JPH01253602A - 走査型トンネル顕微鏡の粗動機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、走査型１〜ンネル顕微鏡（以下、ＳＴＭと
記す）の粗動機構に係り、特に機械的な伝動機構を有す
る粗動機構に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に、ＳＴＭは一対の粗動機構と微動機構とを備えて
おり、例えは観察ずへき試料が粗動機構に保持される一
方、探針が微動機構に設けられている。そして、まず粗
動機構により試料面を探釧の先端部近傍（例えは、Ｏ，
ｉｍｍの間隔）に接近させた後、試料と探針との間に電
圧を印加しつつこれらの間に所定の大きさのトンネル電
流か流れるまて、微動機構を用いて探側をさらに試料面
に接近させる。次に、微動機構により探針を試料面に沿
って走査し１、このときのトンネル電流の変化を利用し
て試料表面の凹凸形状が原子尺度で求められる。

このようにＳＴＭでは、粗動機構といっても単に微動機
構に対応して呼はれているものてあり、実際には最小の
移動量か１μｍ程度以下の極めて細かい動きを司るもの
を指している。従来、このようなＳ　′ＦＭの粗動機構
としては、 ■圧電１１１動機構ＪＧ、Ｂｉｎｎｉｇａｎｄ　１１．
Ｒｏｈｒｏｒ：Ｓａ＋（ａｃｅＳｃｉｅｎｃｃ、、Ｖｏ
ｌ、１２６　ｐｐ２３６−２４４　（１９８３）］、■
磁気粗動機ｌ［Ｄ、Ｐ、Ｅ、５ｍ１ｔ、ｈ　ａｎｄ　Ｓ
＾、Ｅｌｒｏｄ：Ｒｅｖ。

Ｓｃｉ、Ｔｎｓｔｒｕｍ、、Ｖｏｌ、５６　　ｐｐ１９
７０−１９７１　　（１９８５）、Ｂ　−Ｃｏｒｂ、　
Ｍ、ｔｌｉｎＢｅｒ　ａｎｄ　Ｈ，Ｊ、Ｇｕｎｔｈｅｒ
ｒｏｄｔ：ＪΔｐｐｌ。

Ｐｈｙｓ、、Ｖｏｌ、５８　ｐｐ３９４７−３９５３　
（１９８５川、及び■機械的オ■動機１ｉ［Ｊ、Ｅ、Ｄ
ｅｍｕｔｈ、　Ｒ，Ｊ、Ｈａｍｅｒｓ、　Ｒ，Ｍ。

Ｔｒｏｍｐ　ａｎｄ　Ｍ、Ｅ、Ｗｅｌｌａｎｄ：Ｊ、Ｖ
ａｃ、Ｓｃｉ、Ｔｅｃｈｎｏｌ、、Ｖｏｌ。

△４（３）　ｐｐ１３２０−１３２３　（１９８６）］
等か知られている。

〔発明か解決しようとする課題〕

圧電粗動機構は、圧電素子の両端を交互に静電吸着によ
って固定しつつこの圧電素子を伸縮させるものてあり、
静電吸着に際して試料に原子尺度の１〜リフトか生した
り、滑らかな移動かできないという問題があった。

また、磁気１■動機構は、永久磁石と電磁コイルとを用
いて磁気力により移動及び固定を行うものであるが、永
久磁石を用いるので静磁場の影響を嫌う走査型電−ｒ顕
微鏡等との絹み合わせには不向きてあり、また磁気力て
固定するので機械的剛性が低いという問題かあった。

一方、機械的イ■動機構は、探針や試料が取り付Ｃづら
れた薄板の一端を固定し、他端をネジやハネにより押圧
して薄板を湾曲させ、これにより探針あるいは試料等の
対象物を移動させるものである。

ところか、この場合、ネジやバネの移動量がそのまま対
象物の移動量となるので、対象物に微細で滑らかな動き
をさせることか困難であった。

この発明はこのような問題点を解消するためになされた
もので、機械的剛性か高く且つ探針や試料を滑らかに移
動させることのできるＳＴＭの粗動ｖ４横を得ることを
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るＳＴＭの粗動機構は、中空部を有する本
体と、 該本体の中空部を貫通ずると共に一端において前記本体
に螺合し、中心軸のまわりに回転させることにより前記
本体に対して進退自在に設けられ、さらに前記中空部内
に位置する部分の外周部にテーパ面が形成されている伝
動手段と 前記本体に前記伝動手段の回転軸に対して垂直方向に移
動自在に設けられると共に一端は前記本体の中空部内で
前記伝動手段のテーパ面に当接し、他端は前記本体外に
延出されて対象物を支持する粗動体と を備えたものである。

〔作用〕

この発明においては、伝動手段をその中心軸のまわりに
回転させると、伝動手段は本体に対して前進あるいは後
退し、これにより伝動手段のテーパ面に一端が当接して
いる粗動体は伝動手段の回転軸に対して垂直方向に移動
する。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を添付図面に基づいて説明する
。

第１図はこの発明の粗動機構の第１実施例を示す斜視図
である。立方体あるいは直方体形状の本体（１）は中空
部（２）を有している。また、本体（１）は、−側壁を
貫通して中空部（２）に開口した円筒形状の第１の貫通
孔（３）と、中空部（２）を挟んでこの貫通孔（３）と
同一直線Ａ　−Ａ上において対向側壁に設けられな誰ネ
ジ部（４）とを有すると共に直線Ａ−Ａと垂直な直線１
３−Ｂ上において上壁を貫通して中空部（２）に開口す
る第２の貫通孔（５）を有している。

本体（１）の第１の貫通孔（３）及び雌ネジ部（４）に
は伝動手段となる伝動部材（６）が挿通されている。伝
動部材（６）は第２図に示すように両端側にそれぞれ形
成された円柱部（６ａ）及び雄ネジ部（６ｂ）とこれら
の中間部分に形成された円すい部（６Ｃ〉　とから構成
されている。円柱部（６ａ）は本体（１）の第１の貫通
孔（３）に嵌合しうる直径を有し、雄ネジ部（６ｂ）は
本体（１）の雌ネジ（４）に螺合しうる外径ｄ及びピッ
チｐを有している。円すい部　（６ｃ）はその外周部に
円柱部（６ａ）から雄ネジ部（６ｂ）に向かって順次縮
径されたテーパ面（６ｄ）を有している。

第１図に示すように、このような伝動部材（６）の円柱
部＜６ａ）が本体（１）の貫通孔（３）に嵌降されると
共に雄ネジ部（６＋））か本体（１）の雌ネジ部（４）
に螺合されており、円柱部（６ａ）の一部が貫通孔（３
）から本体（１）の外方へ延出している。すなわち、伝
動部材（６）を中心軸Ａ−Ａのまわりに回転させること
により、雄ネジ部（６１］）が雌ネジ部（４）内を前進
あるいは後退し７、これにより伝動部材（６）は中心軸
Ａ、−Ａ方向に移動することになる。

一方、本体（１）の第２の貫通孔く５）には円柱形状の
オ■動体（７）か移動自在に嵌合されている。オ■動体
（７）は本体（１）の中空部（２）内Ｇこ位置する端部
（７ａ）が球面状に滑らかに形成されている。また、粗
動体（７）は自重であるいはコイルバネ（図示せず）等
により常時中空部（２）内に入り込む方向に付勢されて
おり、このため粗動体（７）の端部（７ａ）は中空部く
２）内において伝動部材（６）のテーパ面（６ｄ）上に
当接している。粗動体（７）の他端は作動部（７ｂ）と
して本体（１）の外部に突出しており、ここに対象物と
なる試料、探針あるいは微動機構等が取り付けられる。

このような構造の粗動機構において、本体（１）の外方
に延出している伝動部材（６）の円柱部（６ａ）を中心
軸Ａ−Ａのまわりに回転させると、がＬネジ部（６ｂ）
か本体（１−）の雌ネジ部（４）に螺合しているので、
伝動部材（６）は回転しつつ中心軸Ａ−Ａの方向に移動
する。この伝動部材（６）の円すい部（６ｃ）の外周に
はデーパ面（６ｄ）が形成され、このデーパ面（６ｄ）
にイ■動体（７）の端部（７ａ）が接触している。その
結果、第１１動体（７）は中心軸Ａ−Ａと垂直な直線Ｂ
−Ｂ方向に移動することになる。

ここて、第２図に示すように、伝動部材（６）を本体（
１）の雌ネジ部（４）側に最も移動さぜたときの粗動体
（７）の端部（７ａ）と伝動部材（６）のテーパ面（６
ｄ）との接触点（８）と、逆に伝動部材（６）を本体（
１）の貫通孔（３）側に最も移動さぜなときの接触点（
９）との間隔をＩ−とする。また、接触点（８）および
（９）における伝動部材（６）の直径をそれぞれＤ　ａ
及びＤｂとすると、テーパ面（６ｄ）の勾配は（Ｄ　ｂ
　−Ｄ　ａ＞／　２　Ｌと表されるので、伝動部材（６
）を角度θだけ回転さぜたときの粗動体（７）の直線Ｂ
−Ｂ　、Ｊ：ての移動量Ｃは、 ε−ｐθ（Ｄｂ−Ｄａ＞／４πＬ　　・・　（：ｌ）と
なる。ただし、ｐは伝動部材（６）の雄ネジ部（６ｂ）
のピッチである。

そこて、伝動部材（６）の雄ネジ部（６ｂ）として外径
ｃｌ＝２ｍｍ、ピッチｐ−０，２５ｎｕａのネジを用い
、テーパ面（６ｄ）の寸法をＬ＝１０ｍｍ、Ｄａ＝２．
２ｍｍ、Ｄｂ−２，６ｍｍとした場合、通常のマイクロ
メータの回転１目盛りに相当する角度θ−２π１５０ラ
ジアンの回転を伝動部材（６）に与えたときの粗動体（
７）の移動量εを最小移動量（微調節可能な最小の移動
量）εｍｉｎとすれば、εｍｉｎ　＝Ｏ，１ノ１ｍとな
る。また、オ■動体（７）の端部（７ａ）か伝動部材（
６）の接触点（８）及び（９）にそれぞれ接触している
ときの粗動体（７）の位置の差を最大移動量（ワーキン
クディスタンス）εｍａｘとすれば、εｍａｘ＝（Ｄｂ
−Ｄａ）／２て示されるので、ｅ　ｍａｘ＝　０．２ｍ
ｍとなる。

このように最大移動量εｍａｘが０　、２ｍｍもあれば
、粗動体（７）の作動部（７ｂ）に取り付けた試料ある
いは探針を予めルーペ、実体顕微鏡、テレビカメラ等の
光学的拡大手段または肉眼で対向する探針あるいは試料
に位置合わせし、伝動部材（６）を回転することにより
、試料と探針との間隔を十分に縮めてこれらの間に１ヘ
ンネル電流を発生さぜることがてきる。

また、この粗動機構の最小移動量εｍｉｎか０１μｍ（
１０１００ｎであるので、粗動体（７）の作動部（７ｂ
）に例えは電圧感度５ｎｍ／ｖｏ　ｌ　ｔの圧電微動機
構を取り付けれは、高々２０ｖｏｌｔの電圧て微動機構
を作動させることかてきる。

尚、現在の機械加工技術ては、伝動部材（６）のテーパ
面（６ｄ）の表面粗さを例えは十点平均粗さて　０．０
５μｍ程度とすることが容易である。

次に、この第１実施例の粗動機構に微動機構を組み合わ
せて構成したＳＴＭの構造例を第３図に示す。

第１図と同様に本体（１）、伝動部材（６）及び粗動体
（７）から粗動機構か形成され、この粗動機構の−」二
に微動機構か設げらｌ上でいる。微動機構の本休（１０
）はネジあるいはエポキシ樹脂等の強力な接着剤により
粗動機構の本体（１）に機械的に連結されている。この
微動機構の本体（１０）は中空部（１１）を有すると共
に中空部（１１）に開口する貫通孔（１２）を有してい
る。この貫通孔（１２）は粗動機構の第２の貫通孔（５
）ど同軸Ｆに形成され、粗動体（７）の作動部（７ｂ）
は貫通孔（１２）内を通って微動機構の中空部（１１）
に突出している。

貫通孔（１２）と対向する中空部（Ｔ１）の内壁には円
筒型圧電素子を用いた微動走査部（１３）か設けられて
おり、この微動走査部（１３〉の先端に探針（１４）が
取りイ」けられている。微動走査部（１３）は多数の電
極を有し、水平方向く第３図のｘ−ｙ方向）と鉛直方向
く第３図のＺ方向）の微動が可能な三次元走査を行う。

一方、４■動体（７）の作動部（７ｂ）には試料（１５
）か取り付けられている。尚、探針（１４）及び粗動体
（７）の作動部（７１１）に一端が接続されている導線
（］６）は探針（１４）と試料（１５）との間に電圧を
印加すると共にこれらの間に流れるトンネル電流を取り
出すためのものであり、各他端か１〜ンネル電流測定装
置（図示せず）に接続されている。また、伝動部材（６
）の円柱部（６ａ）に取り付けられたツマミ（１７）は
伝動部材（６）を手動により回転させるためのものであ
る。

この実施例の動作を以下に述べる。

まず、探針（１ｌ］、　）及び試料（１５）を収り付け
る前に、ツマミ（１７）を反時計方向に回転して１粗動
体（７）を最も下の位置まで降下させる。この状態て、
オ■動体（７）の作動部（７ｂ）のトー面に試料（１５
）を導電性接子、剤にて固着する。次に、針先か試料（
１５）に接触しないようにルーぺて観察しなから探１１
（＋４）を微動走査部（１３）に取り付ける。この探針
（１４）の取りイ」けは、予め金属細管を微動走査部（
１３）内に設置しておき、この細管内に探１（］４）を
挿入する等の方法で行うことかてさ、探針（］４）の針
先と試利く１５）面との間隔を０１〜０．２ｍｍに設定
する。

その後、導線（１６）を通して探１（（１４，）と試料
（１５）の間に所定の電圧を印加し、ｌ〜ンネル電流＝
１１− 測定装置でトンネル電流の監視を開始する。

そして、ツマミ（１７）を手動て時計方向に回転し、粗
動体（７）を徐々に−１−昇さぜる。すなわち、探針（
１４）の針先と試料（１５）との間隔を縮めて行く。こ
のようにして、探ｔｌ（１，４）と試料（１５）の間に
予め設定された値のトンネル電流が流れたところて、ツ
マミ（１７）の回転を停止する。

次に、微動機構により探針（１４）の微動走査を行う。

ここては例えば定電流法によるフィードバック法［Ｇ’
、Ｆ、Ａ、ｖａｎ　ｄｅ　Ｗａｌｌｅ、　Ｊ、Ｗ、（＋
ｅｒｒｉＬｓｅｎ、Ｉ１．ｖａｎＫｃｍｐｅｎ、　　ａ
ｎｄ　　Ｐ、Ｗｙｄｅｒ：Ｒｅｖ、Ｓｃｉ、Ｉｎｓｔｒ
ｕｍ、、　　Ｖｏｌ、５６゜ｐｐ１５７３−１．５７６
（１，９８５）］を用いて１ヘンネル電流の制御を行う
ことができる。この方法では、予め設定されていた１ヘ
ンネル電流の値と実際に測定された１ヘンネル電流との
差（誤差電流）に比例した電圧か微動走査部（１３）の
鉛直方向（２方向）の走査を行うための電極に印加され
、誤差電流か０となるように探針（１４）の鉛直方向の
微調節か行なわれる。

このようにしてトンネル電流を常に設定値に保持するこ
とにＪ：す、探ｔｌ（１４）の針先と試料（Ｔ５）表面
との間隔は一定に保たれる。

この状態て、微動走査部（１３）の水平方向（Ｘ−Ｙ方
向）の走査を行うための電極に所望の電圧を印加して探
針（１４）をＸ−Ｙ走査させる。すると、前述したよう
に探針（１４）はその開先と試料（１５）との間隔を一
定とすべくＺ方向に調節されるので、三次元の微動走査
か行なわれることになる。

このとき微動走査部（１３）の各電極に印加する電圧て
もってＣＲ，Ｔ　（図示せず）等への表示を行えは、試
料（１５〉の原子尺度の表面観察か可能となる。

尚、ツマミ（１７）を手動て回さずに、ステラピンクモ
ータで伝動部材（６）を回転するように構成することも
てきる。例えは、０．９　ｄｅｇ／ｓｔ、ｅｐのステラ
ピンクモータを用いて前述の寸法の伝動部材（６）を回
転させると、（１）式より最小移動量ε＋ｎｉｎはｃ：
　ｍ１ｎ＝　０．２５×（０，９７３６０）×（２，６
−２，２）／２×１０　［ｍｍ］＝　］、２．５　［ｎ
ｍ’］ となり、最小移動量の小さな粗動機構が構成される。ま
た、マイクロメータあるいは差動マイクロメータを介し
て伝動部材（６）を回転させることもてきる。

また、上記実施例ては、粗動体（７）の作動部（７ｂ）
に試料（１５）を、微動走査部（１３）に探針（１４）
をそれぞれ取り付けたか、これとは逆にｍ動体（７）の
作動部（７ｂ）に探針（１４）を、微動走査部（１３）
に試料（］５）をそれぞれ取り付けることもできる。

また、テーパ面（６ｄ）の勾配か異なる各種の伝動部材
を用いることにより、粗動体（７）に所望の動きを行わ
せることかできる。例えば、第４図に示ずようにテーパ
面（６ｅ）の勾配が小さい伝動部材（６１）を用いると
、粗動体（７）の最小移動量が小さくなり、探針（１４
）と試料（１５）の間の微調節がｍ動機構でもてきるよ
うになる。逆に、第５図に示すようにデーパ面（６ｆ）
の勾配か大きい伝動部材（６２）を用いると、粗動体（
７）の最大移動量すなわちワーキンクディスタンスが大
きくなり、探針（１４）及び試料く１５）の設置時の操
作性が向上する。そこて、これらの伝動部材（６１）及
び（６２）の各雄ネジ部（６ｂ）を同し寸法として本体
（１）に交換可能とし、必要に応して伝動部材（６１）
あるいは（６２）を選択して使用ずれは、適用範囲の広
い粗動機構か実現する。

さらに、第６図に示すように、勾配か異なり連続する二
、つのテーパ面（６ｇ）及び（６ｈ）を備えた伝動部１
４’（６Ｂ）を用いれは、始めはテーパ面（６ｇ）によ
りワーキンクティスタンスを大きくとり、次いてテーパ
面（６ｈ）により粗動体（７）の微調節を行うことか可
能となる。また、第７図に示すように勾配か滑らかに変
化するテーパ面（６１）を備えた伝動部材（６４）を用
いれは、粗動体（７）のワーキンクティスタンスの大き
な初期の移動から微調節への移行か滑らかに行なわれる
。

第８図は粗動機構の第２実施例を示している。

この実施例ては、粗動体（７）の端部（７ａ）に小球（
１８）かその一部を露出させて回転自在に埋設されてお
り、この小球（１８）の露出部か伝動部材（６）のデー
パ面（６ｄ）に当接している。そして、伝動部利（６）
か中心軸Ａ−Ａの回りに回転すると、伝動部材（６）の
テーパ面〈６ｄ）に接触する小球（１８）は摩擦力によ
り端部（７ａ）内で自転する。

このような構造とすることにより、伝動部材く６）と粗
動体（７）との間に作用する摩擦は転がり摩擦となり、
摩擦力の軽減がなされる。その結果、超高真空中てｍ動
機構を用いても、粗動体（７）の動きは滑らかなものと
なる。

また、本発明の第３実施例を第９図に概略的に示す。少
なくとも伝動部材（６）のテーパ面（６ｃｌ）」二と粗
動体（７）の端部（７ａ）の外周面」二にそれぞれ窒化
チタニウム（ＴｉＮ）膜（１９）及び（２０）が形成さ
れている。一般に、窒化ヂタニウム膜は超高真空中て温
度２５０℃程度にまて加熱されても、小さな摩擦係数を
有することが知られている。従って、第３実施例のよう
な構造とすれば、伝動部材（６〉の回転時に伝動部材（
６）と粗動体（７）との接触部に作用する滑り摩擦は小
さいのて、滑らかに粗動体（７）を移動させることがて
きる。さらにこの場合、粗動機構を超高真空中で温度的
２５０　’Ｃに加熱してもに動部材（６）と１■動体（
７）との間の摩擦力にはほとんど影響か及はないのて、
ヘーキンクによる試料く１５）のカス出しを行うことか
容易となる。

尚、第２実施例の小球（１８）の表面」二及び伝動部材
（６）のテーパ面（６ｄ）上に窒化チタニウム膜を形成
ずれは、さらに摩擦力の軽減かなされる。

第１０図に示す本発明の第４実施例てｉｊ：、ｉＩ］動
体（７）の作動部（７ｂ）の１一端面に四部（７Ｃ）か
設けられ、この四部（７ｃ）内に試料（１５）か取り付
けられている。また四部（７ｃ）内には非電解質の水溶
液等の電気伝導性を崩しない液体（２２）か満ちており
、試料（１５）は液体く２２）中に没Ｌ７ている。この
ような状態て微動走査部（１Ｂ）に取り付けられた探針
（１４）を試料（１５）表面に沿って走査さぜれは、液
体（２２）中ての原子レベルの試料（１５）表面の観察
かなされるのて、試ｆ：）（］５）を液体（２２）によ
って大気から遮断し７つつ観察したり、試料（１５）と
液体（２２）との化学反応を調Ｉ＼ることか可能となる
。

第１１図に本発明の第５実施例を示す。この第５実施例
では本体（１）のＬ而（］ａ）に二つの四部（ｌｂ）及
び（１ｃ）が設けられると共に粗動体（７）の作動部（
７１１）の上端面に一つの凹部（７ｄ）か設けられ、こ
れら凹部（ｌｂ）、〈１ｃ）及び（７ｄ）内にそれぞれ
第１〜第３の球（２３）、（２４）及び（２５）が嵌入
されている。尚、四部（１１１）及び（１，ｃ）ｉｊ互
いに離れて位置すると共にそれぞれ粗動体（７）が貫通
ずる本体（１）の貫通孔（５）からも荒れて位置してい
る。ずなわち、三つの球（２３）〜（２５）を結ぶこと
により得られる三角形の面積ができるたけ大きくなるよ
うに三つの凹部（１ｂ）、（］Ｃ）及び（７ｄ）が配置
されている。

このような構造とすれば、粗動体（７）を軸Ｂ−Ｂに沿
って上下動させることにより三つの球（２３）〜（２５
）で決定される平面の傾きを調節することができる。従
って、三つの球（２３）〜（２５）のとに枠体（２６）
を載置し、この枠体（２６）に試料（１５）を取り付け
れば、試料（１５）の傾きが調節できる。例えは、試料
（１５）を水平（、こ保つことか可能となる。なＷ５Ｌ
、Ｅつの球に接する枠体（２６）の下面には、各棟（２
３）へ−（２５）の位置に対応して球に嵌合する四部か
形成されており、これにより枠体（２６）が本体（１）
からずれないように構成されている。

また、試料（１５）を、利動体（７）に設けられた第３
の球（２５）よりも本体（１）の上面（１ａ）に設けら
れた第］の球（２３）あるいは第２の球（２４）の近く
に取り付けれは、粗動体（７）が上下動したときに試料
（１５〉は粗動体（７）の移動量より小さな量なげ上下
に移動することになり、試料（１５）の微動化を行うこ
とがてきる。

尚、三つの球（２３）〜く２５）を第１２図に示すよう
に設置ずれは、枠体く２６）の動きはさらに滑らかなも
のとなる。すなわち、本体（１）の上面（１ａ）に円す
い形の四部（１ｄ）と直線状の一条の■講（１ｅ）とを
設（す、これら四部（１ｄ）及びＶ講（１ｃ）内にそれ
ぞれ第１及び第２の球（２３）及び（２４）を嵌合させ
る。このとき各棟の−１，１半分以上が本体（１）の上
面（１ａ）の十に露出するように、子め凹部（］、ｄ）
及びＶ講（１ｅ）の大きさを決めておく。一方、枠体（
２６）の下面（２６ａ）には、二つの球く２３）及びく
２４）に対応してそれぞれ円ずい形の凹部（２６ｃｌ）
及び（２６ｅ）が形成されている。

これらの凹部（２６ｄ）及び＜２６（りも本体（１）の
凹部（１ｄ）と同様に球の半分以上が露出するような大
きさとなっている。また、粗動体（７）の四部（７ｄ）
に嵌合された第３の球（２５）に対応する四部は枠体（
２６）の下面（２６ａ）に形成されておらず、球く２５
）は直接枠体（２６）の下面（２６ａ）に接触する。

このような構造とすれば、第２の球く２４）かＶ講（１
ｃ）に沿って移動できるので、第１の球（２３）と第２
の球（２４）の間隔が調節自在となる。

従って、枠体く２６）を三つの球（２３）〜（２５＞十
に載置したときには、枠体（２６）の二つの四部（２６
ｄ）及び（２６ｅ）間の距離の精度が多少低くても、第
１及び第２の球（２３）及び（２４）は常に枠体く２６
）の四部（２６ｄ）及び（２６ｅ）にそれぞれ正確に嵌
合することとなる。このとき、枠体く２６）には第３の
球（２５）を受（つる凹部が存在し７ないのて、第３の
球（２５）は自由に枠体く２６）の下面（２６ａ）に接
触する。

その結果、粗動体（７）を上下動させることにより、枠
体（２６）は一つの球（２３）及び（２４）を支点とし
て極めて滑らかに動くこととなる。また、本体（１）及
び枠体く２６）にそれほと高いＴ作精度か要求されない
のて、これらの機械加工かやり易くなる。

さらに、本体（１）、粗動体（７）及び枠体（２６）が
磁性体から構成されている場合には、各棟（２３）〜（
２５）を永久磁石で形成することにより、枠体（２６）
を磁力で本体（１）側に固着させることができる。

第１３図は本発明の第６実施例を示す斜視図である。粗
動体（７）の側面上に軸Ｂ−Ｂに沿って一条の凸部（７
ｅ）が形成されている。一方、本体（］）の貫通孔（５
）内には軸Ｂ−Ｂと平行に一条の渦部（５ｅ）か形成さ
れている。そして、粗動体（７）の凸部（７ｅ）が貫通
孔（５）内の渦部（５ｅ）に土工動自在に嵌合している
。これにより、粗動体（７）は軸Ｂ−Ｂに沿った上下移
動の際に、軸Ｂ−Ｂの回りに回転することか防止される
。従って、この実施例によれば、粗動体（７）の作動部
（７ｂ）に試料を取りイ」けてこの試料を観察するとき
に、粗動体（７）の」１下移動に伴って試料が軸Ｂ−Ｂ
の回りに回転することがなく、より操作性の優れた粗動
機構が構成される。

尚、第１４図に示すように、第１３図の実施例とは逆に
粗動体（７）に軸Ｂ−Ｂに沿った一条の溝部（７ｆ）が
形成されると共に、本体（１）の貫通孔（５）内に、粗
動体（７）の溝部（７ｆ）に嵌合する凸部（５ｆ）が形
成されていても、同様の効果を奏する。

上述した各実施例において、本体（１）、伝動部材（６
）、（６１）〜（６４）及びイ■動体（７）を熱膨張係
数の小さい材質、例えば温度２０℃での線熱膨張率が約
１．５Ｘ　１０−６以下のインパール（Ｎｉ：３６％、
Ｆｅ：６４％）を用いて形成すれば、周辺温度の変化に
よる試料の位置の変動が小さくなり、ＳＴＭの動作の安
定性か向上する。

尚、各実施例ては伝動部材（６）の軸Ａ−Ａが水平方向
に、粗動体（７）の軸Ｂ−Ｂか鉛直方向にそれぞれ位置
し、粗動体（７）が上下移動する場合について述べたが
、これに限るものてはない。ただし、粗動体（７）か自
重で伝動部材（６）のテーパ面（６ｄ）に当接てきない
場合には、粗動体（７）をコイルバネ等によって中空部
（２）内に入り込む方向に付勢する必要がある。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明の粗動機構は、テーパ面を
有する伝動手段をその中心軸のまわりに回転させること
により、伝動手段が本体に対して前進あるいは後退し、
テーパ面に当接する粗動体が伝動手段の回転軸に対して
垂直方向に移動するような機械的な構造を有しているの
て、機械的剛性か高く且つ粗動体に取りイ」（ツた対象
物を滑らかに移動さぜることかてきる。

まプこ、機械的剛性か高いので、除震装置等の他の機器
と組み合わせて使用しても、安定した動作＝２３＝ が行なわれる。

【図面の簡単な説明】

第１図（」この発明の第１実施例に係る粗動機構を示す
斜視図、第２図は第１実施例で用いられた伝動部材の正
面図、第３図は第１実施例を用いて構成したＳＴＭの斜
視図、第４図ないし第７図はそれぞれ伝動部材の変形例
を示す正面図、第８図は第２実施例を示す斜視図、第９
図は第３実施例を示す要部断面図、第１０図は第４実施
例を示す斜視図、第１１図は第５実施例を示す斜視図、
第１２図は第５実施例の変形例を示す部分図、第１３図
は第６実施例を示す斜視図、第１４図は第６実施例の変
形例を示す斜視図である。 図において、（１）は本体、（２）は中空部、（３）及
び（５）は貫通孔、（４）は雌ネジ部、（６）は伝動部
材、（６ｂ）は雄ネジ部、（６ｄ）はテーパ面、（７）
は粗動体である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。 第１図 第２図 第３図 第４図 自ｑ 第５図 第６図 第７図 第８図 を 第９図 ｃｌ 第１０図 第１１図 第１２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 試料あるいは探針等の対象物を移動させる機構であって
   、 中空部を有する本体と、 該本体の中空部を貫通すると共に一端において前記本体
   に螺合し、中心軸のまわりに回転させることにより前記
   本体に対して進退自在に設けられ、さらに前記中空部内
   に位置する部分の外周部にテーパ面が形成されている伝
   動手段と 前記本体に前記伝動手段の回転軸に対して垂直方向に移
   動自在に設けられると共に一端は前記本体の中空部内で
   前記伝動手段のテーパ面に当接し、他端は前記本体外に
   延出されて前記対象物を支持する粗動体と を備えたことを特徴とする走査型トンネル顕微鏡の粗動
   機構。