WO2006009216A1 - 光圧回転体及び光圧回転装置 - Google Patents

Abstract

　光の照射により光圧トラップされるとともに、回転中心軸回りに光圧回転する側方に複数の羽根を備えた光圧回転体を提供する。 　本発明の光圧回転体１は、光の照射により光圧トラップされると共に、回転中心軸Ｏ回りに光圧回転する光圧回転体であって、回転中心軸Ｏから放射方向に伸びた第１の側面３と、回転中心軸Ｏと対向する第２の側面４と、第１の側面３と対面する第３の側面５と、回転中心軸Ｏと交わる下面６と、該下面６に対面する上面７を具備した羽根を３枚配して構成される部分から前記所定方向と逆方向へ回転させるトルクを発生させる逆トルク発生部が除去されたことを特徴とする。又、このような光圧回転体１と、光源Ｃと、対物（集光）レンズＤとを具備した光圧回転装置であることを特徴とする。

Description

明 細 書

光圧回転体及び光圧回転装置

技術分野

[0001] 本発明は、マイクロ流体の攪拌等に使用する光圧回転体及び光圧回転装置に関し

、詳しくは光の照射により発生する光圧を駆動源として回転する光圧回転体及び光 圧回転装置に関する。

背景技術

[0002] 従来、マイクロ流体の攪拌等には、液体が収容された容器内の底部に磁化された 攪拌用回転子を配置し、回転駆動されるマグネットにより前記攪拌用回転子を回転さ せて液体を攪拌するタイプのミキサーが用いられてきた (例えば、特許文献 1参照。 )

。しかし、微量の試液と試薬とを混合'反応させて分析を行う集積化学分析機器 (マイ クロ分析チップ)の微小流路の寸法は、将来的には幅数十 μ m、深さ数十 μ mと超 小型になるため、マグネットで駆動するタイプの従来のミキサーを使用することが不可 能となる。

[0003] そのため、マイクロマシユングを利用したマイクロ流体の混合器の研究開発が精力 的に行われており、主に（1)流入口の数や形状を工夫することにより、混合する 2液（ 試液と試薬)を多層の流れに変換して混合効率を高める方法、 (2)流路壁面に溝を 付設し乱流を発生する方法、 (3)ダイアフラム (薄膜)を PZT (チタン酸ジルコン酸鉛） 薄膜で振動し、その上にある微小流体を混合する方法、の 2つの方法が提案されて いる。これらの 3つの方法を比較すると、受動的な（1)、（2)の方法よりも能動的な（3) の方法の方がより効率よく 2液を混合できる可能性があるが、いずれの方法も直接 2 液を攪拌するものではな!、ため、必ずしも効率よく 2液を混合することができるとは言 えなかった。

[0004] カゝかる事象を考慮して、マイクロ流体を直接混合するものとしては、例えば、この出 願の発明者らによって考案された光圧回転体がある (特許文献 2参照。；)。この特許 文献 2に開示されている光圧回転体は、レーザ光等の光の屈折及び反射の際の運 動量変化が光透過性を有する微小物体への力学的な運動量として伝達され、その 表面に対して垂直方向に発生する、いわゆる光圧により光圧トラップされると共に回 転中心軸を中心として光圧回転する回転体である。この光圧回転体は、光マイクロモ 一タゃ光マイクロドリル等への応用が期待できる一方で、回転中心軸の側方に複数 の羽根を配して構成することにより、光圧回転時に周囲の媒質を攪拌する光ミキサー として禾 IJ用することができる。

特許文献 1 :特開平 10— 192680号公報

特許文献 2：特許第 3364780号

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] し力しながら、上記のように複数の羽根を配して構成された光圧回転体を液体から なる媒質中に配置した場合、光圧回転時に周囲の媒質力 受ける粘性抵抗が大きく 、光圧回転速度に限界があった。また、集積化学分析機器では、微量の試液と試薬 とを混合'反応させて分析を行うため、測定時間等の観点からも、できるだけ短時間 でより効率よくマイクロ流体を攪拌 '混合する必要がある。

[0006] 本発明は、力かる課題に鑑みてなされたものであり、側方に複数の羽根を備え、レ 一ザ光等の光の照射により回転中心軸回りに光圧回転する光圧回転体において、 周囲のマイクロ流体をより効率よぐしかも力強く攪拌 *混合することができる光圧回転 体及び光圧回転装置を提供することを目的とする。

[0007] 又、この発明の他の目的は、レーザ光等の光の照射により回転中心軸回りに光圧 回転する光圧回転体の回転中心軸上に付設具を設けて、この光圧回転体の回転を 有効利用することが出来る光圧回転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

[0008] 上記目的を達成するために、請求項 1記載の光圧回転体は、光の照射により光圧ト ラップされることによって、回転中心軸回りに所定方向へ回転するトルクが付与されて 光圧回転する光圧回転体であって、前記回転中心軸力 放射方向に伸びた第 1の 側面と、前記回転中心軸と対向する第 2の側面と、前記第 1の側面と対面する第 3の 側面と、前記回転中心軸と交わる下面と、該下面に対面する上面を具備した羽根を 3 枚配して構成される部分力 前記所定方向と逆方向へ回転させるトルクを発生させる 逆トルク発生部が除去されたことを特徴としている。

[0009] 請求項 2記載の光圧回転体は、前記逆トルク発生部が、前記回転中心軸を含む平 面と前記第 3の側面とが直交する部分から前記光圧回転する方向側の他の羽根の 第 1の側面に向って前記第 3の側面の所定領域が切除された部分であることを特徴 としている。

[0010] 請求項 3記載の光圧回転体は、光の照射により光圧トラップされることによって、回 転中心軸回りに所定方向へ回転するトルクが付与されて光圧回転する光圧回転体 であって、前記回転中心軸から放射方向に伸びた第 1の側面と、前記回転中心軸と 対向する第 2の側面と、前記第 1の側面に対面すると共に該第 1の側面と平行な平面 に対してその放射方向側が前記光圧回転の方向に所定の角度で傾斜した平面形状 の第 3の側面と、前記回転中心軸と交わる下面と、該下面に対面する上面を具備し た羽根を 2枚以上前記回転中心軸を中心に放射状に等間隔で配置したことを特徴と している。

[0011] 請求項 4記載の光圧回転体は、光の照射により光圧トラップされることによって、回転 中心軸回りに所定方向へ回転するトルクが付与されて光圧回転する光圧回転体であ つて、前記回転中心軸から放射方向に伸びた第 1の側面と、前記回転中心軸と対向 する第 2の側面と、前記第 1の側面に対面すると共に該第 1の側面側に湾曲した曲面 形状の第 3の側面と、前記回転中心軸と交わる下面と、該下面に対面する上面を具 備した羽根を 2枚以上前記回転中心軸を中心に放射状に等間隔で配置したことを特 徴としている。

[0012] 請求項 5記載の光圧回転体は、前記第 1の側面側に湾曲した横断面形状は、前記 回転中心軸を通る放射方向と光圧方向のなす角度が直角をなす湾曲した横断面形 状であることを特徴として！/、る。

[0013] 請求項 6記載の光圧回転体は、光の照射により光圧トラップされることによって、回転 中心軸回りに所定方向へ回転するトルクが付与されて光圧回転する光圧回転体であ つて、前記回転中心軸から放射方向に伸びた第 1の側面と、前記回転中心軸と対向 する第 2の側面と、前記第 1の側面と対面する第 3の側面と、前記回転中心軸と交わ る下面と、該下面と対向すると共に前記第 1の側面力 第 3の側面へ向けて下面側 へ傾斜した光圧発生用斜面を具備した羽根を 2枚以上前記回転中心軸を中心に放 射状に等間隔で配置したことを特徴としている。

[0014] 請求項 7記載の光圧回転体は、光の照射により光圧トラップされることによって、回 転中心軸回りに所定方向へ回転するトルクが付与されて光圧回転する光圧回転体 であって、前記回転中心軸から放射方向に伸びた第 1の側面と、前記回転中心軸と 対向する第 2の側面と、前記回転中心軸と交わる下面と、前記第 1の側面から前記下 面へ向けて下方に傾斜した光圧発生用斜面を具備した羽根を 2枚以上前記回転中 心軸を中心に放射状に等間隔で配置したことを特徴としている。

[0015] 請求項 8記載の光圧回転体は、前記回転中心軸を通る放射方向と光圧方向のなす 角度が直角をなす曲面形状であることを特徴としている。

[0016] 請求項 9記載の光圧回転体は、照射された光が光圧回転体内部には進入しないよ うに、前記光圧発生用斜面に反射膜が貼設されたことを特徴としている。

[0017] 請求項 10記載の光圧回転体は、光の照射により光圧トラップされることによって、 回転中心軸回りに所定方向へ回転するトルクが付与されて光圧回転する光圧回転 体であって、光圧回転体本体の前記回転中心軸力 放射方向に 2枚以上の攪拌用 パドルを配して構成されると共に、前記光圧回転体本体の上面又は下面或いは双方 の面に前記回転中心軸で交差する複数の光圧発生用斜面が形成されたことを特徴 としている。

[0018] 請求項 11記載の光圧回転体は、前記光圧回転体の材質が光透過性を有する誘 電体、 PMMA、又はレジストによって形成されたものであることを特徴としている。

[0019] 請求項 12記載の光圧回転体は、前記光圧回転体の形成が金型 (モールド)を用い てプレス又は射出成形により形成されたものであることを特徴としている。

[0020] 請求項 13記載の光圧回転体装置は、前記光圧回転体とこの光圧回転体に光を照 射する人工光源とからなる光圧回転装置であることを特徴としている。

[0021] 請求項 14記載の光圧回転体装置は、前記人工光源と前記光圧回転体の間に対物 レンズを介在させて、人工光源からの光を所定の焦点位置に集光することによって前 記光圧回転体を当該焦点位置近傍へ移動させると共にその移動した位置で回転駆 動することを特徴としている。 [0022] 請求項 15記載の光圧回転体装置は、前記対物レンズが人工光源に対して離反接 近自在であることを特徴として 、る。

[0023] 請求項 16記載の光圧回転体装置は、前記人工光源及び対物レンズが 3次元方向に 移動自在であることを特徴として！/、る。

[0024] 請求項 17記載の光圧回転体装置は、前記人工光源がレーザ光源であることを特徴 としている。

[0025] 請求項 18記載の光圧回転体装置は、前記光圧回転体が攪拌機の攪拌羽根として の機能を具備した光圧回転装置であることを特徴とするものである。

[0026] 請求項 19記載の光圧回転体装置は、前記光圧回転体がポンプの回転羽根としての 機能を具備したことを特徴とするものである。

[0027] 請求項 20記載の光圧回転体装置は、前記光圧回転体本体の回転中心軸上に付設 具を設けた光圧回転装置であることを特徴とするものである。

[0028] 請求項 21記載の光圧回転体装置は、前記付設具が極細のひもの卷取具である光 圧回転装置であることを特徴として 、る。

[0029] 請求項 22記載の光圧回転体装置は、前記付設具がドリルである光圧回転装置であ ることを特徴としている。

[0030] 請求項 23記載の光圧回転体装置は、前記付設具が先端の尖ったものである光圧回 転装置であることを特徴として 、る。

[0031] 請求項 24記載の光圧回転体装置は、前記付設具が回転軸である光圧回転装置で あることを特徴としている。

[0032] 請求項 25記載の光圧回転体装置は、前記付設具が攪拌羽根である光圧回転装置 であることを特徴として 、る。

[0033] 請求項 26記載の光圧回転体装置は、前記付設具がハンマーである光圧回転装置 であることを特徴として 、る。

[0034] 請求項 27記載の光圧回転体装置は、前記付設具が半円球のものである光圧回転 装置であることを特徴として！/、る。

[0035] 請求項 28記載の光圧回転体装置は、前記付設具がブラシである光圧回転装置であ ることを特徴としている。 [0036] 請求項 29記載の光圧回転体装置は、前記付設具がプロペラである光圧回転装置で あることを特徴としている。

[0037] 請求項 30記載の光圧回転体装置は、前記付設具が回転刃である光圧回転装置で あることを特徴としている。

[0038] 請求項 31記載の光圧回転体装置は、人工光源と該人工光源からの光により回転す る光圧回転体とを具備してなると共に、前記光圧回転体の周囲に極細のひもを巻き 取る卷取機であることを特徴として 、る。

[0039] 請求項 31記載の光圧回転体装置は、前記人工光源が、レーザ光源であることを特 徴としている。

発明の効果

[0040] 請求項 1に記載の光圧回転体によれば、上面の上方からザ光を集光照射すること により、光圧回転体を集光照射した光の焦点付近に光圧トラップすると共に回転中心 軸回りに光圧回転させることができる。また、逆トルク発生部が除去されているので、 これが除去されて 、な ヽ光圧回転体に比べてより高速に光圧回転させることができる 。したがって、例えばマイクロ流体等の媒質中で光圧回転させた場合には、周囲のマ イク口流体をより効率よく攪拌《混合出来るし、また、光圧回転体の回転力を増大する ことができる。

[0041] 請求項 2に記載の光圧回転体は、逆トルク発生部を第 3の側面の回転中心軸側の 所定領域としこの部分を切除したので、材料費が切除した分安くなる。又、全体の重 量が軽くなる分だけ回転力が増す。

[0042] 請求項 3に記載の光圧回転体によれば、上面の上方から光を集光照射することに より、光圧回転体を集光照射した光の焦点付近に光圧トラップすると共に回転中心 軸回りに光圧回転させることができる。また、第 1の側面に対して第 3の側面が所定の 角度で傾斜しているので、第 3の側面が第 1の側面と平行に形成された光圧回転体 に比べて第 3の側面力 発生する光トルクの総量が増大し、より高速に光圧回転させ ることがでさる。

[0043] 請求項 4に記載の光圧回転体によれば、上面の上方から光を集光照射することによ り、光圧回転体^^光照射した光の焦点付近に光圧トラップすると共に回転中心軸 回りに光圧回転させることができる。また、第 3の側面が曲面形状に形成されているの で、第 3の側面が平面形状に形成された光圧回転体に比べて、第 3の側面から発生 する光トルクの総量を増加させることができ、結果としてより高速に光圧回転させるこ とがでさる。

[0044] 請求項 5に記載の光圧回転体によれば、前記回転中心軸を通る放射方向と光圧方 向のなす角度が直角をなすので、最も高速に光圧回転させることができる。

[0045] 請求項 6に記載の光圧回転体によれば、下面と対向すると共に第 1の側面力 第 3 の側面へ向けて下面側へ傾斜した光圧発生用斜面が形成されて！ヽるので、平行照 射された光により光圧回転体を光圧回転させることができる。そのため、光を集光す るための対物レンズが不要であり、集積ィヒ学分析機器等の光圧回転体装置の簡略 ィ匕することがでさる。

[0046] 請求項 7に記載の光圧回転体によれば、第 1の側面から下面へ向けて下方に傾斜し た光圧発生用斜面が形成されているので、平行照射された光により光圧回転体を光 圧回転させることができる。そのため、光を集光するための対物レンズが不要であり、 集積ィ匕学分析機器等の光圧回転体装置の構成を簡略ィ匕することができる。また、第 3の側面が形成されて ヽな 、ため、第 3の側面が形成されて ヽる光圧回転体に比べ て第 1の側面での光圧の発生面積、すなわち逆トルクの発生面積が減少する。した がって、第 3の側面が形成されている光圧回転体に比べてより高速に光圧回転させ ることが可能である。

[0047] 請求項 8に記載の光圧回転体によれば、第 3の側面が回転中心軸を通る放射方向 と光圧方向のなす角度が直角をなす曲面形状に形成されているので、第 3の側面か ら発生する光トルクの総量が最大となり、第 3の側面が平面形状の光圧回転体や、第 3の側面が単に曲面形状に形成された光圧回転体に比べて、より高速に光圧回転さ せることができる。

[0048] 請求項 9に記載の光圧回転体によれば、反射膜が貼設されているので照射されたレ 一ザ光が光圧回転体内部に進入しないことから、第 1の側面力 光圧回転を妨げる 逆トルクが発生するのを防止することができる。このため、光圧発生用斜面に反射膜 が貼設されていない光圧回転体に比べて、更に高速な光圧回転が可能である。この 光圧回転体は反射膜のな!、ものと較べて逆回転する。

[0049] 請求項 10に記載の光圧回転体によれば、 2枚以上の攪拌用パドルを配して構成さ れる前記光圧回転体本体の上面又は下面に前記回転中心軸で交差する複数の光 圧発生用斜面が形成されいるので、平行照射された光により光圧回転体を光圧回転 させることができる。そのため、光を集光するための対物レンズが不要であり、集積ィ匕 学分析機器等の光圧回転体装置の構成を簡略ィ匕することができる。

[0050] 請求項 11に記載の光圧回転体によれば、光透過性を有する誘電体、 PMMA、又 はレジストによって光圧回転体を容易に作製することができるという利点がある。

[0051] 請求項 12に記載の光圧回転体によれば、その成形力 金型 (モールド)を用いてプ レス又は射出成形により形成されるので、同一形状のものが安く大量生産できる。

[0052] 請求項 13に記載の光圧回転装置は、前記光圧回転体に回転トルクを付与する回転 エネルギーとして、人工光源からの光を使用して回転させることができるので、自然 光が届力ないような場所や夜間でも使用できる利点がある。また、人工光源の特性に より回転トルクを強く発生させることが出来る光源を選択できる。

[0053] 請求項 14に記載の光圧回転装置によれば、平行光線を対物レンズによって焦点集 光し照射できるので、その焦点集光した近傍に光トラップし光圧回転体を引寄せるこ とができる。また、その集光照射した光で光圧回転体を回転させることが出来る。

[0054] 請求項 15に記載の光圧回転装置によれば、対物レンズが人工光源に対し離反接近 自在であるので、これに伴!、前記光圧回転体を回転させつつ対物レンズに対して離 反接近する方向へ媒質内で自在に移動させることが出来る。

[0055] 請求項 16に記載の光圧回転体装置によれば、人工光源及び対物レンズが 3次元方 向へ移動自在であるので、前記光圧回転体もこれに伴 、自ら回転しつつ媒質の中 で 3次元方向へ自在に移動させることが出来る。

[0056] 請求項 17に記載の光圧回転体装置によれば、人工光源としてレーザ光源を用いる ので、波長が揃って集光特性がよぐ単位面積当りのエネルギー高い利点がある。ま た、レーザ光源 (レーザ発信器）は種類が豊富でしカゝも比較的安価で入手もし易い。

[0057] 請求項 18に記載の光圧回転装置によれば、前記光圧回転体が攪拌機の攪拌羽 根としての機能を有しているので、攪拌機として有効に利用できる。 [0058] 請求項 19に記載の光圧回転装置によれば、前記光圧回転体がポンプの回転羽根と しての機能を有して 、るので、ポンプとして有効に利用できる

[0059] 請求項 20に記載の光圧回転装置によれば、回転中心上に付設具を設けたので、こ の付設具が光圧回転体と共に回転し、又、必要に応じて 3次元方向へ移動すること を利用して種々の用途に応用出来る。

[0060] 請求項 21に記載の光圧回転装置によれば、前記付設具が極細のひもの卷取具であ るので、 DNAの微小ひもの卷取装置として有効に利用できる。この卷取具の形状と しては、円柱形状、角柱形状、円盤形状、滑車形状など種々の形状のものがある。

[0061] 請求項 22に記載の光圧回転装置によれば、前記付設具がドリルであるので、人工光 源からの光を対物レンズの移動によってその焦点集光位置が孔を開けるべき物体に 近づくように操作することによって、光圧回転体の回転中心軸上にある回転している ドリルで孔を開けることができる。

[0062] 請求項 23に記載の光圧回転装置によれば、前記付設具が先端の尖ったものである ので、前項と同様の操作を行うことによって物体に孔を開けることができたり、刺したり することが出来る。この場合は、物体が比較的柔らかい場合には突き刺した状態で移 動させることによって線を描くことができる。また、微小な針状の物を物体に突き刺し てそのまま放置することにより、物体に突起を形成する装置として利用できる。

[0063] 請求項 24に記載の光圧回転装置によれば、前記付設具が回転軸であるので、マイ クロモータとしてこの装置を利用できる。すなわち、光圧回転体の上又は下或いは双 方の回転中心軸上に回転軸を固定し、これらの回転軸を回転可能に支持し、この回 転軸の回転あるいは光圧回転体自身の回転の回転力を利用するような装置とするこ とにより、マイクロモータとしての利用ができる。

[0064] 請求項 25に記載の光圧回転装置によれば、前記付設具が攪拌羽根であるので、光 圧回転体の羽根と合わせればより広範囲に且つ効率の良く攪拌できる攪拌機を得る ことができる。

[0065] 請求項 26に記載の光圧回転装置によれば、前記付設具がハンマーであるので、人 ェ光源からの光を対物レンズの移動によってその焦点集光位置を叩くべく物体に急 激に接近させることによって、物体の表面を叩くことができる。この場合において、ノヽ ンマー自身が回転しているので、物体の表面が粘着力でベた付いているような場合 であっても、離れ易いという利点がある。

[0066] 請求項 27に記載の光圧回転装置によれば、前記付設具が半円球のものであるので 、これを光圧回転体の一方の回転中心軸上に設けて物体の表面にその中心の頂部 を当て、光圧回転体の他方からレーザ光を照射すれば、光圧回転体は半円球の頂 部を中心に物体の表面で良く回転する利点がある。

[0067] 請求項 28に記載の光圧回転装置によれば、前記付設具がブラシであるので、物体 の表面の清掃を行うことができる。この場合においても、光圧回転体は回転している ので、ブラシも回転し、し力も、対物レンズの焦点集光位置を物体に接近させることに よって、清掃すべき物体に圧接しつつ回転するので、清掃効果を上げることができる 。また、ブラシの位置の移動も対物レンズの移動により容易に行える。

[0068] 請求項 29に記載の光圧回転装置によれば、前記付設具がプロペラであるので、光 圧回転体が推進機の役割を果し、種々の推進力を必要とする装置に活用できる光 圧回転装置として利用できる。

[0069] 請求項 30に記載の光圧回転装置によれば、前記付設具が回転刃であるので、物体 の表面に凹凸があるような時には、この回転刃で削り取り平滑な面にすることができる 。また、この回転刃を物体に対して直交する方向で使用した場合には、物体に切り溝 を形成したり、物体を所望の形状に切断することができる。この場合にも、人工光源 や対物レンズの 3次元移動に追随して光圧回転体が移動することを利用する。

[0070] 請求項 31に記載の光圧回転装置によれば、前記光圧回転体自身の周囲に DNA等 の極細のひもを巻き取るようにしたので、装置が簡単なものとなる。

[0071] 請求項 32に記載の光圧回転装置によれば、人工光源としてレーザ光源を用いるの で、波長が揃って集光特性がよぐ単位面積当りのエネルギー高い利点がある。また 、レーザ光源 (レーザ発信器）は種類が豊富でしカゝも比較的安価で入手もし易い。 発明を実施するための最良の形態

[0072] 以下、本発明の実施の形態に係る光圧回転体について、図面に基づき説明する。

図 1及び図 2は、本発明の第 1の実施形態に係る光ミキサー等に有効に有効に利用 できる光圧回転体 1を例示した図である。この高圧回転体 1は、レーザ光等の光の照 射により発生した光圧により光圧トラップされると共に、回転中心軸 o回りに光圧回転 する光圧回転体であり、マイクロマシン技術により作製することができる。ここで、光圧 は、光の屈折及び反射の際の運動量変化が光透過性を有する微小物体への力学 的な運動量として伝達され、その表面に対して垂直方向に発生する力である。従って

、光圧回転体 1は、光透過性を有するものであればよぐその材料としては、透明なガ ラス等の誘電体、 PMMA (polymethyl methacrylate)やレジストなどの有機物質を用 いることがでさる。

[0073] 光圧回転体 1は、図示するように、回転中心軸 Oの軸回りに羽根 2を 3枚配して構成 されたものである。各羽根 2は、回転中心軸 O力も放射方向に伸びた第 1の側面 3と、 回転中心軸 Oと対向する第 2の側面 4と、第 1の側面 3と対面する第 3の側面 5と、回 転中心軸 Oと交わる下面 6と、該下面 6に対面する上面 7を具備したものであり、いず れも回転中心軸 Oの軸回りに同じ方向を向くように配設されている。本実施形態にお いては、いずれの面もフラットに形成されており、さらに、第 1の側面 3と第 3の側面 5、 上面 7と下面 6、がそれぞれ平行になるように形成されている。また、第 2の側面 4は、 ここでは光圧回転体 1をより高速に光圧回転させるために、回転中心軸 Oを中心とし た円周の一部、すなわち、曲面となるように形成されている力 回転速度が低下して もよい場合には、曲面ではなく平面であってもよい。この第 2の側面 4の曲面形成は、 この面での光トルクを零とし、かつ、羽根 2と光圧回転体 1の周囲の液体などの流体 の媒質との摩擦抵抗を軽減するためである。

[0074] 図 2の（a)は、図 1に示した光圧回転体 1の水平方向の断面図である。この光圧回 転体 1は、ここでは回転中心軸 Oの放射方向の半径 rが数/ z m〜数十/ z mとなるよう に作製されたものである。半径 rは、光圧回転体 1の使用用途に応じて適宜設計変更 すべきものであるため特に限定されるものではなぐマイクロマシン技術により、例え ば半径 rが数 nm〜数十/ z mの光圧回転体 1を作成することが可能である。また、光 圧回転体 1は、図 1に示すように、光が対物レンズ 9を通過して、所定の焦点に集光 照射される位置の近傍に引寄せられ、且つ、集光照射されることによって生じた光圧 によって図 2 (a)中の矢印で示す方向に光圧回転するものであり、安定して光圧回転 するように、図 1に示す高さ h (上面 7と下面 6の直線距離）と半径 rとがほぼ等しくなる ように設計されて 、るが、光圧回転体 1が図中の矢印方向に光圧回転可能であれば 、高さ hと半径 rとの関係はこれに限定されるものではない。光圧回転体 1は、前述の ように、対物レンズ 9の焦点に集光された位置の近傍に引寄せられるので、光圧回転 体 1が回転する位置は、対物レンズ 9の位置或いは焦点距離によって定まることにな る。

[0075] 次に、光を集光照射した場合の光圧回転体 1の動作原理について、図 1及び図 2 (a) に基づいて説明する。

なお、図示しないが、光圧回転体 1は、所定の粘度を有する液体である媒質中に配 置されており、また、光圧回転体 1は集光された光の焦点位置の近傍に引寄せられ ており、光圧回転体 1の上面 7よりも若干上方から集光照射されているものとする。

[0076] 回転中心軸 Oに対して平行に上方力 光が平行照射されると、平行照射された光 は、対物レンズ 9により集光され、集光された光が光圧回転体 1に照射される。光圧 回転体 1の上面 7における光の入射点では、上面 7に対して垂直方向に光圧 Fが発

a 生する（図 1参照)。

[0077] この光圧 Fは、光圧回転体 1を光強度が最大である位置、具体的には、集光照射

a

された光の焦点位置に引き寄せる力、いわゆる光圧トラップ (捕捉)される力として作 用する。

[0078] そして、上面 7の入射点で屈折した光が光圧回転体 1の内部に進入すると、進入し た光は、各側面から出射し、各側面に対してそれぞれ垂直方向に光圧 Fが発生する 。すなわち、進入した光が第 3の側面 5から出射する場合には、この第 3の側面 5に対 して垂直方向に光圧 Fが発生する。第 2の側面 4からも、この側面 4に対して垂直方

b

向に光圧 Fが発生するが、円周面に垂直なので光トルクは零になる。また、残りの第 1の側面 3は、回転中心軸 Oと同一平面上にあるため、進入した光はこの第 1の側面 3からは出射せず、光圧 Fは発生しない。

[0079] 上記のように、光圧回転体 1の羽根 2には、上面 7に対して垂直方向に光圧 Fが、

a 第 2の側面 4に対して垂直方向に光圧 F力 第 3の側面 5に対して垂直方向に光圧 F がそれぞれ発生する。なお、光圧回転体 1は、同一構成の羽根 2を回転中心軸 Oの b

軸回りに 3枚配して構成されたものであるため、他の羽根 2からも同様に光圧 Fが発 生する。したがって、光圧回転体 1は、各羽根 2の上面 7に対して垂直方向に発生し た光圧 Fにより上方へと引き寄せられ、集光照射された光の焦点付近 (焦点よりも若 a

干下方の位置）に光圧トラップされると共に、各羽根 2の第 3の側面 5に対して垂直方 向に発生した光圧 Fにより、右回りに回転 (光圧回転)する。

b

[0080] なお、この図 2の（a)に示す光圧回転体 1は、同図（b)に示す光圧回転体 1におい て、回転中心軸 Oを含む平面と第 3の側面 5とが直交する部分力も光圧回転する方 向側の他の羽根 2の第 1の側面 3に向って第 3の側面 5の逆トルク発生部 10が切除さ れたものである。この逆トルク発生部 10は、光圧回転体 1の光圧回転を妨げる逆トル クが発生する部分であるので、これを切除することにより、同じ量のレーザ光照射でも つてより高速に光圧回転させることができる。以下、第 3の側面 5から発生する光圧 F による光トルクに基づいて、逆トルクの発生原理について説明する。なお、光圧 Fによ る光トルクは、回転中心からの距離ベクトルと光圧 Fのベクトルとの内積によって表さ れるものである。

[0081] 図 3は、羽根 2の第 3の側面 5から発生する光トルクについて説明するための図であ る。ここで、例えば、第 3の側面 5におけるある点 Pに対して垂直方向に作用する光圧 Fによる光トルクは、点 Pと同一平面上の回転中心軸 O上の 1点から点 Pまでの距離 ベクトルを rとすると、 r F cos Θ によって表される。ここで、図示する点 Pにおいては 、0° < 0 < 90° であるため、上記の式で表される光トルクは正となり、光ミキサー 1 の回転方向に光トルクが作用する。この P点は、回転中心軸 O力 第 3の側面 5に下 ろした垂線が交わる R点力 第 3の側面 5の先端迄である。

[0082] 一方、光圧 Fが発生する図中の点 Qにおける光トルクは、点 Qと同一平面上の回

2

転中心軸 O上の 1点から点 Qまでの距離ベクトルを rとすると、 r F cos Θ によって表

2 2 2 2 される。ここで、図示する点 Qにおいては、 90° く Θ < 180° であるため、上記の式

2

で表される光トルクは負となる。したがって、この光トルクは、光圧回転体 1の回転方 向とは逆に、いわゆる逆トルクとして作用する。この Q点は、前記 R点から第 1の側面 3 と第 3の側面 5との交点迄である。

[0083] 以上の説明から、回転中心軸 Oと前記 R点（図中の O力 点 Rまでの破線部分)を含 む平面と第 3の側面 5とが直交する部分から光圧回転する方向側の他の羽根 2の第 1 の側面 3a (3)の領域が逆トルク発生部 10である。言い換えれば、回転中心軸 O上の 1点から第 3の側面 5に降ろした垂線の足（点 R)の位置から回転方向側の隣の羽根 2 の第 1の側面 3aまでの部分である。したがって、この逆トルク発生部 10を切除するこ とにより、回転方向と逆方向に光トルクが発生するのを防止することができ、上記のよ うに光圧回転体 1を高速に光圧回転させることができる。切除する深さは、回転中心 軸と並行方向に切除した側面に回転中心軸 Oから下ろした垂線とのなす角度 Θが、 0° < 0 < 90° の範囲となるようにすれば逆トルク発生を有効に防止できる。

[0084] また、羽根 2が 4枚の光圧回転体 1では、回転中心軸 O上の 1点力も第 3の側面 5に 対して降ろした垂線は隣の羽根 2の第 1の側面 3と交わり、更に羽根 2の数力 枚以上 になると、回転中心軸 O上の 1点力 第 3の側面 5に対して垂線を降ろすことはできな い。すなわち、逆トルク発生部 10は、羽根 3が 3枚の光圧回転体 1に対してのみ存在 する。

[0085] 図 4は、集積ィ匕学分析機器 (マイクロ分析チップ） 12の微小流路を概略的に示した 斜視図である。この集積ィ匕学分析機器 12の微小流路は、図示するように、試液など のマイクロ流体が流れる微小流路 13と、試薬などの他のマイクロ流体が流れる微小 流路 14と、これらの微小流路 13及び 14が合流する混合部 15と、該混合部 15で上 記の 2つのマイクロ流体が混合した混合流体が流れる微小流路 16から構成されてい る。このように構成された集積ィ匕学分析機器 12の混合部 15に上記の光ミキサーとし ての光圧回転体 1を配置し、上方力 光源 (不図示）、対物レンズ 9等を用いて光圧 回転体 1に光を集光照射することにより、光圧回転体 1を高速で光圧回転させること ができ、混合部 15において試液と試薬等の 2つのマイクロ流体を効率よく混合'攪拌 することができる。なお、上記の微小流路の寸法は、特に限定されるものではないが 、少なくとも混合部 15における微小流路の寸法は、光圧回転体 1が配置されるため、 例えば、幅 100 m、深さ 100 m程度に形成されている。また、光ミキサーとしての 光圧回転体 1は、上記した寸法よりも更に小型のものを作製することが可能であるた め、その場合には、微小流路の寸法を幅数十 m、深さ数十/ z m程度に形成するこ とも当然可能である。

[0086] 上記のように、この光圧回転体 1は、上方から集光照射された光によって回転中心軸 o回りに光圧回転するため、遠隔駆動が可能である。また、集光照射された光の焦点 付近に光圧トラップされた状態で光圧回転するため、軸受けが不要で、対物レンズ 9 の位置だけを移動させることにより、光圧回転体 1を任意の場所で光圧回転させるこ とができる。したがって、攪拌 '混合に最適な場所 (2つのマイクロ流体の界面)で光圧 回転体 1を光圧回転させることにより、攪拌効率を向上させることなどができる。

[0087] 次に、本発明の第 2の実施形態に係る光圧回転体 18について、図 5 (a)に基づい て説明する。本実施形態に係る光圧回転体 18は、光の照射により光圧トラップされる と共に、回転中心軸 O回りに光圧回転する光圧回転体であって、回転中心軸 Oから 放射方向に伸びた第 1の側面 3と、回転中心軸 Oと対向する第 2の側面 4と、第 1の側 面 3に対面すると共に該第 1の側面 3と平行な平面に対してその放射方向側 (第 2の 側面 4側）が光圧回転の方向（回転方向）に所定の角度 aで傾斜した平面及び断面 形状を有する第 3の側面 19と、回転中心軸 Oと交わる下面 6と、該下面 6に対面する 上面 7を具備した羽根 20を 2枚以上回転中心軸 Oを中心に放射状に等間隔で配置 したものである。なお、第 1の実施形態に係る光圧回転体 1と同一番号が付けられた ものは、同様に形成されているため、その説明を省略し、主に異なる点についてのみ 説明する。

[0088] 図 5 (a)は、 3枚の羽根 20を配置して構成された光圧回転体 18を概略的に示した 平面図であり、第 3の側面 19が所定の角度 aだけ回転方向側に傾斜することにより、 第 3の側面 19が傾斜していない第 1実施形態の場合に比べて、回転中心軸 O上の 1 点から第 3の側面 19上の 1点までの距離ベクトルとその 1点から作用する光圧べタト ルとの角度が小さくなる。すなわち、 rFcos Θで表される光トルクの cos Θの値が大き くなつて光トルクが増大し、第 3の側面 19が第 1の側面 3と平行な光圧回転体 1に比 ベて、より高速な光圧回転が可能である。

[0089] なお、第 1の側面 3と平行な平面に対する第 3の側面 19の傾斜角度 aは、特に限定 されるものではないが、第 3の側面 19から発生する光トルクの総量が最大となるように 、所定の角度 aを決定することにより、第 3の側面 19を傾斜させた光圧回転体 18の中 でも、最も高速に光圧回転する光圧回転体 18を作製することができる。

[0090] 上記のように、本発明の第 2の実施形態に係る光圧回転体 18は、第 3の側面 19が 第 1の側面 3と平行な面に対して回転中心軸 Oの軸回り方向に所定の角度 aだけ傾 斜して形成されているため、第 1の実施形態に係る光圧回転体 1に比べて第 3の側面 19から発生する光トルクの総量が増大し、より高速に光圧回転する。

[0091] 次に、本発明の第 3の実施形態に係る光圧回転体 22について、図 5 (b)に基づい て説明する。本実施形態に係る光圧回転体 22は、回転中心軸 O力も放射方向に伸 びた第 1の側面 3と、回転中心軸 Oと対向する第 2の側面 4と、第 1の側面 3に対面す ると共に該第 1の側面 3側に湾曲した断面形状の第 3の側面 23と、回転中心軸 Oと交 わる下面 6と、該下面 6に対面する上面 7を具備した羽根 24を 3枚回転中心軸 Oを中 心に放射状に等間隔で配置したものである。なお、第 1の実施形態に係る光圧回転 体 1と同一番号が付けられたものは、光圧回転体 1のものと同様に形成されているた め、その説明を省略し、主に異なる点についてのみ説明する。なお、羽根 24は 2枚 以上あれば良い。

[0092] 図 5 (b)に示す光圧回転体 22は、その曲面形状が回転中心軸 Oを通る放射方向と 光圧方向（第 3の側面 23における光の出射点において、第 3の側面 23に対して垂直 な方向）のなす角度が直角をなす曲面形状に形成されている。したがって、第 3の側 面 23における光の各出射点で発生する光トルクがそれぞれ最大となることから、単に 第 3の側面 23を曲面形状に形成した光圧回転体の中でも第 3の側面 23で発生する 光トルクの総量が最大となる。

[0093] 上記のように、本発明の第 3の実施形態に係る光圧回転体 22は、第 3の側面 23から 発生する光トルクの総量が最大となるように第 3の側面 23が曲面形状に形成されて いるため、本発明の第 1の実施形態に係る光圧回転体 1に比べて、より高速に光圧 回転することができる。

[0094] 尚、図 13において、上記の実施形態の特徴を兼ね備えることにより強い回転トルクが でる好ましい光圧回転体 100を示す。この光圧回転体 100は、逆トルク発生部 10を 除去し、第 3の側面 19 (23)が角度 aだけ回転側へその放射方向が突出し、且つ、第 3の側面 23 (19)が第 1の側面側へ湾曲した面となっている。

[0095] 次に、本発明の第 4の実施形態に係る光圧回転体 26について図 6に基づいて説 明する。この光圧回転体 26は、光の照射により光圧トラップされると共に、回転中心 軸 o回りに光圧回転する光圧回転体であって、回転中心軸 oから放射方向に伸びた 第 1の側面 3と、回転中心軸 Oと対向する第 2の側面 4と、第 1の側面 3と対面する第 3 の側面 5と、回転中心軸 Oと交わる下面 6と、該下面 6と対向すると共に第 1の側面 3 力も第 3の側面 5へ向けて下方に傾斜した光圧発生用斜面 27を具備した羽根 28を 4 枚回転中心軸 Oを中心に放射状に等間隔で配置したものである。光圧発生用斜面 2 7は、図示するように、第 1の側面 3、第 2の側面 4、及び第 3の側面 5と接するように形 成された平面である。なお、羽根 28の枚数は 2枚以上であれば良い。

[0096] 次に、光を平行照射した場合の光圧回転体 26の動作原理について、図 7に基づい て説明するが、第 1の実施形態に係る光圧回転体 1と同一の構成については、同一 番号を付し、その説明を省略する。図 7 (a)は、図 6の矢符 Aで示す方向力 見た羽 根 28の正面図であり、同図（b)は、回転中心軸 Oと平行に上方から見た羽根 28の上 面図である。なお、図示しないが、光圧回転体 26は、液体又は気体からなる流体媒 質中に配置されて ヽるものである。

[0097] 光源 (不図示)力 回転中心軸 Oに対して上方力 光が平行照射されると、図 7 (a) に示すように、光圧回転体 26の光圧発生用斜面 27における光の入射点では、光圧 発生用斜面 27に対して垂直方向に光圧 Fが発生する。この光圧 Fは、鉛直方向成分 Fsと水平方向成分 Fgに分解することができる。また、図 7 (b)に示すように、水平方 向成分 Fgは、さらに、回転中心軸 O回りの回転方向成分 Ftと回転中心軸 O力も放射 方向（半径方向）の成分 Frに分解することができる。この回転方向成分 Ftが回転トル クとして作用する。

[0098] また、光圧発生用斜面 27から光圧回転体 26の内部に進入した光は、第 1の側面 3 で反射した後、下面 6で反射及び出射する。また、下面 6で反射した光は、第 1の側 面 3から出射する。このように、下面 6から光が出射すると、下面 6に対して垂直方向、 すなわち、回転中心軸 Oと平行な鉛直方向下向きに光圧が発生する。回転中心軸 O と平行な方向について考えると、光圧回転体 26の羽根 28には、鉛直方向上向きの F sと逆の鉛直方向下向きの光圧が発生することになるが、合計すると光圧回転体 26を 下方へ押し下げる光圧トラップ力が働く。このように、回転中心軸 Oに対して平行に 上方力 光が平行照射されると、光圧回転体 26を下方へ押し下げる光圧トラップ力と 回転トルク Ftが主に作用し、光圧回転体 26は、下方に押し付けられた状態で図 6に 矢符で示すように右回りに光圧回転する。

[0099] 次に、本発明の第 5の実施形態に係る光圧回転体 30について図 8に基づいて説 明する。この光圧回転体 30と前記第 4実施形態の光圧回転体 26とが異なる点は、前 記光圧回転体 26の光圧発生用斜面 27が平面であるのに対し、この光圧回転体 30 は、下方へ湾曲した光圧発生用曲面 31であることである。

[0100] この光圧発生用曲面 31は、図示するように、第 1の側面 3、第 2の側面 4、及び第 3の 側面 5と接するように形成された曲面である。具体的には、光圧発生用曲面 31上の 各点において、回転中心軸 Oを通る放射方向と光圧方向のなす角度が直角をなす 曲面形状に形成されている。そのため、光圧発生用斜面 27が平面形状に形成され た第 3の実施形態の光圧回転体 26に比べて光圧発生用曲面 (光圧発生用斜面） 31 力 発生する光圧と回転中心軸 Oからの距離の内積で表される光トルクが増大し光ト ルクの総量が最大となり、光圧回転体 30は光圧回転体 26に比べてより高速な光圧 回転が可能である。なお、光を平行照射した場合の光圧回転体の動作原理は、光圧 回転体 26と同様であるため、ここではその説明を省略する。

[0101] 次に、本発明の第 6の実施形態に係る光圧回転体 34について図 9に基づいて説明 する。この光圧回転体 34が前記第 4実施形態の光圧回転体 26と異なるところは、第 3の側面 5が存在しないために、前記光圧回転体 26の光圧発生用斜面 27が第 1の 側面 3から下面 6へ向けて下方に傾斜して下面 6に直接に繋がった平面状の光圧発 生用斜面 35となっていることである。

[0102] 光が平行照射された場合の本実施形態に係る光圧回転体 34の動作原理は、第 4 の実施形態に係る光圧回転体 26の動作原理と同様であるため、その説明を省略す る。ところで、図 6及び図 7に示す光圧回転体 26においては、光圧発生用斜面 27か ら進入した光の一部は、第 1の側面 3に続き下面 6で反射した後、第 3の側面 5から出 射する。このように、第 1の側面 3で光が反射すると、該第 1の側面 3に対して垂直方 向に光圧が発生し、発生した光圧は光圧発生用斜面 27に対して発生する光圧と逆 方向であるため、逆トルクとして作用する。本実施形態に係る光圧回転体 34では、上 記のように第 3の側面 5をなくして第 1の側面 3での光圧の発生面積を減じることにより 逆トルクの発生量を減少させ、結果として高速に光圧回転させて 、る。

[0103] 次に、本発明の第 7の実施形態に係る光圧回転体 38について図 10に基づいて説 明する。この光圧回転体 38が前記第 6実施形態の光圧回転体 36と異なる点は、前 記光圧発生用斜面 35が平面状ではなくて、下方へ湾曲した光圧発生用曲面 39とな つている点である。この光圧発生用曲面 39上の各点において回転中心軸 Oを通る放 射方向と光圧方向のなす角度が直角をなすように、又、光トルクの総量が最大となる ような曲面形状に形成されている。又、第 3の側面 5が形成されていないため光圧回 転体 26のように第 1の側面 3から逆トルクが発生することはなぐ更に光圧発生用曲 面 39が曲面形状に形成されているため、光圧回転体 34よりもさらに高速に光圧回転 する。

[0104] 次に、本発明の第 8の実施形態に係る光圧回転体 42について図 11 (a)に基づいて 説明する。本実施形態に係る光圧回転体 42は、図 6に示す第 4の実施形態に係る光 圧回転体 26において、平行照射された光が光圧回転体内部に進入しないように、光 圧発生用斜面 27に反射膜 43が貼設された光圧回転体 42である。従って、図 7 (a) に示すような逆トルクが発生しない。すなわち、光圧回転体 26内部に進入した光の 一部は、第 1の側面 3で反射した後に下面で反射し第 3の側面 5から出射するが、こ のように第 1の側面 3で光が反射した際に第 1の側面 3と垂直方向に逆トルクとなる光 圧が発生している。しかし、この光圧回転体 42の場合には、反射膜 43により第 1の側 面 3から逆トルクとして作用する光圧が発生しな 、ように光の光圧回転体 42内部への 進入を防止したものである。この場合、光は反射膜 43によりすベて反射されるため、 光圧は押す方向に発生するので、回転方向は第 4実施形態の図 7と逆になる。

[0105] 次に、本発明の第 9の実施形態に係る光圧回転体 45について図 11 (b)に基づい て説明する。本実施形態に係る光圧回転体 45は、図 8の第 5の実施形態に係る光圧 回転体 30において、平行照射された光が光圧回転体内部に進入しないように、光圧 発生用曲面 31に反射膜 46が貼設された光圧回転体としたものである。その他は全 て光圧回転体 30と同様に構成されて 、る。

[0106] また、第 5の実施形態に係る光圧回転体 30においては、図 8に示すように、回転中 心軸 Oと平行に上方力 光が照射されると、第 8の実施形態において説明したように 、第 1の側面 3から逆トルクが同じように発生する力 この実施形態の光圧回転体 45 では、反射膜 46が光圧発生用曲面 31に貼設されているので、逆トルクとして働く光 圧が第 1の側面 3から発生しない。この場合も、光は反射膜 43によりすベて反射され るため、光圧は押す方向に発生するので、回転方向は第 5実施形態の図 8と逆にな る。

[0107] なお、ここでは図示していないが、図 9に示す光圧回転体 34の光圧発生用斜面 35 、図 10に示す光圧回転体 38の光圧発生用曲面 39に対して反射膜を貼設するように してもよい。この場合、上記の光圧回転体 42や光圧回転体 45と同様に第 1の側面 3 力も逆トルクが発生するのを防止することができ、結果として、光圧回転体 34や光圧 回転体 38を更に高速に光圧回転させることが可能である。

[0108] ところで、第 2乃至第 9の実施形態においては、 3枚の羽根を配置して構成された光 圧回転体や 4枚の羽根を配置して構成された光圧回転体について説明したが、羽根 の数は特に限定されるものではない。ただし、羽根の数が多くなるにつれて光圧回転 体に対して発生する光圧 Fが増大してより大きな回転トルクを得ることができる力 逆 に光圧回転体に対する周囲の媒質からの粘性抵抗が増大する。したがって、第 2乃 至第 9の実施形態に係る光圧回転体の羽根の数は、これらの点を考慮して決定すベ きものであり、光圧回転体の各部の寸法などにもよる力 いずれの実施形態において も、羽根の枚数は、「3」〜「5」枚程度が好適である。

[0109] 次に、本発明の第 10の実施形態に係る光圧回転体 48について図 12に基づいて 説明する。本実施形態に係る光圧回転体 48は、光の照射により光圧トラップされると 共に、回転中心軸 O回りに光圧回転する光圧回転体であって、光圧回転体 48本体 の回転中心軸 Oカゝら放射方向に 4枚の攪拌用パドル 49を配して構成されると共に、 光圧回転体 48本体の上面又は下面に回転中心軸 Oで交差する複数の光圧発生用 斜面 50が形成されたものである。

[0110] この光圧回転体 48の光圧発生用斜面 50は、本実施形態においては前記説明の 羽根に相当する攪拌用パドル 49ではなぐ光圧回転体 48の本体の上面又は下面に 形成されているが、この光圧発生用斜面 50に光圧が発生して光圧回転体 48が光圧 トラップされると共に光圧回転する動作原理は、図 6及び図 7に基づいて説明した光 圧回転体 26等と同じであるため、光圧回転体 48の動作原理についての説明は省略 する。

[0111] この光圧回転体 48と他の実施形態の光圧回転体との相違点は、光圧発生用斜面 50が光圧回転体 48本体の上面又は下面或いは双方に形成されているため、攪拌 用パドル (羽根) 49に光圧発生用斜面を形成することなく光圧回転する点である。つ まり、光の照射により発生する光トルクを考慮することなく攪拌用パドル 49の形状を任 意に設計可能であると 、う点である。

[0112] このように、本発明の第 10の実施形態に係る光圧回転体 48は、平行照射された光 による光圧回転が可能で、図 4の集積ィ匕学分析機器 12の混合部 15において使用し た場合には、マイクロ流体をより効率よく攪拌'混合することができると共に、対物レン ズ 9等が不要であるため、集積ィ匕学分析機器 12の装置構成を簡略ィ匕することができ る。また、攪拌用パドル 49の形状を最も攪拌効率のよい形に設計することにより、効 率よくマイクロ流体を攪拌'混合することができる。

[0113] なお、図 12では、平行照射された光により光圧回転する光圧回転体 48を示している 力 この光圧回転体 48は、集光照射された光による光圧回転も可能である。すなわ ち、光圧発生用斜面 50に対して垂直方向に発生する光圧と、光圧発生用斜面 50か ら光圧回転体 48の内部に進入した光によって攪拌用パドル 49の一部の側面に対し て発生する光圧 (第 1の実施形態において説明した光圧 Fに相当する光圧）と、の両

b

方を光トルクとして利用した光圧回転が可能である。また、図示する光圧回転体 48で は、 4枚の攪拌用パドル 49を配して構成されると共に、光圧回転体 48本体の上面に 2つの光圧発生用斜面 50が形成されているが、攪拌用パドル 49の数及び光圧発生 用斜面 50の数はこれに限定されるものではなぐ例えば、攪拌用パドルの数を、 2、 3 、 5枚等とし、光圧発生用斜面 50の数を 3つ等としてもよい。

[0114] また、図 12に示す光圧回転体 48では、上面に夫々 2つの光圧発生用斜面 50が相 向力うように形成されており、回転中心軸 Oに沿って上方力 光を平行照射すること によって光圧回転するが、本体の下面に同一方向に光圧回転力が発生するような光 圧発生用斜面 50を形成し、光圧回転体 48の上方と下方の両方から光を平行照射す ることにより、光圧回転体 48をさらに高速に光圧回転させることができる。なお、光圧 回転体 48の攪拌用パドル 49に第 1の実施形態の第 3の側面 5に相当する側面を形 成し、光圧回転体 48の上方から光を平行照射、光圧回転体 48の下方から光を集光 照射して光圧回転体 48を光圧回転させるようにしてもよく、この場合にも光圧回転体 48を高速に光圧回転できる。また、光圧回転体の本体の上面と下面に回転方向が 逆になる光圧発生用斜面 50を形成形成しておくと、光の照射の切り替えにより、光圧 回転体 49を正逆両方向に回転できる光圧回転装置を得ることができる。

[0115] なお、実施形態 1乃至 10で示した光圧回転体の構成は、本発明に係る光圧回転体 の一態様にすぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で適宜設計変更できることは 勿論である。

[0116] また、光圧回転体の作製方法としては、 SiO などを素材とした半導体プロセス、各

2

種のレジストを素材としたフォトリソグラフィ一法、各種の榭脂を素材とした光造形法な どを利用できる。半導体プロセスとフォトリソグラフィ一法は、いずれも光圧回転体の 形状マスクをイオンビームや紫外線で露光 ·転写するもので、 2次元形状の一括生産 に適している。光造形法は 3次元の複雑な形状の光圧回転体を作製できるが、レー ザ一ビームの走査により光圧回転体を一個ずつ作製していくので時間が力かるという 短所がある。

[0117] 一方、本実施例の金型 (モールド）とプレス Z射出成形による製作方法は、 3次元の 複雑な形状の光圧回転体を大量生産できる長所がある。その動作は大別して下記 の (i)金型作製と (ii)射出成形より成る。

(i)請求項 1乃至 9のいずれかに記載の光圧回転体の金型 (金属だけではなぐシリコ ンゃ石英を使用する）の作製には、ミクロンオーダーの精密加工が可能な、例えば、 放電加工を利用する。放電加工は特に複雑な加工に適しており、工具や加工物に 応力が力からないので高精度である。次に

(ii)プレスあるいは射出成形 (インジヱクシヨン）などの方法で、（a) PC、 PMMAなど の熱可塑性榭脂や、（b)紫外線硬化榭脂を成型する。具体的には、（a)では、素材 を加熱状態で加圧する、あるいは加熱シリンダ内でどろどろになった液状の榭脂を高 速で金型 (モールド)枠内に射出し冷却硬化する、 (b)では粘度の低!、光硬化榭脂 を金型 (モールド)で変形し、その後で紫外線を照射して硬化させ、金型 (モールド） を離すなどによる。これらの微細加工方は、 lOnmのパターン解像度をもつナノイン プリント技術として、本発明の光圧回転体の製造に有効に利用できるものである。

[0118] 光圧回転体に照射する光は、自然光 (太陽光)であっても、レーザ光、 SR光、水銀 灯から発せられる光、電灯の光などの人工光源力 発せられる光であってもよい。こ こでは、自然光をプリズム、フィルター、スリットなどを通してカ卩ェした光についても便 宜的に人工光源からの光とする。 SR光、レーザ光を用いた場合には、波長が揃って いるので集光特性が良く単位面積当りのエネルギーが高いので好ましい。とくに、レ 一ザ光を発するレーザ光源 (レーザ発信器）は、比較的入手し易く安価で小型のもの など種類が揃って 、ることから最も好ましい内の一つである。

[0119] 光圧回転体の周囲に存在する媒質は、液体、気体、その他の流動体などの流体で あるが、大気圧中の空気中にぉ 、ても可能であるので密度が薄 、場合にはとくに制 限を受けることはないが、液体、流動体等においては、その密度や粘性が極めて大 きい場合には、光圧回転体の回転は無理である。その限界点についてはまだ定かで はないが、人工光源力 発せられる光の種類、光圧回転体の大きさや形状、光の照 射量、付設具の種類などによって影響を受けるので、一概には定められるものではな い。例えば、媒質が純水にグリセリンを 20%加えた粘度の高い液体 (粘度は、純水の 1. 9倍）においても第 1実施例の光圧回転体の回転は良好に行われている。又、純 水に乳脂肪コロイド 20%と界面活性剤 (せっけん水） 0. 5%を加えた媒質において は、レーザパワー 200mWで 500rpm回転して!/、る。

[0120] 前記実施形態 1乃至 10に示す本発明に係る光圧回転体は、レーザ光源 (レーザ発 振器)などの人工光源と共に、或いは人工光源と対物 (集光)レンズと共に光圧回転 体装置として使用することによって利用用途は拡大する。光圧回転体と人工光源の 組み合わせによって、流体の媒質の内部にある光圧回転体に光を平行に照射して 光圧回転体を回転中心軸周りに回転させることができる力 この場合において、光圧 回転体と人工光源の間に対物レンズを光圧回転体に対して離反接近自在になるよう に設けることによって、その焦点集光位置を変化させて、この焦点集光位置の近傍 へ光圧トラップで引き寄せられる光圧回転体を回転中心軸周りに回転させながら 2次 元方向へ移動させることが可能となる。又、人工光源と共に対物レンズを 3次元方向 へ移動できる構成にした場合には、光圧回転体を回転軸心周りに回転させながら 3 次元方向へ追随して移動可能となる。更に又、一つの光圧回転体に対して、人工光 源又は対物レンズが 2以上対応した装置であってもよぐこの場合には、光の照射を 異なる方向から行え、光の受光量も多くなるのでその分回転力も増大する利点がある 。このような光圧回転装置を利用した例について以下説明する。

[0121] 実施形態 1乃至 10に示す本発明に係る光圧回転体は、いずれも羽根を具備して いるので、人工光源からの光の照射により回転中心軸周りに回転することによって、 集積ィ匕学分析機器において複数のマイクロ流体を攪拌する攪拌羽根を有する攪拌 機として光圧回転装置を利用することについては前述した通りである。

[0122] 同様に、実施形態 1乃至 10に示す本発明に係る光圧回転体は、いずれも羽根を具 備しているので、これを流体が流れる微小通路などにおいて人工光源からの光で回 転させれば、その流体の流速を加速させる、或いは一方から他方へ流体を送るボン プとしての光圧回転装置となる。

[0123] 以下更に、実施形態 1乃至 10に示す本発明に係る光圧回転体を用いた光圧回転体 装置の実施態様について説明する。ここで、光圧回転体は特に断りがない限り、どの 実施形態のものを用いても良いので、総称して光圧回転体 101とする。まず、図 14 示すように、光圧回転体 101の本体の回転中心に付設具 60を設けたのでこれを使 用して色々な用途に利用することが出来る。例えば図 15に示すように、媒質 Aの中 で付設具 60を物体 Bに当ててレーザ光源 (レーザ発信器)などの人工光源 C力ゝら発 せられる光を対物レンズ Dで集光して焦点に集めてその近傍に光圧回転体 101を光 圧トラップし引寄せ回転させる。付設具 60を物体 Bに押し付ける時には対物レンズ D を光圧回転体 101に接近させる。この付設具 60を利用した光圧回転装置としての応 用例を、以下の実施態様で示す。

[0124] 図 16に示す光圧回転装置は、 DNAのような極細のひも（マイクロ Zナノストリング) E を伸張し巻き取る微小卷取り機として利用したものである。遺伝子の解析では、目的 の DNAを選別し、それを検出系まで移動するとともに複雑にカゝらまりあった DNAを 解きほぐして直線上に展開し、その塩基配列を読み取る必要がある。このため、従来 は、レーザ光を対物レンズで焦点集光して媒質中で微小球 (ビーズ）に固定した DN Aをマイクロピッペットで引つ張って伸張させて!/、た。しかし DNAのひもは極めて長!ヽ ので、伸張した DNAのひもを巻き取る必要があった力 適当な方法がなぐ技術的 なネックになっていた。図において、線で囲まれた内部は液体などの媒質 Aを示し、 この媒質中で光圧回転体 101の一方の回転中心上に付設具 60としての卷取棒 61 を固定しておき、他方の回転中心上へ対物レンズ Dを通して人工光源 C力も光を放 射させると、前述した原理に基づき光圧回転体 101が回転するので、卷取棒 61に媒 質 A中にある DNAのひも Eが巻き取られる。

[0125] 図 17に示す光圧回転装置に用いる光圧回転体 101は、付設具 60が小ドリル 62の 場合を示す。この場合には、マイクロドリルとしての利用であり、対物レンズの移動に よってその焦点集光位置を孔を開けるべく物体に接近させるようにする光圧回転装 置とする。これによつて、小ドリル 62の先端が物体に当接して回転しつつ押し込まれ て孔が開けられる。

[0126] 図 18に示す光圧回転装置に用いる光圧回転体 101は、付設具 60が先の尖ったも の 63である場合である。この光圧回転体装置の場合には、物体に刺し込んで孔を開 けたり、突き刺したまま移動させて線を引いたり、突き刺して力も光圧回転体 101から 切離して物体に埋め込んで突起物を形成するなどの応用が可能である。

[0127] 図 19に示す光圧回転装置に用いる光圧回転体 101は、付設具 60が回転軸 64で ある場合である。この場合には、光圧回転装置をマイクロモータとして利用できる。図 20に示すように、物体 Bに軸 ¾Jを設けて回転軸 64を回転自在に入れ、この回転軸 6 4に取付けた回転伝達車 Gを介してベルト Hから回転を取出す装置としたものである 。回転軸 64は、光圧回転体 101の両側に設けても良ぐ種々の改良は可能である。 回転伝達車はマイクロ歯車でも良 、。

[0128] 図 21に示す光圧回転装置に用いる光圧回転体 101は、付設具 60が回転羽根 65で ある場合である。この場合には、光圧回転体 101を構成する羽根に加えて回転羽根 65によっても攪拌等できるので、攪拌等の効率が一層良くなる。

[0129] 図 22に示す光圧回転装置に用いる光圧回転体 101は、付設具 60がハンマー 66で ある場合である。この場合も、レーザ光を集光する対物レンズを叩くべく物体に急接 近させることによって、光圧ラップされている光圧 01を物体に叩きつけることが出来る 。このとき、光圧回転体 101は回転しているので、物体の表面がベタ付いていても引 つ付くことがないので、繰返し何回でも行える。

[0130] 図 23に示す光圧回転装置に用いる光圧回転体 101は、付設具 60が半円球 67であ る場合である。この場合には、この半円球 67の頂部を物体に押し当てて光 101を回 転させれば、光圧回転体 101が良く回転する光圧回転装置として利用できる。

[0131] 図 24に示す光圧回転装置に用いる光圧回転体 101は、付設具 60がブラシ 68であ る場合である。この場合において、対物レンズを使用する場合には、対物レンズを清 掃すべく物体方向へ接近させて回転させることによって、物体の表面の清掃が良好 に出来る。

[0132] 図 25に示す光圧回転装置に用いる光圧回転体 101は、付設具 60がプロペラ 69で ある場合である。この場合には、光圧回転体 101がプロペラ 69の推進力によって回 転中心軸方向へ進行する推進機としての役割を有する。

[0133] 図 26に示す光圧回転装置に用いる光圧回転体 101は、付設具 60が回転刃 70であ る場合である。この場合には、物体の表面に凹凸がある場合にはこれを有効に切断 し平坦な状態にできる。あるいは、薄い板材を所望の大きさ形状に切断したり、立体 形状物を所望の形状に切断するカッターとしての役割を有する。回転刃 70は、鋸状 以外のものであっても良い。

[0134] 図 27に示す光圧回転装置に用いる光圧回転体 101は、それ自体が極細のひもの 卷取具である場合である。この場合には、図 16で示した卷取棒 61は不要である。そ の代わりに、回転中心を固定させるために、回転軸 64を回転中心軸上に設けて、こ れを軸受けで受けて回転させるようにすればょ 、。

[0135] 以上の光圧回転体 101は、使用例であり、その他の利用用途についてもこの発明 の光圧回転体及び光圧回転装置の範囲内では、この発明の範囲に含まれるもので ある。

産業上の利用可能性

[0136] 本発明は、光圧回転体が微小であることから、前述のように、種々のマイクロ道具、 駆動源などに有効に適用することができる。

図面の簡単な説明 [図 1]本発明の第 1の実施形態に係る光圧回転体を示した斜視図。

[図 2] (a)は、光圧回転体の水平方向の断面図、（b)は、光圧回転体の逆トルク発生 部を示した断面説明図。

圆 3]第 1の実施形態に係る光圧回転体の光トルク説明図。

圆 4]集積ィ匕学分析機器の微小流路を概略的に示した斜視図。

圆 5] (a)は、本発明の第 2の実施形態に係る光圧回転体の平面図、（b)は、本発明 の第 3の実施形態に係る光圧回転体の平面図。

圆 6]本発明の第 4の実施形態に係る光圧回転体の斜視図。

[図 7] (a)は、図 6の矢符 Aの方向から見た羽根の正面図、（b)は、回転中心軸と平行 な上方から見た羽根の平面図。

圆 8]本発明の第 5の実施形態に係る光圧回転体の斜視図。

圆 9]本発明の第 6の実施形態に係る光圧回転体の斜視図。

圆 10]本発明の第 7の実施形態に係る光圧回転体の斜視図。

[図 11] (a)は、本発明の第 8の実施形態に係る光圧回転体の斜視図、（b)は、本発明 の第 9の実施形態に係る光圧回転体の斜視図。

圆 12]本発明の第 10の実施形態に係る光圧回転体の斜視図。

[図 13]好ましい光圧回転体の平面図。

圆 14]光圧回転体の回転中心軸上に付設具を固定した斜視図。

[図 15]図 14の光圧回転体を用いた光圧回転体装置の使用斜視図。

[図 16]付設具が卷取具である光圧回転体装置の使用斜視図。

[図 17]付設具がドリルである光圧回転体の斜視図。

圆 18]付設具が先の尖ったものである光圧回転体の斜視図。

圆 19]付設具が回転軸である光圧回転体の斜視図。

圆 20]図 19の光圧回転体を用いた光圧回転体装置の実施説明図。

圆 21]付設具が攪拌羽根である光圧回転体の斜視図。

圆 22]付設具がハンマーである光圧回転体の斜視図。

圆 23]付設具が半円球である光圧回転体の斜視図。

圆 24]付設具がブラシである光圧回転体の斜視図。 圆 25]付設具がプロペラである光圧回転体の斜視図。

圆 26]付設具が回転刃である光圧回転体の斜視図。

[図 27]光圧回転体自身が卷取具である場合の使用例の斜視図。 符号の説明

1、 18、 22、 26、 30、 34、 38、 42、 45、 48、 101 光圧回転体

2、 20、 24、 28、 32、 36、 40 羽根

3 第 1の側面

4 第 2の側面

5、 19、 23 第 3の側面

6 Τ ι¾

7 上面

10 逆トルク発生部 (所定領域）

27、 35、 50 光圧発生用斜面

31、 39 光圧発生用曲面 (光圧発生用斜面）

43、 46 反射膜

49 攪拌用パドル

a 所定の角度

C レーザ光源 (レーザ発信器）

D 対物 (集光)レンズ

O 回転中心軸

F 光圧

60 付設具

61 卷取具

62 ド、リノレ

63 先の尖ったもの

64 回転軸

65 攪拌羽根

66 ノヽンマー 半円球 ブラシ プロペラ 回転刃

Claims

請求の範囲

[1] 光の照射により光圧トラップされることによって、回転中心軸回りに所定方向へ回転 するトルクが付与されて光圧回転する光圧回転体であって、

前記回転中心軸から放射方向に伸びた第 1の側面と、前記回転中心軸と対向する 第 2の側面と、前記第 1の側面と対面する第 3の側面と、前記回転中心軸と交わる下 面と、該下面に対面する上面を具備した羽根を 3枚配して構成される部分から前記 所定方向と逆方向へ回転させるトルクを発生させる逆トルク発生部が除去されたこと を特徴とする光圧回転体。

[2] 前記逆トルク発生部が、前記回転中心軸を含む平面と前記第 3の側面とが直交す る部分力 前記光圧回転する方向側の他の羽根の第 1の側面に向って前記第 3の 側面の所定領域が切除された部分であることを特徴とする請求項 1記載の光圧回転 体。

[3] 光の照射により光圧トラップされることによって、回転中心軸回りに所定方向へ回転 するトルクが付与されて光圧回転する光圧回転体であって、前記回転中心軸力 放 射方向に伸びた第 1の側面と、前記回転中心軸と対向する第 2の側面と、前記第 1の 側面に対面すると共に該第 1の側面と平行な平面に対してその放射方向側が前記 光圧回転の方向に所定の角度で傾斜した平面形状の第 3の側面と、前記回転中心 軸と交わる下面と、該下面に対面する上面を具備した羽根を 2枚以上前記回転中心 軸を中心に放射状に等間隔で配置したことを特徴とる光圧回転体。

[4] 光の照射により光圧トラップされることによって、回転中心軸回りに所定方向へ回転 するトルクが付与されて光圧回転する光圧回転体であって、前記回転中心軸力 放 射方向に伸びた第 1の側面と、前記回転中心軸と対向する第 2の側面と、前記第 1の 側面に対面すると共に該第 1の側面側に湾曲した横断面形状の第 3の側面と、前記 回転中心軸と交わる下面と、該下面に対面する上面を具備した羽根を 2枚以上前記 回転中心軸を中心に放射状に等間隔で配置したことを特徴とする光圧回転体。

[5] 前記第 1の側面側に湾曲した横断面形状は、前記回転中心軸を通る放射方向と光 圧方向のなす角度が直角をなす湾曲した横断面形状であることを特徴とする請求項 4記載の光圧回転体。

[6] 光の照射により光圧トラップされることによって、回転中心軸回りに所定方向へ回転 するトルクが付与されて光圧回転する光圧回転体であって、前記回転中心軸力 放 射方向に伸びた第 1の側面と、前記回転中心軸と対向する第 2の側面と、前記第 1の 側面と対面する第 3の側面と、前記回転中心軸と交わる下面と、該下面と対向すると 共に前記第 1の側面から第 3の側面へ向けて下面側へ傾斜した光圧発生用斜面を 具備した羽根を 2枚以上前記回転中心軸を中心に放射状に等間隔で配置したことを 特徴とする光圧回転体。

[7] 光の照射により光圧トラップされることによって、回転中心軸回りに所定方向へ回転 するトルクが付与されて光圧回転する光圧回転体であって、前記回転中心軸力 放 射方向に伸びた第 1の側面と、前記回転中心軸と対向する第 2の側面と、前記回転 中心軸と交わる下面と、前記第 1の側面力 前記下面へ向けて下方に傾斜した光圧 発生用斜面を具備した羽根を 2枚以上前記回転中心軸を中心に放射状に等間隔で 配置したことを特徴とする光圧回転体。

[8] 前記光圧発生用斜面が、前記回転中心軸を通る放射方向と光圧方向のなす角度 が直角をなす曲面形状であることを特徴とする請求項 6又は 7記載の光圧回転体。

[9] 照射された光が光圧回転体内部には進入しないように、前記光圧発生用斜面に反 射膜が貼設されたことを特徴とする請求項 6、 7又は 8記載の光圧回転体。

[10] 光の照射により光圧トラップされることによって、回転中心軸回りに所定方向へ回転 するトルクが付与されて光圧回転する光圧回転体であって、光圧回転体本体の前記 回転中心軸力も放射方向に 2枚以上の攪拌用パドルを配して構成されると共に、前 記光圧回転体本体の上面又は下面或いは双方の面に前記回転中心軸で交差する 複数の光圧発生用斜面が形成されたことを特徴とする光圧回転体。

[11] 前記光圧回転体の材質が、光透過性を有する誘電体、 PMMA、又はレジストによ つて形成されたものであることを特徴とする請求項 1乃至 10のいずれか記載の光圧 回転体。

[12] 前記光圧回転体の形成が、金型 (モールド)を用いてプレス又は射出成形により形 成されたものであることを特徴とする請求項 1乃至 11のいずれか記載の光圧回転体

[13] 請求項 1乃至 11記載のいずれかの光圧回転体と、この光圧回転体に光を照射す る人工光源とを具備することを特徴とする光圧回転装置。

[14] 前記人工光源と前記光圧回転体の間に対物レンズを介在させて、人工光源からの 光を所定の焦点位置に集光照射することによって前記光圧回転体を当該焦点位置 近傍へ移動させると共にその移動した位置で回転駆動することを特徴とする請求項 1

3に記載の光圧回転装置。

[15] 前記対物レンズが人工光源に対して離反接近自在であることを特徴とする請求項 1

4に記載の光圧回転装置。

[16] 前記人工光源及び対物レンズが 3次元方向に移動自在であることを特徴とする請 求項 13に記載の光圧回転装置。

[17] 前記人工光源がレーザ光源であることを特徴とする請求項 13乃至 16のいずれか に記載の光圧回転装置。

[18] 前記光圧回転体が、攪拌機の攪拌羽根としての機能を具備したことを特徴とする請 求項 13乃至 17のいずれかに記載の光圧回転装置。

[19] 前記光圧回転体が、ポンプの回転羽根としての機能を具備したことを特徴とする請 求項 13乃至 17のいずれかに記載の光圧回転装置。

[20] 前記光圧回転体本体の回転中心軸上に付設具を設けたことを特徴とする請求項 1

3乃至 17のいずれかに記載の光圧回転装置。

[21] 前記付設具が、極細のひもの卷取具であることを特徴とする請求項 20記載の光圧 回転装置。

[22] 前記付設具が、ドリルであることを特徴とする請求項 20記載の光圧回転装置。

[23] 前記付設具が、先端の尖ったものであることを特徴とする請求項 20記載の光圧回 転装置。

[24] 前記付設具が、回転軸であることを特徴とする請求項 20記載の光圧回転装置。

[25] 前記付設具が、攪拌羽根であることを特徴とする請求項 20記載の光圧回転装置。

[26] 前記付設具が、ハンマーであることを特徴とする請求項 20記載の光圧回転装置。

[27] 前記付設具が、半円球のものであることを特徴とする請求項 20記載の光圧回転装 置。

[28] 前記付設具が、ブラシであることを特徴とする請求項 20記載の光圧回転装置。

[29] 前記付設具が、プロペラであることを特徴とする請求項 20記載の光圧回転装置。

[30] 前記付設具が、回転刃であることを特徴とする請求項 20記載の光圧回転装置。

[31] 人工光源と該人工光源からの光により回転する光圧回転体とを具備してなる光圧回 転装置力 前記光圧回転体の周囲に極細のひもを巻き取る卷取機であることを特徴 とする光圧回転装置。

[32] 前記人工光源がレーザ光源であることを特徴とする光圧回転装置。