特許 5761675 密閉型ＡＦＭセル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5761675

(24)【登録日】2015年6月19日

(45)【発行日】2015年8月12日

(54)【発明の名称】密閉型ＡＦＭセル

(51)【国際特許分類】

   G01Q 30/14 20100101AFI20150723BHJP

   G01Q 60/24 20100101ALI20150723BHJP

【ＦＩ】

   G01Q30/14

   G01Q60/24

【請求項の数】6

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-544136(P2013-544136)

(86)(22)【出願日】2012年11月15日

(86)【国際出願番号】JP2012007326

(87)【国際公開番号】WO2013073186

(87)【国際公開日】20130523

【審査請求日】2014年5月14日

(31)【優先権主張番号】特願2011-249451(P2011-249451)

(32)【優先日】2011年11月15日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】504160781

【氏名又は名称】国立大学法人金沢大学

(74)【代理人】

【識別番号】100109210

【弁理士】

【氏名又は名称】新居 広守

(72)【発明者】

【氏名】福間 剛士

(72)【発明者】

【氏名】淺川 雅

(72)【発明者】

【氏名】片桐 由智

【審査官】 後藤 大思

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−２８６６１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平９−２２９９４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−５８２３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平９−５４０９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１１４１８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１７５０１６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｑ １０／００−９０／００

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

観察用液体に浸漬された試料を計測するＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）のための密閉型ＡＦＭセルであって、
探針を有する片持ち梁と、
前記試料を固定するサンプルホルダーと、
前記サンプルホルダーを移動させる駆動部であるスキャナーと、
前記探針が前記試料の計測面近傍に位置するように前記片持ち梁を保持する蓋部と、
前記スキャナーを保持する部材であり、前記試料を挟んで前記蓋部と相対する部材である本体部とを備え、
前記蓋部と前記本体部とは、前記観察用液体とは異なる液体であり、当該観察用液体と接触していない液体である密閉用液体を介して接合されることにより、当該蓋部と当該本体部と前記密閉用液体とで形成される空間の内部に前記観察用液体を密閉する
密閉型ＡＦＭセル。

【請求項2】

前記蓋部と前記本体部との少なくとも一方は、撥水性又は撥油性を有する部材と前記蓋部又は前記本体部とにより形成された溝を有し、
前記溝は、前記密閉用液体を保持する
請求項１に記載の密閉型ＡＦＭセル。

【請求項3】

前記蓋部及び前記本体部の少なくとも一方は、前記サンプルホルダーを囲むように他方へとせり出す壁部を有し、
前記壁部の端部は、前記密閉用液体を保持する
請求項１に記載の密閉型ＡＦＭセル。

【請求項4】

前記壁部の端部は、撥水性又は撥油性を有する部材と前記壁部の端部とにより形成された溝を有し、
前記溝は、前記密閉用液体を保持する
請求項３に記載の密閉型ＡＦＭセル。

【請求項5】

さらに、前記密閉用液体を補充するためのチューブを備える
請求項１〜４のいずれか１項に記載の密閉型ＡＦＭセル。

【請求項6】

前記密閉用液体は、水、イオン液体、フッ素系不活性液体、又はシリコーンオイルである
請求項１〜５のいずれか１項に記載の密閉型ＡＦＭセル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）セルに関し、特に、観察用液体を密閉する密閉型ＡＦＭセルに関する。

【背景技術】

【0002】

原子間力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；以下、ＡＦＭともいう）は、試料表面の近傍に保持された探針と試料表面との間に働く相互作用力を検出する。また、検出された相互作用力を一定に保つように探針−試料間の距離をフィードバック制御する。さらに、ＡＦＭは、このフィードバック制御を維持した状態で、試料を水平方向に走査する。その結果、探針は試料表面の凹凸をなぞるように上下する。ＡＦＭは、探針の上下方向の動きを、走査した水平位置に対して記録することにより、試料表面の凹凸像を得ることができる。

【0003】

ここで、探針−試料間の相互作用力を検出する力センサーとしては、探針を先端に有する片持ち梁（以後、カンチレバーともいう）が用いられる。このカンチレバーの変位量を検出するために、例えば、光てこ方式が広く用いられる。光てこ方式は、レーザー光などの光ビームをカンチレバーの背面に照射し、その反射光を４分割フォトダイオードなどの位置検出センサーで検出することにより、カンチレバーの変位量を検出する方法である。

【0004】

ＡＦＭは、特に、液中において試料表面の形状・物性を直接観察する手法として有用である。以後、液中の試料を観察するためのＡＦＭを液中ＡＦＭという。液中ＡＦＭでは、カンチレバーと試料とを観察用液体に浸漬した状態で、試料表面の計測を行なう。

【0005】

このとき観察用液体が蒸発することで、溶存物質の濃度が刻々と変化することが問題となる。また、蒸発量が多くなると、観察用液体の溶液形状が変化することにより、レーザー光路が変化しうる。その結果、正確なカンチレバーの変位量を検出することが困難となる。

【0006】

この問題に対して、ゴム製のＯリングのような弾性体により、ＡＦＭセルの隙間を密閉する手法が提案されている（特許文献１を参照）。弾性体により、観察用液体を密閉することで、蒸発を防ぐことができる。

【0007】

また、観察用液体の周囲に、観察用液体と混和しない密閉用液体を満たすことにより、観察用液体の蒸発を防ぐ手法が提案されている（特許文献２を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００２−２８６６１４号公報

【特許文献2】特開２００９−５８２３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、特許文献１に示される手法によっては、弾性体によりＡＦＭセルを密閉することにより、試料表面を水平方向に走査し、かつ、探針−試料間の距離を制御するための駆動部であるスキャナーの振動がカンチレバーにも伝播されるため、ＡＦＭによる計測精度が低下するという課題がある。

【0010】

また、特許文献２に示される手法によっては、密閉用液体の種類によって、観察用液体が制限されてしまうという課題がある。以下、より詳細に説明する。

【0011】

一般に、ＡＦＭセルは、カンチレバーとスキャナーなどの駆動部とが機械的に接合されないように構成される。もし、スキャナーなどの駆動部とカンチレバーが機械的に接合されると、駆動部で発生する機械振動がカンチレバーに伝播される。その結果、カンチレバーの変位量を正確に検出することが困難となるためである。

【0012】

しかし、特許文献１においては、ＡＦＭセルを密閉するため、ゴム製のＯリングにより、カンチレバーとスキャナーとを機械的に接合する。その結果、Ｏリングを介してスキャナーの振動がカンチレバーに伝播されてしまう。

【0013】

例えば、ダイナミックモードＡＦＭと呼ばれる手法においては、カンチレバーを微小振幅で振動させ、探針−試料間の相互作用力をカンチレバーの振動の、周波数・位相・振幅などの変化として検出する。ここで、カンチレバーを振動させるための励振手法として、圧電振動子で発生させた音響波を用いる音響励振法が広く用いられている。

【0014】

しかし、従来技術のように、カンチレバーとスキャナーとをＯリングにより機械的に接合すると、カンチレバーを励振させるための音響波がＯリングを通してＡＦＭ装置全体に伝播する。その結果、サンプルホルダーなどＡＦＭ装置を構成する部材が持つ機械共振が励起される。これは、カンチレバーの振動の共振特性を複雑化する原因となる。この共振特性の複雑化は、圧電振動子を用いてカンチレバーを励振させたときのカンチレバーの振動の安定性や定量性を低下させる要因となる。したがって、ＡＦＭによる計測精度が低下してしまう。

【0015】

また、特許文献２で示されるように、観察用液体の周囲に密閉用液体を満たす場合、観察用液体と密閉用液体とが完全に混和しないことが必要となる。したがって、密閉用液体に応じて、使用できる観察用液体が制限される。

【0016】

具体的には、観察用液体及び密閉用液体として使用される液体は、ＡＦＭを構成する部材に対する腐食性が低く、洗浄が容易であることが実用上、重要となる。そこで、従来は、観察用液体として水溶液を用いた観察が多く行われている。しかし、観察用液体に水溶液を使用する場合、これと混和してしまう水を密閉用液体として使用することができない。すなわち、特許文献２に示される方法では、密閉用液体との関係で使用できる観察用液体が制限されてしまう。

【0017】

そこで、本発明は、計測精度が低下せず、かつ、観察用液体が制限されない密閉型ＡＦＭセルを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0018】

本発明に係る密閉型ＡＦＭセルの一態様は、観察用液体に浸漬された試料を計測するＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）のための密閉型ＡＦＭセルであって、探針を有する片持ち梁と、前記試料を固定するサンプルホルダーと、前記サンプルホルダーを移動させる駆動部であるスキャナーと、前記探針が前記試料の計測面近傍に位置するように前記片持ち梁を保持する蓋部と、前記スキャナーを保持する部材であり、前記試料を挟んで前記蓋部と相対する部材である本体部とを備え、前記蓋部と前記本体部とは、前記観察用液体とは異なる液体であり、当該観察用液体と接触していない液体である密閉用液体を介して接合されることにより、当該蓋部と当該本体部と前記密閉用液体とで形成される空間の内部に前記観察用液体を密閉する。

【0019】

この構成によると、密閉型ＡＦＭセルは、蓋部と本体部と密閉用液体とによって形成される空間の内部に観察用液体を密閉する。したがって、観察用液体の蒸発を抑制しつつ、スキャナー等の振動がカンチレバーに伝わることを防止できる。また、密閉用液体と観察用液体とは接しない。したがって、使用可能な観察用液体が制限されない。

【0020】

具体的には、前記蓋部と前記本体部との少なくとも一方は、撥水性又は撥油性を有する部材と前記蓋部又は前記本体部とにより形成された溝を有し、前記溝は、前記密閉用液体を保持するとしてもよい。

【0021】

これによると、密閉型ＡＦＭセルは、撥水性又は撥油性を有する部材と前記蓋部又は前記本体部とにより形成された溝を有することで、より安定して密閉用液体を保持することができる。

【0022】

また、前記蓋部及び前記本体部の少なくとも一方は、前記サンプルホルダーを囲むように他方へとせり出す壁部を有し、前記壁部の端部は、前記密閉用液体を保持するとしてもよい。

【0023】

これによると、密閉型ＡＦＭセルは、壁部により、より容易に密閉空間を形成することができる。

【0024】

具体的には、前記壁部の端部は、撥水性又は撥油性を有する部材と前記壁部の端部とにより形成された溝を有し、前記溝は、前記密閉用液体を保持するとしてもよい。

【0025】

これによると、壁部に、撥水性又は撥油性を有する部材と前記壁部の端部とにより溝を形成することができる。したがって、密閉型ＡＦＭセルが有する壁部は、より安定して密閉用液体を保持することができる。

【0026】

また、さらに、前記密閉用液体を補充するためのチューブを備えるとしてもよい。

【0027】

これによると、チューブを通して密閉用液体を補充することができる。したがって、長時間にわたり密閉型ＡＦＭセルは、密閉性を損なうことなく内部を密閉することができる。

【0028】

具体的には、前記密閉用液体は、水、イオン液体、フッ素系不活性液体、又はシリコーンオイルであるとしてもよい。

【0029】

なお、本発明は、このような密閉型ＡＦＭセルとして実現できるだけでなく、このような密閉型ＡＦＭセルの機能の一部又は全てを備えるＡＦＭとして実現したりできる。

【発明の効果】

【0030】

以上、本発明によると、計測精度が低下せず、かつ、観察用液体が制限されない密閉型ＡＦＭセルを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】図１は、本発明の関連技術に係るＡＦＭセルの構成を示す図である。

【図2A】図２Ａは、本発明の他の関連技術に係る密閉型ＡＦＭセルの構成を示す図である。

【図2B】図２Ｂは、図２Ａに示される密閉型ＡＦＭセルに、横方向の力が加えられた状態の一例を示す図である。

【図3】図３は、本発明の実施の形態１に係る密閉型ＡＦＭセルの構成を示す図である。

【図4A】図４Ａは、媒質中を伝播する横波を示す概念図である。

【図4B】図４Ｂは、媒質中を伝播する縦波（疎密波）を示す概念図である。

【図5】図５は、本発明の実施の形態２に係る密閉型ＡＦＭセルの構成を示す図である。

【図6】図６は、２種類のＡＦＭセルにおける観察用液体の容積変化を比較した図である。

【図7】図７は、蓋部及び本体部の形状の他の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、これらの各形態により、本発明が限定されるものではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

【0033】

まず、本発明に係る密閉型ＡＦＭセルが解決する課題を明確にするため、図１〜図２Ｂを参照して、本発明の関連技術についてより詳細に説明する。

【0034】

図１は、本発明の関連技術に係る大気開放型ＡＦＭセル９００の構成を示す。

【0035】

図１に示されるように、大気開放型ＡＦＭセル９００は、観察用液体がＡＦＭセルの内部に密閉されていない、大気開放型のＡＦＭセルである。

【0036】

大気開放型ＡＦＭセル９００は、検出部９１０と、駆動部９３０とを有する。検出部９１０と駆動部９３０とは、前述のように、機械的に接合されていない。検出部９１０と駆動部９３０との間に、観察用液体１５０に浸漬されている試料１４０が置かれている。

【0037】

より詳細には、検出部９１０は、圧電振動子１１２と、光学窓１１４と、カンチレバー１２０と、蓋部１２２とを有する。

【0038】

圧電振動子１１２は、電圧が印加されることにより振動する圧電素子を有する。圧電振動子１１２は、例えば、板状の金属製振動板に圧電セラミック素子を接合して構成される。

【0039】

大気開放型ＡＦＭセル９００は、前述したダイナミックモードＡＦＭと呼ばれる手法により、探針−試料間の相互作用力を検出する。圧電振動子１１２は、ダイナミックモードＡＦＭにおいて、カンチレバーを振動させるための励起手段である。

【0040】

光学窓１１４は、蓋部に設けられた透明な窓である。光学窓１１４は、レーザー光を透過させる材料（例えばガラス等）により形成される。大気開放型ＡＦＭセル９００は、カンチレバーの変位量を、光てこ方式で検出する。その際、光ビーム素子１１６から照射された光ビーム（例えばレーザー光）は、光学窓１１４を通ってカンチレバーの背面で反射する。さらに、反射光は光学窓１１４を通って、フォトダイオード等を有する位置検出センサー１１８によって検出される。

【0041】

カンチレバー１２０は、片持ち梁構造を有する部材である。カンチレバー１２０は、一端に探針を有し、他端が蓋部に機械的に接合されている。試料１４０と探針との間に働く相互作用力に応じて、カンチレバー１２０は変位する。

【0042】

蓋部１２２は、探針が試料１４０の表面である計測面の近傍に位置するように、カンチレバー１２０を保持する部材である。

【0043】

また、駆動部９３０は、サンプルホルダー１３２と、スキャナー１３４とを有する。

【0044】

サンプルホルダー１３２は、試料１４０を固定する。具体的には、試料１４０は、計測面を上に向けて、サンプルホルダー１３２に固定される。

【0045】

スキャナー１３４は、サンプルホルダー１３２を水平面内で移動させる駆動部である。また、スキャナー１３４は、サンプルホルダー１３２を垂直方向に移動させることにより、探針−試料間の距離を制御する。

【0046】

こうした大気開放型ＡＦＭセル９００においては、観察用液体１５０は、計測中に蒸発してしまう。その結果、計測精度が低下するという問題が生じる。

【0047】

一方、図２Ａは、本発明の他の関連技術に係る密閉型ＡＦＭセル９００Ａの構成を示す。なお、図１と同様の構成要素については、同じ符号を付け、詳細な説明を省略する。

【0048】

図２Ａに示されるように、関連技術に係る密閉型ＡＦＭセル９００Ａは、蓋部１２２とサンプルホルダー１３２との間に、ゴム製のＯリング１６０を備える。Ｏリング１６０により、観察用液体１５０は、蓋部１２２、Ｏリング１６０、及びサンプルホルダー１３２から構成される空間の内部に密閉される。

【0049】

次に、図２Ｂは、密閉型ＡＦＭセル９００Ａに、スキャナー１３４から横方向の力が加えられた状態の一例を示す。

【0050】

スキャナー１３４が左方向に移動すると、スキャナー１３４に接合されているサンプルホルダー１３２に、左方向への力が加えられる。この力は、Ｏリング１６０を介して、蓋部１２２にも加えられる。その結果、蓋部１２２にも、左方向の力が加えられる。この力は、カンチレバー１２０を相互作用力とは無関係に変位させる。したがって、ＡＦＭによる、試料１４０の計測精度が低下する。

【0051】

以上述べた関連技術に係る発明では、観察用液体１５０をＯリングで密閉するため、カンチレバー１２０の変位を計測する精度が低下する。

【0052】

本発明に係る密閉型ＡＦＭセルは、こうした課題を解決できる。以下、より詳細に説明する。

【0053】

（実施の形態１）
図３は、本発明の実施の形態１に係る密閉型ＡＦＭセル１００の構成を示す。なお、図１に示される大気開放型ＡＦＭセル９００と同様の構成要素については同一の符号を付け、詳細な説明は省略する。

【0054】

図３に示されるように、密閉型ＡＦＭセル１００は、検出部１１０と、駆動部１３０とを備える。大気開放型ＡＦＭセル９００と異なり、検出部１１０と駆動部１３０とは、密閉用液体１７０を介して結合している。すなわち、密閉型ＡＦＭセル１００は、蓋部１２２と、本体部１３６と、密閉用液体１７０とによって形成される空間の内部に、観察用液体１５０を密閉している。

【0055】

より詳細には、検出部１１０は、圧電振動子１１２と、光学窓１１４と、カンチレバー１２０と、蓋部１２２とを有する。また、駆動部１３０は、サンプルホルダー１３２と、スキャナー１３４と、本体部１３６とを有する。

【0056】

本体部１３６は、スキャナー１３４を保持する部材である。本体部１３６は、サンプルホルダー１３２の上に置かれた試料１４０を挟んで蓋部１２２と相対する。より具体的には、図３に示されるように、本体部１３６を凹形状とし、蓋部１２２を、本体部１３６の凹形状に蓋をすることが可能な平面形状として形成することが考えられる。

【0057】

なお、蓋部１２２及び本体部１３６の形状はこれに限定されず、密閉用液体１７０を介して互いに組み合わされることにより、密閉空間を形成できる任意の形状であればよい。例えば、蓋部１２２を逆凹形状とし、本体部１３６を平面形状としてもよい。また、蓋部１２２を逆凹形状とし、本体部１３６を凹形状としてもよい。

【0058】

すなわち、蓋部１２２及び本体部１３６の少なくとも一方は、サンプルホルダー１３２を囲むように他方へとせり出す壁部を有している。

【0059】

ここで、せり出した壁部の端部は、観察用液体１５０とは異なる密閉用液体１７０を保持している。なお、蓋部１２２及び本体部１３６は、観察用液体１５０と密閉用液体１７０とが互いに接触しないような構造となっている。したがって、それぞれ用途に適した任意の液体を使用できる。密閉用液体１７０として使用できる液体としては、例えば、水、イオン液体、フッ素系不活性液体、シリコーンオイル等が考えられる。

【0060】

蓋部１２２と本体部１３６とは、密閉用液体１７０を介して接合される。密閉型ＡＦＭセル１００は、蓋部１２２と本体部１３６と密閉用液体１７０とで形成される空間の内部に観察用液体１５０を密閉する。

【0061】

以上述べたように、本実施の形態に係る密閉型ＡＦＭセル１００は、密閉用液体１７０を介して蓋部１２２と本体部１３６とを結合することにより、観察用液体１５０の蒸発を抑える密閉空間を形成する。また、蓋部１２２と本体部１３６とは密閉用液体１７０のみで結合されているため、機械的に分離している。したがって、スキャナー１３４等により生じる駆動部１３０側の振動が、カンチレバー１２０に伝播するのを防ぐことができる。

【0062】

さらに、密閉用液体１７０は、機械部材と独立して自由に変形するため、例えばＯリングを用いた関連技術と比較して、試料１４０の厚みや観察範囲に対する制約が少ない。

【0063】

また、観察用液体１５０と密閉用液体１７０とが直接接触しないため、用途に合わせて種々の液体を観察用液体１５０及び密閉用液体１７０として選択することができる。

【0064】

次に、図４Ａ及び図４Ｂを参照して、蓋部１２２と本体部１３６とを密閉用液体１７０を介して結合することの利点について、より詳細に説明する。

【0065】

図４Ａは、媒質中を伝播する横波を示す概念図である。横波は、媒質の振動方向が波の進行方向に対して垂直となっている。また、図４Ｂは、媒質中を伝播する縦波（疎密波）を示す概念図である。縦波は、媒質の振動方向が波の進行方向に対して平行となっている。

【0066】

スキャナー１３４等が発生させる振動には、縦波及び横波の双方が含まれている。しかし、横波は液体媒質中を伝播しない。したがって、スキャナー１３４等が発生させた機械振動のうち横波は、密閉用液体１７０を介してカンチレバー１２０に伝播されることはない。

【0067】

一方、縦波は液体媒質中を伝播する。しかし、固体媒質と液体媒質とでは音響インピーダンスが著しく異なる。よって、その界面における縦波の透過率は極めて低い。したがって、スキャナー１３４等が発生させた機械振動のうち縦波がカンチレバー１２０に伝播することも抑制される。

【0068】

（実施の形態２）
実施の形態１に係る密閉型ＡＦＭセル１００として、基本構成を示した。次に、より安定的に密閉用液体１７０を介して検出部１１０と駆動部１３０とを結合することが可能な、密閉型ＡＦＭセルの構成を示す。

【0069】

図５は、本発明の実施の形態２に係る密閉型ＡＦＭセル１００Ａの構成を示す。

【0070】

図５に示されるように、密閉型ＡＦＭセル１００Ａにおいては、本体部１３６Ａが有する壁部の先端部と、蓋部１２２Ａの裏面のうち壁部の先端と相対する部分のそれぞれに、溝１７１Ａ及び１７１Ｂが形成されている。本体部１３６Ａが有する壁部の先端部に形成された溝１７１Ａは、撥水性を有する部材１７２Ａと本体部１３６Ａが有する壁部の先端部とにより形成されている。また、蓋部１２２Ａの裏面のうち壁部の先端と相対する部分に形成された溝１７１Ｂは、撥水性を有する部材１７２Ｂと蓋部１２２Ａとにより形成されている。また、溝１７１Ａ及び１７１Ｂには密閉用液体１７０が満たされ、密閉用液体１７０を介して検出部１１０と駆動部１３０が結合されている。

【0071】

すなわち、壁部の端部は、２つの撥水性を有する部材１７２Ａと壁部の先端部とにより形成された溝１７１Ａを有し、形成された溝１７１Ａには、密閉用液体１７０が保持されている。撥水性を有する部材１７２Ａには、例えばシリコーンゴム等を使用することが考えられる。

【0072】

より具体的には、例えば、蓋部１２２Ａを円板形状の部材であるとする。また、本体部１３６Ａを、蓋部１２２Ａの直径と同じ直径を有する円板形状の底面と、底面の外周において、サンプルホルダー１３２を囲むように蓋部１２２Ａ方向へせり出した壁部とを有する円柱形状の部材であるとする。

【0073】

このとき、本体部１３６Ａが有する壁部の端部には、図５に示されるように、直径の異なる２つの環状の撥水性を有する部材１７２Ａが設置され、２つの部材１７２Ａと本体部１３６Ａが有する壁部の先端部とにより溝１７１Ａが形成される。

【0074】

同様に、蓋部１２２Ａの裏面において、本体部１３６Ａに設置された部材１７２Ａと相対する位置にも、直径の異なる２つの環状の撥水性の部材１７２Ｂが設置され、２つの部材１７２Ｂと蓋部１２２Ａとにより溝１７１Ｂが形成される。蓋部１２２Ａ及び本体部１３６Ａにそれぞれ形成された溝１７１Ａ及び１７１Ｂには、密閉用液体１７０が保持される。

【0075】

なお、密閉用液体１７０が油性の液体である場合には、部材１７２Ａ及び１７２Ｂは、撥水性の代わりに、撥油性を有する部材であるとしてもよい。ここでの撥水性・撥油性とは、例えば、部材１７２Ａ及び１７２Ｂの表面上で密閉用液体１７０の液滴が示す接触角が１０度以上を示すときの部材１７２Ａ及び１７２Ｂの性質を指している。

【0076】

また、密閉型ＡＦＭセル１００Ａは、図５に示される様に、溝１７１Ａ及び１７１Ｂに密閉用液体１７０を補充するためのチューブ１７４を備えてもよい。なお、図５において、チューブ１７４は、蓋部１２２Ａに設置されている。しかし、チューブ１７４は、本体部１３６Ａに設置してもよい。

【0077】

次に、本実施の形態に係る密閉型ＡＦＭセル１００Ａの密閉性を評価するために行った実験の結果について、図６を参照して説明する。

【0078】

図６は、２種類のＡＦＭセルにおける観察用液体の容積変化を比較した図である。縦軸は、観察開始時の容積に対して規格化した観察用液体１５０の容積を示す。横軸は、測定時間［分］を示す。なお、正確を期すため、５回実験を行った。各点は５回の平均値を示す。また、各点から上下に示されるバーは、標準偏差の範囲を示すエラーバーである。

【0079】

具体的には、密閉型ＡＦＭセル１００Ａにおいて、サンプルホルダー１３２上に観察用液体１５０であるリン酸緩衝生理食塩水２００μＬを滴下した後、密閉用液体１７０として純水を使用して密閉した。その後、室温を２５℃に保ち、観察用液体１５０の容積変化を調べた。

【0080】

また、比較のため、観察用液体１５０を密閉しない従来技術に係る大気開放型ＡＦＭセルにおいても、同様にリン酸緩衝生理食塩水２００μＬを滴下した後、観察用液体１５０の容積変化を調べた。

【0081】

その結果、図６に示される様に、大気開放型ＡＦＭセルにおいては、観察用液体１５０は測定時間が経過するに応じて減少し、９０分間で約２０％が蒸発した。一方、密閉型ＡＦＭセル１００Ａにおいては、観察用液体１５０の容積は９０分経過後も有意な変化が見られなかった。

【0082】

また、実験では、密閉型ＡＦＭセル１００Ａを用いることで、長時間にわたりカンチレバー１２０の変位を安定して検出することができた。

【0083】

以上の実験結果より、密閉型ＡＦＭセル１００Ａは、観察用液体１５０の蒸発を十分に抑制できることがわかる。また、スキャナー１３４等の駆動部とカンチレバー１２０とを機械的に分離することにより、駆動部の振動がカンチレバー１２０に伝播されるのを防止できるといえる。

【0084】

以上、本発明の実施の形態１又は２に係る密閉型ＡＦＭセルについて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。

【0085】

例えば、上記の各図において、各構成要素の角部及び辺を直線的に記載しているが、製造上の理由により、角部及び辺が丸みをおびたものも本発明に含まれる。

【0086】

また、図３において、壁部は本体部１３６が有しているが、前述のように、蓋部１２２又は本体部１３６の少なくとも一方が壁部を有していればよい。例えば、図７に示されるように、密閉型ＡＦＭセル１００Ｂにおいては、蓋部１２２Ｂが本体部１３６Ｂへ向かいせり出す壁部を有していてもよい。

【0087】

なお、実施の形態１又は２に係る密閉型ＡＦＭセルは、必ずしも壁部を有していなくてもよい。例えば、蓋部と本体部との少なくとも一方は、撥水性又は撥油性を有する部材により形成された溝を有し、溝が、密閉用液体を内側に保持してもよい。

【0088】

また、上記実施の形態１又は２に係る密閉型ＡＦＭセル、及びその変形例の機能のうち少なくとも一部を組み合わせてもよい。

【0089】

さらに、本発明の主旨を逸脱しない限り、実施の形態に対して当業者が思いつく範囲内の変更を施した各種変形例も本発明に含まれる。

【0090】

また、上記で用いた数字は、全て本発明を具体的に説明するために例示するものであり、本発明は例示された数字に制限されない。また、構成要素間の接続関係は、本発明を具体的に説明するために例示するものであり、本発明の機能を実現する接続関係はこれに限定されない。

【0091】

また、上記密閉型ＡＦＭセルの構成は、本発明を具体的に説明するために例示するためのものであり、本発明に係る密閉型ＡＦＭセルは、上記構成の全てを必ずしも備える必要はない。言い換えると、本発明に係る密閉型ＡＦＭセルは、本発明の効果を実現できる最小限の構成のみを備えればよい。

【0092】

今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【産業上の利用可能性】

【0093】

本発明は、ＡＦＭセルに適用でき、特に観察用液体を密閉する密閉型ＡＦＭセルに適用できる。

【符号の説明】

【0094】

１００、１００Ａ、１００Ｂ、９００Ａ 密閉型ＡＦＭセル
１１０、９１０ 検出部
１１２ 圧電振動子
１１４ 光学窓
１１６ 光ビーム素子
１１８ 位置検出センサー
１２０ カンチレバー（片持ち梁）
１２２、１２２Ａ、１２２Ｂ 蓋部
１３０、９３０ 駆動部
１３２ サンプルホルダー
１３４ スキャナー
１３６、１３６Ａ、１３６Ｂ 本体部
１４０ 試料
１５０ 観察用液体
１６０ Ｏリング
１７０ 密閉用液体
１７１Ａ、１７１Ｂ 溝
１７２Ａ、１７２Ｂ 部材
１７４ チューブ
９００ 大気開放型ＡＦＭセル

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】