JPH0743604Y2 - 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
- Publication number
- JPH0743604Y2 JPH0743604Y2 JP1987152538U JP15253887U JPH0743604Y2 JP H0743604 Y2 JPH0743604 Y2 JP H0743604Y2 JP 1987152538 U JP1987152538 U JP 1987152538U JP 15253887 U JP15253887 U JP 15253887U JP H0743604 Y2 JPH0743604 Y2 JP H0743604Y2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric element
- element body
- detection probe
- electrode
- positioning mechanism
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、分析機器および走査型トンネル顕微鏡の分
野において、検出探針部と小間を微小に位置決めする微
小位置決め機構に関する。
野において、検出探針部と小間を微小に位置決めする微
小位置決め機構に関する。
この考案は、中空円すい台状に形成された圧電素子体に
少なくとも一軸動作用の電極を設けたもので、高剛性を
有し微細な位置決めを可能にしたものであり、産業上有
益な圧電素子微小位置決め機構である。
少なくとも一軸動作用の電極を設けたもので、高剛性を
有し微細な位置決めを可能にしたものであり、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３次元の微小位置決め
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Ｚ軸用棒状圧電素子体を組合わせたも
の（STM装置の試作、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稿（1985）岡山重夫、他）等
が知られていた。
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３次元の微小位置決め
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Ｚ軸用棒状圧電素子体を組合わせたも
の（STM装置の試作、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稿（1985）岡山重夫、他）等
が知られていた。
以上に示した従来の圧電素子微小位置決め機構におい
て、x,y軸を一体に形成した圧電素子体にｚ軸用棒状圧
電素子体を組合わせたものは、構造上、振動的観点から
みると、第６図に示すように比較的共振周波数が低いた
め、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
り一体構造の分、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ため高速走査
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軸をひと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、破損の危険性が常にあった。
て、x,y軸を一体に形成した圧電素子体にｚ軸用棒状圧
電素子体を組合わせたものは、構造上、振動的観点から
みると、第６図に示すように比較的共振周波数が低いた
め、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
り一体構造の分、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ため高速走査
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軸をひと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、破損の危険性が常にあった。
上記の問題点を解決するために、この考案は、圧電素子
材を中空円すい台状に形成し、少なくとも一軸動作用の
電極を設けて、微小位置決め機構を形成し、試料と検出
探針部間の微小位置決めを可能にした。
材を中空円すい台状に形成し、少なくとも一軸動作用の
電極を設けて、微小位置決め機構を形成し、試料と検出
探針部間の微小位置決めを可能にした。
上記に示した方法により、小型で、より高剛性な微小位
置決め機構が形成され、扱い易く、しかも、剛性が高い
ため、共振周波数が高いことより高速走査も可能とな
る。
置決め機構が形成され、扱い易く、しかも、剛性が高い
ため、共振周波数が高いことより高速走査も可能とな
る。
本実施例は、走査型トンネル顕微鏡の検出探針部と試料
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。
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。
（第１実施例） 第１、第２、第３（ａ）及び第３図（ｂ）は、本考案の
第１実施例の微小位置決め機構、及びそれに用いた微動
素子体の概略図を示したものである。中空円すい台状に
加工された圧電素子体上には、絶縁材２、及びメネジが
切られた検出探針台３が取付けられ、メネジが切られた
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。前記中空円すい台状圧電素
子体１は第２図上に示すような形状で、例えば小さい方
の外径をφ5mm、大きい方の外径をφ8mm、肉厚1mm、長
さ10mmで作製する。第３図（ａ）及び第３図（ｂ）は第
２図に示された３次元動作用円すい微動素子体の電極配
置展開図であり、内側には共通電極６（GND）が形成さ
れ、外側にはｘ軸動作用電極7a,7b及びｙ軸動作用電極8
a,8bが形成され、7a,7b及び8a,8bは、同面積で隣合う電
極が他の動作軸用電極となるように設定されている。ま
た外側にはｚ軸動作用電極９が形成されている。例え
ば、x,y軸用の電極幅を2mm、ｚ軸用の電極幅を6mmで形
成する。
第１実施例の微小位置決め機構、及びそれに用いた微動
素子体の概略図を示したものである。中空円すい台状に
加工された圧電素子体上には、絶縁材２、及びメネジが
切られた検出探針台３が取付けられ、メネジが切られた
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。前記中空円すい台状圧電素
子体１は第２図上に示すような形状で、例えば小さい方
の外径をφ5mm、大きい方の外径をφ8mm、肉厚1mm、長
さ10mmで作製する。第３図（ａ）及び第３図（ｂ）は第
２図に示された３次元動作用円すい微動素子体の電極配
置展開図であり、内側には共通電極６（GND）が形成さ
れ、外側にはｘ軸動作用電極7a,7b及びｙ軸動作用電極8
a,8bが形成され、7a,7b及び8a,8bは、同面積で隣合う電
極が他の動作軸用電極となるように設定されている。ま
た外側にはｚ軸動作用電極９が形成されている。例え
ば、x,y軸用の電極幅を2mm、ｚ軸用の電極幅を6mmで形
成する。
次に、上記のような構成を持った微動素子体の動作につ
いて説明すると、ｚ軸方向は共通電極６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８図（ａ）及び第８図
（ｂ）に示すように相対する電極の一方に共通電極６に
対しプラスの電圧を加え、また他方にはマイナスの電圧
を加えることにより、一方は縮む方向に圧電素子体が変
形し、他方は延びる方向に変形することで第８図（ｂ）
に示すように傾きが生じ結果として、電圧を加えていな
い状態（第８図（ａ））から電圧を印加した状態（第８
図（ｂ））に示すように探針先端部を矢印（Ａ）の方向
に変位させ、ｘ及びｙ軸方向に動作させるものである。
上記のように形成された中空円すい台状微小位置決め機
構の周波数特性を測定した結果、第７図に示すようにな
り、高剛性に形成されているため、共振周波数を高い所
にもっていくことができ、小型で扱い易い、高速走査用
微小位置決め機構が実現できた。また、内側電極との結
線をしやすくするために、外側へおり返した電極構成の
ものも作製した。
いて説明すると、ｚ軸方向は共通電極６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８図（ａ）及び第８図
（ｂ）に示すように相対する電極の一方に共通電極６に
対しプラスの電圧を加え、また他方にはマイナスの電圧
を加えることにより、一方は縮む方向に圧電素子体が変
形し、他方は延びる方向に変形することで第８図（ｂ）
に示すように傾きが生じ結果として、電圧を加えていな
い状態（第８図（ａ））から電圧を印加した状態（第８
図（ｂ））に示すように探針先端部を矢印（Ａ）の方向
に変位させ、ｘ及びｙ軸方向に動作させるものである。
上記のように形成された中空円すい台状微小位置決め機
構の周波数特性を測定した結果、第７図に示すようにな
り、高剛性に形成されているため、共振周波数を高い所
にもっていくことができ、小型で扱い易い、高速走査用
微小位置決め機構が実現できた。また、内側電極との結
線をしやすくするために、外側へおり返した電極構成の
ものも作製した。
第４図は、前記微動素子体を組込んだ糸の概略図を示し
たもので、箱体12に試料11と検出探針５間をトンネル電
流が流れる数10Åまで近づける粗位置決め機構としての
送り機構14が取付けられており、本実施例では精密マイ
クロメータを用いた。そして、位置合わせ機構14の先端
には、継手13が取付けられている。そして、反対側には
箱体12に固定された試料台10上に試料11が取付けられた
構成になっている。
たもので、箱体12に試料11と検出探針５間をトンネル電
流が流れる数10Åまで近づける粗位置決め機構としての
送り機構14が取付けられており、本実施例では精密マイ
クロメータを用いた。そして、位置合わせ機構14の先端
には、継手13が取付けられている。そして、反対側には
箱体12に固定された試料台10上に試料11が取付けられた
構成になっている。
（第２実施例） 第５図は、本考案の第２実施例について示したもので、
２次元（x,y）動作をする中空円すい台状圧電微動素子1
aの一端に試料台10を介して試料11が取付けられ、中空
円すい台状圧電微動素子体1aの他端は箱体12に固定され
ている。また、試料11上に向かい合う位置に検出探針５
があり、１次元（Ｚ）動作をする中空円すい台状圧電素
子体1bに、絶縁材２、針台３、検出探針ホルダー４を介
して取付けられており、中空円すい台状圧電微動素子体
1bの他端は、継手13に固定され、継手13は検出探針５と
試料11をトンネル電流が流れる数10Åまで近づける粗位
置合わせを行うための送り機構14に取付けられる。本実
施例で、前記送り機構14は箱体12に固定された高精度な
マイクロメータが用いられる。以上のように、構成した
ユニットにおいて、位置合わせ機構14を用いて検出探針
５と試料11をトンネル電流が流れる数10Åまで近づけた
後、試料11が取付けられている２次元（x,y）動作用中
空円すい台状圧電微動素子1aを動作させることで、試料
を振り反対側に構成された１次元（Ｚ）動作用中空円す
い台状圧電微動素子1bで検出探針を試料表面の凹凸に塗
って動作させることで走査型トンネル顕微鏡の検出探針
部と試料間の微細な位置決めをするのに十分な高剛性機
構を作製することができた。
２次元（x,y）動作をする中空円すい台状圧電微動素子1
aの一端に試料台10を介して試料11が取付けられ、中空
円すい台状圧電微動素子体1aの他端は箱体12に固定され
ている。また、試料11上に向かい合う位置に検出探針５
があり、１次元（Ｚ）動作をする中空円すい台状圧電素
子体1bに、絶縁材２、針台３、検出探針ホルダー４を介
して取付けられており、中空円すい台状圧電微動素子体
1bの他端は、継手13に固定され、継手13は検出探針５と
試料11をトンネル電流が流れる数10Åまで近づける粗位
置合わせを行うための送り機構14に取付けられる。本実
施例で、前記送り機構14は箱体12に固定された高精度な
マイクロメータが用いられる。以上のように、構成した
ユニットにおいて、位置合わせ機構14を用いて検出探針
５と試料11をトンネル電流が流れる数10Åまで近づけた
後、試料11が取付けられている２次元（x,y）動作用中
空円すい台状圧電微動素子1aを動作させることで、試料
を振り反対側に構成された１次元（Ｚ）動作用中空円す
い台状圧電微動素子1bで検出探針を試料表面の凹凸に塗
って動作させることで走査型トンネル顕微鏡の検出探針
部と試料間の微細な位置決めをするのに十分な高剛性機
構を作製することができた。
この考案によると以上説明したように、中空円すい台状
に形成された圧電素子体に少なくとも一軸動作用の電極
を設けることにより、高剛性を有し、小型で扱い易い高
速走査用圧電素子微小位置決め機構を形成することが可
能になった。
に形成された圧電素子体に少なくとも一軸動作用の電極
を設けることにより、高剛性を有し、小型で扱い易い高
速走査用圧電素子微小位置決め機構を形成することが可
能になった。
第１図は本考案の第１実施例の微小位置決め機構を示す
斜視図、第２図は３次元動作用円すい台微動素子体を示
す斜視図、第３図（ａ）及び第３図（ｂ）は３次元動作
用円すい台微動素子体の電極配置展開平面図、第４図は
第１実施例の微小位置決め機構を用いたユニットを示す
側面図、第５図は第２実施例の微小位置決め機構を用い
たユニットを示す側面図、第６図は従来の微小位置決め
機構の周波数特性を示す説明図、第７図は中空円すい台
状微小位置決め機構の周波数特性を示す説明図、第８図
（ａ）及び第８図（ｂ）は中空円すい台状微動素子体の
曲げ動作を示す断面図である。 1,1a,1b……中空円すい台状微動素子体 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） 7a,7b……ｘ軸動作用電極 8a,8b……ｙ軸動作用電極 ９……ｚ軸動作用電極 10……試料台 11……試料 12……箱体 13……継手 14……送り機構
斜視図、第２図は３次元動作用円すい台微動素子体を示
す斜視図、第３図（ａ）及び第３図（ｂ）は３次元動作
用円すい台微動素子体の電極配置展開平面図、第４図は
第１実施例の微小位置決め機構を用いたユニットを示す
側面図、第５図は第２実施例の微小位置決め機構を用い
たユニットを示す側面図、第６図は従来の微小位置決め
機構の周波数特性を示す説明図、第７図は中空円すい台
状微小位置決め機構の周波数特性を示す説明図、第８図
（ａ）及び第８図（ｂ）は中空円すい台状微動素子体の
曲げ動作を示す断面図である。 1,1a,1b……中空円すい台状微動素子体 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） 7a,7b……ｘ軸動作用電極 8a,8b……ｙ軸動作用電極 ９……ｚ軸動作用電極 10……試料台 11……試料 12……箱体 13……継手 14……送り機構
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０２Ｎ 2/00 Ｂ (72)考案者 宮田 千加良 東京都江東区亀戸６丁目31番１号 セイコ ー電子工業株式会社内 (72)考案者 脇山 茂 東京都江東区亀戸６丁目31番１号 セイコ ー電子工業株式会社内 審査官 篠崎 正 (56)参考文献 特開 昭62−117379（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】中空円錐台状に形成された圧電素子体と、
前記圧電素子体の径小部側端部に設けられた検出探針
と、前記圧電素子体の外側側面に設けられ、前記検出探
針を前記圧電素子体の軸方向あるいは軸と垂直方向に動
作させる外側電極と、前記圧電素子体の内側に前記外側
電極と対向させて設けられる電極とからなることを特徴
とする圧電素子微小位置決め機構。 - 【請求項２】前記外側電極のうち、前記検出探針を前記
圧電素子体の軸方向に動作させる第１の外側電極は、前
記圧電素子体の周回方向に設けられる帯状電極であり、
前記検出探針を前記圧電素子体の軸と垂直方向に動作さ
せる動作させる第２の外側電極は、前記帯状電極と前記
軸方向に対して段を変えて設けられ、互いに向き合う同
一面積の一対の分割電極であることを特徴とする実用新
案登録請求の範囲第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 |
|---|---|---|---|
| JP1987152538U JPH0743604Y2 (ja) | 1987-10-05 | 1987-10-05 | 圧電素子微小位置決め機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1987152538U JPH0743604Y2 (ja) | 1987-10-05 | 1987-10-05 | 圧電素子微小位置決め機構 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0180754U JPH0180754U (ja) | 1989-05-30 |
| JPH0743604Y2 true JPH0743604Y2 (ja) | 1995-10-09 |
Family
ID=31427557
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1987152538U Expired - Lifetime JPH0743604Y2 (ja) | 1987-10-05 | 1987-10-05 | 圧電素子微小位置決め機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0743604Y2 (ja) |
-
1987
- 1987-10-05 JP JP1987152538U patent/JPH0743604Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0180754U (ja) | 1989-05-30 |
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