JPS6289483A - 微動装置 - Google Patents
微動装置Info
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- JPS6289483A JPS6289483A JP60226372A JP22637285A JPS6289483A JP S6289483 A JPS6289483 A JP S6289483A JP 60226372 A JP60226372 A JP 60226372A JP 22637285 A JP22637285 A JP 22637285A JP S6289483 A JPS6289483 A JP S6289483A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
- H02N2/06—Drive circuits; Control arrangements or methods
- H02N2/062—Small signal circuits; Means for controlling position or derived quantities, e.g. for removing hysteresis
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
- H02N2/028—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors along multiple or arbitrary translation directions, e.g. XYZ stages
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】
(以 下 余 白)
3、発明の詳細な説1」
[技術分野]
本発明は微動装置に関し、31 +、 <は超微細加工
時の位置合わせや、真空トンネル顕微鏡における試料あ
るいは裸銅の移動に用いるのに好適な微動装置に関する
。
時の位置合わせや、真空トンネル顕微鏡における試料あ
るいは裸銅の移動に用いるのに好適な微動装置に関する
。
[従来技術]
真空トンネル顕微鏡は超高真空中に置かれた金属等の導
電性物質の表面構造を原子的な尺度で観測する装置とし
て知られている。このような真空トンネル顕微鏡は、真
空中に載置された金属と先端の径がlr+m程度の極細
金属探針との間に1v程度の電圧を加えてこの探針の先
端を金属表面からInm程度にまで近づけると、真空ト
ンネル効果によって IgA程度の電流が流れることを
応用したもので、このような真空l・ンネル効果におい
てはQ、Inmの距離変化に対しトンネル電流が1桁づ
つ敏感に変化するので、この感度を利用して表面から探
針先端までの距離が一定に保たれるようになして面内を
走査すれば、表面の凹凸などの構造な原子の尺度で測定
できる。
電性物質の表面構造を原子的な尺度で観測する装置とし
て知られている。このような真空トンネル顕微鏡は、真
空中に載置された金属と先端の径がlr+m程度の極細
金属探針との間に1v程度の電圧を加えてこの探針の先
端を金属表面からInm程度にまで近づけると、真空ト
ンネル効果によって IgA程度の電流が流れることを
応用したもので、このような真空l・ンネル効果におい
てはQ、Inmの距離変化に対しトンネル電流が1桁づ
つ敏感に変化するので、この感度を利用して表面から探
針先端までの距離が一定に保たれるようになして面内を
走査すれば、表面の凹凸などの構造な原子の尺度で測定
できる。
ただしそのためには探針の先端が原子尺度で尖っている
こと、物体面と探鉛との間の相対的振動振幅が原子尺度
以Fに抑えられることおよび熱膨張による歪みを避ける
ために極度に安定した温度環境のもとで測定されるべき
ことなどの条件が必要である。
こと、物体面と探鉛との間の相対的振動振幅が原子尺度
以Fに抑えられることおよび熱膨張による歪みを避ける
ために極度に安定した温度環境のもとで測定されるべき
ことなどの条件が必要である。
ところで物体面と裸銅との間の距離を一定に保元ぜるだ
めの移動、および面内走査には駆動装置そこで、従来は
、第3図に示すような圧電駆動体が用いられてきた。す
なわち、1は直方体の形状に切出された圧電性部材であ
り、圧電性部材lの対向する二面に金属電極2が設けら
れ、その両極間に駆動電圧Voを印加するように構成さ
れている。しかして電極2間に電圧Voを印加すると電
極2を有する二面間の距離−が電圧の極性と圧電性部材
1の有する圧電定数とに応じて伸延または収縮し、同時
に他の2組の対向する面間の距離が上述した距離誓の伸
縮とは反対傾向の収縮、伸延をするのでこのような圧電
駆動体の一方向のみの伸縮が利用されてきた。
めの移動、および面内走査には駆動装置そこで、従来は
、第3図に示すような圧電駆動体が用いられてきた。す
なわち、1は直方体の形状に切出された圧電性部材であ
り、圧電性部材lの対向する二面に金属電極2が設けら
れ、その両極間に駆動電圧Voを印加するように構成さ
れている。しかして電極2間に電圧Voを印加すると電
極2を有する二面間の距離−が電圧の極性と圧電性部材
1の有する圧電定数とに応じて伸延または収縮し、同時
に他の2組の対向する面間の距離が上述した距離誓の伸
縮とは反対傾向の収縮、伸延をするのでこのような圧電
駆動体の一方向のみの伸縮が利用されてきた。
なお、圧電性部材1は、その材料が単結晶の場合、結品
軸に固有な圧電定数を有するもので、その定数はテンソ
ル品−で表わされる。また、セラミクスの場合は成形焼
結後電極2の両端に電圧を印加して昇温し圧電性を具え
るための分極化が行われる。
軸に固有な圧電定数を有するもので、その定数はテンソ
ル品−で表わされる。また、セラミクスの場合は成形焼
結後電極2の両端に電圧を印加して昇温し圧電性を具え
るための分極化が行われる。
かくして従来、2軸方向の移動や位置合わせを必要とす
る微動装置には、2測具1;の上記のような一方向圧電
駆動体が別個にまたは互いに接着剤で接合させて用いら
れてきた。
る微動装置には、2測具1;の上記のような一方向圧電
駆動体が別個にまたは互いに接着剤で接合させて用いら
れてきた。
しかしながら、このように構成された従来の圧電駆動体
にあっては同じ材料によって構成されても個々の部材l
が少しづつ異なる性能を持ち、特に接着した部分が圧電
性材料と弾性が異なるために、駆動時に原子尺度のずれ
が生ずるなどの問題点があり、ドリフトや2軸移動の独
立性が保てないという欠点があった。
にあっては同じ材料によって構成されても個々の部材l
が少しづつ異なる性能を持ち、特に接着した部分が圧電
性材料と弾性が異なるために、駆動時に原子尺度のずれ
が生ずるなどの問題点があり、ドリフトや2軸移動の独
立性が保てないという欠点があった。
1発1月の目的]
本発明は、上記の欠点を解消するためになされたもので
、ジルコン酸チタン酸鉛等のセラミクスあるいは水晶等
の単結晶の圧電性材料を用いて駆動体を形成し、超微細
加工、顕微鏡等における試料や探企1等の移動、位置決
め、および固定等に対し、正確で信頼性の高い微動装置
を提供することを目的とするものである。
、ジルコン酸チタン酸鉛等のセラミクスあるいは水晶等
の単結晶の圧電性材料を用いて駆動体を形成し、超微細
加工、顕微鏡等における試料や探企1等の移動、位置決
め、および固定等に対し、正確で信頼性の高い微動装置
を提供することを目的とするものである。
ことにより電圧の印加力向とは直角な方向に変位を発生
させ、その変位により圧電駆動部材の変位方向の移動が
制御される微動装置において、1つの頂点からlj−い
に直交する2つの方向に向けてそれぞれ延在された2つ
の直方体形状をなす圧電部と、2つの圧電部と一体に形
成され、圧電部の延在された側の端部がそれぞれ固定さ
れる壁部とを有し、個々の圧電部に設けた電極に延在さ
れた方向と直角をなす方向に電圧の印加が可能な圧電駆
動部材と、2つの圧電部に供給する電圧の発生手段と、
圧電部の1つに1つの電圧が印加されたときに、圧電部
の延在方向に直角な他の方向の変位を補正する手段とを
具えたことを特徴とするものである。
させ、その変位により圧電駆動部材の変位方向の移動が
制御される微動装置において、1つの頂点からlj−い
に直交する2つの方向に向けてそれぞれ延在された2つ
の直方体形状をなす圧電部と、2つの圧電部と一体に形
成され、圧電部の延在された側の端部がそれぞれ固定さ
れる壁部とを有し、個々の圧電部に設けた電極に延在さ
れた方向と直角をなす方向に電圧の印加が可能な圧電駆
動部材と、2つの圧電部に供給する電圧の発生手段と、
圧電部の1つに1つの電圧が印加されたときに、圧電部
の延在方向に直角な他の方向の変位を補正する手段とを
具えたことを特徴とするものである。
こて、10は圧電性材料によって形成した駆動体(以下
で駆動部材という)であり、本例ではその外形が角板状
をなす駆動部材lOに切欠き部11を設け、この切欠き
部11によって、1つの頂点12を共有する圧″屯駆動
部13および14が形成されるようにする。
で駆動部材という)であり、本例ではその外形が角板状
をなす駆動部材lOに切欠き部11を設け、この切欠き
部11によって、1つの頂点12を共有する圧″屯駆動
部13および14が形成されるようにする。
しかして、この切欠き部11によって頂点I2に結合さ
れた腕部形状をなすX方向およびY方向の圧電駆動部1
3および14を細長に形成すると共に、これらの圧′i
シ駆動部13および14の付は根側にそれぞれX方向お
よびY方向に十分な厚さの保たれる壁部15および16
が形成されるようにする。
れた腕部形状をなすX方向およびY方向の圧電駆動部1
3および14を細長に形成すると共に、これらの圧′i
シ駆動部13および14の付は根側にそれぞれX方向お
よびY方向に十分な厚さの保たれる壁部15および16
が形成されるようにする。
かくして、圧電駆動部13および14のそれぞれ斜線を
施して示し、た面と図示されないその切欠き11側の対
向面との双方に電極13Aおよび14Aを設け、これら
の電極13Aおよび14AをX方向駆動電・圧発生回路
17およびY方向駆動電圧発生回路18に)信す線17
^および18Aで接続する。
施して示し、た面と図示されないその切欠き11側の対
向面との双方に電極13Aおよび14Aを設け、これら
の電極13Aおよび14AをX方向駆動電・圧発生回路
17およびY方向駆動電圧発生回路18に)信す線17
^および18Aで接続する。
1 なお、19および20はX方向およびY方向の駆動
71号を駆動電圧発生回路17および1日にそれぞれ供
、耘する入力端子であり、2Iは1方向の変位動作に述
するような補IF信号が出力される補止回路である。
71号を駆動電圧発生回路17および1日にそれぞれ供
、耘する入力端子であり、2Iは1方向の変位動作に述
するような補IF信号が出力される補止回路である。
続いて、このように駆動部材10およびその駆動回路等
によって構成した微動装置における頂点12の変位動作
について述べることとする。
によって構成した微動装置における頂点12の変位動作
について述べることとする。
まず2つの圧電駆動部材3および14が結合される頂点
12において、X方向の位置移動すなわち変位のみを起
こさせる作用を説明する。
12において、X方向の位置移動すなわち変位のみを起
こさせる作用を説明する。
この場合、駆動信号を入力端子19に印加してX方向駆
動電圧を駆動電圧発生回路17に発生させ、これを信号
線17^によって電極13Aに印加すると、圧電駆動部
13は主にX方向に延伸または収縮する。しかしてこの
場合、厚い壁部15は動作の影響を受けない固定壁の役
割を果たす。
動電圧を駆動電圧発生回路17に発生させ、これを信号
線17^によって電極13Aに印加すると、圧電駆動部
13は主にX方向に延伸または収縮する。しかしてこの
場合、厚い壁部15は動作の影響を受けない固定壁の役
割を果たす。
頂点12は、X方向のみならずY方向にも変位する。
そこで、このようなY方向への変位を消去補正するため
に、X方向駆動電圧発生回路17の出力波形を信号線1
7Bによって補正回路21に供給し、ここで圧電駆動部
14の剛性の強さならびに圧電定数の符号と大きさ等に
応じて反転、増幅、減衰または他の必要な変換等を行い
、信号線22Yを通じて、Y方向駆動電圧発生回路18
に供給し、更にこれらからそれぞれ信号線18Aを介し
て補正電圧を電極14Aに印加することにより、補正作
用を行う。
に、X方向駆動電圧発生回路17の出力波形を信号線1
7Bによって補正回路21に供給し、ここで圧電駆動部
14の剛性の強さならびに圧電定数の符号と大きさ等に
応じて反転、増幅、減衰または他の必要な変換等を行い
、信号線22Yを通じて、Y方向駆動電圧発生回路18
に供給し、更にこれらからそれぞれ信号線18Aを介し
て補正電圧を電極14Aに印加することにより、補正作
用を行う。
Y方向の変位を発生させる場合についても同様にして独
立に駆動することができる。すなわち、第1図において
、信号線18Bにより補正回路21に人力された出力波
形信号に対して必要な変換が行われ、それぞれ信号線2
3Xによって出力されることにより補正作用が行われる
。
立に駆動することができる。すなわち、第1図において
、信号線18Bにより補正回路21に人力された出力波
形信号に対して必要な変換が行われ、それぞれ信号線2
3Xによって出力されることにより補正作用が行われる
。
なお、腕部形状をなす圧電駆動部13および14は使用
時における外部振動に対して極めて顕著な除振効果が得
られる。
時における外部振動に対して極めて顕著な除振効果が得
られる。
なお、未願人は第2図に示すような形状の二次元微動機
構用圧電駆動部材を試作し、微動装置としての有効性を
確認した。ここで、10はチタン酸ジルコン酸鉛を圧電
性材料として使用し形成した駆動部材であり、その寸法
をmtiL位で示す。単体の第3図で示したような圧電
駆動の場合に対応して、その対向電極2間の距離すなわ
ち幅をW、長い辺の方向の長さを文、電源の電圧をvO
とすると、駆動電圧を印加したことによる長さ方向の延
びはdjlu VD /Wで表わされる。なおここで
djlは横方向圧電定数と呼ばれ、0.01 〜0.3
nm/Vの程度であって、本実験ではd31=0.22
Bm/Vのチタン1.62n■となり実効的横方向圧電
定数は0.16Bm/Vとなった。すなわち、上記の単
体の場合に比べ第2図に示した駆動部材IOでは圧電駆
動部13および14が頂点12で拘束された影響がある
が、X方向に30Bm変位するとき補正前のY方向の変
位が2.51■あったのに対し補正後はト述したように
測定限界0.2n腸以下になった。
構用圧電駆動部材を試作し、微動装置としての有効性を
確認した。ここで、10はチタン酸ジルコン酸鉛を圧電
性材料として使用し形成した駆動部材であり、その寸法
をmtiL位で示す。単体の第3図で示したような圧電
駆動の場合に対応して、その対向電極2間の距離すなわ
ち幅をW、長い辺の方向の長さを文、電源の電圧をvO
とすると、駆動電圧を印加したことによる長さ方向の延
びはdjlu VD /Wで表わされる。なおここで
djlは横方向圧電定数と呼ばれ、0.01 〜0.3
nm/Vの程度であって、本実験ではd31=0.22
Bm/Vのチタン1.62n■となり実効的横方向圧電
定数は0.16Bm/Vとなった。すなわち、上記の単
体の場合に比べ第2図に示した駆動部材IOでは圧電駆
動部13および14が頂点12で拘束された影響がある
が、X方向に30Bm変位するとき補正前のY方向の変
位が2.51■あったのに対し補正後はト述したように
測定限界0.2n腸以下になった。
かくして、本実験により軸の微動を完全な独立系として
制御することの可能なことが確認できた。更にまた、共
振周波数特性については、」−配替動部材10と同じ寸
法の細い腕部形状をした単体の圧電駆動体を、その一端
のみを固定した状た(でゆれ(リード型)振動の剛性を
比較実験した結果、」−記の駆動部材10のように、頂
点12で拘束されているときの剛性が単体の駆動体2の
場合の40倍以トであることが確認された。なお、駆動
部13および14の長さと厚い壁部15および16との
厚さとの比は2対工ないしl対1程度としたときに、動
かない壁部としては好適であった。
制御することの可能なことが確認できた。更にまた、共
振周波数特性については、」−配替動部材10と同じ寸
法の細い腕部形状をした単体の圧電駆動体を、その一端
のみを固定した状た(でゆれ(リード型)振動の剛性を
比較実験した結果、」−記の駆動部材10のように、頂
点12で拘束されているときの剛性が単体の駆動体2の
場合の40倍以トであることが確認された。なお、駆動
部13および14の長さと厚い壁部15および16との
厚さとの比は2対工ないしl対1程度としたときに、動
かない壁部としては好適であった。
[効果]
るようになすとともに1つの駆動部の駆動時に他の駆動
部による変位の影響を補正させるようにしたので、任意
の圧電定数を有する圧電性部材によって2軸の微動を完
全な独立系として電圧で制御することがttf能となり
、更にまた、2つの圧電駆動部の一端を−・頂点で結合
すると共にそれぞれの他端部を強固な壁部に固定させる
ようにしだので、単一の腕部状駆動体と比較して剛性が
高くなり振動除去の効果をもたらすことができる。
部による変位の影響を補正させるようにしたので、任意
の圧電定数を有する圧電性部材によって2軸の微動を完
全な独立系として電圧で制御することがttf能となり
、更にまた、2つの圧電駆動部の一端を−・頂点で結合
すると共にそれぞれの他端部を強固な壁部に固定させる
ようにしだので、単一の腕部状駆動体と比較して剛性が
高くなり振動除去の効果をもたらすことができる。
第1図は本発明微動装置の原理的構成をその圧電駆動部
材の斜視図と共に示すブロック図、第2図は実験のため
に試作した本実験にかかる圧電駆動部材の構成を説明す
るための斜視図、l・・・圧電性部材、 2・・・金属電極、 lO・・・駆動部材、 11・・・切欠き部、 12・・・頂点、 13.14・・・圧電駆動部、 13A、14A、・・・電極、 15.18・・・壁部、 17.18・・・駆動電圧発生回路、 1?A、17B、 18A、18B・・・信号線、19
.20・・・入力端子、 21・・・補正回路、 22Y、23X・・・信号線。
材の斜視図と共に示すブロック図、第2図は実験のため
に試作した本実験にかかる圧電駆動部材の構成を説明す
るための斜視図、l・・・圧電性部材、 2・・・金属電極、 lO・・・駆動部材、 11・・・切欠き部、 12・・・頂点、 13.14・・・圧電駆動部、 13A、14A、・・・電極、 15.18・・・壁部、 17.18・・・駆動電圧発生回路、 1?A、17B、 18A、18B・・・信号線、19
.20・・・入力端子、 21・・・補正回路、 22Y、23X・・・信号線。
Claims (1)
- 直方体形状の圧電駆動部材に対向電極を設け、該対向電
極に電圧を印加することにより電圧の印加方向とは直角
な方向に変位を発生させ、その変位により前記圧電駆動
部材の変位方向の移動が制御される微動装置において、
1つの頂点から互いに直交する2つの方向に向けてそれ
ぞれ延在された2つの直方体形状をなす圧電駆動部と、
該2つの圧電駆動部と一体に形成され、該圧電駆動部の
延在された側の端部がそれぞれ固定される壁部とを有し
、前記個々の圧電駆動部に設けた電極に前記延在された
方向と直角をなす方向に電圧の印加が可能な圧電駆動部
材と、前記2つの圧電駆動部に供給する前記電圧の発生
手段と、前記圧電駆動部の1つに前記1つの電圧が印加
されたときに、前記圧電駆動部の延在方向に直角な他の
方向の変位を補正する手段とを具えたことを特徴とする
微動装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60226372A JPS6289483A (ja) | 1985-10-11 | 1985-10-11 | 微動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60226372A JPS6289483A (ja) | 1985-10-11 | 1985-10-11 | 微動装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6289483A true JPS6289483A (ja) | 1987-04-23 |
JPH0150194B2 JPH0150194B2 (ja) | 1989-10-27 |
Family
ID=16844099
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60226372A Granted JPS6289483A (ja) | 1985-10-11 | 1985-10-11 | 微動装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6289483A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4992659A (en) * | 1989-07-27 | 1991-02-12 | International Business Machines Corporation | Near-field lorentz force microscopy |
JP2008296810A (ja) * | 2007-06-01 | 2008-12-11 | Fuji Heavy Ind Ltd | 車両用リアゲート構造 |
-
1985
- 1985-10-11 JP JP60226372A patent/JPS6289483A/ja active Granted
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4992659A (en) * | 1989-07-27 | 1991-02-12 | International Business Machines Corporation | Near-field lorentz force microscopy |
JP2008296810A (ja) * | 2007-06-01 | 2008-12-11 | Fuji Heavy Ind Ltd | 車両用リアゲート構造 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0150194B2 (ja) | 1989-10-27 |
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Legal Events
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EXPY | Cancellation because of completion of term |