JPH05323203A - Micromanipulator - Google Patents

Micromanipulator

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JPH05323203A
JPH05323203A JP12490392A JP12490392A JPH05323203A JP H05323203 A JPH05323203 A JP H05323203A JP 12490392 A JP12490392 A JP 12490392A JP 12490392 A JP12490392 A JP 12490392A JP H05323203 A JPH05323203 A JP H05323203A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
micromanipulator
plate
directions
free end
oscillator
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP12490392A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hajime Takahashi
一 高橋
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP12490392A priority Critical patent/JPH05323203A/en
Publication of JPH05323203A publication Critical patent/JPH05323203A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To enable highly secure operation which is superior in response and removes unnecessary vibration to be conducted and to make a device small in size and silent. CONSTITUTION:The micromanipulator consists of moving plates 12 and 16, guide means 4 and 8 which support the moving plates 12 and 16 movably and guide them in orthogonal X and Y directions, and plural piezoelectric elements which are arranged having their expansion/contraction directions in three orthogonal directions including the X and Y directions, and is equipped with a vibrator 17 which has a free end in contact with one of the surfaces of the moving plates 12 and 16 and an operation part which controls voltages applied to the respective piezoelectric elements to command the elliptic motion direction and momentum of the free end.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、顕微鏡の被観察物体に
対して種々の微細操作を行うためのマイクロマニピュレ
ータに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a micromanipulator for performing various fine operations on an object to be observed by a microscope.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、顕微鏡の被観察物体に対しては微
細な操作が要求されるためマイクロマニピュレータを備
えた顕微鏡が考えられている。従来より在るマイクロマ
ニピュレータには、油圧方式、あるいはねじ,歯車,カ
ム等を使用した機械方式等の駆動方式が採用されてい
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, a microscope equipped with a micromanipulator has been considered because a fine operation is required for an object to be observed of the microscope. Conventionally existing micromanipulators employ a hydraulic system or a drive system such as a mechanical system using screws, gears, and cams.

【0003】例えば、特開昭61−194417号には
油圧方式のマイクロマニピュレータ付き顕微鏡が示され
ている。このマニピュレータは、操作部から与えられる
駆動力を、油路を介してニールドホルダ等に伝達するこ
とにより、操作の際に手の震え等により生じた振動を油
路によって遮断している。これにより、操作の際に発生
する振動がニールドホルダに保持されているガラス針に
伝達されるのを防止している。
For example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 61-194417 discloses a hydraulic microscope with a micromanipulator. In this manipulator, the driving force applied from the operating section is transmitted to the kneading holder or the like via the oil passage, so that the oil passage blocks vibrations caused by shaking of the hand during operation. This prevents the vibration generated during the operation from being transmitted to the glass needle held by the needle holder.

【0004】また機械方式のマイクロマニピュレータに
ついては、各機構部品の加工精度、組立て精度を高める
ことにより、操作部の動きを正確に伝達できるようにし
ている。
In the mechanical type micromanipulator, the movement of the operating portion can be accurately transmitted by improving the processing precision and the assembly precision of each mechanical component.

【0005】また最近では、圧電素子を用いたマイクロ
マニピュレータが市販されている。この種のマイクロマ
ニピュレータは急激な加減速が可能であることから操作
を迅速化することができる。そのため、細胞等を観察す
るような場合には、細胞等に大きなダメージを与えずに
微細操作が可能となる利点がある。
Recently, a micromanipulator using a piezoelectric element is commercially available. This type of micromanipulator is capable of rapid acceleration and deceleration, so that the operation can be speeded up. Therefore, when observing cells and the like, there is an advantage that fine manipulation can be performed without causing large damage to the cells and the like.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た各駆動方式のマイクロマニピュレータには次のような
欠点があった。
However, the above-mentioned driving type micromanipulators have the following drawbacks.

【0007】上記機械方式の場合には、基本的に力の伝
達を剛体間で行っているため、振動が針先等に伝わりや
すい。また部品間にガタがあると力が正確に伝達されな
い。そのため、極めて高い加工精度、組立て精度が要求
され、装置自体が高価格なものとなってしまう。
In the case of the above-mentioned mechanical system, since the force is basically transmitted between the rigid bodies, the vibration is easily transmitted to the needle tip or the like. Also, if there is looseness between the parts, the force will not be transmitted accurately. Therefore, extremely high processing accuracy and assembly accuracy are required, and the apparatus itself becomes expensive.

【0008】また上記油圧式の場合は、比較的高い周波
数である振動を伝達しないが、逆に操作部の俊敏な動き
には追従できない欠点がある。しかも油路内に封入され
ている油(シリコンオイル)は温度依存性が大きいた
め、環境温度が変化するとそれに伴い操作針が移動して
被観察物体を移動させてしまい、被観察物体を一定位置
に保持できないという問題がある。なお、油路内のシリ
コンオイルを水に代えることにより、温度依存性を低減
させることができるが、水は蒸発し易いため面倒な保守
が必要になる。
Further, in the case of the hydraulic type, although the vibration having a relatively high frequency is not transmitted, there is a drawback that the agile movement of the operating portion cannot be followed. Moreover, since the oil (silicon oil) enclosed in the oil passage has a large temperature dependency, the operating needle moves with the change of the environmental temperature and moves the object to be observed, and the object to be observed is kept at a fixed position. There is a problem that can not hold. The temperature dependency can be reduced by replacing the silicon oil in the oil passage with water, but since water easily evaporates, troublesome maintenance is required.

【0009】また上記圧電素子を用いた従来のマイクロ
マニピュレータは、マスバランスで駆動させるために、
移動体の重量に応じた重量の重りを付ける必要があるた
め、1駆動軸当たりの占有空間が大きいという欠点があ
る。そのため顕微鏡のステージのように設置スペースが
限定される用途では、多数のマニピュレータを設置する
ことができないといった不都合があった。しかも圧電素
子を駆動することにより、圧電素子と移動体との接触と
離間を繰り返して移動体を移動させる構成となっている
ため、その接触音が騒音となり静粛性の点で問題があっ
た。
Further, the conventional micromanipulator using the above piezoelectric element is driven by mass balance,
Since it is necessary to attach a weight corresponding to the weight of the moving body, there is a drawback that the occupied space per drive shaft is large. Therefore, there is a disadvantage that a large number of manipulators cannot be installed in applications where the installation space is limited, such as the stage of a microscope. Moreover, by driving the piezoelectric element, the moving body is moved by repeating contact and separation between the piezoelectric element and the moving body, so that the contact sound becomes noise and there is a problem in quietness.

【0010】本発明は以上のような実情に鑑みてなされ
たもので、応答性に優れ、不要な振動を除去でき、確実
性の高い操作を可能にすると共に、装置の小型化,静粛
化を図り得るマイクロマニピュレータを提供することを
目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has excellent responsiveness, unnecessary vibrations can be removed, highly reliable operation is possible, and the apparatus can be downsized and quietened. An object is to provide a micromanipulator that can be designed.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のマイクロマニピュレータは、プレートと、こ
のプレートを移動自在に支持し、かつ互いに直交する
X,Y方向にガイドするガイド手段と、前記X,Y方向
を含む直交する3方向に伸縮方向が向けられて配設され
た複数の圧電素子からなり、前記プレートの一方の面に
自由端が接触され、当該自由端が電圧印加により楕円運
動する振動子と、この振動子の自由端の楕円運動方向及
び運動量を指示するための操作部と、この操作部からの
指示に応じて前記振動子の各圧電素子に印加する電圧を
発生する電圧印加手段とを具備してなるものとした。
In order to achieve the above object, a micromanipulator of the present invention comprises a plate, guide means for movably supporting the plate, and guide means in X and Y directions orthogonal to each other. The piezoelectric element is composed of a plurality of piezoelectric elements arranged so that the expansion and contraction directions are directed in three orthogonal directions including the X and Y directions, and the free end is in contact with one surface of the plate, and the free end is elliptical by voltage application. A vibrating oscillator, an operating section for instructing the elliptic motion direction and momentum of the free end of the oscillator, and generating a voltage to be applied to each piezoelectric element of the oscillator in response to an instruction from the operating section. A voltage applying means is provided.

【0012】[0012]

【作用】本発明のマイクロマニピュレータでは、操作部
から電圧印加手段に振動子の自由端の楕円運動方向及び
運動量の指示が与えられ、その指示を受けた電圧印加手
段から振動子の各圧電素子に所定の電圧が印加される。
振動子は印加電圧によりX,Y方向のベンディング力及
び直交するZ方向の伸縮力が発生する。その3方向の力
の組合わせにより、振動子の自由端をX方向又はY方向
に楕円運動させることができる。
In the micromanipulator of the present invention, the operating section gives the voltage applying means an instruction of the elliptic movement direction and momentum of the free end of the oscillator, and the voltage applying means receiving the instruction gives each piezoelectric element of the oscillator. A predetermined voltage is applied.
The vibrator generates a bending force in the X and Y directions and a stretching force in the Z direction orthogonal to each other due to the applied voltage. By combining the forces in the three directions, the free end of the oscillator can be caused to make an elliptical motion in the X direction or the Y direction.

【0013】振動子の自由端がX方向又はY方向に上記
楕円運動を行うと、その自由端に接触しているプレート
は、振動子の楕円振動が摩擦によって伝達され、ガイド
手段によってガイドされてX方向又はY方向に移動す
る。また楕円運動を調整することによりプレートの移動
距離が制御される。
When the free end of the oscillator makes the above elliptic motion in the X direction or the Y direction, the elliptical vibration of the oscillator is transmitted by friction to the plate which is in contact with the free end, and is guided by the guide means. Move in X or Y direction. Further, the moving distance of the plate is controlled by adjusting the elliptical movement.

【0014】[0014]

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。図1及び図2には、本発明の一実施例に係る
マイクロマニピュレータの平面及び断面構造が示されて
いる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 and FIG. 2 show the plane and sectional structure of a micromanipulator according to an embodiment of the present invention.

【0015】本実施例のマイクロマニピュレータは、全
体が箱型をなし上端面が開口した固定枠1を備えてお
り、その固定枠1の平行な2つの側壁に一対のY側固定
ガイド2a,2bが対向して設けられ、他の2つの側壁
に一対のX側固定ガイド3a,3bが対向して設けられ
ている。
The micromanipulator of this embodiment is provided with a fixed frame 1 having a box shape as a whole and an open upper end surface, and a pair of Y side fixed guides 2a and 2b are provided on two parallel side walls of the fixed frame 1. Are provided to face each other, and a pair of X-side fixed guides 3a and 3b are provided to face the other two side walls.

【0016】Y側固定ガイド2a,2bは固定枠1の側
壁内面の最上部に設けられており、その長手方向にはボ
ール溝がそれぞれ形成されている。この一対のY側固定
ガイド2a,2b間にはY側可動ガイド4がY方向へ摺
動自在に取付けられている。Y側可動ガイド4は、Xロ
ッド5と、このXロッド5の両端に直交して設けられY
側固定ガイド2a,2bのボール溝に対応するボール溝
が形成されたボール摺動部6a,6bとからなる。そし
てY側固定ガイド2a,2bのボール溝とY側可動ガイ
ド4のボール摺動部6a,6bとの間でボール7a,7
bを挟持することにより、Y側固定ガイド2a,2bで
Y側可動ガイド4をY方向へ摺動自在に支持している。
The Y-side fixed guides 2a and 2b are provided at the uppermost portion of the inner surface of the side wall of the fixed frame 1, and ball grooves are formed in the longitudinal direction thereof. A Y-side movable guide 4 is slidably mounted in the Y direction between the pair of Y-side fixed guides 2a and 2b. The Y-side movable guide 4 is provided orthogonal to the X rod 5 and both ends of the X rod 5.
The side fixed guides 2a and 2b are formed with ball sliding portions 6a and 6b having ball grooves corresponding to the ball grooves. Between the ball grooves of the Y-side fixed guides 2a and 2b and the ball sliding portions 6a and 6b of the Y-side movable guide 4, the balls 7a and 7b are formed.
By sandwiching b, the Y-side movable guide 4 is slidably supported in the Y direction by the Y-side fixed guides 2a and 2b.

【0017】X側固定ガイド3a,3bは固定枠1の側
壁内面であってY側固定ガイド2a,2bよりも下の位
置に設けられており、その長手方向にはボール溝がそれ
ぞれ形成されている。この一対のX側固定ガイド3a,
3b間にはX側可動ガイド8がX方向へ摺動自在に取付
けられている。X側可動ガイド8は、Y側可動ガイド4
と同様の構成をしている。すなわち、Yロッド9と、こ
のYロッド9の両端に直交して設けられたボール摺動部
10a,10bとからなり、X側固定ガイド3a,3b
のボール溝とボール摺動部10a,10bとの間でボー
ル11a,11bを挟み込んで、X側固定ガイド3a,
3bでX側可動ガイド9をX方向へ摺動自在に支持して
いる。
The X-side fixed guides 3a and 3b are provided on the inner surface of the side wall of the fixed frame 1 and below the Y-side fixed guides 2a and 2b, and ball grooves are formed in the longitudinal direction thereof. There is. This pair of X side fixed guides 3a,
An X side movable guide 8 is attached between 3b so as to be slidable in the X direction. The X-side movable guide 8 is the Y-side movable guide 4.
It has the same configuration as. That is, the Y rod 9 and the ball sliding portions 10a and 10b provided orthogonally to both ends of the Y rod 9 are provided, and the X side fixed guides 3a and 3b.
The balls 11a and 11b are sandwiched between the ball groove and the ball sliding portions 10a and 10b, and the X side fixed guide 3a,
An X-side movable guide 9 is slidably supported in the X direction by 3b.

【0018】また上記固定枠1の中央部には移動プレー
ト12が配置されており、その移動プレート12を上記
Xロッド5及びYロッド9がそれぞれ貫通している。X
ロッド5が貫通している移動プレート12の貫通孔内周
面にはブッシュ13が嵌め込まれており、移動プレート
12がブッシュ13と共にXロッド5を摺動するように
なっている。またYロッド9が貫通している移動プレー
ト12の貫通孔内周面にはブッシュ14が嵌め込まれて
おり、移動プレート12がブッシュ14と共にYロッド
9を摺動するようになっている。
A moving plate 12 is arranged in the center of the fixed frame 1, and the X rod 5 and the Y rod 9 pass through the moving plate 12 respectively. X
A bush 13 is fitted on the inner peripheral surface of the through hole of the moving plate 12 through which the rod 5 penetrates, and the moving plate 12 slides on the X rod 5 together with the bush 13. Further, a bush 14 is fitted on the inner peripheral surface of the through hole of the moving plate 12 through which the Y rod 9 penetrates, so that the moving plate 12 slides on the Y rod 9 together with the bush 14.

【0019】上記移動プレート12の下面には、X方向
及びY方向への変形が完全に規制されているバネ15を
介して加圧プレート16が支持されている。すなわち、
加圧プレート16はバネ15による垂直方向以外の動き
は完全に規制されている。
A pressure plate 16 is supported on the lower surface of the moving plate 12 via a spring 15 whose deformation in the X and Y directions is completely restricted. That is,
The movement of the pressure plate 16 by the spring 15 in a direction other than the vertical direction is completely restricted.

【0020】そして固定枠1の底面に固定された振動子
17の自由端が、上記加圧プレート16の下面に接触し
ている。振動子17は複数の圧電素子からなり、その自
由端には、バネ15にて下方に付勢された加圧プレート
16が、所定の押圧力で点接触している。なお移動プレ
ート12の上面には、固定部材18が取付けられ、その
固定部材に18に、補定管、注入針、微小電極等の先端
部材19が取付けられる。
The free end of the vibrator 17 fixed to the bottom surface of the fixed frame 1 is in contact with the lower surface of the pressure plate 16. The vibrator 17 is composed of a plurality of piezoelectric elements, and a pressure plate 16 biased downward by a spring 15 is in point contact with its free end with a predetermined pressing force. A fixed member 18 is attached to the upper surface of the moving plate 12, and a tip member 19 such as a compensating tube, an injection needle, and a microelectrode is attached to the fixed member 18.

【0021】図3には、上記マイクロマニピュレータを
倒立顕微鏡に設置した構成が示されている。符号20は
上記マイクロマニピュレータであり、倒立顕微鏡11に
備えられたステージ22の近傍に配置されている。そし
てステージ22上に載置された皿26の中に先端部材1
9の先端を入れた状態となっている。
FIG. 3 shows a configuration in which the above micromanipulator is installed in an inverted microscope. Reference numeral 20 is the above-mentioned micromanipulator, which is arranged in the vicinity of the stage 22 provided in the inverted microscope 11. Then, the tip member 1 is placed in the dish 26 placed on the stage 22.
The tip of 9 is put in.

【0022】ステージ22の下方には対物レンズ23が
配置されている。その対物レンズ23を通過した観察光
はTVカメラ24で電気信号に変換されてモニタ装置2
5へ送出され、そこで表示されるようになっている。
An objective lens 23 is arranged below the stage 22. The observation light that has passed through the objective lens 23 is converted into an electric signal by the TV camera 24, and the monitor device 2
5, and is displayed there.

【0023】またマイクロマニピュレータ20の操作部
としてジョイスティック27が備えられている。このジ
ョイスティック27の傾斜方向及び傾斜角度が電気信号
となってCPU28に入力される。CPU28はジョイ
スティック27からの信号に応じて発振器29を動作さ
せて振動子17の共振周波数を持った電圧を電力増幅器
30を介して振動子17の所定の圧電素子に印加する機
能を備えている。上記振動子17の具体的な構成を図4
及び図5を参照して説明する。
A joystick 27 is provided as an operating portion of the micromanipulator 20. The tilt direction and tilt angle of the joystick 27 are input to the CPU 28 as an electric signal. The CPU 28 has a function of operating the oscillator 29 according to a signal from the joystick 27 and applying a voltage having a resonance frequency of the vibrator 17 to a predetermined piezoelectric element of the vibrator 17 via the power amplifier 30. A concrete configuration of the vibrator 17 is shown in FIG.
And FIG. 5 will be described.

【0024】振動子17は、薄板状の圧電素子をその伸
縮方向に積層してなるZ軸駆動部31を有し、その上端
面には半球状の突起部33を有する保持部材32が取付
けられ、かつ下部には共振部材34が取付けられてい
る。共振部材14は、X方向及びY方向に向いた四側面
を有している。共振部材14のX方向に向いた2側面に
は、伸縮方向をX方向に向けた圧電素子35,37が取
付けられている。また共振部材14のY方向に向いた2
側面には、伸縮方向をY方向に向けた圧電素子36,3
8が取付けられている。
The vibrator 17 has a Z-axis drive section 31 in which thin plate piezoelectric elements are laminated in the direction of expansion and contraction thereof, and a holding member 32 having a hemispherical projection 33 is attached to the upper end surface thereof. The resonance member 34 is attached to the lower part. The resonance member 14 has four side surfaces facing the X direction and the Y direction. Piezoelectric elements 35 and 37 having expansion and contraction directions in the X direction are attached to two side surfaces of the resonance member 14 facing the X direction. In addition, the resonance member 14 facing the Y direction 2
On the side surface, the piezoelectric elements 36, 3 with the expansion / contraction direction oriented in the Y direction
8 is attached.

【0025】Z軸駆動部31の各圧電素子及び共振部材
34部分の各圧電素子35〜38には、図6に示すよう
に発振器29及び電力増幅器30からなる高周波電源か
らそれぞれ独立に共振周波数を持った電圧を印加される
ようになっている。ここで振動子17の自由端となる突
起部33が楕円運動する原理について説明する。
As shown in FIG. 6, each piezoelectric element of the Z-axis drive unit 31 and each piezoelectric element 35 to 38 of the resonance member 34 are provided with resonance frequencies independently from a high frequency power source including an oscillator 29 and a power amplifier 30. The voltage that they have is applied. Here, the principle that the protrusion 33, which is the free end of the oscillator 17, makes an elliptical motion will be described.

【0026】X方向の2側面に設けた一対の圧電素子3
5,37のうち一方の圧電素子37にのみ電圧を印加す
ると、共振部材34が図7(a)に示す方向に傾動する
ベンディング力が発生する。また、もう一方の圧電素子
35にのみ電圧を印加すると、共振部材34が図7
(b)に示す方向に傾動するベンディング力が発生す
る。すなわちX方向のベンディング力を発生させること
ができる。
A pair of piezoelectric elements 3 provided on two side faces in the X direction
When a voltage is applied to only one of the piezoelectric elements 37, 37, a bending force for tilting the resonance member 34 in the direction shown in FIG. 7A is generated. Moreover, when a voltage is applied only to the other piezoelectric element 35, the resonance member 34 moves to the position shown in FIG.
A bending force that tilts in the direction shown in (b) is generated. That is, a bending force in the X direction can be generated.

【0027】また共振部材34のベンディングを解除し
た状態で、Z軸駆動部31の各圧電素子に電圧を印加す
ると、図7(c)に示すようにZ軸方向に伸び、また電
圧印加を停止すると同図(d)に示すように基の状態に
戻る。
When a voltage is applied to each piezoelectric element of the Z-axis drive section 31 with the bending of the resonance member 34 released, the voltage is extended in the Z-axis direction and the voltage application is stopped as shown in FIG. 7C. Then, the state returns to the original state as shown in FIG.

【0028】すなわち、図7(a)〜(d)に示す状態
を連続的に発生させることにより、振動子17の突起部
33がX方向に時計回り又は反時計回りで楕円運動する
ことになる。
That is, by continuously generating the states shown in FIGS. 7A to 7D, the protrusion 33 of the vibrator 17 makes an elliptical motion in the X direction in the clockwise or counterclockwise direction. ..

【0029】共振部材34のY方向の2側面に設けた一
対の圧電素子35,37に印加する電圧を上記同様に制
御しても、振動子17の突起部33をY方向に時計回り
又は反時計回りで楕円運動させることができる。
Even if the voltage applied to the pair of piezoelectric elements 35 and 37 provided on the two side surfaces of the resonance member 34 in the Y direction is controlled in the same manner as described above, the protrusion 33 of the vibrator 17 is rotated clockwise or counterclockwise in the Y direction. You can make an elliptical motion clockwise.

【0030】従って、CPU28はジョイスティック2
7の傾斜方向に対応して楕円運動の回転方向を決定し、
かつジョイスティック27の傾斜角度に対応して電圧印
加期間を決定する。そして決定した回転方向の楕円運動
が、同じく決定した時間だけ発生するように発振器28
を制御する。
Therefore, the CPU 28 uses the joystick 2
The direction of rotation of the elliptical motion is determined according to the inclination direction of 7,
In addition, the voltage application period is determined according to the tilt angle of the joystick 27. Then, the oscillator 28 is set so that the elliptical motion in the determined rotation direction is generated for the same determined time.
To control.

【0031】本実施例のマイクロマニピュレータでは、
移動プレート12がY側可動ガイド4及びX側可動ガイ
ド8により支持され、移動プレート12と一体に設けら
れた加圧プレート16が、振動子17の突起部33に押
し付けられる。
In the micromanipulator of this embodiment,
The movable plate 12 is supported by the Y-side movable guide 4 and the X-side movable guide 8, and the pressure plate 16 provided integrally with the movable plate 12 is pressed against the protrusion 33 of the vibrator 17.

【0032】そしてジョイスティック27の操作に応じ
て振動子17がX方向あるいはY方向に所定期間だけ楕
円振動する。振動子17の突起部33が楕円運動する
と、その突起部33にバネ15にて押圧されて接触して
いる加圧プレート16に駆動力が伝達される。この加圧
プレート16を支持している移動プレート12との間に
介在しているバネ15はX方向及びY方向には完全に拘
束されているため、加圧プレート16に伝達された駆動
力は全て移動プレート12へ伝達されることになる。ま
た楕円運動の際のZ軸駆動部31のZ方向の変位はバネ
15によって吸収される。
Then, in response to the operation of the joystick 27, the vibrator 17 oscillates in the X direction or the Y direction for a predetermined period. When the protrusion 33 of the vibrator 17 makes an elliptical motion, the driving force is transmitted to the pressure plate 16 which is pressed by the spring 15 and is in contact with the protrusion 33. Since the spring 15 interposed between the moving plate 12 supporting the pressure plate 16 is completely restrained in the X direction and the Y direction, the driving force transmitted to the pressure plate 16 is All will be transmitted to the moving plate 12. Further, the displacement of the Z-axis drive unit 31 in the Z direction during the elliptical movement is absorbed by the spring 15.

【0033】そして移動プレート12にX方向の駆動力
が伝達されると、Yロッド9を移動プレート12に貫通
させているX側可動ガイド8が、X側固定ガイド3a,
3bによりX方向にガイドされる。また同時に、Xブッ
シュ13を介して移動プレート12に摺動自在に貫通し
ているXロッド5にガイドされて移動プレート12がX
方向に直線運動する。
When the driving force in the X direction is transmitted to the moving plate 12, the X side movable guide 8 which allows the Y rod 9 to pass through the moving plate 12 is moved to the X side fixed guide 3a.
It is guided in the X direction by 3b. At the same time, the moving plate 12 is guided by the X rod 5 which slidably penetrates through the moving plate 12 via the X bush 13 to move the moving plate 12 to the X direction.
Move linearly in the direction.

【0034】また振動子17にY方向の楕円運動を発生
させたときには、移動プレート12には加圧プレート1
6からY方向の駆動力が伝達される。その結果、移動プ
レート12に挿入されたYブッシュ14を介して、移動
プレート12がYロッド9にガイドされてY方向に直線
運動する。その時、Yロッド9を移動プレート12に貫
通させているX側可動ガイド8もY側固定ガイド2a,
2bにガイドされて移動プレート12と共にY方向へ移
動する。
When the vibrator 17 is caused to generate an elliptic motion in the Y direction, the moving plate 12 is moved to the pressing plate 1.
The driving force in the Y direction is transmitted from 6. As a result, the moving plate 12 is linearly moved in the Y direction by being guided by the Y rod 9 via the Y bush 14 inserted in the moving plate 12. At that time, the X-side movable guide 8 in which the Y rod 9 penetrates the moving plate 12 is also moved to the Y-side fixed guide 2a,
It is guided by 2b and moves in the Y direction together with the moving plate 12.

【0035】固定部材18に取付けられている先端部材
19は、移動プレート12と共に移動するので、ジョイ
スティック27による微細操作が先端部材19へ伝えら
れ、その先端部材19により各種の微細な作業が行える
ようになる。
Since the tip end member 19 attached to the fixed member 18 moves together with the moving plate 12, the fine operation by the joystick 27 is transmitted to the tip end member 19 so that various fine work can be performed by the tip end member 19. become.

【0036】この様に本実施例によれば、移動プレート
12及び加圧プレート16からなる単体のプレートを、
単一の振動子17によって駆動するようにしたので、通
常のXYステージにみられるような下側に配置されるス
テージの駆動系により多大な負荷がかかるといったこと
がない。またXステージとYステージとを重ねた構造で
あると、振動子1サイクル当たりの変位特性が、X軸と
Y軸で変化してしまうが、本実施例の構造ではX軸とY
軸の変位特性が変化しないという利点がある。
As described above, according to this embodiment, a single plate composed of the moving plate 12 and the pressure plate 16 is
Since it is driven by the single oscillator 17, a large load is not applied to the drive system of the stage arranged on the lower side as seen in a normal XY stage. Further, in the structure in which the X stage and the Y stage are overlapped, the displacement characteristic per one cycle of the vibrator changes between the X axis and the Y axis, but in the structure of this embodiment, the X axis and the Y stage are changed.
There is an advantage that the displacement characteristics of the shaft do not change.

【0037】また本実施例によれば、従来の油圧方式で
問題となっていた温度依存度が低減されるので、操作対
象を長時間に亘って一定位置に保持することができる。
また高い加減速性能を有しているので、操作時間を短縮
することができ、細胞等のダメージを軽減することがで
きる。さらに本実施例では機械式の場合に要求された高
い組み立て,加工精度は必要ないので、安価なマイクロ
マニピュレータを提供できる。
Further, according to the present embodiment, the temperature dependence, which has been a problem in the conventional hydraulic system, is reduced, so that the operation target can be held at a fixed position for a long time.
Further, since it has high acceleration / deceleration performance, the operation time can be shortened and damage to cells and the like can be reduced. Further, in this embodiment, the high assembly and processing accuracy required in the case of the mechanical type is not required, so that an inexpensive micromanipulator can be provided.

【0038】また振動子17の自由端に加圧プレート1
6がバネ15により常に押圧されると共に自由端に楕円
運動を発生させているので、振動子17と加圧プレート
16とは常に接触されている。そのため圧電素子を利用
した従来のマイクロマニピュレータのように圧電素子の
端部がプレートを突くことがないので、非常に不快な接
触音が発生することがなく静粛化が図られる。また本実
施例はバランス重りを付ける必要がないことから、装置
の小形化を図ることができ、マイクロマニピュレータの
取付け自由度を向上できる利点がある。
The pressure plate 1 is attached to the free end of the vibrator 17.
Since 6 is constantly pressed by the spring 15 and an elliptical motion is generated at the free end, the vibrator 17 and the pressure plate 16 are always in contact with each other. Therefore, unlike the conventional micromanipulator using the piezoelectric element, the end portion of the piezoelectric element does not poke the plate, so that a very unpleasant contact sound is not generated and quietness is achieved. Further, in this embodiment, since it is not necessary to attach a balance weight, there is an advantage that the device can be downsized and the degree of freedom in mounting the micromanipulator can be improved.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、応
答性に優れ、不要な振動を除去でき、確実性の高い操作
を可能にすると共に、装置の小型化,静粛化を図り得る
マイクロマニピュレータを提供できる。
As described above in detail, according to the present invention, excellent responsiveness, unnecessary vibrations can be removed, highly reliable operation is possible, and the apparatus can be downsized and quiet. A micromanipulator can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例に係るマイクロマニピュレー
タの平面図。
FIG. 1 is a plan view of a micromanipulator according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示すマイクロマニピュレータのA−A線
矢示断面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of the micromanipulator shown in FIG.

【図3】一実施例に係るマイクロマニピュレータを倒立
顕微鏡に適用した際の構成図。
FIG. 3 is a configuration diagram when a micromanipulator according to an embodiment is applied to an inverted microscope.

【図4】一実施例のマイクロマニピュレータに備えられ
た振動子の斜視図。
FIG. 4 is a perspective view of a vibrator provided in the micromanipulator of the embodiment.

【図5】図4に示す振動子の上面図。FIG. 5 is a top view of the vibrator shown in FIG.

【図6】上記振動子の駆動回路を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a drive circuit of the vibrator.

【図7】上記振動子の楕円運動を説明するための図。FIG. 7 is a diagram for explaining the elliptical motion of the oscillator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…固定枠、2a,2b…Y側固定ガイド、3a,3b
…X側固定ガイド、4…Y側可動ガイド、8…X側可動
ガイド、12…移動プレート、15…加圧バネ、16…
加圧プレート、17…振動子。
1 ... Fixed frame, 2a, 2b ... Y side fixed guide, 3a, 3b
... X-side fixed guide, 4 ... Y-side movable guide, 8 ... X-side movable guide, 12 ... Moving plate, 15 ... Pressure spring, 16 ...
Pressure plate, 17 ... Oscillator.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 プレートと、このプレートを移動自在に
支持し、かつ互いに直交するX,Y方向にガイドするガ
イド手段と、前記X,Y方向を含む直交する3方向に伸
縮方向が向けられて配設された複数の圧電素子からな
り、前記プレートの一方の面に接触する自由端を有し、
当該自由端が電圧印加により楕円運動する振動子と、こ
の振動子の自由端の楕円運動方向及び運動量を指示する
ための操作部と、この操作部からの指示に応じて前記振
動子の各圧電素子に印加する電圧を発生する電圧印加手
段とを具備したことを特徴とするマイクロマニピュレー
タ。
1. A plate, a guide means for movably supporting the plate, and a guide means for guiding in the X and Y directions orthogonal to each other, and an expansion and contraction direction directed in three orthogonal directions including the X and Y directions. Consisting of a plurality of piezoelectric elements arranged, having a free end in contact with one surface of the plate,
An oscillator in which the free end makes an elliptical motion when a voltage is applied, an operating unit for instructing the elliptic motion direction and momentum of the free end of the oscillator, and each piezoelectric element of the oscillator in response to an instruction from the operating unit. A micromanipulator comprising: a voltage applying unit that generates a voltage applied to the element.
【請求項2】 前記プレートは、前記ガイド手段により
支持された移動プレーと、前記X,Y方向への変位が規
制されたバネを介して前記移動プレートに支持され、か
つ前記バネによって前記振動子の自由端へ押圧された加
圧プレートとからな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。
2. The plate is supported by the moving plate through a moving play supported by the guide means and a spring whose displacement in the X and Y directions is restricted, and the vibrator is supported by the spring. The micromanipulator according to claim 1, wherein the micromanipulator comprises a pressure plate pressed against the free end of the micromanipulator.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005101088A3 (en) * 2004-04-12 2006-06-08 Applied Scient Instrumentation Optical microscope including z-axis stage and piezoelectric actuator for rectilinear translation of z stage
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