(57)【要約】【課題】  複数の細胞への導入物質の導入を同時に行うことのできる処理効率向上の可能なマイクロインジェクション装置を提供する。【解決手段】  このマイクロインジェクション装置は、注入針１１により被導入体内に導入物質を導入するものであり、容器位置調整手段１、撮像手段２、位置判定手段３、および複数の搬送手段４を備える。容器位置調整手段１は、被導入体の収容された容器１２の位置を調整する。撮像手段２は、位置調整された容器１２の内部画像を撮像する。位置判定手段３は、撮像手段２による画像から被導入体の位置を判定する。複数の搬送手段４は、位置判定手段３による位置情報に応じて複数の注入針１１を、各注入針１１ごとに個別に移動させる。搬送手段４は、少なくとも２自由度以上の移動機構を持ち、少なくとも１自由度の移動機構の駆動源として積層型の圧電素子を用いる。【選択図】      図１
2010261929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に導入物質の充填された微小な注入針を被導入体に挿入することにより、被導入体内に導入物質を導入するマイクロインジェクション装置であって、
前記被導入体の収容された容器の位置を調整する容器位置調整手段と、この容器位置調整手段で位置調整された容器の内部の被導入体に対して複数の注入針をそれぞれ個別に移動可能に移動させる複数の搬送手段と、前記容器位置調整手段により位置調整された前記容器の内部の画像を拡大用のレンズを通して撮像する撮像手段と、この撮像手段によって得られた画像から被導入体の位置を判定する位置判定手段と、この位置判定手段によって得られた位置情報に応じて前記各搬送手段に注入針の移動を行わせる制御手段とを備え、  前記搬送手段は、少なくとも２自由度を有していて、各自由度ごとの移動機構を持ち、これら各自由度の移動機構のうち、少なくとも１つの自由度の移動機構の駆動源に、複数の圧電素子が積層されて積層方向に伸縮する圧電素子積層体を用いたことを特徴とするマイクロインジェクション装置。
【請求項２】
請求項１において、前記搬送手段における前記圧電素子積層体を駆動源とする移動機構は、複数の圧電素子積層体を平行に配置し、これら複数の圧電素子積層体を、締結部材を介して伸縮方向に直列に接続したマイクロインジェクション装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記搬送手段における圧電素子積層体を駆動源とする移動機構は、圧電素子積層体の伸縮をその伸縮方向と直交する方向の変位に拡大する拡大機構を有するマイクロインジェクション装置。
【請求項４】
請求項３において、前記拡大機構がリンク機構からなるマイクロインジェクション装置。
【請求項５】
請求項４において、前記リンク機構は、３つのリンクと、位置固定の１つの固定ジョイントと、位置可動の３つの可動ジョイントとを有し、前記各ジョイントは、それぞれ回動自在な節点を構成するジョイントであって、その回動中心が、前記圧電素子積層体の前記伸縮方向および前記伸縮方向と直交する方向のいずれに対しても垂直であり、前記固定ジョイントに基端が連結された第１のリンクの他端を、第１の可動ジョイントに基端が連結された第２のリンクの中間に第２の可動ジョイントを介して連結し、第２のリンクの先端に第３の可動ジョイントを介して第３のリンクを連結し、第３のリンクの先端を、前記伸縮方向と直交する方向にのみ移動自在に拘束された可動部とし、前記固定ジョイントは前記圧電素子積層体の固定側の端部に対して位置固定とし、第１の可動ジョイントは前記圧電素子積層体の伸縮側の端部と一体に移動可能とし、前記第３のリンクの先端の可動部をリンク機構の変位拡大出力部としたマイクロインジェクション装置。
【請求項６】
請求項４において、前記リンク機構は、２つのリンクと、位置固定の１つの固定ジョイントと、位置可動の２つの可動ジョイントとを有し、前記各ジョイントは、それぞれ回動自在な節点を構成するジョイントであって、その回動中心が、前記圧電素子積層体の前記伸縮方向および前記伸縮方向と直交する方向のいずれに対しても垂直であり、固定ジョイントに基端が連結された第１のリンクの他端を、第１の可動ジョイントに基端が連結された第２のリンクの中間に第２の可動ジョイントを介して連結し、前記固定ジョイントは前記圧電素子積層体の固定側の端部に対して位置固定とし、第１の可動ジョイントは前記圧電素子積層体の伸縮側の端部と一体に移動可能とし、第２のリンクの先端がリンク機構の変位拡大出力部となるマイクロインジェクション装置。
【請求項７】
請求項１または請求項２において、前記搬送手段における圧電素子積層体を駆動源とする移動機構は、圧電素子の伸縮をその伸縮方向と直交する方向の変位に拡大する第１の拡大機構と、この第１の拡大機構により拡大された変位を圧電素子の伸縮方向の変位に拡大する第２の拡大機構とを有するマイクロインジェクション装置。
【請求項８】
請求項７において、前記第１および第２の拡大機構がリンク機構からなるマイクロインジェクション装置。
【請求項９】
請求項８において、前記第１および第２の拡大機構を構成する前記リンク機構は、いずれも、３つのリンクと、位置固定の１つの固定ジョイントと、位置可動の３つの可動ジョイントとを有し、前記各ジョイントは、それぞれ回動自在な節点を構成するジョイントであって、その回動中心が、前記圧電素子積層体の前記伸縮方向および前記伸縮方向と直交する方向のいずれに対しても垂直であり、前記固定ジョイントに基端が連結された第１のリンクの他端を、第１の可動ジョイントに基端が連結された第２のリンクの中間に第２の可動ジョイントを介して連結し、第２のリンクの先端に第３の可動ジョイントを介して第３のリンクを連結し、第３のリンクの先端を、前記伸縮方向と直交する方向にのみ移動自在に拘束された可動部とし、
第１の拡大機構を構成するリンク機構は、前記固定ジョイントが前記圧電素子積層体の固定側の端部に対して位置固定であり、第１の可動ジョイントが前記圧電素子積層体の伸縮側の端部と一体に移動可能であり、
第２の拡大機構を構成するリンク機構は、第１の拡大機構を構成するリンク機構に対し前記各ジョイントの回動中心と平行な中心軸回りに９０°方向を変えた姿勢に設けられて、前記固定ジョイントが前記圧電素子積層体の固定側の端部に対して位置固定であり、第１の可動ジョイントが第１の拡大機構を構成するリンク機構における前記可動部に設けられ、
第２の拡大機構を構成するリンク機構の第３の可動ジョイントの前記可動部が、前記圧電素子積層体の伸縮方向の変位拡大出力部となるマイクロインジェクション装置。
【請求項１０】
請求項８において、前記第１および第２の拡大機構を構成する前記リンク機構は、いずれも、２つのリンクと、位置固定の１つの固定ジョイントと、位置可動の２つの可動ジョイントを有し、前記各ジョイントは、それぞれ回動自在な節点を構成するジョイントであって、その回動中心が、前記圧電素子積層体の前記伸縮方向および前記伸縮方向と直交する方向のいずれに対しても垂直であり、固定ジョイントに基端が連結された第１のリンクの他端を、第１の可動ジョイントに基端が連結された第２のリンクの中間に第２の可動ジョイントを介して連結し、
第１の拡大機構を構成するリンク機構は、前記固定ジョイントが前記圧電素子積層体の固定側の端部に対して位置固定であり、第１の可動ジョイントが前記圧電素子積層体の伸縮側の端部と一体に移動可能であり、
第２の拡大機構を構成するリンク機構は、第１の拡大機構を構成するリンク機構に対し前記各ジョイントの回動中心と平行な中心軸回りに９０°方向を変えた姿勢に設けられて、前記固定ジョイントが前記圧電素子積層体の固定側の端部に対して位置固定であり、第１の可動ジョイントが第１の拡大機構を構成するリンク機構における第２のリンクの先端に設けられ、
第２の拡大機構を構成するリンク機構の第２のリンクの先端が、前記圧電素子積層体の伸縮方向の変位拡大出力部となるマイクロインジェクション装置。
【請求項１１】
請求項４において、前記リンク機構は、１つの固定ジョイントと２つの可動ジョイントと2つのリンクとからなるクランク・スライダ機構を有し、
このクランク・スライダ機構は、前記圧電素子の伸長方向の変位を、前記２つの可動ジョイントおよび２つのリンクを介して、固定ジョイントの円周上の任意の方向に変換し更に変位を拡大可能としたマイクロインジェクション装置。
【請求項１２】
請求項１１において、前記クランク・スライダ機構が、オフセットクランク機構であるマイクロインジェクション装置。
【請求項１３】
請求項１または請求項２において、前記注入針を支持する針支持部材を注入針の挿入方向に移動させる移動機構が、前記圧電素子積層体を駆動源とする移動機構であって、この移動機構を構成する一部の圧電素子を振動駆動することにより、前記針支持部材に挿入方向の振動を付与する振動駆動手段を有するものとしたマイクロインジェクション装置。
【請求項１４】
請求項１３において、前記振動駆動手段は、前記針支持部材を位置決めするための位置決め信号と針支持部材を挿入方向に振動させる振動駆動信号とを重畳して前記一部の圧電素子に印加するものとしたマイクロインジェクション装置。
【請求項１５】
請求項１３または請求項１４において、前記振動駆動手段により振動させる圧電素子が、前記圧電素子積層体における前記針支持部材に対する連結側端に位置する圧電素子であるマイクロインジェクション装置。
【請求項１６】
請求項１３ないし請求項１５のいずれか１項において、前記振動駆動手段は、振動の周波数を切り換える周波数可変手段を有するマイクロインジェクション装置。
【請求項１７】
請求項１ないし請求項１６のいずれか１項において、前記振動駆動される圧電素子である一部の圧電素子が、一つの圧電素子積層体からなり、他の圧電素子積層体と直線状に連結されたマイクロインジェクション装置。
【請求項１８】
請求項１７において、前記振動駆動される一部の圧電素子である一つの圧電素子積層体と他の圧電素子積層体とを直線状に連結した連結体を、さらに他の圧電素子積層体と平行に配置し、これら互いに平行に配置された連結体とさらに他の圧電素子積層体とを、締結部材を介して伸縮方向に直列に接続したマイクロインジェクション装置。
【請求項１９】
請求項１ないし請求項１８のいずれか１項において、前記被導入体が細胞であり、前記導入物質が遺伝子制御因子であるマイクロインジェクション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、細胞等の被導入体内に遺伝子制御因子等の導入物質を微小な注入針により導入するマイクロインジェクション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
細胞内へ遺伝子制御因子等の所望の物質を導入する代表的な方法として、電気的な方式であるエレクトロポレーション法、化学的な方式であるリポフェクション法、生物的な方式であるベクター法、機械的な方式であるマイクロインジェクション法、光学的な方式であるレーザインジェクション法などがある。
【０００３】
このうち、電気的方式であるエレクトロポレーション法は、大電流によって細胞膜を破るため細胞の損傷が大きい。また、化学的方式であるリポフェクション法の場合は、導入物質として導入できる遺伝子制御因子に制限があり、導入効率が低い。生物的方式であるベクター法の場合も導入できる遺伝子制御因子に制限があり、また安全性について問題がある。これに対して、機械的方式であるマイクロインジェクション法の場合は、インジェクション位置を高精度で制御することで、細胞内に導入物質を確実に導入できるという特長がある。このマイクロインジェクション法の一例として、キャピラリー（微小な注入針）を用いて細胞内に導入物質を導入する方法が提案されている（特許文献１）。
【０００４】
マイクロインジェクション法の処理効率を高くする手法として、多数の注入針を規則的に配列したマイクロキャピラリーアレイと、このアレイの各注入針に対応した位置に細胞を固定する複数のマイクロチャンバーを配列してなるマイクロチャンバーアレイとを対向させて、複数の細胞に遺伝子制御因子を一括注入する方法も提案されている（特許文献２）。
【０００５】
図１９に、マイクロインジェクション法を適用した装置の従来例を示す。このマイクロインジェクション装置では、被導入体である細胞を収容したシャーレ９０を容器載置台９１で把持し、シャーレ９０の内部の局部平面画像を撮像手段９２で撮像し、その平面画像を画像処理手段９３で処理することにより、細胞の位置情報を得る。この容器載置台９１を、ＸＹステージ装置からなる水平２軸方向の容器位置調整手段９４によって移動させることで、注入針９５の挿入方向に細胞が位置するように細胞の位置決めを行う。次に、注入針９５を保持したマニピュレータを、Ｚステージ装置９６を有する注入針搬送手段９７によって注入針９５の挿入方向に移動させる。このように、位置決めされた細胞に対して注入針９５を突き刺し、注入針９５の内部に充填された導入物質を細胞に導入する。これらの一連の動作は、制御装置９８の制御により自動的に行なわれる。注入針搬送手段９７には、超音波モータやボールねじが使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２６２４７１９号公報
【特許文献２】特許第３０３５６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
細胞内にＤＮＡやタンパク質等の遺伝子制御因子を導入する方法として、上記した各方法が挙げられるが、確実性と効率性を両立させた技術は未だ確立されていない。これらの各方法の中でも、細胞の一つ一つに遺伝子制御因子を導入するマイクロインジェクション法は最も確実な方法であるが、その操作には熟練と時間を要し、そのため処理効率が低いという問題がある。
【０００８】
特許文献２に開示のマイクロキャピラリーアレイ方式のように複数の細胞に対する注入針の位置制御を一括して行う方法では、各細胞の形状、大きさ、弾力性が異なることから、多くの細胞に対して注入針が刺さらないか、或いは、多くの細胞を破壊するといった結果になっている。また、マイクロキャピラリーアレイ方式では、細胞をマイクロキャピラリーアレイの各注入針と同位置に配列する必要があるため、培養液内で移動可能な浮遊細胞に適用できるのみで、培地やシャーレの底に付着した細胞には適用することができない。
【０００９】
そこで、マイクロインジェクション法を適用する装置では、これまで、その処理効率向上のために、細胞へ導入物質を注入する注入速度の向上や、マニピュレータの位置決め速度の向上が図られている。現在のマイクロインジェクション装置では、１秒以下で１個の細胞の注入処理を実現したものがある。
【００１０】
しかし、医療用途の要求では、細胞への導入物質の種類を問わないこと、導入効率が高いこと、および物質導入細胞を大量に供給できることが要求され、特に重要な物質導入細胞を大量に供給できる要求は現状では満たすことができない。
また、複数の注入針を使用したくても、現状では注入針を装備したマニピュレータの寸法が大きいため、マニピュレータを複数配置できないといった問題がある。
【００１１】
また、例えば図１９と共に前述したような現在のマイクロインジェクション装置では、細胞を位置決めするために細胞を収容したシャーレ９０を支持する容器位置調整手段９４を移動させ、注入針９５を装備したマニピュレータを、細胞に注入針９５を挿入する方向にのみ移動させるため、複数の細胞を位置決めして各細胞に注入針を同時に挿入することができなかった。
【００１２】
この発明の目的は、細胞等の被導入体への導入物質の導入を、複数の注入針で効率良く確実に行うことができて、処理効率の向上が可能なマイクロインジェクション装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明のマイクロインジェクション装置は、内部に導入物質の充填された微小な注入針を被導入体に挿入することにより、被導入体内に導入物質を導入するマイクロインジェクション装置であって、前記被導入体の収容された容器の位置を調整する容器位置調整手段と、この容器位置調整手段で位置調整された容器の内部の被導入体に対して複数の注入針をそれぞれ個別に移動可能に移動させる複数の搬送手段と、前記容器位置調整手段により位置調整された前記容器の内部の画像を拡大用のレンズを通して撮像する撮像手段と、この撮像手段によって得られた画像から被導入体の位置を判定する位置判定手段と、この位置判定手段によって得られた位置情報に応じて前記各搬送手段に注入針の移動を行わせる制御手段とを備え、前記搬送手段は、少なくとも２自由度を有していて、各自由度ごとの移動機構を持ち、これら各自由度の移動機構のうち、少なくとも１つの自由度の移動機構の駆動源に、複数の圧電素子が積層されて積層方向に伸縮する圧電素子積層体を用いたことを特徴とする。
【００１４】
この構成によると、被導入体を収容した容器の位置を容器位置調整手段で調整し、位置調整された容器の内部の平面視画像を撮像手段で撮像し、その画像から細胞位置を位置判定手段で判定することで各注入針の担当する細胞等の被導入体を決定する。このとき、拡大用のレンズにより前記容器を局部的に拡大し、細胞等の被導入体の位置を画像処理することで、被導入体の位置を精度良く認識できる。また、例えば、認識した細胞等の被導入体の画像内での位置関係から、各搬送装置で担当する被導入体を決定することができる。このように各注入針の担当する被導入体を決定した後、各注入針を個別の複数の搬送手段で移動させて各被導入体に注入針をそれぞれ挿入することにより、各被導入体に導入物質を導入する。このため、細胞等の複数の被導入体への導入物質の導入を同時に行うことができ、インジェクション処理の効率向上が可能となる。また、少なくとも2 種類以上の種類の異なる注入物質を注入針毎に充填しておき、同じ被導入体に順次導入することにより、被導入体に複数種の導入物質のあらかた同時導入が可能となる。よって、注入針の注入物質の入れ替えなく複数種の導入物質の導入ができ、インジェクション処理の効率向上が可能となる。
特に、前記搬送手段は、少なくとも２自由度の移動機構を持ち、各自由度の移動機構のうち少なくとも１自由度の移動機構の駆動源として積層型の圧電素子を用いているので、搬送手段を小型化できて、前記容器の周囲の限られたスペースに多数の搬送手段を配置でき、それだけ多数の注入針を使用することができてインジェクション処理の効率向上が可能となる。
【００１５】
この発明において、前記搬送手段における前記圧電素子積層体を駆動源とする移動機構は、複数の圧電素子積層体を平行に配置し、これら複数の圧電素子積層体を、締結部材を介して伸縮方向に直列に接続しても良い。
このように複数本の圧電素子積層体を平行に配置して直列接続した場合、コンパクトな構成でより一層大きな変位が得られる。注入針の先端が、撮像手段によって得られた画像における所定視野内全域を移動可能にするためには、搬送手段による注入針の移動距離は１ｍｍ以上であることが望ましいが、上記の圧電素子積層体の配置，接続構成とすることで、大きなスペースを要することなく、注入針に必要な移動量を十分確保することができる。
【００１６】
この発明において、前記搬送手段における圧電素子積層体を駆動源とする移動機構は、圧電素子積層体の伸縮をその伸縮方向と直交する方向の変位に拡大する拡大機構を有するものとしても良い。この構成の場合、注入針に必要な移動量を確保するうえで、より効果的なものとなる。
【００１７】
前記拡大機構は、リンク機構からなるものとしても良い。このリンク機構は、例えば、複数のリンクと、これらリンク間等を連結する回動自在な節点を構成するジョイントとで構成される。各ジョイントは位置固定の固定ジョイントまたは位置可動の可動ジョイントとされる。
リンク機構であると、簡素な構成で変位の方向を変換することができ、かつ変位を大きく拡大することができる。前記各ジョイントは、転がり軸受または滑り軸受を介して、互いに連結される部品を回動自在に結合する継手であっても良い。転がり軸受を用いた場合は、摩擦抵抗を低減し、かつ転がり軸受に適正予圧を与えることでガタツキを抑制して、精密な位置決めを実現することができる。また、弾性変形部がないので拡大機構の設計が容易である。
【００１８】
前記拡大機構となるリンク機構は、３つのリンクと、位置固定の１つの固定ジョイントと、位置可動の３つの可動ジョイントとを有し、圧電素子積層体の伸縮方向の変位を直交方向に変換し、かつ変位を拡大するものであっても良い。
この構成において、前記各ジョイントは、それぞれ回動自在な節点を構成するジョイントであって、その回動中心が、前記圧電素子積層体の前記伸縮方向および前記伸縮方向と直交する方向のいずれに対しても垂直である。前記固定ジョイントに基端が連結された第１のリンクの他端を、第１の可動ジョイントに基端が連結された第２のリンクの中間に第２の可動ジョイントを介して連結し、第２のリンクの先端に第３の可動ジョイントを介して第３のリンクを連結し、第３のリンクの先端を、前記伸縮方向と直交する方向にのみ移動自在に拘束された可動部とする。前記固定ジョイントは前記圧電素子積層体の固定側の端部に対して位置固定とし、第１の可動ジョイントは前記圧電素子積層体の伸縮側の端部と一体に移動可能とする。前記第３のリンクの先端の可動部が、リンク機構の変位拡大出力部となる。
この構成の場合、３つのリンクを同じ位置で連結する必要がなくて、軸方向に２つのジョイントを並べて配置する必要がなく、リンク機構の厚み寸法を小さくできる。
【００１９】
前記拡大機構となるリンク機構は、２つのリンクと、位置固定の１つの固定ジョイントと、位置可動の２つの可動ジョイントとを有し、圧電素子積層体の伸縮方向の変位を直交方向に変換し、かつ変位を拡大するものであっても良い。
この構成において、前記各ジョイントは、それぞれ回動自在な節点を構成するジョイントであって、その回動中心が、前記圧電素子積層体の前記伸縮方向および前記伸縮方向と直交する方向のいずれに対しても垂直である。固定ジョイントに基端が連結された第１のリンクの他端を、第１の可動ジョイントに基端が連結された第２のリンクの中間に第２の可動ジョイントを介して連結し、前記固定ジョイントは前記圧電素子積層体の固定側の端部に対して位置固定とし、第１の可動ジョイントは前記圧電素子積層体の伸縮側の端部と一体に移動可能とする。第２のリンクの先端がリンク機構の変位拡大出力部となる。
この構成の場合も、３つのリンクを同じ位置で連結する必要がなくて、軸方向に２つのジョイントを並べて配置する必要がなく、リンク機構の厚み寸法を小さくできる。
【００２０】
この発明において、前記搬送手段における圧電素子積層体を駆動源とする移動機構は、圧電素子の伸縮をその伸縮方向と直交する方向の変位に拡大する第１の拡大機構と、この第１の拡大機構により拡大された変位を圧電素子の伸縮方向の変位に拡大する第２の拡大機構とを有するものとしても良い。この構成の場合、注入針に必要な移動量を確保するうえで、さらに有効なものとなる。
【００２１】
前記第１および第２の拡大機構がリンク機構からなるものとしても良い。前記圧電素子積層体の伸縮方向の変位を、第１の拡大機構となるリンク機構によって直交方向に変換し、かつ変位を拡大し、その拡大された直交方向の変位を、さらに第２の拡大機構となるリンク機構によって圧電素子積層体の伸縮方向の変位に変換し、かつ変位を拡大させるようにする。各リンク機構は、例えば、複数のリンクと、これらリンク間等を連結する回動自在な節点を構成するジョイントとで構成される。各ジョイントは、位置固定の固定ジョイントまたは位置可動の可動ジョイントとされる。これら第１および第２の拡大機構を構成する２つのリンク機構は、例えば、変位が順次伝達されるように、可動ジョイントを介して２段に組み合わされたものとする。
この構成の場合も、前記各ジョイントは、転がり軸受または滑り軸受を介して、互いに連結される部品を回動自在に結合する継手であっても良い。転がり軸受を用いた場合は、摩擦抵抗を低減し、かつ転がり軸受に適正予圧を与えることでガタツキを抑制して、精密な位置決めを実現することができる。また、弾性変形部がないので、第１および第２の拡大機構の設計が容易である。
【００２２】
前記第１および第２の拡大機構を構成する前記リンク機構は、いずれも、３つのリンクと、位置固定の１つの固定ジョイントと、位置可動の３つの可動ジョイントとを有するものとし、第１および第２の拡大機構を構成する各リンク機構は、可動ジョイントを介して、変位が順次伝わるように、互いに２段に組み合わせても良い。
前記各ジョイントは、それぞれ回動自在な節点を構成するジョイントであって、その回動中心が、前記圧電素子積層体の前記伸縮方向および前記伸縮方向と直交する方向のいずれに対しても垂直である。前記固定ジョイントに基端が連結された第１のリンクの他端を、第１の可動ジョイントに基端が連結された第２のリンクの中間に第２の可動ジョイントを介して連結し、第２のリンクの先端に第３の可動ジョイントを介して第３のリンクを連結する。第３のリンクの先端を、前記伸縮方向と直交する方向にのみ移動自在に拘束された可動部とする。
第１の拡大機構を構成するリンク機構は、前記固定ジョイントが前記圧電素子積層体の固定側の端部に対して位置固定であり、第１の可動ジョイントが前記圧電素子積層体の伸縮側の端部と一体に移動可能である。
第２の拡大機構を構成するリンク機構は、第１の拡大機構を構成するリンク機構に対し前記各ジョイントの回動中心と平行な中心軸回りに９０°方向を変えた姿勢に設けられて、前記固定ジョイントが前記圧電素子積層体の固定側の端部に対して位置固定であり、第１の可動ジョイントが第１の拡大機構を構成するリンク機構における前記可動部に設けられる。第２の拡大機構を構成するリンク機構の第３の可動ジョイントの前記可動部が、前記圧電素子積層体の伸縮方向の変位拡大出力部となる。
【００２３】
前記第１および第２の拡大機構を構成する前記リンク機構は、いずれも、２つのリンクと、位置固定の１つの固定ジョイントと、位置可動の２つの可動ジョイントとを有するものとし、第１および第２の拡大機構を構成する各リンク機構は、可動ジョイントを介して、変位が順次伝わるように、互いに２段に組み合わせても良い。
前記各ジョイントは、それぞれ回動自在な節点を構成するジョイントであって、その回動中心が、前記圧電素子積層体の前記伸縮方向および前記伸縮方向と直交する方向のいずれに対しても垂直である。各リンク機構は、固定ジョイントに基端が連結された第１のリンクの他端を、第１の可動ジョイントに基端が連結された第２のリンクの中間に第２の可動ジョイントを介して連結する。
第１の拡大機構を構成するリンク機構は、前記固定ジョイントが前記圧電素子積層体の固定側の端部に対して位置固定であり、第１の可動ジョイントが前記圧電素子積層体の伸縮側の端部と一体に移動可能である。
第２の拡大機構を構成するリンク機構は、第１の拡大機構を構成するリンク機構に対し前記各ジョイントの回動中心と平行な中心軸回りに９０°方向を変えた姿勢に設けられて、前記固定ジョイントが前記圧電素子積層体の固定側の端部に対して位置固定であり、第１の可動ジョイントが第１の拡大機構を構成するリンク機構における第２のリンクの先端に設けられる。第２の拡大機構を構成するリンク機構の第２のリンクの先端が、前記圧電素子積層体の伸縮方向の変位拡大出力部となる。
【００２４】
前記リンク機構は、１つの固定ジョイントと２つの可動ジョイントと2つのリンクとからなるクランク・スライダ機構を有し、このクランク・スライダ機構は、前記圧電素子の伸長方向の変位を、前記２つの可動ジョイントおよび２つのリンクを介して、固定ジョイントの円周上の任意の方向に変換し更に変位を拡大可能としても良い。
この構成では、例えば、第１の可動ジョイントの移動方向の同一線上に固定ジョイントが配置されている。この構成において、前記各ジョイントは、それぞれ回動自在な節点を構成するジョイントであって、その回動中心が、前記圧電素子積層体の前記伸縮方向および前記伸縮方向と直交する方向のいずれに対しても垂直である。固定ジョイントの円周上の任意の位置に出力部を設定することで任意の方向に変位拡大することができる。よって部品点数の削減や寸法の小型化が可能になる。
【００２５】
また、前記クランク・スライダ機構は可動ジョイントの移動方向の同一線上に固定ジョイントが配置された構成であるが、固定ジョイントが可動ジョイントの移動方向の同一線上にないオフセットクランク機構でもよい。この場合、オフセットによって、第１の可動ジョイントの往復運動に対して固定ジョイントの回転角度が往復で異なる。よって、第１の可動ジョイントの移動量に対して、固定ジョイントの回転角が大きい点を選択することで、リンクの寸法を大きくすることなく変位拡大率を大きくすることができる。
【００２６】
この発明において、前記注入針を支持する針支持部材を注入針の挿入方向に移動させる移動機構が、前記圧電素子積層体を駆動源とする移動機構であって、この移動機構を構成する一部の圧電素子を振動駆動することにより、前記針支持部材に挿入方向の振動を付与する振動駆動手段を有するものとしても良い。この構成の場合、被誘導体への注入針の円滑な突き刺しが可能となるとともに、注入針の位置決めの高速駆動が可能となる。
【００２７】
前記振動駆動手段は、前記針支持部材を位置決めするための位置決め信号と針支持部材を挿入方向に振動させる振動駆動信号とを重畳して前記一部の圧電素子に印加するものとしても良い。この構成の場合、一部の圧電素子積層体を振動付与と位置決めに共用することができる。
【００２８】
前記振動駆動手段により振動させる圧電素子は、前記圧電素子積層体における前記針支持部材に対する連結側端に位置する圧電素子であっても良い。この構成の場合、圧電素子で生じる振動のための変位を注入針に効率良く伝達することができる。
【００２９】
前記振動駆動手段は、振動の周波数を切り換える周波数可変手段を有するものとしても良い。この構成の場合、注入針が挿入される被導入体の種類などに応じて前記振動の周波数を切り換えることができ、それだけ注入針の挿入を円滑に行うことができる。
【００３０】
前記振動駆動手段を設けた場合に、前記振動駆動される一部の圧電素子である一つの圧電素子積層体と他の圧電素子積層体とを直線状に連結した連結体を、さらに他の圧電素子積層体と平行に配置し、これら互いに平行に配置された連結体とさらに他の圧電素子積層体とを、締結部材を介して伸縮方向に直列に接続してもよい。これにより、コンパクトな構成で、注入針に必要な移動量を十分確保することができ、かつ振動付与も行うことができる。
【００３１】
この発明において、前記被導入体が細胞であり、前記導入物質が遺伝子制御因子であっても良い。遺伝子制御因子は例えばＤＮＡやタンパク質である。このような細胞への遺伝子制御因子の注入の場合に、この発明における、複数の注入針で効率良く確実に行うことができて、処理効率の向上が可能という利点が、効果的に発揮される。
【発明の効果】
【００３２】
この発明のマイクロインジェクション装置は、内部に導入物質の充填された微小な注入針を被導入体に挿入することにより、被導入体内に導入物質を導入するマイクロインジェクション装置であって、前記被導入体の収容された容器の位置を調整する容器位置調整手段と、この容器位置調整手段で位置調整された容器の内部の被導入体に対して複数の注入針をそれぞれ個別に移動可能に移動させる複数の搬送手段と、前記容器位置調整手段により位置調整された前記容器の内部の画像を拡大用のレンズを通して撮像する撮像手段と、この撮像手段によって得られた画像から被導入体の位置を判定する位置判定手段と、この位置判定手段によって得られた位置情報に応じて前記各搬送手段に注入針の移動を行わせる制御手段とを備え、前記搬送手段は、少なくとも２自由度を有していて、各自由度ごとの移動機構を持ち、これら各自由度の移動機構のうち、少なくとも１つの自由度の移動機構の駆動源に、複数の圧電素子が積層されて積層方向に伸縮する圧電素子積層体を用いたため、細胞等の被導入体への導入物質の導入を、複数の注入針で効率良く確実に行うことができて、処理効率の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明の一実施形態にかかるマイクロインジェクション装置の概念図である。
【図２】同マイクロインジェクション装置における搬送手段の配置構成を示す平面図である。
【図３】同マイクロインジェクション装置における１つの搬送手段の一部破断斜視図である。
【図４】同搬送手段におけるＺ軸移動機構の一例の縦断面図図とその制御系の概念構成のブロック図とを組み合わせて示す図である。
【図５】同搬送手段におけるＺ軸移動機構の他の例の縦断面図とその制御系の概念構成のブロック図とを組み合わせて示す図である。
【図６】同搬送手段におけるＹ軸移動機構の水平断面図とその制御系の概念構成のブロック図とを組み合わせて示す図である。
【図７】同搬送手段におけるＸ軸移動機構の水平断面図とその制御系の概念構成のブロック図とを組み合わせて示す図である。
【図８】同搬送手段におけるＹ軸移動機構の他の構成例の水平断面図とその制御系の概念構成のブロック図とを組み合わせて示す図である。
【図９】（Ａ）は同Ｙ軸移動機構におけるリンク機構の一構成例を示す平面図、（Ｂ）は同リンク機構の他の構成例を示す平面図およびその部分拡大断面図、（Ｃ）は同リンク機構のさらに他の構成例を示す平面図である。
【図１０】同搬送手段におけるＸ軸移動機構の水平断面図とその制御系の概念構成のブロック図とを組み合わせて示す図である。
【図１１】同搬送手段のＸ軸移動機構におけるリンク機構のさらに他の構成例を示す平面図である。
【図１２】マイクロインジェクション装置におけるシャーレステージの斜視図である。
【図１３】浮遊細胞の固定に用いられる細胞吸着基板ユニットの一例の断面図である。
【図１４】容器位置調整手段におけるＸＹステージ装置の平面図である。
【図１５】（Ａ）は同搬送手段におけるＹ軸移動機構の他の構成例の水平断面図とその制御系の概念構成のブロック図とを組み合わせて示す図、（Ｂ）は同搬送手段におけるＸ軸移動機構の他の構成例の水平断面図とその制御系の概念構成のブロック図とを組み合わせて示す図である。
【図１６】同Ｙ軸移動機構、同Ｘ軸移動機構のリンク機構の一構成例を示す平面図である。
【図１７】同リンク機構の他の一構成例を示す平面図である。
【図１８】他の一構成例の効果を表し、クランク軸回転角とスライダ移動量との関係を表すグラフである。
【図１９】従来例の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
この発明の一実施形態を図１ないし図１４と共に説明する。図１は、このマイクロインジェクション装置の概念図を示す。このマイクロインジェクション装置は、内部に導入物質の充填された微小な注入針１１を被導入体に挿入することにより、被導入体内に導入物質を導入する装置である。被導入体は、例えば細胞である。この細胞は、人体の細胞であっても、他の任意の動物や植物等の生物の細胞であっても良い。
このマイクロインジェクション装置は、容器位置調整手段１と、複数の注入針１１に対して個別に設けたマニピュレータである複数の搬送手段４と、この搬送手段４を注入準備位置と退避位置との間で進退させる搬送手段退避機構３９と、撮像手段２と、位置判定手段３と、装置全体の動作を制御する制御装置５とを備える。
制御装置５は、後に具体的に説明するが、位置判定手段３と、担当被導入体決定部８７と、注入動作制御部８８とを有し、前記担当被導入体決定部８７と、注入動作制御部８８とで制御手段８０が構成される。注入動作制御部８８は、それぞれ個々の搬送手段４を制御する搬送手段個別制御部８８ａを有している。
【００３５】
容器位置調整手段１は、被導入体を収容するシャーレ等の容器１２が載置状態に保持された容器載置台１３を水平な直交２軸方向に移動させて容器１２の位置を調整する手段であり、ＸＹステージ装置６により構成される。ＸＹステージ装置６は、例えば図１４に平面図で示すように、基台１８１にガイド１８２を介してＹ軸方向に移動自在に設置された下側可動台１８３と、この下側可動台１８３上のガイド１８４を介してＸ軸方向に移動自在に設置された上側可動台１８５と、上記下側可動台１８３および上側可動台１８５を可動方向に進退させる各軸の可動台駆動機構１８６，１８７とで構成される。可動台駆動機構１８６，１８７は、超音波モータやリニアモータであっても、モータとボールねじ等の回転・直線運動変換機構とでなるものであっても良い。上側可動台１８５に、図１の上記容器載置台１３が設置され、または上側可動台１８５自体が、上記容器載置台１３となる。
なお、この明細書でいうＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、マイクロインジェクション装置の全体における共通の座標系として定められる直角座標の各軸を表すものではなく、それぞれ個別の装置説明での各自由度に対する軸として表される。
【００３６】
撮像手段２（図１）は、容器載置台１３の上方の所定位置に、シャーレ等からなる容器１２を俯瞰するように１台だけ設置される。撮像手段２は、容器１２の内部を局部的に拡大した平面視画像等の画像を、拡大用のレンズ２ａを通して撮像するカメラなどであり、その画像は画像処理手段７によって処理される。
【００３７】
位置判定手段３は、前記撮像手段２によって得られた画像から被導入体の位置を判定する手段であり、例えば前記制御装置５の一部として含まれる。位置判定手段３は、画像処理手段７による画像処理結果を、適宜設定された設定基準と照合することなどで、被導入体の位置を判定する。例えば、位置判定手段３は、全体画像内での各被導入体の位置関係から、各被導入体の位置を判定する。
【００３８】
搬送手段４は、個々の注入針１１をそれぞれ移動させるＸＹＺステージ装置等からなる手段であり、複数設けられる。これら複数の搬送手段４は、図２に平面図で示すように、容器載置台１３の上方に位置して、容器１２を囲むように、容器１２の中心に対して略放射状に配置される。同図の例では、搬送手段４は、容器１２の左右にそれぞれ複数個（例えば３個）ずつが等角度間隔で配置され、左右の搬送手段４は、互いに放射中心に対して同一直線上に対向して位置している。
【００３９】
図３は、１つの搬送手段４と、その搬送手段４を支持する搬送手段退避機構３９とでなる退避機構付き搬送手段の全体構成の斜視図を示す。搬送手段４は３自由度を有する。そのうちの１自由度を担う移動機構は、容器載置台１３に対して水平方向の直交する２方向（Ｘ軸方向，Ｙ軸方向）のうち一方向（Ｘ軸方向）に注入針１１を移動させるＸ軸移動機構１４である。他の１つの自由度を担う移動機構は、水平方向の直交する２方向のうちの他の一方向（Ｙ軸方向）に注入針１１を移動させるＹ軸移動機構１５である。さらに他の１つの自由度を担う移動機構は、容器１２の内部に向けて傾斜する方向となる注入針中心軸方向に注入針１１を移動させるＺ軸移動機構１６である。
【００４０】
図４は、Ｚ軸移動機構１６の一構成例を示す。このＺ軸移動機構１６は、中空箱形の固定台１７と、この固定台１７の一端部において固定台１７内から上方に突出するように設けられ注入針１１を着脱自在に支持する針支持部材１８と、前記固定台１７内に配置され駆動源となる圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂ１，１９Ｂ２とを備える。針支持部材１８は、注入針１１を着脱自在に支持する構成とされ、注入針１１の損傷や導入物質の交換等のために、注入針１１を簡単に交換することができる。針支持部材１８は、立片部１８ａおよび横片部１８ｂを有する概形Ｔ字状で、その横片部１８ｂが案内機構２１を介して固定台１７の上に注入針１１の突出方向に移動自在に支持され、立片部１８ａが固定台１７の一端部内向き面に板ばね等からなるばね部材２０Ａを介して支持されている。
【００４１】
各圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂ１，１９Ｂ２は、複数の圧電素子１９ａを、それらの変位方向に積層して棒状体とした積層型圧電素子である。これら圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂ１，１９Ｂ２のうち、２つの圧電素子積層体１９Ｂ１，１９Ｂ２は、互いに直線上に配置されると共に締結部材４７で直列に接続された連結体からなる１組の圧電素子積層体１９Ｂとされる。この圧電素子積層体１９Ｂと残る１組の圧電素子積層体１９Ａとは、前記積層方向に沿って互いに平行となるように上下に並列に配置され、これら２組の圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂが締結部材４８を介して直列に接続される。締結部材４８は、上下の両圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂの間にこれら両圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂと平行に配置される長手方向部４８ａと、この長手方向部４８ａの両端において、上下方向に互いに逆方向となるように突出する各突部４８ｂ，４８ｃと有する概形Ｚ字状である。１組の圧電素子積層体１９Ａは、その一端が、前記締結部材４８における固定台１７の一端部側の突部４８ｂに連結され、他端が固定台１７の他端部に支持されている。締結部材４８の突部４８ｂと固定台１７の一端部との間には、圧電素子積層体１９Ａに予圧を与える板ばね等のばね部材２０Ｂが介在している。圧電素子積層体１９Ｂの一端部、つまり圧電素子積層体１９Ｂを構成する１つの圧電素子積層体１９Ｂ１における締結部材４７による連結部とは反対側の端部は、前記針支持部材１８の立片部１８ａに連結されている。また、圧電素子積層体１９Ｂの他端部、つまり圧電素子積層体１９Ｂを構成する他の１つの圧電素子積層体１９Ｂ２における締結部材４７による連結部とは反対側の端部は、固定台１７の他端部側に向く、前記締結部材４８の突部４８ｃに連結されている。圧電素子積層体１９Ｂには、針支持部材１８の立片部１８ａと固定台１７の他端部との間に介装される板ばね等のばね部材２０Ａによって予圧が与えられる。これにより、２組の圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂの積層方向への変位で、針支持部材１８が注入針１１の突出方向に進退可能である。
【００４２】
前記圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂのうち、圧電素子積層体１９Ａと、圧電素子積層体１９Ｂにおける１つの圧電素子積層体１９Ｂ２とは、針支持部材１８の位置決め、つまり注入針１１の位置決めのための駆動源として使用される。すなわち、これらの圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂ２は、Ｚ軸（挿入方向）位置制御部５１から印加される電圧である位置決め信号によって変位する。
圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂのうち、圧電素子積層体１９Ｂにおける針支持部材１８に直接連結される圧電素子積層体１９Ｂ１は、針支持部材１８を注入針１１の挿入方向に振動させるための駆動源として使用される。振動付与用の圧電素子積層体１９Ｂ１は、振動駆動手段５４から印加される電圧である振動駆動信号によって、その変位が繰り返し変化する。
【００４３】
Ｚ軸位置制御部５１は、位置指令部５２から位置指令が電圧発生器５３に与えられ、その位置指令に基づいて、電圧発生器５３から圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂ２に対応する電圧を印加する。Ｚ軸位置制御部５１は、図１の注入動作制御部８８におけるＺ軸の搬送手段個別制御部８８ａに設けられる。また、その位置指令部５２は、図１の位置判定手段３によって得られた位置情報に基づいて、担当被導入体決定部８７で定められる目標位置を前記位置指令とする。位置指令部５２は、担当被導入体決定部８７の一部として設けられたものであっても良い。
振動駆動手段５４は、電圧発生器５６から前記振動駆動信号として所定周波数の交番電圧を前記圧電素子積層体１９Ｂ１に印加する。その交番電圧の周波数つまり針支持部材１８に付与する振動の周波数は、周波数可変手段５５から電圧発生器５６への指令により切り換え可能とされている。
【００４４】
図５は、Ｚ軸移動機構１６の他の構成例を示す。この構成例では、図４の構成例において、振動駆動手段５４に、図１における位置判定手段３によって得られた位置情報に基づいて電圧発生器５６に位置指令を与える位置指令部５７が付加されている。これにより、振動駆動手段５４は、針支持部材１８を位置決めするための位置決め信号と振動駆動信号とを重畳した電圧を圧電素子積層体１９Ｂ１に印加する。位置指令部５７は、図１の担当被導入体決定部８７の一部として設けられたものであっても良い。その他の構成は、図４の構成例の場合と同様である。
【００４５】
このＺ軸移動機構１６には、固定台１７と針支持部材１８との相対変位を測定するための図示しないセンサが内蔵される。このセンサとしては、前記圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂに予圧を与える板ばね等のばね部材２０Ａ，２０Ｂの歪みを検出する歪みセンサや、固定台１７と針支持部材１８とのギャップを測定する静電容量センサ、磁気センサ、光学式センサなどを用いることができる。
【００４６】
図３に示すように、Ｚ軸移動機構１６は、注入針１１の注入角度が下向きに傾斜した所定角度となるように、上側可動支持体２２の一端部の傾斜取付台部２２ａに固定されている。なお、Ｚ軸移動機構１６は、上側可動支持体２２に対して注入針１１の注入角度を自在に変更する角度可変機構（図示せず）を有するものとしても良い。上側可動支持体２２は、一辺が開放された矩形枠状とされている。上側可動支持体２２は、平板状の下側可動支持体２３上に、左右一対の案内機構２４を介して水平方向の一方向（Ｙ軸方向）に移動自在に支持されている。下側可動支持体２３の上には、前記Ｙ軸移動機構１５が設置されている。下側可動支持体２３は、その下に配置された平板状の搬送手段基台２８の上に、案内機構２９を介してＸ軸方向に移動自在に支持されている。この搬送手段基台２８の下側に前記Ｘ軸移動機構１４が設置されている。
【００４７】
Ｙ軸移動機構１５を図６に水平断面図で示す。Ｙ軸移動機構１５は、固定台２５と、可動片２６と、駆動源となる２組の圧電素子積層体１９Ｃ，１９Ｄとを備える。固定台２５は、Ｘ軸方向に延びる主枠部２５ａと、この主枠部２５ａの両端から幅方向（Ｙ軸方向）に延びる一対の側枠部２５ｂ，２５ｄと、側枠部２５ｂの先端から主枠部２５ａと平行にＸ軸方向に延びる水平断面がＬ字状の副枠部２５ｃとを有する中空箱形とされている。可動片２６は、固定台２５の一端の側枠部２５ｂの先端から他端の側枠部２５ｄ側に向けて延び、水平断面がＬ字状の可動片２６とされている。可動片２６は、圧電素子積層体１９Ｃ，１９Ｄの変位を拡大する拡大機構となるものであって、固定台２５と共に、金属や合成樹脂等の弾性材で形成されている。可動片２６は、固定台２５の一端の側枠部２５ｂから主枠部２５ａと略平行に延びる主枠平行片部２６ａと、この主枠平行片部２６ａの他端から固定台２５の他端の側枠部２５ｄの内側に側枠部２５ｄと平行に延びる側枠平行片部２６ｂとでなる。固定台２５の側枠部２５ｂと可動片２６の主枠平行片部２６ａとの接続部、および可動片２６の主枠平行片部２６ａと側枠平行片部２６ｂとの接続部は薄肉部２６ｃとされている。また、可動片２６の主枠平行片部２６ａの長手方向中間部も薄肉部２６ｄとされている。これにより、可動片２６の側枠平行片部２６ｂは、その基端の薄肉部２６ｃを揺動中心として屈曲するように揺動可能とされる。また、可動片２６の主枠平行片部２６ａは、その長手方向中間部の薄肉部２６ｄで折れ曲がっていて、その折れ曲がり角度の増減により、長手方向と直交する方向（Ｙ軸方向）に、中間部が進退可能とされる。
【００４８】
２組の圧電素子積層体１９Ｃ，１９Ｄは、共に積層型圧電素子であって、積層方向に沿って前記固定台２５の主枠部２５ａと平行となるように前後に並列に配置される。これら２組の圧電素子積層体１９Ｃ，１９Ｄは、締結部材５８を介して直列に接続される。締結部材５８は、前後の両圧電素子積層体１９Ｃ，１９Ｄの間にこれら両圧電素子積層体１９Ｃ，１９Ｄと平行に配置される長手方向部５８ａと、この長手方向部５８ａの両端において、前後方向に互いに逆方向となるように突出する各突部５８ｂ，５８ｃとを有する概形Ｚ字状である。１組の圧電素子積層体１９Ｃは、その一端が固定台２５の側枠部２５ｂに支持され、他端が固定台側枠部２５ｄ側に向く前記締結部材５８の突部５８ｂに連結されている。また、他の１組の圧電素子積層体１９Ｄは、その一端が固定台側枠部２５ｂ側に向く前記締結部材５８の突部５８ｃに連結され、他端が可動片２６の側枠平行片部２６ｂに連結されている。固定台２５の副枠部２５ｃの先端の幅方向に延びる側部２５ｃａと前記締結部材５８の突部５８ｂとの間には、圧電素子積層体１９Ｃに予圧を与える板ばね等のばね部材２７Ａが介在する。固定台２５の側枠部２５ｄと可動片２６の側枠平行片部２６ｂとの間には、圧電素子積層体１９Ｄに予圧を与える板ばね等のばね部材２７Ｂが介在する。また、固定台２５の副枠部２５ｃの先端の幅方向に延びる側部２５ｃａと可動片２６の側枠平行片部２６ｂとの間には、可動片２６の側枠平行片部２６ｂに予圧を与える板ばね等のばね部材２７Ｃが介在する。これにより、２組の圧電素子積層体１９Ｃ，１９Ｄの積層方向への伸縮による変位で、可動片２６の側枠平行片部２６ｂが揺動し、その揺動変位が拡大されて主枠平行片部２６ａのＹ軸方向への変位となる。この変位はＺ軸移動機構１６を支持する上側可動支持体２２（図３）に伝達され、これにより注入針１１がＹ軸方向に移動可能である。
【００４９】
２組の圧電素子積層体１９Ｃ，１９Ｄは、Ｙ軸位置制御部５９から印加される電圧である位置決め信号によって変位する。Ｙ軸位置制御部５９は、位置指令部６０から位置指令が電圧発生器６１に与えられ、その位置指令に基づいて、電圧発生器６１から前記圧電素子積層体１９Ｃ，１９Ｄに対応する電圧を印加する。Ｙ軸位置制御部５９は、図１の注入動作制御部８８におけるＹ軸の搬送手段個別制御部８８ａに設けられる。また、その位置指令部６１は、図１の位置判定手段３によって得られた位置情報に基づいて、担当被導入体決定部８７で定められる目標位置を前記位置指令とする。位置指令部６１は、担当被導入体決定部８７の一部として設けられたものであっても良い。
【００５０】
Ｙ軸移動機構１５の場合も、固定台２５と可動片２６との相対変位を測定するための図示しないセンサが内蔵される。このセンサとしては、前記圧電素子積層体１９Ｃ，１９Ｄに予圧を与える板ばね２７Ａ，２７Ｂの歪みを検出する歪みセンサや、固定台２５と可動片２６とのギャップを測定する静電容量センサ、磁気センサ、光学式センサなどを用いることができる。
【００５１】
図７にＸ軸移動機構１４を水平断面図で示す。Ｘ軸移動機構１４は、固定台３５と、可動片３６と、駆動源となる２組の圧電素子積層体１９Ｅ，１９Ｆとを備える。固定台３５は、Ｘ軸方向に延びる主枠部３５ａと、この主枠部３５ａの両端から幅方向（Ｙ軸方向）に延びる一対の側枠部３５ｂ，３５ｄと、側枠部３５ｂの先端から前記主枠部３５ａと平行にＸ軸方向に延びる水平断面がＬ字状の副枠部３５ｃとを有する中空箱形とされている。可動片３６は、固定台３５の一端の側枠部３５ｂの先端から他端の側枠部３５ｄ側に向けて延び、水平断面がＬ字状とされている。可動片３６は、圧電素子積層体１９Ｅ，１９Ｆの変位を拡大する第１の拡大機構となるものであって、固定台３５と一体に金属や合成樹脂等の弾性材で形成されている。可動片３６は、固定台３５の一端の側枠部３５ｂから主枠部３５ａと略平行に延びる主枠平行片部３６ａと、この主枠平行片部３６ａの他端から固定台３５の他端の側枠部３５ｄの内側に側枠部３５ｄと平行に延びる側枠平行片部３６ｂとでなる。固定台３５の側枠部３５ｂと可動片３６の主枠平行片部３６ａとの接続部、および可動片３６の主枠平行片部３６ａと側枠平行片部３６ｂとの接続部は薄肉部３６ｃとされている。また、可動片３６の主枠平行片部３６ａの長手方向中間部も薄肉部３６ｄとされている。これにより、可動片３６の側枠平行片部３６ｂは、その基端の薄肉部３６ｃを揺動中心として揺動可能とされる。また、可動片３６の主枠平行片部３６ａは、その長手方向中間部の薄肉部３６ｄで折れ曲がって長手方向と直交する方向（Ｙ軸方向）に揺動可能とされる。ここまでの構成は、図６のＹ軸移動機構１５の場合と同様である。
【００５２】
また、可動片３６の主枠平行片部３６ａの長手方向中間部の薄肉部３６ｄよりも側枠平行片部３６ｂ寄りの半部となる部分には、固定台３５の側枠部３５ｄ側に延びて側枠部３５ｄの基端近傍に連結される水平断面が逆Ｌ字状の可動枠部３７が一体形成されている。この可動枠部３７は圧電素子積層体１９Ｅ，１９ＦＣの変位を拡大する第２の拡大機構となるものであって、可動片３６の主枠平行片部３６ａと略平行な厚肉枠部３７ａと、この厚肉枠部３７ａから固定台３５の側枠部３５ｄの外側を側枠部３５ｄと平行に延びる薄肉枠部３７ｂとでなる。可動枠部３７の厚肉枠部３７ａと薄肉枠部３７ｂとの接続部、および薄肉枠部３７ｂと固定台３５の側枠部３５ｂの基端近傍との接続部は、薄肉枠部３７ｂよりもさらに薄い薄肉部３７ｃとされている。また薄肉枠部３７ｂの長手方向中間部も、さらに薄い薄肉部３７ｄとされている。これにより、可動枠部３７の薄肉枠部３７ｂは、その長手方向中間部の薄肉部３７ｄで折れ曲がって、中間部が長手方向と直交する方向（Ｘ軸方向）に進退可能とされている。
【００５３】
図６のＹ軸移動機構１５の場合と同様に、２組の圧電素子積層体１９Ｅ、１９Ｆは共に積層型圧電素子であって、積層方向に沿って前記固定台３５の主枠部３５ａと平行となるように前後に並列に配置される。これら２組の圧電素子積層体１９Ｅ，１９Ｆは、締結部材６２を介して直列に接続される。締結部材６２は、前後の両圧電素子積層体１９Ｅ，１９Ｆの間にこれら両圧電素子積層体１９Ｅ，１９Ｆと平行に配置される長手方向部６２ａと、この長手方向部６２ａの両端において、前後方向に互いに逆方向となるように突出する各突部６２ｂ，６２ｃとを有する概形Ｚ字状である。１組の圧電素子積層体１９Ｅは、その一端が固定台３５の側枠部３５ｂに支持され、他端が固定台側枠部３５ｄ側に向く前記締結部材６２の突部６２ｂに連結されている。また、他の１組の圧電素子積層体１９Ｆは、その一端が固定台側枠部３５ｂ側に向く前記締結部材６２の突部６２ｃに連結され、他端が可動片３６の側枠平行片部３６ｂに連結されている。固定台３５の副枠部３５ｃの先端の幅方向に延びる側部３５ｃａと前記締結部材６２の突部６２ｂとの間には、圧電素子積層体１９Ｅに予圧を与える板ばね等のばね部材３８Ａが介在する。固定台３５の側枠部３５ｄと可動片３６の側枠平行片部３６ｂとの間には、圧電素子積層体１９Ｆに予圧を与える板ばね等のばね部材３８Ｂが介在する。また、固定台３５の副枠部３５ｃの先端の幅方向に延びる側部３５ｃａと可動片３６の側枠平行片部３６ｂとの間には、可動片３６の側枠平行片部３６ｂに予圧を与える板ばね等のばね部材３８Ｃが介在する。これにより、２組の圧電素子積層体１９Ｅ，１９Ｆの積層方向への伸縮による変位で、可動片３６の側枠平行片部３６ｂが揺動し、その揺動変位が拡大されて主枠平行片部３６ａのＹ軸方向への変位となる。この変位はさらに拡大されて可動枠部３７における薄枠肉部３７ｂのＸ軸方向への変位となる。このＸ軸方向への変位は、図３における下側可動支持体２３に伝達され、これにより注入針１１がＸ軸方向に移動可能である。
【００５４】
２組の圧電素子積層体１９Ｅ，１９Ｆは、Ｘ軸位置制御部６３から印加される電圧である位置決め信号によって変位する。Ｘ軸位置制御部６３は、位置指令部６４から位置指令が電圧発生器６５に与えられ、その位置指令に基づいて、電圧発生器６５から前記圧電素子積層体１９Ｅ，１９Ｆに対応する電圧が印加される。Ｘ軸位置制御部６３は、図１の注入動作制御部８８におけるＸ軸の搬送手段個別制御部８８ａに設けられる。また、その位置指令部６４は、図１の位置判定手段３によって得られた位置情報に基づいて、担当被導入体決定部８７で定められる目標位置を前記位置指令とする。位置指令部６４は、担当被導入体決定部８７の一部として設けられたものであっても良い。
【００５５】
Ｘ軸移動機構１４の場合も、固定台３５と可動片３６との相対変位を測定するための図示しないセンサが内蔵される。このセンサとしては、前記圧電素子積層体１９Ｅ，１９Ｆに予圧を与える板ばね３８Ａ，３８Ｂの歪みを検出する歪みセンサや、固定台３５と可動片３６とのギャップを測定する静電容量センサ、磁気センサ、光学式センサなどを用いることができる。
【００５６】
図８は、Ｙ軸移動機構１５の他の構成例を示す。この構成例でも、図６の構成例と同様に、固定台７３と、駆動源となる２組の圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈとを備える。固定台７３は、Ｘ軸方向に延びる主枠部７３ａと、この主枠部７３ａの両端から幅方向（Ｙ軸方向）に延びる一対の側枠部７３ｂ，７３ｃとでなる。固定台７３の一端の側枠部７３ｂには、他端の側枠部７３ｃに対向する伸縮方向移動体７４がばね部材２７Ｄを介してＸ軸方向に移動自在に支持されている。
【００５７】
２組の圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈは、共に積層型圧電素子であって、積層方向に沿って前記固定台７３の主枠部７３ａと平行となるように前後に並列に配置される。これら２組の圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈは、締結部材７８を介して直列に接続される。締結部材７８は、前後の両圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの間にこれら両圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈと平行に配置される長手方向部７８ａと、この長手方向部７８ａの両端において、前後方向に互いに逆方向となるように突出する各突部７８ｂ，７８ｃとを有する概形Ｚ字状である。１組の圧電素子積層体１９Ｇは、その一端が固定台７３の側枠部７３ｃに支持され、他端が前記伸縮方向移動体７４側に向く締結部材７８の突部７８ｂに連結されている。また、他の１組の圧電素子積層体１９Ｈは、その一端が固定台側枠部７３ｃ側に向く前記締結部材７８の突部７８ｃに連結され、他端が伸縮方向移動体７４に連結されている。前記ばね部材２７Ｄは、圧電素子積層体１９Ｈに予圧を与える。これにより、圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの伸縮変位に応じて伸縮方向移動体７４がＸ軸方向に変位可能である。
【００５８】
このＹ軸移動機構１５では、圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの伸縮をその伸縮方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）の変位に拡大する拡大機構としてリンク機構７５を設けている。このリンク機構７５は、１つの固定ジョイント７６で固定台側枠部７３ｃに連結され、１つの可動ジョイント７７Ａで前記伸縮方向移動体７４に連結される。
【００５９】
図９には、前記リンク機構７５の各種構成例を示す。図９（Ａ）の構成例では、１つの固定ジョイント７６と、２つの可動ジョイント７７Ａ，７７Ｂと、３つのリンク８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃとでリンク機構７５が構成される。
各固定ジョイント７６および可動ジョイント７７Ａ，７７Ｂは、それぞれ回動自在な節点を構成するジョイントであって、その回動中心が、圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの伸縮方向（Ｘ軸方向）およびその伸縮方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）のいずれに対しても垂直である。これについては、図９（Ｂ），（Ｃ）の各ジョイント７６，７７Ａ，７７Ｂ，７７Ｃについても同様である。
第１および第２のリンク８１Ａ，８１Ｂは、それぞれ一端が前記固定ジョイント７６および第１の可動ジョイント７７Ａに連結されて他端が第２の可動ジョイント７７Ｂで互いに連結される。第３のリンク８１Ｃは、一端が第２の可動ジョイント７７Ｂに連結され、他端が、前記直交する方向（Ｙ軸方向）にのみ移動自在に、リニアガイド，直動軸受等の案内機構（図示せず）により拘束された可動部８２となる。固定ジョイント７６は、前記圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの固定側の端部が固定された固定台７３の側枠部７３ｃに対して位置固定とする。可動部８２を案内する前記案内機構は、この固定台７３に設けられている。第１の可動ジョイント７７Ａは、前記圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの伸縮側の端部と一体に移動可能な伸縮方向移動体７４に設けられ、この伸縮方向移動体７４と共に移動可能とする。前記第３のリンク８１Ｃの可動部８２が、このリンク機構７５の変位拡大出力部となる。
【００６０】
この構成によると、圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの伸縮により第１の可動ジョイント７７ＡがＸ軸方向に変位し、この変位を拡大して第２の可動ジョイント７７ＢがＹ軸方向に変位する。これに伴い第３のリンク８１Ｃが回動角度を変えることで、その他端の可動部８２が、前記リニアガイドなどの案内機構に案内されてＹ軸方向に変位する。
この場合に、固定ジョイント７６や可動ジョイント７７Ａ，７７Ｂに、転がり軸受を用いることで摩擦抵抗を低減し、その転がり軸受に適正予圧を与えることでガタツキを抑制して、精密な位置決めを実現できる。また、弾性変形部がないので設計が容易である。
【００６１】
図９（Ｂ）の構成例では、１つの固定ジョイント７６と、３つの可動ジョイント７７Ａ，７７Ｂ，７７Ｃと、３つのリンク８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃとでリンク機構７５が構成される。この例は、図９（Ａ）の構成例において、第３のリンク８１Ｃの基端を連結する可動ジョイントを、第２の可動ジョイント７７Ｂとは別位置である第３の可動ジョイント７７Ｃとしたものである。
すなわち、固定ジョイント７６に基端が連結された第１のリンク８１Ａの他端を、第１の可動ジョイント７７Ａに基端が連結された第２のリンク８１Ｂの中間に第２の可動ジョイント７７Ｂを介して連結する。第２のリンク８１Ｂの先端に、第３の可動ジョイント７７Ｃを介して第３のリンク８１Ｃを連結する。第３のリンク８１の先端を、伸縮方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）にのみ移動自在に、前記と同様な案内機構（図示せず）により拘束された可動部８２とする。固定ジョイント７６および第１の可動ジョイント７７Ａは、図９（Ａ）の例と同様に、固定台７３および伸縮方向移動体７４にそれぞれ設けられる。図９（Ｂ）の例では、第３のリンク８１Ｃの先端の可動部８２が、リンク機構７５の変位拡大出力部となる。
なお、第２の可動ジョイント７７Ｂは、例えば、同図に断面を拡大して示すように、第１または第２のリンク８１Ａ，８１Ｂのいずれか一方に固定された連結ピン１２１に、軸受１２２を介して第１または第２のリンク８１Ａ，８１Ｂの他方に連結された構成とされる。軸受１２２は、いずれかのリンク８１Ａ，８１Ｂに設けられた孔に嵌合して取付けられる。軸受１２２は、玉軸受等の転がり軸受および滑り軸受のいずれでも良いが、例えば予圧可能な転がり軸受とされる。
【００６２】
この構成によると、圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの伸縮により可動ジョイント７７ＡがＸ軸方向に変位し、この変位を拡大して別の可動ジョイント７７ＣがＹ軸方向に変位し、これに伴い第３のリンク８１Ｃが回動角度を変えることで、その先端の可動部８２が、前記案内機構に案内されてＹ軸方向に変位する。
図９（Ａ），（Ｂ）の構成例は、いずれも、各リンク８１Ｃ，８１Ｂ，８１Ｃの寸法誤差や熱変形の影響が生じても、第３のリンク８１Ｃの角度が独立して可変であることで吸収され、変位拡大出力部となる可動部８２は、前記リニアガイド等の案内機構に沿ってＹ軸方向に直線方向に移動することができる。
なお、図９（Ａ）の構成例では、第２の可動ジョイント７７Ｂの位置で３つのリンク８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃが連結されるので、その軸方向に２つの軸受を並べて設けることが必要であり厚み方向の寸法が増大する。しかし、図９（Ｂ）の構成例の場合、可動ジョイント７７Ｂ，７７Ｃでは、その軸方向に１つの軸受１２２を設けるだけで良く、図９（Ａ）の構成例の場合に比べて厚み寸法を１／２に低減できる。
【００６３】
図９（Ｃ）の構成例では、１つの固定ジョイント７６と、２つの可動ジョイント７７Ａ，７７Ｂと、２つのリンク８１Ａ，８１Ｂとでリンク機構７５が構成される。
すなわち、固定ジョイント７６に基端が連結された第１のリンク８１Ａの他端を、第１の可動ジョイント７７Ａに基端が連結された第２のリンク８１Ｂの中間に第２の可動ジョイント７７Ｂを介して連結する。図７（Ａ），（Ｂ）の例と同様に、固定ジョイント７６は固定台７３の側枠部７３ｃに連結され、第１の可動ジョイント７７Ａは伸縮方向移動体７４に連結される。この構成例では、第２のリンクの先端の可動部８２が、リンク機構７５の変位拡大出力部となる。
この構成の場合、第２のリンク８１Ｂの長さが第１のリンク８１Ａの２倍であって、リンク８１Ｂの中央位置に第２の可動ジョイント７７Ｂが配置されているため、可動部８２は、リニアガイドなどの案内機構を設けることなく、移動方向が拘束される。その移動方向は、固定ジョイント７６と第１の可動ジョイント７７Ａの中心を結んだ直線に対して直角の方向、つまり圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの伸縮方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）に変位自在とされる。
【００６４】
この構成によると、圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの伸縮により可動ジョイント７７ＡがＸ軸方向に変位し、この変位を拡大して第２のリンク８１Ｂの先端である可動部８２がＹ軸方向に変位する。この構成例は最もコンパクトなものとなる。この例の場合も、可動ジョイント７７Ｂでは、その軸方向に１つの軸受を設けるだけで良く、図９（Ａ）の構成例の場合に比べて厚み寸法を１／２に低減できる。
【００６５】
図８のＹ軸移動機構１５では、図９（Ｃ）の例のリンク機構７５が拡大機構として設けられている。その他の構成は、図６で示したＹ軸移動機構１５の場合と同様である。
【００６６】
図１０は、Ｘ軸移動機構１４の他の構成例を示す。この構成例でも、図８のＹ軸移動機構１５の場合と同様に、固定台８３と、駆動源となる２組の圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊとを備える。固定台８３は、Ｘ軸方向に延びる主枠部８３ａと、この主枠部８３ａの両端から幅方向（Ｙ軸方向）に延びる一対の側枠部８３ｂ，８３ｃとでなる。固定台８３の一端の側枠部８３ｂには、他端の側枠部８３ｃに対向する可動体８４がばね部材２７Ｅを介してＸ軸方向に移動自在に支持されている。
【００６７】
２組の圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊは、共に積層型圧電素子であって、積層方向に沿って前記固定台８３の主枠部８３ａと平行となるように前後に並列に配置される。これら２組の圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊは、締結部材８５を介して直列に接続される。締結部材８５は、前後の両圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊの間にこれら両圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊと平行に配置される長手方向部８５ａと、この長手方向部８５ａの両端において、前後方向に互いに逆方向となるように突出する各突部８５ｂ，８５ｃとを有する概形Ｚ字状である。１組の圧電素子積層体１９Ｉは、その一端が固定台８３の側枠部８３ｃに支持され、他端が前記可動体８４側に向く締結部材８５の突部８５ｂに連結されている。また、他の１組の圧電素子積層体１９Ｊは、その一端が固定台側枠部８３ｃ側に向く前記締結部材８５の突部８５ｃに連結され、他端が可動体８４に連結されている。前記ばね部材２７Ｅは、圧電素子積層体１９Ｊに予圧を与える。これにより、圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊの伸縮変位に応じて可動体８４がＸ軸方向に変位可能である。
【００６８】
このＸ軸移動機構１４では、圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊの伸縮をその伸縮方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）の変位に拡大する第１の拡大機構として第１のリンク機構１０１を設けると共に、第１の拡大機構（第１のリンク機構１０１）により拡大された変位を圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊの伸縮方向の変位に拡大する第２の拡大機構として第２のリンク機構１０２を設けている。これら両リンク機構１０１，１０２として、ここでは図９（Ｃ）に示したリンク機構７５と同じ構成のものを用いている。なお、第２のリンク機構１０２は、第１のリンク機構１０１に対して、９０°方向変換された姿勢とされる。
【００６９】
すなわち、第１のリンク機構１０１は、１つの固定ジョイント１０６と、２つの可動ジョイント１０７Ａ，１０７Ｂと、２つのリンク１０８Ａ，１０８Ｂとで構成される。具体的には、一端が１つの固定ジョイント１０６で固定台８３の側枠部８３ｃに連結される第１のリンク１０８Ａと、圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊの伸縮に応じてその伸縮方向に変位する可動体８４に一端が１つの可動ジョイント１０７Ａで連結され、中間部が第１のリンク１０８Ａの他端に他の１つの可動ジョイント１０７Ｂで連結される第２のリンク１０８Ｂとで構成される。第２のリンク１０８Ｂの他端が、圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊの伸縮方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）に変位自在とされる。
【００７０】
第２のリンク機構１０２も、１つの固定ジョイント１１６と、２つの可動ジョイント１１７Ａ，１１７Ｂと、２つのリンク１１８Ａ，１１８Ｂとで構成される。具体的には、一端が１つの固定ジョイント１１６で固定台８３の側枠部８３ｃに連結される第１のリンク１１８Ａと、圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊの伸縮に応じてその伸縮方向と直交するＹ軸方向に変位する前記第１のリンク機構１０１の第２のリンク１０８Ｂの他端に一端が１つの可動ジョイント１１７Ａで連結され、中間部が第１のリンク１１８Ａの他端に他の１つの可動ジョイント１１７Ｂで連結される第２のリンク１１８Ｂとで構成される。これにより、第１および第２のリンク機構１０１，１０２は、同一平面上で前記可動ジョイント１１７Ａを介して２段に組み合わされる。この場合、第２のリンク機構１０２における第２のリンク１１８Ｂの先端が、変位拡大出力部である可動部１１９となり、圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊの伸縮方向（Ｘ軸方向）に変位自在とされる。
【００７１】
この構成によると、第１のリンク機構１０１において、圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊの伸縮により可動ジョイント１０７ＡがＸ軸方向に変位し、この変位を拡大してリンク１０Ｂの他端である可動ジョイント１１７ＡがＹ軸方向に変位する。また、第２のリンク機構１０２では、前記可動ジョイント１１７ＡのＹ軸方向の変位を拡大してリンク１１８Ｂの他端である可動部１１９が圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊの伸縮方向（Ｘ軸方向）に変位する。その他の構成は、図７で示したＸ軸移動機構１４の場合と同様である。
【００７２】
なお、図１０のＸ軸移動機構１４では、第１および第２のリンク機構１０１，１０２として、図９（Ｃ）に示した構成例のものを可動ジョイント１１７Ａを介して２段に組み合わせた場合を示したが、これに限らず図９（Ｂ）に示した構成例のものを可動ジョイントを介して２段に組み合わせても良い。その例を図１１に示す。この例では、第２のリンク機構１０２は、第１のリンク機構１０１に対して、９０°方向転換された姿勢となっている。
【００７３】
図１１の例では、第１のリンク機構１０１は、１つの固定ジョイント１０６と、３つの可動ジョイント１０７Ａ，１０７Ｂ，１０７Ｃと、２つのリンク１０８Ａ，１０８Ｂとを有するものとなる。第２のリンク機構１０２は、１つの固定ジョイント１１６と、３つの可動ジョイント１１７Ａ，１１７Ｂ，１１７Ｃと、２つのリンク１１８Ａ，１１８Ｂとを有するものとなる。第１のリンク機構１０１における可動部８２と、第２のリンク機構１０２における第２のリンク１１８Ｂの基端とを可動ジョイント１１７Ａで連結することにより、同一平面上で第１および第２のリンク機構１０１，１０２が２段に組み合わされる。第２のリンク機構１０２の第２のリンク１１８Ｂの先端が、変位拡大出力部である可動部１１９となり、圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊの伸縮方向（Ｘ軸方向）に変位自在とされる。
【００７４】
前記リンク機構７５の他の構成例として、図１５に示すように、リンク機構７５は、１つの固定ジョイント７６と２つの可動ジョイント７７Ａ，７７Ｂと２つのリンク８１Ａ，８１Ｂとからなるクランク・スライダ機構を有し、このクランク・スライダ機構は、前記圧電素子の伸長方向の変位を、前記２つの可動ジョイント７７Ａ，７７Ｂおよび２つのリンク８１Ａ，８１Ｂを介して、固定ジョイント７６の円周上の任意の方向に変換し更に変位を拡大可能としても良い。
【００７５】
図１５（Ａ）は、Ｙ軸移動機構１５の他の構成例を示す。この他の構成例にかかるＹ軸移動機構１５も、図６の構成例と同様に、固定台７３と、駆動源となる２組の圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈとを備える。固定台７３は、Ｘ軸方向に延びる一対の主枠部７３ａ、７３ｂと、この主枠部７３ａ、７３ｂの両端から幅方向（Ｙ軸方向）に延びる一対の側枠部７３ｃ，７３ｄと、４つの枠部を締結する側板７３eとを有する。固定台７３の一端の側枠部７３ｃには、他端の側枠部７３ｄに対向する伸縮方向移動体７４がばね部材２７Ｄを介してＸ軸方向に移動自在に支持されている。
【００７６】
２組の圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈは、共に積層型圧電素子であって、積層方向に沿って前記固定台７３の主枠部７３ａ、７３ｂと平行となるように前後に並列に配置される。これら２組の圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈは、締結部材７８を介して直列に接続される。締結部材７８は、前後の両圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの間にこれら両圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈと平行に配置される長手方向部７８ａと、この長手方向部７８ａの両端において、前後方向に互いに逆方向となるように突出する各突部７８ｂ，７８ｃとを有する概形Ｚ字状である。１組の圧電素子積層体１９Ｇは、その一端が固定台７３の側枠部７３ｃに支持され、他端が前記伸縮方向移動体７４側に向く締結部材７８の突部７８ｂに連結されている。また、他の１組の圧電素子積層体１９Ｈは、その一端が固定台側枠部７３ｄ側に向く前記締結部材７８の突部７８ｃに連結され、他端が伸縮方向移動体７４に連結されている。前記ばね部材２７Ｄは、圧電素子積層体１９Ｈに予圧を与える。これにより、圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの伸縮変位に応じて伸縮方向移動体７４がＸ軸方向に変位可能である。
【００７７】
このＹ軸移動機構１５では、圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの伸縮をその伸縮方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）の変位に拡大する拡大機構としてリンク機構７５を設けている。このリンク機構７５は、１つの固定ジョイント７６で固定台側枠部７３ｄに連結され、１つの可動ジョイント７７Ａで前記伸縮方向移動体７４に連結される。
この構成によると、圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの伸縮により可動ジョイント７７ＡがＸ軸方向に変位し、可動ジョイント７７Ｂが固定ジョイント７６を中心にして回転運動する。よって第１のリンク８１Ａに固定された可動部８２がＹ軸方向に変位する。したがって、固定ジョイント７６の円周上の任意の位置に出力部を設定することで任意の方向に変位拡大することができる。よって、Ｙ軸移動機構１５の部品点数の削減や寸法の小型化が可能になる。
【００７８】
図１５（Ｂ）は、Ｘ軸移動機構１４の他の構成例を示す。この図１５（Ｂ）のＸ軸移動機構１４も図１５（Ａ）と同じ構成を有し、リンク８１Ａに固定された可動ジョイント７７Ｂと可動部８２の位置を変更することで、Ｘ軸方向に変位する。したがって、固定ジョイント７６の円周上の任意の位置に出力部を設定することで任意の方向に変位拡大することができ、よって、Ｙ軸移動機構１５の部品点数の削減や寸法の小型化が可能になる。
【００７９】
図１６は、図１５（Ａ）、（Ｂ）で示す前記リンク機構７５の構成例を拡大して示す。  図１５の構成例では、１つの固定ジョイント７６と、２つの可動ジョイント７７Ａ，７７Ｂと、２つのリンク８１Ａ、８１Ｂとでクランク・スライダ機構となるリンク機構７５が構成される各固定ジョイント７６および可動ジョイント７７Ａ，７７Ｂは、それぞれ回動自在な節点を構成するジョイントであって、その回動中心が、圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの伸縮方向（Ｘ軸方向）およびその伸縮方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）のいずれに対しても垂直である。
【００８０】
第１および第２のリンク８１Ａ，８１Ｂは、それぞれ一端が前記固定ジョイント７６および第１の可動ジョイント７７Ａに連結されて他端が第２の可動ジョイント７７Ｂで互いに連結される。第１の可動ジョイント７７Ａは、前記圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの伸縮側の端部と一体に移動可能な伸縮方向移動体７４に設けられ、この伸縮方向移動体７４と共に移動可能とする。
【００８１】
図１７は、前記固定ジョイント７６が第１の可動ジョイント７７Ａのスライド方向延長線上になく、オフセットを持っているオフセットクランク機構の構成を示す。オフセットの効果について図１８で説明する。図１８は、リンク８１Ａを固定ジョイント７６を中心に１回転させた時の第１の可動ジョイント７７Ａの移動量を示している。図１８の実線はオフセットが無い場合を示し、可動ジョイント７７Ａの往復運動に対し、リンク８１Ａは固定ジョイント７６を中心に回転し、その回転角度は可動ジョイント７７Ａが図中で左側に最大移動した場合に回転角は180度となり、リンク８１Ａの回転角度と可動ジョイント７７Ａの移動量との関係は180度を中心に対象である。対して図１８の破線は図１７に示すオフセットδが有る場合を示し、可動ジョイント７７Ａの往復運動に対し、リンク８１Ａの回転角度は、可動ジョイント７７Ｂがオフセット側（図中上側）にある場合の方が大きくなる。
【００８２】
本発明のように可動ジョイント７７Ａの移動量数百μｍの変位を可動部８２で数ｍｍに拡大する場合、リンク８１Ａの回転角度は数degree程度となる。一般的に変位拡大率は第１および第２のリンク８１Ａ，８１Ｂのそれぞれの長さと可動ジョイント７７Ａの初期位置や可動部８２と固定ジョイント７６との長さによって決定されるが、装置の小型化を考慮した場合、リンクの長さを変更しなくても本発明のようにオフセットδを設け、可動ジョイント７７Ａの移動量に対してリンク８１Ａの回転角度が大きくなる位相に設定すれば、更なる拡大率の向上が図れる。
【００８３】
図１において、制御装置５につき説明する。制御装置５は、このマイクロインジェクション装置の全体を制御する手段であって、マイクロコンピュータ，パーソナルコンピュータ等のコンピュータと、これに実行されるプログラムと、電子回路等によって構成される。制御装置５は、前記位置判定手段３の他に、搬送手段４の制御手段となる担当被導入体決定部８７と、注入動作制御部８８とを有している。
【００８４】
担当被導入体決定部８７は、位置判定手段３による各被導入体の位置の判定結果、例えば全体画像内での各被導入体の位置関係から、設定規則等に基づき、各注入針１１にどの被導入体への注入を行わせるかの担当の決定、およびその決定された被導入体のどの位置へ注入針１１を挿入するかの注入目標位置を決定する手段である。被導入体の担当については、特に「担当」として定めていなくても良く、各注入針１１の先端が移動する目標位置が決定されて、その結果として被導入体の担当が定まるようにしても良い。また、同じ被導入体に複数の注入針１１による注入を行わせるように上記目標位置を決定しても良い。
【００８５】
注入動作制御部８８は、担当被導入体決定部８７で決定された目標位置に注入針１１の先端が移動するように、各搬送手段４を制御する手段である。注入動作制御部８８は、各搬送手段４毎に、各軸の移動機構１４〜１６の駆動制御を行う搬送手段個別制御部８８ａを有している。注入動作制御部８８は、注入針１１に導入物質を吐出させる注入駆動手段（図示せず）を有している場合は、上記制御の他に、その注入駆動手段の制御手段（図示せず）が設けられる。また、注入動作制御部８８には、各搬送手段退避機構３９の制御を行う退避機構制御手段８９、および容器位置調整手段１の各軸の制御を行う容器位置調整制御手段７９を有している。
【００８６】
次に、上記構成のマイクロインジェクション装置によるインジェクション動作を説明する。
はじめに、容器位置調整手段１の駆動により、容器載置台１３が水平移動し、容器載置台１３上の容器１２が撮像手段２の下方の所定位置に位置決めされる。次に、撮像手段２が容器１２内の一部の局部的に拡大した平面視画像を、レンズ２ａを通して撮像する。その画像は画像処理手段７によって処理され、制御装置５の位置判定手段３が前記画像から容器１２内の被導入体である細胞の位置を判定する。
【００８７】
次に、位置判定手段３によって得られた各細胞の位置情報に応じて、担当被導入体決定部８７により、各注入針１１が注入を担当する細胞、およびその注入針１１の先端を細胞に挿入する目標位置が決定される。この決定に伴い、注入針１１を支持する各搬送手段４が、注入動作制御部８８の各搬送手段個別制御部８８ａにより制御される。この場合、注入動作制御部８８は、各搬送手段４の各注入針１１が干渉しないように動作させる。
これにより、例えば、各注入針１１による以下のインジェクション動作が並列して行なわれる。すなわち、インジェクション動作として、各注入針１１の水平方向および挿入方向の位置決めが行なわれ、挿入方向への注入針１１の移動で決定された細胞に注入針１１が挿入され、注入針１１の内部に充填された導入物質が細胞に導入される。この導入は、注入針１１から駆動によって導入物質を吐出させるようにしても良く、また浸透圧等によって浸透することで導入されるようにしても良い。これらの注入針１１による一連のインジェクション動作の全体は、制御装置５によって制御される。挿入方向への注入針１１の移動では、細胞への円滑な挿入を可能にするため、往復移動として振動させることができる。また、細胞の種類に応じて、あるいは細胞膜への突き刺しや核膜への突き刺しに応じて、前記振動の周波数を変えることもできる。導入物質は例えばＤＮＡやタンパク質等の遺伝子制御因子である。
【００８８】
画像内の細胞へのインジェクション処理が終了した後、容器位置調整手段１の作動で容器載置台１３が所定量だけ水平移動することで、容器１２内の先の画像撮像位置に近接した別の位置での細胞位置が、撮像手段２による画像から位置判定手段３によって認識され、上記したインジェクション動作が繰り返される。
【００８９】
特に、このマイクロインジェクション装置では、前記搬送手段４が３自由度の移動機構（Ｘ軸移動機構１４，Ｙ軸移動機構１５，Ｚ軸移動機構１６）を持ち、これらの移動機構１４〜１６の駆動源として積層型の圧電素子（圧電素子積層体１９Ａ〜１９Ｊ）を用いているので、搬送手段４の小型化が可能となり、シャーレ等からなる被導入体の容器１２の周囲に複数の搬送手段４を配置することができ、一度に複数の細胞へのインジェクション動作を並行して行う上でさらに効果を上げることができる。なお、搬送手段４は少なくとも２自由度の移動機構を持ち、各自由度の移動機構のうち少なくとも１自由度の駆動源として積層型の圧電素子を用いれば、搬送手段４の小型化が可能となる。圧電素子は、電気エネルギから機械エネルギに変換する変換効率が高く、印加する電圧を変えることにより、発生する変位を比較的簡単に可変することがき、制御性に優れた特長がある。
【００９０】
また、このマイクロインジェクション装置は、図１９に示す従来例において、複数の注入針１１に対応した複数の搬送手段４を追加するだけで、インジェクション処理効率の高い構成とすることができる。
【００９１】
上記したように、注入針１１の先端が、撮像手段２によって得られた画像における所定視野内全域を移動可能にするためには、搬送手段４による注入針１１の移動距離は１ｍｍ以上であることが望ましい。この実施形態では、搬送手段４における各移動機構１４，１５，１６の駆動源として、２組の積層型圧電素子（Ｘ軸移動機構１４では圧電素子積層体１９Ｅ，１９Ｆまたは１９Ｉ，１９Ｊ、Ｙ軸移動機構１５では圧電素子積層体１９Ｃ，１９Ｄまたは１９Ｇ，１９Ｈ、Ｚ軸移動機構１６では圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂ）を、圧電素子の積層方向に沿って並列に配置し、これらを締結部材４８，５８，６２，７８，８５を介して直列に接続しているので、大きなスペースを要することなく、注入針１１に必要な移動量を十分確保することができる。
【００９２】
また、この実施形態では、搬送手段４におけるＸ軸移動機構１４およびＹ軸移動機構１５において、圧電素子積層体（Ｘ軸移動機構１４では圧電素子積層体１９Ｅ，１９Ｆまたは１９Ｉ，１９Ｊ、Ｙ軸移動機構１５では圧電素子積層体１９Ｃ，１９Ｄまたは１９Ｇ，１９Ｈ）の変位を、その変位方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）の変位に拡大する拡大機構を有するものとしているので、注入針１１に必要な移動量を確保するうえで、より有効なものとなる。
【００９３】
さらに、この実施形態では、搬送手段４におけるＸ軸移動機構１４およびＹ軸移動機構１５において、圧電素子積層体（Ｘ軸移動機構１４では圧電素子積層体１９Ｅ，１９Ｆまたは１９Ｉ，１９Ｊ、Ｙ軸移動機構１５では圧電素子積層体１９Ｃ，１９Ｄまたは１９Ｇ，１９Ｈ）の変位を、その変位方向と直交する方向の変位に拡大する第１の拡大機構と、この第１の拡大機構により拡大された変位を圧電素子積層体の変位方向（Ｘ軸方向）の変位に拡大する第２の拡大機構を有するものとしているので、注入針１１に必要な移動量を確保するうえで、さらに有効なものとなる。
【００９４】
また、この実施形態では、図４のように、注入針１１を支持する針支持部材１８を注入針１１の挿入方向（Ｚ軸方向）に移動させるＺ軸移動機構１６において、その駆動源となる圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂにおける一部の圧電素子積層体１９Ｂ１の変位を繰り返し変化させて、針支持部材１８を挿入方向に振動させる振動駆動手段５４を設けており、圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂを振動用途と位置決め用途に分けて使用するようにしている。このため、被誘導体である細胞への注入針１１の円滑な突き刺しが可能となるとともに、注入針１１の位置決めの高速駆動が可能となる。
【００９５】
図５に示すＺ軸移動機構１６の構成例では、前記振動駆動手段５４は、針支持部材１８を位置決めするための位置決め信号と、針支持部材１８を挿入方向に振動させる振動駆動信号とを重畳して、一部の圧電素子積層体１９Ｂ１に印加するものとしているので、一部の圧電素子積層体１９Ｂ１を振動付与と位置決めに共用することができる。
【００９６】
また、この実施形態では、振動付与に寄与する前記一部の圧電素子積層体１９Ｂ１が、針支持部材１８に直接連結されているので、圧電素子積層体１９Ｂ１で生じる振動のための変位を注入針１１に効率良く伝達することができる。
【００９７】
また、この実施形態では、Ｚ軸移動機構１６の前記振動駆動手段５４が、振動の周波数を切り換える周波数可変手段５５を有するものとしているので、注入針１１が挿入される被導入体である細胞の種類、細胞膜、核膜に応じて前記振動の周波数を切り換えることができ、それだけ注入針１１の挿入を円滑に行うことができる。
【００９８】
ところで、前記被導入体となる細胞には、培地などに付着した付着細胞と培養液内を浮遊する浮遊細胞がある。付着細胞の場合は、上記した手順でインジェクション動作を行うことができる。図１２および図１３は、被導入体が浮遊細胞である場合に用いる細胞吸着基板ユニットの一構成例を示す。この細胞吸着基板ユニット６６は、上面が開放された箱体６７の開口を、複数の微細孔６９を有する細胞吸着基板６８で蓋閉めしてなり、箱体６７の一部には、箱体６７内から培養液を吸引するための吸引口７０が設けられている。細胞吸着基板６６は、インジェクションを行う細胞の大きさによって、その微細孔６９の孔径の異なるものを用意する。図１に示すマイクロインジェクション装置では、この細胞吸着基板ユニット６６を使用する場合のポンプ７２を装備した例を示している。このポンプ７２で細胞吸着基板ユニット６６の前記吸引口７０から培養液を吸引することで、浮遊細胞７１を細胞吸着基板６８の各微細孔６９に固定させることができる。ポンプ７２を制御する手段（図示せず）も、制御装置５に設けられている。
【００９９】
また、被導入体が浮遊細胞である場合において上述の前記細胞吸着基板ユニット６６を用いないインジェクション方法について示す。注入針１１の搬送手段４と同様の搬送手段を少なくとも２つ以上を組み合わせて、一方に注入針１１を支持させ、他方に細胞固定用のチューブを把持させ、浮遊細胞を前記チューブからの吸引で固定し、注入針１１でインジェクション動作を行う。この場合、細胞固定用のチューブ側の操作によって、細胞を容器１２内の任意の位置に移動させることができる。つまり、細胞固定用のチューブを把持した搬送手段４の操作によって細胞を分別することが可能となる。
【０１００】
このマイクロインジェクション装置によると、複数の注入針１１の内部に充填された導入物質が全ての注入針１１で同じ物質である場合、インジェクション動作の速度を、従来と比較して注入針１１の本数倍に向上させることができる。また、複数の注入針１１の内部に充填された導入物質が、注入針１１ごとに異なる物質である場合、細胞に対して、順に注入を繰り返すことによって、１つの細胞に複数種類の導入物質を注入することが可能となる。図１の注入動作制御部８８は、このように複数の搬送手段４を順次動作させるように制御するものとしても良い。
【符号の説明】
【０１０１】
１…容器位置調整手段
２…撮像手段
３…位置判定手段
４…搬送手段
１１…注入針
１２…容器
１４…Ｘ軸移動機構
１５…Ｙ軸移動機構
１６…Ｚ軸移動機構
１９Ａ〜１９Ｊ…圧電素子積層体
２６…可動片（拡大機構）
３６…可動片（第１の拡大機構）
３７…可動枠部（第２の拡大機構）
４８，５８，６２…締結部材
５４…振動駆動手段
７５…リンク機構（拡大機構）
７６…固定ジョイント
７７Ａ，７７Ｂ…可動ジョイント
８１Ａ〜８１Ｃ…リンク
１０１…第１のリンク機構（第１の拡大機構）
１０２…第２のリンク機構（第２の拡大機構）
１０６…固定ジョイント
１０７Ａ，１０７Ｂ…可動ジョイント
１０８Ａ，１０８Ｂ…リンク
【図１】
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【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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