JPH0698584B2 - マイクロマニピュレータの微小移動装置 - Google Patents

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成して、
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
マニピュレータ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構成及びその動作の概略に
ついて、第９図乃至第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（−）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題） 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14を取
付けて、圧電素子12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11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13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、より微細なマニピ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。

（課題を解決するための手段） 本発明は、上記目的を達成するために、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（20a,30a）を有するベース（20,30）と、このベ
ース（20,30）の摩擦面（20a,30a）上にセットされる移
動体（21,31）と、この移動体（21,31）の前端面に、後
端面が固定される圧電素子（22,32）と、この圧電素子
（22,32）の前端面に、後端面が固定される慣性体（23,
33）と、この慣性体（23,33）の前端面に固定される微
小器具（24,34）とを具備し、前記圧電素子（22,32）の
駆動により、前記微小器具（24,34）に衝撃力を付与す
るとともに、この微小器具（24,34）及び移動体（21,3
1）を前記ベース（20,30）に対して微小移動させるよう
にしたものである。

また、前記慣性体（33）の底面に、前記ベース（30）の
摩擦面（30a）に載置される摺動部材（33a）を具備す
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（40a）を有するベース（4
0）と、このベース（40）の摩擦面（40a）上にセットさ
れる移動体（41）と、この移動体（41）の前端面に、後
端面が固定される微動用圧電素子（44）と、この微動用
圧電素子（44）の前端面に固定される微小器具（45）
と、前記移動体（41）の後端面に、前端面が固定される
衝撃力を付与する圧電素子（43）と、この圧電素子（4
3）の後端面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、上記のように構成したので、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
り微細なマニピュレーションが可能である。特に、バイ
オテクノロジーにおける、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成するマイクロマニピ
ュレータとして好適である。

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
な摺動部材（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（30a）に接触するように構
成することにより、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
ことがなく、強固な微小移動装置を得ることができる。

また、マニピュレーション用微小器具（34）の先端の振
動を低減することができ、より微細なマニピュレーショ
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、マニピュレーション用微小器具（45）を微動用圧電
素子（44）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の前端面に、圧電素子22
の後端面を接着・固定する。更に、圧電素子22の前端面
に慣性体23の後端面を接着・固定し、この慣性体23の前
面端に微小針等のマニピュレーション用微小器具24を固
定する。

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ュ
レータ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30aを有するベース30上に
移動体31をセットし、移動体31の前端面に圧電素子32の
後端面を接着・固定する。更に、圧電素子32の前端面に
慣性体33の後端面を接着・固定し、この慣性体33の前端
面に微小針等のマニピュレーション用微小器具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部材33a、例えばテフロンを有し、
圧電素子32に固定されると共に、前記摺動部材33aがベ
ース30の摩擦面30aに接触するようになっている。

このように構成すると、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、マニピュレーション用微小器具34の超微動時の振
動を制御することができる。

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ョン用微小器具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31は右方向に移動する。この状態では、慣性
体33は右方向へ、マニピュ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31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、
これに応じてマニピ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33も左方向へ直ちに超微動変位
し、これに応じて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。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31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、マニピュレーション用微小器具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、マニピュ
レーション用微小器具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41をセットし、移動体41の前端面に微動用圧電素
子44の後端面を接着・固定し、その微動用圧電素子44の
前端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41の後端面に衝撃力付与用圧電
素子43の前端面を接着・固定し、その微動用圧電素子43
の後端面に慣性体42を固定する。

このように構成されるので、衝撃付与用圧電素子43の駆
動により、移動体41は微小移動し、マニピュレーション
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
されているマニピュレーション用微小器具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ることができるの
で、インパクト動作に加えて、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成することにより、
移動体と圧電素子、圧電素子と慣性体との接触面に負荷
がかからない、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、マニピュレーショ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
は本発明の第２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ュレータの微小移動装置の
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12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、20a,30a,40a……摩擦面、21,31,4
1……移動体、22,32,43……衝撃力付与用圧電素子、23,
33,42……慣性体、33a……摺動部材、24,34,45……マニ
ピュレーション用微小器具、44……微動用圧電素子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三松 淳 茨城県土浦市中向原635番地 プリマハム 株式会社内 (72)発明者 上野 久雄 茨城県土浦市中向原635番地 プリマハム 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−299785（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−87110（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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）該ベースの摩擦面上にセットされる移動体と、 （ｃ）該移動体の前端面に、後端面が固定される圧電素
   子と、 （ｄ）該圧電素子の前端面に、後端面が固定される慣性
   体と、 （ｅ）該慣性体の前端面に固定される微小器具とを具備
   し、 （ｆ）前記圧電素子の駆動により前記微小器具に衝撃力
   を付与するとともに、該微小器具及び移動体を前記ベー
   スに対して微小移動させることを特徴とするマイクロマ
   ニピュレータの微小移動装置。
2. 【請求項２】前記慣性体の底面に前記ベースの摩擦面に
   載置される摺動部材を具備する請求項１記載のマイクロ
   マニピュレータの微小移動装置。
3. 【請求項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）該ベースの摩擦面上にセットされる移動体と、 （ｃ）該移動体の前端面に、後端面が固定される微動用
   圧電素子と、 （ｄ）該微動用圧電素子の前端面に固定される微小器具
   と、 （ｅ）前記移動体の後端面に、前端面が固定される衝撃
   力を付与する圧電素子と、 （ｆ）該圧電素子の後端面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。