カンチレバーホルダ

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【発明の名称】	カンチレバーホルダ
【発明者】	【氏名】八木明
【要約】	【課題】圧電体に対する防水性及び絶縁性に優れ且つ耐久性に富むカンチレバーホルダを提供する。【解決手段】カンチレバー１２を支持可能であると共に、外界から遮断して圧電体６を収容可能な単一素材から成るホルダ本体２６を備える。ホルダ本体には、その内部に圧電体を収容可能な中空収容部２８が形成されており、この中空収容部は、底部２８ｂから上部開口２８ａに向かうに従って、その開口径が徐々に拡大している。また、ホルダ本体の上部開口近傍には、中空収容部に収容された圧電体に電圧を印加するための導通ケーブル１８を中空収容部内に引込可能であると共に、導通ケーブルを一定位置に固定可能な引込固定用穴部３０を備える。

【特許請求の範囲】
【請求項１】カンチレバーを支持可能であると共に、このカンチレバーを励振させる励振素子を外界から遮断して収容可能な単一素材から成るホルダ本体を備えていることを特徴とするカンチレバーホルダ。
【請求項２】前記ホルダ本体には、その内部に前記励振素子を収容可能な中空収容部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のカンチレバーホルダ。
【請求項３】前記ホルダ本体には、前記中空収容部に収容された前記励振素子に電圧を印加するための導通ケーブルを一定位置に固定させることが可能な電圧印加機構が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のカンチレバーホルダ。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば原子オーダーの分解能で試料の表面情報を測定するための走査型プローブ顕微鏡に用いられるカンチレバーホルダに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、走査型プローブ顕微鏡の測定方法としては、所定の共振周波数でカンチレバーを励振させた状態において、例えば振動中心と試料表面との間の距離を一定に維持しながら、探針を試料に沿って走査することによって、試料の表面情報を測定するダイナミックモード測定法が知られている。
【０００３】このような測定法を実現するために、例えば特開平７－１５９４２２号公報には、図４に示すように、シム２に支持されたカンチレバーチップ４と、シム２に固定された圧電体６とを備えた走査型プローブ顕微鏡が開示されている。なお、シム２は、ホルダ８を介して図示しない顕微鏡本体に保持されており、これらシム２及びホルダ８によって一種のカンチレバーホルダが構成されている。また、カンチレバーチップ４は、先端に探針１０を有するカンチレバー１２と、このカンチレバー１２の基端を支持する支持部１４とから構成されている。
【０００４】このような構成によれば、励振信号発生器１６から導通ケーブル１８を介して圧電体６に励振信号を印加して、圧電体６を励振させた際、この圧電体６の励振運動がシム２を介してカンチレバー１２に伝達されることによって、カンチレバー１２を所定の周波数で振動させることができるようになっている。
【０００５】そして、実際のダイナミックモード測定において、探針１０と試料（図示しない）とを相対的に移動させるスキャナ（図示しない）によって、探針１０を試料に対向して近接させると、探針１０先端と試料表面との間に相互作用（斥力、引力、原子間力、磁気力、粘性など）が働いて、カンチレバー１２の先端が変位する。このとき、カンチレバー１２の先端に生じる変位を電気的或いは光学的に検出しながら、探針１０を試料表面に沿って相対的に走査することによって、試料の表面情報（例えば、凹凸情報）が三次元的に測定される。
【０００６】このような測定に際し、試料と探針１０が空気中に在る場合、試料表面に存在する水分等の吸着層によって、探針１０先端と試料表面との間の相互作用力が大きく変化して、カンチレバー１２の変位を精度良く測定することが困難になってしまう場合がある。
【０００７】そこで、例えば特開平７－１７４７６７号公報には、図５に示すように、カンチレバーチップ４を容器２０内の液体２２中に水没させることによって、試料表面に存在する吸着層の影響を取り除いて、探針１０と試料との間に働く微弱な相互作用を精度良く検出する方法が提案されている。なお、このような方法は、培養液（図示しない）中の生体試料を直接測定する場合にも適用される。
【０００８】ところで、他の部材を振動させて不要な振動を発生させること無く、カンチレバー１２を効率良く振動させるために、圧電体６は、可能な限りカンチレバー１２の近傍に配置させることが好ましい。
【０００９】この場合、カンチレバーチップ４を容器２０内の液体２２中に水没させる方法を適用した場合、カンチレバー１２の近傍に配置された圧電体６も水没してしまう場合がある。
【００１０】圧電体６には、その表面に金属製の電極（図示しない）が設けられており、湿気に弱く、水中に電流が漏れて圧電体６を励振させるに充分な電圧（即ち、励振信号）を印加できなくなる場合がある。また、例えば生理食塩水のような液体２２の場合には、電極の腐食や電触に起因した劣化が極端に早くなり、圧電体６の寿命を短くしてしまう。そこで、圧電体６に対する防水及び絶縁処理として、例えばエポキシやシリコン樹脂等の防水性及び絶縁性樹脂２４によって圧電体６を被覆している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の防水及び絶縁処理では、防水性及び絶縁性樹脂２４が液体２２中に剥き出しの状態になるため、例えば導通ケーブル１８に引張力やストレスがかかって、防水性及び絶縁性樹脂２４に亀裂が入った場合、圧電体６と液体２２との間の防水及び絶縁状態が保持できなくなる場合がある。
【００１２】また、従来のカンチレバーホルダは、材質の異なるシム２及びホルダ８によって構成されているため、図５に示すように、これら材質の異なるシム２及びホルダ８が液体２２中で混在する場合、素材間のイオン化傾向の差によって誘起される腐食即ち電触反応が促進して、シム２及びホルダ８の劣化が早まるため、カンチレバーホルダの耐久性を向上させることが困難になってしまう場合がある。
【００１３】本発明は、このような問題点を解決するために成されており、その目的は、圧電体に対する防水性及び絶縁性に優れ且つ耐久性に富むカンチレバーホルダを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成するために、本発明のカンチレバーホルダは、カンチレバーを支持可能であると共に、このカンチレバーを励振させる励振素子を外界から遮断して収容可能な単一素材から成るホルダ本体を備えている。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態に係るカンチレバーホルダについて、図１を参照して説明する。なお、本実施の形態の説明に際し、上述した従来のカンチレバーホルダ（図４及び図５参照）と同一の構成には、同一符号を付して、その説明を省略する。
【００１６】本実施の形態のカンチレバーホルダが用いられる走査型プローブ顕微鏡には、所定の共振周波数でカンチレバー１２を励振させた状態において、例えばカンチレバー１２の振動中心と試料表面との間の距離を一定に維持しながら、探針（特に図示しないが、図４の符号１０で示す探針参照）を試料に沿って走査することによって、試料の表面情報を測定するダイナミックモード測定法が適用されており、この測定方法によって、例えば生理食塩水等の液体中に培養された生体試料の表面情報を精度良く測定することができるように構成されている。
【００１７】このような走査型プローブ顕微鏡は、固定した試料に対して探針を所定方向に移動させることによって、試料の表面情報を測定する探針走査型と、固定した探針に対して試料を所定方向に移動させることによって、試料の表面情報を測定する試料走査型とに大別されるが、いずれにも本実施の形態のカンチレバーホルダを適用することができる。
【００１８】この場合、探針走査型の走査型プローブ顕微鏡は、図示しないスキャナ（例えば、チューブ型圧電体スキャナ）の可動部にカンチレバーホルダが取り付けられており、スキャナに印加する電圧を制御することによって、探針を試料に沿って所定方向に所定量だけ移動させることができる。一方、試料走査型の走査型プローブ顕微鏡は、スキャナの可動部に試料を載置することができるようになっており、スキャナに印加する電圧を制御することによって、試料を探針に対して所定方向に移動させることができる。
【００１９】また、圧電体６に対する防水性及び絶縁性と電触反応に対する素材の耐久性とを同時に向上させるために、本実施の形態のカンチレバーホルダは、カンチレバー１２を支持可能であると共に、このカンチレバー１２を励振させる励振素子例えば圧電体６を外界から遮断して収容可能な単一素材から成るホルダ本体２６を備えている。
【００２０】ホルダ本体２６には、その内部に圧電体６を収容可能な中空収容部２８が形成されており、この中空収容部２８の上部開口２８ａから圧電体６を挿入することによって、カンチレバー１２の近傍部分（好ましくは、経験や実測又は計算によって設定したカンチレバー１２を最も効率的に振動させることが可能な部分）に圧電体６を位置決めすることができるようになっている。
【００２１】なお、ホルダ本体２６は、例えばロストワックス法やロストコア法等によって形成することが可能であり、本実施の形態では、その一例として、底部２８ｂから上部開口２８ａに向かうに従って、その開口径が徐々に（連続的に）拡大した中空収容部２８が形成されている。
【００２２】また、ホルダ本体２６には、中空収容部２８に収容された圧電体６に電圧を印加するための導通ケーブル１８を一定位置に固定させることが可能な電圧印加機構が設けられている。
【００２３】本実施の形態に適用した電圧印加機構は、その一例として、ホルダ本体２６の上部開口２８ａ近傍に、圧電体６に電圧（即ち、励振信号）を印加するための導通ケーブル１８を中空収容部２８内に引込可能であると共に、導通ケーブル１８を一定位置に固定可能な引込固定用穴部３０を備えている。
【００２４】引込固定用穴部３０を上部開口２８ａ近傍に配置することによって、カンチレバーチップ４を液体中に水没させた状態で測定を行う場合でも、この引込固定用穴部３０を介して液体が中空収容部２８内に流れ込むことは無い。
【００２５】また、引込固定用穴部３０に耐水性部材（例えば、樹脂など）を充填して、漏水を防止することも好ましい。このような構成において、導通ケーブル１８を介して圧電体６に励振信号を印加して、圧電体６を励振させた際、この圧電体６の励振運動がホルダ本体２６を介してカンチレバー１２に伝達されることによって、カンチレバー１２を所定の周波数で振動させることができる。
【００２６】本実施の形態によれば、カンチレバーチップ４及びホルダ本体２６以外の部材を液体に対して非接触状態に維持することができるため、圧電体６及び導通ケーブル１８の腐食による劣化を防止することが可能となる。この結果、圧電体６及び導通ケーブル１８の寿命を長くすることができる。
【００２７】また、ホルダ本体２６を単一素材から構成したことによって、電触反応に対するカンチレバーホルダの耐久性を向上させることができる。更に、導通ケーブル１８を引込固定用穴部３０で固定したことによって、導通ケーブル１８に引張力やストレスがかかった場合でも、導通ケーブル１８と圧電体６との接合部が、屈曲疲労することは無い。
【００２８】なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されることは無く、以下のように変更することが可能である。例えば図２に示すように、電圧印加機構は、導通ケーブル１８の先端に接続された第１のコネクタ３２と、この第１のコネクタ３２を着脱可能に構成されていると共に、中空収容部２８の上部開口２８ａ近傍に固定され且つ導線１８´を介して圧電体６に接続された第２のコネクタ３４とを備えて構成しても良い。
【００２９】この第１の変形例によれば、走査型プローブ顕微鏡本体（図示しない）に対するホルダ本体２６の取付処理と同時に、導通ケーブル１８に対する圧電体６の電気的接続処理を行うことができる。このため、装置の組立効率を向上させることが可能となる。更に、第１の変形例によれば、第２のコネクタ３４と圧電体６との間の位置関係は、常時一定に維持されるため、導通ケーブル１８に引張力やストレスがかかった場合でも、導線１８´と圧電体６との接合部が屈曲疲労することは無い。
【００３０】また、例えば図３に示すように、圧電体６が取り付けられた領域の中空収容部２８の開口径よりも上部開口２８ａの開口径が小さくなるように、ホルダ本体２６の厚みを部分的に変化させても良い。
【００３１】この第２の変形例では、その一例として、圧電体６が取り付けられた面Ｓ１に対向した面Ｓ２の厚みを変化させることによって、上部開口２８ａ側の中空収容部２８の開口径を絞っている。
【００３２】このように第２の変形例によれば、ホルダ本体２６の厚みを部分的に変化させたこと（具体的には、厚くしたこと）によって、ホルダ本体２６の機械的剛性を向上させることができる。
【００３３】また、上述した実施の形態並びに第１及び第２の変形例において、ホルダ本体２６は、気密性及び液密性に優れた素材であれば任意に選択することが可能であるが、例えば金属材料でホルダ本体２６を形成した場合、その表面に例えばガラスや樹脂等をコーティングすることが防水効果及び腐食防止効果を高める上で有効である。
【００３４】また、上述した実施の形態並びに第１及び第２の変形例では、液体中の試料の表面情報を測定する場合を想定して説明したが、化学反応によって腐食が起きる環境や導電性の雰囲気中でも、圧電体６及び導通ケーブル１８に対する腐食防止効果及び絶縁効果並びにカンチレバーホルダの耐久性の向上を実現することが可能である。
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば、圧電体に対する防水性及び絶縁性に優れ且つ耐久性に富むカンチレバーホルダを提供することができる。

【出願人】	【識別番号】００００００３７６【氏名又は名称】オリンパス光学工業株式会社
【出願日】	平成１０年（１９９８）３月２３日
【代理人】	【弁理士】【氏名又は名称】鈴江武彦（外４名）
【公開番号】	特開平１１－２７１３３４
【公開日】	平成１１年（１９９９）１０月８日
【出願番号】	特願平１０－７３９２７