(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状に形成された圧電体素子と、
前記圧電体素子の内側に、圧電体素子の円筒軸を挟んで対称位置に形成された第１及び第２のｘ軸用内側電極と、
該２つのｘ軸用内側電極を前記円筒軸を中心として９０度回転させた位置に形成された第１及び第２のｙ軸用内側電極と、
前記圧電体素子の外側に、前記第１及び第２のｘ軸用内側電極及び第１及び第２のｙ軸用内側電極に圧電体素子を間に挟んでそれぞれ対向配置される第１及び第２のｘ軸用外側電極及び第１及び第２のｙ軸用外側電極とを備えた圧電体素子駆動機構であって、
第１のｘ軸用内側電極と第２のｘ軸用外側電極を共通接続し、第２のｘ軸用内側電極と第１のｘ軸用外側電極を共通接続し、それぞれの共通接続体間に単一のｘ軸用駆動電圧を印加すると共に、
第１のｙ軸用内側電極と第２のｙ軸用外側電極を共通接続し、第２のｙ軸用内側電極と第１のｙ軸用外側電極を共通接続し、それぞれの共通接続体間に単一のｙ軸用駆動電圧を印加するように構成したことを特徴とする圧電体素子駆動機構。
【請求項２】
前記ｘ軸用の接続体のうち一方の前記ｘ軸用の接続体に前記ｘ軸用駆動電圧を印加する単一のｘ軸用電源が接続され、他方の前記ｘ軸用の接続体が接地され、
前記ｙ軸用の接続体のうち一方の前記ｙ軸用の接続体に前記ｙ軸用駆動電圧を印加する単一のｙ軸用電源が接続され、他方の前記ｙ軸用の接続体が接地され、
ていることを特徴とする請求項１に記載された圧電体素子駆動機構。
【請求項３】
前記圧電体素子の内側に、一周にわたって形成されたｚ軸用内側電極と、前記圧電体素子の外側に、該圧電体素子を間に挟んで前記ｚ軸用内側電極に対向して一周にわたって形成されたｚ軸用外側電極とを備えた請求項１又は２に記載された圧電体素子駆動機構であって、
前記ｚ軸用内側電極が上段に形成され、
前記第１及び第２のｘ軸用内側電極及び前記第１及び第２のｙ軸用内側電極が下段に形成された圧電体素子駆動機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査形プローブ顕微鏡の分野において、試料や探針などをｘ，ｙ，ｚ軸方向に移動させる圧電体素子駆動機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
円筒形圧電体素子（チューブスキャナ）は、走査形プローブ顕微鏡における試料や探針のスキャナとして最もよく使用されているもので、簡単な構造でｘ，ｙ，ｚ軸の方向に大きな変位量が得られるのが特長である。
【０００３】
図１は従来の圧電体素子駆動機構を示したものである。
【０００４】
図１に示すように、従来の圧電体素子駆動機構においては、円筒形圧電体素子１の内側全面に一周にわたって接地電極２が形成されている。また、圧電体素子１の外側上段に一周にわたって電極ｚ＋が形成され、圧電体素子１の外側下段には９０度間隔毎に４つの電極ｘ＋，ｙ＋，ｘ−，ｙ−が形成されている。その４つの電極部分の圧電体素子の分極方向はいずれも同じで、その分極方向は、スキャナの内から外に向かう方向である。スキャナの固定端は装置の固定部３に取り付けられており、また、スキャナの自由端には試料４が取り付けられている。
【０００５】
このような構成において、前記電極ｘ＋にＸ駆動電圧信号Ｘ＋が送られると共に、電極ｘ−にそれと逆極性のＸ駆動電圧信号Ｘ−が送られると、電極ｘ＋部分の圧電体素子はＺ軸方向に伸びる一方、電極ｘ−部分の圧電体素子は縮み、スキャナの自由端に取り付けられた試料４はｘ軸方向に移動する。
【０００６】
また、前記電極ｙ＋にＹ駆動電圧信号Ｙ＋が送られると共に、電極ｙ−にそれと逆極性のＹ駆動電圧信号Ｙ−が送られると、電極ｙ＋部分の圧電体素子はＺ軸方向に伸びる一方、電極ｙ−部分の圧電体素子は縮み、試料４はｙ軸方向に移動する。
【０００７】
また、前記電極ｚ＋にＺ駆動電圧信号Ｚ＋が送られると、電極ｚ＋部分の圧電体素子はＺ軸方向に伸び、試料４はｚ軸方向に移動する。
【０００８】
このような従来の駆動機構においては、簡単な構造でｘ，ｙ，ｚ軸の方向に大きな変位量が得られる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ｘまたはｙ軸方向への駆動には両極の駆動電圧が必要であるため、１方向の駆動に２つの駆動回路が必要である。
【００１０】
本発明はこのような点に鑑みて成されたもので、その目的は、少ない駆動回路で大きな変位量が得られる圧電体素子駆動機構を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、円筒状に形成された圧電体素子と、前記圧電体素子の内側に、圧電体素子の円筒軸を挟んで対称位置に形成された第１及び第２のｘ軸用内側電極と、該２つのｘ軸用内側電極を前記円筒軸を中心として９０度回転させた位置に形成された第１及び第２のｙ軸用内側電極と、前記圧電体素子の外側に、前記第１及び第２のｘ軸用内側電極及び第１及び第２のｙ軸用内側電極に圧電体素子を間に挟んでそれぞれ対向配置される第１及び第２のｘ軸用外側電極及び第１及び第２のｙ軸用外側電極とを備えた圧電体素子駆動機構であって、第１のｘ軸用内側電極と第２のｘ軸用外側電極を共通接続し、第２のｘ軸用内側電極と第１のｘ軸用外側電極を共通接続し、それぞれの共通接続体間に単一のｘ軸用駆動電圧を印加すると共に、第１のｙ軸用内側電極と第２のｙ軸用外側電極を共通接続し、第２のｙ軸用内側電極と第１のｙ軸用外側電極を共通接続し、それぞれの共通接続体間に単一のｙ軸用駆動電圧を印加するように構成したことを特徴とする圧電体素子駆動機構を特徴とする。
請求項２の発明は、前記ｘ軸用の接続体のうち一方の前記ｘ軸用の接続体に前記ｘ軸用駆動電圧を印加する単一のｘ軸用電源が接続され、他方の前記ｘ軸用の接続体が接地され、前記ｙ軸用の接続体のうち一方の前記ｙ軸用の接続体に前記ｙ軸用駆動電圧を印加する単一のｙ軸用電源が接続され、他方の前記ｙ軸用の接続体が接地され、ていることを特徴とする請求項１に記載された圧電体素子駆動機構を特徴とする。
請求項３の発明は、前記圧電体素子の内側に、一周にわたって形成されたｚ軸用内側電極と、前記圧電体素子の外側に、該圧電体素子を間に挟んで前記ｚ軸用内側電極に対向して一周にわたって形成されたｚ軸用外側電極とを備えた請求項１又は２に記載された圧電体素子駆動機構であって、前記ｚ軸用内側電極が上段に形成され、前記第１及び第２のｘ軸用内側電極及び前記第１及び第２のｙ軸用内側電極が下段に形成された圧電体素子駆動機構を特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【００１３】
図２、図３は本発明の圧電体素子駆動機構の一例を説明するために示した図である。
【００１４】
図２（ａ）はスキャナの正面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡＢ断面図、図３（ａ）は図２のスキャナの外側の展開図、図３（ｂ）はスキャナの内側の展開図である。
【００１５】
図３（ｂ）に示すように、円筒形圧電体素子５の内側上段に、一周にわたってｚ軸用内側電極６が形成されている。また、図２（ｂ）、図３（ｂ）に示すように、圧電体素子５の内側下段に、圧電体素子５の円筒軸を挟んで対称位置に第１のｘ軸用内側電極７及び第２のｘ軸用内側電極９と、その２つのｘ軸用内側電極を前記円筒軸を中心として９０度回転させた位置に第１のｙ軸用内側電極８及び第２のｙ軸用内側電極１０が形成されている。
【００１６】
図３（ａ）に示すように、圧電体素子５の外側上段に、前記ｚ軸用内側電極６に対向して一周にわたってｚ軸用外側電極１１が形成されている。また、図２（ｂ）、図３（ｂ）に示すように、圧電体素子５の外側下段に、前記第１及び第２のｘ軸用内側電極７，９及び第１及び第２のｙ軸用内側電極８，１０に圧電体素子を間に挟んでそれぞれ対向して第１及び第２のｘ軸用外側電極１２，１４及び第１及び第２のｙ軸用外側電極１３，１５が配置されている。
【００１７】
前記第１のｘ軸用内側電極７と第２のｘ軸用外側電極１４は共通に接続されて接地されている。また、前記第２のｘ軸用内側電極９と第１のｘ軸用外側電極１２は共通に接続されてＸ軸駆動回路１６に接続されており、それぞれの共通接続体間にｘ軸用駆動電圧が印加されるようになっている。
【００１８】
前記第１のｙ軸用内側電極８と第２のｙ軸用外側電極１５は共通に接続されて接地されている。また、前記第２のｙ軸用内側電極１０と第１のｙ軸用外側電極１３は共通に接続されてＹ軸駆動回路１６に接続されており、それぞれの共通接続体間にｙ軸用駆動電圧が印加されるようになっている。
【００１９】
前記ｚ軸用内側電極６は接地されており、前記ｚ軸用外側電極１１はＺ軸駆動回路１８に接続されている。
【００２０】
前記圧電体素子５の分極方向は、スキャナの内から外に向かう方向である。スキャナの固定端は装置の固定部１９に取り付けられており、また、スキャナの自由端には試料２０が取り付けられている。
【００２１】
このような構成において、前記第１のｘ軸用外側電極１２と第２のｘ軸用内側電極９に、Ｘ軸駆動回路１６からＸ駆動電圧信号Ｘ＋が送られると、電極１２部分の圧電体素子はｚ軸方向に伸びる一方、電極９部分の圧電体素子は縮み、スキャナの自由端に取り付けられた試料２０はｘ軸方向に移動する。
【００２２】
また、前記第１のｙ軸用外側電極１３と第２のｙ軸用内側電極１０に、Ｙ軸駆動回路１７からＹ駆動電圧信号Ｙ＋が送られると、電極１３部分の圧電体素子はｚ軸方向に伸びる一方、電極１０部分の圧電体素子は縮み、試料２０はｙ軸方向に移動する。
【００２３】
また、前記ｚ軸用外側電極１１に、Ｚ軸駆動回路１８からＺ駆動電圧信号Ｚ＋が送られると、電極１１部分の圧電体素子はｚ軸方向に伸び、試料２０はｚ軸方向に移動する。
【００２４】
このような駆動機構によれば、ｘまたはｙ軸方向への駆動において、１つの駆動回路で図１の機構と同じ変位量を得ることができ、少ない駆動回路で大きな変位量を得ることができる。
【００２５】
なお、上記例では、スキャナの自由端に試料を取り付ける場合について説明したが、試料に代えて探針を取り付けても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の圧電体素子駆動機構を示した図である。
【図２】  本発明の圧電体素子駆動機構の一例を示した図である。
【図３】  図２のスキャナの展開図である。
【符号の説明】
１，５…圧電体素子、２…接地電極、３，１９…固定部、４，２０…試料、６…ｚ軸用内側電極、７…第１のｘ軸用内側電極、８…第１のｙ軸用内側電極、９…第２のｘ軸用内側電極、１０…第２のｙ軸用内側電極、１１…ｚ軸用外側電極、１２…第１のｘ軸用外側電極、１３…第１のｙ軸用外側電極、１４…第２のｘ軸用外側電極、１５…第２のｙ軸用外側電極、１６…Ｘ軸駆動回路、１７…Ｙ軸駆動回路、１８…Ｚ軸駆動回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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