JPH088405Y2 - 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
- JPH088405Y2 JPH088405Y2 JP1987152539U JP15253987U JPH088405Y2 JP H088405 Y2 JPH088405 Y2 JP H088405Y2 JP 1987152539 U JP1987152539 U JP 1987152539U JP 15253987 U JP15253987 U JP 15253987U JP H088405 Y2 JPH088405 Y2 JP H088405Y2
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- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 49
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 28
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000000241 respiratory effect Effects 0.000 description 3
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
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- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
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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、検出探針部と試料間を微小に位置決めす
る微小位置決め機構に関する。
分野において、検出探針部と試料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、一端が、閉ざされた中空円筒状又は、中
空円錐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
位置決め機構に関するものである。
空円錐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
位置決め機構に関するものである。
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三次元の微小位置
決め機構が必要である。
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三次元の微小位置
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（真空トンネル顕微鏡用微動素子
の特性評価第32回応用物理学関連連合講演会予稿（198
5）岡山重夫，他）や、第５図に示すような中空円筒状
圧電素子体からなるもの（STM用円筒型PZTの特性評価第
33回応用物理学関連連合講演会予稿（1986） 坂東
寛，他）が知られている。
Ｚ軸用棒状圧電素子体を組合せたもの（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（真空トンネル顕微鏡用微動素子
の特性評価第32回応用物理学関連連合講演会予稿（198
5）岡山重夫，他）や、第５図に示すような中空円筒状
圧電素子体からなるもの（STM用円筒型PZTの特性評価第
33回応用物理学関連連合講演会予稿（1986） 坂東
寛，他）が知られている。
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、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、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。また、キュービックタイプと中
空円筒タイプを比較すると、構造上、中空円筒タイプ
は、X,Y,Z軸の干渉がキュービックタイプより大きい
が、原子レベルの小さな領域に関しては大差がない。し
かも、横応力に対しても強いので、破損の危険性からみ
ると中空円筒タイプの方が、扱い易いといえる。
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、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、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。また、キュービックタイプと中
空円筒タイプを比較すると、構造上、中空円筒タイプ
は、X,Y,Z軸の干渉がキュービックタイプより大きい
が、原子レベルの小さな領域に関しては大差がない。し
かも、横応力に対しても強いので、破損の危険性からみ
ると中空円筒タイプの方が、扱い易いといえる。
そこで、第７図に示すような、中空円筒型圧電素子微
小位置決め機構が考案されている。
小位置決め機構が考案されている。
この中空円筒圧電素子体21は、内側に共通電極６（GN
D），外側にX,Y軸用動作電極7,8が四面、同面積で、隣
り合う電極が他の動作軸用電極となるように設定され、
また、Ｚ軸動作用電極９が形成されている。このような
構成の微動装置において、Ｚ軸方向は共通電極６に対し
プラスまたは、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。また、Ｘ及びＹ軸方向は、第９図
（ａ）及び第９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９図（ｂ）に示すような傾きが生じ、結果と
して電圧を加えていない第９図（ａ）の状態から電圧を
印加したときの第９図（ｂ）の状態のように探針５の先
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が、上記のような構成では中空円
筒圧電素子体をX,Y,Z軸方向に動作させるために、第８
図に示されている矢印（Ｃ）のような厚み方向の呼吸振
動が生じ、微小位置決め機構の共振周波数が下がりその
結果検出探針先端部を、より高速に走査する際の妨げと
なっていた。
D），外側にX,Y軸用動作電極7,8が四面、同面積で、隣
り合う電極が他の動作軸用電極となるように設定され、
また、Ｚ軸動作用電極９が形成されている。このような
構成の微動装置において、Ｚ軸方向は共通電極６に対し
プラスまたは、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。また、Ｘ及びＹ軸方向は、第９図
（ａ）及び第９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９図（ｂ）に示すような傾きが生じ、結果と
して電圧を加えていない第９図（ａ）の状態から電圧を
印加したときの第９図（ｂ）の状態のように探針５の先
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が、上記のような構成では中空円
筒圧電素子体をX,Y,Z軸方向に動作させるために、第８
図に示されている矢印（Ｃ）のような厚み方向の呼吸振
動が生じ、微小位置決め機構の共振周波数が下がりその
結果検出探針先端部を、より高速に走査する際の妨げと
なっていた。
上記の問題点を解決するために、本考案では一端が閉
ざされた中空円筒状又は、中空円錐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て、微小
位置決め機構を形成することにより、試料と検出探針部
間の微小位置決めを高速に行なうことを可能にした。
ざされた中空円筒状又は、中空円錐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て、微小
位置決め機構を形成することにより、試料と検出探針部
間の微小位置決めを高速に行なうことを可能にした。
上記に示した方法により、小型でより高剛性で、扱い
易い微小位置決め機構で呼吸振動による検出探針への影
響を抑えた、高速走査用微小位置決め機構を作ることが
可能となる。
易い微小位置決め機構で呼吸振動による検出探針への影
響を抑えた、高速走査用微小位置決め機構を作ることが
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。
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。
（第１実施例） 第１図，第２図（ａ），（ｂ）及び第３図は、本考案
の第１実施例の微小位置決め機構及び、微動素子体を示
したものである。一端が、閉ざされた中空円筒状圧電素
子体１上には、絶縁材２及びメネジが切られた金属製の
検出探針台３が取付けられ、オ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。例えば、外径φ5mm,内径φ3mm,ふた
部肉厚1mm,長さ10mmで作製する。第３図（ａ）及び第３
図（ｂ）は第１図に示された微小位置決め機構の電極配
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,8a,8bは、同面積で隣り合う電
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。また、内側電極との結線をし易くするために、
第２図（ｂ）に示すような外側へおり返した電極構成の
ものも作製した。
の第１実施例の微小位置決め機構及び、微動素子体を示
したものである。一端が、閉ざされた中空円筒状圧電素
子体１上には、絶縁材２及びメネジが切られた金属製の
検出探針台３が取付けられ、オ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。例えば、外径φ5mm,内径φ3mm,ふた
部肉厚1mm,長さ10mmで作製する。第３図（ａ）及び第３
図（ｂ）は第１図に示された微小位置決め機構の電極配
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,8a,8bは、同面積で隣り合う電
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。また、内側電極との結線をし易くするために、
第２図（ｂ）に示すような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系の概略図を示
したもので試料台31上に試料30が取付けられており、前
記試料30に相対して検出探針５が前記微動素子体１に取
付けられている。そして、前記微動素子体１は継手32を
介して送り機構33に取付けられた構成になっている。そ
して、前記送り機構33を操作して試料31と検出探針５間
をトンネル電流が流れる数10Åまで近づけた後、前記微
動素子体１により検出探針を三次元（X,Y,Z）に操作す
るものである。
したもので試料台31上に試料30が取付けられており、前
記試料30に相対して検出探針５が前記微動素子体１に取
付けられている。そして、前記微動素子体１は継手32を
介して送り機構33に取付けられた構成になっている。そ
して、前記送り機構33を操作して試料31と検出探針５間
をトンネル電流が流れる数10Åまで近づけた後、前記微
動素子体１により検出探針を三次元（X,Y,Z）に操作す
るものである。
その結果、従来の中空円筒状微動素子体を用いたもの
より、呼吸振動を検出探針部が受けなくなった分、微小
位置決め機構の共振周波数を高めることができ、高速な
走査が可能となった。
より、呼吸振動を検出探針部が受けなくなった分、微小
位置決め機構の共振周波数を高めることができ、高速な
走査が可能となった。
（第２実施例） 第５図は、本考案の第３実施例について示したもの
で、圧電素子体を一端が、閉ざされた中空円錐台状に形
成したものを用いた。結果、第１実施例と、同等な効果
が得られた。
で、圧電素子体を一端が、閉ざされた中空円錐台状に形
成したものを用いた。結果、第１実施例と、同等な効果
が得られた。
（第３実施例） 第６図は、本考案の第３実施例について示したもの
で、試料台31上に取付けられた試料30を二次元（X,Y）
に動作するための微動素子体1aを組み込み、反対側には
試料表面の凹凸に添って検出探針を一次元（Ｚ）に動作
させるための微動素子体1bが試料31と検出探針５間をト
ンネル電流が流れる数10Åまで近づけるのに用いる送り
機構33に継手32を介して取付けた構成になっている。こ
の構成においても、同様な効果を得ることができた。
で、試料台31上に取付けられた試料30を二次元（X,Y）
に動作するための微動素子体1aを組み込み、反対側には
試料表面の凹凸に添って検出探針を一次元（Ｚ）に動作
させるための微動素子体1bが試料31と検出探針５間をト
ンネル電流が流れる数10Åまで近づけるのに用いる送り
機構33に継手32を介して取付けた構成になっている。こ
の構成においても、同様な効果を得ることができた。
この考案によると以上説明したように、一端が閉ざさ
れた中空円筒状又は、中空円錐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、従来の微動機構にあった、呼吸振動を抑えることが
でき、その分、従来のものより高速走査が可能になっ
た。
れた中空円筒状又は、中空円錐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、従来の微動機構にあった、呼吸振動を抑えることが
でき、その分、従来のものより高速走査が可能になっ
た。
第１図は本考案の第１実施例微小位置決め機構斜視図、
第２図（ａ）（ｂ）は第１実施例微小位置決め機構の断
面図、第３図（ａ）および第３図（ｂ）は第１実施例微
動素子体の電極配置展開平面図、第４図は第１実施例微
小位置決め機構を組込んだユニットの概略側面図、第５
図は第２実施例微小位置決め機構を示す斜視図、第６図
は第３実施例微小位置決め機構を組み込んだユニットの
概略側面図、第７図は従来の中空円筒状微小位置決め機
構を示す斜視図、第８図は中空円筒状微動素子体の呼吸
振動を示す斜視図、第９図（ａ）（ｂ）は中空円筒状微
動機構の曲げ動作を示す側面図である。 1,1a,1b……一端が閉ざされた中空円筒状圧電素子体 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 11……一端が閉ざされた中空円錐台状圧電素子体 21……従来の中空円筒状圧電素子体
第２図（ａ）（ｂ）は第１実施例微小位置決め機構の断
面図、第３図（ａ）および第３図（ｂ）は第１実施例微
動素子体の電極配置展開平面図、第４図は第１実施例微
小位置決め機構を組込んだユニットの概略側面図、第５
図は第２実施例微小位置決め機構を示す斜視図、第６図
は第３実施例微小位置決め機構を組み込んだユニットの
概略側面図、第７図は従来の中空円筒状微小位置決め機
構を示す斜視図、第８図は中空円筒状微動素子体の呼吸
振動を示す斜視図、第９図（ａ）（ｂ）は中空円筒状微
動機構の曲げ動作を示す側面図である。 1,1a,1b……一端が閉ざされた中空円筒状圧電素子体 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 11……一端が閉ざされた中空円錐台状圧電素子体 21……従来の中空円筒状圧電素子体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (4)
- 【請求項１】一端が閉ざされて一体物として形成される
中空円筒圧電素子体と、前記一端部側に試料と相対して
固定される検出探針と、前記中空円筒圧電素子体の側壁
の内面に形成される内側電極と、前記側壁の外面に前記
内側電極と対向して設けられ、前記検出探針を前記中空
円筒圧電素子体の軸方向に動作させるための外側電極と
からなることにより前記検出探針と前記試料間を微小に
位置決めす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】前記内側電極は前記一端の反対側端面を介
して前記側壁外面下部まで延在する共通電極であること
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。 - 【請求項３】前記外側電極は、前記検出探針を圧電素子
体の軸方向に動作させる第１の外側電極と、圧電素子体
の軸方向に前記第１の外側電極と段を変えて設けられ、
かつ、前記検出探針を圧電素子体の軸と垂直方向に動作
させる第２の外側電極とからなることを特徴とする実用
新案登録請求の範囲第１項または第２項記載の圧電素子
微小位置決め機構。 - 【請求項４】前記中空円筒圧電素子体が中空円錐台状に
形成されたことを特徴とする実用新案登録請求の範囲第
１項から第３項いずれかに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 |
|---|---|---|---|
| JP1987152539U JPH088405Y2 (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 |
|---|---|---|---|
| JP1987152539U JPH088405Y2 (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 |
|---|---|
| JPH0180755U JPH0180755U (ja) | 1989-05-30 |
| JPH088405Y2 true JPH088405Y2 (ja) | 1996-03-06 |
Family
ID=31427559
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1987152539U Expired - Lifetime JPH088405Y2 (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) | JPH088405Y2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0792462B2 (ja) * | 1988-05-16 | 1995-10-09 | 三菱電機株式会社 | 走査型トンネル顕微鏡の微動機構 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62117379A (ja) * | 1985-11-16 | 1987-05-28 | Tohoku Metal Ind Ltd | 円筒型圧電アクチユエ−タ及びその製造方法 |
-
1987
- 1987-10-05 JP JP1987152539U patent/JPH088405Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0180755U (ja) | 1989-05-30 |
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