7又は
8記載の微小力評価装置において、 上記トルカは、上記振り子に装着されたトルカコイルと
フレームに装着された永久磁石及びポールピースとを含
むことを特徴とする微小力評価装置。
9. The small force evaluation device according to claim 1, wherein the torquer is a torquer coil mounted on the pendulum, a permanent magnet mounted on a frame, and a permanent magnet mounted on a frame. A micro force evaluation device comprising a pole piece.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020017498A1 (en) 2018-07-17 2020-01-23 東京計器株式会社 Method for manufacturing three-dimensionally structured member, method for manufacturing acceleration pickup, acceleration pickup, and acceleration sensor
CN117990250A (en) * 2023-12-29 2024-05-07 天津大学 Variable stiffness micro-thrust measurement device and method for electrostatic force multi-flexure hinge mechanism

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