JPH0698583B2 - マイクロマニピュレータの微小移動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、マイクロマニピュレータの微小移動装置に関
するものである。

（従来の技術） 従来、バイオテクノロジーにおいては、遺伝子，細胞な
どに人工的操作を加え、新しい遺伝情報体を作成して、
これを利用或いは研究する分野がある。その対象は遺伝
子，細胞，核，受精胚，組織或いは原生動物とさまざま
であるが、このうち、光学顕微鏡で観察できるものに対
して、物理的・機械的操作を加える手法としてマイクロ
マニピュレーションがある。例えば、動植物細胞や核に
外来遺伝子を注入して遺伝子の形質発現機構を解析する
場合、又は、初期胚や桑実胚を分割して仮親に移植し、
一卵性複数子を作成する場合、或いは受精卵の細胞質に
他の個体を移植してクローン生物を作る場合などに、マ
イクロマニピュレータは不可欠のものである。

一方、圧電素子（又は電歪素子）を用いた衝撃力による
微小移動装置は、既に、本願の発明者によって提案され
ており、特開昭63-299785号として公開されている。

かかる従来の微小移動装置の構成及びその動作の概略に
ついて、第12図乃至第14図を用いて説明する。

これらの図に示すように、従来の微小移動装置は、移動
体２と慣性体３を圧電素子４で結合し、移動体２をベー
ス１上に置いて、その摩擦力で保持するように構成され
ている。

そこで、圧電素子４に電圧を印加して、慣性体３を加速
し、その反動を利用して移動体２の移動を引き起こすこ
とにより、単純な機構でありながら、10nm〜10μｍ程度
の微動を可能にしている。

その移動原理は、以下の通りである。

即ち、移動体２を左（＋）方向に移動させる場合、ま
ず、第15図（ａ）に示すように、圧電素子４が縮んでい
る状態から、第15図（ｂ）に示すように、圧電素子４を
急激に延ばすと、移動体２と慣性体３が互いに離れる方
向に移動する。次に、第15図（ｃ）に示すように、圧電
素子４をゆっくりと引き戻し、第15図（ｄ）に示すよう
に、圧電素子４が元の長さに戻ったところで急に止める
と、慣性体３が移動体２に衝突する形になり、第15図
（ｅ）に示すように、移動体２は左方向に移動する。

また、移動体２を右（−）方向に移動させる場合、ま
ず、第16図（ａ）に示すように、圧電素子４が伸びてい
る状態から、第16図（ｂ）に示すように、圧電素子４を
急激に縮めると、移動体２と慣性体３が互いに近づく方
向に移動する。次に、第16図（ｃ）に示すように、圧電
素子４をゆっくりと延ばし、第16図（ｄ）に示すよう
に、圧電素子４が元の長さに戻ったところで、急に止め
ると、慣性体３が移動体２に衝突する形になり、第16図
（ｅ）に示すように、移動体２は右方向へ移動する。

更に、本願の発明者によって、この微小移動装置をマイ
クロマニピュレータへ応用したものが、特願平1-87287
号として既に提案されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記した従来の微小移動装置は、移動体
２に圧電素子４を接着し、更に該圧電素子４に慣性体３
を接着するようにしている。つまり、慣性体３が圧電素
子４から突出するように取付けられているので、圧電素
子４は絶えず慣性体３の重さに対応して下方へ押し下げ
される力を受けることになる。また、圧電素子４と慣性
体３とは移動体２から突出する形状であるため、その出
っ張りが目立ち、美観を損なうといった問題があった。

本発明は、上記問題点を除去し、コンパクトに装備さ
れ、かつ動作特性も優れたマイクロマニピュレータの微
小移動装置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） 本発明は、上記目的を達成するために、微小器具を駆動
するマイクロマニピュレータの微小移動装置において、
支持体（10）に摩擦面（18）を介して直線移動自在に支
持される移動体（12,30）と、この移動体（12）に取付
けられる微小器具（13）と、前記移動体（12,30）の後
端部に固定され、かつ空所が形成される圧電素子（22,2
3,33,34）と、前記空所に嵌まる突部（21b,32b）を有
し、その圧電素子（22,23,33,34）の後端部に固定され
る慣性体（21,32）とを設けるようにしたものである。

ここで、前記圧電素子（22,23,33,34）の空所とは、貫
通穴（22a,33a）又は前記移動体への固定面が閉じた窪
み部（23a,34a）を指す。

また、前記移動体（30）には窪み部（31）を形成し、こ
の窪み部（31）に圧電素子（33）及び慣性体（32）を固
定・内蔵するようにしたものである。

更に、微小器具を駆動するマイクロマニピュレータの微
小移動装置において、支持体に摩擦面を介して直線移動
自在に支持される移動体（40,50）と、この移動体（40,
50）に取付けらる微小器具と、前記移動体（40,50）の
後端部に固定される圧電素子（43,53）と、その圧電素
子（43,53）の後端部を慣性体（41,51）の凹所（42,5
2）に固定するようにしたものである。

（作用） 本発明によれば、上記のように構成したので、装置のコ
ンパクト化及び動作特性の向上を図ることができる。ま
た、移動体からの突出幅を短くすることができる。つま
り、微小移動装置全体を最大移動体幅まで小型化するこ
とができる。更に、移動体に組付けられる圧電素子及び
慣性体の出っ張りを減少させることができるため、見栄
えを良くすることができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細
に説明する。

第１図は本発明の第１の実施例を示すマイクロマニピュ
レータの全体斜視図、第２図はそのマイクロマニピュレ
ータの平面図、第３図は第２図のＣ−Ｃ線断面図であ
る。

これらの図において、支持体10は上下２枚の板からな
り、止め螺子16によって一端を止着されたコイルスプリ
ング17を具備する４本のボルト15により、弾発的に組立
てられる。このように、組立てられた支持体10の中心部
には角形状の貫通孔が形成され、そこに角形状の移動体
12が支持される。つまり、移動体12は支持体10の摩擦面
18を介して、移動可能に支持される。この移動体12の先
端部11には、マニピュレーション用微小器具13が固定具
19により着脱自在に取付けられる。

一方、移動体12の後端部には微小移動装置20が設けられ
る。つまり、移動体12の後端部には、圧電素子22を介し
て慣性体21が結合される。

ここで、微小移動装置20の圧電素子22に電界を加えて運
動させ、この運動エネルギーと慣性体21の慣性作用、及
び移動体12に作用する反力を利用して移動体12を微小駆
動することにより、移動体12に固定されたマニピュレー
ション用微小器具13によって目的物を処理する。

また、圧電素子22に印加する電圧値を変えて移動体12の
移動量を制御することにより、移動を目的とした比較的
粗い動作と、マニピュレーションを目的とした微細な動
作の両方の動きを、一つの微小移動装置20で行うことが
できる。これにより、従来のマイクロマニピュレータの
構造は、小型化且つ簡素化される。

次に、上記した微小移動装置について、第４図を参照し
ながら説明する。即ち、第４図は第１図のＢ部拡大断面
図である。

図に示すように、本発明の微小移動装置は、移動体12の
後端部に接着して固定され、かつ貫通穴22aが形成され
る圧電素子22と、この貫通穴22aに嵌まる突部21bとベー
ス部21aとを有し、前記圧電素子22の貫通穴22aに固定さ
れる慣性体21とを具備する。

また、この圧電素子22を変形し、第５図に示すように、
移動体12への固定面が閉じた窪み部23aを有する圧電素
子23としてもよい。

このように構成すると、第４図に示した貫通穴22aを有
する圧電素子22に比べて、移動体12への接着固定面積を
広くとることができるので、安定した固着を行うことが
できる。

第６図は本発明の第２の実施例を示すマイクロマニピュ
レータの微小移動装置の断面図である。

この図に示すように、移動体30の後端部には、下部水平
面31a、垂直面31b及び上部水平面31cを有する窪み部31
を形成し、その垂直面31bに、貫通穴33aを有する圧電素
子33を接着・固定する。更に、その圧電素子33の後端部
に慣性体32を設ける。つまり、突部32bを貫通穴33aに嵌
め込み、ベース部32aを圧電素子33の後端部に固定し、
この圧電素子33と慣性体32とからなる微小移動装置を、
窪み部31に内蔵する。

なお、この微小移動装置の構成として、第７図に示すよ
うに圧電素子を変形し、移動体30の窪み部31の垂直面31
bへの固定面が閉じた窪み部34aを有する圧電素子34を形
成してもよい。

第８図は本発明の第３の実施例を示すマイクロマニピュ
レータの微小移動装置の側面図、第９図はそのマイクロ
マニピュレータの微小移動装置の上面図である。

これらの図に示すように、移動体40の後端部には、圧電
素子43を接着・固定する。更に、その圧電素子43の後端
部に凹所42が形成される慣性体41を設ける。つまり、慣
性体41の凹所42に圧電素子43を接着・固定する。

従って、移動体40に取り付けられる圧電素子43及び慣性
体41の長さを短くすることができ、コンパクトなマイク
ロマニピュレータの微小移動装置を得ることができる。

第10図は本発明の第４の実施例を示すマイクロマニピュ
レータの微小移動装置の側面図、第11図はそのマイクロ
マニピュレータの微小移動装置の上面図である。

これらの図に示すように、移動体50の後端部には、圧電
素子53を接着・固定する。その圧電素子53の後端部には
幅の広い凹所52を有する慣性体51を接着固定する。つま
り、慣性体51は基部51aとその両端から延びる両側片51
b,51bを有し、それらの両側片51b,51bの先端部は移動体
50の後端外側面に臨むように形成する。

従って、移動体50に取り付けられる圧電素子53及び慣性
体51の移動方向の長さを短くすることができ、コンパク
トなマイクロマニピュレータの微小移動装置を得ること
ができる。

また、上記実施例においては、微小器具として、ピペッ
トを示したが、これを微小針、微小電極等へ適用するこ
とも可能である。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これ
らを本発明の範囲から排除するものではない。

（発明の効果） 以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下の
ような効果を奏することができる。

（１）装置のコンパクト化を図ることができると共に、
動作特性の向上を図ることができる。

（２）移動体からの突出幅を短くすることができる。つ
まり、微小移動装置全体を最大移動体幅まで小型化する
ことができる。

（３）移動体に組付けられる圧電素子及び慣性体の出っ
張りを減少させることができるため、見栄えを良くする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示すマイクロマニピュ
レータの全体斜視図、第２図はそのマイクロマニピュレ
ータの平面図、第３図は第２図のＣ−Ｃ線断面図、第４
図は本発明の第１の実施例を示すマイクロマニピュレー
タの微小移動装置の断面図（第１図のＢ部拡大図）、第
５図はその微小移動装置の変形断面図、第６図は本発明
の第２の実施例を示すマイクロマニピュレータの微小移
動装置の断面図、第７図はその微小移動装置の変形断面
図、第８図は本発明の第３の実施例を示すマイクロマニ
ピュレータの微小移動装置の側面図、第９図はそのマイ
クロマニピュレータの微小移動装置の上面図、第10図は
本発明の第４の実施例を示すマイクロマニピュレータの
微小移動装置の側面図、第11図はそのマイクロマニピュ
レータの微小移動装置の上面図、第12図は従来の微小移
動装置の側面図、第13図はその微小移動装置の平面図、
第14図は第13図のＡ−Ａ線断面図、第15図及び第16図は
その微小移動装置の動作原理の説明図である。 10……支持体、12,30,40,50……移動体、11……移動体1
2の先端部、13……マニピュレーション用微小器具、15
……ボルト、16……止め螺子、17……コイルスプリン
グ、18……摩擦面、19……固定具、20……微小移動装
置、21,32,41,51……慣性体、21a,32a……ベース部、21
b,32b……突部、22,23,33,34,43,53……圧電素子、22a,
33a……貫通穴、23a,31,34a……窪み部、31a……下部水
平面、31b……垂直面、31c……上部水平面、42,52……
凹所、51a……基部、51b,51b……両側片。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三松 淳 茨城県土浦市中向原635番地 プリマハム 株式会社内 (72)発明者 上野 久雄 茨城県土浦市中向原635番地 プリマハム 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−299785（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−87110（ＪＰ，Ａ)

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】微小器具を駆動するマイクロマニピュレー
   タの微小移動装置において、 （ａ）支持体に摩擦面を介して直線移動自在に支持され
   る移動体と、 （ｂ）該移動体に取付けられる微小器具と、 （ｃ）前記移動体の後端部に固定され、かつ空所が形成
   される圧電素子と、 （ｄ）前記空所に嵌まる突部を有し、前記圧電素子の後
   端部に固定される慣性体とを具備することを特徴とする
   マイクロマニピュレータの微小移動装置。
2. 【請求項２】前記圧電素子の空所は貫通穴である請求項
   １記載のマイクロマニピュレータの微小移動装置。
3. 【請求項３】前記圧電素子の空所は前記移動体への固定
   面が閉じた窪み部である請求項１記載のマイクロマニピ
   ュレータの微小移動装置。
4. 【請求項４】微小器具を駆動するマイクロマニピュレー
   タの微小移動装置において、 （ａ）微小器具が取付けられるとともに、後端部に窪み
   部が形成され、かつ支持体に摩擦面を介して直線移動自
   在に支持される移動体と、 （ｂ）該移動体の窪み部内に固定され、かつ空所が形成
   される圧電素子と、 （ｃ）前記空所に嵌まる突部を有し、前記圧電素子の後
   端部に固定される慣性体とを設け、 （ｄ）前記圧電素子及び前記慣性体を前記空所に内蔵さ
   せてなるマイクロマニピュレータの微小移動装置。
5. 【請求項５】前記圧電素子の空所は貫通穴である請求項
   ４記載のマイクロマニピュレータの微小移動装置。
6. 【請求項６】前記圧電素子の空所は前記移動体への固定
   面が閉じた窪み部である請求項４記載のマイクロマニピ
   ュレータの微小移動装置。
7. 【請求項７】微小器具を駆動するマイクロマニピュレー
   タの微小移動装置において、 （ａ）支持体に摩擦面を介して直線移動自在に支持され
   る移動体と、 （ｂ）該移動体に取り付けられる微小器具と、 （ｃ）前記移動体の後端部に固定される圧電素子と、 （ｄ）該圧電素子の後端部を慣性体の凹所に固定してな
   るマイクロマニピュレータの微小移動装置。
8. 【請求項８】前記凹所の両側先端部は移動体の後端部の
   外面に臨むように構成してなる請求項７記載のマイクロ
   マニピュレータの微小移動装置。