JP2013240875A - Piezoelectric actuator, and manipulator including the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric actuator capable of obtaining high responsiveness and capable of suppressing vibration other than in an axial direction of a drive shaft.SOLUTION: A piezoelectric actuator micromotion-drives a capillary by a piezoelectric element for operating a micro object. The piezoelectric actuator includes: a pipette holding member having the capillary mounted and threaded around its circumference; a housing having an inner peripheral surface coaxial with the pipette holding member; at least two rolling bearings for supporting the pipette holding member to be rotatable with respect to the housing; the piezoelectric element disposed coaxially with the pipette holding member; a lid fixed to the housing for axially fixing the piezoelectric element; and an inner ring spacer disposed between inner rings of the two rolling bearings.

Description

本発明は、細胞等の微小な対象物を操作する圧電アクチュエータ及びマニピュレータに関する。   The present invention relates to a piezoelectric actuator and a manipulator that operate a minute object such as a cell.

バイオテクノロジ分野において顕微鏡観察下で卵や細胞に精子やDNA溶液を注入するなどのように細胞等の微小な対象物に操作を行うマニピュレータが知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献2は、ガラスキャピラリ等の操作針の針先を標本の目標位置近傍に容易にセットするために、操作針を有する電動マニピュレータを用い、電動で焦点を合わせる顕微鏡装置を開示し、焦点合わせとマニピュレータ駆動との連動・非連動を切り換えて操作針を駆動し操作針をセッティングする。   In the biotechnology field, a manipulator is known that operates on a minute object such as a cell such as injecting a sperm or DNA solution into an egg or cell under a microscope (see, for example, Patent Document 1). Patent Document 2 discloses a microscope apparatus that uses an electric manipulator having an operating needle to easily set the tip of an operating needle such as a glass capillary near the target position of the sample, and focuses the focus. Switch between interlocking and non-interlocking with the manipulator drive and drive the operating needle to set the operating needle.

特許文献3〜5には、ガラスキャピラリ等の安定した微小移動を可能とするために、圧電素子を備える圧電アクチュエータを用いて該ガラスキャピラリ等に衝撃荷重を与え、卵細胞等へ穿孔するマニピュレータが記載されている。   Patent Documents 3 to 5 describe manipulators that perforate eggs or the like by applying an impact load to the glass capillary or the like using a piezoelectric actuator including a piezoelectric element in order to enable stable micro movement of the glass capillary or the like. Has been.

特開2004−325836号公報JP 2004-325836 A 特開2006−23487号公報JP 2006-23487 A 特公平06−98582号公報Japanese Patent Publication No. 06-98582 特開2003−1574号公報JP 2003-1574 A 特開2008−46228号公報JP 2008-46228 A

特許文献3に記載のマニピュレータでは、圧電アクチュエータはガラスキャピラリ等を装着するピペット保持部材のみに固定され、マニピュレータへは固定されていない。このような構成では、マニピュレータ駆動時にピペット保持部材が脱落する等の可能性がある。また、特許文献3のマニピュレータでは、前記ピペット保持部材はピペット保持部材全体のうち僅かな部分を摩擦力により保持する当接部材により固定されており、この摩擦力の大きさにマニピュレータの動作性能・応答性が左右されるという問題があった。   In the manipulator described in Patent Document 3, the piezoelectric actuator is fixed only to a pipette holding member to which a glass capillary or the like is attached, and is not fixed to the manipulator. In such a configuration, there is a possibility that the pipette holding member is dropped when the manipulator is driven. Further, in the manipulator disclosed in Patent Document 3, the pipette holding member is fixed by a contact member that holds a small portion of the entire pipette holding member with a frictional force. There was a problem that responsiveness was affected.

特許文献4に記載のマニピュレータでは、ピペット保持部材と圧電アクチュエータが同軸に配置されておらず、ピペット保持部材の軸と圧電アクチュエータの軸はねじれの関係となっている。また、圧電アクチュエータの駆動軸がピペット保持部材と離れている。このため、ガラスキャピラリが前記駆動軸の軸方向以外にも振動を起こし易い。さらに、圧電素子に引張ばねで予圧が付与されているので、予圧調整の点から、高い応答性を得ることは困難となる。   In the manipulator described in Patent Document 4, the pipette holding member and the piezoelectric actuator are not arranged coaxially, and the axis of the pipette holding member and the axis of the piezoelectric actuator are in a twisted relationship. Further, the drive shaft of the piezoelectric actuator is separated from the pipette holding member. For this reason, the glass capillary tends to vibrate other than the axial direction of the drive shaft. Furthermore, since a preload is applied to the piezoelectric element by a tension spring, it is difficult to obtain high responsiveness in terms of preload adjustment.

特許文献5に記載のマニピュレータでは、ばね要素として二つの転がり軸受を配置し、ピペット保持部材と同軸となっている圧電アクチュエータが用いられている。このため、高精度な位置決めが可能で、軸方向以外の振動をある程度抑制することが可能となる。しかしながら、この圧電アクチュエータでは、圧電アクチュエータの中心軸上に配置された軸に、転がり軸受を固定するための円筒部と、転がり軸受の軸方向一端を位置決めするための突き当て部(円筒部と外径を異ならせ段差を形成した部分)と、転がり軸受の軸方向他端の位置を固定するためのロックナットを螺合するためのねじ部と、を形成する必要がある。このような構成から、ピペット保持部材と圧電アクチュエータの軸とを単一部材で構成することは困難であり、この結果、製造コストが上昇するという問題があった。また、ピペット保持部材と圧電素子の軸と別部材で構成するため、長手方向に寸法が長くなり、軸方向の以外の振動が生じる可能性も否定できない。   In the manipulator described in Patent Document 5, a piezoelectric actuator is used in which two rolling bearings are arranged as spring elements and are coaxial with the pipette holding member. For this reason, highly accurate positioning is possible, and vibrations other than in the axial direction can be suppressed to some extent. However, in this piezoelectric actuator, a cylindrical portion for fixing the rolling bearing to an axis disposed on the central axis of the piezoelectric actuator and an abutting portion for positioning one end of the rolling bearing in the axial direction (the cylindrical portion and the outer portion). It is necessary to form a portion in which the diameter is changed and a step is formed, and a thread portion for screwing a lock nut for fixing the position of the other end in the axial direction of the rolling bearing. From such a configuration, it is difficult to configure the pipette holding member and the shaft of the piezoelectric actuator as a single member, and as a result, there is a problem that the manufacturing cost increases. Further, since the pipette holding member and the shaft of the piezoelectric element are configured separately, the dimension becomes longer in the longitudinal direction, and the possibility of vibration other than in the axial direction cannot be denied.

上記に鑑み、本発明は高い応答性を備える圧電アクチュエータ及びマニピュレータを提供すると共に、圧電アクチュエータの駆動軸の軸方向以外の振動を抑制した圧電アクチュエータ及びマニピュレータを提供することを目的とする。また、製造コストを抑制できる圧電アクチュエータ及びマニピュレータを提供することを目的とする。   In view of the above, an object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator and a manipulator having high responsiveness, and to provide a piezoelectric actuator and a manipulator that suppress vibrations other than the axial direction of the drive shaft of the piezoelectric actuator. Moreover, it aims at providing the piezoelectric actuator and manipulator which can suppress manufacturing cost.

上記目的を達成するために、本実施形態の圧電アクチュエータにおいて、キャピラリを装着したピペット保持部材と、前記ピペット保持部材と同軸の内周面を有するハウジングと、前記ハウジングに対し前記ピペット保持部材を支持する少なくとも2つの転がり軸受と、前記ピペット保持部材と同軸に配置された圧電素子と、前記ハウジングに固定され、圧電素子を軸方向に固定する蓋と、前記2つの転がり軸受の内輪の間に配置された内輪間座と、前記2つの転がり軸受の内輪と前記ピペット保持部材の外周面との間に介装される中空部材と、を備えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, in the piezoelectric actuator of the present embodiment, a pipette holding member equipped with a capillary, a housing having an inner peripheral surface coaxial with the pipette holding member, and the pipette holding member supported by the housing At least two rolling bearings, a piezoelectric element arranged coaxially with the pipette holding member, a lid fixed to the housing and fixing the piezoelectric element in an axial direction, and an inner ring of the two rolling bearings And a hollow member interposed between the inner ring of the two rolling bearings and the outer peripheral surface of the pipette holding member.

この構成によれば、駆動軸であるピペット保持部材と圧電素子とが同軸に配置されているので、圧電アクチュエータの駆動軸の軸方向以外の振動を抑制することができる。   According to this configuration, since the pipette holding member, which is the drive shaft, and the piezoelectric element are arranged coaxially, vibrations other than the axial direction of the drive shaft of the piezoelectric actuator can be suppressed.

また、前記ピペット保持部材は、外周にねじ加工を施され、前記2つの転がり軸受は、前記ピペット保持部材の外周と螺合する2つのロックナットにより軸方向に固定されていることが好ましい。   Further, it is preferable that the pipette holding member is threaded on the outer periphery, and the two rolling bearings are fixed in the axial direction by two lock nuts screwed with the outer periphery of the pipette holding member.

前記ピペット保持部材と前記ハウジングとの相対回転を抑制する回り止め機構を備えることが好ましい。これにより、前記ピペット保持部材と前記ハウジングとの相対回転を抑制することができ、高精度な操作が可能となる。   It is preferable that a rotation prevention mechanism for suppressing relative rotation between the pipette holding member and the housing is provided. Thereby, relative rotation between the pipette holding member and the housing can be suppressed, and a highly accurate operation is possible.

この回り止め機構は、前記ロックナットのうち一方と、前記ハウジングまたは前記ハウジングの動きと連動する部材との嵌合部の形状を、円筒ではない形状とすることが好ましい。   In the rotation preventing mechanism, it is preferable that the shape of the fitting portion between one of the lock nuts and the housing or a member interlocking with the movement of the housing is a non-cylindrical shape.

また、前記回り止め機構は、前記ロックナットのうち一方と、前記ハウジングまたは前記ハウジングの動きと連動する部材との嵌合部の形状を、円筒ではない形状とし、且つ、前記嵌合部の軸方向視において、前記ロックナットの外周をなす線上の任意の二点間距離の最大値と、前記ハウジングまたは前記ハウジングの動きと連動する部材の内周をなす線上の任意の二点間距離の最大値とが略一致させることが好ましい。   The anti-rotation mechanism has a non-cylindrical shape as a shape of a fitting portion between one of the lock nuts and the housing or a member interlocking with the movement of the housing, and the shaft of the fitting portion. In a direction view, the maximum value of any two point distance on the line forming the outer periphery of the lock nut, and the maximum value of any two point distance on the line forming the inner periphery of the housing or a member interlocking with the movement of the housing. It is preferable that the values substantially coincide.

さらに、前記回り止め機構は、前記ロックナットのうち一方と、前記ハウジングまたは前記ハウジングの動きと連動する部材との嵌合部の形状を、多角柱状とすることが好ましい。   Further, in the rotation preventing mechanism, it is preferable that a shape of a fitting portion between one of the lock nuts and the housing or a member interlocking with the movement of the housing is a polygonal column.

また、上記目的を達成するために、本実施形態のマニピュレータは、上述の圧電アクチュエータを備える。   In order to achieve the above object, the manipulator of this embodiment includes the above-described piezoelectric actuator.

本発明の圧電アクチュエータ及びマニピュレータによれば、高い応答性を得ることができる。また、圧電アクチュエータの駆動軸の軸方向以外の振動を抑制することが可能となる。   According to the piezoelectric actuator and manipulator of the present invention, high responsiveness can be obtained. In addition, vibrations other than the axial direction of the drive shaft of the piezoelectric actuator can be suppressed.

本発明に係るマニピュレータシステムの構成を概略的に示す図である。It is a figure showing roughly composition of a manipulator system concerning the present invention. 図1のマニピュレータシステムに使用可能な微動機構の断面図である。It is sectional drawing of the fine movement mechanism which can be used for the manipulator system of FIG. 図2の微動機構の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of the fine movement mechanism of FIG. キャピラリの固定方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the fixing method of a capillary. 図1のコントローラ43による制御系要部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control system principal part by the controller 43 of FIG. 図5の表示部45に表示される画面例を示す図である。It is a figure which shows the example of a screen displayed on the display part 45 of FIG. 図1、図5のジョイスティックの具体例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the specific example of the joystick of FIG. 1, FIG. 図1のインジェクション用のキャピラリ35の操作中におけるシャーレ22の底面22aに対する相対位置(a)〜(d)を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the relative position (a)-(d) with respect to the bottom face 22a of the petri dish 22 during operation of the capillary 35 for injection of FIG. 図8(c)のようにキャピラリ35がシャーレ22の底面22aに接触したときの圧電素子92の電圧値の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the voltage value of the piezoelectric element 92 when the capillary 35 contacts the bottom face 22a of the petri dish 22 like FIG.8 (c). 図5の表示部に表示される2画面の例を示す図である。It is a figure which shows the example of 2 screens displayed on the display part of FIG. 第1例の回り止め機構を備える圧電アクチュエータの軸方向断面図である。It is an axial sectional view of a piezoelectric actuator provided with a detent mechanism of the first example. 回り止め機構の第1例の要部を示す図11のA方向矢視図である。It is an A direction arrow directional view of FIG. 11 which shows the principal part of the 1st example of a rotation prevention mechanism. 図11のハウジングを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the housing of FIG. 回り止め機構の第1例の変形例を示す図11のA方向矢視図である。FIG. 12 is a view in the direction of arrow A in FIG. 11 showing a modification of the first example of the rotation preventing mechanism. 回り止め機構の第1例の変形例を示す図11のA方向矢視図である。FIG. 12 is a view in the direction of arrow A in FIG. 11 showing a modification of the first example of the rotation preventing mechanism. 第2例の回り止め機構を備える圧電アクチュエータの軸方向断面図である。It is an axial direction sectional view of a piezoelectric actuator provided with the rotation stopping mechanism of the 2nd example.

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

(マニピュレータ)
図1は本発明に係るマニピュレータを使用したシステムの構成図である。図1において、マニピュレータシステム10は、顕微鏡観察下で細胞等の微小な対象物である試料に人工操作を実施するためのシステムとして、顕微鏡ユニット12と、マニピュレータ14と、マニピュレータ16と、を備えており、顕微鏡ユニット12の両側にマニピュレータ14、16が分かれて配置されている。
(manipulator)
FIG. 1 is a block diagram of a system using a manipulator according to the present invention. In FIG. 1, a manipulator system 10 includes a microscope unit 12, a manipulator 14, and a manipulator 16 as a system for performing an artificial operation on a sample that is a minute object such as a cell under microscope observation. The manipulators 14 and 16 are separately arranged on both sides of the microscope unit 12.

顕微鏡ユニット12は、撮像素子としてのカメラ18、顕微鏡20、試料台を備え、試料台の上にシャーレ22が配置されている。このシャーレ22の直上に顕微鏡20が配置される構造となっている。なお、顕微鏡20とカメラ18とは一体構造となっており、図示は省略したが、シャーレ22に向けて光を照射する光源を備えている。   The microscope unit 12 includes a camera 18 as an image sensor, a microscope 20, and a sample table, and a petri dish 22 is disposed on the sample table. The microscope 20 is arranged immediately above the petri dish 22. Note that the microscope 20 and the camera 18 have an integrated structure, and although not shown, a microscope is provided with a light source that emits light toward the petri dish 22.

シャーレ22内には例えば試料(図示せず)を含む溶液が収容される。この状態で、シャーレ22内の試料に顕微鏡20から光が照射され、シャーレ22内の試料(例えば、細胞や卵)で反射した光が顕微鏡20に入射すると、細胞や卵に関する光学像は、顕微鏡20で拡大されたあとカメラ18で撮像されるようになっており、カメラ18の撮像による画像を基に試料を観察することができる。   For example, a solution containing a sample (not shown) is accommodated in the petri dish 22. In this state, when the sample in the petri dish 22 is irradiated with light from the microscope 20 and the light reflected by the sample in the petri dish 22 (for example, a cell or an egg) enters the microscope 20, an optical image related to the cell or egg is After being magnified at 20, the image is taken by the camera 18, and the sample can be observed based on the image taken by the camera 18.

マニピュレータ14は、図1に示すように、X軸‐Y軸‐Z軸の直交3軸構成のマニピュレータとして、ピペット24、X‐Y軸テーブル26、Z軸テーブル28、X‐Y軸テーブル26を駆動する駆動装置30、Z軸テーブルを駆動する駆動装置32を備えて構成されている。ピペット24の先端には、毛細管チップであるキャピラリ25が取り付けられている。   As shown in FIG. 1, the manipulator 14 includes a pipette 24, an XY axis table 26, a Z axis table 28, and an XY axis table 26 as a manipulator having an X axis-Y axis-Z axis orthogonal configuration. A driving device 30 for driving and a driving device 32 for driving the Z-axis table are provided. A capillary 25 that is a capillary tip is attached to the tip of the pipette 24.

ピペット24は、Z軸テーブル28に連結され、Z軸テーブル28は、X‐Y軸テーブル26上に上下動自在に配置され、駆動装置30、32はコントローラ43に接続されている。   The pipette 24 is connected to a Z-axis table 28, the Z-axis table 28 is arranged on the XY axis table 26 so as to be movable up and down, and the drive devices 30 and 32 are connected to a controller 43.

X‐Y軸テーブル26は、駆動装置30の駆動により、X軸またはY軸に沿って移動するように構成され、Z軸テーブル28は、駆動装置32の駆動により、Z軸に沿って(鉛直軸方向に沿って)移動するように構成されている。Z軸テーブル28に連結されたピペット24は、X‐Y軸テーブル26とZ軸テーブル28の移動にしたがって3次元空間を移動領域として移動し、シャーレ22内の細胞などをキャピラリ25を介する等して保持するように構成されている。   The XY axis table 26 is configured to move along the X axis or the Y axis by driving the driving device 30, and the Z axis table 28 is moved along the Z axis (vertical) by driving the driving device 32. (Along the axial direction). The pipette 24 connected to the Z-axis table 28 moves as a moving area in the three-dimensional space according to the movement of the XY axis table 26 and the Z-axis table 28, and the cells in the petri dish 22 are moved through the capillary 25. Configured to hold.

マニピュレータ16は、直交3軸構成のマニピュレータとして、ピペット(インジェクションピペット)保持部材34と、X‐Y軸テーブル36と、Z軸テーブル38と、X‐Y軸テーブル36を駆動する駆動装置40と、Z軸テーブル38を駆動する駆動装置42を備え、ピペット保持部材34は、Z軸テーブル38に連結され、Z軸テーブル38は、X‐Y軸テーブル36上に上下動自在に配置され、駆動装置40、42は、コントローラ43に接続されている。ピペット保持部材34の先端にはガラス製のキャピラリ35が取り付けられている。   The manipulator 16 is a pipette (injection pipette) holding member 34, an XY axis table 36, a Z axis table 38, and a drive device 40 that drives the XY axis table 36, as a manipulator having an orthogonal three-axis configuration, A driving device 42 for driving the Z-axis table 38 is provided. The pipette holding member 34 is connected to the Z-axis table 38. The Z-axis table 38 is disposed on the XY axis table 36 so as to be movable up and down. 40 and 42 are connected to the controller 43. A glass capillary 35 is attached to the tip of the pipette holding member 34.

X‐Y軸テーブル36は、駆動装置40の駆動により、X軸またはY軸に沿って移動するように構成され、Z軸テーブル38は、駆動装置42の駆動により、Z軸に沿って(鉛直軸方向に沿って)移動するように構成されている。Z軸テーブル38に連結されたピペット保持部材34は、X‐Y軸テーブル36とZ軸テーブル38の移動にしたがって3次元空間を移動領域として移動し、シャーレ22内の試料にキャピラリ35等を介して人工操作を行うように構成されている。
このように、マニピュレータ14、16はほぼ同一構成であり、以下、ピペット保持部材34が連結されたマニピュレータ16を例に挙げて説明する。
The XY axis table 36 is configured to move along the X axis or the Y axis by driving the driving device 40, and the Z axis table 38 is moved along the Z axis (vertical) by driving the driving device 42. (Along the axial direction). The pipette holding member 34 connected to the Z-axis table 38 moves as a moving area in the three-dimensional space according to the movement of the XY axis table 36 and the Z-axis table 38, and the sample in the petri dish 22 is passed through the capillary 35 and the like. And is configured to perform an artificial operation.
Thus, the manipulators 14 and 16 have substantially the same configuration, and the manipulator 16 to which the pipette holding member 34 is connected will be described below as an example.

X‐Y軸テーブル36は、駆動装置40の駆動(モータ)により、X軸またはY軸に沿って移動するように構成され、Z軸テーブル38は、駆動装置42の駆動(モータ)により、Z軸に沿って(鉛直軸方向に沿って)移動するように構成されている。また、Z軸テーブル38は、シャーレ22内の細胞や卵を挿入対象とするキャピラリ35を保持するピペット保持部材34を連結している。   The XY axis table 36 is configured to move along the X axis or the Y axis by the drive (motor) of the drive device 40, and the Z axis table 38 is moved to the Z axis by the drive (motor) of the drive device 42. It is configured to move along the axis (along the vertical axis direction). Further, the Z-axis table 38 is connected to a pipette holding member 34 that holds a capillary 35 into which cells and eggs in the petri dish 22 are to be inserted.

すなわち、シャーレ22内の細胞などを含む3次元空間を移動領域として、X‐Y軸テーブル36とZ軸テーブル38は、駆動装置40、42の駆動により移動する。そして、X‐Y軸テーブル36とZ軸テーブル38は、例えば、ピペット保持部材34の先端側からシャーレ22内の細胞(試料)に対して、キャピラリ35を挿入するための挿入位置までピペット保持部材34を粗動する。X‐Y軸テーブル36とZ軸テーブル38は、このような粗動機構(3次元軸移動テーブル)として構成されている。   That is, the XY axis table 36 and the Z axis table 38 are moved by driving the driving devices 40 and 42 using a three-dimensional space including cells in the petri dish 22 as a moving region. The XY axis table 36 and the Z axis table 38 are, for example, a pipette holding member from the tip end side of the pipette holding member 34 to an insertion position for inserting the capillary 35 into a cell (sample) in the petri dish 22. 34 is coarsely moved. The XY axis table 36 and the Z axis table 38 are configured as such a coarse movement mechanism (three-dimensional axis movement table).

また、Z軸テーブル38とピペット保持部材34との連結部は、ナノポジショナとしての機能を備えている。ナノポジショナは、ピペット保持部材34を設置している方向(長手方向)へ自在に移動可能に支持するとともに、さらに、ピペット保持部材34をその長手方向(軸線方向)に沿って微動駆動するように構成されている。   Further, the connecting portion between the Z-axis table 38 and the pipette holding member 34 has a function as a nanopositioner. The nanopositioner supports the pipette holding member 34 so as to be freely movable in the direction in which the pipette holding member 34 is installed (longitudinal direction), and further finely drives the pipette holding member 34 along the longitudinal direction (axial direction). It is configured.

具体的には、Z軸テーブル38とピペット保持部材34との連結部には、ナノポジショナとして、微動機構44を備えている。次にこの微動機構について説明する。   Specifically, a connecting portion between the Z-axis table 38 and the pipette holding member 34 is provided with a fine movement mechanism 44 as a nanopositioner. Next, this fine movement mechanism will be described.

(微動機構)
微動機構44は、図2に示すように、ピペット保持部材34を備える圧電アクチュエータ44aからなる。圧電アクチュエータ44aはその本体を構成するハウジング48を備えており、内周が筒状に形成されたハウジング48内には、外周にねじ加工を施されたピペット保持部材34が挿通されている。ピペット保持部材34は、その先端側(図2の左側、以下同様)にはキャピラリ35が取り付け固定され、その後端側(図2の右側、以下同様)には卵や細胞等へのインジェクションのための溶液を送る不図示のチューブが接続されている。また、このチューブの他端には、流量調整用のポンプが接続されている。
(Fine motion mechanism)
As shown in FIG. 2, the fine movement mechanism 44 includes a piezoelectric actuator 44 a including a pipette holding member 34. The piezoelectric actuator 44a includes a housing 48 that constitutes a main body of the piezoelectric actuator 44a. A pipette holding member 34 whose outer periphery is threaded is inserted into a housing 48 whose inner periphery is formed in a cylindrical shape. The pipette holding member 34 has a capillary 35 attached and fixed to the tip side (the left side in FIG. 2, the same applies hereinafter), and the rear end side (the right side in FIG. 2, the same applies to the following) for injection into eggs or cells. A tube (not shown) for feeding the solution is connected. A flow rate adjusting pump is connected to the other end of the tube.

ピペット保持部材34は、転がり軸受80、82を介してハウジング48に支持されている。転がり軸受80、82は、それぞれ内輪80a、82aと、外輪80b、82bと、内輪80a、82aと外輪80b、82b間に挿入されたボール80c、82cを備え、各内輪80a、82aが中空部材84を介してピペット保持部材34の外周面に嵌合され、各外輪80b、82bがハウジング48の内周面に嵌合され、ピペット保持部材34を回転自在に支持するようになっている。   The pipette holding member 34 is supported by the housing 48 via rolling bearings 80 and 82. The rolling bearings 80 and 82 include inner rings 80a and 82a, outer rings 80b and 82b, and balls 80c and 82c inserted between the inner rings 80a and 82a and the outer rings 80b and 82b, respectively. And the outer rings 80b and 82b are fitted to the inner peripheral surface of the housing 48 to rotatably support the pipette holding member 34.

内輪80a、82aは、中空部材84を介してピペット保持部材34に嵌合している。これにより、内輪80a、82aの内周面にねじ加工を施す必要がなく、ねじ加工を施したピペット保持部材34の外周面と嵌合することができる。また、転がり軸受80、82のピペット保持部材34への取り付けが簡単になる。   The inner rings 80 a and 82 a are fitted to the pipette holding member 34 via the hollow member 84. Thereby, it is not necessary to thread the inner peripheral surfaces of the inner rings 80a and 82a, and it is possible to fit the outer peripheral surface of the pipette holding member 34 subjected to the thread processing. Further, the attachment of the rolling bearings 80 and 82 to the pipette holding member 34 is simplified.

また、中空部材84は、その軸方向略中央部に径方向外方に突出するフランジ部84a(内輪間座)を有している。このフランジ部84aの軸方向両側に転がり軸受80、82の内輪80a、82aを配置する。その後、内輪80aの先端側、及び内輪82aの後端側からロックナット86、86をピペット保持部材34に螺合し、転がり軸受80、82の軸方向位置を固定する。なお、中空部材84の軸方向寸法は、転がり軸受80、82の内輪80a、82aの軸方向寸法と、中空部材84のフランジ部84aの軸方向寸法との合計より小さい。このため、内輪80aの軸方向先端側及び内輪82aの軸方向後端側は中空部材84よりも軸方向に突出する。この結果、内輪80a、82aが直接ロックナット86、86により軸方向に固定されるので、内輪80a、82aの軸方向移動を規制できる。   Further, the hollow member 84 has a flange portion 84a (inner ring spacer) protruding radially outward at a substantially central portion in the axial direction. Inner rings 80a and 82a of rolling bearings 80 and 82 are arranged on both axial sides of the flange portion 84a. Thereafter, lock nuts 86 and 86 are screwed into the pipette holding member 34 from the front end side of the inner ring 80a and the rear end side of the inner ring 82a, and the axial positions of the rolling bearings 80 and 82 are fixed. The axial dimension of the hollow member 84 is smaller than the sum of the axial dimension of the inner rings 80a and 82a of the rolling bearings 80 and 82 and the axial dimension of the flange portion 84a of the hollow member 84. For this reason, the axial front end side of the inner ring 80 a and the axial rear end side of the inner ring 82 a protrude in the axial direction from the hollow member 84. As a result, the inner rings 80a and 82a are directly fixed in the axial direction by the lock nuts 86 and 86, so that the axial movement of the inner rings 80a and 82a can be restricted.

転がり軸受80、82と同軸に配置され、ハウジング48の内周面に正の隙間を持って嵌合する円環状のスペーサ90が、外輪82bの軸方向後端側に配置される。スペーサ90の軸方向後端側には、円環状の圧電素子92がスペーサ90と略同軸に配置され、さらにその軸方向後端側にはハウジングの蓋88が配置される。蓋88は、圧電素子92を軸方向に固定するためのもので、ピペット保持部材34が挿通する孔部を有する。この蓋88は、ハウジング48の側面に不図示のボルトにより締結されている。なお、蓋88は、ハウジング48の軸方向後端側の内周面及び蓋88の外周面にねじ加工を施して、両者を螺合することにより固定しても良いが、圧電素子92にねじりモーメントが生じる可能性がある。このため、蓋88はボルト等により締結固定されることが好ましい。   An annular spacer 90 that is disposed coaxially with the rolling bearings 80 and 82 and is fitted to the inner peripheral surface of the housing 48 with a positive gap is disposed on the rear end side in the axial direction of the outer ring 82b. An annular piezoelectric element 92 is disposed substantially coaxially with the spacer 90 on the rear end side in the axial direction of the spacer 90, and a housing cover 88 is disposed on the rear end side in the axial direction. The lid 88 is for fixing the piezoelectric element 92 in the axial direction, and has a hole through which the pipette holding member 34 is inserted. The lid 88 is fastened to the side surface of the housing 48 with a bolt (not shown). The lid 88 may be fixed by threading the inner peripheral surface of the housing 48 in the axial rear end side and the outer peripheral surface of the lid 88 and screwing them together. A moment may occur. For this reason, it is preferable that the lid 88 is fastened and fixed by a bolt or the like.

転がり軸受80、82、圧電素子92は、スペーサ90の長さを調節し、蓋88をしめることにより、予圧が付与される。具体的には、スペーサ90の長さを調整し、蓋88を閉めると、その位置に応じた締結力が転がり軸受82の外輪82bと転がり軸受80の外輪80bに、軸方向に沿った押圧力として予圧が付与されるとともに、同時に圧電素子92にも予圧が付与される。これにより、転がり軸受80、82および圧電素子92に所定の予圧が付与され、転がり軸受80、82の外輪80b、82b間に軸方向間の距離としての間隙94が形成される。   The rolling bearings 80 and 82 and the piezoelectric element 92 are preloaded by adjusting the length of the spacer 90 and tightening the lid 88. Specifically, when the length of the spacer 90 is adjusted and the lid 88 is closed, the fastening force corresponding to the position is applied to the outer ring 82b of the rolling bearing 82 and the outer ring 80b of the rolling bearing 80 along the axial direction. As well as a preload is applied to the piezoelectric element 92 at the same time. As a result, a predetermined preload is applied to the rolling bearings 80 and 82 and the piezoelectric element 92, and a gap 94 is formed as a distance between the axial directions between the outer rings 80 b and 82 b of the rolling bearings 80 and 82.

このように、高剛性のばね要素である転がり軸受80、82で予圧を負荷できるため、圧電素子92の予圧調整を容易に行うことができるとともに、高い応答性を達成できる。   As described above, since the preload can be applied by the rolling bearings 80 and 82 which are highly rigid spring elements, the preload adjustment of the piezoelectric element 92 can be easily performed, and high responsiveness can be achieved.

また、圧電素子92はスペーサ90を介して転がり軸受82と接しているので、外輪82bと同じ径の圧電素子や、所定の予圧を付与可能な寸法の圧電素子といった、特別な形状の圧電素子を用いる必要がない。すなわち、図2の例では円環状とした圧電素子92を、棒状または角柱状としてスペーサ90の周方向に略等配となるように並べても良く、ピペット保持部材34を挿通する孔部を有した角筒としても良い。また、スペーサ90の形状を高精度とすれば、ハウジング48の内周面は転がり軸受80、82と嵌合する程度の精度で形成されているので、圧電素子92の個体差がある場合にも、転がり軸受82を均等に押圧することが可能となる。なお、以下で「圧電素子が(略)同軸である」とは、単に円環状の圧電素子がある軸と中心軸を共有する場合のみを示すのではなく、圧電素子がある軸を中心とした円周上に等配に並んでいる場合や、ある軸が角筒の圧電素子の中心を通る場合を含む。   Further, since the piezoelectric element 92 is in contact with the rolling bearing 82 via the spacer 90, a piezoelectric element having a special shape such as a piezoelectric element having the same diameter as the outer ring 82b or a piezoelectric element having a dimension capable of applying a predetermined preload is used. There is no need to use it. That is, in the example of FIG. 2, the annular piezoelectric elements 92 may be arranged in a rod shape or prismatic shape so as to be substantially even in the circumferential direction of the spacer 90, and have a hole portion through which the pipette holding member 34 is inserted. A square tube may be used. Further, if the shape of the spacer 90 is made highly accurate, the inner peripheral surface of the housing 48 is formed with an accuracy that can be fitted to the rolling bearings 80 and 82. The rolling bearing 82 can be pressed evenly. In the following, “the piezoelectric element is (substantially) coaxial” does not only indicate that the center axis is shared with an axis having an annular piezoelectric element, but is centered on an axis with a piezoelectric element. This includes the case where they are arranged equally on the circumference and the case where a certain axis passes through the center of a piezoelectric element of a rectangular tube.

圧電素子92は、リード線(図示せず)を介して制御回路としてのコントローラ43に接続されており、コントローラ43からの電圧に応じてピペット保持部材34の長手方向(軸方向)に沿って伸縮する圧電アクチュエータの一要素として構成されている。すなわち、圧電素子92は、コントローラ43からの印加電圧に応答して、ピペット保持部材34の軸方向に沿って伸縮し、ピペット保持部材34をその軸方向に沿って微動させるようになっている。ピペット保持部材34が軸方向に沿って微動すると、この微動がキャピラリ35に伝達され、キャピラリ35の位置が微調整されることになる。   The piezoelectric element 92 is connected to a controller 43 as a control circuit via a lead wire (not shown), and expands and contracts along the longitudinal direction (axial direction) of the pipette holding member 34 according to the voltage from the controller 43. It is constituted as one element of the piezoelectric actuator. That is, the piezoelectric element 92 expands and contracts along the axial direction of the pipette holding member 34 in response to the applied voltage from the controller 43, and finely moves the pipette holding member 34 along the axial direction. When the pipette holding member 34 finely moves along the axial direction, this fine movement is transmitted to the capillary 35, and the position of the capillary 35 is finely adjusted.

圧電素子92に印加する電圧の電圧波形としては、正弦波、矩形波、三角波などを用いることができる。また圧電素子92に電圧を印加する方法としては、操作者がボタン43Bを押している間、信号波形を連続して出力して駆動してもよいし、バースト波形を使用してもよい。   As the voltage waveform of the voltage applied to the piezoelectric element 92, a sine wave, a rectangular wave, a triangular wave, or the like can be used. As a method of applying a voltage to the piezoelectric element 92, a signal waveform may be continuously output and driven while the operator is pressing the button 43B, or a burst waveform may be used.

本実施形態においては、転がり軸受80、82のうち転がり軸受80の内輪80aと外輪80bの変位量であって、圧電素子92の伸縮量の半分がキャピラリ35の変位量に設定されているため、圧電素子92には微動変位量の2倍の変位を与えるための制御電圧と初期設定電圧とを加算した微動用電圧を印加することになる。   In the present embodiment, the displacement amount of the inner ring 80a and the outer ring 80b of the rolling bearing 80 of the rolling bearings 80 and 82, and half of the expansion / contraction amount of the piezoelectric element 92 is set as the displacement amount of the capillary 35. The piezoelectric element 92 is applied with a fine movement voltage obtained by adding a control voltage for giving a displacement twice the fine movement displacement amount and an initial setting voltage.

例えば、圧電素子92に2xの伸びが生じたときには、この伸びによる押圧力は微動制御を行う前の予圧荷重に加えて転がり軸受82の外輪82bを押圧し、転がり軸受80の外輪80bを軸方向に移動させ、転がり軸受80、82の各外輪間の間隙94が2x分更に狭くなって圧電素子92の軸方向の伸びを吸収する。   For example, when 2 × elongation occurs in the piezoelectric element 92, the pressing force due to the elongation presses the outer ring 82b of the rolling bearing 82 in addition to the preload before performing fine movement control, and the outer ring 80b of the rolling bearing 80 is axially moved. , The gap 94 between the outer rings of the rolling bearings 80 and 82 is further narrowed by 2 × to absorb the axial extension of the piezoelectric element 92.

この間隙94の変位は、弾性変形に伴って軸受80、82がそれぞれ軸方向にxずつ変位し、軸受80の外輪80bが軸方向に合わせて2x変位することにより生じる。   The displacement of the gap 94 occurs when the bearings 80 and 82 are each displaced by x in the axial direction along with the elastic deformation, and the outer ring 80b of the bearing 80 is displaced by 2x in accordance with the axial direction.

逆に、圧電素子92が2x縮むと、押圧力が減少し、転がり軸受80、82の弾性変形がそれぞれxずつ減少し、間隙94が広がる方向に、転がり軸受80の外輪80bが軸方向に合わせて2x変位することになり、圧電素子92の縮む分を吸収する。   Conversely, when the piezoelectric element 92 contracts by 2x, the pressing force decreases, the elastic deformation of the rolling bearings 80 and 82 decreases by x, and the outer ring 80b of the rolling bearing 80 is aligned with the axial direction so that the gap 94 is widened. Therefore, the displacement of the piezoelectric element 92 is absorbed.

このように、間隙94の変位xを転がり軸受80、82がxずつ分けて吸収するので、転がり軸受80、82を互いに押圧する力がバランスしたときに、転がり軸受80、82の内輪80a、80bがピペット保持部材34と共に軸方向にx変位する。つまり、圧電素子92の伸縮量2xの半分がキャピラリ35の微動変位量となってキャピラリ35が挿入位置に挿入される。キャピラリ35が挿入位置に位置決めされたあと、圧電素子92にインジェクション用電圧を印加すると、キャピラリ35がインジェクション動作を行うことになる。   In this way, since the rolling bearings 80 and 82 absorb the displacement x of the gap 94 separately for each x, the inner rings 80a and 80b of the rolling bearings 80 and 82 are balanced when the forces pressing the rolling bearings 80 and 82 are balanced. Is displaced together with the pipette holding member 34 in the axial direction. That is, half of the expansion / contraction amount 2x of the piezoelectric element 92 becomes the fine movement displacement amount of the capillary 35, and the capillary 35 is inserted into the insertion position. After the capillary 35 is positioned at the insertion position, when an injection voltage is applied to the piezoelectric element 92, the capillary 35 performs an injection operation.

上述の構成によれば、キャピラリ35と圧電素子92とが同軸上に配置されるので、圧電素子92の駆動時に、余分な振動、即ちピペット保持部材34の軸方向以外の方向に生じる振動を軽減することができる。
また、図2の圧電アクチュエータ44aはマニピュレータ16直接固定され、ピペット保持部材34は圧電アクチュエータ44aに直接固定される。このため、マニピュレータ16、ピペット保持部材34への固定のための部品数を低減できる。部品数低減による組立性の向上とコスト低減を実現できる。さらに、圧電アクチュエータ44aとピペット保持部材34を直接固定するため、圧電素子92とキャピラリ35との距離を短くすることが可能となり、圧電素子92による高精度な穿孔を実現できる。
According to the above-described configuration, since the capillary 35 and the piezoelectric element 92 are coaxially arranged, excessive vibration, that is, vibration generated in a direction other than the axial direction of the pipette holding member 34 is reduced when the piezoelectric element 92 is driven. can do.
2 is directly fixed to the manipulator 16, and the pipette holding member 34 is directly fixed to the piezoelectric actuator 44a. For this reason, the number of parts for fixing to the manipulator 16 and the pipette holding member 34 can be reduced. Improved assembly and cost reduction by reducing the number of parts. Furthermore, since the piezoelectric actuator 44a and the pipette holding member 34 are directly fixed, the distance between the piezoelectric element 92 and the capillary 35 can be shortened, and high-precision drilling by the piezoelectric element 92 can be realized.

次に、このような圧電アクチュエータ44aの組み立て方法は、まず、ピペット保持部材34の先端側からロックナット86、転がり軸受80、中空部材84、転がり軸受82、ロックナット86の順でピペット保持部材34の外周面と嵌合させる。このとき、中空部材の外周面に、転がり軸受80、82を、その間にフランジ部84aを挟むように嵌合させる。その後、ロックナット86、86を締めることにより、転がり軸受80、82とピペット保持部材34との相対位置を固定する。そして、転がり軸受82の外輪82bと突き当たるようにスペーサ90をピペット保持部材34の後端側に配置し、圧電素子92をスペーサ90と突き当たるように配置する。最後に、ハウジング48を上記の組み立てたものを図2の配置となるよう位置決めし、蓋88とハウジング48とを、ボルト等で固定する。このような方法で、圧電アクチュエータ44aを簡単に組み立てることができる。   Next, the method of assembling such a piezoelectric actuator 44 a is as follows. First, the pipette holding member 34 in the order of the lock nut 86, the rolling bearing 80, the hollow member 84, the rolling bearing 82, and the lock nut 86 from the tip side of the pipette holding member 34. The outer peripheral surface is fitted. At this time, the rolling bearings 80 and 82 are fitted to the outer peripheral surface of the hollow member so as to sandwich the flange portion 84a therebetween. Thereafter, the relative positions of the rolling bearings 80 and 82 and the pipette holding member 34 are fixed by tightening the lock nuts 86 and 86. Then, the spacer 90 is disposed on the rear end side of the pipette holding member 34 so as to abut against the outer ring 82 b of the rolling bearing 82, and the piezoelectric element 92 is disposed so as to abut against the spacer 90. Finally, the assembly of the housing 48 is positioned so as to have the arrangement shown in FIG. 2, and the lid 88 and the housing 48 are fixed with bolts or the like. In this way, the piezoelectric actuator 44a can be easily assembled.

図3は微動機構の変形例を示す断面図である。本例の微動機構144では、ピペット保持部材134の外周に中空部材135を設け、中空部材135を圧電アクチュエータ144aと一体にしたので、ピペット保持部材134と圧電アクチュエータ144aとを別体にすることが可能である。図3において、図2と同等の部分は同一符号を付し、その詳細説明は省略する。     FIG. 3 is a cross-sectional view showing a modification of the fine movement mechanism. In the fine movement mechanism 144 of this example, since the hollow member 135 is provided on the outer periphery of the pipette holding member 134 and the hollow member 135 is integrated with the piezoelectric actuator 144a, the pipette holding member 134 and the piezoelectric actuator 144a can be separated. Is possible. 3, parts equivalent to those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

ピペット保持部材134は、その先端側(図3の左側、以下同様)にはキャピラリ35が取り付け固定される。また、その後端側(図3の右側、以下同様)には卵や細胞等へのインジェクションのための溶液を送る不図示のチューブが接続されるためのノズルが、螺合等により固定されている。このチューブの他端には、流量調整用のポンプが接続されている。次に、ピペット保持部材134に取り付けられる圧電アクチュエータ144aについて説明する。   The pipette holding member 134 has a capillary 35 attached and fixed to the tip side thereof (the left side in FIG. 3, the same applies hereinafter). In addition, a nozzle for connecting a tube (not shown) for sending a solution for injection into an egg, a cell, or the like is fixed to the rear end side (the right side in FIG. 3, the same applies hereinafter) by screwing or the like. . A flow rate adjusting pump is connected to the other end of the tube. Next, the piezoelectric actuator 144a attached to the pipette holding member 134 will be described.

圧電アクチュエータ144aの中心軸を為す中空部材135の外周面には、転がり軸受80、82が嵌合される。この転がり軸受80の内輪80aは、中空部材135の外周面に形成された突き当り面135bに当接することにより位置決めされている。転がり軸受80、82の内輪80a、82aの間には、内輪間座184が備えられる。内輪間座184は中空部材135の外周面に嵌合している。転がり軸受80、82(内輪80a、82a)は、内輪82aの後端側から中空部材135にロックナット86を螺合することにより、軸方向に固定される。     Rolling bearings 80 and 82 are fitted to the outer peripheral surface of the hollow member 135 that forms the central axis of the piezoelectric actuator 144a. The inner ring 80 a of the rolling bearing 80 is positioned by contacting an abutting surface 135 b formed on the outer peripheral surface of the hollow member 135. An inner ring spacer 184 is provided between the inner rings 80 a and 82 a of the rolling bearings 80 and 82. The inner ring spacer 184 is fitted to the outer peripheral surface of the hollow member 135. The rolling bearings 80 and 82 (inner rings 80a and 82a) are fixed in the axial direction by screwing a lock nut 86 into the hollow member 135 from the rear end side of the inner ring 82a.

圧電アクチュエータ144aのその他の部分は、図2と同様である。すなわち、転がり軸受80、82には、図2と同様に、その外輪80b、82bの外周面にハウジングが嵌合される。外輪82bの軸方向後端側にスペーサ90、圧電素子92の順にハウジング内周面に配置され、蓋88を締めることによりこれらが固定される。このようにして、中空部材135と一体となった圧電アクチュエータ144aが構成される。   Other parts of the piezoelectric actuator 144a are the same as those in FIG. That is, the housing is fitted to the outer peripheral surfaces of the outer rings 80b and 82b of the rolling bearings 80 and 82, as in FIG. The spacer 90 and the piezoelectric element 92 are disposed in this order on the inner peripheral surface of the outer ring 82b in the axial direction rear end side, and are fixed by tightening the lid 88. In this way, the piezoelectric actuator 144a integrated with the hollow member 135 is configured.

圧電アクチュエータ144aにピペット保持部材134を固定するため、中空部材135を、ピペット保持部材134の外周面に嵌合固定する。ピペット保持部材134の外周面は一部拡径し段差部134aが設けられている。中空部材135はこの段差部134aに対応する段差部135aを内径側に備え、両者を対向させることにより、軸方向に位置決めされる。軸方向に位置決めされた中空部材135は、止めねじ(不図示)によりピペット保持部材134に固定される。より詳細には、中空部材135の軸方向先端部(図3左側)のうち、ハウジング48から軸方向に突出した突出部135cには、径方向に貫通するねじ孔(不図示)が複数設けられている。この複数のねじ孔に複数の止めねじ(不図示)を螺合させ、ピペット保持部材134に接触させる。これにより、ピペット保持部材134は固定される。     In order to fix the pipette holding member 134 to the piezoelectric actuator 144 a, the hollow member 135 is fitted and fixed to the outer peripheral surface of the pipette holding member 134. A part of the outer peripheral surface of the pipette holding member 134 is enlarged to be provided with a stepped portion 134a. The hollow member 135 is provided with a stepped portion 135a corresponding to the stepped portion 134a on the inner diameter side, and is positioned in the axial direction by making both face each other. The hollow member 135 positioned in the axial direction is fixed to the pipette holding member 134 by a set screw (not shown). More specifically, a plurality of screw holes (not shown) penetrating in the radial direction are provided in the protruding portion 135c protruding in the axial direction from the housing 48 in the axial front end portion (left side in FIG. 3) of the hollow member 135. ing. A plurality of set screws (not shown) are screwed into the plurality of screw holes and brought into contact with the pipette holding member 134. Thereby, the pipette holding member 134 is fixed.

微動機構144をこのような構成にすることにより、ピペット保持部材134と圧電アクチュエータ144aとを別体にすることが可能となる。この結果、微動機構144のメンテナンス性を向上することができる。また、中空部材135を止めねじで固定したので、中空部材135とピペット保持部材134との同軸度や相対位置を微調整することが可能となる。このような止めねじを中空部材135の突出部135cに設けたので、止めねじの取付、取外しが容易となるため、微動機構144のメンテナンス性を更に向上することができる。   By configuring the fine movement mechanism 144 as described above, the pipette holding member 134 and the piezoelectric actuator 144a can be separated. As a result, the maintainability of the fine movement mechanism 144 can be improved. Further, since the hollow member 135 is fixed with a set screw, the coaxiality and relative position between the hollow member 135 and the pipette holding member 134 can be finely adjusted. Since such a set screw is provided on the projecting portion 135c of the hollow member 135, it is easy to attach and remove the set screw, so that the maintainability of the fine movement mechanism 144 can be further improved.

また、図2の微動機構44の場合、ピペット保持部材34の先端から後端まで、広範囲のねじ加工を施す必要があるため、ピペット保持部材34が変形する可能性がある。これに対し、図3の微動機構144では、ピペット保持部材34にねじ加工をする必要はない。このため、ピペット保持部材134と中空部材135の加工による変形を抑制することが可能となる。   In the case of the fine movement mechanism 44 shown in FIG. 2, since it is necessary to perform a wide range of screw processing from the front end to the rear end of the pipette holding member 34, the pipette holding member 34 may be deformed. On the other hand, in the fine movement mechanism 144 of FIG. 3, it is not necessary to thread the pipette holding member 34. For this reason, deformation due to processing of the pipette holding member 134 and the hollow member 135 can be suppressed.

なお、上述の例では、中空部材135とピペット保持部材134とを止めねじにより固定するとしたが、これに限定されず、接着固定、圧入固定、螺合固定を用いても良い。但し、上述した効果を考慮すると、止めねじによる固定が好ましい。また、上述の例では、段差により軸方向の位置決めをするとしたが、これに限定されず、段差部を設けずに、止めねじのみで軸方向位置を決めても良く、マーカーにより、大体の位置を示す構成としても良い。さらに、上述の例では、圧電アクチュエータ144aを組み立てた後、圧電アクチュエータ144aの一部をなす中空部材135とピペット保持部材134とを嵌合固定することとしたが、これに限定されない。すなわち、ピペット保持部材134に中空部材135を嵌合固定した後に、圧電アクチュエータ144aの他の構成要素を組み付けても良く、上述の効果は組立て手順によらない。しかしながら、組立て性を考慮した場合には、圧電アクチュエータ144aを組み立てた後、中空部材135とピペット保持部材134とを固定することが好ましい。   In the above example, the hollow member 135 and the pipette holding member 134 are fixed by a set screw. However, the present invention is not limited to this, and adhesive fixing, press-fit fixing, and screwing fixing may be used. However, in consideration of the effects described above, fixing with a set screw is preferable. In the above example, the axial position is determined by the step, but the present invention is not limited to this, and the axial position may be determined only by the set screw without providing the step portion. It is good also as a structure which shows. Furthermore, in the above-described example, after the piezoelectric actuator 144a is assembled, the hollow member 135 and the pipette holding member 134 that form a part of the piezoelectric actuator 144a are fitted and fixed, but the present invention is not limited to this. That is, after the hollow member 135 is fitted and fixed to the pipette holding member 134, other components of the piezoelectric actuator 144a may be assembled, and the above-described effects are not based on the assembling procedure. However, when assembling property is considered, it is preferable to fix the hollow member 135 and the pipette holding member 134 after assembling the piezoelectric actuator 144a.

その他の構成及び作用効果は、図2の微動機構と同様である。
次に、図2、3に示す微動機構の先端にキャピラリを固定する方法について説明する。
Other configurations and operational effects are the same as those of the fine movement mechanism of FIG.
Next, a method for fixing the capillary at the tip of the fine movement mechanism shown in FIGS.

(キャピラリの固定方法)
図4は、キャピラリ35の固定方法を示す断面図である。
図4に示す通り、ピペット保持部材34(134、以下同じ)の先端に、キャピラリ35を挿入するための拡径部34aが形成される。拡径部34aの内径は、キャピラリ35の外径よりも大きく設定されている。ピペット保持部材34の先端部の外周には、断面矢印状かつ内径側が円筒型に中空となっている保持部材136が嵌合している。キャピラリ35の後端側は、保持部材136とピペット保持部材34の拡径部34aに内包される。
(Capillary fixing method)
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a method for fixing the capillary 35.
As shown in FIG. 4, an enlarged diameter portion 34 a for inserting the capillary 35 is formed at the tip of the pipette holding member 34 (134, the same applies hereinafter). The inner diameter of the enlarged diameter portion 34 a is set larger than the outer diameter of the capillary 35. On the outer periphery of the tip of the pipette holding member 34, a holding member 136 having an arrow-shaped cross section and a hollow inside on the inner diameter side is fitted. The rear end side of the capillary 35 is enclosed in the enlarged member 34 a of the holding member 136 and the pipette holding member 34.

保持部材136の内周面は、先端側の小径部136aと後端側の大径部136bとからなる。小径部136aはキャピラリ35の外径よりも僅かに大きい内径を有する。この小径部136aは、キャピラリ35を固定する際、径方向において、キャピラリ35を固定する大まかな位置にキャピラリ35を案内する。大径部136bはピペット保持部材34の外周面より僅かに大きい内径を有する。大径部136bの内周面は、二組の支持部材130を介して、キャピラリ35を支持している。この支持部材130は、二つのOリング138と、これを挟む二つのワッシャ137で構成される。この支持部材130を、キャピラリ35の外周面(大径部136bの内周面)上の軸方向に離れた二箇所に配置し、その間にスペーサ139を配置している。保持部材136の外周面のうち先端側は、後端側から先端側へ徐々に縮径するテーパ形状となっている。これにより、例えば、圧電アクチュエータ44a(144a)作動時、シャーレ22にと保持部材とが接触し難くなる。また、保持部材136の外周面のうち後端側には雄ねじ加工がされている。   The inner peripheral surface of the holding member 136 includes a small diameter portion 136a on the front end side and a large diameter portion 136b on the rear end side. The small diameter portion 136 a has an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the capillary 35. When the capillary 35 is fixed, the small diameter portion 136a guides the capillary 35 to a rough position where the capillary 35 is fixed in the radial direction. The large diameter portion 136 b has an inner diameter slightly larger than the outer peripheral surface of the pipette holding member 34. The inner peripheral surface of the large-diameter portion 136b supports the capillary 35 via two sets of support members 130. The support member 130 includes two O-rings 138 and two washers 137 that sandwich the O-ring 138. The support member 130 is disposed at two positions on the outer peripheral surface of the capillary 35 (the inner peripheral surface of the large diameter portion 136b) separated in the axial direction, and a spacer 139 is disposed therebetween. The front end side of the outer peripheral surface of the holding member 136 has a tapered shape that gradually decreases in diameter from the rear end side to the front end side. Thereby, for example, when the piezoelectric actuator 44a (144a) is operated, the petri dish 22 and the holding member are hardly brought into contact with each other. The rear end side of the outer peripheral surface of the holding member 136 is male threaded.

ピペット保持部材34の外周面における保持部材136の後端側には、円筒状のナット部材139が取り付けられている。ナット部材139の先端側内周面には雌ねじ加工がされており、保持部材136の雄ねじと螺合するようになっている。また、ナット部材139の後端側には縮径部139aが設けられる。この縮径部139aの内径は、ピペット保持部材34よりわずかに大きくなっている。ピペット保持部材34には、周方向溝が設けられ、この周方向溝に止め輪140が嵌め込まれている。縮径部139aの先端側端面は、この止め輪140と当接して抜け止めされている。この止め輪140の別例としてピペット保持部材34と一体の凸条が挙げられる。この場合、圧電アクチュエータ44a(144a)にピペット保持部材を組み付ける前に、ナット部材139をピペット保持部材34の後端側から挿入しておく。   A cylindrical nut member 139 is attached to the rear end side of the holding member 136 on the outer peripheral surface of the pipette holding member 34. The inner peripheral surface of the front end side of the nut member 139 is internally threaded so as to be screwed with the external thread of the holding member 136. Further, a reduced diameter portion 139a is provided on the rear end side of the nut member 139. The inner diameter of the reduced diameter portion 139 a is slightly larger than the pipette holding member 34. The pipette holding member 34 is provided with a circumferential groove, and a retaining ring 140 is fitted into the circumferential groove. The end surface on the distal end side of the reduced diameter portion 139a abuts against the retaining ring 140 and is prevented from coming off. Another example of the retaining ring 140 is a protrusion that is integral with the pipette holding member 34. In this case, the nut member 139 is inserted from the rear end side of the pipette holding member 34 before the pipette holding member is assembled to the piezoelectric actuator 44a (144a).

このような保持部材136、ナット部材139により、キャピラリ35は支持固定される。キャピラリ35の取り付け手順は次ぎの通りである。まず、支持部材130とスペーサ141を組み付けた保持部材136にキャピラリ35を挿通する。この状態で、キャピラリは二組の支持部材130を構成するOリングのみにより径方向に支持されている。一方で、ピペット保持部材34にナット部材139を取り付けた後、ピペット保持部材34に止め輪140を取り付ける。その後、保持部材136の後端側の支持部材130とピペット保持部材34の先端部とを接触させる。この状態で、ナット部材139と保持部材136とを螺合させる。これにより、保持部材136の螺合部において径方向に収縮する力が作用し、後端側の支持部材130のOリング138が径方向に潰れるように変形する。これにより、キャピラリ35は軸方向および径方向に固定され、キャピラリ35の支持固定が完了する。また、保持部材136とナット部材139との螺合により、ピペット保持部材34とキャピラリ35との接続部における気密性を確保することができる。このため、ピペット保持部材34と連結された前述の流量調整用ポンプで、キャピラリ35内の液体の流量調整を行うことが可能となる。   The capillary 35 is supported and fixed by the holding member 136 and the nut member 139. The procedure for attaching the capillary 35 is as follows. First, the capillary 35 is inserted through the holding member 136 in which the support member 130 and the spacer 141 are assembled. In this state, the capillary is supported in the radial direction only by the O-rings constituting the two sets of support members 130. On the other hand, after attaching the nut member 139 to the pipette holding member 34, the retaining ring 140 is attached to the pipette holding member 34. Thereafter, the support member 130 on the rear end side of the holding member 136 and the tip of the pipette holding member 34 are brought into contact with each other. In this state, the nut member 139 and the holding member 136 are screwed together. Thereby, a force contracting in the radial direction acts on the threaded portion of the holding member 136, and the O-ring 138 of the support member 130 on the rear end side is deformed so as to be crushed in the radial direction. Thereby, the capillary 35 is fixed in the axial direction and the radial direction, and the support and fixing of the capillary 35 is completed. Further, the airtightness at the connecting portion between the pipette holding member 34 and the capillary 35 can be ensured by screwing the holding member 136 and the nut member 139. For this reason, the flow rate of the liquid in the capillary 35 can be adjusted with the above-described flow rate adjusting pump connected to the pipette holding member 34.

従来、Oリングを用いた支持部材一つのみでキャピラリを支持する構成が用いられている(例えば、「エッペンドルフ マイクロインジェクター FemtoJet(登録商標)express使用説明書」)。このような構成では、キャピラリ35を一箇所でのみ支持しているため、例えば、卵細胞への穿孔の際、圧電アクチュエータの駆動によりキャピラリ35に予期せぬ振動が発生し、細胞を傷つけたり、効率が下がる可能性がある。これに対し、図4に示した構成によれば、Oリング138を備える支持部材130が二つ用いられ、キャピラリ35が二点で支持されているので、圧電アクチュエータ44a、144aの駆動中にキャピラリ35が動くことが抑制される。この結果、細胞操作の際のキャピラリの低振動化を実現でき、穿孔性能・効率を従来と比較して向上することができる。     Conventionally, a configuration in which a capillary is supported by only one support member using an O-ring is used (for example, “Eppendorf Microinjector FemtoJet (registered trademark) express usage manual”). In such a configuration, since the capillary 35 is supported only at one place, for example, when perforating the egg cell, unexpected vibration is generated in the capillary 35 by driving the piezoelectric actuator, and the cell is damaged or the efficiency is increased. May go down. On the other hand, according to the configuration shown in FIG. 4, two support members 130 each having an O-ring 138 are used and the capillary 35 is supported at two points, so that the capillary is being driven while the piezoelectric actuators 44a and 144a are being driven. It is suppressed that 35 moves. As a result, it is possible to reduce the vibration of the capillary during cell operation, and to improve the perforation performance and efficiency as compared with the conventional case.

なお、上述した構成では、支持部材130を二つ用いることとしたが、これに限定されず、三つ以上用いても良い。さらに、一つの支持部材130を構成するOリング138の数は二つに限定されず、一つでもそれ以上でも良く、ワッシャを省略しても良い。また、支持部材130の構成部材もワッシャ137とOリング138に限定されず、キャピラリを支持できる構成であれば適用することができる。     In the above-described configuration, two support members 130 are used. However, the present invention is not limited to this, and three or more support members 130 may be used. Further, the number of O-rings 138 constituting one support member 130 is not limited to two, but may be one or more, and the washer may be omitted. Further, the constituent members of the support member 130 are not limited to the washer 137 and the O-ring 138, and any configuration that can support the capillary can be applied.

(マニピュレータの制御)
次に、上記のマニピュレータシステム10のコントローラ43による制御について図5〜図7を参照して説明する。図5は図1のコントローラ43による制御系要部を示すブロック図である。図6は図5の表示部45に表示される画面例を示す図である。図7は図1、図5に示すジョイスティックの具体例を示す斜視図である。
(Manipulator control)
Next, control by the controller 43 of the manipulator system 10 will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a block diagram showing a main part of the control system by the controller 43 of FIG. FIG. 6 is a diagram showing an example of a screen displayed on the display unit 45 of FIG. FIG. 7 is a perspective view showing a specific example of the joystick shown in FIGS.

図1、図5のコントローラ43は、演算手段としてのCPU(中央演算処理装置)及び記憶手段としてのハードディスク、RAM、ROMなどのハードウエア資源を備え、所定のプログラムに基づいて各種の演算を行い、演算結果に従って各種の制御を行うように駆動指令を出力する。すなわち、コントローラ43は、マニピュレータ14の駆動装置30、32、マニピュレータ16の駆動装置40、42、微動機構44の圧電素子92等を制御し、必要に応じて設けられたドライバやアンプ等を介してそれぞれに駆動指令を出力する。例えば、圧電素子92は、コントローラ43により制御される信号発生器95から信号を発生させアンプ96で増幅された電圧信号により駆動される。   The controller 43 shown in FIGS. 1 and 5 includes a CPU (Central Processing Unit) as a calculation means and hardware resources such as a hard disk, a RAM, and a ROM as storage means, and performs various calculations based on a predetermined program. The drive command is output so as to perform various controls according to the calculation result. That is, the controller 43 controls the driving devices 30 and 32 of the manipulator 14, the driving devices 40 and 42 of the manipulator 16, the piezoelectric element 92 of the fine movement mechanism 44, and the like via a driver or an amplifier provided as necessary. A drive command is output to each. For example, the piezoelectric element 92 is driven by a voltage signal generated from a signal generator 95 controlled by the controller 43 and amplified by an amplifier 96.

また、コントローラ43には、情報入力手段としてキーボードの他にジョイスティック47、マウス43A、ボタン43B(図1)が接続されており、さらに、CRTや液晶パネルからなる表示部45が接続され、表示部45にはカメラ18で取得した顕微鏡画像や各種制御用画面等が表示されるようになっている。     The controller 43 is connected with a joystick 47, a mouse 43A, and a button 43B (FIG. 1) in addition to a keyboard as information input means, and is further connected with a display unit 45 comprising a CRT or a liquid crystal panel. In 45, a microscope image acquired by the camera 18, various control screens, and the like are displayed.

また、コントローラ43は、マニピュレータ14、16を所定のシーケンスで自動的に駆動するようになっている。かかるシーケンス駆動は、所定のプログラムによるCPUの演算結果に基づいてコントローラ43が順次、それぞれに駆動指令を出力することで行われる。     The controller 43 automatically drives the manipulators 14 and 16 in a predetermined sequence. Such sequence driving is performed by the controller 43 sequentially outputting a drive command to each based on the calculation result of the CPU by a predetermined program.

表示部45には、カメラ18で撮像したキャピラリ25、35の画像を含めて卵等の微小な操作対象物の顕微鏡画像や演算結果に関する情報や各種制御用ボタンなどが表示される。例えば、図6のように、画像表示部45aには、カメラ18による顕微鏡画像が表示され、例えば、微小対象物である卵Dと、卵Dを保持したキャピラリ25と、インジェクション用のキャピラリ35とが表示されるとともに、画像表示部45aの例えば下側にキャピラリ35のセッティングのときの警告ランプ45bが表示され、画像表示部45aの上側に画像表示部45aの顕微鏡画像の倍率を切り替える切り替えボタン45cが表示される。切り替えボタン45cは図5のマウス43Aによりクリックすることで操作可能である。     The display unit 45 displays a microscopic image of a minute operation target such as an egg, information on calculation results, various control buttons, and the like including images of the capillaries 25 and 35 captured by the camera 18. For example, as shown in FIG. 6, the image display unit 45 a displays a microscopic image from the camera 18. For example, an egg D that is a minute object, a capillary 25 that holds the egg D, and a capillary 35 for injection Is displayed, for example, a warning lamp 45b for setting the capillary 35 is displayed on the lower side of the image display unit 45a, and a switching button 45c for switching the magnification of the microscope image of the image display unit 45a is displayed on the upper side of the image display unit 45a. Is displayed. The switching button 45c can be operated by clicking with the mouse 43A in FIG.

上述のように、圧電素子92には圧電素子92の駆動のときにアンプ96から信号電圧が印加される一方、圧電素子92で発生する電圧を電圧測定部97で測定し検知し、測定された電圧はコントローラ43に入力するようになっている。     As described above, a signal voltage is applied to the piezoelectric element 92 from the amplifier 96 when the piezoelectric element 92 is driven, while the voltage generated in the piezoelectric element 92 is measured and detected by the voltage measuring unit 97 and measured. The voltage is input to the controller 43.

圧電素子は、ピエゾ素子ともいわれ、一般に、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する一方、機械エネルギーを電気エネルギーに変換するものである。すなわち、圧電素子は、電圧を加えることで伸縮する一方、圧力を加えることで電圧を発生する。     Piezoelectric elements are also called piezo elements, and generally convert electrical energy into mechanical energy while converting mechanical energy into electrical energy. That is, the piezoelectric element expands and contracts when a voltage is applied, and generates a voltage when a pressure is applied.

本実施形態では、圧電素子92は、微動機構44にキャピラリ35の微動駆動のために設けられているが、キャピラリ35が例えばシャーレ等の容器の底面や側面に接触したとき、その接触による外力が図2のピペット保持部材34、転がり軸受80、82、スペーサ90等を介して圧電素子92に加わることにより発生する電圧を電圧測定部97で計測することでコントローラ43上での監視を行う。     In this embodiment, the piezoelectric element 92 is provided in the fine movement mechanism 44 for fine movement of the capillary 35. However, when the capillary 35 comes into contact with the bottom or side surface of a container such as a petri dish, external force due to the contact is not generated. The voltage measurement unit 97 measures the voltage generated by applying to the piezoelectric element 92 via the pipette holding member 34, the rolling bearings 80 and 82, the spacer 90, etc. in FIG.

すなわち、コントローラ43は、電圧測定部97による測定電圧が例えば所定のレベルや電圧差以上となったとき、図6の表示部45に表示された警告ランプ45bを赤や黄の目立つ色で点滅させて警告を発したり、また、キャピラリ35の駆動を停止するように制御する。また、表示部45の警告ランプ45bとは別にランプ点滅や警告音発生等を行う警告部98を設け、警告部98を作動させるようにしてもよい。     That is, the controller 43 causes the warning lamp 45b displayed on the display unit 45 of FIG. 6 to blink in a conspicuous color such as red or yellow when the voltage measured by the voltage measurement unit 97 becomes, for example, a predetermined level or a voltage difference or more. Control to stop the drive of the capillary 35. In addition to the warning lamp 45b of the display unit 45, a warning unit 98 that blinks a lamp, generates a warning sound, or the like may be provided to activate the warning unit 98.

図1のマニピュレータシステム10の操作のため、図1、図5、図7のように、コントローラ43に接続されたジョイスティック47を主に用いることができ、マニピュレータ14、16に対し1つずつ用意する。ジョイスティック47は、図7のように、複数のボタン47a〜47gとハンドル47hとを有する。ハンドル47hは、右方向R、左方向Lに傾斜させる(倒す)ことで図1の駆動装置30、40を駆動しマニピュレータ14、16をX軸方向、Y軸方向に駆動でき、回転させる(ひねる)ことで駆動装置32、42を駆動しZ軸方向に駆動できる。また、各ボタン47a〜47gに各機能の操作を割り当てることができ、例えば、ボタン47に図2の圧電アクチュエータ44a(微動機構44)の圧電素子92の操作を割り当てる。     For the operation of the manipulator system 10 of FIG. 1, a joystick 47 connected to the controller 43 can be mainly used as shown in FIGS. 1, 5, 7, and one manipulator 14, 16 is prepared. . The joystick 47 has a plurality of buttons 47a to 47g and a handle 47h as shown in FIG. The handle 47h is tilted (tilted) in the right direction R and the left direction L to drive the drive devices 30 and 40 in FIG. 1, and the manipulators 14 and 16 can be driven in the X axis direction and the Y axis direction to rotate (twist). Thus, the driving devices 32 and 42 can be driven to drive in the Z-axis direction. Further, the operation of each function can be assigned to each of the buttons 47a to 47g. For example, the operation of the piezoelectric element 92 of the piezoelectric actuator 44a (fine movement mechanism 44) in FIG.

上記構成において、インジェクション用マニピュレータ16を駆動するに際しては、ジョイスティック47のハンドル47hを操作して、XY軸テーブル36とZ軸テーブル38を粗動駆動し、ピペット保持部材34をシャーレ22内の細胞に近づけて位置決めした後、微動機構44を用いてピペット保持部材34を微動駆動することができる。     In the above configuration, when the injection manipulator 16 is driven, the handle 47h of the joystick 47 is operated to roughly drive the XY axis table 36 and the Z axis table 38, and the pipette holding member 34 is moved to the cells in the petri dish 22. After being positioned close to each other, the fine movement mechanism 44 can be used to finely drive the pipette holding member 34.

具体的には、ピペット保持部材34にガラス製のキャピラリ35を装着するに際しては、顕微鏡作業箇所に配置されたシャーレ22からピペット保持部材34を退避させる状態になるように、マニピュレータ14、16を駆動する。これにより、ピペット保持部材34にキャピラリ35を装着する際、十分な作業スペースが得られる。     Specifically, when the glass capillary 35 is attached to the pipette holding member 34, the manipulators 14 and 16 are driven so that the pipette holding member 34 is retracted from the petri dish 22 disposed at the microscope work site. To do. Thereby, when the capillary 35 is attached to the pipette holding member 34, a sufficient working space is obtained.

キャピラリ35をピペット保持部材34に装着した後は、ジョイスティック47の操作等に基づくコントローラ43からの指令により、マニピュレータ14を駆動し、キャピラリ35が装着されたピペット保持部材34を顕微鏡作業箇所であるシャーレ22に向けて移動させる。     After the capillary 35 is attached to the pipette holding member 34, the manipulator 14 is driven by a command from the controller 43 based on the operation of the joystick 47 and the like, and the pipette holding member 34 to which the capillary 35 is attached is moved to the petri dish that is a microscope work location. Move toward 22.

キャピラリ35を顕微鏡作業箇所に移動させる際、1回目(初めての)の操作の場合、図6の切り替えボタン45cを操作し、画像表示部45aに表示される画像の顕微鏡視野倍率を低倍にし、マニピュレータ16の駆動装置40、42や微動機構44を駆動することで、顕微鏡20の視野内にキャピラリ35が確認でき次第、駆動装置40、42や微動機構44の駆動を停止する。     When moving the capillary 35 to the microscope work location, in the first (first) operation, the switching button 45c in FIG. 6 is operated to reduce the microscope field magnification of the image displayed on the image display unit 45a, By driving the driving devices 40 and 42 and the fine movement mechanism 44 of the manipulator 16, the driving of the driving devices 40 and 42 and the fine movement mechanism 44 is stopped as soon as the capillary 35 can be confirmed in the field of view of the microscope 20.

このあと、コントローラ43の画像処理を利用し、駆動装置40、42や微動機構44を駆動することで、顕微鏡20の視野内において、キャピラリ35を最適位置へ移動し、駆動装置40、42や微動機構44の駆動を停止する。このとき、1回目の操作の際に駆動した各テーブル36、38や微動機構44による移動量をコントローラ43に記憶させる。なお、上記キャピラリの最適位置への移動は、駆動装置40、42によるXYZの駆動系(X‐Y軸テーブル36、Z軸テーブル38)及び微動機構44の両方または一方を適宜用いる。     Thereafter, by using the image processing of the controller 43 and driving the driving devices 40 and 42 and the fine movement mechanism 44, the capillary 35 is moved to the optimum position within the field of view of the microscope 20, and the driving devices 40 and 42 and the fine movement mechanism 44 are moved. The drive of the mechanism 44 is stopped. At this time, the movement amount by the tables 36 and 38 and the fine movement mechanism 44 driven in the first operation is stored in the controller 43. In order to move the capillary to the optimum position, either or both of the XYZ driving system (XY axis table 36, Z axis table 38) and fine movement mechanism 44 by the driving devices 40 and 42 are used as appropriate.

次に、マニピュレータ16を操作し、シャーレの交換あるいはキャピラリ35の交換が必要になった場合、駆動装置40、42や微動機構44を駆動し、顕微鏡作業箇所からキャピラリ35を退避させるための操作を行う。その後、ジョイスティック47の操作により、キャピラリ35をセッティングした位置まで駆動する。なお、ボタン43Bを用いて任意の位置まで退避するようにしてもよい。     Next, when the manipulator 16 is operated and the petri dish or the capillary 35 needs to be replaced, the driving devices 40 and 42 and the fine movement mechanism 44 are driven, and an operation for retracting the capillary 35 from the microscope work site is performed. Do. Thereafter, the capillary 35 is driven to the set position by operating the joystick 47. In addition, you may make it retract to arbitrary positions using the button 43B.

一方、再度、顕微鏡作業箇所へキャピラリ35を移動する場合、1回目にセッティングした際の位置をコントローラ43が記憶しているため、マニピュレータ16で、容易にキャピラリ35の位置を調整することが可能になる。     On the other hand, when the capillary 35 is moved again to the microscope work place, the controller 43 stores the position when it is set for the first time, so that the position of the capillary 35 can be easily adjusted by the manipulator 16. Become.

キャピラリ35として、その形状が均一なものを使用する場合は、本実施形態に係るマニピュレータ16を用いることで、従来のものよりも効率を向上させることができる。また、キャピラリ35の形状にばらつきがある場合でもピペット保持部材34を圧電アクチュエータ44aの駆動によって直線往復運動させることができるため、キャピラリ35の位置を微細に調整することができる。     When a capillary having a uniform shape is used as the capillary 35, the efficiency can be improved as compared with the conventional one by using the manipulator 16 according to the present embodiment. Even when the shape of the capillary 35 varies, the pipette holding member 34 can be linearly reciprocated by driving the piezoelectric actuator 44a, so that the position of the capillary 35 can be finely adjusted.

また、キャピラリ35が細胞の挿入位置に位置決めされたときには、ジョイスティック47を操作して圧電素子92にインジェクション用の電圧を印加し、微動機構44を微動駆動することで、ピペット保持部材34によるインジェクション動作を行うことができる。この際、高剛性のばね要素である転がり軸受80、82で圧電素子92に予圧を負荷しているため、高い応答性を達成できる。     Further, when the capillary 35 is positioned at the cell insertion position, the injection operation by the pipette holding member 34 is performed by operating the joystick 47 to apply the injection voltage to the piezoelectric element 92 and finely driving the fine movement mechanism 44. It can be performed. At this time, since the preload is applied to the piezoelectric element 92 by the rolling bearings 80 and 82 which are highly rigid spring elements, high responsiveness can be achieved.

上述のインジェクション用のキャピラリ35をインジェクション操作前に最適位置へ移動させてセッティングする際の動作について図8、図9を参照してさらに説明する。図8は図1のインジェクション用のキャピラリ35の操作中におけるシャーレ22の底面22aに対する相対位置(a)〜(d)を概略的に示す図である。図9は図8(c)のようにキャピラリ35がシャーレ22の底面22aに接触したときの圧電素子92の電圧値の変化を示す図である。     The operation when the capillary 35 for injection is moved to the optimum position before the injection operation and set will be further described with reference to FIGS. FIG. 8 is a diagram schematically showing relative positions (a) to (d) with respect to the bottom surface 22a of the petri dish 22 during operation of the injection capillary 35 of FIG. FIG. 9 is a diagram showing a change in the voltage value of the piezoelectric element 92 when the capillary 35 contacts the bottom surface 22a of the petri dish 22 as shown in FIG. 8C.

上述のように、マニピュレータ16により駆動装置40、42や微動機構44を駆動し、インジェクション用のキャピラリ35をジョイスティック47等の操作で最適位置にセッティングする際に、キャピラリ35を例えば、図8(a)のように下向き方向zに移動させたとき、図8(b)のようにキャピラリ35がシャーレ22の底面22aに接近し、図8(c)のように、さらに接近してキャピラリ35の先端が底面22aに接触すると、圧電素子92から電圧が瞬間的に発生する。圧電素子92から発生して図5の電圧測定部97で測定した電圧値を、コントローラ43(または電圧測定部97)は、図9のようにサンプリング時間Δtで集録し、Δtの間の電圧値の差ΔV(圧電素子92に印加されている電圧V0に対する電圧差)を算出し、その電圧差ΔVが所定値以上であれば警告を表示する。   As described above, when the driving devices 40 and 42 and the fine movement mechanism 44 are driven by the manipulator 16 and the capillary 35 for injection is set to the optimum position by operating the joystick 47 or the like, the capillary 35 is, for example, shown in FIG. 8), the capillary 35 approaches the bottom surface 22a of the petri dish 22 as shown in FIG. 8B, and further approaches the tip of the capillary 35 as shown in FIG. 8C. Comes into contact with the bottom surface 22a, a voltage is instantaneously generated from the piezoelectric element 92. The controller 43 (or the voltage measurement unit 97) acquires the voltage value generated from the piezoelectric element 92 and measured by the voltage measurement unit 97 in FIG. 5 at the sampling time Δt as shown in FIG. Difference ΔV (voltage difference with respect to the voltage V0 applied to the piezoelectric element 92) is calculated, and a warning is displayed if the voltage difference ΔV is equal to or greater than a predetermined value.

例えば、コントローラ43において電圧差ΔVの第1限界値V1を予め設定しておき、測定した電圧差ΔVが図9のように限界値V1以上になったとき、例えば、図6の表示部45で警告ランプ45bが点滅する。この警報により、操作者はキャピラリ35がシャーレ22の底面22aに接触したことを知ることができるので、ジョイスティック47を操作し、図8(d)のように、キャピラリ35を上向き方向z’に移動させ、底面22aから離す。または、マニピュレータ16(駆動装置40、42や微動機構44)の駆動を停止する。これにより、キャピラリ35の位置調整中にキャピラリ35が他部分に当たって折損・破損することを未然に防止できる。   For example, when the controller 43 presets the first limit value V1 of the voltage difference ΔV and the measured voltage difference ΔV becomes equal to or greater than the limit value V1 as shown in FIG. 9, for example, the display unit 45 of FIG. The warning lamp 45b flashes. By this alarm, the operator can know that the capillary 35 has contacted the bottom surface 22a of the petri dish 22. Therefore, the joystick 47 is operated and the capillary 35 is moved in the upward direction z 'as shown in FIG. 8D. And away from the bottom surface 22a. Alternatively, the driving of the manipulator 16 (the driving devices 40 and 42 and the fine movement mechanism 44) is stopped. Thereby, it is possible to prevent the capillary 35 from colliding with other parts and being broken or damaged during the position adjustment of the capillary 35.

また、コントローラ43において第1限界値V1よりも大きい第2限界値V2を予め設定し、測定した電圧差ΔVが第2限界値V2以上になったとき、例えば、マニピュレータ16(駆動装置40、42や微動機構44)の駆動を自動的に停止し、キャピラリ35の駆動を強制的に止める。これにより、例えばキャピラリ35が底面22aに比較的強く接触して電圧差ΔVがサンプリング時間Δtの間に急激に大きくなった場合等に、キャピラリ35のそれ以上の移動を止めることで、キャピラリ35の位置調整中にキャピラリ35の折損・破損を未然に防止できる。なお、この場合、警告ランプ45bの点滅を続けるようにしてもよい。   Further, when the controller 43 previously sets a second limit value V2 larger than the first limit value V1 and the measured voltage difference ΔV becomes equal to or greater than the second limit value V2, for example, the manipulator 16 (drive devices 40, 42). Or the fine movement mechanism 44) is automatically stopped, and the capillary 35 is forcibly stopped. Thereby, for example, when the capillary 35 is relatively strongly in contact with the bottom surface 22a and the voltage difference ΔV suddenly increases during the sampling time Δt, the further movement of the capillary 35 is stopped, so that the capillary 35 It is possible to prevent the capillary 35 from being broken or damaged during the position adjustment. In this case, the warning lamp 45b may keep blinking.

また、上述の表示部45における警告ランプ45bの点滅の代わりに、または、警告ランプ45bの点滅とともに、別の警告部98を駆動し、ランプを点滅させたり、ブザー等の警告音を発するようにしてもよい。   Further, instead of flashing the warning lamp 45b in the display unit 45 described above or together with the flashing of the warning lamp 45b, another warning unit 98 is driven to flash the lamp or to emit a warning sound such as a buzzer. May be.

なお、キャピラリ35の他部分(キャピラリ25やシャーレ22の底面22aや側面22b等)への接触の状態やタイミング等によって、圧電素子92から図9の破線で示すようにマイナス(−)方向に電圧差が発生する可能性がある場合は、電圧差ΔVの絶対値で限界値V1、V2と比較するように構成してもよく、また、マイナス(−)方向に、別の限界値を予め設定するようにしてもよい。   Note that the voltage from the piezoelectric element 92 in the minus (−) direction as shown by the broken line in FIG. 9 depends on the contact state and timing of the other part of the capillary 35 (the capillary 25, the bottom surface 22a, the side surface 22b, etc. of the petri dish 22). When there is a possibility that a difference occurs, the absolute value of the voltage difference ΔV may be compared with the limit values V1 and V2, and another limit value is set in advance in the minus (−) direction. You may make it do.

また、表示部45における警告表示として、ランプの点滅ではなく、例えば、「キャピラリが他部分に接触しています!」等の警告メッセージを例えば図6の画面45aの下側のスペース45dに表示するようにしてもよく、かかる警告メッセージを赤色や黄色の目立つ色で点滅表示するようにしてもよい。   As a warning display on the display unit 45, for example, a warning message such as “the capillary is in contact with another part!” Is displayed in the space 45d below the screen 45a in FIG. The warning message may be displayed blinking in a conspicuous red or yellow color.

また、上記セッティング操作のとき、ジョイスティック47でマニピュレータ16を駆動する場合は、上述のように警告表示はコントローラ43の表示部45の画面上にするのが好ましいが、ジョイスティック47に振動モータ等の振動部が内蔵している場合、この振動部を駆動することで操作者へ伝え、警告するようにしてもよい。また、手動でマニピュレータ16を駆動してもよいが、この場合は、別の警告部98を駆動することが好ましい。   Further, when the manipulator 16 is driven by the joystick 47 during the setting operation, the warning display is preferably on the screen of the display unit 45 of the controller 43 as described above. When the unit is built in, the vibration unit may be driven to inform the operator and warn. Further, although the manipulator 16 may be driven manually, in this case, it is preferable to drive another warning unit 98.

また、圧電素子92からの電圧信号を測定する際、電圧測定部97にアンプ、フィルタを設置し、ノイズを除去して電圧信号を集録し測定するようにしてもよい。   Further, when measuring the voltage signal from the piezoelectric element 92, an amplifier and a filter may be installed in the voltage measuring unit 97, noise may be removed, and the voltage signal may be acquired and measured.

以上のように、本実施形態によれば、マニピュレータシステム10により細胞や卵にインジェクション等の微細な操作を行う際に、インジェクション用のキャピラリ35を駆動し所定の最適位置にセッティングするとき、マニピュレータ16に備えられた微動駆動のための圧電素子92の電圧を計測できるようにし、圧電素子92からの電圧値をコントローラ43上で監視し、コントローラ43側で検出し、操作者に警告を表示したり、マニピュレータ16の駆動を強制的に停止する。これにより、キャピラリ35の位置調整中にキャピラリ35がキャピラリ25やシャーレ22の底面22aや側面22b等の他部分に接触して折損、破損してしまうことを防止することができる。   As described above, according to the present embodiment, when the manipulator system 10 performs a fine operation such as injection on a cell or egg, the manipulator 16 is set when the injection capillary 35 is driven and set to a predetermined optimum position. It is possible to measure the voltage of the piezoelectric element 92 for fine movement driving provided in the controller 43, monitor the voltage value from the piezoelectric element 92 on the controller 43, detect it on the controller 43 side, and display a warning to the operator. The driving of the manipulator 16 is forcibly stopped. Thereby, it is possible to prevent the capillary 35 from coming into contact with other parts such as the capillary 25 and the bottom surface 22a and the side surface 22b of the petri dish 22 during the position adjustment of the capillary 35 and being broken or damaged.

このように、キャピラリ35が折損することを防止できるため、キャピラリ35の交換作業も効率化が可能となる。また、キャピラリ35のセッティングのとき、操作に慣れていない操作者でも上述のような警告表示や駆動停止によりキャピラリのセッティング時の操作者による誤動作を防止することができる。   As described above, since the capillary 35 can be prevented from being broken, the replacement work of the capillary 35 can be made more efficient. Further, even when an operator who is not familiar with the operation at the time of setting the capillary 35 can prevent a malfunction by the operator at the time of setting the capillary by the warning display and the drive stop as described above.

(ピペット保持部材の回り止め機構)
上述のマニピュレータシステム10に用いる圧電アクチュエータ44a(144a)において、ピペット保持部材34(134)は転がり軸受で支持されており、ハウジング48に対して回転方向には拘束されていない。このため、圧電アクチュエータ44aを駆動してピペット保持部材34を振動させる際、または外部からの振動が加わった際、振動の大きさや周期によってはピペット保持部材34が回転する可能性がある。この場合、ピペット保持部材34の回転に伴って、ピペット保持部材34の先端に固定されたキャピラリ35も回転する。
(Pipette holding member detent mechanism)
In the piezoelectric actuator 44 a (144 a) used in the above-described manipulator system 10, the pipette holding member 34 (134) is supported by a rolling bearing and is not restricted in the rotational direction with respect to the housing 48. For this reason, when the pipette holding member 34 is vibrated by driving the piezoelectric actuator 44a or when external vibration is applied, the pipette holding member 34 may rotate depending on the magnitude and period of the vibration. In this case, as the pipette holding member 34 rotates, the capillary 35 fixed to the tip of the pipette holding member 34 also rotates.

例えば、図8に示すように、キャピラリ35として屈曲したキャピラリを使用する場合、キャピラリ35が回転すると、キャピラリ35先端と操作の対象物との相対位置が変動すると共に、キャピラリ35先端が顕微鏡焦点位置から外れるという問題が生じる虞がある。この結果、微小な対象物の操作が困難となり、操作後の培養特性にも影響を及ぼす可能性がある。   For example, as shown in FIG. 8, when a bent capillary is used as the capillary 35, when the capillary 35 rotates, the relative position between the tip of the capillary 35 and the object to be operated fluctuates, and the tip of the capillary 35 moves to the focus position of the microscope. There is a possibility that the problem of disengagement will occur. As a result, it is difficult to manipulate a minute object, which may affect the culture characteristics after the manipulation.

これを防ぐため、ピペット保持部材34が回転する可能性のある条件で使用する場合、またはピペット保持部材34の回転により操作の対象物に影響を及ぼす可能性がある場合、図11〜16に示す回り止め機構を備える圧電アクチュエータを用いることが有効である。   In order to prevent this, when the pipette holding member 34 is used in a condition that may rotate, or when the pipette holding member 34 may affect the object to be operated, it is shown in FIGS. It is effective to use a piezoelectric actuator having a detent mechanism.

図11〜13は、図2の圧電アクチュエータ44aに回り止め機構の第1例を設けた圧電アクチュエータ244aを示す図である。図11は圧電アクチュエータ244aの軸方向断面図、図12は図11のA方向矢視図、図13は圧電アクチュエータ244aのハウジング248の斜視図である。   FIGS. 11 to 13 are views showing a piezoelectric actuator 244a in which a first example of a rotation preventing mechanism is provided in the piezoelectric actuator 44a of FIG. 11 is a sectional view in the axial direction of the piezoelectric actuator 244a, FIG. 12 is a view in the direction of arrow A in FIG. 11, and FIG. 13 is a perspective view of the housing 248 of the piezoelectric actuator 244a.

本例では、図12に示すように、圧電アクチュエータ244aに取り付けられた二つのロックナットのうち、ハウジング248と嵌合する側(ピペット保持部材34の先端側、図11の左側)のロックナット286を、軸方向から見て六角形としている。また、ロックナット286と嵌合しているハウジング248の嵌合孔248aの形状を、図13に示すように、ロックナット286の外周面と微小な隙間を以て嵌合する六角形としている。   In this example, as shown in FIG. 12, of the two lock nuts attached to the piezoelectric actuator 244a, the lock nut 286 on the side fitted with the housing 248 (the tip side of the pipette holding member 34, the left side in FIG. 11). Is a hexagon when viewed from the axial direction. Further, as shown in FIG. 13, the shape of the fitting hole 248a of the housing 248 fitted with the lock nut 286 is a hexagon that fits with the outer peripheral surface of the lock nut 286 with a minute gap.

このような構成により、ピペット保持部材34に回転方向の力が作用した場合でも、ロックナット286がハウジング248の嵌合孔248aにより回転方向に固定されているので、ピペット保持部材34がハウジング248に対し相対回転することを防止できる。また、ロックナット286と嵌合孔248aとは微小な隙間を以て嵌合しているので、ピペット保持部材34がハウジング248に対し軸方向に相対移動することを妨げることはない。   With such a configuration, even when a rotational force is applied to the pipette holding member 34, the lock nut 286 is fixed in the rotational direction by the fitting hole 248a of the housing 248, so that the pipette holding member 34 is attached to the housing 248. It is possible to prevent relative rotation. Further, since the lock nut 286 and the fitting hole 248a are fitted with a small gap, the pipette holding member 34 is not prevented from moving relative to the housing 248 in the axial direction.

なお、本例では、ロックナット286及び嵌合孔248aの形状を軸方向視で六角形としたが、これに限定されない。例えば、ロックナット286及び嵌合孔248aを四角形や八角形等の略同一形状の多角形としてもよく、楕円形状としても良い。
また、ロックナットと嵌合孔との嵌合部の形状は略一致している必要はない。双方共に円筒以外であれば良く、且つ、軸方向視において、ロックナット286の外周をなす線上の任意の二点間距離の最大値と、嵌合孔248a内周をなす線上の任意の二点間距離の最大値とが略一致(正確には、嵌合孔248aにおける前記最大値の方がわずかに大きい)していれば良い。
In this example, the shape of the lock nut 286 and the fitting hole 248a is hexagonal when viewed in the axial direction, but is not limited thereto. For example, the lock nut 286 and the fitting hole 248a may be polygons having substantially the same shape such as a square or an octagon, or may be oval.
Moreover, the shape of the fitting part of a lock nut and a fitting hole does not need to correspond substantially. Both of them may be other than a cylinder, and when viewed in the axial direction, the maximum value of the distance between any two points on the line forming the outer periphery of the lock nut 286 and any two points on the line forming the inner periphery of the fitting hole 248a. It is only necessary that the maximum value of the inter-distance is substantially coincident (exactly, the maximum value in the fitting hole 248a is slightly larger).

例えば、図14に示すように、軸方向視で、六角形の嵌合孔248aの6辺のうち、対向する2辺と線接触する四角形の外周形状を持つロックナット286Aを用いても良い。この場合、図12と比較して、ロックナットと嵌合孔とが接触した場合にも接触面積が小さくなり、両者の相対移動を妨げ難くなる。   For example, as shown in FIG. 14, a lock nut 286A having a rectangular outer peripheral shape in line contact with two opposite sides among the six sides of the hexagonal fitting hole 248a as viewed in the axial direction may be used. In this case, as compared with FIG. 12, even when the lock nut and the fitting hole are in contact with each other, the contact area is reduced, and it is difficult to prevent relative movement between the two.

また、図15に示すように、嵌合孔248bの形状を軸方向視で楕円とし、嵌合248bの長軸と略同一の長軸を持ち、嵌合孔248bの短軸よりも短い短軸を有する楕円形の外周形状を持つロックナット248Cを用いても良い。この場合、ロックナットと嵌合孔とが接触しても、接触面積が図14よりも更に小さくなるので、両者の相対移動をより妨げ難くなる。また、図示は省略するが、楕円の嵌合孔と多角形のロックナットとの組合せや、多角形の嵌合孔と楕円のロックナットとの組合せも可能である。   Further, as shown in FIG. 15, the fitting hole 248b has an elliptical shape when viewed in the axial direction, has a major axis substantially the same as the major axis of the fitting 248b, and is shorter than the minor axis of the fitting hole 248b. A lock nut 248 </ b> C having an elliptical outer peripheral shape having the shape may be used. In this case, even if the lock nut and the fitting hole come into contact with each other, the contact area becomes smaller than that in FIG. Although not shown, a combination of an elliptical fitting hole and a polygonal locknut, or a combination of a polygonal fitting hole and an elliptical locknut is also possible.

図16は、図2の圧電アクチュエータ44aに回り止め機構の第2例を設けた圧電アクチュエータ344aの軸方向断面図である。
本例では、図16に示すように、圧電アクチュエータ344aに取り付けられた二つのロックナットのうち、ハウジング348と嵌合する側(ピペット保持部材34の先端側、図16の左側)のロックナット386の少なくともピペット保持部材の先端側の外周形状を、ピペット保持部材の先端側に向かって縮径する円錐状のテーパ面386aとしている。そして、このロックナット386と嵌合しているハウジング348の嵌合孔348aの形状を、テーパ面386aと略同等のテーパ形状としている。
FIG. 16 is an axial cross-sectional view of a piezoelectric actuator 344a in which a second example of a rotation preventing mechanism is provided in the piezoelectric actuator 44a of FIG.
In this example, as shown in FIG. 16, of the two lock nuts attached to the piezoelectric actuator 344a, the lock nut 386 on the side that fits with the housing 348 (the tip side of the pipette holding member 34, the left side in FIG. 16). The outer peripheral shape of at least the tip end side of the pipette holding member is a conical tapered surface 386a whose diameter decreases toward the tip end side of the pipette holding member. And the shape of the fitting hole 348a of the housing 348 fitted with this lock nut 386 is made into the taper shape substantially equivalent to the taper surface 386a.

この圧電アクチュエータ344aでは、蓋88をハウジング348に固定する際、蓋88に圧電素子92、スペーサ90、転がり軸受82、80と共にロックナット386が軸方向に押圧され、ロックナット386のテーパ面386aが嵌合孔348aに押し付けられる。この結果、テーパ面386aと嵌合孔348aとの間の摩擦により、ピペット保持部材34の回転を防止できる。図11〜図15の第1例では、嵌合孔248aとロックナット286との隙間によるガタ(回転可能な領域)が生じてしまい、ガタの大きさは加工精度に依存する。しかしながら、本例によれば、テーパ面386aと嵌合孔348aとを接触するまで押し付けたので、ガタを生じることはない。   In the piezoelectric actuator 344a, when the lid 88 is fixed to the housing 348, the lock nut 386 is pressed in the axial direction together with the piezoelectric element 92, the spacer 90, and the rolling bearings 82 and 80, and the taper surface 386a of the lock nut 386 is formed. It is pressed against the fitting hole 348a. As a result, the rotation of the pipette holding member 34 can be prevented by friction between the tapered surface 386a and the fitting hole 348a. In the first example of FIGS. 11 to 15, looseness (rotatable region) is generated due to a gap between the fitting hole 248 a and the lock nut 286, and the size of the looseness depends on processing accuracy. However, according to this example, the taper surface 386a and the fitting hole 348a are pressed until they come into contact with each other, so that there is no backlash.

また、この場合、圧電素子92を収縮させることにより、ピペット保持部材34をハウジング348に対し相対移動させることができる。このような構成は、マニピュレータの位置決め時等に、圧電アクチュエータ344aが駆動されず、粗動機構によりピペット保持部材34が粗動する等、ピペット保持部材34の装置全体に対する移動量が大きく回転し易い場合に、特に有効である。   In this case, the pipette holding member 34 can be moved relative to the housing 348 by contracting the piezoelectric element 92. In such a configuration, when the manipulator is positioned, the piezoelectric actuator 344a is not driven, and the pipette holding member 34 is coarsely moved by the coarse movement mechanism. For example, the movement amount of the pipette holding member 34 with respect to the entire apparatus is easily rotated. This is particularly effective when

以上、本発明に係る圧電アクチュエータに用いることが可能な回り止め機構について記載したが、この構成は第1例、第2例の形態に限定されない。例えば、ロックナットに突起を、この突起と係合する凹部をハウジングに設けることにより、回り止めを行ってもよく、ロックナットに凹部を、ハウジングに突起を設けてもよい。   As mentioned above, although the anti-rotation mechanism which can be used for the piezoelectric actuator which concerns on this invention was described, this structure is not limited to the form of a 1st example and a 2nd example. For example, the lock nut may be provided with a protrusion and a recess that engages with the protrusion may be provided in the housing to prevent rotation, and the lock nut may be provided with a recess and the housing may be provided with a protrusion.

また、第1例と第2例とを組合せてもよい。即ち、第2例で円錐状としたテーパ面を角錘状とし、圧電素子の伸縮により回転方向のガタを調整することも可能である。さらに、これらと前述の凹部と突起を備える構成としてもよい。さらに、第1例、第2例のロックナットの外周形状をピペット保持部材に適用し、ハウジングとピペット保持部材との嵌合により回り止めを行う構成としても良い。   Further, the first example and the second example may be combined. That is, it is also possible to adjust the backlash in the rotational direction by expanding and contracting the piezoelectric element by making the tapered surface conical in the second example into a pyramid shape. Furthermore, it is good also as a structure provided with these and the above-mentioned recessed part and protrusion. Furthermore, it is good also as a structure which applies the outer peripheral shape of the lock nut of a 1st example and a 2nd example to a pipette holding member, and prevents rotation by fitting with a housing and a pipette holding member.

また、ピペットの軸方向後端側に配置されたロックナットの形状は、前記第1例、第2例では特に限定されない。しかしながら、この後端側のロックナットの外周形状と、転がり軸受の外輪と連接する(ハウジングの動きと連動する)スペーサの内周形状とを第1例、第2例、または上記した他の例のようにして、回り止め機構を構成することも可能である。若しくは、各ロックナット毎に回り止め機構を構成することも可能である。   Moreover, the shape of the lock nut arrange | positioned at the axial direction rear end side of a pipette is not specifically limited in the said 1st example and a 2nd example. However, the outer peripheral shape of the lock nut on the rear end side and the inner peripheral shape of the spacer connected to the outer ring of the rolling bearing (in conjunction with the movement of the housing) are the first example, the second example, or the other examples described above. In this way, it is possible to configure a detent mechanism. Alternatively, it is possible to configure a detent mechanism for each lock nut.

以上の実施形態では、インジェクション用のマニピュレータについて説明したが、本発明の用途はこれに限定されない。
即ち、シャーレに貼り付いた試料を採取するために、キャピラリに振動を与えるためのマニピュレータに適応しても良い。
この場合、キャピラリと圧電アクチュエータとの距離を上記実施形態の場合よりも広くすることで、圧電アクチュエータから振動を与えた場合に、慣性の法則(振動に対する動きの鈍さ)も伴って揺動し、試料をベースから剥ぎ取ることができる。
In the above embodiment, although the manipulator for injection was demonstrated, the use of this invention is not limited to this.
In other words, in order to collect the sample attached to the petri dish, it may be adapted to a manipulator for applying vibration to the capillary.
In this case, by making the distance between the capillary and the piezoelectric actuator wider than in the case of the above-described embodiment, when the vibration is applied from the piezoelectric actuator, the capillary swings with the law of inertia (the motion dullness with respect to the vibration). The sample can be peeled from the base.

本発明によれば、上記のようなインジェクション操作や試料の剥ぎ取り操作を、ボールねじ等の直動装置やモータを不要とする、部品点数が少なくシンプルな構成の圧電アクチュエータにより行うことができる。また、ピペット保持部材の外周にねじ加工がされており、これに対応する雌ねじにより各部を装着するため、圧入により各部を装着する場合と比較して装着が容易であり、キャピラリ(ピペット保持部材先端側)と圧電アクチュエータとの距離の微調整も容易となる。   According to the present invention, the injection operation and the sample peeling operation as described above can be performed by a piezoelectric actuator having a simple configuration with a small number of parts that does not require a linear motion device such as a ball screw or a motor. In addition, since the outer periphery of the pipette holding member is threaded and each part is attached with a corresponding female screw, it is easier to attach compared to the case where each part is attached by press fitting, and the capillary (pipette holding member tip Side) and the piezoelectric actuator can be easily finely adjusted.

10 マニピュレータシステム、14 ホールディング用のマニピュレータ、16
インジェクション用のマニピュレータ、18カメラ、20 顕微鏡、22 シャーレ、22a 底面、22b 側面、25 ホールディング用のキャピラリ、35 インジェクション用のキャピラリ、30,32
駆動装置、40,42駆動装置、43 コントローラ、44 微動機構、45 表示部(監視手段)、45a 画像表示部、45b 警告ランプ、45e,45f 画像表示部、47
ジョイスティック、92圧電素子、97 電圧測定部(電圧検知手段)、98 警告部(監視手段)
10 Manipulator system, 14 Manipulator for holding, 16
Manipulator for injection, 18 camera, 20 microscope, 22 petri dish, 22a bottom surface, 22b side surface, 25 holding capillary, 35 injection capillary, 30, 32
Drive device, 40, 42 drive device, 43 controller, 44 fine movement mechanism, 45 display unit (monitoring means), 45a image display unit, 45b warning lamp, 45e, 45f image display unit, 47
Joystick, 92 piezoelectric element, 97 voltage measurement unit (voltage detection means), 98 warning unit (monitoring means)

Claims (7)

微小対象物を操作するためのキャピラリを圧電素子により微動駆動する圧電アクチュエータにおいて、
前記キャピラリを装着したピペット保持部材と、
前記ピペット保持部材と同軸の内周面を有するハウジングと、
前記ハウジングに対し前記ピペット保持部材を支持する少なくとも2つの転がり軸受と、
前記ピペット保持部材と同軸に配置された圧電素子と、
前記ハウジングに固定され、圧電素子を軸方向に固定する蓋と、
前記2つの転がり軸受の内輪の間に配置された内輪間座と、
前記2つの転がり軸受の内輪と前記ピペット保持部材の外周面との間に介装される中空部材と、
を備えることを特徴とする圧電アクチュエータ。
In a piezoelectric actuator that finely drives a capillary for manipulating a minute object with a piezoelectric element,
A pipette holding member equipped with the capillary;
A housing having an inner peripheral surface coaxial with the pipette holding member;
At least two rolling bearings for supporting the pipette holding member with respect to the housing;
A piezoelectric element disposed coaxially with the pipette holding member;
A lid fixed to the housing and fixing the piezoelectric element in the axial direction;
An inner ring spacer disposed between the inner rings of the two rolling bearings;
A hollow member interposed between an inner ring of the two rolling bearings and an outer peripheral surface of the pipette holding member;
A piezoelectric actuator comprising:
前記ピペット保持部材は、外周にねじ加工を施され、
前記2つの転がり軸受は、前記ピペット保持部材の外周と螺合する2つのロックナットにより軸方向に固定されている請求項1に記載の圧電アクチュエータ。
The pipette holding member is threaded on the outer periphery,
2. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the two rolling bearings are fixed in an axial direction by two lock nuts that are screwed to an outer periphery of the pipette holding member.
前記ピペット保持部材と前記ハウジングとの相対回転を抑制する回り止め機構を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の圧電アクチュエータ。 The piezoelectric actuator according to claim 1, further comprising a rotation prevention mechanism that suppresses relative rotation between the pipette holding member and the housing. 前記回り止め機構は、前記ロックナットのうち一方と、前記ハウジングまたは前記ハウジングの動きと連動する部材とで構成されることを特徴とする請求項1乃至3に記載の圧電アクチュエータ。 4. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the rotation prevention mechanism includes one of the lock nuts and a member that interlocks with the movement of the housing or the housing. 5. 前記回り止め機構は、前記ロックナットのうち一方と、前記ハウジングまたは前記ハウジングの動きと連動する部材との嵌合部の形状を、円筒ではない形状とし、
且つ、前記嵌合部の軸方向視において、
前記ロックナットの外周をなす線上の任意の二点間距離の最大値と、前記ハウジングまたは前記ハウジングの動きと連動する部材の内周をなす線上の任意の二点間距離の最大値とが略一致させることにより構成されることを特徴とする請求項1乃至4に記載の圧電アクチュエータ。
The anti-rotation mechanism has a non-cylindrical shape as a fitting portion between one of the lock nuts and the housing or a member interlocking with the movement of the housing,
And in the axial direction view of the fitting portion,
The maximum value of the distance between any two points on the line that forms the outer periphery of the lock nut and the maximum value of the distance between any two points on the line that forms the inner periphery of the housing or a member that interlocks with the movement of the housing are approximately The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the piezoelectric actuator is configured by matching.
前記回り止め機構は、前記ロックナットのうち一方と、前記ハウジングまたは前記ハウジングの動きと連動する部材との嵌合部の形状を、多角柱状とすることにより構成されることを特徴とする請求項1乃至4に記載の圧電アクチュエータ。 The anti-rotation mechanism is configured by forming a fitting portion between one of the lock nuts and the housing or a member interlocking with the movement of the housing into a polygonal column shape. The piezoelectric actuator according to any one of 1 to 4. 請求項1乃至6に記載の圧電アクチュエータを備えるマニピュレータ。

A manipulator comprising the piezoelectric actuator according to claim 1.

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