JP3124617B2 - 微動駆動機構 - Google Patents
微動駆動機構Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、走査型トンネル顕微鏡
等、微動制御を必要とする装置に用いられ、主走査方向
の駆動に圧電素子を利用した微動駆動機構に関する。
等、微動制御を必要とする装置に用いられ、主走査方向
の駆動に圧電素子を利用した微動駆動機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、微動制御を必要とする装置に用い
られる微動駆動機構は、圧電素子を可動部の片側のみに
配置した片押しタイプのものと、一対の圧電素子を可動
部の両側に伸縮特性が逆になるように対向配置させ、こ
の圧電素子に逆位相の駆動電圧を加える両押しタイプの
ものとに大別される。
られる微動駆動機構は、圧電素子を可動部の片側のみに
配置した片押しタイプのものと、一対の圧電素子を可動
部の両側に伸縮特性が逆になるように対向配置させ、こ
の圧電素子に逆位相の駆動電圧を加える両押しタイプの
ものとに大別される。
【０００３】図６は、従来の片押しタイプの微動駆動機
構の概略平面図であり、一体切欠形ばね機構による２自
由度の微動駆動機構である。図６に示すように、ｘ軸に
平行な腕１０１ａとｙ軸に平行な腕１０１ｂとからなる
Ｌ字形の固定部１０１の、ｘ軸に平行な腕１０１ａに
は、互いにｙ軸に平行な２つのリンク１０３を介して、
ｘ軸に平行に延びる第１の可動部１０２が支持されてい
る。第１の可動部１０２にはｙ軸に平行な腕１０２ａを
有し、第１の可動部１０２のｙ軸に平行な腕１０２ａに
は、互いにｘ軸に平行な２つのリンク１０７を介して、
第２の可動部１０６が支持されている。
構の概略平面図であり、一体切欠形ばね機構による２自
由度の微動駆動機構である。図６に示すように、ｘ軸に
平行な腕１０１ａとｙ軸に平行な腕１０１ｂとからなる
Ｌ字形の固定部１０１の、ｘ軸に平行な腕１０１ａに
は、互いにｙ軸に平行な２つのリンク１０３を介して、
ｘ軸に平行に延びる第１の可動部１０２が支持されてい
る。第１の可動部１０２にはｙ軸に平行な腕１０２ａを
有し、第１の可動部１０２のｙ軸に平行な腕１０２ａに
は、互いにｘ軸に平行な２つのリンク１０７を介して、
第２の可動部１０６が支持されている。
【０００４】一方、固定部１０１の、ｙ軸に平行に延び
る腕１０１ｂの端部には、電圧の印加によりｘ軸方向に
伸縮されるｘ方向圧電素子１０４が取り付けられてい
る。また、第１の可動部１０２の、ｘ軸に平行な部位に
形成された凹部１０２ｂには、電圧の印加によりｙ軸方
向に伸縮されるｙ方向圧電素子１０８が取り付けられて
いる。これらｘ方向圧電素子１０４およびｙ方向圧電素
子１０８は、圧電素子の寿命を延ばすとともに、圧電素
子の変位を確実に伝達する目的で、それぞれ圧縮力が加
えられた状態で固定されており、その固定は、ねじまた
は接着剤により行われる。
る腕１０１ｂの端部には、電圧の印加によりｘ軸方向に
伸縮されるｘ方向圧電素子１０４が取り付けられてい
る。また、第１の可動部１０２の、ｘ軸に平行な部位に
形成された凹部１０２ｂには、電圧の印加によりｙ軸方
向に伸縮されるｙ方向圧電素子１０８が取り付けられて
いる。これらｘ方向圧電素子１０４およびｙ方向圧電素
子１０８は、圧電素子の寿命を延ばすとともに、圧電素
子の変位を確実に伝達する目的で、それぞれ圧縮力が加
えられた状態で固定されており、その固定は、ねじまた
は接着剤により行われる。
【０００５】上述した構成により、ｘ方向圧電素子１０
４に電圧を印加すると、第１の可動部１０２が、第２の
可動部１０６とともにｘ軸方向に駆動され、さらにｙ方
向圧電素子１０８に電圧を印加すると、第２の可動部１
０６が第１の可動部１０２に対してｙ軸方向に駆動され
る。すなわち、ｘ方向圧電素子１０４およびｙ方向圧電
素子１０８へそれぞれ電圧を印加することにより、第２
の可動部１０６が固定部１０１に対して、ｘｙ平面内で
任意に駆動される。
４に電圧を印加すると、第１の可動部１０２が、第２の
可動部１０６とともにｘ軸方向に駆動され、さらにｙ方
向圧電素子１０８に電圧を印加すると、第２の可動部１
０６が第１の可動部１０２に対してｙ軸方向に駆動され
る。すなわち、ｘ方向圧電素子１０４およびｙ方向圧電
素子１０８へそれぞれ電圧を印加することにより、第２
の可動部１０６が固定部１０１に対して、ｘｙ平面内で
任意に駆動される。
【０００６】次に、従来の両押しタイプの微動駆動機構
について説明する。図７は、従来の両押しタイプの微動
駆動機構の概略平面図である。図７に示すように、枠状
のベース１５１の内側には、ｘ軸に平行に２つずつ対向
配置された４つの第１の弾性ヒンジ１５３を介して、枠
状のフレーム１５２が支持され、さらにフレーム１５２
の内側には、ｙ軸に平行に２つずつ対向配置された４つ
の第２の弾性ヒンジ１５７を介して、可動部１５６が支
持されている。
について説明する。図７は、従来の両押しタイプの微動
駆動機構の概略平面図である。図７に示すように、枠状
のベース１５１の内側には、ｘ軸に平行に２つずつ対向
配置された４つの第１の弾性ヒンジ１５３を介して、枠
状のフレーム１５２が支持され、さらにフレーム１５２
の内側には、ｙ軸に平行に２つずつ対向配置された４つ
の第２の弾性ヒンジ１５７を介して、可動部１５６が支
持されている。
【０００７】一方、ベース１５１とフレーム１５２との
間の、ｘ軸に平行な部位には、それぞれ電圧の印加によ
りｙ軸方向に伸縮される２つのｙ方向圧電素子１５８
ａ、１５８ｂが挟設されて対向配置されている。また、
フレーム１５２と可動部１５６との間の、ｙ軸に平行な
部位には、それぞれ電圧の印加によりｘ軸方向に伸縮さ
れる２つのｘ方向圧電素子１５４ａ、１５４ｂが挟設さ
れて対向配置されている。これら各ｘ方向圧電素子１５
４ａ、１５４ｂおよび各ｙ方向圧電素子１５８ａ、１５
８ｂは、それぞれ図６に示したものと同様にして、ねじ
または接着剤により固定されている。
間の、ｘ軸に平行な部位には、それぞれ電圧の印加によ
りｙ軸方向に伸縮される２つのｙ方向圧電素子１５８
ａ、１５８ｂが挟設されて対向配置されている。また、
フレーム１５２と可動部１５６との間の、ｙ軸に平行な
部位には、それぞれ電圧の印加によりｘ軸方向に伸縮さ
れる２つのｘ方向圧電素子１５４ａ、１５４ｂが挟設さ
れて対向配置されている。これら各ｘ方向圧電素子１５
４ａ、１５４ｂおよび各ｙ方向圧電素子１５８ａ、１５
８ｂは、それぞれ図６に示したものと同様にして、ねじ
または接着剤により固定されている。
【０００８】以上の構成に基づいて、２つのｘ方向圧電
素子１５４ａ、１５４ｂのうち一方のｘ方向圧電素子１
５４ａに、このｘ方向圧電素子１５４ａが伸長するよう
な極性の電圧を印加し、他方のｘ方向圧電素子１５４ｂ
に、他方のｘ方向圧電素子１５４ｂが縮小するような電
圧を印加すると、可動部１５６はｘ軸方向に駆動され
る。同様に、２つのｙ方向圧電素子１５８ａ、１５８ｂ
のうち、一方のｙ方向圧電素子１５８ａに伸長するよう
な極性の電圧を印加し、他方のｙ方向圧電素子１５８ｂ
に縮小するような極性の電圧を印加することで、可動部
１５６は、フレーム１５２とともにｙ軸方向に駆動され
る。このように可動部１５６は、各ｘ方向圧電素子１５
４ａ、１５４ｂおよび各ｙ方向圧電素子１５８ａ、１５
８ｂにより、ｘｙ平面内で駆動される。
素子１５４ａ、１５４ｂのうち一方のｘ方向圧電素子１
５４ａに、このｘ方向圧電素子１５４ａが伸長するよう
な極性の電圧を印加し、他方のｘ方向圧電素子１５４ｂ
に、他方のｘ方向圧電素子１５４ｂが縮小するような電
圧を印加すると、可動部１５６はｘ軸方向に駆動され
る。同様に、２つのｙ方向圧電素子１５８ａ、１５８ｂ
のうち、一方のｙ方向圧電素子１５８ａに伸長するよう
な極性の電圧を印加し、他方のｙ方向圧電素子１５８ｂ
に縮小するような極性の電圧を印加することで、可動部
１５６は、フレーム１５２とともにｙ軸方向に駆動され
る。このように可動部１５６は、各ｘ方向圧電素子１５
４ａ、１５４ｂおよび各ｙ方向圧電素子１５８ａ、１５
８ｂにより、ｘｙ平面内で駆動される。
【０００９】上述した両押しタイプの微動駆動機構を、
走査型トンネル顕微鏡等、微動制御を必要とする装置に
用いる場合、被駆動物は、ホルダを介して可動部の上面
に固定される。図８は、図７に示した両押しタイプの微
動駆動機構を、走査型トンネル顕微鏡の微動駆動機構と
して用いたものを側方から見た概略構成図である。図８
に示すように、可動部１５６の上面には、平板部を有す
るサンプルホルダ１６１が固定されており、サンプル１
５９は、サンプルホルダ１６１の平板部に支持されてい
る。また、サンプル１５９の上方には、トンネル電流を
検出するための探針１６０が配置されている。
走査型トンネル顕微鏡等、微動制御を必要とする装置に
用いる場合、被駆動物は、ホルダを介して可動部の上面
に固定される。図８は、図７に示した両押しタイプの微
動駆動機構を、走査型トンネル顕微鏡の微動駆動機構と
して用いたものを側方から見た概略構成図である。図８
に示すように、可動部１５６の上面には、平板部を有す
るサンプルホルダ１６１が固定されており、サンプル１
５９は、サンプルホルダ１６１の平板部に支持されてい
る。また、サンプル１５９の上方には、トンネル電流を
検出するための探針１６０が配置されている。
【００１０】一方、上述した微動駆動機構を有する装置
が設置される環境をみると、通常、建物の床は１００Ｈ
ｚ以下の振動数で、振幅１０μｍ程度振動しており、ま
た、機械の振動や人の声、足音等、空気中を伝わる音響
振動もある。走査型トンネル顕微鏡では、これらの影響
を排除して、探針１６０とサンプル１５９との相対距離
の振動を、計測、制御で許される誤差の範囲内に抑えな
ければならない。このためには、微動駆動機構の固有振
動数を変えて共振点を外す方法がとられる。
が設置される環境をみると、通常、建物の床は１００Ｈ
ｚ以下の振動数で、振幅１０μｍ程度振動しており、ま
た、機械の振動や人の声、足音等、空気中を伝わる音響
振動もある。走査型トンネル顕微鏡では、これらの影響
を排除して、探針１６０とサンプル１５９との相対距離
の振動を、計測、制御で許される誤差の範囲内に抑えな
ければならない。このためには、微動駆動機構の固有振
動数を変えて共振点を外す方法がとられる。
【００１１】共振点を外すためには、図９に示すよう
に、ベース１５１’、フレーム１５２’、可動部１５
６’およびその他の構成部材を小型化し、微動駆動機構
の固有振動数を高くする試みがなされている。固有振動
数を高くすることは、サンプル１５９を高速で駆動させ
た場合でも、それにより発生する振動との共振点とは大
きく外れており、サンプル１５９の高速駆動が可能にな
る。
に、ベース１５１’、フレーム１５２’、可動部１５
６’およびその他の構成部材を小型化し、微動駆動機構
の固有振動数を高くする試みがなされている。固有振動
数を高くすることは、サンプル１５９を高速で駆動させ
た場合でも、それにより発生する振動との共振点とは大
きく外れており、サンプル１５９の高速駆動が可能にな
る。
【００１２】この構成は、図６に示した片押しタイプの
微動駆動機構においても同様であり、図６に示した片押
しタイプの微動駆動機構においては、サンプルホルダは
第２の可動部の上面に固定される。
微動駆動機構においても同様であり、図６に示した片押
しタイプの微動駆動機構においては、サンプルホルダは
第２の可動部の上面に固定される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の微動駆動機構においては、サンプルをその中心
部で支持する構成となっているので、微動駆動機構を小
型化しても、サンプルホルダの大きさはサンプルの大き
さによってある程度の制約を受け、サンプルホルダの小
型化には限界がある。このため、サンプルホルダの大き
さが可動部に比較して大きいものとなってしまい、サン
プルホルダの重量が小さな可動部にかかることになるの
で、結果として、微動駆動機構の固有振動数は高くなら
ないという問題点があった。また、可動部が小さくなる
ことに起因して、サンプルホルダの可動部との支持部も
小さくなるので、サンプルホルダによるサンプルの支持
が不安定となり、可動部を駆動させたときにサンプルが
傾いてしまうおそれがあった。サンプルが傾いてしまう
ということは、サンプルの正確な位置決めができなくな
るということであり、特に、微動駆動機構を走査型トン
ネル顕微鏡に用いた場合には、サンプルと探針との相対
距離も変化してしまい、トンネル電流を正確に検出でき
なくなってしまうという問題点もあった。
た従来の微動駆動機構においては、サンプルをその中心
部で支持する構成となっているので、微動駆動機構を小
型化しても、サンプルホルダの大きさはサンプルの大き
さによってある程度の制約を受け、サンプルホルダの小
型化には限界がある。このため、サンプルホルダの大き
さが可動部に比較して大きいものとなってしまい、サン
プルホルダの重量が小さな可動部にかかることになるの
で、結果として、微動駆動機構の固有振動数は高くなら
ないという問題点があった。また、可動部が小さくなる
ことに起因して、サンプルホルダの可動部との支持部も
小さくなるので、サンプルホルダによるサンプルの支持
が不安定となり、可動部を駆動させたときにサンプルが
傾いてしまうおそれがあった。サンプルが傾いてしまう
ということは、サンプルの正確な位置決めができなくな
るということであり、特に、微動駆動機構を走査型トン
ネル顕微鏡に用いた場合には、サンプルと探針との相対
距離も変化してしまい、トンネル電流を正確に検出でき
なくなってしまうという問題点もあった。
【００１４】さらに、圧電素子をねじで固定するという
ことは、ねじを取り付けるためのスペースを確保する必
要があり、微動駆動機構の小型化、ひいては固有振動数
の上昇の妨げになるものであった。
ことは、ねじを取り付けるためのスペースを確保する必
要があり、微動駆動機構の小型化、ひいては固有振動数
の上昇の妨げになるものであった。
【００１５】本発明の目的は、小型で、しかも正確な駆
動を可能にする微動駆動機構を提供することにある。
動を可能にする微動駆動機構を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、固定部と、被駆動物が駆動される平面におい
て前記固定部の周囲を取り囲んで配置される第１の可動
部と、前記固定部に、前記第１の可動部を前記平面に含
まれる第１の軸方向に移動可能に弾性的に支持する第１
の支持部材と、前記平面内において前記第１の可動部の
周囲を取り囲んで配置され、かつ、前記被駆動物を載置
するための、前記平面に平行な載置面を有する第２の可
動部と、前記第１の可動部に、前記第２の可動部を前記
平面に含まれるとともに前記第１の軸に垂直な第２の軸
方向に移動可能に弾性的に支持する第２の支持部材と、
前記固定部と前記第１の可動部との間に配置された、前
記第１の可動部を前記第１の軸方向に移動させるための
第１の圧電素子と、前記第２の可動部を前記第２の軸方
向に移動させるための駆動手段とを有することを特徴と
する。
本発明は、固定部と、被駆動物が駆動される平面におい
て前記固定部の周囲を取り囲んで配置される第１の可動
部と、前記固定部に、前記第１の可動部を前記平面に含
まれる第１の軸方向に移動可能に弾性的に支持する第１
の支持部材と、前記平面内において前記第１の可動部の
周囲を取り囲んで配置され、かつ、前記被駆動物を載置
するための、前記平面に平行な載置面を有する第２の可
動部と、前記第１の可動部に、前記第２の可動部を前記
平面に含まれるとともに前記第１の軸に垂直な第２の軸
方向に移動可能に弾性的に支持する第２の支持部材と、
前記固定部と前記第１の可動部との間に配置された、前
記第１の可動部を前記第１の軸方向に移動させるための
第１の圧電素子と、前記第２の可動部を前記第２の軸方
向に移動させるための駆動手段とを有することを特徴と
する。
【００１７】また、第１の軸方向が主走査方向であるも
のや、駆動手段が、第１の可動部と第２の可動部との間
に配置された第２の圧電素子であるものであってもよい
し、第１の支持部材および第２の支持部材は、それぞれ
弾性ヒンジであったり、板ばねであってもい。
のや、駆動手段が、第１の可動部と第２の可動部との間
に配置された第２の圧電素子であるものであってもよい
し、第１の支持部材および第２の支持部材は、それぞれ
弾性ヒンジであったり、板ばねであってもい。
【００１８】さらに、第１の圧電素子および第２の圧電
素子は、それぞれ積層型の圧電素子であってもよい。
素子は、それぞれ積層型の圧電素子であってもよい。
【００１９】また、固定部と、前記固定部に支持部材を
介して所定の平面内で移動可能に弾性的に支持される可
動部と、前記固定部と前記可動部との間に挟持される、
前記所定の平面に含まれる１軸方向に伸縮可能な圧電素
子とを有する微動駆動機構において、前記圧電素子は、
前記可動部を弾性変形させて挟持されていることを特徴
とするものや、固定部と、前記固定部に支持部材を介し
て所定の平面内で移動可能に弾性的に支持される可動部
と、前記固定部と前記可動部との間に挟持される、前記
所定の平面に含まれる１軸方向に伸縮可能な圧電素子と
を有する微動駆動機構において、前記固定部と前記可動
部との間には、前記圧電素子と直列に、かつ圧縮されて
挿入された弾性部材を有することを特徴とするものでも
よく、この場合には、圧電素子は、互いに対向配置され
た一対の圧電素子であるものや、可動部は、支持部材に
よって所定の平面に含まれる１軸方向に移動可能に弾性
的に支持されるものや、支持部材は、固定部と可動部と
の間の、圧電素子が挟持される部位に対向しない部位に
配置されているものとすることもでき、支持部材は、弾
性ヒンジとしたり、板ばねとしたものであってもよい。
介して所定の平面内で移動可能に弾性的に支持される可
動部と、前記固定部と前記可動部との間に挟持される、
前記所定の平面に含まれる１軸方向に伸縮可能な圧電素
子とを有する微動駆動機構において、前記圧電素子は、
前記可動部を弾性変形させて挟持されていることを特徴
とするものや、固定部と、前記固定部に支持部材を介し
て所定の平面内で移動可能に弾性的に支持される可動部
と、前記固定部と前記可動部との間に挟持される、前記
所定の平面に含まれる１軸方向に伸縮可能な圧電素子と
を有する微動駆動機構において、前記固定部と前記可動
部との間には、前記圧電素子と直列に、かつ圧縮されて
挿入された弾性部材を有することを特徴とするものでも
よく、この場合には、圧電素子は、互いに対向配置され
た一対の圧電素子であるものや、可動部は、支持部材に
よって所定の平面に含まれる１軸方向に移動可能に弾性
的に支持されるものや、支持部材は、固定部と可動部と
の間の、圧電素子が挟持される部位に対向しない部位に
配置されているものとすることもでき、支持部材は、弾
性ヒンジとしたり、板ばねとしたものであってもよい。
【００２０】さらに、圧電素子は、積層型の圧電素子と
することもできる。
することもできる。
【００２１】
【作用】上記のとおり構成された請求項１に記載の発明
では、第１の可動部は、第１の圧電素子により、固定部
に対して第１の軸方向に駆動される。このとき、第２の
支持部材により第１の可動部に支持された第２の可動部
は、第１の可動部が第１の軸方向に駆動されることで、
第２の可動部も第１の可動部とともに第１の軸方向に駆
動される。また、第２の可動部は、駆動手段により第１
の軸に垂直な第２の軸方向にも駆動される。すなわち第
２の可動部は、第１の軸および第２の軸が含まれる平面
内で、任意の位置に駆動される。しかも第２の可動部
は、固定部および第１の可動部を取り囲んで、微動駆動
機構の一番外側に設けられるので、第２の可動部の載置
面に直接載置される被駆動物は、その外周部を支持さ
れ、サンプルホルダを用いなくても安定性よく支持され
る。その結果、微動駆動機構を小型化しても、その固有
振動数が低くなることがなく、被駆動物の位置決め精度
が向上する。
では、第１の可動部は、第１の圧電素子により、固定部
に対して第１の軸方向に駆動される。このとき、第２の
支持部材により第１の可動部に支持された第２の可動部
は、第１の可動部が第１の軸方向に駆動されることで、
第２の可動部も第１の可動部とともに第１の軸方向に駆
動される。また、第２の可動部は、駆動手段により第１
の軸に垂直な第２の軸方向にも駆動される。すなわち第
２の可動部は、第１の軸および第２の軸が含まれる平面
内で、任意の位置に駆動される。しかも第２の可動部
は、固定部および第１の可動部を取り囲んで、微動駆動
機構の一番外側に設けられるので、第２の可動部の載置
面に直接載置される被駆動物は、その外周部を支持さ
れ、サンプルホルダを用いなくても安定性よく支持され
る。その結果、微動駆動機構を小型化しても、その固有
振動数が低くなることがなく、被駆動物の位置決め精度
が向上する。
【００２２】請求項８に記載の発明では、可動部は、圧
電素子により所定の平面に含まれる１軸方向に駆動され
る。ここで、圧電素子は、可動部を弾性変形させて、固
定部と可動部との間に挟持されて固定されているだけな
ので、圧電素子の固定構造が簡単になり、微動駆動機構
の小型化に貢献し、ひいては微動駆動機構の固有振動数
を高められる。しかも、圧電素子には、可動部材の復元
力により圧縮力がかけられることになるので、圧電素子
の寿命が延びるとともに、圧電素子の変位量が可動部に
確実に伝えられる。
電素子により所定の平面に含まれる１軸方向に駆動され
る。ここで、圧電素子は、可動部を弾性変形させて、固
定部と可動部との間に挟持されて固定されているだけな
ので、圧電素子の固定構造が簡単になり、微動駆動機構
の小型化に貢献し、ひいては微動駆動機構の固有振動数
を高められる。しかも、圧電素子には、可動部材の復元
力により圧縮力がかけられることになるので、圧電素子
の寿命が延びるとともに、圧電素子の変位量が可動部に
確実に伝えられる。
【００２３】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００２４】（第１実施例）図１は、本発明の第１実施
例の概略平面図であり、図２は、図１に示した微動駆動
機構を、走査型トンネル顕微鏡の微動機構として用いた
ものを側方から見た概略構成図である。
例の概略平面図であり、図２は、図１に示した微動駆動
機構を、走査型トンネル顕微鏡の微動機構として用いた
ものを側方から見た概略構成図である。
【００２５】図１に示すように、中央部において固定さ
れる平面視Ｈ字形の、固定部としてのベース１の外方に
は、第１の支持部材としての４つの第１の弾性ヒンジ３
を介してベース１に一体的に設けられた、第１の可動部
としての枠状のフレーム２が、ｘｙ平面においてベース
１の周囲を取り囲んで配置されている。各第１の弾性ヒ
ンジ３は、それぞれベース１の両端部とフレーム２のｘ
軸に平行な部位との間にまたがって、ｙ軸に平行に延び
ており、フレーム２は、各第１の弾性ヒンジ３によりｘ
軸方向に移動自在に弾性的に支持されている。
れる平面視Ｈ字形の、固定部としてのベース１の外方に
は、第１の支持部材としての４つの第１の弾性ヒンジ３
を介してベース１に一体的に設けられた、第１の可動部
としての枠状のフレーム２が、ｘｙ平面においてベース
１の周囲を取り囲んで配置されている。各第１の弾性ヒ
ンジ３は、それぞれベース１の両端部とフレーム２のｘ
軸に平行な部位との間にまたがって、ｙ軸に平行に延び
ており、フレーム２は、各第１の弾性ヒンジ３によりｘ
軸方向に移動自在に弾性的に支持されている。
【００２６】フレーム２の、ｘ軸に平行な部位の中央部
は、後述するｙ方向圧電素子が固定される凹部２ａとな
っている。また、ベース１の中央部のｙ軸に平行な部位
の両側面には、それぞれ第１の圧電素子としてのｘ方向
圧電素子４ａ、４ｂの一端が、接着剤により固定されて
おり、各ｘ方向圧電素子４ａ、４ｂの他端は、それぞれ
フレーム２に点荷重を加えることができるようにするた
めに、鋼球５を介してフレーム２に点接触している。各
ｘ方向圧電素子４ａ、４ｂは、ＰＺＴ（ジルコンチタン
酸鉛）の積層体等からなり、電圧の印加によってｘ軸方
向に伸縮するように配置されている。
は、後述するｙ方向圧電素子が固定される凹部２ａとな
っている。また、ベース１の中央部のｙ軸に平行な部位
の両側面には、それぞれ第１の圧電素子としてのｘ方向
圧電素子４ａ、４ｂの一端が、接着剤により固定されて
おり、各ｘ方向圧電素子４ａ、４ｂの他端は、それぞれ
フレーム２に点荷重を加えることができるようにするた
めに、鋼球５を介してフレーム２に点接触している。各
ｘ方向圧電素子４ａ、４ｂは、ＰＺＴ（ジルコンチタン
酸鉛）の積層体等からなり、電圧の印加によってｘ軸方
向に伸縮するように配置されている。
【００２７】フレーム２のｘ軸に平行な部位の両端部に
は、それぞれフレーム２の外方に向ってに突設された突
出部２ｂが形成されており、フレーム２のの外方には、
第２の支持部材としての４つの第２の弾性ヒンジ７を介
してフレーム２に一体的に設けられた、第２の可動部と
しての枠状の可動部６が、ｘｙ平面においてフレーム２
の周囲を取り囲んで配置されている。各第２の弾性ヒン
ジ７は、それぞれフレーム２の突出部２ｂとフ可動部６
のｙ軸に平行な部位との間にまたがって、ｘ軸に平行に
延びており、可動部６は、各第２の弾性ヒンジ７により
ｙ軸方向に移動自在に弾性的に支持されている。
は、それぞれフレーム２の外方に向ってに突設された突
出部２ｂが形成されており、フレーム２のの外方には、
第２の支持部材としての４つの第２の弾性ヒンジ７を介
してフレーム２に一体的に設けられた、第２の可動部と
しての枠状の可動部６が、ｘｙ平面においてフレーム２
の周囲を取り囲んで配置されている。各第２の弾性ヒン
ジ７は、それぞれフレーム２の突出部２ｂとフ可動部６
のｙ軸に平行な部位との間にまたがって、ｘ軸に平行に
延びており、可動部６は、各第２の弾性ヒンジ７により
ｙ軸方向に移動自在に弾性的に支持されている。
【００２８】可動部６は、その厚みがベース１やフレー
ム２の厚みより厚くなっており、可動部６の上面は、被
駆動物が載置される載置面６ａ（図２参照）となってい
る。また、フレーム２の各凹部２ａには、それぞれ第２
の圧電素子としてのｙ方向圧電素子８ａ、８ｂの一端
が、接着剤により固定されており、各ｙ方向圧電素子８
ａ、８ｂの他端は、それぞれ可動部６に点荷重を加える
ことができるようにするために、鋼球５を介して可動部
６に点接触している。各ｙ方向圧電素子８ａ、８ｂも、
各ｘ方向圧電素子４ａ、４ｂと同様にＰＺＴ（ジルコン
チタン酸鉛）の積層体等からなるもので、電圧の印加に
よってｙ軸方向に伸縮するように配置されている。
ム２の厚みより厚くなっており、可動部６の上面は、被
駆動物が載置される載置面６ａ（図２参照）となってい
る。また、フレーム２の各凹部２ａには、それぞれ第２
の圧電素子としてのｙ方向圧電素子８ａ、８ｂの一端
が、接着剤により固定されており、各ｙ方向圧電素子８
ａ、８ｂの他端は、それぞれ可動部６に点荷重を加える
ことができるようにするために、鋼球５を介して可動部
６に点接触している。各ｙ方向圧電素子８ａ、８ｂも、
各ｘ方向圧電素子４ａ、４ｂと同様にＰＺＴ（ジルコン
チタン酸鉛）の積層体等からなるもので、電圧の印加に
よってｙ軸方向に伸縮するように配置されている。
【００２９】以上説明した構成に基づいて、２つのｘ方
向圧電素子４ａ、４ｂのうち一方のｘ方向圧電素子４ａ
に、一方のｘ方向圧電素子４ａが縮小するような極性の
電圧を印加し、他方のｘ方向圧電素子４ｂに、他方のｘ
方向圧電素子４ｂが伸長するような極性の電圧を印加す
ると、フレーム２がｘ軸方向に駆動され、それに伴って
可動部６もｘ軸方向に駆動される。また、２つのｙ方向
圧電素子８ａ、８ｂのうち一方のｙ方向圧電素子８ａ
に、一方のｙ方向圧電素子８ａが縮小するような極性の
電圧を印加し、他方のｙ方向圧電素子８ｂには他方のｙ
方向圧電素子８ｂが伸長するような極性の電圧を印加す
ることで、可動部６がｙ軸方向に駆動される。可動部６
の駆動に際し、可動部６のｘ軸方向への駆動速度は、ｙ
軸軸方向への駆動速度より高速で駆動され、ｘ軸方向が
主走査方向となる。また、ｘ軸方向を主走査方向とした
とき、可動部をｙ軸方向へ駆動させる手段は各ｙ方向圧
電素子８ａ、８ｂに限らず、他の駆動手段を用いてもよ
い。
向圧電素子４ａ、４ｂのうち一方のｘ方向圧電素子４ａ
に、一方のｘ方向圧電素子４ａが縮小するような極性の
電圧を印加し、他方のｘ方向圧電素子４ｂに、他方のｘ
方向圧電素子４ｂが伸長するような極性の電圧を印加す
ると、フレーム２がｘ軸方向に駆動され、それに伴って
可動部６もｘ軸方向に駆動される。また、２つのｙ方向
圧電素子８ａ、８ｂのうち一方のｙ方向圧電素子８ａ
に、一方のｙ方向圧電素子８ａが縮小するような極性の
電圧を印加し、他方のｙ方向圧電素子８ｂには他方のｙ
方向圧電素子８ｂが伸長するような極性の電圧を印加す
ることで、可動部６がｙ軸方向に駆動される。可動部６
の駆動に際し、可動部６のｘ軸方向への駆動速度は、ｙ
軸軸方向への駆動速度より高速で駆動され、ｘ軸方向が
主走査方向となる。また、ｘ軸方向を主走査方向とした
とき、可動部をｙ軸方向へ駆動させる手段は各ｙ方向圧
電素子８ａ、８ｂに限らず、他の駆動手段を用いてもよ
い。
【００３０】上述した構成の微動駆動機構を実際に作製
し、可動部６の固有振動数を測定したところ、ｘ軸方向
には２．６ｋＨｚ、ｙ軸方向には５．６ｋＨｚであっ
た。また、可動部６に変位検出用のターゲットを取り付
け、各圧電素子４ａ、４ｂ、８ａ、８ｂにそれぞれ伸縮
特性が逆となるように０〜１００Ｖの電圧を印加して静
電容量センサで可動部６の変位量を測定したところ、ｘ
軸方向、ｙ軸方向共に、６ｎｍの分解能で６．５μｍ変
位した。
し、可動部６の固有振動数を測定したところ、ｘ軸方向
には２．６ｋＨｚ、ｙ軸方向には５．６ｋＨｚであっ
た。また、可動部６に変位検出用のターゲットを取り付
け、各圧電素子４ａ、４ｂ、８ａ、８ｂにそれぞれ伸縮
特性が逆となるように０〜１００Ｖの電圧を印加して静
電容量センサで可動部６の変位量を測定したところ、ｘ
軸方向、ｙ軸方向共に、６ｎｍの分解能で６．５μｍ変
位した。
【００３１】図１に示した微動駆動機構を、走査型トン
ネル顕微鏡の微動駆動機構として用いた場合には、図２
に示すように、被駆動物としてのサンプル９は可動部６
の載置面６ａに直接載置され、サンプル９の上方に、ト
ンネル電流を検出するための探針１０が配置される。こ
のように、サンプル９は、その外周部を可動部６により
支持されるので、サンプルホルダを用いなくても安定し
て支持され、サンプル９を駆動させても従来のようにサ
ンプル９が傾くことなく、探針１０との間隔が一定に保
たれる。また、サンプルホルダを必要としないというこ
とは、サンプルホルダの重量の影響による微動駆動機構
の固有振動数の低下が発生しないので、微動駆動機構を
小型化することで容易に固有振動数を高くすることがで
きる。その結果、外部の振動に対して共振せず、さら
に、サンプル９を高速で駆動させたときに発生する内部
振動に対しても共振しにくくなくなる。このためサンプ
ル９の位置決め精度が向上し、精度よくサンプル９の観
察を行うことができる。
ネル顕微鏡の微動駆動機構として用いた場合には、図２
に示すように、被駆動物としてのサンプル９は可動部６
の載置面６ａに直接載置され、サンプル９の上方に、ト
ンネル電流を検出するための探針１０が配置される。こ
のように、サンプル９は、その外周部を可動部６により
支持されるので、サンプルホルダを用いなくても安定し
て支持され、サンプル９を駆動させても従来のようにサ
ンプル９が傾くことなく、探針１０との間隔が一定に保
たれる。また、サンプルホルダを必要としないというこ
とは、サンプルホルダの重量の影響による微動駆動機構
の固有振動数の低下が発生しないので、微動駆動機構を
小型化することで容易に固有振動数を高くすることがで
きる。その結果、外部の振動に対して共振せず、さら
に、サンプル９を高速で駆動させたときに発生する内部
振動に対しても共振しにくくなくなる。このためサンプ
ル９の位置決め精度が向上し、精度よくサンプル９の観
察を行うことができる。
【００３２】本実施例の微動駆動機構を、情報記録装置
や再生装置に用いた場合にも同様に、精密な位置制御お
よび高速スキャンが可能になるので、書込みエラーや読
み出しエラーを減少させることができる。
や再生装置に用いた場合にも同様に、精密な位置制御お
よび高速スキャンが可能になるので、書込みエラーや読
み出しエラーを減少させることができる。
【００３３】本実施例では、各ｘ方向圧電素子４ａ、４
ｂをベース１に固定し、それらの他端を鋼球５を介して
フレーム２に点接触させたものの例を示したが、これに
限らず、各ｘ方向圧電素子４ａ、４ｂをフレーム２に固
定し、それらの他端を鋼球５を介してベース１に点接触
させたものでもよい。また、各ｙ方向圧電素子８ａ、８
ｂについても同様に、可動部６に固定し、それらの他端
を鋼球５を介してフレーム２に点接触させたものでもよ
い。さらに、第１の支持手段および第２の支持手段とし
ては、各弾性ヒンジ３、７に限らず、図３に示すよう
に、第１の弾性ヒンジ３に代えて第１の板ばね３’とす
るとともに、第２の弾性ヒンジ７に代えて第２の板ばね
７’としたものでもよい。
ｂをベース１に固定し、それらの他端を鋼球５を介して
フレーム２に点接触させたものの例を示したが、これに
限らず、各ｘ方向圧電素子４ａ、４ｂをフレーム２に固
定し、それらの他端を鋼球５を介してベース１に点接触
させたものでもよい。また、各ｙ方向圧電素子８ａ、８
ｂについても同様に、可動部６に固定し、それらの他端
を鋼球５を介してフレーム２に点接触させたものでもよ
い。さらに、第１の支持手段および第２の支持手段とし
ては、各弾性ヒンジ３、７に限らず、図３に示すよう
に、第１の弾性ヒンジ３に代えて第１の板ばね３’とす
るとともに、第２の弾性ヒンジ７に代えて第２の板ばね
７’としたものでもよい。
【００３４】（第２実施例）次に、本発明の第２実施例
について説明する。本実施例は、第１実施例に比較し
て、圧電素子の固定方法が異なるだけであるので、図１
を参照しつつ、特徴とする部分のみを説明する。
について説明する。本実施例は、第１実施例に比較し
て、圧電素子の固定方法が異なるだけであるので、図１
を参照しつつ、特徴とする部分のみを説明する。
【００３５】各ｘ方向圧電素子４ａ、４ｂは、それぞれ
フレーム２を外方に弾性変形させた状態で、ベース１と
フレーム２との間に挟持されて固定されている。このと
き、フレーム２の弾性変形により各ｘ方向圧電素子４
ａ、４ｂには、それぞれ駆動時の最大発生力の１０分の
１程度の圧縮力がかけられている。具体的には、各ｘ方
向圧電素子４ａ、４ｂの駆動時の最大発生力は２５ｋｇ
であるので、フレーム２の、各ｘ方向圧電素子４ａ、４
ｂの固定部を、０．０５ｍｍ弾性変形させて、各ｘ方向
圧電素子４ａ、４ｂに２．５ｋｇの圧縮力をかけてい
る。
フレーム２を外方に弾性変形させた状態で、ベース１と
フレーム２との間に挟持されて固定されている。このと
き、フレーム２の弾性変形により各ｘ方向圧電素子４
ａ、４ｂには、それぞれ駆動時の最大発生力の１０分の
１程度の圧縮力がかけられている。具体的には、各ｘ方
向圧電素子４ａ、４ｂの駆動時の最大発生力は２５ｋｇ
であるので、フレーム２の、各ｘ方向圧電素子４ａ、４
ｂの固定部を、０．０５ｍｍ弾性変形させて、各ｘ方向
圧電素子４ａ、４ｂに２．５ｋｇの圧縮力をかけてい
る。
【００３６】また、各ｙ方向圧電素子８ａ、８ｂも、そ
れぞれ可動部６を外方に弾性変形させた状態で、フレー
ム２と可動部６との間に挟持されて固定されている。こ
のとき各ｙ方向圧電素子８ａ、８ｂにも、各ｘ方向圧電
素子４ａ、４ｂと同様に、駆動時の最大発生力の１０分
の１程度の圧縮力がかけられている。具体的には、各ｙ
方向圧電素子８ａ、８ｂの駆動時の最大発生力は２５ｋ
ｇであるので、可動部６の各ｙ方向圧電素子８ａ、８ｂ
の固定部を、０．１ｍｍ弾性変形させて、各ｙ方向圧電
素子８ａ、８ｂに２．５ｋｇの圧縮力をかけている。
れぞれ可動部６を外方に弾性変形させた状態で、フレー
ム２と可動部６との間に挟持されて固定されている。こ
のとき各ｙ方向圧電素子８ａ、８ｂにも、各ｘ方向圧電
素子４ａ、４ｂと同様に、駆動時の最大発生力の１０分
の１程度の圧縮力がかけられている。具体的には、各ｙ
方向圧電素子８ａ、８ｂの駆動時の最大発生力は２５ｋ
ｇであるので、可動部６の各ｙ方向圧電素子８ａ、８ｂ
の固定部を、０．１ｍｍ弾性変形させて、各ｙ方向圧電
素子８ａ、８ｂに２．５ｋｇの圧縮力をかけている。
【００３７】このように、フレーム２を弾性変形させて
各ｘ方向圧電素子４ａ、４ｂを挟持して固定するととも
に、可動部６を弾性変形させて各ｙ方向圧電素子８ａ、
８ｂを挟持して固定することで、各ｘ方向圧電素子４
ａ、４ｂおよび各ｙ方向圧電素子８ａ、８ｂを容易に固
定することができ、さらに、ねじ等を必要としないので
微動駆動機構をより小型化することができる。また、各
ｘ方向圧電素子４ａ、４ｂおよび各ｙ方向圧電素子８
ａ、８ｂは、それぞれ圧縮力がかけられているので、各
ｘ方向圧電素子４ａ、４ｂの変位量が確実にフレーム２
に伝えられるとともに、各ｙ方向圧電素子８ａ、８ｂの
変位量も確実に可動部６に伝えられ、その結果、可動部
６の位置決め精度が向上し、さらには各ｘ方向圧電素子
４ａ、４ｂおよび各ｙ方向圧電素子８ａ、８ｂの寿命も
延ばすことができる。
各ｘ方向圧電素子４ａ、４ｂを挟持して固定するととも
に、可動部６を弾性変形させて各ｙ方向圧電素子８ａ、
８ｂを挟持して固定することで、各ｘ方向圧電素子４
ａ、４ｂおよび各ｙ方向圧電素子８ａ、８ｂを容易に固
定することができ、さらに、ねじ等を必要としないので
微動駆動機構をより小型化することができる。また、各
ｘ方向圧電素子４ａ、４ｂおよび各ｙ方向圧電素子８
ａ、８ｂは、それぞれ圧縮力がかけられているので、各
ｘ方向圧電素子４ａ、４ｂの変位量が確実にフレーム２
に伝えられるとともに、各ｙ方向圧電素子８ａ、８ｂの
変位量も確実に可動部６に伝えられ、その結果、可動部
６の位置決め精度が向上し、さらには各ｘ方向圧電素子
４ａ、４ｂおよび各ｙ方向圧電素子８ａ、８ｂの寿命も
延ばすことができる。
【００３８】本実施例においても第１実施例と同様に、
各弾性ヒンジ３、７に代えて板ばねとしてもよいし、各
鋼球５も、それぞれｘ方向圧電素子４ａ、４ｂとベース
１との間、およびｙ方向圧電素子８ａ、８ｂとフレーム
２との間に挿入してもよい。
各弾性ヒンジ３、７に代えて板ばねとしてもよいし、各
鋼球５も、それぞれｘ方向圧電素子４ａ、４ｂとベース
１との間、およびｙ方向圧電素子８ａ、８ｂとフレーム
２との間に挿入してもよい。
【００３９】また、本実施例のようにフレーム２および
可動部６の弾性変形を利用して、ｘ方向圧電素子４ａ、
４ｂおよびｙ方向圧電素子８ａ、８ｂを固定する場合に
は、可動部６を固定するとともにベース１を駆動可能と
し、ベース１をｘｙ平面内で移動させる構成、すなわち
図７に示した従来の微動駆動機構と同様の動作を行う構
成としても、微動駆動機構の小型化には有効である。こ
の場合に、各ｙ方向圧電素子８ａ、８ｂにそれぞれ伸縮
特性が逆となるように０〜１００Ｖの電圧を印加し、静
電容量センサでベース１（駆動可）の可動部６（固定）
に対するｙ軸方向の変位量は、図４に示すように、６ｎ
ｍの分解能で１２μｍであった。なお、図４のグラフで
は、印加電圧が５０Ｖのときの変位量を基準として示し
ている。さらに、ベース１の固有振動数は、ｘ軸方向が
５．６ｋＨｚ、ｙ軸方向が２．６ｋＨｚであった。
可動部６の弾性変形を利用して、ｘ方向圧電素子４ａ、
４ｂおよびｙ方向圧電素子８ａ、８ｂを固定する場合に
は、可動部６を固定するとともにベース１を駆動可能と
し、ベース１をｘｙ平面内で移動させる構成、すなわち
図７に示した従来の微動駆動機構と同様の動作を行う構
成としても、微動駆動機構の小型化には有効である。こ
の場合に、各ｙ方向圧電素子８ａ、８ｂにそれぞれ伸縮
特性が逆となるように０〜１００Ｖの電圧を印加し、静
電容量センサでベース１（駆動可）の可動部６（固定）
に対するｙ軸方向の変位量は、図４に示すように、６ｎ
ｍの分解能で１２μｍであった。なお、図４のグラフで
は、印加電圧が５０Ｖのときの変位量を基準として示し
ている。さらに、ベース１の固有振動数は、ｘ軸方向が
５．６ｋＨｚ、ｙ軸方向が２．６ｋＨｚであった。
【００４０】（第３実施例）次に、本発明の第３実施例
について図５を参照して説明する。図５は、本発明の第
３実施例の微動駆動機構の概略平面図である。
について図５を参照して説明する。図５は、本発明の第
３実施例の微動駆動機構の概略平面図である。
【００４１】図５に示すように、ｘ軸に平行に対向配置
された２つのｘ方向圧電素子２４は、それぞれ各ｘ方向
圧電素子２４の一端とベース２１との間に、圧縮されて
挿入された弾性部材２９、および各ｘ方向圧電素子２４
の他端とフレーム２２との間に挿入された鋼球２５を介
して、ベース２１とフレーム２２との間に挟持されてお
り、各ｘ方向圧電素子２４には、それぞれ弾性部材２９
の復元力により圧縮力がかけられている。これと同様
に、ｙ軸に平行に対向配置された２つのｙ方向圧電素子
２８は、それぞれ各ｙ方向圧電素子２８の一端とフレー
ム２２との間に、圧縮されて挿入された弾性部材２９、
および各ｙ方向圧電素子２８の他端と可動部２６との間
に挿入された鋼球２５を介して、フレーム２２と可動部
２６との間に挟持されており、各ｙ方向圧電素子２８に
は、それぞれ弾性部材２９の復元力により圧縮力がかけ
られている。
された２つのｘ方向圧電素子２４は、それぞれ各ｘ方向
圧電素子２４の一端とベース２１との間に、圧縮されて
挿入された弾性部材２９、および各ｘ方向圧電素子２４
の他端とフレーム２２との間に挿入された鋼球２５を介
して、ベース２１とフレーム２２との間に挟持されてお
り、各ｘ方向圧電素子２４には、それぞれ弾性部材２９
の復元力により圧縮力がかけられている。これと同様
に、ｙ軸に平行に対向配置された２つのｙ方向圧電素子
２８は、それぞれ各ｙ方向圧電素子２８の一端とフレー
ム２２との間に、圧縮されて挿入された弾性部材２９、
および各ｙ方向圧電素子２８の他端と可動部２６との間
に挿入された鋼球２５を介して、フレーム２２と可動部
２６との間に挟持されており、各ｙ方向圧電素子２８に
は、それぞれ弾性部材２９の復元力により圧縮力がかけ
られている。
【００４２】各弾性部材２９は、それぞれ各ｘ方向圧電
素子２４および各ｙ方向圧電素子２８の弾性定数より小
さい弾性定数を有する合成樹脂からなり、これら各弾性
部材２９により、各ｘ方向圧電素子２４および各ｙ方向
圧電素子２８にかけられる圧縮力は、それぞれ第２実施
例のものと同様である。また、その他の構成および動作
についても第２実施例のものと同様であるので、その説
明は省略する。
素子２４および各ｙ方向圧電素子２８の弾性定数より小
さい弾性定数を有する合成樹脂からなり、これら各弾性
部材２９により、各ｘ方向圧電素子２４および各ｙ方向
圧電素子２８にかけられる圧縮力は、それぞれ第２実施
例のものと同様である。また、その他の構成および動作
についても第２実施例のものと同様であるので、その説
明は省略する。
【００４３】本実施例の弾性部材２９と鋼球２５との配
置は、図５に示したものに限らず、各ｘ方向圧電素子２
４および各ｙ方向圧電素子２８に対してそれぞれ逆に配
置させてもよい。また、各鋼球２５は、それぞれ弾性部
材２９を、鋼球２５とｘ方向圧電素子２４とで、または
鋼球２５とｙ方向圧電素子２８とで挟むように配置して
もよい。さらに、各弾性部材２９の材質についても合成
樹脂に限られるものではなく、弾性定数が各圧電素子２
４、２８の弾性定数より小さいものであれば何でもよ
い。各弾性部材２９の弾性定数としては、各圧電素子２
４、２８の弾性定数の１０分の１程度が好ましい。
置は、図５に示したものに限らず、各ｘ方向圧電素子２
４および各ｙ方向圧電素子２８に対してそれぞれ逆に配
置させてもよい。また、各鋼球２５は、それぞれ弾性部
材２９を、鋼球２５とｘ方向圧電素子２４とで、または
鋼球２５とｙ方向圧電素子２８とで挟むように配置して
もよい。さらに、各弾性部材２９の材質についても合成
樹脂に限られるものではなく、弾性定数が各圧電素子２
４、２８の弾性定数より小さいものであれば何でもよ
い。各弾性部材２９の弾性定数としては、各圧電素子２
４、２８の弾性定数の１０分の１程度が好ましい。
【００４４】また、本実施例においても、可動部２６を
固定するとともにベース２１を駆動可能とし、ベース２
１をｘｙ平面内で移動させる構成、すなわち図７に示し
た従来の微動駆動機構と同様の動作を行う構成として
も、微動駆動機構の小型化には有効である。この場合
も、ベース２１の変位特性および固有振動数は、第２実
施例のものと同様の特性が得られた。
固定するとともにベース２１を駆動可能とし、ベース２
１をｘｙ平面内で移動させる構成、すなわち図７に示し
た従来の微動駆動機構と同様の動作を行う構成として
も、微動駆動機構の小型化には有効である。この場合
も、ベース２１の変位特性および固有振動数は、第２実
施例のものと同様の特性が得られた。
【００４５】
【発明の効果】本発明は以上説明したとおり構成されて
いるので、以下に記載する効果を奏する。
いるので、以下に記載する効果を奏する。
【００４６】請求項１に記載の発明では、固定部を取り
囲む第１の可動部を、第１の軸方向に移動可能に固定部
に支持し、さらに、第１の可動部を取り囲む第２の可動
部を、第２の軸方向に移動可能に第１の可動部に支持す
ることで、第１の軸および第２の軸を含む平面内を任意
に駆動される第２の可動部は、被駆動物をその外周部で
支持することになる。そのため、サンプルホルダを設け
なくてもサンプルを安定して支持することができるの
で、微動駆動機構を小型化しても固有振動数が低くなる
ことがなく、被駆動物の位置決め精度を向上させること
ができる。また、微動駆動機構の固有振動数が低くなら
ないことにより、被駆動物を高速で駆動させても、被駆
動物が共振せず精度よく位置決めを行うことができる。
囲む第１の可動部を、第１の軸方向に移動可能に固定部
に支持し、さらに、第１の可動部を取り囲む第２の可動
部を、第２の軸方向に移動可能に第１の可動部に支持す
ることで、第１の軸および第２の軸を含む平面内を任意
に駆動される第２の可動部は、被駆動物をその外周部で
支持することになる。そのため、サンプルホルダを設け
なくてもサンプルを安定して支持することができるの
で、微動駆動機構を小型化しても固有振動数が低くなる
ことがなく、被駆動物の位置決め精度を向上させること
ができる。また、微動駆動機構の固有振動数が低くなら
ないことにより、被駆動物を高速で駆動させても、被駆
動物が共振せず精度よく位置決めを行うことができる。
【００４７】請求項８に記載の発明では、圧電素子は、
可動部を弾性変形させた状態で、固定部と可動部との間
に挟持されるので、圧電素子の固定構造が簡単になり、
微動駆動機構を簡単に小型化することができ、ひいては
微動駆動機構の固有振動数を高くすることができる。ま
た、圧電素子には圧縮力がかけられているので、圧電素
子の変位量を確実に可動部に伝えることができ、被駆動
物の位置決め精度をより向上させることができる。さら
に、圧電素子にかけられる圧縮力により圧電素子の寿命
を延ばすこともできる。
可動部を弾性変形させた状態で、固定部と可動部との間
に挟持されるので、圧電素子の固定構造が簡単になり、
微動駆動機構を簡単に小型化することができ、ひいては
微動駆動機構の固有振動数を高くすることができる。ま
た、圧電素子には圧縮力がかけられているので、圧電素
子の変位量を確実に可動部に伝えることができ、被駆動
物の位置決め精度をより向上させることができる。さら
に、圧電素子にかけられる圧縮力により圧電素子の寿命
を延ばすこともできる。
【００４８】請求項９に記載の発明においても、圧電素
子は弾性部材の復元力により固定部と可動部との間に固
定され、かつ、圧電素子には弾性部材により圧縮力がか
けられているので、請求項８に記載のものと同様な効果
を奏する。
子は弾性部材の復元力により固定部と可動部との間に固
定され、かつ、圧電素子には弾性部材により圧縮力がか
けられているので、請求項８に記載のものと同様な効果
を奏する。
【図１】本発明の微動駆動機構の第１実施例の概略平面
図である。
図である。
【図２】図１に示した微動駆動機構を、走査型トンネル
顕微鏡の微動駆動機構として用いたものを側方から見た
概略構成図である。
顕微鏡の微動駆動機構として用いたものを側方から見た
概略構成図である。
【図３】図１に示した微動駆動機構において、弾性ヒン
ジを板ばねに代えたものの概略平面図である。
ジを板ばねに代えたものの概略平面図である。
【図４】本発明の微動駆動機構の第２実施例において、
可動部を固定し、かつベースを移動可能賭した場合の、
ｙ方向圧電素子への印加電圧とベースのｙ軸方向への変
位量との関係のグラフである。
可動部を固定し、かつベースを移動可能賭した場合の、
ｙ方向圧電素子への印加電圧とベースのｙ軸方向への変
位量との関係のグラフである。
【図５】本発明の微動駆動機構の第２実施例の概略平面
図である。
図である。
【図６】従来の片押しタイプの微動駆動機構の概略平面
図である。
図である。
【図７】従来の両押しタイプの微動駆動機構の概略平面
図である。
図である。
【図８】図７に示した従来の微動駆動機構を、走査型ト
ンネル顕微鏡の微動駆動機構として用いたものを側方か
ら見た概略構成図である。
ンネル顕微鏡の微動駆動機構として用いたものを側方か
ら見た概略構成図である。
【図９】従来の両押しタイプの微動駆動機構の他の例
を、走査型トンネル顕微鏡の微動駆動機構として用いた
ものを側方から見た概略構成図である。
を、走査型トンネル顕微鏡の微動駆動機構として用いた
ものを側方から見た概略構成図である。
１、２１ ベース ２、２２ フレーム ２ａ 凹部 ２ｂ 突出部 ３ 第１の弾性ヒンジ ３’ 第１の板ばね ４ａ、４ｂ、２４ ｘ方向圧電素子 ５、２５ 鋼球 ６、２６ 可動部 ６ａ 載置面 ７ 第２の弾性ヒンジ ７’ 第２の板ばね ８ａ、８ｂ、２８ ｙ方向圧電素子 ９ サンプル １０ 探針 ２９ 弾性部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−175302（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−263101（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−136289（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G12B 5/00
Claims (15)
- 【請求項１】 固定部と、 被駆動物が駆動される平面内において前記固定部の周囲
を取り囲んで配置される第１の可動部と、 前記固定部に、前記第１の可動部を前記平面に含まれる
第１の軸方向に移動可能に弾性的に支持する第１の支持
部材と、 前記平面内において前記第１の可動部の周囲を取り囲ん
で配置され、かつ、前記被駆動物を載置するための、前
記平面に平行な載置面を有する第２の可動部と、 前記第１の可動部に、前記第２の可動部を前記平面に含
まれるとともに前記第１の軸に垂直な第２の軸方向に移
動可能に弾性的に支持する第２の支持部材と、 前記固定部と前記第１の可動部との間に配置された、前
記第１の可動部を前記第１の軸方向に移動させるための
第１の圧電素子と、 前記第２の可動部を前記第２の軸方向に移動させるため
の駆動手段とを有することを特徴とする微動駆動機構。 - 【請求項２】 第１の軸方向が主走査方向である請求項
１に記載の微動駆動機構。 - 【請求項３】 駆動手段は、第１の可動部と第２の可動
部との間に配置された第２の圧電素子である請求項１ま
たは２に記載の微動駆動機構。 - 【請求項４】 第１の支持部材および第２の支持部材
は、それぞれ弾性ヒンジである請求項１、２または３に
記載の微動駆動機構。 - 【請求項５】 第１の支持部材および第２の支持部材
は、それぞれ板ばねである請求項１、２または３に記載
の微動駆動機構。 - 【請求項６】 第１の圧電素子は積層型の圧電素子であ
る請求項１または２に記載の微動駆動機構。 - 【請求項７】 第１の圧電素子および第２の圧電素子
は、それぞれ積層型の圧電素子である請求項３、４また
は５に記載の微動駆動機構。 - 【請求項８】 固定部と、前記固定部に支持部材を介し
て所定の平面内で移動可能に弾性的に支持される可動部
と、前記固定部と前記可動部との間に挟持される、前記
所定の平面に含まれる１軸方向に伸縮可能な圧電素子と
を有する微動駆動機構において、 前記圧電素子は、前記可動部を弾性変形させて挟持され
ていることを特徴とする微動駆動機構。 - 【請求項９】 固定部と、前記固定部に支持部材を介し
て所定の平面内で移動可能に弾性的に支持される可動部
と、前記固定部と前記可動部との間に挟持される、前記
所定の平面に含まれる１軸方向に伸縮可能な圧電素子と
を有する微動駆動機構において、 前記固定部と前記可動部との間には、前記圧電素子と直
列に、かつ圧縮されて挿入された弾性部材を有すること
を特徴とする微動駆動機構。 - 【請求項１０】 圧電素子は、互いに対向配置された一
対の圧電素子である請求項８または９に記載の微動駆動
機構。 - 【請求項１１】 可動部は、支持部材によって所定の平
面に含まれる１軸方向に移動可能に弾性的に支持される
請求項８、９または１０に記載の微動駆動機構。 - 【請求項１２】 支持部材は、固定部と可動部との間
の、圧電素子が挟持される部位に対向しない部位に配置
されている請求項８、９、１０または１１に記載の微動
駆動機構。 - 【請求項１３】 支持部材は、弾性ヒンジである請求項
８ないし１２のいずれか１項に記載の微動駆動機構。 - 【請求項１４】 支持部材は、板ばねである請求項８な
いし１２のいずれか１項に記載の微動駆動機構。 - 【請求項１５】 圧電素子は、積層型の圧電素子である
請求項８ないし１４のいずれか１項に記載の微動駆動機
構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04112824A JP3124617B2 (ja) | 1992-05-01 | 1992-05-01 | 微動駆動機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04112824A JP3124617B2 (ja) | 1992-05-01 | 1992-05-01 | 微動駆動機構 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05307092A JPH05307092A (ja) | 1993-11-19 |
| JP3124617B2 true JP3124617B2 (ja) | 2001-01-15 |
Family
ID=14596456
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04112824A Expired - Fee Related JP3124617B2 (ja) | 1992-05-01 | 1992-05-01 | 微動駆動機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3124617B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110415759A (zh) * | 2019-07-25 | 2019-11-05 | 天津大学 | 基于蜂窝结构铰链的高精度z向单自由度微定位平台 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5544238B2 (ja) * | 2010-07-29 | 2014-07-09 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 試料ステージ |
| JP5953177B2 (ja) * | 2011-10-31 | 2016-07-20 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 試料ステージ及び荷電粒子装置 |
| JP6345458B2 (ja) * | 2014-03-24 | 2018-06-20 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 回転軸保持機構およびこれを用いた回転粘度計 |
-
1992
- 1992-05-01 JP JP04112824A patent/JP3124617B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110415759A (zh) * | 2019-07-25 | 2019-11-05 | 天津大学 | 基于蜂窝结构铰链的高精度z向单自由度微定位平台 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05307092A (ja) | 1993-11-19 |
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