JP2010261929A - Microinjection apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、細胞等の被導入体内に遺伝子制御因子等の導入物質を微小な注入針により導入するマイクロインジェクション装置に関する。 The present invention relates to a microinjection apparatus for introducing an introduction substance such as a gene regulatory factor into a body to be introduced such as a cell with a minute injection needle.
細胞内へ遺伝子制御因子等の所望の物質を導入する代表的な方法として、電気的な方式であるエレクトロポレーション法、化学的な方式であるリポフェクション法、生物的な方式であるベクター法、機械的な方式であるマイクロインジェクション法、光学的な方式であるレーザインジェクション法などがある。 Typical methods for introducing a desired substance such as a gene regulatory factor into a cell include an electroporation method that is an electrical method, a lipofection method that is a chemical method, a vector method that is a biological method, and a machine. There are a microinjection method that is a typical method, a laser injection method that is an optical method, and the like.
このうち、電気的方式であるエレクトロポレーション法は、大電流によって細胞膜を破るため細胞の損傷が大きい。また、化学的方式であるリポフェクション法の場合は、導入物質として導入できる遺伝子制御因子に制限があり、導入効率が低い。生物的方式であるベクター法の場合も導入できる遺伝子制御因子に制限があり、また安全性について問題がある。これに対して、機械的方式であるマイクロインジェクション法の場合は、インジェクション位置を高精度で制御することで、細胞内に導入物質を確実に導入できるという特長がある。このマイクロインジェクション法の一例として、キャピラリー(微小な注入針)を用いて細胞内に導入物質を導入する方法が提案されている(特許文献1)。 Among these, the electroporation method, which is an electrical method, damages the cell because the cell membrane is broken by a large current. In the case of the lipofection method, which is a chemical method, there are limitations on gene regulatory factors that can be introduced as introduction substances, and the introduction efficiency is low. In the case of the vector method, which is a biological method, there are limitations on the gene regulatory factors that can be introduced, and there are problems with safety. On the other hand, the microinjection method, which is a mechanical method, has a feature that an introduced substance can be reliably introduced into cells by controlling the injection position with high accuracy. As an example of this microinjection method, a method of introducing an introduced substance into cells using a capillary (a minute injection needle) has been proposed (Patent Document 1).
マイクロインジェクション法の処理効率を高くする手法として、多数の注入針を規則的に配列したマイクロキャピラリーアレイと、このアレイの各注入針に対応した位置に細胞を固定する複数のマイクロチャンバーを配列してなるマイクロチャンバーアレイとを対向させて、複数の細胞に遺伝子制御因子を一括注入する方法も提案されている(特許文献2)。 As a technique for increasing the processing efficiency of the microinjection method, a microcapillary array in which a large number of injection needles are regularly arranged and a plurality of microchambers for fixing cells at positions corresponding to the injection needles in this array are arranged. There has also been proposed a method of injecting gene regulatory factors into a plurality of cells in a lump while facing a microchamber array (Patent Document 2).
図19に、マイクロインジェクション法を適用した装置の従来例を示す。このマイクロインジェクション装置では、被導入体である細胞を収容したシャーレ90を容器載置台91で把持し、シャーレ90の内部の局部平面画像を撮像手段92で撮像し、その平面画像を画像処理手段93で処理することにより、細胞の位置情報を得る。この容器載置台91を、XYステージ装置からなる水平2軸方向の容器位置調整手段94によって移動させることで、注入針95の挿入方向に細胞が位置するように細胞の位置決めを行う。次に、注入針95を保持したマニピュレータを、Zステージ装置96を有する注入針搬送手段97によって注入針95の挿入方向に移動させる。このように、位置決めされた細胞に対して注入針95を突き刺し、注入針95の内部に充填された導入物質を細胞に導入する。これらの一連の動作は、制御装置98の制御により自動的に行なわれる。注入針搬送手段97には、超音波モータやボールねじが使用される。
FIG. 19 shows a conventional example of an apparatus to which the microinjection method is applied. In this microinjection apparatus, a
細胞内にDNAやタンパク質等の遺伝子制御因子を導入する方法として、上記した各方法が挙げられるが、確実性と効率性を両立させた技術は未だ確立されていない。これらの各方法の中でも、細胞の一つ一つに遺伝子制御因子を導入するマイクロインジェクション法は最も確実な方法であるが、その操作には熟練と時間を要し、そのため処理効率が低いという問題がある。 Examples of the method for introducing a gene regulatory factor such as DNA or protein into a cell include the above-described methods. However, a technique that achieves both reliability and efficiency has not yet been established. Among these methods, the microinjection method in which a gene regulatory factor is introduced into each cell is the most reliable method, but the operation requires skill and time, so that the processing efficiency is low. There is.
特許文献2に開示のマイクロキャピラリーアレイ方式のように複数の細胞に対する注入針の位置制御を一括して行う方法では、各細胞の形状、大きさ、弾力性が異なることから、多くの細胞に対して注入針が刺さらないか、或いは、多くの細胞を破壊するといった結果になっている。また、マイクロキャピラリーアレイ方式では、細胞をマイクロキャピラリーアレイの各注入針と同位置に配列する必要があるため、培養液内で移動可能な浮遊細胞に適用できるのみで、培地やシャーレの底に付着した細胞には適用することができない。
In the method of collectively controlling the position of the injection needle for a plurality of cells as in the microcapillary array system disclosed in
そこで、マイクロインジェクション法を適用する装置では、これまで、その処理効率向上のために、細胞へ導入物質を注入する注入速度の向上や、マニピュレータの位置決め速度の向上が図られている。現在のマイクロインジェクション装置では、1秒以下で1個の細胞の注入処理を実現したものがある。 Therefore, in the apparatus to which the microinjection method is applied, improvement of the injection speed for injecting the introduction substance into the cell and improvement of the positioning speed of the manipulator have been attempted so far in order to improve the processing efficiency. Some of the current microinjection apparatuses realize the injection process of one cell in one second or less.
しかし、医療用途の要求では、細胞への導入物質の種類を問わないこと、導入効率が高いこと、および物質導入細胞を大量に供給できることが要求され、特に重要な物質導入細胞を大量に供給できる要求は現状では満たすことができない。
また、複数の注入針を使用したくても、現状では注入針を装備したマニピュレータの寸法が大きいため、マニピュレータを複数配置できないといった問題がある。
However, medical use requirements require that the type of substance introduced into the cell is not limited, that introduction efficiency is high, and that a large amount of substance-introduced cells can be supplied, and that particularly important substance-introduced cells can be supplied in large quantities. The request cannot be met at present.
Further, even if it is desired to use a plurality of injection needles, there is a problem in that a plurality of manipulators cannot be arranged because the size of a manipulator equipped with injection needles is large at present.
また、例えば図19と共に前述したような現在のマイクロインジェクション装置では、細胞を位置決めするために細胞を収容したシャーレ90を支持する容器位置調整手段94を移動させ、注入針95を装備したマニピュレータを、細胞に注入針95を挿入する方向にのみ移動させるため、複数の細胞を位置決めして各細胞に注入針を同時に挿入することができなかった。
For example, in the current microinjection apparatus as described above with reference to FIG. 19, for example, a manipulator equipped with an
この発明の目的は、細胞等の被導入体への導入物質の導入を、複数の注入針で効率良く確実に行うことができて、処理効率の向上が可能なマイクロインジェクション装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a microinjection apparatus that can efficiently and surely introduce a substance to be introduced into an introduced body such as a cell with a plurality of injection needles and can improve the processing efficiency. is there.
この発明のマイクロインジェクション装置は、内部に導入物質の充填された微小な注入針を被導入体に挿入することにより、被導入体内に導入物質を導入するマイクロインジェクション装置であって、前記被導入体の収容された容器の位置を調整する容器位置調整手段と、この容器位置調整手段で位置調整された容器の内部の被導入体に対して複数の注入針をそれぞれ個別に移動可能に移動させる複数の搬送手段と、前記容器位置調整手段により位置調整された前記容器の内部の画像を拡大用のレンズを通して撮像する撮像手段と、この撮像手段によって得られた画像から被導入体の位置を判定する位置判定手段と、この位置判定手段によって得られた位置情報に応じて前記各搬送手段に注入針の移動を行わせる制御手段とを備え、前記搬送手段は、少なくとも2自由度を有していて、各自由度ごとの移動機構を持ち、これら各自由度の移動機構のうち、少なくとも1つの自由度の移動機構の駆動源に、複数の圧電素子が積層されて積層方向に伸縮する圧電素子積層体を用いたことを特徴とする。 The microinjection device of the present invention is a microinjection device for introducing an introduced substance into a body to be introduced by inserting a minute injection needle filled with the introduced substance into the body to be introduced. A plurality of container position adjusting means for adjusting the position of the container accommodated therein, and a plurality of injection needles for individually moving the plurality of injection needles with respect to the introduction body inside the container whose position is adjusted by the container position adjusting means. A transfer means, an image pickup means for picking up an image inside the container whose position is adjusted by the container position adjustment means through an enlargement lens, and a position of the introducer is determined from the image obtained by the image pickup means. A position determination unit; and a control unit that causes each of the transfer units to move the injection needle in accordance with position information obtained by the position determination unit. The stage has at least two degrees of freedom, and has a movement mechanism for each degree of freedom, and among the movement mechanisms for each degree of freedom, a drive source of the movement mechanism for at least one degree of freedom includes a plurality of piezoelectric elements. A piezoelectric element laminate that is laminated and expands and contracts in the lamination direction is used.
この構成によると、被導入体を収容した容器の位置を容器位置調整手段で調整し、位置調整された容器の内部の平面視画像を撮像手段で撮像し、その画像から細胞位置を位置判定手段で判定することで各注入針の担当する細胞等の被導入体を決定する。このとき、拡大用のレンズにより前記容器を局部的に拡大し、細胞等の被導入体の位置を画像処理することで、被導入体の位置を精度良く認識できる。また、例えば、認識した細胞等の被導入体の画像内での位置関係から、各搬送装置で担当する被導入体を決定することができる。このように各注入針の担当する被導入体を決定した後、各注入針を個別の複数の搬送手段で移動させて各被導入体に注入針をそれぞれ挿入することにより、各被導入体に導入物質を導入する。このため、細胞等の複数の被導入体への導入物質の導入を同時に行うことができ、インジェクション処理の効率向上が可能となる。また、少なくとも2 種類以上の種類の異なる注入物質を注入針毎に充填しておき、同じ被導入体に順次導入することにより、被導入体に複数種の導入物質のあらかた同時導入が可能となる。よって、注入針の注入物質の入れ替えなく複数種の導入物質の導入ができ、インジェクション処理の効率向上が可能となる。
特に、前記搬送手段は、少なくとも2自由度の移動機構を持ち、各自由度の移動機構のうち少なくとも1自由度の移動機構の駆動源として積層型の圧電素子を用いているので、搬送手段を小型化できて、前記容器の周囲の限られたスペースに多数の搬送手段を配置でき、それだけ多数の注入針を使用することができてインジェクション処理の効率向上が可能となる。
According to this configuration, the position of the container containing the introducer is adjusted by the container position adjusting means, the planar view image inside the position-adjusted container is picked up by the imaging means, and the cell position is determined from the image by the position determining means. To determine the introduction body such as the cells in charge of each injection needle. At this time, the position of the introduced body can be recognized with high accuracy by locally enlarging the container with the magnifying lens and performing image processing on the position of the introduced body such as cells. In addition, for example, from the positional relationship in the image of the introducer such as the recognized cells, the introducer in charge of each transfer device can be determined. After determining the introduction body to be in charge of each injection needle in this way, each injection needle is moved by a plurality of individual conveying means, and the injection needle is inserted into each introduction body, so that each introduction body is inserted into each introduction body. Introduce introduced material. For this reason, the introduction substance can be simultaneously introduced into a plurality of introduction bodies such as cells, and the efficiency of the injection process can be improved. In addition, by filling at least two different kinds of different injection substances for each injection needle and sequentially introducing them into the same substance to be introduced, it is possible to introduce multiple kinds of introduction substances into the substance to be introduced at the same time. . Therefore, a plurality of kinds of introduction substances can be introduced without replacing the injection substance in the injection needle, and the efficiency of the injection process can be improved.
In particular, the conveying means has a moving mechanism having at least two degrees of freedom, and uses a stacked piezoelectric element as a drive source for the moving mechanism having at least one degree of freedom among the moving mechanisms having each degree of freedom. The size can be reduced, and a large number of conveying means can be arranged in a limited space around the container, so that a large number of injection needles can be used, and the efficiency of the injection process can be improved.
この発明において、前記搬送手段における前記圧電素子積層体を駆動源とする移動機構は、複数の圧電素子積層体を平行に配置し、これら複数の圧電素子積層体を、締結部材を介して伸縮方向に直列に接続しても良い。
このように複数本の圧電素子積層体を平行に配置して直列接続した場合、コンパクトな構成でより一層大きな変位が得られる。注入針の先端が、撮像手段によって得られた画像における所定視野内全域を移動可能にするためには、搬送手段による注入針の移動距離は1mm以上であることが望ましいが、上記の圧電素子積層体の配置,接続構成とすることで、大きなスペースを要することなく、注入針に必要な移動量を十分確保することができる。
In the present invention, the moving mechanism using the piezoelectric element laminate in the transporting unit as a drive source arranges the plurality of piezoelectric element laminates in parallel, and the plurality of piezoelectric element laminates are stretched in the extending direction via the fastening member. May be connected in series.
Thus, when a plurality of piezoelectric element laminates are arranged in parallel and connected in series, a larger displacement can be obtained with a compact configuration. In order to enable the tip of the injection needle to move within the entire field of view in the image obtained by the imaging means, the movement distance of the injection needle by the conveying means is preferably 1 mm or more. By adopting the arrangement and connection configuration of the body, it is possible to secure a sufficient amount of movement necessary for the injection needle without requiring a large space.
この発明において、前記搬送手段における圧電素子積層体を駆動源とする移動機構は、圧電素子積層体の伸縮をその伸縮方向と直交する方向の変位に拡大する拡大機構を有するものとしても良い。この構成の場合、注入針に必要な移動量を確保するうえで、より効果的なものとなる。 In the present invention, the moving mechanism using the piezoelectric element laminate in the transport unit as a drive source may include an expansion mechanism that expands and contracts the piezoelectric element laminate to a displacement in a direction perpendicular to the expansion and contraction direction. In the case of this configuration, it is more effective in securing the amount of movement necessary for the injection needle.
前記拡大機構は、リンク機構からなるものとしても良い。このリンク機構は、例えば、複数のリンクと、これらリンク間等を連結する回動自在な節点を構成するジョイントとで構成される。各ジョイントは位置固定の固定ジョイントまたは位置可動の可動ジョイントとされる。
リンク機構であると、簡素な構成で変位の方向を変換することができ、かつ変位を大きく拡大することができる。前記各ジョイントは、転がり軸受または滑り軸受を介して、互いに連結される部品を回動自在に結合する継手であっても良い。転がり軸受を用いた場合は、摩擦抵抗を低減し、かつ転がり軸受に適正予圧を与えることでガタツキを抑制して、精密な位置決めを実現することができる。また、弾性変形部がないので拡大機構の設計が容易である。
The enlargement mechanism may be a link mechanism. This link mechanism is composed of, for example, a plurality of links and a joint that constitutes a rotatable node that connects these links. Each joint is a fixed joint with a fixed position or a movable joint with a movable position.
With the link mechanism, the direction of displacement can be changed with a simple configuration, and the displacement can be greatly enlarged. Each joint may be a joint that rotatably couples components connected to each other via a rolling bearing or a sliding bearing. When a rolling bearing is used, it is possible to reduce the frictional resistance and to suppress the backlash by applying an appropriate preload to the rolling bearing, thereby realizing precise positioning. In addition, since there is no elastic deformation part, the design of the enlargement mechanism is easy.
前記拡大機構となるリンク機構は、3つのリンクと、位置固定の1つの固定ジョイントと、位置可動の3つの可動ジョイントとを有し、圧電素子積層体の伸縮方向の変位を直交方向に変換し、かつ変位を拡大するものであっても良い。
この構成において、前記各ジョイントは、それぞれ回動自在な節点を構成するジョイントであって、その回動中心が、前記圧電素子積層体の前記伸縮方向および前記伸縮方向と直交する方向のいずれに対しても垂直である。前記固定ジョイントに基端が連結された第1のリンクの他端を、第1の可動ジョイントに基端が連結された第2のリンクの中間に第2の可動ジョイントを介して連結し、第2のリンクの先端に第3の可動ジョイントを介して第3のリンクを連結し、第3のリンクの先端を、前記伸縮方向と直交する方向にのみ移動自在に拘束された可動部とする。前記固定ジョイントは前記圧電素子積層体の固定側の端部に対して位置固定とし、第1の可動ジョイントは前記圧電素子積層体の伸縮側の端部と一体に移動可能とする。前記第3のリンクの先端の可動部が、リンク機構の変位拡大出力部となる。
この構成の場合、3つのリンクを同じ位置で連結する必要がなくて、軸方向に2つのジョイントを並べて配置する必要がなく、リンク機構の厚み寸法を小さくできる。
The link mechanism serving as the enlarging mechanism has three links, one fixed joint that is fixed in position, and three movable joints that are movable in position, and converts the displacement in the expansion / contraction direction of the piezoelectric element laminate into an orthogonal direction. In addition, the displacement may be enlarged.
In this configuration, each of the joints is a joint that forms a rotatable node, and the center of rotation of the joint is relative to either the expansion / contraction direction of the piezoelectric element laminate or the direction orthogonal to the expansion / contraction direction. Even vertical. The other end of the first link whose base end is connected to the fixed joint is connected to the middle of the second link whose base end is connected to the first movable joint via a second movable joint, A third link is connected to the tip of the second link via a third movable joint, and the tip of the third link is a movable part that is constrained to be movable only in a direction orthogonal to the expansion / contraction direction. The fixed joint is fixed in position with respect to the fixed end of the piezoelectric element laminate, and the first movable joint is movable integrally with the extensible end of the piezoelectric element laminate. The movable part at the tip of the third link becomes the displacement expansion output part of the link mechanism.
In the case of this configuration, it is not necessary to connect the three links at the same position, it is not necessary to arrange two joints side by side in the axial direction, and the thickness dimension of the link mechanism can be reduced.
前記拡大機構となるリンク機構は、2つのリンクと、位置固定の1つの固定ジョイントと、位置可動の2つの可動ジョイントとを有し、圧電素子積層体の伸縮方向の変位を直交方向に変換し、かつ変位を拡大するものであっても良い。
この構成において、前記各ジョイントは、それぞれ回動自在な節点を構成するジョイントであって、その回動中心が、前記圧電素子積層体の前記伸縮方向および前記伸縮方向と直交する方向のいずれに対しても垂直である。固定ジョイントに基端が連結された第1のリンクの他端を、第1の可動ジョイントに基端が連結された第2のリンクの中間に第2の可動ジョイントを介して連結し、前記固定ジョイントは前記圧電素子積層体の固定側の端部に対して位置固定とし、第1の可動ジョイントは前記圧電素子積層体の伸縮側の端部と一体に移動可能とする。第2のリンクの先端がリンク機構の変位拡大出力部となる。
この構成の場合も、3つのリンクを同じ位置で連結する必要がなくて、軸方向に2つのジョイントを並べて配置する必要がなく、リンク機構の厚み寸法を小さくできる。
The link mechanism serving as the enlarging mechanism has two links, one fixed joint that is fixed in position, and two movable joints that are movable in position, and converts the displacement in the expansion / contraction direction of the piezoelectric element laminate into an orthogonal direction. In addition, the displacement may be enlarged.
In this configuration, each of the joints is a joint that forms a rotatable node, and the center of rotation of the joint is relative to either the expansion / contraction direction of the piezoelectric element laminate or the direction orthogonal to the expansion / contraction direction. Even vertical. The other end of the first link whose base end is connected to the fixed joint is connected to the middle of the second link whose base end is connected to the first movable joint via the second movable joint, and the fixed The joint is fixed in position with respect to the fixed side end of the piezoelectric element laminate, and the first movable joint is movable integrally with the extensible side end of the piezoelectric element laminate. The tip of the second link becomes the displacement expansion output unit of the link mechanism.
Also in this configuration, it is not necessary to connect the three links at the same position, it is not necessary to arrange two joints side by side in the axial direction, and the thickness dimension of the link mechanism can be reduced.
この発明において、前記搬送手段における圧電素子積層体を駆動源とする移動機構は、圧電素子の伸縮をその伸縮方向と直交する方向の変位に拡大する第1の拡大機構と、この第1の拡大機構により拡大された変位を圧電素子の伸縮方向の変位に拡大する第2の拡大機構とを有するものとしても良い。この構成の場合、注入針に必要な移動量を確保するうえで、さらに有効なものとなる。 In the present invention, the moving mechanism using the piezoelectric element laminate in the conveying means as a drive source includes a first expansion mechanism that expands the expansion and contraction of the piezoelectric element to a displacement perpendicular to the expansion and contraction direction, and the first expansion mechanism. It is good also as what has the 2nd expansion mechanism which expands the displacement expanded by the mechanism to the displacement of the expansion-contraction direction of a piezoelectric element. In the case of this configuration, it becomes more effective in securing the amount of movement necessary for the injection needle.
前記第1および第2の拡大機構がリンク機構からなるものとしても良い。前記圧電素子積層体の伸縮方向の変位を、第1の拡大機構となるリンク機構によって直交方向に変換し、かつ変位を拡大し、その拡大された直交方向の変位を、さらに第2の拡大機構となるリンク機構によって圧電素子積層体の伸縮方向の変位に変換し、かつ変位を拡大させるようにする。各リンク機構は、例えば、複数のリンクと、これらリンク間等を連結する回動自在な節点を構成するジョイントとで構成される。各ジョイントは、位置固定の固定ジョイントまたは位置可動の可動ジョイントとされる。これら第1および第2の拡大機構を構成する2つのリンク機構は、例えば、変位が順次伝達されるように、可動ジョイントを介して2段に組み合わされたものとする。
この構成の場合も、前記各ジョイントは、転がり軸受または滑り軸受を介して、互いに連結される部品を回動自在に結合する継手であっても良い。転がり軸受を用いた場合は、摩擦抵抗を低減し、かつ転がり軸受に適正予圧を与えることでガタツキを抑制して、精密な位置決めを実現することができる。また、弾性変形部がないので、第1および第2の拡大機構の設計が容易である。
The first and second enlargement mechanisms may be link mechanisms. The displacement in the expansion / contraction direction of the piezoelectric element laminate is converted into an orthogonal direction by a link mechanism serving as a first expansion mechanism, the displacement is expanded, and the expanded displacement in the orthogonal direction is further converted into a second expansion mechanism. The link mechanism is converted into a displacement in the expansion / contraction direction of the piezoelectric element laminate, and the displacement is enlarged. Each link mechanism is composed of, for example, a plurality of links and joints that constitute rotatable nodes that connect the links. Each joint is a fixed joint with a fixed position or a movable joint with a movable position. It is assumed that the two link mechanisms constituting the first and second enlargement mechanisms are combined in two stages via a movable joint so that displacement is sequentially transmitted, for example.
Also in this configuration, each joint may be a joint that rotatably couples components connected to each other via a rolling bearing or a sliding bearing. When a rolling bearing is used, it is possible to reduce the frictional resistance and to suppress the backlash by applying an appropriate preload to the rolling bearing, thereby realizing precise positioning. Moreover, since there is no elastic deformation part, the design of the 1st and 2nd expansion mechanism is easy.
前記第1および第2の拡大機構を構成する前記リンク機構は、いずれも、3つのリンクと、位置固定の1つの固定ジョイントと、位置可動の3つの可動ジョイントとを有するものとし、第1および第2の拡大機構を構成する各リンク機構は、可動ジョイントを介して、変位が順次伝わるように、互いに2段に組み合わせても良い。
前記各ジョイントは、それぞれ回動自在な節点を構成するジョイントであって、その回動中心が、前記圧電素子積層体の前記伸縮方向および前記伸縮方向と直交する方向のいずれに対しても垂直である。前記固定ジョイントに基端が連結された第1のリンクの他端を、第1の可動ジョイントに基端が連結された第2のリンクの中間に第2の可動ジョイントを介して連結し、第2のリンクの先端に第3の可動ジョイントを介して第3のリンクを連結する。第3のリンクの先端を、前記伸縮方向と直交する方向にのみ移動自在に拘束された可動部とする。
第1の拡大機構を構成するリンク機構は、前記固定ジョイントが前記圧電素子積層体の固定側の端部に対して位置固定であり、第1の可動ジョイントが前記圧電素子積層体の伸縮側の端部と一体に移動可能である。
第2の拡大機構を構成するリンク機構は、第1の拡大機構を構成するリンク機構に対し前記各ジョイントの回動中心と平行な中心軸回りに90°方向を変えた姿勢に設けられて、前記固定ジョイントが前記圧電素子積層体の固定側の端部に対して位置固定であり、第1の可動ジョイントが第1の拡大機構を構成するリンク機構における前記可動部に設けられる。第2の拡大機構を構成するリンク機構の第3の可動ジョイントの前記可動部が、前記圧電素子積層体の伸縮方向の変位拡大出力部となる。
Each of the link mechanisms constituting the first and second expansion mechanisms includes three links, one fixed joint that is fixed in position, and three movable joints that are movable in position. The link mechanisms constituting the second expansion mechanism may be combined in two stages so that the displacement is sequentially transmitted via the movable joint.
Each of the joints is a joint that constitutes a rotatable node, and the center of rotation is perpendicular to both the expansion / contraction direction of the piezoelectric element laminate and the direction orthogonal to the expansion / contraction direction. is there. The other end of the first link whose base end is connected to the fixed joint is connected to the middle of the second link whose base end is connected to the first movable joint via a second movable joint, The third link is connected to the tip of the second link via a third movable joint. The tip of the third link is a movable part that is constrained to move only in a direction orthogonal to the expansion and contraction direction.
In the link mechanism constituting the first expansion mechanism, the fixed joint is fixed in position with respect to the fixed side end of the piezoelectric element laminate, and the first movable joint is provided on the expansion / contraction side of the piezoelectric element laminate. It can move together with the end.
The link mechanism constituting the second enlargement mechanism is provided in a posture in which the direction of 90 ° is changed around the central axis parallel to the rotation center of each joint with respect to the link mechanism constituting the first enlargement mechanism, The fixed joint is fixed in position with respect to the fixed side end of the piezoelectric element laminate, and the first movable joint is provided in the movable portion in the link mechanism constituting the first expansion mechanism. The movable portion of the third movable joint of the link mechanism constituting the second expansion mechanism serves as a displacement expansion output portion in the expansion / contraction direction of the piezoelectric element laminate.
前記第1および第2の拡大機構を構成する前記リンク機構は、いずれも、2つのリンクと、位置固定の1つの固定ジョイントと、位置可動の2つの可動ジョイントとを有するものとし、第1および第2の拡大機構を構成する各リンク機構は、可動ジョイントを介して、変位が順次伝わるように、互いに2段に組み合わせても良い。
前記各ジョイントは、それぞれ回動自在な節点を構成するジョイントであって、その回動中心が、前記圧電素子積層体の前記伸縮方向および前記伸縮方向と直交する方向のいずれに対しても垂直である。各リンク機構は、固定ジョイントに基端が連結された第1のリンクの他端を、第1の可動ジョイントに基端が連結された第2のリンクの中間に第2の可動ジョイントを介して連結する。
第1の拡大機構を構成するリンク機構は、前記固定ジョイントが前記圧電素子積層体の固定側の端部に対して位置固定であり、第1の可動ジョイントが前記圧電素子積層体の伸縮側の端部と一体に移動可能である。
第2の拡大機構を構成するリンク機構は、第1の拡大機構を構成するリンク機構に対し前記各ジョイントの回動中心と平行な中心軸回りに90°方向を変えた姿勢に設けられて、前記固定ジョイントが前記圧電素子積層体の固定側の端部に対して位置固定であり、第1の可動ジョイントが第1の拡大機構を構成するリンク機構における第2のリンクの先端に設けられる。第2の拡大機構を構成するリンク機構の第2のリンクの先端が、前記圧電素子積層体の伸縮方向の変位拡大出力部となる。
Each of the link mechanisms constituting the first and second enlargement mechanisms includes two links, a fixed position-fixing joint, and two position-movable joints. The link mechanisms constituting the second expansion mechanism may be combined in two stages so that the displacement is sequentially transmitted via the movable joint.
Each of the joints is a joint that constitutes a rotatable node, and the center of rotation is perpendicular to both the expansion / contraction direction of the piezoelectric element laminate and the direction orthogonal to the expansion / contraction direction. is there. Each link mechanism is configured such that the other end of the first link whose base end is connected to the fixed joint is connected to the middle of the second link whose base end is connected to the first movable joint via the second movable joint. Link.
In the link mechanism constituting the first expansion mechanism, the fixed joint is fixed in position with respect to the fixed side end of the piezoelectric element laminate, and the first movable joint is provided on the expansion / contraction side of the piezoelectric element laminate. It can move together with the end.
The link mechanism constituting the second enlargement mechanism is provided in a posture in which the direction of 90 ° is changed around the central axis parallel to the rotation center of each joint with respect to the link mechanism constituting the first enlargement mechanism, The fixed joint is fixed in position with respect to the fixed side end of the piezoelectric element laminate, and the first movable joint is provided at the tip of the second link in the link mechanism constituting the first expansion mechanism. The tip of the second link of the link mechanism that constitutes the second expansion mechanism serves as a displacement expansion output section in the expansion / contraction direction of the piezoelectric element laminate.
前記リンク機構は、1つの固定ジョイントと2つの可動ジョイントと2つのリンクとからなるクランク・スライダ機構を有し、このクランク・スライダ機構は、前記圧電素子の伸長方向の変位を、前記2つの可動ジョイントおよび2つのリンクを介して、固定ジョイントの円周上の任意の方向に変換し更に変位を拡大可能としても良い。
この構成では、例えば、第1の可動ジョイントの移動方向の同一線上に固定ジョイントが配置されている。この構成において、前記各ジョイントは、それぞれ回動自在な節点を構成するジョイントであって、その回動中心が、前記圧電素子積層体の前記伸縮方向および前記伸縮方向と直交する方向のいずれに対しても垂直である。固定ジョイントの円周上の任意の位置に出力部を設定することで任意の方向に変位拡大することができる。よって部品点数の削減や寸法の小型化が可能になる。
The link mechanism includes a crank / slider mechanism including one fixed joint, two movable joints, and two links. The crank / slider mechanism is configured to change the displacement of the piezoelectric element in the extension direction. It is also possible to convert the displacement to an arbitrary direction on the circumference of the fixed joint through the joint and the two links and further increase the displacement.
In this configuration, for example, the fixed joint is arranged on the same line in the moving direction of the first movable joint. In this configuration, each of the joints is a joint that forms a rotatable node, and the center of rotation of the joint is relative to either the expansion / contraction direction of the piezoelectric element laminate or the direction orthogonal to the expansion / contraction direction. Even vertical. By setting the output unit at an arbitrary position on the circumference of the fixed joint, the displacement can be enlarged in an arbitrary direction. Therefore, the number of parts can be reduced and the size can be reduced.
また、前記クランク・スライダ機構は可動ジョイントの移動方向の同一線上に固定ジョイントが配置された構成であるが、固定ジョイントが可動ジョイントの移動方向の同一線上にないオフセットクランク機構でもよい。この場合、オフセットによって、第1の可動ジョイントの往復運動に対して固定ジョイントの回転角度が往復で異なる。よって、第1の可動ジョイントの移動量に対して、固定ジョイントの回転角が大きい点を選択することで、リンクの寸法を大きくすることなく変位拡大率を大きくすることができる。 The crank / slider mechanism has a configuration in which a fixed joint is arranged on the same line in the moving direction of the movable joint, but may be an offset crank mechanism in which the fixed joint is not on the same line in the moving direction of the movable joint. In this case, the rotation angle of the fixed joint differs depending on the reciprocation with respect to the reciprocation of the first movable joint. Therefore, by selecting a point where the rotation angle of the fixed joint is large with respect to the movement amount of the first movable joint, the displacement enlargement ratio can be increased without increasing the size of the link.
この発明において、前記注入針を支持する針支持部材を注入針の挿入方向に移動させる移動機構が、前記圧電素子積層体を駆動源とする移動機構であって、この移動機構を構成する一部の圧電素子を振動駆動することにより、前記針支持部材に挿入方向の振動を付与する振動駆動手段を有するものとしても良い。この構成の場合、被誘導体への注入針の円滑な突き刺しが可能となるとともに、注入針の位置決めの高速駆動が可能となる。 In this invention, the moving mechanism that moves the needle support member that supports the injection needle in the insertion direction of the injection needle is a movement mechanism that uses the piezoelectric element laminate as a drive source, and a part of the movement mechanism It is good also as what has a vibration drive means to give the vibration of an insertion direction to the said needle support member by carrying out the vibration drive of this piezoelectric element. In the case of this configuration, the injection needle can be smoothly pierced into the derivative and the injection needle can be positioned at high speed.
前記振動駆動手段は、前記針支持部材を位置決めするための位置決め信号と針支持部材を挿入方向に振動させる振動駆動信号とを重畳して前記一部の圧電素子に印加するものとしても良い。この構成の場合、一部の圧電素子積層体を振動付与と位置決めに共用することができる。 The vibration driving means may superimpose a positioning signal for positioning the needle support member and a vibration drive signal for vibrating the needle support member in the insertion direction and apply the superimposed signal to the partial piezoelectric elements. In the case of this configuration, a part of the piezoelectric element laminated body can be shared for vibration application and positioning.
前記振動駆動手段により振動させる圧電素子は、前記圧電素子積層体における前記針支持部材に対する連結側端に位置する圧電素子であっても良い。この構成の場合、圧電素子で生じる振動のための変位を注入針に効率良く伝達することができる。 The piezoelectric element to be vibrated by the vibration driving means may be a piezoelectric element located at a connection side end with respect to the needle support member in the piezoelectric element laminate. In the case of this configuration, displacement due to vibration generated in the piezoelectric element can be efficiently transmitted to the injection needle.
前記振動駆動手段は、振動の周波数を切り換える周波数可変手段を有するものとしても良い。この構成の場合、注入針が挿入される被導入体の種類などに応じて前記振動の周波数を切り換えることができ、それだけ注入針の挿入を円滑に行うことができる。 The vibration drive means may include frequency variable means for switching the frequency of vibration. In the case of this configuration, the frequency of the vibration can be switched according to the type of the body to be introduced into which the injection needle is inserted, and the insertion needle can be smoothly inserted accordingly.
前記振動駆動手段を設けた場合に、前記振動駆動される一部の圧電素子である一つの圧電素子積層体と他の圧電素子積層体とを直線状に連結した連結体を、さらに他の圧電素子積層体と平行に配置し、これら互いに平行に配置された連結体とさらに他の圧電素子積層体とを、締結部材を介して伸縮方向に直列に接続してもよい。これにより、コンパクトな構成で、注入針に必要な移動量を十分確保することができ、かつ振動付与も行うことができる。 In the case where the vibration driving means is provided, a connection body in which one piezoelectric element laminated body, which is a part of the piezoelectric elements driven by vibration, and another piezoelectric element laminated body are linearly connected is connected to another piezoelectric element. You may arrange | position in parallel with an element laminated body, and may connect the connection body arrange | positioned in parallel with each other, and another piezoelectric element laminated body in series in the expansion-contraction direction via a fastening member. Thereby, it is possible to secure a sufficient amount of movement necessary for the injection needle with a compact configuration, and it is also possible to impart vibration.
この発明において、前記被導入体が細胞であり、前記導入物質が遺伝子制御因子であっても良い。遺伝子制御因子は例えばDNAやタンパク質である。このような細胞への遺伝子制御因子の注入の場合に、この発明における、複数の注入針で効率良く確実に行うことができて、処理効率の向上が可能という利点が、効果的に発揮される。 In the present invention, the introduced substance may be a cell, and the introduced substance may be a gene regulatory factor. The gene regulatory factor is, for example, DNA or protein. In the case of injecting a gene regulatory factor into such a cell, the advantage of being able to efficiently and surely perform with a plurality of injection needles in this invention and improving the processing efficiency is effectively exhibited. .
この発明のマイクロインジェクション装置は、内部に導入物質の充填された微小な注入針を被導入体に挿入することにより、被導入体内に導入物質を導入するマイクロインジェクション装置であって、前記被導入体の収容された容器の位置を調整する容器位置調整手段と、この容器位置調整手段で位置調整された容器の内部の被導入体に対して複数の注入針をそれぞれ個別に移動可能に移動させる複数の搬送手段と、前記容器位置調整手段により位置調整された前記容器の内部の画像を拡大用のレンズを通して撮像する撮像手段と、この撮像手段によって得られた画像から被導入体の位置を判定する位置判定手段と、この位置判定手段によって得られた位置情報に応じて前記各搬送手段に注入針の移動を行わせる制御手段とを備え、前記搬送手段は、少なくとも2自由度を有していて、各自由度ごとの移動機構を持ち、これら各自由度の移動機構のうち、少なくとも1つの自由度の移動機構の駆動源に、複数の圧電素子が積層されて積層方向に伸縮する圧電素子積層体を用いたため、細胞等の被導入体への導入物質の導入を、複数の注入針で効率良く確実に行うことができて、処理効率の向上が可能となる。 The microinjection device of the present invention is a microinjection device for introducing an introduced substance into a body to be introduced by inserting a minute injection needle filled with the introduced substance into the body to be introduced. A plurality of container position adjusting means for adjusting the position of the container accommodated therein, and a plurality of injection needles for individually moving the plurality of injection needles with respect to the introduction body inside the container whose position is adjusted by the container position adjusting means. A transfer means, an image pickup means for picking up an image inside the container whose position is adjusted by the container position adjustment means through an enlargement lens, and a position of the introducer is determined from the image obtained by the image pickup means. A position determination unit; and a control unit that causes each of the transfer units to move the injection needle in accordance with position information obtained by the position determination unit. The stage has at least two degrees of freedom, and has a movement mechanism for each degree of freedom, and among the movement mechanisms for each degree of freedom, a drive source of the movement mechanism for at least one degree of freedom includes a plurality of piezoelectric elements. Since the piezoelectric element laminate that is stacked and expands and contracts in the stacking direction, the introduction of the introduced substance into the introduced body such as cells can be efficiently and reliably performed with a plurality of injection needles, and the processing efficiency is improved. Is possible.
この発明の一実施形態を図1ないし図14と共に説明する。図1は、このマイクロインジェクション装置の概念図を示す。このマイクロインジェクション装置は、内部に導入物質の充填された微小な注入針11を被導入体に挿入することにより、被導入体内に導入物質を導入する装置である。被導入体は、例えば細胞である。この細胞は、人体の細胞であっても、他の任意の動物や植物等の生物の細胞であっても良い。
このマイクロインジェクション装置は、容器位置調整手段1と、複数の注入針11に対して個別に設けたマニピュレータである複数の搬送手段4と、この搬送手段4を注入準備位置と退避位置との間で進退させる搬送手段退避機構39と、撮像手段2と、位置判定手段3と、装置全体の動作を制御する制御装置5とを備える。
制御装置5は、後に具体的に説明するが、位置判定手段3と、担当被導入体決定部87と、注入動作制御部88とを有し、前記担当被導入体決定部87と、注入動作制御部88とで制御手段80が構成される。注入動作制御部88は、それぞれ個々の搬送手段4を制御する搬送手段個別制御部88aを有している。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a conceptual diagram of this microinjection apparatus. This microinjection apparatus is an apparatus that introduces a substance to be introduced into a body to be introduced by inserting a
The microinjection apparatus includes a container position adjusting unit 1, a plurality of
As will be described in detail later, the
容器位置調整手段1は、被導入体を収容するシャーレ等の容器12が載置状態に保持された容器載置台13を水平な直交2軸方向に移動させて容器12の位置を調整する手段であり、XYステージ装置6により構成される。XYステージ装置6は、例えば図14に平面図で示すように、基台181にガイド182を介してY軸方向に移動自在に設置された下側可動台183と、この下側可動台183上のガイド184を介してX軸方向に移動自在に設置された上側可動台185と、上記下側可動台183および上側可動台185を可動方向に進退させる各軸の可動台駆動機構186,187とで構成される。可動台駆動機構186,187は、超音波モータやリニアモータであっても、モータとボールねじ等の回転・直線運動変換機構とでなるものであっても良い。上側可動台185に、図1の上記容器載置台13が設置され、または上側可動台185自体が、上記容器載置台13となる。
なお、この明細書でいうX軸、Y軸、Z軸は、マイクロインジェクション装置の全体における共通の座標系として定められる直角座標の各軸を表すものではなく、それぞれ個別の装置説明での各自由度に対する軸として表される。
The container position adjusting means 1 is a means for adjusting the position of the
Note that the X axis, Y axis, and Z axis in this specification do not represent each axis of rectangular coordinates defined as a common coordinate system in the entire microinjection apparatus, but each freedom in the description of the individual apparatus. Expressed as an axis for degrees.
撮像手段2(図1)は、容器載置台13の上方の所定位置に、シャーレ等からなる容器12を俯瞰するように1台だけ設置される。撮像手段2は、容器12の内部を局部的に拡大した平面視画像等の画像を、拡大用のレンズ2aを通して撮像するカメラなどであり、その画像は画像処理手段7によって処理される。
Only one imaging means 2 (FIG. 1) is installed at a predetermined position above the container mounting table 13 so as to overlook the
位置判定手段3は、前記撮像手段2によって得られた画像から被導入体の位置を判定する手段であり、例えば前記制御装置5の一部として含まれる。位置判定手段3は、画像処理手段7による画像処理結果を、適宜設定された設定基準と照合することなどで、被導入体の位置を判定する。例えば、位置判定手段3は、全体画像内での各被導入体の位置関係から、各被導入体の位置を判定する。
The position determination means 3 is a means for determining the position of the introducer from the image obtained by the imaging means 2, and is included as a part of the
搬送手段4は、個々の注入針11をそれぞれ移動させるXYZステージ装置等からなる手段であり、複数設けられる。これら複数の搬送手段4は、図2に平面図で示すように、容器載置台13の上方に位置して、容器12を囲むように、容器12の中心に対して略放射状に配置される。同図の例では、搬送手段4は、容器12の左右にそれぞれ複数個(例えば3個)ずつが等角度間隔で配置され、左右の搬送手段4は、互いに放射中心に対して同一直線上に対向して位置している。
The transport means 4 is a means composed of an XYZ stage device or the like that moves each
図3は、1つの搬送手段4と、その搬送手段4を支持する搬送手段退避機構39とでなる退避機構付き搬送手段の全体構成の斜視図を示す。搬送手段4は3自由度を有する。そのうちの1自由度を担う移動機構は、容器載置台13に対して水平方向の直交する2方向(X軸方向,Y軸方向)のうち一方向(X軸方向)に注入針11を移動させるX軸移動機構14である。他の1つの自由度を担う移動機構は、水平方向の直交する2方向のうちの他の一方向(Y軸方向)に注入針11を移動させるY軸移動機構15である。さらに他の1つの自由度を担う移動機構は、容器12の内部に向けて傾斜する方向となる注入針中心軸方向に注入針11を移動させるZ軸移動機構16である。
FIG. 3 is a perspective view of the overall configuration of a transport unit with a retracting mechanism including one
図4は、Z軸移動機構16の一構成例を示す。このZ軸移動機構16は、中空箱形の固定台17と、この固定台17の一端部において固定台17内から上方に突出するように設けられ注入針11を着脱自在に支持する針支持部材18と、前記固定台17内に配置され駆動源となる圧電素子積層体19A,19B1,19B2とを備える。針支持部材18は、注入針11を着脱自在に支持する構成とされ、注入針11の損傷や導入物質の交換等のために、注入針11を簡単に交換することができる。針支持部材18は、立片部18aおよび横片部18bを有する概形T字状で、その横片部18bが案内機構21を介して固定台17の上に注入針11の突出方向に移動自在に支持され、立片部18aが固定台17の一端部内向き面に板ばね等からなるばね部材20Aを介して支持されている。
FIG. 4 shows a configuration example of the Z-
各圧電素子積層体19A,19B1,19B2は、複数の圧電素子19aを、それらの変位方向に積層して棒状体とした積層型圧電素子である。これら圧電素子積層体19A,19B1,19B2のうち、2つの圧電素子積層体19B1,19B2は、互いに直線上に配置されると共に締結部材47で直列に接続された連結体からなる1組の圧電素子積層体19Bとされる。この圧電素子積層体19Bと残る1組の圧電素子積層体19Aとは、前記積層方向に沿って互いに平行となるように上下に並列に配置され、これら2組の圧電素子積層体19A,19Bが締結部材48を介して直列に接続される。締結部材48は、上下の両圧電素子積層体19A,19Bの間にこれら両圧電素子積層体19A,19Bと平行に配置される長手方向部48aと、この長手方向部48aの両端において、上下方向に互いに逆方向となるように突出する各突部48b,48cと有する概形Z字状である。1組の圧電素子積層体19Aは、その一端が、前記締結部材48における固定台17の一端部側の突部48bに連結され、他端が固定台17の他端部に支持されている。締結部材48の突部48bと固定台17の一端部との間には、圧電素子積層体19Aに予圧を与える板ばね等のばね部材20Bが介在している。圧電素子積層体19Bの一端部、つまり圧電素子積層体19Bを構成する1つの圧電素子積層体19B1における締結部材47による連結部とは反対側の端部は、前記針支持部材18の立片部18aに連結されている。また、圧電素子積層体19Bの他端部、つまり圧電素子積層体19Bを構成する他の1つの圧電素子積層体19B2における締結部材47による連結部とは反対側の端部は、固定台17の他端部側に向く、前記締結部材48の突部48cに連結されている。圧電素子積層体19Bには、針支持部材18の立片部18aと固定台17の他端部との間に介装される板ばね等のばね部材20Aによって予圧が与えられる。これにより、2組の圧電素子積層体19A,19Bの積層方向への変位で、針支持部材18が注入針11の突出方向に進退可能である。
Each
前記圧電素子積層体19A,19Bのうち、圧電素子積層体19Aと、圧電素子積層体19Bにおける1つの圧電素子積層体19B2とは、針支持部材18の位置決め、つまり注入針11の位置決めのための駆動源として使用される。すなわち、これらの圧電素子積層体19A,19B2は、Z軸(挿入方向)位置制御部51から印加される電圧である位置決め信号によって変位する。
圧電素子積層体19A,19Bのうち、圧電素子積層体19Bにおける針支持部材18に直接連結される圧電素子積層体19B1は、針支持部材18を注入針11の挿入方向に振動させるための駆動源として使用される。振動付与用の圧電素子積層体19B1は、振動駆動手段54から印加される電圧である振動駆動信号によって、その変位が繰り返し変化する。
Of the
Of the
Z軸位置制御部51は、位置指令部52から位置指令が電圧発生器53に与えられ、その位置指令に基づいて、電圧発生器53から圧電素子積層体19A,19B2に対応する電圧を印加する。Z軸位置制御部51は、図1の注入動作制御部88におけるZ軸の搬送手段個別制御部88aに設けられる。また、その位置指令部52は、図1の位置判定手段3によって得られた位置情報に基づいて、担当被導入体決定部87で定められる目標位置を前記位置指令とする。位置指令部52は、担当被導入体決定部87の一部として設けられたものであっても良い。
振動駆動手段54は、電圧発生器56から前記振動駆動信号として所定周波数の交番電圧を前記圧電素子積層体19B1に印加する。その交番電圧の周波数つまり針支持部材18に付与する振動の周波数は、周波数可変手段55から電圧発生器56への指令により切り換え可能とされている。
The Z-axis
The vibration drive means 54 applies an alternating voltage having a predetermined frequency to the piezoelectric element laminate 19B1 as the vibration drive signal from the
図5は、Z軸移動機構16の他の構成例を示す。この構成例では、図4の構成例において、振動駆動手段54に、図1における位置判定手段3によって得られた位置情報に基づいて電圧発生器56に位置指令を与える位置指令部57が付加されている。これにより、振動駆動手段54は、針支持部材18を位置決めするための位置決め信号と振動駆動信号とを重畳した電圧を圧電素子積層体19B1に印加する。位置指令部57は、図1の担当被導入体決定部87の一部として設けられたものであっても良い。その他の構成は、図4の構成例の場合と同様である。
FIG. 5 shows another configuration example of the Z-
このZ軸移動機構16には、固定台17と針支持部材18との相対変位を測定するための図示しないセンサが内蔵される。このセンサとしては、前記圧電素子積層体19A,19Bに予圧を与える板ばね等のばね部材20A,20Bの歪みを検出する歪みセンサや、固定台17と針支持部材18とのギャップを測定する静電容量センサ、磁気センサ、光学式センサなどを用いることができる。
This Z-
図3に示すように、Z軸移動機構16は、注入針11の注入角度が下向きに傾斜した所定角度となるように、上側可動支持体22の一端部の傾斜取付台部22aに固定されている。なお、Z軸移動機構16は、上側可動支持体22に対して注入針11の注入角度を自在に変更する角度可変機構(図示せず)を有するものとしても良い。上側可動支持体22は、一辺が開放された矩形枠状とされている。上側可動支持体22は、平板状の下側可動支持体23上に、左右一対の案内機構24を介して水平方向の一方向(Y軸方向)に移動自在に支持されている。下側可動支持体23の上には、前記Y軸移動機構15が設置されている。下側可動支持体23は、その下に配置された平板状の搬送手段基台28の上に、案内機構29を介してX軸方向に移動自在に支持されている。この搬送手段基台28の下側に前記X軸移動機構14が設置されている。
As shown in FIG. 3, the Z-
Y軸移動機構15を図6に水平断面図で示す。Y軸移動機構15は、固定台25と、可動片26と、駆動源となる2組の圧電素子積層体19C,19Dとを備える。固定台25は、X軸方向に延びる主枠部25aと、この主枠部25aの両端から幅方向(Y軸方向)に延びる一対の側枠部25b,25dと、側枠部25bの先端から主枠部25aと平行にX軸方向に延びる水平断面がL字状の副枠部25cとを有する中空箱形とされている。可動片26は、固定台25の一端の側枠部25bの先端から他端の側枠部25d側に向けて延び、水平断面がL字状の可動片26とされている。可動片26は、圧電素子積層体19C,19Dの変位を拡大する拡大機構となるものであって、固定台25と共に、金属や合成樹脂等の弾性材で形成されている。可動片26は、固定台25の一端の側枠部25bから主枠部25aと略平行に延びる主枠平行片部26aと、この主枠平行片部26aの他端から固定台25の他端の側枠部25dの内側に側枠部25dと平行に延びる側枠平行片部26bとでなる。固定台25の側枠部25bと可動片26の主枠平行片部26aとの接続部、および可動片26の主枠平行片部26aと側枠平行片部26bとの接続部は薄肉部26cとされている。また、可動片26の主枠平行片部26aの長手方向中間部も薄肉部26dとされている。これにより、可動片26の側枠平行片部26bは、その基端の薄肉部26cを揺動中心として屈曲するように揺動可能とされる。また、可動片26の主枠平行片部26aは、その長手方向中間部の薄肉部26dで折れ曲がっていて、その折れ曲がり角度の増減により、長手方向と直交する方向(Y軸方向)に、中間部が進退可能とされる。
The Y-
2組の圧電素子積層体19C,19Dは、共に積層型圧電素子であって、積層方向に沿って前記固定台25の主枠部25aと平行となるように前後に並列に配置される。これら2組の圧電素子積層体19C,19Dは、締結部材58を介して直列に接続される。締結部材58は、前後の両圧電素子積層体19C,19Dの間にこれら両圧電素子積層体19C,19Dと平行に配置される長手方向部58aと、この長手方向部58aの両端において、前後方向に互いに逆方向となるように突出する各突部58b,58cとを有する概形Z字状である。1組の圧電素子積層体19Cは、その一端が固定台25の側枠部25bに支持され、他端が固定台側枠部25d側に向く前記締結部材58の突部58bに連結されている。また、他の1組の圧電素子積層体19Dは、その一端が固定台側枠部25b側に向く前記締結部材58の突部58cに連結され、他端が可動片26の側枠平行片部26bに連結されている。固定台25の副枠部25cの先端の幅方向に延びる側部25caと前記締結部材58の突部58bとの間には、圧電素子積層体19Cに予圧を与える板ばね等のばね部材27Aが介在する。固定台25の側枠部25dと可動片26の側枠平行片部26bとの間には、圧電素子積層体19Dに予圧を与える板ばね等のばね部材27Bが介在する。また、固定台25の副枠部25cの先端の幅方向に延びる側部25caと可動片26の側枠平行片部26bとの間には、可動片26の側枠平行片部26bに予圧を与える板ばね等のばね部材27Cが介在する。これにより、2組の圧電素子積層体19C,19Dの積層方向への伸縮による変位で、可動片26の側枠平行片部26bが揺動し、その揺動変位が拡大されて主枠平行片部26aのY軸方向への変位となる。この変位はZ軸移動機構16を支持する上側可動支持体22(図3)に伝達され、これにより注入針11がY軸方向に移動可能である。
The two sets of
2組の圧電素子積層体19C,19Dは、Y軸位置制御部59から印加される電圧である位置決め信号によって変位する。Y軸位置制御部59は、位置指令部60から位置指令が電圧発生器61に与えられ、その位置指令に基づいて、電圧発生器61から前記圧電素子積層体19C,19Dに対応する電圧を印加する。Y軸位置制御部59は、図1の注入動作制御部88におけるY軸の搬送手段個別制御部88aに設けられる。また、その位置指令部61は、図1の位置判定手段3によって得られた位置情報に基づいて、担当被導入体決定部87で定められる目標位置を前記位置指令とする。位置指令部61は、担当被導入体決定部87の一部として設けられたものであっても良い。
The two sets of piezoelectric element laminates 19 </ b> C and 19 </ b> D are displaced by a positioning signal that is a voltage applied from the Y-axis
Y軸移動機構15の場合も、固定台25と可動片26との相対変位を測定するための図示しないセンサが内蔵される。このセンサとしては、前記圧電素子積層体19C,19Dに予圧を与える板ばね27A,27Bの歪みを検出する歪みセンサや、固定台25と可動片26とのギャップを測定する静電容量センサ、磁気センサ、光学式センサなどを用いることができる。
In the case of the Y-
図7にX軸移動機構14を水平断面図で示す。X軸移動機構14は、固定台35と、可動片36と、駆動源となる2組の圧電素子積層体19E,19Fとを備える。固定台35は、X軸方向に延びる主枠部35aと、この主枠部35aの両端から幅方向(Y軸方向)に延びる一対の側枠部35b,35dと、側枠部35bの先端から前記主枠部35aと平行にX軸方向に延びる水平断面がL字状の副枠部35cとを有する中空箱形とされている。可動片36は、固定台35の一端の側枠部35bの先端から他端の側枠部35d側に向けて延び、水平断面がL字状とされている。可動片36は、圧電素子積層体19E,19Fの変位を拡大する第1の拡大機構となるものであって、固定台35と一体に金属や合成樹脂等の弾性材で形成されている。可動片36は、固定台35の一端の側枠部35bから主枠部35aと略平行に延びる主枠平行片部36aと、この主枠平行片部36aの他端から固定台35の他端の側枠部35dの内側に側枠部35dと平行に延びる側枠平行片部36bとでなる。固定台35の側枠部35bと可動片36の主枠平行片部36aとの接続部、および可動片36の主枠平行片部36aと側枠平行片部36bとの接続部は薄肉部36cとされている。また、可動片36の主枠平行片部36aの長手方向中間部も薄肉部36dとされている。これにより、可動片36の側枠平行片部36bは、その基端の薄肉部36cを揺動中心として揺動可能とされる。また、可動片36の主枠平行片部36aは、その長手方向中間部の薄肉部36dで折れ曲がって長手方向と直交する方向(Y軸方向)に揺動可能とされる。ここまでの構成は、図6のY軸移動機構15の場合と同様である。
FIG. 7 shows the
また、可動片36の主枠平行片部36aの長手方向中間部の薄肉部36dよりも側枠平行片部36b寄りの半部となる部分には、固定台35の側枠部35d側に延びて側枠部35dの基端近傍に連結される水平断面が逆L字状の可動枠部37が一体形成されている。この可動枠部37は圧電素子積層体19E,19FCの変位を拡大する第2の拡大機構となるものであって、可動片36の主枠平行片部36aと略平行な厚肉枠部37aと、この厚肉枠部37aから固定台35の側枠部35dの外側を側枠部35dと平行に延びる薄肉枠部37bとでなる。可動枠部37の厚肉枠部37aと薄肉枠部37bとの接続部、および薄肉枠部37bと固定台35の側枠部35bの基端近傍との接続部は、薄肉枠部37bよりもさらに薄い薄肉部37cとされている。また薄肉枠部37bの長手方向中間部も、さらに薄い薄肉部37dとされている。これにより、可動枠部37の薄肉枠部37bは、その長手方向中間部の薄肉部37dで折れ曲がって、中間部が長手方向と直交する方向(X軸方向)に進退可能とされている。
Further, a portion which is a half portion closer to the side frame
図6のY軸移動機構15の場合と同様に、2組の圧電素子積層体19E、19Fは共に積層型圧電素子であって、積層方向に沿って前記固定台35の主枠部35aと平行となるように前後に並列に配置される。これら2組の圧電素子積層体19E,19Fは、締結部材62を介して直列に接続される。締結部材62は、前後の両圧電素子積層体19E,19Fの間にこれら両圧電素子積層体19E,19Fと平行に配置される長手方向部62aと、この長手方向部62aの両端において、前後方向に互いに逆方向となるように突出する各突部62b,62cとを有する概形Z字状である。1組の圧電素子積層体19Eは、その一端が固定台35の側枠部35bに支持され、他端が固定台側枠部35d側に向く前記締結部材62の突部62bに連結されている。また、他の1組の圧電素子積層体19Fは、その一端が固定台側枠部35b側に向く前記締結部材62の突部62cに連結され、他端が可動片36の側枠平行片部36bに連結されている。固定台35の副枠部35cの先端の幅方向に延びる側部35caと前記締結部材62の突部62bとの間には、圧電素子積層体19Eに予圧を与える板ばね等のばね部材38Aが介在する。固定台35の側枠部35dと可動片36の側枠平行片部36bとの間には、圧電素子積層体19Fに予圧を与える板ばね等のばね部材38Bが介在する。また、固定台35の副枠部35cの先端の幅方向に延びる側部35caと可動片36の側枠平行片部36bとの間には、可動片36の側枠平行片部36bに予圧を与える板ばね等のばね部材38Cが介在する。これにより、2組の圧電素子積層体19E,19Fの積層方向への伸縮による変位で、可動片36の側枠平行片部36bが揺動し、その揺動変位が拡大されて主枠平行片部36aのY軸方向への変位となる。この変位はさらに拡大されて可動枠部37における薄枠肉部37bのX軸方向への変位となる。このX軸方向への変位は、図3における下側可動支持体23に伝達され、これにより注入針11がX軸方向に移動可能である。
As in the case of the Y-
2組の圧電素子積層体19E,19Fは、X軸位置制御部63から印加される電圧である位置決め信号によって変位する。X軸位置制御部63は、位置指令部64から位置指令が電圧発生器65に与えられ、その位置指令に基づいて、電圧発生器65から前記圧電素子積層体19E,19Fに対応する電圧が印加される。X軸位置制御部63は、図1の注入動作制御部88におけるX軸の搬送手段個別制御部88aに設けられる。また、その位置指令部64は、図1の位置判定手段3によって得られた位置情報に基づいて、担当被導入体決定部87で定められる目標位置を前記位置指令とする。位置指令部64は、担当被導入体決定部87の一部として設けられたものであっても良い。
The two sets of
X軸移動機構14の場合も、固定台35と可動片36との相対変位を測定するための図示しないセンサが内蔵される。このセンサとしては、前記圧電素子積層体19E,19Fに予圧を与える板ばね38A,38Bの歪みを検出する歪みセンサや、固定台35と可動片36とのギャップを測定する静電容量センサ、磁気センサ、光学式センサなどを用いることができる。
In the case of the
図8は、Y軸移動機構15の他の構成例を示す。この構成例でも、図6の構成例と同様に、固定台73と、駆動源となる2組の圧電素子積層体19G,19Hとを備える。固定台73は、X軸方向に延びる主枠部73aと、この主枠部73aの両端から幅方向(Y軸方向)に延びる一対の側枠部73b,73cとでなる。固定台73の一端の側枠部73bには、他端の側枠部73cに対向する伸縮方向移動体74がばね部材27Dを介してX軸方向に移動自在に支持されている。
FIG. 8 shows another configuration example of the Y-
2組の圧電素子積層体19G,19Hは、共に積層型圧電素子であって、積層方向に沿って前記固定台73の主枠部73aと平行となるように前後に並列に配置される。これら2組の圧電素子積層体19G,19Hは、締結部材78を介して直列に接続される。締結部材78は、前後の両圧電素子積層体19G,19Hの間にこれら両圧電素子積層体19G,19Hと平行に配置される長手方向部78aと、この長手方向部78aの両端において、前後方向に互いに逆方向となるように突出する各突部78b,78cとを有する概形Z字状である。1組の圧電素子積層体19Gは、その一端が固定台73の側枠部73cに支持され、他端が前記伸縮方向移動体74側に向く締結部材78の突部78bに連結されている。また、他の1組の圧電素子積層体19Hは、その一端が固定台側枠部73c側に向く前記締結部材78の突部78cに連結され、他端が伸縮方向移動体74に連結されている。前記ばね部材27Dは、圧電素子積層体19Hに予圧を与える。これにより、圧電素子積層体19G,19Hの伸縮変位に応じて伸縮方向移動体74がX軸方向に変位可能である。
The two sets of
このY軸移動機構15では、圧電素子積層体19G,19Hの伸縮をその伸縮方向(X軸方向)と直交する方向(Y軸方向)の変位に拡大する拡大機構としてリンク機構75を設けている。このリンク機構75は、1つの固定ジョイント76で固定台側枠部73cに連結され、1つの可動ジョイント77Aで前記伸縮方向移動体74に連結される。
In the Y-
図9には、前記リンク機構75の各種構成例を示す。図9(A)の構成例では、1つの固定ジョイント76と、2つの可動ジョイント77A,77Bと、3つのリンク81A,81B,81Cとでリンク機構75が構成される。
各固定ジョイント76および可動ジョイント77A,77Bは、それぞれ回動自在な節点を構成するジョイントであって、その回動中心が、圧電素子積層体19G,19Hの伸縮方向(X軸方向)およびその伸縮方向(X軸方向)と直交する方向(Y軸方向)のいずれに対しても垂直である。これについては、図9(B),(C)の各ジョイント76,77A,77B,77Cについても同様である。
第1および第2のリンク81A,81Bは、それぞれ一端が前記固定ジョイント76および第1の可動ジョイント77Aに連結されて他端が第2の可動ジョイント77Bで互いに連結される。第3のリンク81Cは、一端が第2の可動ジョイント77Bに連結され、他端が、前記直交する方向(Y軸方向)にのみ移動自在に、リニアガイド,直動軸受等の案内機構(図示せず)により拘束された可動部82となる。固定ジョイント76は、前記圧電素子積層体19G,19Hの固定側の端部が固定された固定台73の側枠部73cに対して位置固定とする。可動部82を案内する前記案内機構は、この固定台73に設けられている。第1の可動ジョイント77Aは、前記圧電素子積層体19G,19Hの伸縮側の端部と一体に移動可能な伸縮方向移動体74に設けられ、この伸縮方向移動体74と共に移動可能とする。前記第3のリンク81Cの可動部82が、このリンク機構75の変位拡大出力部となる。
FIG. 9 shows various configuration examples of the
Each of the fixed
One end of each of the first and
この構成によると、圧電素子積層体19G,19Hの伸縮により第1の可動ジョイント77AがX軸方向に変位し、この変位を拡大して第2の可動ジョイント77BがY軸方向に変位する。これに伴い第3のリンク81Cが回動角度を変えることで、その他端の可動部82が、前記リニアガイドなどの案内機構に案内されてY軸方向に変位する。
この場合に、固定ジョイント76や可動ジョイント77A,77Bに、転がり軸受を用いることで摩擦抵抗を低減し、その転がり軸受に適正予圧を与えることでガタツキを抑制して、精密な位置決めを実現できる。また、弾性変形部がないので設計が容易である。
According to this configuration, the first movable joint 77A is displaced in the X-axis direction due to the expansion and contraction of the
In this case, by using a rolling bearing for the fixed joint 76 and the
図9(B)の構成例では、1つの固定ジョイント76と、3つの可動ジョイント77A,77B,77Cと、3つのリンク81A,81B,81Cとでリンク機構75が構成される。この例は、図9(A)の構成例において、第3のリンク81Cの基端を連結する可動ジョイントを、第2の可動ジョイント77Bとは別位置である第3の可動ジョイント77Cとしたものである。
すなわち、固定ジョイント76に基端が連結された第1のリンク81Aの他端を、第1の可動ジョイント77Aに基端が連結された第2のリンク81Bの中間に第2の可動ジョイント77Bを介して連結する。第2のリンク81Bの先端に、第3の可動ジョイント77Cを介して第3のリンク81Cを連結する。第3のリンク81の先端を、伸縮方向(X軸方向)と直交する方向(Y軸方向)にのみ移動自在に、前記と同様な案内機構(図示せず)により拘束された可動部82とする。固定ジョイント76および第1の可動ジョイント77Aは、図9(A)の例と同様に、固定台73および伸縮方向移動体74にそれぞれ設けられる。図9(B)の例では、第3のリンク81Cの先端の可動部82が、リンク機構75の変位拡大出力部となる。
なお、第2の可動ジョイント77Bは、例えば、同図に断面を拡大して示すように、第1または第2のリンク81A,81Bのいずれか一方に固定された連結ピン121に、軸受122を介して第1または第2のリンク81A,81Bの他方に連結された構成とされる。軸受122は、いずれかのリンク81A,81Bに設けられた孔に嵌合して取付けられる。軸受122は、玉軸受等の転がり軸受および滑り軸受のいずれでも良いが、例えば予圧可能な転がり軸受とされる。
In the configuration example of FIG. 9B, a
That is, the other end of the
The second movable joint 77B has, for example, a bearing 122 attached to a connecting
この構成によると、圧電素子積層体19G,19Hの伸縮により可動ジョイント77AがX軸方向に変位し、この変位を拡大して別の可動ジョイント77CがY軸方向に変位し、これに伴い第3のリンク81Cが回動角度を変えることで、その先端の可動部82が、前記案内機構に案内されてY軸方向に変位する。
図9(A),(B)の構成例は、いずれも、各リンク81C,81B,81Cの寸法誤差や熱変形の影響が生じても、第3のリンク81Cの角度が独立して可変であることで吸収され、変位拡大出力部となる可動部82は、前記リニアガイド等の案内機構に沿ってY軸方向に直線方向に移動することができる。
なお、図9(A)の構成例では、第2の可動ジョイント77Bの位置で3つのリンク81A,81B,81Cが連結されるので、その軸方向に2つの軸受を並べて設けることが必要であり厚み方向の寸法が増大する。しかし、図9(B)の構成例の場合、可動ジョイント77B,77Cでは、その軸方向に1つの軸受122を設けるだけで良く、図9(A)の構成例の場合に比べて厚み寸法を1/2に低減できる。
According to this configuration, the movable joint 77A is displaced in the X-axis direction due to the expansion and contraction of the
In the configuration examples of FIGS. 9A and 9B, the angle of the
In the configuration example of FIG. 9A, since the three
図9(C)の構成例では、1つの固定ジョイント76と、2つの可動ジョイント77A,77Bと、2つのリンク81A,81Bとでリンク機構75が構成される。
すなわち、固定ジョイント76に基端が連結された第1のリンク81Aの他端を、第1の可動ジョイント77Aに基端が連結された第2のリンク81Bの中間に第2の可動ジョイント77Bを介して連結する。図7(A),(B)の例と同様に、固定ジョイント76は固定台73の側枠部73cに連結され、第1の可動ジョイント77Aは伸縮方向移動体74に連結される。この構成例では、第2のリンクの先端の可動部82が、リンク機構75の変位拡大出力部となる。
この構成の場合、第2のリンク81Bの長さが第1のリンク81Aの2倍であって、リンク81Bの中央位置に第2の可動ジョイント77Bが配置されているため、可動部82は、リニアガイドなどの案内機構を設けることなく、移動方向が拘束される。その移動方向は、固定ジョイント76と第1の可動ジョイント77Aの中心を結んだ直線に対して直角の方向、つまり圧電素子積層体19G,19Hの伸縮方向(X軸方向)と直交する方向(Y軸方向)に変位自在とされる。
In the configuration example of FIG. 9C, a
That is, the other end of the
In the case of this configuration, the length of the
この構成によると、圧電素子積層体19G,19Hの伸縮により可動ジョイント77AがX軸方向に変位し、この変位を拡大して第2のリンク81Bの先端である可動部82がY軸方向に変位する。この構成例は最もコンパクトなものとなる。この例の場合も、可動ジョイント77Bでは、その軸方向に1つの軸受を設けるだけで良く、図9(A)の構成例の場合に比べて厚み寸法を1/2に低減できる。
According to this configuration, the movable joint 77A is displaced in the X-axis direction due to the expansion and contraction of the
図8のY軸移動機構15では、図9(C)の例のリンク機構75が拡大機構として設けられている。その他の構成は、図6で示したY軸移動機構15の場合と同様である。
In the Y-
図10は、X軸移動機構14の他の構成例を示す。この構成例でも、図8のY軸移動機構15の場合と同様に、固定台83と、駆動源となる2組の圧電素子積層体19I,19Jとを備える。固定台83は、X軸方向に延びる主枠部83aと、この主枠部83aの両端から幅方向(Y軸方向)に延びる一対の側枠部83b,83cとでなる。固定台83の一端の側枠部83bには、他端の側枠部83cに対向する可動体84がばね部材27Eを介してX軸方向に移動自在に支持されている。
FIG. 10 shows another configuration example of the
2組の圧電素子積層体19I,19Jは、共に積層型圧電素子であって、積層方向に沿って前記固定台83の主枠部83aと平行となるように前後に並列に配置される。これら2組の圧電素子積層体19I,19Jは、締結部材85を介して直列に接続される。締結部材85は、前後の両圧電素子積層体19I,19Jの間にこれら両圧電素子積層体19I,19Jと平行に配置される長手方向部85aと、この長手方向部85aの両端において、前後方向に互いに逆方向となるように突出する各突部85b,85cとを有する概形Z字状である。1組の圧電素子積層体19Iは、その一端が固定台83の側枠部83cに支持され、他端が前記可動体84側に向く締結部材85の突部85bに連結されている。また、他の1組の圧電素子積層体19Jは、その一端が固定台側枠部83c側に向く前記締結部材85の突部85cに連結され、他端が可動体84に連結されている。前記ばね部材27Eは、圧電素子積層体19Jに予圧を与える。これにより、圧電素子積層体19I,19Jの伸縮変位に応じて可動体84がX軸方向に変位可能である。
The two sets of
このX軸移動機構14では、圧電素子積層体19I,19Jの伸縮をその伸縮方向(X軸方向)と直交する方向(Y軸方向)の変位に拡大する第1の拡大機構として第1のリンク機構101を設けると共に、第1の拡大機構(第1のリンク機構101)により拡大された変位を圧電素子積層体19I,19Jの伸縮方向の変位に拡大する第2の拡大機構として第2のリンク機構102を設けている。これら両リンク機構101,102として、ここでは図9(C)に示したリンク機構75と同じ構成のものを用いている。なお、第2のリンク機構102は、第1のリンク機構101に対して、90°方向変換された姿勢とされる。
In the
すなわち、第1のリンク機構101は、1つの固定ジョイント106と、2つの可動ジョイント107A,107Bと、2つのリンク108A,108Bとで構成される。具体的には、一端が1つの固定ジョイント106で固定台83の側枠部83cに連結される第1のリンク108Aと、圧電素子積層体19I,19Jの伸縮に応じてその伸縮方向に変位する可動体84に一端が1つの可動ジョイント107Aで連結され、中間部が第1のリンク108Aの他端に他の1つの可動ジョイント107Bで連結される第2のリンク108Bとで構成される。第2のリンク108Bの他端が、圧電素子積層体19I,19Jの伸縮方向(X軸方向)と直交する方向(Y軸方向)に変位自在とされる。
That is, the
第2のリンク機構102も、1つの固定ジョイント116と、2つの可動ジョイント117A,117Bと、2つのリンク118A,118Bとで構成される。具体的には、一端が1つの固定ジョイント116で固定台83の側枠部83cに連結される第1のリンク118Aと、圧電素子積層体19I,19Jの伸縮に応じてその伸縮方向と直交するY軸方向に変位する前記第1のリンク機構101の第2のリンク108Bの他端に一端が1つの可動ジョイント117Aで連結され、中間部が第1のリンク118Aの他端に他の1つの可動ジョイント117Bで連結される第2のリンク118Bとで構成される。これにより、第1および第2のリンク機構101,102は、同一平面上で前記可動ジョイント117Aを介して2段に組み合わされる。この場合、第2のリンク機構102における第2のリンク118Bの先端が、変位拡大出力部である可動部119となり、圧電素子積層体19I,19Jの伸縮方向(X軸方向)に変位自在とされる。
The
この構成によると、第1のリンク機構101において、圧電素子積層体19I,19Jの伸縮により可動ジョイント107AがX軸方向に変位し、この変位を拡大してリンク10Bの他端である可動ジョイント117AがY軸方向に変位する。また、第2のリンク機構102では、前記可動ジョイント117AのY軸方向の変位を拡大してリンク118Bの他端である可動部119が圧電素子積層体19I,19Jの伸縮方向(X軸方向)に変位する。その他の構成は、図7で示したX軸移動機構14の場合と同様である。
According to this configuration, in the
なお、図10のX軸移動機構14では、第1および第2のリンク機構101,102として、図9(C)に示した構成例のものを可動ジョイント117Aを介して2段に組み合わせた場合を示したが、これに限らず図9(B)に示した構成例のものを可動ジョイントを介して2段に組み合わせても良い。その例を図11に示す。この例では、第2のリンク機構102は、第1のリンク機構101に対して、90°方向転換された姿勢となっている。
In the
図11の例では、第1のリンク機構101は、1つの固定ジョイント106と、3つの可動ジョイント107A,107B,107Cと、2つのリンク108A,108Bとを有するものとなる。第2のリンク機構102は、1つの固定ジョイント116と、3つの可動ジョイント117A,117B,117Cと、2つのリンク118A,118Bとを有するものとなる。第1のリンク機構101における可動部82と、第2のリンク機構102における第2のリンク118Bの基端とを可動ジョイント117Aで連結することにより、同一平面上で第1および第2のリンク機構101,102が2段に組み合わされる。第2のリンク機構102の第2のリンク118Bの先端が、変位拡大出力部である可動部119となり、圧電素子積層体19I,19Jの伸縮方向(X軸方向)に変位自在とされる。
In the example of FIG. 11, the
前記リンク機構75の他の構成例として、図15に示すように、リンク機構75は、1つの固定ジョイント76と2つの可動ジョイント77A,77Bと2つのリンク81A,81Bとからなるクランク・スライダ機構を有し、このクランク・スライダ機構は、前記圧電素子の伸長方向の変位を、前記2つの可動ジョイント77A,77Bおよび2つのリンク81A,81Bを介して、固定ジョイント76の円周上の任意の方向に変換し更に変位を拡大可能としても良い。
As another configuration example of the
図15(A)は、Y軸移動機構15の他の構成例を示す。この他の構成例にかかるY軸移動機構15も、図6の構成例と同様に、固定台73と、駆動源となる2組の圧電素子積層体19G,19Hとを備える。固定台73は、X軸方向に延びる一対の主枠部73a、73bと、この主枠部73a、73bの両端から幅方向(Y軸方向)に延びる一対の側枠部73c,73dと、4つの枠部を締結する側板73eとを有する。固定台73の一端の側枠部73cには、他端の側枠部73dに対向する伸縮方向移動体74がばね部材27Dを介してX軸方向に移動自在に支持されている。
FIG. 15A shows another configuration example of the Y-
2組の圧電素子積層体19G,19Hは、共に積層型圧電素子であって、積層方向に沿って前記固定台73の主枠部73a、73bと平行となるように前後に並列に配置される。これら2組の圧電素子積層体19G,19Hは、締結部材78を介して直列に接続される。締結部材78は、前後の両圧電素子積層体19G,19Hの間にこれら両圧電素子積層体19G,19Hと平行に配置される長手方向部78aと、この長手方向部78aの両端において、前後方向に互いに逆方向となるように突出する各突部78b,78cとを有する概形Z字状である。1組の圧電素子積層体19Gは、その一端が固定台73の側枠部73cに支持され、他端が前記伸縮方向移動体74側に向く締結部材78の突部78bに連結されている。また、他の1組の圧電素子積層体19Hは、その一端が固定台側枠部73d側に向く前記締結部材78の突部78cに連結され、他端が伸縮方向移動体74に連結されている。前記ばね部材27Dは、圧電素子積層体19Hに予圧を与える。これにより、圧電素子積層体19G,19Hの伸縮変位に応じて伸縮方向移動体74がX軸方向に変位可能である。
The two sets of
このY軸移動機構15では、圧電素子積層体19G,19Hの伸縮をその伸縮方向(X軸方向)と直交する方向(Y軸方向)の変位に拡大する拡大機構としてリンク機構75を設けている。このリンク機構75は、1つの固定ジョイント76で固定台側枠部73dに連結され、1つの可動ジョイント77Aで前記伸縮方向移動体74に連結される。
この構成によると、圧電素子積層体19G,19Hの伸縮により可動ジョイント77AがX軸方向に変位し、可動ジョイント77Bが固定ジョイント76を中心にして回転運動する。よって第1のリンク81Aに固定された可動部82がY軸方向に変位する。したがって、固定ジョイント76の円周上の任意の位置に出力部を設定することで任意の方向に変位拡大することができる。よって、Y軸移動機構15の部品点数の削減や寸法の小型化が可能になる。
In the Y-
According to this configuration, the movable joint 77A is displaced in the X-axis direction due to the expansion and contraction of the
図15(B)は、X軸移動機構14の他の構成例を示す。この図15(B)のX軸移動機構14も図15(A)と同じ構成を有し、リンク81Aに固定された可動ジョイント77Bと可動部82の位置を変更することで、X軸方向に変位する。したがって、固定ジョイント76の円周上の任意の位置に出力部を設定することで任意の方向に変位拡大することができ、よって、Y軸移動機構15の部品点数の削減や寸法の小型化が可能になる。
FIG. 15B shows another configuration example of the
図16は、図15(A)、(B)で示す前記リンク機構75の構成例を拡大して示す。 図15の構成例では、1つの固定ジョイント76と、2つの可動ジョイント77A,77Bと、2つのリンク81A、81Bとでクランク・スライダ機構となるリンク機構75が構成される各固定ジョイント76および可動ジョイント77A,77Bは、それぞれ回動自在な節点を構成するジョイントであって、その回動中心が、圧電素子積層体19G,19Hの伸縮方向(X軸方向)およびその伸縮方向(X軸方向)と直交する方向(Y軸方向)のいずれに対しても垂直である。
FIG. 16 shows an enlarged configuration example of the
第1および第2のリンク81A,81Bは、それぞれ一端が前記固定ジョイント76および第1の可動ジョイント77Aに連結されて他端が第2の可動ジョイント77Bで互いに連結される。第1の可動ジョイント77Aは、前記圧電素子積層体19G,19Hの伸縮側の端部と一体に移動可能な伸縮方向移動体74に設けられ、この伸縮方向移動体74と共に移動可能とする。
One end of each of the first and
図17は、前記固定ジョイント76が第1の可動ジョイント77Aのスライド方向延長線上になく、オフセットを持っているオフセットクランク機構の構成を示す。オフセットの効果について図18で説明する。図18は、リンク81Aを固定ジョイント76を中心に1回転させた時の第1の可動ジョイント77Aの移動量を示している。図18の実線はオフセットが無い場合を示し、可動ジョイント77Aの往復運動に対し、リンク81Aは固定ジョイント76を中心に回転し、その回転角度は可動ジョイント77Aが図中で左側に最大移動した場合に回転角は180度となり、リンク81Aの回転角度と可動ジョイント77Aの移動量との関係は180度を中心に対象である。対して図18の破線は図17に示すオフセットδが有る場合を示し、可動ジョイント77Aの往復運動に対し、リンク81Aの回転角度は、可動ジョイント77Bがオフセット側(図中上側)にある場合の方が大きくなる。
FIG. 17 shows a configuration of an offset crank mechanism in which the fixed joint 76 is not on the extension line in the sliding direction of the first movable joint 77A and has an offset. The effect of the offset will be described with reference to FIG. FIG. 18 shows the amount of movement of the first movable joint 77A when the
本発明のように可動ジョイント77Aの移動量数百μmの変位を可動部82で数mmに拡大する場合、リンク81Aの回転角度は数degree程度となる。一般的に変位拡大率は第1および第2のリンク81A,81Bのそれぞれの長さと可動ジョイント77Aの初期位置や可動部82と固定ジョイント76との長さによって決定されるが、装置の小型化を考慮した場合、リンクの長さを変更しなくても本発明のようにオフセットδを設け、可動ジョイント77Aの移動量に対してリンク81Aの回転角度が大きくなる位相に設定すれば、更なる拡大率の向上が図れる。
When the displacement of the moving amount of several hundred μm of the movable joint 77A is expanded to several mm by the
図1において、制御装置5につき説明する。制御装置5は、このマイクロインジェクション装置の全体を制御する手段であって、マイクロコンピュータ,パーソナルコンピュータ等のコンピュータと、これに実行されるプログラムと、電子回路等によって構成される。制御装置5は、前記位置判定手段3の他に、搬送手段4の制御手段となる担当被導入体決定部87と、注入動作制御部88とを有している。
The
担当被導入体決定部87は、位置判定手段3による各被導入体の位置の判定結果、例えば全体画像内での各被導入体の位置関係から、設定規則等に基づき、各注入針11にどの被導入体への注入を行わせるかの担当の決定、およびその決定された被導入体のどの位置へ注入針11を挿入するかの注入目標位置を決定する手段である。被導入体の担当については、特に「担当」として定めていなくても良く、各注入針11の先端が移動する目標位置が決定されて、その結果として被導入体の担当が定まるようにしても良い。また、同じ被導入体に複数の注入針11による注入を行わせるように上記目標位置を決定しても良い。
The assigned
注入動作制御部88は、担当被導入体決定部87で決定された目標位置に注入針11の先端が移動するように、各搬送手段4を制御する手段である。注入動作制御部88は、各搬送手段4毎に、各軸の移動機構14〜16の駆動制御を行う搬送手段個別制御部88aを有している。注入動作制御部88は、注入針11に導入物質を吐出させる注入駆動手段(図示せず)を有している場合は、上記制御の他に、その注入駆動手段の制御手段(図示せず)が設けられる。また、注入動作制御部88には、各搬送手段退避機構39の制御を行う退避機構制御手段89、および容器位置調整手段1の各軸の制御を行う容器位置調整制御手段79を有している。
The injection
次に、上記構成のマイクロインジェクション装置によるインジェクション動作を説明する。
はじめに、容器位置調整手段1の駆動により、容器載置台13が水平移動し、容器載置台13上の容器12が撮像手段2の下方の所定位置に位置決めされる。次に、撮像手段2が容器12内の一部の局部的に拡大した平面視画像を、レンズ2aを通して撮像する。その画像は画像処理手段7によって処理され、制御装置5の位置判定手段3が前記画像から容器12内の被導入体である細胞の位置を判定する。
Next, the injection operation by the microinjection apparatus having the above configuration will be described.
First, the container mounting table 13 is moved horizontally by driving the container position adjusting unit 1, and the
次に、位置判定手段3によって得られた各細胞の位置情報に応じて、担当被導入体決定部87により、各注入針11が注入を担当する細胞、およびその注入針11の先端を細胞に挿入する目標位置が決定される。この決定に伴い、注入針11を支持する各搬送手段4が、注入動作制御部88の各搬送手段個別制御部88aにより制御される。この場合、注入動作制御部88は、各搬送手段4の各注入針11が干渉しないように動作させる。
これにより、例えば、各注入針11による以下のインジェクション動作が並列して行なわれる。すなわち、インジェクション動作として、各注入針11の水平方向および挿入方向の位置決めが行なわれ、挿入方向への注入針11の移動で決定された細胞に注入針11が挿入され、注入針11の内部に充填された導入物質が細胞に導入される。この導入は、注入針11から駆動によって導入物質を吐出させるようにしても良く、また浸透圧等によって浸透することで導入されるようにしても良い。これらの注入針11による一連のインジェクション動作の全体は、制御装置5によって制御される。挿入方向への注入針11の移動では、細胞への円滑な挿入を可能にするため、往復移動として振動させることができる。また、細胞の種類に応じて、あるいは細胞膜への突き刺しや核膜への突き刺しに応じて、前記振動の周波数を変えることもできる。導入物質は例えばDNAやタンパク質等の遺伝子制御因子である。
Next, according to the position information of each cell obtained by the position determination means 3, the injected
Thereby, for example, the following injection operations by the injection needles 11 are performed in parallel. That is, as the injection operation, each
画像内の細胞へのインジェクション処理が終了した後、容器位置調整手段1の作動で容器載置台13が所定量だけ水平移動することで、容器12内の先の画像撮像位置に近接した別の位置での細胞位置が、撮像手段2による画像から位置判定手段3によって認識され、上記したインジェクション動作が繰り返される。
After the injection process to the cells in the image is completed, the container mounting table 13 is horizontally moved by a predetermined amount by the operation of the container position adjusting means 1, so that another position close to the previous image capturing position in the
特に、このマイクロインジェクション装置では、前記搬送手段4が3自由度の移動機構(X軸移動機構14,Y軸移動機構15,Z軸移動機構16)を持ち、これらの移動機構14〜16の駆動源として積層型の圧電素子(圧電素子積層体19A〜19J)を用いているので、搬送手段4の小型化が可能となり、シャーレ等からなる被導入体の容器12の周囲に複数の搬送手段4を配置することができ、一度に複数の細胞へのインジェクション動作を並行して行う上でさらに効果を上げることができる。なお、搬送手段4は少なくとも2自由度の移動機構を持ち、各自由度の移動機構のうち少なくとも1自由度の駆動源として積層型の圧電素子を用いれば、搬送手段4の小型化が可能となる。圧電素子は、電気エネルギから機械エネルギに変換する変換効率が高く、印加する電圧を変えることにより、発生する変位を比較的簡単に可変することがき、制御性に優れた特長がある。
In particular, in this microinjection apparatus, the conveying
また、このマイクロインジェクション装置は、図19に示す従来例において、複数の注入針11に対応した複数の搬送手段4を追加するだけで、インジェクション処理効率の高い構成とすることができる。
Moreover, this microinjection apparatus can be set as the structure with high injection process efficiency only by adding the some conveyance means 4 corresponding to the some
上記したように、注入針11の先端が、撮像手段2によって得られた画像における所定視野内全域を移動可能にするためには、搬送手段4による注入針11の移動距離は1mm以上であることが望ましい。この実施形態では、搬送手段4における各移動機構14,15,16の駆動源として、2組の積層型圧電素子(X軸移動機構14では圧電素子積層体19E,19Fまたは19I,19J、Y軸移動機構15では圧電素子積層体19C,19Dまたは19G,19H、Z軸移動機構16では圧電素子積層体19A,19B)を、圧電素子の積層方向に沿って並列に配置し、これらを締結部材48,58,62,78,85を介して直列に接続しているので、大きなスペースを要することなく、注入針11に必要な移動量を十分確保することができる。
As described above, in order for the tip of the
また、この実施形態では、搬送手段4におけるX軸移動機構14およびY軸移動機構15において、圧電素子積層体(X軸移動機構14では圧電素子積層体19E,19Fまたは19I,19J、Y軸移動機構15では圧電素子積層体19C,19Dまたは19G,19H)の変位を、その変位方向(X軸方向)と直交する方向(Y軸方向)の変位に拡大する拡大機構を有するものとしているので、注入針11に必要な移動量を確保するうえで、より有効なものとなる。
Further, in this embodiment, in the
さらに、この実施形態では、搬送手段4におけるX軸移動機構14およびY軸移動機構15において、圧電素子積層体(X軸移動機構14では圧電素子積層体19E,19Fまたは19I,19J、Y軸移動機構15では圧電素子積層体19C,19Dまたは19G,19H)の変位を、その変位方向と直交する方向の変位に拡大する第1の拡大機構と、この第1の拡大機構により拡大された変位を圧電素子積層体の変位方向(X軸方向)の変位に拡大する第2の拡大機構を有するものとしているので、注入針11に必要な移動量を確保するうえで、さらに有効なものとなる。
Furthermore, in this embodiment, in the
また、この実施形態では、図4のように、注入針11を支持する針支持部材18を注入針11の挿入方向(Z軸方向)に移動させるZ軸移動機構16において、その駆動源となる圧電素子積層体19A,19Bにおける一部の圧電素子積層体19B1の変位を繰り返し変化させて、針支持部材18を挿入方向に振動させる振動駆動手段54を設けており、圧電素子積層体19A,19Bを振動用途と位置決め用途に分けて使用するようにしている。このため、被誘導体である細胞への注入針11の円滑な突き刺しが可能となるとともに、注入針11の位置決めの高速駆動が可能となる。
In this embodiment, as shown in FIG. 4, the Z-
図5に示すZ軸移動機構16の構成例では、前記振動駆動手段54は、針支持部材18を位置決めするための位置決め信号と、針支持部材18を挿入方向に振動させる振動駆動信号とを重畳して、一部の圧電素子積層体19B1に印加するものとしているので、一部の圧電素子積層体19B1を振動付与と位置決めに共用することができる。
In the configuration example of the Z-
また、この実施形態では、振動付与に寄与する前記一部の圧電素子積層体19B1が、針支持部材18に直接連結されているので、圧電素子積層体19B1で生じる振動のための変位を注入針11に効率良く伝達することができる。
Further, in this embodiment, since the part of the piezoelectric element laminate 19B1 contributing to the vibration is directly connected to the
また、この実施形態では、Z軸移動機構16の前記振動駆動手段54が、振動の周波数を切り換える周波数可変手段55を有するものとしているので、注入針11が挿入される被導入体である細胞の種類、細胞膜、核膜に応じて前記振動の周波数を切り換えることができ、それだけ注入針11の挿入を円滑に行うことができる。
Further, in this embodiment, the vibration driving means 54 of the Z-
ところで、前記被導入体となる細胞には、培地などに付着した付着細胞と培養液内を浮遊する浮遊細胞がある。付着細胞の場合は、上記した手順でインジェクション動作を行うことができる。図12および図13は、被導入体が浮遊細胞である場合に用いる細胞吸着基板ユニットの一構成例を示す。この細胞吸着基板ユニット66は、上面が開放された箱体67の開口を、複数の微細孔69を有する細胞吸着基板68で蓋閉めしてなり、箱体67の一部には、箱体67内から培養液を吸引するための吸引口70が設けられている。細胞吸着基板66は、インジェクションを行う細胞の大きさによって、その微細孔69の孔径の異なるものを用意する。図1に示すマイクロインジェクション装置では、この細胞吸着基板ユニット66を使用する場合のポンプ72を装備した例を示している。このポンプ72で細胞吸着基板ユニット66の前記吸引口70から培養液を吸引することで、浮遊細胞71を細胞吸着基板68の各微細孔69に固定させることができる。ポンプ72を制御する手段(図示せず)も、制御装置5に設けられている。
By the way, the cells to be introduced include adhering cells attached to a medium and the like and floating cells floating in the culture solution. In the case of adherent cells, the injection operation can be performed according to the procedure described above. FIG. 12 and FIG. 13 show an example of the configuration of the cell adsorption substrate unit used when the introducer is a floating cell. The cell
また、被導入体が浮遊細胞である場合において上述の前記細胞吸着基板ユニット66を用いないインジェクション方法について示す。注入針11の搬送手段4と同様の搬送手段を少なくとも2つ以上を組み合わせて、一方に注入針11を支持させ、他方に細胞固定用のチューブを把持させ、浮遊細胞を前記チューブからの吸引で固定し、注入針11でインジェクション動作を行う。この場合、細胞固定用のチューブ側の操作によって、細胞を容器12内の任意の位置に移動させることができる。つまり、細胞固定用のチューブを把持した搬送手段4の操作によって細胞を分別することが可能となる。
In addition, an injection method that does not use the above-described cell
このマイクロインジェクション装置によると、複数の注入針11の内部に充填された導入物質が全ての注入針11で同じ物質である場合、インジェクション動作の速度を、従来と比較して注入針11の本数倍に向上させることができる。また、複数の注入針11の内部に充填された導入物質が、注入針11ごとに異なる物質である場合、細胞に対して、順に注入を繰り返すことによって、1つの細胞に複数種類の導入物質を注入することが可能となる。図1の注入動作制御部88は、このように複数の搬送手段4を順次動作させるように制御するものとしても良い。
According to this microinjection apparatus, when the introduced substances filled in the plurality of injection needles 11 are the same substance in all of the injection needles 11, the speed of the injection operation is compared with the number of injection needles 11 compared to the conventional one. Can be doubled. In addition, when the introduction substances filled in the plurality of injection needles 11 are different substances for each
1…容器位置調整手段
2…撮像手段
3…位置判定手段
4…搬送手段
11…注入針
12…容器
14…X軸移動機構
15…Y軸移動機構
16…Z軸移動機構
19A〜19J…圧電素子積層体
26…可動片(拡大機構)
36…可動片(第1の拡大機構)
37…可動枠部(第2の拡大機構)
48,58,62…締結部材
54…振動駆動手段
75…リンク機構(拡大機構)
76…固定ジョイント
77A,77B…可動ジョイント
81A〜81C…リンク
101…第1のリンク機構(第1の拡大機構)
102…第2のリンク機構(第2の拡大機構)
106…固定ジョイント
107A,107B…可動ジョイント
108A,108B…リンク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Container position adjustment means 2 ... Imaging means 3 ... Position determination means 4 ... Conveyance means 11 ...
36 ... movable piece (first enlargement mechanism)
37 ... Movable frame (second enlargement mechanism)
48, 58, 62 ... fastening
76 ... fixed
102 ... Second link mechanism (second enlargement mechanism)
106 ... fixed
Claims (19)
前記被導入体の収容された容器の位置を調整する容器位置調整手段と、この容器位置調整手段で位置調整された容器の内部の被導入体に対して複数の注入針をそれぞれ個別に移動可能に移動させる複数の搬送手段と、前記容器位置調整手段により位置調整された前記容器の内部の画像を拡大用のレンズを通して撮像する撮像手段と、この撮像手段によって得られた画像から被導入体の位置を判定する位置判定手段と、この位置判定手段によって得られた位置情報に応じて前記各搬送手段に注入針の移動を行わせる制御手段とを備え、 前記搬送手段は、少なくとも2自由度を有していて、各自由度ごとの移動機構を持ち、これら各自由度の移動機構のうち、少なくとも1つの自由度の移動機構の駆動源に、複数の圧電素子が積層されて積層方向に伸縮する圧電素子積層体を用いたことを特徴とするマイクロインジェクション装置。 A microinjection device that introduces a substance to be introduced into a body to be introduced by inserting a minute injection needle filled with the substance to be introduced into the body,
Container position adjusting means for adjusting the position of the container in which the introduced body is accommodated, and a plurality of injection needles can be individually moved with respect to the introduced body in the container whose position is adjusted by the container position adjusting means. A plurality of conveying means to be moved to, an imaging means for taking an image of the inside of the container whose position is adjusted by the container position adjusting means through an enlargement lens, and an image of the body to be introduced from the image obtained by the imaging means. Position determining means for determining the position, and control means for causing the respective conveying means to move the injection needle in accordance with position information obtained by the position determining means, wherein the conveying means has at least two degrees of freedom. And having a moving mechanism for each degree of freedom, and among these moving mechanisms for each degree of freedom, a plurality of piezoelectric elements are stacked on the driving source of the moving mechanism for at least one degree of freedom. A microinjection apparatus using a piezoelectric element laminate that expands and contracts.
第1の拡大機構を構成するリンク機構は、前記固定ジョイントが前記圧電素子積層体の固定側の端部に対して位置固定であり、第1の可動ジョイントが前記圧電素子積層体の伸縮側の端部と一体に移動可能であり、
第2の拡大機構を構成するリンク機構は、第1の拡大機構を構成するリンク機構に対し前記各ジョイントの回動中心と平行な中心軸回りに90°方向を変えた姿勢に設けられて、前記固定ジョイントが前記圧電素子積層体の固定側の端部に対して位置固定であり、第1の可動ジョイントが第1の拡大機構を構成するリンク機構における前記可動部に設けられ、
第2の拡大機構を構成するリンク機構の第3の可動ジョイントの前記可動部が、前記圧電素子積層体の伸縮方向の変位拡大出力部となるマイクロインジェクション装置。 9. The link mechanism constituting the first and second magnifying mechanisms according to claim 8, wherein each of the link mechanisms includes three links, one fixed joint for position fixing, and three movable joints for position movement. Each of the joints is a joint that constitutes a rotatable node, and the center of rotation is perpendicular to both the expansion / contraction direction of the piezoelectric element laminate and the direction orthogonal to the expansion / contraction direction. The other end of the first link whose base end is connected to the fixed joint is connected to the middle of the second link whose base end is connected to the first movable joint via the second movable joint. The third link is connected to the tip of the second link via a third movable joint, and the tip of the third link is restrained so as to be movable only in the direction orthogonal to the expansion / contraction direction. age,
In the link mechanism constituting the first expansion mechanism, the fixed joint is fixed in position with respect to the fixed side end of the piezoelectric element laminate, and the first movable joint is provided on the expansion / contraction side of the piezoelectric element laminate. Can move together with the end,
The link mechanism constituting the second enlargement mechanism is provided in a posture in which the direction of 90 ° is changed around the central axis parallel to the rotation center of each joint with respect to the link mechanism constituting the first enlargement mechanism, The fixed joint is fixed in position with respect to the fixed side end of the piezoelectric element laminate, and the first movable joint is provided in the movable portion of the link mechanism constituting the first expansion mechanism;
The microinjection apparatus in which the movable portion of the third movable joint of the link mechanism constituting the second expansion mechanism is a displacement expansion output portion in the expansion / contraction direction of the piezoelectric element laminate.
第1の拡大機構を構成するリンク機構は、前記固定ジョイントが前記圧電素子積層体の固定側の端部に対して位置固定であり、第1の可動ジョイントが前記圧電素子積層体の伸縮側の端部と一体に移動可能であり、
第2の拡大機構を構成するリンク機構は、第1の拡大機構を構成するリンク機構に対し前記各ジョイントの回動中心と平行な中心軸回りに90°方向を変えた姿勢に設けられて、前記固定ジョイントが前記圧電素子積層体の固定側の端部に対して位置固定であり、第1の可動ジョイントが第1の拡大機構を構成するリンク機構における第2のリンクの先端に設けられ、
第2の拡大機構を構成するリンク機構の第2のリンクの先端が、前記圧電素子積層体の伸縮方向の変位拡大出力部となるマイクロインジェクション装置。 In Claim 8, each of the link mechanisms constituting the first and second expansion mechanisms includes two links, one fixed joint for position fixing, and two movable joints for position movement. Each of the joints is a joint that constitutes a rotatable node, and the center of rotation is perpendicular to both the expansion / contraction direction of the piezoelectric element laminate and the direction orthogonal to the expansion / contraction direction. Yes, the other end of the first link whose base end is connected to the fixed joint is connected to the middle of the second link whose base end is connected to the first movable joint via the second movable joint,
In the link mechanism constituting the first expansion mechanism, the fixed joint is fixed in position with respect to the fixed side end of the piezoelectric element laminate, and the first movable joint is provided on the expansion / contraction side of the piezoelectric element laminate. Can move together with the end,
The link mechanism constituting the second enlargement mechanism is provided in a posture in which the direction of 90 ° is changed around the central axis parallel to the rotation center of each joint with respect to the link mechanism constituting the first enlargement mechanism, The fixed joint is fixed in position relative to the fixed-side end of the piezoelectric element laminate, and the first movable joint is provided at the tip of the second link in the link mechanism constituting the first expansion mechanism;
A microinjection device in which a tip of a second link of a link mechanism constituting a second enlarging mechanism serves as a displacement enlarging output unit in the expansion / contraction direction of the piezoelectric element laminate.
このクランク・スライダ機構は、前記圧電素子の伸長方向の変位を、前記2つの可動ジョイントおよび2つのリンクを介して、固定ジョイントの円周上の任意の方向に変換し更に変位を拡大可能としたマイクロインジェクション装置。 In Claim 4, the said link mechanism has a crank slider mechanism which consists of one fixed joint, two movable joints, and two links,
This crank-slider mechanism converts the displacement in the extension direction of the piezoelectric element into an arbitrary direction on the circumference of the fixed joint via the two movable joints and the two links, thereby further expanding the displacement. Microinjection device.
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JP (1) | JP2010261929A (en) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015147147A1 (en) * | 2014-03-26 | 2015-10-01 | 国立大学法人北海道大学 | Method for high-speed fixing of biological specimen by using hydrogel and device therefor |
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2009
- 2009-08-26 JP JP2009194965A patent/JP2010261929A/en active Pending
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