JPH0373432B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、基礎医学又は近年盛んに研究される
に至つている遺伝子組換えなどのバイオテクノロ
ジーの分野で細胞中の情報を取り出すなどに利用
される硝子電極等を液圧により遠隔操作ができる
ようにしたマニピユレータに関する。

〔従来の技術〕

近年、硝子電極は、径１〜３mmφで、長さが50
〜60mmの注射針状の硝子管で、その内部には塩化
カリウムKClや塩化ナトリウムNaCl等の電解液
が注入されており、先端径が0.1μオーダにしたも
のが開発されているのに至つて、これを細胞中に
挿し込むことによつて単一細胞の各種情報を取り
出し、記録が可能となつたことは既に知られると
ころである。

ところで、先端が0.1μの硝子電極を単一細胞内
に挿入する際は、細胞や電極を破壊しないように
電極を正しく位置決めすると共に、微細にかつ振
れや蛇行のないように移動させなければならな
い。

本出願人は、その要望を満足させるべく、特願
昭58−27478号（特開昭59−153162号）の如きマ
ニピユレータを提案した。該マニピユレータは、
第７図に示す如く油圧式で、Ｘ軸直線駆動機構８
１を操作すると、操作第８２に取り付けられた硝
子電極Ａ等が縦方向（以下Ｘ軸方向と称す）に移
動し、又Ｙ軸直線駆動機構８３を操作すれば、硝
子電極Ａ等が横方向（以下Ｙ軸方向と称す）に移
動し、更に傾倒レバー８５を回してＺ軸駆動機構
８４を作動させれば、硝子電極Ａ等が高さ方向
（以下Ｚ軸方向と称す）に移動するようになつて
いる。しかも、前記傾倒レバー８５を何れかの方
向に傾倒させれば、Ｘ−Ｙ軸平面内駆動機構８６
により、硝子電極等がレバーの傾倒方向と傾倒量
に対応して移動するようになつている。

しかし、このマニピユレータは、Ｘ軸直線駆動
機構８１及びＹ軸直線駆動機構８３が、Ｘ−Ｙ軸
平面内駆動機構８６と全く別に形成されて、それ
ぞれが操作台との間において配管され、この結果
極めて部品点数が多く、又大型になり、延いては
コスト高の原因にもなつていた。つまり、Ｘ軸直
線駆動機構８１及びＹ軸直線駆動機構８３には、
それぞれ油圧シリンダが内蔵されており、一方Ｘ
−Ｙ軸平面内駆動機構８６にも、Ｘ軸移動方向に
対応する油圧シリンダ８７とＹ軸移動方向に対応
する油圧シリンダ８８とが内蔵され、これに伴い
ブラケツト等の付属部品をも多く必要になつてい
た。しかも、上記油圧シリンダのみならずＸ軸直
線駆動機構８１の油圧シリンダにも接続され、又
上記油圧シリンダ８８も同様に操作台８２の対応
する油圧シリンダの他、Ｙ軸直線駆動機構８３の
油圧シリンダにも接続するようになつていて、接
続箇所が非常に多く、組立手数が煩瑣であり、し
かも、油の注入時において気泡が接続箇所に残り
やすく、空気抜きが容易でないばかりか、注入さ
れる油量も多かつた。更に、Ｘ軸直線駆動機構８
１若しくはＹ軸直線駆動機構８３を操作した際
に、操作台８２のみならず、Ｘ−Ｙ軸平面内駆動
機構８６にも油圧が作用して、操作台８２に加わ
る油圧が減少し、更には折角操作台８２を操作し
たにも拘らず、油圧でもつてＸ−Ｙ軸平面内駆動
機構が動きこれにより操作台の油圧が吸収されて
硝子電極等の位置がずれることもあつた。

更に、液媒として油を使用しており、温度変化
による熱膨脹で硝子電極等が位置ずれすることが
あつた。

又、操作台自体も、内蔵されたダイヤフラムの
形状が大きく、しかもリターンスプリングが側方
に設けてあつて、極めて大型になつていたため、
更に小型化が望まれていたものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

そこで、本発明は、上記事情に鑑み、部品点数
の削減と小型化とを計り得ることはもとより、硝
子電極等の位置決めに際し、位置ぶれを招くこと
なく高精度に行うことができる硝子電極等のマニ
ピユレータを提供することを目的とする。

〔発明が解決しようとする手段〕

本発明は、上記目的を達成するために、Ｘ軸移
動部、Ｙ軸移動部、Ｚ軸移動部により硝子電極等
を各軸方向に移動させる操作台と、Ｘ軸直線駆動
機構、Ｙ軸直線駆動機構及びＺ軸駆動機構と操作
台の各該当軸移動部とをチユーブで連通して液圧
により上記操作台を駆動する駆動部とからなる硝
子電極等のマニピユレータにおいて、Ｘ−Ｙ軸平
面内駆動機構の固定基台にＸ軸スライド台若しく
はＹ軸スライド台を摺動自在に配し、固定基台に
配した一方のスライド台に他方のスライド台を上
下位置での直交状態において摺動自在に配し、Ｘ
軸直線駆動機構とＹ軸直線駆動機構を平面的にし
たことを特徴とする硝子電極等のマニピユレータ
である。

〔実施例〕

以下、本発明に係る硝子電極等のマニピユレー
タの一実施例を図面に基づき説明する。第１図に
おいて、１は駆動部、２は操作台である。駆動部
１はＸ−Ｙ軸平面内駆動機構３、Ｚ軸駆動機構
４、Ｘ軸直線駆動機構５、及びＹ軸直線駆動機構
６とからなつている。Ｘ−Ｙ軸平面内駆動機構３
は、第１図及び第２図に示す如く、固定基台７が
基盤８にビス止めされ、かつ、固定基台７にＹ軸
スライド台９が横方向つまりＹ軸方向に摺動自在
に装着されている。固定基台７の端面には、Ｌ字
形のブラケツト１０がビス止めされ、更に該ブラ
ケツト１０にはＹ軸直線駆動機構６の本体１１が
ビスにより固定されている。本体１１には、つま
み１２のネジ軸１３が螺合され、ネジ軸１３内の
孔１３ａにはピストンロツド１４の一端が挿入さ
れている。一方、Ｙ軸スライド台９にはコ字形に
形成したブラケツト１５がＹ軸直線駆動機構６と
対応させてビス止めされ、更に該ブラケツト１５
に液圧シリンダ１６がビス１７により固定されて
いる。液圧シリンダ１６は後述するように、内部
に液圧室を有するケーシング１８と、ダイヤフラ
ムと、該ダイヤフラムをケーシング１８に取り付
けると共にブラケツト１５に固定するための筒状
体１９とからなつている。上記Ｙ軸スライド台９
にはＸ軸スライド台２０がＹ軸スライド台９に対
し摺動自在に装着されている。Ｙ軸スライド台２
０の摺動方向は縦方向つまりＸ軸方向で、固定基
台７に対するＹ軸スライド台９の摺動方向と直行
する方向である。Ｘ軸スライド台２０の端面に、
前記と同様ブラケツト２１がビス止めされ、該ブ
ラケツト２１に液圧シリンダ２２がビスにより固
定されている。上記Ｙ軸スライド台９の端面に
は、液圧シリンダ２２に対応させて、Ｘ軸直線駆
動機構５が取り付けられている。Ｘ軸直線駆動機
構５は、上記Ｙ軸直線駆動機構６と同様に、本体
２３と、該本体２３に螺合されたつまみ２４と、
該つまみ２４のネジ軸の孔に一端が挿入されたピ
ストンロツド２５とからなつていて、本体２３が
ブラケツト２６にネジ止めされるようになつてい
る。ブラケツト２６はＹ軸スライド台９にネジ止
めされていることは勿論である。Ｘ軸スライド台
２０の上面には支軸２７を介して球体２８が固設
されている。球体２８には、第１図に示す如く傾
倒レバー２９の大球３０の受け孔３１に嵌入され
ている。大球３０は調節リング３２と押えリング
３３と回転自在に支承されている。調節リング３
２は、ケース３４に螺合されており、該ケース３
４に対し調節リング３２を回わせば、球体２８の
中心と大球３０の中心との距離が変化をし、この
変化に伴い傾倒レバー２９の傾倒量に対する軸ス
ライド第９乃至Ｘ軸スライド第20の摺動量が変化
し、延いては操作台２に取りつけた硝子電極Ａの
移動量が調節できるようになつている。傾倒レバ
ー２９には、上記と同様な液圧シリンダ３５が内
装されており、又該液圧シリンダ３５のダイヤフ
ラムを押圧するピストンロツド３６ａと、本体に
螺合されたつまみ３６とからなるＺ軸駆動機構４
が設けられている。上記各液圧シリンダ１６，２
２，３５は、後述するように操作台２の対応する
液圧シリンダに配管されるようになつている。

操作台２は、Ｘ移動部３７、Ｙ軸移動部３８、
Ｚ軸移動部３９とからなつている。Ｘ軸移動部３
７、Ｙ軸移動部３８、及びＺ軸移動部３９は、そ
れぞれ同一構成で、組付けにより移動方向が縦横
及び高さ方向になるようにしたものであり、以下
Ｘ軸移動部３７についてのみ説明する。Ｘ軸移動
部３７は第３図乃至第５図に示す如く、断面略コ
字形の基台４０を有し、基台４０の溝孔４１内に
スライダ４２がベアリング４３により摺動自在に
装着されいる。ベアリング４６は、第５図に示す
如く基台４０及びスライダ４２の各溝内にそれぞ
れ２本の線材よりなるレール４４，４５を有し、
各レール４４，４５間に複数のスチールボール４
６を介挿させたものである。スライダ４２の端面
中央部に、ピストンロツド４７が挿通されてお
り、スライダ４２の他端からピストンロツド４７
の先部に至る孔４８が設けてあつて、該孔４８内
にリターンスプリング４９を挿入し、基台４０の
端板５０とピストンロツド４７の先端との間にリ
ターンスプリング４９を掛け止めしてある。即
ち、リターンスプリング４９は伸長時乃至圧縮時
において引張係数を損なわないようにできるだけ
長さを長くしてある。基台４０の他端にはブラケ
ツト５１がビス止めされており、更に該ブラケツ
ト５１に上記各液圧シリンダ１６，２２，３５と
同一構成の液圧シリンダ５２がビスにより固定さ
れている。液圧シリンダ５２は、第４図に示す如
く、内部に液圧室５３を有するケーシング５４と
筒状体５５の間でダイヤフラム５６のフランジを
挟圧し、それぞれの相互間をネジリング５７で固
定したものである。ケーシング５４の周部には、
液媒の注入や空気抜きなどのための弁部５８と駆
動部１の液圧シリンダ２２に接続するための口部
材５９とを有している。ダイヤフラム５６は第６
図に示す如く、ゴム材に網材が混入されたもの
で、口径が５mm以下と極小に形成され、フランジ
にはシーリングのためのリング状の突条60が一体
に形成されている。そして、筒状体５５は、ビス
６１によりブラケツト５１に固定されるようにな
つている。又、上記リターンスプリング４９は、
不用意に撓まないように、端板５０に植設された
ロツド６２が挿入されている。

上記Ｘ軸移動部３７のスライダ４２に、Ｙ軸移
動部３８のスライダ６３が、又該Ｙ軸移動部３８
の基台６４にロツド６５を介してＺ軸移動部３９
のスライダ６６がそれぞれ固設されるようになつ
ている。この場合、硝子電極ＡがＸ軸移動部３７
Ｙ軸移動部３８及びＺ軸移動部３９により縦横及
び高さ方向つまりＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の方向に移動
可能な配置で組付けられることは勿論である。硝
子電極ＡはＺ軸移動部３９の基台６７に取付け具
７７を介して装着されるようになつている。又、
Ｘ軸移動部３７、Ｙ軸移動部３８及びＺ軸移動部
３９の相互間を組付ける際に、板材などの取付け
具７８，７９を介在させて取付けることも可能で
ある。Ｘ軸移動部３７の基台４０は、操作つまみ
６８〜７０を備えて、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向に
手動で移動させるためのマニユアル移動機構７６
を介して顕微鏡等の理化学器械に取付けるように
なつている。Ｘ軸移動部３７の基台４０をそのま
ま理化学器械に取り付けることができることはも
とより、Ｘ軸移動部３７、Ｙ軸移動部３８及びＺ
軸移動部３９のそれぜぞれが極めて小型なため、
マニユアル移動機構７６組付けるのが容易で、第
１図に示すものの他、各種の組付け形式を取るこ
とができる。上記Ｘ軸移動部３７の液圧シリンダ
５２は、駆動部１の液圧シリンダ２２にチユーブ
７１で、又Ｙ軸移動部３８の液圧シリンダ７２が
駆動部１の液圧シリンダ１６にチユーブ７３で、
更にＺ軸移動部３９の液圧シリンダ７５が駆動部
１の液圧シリンダ３５にチユーブそれぞれ接続さ
れている。各液圧シリンダ１６，２２，３５，５
２，７２，７４内に封入する液媒として、種々研
究、実験の結果、実施例では膨脹率の小さい水を
採用した。

尚、水を液媒としたので、水洩れ防止のために
シーリングに十分な配慮を施した。

上記硝子電極等のマニピユレータにおいて、先
ず上記硝子電極Ａを細胞のある位置にまで移動さ
せるにはマニユアル移動機構７６、更にＸ軸直線
移動機構５、Ｙ軸直線移動機構６、Ｚ軸駆動機構
４によつて行い、細胞を加工し、又は細胞から情
報を採る時には、Ｘ−Ｙ軸平面駆動機構３によ
り、更にＺ軸駆動機構４をも使用して、硝子電極
Ａを移動させる。この時、Ｘ軸直線駆動機構５及
びＹ軸直線駆動機構６をも適時併用させて行うこ
ともできる。

そこで、Ｘ軸直線移動機構５のつまみ２４を回
わしたとすると、この回転でピストンロツド２５
が液圧シリンダ２２のダイヤフラムを押圧し、若
しくは減圧すれば、液圧シリンダ２２の押圧力の
変化が、操作台２のＸ軸移動部３７における液圧
シリンダ５２に伝達され、ピストンロツド４７に
よる液圧シリンダ５２のダイヤフラム５６の押圧
力が変化し、この結果基台４０に対してスライダ
４２がつまみ２４の回動量に対応した量だけ摺動
する。Ｙ軸直線駆動機構６及びＺ軸移動機構４を
操作した時においても同様に、操作台２のＹ軸移
動部３８及びＺ軸移動部３９が操作量に応動して
動作する。傾倒レバー２９を傾倒させた時は、そ
の傾倒方向及び傾倒量に応じてＸ−Ｙ軸平面内駆
動機構３が動作する。つまり、傾倒レバー２９の
傾倒方向及び傾倒量に応じＹ軸スライド台９が固
定基台７に対し摺動し、又Ｘ軸スライド台２０が
Ｙ軸スライド台９に対し摺動する。これらの摺動
により各ピストンロツド１４，２５による液圧シ
リンダ１６，２２の押圧力が変化をし、この変化
がＹ軸移動部３８の液圧シリンダ７２及びＸ軸移
動部３７の液圧シリンダ５２に伝達されて、上記
同様に動作して、硝子電極Ａが移動する。操作台
２の各液圧シリンダ５２，７２，７４の押圧力が
減少した時は、リターンスプリング４９の弾性付
勢によつて早い応答速度で動作する。

上記本実施例は、液媒として油に比較して熱膨
脹率の小さい水を使用したので、温度変化に対す
る硝子電極Ａの位置ずれ所謂熱によるドリフトを
極めて小さくすることができ、例えば液媒として
油を用いた時の６分の１に低減することができ、
かつ内部容積を従来の油を用いたマニピユレータ
に比較して小さくすると、上記ドリフトを１分の
１にまで減少させることができる。

又、操作台２は、口径を５mm以下とした極小の
ダイヤフラム５６を用い、Ｘ軸移動部３７、Ｙ軸
移動部３８及びＺ軸移動部３９の各リターンスプ
リング４９を中央部に、つまりスライダ４２，６
３，６６の中央部ピストンロツド４７の先端まで
達する孔４８を設け、該孔４８にリターンスプリ
ング４９を収納することで、全体の形状を極めて
小型に形成できる。従つて、操作台２は、さほど
スペース的に余裕のない顕微鏡のステージ上方に
臨むように取付けることができ、この結果従来に
比較して取付け具７７から硝子電極Ａの先端まで
の距離を短縮でき、このため振動によるぶれなど
を低減できて、良好に作業ができるばかりか、多
くのマニピユレータを顕微鏡のステージ上方に臨
ませて取付けることができる。しかも操作台２が
極めて小型であることから、マニユアル移動機構
７６や顕微鏡に装着するためのアダプターに一体
的に組込むことも容易になし得て便利である。

しかも、各液圧シリンダ１６，２２，３５，５
２，７２，７４は、同一構成で、かつブラケツト
１５，２１，５１にネジ１７，６１で固定する形
式としたので、交換に際し極めて簡単に行うこと
ができると共に、何れの箇所にも共用でき、この
結果予め２個の液圧シリンダをチユーブで接続
し、水を注入した後、所定の期間を必要とする耐
圧試験や洩れ試験を行つておけば、必要時に直ち
に取換えできて頗る便利である。

〔発明の効果〕

以上の如く、本発明に係る硝子電極等のマニピ
ユレータによれば、Ｘ−Ｙ軸平面的駆動機構と、
Ｘ軸直線駆動機構及びＹ軸直線駆動機構とを共用
でき、この結果部品点数が削減できるばかりか、
従来の如くＸ軸直線駆動機構若しくはＹ軸直線駆
動機構を操作した時に、その時の液圧シリンダの
一部の圧力がＸ−Ｙ軸平面内駆動機構の対応する
液圧シリンダで吸収されて操作台に十分に伝達さ
れないといつたことを解消でき、これに伴い硝子
電極等の移動精度を向上させることができて、作
業ミスを防止でき、又生産性を促進できると共に
コストの低減を測ることができ、かつ小型に形成
できるなど、各種の利点を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る硝子電極等のマニピユレー
タの一実施例を示し、第１図は全体を示す構成
図、第２図はＸ−Ｙ軸平面内駆動機構の一部を分
解した斜視図、第３図はＸ軸移動部の一部を分解
した斜視図、第４図はＸ軸移動部の縦断面図、第
５図は第４図の−線断面図、第６図はダイヤ
フラムの断面図、第７図は従来の硝子電極のマニ
ピユレータの構成図である。 １……駆動部、２……操作台、３……Ｘ−Ｙ軸
平面内駆動機構、４……Ｚ軸駆動機構、５……Ｘ
軸直線駆動機構、６……Ｙ軸直線駆動機構、１
６，２２，３５，５２，７２，７４……液圧シリ
ンダ、３７……Ｘ軸移動部、３８……Ｙ軸移動
部、３９……Ｚ軸移動部、４０……基台、４２…
…スライダ、４７……ピストンロツド、４９……
リターンスプリング、５６……ダイヤフラム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｘ軸移動部、Ｙ軸移動部、Ｚ軸移動部により
   硝子電極等を各軸方向に移動させる操作台と、Ｘ
   軸直線駆動機構、Ｙ軸直線駆動機構及びＺ軸駆動
   機構と操作台の各該当軸移動部とをチユーブで連
   通して液圧により上記操作台を駆動する駆動部と
   からなる硝子電極等のマニピユレータにおいて、
   Ｘ−Ｙ軸平面内駆動機構の固定基台にＸ軸スライ
   ド台若しくはＹ軸スライド台を摺動自在に配し、
   固定基台に配した一方のスライド台に他方のスラ
   イド台を上下位置での直交状態において摺動自在
   に配し、Ｘ軸直線駆動機構とＹ軸直線駆動機構を
   平面的にしたことを特徴とする硝子電極等のマニ
   ピユレータ。 ２ 駆動部で操作台を駆動する液媒として、水を
   用いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の硝子電極のマニピユレータ。 ３ 上記操作台が縦方向に移動するＸ軸移動部と
   横方向に移動するＹ軸移動部と高さ方向に移動す
   るＺ軸移動部とを有し、Ｘ軸移動部、Ｙ軸移動部
   及びＺ軸移動部が、極小のダイアフラムを備えた
   液圧シリンダと、該液圧シリンダが固定される基
   台と、該基台に対し摺動自在なスライダとから成
   り、該スライダの一側には液圧シリンダに対応さ
   せてピストンロツドを設けると共に、スライダの
   他端から中央部を経てピストンロツド内に至る孔
   を設け、該孔の孔端と基台との間にリターンスプ
   リングを介挿したことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の硝子電極等のマニピユレータ。