JPS63240772A - 硝子電極等のマニピュレ−タ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野コ 本発明は、基礎医学などバイオニクスの分野において、
細胞に対して処理を施すべく硝子電極等を遠隔操作によ
り移動させるための硝子電極等のマニピュレータに関す
る。

「従来の技術」 従来のこの種のマニピュレータとしては、既に特開昭６
１−１４５５９号公報記載の油圧形式のものが知られる
ところである。該マニピュレータは、第７図に示す如く
、遠隔操作部１と、硝子電極等２が装置される移動部３
とから成っている。

遠隔操作部１は、それぞれ摘み４．５を回すと、ピスト
ン６．７により押圧されるダイアフラム８゜９付きの油
圧シリンダ１０．１１を備えたＸ軸直線駆動機構１２及
びＹ軸直線駆動機構１３と、レバー１４を傾倒させると
、その傾倒方向と傾倒量とに対応してダイアフラムを備
えた油圧シリンダ１５．１６がピストン１７ａ、１７ｂ
で加圧されるＸ−Ｙ軸駆動機構１７と、上記レバー１４
に内装されて、摘み１Ｂを回すとピストン１９で押圧さ
れるダイアフラム２０付きの油圧シリンダ２１を備えた
Ｚ軸駆動機構２２とから成っている。上記Ｘ−Ｙ軸駆動
機構１７は、固定基台１７ｃに縦方向（Ｙ軸方向）に往
復摺動するＹ軸スライダー１７ｄを装着し、該Ｙ軸スラ
イダー１７ｄに横方向（Ｘ軸方向）に往復摺動し、かつ
レバー１４と結合するピン球１７ｆが固設されたＸ軸ス
ライダー１７ｅを装着し、基台１７ｃとＹ軸スライダー
１７ｄとの間にピストン１７ｂ及び油圧シリンダ１６を
、又Ｙ軸スライダー１７ｄとＸ軸スライダー１７ｅとの
間にピストン１７ａ及び油圧シリンダ１５をそれぞれ介
在させたものである。一方、移動部３は、それぞれ同一
構成のＸ軸柱動台２３とＹ軸径動台２４とＺ軸柱動台２
５とを互いに縦設したものである。各移動台２３〜２５
は、本体２６〜２８にスライダー２９〜３１を往復摺動
自在に装着すると共に、本体２６〜２８にピストン３２
〜３４を設け、一方該ピストン３２〜３４にリターンス
プリング３５〜３７で常時当接するダイアフラム付きの
油圧シリンダ３８〜４０を、各スライダー２９〜３１に
設けたものである。リターンスプリング３５〜３７は、
各本体２６〜２８とスライダー２９〜３１との間に介入
させたもので、上記油圧シリンダ３８〜４０のダイアフ
ラムにピストン３２〜３４を常時当接させるといった機
能の他、本体２６〜２８に対するスライダー２９〜３１
の復動のための機能をも有する。上記Ｘ軸直線駆動機構
１２の油圧シリンダ１０は、耐圧チューブ４１．４２を
介してＸ軸柱動台２３の油圧、シリンダ３８に接続し、
該油圧シリンダ１０゜３８間にオイルを充填したもので
ある。Ｙ軸直線駆動機構１３の油圧シリンダ１１は、耐
圧チューブ４３．４４を介してＹ軸径動台２４の油圧シ
リンダ３９に接続し、該油圧シリンダ１１．３９間にオ
イルを充填する。又Ｘ−Ｙ軸駆動機構１７も、油圧シリ
ンダ１５に耐圧チューブ４２を介してＸ軸柱動台２３の
油圧シリンダ３８を接続し、該油圧シリンダ１５．３８
間にオイルを充填し、又油圧シリンダ１６に耐圧チュー
ブ４４介してＹ軸径動台２４の油圧シリンダ３９を接続
し、該油圧シリンダ１６．３９間にオイルを充填する。

Ｚ軸駆動機構２２の油圧シリンダ２１は、耐圧チューブ
４５を介してＺ軸柱動台２５の油圧シリンダ４゜に接続
し、該油圧シリンダ２１．４０間にオイルを充填する。

Ｚ軸柱動台２５のスライダー３１にはスタンド等に装着
するためのロッド２５ａを有し、又Ｘ軸移動台２３の本
体２６には硝子電極等２を取付けるための取付は金具２
３ａを有している。そして、Ｘ軸直線駆動機構１２、Ｙ
軸直線駆動機構１３、及びＺ軸駆動機構２２の各摘み４
゜５．１８を回せば、油圧シリンダ１０，１１．２１に
対するピストン６．７．１９の押圧量の変化に応じて油
圧シリンダ１０，１１．２１内の油圧が変化し、これに
伴いそれぞれ耐圧チューブ４１〜４５を介して移動部３
の対応する油圧シリンダ３８〜４０内の油圧も変化をし
て、油圧シリンダ３８〜４０に対するピストン３２〜３
４の押圧量が変化し、これにより本体２６〜２８に対し
てスライダー２９〜３１が摺動して硝子電極等２が横（
Ｘ軸）、縦（Ｙ軸）、及び高さくＺ軸）の方向に移動す
る。又、ｘ−ｙｔ＊駆動機構１７のレバー１４を傾倒さ
せれば、レバー１４の傾倒方向と傾倒量に応じて油圧シ
リンダ１５．１６に対するピストン１７ａ、１７ｂの押
圧量が変化し、これより耐圧チューブ４２．４４を介し
てＸ軸柱動台２３及びＹ軸径動台２４の各油圧シリンダ
３８．３９もピストン３２．３３による押圧量が変化し
、この結果上記と同様にＸ軸柱動台２３及びＹ軸径動台
２４の本体２６．２７に対してスライダー２９．３０が
摺動して、硝子電極等２がＸ軸方向及びＹ軸方向に移動
するものである。

その他、第１図及び第６図に示す如き電動式のマニピュ
レータも知られるところである。該マニピュレータは、
第１図に示す如く同一構成のＸ軸駆動機構４６．Ｚ軸駆
動機構４８及びＹ軸駆動機構４７を縦設し、Ｘ軸駆動機
構４６をスタンドや顕微鏡に固定されたステー４９に取
付け、一方Ｙ軸電動機構４７には硝子電極等２を取付け
るための取付は金具５０を設けたものである。各電動機
構４６〜４８は、第６図に示す如く、本体５１の収納孔
５２にモータ５３を収納し、モータ５３の回転軸にギア
５４．５５を介してネジ軸５６を回転可能に連結し、該
ネジ軸５６にはスライダー５７に垂設した雌ネジ筒５８
を螺合させたものである。ネジ軸５６は、その基端側を
一方の第１の端板５９の保持筒５９ａ内に挿通させ、他
端側を本体５１の収納凹部６０内に回転可能に臨ませる
ようになっている。ネジ軸５６の保持筒５９ａから突出
した基端には、ギア５５を螺着し、更にこの螺着側の反
対位置からギア５５に対してビス６３ａを螺合させて、
ダブルネジ形式でネジ軸５６の基端にギア５５を固定す
る。又スライダー５７を本体５１の収納凹部６０の上方
にリニアモーションベアリング６１を介在させて摺動自
在に装着させである。一方の第１の端板５９及びモータ
５３が固設された第２の端板６２は、本体５１の一端に
ビス６３で固設する。本体５１の他端には、他方の端板
６４を同様にビス６３で固設する。上記ギア５４．５５
は本体５１の一端にビス６６で固設されるギアケース６
５で囲繞するようになっている。そして、モータ５３を
駆動させれば、ギア５４．５５を介してネジ軸５６が回
転するので、該ネジ軸５６に雌ネジ筒５８が螺合されて
いることからスライダー５７が往復摺動できるようにな
っている。スライダー５７の摺動の限点はスライダー５
７と一体な保合子６７がマイクロスイッチ６８．６９の
各アクチュエータと当接することにより検出してモータ
５３を停止させるようになっている。従って、上記Ｘ軸
電動機構４６．Ｙ軸電動機構４７．Ｚ軸電動機構４８は
、それぞれ本体５１とスライダー５７との間を連結する
ことにより相互間を縦設するようになっている。

「発明が解決しようとする問題点」 しかし、前者の油圧式マニピュレータは、油圧を利用し
て硝子電極等２を移動させるものであるから、雰囲気温
度が変化すると、オイルが熱膨張する状態も変化して、
互いに耐圧チューブ４１〜４５で接続された各油圧シリ
ンダ１０，１１，１５．１６，２１．３８〜４０の相互
間の油圧が変化して、硝子電極等２の位置が不用意に変
動する所謂熱ドリフトが生ずることがあり、その都度硝
子電極等２の位置を調整し直す必要があるなどの問題が
あった。

又、後者の電動式マニピュレータは、モータ５３の回転
数をギア５４．５５で減速すると雌も、限界があって、
ミクロン単位で硝子電極等２を移動させることは容易で
なく、通常は取付は金具５０に上記油圧式マニピュレー
タを組合わせる形式で使用しているのが現状であり、上
記油圧式マニピュレータを組合わせるものであるから、
上述の熱ドリフトが発生するといった問題が依然として
存在するものであった。

そこで、本発明は、上記事情に鑑み、雰囲気の温度変化
によって不用意に硝子電極等が移動する所謂熱ドリフト
の発生がなく、しかも、ミクロン単位で硝子電極等を移
動でき、又遠隔操作で容易にかつ正確な位置決めができ
るばかりか、小型軽量で顕微鏡のステージ上方に臨ませ
て取付けることができて使用上類る便利な硝子電極等の
マニピュレータを提供すことを目的とする。

本発明は、上記目的を達成すべく、横方向用のＸ軸電動
機構と縦方向用のＹ軸電動機構と高さ方向用のＺ軸電動
機構とを互いに縦設し、かつ各電動機構のうち最先端の
ものには取付は金具を有し、上記各電動機構が本体に対
して内装モータ及びギア機構で往復摺動するスライダー
を備えた硝子電極等のマニピュレータにおいて、上記取
付は金具に、横方向用のＸ軸微動機構と縦方向用のＹ軸
微動機構と高さ方向用の２４ｉＴｏ微動機構とを縦設し
、各微動機構のうち最先端のものに硝子電極等を固定す
るための第２の取付は金具を設け、かつ各微動機構が揺
動板と、該揺動板の揺動基端に近接する位置を押圧自在
な圧電素子と、揺動板の先端の移動距離に応じて往復移
動が自在な微動板とから成る硝子電極等のマニピュレー
タを特徴とするものである。

「作用」 本発明は、上記手段において、まず、Ｘ軸電動機構、Ｙ
軸電動機構、及びＺ軸電動機構によって硝子電極等を所
望する位置付近に移動させて大まかな位置決めをし、次
に顕微鏡で観察しながら硝子電極等で細胞などを処理す
る時に、Ｘ軸微動機構、Ｙ軸徽動機構、及びＺ軸微動機
構のうち何れかの圧電素子に電圧を印加して、該圧電素
子の伸長により揺動板を押圧し、該揺動板を揺動させて
微動板を移動せしめ、これにより硝子電極等を縦横高さ
方向の所望する位置まで自在に微動させるものである。

「実施例」 以下に、本発明に係る硝子電極等のマニピュレータの一
実施例を図面に基づき説明する。まず、第１図において
、Ａは上述の従来より使用されている電動式マ冊ビュレ
ー夕である。該電動式マニピュレータＡの取付は金具５
０に継ぎロンドア０の基端を装着し、継ぎロンドア０の
先端にはＺ軸微動機構７１を固設する。該Ｚ軸微動機構
７１には、Ｘ軸微動機構７２とＹ軸微動機構７３とを縦
設する。Ｙ軸微動機構７３には周知構成の第２の取付は
金具７４．ボールジヨイント機構７５．第３の取付は金
具７６、及びホルダー７７を介して硝子電極等２を取付
けるようになっている。

上記Ｚ軸微動機構７１．Ｘ軸微動機構７２．及びＹ軸微
動機構７３は、それぞれ同一構成のもので、相互間を縦
設する際に、互いに９０度だけずらして組付けるもので
ある。つまり、第２図及び第３図に示す如く、ブロック
状の本体７８の上部に収納孔７９を有し、下端及び前端
に凹陥部８０゜８１を有し、該収納孔７９にはセラミッ
クスより成る角棒状の圧電素子８４を収嵌する。圧電素
子８４の基端及び押圧端には、収納穴８２．８３を形成
し、該収納穴８２．８３内にボール８５，９１を一部が
突出するように収嵌させ、接着剤により脱落不能に固定
する。本体７８の基端には、端板８８をビス８６ａで固
着する。この時、上記圧電素子８４の基端は、ボール８
５を介して端板８８の内面に当接させる。端板８８の内
面には、ボール８５を受ける受人８７が形成させである
。上記本体７８の前端の凹陥部８１内には、ピン９０を
支点として揺動自在に揺動板８９を収嵌させる。

ピン９０は、本体７８のビン孔９３ａ及び揺動板８９の
ビン孔９３ｂに挿通させるようになっている。上記圧電
素子８４は、ボール９１を介して常時揺動板８９のピン
９０に近接する位置に、っまり揺動基端の近接する位置
に当接させておく。ボール９１の一部は揺動板８９の内
面に形成した受人９２に嵌入するようになっている。上
記本体７８の下部の凹陥部８０にはリニアモーションベ
アリング９４を介在させて、本体７８に対し往復摺動自
在に上記微動板としてのスライダー９５を装着する。ス
ライダー９５の端面には端板９６．９７をビス８６で固
設させである。又スライダー９５と端板８８との間及び
スライダー９５と揺動板８９の先端との間にはスプリン
グ９８．９９を介在させる。スプリング９８．９９は、
スライダー９５を貫通して両端板９６．９７間に至る貫
通孔１００内に収納し、第３図に示す如くスライダー９
５の下面から貫通孔１００内に達するネジ孔に螺合させ
たビス１０１にスプリング９１３．９９の一端を掛止め
する。スプリング９８の他端は、端板８８の下部に透孔
１０２を穿設し、かつ端板８８の下端から透孔１０２内
に達するネジ孔に螺合させたビス１０３に掛止めする。

又スプリング９９の他端は、揺動板８９の下部に透孔１
０４を穿設しておき、該揺動板８９の側端から透孔１０
４内に達するネジ孔に螺合させたビス１０５に掛止めす
る。揺動板８９の先部内面に収納穴１１７を形成し、該
収納穴１１７にボール１１８の一部を揺動板８９の内面
から突出させた状態で収嵌し、ボール１１８の突出部を
端板９７に当接させておく。上記スプリング９９は、そ
の弾発力で揺動板８９の先端とスライダー９５の端板９
７とをボール１１８を介在させて常時当接させるための
ものである。一方、スプリング９８は、圧電素子８４の
縮小により揺動板８９が元に復帰する際のリターンスプ
リングとしての機能を持たせである。上記圧電素子８４
からは、リード線１０７を端板８８に穿設した透孔１０
６を挿通させて外部に引出す。更に本体７８の収納孔７
９の孔壁には、リード線１０７が嵌入する逃げ凹部１０
８を形成しておく。

上記Ｚ＠微動機構７１．Ｘ＠微動機構７２及びＹ軸微動
機構７３を組付ける時、各微動機構７１〜７３の隣合う
スライダー９５と本体７８若しくは本体７８に対して一
体的な端板８８との相互間をそれぞれビス等で固設する
ことにより縦設するが、この場合Ｚ軸微動機構７１のス
ライダー９５は本体７８に対しＺ軸方向（高さ方向）に
、Ｘ軸漱動機構７２のスライダー９５は本体７８に対し
Ｘ軸方向（横方向）に、又Ｙ軸徽動機構７３のスライダ
ー９５は本体７８に対してＹ軸方向く縦方向）に摺動可
能に位置決めして縦設する。Ｙ軸微動機構７３のスライ
ダー９５には第２の取付は金具７４の山形状の収納溝１
０９を備えた基台１１０を固設する。基台１１０の収納
溝１０９にはボールジヨイント機構７５の基部ロンドア
５ａを収嵌させ、該基部ロッド７５ａを締付はネジ１１
２により基台１１０と押え座１１１とで挾持する。

第１図において、Ｚ軸微動機構７１から引出したリード
線を１０７２とし、Ｘ軸微動機構７２から引出したリー
ド線を１０７Ｘとし、更にＹ！ｌｂｍ動機構７３から引
出したリード線を１０７Ｙとし、各リード綿１０７Ｚ、
１０７Ｘ、１０７Ｙには制御装置１１３から直流電力が
供給されるようになっている。又上記Ｘ軸電動機構４６
．Ｙ軸電動機構４７及びＺ軸電動機構４８の各モータ５
３にも制御装置１１４から直流電力が供給されるように
なっている。各制御装置１１３，１１４には操作器１１
５，１１６を付設する。

上記構成において、まず操作器１１６を操作して制御装
置１１４から、Ｘ軸電動機構４６．Ｙ軸電動機構４７．
及びＺ軸電動機構４８のうちの何れかのモータ５３に通
電して駆動させ、これにより硝子電極等２を処理すべき
細胞等の予め定めた近接位置まで移動させて、大まかな
位置決めをする。次に細胞等を顕微鏡で観察しながら、
操作器１１５を操作して制御装置１１３から、Ｚ軸微動
機構７１．Ｘ軸微動機構７２及びＹ軸微動機構７３のう
ちの何れかの圧電素子８４に直流電力を供与して、斯る
圧電素子８４が伸長することで揺動板８９の揺動に伴い
スライダー９５が摺動し、これにより硝子電極等２を縦
横高さ方向の何れかに自由に微動させて、細胞等を処理
する。

つまり、上記圧電素子８４は、多数のエレメントを積層
した形式で、電界が印加されると、電界方向に伸びる圧
電縦効果を利用するものであり、上記の如く圧電素子８
４の基端がボール８５を介して端板８８の内面に当接さ
せてあり、従って電圧が印加されて、その印加電圧の値
に比例した長さだけ伸長すると、第５図に示す如くボー
ル９１を介して揺動板８９を押圧する。ところで、ボー
ル９１によって揺動板８９が押圧される点は、第４図に
示す如く、揺動の支点となるピン９０からβ１の距離を
おいた該ピン９０と極めて近接した位置に設定しである
。一方、スライダー９５が端板９７及びボール１１８を
介して揺動板８９と当接する位置は、ピン９０から１２
だけ離れている。

このため、第５図に示す如く圧電素子８４が揺動板８９
を押圧するための伸長する長さを７！３とし、又揺動板
８９の揺動によりスライダー９５が移動する距離を１４
とすれば、ｌ、：１．＝６　＝１４なる関係式が成立す
る。従って、圧電素子８４が伸長する長さ！、に対して
、スライダー９５が移動する距離１４は、ｐ　２　／　
ｌ＋倍に拡大される。

通常圧電素子８４が伸長する最大の長さ！、は１５μｍ
程度である。一方スライダー９５は、１０倍程度拡大さ
れて略１５０μｍ移動できるように設定しである。

「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ュレータ
によれば、雰囲気の温度変化によって不用意に硝子電極
等が移動する所謂熱ドリフトの発生がなく、しかもミク
ロン単位で硝子電極等を移動させることができ、又遠隔
操作で容易にがっ正確な位置決めができるばかるか、小
型軽量で顕微鏡のステージ上方に臨ませて取付けること
ができて使用上類る便利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る硝子電極等のマニピュレータを従
来の電動式マニピュレータに組付けた状態の斜視図、第
２図は本発明のマニピュレータにおいてＸ軸微動機構、
　ＹＩＩＩＩ微動機構、及びＺ軸微動機構をそれぞれ構
成する一つの微動機構の分解斜視図、第３図は第２図に
おける微動機構の組立縦断面図、第４図及び第５図は第
２図における微動機構の動作を説明するための説明図、
第６図は従来の電動式マニピュレータにおいてＸ軸電動
機構、Ｙ軸電動機構、及びＺ軸電動機構をそれぞれ構成
する一つの電動機構の分解斜視図、第７図は従来の油圧
式マニピュレータの構成図である。 Ａ・・・ｔｆｉＪ＋式マニピュレータ ２・・・硝子電極等　　　　５０・・・取付は金具７１
・・・ＺＩｌｉＩｌｌ微動機構　　７２・・・Ｘ軸微動
機構７３・・・Ｙ軸微動機構 ７４・・・第２の取付は金具 ７８・・・本体　　　　　　８４・・・圧電素子８９・
・・揺動手圧　　　　　９５・・・スライダー第３図 ！：１７８０７υ１９４９５

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 横方向用のＸ軸電動機構と縦方向用のＹ軸電動機構と高
   さ方向用のＺ軸電動機構とを互いに縦設し、かつ各電動
   機構のうち最先端のものには取付け金具を有し、上記各
   電動機構が本体に対して内装モータ及びギア機構で往復
   摺動するスライダーを備えた硝子電極等のマニピュレー
   タにおいて、上記取付け金具に、横方向用のＸ軸微動機
   構と縦方向用のＹ軸微動機構と高さ方向用のＺ軸微動機
   構とを縦設し、各微動機構のうち最先端のものに硝子電
   極等を固定するための第２の取付け金具を設け、かつ各
   微動機構が揺動板と、該揺動板の揺動基端に近接する位
   置を押圧自在な圧電素子と、揺動板の先端の移動距離に
   応じて往復移動が自在な微動板とから成ることを特徴と
   する硝子電極等のマニピュレータ。