JPH0356076A - 微動機構 - Google Patents
微動機構Info
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- JPH0356076A JPH0356076A JP1188065A JP18806589A JPH0356076A JP H0356076 A JPH0356076 A JP H0356076A JP 1188065 A JP1188065 A JP 1188065A JP 18806589 A JP18806589 A JP 18806589A JP H0356076 A JPH0356076 A JP H0356076A
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Landscapes
- 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１
本発明は走査型トンネル顕微鏡を始めとす険査及び分析
装置において、検出探針と試料表面間を高精度に位置決
めしなから試枳表面を高稍度に走査する微動機構及び、
試料を高精度に移動する微動機構に関する。
装置において、検出探針と試料表面間を高精度に位置決
めしなから試枳表面を高稍度に走査する微動機構及び、
試料を高精度に移動する微動機構に関する。
［発明の概要１
本発明は圧電素子体を利用した微動機構において，これ
を２軸または３軸方向に変位させるように構成したとき
、微動機構全体の剛けが低くなり、また作成が繁雑であ
るという問題を、一体成形された直方体形状の圧電素子
体に相直交する複数の駆動用電極対を有することにより
解決する少なくとも軸方向に変位する高剛性で作成容易
な微動機構である． ［従来の技術１ 走査型トンネル顕微鏡において，試料表面の面内方向（
ｘ．ｙ）及び試料表面の凹凸に沿って動作（Ｚ）する三
次元の微動機構には、 （１）ｘｙ軸を一体に形成した圧電素子体にＺ軸用棒状
圧電素子体を組み合わせたトライポット型（ＳＴＭ装置
の試作、第３３回応用物理学関係連合講肩会予稿（１９
８６）．小野雅敏、他）（２）Ｘ３／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ちの（真空トン
ネル顕微鏡用微動素子の特性評価、第３２回応用物理学
関係連合講ｌ寅会予稿（１９８５）．岡山重夫，他）（
３）ｙ方向に変形する圧電素子と、Ｘ方向にせん断変形
する圧電素子と、Ｚ方向にせん断変形する圧電素子とを
接着組み合わせたもの（圧電体のせん断変形を用いたＳ
ＴＭ用粗動・微動機構、第３４回応用物理学関係連合講
演会（１９８７）、中本、色、住、藤岡） などが知られている。また、試料の移動方法としてはマ
イクロメータねじに代表される機械的機構、または、圧
電素子体４組み合わせた尺取虫機構等が知られている。
を２軸または３軸方向に変位させるように構成したとき
、微動機構全体の剛けが低くなり、また作成が繁雑であ
るという問題を、一体成形された直方体形状の圧電素子
体に相直交する複数の駆動用電極対を有することにより
解決する少なくとも軸方向に変位する高剛性で作成容易
な微動機構である． ［従来の技術１ 走査型トンネル顕微鏡において，試料表面の面内方向（
ｘ．ｙ）及び試料表面の凹凸に沿って動作（Ｚ）する三
次元の微動機構には、 （１）ｘｙ軸を一体に形成した圧電素子体にＺ軸用棒状
圧電素子体を組み合わせたトライポット型（ＳＴＭ装置
の試作、第３３回応用物理学関係連合講肩会予稿（１９
８６）．小野雅敏、他）（２）Ｘ３／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ちの（真空トン
ネル顕微鏡用微動素子の特性評価、第３２回応用物理学
関係連合講ｌ寅会予稿（１９８５）．岡山重夫，他）（
３）ｙ方向に変形する圧電素子と、Ｘ方向にせん断変形
する圧電素子と、Ｚ方向にせん断変形する圧電素子とを
接着組み合わせたもの（圧電体のせん断変形を用いたＳ
ＴＭ用粗動・微動機構、第３４回応用物理学関係連合講
演会（１９８７）、中本、色、住、藤岡） などが知られている。また、試料の移動方法としてはマ
イクロメータねじに代表される機械的機構、または、圧
電素子体４組み合わせた尺取虫機構等が知られている。
［発明が解決しようとする課題］
試料表面を三次元的に走査する微動機構においては、圧
電素子体をトライポット状に組み合わせたちのは構造上
剛性が低く、キュービック型のちのは加工が困難という
問題があり、また、圧電素子体のせん断変形を利用した
ちのは，３つの圧電素子体と２つの絶縁体を接着組み合
わせるために作成工程が繁雑であるという問題があった
。また、試料の移動においては、従来のいずれの方法ち
構成が複雑で組立調整がしすらいという問題があった。
電素子体をトライポット状に組み合わせたちのは構造上
剛性が低く、キュービック型のちのは加工が困難という
問題があり、また、圧電素子体のせん断変形を利用した
ちのは，３つの圧電素子体と２つの絶縁体を接着組み合
わせるために作成工程が繁雑であるという問題があった
。また、試料の移動においては、従来のいずれの方法ち
構成が複雑で組立調整がしすらいという問題があった。
１課題を解決するための十段１
本発明は、単一の圧電素子を直方体状に形成することに
より剛性を高め、相直交する方向にせん断変形するよう
に、それぞれの方向に対して少なくとも１組以上の駆動
用電極対を有し、ｘｙ方向に駆動可能とし、さらに、縦
変形するようにＺ方向にちｌ組の駆動用電極対を有する
ことにより、ｘｙｚ方向に駆動可能な作成容易な微動機
構とした。また、本発明の他の構成においては、せん断
変形を利用したｘｙ方向に変位できる単一の圧電素子と
圧電縦変形を利用した２万向に変位できる圧電素子とを
組み合わせてｘｙｚ方向に微動可能な微動機構とするこ
ともできる。
より剛性を高め、相直交する方向にせん断変形するよう
に、それぞれの方向に対して少なくとも１組以上の駆動
用電極対を有し、ｘｙ方向に駆動可能とし、さらに、縦
変形するようにＺ方向にちｌ組の駆動用電極対を有する
ことにより、ｘｙｚ方向に駆動可能な作成容易な微動機
構とした。また、本発明の他の構成においては、せん断
変形を利用したｘｙ方向に変位できる単一の圧電素子と
圧電縦変形を利用した２万向に変位できる圧電素子とを
組み合わせてｘｙｚ方向に微動可能な微動機構とするこ
ともできる。
［作用］
本発明による微動機構を走査型トンネル顕微鏡の検出探
針の微動機構に利用する場合には、本微動機構の一端に
検出探針を取付け、各駆動用電極対に所望の動作分解能
に応じて電圧を印加して制｛卸することにより、高剛性
で三次元方向に検出探針を駆動する。また、複数の支持
部で基台に対して保持された試料を本発明による微動機
構を複数個基台と試料の間に配置した試料移動機構にお
いては、微動機構の各駆動電極対に所望の動作分解能に
応じて電圧を印加して制御することにより、試料を支持
部に対して浮かせ、次にＸまたはｙ方向に微動させ、再
び支持部に保持させるという動作を繰り返すことによっ
て試料の微動機構として作用する。
針の微動機構に利用する場合には、本微動機構の一端に
検出探針を取付け、各駆動用電極対に所望の動作分解能
に応じて電圧を印加して制｛卸することにより、高剛性
で三次元方向に検出探針を駆動する。また、複数の支持
部で基台に対して保持された試料を本発明による微動機
構を複数個基台と試料の間に配置した試料移動機構にお
いては、微動機構の各駆動電極対に所望の動作分解能に
応じて電圧を印加して制御することにより、試料を支持
部に対して浮かせ、次にＸまたはｙ方向に微動させ、再
び支持部に保持させるという動作を繰り返すことによっ
て試料の微動機構として作用する。
〔実施例１
本発明による実施例を以下図面に基づいて説明する。第
１図は本発明の第一実施例であって、ｌの圧電素子体は
基台２に固定されており，圧電素子体１の相対向する面
にはＸ方向に駆動するための駆動用電極対３ａ、３ｂ、
この面と相直交する２面にはｙ方向に駆動するための駆
動用電極対４ａ、４ｂが形成されている．これらの駆動
用電極対はｘ．ｙ方向の電界の干渉を避けるためにＺ方
向にすき間を持たせてある．次に動作について第２図で
説明する．駆動用電極対３ａ、３ｂは圧電素子体にせん
断変形をおこさせる配置となっているため、第２図（ａ
）においてスイッチ４０を閉じて電圧を印加すると第２
図（ｂ）のようにせん断変形を生じる。また、電圧の極
性を変えれば逆方向にせん断変形を生ずる．同様にｙ方
向駆動用電極対に電圧を印加することにより、ｙ方向に
すべり変形を生じる． 第３図は本発明の第２実施例であって、ｌの圧電素子体
は絶縁材６を介して基台２に固定されている。圧電素子
体１の電極構成はｘｙ方向に対しては第一実施例と同様
であり、さらにＺ方向に駆動するための電極対５ａ、５
ｂを有している。Ｘｙ方向の動作については第一実施例
と同様でありＺ方向動作については、Ｚ方向駆動用電極
対５ａ、５ｂに電圧を印加することにより圧電素子体ｌ
に縦変形を生じさせる． 第４図は本発明の第三実施例であり、その構成は第二実
施例と同様で、電極構成については、圧電素子体ｌの高
さを低くするために、ｘｙ方向駆動用電極対３ａ、３ｂ
及び４ａ、４ｂはすべて同一高さに配置されている．動
作方法については第一実施例と同様である． 第５図は本発明による第四実施例であり、走査型トンネ
ル顕微鏡における検出探針の微動機構として構成したち
のである．検出探針１１はオネジが切られた検出探針ホ
ルダーｌＯに固定され、この検出探針ホルダー１０はメ
ネジの切られた検出探針台９にネジ固定され、圧電素子
体１の上面に取付けられている。さらに圧電素子体ｌは
、基台２に絶縁材６を介して固定されたＺ方向に伸縮す
る圧電素子体７の上に固定されている．圧電素子体ｌの
電極構成は第一実施例と同様であり、圧電素子体７の電
極構成は、Ｚ方向に縦変形するようにＺ方向駆動用電極
対８ａ、８ｂを有している。
１図は本発明の第一実施例であって、ｌの圧電素子体は
基台２に固定されており，圧電素子体１の相対向する面
にはＸ方向に駆動するための駆動用電極対３ａ、３ｂ、
この面と相直交する２面にはｙ方向に駆動するための駆
動用電極対４ａ、４ｂが形成されている．これらの駆動
用電極対はｘ．ｙ方向の電界の干渉を避けるためにＺ方
向にすき間を持たせてある．次に動作について第２図で
説明する．駆動用電極対３ａ、３ｂは圧電素子体にせん
断変形をおこさせる配置となっているため、第２図（ａ
）においてスイッチ４０を閉じて電圧を印加すると第２
図（ｂ）のようにせん断変形を生じる。また、電圧の極
性を変えれば逆方向にせん断変形を生ずる．同様にｙ方
向駆動用電極対に電圧を印加することにより、ｙ方向に
すべり変形を生じる． 第３図は本発明の第２実施例であって、ｌの圧電素子体
は絶縁材６を介して基台２に固定されている。圧電素子
体１の電極構成はｘｙ方向に対しては第一実施例と同様
であり、さらにＺ方向に駆動するための電極対５ａ、５
ｂを有している。Ｘｙ方向の動作については第一実施例
と同様でありＺ方向動作については、Ｚ方向駆動用電極
対５ａ、５ｂに電圧を印加することにより圧電素子体ｌ
に縦変形を生じさせる． 第４図は本発明の第三実施例であり、その構成は第二実
施例と同様で、電極構成については、圧電素子体ｌの高
さを低くするために、ｘｙ方向駆動用電極対３ａ、３ｂ
及び４ａ、４ｂはすべて同一高さに配置されている．動
作方法については第一実施例と同様である． 第５図は本発明による第四実施例であり、走査型トンネ
ル顕微鏡における検出探針の微動機構として構成したち
のである．検出探針１１はオネジが切られた検出探針ホ
ルダーｌＯに固定され、この検出探針ホルダー１０はメ
ネジの切られた検出探針台９にネジ固定され、圧電素子
体１の上面に取付けられている。さらに圧電素子体ｌは
、基台２に絶縁材６を介して固定されたＺ方向に伸縮す
る圧電素子体７の上に固定されている．圧電素子体ｌの
電極構成は第一実施例と同様であり、圧電素子体７の電
極構成は、Ｚ方向に縦変形するようにＺ方向駆動用電極
対８ａ、８ｂを有している。
動作については検出探針の走査速度、分解能に応じてそ
れぞれの駆動用電極対に電圧を印加して制御する． 第６図は本発明による第五実施例であり、基台２０上に
固定されたｌ個以上の支持軸２２の上に移動対象物２１
が保持されており、ｘｙ方向にせん断変形する圧電素子
体ｌとＺ方向に縦変形する圧電素子体７が一体となって
１回以上、移動対象物２１とすき間を保って絶縁材ｂを
介して基台２０に固定されている．また、支持軸２２の
上部には磁石２３を有している。次に第７図を用いて動
作を説明する．（１）の初期状態でＸ方向駆動用電極対
３ａ、３ｂにーＸ方向に圧電素子体ｌが変形するように
電圧を引加すると（２）の状態になる。次にＺ方向駆動
用電極対８ａ、８ｂに電圧を印加して圧電素子体７を伸
して移動対象物２１を支持軸２２の上方に持ち上げる。
れぞれの駆動用電極対に電圧を印加して制御する． 第６図は本発明による第五実施例であり、基台２０上に
固定されたｌ個以上の支持軸２２の上に移動対象物２１
が保持されており、ｘｙ方向にせん断変形する圧電素子
体ｌとＺ方向に縦変形する圧電素子体７が一体となって
１回以上、移動対象物２１とすき間を保って絶縁材ｂを
介して基台２０に固定されている．また、支持軸２２の
上部には磁石２３を有している。次に第７図を用いて動
作を説明する．（１）の初期状態でＸ方向駆動用電極対
３ａ、３ｂにーＸ方向に圧電素子体ｌが変形するように
電圧を引加すると（２）の状態になる。次にＺ方向駆動
用電極対８ａ、８ｂに電圧を印加して圧電素子体７を伸
して移動対象物２１を支持軸２２の上方に持ち上げる。
（（３）の状態）次にＸ方向駆動用電極対３ａ、３ｂに
＋Ｘ方向に圧電素子体１が変形するように電圧を印加す
ると（４）の状態になる。そして、Ｚ方向駆動用電極対
８ａ、８ｂへの印加電圧を切ると（５）の状態となり、
移動対象物２ｌは＋Ｘ方向に１ステップ移動する．最後
にＸ方向駆動用電極対３ａ、３ｂへの印加電圧を切り元
の状態（１）に戻る。
＋Ｘ方向に圧電素子体１が変形するように電圧を印加す
ると（４）の状態になる。そして、Ｚ方向駆動用電極対
８ａ、８ｂへの印加電圧を切ると（５）の状態となり、
移動対象物２ｌは＋Ｘ方向に１ステップ移動する．最後
にＸ方向駆動用電極対３ａ、３ｂへの印加電圧を切り元
の状態（１）に戻る。
（１）から（５）を繰返し行えば移動対象物２１は連続
的に移動できる．また、一Ｘ方向に移動する場合には、
Ｘ方向駆動用電極対に印加する電圧の極性を逆にすれば
良い。ｙ方向についてＵＸ方向と同様に動作する。また
、圧電素子体ｌと７の組合わせを１つの微動機構と考え
た場合、３個以上の微動機構を用いて、各々のｘｙｚ駆
動を独立に制御すれば移動対象物を回転させることも可
能である。磁石２３の役割は、移動対象物２１が磁性材
の場合、移動対象物２ｌの支持軸２２への保持力を高め
ると共に，移動対象物２１の移動時における圧電素子体
１との摩擦力を高めることである． 第８図は本発明による第六実施例であり、基本的には第
一実施例と同様で、電極構成において、ｘｙ方向それぞ
れについて、電圧感度を変えた（電極幅が異なる）駆動
用電極対を２組づつ有したものである． 〔発明の効果１ 以上説明したように本発明による微動機構は直方体形状
でかつ、接着工程をできる限り少くしたことにより、高
剛性で作成容易な小型の微動機構を実現した．
的に移動できる．また、一Ｘ方向に移動する場合には、
Ｘ方向駆動用電極対に印加する電圧の極性を逆にすれば
良い。ｙ方向についてＵＸ方向と同様に動作する。また
、圧電素子体ｌと７の組合わせを１つの微動機構と考え
た場合、３個以上の微動機構を用いて、各々のｘｙｚ駆
動を独立に制御すれば移動対象物を回転させることも可
能である。磁石２３の役割は、移動対象物２１が磁性材
の場合、移動対象物２ｌの支持軸２２への保持力を高め
ると共に，移動対象物２１の移動時における圧電素子体
１との摩擦力を高めることである． 第８図は本発明による第六実施例であり、基本的には第
一実施例と同様で、電極構成において、ｘｙ方向それぞ
れについて、電圧感度を変えた（電極幅が異なる）駆動
用電極対を２組づつ有したものである． 〔発明の効果１ 以上説明したように本発明による微動機構は直方体形状
でかつ、接着工程をできる限り少くしたことにより、高
剛性で作成容易な小型の微動機構を実現した．
第１図は本発明の第一実施例、第２図は圧電素子のせん
断変形の動作説明図、第３図から第６図までは本発明の
第二実施例から第五実施例、第７図は本発明の第五実施
例の動作説明図、第８図は本発明の第六実施例を示した
ｂのである。 ｌ 、 ７ ２、 ２ ０ ・ ３ ａ、 ３ｂ、 ４ ａ、 ４ ｂ、 ・・・・・・・・・圧電素子体 ・・・・・・・・・基台 ３１ａ、３１ｂ Ｘ方向駆動用 電極 ３２ａ、３２ｂ＝ｙ ／／ ５ａ、５ｂ．８ａ、８ｂ−・ｚ方向駆動用電極 ６・・・・ ・・・・ ・・ 絶縁材９・・・・・・
・・・・・・・ 検出探針台ｌＯ・・・・・・・・・・
・・・・倹出探針ホルダー １ｌ・・・ ・・・・・・・・・・検出探針２ｌ・ ・
・・・ ・・・・・・・移動対象物２２・・・・・・・
・・・・・・・支持軸２３・・・・・・・・・・ ・・
・ｍ石以上
断変形の動作説明図、第３図から第６図までは本発明の
第二実施例から第五実施例、第７図は本発明の第五実施
例の動作説明図、第８図は本発明の第六実施例を示した
ｂのである。 ｌ 、 ７ ２、 ２ ０ ・ ３ ａ、 ３ｂ、 ４ ａ、 ４ ｂ、 ・・・・・・・・・圧電素子体 ・・・・・・・・・基台 ３１ａ、３１ｂ Ｘ方向駆動用 電極 ３２ａ、３２ｂ＝ｙ ／／ ５ａ、５ｂ．８ａ、８ｂ−・ｚ方向駆動用電極 ６・・・・ ・・・・ ・・ 絶縁材９・・・・・・
・・・・・・・ 検出探針台ｌＯ・・・・・・・・・・
・・・・倹出探針ホルダー １ｌ・・・ ・・・・・・・・・・検出探針２ｌ・ ・
・・・ ・・・・・・・移動対象物２２・・・・・・・
・・・・・・・支持軸２３・・・・・・・・・・ ・・
・ｍ石以上
Claims (3)
- （１）圧電素子体を有する微動機構において、圧電素子
体が、直方体形状に一体成形され、相直交する方向にせ
ん断変形を発生させる２組以上の駆動用電極対を有する
ことを特徴とする微動機構。 - （２）請求項１記載の微動機構に、圧電素子体の縦変形
を発生させる駆動用電極対を付加したことを特徴とする
微動機構。 - （３）直方体形状に一体成形され、相直交する方向にせ
ん断変形を発生させる２組以上の駆動用電極対を有する
圧電素子体と、圧電縦変形を利用した１軸方向に変位す
る圧電素子体とを組合わせたことを特徴とする微動機構
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1188065A JPH0356076A (ja) | 1989-07-20 | 1989-07-20 | 微動機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1188065A JPH0356076A (ja) | 1989-07-20 | 1989-07-20 | 微動機構 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0356076A true JPH0356076A (ja) | 1991-03-11 |
Family
ID=16217091
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1188065A Pending JPH0356076A (ja) | 1989-07-20 | 1989-07-20 | 微動機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0356076A (ja) |
-
1989
- 1989-07-20 JP JP1188065A patent/JPH0356076A/ja active Pending
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