JPS6219379A - Piezoelectric type forcep - Google Patents

Piezoelectric type forcep

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Publication number
JPS6219379A
JPS6219379A JP15788885A JP15788885A JPS6219379A JP S6219379 A JPS6219379 A JP S6219379A JP 15788885 A JP15788885 A JP 15788885A JP 15788885 A JP15788885 A JP 15788885A JP S6219379 A JPS6219379 A JP S6219379A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric
piezoelectric element
clamping
tweezers
force
Prior art date
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Pending
Application number
JP15788885A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
日出夫 安達
朋樹 舟窪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP15788885A priority Critical patent/JPS6219379A/en
Publication of JPS6219379A publication Critical patent/JPS6219379A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Gripping Jigs, Holding Jigs, And Positioning Jigs (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Surgical Instruments (AREA)

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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、細胞あるいは原核生物等の微細対象物を挾持
するのに適した圧電式ピンセットに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to piezoelectric tweezers suitable for clamping minute objects such as cells or prokaryotes.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

ピンセットは、直接子で掴めない小さな物体を掴み取る
道具として古くから用いられており、用途に応じて種々
のものがある。すなわち、その構造、寸法、形成材料等
は、用途に適合する如く適宜選定されており、その種類
は非常に他種に及んでいる。しかし基本的には、基端が
一体に結合され先端が開閉脚可能な一対の挾持脚を有す
るものとなっている。そして一対の挾持脚は、常時はば
ね力によシ開脚状態を呈しており、物を挾持する際に手
指にて挾持力を与えること罠より挾持脚の先端を閉じる
ものとなっている。つまり、従来のピンセットは、物を
挾持するときに手指により挾持力を与え、物を離すとき
には上記手指による挾持力を解除するといった操作を、
使用者の意思に基いて行なうものとなってい念。
Tweezers have been used for a long time as a tool for grasping small objects that cannot be grasped directly, and there are various types depending on the purpose. That is, the structure, dimensions, forming material, etc. are appropriately selected to suit the application, and there are many different types. However, basically, the base end is joined together and the distal end has a pair of clamping legs that can be opened and closed. The pair of clamping legs are normally in an open state due to spring force, and when clamping an object, the tips of the clamping legs are closed by applying clamping force with the fingers. In other words, conventional tweezers require operations such as applying gripping force with the fingers when gripping an object, and releasing the gripping force with the fingers when releasing the object.
Please note that this is done based on the user's will.

一方、対象物が細胞の場合、第9図に示すように先端部
に直径数μmの孔を有するガラス管からなるマイフロピ
(ット1によって、細胞2の注入あるいは吸引を行なり
之り、場合によっては細胞2を1個吸引し次状態でマイ
クロ−(ット1の中に挿入し念導線を通して細胞レベル
の微弱電流を検出するといった細胞操作手段がある。
On the other hand, when the target object is a cell, as shown in Fig. 9, the cell 2 is injected or aspirated using a microtube 1, which is a glass tube with a hole several μm in diameter at the tip. In some cases, there is a cell manipulation method in which one cell 2 is sucked in, and then inserted into a microtube 1 and a weak current at the cell level is detected through a wire.

tfc細胞操作を行なう他の手段として、第10図に示
すように、リニアモータ3および4によってスライダ5
を矢印で示す如(X、Y方向に摺動させ、スライダ5の
一端に取付けたマイクロピペット6をマニュピレータす
ることにより、細胞操作を行なうようにしたものがある
。なお第1O図中、7はステージ、8はシャーシ、9は
細胞、10は照明レンズ、11は対物レンズである。
Another means of performing TFC cell manipulation is to move the slider 5 by linear motors 3 and 4, as shown in FIG.
As shown by the arrows (X and Y directions), there is a device in which cells are manipulated by sliding in the X and Y directions and manipulating a micropipette 6 attached to one end of the slider 5. 8 is a chassis, 9 is a cell, 10 is an illumination lens, and 11 is an objective lens.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

従来のビンセットは使用者の意志に基づく手指の力によ
って挾持脚を開閉脚操作するものである次め、バイオ酵
素における細胞の挟持操作あるいは高密度半導体の分野
での微細物の挾持操作等、微細な対象物の操作はもはや
不可能である。
Conventional bottle sets open and close the clamping legs using the force of the fingers based on the user's will.Next, they can be used to clamp cells in bioenzymes or microscopic objects in the field of high-density semiconductors. Manipulation of minute objects is no longer possible.

すなわち、従来型のピンセットで挾持し得るのは、せい
ぜい数100μm程度のものまでであって、これよりも
微細なもの例えば数μm程度の原核生物や数μm〜数十
μmの菌類を挾持操作することはできない。ま九仮に挾
持し得念としても、従来型のピンセットでは対象物を挾
持するときの挟持力が非常に不安定になるため、対象物
が例えば細胞のようなものである場合、細胞の構造を破
壊してしまったり、変形させてしまったりするおそれが
あっ九。また多くの場合、このような微細な対象物を挾
持操作する際には顕微鏡で対象物の拡大像を得、その拡
大像を監視しながらピンセット操作を行なうことが多い
In other words, conventional tweezers can only hold objects of a few hundred micrometers at most, and smaller objects such as prokaryotes of several micrometers or fungi of several tens of micrometers can be grasped using conventional tweezers. It is not possible. Even if you can grasp the object with conventional tweezers, the gripping force when holding the object is very unstable, so if the object is something like a cell, it is difficult to grasp the structure of the cell. There is a risk of it being destroyed or deformed. Further, in many cases, when holding and operating such a minute object, an enlarged image of the object is obtained using a microscope, and the tweezers operation is often performed while monitoring the enlarged image.

このような場合においては、本来は遠隔操作を行なうこ
とが望ましいが、従来型のピンセットでは1手指によシ
ピンセットに対して挾持力を与える必要があるため、手
指自体が前記拡大像の視野内に入シ込み易く、操作がし
にぐいという問題もあっ念。
In such cases, it is originally desirable to perform remote control, but with conventional tweezers, it is necessary to apply a clamping force to the tweezers with one finger, so the finger itself must be within the field of view of the magnified image. There is also the problem that it is easy to get into the system and difficult to operate.

ま念、第9図に示したマイクロピペットによる細胞操作
においては、ピンセットのような挾持力の付与は必要な
い。しかしその反面注入。
Please note that in the cell manipulation using the micropipette shown in FIG. 9, it is not necessary to apply a clamping force like tweezers. But on the other hand, injection.

吸引といった比較的単純な操作しか行なえない難点があ
る。、また顕微鏡を用いての操作を行なう場合、常に手
指を顕微鏡の直下近傍に位置させねばならず、遠隔操作
が困難であるという問題があった。
The drawback is that only relatively simple operations such as suction can be performed. Furthermore, when performing operations using a microscope, there is a problem in that the hands and fingers must always be placed directly under and near the microscope, making remote control difficult.

さらに、第10図に示したりニアモータを使用したマニ
ュピレータにおいては、リニアモータ3,4に印加する
制御電圧の与え方如何によっては数μmオーダの精度を
有する操作を遠隔操作によって行なえる利点があるが、
次のような問題がある。すなわち細胞を保持し友p、微
小針で細胞を切断したシする場合の細胞を固定化する力
(第10図でいえばマイフロピ(ットの吸引力)や微小
針の刺力を、細胞膜の頑強さあるいは細胞の内液圧等の
細胞の状態に応じて極めて微妙な位置変更制御を行なう
必要がある。
Furthermore, the manipulator shown in FIG. 10 and using a near motor has the advantage that depending on how the control voltage is applied to the linear motors 3 and 4, operations with an accuracy on the order of several μm can be performed by remote control. ,
There are the following problems. In other words, when a cell is held and cut with a microneedle, the force that fixes the cell (the suction force of the microneedle in Figure 10) and the pricking force of the microneedle are It is necessary to perform extremely delicate position change control depending on the state of the cell, such as the robustness or internal fluid pressure of the cell.

しかるに第1O図に示す構成の従来のマニュピレータで
は、上記のような微妙な位置変更制御は側底無理であり
、細胞を破壊してしまうケースが多々ある。
However, with the conventional manipulator having the configuration shown in FIG. 1O, it is impossible to control the delicate position change as described above, and cells are often destroyed.

なお、本発明者らは微細物挟持用の圧電式ビンセットを
開発し特願昭60−77889号として既に出願してい
る。
Incidentally, the present inventors have developed a piezoelectric bottle set for holding fine objects and have already filed an application as Japanese Patent Application No. 1988-77889.

第11図(a) (b)はその−例を示す斜視図である
FIGS. 11(a) and 11(b) are perspective views showing an example thereof.

これは一対の挾持脚21.22と連結体23との間に圧
電素子24.25を取付け、この圧電素子24.25に
印加する電圧を制御することによって、挾持脚21.2
2の先端を変位させ得るようにし次ものであジ、0.1
〜O,01μm程度の高い変位精度が得られる。し友が
って前述したりニアモータ式のマニュピレータに比べて
、より微妙な細胞操作等を適確に行なえる利点を有して
いる。
This is achieved by attaching a piezoelectric element 24.25 between the pair of clamping legs 21.22 and the connecting body 23, and controlling the voltage applied to the piezoelectric element 24.25.
The tip of 2 can be displaced, and the next one is 0.1
A high displacement accuracy of about ˜0.01 μm can be obtained. Furthermore, compared to the above-mentioned or near-motor manipulator, it has the advantage of being able to accurately perform more delicate cell manipulations, etc.

しかしながら、細胞膜の頑強さや細胞の内液圧等の細胞
の状態を事前に正確に知った上で操作しないと、細胞の
破壊を招くおそれがあり之。
However, unless the cell conditions, such as the robustness of the cell membrane and the internal fluid pressure of the cell, are accurately known beforehand, there is a risk of cell destruction.

そこで本発明は、たとえばMfJ胞等の対象物がどのよ
うな状態のものかを事前に詳細に知らない場合であって
も、対象物の状態に即応した適正な力によシ対象物を挾
持操作することができ、しかも種々の操作を遠隔的に微
妙なコントロールをもって精度よく行なう仁とができ、
数μm〜数十μm程度の微細物を構造破壊等を起こさず
に安定に操作することのできる圧電式ピンセットを提供
することを目的とする。
Therefore, the present invention provides a method for clamping an object, such as an MfJ cell, with an appropriate force that immediately responds to the state of the object, even if the state of the object is not known in advance. It can be operated, and it is possible to perform various operations with precision remotely and with delicate control.
It is an object of the present invention to provide piezoelectric tweezers that can stably manipulate fine objects of several micrometers to several tens of micrometers without causing structural damage.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は上記問題点を解決しかつ目的を達成する念めに
、次のような手段を講じたことを特徴としている。すな
わち本発明の圧電式ピンセ、トは、開閉脚自在に設けら
れた一対の挾持脚を有するピンセット本体の挾持脚に対
して開閉脚方向への偏位力を付与可能な如く、上記ピン
セット本体に第1の圧電素子を装着し、この第1の圧電
素子に信号電圧印加手段により所定の信号電圧を印加し
て所定量の偏位を生じさせるようにし、前記ピンセット
本体の挾持脚にて対象物を挾持したとき上記挾持脚に加
わる圧力を電気信号に変換可能な如く、上記ピンセット
本体に第2の圧電素子を装着し、この第2の圧電素子か
ら取出された電気信号に基いて第1の圧電素子に印加す
る信号電圧を、信号電圧制御手段により制御するように
しtことを特徴としている。
The present invention is characterized by taking the following measures in order to solve the above problems and achieve the object. That is, the piezoelectric tweezers of the present invention have a pair of clamping legs that can be freely opened and closed. A first piezoelectric element is attached, a predetermined signal voltage is applied to the first piezoelectric element by a signal voltage applying means to cause a predetermined amount of deviation, and the clamping legs of the tweezers body are used to hold an object. A second piezoelectric element is attached to the tweezers body so that the pressure applied to the clamping legs when the tweezers is clamped can be converted into an electric signal, and the first piezoelectric element is It is characterized in that the signal voltage applied to the piezoelectric element is controlled by a signal voltage control means.

〔作用〕[Effect]

上記のような手段を講じ念ことにより、第1の圧電素子
へ印加する信号電圧の大きさに見合っ次偏位量だけ、ピ
ンセット本体の挾持脚先端が所定方向へ偏位し、安定し
た力で対象物を挾持し得ると共に、対象物を挾持したと
きに挾持脚に加わる対象物からの圧力が第2の圧電素子
によシ検出され、この検出圧力に応じた挾持力が挾持脚
に与えられることになる。
By carefully implementing the above-mentioned measures, the tip of the clamping leg of the tweezers body will be deflected in a predetermined direction by an amount of deflection commensurate with the magnitude of the signal voltage applied to the first piezoelectric element, and the tip of the clamping leg of the tweezers body will be deflected in a predetermined direction with a stable force. The second piezoelectric element is capable of holding an object, and when the object is held, pressure from the object applied to the holding legs is detected by the second piezoelectric element, and a holding force corresponding to this detected pressure is applied to the holding legs. It turns out.

第1図および第2図は本発明の原理を示す図である。第
1図において26は一方の挾持脚を構成する圧電バイモ
ルフであり、27は他方の挾持脚を構成する圧電バイモ
ルフである。圧電バイモルフ26は細胞などの微細対象
物を挾持する力を発生させるための加圧素子として働き
圧′1バイモルフ27は対象物を挾持し次ときに挾持脚
に加わる圧力を検出する之めの検出素子として働く0両
圧電バイモルフ26.27は全く同一構成でもよいが、
第1図に示すように並列型の圧電バイモルフ26と直列
型の圧電バイモルフ22とを組合わせたものが望ましい
1 and 2 are diagrams illustrating the principle of the present invention. In FIG. 1, 26 is a piezoelectric bimorph that constitutes one of the clamping legs, and 27 is a piezoelectric bimorph that constitutes the other clamping leg. The piezoelectric bimorph 26 acts as a pressure element to generate a force to clamp a minute object such as a cell, and the pressure '1 bimorph 27 clamps the object and then detects the pressure applied to the clamping legs. The two piezoelectric bimorphs 26 and 27 that act as elements may have exactly the same configuration, but
As shown in FIG. 1, a combination of a parallel type piezoelectric bimorph 26 and a series type piezoelectric bimorph 22 is desirable.

圧電バイモルフの長さを!、厚みをt、圧電セラミック
スの電歪定数を1ist l印加ボ圧をVとすると、圧
電バイモルフの片側を固定したときの偏位量ΔKAは、 Δx = 3・12・d3t ・V/l”   −(1
)となる。ま次このとき偏位端における押圧力PP =
 3 wt ” dll ・Eh−V/41   ・”
<2)(Eh :ヤング¥A  w:パイモル7幅)と
なる。
The length of the piezoelectric bimorph! , the thickness is t, the electrostriction constant of the piezoelectric ceramic is 1ist, and the applied pressure is V, then the amount of deviation ΔKA when one side of the piezoelectric bimorph is fixed is Δx = 3・12・d3t・V/l” − (1
). Next, at this time, the pressing force at the deflection end PP =
3 wt” dll・Eh-V/41・”
<2) (Eh: Young\A w: Paimole 7 width).

一方、圧電バイモルフに力Fが加りたときの発生電EE
eは e = 3 trsx ・l−F/2 bt     
・(3)となる。念だし圧電バイモルフは、いわゆる微
分型センサーであ夛、圧電バイモルフに加っている力と
ベイモルフの屈曲反力とが互いにつり合っている状態つ
tr変位ΔxBに時間的変化がない場合にはe−=0と
なる。したがってeが発生するのは第2図に示すように
細胞27を挾持することにより、細胞の弾性に応じ次力
が検出側の圧電バイモルフ27に伝達された状態で加圧
側の圧電バイモルフ26の細胞接触部が変位しているか
ま九は細胞自体が時間的変化を継続している期間に限ら
れる。
On the other hand, when force F is applied to the piezoelectric bimorph, the generated electric current EE
e is e = 3 trsx ・l-F/2 bt
・(3) becomes. As a reminder, the piezoelectric bimorph is a so-called differential type sensor, and when the force applied to the piezoelectric bimorph and the bending reaction force of the piezoelectric bimorph are in balance with each other, and there is no temporal change in the tr displacement ΔxB, e −=0. Therefore, e is generated by clamping the cell 27 as shown in FIG. The period in which the contact portion is displaced is limited to the period in which the cell itself continues to change over time.

かくして圧電バイモルフ26を加圧素子として働かせ、
圧電パイ°モルフ27を検出素子として働かせることに
より細胞等の対象物28を挾持し念ときの圧力を電気信
号として取出す。そしてこの電気信号に基いて加圧素子
としての圧電バイモルフ26の加圧力を制御することに
よって、最適な挾持力で対象物28を挟持可能となり対
象物28の構造破壊を防ぐことが可能となる。
In this way, the piezoelectric bimorph 26 acts as a pressure element,
By using the piezoelectric pyromorph 27 as a detection element, an object 28 such as a cell is clamped and the applied pressure is extracted as an electrical signal. By controlling the pressurizing force of the piezoelectric bimorph 26 as a pressurizing element based on this electric signal, it becomes possible to clamp the object 28 with an optimal clamping force, and it becomes possible to prevent structural destruction of the object 28.

〔実施例〕〔Example〕

第3図は本発明の第1の実施例を示す斜視図である。第
3図において30はピンセット本体でアリ、一対の挾持
脚31,32と、連結体33とで構成されている。上記
挾持脚31 、32と連結体33との間にはバイモルフ
構造の第1゜第2の圧電素子34p35が介在している
。これらの圧電素子のうち第1の圧電素子34は信号電
圧印加端子36.37に印加される信号電圧に応じて所
定方向に偏位し、挾持脚31.32を開閉脚動作させる
ものとなっている。ま友第2の圧電素子35は挾持脚3
1,32の先端で対象物を挾持したとき、その圧力を電
気信号に変換し、これを端子38.39から外部へ送出
するものとなっている。
FIG. 3 is a perspective view showing the first embodiment of the present invention. In FIG. 3, reference numeral 30 denotes a tweezers body, which is composed of a dovetail, a pair of clamping legs 31 and 32, and a connecting body 33. A first and second piezoelectric element 34p35 having a bimorph structure is interposed between the clamping legs 31, 32 and the connecting body 33. Among these piezoelectric elements, the first piezoelectric element 34 is deflected in a predetermined direction according to the signal voltage applied to the signal voltage application terminal 36.37, and opens and closes the clamping legs 31.32. There is. The second piezoelectric element 35 is the clamping leg 3
When an object is held between the ends of the terminals 1 and 32, the pressure is converted into an electrical signal, which is sent to the outside from the terminals 38 and 39.

第4図は第1の圧電素子34の構造を示す部分断面図で
ある。図示の如く第1の圧電素子34は図中矢印で示す
ごとく分極方向が同一方向を向くように配置された2枚
の圧電セラミックス41.42を、中間電極43をはさ
んで接合し、かつその両側に外側電極44.45を取付
け、上記中間電極43と外側電極44 、45とに対し
、端子36.37から所定の信号電圧を印加するように
した並列型バイモルフ構造の素子である。
FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing the structure of the first piezoelectric element 34. As shown in FIG. As shown in the figure, the first piezoelectric element 34 is made by joining two pieces of piezoelectric ceramics 41 and 42 with an intermediate electrode 43 in between, which are arranged so that their polarization directions are in the same direction as shown by the arrows in the figure. This element has a parallel bimorph structure in which outer electrodes 44, 45 are attached to both sides, and predetermined signal voltages are applied from terminals 36, 37 to the intermediate electrode 43 and outer electrodes 44, 45.

第5のは第2の圧電素子35の構造を示す部分断面図で
ある。図示の如く第2の圧゛電素子35は矢印で示す如
く分極方向を逆にして配置した2枚の圧電セラミックス
51.52を接合し、その両側に外側電極54.55を
取付け、これらの電極54.55に生じる信号電圧を端
子38.39から外部に取出すようにし九直列型バイモ
ルフ構造の素子である。
The fifth is a partial cross-sectional view showing the structure of the second piezoelectric element 35. As shown in the figure, the second piezoelectric element 35 is made by bonding two piezoelectric ceramics 51 and 52 arranged with opposite polarization directions as shown by the arrows, and attaching outer electrodes 54 and 55 to both sides of the piezoelectric ceramics 51 and 52. The signal voltage generated at terminals 54 and 55 is taken out to the outside from terminals 38 and 39, and the element has a nine-series bimorph structure.

第6図(a) (b)はバイモルフ構造の圧電素子の動
作説明図である。同図(&)のように長さl2幅W。
FIGS. 6(a) and 6(b) are explanatory diagrams of the operation of a piezoelectric element having a bimorph structure. As shown in the figure (&), length l2 width W.

厚みtなるバイモルフ構造の圧電素子60の電気歪み係
数をd31とし、印加電圧をVとすると、同図(b)に
示すように基端61を固定し次ときの先端62の偏位量
ΔXは、前記(1)式に示したように ΔK = 3 ” l” ” dH”  v/l”とな
る。ま九このときの圧電素子60の偏位端における押圧
力Pは、前記(2)式に示したよう(P −3wt−d
H・gh @ V/41となる。かくして第1の圧電素
子34の端子36.37に所定の極性および大きさを有
する信号電圧を印加すると、この信号電圧による電界方
向と圧電セラミ、クスの分極方向との関係において、一
方の圧電セラミックスが伸びるとき他方の圧電セラミッ
クスが縮むように作動し、結果としてΔXなる偏位量お
よびPなる押圧力にて圧電セラミックスの重合方向へ湾
曲変形する。
Assuming that the electrical strain coefficient of the piezoelectric element 60 having a bimorph structure with a thickness of t is d31 and the applied voltage is V, the amount of deviation ΔX of the tip 62 when the base end 61 is fixed is as shown in FIG. , as shown in the above equation (1), ΔK = 3"l""dH"v/l".The pressing force P at the deflection end of the piezoelectric element 60 at this time is given by the above equation (2). As shown in (P-3wt-d
H・gh @ V/41. Thus, when a signal voltage having a predetermined polarity and magnitude is applied to the terminals 36 and 37 of the first piezoelectric element 34, one piezoelectric ceramic When the piezoelectric ceramics expand, the other piezoelectric ceramics act to contract, and as a result, the piezoelectric ceramics are bent in the direction of superposition by a displacement amount of ΔX and a pressing force of P.

一方、バイモルフ構造の圧電素子に外力が加ったときの
発生電圧eは、前記(3)式に示し次ようK、 θ= 3 gm*・l−F/2bt となる。かくして第2の圧電素子35に対象物からの圧
力が加わると、変位方向と圧電セラミ、クスの分極方向
との関係において所定極性および大きさを有する電気信
号が発生し、端子s8.39から出力される。この信号
に基いて信号電圧印加端子(不図示)によって前記第1
の圧電素子34に印加する信号電圧を制御することによ
シ、偏位量ΔX、押圧カPが自動的に変化し、挾持力が
対象物の状態に応じtものに制御される。
On the other hand, the generated voltage e when an external force is applied to the piezoelectric element having a bimorph structure is expressed by the above equation (3) and is as follows: K, θ=3 gm*·l−F/2bt. In this way, when pressure is applied from the object to the second piezoelectric element 35, an electric signal having a predetermined polarity and magnitude is generated in the relationship between the displacement direction and the polarization direction of the piezoelectric ceramic, and the electric signal is output from the terminal s8.39. be done. Based on this signal, a signal voltage application terminal (not shown)
By controlling the signal voltage applied to the piezoelectric element 34, the deflection amount ΔX and the pressing force P are automatically changed, and the clamping force is controlled to be t depending on the state of the object.

なお、本実施例においては加圧用として並列型バイモル
フ構造の第1の圧電素子34を用いているので、インピ
ーダンスが低く、動作効率が高いという利点がある。ま
た検出用として直判型バイモルフ構造の第2の圧電素子
35を用いているので、静電容量が小さく検出感度が高
いという利点がある。すなわち変換された電気信号を電
圧モードで検出する場合、発生電荷をQ、静電容量をC
とすると、発生電圧eは8 = Q/Cとなる。直列型
バイモルフ構造の素子は上記静電容量Cの値を小さくで
きるので検出感度が上がることになる。
In this embodiment, since the first piezoelectric element 34 having a parallel bimorph structure is used for pressurization, it has the advantage of low impedance and high operating efficiency. Furthermore, since the second piezoelectric element 35 having a direct-diameter bimorph structure is used for detection, there is an advantage that the capacitance is small and the detection sensitivity is high. In other words, when detecting a converted electrical signal in voltage mode, the generated charge is Q and the capacitance is C.
Then, the generated voltage e is 8 = Q/C. Since the series bimorph structure element can reduce the value of the capacitance C, detection sensitivity increases.

第7図は本発明の第2の実施例を示す図である。この実
施例が前記第1の実施例と異なる点は、挟持腕71.7
2と連結体73との間に、圧電セラミックスを非圧電部
材上に接合した・9イモルフ構造の第1.第2の圧電素
子74 、75を介在させた点である。
FIG. 7 is a diagram showing a second embodiment of the present invention. This embodiment differs from the first embodiment in that the clamping arms 71.7
2 and the connecting body 73, the first .9 immorph structure has a piezoelectric ceramic bonded onto a non-piezoelectric member. This is because second piezoelectric elements 74 and 75 are interposed.

第8図は上記第1.第2の圧電素子’/4,75の部分
断面図である。第8図から明らかなように、この圧電素
子は圧′成セラミックス81を非圧電部材82の上に接
合し、上記圧電セラミ。
Figure 8 shows the above 1. It is a partial sectional view of the 2nd piezoelectric element'/4,75. As is clear from FIG. 8, this piezoelectric element has a piezoelectric ceramic 81 bonded onto a non-piezoelectric member 82, and the piezoelectric ceramic 81 is bonded onto a non-piezoelectric member 82.

クス81に対して趨子76(1B)、77(79)から
信号電圧を印加するものとなっている。
A signal voltage is applied to the box 81 from the terminals 76 (1B) and 77 (79).

この第2の実施例においては信号電圧が印加されると、
単一の圧電セラミックス81のみが歪みを生じる。その
結果、歪みを生じない非圧電部材82との相対的力学関
係により、第1の実施例と同様の偏位を生じることにな
る。但しその偏位力は第1の実施例のものに比べて小さ
いものとなる。また挟持腕71.72にて対象物を挾持
すると、そのとき挟持腕71.72に・加わる圧力によ
り圧電セラミックス81に歪が生じ電気信号が発生する
ことになる。したがって第1の実施例と同様の挟持力制
御を行なうことができる。
In this second embodiment, when a signal voltage is applied,
Only a single piezoelectric ceramic 81 causes distortion. As a result, due to the relative mechanical relationship with the non-piezoelectric member 82 that does not cause distortion, the same deflection as in the first embodiment will occur. However, the deflection force is smaller than that of the first embodiment. Further, when the object is held between the holding arms 71 and 72, the pressure applied to the holding arms 71 and 72 causes distortion in the piezoelectric ceramic 81, and an electric signal is generated. Therefore, the same clamping force control as in the first embodiment can be performed.

なお非圧電部材82としてはピンセットの挟持腕71.
72とは別設せずに、挟持腕71゜22の延長部をその
iま用いてもよく、圧・1セラミツクスを挟持腕71.
72の外側面あるいは内側面に張り付けるようにしても
よい。
Note that the non-piezoelectric member 82 is a clamping arm 71 of tweezers.
Instead of being provided separately from the clamping arms 71.72, the extensions of the clamping arms 71.22 may also be used, and the pressure-1 ceramics can be attached to the clamping arms 71.72.
It may be attached to the outer or inner surface of 72.

なお本発明は前記実施例に限定されるものではない。例
えば前記実施例では一方の挟持腕に加圧用の第1の圧電
素子を装着し、他方の挟持腕に検出用の第2の圧電素子
を装着するようにし友場合を示したが、両脚にそれぞれ
加圧用および検出用の第1.第2の圧電素子を一組づつ
装着するようにしてもよい。また加圧用の圧電素子とし
て積層構造の圧電素子を用い、これを一対の挟持腕の基
端部相互間に連結体を兼ねて介在させるようにしてもよ
い。さらに前記第1の実施例では加圧用のf41の圧電
素子として並列型バイモルフ構造の素子を用い、検出用
の第2の圧電素子として直列型バイモルフ構造の素子を
用いた場合を示し友が、第1.第2の圧電素子のいずれ
にも並列型あるいは直列型パイそルフ構造の圧電素子を
統一的に用いてもよい。
Note that the present invention is not limited to the above embodiments. For example, in the above embodiment, the first piezoelectric element for pressurization is attached to one clamping arm, and the second piezoelectric element for detection is attached to the other clamping arm. The first one is for pressurization and detection. The second piezoelectric elements may be attached one set at a time. Further, a piezoelectric element having a laminated structure may be used as the piezoelectric element for pressurization, and this piezoelectric element may be interposed between the base end portions of the pair of clamping arms, also serving as a connecting body. Furthermore, in the first embodiment, an element with a parallel bimorph structure is used as the f41 piezoelectric element for pressurization, and an element with a series bimorph structure is used as the second piezoelectric element for detection. 1. A piezoelectric element having a parallel or series piezoelectric structure may be used as all of the second piezoelectric elements.

この場合は効率および感度の点では第1実施例のものよ
シ劣るものとなるが、同一構造のものを用いるので、裏
作が容易であると共に、使用時における両者の誤使用の
おそれがなく、使用上の融通性に富む利点がある。この
ほか本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能
であるのは勿論である。
In this case, the efficiency and sensitivity are inferior to those of the first embodiment, but since the same structure is used, it is easy to make a duplicate, and there is no risk of misuse of the two during use. It has the advantage of being highly flexible in use. It goes without saying that various other modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、第1の圧電素子へ印加する信号電圧の
大きさに見合り念偏位量だけ、ピンセット本体の挾持脚
先端が所定方向へ偏位し、安定し意力で対象物を挾持し
得ると共に、対象物を挾持したときに挟持腕に加わる対
象物からの圧力が第2の圧電素子により検出され、この
検出圧力に応じ之挾持力が挟持腕に与えられることにな
る。したがって、たとえば細胞等の対象物がどのような
状態のものかを事前に詳細に知らない場合であっても、
対象物の状態に即応した適正な力により対象物を挟持操
作することができ、しかも種々の操作を遠隔的に微妙な
コントロールをもって精度よく行なうことができ、数μ
m〜数十μm程度の微細物を構造破壊等を起こさずに安
定、に操作することのできる圧電式ピンセットを提供で
きる。
According to the present invention, the tip of the clamping leg of the tweezers main body is deviated in a predetermined direction by the amount of mental deviation commensurate with the magnitude of the signal voltage applied to the first piezoelectric element, stably and volitionally holding the object The second piezoelectric element detects the pressure from the object applied to the clamping arms when the object is clamped, and the clamping force is applied to the clamping arms in accordance with this detected pressure. Therefore, even if you do not know in advance the state of an object such as a cell,
It is possible to clamp and operate an object with an appropriate force that immediately responds to the condition of the object, and various operations can be performed with precision with delicate remote control, and within a few micrometers.
It is possible to provide piezoelectric tweezers that can stably manipulate fine objects with a size of about 100 μm to several tens of μm without causing structural damage.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図および第2図は本発明の詳細な説明する几めの図
で第1図は基本的構成を示す図、第2図は作用説明図で
ある。第3図〜第6図(a)(b)は本発明の第1の実
施例を示す図で、第3図は構成を示す斜視図、第4図お
よび第5−はそれぞれ第1.第2のバイモルフ構造の圧
電素子の構造を示す部分断面図、第6図(a) (b)
はバイモルフ構造の圧電素子の動作説明図である。第7
図および第8図は本発明の第2の実施例を示す図で、第
7図は構成を示す斜視図、第8図はバイモルフ構造の圧
電素子の構造を示す部分断面図である。第9図および第
10図はそれぞれ従来の技術を説明するための図、第1
1図(a) (b)は解決すべき問題点を説明する次め
の斜視図である。 1.6・・・マイフロピイツト、2,9・・・細胞、3
.4・・・リニアモータ、5川スライダ、7・・・ステ
ージ、8・・・シャーシ、10・・・照明レンズ、11
・・・対物レンズ、20・・・ピンセット本体、21.
22,31.32.77.72・・・挾持脚、2s、s
3.73・・・連結体、24 、34 。 74・・・第1の圧電素子、25,35.75・・・第
2の圧電゛素手゛、26.27・・・圧電バイモルフ、
28・・・対象物、41.42.51.52゜81・・
・圧電セラミックス、44,45.54゜55・・・電
極板。 出願人代理人  弁理士 坪 井   淳第1図 第2図 N3r!!!I 第4図      第5図 第6図 第8図 第9図 第10囚 第11図
1 and 2 are detailed diagrams for explaining the present invention in detail, FIG. 1 is a diagram showing the basic structure, and FIG. 2 is an explanatory diagram of the operation. 3 to 6(a) and 6(b) are views showing the first embodiment of the present invention, in which FIG. 3 is a perspective view showing the configuration, and FIGS. 4 and 5- are views showing the first embodiment. Partial cross-sectional views showing the structure of the second bimorph piezoelectric element, FIGS. 6(a) and 6(b)
FIG. 2 is an explanatory diagram of the operation of a piezoelectric element having a bimorph structure. 7th
8 and 8 are diagrams showing a second embodiment of the present invention, FIG. 7 is a perspective view showing the structure, and FIG. 8 is a partial sectional view showing the structure of a piezoelectric element having a bimorph structure. Figures 9 and 10 are diagrams for explaining the conventional technology, respectively.
Figures 1(a) and 1(b) are perspective views illustrating the problem to be solved. 1.6... Myphropith, 2,9... Cell, 3
.. 4... Linear motor, 5 river slider, 7... Stage, 8... Chassis, 10... Lighting lens, 11
...Objective lens, 20...Tweezers body, 21.
22, 31. 32. 77. 72... clamping leg, 2s, s
3.73...connector, 24, 34. 74...First piezoelectric element, 25,35.75...Second piezoelectric "bare hand", 26.27...Piezoelectric bimorph,
28...Object, 41.42.51.52°81...
・Piezoelectric ceramics, 44, 45.54°55...electrode plate. Applicant's representative Patent attorney Jun Tsuboi Figure 1 Figure 2 N3r! ! ! I Figure 4 Figure 5 Figure 6 Figure 8 Figure 9 Figure 10 Prisoner Figure 11

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 開閉脚自在に設けられた一対の挾持脚を有するピンセッ
ト本体と、このピンセット本体の挾持脚に対して開閉脚
方向への偏位力を付与可能な如く上記ピンセット本体に
装着された第1の圧電素子と、この第1の圧電素子に信
号電圧を印加し所定量の偏位を生じさせる信号電圧印加
手段と、前記ピンセット本体の挾持脚にて対象物を挾持
したとき上記挾持脚に加わる圧力を電気信号に変換可能
な如く上記ピンセット本体に装着された第2の圧電素子
と、この第2の圧電素子から取出された電気信号に基い
て前記第1の圧電素子へ印加する信号電圧を制御する信
号電圧制御手段とを具備したことを特徴とする圧電式ピ
ンセット。
A tweezers body having a pair of clamping legs that are provided so as to be freely opened and closed; and a first piezoelectric element that is attached to the tweezers body so as to be able to apply a deflecting force in the direction of the opening and closing legs to the clamping legs of the tweezers body. an element, a signal voltage applying means for applying a signal voltage to the first piezoelectric element to cause a predetermined amount of deviation, and a pressure applied to the clamping legs when an object is clamped by the clamping legs of the tweezers body A second piezoelectric element is attached to the tweezers body so as to be convertible into an electric signal, and a signal voltage applied to the first piezoelectric element is controlled based on the electric signal taken out from the second piezoelectric element. Piezoelectric tweezers characterized by comprising signal voltage control means.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07194608A (en) * 1993-12-28 1995-08-01 Olympus Optical Co Ltd Exfoliation treatment tool
JP2006255847A (en) * 2005-03-18 2006-09-28 Kagawa Univ Nano-tweezer, micro force measuring device having it and method
JP2009208220A (en) * 2007-08-02 2009-09-17 Nsk Ltd Manipulator and manipulator system

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07194608A (en) * 1993-12-28 1995-08-01 Olympus Optical Co Ltd Exfoliation treatment tool
JP2006255847A (en) * 2005-03-18 2006-09-28 Kagawa Univ Nano-tweezer, micro force measuring device having it and method
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