JPH0244787A - 圧電素子微小位置決め機構 - Google Patents
圧電素子微小位置決め機構Info
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- JPH0244787A JPH0244787A JP63195811A JP19581188A JPH0244787A JP H0244787 A JPH0244787 A JP H0244787A JP 63195811 A JP63195811 A JP 63195811A JP 19581188 A JP19581188 A JP 19581188A JP H0244787 A JPH0244787 A JP H0244787A
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- Japan
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- electrodes
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Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
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。
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〕
この発明は分析機器および走査型トンネル顕微鏡の分野
において、検出部と試料間を微小に位置決めする微小位
置決め機構に関する。
において、検出部と試料間を微小に位置決めする微小位
置決め機構に関する。
〔発明の１既要〕
この発明は管状に形成された圧電素子体の内側と外側に
電圧を加えることにより生じる圧電素子体の変形により
、前記管状圧電素子体に固定された検出部又は試料を微
細にしかも高速に位置合わせ可能にするものであり、産
業上有益な圧電素子微小位置決め機構である。
電圧を加えることにより生じる圧電素子体の変形により
、前記管状圧電素子体に固定された検出部又は試料を微
細にしかも高速に位置合わせ可能にするものであり、産
業上有益な圧電素子微小位置決め機構である。
試料表面と検出探針先端部間に流れるトンネル電流を検
出し、トンネル電流が一定になるように、試料表面と検
出探針先端部との間を制御して、原子構造を観察する走
査型トンネル顕微鏡においては、試料表面のｘ、ｙ方向
及び試料表面の凹凸に添って動作する三次元の微小泣面
決め機構が必要である。そして、従来はｘ、ｙ軸を一体
に形成した圧電素子体に２軸周棒状圧電素子体を組合わ
せたもの（ＳＴＭ装置の試料 第３３回応用物理学関連
連合講演会予稿（１９８６）小野雅敏、他）や、Ｘ。
出し、トンネル電流が一定になるように、試料表面と検
出探針先端部との間を制御して、原子構造を観察する走
査型トンネル顕微鏡においては、試料表面のｘ、ｙ方向
及び試料表面の凹凸に添って動作する三次元の微小泣面
決め機構が必要である。そして、従来はｘ、ｙ軸を一体
に形成した圧電素子体に２軸周棒状圧電素子体を組合わ
せたもの（ＳＴＭ装置の試料 第３３回応用物理学関連
連合講演会予稿（１９８６）小野雅敏、他）や、Ｘ。
ｙ、ｚ軸を一体に形成したキュービック状圧電素子体か
らなるもの（第３２回応用物理学関連連合講演会予ｆｇ
（１９８５） 岡山重夫、他）が知られている。
らなるもの（第３２回応用物理学関連連合講演会予ｆｇ
（１９８５） 岡山重夫、他）が知られている。
従来の圧電素子微小位置決め機構において、Ｘｙ軸を一
体に形成した圧電素子体に２軸周棒状圧電素子体を組合
わせたものは、構造上振動的観点からみると共振周波数
が数１００１１ｚと比較的低い為、試料表面と検出探針
部の相対走査速度が遅い状態では問題はないが、試料表
面と検出探針先端部との間の制御応答速度に限りがある
。
体に形成した圧電素子体に２軸周棒状圧電素子体を組合
わせたものは、構造上振動的観点からみると共振周波数
が数１００１１ｚと比較的低い為、試料表面と検出探針
部の相対走査速度が遅い状態では問題はないが、試料表
面と検出探針先端部との間の制御応答速度に限りがある
。
これに対して、ｘ、ｙ、ｚ軸を一体に形成したキュービ
ック状圧電素子体は、前記のものより一体構造に形成さ
れている分、構造上より高剛性に形成されていることも
あり、共振周波数を高くもっていける為、高速走査が可
能となっていた。
ック状圧電素子体は、前記のものより一体構造に形成さ
れている分、構造上より高剛性に形成されていることも
あり、共振周波数を高くもっていける為、高速走査が可
能となっていた。
しかし、前記キュービック状圧電素子体は、３軸を一つ
の圧電素子材より切り出したもので、棒状圧電素子体が
横応力に対し、やや弱いこともあり破ｔＭの危険性が常
にあった。
の圧電素子材より切り出したもので、棒状圧電素子体が
横応力に対し、やや弱いこともあり破ｔＭの危険性が常
にあった。
上記の問題点を解決するために、この発明は外面が平面
を有する管状に形成された圧電素子体の内側と外側に少
なくとも一組、対になる電極、または内側、外側の一方
に共通電極を設は他方に分割電極を設けて電極構成によ
り三次元までの動作を可能にした。
を有する管状に形成された圧電素子体の内側と外側に少
なくとも一組、対になる電極、または内側、外側の一方
に共通電極を設は他方に分割電極を設けて電極構成によ
り三次元までの動作を可能にした。
上記に示した方法により、小形でより高剛性な微小泣面
決め機構が形成され、扱い易く、しかも高剛性な為、共
振周波数が高く高速走査が可能となる。しかも、外面が
平面を有することにより曲面状形成されたものより電極
付精度が容易に得られ、試料面内走査（ｘ−ｙ軸）時の
相互干渉を緩和することができる。
決め機構が形成され、扱い易く、しかも高剛性な為、共
振周波数が高く高速走査が可能となる。しかも、外面が
平面を有することにより曲面状形成されたものより電極
付精度が容易に得られ、試料面内走査（ｘ−ｙ軸）時の
相互干渉を緩和することができる。
本実施例は走査型トンネル顕微鏡の検出探針とｖｒＥ料
間の微細な位置決めをする微小位置決め機構に関するも
ので、以下、図面に基づいて説明していくこととする６ 〔実施例〕 第１図は、本発明の第１の実施例の微小位置決め機構を
示したもので、圧電素子体１上に、絶縁材２及びメネジ
が切られた金属製の検出探針台３が取付けられ、オネジ
が切られた検出探針ホルダー４に固定された検出探針５
が前記検出探針台３に組込まれている。前記圧電素子体
１は第２図に示す様に、内、外周共四面カットされた管
状圧電素子体に、第３図に示す様に四角柱の相対する外
周面にＸ軸動作用の電極Ｘ ｌ＋ ｘ２とＸ軸動作用の
電Ｆｉｙ＋、ｙｚを構成し、更に各面に共通した２軸動
作用の電極２を設け、管の軸方向と平行な軸（２軸）及
び管の軸方向に対し直交する軸（ｘ。
間の微細な位置決めをする微小位置決め機構に関するも
ので、以下、図面に基づいて説明していくこととする６ 〔実施例〕 第１図は、本発明の第１の実施例の微小位置決め機構を
示したもので、圧電素子体１上に、絶縁材２及びメネジ
が切られた金属製の検出探針台３が取付けられ、オネジ
が切られた検出探針ホルダー４に固定された検出探針５
が前記検出探針台３に組込まれている。前記圧電素子体
１は第２図に示す様に、内、外周共四面カットされた管
状圧電素子体に、第３図に示す様に四角柱の相対する外
周面にＸ軸動作用の電極Ｘ ｌ＋ ｘ２とＸ軸動作用の
電Ｆｉｙ＋、ｙｚを構成し、更に各面に共通した２軸動
作用の電極２を設け、管の軸方向と平行な軸（２軸）及
び管の軸方向に対し直交する軸（ｘ。
ｙ軸＝面内）に勤＜１毛にしたものである。また、管の
内側には共通電極６ （ＧＮＤ）が形成され、配線を
し易くする為に外周面に一部折り返して電極付けが行わ
れる。
内側には共通電極６ （ＧＮＤ）が形成され、配線を
し易くする為に外周面に一部折り返して電極付けが行わ
れる。
例えば、圧電素子を高さｌ ２ｍｍ 、巾１０ｓ詭、肉
厚、５龍の管状の四角柱にし、ｘｒＹ軸用’１ｉｉＦｉ
で縦２酊、横１１＋ｎ、ｚ軸用の電極で縦６、内側電極
折り返し巾を１１１、そして各電極間の継縁巾をＩｍｍ
に形成することにより形成される。次に動作について説
明すると、ｚ軸方向は内側電極に対しプラス又はマイナ
ス電圧を加えることにより圧電素子体が厚み方向に変位
することで結果としてＺ軸方向の変位が生じる。Ｘ及び
ｙ軸方向は第９図に示す様に、例えばＸ軸の一方向に動
作させる場合は、相対する電極ｘｌ＋ｘ！の一方、例え
ばここでは電１１ｉ Ｘ ｘに内側電極に対しプラス電
圧を加え、また他方、例えばここでは電極Ｘ、にマイナ
スの電圧を加えることにより、電極Ｘ、と電極ＧＮＤ間
の圧電素子は縮む方向に変形し、電極ｘ１と電極ＧＮＤ
間の圧電素子は延びる方向に変形する。これにより第９
図ｆｂｌに示す様に電極ｘ２の方向に上部が傾き、結果
として電圧を加えていない状Ｌｉ ｆａ＋からｆｂ）に
示す様に検出探針５の先端部を矢印囚の方向に変位させ
るものであり、これとｙ軸方向の変位と合わせてｘ、
ｙ軸方向に自在に動作させるものである。この様に構
成した圧電素子微小泣面決め機構を走査型トンネル顕ｆ
ｆ１Ｉｌのトンネルユニ。
厚、５龍の管状の四角柱にし、ｘｒＹ軸用’１ｉｉＦｉ
で縦２酊、横１１＋ｎ、ｚ軸用の電極で縦６、内側電極
折り返し巾を１１１、そして各電極間の継縁巾をＩｍｍ
に形成することにより形成される。次に動作について説
明すると、ｚ軸方向は内側電極に対しプラス又はマイナ
ス電圧を加えることにより圧電素子体が厚み方向に変位
することで結果としてＺ軸方向の変位が生じる。Ｘ及び
ｙ軸方向は第９図に示す様に、例えばＸ軸の一方向に動
作させる場合は、相対する電極ｘｌ＋ｘ！の一方、例え
ばここでは電１１ｉ Ｘ ｘに内側電極に対しプラス電
圧を加え、また他方、例えばここでは電極Ｘ、にマイナ
スの電圧を加えることにより、電極Ｘ、と電極ＧＮＤ間
の圧電素子は縮む方向に変形し、電極ｘ１と電極ＧＮＤ
間の圧電素子は延びる方向に変形する。これにより第９
図ｆｂｌに示す様に電極ｘ２の方向に上部が傾き、結果
として電圧を加えていない状Ｌｉ ｆａ＋からｆｂ）に
示す様に検出探針５の先端部を矢印囚の方向に変位させ
るものであり、これとｙ軸方向の変位と合わせてｘ、
ｙ軸方向に自在に動作させるものである。この様に構
成した圧電素子微小泣面決め機構を走査型トンネル顕ｆ
ｆ１Ｉｌのトンネルユニ。
トに組込んだのが第７図である。第７図において、■体
７３には試料７１を取付ける絶縁材からなる試料台７２
が固定され、また、前記箱体７３には、試料７１と検出
探針先端部５との間をその間でトンネル電流が流れる数
１０人まで近づける粗位置決めｉ橘としての送り機構７
４、例えば精密マイクロメータが取付けられている。そ
して、前記送り機構７４の先端部には継手７５を介して
本発明の圧電素子微小位置決め機構１１が取付けられて
いる。この様な系に組込んで本発明の圧電素子微小位置
決め機構が、走査型トンネル顕微鏡用の微小泣面決め機
構として有用であることを６１ Ｌ’ｌした。
７３には試料７１を取付ける絶縁材からなる試料台７２
が固定され、また、前記箱体７３には、試料７１と検出
探針先端部５との間をその間でトンネル電流が流れる数
１０人まで近づける粗位置決めｉ橘としての送り機構７
４、例えば精密マイクロメータが取付けられている。そ
して、前記送り機構７４の先端部には継手７５を介して
本発明の圧電素子微小位置決め機構１１が取付けられて
いる。この様な系に組込んで本発明の圧電素子微小位置
決め機構が、走査型トンネル顕微鏡用の微小泣面決め機
構として有用であることを６１ Ｌ’ｌした。
また、先の実施例に示した様な三次元様圧電素子微小位
五決め機構は、第８図のようにＴｉ橿構成を変えること
により、−次元動作用、三次元動作用とすることもでき
る。
五決め機構は、第８図のようにＴｉ橿構成を変えること
により、−次元動作用、三次元動作用とすることもでき
る。
第８図において、試料５側に絶縁材の試料台８２を介し
て二次元用圧電素子微小位置決め機構１１２がある。こ
の圧電素子微小位置決め機構１１２は、外周部に電極ｘ
、ｘ！、）’、Ｙｔ 、内周部に共通電極ＧＮＤを有す
る四角柱型のものであり、相対する位置にある検出探針
５に対し試料７１を直交する向き、つまり面内（ｘ、
ｙ軸）に動作させ、更に検出探針５側に外周部に電極
ｚ１内周部に共通電極ＧＮＤを有する四角柱型の一次元
動作用圧電素子微小位π決め機構１１ｂを設け、試料７
１に対し垂直方向（２軸）に動作させる様にしたもので
ある。
て二次元用圧電素子微小位置決め機構１１２がある。こ
の圧電素子微小位置決め機構１１２は、外周部に電極ｘ
、ｘ！、）’、Ｙｔ 、内周部に共通電極ＧＮＤを有す
る四角柱型のものであり、相対する位置にある検出探針
５に対し試料７１を直交する向き、つまり面内（ｘ、
ｙ軸）に動作させ、更に検出探針５側に外周部に電極
ｚ１内周部に共通電極ＧＮＤを有する四角柱型の一次元
動作用圧電素子微小位π決め機構１１ｂを設け、試料７
１に対し垂直方向（２軸）に動作させる様にしたもので
ある。
第２の実施例として第４図に三次元動作用圧電素子体１
ａを示す、ここで圧電素子体ｌａは内側部の加工を第１
の実施例のものより容易にするために円形とした。これ
により内周部はポーリング加工により形成され、他は、
第１実施例と同じにした微小位置決め機構としての構成
及び電極構成については第１の実施例に示したものと同
様である。
ａを示す、ここで圧電素子体ｌａは内側部の加工を第１
の実施例のものより容易にするために円形とした。これ
により内周部はポーリング加工により形成され、他は、
第１実施例と同じにした微小位置決め機構としての構成
及び電極構成については第１の実施例に示したものと同
様である。
第３の実施例として第５図に三次元動作用圧電素子体１
ｂを示す、ここで圧電素子体１ｂは角部２１を面取りし
てあり、角部２１を面取りすることで、ｘ、 ｙ軸動
作用電電の織縁部つまり不動部を少なくし、動作を第１
の実施例で示したものより容易にした０例えば、中央の
空胴部を直径７龍の内円に、面取り部の巾を１鶴とし、
他は第１実施例と同じにした。そして、微小位置決め機
構としての構成及び電極構成については第１の実施例に
示したものと同しである。
ｂを示す、ここで圧電素子体１ｂは角部２１を面取りし
てあり、角部２１を面取りすることで、ｘ、 ｙ軸動
作用電電の織縁部つまり不動部を少なくし、動作を第１
の実施例で示したものより容易にした０例えば、中央の
空胴部を直径７龍の内円に、面取り部の巾を１鶴とし、
他は第１実施例と同じにした。そして、微小位置決め機
構としての構成及び電極構成については第１の実施例に
示したものと同しである。
第４の実施例として第６図に三次元動作用圧電素子体Ｉ
Ｃを示す。前記圧電素子体ＩＣには、接着固定を確実に
行う様に端部につば部２２を設けたものである。前記つ
ば部２２は、例えば直径１５龍、厚さ１−真の円板状と
し、他の構成は第１〜３実施例に示したものと同じであ
る。そして、微小位置決め機構としての構成及び電極構
成については第１実施例に示したものと同じである。
Ｃを示す。前記圧電素子体ＩＣには、接着固定を確実に
行う様に端部につば部２２を設けたものである。前記つ
ば部２２は、例えば直径１５龍、厚さ１−真の円板状と
し、他の構成は第１〜３実施例に示したものと同じであ
る。そして、微小位置決め機構としての構成及び電極構
成については第１実施例に示したものと同じである。
尚、第１〜第４の実施例のいずれの場合でも圧電素子体
の内周部は貫通させてもよいし、片方の一端部を閉じた
構造にしても良い。
の内周部は貫通させてもよいし、片方の一端部を閉じた
構造にしても良い。
以上説明した様に、この発明によると外面が平面を存す
る管状に形成された圧電素子体の内側と外側に少なくと
も一組の対になる電極、又は内側と外側の一方に共通電
極を設け、他方に分割電極を設け、′ｒｓ、掻構成で三
次元までの動作を可能にすることで小型で扱い易く、し
かも開開性を有することで高速走査が可能になり、面内
走査時の二軸間干渉が緩和でき、走査型トンネル顕微鏡
の試料と検出探針間の位置合わせに十分有用な圧電素子
微小位置決め機構を構成することが可能となった。
る管状に形成された圧電素子体の内側と外側に少なくと
も一組の対になる電極、又は内側と外側の一方に共通電
極を設け、他方に分割電極を設け、′ｒｓ、掻構成で三
次元までの動作を可能にすることで小型で扱い易く、し
かも開開性を有することで高速走査が可能になり、面内
走査時の二軸間干渉が緩和でき、走査型トンネル顕微鏡
の試料と検出探針間の位置合わせに十分有用な圧電素子
微小位置決め機構を構成することが可能となった。
第１図は本発明の第１の実施例の斜視図、第２図は第１
の実施例で用いた三次元動作用圧電素子体の斜視図、第
３図（ａｌは三次元動作用圧電素子体電極の外側配置展
開図、第３図中）は三次元動作用圧電素子体電極の内側
配置展開図、第４図は第２の実施例の斜視図、第５図は
第３の実施例の斜視図、第６図は第４の実施例の斜視図
、第７図は本発明の微小位置決め機構を組込んだトンネ
ルユニットの第１の概略図、第８図は本発明の微小位置
決め機構を組込んだトンネルユニットの第２の概略図、
第９図（ａ）、第９図ｆｂｌは管状圧電素子体の曲げ動
作を示す説明図である。 １、 １２．１ｔ、１０．２０．３０・・・圧電素子体
２・・・絶縁材 ３・・・検出探針台 ４・・・検出探針ホルダー ５・・・検出探針 ６・・・内側共通電極（ＧＮＤ） ？ａ、７ｂ・・・Ｘ軸動作用電極 ８ａ、８ｂ・・・Ｘ軸動作用電極 ９・・・２軸動作用電極 ７１・・・試料 ７４・・・送り機構 以 上 第 図 第 図 不？、明の第一の亥記例の蔚字見藺 第１図 第−の矢力芭伊］１″用いＦ三仄几動作用圧臥系）−４
ネの斜イ見図第２図 図＜ａ＞ 図（ｂ） 第卸の実１乞う列の分１の芝図 第６図 フトイ６日目の智ズノトイ在５シ刃め躬！田（２しセロ
ｊ２Σんトート〉才ｊしユニ、トの第１の３チ略Ｇつ第
７図
の実施例で用いた三次元動作用圧電素子体の斜視図、第
３図（ａｌは三次元動作用圧電素子体電極の外側配置展
開図、第３図中）は三次元動作用圧電素子体電極の内側
配置展開図、第４図は第２の実施例の斜視図、第５図は
第３の実施例の斜視図、第６図は第４の実施例の斜視図
、第７図は本発明の微小位置決め機構を組込んだトンネ
ルユニットの第１の概略図、第８図は本発明の微小位置
決め機構を組込んだトンネルユニットの第２の概略図、
第９図（ａ）、第９図ｆｂｌは管状圧電素子体の曲げ動
作を示す説明図である。 １、 １２．１ｔ、１０．２０．３０・・・圧電素子体
２・・・絶縁材 ３・・・検出探針台 ４・・・検出探針ホルダー ５・・・検出探針 ６・・・内側共通電極（ＧＮＤ） ？ａ、７ｂ・・・Ｘ軸動作用電極 ８ａ、８ｂ・・・Ｘ軸動作用電極 ９・・・２軸動作用電極 ７１・・・試料 ７４・・・送り機構 以 上 第 図 第 図 不？、明の第一の亥記例の蔚字見藺 第１図 第−の矢力芭伊］１″用いＦ三仄几動作用圧臥系）−４
ネの斜イ見図第２図 図＜ａ＞ 図（ｂ） 第卸の実１乞う列の分１の芝図 第６図 フトイ６日目の智ズノトイ在５シ刃め躬！田（２しセロ
ｊ２Σんトート〉才ｊしユニ、トの第１の３チ略Ｇつ第
７図
Claims (2)
- （１）検出部と試料間を微小に位置決めする微小位置決
め機構において、外形部が四面もしくは八面の平面で構
成されて管状に形成された圧電素子体の内側と外側に少
なくとも一組、対になる電極を設け、前記内側と外側電
極に電圧を加えることにより前記管状圧電素子体を変形
させ前記管状圧電素子体の先端に取付けられた検出部又
は試料を微小に位置決めすることを特徴とする圧電素子
微小位置決め機構。 - （２）前記管状圧電素子微小位置決め機構の内形部が円
形又は四面から構成されていることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の圧電素子微小位置決め機構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63195811A JPH0769139B2 (ja) | 1988-08-05 | 1988-08-05 | 圧電素子微小位置決め機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63195811A JPH0769139B2 (ja) | 1988-08-05 | 1988-08-05 | 圧電素子微小位置決め機構 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0244787A true JPH0244787A (ja) | 1990-02-14 |
| JPH0769139B2 JPH0769139B2 (ja) | 1995-07-26 |
Family
ID=16347380
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63195811A Expired - Lifetime JPH0769139B2 (ja) | 1988-08-05 | 1988-08-05 | 圧電素子微小位置決め機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0769139B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5198715A (en) * | 1990-05-23 | 1993-03-30 | Digital Instruments, Inc. | Scanner for scanning probe microscopes having reduced Z-axis non-linearity |
| US5424596A (en) * | 1992-10-05 | 1995-06-13 | Trw Inc. | Activated structure |
| JP2008245510A (ja) * | 2007-02-28 | 2008-10-09 | Casio Comput Co Ltd | 圧電アクチュエータ、カメラ装置及び移動用ステージ装置 |
Citations (2)
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| JPS60109774A (ja) * | 1983-11-18 | 1985-06-15 | Olympus Optical Co Ltd | 圧電型変位装置 |
| JPS62117379A (ja) * | 1985-11-16 | 1987-05-28 | Tohoku Metal Ind Ltd | 円筒型圧電アクチユエ−タ及びその製造方法 |
-
1988
- 1988-08-05 JP JP63195811A patent/JPH0769139B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0769139B2 (ja) | 1995-07-26 |
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