JPH0612379B2 - 微小位置決め装置 - Google Patents
微小位置決め装置Info
- Publication number
- JPH0612379B2 JPH0612379B2 JP16414686A JP16414686A JPH0612379B2 JP H0612379 B2 JPH0612379 B2 JP H0612379B2 JP 16414686 A JP16414686 A JP 16414686A JP 16414686 A JP16414686 A JP 16414686A JP H0612379 B2 JPH0612379 B2 JP H0612379B2
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- Japan
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- arm
- sample
- movable arm
- stopper
- movable
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、光学機器、分析機器及び走査型トンネル顕
微鏡の分野において試料と検出部の微小位置決めをする
機構に関する。
微鏡の分野において試料と検出部の微小位置決めをする
機構に関する。
この発明は、てこ作用を用いた試料と検出部との微小位
置決めを高い縮小率で行う装置について示している。微
小位置決めを行うための機構として、試料または検出部
が取付く可動アーム部を２段構成にし、バネ及び回転機
構を介して結合することで試料と検出部を近づける際
の、昇降機構の移動量を２段のてこ作用により２段階に
縮小することで高い縮小率を得ている。
置決めを高い縮小率で行う装置について示している。微
小位置決めを行うための機構として、試料または検出部
が取付く可動アーム部を２段構成にし、バネ及び回転機
構を介して結合することで試料と検出部を近づける際
の、昇降機構の移動量を２段のてこ作用により２段階に
縮小することで高い縮小率を得ている。
また、昇降機構としてネジ送り機構と圧電伸縮素子を併
せて用いることにより位置の微細コントロール時には昇
降を圧電伸縮素子で行いネジ送り機構を操作することに
よるブレを防止している。
せて用いることにより位置の微細コントロール時には昇
降を圧電伸縮素子で行いネジ送り機構を操作することに
よるブレを防止している。
従来、てこの作用を用いた位置決め装置としては、第７
図に示すようなものが知られている。
図に示すようなものが知られている。
従来のてこ作用を用いた位置決め装置を第７図を用いて
説明する。ベース基台１に取付けられた２組のベアリン
グ２に２本のロッド３が支えられ、スライドする様にな
っている。第８図に示すように試料８と検出チップ９が
十分離れている状態からロッド３をネジ機構１０を回転
させることにより矢印方向に移動させると、アーム６が
ロッドに対し直角になるように回転し、留め金５と第１
ストッパー４により第９図に示すように直角位置にく
る。さらにロッドを矢印方向に移動させるとアームはロ
ッドに対し直角位置を保ちながら試料８が第２ストッパ
ー７に接するまで平行移動する。試料８と第２ストッパ
ー７が接した後は、第10図に示すようにその接点部を支
点としロッド３の移動量は、てこの作用により試料８と
検出チップ９間の距離において縮小されるので、これの
微小位置決めが可能となる。
説明する。ベース基台１に取付けられた２組のベアリン
グ２に２本のロッド３が支えられ、スライドする様にな
っている。第８図に示すように試料８と検出チップ９が
十分離れている状態からロッド３をネジ機構１０を回転
させることにより矢印方向に移動させると、アーム６が
ロッドに対し直角になるように回転し、留め金５と第１
ストッパー４により第９図に示すように直角位置にく
る。さらにロッドを矢印方向に移動させるとアームはロ
ッドに対し直角位置を保ちながら試料８が第２ストッパ
ー７に接するまで平行移動する。試料８と第２ストッパ
ー７が接した後は、第10図に示すようにその接点部を支
点としロッド３の移動量は、てこの作用により試料８と
検出チップ９間の距離において縮小されるので、これの
微小位置決めが可能となる。
以上に示した従来の装置には下記のような問題点があっ
た。
た。
(a)入力移動量に対する出力移動量の縮小率は、第２ス
トッパーから検出チップまでの距離と、第２ストッパー
と試料の接点部からアーム回転中心部までの距離の比で
決まるため、縮小率を上げるためにはアーム部を長くす
る必要があり、装置を小型化する上で問題があった。
トッパーから検出チップまでの距離と、第２ストッパー
と試料の接点部からアーム回転中心部までの距離の比で
決まるため、縮小率を上げるためにはアーム部を長くす
る必要があり、装置を小型化する上で問題があった。
(b)試料と検出チップを近づけるためにはネジ機構を操
作してロッドを移動させるのであるが、このネジ機構を
操作することによるブレが試料と検出チップ間の距離を
微細にコントロールする妨げとなるという欠点があっ
た。
作してロッドを移動させるのであるが、このネジ機構を
操作することによるブレが試料と検出チップ間の距離を
微細にコントロールする妨げとなるという欠点があっ
た。
上記の問題点を解決するために、本発明は可動アームを
ピボット機構とバネを用いて２段構成にし、可動アーム
の先端に取付けられた試料もしくは検出部取付け台がス
トッパーに接するまでは、主柱に設けられた回転軸を支
点として力点部であるネジ機構の移動量を伝え、次に試
料又は検出部取付台がストッパーに接した後は、主柱に
設けられた回転軸を第１支点とし可動アームピボット部
を第１作用点とするてこ作用と、前記可動アームピボッ
ト部を第２力点とし、ストッパーと試料、もしくは検出
部取付台との接触点を第２支点とするてこ作用により第
１力点部であるネジ機構の移動量を２段階に縮小するこ
とによって、可動アームを長くすることなく高い縮小率
を得ることを可能とした。また、試料と検出部の位置決
めの微細コントロール時には可動アーム力点部に取付け
た圧電伸縮素子に電圧を加えて力点部を移動することに
より、ネジ機構を操作する必要が無いようにして、ネジ
機構操作によるブレを防止した。
ピボット機構とバネを用いて２段構成にし、可動アーム
の先端に取付けられた試料もしくは検出部取付け台がス
トッパーに接するまでは、主柱に設けられた回転軸を支
点として力点部であるネジ機構の移動量を伝え、次に試
料又は検出部取付台がストッパーに接した後は、主柱に
設けられた回転軸を第１支点とし可動アームピボット部
を第１作用点とするてこ作用と、前記可動アームピボッ
ト部を第２力点とし、ストッパーと試料、もしくは検出
部取付台との接触点を第２支点とするてこ作用により第
１力点部であるネジ機構の移動量を２段階に縮小するこ
とによって、可動アームを長くすることなく高い縮小率
を得ることを可能とした。また、試料と検出部の位置決
めの微細コントロール時には可動アーム力点部に取付け
た圧電伸縮素子に電圧を加えて力点部を移動することに
より、ネジ機構を操作する必要が無いようにして、ネジ
機構操作によるブレを防止した。
上記のように構成された機構にすることにより第11図
(a)に示すように従来品は力点部の入力移動量と試料と
検出部の距離である出力移動量との比の縮小率がΔｌ／
ｌで決まるのに対し、本発明によれば第11図(b)に示す
ように（ｂ／ａ）×（Δｌ／ｃ）で決まり第１力点を第
１支点部より遠ざける（ａを大きくする）または、可動
アームピボット機構部を第１支点部に近づける（ｂを小
さくする）ことによりアーム全長を大きくすることなく
縮小率を大幅に上げることができる。また位置決めの最
終段階においては力点部の移動を圧電伸縮素子で行うが
圧電伸縮素子はÅオーダーの精度での変位コントロール
が可能であり、さらにこの変位が前記てこ機構で縮小さ
れるため極めて精密な位置のコントロールが可能とな
る。また、ネジ機構を操作する必要がないためブレが伝
播することもない。
(a)に示すように従来品は力点部の入力移動量と試料と
検出部の距離である出力移動量との比の縮小率がΔｌ／
ｌで決まるのに対し、本発明によれば第11図(b)に示す
ように（ｂ／ａ）×（Δｌ／ｃ）で決まり第１力点を第
１支点部より遠ざける（ａを大きくする）または、可動
アームピボット機構部を第１支点部に近づける（ｂを小
さくする）ことによりアーム全長を大きくすることなく
縮小率を大幅に上げることができる。また位置決めの最
終段階においては力点部の移動を圧電伸縮素子で行うが
圧電伸縮素子はÅオーダーの精度での変位コントロール
が可能であり、さらにこの変位が前記てこ機構で縮小さ
れるため極めて精密な位置のコントロールが可能とな
る。また、ネジ機構を操作する必要がないためブレが伝
播することもない。
この実施例は、走査型トンネル顕微鏡の試料と、検出部
を近づけるための装置に用いたものであるが、以下図面
に基づいて説明していくこととする。第１図において基
台１上に固定された主柱２に組込まれたベアリング又
は、ピボット機構により支えられた軸３回りに可動アー
ム４1，４2が回転動作できるように取付けられている。
この可動アーム４は第１のアーム４1と第２のアーム４2
の２体からなり、ピボット機構12と板ばね13により連結
されており、ピボット機構12を中心として上下方向に回
転可能になっている。可動アーム４の先端部には、試料
台６1が取付けられこの試料台６1上に試料11が固定され
ている。又、ネジ機構により押し上げ力が作用する力点
部にはＰＺＴ伸縮素子16が取り付けられ、さらにこれを
駆動するコントロール電源17が備えられている。主柱２
の上部には固定アーム８が取付けられ先端にはストッパ
ー取付け台を介して、ストッパー７が取付けられてい
る。このストッパー７は、高さ方向、前後方向に微調整
が可能になっている。
を近づけるための装置に用いたものであるが、以下図面
に基づいて説明していくこととする。第１図において基
台１上に固定された主柱２に組込まれたベアリング又
は、ピボット機構により支えられた軸３回りに可動アー
ム４1，４2が回転動作できるように取付けられている。
この可動アーム４は第１のアーム４1と第２のアーム４2
の２体からなり、ピボット機構12と板ばね13により連結
されており、ピボット機構12を中心として上下方向に回
転可能になっている。可動アーム４の先端部には、試料
台６1が取付けられこの試料台６1上に試料11が固定され
ている。又、ネジ機構により押し上げ力が作用する力点
部にはＰＺＴ伸縮素子16が取り付けられ、さらにこれを
駆動するコントロール電源17が備えられている。主柱２
の上部には固定アーム８が取付けられ先端にはストッパ
ー取付け台を介して、ストッパー７が取付けられてい
る。このストッパー７は、高さ方向、前後方向に微調整
が可能になっている。
また、ストッパー７より内側に検出チップ微動機構９が
固定され、これに先端を鋭く尖らせた検出チップ10が取
付けられている。
固定され、これに先端を鋭く尖らせた検出チップ10が取
付けられている。
基台１上には、このてこ機構の第１力点部、すなわち可
動アームの力点部を押し上げる作用をするネジ機構が固
定されている。
動アームの力点部を押し上げる作用をするネジ機構が固
定されている。
次に、この機構の動作について第４図、第５図、第６図
および第11図を用いて説明する。第４図に示すように、
可動アーム４1，４2が下がりきった状態からネジ機構５
により可動アーム４1，４2を押し上げていくと可動アー
ム４1，４2は主柱２に取付けられた回転軸３を第１支点
とし、反時計方向に回転して、第５図に示すように試料
11とストッパー７が接するまで動く。試料11がストッパ
ー７に接した後は第６図に示したように、可動アームの
第１力点部に加えられた移動量は、検出チップ10と試料
11間の移動量において次に説明するように２段階に縮小
される。まず、第１支点である回転軸３から、第１作用
点であるアームピボット機構12までの距離ｂと第１支点
である回転軸３から第１力点である移動ネジ機構５の先
端までの距離ａとの比ｂ／ａで縮小される。次にストッ
パー７と試料11との接点が第２支点となり、第１作用点
であるアームピボット機構12が第２力点となるてこ作用
が生ずることで、この第２支点と検出チップ10までの距
離Δｌと、第２力点であるアームピボット機構12と、試
料11とストッパー７の接点までの距離ｃとの比Δｌ／ｃ
だけ縮小される。即ち縮小率は、トータルで（ｂ／ａ）
×（Δｌ／ｃ）ということになる。本実施例ではａ，
ｂ，ｃ，Δｌをそれぞれ25mm，10mm，40mm，１mmに設定
した結果1/100の縮小率を得ることができた。従来の方
法では全長が同じ可動アームでは1/50の縮小率しか得ら
れなかったのに対し、２倍の効果が得られている。ま
た、可動アームの力点部移動は縮小動作の初期において
は、ネジ機構５で行うが、試料11と検出チップ10の距離
を微細にコントロールする段階以降は、可動アームに取
付けられ、ネジ機構５と接している圧電伸縮素子16に電
圧を加えることにより行う。本実施例では直径10mm、高
さ５mmの積層型ＰＺＴを用いた。ＰＺＴは加える電圧に
比例して変位量を精密にコントロールできるが、この変
位量が試料と検出チップ部において本実施例の場合1/10
0に縮小される。また、従来のようにネジ機構を操作す
る必要がないためネジ機構操作によるブレを防止でき
る。第２図に示すように試料と検出部の位置関係を逆に
しても同様な効果が得られた。
および第11図を用いて説明する。第４図に示すように、
可動アーム４1，４2が下がりきった状態からネジ機構５
により可動アーム４1，４2を押し上げていくと可動アー
ム４1，４2は主柱２に取付けられた回転軸３を第１支点
とし、反時計方向に回転して、第５図に示すように試料
11とストッパー７が接するまで動く。試料11がストッパ
ー７に接した後は第６図に示したように、可動アームの
第１力点部に加えられた移動量は、検出チップ10と試料
11間の移動量において次に説明するように２段階に縮小
される。まず、第１支点である回転軸３から、第１作用
点であるアームピボット機構12までの距離ｂと第１支点
である回転軸３から第１力点である移動ネジ機構５の先
端までの距離ａとの比ｂ／ａで縮小される。次にストッ
パー７と試料11との接点が第２支点となり、第１作用点
であるアームピボット機構12が第２力点となるてこ作用
が生ずることで、この第２支点と検出チップ10までの距
離Δｌと、第２力点であるアームピボット機構12と、試
料11とストッパー７の接点までの距離ｃとの比Δｌ／ｃ
だけ縮小される。即ち縮小率は、トータルで（ｂ／ａ）
×（Δｌ／ｃ）ということになる。本実施例ではａ，
ｂ，ｃ，Δｌをそれぞれ25mm，10mm，40mm，１mmに設定
した結果1/100の縮小率を得ることができた。従来の方
法では全長が同じ可動アームでは1/50の縮小率しか得ら
れなかったのに対し、２倍の効果が得られている。ま
た、可動アームの力点部移動は縮小動作の初期において
は、ネジ機構５で行うが、試料11と検出チップ10の距離
を微細にコントロールする段階以降は、可動アームに取
付けられ、ネジ機構５と接している圧電伸縮素子16に電
圧を加えることにより行う。本実施例では直径10mm、高
さ５mmの積層型ＰＺＴを用いた。ＰＺＴは加える電圧に
比例して変位量を精密にコントロールできるが、この変
位量が試料と検出チップ部において本実施例の場合1/10
0に縮小される。また、従来のようにネジ機構を操作す
る必要がないためネジ機構操作によるブレを防止でき
る。第２図に示すように試料と検出部の位置関係を逆に
しても同様な効果が得られた。
本発明によると、以上説明した様に、可動アームの第１
のアームと第２のアームをピボットで連結し、かつ、バ
ネで支持すること、かつ、第２のアームの先端が接した
後１段てことしての動作を終了し、２段てことしての動
作をさせるための、ストッパー兼支点を設けることによ
り、縮小比が２段階に働く縮小機構を実現している。
又、上記構成により、可動アームの先端に取りつけられ
た試料（検出部）を、固定された検出部（試料）に近づ
ける最終段階において、可動アームを、その全長を大き
くすることなく高い縮小率を得ることができる２段てこ
として動作させることができるという効果を奏する。ま
た試料と検出部の位置出しの微細コントロール時には、
可動アーム力点部に取付けたＰＺＴ素子に電圧を加えて
力点部を移動することによりネジ機構を操作することに
よるブレを防止することができるため、試料と検出部の
距離をÅの分解能で位置決めすることが可能となった。
のアームと第２のアームをピボットで連結し、かつ、バ
ネで支持すること、かつ、第２のアームの先端が接した
後１段てことしての動作を終了し、２段てことしての動
作をさせるための、ストッパー兼支点を設けることによ
り、縮小比が２段階に働く縮小機構を実現している。
又、上記構成により、可動アームの先端に取りつけられ
た試料（検出部）を、固定された検出部（試料）に近づ
ける最終段階において、可動アームを、その全長を大き
くすることなく高い縮小率を得ることができる２段てこ
として動作させることができるという効果を奏する。ま
た試料と検出部の位置出しの微細コントロール時には、
可動アーム力点部に取付けたＰＺＴ素子に電圧を加えて
力点部を移動することによりネジ機構を操作することに
よるブレを防止することができるため、試料と検出部の
距離をÅの分解能で位置決めすることが可能となった。
第１図はこの発明の実施例を示す位置決め装置側面図、
第２図は第１図の装置と試料と検出チップの位置関係を
変えた実施例、第３図は本実施例装置の可動アーム部平
面図、第４図、第５図、第６図は本実施例の動作を説明
した状態図、第７図は従来の位置決め装置側面図、第８
図、第９図、第10図は従来の位置決め装置の動作を説明
した状態図、第11図は従来品とこの発明品の縮小率を説
明するための可動アーム部略図である。 １……基台、２……主柱 ３……回転軸、４1……第１の可動アーム ４2……第２の可動アーム ５……ネジ機構 ６1……試料台、６2……検出部取付け台 ７……ストッパー、８……固定アーム ９……検出チップ微動機構 10……検出チップ 11……試料、12……ピボット機構 13……板バネ 14……ストッパー位置調整機構 15……ベアリング 16……圧電伸縮素子 17……圧電伸縮素子駆動電源
第２図は第１図の装置と試料と検出チップの位置関係を
変えた実施例、第３図は本実施例装置の可動アーム部平
面図、第４図、第５図、第６図は本実施例の動作を説明
した状態図、第７図は従来の位置決め装置側面図、第８
図、第９図、第10図は従来の位置決め装置の動作を説明
した状態図、第11図は従来品とこの発明品の縮小率を説
明するための可動アーム部略図である。 １……基台、２……主柱 ３……回転軸、４1……第１の可動アーム ４2……第２の可動アーム ５……ネジ機構 ６1……試料台、６2……検出部取付け台 ７……ストッパー、８……固定アーム ９……検出チップ微動機構 10……検出チップ 11……試料、12……ピボット機構 13……板バネ 14……ストッパー位置調整機構 15……ベアリング 16……圧電伸縮素子 17……圧電伸縮素子駆動電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阪東 寛 茨城県新治郡桜村梅園１丁目１番４号 工 業技術院電子技術総合研究所内 (72)発明者 坂井 文樹 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)発明者 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 豊岡 静男 (56)参考文献 特開 昭52−9459（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−207239Ｐ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】固定された物体に先端部を近づけるための
回転可能な可動アームと、前記可動アームを移動させる
ための移動機構を有し、前記可動アームは、回転中心側
の第１のアームおよび先端側の第２のアームとからな
り、前記１のアームはその一端が固定された第１の回転
機構に回転可能に支持され、前記第２のアームはその一
端が前記第１のアームの他端と第２の回転機構及びバネ
を介して連結することにより、前記移動機構により前記
第２のアームに力が加わった時、前記第１の回転機構又
は前記第２の回転機構を軸にして回転可能に支持され、
前記第２のアーム他端部が移動する先には、前記可動ア
ームが移動する過程で前記第２のアーム他端部と接した
後てこ支点を成すストッパーが固定され、前記移動機構
はネジ機構と、前記ネジ機構端面に設けられ、かつ、前
記第２のアームと接する圧電伸縮素子とからなることを
特徴とする微小位置決め装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16414686A JPH0612379B2 (ja) | 1986-07-11 | 1986-07-11 | 微小位置決め装置 |
| EP87306090A EP0252745A3 (en) | 1986-07-11 | 1987-07-09 | Relative displacement control apparatus |
| US07/071,994 US4866271A (en) | 1986-07-11 | 1987-07-10 | Relative displacement control apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16414686A JPH0612379B2 (ja) | 1986-07-11 | 1986-07-11 | 微小位置決め装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6319614A JPS6319614A (ja) | 1988-01-27 |
| JPH0612379B2 true JPH0612379B2 (ja) | 1994-02-16 |
Family
ID=15787620
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16414686A Expired - Lifetime JPH0612379B2 (ja) | 1986-07-11 | 1986-07-11 | 微小位置決め装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0612379B2 (ja) |
-
1986
- 1986-07-11 JP JP16414686A patent/JPH0612379B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 特開昭６０−２０７２３９Ｐ，Ａ） |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6319614A (ja) | 1988-01-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |