JP4815635B2 - 光圧回転体及び光圧回転装置 - Google Patents

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Description

本発明は、マイクロ流体の攪拌等に使用する光圧回転体及び光圧回転装置に関し、詳しくは光の照射により発生する光圧を駆動源として回転する光圧回転体及び光圧回転装置に関する。
従来、マイクロ流体の攪拌等には、液体が収容された容器内の底部に磁化された攪拌用回転子を配置し、回転駆動されるマグネットにより前記攪拌用回転子を回転させて液体を攪拌するタイプのミキサーが用いられてきた（例えば、特許文献１参照。）。しかし、微量の試液と試薬とを混合・反応させて分析を行う集積化学分析機器（マイクロ分析チップ）の微小流路の寸法は、将来的には幅数十μｍ、深さ数十μｍと超小型になるため、マグネットで駆動するタイプの従来のミキサーを使用することが不可能となる。
そのため、マイクロマシニングを利用したマイクロ流体の混合器の研究開発が精力的に行われており、主に（１）流入口の数や形状を工夫することにより、混合する２液（試液と試薬）を多層の流れに変換して混合効率を高める方法、（２）流路壁面に溝を付設し乱流を発生する方法、（３）ダイアフラム（薄膜）をＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）薄膜で振動し、その上にある微小流体を混合する方法、の２つの方法が提案されている。これらの３つの方法を比較すると、受動的な（１）、（２）の方法よりも能動的な（３）の方法の方がより効率よく２液を混合できる可能性があるが、いずれの方法も直接２液を攪拌するものではないため、必ずしも効率よく２液を混合することができるとは言えなかった。
かかる事象を考慮して、マイクロ流体を直接混合するものとしては、例えば、この出願の発明者らによって考案された光圧回転体がある（特許文献２参照。）。この特許文献２に開示されている光圧回転体は、レーザ光等の光の屈折及び反射の際の運動量変化が光透過性を有する微小物体への力学的な運動量として伝達され、その表面に対して垂直方向に発生する、いわゆる光圧により光圧トラップされると共に回転中心軸を中心として光圧回転する回転体である。この光圧回転体は、光マイクロモータや光マイクロドリル等への応用が期待できる一方で、回転中心軸の側方に複数の羽根を配して構成することにより、光圧回転時に周囲の媒質を攪拌する光ミキサーとして利用することができる。
特開平１０−１９２６８０号公報 特許第３３６４７８０号
しかしながら、上記のように複数の羽根を配して構成された光圧回転体を液体からなる媒質中に配置した場合、光圧回転時に周囲の媒質から受ける粘性抵抗が大きく、光圧回転速度に限界があった。また、集積化学分析機器では、微量の試液と試薬とを混合・反応させて分析を行うため、測定時間等の観点からも、できるだけ短時間でより効率よくマイクロ流体を攪拌・混合する必要がある。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、側方に複数の羽根を備え、レーザ光等の光の照射により回転中心軸回りに光圧回転する光圧回転体において、周囲のマイクロ流体をより効率よく、しかも力強く攪拌・混合することができる光圧回転体及び光圧回転装置を提供することを目的とする。
又、この発明の他の目的は、レーザ光等の光の照射により回転中心軸回りに光圧回転する光圧回転体の回転中心軸上に付設具を設けて、この光圧回転体の回転を有効利用することが出来る光圧回転装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項１記載の光圧回転体は、光の照射により光圧トラップされることによって、回転中心軸回りに所定方向へ回転するトルクが付与されて光圧回転する光圧回転体であって、前記回転中心軸から放射方向に伸びた第１の側面と、前記回転中心軸と対向する第２の側面と、前記第１の側面と対面する第３の側面と、前記回転中心軸と交わる下面と、該下面に対面する上面を具備した羽根を３枚配して構成される部分から前記所定方向と逆方向へ回転させるトルクを発生させる逆トルク発生部が除去されており、前記第３の側面と、該第３の側面に隣接する第１の側面とがなす角度が鈍角であると共に、前記逆トルク発生部が除去されることにより、前記第３の側面の所定領域に、該第３の側面に隣接する第１の側面に対し、垂直な平面が形成されたことを特徴としている。
請求項２記載の光圧回転体は、前記逆トルク発生部が、前記回転中心軸を含む平面と前記第３の側面とが直交する部分から前記光圧回転する方向側の他の羽根の第１の側面に向って前記第３の側面の所定領域が切除された部分であることを特徴としている。
請求項３記載の光圧回転体は、光の照射により光圧トラップされることによって、回転中心軸回りに所定方向へ回転するトルクが付与されて光圧回転する光圧回転体であって、前記回転中心軸から放射方向に伸びた平面である第１の側面と、前記回転中心軸と対向する第２の側面と、前記第１の側面に対面すると共に該第１の側面側に湾曲し、窪んだ表面のように形成された曲面形状の第３の側面と、前記回転中心軸と交わる下面と、該下面に対面する光の照射面として使用される上面を具備した羽根を２枚以上前記回転中心軸を中心に放射状に等間隔で配置したことを特徴としている。
請求項４記載の光圧回転体は、前記第１の側面側に湾曲した横断面形状は、前記回転中心軸を通る放射方向と光圧方向のなす角度が直角をなす湾曲した横断面形状であることを特徴としている。
請求項５記載の光圧回転体は、前記光圧回転体の材質が光透過性を有する誘電体、ＰＭＭＡ、又はレジストによって形成されたものであることを特徴としている。
請求項６記載の光圧回転体は、前記光圧回転体の形成が金型（モールド）を用いてプレス又は射出成形により形成されたものであることを特徴としている。
請求項７記載の光圧回転体装置は、前記光圧回転体とこの光圧回転体に光を照射する人工光源とからなる光圧回転装置であることを特徴としている。
請求項８記載の光圧回転体装置は、前記人工光源と前記光圧回転体の間に対物レンズを介在させて、人工光源からの光を所定の焦点位置に集光することによって前記光圧回転体を当該焦点位置近傍へ移動させると共にその移動した位置で回転駆動することを特徴としている。
請求項９記載の光圧回転体装置は、前記対物レンズが人工光源に対して離反接近自在であることを特徴としている。
請求項１０記載の光圧回転体装置は、前記人工光源及び対物レンズが３次元方向に移動自在であることを特徴としている。
請求項１１記載の光圧回転体装置は、前記人工光源がレーザ光源であることを特徴としている。
請求項１２記載の光圧回転体装置は、前記光圧回転体本体の回転中心軸上に付設具を設けた光圧回転装置であることを特徴とするものである。
請求項１３記載の光圧回転体装置は、前記付設具が極細のひもの巻取具である光圧回転装置であることを特徴としている。
請求項１に記載の光圧回転体によれば、上面の上方からザ光を集光照射することにより、光圧回転体を集光照射した光の焦点付近に光圧トラップすると共に回転中心軸回りに光圧回転させることができる。また、逆トルク発生部が除去されているので、これが除去されていない光圧回転体に比べてより高速に光圧回転させることができる。したがって、例えばマイクロ流体等の媒質中で光圧回転させた場合には、周囲のマイクロ流体をより効率よく攪拌・混合出来るし、また、光圧回転体の回転力を増大することができる。
請求項２に記載の光圧回転体は、逆トルク発生部を第３の側面の回転中心軸側の所定領域としこの部分を切除したので、材料費が切除した分安くなる。又、全体の重量が軽くなる分だけ回転力が増す。
請求項３に記載の光圧回転体によれば、上面の上方から光を集光照射することにより、光圧回転体を集光照射した光の焦点付近に光圧トラップすると共に回転中心軸回りに光圧回転させることができる。また、第３の側面が窪んだ表面のように形成された曲面形状に形成されているので、第３の側面が平面形状に形成された光圧回転体に比べて、第３の側面から発生する光トルクの総量を増加させることができ、結果としてより高速に光圧回転させることができる。
請求項４に記載の光圧回転体によれば、前記回転中心軸を通る放射方向と光圧方向のなす角度が直角をなすので、最も高速に光圧回転させることができる。
請求項５に記載の光圧回転体によれば、光透過性を有する誘電体、ＰＭＭＡ、又はレジストによって光圧回転体を容易に作製することができるという利点がある。
請求項６に記載の光圧回転体によれば、その成形が、金型（モールド）を用いてプレス又は射出成形により形成されるので、同一形状のものが安く大量生産できる。
請求項７に記載の光圧回転装置は、前記光圧回転体に回転トルクを付与する回転エネルギーとして、人工光源からの光を使用して回転させることができるので、自然光が届かないような場所や夜間でも使用できる利点がある。また、人工光源の特性により回転トルクを強く発生させることが出来る光源を選択できる。
請求項８に記載の光圧回転装置によれば、平行光線を対物レンズによって焦点集光し照射できるので、その焦点集光した近傍に光トラップし光圧回転体を引寄せることができる。また、その集光照射した光で光圧回転体を回転させることが出来る。
請求項９に記載の光圧回転装置によれば、対物レンズが人工光源に対し離反接近自在であるので、これに伴い前記光圧回転体を回転させつつ対物レンズに対して離反接近する方向へ媒質内で自在に移動させることが出来る。
請求項１０に記載の光圧回転体装置によれば、人工光源及び対物レンズが３次元方向へ移動自在であるので、前記光圧回転体もこれに伴い自ら回転しつつ媒質の中で３次元方向へ自在に移動させることが出来る。
請求項１１に記載の光圧回転体装置によれば、人工光源としてレーザ光源を用いるので、波長が揃って集光特性がよく、単位面積当りのエネルギー高い利点がある。また、レーザ光源（レーザ発信器）は種類が豊富でしかも比較的安価で入手もし易い。
請求項１２に記載の光圧回転装置によれば、回転中心上に付設具を設けたので、この付設具が光圧回転体と共に回転し、又、必要に応じて３次元方向へ移動することを利用して種々の用途に応用出来る。
請求項１３に記載の光圧回転装置によれば、前記付設具が極細のひもの巻取具であるので、ＤＮＡの微小ひもの巻取装置として有効に利用できる。この巻取具の形状としては、円柱形状、角柱形状、円盤形状、滑車形状など種々の形状のものがある。
以下、本発明の実施の形態に係る光圧回転体について、図面に基づき説明する。図１及び図２は、本発明の第１の実施形態に係る光ミキサー等に有効に有効に利用できる光圧回転体１を例示した図である。この高圧回転体１は、レーザ光等の光の照射により発生した光圧により光圧トラップされると共に、回転中心軸Ｏ回りに光圧回転する光圧回転体であり、マイクロマシン技術により作製することができる。ここで、光圧は、光の屈折及び反射の際の運動量変化が光透過性を有する微小物体への力学的な運動量として伝達され、その表面に対して垂直方向に発生する力である。従って、光圧回転体１は、光透過性を有するものであればよく、その材料としては、透明なガラス等の誘電体、ＰＭＭＡ（polymethyl methacrylate）やレジストなどの有機物質を用いることができる。
光圧回転体１は、図示するように、回転中心軸Ｏの軸回りに羽根２を３枚配して構成されたものである。各羽根２は、回転中心軸Ｏから放射方向に伸びた第１の側面３と、回転中心軸Ｏと対向する第２の側面４と、第１の側面３と対面する第３の側面５と、回転中心軸Ｏと交わる下面６と、該下面６に対面する上面７を具備したものであり、いずれも回転中心軸Ｏの軸回りに同じ方向を向くように配設されている。本実施形態においては、いずれの面もフラットに形成されており、さらに、第１の側面３と第３の側面５、上面７と下面６、がそれぞれ平行になるように形成されている。また、第２の側面４は、ここでは光圧回転体１をより高速に光圧回転させるために、回転中心軸Ｏを中心とした円周の一部、すなわち、曲面となるように形成されているが、回転速度が低下してもよい場合には、曲面ではなく平面であってもよい。この第２の側面４の曲面形成は、この面での光トルクを零とし、かつ、羽根２と光圧回転体１の周囲の液体などの流体の媒質との摩擦抵抗を軽減するためである。
図２の（ａ）は、図１に示した光圧回転体１の水平方向の断面図である。この光圧回転体１は、ここでは回転中心軸Ｏの放射方向の半径ｒが数μｍ〜数十μｍとなるように作製されたものである。半径ｒは、光圧回転体１の使用用途に応じて適宜設計変更すべきものであるため特に限定されるものではなく、マイクロマシン技術により、例えば半径ｒが数ｎｍ〜数十μｍの光圧回転体１を作成することが可能である。また、光圧回転体１は、図１に示すように、光が対物レンズ９を通過して、所定の焦点に集光照射される位置の近傍に引寄せられ、且つ、集光照射されることによって生じた光圧によって図２（ａ）中の矢印で示す方向に光圧回転するものであり、安定して光圧回転するように、図１に示す高さｈ（上面７と下面６の直線距離）と半径ｒとがほぼ等しくなるように設計されているが、光圧回転体１が図中の矢印方向に光圧回転可能であれば、高さｈと半径ｒとの関係はこれに限定されるものではない。光圧回転体１は、前述のように、対物レンズ９の焦点に集光された位置の近傍に引寄せられるので、光圧回転体１が回転する位置は、対物レンズ９の位置或いは焦点距離によって定まることになる。
次に、光を集光照射した場合の光圧回転体１の動作原理について、図１及び図２（ａ）に基づいて説明する。
なお、図示しないが、光圧回転体１は、所定の粘度を有する液体である媒質中に配置されており、また、光圧回転体１は集光された光の焦点位置の近傍に引寄せられており、光圧回転体１の上面７よりも若干上方から集光照射されているものとする。
回転中心軸Ｏに対して平行に上方から光が平行照射されると、平行照射された光は、対物レンズ９により集光され、集光された光が光圧回転体１に照射される。光圧回転体１の上面７における光の入射点では、上面７に対して垂直方向に光圧Ｆａが発生する（図１参照）。
この光圧Ｆａは、光圧回転体１を光強度が最大である位置、具体的には、集光照射された光の焦点位置に引き寄せる力、いわゆる光圧トラップ（捕捉）される力として作用する。
そして、上面７の入射点で屈折した光が光圧回転体１の内部に進入すると、進入した光は、各側面から出射し、各側面に対してそれぞれ垂直方向に光圧Ｆが発生する。すなわち、進入した光が第３の側面５から出射する場合には、この第３の側面５に対して垂直方向に光圧Ｆｂが発生する。第２の側面４からも、この側面４に対して垂直方向に光圧Ｆｃが発生するが、円周面に垂直なので光トルクは零になる。また、残りの第１の側面３は、回転中心軸Ｏと同一平面上にあるため、進入した光はこの第１の側面３からは出射せず、光圧Ｆは発生しない。
上記のように、光圧回転体１の羽根２には、上面７に対して垂直方向に光圧Ｆａが、第２の側面４に対して垂直方向に光圧Ｆｃが、第３の側面５に対して垂直方向に光圧Ｆｂがそれぞれ発生する。なお、光圧回転体１は、同一構成の羽根２を回転中心軸Ｏの軸回りに３枚配して構成されたものであるため、他の羽根２からも同様に光圧Ｆが発生する。したがって、光圧回転体１は、各羽根２の上面７に対して垂直方向に発生した光圧Ｆａにより上方へと引き寄せられ、集光照射された光の焦点付近（焦点よりも若干下方の位置）に光圧トラップされると共に、各羽根２の第３の側面５に対して垂直方向に発生した光圧Ｆｂにより、右回りに回転（光圧回転）する。
なお、この図２の（ａ）に示す光圧回転体１は、同図（ｂ）に示す光圧回転体１において、回転中心軸Ｏを含む平面と第３の側面５とが直交する部分から光圧回転する方向側の他の羽根２の第１の側面３に向って第３の側面５の逆トルク発生部１０が切除されたものである。この逆トルク発生部１０は、光圧回転体１の光圧回転を妨げる逆トルクが発生する部分であるので、これを切除することにより、同じ量のレーザ光照射でもってより高速に光圧回転させることができる。以下、第３の側面５から発生する光圧Ｆによる光トルクに基づいて、逆トルクの発生原理について説明する。なお、光圧Ｆによる光トルクは、回転中心からの距離ベクトルと光圧Ｆのベクトルとの内積によって表されるものである。
図３は、羽根２の第３の側面５から発生する光トルクについて説明するための図である。ここで、例えば、第３の側面５におけるある点Ｐに対して垂直方向に作用する光圧Ｆ１による光トルクは、点Ｐと同一平面上の回転中心軸Ｏ上の１点から点Ｐまでの距離ベクトルをｒ１とすると、ｒ１Ｆ１ｃｏｓθ１によって表される。ここで、図示する点Ｐにおいては、０°＜θ１＜９０°であるため、上記の式で表される光トルクは正となり、光ミキサー１の回転方向に光トルクが作用する。このＰ点は、回転中心軸Ｏから第３の側面５に下ろした垂線が交わるＲ点から第３の側面５の先端迄である。
一方、光圧Ｆ２が発生する図中の点Ｑにおける光トルクは、点Ｑと同一平面上の回転中心軸Ｏ上の１点から点Ｑまでの距離ベクトルをｒ２とすると、ｒ２Ｆ２ｃｏｓθ２によって表される。ここで、図示する点Ｑにおいては、９０°＜θ２＜１８０°であるため、上記の式で表される光トルクは負となる。したがって、この光トルクは、光圧回転体１の回転方向とは逆に、いわゆる逆トルクとして作用する。このＱ点は、前記Ｒ点から第１の側面３と第３の側面５との交点迄である。
以上の説明から、回転中心軸Ｏと前記Ｒ点（図中のＯから点Ｒまでの破線部分）を含む平面と第３の側面５とが直交する部分から光圧回転する方向側の他の羽根２の第１の側面３ａ（３）の領域が逆トルク発生部１０である。言い換えれば、回転中心軸Ｏ上の１点から第３の側面５に降ろした垂線の足（点Ｒ）の位置から回転方向側の隣の羽根２の第１の側面３ａまでの部分である。したがって、この逆トルク発生部１０を切除することにより、回転方向と逆方向に光トルクが発生するのを防止することができ、上記のように光圧回転体１を高速に光圧回転させることができる。切除する深さは、回転中心軸と並行方向に切除した側面に回転中心軸Ｏから下ろした垂線とのなす角度θが、０°＜θ＜9０°の範囲となるようにすれば逆トルク発生を有効に防止できる。
また、羽根２が４枚の光圧回転体１では、回転中心軸Ｏ上の１点から第３の側面５に対して降ろした垂線は隣の羽根２の第１の側面３と交わり、更に羽根２の数が４枚以上になると、回転中心軸Ｏ上の１点から第３の側面５に対して垂線を降ろすことはできない。すなわち、逆トルク発生部１０は、羽根３が３枚の光圧回転体１に対してのみ存在する。
図４は、集積化学分析機器（マイクロ分析チップ）１２の微小流路を概略的に示した斜視図である。この集積化学分析機器１２の微小流路は、図示するように、試液などのマイクロ流体が流れる微小流路１３と、試薬などの他のマイクロ流体が流れる微小流路１４と、これらの微小流路１３及び１４が合流する混合部１５と、該混合部１５で上記の２つのマイクロ流体が混合した混合流体が流れる微小流路１６から構成されている。このように構成された集積化学分析機器１２の混合部１５に上記の光ミキサーとしての光圧回転体１を配置し、上方から光源（不図示）、対物レンズ９等を用いて光圧回転体１に光を集光照射することにより、光圧回転体１を高速で光圧回転させることができ、混合部１５において試液と試薬等の２つのマイクロ流体を効率よく混合・攪拌することができる。なお、上記の微小流路の寸法は、特に限定されるものではないが、少なくとも混合部１５における微小流路の寸法は、光圧回転体１が配置されるため、例えば、幅１００μｍ、深さ１００μｍ程度に形成されている。また、光ミキサーとしての光圧回転体１は、上記した寸法よりも更に小型のものを作製することが可能であるため、その場合には、微小流路の寸法を幅数十μｍ、深さ数十μｍ程度に形成することも当然可能である。
上記のように、この光圧回転体１は、上方から集光照射された光によって回転中心軸Ｏ回りに光圧回転するため、遠隔駆動が可能である。また、集光照射された光の焦点付近に光圧トラップされた状態で光圧回転するため、軸受けが不要で、対物レンズ９の位置だけを移動させることにより、光圧回転体１を任意の場所で光圧回転させることができる。したがって、攪拌・混合に最適な場所（２つのマイクロ流体の界面）で光圧回転体１を光圧回転させることにより、攪拌効率を向上させることなどができる。
次に、本発明の第２の実施形態に係る光圧回転体１８について、図５（ａ）に基づいて説明する。本実施形態に係る光圧回転体１８は、光の照射により光圧トラップされると共に、回転中心軸Ｏ回りに光圧回転する光圧回転体であって、回転中心軸Ｏから放射方向に伸びた第１の側面３と、回転中心軸Ｏと対向する第２の側面４と、第１の側面３に対面すると共に該第１の側面３と平行な平面に対してその放射方向側（第２の側面４側）が光圧回転の方向（回転方向）に所定の角度ａで傾斜した平面及び断面形状を有する第３の側面１９と、回転中心軸Ｏと交わる下面６と、該下面６に対面する上面７を具備した羽根２０を２枚以上回転中心軸Ｏを中心に放射状に等間隔で配置したものである。なお、第１の実施形態に係る光圧回転体１と同一番号が付けられたものは、同様に形成されているため、その説明を省略し、主に異なる点についてのみ説明する。
図５（ａ）は、３枚の羽根２０を配置して構成された光圧回転体１８を概略的に示した平面図であり、第３の側面１９が所定の角度ａだけ回転方向側に傾斜することにより、第３の側面１９が傾斜していない第１実施形態の場合に比べて、回転中心軸Ｏ上の１点から第３の側面１９上の１点までの距離ベクトルとその１点から作用する光圧ベクトルとの角度が小さくなる。すなわち、ｒＦｃｏｓθで表される光トルクのｃｏｓθの値が大きくなって光トルクが増大し、第３の側面１９が第１の側面３と平行な光圧回転体１に比べて、より高速な光圧回転が可能である。
なお、第１の側面３と平行な平面に対する第３の側面１９の傾斜角度ａは、特に限定されるものではないが、第３の側面１９から発生する光トルクの総量が最大となるように、所定の角度ａを決定することにより、第３の側面１９を傾斜させた光圧回転体１８の中でも、最も高速に光圧回転する光圧回転体１８を作製することができる。
上記のように、本発明の第２の実施形態に係る光圧回転体１８は、第３の側面１９が第１の側面３と平行な面に対して回転中心軸Ｏの軸回り方向に所定の角度ａだけ傾斜して形成されているため、第１の実施形態に係る光圧回転体１に比べて第３の側面１９から発生する光トルクの総量が増大し、より高速に光圧回転する。
次に、本発明の第３の実施形態に係る光圧回転体２２について、図５（ｂ）に基づいて説明する。本実施形態に係る光圧回転体２２は、回転中心軸Ｏから放射方向に伸びた第１の側面３と、回転中心軸Ｏと対向する第２の側面４と、第１の側面３に対面すると共に該第１の側面３側に湾曲した断面形状の第３の側面２３と、回転中心軸Ｏと交わる下面６と、該下面６に対面する上面７を具備した羽根２４を３枚回転中心軸Ｏを中心に放射状に等間隔で配置したものである。なお、第１の実施形態に係る光圧回転体１と同一番号が付けられたものは、光圧回転体１のものと同様に形成されているため、その説明を省略し、主に異なる点についてのみ説明する。なお、羽根２４は２枚以上あれば良い。
図５（ｂ）に示す光圧回転体２２は、その曲面形状が回転中心軸Ｏを通る放射方向と光圧方向（第３の側面２３における光の出射点において、第３の側面２３に対して垂直な方向）のなす角度が直角をなす曲面形状に形成されている。したがって、第３の側面２３における光の各出射点で発生する光トルクがそれぞれ最大となることから、単に第３の側面２３を曲面形状に形成した光圧回転体の中でも第３の側面２３で発生する光トルクの総量が最大となる。
上記のように、本発明の第３の実施形態に係る光圧回転体２２は、第３の側面２３から発生する光トルクの総量が最大となるように第３の側面２３が曲面形状に形成されているため、本発明の第１の実施形態に係る光圧回転体１に比べて、より高速に光圧回転することができる。
尚、図１３において、上記の実施形態の特徴を兼ね備えることにより強い回転トルクがでる好ましい光圧回転体１００を示す。この光圧回転体１００は、逆トルク発生部１０を除去し、第３の側面１９（２３）が角度ａだけ回転側へその放射方向が突出し、且つ、第３の側面２３（１９）が第１の側面側へ湾曲した面となっている。
次に、本発明の第４の実施形態に係る光圧回転体２６について図６に基づいて説明する。この光圧回転体２６は、光の照射により光圧トラップされると共に、回転中心軸Ｏ回りに光圧回転する光圧回転体であって、回転中心軸Ｏから放射方向に伸びた第１の側面３と、回転中心軸Ｏと対向する第２の側面４と、第１の側面３と対面する第３の側面５と、回転中心軸Ｏと交わる下面６と、該下面６と対向すると共に第１の側面３から第３の側面５へ向けて下方に傾斜した光圧発生用斜面２７を具備した羽根２８を４枚回転中心軸Ｏを中心に放射状に等間隔で配置したものである。光圧発生用斜面２７は、図示するように、第１の側面３、第２の側面４、及び第３の側面５と接するように形成された平面である。なお、羽根２８の枚数は２枚以上であれば良い。
次に、光を平行照射した場合の光圧回転体２６の動作原理について、図７に基づいて説明するが、第１の実施形態に係る光圧回転体１と同一の構成については、同一番号を付し、その説明を省略する。図７（ａ）は、図６の矢符Ａで示す方向から見た羽根２８の正面図であり、同図（ｂ）は、回転中心軸Ｏと平行に上方から見た羽根２８の上面図である。なお、図示しないが、光圧回転体２６は、液体又は気体からなる流体媒質中に配置されているものである。
光源（不図示）から回転中心軸Ｏに対して上方から光が平行照射されると、図７（ａ）に示すように、光圧回転体２６の光圧発生用斜面２７における光の入射点では、光圧発生用斜面２７に対して垂直方向に光圧Ｆが発生する。この光圧Ｆは、鉛直方向成分Ｆｓと水平方向成分Ｆｇに分解することができる。また、図７（ｂ）に示すように、水平方向成分Ｆｇは、さらに、回転中心軸Ｏ回りの回転方向成分Ｆｔと回転中心軸Ｏから放射方向（半径方向）の成分Ｆｒに分解することができる。この回転方向成分Ｆｔが回転トルクとして作用する。
また、光圧発生用斜面２７から光圧回転体２６の内部に進入した光は、第１の側面３で反射した後、下面６で反射及び出射する。また、下面６で反射した光は、第１の側面３から出射する。このように、下面６から光が出射すると、下面６に対して垂直方向、すなわち、回転中心軸Ｏと平行な鉛直方向下向きに光圧が発生する。回転中心軸Ｏと平行な方向について考えると、光圧回転体２６の羽根２８には、鉛直方向上向きのＦｓと逆の鉛直方向下向きの光圧が発生することになるが、合計すると光圧回転体２６を下方へ押し下げる光圧トラップ力が働く。このように、回転中心軸Ｏに対して平行に上方から光が平行照射されると、光圧回転体２６を下方へ押し下げる光圧トラップ力と回転トルクＦｔが主に作用し、光圧回転体２６は、下方に押し付けられた状態で図６に矢符で示すように右回りに光圧回転する。
次に、本発明の第５の実施形態に係る光圧回転体３０について図８に基づいて説明する。この光圧回転体３０と前記第４実施形態の光圧回転体２６とが異なる点は、前記光圧回転体２６の光圧発生用斜面２７が平面であるのに対し、この光圧回転体３０は、下方へ湾曲した光圧発生用曲面３１であることである。
この光圧発生用曲面３１は、図示するように、第１の側面３、第２の側面４、及び第３の側面５と接するように形成された曲面である。具体的には、光圧発生用曲面３１上の各点において、回転中心軸Ｏを通る放射方向と光圧方向のなす角度が直角をなす曲面形状に形成されている。そのため、光圧発生用斜面２７が平面形状に形成された第３の実施形態の光圧回転体２６に比べて光圧発生用曲面（光圧発生用斜面）３１から発生する光圧と回転中心軸Ｏからの距離の内積で表される光トルクが増大し光トルクの総量が最大となり、光圧回転体３０は光圧回転体２６に比べてより高速な光圧回転が可能である。なお、光を平行照射した場合の光圧回転体の動作原理は、光圧回転体２６と同様であるため、ここではその説明を省略する。
次に、本発明の第６の実施形態に係る光圧回転体３４について図９に基づいて説明する。この光圧回転体３４が前記第４実施形態の光圧回転体２６と異なるところは、第３の側面５が存在しないために、前記光圧回転体２６の光圧発生用斜面２７が第１の側面３から下面６へ向けて下方に傾斜して下面６に直接に繋がった平面状の光圧発生用斜面３５となっていることである。
光が平行照射された場合の本実施形態に係る光圧回転体３４の動作原理は、第４の実施形態に係る光圧回転体２６の動作原理と同様であるため、その説明を省略する。ところで、図６及び図７に示す光圧回転体２６においては、光圧発生用斜面２７から進入した光の一部は、第１の側面３に続き下面６で反射した後、第３の側面５から出射する。このように、第１の側面３で光が反射すると、該第１の側面３に対して垂直方向に光圧が発生し、発生した光圧は光圧発生用斜面２７に対して発生する光圧と逆方向であるため、逆トルクとして作用する。本実施形態に係る光圧回転体３４では、上記のように第３の側面５をなくして第１の側面３での光圧の発生面積を減じることにより逆トルクの発生量を減少させ、結果として高速に光圧回転させている。
次に、本発明の第７の実施形態に係る光圧回転体３８について図１０に基づいて説明する。この光圧回転体３８が前記第６実施形態の光圧回転体３６と異なる点は、前記光圧発生用斜面３５が平面状ではなくて、下方へ湾曲した光圧発生用曲面３９となっている点である。この光圧発生用曲面３９上の各点において回転中心軸Ｏを通る放射方向と光圧方向のなす角度が直角をなすように、又、光トルクの総量が最大となるような曲面形状に形成されている。又、第３の側面５が形成されていないため光圧回転体２６のように第１の側面３から逆トルクが発生することはなく、更に光圧発生用曲面３９が曲面形状に形成されているため、光圧回転体３４よりもさらに高速に光圧回転する。
次に、本発明の第８の実施形態に係る光圧回転体４２について図１１（ａ）に基づいて説明する。本実施形態に係る光圧回転体４２は、図６に示す第４の実施形態に係る光圧回転体２６において、平行照射された光が光圧回転体内部に進入しないように、光圧発生用斜面２７に反射膜４３が貼設された光圧回転体４２である。従って、図７（ａ）に示すような逆トルクが発生しない。すなわち、光圧回転体２６内部に進入した光の一部は、第１の側面３で反射した後に下面で反射し第３の側面５から出射するが、このように第１の側面３で光が反射した際に第１の側面３と垂直方向に逆トルクとなる光圧が発生している。しかし、この光圧回転体４２の場合には、反射膜４３により第１の側面３から逆トルクとして作用する光圧が発生しないように光の光圧回転体４２内部への進入を防止したものである。この場合、光は反射膜４３によりすべて反射されるため、光圧は押す方向に発生するので、回転方向は第４実施形態の図７と逆になる。
次に、本発明の第９の実施形態に係る光圧回転体４５について図１１（ｂ）に基づいて説明する。本実施形態に係る光圧回転体４５は、図８の第５の実施形態に係る光圧回転体３０において、平行照射された光が光圧回転体内部に進入しないように、光圧発生用曲面３１に反射膜４６が貼設された光圧回転体としたものである。その他は全て光圧回転体３０と同様に構成されている。
また、第５の実施形態に係る光圧回転体３０においては、図８に示すように、回転中心軸Ｏと平行に上方から光が照射されると、第８の実施形態において説明したように、第１の側面３から逆トルクが同じように発生するが、この実施形態の光圧回転体４５では、反射膜４６が光圧発生用曲面３１に貼設されているので、逆トルクとして働く光圧が第１の側面３から発生しない。この場合も、光は反射膜４３によりすべて反射されるため、光圧は押す方向に発生するので、回転方向は第５実施形態の図８と逆になる。
なお、ここでは図示していないが、図９に示す光圧回転体３４の光圧発生用斜面３５、図１０に示す光圧回転体３８の光圧発生用曲面３９に対して反射膜を貼設するようにしてもよい。この場合、上記の光圧回転体４２や光圧回転体４５と同様に第１の側面３から逆トルクが発生するのを防止することができ、結果として、光圧回転体３４や光圧回転体３８を更に高速に光圧回転させることが可能である。
ところで、第２乃至第９の実施形態においては、３枚の羽根を配置して構成された光圧回転体や４枚の羽根を配置して構成された光圧回転体について説明したが、羽根の数は特に限定されるものではない。ただし、羽根の数が多くなるにつれて光圧回転体に対して発生する光圧Ｆが増大してより大きな回転トルクを得ることができるが、逆に光圧回転体に対する周囲の媒質からの粘性抵抗が増大する。したがって、第２乃至第９の実施形態に係る光圧回転体の羽根の数は、これらの点を考慮して決定すべきものであり、光圧回転体の各部の寸法などにもよるが、いずれの実施形態においても、羽根の枚数は、「３」〜「５」枚程度が好適である。
次に、本発明の第１０の実施形態に係る光圧回転体４８について図１２に基づいて説明する。本実施形態に係る光圧回転体４８は、光の照射により光圧トラップされると共に、回転中心軸Ｏ回りに光圧回転する光圧回転体であって、光圧回転体４８本体の回転中心軸Ｏから放射方向に４枚の攪拌用パドル４９を配して構成されると共に、光圧回転体４８本体の上面又は下面に回転中心軸Ｏで交差する複数の光圧発生用斜面５０が形成されたものである。
この光圧回転体４８の光圧発生用斜面５０は、本実施形態においては前記説明の羽根に相当する攪拌用パドル４９ではなく、光圧回転体４８の本体の上面又は下面に形成されているが、この光圧発生用斜面５０に光圧が発生して光圧回転体４８が光圧トラップされると共に光圧回転する動作原理は、図６及び図７に基づいて説明した光圧回転体２６等と同じであるため、光圧回転体４８の動作原理についての説明は省略する。
この光圧回転体４８と他の実施形態の光圧回転体との相違点は、光圧発生用斜面５０が光圧回転体４８本体の上面又は下面或いは双方に形成されているため、攪拌用パドル（羽根）４９に光圧発生用斜面を形成することなく光圧回転する点である。つまり、光の照射により発生する光トルクを考慮することなく攪拌用パドル４９の形状を任意に設計可能であるという点である。
このように、本発明の第１０の実施形態に係る光圧回転体４８は、平行照射された光による光圧回転が可能で、図４の集積化学分析機器１２の混合部１５において使用した場合には、マイクロ流体をより効率よく攪拌・混合することができると共に、対物レンズ９等が不要であるため、集積化学分析機器１２の装置構成を簡略化することができる。また、攪拌用パドル４９の形状を最も攪拌効率のよい形に設計することにより、効率よくマイクロ流体を攪拌・混合することができる。
なお、図１２では、平行照射された光により光圧回転する光圧回転体４８を示しているが、この光圧回転体４８は、集光照射された光による光圧回転も可能である。すなわち、光圧発生用斜面５０に対して垂直方向に発生する光圧と、光圧発生用斜面５０から光圧回転体４８の内部に進入した光によって攪拌用パドル４９の一部の側面に対して発生する光圧（第１の実施形態において説明した光圧Ｆｂに相当する光圧）と、の両方を光トルクとして利用した光圧回転が可能である。また、図示する光圧回転体４８では、４枚の攪拌用パドル４９を配して構成されると共に、光圧回転体４８本体の上面に２つの光圧発生用斜面５０が形成されているが、攪拌用パドル４９の数及び光圧発生用斜面５０の数はこれに限定されるものではなく、例えば、攪拌用パドルの数を、２、３、５枚等とし、光圧発生用斜面５０の数を３つ等としてもよい。
また、図１２に示す光圧回転体４８では、上面に夫々２つの光圧発生用斜面５０が相向かうように形成されており、回転中心軸Ｏに沿って上方から光を平行照射することによって光圧回転するが、本体の下面に同一方向に光圧回転力が発生するような光圧発生用斜面５０を形成し、光圧回転体４８の上方と下方の両方から光を平行照射することにより、光圧回転体４８をさらに高速に光圧回転させることができる。なお、光圧回転体４８の攪拌用パドル４９に第１の実施形態の第３の側面５に相当する側面を形成し、光圧回転体４８の上方から光を平行照射、光圧回転体４８の下方から光を集光照射して光圧回転体４８を光圧回転させるようにしてもよく、この場合にも光圧回転体４８を高速に光圧回転できる。また、光圧回転体の本体の上面と下面に回転方向が逆になる光圧発生用斜面５０を形成形成しておくと、光の照射の切り替えにより、光圧回転体４９を正逆両方向に回転できる光圧回転装置を得ることができる。
なお、実施形態１乃至１０で示した光圧回転体の構成は、本発明に係る光圧回転体の一態様にすぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で適宜設計変更できることは勿論である。
また、光圧回転体の作製方法としては、ＳｉＯ２ などを素材とした半導体プロセス、各種のレジストを素材としたフォトリソグラフィー法、各種の樹脂を素材とした光造形法などを利用できる。半導体プロセスとフォトリソグラフィー法は、いずれも光圧回転体の形状マスクをイオンビームや紫外線で露光・転写するもので、２次元形状の一括生産に適している。光造形法は３次元の複雑な形状の光圧回転体を作製できるが、レーザービームの走査により光圧回転体を一個ずつ作製していくので時間がかかるという短所がある。
一方、本実施例の金型（モールド）とプレス／射出成形による製作方法は、３次元の複雑な形状の光圧回転体を大量生産できる長所がある。その動作は大別して下記の（i）金型作製と（ii）射出成形より成る。
（i）請求項１乃至９のいずれかに記載の光圧回転体の金型（金属だけではなく、シリコンや石英を使用する）の作製には、ミクロンオーダーの精密加工が可能な、例えば、放電加工を利用する。放電加工は特に複雑な加工に適しており、工具や加工物に応力がかからないので高精度である。次に
（ii）プレスあるいは射出成形（インジェクション）などの方法で、（ａ）ＰＣ、ＰＭＭＡなどの熱可塑性樹脂や、（ｂ）紫外線硬化樹脂を成型する。具体的には、（ａ）では、素材を加熱状態で加圧する、あるいは加熱シリンダ内でどろどろになった液状の樹脂を高速で金型（モールド）枠内に射出し冷却硬化する、（ｂ）では粘度の低い光硬化樹脂を金型（モールド）で変形し、その後で紫外線を照射して硬化させ、金型（モールド）を離すなどによる。これらの微細加工方は、１０ｎｍのパターン解像度をもつナノインプリント技術として、本発明の光圧回転体の製造に有効に利用できるものである。
光圧回転体に照射する光は、自然光（太陽光）であっても、レーザ光、ＳＲ光、水銀灯から発せられる光、電灯の光などの人工光源から発せられる光であってもよい。ここでは、自然光をプリズム、フィルター、スリットなどを通して加工した光についても便宜的に人工光源からの光とする。ＳＲ光、レーザ光を用いた場合には、波長が揃っているので集光特性が良く単位面積当りのエネルギーが高いので好ましい。とくに、レーザ光を発するレーザ光源（レーザ発信器）は、比較的入手し易く安価で小型のものなど種類が揃っていることから最も好ましい内の一つである。
光圧回転体の周囲に存在する媒質は、液体、気体、その他の流動体などの流体であるが、大気圧中の空気中においても可能であるので密度が薄い場合にはとくに制限を受けることはないが、液体、流動体等においては、その密度や粘性が極めて大きい場合には、光圧回転体の回転は無理である。その限界点についてはまだ定かではないが、人工光源から発せられる光の種類、光圧回転体の大きさや形状、光の照射量、付設具の種類などによって影響を受けるので、一概には定められるものではない。例えば、媒質が純水にグリセリンを２０％加えた粘度の高い液体（粘度は、純水の１．９倍）においても第１実施例の光圧回転体の回転は良好に行われている。又、純水に乳脂肪コロイド２０％と界面活性剤（せっけん水）０．５％を加えた媒質においては、レーザパワー２００ｍＷで５００ｒｐｍ回転している。
前記実施形態１乃至１０に示す本発明に係る光圧回転体は、レーザ光源（レーザ発振器）などの人工光源と共に、或いは人工光源と対物（集光）レンズと共に光圧回転体装置として使用することによって利用用途は拡大する。光圧回転体と人工光源の組み合わせによって、流体の媒質の内部にある光圧回転体に光を平行に照射して光圧回転体を回転中心軸周りに回転させることができるが、この場合において、光圧回転体と人工光源の間に対物レンズを光圧回転体に対して離反接近自在になるように設けることによって、その焦点集光位置を変化させて、この焦点集光位置の近傍へ光圧トラップで引き寄せられる光圧回転体を回転中心軸周りに回転させながら２次元方向へ移動させることが可能となる。又、人工光源と共に対物レンズを３次元方向へ移動できる構成にした場合には、光圧回転体を回転軸心周りに回転させながら３次元方向へ追随して移動可能となる。更に又、一つの光圧回転体に対して、人工光源又は対物レンズが２以上対応した装置であってもよく、この場合には、光の照射を異なる方向から行え、光の受光量も多くなるのでその分回転力も増大する利点がある。このような光圧回転装置を利用した例について以下説明する。
実施形態１乃至１０に示す本発明に係る光圧回転体は、いずれも羽根を具備しているので、人工光源からの光の照射により回転中心軸周りに回転することによって、集積化学分析機器において複数のマイクロ流体を攪拌する攪拌羽根を有する攪拌機として光圧回転装置を利用することについては前述した通りである。
同様に、実施形態１乃至１０に示す本発明に係る光圧回転体は、いずれも羽根を具備しているので、これを流体が流れる微小通路などにおいて人工光源からの光で回転させれば、その流体の流速を加速させる、或いは一方から他方へ流体を送るポンプとしての光圧回転装置となる。
以下更に、実施形態１乃至１０に示す本発明に係る光圧回転体を用いた光圧回転体装置の実施態様について説明する。ここで、光圧回転体は特に断りがない限り、どの実施形態のものを用いても良いので、総称して光圧回転体１０１とする。まず、図１４示すように、光圧回転体１０１の本体の回転中心に付設具６０を設けたのでこれを使用して色々な用途に利用することが出来る。例えば図１５に示すように、媒質Ａの中で付設具６０を物体Ｂに当ててレーザ光源（レーザ発信器）などの人工光源Ｃから発せられる光を対物レンズＤで集光して焦点に集めてその近傍に光圧回転体１０１を光圧トラップし引寄せ回転させる。付設具６０を物体Ｂに押し付ける時には対物レンズＤを光圧回転体１０１に接近させる。この付設具６０を利用した光圧回転装置としての応用例を、以下の実施態様で示す。
図１６に示す光圧回転装置は、DNAのような極細のひも（マイクロ／ナノストリング）Ｅを伸張し巻き取る微小巻取り機として利用したものである。遺伝子の解析では、目的のＤＮＡを選別し、それを検出系まで移動するとともに複雑にからまりあったＤＮＡを解きほぐして直線上に展開し、その塩基配列を読み取る必要がある。このため、従来は、レーザ光を対物レンズで焦点集光して媒質中で微小球（ビーズ）に固定したＤＮＡをマイクロピッペットで引っ張って伸張させていた。しかしＤＮＡのひもは極めて長いので、伸張したＤＮＡのひもを巻き取る必要があったが、適当な方法がなく、技術的なネックになっていた。図において、線で囲まれた内部は液体などの媒質Ａを示し、この媒質中で光圧回転体１０１の一方の回転中心上に付設具６０としての巻取棒６１を固定しておき、他方の回転中心上へ対物レンズＤを通して人工光源Ｃから光を放射させると、前述した原理に基づき光圧回転体１０１が回転するので、巻取棒６１に媒質Ａ中にあるDNAのひもＥが巻き取られる。
図１７に示す光圧回転装置に用いる光圧回転体１０１は、付設具６０が小ドリル６２の場合を示す。この場合には、マイクロドリルとしての利用であり、対物レンズの移動によってその焦点集光位置を孔を開けるべく物体に接近させるようにする光圧回転装置とする。これによって、小ドリル６２の先端が物体に当接して回転しつつ押し込まれて孔が開けられる。
図１８に示す光圧回転装置に用いる光圧回転体１０１は、付設具６０が先の尖ったもの６３である場合である。この光圧回転体装置の場合には、物体に刺し込んで孔を開けたり、突き刺したまま移動させて線を引いたり、突き刺してから光圧回転体１０１から切離して物体に埋め込んで突起物を形成するなどの応用が可能である。
図１９に示す光圧回転装置に用いる光圧回転体１０１は、付設具６０が回転軸６４である場合である。この場合には、光圧回転装置をマイクロモータとして利用できる。図２０に示すように、物体Ｂに軸受Ｊを設けて回転軸６４を回転自在に入れ、この回転軸６４に取付けた回転伝達車Ｇを介してベルトＨから回転を取出す装置としたものである。回転軸６４は、光圧回転体１０１の両側に設けても良く、種々の改良は可能である。回転伝達車はマイクロ歯車でも良い。
図２１に示す光圧回転装置に用いる光圧回転体１０１は、付設具６０が回転羽根６５である場合である。この場合には、光圧回転体１０１を構成する羽根に加えて回転羽根６５によっても攪拌等できるので、攪拌等の効率が一層良くなる。
図２２に示す光圧回転装置に用いる光圧回転体１０１は、付設具６０がハンマー６６である場合である。この場合も、レーザ光を集光する対物レンズを叩くべく物体に急接近させることによって、光圧ラップされている光圧０１を物体に叩きつけることが出来る。このとき、光圧回転体１０１は回転しているので、物体の表面がベタ付いていても引っ付くことがないので、繰返し何回でも行える。
図２３に示す光圧回転装置に用いる光圧回転体１０１は、付設具６０が半円球６７である場合である。この場合には、この半円球６７の頂部を物体に押し当てて光１０１を回転させれば、光圧回転体１０１が良く回転する光圧回転装置として利用できる。
図２４に示す光圧回転装置に用いる光圧回転体１０１は、付設具６０がブラシ６８である場合である。この場合において、対物レンズを使用する場合には、対物レンズを清掃すべく物体方向へ接近させて回転させることによって、物体の表面の清掃が良好に出来る。
図２５に示す光圧回転装置に用いる光圧回転体１０１は、付設具６０がプロペラ６９である場合である。この場合には、光圧回転体１０１がプロペラ６９の推進力によって回転中心軸方向へ進行する推進機としての役割を有する。
図２６に示す光圧回転装置に用いる光圧回転体１０１は、付設具６０が回転刃７０である場合である。この場合には、物体の表面に凹凸がある場合にはこれを有効に切断し平坦な状態にできる。あるいは、薄い板材を所望の大きさ形状に切断したり、立体形状物を所望の形状に切断するカッターとしての役割を有する。回転刃７０は、鋸状以外のものであっても良い。
図２７に示す光圧回転装置に用いる光圧回転体１０１は、それ自体が極細のひもの巻取具である場合である。この場合には、図１６で示した巻取棒６１は不要である。その代わりに、回転中心を固定させるために、回転軸６４を回転中心軸上に設けて、これを軸受けで受けて回転させるようにすればよい。
以上の光圧回転体１０１は、使用例であり、その他の利用用途についてもこの発明の光圧回転体及び光圧回転装置の範囲内では、この発明の範囲に含まれるものである。
本発明は、光圧回転体が微小であることから、前述のように、種々のマイクロ道具、駆動源などに有効に適用することができる。
本発明の第１の実施形態に係る光圧回転体を示した斜視図。 （ａ）は、光圧回転体の水平方向の断面図、（ｂ）は、光圧回転体の逆トルク発生部を示した断面説明図。 第１の実施形態に係る光圧回転体の光トルク説明図。 集積化学分析機器の微小流路を概略的に示した斜視図。 （ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る光圧回転体の平面図、（ｂ）は、本発明の第３の実施形態に係る光圧回転体の平面図。 本発明の第４の実施形態に係る光圧回転体の斜視図。 （ａ）は、図６の矢符Ａの方向から見た羽根の正面図、（ｂ）は、回転中心軸と平行な上方から見た羽根の平面図。 本発明の第５の実施形態に係る光圧回転体の斜視図。 本発明の第６の実施形態に係る光圧回転体の斜視図。 本発明の第７の実施形態に係る光圧回転体の斜視図。 （ａ）は、本発明の第８の実施形態に係る光圧回転体の斜視図、（ｂ）は、本発明の第９の実施形態に係る光圧回転体の斜視図。 本発明の第１０の実施形態に係る光圧回転体の斜視図。 好ましい光圧回転体の平面図。 光圧回転体の回転中心軸上に付設具を固定した斜視図。 図１４の光圧回転体を用いた光圧回転体装置の使用斜視図。 付設具が巻取具である光圧回転体装置の使用斜視図。 付設具がドリルである光圧回転体の斜視図。 付設具が先の尖ったものである光圧回転体の斜視図。 付設具が回転軸である光圧回転体の斜視図。 図１９の光圧回転体を用いた光圧回転体装置の実施説明図。 付設具が攪拌羽根である光圧回転体の斜視図。 付設具がハンマーである光圧回転体の斜視図。 付設具が半円球である光圧回転体の斜視図。 付設具がブラシである光圧回転体の斜視図。 付設具がプロペラである光圧回転体の斜視図。 付設具が回転刃である光圧回転体の斜視図。 光圧回転体自身が巻取具である場合の使用例の斜視図。
符号の説明
１、１８、２２、２６、３０、３４、３８、４２、４５、４８、１０１ 光圧回転体
２、２０、２４、２８、３２、３６、４０ 羽根
３ 第１の側面
４ 第２の側面
５、１９、２３ 第３の側面
６ 下面
７ 上面
１０ 逆トルク発生部（所定領域）
２７、３５、５０ 光圧発生用斜面
３１、３９ 光圧発生用曲面（光圧発生用斜面）
４３、４６ 反射膜
４９ 攪拌用パドル
ａ 所定の角度
Ｃ レーザ光源（レーザ発信器）
Ｄ 対物（集光）レンズ
Ｏ 回転中心軸
Ｆ 光圧
６０ 付設具
６１ 巻取具
６２ ドリル
６３ 先の尖ったもの
６４ 回転軸
６５ 攪拌羽根
６６ ハンマー
６７ 半円球
６８ ブラシ
６９ プロペラ
７０ 回転刃

Claims (13)

  1. 光の照射により光圧トラップされることによって、回転中心軸回りに所定方向へ回転するトルクが付与されて光圧回転する光圧回転体であって、
    前記回転中心軸から放射方向に伸びた第１の側面と、前記回転中心軸と対向する第２の側面と、前記第１の側面と対面する第３の側面と、前記回転中心軸と交わる下面と、該下面に対面する上面を具備した羽根を３枚配して構成される部分から前記所定方向と逆方向へ回転させるトルクを発生させる逆トルク発生部が除去されており、
    前記第３の側面と、該第３の側面に隣接する第１の側面とがなす角度が鈍角であると共に、前記逆トルク発生部が除去されることにより、前記第３の側面の所定領域に、該第３の側面に隣接する第１の側面に対し、垂直な平面が形成されたことを特徴とする光圧回転体。
  2. 前記逆トルク発生部が、前記回転中心軸を含む平面と前記第３の側面とが直交する部分から前記光圧回転する方向側の他の羽根の第１の側面に向って前記第３の側面の所定領域が切除された部分であることを特徴とする請求項１記載の光圧回転体。
  3. 光の照射により光圧トラップされることによって、回転中心軸回りに所定方向へ回転するトルクが付与されて光圧回転する光圧回転体であって、前記回転中心軸から放射方向に伸びた平面である第１の側面と、前記回転中心軸と対向する第２の側面と、前記第１の側面に対面すると共に該第１の側面側に湾曲し、窪んだ表面のように形成された横断面形状の第３の側面と、前記回転中心軸と交わる下面と、該下面に対面する光の照射面として使用される上面を具備した羽根を２枚以上前記回転中心軸を中心に放射状に等間隔で配置したことを特徴とする光圧回転体。
  4. 前記第１の側面側に湾曲した横断面形状は、前記回転中心軸を通る放射方向と光圧方向のなす角度が直角をなす湾曲した横断面形状であることを特徴とする請求項３記載の光圧回転体。
  5. 前記光圧回転体の材質が、光透過性を有する誘電体、ＰＭＭＡ、又はレジストによって形成されたものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の光圧回転体。
  6. 前記光圧回転体の形成が、金型（モールド）を用いてプレス又は射出成形により形成されたものであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の光圧回転体。
  7. 請求項１乃至６記載のいずれかの光圧回転体と、この光圧回転体に光を照射する人工光源とを具備することを特徴とする光圧回転装置。
  8. 前記人工光源と前記光圧回転体の間に対物レンズを介在させて、人工光源からの光を所定の焦点位置に集光照射することによって前記光圧回転体を当該焦点位置近傍へ移動させると共にその移動した位置で回転駆動することを特徴とする請求項７に記載の光圧回転装置。
  9. 前記対物レンズが人工光源に対して離反接近自在であることを特徴とする請求項８に記載の光圧回転装置。
  10. 前記人工光源及び対物レンズが３次元方向に移動自在であることを特徴とする請求項８に記載の光圧回転装置。
  11. 前記人工光源がレーザ光源であることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載の光圧回転装置。
  12. 前記光圧回転体本体の回転中心軸上に付設具を設けたことを特徴とする請求項７乃至１１のいずれかに記載の光圧回転装置。
  13. 前記付設具が、極細のひもの巻取具であることを特徴とする請求項１２記載の光圧回転装置。
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