JP2001260095A - マイクロマニピュレータおよびアクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リニア可動機構の可動部における回転がたを
簡易に抑制できるマイクロマニピュレータ技術を提供す
る。 【解決手段】 マイクロマニピュレータのリニアアクチ
ュエータ１０は、圧電素子１１とガイド軸１２と、可動
部として機能するスライダ１３とを有している。圧電素
子１１によりガイド軸１２がＸ方向に振動することで、
スライダ１３が摺動してＸ方向に移動する。ここで、ガ
イド軸１２の直交する面１２ａ、１２ｂは、付勢ばね１
７によりスライダ１３に接触する直交面１３ａ、１３ｂ
に押圧されるため、Ｘ軸回りの回転が規制される。その
結果、スライダ１３におけるガイド軸１２回りの回転が
たを簡易に抑制できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、微小な対象物に
対して作業を行うマイクロマニピュレータ技術に関し、
特に、リニア可動機構の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】細胞微小操作等の技術分野においては顕
微鏡下で細胞レベルでの微小な操作を行うためなどに、
従来より様々なマイクロマニピュレータが使用されてい
た。このマイクロマニピュレータを動作させる機構とし
て、リニアアクチュエータ（リニア可動機構）を有する
ものがある。

【０００３】図９は、マイクロマニピュレータにおける
リニアアクチュエータの一例の構成を示す断面図であ
る。

【０００４】リニアアクチュエータ９０では、Ｘ軸方向
に伸びるガイド軸９１と、可動部であるスライダ９２は
摩擦係合し、ガイド軸９１がＸ方向に振動することによ
りスライダ９２が移動する。ここで、スライダ９２は、
ガイド軸９１の軸方向（Ｘ軸方向）には移動するが、軸
回りには回転しないようにする必要がある。このため、
キー９１ａとキー溝９２ａとを組み合わせる構成として
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のキー溝
９２ａを用いる構成の場合、キー９１ａとキー溝９２ａ
との間のすきまＧの大小で軸方向の動きやすさが決ま
る。すきまＧが小さすぎるとスライダ９２が動き難くな
り、すきまＧが大きすぎるとスライダ９２の軸回りの回
転がたが大きくなる。特にマイクロマニピュレータのよ
うに細いガイド軸９１の場合では、すきまＧによるがた
が、回転のがたになり、そこからさらにリニアアクチュ
エータを伸ばす構成になるとその先端のがたは拡大され
てしまい、所要の精度が得られなくなる。

【０００６】例えば、図９においてガイド軸９１の径を
２mmで考えた場合、回り止めのキー９１ａとキー溝９２
ａとの公差を０〜０.１mmとすると、ガイド軸９２の外
周長に対して、がたは最大０.１mmになる。この時、こ
のがたを角度に換算すると、 ３６０゜×０.１／(２π）＝５.７゜ となる。

【０００７】そして、このスライダ９２に対して１０mm
のリニアアクチュエータ９９がついた場合、そのリニア
アクチュエータの先端のがたは、１０×tan５.７゜＝
０.９９８mmとなり、最大約１mmものがたに拡大されて
しまう。

【０００８】ここでは、がた寄せを用いることも考えら
れるが、がた寄せのための付勢機構などによる大型化や
部品点数の増加などの弊害を伴う。また、がたを少なく
しようとすると、部品の加工精度が必要となり難易度が
増し、コストアップにつながる。

【０００９】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、リニア可動機構の可動部における回転がたを簡
易に抑制できるマイクロマニピュレータ技術を提供する
ことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１の発明は、微小な対象物に対して、リニア
可動手段を用いて所定の作業を行うマイクロマニピュレ
ータであって、前記リニア可動手段は、(a）所定のガイ
ド方向に伸びた第１面と第２面とを有する非円筒形のガ
イド軸と、(b）前記第１面と前記第２面とに摺接する２
の面を有する部材と、(c）前記ガイド軸の前記第１面と
前記第２面とを前記２の面に相対的に押圧する押圧手段
と、(d）前記所定のガイド方向に前記ガイド軸を加振す
る加振手段と、を備え、前記部材は、前記ガイド軸の振
動によって前記ガイド軸に沿って相対的に摺動する。

【００１１】また、請求項２の発明は、請求項１の発明
に係るマイクロマニピュレータにおいて、前記第１面と
前記第２面とは、互いに垂直な平面である。

【００１２】また、請求項３の発明は、請求項１または
請求項２の発明に係るマイクロマニピュレータにおい
て、前記リニア可動手段は複数のリニア可動機構を有し
ており、複数のリニア可動機構は順次に連結されてい
る。

【００１３】また、請求項４の発明は、請求項１ないし
請求項３のいずれかの発明に係るマイクロマニピュレー
タにおいて、前記ガイド軸と前記押圧手段とは、点接触
または線接触の状態である。

【００１４】また、請求項５の発明は、請求項１ないし
請求項４の発明に係るマイクロマニピュレータにおい
て、前記押圧手段は、前記ガイド軸の前記第１面と前記
第２面とを前記２の面にほぼ均等に押圧する。

【００１５】また、請求項６の発明は、微小な対象物に
対して所定の作業を行うマイクロマニピュレータで用い
るアクチュエータであって、(a）所定のガイド方向に伸
びた第１面と第２面とを有する非円筒形のガイド軸と、
(b）前記第１面と前記第２面とに摺接する２の面を有す
る部材と、(c）前記ガイド軸の前記第１面と前記第２面
とを前記２の面に相対的に押圧する押圧手段と、(d）前
記所定のガイド方向に前記ガイド軸を加振する加振手段
と、を備え、前記部材は、前記ガイド軸の振動によって
前記ガイド軸に沿って相対的に摺動する。

【００１６】

【発明の実施の形態】＜第１実施形態＞ ＜マイクロマニピュレータの構成＞図１は、本発明の第
１実施形態に係るマイクロマニピュレータ１の概略構成
図である。なお、図１においてＸ、Ｙ、Ｚは互いに直交
する３軸を示している。

【００１７】マイクロマニピュレータ１は、第１リニア
アクチュエータ１０と第２リニアアクチュエータ２０と
第３リニアアクチュエータ３０と回転系アクチュエータ
４０とエンドエフェクタ４５とを備えている。

【００１８】第１ないし第３リニアアクチュエータ１０
〜３０は互いに直交するように順次に連結されている。
また、回転系アクチュエータ４０はその先端部分に結合
されたエンドエフェクタ４５の姿勢を任意の角度に変化
させることにより、そのエンドエフェクタ４５で支持さ
れる微小な対象物の姿勢を変化できる。

【００１９】第１リニアアクチュエータ１０は圧電素子
１１とガイド軸１２とスライダ１３とを備えており、Ｘ
軸方向に沿ってスライダ１３が移動できるように構成さ
れている（後で詳述）。

【００２０】第２リニアアクチュエータ２０も第１リニ
アアクチュエータ１０と同様に、圧電素子２１とガイド
軸２２とスライダ２３とを備え、Ｙ軸方向に沿ってスラ
イダ２３が移動できるように構成されている。圧電素子
２１の一端側は第１リニアアクチュエータ１０のスライ
ダ１３の側面部に固着されており、他端側はガイド軸２
２の端面に固着されている。したがって、ガイド軸２２
は圧電素子２１の伸縮動作に伴ってその長手方向である
Ｙ軸方向に移動する。なお、圧電素子２１とガイド軸２
２とスライダ２３との連結および構成は、第１リニアア
クチュエータ１０と同様である。

【００２１】第３リニアアクチュエータ３０も上記各リ
ニアアクチュエータと同様であり、圧電素子３１とガイ
ド軸３２とスライダ３３とを備えてＺ軸方向に沿ってス
ライダ３３が移動できるように構成されている。そして
圧電素子３１の一端側は第２リニアアクチュエータ２０
のスライダ２３に固着されており、他端側はガイド軸３
２の端面に固着されている。したがって、ガイド軸３２
は圧電素子３１の伸縮動作に伴ってＺ軸方向に移動す
る。なお、圧電素子３１とガイド軸３２とスライダ３３
との連結および構成は他のリニアアクチュエータと同様
である。

【００２２】そして、第３リニアアクチュエータ３０の
スライダ３３にはＸ軸方向に沿って回転系アクチュエー
タ４０が固着されている。回転系アクチュエータ４０は
ステッピングモータ４１と回転板４２とピッチヨーアク
チュエータ４３と傾斜板４４とを備えている。

【００２３】ステッピングモータ４１は本体が小径の円
筒状に構成され、第３リニアアクチュエータ３０のスラ
イダ３３に固定されている。ステッピングモータ４１に
対して外部に設けられる駆動回路から通電が行われるこ
とにより、ステッピングモータ４１の内部に設けられる
ロータに連結された回転板４２がステッピングモータ４
１の回転軸周りに回動するように構成されている。な
お、図１においてはステッピングモータ４１の回転軸は
Ｘ軸に平行なように設けられているが、これに限定され
るものではない。このステッピングモータ４１により回
転系の動作のうちのＸ軸に平行な回転軸を中心とする回
転動作（ローリング）が可能となる。

【００２４】回転板４２にはピッチヨーアクチュエータ
４３の一端側が着設されており、このピッチヨーアクチ
ュエータ４３は回転板４２の回転に伴ってステッピング
モータ４１の回転軸を中心に回転する。そして、ピッチ
ヨーアクチュエータ４２の他端側には傾斜板４４がピボ
ット軸受の構成で配設されており、ピッチヨーアクチュ
エータ４２が駆動されることによって傾斜板４４はＹＺ
平面に平行な状態から任意の方向および角度に傾斜する
ように構成されている。このピッチヨーアクチュエータ
４３により回転系の動作のうちのＺ軸に平行な回転軸を
中心とする回転動作（ピッチング）とＹ軸に平行な回転
軸を中心とする回転動作（ヨーイング）が可能となる。

【００２５】そして、回転系アクチュエータ４０の先端
部には、このマイクロマニピュレータ１のエンドエフェ
クタ４５の基部側が接続配置されている。エンドエフェ
クタ４５は微小な対象物に対して所定の操作を行うため
に適した機構のものが採用される。例えば、ハンド機構
を備えるマイクログリッパや、ニードル等がエンドエフ
ェクタ４５として使用される。

【００２６】マイクロマニピュレータ１は上記のように
構成されており、第１ないし第３リニアアクチュエータ
１０〜３０はエンドエフェクタ４５の位置をＸ、Ｙ、Ｚ
の３軸方向に直進移動させることができ、回転系アクチ
ュエータ４０はエンドエフェクタ４５をロール・ピッチ
・ヨーの３方向に回転移動させることができる。つま
り、上記のような構成とすることにより、エンドエフェ
クタ４５を直進運動させるための３自由度と回転運動さ
せるための３自由度との合計６自由度が実現されてい
る。なお、回転系３自由度は、ステッピングモータ４１
によるロール角運動と、ピッチヨーアクチュエータ４３
によるピッチ角およびヨー角運動とで実現される。

【００２７】したがって、マイクロマニピュレータ１の
構成を上記のようにすることでエンドエフェクタ４５を
任意の位置に移動させることが可能になるとともに、エ
ンドエフェクタ４５を任意の姿勢に変化させることも可
能となる。

【００２８】＜第１リニアアクチュエータ１０の構成＞
次に第１リニアアクチュエータ１０の詳細構成について
説明する。図２は第１リニアアクチュエータ１０の斜視
図である。図３は、図２のIII−III位置から見た断面図
である。

【００２９】圧電素子１１は積層圧電セラミックス等に
よって構成され、外部に設けられる駆動回路からの電圧
の印加によってＸ軸方向に沿って伸縮動作を行う。そし
て圧電素子１１の一端側は固定部１９に固着されてお
り、他端側はガイド軸１２の端面に固着されている。し
たがって、ガイド軸１２は圧電素子１１の伸縮動作に伴
ってその長手方向であるＸ軸方向に加振されることにな
る。なお、固定部１９は、マイクロマニピュレータ１の
設置対象となる装置（例えば、顕微鏡等）における部材
である。

【００３０】ガイド軸１２は、Ｘ軸に伸びた角棒状（一
般には非円筒状）の部材となっており、ガイド方向（Ｘ
軸）に平行な第１ガイド面１２ａと第２ガイド面１２ｂ
と、付勢ばね１７に接する曲面１２ｃとを有している。
この第１ガイド面１２ａと第２ガイド面１２ｂとは互い
に垂直な平面となっており、また第１ガイド面１２ａの
中央部に着磁パターン形成部１４が埋め込まれている。

【００３１】スライダ１３は、Ｌ字状の形状で第１リニ
アアクチュエータの可動部として機能する。このスライ
ダ１３は、ガイド軸１２の第１ガイド面１２ａと第２ガ
イド面１２ｂとに摺接する互いに垂直な２つの接触面１
３ａ、１３ｂとを有している。また、スライダ１３は、
ガイド軸１２の着磁パターン形成部１４に対応する箇所
に、面１３ａに磁気抵抗素子１５が埋め込まれている。

【００３２】付勢ばね１７は、板ばね状部材の一端側が
ピン１６によってスライダ１３側に固定され、他端側が
その表面をガイド軸１２に対して押圧する構成となって
いる。この付勢ばね１７は、ガイド軸１２との摺動をス
ムーズにするため、端部１７ａが折り曲げられている。
この付勢ばね１７により、ガイド軸１２の第１ガイド面
１２ａとスライダ１３の面１３ａとの間と、ガイド軸１
２の第２ガイド面１２ｂとスライダ１３の面１３ｂとの
間とに一定の摩擦力が発生することとなる。また、ガイ
ド軸１２の円弧面１２ｃに対して付勢ばね１７が線接触
の状態となるため、スライダ１３の駆動がスムーズにな
り、リニアアクチュエータの可動部の動作のバラツキが
少なくなる。

【００３３】付勢ばね１７による押圧力ＦＡの角度は、
ガイド軸１２における第１ガイド面１２ａの垂線と第２
ガイド面１２ｂの垂線との平均となる角度、本実施形態
では第１ガイド面１２ａと第２ガイド面１２ｂとに対し
て４５度の角度とすることが好ましい。これにより、ガ
イド軸１２の第１ガイド面１２ａとスライダ１３の面１
３ａと押圧力と、ガイド軸１２の第２ガイド面１２ｂと
スライダ１３の面１３ｂとの押圧力とをほぼ均等にする
ことができ、スライダ１２の回転がたを効果的に抑制で
きるとともに、２つの面に対する摩擦力のバランスを適
切にすることができる。

【００３４】このように第１リニアアクチュエータ１０
のスライダ１３は付勢ばね（一般には付勢手段ないしは
弾性手段）１７による一定の摩擦力によってガイド軸１
２に固定された状態となっており、スライダ１３にその
摩擦力以上の力が作用することでＸ軸に沿った方向に摺
動する。具体的に説明すると、ガイド軸１２に対して圧
電素子１１が停止または緩やかな伸縮動作を行う場合に
は、スライダ１３に対して付勢ばね１７による摩擦力以
上の力が作用しないため、ガイド軸１２に対するスライ
ダ１３の位置は変化しない。これに対して、圧電素子１
１が瞬時に伸縮動作を行う場合には、スライダ１３に対
して付勢ばね１７による摩擦力以上の慣性力が作用する
のでガイド軸１２に対するスライダ１３の位置は圧電素
子１１の伸縮方向とは逆方向に移動するのである。

【００３５】ガイド軸１２に形成された着磁パターン形
成部１４には、Ｘ方向に沿ってほぼ等間隔に磁気パター
ンが形成されており、スライダ１３の内部側であって着
磁パターン形成部１４に対向して配置された磁気抵抗素
子１５が、その磁気パターンの移動を検出するように構
成されている。したがって、スライダ１３がガイド軸１
２に沿って移動すれば、その移動量に応じた磁気パター
ンが磁気抵抗素子１５の近傍を通過するので、磁気抵抗
素子１５からはスライダ１５の移動量に応じたパルス波
形が得られるのである。

【００３６】＜マイクロマニピュレータ１の動作＞マイ
クロマニピュレータ１の動作を説明する前に、上記のよ
うに構成された第１リニアアクチュエータ１０の動作に
ついて説明する。

【００３７】図４は、圧電素子１１に印加する電圧波形
の一例としてのこぎり波形のような非対称な電圧波形を
示す図である。ここで、図４（ａ）は、スライダ１３を
＋Ｘ方向に移動させる場合の電圧波形を示しており、図
４（ｂ）は、スライダ１３を−Ｘ方向に移動させる電圧
波形を示している。

【００３８】この実施形態では、圧電素子１１に対して
負の電圧が印加されれば圧電素子１１が収縮し、逆に、
圧電素子１１に対して正の電圧が印加されれば圧電素子
１１が伸張する。そして、その伸縮量は印加電圧の絶対
値（すなわち大きさ）によって可変させることができ
る。このため、圧電素子１１に対する印加電圧を制御す
ることによって、その伸縮量、すなわち圧電素子１１と
連結するガイド軸１２の振動幅を制御することができ、
その結果、ガイド軸１２のＸ軸に沿った移動を制御する
ことが可能になる。

【００３９】例えば、図４（ａ）の電圧波形は立ち上が
り部Ｋａにおいて緩やかな傾斜を示し、立ち下がり部Ｋ
ｂにおいて急峻な傾斜を示している。このため、のこぎ
り波形の緩やかな立ち上がり部Ｋａではガイド軸１２と
スライダ１３との間の摩擦力により、スライダ１３がガ
イド軸１２と一体となって圧電素子１１の伸縮量に応じ
てＸ軸に沿って移動する。

【００４０】一方、図４（ａ）ののこぎり波形の急峻な
立ち下がり部Ｋｂでは圧電素子１１は急激に元の位置に
戻ろうとするのに対して、スライダ１３には移動後の位
置に留まろうとする大きな慣性力が生じ、この慣性力が
摩擦力よりも大きくなり、それによってスライダ１３と
ガイド軸１２との間にすべりが生じる。その結果、スラ
イダ１３がガイド軸１２に対してすべりを生じた距離分
だけ相対的に＋Ｘ方向側に移動することになる。

【００４１】そして、図４（ａ）に示すようなのこぎり
波形を繰り返し圧電素子１１に与えることにより、スラ
イダ１３はガイド軸１２に沿って段階的に＋Ｘ方向側に
移動していくのである。

【００４２】また、図４（ｂ）の電圧波形は、図４
（ａ）の波形に対して逆極性となっている。つまり、図
４（ｂ）の電圧波形は、負の方向への立ち上がり部Ｋｃ
において緩やかな傾斜を示し、立ち下がり部Ｋｄにおい
て急峻な傾斜を示している。このため、のこぎり波形の
緩やかな立ち上がり部Ｋｃではガイド軸１２とスライダ
１３との間の摩擦力により、スライダ１３がスプライン
軸１２と一体となって圧電素子１１の伸縮量に応じてＸ
軸に沿って移動する。圧電素子１１は負の電圧が印加さ
れることによって収縮するので、図４（ｂ）の緩やかな
立ち上がり部Ｋｃでは圧電素子１１はゆっくりと収縮す
る。これに対して、図４（ｂ）の急峻な立ち下がり部Ｋ
ｄでは、圧電素子１１は収縮した状態から急激に元の状
態に戻ろうとするため、スライダ１３には大きな慣性力
が生じ、この慣性力が摩擦力よりも大きくなり、それに
よってスライダ１３とガイド軸１２との間にすべりが生
じる。その結果、スライダ１３がガイド軸１２に対して
すべりを生じた距離分だけ相対的に−Ｘ方向側に移動す
ることになる。

【００４３】そして、図４（ｂ）に示すようなのこぎり
波形を繰り返し圧電素子１１に与えることにより、スラ
イダ１３はガイド軸１２に沿って段階的に−Ｘ方向側に
移動していくのである。

【００４４】このように第１リニアアクチュエータ１０
は、駆動手段となる圧電素子１１を非対称な速度で往復
移動させることによって圧電素子１１に結合されたガイ
ド軸１２を往復移動させることができ、それによってス
ライダ１３を相対的に慣性移動させることが可能にな
る。換言すれば、第１リニアアクチュエータ１０は、付
勢ばね１７によりガイド軸１２とスライダ１３との間に
生じる摩擦力とスライダ１３に作用する慣性力とを有効
に利用することでスライダ１３とガイド軸１２との間に
所定方向のすべりを生じさせることができ、その結果ス
ライダ１３がガイド軸１２に対して移動するというステ
ィックスリップ機構による駆動機構が構成されているの
である。

【００４５】ここでは、付勢ばね１７により、ガイド軸
１２の第１ガイド面１２ａと第２ガイド面１２ｂとをス
ライダ１３の２の面１３ａ、１３ｂに押圧しているた
め、ガイド軸１２に対するスライダ１３の回転がたを規
制できる。さらに、ガイド軸１２に対するスライダ１３
の摺動に必要な摩擦力を適切に発生させることができ
る。

【００４６】また、ガイド軸１２に形成された着磁パタ
ーン形成部１４とスライダ１３の内部に設けられた磁気
抵抗素子１５とが一体となってリニアエンコーダ１８が
構成されており、スライダ１３の移動に伴って磁気抵抗
素子１５から移動量に応じたパルス信号が発生する。そ
して、このパルス信号に基づいて所定の演算を行うこと
で、ガイド軸１２に対するスライダ１３の位置を検出す
ることができる。

【００４７】以上、第１リニアアクチュエータ１０の動
作について説明したが、第２リニアアクチュエータ２０
および第３リニアアクチュエータ３０についても、第１
リニアアクチュエータ１０と同様の構成および動作であ
る。

【００４８】したがって、第１ないし第３リニアアクチ
ュエータ１０〜３０を駆動することにより、エンドエフ
ェクタ４５のＸＹＺ座標系における位置を制御できる。
なお、エンドエフェクタ４５の回転動作については、回
転系アクチュエータ４０により任意の角度に制御が可能
となる。

【００４９】以上のマイクロマニピュレータ１の動作に
より、リニアアクチュエータのスライダにおける回転が
たを簡易に抑制できる。そして、マイクロマニピュレー
タ５のようにリニアアクチュエータが順次に連結してい
る場合でも、がたの累積を抑制するのに有効である。

【００５０】＜第２実施形態＞ ＜マイクロマニピュレータの構成＞図５は、本発明の第
２実施形態に係るマイクロマニピュレータの概略構成図
である。なお、図５においてＸ、Ｙ、Ｚは互いに直交す
る３軸を示している。

【００５１】マイクロマニピュレータ５は、第１リニア
アクチュエータ５０と第２リニアアクチュエータ６０と
第３リニアアクチュエータ７０と回転系アクチュエータ
８０とエンドエフェクタ８５とを備えている。

【００５２】第１ないし第３リニアアクチュエータ５０
〜７０は互いに直交するように順次に連結されている。
また、回転系アクチュエータ８０はその先端部分に結合
されたエンドエフェクタ８５の姿勢を任意の角度に変化
させることにより、そのエンドエフェクタ８５で支持さ
れる微小な対象物の姿勢を変化できる。

【００５３】第２実施形態のマイクロマニピュレータ５
は、図５をみて分かるように、第１実施形態のマイクロ
マニピュレータ１と類似しているが、第１実施形態と異
なる構成の第１〜第３リニアアクチュータ５０〜７０を
有している。以下では、このリニアアクチュエータの構
成について説明する。

【００５４】図６は、第１リニアアクチュエータ５０の
斜視図である。図７は、図６のVII−VII位置から見た断
面図である。

【００５５】第１実施形態の第１リニアアクチュエータ
１０では、付勢ばね１７によりガイド軸１２をスライダ
１３に押圧していたが、第１リニアアクチュエータ５０
では、鋼球であるボール５６と付勢部材５７とにより押
圧する構成となっている。

【００５６】付勢部材５７は、ポリアセタール樹脂等の
弾性部材から構成され、ボール５６が嵌入する円筒状の
穴部５７ｈを有している。そして、付勢部材５７の端部
とスライダ５３の端部とは連結しており、穴部５７にボ
ール５６が嵌合保持され、ガイド軸５２を押圧する。ま
た、ガイド軸５２の接触面５２ｃに対してボール５６が
点接触の状態となるため、スライダ５３の駆動がスムー
ズになり、リニアアクチュエータとしての可動部の動作
のバラツキが少なくなる。

【００５７】ガイド軸５２は、第１実施形態と同様に、
スライダ５３と摺接する第１ガイド面５２ａと第２ガイ
ド面５２ｂとを有するとともに、ボール５６に接する平
面状の接触面５２ｃとを有している。この第１ガイド面
５２ａと第２ガイド面５２ｂとは、互いに垂直な平面と
なっている。また、ガイド軸５２は、第１ガイド面５２
ａの中央部に着磁パターン形成部５４が埋め込まれてい
る。

【００５８】スライダ５３は、第１実施形態と同様に、
ガイド軸５２の第１ガイド面５２ａと第２ガイド面５２
ｂとに摺接する２つの垂直面５３ａ、５３ｂとを有して
いる。また、スライダ５３は、ガイド軸５２の着磁パタ
ーン形成部５４に対応して、面５３ａに磁気抵抗素子５
５が埋め込まれている。

【００５９】また、ボール５６からの押圧力ＦＢの角度
は、ガイド軸５２における第１ガイド面５２ａの垂線と
第２ガイド面５２ｂの垂線との平均となる角度、本実施
形態では第１ガイド面５２ａと第２ガイド面５２ｂとに
対して４５度の角度となることが好ましい。これによ
り、ガイド軸５２の第１ガイド面５２ａとスライダ５３
の面５３ａと押圧力と、ガイド軸５２の第２ガイド面５
２ｂとスライダ５３の面５３ｂとの押圧力とをほぼ均等
にすることができ、スライダ５３の回転がたを効果的に
抑制できとともに、摩擦力を適切に生じさせることがで
きる。

【００６０】このように第１リニアアクチュエータ５０
のスライダ５３はボール５６による一定の摩擦力によっ
てガイド軸５２に固定された状態となっており、スライ
ダ５３にその摩擦力以上の力が作用することでＸ軸に沿
った方向に摺動する。具体的に説明すると、Ｘ軸方向に
沿ってのガイド軸７２の加振手段となる圧電素子５１が
停止または緩やかな伸縮動作を行う場合には、スライダ
５３に対してボール５６による摩擦力以上の力が作用し
ないため、ガイド軸５２に対するスライダ５３の位置は
変化しない。これに対して、圧電素子５１が瞬時に伸縮
動作を行う場合には、スライダ５３に対して付勢部材７
７による摩擦力以上の慣性力が作用するのでガイド軸５
２に対するスライダ５３の位置は圧電素子５１の伸縮方
向とは逆方向に移動する。

【００６１】＜マイクロマニピュレータ５の動作＞第２
実施形態に係るマイクロマニピュレータの動作は、リニ
アアクチュエータ５０に係る動作を除き、第１実施形態
と同様である。

【００６２】第１リニアアクチュエータ５０では、第１
実施形態のリニアアクチュエータ１０と同様に、図４に
示す電圧波形を圧電素子５１に印加することによって圧
電素子５１を振動（伸縮）させて、ガイド軸５２に対し
てスライダ５３を移動させることができる。

【００６３】ここでは、ボール５６により、ガイド軸５
２の第１ガイド面５２ａと第２ガイド面５２ｂとをスラ
イダ５３の２の面５３ａ、５３ｂに押圧しているため、
ガイド軸５２に対するスライダ５３の回転を規制でき
る。さらに、ガイド軸５２に対するスライダ５３の摺動
に必要な摩擦力を適切に発生させることができる。

【００６４】第１リニアアクチュエータ５０の動作につ
いて説明したが、第２リニアアクチュエータ６０および
第３リニアアクチュエータ７０についても同様の動作で
ある。

【００６５】したがって、第１ないし第３リニアアクチ
ュエータ５０〜７０を駆動することにより、エンドエフ
ェクタ８５のＸＹＺ座標系における位置を制御できる。
なお、エンドエフェクタ８５の回転動作については、回
転系アクチュエータ８０により任意の角度に制御が可能
となる。

【００６６】以上のマイクロマニピュレータ５の動作に
より、第１実施形態と同様に、リニアアクチュエータの
スライダにおける回転がたを簡易に抑制できる。そし
て、マイクロマニピュレータ５のようにリニアアクチュ
エータが順次に連結している場合でも、がたの累積を防
止するのに有効である。

【００６７】＜変形例＞ ◎第１実施形態のガイド軸における付勢ばね１７との接
触面１２ｃについては、曲面とするのは必須でなく、平
面でも良い。

【００６８】◎上記の各実施形態の第１ガイド面と第２
ガイド面とについては、互いに垂直であるのは必須でな
く、鋭角や鈍角であっても良い。

【００６９】◎上記の各実施形態の第１ガイド面と第２
ガイド面とについては、平面であるのは必須でなく、円
筒面以外の曲面であっても良い。

【００７０】◎上記の第１実施形態のスライダ１３、２
３、３３については、図９に示すように、面１３ａ、１
３ｂにそれぞれ逃げ溝１３ｆ、１３ｇを設けても良い。
これにより、ガイド軸１２の第１ガイド面１２ａとスラ
イダ１３の接触面１３ａとの間、およびガイド軸１２の
第２ガイド面１２ｂとスライダ１３の接触面１３ｂとの
間の摩擦力を、接触面積を縮小することによる適正化が
図れる。なお、逃げ溝については、スライダ１３の接触
面１３ａ、１３ｂに設けるのは必須ではなく、一方に設
けても良い。また、第２実施形態のスライダ５３、６
３、７３についても、同様の逃げ溝を設けても良い。

【００７１】◎上記の各実施形態のリニアアクチュエー
タ１０、５０については、スライダ１３、５３を可動に
するのは必須ではなく、スライダ１３、５３を固定にし
て、ガイド軸１２、５２側を動かすようにしても良い。

【００７２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１ないし請
求項６の発明によれば、ガイド軸の第１面と第２面とを
部材の２の面に相対的に押圧するため、部材における回
転がたを簡易に抑制できる。

【００７３】また、押圧手段は、ガイド軸の振動によっ
て部材が相対的に摺動するために必要な摩擦力の発生
と、部材の回転の防止という２つの機能を併せ持つこと
となる。したがって、部品点数が少なく、コンパクト
に、これらの機能を達成できる。

【００７４】特に、請求項２の発明については、ガイド
軸の第１面と第２面とは互いに垂直な平面であるため、
部材における回転がたを適切に抑制できる。

【００７５】また、請求項３の発明においては、部材に
おける回転がたが抑制できるため、複数のリニア可動機
構が順次に連結されても、がたの累積を抑制できる。

【００７６】また、請求項４の発明においては、ガイド
軸と押圧手段とが点接触または線接触の状態であるた
め、部材をスムーズに移動させることができる。

【００７７】また、請求項５の発明においては、押圧手
段がガイド軸の第１面と第２面とを部材の２の面にほぼ
均等に押圧するため、部材における回転がたを効果的に
抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るマイクロマニピュ
レータ１の概略構成図である。

【図２】第１リニアアクチュエータ１０の斜視図であ
る。

【図３】図２のIII−III位置から見た断面図である。

【図４】圧電素子１１に印加する電圧波形の例を示す図
である。

【図５】本発明の第２実施形態に係るマイクロマニピュ
レータ５の概略構成図である。

【図６】第１リニアアクチュエータ５０の斜視図であ
る。

【図７】図６のVII−VII位置から見た断面図である。

【図８】変形例に係るリニアアクチュエータの断面図で
ある。

【図９】従来例に係るリニアアクチュエータの断面図で
ある。

【符号の説明】

１、５ マイクロマニピュレータ １０、２０、３０、５０、６０、７０ リニアアクチュ
エータ １１、２１、３１、５１、６１、７１ 圧電素子 １２、２２、３２、５２、６２、７２ ガイド軸 １２ａ、５２ａ 第１ガイド面 １２ｂ、５２ｂ 第２ガイド面 １３、２３、３３、５３、６３、７３ スライダ １３ａ、１３ｂ、５３ａ、５３ｂ スライダの接触面 １７ 付勢ばね ５６ ボ−ル ５７ 弾性部材

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 微小な対象物に対して、リニア可動手段
   を用いて所定の作業を行うマイクロマニピュレータであ
   って、 前記リニア可動手段は、 (a）所定のガイド方向に伸びた第１面と第２面とを有す
   る非円筒形のガイド軸と、 (b）前記第１面と前記第２面とに摺接する２の面を有す
   る部材と、 (c）前記ガイド軸の前記第１面と前記第２面とを前記２
   の面に相対的に押圧する押圧手段と、 (d）前記所定のガイド方向に前記ガイド軸を加振する加
   振手段と、を備え、 前記部材は、前記ガイド軸の振動によって前記ガイド軸
   に沿って相対的に摺動することを特徴とするマイクロマ
   ニピュレータ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のマイクロマニピュレー
   タにおいて、 前記第１面と前記第２面とは、互いに垂直な平面である
   ことを特徴とするマイクロマニピュレータ。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載のマイク
   ロマニピュレータにおいて、 前記リニア可動手段は複数のリニア可動機構を有してお
   り、 複数のリニア可動機構は順次に連結されていることを特
   徴とするマイクロマニピュレータ。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれかに記
   載のマイクロマニピュレータにおいて、 前記ガイド軸と前記押圧手段とは、点接触または線接触
   の状態であることを特徴とするマイクロマニピュレー
   タ。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４に記載のマイク
   ロマニピュレータにおいて、 前記押圧手段は、前記ガイド軸の前記第１面と前記第２
   面とを前記２の面にほぼ均等に押圧することを特徴とす
   るマイクロマニピュレータ。
6. 【請求項６】 微小な対象物に対して所定の作業を行う
   マイクロマニピュレータで用いるアクチュエータであっ
   て、 (a）所定のガイド方向に伸びた第１面と第２面とを有す
   る非円筒形のガイド軸と、 (b）前記第１面と前記第２面とに摺接する２の面を有す
   る部材と、 (c）前記ガイド軸の前記第１面と前記第２面とを前記２
   の面に相対的に押圧する押圧手段と、 (d）前記所定のガイド方向に前記ガイド軸を加振する加
   振手段と、を備え、 前記部材は、前記ガイド軸の振動によって前記ガイド軸
   に沿って相対的に摺動することを特徴とするアクチュエ
   ータ。