(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形に形成され、少なくとも内周面と外周面にそれぞれ電極が設けられた円筒型圧電素子と前記円筒型圧電素子を駆動する駆動電源とを備える円筒型圧電アクチュエータにおいて、
該円筒の前記外周面のほぼ全体を覆うように、単一の帯状電極または複数の領域に分割され互いに電気的導通のある分割電極を設け、該電極をグランド電位に接続した上で前記内周面上の電極を前記駆動電源に接続し駆動電圧を印加することを特徴とする円筒型圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記内周面が複数の領域に分割された分割電極からなることを特徴とする請求項１に記載の円筒型圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記内周面の一部または全体に沿って帯状電極を形成し、該帯状電極の一部を除去することにより複数の領域に分割された分割電極を形成したことを特徴とする請求項２に記載の円筒型圧電アクチュエータ。
【請求項４】
前記内周面の一部にマスキングを施し、該マスキング以外の部分に電極を形成した後に該マスキングを除去することにより複数の領域に分割された分割電極を形成したことを特徴とする請求項２に記載の円筒型圧電アクチュエータ。
【請求項５】
前記外周面の片端部または両端部に、前記内周面に形成した電極を延長して外周面側に折り返して形成した折り返し部を備え、該外周面側に表出する折り返し電極の表面積が外周面に形成されグランド電位に接続される前記電極の表面積よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の円筒型圧電アクチュエータ。
【請求項６】
円筒型圧電素子を複数連結して構成される複合型円筒型圧電アクチュエータにおいて、複合型円筒型圧電アクチュエータの外周に設けた外周面のほぼ全体を覆う電極をグランド電位に接続したことを特徴とする複合型の円筒型圧電アクチュエータ。
【請求項７】
請求項１乃至６に記載の円筒型圧電アクチュエータに使用される圧電素子。
【請求項８】
請求項１乃至７に記載の円筒型圧電アクチュエータが組み込まれた走査型プローブ顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、精密機器の位置決め装置などに使用される円筒型圧電アクチュエータに関するものであり、例えば、走査型プローブ顕微鏡用のスキャナなどに適用される。
【背景技術】
【０００２】
従来から、円筒型圧電アクチュエータはサブナノメータから数百マイクロメータオーダの精密位置決め装置として走査型プローブ顕微鏡を初めとするさまざまな精密機器に使用されている。
【０００３】
ここで、円筒型圧電アクチュエータを使用した位置決め装置を、走査型プローブ顕微鏡を例にとり説明する（特許文献１参照）。
【０００４】
図１１は従来の走査型プローブ顕微鏡の構成図、図１２は図１１の走査型プローブ顕微鏡の３軸微動機構として用いられる円筒型圧電アクチュエータの斜視図である。従来の走査型プローブ顕微鏡では、先端に探針213を有するカンチレバー214と、探針213と対向する位置に設置されサンプル212が載置されるサンプルホルダ211と、前記探針213をサンプル面内に移動させる水平方向微動機構とサンプル表面と垂直な方向に移動させる垂直方向微動機構からなる３軸微動機構215と、カンチレバー214のたわみを検出するための変位検出機構219から構成される。
【０００５】
図１１の従来技術では、３軸微動機構215は図１２に示されるような円筒型圧電アクチュエータ215が使用される。この円筒型圧電アクチュエータ215を構成する円筒型圧電素子は内周面から外周面方向にかけて円筒の中心軸と直交する方向に分極処理が施されている。円筒型圧電素子の内周面には単一の共通電極232が形成され、外周面には、円周に沿って設けられた帯状電極部235と、円周に対して４分割され中心軸と平行な方向に４分割電極部233,234が設けられる。帯状電極部235が設けられる側を先端とし、４分割電極部233,234が設けられる側を末端とすると、先端にはカンチレバー214が取り付けられて、末端はベース（図示せず）に固定される。
【０００６】
円筒型圧電アクチュエータは４分割電極部233,234が水平方向微動機構として作用し、帯状電極部235が垂直方向微動機構として作用する。円筒型圧電アクチュエータを駆動する場合には、内周面の共通電極232をグランド電位に接続し、４分割電極部233,234の中心軸に対して対向する２つの電極間にそれぞれ逆相の電圧を印加する。このとき、一方の電極が中心軸と平行な方向に伸び、もう一方の電極が縮み、その結果、円筒型圧電素子にたわみが生じて先端が円弧運動を行う。ここで、円弧運動の移動量は微小であるため、サンプル212の面内に対して概ね平行に探針213を動かすことが可能となる。もう一方の対向する２つの電極間も同様な動作をさせることで、探針213をサンプル212面内で２次元に移動させることができる。
【０００７】
また、外周面の帯状電極部235に電圧を印加すると、直径方向に歪みが発生し、その結果、中心軸と平行な方向にも歪みが生じて、探針213をサンプル212と直交する方向に移動させることが可能となる。
【０００８】
カンチレバー214の変位検出機構は一般に光てこ法が用いられる。変位検出機構219は、半導体レーザ216と集光レンズ217、フォトディテクタ218から構成される。半導体レーザ216の光を集光レンズ217でカンチレバー214の背面に集光し、カンチレバー214の背面で反射してきた光をフォトディテクタ218で検出する。カンチレバー214にたわみが生じた場合には、フォトディテクタ218上のスポットの位置が変化するので、この変化量を検出することでカンチレバー214のたわみを検出することが可能である。
【０００９】
このように構成された走査型プローブ顕微鏡で、探針213とサンプル212を近接させていくと、原子間力または接触力が作用し、カンチレバー214にたわみが生じる。このときたわみ量は探針213とサンプル212間の距離に依存するため、カンチレバー214の変位検出機構219によりたわみ量を検出し、たわみ量が一定となるように、制御回路221により垂直方向微動機構を動作させて、探針213とサンプル212間の距離が一定となるようにフィードバック制御を行いながら、走査回路222により水平方向微動機構をラスタスキャンさせることで、サンプル表面の凹凸像を測定することができる。なお、カンチレバー214の静的なたわみを検出するコンタクト方式の他にも、カンチレバー214を共振周波数近傍で振動させながら、原子間力や間欠的な接触力による振幅や位相あるいは周波数の変化量により探針213とサンプル212の距離制御が行われる振動方式で測定を行う場合もある。
【００１０】
ところで、走査型プローブ顕微鏡の位置決め装置として用いられている３軸微動機構215は圧電素子で構成されているため、ヒステリシスやクリープが生じる。ヒステリシスは、圧電素子に電圧を印加した場合に電圧に対して変位が完全に線形にはならず、２次曲線に近似されるような動作を行う現象である。また、クリープは、ある電圧を圧電素子に印加した場合に、すぐに目標の移動量には達せず、時間的に少しずつ微小移動を行ってしまう現象である。
【００１１】
これらのヒステリシスやクリープが発生した場合には、正確な位置決めを行うことが困難となるため、通常、ヒステリシスやクリープをあらかじめ設定した校正式により補正する。また、校正式による補正では、走査速度や走査角度または走査量など様々なパラメータを考慮する必要があり、駆動条件によっては誤差が生ずる場合があるため、より高精度な位置決め手段として、圧電素子の変位を検出するための変位検出装置を用いて位置決め装置の変位の検出を行いヒステリシスやクリープを補償する場合もある。
【００１２】
圧電素子の変位検出装置には光学式センサや静電容量センサ、磁気式センサなどさまざまな方式が用いられているが、最もスペースをとらず、安価で、簡便な方法として、歪みゲージによる検出が有効である。
【００１３】
図１２に従来技術の走査型プローブ顕微鏡の３軸微動機構の変位を歪みゲージにより検出する変位計付の円筒型圧電アクチュエータを示す。この従来技術では、円筒型圧電素子215の外周面の４分割電極部233,234には各電極に１枚ずつ歪みゲージ201a,201b,202a,202bが接着されている。また、帯状電極部235には２枚の歪みゲージ203a,203bが中心軸に対して平行に接着されている。歪みゲージは一般に市販されている歪みゲージであり、円筒型圧電素子の中心軸に平行な方向に歪みが発生したときに大きな出力が得られる方向に接着される。一般的な歪みゲージでは、ベース材にポリイミド樹脂や紙、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フェノール／エポキシ混合樹脂など絶縁材料が使用され、ベース材上には銅ニッケル合金やニクロム系合金などの金属材料や、シリコン単結晶などの半導体から構成される抵抗体が設けられており、同じくベース材上に形成されるニッケルなどの電極パターンを介して外部の検出装置に電気的に接続される。
【００１４】
水平方向微動機構では対向する２つの電極233,234に貼られた各２枚の歪みゲージ201a,201b,202a,202bと、２つの固定抵抗241,242により図１３に示すようなブリッジ回路が組まれ、ブリッジ回路にブリッジ電圧ｅ0を印加し、出力電圧ｅ1を測定する。圧電素子に歪みが生じた場合には、歪みゲージ201a,201b,202a,202bの抵抗値が変化し出力電圧ｅ1の値が変化する。この出力電圧ｅ1を検出することで圧電素子の歪み量を測定することが可能となる。なお、この従来技術では各軸２枚のゲージ201a,201b,202a,202bが中心軸に対して対向する電極233,234に接着されているため、水平方向微動機構が中心軸に対してたわむことで各々の歪みの方向が逆となるため、各歪みゲージの検出信号の符号も逆となり、１枚の電極のみに歪みゲージを貼り付けた場合に比べて２倍の出力電圧を得ることができノイズに対する信号強度が増加する。さらに温度変化に伴う抵抗値変化分は相殺されて温度補償も行われる。
【００１５】
また垂直方向微動機構の場合には、２枚の歪みゲージ203a,203ｂと２つの固定抵抗241,242により、図１４のようにブリッジ回路を組み、ブリッジ回路にブリッジ電圧ｅ0を印加し、出力電圧ｅ1を測定する。圧電素子に歪みが生じた場合には、歪みゲージの抵抗値が変化し出力電圧ｅ１の値が変化する。この出力電圧ｅ1を検出することで圧電素子の歪み量を測定することが可能となる。この場合も、１枚のケージの場合に比べて２倍の出力電圧を得ることができる。ただし、この回路では、温度変化に伴う抵抗値変化分の補償は行われない。
【００１６】
歪みゲージの出力は、あらかじめ変位が校正されている別の変位計や、この３軸微動機構を用いた走査型プローブ顕微鏡により校正用サンプルを測定したときのデータから変位と出力電圧e1の校正が行われており、得られる出力電圧e1から変位量を測定することができる。
【００１７】
このように歪みゲージの出力電圧から随時測定される変位情報から印加電圧に対して３軸微動機構が線形動作するようにフィードバック制御が行われる。なお、走査型プローブ顕微鏡では必ずしも垂直方向は電圧に対して線形動作する必要はなく歪みゲージの出力信号から得られる高さ情報をそのまま表示する場合もある。
【００１８】
次に、図１５〜図１７に別の従来の走査型プローブ顕微鏡を示す（特許文献２参照）。
【００１９】
この従来技術は走査型プローブ顕微鏡の一種である円筒型圧電アクチュエータを用いた走査型トンネル顕微鏡に関するものである。図１５は従来の走査型トンネル顕微鏡の構成図であり、図１６は図１５で水平方向微動機構として用いられる円筒型圧電素子の斜視図、図１７は図１６のＢ−Ｂ線断面図である。
【００２０】
この従来技術では、垂直方向微動機構用314と水平微動機構用306の２本の円筒型圧電素子を組むあわせることで３軸微動機構305を実現している。
【００２１】
水平方向微動機構306は、図１６に示されるような円筒型圧電素子308が使用される。この円筒型圧電素子308は先の従来技術の水平方向微動機構部と同じく、外周に４分割電極部(309a,309b,310a,310b)が設けられ、内周面には帯状の共通電極311が設けられた構造である。また、垂直方向微動機構314は先の従来技術の垂直方向微動機構部と同じく、外周面と内周面にそれぞれ帯状電極部(316,317)が設けられた構造である。
【００２２】
これらの２本の円筒型圧電素子(308,315)は、水平方向微動機構306を外周に、垂直方向微動機構314を内周に配してそれぞれの中心軸が一致するように同心円状に配置され、２本の円筒型圧電素子(308,315)が筒状でつば部cを有する連結部材312を使用して、連結部材312のつば部cが水平方向微動機構306の先端に固定され、筒の内側底面に垂直方向微動機構314が固定される。
【００２３】
水平方向微動機構306の外周面の４分割電極部(309a,309b,310a,310b)の各電極にはそれぞれの電極ごとに駆動電源(320,321)が接続されており、中心軸をはさんで対向する電極の極性がそれぞれ異なるように接続され、各駆動電源(320,321)のグランドは共通に接続されて内周面の帯状電極311に接続されている。
【００２４】
また、垂直方向微動機構314にも駆動電源322が接続され、外周面の帯状電極部316には駆動電極322のプラス電極が、内周面の帯状電極部317にはマイナス電極が接続されている。
【００２５】
さらに、この従来技術でで、連結部材312の外周面にシールド電極313が設けられており、シールド電極はグランドに接地されている。
【００２６】
垂直方向微動機構314の先端にはプローブホルダ319が設けられ、このプローブホルダ319には導電性の探針318が取り付けられている、探針318と対向する位置にはサンプルホルダ303が設けられ、サンプル304が載置されている。
【００２７】
走査型トンネル顕微鏡で測定を行う場合には、水平方向微動機構306の対向する電極(309a,309b)(310a,310b)に大きさが等しい異極性の電圧を印加して、円筒型圧電素子308をたわみ変形させることにより探針318をラスタスキャンしながら、探針318とサンプル304間にオフセット電圧を印加して、両者に流れるトンネル電流が一定となるように垂直方向微動機構314により探針318とサンプル304間の距離制御を行いながらサンプル304の凹凸形状の測定が行われる。
【００２８】
このとき、水平方向微動機構306の電極(9a,9b,10a,10b,11)に印加される電圧により電場が変化し垂直方向微動機構314に電気ノイズが載ってしまうが、この従来技術では水平方向微動機構306と垂直方向微動機構314の間の連結体312にシールド電極313を設けることにより、水平方向微動機構306で発生する電気ノイズを防ぎ、良好な凹凸像を得ることが可能となった。
【特許文献１】特開平９−８９９１３号公報
【特許文献２】特開２００２−５５０３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
しかしながら、このように構成された従来の円筒型圧電アクチュエータでは、以下のような問題が生じていた。
【００３０】
円筒型圧電アクチュエータは走査型プローブ顕微鏡の装置の内部に組み込まれる。装置の内部には、通常、円筒型圧電アクチュエータ駆動用の配線や、カンチレバーの変位検出信号の信号線、または圧電素子の変位検出装置が用いられる場合には変位検出装置のセンサや配線、さらには走査型プローブ顕微鏡で電気特性などのサンプルの物性特性を行う場合にはこれらの物性値を検出した場合の信号線などが円筒型圧電アクチュエータの外側電極を取り巻く形で配置されている。また、振動方式で測定を行う場合にはカンチレバー加振に用いられる信号線が配置される。さらに、サンプルと探針を近接させたり、サンプル面内でサンプルの被測定箇所の位置決めを行うために、３軸微動機構よりも精度が粗く移動量が大きい粗動用の電磁モータ式ステージが組み込まれる場合がある。
【００３１】
円筒型圧電素子を駆動する場合には通常、数百Ｖオーダーの高電圧が印加されるため、圧電素子の外部電極に印加される高電圧成分が、ノイズとして周囲を取り巻く部品や配線材などに混入してしまう。その結果、装置の測定精度が悪化していた。
【００３２】
また、粗動用ステージの電磁モータの駆動信号が、円筒型圧電アクチュエータの外周面電極側からノイズ成分として混入する場合もあった。
【００３３】
さらに、円筒型圧電素子の外側電極に配置される部品や配線材の絶縁が不完全な場合、外周面の電極と周囲を取り巻く部品や配線材のショートや、真空中などでは放電が発生し、装置を破損してしまう危険があった。
【００３４】
また、従来の走査型トンネル顕微鏡の構成では、水平方向微動機構の電気信号が水平方向微動機構の内周に配置された垂直方向微動機構へ混入することは防ぐことが可能であるが、３軸微動機構の最外周には駆動電圧が印加される４分割電極が配置されているため、３軸微動機構の周囲に対しては電気ノイズを防ぐことができなかった。
【００３５】
したがって、本発明の目的は、円筒型圧電アクチュエータの駆動を行う場合に、周囲に配置される部品や配線材と円筒型圧電素子の間でのノイズの混入を抑制し、装置の誤動作の防止と測定精度の向上をはかるとともに、円筒型圧電素子の周囲を取り巻く部品や配線材のショートや、真空中での放電の発生を抑え、装置の破損を防止して信頼性や耐久性を向上させることが可能な円筒型圧電アクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
本発明では、円筒形に形成され、少なくとも内周面と外周面にそれぞれ電極が設けられた円筒型圧電素子と前記円筒型圧電素子を駆動する駆動電源とを備える円筒型圧電アクチュエータにおいて、該円筒の前記外周面のほぼ全体を覆うように、単一の帯状電極または複数の領域に分割され互いに電気的導通のある分割電極を設け、該電極をグランド電位に接続した上で前記内周面上の電極を前記駆動電源に接続し駆動電圧を印加するようにした。
【００３７】
また、本発明では、円筒型圧電素子の内周面の電極が複数に分割されるようにした。内周面の分割電極は、内周面の一部または全部に内周面に沿って設けられる帯状電極を形成し、該帯状電極の一部を除去することで作製した。また、内周面の一部にマスキングを施し、マスキング以外の部分に電極を形成した後、マスキングを除去することで分割電極を作製した。
【００３８】
また、本発明では、前記外周面の片端部または両端部に、前記内周面に形成した電極を延長して外周面側に折り返して形成した折り返し部を備え、該外周面側に表出する折り返し電極の表面積を外周面に形成されグランド電位に接続される前記電極の表面積よりも小さくした。
【００３９】
また、本発明では  円筒型圧電素子を複数連結して構成される複合型円筒型圧電アクチュエータにおいて、複合型円筒型圧電アクチュエータの外周に設けた外周面のほぼ全体を覆う電極をグランド電位に接続した。
【００４０】
本発明では、以上のように構成された円筒型圧電素子を用いて、円筒型圧電アクチュエータを構成し、該円筒型圧電アクチュエータにより走査型プローブ顕微鏡を構成した。
【発明の効果】
【００４１】
本発明は、円筒型圧電アクチュエータの外周に位置する電極が該円筒の前記外周面のほぼ全体を覆うように、単一の帯状電極または複数の領域に分割され互いに電気的導通のある分割電極を設け、該電極をグランド電位に接続した上で前記内周面上の電極を前記駆動電源に接続し駆動電圧を印加するようにしたので、円筒型圧電アクチュエータ駆動用信号は、外周面の電極でシールドされて、円筒型圧電素子を取り巻く機器や配線材に圧電アクチュエータ駆動用の電気信号に起因するノイズの混入が防止される。また、逆に周囲の機器から圧電アクチュエータ駆動用電気信号へのノイズの混入も抑制され、装置の誤動作が防止され測定精度も向上する。
【００４２】
さらに、円筒型圧電素子の外周面がグランド電位となっているため、周囲の機器や配線材とショートする事故を防止でき、真空中の放電も防止され、装置の信頼性や耐久性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００４４】
図１、図２に本発明の第一実施例に係る円筒型圧電アクチュエータを使用した走査型プローブ顕微鏡を示す。図１は走査型プローブ顕微鏡の概観図、図２は図１の走査型プローブ顕微鏡で使用される円筒型圧電素子の展開図である。
【００４５】
本実施例では、円筒型圧電素子1を使用して走査型プローブ顕微鏡100の３軸微動機構を構成する。円筒型圧電素子1は、図２（ａ）に示されるように内周面の上部には円周に沿って一様に帯状電極2aが設けられ、下半分は、円周に沿って４分割され円筒の中心軸と平行な方向に形成された４分割電極部(3a,4a,5a,6a)が設けられている。また、図２（ｂ）に示されるように外周面の上端部には内周面の帯状電極部2aにつながる折返し電極部2bが、下端部には内周面の４分割電極部(3a,4a,5a,6a)につながる折返し電極部(3b,4b,5b,6b)が設けられ、折返し電極以外の部分には円周に沿って単一の帯状電極部7が形成される。帯状電極部7は、外周面に設けられた電極のうち、他の電極に比べて十分大きい表面積を有している。
【００４６】
これらの電極は円筒型圧電素子1にマスキングを施し、無電解ニッケルメッキにより厚さ約３μｍの電極を作製した後、マスキングを除去することで作製される。
【００４７】
この円筒型圧電素子1の全長は100mm、外周の直径は20mm、内周と外周間の厚さは1mm、４分割電極部(3a,4a,5a,6a)の長さは50mm、帯状電極部2aの長さは45mmである。
【００４８】
この円筒型圧電素1は内周面から外周面方向にかけて円筒の中心軸と直交する方向に極性を持つように分極処理が施されている。分極の極性は内周面の分割電極面によって異なる極性を持っており図２（ａ）の符号で示した極性を持つ。ここで、プラスの記号は分極を行う際に、外周面の帯状電極部7をグランド電位とし、内周面にプラスの電圧を印加して分極処理を行った部分であり、素子内部のイオンはマイナスの極性が内周面を向いている。このように分極処理された電極をプラス電極と呼ぶ。また、マイナスの記号は分極を行う際に、外周面の帯状電極部7をグランド電位とし、内周面にマイナスの電圧を印加して分極処理を行った部分であり、素子内部のイオンはプラスの極性が内周面を向いている。このように分極処理された電極をマイナス電極と呼ぶ。本明細書中での電極の極性の呼び方は、すべてこの定義に従うものとする。本実施例の円筒型圧電素子1では、内周面の帯状電極部2aはプラス電極であり、４分割電極部(3a,4a,5a,6a)は中心軸に対して互いに対向する電極(3a,4a),(5a,6a)が逆極性となるように分極処理を施した。
【００４９】
この円筒型圧電素子の内周面の帯状電極部2aが設けられる側を先端部、４分割電極部(3a,4a,5a,6a)が設けられる側を末端部とし、中心軸方向をＺ軸、Ｚ軸に直交し紙面の左右方向をＸ軸、紙面に対して垂直方向をＹ軸とする。
【００５０】
円筒型圧電アクチュエータを走査型プローブ顕微鏡に搭載する場合には、図１に示されるように円筒型圧電素子1の末端部が粗動機構11に固定され、粗動機構11がベーズブロック12に固定される。粗動機構11はステッピングモーターと送りネジ機構により構成されており、円筒型圧電素子1をＺ軸方向に移動させる機能を持つ。一方、円筒型圧電素子の先端側にはサンプルステージ21が固着されておりサンプルステージ21上にはサンプル20が載置される。
【００５１】
ここで、外周面の帯状電極部7はグランドに接続される。また内周面の帯状電極部2aに接続される折返し電極部2bにはＺ軸駆動電源8が接続される。さらに、内周面の４分割電極部(3a,4a,5a,6a)に接続される外周面の折返し電極部(3b,4b,5b,6b)のうち、Ｘ軸方向で対向する２つの電極部(3b,4b)にはＸ軸駆動電源9が、Ｙ軸方向で対向する２つの電極部(5b,6b)にはＹ軸駆動電源10が接続され、それぞれの折返し電極(3b,4b,5b,6b)を介して内周面上の４分割電極部(3a,4a,5a,6a)に駆動電圧が印加される。なお、折返し電極(2b,3b,4b,5b,6b)は必ずしも設ける必要はなく内部の電極(2a,3a,4a,5a,6a)に直接接続してもよいが、折返し電極を設けることで駆動電源接続用の電極を円筒の外部に設けることができるため接続が容易となる。外周面の帯状電極部7をグランドに接続する場合には、接地するか駆動電源(8,9,10)のグランド側に接続する。
【００５２】
このように接続された円筒型圧電アクチュエータのＺ軸駆動電源8に電圧を印加すると、印加する極性に応じて圧電素子内部の結晶に引力または斥力が作用し、厚み方向に歪みが生じる。この歪みによりＺ軸方向にも歪みが生じ、圧電素子はＺ軸方向に変位が生じる。Ｚ軸駆動電源8によりプラス極性の電圧を印加した場合には、厚みが増加する方向の歪みが生じ、その結果、Ｚ軸沿って縮む方向に変位が生じる。逆にマイナス極性の電圧を印加した場合には、Ｚ軸に沿って伸びる方向に変位が生じる。
【００５３】
また、Ｘ軸駆動電源9に電圧を印加するとイオンの極性が対向する電極(3a,4a)で異なっているため、一方は厚みが増加し、他方は厚みが減少する。その結果、中心軸に平行な方向で一方の電極は縮み、他方の電極は伸びる方向に変位し、円筒型圧電アクチュエータには末端の固定端を中心にＸ軸方向のたわみが生じ、先端は円弧運動を行う。ここで、円弧運動の変位が微小であるため、近似的にＸ軸に平行な方向に変位したとみなすことができる。Ｘ軸駆動電源9の電圧の極性を変化させることで中心軸に対して正負両方向に移動させることができる。Ｙ軸についてもＹ軸駆動電源10を用いて対向する電極(5a,6a)に電圧を印加することで、Ｘ軸と同じ原理によりＹ軸方向に変位させることができる。その結果、Ｘ軸とＹ軸の印加電圧を制御することでＸＹ平面内の任意の方向に圧電素子先端を動かすことが可能となる。本実施例では各軸の電極に印加する電圧は−２００Ｖ以上＋２００Ｖ以下の範囲で駆動を行うことで、ＸＹ平面内で100μm、Ｚ軸方向に10μm移動させることができる。ここで、４分割電極部(3a,4a,5a,6a)の対向する電極の極性を同じ極性とする円筒型圧電素子を使用してもよいが、この場合には円筒型圧電素子をたわみ変形させるために各軸に２つの電源を用いて互いに逆極性となる電圧を印加する必要があり、ＸＹの２軸では合計４個の駆動電源が必要となる。本実施例のように、対向する電極(3a,4a)(5a,6a)の極性を異なるように分極することで各軸に１個、ＸＹの２軸で合計２個の駆動電源で同一極性の電圧を印加することでＸＹ面内の移動が実現できる。
【００５４】
サンプル20と対向する側には先端に探針18を有するカンチレバー17がカンチレバーホルダ19に固定されて配置されている。
【００５５】
カンチレバー17の変位は半導体レーザ14と集光レンズ15およびフォトディテクタ16から構成される光てこ方式の変位検出機構13により測定される。
【００５６】
本実施例では、探針18とサンプル20を原子間力の作用する領域まで粗動機構11により接近させて、円筒型圧電アクチュエータ1の４分割電極部(3a,4a,5a,6a)を使用してサンプル面内と平行な方向にラスタスキャンを行いながら、探針18とサンプル20の距離が一定となるように変位検出機構13の信号により帯状電極部2aを使用してサンプル面内と垂直な方向のフィードバック制御を行う。
【００５７】
このように構成された走査型プローブ顕微鏡100でＸＹ軸に印加される信号を２次元平面の情報として、Ｚ軸に印加される信号を高さ情報として画像化することで、３次元の形状像を測定することが可能である。
【００５８】
以上のように構成された走査型プローブ顕微鏡では、円筒型圧電アクチュエータ1の駆動電源(8,9,10)の信号、粗動機構11のステッピングモータ駆動用の信号、変位検出機構13の半導体レーザ14の駆動用の信号、フォトディテクタ117の検出信号などの配線材が外部のコントローラ（図示せず）に配線材を使用して接続される。これらの配線材は通常、走査型プローブ顕微鏡100のユニットを構成する筐体内部に設けられた円筒型圧電アクチュエータ1の周囲を取り囲むように配線される。
【００５９】
従来の走査型プローブ顕微鏡では、円筒型圧電素子を駆動するために数百Ｖオーダーの高電圧が印加されるため、圧電素子の外部電極に印加される高電圧成分が、ノイズとして周囲を取り巻く機器や配線材などに混入していたが、本実施例では、最外周部の大部分の領域に帯状電極7を設け、該帯状電極部がグランド電位に接続されているため、内周面に印加される駆動電圧による信号がシールドされて、圧電アクチュエータの周囲に配された配線材や部品にノイズの混入が防止される。また、周囲の配線材や部品から円筒型圧電素子の駆動信号が印加される電極へのノイズの混入も防止され、測定精度が向上する。
【００６０】
また、万一、円筒型圧電素子の周囲の部品や配線材の絶縁が不完全な場合に、円筒型圧電素子の外周面の電極に接触した場合でも、外周面の電極がグランドに接続されているため、ショートによる誤作動や、装置の破損が防止され信頼性が向上する。
【実施例２】
【００６１】
図３〜図５に本発明の第二実施例に係る円筒型圧電アクチュエータを使用した走査型プローブ顕微鏡を示す。本実施例では、２本の円筒型圧電素子を使用して水平方向微動機構と垂直方向微動機構が分割して構成されており、図３は走査型プローブ顕微鏡の概観図、図４は図３の走査型プローブ顕微鏡で水平方向微動機構として使用される円筒型圧電素子の展開図、図５は垂直方向微動機構として用いられる円筒型圧電素子の展開図である。なお、本実施例では円筒型圧電アクチュエータの動作原理や、走査型プローブ顕微鏡の動作原理は実施例１と同じであるため、共通する部分の詳細な説明は省略する。
【００６２】
本実施例の走査型プローブ顕微鏡110では、２本の円筒型圧電素子(30,40)を連結して３軸微動機構を構成する。
【００６３】
水平方向微動機構用の円筒型圧電素子30は、図４（ａ）に示されるように内周面に、円周に沿って４分割され円筒の中心軸と平行な方向に形成された４分割電極部(32a,33a,34a,35a)が設けられている。また、図４（ｂ）に示されるように外周面の上端部には内周面の４分割電極部(32a,33a,34a,35a)につながる折返し電極部(32b,33b,34b,35b)が設けられ、折り返し電極部(32b,33b,34b,35b)の下側には折り返し電極部よりも十分に大きな表面積を持ち折り返し電極部以外の外周面の大部分を覆うように帯状電極部31が設けられている。この円筒型圧電素子30の全長は50mm、外周の直径は20mm、内周と外周間の厚さは1mmである。この円筒型圧電素30は内周面から外周面方向にかけて円筒の中心軸と直交する方向に極性を持つように分極処理が施されている。分極の極性は内周面の分割電極面によって異なる極性を持っており図４（ａ）の符号で示した極性を持つ。本実施例の円筒型圧電素子30では、４分割電極部(32a,33a,34a,35a)は中心軸に対して互いに対向する電極(32a,33a),(34a,35a)が逆極性となるように分極処理を施した。
【００６４】
円筒型圧電素子30の電極作製は、はじめ、外周面に電極パターンに対応したマスキングを施し、無電解ニッケルメッキにより厚さ約３μｍの電極を作製する。その後マスキングを除去することで外周面の電極が形成される。また内周面には、初めの無電解ニッケルメッキの際にはマスキングを施さず、内周面全域に渡って帯状電極が形成される。その後、ダイヤモンド工具により、帯状電極の一部を切削加工することで４分割電極部(32a,33a,34a,35a)が作製される。
【００６５】
また、垂直方向微動機構用の円筒型圧電素子40は、図５（ａ）に示されるように内周面のほぼ全面に渡って帯状電極42aが設けられ、外周面には図５（ｂ）に示されるように、内周面の帯状電極42aに接続される帯状の折返し電極42bと、折り返し電極部よりも十分に大きな表面積を持ち折り返し電極部以外の外周面の大部分を覆うような帯状電極部41が設けられている。
【００６６】
この円筒型圧電素子40の全長は60mm、外周の直径は18mm、内周と外周間の厚さは1mmである。この円筒型圧電素40は内周面から外周面方向にかけて円筒の中心軸と直交する方向に極性を持つように分極処理が施されている。分極の極性は内周面の帯状電極部42aがプラスの極性を持つように分極処理を施した。
【００６７】
これらの水平方向微動機構用の円筒型圧電素子30と垂直方向微動機構用の円筒型圧電素子40は末端に水平方向微動機構30を、先端に垂直方向微動機構40を配置して、各々の中心軸が一致するようにセラミックスの絶縁材料から形成される連結部材111により連結され、３軸微動機構を構成する。
【００６８】
３軸微動機構の末端は、ステッピングモーターと送りネジにより構成されるＺ軸粗動機構112に連結されて、Ｚ軸粗動機構112はベース113に固定されている。
【００６９】
また、３軸微動機構の先端には先端に探針120を有するカンチレバー119を固定するためのカンチレバーホルダー118が取り付けられており、さらに、カンチレバー119の変位を検出するために半導体レーザ115と集光レンズ116とフォトディテクタ117から構成される変位検出機構114が設けられている。本実施例では振動方式で測定を行うためにカンチレバー加振用の圧電素子（図示せず）がカンチレバーホルダ118に取り付けられている。
【００７０】
探針120と対向する位置には、サンプル121が配置される。サンプル121は測定位置を特定するためのステッピングモータで駆動されるＸＹステージ122上に載置されている。
【００７１】
実施例１ではサンプル側をスキャンしていたが、本実施例ではカンチレバー119側がスキャンされる。
【００７２】
ここで、水平方向微動機構30と垂直方向微動機構40の外周面に位置する帯状電極部(31,41)はグランド電位に接続される。図３では帯状電極部(31,41)をそれぞれ直接グランド電極に接続しているが、帯状電極部(31,41)を渡り線で接続し、どちらか一方の電極をグランド電位に接続してもよい。
【００７３】
また、水平方向微動機構30の内周面の４分割電極部(32a,33a,34a,35a)は、外周面の４分割電極部(32b,33b,34b,35b)を介してＸ軸駆動電源36とＹ軸駆動電源37に接続されている。
【００７４】
さらに、垂直方向微動機構40の内周面の帯状電極部42aは外周面の折返し帯状電極部42bを介してＺ軸駆動電源43に接続される。
【００７５】
なお、外周面の４分割電極部(32b,33b,34b,35b)と帯状電極部42bは配線の際の半田付けの作業性を考慮して設けられたものであり、これらの電極は必須ではなく、内周面の４分割電極部(32a,33a,34a,35a)と帯状電極部42aに各駆動電源(36,37,43)を直接接続してもよい。
【００７６】
本実施例のように水平方向微動機構30と垂直方向微動機構40をそれぞれ別体に製作することで、内周面の電極の製作が容易に行うことが可能となる。
【００７７】
以上のように構成された走査型プローブ顕微鏡では、円筒型圧電アクチュエータ(30,40)の最外周部の大部分の領域に帯状電極(31,41)が設けられ、該電極がグランド電位に接続されているため、内周面に印加される駆動電圧による信号がシールドされて、圧電アクチュエータの周囲に配された配線材や部品にノイズの混入が防止される。また、周囲の配線材や部品から円筒型圧電素子の駆動信号が印加される内周面の電極へのノイズの混入も防止され、測定精度が向上する。
【００７８】
また、万一、円筒型圧電素子の周囲の部品や配線材の絶縁が不完全な場合に、円筒型圧電素子の外周面の電極に接触した場合でも、外周面の電極がグランドに接続されているため、ショートによる誤作動や、装置の破損が防止され信頼性が向上する。
【実施例３】
【００７９】
図６、図７に本発明の第三実施例に係る円筒型圧電アクチュエータを使用した走査型プローブ顕微鏡を示す。本実施例では、水平方向微動機構と垂直方向微動機構が分割して構成されており、２本の円筒型圧電アクチュエータを同心円状に連結することで３軸微動機構が構成される。
【００８０】
図６は走査型プローブ顕微鏡の概観図、図７は図１のＡ-Ａ断面図である。なお、本実施例でも円筒型圧電アクチュエータの動作原理や、走査型プローブ顕微鏡の動作原理は実施例１と同じであるため、共通する部分の詳細な説明は省略する。
【００８１】
本実施例の走査型プローブ顕微鏡120では、２本の円筒型圧電素子(50,60)を使用して３軸微動機構を構成する。
【００８２】
水平方向微動機構用の円筒型圧電素子50は、内周面に、円周に沿って４分割され円筒の中心軸と平行な方向に形成された４分割電極部(52a,53a,54a,55a)が設けられている。また、外周面の下端部には内周面の４分割電極部(52a,53a,54a,55a)につながる折返し電極部(52b,53b,54b,55b)が設けられ、折り返し電極部(52b,53b,54b,55b)の上側には折り返し電極部よりも十分に大きな表面積を持ち折り返し電極部以外の外周面の大部分を覆うように帯状電極部51が設けられている。この円筒型圧電素子50の全長は50mm、外周の直径は40mm、内周と外周間の厚さは1mmである。この円筒型圧電素50は内周面から外周面方向にかけて円筒の中心軸と直交する方向に極性を持つように分極処理が施されている。分極の極性は内周面の分割電極面によって異なる極性を持っており中心軸に対して互いに対向する電極(52a,53a),(54a,55a)が逆極性となるように分極処理を施した。
【００８３】
また、垂直方向微動機構用の円筒型圧電素子60は、内周面のほぼ全面に渡って帯状電極62aが設けられ、外周面には、内周面の帯状電極62aに接続される帯状の折返し電極62bと、折り返し電極部よりも十分に大きな表面積を持ち折り返し電極部以外の外周面の大部分を覆うような帯状電極部61が設けられている。
【００８４】
この円筒型圧電素子60の全長は60mm、外周の直径は20mm、内周と外周間の厚さは1mmである。この円筒型圧電素40は内周面から外周面方向にかけて円筒の中心軸と直交する方向に極性を持つように分極処理が施されている。分極の極性は外周面の帯状電極部61がプラスの極性を持つように分極処理を施した。
【００８５】
これらの水平方向微動機構用の円筒型圧電素子50と垂直方向微動機構用の円筒型圧電素子60は外周に水平方向微動機構50を、内周に垂直方向微動機構60を配置して、各々の中心軸が一致するように同心円状に配置され、筒状でつばを有するセラミックスの絶縁材料から形成される連結部材70により連結され、３軸微動機構を構成する。
【００８６】
連結部材70はつば部を水平方向微動機構50の先端に固着し、内周面の底部に垂直方向微動機構60の末端を固着する。
【００８７】
また、連結部材70の外周面には、全面に渡って無電解ニッケルメッキによって帯状電極71が設けられている。
【００８８】
このように構成された３軸微動機構の末端は、ステッピングモーターと送りネジにより構成されるＺ軸粗動機構121に連結されて、Ｚ軸粗動機構121はベース122に固定されている。
【００８９】
また、３軸微動機構の垂直方向微動機構60の先端には絶縁部材134を介して導電性の金属により作製されるサンプルホルダ132が設けられ、該サンプルホルダ132上にサンプル131が載置される。
【００９０】
サンプルと対向する位置には、先端に探針129を有するカンチレバー128を固定するためのカンチレバーホルダー130が取り付けられており、さらに、カンチレバー128の変位を検出するために半導体レーザ124と集光レンズ125とフォトディテクタ126から構成される変位検出機構123が設けられている。本実施例ではサンプル表面の電流分布を測定するために、サンプルホルダ131にバイアス電圧が印加可能に構成され、探針129はカンチレバーホルダー130を介して電流/電圧変換増幅器133に接続されている。
【００９１】
ここで、水平方向微動機構50の外周面の帯状電極部51はグランドに接続される。また、内周面の４分割電極部(52a,53a,54a,55a)は、外周面の４分割電極部(52b,53b,54b,55b)を介してＸ軸駆動電源56とＹ軸駆動電源57に接続されている。
【００９２】
また、垂直方向微動機構60の外周面に位置する帯状電極部61はＺ軸駆動電源63に接続され、内周面の帯状電極部62aは外周面の折返し電極部62bを介してグランドに接続される。
【００９３】
さらに、連結部材70の外周面の帯状電極部71もグランドに接続される。
【００９４】
本実施例では、サンプル表面の微弱な電流分布の測定を行うため、測定信号に対する電気ノイズ対策をより厳重に行う必要がある。
【００９５】
本実施例では、３軸微動機構の最外周に位置する水平方向微動機構50の帯状電極部51がグランドに接続されているため、３軸微動機構の周囲の部品や配線材に対して相互にノイズの影響を抑えることができる。さらに、水平方向微動機構50の内部に配置された垂直方向微動機構60については、本実施例では外周面の帯状電極61はグランドではなくＺ軸駆動電源63に接続したが、連結部材70の外周面に設けられた帯状電極71がグランドに接続されているため、この電極によりノイズがシールドされて、水平方向微動機構50の電極と垂直方向微動機構60の電極間で相互にノイズの影響を抑えることができる。
【００９６】
さらに、垂直方向微動機構60の先端部のサンプルステージ132との接合部分の折返し電極部62bはグランドに接続されているため、垂直方向微動機構60の駆動信号によるノイズ成分がシールドされて、電流測定用の電気回路へのノイズの影響を抑えることができる。      
【００９７】
なお、本実施例では、折返し電極部62bのシールド効果を発揮させるために、垂直方向微動機構60のＺ軸駆動電源63は円筒型圧電素子の外周面の帯状電極61に接続したが、ノイズの状況により、外周面の帯状電極61をグランドに接続し、内周面の帯状電極部62aにＺ軸駆動電源63を接続してもよい。
【実施例４】
【００９８】
図８に本発明の第四実施例に係る円筒型圧電アクチュエータの展開図を示す。図８（ａ）は内周面の展開図、図８（ｂ）は外周面の展開図である。
【００９９】
本実施例の円筒型圧電アクチュエータ80は中心軸に対して垂直な２次元平面内で駆動するアクチュエータである。内周面は円周に沿って４分割され中心軸と平行な方向に４分割電極部(82a,83a,84a,85a)が設けられる。各電極(82a,83a,84a,85a)はすべてプラス電極で同一の極性となるように分極が行われている。また、外周面には内周面の４分割電極部(82a,83a,84a,85a)に接続される折返し電極部(82b,83b,84b,85b)と、帯状電極部81が設けられる。
【０１００】
４分割電極部(82a,83a,84a,85a)は外周面の折返し電極部(82b,83b,84b,85b)を介してＸ軸駆動電源(86,87)とＹ軸駆動電源(88,89)が交互に接続される。また、外周面の帯状電極部81はグランド電位に接続される。
【０１０１】
本実施例では、各軸に２台の電源(86,87)(88,89)を使用して互いに逆相の電圧を印加し中心軸に対してたわみを発生させて先端を２次元平面内で駆動させる。
【０１０２】
本実施例でも外周面の最も表面積の大きい電極がグランドに接続されているため、円筒型圧電素子の周囲の機器や配線材に対して相互にノイズの影響を抑えることができ、ショートによる誤作動や、装置の破損も防止され信頼性が向上する。
【実施例５】
【０１０３】
図９に本発明の第五実施例に係る円筒型圧電アクチュエータ90を示す。図９（ａ）は内周面の展開図、図９（ｂ）は外周面の展開図である。
【０１０４】
本実施例の円筒型圧電アクチュエータ90は中心軸に平行な方向に変位を発生させるためのアクチュエータである。内周面は上端部に外周面の帯状電極部91aに接続される帯状の折返し電極部91bが設けられ、その下側に円周に沿って４分割され中心軸と平行な方向に形成される４分割電極部(92a,93a,94a,95a)が設けられる。４分割電極部(92a,93a,94a,95a)の各電極はすべてプラス電極で同一の極性となるように分極が行われている。また、外周面には内周面の４分割電極部(92a,93a,94a,95a)に接続される折返し電極部(92b,93b,94b,95b)と、帯状電極部91aが設けられる。
【０１０５】
４分割電極部(92a,93a,94a,95a)は外周面の折返し電極部(92b,93b,94b,95b)を介してそれぞれの電極に１台ずつＺ軸駆動電源(96,97,98,99)が接続される。また、外周面の帯状電極部91aはグランド電位に接続される。
【０１０６】
本実施例では、４分割電極部(92a,93a,94a,95a)に接続される各Ｚ電源駆動電源(96,97,98,99)から同一極性で同一の大きさの電圧を印加する。各電極部分(92a,93a,94a,95a)の圧電素子には同一方向の歪みが発生し、中心軸に平行な方向に圧電アクチュエータ90を駆動させることができる。ここで、圧電素子の加工精度などにより、同じ電圧を印加した場合でも中心軸に対して完全に平行には動作しない場合がある。このような場合には４分割電極部(92a,93a,94a,95a)に印加する電圧を調整して偏差分を補正することが可能であり直進性が確保される。
【実施例６】
【０１０７】
図１０に本発明の第六実施例に係る円筒型圧電アクチュエータ150を示す。図１０（ａ）は内周面の展開図、図１０（ｂ）は外周面の展開図である。
本実施例の円筒型圧電アクチュエータ150は中心軸に対して垂直な２次元平面内で駆動するアクチュエータである。内周面は円周に沿って４分割され中心軸と平行な方向に４分割電極部(152a,153a,154a,155a)が設けられる。各電極(152a,153a,154a,155a)は中心軸に対して対向する電極が異なる極性となるように分極が行われている。
【０１０８】
外周面には内周面の４分割電極部(152a,153a,154a,155a)に接続される折返し電極部(152b,153b,154b,155b)の他に、外周面の円周に沿って４分割され中心軸と平行な方向に４分割電極部(151a,151b,151c,151d)が設けられる。
【０１０９】
４分割電極部(152a,153a,154a,155a)は外周面の折返し電極部(152b,153b,154b,155b)を介してＸ軸駆動電源156とＹ軸駆動電源157がそれぞれ中心軸に対して対向する２つの電極に接続される。また、外周面の４分割電極部(151a,151b,151c,151d)は銅線158により各電極の電気的導通があるように接続されて、さらにグランド電位に接続される。銅線により接続された４分割電極部(151a,151b,151c,151d)は外周の大部分の領域を締め、その表面積の合計は、外周の残りの各電極(152b,153b,154b,155b)に比べて十分大きな表面積である。
【０１１０】
すなわち、４分割電極部(151a,151b,151c,151d)は形状的には分割されているが、電気的に見れば、外周面を覆う帯状電極と同等な機能を有する。
【０１１１】
本実施例では、２台の電源(156,157)により電圧を印加し中心軸に対してたわみを発生させて先端を２次元平面内で駆動させる。
【０１１２】
ここで、本実施例の円筒型圧電素子を製作する場合の工程を説明する。まず圧電素子を円筒型に形成する。次に、外周面には最終形態の４分割電極部(151a,151b,151c,151d)と折返し電極部(152b,153b,154b,155b)の電極形状となるようにマスクを行い、無電解ニッケルメッキにより電極を作製する（端面の電極パターンも含む）。同時に内周面には帯状電極を作製する。次に、内周面の帯状電極をグランドに接続し、外周面の４分割電極部 (151a,151b,151c,151d)に最終形態の極性に対応した極性を持つ電源を接続して分極処理を行う。その後分極用の電源を取り外し、最後に、内周面の帯状電極の一部を機械加工により除去して内周面に４分割電極部(152a,153a,154a,155a)を作製する。
【０１１３】
このように製作することで、内周面の電極を機械加工により作製する場合に機械加工より前に分極工程を行うことが可能となる。したがって、従来技術の外周に４分割電極部を設けた圧電素子の製造時に追加の工程を実施することで、従来の工程をそのまま活用することも可能となる。
【０１１４】
本実施例でも外周面のほとんどすべての領域の電極がグランドに接続されているため、円筒型圧電素子の周囲の機器や配線材に対して相互にノイズの影響を抑えることができ、ショートによる誤作動や、装置の破損も防止され信頼性が向上する。
【０１１５】
以上、本発明の実施例について述べてきたが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【０１１６】
円筒型圧電アクチュエータの電極の形状は、最外周に配置される電極の最も表面積の大きな部分がグランドに接続されていれば任意の形状のものが使用できる。
【０１１７】
また、複合型の圧電アクチュエータは第二、第三の実施例のような円筒型圧電素子を２本の組合せだけに限定されず、任意の本数の組合せが可能である。また、連結の方法も実施例で記載した円筒型圧電素子同士を直接連結したものに限定されず、複数の円筒圧電素子の出力端をサンプルステージにより連結した構成なども本発明に含まれる。
【０１１８】
さらに、円筒型圧電アクチュエータの外周面のグランドに接続される電極に抵抗体を設けて抵抗値変化により変位検出を行って圧電素子のクリープやヒステリシスの補償を行ってもよい。また抵抗体に限らず静電容量センサや光学式のセンサ、磁気式のセンサなどを円筒型圧電アクチュエータの周囲に配置して変位検出を行ってもよい。これらの変位検出装置を使用する場合には円筒型圧電アクチュエータの駆動電源の影響で変位検出装置のノイズが多くなったり誤作動する場合もあるが、最外周の電極をグランドに接続することで測定精度が大幅に向上する。
【０１１９】
また真空中で使用する場合には放電も防止することができる。
【０１２０】
さらに電極の作製方法は実施例で紹介した無電解ニッケルメッキの他にも、蒸着やスパッタあるいは導電ペーストの塗布など任意の方法が使用できる。電極材料もニッケルの他、銀や金、銅など任意の導電材料が使用できる。
【０１２１】
また、本発明の円筒型圧電アクチュエータを利用した位置決め装置は、走査型プローブ顕微鏡用以外にも、例えば光学顕微鏡やレーザ顕微鏡、半導体製造装置、半導体検査装置、工作機械、ＯＡ機器、ＡＶ機器、光学機器などにさまざまな装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】本発明の第一実施例に係る円筒型圧電アクチュエータを使用した走査型プローブ顕微鏡の概観図である。
【図２】（ａ）本発明の第一実施例で使用される円筒型圧電素子の内周面の展開図である。        （ｂ）本発明の第一実施例で使用される円筒型圧電素子の外周面の展開図である。
【図３】本発明の第二実施例に係る円筒型圧電アクチュエータを使用した走査型プローブ顕微鏡の概観図である。
【図４】（ａ）本発明の第二実施例で水平方向微動機構に使用される円筒型圧電素子の内周面の展開図である。        （ｂ）本発明の第二実施例で水平方向微動機構に使用される円筒型圧電素子の外周面の展開図である。
【図５】（ａ）本発明の第二実施例で垂直方向微動機構に使用される円筒型圧電素子の内周面の展開図である。        （ｂ）本発明の第二実施例で垂直方向微動機構に使用される円筒型圧電素子の外周面の展開図である。
【図６】本発明の第三実施例に係る円筒型圧電アクチュエータを使用した走査型プローブ顕微鏡の概観図である。
【図７】図６のＡ−Ａ線断面図である。
【図８】（ａ）本発明の第四実施例の円筒型圧電素子の内周面の展開図である。        （ｂ）本発明の第四実施例の円筒型圧電素子の外周面の展開図である。
【図９】（ａ）本発明の第五実施例の円筒型圧電素子の内周面の展開図である。        （ｂ）本発明の第五実施例の円筒型圧電素子の外周面の展開図である。
【図１０】（ａ）本発明の第六実施例の円筒型圧電素子の内周面の展開図である。          （ｂ）本発明の第六実施例の円筒型圧電素子の外周面の展開図である。
【図１１】従来の円筒型圧電アクチュエータを用いた走査型プローブ顕微鏡の概観図である。
【図１２】図１１の走査型プローブ顕微鏡で用いられる円筒型圧電アクチュエータの概観図である。
【図１３】図１２の円筒型圧電アクチュエータで使用される歪ゲージの水平方向の変位検出に用いられる回路図である。
【図１４】図１２の円筒型圧電アクチュエータで使用される歪ゲージの垂直方向の変位検出に用いられる回路図である。
【図１５】従来の円筒型圧電アクチュエータを用いた走査型プローブ顕微鏡の概観図である。
【図１６】図１５の走査型プローブ顕微鏡で使用される円筒型圧電素子の斜視図である。
【図１７】図１５のＢ-Ｂ線断面図である。
【符号の説明】
【０１２３】
1、30、40、50、60、80、90、150、215、306、314  円筒型圧電アクチュエーター
8、43、63、96、97、98、99  Ｚ軸変位検出装置
9、36、56、86、87  Ｘ軸変位検出装置
10、37、57、88、89  Ｙ軸変位検出装置
11、112、121  粗動機構
12、113、122  ベース
13、114、123、219  変位検出機構
17、119、128、214  カンチレバー
19、118、130  カンチレバーホルダ
20、121、131、212、304  サンプル
21、132、211、303  サンプルホルダー
70、111、312  連結部材
100、110、120   走査型プローブ顕微鏡
122 ＸＹステージ
133 電流電圧変換増幅器
318  プローブ
319  プローブホルダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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