JPH0641111B2 - 圧電式ピンセツト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、原核生物等の微細物を挟持するのに好適な圧
電式ピンセットに関する。

〔従来の技術〕

ピンセットは、直接手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挟持脚を有す
るものとなっている。そして一対の挟持脚は、常時はば
ね力により開脚状態を呈しており、物を挟持する際に手
指にて挟持力を与えることにより挟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
挟持するときに手指により挟持力を与え、物を離すとき
には上記手指による挟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た。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで最近は、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挟持操作など、
従来のピンセット操作の対象物としては考えられなかっ
た非常に微細な対象物の操作を行なう必要性が出てき
た。このような微細物を従来のピンセットで挟持操作す
ることは、もはや不可能である。すなわち、従来型のピ
ンセットで挟持し得るのは、せいぜい数１００μmm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μ
mm程度の原核生物や数μmm〜数十μmmの菌類を挟持操作
することはできない。また仮に挟持し得たとしても、従
来型のピンセットでは対象物を挟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た。また多くの場
合、このような微細な対象物を挟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。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、手指によりピンセットに対して
挟持力を与える必要があるため、手指自体が前記拡大像
の視野内に入り込み易く、操作がしにくいという問題も
あった。

そこで本発明は、原核生物のような微細な対象物をも適
確にしかもスピーディに挟持可能であり、かつ遠隔的に
自動操作を行なうことも可能な圧電式ピンセットを提供
することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決し目的を達成するために、本発明の圧
電式ピンセットは、 開閉自在に設けられた一対の挾持脚と、この一対の挾持
脚に対して開閉方向への偏位力を付与可能な如く、該一
対の挾持脚の基端どうしを連結する、上記開閉方向に沿
って積層された積層体構造を有する圧電素子と、この圧
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、を備えている。

〔作用〕

上記手段を講じた事により、次のような作用が生じる。

(a)積層体構造の圧電素子を駆動源として用い、一対の
挾持脚の開閉を上記積層体構造の圧電素子で直接的に行
なう如く構成されているので、基本的には、圧電素子へ
印加する信号電圧の大きさに見合った偏位量だけ一対の
挾持脚の先端が所定方向へ偏位し、開閉脚することか
ら、設定された大きさの安定な挾持力で対象物を挾持し
得るという効果を奏する。

(b)特に、積層体構造の圧電素子を駆動源として用い、
この積層体構造の圧電素子の偏位で一対の挾持脚を直接
的に偏位させて開閉脚させる如く構成されている結果、
微小物の挾持が容易なものとなる。すなわち積層体構造
の圧電素子の偏位量がダイレクトに一対の挾持脚の偏位
量として用いられるので、例えば駆動源としてバイモル
フ型の圧電素子を用いた場合に比べると、偏位量の拡大
等がないため微小物の挾持に適したものとなる。

(c)更に、積層体構造の圧電素子を駆動源として用い、
この積層体構造の圧電素子の偏位で一対の挾持脚を直接
的に偏位させて開閉脚させる如く構成されている結果、
挾持脚の開閉量制御が容易となる。すなわち圧電素子の
偏位量イコール挾持脚の偏位量となるため、例えば駆動
源としてバイモルフ型の圧電素子を用いた場合に比べる
と、挾持脚の湾曲量を挾持脚先端の開閉量に置き変える
必要がなく、開閉量の制御が容易となる。

〔実施例〕

第１図は本発明の第１の実施例である。この第１の実施
例は、圧電素子として厚み縦効果を利用した積層構造の
圧電素子８０を用い、この圧電素子８０を挟持脚７１，
７２の基端部相互間に介在させ、挟持脚基端の外側面に
連結体７３を取付けるようにしたものである。

第２図（ａ）（ｂ）は上記積層構造の圧電素子８０の構
成を示す図である。第２図（ａ）（ｂ）に示すように、
この積層構造の圧電素子８０は、厚みが０．２mm程度の
各圧電セラミックス８１の両面に電極板を張付けて分極
処理を施し、これを分極方向が矢印で示す如く向きを交
互に反転させて配置し、各電極板と接続された電極引き
出し用金属薄板８２を一つ置きに結線し、端子８６，８
７にそれぞれ一括接続したものとなっている。かくして
この積層構造の圧電素子８０においては、端子８６，８
７に信号電圧を印加すると、圧電セラミックスの厚み方
向にΔ×なる偏位を生じる。この場合の偏位量Δ×は Δ×＝ｎ・ｄ_３３・Ｖ （ｎ：積層枚数） となる。またこのときの押圧力Ｐは、 Ｐ＝Ｓ・Ｅｈ・Δｔ／ｔ ＝ｎ・Ｓ・Ｅｈ・ｄ_３３・Ｖ／ｔ （Ｓ：面積） となる。したがって上記圧電素子８０によるΔ×なる偏
位とＰなる力によって、挟持脚７１，７２の先端を閉じ
ることができる。なお、第１図の構成から明らかなよう
に、挟持脚７１，７２の先端の偏位量は圧電素子８０の
偏位量に等しいものとなる。

第３図は本発明の第２の実施例である。この実施例が前
記第１の実施例と異なる点は、圧電素子として二つの積
層構造の圧電素子９０ａ，９０ｂを用い、これらの圧電
素子９０ａ，９０ｂの一側面を連結体９３の両側面に固
定し、この圧電素子９０ａ，９０ｂの他側面に一対の挟
持脚９１，９２の基端を固定した点である。この実施例
によれば、圧電素子９０ａによる一方の挟持脚９１の偏
位と、圧電素子９０ｂによる他方の挟持脚９２の偏位と
を独立に生じさせ得る特徴がある。このため例えば細胞
等の挟持対象物が、開脚状態にある挟持脚９１，９２の
先端中心からずれているような場合において、矢印Ａ，
Ｂに示すように両脚９１，９２の偏位方向を同一方向と
なし、かつ一方の脚９１の偏位量を他方の脚９２の偏位
量よりも所定量だけ大きく設定することにより、ピンセ
ット本体の設定位置を変えずに対象物をその両側から同
時に挟持することができる。このように本実施例によれ
ば挟持位置を任意に変化させ得るので、ピンセット本体
の設定位置を挟持動作開始前において高精度に設定しな
くてもよいという利点がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば次のような作用効果が期待できる。

積層体構造の圧電素子を駆動源として用い、一対の挾持
脚の開閉を上記積層体構造の圧電素子で直接的に行なう
如く構成されているので、基本的には、圧電素子へ印加
する信号電圧の大きさに見合った偏位量だけ一対の挾持
脚の先端が所定方向へ偏位し、開閉脚することから、設
定された大きさの安定な挾持力で対象物を挾持し得ると
いう効果を奏する。

特に、積層体構造の圧電素子を駆動源として用い、この
積層体構造の圧電素子の偏位で一対の挾持脚を直接的に
偏位させて開閉脚させる如く構成されている結果、微小
物の挾持が容易なものとなる。すなわち積層体構造の圧
電素子の偏位量がダイレクトに一対の挾持脚の偏位量と
して用いられるので、例えば駆動源としてバイモルフ型
の圧電素子を用いた場合に比べると、偏位量の拡大等が
ないため微小物の挾持に適したものとなる。

更に、積層体構造の圧電素子を駆動源として用い、この
積層体構造の圧電素子の偏位で一対の挾持脚を直接的に
偏位させて開閉脚させる如く構成されている結果、挾持
脚の開閉量制御が容易となる。すなわち圧電素子の偏位
量イコール挾持脚の偏位量となる為、例えば駆動源とし
てバイモルフ型の圧電素子を用いた場合に比べると、挾
持脚の湾曲量を挾持脚先端の開閉量に置き変える必要が
なく、開閉量の制御が容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図（ａ）（ｂ）は本発明の第１の実施
例を示す図で、第１図は全体的構成を示す斜視図、第２
図（ａ）（ｂ）は積層構造の圧電素子の構成を示す斜視
図および模式図である。第３図は本発明の第２の実施例
の全体的構成を示す斜視図である。 ７１，７２，９１，９２……挾持脚 ７３，９３……連結体 ８１……圧電セラミックス ８２……電極引き出し用金属薄板 ８０，９０ａ，９０ｂ……積層構造の圧電素子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】開閉自在に設けられた一対の挾持脚と、 この一対の挾持脚に対して開閉方向への偏位力を付与可
   能な如く、該一対の挾持脚の基端どうしを連結する、上
   記開閉方向に沿って積層された積層体構造を有する圧電
   素子と、 こ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、 を備えたことを特徴とする圧電式ピンセット。