JPH0650018U - マイクロマニピュレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 マイクロマニピュレータにおいて、簡単に多
軸マニピュレータを構成できると共に、電動式および手
動式のマイクロマニピュレータを簡単に構成できるよう
にすること。 【構成】 マニピュレータ・ユニットは、架台２１とテ
ーブル２４と駆動部２５から構成されている。架台のベ
ース２１１およびテーブル２４には、９０度回転した場
合に一致する位置に、それぞれベース取付用盲穴２１ｂ
および連結用のねじ穴２４ｂが形成されている。架台２
１の端壁２１７には、電動式の駆動部２５が連結されて
いる。この駆動部２５をマイクロメータヘッドから構成
される手動式の駆動部と交換すれば、手動式のマニピュ
レータ・ユニットを構成できる。また、各ユニットを、
それらの盲穴２１ｂ、ねじ穴２４ｂを利用して、多段に
連結することにより、多軸のマニピュレータを構成する
ことができる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、顕微鏡等において観察される細胞などの試料を操作するために使用 するマイクロマニピュレータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術および解決しようとする課題】

この種のマイクロマニピュレータとしては、油圧、水圧を駆動媒体とした手動 操作型のものが主流である。このような駆動形式のマイクロマニピュレータにお いては、一般的なマイクロマニピュレータは予め１軸、２軸あるいは３軸型とし て構成されており、使用者の要望に応じて軸数を簡単には変更できないので不便 である。また、マイクロマニピュレータにおいては、ドリフト、操作時の応答性 の点等において改善が要望されている。

【０００３】 本考案の課題は、このような問題点を解消することの可能なマイクロマニピュ レータを実現することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

本考案のマイクロマニピュレータの基本的な構成は一般的なものと同一であり 、テーブルと、このテーブルを一対の直線ガイドを介して直線移動可能な状態で 支持している架台と、前記テーブルを直線移動させるための駆動部とから構成さ れている。ここに、架台の側には、一対の前記ガイドの中心軸線に沿ってリード ねじが配置され、テーブルの側にはこのリードねじに螺合したリードねじナット が固着されている。また、リードねじは、その先端側から元端側に向けて弾性力 により常時付勢されており、当該リードねじの元端側には、駆動部の作動ロッド が連結され、あるいは当接している。上記の駆動部は、モータおよび減速機から 構成される電動式駆動部、あるいはマイクロメータヘッドから構成される手動式 駆動部のいずれかとなっている。

【０００５】 ここに、上記の駆動部を、架台に対して着脱可能なユニット型のものとすれば 、駆動部のみを交換することにより、電動式および手動式のマイクロマニピュレ ータを簡単に構成することができる。

【０００６】 また、マイクロマニピュレータのテーブルおよび架台に、それぞれ、他のマイ クロマニピュレータの架台およびテーブルに連結可能な連結部を形成すれば、こ の１軸型のマイクロマニピュレータを多段に連結することにより、２軸および３ 軸等の多軸マイクロマニピュレータを簡単に構成することができる。

【０００７】 ここに、多軸化に当たっては、電動式のもののみを連結することもできるが、 電動式および手動式の双方を連結することもできる。さらには、手動式のものの テーブルに電動式のものを同軸状態に連結することにより、粗動を手動によって 行い、微動を電動によって行うことのできる複合型マイクロマニピュレータを構 成することができる。

【０００８】

【実施例】

以下に図面を参照して本考案の実施例を説明する。

【０００９】 図１、２、３には、本考案を適用した３軸マイクロマニピュレータの例を示し てある。これらの図に示すように、本例のマイクロマニピュレータ１は、同一構 造をしたユニット型の３台のマニピュレータ２、３、４を連結することにより構 成されている。すなわち、水平ベース５ａと支柱５ｂからなる基台５における支 柱５ｂの上側の側部には水平にＹ軸マニピュレータ２のベース側が取り付けられ ている。このＹ軸マニピュレータ２のテーブル側には、Ｚ軸マニピュレータ３が 垂直に連結されている。さらに、このＺ軸マニピュレータ３のテーブル側には、 Ｌ型ブラケット６を介してＸ軸マニピュレータ４がＹ軸マニピュレータ２とは直 交する方向に向けて水平に支持されている。このＸ軸マニピュレータ４のテーブ ル側にはボールジョイント７を介してピペットホルダー８が取り付けられており 、このピペットホルダー８の先端にはガラス管９が取り付けられている。各マニ ピュレータを駆動することにより、ガラス管９の先端を所定の空間内の任意の位 置に移動させることができる。

【００１０】 各マニピュレータは同一構造のマニピュレータ・ユニットであり、その詳細を 以下に説明する。

【００１１】 図４、５、６には、マニピュレータ・ユニットの外観を示してある。これらの 図に示すように、マニピュレータ・ユニットは、架台２１と、この架台上におい て一対の直線ガイド２２、２３を介して直線移動可能に支持されたテーブル２４ と、テーブルの駆動部２５から構成されている。架台２１とテーブル２４は、図 ４から分かるように、同一の長さおよび幅の矩形形状をしており、これらの四隅 には、それぞれ４個づつのベース取付穴（盲穴）２１ｂおよび連結用のねじ穴２ ４ｂが形成されている。これらの穴の位置は、９０度回転させた場合に一致する 位置に形成されている。

【００１２】 図７、８、９には、マニピュレータ・ユニットの内部構造を示してある。架台 ２１は、長方形のベース２１１と、この上面に取り付けたＵ字形断面の枠板２１ ２を有している。この枠板２１２の両側壁２１３、２１４の外側面には、直線ガ イド２２、２３が取り付けられている。この枠板２１２の一方の端面（元端面） 側には端壁２１９が一体形成されており、他方の端面（先端面）の側には、端板 ２１８が取り付けられている。また、上記のベース取付用ねじ穴孔２１ｂは、ベ ース２１１の四隅に形成されている。

【００１３】 テーブル２４は、上壁部分２４１と、この両側から下方に延びている側壁部分 ２４２、２４３から構成されている。側壁部分２４２、２４３の内側面には、そ れぞれ架台２の側の直線ガイド２２、２３に対峙する位置に、これらのガイドに 沿って摺動する摺動部２４４、２４５が取り付けられている。

【００１４】 架台２１と、テーブル２４の側の上壁部分２４１とによって区画形成された矩 形断面の区画室２１７内において、その中心軸線２ａの方向の中程の位置には、 テーブル支持板２４６が中心軸線とは直交する状態に配置されており、この支持 板２４６はテーブルの上壁部分２１４に固着されている。このテーブル支持板２ ４６の中心にはリードねじ孔２４７が形成されており、ここに、中心軸線方向に 配置されたリードねじ２４８が螺合状態で貫通している。このリードねじ２４８ の元端側は、後述するテーブル駆動部２５の側の回転出力軸に連結されている。

【００１５】 ここに、上記のテーブル支持板２４６の端面にはシルクハット形のばね受け部 材２４９が取り付けられており、このばね受け部材２４９と端板２１８の間には 、圧縮状態でコイルばね２５０が配置されている。したがって、テーブル支持板 ２４６は、常時、コイルばね２５０のばね力により、付勢された状態となってい る。また、テーブル支持板２４６と他方の端壁２１９の間には、じゃばら状のリ ードねじ覆い２５１が配置され、リードねじ２４８を包んでいる。

【００１６】 次に、架台側壁２１７の外側端面には、テーブル駆動部２５が取り付けられて いる。このテーブル駆動部２５は全体として細長い直方体形状をしており、中心 軸線方向に延びている。この駆動部２５内には、モータ２５３および減速機２５ ４からなるアクチュエータ２５５が内蔵されており、その回転出力軸２５５ａは 、架台端壁２１７に開けた開口を貫通して区画室２１７内に延びて、リードねじ ２４８の元端に連結されている。駆動部２５の元端には、コネクタ２５６が取り 付けられており、ここを介して外部からアクチュエータ２５５に対する駆動電力 等の供給が行われる。

【００１７】 このように構成したマニピュレータ・ユニットが各マニピュレータ２、３、４ として用いられて図１、２、３に示す３次元マニピュレータ１を構成している。 すなわち、基台５の支柱５ｂの側面には、取付け用ボルトによってＹ軸マニピュ レータ２のベース２１１が取付けられており、このマニピュレータ２のテーブル ２４には、Ｚ軸マニピュレータ３の側のベース２１１が同じく取付け用ボルトに よって取付けられている。また、このＺ軸マニピュレータ３のテーブル２４には 、Ｌ形ブラケット６の垂直腕６１が取付けられ、このブラケットの水平腕６２の 上面には、Ｘ軸マニピュレータ４のベース２１が取付け用ボルトによって取付け られている。

【００１８】 この構成の３次元マニピュレータ１においては、各マニピュレータの駆動部２ ５を個別に駆動することによって、ガラス管９の先端を所定の空間内における任 意の位置に位置決めすることができる。ここに、本例の各マニピュレータにおい ては、リードねじ２４８を直線ガイド２２、２３の中心軸線２ａ上に配置してあ るので、ステージ移動時に作用する駆動力による曲げモーメントが発生しない。 よって、ステージ移動時におけるそのヨーイング、ピッチングを抑制することが できる。また、リードねじナット２４７が形成されたテーブル支持板２４６はコ イルばね２５０によって常時付勢されているので、リードねじ２４８とリードね じナット２４７の噛み合いにおけるバックラッシュを除去できる。よって、ロス トモーションを抑制することができる。

【００１９】 また、本例においては、上述したように、同一構造のマニピュレータ・ユニッ トを多段に連結することにより、３次元マニピュレータが構成されている。した がって、本例のマニピュレータ・ユニットを用いれば、簡単に、１軸は元より、 ２軸および３軸のマニピュレータを構成できるという利点がある。

【００２０】 ここで、マニピュレータ・ユニットにおける駆動部２５に内蔵する減速機とし て、波動歯車装置を採用すれば、マニピュレータの高分解能化を実現できるので 好ましい。この波動歯車装置は、一般的に、環状の剛性内歯車と、この内側に配 置され、剛性内歯車に噛み合い可能な可撓性の外歯車と、この外歯車を半径方向 に撓めて剛性内歯車に部分的に噛み合わせると共に、これらの噛み合わせ位置を 周方向に移動させる波動発生器とから構成されるものである。波動発生器は一般 に楕円形輪郭のものが採用されており、この場合には、剛性内歯と可撓性外歯が 、楕円形の長軸方向の両端に位置する２個所で噛み合うことになる。

【００２１】 次に、本実施例の３次元マニピュレータ１の各マニピュレータとして、上記の 電動式のマニピュレータの代わりに、手動式のマニピュレータを採用することも できる。

【００２２】 図１０、１１、１２、１３には、この手動式のマニピュレータ・ユニットの外 形を示してある。これらの図に示すように、手動式のマニピュレータ・ユニット の架台およびテーブルの部分の形状は、上記の電動式のものと同一であるので、 同一個所には同一の番号を付して、その詳細説明は省略する。手動式のマニピュ レータ・ユニットにおいては、電動式の駆動部２５の代わりに、手動式のマイク ロメータヘッドから構成される駆動部１２５が取付けられている。

【００２３】 図１４、１５、１６には、手動式のマニピュレータ・ユニットの内部構造を示 してある。これらの図から分かるように、架台およびテーブルの部分の内部構造 は上記の電動式のマニピュレータ・ユニットと同一である。したがって、対応す る部分には同一の番号を付し、その説明は省略する。手動式のマニピュレータ・ ユニットにおいては、マイクロメータヘッド１２６から構成される駆動部１２５ が、架台側壁２１７に連結されている。このマイクロメータヘッドの作動ロッド １２８の先端は、側壁２１９の開口を貫通して区画室２１７内に延びて、リード ねじ２４８の元端に当接した状態にある。ここに、リードねじ２４８は、元端側 に向けてコイルねじ２５０によって押しつけられた状態となっている。したがっ て、所定のばね力によって、リードねじ２４８の元端がマイクロメータヘッドの 作動ロッド１２８の先端に押しつけられている。したがって、マイクロメータヘ ッド１２７を回すことにより、リードネジ２４８は中心軸線２ａの方向に向けて 往復直線移動する。すなわち、リードねじ２４８がねじ込まれているテーブル支 持板２４６が固着されているテーブル２１が往復直線移動する。

【００２４】 このように構成した手動式のマニピュレータ・ユニットを、図１、２、３に示 す各マニピュレータ２、３、４のいずれか、あるいは全部と交換することにより 、電動および手動式のマニピュレータ、あるいは全手動式の３次元マニピュレー タを簡単に構成することができる。すなわち、手動式のマニピュレータ・ユニッ トにおいても、そのベースおよびテーブルには、同一位置にベース取付用盲穴お よび連結用のねじ穴が形成されているので、何ら仕様を変更することなく、ある いは別部品を用いることなく、図１、２、３に示すものと同一のマニピュレータ を構成できる。

【００２５】 また、このように電動式のものと手動式のものとを組み合わせた場合には、粗 動は手動式のもので行い、微動調整を電動式のもので行うようにすれば、位置決 め動作を、簡単な操作で迅速に行うことができる。

【００２６】 さらに、上述した電動式および手動式のマニピュレータ・ユニットにおいては 、架台およびテーブルの仕様が同一であるので、架台側壁２１７に対して、電動 式の駆動部２５および手動式の駆動部１２５のいずれかを取り付けるのみで、電 動式および手動式のマイニピュレータ・ユニットを構成できるので便利であると いう利点もある。

【００２７】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案のマイクロマニピュレータにおいては、同一構造 のマニニピュレータ・ユニットを多段に連結することにより多軸マニピュレータ を構成するようになっている。したがって、１軸および多軸のマニピュレータを 簡単に構成することができる。

【００２８】 また、本考案のマニピュレータ・ユニットにおいては、駆動部のみを、電動式 のものと手動式のものの何れかを連結するのみで、電動式および手動式のマニピ ュレータを簡単に構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例である３次元マニピュレータ
の立面図である。

【図２】図１のマニピュレータの平面図である。

【図３】図１のマニピュレータの側面図である。

【図４】図１のマニピュレータに適用可能なマニピュレ
ータ・ユニットの平面図である。

【図５】図４のマニピュレータ・ユニットの先端を示す
端面図である。

【図６】図４のマニピュレータ・ユニットの元端を示す
端面図である。

【図７】図４のマニピュレータ・ユニットの内部構造を
示す半断面平面図である。

【図８】図４のマニピュレータ・ユニットの内部構造を
示すために部分的に断面状態で示す側面図である。

【図９】図７におけるＡ−Ａ線で切断した部分の断面図
である。

【図１０】図１のマニピュレータに適用可能な手動式の
マニピュレータ・ユニットを示す平面図である。

【図１１】図１０のユニットの側面図である。

【図１２】図１０のユニットの先端を示す端面図であ
る。

【図１３】図１０のユニットの元端を示す端面図であ
う。

【図１４】図１０のユニットの内部構造を示す半断面平
面図である。

【図１５】図１０のユニットの内部構造を示すために部
分的に切断して示す側面図である。

【図１６】図１４のＢ−Ｂ線で切断した部分の断面図で
ある。

【符号の説明】

１・・・３次元マイクロマニピュレータ ２、３、４・・・マニピュレータ ２１・・・架台 ２１１・・・ベース ２１ｂ・・・ベース取付用の盲穴 ２２、２３・・・直線ガイド ２４・・・テーブル ２４ｂ・・・連結用のねじ穴 ２４６・・・ベース支持板 ２４７・・・リードねじナット ２４８・・・リードねじ ２５０・・・コイルばね ２５・・・電動式の駆動部 １２５・・・手動式の駆動部

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 テーブルと、このテーブルを一対の直線
   ガイドを介して直線移動可能な状態で支持している架台
   と、前記テーブルを直線移動させるための駆動部とを有
   し、前記架台の側には、一対の前記ガイドの中心軸線に
   沿ってリードねじが配置され、前記テーブルの側にはこ
   のリードねじに螺合したリードねじナットが固着されて
   おり、前記リードねじは、その先端側から元端側に向け
   て弾性力により常時付勢されており、当該リードねじの
   元端側には、前記駆動部の作動ロッドが連結あるいは当
   接しており、当該駆動部は、モータおよび減速機から構
   成される電動式駆動部およびマイクロメータヘッドから
   構成される手動式駆動部のいずれか一方であることを特
   徴とするマイクロマニピュレータ・ユニット。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記駆動部は、前記
   架台に対して着脱可能に取り付けられたユニット型の駆
   動部であることを特徴とするマイクロマニピュレータ。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記マイクロマニピ
   ュレータのテーブルおよび架台には、それぞれ、他の前
   記マイクロマニピュレータの架台およびテーブルに連結
   可能な連結部が形成されており、電動式駆動部を備えた
   電動式の前記マイクロマニピュレータおよび手動式駆動
   を備えた手動式の前記マイクロマニピュレータの少なく
   とも一方が多段に連結されて構成されていることを特徴
   とする多軸マイクロマニピュレータ。