(57)【要約】【課題】顕微鏡視野内において微小物体を確実かつ迅速に把持することができるマイクロマニュピュレータを提供する。【解決手段】マイクロマニュピュレータは微小物体を２本の把持指で把持するハンドリング機構１０４を備えている。ハンドリング機構１０４は、微小物体に接触するエンドエフェクタ５０５ａを有し不動の固定指５０５と、微小物体に接触するエンドエフェクタ５０７ａを有し支点軸を中心に回動可能な可動指５０７と、可動指５０７を支点軸を中心に回動させるアクチュエータ５０２と、を有している。可動指５０７がアクチュエータ５０２の駆動により回動することで固定指５０５のエンドエフェクタ５０５ａの先端に可能指５０７のエンドエフェクタ５０７ａの先端が接触可能に構成されている。【選択図】図７
2006205344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小物体を２本の把持指で把持するハンドリング機構を備えたマイクロマニュピュレータにおいて、前記ハンドリング機構は、微小物体に接触するエンドエフェクタを有し不動の固定指と、微小物体に接触するエンドエフェクタを有し可動の可動指と、前記可動指を可動させるアクチュエータと、を有し、前記アクチュエータの駆動により、前記可動指のエンドエフェクタの先端が前記固定指のエンドエフェクタの先端に近接して、微小物体を把持することを特徴とするマイクロマニュピュレータ。
【請求項２】
前記可動指は支点軸を中心に回動可能であり、前記可動指が前記アクチュエータの駆動により回動することで、前記可動指のエンドエフェクタの先端が前記固定指のエンドエフェクタの先端に近接して、微小物体を把持することを特徴とする請求項１に記載のマイクロマニュピュレータ。
【請求項３】
前記固定指のエンドエフェクタの先端に前記可動指のエンドエフェクタの先端が接触可能に構成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のマイクロマニュピュレータ。
【請求項４】
前記固定指及び前記可動指のエンドエフェクタは、それぞれ、前記固定指及び前記可動指への固定箇所と先端との間であって前記先端側に、径がテーパ状に縮径した縮径部を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のマイクロマニュピュレータ。
【請求項５】
前記固定指及び前記可動指のエンドエフェクタの少なくとも一方は、先端の断面が楕円形状となるように斜めに切断された切断面を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のマイクロマニュピュレータ。
【請求項６】
前記固定指及び前記可動指のエンドエフェクタの先端の切断面の少なくとも一方に、窪み又は穴が形成されたことを特徴とする請求項５に記載のマイクロマニュピュレータ。
【請求項７】
前記切断面の少なくとも一方に形成された窪み又は穴の口径が、前記微小物体の直径より小さいことを特徴とする請求項６に記載のマイクロマニュピュレータ。
【請求項８】
前記ハンドリング機構は、前記固定指及び前記可動指のエンドエフェクタの先端の切断面同士が互いに接触可能なように調整するための調整機構を更に有することを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載のマイクロマニュピュレータ。
【請求項９】
前記調整機構は、前記固定指及び前記可動指のエンドエフェクタの少なくとも一方の先端に設けられた切断面が、前記固定指及び前記可動指のエンドエフェクタの先端が微小物体を把持する方向において、他のエンドエフェクタの先端と対向するように調整可能なことを特徴とする請求項８に記載のマイクロマニュピュレータ。
【請求項１０】
前記固定指及び前記可動指のエンドエフェクタの先端を中心として前記ハンドリング機構を回動させ、微小物体に対する前記固定指及び前記可動指のエンドエフェクタの姿勢方向を変更する姿勢変更機構を更に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ュピュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロマニュピュレータに係り、特に、微小物体を２本の把持指で把持するハンドリング機構を備えたマイクロマニュピュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、微小部品の組み立てや細胞操作等にマイクロマニュピュレータが用いられている。一般に、マイクロマニュピュレータは、微小物体を取り扱う（把持する）ために、把持指を駆動させる機構（ハンドリング機構）を有しており（例えば、特許文献１参照）、把持対象物が微小なため、マイクロマニュピュレータによる作業は、肉眼による顕微鏡視野下や、顕微鏡に取り付けられたカメラを介してディスプレイ等のモニタに出力された画像を参照して行われる（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
このようなハンドリング機構を有する従来のマイクロマニュピュレータでは、例えば、図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、２本の把持指に微小物体に接触するエンドエフェクタ１１、１２が取り付けられており、微小物体１０に対するエンドエフェクタ１１、１２の位置が等間隔となるようにハンドリング機構を操作し、２本の把持指を同時に近接させて、微小物体１０を把持していた。
【０００４】
また、２本の把持指（のエンドエフェクタ）の各先端を合わせるために、２本の把持指を弾性部材の１部品で構成して組立による位置ずれを避ける技術も公表されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１６８９７９号公報
【特許文献２】特開平４−３０３８１０号公報
【非特許文献１】２００４年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集Ｌ７６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示したハンドリング機構では、微小物体１０とエンドエフェクタ１１、１２の位置が等間隔となっていない場合に、微小物体に近い方のエンドエフェクタが先に微小物体に接触して微小物体を一方に押し込んでしまったり、エンドエフェクタの把持動作が円弧状の軌跡を描く場合には微小物体に対する把持位置がずれ、エンドエフェクタで微小物体を把持できないことがあった（図１０（Ｄ）、（Ｅ）参照）。これを避けるために、２本の把持指をそれぞれ独立駆動して、位相差や時間差を補正することも考えられるが、アクチュエータやクラッチ機構等（付加機構）を付加しなければならず、また、操作も難しくなる。
【０００７】
また、２本の把持指を弾性部材の１部品で構成する場合には、材料を限定し高精度加工を施す必要があった。これを避けるために、把持指及びエンドエフェクタを複数部品で構成する場合には、寸法公差を追い込む必要がある。
【０００８】
本発明は上記事案に鑑み、顕微鏡視野内において微小物体を確実かつ迅速に把持することができるマイクロマニュピュレータを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、微小物体を２本の把持指で把持するハンドリング機構を備えたマイクロマニュピュレータにおいて、前記ハンドリング機構は、微小物体に接触するエンドエフェクタを有し不動の固定指と、微小物体に接触するエンドエフェクタを有し可動の可動指と、前記可動指を可動させるアクチュエータと、を有し、前記アクチュエータの駆動により、前記可動指のエンドエフェクタの先端が前記固定指のエンドエフェクタの先端に近接して、微小物体を把持することを特徴とする。
【００１０】
本発明では、固定指のエンドエフェクタを微小物体に接触させた後、アクチュエータを駆動することにより、可動指のエンドエフェクタの先端が固定指のエンドエフェクタの先端に近接して、固定指のエンドエフェクタの先端と可動指のエンドエフェクタの先端とで微小物体を把持することができる。従って、本発明のマイクロマニュピュレータによれば、アクチュエータやクラッチ機構等の付加機構も不要で、把持動作中に微小物体に対するエンドエフェクタの位置を再調整することもなく、顕微鏡視野内において微小物体を確実かつ迅速に把持することができる。
【００１１】
本発明において、可動指が支点軸を中心に回動可能であり、可動指がアクチュエータの駆動により回動することで、可動指のエンドエフェクタの先端が固定指のエンドエフェクタの先端に近接して、微小物体を把持するように構成してもよい。また、固定指のエンドエフェクタの先端に可動指のエンドエフェクタの先端が接触可能に構成してもよい。固定指及び可動指のエンドエフェクタが、それぞれ、固定指及び可動指への固定箇所と先端との間であって先端側に、径がテーパ状に縮径した縮径部を有することが好ましい。すなわち、固定指及び可動指のエンドエフェクタは、顕微鏡視野下での作業のため、顕微鏡の焦点深度内に微小物体と固定指及び可動指のエンドエフェクタとを捉えるために、エンドエフェクタの径を微小物体とほぼ同じレベルにする必要がある。すると、エンドエフェクタの剛性が小さくなり、例えば、細胞等の微小物体を溶液中で操作（把持）する必要がある場合に、液体の粘性抵抗で撓んでしまう、という問題が生じる。固定指及び可動指のエンドエフェクタに、固定箇所と先端との間であって先端側に縮径部を形成することにより、先端を微小物体と同程度の寸法レベルに保ちつつ、剛性を確保することができる。
【００１２】
また、微小物体との接触面積を増やし微小物体を確実に保持するためには、固定指及び可動指のエンドエフェクタの少なくとも一方は、先端の断面が楕円形状となるように斜めに切断された切断面を有することが好ましい。しかしながら、例えば、球状の微小物体、特に、硬球を把持する場合には、微小物体とエンドエフェクタの先端の切断面との接触が点接触となるため、把持ベクトルに傾きがあると、微小物体がはじけ飛んでしまう、という問題がある。このため、固定指及び可動指のエンドエフェクタの先端の切断面の少なくとも一方に、窪み又は穴が形成されていれば、窪み又は穴による切断面の稜線上の複数の点が微小物体（例えば、硬球）と接触し、微小物体をより確実に把持することができる。このとき、切断面の少なくとも一方に形成された窪み又は穴の口径が、微小物体の直径より小さいことが望ましい。
【００１３】
更に、ハンドリング機構が、固定指及び可動指のエンドエフェクタの先端の切断面同士が互いに接触するように調整するための調整機構を有するようにすれば、従来技術のように、材質を限定したり、高精度加工をしたりすることなく、エンドエフェクタの先端の切断面同士の位置合わせを行うことができる。このとき、固定指及び可動指のエンドエフェクタの少なくとも一方の先端に設けられた切断面が、固定指及び可動指のエンドエフェクタの先端が微小物体を把持する方向において、他のエンドエフェクタの先端と対向するように調整可能なことが好ましい。更に、固定指及び可動指のエンドエフェクタの先端を中心としてハンドリング機構を回動させ、微小物体に対する固定指及び可動指のエンドエフェクタの姿勢方向を変更する姿勢変更機構を備えるようにすれば、微小物体に対する固定指及び可動指のエンドエフェクタの姿勢方向を変更可能なため、微小物体の把持をより確実かつ迅速に行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、固定指のエンドエフェクタを微小物体に接触させた後、アクチュエータを駆動することにより、可動指のエンドエフェクタの先端が固定指のエンドエフェクタの先端に近接して、固定指のエンドエフェクタの先端と可動指のエンドエフェクタの先端とで微小物体を把持することができるため、アクチュエータやクラッチ機構等の付加機構も不要で、把持動作中に微小物体に対するエンドエフェクタの位置を再調整することもなく、顕微鏡視野内において微小物体を確実かつ迅速に把持することができる、という効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明に係るマイクロマニュピュレータを、細胞やマイクロ部品等の微小物体を取り扱うための微小物体ハンドリングシステムに適用した実施の形態について説明する。
【００１６】
（構成）
図１に示すように、本実施形態の微小物体ハンドリングシステム２００は、定盤１に架台４を介して固定され微小物体を取り扱うためのマイクロマニュピュレータ１００と、定盤１に固定されマイクロマニュピュレータ１００により取り扱われる微小物体を載置するためのステージ３と、支柱が定盤１に固定されＣＣＤカメラ５が装着された顕微鏡２と、パーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと略称する。）６と、ＰＣ６のスレーブ（奴隷）コンピュータとしてマイクロマニュピュレータ１００を制御する、プログラマブル・ロジック・コントローラ（以下、ＰＬＣと略称する。）等を内蔵したコントロールボックス８と、を備えている。
【００１７】
ＰＣ６には、コントロールボックス８との入出力ケーブル、液晶表示装置等のモニタ７への出力ケーブル及びＣＣＤカメラ５からの入力ケーブルが接続されている。コントロールボックス８は、マイクロマニュピュレータ１００と接続ケーブル８ａで接続されていると共に、ジョイスティックや十字ボタン等を有しコントロールボックス８のＰＬＣに命令を与えるためのコントローラ（入力装置）９に接続されている。従って、微小物体ハンドリングシステム２００のオペレータは、顕微鏡２の接眼レンズから直接、又は、モニタ７を介してステージ３に載置された微小物体１０を目視することができる。
【００１８】
コントロールボックス８に内蔵されたＰＬＣは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭの他に、Ｄ／Ａコンバータ、Ａ／Ｄコンバータ等を有して構成されており、ＲＯＭに格納されたプログラム及びプログラムデータに従って、ＰＣ６から基本動作命令を受信すると共に、ＰＣ６にイーサネット（Ethernet、登録商標）を介してエンコーダ等で検出したデータや種々のアクチュエータのステータスを送信し、更に、コントローラ９からの入力された命令を各アクチュエータ制御信号に変換して接続ケーブル８ａを介してマイクロマニュピュレータ１００に送信する。
【００１９】
図２及び図３に示すように、マイクロマニュピュレータ１００は、大別して、把持指（後述する固定指５０５、可動指５０７）を有し微小物体を取り扱う（把持する）ハンドリング機構としてのハンドリング部１０４と、ハンドリング部１０４をＸ、Ｙ方向に移動させるＸＹ駆動部１０１と、ハンドリング部１０４の把持指の先端部（後述するエンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａの先端部）を中心としてハンドリング部１０４を回動させステージ３に載置された微小物体に対するハンドリング部１０４の把持指の先端部の姿勢方向を変更するθｚ駆動部１０２と、ハンドリング部１０４をＺ方向に移動させるＺ駆動部１０３とからなる。
【００２０】
＜ＸＹ駆動部１０１＞
マイクロマニュピュレータ１００は、上述した架台４に固定される基台２０１を有している。基台２０１には、ハンドリング部１０４を、それぞれ、Ｘ、Ｙ方向に駆動するための駆動源となるＸ方向アクチュエータ２０２と、Ｙ方向アクチュエータ２０３とが互いに交差する方向に固定されている。
【００２１】
Ｘ方向アクチュエータ２０２は、エンコーダを有し正逆転可能なステッピングモータ２０２ａと、ステッピングモータ２０２ａの出力軸であってエンコーダの反対側に形成されたボールネジ２０２ｂに係合するスライダ２０２ｃと、スライダ２０２ｃが摺動可能な直進ガイドレール（不図示）と、を有する直動アクチュエータであり、Ｙ方向アクチュエータ２０３も同様に、エンコーダを有し正逆転可能なステッピングモータ２０３ａと、ステッピングモータ２０３ａの出力軸であってエンコーダの反対側に形成されたボールネジ２０３ｂに係合するスライダ２０３ｃと、スライダ２０３ｃが摺動可能な直進ガイドレール（不図示）と、を有している。
【００２２】
Ｘ方向アクチュエータ２０２のスライダ２０２ｃ、Ｙ方向アクチュエータ２０３のスライダ２０３ｃは、パンタグラフ機構２０４のＸ方向入力節（リンク）２０４ａ、Ｙ方向入力節（リンク）２０４ｂにそれぞれ固定されている。このため、Ｘ方向アクチュエータ２０２及びＹ方向アクチュエータ２０３はパンタグラフ機構２０４にＸ方向及びＹ方向の直動変位を与えることができる。
【００２３】
図４に示すように、パンタグラフ機構２０４は、上述したＸ方向入力節２０４ａ、Ｙ方向入力節２０４ｂの他に、Ｘ方向アクチュエータ２０２及びＹ方向アクチュエータ２０３からそれぞれ入力されたＸ方向及びＹ方向の直動変位を合成、拡大してＸＹ方向出力節（リンク）２０４ｊに出力するための節（リンク）２０４ｃ〜２０４ｉ及び回転対偶２０４ｋ〜２０４ｓを有している。なお、Ｙ方向入力節２０４ｂと節２０４ｄとを接続する回転対偶２０４ｋ、及び、Ｘ方向入力節２０４ａと節２０４ｃ、２０４ｅとを接続する回転対偶２０４ｐ、Ｘ方向入力節２０４ａと節２０４ｈとを接続する回転対偶２０４ｑはそれぞれ固定されている。
【００２４】
図５に示すように、パンタグラフ機構２０４は、Ｘ方向アクチュエータ２０２及びＹ方向アクチュエータ２０３と干渉しないように、これらのアクチュエータより上方に配置されている。ＸＹ方向出力節２０４ｊは平板状のベース２０５ａに固定されている。ベース２０５ａは３本の脚部２０５ｂ〜２０５ｄを有している。脚部２０５ｂ〜２０５ｄの先端部には、任意方向に回転可能な球体がはめ込まれている（図２も参照）。脚部２０５ｂ〜２０５ｄにはめ込まれた球体は、ベース２０５より広く略水平面を有する受け面２０６に接触している。受け面２０６は、Ｘ方向アクチュエータ２０２を跨ぐように４本の脚部で上述した基台２０１に固定されている。また、ＸＹ方向出力節２０４ｊの略中央には、θｚ駆動部１０２を嵌合、固定するための２つの嵌合穴が形成されている。
【００２５】
＜θｚ駆動部１０２＞
図５に示すように、θｚ駆動部１０２はベース３０１を有している。ベース３０１からは２本の連結部材３０６が下方にロッド状に延出されている。これらの連結部材３０６は、ＸＹ方向出力節２０４ｊに形成された嵌合穴に嵌合され圧入されている。このため、ＸＹ駆動部１０１とθｚ駆動部１０２とは連結されている。また、ベース３０１には、円弧状のガイドレール３０２が固定されており、ガイドレール３０２にはこのガイドレール３０２上を摺動可能なスライダ３０３が係合されている。ガイドレール３０２の円弧中心は、ハンドリング部１０４の把持指の先端部（エンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａの先端部の中点）に一致している。
【００２６】
スライダ３０３には、正逆転可能なステッピングモータ３０４と、ステッピングモータ３０４からの回転駆動を減速する図示しない第１の減速歯車列からなるギアボックス３０５とが固定されている。更に、ベース３０１にはＺ駆動部１０３（ハンドリング部１０４）側にガイドレール３０２と同心円状に円弧状壁面３０１ａが形成されており、ベース３０１の円弧状壁面３０１ａの上側には円弧状壁面３０１ａよりＺ駆動部１０３（ハンドリング部１０４）側に突出した内歯歯車３０１ｂが一体形成されている。また、ギアボックス３０５の第１の減速歯車列の出力端にはピニオン（不図示）が配設されており、このピニオンが内歯歯車３０１ｂに噛合している。このため、第１の減速歯車列で減速されたステッピングモータ３０４からの回転駆動力（回転トルク）は、第１の減速歯車列のピニオンを経て内歯歯車３０１ｂに伝達される。
【００２７】
＜Ｚ駆動部１０３＞
Ｚ駆動部１０３は、正逆転可能なステッピングモータ４０１と、ステッピングモータ４０１からの回転駆動力を減速する図示しない第２の減速歯車列からなるギアボックス４０２と、ボールネジ４０３ａ、ナット４０３ｂ、スライダ４０３ｃ、ガイドレール４０３ｄ及びホルダ４０３ｅを有するＺ方向直動機構４０３とで構成されている。
【００２８】
ギアボックス４０２はθｚ駆動部１０２のギアボックス３０５と一体に構成されており、ステッピングモータ４０１はギアボックス４０２に固定されている。ギアボックス４０２の第２の減速歯車列の出力端には下方に延出されたボールネジ４０３ａが配設されている。ボールネジ４０３ａの先端部側は、ギアボックス４０２に固定されたホルダ４０３ｅに回転可能に軸支されている。ボールネジ４０３ａにはナット４０３ｂが螺合しており、ナット４０３ｂにはスライダ４０３ｃが固定されている。また、ギアボックス４０２からはボールネジ４０３ａと平行するように直進ガイドレール４０３ｄが配設されており、ガイドレール４０３ｄの先端部側はホルダ４０３ｅに固定されている。スライダ４０３ｃはガイドレール４０３上を摺動可能にガイドレール４０３に当接している。
【００２９】
＜ハンドリング部１０４＞
図２に示すように、Ｚ方向直動機構４０３のナット４０３ｂには、ハンドリング部１０４側の先端部に貫通穴が形成された連結部材４０４が固定されている。ハンドリング部１０４は、ベース５０１の下部に形成された２つの貫通穴（図６も参照）と連結部材４０４のハンドリング部１０４側の先端部に形成された貫通穴とを貫通する連結ピン５０８により、Ｚ駆動部１０３に固定されている。
【００３０】
図６に示すように、ハンドリング部１０４は、微小物体を把持するために、固定指５０５と可動指５０７との２本の把持指を有している。固定指５０５、可動指５０７には、それぞれ微小物体と接触するエンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａが取り付けられている。
【００３１】
ハンドリング部１０４のベース５０１にはメータ等のアクチュエータ５０２がブラケット５０３を伴って固定されており、プレート５０４には固定指５０５が組み付けられている（固定されている）。プレート５０４は、固定指５０５が組み付けられた状態で、ベース５０１と一定の隙間を形成してベース５０１に固定されている。この隙間には長板状のレバー５０６が介在している。レバー５０６の先端部一側（Ｚ駆動部１０３の反対側）には可動指５０７が固定されており、先端部側中央には上下両方向に支点軸５０６ａが突設されている。上述した隙間は、この支点軸５０６ａがプレート５０４の軸受５０４ａとベース５０１の軸受５０１ａとに軸支されることにより画定されている。
【００３２】
レバー５０６の後端には略Ｕ字状のスリット（切り欠き）５０６ｂが形成されている。スリット５０６ｂにはアクチュエータ５０２の出力ピン５０２ａが係合している。このため、アクチュエータ５０２を駆動すると、レバー５０６が支点軸５０６ｂを中心として回動することで、固定指５０５のエンドエフェクタ５０５ａに可動指５０７のエンドエフェクタ５０７ａが近接ないし離間し、微小物体の把持ないし把持した微小物体の開放を行うことができる。
【００３３】
図７（Ａ）に示すように、プレート５０４にはボス５０４ｂが植設されている。ボス５０４ｂはレバー５０９の一側（Ｚ駆動部１０３側）に形成された丸穴５０９ａを貫通しており、レバー５０９はボス５０４ｂに軸支されている。レバー５０９の他側にはスリーブ５０９ｃが一体形成されており、スリーブ５０９ｃに固定指５０５のエンドエフェクタ５０５ａを固定するためのネジ部５０５ｂが保持されている。
【００３４】
また、レバー５０９の略中央部には、矩形状のスリット５０９ｂが形成されており、プレート５０４に軸支された偏心ピン５１３がこのスリット５０９ｂに係合している。レバー５０９は、図示しない穴を介してネジ５１０によりプレート５０４に固定されている。固定指５０５のネジ部５０５ｂは２個のナット５１１、５１２で構成されており、これらのナット５１１、５１２はレバー５０９のスリーブ５０９ｃを挟むように配設されている。
【００３５】
一方、図７（Ｂ）に示すように、レバー５０６に一体形成されたスリーブ５０６ｃには、可動指５０７のネジ部５０７ｂが挿入されており、ナット５１４でエンドエフェクタ５０７ａが固定されている。
【００３６】
図８に示すように、エンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａは、それぞれ、先端とネジ部５０５ｂ、５０７ｂ（固定箇所）との間であって先端側に、径がテーパ状に縮径した縮径部５０５ａａ、５０７ａａを有している。また、エンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａは、それぞれの先端の断面が楕円形状となるように斜めに切断された切断面（先端把持面）５０５ａｂ、５０７ａｂ（５０７ａｂは不図示）を有しており、切断面５０５ａｂ、５０７ａｂ同士が接触するように構成されている。更に、これらの切断面５０５ａｂ、５０７ａｂには、穴（窪み）５０５ａｃ、５０７ａｃ（５０７ａｃは不図示）が形成されている。なお、図８では、エンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａが切断面５０５ａｂ、５０７ａｂに対して面対称形状のため、説明の便宜上、エンドエフェクタ５０７ａの先端部を捨象している。
【００３７】
ハンドリング部１０４は、エンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａの先端の切断面５０５ａｂ、５０７ａｂ同士が互いに接触するように調整するための調整機構を有している。以下、この調整機構により、切断面５０５ａｂ、５０７ａｂを接触させる手順について説明する。
【００３８】
図７（Ｂ）に示すように、レバー５０６のスリーブ５０６ｃに可動指５０７のネジ部５０７ｂを挿入し、切断面５０７ａｂを整えるように回転させた後、エンドエフェクタ５０７ａをナット５１４で固定する。次に、図７（Ａ）に示すように、レバー５０９のスリーブ５０９ｃに予めナット５１１をネジ部５０５ｂに組み付けた固定指５０５のネジ部５０５ｂに挿入する。
【００３９】
次いで、切断面５０５ａｂの向きと挿入方向位置とを、切断面５０７ａｂに合わせるために回転させ、ナット５１１で調整した後、もう一つのナット５１２で固定する。更に、ネジ５１０を緩めて、偏心ピン５１３を用いてレバー５０９を、ボス５０４ｂを支点に回転させて位置を調整した後、再びネジ５１０で固定することで、エンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａの切断面５０５ａｂ、５０７ａｂ同士を接触させることができる。
【００４０】
従って、ハンドリング部１０４の調整機構は、固定指５０５及び可動指５０７のエンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａが微小物体を把持する方向に対し直交する２方向と、切断面５０５ａｂ、５０７ａｂの向きとで、エンドエフェクタ５０７ａの切断面５０７ａｂに対しエンドエフェクタ５０５の切断面５０５ａｂが接触するように調整可能である。
【００４１】
（動作）
次に、本実施形態の微小物体ハンドリングシステム２００の動作について、マイクロマニュピュレータ１００の動作を中心として、マイクロマニュピュレータ１００の機能毎に説明する。
【００４２】
まず、オペレータは、図１に示すように、ステージ３に載置された微小物体１０、ハンドリング部１０４のエンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａを、顕微鏡２、カメラ５及びＰＣ６を介して、モニタ７の画面内に捉える。この状態で、オペレータは、コントローラ９からコントロールボックス９のＰＬＣを介してマイクロマニュピュレータ１００に、Ｘ方向、Ｙ方向、θｚ方向（エンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａの先端部を中心とするハンドリング部１０４の回動方向、すなわち、エンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａの姿勢方向）、Ｚ方向と、把持指に対するハンドリング（開閉）の指令を与えて、微小物体１０とエンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａとの相対関係を制御する。
【００４３】
＜Ｘ方向駆動＞
図２〜図４に示すように、Ｘ方向アクチュエータ２０２に作動信号が与えられると、ステッピングモータ２０２ａは、ボールネジ２０２ｂを回転させ、スライダ２０２ｃを介して、パンタグラフ機構２０４のＸ方向入力節２０４ａを図３の水平方向（Ｘ方向）に移動させる。ここで、回転対偶２０４ｋは上述したように固定されているので、回転対偶２０４ｐの変位は、回転対偶２０４ｋ〜２０４ｓの位置をそれぞれの末尾のアルファベットをとってｋ〜ｓとしたときに、△ｋｌｐ：△ｋｍｏの相似比に拡大されて回転対偶２０４ｏに出力され、回転対偶２０４ｏを変位（移動）させる。なお、節２０４ｇ、２０４ｈ、２０４ｉは、節２０４ｃ〜２０４ｉの位置をそれぞれ末尾のアルファベットをとってｃ〜ｉとしたときに、□ｐｑｒｎ及び□ｏｓｒｎの二つの平行四辺形ループを加えるように付加されたリンクで、ＸＹ方向出力節２０４ｊの姿勢を一定に保つ機能を有している。
【００４４】
＜Ｙ方向駆動＞
Ｙ方向アクチュエータ２０３に作動信号が与えられると、ステッピングモータ２０３ａは、ボールネジ２０３ｂを回転させ、スライダ２０３ｃを介して、パンタグラフ機構２０４のＹ方向入力節２０４ｂを図３の鉛直方向（Ｙ方向）に移動させる。ここで、回転対偶２０４ｐは上述したように固定されているので、回転対偶２０４ｋの変位は、上記同様、回転対偶２０４ｋ〜２０４ｓの位置をそれぞれの末尾のアルファベットをとってｋ〜ｓとしたときに、△ｋｌｐ：△ｏｎｐの相似比に拡大されて回転対偶２０４ｏに出力され、回転対偶２０４ｏを変位（移動）させる。
【００４５】
＜ＸＹ方向駆動＞
上述したようにＸ方向、Ｙ方向の入力によりパンタグラフ機構２０４のＸＹ方向出力節２０４ｊが変位（移動）すると、ＸＹ方向出力節２０４ｊには連結部材３０６を介してθｚ駆動部１０２、Ｚ駆動部１０３及びハンドリング部１０４の重量がＺ方向に作用するが、ベース２０５の脚部２０５ｂ〜２０５ｄを介して受け面２０６がその負荷を受ける。脚部２０５ｂ〜２０５ｄの先端部には任意方向に回転可能な球体がはめ込まれているため、球体が受け面２０６を転がり移動することで、パンタグラフ機構２０４にＺ方向の負荷を掛けず、低摩擦負荷の移動を可能にしている。換言すれば、ＸＹ方向出力節２０４ｊに固定された（ＸＹ方向出力節２０４ｊと一体の）ベース２０５と脚部２０５ｂ〜２０５ｄとでＸＹスライダが構成されている。
【００４６】
＜θｚ方向駆動＞
図５に示すように、ステッピングモータ３０４に駆動信号が与えられると、ギアボックス３０５の第１の減速歯車列の出力端に配されたピニオン（不図示）にトルクが伝達されて、スライダ３０３が、ベース３０１の内歯歯車３０１ｂに係合して遊星歯車状にガイドレール３０２に沿って回動動作する。ギアボックス３０５とスライダ３０３とは一体で、ギアボックス３０５とギアボックス４０２は一体となっており、このギアボックス４０２にホルダ４０３ｅ（Ｚ方向直動機構４０３）が固定されており、かつ、Ｚ方向直動機構４０３のナット４０３ｂに連結部材４０４が固定され連結ピン５０８でハンドリング部１０４がＺ方向駆動機構４０３（Ｚ駆動部１０３）に固定されているので、ステッピングモータ３０４が駆動すると、θｚ駆動部１０２の回動動作に伴って、Ｚ駆動部１０３及びハンドリング部１０４は一体に、ハンドリング部１０４の把持指の先端部（エンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａの先端部）を中心に回動動作をする。
【００４７】
＜Ｚ方向駆動＞
図５に示すように、ステッピングモータ４０１に駆動信号が与えられると、ステッピングモータ４０１はギアボックス４０２に配設された第２の減速歯車列を介してボールネジ４０３ａを回転し、ナット４０３ｂと一体のハンドリング部１０４をガイドレール４０３ｄに沿って図５の上下方向（Ｚ方向）移動させる。
【００４８】
＜把持駆動＞
以上のように、ＸＹ駆動部１０１、θｚ駆動部１０２、Ｚ駆動部１０３を駆動させて、微小物体１０の近傍にエンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａを位置させる（図９（Ａ）参照）。次に、ＸＹ駆動部１０１、θｚ駆動部１０２、Ｚ駆動部１０３を駆動させて、固定指５０５のエンドエフェクタ５０５ａの先端の切断面５０５ａｂを微小物体１０に接触させ、アクチュエータ５０２に駆動信号を与えて把持動作を開始する（図９（Ｂ）参照）。
【００４９】
図６に示すように、アクチュエータ５０２にエンドエフェクタ５０５ａ、５０７を近接させる駆動信号が与えられると、出力ピン５０２ａが回動変位し、レバー５０６のスリット５０６ｂに変位が伝達され、レバー５０６は支点軸５０６ａを中心に回動する。これにより、可動指５０７のエンドエフェクタ５０７ａは、固定指５０５のエンドエフェクタ５０５ａに対し近接する動きをし、微小物体１０はエンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａの穴（窪み）５０５ａｃ、５０７ａｃが形成された切断面５０５ａｂ、５０７ａｂで把持される。なお、アクチュエータ５０２にエンドエフェクタ５０５ａ、５０７を離間させる駆動信号が与えられると、微小物体１０を把持したエンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａは離間し、把持した微小物体１０の開放を行うことができる。
【００５０】
（作用等）
次に、本実施形態の微小物体ハンドリングシステム２００の作用等について、マイクロマニュピュレータ１００のハンドリング部１０４の作用等を中心に説明する。
【００５１】
本実施形態の微小物体ハンドリングシステム２００に適用されたマイクロマニュピュレータ１００では、固定指５０５のエンドエフェクタ５０５ａを微小物体１０に接触させた後、アクチュエータ５０２を駆動することにより、可動指５０７が支点軸５０６ａを中心に回動し、可動指５０７のエンドエフェクタ５０７ａの切断面５０７ａｂが固定指５０５のエンドエフェクタ５０５ａの切断面５０５ａｂに近接して、切断面５０５ａｂと切断面５０７ａｂとで微小物体１０を把持する。従って、マイクロマニュピュレータ１００によれば、位相差や時間差を補正するアクチュエータやクラッチ機構等の付加機構も不要で、把持動作中に微小物体に対するエンドエフェクタの位置を再調整することもなく、顕微鏡視野内において微小物体を確実かつ迅速に把持することができる。また、マイクロマニュピュレータ１００では、固定指５０５及び可動指５０７のエンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａの先端（間の中点）を中心としてハンドリング部１０４を回動させるθｚ駆動部１０２を備えているので、微小物体に対する固定指５０５及び可動指５０７のエンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａの姿勢方向を変更可能なため、微小物体の把持をより確実かつ迅速に行うことができる。
【００５２】
また、マイクロマニュピュレータ１００では、固定指５０５及び可動指５０７のエンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａの先端側に縮径部５０５ａａ、５０７ａａを有している。このため、エンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａの先端の切断面５０５ａｂ、５０７ａｂを微小物体１０と同程度の寸法レベルとすることができ、顕微鏡２の焦点深度が浅くてもエンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａの切断面５０５ａｂ、５０７ａｂを含む先端部及び微小物体１０を捉える（合焦させる）ことができる（図１参照）と共に、エンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａの剛性を確保することができる。
【００５３】
更に、マイクロマニュピュレータ１００では、固定指５０５及び可動指５０７のエンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａは、先端に切断面５０５ａｂ、５０７ａｂを有しており、これらの切断面５０５ａｂ、５０７ａｂ同士が接触可能に構成されている。このため、微小物体１０との接触面積が増加し、切断面５０５ａｂ、５０７ａｂで微小物体１０を確実に保持することができる。更に、切断面５０５ａｂ、５０７ａｂには、穴（窪み）５０５ａｃ、５０７ａｃが形成されている。このため、穴（窪み）５０５ａｃ、５０７ａｃによる切断面５０５ａｂ、５０７ａｂの稜線上の複数の点が微小物体１０と接触し、微小物体をより確実に把持することができ、例えば、球状の微小物体、特に、硬球を把持する場合でも、微小物体の把持を確実に行うことができる。
【００５４】
また、マイクロマニュピュレータ１００は、固定指５０５及び可動指５０７のエンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａの先端の切断面５０５ａｂ、５０７ａｂ同士が互いに接触するように調整するための調整機構を有しており、この調整機構は、エンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａの先端の切断面５０５ａｂ、５０７ａｂが微小物体１０を把持する方向に対し直交する２方向と、切断面５０５ａｂ、５０７ａｂの向きとで、エンドエフェクタ５０７ａの切断面５０７ａｂに対しエンドエフェクタ５０５の切断面５０５ａｂが接触するように調整可能である。このため、従来技術のように、材質を限定したり、高精度加工をしたりすることなく、エンドエフェクタの先端の切断面同士の位置合わせを行うことができる。更に、穴（窪み）５０５ａｃ、５０７ａｃの口径は微小物体１０の直径より小さいことが望ましい。マイクロマニュピュレータ１００では、このような調整機構を有しているため、複数のエンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａを予め準備しておき、微小物体１０の寸法レベルに応じて、最適なエンドエフェクタを使用することができる。
【００５５】
なお、本実施形態では、ハンドリング部１０４をＸ、Ｙ、Ｚ方向及びθｚ方向に移動させる例を示したが、本発明はこれに限定されず、ステージ３を３次元方向やエンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａの姿勢に対応する方向に移動させる微小物体ハンドリングシステムにも適用可能である。また、本実施形態では、アクチュエータ５０２により支点軸５０６ａを中心に可動指５０７を回動させる例を示したが、本発明はこれに制限されず、例えば、エンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａ間の距離が狭まるように（エンドエフェクタ５０７ａの先端がエンドエフェクタ５０５ａの先端に近接するように）可動指５０７をスライドさせるように構成してもよい。
【００５６】
また、本実施形態では、エンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａの先端の切断面５０５ａｂ、５０７ａｂの双方に穴（窪み）５０５ａｃ、５０７ａｃを形成した例を示したが、一方のみに形成しても同様の効果（把持の確実性）を得ることができる。更に、本実施形態では、ハンドリング部１０４の調整機構として、固定指５０５及び可動指５０７のエンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａが微小物体を把持する方向に対し直交する２方向と、切断面５０５ａｂ、５０７ａｂの向きとで、エンドエフェクタ５０７ａの切断面５０７ａｂに対しエンドエフェクタ５０５ａの切断面５０５ａｂが接触するように調整する例を示したが、エンドエフェクタ５０５ａの切断面５０５ａｂに対しエンドエフェクタ５０７ａの切断面５０７ａｂが接触するように調整するように構成してもよく、また、両者を互いに調整できるように構成してもよい。また、切断面５０５ａｂ、５０７ａｂ同士は面接触するように構成されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は顕微鏡視野内において微小物体を確実かつ迅速に把持することができるマイクロマニュピュレータを提供するため、マイクロマニュピュレータの製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明が適用可能な実施形態の微小物体ハンドリングシステムの概略構成図である。
【図２】実施形態の微小物体ハンドリングシステムのマイクロマニュピュレータの正面図である。
【図３】マイクロマニュピュレータの平面図である。
【図４】θｚ駆動部を組み付ける前のマイクロマニュピュレータのＸＹ駆動部の平面図である。
【図５】マイクロマニュピュレータの一部を分解して示した斜視図である。
【図６】マイクロマニュピュレータのハンドリング部の分解斜視図である。
【図７】ハンドリング部の外観斜視図であり、（Ａ）は固定指側からみた外観斜視図、（Ｂ）は可動指側からみた外観斜視図である。
【図８】ハンドリング部の固定指及び可動指のエンドエフェクタを示す一部拡大斜視図である。
【図９】ハンドリング部の固定指及び可動指のエンドエフェクタで微小物体を把持するときの動作を示す説明図である。
【図１０】従来の固定指及び可動指のエンドエフェクタで微小物体を把持するときの動作を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０  微小物体
１００  マイクロマニュピュレータ
１０２  θｚ駆動部（姿勢変更機構）
１０４  ハンドリング部（ハンドリング機構）
５０２  アクチュエータ
５０５  固定指
５０５ａ  エンドエフェクタ
５０５ａａ  縮径部
５０５ａｂ  切断面
５０５ａｃ  穴（窪み又は穴）
５０６ａ  支点軸
５０７  可動指
５０７ａ  エンドエフェクタ
５０７ａａ  縮径部
５０７ａｂ  切断面
５０７ａｃ  穴（窪み又は穴）
【図１】
2006205344.tif 000003
【図２】
2006205344.tif 000004
【図３】
2006205344.tif 000005
【図４】
2006205344.tif 000006
【図５】
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【図６】
2006205344.tif 000008
【図７】
2006205344.tif 000009
【図８】
2006205344.tif 000010
【図９】
2006205344.tif 000011
【図１０】
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