JPH04331303A - Slight motion apparatus - Google Patents

Slight motion apparatus

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JPH04331303A
JPH04331303A JP3101456A JP10145691A JPH04331303A JP H04331303 A JPH04331303 A JP H04331303A JP 3101456 A JP3101456 A JP 3101456A JP 10145691 A JP10145691 A JP 10145691A JP H04331303 A JPH04331303 A JP H04331303A
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JP
Japan
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piezoelectric body
slider
sliders
piezoelectric
voltage
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP3101456A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shuichi Ito
修一 伊東
Shuzo Mishima
周三 三島
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH04331303A publication Critical patent/JPH04331303A/en
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Abstract

PURPOSE:To obtain a slight motion apparatus which enables execution of a stable slight motion operation in a wide extent. CONSTITUTION:First and second sliders 6a and 6b are disposed between guide surfaces formed of one side of a side plate 2 and the respective one side of clampers 9a and 9b and these sliders are pressed and fixed elastically between the guide surfaces by parallel springs 7a and 7b through the intermediary of the clampers 9a and 9b. First and second piezoelectric bodies which can remove the fixation by these parallel springs and a third piezoelectric body 3c which connects and integrate the two sliders with each other are provided.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、例えば走査形プローブ
顕微鏡の探針(プローブ)の微動装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fine movement device for a probe of a scanning probe microscope, for example.

【0002】0002

【従来の技術】一般に、走査形トンネル顕微鏡(STM
)や走査形の原子間力顕微鏡(AFM)は、先端が鋭く
尖った探針を試料表面に接近させ、探針先端の原子と、
試料表面の原子との物理的なインタラクションに基づく
、トンネル電流や、原子間力を検出し、探針を試料表面
に沿って走査する時の試料表面の変動する情報を原子ス
ケールレベルで出力し、CRT等に2乃至3次元の情報
分布像を得るものである。
[Prior Art] Generally, a scanning tunneling microscope (STM)
) and scanning atomic force microscopes (AFM) use a probe with a sharp tip to approach the sample surface, and the atoms at the tip of the probe and the
It detects tunneling currents and atomic forces based on physical interactions with atoms on the sample surface, and outputs information on changes in the sample surface at the atomic scale as the probe scans along the sample surface. It is used to obtain a two- or three-dimensional information distribution image on a CRT or the like.

【0003】上記走査に際して、探針側を走査する場合
は、この駆動にトライポッド圧電駆動体や、円筒形圧電
チューブが一般に使用されている。しかしながら、この
ような駆動部材では走査範囲が狭く、充分な観察ができ
ない。
[0003] When scanning the probe side during the above scanning, a tripod piezoelectric drive body or a cylindrical piezoelectric tube is generally used for this drive. However, with such a driving member, the scanning range is narrow and sufficient observation cannot be performed.

【0004】従って、広い範囲を走査可能な駆動装置で
あって、原子スケールレベルの微動分解能をもつ装置と
して、試料側駆動のインチワーム装置が例えば、特開昭
63−52006号により提案されている。この従来例
を図5(A)(B)を参照して説明する。
[0004] Accordingly, as a drive device capable of scanning a wide range and having micro-motion resolution on an atomic scale level, a specimen-side driven inchworm device has been proposed, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 52006/1983. . This conventional example will be explained with reference to FIGS. 5(A) and 5(B).

【0005】側壁30の面38に一端面で押圧される第
1並びに第2のスライダー31A,31Bが第1の圧電
体32の両端に夫々固定されている。これらスライダー
31A、31Bの他端面には、第2並びに第3の圧電体
33A,33Bが一端面側で固持されている。これら両
圧電体33A、33Bの他端面側は、側壁30の押圧さ
れる面38に平行な面39A,39Bを有するブロック
34A,34Bに摺動可能に当接されている。これらブ
ロック34A,34Bは、ネジ35A,35Bにより、
側壁30と一体のベース36に固定される。上記の構成
において、移動ステージがスライダー31A又は31B
の一方に係合し、次に述べるインチワーム動作により、
微動送りされる。
[0005] First and second sliders 31A and 31B, whose one end faces are pressed against the surface 38 of the side wall 30, are fixed to both ends of the first piezoelectric body 32, respectively. On the other end surfaces of these sliders 31A and 31B, second and third piezoelectric bodies 33A and 33B are fixed at one end surface side. The other end surfaces of both piezoelectric bodies 33A, 33B are slidably abutted on blocks 34A, 34B having surfaces 39A, 39B parallel to the pressed surface 38 of the side wall 30. These blocks 34A, 34B are connected by screws 35A, 35B.
It is fixed to a base 36 that is integral with the side wall 30. In the above configuration, the moving stage is the slider 31A or 31B.
and by the inchworm action described below,
Slight movement is sent.

【0006】まず、第2の圧電体33Aに電圧を印加し
、これを矢印で示す方向に伸長することにより、第1の
スライダー31Aを、側壁30に押圧し固定させる。 一方、このとき、第3の圧電体33Bは電圧無印加で第
2のスライダー31Bは側壁30に対して解放されてい
る。次に、第1の圧電体32に移動ステージの微小移動
量を決める電圧を印加する。この結果、この圧電体32
は矢印で示す方向に所定距離Δd伸長し、第2のスライ
ダー31Bを距離Δdだけ破線で示すように移動させる
。そして、第3の圧電体33Bに電圧を印加すると共に
、第2の圧電体33Aを無印加として、第2のスライダ
ー31Bを矢印方向に伸長させて側壁30に固定すると
共に、第1のスライダー31Aを解放にする。次に、第
1の圧電体32の電圧印加を解除し、第1のスライダー
31Aを第2のスライダー31B側に前記距離Δdだけ
引付ける。かくして移動ステージは、距離Δdだけ一方
向、例えばX方向に移動される。上記ステップを連続的
にn回継続することで、スライダー31Bは、d=Δd
×nの距離走行し、移動ステージを距離dだけ移動させ
る。
First, by applying a voltage to the second piezoelectric body 33A and expanding it in the direction shown by the arrow, the first slider 31A is pressed and fixed against the side wall 30. On the other hand, at this time, no voltage is applied to the third piezoelectric body 33B, and the second slider 31B is released from the side wall 30. Next, a voltage is applied to the first piezoelectric body 32 to determine the minute movement amount of the movement stage. As a result, this piezoelectric body 32
is extended by a predetermined distance Δd in the direction shown by the arrow, and the second slider 31B is moved by the distance Δd as shown by the broken line. Then, while applying a voltage to the third piezoelectric body 33B and leaving no voltage applied to the second piezoelectric body 33A, the second slider 31B is extended in the direction of the arrow and fixed to the side wall 30, and the first slider 31A is to liberate. Next, the voltage application to the first piezoelectric body 32 is released, and the first slider 31A is attracted toward the second slider 31B by the distance Δd. The translation stage is thus moved by a distance Δd in one direction, for example in the X direction. By continuing the above steps n times, the slider 31B becomes d=Δd
It travels a distance of xn and moves the moving stage by a distance of d.

【0007】この従来のインチワームよりなる微動装置
は、第1の圧電体32に加える電圧値を変更するだけで
、任意の移動単位量を設定でき、STM装置で必要な、
電子分解能の近傍での微小単位で移動させることができ
る。しかも、側壁30、ブロック34A,34Bが、数
mmに亘って、平行且つ平坦であれば、STM装置で要
求される広範囲の移動距離を容易に達成できる。
[0007] This conventional fine movement device consisting of an inch worm can set an arbitrary movement unit amount simply by changing the voltage value applied to the first piezoelectric body 32, and has the ability to
It can be moved in minute units close to electronic resolution. Moreover, if the side walls 30 and blocks 34A, 34B are parallel and flat over several millimeters, the wide range of travel distance required by the STM device can be easily achieved.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の微動装置においては、移動ステージを固定すると
きには、両圧電体33A,33Bに同時に電圧を印加し
ておく必要がある。
However, in the conventional fine movement device described above, when fixing the moving stage, it is necessary to apply voltage to both piezoelectric bodies 33A and 33B at the same time.

【0009】しかし、STM装置においては、圧電体へ
の印加は、数100Vであり、これを移動ステージの固
定のために印加しておくことは電源の不安定さ、圧電体
の温度変動で、ドリフト状態が発生し、STM装置のス
テージが不安定になる。本発明の目的は、安定な微動動
作が広範囲に亘って可能な微動装置を提供することであ
る。
However, in an STM device, the voltage applied to the piezoelectric body is several hundred volts, and applying this voltage to fix the moving stage causes instability of the power supply and temperature fluctuations of the piezoelectric body. A drift condition occurs and the stage of the STM device becomes unstable. An object of the present invention is to provide a fine movement device capable of stable fine movement over a wide range.

【0010】0010

【課題を解決するための手段】従って、上記目的を達成
するために、本発明の微動装置は、2つのガイド面間に
これらに沿って移動可能に配設された第1並びに第2の
スライダーと、これらスライダーをガイド面間に夫々弾
性により押圧固定する2つの弾性体と、これら弾性体の
各々に対して独立し、弾性体の弾性押圧を解除可能な第
1並びに第2の圧電体と、前記両スライダー相互を連結
し、一体とする第3の圧電体とを具備することを特徴と
する。
[Means for Solving the Problems] Therefore, in order to achieve the above object, the fine movement device of the present invention includes first and second sliders disposed between two guide surfaces so as to be movable along them. two elastic bodies that elastically press and fix these sliders between guide surfaces, and first and second piezoelectric bodies that are independent of each of these elastic bodies and can release the elastic pressure of the elastic bodies. , and a third piezoelectric body that connects and integrates both the sliders.

【0011】[0011]

【作用】第2の圧電体に電圧を印加して、第2のスライ
ダーの押圧固定を解除しておき、第3の圧電体に電圧を
印加し、これを伸長さす。この結果、第2のスライダー
は、第3の圧電体の伸長分だけ、一方向に変位される。 次ぎに、第1の圧電体に電圧を印加して、第1のスライ
ダーの押圧固定を解除しておき、第3の圧電体の印加電
圧を解除する。この結果、第1のスライダーは、第2の
スライダーの変位方向に変位される。この操作を繰り返
すことにより、スライダーに設けられる移動ステージは
、所定範囲移動される。
[Operation] A voltage is applied to the second piezoelectric body to release the second slider from being pressed and fixed, and a voltage is applied to the third piezoelectric body to cause it to expand. As a result, the second slider is displaced in one direction by the extension of the third piezoelectric body. Next, a voltage is applied to the first piezoelectric body to release the first slider from being pressed and fixed, and the voltage applied to the third piezoelectric body is released. As a result, the first slider is displaced in the direction of displacement of the second slider. By repeating this operation, the moving stage provided on the slider is moved within a predetermined range.

【0012】0012

【実施例】以下に、図1(A),(B)並びに図2(C
),(D)を参照して本発明の一実施例に係わる微動装
置を説明する。なお、(A)、(B),(C)並びに,
(D)は、同装置の斜視図、側面図、平面図、並びに正
面図である。
[Example] Below, Figure 1 (A), (B) and Figure 2 (C
) and (D), a fine movement device according to an embodiment of the present invention will be described. In addition, (A), (B), (C) and
(D) is a perspective view, a side view, a plan view, and a front view of the device.

【0013】図中、符号1はベースを示し、この一端側
上面には側板2が立設されている。また、このベース1
の上面の側板2近くには、側板2に沿ってX方向に伸長
するようにして上面が平坦な凸部3が形成されている。 この凸部3には、互いにX方向に所定間隔を有して平行
にY方向に伸長するようにして1対の貫通孔4a,4b
が形成されている。これら貫通孔4a、b4の一端側は
前記側板2に対面しており、これらの中には、電圧の印
加によりY方向に伸縮可能に第1並びに第2の圧電体5
a,5bが、両端が夫々貫通孔4a,4bから突出する
ようにして貫挿されている。これら圧電体5a,5bの
一端面は前記側板2の内面(ガイド面)に接着されてい
る。前記凸部3の上面には、前記両圧電体5a,5b上
に、夫々位置するようにして、第1並びに第2のスライ
ダー6a,6bがX方向に摺動可能に載置されている。 これらスライダー6a,6bは、好ましくは、圧電体5
a,5bとほぼ熱膨脹率が等しいセラミックで形成され
ている。また、これらスライダー6a,6b間には、第
3の圧電体5cが、これの両端がスライダー6a,6b
の互いに対向する面に接着されるようにして設けられて
いる。この第3の圧電体5cは電圧の印加によりX方向
に伸縮可能に設定されている。かくして、両スライダー
6a,6bと第3の圧電体5cとでインチワームの可動
部を構成している。
In the figure, reference numeral 1 indicates a base, and a side plate 2 is provided upright on the upper surface of one end side of the base. Also, this base 1
A convex portion 3 having a flat upper surface is formed near the side plate 2 on the upper surface thereof so as to extend along the side plate 2 in the X direction. The convex portion 3 has a pair of through holes 4a and 4b extending in parallel to each other in the Y direction with a predetermined interval in the X direction.
is formed. One end side of these through holes 4a, b4 faces the side plate 2, and therein are first and second piezoelectric bodies 5 that can be expanded and contracted in the Y direction by applying a voltage.
a and 5b are inserted through the through holes 4a and 4b so that both ends protrude from the through holes 4a and 4b, respectively. One end surface of these piezoelectric bodies 5a, 5b is adhered to the inner surface (guide surface) of the side plate 2. First and second sliders 6a and 6b are mounted on the upper surface of the convex portion 3 so as to be slidable in the X direction so as to be positioned above the piezoelectric bodies 5a and 5b, respectively. These sliders 6a, 6b preferably include the piezoelectric body 5
It is made of ceramic having approximately the same coefficient of thermal expansion as a and 5b. Further, between these sliders 6a and 6b, there is a third piezoelectric body 5c, and both ends of the third piezoelectric body 5c are connected to the sliders 6a and 6b.
are provided so as to be adhered to mutually opposing surfaces of the. This third piezoelectric body 5c is set to be able to expand and contract in the X direction by applying a voltage. Thus, both sliders 6a, 6b and the third piezoelectric body 5c constitute a movable part of the inchworm.

【0014】前記ベース1の他端側上面には、第1並び
に第2の平行ばね7a、7bがねじ8a,8bにより固
定されている。これら第1並びに第2の平行ばね7a、
7bは前記第1並びに第2のスライダー6a,6bと、
第1並びに第2のクランパ9a,9bを介して夫々対面
している。これらクランパ9a,9bは、平行ばね7a
、7bの可動片の自由端付近に位置し、前記第1並びに
第2の圧電体5a,5bに電圧が印加されていないとき
には、これらばね7a,7bの付勢力により、前記スラ
イダー6a,6bと一側面(ガイド面)が面接触し、こ
れらを反Y方向に押圧し、これらスライダー6a,6b
を側板2との間で、挟持し、固定している。なお、この
ときに、クランパ9a,9bと前記第1並びに第2の圧
電体5a,5bとの間には所定の隙間ができるように、
圧電体5a,5bはスライダー6a,6bより全長(Y
方向の長さ)が、少し短くなるように設定されている。 上記クランパ9a,9bと前記第1並びに第2の圧電体
5a,5bとの間に形成される前記隙間が所定の間隔と
なるように、平行ばね7a、7bの位置は調整ねじ10
a,10bにより調節される。
First and second parallel springs 7a and 7b are fixed to the upper surface of the other end of the base 1 with screws 8a and 8b. These first and second parallel springs 7a,
7b is the first and second slider 6a, 6b;
They face each other via first and second clampers 9a and 9b. These clampers 9a, 9b are provided with parallel springs 7a
, 7b, and when no voltage is applied to the first and second piezoelectric bodies 5a, 5b, the biasing forces of these springs 7a, 7b cause the sliders 6a, 6b to One side (guide surface) makes surface contact and presses them in the opposite Y direction, and these sliders 6a, 6b
is clamped and fixed between the side plate 2. In addition, at this time, so that a predetermined gap is created between the clampers 9a and 9b and the first and second piezoelectric bodies 5a and 5b,
The piezoelectric bodies 5a, 5b have a total length (Y
direction) is set to be slightly shorter. The positions of the parallel springs 7a, 7b are set by adjusting screws 10 so that the gaps formed between the clampers 9a, 9b and the first and second piezoelectric bodies 5a, 5b are at a predetermined distance.
a, 10b.

【0015】上記構成の微動装置においては、第1並び
に第2の圧電体5a,5bに電圧を印加しない状態では
、平行ばね7a、7bの付勢力により、スライダー6a
,6bは、クランパ9a,9bを介して側板2に押圧固
定されている(スライダーのクランプ)。そして第1並
びに第2の圧電体5a,5bに電圧を印加すると、これ
らはY方向に延びて、クランパ9a,9bを同方向に変
位させ、これらクランパ9a,9bによるスライダー6
a,6bの固定を解除させ(スライダーの解放)、スラ
イダー6a,6bをX方向に平行な1対のガイド面に沿
って移動可能とする。従って、今、第1のスライダー6
aをクランプし、第2のスライダー6bを解放した状態
で、第3の圧電体5cに所定の電圧を印加すると、この
電圧値に比例した長さだけこの圧電体5cがX方向に延
びて、第2のスライダー6bを同方向に変位させる。 次ぎに、第2のスライダー6bをクランプし、第1のス
ライダー6aを解放した状態で、第3の圧電体5cに印
加した電圧解除すると、この圧電体5cは延びた分だけ
X方向に縮み、第1のスライダー6aを同方向に変位さ
せる。この一連の動作を繰り返すことにより、インチワ
ーム全体は、これに固定された図示しない移動ステージ
と共に、X方向に、動作回数×1動作の移動分移動し、
移動ステージを広範囲に渡って移動させることができる
。勿論、第1のスライダー6aと、第2のスライダー6
bとのクランプ状態と解放状態とを上記とは逆にするこ
とにより、インチワームを反X方向に移動させるこもで
きる。
In the fine movement device configured as described above, when no voltage is applied to the first and second piezoelectric bodies 5a and 5b, the slider 6a is moved by the biasing force of the parallel springs 7a and 7b.
, 6b are pressed and fixed to the side plate 2 via clampers 9a and 9b (slider clamps). When a voltage is applied to the first and second piezoelectric bodies 5a and 5b, they extend in the Y direction, displacing the clampers 9a and 9b in the same direction, and causing the slider 6 by these clampers 9a and 9b to move in the same direction.
The fixation of a and 6b is released (release of the slider), and the sliders 6a and 6b are made movable along a pair of guide surfaces parallel to the X direction. Therefore, now the first slider 6
When a predetermined voltage is applied to the third piezoelectric body 5c with the second slider 6b clamped and the second slider 6b released, the piezoelectric body 5c extends in the X direction by a length proportional to this voltage value. The second slider 6b is displaced in the same direction. Next, when the voltage applied to the third piezoelectric body 5c is released while the second slider 6b is clamped and the first slider 6a is released, the piezoelectric body 5c contracts in the X direction by the amount of extension. The first slider 6a is displaced in the same direction. By repeating this series of operations, the entire inchworm, together with a moving stage (not shown) fixed thereto, moves in the X direction by a distance equal to the number of operations x 1 operation,
The moving stage can be moved over a wide range. Of course, the first slider 6a and the second slider 6
The inchworm can also be moved in the anti-X direction by reversing the clamped state and released state with b.

【0016】上記構成のインチワームにおいては、第1
並びに第2の圧電体5a,5bに対する印加電圧が解除
の状態でスライダー6a,6bはクランプされるので、
これら圧電体5a,5bに電圧を印加したときに生じる
微弱な振動がインチワームに伝わったり、微弱なノイズ
が周辺の図示しない電気回路に影響を与えるようなこと
がない。また、スライダー6a,6bは圧電体5a,5
bとほぼ熱膨脹率の等しいセラミックで形成されている
ので、圧電体5a,5bとクランパ9a,9bとの間の
隙間は、ほとんど周囲の温度変化の影響を受けることが
なく、このためインチワーム全体も周囲の温度変化によ
って動作が不安定になることがない。
[0016] In the inchworm having the above configuration, the first
Furthermore, since the sliders 6a and 6b are clamped when the voltage applied to the second piezoelectric bodies 5a and 5b is released,
There is no possibility that weak vibrations generated when a voltage is applied to these piezoelectric bodies 5a and 5b are transmitted to the inchworm, and that weak noises do not affect surrounding electric circuits (not shown). Furthermore, the sliders 6a and 6b are piezoelectric bodies 5a and 5.
Since the piezoelectric bodies 5a, 5b and the clampers 9a, 9b are made of ceramic whose coefficient of thermal expansion is almost equal to that of the piezoelectric body 5b, the gaps between the piezoelectric bodies 5a, 5b and the clampers 9a, 9b are hardly affected by ambient temperature changes, and therefore the entire inchworm operation will not become unstable due to changes in ambient temperature.

【0017】次ぎに、図3(A)ないし(D)並びに図
4(A),(B)を参照して、他の実施例に係わる微動
装置を説明する。なお、図3の(A),(B),(C)
、並びに(D)は、夫々装置の正面図、側面図、上面図
、並びに下面図、そして図4の(A)並びに(B)は、
この装置で使用されている円筒型圧電体の斜視図並びに
展開図である。
Next, a fine movement device according to another embodiment will be explained with reference to FIGS. 3A to 3D and FIGS. 4A and 4B. In addition, (A), (B), (C) of Fig. 3
, and (D) are respectively a front view, a side view, a top view, and a bottom view of the device, and (A) and (B) of FIG.
They are a perspective view and a developed view of a cylindrical piezoelectric body used in this device.

【0018】図3中、符号11はベースを示し、この一
側面の上下端には、夫々この一側面と対面する側面を有
し、ベース11から離れる方向に弾性変形可能な第1並
びに第2のアーム部12a,12bが一体的に突設され
ている。これらベース11とアーム部12a,12bと
の互いに対面する面には、X方向に延びるように三角溝
13a,13b,13cが形成されており、これら三角
溝の内面でほぼ平行にのびるガイド面を構成している。 そして、ベース11と第1のアーム部12aとの溝13
a,13bの間には第1のスライダー14aが、またベ
ース11と第2のアーム部12bとの溝13a,13c
の間には第2のスライダー14bが、アーム部12a,
12bの弾性力により、夫々クランプされている。これ
らスライダー14a,14bは、三角溝13a,13b
,13cの内面(ガイド面)と外面が適合するように、
円筒形状をしている。そして、これらスライダー14a
,14b間には、円筒型の第3の圧電体15cが、これ
の両端がスライダー14a,14bの互いに対向する平
坦端面に接着されるようにして設けられている。この第
3の圧電体15cは電圧の印加により、後述するように
X方向並びに周方向(Θ方向)に伸縮可能に設定されて
いる。かくして、両スライダー14a,14bと第3の
圧電体15cとでインチワームの可動部を構成している
In FIG. 3, the reference numeral 11 indicates a base, and at the upper and lower ends of this one side surface, there are side surfaces facing this one side surface, respectively, and first and second bases that are elastically deformable in a direction away from the base 11. Arm portions 12a and 12b are integrally provided in a protruding manner. Triangular grooves 13a, 13b, 13c are formed on the surfaces of the base 11 and arm portions 12a, 12b that extend in the X direction, and guide surfaces extending approximately parallel to each other are formed on the inner surfaces of these triangular grooves. It consists of A groove 13 between the base 11 and the first arm portion 12a
A first slider 14a is provided between a and 13b, and grooves 13a and 13c are provided between the base 11 and the second arm portion 12b.
A second slider 14b is located between the arm portions 12a,
They are each clamped by the elastic force of 12b. These sliders 14a, 14b have triangular grooves 13a, 13b.
, 13c so that the inner surface (guide surface) and outer surface of
It has a cylindrical shape. And these sliders 14a
, 14b, a cylindrical third piezoelectric body 15c is provided such that both ends of the third piezoelectric body 15c are adhered to mutually opposing flat end surfaces of the sliders 14a and 14b. This third piezoelectric body 15c is set to be able to expand and contract in the X direction and the circumferential direction (Θ direction) by applying a voltage, as will be described later. Thus, both sliders 14a, 14b and the third piezoelectric body 15c constitute a movable part of the inchworm.

【0019】前記ベース11と第1並びに第2のアーム
部12a,12bとの間の端部近くには、Y方向に伸縮
可能な第1並びに第2の圧電体15a,15bが、一端
面を前記ベース11の側面に取着されて、夫々設けられ
ている。これら圧電体15a,15bの他端はアーム部
12a,12bの対向一側面近くまで延びている。そし
て、この他端面は、これら圧電体15a,15bに電圧
が印加されていないときには、アーム部12a,12b
に他側面側より螺入された調節ねじ16a,16bの延
出端と僅かの間隔で離間している。かくして、圧電体1
5a,15bに電圧が印加されていないときには、スラ
イダー14a,14bは、アーム部12a,12bの弾
性力により、三角溝13a,13b,13c間にクラン
プされて、固定される。そして、圧電体15a,15b
に所定の電圧が印加さると、これら圧電体15a,15
bはY方向に延びて、調節ねじ16a,16bを押圧し
、アーム部12a,12bをこれらの弾性力に抗してY
方向に変異させる。この結果、スライダー14a,14
bは、、三角溝13a,13b,13cから解放される
Near the ends between the base 11 and the first and second arm parts 12a and 12b, first and second piezoelectric bodies 15a and 15b, which are extendable and contractible in the Y direction, have one end surface. They are attached to the side surfaces of the base 11, respectively. The other ends of the piezoelectric bodies 15a, 15b extend to near one opposing side surface of the arm portions 12a, 12b. When no voltage is applied to these piezoelectric bodies 15a, 15b, the other end faces are connected to the arm portions 12a, 12b.
It is spaced apart by a small distance from the extending ends of adjustment screws 16a and 16b screwed in from the other side. Thus, piezoelectric body 1
When no voltage is applied to 5a, 15b, sliders 14a, 14b are clamped and fixed between triangular grooves 13a, 13b, 13c by the elastic force of arm portions 12a, 12b. And piezoelectric bodies 15a, 15b
When a predetermined voltage is applied to these piezoelectric bodies 15a, 15
b extends in the Y direction, presses the adjustment screws 16a, 16b, and moves the arm portions 12a, 12b in the Y direction against these elastic forces.
Mutate in the direction. As a result, sliders 14a, 14
b is released from the triangular grooves 13a, 13b, and 13c.

【0020】前記第3の圧電体15cは、中心軸に沿っ
て伸縮可能であると共に、周方向にも伸縮が可能(回転
が可能)となっている。このような1自由度の回転と直
線運動とが可能な圧電体の一例について図4(A),(
B)を参照して説明する。この圧電体15cは、圧電材
で形成され、両端が開口した中空の円筒体17
The third piezoelectric body 15c can expand and contract along the central axis, and can also expand and contract (rotate) in the circumferential direction. An example of a piezoelectric material capable of rotation and linear motion with one degree of freedom is shown in Figs. 4(A) and (
This will be explained with reference to B). This piezoelectric body 15c is a hollow cylindrical body 17 that is made of a piezoelectric material and has both ends open.

【002
1】により構成されている。そして、この円筒体17の
外周面には、帯状パターンの第1の電極18aと、この
第1の電極上に位置する連続した環状の第2の電極18
bとが設けられている。この第1の電極18aは、周期
性を有するように、互いに所定間隔を有して平行に延び
、円筒体17の中心軸に対して傾斜した多数の電極片を
、隣り合うもの相互を端部で接続して構成されている。 また、円筒体17の内周面には、ほぼ全体に渡って一様
に第3の電極18cが取着されている。
002
1]. On the outer peripheral surface of this cylindrical body 17, a first electrode 18a having a band-like pattern and a continuous annular second electrode 18 located on the first electrode are provided.
b is provided. The first electrode 18a has a periodicity, and includes a large number of electrode pieces that extend in parallel with each other at a predetermined interval and are inclined with respect to the central axis of the cylindrical body 17, with adjacent electrode pieces separated from each other at the ends. It is connected and configured. Further, a third electrode 18c is uniformly attached to the inner peripheral surface of the cylindrical body 17 over almost the entire surface.

【0022】上記構成の圧電体15cにて、底部を固定
した状態で第1の電極18aと第3の電極18cとの間
に電圧を印加すると、この圧電体15cはΘ方向に僅か
に回転する。また、第2の電極18bと第3の電極18
cとの間に電圧を印加すると、圧電体15cの上端は、
中心軸に沿って僅かにX方向に伸長する。そして、第1
の電極18a並びに第2の電極18bと、第3の電極1
8cとの間に電圧を夫々印加すると、圧電体15cは回
転すると共に、上端が伸長する。次ぎに、上記構成の微
動装置のインチワームの作用を図3を参照して説明する
When a voltage is applied between the first electrode 18a and the third electrode 18c with the bottom of the piezoelectric body 15c having the above structure fixed, the piezoelectric body 15c rotates slightly in the Θ direction. . In addition, the second electrode 18b and the third electrode 18
When a voltage is applied between the piezoelectric body 15c and the
It extends slightly in the X direction along the central axis. And the first
electrode 18a and second electrode 18b, and third electrode 1
When a voltage is applied between the piezoelectric body 15c and the piezoelectric body 15c, the piezoelectric body 15c rotates and its upper end expands. Next, the operation of the inchworm of the fine movement device having the above structure will be explained with reference to FIG.

【0023】第1並びに第2のスライダー14a,14
bがクランプされているときに、まず第2の圧電体15
bに電圧を印加して、第2のスライダー14bを解放す
る。この状態で、第3の圧電体15cの第1の電極18
aと第3の電極18cとの間に電圧を印加すると、圧電
体15cは僅かに回転して、第2のスライダー14bを
Θ方向に回転させる。また、第2の電極18bと第3の
電極18cとの間に電圧を印加すると、圧電体15cは
延びて、第2のスライダー14bをX方向に変位させる
。そして、第1の電極18a並びに第2の電極18bと
、第3の電極18cとの間に電圧を夫々同時に印加する
と、圧電体15cは回転し、かつ延びて、第2のスライ
ダー14bをΘ方向に回転させると共に、X方向に変位
させる。次ぎに、第2の圧電体15bへの印加電圧を解
除して、第2のスライダー14bをクランプする。そし
て、第1の圧電体15aに電圧を印加して、第1のスラ
イダー14aを解放してから、第3の圧電体15cの印
加電圧を解除することにより、第1のスライダー14a
をX並びに(もしくは)Θ方向に変位させる。この動作
を繰り返すことにより、このインチワームは、これに取
着された移動ステージを直線動と回転動とを選択的に広
範囲に渡ってさせることができる。
[0023] First and second sliders 14a, 14
When b is clamped, first the second piezoelectric body 15
b to release the second slider 14b. In this state, the first electrode 18 of the third piezoelectric body 15c
When a voltage is applied between a and the third electrode 18c, the piezoelectric body 15c rotates slightly, thereby rotating the second slider 14b in the Θ direction. Furthermore, when a voltage is applied between the second electrode 18b and the third electrode 18c, the piezoelectric body 15c extends and displaces the second slider 14b in the X direction. When a voltage is simultaneously applied between the first electrode 18a, the second electrode 18b, and the third electrode 18c, the piezoelectric body 15c rotates and extends, moving the second slider 14b in the Θ direction. and displace it in the X direction. Next, the voltage applied to the second piezoelectric body 15b is released, and the second slider 14b is clamped. Then, by applying a voltage to the first piezoelectric body 15a to release the first slider 14a, and then releasing the applied voltage to the third piezoelectric body 15c, the first slider 14a is
is displaced in the X and (or) Θ directions. By repeating this operation, the inchworm can selectively cause the moving stage attached to it to perform linear motion and rotational motion over a wide range.

【0024】上記第2の実施例の微動装置も、第1の実
施例と同様の効果を奏する以外に、この第2の実施例で
は、第1並びに第2の圧電体15a,15bと調節ねじ
16a、16bとの隙間をこれら調節ねじ16a,16
bにより自由に設定できるので、各部品を高精度に形成
しなくても良く、装置を安価に製造できる効果もある。   上記実施例では、スライダーをガイド面間に固定す
る弾性体として平行ばね並びに弾性アーム部を使用した
が、これに限られることはなく、例えば板ばねやコイル
ばねの使用も可能である。
[0024] The fine movement device of the second embodiment also has the same effects as the first embodiment. 16a, 16b by adjusting these adjustment screws 16a, 16.
Since it can be freely set by b, it is not necessary to form each part with high precision, and there is also an effect that the device can be manufactured at low cost. In the embodiments described above, parallel springs and elastic arms are used as the elastic bodies for fixing the slider between the guide surfaces, but the present invention is not limited to these, and for example, plate springs or coil springs can also be used.

【0025】[0025]

【発明の効果】本発明の微動装置は、スライダーに設け
られる移動ステージを、圧電体に電圧を印加しなくても
固定しておくことができる。このため電源の不安定さ、
圧電体の温度変動で、ドリフト状態が発生し、移動ステ
ージが不安定になることがなく、、安定な微動動作が広
範囲に亘って可能となる。
As described above, the fine movement device of the present invention can keep the moving stage provided on the slider fixed without applying a voltage to the piezoelectric body. This results in unstable power supply,
The movement stage does not become unstable due to drift conditions caused by temperature fluctuations in the piezoelectric body, and stable micro-movement is possible over a wide range.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】(A)並びに(B)は、本発明の一実施例に係
わる微動装置を示す斜視図並びに側面図である。
FIGS. 1A and 1B are a perspective view and a side view of a fine movement device according to an embodiment of the present invention.

【図2】(C)並びに,(D)は、同微動装置を示す平
面図並びに正面図である。
FIGS. 2(C) and 2(D) are a plan view and a front view showing the fine movement device.

【図3】(A),(B),(C)並びに(D)は,夫々
本発明の他の実施例に係わる微動装置を示す正面図、側
面図、上面図、並びに下面図である。
FIGS. 3A, 3B, 3C, and 3D are a front view, a side view, a top view, and a bottom view, respectively, showing fine movement devices according to other embodiments of the present invention.

【図4】(A)並びに(B)は、図3に示す装置で使用
されている円筒型圧電体の斜視図並びに展開図である。
4A and 4B are a perspective view and a developed view of a cylindrical piezoelectric body used in the device shown in FIG. 3;

【図5】(A)並びに(B)は、従来の微動装置を示す
平面図並びに側面図である。
FIGS. 5A and 5B are a plan view and a side view of a conventional fine movement device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2…側板、5a,15a…第1の圧電体、5b,15b
…第2の圧電体、5c,15c…第3の圧電体、6a,
14a…第1のスライダー、6b,14b…第2のスラ
イダー、7a,7b…平行ばね、9a.9b…クランプ
、12a,12b…アーム部、16a,16b…調節ね
2... Side plate, 5a, 15a... First piezoelectric body, 5b, 15b
...Second piezoelectric body, 5c, 15c...Third piezoelectric body, 6a,
14a...first slider, 6b, 14b...second slider, 7a, 7b...parallel spring, 9a. 9b...clamp, 12a, 12b...arm part, 16a, 16b...adjustment screw

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  2つのガイド面間にこれらに沿って移
動可能に配設された第1並びに第2のスライダーと、こ
れらスライダーをガイド面間に夫々弾性により押圧固定
する2つの弾性体と、これら弾性体の各々に対して独立
し、弾性体の弾性押圧を解除可能な第1並びに第2の圧
電体と、前記両スライダー相互を連結し、一体とする第
3の圧電体とを具備する微動装置。
1. First and second sliders disposed between two guide surfaces so as to be movable along them; and two elastic bodies that elastically press and fix these sliders between the guide surfaces. It is provided with first and second piezoelectric bodies that are independent of each of these elastic bodies and capable of releasing the elastic pressure of the elastic body, and a third piezoelectric body that interconnects and integrates both the sliders. Microtremor device.
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