JPH07128467A - 微動駆動担体 - Google Patents
微動駆動担体Info
- Publication number
- JPH07128467A JPH07128467A JP27407693A JP27407693A JPH07128467A JP H07128467 A JPH07128467 A JP H07128467A JP 27407693 A JP27407693 A JP 27407693A JP 27407693 A JP27407693 A JP 27407693A JP H07128467 A JPH07128467 A JP H07128467A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fine movement
- movement drive
- movable portion
- movable part
- drive carrier
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 可動部の高さ方向の面ぶれを防止し、より精
密かつ高速な駆動を達成する。 【構成】 微動駆動坦体は、平面内において微動駆動す
る微動駆動機構を収容する固定容器５を備えている。固
定容器５の内部において、微動駆動機構の可動部１は可
動部１を挟持するように配設された一対の圧電素子２に
より１軸方向（Ｘ方向）に駆動可能となっている。圧電
素子２は変位量を確実に可動部１に伝えるために、球３
を介して可動部１に点接触している。さらに、可動部１
の上下にはＺ方向拘束部材として弾性体６が挿入され、
弾性体６は固定容器５により可動部１に押しつけられて
いる。可動部１には、固定容器５の上面より突出した４
つの伝達部１ａが形成されている。固定容器５の外側に
は、試料台４が伝達部１ａに可動部１の駆動方向と平行
になるように接着されている。
密かつ高速な駆動を達成する。 【構成】 微動駆動坦体は、平面内において微動駆動す
る微動駆動機構を収容する固定容器５を備えている。固
定容器５の内部において、微動駆動機構の可動部１は可
動部１を挟持するように配設された一対の圧電素子２に
より１軸方向（Ｘ方向）に駆動可能となっている。圧電
素子２は変位量を確実に可動部１に伝えるために、球３
を介して可動部１に点接触している。さらに、可動部１
の上下にはＺ方向拘束部材として弾性体６が挿入され、
弾性体６は固定容器５により可動部１に押しつけられて
いる。可動部１には、固定容器５の上面より突出した４
つの伝達部１ａが形成されている。固定容器５の外側に
は、試料台４が伝達部１ａに可動部１の駆動方向と平行
になるように接着されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、走査型トンネル顕微
鏡、走査型トンネル顕微鏡の原理を用いた又は応用した
情報記録及び／又は再生装置等に用いる、精密な位置制
御を要する微動駆動担体に関する。
鏡、走査型トンネル顕微鏡の原理を用いた又は応用した
情報記録及び／又は再生装置等に用いる、精密な位置制
御を要する微動駆動担体に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、試料の表面状態を原子オーダで観
察できるＳＴＭが注目を浴びている。G.Binnigらによっ
て開発されたＳＴＭ［G.Binnig et al.,Helvetica Phys
icaActa,55,726(1982) ］は、金属の探針（プローブ電
極）と試料表面からなるを導電性物質間に電圧を加え、
プローブ電極を試料表面に１ｎｍ程度の距離まで近づけ
るとトンネル電流が流れることを利用して試料の表面状
態を観察する方法である。この電流は両者の距離変化に
敏感であり、トンネル電流を一定に保つようにプローブ
電極を走査するか、もしくはプローブ電極を一定高さに
保ちながら走査した時のトンネル電流の変化を測定する
ことにより、試料表面の状態を知ることができる。
察できるＳＴＭが注目を浴びている。G.Binnigらによっ
て開発されたＳＴＭ［G.Binnig et al.,Helvetica Phys
icaActa,55,726(1982) ］は、金属の探針（プローブ電
極）と試料表面からなるを導電性物質間に電圧を加え、
プローブ電極を試料表面に１ｎｍ程度の距離まで近づけ
るとトンネル電流が流れることを利用して試料の表面状
態を観察する方法である。この電流は両者の距離変化に
敏感であり、トンネル電流を一定に保つようにプローブ
電極を走査するか、もしくはプローブ電極を一定高さに
保ちながら走査した時のトンネル電流の変化を測定する
ことにより、試料表面の状態を知ることができる。
【０００３】この際、面内方向の分解能は０．１ｎｍ程
度と非常に高感度であるため、探針と試料を相対移動さ
せる微動駆動機構には、面内方向に正確な位置決めがで
き、更に高速走査時の高さ方向の面ぶれを生じないもの
が求められている。
度と非常に高感度であるため、探針と試料を相対移動さ
せる微動駆動機構には、面内方向に正確な位置決めがで
き、更に高速走査時の高さ方向の面ぶれを生じないもの
が求められている。
【０００４】図９は従来の微動駆動機構を示す構成図で
ある。
ある。
【０００５】従来の微動駆動機構において、図９に示す
ように円柱状の可動部１０１は、周囲に円周方向に等し
い間隔の４つのθ方向平行ばね１０２を介して、矩形形
状の第１のフレーム１０４に支持されている。各θ方向
平行ばね１０２と同じ位置には、それぞれ可動部１０１
を円周方向に駆動させるためのθ方向圧電素子１０４が
配設されている。第１のフレーム１０３は、第１のフレ
ーム１０３の周囲を囲む矩形形状の第２のフレーム１０
５に、第１のフレーム１０３をＹ方向に変位させるＹ方
向圧電素子１０６及び第１のフレーム１０３をＹ方向に
案内するためのＹ方向平行ばね１０７を介して支持され
ている。第２のフレーム１０５は、第２のフレーム１０
５を囲む矩形の開口を有するベース１０８に、第２のフ
レーム１０５をＸ方向に変位させるＸ方向圧電素子１０
９及び第２のフレーム１０５をＸ方向に案内するための
Ｘ方向平行ばね１１０を介して支持されている。このよ
うな構成に基づき、所定の圧電素子に電圧を印加するこ
とにより可動部１０１をＸ方向、Ｙ方向及びθ方向にナ
ノメータオーダで制御していた。
ように円柱状の可動部１０１は、周囲に円周方向に等し
い間隔の４つのθ方向平行ばね１０２を介して、矩形形
状の第１のフレーム１０４に支持されている。各θ方向
平行ばね１０２と同じ位置には、それぞれ可動部１０１
を円周方向に駆動させるためのθ方向圧電素子１０４が
配設されている。第１のフレーム１０３は、第１のフレ
ーム１０３の周囲を囲む矩形形状の第２のフレーム１０
５に、第１のフレーム１０３をＹ方向に変位させるＹ方
向圧電素子１０６及び第１のフレーム１０３をＹ方向に
案内するためのＹ方向平行ばね１０７を介して支持され
ている。第２のフレーム１０５は、第２のフレーム１０
５を囲む矩形の開口を有するベース１０８に、第２のフ
レーム１０５をＸ方向に変位させるＸ方向圧電素子１０
９及び第２のフレーム１０５をＸ方向に案内するための
Ｘ方向平行ばね１１０を介して支持されている。このよ
うな構成に基づき、所定の圧電素子に電圧を印加するこ
とにより可動部１０１をＸ方向、Ｙ方向及びθ方向にナ
ノメータオーダで制御していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記微
動駆動機構において、可動部を圧電素子で駆動する際に
対向位置にある圧電素子の軸ずれ等により、圧電素子の
駆動方向と垂直な高さ方向に可動部が振動してしまうと
いう問題点があった。
動駆動機構において、可動部を圧電素子で駆動する際に
対向位置にある圧電素子の軸ずれ等により、圧電素子の
駆動方向と垂直な高さ方向に可動部が振動してしまうと
いう問題点があった。
【０００７】上記問題点を解決するために、圧電素子の
駆動方向と垂直な高さ方向への変位を拘束している平行
ばね部を、高さ方向に厚くすることにより可動部の振動
防止を行っていたが、それでも可動部の高さ方向の面ぶ
れをナノメータオーダで制御するのは容易ではなかっ
た。
駆動方向と垂直な高さ方向への変位を拘束している平行
ばね部を、高さ方向に厚くすることにより可動部の振動
防止を行っていたが、それでも可動部の高さ方向の面ぶ
れをナノメータオーダで制御するのは容易ではなかっ
た。
【０００８】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて
なされたものであって、可動部の高さ方向の面ぶれを防
止し、より精密かつ高速な駆動を達成し得る微動駆動坦
体を提供することを目的とする。
なされたものであって、可動部の高さ方向の面ぶれを防
止し、より精密かつ高速な駆動を達成し得る微動駆動坦
体を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の手段としての、本発明の微動駆動坦体は、平面内にお
いて微動駆動する微動駆動機構及び該微動駆動機構の平
面内における駆動方向に対して垂直な高さ方向の変動を
拘束する拘束部材を収容する固定容器と、前記固定容器
の外側に前記微動駆動機構の駆動方向に対して平行に設
置され、前記微動駆動機構の平面内における微動駆動に
伴い移動する試料台と、を有することを特徴とする。
の手段としての、本発明の微動駆動坦体は、平面内にお
いて微動駆動する微動駆動機構及び該微動駆動機構の平
面内における駆動方向に対して垂直な高さ方向の変動を
拘束する拘束部材を収容する固定容器と、前記固定容器
の外側に前記微動駆動機構の駆動方向に対して平行に設
置され、前記微動駆動機構の平面内における微動駆動に
伴い移動する試料台と、を有することを特徴とする。
【００１０】また、前記微動駆動機構は、第１の可動部
と、前記第１の可動部を囲む第２の可動部と、前記第２
の可動部を囲む固定部とを備え、前記第１の可動部には
前記第１の可動部の移動量を前記試料台に伝達する伝達
部が形成され、前記第１の可動部と前記第２の可動部と
の間には、前記第１の可動部を第１の軸方向に変位させ
る第１の圧電素子、及び前記第１の可動部を前記第２の
可動部に対して前記第１の軸方向に案内可能に弾性的に
支持する第１の支持部が配設され、前記第２の可動部と
前記固定部との間には、前記第２の可動部を第２の軸方
向に変位させる第２の圧電素子、及び前記第２の可動部
を前記固定部に対して前記第２の軸方向に案内可能に弾
性的に支持する第２の支持部が配設され、前記第１の軸
方向及び前記第２の軸方向は平面内にて互いに直交して
いることを特徴とするもので、前記拘束部材が前記第１
の可動部の駆動方向に対して垂直な高さ方向からはさみ
込むように設けられているものや、前記微動駆動機構の
第１の軸方向を主走査方向としたものや、前記第１及び
第２の支持部は平行ばねを用いたものでもよく、この場
合には、前記拘束部材が１つもしくは複数設けられてい
るものや、前記拘束部材として、減衰効果のある弾性体
や平行ばねを用いるものでもよい。
と、前記第１の可動部を囲む第２の可動部と、前記第２
の可動部を囲む固定部とを備え、前記第１の可動部には
前記第１の可動部の移動量を前記試料台に伝達する伝達
部が形成され、前記第１の可動部と前記第２の可動部と
の間には、前記第１の可動部を第１の軸方向に変位させ
る第１の圧電素子、及び前記第１の可動部を前記第２の
可動部に対して前記第１の軸方向に案内可能に弾性的に
支持する第１の支持部が配設され、前記第２の可動部と
前記固定部との間には、前記第２の可動部を第２の軸方
向に変位させる第２の圧電素子、及び前記第２の可動部
を前記固定部に対して前記第２の軸方向に案内可能に弾
性的に支持する第２の支持部が配設され、前記第１の軸
方向及び前記第２の軸方向は平面内にて互いに直交して
いることを特徴とするもので、前記拘束部材が前記第１
の可動部の駆動方向に対して垂直な高さ方向からはさみ
込むように設けられているものや、前記微動駆動機構の
第１の軸方向を主走査方向としたものや、前記第１及び
第２の支持部は平行ばねを用いたものでもよく、この場
合には、前記拘束部材が１つもしくは複数設けられてい
るものや、前記拘束部材として、減衰効果のある弾性体
や平行ばねを用いるものでもよい。
【００１１】そして、前記平行ばねを板ばねとしたり、
弾性ヒンジばねとすることもできる。
弾性ヒンジばねとすることもできる。
【００１２】さらに、前記固定容器の内部に粘性を有す
る液体が封入されているものであってもよい。
る液体が封入されているものであってもよい。
【００１３】
【作用】上記のとおり構成された本発明では、微動駆動
機構により試料台を平面内において駆動する際、前記微
動駆動機構の平面内における駆動方向に対して垂直な高
さ方向の変動は拘束部材により拘束され、その結果、前
記試料台の高さ方向の振動が抑えられる。したがって、
本発明の微動駆動機構を走査型トンネル顕微鏡に利用し
た際には、高速走査時の高さ方向の面ぶれが生じず、よ
り精密な観察が可能となる。
機構により試料台を平面内において駆動する際、前記微
動駆動機構の平面内における駆動方向に対して垂直な高
さ方向の変動は拘束部材により拘束され、その結果、前
記試料台の高さ方向の振動が抑えられる。したがって、
本発明の微動駆動機構を走査型トンネル顕微鏡に利用し
た際には、高速走査時の高さ方向の面ぶれが生じず、よ
り精密な観察が可能となる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００１５】（第１の実施例）図１は本発明の微動駆動
担体の第１の実施例を示す縦断面図、図２は図１に示し
た微動駆動担体のＺ方向から見た平面図である。
担体の第１の実施例を示す縦断面図、図２は図１に示し
た微動駆動担体のＺ方向から見た平面図である。
【００１６】本実施例の微動駆動坦体は、図１及び図２
に示すように後述する微動駆動機構を収容する固定容器
５を備えている。固定容器５の内部において、微動駆動
機構の可動部１は可動部１を挟持するように配設された
一対の圧電素子２により１軸方向（図１においてＸ方
向）に駆動可能となっている。圧電素子２は変位量を確
実に可動部１に伝えるために、球３を介して可動部１に
点接触している。なお、圧電素子２は、予めプリロード
例えば2.5kg を与えられて配設されている。さらに、可
動部１の上下にはＺ方向拘束部材として弾性体６が挿入
され（図１及び図２において斜線の位置）、弾性体６は
固定容器５により可動部１に押しつけられている。可動
部１には、固定容器５の上面より突出した４つの伝達部
１ａが形成されている。固定容器５の外側には、試料台
４が伝達部１ａに可動部１の駆動方向と平行になるよう
に接着されている。これにより、試料台４は可動部１の
駆動に伴って面内方向に移動可能となっている。なお、
固定容器５の上面には、前記保持部１ａが突出かつ微動
可能な隙間が設けられている。
に示すように後述する微動駆動機構を収容する固定容器
５を備えている。固定容器５の内部において、微動駆動
機構の可動部１は可動部１を挟持するように配設された
一対の圧電素子２により１軸方向（図１においてＸ方
向）に駆動可能となっている。圧電素子２は変位量を確
実に可動部１に伝えるために、球３を介して可動部１に
点接触している。なお、圧電素子２は、予めプリロード
例えば2.5kg を与えられて配設されている。さらに、可
動部１の上下にはＺ方向拘束部材として弾性体６が挿入
され（図１及び図２において斜線の位置）、弾性体６は
固定容器５により可動部１に押しつけられている。可動
部１には、固定容器５の上面より突出した４つの伝達部
１ａが形成されている。固定容器５の外側には、試料台
４が伝達部１ａに可動部１の駆動方向と平行になるよう
に接着されている。これにより、試料台４は可動部１の
駆動に伴って面内方向に移動可能となっている。なお、
固定容器５の上面には、前記保持部１ａが突出かつ微動
可能な隙間が設けられている。
【００１７】ここで、上記固定容器５の内部に収容され
た微動駆動機構について説明する。
た微動駆動機構について説明する。
【００１８】図３は、図１及び図２に示した固定容器に
収容された微動駆動機構をＺ方向から見た平面図であ
る。
収容された微動駆動機構をＺ方向から見た平面図であ
る。
【００１９】図３において、第１の軸方向としてＸ方向
をとり、第２の軸方向としてＹ方向をとっており、Ｘ方
向とＹ方向とは平面内において互いに直交している。
をとり、第２の軸方向としてＹ方向をとっており、Ｘ方
向とＹ方向とは平面内において互いに直交している。
【００２０】微動駆動機構の第１の可動部としての可動
部１は、可動部１に対して空間を介して囲む矩形形状の
第２の可動部としてのフレーム８に、可動部１をＸ方向
に変位させる第１の圧電素子としてのＸ方向圧電素子２
１ａ，２１ｂ、及び可動部１をＸ方向に案内する第１の
平行ばね部としてのＸ方向平行ばね７１ａ〜７１ｄを介
して支持されている。フレーム８は、フレーム８に対し
て空間を介して囲む矩形形状の固定部としてのベース９
に、フレーム８をＹ方向に変位させる第２の圧電素子と
してのＹ方向圧電素子２２ａ，２２ｂ、及びフレーム８
をＹ方向に案内する第２の平行ばね部としてのＹ方向平
行ばね７２ａ〜７２ｄを介して支持されている。
部１は、可動部１に対して空間を介して囲む矩形形状の
第２の可動部としてのフレーム８に、可動部１をＸ方向
に変位させる第１の圧電素子としてのＸ方向圧電素子２
１ａ，２１ｂ、及び可動部１をＸ方向に案内する第１の
平行ばね部としてのＸ方向平行ばね７１ａ〜７１ｄを介
して支持されている。フレーム８は、フレーム８に対し
て空間を介して囲む矩形形状の固定部としてのベース９
に、フレーム８をＹ方向に変位させる第２の圧電素子と
してのＹ方向圧電素子２２ａ，２２ｂ、及びフレーム８
をＹ方向に案内する第２の平行ばね部としてのＹ方向平
行ばね７２ａ〜７２ｄを介して支持されている。
【００２１】次に、上記微動駆動機構の動作を説明す
る。
る。
【００２２】図３において、可動部１をＸ方向プラス側
へ動かすには、Ｘ方向圧電素子２１ａに縮む電圧を、Ｘ
方向圧電素子２１ｂに伸びる電圧を印加することで行
う。また、逆にマイナス側へ動かすには、Ｘ方向圧電素
子２１ａに伸びる電圧を、２１ｂに縮む電圧を印加する
ことで行う。Ｙ方向に動かすには、Ｙ方向圧電素子２２
ａ，２２ｂに上述と同様の電圧を印加すれば良い。可動
部１の動きは、平行ばねにて１軸方向に規定され、変位
は圧電素子により与えられる。可動部１の駆動に際し、
可動部１のＸ方向への駆動速度は、Ｙ方向への駆動速度
より高速で駆動され、Ｘ軸方向が主走査方向となる。
へ動かすには、Ｘ方向圧電素子２１ａに縮む電圧を、Ｘ
方向圧電素子２１ｂに伸びる電圧を印加することで行
う。また、逆にマイナス側へ動かすには、Ｘ方向圧電素
子２１ａに伸びる電圧を、２１ｂに縮む電圧を印加する
ことで行う。Ｙ方向に動かすには、Ｙ方向圧電素子２２
ａ，２２ｂに上述と同様の電圧を印加すれば良い。可動
部１の動きは、平行ばねにて１軸方向に規定され、変位
は圧電素子により与えられる。可動部１の駆動に際し、
可動部１のＸ方向への駆動速度は、Ｙ方向への駆動速度
より高速で駆動され、Ｘ軸方向が主走査方向となる。
【００２３】駆動用には、6.5μm／100V の変位感度を
持つ 2 ×3 ×9 mm のトーキン（株）製圧電素子を用い
た。
持つ 2 ×3 ×9 mm のトーキン（株）製圧電素子を用い
た。
【００２４】図１に示した微動駆動担体の試料台４の上
にターゲットを接着し、一対のＸ方向圧電素子の変位量
が互いに逆になるような電圧を印加し、Ｘ方向の変位量
を静電容量型の変位計で検出し、周波数特性を測定した
ところ、固有振動数は約５ｋＨｚであった。同様にＹ方
向についても測定したところ、固有振動数は約３ｋＨｚ
であった。
にターゲットを接着し、一対のＸ方向圧電素子の変位量
が互いに逆になるような電圧を印加し、Ｘ方向の変位量
を静電容量型の変位計で検出し、周波数特性を測定した
ところ、固有振動数は約５ｋＨｚであった。同様にＹ方
向についても測定したところ、固有振動数は約３ｋＨｚ
であった。
【００２５】Ｘ、Ｙ方向の位置決め精度は共に数〜数十
ナノメータと非常に良かった。
ナノメータと非常に良かった。
【００２６】また、Ｘ、Ｙ方向に駆動した時のＺ方向の
変位量（振動）をレーザー光を用いた変位計で測定した
ところ、ナノメータオーダであった。
変位量（振動）をレーザー光を用いた変位計で測定した
ところ、ナノメータオーダであった。
【００２７】本実施例では、可動部を駆動する際に、可
動部を挟持するように配設された圧電素子の変位量を互
いに逆になるように電圧を印加する手段として、圧電素
子の外側の電極に所定の電圧例えば１００Ｖを印加し、
内側の電極を等電圧にし、内側の電極に与える電圧の値
を変化させることにより行った。
動部を挟持するように配設された圧電素子の変位量を互
いに逆になるように電圧を印加する手段として、圧電素
子の外側の電極に所定の電圧例えば１００Ｖを印加し、
内側の電極を等電圧にし、内側の電極に与える電圧の値
を変化させることにより行った。
【００２８】本実施例では、弾性体６としてシート状の
シリコンゴムを用いたが、これはある程度の弾性定数を
持つものであれば何でも良く、フッ素ゴムなどのゴム、
またはポリウレタンもしくはテフロンなどの樹脂でもよ
い。
シリコンゴムを用いたが、これはある程度の弾性定数を
持つものであれば何でも良く、フッ素ゴムなどのゴム、
またはポリウレタンもしくはテフロンなどの樹脂でもよ
い。
【００２９】また、可動部の動きを固定容器５の外側に
伝達する手段として、可動部１に形成された伝達部１ａ
を４本用いたが、これはなんら制限されるものではな
く、図４に示すように可動部中央に伝達部１ｂが１本突
設されたものでも良い。
伝達する手段として、可動部１に形成された伝達部１ａ
を４本用いたが、これはなんら制限されるものではな
く、図４に示すように可動部中央に伝達部１ｂが１本突
設されたものでも良い。
【００３０】さらに、図５に示すように固定容器５から
突出する伝達部１ａの回りの隙間に、シールド１０を施
すことにより、可動部１の振動を防止するための粘性液
体を固定容器内部に封入することができ、その結果、よ
り可動部１の寄生振動等を緩和することができる。
突出する伝達部１ａの回りの隙間に、シールド１０を施
すことにより、可動部１の振動を防止するための粘性液
体を固定容器内部に封入することができ、その結果、よ
り可動部１の寄生振動等を緩和することができる。
【００３１】（第２の実施例）図６は本発明の微動駆動
坦体の第２の実施例を示す縦断面図、図７は図６に示し
た微動駆動担体のＺ方向から見た平面図である。
坦体の第２の実施例を示す縦断面図、図７は図６に示し
た微動駆動担体のＺ方向から見た平面図である。
【００３２】本実施例の微動駆動坦体は、図６及び図７
に示すように第１の実施例と同様の微動駆動機構を収容
する固定容器３５を備えている。固定容器３５の内部に
は可動部３１を有し、可動部３１は可動部３１を挟持す
るように配設された一対の圧電素子３２により１軸方向
（図６においてＸ方向）に駆動可能となっている。圧電
素子３２は変位量を確実に可動部３１に伝えるために、
球３３を介して可動部３１に点接触している。なお、圧
電素子３２は、予めプリロード例えば2.5kg を与えられ
て配設されている。固定容器３５の内部の可動部３１の
上下にはＺ方向拘束部材としての拘束球３６が配置さ
れ、拘束球３６は固定容器３５により弾性変形の範囲内
で可動部３１に押し付けられており、その大きさは固定
容器３５の寸法により決定される。具体的には、直径1m
m の鋼球を４個づつ可動部３１と固定容器３５の間に挿
入している。可動部３１には、固定容器３５の上面より
突出する４つの伝達部３１ａが形成されている。伝達部
３１ａには試料台３４が接着され、試料台３４は可動部
３１に伴い面内方向に移動する。なお、固定容器３５の
上面には、前記伝達部３１ａが突出かつ微動可能な隙間
が設けられている。
に示すように第１の実施例と同様の微動駆動機構を収容
する固定容器３５を備えている。固定容器３５の内部に
は可動部３１を有し、可動部３１は可動部３１を挟持す
るように配設された一対の圧電素子３２により１軸方向
（図６においてＸ方向）に駆動可能となっている。圧電
素子３２は変位量を確実に可動部３１に伝えるために、
球３３を介して可動部３１に点接触している。なお、圧
電素子３２は、予めプリロード例えば2.5kg を与えられ
て配設されている。固定容器３５の内部の可動部３１の
上下にはＺ方向拘束部材としての拘束球３６が配置さ
れ、拘束球３６は固定容器３５により弾性変形の範囲内
で可動部３１に押し付けられており、その大きさは固定
容器３５の寸法により決定される。具体的には、直径1m
m の鋼球を４個づつ可動部３１と固定容器３５の間に挿
入している。可動部３１には、固定容器３５の上面より
突出する４つの伝達部３１ａが形成されている。伝達部
３１ａには試料台３４が接着され、試料台３４は可動部
３１に伴い面内方向に移動する。なお、固定容器３５の
上面には、前記伝達部３１ａが突出かつ微動可能な隙間
が設けられている。
【００３３】図６に示した微動駆動担体の試料台３４の
上にターゲットを接着し、一対のＸ方向圧電素子の変位
量が互いに逆になるような電圧を印加し、Ｘ方向の変位
量を静電容量型の変位計で検出し、周波数特性を測定し
たところ、固有振動数は約５ｋＨｚであった。同様にＹ
方向についても測定したところ、固有振動数は約３ｋＨ
ｚであった。
上にターゲットを接着し、一対のＸ方向圧電素子の変位
量が互いに逆になるような電圧を印加し、Ｘ方向の変位
量を静電容量型の変位計で検出し、周波数特性を測定し
たところ、固有振動数は約５ｋＨｚであった。同様にＹ
方向についても測定したところ、固有振動数は約３ｋＨ
ｚであった。
【００３４】Ｘ、Ｙ方向の位置決め精度は共に数〜数十
ナノメータと非常に良かった。
ナノメータと非常に良かった。
【００３５】また、Ｘ、Ｙ方向に駆動した時のＺ方向の
変位量（振動）をレーザー光を用いた変位計で測定した
ところ、ナノメータオーダであった。
変位量（振動）をレーザー光を用いた変位計で測定した
ところ、ナノメータオーダであった。
【００３６】本実施例では、可動部を駆動する際に、可
動部に対向して配置されている圧電素子の変位量を互い
に逆になるように電圧を印加する手段として、圧電素子
の外側の電極に所定の電圧例えば１００Ｖを印加し、内
側の電極を等電圧にし、内側の電極に与える電圧の値を
変化させることにより行った。
動部に対向して配置されている圧電素子の変位量を互い
に逆になるように電圧を印加する手段として、圧電素子
の外側の電極に所定の電圧例えば１００Ｖを印加し、内
側の電極を等電圧にし、内側の電極に与える電圧の値を
変化させることにより行った。
【００３７】また本実施例では、Ｚ方向の拘束部材とし
て拘束球３６を用いたがこれは平行ばね機構であれば何
でも良く、固定容器３５の内側部に突起物を形成しそれ
を平行ばねとして用いてもよい。あるいは可動部側に突
起物を形成してもよい。
て拘束球３６を用いたがこれは平行ばね機構であれば何
でも良く、固定容器３５の内側部に突起物を形成しそれ
を平行ばねとして用いてもよい。あるいは可動部側に突
起物を形成してもよい。
【００３８】さらに、第１の実施例及び第２の実施例に
述べた平行ばねは、弾性ヒンジばねでもかまわない。
述べた平行ばねは、弾性ヒンジばねでもかまわない。
【００３９】（第３の実施例）図８は本発明の微動駆動
坦体を用いた走査型トンネル顕微鏡を示す概略構成図で
ある。
坦体を用いた走査型トンネル顕微鏡を示す概略構成図で
ある。
【００４０】本実施例では、第１及び第２の実施例にて
説明した微動駆動担体を走査型トンネル顕微鏡（以後Ｓ
ＴＭと略す）のＸＹ微動機構として用いた。
説明した微動駆動担体を走査型トンネル顕微鏡（以後Ｓ
ＴＭと略す）のＸＹ微動機構として用いた。
【００４１】図８に示すＸＹ方向粗動機構５７の上面に
は、第１及び第２の実施例と同様の、試料台５５を備え
たＸＹ方向微動機構５６が固定され、試料台５５の上面
には試料５４が保持されている。試料５４の上方には、
機械切断で作製したプラチナ−ロジウム製の探針５１を
Ｚ方向に駆動するＺ方向微動機構５２及びＺ方向粗動機
構５３が設置されている。
は、第１及び第２の実施例と同様の、試料台５５を備え
たＸＹ方向微動機構５６が固定され、試料台５５の上面
には試料５４が保持されている。試料５４の上方には、
機械切断で作製したプラチナ−ロジウム製の探針５１を
Ｚ方向に駆動するＺ方向微動機構５２及びＺ方向粗動機
構５３が設置されている。
【００４２】さらに上記の走査型トンネル顕微鏡は、探
針５１と試料５４との間にバイアス電圧を印加する電圧
印加回路５９と、探針５１と試料５４との間に流れる電
流を電圧に変換しこれを増幅する電流増幅回路６０と、
探針５１をＺ方向に駆動するためのＺ方向駆動回路６１
と、ＸＹ方向微動及び粗動機構を駆動するためのＸＹ方
向駆動回路６２と、表示装置６３と、前記各回路等を制
御するマイクロコンピュータ５８とを備え、トンネル電
流を一定に保つように探針５１を走査するか、もしくは
探針５１を一定高さに保ちながら走査した時のトンネル
電流の変化を測定することにより、試料５４の表面状態
を表示装置６３を用いて観察できる。
針５１と試料５４との間にバイアス電圧を印加する電圧
印加回路５９と、探針５１と試料５４との間に流れる電
流を電圧に変換しこれを増幅する電流増幅回路６０と、
探針５１をＺ方向に駆動するためのＺ方向駆動回路６１
と、ＸＹ方向微動及び粗動機構を駆動するためのＸＹ方
向駆動回路６２と、表示装置６３と、前記各回路等を制
御するマイクロコンピュータ５８とを備え、トンネル電
流を一定に保つように探針５１を走査するか、もしくは
探針５１を一定高さに保ちながら走査した時のトンネル
電流の変化を測定することにより、試料５４の表面状態
を表示装置６３を用いて観察できる。
【００４３】本装置で探針と試料（例えばグラファイ
ト）間に１Ｖのバイアス電圧を印加し、トンネル電流を
１０ｎＡ一定となるように２次元走査を行ったところ、
可動部の振動によるＳＴＭ像の乱れもなくきれいにグラ
ファイトの原子像を観察することができた。
ト）間に１Ｖのバイアス電圧を印加し、トンネル電流を
１０ｎＡ一定となるように２次元走査を行ったところ、
可動部の振動によるＳＴＭ像の乱れもなくきれいにグラ
ファイトの原子像を観察することができた。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、固定容器
の内部に微動駆動機構を収容し、微動駆動機構の可動部
の上下に拘束部材例えばボール等の平行ばね又はダンパ
ー材等の弾性体を配置することにより、可動部の高さ方
向の変動が防止され、その結果、より精密で、より高速
な駆動ができる。
の内部に微動駆動機構を収容し、微動駆動機構の可動部
の上下に拘束部材例えばボール等の平行ばね又はダンパ
ー材等の弾性体を配置することにより、可動部の高さ方
向の変動が防止され、その結果、より精密で、より高速
な駆動ができる。
【図１】本発明の微動駆動担体の第１の実施例を示す縦
断面図である。
断面図である。
【図２】図１に示した微動駆動担体のＺ方向から見た平
面図である。
面図である。
【図３】図１及び図２に示した固定容器に収容された微
動駆動機構をＺ方向から見た平面図である。
動駆動機構をＺ方向から見た平面図である。
【図４】本発明の微動振動機構の第１の実施例における
伝達部の他の例を示す図である。
伝達部の他の例を示す図である。
【図５】本発明の微動駆動機構の第１の実施例におい
て、さらなる振動防止を図った例を示す図である。
て、さらなる振動防止を図った例を示す図である。
【図６】本発明の微動駆動坦体の第２の実施例を示す縦
断面図である。
断面図である。
【図７】図６に示した微動駆動担体のＺ方向から見た平
面図である。
面図である。
【図８】本発明の微動駆動坦体を用いた走査型トンネル
顕微鏡を示す概略構成図である。
顕微鏡を示す概略構成図である。
【図９】従来の微動駆動機構を示す構成図である。
１，３１ 可動部 １ａ，１ｂ，３１ａ 伝達部 ２，３２ 圧電素子 ３，３３ 球 ４，３４，５５ 試料台 ５，３５ 固定容器 ６ 弾性体 ８ フレーム ９ ベース １０ シールド ２１ａ，２１ｂ Ｘ方向圧電素子 ２２ａ，２２ｂ Ｙ方向圧電素子 ３６ 拘束球 ７１ａ〜７１ｄ Ｘ方向平行ばね ７２ａ〜７２ｄ Ｙ方向平行ばね ５１ 探針 ５２ Ｚ方向微動機構 ５３ Ｚ方向粗動機構 ５４ 試料 ５６ ＸＹ方向微動機構 ５７ ＸＹ方向粗動機構 ６０ 電流増幅回路 ６１ Ｚ方向駆動回路 ６２ ＸＹ方向駆動回路 ６３ 表示装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川瀬 俊光 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内
Claims (11)
- 【請求項１】 平面内において微動駆動する微動駆動機
構及び該微動駆動機構の平面内における駆動方向に対し
て垂直な高さ方向の変動を拘束する拘束部材を収容する
固定容器と、 前記固定容器の外側に前記微動駆動機構の駆動方向に対
して平行に設置され、前記微動駆動機構の平面内におけ
る微動駆動に伴い移動する試料台と、を有する微動駆動
担体。 - 【請求項２】 前記微動駆動機構は、 第１の可動部と、 前記第１の可動部を囲む第２の可動部と、 前記第２の可動部を囲む固定部とを備え、 前記第１の可動部には前記第１の可動部の移動量を前記
試料台に伝達する伝達部が形成され、 前記第１の可動部と前記第２の可動部との間には、前記
第１の可動部を第１の軸方向に変位させる第１の圧電素
子、及び前記第１の可動部を前記第２の可動部に対して
前記第１の軸方向に案内可能に弾性的に支持する第１の
支持部が配設され、 前記第２の可動部と前記固定部との間には、前記第２の
可動部を第２の軸方向に変位させる第２の圧電素子、及
び前記第２の可動部を前記固定部に対して前記第２の軸
方向に案内可能に弾性的に支持する第２の支持部が配設
され、 前記第１の軸方向及び前記第２の軸方向は平面内にて互
いに直交していることを特徴とする請求項１記載の微動
駆動坦体。 - 【請求項３】 前記拘束部材が前記第１の可動部の駆動
方向に対して垂直な高さ方向からはさみ込むように設け
られていることを特徴とする請求項２記載の微動駆動担
体。 - 【請求項４】 前記微動駆動機構の第１の軸方向を主走
査方向とした請求項２記載の微動駆動担体。 - 【請求項５】 前記第１及び第２の支持部は平行ばねを
用いたことを特徴とする請求項２記載の微動駆動坦体。 - 【請求項６】 前記拘束部材が１つもしくは複数設けら
れていることを特徴とする請求項１乃至５のいづれか１
項に記載の微動駆動担体。 - 【請求項７】 前記拘束部材として、減衰効果のある弾
性体を用いることを特徴とする請求項１乃至５のいづれ
か１項に記載の微動駆動担体。 - 【請求項８】 前記拘束部材として、平行ばねを用いる
ことを特徴とする請求項１乃至５のいづれか１項に記載
の微動駆動担体。 - 【請求項９】 前記平行ばねを板ばねとした請求項５ま
たは８記載の微動駆動担体。 - 【請求項１０】 前記平行ばねを弾性ヒンジばねとした
請求項５または８記載の微動駆動担体。 - 【請求項１１】 前記固定容器の内部に粘性を有する液
体が封入されていることを特徴とする請求項１乃至１０
のいづれか１項に記載の微動駆動担体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27407693A JPH07128467A (ja) | 1993-11-02 | 1993-11-02 | 微動駆動担体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27407693A JPH07128467A (ja) | 1993-11-02 | 1993-11-02 | 微動駆動担体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07128467A true JPH07128467A (ja) | 1995-05-19 |
Family
ID=17536645
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27407693A Pending JPH07128467A (ja) | 1993-11-02 | 1993-11-02 | 微動駆動担体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07128467A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009001611A1 (ja) * | 2007-06-27 | 2008-12-31 | Ulvac, Inc. | 粗微移動装置及びそれを備えた液体供給装置 |
| JP2009008661A (ja) * | 2007-05-31 | 2009-01-15 | Sii Nanotechnology Inc | 位置決め装置及びこれを用いた走査型プローブ顕微鏡 |
| JP2013118170A (ja) * | 2011-10-31 | 2013-06-13 | Hitachi High-Technologies Corp | 試料ステージ及び荷電粒子装置 |
| WO2018131343A1 (ja) * | 2017-01-10 | 2018-07-19 | 国立大学法人大阪大学 | スキャナ及び走査型プローブ顕微鏡 |
| WO2019137695A1 (de) * | 2018-01-15 | 2019-07-18 | Festool Gmbh | Bearbeitungsvorrichtung |
| JP2020041669A (ja) * | 2018-09-13 | 2020-03-19 | キヤノン株式会社 | 支持装置 |
-
1993
- 1993-11-02 JP JP27407693A patent/JPH07128467A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009008661A (ja) * | 2007-05-31 | 2009-01-15 | Sii Nanotechnology Inc | 位置決め装置及びこれを用いた走査型プローブ顕微鏡 |
| WO2009001611A1 (ja) * | 2007-06-27 | 2008-12-31 | Ulvac, Inc. | 粗微移動装置及びそれを備えた液体供給装置 |
| US8049454B2 (en) | 2007-06-27 | 2011-11-01 | Ulvac, Inc. | Rough and fine movement device, and liquid supply device incorporating the same |
| JP2013118170A (ja) * | 2011-10-31 | 2013-06-13 | Hitachi High-Technologies Corp | 試料ステージ及び荷電粒子装置 |
| WO2018131343A1 (ja) * | 2017-01-10 | 2018-07-19 | 国立大学法人大阪大学 | スキャナ及び走査型プローブ顕微鏡 |
| JPWO2018131343A1 (ja) * | 2017-01-10 | 2020-02-06 | 国立大学法人大阪大学 | スキャナ及び走査型プローブ顕微鏡 |
| US10884022B2 (en) | 2017-01-10 | 2021-01-05 | Osaka University | Scanner and scanning probe microscope |
| WO2019137695A1 (de) * | 2018-01-15 | 2019-07-18 | Festool Gmbh | Bearbeitungsvorrichtung |
| US11667032B2 (en) | 2018-01-15 | 2023-06-06 | Festool Gmbh | Processing device |
| JP2020041669A (ja) * | 2018-09-13 | 2020-03-19 | キヤノン株式会社 | 支持装置 |
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