JPH06148529A - マイクロマニピュレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、操作器と制御器とを容易に切離し可
能にしたマイクロマニピュレータの提供を図る。 【構成】本発明のマイクロマニピュレータは、ニードル
１２で微細操作を行う操作器Ａと、操作量を機械的な動
きに変換する制御器Ｂと、制御器Ｂの動きを流体圧を介
して操作器Ａへ伝達するための流体伝達手段Ｃとからな
り、流体伝達手段Ｃを、操作器Ａに基端部が接続された
第１の流体伝達チューブ３６と、制御器Ｂに基端部が接
続された第２の流体伝達チューブ３７と、第１，第２の
流体伝達チューブ３６，３７の両先端を互いに流体圧を
伝達可能にかつ着脱自在に連結するチューブ連結機構３
８とから構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、生物学，基礎医学，バ
イオエンジニアリング等の分野において顕微鏡と組合わ
せて用いられる油圧又は水圧等を使った流体式のマイク
ロマニピュレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】顕微鏡と組合わせて用いられるマイクロ
マニピュレータは、操作部にガラス電極からなるニード
ルを装着し、そのニードルを介してマニピュレーション
対象となる細胞から微小電気信号を検出することによ
り、生きた細胞の細胞膜電位の計測や，細胞膜のイオン
チャネル開閉のメカニズムを探ることができる。

【０００３】また細胞内に外来遺伝子や薬液を微小量注
射する，いわゆるマイクロイジェクションにおいてはガ
ラス電極の代わりに外来遺伝子や薬液を詰めたガラスニ
ードルを操作部に装着したマイクロマニピュレータが使
われている。

【０００４】特公昭５７−２８１２２号公報，特開昭６
１−１９４４７号公報には、流体式のマイクロマニピュ
レータが記載されている。前者に記載されたマイクロマ
ニピュレータは、一次元の油圧マニピュレータを三台組
合わせてニードルに三次元の動きを持たせている。また
後者に記載されたマイクロマニピュレータは、一次元の
マイクロマニピュレータと顕微鏡とを組合わせて多量の
細胞に連続的に注射を行うことができるようにしてい
る。

【０００５】ところで、最近の生物学，基礎医学，バイ
オエンジニアリング等の分野におけるマイクロマニピュ
レーションでは、生きた細胞を高倍率で高解像の元で行
うことが必須となりつつある。一方、顕微鏡はその高性
能化のため大型で複雑な操作機能が付加されてきた。ま
た微細な細胞に操作を加えるマニピュレータは、振動発
生を抑えなければならことから、マニピュレータの操作
部を出来る限り顕微鏡と一体化させて剛性を高めるよう
にしている。このようなことから、前述した分野におけ
るマニピュレーションを行うための実験装置は、大型
化，複雑化してきた。

【０００６】また、このような実験装置を狭い実験室，
実験テーブル上で効率的にリイアウトし、使いこなすた
めに、マニピュレータを始め顕微鏡，計測装置を常に最
適に配置する必要があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たマイクロマニピュレータは、操作器と制御器とが流体
圧を伝達するための伝達チューブで一体的に連結されて
いるため、実験装置の各種装備を最適な状態に配置する
ときなどには、誤って伝達チューブを引抜くことのない
ように細心の注意が要求された。そのため、顕微鏡とマ
ニピュレータを別々の人が持つなど複数の人の手を煩わ
すことになった。

【０００８】また操作器と制御器とが伝達チューブで連
結されているため、輸送に当たっては伝達チューブの取
外し作業が必要となるが、伝達チューブには流体が充填
されていることから伝達チューブの取外し作業は煩雑な
ものであった。また伝達チューブを付けたまま顕微鏡装
置を梱包する場合もあるが、この様な場合には伝達チュ
ーブが輸送パッケージの複雑化を招いていた。

【０００９】しかも、Ｘ，Ｙ，Ｚの三次元駆動のマニピ
ュレータでは、各方向毎に必要となる３本の伝達チュー
ブが顕微鏡装置の周囲を囲むように配置されるため、ニ
ードルのセッティングやニードルの交換作業の邪魔とな
っていた。

【００１０】本発明は以上のような実情に鑑みてなされ
たもので、操作器と制御とを連結する伝達チューブを、
流体漏れを起こすことなく容易に切離でき、移動や再配
置の際の伝達チューブに起因した作業の煩雑さを解消し
得るマイクロマニピュレータを提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に対応する本発明のマイクロマニピュレー
タは、ニードルで対象物に微細な操作を加える操作器
と、外部から加えられる操作量を機械的な動きに変換す
る制御器と、前記制御器の動きを流体圧を介して前記操
作器へ伝達するための流体伝達手段とからなり、前記流
体伝達手段が、前記操作器に基端部が接続された第１の
流体伝達チューブと、前記制御器に基端部が接続された
第２の流体伝達チューブと、前記第１の流体伝達チュー
ブの先端と前記第２の流体伝達チューブの先端とを、互
いに流体圧を伝達可能に、かつ着脱自在に連結するチュ
ーブ連結機構とを備えるものとした。

【００１２】また請求項２に対応する本発明のマイクロ
マニピュレータは、前記チューブ連結機構を、前記第１
の流体伝達チューブに連通し一端面にダイアフラムが形
成された第１の流体室を有する第１のシリンダ部材と、
前記第２の流体伝達チューブに連通し一端面にダイアフ
ラムが形成された第２の流体室を有する第２のシリンダ
部材と、前記第１，第２のシリンダ部材を互いのダイア
フラムを対面させた状態で連結する連結部材と、前記両
ダイアフラムの間に介在するピストンとから構成するも
のとした。

【００１３】また請求項３に対応する本発明のマイクロ
マニピュレータは、前記操作器が顕微鏡本体に取付けら
れるものとし、前記チューブ連結機構が前記顕微鏡本体
の内部又は外壁において前記第２のチューブの先端を着
脱させるものとした。

【００１４】

【作用】請求項１に対応する本発明のマイクロマニピュ
レータによれば、第１の流体伝達チューブの先端と第２
の流体伝達チューブの先端とが、互いに流体圧を伝達可
能に、かつ着脱自在にチューブ連結機構を介して連結さ
れる。そしてマイクロマニピュレーション時には、制御
器に外部から加えられた操作量が機械的な動きに変換さ
れ、その機械的な動きが第２の流体伝達チューブから第
１の流体伝達チューブへチューブ連結機構を介して伝達
され、さらに第１の流体伝達チューブを介して操作器へ
伝達される。また操作器に基端部が接続された第１の流
体伝達チューブと制御器に基端部が接続された第２の流
体伝達チューブとは、チューブ連結機構から自在に切離
され、操作器と制御器との流体連結チューブを介しての
連結状態が解かれる。

【００１５】請求項２に対応する本発明のマイクロマニ
ピュレータによれば、第１の流体伝達チューブの先端に
設けられた第１のシリンダ部材で当該チューブ先端が密
閉され、第２の流体伝達チューブの先端に設けられた第
２のシリンダ部材で当該チューブ先端が密閉される。そ
して両シリンダ部材のダイアフラム間に設けられたピス
トンにより流体圧が伝達される。

【００１６】請求項３に対応する本発明のマイクロマニ
ピュレータによれば、操作器が取付けられる顕微鏡本体
の内部又は外壁において第２のチューブの先端が着脱さ
れるものとなる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１には本発明の一実施例に係る顕微鏡用マイクロマニピ
ュレータの主要な構成要素が示されている。

【００１８】本実施例のマイクロマニピュレータは、ニ
ードルで対象物に微細な操作を加える操作器Ａと、外部
から加えられる操作量を機械的な動きに変換する制御器
Ｂと、制御器Ｂの動きを流体圧を介して操作器Ａへ伝達
するための流体伝達部Ｃとから構成されている。

【００１９】上記操作器Ａは、不図示の顕微鏡ステージ
に固定されている支柱１１に支持されており、ガラス電
極からなるニードル１２，該ニードル１２を互いに直交
するＺ，Ｙ，Ｘの各方向へ移動させる操作台１３〜１５
を備えている。操作台１３は、支柱２１に固定されシリ
ンダ構造を有するシリンダ部材１６によりＺ方向へ移動
自在に保持されている。また操作台１４は、操作台１３
に固設されたＴ字形部材１７を介して、シリンダ構造を
有するシリンダ部材１８にＹ方向へ移動自在に保持され
ている。さらに操作台１５は、操作台１４に固定されシ
リンダ構造を有するシリンダ部材１９にＸ方向へ移動自
在に保持されている。

【００２０】上記シリンダ構造を有する各シリンダ部材
１６，１８，１９は、流体伝達チューブ２１〜２３の基
端部がそれぞれ接続されており、各々接続された流体伝
達チューブ２１〜２３から加えられる流体圧に応じて後
述するピストンを所定方向へ移動させる。

【００２１】各シリンダ部材１６，１８，１９および対
応する操作台１３〜１５は、基本構造が同じであるの
で、シリンダ部材１６及び操作台１３の構造のみを図３
を参照して簡単に説明する。

【００２２】シリンダ部材１６は、流体伝達チューブに
連通する流体室５１が形成されており、この流体室５１
の圧力をダイアフラム５２で受け、さらにダイアフラム
５２の動きをピストン５３を介して操作台１３の直線運
動に変換するように操作台スプリング５４によって、シ
リンダ部材側へ付勢されている。なお、同図に示すＷは
流体伝達チューブの途中に必要に応じて設けられる油の
補給を兼ねた空気抜き弁である。他のシリンダ部材１
７，１９にもスプリング５４と同様の機能を持たせた操
作台スプリングが取付けられている。

【００２３】上記制御器Ｂは、Ｚ，Ｙ，Ｘの各方向に対
応させて操作ハンドル２４〜２６が設けられている。各
操作ハンドル２４〜２６は各々同様の構造を有するの
で、ここでは操作ハンドル２４を例に説明する。

【００２４】操作ハンドル２４は、図２に示すように、
その回転中心部に有するねじ軸２７がマイクロヘッド２
１の中心に螺合しており、そのマイクロヘッド２８の端
面にシリンダ２９の一端が取付けられている。このシリ
ンダ２９の内部に上記ねじ軸２７の先端が当接するピス
トン３０が配設されている。このピストン３０にはスプ
リング３１が巻回されており、ピストン３０を操作ハン
ドル側へ付勢している。シリンダ２９の他端部には後筒
３２が設けられており、その内部には油室３３が形成さ
れている。油室３３のハンドル側端面はローリングダイ
アフラム３４にて密閉されている。後筒３２のもう一方
の端面にはチューブ取付部３５が形成されている。

【００２５】上記流体伝達部Ｃは、流体伝達チューブ３
６、３７と、その両チューブを連結するチューブ連結機
構３８とからなりＺ方向、Ｙ方向及びＸ方向の各伝達用
に３組用意されている。

【００２６】流体伝達チューブ３６は、基端部が上記チ
ューブ２１〜２３を介して各シリンダ部材１６，１８，
１９に接続され、先端がチューブ連結機構３８に接続さ
れている。同様に流体伝達チューブ３７は、基端部が制
御器Ｂの各操作ハンドル２４〜２６に対応した各チュー
ブ取付部３５に連結され、先端がチューブ連結機構３８
に接続されている。

【００２７】なお、図１〜図３の各図に示すチューブ連
結機構３８は３本のチューブの内の１本の連結機構のみ
を示しており、他の２本のチューブの連結機構は同一機
構のため省略している。

【００２８】チューブ連結機構３８は、内部に流体室４
０が形成されたシリンダ筒４１を備えている。このシリ
ンダ筒４１の一端に流体室４０と内部で連通したチュー
ブ取付部が形成されており、このチューブ取付部を流体
伝達チューブ３７の先端開口に圧入することにより両者
が接続されている。

【００２９】またシリンダ筒４１のもう一方の端面開口
部を塞ぐようにして３４と同じハット形状を有するロー
リングダイアフラム４３が設けられている。シリンダ筒
４１の外周面には、環状の接続金具４４がダイアフラム
側から螺合されており、接続金具４４とシリンダ筒４１
の端面との間に上記ローリングダイアフラム４３の外周
縁部が挟み込まれている。

【００３０】また流体伝達チューブ３６の先端は、チュ
ーブ３７と同様にチューブ連結機構３８のシリンダ筒４
５の一端部に形成されたチューブ取付部に接続されてい
る。このシリンダ筒４５は、上記シリンダ筒４１と同一
の外径を有しており、外周面にはねじ溝が形成されてい
る。またシリンダ筒４５の内部には流体室４６が形成さ
れ、その端面にはローリングダイアフラム４７が上記場
合と同様に接続金具４８にてシリンダ筒４５の他端面と
の間に挟持されている。

【００３１】シリンダ筒４１の外周には、当該シリンダ
筒４１と約同一の内径を有する接続環４９が嵌込まれて
いる。この接続環４９は一端開口の内径が接続金具４４
の外径よりも小さくなっている。また接続環４９の他端
部の内周にはねじ溝が形成されている。そして両接続金
具４４，４８の対向する端面を面接触させると共に、接
続環４９の一端開口部の外周縁を接続金具４４の端面に
係合させ、かつ接続環４９のもう一方の端面開口部を接
続金具４８の外周面に螺合させている。

【００３２】さらに、接続金具４４，４８の各対向面に
は貫通口が形成されており、その貫通口を介して両ロー
リングダイアフラム４３，４７間にピストン５０が介在
している。このピストン５０は接続金具４４，４８の貫
通口により軸方向へ案内される。なお、前述したように
Ｙ方向，Ｘ方向の他の流体伝達チューブの連結にも、上
記チューブ連結機構が適用されている。次に以上のよう
に構成された本実施例の動作について、Ｚ方向の操作を
例に説明する。

【００３３】制御器Ｂの操作ハンドル２４が所定方向へ
所定量回転すると、例えばねじ軸２７が後進し、ピスト
ン３０をスプリング３１の力に抗して図２中における右
方向へ移動させる。その結果、ピストン３０の先端によ
り、その先端に固着されたダイアフラム３４が押されて
流体室３３の流体が圧迫され、流体室３３の流体がチュ
ーブ取付部の流通孔を通って流体伝達チューブ３７中に
押し出される。

【００３４】この様にして押し出された流体と等しい量
の流体が、チューブ連結機構３８におけるシリンダ筒４
１の流体室４０に直ちに流入する。そして流体室４０に
流入した流量に応じた力がローリングダイアフラム４３
を介してピストン５０に作用し、ピストン５０がスラス
ト方向へ移動する。

【００３５】ピストン５０がスラスト方向へ移動する
と、該ピストン５０によりもう一つのシリンダ筒４５の
ローリングダイアフラム４７が押圧される。この押圧に
より、シリンダ筒４５の流体室４６内の流体が圧迫され
て、流体室４６の流体が流体伝達チューブ３６に押し出
される。

【００３６】この様にして押し出された流体と等しい量
の流体が、図３に示すようにシリンダ部材１６の流体室
５１に流入する。そして流体室５１に流入した流量に応
じた力がダイアフラム５２を介してピストン５３に作用
し、ピストン３０がスプリング５４の力に抗してスラス
ト方向（図３における左方向）へ移動する。このピスト
ン５３には操作台１３が保持されているので、操作ハン
ドル２４に加えられた操作量に応じて操作台１３がＺ方
向（図３における左方向）へ移動する。この操作台１３
のＺ方向の移動に連動してニードル１２がＺ方向へ移動
する。操作ハンドル２５，２６を操作した場合も、上記
同様にニードル１２がＹ方向またはＸ方向へ移動するこ
とになる。

【００３７】一方、操作器Ａと制御器Ｂとを切り離す必
要が生じた場合には、接続環４９を回転させて接続環４
９と接続金具４８との螺合を解除する。これにより流体
伝達チューブ３６，シリンダ筒４５及び接続金具４８と
からなる操作器側部材と、流体伝達チューブ３７，シリ
ンダ筒４１，接続金具４４及び接続環４９とからなる制
御器側部材とが切離される。

【００３８】このとき、流体伝達チューブ３６の先端部
にはローリングダイアフラム４７で密閉されたシリンダ
筒４５が取付けられており、もう一つの流体伝達チュー
ブ３７の先端部にはローリングダイアフラム４３で密閉
されたシリンダ筒４１が取付けられていることから、接
続環４９を外す操作だけで特別に流体漏れ対策を講じる
ことなく、簡単に操作器Ａ制御器Ｂとを切り離すことが
できる。

【００３９】この様に本実施例によれば、操作器Ａと制
御器Ｂとに流体伝達チューブ３６，３７をそれぞれ接続
し、両流体伝達チューブ３６，３７をチューブ連結機構
３８を介して着脱自在に連結したので、操作器Ａと制御
器Ｂとを極めて容易に切り離すことができる。

【００４０】従って、マイクロマニピュレータを搭載し
た顕微鏡と組合わせた大型の実験装置を移動するときや
再設置の際などに、チューブを介して接続されている操
作器Ａと制御器Ｂとを容易に切り離すことができ、かか
る作業の能率を大幅に向上させることができる。

【００４１】またマイクロマニピュレータの輸送に当た
っては、操作器Ａと制御器Ｂとを分離して梱包すること
ができ、梱包作業を改善することができる。しかも、輸
送中に生じる，重量のある操作器と制御器とが梱包内で
衝突することによる破損事故を防ぐこともできる。次に
本発明の他の実施例について説明する。

【００４２】本実施例の概略的な構成を図４に示し、主
要部の構成を図５に示している。本実施例は、操作部Ａ
と制御部Ｂと流体伝達部とから構成されているが、流体
伝達部の構成が前述した一実施例とは異なっている。す
なわち、操作器Ａに接続されるチューブを顕微鏡内に収
納し、顕微鏡本体６０の側壁に対してチューブを着脱す
る構成となっている。

【００４３】図５に示すように、顕微鏡本体６０のベー
ス部の側壁６０ａに形成した嵌合穴６０ｂに、接続金具
４８がねじ溝が形成されている部分を外に露出させた状
態で嵌合している。

【００４４】また図４に示すように、側壁６０ａに固定
された接続金具４８と螺合しているシリンダ筒４５に接
続された流体伝達チューブ３６は、顕微鏡本体６０内及
びステージ６１内を通し、ステージ６１のチューブ取出
し口６２から引出されて操作器Ａに前述同様にして接続
されている。

【００４５】この様に構成された本実施例では、顕微鏡
本体６０の側壁６０ａに設けられた接続金具４８の開口
部からピストン５０を挿入し、接続金具４８の外周に接
続環４９を螺合させることにより、操作器側のローリン
グダイアフラム４７と制御器側のローリングダイアフラ
ム４３とがピストンを介して、流体圧を伝達可能に接続
される。これにより操作器Ａと制御器Ｂとの連結が図ら
れる。また操作器Ａと制御器Ｂとを切り離す場合には、
接続環４９を回して接続環４９を接続金具４８の外周か
ら取外すだけで良い。

【００４６】この様に本実施例によれば、顕微鏡本体６
０の側壁６０ａに接続金具４８を固定すると共に、操作
器Ａに接続すべき流体伝達チューブ３６を顕微鏡本体６
０及びステージ６１の内部に配管したので、制御器Ｂを
取外した状態では、操作器Ａに接続される流体伝達チュ
ーブ３６がほぼ全部顕微鏡内に収容されることから装置
の周囲が整理され操作環境の改善を図ることができる。

【００４７】なお、前記他の実施例では、接続金具を顕
微鏡本体の側壁に設ける例を示したが、これに限らずス
テージや鏡筒部などであっても同様の効果を得ることが
できる。また、接続金具を顕微鏡に固設するのではな
く、顕微鏡に対して着脱自在な治具を組み合わせてユー
ザが任意の位置を選択できるように構成しても良い。本
発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の
要旨を逸脱しない範囲内で種々変形実施可能である。

【００４８】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、操
作器と制御器とを連結する流体伝達チューブを、流体漏
れを心配することなく容易に切離でき、移動や再配置の
際の流体伝達チューブに起因した作業の煩雑さを解消
し、使い勝っての良いマイクロマニピュレータを提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る顕微鏡用マイクロマニ
ピュレータの主要部を示す図である。

【図２】図１に示すマイクロマニピュレータの制御器の
一部及びチューブ連結機構の構成図である。

【図３】図１に示すマイクロマニピュレータの操作器の
一部及びチューブ連結機構の構成図である。

【図４】本発明の他の実施例に係る顕微鏡用マイクロマ
ニピュレータの外観図ある。

【図５】図４に示すマイクロマニピュレータの連結機構
部分の構成図である。

【符号の説明】

Ａ…操作器、Ｂ…制御器、Ｃ…流体伝達手段、１２…ニ
ードル、３６，３７…流体伝達チューブ、３８…チュー
ブ連結機構、４０，４６…流体室、４１，４５…シリン
ダ筒、４３，４７…ローリングダイアフラム、５０…ピ
ストン、６０…顕微鏡本体、６１…ステージ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ニードルで対象物に微細な操作を加える
   操作器と、外部から加えられる操作量を機械的な動きに
   変換する制御器と、前記制御器の動きを流体圧を介して
   前記操作器へ伝達するための流体伝達手段とからなり、 前記流体伝達手段は、前記操作器に基端部が接続された
   第１の流体伝達チューブと、前記制御器に基端部が接続
   された第２の流体伝達チューブと、前記第１の流体伝達
   チューブの先端と前記第２の流体伝達チューブの先端と
   を、互いに流体圧を伝達可能に、かつ着脱自在に連結す
   るチューブ連結機構とを備えて構成されるマイクロマニ
   ピュレータ。
2. 【請求項２】 前記チューブ連結機構は、前記第１の流
   体伝達チューブに連通し一端面にダイアフラムが形成さ
   れた第１の流体室を有する第１のシリンダ部材と、前記
   第２の流体伝達チューブに連通し一端面にダイアフラム
   が形成された第２の流体室を有する第２のシリンダ部材
   と、前記第１，第２のシリンダ部材を互いのダイアフラ
   ムを対面させた状態で連結する連結部材と、前記両ダイ
   アフラムの間に介在するピストンとを備えたことを特徴
   とする請求項１に記載のマイクロマニピュレータ。
3. 【請求項３】 前記操作器は顕微鏡本体に取付けられ、
   前記チューブ連結機構は前記顕微鏡本体の内部又は外壁
   において前記第２のチューブの先端を着脱自在に連結す
   ることを特徴とする請求項１に記載のマイクロマニピュ
   レータ。