JP7829846B2 - 回転式マイクロモーター - Google Patents

Description

本発明は、微細構造体または微細装置が、粘性物質中、特に脳などの被験者の臓器中を移動することを可能とする回転式マイクロモーターに関する。

損傷を伴わずに深部構造および機能性構造に到達することができることは、低侵襲性手術、特に脳神経外科手術における主要な課題である。マイクロテクノロジーのおかげで、微細構造体または微細装置を脳などの被験者の臓器の内部に送ることが可能になる。しかしながら、脳のように、低レイノルズ数の環境中の微細構造体の推進は、慣性がなく、微細構造体のサイズが小さいことによって引き起こされる比較的高い抗力が存在するため、課題である。

微細構造体または微細装置が、例えば脳などの粘性物質中を移動するための最も有効な方法は、前進しながら回転することである。前述の微細構造体は、したがって、この最も有効な移動方法を可能とするために、回転式マイクロモーター（またはマイクロエンジン）を必要とする。

今日では、回転式マイクロエンジンは、典型的には、円形に配置された３つのコイルを使用している。それら３つのコイルは、あまりに多くの場所を取り、したがって、マイクロエンジンに必要なサブミリメートルの直径に到達する可能性を制限する。

出願ＣＮ１０８９６４５１４が知られており、それは、圧電形状記憶合金によって駆動される回転マイクロモーターおよびその駆動方法を開示している。回転マイクロモーターは、上から下に連続的に積層される、上部カバー、ハウジング、弾性シート、ベース、軸受エンドカバー、回転子、圧縮ばね、支持フレーム、回転シャフト、深溝玉軸受、アダプター、圧電スタック、調整ねじ、形状記憶合金ワイヤ、摩擦ブロック、ゴム製摩擦パッド、一方向転がり軸受、弾性止め輪、変位増幅ロッド、および回転体を備える。軸受エンドカバーは、上部カバーの上面およびベースの下面の中央の位置に設置される。駆動方法は、三角波信号によって圧電スタックの変形を変化させ、それにより、変位増幅ロッドが支持フレームを回転させるように回転体を回転させる。さらに、形状記憶合金ワイヤの変形は、半三角波信号によって変化し、摩擦ブロックは、ばねによって押されて回転子と接触し、それにより回転子の回転動作を実現する。この発明は、粘性物質中の移動を可能としない。

これに関連して、本発明は、微細構造体が高効率な方法で低レイノルズ数の流体環境中を前進することを可能とする回転式マイクロエンジンを提案することを目的とする。

本発明は、したがって、微細構造体を移動させるように構成されたマイクロエンジンに関し、マイクロエンジンは、回転構造体を備え、前述の回転構造体は、頭部、後部、および頭部と後部とを接続する変形可能部を備え、
－変形可能部は、頭部から後部に伸びる主軸に沿って伸長または圧縮変形可能であり、
－変形可能部は、少なくとも１つのばね要素を備え、少なくとも１つのばね要素は、後部に取り付けられた後端を有し、少なくとも１つのばね要素は、自由端を示し、
－少なくとも１つのばね要素の自由端は、少なくとも１つの当接部材を備え、
－回転構造体は、主軸に沿って変形可能部と整列し、変形可能部の伸長相および圧縮相を連続的に作動させるように構成されたアクチュエータをさらに備え、
－変形可能部は、第１の面および第２の面を示すホイール台をさらに備え、第２の面は、少なくとも１つのばね要素の往復運動をホイール台の回転運動に変換するために、少なくとも１つのばね要素の自由端と連動するように構成される。

本発明は、したがって、ばねのほぼ直線的な運動を回転に変換する、ミリメートル、さらにはサブミリメートルであり得る小さい回転式マイクロエンジンを作り出すことを可能とする。

本発明に係る装置はまた、別々に、または互いに組み合わせて取り入れられる、以下の特徴：
－変形可能部は、第１のばね要素および第２のばね要素を備え得、第１のばね要素は、頭部に取り付けられた前端を有し、第２のばね要素は、後部に取り付けられた後端を有し、各ばね要素は、自由端を示し、
－各ばね要素の自由端は、少なくとも１つの当接部材を備え得、
－両ばね要素の往復運動をホイール台の回転運動に変換するために、ホイール台の第１の面は、第１のばね要素の自由端と連動するように構成され得、第２の面は、第２のばね要素の自由端と連動するように構成され得、
－第１および第２のばね要素は、主軸に沿って整列し得、
－アクチュエータは、主軸に沿って伸びる電磁コイルおよび永久磁石を備える電磁アクチュエータであり得、
－永久磁石は、各ばね要素の圧縮および伸長時に、前後に平行移動し得、
－第１のばね要素は、第２のばね要素と反対の相で動き得、
－各ばね要素は、主軸の周りに互いに対して螺旋状に配置された少なくとも３つのばね脚を備え得、
－各ばね要素は、少なくとも３つのばね脚を接合するように構成されたばねリングを備え得、前述のばねリングは、ホイール台と連動するための少なくとも３つの当接部材を示し、
－各当接部材は、弾性ストリップであり得、
－各当接部材は、先の尖った歯であり得、
－ホイール台は、ノッチ付きホイールであり得、第１の面および第２の面の各々は、少なくとも３つのノッチを示し、各ノッチは、対応するばね要素の当接部材と連動するように構成され、
－各ばね要素の伸長は、ホイール台の回転をもたらし得、回転角は、ホイール台の面のノッチの数に依存し、
－ホイール台の２つのノッチ間の距離は、ばね要素の伸長相中の１つの当接要素のコースより短いものであり得、
－ホイール台の各ノッチは、ホイール台の半径に実質的に垂直な第１の表面であって、前述の第１の表面は、第１および第２のばね要素の当接部材と当接することによって連動するように構成される、第１の表面と、第１のノッチの第１の表面と第２のノッチの第１の表面との間に伸びる第２の表面であって、第２のノッチは、ホイール台の円周に沿って第１のノッチの後に続き、前述の第２の表面は、第１および第２のばね要素の当接部材と摺動することによって連動するように構成される、第２の表面とを示し得、
－各ノッチの各第２の表面は、ホイール台の中心に向かって傾斜し得る、
の１つまたはいくつかを含み得る。

本発明の特徴および利点は、本発明に係るマイクロロボットのいくつかの実施形態の以下の説明から明らかになり、この説明は、単なる例として添付図面を参照しながら与えられる。

本発明の第１の実施形態に係るマイクロエンジンの概略軸方向断面図である。 本発明に係るマイクロエンジンに結合することができる要素の実施形態を示す、本発明に係る装置に取り付けられたプロペラを備える本発明の第２の実施形態に係るマイクロエンジンの概略軸方向断面図である。 本発明の実施形態に係るばね要素の斜視図である。 図３に示されるばね要素の側面図である。 本発明の実施形態に係るばね要素の斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係るばね要素の側面図である。 図６ａのばね要素の当接部の詳細な図である。 本発明の第２の実施形態に係るホイール台の斜視図である。 磁石に取り付けられた、図７ａのホイール台の側面図である。 本発明の第２の実施形態に係る回転構造体の斜視図である。 本発明に係るばね要素の圧縮相の最中の、ホイール台に対するばね脚の動きの概略図である。 本発明に係るばね要素の伸長相の最中の、ホイール台に対するばね脚の動きの概略図である。

本明細書の第１部では、本発明に係るマイクロエンジン１０の異なる要素を説明する。第２部では、前述のマイクロエンジン１０の機能を説明する。

本発明に係るマイクロエンジン１０は、被験者の脳脊髄液または脳の細胞外マトリックスなどの粘性物質中で、微細構造体または任意の種類のマイクロエンジニアリング装置を主軸Ｘ（図１参照）に沿って移動させることを目的とする。粘性流体は、低レイノルズ数を示す流体物質と明確に定義される。

本出願では、マイクロエンジンまたはマイクロモーターは、自力で動くことができる、典型的にはミクロンで測定される非常に小さい部品のアセンブリであると見なされる。この定義によれば、マイクロモーターは、微細装置に結合されると、水または化学溶液、しばしば粘性流体物質中に置かれた時に、所与の方向に自律的に前述の微細装置を推進することができる。マイクロエンジンは、任意の種類の形状および構造を取り得、異なる機構で動作する多くの異なるマイクロエンジンのタイプが存在する。マイクロエンジンの最も重要な例は、例えば、自己推進細胞の鞭毛を動かす生物エンジンなどの、生物エンジンである。

本出願に関して、マイクロエンジン１０は、主軸Ｘに沿って伸びる回転構造体１２を備える。回転構造体１２は、頭部１２Ａ、後部１２Ｂ、および変形可能部１４を備える。変形可能部１４は、頭部１２Ａと後部１２Ｂとを接続する。頭部１２Ａおよび後部１２Ｂは、したがって、主軸Ｘに沿って接続される。図２および図８に示される実施形態では、各部分１２Ａ、１２Ｂは、中央円形開口部１５（図８参照）および外部取り付けストリップを示すフランジ台である。

図１では、頭部１２Ａは、回転構造体１２の回転を可能としかつ摩擦を制限しながら、変形可能部１４を主軸Ｘと整列させて維持するための軸受、例えば玉軸受である。後部１２Ｂは、外部取り付けストリップを示すフランジ台である。

図１および図２では、各取り付けストリップが、回転構造体１２を囲む剛性ハウジングＨに取り付けられているのが見られる。このハウジングＨは、回転構造体１２を支持し、図２の実施形態では、主軸Ｘに沿ったその正確な位置合わせを可能とする。図２の実施形態に関して、前述のハウジングＨは、主軸Ｘに沿って伸び、前述の主軸Ｘの周りに回転する。いくつかの実施形態では、このハウジングＨはまた、回転構造体１２が任意の流体侵入から保護されることも可能とする。このように、マイクロエンジン１０の回転構造体１２の回転運動は、微細構造体がマイクロエンジン１０によって前方に押されている間の粘性環境の（主軸Ｘに沿った）直線運動に干渉しない。

第１の実施形態では、図１に示されるように、変形可能部１４は、１つのばね要素１６を備える。

第２の実施形態では、図２および図８に示されるように、変形可能部１４は、２つのばね要素１６Ａおよび１６Ｂを備える。

図１に示される実施形態に関して、変形可能部１４は、主軸Ｘに沿って伸びる１つのばね要素１６を備える。変形可能部１４は、したがって、主軸Ｘに沿って伸長または圧縮変形可能である。ばね要素１６は、所定の位置に維持されるようにハウジングＨに固定される。

図２および図８の実施形態に示されるように、変形可能部１４は、主軸Ｘに沿って各々伸びる第１のばね要素１６Ａおよび第２のばね要素１６Ｂを備える。より正確には、第１および第２のばね要素１６Ａ、１６Ｂは、ハウジングＨにより、主軸Ｘに沿って互いに整列する。変形可能部１４は、したがって、主軸Ｘに沿って伸長または圧縮変形可能である。２つのばね要素１６Ａ、１６Ｂは、ハウジングＨに固定され、ハウジングＨは、２つのばね要素１６Ａ、１６Ｂが互いから正しい距離に固定されることを確実にする。

図１に関して、ばね要素１６は、回転構造体１２の後部１２Ｂに取り付けられた後端１８Ｂを有する。図２の実施形態に関して、第１のばね要素１６Ａは、回転構造体１２の頭部１２Ａに取り付けられた前端１８Ａを有する。第２のばね要素１６Ｂは、回転構造体１２の後部１２Ｂに取り付けられた後端１８Ｂを有する。各ばね要素１６Ａ、１６Ｂは、少なくとも３つのばね脚２０を備える。図５に示されるばね要素１６、１６Ａ、１６Ｂ（１６および１６Ｂは１６Ａと同一であるため示されていない）は、主軸Ｘの周りに互いに対して螺旋状に配置された３つのばね脚２０を正確に示す。

図１および図３の実施形態に関して、ばね要素１６は、主軸Ｘの周りに互いに対して螺旋状に配置された４つのばね脚２０を有する。図３からわかるように、ばね要素１６の前端１８Ａにおいて、ばね脚２０は、後部１２Ｂの中央円形開口部１５の周りに規則的に配置される。図３および図４に示される実施形態に関して、ばね要素１６Ａ、１６Ｂは、主軸Ｘの周りに互いに対して螺旋状に配置された４つのばね脚２０を有する。図３および図８からわかるように、第１のばね要素１６Ａの前端１８Ａにおいて、ばね脚２０は、頭部１２Ａの中央円形開口部１５の周りに規則的に配置される。第２のばね要素１６Ｂの後端１８Ｂにおいて、ばね脚２０は、後部１２Ｂの中央円形開口部１５の周りに規則的に配置される。好ましくは、各ばね１６、１６Ａ、１６Ｂの各脚２０は、６０～３００μｍ、より好ましくは１２０～１６０μｍの幅、および５～８０μｍ、より好ましくは２０～４０μｍの高さを有する長方形断面を示す。代替の実施形態では、脚２０は、斜角断面を示し、前述の斜角断面は、変形可能部１４の内側に向かって傾斜している。

好ましくは、脚２０は、３００～６００μｍ、より好ましくは４５０～５００μｍの全長を示す。いくつかの実施形態では、脚２０は、０．００１～１０Ｇｐａのヤング率を示す、例えばＯｒｍｏＣｌｅａｒ（登録商標）などのＵＶ硬化性ハイブリッド無機－有機ポリマーを含む材料で作られる。

各ばね要素１６、１６Ａ、１６Ｂは、自由端２２、２２Ａ、２２Ｂをさらに示す（図１および図８参照）。したがって、ばね要素１６（図１に関して）または第２のばね要素１６Ｂ（図２に関して）の各ばね脚２０は、後部１２Ｂから頭部１２Ａに向かって伸び、図２の実施形態に関して、第１のばね要素１６Ａの各ばね脚２０は、頭部１２Ａから後部１２Ｂに向かって伸びる。したがって、図２および図８からわかるように、第１のばね要素１６Ａの自由端２２Ａは、第２のばね要素１６Ｂの自由端２２Ｂに面する。

各ばね要素１６、１６Ａ、１６Ｂの自由端２２、２２Ａ、２２Ｂは、少なくとも１つの当接部材２３を備える。図３、図４、図６ａ、および図８に示される実施形態では、ばね要素１６、１６Ａ、１６Ｂの各ばね脚２０は、その先端に、当接部材２３を示す。図３、図４、および図８の実施形態では、各ばね脚２０は、真っすぐな縁部で終端し、それらの縁部の各々が、当接部材２３を形成する。図６ａおよび図６ｂに示される実施形態では、各ばね要素１６、１６Ａ、１６Ｂの各ばね脚２０は、その自由端に、ラグ要素Ｌを備える。この実施形態では、各ラグ要素Ｌが、当接部材２３を形成する。そのようなラグ要素Ｌの利点は、ホイール台２６の相補的ノッチ２８とのより容易な接触を可能とすることである。得られる当接接触は、したがって改善される。

図３および図４からわかるように、ばね要素１６、１６Ａ、１６Ｂ（要素１６および１６Ｂは示されていないが、示されている要素１６Ａと同様である）は、そのばね脚２０を接続するばねリング２４を備え得る。ばねリング２４は、ばね要素１６、１６Ａ、１６Ｂのばね脚２０を接合する。ばねリング２４は、ばね要素１６、１６Ａ、１６Ｂの半径方向の抵抗性を強化し、ばね脚２０が互いに離れることを回避する。このばねリング２４は、すべてのばね脚２０の動きを良好に同期させることも可能とする。いくつかの実施形態、例えば図５に示される例では、ばねリング２４は、ばね要素１６、１６Ａ、１６Ｂの自由端２２、２２Ａ、２２Ｂに当接するその場合、各ばね脚２０は、その先端でばねリング２４に接続され、ばねリング２４は、ばね要素１６、１６Ａ、１６Ｂの自由端２２、２２Ａ、２２Ｂの一部になる。この種の実施形態では、ばねリング２４は、少なくとも３つの当接部材２３を示す。図２、図３、図４、および図６ａに示される実施形態では、ばねリング２４は、４つの当接部材２３を示す。図５に示される実施形態では、ばねリング２４は、８つの当接部材２３を示す。いくつかの実施形態では、ばねリング２４から伸びる各当接部材２３は、弾性ストリップである。弾性ストリップがばね脚２０と同じ数であり、ばね脚２０との連続性を示す方法でばねリング２４に取り付けられる場合、この実施形態は、図３および図４に示される実施形態と同様に見えることがある。

その一方で、図５は、各当接部材２３が先の尖った歯Ｔである実施形態を示す。

図２および図８に示される実施形態では、ばね要素１６Ａ、１６Ｂは、形状および構造が実質的によく似ており、それらの各々は、４つのばね脚２０を示す。

図１、図２、および図８からわかるように、変形可能部１４は、中央円形凹部２５（図７ａ参照）、第１の面２６Ａ、および第２の面２６Ｂを示すホイール台２６をさらに備える。回転構造体１２が取り付けられ、機能する場合、ホイール台の中央円形凹部２５は、頭部および後部１２Ａ、１２Ｂの中央円形開口部１５と整列する。

図１に関して、回転構造体１２が取り付けられ、機能すると、ホイール台の第１の面２６Ａは、頭部１２Ａの軸受によって維持され、ホイール台２６の第２の面２６Ｂは、ばね要素１６の自由端２２と連動する。図２に関して、第１のばね要素１６Ａの自由端２２Ａは、ホイール台２６の第１の面２６Ａと連動し、ホイール台２６の第２の面２６Ｂは、第２のばね要素１６Ｂの自由端２２Ｂと連動する。

図７ａからわかるように、ホイール台２６は、ノッチ付きホイールであり、第１の面および第２の面２６Ａ、２６Ｂの各々は、少なくとも３つのノッチ２８を示す。図１に示される実施形態では、ホイール台２６は非対称形状を示し、第１の面２６Ａが平面であり、第２の面２６Ｂが少なくとも３つのノッチ２８を示す。図７ａおよび図７ｂに示される例では、ノッチ付きホイールは、各面２６Ａ、２６Ｂに４つ以上のッチ２８を示し、数が多いほど、あるノッチから別のノッチへのステップは短くなり、逆もまた同様である。各面２６Ａ、２６Ｂは、同じ数のノッチ２８を備え、第１の面２６Ａの各ノッチ２８は、主軸Ｘに実質的に垂直な横断面Ｐに従った横方向の対称性をホイール台２６に与えるような方法で、第２の面２６Ｂのノッチ２８に対応する。好ましくは、ホイール台２６は、１００～１５００μｍ、より好ましくは５００～１３００μｍの半径Ｒを示す。各ノッチ２８は、３０～５０μｍの高さを有し得る。さらに、ホイール台２６の各ノッチ２８は、第１および第２の表面３０、３２を示す（図７ｂ参照）。第１の表面３０は、図７ａに示されるように、ホイール台の半径Ｒおよびホイール台２６の横断面Ｐに実質的に垂直であり、前述の第１の表面３０はまた、主軸Ｘに沿って伸びる。平面Ｐは、凹部２５の表面を含み、この平面は、ホイール台２６の軸に垂直な平面と定義される。第２の表面３２は、第１のノッチ２８の第１の表面３０と、第２のノッチ２８の第１の表面３０との間に伸び、第２のノッチ２８は、ホイール台２６の円周に沿って第１のノッチ２８の後に続く。さらに、各ノッチ２８の各第２の表面３２は、ホイール台２６の中心に向かって傾斜している。この傾斜は、凹部２５の表面に対して１°～３５°、好ましくは約１０℃である。用語「約」は、許容測定誤差を指す。これは、ホイール台２６の各面２６Ａ、２６Ｂに、ホイール中心に向かって収束する倒立円錐底部の一般形状を与える。このように、図７ａからわかるように、その外周におけるホイール台２６の厚さｅ_１は、その内周におけるその厚さｅ_２より大きい。これは、ホイール台２６と自由端２２Ａ、２２Ｂとの間のより良好な結合を可能とし、ホイール離脱のリスクを著しく下げる。

各ノッチ２８は、対応するばね要素１６Ａ、１６Ｂの自由端２２Ａ、２２Ｂの当接部材２３と連動するように構成される、

したがって、図１に関して、回転構造体１２が取り付けられ、機能すると、図９ａおよび図９ｂに詳細に示されるように、ばね要素１６の各当接部材２３は、ホイール台２６の第２の面２６Ｂのノッチ２８と連動する。図２に関して、図９ａおよび図９ｂに詳細に示されるように、第１のばね要素１６Ａの各当接部材２３は、ホイール台２６の第１の面２６Ａのノッチ２８と連動し、第２のばね要素１６Ｂの各当接部材２３は、ホイール台２６の第２の面２６Ｂと連動する。

より正確には、各第１の表面３０は、各ばね要素１６、１６Ａ、１６Ｂの当接部材２３と当接することによって連動するように構成され、各第２の表面３２は、各ばね要素１６、１６Ａ、１６Ｂの当接部材２３と摺動することによって連動するように構成される。したがって、当接部材２３に、第１の表面３０への当接および第２の表面３２上での摺動（図９ａおよび図９ｂ参照）の改善を可能とする特定の形状を与えることが重要である。

図１および図２からわかるように、回転構造体１２は、ばね要素１６、１６Ａ、１６Ｂを作動させるように構成されたアクチュエータ３４をさらに備える。したがって、アクチュエータ３４は、変形可能部１４の伸長相および圧縮相を連続的に引き起こす。図１および図２からわかるように、アクチュエータ３４は、主軸Ｘに沿って回転構造体１２と整列する。

いくつかの実施形態（図１および図２参照）では、アクチュエータ３４は、電磁コイルＣおよび永久磁石Ｍを備える電磁アクチュエータである。

他の実施形態（図示せず）では、アクチュエータ３４は、流体ポンプであってよい。別の実施形態では、ばね要素１６、１６Ａ、１６Ｂは、マイクロ感光性アレイを備えてよく、光源、例えばレーザーによって直接活性化されてよい。さらなる実施形態では、ばね脚２０は、一部の電気活性ポリマーを含んでよく、したがって、電場に反応し得、刺激時にサイズまたは形状を変化させ得る。

図１の実施形態では、永久磁石Ｍは、主軸Ｘに沿って後部１２Ｂからばね要素１６の反対方向に伸びる。永久磁石Ｍは、筐体Ｈの内部にある。コイルＣは、永久磁石Ｍの周りに伸びる。この実施形態では、永久磁石Ｍは、ばね要素１６の後端１８Ｂに固定され、コイルＣに流れる電流に応じて、磁石Ｍは後方または前方のいずれかに動き、ばね要素１６はそれとともに動く。永久磁石Ｍの前後の平行移動は、相に応じてばね要素１６の伸長または圧縮を引き起こす。相は、以下でさらに定義される。

主軸Ｘに沿ってばね要素１６と整列したアクチュエータ３４を含めて、より具体的には、電磁コイルＣおよび永久磁石Ｍを備える電磁アクチュエータの場合、永久磁石Ｍを中心としてその周りにある１つだけのコイルＣを含めて、マイクロエンジン１０の直径は、サブミリメートルサイズに低減され得、したがってマイクロエンジニアリングプロセスに組み込まれ得る。

ばね要素１６が活性化され、動き出すと、ノッチ２８の表面３０、３２と、ばね要素１６の当接部材２３との間の連動は、ばね要素１６の往復運動をホイール台２６の回転運動に変換することを可能とする。

図２の実施形態では、永久磁石Ｍは、主軸Ｘに沿って、後部１２Ｂと中央凹部２５との間に、後部１２Ｂの中央円形開口部１５を通って伸びる。永久磁石Ｍは、各ばね要素１６Ａ、１６Ｂに向かって、それらのそれぞれの圧縮および伸長相中に、前後に平行移動する。より正確には、永久磁石Ｍは、ホイール台２６に固定され、ホイール台２６は、永久磁石Ｍとともに動く。電磁コイルＣに流れる電流に応じて、磁石Ｍは、後方または前方のいずれかに動く。ホイール台２６の前後の平行移動は、相に応じてばね要素１６Ａ、１６Ｂの伸長または圧縮を引き起こす。相は、以下でさらに定義される。

主軸Ｘに沿ってばね要素１６Ａ、１６Ｂと整列したアクチュエータ３４を含めて、マイクロエンジン１０の直径は、図１の実施形態と同様に、サブミリメートルサイズに低減され得、したがってマイクロエンジニアリングプロセスに組み込まれ得る。これは、具体的には、主軸Ｘを中心としてその周りに１つだけのコイルＣを含む、電磁コイルＣおよび永久磁石Ｍを備える電磁アクチュエータ３４の場合である。

ばね要素１６Ａ、１６Ｂが活性化され、動き出すと、ノッチ２８の表面３０、３２と、ばね要素１６Ａ、１６Ｂの当接部材２３との間の連動は、両ばね要素１６Ａ、１６Ｂの往復運動をホイール台２６の回転運動に変換することを可能とする。永久磁石Ｍは、ホイール台２６とともに回転する。ホイール台２６のこの回転運動は、マイクロエンジン１０に接続された微細構造体を回転させることをさらに可能とする。

例えば、図２において、プロペラＰは、ホイール台２６に取り付けられる。ホイール台２６が動き出すと、プロペラＰは回転に追従し、これもまた動き出す。

より正確には、アクチュエータ３４が電磁アクチュエータである場合（図１および図２の例）、マイクロエンジン１０がオンになると、永久磁石Ｍは、主軸Ｘに沿って上下に平行移動を開始する。この並進運動は、ばね要素１６、１６Ａ、１６Ｂに、より具体的にはばね脚２０に伝達される。各ばね脚２０の先端も、したがって上下に平行移動する。しかしながら、それらの螺旋形状により、前述のばね脚２０はまた、主軸Ｘの周りにわずかな回転を受ける。この回転は、当接部材２３によってホイール台２６のノッチ２８に伝達され、したがって、ホイール台２６全体に伝達される。さらに、図２の実施形態は、ホイール台２６の連続回転を可能とし、第１のばね要素１６Ａは、第２のばね要素１６Ｂと反対の相で動く。

古典力学では、ばね要素は、理論上、調和振動子として理解され得る。本発明に関して、多くの他の要素がばね要素１６Ａ、１６Ｂの運動方程式の定義に干渉することは明らかである。しかしながら、相を定義するために、この単純な理論モデルは十分である。調和振動子は、その平衡位置から変位した時に、変位
に比例する復元力
を経験する系である：
式中、ｋは正の定数である。

図１の場合、定数ｋを示す１つのばね要素１６のみが存在する。図２の場合、ばね要素１６Ａ、１６Ｂは、主軸Ｘに沿って直列に配置される。したがって、定数ｋは、両ばね要素１６Ａ、１６Ｂの等価剛性であり、ｋは、両ばね要素１６Ａ、１６Ｂの定数ｋ_Ａおよびｋ_Ｂの和：ｋ＝ｋ_Ａ＋ｋ_Ｂである。ばね要素１６Ａ、１６Ｂの変位は、主軸Ｘに沿ったものであり、したがって、
は、主軸Ｘに対する各ばね要素１６、１６Ａ、１６Ｂの運動の方向に関して正もしくは負（０超もしくは０未満）であり得、ばね要素１６、１６Ａ、１６Ｂの自由端２２Ａ、２２Ｂは、ホイール台２６に向かって動く（図１の実施形態の場合の圧縮相、および図２の実施形態の場合の伸長相）か、または自由端２２Ａ、２２Ｂは、ホイール台２６から離れるように動く（図１の実施形態の場合の伸長相、および図２の実施形態の場合の圧縮相）。１つの相は、本出願では、
が符号を変化させる前のばね要素１６、１６Ａ、１６Ｂの運動全体と定義される。各ばね要素１６、１６Ａ、１６Ｂは、主軸Ｘに沿って動くが、図２に関しては、それらの自由端２２Ａ、２２Ｂが互いに向かい合っているため、反対方向に動く。図１に関して、ばね要素１６は、したがって、その変位が負（０未満）である場合に伸長相にあり、その変位が正（０超）である場合に圧縮相にあると見なされる。図２に関して、第１のばね要素１６Ａは、したがって、その変位
が正（０超）である場合に伸長相にあり、その変位
が負（０未満）である場合に圧縮相にあると見なされる。第２のばね要素１６Ｂは、反対側にあり、その変位
が負である場合に伸長相にあり、その変位
が正である場合に圧縮相にあると見なされる。このように、第１のばね要素１６Ａは、第２のばね要素１６Ｂが伸長相に入る時に圧縮相に入る。

明らかに、実施形態に関係なく、ばね要素１６、１６Ａ、１６Ｂは、組み立て中に予め拘束された状態にある。

各ばね要素１６、１６Ａ、１６Ｂの伸長は、ホイール台２６の回転をもたらすので、ホイール台２６は、したがって、変形可能部１４の各圧縮／伸長相で回転するが、これはばね要素１６、１６Ａ、１６Ｂの１つが必然的に伸長相にあるためである。変形可能部１４の各圧縮／伸長相中のホイール台２６の回転角は、ホイール台２６の面２６Ａ、２６Ｂのノッチ２８の数に依存する。２つのノッチ２８間の距離が、ばね要素１６、１６Ａ、１６Ｂの圧縮／伸長中の１つの当接要素２３のコースより短い実施形態では、ホイール台２６は、連続的に回転する。ホイール台２６上のノッチ２８が多いほど、前述のホイール台２６の回転は滑らかになる。

ばね要素１６、１６Ａ、１６Ｂの各圧縮／伸長が、１つの単一のノッチ２８の前進を可能とするため、連続的であっても、ホイール台２６の回転は遅い。しかしながら、それらの小さな増分のため、回転のトルクは強い。それは、ギヤボックスのような働きをする。ホイール台１６上のノッチ２８が多いほど、回転のトルクは大きくなる。設計および作製中にノッチ２８の数をいじることによって、受動ギヤボックス化が達成され得る。

Claims (15)

1. 流体環境の内部で微細構造体を移動させるように構成されたマイクロエンジン（１０）であって、前記マイクロエンジンは、主軸（Ｘ）に沿って伸びる回転構造体（１２）を備え、前記回転構造体（１２）は、前記回転構造体（１２）を任意の流体侵入から保護するハウジング（Ｈ）によって支持され、前記回転構造体（１２）は、頭部（１２Ａ）、後部（１２Ｂ）、および前記頭部（１２Ａ）および前記後部（１２Ｂ）を接続する変形可能部（１４）を備え、
   －前記変形可能部（１４）は、前記主軸（Ｘ）に沿って伸長または圧縮変形可能であり、前記主軸（Ｘ）は、前記頭部（１２Ａ）から前記後部（１２Ｂ）に伸び、
   －前記変形可能部（１４）は、少なくとも１つのばね要素（１６）を備え、前記少なくとも１つのばね要素（１６）は、前記後部（１２Ｂ）に取り付けられた後端（１８Ｂ）を有し、前記少なくとも１つのばね要素（１６）は、自由端（２２）を有し、
   －前記少なくとも１つのばね要素（１６）の自由端（２２）は、少なくとも１つの当接部材（２３）を備え、
   －前記回転構造体（１２）は、前記主軸（Ｘ）に沿って前記変形可能部（１４）と整列し、前記変形可能部（１４）の伸長相および圧縮相を連続的に作動させるように構成されたアクチュエータ（３４）をさらに備え、
   －前記変形可能部（１４）は、第１の面（２６Ａ）および第２の面（２６Ｂ）を有するホイール台（２６）をさらに備え、前記第２の面（２６Ｂ）は、前記少なくとも１つのばね要素（１６）の往復運動を前記ホイール台（２６）の回転運動に変換するために、前記少なくとも１つのばね要素（１６）の自由端（２２）と連動するように構成され、
   －前記変形可能部（１４）は、第１のばね要素（１６Ａ）および第２のばね要素（１６Ｂ）を備え、前記第１のばね要素（１６Ａ）は、前記頭部（１２Ａ）に取り付けられた前端（１８Ａ）を有し、前記第２のばね要素（１６Ｂ）は、前記後部（１２Ｂ）に取り付けられた後端（１８Ｂ）を有し、各ばね要素（１６Ａ、１６Ｂ）は、自由端（２２Ａ、２２Ｂ）を有し、
   －各ばね要素（１６Ａ、１６Ｂ）の自由端（２２Ａ、２２Ｂ）は、少なくとも１つの当接部材（２３）を備え、
   －両ばね要素（１６Ａ、１６Ｂ）の往復運動を前記ホイール台（２６）の回転運動に変換するために、前記ホイール台（２６）の第１の面（２６Ａ）は、前記第１のばね要素（１６Ａ）の自由端（２２Ａ）と連動するように構成され、前記第２の面（２６Ｂ）は、前記第２のばね要素（１６Ｂ）の自由端（２２Ｂ）と連動するように構成される、
   マイクロエンジン（１０）。
2. 第１のばね要素（１６Ａ）および第２のばね要素（１６Ｂ）は、前記主軸（Ｘ）に沿って整列する、請求項１に記載のマイクロエンジン（１０）。
3. 前記アクチュエータ（３４）は、前記主軸（Ｘ）に沿って伸びる電磁コイル（Ｃ）および永久磁石（Ｍ）を備える電磁アクチュエータである、請求項１～２のいずれか一項に記載のマイクロエンジン（１０）。
4. 前記永久磁石（Ｍ）は、各ばね要素（１６、１６Ａ、１６Ｂ）の圧縮および伸長時に、前後に平行移動する、請求項３に記載のマイクロエンジン（１０）。
5. 前記第１のばね要素（１６Ａ）は、前記第２のばね要素（１６Ｂ）と反対の相で動く、請求項１～３のいずれか一項に記載のマイクロエンジン（１０）。
6. 各ばね要素（１６、１６Ａ、１６Ｂ）は、前記主軸（Ｘ）の周りに互いに対して螺旋状に配置された少なくとも３つのばね脚（２０）を備える、請求項１～５のいずれか一項に記載のマイクロエンジン（１０）。
7. 各ばね要素（１６、１６Ａ、１６Ｂ）は、前記少なくとも３つのばね脚（２０）を接合するように構成されたばねリング（２４）を備え、前記ばねリング（２４）は、前記ホイール台（２６）と連動するための少なくとも３つの当接部材（２３）を有する、請求項６に記載のマイクロエンジン（１０）。
8. 各当接部材（２３）は、弾性ストリップである、請求項１～７のいずれか一項に記載のマイクロエンジン（１０）。
9. 各当接部材（２３）は、先の尖った歯（Ｔ）である、請求項１～７のいずれか一項に記載のマイクロエンジン（１０）。
10. 前記ホイール台（２６）は、ノッチ付きホイールであり、前記第１の面（２６Ａ）および前記第２の面（２６Ｂ）の各々は、少なくとも３つのノッチ（２８）を有し、各ノッチ（２８）は、対応するばね要素（１６Ａ、１６Ｂ）の当接部材（２３）と連動するように構成される、請求項１～９のいずれか一項に記載のマイクロエンジン（１０）。
11. 各ばね要素（１６Ａ、１６Ｂ）の伸長は、前記ホイール台（２６）の回転をもたらし、回転角は、前記ホイール台（２６）の面（２６Ａ、２６Ｂ）のノッチ（２８）の数に依存する、請求項１０に記載のマイクロエンジン（１０）。
12. 前記ホイール台（２６）の２つのノッチ（２８）間の距離は、ばね要素（１６Ａ、１６Ｂ）の伸長相中の１つの当接要素（２３）のコースより短い、請求項１０および１１のいずれか一項に記載のマイクロエンジン（１０）。
13. 前記ホイール台（２６）の各ノッチ（２８）は、
    －前記ホイール台（２６）の半径（Ｒ）に実質的に垂直な第１の表面（３０）であって、前記第１の表面（３０）は、第１のばね要素（１６Ａ）および第２のばね要素（１６Ｂ）の当接部材（２３）と当接することによって連動するように構成される、第１の表面（３０）と、
    －第１のノッチ（２８）の第１の表面（３０）と、第２のノッチ（２８）の第１の表面（３０）との間に伸びる第２の表面（３２）であって、前記第２のノッチ（２８）は、前記ホイール台（２６）の円周に沿って前記第１のノッチ（２８）の後に続き、前記第２の表面（３２）は、前記第１のばね要素（１６Ａ）および前記第２のばね要素（１６Ｂ）の当接部材（２３）と摺動することによって連動するように構成される、第２の表面（３２）と、
    を有する、請求項１０～１２のいずれか一項に記載のマイクロエンジン（１０）。
14. 各ノッチ（２８）の各第２の表面（３２）は、前記ホイール台（２６）の中心に向かって傾斜している、請求項１３に記載のマイクロエンジン（１０）。
15. 請求項１～１４のいずれか一項に記載のマイクロエンジン（１０）を備える微細構造体。