JPH0773830B2

JPH0773830B2 - マイクロマニピュレータ

Info

Publication number: JPH0773830B2
Application number: JP1087287A
Authority: JP
Inventors: 俊郎樋口; 淳三松; 謙一工藤
Original assignee: Prima Meat Packers Ltd
Current assignee: Prima Meat Packers Ltd
Priority date: 1989-04-06
Filing date: 1989-04-06
Publication date: 1995-08-09
Anticipated expiration: 2010-08-09
Also published as: JPH02269583A

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に係り、特に、移動
体の先端部に固定したマニピュレーション用微小器具
と、このマニピュレーション用微小器具の後端部に取り
付けられた圧電・電歪素子を用いた微小駆動力発生手段
を備えるマイクロマニピュレータに関するものである。

（従来の技術）従来、微小作業を行うマイクロマニピュレータは、細胞
に微細ガラス針を突き刺したりする作業駆動機構及びマ
ニピュレーションの目的物とマニピュレーション用微小
器具との位置決め機構に油圧、機械または電磁力が利用
されていた。

（発明が解決しようとする課題）このため、従来のマイクロマニピュレータの作業駆動機
構及びマニピュレーションの目的物とマニピュレーショ
ン用微小器具との位置決め機構の形状が大型となるとい
う欠点があった。

また、従来は、マイクロマニピュレータの作業駆動機構
の比較的粗い動作とマニピュレーション用微小器具の微
細な動作、更に目的物とマニピュレーション用微小器具
との位置決め機構の動作を各々単独でしかも別々の駆動
方式を用いていたため、大型であるばかりでなく構造が
複雑化する欠点があった。

そればかりでなく、これらの動作の制御に人間の指先調
節に依存する部分が残され、操作にはオペレータの熟練
が必要であった。

本発明は、以上のような従来の欠点が鑑み、構造が小型
且つ単純で、動作の操作精度の高いマイクロマニピュレ
ータを提供することを目的としている。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために、本発明は、〔１〕マイクロマニピュレータにおいて、支持体（１）
と、この支持体（１）と摩擦面（５）を介してスライド
可能に支持される移動体（２）と、この移動体（２）の
先端部に設けられるマニピュレーション用微小器具
（３）と、前記移動体（２）の後端部に設けられる圧電
・電歪素子（4b）と、この圧電・電歪素子（4b）の後端
部に設けられる慣性体（4a）と、前記圧電・電歪素子
（4b）を駆動し、衝撃力を発生させる微小駆動力発生手
段（４）とを備えるようにしたものである。

〔２〕マイクロマニピュレータにおいて、制御可能な部
材（８）に設けられる支持体（６）と、この支持体
（６）と摩擦面（５）を介して移動可能なように支持さ
れる移動体（２）と、この移動体（２）の先端部に設け
られるマニピュレーション用微小器具（３）と、前記移
動体（２）の後端部に設けられる圧電・電歪素子（4b）
と、この圧電・電歪素子（4b）の後端部に設けられる慣
性体（4a）と、前記圧電・電歪素子（4b）を駆動し、衝
撃力を発生させる微小駆動力発生手段（４）とを備え、
マニピュレーションの目的物と前記マニピュレーション
用微小器具（３）との位置決めを行うようにしたもので
ある。

〔３〕上記（２）記載のマイクロマニピュレータにおい
て、前記制御可能な部材（８）及び支持体（６）に微小
駆動力発生手段（４）を具備するようにしたものであ
る。

（作用）上記のように構成されたマイクロマニピュレータでは、
作業駆動機構の比較的粗い動作とマニピュレーション用
微小器具の微細な動作を単一の駆動機構で行うことがで
きる。

また、駆動を圧電・電歪素子への印加電圧の制御によっ
て行うため、従来のマイクロマニピュレータに比べて構
造が小型且つ単純化し、動作の操作機構の信頼性を高め
ることができる。

更に、マニピュレーションの目的物とマニピュレーショ
ン用微小器具との位置決め機構にも、衝撃力を利用した
微小駆動力発生手段を取り付けることにより、マイクロ
マニピュレータの動作の制御を、全て圧電・電歪素子へ
の印加電圧の制御によって行うことができる。

（実施例）以下、図面に示す実施例により、本発明を詳細に説明す
る。

第１図の実施例において、１は支持体である。２は支持
体１と摩擦面５を介して移動可能なように支持された移
動体である。

また、摩擦面５には、金属、セラミックス、樹脂、ゴム
等を用いることができる。３はマニピュレーション用微
小器具であり、移動体２に脱着自在に固定されている。
４は慣性体4aと圧電・電歪素子4bからなり、圧電・電歪
素子4bの駆動により衝撃力を発生する微小駆動力発生手
段であり、移動体２の後端部に圧電・電歪素子4bが、そ
の圧電・電歪素子4bの後端部に慣性体4aが取り付けら
れ、微小駆動力発生手段４の圧電・電歪素子4bに電圧を
加えることにより圧電・電歪素子4bを運動させ、この運
動エネルギーと慣性体4aの慣性作用及び移動体２に作用
する反力又は押圧力（衝撃力）を利用し移動体２を微小
駆動させ、移動体２に固定されたマニピュレーション用
微小器具３により、目的物を処理する。

圧電・電歪素子4bに印加する電圧により、移動体２の移
動量を制御でき、移動を目的とした比較的粗い動作とマ
ニピュレーションを目的とした微細な動作の両方の動き
を一つの微小駆動力発生手段４で行うことができる。

これにより、従来のマイクロマニピュレータの構造に比
べ小型且つ単純化することができた。

次に、第２図ないし第８図に示す本発明の異なる実施例
につき説明する。なお、この実施例の説明に当たって、
前記した実施例と同一構成部分には同一符号を付して重
複する説明を省略する。

第２図及び第３図の実施例において、前記本発明の実施
例と主に異なる点は、移動体２の摩擦面５との接触部の
長さを、支持体１の長さより短くし、微小駆動力発生手
段４が、支持体１の中に隠れることと、支持体１を上下
に分割し、摩擦力を制御するスプリング７を設けたこと
である。

なお、摩擦力の制御は、スプリング７の弾発力で制御す
るほか、永久磁石、電磁石、静電力、メカニカルクラン
プ等を利用することができることはいうまでもない。

第４図ないし第６図の実施例は、開口型の支持体であ
る。

第４図は、支持体１が永久磁石となっており、磁性体の
移動体２と摩擦面５を介して密着している。

この場合、支持体１を磁性体とし、移動体２を永久磁石
とすること、若しくは、支持体１と移動体２を永久磁石
とすることが可能であることはいうまでもない。

第５図は、板バネ10によって移動体２を支持体１に支持
している。

第６図は、スプリング７によって移動体２を支持体１に
支持している。

第７図と第８図において、移動体２を支持する支持体と
しての回転アーム６は、スプリング７の反発力を利用し
た摩擦力を介して保持されるように、制御可能な部材と
しての多自由度間接アーム８に接続され、回転軸11を中
心に回転運動する。

また、９は基台、多自由度間接アーム８は、多自由度間
接アーム８の下部の球形体と基台９との摩擦力により保
持されている。

回転アーム６と多自由度間接アーム８には、微小駆動力
発生手段４が取り付けられている。

微小駆動力発生手段４の圧電・電歪素子4bに電圧を加え
ることにより圧電・電歪素子4bを駆動させ、この運動エ
ネルギーと慣性体4aの慣性作用及び移動体２に作用する
反力又は押圧力（衝撃力）を利用し、回転アーム６と多
自由度間接アーム８を微小駆動させ、目的物とマニピュ
レーション用微小器具３との位置決め動作を制御するこ
とができる。

なお、マニピュレーション用微小器具３には、微小ピペ
ットや微小針や微小鋏など従来のものを用いることがで
きる。

この発明は、細胞に微量の注射液を注射したり、細胞内
の核などを除去又は注入したりするバイオテクノロジー
分野に利用できる。

また、本発明に記載の位置決め機構は、作業用ハンドな
どの精密位置決め装置の駆動機構に利用できる。

（発明の効果）以上の説明から明らかなように、本発明にあっては次に
列挙する効果がある。

（１）支持体と、この支持体と摩擦面を介してスライド
可能に支持される移動体と、この移動体の先端部に設け
られるマニピュレーション用微小器具と、前記移動体の
後端部に設けられる圧電・電歪素子と、この圧電・電歪
素子の後端部に設けられる慣性体と、前記圧電・電歪素
子を駆動し、衝撃力を発生させる微小駆動力発生手段と
を設けるようにしたので、簡単な構成で、正確なマニピ
ュレーション用器具の微小な駆動を行わせることができ
る。

このように、作業駆動機構の構造が小型且つ単純化し、
動作の操作性を高めることができる。

従って、装置の製作コストが低減でき、装置の信頼性の
向上を図ることができるようになった。

また、比較的粗い動作とマニピュレーション用器具の微
細な動作を単一の駆動機構で行うことができる。

（２）作業駆動機構並びに、マニピュレーションの目的
物とマニピュレーション用微小器具との位置決め機構と
して、制御すべき部材及び支持体に、移動体の後端部に
設けられる圧電・電歪素子と、この圧電・電歪素子の後
端部に設けられる慣性体とからなる衝撃力を利用した微
小駆動力発生手段を設けるようにしたので、装置の製作
コストが低減でき、装置の信頼性の向上を図ることがで
きる。

（３）圧電・電歪素子による衝撃力を利用した微小駆動
力発生体による駆動制御・位置決め制御は、ナノメータ
オーダの制御が可能で、作業条件の自由度が従来の方式
よりも広いので、マニピュレーション操作がし易く、従
来のような人間の指先調節に依存する部分が無くなり、
オペレータの高度な熟練が無くても操作することができ
る。

（４）駆動機構の構造が簡単なため、回転アームやピボ
ット等の部材を自由に組み合わせることができ、デザイ
ン的変化を施すことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すマイクロマニピュレー
タの斜視図、第２図及び第３図は本発明の異なる実施例
を示す説明図、第４図乃至第６図は移動体の支持機構の
例を示す説明図、第７図及び第８図は本発明の更に異な
る実施例を示す正面図と左側面図である。１…支持体、２…移動体、３…マニピュレーション用微
小器具、４…微小駆動力発生手段、4a…慣性体、4b…圧
電・電歪素子、５…摩擦面、６…回転アーム、７…スプ
リング、８…多自由度間接アーム、９…基台、10…板バ
ネ、11…回転軸。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者工藤謙一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61−87110（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−299785（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）支持体と、（ｂ）該支持体と摩擦面を介してスライド可能に支持さ
れる移動体と、（ｃ）該移動体の先端部に設けられるマニピュレーショ
ン用微小器具と、（ｄ）前記移動体の後端部に設けられる圧電・電歪素子
と、（ｅ）該圧電・電歪素子の後端部に設けられる慣性体
と、（ｆ）前記圧電・電歪素子を駆動し、衝撃力を発生させ
る微小駆動力発生手段とを備えることを特徴とするマイ
クロマニピュレータ。
【請求項２】（ａ）制御可能な部材に設けられる支持体
と、（ｂ）該支持体と摩擦面を介して移動可能なように支持
される移動体と、（ｃ）該移動体の先端部に設けられるマニピュレーショ
ン用微小器具と、（ｄ）前記移動体の後端部に設けられる圧電・電歪素子
と、（ｅ）該圧電・電歪素子の後端部に設けられる慣性体
と、（ｆ）前記圧電・電歪素子を駆動し、衝撃力を発生させ
る微小駆動力発生手段とを備え、（ｇ）マニピュレーションの目的物と前記マニピュレー
ション用微小器具との位置決めを行うことを特徴とする
マイクロマニピュレータ。
【請求項３】請求項２記載のマイクロマニピュレータに
おいて、前記制御可能な部材及び又は前記支持体に微小
駆動力発生手段を具備することを特徴とするマイクロマ
ニピュレータ。