JP2019093483A - マイクロマニピュレータ - Google Patents

Abstract

【課題】エンドエフェクタの付け替えなしで微小物体に対し２つの処置を施すことができるマイクロマニピュレータを提供する。【解決手段】マイクロマニピュレータは、微小物体１０にアクセスするための２つのエンドエフェクタ１０７、１０８と、エンドエフェクタ１０８を回動させるハンドリング部と、ハンドリング部を移動させる変位合成部およびＺ方向移動部とを備えている。マイクロマニピュレータは、エンドエフェクタ１０７、１０８の先端部を近接させて微小物体１０を把持する第１のモードと、エンドエフェクタ１０７、１０８の先端部を交差させて微小物体１０を切断する第２のモードとを有している。【選択図】図１０

Description

本発明はマイクロマニピュレータに係り、特に、微小物体にアクセスするための２つのエンドエフェクタを備えたマイクロマニピュレータに関する。

従来、例えば、微小部品の組み立てや細胞操作等にマイクロマニピュレータが用いられている。一般に、マイクロマニピュレータは、ハンドリング部に微小物体にアクセスする（例えば、把持する）ためのエンドエフェクタを有するとともに、ハンドリング部を移動させる移動機構を備えている。マイクロマニピュレータによる作業は、肉眼による顕微鏡視野下や顕微鏡に取り付けられたカメラを介してディスプレイ等のモニタに出力された画像を参照して行われる。

例えば、特許文献１には、ハンドリング部に微小物体を把持するための２本の把持指を有し、これらの把持指にそれぞれエンドエフェクタが装着されたマイクロマニピュレータが開示されている。なお、マイクロマニピュレータではないが、本発明に関連する技術として、特許文献２には、例えば、把持用先端部（図２参照）と、はさみ用先端部（図６参照）とをハンドルアセンブリ（図１参照）に付け替えることで機能変更が可能な外科用ツールシステムが開示されている。

特許第４８０６２２９号公報 特開２００９−１８９８３０号公報

ところで、例えば、細胞や微生物に対し切断処置（例えば、細胞や精子の尻尾の切断）を施す場合に、特許文献１に開示されたマイクロマニピュレータでは、シャーレ等の容器内に保存された微小物体を把持用エンドエフェクタで把持してステージ上に載置し（第１の処置）、把持用エンドエフェクタを切断用エンドエフェクタに付け替えた（装着し直した）後に切断（第２の処置）する必要があった。

このため、特許文献１に開示されたマイクロマニピュレータで細胞や微生物に対し切断処置を施す場合には、エンドエフェクタの付け替えが必要なため、時間や手間が掛かり生物を取り扱う上で課題があった。この点、把持用エンドエフェクタが装着されたマイクロマニピュレータと、切断用エンドエフェクタが装着されたマイクロマニピュレータとの複数の異なる用途のマイクロマニピュレータを用意すればこのような課題はクリアできるが、コストアップとなる。また、複数のマイクロマニピュレータを用いた場合、シャーレ等の容器内に多数のエンドエフェクタが進入し、微小物体に対して複数のマイクロマニピュレータを交互または同時に制御しなければならいため、操作が難しく、時間や手間が掛かる。

本発明は上記事案に鑑み、エンドエフェクタの付け替えなしで微小物体に対し２つの処置を施すことができるマイクロマニピュレータを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、微小物体にアクセスするための２つのエンドエフェクタと、前記エンドエフェクタの少なくとも一方を回動させるハンドリング部と、前記ハンドリング部を移動させる移動部と、を備え、前記エンドエフェクタの先端部を近接させて前記微小物体に第１の処置を施す第１のモードと、前記エンドエフェクタの先端部を交差させて前記微小物体に第２の処置を施す第２のモードと、を有することを特徴とする。

本発明において、ハンドリング部は、エンドエフェクタの先端部が交差する際にエンドエフェクタの少なくとも一方の先端の回動軌跡をずらす軌跡変更手段を有していてもよい。

また、エンドエフェクタは、第１の処置を施すための第１の部分と、第２の処置を施すための第２の部分とをそれぞれ有していてもよい。このとき、エンドエフェクタ同士が離間した状態で、エンドエフェクタの長手方向の内側先端部が第１および第２の部分のいずれか一方を構成し、エンドエフェクタの長手方向の外側先端部が第１および第２の部分のいずれか他方を構成するようにしてもよい。さらに、第１の処置が微小物体の把持および切断のいずれか一方であり、第２の処置が微小物体の把持および切断のいずれか他方であってもよい。

また、エンドエフェクタ同士が離間した状態で、エンドエフェクタは、それぞれ、長手方向の内側先端部および外側先端部のいずれか一方に沿って刃物部が配されており、長手方向の内側先端部および外側先端部のいずれか他方が非刃物部で構成されていてもよい。このとき、エンドエフェクタに配された刃物部同士で微小物体に対し第１および第２の処置のいずれか一方を施し、エンドエフェクタに構成された非刃物部同士で微小物体に対し第１および第２の処置のいずれか他方を施すようにしてもよい。

または、エンドエフェクタ同士が離間した状態で、エンドエフェクタのいずれか一方の長手方向の内側先端部および外側先端部のいずれか一方に沿って刃物部が配され、長手方向の内側先端部および外側先端部のいずれか他方が非刃物部で構成されており、エンドエフェクタのいずれか他方の長手方向の内側先端部および外側先端部が非刃物部で構成されていてもよい。このとき、エンドエフェクタのいずれか一方に配された刃物部といずれか他方に構成された非刃物部とで微小物体に対し第１および第２の処置のいずれか一方を施し、エンドエフェクタのいずれか一方およびいずれか他方に構成された非刃物部同士で微小物体に対し第１および第２の処置のいずれか他方を施すようにしてもよい。

そして、エンドエフェクタのいずれか一方の先端部に構成された非刃物部の断面形状を、該エンドエフェクタの長手方向と交差する方向に突出した滑らかな凸状としてもよい。

本発明によれば、エンドエフェクタの先端部を近接させて微小物体に第１の処置を施す第１のモードと、エンドエフェクタの先端部を交差させて微小物体に第２の処置を施す第２のモードとを有するので、エンドエフェクタの付け替えなしで微小物体に対し２つの処置を施すことができる、という効果を得ることができる。

本発明が適用可能な第１実施形態の微小物体ハンドリングシステムの概略構成図である。 第１実施形態の微小物体ハンドリングシステムを構成するマイクロマニピュレータの斜視図である。 マイクロマニピュレータの平面図である。 マイクロマニピュレータの正面図である。 マイクロマニピュレータの背面図である。 マイクロマニピュレータを構成するハンドリング部の先端ユニット内部部材の分解斜視図である。 Ｚ方向移動部の連結部材とハンドリング部の基部ユニットとの関係を模式的に示す説明図である。 ハンドリング部をＹＺ平面で回動することにより生じるＹ方向の変位を模式的に示す説明図である。 ハンドリング部に装着されたエンドエフェクタの先端部を模式的に示す説明図であり、（Ａ）は先端部が離間した状態の平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（Ｃ）は先端部が交差した状態の平面図、（Ｄ）は（Ｃ）のＤ−Ｄ線断面図である。 エンドエフェクタの先端部の動作を模式的に示す説明図であり、（Ａ）は微小物体を把持する前の状態、（Ｂ）はその断面図、（Ｃ）は把持した状態、（Ｄ）はその断面図、（Ｅ）は先端部を交差させ微小物体を捉えた状態、（Ｆ）はその断面図、（Ｇ）は切断前の状態、（Ｈ）はその断面図、（Ｉ）は切断後の状態、（Ｊ）はその断面図である。 本発明が適用可能な第２実施形態の微小物体ハンドリングシステムを構成するマイクロマニピュレータのハンドリング部に装着されたエンドエフェクタの先端部を模式的に示す平面図であり、（Ａ）は先端部が交差した状態、（Ｂ）は先端部が離間した状態を示す。 第２実施形態の微小物体ハンドリングシステムを構成するマイクロマニピュレータのハンドリング部に装着されたエンドエフェクタの先端部の動作を模式的に示す平面図であり、（Ａ）は先端部を交差させ微小物体を把持する前の状態、（Ｂ）は把持した状態、（Ｃ）は先端部を離間させ微小物体を捉えた状態、（Ｄ）は切断前の状態、（Ｅ）は切断後の状態を示す。 本発明が適用可能な第３実施形態の微小物体ハンドリングシステムを構成するマイクロマニピュレータのハンドリング部に装着されたエンドエフェクタの先端部を模式的に示す平面図であり、（Ａ）は先端部が離間した状態、（Ｂ）は先端部が交差した状態を示す。 第３実施形態の微小物体ハンドリングシステムを構成するマイクロマニピュレータのハンドリング部に装着されたエンドエフェクタの先端部の動作を模式的に示す平面図であり、（Ａ）は微小物体を把持する前の状態、（Ｂ）は把持した状態、（Ｃ）は先端部を交差させ微小物体を捉えた状態、（Ｄ）は切断前の状態、（Ｅ）は切断後の状態を示す。 他の実施形態の微小物体ハンドリングシステムを構成するマイクロマニピュレータのハンドリング部に装着されたエンドエフェクタの先端部を模式的に示す説明図であり、（Ａ）は先端部が離間した状態の平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（Ｃ）は先端部が交差した状態の平面図、（Ｄ）は（Ｃ）のＤ−Ｄ線断面図である。

１．第１実施形態
以下、図面を参照して、本発明を、細胞やマイクロ部品等の微小物体を取り扱うための微小物体ハンドリングシステムに適用した第１の実施の形態について説明する。

１−１．構成
１−１−１．微小物体ハンドリングシステム２０
図１に示すように、本実施形態の微小物体ハンドリングシステム２０は、定盤１に架台４を介して固定され微小物体を取り扱うためのマイクロマニピュレータ１００と、定盤１に固定されマイクロマニピュレータ１００により取り扱われる微小物体を載置するためのステージ３と、支柱が定盤１に固定されＣＣＤカメラ５が装着された顕微鏡２と、パーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと略称する。）６と、ＰＣ６のスレーブコンピュータとしてマイクロマニピュレータ１００を制御する、プログラマブル・ロジック・コントローラ（以下、ＰＬＣと略称する。）等を内蔵したコントロールボックス８とを備えている。

ＰＣ６には、コントロールボックス８との入出力ケーブル、液晶表示装置等のモニタ７への出力ケーブルおよびＣＣＤカメラ５からの入力ケーブルが接続されている。コントロールボックス８は、マイクロマニピュレータ１００と接続ケーブル８ａで接続されているとともに、ジョイスティックや十字ボタン等を有しコントロールボックス８内のＰＬＣに命令を与えるためのコントローラ（入力装置）９に接続されている。従って、微小物体ハンドリングシステム２０のオペレータは、顕微鏡２の接眼レンズから直接、または、モニタ７を介して、ステージ３上に載置された微小物体１０を目視することができる。

コントロールボックス８に内蔵されたＰＬＣは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭの他に、Ｄ／Ａコンバータ、Ａ／Ｄコンバータ等を有して構成されており、ＲＯＭに格納されたプログラムおよびプログラムデータに従って、ＰＣ６から基本動作命令を受信するとともに、ＰＣ６に登録商標イーサネット（Ethernet）を介してエンコーダ等で検出したデータや種々のアクチュエータのステータスを送信し、さらに、コントローラ９からの入力された命令を各アクチュエータ制御信号に変換して接続ケーブル８ａを介してマイクロマニピュレータ１００に出力する。

１−１−２．マイクロマニピュレータ１００
図２に示すように、マイクロマニピュレータ１００は、架台４（図１参照）に固定される基台１５０を有しており、大別して、微小物体にアクセスするためのエンドエフェクタ（接触子）を有するハンドリング部１０３と、ハンドリング部１０３をＹＺ平面で回動可能に支持するとともに、ハンドリング部１０３をＺ方向に移動させるＺ方向移動部１０２と、入力されたＸ方向、Ｙ方向変位およびエンドエフェクタの揺動変位を合成してＺ方向移動部１０２に出力する変位合成部１０１と、ハンドリング部１０３のＹＺ平面での回動により生じるＹ方向の変位分をオフセットするθｖ補正部１０４とで構成されている。

（１）変位合成部１０１
図３〜図５に示すように、変位合成部１０１は、Ｙ方向入力リンク１４１、Ｘ方向入力リンク１４２および出力リンク１４４を有するパンタグラフ機構１４０と、Ｘ方向入力リンク１４２にＸ方向変位を供給するＸ駆動部１２１と、Ｙ方向入力リンク１４１にＹ方向変位を供給するＹ駆動部１２２と、Ｙ方向入力リンク１４１にエンドエフェクタの揺動変位を供給するθｚ駆動部１２３とで構成されている。

＜パンタグラフ機構１４０＞
図３に示すように、パンタグラフ機構１４０は、上述したＹ方向入力リンク１４１、Ｘ方向入力リンク１４２の他に７つの接続リンク１４５を有しており、各リンクは各回転対偶１４６を中心に回動可能に接続されている。Ｙ方向入力リンク１４１に入力されたＹ方向変位およびエンドエフェクタの揺動変位、並びに、Ｘ方向入力リンク１４２に入力されたＸ方向変位は、これらの接続リンク１４５を介して合成拡大されて出力リンク１４４に出力される。このようなパンタグラフ機構の詳細構成、作動原理等は背景技術欄で挙げた特許文献１に詳しく開示されている。なお、パンタグラフ機構１４０は、Ｘ駆動部１２１、Ｙ駆動部１２２およびθｚ駆動部１２３と干渉しないように上方に配置されている。

＜Ｘ駆動部１２１＞
図３に示すように、Ｘ駆動部１２１は、基台１５０に立設された支持部材１４９に固定されており、エンコーダを有し正逆転可能なＸ方向アクチュエータ１２６（ステッピングモータ）と、Ｘ方向アクチュエータ１２６の出力軸であってエンコーダの反対側に配されたボールネジ１３１に係合するスライダ１３２と、スライダ１３２が摺動可能な直進ガイドレール１３３とで構成されている。スライダ１３２は上述したパンタグラフ機構１４０のＸ方向入力リンク１４２に接続されている。

＜Ｙ駆動部１２２＞
図４に示すように、Ｙ駆動部１２２は、上述したＸ駆動部１２１と交差する方向で基台１５０に固定されており、Ｘ駆動部１２１と同様に、エンコーダを有し正逆転可能なＹ方向アクチュエータ１２５（ステッピングモータ）と、Ｙ方向アクチュエータ１２５の出力軸であってエンコーダの反対側に配されたボールネジ１３４に係合するスライダ１３５と、スライダ１３５が摺動可能な直進ガイドレール１３６とで構成されている。θｚアクチュエータ１２７（後述）は、板状のθｚ取り付け台１３７、スライダ１３５を介して直進ガイドレール１３６に取り付けられている。

＜θｚ駆動部１２３＞
図４に示すように、θｚ駆動部１２３は、ハンドリング部１０３のエンドエフェクタの先端を中心としてハンドリング部１０３を回動（厳密には回転揺動機構学における揺動に相当するため、以下、揺動という。）させステージ３に載置された微小物体に対するハンドリング部１０３のエンドエフェクタの先端の姿勢方向を変更する駆動力（上述した揺動変位）を、パンタグラフ機構１４０のＹ方向入力リンク１４１に供給する。θｚ駆動部１２３はＹ駆動部１２２と一体化されている。

θｚ駆動部１２３は、θｚ取り付け台１３７に取り付けられた正逆転可能なθｚアクチュエータ１２７（ステッピングモータ）と、両側端部がθｚ取り付け台１３７およびカバー１３８の上面でそれぞれ軸支されθｚアクチュエータ１２７からの駆動力を減速するための減速歯車列１４８と、減速歯車列１４８の出力をパンタグラフ機構１４０のＹ方向入力リンク１４１に伝達するためのレバー１４３とで構成されている。

図３に示すように、レバー１４３は支点１４７を中心に回動可能に構成されており、レバー１４３の先端部はパンタグラフ機構１４０のＹ方向入力リンク１４１と一体化されている。従って、Ｙ方向入力リンク１４１には、レバー１４３を介してＹ駆動部１２２によるＹ方向変位およびθｚ駆動部１２３による揺動変位が入力される。

なお、上述した接続ケーブル８ａ（図１参照）は基台１５０に固定され図示を省略した中継基板に接続されており、この中継基板を介してＹ方向アクチュエータ１２５、Ｘ方向アクチュエータ１２６およびθｚアクチュエータ１２７に駆動パルスが供給される。

（２）Ｚ方向移動部１０２
図４および図５に示すように、Ｚ方向移動部１０２は、正逆転可能なＺ方向アクチュエータ１２８（ステッピングモータ）と、減速歯車列（不図示）を内蔵しＺ方向アクチュエータ１２８からの回転駆動力を減速するためのギアボックス１７１と、Ｚ方向直動機構１２４と、ハンドリング部１０３と連結するための連結部材１６４とを有して構成されている。

Ｚ方向直動機構１２４は、ボールネジ１７２、ナット１７３、不図示のスライダおよび直進ガイドレール、ホルダ１７４で構成されている。すなわち、ギアボックス１７１の減速歯車列の出力端には下方に延出したボールネジ１７２が接続されている。ボールネジ１７２の先端部側は、ギアボックス１７１に固定されたホルダ１７４に回転可能に軸支されている。ボールネジ１７２にはナット１７３が螺合しており、ナット１７３には連結部材１６４を介して不図示のスライダが固定されている。また、ギアボックス１７１からはボールネジ１７２と平行するように不図示の直進ガイドレールが配設されており、この直進ガイドレールの先端部側がホルダ１７４に固定されている。不図示のスライダは不図示の直進ガイドレール上を摺動可能に構成されている。

Ｚ方向移動部１０２は後述するスライダ機構で変位合成部１０１に連結されており、Ｚ方向移動部１０２には上述したパンタグラフ機構１４０の出力リンク１４４からの出力が伝達される。なお、連結部材１６４は、その基部側（図４、図５に示す部分）がボールネジ１７２が貫通する箇所を除きナット１７３の底面および側面の大部分を覆うようにナット１７３の周囲に配されており（図２も参照）、上述したスライダは連結部材１６４の基部側面に固定されている。

（３）ハンドリング部１０３
図２〜図５に示すように、ハンドリング部１０３は、上述したＺ方向移動部１０２と先端ユニット１０５とを連結する基部ユニット１０６と、基部ユニット１０６に固定され把持指を有する先端ユニット１０５とで構成されている。

＜先端ユニット１０５＞
図６に示すように、先端ユニット１０５は、固定指１１７と可動指１１８との２つの把持指を有している。固定指１１７、可動指１１８には、それぞれ先端部が微小物体と接触するエンドエフェクタ１０７、１０８が装着されている。

先端ユニット１０５のベース１１１にはメータ等のアクチュエータ１２９がブラケット１１３を伴って固定されており、プレート１１４には固定指１１７が組み付けられている（固定されている）。プレート１１４は、固定指１１７が組み付けられた状態で、ベース１１１と一定の隙間を形成してベース１１１に固定されている。この隙間には長板状のレバー１１２が介在している。レバー１１２の先端部一側（基部ユニット１０６の反対側）には可動指１１８が固定されており、先端部側中央には上下両方向に支点軸１１２ａが突設されている。

上記隙間は、この支点軸１１２ａがプレート１１４の軸受１１４ａとベース１１１の軸受１１１ａとに軸支されることにより画定される。ベース１１１と軸受１１１ａとの間には板バネ１１１ｂが介在しており、軸受１１１ａは板バネ１１１ｂを介してベース１１１と一体化されている。

レバー１１２の後端部側には略Ｕ字状のスリット（切り欠き）１１２ｂが形成されている。スリット１１２ｂにはアクチュエータ１２９の出力ピン１２９ａが係合している。また、可動指１１８はエンドエフェクタ１０８の先端が固定指１１７に装着されたエンドエフェクタ１０７の先端と離間するように、レバー１１２と一体のバネ保持部１１２ｃに保持された捩りコイルバネ１１５で付勢されている。捩りコイルバネ１１５の一方のアームはレバー１１２に固定されており、他方のアームはベース１１１に立設された支柱１１１ｃに巻き掛けられている。このため、アクチュエータ１２９を駆動すると、レバー１１２が捩りコイルバネ１１５の付勢力に抗して支点軸１１２ｂを中心として回動することで、固定指１１７側のエンドエフェクタ１０７に可動指１１８側のエンドエフェクタ１０８が近接する。

レバー１１２は、その上面が支点軸１１２ａの近傍に配された金属（例えば、真鍮）製の摺接ガイド部材１１６の下面に摺接して回動する。摺接ガイド部材１１６はプレート１１４に固定されている。摺接ガイド部材１１６の下面中央部には斜めに緩やかな段差が形成されている。この段差の両側には、第１平坦面（図６に示す摺接ガイド部材１１６の右側の下面）と、第２平坦面（図６に示す摺接ガイド部材１１６の左側の下面）とが連設されている。第２平坦面と摺接ガイド部材１１６の上面とで画定される摺接ガイド部材１１６の厚さは、第１平坦面と摺接ガイド部材１１６の上面とで画定される摺接ガイド部材１１６の厚さより大きく設定されている。

アクチュエータ１２９の駆動により固定指１１７側のエンドエフェクタ１０７に可動指１１８側のエンドエフェクタ１０８が近接する際には、レバー１１２の上面は摺接ガイド部材１１６の第１平坦面に摺接して回動する。アクチュエータ１２９をなおも駆動すると、固定指１１７側のエンドエフェクタ１０７の先端部に可動指１１８側のエンドエフェクタ１０８の先端部が当接し、レバー１１２の上面は摺接ガイド部材１１６の段差に摺接する。このとき、アクチュエータ１２９は負荷が大きくなり最大定格電流値に近い電流が流れる。

レバー１１２は回動慣性により回動しながら摺接ガイド部材１１６の段差に押圧されて下方に移動する。これに伴い、レバー１１２と一体の支点軸１１２ａは回動しながら下方にずれる。軸受１１１ａは板バネ１１１ｂに支持されており、板バネ１１１ｂは支点軸１１２ａの下方への急激なずれを緩和する。この結果、エンドエフェクタ１０８の先端の回動軌跡は、エンドエフェクタ１０７に近接する際の第１回動軌跡から下方に僅かにずれる。このずれが、エンドエフェクタ１０８の先端部がエンドエフェクタ１０７の先端部に潜り込む契機となる。

アクチュエータ１２９の駆動をさらに続行すると、レバー１１２の上面は摺接ガイド部材１１６の段差を越えて摺接ガイド部材１１６の第２平坦面と摺接し、エンドエフェクタ１０８の先端部はエンドエフェクタ１０７の先端部と交差する。これに伴って、エンドエフェクタ１０８の先端はエンドエフェクタ１０７と交差する際の第２回動軌跡に移行する。そして、エンドエフェクタ１０７、１０８がなす交差角は徐々に大きくなる。

一方、アクチュエータ１２９の駆動を停止すると、捩りコイルバネ１１５の付勢力により、上記とは逆に、レバー１１２の上面は第２平坦面から段差を介して第１平坦面へと戻る。その際、板バネ１１１ｂの付勢力により、支点軸１１２ａは僅かに上方へ移動する。この結果、エンドエフェクタ１０８の先端の回動軌跡は第１回動軌跡に戻り、エンドエフェクタ１０７、１０８の先端部は離間した状態となる。

図６に示した部材は、可動指１１８および固定指１１７を除き、原則的に先端ユニット１０５のカバーとベース１１１とで構成されるケーシング内に収容されている。可動指１１８は筒状部１１８ａと固定部１１８ｂとで構成されている。筒状部１１８ａにはエンドエフェクタ１０８の装着部が貫通している。固定部１１８ｂは周面方向で３分割されエンドエフェクタ１０８の装着部を把持する把持部材とこの把持部材を締め付けることでエンドエフェクタ１０８の装着部に対して把持部材に握力を与えるネジとで構成されている。エンドエフェクタ１０８を交換する際には、ネジを所定方向に廻して把持部材の握力を弱めることでエンドエフェクタ１０８を筒状部１１８ａ側から引き抜き、新たなエンドエフェクタ１０８を筒状部１１８ａ、および固定部１１８ｂを構成する把持部材を貫通させネジを締める。固定指１１７側もエンドエフェクタ１０７に対し同様の構成が採られている。

なお、エンドエフェクタ１０７およびエンドエフェクタ１０８は、先端同士が接触するように固定指１１７および可動指１１８のネジで調整可能である。このとき、先端同士が接触する際の接触点および支点軸１１２ａの軸芯を結ぶ仮想線とエンドエフェクタ１０７とがなす角度と、接触点および支点軸１１２ａの軸芯を結ぶ仮想線とエンドエフェクタ１０８とがなす角度とが同じくなるように調整するようにしてもよい。

＜エンドエフェクタ＞
図９（Ａ）（Ｂ）は、エンドエフェクタ１０７、１０８の先端部が離間した状態を示したものである。エンドエフェクタ１０７、１０８は、それぞれ、長手方向の外側先端部に沿って刃物部１０７ａ、１０８ａが配されており、長手方向の内側先端部が非刃物部１０７ｂ、１０８ｂで構成されている。換言すると、エンドエフェクタ１０７は微小物体を把持するための第１の部分として非刃物部１０７ｂと微小物体を切断するための第２の部分として刃物部１０７ａとを有し、エンドエフェクタ１０８は微小物体を把持するための第１の部分として非刃物部１０８ｂと微小物体を切断するための第２の部分として刃物部１０８ａとを有している。

微小物体を把持する際には、アクチュエータ１２９を駆動させ固定指１１７側のエンドエフェクタ１０７に可動指１１８側のエンドエフェクタ１０８を近接させてエンドエフェクタ１０７、１０８の非刃物部１０７ｂ、１０８ｂ同士で微小物体を把持する。微小物体を切断する際には、図９（Ｃ）（Ｄ）に示すように、アクチュエータ１２９を駆動しエンドエフェクタ１０７、１０８の先端部を交差させて刃物部１０７ａ、１０８ａ同士で微小物体を切断する。

＜基部ユニット１０６＞
基部ユニット１０６は上部に図示を省略したメスコネクタを内蔵している。図２〜図５はこのメスコネクタにオスコネクタ１３０が接続された状態を示しており、オスコネクタ１３０より先のケーブルを捨象している。捨象したケーブルの他端側にもオスコネクタが接続されており、このオスコネクタが上述した中継基板のメスコネクタに接続されている。このため、基部ユニット１０６は、中継基板を介して供給される先端ユニット１０５のアクチュエータ１２９の駆動電力とＺ方向移動部１０２のＺ方向アクチュエータ１２８の駆動パルスを中継する機能を有している。

また、基部ユニット１０６（ハンドリング部１０３）はＹＺ平面で回動可能にＺ方向移動部１０２に連結されている。図７に示すように、Ｚ方向移動部１０２の連結部材１６４には、規制ピン１６５、１６６がそれぞれ正面側（図７の右側）、背面側（図７の左側）に突設されており、基部ユニット１０６側の先端部には軸受１６７が固定されている。軸受１６７内にはシャフト１５１が挿通されており、連結部材１６４は軸受１６７内でシャフト１５１を回動可能に軸受１６７を支持している。

一方、基部ユニット１０６側では、シャフト１５１が基部ユニット１０６の背面側に配された側面部材１８３（図５も参照）および基部ユニット１０６の正面側に配された側面部材１８１（図４も参照）を貫通している。また、シャフト１５１は、シャフト１５１に突設された平行ピン１６８が側面部材１８３に形成された溝に嵌着することで基部ユニット１０６に固定されている。

シャフト１５１の背面側端部にはプーリ１５３が嵌着しており、プーリ１５３にはベルト１５５が巻き掛けられている。また、シャフト１５１は正面側端部に縮径された縮径部１５１ａを有しており、縮径部１５１ａには雄ネジが螺設されている。縮径部１５１は回転ダイヤル（ノブ）１６３の軸方向に形成された雌ネジ部１６３ａと螺合している。

このため、シャフト１５１の縮径部１５１ａと回転ダイヤル１６３の雌ネジ部１６３ａとの螺合長が大きく（長く）なる方向に回転ダイヤル１６３を回すと、回転ダイヤル１６３の先端面の押圧力により軸受１６７は側面部材１８１と側面部材１８３とに挟まれて回動が規制される。

逆に、縮径部１５１ａと雌ネジ部１６３ａとの螺合長が小さく（短く）なる方向に回転ダイヤル１６３を回すと、軸受１６７は側面部材１８１と側面部材１８３とによる規制が解かれて回動可能な状態となる。このとき、基部ユニット１０６は、平行ピン１６８によりシャフト１５１と一体化しているため、軸受１６７（連結部材１６４ひいてはＺ方向移動部１０２）に対してＹＺ平面で回動可能な状態となる。なお、側面部材１８１、１８３の先端部にはそれぞれ係止爪１８２、１８４が形成されており（図４、図５も参照）、これらの係止爪１８２、１８４が連結部材１６４に突設された規制ピン１６５、１６６に係止することで基部ユニット１０６は所定角以上の下方への回動が規制される。

（４）θｖ補正部１０４
図８は、シャフト１５１を中心にハンドリング部１０３をＹＺ平面で回動させることにより生じるＹ方向の変位を模式的に示す説明図である。シャフト１５１の軸芯をＯ、軸芯Ｏからハンドリング部１０３のエンドエフェクタの先端までの長さをｌとし、ハンドリング部１０３を水平方向から角度θ１回動させた状態を線分Ａで表すと、線分ＡのＹ方向での長さは（ｌ×ｃｏｓθ１）で求めることができる。この状態からハンドリング部１０３を角度θｖ［θｖ＝（θ２−θ１）］下方に回動させると、軸芯Ｏからハンドリング部１０３のエンドエフェクタの先端までは線分Ｂで表すことができる。線分ＢのＹ方向での長さは（ｌ×ｃｏｓθ２）で求めることができる。

従って、シャフト１５１の軸芯Ｏを中心にハンドリング部１０３をＹＺ平面でθｖ度下方に回動させることにより生じるＹ方向の変位Δｌは、Δｌ＝ｌ×（ｃｏｓθ１−ｃｏｓθ２）で求めることができる。本実施形態の微小物体ハンドリングシステム２０では、顕微鏡２を介してエンドエフェクタの先端を捉えているため、このＹ方向の変位Δｌが所定値を越えるとエンドエフェクタの先端を顕微鏡２で捉えることができなくなる。

θｖ補正部１０４は、Ｚ方向移動手段１０２と変位合成部１０１の出力リンク１４４との間のＹ方向での距離を調整することで、このＹ方向の変位Δｌ分を打ち消す（オフセットする）ものである。θｖ補正部１０４は、Ｚ方向移動部１０２と変位合成部１０１との間に設けられており、カム機構と、スライダ機構と、θｖ伝達機構とで構成されている。なお、θｖ伝達機構は厳密には上述した基部ユニット１０６の一部を構成するものであるが、以下では説明の便宜上、θｖ補正部１０４に含まれるものとして説明する。

＜カム機構＞
カム機構は、図３〜図５に示すように、Ｚ方向移動部１０２の変位合成部１０１側に設けられたカム１５６と、変位合成部１０１の出力リンク１４４に固定されカム１５６に当接するカムフォロア１５７とで構成されている。

すなわち、Ｚ方向移動部１０２を構成するホルダ１７４の変位合成部１０１側には軸受部材１６９が固定されており、この軸受部材１６９がカム１５６の回動軸となるシャフト１５２を軸支している。また、カムフォロア１５７は、変位合成部１０１の出力リンク１４４に固定された軸受部材と、この軸受部材に両端部が軸支されたピン状部材とで構成されている（図３参照）。カム１５６のカム面にはハンドリング部１０３をＹＺ平面で回動させることにより生じるＹ方向の変位Δｌ分をＹ方向で打ち消すためのカム曲線が形成されている。換言すれば、カム機構（θｖ補正部１０４）は、Ｚ方向移動部１０２と変位合成部１０１との間のＹ方向での距離を調整することで、ハンドリング部１０３をＹＺ平面で回動させることにより生じるＹ方向の変位Δｌ分をオフセットする。

＜スライダ機構＞
カム機構によるカム動作を確保するために、スライダ機構は、Ｚ方向移動部１０２をＹ方向に移動可能に支持するスライダホルダ１６０と、引っ張りバネ１５８、１５９とで構成されている。

すなわち、スライダホルダ１６０の上部は出力リンク１４４に固定されている。スライダホルダ１６０にはガイドレール１６２が内蔵されており、Ｚ方向移動部１０２を構成するホルダ１７４の変位合成部１０１側の最下端部からスライダホルダ１６０に向けて突設されたスライダ１６１がガイドレール１６２に摺接することで、Ｚ方向移動部１０２およびハンドリング部１０３（基部ユニット１０６）はＹ方向に移動可能に構成されている。また、引っ張りバネ１５８、１５９はカム１５６とカムフォロア１５７とが圧接するための付勢力を付与するためのもので、スライダホルダ１６０とホルダ１７４と間に張架されている。このため、Ｚ方向移動部１０２およびハンドリング部１０３（基部ユニット１０６）は、引っ張りバネ１５８、１５９の付勢力により常に変位合成部１０１側に引っ張られている。

＜θｖ伝達機構＞
また、θｖ補正部１０４には、シャフト１５１を中心にハンドリング部１０３をＹＺ平面で回動させたときの角度θｖがハンドリング部１０３（基部ユニット１０６）から伝達される。

具体的には、図５に示すように、シャフト１５２の背面側端部にはプーリ１５４が嵌着しており、プーリ１５４にはベルト１５５が巻き掛けられている。ベルト１５５はシャフト１５１に嵌着したプーリ１５３との間で張架されている。このため、カム１５６はハンドリング部１０３がＹＺ平面で回動したときに同期して回動する。なお、図５（および図２、図７）ではプーリ１５３により他の部材が隠れるため小径として模式的に示しているが、実際には図５等に示したものより大径となる。

１−２．動作
次に、本実施形態の微小物体ハンドリングシステム２０（マイクロマニピュレータ１００）の動作について説明する。

１−２−１．一般的動作
（１）準備
マイクロマニピュレータ１００の操作対象である微小物体１０は保存溶液とともに、ステージ３上に載置されたシャーレ内に保存されており、シャーレ上部はカバーで覆われている。オペレータは、カバーを外してシャーレ内にエンドエフェクタ１０７、１０８を挿入し（またはカバーに開口を形成し開口を介してシャーレ内にエンドエフェクタ１０７、１０８を挿入し）、図１に示すように、シャーレ内の微小物体１０、ハンドリング部１０３のエンドエフェクタ１０７、１０８を、顕微鏡２、カメラ５およびＰＣ６を介して、モニタ７の画面内に捉える。

この状態でオペレータがハンドリング部１０３をＹＺ平面で回動させたいときには、回転ダイヤル１６３を所定方向に回す。これにより、回転ダイヤル１６３の側圧で回動が規制されていたハンドリング部１０３がＹＺ平面で回動可能な状態となる。オペレータは例えば基部ユニット１０６を押圧することで所望角ハンドリング部１０３をＹＺ平面で回動させる。

ハンドリング部１０３の回動に応じて、シャフト１５１からベルト１５５を介してシャフト１５２に回動力が伝達されカム１５６が回動する。カム１５６が回動すると、Ｚ方向移動部１０２およびハンドリング部１０３（基部ユニット１０６）はカム曲線に追従するようにスライダ１６１を介してＹ方向に移動する。カム曲線はハンドリング部１０３の回動によって生じるＹ方向の変位Δｌを打ち消すように設定されているため、変位合成部１０１の出力リンク１４４からハンドリング部１０３のエンドエフェクタの先端までの距離は一定（回動前後で同じ）となる。

このため、本実施形態の微小物体ハンドリングシステム２０（マイクロマニピュレータ１００）では、θｖ補正部１０４によりハンドリング部１０３のＹＺ平面での回動により生じるＹ方向の変位Δｌ分がオフセットされるため、ハンドリング部１０３をＹＺ平面でθｖ度回動させても顕微鏡２の視野下やモニタ７でエンドエフェクタ１０７、１０８を捉えることができ、Ｙ方向での調整作業をなくすことができる。

オペレータはハンドリング部１０３をＹＺ平面で所望角度回動させた後は、回転ダイヤル１６３を上述した所定方向の反対方向に回すことにより回転ダイヤル１６３の側圧でハンドリング部１０３を固定する。これにより、ハンドリング部１０３はＹＺ平面での回動が規制された状態となる。なお、オペレータによるハンドリング部１０３のＹＺ平面で回動動作は、上記準備以外に次に述べる全体動作中に行うようにしてもよい。

（２）全体動作
オペレータは、コントローラ９からコントロールボックス８のＰＬＣを介してマイクロマニピュレータ１００に、Ｘ方向、Ｙ方向、θｚ方向（エンドエフェクタ１０７、１０８の先端部を中心とするハンドリング部１０３の揺動角度、すなわち、ハンドリング部１０３の姿勢方向）、Ｚ方向と、把持指に対するハンドリング（開閉）の指令を与えて、微小物体１０とエンドエフェクタ１０７、１０８との相対関係を制御する。

＜Ｙ方向駆動＞
Ｙ方向アクチュエータ１２５に作動信号（駆動パルス）が与えられると、Ｙ方向アクチュエータ１２５は、ボールネジ１３４を回転させ、スライダ１３５を介して、直進ガイドレール１３６に取り付けられたθｚアクチュエータ１２７の位置を図４の左右方向に移動させる。このとき、ＰＬＣは、Ｘ方向アクチュエータ１２６を励磁するとともに、θｚアクチュエータ１２７を励磁してθｚ＝０°の状態を維持している。

＜Ｘ方向駆動＞
Ｘ方向アクチュエータ１２６に作動信号が与えられると、Ｘ方向アクチュエータ１２６は、ボールネジ１３１を回転させ、スライダ１３２を介して、パンタグラフ機構１４０のＸ方向入力リンク１４２を図３の上下方向に移動させる。このとき、ＰＬＣは、Ｙ方向アクチュエータ１２５を励磁するとともに、θｚアクチュエータ１２７を励磁してθｚ＝０°の状態を維持している。

＜ＸＹ方向駆動＞
上述したように、Ｘ方向、Ｙ方向の入力によりパンタグラフ機構１４０の出力リンク１４４にはＸ方向、Ｙ方向の変位を合成した変位が出力される。上記のＸ方向駆動およびＹ方向駆動では、説明を簡単にするために、Ｙ方向駆動を行うときにはＸ方向アクチュエータ１２６を励磁した状態のままとしＸ方向入力リンク１４２を移動させない例を示し、また、Ｘ方向駆動を行うときにはＹ方向アクチュエータ１２５を励磁した状態のままとしＹ方向入力リンク１４１を移動させない例を示したが、Ｘ方向駆動とＹ方向駆動とを同時に行うことができることはいうまでもない。なお、ＸＹ方向駆動を行うときは、パンタフラフ機構１４０の姿勢を保つため、θｚアクチュエータ１２８を励磁してθｚ＝０°の状態を維持する。

＜θｚ方向駆動＞
θｚアクチュエータ１２７に作動信号が与えられると、θｚアクチュエータ１２７は出力軸に連結された減速歯車列１４８を回転させる。減速歯車列１４８の出力端に嵌着されたレバー１４３は、支点１４７を支点として、パンタグラフ機構１４０のＹ方向入力リンク１４１に揺動変位を与える。

＜Ｚ方向駆動＞
Ｚ方向アクチュエータ１２８に駆動信号が与えられると、Ｚ方向アクチュエータ１２８はギアボックス１７１内の減速歯車列を介してボールネジ１７２を回転させ、連結部材１６４を介して一体化されたハンドリング部１０３（基部ユニット１０６）を上述したガイドレールに沿ってＺ方向移動させる。

＜アクチュエータ駆動＞
アクチュエータ１２９に駆動電力が与えられると、レバー１１２は支点軸１１２ａを支点として回動する。これにより、可動指のエンドエフェクタ１０８の先端部は、固定指のエンドエフェクタ１０７の先端部に対し、近接、または、離間する動きをする。従って、エンドエフェクタ１０７、１０８は、微小物体１０の把持ないし把持した微小物体１０の開放を行うことができる。また、レバー１１２をさらに回動させ、エンドエフェクタ１０８の先端部を固定指のエンドエフェクタ１０７の先端部に対し交差させることで微小物体を切断することができる。

１−２−２．特色的動作
次に、シャーレ内に保存されている微小物体１０（以下、細胞１０という。）に対する切断処理を例にとってより具体的に説明する。マイクロマニピュレータ１００は、エンドエフェクタ１０７、１０８の先端部を近接させて細胞１０を把持する把持モードと、エンドエフェクタ１０７、１０８の先端部を交差させて細胞１０を切断する切断モードとの２つのモードを有している。

＜把持モード１＞
オペレータは、モニタ７の画面を参照して、コントローラ９を介して上述したＸＹ方向駆動、θｚ方向駆動およびＺ方向駆動を行い、細胞１０をエンドエフェクタ１０７、１０８の非刃物部１０７ｂ、１０８ｂ間に捉える（図１０（Ａ）、（Ｂ）参照）。次に、アクチュエータ１２９を駆動して非刃物部１０７ｂ、１０８ｂ同士で細胞１０を把持する（図１０（Ｃ）、（Ｄ）参照）。把持モードにおいて、コントロールボックス８はアクチュエータ１２９に供給する駆動電流が徐々に大きくなるように制御する。つまり、細胞１０の把持力はアクチュエータ１２９の駆動力による。

次いで、アクチュエータ１２９を励磁したまま（細胞１０を把持したまま）のラッチ状態でＸＹ方向駆動、θｚ方向駆動およびＺ方向駆動を行い、細胞１０をシャーレ内からステージ３上に移動させ、アクチュエータ１２９への駆動電力の供給を停止するようにコントローラ９を操作する。これにより、エンドエフェクタ１０７、１０８は、捩りコイルバネ１１５の付勢力により、非刃物部１０７ｂ、１０８ｂ同士が離間した状態に戻る（図９（Ａ）、（Ｂ）参照）。細胞１０は非刃物部１０７ｂ、１０８ｂによる把持から開放されてステージ３上に載置される。

＜切断モード＞
続いて、オペレータは、コントローラ９を介してアクチュエータ１２９を駆動しエンドエフェクタ１０７、１０８の先端部を交差させる（図９（Ｃ）、（Ｄ）参照）。この動作の詳細については図６を参照して既に説明したとおりである。これにより、エンドエフェクタ１０７、１０８の先端部内側には刃物部１０７９ａ、１０８ａが位置する状態となる。次に、オペレータは、上述したＸＹ方向駆動、θｚ方向駆動およびＺ方向駆動を行い、細胞１０をエンドエフェクタ１０７、１０８の刃物部１０７ａ、１０８ａ間に捉える（図１０（Ｅ）、（Ｆ）参照）。次いで、アクチュエータ１２９を駆動して刃物部１０７ａ、１０８ａを近接させ（図１０（Ｇ）、（Ｈ）参照）、細胞１０を切断する（図１０（Ｉ）、（Ｊ）参照）。切断モードにおいて、コントロールボックス８はアクチュエータ１２９に供給する駆動電流が徐々に小さくなるように制御する。つまり、細胞１０の切断力は捩りコイルバネ１１５の付勢力による。

次に、オペレータは、アクチュエータ１２９への駆動電力の供給を停止するようにコントローラ９を操作する。これにより、エンドエフェクタ１０７、１０８は、捩りコイルバネ１１５の付勢力により、刃物部１０７ａ、１０８ａによる交差状態が解除され非刃物部１０７ｂ、１０８ｂ同士が離間した状態に戻る（図９（Ａ）、（Ｂ）参照）。

＜把持モード２＞
続いて、オペレータは、コントローラ９を介して上述したＸＹ方向駆動、θｚ方向駆動およびＺ方向駆動を行い、切断された細胞１０の一方をエンドエフェクタ１０７、１０８の非刃物部１０７ｂ、１０８ｂ間に捉え、アクチュエータ１２９を駆動して非刃物部１０７ｂ、１０８ｂ同士で切断された細胞１０の一方を把持する。

そして、アクチュエータ１２９を励磁したまま（細胞１０を把持したまま）のラッチ状態でＸＹ方向駆動、θｚ方向駆動およびＺ方向駆動を行い、細胞１０を保存溶液の入ったシャーレ内に移動させ、アクチュエータ１２９への駆動電力の供給を停止するようにコントローラ９を操作する。これにより、切断された細胞１０の一方はシャーレ内に戻される。エンドエフェクタ１０７、１０８は、捩りコイルバネ１１５の付勢力により、非刃物部１０７ｂ、１０８ｂ同士が離間した状態に戻る（図９（Ａ）、（Ｂ）参照）。なお、必要に応じて切断された細胞１０の他方も同様にシャーレ内に戻すようにしてもよい。

２．第２実施形態
次に、本発明を、微小物体を取り扱うための微小物体ハンドリングシステムに適用した第２の実施の形態について説明する。本実施形態以下の実施形態は、第１実施形態で示したエンドエフェクタの構成が異なるものである。なお、本実施形態において第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付してその説明を省略し、以下異なる箇所のみ説明する。

２−１．構成
図１１（Ｂ）は、エンドエフェクタ１０９、１１０の先端部が離間した状態を示したものである。エンドエフェクタ１０９、１１０は、それぞれ、長手方向の内側先端部に沿って刃物部１０９ａ、１１０ａが配されており、長手方向の外側先端部が非刃物部１０９ｂ、１１０ｂで構成されている。エンドエフェクタ１０９は細胞１０を把持するための第１の部分として非刃物部１０９ｂと細胞１０を切断するための第２の部分として刃物部１０９ａとを有し、エンドエフェクタ１１０は細胞１０を把持するための第１の部分として非刃物部１１０ｂと細胞１０を切断するための第２の部分として刃物部１１０ａとを有する点で第１実施形態に示したエンドエフェクタ１０７、１０８と共通するが、刃物部および非刃物部の配置が内側、外側で反対となっている。

細胞１０を把持する際には、図１１（Ａ）に示すように、アクチュエータ１２９を駆動しエンドエフェクタ１０９、１１０の先端部を交差させてエンドエフェクタ１０９、１１０の非刃物部１０９ａ、１１０ａ同士で細胞１０を把持する。細胞１０を切断する際には、図１１（Ｂ）に示すように、アクチュエータ１２９を駆動させエンドエフェクタ１０９にエンドエフェクタ１１０を近接させてエンドエフェクタ１０９、１１０の刃物部１０９ａ、１１０ａ同士で細胞１０を切断する。

２−２．動作
本実施形態のマイクロマニピュレータ１００は、エンドエフェクタ１０９、１１０の先端部を交差させて細胞１０を把持する把持モードと、エンドエフェクタ１０９、１１０の先端部を近接させて細胞１０を切断する切断モードとの２つのモードを有している。

＜把持モード＞
オペレータは、コントローラ９を介して上述したＸＹ方向駆動、θｚ方向駆動およびＺ方向駆動を行い、アクチュエータ１２９を駆動してエンドエフェクタ１０９、１１０の先端部を交差させ細胞１０を非刃物部１０９ｂ、１１０ｂ間に捉える（図１２（Ａ）参照）。次に、非刃物部１０９ｂ、１１０ｂ同士で細胞１０を把持する（図１０（Ｂ）参照）。把持モードにおいて、コントロールボックス９はアクチュエータ１２９に供給する駆動電流が徐々に小さくなるように制御する。つまり、細胞１０の把持力は捩りコイルバネ１１５の付勢力による。

＜切断モード＞
オペレータは、コントローラ９を介して上述したＸＹ方向駆動、θｚ方向駆動およびＺ方向駆動を行い、細胞１０をエンドエフェクタ１０９、１１０の刃物部１０９ａ、１１０ａ間に捉える（図１２（Ｃ）参照）。次いで、アクチュエータ１２９を駆動して刃物部１０９ａ、１１０ａを近接させ（図１２（Ｄ）参照）、細胞１０を切断する（図１２（Ｅ）参照）。細胞１０の切断力はアクチュエータ１２９の駆動力による。

３．第３実施形態
次に、本発明を、微小物体を取り扱うための微小物体ハンドリングシステムに適用した第３の実施の形態について説明する。なお、本実施形態において、第２実施形態で説明した内容と重複する内容についてはごく簡単に説明する。

３−１．構成
図１３（Ａ）は、エンドエフェクタ１１９、１２０の先端部が離間した状態を示したものである。エンドエフェクタ１１９は、長手方向の内側先端部および外側先端部の双方が非刃物部１１９ｂで構成されている。一方、エンドエフェクタ１２０は、長手方向の外側先端部に沿って非刃物部１２０ａが配されており、長手方向の内側先端部が非刃物部１２０ｂで構成されている。エンドエフェクタ１１９に刃物部を欠く点で上述した第１、第２実施形態に示したエンドエフェクタと相違する。

エンドエフェクタ１１９は細胞１０を把持するための第１の部分として図１３（Ａ）に示す内側の非刃物部１１９ｂと細胞１０を切断するための第２の部分として図１３（Ａ）に示す外側の非刃物部１０９ｂとを有し、エンドエフェクタ１２０は細胞１０を把持するための第１の部分として非刃物部１２０ｂと細胞１０を切断するための第２の部分として刃物部１２０ａとを有している。

細胞１０を把持する際には、アクチュエータ１２９を駆動しエンドエフェクタ１１９、１２０の先端部を近接させてエンドエフェクタ１１９、１２０の内側の非刃物部１１９ｂ、１２０ｂ同士で細胞１０を保持する。細胞１０を切断する際には、図１３（Ｂ）に示すように、アクチュエータ１２９を駆動させエンドエフェクタ１２０をエンドエフェクタ１１９を交差させてエンドエフェクタ１１９の非刃物部１１９ｂ（図１３（Ｂ）の内側）とエンドエフェクタ１２０の刃物部１２０ａとで細胞１０を切断する。

３−２．動作
本実施形態のマイクロマニピュレータ１００は、エンドエフェクタ１１９、１２０の先端部を近接させて細胞１０を把持する把持モードと、エンドエフェクタ１１９、１２０の先端部を交差させて細胞１０を切断する切断モードとの２つのモードを有している。

＜把持モード＞
オペレータは、コントローラ９を介して上述したＸＹ方向駆動、θｚ方向駆動およびＺ方向駆動を行い、アクチュエータ１２９を駆動してエンドエフェクタ１１９、１２０の先端部を近接させ細胞１０を内側の非刃物部１１９ｂ、１２０ｂ間に捉える（図１４（Ａ）参照）。次いで、非刃物部１１９ｂ、１２０ｂ同士で細胞１０を把持する（図１４（Ｂ）参照）。

＜切断モード＞
オペレータは、コントローラ９を介して上述したＸＹ方向駆動、θｚ方向駆動およびＺ方向駆動を行い、アクチュエータ１２９を駆動してエンドエフェクタ１１９、１２０の先端部を交差させ細胞１０をエンドエフェクタ１１９の非刃物部１１９ｂ（内側）とエンドエフェクタ１２０の刃物部１２０ａと間に捉える（図１４（Ｃ）参照）。次いで、アクチュエータ１２９を駆動して（捩りコイルバネ１１５の付勢力により）刃物部１２０ａを非刃物部１１９ｂに近接させ（図１４（Ｄ）参照）、細胞１０を切断する（図１４（Ｅ）参照）。

４．作用効果等
次に、本実施形態の微小物体ハンドリングシステム２０（マイクロマニピュレータ１００）の作用効果等について説明する。

４−１．作用効果
上記実施形態の微小物体ハンドリングシステム２０（マイクロマニピュレータ１００）では、エンドエフェクタの先端部を近接させて微小物体に第１の処置（第１、第３実施形態では把持、第２実施形態では切断）を施す第１のモードと、エンドエフェクタの先端部を交差させて微小物体に第２の処置（第１、第３実施形態では切断、第２実施形態では把持）を施す第２のモードとを有している。このため、上記実施形態の微小物体ハンドリングシステム２０（マイクロマニピュレータ１００）によれば、エンドエフェクタの付け替えなしで微小物体に対し２つの処置を施すことができる。従って、複数の処置（例えば、第１実施形態で説明した把持モード１、２による把持および切断モードによる切断）を連続して迅速に行うことができる。

その際、エンドエフェクタは、上記第１の処置を施すための第１の部分（第１、第３実施形態では非刃物部、第２実施形態では刃物部）と、上記第２の処置を施すための第２の部分（第１実施形態では刃物部、第２実施形態では非刃物部、第３実施形態では刃物部または非刃物部）とをそれぞれ有する。このため、上記第１のモードと第２のモードとを担保することができる。

また、上記実施形態の微小物体ハンドリングシステム２０（マイクロマニピュレータ１００）では、エンドエフェクタの先端部が交差する際に、ハンドリング部１０３（先端ユニット１０５）に設けられた摺接ガイド部材１１６と板バネ１１１ｂとが協働してレバー１１２の支点軸１１２ａを下方に僅かにずらす。これにより、可動指１１８側のエンドエフェクタの先端の回動軌跡が下側に僅かにずれ、可動指１１８側のエンドエフェクタの先端部が固定指１１７側のエンドエフェクタの先端部に潜り込む契機となる。このため、上記実施形態の微小物体ハンドリングシステム２０（マイクロマニピュレータ１００）によれば、エンドエフェクタの交差を確実に行うことができる。

上記実施形態では、エンドエフェクタに微小物体を把持するための第１の部分として非刃物部と微小物体を切断するための第２の部分として刃物部とを形成している。すなわち、異なる処理を施す部分を１つのエンドエフェクタに設けているので、微小物体に対して複数の処理を容易に施すことが可能となる。

また、上記実施形態では、２つのエンドエフェクタを離間させて取り扱う形態と交差させて取り扱い形態とを選択できるようにしたので、複数の作業を１つのエンドエフェクタで行うことができ、微小物体に対して複数の処理を容易に施すことが可能となる。

４−２．変形例
なお、上記実施形態では、可動指１１８に装着されたエンドエフェクタを固定指１１７に装着されたエンドエフェクタに近接させる例を示したが、本発明はこれに制限されるものではなく、可動指１１８および固定指１１７として示した双方に装着されたエンドエフェクタを互いに近接ないし交差させるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、微小物体１０に細胞を例示したが、本発明はこれに限るものではなく、微生物やマイクロ部品等の把持、切断に適用可能なことはいうまでもない。さらに、上記実施形態では、細胞を２分割するように切断する例を示したが、細胞や微生物の一部を切断したり（切り分けたり）、細胞や微生物の一部を部分切断して一部を取り出したりするようにしてもよい。

さらに、上記実施形態では、可動指１１８側のエンドエフェクタを固定指１１７側のエンドエフェクタの下側に潜り込ませてエンドエフェクタの先端部同士を交差させる例を示したが、可動指１１８側のエンドエフェクタが固定指１１７側のエンドエフェクタの上側を乗り越えてエンドエフェクタの先端部同士を交差させるようにしてもよい。その場合には、上述した摺接ガイド部材１１５の下面構造や板バネ１１１ｂの位置を変えればよい。

また、上記実施形態では、エンドエフェクタのホームポジションとしてエンドエフェクタの先端同士が離間した（交差していない）状態を例示したが、交差する状態をエンドエフェクタのホームポジションとするようにしてもよい。このとき、アクチュエータ１２９の出力ピン１２９ａの作動（回動）方向を反対とし、捩りコイルバネ１１５のアームを支柱１１１ｃではなく他の支柱に巻き掛けるようにしてもよい。

さらに、上記実施形態では、例えば、図９（Ｂ）、（Ｄ）に示したように、エンドエフェクタの非刃物部の断面端を直線状（垂直）としたが、これに代えて、図１５（Ｂ）、（Ｄ）に示すように、エンドエフェクタのいずれか一方（図１５ではエンドエフェクタ１０８）の先端部に構成された非刃物部の断面形状をエンドエフェクタの長手方向と交差する方向に突出した滑らかな凸状とするようにしてもよい。このような形状を採ることで、エンドエフェクタの先端部同士の交差が容易となり、交差の際のアクチュエータ１２９に掛かる負荷も小さくすることができる。

また、第３実施形態では、図１３（Ａ）に示したように、エンドエフェクタ１１９、１２０が離間した状態で、エンドエフェクタ１２０の長手方向の外側に刃物部１２０ａのみを配した例を説明したが、本発明はこれに制限されるものではない。第３実施形態に示した２つのエンドエフェクタの一方の一側のみに刃物部を配する類例として、エンドエフェクタ１１９、１２０が離間した状態で、エンドエフェクタ１１９の長手方向の内側若しくは外側先端部、またはエンドエフェクタの１２０の長手方向の内側先端部に刃物部を配するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、ベルト１５５によりＹＺ平面での回動をθｖ補正部１０４に伝達する例を示したが、例えば、歯車列で伝達するようにしてもよい。さらに、例示した機構的構成に代えて電気的構成を採用するようにしてよい。例えば、シャフト１５１に歯車列を介してＹＺ平面での回動角度を把握するためのエンコーダを配置してその情報をＰＬＣにフィードバックし、ＰＬＣがＹＺ平面での回動により生じるＹ方向の変位Δｌを打ち消すためのＹ方向の駆動量を演算してアクチュエータを駆動させるようにしてもよい。また、カム機構（カム１５６およびカムフォロア１５７）に代えてリニアモータ等の直進アクチュエータを用いるようにしてもよい。

さらに、上記実施形態では、θｚ駆動部１２３を例示したが、θｚ駆動部１２３を省いたマイクロマニピュレータにも適用可能である。また、上記実施形態では、θｚ駆動部１２３の変位をＹ方向入力リンク１４１に入力する例を示したが、Ｘ方向入力リンク１４２に入力するようにしてもよい。またさらに、上記実施形態では、移動部として変位合成部１０１およびＺ方向移動部１０２を例示したが、本発明はこれに限らず、例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向に移動可能なアーム等を用いるようにしてもよい。

そして、上記実施形態では、エンドエフェクタの先端部を交差させる例を示したが、エンドエフェクタの先端部を交差させずにエンドエフェクタの少なくとも一方を回動させることにより微小物体に複数の処置を施すようにしてもよい。

本発明はエンドエフェクタの付け替えなしで微小物体に対し２つの処置を施すことができるマイクロマニピュレータを提供するものであるため、マイクロマニピュレータの製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。

１０ 微小物体
１００ マイクロマニピュレータ
１０１ 変位合成部（移動部の一部）
１０２ Ｚ方向移動部（移動部の一部）
１０３ ハンドリング部
１０７、１０８、１０９、１１０、１１９、１２０ エンドエフェクタ
１０７ａ、１０８ａ、１０９ａ、１１０ａ、１２０ａ 刃物部
１０７ｂ、１０８ｂ、１０９ｂ、１１０ｂ、１１９ｂ、１２０ｂ 非刃物部
１１１ｂ 板バネ（軌跡変更手段の一部）
１１６ 摺接ガイド部材（軌跡変更手段）

Claims (10)

1. 微小物体にアクセスするための２つのエンドエフェクタと、
   前記エンドエフェクタの少なくとも一方を回動させるハンドリング部と、
   前記ハンドリング部を移動させる移動部と、
   を備え、
   前記エンドエフェクタの先端部を近接させて前記微小物体に第１の処置を施す第１のモードと、
   前記エンドエフェクタの先端部を交差させて前記微小物体に第２の処置を施す第２のモードと、
   を有することを特徴とするマイクロマニピュレータ。
2. 前記ハンドリング部は、前記エンドエフェクタの先端部が交差する際に前記エンドエフェクタの少なくとも一方の先端の回動軌跡をずらす軌跡変更手段を有することを特徴とする請求項１に記載のマイクロマニピュレータ。
3. 前記エンドエフェクタは、前記第１の処置を施すための第１の部分と、前記第２の処置を施すための第２の部分とをそれぞれ有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマイクロマニピュレータ。
4. 前記エンドエフェクタ同士が離間した状態で、前記エンドエフェクタの長手方向の内側先端部が前記第１および第２の部分のいずれか一方を構成し、前記エンドエフェクタの長手方向の外側先端部が前記第１および第２の部分のいずれか他方を構成することを特徴とする請求項３に記載のマイクロマニピュレータ。
5. 前記第１の処置が前記微小物体の把持および切断のいずれか一方であり、前記第２の処置が前記微小物体の把持および切断のいずれか他方であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のマイクロマニピュレータ。
6. 前記エンドエフェクタ同士が離間した状態で、前記エンドエフェクタは、それぞれ、長手方向の内側先端部および外側先端部のいずれか一方に沿って刃物部が配されており、長手方向の内側先端部および外側先端部のいずれか他方が非刃物部で構成されたことを特徴とする請求項４または請求項５に記載のマイクロマニピュレータ。
7. 前記エンドエフェクタに配された前記刃物部同士で前記微小物体に対し前記第１および第２の処置のいずれか一方を施し、前記エンドエフェクタに構成された前記非刃物部同士で前記微小物体に対し前記第１および第２の処置のいずれか他方を施すことを特徴とする請求項６に記載のマイクロマニピュレータ。
8. 前記エンドエフェクタ同士が離間した状態で、前記エンドエフェクタのいずれか一方の長手方向の内側先端部および外側先端部のいずれか一方に沿って刃物部が配され、長手方向の内側先端部および外側先端部のいずれか他方が非刃物部で構成されており、前記エンドエフェクタのいずれか他方の長手方向の内側先端部および外側先端部が非刃物部で構成されたことを特徴とする請求項４または請求項５に記載のマイクロマニピュレータ。
9. 前記エンドエフェクタのいずれか一方に配された前記刃物部といずれか他方に構成された前記非刃物部とで前記微小物体に対し前記第１および第２の処置のいずれか一方を施し、前記エンドエフェクタのいずれか一方およびいずれか他方に構成された前記非刃物部同士で前記微小物体に対し前記第１および第２の処置のいずれか他方を施すことを特徴とする請求項８に記載のマイクロマニピュレータ。
10. 前記エンドエフェクタのいずれか一方の先端部に構成された前記非刃物部の断面形状を、該エンドエフェクタの長手方向と交差する方向に突出した滑らかな凸状としたことを特徴とする請求項６または請求項８に記載のマイクロマニピュレータ。

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