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力測定装置 コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P130008688
整理番号 1107-11
掲載日 2013年3月14日
出願番号 特願2011-184771
公開番号 特開2013-044711
登録番号 特許第5912338号
出願日 平成23年8月26日(2011.8.26)
公開日 平成25年3月4日(2013.3.4)
登録日 平成28年4月8日(2016.4.8)
発明者
  • 水野 毅
出願人
  • 国立大学法人埼玉大学
発明の名称 力測定装置 コモンズ 新技術説明会
発明の概要 【課題】測定対象物との間隔を一定に保って、測定対象物から受ける力を高精度に測定することができる力測定装置を提供する。
【解決手段】固定点と、変位を検出する検出点20と、力が作用する作用点30とを有し、作用点30に作用する力を検出点20の変位に変換して検出する力測定装置であって、固定点と検出点20との間を支持する第1の支持機構41と、検出点20と作用点30との間を支持する第2の支持機構51と、を有し、第1の支持機構41及び第2の支持機構51の少なくとも一方が、アクチュエータを備える能動型支持機構であり、作用点30の位置が変位しないようにアクチュエータの制御が行われる。この力測定装置では、作用点30が力を受けても変位しないため、測定対象物との間隔を一定に保って測定対象物から受ける力を測定することができる。
【選択図】図3
従来技術、競合技術の概要


微小な力を検出する装置として、試料と探針の原子間に働く力を検出し、それを基に試料の表面形状の画像を得る原子間顕微鏡が知られている(例えば、下記特許文献1)。
この装置は、図26に示すように、一端に固定点を有するカンチレバー800と、カンチレバー800の他端に固定された探針801と、探針801の位置の変位を検出するセンサ802とを有している。作用点の探針801に試料803を近付けると、探針801に原子間力が作用し、カンチレバー800に支持された探針801の位置が変位する。この変位がセンサ802で検出され、センサ802の出力から、あるいは、センサ802の検出量がゼロになるように試料803の高さを変えるアクチュエータ(不図示)の駆動電流から、探針801に作用する原子間力が測定される。

産業上の利用分野


本発明は、外力を測定する力測定装置に関し、微小な力でも精確に測定できるようにしたものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
固定点と、変位を検出する検出点と、力が作用する作用点とを有し、前記作用点に作用する力を前記検出点の変位に変換して検出する力測定装置であって、
前記固定点と前記検出点との間を支持する第1の支持機構と、
前記検出点と前記作用点との間を支持する第2の支持機構と、
前記検出点の変位を検出する検出手段と、
を有し、
前記第1の支持機構と前記第2の支持機構とが前記検出点で接続され、
前記第1の支持機構及び第2の支持機構の一方が、アクチュエータを備える能動型支持機構であり、他方が、受動型支持機構、または、アクチュエータを備える能動型支持機構であり、
前記作用点の位置が変位しないように前記アクチュエータの制御が行われ、前記作用点の位置が変位しない状態での前記検出点の変位が前記検出手段により検出されることを特徴とする力測定装置。

【請求項2】
請求項1に記載の力測定装置であって、前記アクチュエータが電磁石であることを特徴とする力測定装置。

【請求項3】
請求項1に記載の力測定装置であって、前記アクチュエータが静電アクチュエータであることを特徴とする力測定装置。

【請求項4】
請求項1に記載の力測定装置であって、前記アクチュエータがボイスコイルモータであることを特徴とする力測定装置。

【請求項5】
請求項1に記載の力測定装置であって、前記アクチュエータが圧電アクチュエータであることを特徴とする力測定装置。

【請求項6】
請求項1に記載の力測定装置であって、前記アクチュエータがリニアモータであることを特徴とする力測定装置。

【請求項7】
請求項1に記載の力測定装置であって、前記アクチュエータが磁歪アクチュエータであることを特徴とする力測定装置。

【請求項8】
請求項1から7のいずれかに記載の力測定装置であって、前記第1の支持機構及び第2の支持機構の一方が前記能動型支持機構で他方が前記受動型支持機構であるとき、前記能動型支持機構が、前記受動型支持機構の剛性と大きさが等しく符号が反対の剛性を持つように、前記アクチュエータの制御が行われることを特徴とする力測定装置。

【請求項9】
請求項1から7のいずれかに記載の力測定装置であって、前記第1の支持機構及び第2の支持機構の一方が前記能動型支持機構で他方が前記受動型支持機構であるとき、前記受動型支持機構の変位を検出し、前記能動型支持機構が前記受動型支持機構の変位を相殺するように、前記アクチュエータの制御が行われることを特徴とする力測定装置。

【請求項10】
請求項1から7のいずれかに記載の力測定装置であって、前記第1の支持機構及び第2の支持機構の一方が前記能動型支持機構で他方が前記受動型支持機構であるとき、前記作用点の前記固定点に対する変位を検出し、当該変位が、前記能動型支持機構を変位させて、ゼロとなるように、前記アクチュエータの制御が行われることを特徴とする力測定装置。

【請求項11】
請求項1に記載の力測定装置であって、前記検出点が、前記作用点に作用する力の3分力により個別に変位する3つの分散された検出点から成り、前記第1の支持機構が、前記固定点と前記3つの検出点のそれぞれとの間を支持する3つの支持機構で構成され、前記第2の支持機構が、前記3つの検出点のそれぞれと前記作用点との間を支持する3つの支持機構で構成されることを特徴とする力測定装置。

【請求項12】
請求項11に記載の力測定装置であって、前記固定点が3つの分離した固定点から成り、前記第1の支持機構を構成する前記3つの支持機構が、前記3つの固定点のそれぞれと前記3つの検出点のそれぞれとの間を支持し、前記3つの支持機構のそれぞれの中心線が前記第2の支持機構を構成する3つの支持機構のそれぞれの中心線の延長線上に在ることを特徴とする力測定装置。

【請求項13】
請求項1に記載の力測定装置であって、前記検出点が、前記作用点に作用する力の3分力により傾きを変える一体型検出部から成り、前記第1の支持機構が、前記固定点と前記一体型検出部の3箇所との間をそれぞれ支持する3つの支持機構で構成され、前記第2の支持機構が、前記一体型検出部の前記3箇所と前記作用点との間をそれぞれ支持する3つの支持機構で構成されることを特徴とする力測定装置。

【請求項14】
請求項13に記載の力測定装置であって、前記固定点が3つの分離した固定点から成り、前記第1の支持機構を構成する前記3つの支持機構が、前記3つの固定点のそれぞれと前記一体型検出部の3箇所との間をそれぞれ支持し、前記3つの支持機構のそれぞれの中心線が前記第2の支持機構を構成する3つの支持機構のそれぞれの中心線の延長線上に在ることを特徴とする力測定装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2011184771thum.jpg
出願権利状態 登録
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