JPH0481427B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 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
マニピユレータに関する。

「従来の技術」 従来のこの種のマニピユレータとしては、既に
特開昭61−14559号公報記載の油圧形式のものが
知られるところである。該マニピユレータは、第
７図に示す如く、遠隔操作部１と、硝子電極等２
が操作される移動部３とから成つている。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１
５，１６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１８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とから成つている。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１
７ｄ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が固定されたＸ軸スライダー
１７ｅを装着し、基台１７ｃとＹ軸スライダー１
７ｄとの間にピストン１７ｂ及び油圧シリンダ１
６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軸移動台２３と
Ｙ軸移動台２４とＺ軸移動台２５とを互いに縦設
したものである。各移動台２３〜２５は、本体２
６〜２８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３
２〜３４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つた
機能の他、本体２６〜２８に対するスライダー２
９〜３１の往復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
チユーブ４１，４２を介してＸ軸移動台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、耐圧チユー
ブ４３，４４を介してＹ軸移動台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に耐圧チユーブ４２を介し
Ｘ軸移動台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に耐圧チユーブ４４介してＹ軸
移動台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、耐圧チユー
ブ４５を介してＺ軸移動台２５の油圧シリンダ４
０に接続し、該油圧シリンダ２１，４０間にオイ
ルを充填する。Ｚ軸移動台２５のスライダー３１
にはスタンド等に装着するためのロツド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け金具２３ａ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１０，１
１，２１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ユー
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３２〜３４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（Ｚ軸）の
方向に移動する。又、Ｘ−Ｙ軸駆動機構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
れより耐圧チユーブ４２，４４を介してＸ軸移動
台２３及びＹ軸移動台２４の各油圧シリンダ３
８，３９もピストン３２，３３による押圧量が変
化し、この結果上記同様にＸ軸移動台２３及びＹ
軸移動台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
マニピユレータも知られるところである。該マニ
ピユレータは、第１図に示す如く同一構成のＸ軸
電動機構４６、Ｚ軸電動機構４８及びＹ軸電動機
構４７を縦設し、Ｘ軸電動機構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
の取付け金具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５
７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
うになつている。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６３
ａ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の上方にニリアモーシヨ
ンベアリング６１を介在させて摺動自在に装着さ
せてある。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
ギヤ５４，５５は本体５１の一端にビス６６で固
設されるギアケース６５で囲繞するようになつて
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か回転するので、
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
つている。スライダー５７の摺動の限点はスライ
ダー５７と一体な係合子６７がマイクロスイツチ
６８，６９の各アクチユ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つ
ている。従つて、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つている。

「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ユレータは、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、オイルが熱膨脹
する状態も変化して、互いに耐圧チユーブ４１〜
４５で接続された各油圧シリンダ１０，１１，１
５，１６，２１，３８〜４０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
問題があつた。

又、後者の電動式マニピユレータは、モータ５
３の回転数をギア５４，５５で減速すると雖も、
限界があつて、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、通常は取付け金具５
０に上記油圧式マニピユ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
ピユ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つた問題が依然として
存在するものであつた。

そこで、本発明は、上記事情に鑑み、雰囲気の
温度変化によつ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
とができて使用上頗る便利な硝子電極等のマニピ
ユレータを提供することを目的とする。

「発明が解決しようとする手段」 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
子電極等のマニピユレータにおいて、上記取付け
金具に、横方向用のＸ軸電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
各微動機構の揺動板と、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ユレータを特徴とす
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軸電動機構によつて
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軸微動機構、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ユレ
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
いる電動式マニピユレータである。該電動式マニ
ピユレータＡの取付け金具５０に継ぎロツド７０
の基端を装着し、継ぎロツド７０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
取付け金具７４、ボールジヨイント機構７５、第
３の取付け金具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つている。

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
して取付けるものである。つまり、第２図及び第
３図に示す如く、ブロツク状の本体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にはセラミツクスより
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、該収容穴８２，８３内にボール８５，９
１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８５を介して端板８
８の内面に当接させる。端板８８の内面には、ボ
ール８５を受ける受穴８７が形成させてある。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のピン孔９３ａ及び揺
動板８９のピン孔９３ｂに挿通させるようになつ
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、
つ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
した受穴９２に嵌入するようになつている。上記
本体７８の下部の凹陥部８０にはリニアモーシヨ
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９
５を装着する。スライダー９５の端面には端板９
６，９７をビス８６で固設させてある。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９８，９
９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９５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９８，
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１０
４を穿設しておき、該揺動板８９の側端から透孔
１０４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１
１７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９７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てあ
る。上記圧電素子８４からは、リード線１０７を
端板８８に穿設した穿孔１０６を挿通させて外部
に引出す。更に本体７８の収納孔７９の孔壁に
は、リード線１０７が嵌入する逃げ凹部１０８を
形成しておく。

上記Ｚ軸微動機構７１、Ｚ軸微動機構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
微動機構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軸微動機構７３のス
ライダー９５は本体７８に対してＹ軸方向（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の取付け金
具７４の山形状の収納溝１０９を備えた基台１１
０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の基部ロツド７５ａを収
嵌させ、該基部ロツド７５ａを締付けネジ１１２
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１０７Ｚ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軸微動
機構７３から引出したリード線を１０７Ｙとし、
各リード線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
つている。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５３にも
制御装置１１４から直流電力が供給されるように
なつている。各制御装置１１３，１１４には操作
器１１５，１１６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７
３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を縦横高さ方向に何れかに
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８４の基端がボール８５を介
して端板８８の内面に当接さててあり、従つて電
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
によつて揺動板８９を押圧する。ところで、ボー
ル９１によつて揺動板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
l₁の距離をおいた該ピン９０と極めて近接した位
置に設定してある。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l₂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l₃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l₄とすれば、l₁：l₂＝l₃：l₄なる関係式が
成立する。従つて、圧電素子８４が伸長する長さ
l₃に対して、スライダー９５が移動する距離l₄は、
l₁／l₂倍に拡大される。通常圧電素子８４が伸長
する最大の長さl₃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てある。

「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
ユレータによれば、雰囲気の温度変化によつて不
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かつ正
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
て使用上頗る便利である。

【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ユレ
ータを従来の電動式マニピユ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ユレータに
おいてＸ軸微動機構、Ｙ軸微動機構、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ユレータにおいて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ユレータの構成図である。 Ａ……電動式マニピユレータ、２……硝子電極
等、５０……取付け金具、７１……Ｚ軸微動機
構、７２……Ｘ軸微動機構、７３……Ｙ軸微動機
構、７４……第２の取付け金具、７８……本体、
８４……圧電素子、８９……揺動板、９５……ス
ライダー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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ユレータにおい
   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
   極等のマニピユレータ。