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JP2013240879A - Piezoelectric actuator, manipulator, manipulator system and operation method of fine object - Google Patents

Piezoelectric actuator, manipulator, manipulator system and operation method of fine object Download PDF

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JP2013240879A JP2012166234A JP2012166234A JP2013240879A JP 2013240879 A JP2013240879 A JP 2013240879A JP 2012166234 A JP2012166234 A JP 2012166234A JP 2012166234 A JP2012166234 A JP 2012166234A JP 2013240879 A JP2013240879 A JP 2013240879A
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Abstract

【課題】高い応答性を得ることができ、駆動軸の軸方向以外の振動を抑制できる圧電アクチュエータ等を提供する。
【解決手段】微小対象物を操作するためのキャピラリ35を圧電素子により微動駆動する圧電アクチュエータにおいて、前記キャピラリ35を装着し、外周にねじ加工を施したピペット保持部材34と、前記ピペット保持部材34と同軸の内周面を有するハウジングと、前記ハウジングに対し前記ピペット保持部材34を回転可能に支持する少なくとも2つの転がり軸受と、前記ピペット保持部材34と同軸に配置された圧電素子と、前記ハウジングに固定され、圧電素子を軸方向に固定する蓋と、前記2つの転がり軸受の内輪の間に配置された内輪間座とを備えることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【選択図】図1
A piezoelectric actuator or the like that can obtain high responsiveness and can suppress vibrations other than the axial direction of a drive shaft.
In a piezoelectric actuator that finely drives a capillary 35 for manipulating a minute object by a piezoelectric element, a pipette holding member 34 having the capillary 35 attached and threaded on the outer periphery thereof, and the pipette holding member 34 are provided. A housing having a coaxial inner peripheral surface, at least two rolling bearings rotatably supporting the pipette holding member 34 with respect to the housing, a piezoelectric element disposed coaxially with the pipette holding member 34, and the housing A piezoelectric actuator comprising: a lid that is fixed to the inner ring and that fixes the piezoelectric element in an axial direction; and an inner ring spacer disposed between inner rings of the two rolling bearings.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、細胞等の微小な対象物を操作する圧電アクチュエータ、マニピュレータ、マニピュレータシステム及び微小対象物の操作方法に関する。   The present invention relates to a piezoelectric actuator, a manipulator, a manipulator system, and a method for operating a minute object that manipulate a minute object such as a cell.

バイオテクノロジ分野において顕微鏡観察下で卵や細胞に精子やDNA溶液を注入するなどのように細胞等の微小な対象物に操作を行うマニピュレータが知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献2は、ガラスキャピラリ等の操作針の針先を標本の目標位置近傍に容易にセットするために、操作針を有する電動マニピュレータを用い、電動で焦点を合わせる顕微鏡装置を開示し、焦点合わせとマニピュレータ駆動との連動・非連動を切り換えて操作針を駆動し操作針をセッティングする。   In the biotechnology field, a manipulator is known that operates on a minute object such as a cell such as injecting a sperm or DNA solution into an egg or cell under a microscope (see, for example, Patent Document 1). Patent Document 2 discloses a microscope apparatus that uses an electric manipulator having an operating needle to easily set the tip of an operating needle such as a glass capillary near the target position of the sample, and focuses the focus. Switch between interlocking and non-interlocking with the manipulator drive and drive the operating needle to set the operating needle.

特許文献3及び4には、ガラスキャピラリ等の安定した微小移動を可能とするために、圧電素子を備える圧電アクチュエータを用いて該ガラスキャピラリ等に衝撃荷重を与え、卵細胞等へ穿孔するマニピュレータが記載されている。   Patent Documents 3 and 4 describe a manipulator that applies a shock load to a glass capillary or the like using a piezoelectric actuator including a piezoelectric element to perforate an egg cell or the like in order to enable stable micro movement of the glass capillary or the like. Has been.

特開2004−325836号公報JP 2004-325836 A 特開2006−23487号公報JP 2006-23487 A 特公平06−98582号公報Japanese Patent Publication No. 06-98582 特開2003−1574号公報JP 2003-1574 A

特許文献3に記載のマニピュレータでは、圧電アクチュエータはガラスキャピラリ等を装着するピペット保持部材のみに固定され、マニピュレータへは固定されていない。このような構成では、マニピュレータ駆動時にピペット保持部材が脱落する等の可能性がある。また、特許文献3のマニピュレータでは、前記ピペット保持部材はピペット保持部材全体のうち僅かな部分を摩擦力により保持する当接部材により固定されており、この摩擦力の大きさにマニピュレータの動作性能・応答性が左右されるという問題があった。   In the manipulator described in Patent Document 3, the piezoelectric actuator is fixed only to a pipette holding member to which a glass capillary or the like is attached, and is not fixed to the manipulator. In such a configuration, there is a possibility that the pipette holding member is dropped when the manipulator is driven. Further, in the manipulator disclosed in Patent Document 3, the pipette holding member is fixed by a contact member that holds a small portion of the entire pipette holding member with a frictional force. There was a problem that responsiveness was affected.

特許文献4に記載のマニピュレータでは、ピペット保持部材と圧電アクチュエータが同軸に配置されておらず、ピペット保持部材の軸と圧電アクチュエータの軸はねじれの関係となっている。また、圧電アクチュエータの駆動軸がピペット保持部材と離れている。このため、ガラスキャピラリが前記駆動軸の軸方向以外にも振動を起こし易い。さらに、圧電素子に引張ばねで予圧が付与されているので、予圧調整の点から、高い応答性を得ることは困難となる。   In the manipulator described in Patent Document 4, the pipette holding member and the piezoelectric actuator are not arranged coaxially, and the axis of the pipette holding member and the axis of the piezoelectric actuator are in a twisted relationship. Further, the drive shaft of the piezoelectric actuator is separated from the pipette holding member. For this reason, the glass capillary tends to vibrate other than the axial direction of the drive shaft. Furthermore, since a preload is applied to the piezoelectric element by a tension spring, it is difficult to obtain high responsiveness in terms of preload adjustment.

上記に鑑み、本発明は高い応答性を備える圧電アクチュエータ、マニピュレータ、マニピュレータシステム及び微小対象物の操作方法を提供することを目的とする。また、本発明は、圧電アクチュエータの駆動軸の軸方向以外の振動を抑制した圧電アクチュエータ、マニピュレータ、マニピュレータシステム及び微小対象物の操作方法を提供することを目的とする。   In view of the above, an object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator, a manipulator, a manipulator system, and a method for operating a micro object having high responsiveness. Another object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator, a manipulator, a manipulator system, and a method for operating a micro object that suppress vibrations other than the axial direction of the drive shaft of the piezoelectric actuator.

上記目的を達成するために、本発明の圧電アクチュエータは、微小対象物を操作するためのキャピラリを圧電素子により微動駆動する圧電アクチュエータにおいて、前記キャピラリを装着し、外周にねじ加工を施したピペット保持部材と、前記ピペット保持部材と同軸の内周面を有するハウジングと、前記ハウジングに対し前記ピペット保持部材を回転可能に支持する少なくとも2つの転がり軸受と、前記ピペット保持部材と同軸に配置された圧電素子と、前記ハウジングに固定され、前記圧電素子を軸方向に固定する蓋と、前記2つの転がり軸受の内輪の間に配置された内輪間座と、を備えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a piezoelectric actuator according to the present invention is a piezoelectric actuator that finely drives a capillary for manipulating a minute object by a piezoelectric element, and is equipped with a pipette holding the capillary and threading the outer periphery. A member, a housing having an inner peripheral surface coaxial with the pipette holding member, at least two rolling bearings rotatably supporting the pipette holding member with respect to the housing, and a piezoelectric element arranged coaxially with the pipette holding member An element, a lid fixed to the housing and fixing the piezoelectric element in an axial direction, and an inner ring spacer disposed between inner rings of the two rolling bearings.

また、本発明の他の圧電アクチュエータは、微小対象物を操作するためのキャピラリを圧電素子により微動駆動する圧電アクチュエータにおいて、前記キャピラリを装着したピペット保持部材と、前記ピペット保持部材と同軸の内周面を有するハウジングと、前記ハウジングに対し前記ピペット保持部材を支持する少なくとも2つの転がり軸受と、前記ピペット保持部材と同軸に配置された圧電素子と、前記ハウジングに固定され、前記圧電素子を軸方向に固定する蓋と、前記2つの転がり軸受の内輪の間に配置された内輪間座と、を備えることを特徴とする。   Another piezoelectric actuator of the present invention is a piezoelectric actuator that finely drives a capillary for manipulating a minute object with a piezoelectric element, and a pipette holding member on which the capillary is mounted, and an inner circumference coaxial with the pipette holding member. A housing having a surface, at least two rolling bearings for supporting the pipette holding member with respect to the housing, a piezoelectric element disposed coaxially with the pipette holding member, and being fixed to the housing, the axial direction of the piezoelectric element And an inner ring spacer disposed between the inner rings of the two rolling bearings.

また、2つの転がり軸受の内輪と前記ピペット保持部材の外周面との間に介装される中空部材を、さらに備えることが好ましい。   Moreover, it is preferable to further provide a hollow member interposed between the inner ring of the two rolling bearings and the outer peripheral surface of the pipette holding member.

また、本発明の他の圧電アクチュエータは、微小対象物を操作するためのキャピラリを圧電素子により微動駆動する圧電アクチュエータにおいて、前記キャピラリを装着したピペット保持部材と、前記ピペット保持部材と同軸の内周面を有するハウジングと、前記ハウジングに対し前記ピペット保持部材を支持する少なくとも2つの転がり軸受と、前記ピペット保持部材と同軸に配置された圧電素子と、前記ハウジングに固定され、圧電素子を軸方向に固定する蓋と、前記2つの転がり軸受の内輪の間に配置された内輪間座と、前記2つの転がり軸受の内輪と前記ピペット保持部材の外周面との間に介装される中空部材と、を備えることを特徴とする。   Another piezoelectric actuator of the present invention is a piezoelectric actuator that finely drives a capillary for manipulating a minute object with a piezoelectric element, and a pipette holding member on which the capillary is mounted, and an inner circumference coaxial with the pipette holding member. A housing having a surface, at least two rolling bearings for supporting the pipette holding member with respect to the housing, a piezoelectric element disposed coaxially with the pipette holding member, and being fixed to the housing, the piezoelectric element being axially A lid to be fixed, an inner ring spacer disposed between inner rings of the two rolling bearings, a hollow member interposed between an inner ring of the two rolling bearings and an outer peripheral surface of the pipette holding member; It is characterized by providing.

これらの構成によれば、駆動軸であるピペット保持部材と圧電素子とが同軸に配置されているので、圧電アクチュエータの駆動軸の軸方向以外の振動を抑制することができる。   According to these structures, since the pipette holding member which is a drive shaft and the piezoelectric element are coaxially arranged, vibrations other than the axial direction of the drive shaft of the piezoelectric actuator can be suppressed.

また、前記ピペット保持部材は、外周にねじ加工を施され、前記2つの転がり軸受は、前記ピペット保持部材の外周と螺合する2つのロックナットにより軸方向に固定されていることが好ましい。   Further, it is preferable that the pipette holding member is threaded on the outer periphery, and the two rolling bearings are fixed in the axial direction by two lock nuts screwed with the outer periphery of the pipette holding member.

また、前記中空部材の一端の外周面にはねじ加工が施され、該ねじ加工部分にはロックナットが螺合して転がり軸受を軸方向に固定していることが好ましい。   Further, it is preferable that the outer peripheral surface of one end of the hollow member is threaded, and a lock nut is screwed into the threaded portion to fix the rolling bearing in the axial direction.

また、前記中空部材の他端に設けられ、前記ピペット保持部材を前記中空部材に固定する固定部材をさらに備えることが好ましい。   Moreover, it is preferable to further include a fixing member provided at the other end of the hollow member and fixing the pipette holding member to the hollow member.

また、前記圧電素子は、前記転がり軸受により予圧を付与されていることが好ましい。この場合、高い剛性を有するばね要素として転がり軸受を用いることにより、高い応答性を得ることができる。   Moreover, it is preferable that the piezoelectric element is preloaded by the rolling bearing. In this case, high responsiveness can be obtained by using a rolling bearing as a spring element having high rigidity.

また、前記転がり軸受と前記圧電素子の間に、前記ピペット保持部材と同軸に配置されたスペーサを備えることが好ましい。   It is preferable that a spacer disposed coaxially with the pipette holding member is provided between the rolling bearing and the piezoelectric element.

また、前記キャピラリは、複数の支持部材により複数点で支持されることが好ましい。   The capillary is preferably supported at a plurality of points by a plurality of support members.

本発明のマニピュレータは、上述の圧電アクチュエータを備えることを特徴とする。   A manipulator according to the present invention includes the piezoelectric actuator described above.

また、本発明の他のマニピュレータは、微小対象物を操作するキャピラリと、上述の圧電アクチュエータとを備え、コントローラにより電動駆動されるマニピュレータにおいて、前記キャピラリは、前記キャピラリ内の流体を吸引または吐出させるインジェクタと接続され、前記コントローラから発せられた一つの操作信号により、前記インジェクタが一定のストロークで往復するように設定されていることを特徴とする。   Further, another manipulator of the present invention includes a capillary for manipulating a minute object and the above-described piezoelectric actuator, and in the manipulator electrically driven by a controller, the capillary sucks or discharges the fluid in the capillary. It is connected to an injector, and the injector is set to reciprocate with a constant stroke by one operation signal generated from the controller.

また、本発明の他のマニピュレータは、微小対象物を操作するキャピラリを備え、コントローラにより電動駆動されるマニピュレータにおいて、前記キャピラリは、前記キャピラリ内の流体を吸引または吐出させるインジェクタと接続され、前記コントローラから発せられた一つの操作信号により、前記インジェクタが一定のストロークで往復するように設定されていることを特徴とする。   Further, another manipulator of the present invention includes a capillary for manipulating a minute object, and the manipulator is electrically driven by a controller, and the capillary is connected to an injector for sucking or discharging a fluid in the capillary, and the controller The injector is set so as to reciprocate with a constant stroke by one operation signal emitted from.

また、前記インジェクタの往復において、前記キャピラリ内の流体の吸引時のインジェクタの移動速度よりも、吐出時のインジェクタの移動速度の方が大きく設定されていることが好ましい。   In the reciprocation of the injector, it is preferable that the moving speed of the injector at the time of ejection is set larger than the moving speed of the injector at the time of suction of the fluid in the capillary.

また、前記インジェクタの往復において、前記操作信号による前記インジェクタの往復は、前記吸引に対応する前記インジェクタの移動が先に行われることが好ましい。   Further, in the reciprocation of the injector, it is preferable that the movement of the injector corresponding to the suction is performed first in the reciprocation of the injector by the operation signal.

また、前記インジェクタの往復において、吸引動作に対応する移動と吐出動作に対応する移動を1回ずつした後、次の吸引動作までにインジェクタが停止することが好ましい。   In addition, in the reciprocation of the injector, it is preferable that after the movement corresponding to the suction operation and the movement corresponding to the discharge operation are performed once, the injector stops before the next suction operation.

また、前記操作信号は、前記コントローラに接続されたジョイスティックにより発せられることが好ましい。   The operation signal is preferably generated by a joystick connected to the controller.

また、前記操作信号は、前記ジョイスティックに設けられたボタンにより発せられることが好ましい。   The operation signal is preferably generated by a button provided on the joystick.

本発明のマニピュレータシステムは、前記キャピラリを圧電素子により微動駆動させる、上述のマニピュレータと、前記マニピュレータに装着される前記キャピラリの先端の大きさに応じて、前記圧電素子に印加する電圧を制御するコントローラと、を備えることを特徴とする。   The manipulator system of the present invention is a controller that controls the voltage applied to the piezoelectric element according to the above-described manipulator that finely drives the capillary with a piezoelectric element, and the size of the tip of the capillary attached to the manipulator. And.

また、前記マニピュレータに装着される前記キャピラリの先端を撮像可能なカメラと、前記カメラにより撮像される撮像画面上に配置され、前記キャピラリの先端の大きさを計測するための計測用インジケータと、をさらに備え、前記コントローラは、前記計測用インジケータにより計測される前記キャピラリの先端の大きさが、予め設定された標準範囲以上である場合、前記圧電素子に印加される電圧を、前記標準範囲内のときに印加される標準電圧よりも小さくし、前記計測用インジケータにより計測される前記キャピラリの先端の大きさが、前記標準範囲以下である場合、前記圧電素子に印加される電圧を、前記標準電圧よりも大きくすることが好ましい。   A camera capable of imaging the tip of the capillary attached to the manipulator, and a measurement indicator disposed on an imaging screen imaged by the camera for measuring the size of the tip of the capillary; The controller further includes a voltage applied to the piezoelectric element within the standard range when the size of the tip of the capillary measured by the measurement indicator is equal to or greater than a preset standard range. When the capillary tip size measured by the measurement indicator is less than the standard range, the voltage applied to the piezoelectric element is set to the standard voltage. It is preferable to make it larger.

本発明の微小対象物の操作方法は、上述のマニピュレータを用いて、前記キャピラリで前記対象物である卵に対して透明帯穿孔を行い、その後、前記キャピラリが移動して少なくとも一つの精子のサンプリング操作を行ってから前記透明帯穿孔の位置に戻り、前記インジェクタの往復によりキャピラリ内で精子を移動させながら精子のインジェクション操作を行うことを特徴とする。   The method for manipulating a micro object according to the present invention uses the above-described manipulator to perform zona pellucida perforation on the egg as the object with the capillary, and then the capillary moves to sample at least one sperm. It returns to the position of the zona pellucida after the operation, and the sperm injection operation is performed while moving the sperm in the capillary by the reciprocation of the injector.

本発明の圧電アクチュエータ、マニピュレータ、マニピュレータシステム及び微小対象物の操作方法によれば、高い応答性を得ることができる。また、圧電アクチュエータの駆動軸の軸方向以外の振動を抑制することが可能となる。   According to the piezoelectric actuator, the manipulator, the manipulator system, and the operation method of the minute object of the present invention, high responsiveness can be obtained. In addition, vibrations other than the axial direction of the drive shaft of the piezoelectric actuator can be suppressed.

図1は、第1実施形態によるマニピュレータシステムの構成を概略的に示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a manipulator system according to the first embodiment. 図2は、図1のマニピュレータシステムに使用可能な微動機構(圧電アクチュエータ)の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a fine movement mechanism (piezoelectric actuator) that can be used in the manipulator system of FIG. 図3は、図1のコントローラによる制御系要部を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a main part of the control system by the controller of FIG. 図4は、図3の表示部に表示される画面例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a screen displayed on the display unit of FIG. 図5は、図1、図3に示すジョイスティックの具体例を示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing a specific example of the joystick shown in FIGS. 1 and 3. 図6は、図1のインジェクション用のキャピラリ35の操作中におけるシャーレの底面に対する相対位置(a)〜(d)を概略的に示す図である。6 is a diagram schematically showing relative positions (a) to (d) with respect to the bottom surface of the petri dish during operation of the injection capillary 35 of FIG. 図7は、図6(c)のようにキャピラリがシャーレの底面に接触したときの圧電素子の電圧値の変化を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a change in the voltage value of the piezoelectric element when the capillary is in contact with the bottom surface of the petri dish as shown in FIG. 図8は、図3の表示部に表示される2画面の例を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating an example of two screens displayed on the display unit of FIG. 図9は、第2実施形態によるマニピュレータシステムに使用可能な微動機構(圧電アクチュエータ)の断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view of a fine movement mechanism (piezoelectric actuator) that can be used in the manipulator system according to the second embodiment. 図10は、キャピラリの固定方法を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a capillary fixing method. 図11は、第3実施形態によるマニピュレータシステムに使用可能な微動機構(圧電アクチュエータ)の斜視図である。FIG. 11 is a perspective view of a fine movement mechanism (piezoelectric actuator) that can be used in the manipulator system according to the third embodiment. 図12は、第3実施形態によるマニピュレータシステムに使用可能な微動機構(圧電アクチュエータ)の断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view of a fine movement mechanism (piezoelectric actuator) that can be used in the manipulator system according to the third embodiment. 図13は、第3実施形態の変形例に係る微動機構(圧電アクチュエータ)の斜視図である。FIG. 13 is a perspective view of a fine movement mechanism (piezoelectric actuator) according to a modification of the third embodiment. 図14は、第3実施形態の変形例に係る微動機構(圧電アクチュエータ)の断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view of a fine movement mechanism (piezoelectric actuator) according to a modification of the third embodiment. 図15は、第4実施形態によるマニピュレータシステムの構成を概略的に示す図である。FIG. 15 is a diagram schematically showing a configuration of a manipulator system according to the fourth embodiment. 図16は、図15のマニピュレータの構成を概略的に示す図である。FIG. 16 is a diagram schematically showing the configuration of the manipulator of FIG. 図17は、図16のコントローラによる制御系要部を示すブロック図である。FIG. 17 is a block diagram showing the main part of the control system by the controller of FIG. 図18は、図17に示すジョイスティックの具体例を示す斜視図である。FIG. 18 is a perspective view showing a specific example of the joystick shown in FIG. 図19は、マニピュレータに装着された各キャピラリと微小な操作対象物(卵、精子)との各位置関係(a)〜(h)を示す図である。FIG. 19 is a diagram showing the positional relationships (a) to (h) between the capillaries mounted on the manipulator and the minute operation objects (eggs, sperm). 図20は、図19の精子サンプリング完了後の各状態(a)〜(d)を示す図である。FIG. 20 is a diagram showing the states (a) to (d) after completion of sperm sampling in FIG. 図21は、ジョイスティックの操作とそれに対するインジェクタの位置変化の一例を示す図である。FIG. 21 is a diagram illustrating an example of the operation of the joystick and the change in the position of the injector relative to the operation. 図22は、ジョイスティックの操作とそれに対するインジェクタの位置変化の一例を示す図である。FIG. 22 is a diagram illustrating an example of the operation of the joystick and a change in the position of the injector relative thereto. 図23は、第5実施形態によるマニピュレータシステムの表示部に表示される画面の一例を示す図である。FIG. 23 is a diagram illustrating an example of a screen displayed on the display unit of the manipulator system according to the fifth embodiment. 図24は、第5実施形態によるマニピュレータシステムの表示部に表示される画面の一例を示す図である。FIG. 24 is a diagram illustrating an example of a screen displayed on the display unit of the manipulator system according to the fifth embodiment. 図25は、第5実施形態によるマニピュレータシステムの表示部に表示される画面の一例を示す図である。FIG. 25 is a diagram illustrating an example of a screen displayed on the display unit of the manipulator system according to the fifth embodiment. 図26は、第5実施形態によるマニピュレータシステムの制御に関するフローチャートである。FIG. 26 is a flowchart regarding control of the manipulator system according to the fifth embodiment.

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily replaced by those skilled in the art or those that are substantially the same.

[第1実施形態]
(マニピュレータシステムの構成)
図1は、第1実施形態によるマニピュレータシステムの構成を概略的に示す図である。マニピュレータシステム10は、顕微鏡観察下で微小な対象物である試料(細胞、卵、精子等)に人工操作を実施するためのシステムである。図1において、マニピュレータシステム10は、顕微鏡ユニット12と、マニピュレータ14と、マニピュレータ16と、を備えており、顕微鏡ユニット12の両側にマニピュレータ14、16が分かれて配置されている。また、マニピュレータシステム10は、顕微鏡ユニット12及び一対のマニピュレータ14、16を制御するコントローラ43を備えている。
[First Embodiment]
(Configuration of manipulator system)
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a manipulator system according to the first embodiment. The manipulator system 10 is a system for performing an artificial operation on a sample (cell, egg, sperm, etc.) that is a minute object under a microscope. In FIG. 1, the manipulator system 10 includes a microscope unit 12, a manipulator 14, and a manipulator 16, and the manipulators 14 and 16 are separately arranged on both sides of the microscope unit 12. The manipulator system 10 includes a controller 43 that controls the microscope unit 12 and the pair of manipulators 14 and 16.

顕微鏡ユニット12は、撮像素子としてのカメラ18、顕微鏡20、試料台を備え、試料台の上にシャーレ22が配置されている。顕微鏡ユニット12は、このシャーレ22の直上に顕微鏡20が配置される構造となっている。すなわち、顕微鏡20は、倒立顕微鏡で構成されている。なお、顕微鏡20とカメラ18とは一体構造となっており、図示は省略したが、シャーレ22に向けて光を照射する光源を備えている。   The microscope unit 12 includes a camera 18 as an image sensor, a microscope 20, and a sample table, and a petri dish 22 is disposed on the sample table. The microscope unit 12 has a structure in which the microscope 20 is disposed immediately above the petri dish 22. That is, the microscope 20 is composed of an inverted microscope. Note that the microscope 20 and the camera 18 have an integrated structure, and although not shown, a microscope is provided with a light source that emits light toward the petri dish 22.

シャーレ22内には例えば試料(図示せず)を含む溶液が収容される。この状態で、シャーレ22内の試料に顕微鏡20から光が照射され、シャーレ22内の試料(例えば、細胞や卵)で反射した光が顕微鏡20に入射すると、細胞や卵に関する光学像は、顕微鏡20で拡大されたあとカメラ18で撮像されるようになっており、カメラ18の撮像による画像を基に試料を観察することができる。   For example, a solution containing a sample (not shown) is accommodated in the petri dish 22. In this state, when the sample in the petri dish 22 is irradiated with light from the microscope 20 and the light reflected by the sample in the petri dish 22 (for example, a cell or an egg) enters the microscope 20, an optical image related to the cell or egg is After being magnified at 20, the image is taken by the camera 18, and the sample can be observed based on the image taken by the camera 18.

(マニピュレータの構成)
図1に示すように、一方側(図示左側)のマニピュレータ14は、X軸‐Y軸‐Z軸の直交3軸構成のマニピュレータとして、ピペット24、X‐Y軸テーブル26、Z軸テーブル28、X‐Y軸テーブル26を駆動する駆動装置30、Z軸テーブル28を駆動する駆動装置32を備えて構成されている。ピペット24の先端には、毛細管チップであるキャピラリ25が取り付けられている。
(Configuration of manipulator)
As shown in FIG. 1, a manipulator 14 on one side (the left side in the drawing) includes a pipette 24, an XY axis table 26, a Z axis table 28, as a manipulator having an X axis-Y axis-Z axis orthogonal configuration. A driving device 30 for driving the XY axis table 26 and a driving device 32 for driving the Z axis table 28 are provided. A capillary 25 that is a capillary tip is attached to the tip of the pipette 24.

ピペット24は、Z軸テーブル28に連結され、Z軸テーブル28は、X‐Y軸テーブル26上に上下動自在に配置され、駆動装置30、32はコントローラ43に接続されている。   The pipette 24 is connected to a Z-axis table 28, the Z-axis table 28 is arranged on the XY axis table 26 so as to be movable up and down, and the drive devices 30 and 32 are connected to a controller 43.

X‐Y軸テーブル26は、駆動装置30の駆動により、X軸またはY軸に沿って移動するように構成され、Z軸テーブル28は、駆動装置32の駆動により、Z軸に沿って(鉛直軸方向に沿って)移動するように構成されている。Z軸テーブル28に連結されたピペット24は、X‐Y軸テーブル26とZ軸テーブル28の移動にしたがって3次元空間を移動領域として移動し、シャーレ22内の試料(細胞など)をキャピラリ25を介する等して保持するように構成されている。すなわち、マニピュレータ16は微小対象物の保持に用いられるホールド用マニピュレータである。   The XY axis table 26 is configured to move along the X axis or the Y axis by driving the driving device 30, and the Z axis table 28 is moved along the Z axis (vertical) by driving the driving device 32. (Along the axial direction). The pipette 24 connected to the Z-axis table 28 moves in a three-dimensional space as a moving area according to the movement of the XY axis table 26 and the Z-axis table 28, and the sample (cells etc.) in the petri dish 22 is moved through the capillary 25. It is comprised so that it may be interposed. That is, the manipulator 16 is a holding manipulator used for holding a minute object.

他方側(図示右側)のマニピュレータ16は、直交3軸構成のマニピュレータとして、ピペット(インジェクションピペット)保持部材34と、X‐Y軸テーブル36と、Z軸テーブル38と、X‐Y軸テーブル36を駆動する駆動装置40と、Z軸テーブル38を駆動する駆動装置42とを備えている。ピペット保持部材34は、Z軸テーブル38に連結され、Z軸テーブル38は、X‐Y軸テーブル36上に上下動自在に配置され、駆動装置40、42は、コントローラ43に接続されている。ピペット保持部材34の先端にはガラス製のキャピラリ35が取り付けられている。   The manipulator 16 on the other side (the right side in the figure) includes a pipette (injection pipette) holding member 34, an XY axis table 36, a Z axis table 38, and an XY axis table 36 as an orthogonal three-axis manipulator. A driving device 40 for driving and a driving device 42 for driving the Z-axis table 38 are provided. The pipette holding member 34 is connected to a Z-axis table 38, the Z-axis table 38 is disposed on the XY axis table 36 so as to be movable up and down, and the driving devices 40 and 42 are connected to the controller 43. A glass capillary 35 is attached to the tip of the pipette holding member 34.

X‐Y軸テーブル36は、駆動装置40の駆動により、X軸またはY軸に沿って移動するように構成され、Z軸テーブル38は、駆動装置42の駆動により、Z軸に沿って(鉛直軸方向に沿って)移動するように構成されている。Z軸テーブル38に連結されたピペット保持部材34は、X‐Y軸テーブル36とZ軸テーブル38の移動にしたがって3次元空間を移動領域として移動し、シャーレ22内の試料にキャピラリ35等を介して人工操作を行うように構成されている。すなわち、マニピュレータ16は、微小対象物の操作(穿孔、インジェクション、サンプリング等)に用いられるインジェクション用マニピュレータである。
このように、マニピュレータ14、16はほぼ同一構成であり、以下、ピペット保持部材34が連結されたマニピュレータ16を例に挙げて説明する。
The XY axis table 36 is configured to move along the X axis or the Y axis by driving the driving device 40, and the Z axis table 38 is moved along the Z axis (vertical) by driving the driving device 42. (Along the axial direction). The pipette holding member 34 connected to the Z-axis table 38 moves as a moving area in the three-dimensional space according to the movement of the XY axis table 36 and the Z-axis table 38, and the sample in the petri dish 22 is passed through the capillary 35 and the like. And is configured to perform an artificial operation. In other words, the manipulator 16 is an injection manipulator that is used for manipulation (perforation, injection, sampling, etc.) of a minute object.
Thus, the manipulators 14 and 16 have substantially the same configuration, and the manipulator 16 to which the pipette holding member 34 is connected will be described below as an example.

X‐Y軸テーブル36は、駆動装置40の駆動(モータ)により、X軸またはY軸に沿って移動するように構成され、Z軸テーブル38は、駆動装置42の駆動(モータ)により、Z軸に沿って(鉛直軸方向に沿って)移動するように構成されている。また、Z軸テーブル38は、シャーレ22内の細胞や卵を挿入対象とするキャピラリ35を保持するためのピペット保持部材34を連結している。   The XY axis table 36 is configured to move along the X axis or the Y axis by the drive (motor) of the drive device 40, and the Z axis table 38 is moved to the Z axis by the drive (motor) of the drive device 42. It is configured to move along the axis (along the vertical axis direction). In addition, the Z-axis table 38 is connected to a pipette holding member 34 for holding a capillary 35 into which cells and eggs in the petri dish 22 are to be inserted.

すなわち、シャーレ22内の細胞などを含む3次元空間を移動領域として、X‐Y軸テーブル36とZ軸テーブル38とは、駆動装置40、42の駆動により移動する。そして、X‐Y軸テーブル36とZ軸テーブル38とは、例えば、ピペット保持部材34の先端側からシャーレ22内の試料に対して、キャピラリ35を挿入するための挿入位置までピペット保持部材34を粗動する。X‐Y軸テーブル36とZ軸テーブル38とは、このような粗動機構(3次元軸移動テーブル)として構成されている。   That is, the XY axis table 36 and the Z axis table 38 are moved by driving the driving devices 40 and 42 using a three-dimensional space including cells in the petri dish 22 as a moving region. The XY axis table 36 and the Z axis table 38, for example, move the pipette holding member 34 from the tip end side of the pipette holding member 34 to the insertion position for inserting the capillary 35 into the sample in the petri dish 22. Coarse. The XY axis table 36 and the Z axis table 38 are configured as such a coarse movement mechanism (three-dimensional axis movement table).

また、Z軸テーブル38とピペット保持部材34との連結部は、ナノポジショナとしての機能を備えている。ナノポジショナは、ピペット保持部材34をその設置している方向(長手方向)へ自在に移動可能に支持するとともに、さらに、ピペット保持部材34をその長手方向(軸線方向)に沿って微動駆動するように構成されている。   Further, the connecting portion between the Z-axis table 38 and the pipette holding member 34 has a function as a nanopositioner. The nanopositioner supports the pipette holding member 34 so as to be freely movable in the installation direction (longitudinal direction), and further finely drives the pipette holding member 34 along the longitudinal direction (axial direction). It is configured.

具体的には、Z軸テーブル38とピペット保持部材34との連結部には、ナノポジショナとして、微動機構44を備えている。次に、図2を参照し、この微動機構44について説明する。   Specifically, a connecting portion between the Z-axis table 38 and the pipette holding member 34 is provided with a fine movement mechanism 44 as a nanopositioner. Next, the fine movement mechanism 44 will be described with reference to FIG.

(微動機構の構成)
図2は、図1のマニピュレータシステムに使用可能な微動機構(圧電アクチュエータ)の断面図である。図2に示すように、微動機構44は、ピペット保持部材34を備える圧電アクチュエータ44aからなる。圧電アクチュエータ44aはその本体を構成するハウジング48を備えており、内周が筒状に形成されたハウジング48内には、外周にねじ加工を施されたピペット保持部材34が挿通されている。ピペット保持部材34は、その先端側(図2の左側、以下同様)にはキャピラリ35が取り付け固定され、その後端側(図2の右側、以下同様)には卵や細胞等へのインジェクション(注入)のための溶液(培養液等)を送る不図示のチューブが接続されている。また、このチューブの他端には、流量調整用のポンプが接続されている。
(Configuration of fine movement mechanism)
FIG. 2 is a cross-sectional view of a fine movement mechanism (piezoelectric actuator) that can be used in the manipulator system of FIG. As shown in FIG. 2, the fine movement mechanism 44 includes a piezoelectric actuator 44 a including a pipette holding member 34. The piezoelectric actuator 44a includes a housing 48 that constitutes a main body of the piezoelectric actuator 44a. A pipette holding member 34 whose outer periphery is threaded is inserted into a housing 48 whose inner periphery is formed in a cylindrical shape. The pipette holding member 34 has a capillary 35 attached and fixed to the tip side (the left side in FIG. 2, the same applies hereinafter), and the rear end side (the right side in FIG. A tube (not shown) for sending a solution (such as a culture solution) is connected. A flow rate adjusting pump is connected to the other end of the tube.

ピペット保持部材34は、転がり軸受80、82を介してハウジング48に支持されている。転がり軸受80、82は、それぞれ内輪80a、82aと、外輪80b、82bと、内輪80a、82aと外輪80b、82bとの間に挿入されたボール80c、82cとを備える。転がり軸受80、82は、各内輪80a、82aが中空部材84を介してピペット保持部材34の外周面に嵌合され、各外輪80b、82bがハウジング48の内周面に嵌合され、ピペット保持部材34を回転自在に支持するようになっている。   The pipette holding member 34 is supported by the housing 48 via rolling bearings 80 and 82. The rolling bearings 80 and 82 include inner rings 80a and 82a, outer rings 80b and 82b, and balls 80c and 82c inserted between the inner rings 80a and 82a and the outer rings 80b and 82b, respectively. In the rolling bearings 80 and 82, the inner rings 80 a and 82 a are fitted to the outer peripheral surface of the pipette holding member 34 via the hollow member 84, and the outer rings 80 b and 82 b are fitted to the inner peripheral surface of the housing 48 to hold the pipette. The member 34 is rotatably supported.

内輪80a、82aは、中空部材84を介してピペット保持部材34に嵌合している。これにより、内輪80a、82aにねじ加工を施したピペット保持部材34の外周面と嵌合することができる。また、転がり軸受80、82のピペット保持部材34への取り付けが簡単になる。   The inner rings 80 a and 82 a are fitted to the pipette holding member 34 via the hollow member 84. Thereby, it is possible to fit the outer peripheral surface of the pipette holding member 34 in which the inner rings 80a and 82a are threaded. Further, the attachment of the rolling bearings 80 and 82 to the pipette holding member 34 is simplified.

また、中空部材84は、その軸方向略中央部に径方向外方に突出する内輪間座としてのフランジ部84aが設けられ、該フランジ部84aの軸方向両側に転がり軸受80、82の内輪80a、82aが配置される。このとき、中空部材84とフランジ部84aとは一体となっている。その後、内輪80aの先端側、及び内輪82aの後端側からロックナット86、86をピペット保持部材34に螺合し、転がり軸受80、82の軸方向位置を固定する。なお、中空部材84の軸方向寸法は、転がり軸受80、82の内輪80a、82aの軸方向寸法と、中空部材84のフランジ部84aの軸方向寸法との合計より小さい。このため、内輪80aの軸方向先端側及び内輪82aの軸方向後端側は中空部材84よりも軸方向に突出する。この結果、内輪80a、82aが直接ロックナット86、86により軸方向に固定されるので、内輪80a、82aの軸方向移動を規制できる。   Further, the hollow member 84 is provided with a flange portion 84a as an inner ring spacer projecting radially outward at a substantially central portion in the axial direction, and the inner rings 80a of the rolling bearings 80 and 82 are provided on both axial sides of the flange portion 84a. , 82a are arranged. At this time, the hollow member 84 and the flange portion 84a are integrated. Thereafter, lock nuts 86 and 86 are screwed into the pipette holding member 34 from the front end side of the inner ring 80a and the rear end side of the inner ring 82a, and the axial positions of the rolling bearings 80 and 82 are fixed. The axial dimension of the hollow member 84 is smaller than the sum of the axial dimension of the inner rings 80a and 82a of the rolling bearings 80 and 82 and the axial dimension of the flange portion 84a of the hollow member 84. For this reason, the axial front end side of the inner ring 80 a and the axial rear end side of the inner ring 82 a protrude in the axial direction from the hollow member 84. As a result, the inner rings 80a and 82a are directly fixed in the axial direction by the lock nuts 86 and 86, so that the axial movement of the inner rings 80a and 82a can be restricted.

なお、第1実施形態では、中空部材84を設けることで、使用するピペット保持部材34と転がり軸受80、82の内径が同一径でなくともよい。一方で、同一径の場合は、中空部材84を省いた構成であってもよい。また、中空部材84とフランジ部84aとは一体に構成したが、別体にしてもよい。さらに、一体となった中空部材84とフランジ部84aとを内輪間座として取り扱ってもよい。   In the first embodiment, by providing the hollow member 84, the inner diameters of the pipette holding member 34 and the rolling bearings 80 and 82 used may not be the same. On the other hand, in the case of the same diameter, a configuration in which the hollow member 84 is omitted may be used. Moreover, although the hollow member 84 and the flange part 84a were comprised integrally, you may make it a different body. Further, the integrated hollow member 84 and flange portion 84a may be handled as an inner ring spacer.

さらに、転がり軸受80、82と同軸に配置され、ハウジング48の内周面に正の隙間を持って嵌合する円環状のスペーサ90が、外輪82bの軸方向後端側に配置される。スペーサ90の軸方向後端側には、円環状の圧電素子92がスペーサ90と略同軸に配置され、さらにその軸方向後端側にはハウジング48の蓋88が配置される。蓋88は、圧電素子92を軸方向に固定するためのもので、ピペット保持部材34が挿通する孔部を有する。この蓋88は、ハウジング48の側面に不図示のボルトにより締結されている。なお、蓋88は、ハウジング48軸方向後端側の内周面及び蓋88の外周面にねじ加工を施して、両者を螺合することにより固定しても良いが、圧電素子92にねじりモーメントが生じる可能性がある。このため、蓋88はボルト等により締結固定されることが好ましい。   Furthermore, an annular spacer 90 that is arranged coaxially with the rolling bearings 80 and 82 and fits with the inner peripheral surface of the housing 48 with a positive gap is arranged on the rear end side in the axial direction of the outer ring 82b. An annular piezoelectric element 92 is disposed substantially coaxially with the spacer 90 on the rear end side in the axial direction of the spacer 90, and a lid 88 of the housing 48 is disposed on the rear end side in the axial direction. The lid 88 is for fixing the piezoelectric element 92 in the axial direction, and has a hole through which the pipette holding member 34 is inserted. The lid 88 is fastened to the side surface of the housing 48 with a bolt (not shown). The lid 88 may be fixed by screwing the inner peripheral surface on the rear end side in the axial direction of the housing 48 and the outer peripheral surface of the lid 88 and screwing them together. May occur. For this reason, it is preferable that the lid 88 is fastened and fixed by a bolt or the like.

転がり軸受80、82、圧電素子92は、スペーサ90の長さを調節し、蓋88をしめることにより、予圧が付与される。具体的には、スペーサ90の長さを調整し、蓋88を閉めると、その位置に応じた締結力が転がり軸受82の外輪82bと転がり軸受80の外輪80bに、軸方向に沿った押圧力として予圧が付与されるとともに、同時に圧電素子92にも予圧が付与される。これにより、転がり軸受80、82及び圧電素子92に所定の予圧が付与され、転がり軸受80、82の外輪80b、82b間に軸方向間の距離としての間隙94が形成される。   The rolling bearings 80 and 82 and the piezoelectric element 92 are preloaded by adjusting the length of the spacer 90 and tightening the lid 88. Specifically, when the length of the spacer 90 is adjusted and the lid 88 is closed, the fastening force corresponding to the position is applied to the outer ring 82b of the rolling bearing 82 and the outer ring 80b of the rolling bearing 80 along the axial direction. As well as a preload is applied to the piezoelectric element 92 at the same time. Thus, a predetermined preload is applied to the rolling bearings 80 and 82 and the piezoelectric element 92, and a gap 94 is formed as a distance between the axial directions between the outer rings 80b and 82b of the rolling bearings 80 and 82.

このように、高剛性のばね要素である転がり軸受80、82で予圧を負荷できるため、圧電素子92への予圧調整を容易に行うことができるとともに、高い応答性を達成できる。   Thus, since the preload can be applied by the rolling bearings 80 and 82 which are highly rigid spring elements, it is possible to easily adjust the preload to the piezoelectric element 92 and to achieve high responsiveness.

また、圧電素子92はスペーサ90を介して転がり軸受82と接しているので、外輪82bと同じ径の圧電素子や、所定の予圧を付与可能な寸法の圧電素子といった、特別な形状の圧電素子を用いる必要がない。すなわち、図2の例では円環状とした圧電素子92を、棒状または角柱状としてスペーサ90の周方向に略等配となるように並べても良く、ピペット保持部材34を挿通する孔部を有した角筒としても良い。また、スペーサ90の形状を高精度とすれば、ハウジング48の内周面は転がり軸受80、82と嵌合する程度の精度で形成されているので、圧電素子92の個体差がある場合にも、転がり軸受82を均等に押圧することが可能となる。なお、以下で「圧電素子が(略)同軸である」とは、単に円環状の圧電素子がある軸と中心軸を共有する場合のみを示すのではなく、圧電素子がある軸を中心とした円周上に等配に並んでいる場合や、ある軸が角筒の圧電素子の中心を通る場合を含む。   Further, since the piezoelectric element 92 is in contact with the rolling bearing 82 via the spacer 90, a piezoelectric element having a special shape such as a piezoelectric element having the same diameter as the outer ring 82b or a piezoelectric element having a dimension capable of applying a predetermined preload is used. There is no need to use it. That is, in the example of FIG. 2, the annular piezoelectric elements 92 may be arranged in a rod shape or prismatic shape so as to be substantially even in the circumferential direction of the spacer 90, and have a hole portion through which the pipette holding member 34 is inserted. A square tube may be used. Further, if the shape of the spacer 90 is made highly accurate, the inner peripheral surface of the housing 48 is formed with an accuracy that can be fitted to the rolling bearings 80 and 82. The rolling bearing 82 can be pressed evenly. In the following, “the piezoelectric element is (substantially) coaxial” does not only indicate that the center axis is shared with an axis having an annular piezoelectric element, but is centered on an axis with a piezoelectric element. This includes the case where they are arranged equally on the circumference and the case where a certain axis passes through the center of a piezoelectric element of a rectangular tube.

圧電素子92は、リード線(図示せず)を介して制御回路としてのコントローラ43に接続されており、コントローラ43からの電圧に応じてピペット保持部材34の長手方向(軸方向)に沿って伸縮する圧電アクチュエータの一要素として構成されている。すなわち、圧電素子92は、コントローラ43からの印加電圧に応答して、ピペット保持部材34の軸方向に沿って伸縮し、ピペット保持部材34をその軸方向に沿って微動させるようになっている。ピペット保持部材34が軸方向に沿って微動すると、この微動がキャピラリ35に伝達され、キャピラリ35の位置が微調整されることになる。   The piezoelectric element 92 is connected to a controller 43 as a control circuit via a lead wire (not shown), and expands and contracts along the longitudinal direction (axial direction) of the pipette holding member 34 according to the voltage from the controller 43. It is constituted as one element of the piezoelectric actuator. That is, the piezoelectric element 92 expands and contracts along the axial direction of the pipette holding member 34 in response to the applied voltage from the controller 43, and finely moves the pipette holding member 34 along the axial direction. When the pipette holding member 34 finely moves along the axial direction, this fine movement is transmitted to the capillary 35, and the position of the capillary 35 is finely adjusted.

圧電素子92に印加する電圧の電圧波形としては、正弦波、矩形波、三角波などを用いることができる。また圧電素子92に電圧を印加する方法としては、操作者がコントローラ43に接続されたボタン(例えば後述するジョイスティック47(図5)のボタン43B)等を押している間、信号波形を連続して出力して駆動してもよいし、バースト波形を使用してもよい。   As the voltage waveform of the voltage applied to the piezoelectric element 92, a sine wave, a rectangular wave, a triangular wave, or the like can be used. In addition, as a method of applying a voltage to the piezoelectric element 92, a signal waveform is continuously output while an operator presses a button (for example, a button 43B of a joystick 47 (FIG. 5) described later) connected to the controller 43. May be driven, or a burst waveform may be used.

第1実施形態においては、転がり軸受80、82のうち転がり軸受80の内輪80aと外輪80bの変位量であって、圧電素子92の伸縮量(変位量)の半分がキャピラリ35の変位量に設定されているため、圧電素子92には微動変位量の2倍の変位を与えるための制御電圧と初期設定電圧とを加算した微動用電圧を印加することになる。   In the first embodiment, of the rolling bearings 80 and 82, the displacement amount of the inner ring 80 a and the outer ring 80 b of the rolling bearing 80, and half of the expansion / contraction amount (displacement amount) of the piezoelectric element 92 is set as the displacement amount of the capillary 35. Therefore, a fine movement voltage obtained by adding a control voltage for giving a displacement twice the fine movement displacement amount and an initial setting voltage is applied to the piezoelectric element 92.

例えば、圧電素子92に2xの伸びが生じたときには、この伸びによる押圧力は微動制御を行う前の予圧荷重に加えて転がり軸受82の外輪82bを押圧し、転がり軸受80の外輪80bを軸方向に移動させ、転がり軸受80、82の各外輪80b、82b間の間隙94が2x分更に狭くなって圧電素子92の軸方向の伸びを吸収する。   For example, when 2 × elongation occurs in the piezoelectric element 92, the pressing force due to the elongation presses the outer ring 82b of the rolling bearing 82 in addition to the preload before performing fine movement control, and the outer ring 80b of the rolling bearing 80 is axially moved. The gap 94 between the outer rings 80b, 82b of the rolling bearings 80, 82 is further narrowed by 2x to absorb the extension of the piezoelectric element 92 in the axial direction.

この間隙94の変位は、弾性変形に伴って転がり軸受80、82がそれぞれ軸方向にxずつ変位し、転がり軸受80の外輪80bが軸方向に合わせて2x変位することにより生じる。   The displacement of the gap 94 is caused by the displacement of the rolling bearings 80 and 82 by x in the axial direction along with the elastic deformation, and the displacement of the outer ring 80b of the rolling bearing 80 by 2x in accordance with the axial direction.

逆に、圧電素子92が2x縮むと、押圧力が減少し、転がり軸受80、82の弾性変形がそれぞれxずつ減少し、間隙94が広がる方向に、転がり軸受80の外輪80bが軸方向に合わせて2x変位することになり、圧電素子92の縮む分を吸収する。   Conversely, when the piezoelectric element 92 contracts by 2x, the pressing force decreases, the elastic deformation of the rolling bearings 80 and 82 decreases by x, and the outer ring 80b of the rolling bearing 80 is aligned with the axial direction so that the gap 94 is widened. Therefore, the displacement of the piezoelectric element 92 is absorbed.

このように、間隙94の変位xを転がり軸受80、82がxずつ分けて吸収するので、転がり軸受80、82を互いに押圧する力がバランスしたときに、転がり軸受80、82の内輪80a、80bがピペット保持部材34と共に軸方向にx変位する。例えば、卵に穿孔して精子を注入するインジェクション動作時には、圧電素子92の伸縮量2xの半分がキャピラリ35の微動変位量となってキャピラリ35が挿入位置に位置決めされる。キャピラリ35が挿入位置に位置決めされたあと、圧電素子92にインジェクション用電圧を印加すると、キャピラリ35がインジェクション動作を行うことになる。   In this way, since the rolling bearings 80 and 82 absorb the displacement x of the gap 94 separately for each x, the inner rings 80a and 80b of the rolling bearings 80 and 82 are balanced when the forces pressing the rolling bearings 80 and 82 are balanced. Is displaced together with the pipette holding member 34 in the axial direction. For example, at the time of an injection operation in which an egg is perforated and injected with sperm, half of the expansion / contraction amount 2x of the piezoelectric element 92 becomes a fine displacement amount of the capillary 35, and the capillary 35 is positioned at the insertion position. After the capillary 35 is positioned at the insertion position, when an injection voltage is applied to the piezoelectric element 92, the capillary 35 performs an injection operation.

上述の構成によれば、キャピラリ35と圧電素子92とが同軸上に配置されるので、圧電素子92の駆動時に、余分な振動、即ちピペット保持部材34の軸方向以外の方向に生じる振動を軽減することができる。また、図2の圧電アクチュエータ44aは、マニピュレータ16及びピペット保持部材34に直接固定されるため、マニピュレータ16、ピペット保持部材34への固定のための部品が不要となる。このため、部品数低減による組立性の向上とコスト低減を実現できる。さらに、圧電アクチュエータ44aとピペット保持部材を直接固定するため、圧電素子92とキャピラリ35との距離を短くすることが可能となる。この結果、インジェクション動作時には、より正確な穿孔動作が可能となり、圧電素子92による穿孔作用の向上を実現できる。   According to the above-described configuration, since the capillary 35 and the piezoelectric element 92 are coaxially arranged, excessive vibration, that is, vibration generated in a direction other than the axial direction of the pipette holding member 34 is reduced when the piezoelectric element 92 is driven. can do. Further, since the piezoelectric actuator 44a of FIG. 2 is directly fixed to the manipulator 16 and the pipette holding member 34, parts for fixing to the manipulator 16 and the pipette holding member 34 are unnecessary. For this reason, it is possible to improve the assemblability and reduce the cost by reducing the number of parts. Furthermore, since the piezoelectric actuator 44a and the pipette holding member are directly fixed, the distance between the piezoelectric element 92 and the capillary 35 can be shortened. As a result, during the injection operation, a more accurate drilling operation can be performed, and the punching action by the piezoelectric element 92 can be improved.

なお、上述の微動機構44は、細胞操作用のマニピュレータ16に設けられるとしているが、もちろん細胞保持用のマニピュレータ14にも設けても良く、省略することも可能である。   The fine movement mechanism 44 described above is provided in the manipulator 16 for cell manipulation, but may be provided in the manipulator 14 for cell holding, or may be omitted.

(マニピュレータシステムの制御)
次に、上記のマニピュレータシステム10のコントローラ43による制御について図3〜図5を参照して説明する。図3は、図1のコントローラによる制御系要部を示すブロック図である。図4は、図3の表示部に表示される画面例を示す図である。図5は、図1、図3に示すジョイスティックの具体例を示す斜視図である。
(Manipulator system control)
Next, control by the controller 43 of the manipulator system 10 will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a block diagram showing a main part of the control system by the controller of FIG. FIG. 4 is a diagram showing an example of a screen displayed on the display unit of FIG. FIG. 5 is a perspective view showing a specific example of the joystick shown in FIGS. 1 and 3.

図1、図3のコントローラ43は、演算手段としてのCPU(中央演算処理装置)及び記憶手段としてのハードディスク、RAM、ROMなどのハードウエア資源を備え、所定のプログラムに基づいて各種の演算を行い、演算結果に従って各種の制御を行うように駆動指令を出力する。すなわち、コントローラ43は、マニピュレータ14の駆動装置30、32、マニピュレータ16の駆動装置40、42、微動機構44の圧電素子92等を制御し、必要に応じて設けられたドライバやアンプ等を介してそれぞれに駆動指令を出力する。例えば、圧電素子92は、コントローラ43により制御される信号発生器95から信号を発生させアンプ96で増幅された電圧信号により駆動される。   The controller 43 in FIGS. 1 and 3 includes a CPU (Central Processing Unit) as a calculation means and hardware resources such as a hard disk, a RAM, and a ROM as storage means, and performs various calculations based on a predetermined program. The drive command is output so as to perform various controls according to the calculation result. That is, the controller 43 controls the driving devices 30 and 32 of the manipulator 14, the driving devices 40 and 42 of the manipulator 16, the piezoelectric element 92 of the fine movement mechanism 44, and the like via a driver or an amplifier provided as necessary. A drive command is output to each. For example, the piezoelectric element 92 is driven by a voltage signal generated from a signal generator 95 controlled by the controller 43 and amplified by an amplifier 96.

また、コントローラ43には、情報入力手段としてキーボードの他にジョイスティック47、マウス43A、ボタン43B(図1)が接続されており、さらに、CRTや液晶パネルからなる表示部45が接続され、表示部45にはカメラ18で取得した顕微鏡画像や各種制御用画面等が表示されるようになっている。   The controller 43 is connected with a joystick 47, a mouse 43A, and a button 43B (FIG. 1) in addition to a keyboard as information input means, and is further connected with a display unit 45 comprising a CRT or a liquid crystal panel. In 45, a microscope image acquired by the camera 18, various control screens, and the like are displayed.

また、コントローラ43は、マニピュレータ14、16を所定のシーケンスで自動的に駆動するようになっている。かかるシーケンス駆動は、所定のプログラムによるCPUの演算結果に基づいてコントローラ43が順次、それぞれに駆動指令を出力することで行われる。   The controller 43 automatically drives the manipulators 14 and 16 in a predetermined sequence. Such sequence driving is performed by the controller 43 sequentially outputting a drive command to each based on the calculation result of the CPU by a predetermined program.

図1のマニピュレータシステム10の操作のため、図1、図3、図5のように、コントローラ43に接続されたジョイスティック47を主に用いることができ、マニピュレータ14、16に対し1つずつ用意する。ジョイスティック47は、図5のように、複数のボタン47a〜47gとハンドル47hとを有する。ハンドル47hは、右方向R、左方向Lに傾斜させる(倒す)ことで図1の駆動装置30、40を駆動しマニピュレータ14、16をX軸方向、Y軸方向に駆動でき、回転させる(ひねる)ことで駆動装置32、42を駆動しZ軸方向に駆動できる。また、各ボタン47a〜47gに各機能の操作を割り当てることができ、例えば、ボタン47に図2の圧電アクチュエータ44a(微動機構44)の圧電素子92の操作を割り当てる。   For the operation of the manipulator system 10 in FIG. 1, a joystick 47 connected to the controller 43 can be mainly used as shown in FIGS. 1, 3, and 5, and one manipulator 14 and 16 is prepared. . The joystick 47 has a plurality of buttons 47a to 47g and a handle 47h as shown in FIG. The handle 47h is tilted (tilted) in the right direction R and the left direction L to drive the drive devices 30 and 40 in FIG. 1, and the manipulators 14 and 16 can be driven in the X axis direction and the Y axis direction to rotate (twist). Thus, the driving devices 32 and 42 can be driven to drive in the Z-axis direction. Further, the operation of each function can be assigned to each of the buttons 47a to 47g. For example, the operation of the piezoelectric element 92 of the piezoelectric actuator 44a (fine movement mechanism 44) in FIG.

上記構成において、インジェクション用マニピュレータ16を駆動するに際しては、ジョイスティック47のハンドル47hを操作して、X‐Y軸テーブル36とZ軸テーブル38を粗動駆動し、ピペット保持部材34をシャーレ22内の細胞に近づけて位置決めした後、微動機構44を用いてピペット保持部材34を微動駆動することができる。   In the above configuration, when the injection manipulator 16 is driven, the handle 47h of the joystick 47 is operated to drive the XY axis table 36 and the Z axis table 38 coarsely, and the pipette holding member 34 is moved into the petri dish 22. After positioning near the cell, the pipette holding member 34 can be finely driven using the fine movement mechanism 44.

具体的には、ピペット保持部材34にガラス製のキャピラリ35を装着するに際しては、顕微鏡作業箇所に配置されたシャーレ22からピペット保持部材34を退避させる状態になるように、マニピュレータ14、16を駆動する。これにより、ピペット保持部材34にキャピラリ35を装着する際、十分な作業スペースが得られる。   Specifically, when the glass capillary 35 is attached to the pipette holding member 34, the manipulators 14 and 16 are driven so that the pipette holding member 34 is retracted from the petri dish 22 disposed at the microscope work site. To do. Thereby, when the capillary 35 is attached to the pipette holding member 34, a sufficient working space is obtained.

キャピラリ35をピペット保持部材34に装着した後は、ジョイスティック47の操作等に基づくコントローラ43からの指令により、マニピュレータ14を駆動し、キャピラリ35が装着されたピペット保持部材34を顕微鏡作業箇所であるシャーレ22に向けて移動させる。   After the capillary 35 is attached to the pipette holding member 34, the manipulator 14 is driven by a command from the controller 43 based on the operation of the joystick 47 and the like, and the pipette holding member 34 to which the capillary 35 is attached is moved to the petri dish that is a microscope work location. Move toward 22.

キャピラリ35を顕微鏡作業箇所に移動させる際、1回目(初めての)の操作の場合、図4の切り替えボタン45cを操作し、画像表示部45aに表示される画像の顕微鏡視野倍率を低倍にし、マニピュレータ16の駆動装置40、42や微動機構44を駆動することで、顕微鏡20の視野内にキャピラリ35が確認でき次第、駆動装置40、42や微動機構44の駆動を停止する。   When the capillary 35 is moved to the microscope work location, in the first (first) operation, the switching button 45c in FIG. 4 is operated to reduce the microscope field magnification of the image displayed on the image display unit 45a. By driving the driving devices 40 and 42 and the fine movement mechanism 44 of the manipulator 16, the driving of the driving devices 40 and 42 and the fine movement mechanism 44 is stopped as soon as the capillary 35 can be confirmed in the field of view of the microscope 20.

このあと、コントローラ43の画像処理を利用し、駆動装置40、42や微動機構44を駆動することで、顕微鏡20の視野内において、キャピラリ35を最適位置へ移動し、駆動装置40、42や微動機構44の駆動を停止する。このとき、1回目の操作の際に駆動した各テーブル36、38や微動機構44による移動量をコントローラ43に記憶させる。なお、上記キャピラリの最適位置への移動は、駆動装置40、42によるXYZの駆動系(X‐Y軸テーブル36、Z軸テーブル38)及び微動機構44の両方または一方を適宜用いる。   Thereafter, by using the image processing of the controller 43 and driving the driving devices 40 and 42 and the fine movement mechanism 44, the capillary 35 is moved to the optimum position within the field of view of the microscope 20, and the driving devices 40 and 42 and the fine movement mechanism 44 are moved. The drive of the mechanism 44 is stopped. At this time, the movement amount by the tables 36 and 38 and the fine movement mechanism 44 driven in the first operation is stored in the controller 43. In order to move the capillary to the optimum position, either or both of the XYZ driving system (XY axis table 36, Z axis table 38) and fine movement mechanism 44 by the driving devices 40 and 42 are used as appropriate.

次に、マニピュレータ16を操作し、シャーレ22の交換あるいはキャピラリ35の交換が必要になった場合、駆動装置40、42や微動機構44を駆動し、顕微鏡作業箇所からキャピラリ35を退避させるための操作を行う。このときジョイスティック47の操作により、キャピラリ35をセッティングした位置まで駆動する。なお、ボタン43Bを用いて任意の位置まで退避するようにしてもよい。   Next, when the manipulator 16 is operated and the petri dish 22 or the capillary 35 needs to be replaced, the driving devices 40 and 42 and the fine movement mechanism 44 are driven to retract the capillary 35 from the microscope work site. I do. At this time, the capillary 35 is driven to the set position by operating the joystick 47. In addition, you may make it retract to arbitrary positions using the button 43B.

一方、再度、顕微鏡作業箇所へキャピラリ35を移動する場合、1回目にセッティングした際の位置をコントローラ43が記憶しているため、マニピュレータ16で、容易にキャピラリ35の位置を調整することが可能になる。   On the other hand, when the capillary 35 is moved again to the microscope work place, the controller 43 stores the position when it is set for the first time, so that the position of the capillary 35 can be easily adjusted by the manipulator 16. Become.

キャピラリ35として、その形状が均一なものを使用する場合は、第1実施形態に係るマニピュレータ16を用いることで、従来のものよりも効率を向上させることができる。また、キャピラリ35の形状にばらつきがある場合でもピペット保持部材34を圧電アクチュエータ44aの駆動によって直線往復運動させることができるため、キャピラリ35の位置を微細に調整することができる。   When the capillary 35 having a uniform shape is used, the efficiency can be improved as compared with the conventional one by using the manipulator 16 according to the first embodiment. Even when the shape of the capillary 35 varies, the pipette holding member 34 can be linearly reciprocated by driving the piezoelectric actuator 44a, so that the position of the capillary 35 can be finely adjusted.

また、キャピラリ35が細胞の挿入位置に位置決めされたときには、ジョイスティック47を操作して圧電素子92にインジェクション用の電圧を印加し、微動機構44を微動駆動することで、ピペット保持部材34によるインジェクション動作を行うことができる。この際、高剛性のばね要素である転がり軸受80、82で圧電素子92に予圧を負荷しているため、高い応答性を達成できる。   Further, when the capillary 35 is positioned at the cell insertion position, the injection operation by the pipette holding member 34 is performed by operating the joystick 47 to apply the injection voltage to the piezoelectric element 92 and finely driving the fine movement mechanism 44. It can be performed. At this time, since the preload is applied to the piezoelectric element 92 by the rolling bearings 80 and 82 which are highly rigid spring elements, high responsiveness can be achieved.

なお、上述のインジェクション用のキャピラリ35をインジェクション操作前に最適位置へ移動させてセッティングする際の動作について図6、図7に図示した。図6は、図1のインジェクション用のキャピラリの操作中におけるシャーレの底面に対する相対位置(a)〜(d)を概略的に示す図である。図7は、図6(c)のようにキャピラリがシャーレの底面に接触したときの圧電素子の電圧値の変化を示す図である。   FIGS. 6 and 7 show the operation when the capillary 35 for injection is moved and set to the optimum position before the injection operation. FIG. 6 is a diagram schematically showing relative positions (a) to (d) with respect to the bottom surface of the petri dish during operation of the injection capillary of FIG. FIG. 7 is a diagram showing a change in the voltage value of the piezoelectric element when the capillary is in contact with the bottom surface of the petri dish as shown in FIG.

[第2実施形態]
次に、図9及び図10を参照して、第2実施形態に係るマニピュレータシステム120について説明する。なお、第2実施形態では、第1実施形態と重複する記載を避けるべく、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。第2実施形態は、その微動機構144(圧電アクチュエータ144a)が、第1実施形態の微動機構44(圧電アクチュエータ44a)と一部異なる構成となっている。図9は、第2実施形態によるマニピュレータシステムに使用可能な微動機構(圧電アクチュエータ)の断面図である。
[Second Embodiment]
Next, a manipulator system 120 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 10. In the second embodiment, only parts different from the first embodiment will be described in order to avoid the description overlapping with the first embodiment. In the second embodiment, the fine movement mechanism 144 (piezoelectric actuator 144a) is partially different from the fine movement mechanism 44 (piezoelectric actuator 44a) of the first embodiment. FIG. 9 is a cross-sectional view of a fine movement mechanism (piezoelectric actuator) that can be used in the manipulator system according to the second embodiment.

第2実施形態の微動機構144では、ピペット保持部材134の外周に中空部材135を設け、中空部材135を圧電アクチュエータ144aと一体にしたので、ピペット保持部材134と圧電アクチュエータ144aとを別体に分離して扱うことが可能である。図9において、図2と同等の部分は同一符号を付し、その詳細説明は省略する。   In the fine movement mechanism 144 of the second embodiment, since the hollow member 135 is provided on the outer periphery of the pipette holding member 134 and the hollow member 135 is integrated with the piezoelectric actuator 144a, the pipette holding member 134 and the piezoelectric actuator 144a are separated separately. Can be handled. 9, parts equivalent to those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

ピペット保持部材134は、その先端側(図9の左側、以下同様)にキャピラリ35が取り付け固定される。また、その後端側(図9の右側、以下同様)には卵や細胞等へのインジェクションのための溶液を送る不図示のチューブが接続されるためのノズルが、螺合等により固定されている。このチューブの他端には、流量調整用のポンプが接続されている。次に、ピペット保持部材134に取り付けられる圧電アクチュエータ144aについて説明する。   The pipette holding member 134 has the capillary 35 attached and fixed to the tip side (the left side in FIG. 9, the same applies hereinafter). In addition, a nozzle for connecting a tube (not shown) for sending a solution for injection into an egg, a cell, or the like is fixed to the rear end side (the right side of FIG. 9, the same applies hereinafter) by screwing or the like. . A flow rate adjusting pump is connected to the other end of the tube. Next, the piezoelectric actuator 144a attached to the pipette holding member 134 will be described.

圧電アクチュエータ144aの中心軸を為す中空部材135の外周面には、転がり軸受80、82が嵌合される。この転がり軸受80の内輪80aは、中空部材135の外周面に形成された突き当り面135bに当接することにより位置決めされている。転がり軸受80、82の内輪80a、82aの間には、内輪間座184が備えられる。内輪間座184は中空部材135の外周面に嵌合している。転がり軸受80、82(内輪80a、82a)は、内輪82aの後端側から中空部材135にロックナット86を螺合することにより、軸方向に固定される。   Rolling bearings 80 and 82 are fitted to the outer peripheral surface of the hollow member 135 that forms the central axis of the piezoelectric actuator 144a. The inner ring 80 a of the rolling bearing 80 is positioned by contacting an abutting surface 135 b formed on the outer peripheral surface of the hollow member 135. An inner ring spacer 184 is provided between the inner rings 80 a and 82 a of the rolling bearings 80 and 82. The inner ring spacer 184 is fitted to the outer peripheral surface of the hollow member 135. The rolling bearings 80 and 82 (inner rings 80a and 82a) are fixed in the axial direction by screwing a lock nut 86 into the hollow member 135 from the rear end side of the inner ring 82a.

圧電アクチュエータ144aのその他の部分は、図2と同様である。すなわち、転がり軸受80、82には、図2と同様に、その外輪80b、82bの外周面にハウジング48が嵌合される。外輪82bの軸方向後端側にスペーサ90、圧電素子92の順にハウジング48の内周面に配置され、蓋88を締めることによりこれらが固定される。このようにして、中空部材135と一体となった圧電アクチュエータ144aが構成される。   Other parts of the piezoelectric actuator 144a are the same as those in FIG. That is, the housing 48 is fitted to the outer peripheral surfaces of the outer rings 80b and 82b of the rolling bearings 80 and 82 as in FIG. A spacer 90 and a piezoelectric element 92 are disposed in this order on the inner peripheral surface of the housing 48 on the rear end side in the axial direction of the outer ring 82b, and these are fixed by tightening the lid 88. In this way, the piezoelectric actuator 144a integrated with the hollow member 135 is configured.

圧電アクチュエータ144aにピペット保持部材134を固定するため、中空部材135を、ピペット保持部材134の外周面に嵌合固定する。ピペット保持部材134の外周面は一部拡径し段差部134aが設けられている。中空部材135はこの段差部134aに対応する段差部135aを内径側に備え、両者を対向させることにより、軸方向に位置決めされる。軸方向に位置決めされた中空部材135は、止めねじ(不図示)によりピペット保持部材134に固定される。より詳細には、中空部材135の軸方向先端部(図9左側)のうち、ハウジング48から軸方向に突出した突出部135cには、径方向に貫通するねじ孔(不図示)が複数設けられている。この複数のねじ孔に複数の止めねじ(不図示)を螺合させ、ピペット保持部材134に接触させる。これにより、ピペット保持部材134は固定される。   In order to fix the pipette holding member 134 to the piezoelectric actuator 144 a, the hollow member 135 is fitted and fixed to the outer peripheral surface of the pipette holding member 134. A part of the outer peripheral surface of the pipette holding member 134 is enlarged to be provided with a stepped portion 134a. The hollow member 135 is provided with a stepped portion 135a corresponding to the stepped portion 134a on the inner diameter side, and is positioned in the axial direction by making both face each other. The hollow member 135 positioned in the axial direction is fixed to the pipette holding member 134 by a set screw (not shown). More specifically, a plurality of screw holes (not shown) penetrating in the radial direction are provided in a protruding portion 135c protruding in the axial direction from the housing 48 in the axial front end portion (left side in FIG. 9) of the hollow member 135. ing. A plurality of set screws (not shown) are screwed into the plurality of screw holes and brought into contact with the pipette holding member 134. Thereby, the pipette holding member 134 is fixed.

微動機構144をこのような構成にすることにより、ピペット保持部材134と圧電アクチュエータ144aとを別体にすることが可能となる。この結果、微動機構144のメンテナンス性を向上することができる。また、中空部材135を止めねじで固定したので、中空部材135とピペット保持部材134との同軸度や相対位置を微調整することが可能となる。このような止めねじを中空部材135の突出部135cに設けたので、止めねじの取付、取外しが容易となるため、微動機構144のメンテナンス性を更に向上することができる。   By configuring the fine movement mechanism 144 as described above, the pipette holding member 134 and the piezoelectric actuator 144a can be separated. As a result, the maintainability of the fine movement mechanism 144 can be improved. Further, since the hollow member 135 is fixed with a set screw, the coaxiality and relative position between the hollow member 135 and the pipette holding member 134 can be finely adjusted. Since such a set screw is provided on the projecting portion 135c of the hollow member 135, it is easy to attach and remove the set screw, so that the maintainability of the fine movement mechanism 144 can be further improved.

また、図2の微動機構44の場合、ピペット保持部材34の先端から後端まで、広範囲のねじ加工を施す必要があるため、ピペット保持部材34が変形する可能性がある。これに対し、図3の微動機構144では、ピペット保持部材134にねじ加工をする必要はない。このため、ピペット保持部材134と中空部材135の加工による変形を抑制することが可能となる。   In the case of the fine movement mechanism 44 shown in FIG. 2, since it is necessary to perform a wide range of screw processing from the front end to the rear end of the pipette holding member 34, the pipette holding member 34 may be deformed. On the other hand, in the fine movement mechanism 144 of FIG. 3, it is not necessary to thread the pipette holding member 134. For this reason, deformation due to processing of the pipette holding member 134 and the hollow member 135 can be suppressed.

なお、上述の例では、中空部材135とピペット保持部材134とを止めねじにより固定するとしたが、これに限定されず、接着固定、圧入固定、螺合固定を用いても良い。また、上述の例では、段差部134a、135aにより軸方向の位置決めをするとしたが、これに限定されず、段差部134a、135aを設けずに、止めねじのみで軸方向位置を決めても良く、マーカーにより、大体の位置を示す構成としても良い。さらに、上述の例では、圧電アクチュエータ144aを組み立てた後、圧電アクチュエータ144aの一部をなす中空部材135とピペット保持部材134とを嵌合固定することとしたが、これに限定されない。すなわち、ピペット保持部材134に中空部材135を嵌合固定した後に、圧電アクチュエータ144aの他の構成要素を組み付けても良く、上述の効果は組立て手順によらない。しかしながら、組立て性を考慮した場合には、圧電アクチュエータ144aを組み立てた後、中空部材135とピペット保持部材134とを固定することが好ましい。   In the above example, the hollow member 135 and the pipette holding member 134 are fixed by a set screw. However, the present invention is not limited to this, and adhesive fixing, press-fit fixing, and screwing fixing may be used. In the above example, the axial positioning is performed by the step portions 134a and 135a. However, the present invention is not limited to this, and the axial position may be determined only by the set screw without providing the step portions 134a and 135a. A configuration may be adopted in which the approximate position is indicated by a marker. Furthermore, in the above-described example, after the piezoelectric actuator 144a is assembled, the hollow member 135 and the pipette holding member 134 that form a part of the piezoelectric actuator 144a are fitted and fixed, but the present invention is not limited to this. That is, after the hollow member 135 is fitted and fixed to the pipette holding member 134, other components of the piezoelectric actuator 144a may be assembled, and the above-described effects are not based on the assembling procedure. However, when assembling property is considered, it is preferable to fix the hollow member 135 and the pipette holding member 134 after assembling the piezoelectric actuator 144a.

その他の構成及び作用効果は、図2の微動機構44と同様である。
次に、図10を参照し、図2及び図9に示す第1実施形態及び第2実施形態の微動機構44,144の先端にキャピラリ35を固定する方法について説明する。図10は、キャピラリの固定方法を示す断面図である。
Other configurations and operational effects are the same as those of the fine movement mechanism 44 of FIG.
Next, a method for fixing the capillary 35 to the tip of the fine movement mechanisms 44 and 144 of the first and second embodiments shown in FIGS. 2 and 9 will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a cross-sectional view showing a capillary fixing method.

図10に示す通り、ピペット保持部材34(134、以下同じ)の先端に、キャピラリ35を挿入するための拡径部34aが形成される。拡径部34aの内径は、キャピラリ35の外径よりも大きく設定されている。ピペット保持部材34の先端部の外周には、断面矢印状かつ内径側が円筒型に中空となっている保持部材136が嵌合している。キャピラリ35の後端側は、保持部材136とピペット保持部材34の拡径部34aに内包される。   As shown in FIG. 10, an enlarged diameter portion 34a for inserting the capillary 35 is formed at the tip of the pipette holding member 34 (134, hereinafter the same). The inner diameter of the enlarged diameter portion 34 a is set larger than the outer diameter of the capillary 35. On the outer periphery of the tip of the pipette holding member 34, a holding member 136 having an arrow-shaped cross section and a hollow inside on the inner diameter side is fitted. The rear end side of the capillary 35 is enclosed in the enlarged member 34 a of the holding member 136 and the pipette holding member 34.

保持部材136の内周面は、先端側の小径部136aと後端側の大径部136bとからなる。小径部136aはキャピラリ35の外径よりも僅かに大きい内径を有する。この小径部136aは、キャピラリ35を固定する際、径方向において、キャピラリ35を固定する大まかな位置にキャピラリ35を案内する。大径部136bはピペット保持部材34の外周面より僅かに大きい内径を有する。大径部136bの内周面は、二組の支持部材130を介して、キャピラリ35を支持している。この支持部材130は、二つのOリング138と、これを挟む二つのワッシャ137で構成される。この支持部材130を、キャピラリ35の外周面(大径部136bの内周面)上の軸方向に離れた二箇所に配置し、その間にスペーサ141を配置している。保持部材136の外周面のうち先端側は、後端側から先端側へ徐々に縮径するテーパ形状となっている。これにより、例えば、圧電アクチュエータ44a(144a)作動時、シャーレ22にと保持部材136とが接触し難くなる。また、保持部材136の外周面のうち後端側には雄ねじ加工がされている。   The inner peripheral surface of the holding member 136 includes a small diameter portion 136a on the front end side and a large diameter portion 136b on the rear end side. The small diameter portion 136 a has an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the capillary 35. When the capillary 35 is fixed, the small diameter portion 136a guides the capillary 35 to a rough position where the capillary 35 is fixed in the radial direction. The large diameter portion 136 b has an inner diameter slightly larger than the outer peripheral surface of the pipette holding member 34. The inner peripheral surface of the large-diameter portion 136b supports the capillary 35 via two sets of support members 130. The support member 130 includes two O-rings 138 and two washers 137 that sandwich the O-ring 138. The support members 130 are disposed at two positions on the outer peripheral surface of the capillary 35 (the inner peripheral surface of the large diameter portion 136b) separated in the axial direction, and the spacer 141 is disposed therebetween. The front end side of the outer peripheral surface of the holding member 136 has a tapered shape that gradually decreases in diameter from the rear end side to the front end side. Thereby, for example, when the piezoelectric actuator 44a (144a) is operated, the petri dish 22 and the holding member 136 are difficult to contact. The rear end side of the outer peripheral surface of the holding member 136 is male threaded.

保持部材136の後端側には、円筒状のナット部材139が取り付けられている。ナット部材139の先端側内周面には雌ねじ加工がされており、保持部材136の雄ねじと螺合するようになっている。また、ナット部材139の後端側には縮径部139aが設けられる。この縮径部139aの内径は、ピペット保持部材34よりわずかに大きくなっている。ピペット保持部材34には、周方向溝が設けられ、この周方向溝に止め輪140が嵌め込まれている。縮径部139aの先端側端面は、この止め輪140と当接して抜け止めされている。この止め輪140の別例としてピペット保持部材34と一体の凸条が挙げられる。この場合、圧電アクチュエータ44a(144a)にピペット保持部材34を組み付ける前に、ナット部材139をピペット保持部材34の後端側から挿入しておく。   A cylindrical nut member 139 is attached to the rear end side of the holding member 136. The inner peripheral surface of the front end side of the nut member 139 is internally threaded so as to be screwed with the external thread of the holding member 136. Further, a reduced diameter portion 139a is provided on the rear end side of the nut member 139. The inner diameter of the reduced diameter portion 139 a is slightly larger than the pipette holding member 34. The pipette holding member 34 is provided with a circumferential groove, and a retaining ring 140 is fitted into the circumferential groove. The end surface on the distal end side of the reduced diameter portion 139a abuts against the retaining ring 140 and is prevented from coming off. Another example of the retaining ring 140 is a protrusion that is integral with the pipette holding member 34. In this case, the nut member 139 is inserted from the rear end side of the pipette holding member 34 before the pipette holding member 34 is assembled to the piezoelectric actuator 44a (144a).

このような保持部材136、ナット部材139により、キャピラリ35は支持固定される。キャピラリ35の取り付け手順は次の通りである。まず、支持部材130とスペーサ141を組み付けた保持部材136にキャピラリ35を挿通する。この状態で、キャピラリ35は二組の支持部材130を構成するOリング138のみにより径方向に支持されている。一方で、ピペット保持部材34にナット部材139を取り付けた後、ピペット保持部材34に止め輪140を取り付ける。その後、保持部材136の後端側の支持部材130とピペット保持部材34の先端部とを接触させる。この状態で、ナット部材139と保持部材136とを螺合させる。これにより、保持部材136の螺合部において径方向に収縮する力が作用し、後端側の支持部材130のOリング138が径方向に潰れるように変形する。これにより、キャピラリ35は軸方向および径方向に固定され、キャピラリ35の支持固定が完了する。また、保持部材136とナット部材139との螺合により、ピペット保持部材34とキャピラリ35との接続部における気密性を確保することができる。このため、ピペット保持部材34と連結された前述の流量調整用ポンプで、キャピラリ35内の液体の流量調整を行うことが可能となる。   The capillary 35 is supported and fixed by the holding member 136 and the nut member 139. The procedure for attaching the capillary 35 is as follows. First, the capillary 35 is inserted through the holding member 136 in which the support member 130 and the spacer 141 are assembled. In this state, the capillary 35 is supported in the radial direction only by the O-ring 138 constituting the two sets of support members 130. On the other hand, after attaching the nut member 139 to the pipette holding member 34, the retaining ring 140 is attached to the pipette holding member 34. Thereafter, the support member 130 on the rear end side of the holding member 136 and the tip of the pipette holding member 34 are brought into contact with each other. In this state, the nut member 139 and the holding member 136 are screwed together. Thereby, a force contracting in the radial direction acts on the threaded portion of the holding member 136, and the O-ring 138 of the support member 130 on the rear end side is deformed so as to be crushed in the radial direction. Thereby, the capillary 35 is fixed in the axial direction and the radial direction, and the support and fixing of the capillary 35 is completed. Further, the airtightness at the connecting portion between the pipette holding member 34 and the capillary 35 can be ensured by screwing the holding member 136 and the nut member 139. For this reason, the flow rate of the liquid in the capillary 35 can be adjusted with the above-described flow rate adjusting pump connected to the pipette holding member 34.

従来、Oリングを用いた支持部材一つのみでキャピラリを支持する構成が用いられている(例えば、「エッペンドルフ マイクロインジェクター FemtoJet(登録商標)express使用説明書」)。このような構成では、キャピラリを一箇所でのみ支持しているため、例えば、卵細胞への穿孔の際、圧電アクチュエータの駆動によりキャピラリに予期せぬ振動が発生し、細胞を傷つけたり、効率が下がる可能性がある。これに対し、図10に示した構成によれば、Oリング138を備える支持部材130が二つ用いられ、キャピラリ35が二点で支持されているので、圧電アクチュエータ44a、144aの駆動中にキャピラリ35が動くことが抑制される。この結果、細胞操作の際のキャピラリ35の低振動化を実現でき、穿孔性能・効率を従来と比較して向上することができる。   Conventionally, a configuration in which a capillary is supported by only one support member using an O-ring is used (for example, “Eppendorf Microinjector FemtoJet (registered trademark) express usage manual”). In such a configuration, since the capillary is supported only at one location, for example, when the egg cell is perforated, an unexpected vibration occurs in the capillary due to the driving of the piezoelectric actuator, and the cell is damaged or the efficiency is lowered. there is a possibility. On the other hand, according to the configuration shown in FIG. 10, two support members 130 each having an O-ring 138 are used and the capillary 35 is supported at two points, so that the capillary is being driven while the piezoelectric actuators 44a and 144a are being driven. It is suppressed that 35 moves. As a result, the vibration of the capillary 35 during cell operation can be reduced, and the perforation performance / efficiency can be improved as compared with the conventional case.

なお、上述した構成では、支持部材130を二つ用いることとしたが、これに限定されず、三つ以上用いても良い。さらに、一つの支持部材130を構成するOリング138の数は二つに限定されず、一つでもそれ以上でも良く、ワッシャ137を省略しても良い。また、支持部材130の構成部材もワッシャ137とOリング138に限定されず、キャピラリ35を支持できる構成であれば適用することができる。   In the above-described configuration, two support members 130 are used. However, the present invention is not limited to this, and three or more support members 130 may be used. Furthermore, the number of O-rings 138 constituting one support member 130 is not limited to two, but may be one or more, and the washer 137 may be omitted. In addition, the constituent members of the support member 130 are not limited to the washer 137 and the O-ring 138, and any configuration that can support the capillary 35 can be applied.

[第3実施形態]
次に、図11及び図12を参照して、第3実施形態に係るマニピュレータシステム200について説明する。なお、第3実施形態では、第2実施形態と重複する記載を避けるべく、第2実施形態と異なる部分についてのみ説明する。第2実施形態では、止めねじによりピペット保持部材134を中空部材135に固定したが、第3実施形態では、止めねじに代わる他の固定部材を用いて、ピペット保持部材234を中空部材235に固定している。図11は、第3実施形態によるマニピュレータシステムに使用可能な微動機構(圧電アクチュエータ)の斜視図である。図12は、第3実施形態によるマニピュレータシステムに使用可能な微動機構(圧電アクチュエータ)の断面図である。
[Third Embodiment]
Next, with reference to FIG.11 and FIG.12, the manipulator system 200 which concerns on 3rd Embodiment is demonstrated. Note that in the third embodiment, only parts different from the second embodiment will be described in order to avoid descriptions overlapping with the second embodiment. In the second embodiment, the pipette holding member 134 is fixed to the hollow member 135 with a set screw. However, in the third embodiment, the pipette holding member 234 is fixed to the hollow member 235 using another fixing member instead of the set screw. doing. FIG. 11 is a perspective view of a fine movement mechanism (piezoelectric actuator) that can be used in the manipulator system according to the third embodiment. FIG. 12 is a cross-sectional view of a fine movement mechanism (piezoelectric actuator) that can be used in the manipulator system according to the third embodiment.

第3実施形態の微動機構244では、ピペット保持部材234の外周に中空部材235を設け、中空部材235を圧電アクチュエータ244aと一体にしたので、ピペット保持部材234と圧電アクチュエータ244aとを別体にすることが可能である。図12において、図9と同等の部分は同一符号を付し、その詳細説明は省略する。   In the fine movement mechanism 244 of the third embodiment, since the hollow member 235 is provided on the outer periphery of the pipette holding member 234 and the hollow member 235 is integrated with the piezoelectric actuator 244a, the pipette holding member 234 and the piezoelectric actuator 244a are separated. It is possible. 12, parts equivalent to those in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

ピペット保持部材234は、その先端側(図12の左側、以下同様)にキャピラリ35が取り付け固定される。また、その後端側(図12の右側、以下同様)には卵や細胞等へのインジェクションのための溶液を送る不図示のチューブが接続されるためのノズルが、螺合等により固定されている。このチューブの他端には、流量調整用のポンプが接続されている。次に、ピペット保持部材234に取り付けられる圧電アクチュエータ244aについて説明する。   The pipette holding member 234 has a capillary 35 attached and fixed to the tip side (the left side in FIG. 12, the same applies hereinafter). In addition, a nozzle for connecting a tube (not shown) for sending a solution for injection into an egg, a cell, or the like is fixed to the rear end side (the right side in FIG. 12, the same applies hereinafter) by screwing or the like. . A flow rate adjusting pump is connected to the other end of the tube. Next, the piezoelectric actuator 244a attached to the pipette holding member 234 will be described.

圧電アクチュエータ244aの中心軸を為す中空部材235の外周面には、転がり軸受80、82が嵌合される。中空部材235は、その内輪80aの先端側(図12の左側、以下同様)に、径方向外方に突出する突出部235aを有しており、突出部235aには、ロックナット236が突き当たる突き当り面235bが形成されている。転がり軸受80の内輪80aは、中空部材235の外周面に設けられたロックナット236に当接することにより位置決めされている。   Rolling bearings 80 and 82 are fitted to the outer peripheral surface of the hollow member 235 that forms the central axis of the piezoelectric actuator 244a. The hollow member 235 has a projecting portion 235a projecting radially outward on the tip side of the inner ring 80a (the left side in FIG. 12, the same applies hereinafter), and the projecting portion 235a comes into contact with the lock nut 236. A surface 235b is formed. The inner ring 80 a of the rolling bearing 80 is positioned by contacting a lock nut 236 provided on the outer peripheral surface of the hollow member 235.

転がり軸受80、82の内輪80a、82aの間には、内輪間座184が備えられる。内輪間座184は中空部材235の外周面に嵌合している。転がり軸受80、82(内輪80a、82a)は、内輪82aの後端側から中空部材235にロックナット237を螺合することにより、軸方向に固定される。   An inner ring spacer 184 is provided between the inner rings 80 a and 82 a of the rolling bearings 80 and 82. The inner ring spacer 184 is fitted to the outer peripheral surface of the hollow member 235. The rolling bearings 80 and 82 (inner rings 80a and 82a) are fixed in the axial direction by screwing a lock nut 237 into the hollow member 235 from the rear end side of the inner ring 82a.

圧電アクチュエータ144aのその他の部分は、図9と同様である。すなわち、転がり軸受80、82には、図9と同様に、その外輪80b、82bの外周面にハウジング48が嵌合される。外輪82bの軸方向後端側にスペーサ90、圧電素子92の順にハウジング48の内周面に配置され、蓋88を締めることによりこれらが固定される。このようにして、中空部材235と一体となった圧電アクチュエータ144aが構成される。   Other parts of the piezoelectric actuator 144a are the same as those in FIG. That is, the housing 48 is fitted to the outer peripheral surfaces of the outer rings 80b and 82b of the rolling bearings 80 and 82, as in FIG. A spacer 90 and a piezoelectric element 92 are disposed in this order on the inner peripheral surface of the housing 48 on the rear end side in the axial direction of the outer ring 82b, and these are fixed by tightening the lid 88. Thus, the piezoelectric actuator 144a integrated with the hollow member 235 is configured.

圧電アクチュエータ244aにピペット保持部材234を固定するため、中空部材235の先端側には、固定部材としてのクランピング240が設けられている。中空部材234とクランピング240とは一体に設けられている。クランピング240は、両端面が所定の隙間を空けて対向する断面C型形状となっている。クランピング240は、締結ねじ241を有しており、締結ねじ241が締められ、両端面が近づく方向に移動することで、ピペット保持部材234が挿通される内周面を狭める。一方、クランピング240は、締結ねじ241が緩められ、両端面が遠くなる方向に移動することで、ピペット保持部材234が挿通される内周面を広める。これにより、中空部材235に挿通されたピペット保持部材234は、中空部材235に連なるクランピング240の締結ねじ241が締められることで、クランピング240の内周面に保持され、クランピング240を介して中空部材235に固定される。   In order to fix the pipette holding member 234 to the piezoelectric actuator 244a, a clamping 240 as a fixing member is provided on the distal end side of the hollow member 235. The hollow member 234 and the clamping 240 are provided integrally. The clamping 240 has a C-shaped cross section in which both end faces are opposed to each other with a predetermined gap. The clamping 240 has a fastening screw 241, and the fastening screw 241 is fastened and moved in a direction in which both end surfaces approach each other, thereby narrowing an inner peripheral surface through which the pipette holding member 234 is inserted. On the other hand, the clamping 240 widens the inner peripheral surface through which the pipette holding member 234 is inserted by loosening the fastening screw 241 and moving the both end surfaces away from each other. Thereby, the pipette holding member 234 inserted into the hollow member 235 is held on the inner peripheral surface of the clamping 240 by tightening the fastening screw 241 of the clamping 240 connected to the hollow member 235, and the clamp 240 And fixed to the hollow member 235.

微動機構244をこのような構成にすることにより、ピペット保持部材234と圧電アクチュエータ244aとを別体にすることが可能となる。この結果、微動機構244のメンテナンス性を向上することができる。また、中空部材235に対しピペット保持部材234をクランピング240で固定したので、中空部材235とピペット保持部材234との同軸度や相対位置を微調整することが可能となる。また、圧電アクチュエータ244aを、ピペット保持部材234の軸方向において所定の位置に固定することが可能となる。このため、キャピラリ35と圧電素子92とが近接するように、圧電アクチュエータ244aをピペット保持部材234に固定することができる。このように、キャピラリ35と圧電素子92と近接させることで、圧電素子92による穿孔作用をより向上させることが可能となる。   By configuring the fine movement mechanism 244 as described above, the pipette holding member 234 and the piezoelectric actuator 244a can be separated. As a result, the maintainability of the fine movement mechanism 244 can be improved. Further, since the pipette holding member 234 is fixed to the hollow member 235 by the clamping 240, the coaxiality and relative position between the hollow member 235 and the pipette holding member 234 can be finely adjusted. In addition, the piezoelectric actuator 244a can be fixed at a predetermined position in the axial direction of the pipette holding member 234. Therefore, the piezoelectric actuator 244a can be fixed to the pipette holding member 234 so that the capillary 35 and the piezoelectric element 92 are close to each other. As described above, by making the capillary 35 and the piezoelectric element 92 close to each other, the perforating action by the piezoelectric element 92 can be further improved.

また、第3実施形態の微動機構244でも、ピペット保持部材234にねじ加工をする必要がないため、ピペット保持部材234と中空部材235の加工による変形を抑制することが可能となる。その他の構成及び作用効果は、図9の微動機構144と同様である。   Further, even in the fine movement mechanism 244 of the third embodiment, since it is not necessary to thread the pipette holding member 234, deformation due to the processing of the pipette holding member 234 and the hollow member 235 can be suppressed. Other configurations and operational effects are the same as those of the fine movement mechanism 144 of FIG.

なお、第3実施形態では、クランピング240として、断面C型形状のクランピングを用いたが、この構成に限らず、例えば、図13及び図14に示す変形例に係るクランピングを用いてもよい。ここで、図13及び図14を参照して、変形例に係るクランピング250について説明する。図13は、第3実施形態の変形例に係る微動機構(圧電アクチュエータ)の斜視図である。図14は、第3実施形態の変形例に係る微動機構(圧電アクチュエータ)の断面図である。   In the third embodiment, the C-shaped clamping is used as the clamping 240. However, the present invention is not limited to this configuration. For example, the clamping according to the modification shown in FIGS. 13 and 14 may be used. Good. Here, a clamping 250 according to a modification will be described with reference to FIGS. 13 and 14. FIG. 13 is a perspective view of a fine movement mechanism (piezoelectric actuator) according to a modification of the third embodiment. FIG. 14 is a cross-sectional view of a fine movement mechanism (piezoelectric actuator) according to a modification of the third embodiment.

中空部材235の先端側に設けられる、固定部材としてのクランピング250は、円環形状を2分割したカップリング型のクランピングである。つまり、クランピング250は、一方の分割部材250aと、他方の分割部材250bと、これら分割部材250a、250bを締結する2つの締結ねじ251とを有する。一方の分割部材250aは、中空部材234と一体に設けられ、他方の分割部材250bは、一方の分割部材250aに対して離接方向に移動自在に設けられている。一方の分割部材250aと他方の分割部材250bとの間には、ピペット保持部材234が配置される。クランピング250は、2つの締結ねじ251が締められると、一方の分割部材250aに対して他方の分割部材250bが近づく方向に移動することで、ピペット保持部材234を挟む。一方、クランピング250は、2つの締結ねじ251が緩められると、一方の分割部材250aに対して他方の分割部材250bを開放する方向に移動することで、ピペット保持部材234を開放する。これにより、中空部材235に挿通されたピペット保持部材234は、中空部材235に連なるクランピング250の締結ねじ251が締められることで、クランピング250に保持され、クランピング250を介して中空部材235に固定される。   The clamping 250 as a fixing member provided on the distal end side of the hollow member 235 is a coupling type clamping in which an annular shape is divided into two. That is, the clamping 250 includes one split member 250a, the other split member 250b, and two fastening screws 251 that fasten the split members 250a and 250b. One division member 250a is provided integrally with the hollow member 234, and the other division member 250b is provided so as to be movable in the contact / separation direction with respect to the one division member 250a. A pipette holding member 234 is disposed between one split member 250a and the other split member 250b. When the two fastening screws 251 are tightened, the clamping 250 moves in a direction in which the other divided member 250b approaches the one divided member 250a, thereby sandwiching the pipette holding member 234. On the other hand, when the two fastening screws 251 are loosened, the clamping 250 moves in the direction in which the other divided member 250b is opened with respect to the one divided member 250a, thereby opening the pipette holding member 234. As a result, the pipette holding member 234 inserted into the hollow member 235 is held by the clamping 250 when the fastening screw 251 of the clamping 250 connected to the hollow member 235 is tightened, and the hollow member 235 is interposed via the clamping 250. Fixed to.

このようなクランピング250であっても、上記のように、ピペット保持部材234と圧電アクチュエータ244aとを別体にすることが可能となる。この結果、微動機構244のメンテナンス性を向上することができる。また、中空部材235に対しピペット保持部材234をクランピング250で固定したので、中空部材235とピペット保持部材234との同軸度や相対位置を微調整することが可能となる。また、圧電アクチュエータ244aを、ピペット保持部材234の軸方向において所定の位置に固定することが可能となる。このため、キャピラリ35と圧電素子92とが近接するように、圧電アクチュエータ244aをピペット保持部材234に固定することができる。このように、キャピラリ35と圧電素子92と近接させることで、圧電素子92による穿孔作用をより向上させることが可能となる。   Even with such a clamping 250, the pipette holding member 234 and the piezoelectric actuator 244a can be separated as described above. As a result, the maintainability of the fine movement mechanism 244 can be improved. Further, since the pipette holding member 234 is fixed to the hollow member 235 by the clamping 250, the coaxiality and relative position between the hollow member 235 and the pipette holding member 234 can be finely adjusted. In addition, the piezoelectric actuator 244a can be fixed at a predetermined position in the axial direction of the pipette holding member 234. Therefore, the piezoelectric actuator 244a can be fixed to the pipette holding member 234 so that the capillary 35 and the piezoelectric element 92 are close to each other. As described above, by making the capillary 35 and the piezoelectric element 92 close to each other, the perforating action by the piezoelectric element 92 can be further improved.

[第4実施形態]
次に、図15から図21を参照して、第4実施形態に係るマニピュレータシステム300について説明する。第4実施形態では、第1実施形態から第3実施形態に係るマニピュレータシステム1、120、200におけるマニピュレータの動作を詳細に説明する。なお、第4実施形態では、第1実施形態に適用して説明すると共に、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図15は、第4実施形態によるマニピュレータシステムの構成を概略的に示す図である。
[Fourth Embodiment]
Next, a manipulator system 300 according to the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 15 to 21. In the fourth embodiment, the operation of the manipulator in the manipulator systems 1, 120, and 200 according to the first to third embodiments will be described in detail. In the fourth embodiment, description will be made by applying to the first embodiment, and only different parts from the first embodiment will be described. FIG. 15 is a diagram schematically showing a configuration of a manipulator system according to the fourth embodiment.

第4実施形態のマニピュレータシステム300は、上記の一対のマニピュレータ14、16と、試料ステージ321と、顕微鏡ユニット325と、光源部326と、これらを制御するコントローラ343を備える。   A manipulator system 300 according to the fourth embodiment includes the pair of manipulators 14 and 16, the sample stage 321, a microscope unit 325, a light source unit 326, and a controller 343 for controlling them.

顕微鏡ユニット325は、対物レンズ322a等から構成されて顕微鏡機能を有する顕微鏡322と、撮像素子としてのカメラ323と、自動による合焦動作が可能な焦点合わせ機構324とを備える。顕微鏡322は、対物レンズ322aが観察対象物である試料を収容するシャーレ22の下方に位置する倒立型顕微鏡で構成されている。焦点合わせ機構324は、自動で合焦動作を行うように構成してもよく、あらかじめ、あるいは作業中に記憶させた焦点位置情報に基づいて合焦動作を行えるようにしておいても良い。   The microscope unit 325 includes a microscope 322 that includes an objective lens 322a and the like and has a microscope function, a camera 323 as an imaging device, and a focusing mechanism 324 capable of automatic focusing operation. The microscope 322 is composed of an inverted microscope positioned below the petri dish 22 in which the objective lens 322a accommodates a sample that is an observation object. The focusing mechanism 324 may be configured to automatically perform a focusing operation, or may be configured to perform a focusing operation in advance or based on focal position information stored during work.

試料ステージ321は、ガラス材料等の透光性材料からなるシャーレ22などが載置されるとともに、XY軸の平面方向に電動で駆動可能なようにX‐Y軸テーブルから構成され、駆動装置321a(図17)の駆動によりX軸、駆動装置321b(図17)の駆動によりY軸に沿ってそれぞれ移動可能になっている。   The sample stage 321 includes a petri dish 22 made of a translucent material such as a glass material, and is configured of an XY axis table so that it can be electrically driven in the plane direction of the XY axes, and a driving device 321a. It can be moved along the X axis by driving (FIG. 17) and along the Y axis by driving the driving device 321b (FIG. 17).

また、光源部326は、試料ステージ321上のシャーレ22の直上に位置するように配置され、シャーレ22内の試料に向けて光を照射する。   The light source unit 326 is arranged so as to be positioned immediately above the petri dish 22 on the sample stage 321 and irradiates light toward the sample in the petri dish 22.

試料ステージ321上のシャーレ22内の試料に光源部326から光が照射され、シャーレ22内の試料を透過した光が顕微鏡322に入射すると、微小対象物に関する光学像が顕微鏡322で所定倍率に拡大されてカメラ323で撮像され、カメラ323の撮像による画像を基に試料を観察することができる。このとき、試料ステージ321をXY軸の平面方向に駆動することで、シャーレ22内の試料または微小対象物を観察に適した位置にセットすることができる。   When light from the light source unit 326 is irradiated on the sample in the petri dish 22 on the sample stage 321 and the light transmitted through the sample in the petri dish 22 is incident on the microscope 322, an optical image related to the minute object is enlarged by the microscope 322 to a predetermined magnification. Then, the image is picked up by the camera 323, and the sample can be observed based on the image picked up by the camera 323. At this time, the sample or micro object in the petri dish 22 can be set at a position suitable for observation by driving the sample stage 321 in the plane direction of the XY axes.

(マニピュレータの構成)
図16は、図15のマニピュレータの構成を概略的に示す図である。
図16に示すように、マニピュレータ14は、第1実施形態と略同様の構成であるため、一部説明を省略する。なお、ピペット24のキャピラリ25と反対側の端部には、シリンジポンプ329(図17)とピペット24とを連結する不図示のチューブ等が取り付けられている。
(Configuration of manipulator)
FIG. 16 is a diagram schematically showing the configuration of the manipulator of FIG.
As shown in FIG. 16, the manipulator 14 has a configuration substantially similar to that of the first embodiment, and thus a part of the description is omitted. A tube (not shown) for connecting the syringe pump 329 (FIG. 17) and the pipette 24 is attached to the end of the pipette 24 opposite to the capillary 25.

ピペット24は、Z軸テーブル28に連結され、Z軸テーブル28は、X‐Y軸テーブル26上に上下動自在に配置され、駆動装置30、32はコントローラ(パーソナルコンピュータ(図4におけるPC))343に接続されている。ピペット24は、X‐Y軸テーブル26とZ軸テーブル28の移動にしたがって3次元空間を移動領域として移動し、シャーレ22内の微小対象物(細胞、卵、精子等)を保持するように構成されている。   The pipette 24 is connected to a Z-axis table 28, the Z-axis table 28 is arranged on the XY axis table 26 so as to be movable up and down, and drive devices 30 and 32 are controllers (personal computers (PCs in FIG. 4)). 343. The pipette 24 is configured to move in the three-dimensional space as a moving area in accordance with the movement of the XY axis table 26 and the Z axis table 28, and to hold minute objects (cells, eggs, sperm, etc.) in the petri dish 22. Has been.

マニピュレータ16も、第1実施形態と略同様の構成であるため、一部説明を省略する。なお、ピペット保持部材34のキャピラリ35と反対側の端部には、注入ポンプ339(図17)とピペット34とを連結する不図示のチューブ等が取り付けられている。   Since the manipulator 16 has substantially the same configuration as that of the first embodiment, a part of the description is omitted. A pipe (not shown) for connecting the infusion pump 339 (FIG. 17) and the pipette 34 is attached to the end of the pipette holding member 34 opposite to the capillary 35.

ピペット保持部材34は、Z軸テーブル38に連結され、Z軸テーブル38は、X‐Y軸テーブル36上に上下動自在に配置され、駆動装置40、42は、コントローラ43に接続されている。ピペット保持部材34は、X‐Y軸テーブル36とZ軸テーブル38の移動にしたがって3次元空間を移動領域として移動し、注入ポンプ339や圧電素子92を操作する等してキャピラリ35を操作することにより、シャーレ22内の試料または試料中の微小対象物(細胞、卵、精子等)に人工操作を行うように構成されている。
このように、ホールド用マニピュレータ14とインジェクション用マニピュレータ16とはほぼ同一構成となっている。なお、マニピュレータ14、16の微動機構44、144、244等の詳細な構成は、第1実施形態から第3実施形態に示す構成となっている。
The pipette holding member 34 is connected to a Z-axis table 38, the Z-axis table 38 is disposed on the XY axis table 36 so as to be movable up and down, and the driving devices 40 and 42 are connected to the controller 43. The pipette holding member 34 moves in the three-dimensional space as a moving region in accordance with the movement of the XY axis table 36 and the Z axis table 38, and operates the capillary 35 by operating the injection pump 339 and the piezoelectric element 92. Thus, an artificial operation is performed on the sample in the petri dish 22 or the minute object (cell, egg, sperm, etc.) in the sample.
Thus, the holding manipulator 14 and the injection manipulator 16 have substantially the same configuration. The detailed configurations of the fine movement mechanisms 44, 144, 244, etc. of the manipulators 14, 16 are the configurations shown in the first to third embodiments.

(マニピュレータシステムの制御)
次に、上記のマニピュレータシステム300におけるコントローラ(パーソナルコンピュータ(PC))343による制御について図17を参照して説明する。図17は、図16のコントローラによる制御系要部を示すブロック図である。
(Manipulator system control)
Next, control by the controller (personal computer (PC)) 343 in the manipulator system 300 will be described with reference to FIG. FIG. 17 is a block diagram showing the main part of the control system by the controller of FIG.

図17のコントローラ343は、演算手段としてのCPU(中央演算処理装置)及び記憶手段としてのハードディスク、RAM、ROMなどのハードウエア資源を備え、所定のプログラムに基づいて各種の演算を行い、演算結果に従って制御部346が各種の制御を行うように駆動指令を出力する。すなわち、制御部346は、図15の顕微鏡ユニット325の焦点合わせ機構324、マニピュレータ14の駆動装置30、32、シリンジポンプ329、及び、マニピュレータ16の駆動装置40、42、注入ポンプ339、微動機構44の圧電素子92を制御し、必要に応じて設けられたドライバやアンプ等を介してそれぞれに駆動指令を出力する。   The controller 343 shown in FIG. 17 includes a CPU (Central Processing Unit) as a calculation unit and hardware resources such as a hard disk, a RAM, and a ROM as a storage unit, performs various calculations based on a predetermined program, and performs calculation results. Accordingly, the control unit 346 outputs a drive command so as to perform various controls. That is, the control unit 346 includes the focusing mechanism 324 of the microscope unit 325 in FIG. 15, the driving devices 30 and 32 of the manipulator 14, the syringe pump 329, the driving devices 40 and 42 of the manipulator 16, the injection pump 339, and the fine movement mechanism 44. The piezoelectric element 92 is controlled, and a drive command is output to each via a driver, an amplifier, or the like provided as necessary.

また、コントローラ343には、情報入力手段としてキーボードの他にジョイスティック347、マウス349、ボタン(不図示)、タブレット(不図示)等が接続されており、さらに、CRTや液晶パネルからなる表示部345が接続され、表示部345にはカメラ323で取得した顕微鏡画像や各種制御用画面が表示されるようになっている。   The controller 343 is connected with a joystick 347, a mouse 349, a button (not shown), a tablet (not shown), etc. in addition to a keyboard as information input means, and a display unit 345 including a CRT or a liquid crystal panel. Are connected, and the display unit 345 displays a microscope image acquired by the camera 323 and various control screens.

また、制御部346は、マニピュレータ14、16を所定のシーケンスで自動的に駆動するようになっている。かかるシーケンス駆動は、所定のプログラムによるCPUの演算結果に基づいて制御部346が順次、それぞれに駆動指令を出力することで行われ、例えば、シャーレ22内で複数の卵を操作する場合、マニピュレータ14、16が操作済みの卵と操作前の卵との区別のための操作を行うようになっている。   In addition, the control unit 346 automatically drives the manipulators 14 and 16 in a predetermined sequence. Such sequence driving is performed by the control unit 346 sequentially outputting a driving command to each based on the calculation result of the CPU by a predetermined program. For example, when operating a plurality of eggs in the petri dish 22, the manipulator 14 , 16 performs an operation for distinguishing between an operated egg and an unoperated egg.

また、コントローラ343は、顕微鏡322を通してカメラ323で撮像した顕微鏡視野の画像信号が入力する画像入力部382と、画像入力部382からの画像信号の画像処理を行う画像処理部383と、画像処理前後の画像情報が表示部345へと出力する画像出力部384と、カメラ123で撮像された操作対象物の卵の核等の位置やキャピラリ25、35との位置等を画像処理後の画像情報に基づいて検出するための位置検出部385と、を備え、各部382〜385が制御部346により制御されるようになっている。   The controller 343 includes an image input unit 382 that receives an image signal of a microscope field of view captured by the camera 323 through the microscope 322, an image processing unit 383 that performs image processing of the image signal from the image input unit 382, and before and after image processing. The image output unit 384 for outputting the image information to the display unit 345, the position of the nucleus of the operation object imaged by the camera 123, the positions of the capillaries 25 and 35, and the like as the image information after the image processing. And a position detection unit 385 for detecting based on the control unit 346. The units 382 to 385 are controlled by the control unit 346.

画像処理部383は、例えば、検出対象物の位置を検出するためにエッジ抽出処理やパターンマッチングを行い、その処理結果に基づいて位置検出部385が微小対象物やキャピラリ25、35の位置を検出し、それらの検出位置、あるいはそれらの検出位置情報と、あらかじめ設定もしくは作業中に設定された位置情報に基づいてキャピラリ25、35等の駆動が制御される。   For example, the image processing unit 383 performs edge extraction processing and pattern matching to detect the position of the detection target, and the position detection unit 385 detects the positions of the micro target and the capillaries 25 and 35 based on the processing results. Then, the driving of the capillaries 25, 35, etc. is controlled based on those detection positions or their detection position information and the position information set in advance or set during work.

また、表示部345には、カメラ323で撮像したキャピラリ25、35の画像を含めた微小対象物の顕微鏡画像や演算結果に関する情報などが表示される。   In addition, the display unit 345 displays a microscopic image of the minute object including the images of the capillaries 25 and 35 captured by the camera 323, information on the calculation result, and the like.

コントローラ343は、コントローラ343に接続されたジョイスティック347等を操作することにより、試料ステージ321の駆動装置321a、321bの駆動を制御し、試料ステージ321をXY軸方向に移動させる。また、コントローラ343は、コントローラ343に接続されたジョイスティック347等を操作することにより、試料ステージ321を制御し、マニピュレータ14、16をそれぞれ駆動してキャピラリ25、35を所定位置にセットしたとき、その操作の際に駆動した各駆動装置321a、321b、30、32、49、42及び圧電アクチュエータ44a、144a、244a(圧電素子92)の駆動量を記憶する。または試料ステージ321、マニピュレータ14、16のX、Y、Z各軸の移動量を記憶する。このとき、駆動量、移動量あるいは移動した位置を所定の基準位置からのX、Y座標として記憶しておいてもよい。例えば、コントローラ343がキャピラリ25、35の第2の位置を記憶することで、キャピラリ25、35が第2の位置から離れた第1の位置または第3の位置に移動した後、ジョイスティック347などの操作指示によって第2の位置に復帰できる。   The controller 343 controls the drive of the drive devices 321a and 321b of the sample stage 321 by operating a joystick 347 and the like connected to the controller 343, and moves the sample stage 321 in the XY axis direction. Further, the controller 343 controls the sample stage 321 by operating a joystick 347 connected to the controller 343 and drives the manipulators 14 and 16 to set the capillaries 25 and 35 at predetermined positions. The drive amounts of the drive devices 321a, 321b, 30, 32, 49, 42 and the piezoelectric actuators 44a, 144a, 244a (piezoelectric element 92) driven during the operation are stored. Alternatively, the movement amounts of the X, Y, and Z axes of the sample stage 321 and the manipulators 14 and 16 are stored. At this time, the driving amount, the moving amount, or the moved position may be stored as X and Y coordinates from a predetermined reference position. For example, the controller 343 stores the second positions of the capillaries 25 and 35 so that after the capillaries 25 and 35 move to the first position or the third position away from the second position, the joystick 347 or the like It can be returned to the second position by an operation instruction.

なお、キャピラリ25、35の各位置とは、シャーレ22内の特定位置に対する相対位置であり、試料ステージ321はその上に載るシャーレ22をXY軸の平面方向に移動させることでキャピラリ25、35を各位置間で相対的に移動させる。   Each position of the capillaries 25 and 35 is a relative position with respect to a specific position in the petri dish 22, and the sample stage 321 moves the petri dish 22 placed on the petri dish 22 in the plane direction of the XY axes so that the capillaries 25 and 35 are moved. Move relatively between each position.

また、試料ステージ321は、図17の破線のように、そのX‐Y軸テーブルのX軸方向及びY軸方向の各位置を検出するエンコーダ等から構成された位置センサ321cを備えてもよい。位置センサ321cにより上記キャピラリ25、35の各位置を検出して得られたXY座標情報をコントローラ343が記憶し、かかるXY座標情報に基づいてコントローラ343の制御により試料ステージ321がキャピラリ25、35を第1位置、第2位置、第3位置へと移動させる。   Moreover, the sample stage 321 may include a position sensor 321c configured by an encoder or the like that detects each position in the X-axis direction and the Y-axis direction of the XY-axis table, as indicated by a broken line in FIG. The controller 343 stores XY coordinate information obtained by detecting the respective positions of the capillaries 25 and 35 by the position sensor 321c, and the sample stage 321 controls the capillaries 25 and 35 by the control of the controller 343 based on the XY coordinate information. Move to the first position, the second position, and the third position.

第4実施形態のマニピュレータシステム300は、カメラ323による画像をコントローラ343の表示部345で確認しながら顕微鏡322に装着されたマニピュレータ14、16及び試料ステージ321をジョイスティック347などの操作により駆動する。   The manipulator system 300 according to the fourth embodiment drives the manipulators 14 and 16 and the sample stage 321 mounted on the microscope 322 by operating the joystick 347 and the like while confirming an image from the camera 323 with the display unit 345 of the controller 343.

マニピュレータシステム300により、インジェクション操作を行う際、シャーレ22を試料ステージ321上にセットした状態で、試料ステージ321を駆動し、他の培地の位置情報をコントローラ343に記憶する操作を行う。この位置記憶操作はインジェクション操作中にも行うことが可能で、記憶位置はその都度変更することが可能である。   When performing the injection operation by the manipulator system 300, the sample stage 321 is driven in a state where the petri dish 22 is set on the sample stage 321, and the operation of storing the position information of the other medium in the controller 343 is performed. This position storage operation can be performed even during the injection operation, and the storage position can be changed each time.

(ジョイスティックの構成及び操作例)
次に、図17のコントローラに接続される操作手段としてのジョイスティック347及びその操作例について図18を参照して説明する。図18は、図17に示すジョイスティックの具体例を示す斜視図である。なお、図18のジョイスティック347は、マニピュレータシステム300の構成に対応しており、図5のジョイスティック47と一部構成が異なっている。
(Joystick configuration and operation example)
Next, a joystick 347 as an operation means connected to the controller of FIG. 17 and an example of the operation will be described with reference to FIG. FIG. 18 is a perspective view showing a specific example of the joystick shown in FIG. Note that the joystick 347 in FIG. 18 corresponds to the configuration of the manipulator system 300, and is partially different from the joystick 47 in FIG.

図15、17の顕微鏡ユニット325、マニピュレータ14、16の各動作は、ジョイスティック347の操作による入力情報に基づいて図17の制御部346により制御される。第4実施形態では、ジョイスティック347はホールド用マニピュレータ14及びインジェクション用マニピュレータ16に対しそれぞれ1つずつ用意されいる例を説明するが、1つのジョイスティックで顕微鏡ユニット325、マニピュレータ14、16の操作を行っても良いし、3本以上のジョイスティックで操作をするもの、あるいはコントローラ343と接続されたマウス349、キーボード、タブレット等(以下、ジョイスティック347を含めたこれらを操作部と呼ぶ)を併用するものであっても良い。   The operations of the microscope unit 325 and the manipulators 14 and 16 in FIGS. 15 and 17 are controlled by the control unit 346 in FIG. 17 based on input information by operating the joystick 347. In the fourth embodiment, an example in which one joystick 347 is prepared for each of the holding manipulator 14 and the injection manipulator 16 will be described. However, the microscope unit 325 and the manipulators 14 and 16 are operated by one joystick. It is also possible to operate with three or more joysticks, or to use a mouse 349, keyboard, tablet, etc. (hereinafter referred to as the operation unit including the joystick 347) connected to the controller 343. May be.

図18のように、ジョイステイッック347は、基台から直立し操作者により掴まれて右側R、左側Lに傾斜するように、また、ねじるように操作可能な本体部(ハンドル)347eと、その上部に並んで配置された第1、第2及び第3押しボタンスイッチ347a、347b、347cと、さらにその上部に配置された4方向や8方向等の多方向ハットスイッチ347dと、押しボタンスイッチ347a〜347cの反対側に配置されたトリガスイッチ347gと、レバー347hとを備えている。   As shown in FIG. 18, the joystick 347 stands upright from the base and is gripped by the operator and tilted to the right R and left L, and can be operated to be twisted. The first, second and third push button switches 347a, 347b, 347c arranged side by side on the upper side, the multi-directional hat switch 347d arranged in the upper part, such as four directions and eight directions, and the push button A trigger switch 347g disposed on the opposite side of the switches 347a to 347c and a lever 347h are provided.

図18のジョイスティック347の押しボタンスイッチ347a〜347c、多方向ハットスイッチ347d、本体部347e、トリガスイッチ347g、レバー347hには、それぞれ、顕微鏡ユニット325の焦点合わせ機構324、各マニピュレータ14、16のX-Y軸テーブル26、36、Z軸テーブル28、38の駆動装置30、32、40、42、シリンジポンプ329、注入ポンプ339の押し子(不図示、以下インジェクタと呼ぶ)、圧電素子92、試料ステージ321の駆動装置321a、321bの各駆動の操作機能が割り当てられている。例えば、トリガスイッチ347gを引きながら本体部347eを右側R、左側Lに傾斜させることでマニピュレータ14、16のXY駆動を行うことができ、本体部347eをねじることでZ駆動を行うことができるようにする。   The push button switches 347a to 347c, the multi-directional hat switch 347d, the main body 347e, the trigger switch 347g, and the lever 347h of the joystick 347 in FIG. -Y-axis tables 26 and 36, Z-axis tables 28 and 38 drive devices 30, 32, 40 and 42, syringe pump 329, injection pump 339 pusher (not shown, hereinafter referred to as injector), piezoelectric element 92, sample Operation functions for driving each of the driving devices 321a and 321b of the stage 321 are assigned. For example, by tilting the main body 347e to the right R and left L while pulling the trigger switch 347g, the XY driving of the manipulators 14 and 16 can be performed, and the Z driving can be performed by twisting the main body 347e. To.

また、ホールディング用マニピュレータ14に関しては、多方向ハットスイッチ347dの上方向、下方向ボタンを押すと、焦点合わせ機構324が駆動し、顕微鏡322の焦点合わせができ、右方向、左方向ボタンを押すと、卵等の操作対象物に対するXY平面回転、YZ平面回転を行うことができ、また、押しボタンスイッチ347b、347cはシリンジポンプ329の駆動調整のためのものであり、押しボタンスイッチ347b、347cの1つを押すと、シリンジポンプ329によるホールディングキャピラリ25の吸引圧(陰圧)を調節できる。また、例えば、押しボタンスイッチ347aを用いて、マニピュレータ14、16に対し自動でシーケンス駆動を行わせることができる。また、コントローラ343は、顕微鏡322の焦点合わせに関連する各部位の位置情報を移動量あるいは座標等として記憶しておくこともできる。   Further, with respect to the holding manipulator 14, when the upper and lower buttons of the multi-directional hat switch 347d are pressed, the focusing mechanism 324 is driven and the microscope 322 can be focused, and when the right and left buttons are pressed. XY plane rotation and YZ plane rotation with respect to an operation target such as an egg can be performed, and the push button switches 347b and 347c are for driving adjustment of the syringe pump 329, and the push button switches 347b and 347c When one is pressed, the suction pressure (negative pressure) of the holding capillary 25 by the syringe pump 329 can be adjusted. Further, for example, the sequence driving can be automatically performed on the manipulators 14 and 16 by using the push button switch 347a. In addition, the controller 343 can store position information of each part related to the focusing of the microscope 322 as a movement amount or coordinates.

また、インジェクション用マニピュレータ16に関しては、多方向ハットスイッチ347dを用いてモータ駆動によるXY平面における微動を制御でき、押しボタンスイッチ347b、347cはそれぞれ注入ポンプ339の吸引、吐出動作(押し子(インジェクタ)を入れる、抜く)に対応しており、押しボタンスイッチ347aはインジェクタの往復運動の入切のためのものである。   In addition, regarding the injection manipulator 16, fine movement in the XY plane driven by a motor can be controlled using a multi-directional hat switch 347d, and the push button switches 347b and 347c respectively perform suction and discharge operations of an injection pump 339 (pressor (injector)). The push button switch 347a is for turning on and off the reciprocating motion of the injector.

レバー347hは、図の方向A、その反対の方向Bへと回動し、方向Aに回動した上端位置、方向Bに回動した下端位置、それらの中間位置に切り換え可能である。レバー347hの切り換えスイッチは、インジェクタの往復運動の振幅に対応している。なお、レバー347hの切り換えは3段階に限らず、2段階や4段階以上、無段階としても良い。   The lever 347h rotates in the direction A in the figure and in the opposite direction B, and can be switched to an upper end position rotated in the direction A, a lower end position rotated in the direction B, and an intermediate position thereof. The changeover switch of the lever 347h corresponds to the amplitude of the reciprocating motion of the injector. The switching of the lever 347h is not limited to three steps, and may be two steps, four steps or more, and no step.

図18のジョイスティック347における上記押しボタンスイッチ等の操作により、マニピュレータ14が駆動され、そのキャピラリ25がシャーレ22上の微小対象物(卵等)を保持し、また、その保持の吸引圧(陰圧)が制御される。   The manipulator 14 is driven by the operation of the push button switch or the like in the joystick 347 of FIG. 18, the capillary 25 holds the minute object (eg egg) on the petri dish 22, and the holding suction pressure (negative pressure) ) Is controlled.

また、ジョイスティック347における上記押しボタンスイッチ等の操作により、マニピュレータ16の圧電アクチュエータ44a、144a、244aが駆動され、そのキャピラリ35の先端がインジェクション方向に直線的に変位し、微小対象物(卵等)に挿入されたキャピラリ35から所定の溶液(精子を含む懸濁培養液等)がインジェクタの駆動により微小対象物(卵等)に対しインジェクションされる。さらに必要であれば、そのキャピラリ35の駆動の間または駆動の後に、穿孔用電圧が圧電素子92に印加され、圧電素子92が駆動され、キャピラリ35が微小対象物に接近または当接した位置で微小量の移動を行うことで卵に対する穿孔動作を行い、挿入されたキャピラリ35から前記所定の溶液がインジェクタの駆動により微小対象物に注入(インジェクション)される。その後、キャピラリ35を微小対象物内の位置から抜くように駆動する。また、キャピラリ35内に詰まりが生じた場合、または詰まりが生じる懸念のある場合には、押しボタンスイッチ347aを押すことにより、インジェクタを往復運動させ、キャピラリ35内の溶液を周期的に吸引・吐出させることができる。   In addition, the piezoelectric actuators 44a, 144a, and 244a of the manipulator 16 are driven by the operation of the push button switch and the like on the joystick 347, and the tip of the capillary 35 is linearly displaced in the injection direction, so that a minute object (eg, egg) A predetermined solution (such as a suspension culture solution containing sperm) is injected into a minute object (eg, egg) from the capillary 35 inserted into the container by driving the injector. Further, if necessary, a voltage for perforation is applied to the piezoelectric element 92 during or after the drive of the capillary 35, the piezoelectric element 92 is driven, and the capillary 35 approaches or contacts the minute object. The egg is perforated by moving a minute amount, and the predetermined solution is injected (injected) into the minute object by driving the injector from the inserted capillary 35. Thereafter, the capillary 35 is driven so as to be pulled out from the position in the minute object. When the capillary 35 is clogged or there is a concern that clogging may occur, the push button switch 347a is pressed to reciprocate the injector and periodically suck and discharge the solution in the capillary 35. Can be made.

(マニピュレータの動作)
次に、図19、図20を参照して上述のマニピュレータシステム300の動作の一例について説明する。図19は、マニピュレータに装着された各キャピラリと微小な操作対象物(卵、精子)との各位置関係(a)〜(h)を示す図である。図19は、ホールド用のキャピラリ25が保持した卵Dにインジェクション用のキャピラリ35が接近した状態(a)、キャピラリ35が卵Dの透明帯Tを穿孔した状態(b)、透明帯穿孔後キャピラリ35を卵Dから抜いた状態(c)、精子サンプリングモードに変更した状態(d)、キャピラリ35を操作し、精子Uをサンプリングしている状態(e)、精子Uのサンプリングを完了した状態(f)を示す。また、試料ステージ321を駆動していない図19(e)、(f)に対し、図19(g)、(h)はそれぞれ、精子Uのサンプリングの際に試料ステージ321を駆動した場合における、精子Uをサンプリングしやすい位置に移動した状態(g)及びその移動後サンプリングを完了した状態(h)を示している。
(Manipulator operation)
Next, an example of the operation of the above-described manipulator system 300 will be described with reference to FIGS. 19 and 20. FIG. 19 is a diagram showing the positional relationships (a) to (h) between the capillaries mounted on the manipulator and the minute operation objects (eggs, sperm). FIG. 19 shows a state in which the injection capillary 35 approaches the egg D held by the hold capillary 25 (a), a state in which the capillary 35 perforates the zona pellucida T of the egg D (b), and a capillary after puncture of the zona pellucida State (c) where 35 is removed from egg D, state (d) changed to sperm sampling mode, state (e) where capillary 35 is operated to sample sperm U, state where sampling of sperm U is completed ( f). 19 (e) and 19 (f) in which the sample stage 321 is not driven, FIGS. 19 (g) and 19 (h) respectively show the case where the sample stage 321 is driven during sampling of the sperm U. The state (g) which moved the sperm U to the position which is easy to sample, and the state (h) which completed the sampling after the movement are shown.

図20は、図19の精子サンプリング完了後の各状態(a)〜(d)を示す図である。 図20は、図19の精子Uのサンプリング完了後、キャピラリ35を透明帯穿孔位置に戻しインジェクションモードに変更した状態(a)、透明帯穿孔位置からキャピラリ35が卵Dの細胞質S内に刺し込まれた状態(b)、精子Uを細胞質S内に注入した状態(c)及び卵Dからキャピラリ35を抜いた状態(d)を示す図である。   FIG. 20 is a diagram showing the states (a) to (d) after completion of sperm sampling in FIG. FIG. 20 shows a state in which the capillary 35 is returned to the zona pellucida punching position after the sampling of the sperm U in FIG. 19 is changed to the injection mode (a), and the capillary 35 is inserted into the cytoplasm S of the egg D from the zona pellucida piercing position. It is a figure which shows the state (d) which pulled the capillary 35 from the state (b) which was rare, the state (c) which injected the sperm U into cytoplasm S, and the egg D.

まず、図19(a)のように、ホールド側マニピュレータ14をジョイスティック347を用いて操作し、キャピラリ25により陰圧で卵Dを保持する。なお、図19(a)において太線で示す位置が焦点を合わせたZ軸(上下)位置であり、以下の図においても同様である。   First, as shown in FIG. 19A, the hold side manipulator 14 is operated using a joystick 347, and the egg D is held by the capillary 25 with a negative pressure. In addition, the position shown by the thick line in FIG. 19A is the Z-axis (vertical) position where the focus is achieved, and the same applies to the following figures.

次に、図19(b)のように、マニピュレータ16をジョイスティック347を用いて操作し、キャピラリ35をインジェクション位置へ移動し、図2の圧電素子92を駆動して卵Dの透明帯Tを穿孔した後、図19(c)のように、キャピラリ35を卵Dからいったん抜く。このとき、卵Dの透明帯Tには穿孔した穴T1が形成される。   Next, as shown in FIG. 19B, the manipulator 16 is operated using the joystick 347, the capillary 35 is moved to the injection position, and the piezoelectric element 92 of FIG. After that, the capillary 35 is once extracted from the egg D as shown in FIG. At this time, a perforated hole T1 is formed in the zona pellucida T of the egg D.

次に、コントローラ343を操作部によりを操作し、図19(d)のように、精子サンプリングモードに変更し、精子サンプリング操作を開始するが、このとき、焦点合わせ機構324の位置、インジェクション側・ホールド側の各マニピュレータ14、16のXYZ軸の位置、試料ステージ321のXY軸の位置をコントローラ343が記憶する。この記憶は、例えば、図18のジョイスティック347の操作により実行される。   Next, the controller 343 is operated by the operation unit to change to the sperm sampling mode and start the sperm sampling operation as shown in FIG. 19 (d). At this time, the position of the focusing mechanism 324, the injection side The controller 343 stores the XYZ axis positions of the hold side manipulators 14 and 16 and the XY axis position of the sample stage 321. This storage is executed, for example, by operating the joystick 347 in FIG.

その後、図19(d)のように精子Uに顕微鏡322の焦点が合う位置まで自動で焦点合わせ機構324及びマニピュレータ16のZ軸を駆動する。シャーレ22の底面22aから透明帯穿孔位置(穴T1の位置)までの高さはおおよそ一定のため、この位置はコントローラ343により卵Dに焦点が合っている位置から算出した位置を用いることができる。   Thereafter, as shown in FIG. 19D, the focusing mechanism 324 and the Z axis of the manipulator 16 are automatically driven to a position where the microscope 322 is focused on the sperm U. Since the height from the bottom surface 22a of the petri dish 22 to the zona pellucida punching position (the position of the hole T1) is approximately constant, the position calculated from the position where the egg D is in focus by the controller 343 can be used. .

次に、図19(e)のように、インジェクション側マニピュレータ16のXYZ軸方向移動でキャピラリ35を操作して精子Uをサンプリングする。そして、図19(f)のように、サンプリングする精子Uをキャピラリ35の先端近傍に保持することで、精子のサンプリングが完了する。   Next, as shown in FIG. 19E, the sperm U is sampled by operating the capillary 35 by the movement of the injection-side manipulator 16 in the XYZ axial directions. Then, as shown in FIG. 19F, the sperm sampling is completed by holding the sperm U to be sampled in the vicinity of the tip of the capillary 35.

また、この精子のサンプリングのとき、図19(g)のように、試料ステージ321を駆動するとともにそれと同期して同じ移動量だけホールド側マニピュレータ14もXY軸方向に移動するように駆動しても良い。この場合、試料ステージ321とマニピュレータ14の移動後、サンプリング操作して精子Uのサンプリングが完了する(図19(h))。   Further, when sampling the sperm, as shown in FIG. 19 (g), the sample stage 321 is driven and the hold side manipulator 14 is also driven to move in the XY-axis direction by the same amount of movement in synchronism therewith. good. In this case, after the sample stage 321 and the manipulator 14 are moved, the sampling operation is performed to complete the sampling of the sperm U (FIG. 19 (h)).

次に、上述のように精子Uをサンプリングしてキャピラリ35内に保持した後、コントローラ343をジョイスティック347により操作し、図20(a)のように、精子インジェクションモードに変更する。そして、コントローラ343を操作し、インジェクション側マニピュレータ16をXYZ軸方向に自動で駆動することで、キャピラリ35が図19(d)で記憶した透明帯穿孔位置へ戻り、同時に焦点合わせ機構324を同じく記憶した位置へ駆動する。   Next, after sampling the sperm U and holding it in the capillary 35 as described above, the controller 343 is operated with the joystick 347 to change to the sperm injection mode as shown in FIG. Then, by operating the controller 343 and automatically driving the injection side manipulator 16 in the XYZ axis directions, the capillary 35 returns to the zona piercing position stored in FIG. 19D, and at the same time, the focusing mechanism 324 is also stored. Drive to the specified position.

このとき、図19(g)のように試料ステージ321も駆動しているのであれば、ホールド側マニピュレータ14及び試料ステージ321を前に記憶した位置へ移動させる。このように、精子サンプリング操作中に試料ステージ321とホールド側マニピュレータ14のXY軸は同期して同じ移動量で駆動しているため、精子サンプリング後、キャピラリ35が透明帯穿孔位置へ戻った場合、穿孔した穴T1に対しずれてしまうことを防ぐことが可能となる。   At this time, if the sample stage 321 is also driven as shown in FIG. 19G, the hold side manipulator 14 and the sample stage 321 are moved to the previously stored positions. Thus, during the sperm sampling operation, the XY axes of the sample stage 321 and the hold side manipulator 14 are synchronously driven with the same movement amount, and therefore, after the sperm sampling, when the capillary 35 returns to the zona pellucida punching position, It is possible to prevent the hole T1 from being displaced.

次に、図20(b)のように、圧電素子92を駆動しキャピラリ35で穿孔した穴T1から細胞膜を穿孔し、キャピラリ35を細胞質S内に刺し込む。次に、図20(c)のようにキャピラリ35から精子Uを細胞質S内にインジェクション(注入)する。次に、図20(d)のようにキャピラリ35を卵Dから抜く。   Next, as shown in FIG. 20B, the piezoelectric element 92 is driven to puncture the cell membrane from the hole T1 pierced by the capillary 35, and the capillary 35 is inserted into the cytoplasm S. Next, the sperm U is injected (injected) into the cytoplasm S from the capillary 35 as shown in FIG. Next, the capillary 35 is pulled out from the egg D as shown in FIG.

この図20(b)の状態から図20(c)の状態にかけて、前述のようにジョイスティック347の押しボタン347aを押すことにより、インジェクタを往復運動させる。これにより、キャピラリ35内の溶液を吸引・吐出させることにより、図20(b)の矢印に示すように、精子Uをキャピラリ内で動かすことができる。この結果、精子Uがキャピラリ内で引っかかることを簡単に防止・解消できる。従来のマニピュレータの場合、押しボタン347b、347cを交互に押す等でしかこのような動作が出来ず、精子Uの引っかかりを防止・解消するためには、操作者の熟練が必要であった。これに対し、インジェクタをボタン一つで往復運動させることができるため、非熟練者であっても、容易に精子Uの引っかかりを防止・解消できる。   From the state of FIG. 20B to the state of FIG. 20C, the injector is reciprocated by pressing the push button 347a of the joystick 347 as described above. Thus, by sucking and discharging the solution in the capillary 35, the sperm U can be moved in the capillary as shown by the arrow in FIG. As a result, the sperm U can be easily prevented and eliminated from being caught in the capillary. In the case of a conventional manipulator, such an operation can be performed only by pressing the push buttons 347b and 347c alternately. In order to prevent and eliminate the catch of the sperm U, skill of the operator is required. On the other hand, since the injector can be reciprocated with a single button, even an unskilled person can easily prevent and eliminate the catch of the sperm U.

また、ジョイスティック347のレバー347hの位置を変えることにより、インジェクタの往復運動のストローク(振幅)を変更できる。一方で、往復運動の時間間隔T(往復周期)は、予め設定しておく。なお、往復運動時のインジェクタの移動速度は、精子Uを卵Dにインジェクション(注入)する場合、すなわち押しボタン347b(または347c)によりインジェクタを吐出操作する場合よりも、インジェクタの移動速度が速くなるように設定することが好ましい。   Further, the stroke (amplitude) of the reciprocating motion of the injector can be changed by changing the position of the lever 347h of the joystick 347. On the other hand, the time interval T (reciprocating cycle) of the reciprocating motion is set in advance. In addition, the moving speed of the injector during the reciprocating motion is higher than that when the sperm U is injected (injected) into the egg D, that is, when the injector is discharged by the push button 347b (or 347c). It is preferable to set so.

図21は、ジョイスティックの操作とそれに対するインジェクタ位置変化の関係一例を示す図である。図21(a)はレバー347hの位置(ストローク大小)とボタン347aの入切によるインジェクタ位置情報を示すグラフであり、図21(b)はインジェクタの位置変化に対応した精子Uの位置変化を示す図である。   FIG. 21 is a diagram illustrating an example of the relationship between the operation of the joystick and the change in the injector position corresponding thereto. FIG. 21A is a graph showing the position of the lever 347h (stroke size) and the injector position information by turning the button 347a on and off, and FIG. 21B shows the change in the position of the sperm U corresponding to the change in the position of the injector. FIG.

この例では、まずレバー347hを操作してインジェクタの振幅(ストローク)を小さく設定し、押しボタン347aを押す。これにより、インジェクタは吸引側(図21(a)の下方向)に移動した後、吐出側(図21(a)の上方向)に移動する。ボタン347aを押している限り、この吸引・吐出の動作(インジェクタの往復運動)は継続する。ボタン347aを押す時間が前記予め設定した時間間隔Tより短い場合、インジェクタは吸引動作と吐出動作1度ずつ連続して行うのみである。   In this example, first, the lever 347h is operated to set a small amplitude (stroke) of the injector, and the push button 347a is pressed. As a result, the injector moves to the suction side (downward in FIG. 21A) and then moves to the discharge side (upward in FIG. 21A). As long as the button 347a is pressed, this suction / discharge operation (reciprocating motion of the injector) continues. When the time for pressing the button 347a is shorter than the preset time interval T, the injector only performs the suction operation and the discharge operation once in succession.

図21(a)の押しボタン347aの二度目の操作では、レバー347hを位置を変えて振幅の大きさを大きく設定し、予め設定した時間間隔Tよりも大きく長い時間押しボタン347aを押す。これにより、吸引・吐出の動作が繰り返される。図示の通り、予め設定した時間間隔Tとは、最初の吸引動作(または吐出動作)中のある位置にインジェクタがある時間と、2回目の吸引動作(または吐出動作)中に同じ位置にインジェクタがある時間との差である。このため、インジェクタの往復は連続したものとは限らず、吸引動作、吐出動作を1回ずつした後、次の吸引動作までにインジェクタが停止する場合もある。もちろん、吸引・吐出動作が繰り返し連続して行われるようにしても良い。   In the second operation of the push button 347a in FIG. 21A, the position of the lever 347h is changed to set the magnitude of the amplitude to a large value, and the push button 347a longer than the preset time interval T is pushed. Thereby, the suction / discharge operation is repeated. As shown in the figure, the preset time interval T is the time during which the injector is at a position during the first suction operation (or discharge operation) and the injector at the same position during the second suction operation (or discharge operation). It is the difference from a certain time. For this reason, the reciprocation of the injector is not always continuous, and after the suction operation and the discharge operation are performed once, the injector may stop before the next suction operation. Of course, the suction / discharge operation may be repeated continuously.

図21(a)における押しボタン347aの三度目の操作では、レバー347hの位置を変えて振幅の大きさを小さく設定し、予め設定した時間間隔よりも短い時間押しボタン347aを押す。これにより、吸引・吐出の動作が1度ずつ連続して行われる。   In the third operation of the push button 347a in FIG. 21A, the position of the lever 347h is changed to set the magnitude of the amplitude small, and the time push button 347a shorter than the preset time interval is pushed. As a result, the suction / discharge operation is continuously performed once.

図21(b)は、この三度目の押しボタン347aの操作に対応した、キャピラリ35内の精子Uの位置を示している。図中の丸付き数字の1〜3は、図21(a)の丸付き数字の1〜3に対応している。往復運動中のインジェクタの移動速度は、図21(a)に示すように、吸引時よりも吐出時の方がインジェクタの移動速度が大きくなっている(インジェクタ位置情報のグラフの傾きが大きい)。このため、図21(b)に示す通り、同じ振幅で吸引と吐出を繰り返しても、吐出時の精子の移動量が、吸引時よりも大きくなる。この結果、吸引と吐出を繰り返し、精子の引っかかりを防止しながら、卵Dの細胞質S内にインジェクション(注入)することができる。   FIG. 21B shows the position of the sperm U in the capillary 35 corresponding to the third operation of the push button 347a. Circle numbers 1 to 3 in the figure correspond to circle numbers 1 to 3 in FIG. As shown in FIG. 21A, the movement speed of the injector during the reciprocating motion is higher during ejection than during suction (the inclination of the graph of the injector position information is larger). For this reason, as shown in FIG. 21B, even if suction and discharge are repeated with the same amplitude, the amount of movement of sperm during discharge becomes larger than that during suction. As a result, it is possible to inject (inject) into the cytoplasm S of the egg D while repeating suction and discharge to prevent sperm from being caught.

インジェクタの動作は、上述のものに限定されない。例えば、図22に示すように、押しボタン47b、47cによる、比較的緩やかな吸引・吐出動作と組み合わせても良い。図22は、ジョイスティックの操作とそれに対するインジェクタの位置変化の一例を示す図である。あるいは、吸引・吐出動作、すなわちインジェクタの往復運動の振幅、時間間隔、インジェクタの移動速度の何れか一つ、またはこれらの組合せをコントローラ343に数値入力するようにしても良く、図21、22の例とは吸引・吐出の動作順を逆にしても良い。さらに、インジェクタの動作全てを予め設定し、押しボタン347aを押すことによりインジェクタが動作するようにしても良く、インジェクタの動作と共に、圧電素子92に印加されるインジェクション電圧の大きさ、印加のタイミング等もインジェクタの動作に関連付けて予め設定を行うようにしても良い。   The operation of the injector is not limited to that described above. For example, as shown in FIG. 22, it may be combined with a relatively gentle suction / discharge operation by the push buttons 47b and 47c. FIG. 22 is a diagram illustrating an example of the operation of the joystick and a change in the position of the injector relative thereto. Alternatively, suction / discharge operation, that is, any one of the amplitude of the reciprocating motion of the injector, the time interval, the moving speed of the injector, or a combination thereof may be numerically input to the controller 343. The order of suction / discharge operation may be reversed from the example. Further, all the operations of the injector may be set in advance, and the injector may be operated by pressing the push button 347a. The injector operation, the magnitude of the injection voltage applied to the piezoelectric element 92, the application timing, etc. Alternatively, the setting may be made in advance in association with the operation of the injector.

[第5実施形態]
次に、図23から図26を参照して、第5実施形態に係るマニュピレータシステム400について説明する。第5実施形態では、第1実施形態から第4実施形態で用いられるインジェクション側マニピュレータ16のキャピラリ35の太さに応じて、圧電素子92に印加する印加電圧を設定している。これは、キャピラリ35の先端側における太さ、または使用される各種試料(例えば、シャーレ22内の培地)等の消耗品の状態に応じて、圧電素子92の駆動条件が同じであっても、穿孔作用が異なる場合があるためである。この場合、わずかな穿孔作用の違いによって、インジェクション動作後における試料に対し影響を及ぼす場合がある。なお、第5実施形態では、第1実施形態に適用して説明すると共に、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図23から図25は、第5実施形態によるマニピュレータシステムの表示部に表示される画面の一例を示す図である。
[Fifth Embodiment]
Next, a manipulator system 400 according to the fifth embodiment will be described with reference to FIGS. In the fifth embodiment, the applied voltage to be applied to the piezoelectric element 92 is set according to the thickness of the capillary 35 of the injection-side manipulator 16 used in the first to fourth embodiments. This is because the driving condition of the piezoelectric element 92 is the same depending on the thickness of the tip of the capillary 35 or the state of consumables such as various samples used (for example, the medium in the petri dish 22). This is because the piercing action may be different. In this case, a slight difference in perforation may affect the sample after the injection operation. In the fifth embodiment, description will be made by applying to the first embodiment, and only different parts from the first embodiment will be described. 23 to 25 are diagrams illustrating examples of screens displayed on the display unit of the manipulator system according to the fifth embodiment.

第5実施形態の表示部45に表示される画面、すなわちカメラ18で撮像した画面には、インジェクション側マニピュレータ16のキャピラリ35の他、キャピラリ35の太さ(大きさ)を計測するための計測用インジケータ410が表示される。つまり、コントローラ43には、計測用インジケータ410に関する表示情報が記憶されており、コントローラ43は、記憶された表示情報に基づいて、表示部45の画面上に計測用インジケータ410を表示させる。   The screen displayed on the display unit 45 of the fifth embodiment, that is, the screen imaged by the camera 18 is for measurement for measuring the thickness (size) of the capillary 35 in addition to the capillary 35 of the injection-side manipulator 16. An indicator 410 is displayed. That is, the display information regarding the measurement indicator 410 is stored in the controller 43, and the controller 43 displays the measurement indicator 410 on the screen of the display unit 45 based on the stored display information.

計測用インジケータ410は、画面上において、長方形状に形成されており、外側の領域となる第2領域E2と、内側の領域となる第1領域E1とを有している。第2領域E2は、長辺方向において第1領域E1と同じ長さとなっており、短辺方向において第1領域E1よりも長くなっている。第1領域E1は、短辺方向において第2領域E2の中央に設けられている。第1領域E1は、短辺方向において第2領域E2よりも短く形成されている。   The measurement indicator 410 is formed in a rectangular shape on the screen, and has a second region E2 that is an outer region and a first region E1 that is an inner region. The second region E2 has the same length as the first region E1 in the long side direction, and is longer than the first region E1 in the short side direction. The first region E1 is provided at the center of the second region E2 in the short side direction. The first region E1 is formed shorter than the second region E2 in the short side direction.

第1領域E1は、キャピラリ35の太さが標準範囲以下であるか否かを判定するための領域である。つまり、キャピラリ35の太さが、第1領域E1の短辺方向における長さ以下である場合、キャピラリ35は、標準範囲以下であると判定される。第2領域E2は、キャピラリ35の太さが標準範囲以上であるか否かを判定するための領域である。つまり、キャピラリ35の太さが、第2領域E2の短辺方向における長さ以上である場合、キャピラリ3は、標準範囲以上であると判定される。また、キャピラリ35の太さが、第1領域E1の短辺方向における長さよりも大きく、且つ、第2領域E2の短辺方向における長さよりも小さい場合、キャピラリ35は、標準範囲内であると判定される。   The first region E1 is a region for determining whether the thickness of the capillary 35 is equal to or less than the standard range. That is, when the thickness of the capillary 35 is equal to or smaller than the length in the short side direction of the first region E1, the capillary 35 is determined to be equal to or smaller than the standard range. The second region E2 is a region for determining whether or not the thickness of the capillary 35 is equal to or greater than the standard range. That is, when the thickness of the capillary 35 is not less than the length in the short side direction of the second region E2, the capillary 3 is determined to be not less than the standard range. When the thickness of the capillary 35 is larger than the length of the first region E1 in the short side direction and smaller than the length of the second region E2 in the short side direction, the capillary 35 is within the standard range. Determined.

なお、計測用インジケータ410は、キャピラリ35の先端の太さを計測可能であれば、上記の構成に限定されない。例えば、計測用インジケータ410は、目盛りを付した物差であってもよい。   The measurement indicator 410 is not limited to the above configuration as long as the thickness of the tip of the capillary 35 can be measured. For example, the measurement indicator 410 may be an object with a scale.

上記の計測用インジケータ410には、キャピラリ35が重ね合わされることで、キャピラリ35の太さが計測される。計測用インジケータ410とキャピラリ35とを重ね合わせる場合、計測用インジケータ410の長辺方向と、キャピラリ35の軸方向とが一致するように重ね合わされる。また、計測用インジケータ410の短辺方向の中心と、キャピラリ35の軸中心とが一致するように重ね合わされる。   The thickness of the capillary 35 is measured by overlapping the capillary 35 on the measurement indicator 410. When the measurement indicator 410 and the capillary 35 are overlapped, they are overlapped so that the long side direction of the measurement indicator 410 and the axial direction of the capillary 35 coincide. Further, the measurement indicator 410 is overlaid so that the center in the short side direction coincides with the axial center of the capillary 35.

なお、計測用インジケータ410とキャピラリ35とを重ね合わせる場合には、キャピラリ35をX‐Y軸テーブル36により適宜移動させて、計測用インジケータ410に重ね合わせてもよい。または、計測用インジケータ410とキャピラリ35とを重ね合わせる場合には、コントローラ43により計測用インジケータ410の表示位置を変更することにより、計測用インジケータ410を適宜移動させて、キャピラリ35に重ね合わせてもよい。   When the measurement indicator 410 and the capillary 35 are overlapped, the capillary 35 may be appropriately moved by the XY axis table 36 and overlapped with the measurement indicator 410. Alternatively, when the measurement indicator 410 and the capillary 35 are overlapped, the controller 43 may change the display position of the measurement indicator 410 so that the measurement indicator 410 is appropriately moved to overlap the capillary 35. Good.

コントローラ43は、計測用インジケータ410とキャピラリ35とが重ね合わされ、重ね合わされた画面を画像処理することで、キャピラリ35の太さを判定する。具体的に、図23に示すように、計測用インジケータ410とキャピラリ35とを重ね合わせた結果、キャピラリ35が第1領域E1内に収まる場合、コントローラ43は、キャピラリ35の外径の長さが、第1領域E1の短辺方向における長さ以下であるとして、キャピラリ35が標準範囲以下であると判定する。   The controller 43 superimposes the measurement indicator 410 and the capillary 35, and determines the thickness of the capillary 35 by performing image processing on the superimposed screen. Specifically, as shown in FIG. 23, when the capillary 35 is within the first region E1 as a result of superimposing the measurement indicator 410 and the capillary 35, the controller 43 determines that the length of the outer diameter of the capillary 35 is The capillary 35 is determined to be equal to or smaller than the standard range, assuming that it is equal to or shorter than the length in the short side direction of the first region E1.

また、図24に示すように、計測用インジケータ410とキャピラリ35とを重ね合わせた結果、キャピラリ35が第1領域E1よりも大きく第2領域E2内に収まる場合、コントローラ43は、キャピラリ35の外径の長さが、第1領域E1の短辺方向における長さよりも長く、第2領域E2の短辺方向における長さよりも短いとして、キャピラリ35が標準範囲内であると判定する。   As shown in FIG. 24, when the measurement indicator 410 and the capillary 35 are overlapped and the capillary 35 is larger than the first region E1 and fits in the second region E2, the controller 43 is connected to the outside of the capillary 35. The capillary 35 is determined to be within the standard range assuming that the length of the diameter is longer than the length of the first region E1 in the short side direction and shorter than the length of the second region E2 in the short side direction.

また、図25に示すように、計測用インジケータ410とキャピラリ35とを重ね合わせた結果、キャピラリ35が第2領域E2よりも大きい場合、コントローラ43は、キャピラリ35の外径の長さが、第2領域E2の短辺方向における長さ以上であるとして、キャピラリ35が標準範囲以上であると判定する。   Further, as shown in FIG. 25, when the measurement indicator 410 and the capillary 35 are overlapped and the capillary 35 is larger than the second region E2, the controller 43 determines that the length of the outer diameter of the capillary 35 is the first. It is determined that the capillary 35 is not less than the standard range, assuming that it is not less than the length in the short side direction of the two regions E2.

そして、コントローラ43は、計測用インジケータ410を用いて判定されたキャピラリ35の太さに応じて、圧電素子92に印加する印加電圧を適宜設定する。具体的に、コントローラ43は、キャピラリ35が標準範囲内である場合、標準となる印加電圧(以下、標準(印加)電圧という)を、圧電素子92に印加して、微動機構44を駆動する。また、コントローラ43は、キャピラリ35が標準範囲以下である場合、標準印加電圧よりも大きい印加電圧を、圧電素子92に印加して、微動機構44を駆動する。このとき、コントローラ43は、標準印加電圧に、1よりも大きい第1ゲインを乗じることで、標準印加電圧よりも大きな印加電圧とする。さらに、コントローラ43は、キャピラリ35が標準範囲以上である場合、標準印加電圧よりも小さい印加電圧を、圧電素子92に印加して、微動機構44を駆動する。このとき、コントローラ43は、標準印加電圧に、1よりも小さい第2ゲインを乗じることで、標準印加電圧よりも小さな印加電圧とする。   Then, the controller 43 appropriately sets the applied voltage to be applied to the piezoelectric element 92 according to the thickness of the capillary 35 determined using the measurement indicator 410. Specifically, when the capillary 35 is within the standard range, the controller 43 applies a standard applied voltage (hereinafter referred to as a standard (applied) voltage) to the piezoelectric element 92 to drive the fine movement mechanism 44. Further, when the capillary 35 is below the standard range, the controller 43 applies an applied voltage larger than the standard applied voltage to the piezoelectric element 92 to drive the fine movement mechanism 44. At this time, the controller 43 sets the applied voltage higher than the standard applied voltage by multiplying the standard applied voltage by the first gain larger than 1. Furthermore, when the capillary 35 is not less than the standard range, the controller 43 applies an applied voltage smaller than the standard applied voltage to the piezoelectric element 92 to drive the fine movement mechanism 44. At this time, the controller 43 sets the applied voltage smaller than the standard applied voltage by multiplying the standard applied voltage by the second gain smaller than 1.

次に、図26を参照して、圧電素子92に印加する印加電圧の設定に関するコントローラ43の制御について説明する。図26は、第5実施形態によるマニピュレータシステム400の制御に関するフローチャートの図である。なお、印加電圧の設定は、卵Dに精子Uをインジェクション(注入)する前に実行される。   Next, with reference to FIG. 26, the control of the controller 43 relating to the setting of the applied voltage applied to the piezoelectric element 92 will be described. FIG. 26 is a flowchart related to the control of the manipulator system 400 according to the fifth embodiment. The applied voltage is set before the sperm U is injected (injected) into the egg D.

先ず、コントローラ43は、計測用インジケータ410とキャピラリ35とが重なり合った表示部45の画面(例えば、図23から図25)を画像処理して、キャピラリ35が標準範囲以下であるか否かを判定する(ステップS1)。コントローラ43は、キャピラリ35が標準範囲以下であると判定する(ステップS1:Yes)と、標準印加電圧に第1ゲインを乗じた印加電圧を設定し(ステップS2)、印加電圧の設定に関する処理を終了する。そして、コントローラ43は、設定した印加電圧を圧電素子92に印加することで、微動機構44を駆動させる。このとき、圧電素子92に印加される印加電圧は、標準印加電圧よりも大きくなることから、圧電素子92は、その伸長が標準印加電圧を印加した場合に比して大きくなる。これにより、コントローラ43は、微動機構44によるキャピラリ35の操作量を大きくすることができる。   First, the controller 43 performs image processing on the screen (for example, FIGS. 23 to 25) of the display unit 45 where the measurement indicator 410 and the capillary 35 overlap each other, and determines whether or not the capillary 35 is below the standard range. (Step S1). When the controller 43 determines that the capillary 35 is below the standard range (step S1: Yes), the controller 43 sets an applied voltage obtained by multiplying the standard applied voltage by the first gain (step S2), and performs processing related to setting of the applied voltage. finish. Then, the controller 43 drives the fine movement mechanism 44 by applying the set applied voltage to the piezoelectric element 92. At this time, since the applied voltage applied to the piezoelectric element 92 is larger than the standard applied voltage, the expansion of the piezoelectric element 92 is larger than when the standard applied voltage is applied. Thereby, the controller 43 can increase the amount of operation of the capillary 35 by the fine movement mechanism 44.

コントローラ43は、ステップS1において、キャピラリ35が標準範囲以下でないと判定する(ステップS1:No)と、キャピラリ35が標準範囲以上であるか否かを判定する(ステップS3)。コントローラ43は、キャピラリ35が標準範囲以上であると判定する(ステップS3:Yes)と、標準印加電圧に第2ゲインを乗じた印加電圧を設定し(ステップS4)、印加電圧の設定に関する処理を終了する。このとき、圧電素子92に印加される印加電圧は、標準印加電圧よりも小さくなることから、圧電素子92は、その伸長が標準印加電圧を印加した場合に比して小さくなる。これにより、コントローラ43は、微動機構44によるキャピラリ35の操作量を小さくすることができる。   If controller 43 determines in step S1 that capillary 35 is not below the standard range (step S1: No), controller 43 determines whether capillary 35 is above the standard range (step S3). When the controller 43 determines that the capillary 35 is not less than the standard range (step S3: Yes), the controller 43 sets an applied voltage obtained by multiplying the standard applied voltage by the second gain (step S4), and performs processing related to setting of the applied voltage. finish. At this time, since the applied voltage applied to the piezoelectric element 92 is smaller than the standard applied voltage, the expansion of the piezoelectric element 92 is smaller than when the standard applied voltage is applied. Thereby, the controller 43 can reduce the amount of operation of the capillary 35 by the fine movement mechanism 44.

コントローラ43は、ステップS3において、キャピラリ35が標準範囲以上でないと判定する(ステップS3:No)と、キャピラリ35が標準範囲内であるとして、標準印加電圧を設定する(ステップS5)。このとき、圧電素子92に印加される印加電圧は、標準印加電圧となることから、圧電素子92は、その伸長が予め設定された標準的なものとなり、微動機構44によるキャピラリ35の操作量が標準の操作量となる。   If the controller 43 determines in step S3 that the capillary 35 is not above the standard range (step S3: No), the controller 43 sets the standard applied voltage assuming that the capillary 35 is within the standard range (step S5). At this time, since the applied voltage applied to the piezoelectric element 92 is a standard applied voltage, the piezoelectric element 92 has a standard extension that is set in advance, and the amount of operation of the capillary 35 by the fine movement mechanism 44 is small. Standard operating amount.

以上、第5実施形態によれば、キャピラリ35の太さに応じて、微動機構44の駆動条件を好適に設定し、微動機構44によるキャピラリ35の操作量を最適なものに変更することができる。このため、マニュピレータシステム400では、卵Dに対する精子Uのインジェクション操作を精度のよいものとすることができる。   As described above, according to the fifth embodiment, it is possible to appropriately set the driving condition of the fine movement mechanism 44 according to the thickness of the capillary 35 and change the operation amount of the capillary 35 by the fine movement mechanism 44 to an optimum one. . For this reason, in the manipulator system 400, the injection operation of the sperm U with respect to the egg D can be made with a sufficient precision.

なお、第5実施形態では、計測用インジケータ410を用いてキャピラリ35の先端の太さを計測した後、圧電素子92に印加する印加電圧を設定した。しかしながら、予めキャピラリ35の先端の太さが分かっている場合は、計測用インジケータ410によるキャピラリ35の先端の計測を行わずに、圧電素子92に印加する印加電圧を設定してもよい。すなわち、予めキャピラリ35の先端の太さが分かっている場合は、コントローラ43に、キャピラリ35の太さの情報を入力する。そして、コントローラ43は、入力されたキャピラリ35の太さの情報に基づいて、キャピラリ35が標準範囲以上であるか、標準範囲以下であるか、標準範囲内であるか、を判定する。   In the fifth embodiment, the voltage applied to the piezoelectric element 92 is set after measuring the thickness of the tip of the capillary 35 using the measurement indicator 410. However, when the thickness of the tip of the capillary 35 is known in advance, the applied voltage to be applied to the piezoelectric element 92 may be set without measuring the tip of the capillary 35 by the measurement indicator 410. That is, when the thickness of the tip of the capillary 35 is known in advance, information on the thickness of the capillary 35 is input to the controller 43. Then, the controller 43 determines whether the capillary 35 is equal to or larger than the standard range, equal to or smaller than the standard range, or within the standard range based on the input information on the thickness of the capillary 35.

また、第1実施形態から第5実施形態に係るマニュピレータシステム1、120、200、300、400を相互に組み合わせた構成にしてもよい。   Further, the manipulator systems 1, 120, 200, 300, and 400 according to the first to fifth embodiments may be combined with each other.

以上の実施形態では、インジェクション用のマニピュレータについて説明したが、本発明の用途はこれに限定されない。
即ち、シャーレに貼り付いた試料を採取するために、キャピラリに振動を与えるためのマニピュレータ(例えば、特開2008−229776号)に適応しても良い。
この場合、キャピラリと圧電アクチュエータとの距離を上記実施形態の場合よりも広くすることで、圧電アクチュエータから振動を与えた場合に、慣性の法則(振動に対する動きの鈍さ)も伴って揺動し、試料をベースから剥ぎ取ることができる。
In the above embodiment, although the manipulator for injection was demonstrated, the use of this invention is not limited to this.
In other words, in order to collect a sample attached to the petri dish, it may be applied to a manipulator (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-229776) for applying vibration to the capillary.
In this case, by making the distance between the capillary and the piezoelectric actuator wider than in the case of the above-described embodiment, when the vibration is applied from the piezoelectric actuator, the capillary swings with the law of inertia (the motion dullness with respect to the vibration). The sample can be peeled from the base.

本発明によれば、上記のようなインジェクション操作や試料の剥ぎ取り操作を、ボールねじ等の直動装置やモータを不要とする、部品点数が少なくシンプルな構成の圧電アクチュエータにより行うことができる。また、ピペット保持部材の外周にねじ加工がされており、これに対応する雌ねじにより各部を装着するため、圧入により各部を装着する場合と比較して装着が容易であり、キャピラリ(ピペット保持部材先端側)と圧電アクチュエータとの距離の微調整も容易となる。   According to the present invention, the injection operation and the sample peeling operation as described above can be performed by a piezoelectric actuator having a simple configuration with a small number of parts that does not require a linear motion device such as a ball screw or a motor. In addition, since the outer periphery of the pipette holding member is threaded and each part is attached with a corresponding female screw, it is easier to attach compared to the case where each part is attached by press fitting, and the capillary (pipette holding member tip Side) and the piezoelectric actuator can be easily finely adjusted.

また、本発明によれば、インジェクション対象となる核のキャピラリ内への付着、引っかかりを、熟練を要さずとも簡単に防止できる。このため、操作者はキャピラリの位置決め操作に専念することができ、より正確な操作を実現できる。   Further, according to the present invention, it is possible to easily prevent the nucleus to be injected from sticking to and getting caught in the capillary without requiring skill. For this reason, the operator can concentrate on the capillary positioning operation, and can realize a more accurate operation.

なお、上記の説明では、本発明を精子を卵内にインジェクションする場合についてのみ説明したが、ES細胞をインジェクションする場合にも応用できる。特にインジェクション用のキャピラリ内に複数の細胞を保持しなければならない場合には、保持した細胞をキャピラリ内で整列させる際に、前述のようにインジェクタを往復運動させるように駆動することにより、キャピラリ内で細胞を揺動させ、整列させることができる。   In the above description, the present invention has been described only for the case where sperm is injected into an egg, but it can also be applied to the case where ES cells are injected. In particular, when a plurality of cells must be held in the capillary for injection, when the held cells are aligned in the capillary, the injector is driven to reciprocate as described above. The cells can be rocked and aligned.

また、本発明を、他の発明に適宜組み合わせてもよく、他の発明としては、例えば、特開2009−208220号、特開2009−211030号、特開2009−211027号、特開2010−148460号、及び特開2011−013416号等がある。   The present invention may be appropriately combined with other inventions. Examples of other inventions include, for example, JP2009-208220, JP2009-2111030, JP2009-211027, and JP2010-148460. And JP-A-2011-013416.

10 マニピュレータシステム
14 マニピュレータ
16 マニピュレータ
18 カメラ
22 シャーレ
24 ピペット
25 キャピラリ
26 X‐Y軸テーブル
28 Z軸テーブル
30 駆動装置
32 駆動装置
34 ピペット保持部材
35 キャピラリ
36 X‐Y軸テーブル
38 Z軸テーブル
40 駆動装置
42 駆動装置
43 コントローラ
44 微動機構
44a 圧電アクチュエータ
45 表示部
47 ジョイスティック
48 ハウジング
80、82 転がり軸受
80a、82a 内輪
80b、82b 外輪
80c、82c ボール
84 中空部材
84a フランジ部
86 ロックナット
88 蓋
90 スペーサ
92 圧電素子
94 間隙
120 マニピュレータシステム(第2実施形態)
130 支持部材
134 ピペット保持部材(第2実施形態)
135 中空部材
136 保持部材
137 ワッシャ
138 Oリング
139 ナット部材
140 止め輪
141 スペーサ
144 微動機構(第2実施形態)
144a 圧電アクチュエータ(第2実施形態)
184 内輪間座(第2実施形態)
200 マニピュレータシステム(第3実施形態)
234 ピペット保持部材(第3実施形態)
235 中空部材(第3実施形態)
236 ロックナット
237 ロックナット
240 クランピング
241 締結ねじ
244 微動機構(第3実施形態)
244a 圧電アクチュエータ(第3実施形態)
250a 分割部材
250b 分割部材
251 締結ねじ
マニピュレータシステム300(第4実施形態)
321 試料ステージ
322 顕微鏡
323 カメラ
324 焦点合わせ機構
325 顕微鏡ユニット
326 光源部
329 シリンジポンプ
339 注入ポンプ
343 コントローラ(第4実施形態)
345 表示部
346 制御部
347 ジョイスティック
382 画像入力部
383 画像処理部
384 画像出力部
385 位置検出部
400 マニュピレータシステム(第5実施形態)
410 計測用インジケータ
E1 第1領域
E2 第2領域
D 卵
U 精子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Manipulator system 14 Manipulator 16 Manipulator 18 Camera 22 Petri dish 24 Pipette 25 Capillary 26 XY axis table 28 Z axis table 30 Drive device 32 Drive device 34 Pipette holding member 35 Capillary 36 XY axis table 38 Z axis table 40 Drive device 42 Drive unit 43 Controller 44 Fine movement mechanism 44a Piezoelectric actuator 45 Display unit 47 Joystick 48 Housing 80, 82 Rolling bearing 80a, 82a Inner ring 80b, 82b Outer ring 80c, 82c Ball 84 Hollow member 84a Flange unit 86 Lock nut 88 Lid 90 Spacer 92 Piezoelectric Element 94 Gap 120 Manipulator system (second embodiment)
130 Support Member 134 Pipette Holding Member (Second Embodiment)
135 Hollow member 136 Holding member 137 Washer 138 O-ring 139 Nut member 140 Retaining ring 141 Spacer 144 Fine movement mechanism (second embodiment)
144a Piezoelectric Actuator (Second Embodiment)
184 Inner ring spacer (second embodiment)
200 Manipulator System (Third Embodiment)
234 Pipette holding member (third embodiment)
235 Hollow member (third embodiment)
236 Lock nut 237 Lock nut 240 Clamping 241 Fastening screw 244 Fine movement mechanism (third embodiment)
244a Piezoelectric actuator (third embodiment)
250a Division member 250b Division member 251 Fastening screw Manipulator system 300 (4th Embodiment)
321 Sample stage 322 Microscope 323 Camera 324 Focusing mechanism 325 Microscope unit 326 Light source unit 329 Syringe pump 339 Injection pump 343 Controller (fourth embodiment)
345 Display unit 346 Control unit 347 Joystick 382 Image input unit 383 Image processing unit 384 Image output unit 385 Position detection unit 400 Manipulator system (fifth embodiment)
410 Indicator for Measurement E1 First Area E2 Second Area D Egg U Sperm

Claims (21)

微小対象物を操作するためのキャピラリを圧電素子により微動駆動する圧電アクチュエータにおいて、
前記キャピラリを装着し、外周にねじ加工を施したピペット保持部材と、
前記ピペット保持部材と同軸の内周面を有するハウジングと、
前記ハウジングに対し前記ピペット保持部材を回転可能に支持する少なくとも2つの転がり軸受と、
前記ピペット保持部材と同軸に配置された圧電素子と、
前記ハウジングに固定され、前記圧電素子を軸方向に固定する蓋と、
前記2つの転がり軸受の内輪の間に配置された内輪間座と、を備えることを特徴とする圧電アクチュエータ。
In a piezoelectric actuator that finely drives a capillary for manipulating a minute object with a piezoelectric element,
A pipette holding member fitted with the capillary and threaded on the outer periphery;
A housing having an inner peripheral surface coaxial with the pipette holding member;
At least two rolling bearings rotatably supporting the pipette holding member with respect to the housing;
A piezoelectric element disposed coaxially with the pipette holding member;
A lid fixed to the housing and fixing the piezoelectric element in an axial direction;
An inner ring spacer disposed between the inner rings of the two rolling bearings.
微小対象物を操作するためのキャピラリを圧電素子により微動駆動する圧電アクチュエータにおいて、
前記キャピラリを装着したピペット保持部材と、
前記ピペット保持部材と同軸の内周面を有するハウジングと、
前記ハウジングに対し前記ピペット保持部材を支持する少なくとも2つの転がり軸受と、
前記ピペット保持部材と同軸に配置された圧電素子と、
前記ハウジングに固定され、前記圧電素子を軸方向に固定する蓋と、
前記2つの転がり軸受の内輪の間に配置された内輪間座と、を備えることを特徴とする圧電アクチュエータ。
In a piezoelectric actuator that finely drives a capillary for manipulating a minute object with a piezoelectric element,
A pipette holding member equipped with the capillary;
A housing having an inner peripheral surface coaxial with the pipette holding member;
At least two rolling bearings for supporting the pipette holding member with respect to the housing;
A piezoelectric element disposed coaxially with the pipette holding member;
A lid fixed to the housing and fixing the piezoelectric element in an axial direction;
An inner ring spacer disposed between the inner rings of the two rolling bearings.
前記2つの転がり軸受の内輪と前記ピペット保持部材の外周面との間に介装される中空部材を、さらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載の圧電アクチュエータ。   The piezoelectric actuator according to claim 1, further comprising a hollow member interposed between an inner ring of the two rolling bearings and an outer peripheral surface of the pipette holding member. 微小対象物を操作するためのキャピラリを圧電素子により微動駆動する圧電アクチュエータにおいて、
前記キャピラリを装着したピペット保持部材と、
前記ピペット保持部材と同軸の内周面を有するハウジングと、
前記ハウジングに対し前記ピペット保持部材を支持する少なくとも2つの転がり軸受と、
前記ピペット保持部材と同軸に配置された圧電素子と、
前記ハウジングに固定され、圧電素子を軸方向に固定する蓋と、
前記2つの転がり軸受の内輪の間に配置された内輪間座と、
前記2つの転がり軸受の内輪と前記ピペット保持部材の外周面との間に介装される中空部材と、を備えることを特徴とする圧電アクチュエータ。
In a piezoelectric actuator that finely drives a capillary for manipulating a minute object with a piezoelectric element,
A pipette holding member equipped with the capillary;
A housing having an inner peripheral surface coaxial with the pipette holding member;
At least two rolling bearings for supporting the pipette holding member with respect to the housing;
A piezoelectric element disposed coaxially with the pipette holding member;
A lid fixed to the housing and fixing the piezoelectric element in the axial direction;
An inner ring spacer disposed between the inner rings of the two rolling bearings;
A piezoelectric actuator comprising: a hollow member interposed between an inner ring of the two rolling bearings and an outer peripheral surface of the pipette holding member.
前記ピペット保持部材は、外周にねじ加工を施され、
前記2つの転がり軸受は、前記ピペット保持部材の外周と螺合する2つのロックナットにより軸方向に固定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項に記載の圧電アクチュエータ。
The pipette holding member is threaded on the outer periphery,
5. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the two rolling bearings are fixed in an axial direction by two lock nuts screwed to an outer periphery of the pipette holding member.
前記中空部材の一端の外周面にはねじ加工が施され、該ねじ加工部分にはロックナットが螺合して転がり軸受を軸方向に固定していることを特徴とする請求項3または4に記載の圧電アクチュエータ。   The outer peripheral surface of one end of the hollow member is threaded, and a lock nut is screwed into the threaded portion to fix the rolling bearing in the axial direction. The piezoelectric actuator as described. 前記中空部材の他端に設けられ、前記ピペット保持部材を前記中空部材に固定する固定部材をさらに備えることを特徴とする請求項3または4に記載の圧電アクチュエータ。   5. The piezoelectric actuator according to claim 3, further comprising a fixing member provided at the other end of the hollow member and fixing the pipette holding member to the hollow member. 前記圧電素子は、前記転がり軸受により予圧を付与されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の圧電アクチュエータ。   The piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 7, wherein the piezoelectric element is preloaded by the rolling bearing. 前記転がり軸受と前記圧電素子の間に、前記ピペット保持部材と同軸に配置されたスペーサを備えることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の圧電アクチュエータ。   The piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 8, further comprising a spacer disposed coaxially with the pipette holding member between the rolling bearing and the piezoelectric element. 前記キャピラリは、複数の支持部材により複数点で支持されることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の圧電アクチュエータ。   The piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 9, wherein the capillary is supported at a plurality of points by a plurality of support members. 請求項1乃至10のいずれか1項に記載の圧電アクチュエータを備えることを特徴とするマニピュレータ。   A manipulator comprising the piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 10. 微小対象物を操作するキャピラリと、請求項1乃至10のいずれか1項に記載の圧電アクチュエータとを備え、コントローラにより電動駆動されるマニピュレータにおいて、
前記キャピラリは、前記キャピラリ内の流体を吸引または吐出させるインジェクタと接続され、
前記コントローラから発せられた一つの操作信号により、前記インジェクタが一定のストロークで往復するように設定されていることを特徴とするマニピュレータ。
A manipulator comprising a capillary for manipulating a minute object and the piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 10, and electrically driven by a controller,
The capillary is connected to an injector that sucks or discharges the fluid in the capillary,
A manipulator characterized in that the injector is set to reciprocate with a constant stroke by one operation signal generated from the controller.
微小対象物を操作するキャピラリを備え、コントローラにより電動駆動されるマニピュレータにおいて、
前記キャピラリは、前記キャピラリ内の流体を吸引または吐出させるインジェクタと接続され、
前記コントローラから発せられた一つの操作信号により、前記インジェクタが一定のストロークで往復するように設定されていることを特徴とするマニピュレータ。
In a manipulator equipped with a capillary for manipulating a minute object and electrically driven by a controller,
The capillary is connected to an injector that sucks or discharges the fluid in the capillary,
A manipulator characterized in that the injector is set to reciprocate with a constant stroke by one operation signal generated from the controller.
前記インジェクタの往復において、前記キャピラリ内の流体の吸引時のインジェクタの移動速度よりも、吐出時のインジェクタの移動速度の方が大きく設定されていることを特徴とする請求項12または13に記載のマニピュレータ。   14. The reciprocation of the injector, wherein the movement speed of the injector at the time of discharge is set larger than the movement speed of the injector at the time of suction of the fluid in the capillary. manipulator. 前記インジェクタの往復において、前記操作信号による前記インジェクタの往復は、前記吸引に対応する前記インジェクタの移動が先に行われることを特徴とする請求項12乃至14のいずれか1項に記載のマニピュレータ。   The manipulator according to any one of claims 12 to 14, wherein in the reciprocation of the injector, the reciprocation of the injector according to the operation signal is performed first in accordance with the suction. 前記インジェクタの往復において、吸引動作に対応する移動と吐出動作に対応する移動を1回ずつした後、次の吸引動作までにインジェクタが停止することを特徴とする請求項12乃至15のいずれか1項に記載のマニピュレータ。   16. The injector according to any one of claims 12 to 15, wherein in the reciprocation of the injector, after the movement corresponding to the suction operation and the movement corresponding to the discharge operation are performed once, the injector stops before the next suction operation. The manipulator according to item. 前記操作信号は、前記コントローラに接続されたジョイスティックにより発せられることを特徴とする請求項12乃至16のいずれか1項に記載のマニピュレータ。   The manipulator according to any one of claims 12 to 16, wherein the operation signal is generated by a joystick connected to the controller. 前記操作信号は、前記ジョイスティックに設けられたボタンにより発せられることを特徴とする請求項12乃至17のいずれか1項に記載のマニピュレータ。   The manipulator according to any one of claims 12 to 17, wherein the operation signal is generated by a button provided on the joystick. 前記キャピラリを圧電素子により微動駆動させる、請求項11乃至18のいずれか1項に記載のマニピュレータと、
前記マニピュレータに装着される前記キャピラリの先端の大きさに応じて、前記圧電素子に印加する電圧を制御するコントローラと、を備えることを特徴とするマニピュレータシステム。
The manipulator according to any one of claims 11 to 18, wherein the capillary is finely driven by a piezoelectric element.
And a controller for controlling a voltage applied to the piezoelectric element in accordance with a size of a tip of the capillary attached to the manipulator.
前記マニピュレータに装着される前記キャピラリの先端を撮像可能なカメラと、
前記カメラにより撮像される撮像画面上に配置され、前記キャピラリの先端の大きさを計測するための計測用インジケータと、をさらに備え、
前記コントローラは、
前記計測用インジケータにより計測される前記キャピラリの先端の大きさが、予め設定された標準範囲以上である場合、前記圧電素子に印加される電圧を、前記標準範囲内のときに印加される標準電圧よりも小さくし、
前記計測用インジケータにより計測される前記キャピラリの先端の大きさが、前記標準範囲以下である場合、前記圧電素子に印加される電圧を、前記標準電圧よりも大きくすることを特徴とする請求項19に記載のマニピュレータシステム。
A camera capable of imaging the tip of the capillary attached to the manipulator;
A measurement indicator arranged on an imaging screen imaged by the camera and for measuring the size of the tip of the capillary;
The controller is
When the size of the tip of the capillary measured by the measurement indicator is equal to or larger than a preset standard range, the voltage applied to the piezoelectric element is a standard voltage applied when the size is within the standard range. Smaller than
The voltage applied to the piezoelectric element is made larger than the standard voltage when the size of the tip of the capillary measured by the measurement indicator is equal to or less than the standard range. The manipulator system described in.
請求項12乃至18のいずれか1項に記載のマニピュレータを用いて、前記キャピラリで前記対象物である卵に対して透明帯穿孔を行い、
その後、前記キャピラリが移動して少なくとも一つの精子のサンプリング操作を行ってから前記透明帯穿孔の位置に戻り、
前記インジェクタの往復によりキャピラリ内で精子を移動させながら精子のインジェクション操作を行うことを特徴とする微小対象物の操作方法。
Using the manipulator according to any one of claims 12 to 18, performing zona pellucida perforation on the egg as the object with the capillary,
Thereafter, the capillary moves to perform at least one sperm sampling operation and then returns to the position of the zona pellucida perforation,
A method for manipulating a micro object, wherein a sperm injection operation is performed while moving the sperm in a capillary by reciprocation of the injector.
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