(57)【要約】【課題】駆動対象物の位置及び角度の調整を容易に行うことができ、無通電時にも位置及び角度が調整された状態を保持することが可能なステージ装置を提供する。【解決手段】ステージ装置９００は、駆動源に振動型アクチュエータ６８０を備える直動ユニット６９０を用いて構成されるＸステージ６００、Ｙステージ７００及びＺステージ８００を備える。駆動対象物を、Ｚステージ８００は、２つの直動ユニット６９０Ｚ１，６９０Ｚ２の駆動量を同じとすることでＺ軸方向へ、駆動動量に差を設けることでＹ軸まわりに回転させ、Ｙステージ７００は、２つの直動ユニット６９０Ｙ１，６９０Ｙ２の駆動量を同じとすることでＹ軸方向へ駆動し、駆動量に差を設けることでＺ軸まわりに回転させ、Ｘステージは、直動ユニットＸ１を駆動することでＸ軸方向へ移動させる。【選択図】図１
2020126126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の直動手段と第２の直動手段を有する第１のステージと、
第３の直動手段と第４の直動手段を有する第２のステージと、
第５の直動手段を有する第３のステージと、を備え、
前記第１の直動手段、第２の直動手段、第３の直動手段、第４の直動手段および第５の直動手段はそれぞれ駆動源として、相対移動が可能な振動体と接触体を有する振動型アクチュエータを備えるステージ装置であって、
前記第１のステージは、前記第１の直動手段と前記第２の直動手段の駆動量を同じとすることで駆動対象物を第１の方向へ駆動し、前記第１の直動手段と前記第２の直動手段での駆動量に差を設けることで前記駆動対象物を前記第１の方向と直交する第２の方向と平行な軸まわりに回転させ、
前記第２のステージは、前記第３の直動手段と前記第４の直動手段の駆動量を同じとすることで前記駆動対象物を前記第２の方向へ駆動し、前記第３の直動手段と前記第４の直動手段での駆動量に差を設けることで前記駆動対象物を前記第１の方向と平行な軸まわりに回転させ、
前記第３のステージは、前記第５の直動手段を駆動することで前記駆動対象物を前記第１の方向および前記第２の方向と直交する第３の方向へ駆動することを特徴とするステージ装置。
【請求項２】
前記第３の方向に移動可能に前記ステージ装置に配置された角度調整ユニットを備えることを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
【請求項３】
前記角度調整ユニットに取り付けられた回転駆動ユニットを備え、
前記角度調整ユニットは、前記第３の方向と前記回転駆動ユニットの回転中心軸とのなす角を調整することを特徴とする請求項２に記載のステージ装置。
【請求項４】
前記回転駆動ユニットは、
振動型アクチュエータと、
前記駆動対象物を保持する回転部と、
前記回転部を前記回転中心軸まわりに回転可能に支持する回転支持部と、を備え、
前記振動型アクチュエータは、
前記角度調整ユニットに保持された振動体と、
前記回転部に取り付けられ、前記振動体と接触する接触体と、を有し、
前記振動体に所定の振動が励起されることにより、前記振動体が前記回転中心軸を中心とした円弧の接線方向に駆動力を前記接触体に与えることで前記回転部が回転することを特徴とする請求項３に記載のステージ装置。
【請求項５】
前記第１の直動手段と前記第２の直動手段はそれぞれ前記第２の方向に移動可能な可動部を有し、
前記第１のステージは、
互いに平行で面内方向が前記第２の方向と鋭角をなし、且つ、法線方向が前記第１の方向と鋭角をなす第１のカム面と第２のカム面を有する第１の天板と、
前記第２の方向に所定の間隔を持って２カ所で前記第１のカム面と摺動可能に当接し、前記第１の直動手段の可動部に固定されて前記第２の方向に進退するカムフォロアと、を有し、
前記第２のカム面は、前記第２の直動手段の可動部に摺動可能に支持されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のステージ装置。
【請求項６】
前記第１のカム面は、前記カムフォロアの前記第２の方向への移動が可能となるように摺動自在に係合し、且つ、前記カムフォロアの前記第３の方向への移動を規制する溝部を有することを特徴とする請求項５に記載のステージ装置。
【請求項７】
前記第２のステージは、
前記第３の直動手段と前記第４の直動手段に支持された第２の天板と、
前記第４の直動手段と前記第２の天板の間に挟持された転動ボールと、を備え、
前記第３の直動手段と前記第４の直動手段はそれぞれ前記第２の方向に移動可能な可動部を有し、
前記第２の天板は、前記第３の直動手段の可動部と、前記第４の直動手段の可動部と、前記転動ボールとの３点で支持されていることを特徴とする請求項５又は６に記載のステージ装置。
【請求項８】
前記第３の直動手段の可動部と前記第４の直動手段の可動部はそれぞれ、前記第２の天板へ向けて突出した突起部を有し、
前記第２の天板は、
前記第３の直動手段の突起部と係合する円錐状の受け部と、
前記第３の方向へ延在し、前記第４の直動手段の突起部と係合する溝部と、を有することを特徴とする請求項７に記載のステージ装置。
【請求項９】
前記第５の直動手段は、前記第２の天板において前記第３の直動手段および前記第４の直動手段と対面する面の反対側の面に配置されていることを特徴とする請求項７又は８に記載のステージ装置。
【請求項１０】
前記第３の直動手段と前記第４の直動手段は、前記第１の天板において前記第１のカム面および前記第２のカム面が設けられている面の反対側の面に配置されていることを特徴とする請求項５乃至９のいずれか１項に記載のステージ装置。
【請求項１１】
ステージ装置と、
駆動対象物と、
前記駆動対象物を保持し、前記ステージ装置に固定される保持手段と、を備える微小操作機器であって、
前記ステージ装置は、
第１の直動手段と第２の直動手段を有する第１のステージと、
第３の直動手段と第４の直動手段を有する第２のステージと、
第５の直動手段を有する第３のステージと、を備え、
前記第１の直動手段、第２の直動手段、第３の直動手段、第４の直動手段および第５の直動手段はそれぞれ駆動源として、相対移動が可能な振動体と接触体を有する振動型アクチュエータを備え、
前記第１のステージは、前記第１の直動手段と前記第２の直動手段の駆動量を同じとすることで駆動対象物を第１の方向へ駆動し、前記第１の直動手段と前記第２の直動手段での駆動量に差を設けることで前記駆動対象物を前記第１の方向と直交する第２の方向と平行な軸まわりに回転させ、
前記第２のステージは、前記第３の直動手段と前記第４の直動手段の駆動量を同じとすることで前記駆動対象物を前記第２の方向へ駆動し、前記第３の直動手段と前記第４の直動手段での駆動量に差を設けることで前記駆動対象物を前記第１の方向と平行な軸まわりに回転させ、
前記第３のステージは、前記第５の直動手段を駆動することで前記駆動対象物を前記第１の方向および前記第２の方向と直交する第３の方向へ駆動することを特徴とする微小操作機器。
【請求項１２】
前記保持手段は、
前記第３の方向に移動可能に前記ステージ装置に配置された角度調整ユニットと、
前記駆動対象物を保持し、前記角度調整ユニットに取り付けられた回転駆動ユニットと、を有し、
前記角度調整ユニットは、前記第３の方向と前記回転駆動ユニットの回転中心軸とのなす角を調整することで前記駆動対象物を前記第２の方向と直交する面内での角度を調整することを特徴とする請求項１１に記載の微小操作機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステージ装置及び微小操作機器に関し、特に、生殖補助医療分野で有用なステージ装置及び微小操作機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
生殖補助医療の分野において、精子を卵子に直接注入する方法として、卵細胞質内精子注入法（Intracytoplasmic Sperm Injection（以下「ＩＣＳＩ」という）が知られている。非特許文献１に記載されているように、ＩＣＳＩでは、精子を収容するインジェクションピペットと卵子を保持するホールディングピペットのそれぞれの中心軸を同一直線上に配置する必要がある。そのため、インジェクションピペットとホールディングピペット（以下、適宜、「２つのピペット」と言う）の取り付け角度を調整するための角度微調整作業が必要とされる。
【０００３】
この角度微調整作業は、微細作業が要求されるＩＣＳＩでは非常に重要な作業である。２つのピペットの先端から所定距離だけ離れた固定部に設けられた角度調整ねじを手動で調整することにより、２つのピペットの角度微調整を行う方法が知られている。例えば、特許文献１には、並進方向の調整に油圧機構を有するステージ装置を用い、傾き調整を角度調整ねじによる手動機構を有する装置を用いて、マイクロツールを位置決めするマニピュレータ装置が記載されている。また、特許文献２には、２つのリニアモータを組み合わせて並進移動と回転移動を行うアライメントステージが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第６１６３２６０号公報
【特許文献２】特許第５８８７２７８号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】荒木康久、「生殖補助医療技術学テキスト」、医歯薬出版株式会社、２０１５年１ 月１０日、ｐ．８５―８７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
通常、２つのピペットの角度微調整は、２つのピペットの先端部を顕微鏡の視野に納めた状態で、顕微鏡の視野を観察しながら行われる。しかしながら、特許文献１に記載されているような角度調整ねじを手動で調整する方法では、調整作業中にピペットが大きく振れて、ピペットの先端が顕微鏡視野から外れてしまうことがあるため、角度微調整作業が容易な方法とは言い難い。この問題は、角度調整ねじがピペットの先端から離れた位置にある場合に顕著に生じる。また、特許文献２に記載された構成では、無通電時にはピペットを保持する力がないために、電源が遮断された際にピペットが移動してしまうことで、ＩＣＳＩでの作業を行う際の手技に不具合が生じる可能性がある。
【０００７】
本発明は、顕微鏡視野内において駆動対象物先端の振れが小さく位置及び角度の調整を容易に行うことができ、無通電時にも位置及び角度が調整された状態を保持することを可能とする技術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】
本発明に係るステージ装置は、第１の直動手段と第２の直動手段を有する第１のステージと、第３の直動手段と第４の直動手段を有する第２のステージと、第５の直動手段を有する第３のステージと、を備え、前記第１の直動手段、第２の直動手段、第３の直動手段、第４の直動手段および第５の直動手段はそれぞれ駆動源として、相対移動が可能な振動体と接触体を有する振動型アクチュエータを備えるステージ装置であって、前記第１のステージは、前記第１の直動手段と前記第２の直動手段の駆動量を同じとすることで駆動対象物を第１の方向へ駆動し、前記第１の直動手段と前記第２の直動手段での駆動量に差を設けることで前記駆動対象物を前記第１の方向と直交する第２の方向と平行な軸まわりに回転させ、前記第２のステージは、前記第３の直動手段と前記第４の直動手段の駆動量を同じとすることで前記駆動対象物を前記第２の方向へ駆動し、前記第３の直動手段と前記第４の直動手段での駆動量に差を設けることで前記駆動対象物を前記第１の方向と平行な軸まわりに回転させ、前記第３のステージは、前記第５の直動手段を駆動することで前記駆動対象物を前記第１の方向および前記第２の方向と直交する第３の方向へ駆動することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、顕微鏡視野内において駆動対象物先端の振れが小さく位置及び角度の調整を容易に行うことができ、無通電時にも位置及び角度が調整された状態を保持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係るマニピュレータシステムのブロック図である。
【図２】図１のマニピュレータシステムが備えるステージ装置の外観斜視図である。
【図３】図２のステージ装置が備える直動ユニットの外観斜視図である。
【図４】図３の直動ユニットの分解斜視図である。
【図５】図２のステージ装置を構成するＺステージの構成を示す図である。
【図６】図２のステージ装置を構成するＹステージの構成を示す図である。
【図７】ピペットをＺ軸まわりに回転させる角度微調整の様子を表す図である。
【図８】図２のステージ装置を構成するＸステージの構成を示す図である。
【図９】角度調整ユニットの構成を説明する図である。
【図１０】回転駆動ユニットとその近傍を拡大して示す断面図である。
【図１１】インジェクションピペットの例を示す図である。
【図１２】インジェクションピペットの角度微調整の様子を示す第１の模式図である。
【図１３】インジェクションピペットの角度微調整の様子を示す第２の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。ここでは、本発明に係るステージ装置を備える微小操作機器の一例として、生殖補助医療で用いられるマニピュレータシステムを取り上げる。但し、本発明に係るステージ装置及び微小操作機器は、これに限定されるものではない。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態に係るマニピュレータシステム１の概略構成を表したブロック図である。マニピュレータシステム１は、顕微鏡２、撮像ユニット３、ディスプレイ４、コントローラ１００、第１のマニピュレータ２００、第１のインジェクタ装置３００、第２のマニピュレータ４００及び第２のインジェクタ装置５００を備える。
【００１３】
顕微鏡２は、ＩＣＳＩ作業時の卵子や精子、第１のマニピュレータ２００のインジェクションピペット２０３、第２のマニピュレータ４００のホールディングピペット（不図示）等に焦点を合わせる合焦ユニット２ａを有する。撮像ユニット３は、顕微鏡２の光学系を介して画像を取得するＣＭＯＳセンサ等の撮像素子を有し、卵子や精子、インジェクションピペット２０３、ホールディングピペット４０３等の画像を取得する。撮像ユニット３が取得した画像は、コントローラ１００の画像入力部１０９に入力される。
【００１４】
コントローラ１００は、表示パネル１０１、操作パネル１０２、画像入力部１０９、画像解析部１０７、画像出力部１０８、変位検出部１０３、演算部１０４、記憶部１０５及び制御部１０６を有する。操作パネル１０２は、制御部１０６で用いられる制御パラメータを入力するための、例えば不図示のダイヤルやスイッチ、フットペダル等を含む。表示パネル１０１は、操作パネル１０２で設定する制御パラメータ等を表示する。なお、表示パネル１０１をタッチパネルとして構成することにより、操作パネル１０２を構成する１つの操作手段として表示パネル１０１を用いることができる。
【００１５】
画像入力部１０９へは、撮像ユニット３から送られてきた画像が入力される。画像入力部１０９へ入力された画像は、画像解析部１０７と画像出力部１０８へ送られる。画像解析部１０７は、撮像ユニット３で得られた画像を解析する。画像解析部１０７での解析結果は、演算部１０４と画像出力部１０８へ送られる。画像出力部１０８は、画像解析部１０７から送られてきた解析結果と画像入力部１０９から送られてきた画像をディスプレイ４へ出力する。ディスプレイ４は、画像出力部１０８から送られてきた画像を表示し、その際に画像解析部１０７から送られてきた解析結果を組み合わせて表示することにより、顕微鏡２での観察対象をより精密に表現することができる。なお、第１のマニピュレータ２００等の操作を、ディスプレイ４を観察しながら遠隔で行うことも可能となる。
【００１６】
変位検出部１０３は、第１のマニピュレータ２００の出力部２０１と入力部２０２の各変位、及び、第２のマニピュレータ４００の出力部４０１と入力部４０２の各変位を検出する。変位検出部１０３で検出された変位検出結果は、演算部１０４へ送られる。演算部１０４は、画像解析部１０７から取得した解析結果と、変位検出部１０３から取得した変位検出結果と、記憶部１０５から読み出された情報とに基づく所定の演算を行う。演算部１０４による演算結果は、制御部１０６と記憶部１０５へ送られる。
【００１７】
制御部１０６は、演算部１０４での演算結果や記憶部１０５から読み出された情報に基づく制御量を、第１のマニピュレータ２００の出力部２０１と第２のマニピュレータ４００の出力部４０１へ出力する。記憶部１０５は、演算部１０４での演算結果と、制御部１０６で求められた制御量を記憶する。また、記憶部１０５は、画像入力部１０９に入力された画像や画像解析部１０７での解析結果、変位検出部１０３で検出された移動量、操作パネル１０２へ入力された入力量等の、演算部１０４及び制御部１０６以外の情報も記憶することができる。
【００１８】
第１のマニピュレータ２００は、出力部２０１と入力部２０２を有する。出力部２０１は、インジェクションピペット２０３（駆動対象物）、インジェクションピペット用ホルダ２０４（駆動対象物を保持する保持手段）及びステージ装置９００を有する。なお、出力部２０１と詳細な構成については後述する。また、入力部２０２の構成については、出力部２０１の構成と動作について説明した後に説明する。
【００１９】
ステージ装置９００は、Ｚステージ８００（第１のステージ）、Ｙステージ７００（第２のステージ）、Ｘステージ６００（第３のステージ）、角度調整ユニット２２００及び回転駆動ユニット２３００を有する。Ｚステージ８００は、後述するように、インジェクションピペット２０３をＺ軸方向（第１の方向）に移動させ、また、Ｙ軸まわりに回転させることができる。Ｙステージ７００は、後述するように、インジェクションピペット２０３をＹ軸方向（第２の方向）に移動させ、また、Ｚ軸まわりに回転させることができる。Ｘステージ６００は、後述するように、インジェクションピペット２０３をＸ軸方向（第３の方向）に移動させることができる。なお、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は互いに直交しており、Ｘ軸方向はインジェクションピペット２０３の先端の軸方向と平行な方向であり、Ｚ軸方向は顕微鏡２の光軸方向と平行な方向であり、Ｙ軸方向はＸ軸方向及びＺ軸方向と直交する方向である。
【００２０】
第１のインジェクタ装置３００は、シリンダ３０１と、シリンダ３０１内を進退することによって容量を調整可能なピストン３０２と、ピストン３０２を進退駆動可能な操作部３０３を有する。チューブ３０４の一端は、シリンダ３０１に連結されている。また、チューブ３０４の他端は、第１のマニピュレータ２００のインジェクションピペット用ホルダ２０４を介して、インジェクションピペット２０３に連結されている。これにより、第１のインジェクタ装置３００は、操作部３０３を操作してピストン３０２を進退させることで、インジェクションピペット２０３内に充填された精子等の注入物を進退させることできる。
【００２１】
第２のマニピュレータ４００は、出力部４０１と入力部４０２を有する。第２のマニピュレータ４００は、第１のマニピュレータ２００とは、インジェクションピペット２０３に代えてホールディングピペットを有する点で相違するが、その他の構成は同じであるため、図示と説明を省略する。ホールディングピペットは、例えば、卵子を保持する。インジェクションピペット２０３に対して実行可能な以下に説明する角度微調整や微細作業が、ホールディングピペットに対しても同様に実行可能である。
【００２２】
第２のインジェクタ装置５００は、第１のインジェクタ装置３００と同様の構成を有するため、図示を省略する。なお、第２のインジェクタ装置５００が備えるチューブ（不図示）は、シリンダ（不図示）と第２のマニピュレータ４００のホールディングピペットとを連結しており、ホールディングピペットの内圧操作を可能としている。
【００２３】
次に、第１のマニピュレータ２００の出力部２０１の構成について詳細に説明する。図２は、ステージ装置９００の概略構成を示す斜視図である。Ｚステージ８００は、ステージ基部３０００と、ステージ基部３０００上に配置された２つの直動ユニット６９０（第１の直動ユニット及び第２の直動ユニット）と、これら２つの直動ユニット６９０に支持されたＺ天板３１００（第１の天板）を有する。Ｙステージ８００は、Ｚ天板３１００上に配置された２つの直動ユニット６９０（第３の直動ユニット及び第４の直動ユニット）と、これら２つの直動ユニット６９０に支持されたＹ天板３２００（第２の天板）を有する。Ｘステージ６００は、Ｙ天板３２００上に配置された１つの直動ユニット６９０（第５の直動ユニット）を有する。Ｘステージ６００上には角度調整ユニット２２００がビス２２０１Ｌで固定されており、角度調整ユニット２２００に回転駆動ユニット２３００が配置されている。ステージ装置９００、角度調整ユニット２２００及び回転駆動ユニット２３００の詳細な構成については後述する。
【００２４】
角度調整と軸方向移動の対象となるインジェクションピペット２０３は、保持される部分の中心軸がインジェクションピペット用ホルダ２０４の中心軸と同軸になるように、インジェクションピペット用ホルダ２０４に保持されている。インジェクションピペット用ホルダ２０４は、回転駆動ユニット２３００に保持されている。
【００２５】
直動ユニット６９０について説明する。図３は、直動ユニット６９０の外観斜視図である。ここでは、便宜上、直動ユニット６９０の長手方向であって、後述するように可動部６７０が移動可能な方向をＸ軸方向とする。この場合に、Ｙ軸方向は直動ユニット６９０の幅方向と、また、Ｚ軸方向は直動ユニット６９０の高さ方向とそれぞれ定義することができる。図４は、直動ユニット６９０の分解斜視図である。
【００２６】
直動ユニット６９０は、固定部である不動の筐体部６０１及びカバー６０２を有し、カバー６０２はビス６０２Ｌで筐体部６０１に固定されている。筐体部６０１の内部には、駆動源としての振動型アクチュエータ６８０と、振動型アクチュエータ６８０に駆動される可動部６７０が配置されている。振動型アクチュエータ６８０は、接触体６０４、加圧部材６０８、加圧力伝達部材６０９、緩衝部材６１０、アクチュエータホルダ６１３、転動ローラ６１４、転動ローラ用ばね６１５及び振動体ホルダ６１６を有する。振動体６６０は、弾性体６０６と圧電素子６０７（電気−機械エネルギ変換素子）を有する。
【００２７】
アクチュエータホルダ６１３は、ビス６１３Ｌでカバー６０２に固定されている。振動体ホルダ６１６は、転動ローラ６１４と転動ローラ用ばね６１５を介してアクチュエータホルダ６１３に支持されている。これにより、アクチュエータホルダ６１３は、Ｘ軸方向にガタつくことなく振動体ホルダ６１６を支持すると共に、Ｚ軸方向では移動可能となっている。
【００２８】
振動体６６０は、弾性体６０６と圧電素子６０７とを有し、圧電素子６０７は例えば接着等の手段により弾性体６０６に固定されている。弾性体６０６は、ステンレス等の金属材料からなる薄板状の部品であり、接触体６０４側に突出した２つの突起部を有する。振動体６６０は、弾性体６０６の長手方向端（図４におけるＸ軸方向端）の一部が接着等の手段により振動体ホルダ６１６に固定されることにより、振動体ホルダ６１６に保持されている。
【００２９】
接触体６０４は、長手方向端部においてビス６０４Ｌで可動基部６０３に固定されて、弾性体６０６に形成されている２つの突起の先端と接触している。加圧部材６０８は、振動体６６０を接触体６０４に接触させるための加圧力を発生させる。加圧力伝達部材６０９は、カバー６０２に設けられた穴部６０２ｃに対して摺動可能に挿通される２本の突起６０９ａを有し、Ｚ軸方向に案内される。加圧力伝達部材６０９は、振動体６６０と加圧部材６０８の間に配置され、加圧部材６０８からの加圧力を振動体６６０に伝達する。
【００３０】
緩衝部材６１０は、加圧力伝達部材６０９と圧電素子６０７の間に配置され、加圧部材６０８の力を振動体６６０に減衰することなく伝達する役割を担う。なお、緩衝部材６１０は、例えば接着等の手段で加圧力伝達部材６０９に固定されている。圧電素子６０７への２相の交流電圧６１８の印加は、配線基板６１１を介して行われる。配線基板６１１は、圧電素子６０７の緩衝部材６１０側の面に取り付けられており、カバー６０２に設けられた溝部６０２ｂから直動ユニット６９０の外側に引き出されている。
【００３１】
可動部６７０は、可動基部６０３と可動板６０５を有する。可動板６０５は、Ｚ軸方向と平行な壁部がカバー６０２に設けられた開口部６０２ａに挿入され、Ｚ軸方向と直交する２つの壁部（以下「上面部」、「下面部」という）がカバー６０２を挟んで対面するように配置される。可動板６０５の下面部は、ビス６０５Ｌで可動基部６０３に固定される。可動基部６０３には、Ｘ軸方向に延在する３つ可動案内部６０３ａ，６０３ｂ，６０３ｃが設けられている。これに対して、固定部である筐体部６０１には、可動案内部６０３ａ，６０３ｂ，６０３ｃに対向するように固定案内部６０１ａ，６０１ｂ，６０１ｃが設けられている。そして、可動基部６０３と可動板６０５が一体的にＸ軸方向に案内可能となるように、３つの転動ボール６１２が可動案内部６０３ａ，６０３ｂ，６０３ｃと固定案内部６０１ａ，６０１ｂ，６０１ｃの間に挟持されている。
【００３２】
直動ユニット６９０を駆動した際の可動部６７０の移動量を「直動ユニット６９０の駆動量」と定義する。直動ユニット６９０は、可動部６７０の移動を検出するリニアエンコーダ等の不図示の変位センサを有しており、変位センサから出力される検出信号は変位検出部１０３に送られる。変位検出部１０３は、取得した検出信号から可動部６７０の移動量を求める。変位検出部１０３で求められた移動量は、後述するように、第１のマニピュレータ２００の出力部２０１の駆動制御に用いられる。
【００３３】
次に、可動部６７０を駆動するための振動型アクチュエータ６８０の駆動方法について説明する。周波数と位相差を変更可能な２相の交流電圧６１８を圧電素子６０７に印加して振動体６６０に所定の振動を発生させると、振動体６６０が接触体６０４に対して摩擦駆動力（推力）を与える。ここで、振動体６６０はアクチュエータホルダ６１３等を介してカバー６０２に固定されている。一方、接触体６０４は、可動部６７０の可動基部６０３に固定されているため、可動部６７０と一体的に移動することができ、接触体６０４の移動量は可動部６７０の移動量となる。つまり、接触体６０４と可動部６７０は、固定された振動体６６０に対して一体的に相対移動する。その際の接触体６０４及び可動部６７０の移動方向は、可動案内部６０３ａ〜６０３ｃと固定案内部６０１ａ〜６０１ｃの延在方向であるＸ軸方向である。圧電素子６０７に印加する２相の交流電圧６１８の周波数と位相差を変化させることにより、可動部６７０の移動方向をＸ軸の負方向と正方向とで変更することができ、また、移動速度を調整することができる。
【００３４】
なお、このような振動型アクチュエータ６８０の制御方法は、特開２０１２−１６１０７号公報等に記載されているため、詳細な説明を省略する。また、振動型アクチュエータ６８０では、圧電素子６０７への無通電時に、加圧部材６０８からの加圧力によって振動体６６０と接触体６０４の間に摩擦力が発生する。この摩擦力は、第１のマニピュレータ２００ではインジェクションピペット２０３の位置と姿勢を保持する保持力として働き、第２のマニピュレータ４００ではホールディングピペットの位置と姿勢を保持する保持力として働く。よって、圧電素子６０７への無通電時にも各ピペットが動くことがないため、ＩＣＳＩ作業に不具合を生じるという事態の発生を回避することができる。
【００３５】
次に、ステージ装置９００を構成する各ステージの構成について、Ｚステージ８００、Ｙステージ７００、Ｘステージ６００の順に説明する。
【００３６】
図５（ａ）はＺステージ８００の上面図、図５（ｂ）はＺステージ８００の左側面図、図５（ｃ）はＺステージ８００の正面図、図５（ｄ）はＺステージ８００の右側面図である。説明の便宜上、Ｚステージ８００を構成する２つの直動ユニット６９０をそれぞれ、直動ユニット６９０Ｚ１、直動ユニット６９０Ｚ２と称呼する。
【００３７】
直動ユニット６９０Ｚ１，６９０Ｚ２はそれぞれ、可動部６７０の移動方向がＹ軸方向となるように、ステージ基部３０００上にビス（不図示）で固定されている。直動ユニット６９０Ｚ１の可動板６０５には、Ｙ軸方向に所定の間隔を持って離間し、且つ、Ｚ軸の正方向に突出する２つの突起部８０１ａを有する突起部材８０１が、ビス８０１Ｌで固定されている。
【００３８】
Ｚ天板３１００には、面内方向がＹ軸方向と鋭角をなし、法線方向がＺ軸方向と鋭角をなす第１のカム面３１００ｂと第２のカム面３１００ｃが設けられている。第１のカム面３１００ｂには、Ｙ軸方向に延在するＶ溝形状のカム溝３１００ａが形成されており、突起部材８０１の２つの突起部８０１ａは摺動自在にカム溝３１００ａと係合している。２つの突起部８０１ａとカム溝３１００ａが摺動可能に係合することで、Ｚ天板３１００は、直動ユニット６９０Ｚ１が駆動されても、Ｘ軸方向へ変位することなく支持される。
【００３９】
第２のカム面３１００ｃは、第１のカム面３１００ｂと平行に、且つ、第１のカム面３１００ｂからＸ軸方向に離間した位置に形成されている。直動ユニット６９０Ｚ２の可動板６０５には、Ｚ軸の正方向に突出するように突起部６０５ａが設けられており、この突起部６０５ａは第２のカム面３１００ｃに対して摺動自在に当接している。こうして、Ｚ天板３１００と当接する１カ所の突起部６０５ａと２カ所の突起部８０１ａは、Ｚ軸方向と直交する一方向（具体的には、Ｙ軸方向）に進退するカムフォロアとなって、Ｚ天板３１００に対して摺動可能に当接して、Ｚ天板３１００を支持している。
【００４０】
Ｚステージ８００を構成するステージ基部３０００のＸ軸方向端にはＺ軸の正方向（＋Ｚ方向）に立設された壁部が設けられており、これら壁部のそれぞれに、Ｚ軸方向に延在するＺ案内部３０００Ｚが設けられている。そして、Ｚ天板３１００には、Ｚ案内部３０００Ｚに係合する２つの軸部３１００ｚが設けられている。これにより、Ｚ天板３１００は、Ｙ軸方向への移動が規制された状態で、Ｚ軸方向に案内される。
【００４１】
以上の構成により、直動ユニット６９０Ｚ１，６９０Ｚ２それぞれの駆動量（２つの可動部６７０の移動量）を同じとすることにより、Ｚ天板３１００をＺ軸方向に変位させることができる。また、直動ユニット６９０Ｚ１，６９０Ｚ２それぞれの駆動量に差を設けて、カム溝３１００ａと第２のカム面３１００ｃのＺ軸方向での相対的な移動量に差を生じさせることにより、Ｚ天板３１００をＹ軸まわりに回転させることができる。つまり、Ｚステージ８００の駆動制御により、インジェクションピペット２０３のＺ軸方向での微小駆動とＹ軸まわりの回転角度の微調整を行うことができる。また、直動ユニット６９０Ｚ１，６９０Ｚ２が備える振動型アクチュエータ６８０に生じている保持力により、振動型アクチュエータ６８０への無通電時にもＺ天板３１００の位置及び姿勢を維持することができる。
【００４２】
前述したように、直動ユニット６９０は可動部６７０の移動を検出する変位センサを有している。Ｚステージ８００では、直動ユニット６９０Ｚ１，６９０Ｚ２それぞれの可動部６７０の移動が変位センサによって検出され、その検知信号が変位検出部１０３に送られる。変位検出部１０３は、移動量を求めて演算部１０４へ送る。演算部１０４は、取得した移動量に基づいてＺ天板３１００のＺ軸方向での変位量とＹ軸まわりの回転角度を演算し、演算結果を制御部１０６へ出力する。制御部１０６は、演算部１０４から取得した演算結果に基づく制御量を第１のマニピュレータ２００の出力部２０１へ出力することで、第１のマニピュレータ２００の動作を制御する。なお、直動ユニット６９０Ｚ１，６９０Ｚ２に変位センサを設けず、ステージ基部３０００とＺ天板３１００の相対位置と相対角度を計測する手段を設けることによっても、同等の制御を実行することができる。
【００４３】
図６（ａ）はＹステージ７００の上面図、図６（ｂ）はＹステージ７００の左側面図、図６（ｃ）はＹステージ７００の正面図、図６（ｄ）はＹステージ７００の右側面図である。以下では説明の便宜上、Ｙステージ８００を構成する２つの直動ユニット６９０をそれぞれ、直動ユニット６９０Ｙ１、直動ユニット６９０Ｙ２と称呼する。
【００４４】
直動ユニット６９０Ｙ１，６９０Ｙ２はそれぞれ、可動部６７０の移動方向がＹ軸方向となるように、Ｚ天板３１００の上面（第１のカム面３１００ｂと第２のカム面３１００ｃが設けられている面の反対側の面）にビス（不図示）で固定されている。直動ユニット６９０Ｙ２のカバー６０２には、転動ボール支持部材７０１がビス（不図示）で固定されている。転動ボール支持部材７０１の上面には、転動ボール７０２を支持する凹部７０１ａが設けられている。Ｙ天板３２００において凹部７０１ａと対面する部位には、凹部３２００ａが設けられている。こうして、転動ボール７０２は、転動可能な状態で、凹部７０１ａと凹部３２００ａにＺ軸方向で挟持されている。
【００４５】
直動ユニット６９０Ｙ２の突起部６０５ａは、Ｘ軸方向に延在するようにＹ天板３２００の直動ユニット６９０Ｙ２側の面に形成されたＶ形状の溝部３２００ｂと係合している。一方、直動ユニット６９０Ｙ１の突起部６０５ａは、Ｙ天板３２００における直動ユニット６９０Ｙ１側の面に円錐状に掘り込まれて形成された突起受け部３２００ｃと係合している。よって、Ｙ天板３２００は、直動ユニット６９０Ｙ１，６９０Ｙ２の２つの突起部６０５ａと転動ボール７０２の３点で支持されている。
【００４６】
このような構成では、直動ユニット６９０Ｙ１，６９０Ｙ２それぞれの駆動量（可動部６７０のＹ軸方向での移動量）を同じとした場合、転動ボール７０２が転動しながら、Ｙ天板３２００は２つの突起部６０５ａの動きにしたがってＹ軸方向に変位する。また、直動ユニット６９０Ｙ１，６９０Ｙ２それぞれの駆動量に差を設けることで、Ｙ天板３２００を突起受け部３２００ｃを支点としてＺ軸まわりに回転させることができる。つまり、Ｙステージ７００の駆動制御により、インジェクションピペット２０３のＹ軸方向での微小駆動とＺ軸まわりの回転角度の微調整を行うことができる。また、直動ユニット６９０Ｙ１，６９０Ｙ２が備える振動型アクチュエータ６８０に生じている保持力により、振動型アクチュエータ６８０への無通電時にもＹ天板３２００の位置及び姿勢を維持することができる。
【００４７】
一例として図７に、顕微鏡視野Ｕ内を中心としてインジェクションピペット２０３をＺ軸まわりに回転させてインジェクションピペット２０３の角度を微調整する様子を示す。なお、Ｙ天板３２００のＺ軸まわりの回転角度は、２つの可動部６７０（突起部６０５ａ）の移動量の差と２つの突起部６０５ａ間の距離から求めることができる。
【００４８】
なお、直動ユニット６９０Ｙ１，６９０Ｙ２それぞれに設けられた変位センサが、直動ユニット６９０Ｙ１，６９０Ｙ２それぞれの可動部６７０の移動を検出し、検出信号を変位検出部１０３へ送る。変位検出部１０３は、検出信号に基づいて移動量を求めて、演算部１０４へ送る。演算部１０４は、取得した移動量に基づいてＹ天板３２００のＹ軸方向での変位量とＺ軸まわりの回転角度を演算し、演算結果を制御部１０６へ出力する。制御部１０６は、演算部１０４から取得した演算結果に基づく制御量を第１のマニピュレータ２００の出力部２０１へ出力することで、第１のマニピュレータ２００の動作を制御する。直動ユニット６９０Ｙ１，６９０Ｙ２に変位センサを設けず、Ｚ天板３１００とＹ天板３２００の相対位置と相対角度を計測する手段を設けることによっても、同等の制御を実行することができる。
【００４９】
図８（ａ）はＸステージ６００の左側面図、図８（ｂ）はＸステージ６００の正面図、図８（ｃ）はＸステージ６００の右側面図である。以下では説明の便宜上、Ｘステージ６００を構成する１つの直動ユニット６９０を、直動ユニット６９０Ｘ１と称呼する。
【００５０】
Ｘステージ６００では、直動ユニット６９０Ｘ１は、可動部６７０の移動方向がＸ軸方向となるように、ビス（不図示）でＹ天板３２００の上面（溝部３２００ｂと突起受け部３２００ｃが形成されて面の反対側の面）に固定されている。Ｘステージ６００は、直動ユニット６９０Ｘ１のみで駆動される。つまり、Ｘステージ６００の駆動制御により、ステージ装置９００におけるＸ軸方向での微小駆動を行うことができる。また、直動ユニット６９０Ｘ１が備える振動型アクチュエータ６８０に生じている保持力により、振動型アクチュエータ６８０への無通電時にも角度調整ユニット２２００のＸ軸方向での位置を維持することができる。
【００５１】
なお、Ｘステージ６００では、直動ユニット６９０Ｘ１に設けられた変位センサが、直動ユニット６９０Ｘ１の可動部６７０の移動を検出し、検出信号を変位検出部１０３へ送る。変位検出部１０３は、検出信号に基づいて移動量を求めて、演算部１０４へ送る。演算部１０４は、取得した移動量に基づいて角度調整ユニット２２００のＸ軸方向での移動量を演算し、演算結果を制御部１０６へ出力する。制御部１０６は、演算部１０４から取得した演算結果に基づく制御量を、第１のマニピュレータ２００の出力部２０１へ出力することで、第１のマニピュレータ２００の動作を制御する。直動ユニット６９０Ｘ１に変位センサを設けず、Ｙ天板３２００と角度調整ユニット２２００を構成する角度調整基部２２０１（図９参照）の相対位置を計測する手段を設けることによっても、同等の制御を実行することができる。
【００５２】
次に、角度調整ユニット２２００と回転駆動ユニット２３００について、第１のマニピュレータ２００の出力部２０１を例にして説明する。図９（ａ）は、回転駆動ユニット２３００を備えた角度調整ユニット２２００の斜視図である。図９（ｂ）は、回転駆動ユニット２３００を備えた角度調整ユニット２２００の断面図であり、インジェクションピペット２０３の中心軸がＹ軸と直交している状態でのＺＸ断面で表されている。図１０は、図９（ｂ）の断面図での回転駆動ユニット２３００とその近傍を拡大して示す図である。
【００５３】
角度調整ユニット２２００は、Ｘ軸方向と回転駆動ユニット２３００の回転中心軸とのなす角度Ａを調整するための機構であり、角度調整基部２２０１、角度調整部２２０４、角度調整ねじ２２０３及び付勢ばね２２０２を有する。角度調整基部２２０１は、ビス２２０１ＬでＸステージ６００の可動板６０５に固定されている。また、角度調整基部２２０１はヒンジ部２２０１ａを有しており、角度調整部２２０４はヒンジ部２２０１ａにおいてＹ軸まわりに回転可能に角度調整基部２２０１と連結されている。角度調整基部２２０１には、角度調整ねじ２２０３と係合するめねじ部２２０１ｂが設けられている。付勢ばね２２０２は、角度調整部２２０４を角度調整ねじ２２０３に付勢するように、角度調整基部２２０１と角度調整部２２０４の間に架設されている。こうして角度調整ユニット２２００では、角度調整ねじ２２０３を回してヒンジ部２２０１ａを中心に角度調整部２２０４を回動させることにより、角度Ａを調整することが可能となっている。
【００５４】
なお、角度調整ユニット２２００には、角度調整基部２２０１と角度調整部２２０４とがなす角を検出する角度センサ（角度計測手段）又は角度目盛り板が設けられてもよい。角度センサが設けられている場合、角度センサからの出力信号に基づいて変位検出部１０３が検出した角度が表示パネル１０１又はディスプレイ４に表示される構成とすることができる。
【００５５】
第１のマニピュレータ２００では、Ｚステージ８００の直動ユニット６９０Ｚ１，６９０Ｚ２それぞれの駆動量に差を設けることでＺ天板３１００に生じるＹ軸まわりの回転角度は、角度調整ユニット２２００で調整可能な角度Ａと同一角度に設定されている。ここで、２つのピペット（インジェクションピペット２０３とホールディングピペット（不図示））の角度Ａは、１０°〜５０°（３０°±２０°）の範囲で、作業者毎に、その作業者にとって作業性のよい角度のものが使用される。
【００５６】
図１１は、角度Ａに固有の角度が設定された３つのインジェクションピペット２０３を示す図であり、（ａ）では角度Ａ＝１０°、（ｂ）では角度Ａ＝３０°、（ｃ）では角度Ａ＝５０°となっている。角度微調整に必要な角度を±１０°とすると、合わせて０°〜６０°（３０°±３０°）の調整幅が必要となる。
【００５７】
仮に、Ｚステージ８００だけでこのような角度調整を可能とする場合には、直動ユニット６９０Ｚ１，６９０Ｚ２の駆動量が増大するため、ステージ装置９００全体が大型化してしまう。一方、１人の作業者については、ピペットの固有の角度Ａは１つの角度（例えば、３０°）に特定されるため、作業者に固有の角度調整は、作業者が同じであれば、一度行えば再調整を行う必要はない。そこで、第１のマニピュレータ２００は、角度調整ユニット２２００による角度粗調整（例えば、３０°±２０°）を最初に行い、その後、Ｚステージ８００による角度微調整±１０°を行えばよいように構成されている。
【００５８】
図１２は、角度Ａが３０°のインジェクションピペット２０３を例にして、Ｙ軸の負方向（−Ｙ方向）から見たピペットの角度微調整±１０°の様子を表した図である。作業者に固有の角度調整を行うための角度調整ユニット２２００と、ピペットの取り付けばらつきを吸収する角度微調整を行うＺステージ８００とを備える構成とすることで、Ｚステージ８００（第１のマニピュレータ２００）を小型化することができる。なお、角度調整ユニット２２００では、角度Ａの調整を手動で行う構成としているが、例えば、角度調整ねじ２２０３をステッピングモータにより回転駆動可能な構成として、角度Ａの調整を電動で行うことが可能な構成としてもよい。
【００５９】
回転駆動ユニット２３００は、振動型アクチュエータ２１００、回転支持部２３０１及び回転部２３０３を有する。回転支持部２３０１は、角度調整部２２０４に対してビス２３０１Ｌで固定されており、軸受け２３０２（例えば、ベアリング）を介して回転部２３０３を回転可能に保持している。回転部２３０３は、インジェクションピペット用ホルダ２０４を位置がずれないようにセットビス等の保持部材（不図示）で保持しており、振動型アクチュエータ２１００によって回転駆動される。回転部２３０３の回転中心軸は、保持するインジェクションピペット用ホルダ２０４の中心軸と同軸となっている。
【００６０】
振動型アクチュエータ２１００は、接触体２１０１と振動体６６０を備える。振動体６６０は、振動型アクチュエータ６８０を構成する振動体６６０と同じであるため、構造の詳細や駆動原理については説明を省略する。振動体６６０は振動体ホルダ６１６に支持され、振動体ホルダ６１６はアクチュエータホルダ６１３に保持され、アクチュエータホルダ６１３は、角度調整部２２０４にビス（不図示）で固定されている。
【００６１】
接触体２１０１は、回転部２３０３の回転中心軸を中心とした円弧状に形成されており、回転部２３０３にビス（不図示）で固定されている。振動体６６０は、接触体２１０１に対して、回転部２３０３の回転中心軸を中心とした円弧の接線方向に駆動力（推力）を与える。これにより、回転部２３０３の回転中心軸を中心として、回転部２３０３と接触体２１０１は一体的に回転する。
【００６２】
ここで、振動体６６０と接触体２１０１との間には、加圧部材６０８の加圧力による摩擦力（保持力）が発生する。そのため、振動型アクチュエータ２１００への電源供給が遮断された場合でもインジェクションピペット２０３は回転しない。よって、ＩＣＳＩ作業に不具合が生じる事態の発生を回避することができる。
【００６３】
なお、振動型アクチュエータ２１００への２相の交流電圧の印加は、配線基板（不図示）を介して行われ、インジェクションピペット用ホルダ２０４と接触しないように引き出されている。また、回転駆動ユニット２３００は、不図示の変位センサを有する。変位センサにより計測された変位は、変位検出部１０３に送られる。変位検出部１０３は、変位量を求めて演算部１０４へ送る。演算部１０４は、取得した変位量に基づいて回転部２３０３の変位量を演算し、演算結果を制御部１０６へ出力する。制御部１０６は、演算部１０４から取得した演算結果に基づく制御量を、第１のマニピュレータ２００の出力部２０１へ出力することで、第１のマニピュレータ２００の動作を制御する。
【００６４】
このように、回転駆動ユニット２３００を用いることで、インジェクションピペット用ホルダ２０４の中心軸を回転中心として、インジェクションピペット２０３の角度の微調整を行うことができる。図１３は、顕微鏡視野Ｕ内で、インジェクションピペット２０３をインジェクションピペット用ホルダ２０４の中心軸まわりに角度微調整する様子を表した図である。
【００６５】
次に、出力部２０１を駆動するための入力部２０２の構成について説明する。Ｘステージ６００のＸ軸方向駆動、Ｙステージ７００のＹ軸方向駆動及びＺステージ８００のＺ軸方向駆動を行うための入力手段（例えば、ジョイスティック）を有する。入力部２０２はまた、Ｚステージ８００をＹ軸まわりの回転（Ｐｉｔｃｈ）、Ｙステージ７００のＺ軸まわりの回転（Ｙａｗ）、回転駆動ユニット２３００の回転中心軸まわりの回転（Ｒｏｌｌ）を行うための入力手段（例えば、ダイヤル）を有する。こうして、入力部２０２を通じて、ステージ装置９００を駆動するための操作量を連続的に変化する値として入力することが可能となっており、入力された操作量は変位検出部１０３によって検出される。連続的に変化する値の入力が可能な構成に代えて、性能上問題のない程度の分解を持った多段階の値の入力が可能な構成としてもよい。
【００６６】
上記説明の通り、回転駆動ユニット２３００を備えた角度調整ユニット２２００を搭載したステージ装置９００を用いることで、図７，１２，１３に示したように、顕微鏡視野内においてインジェクションピペット２０３の各軸方向での角度微調整作業を電動化することができる。その際、インジェクションピペット２０３の先端での振れが小さく抑えられているため、角度微調整作業を容易に行うことが可能となる。なお、ここまでインジェクションピペット２０３を備える第１のマニピュレータ２００について説明したが、同様の効果は、ホールディングピペットを備える第２のマニピュレータ４００でも得ることができる。
【００６７】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。
【００６８】
例えば、上記実施形態では、直動ユニット６９０として、板状の振動体６６０備える振動型アクチュエータ６８０を駆動源に用いたものを取り上げたが、直動ユニット６９０には、別の構造の振動型アクチュエータを用いることもできる。例えば、円環状の振動体と接触体とを有し、振動体に励起した振動により接触体を回転させ、接触体の回転運動をギア等により直線運動に変換した駆動源を備える直動ユニットを用いても、本発明に係るステージ装置を実現することができる。また、ステージ装置への無通電時における駆動対象物（ピペット）の位置及び姿勢の保持が不要である場合には、直動ユニットの駆動源として、ステッピングモータ等の電磁モータの回転出力を直線運動に変換したものを用いることも可能である。
【００６９】
上記実施形態に係るステージ装置９００は、下段にＺステージ８００を、中段にＹステージ７００を、上段にＸステージ６００を配した構成としたが、各ステージの配置はこれに限られるものではない。例えば、Ｙステージ７００とＺステージ８００の位置を入れ替えた構成とすることも可能である。また、Ｘステージ６００を中段又は下段に配した構成とすることも可能である。但し、その場合には、ステージ装置全体のバランスを保つために、Ｘ軸まわりの回転を抑制するためのガイドを設けるか、２つの直動ユニットを用いて３点以上でその上の機構を保持する等の対策が必要となる。
【符号の説明】
【００７０】
１    マニピュレータシステム
１０６    制御部
２００    第１のマニピュレータ
４００    第２のマニピュレータ
６００    Ｘステージ
６０４    接触体
６６０    振動体
６７０    可動部
６８０    振動型アクチュエータ
６９０，６９０Ｘ１    直動ユニット
６９０Ｙ１，６９０Ｙ２  直動ユニット
６９０Ｚ１，６９０Ｚ２    直動ユニット
８００    Ｚステージ
９００    ステージ装置
２１００    振動型アクチュエータ
２２００    角度調整ユニット
２３００    回転駆動ユニット
３１００    Ｚ天板
３１００ｂ    第１のカム面
３１００ｃ    第２のカム面
３２００    Ｙ天板
【図１】
2020126126.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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