JPH03166081A - マイクロマニピュレータの微小移動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、マイクロマニピュレータの微小移動装置に関
するものである。

（従来の技術） 従来、バイオテクノロジーにおいては、遺伝子・細胞な
どに人工的操作を加え、新しい遺伝情報体を作威して、
これを利用或いは研究する分野がある。その対象は遺伝
子．細胞，核．受精胚．組織或いは原生動物とさまざま
であるが、このうち、光学顕微鏡で観察できるものに対
して、物理的・機械的操作を加える手法としてマイクロ
マニピュレーションがある．例えば、動植物細胞や核に
外来遺伝子を注入して遺伝子の形質発現機構を解析する
場合、又は、初期胚・桑実胚を分割して仮親に移植し一
卵性複数子を作る場合、或いは受精卵の細胞質に他の個
体を移植してクローン生物を作る場合などに、マイクロ
マニピエレー夕は不可欠のものである． 一方、圧電素子（又は電歪素子）を用いた衝撃力による
微小移動装置は、既に、本願の発明者によって提案され
ており、特開昭６３　−　２９９７８５号として公開さ
れている． かかる従来の微小移動装置のｉｌｌ威及びその動作の概
略について、第９図及び第１２図を用いて説明する． これらの図に示すように、従来の微小移動装置は、移動
体２と慣性体３を圧電素子４で結合し、移動体２をベー
ス１上に置いて、その摩擦力で保持するように構成され
ている． そこで、圧電素子４に電圧を印加して慣性体３を加速し
、その反動を利用して移動体２の移動を引き起こすこと
により、単純な機構でありながら、１０ｎｍ〜１０μｍ
程度の微動を可能にしている．その移動原理は、以下の
通りである。

即ち、移動体２を左（＋）方向に移動させる場合、まず
、第１１図（ａ）に示すように、圧電素子４が縮んでい
る状態から、第１１図（ｂ）に示すように、圧電素子４
を急激に延ばすと、移動体２と慣性体３が互いに離れる
方向に移動する．次に、第１１図（ｃ）に示すように、
圧電素子４をゆっくりと引き戻し、第１１図（ｄ）に示
すように、圧電素子４が元の長さに戻ったところで急に
止めると、慣性体３が移動体２に衝突する形になり、第
１１図（ｅ）に示すように、移動体２は左方向に移動す
る。

また、移動体２を右（一）方向に移動させる場合、まず
、第１２図（ａ）に示すように、圧電素子４が伸びてい
る状態から、第１２図（ｂ）に示すように、圧電素子４
を急激に縮めると、移動体２と慣性体３が互いに近づく
方向に移動する．次に、第１２図（ｃ）に示すように、
圧電素子４をゆっくりと延ばし、第１２図（ｄ）に示す
ように、圧電素子４が元の長さに戻ったところで、急に
止めると、慣性体３が移動体２に衝突する形になり、第
１２図（ｅ）に示すように、移動体２は右方向へ移動す
る．更に、本願の発明者によって、この微小移動装置を
マイクロマニピュレータへ応用したものが、特願平１−
８７２８７号として既に提案されている．（発明が解決
しようとする課Ｂ） しかしながら、上記の微小移動装置は、第１３図に示す
ように、ベース１０の摩擦面上の移動体１１に微小器具
ｌ４を取付けて、圧電素子ｌ２の駆動により慣性体１３
を加速し、その反動を利用して移動体１ｌの移動を引き
起こすようにしている．即ち、圧電素子１２の伸び縮み
が慣性体ｌ３を介して間接的に移動体１１を移動させる
構造になっているため圧電素子１２の伸び縮みそのもの
の超微動を行うことはできなかった． 本発明は、上記問題点を除去し、圧電素子の伸び縮みそ
のものをマイクロマニピュレータの微小器具の駆動に用
いることにより、より微細なマニビュレーションが可能
なマイクロマニピュレータの微小移動装置を提供するこ
とを目的とする．（！ｉｌｌを解決するための手段） 本発明は、上記目的を達或するために、微小器具を駆動
するマイクロマニピュレータの微小移動装置において、
摩擦面を有するベース（２０．３０）と、微小器具（２
４．３４）が取付けられる慣性体（２３．　３３）と、
該慣性体（２３．３３）に衝撃力を付与する圧電素子（
２２．３２）と、該圧電素子（２２．３２）が固定され
、前記ベース（２０　．　３０）の摩擦面を移動する移
動体（２１．３１）　とを設けるようにしたものである
．また、慣性体（３３）は、慣性体（３３）に取り付け
た摩擦力が小さくなるような摺動材（３３ａ）を介して
前記ベース（３０〉の摩擦面を移動するように構或する
． 更に、微小器具を駆動するマイクロマニピュレータの微
小移動装置において、摩擦面を有するベース（４０）と
、該ベース（４０）の摩擦面を移動可能な移動体（４ｌ
）と、該移動体（４ｌ）の前側に固定される微動用圧電
素子（４４〉と、該微動用圧電素子（４４）に固定され
る微小器具（４５）と、前記移動体（４１）の後側に固
定される衝撃力付与用圧電素子（４３〉と、該衝撃力付
与用圧電素子の後端に固定される慣性体（４２〉とを設
けるようにしたものである．（作用） 本発明によれば、上記のように構威したので、慣性力に
よるインパクト動作と、圧電素子（２２．３２）自体の
伸び縮みによる超微動動作を行わせることができるので
、より微細なマニビュレーションが可能である．また、
慣性体（３３）を圧電素子（３２）に固定すると共に、
慣性体（３３）に取り付けた摩擦力が小さくなるような
摺動材（３３ａ）、例えばテフロンを介して、その底面
がベース（３０）の摩擦面に接触するように構戒するこ
とにより、移動体（３１）と圧電素子（３２）、圧電素
子（３２）と慣性体（３３）との接触面に負荷がかかる
ことがことがなく、強固な微小移動装置を得ることがで
きる。

また、微小器具（３４〉の先端の振動を低減することが
でき、より微細なマニピエレーシッンが可能である． 更に、衝撃力付与用圧電素子（４３）と、微動用圧電素
子（４４）とを２段に設けることにより、衝撃力付与用
圧電素子（４３）によって、微小器具（４５）を微小移
動させ、更に、微小器具（４５〉を微動用圧電素子（４
４）により超微動させることができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細
に説明する。

第１図は本発明の実施例を示すマイクロマニピュレータ
の微小移動装置の側面図、第２図はその平面図である． これらの図において、摩擦面２０ａを有するベース２０
上に移動体２１をセットし、移動体２１の側面に圧電素
子２２を接着・固定する．更に、圧電素子２２の先端部
に慣性体２３を接着・固定し、この慣性体２３に微小針
等のマニピュレーション用微小器具２４を取付ける． この実施例においては、慣性体２３は圧電素子２２に固
定されているのみで、ベース２０の摩擦面２０ａには接
触していない． 第３図は本発明の第２の実施例を示すマイクロマニピエ
レー夕の微小移動装置の側面図、第４図はその平面図で
ある． これらの図において、摩擦面を有するベース３０上に移
動体３１をセットし、移動体３ｌの側面に圧電素子３２
を接着・固定する．更に、圧電素子３２の先端部に慣性
体３３を接着・固定し、この慣性体３３に微小針等のマ
ニピュレーシッン用微小器具３４を取付ける。

この実施例においては前記した第１図及び第２図の場合
と異なり、慣性体３３は摩擦面となる底面に摩擦力が小
さくなるような摺動材３３ａ１例えばテフロンを有し、
圧電素子３２に固定されると共に、前記摺動材３３ａが
ベース３０の摩擦面３０ａに接触するようになっている
． このように構戒すると、移動体３１と圧電素子３２、圧
電素子３２と慣性体３３との接触面に負荷がかからなく
なるため、強固な微小移動装置を得ることができる． また、マニピュレーシッン用微小器具３４の超微動時の
振動を抑制することができる． 次に、本発明のマイクロマニピュレータの微小移動装置
の動作について第５図及び第６図を参照しながら説明す
る．ここでは、第３図と同様にマイクロマニピュレータ
の微小移動装置が設置されている．そこで、 まず、第５図（ａ）に示すように、圧電素子３２が縮ん
でいる状態から、第５図（ｂ）に示すように、圧電素子
３２を急激に延ばすと、移動体３１と慣性体３３が互い
に離れる方向に移動する。つまり、慣性体３３は左方向
へ超微動変位し、これに応じてマニピュレーシ５ン用微
小器具３４も左方向へ超微動する．次に、第５図（ｃ）
に示すように、圧電素子３２をゆっくりと引き戻し、第
５図（ｄ）に示すように、圧電素子３２が元の長さに戻
ったところで急に止めると、慣性体３３が移動体３１に
衝突する形になり、第５図（ｅ）に示すように、移動体
３ｌは右方向に移動する．この状態では、慣性体３３は
右方向へ、マニビエレーション用微小器具３４も右方向
へ微小移動したことになる． また、第６図（ａ）に示すように、圧電素子３２が伸び
ている状態から、第６図（ｂ）に示すように、圧電素子
３２を急激に縮めると、移動体３ｌと慣性体３３が互い
に近づく方向に移動する，つまり、慣性体３３は右方向
へ変位し、これに応じてマニビュレーション用微小器具
３４も右方向へ超微動する。次に、第６図（ｃ）に示す
ように、圧電素子３２をゆっくりと延ばすと、慣性体３
３も左方向へ直ちに超微動変位し、これに応じてマニピ
エレーシッン用微小器具３４も左方向へ超微動する。そ
して、第６図（ｄ）に示すように、圧電素子３２が元の
長さに戻ったところで急に止めると、第６図（ｅ）に示
すように、移動体３ｌは左方向へ移動すると共に、マニ
ピュレーション用微小器具３４も左方向へ超微動する．
このように、マニピュレーシッン用微小器具３４を慣性
体３３に取付けたので、圧電素子３２自体の伸び縮みと
、それに起因する慣性体３３のインパクト動作により、
マユビュレーシッン用微小器具３４を超微動させること
ができる． 第７図は本発明の第３の実施例を示すマイクロマニピュ
レータの微小移動装置の側面図、第８図はその平面図で
ある． これらの図において、摩擦面４０ａを有するベース４０
上に移動体４ｌをセットし、移動体４１の前面に微動用
圧電素子４４を接着・固定し、その圧電素子４４の前面
に微小針等のマニピュレーション用微小器具４５を固定
する．更に、移動体４ｌの後面に衝撃力付与用圧電素子
４３を接着・固定し、その圧電素子４３の後面に慣性体
４２を固定する。

このように構威されるので、衝撃力付与用圧電素子４３
の駆動により、移動体４ｌは微小移動し、マニビュレー
シッン用微小器具４５も微小移動する，更に、微動用圧
電素子４４の駆動により、それに直接固定されている微
小器具４５は超微動を行なわせることができる． また、上記実施例においては、微小器具として微小針を
示したが、これを微小電極等へ適用することも可能であ
る． なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これ
らを本発明の範囲から排除するものではない． （発明の効果） 以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下の
ような効果を奏することができる．（１）慣性力による
インパクト動作と、圧電素子自体の伸び縮みによる超微
動動作を行わせ得るので、より微細なマニピュレーショ
ンが可能となる．（２）慣性体を圧電素子に固定すると
共に、その底面がベースの摩擦面に接触するように構威
することにより、移動体と圧電素子、圧電素子と慣性体
との接触面に負荷がかかることがことがないので、強固
な微小移動装置を得ることができる．（３）また、衝撃
力付与用圧電素子と、微動用圧電素子とを２段に設ける
ことにより、衝撃力付与用圧電素子によって、微小器具
を微小移動させ、更に、微小器具を微動用圧電素子によ
り超微動させることができる．従って、マニピュレーシ
ッンの目的物に対して、多様な木目の細かい制御を実行
させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すマイクロマニピュレータ
の微小移動装置の側面図、第２図はその平面図、第３図
は本発明の他の実施例を示すマイクロマニピュレータの
微小移動装置の側面図、第４図はその平面図、第５図及
び第６図はその動作説明図、第７図は本発明の第３の実
施例を示すマイクロマニピエレー夕の微小移動装置の側
面図、第８図はその平面図、第９図は従来の微小移動装
置の側面図、第１０図はその平面図、第１１図及び第１
２図はその動作説明図、第１３図は従来のマイクロマニ
ピュレータの微小移動装置の側面図である。 ２０，　３０．　４０・・・ベース、２１．　３１．　
４１・・・移動体、２２３２，　４３．　４４・・・圧
電素子、２３，　３３．　４２・・・慣性体、２０ａ，
３０ａ，４０ａ・・・摩擦面、３３ａ・・・底面（摩擦
面）、２４，　３４．　４５・・・マニピュレーション
用微小器具。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）微小器具を駆動するマイクロマニピュレータの微
   小移動装置において、 （ａ）摩擦面を有するベースと、 （ｂ）微小器具が取付けられる慣性体と、 （ｃ）該慣性体に衝撃力を付与する圧電素子と、 （ｄ）該圧電素子が固定され、前記ベースの摩擦面を移
   動する移動体とを具備してなるマイクロマニピュレータ
   の微小移動装置。
2. （２）前記慣性体は前記ベースの摩擦面を移動すること
   を特徴とする請求項１記載のマイクロマニピュレータの
   微小移動装置。
3. （３）微小器具を駆動するマイクロマニピュレータの微
   小移動装置において、 （ａ）摩擦面を有するベースと、 （ｂ）該ベースの摩擦面を移動可能な移動体と、 （ｄ）該微動用圧電素子に固定される微小器具と、 （ｅ）前記移動体の後側に固定される衝撃力を付与する
   圧電素子と、 （ｆ）該圧電素子の後端に固定される慣性体とを具備す
   るマイクロマニピュレータの微小移動装置。