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変位センサとその製造方法および位置決めステージ 実績あり

国内特許コード P110002917
整理番号 V208P004
掲載日 2011年6月8日
出願番号 特願2001-331941
公開番号 特開2003-139504
登録番号 特許第3913526号
出願日 平成13年10月30日(2001.10.30)
公開日 平成15年5月14日(2003.5.14)
登録日 平成19年2月9日(2007.2.9)
発明者
  • 宗片 睦夫
  • 樋口 俊郎
  • 古田 淳
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
  • 株式会社ナノコントロール
発明の名称 変位センサとその製造方法および位置決めステージ 実績あり
発明の概要 【課題】 温度ドリフトや経時劣化の少ない変位センサとその製造方法、および変位センサを装着した位置決めステージを提供する。
【解決手段】 変位センサ1は、略矩形の絶縁基板11の一方の表面に電極14a~14dが設けられた歪みゲージ10と、絶縁基板11を支持する支持部材12と、絶縁基板11の略中央部に固着されたヘッド部材13とを有する。電極14a~14dを、支持部材12とヘッド部材13との間での相対的な位置の変化によって絶縁基板11に歪みが生じた際に、絶縁基板において正の歪みが生じる2箇所と負の歪みが生じる2箇所に設けた。電極14a~14dはスパッタ法によって絶縁基板11に直接形成し、薄膜とすることで抵抗を大きくする。これによって歪みゲージ10に入力する電圧を上げて大きな出力を得て、歪みゲージ10の感度を高めることができる。
従来技術、競合技術の概要


微小な変位を測定する変位センサとして歪みゲージを用いたものが知られている。例えば、図9は歪みゲージ94a~94dを用いた変位センサ90の概略構造を示す斜視図であり、図10は歪みゲージ94a~94dの接続回路を示す説明図である。変位センサ90は基台部91と、基台部91に固定された板状の起歪材92と、起歪材92に取り付けられたセンサヘッド93と、起歪材92の表裏面に設けられた歪みゲージ94a~94dとを有し、歪みゲージ94a~94dの入出力ターミナル98が基台部91に設けられている。



起歪材92には金属板等が用いられ、歪みゲージ94a~94dは、ポリイミド等の樹脂ベース(板)95に所定のパターンに加工されたCu‐Ni合金等の金属箔96が接着剤で貼付された構造を有している。この金属箔96が感歪材料として機能する。歪みゲージ94a~94dは接着剤を用いて起歪材92に貼付されている。



歪みゲージ94a~94dの抵抗をR~Rとし、歪みゲージ94a~94dに生ずる歪みをε~εとし、そのときの歪みゲージ94a~94dにおける抵抗変化量をΔR~ΔRとすると、ブリッジ入力電圧Vinとブリッジ出力電圧Voutとの関係は次式(1)で示される。ここで、Kはゲージ率である。



【数1】




歪みεとεの項の符号は負であるので、εとε自体が負の歪みであると、項全体では符号が正になり4つの歪みε~εの全項が積算される。これによりブリッジ出力電圧Voutが大きくなる。またブリッジ出力電圧Voutを大きくするためには、歪みε~εが一定であれば、ゲージ率K、ブリッジ入力電圧Vinを大きくすればよいことがわかる。



基台部91が固定された状態でセンサヘッド93を図9中の矢印Aで示す下向きに移動させると、起歪材92に反りが生じて、歪みゲージ94a・94dでは抵抗が大きくなり、歪みゲージ94b・94cでは抵抗が小さくなる。したがって、歪みゲージ94a~94dを図10に示すようにブリッジ接続することで、歪みゲージ94aを1個だけ用いた場合の4倍の出力電圧を得ることができる。なお、図9に示す符号97はブリッジバランスをとるための補正抵抗である。また、図8にセンサヘッド93の変位量とブリッジ出力電圧との関係を示す。

産業上の利用分野


本発明は、微動位置決めに用いられる変位センサとその製造方法および変位センサを備えた位置決めステージに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
略矩形の絶縁基板の一方の表面の所定位置に電極が設けられてなる歪みゲージと、
前記絶縁基板をその長手方向の両端で支持する支持部材と、
前記絶縁基板の略中央部に固着され、前記支持部材との間で相対的な位置の変化が生じた際に前記絶縁基板を歪ませるヘッド部材と、
を具備し、
前記電極は、薄膜形成されてなり、前記支持部材と前記ヘッド部材との間での相対的な位置の変化によって前記絶縁基板に歪みが生じた際に、前記絶縁基板において正の歪みが生じる2箇所の部位と負の歪みが生じる2箇所の部位にそれぞれ設けられ、
前記絶縁基板には前記電極をブリッジ接続するための接続用導体が形成され、かつ、前記接続用導体と導通して外部の入出力回路との導通を行うブリッジ入力用ターミナルおよびブリッジ出力用ターミナルが前記絶縁基板の長手方向を略4等分する位置に設けられていることを特徴とする変位センサ。

【請求項2】
記電極は、PVD法によって前記絶縁基板に直接に形成されたCr‐N薄膜からなることを特徴とする請求項1に記載の変位センサ。

【請求項3】
前記歪みゲージのゲージ率が4以上であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の変位センサ。

【請求項4】
前記電極は、梯子状のパターンとブロック状のパターンが接続されたパターンを有することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の変位センサ。

【請求項5】
前記絶縁基板はセラミックス基板であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の変位センサ。

【請求項6】
略矩形の絶縁基板の所定位置に電極が設けられてなる歪みゲージと、前記絶縁基板をその長手方向の両端で支持する支持部材と、前記絶縁基板の略中央部に固定されたヘッド部材とを具備し、前記電極が前記支持部材と前記ヘッド部材との間での相対的な位置の変化によって前記絶縁基板に歪みが生じた際に前記絶縁基板において正の歪みが生じる2箇所の部位と負の歪みが生じる2箇所の部位にそれぞれ設けられた変位センサの製造方法であって、
絶縁基板の片面の所定位置に所定のパターンを有する薄膜状の電極および前記電極をブリッジ接続するための接続用導体ならびに前記接続用導体と導通して外部の入出力回路との導通を行うブリッジ出力用ターミナルとブリッジ入力用ターミナルを前記絶縁基板の長手方向を略4等分する位置に形成する第1工程と、
前記歪みゲージに前記支持部材および前記ヘッド部材を固着する第2工程と、
前記ブリッジ出力用ターミナルからの出力電圧が略ゼロとなるように前記電極のパターンをトリミングする第3工程と、
を有することを特徴とする変位センサの製造方法。

【請求項7】
所定形状のステージと、
前記ステージを所定方向へ移動させるステージ移動手段と、
前記ステージの位置を測定する変位センサと、
を具備し、
前記変位センサは、
略矩形の絶縁基板の所定位置に電極が設けられてなる歪みゲージと、
前記絶縁基板をその長手方向の両端で支持する支持部材と、
前記絶縁基板の略中央部に固着されたヘッド部材と、
を有し、
前記支持部材または前記ヘッド部材のうち一方は前記ステージに固定され、
前記電極は前記ステージの移動に伴って前記絶縁基板に歪みが生じた際に前記絶縁基板において正の歪みが生じる2箇所の部位と負の歪みが生じる2箇所の部位にそれぞれ設けられ、
前記絶縁基板には前記電極をブリッジ接続するための接続用導体が形成され、かつ、前記接続用導体と導通して外部の入出力回路との導通を行うブリッジ入力用ターミナルおよびブリッジ出力用ターミナルが前記絶縁基板の長手方向を略4等分する位置に設けられていることを特徴とする位置決めステージ。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2001331941thum.jpg
出願権利状態 登録
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