(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023178972
(43)【公開日】2023-12-18
(54)【発明の名称】キャピラリおよびマニピュレータシステム
(51)【国際特許分類】
G01L 5/00 20060101AFI20231211BHJP
【ＦＩ】
G01L5/00 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023093501
(22)【出願日】2023-06-06
(31)【優先権主張番号】P 2022091374
(32)【優先日】2022-06-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(31)【優先権主張番号】P 2023001178
(32)【優先日】2023-01-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000004204
【氏名又は名称】日本精工株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】小口 寿明
(72)【発明者】
【氏名】植田 裕基
【テーマコード（参考）】
2F051
【Ｆターム（参考）】
2F051AA10
2F051AA17
2F051AB09
2F051BA07
(57)【要約】
【課題】キャピラリによる対象物の操作時にキャピラリに作用する力を精度よく検出すること。
【解決手段】キャピラリ７は、本体１０と、本体１０の周側面に配置されている膜状の電気抵抗体２０と、を備える。
【選択図】図２
【解決手段】キャピラリ７は、本体１０と、本体１０の周側面に配置されている膜状の電気抵抗体２０と、を備える。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
管状の本体と、
前記本体の周側面に配置されている膜状の電気抵抗体と、を備える、
キャピラリ。
前記本体の周側面に配置されている膜状の電気抵抗体と、を備える、
キャピラリ。
【請求項2】
前記電気抵抗体は、前記本体の周側面における周方向の一部に配置されている、
請求項１に記載のキャピラリ。
請求項１に記載のキャピラリ。
【請求項3】
前記本体において、前記電気抵抗体が配置されている部位の外径は、前記電気抵抗体よりも基端側にある部位の外径以下である、
請求項１に記載のキャピラリ。
請求項１に記載のキャピラリ。
【請求項4】
前記本体において、前記電気抵抗体が配置されている部位の外径は、基端側から先端側に向かうほど小さくなる、
請求項１に記載のキャピラリ。
請求項１に記載のキャピラリ。
【請求項5】
前記本体は、前記電気抵抗体よりも先端側に折り曲げ部を有している、
請求項１に記載のキャピラリ。
請求項１に記載のキャピラリ。
【請求項6】
前記本体は、先端に開口を有している、
請求項１に記載のキャピラリ。
請求項１に記載のキャピラリ。
【請求項7】
前記電気抵抗体の材料は、窒化クロムである、
請求項１に記載のキャピラリ。
請求項１に記載のキャピラリ。
【請求項8】
前記電気抵抗体は、前記電気抵抗体の電気抵抗の変化を検出する計測器と第１接続点および第２接続点で電気的に接続され、
前記第１接続点および前記第２接続点は、前記本体の軸線方向において前記電気抵抗体の両端より内側に位置する、
請求項１に記載のキャピラリ。
前記第１接続点および前記第２接続点は、前記本体の軸線方向において前記電気抵抗体の両端より内側に位置する、
請求項１に記載のキャピラリ。
【請求項9】
前記本体に生じるひずみが最大となる位置は、前記本体の軸線方向において前記第１接続点と前記第２接続点との間にある、
請求項８に記載のキャピラリ。
請求項８に記載のキャピラリ。
【請求項10】
前記本体に生じる最大ひずみに対する、前記本体の軸線方向において前記第１接続点と前記第２接続点との間にある前記本体に生じるひずみの割合は、８０％以上である、
請求項８に記載のキャピラリ。
請求項８に記載のキャピラリ。
【請求項11】
前記本体において、前記電気抵抗体が配置されている部位、および、前記電気抵抗体が配置されている部位から先端側の部位は、前記本体の軸線に沿って延びており、
前記先端側の部位は、先端で周側面と交差し、前記本体の軸線に対して傾斜する傾斜面を有している、
請求項１に記載のキャピラリ。
前記先端側の部位は、先端で周側面と交差し、前記本体の軸線に対して傾斜する傾斜面を有している、
請求項１に記載のキャピラリ。
【請求項12】
請求項１から１１の何れか１項に記載のキャピラリを有する、マニピュレータシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、キャピラリおよびマニピュレータシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
バイオテクノロジ分野において、微小な対象物に微細な操作を行うマニピュレータシステムが知られている。例えば、特許文献１のマニピュレータシステムは、ハンドルを操作してピペットやキャピラリ等の操作部材の姿勢および移動などを制御する。
【0003】
特許文献１に開示されているマニピュレータシステムにおいて、微小な対象物の弾力などの計測を荷重計測によって行う際には、例えば、特許文献２に開示されているＡＦＭカンチレバーを用いることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１５－２０５３７０号公報
【特許文献2】特開平１１－１４６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
マニピュレータシステムにおいては、例えば、微小な対象物である細胞にキャピラリを差し込んでＤＮＡ（deoxyribonucleic acid）などを注入するインジェクションなどの操作が行われる。しかしながら、ＡＦＭカンチレバーでは、カンチレバーに作用する力を検出できるが、細胞にキャピラリを差し込む際のキャピラリに作用する力を直接的に検出することができず、精度よく検出することができない。
【0006】
本開示の態様は、キャピラリによる対象物の操作時にキャピラリに作用する力を精度よく検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示の態様は、管状の本体と、前記本体の周側面に配置されている膜状の電気抵抗体と、を備える、キャピラリを提供する。
【0008】
本開示の態様によれば、キャピラリによる対象物の操作時に、キャピラリに作用する力によって本体が変形することで電気抵抗体の電気抵抗が変化する。よって、本体ひいてはキャピラリに作用する力を精度よく検出することができる。
【0009】
本開示の態様によれば、前記電気抵抗体は、前記本体の周側面における周方向の一部に配置されている。
【0010】
これにより、キャピラリによる対象物の操作時に、本体が屈曲して電気抵抗体に延びおよび圧縮の一方が生じるように、電気抵抗体を本体に配置することができる。よって、本体ひいてはキャピラリに作用する力に応じて、電気抵抗体の電気抵抗が適切に変化する。したがって、キャピラリによる対象物の操作時にキャピラリに作用する力を精度よく検出することができる。
【0011】
本開示の態様によれば、前記本体において、前記電気抵抗体が配置されている部位の外径は、前記電気抵抗体よりも基端側にある部位の外径以下である。
【0012】
これにより、キャピラリによる対象物の操作時に、電気抵抗体が配置されている本体の部位が確実に変形する。よって、キャピラリによる対象物の操作時にキャピラリに作用する力を精度よく検出することができる。
【0013】
本開示の態様によれば、前記本体において、前記電気抵抗体が配置されている部位の外径は、基端側から先端側に向かうほど小さくなる。
【0014】
これにより、キャピラリによる対象物の操作時に、電気抵抗体が配置されている本体の部位がより確実に変形する。よって、キャピラリによる対象物の操作時にキャピラリに作用する力を精度よく検出することができる。また、外径が基端側から先端側に向かうほど小さくなる先細り形状は、キャピラリの製造を簡便にすることができる。
【0015】
本開示の態様によれば、前記本体は、前記電気抵抗体よりも先端側に折り曲げ部を有している。
【0016】
これによれば、本体に折り曲げ部があることで、キャピラリによる対象物の操作時に、キャピラリに作用する力によって電気抵抗体が配置されている本体の部位を適切に変形させることができる。よって、キャピラリによる対象物の操作時にキャピラリに作用する力を精度よく検出することができる。
【0017】
本開示の態様によれば、前記本体は、先端に開口を有している。
【0018】
これによれば、キャピラリは、対象物が細胞である場合に、細胞に対してＤＮＡを注入するインジェクションなどの操作を行うことができる。
【0019】
本開示の態様によれば、前記電気抵抗体の材料は、窒化クロムである。
【0020】
窒化クロムの電気抵抗は比較的大きく、電気抵抗体の発熱量を比較的小さくすることができる。よって、例えば対象物が細胞である場合におけるキャピラリに作用する力の検出時において、細胞および培養液への熱的影響を抑制することができる。したがって、キャピラリによる対象物の操作時にキャピラリに作用する力を精度よく検出することができる。
【0021】
本開示の態様によれば、前記電気抵抗体は、前記電気抵抗体の電気抵抗の変化を検出する計測器と第１接続点および第２接続点で電気的に接続され、前記第１接続点および前記第２接続点は、前記本体の軸線方向において前記電気抵抗体の両端より内側に位置する。
【0022】
キャピラリに力が作用した場合に電気抵抗体が配置されている本体の部位に生じるひずみは、軸線方向において電気抵抗体の両端側より電気抵抗体の中央部の方が大きい。よって、軸線方向において電気抵抗体の両端に第１接続点および第２接続点が位置する場合と比べて、軸線方向において電気抵抗体の両端より内側に第１接続点および第２接続点が位置する場合、キャピラリに作用する力に対する電気抵抗体の電気抵抗の変化が増大し、計測器の測定電圧を増大させることができる。つまり、キャピラリの感度を増大させることができる。したがって、キャピラリに作用する力を精度よく検出することができる。
【0023】
本開示の態様によれば、前記本体に生じるひずみが最大となる位置は、前記本体の軸線方向において前記第１接続点と前記第２接続点との間にある。
【0024】
これによれば、キャピラリに作用する力に対する電気抵抗体の電気抵抗の変化が確実に増大し、キャピラリの感度を確実に増大させることができる。
【0025】
本開示の態様によれば、前記本体に生じる最大ひずみに対する、前記本体の軸線方向において前記第１接続点と前記第２接続点との間にある前記本体に生じるひずみの割合は、８０％以上である。
【0026】
これによれば、キャピラリに作用する力に対する電気抵抗体の電気抵抗の変化がより確実に増大し、キャピラリの感度をより確実に増大させることができる。
【0027】
本開示の態様によれば、前記本体において、前記電気抵抗体が配置されている部位、および、前記電気抵抗体が配置されている部位から先端側の部位は、前記本体の軸線に沿って延びており、前記先端側の部位は、先端で周側面と交差し、前記本体の軸線に対して傾斜する傾斜面を有している。
【0028】
これによれば、本体において電気抵抗体が配置されている部位から先端までは、本体の軸線に沿って直線状に延びている。よって、本体が電気抵抗体よりも先端側に折り曲げ部を有している場合と比べて、キャピラリは本体の軸線に沿って対象物に荷重をかけ易くすることができ、対象物にかける荷重を大きくすることができる。また、先端側の部位が先端で周側面と交差する傾斜面を有することで、キャピラリを先鋭にすることができ、キャピラリの先端を対象物に差し込みやすくすることができる。
【0029】
本開示の態様によれば、マニピュレータシステムは、上記のキャピラリを有する。
【0030】
これによれば、マニピュレータシステムは、キャピラリによる対象物の操作時にキャピラリに作用する力を精度よく検出することができる。
【発明の効果】
【0031】
本開示の態様によれば、キャピラリによる対象物の操作時にキャピラリに作用する力を精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【発明を実施するための形態】
【0033】
以下、本開示に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本開示はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。
【0034】
＜マニピュレータシステム＞
図１は、本実施形態に係るマニピュレータシステム１の構成を示す図である。マニピュレータシステム１は、例えば一対のマニピュレータ２，３、顕微鏡ユニット４、および、制御装置５を備えている。一対のマニピュレータ２，３および制御装置５は、作業台（不図示）に配置されている。
図１は、本実施形態に係るマニピュレータシステム１の構成を示す図である。マニピュレータシステム１は、例えば一対のマニピュレータ２，３、顕微鏡ユニット４、および、制御装置５を備えている。一対のマニピュレータ２，３および制御装置５は、作業台（不図示）に配置されている。
【0035】
マニピュレータ２は、キャピラリ６を先端部で保持するピペット２ａ、ピペット２ａをＺ軸方向に沿って移動させるＺ軸テーブル２ｂ、および、ピペット２ａをＸ軸方向およびＹ軸方向に沿って移動させるＸ－Ｙ軸テーブル２ｃを備えている。
【0036】
Ｚ軸テーブル２ｂは、Ｚ軸駆動装置２ｄによりピペット２ａの先端にあるキャピラリ６を上下動させることができる。また、Ｘ－Ｙ軸テーブル２ｃは、Ｘ－Ｙ軸駆動装置２ｅによりピペット２ａの先端にあるキャピラリ６をＸ方向及びＹ方向に移動させることできる。また、ピペット２ａとＺ軸テーブル２ｂとの間には、圧電アクチュエータ（不図示）が設けられており、ピペット２ａをＺ軸テーブル２ｂに対してピペット２ａの軸線方向に沿って微動させることができる。
【0037】
マニピュレータ３は、マニピュレータ２と同様に、キャピラリ７、ピペット３ａ、Ｚ軸テーブル３ｂ、Ｘ－Ｙ軸テーブル３ｃ、Ｚ軸駆動装置３ｄ、Ｘ－Ｙ軸駆動装置３ｅを備えている。マニピュレータ２は、例えばキャピラリ６によって後述する対象物Ｔを保持するために用いられ、マニピュレータ３は、例えばキャピラリ７によって対象物Ｔを操作するために用いられる。
【0038】
顕微鏡ユニット４は、例えば撮像手段としてのカメラ４ａ、および、顕微鏡４ｂを備えている。これにより、作業台上の対象物Ｔを撮影したり拡大して観察したりすることができる。なお、顕微鏡ユニット４に、対象物Ｔに光を照射する光源を設けてもよい。
【0039】
作業台は、マニピュレータ２、３の中央に設けられ、例えば対象物Ｔが収容されたシャーレ８などを固定できる。
【0040】
制御装置５は、例えばＣＰＵやメモリなどを備えたコンピュータであり、所定プログラムに基づいて各種制御を実行できる。例えば、制御装置５は、Ｚ軸駆動装置２ｄ，３ｄ、Ｘ－Ｙ軸駆動装置２ｅ，３ｅを駆動させることで、キャピラリ６，７の移動を制御する。
【0041】
また、制御装置５は、キャピラリ７による対象物Ｔの操作時にキャピラリ７に作用する力を算出する計測器５ａを備えている。計測器５ａの詳細は後述する。なお、マニピュレータシステム１は、計測器５ａを制御装置５と別体に備えてもよい。
【0042】
＜キャピラリ＞
図２は、本実施形態に係るキャピラリ７を模式的に示す側面図である。図２に示すキャピラリ７は、対象物Ｔを操作するためのキャピラリである。キャピラリ７は、細胞などの対象物Ｔに対する操作時において、キャピラリ７に作用する力を検出する。対象物Ｔは、細胞のほかに、例えば、シリコンゴムビーズなどの弾性体、ならびに、スフェロイドおよびオルガノイドなどの粘弾性体である。キャピラリ７は、本体１０および電気抵抗体２０を備えている。
図２は、本実施形態に係るキャピラリ７を模式的に示す側面図である。図２に示すキャピラリ７は、対象物Ｔを操作するためのキャピラリである。キャピラリ７は、細胞などの対象物Ｔに対する操作時において、キャピラリ７に作用する力を検出する。対象物Ｔは、細胞のほかに、例えば、シリコンゴムビーズなどの弾性体、ならびに、スフェロイドおよびオルガノイドなどの粘弾性体である。キャピラリ７は、本体１０および電気抵抗体２０を備えている。
【0043】
本体１０は、中空の管状であり、例えばガラス製である。なお、本体１０の材料は、ガラスに限定されず、電気絶縁性を有する材料であればよい。
【0044】
本体１０は、基部１１、検出部１２、折り曲げ部１３および先端部１４を有している。基部１１、検出部１２、折り曲げ部１３および先端部１４は、本体１０の基端側から先端側に向けてこの順に位置し、一体である。
【0045】
基部１１は、本体１０において、電気抵抗体２０よりも基端側にある部位である。基部１１は、第１基部１１ａ、屈曲部１１ｂ、および、第２基部１１ｃを有している。第１基部１１ａ、屈曲部１１ｂおよび第２基部１１ｃは、キャピラリ７の基端側から先端側に向けてこの順に位置し、一体である。第１基部１１ａの外径と第２基部１１ｃの外径とはほぼ等しい。第１基部１１ａの第１軸線Ａ１と第２基部１１ｃの第２軸線Ａ２とは、側面視で交差している。第１基部１１ａは、第１基部１１ａの第１軸線Ａ１とピペット３ａの軸線とが互いにほぼ平行である状態で、ピペット３ａに保持される。
【0046】
検出部１２は、本体１０において、電気抵抗体２０が配置される部位である。検出部１２の外径は、基部１１の外径以下である。これにより、検出部１２の曲げ剛性は、基部１１の曲げ剛性より低い。また、検出部１２の外径は、本体１０の基端側から先端側に向かうほど小さくなる。つまり、検出部１２は、先細り形状であり、検出部１２の曲げ剛性は、本体１０の基端側から先端側に向かうほど小さくなる。検出部１２の第３軸線Ａ３は、第２軸線Ａ２とほぼ同軸であり、図２において、第２軸線Ａ２と重ねて示されている。
【0047】
折り曲げ部１３は、本体１０において、電気抵抗体２０よりも先端側で、折れ曲がっている部位である。
【0048】
先端部１４は、本体１０による対象物Ｔの操作時に対象物Ｔと接触する。先端部１４の外径は、本体１０の基端側から先端側に向かうほど小さくなる。つまり、先端部１４は、先細り形状である。先端部１４の第４軸線Ａ４は、第３軸線Ａ３と側面視で交差（本実施形態では直交）しており、第１基部１１ａの第１軸線Ａ１とほぼ平行である。また、上記のように、第１基部１１ａは、第１軸線Ａ１とピペット３ａの軸線とが互いにほぼ平行である状態で、ピペット３ａに保持されている。これにより、第１基部１１ａを操作することで、先端部１４の姿勢および位置を、直感的に所望の姿勢および所望の位置にすることができる。
【0049】
図３は、キャピラリ７の先端部１４の部分拡大断面図である。先端部１４の先端、すなわち、本体１０の先端は、開口１４ａを有している。これにより、先端部１４の先端に対象物Ｔを接触させた状態で本体１０の内側を負圧にすることで対象物Ｔを保持したり、先端部１４の先端を対象物Ｔに差し入れて、ＤＮＡなどを対象物Ｔに注入するインジェクションなどの操作をしたりすることができる。なお、先端部１４の先端の外径は、およそ２０μｍであり、開口１４ａの内径は、およそ１５μｍである。
【0050】
本体１０は、ガラス管に対して延伸加工および曲げ加工などの加工処理によって製造される。なお、本体１０の形状は、上記の形状に限定されず、例えば、基部１１は、屈曲部１１ｂを有さずに、真っ直ぐな形状でもよい。また、本体１０は、中空の管状でなくてもよく、例えば、中実の針状、および、柱状でもよい。この場合、本体１０は、開口１４ａを有さない。さらに、本体１０の断面形状は、角部を有してもよい。
【0051】
図２に示す電気抵抗体２０は、膜状であり、検出部１２に配置されている。電気抵抗体２０の材料は、窒化クロムである。なお、電気抵抗体２０の材料は、これに限定されず、例えば銅ニッケル合金やニッケルクロム合金の様な材料でもよい。
【0052】
電気抵抗体２０は、検出部１２の周側面に配置されている。電気抵抗体２０は、検出部１２の周側面における周方向の一部に配置されている。具体的には、電気抵抗体２０は、図２に示す側面視において、検出部１２の周側面における先端部１４が位置する側に配置されている。電気抵抗体２０は、検出部１２の第３軸線Ａ３に沿って長手方向に延びるように配置されている。
【0053】
図４は、キャピラリ７の先端側から見たキャピラリ７の部分側面図である。キャピラリ７の先端側から見たキャピラリ７の側面視において、電気抵抗体２０は、第３軸線Ａ３を対称軸とするほぼ線対称形状である。電気抵抗体２０は、例えばスパッタリング法によって検出部１２の外表面に形成される。
【0054】
図２に示すように、電気抵抗体２０は、第３軸線Ａ３において互いに離れている第１接続点Ｐ１および第２接続点Ｐ２で第１配線Ｌ１および第２配線Ｌ２を介して計測器５ａと電気的に接続されている。第１配線Ｌ１および第２配線Ｌ２は、例えばシールドケーブル、および、金属製（例えば金や銅）のワイヤなどである。第１配線Ｌ１および第２配線Ｌ２と電気抵抗体２０との接続は、ワイヤボンディングによって行われる。なお、第１配線Ｌ１および第２配線Ｌ２と電気抵抗体２０とを銀ペーストを用いて接続してもよい。
【0055】
図５は、第３軸線Ａ３に沿う検出部１２および電気抵抗体２０の断面図である。図４および図５に示すように、第１接続点Ｐ１および第２接続点Ｐ２は、第３軸線Ａ３において電気抵抗体２０の両端より内側に位置する。図５に示す第１端点２０ａは電気抵抗体２０の基端側の端点、第２端点２０ｂは電気抵抗体２０の先端側の端点である。つまり、第１接続点Ｐ１および第２接続点Ｐ２は、第３軸線Ａ３において第１端点２０ａと第２端点２０ｂとの間に位置する。
【0056】
図６は、キャピラリ７に力が作用することで検出部１２に生じるひずみを示す図である。図６の横軸は検出部１２における第３軸線Ａ３方向（第３軸線Ａ３に沿う方向）の位置を示している。また、図６は、本体１０をモデル化して行われる有限要素法（ＦＥＭ：Finite Element Method）などの数値シミュレーションの結果を示している。
【0057】
当該数値シミュレーションでは、本体１０の基端部を固定端とし、本体１０の先端を自由端としており、キャピラリ７に作用する力を本体１０の先端（すなわち先端部１４の先端）に第４軸線Ａ４に沿って作用させている。これにより、検出部１２は先端部１４側が凸となる状態で屈曲し、検出部１２にひずみが生じる。
【0058】
検出部１２において第１端点２０ａと第１接続点Ｐ１との間は、第１接続点Ｐ１と第２接続点Ｐ２との間より本体１０の固定端側にある。よって、第１端点２０ａと第１接続点Ｐ１との間のひずみは、第１接続点Ｐ１と第２接続点Ｐ２との間のひずみより小さい。さらに、検出部１２において第２接続点Ｐ２と第２端点２０ｂとの間は、第１接続点Ｐ１と第２接続点Ｐ２との間より本体１０の自由端側にある。よって、第２接続点Ｐ２と第２端点２０ｂとの間のひずみは、第１接続点Ｐ１と第２接続点Ｐ２との間のひずみより小さい。
【0059】
また、キャピラリ７に力が作用することで検出部１２に生じるひずみが最大となる位置（図６の点Ｍ）は、第３軸線Ａ３方向において第１接続点Ｐ１と第２接続点Ｐ２との間にある。なお、本実施形態において、キャピラリ７に作用する力が１００ｎＮである場合、最大ひずみは、およそ０．１３×１０－６である。
【0060】
直線ＳＬは、最大ひずみの８０％を示す直線である。第１接続点Ｐ１および第２接続点Ｐ２は、検出部１２のひずみを示す線と直線ＳＬとの交点に対応する。キャピラリ７に力が作用した場合に、検出部１２に生じる最大ひずみに対する、第３軸線Ａ３方向において第１接続点Ｐ１と第２接続点Ｐ２との間にある検出部１２に生じるひずみの割合は、８０％以上である。
【0061】
なお、直線ＳＬは、最大ひずみの８５％を示す直線でもよい。この場合、第３軸線Ａ３方向において第１接続点Ｐ１と第２接続点Ｐ２との間にある検出部１２に生じるひずみの最大ひずみに対する割合は、８５％以上である。また、直線ＳＬは、最大ひずみの９０％を示す直線でもよい。この場合、第３軸線Ａ３方向において第１接続点Ｐ１と第２接続点Ｐ２との間にある検出部１２に生じるひずみの最大ひずみに対する割合は、９０％以上である。
【0062】
キャピラリ７に力が作用することで検出部１２に生じる最大ひずみεｍａｘ（ｘ）は、式（１）で算出することができる。
εｍａｘ（ｘ）＝４Ｆ（ｘ－Ｌ）ｒ１（ｘ）／［πＥ（ｒ１（ｘ）４－ｒ２（ｘ）４）］…（１）
εｍａｘ（ｘ）＝４Ｆ（ｘ－Ｌ）ｒ１（ｘ）／［πＥ（ｒ１（ｘ）４－ｒ２（ｘ）４）］…（１）
【0063】
式（１）において、ｘは、第３軸線Ａ３の座標である。Ｌは、第１端点２０ａから第２端点２０ｂまでの第３軸線Ａ３に沿った検出部１２の長さであり、図６において第１端点２０ａは、ｘ＝０に相当し、第２端点２０ｂは、ｘ＝Ｌに相当する。ｒ１（ｘ）は、検出部１２の外周面の形状を示す関数である。ｒ２（ｘ）は、検出部１２の内周面の形状を示す関数である。Ｅは、ヤング率である。Ｆは、検出部１２の第２端点２０ｂに作用する力の大きさであり、キャピラリ７の先端に作用する力の大きさに相当する。
【0064】
式（１）は、以下のように導出される。検出部１２の断面二次モーメントＩ（ｘ）は、式（２）で表される。
Ｉ（ｘ）＝π（ｒ１（ｘ）４－ｒ２（ｘ）４）／４ …（２）
Ｉ（ｘ）＝π（ｒ１（ｘ）４－ｒ２（ｘ）４）／４ …（２）
【0065】
また、検出部１２が変形したときの検出部１２の外周面の変形曲線ｚ（ｘ）とした場合、変形曲線ｚ（ｘ）と断面二次モーメントＩ（ｘ）との基本関係式は、式（３）、式（４）、および、式（５）で表される。
ＥＩ（ｘ）ｚ（ｘ）’’＝Ｍ（ｘ） …（３）
［ＥＩ（ｘ）ｚ（ｘ）’’］’＝Ｆ（ｘ） …（４）
［ＥＩ（ｘ）ｚ（ｘ）’’］’’＝ω（ｘ） …（５）
ＥＩ（ｘ）ｚ（ｘ）’’＝Ｍ（ｘ） …（３）
［ＥＩ（ｘ）ｚ（ｘ）’’］’＝Ｆ（ｘ） …（４）
［ＥＩ（ｘ）ｚ（ｘ）’’］’’＝ω（ｘ） …（５）
【0066】
式（３）において、Ｍ（ｘ）は曲げモーメントである。式（４）においてＦ（ｘ）はせん断力である。式（５）において、ω（ｘ）は分布荷重である。
【0067】
キャピラリ７に作用する力をＦとすると、力Ｆは、キャピラリ７の先端に作用しており、集中荷重である。よって、ω（ｘ）＝０であり、Ｆ（ｘ）＝Ｆである。したがって、式（４）は、式（５）に基づいて式（６）のように表される。
［ＥＩ（ｘ）ｚ（ｘ）’’］’＝Ｆ …（６）
［ＥＩ（ｘ）ｚ（ｘ）’’］’＝Ｆ …（６）
【0068】
さらに、第２端点２０ｂは本体１０の自由端側に相当するため、Ｍ（ｘ＝Ｌ）＝０となる。よって、式（３）は、式（６）に基づいて式（７）のように表される。
ＥＩ（ｘ）ｚ（ｘ）’’＝Ｆ（ｘ－Ｌ） …（７）
ＥＩ（ｘ）ｚ（ｘ）’’＝Ｆ（ｘ－Ｌ） …（７）
【0069】
さらに、式（２）および式（７）から、式（８）が導出される。
ｚ（ｘ）’’＝４Ｆ（ｘ－Ｌ）／［πＥ（ｒ１（ｘ）４－ｒ２（ｘ）４）］ …（８）
ｚ（ｘ）’’＝４Ｆ（ｘ－Ｌ）／［πＥ（ｒ１（ｘ）４－ｒ２（ｘ）４）］ …（８）
【0070】
本実施形態では、検出部１２の長さＬに対して力Ｆによって生じる変位（検出部１２の外周面の変位）が微小である。よって、式（８）のｚ（ｘ）’’は、ｚ（ｘ）の曲率（すなわち曲率半径の逆数）に相当し、変位を表す。よって、検出部１２の外周面での最大ひずみεｍａｘ（ｘ）は、式（９）で表すことができる。式（８）および式（９）から式（１）を導出することができる。
εｍａｘ（ｘ）＝ｒ１（ｘ）ｚ（ｘ）’’ …式（９）
εｍａｘ（ｘ）＝ｒ１（ｘ）ｚ（ｘ）’’ …式（９）
【0071】
図７は、キャピラリ７および計測器５ａの電気回路図を示す図である。図７に示す抵抗器Ｒａは、電気抵抗体２０を抵抗器として表したものであり、第１接続点Ｐ１および第２接続点Ｐ２との間の電気抵抗体２０の電気抵抗を有する。計測器５ａは、キャピラリ７に作用する力によって生じる電気抵抗体２０の電気抵抗の変化すなわち抵抗器Ｒａの電気抵抗の変化を検出する。計測器５ａは、電気抵抗体２０の電気抵抗の変化に基づいて、キャピラリ７に作用する力を算出する。計測器５ａは、抵抗器Ｒａとともにブリッジ回路５ｂを構成する複数の抵抗器Ｒｂおよび記憶回路（不図示）を有する。
【0072】
ブリッジ回路５ｂは、例えばホイーストンブリッジ回路である。記憶回路には、電気抵抗体２０のゲージ率、および、キャピラリ７による対象物Ｔの操作時にキャピラリ７に作用する力と検出部１２のひずみとの相関関係が予め記憶されている。この相関関係は、例えば有限要素法（ＦＥＭ：Finite Element Method）などの数値シミュレーションによって導出される。また、予めキャピラリ７に実際に力を作用させ、その力とひずみの関係を取得しておいても良い。
【0073】
計測器５ａは、キャピラリ７による対象物Ｔの操作時に検出部１２が変形することによって生じる抵抗器Ｒａの電気抵抗の変化をブリッジ回路５ｂにける点ａと点ｂとの間の電圧の変化として検出する。そして、計測器５ａは、この抵抗器Ｒａの電気抵抗の変化すなわち点ａと点ｂとの間の電圧の変化、上記のゲージ率および相関関係を用いて、検出部１２に生じたひずみ、ひいては、キャピラリ７に作用する力を算出する。
【0074】
次に、キャピラリ７に作用する力Ｆと測定電圧との関係の一例について説明する。図８は、第３軸線Ａ３と直交する検出部１２の断面図である。キャピラリ７に作用する力Ｆは、第３軸線Ａ３と交差する第４軸線Ａ４に沿って本体１０の先端に作用する。
【0075】
電気抵抗体２０がスパッタリング法によって形成されている場合、図８に示すように、電気抵抗体２０の周方向中央部の厚みは、電気抵抗体２０の周方向両端部の厚みより厚い。具体的には、図８において第４軸線Ａ４を基準方位とした第３軸線Ａ３まわりの角度をθとした場合、電気抵抗体２０の厚みｔは、式（１０）で表すことができる。なお、厚みｔは、第３軸線Ａ３に沿う方向において一定である。
ｔ＝ｄｃｏｓθ …（１０）
ｔ＝ｄｃｏｓθ …（１０）
【0076】
【0077】
第１接続点Ｐ１と第２接続点Ｐ２との間の電気抵抗体２０の電気抵抗Ｒｔｏｔａｌは、式（１１）で表すことができる。
Ｒｔｏｔａｌ＝（ρｓ／２ｄ）∫［１／ｒ１（ｘ）］ｄｘ …（１１）
Ｒｔｏｔａｌ＝（ρｓ／２ｄ）∫［１／ｒ１（ｘ）］ｄｘ …（１１）
【0078】
式（１１）において、ρｓは、電気抵抗体２０の比抵抗である。式（１１）の導出方法は後述する。
【0079】
さらに、検出部１２にひずみが生じたときの電気抵抗Ｒｔｏｔａｌの電気抵抗変化ΔＲｔｏｔａｌは、式（１２）で表すことができる。
ΔＲｔｏｔａｌ／Ｒｔｏｔａｌ
＝Ｋ（２／π）∫［εｍａｘ（ｘ）］［ｒ１（ｘ）］－１ｄｘ／∫［ｒ１（ｘ）］－１ｄｘ…（１２）
ΔＲｔｏｔａｌ／Ｒｔｏｔａｌ
＝Ｋ（２／π）∫［εｍａｘ（ｘ）］［ｒ１（ｘ）］－１ｄｘ／∫［ｒ１（ｘ）］－１ｄｘ…（１２）
【0080】
式（１２）において、Ｋは電気抵抗体２０のゲージ率である。式（１２）の導出方法は後述する。
【0081】
そして、図７に示すブリッジ回路５ｂの入力電圧Ｖおよび測定電圧ｅ（点ａと点ｂとの間の電圧）を用いて、電気抵抗変化ΔＲｔｏｔａｌは、式（１３）で表すことができる。
ｅ／Ｖ＝（１／４）ΔＲｔｏｔａｌ／Ｒｔｏｔａｌ …（１３）
ｅ／Ｖ＝（１／４）ΔＲｔｏｔａｌ／Ｒｔｏｔａｌ …（１３）
【0082】
上記の式（１）、式（１２）および式（１３）を用いて力Ｆから測定電圧ｅを算出することができ、キャピラリ７の感度（すなわち力Ｆに対する測定電圧ｅの大きさ）を把握することができる。
【0083】
なお、式（１１）は、以下のように導出される。検出部１２の外表面のひずみは、式（１４）で表される。式（１４）において、εｍａｘ（ｘ）は、検出部１２におけるθ＝０°の位置のひずみに相当する。
ε（ｘ，θ）＝εｍａｘ（ｘ）ｃｏｓθ …（１４）
ε（ｘ，θ）＝εｍａｘ（ｘ）ｃｏｓθ …（１４）
【0084】
また、電気抵抗体２０の厚みは、上記の式（１０）で表され、電気抵抗体２０における第３軸線Ａ３方向に沿う微小長さｌｅの微小角度ｄθあたりの電気抵抗Ｒｅ（ｘ，θ）は、式（１５）で表される。
Ｒｅ（ｘ，θ）＝ρｓｌｅ／[ｄ・ｒ１（ｘ）ｃｏｓθ・ｄθ] …（１５）
Ｒｅ（ｘ，θ）＝ρｓｌｅ／[ｄ・ｒ１（ｘ）ｃｏｓθ・ｄθ] …（１５）
【0085】
また、電気抵抗体２０は、検出部１２の周方向において微小角度ｄθあたりの電気抵抗体２０が電気的に並列に接続されて一体となっている状態であり、θが－９０°から９０°までの微小長さｌｅあたりの電気抵抗体２０のコンダクタンスＧｅは、式（１６）で表される。
Ｇｅ＝∫ｄ・ｒ１（ｘ）ｃｏｓθ・ｄθ／（ρｓｌｅ）＝２ｒ１（ｘ）ｄ／（ρｓｌｅ）…（１６）
Ｇｅ＝∫ｄ・ｒ１（ｘ）ｃｏｓθ・ｄθ／（ρｓｌｅ）＝２ｒ１（ｘ）ｄ／（ρｓｌｅ）…（１６）
【0086】
よって、微小長さｌｅあたりの電気抵抗体２０の電気抵抗Ｒｅ（ｘ）は、式（１６）の逆数であり、式（１７）で表される。
Ｒｅ（ｘ）＝（ρｓｌｅ）／[２ｒ１（ｘ）ｄ] …（１７）
Ｒｅ（ｘ）＝（ρｓｌｅ）／[２ｒ１（ｘ）ｄ] …（１７）
【0087】
したがって、第１接続点Ｐ１から第２接続点Ｐ２まで式（１７）を積分すること式（１１）が導出される。
【0088】
また、式（１２）は、以下のように導出される。ひずみεと電気抵抗Ｒと電気抵抗変化ΔＲとの基本関係式は、式（１８）で表される。式（１８）において、Ｋは電気抵抗体２０のゲージ率である。
ΔＲ／Ｒ＝Ｋε …（１８）
ΔＲ／Ｒ＝Ｋε …（１８）
【0089】
また、電気抵抗体２０の微小長さｌｅあたりの電気抵抗変化ΔＲｅ（ｘ）は、式（１５）および式（１８）に基づいて導出される式（１９）を変形させた式（２０）で表される。
１／ΔＲｅ（ｘ）＝１／Ｋ［εｍａｘ（ｘ）ρｓｌｅ］－１ｄｒ１（ｘ）∫ｄθ
＝π／Ｋ［εｍａｘ（ｘ）ρｓｌｅ］－１ｄｒ１（ｘ） …（１９）
ΔＲｅ（ｘ）＝Ｋ［εｍａｘ（ｘ）ρｓｌｅ］［πｄｒ１（ｘ）］－１ …（２０）
１／ΔＲｅ（ｘ）＝１／Ｋ［εｍａｘ（ｘ）ρｓｌｅ］－１ｄｒ１（ｘ）∫ｄθ
＝π／Ｋ［εｍａｘ（ｘ）ρｓｌｅ］－１ｄｒ１（ｘ） …（１９）
ΔＲｅ（ｘ）＝Ｋ［εｍａｘ（ｘ）ρｓｌｅ］［πｄｒ１（ｘ）］－１ …（２０）
【0090】
さらに、第１接続点Ｐ１から第２接続点Ｐ２まで式（２０）を積分することで電気抵抗体２０の電気抵抗変化ΔＲｔｏｔａｌを示す式（２１）が得られる。
ΔＲｔｏｔａｌ
＝（Ｋρｓ／πｄ）∫［εｍａｘ（ｘ）］［ｒ１（ｘ）］－１ｄｘ …（２１）
ΔＲｔｏｔａｌ
＝（Ｋρｓ／πｄ）∫［εｍａｘ（ｘ）］［ｒ１（ｘ）］－１ｄｘ …（２１）
【0091】
上記の式（１１）および式（２１）から、式（１２）を導出することができる。
【0092】
次に、対象物Ｔの操作時におけるキャピラリ７の動作について、図２を用いて説明する。対象物Ｔが細胞であり、キャピラリ７の先端を細胞に差し込んで、例えばＤＮＡを細胞に注入するインジェクションが行われる場合について説明する。
【0093】
第１基部１１ａがピペット３ａによって保持された状態でキャピラリ７が操作される。具体的には、キャピラリ７は、先端部１４の先端が対象物Ｔに向いた状態で第４軸線Ａ４に沿って移動し、開口１４ａと対象物Ｔとが接触する。さらに、キャピラリ７が第４軸線Ａ４に沿って移動することで、先端部１４が対象物Ｔに差し込まれる。
【0094】
このとき、対象物Ｔからの力（すなわちキャピラリ７に作用する力）が第４軸線Ａ４に沿って先端部１４に作用する。先端部１４は、第４軸線Ａ４に沿う形状であり、変形することが抑制される。よって、対象物Ｔからの力は、先端部１４の変形にはたらくことが抑制された状態で、先端部１４を介して、折り曲げ部１３ひいては検出部１２に作用する。具体的には、対象物Ｔからの力は、第４軸線Ａ４に沿って、すなわち、第３軸線Ａ３と交差する方向に沿って、検出部１２における折り曲げ部１３側の端に作用する。
【0095】
また、上記のように検出部１２の曲げ剛性は、基部１１の曲げ剛性より低い。したがって、対象物Ｔからの力によって、基部１１が屈曲することが抑制され、先端部１４が位置する側が凸となるように検出部１２が屈曲する。さらに検出部１２は先細り形状である。これにより、検出部１２にひずみが生じ、電気抵抗体２０が基端側および先端側の両側に引っ張られて延びる。つまり、電気抵抗体２０の電気抵抗すなわち抵抗器Ｒａの電気抵抗は、大きくなる。この電気抵抗の変化によって、上記のように計測器５ａによってキャピラリ７に作用する力が算出される。
【0096】
このように、対象物Ｔからの力によって検出部１２ひいては電気抵抗体２０が適切に変形することで、キャピラリ７は、対象物Ｔの操作時にキャピラリ７に作用する力を適切に検出する。また、電気抵抗体２０の材料である窒化クロムの電気抵抗は比較的大きく、電気抵抗体２０の発熱量は比較的小さい。よって、電気抵抗体２０に生じる熱の対象物Ｔへの伝達は抑制される。
【0097】
以上、説明したように、本実施形態によれば、キャピラリ７は、管状の本体１０と、本体１０の周側面に配置されている膜状の電気抵抗体２０と、を備える。
キャピラリ７は、対象物Ｔを直接的に操作する。よって、キャピラリ７による対象物Ｔの操作時にキャピラリ７に作用する力を精度よく検出することができる。また、オルガノイドなどの不可逆的な変形をする粘弾性体が対象物Ｔであるときに、従来のＡＦＭカンチレバーを用いて荷重測定する場合は、キャピラリ７に作用する力の再現性が低い。これに対し、本実施形態のキャピラリ７は、対象物Ｔを直接的に操作し、対象物Ｔが粘弾性である場合においても、キャピラリ７に作用する力を精度よく検出することができる。
さらに、キャピラリ７は、キャピラリ７に作用する力を検出するとともに、細胞などの微小な対象物Ｔを操作することができる。例えば、キャピラリ７は、上記のインジェクションの他に、細胞の保持をすることができる。細胞の保持は、開口１４ａと細胞とが接触した状態で、キャピラリ７内の圧力が負圧となることで行われる。
キャピラリ７は、対象物Ｔを直接的に操作する。よって、キャピラリ７による対象物Ｔの操作時にキャピラリ７に作用する力を精度よく検出することができる。また、オルガノイドなどの不可逆的な変形をする粘弾性体が対象物Ｔであるときに、従来のＡＦＭカンチレバーを用いて荷重測定する場合は、キャピラリ７に作用する力の再現性が低い。これに対し、本実施形態のキャピラリ７は、対象物Ｔを直接的に操作し、対象物Ｔが粘弾性である場合においても、キャピラリ７に作用する力を精度よく検出することができる。
さらに、キャピラリ７は、キャピラリ７に作用する力を検出するとともに、細胞などの微小な対象物Ｔを操作することができる。例えば、キャピラリ７は、上記のインジェクションの他に、細胞の保持をすることができる。細胞の保持は、開口１４ａと細胞とが接触した状態で、キャピラリ７内の圧力が負圧となることで行われる。
【0098】
また、本実施形態によれば、電気抵抗体２０は、本体１０の周側面における周方向の一部に配置されている。
これにより、キャピラリ７による対象物Ｔの操作時に、電気抵抗体２０が延びるように、電気抵抗体２０を本体１０に配置することができる。よって、キャピラリ７に作用する力に応じて、電気抵抗体２０の電気抵抗が適切に変化する。したがって、キャピラリ７による対象物Ｔの操作時にキャピラリ７に作用する力を精度よく検出することができる。
これにより、キャピラリ７による対象物Ｔの操作時に、電気抵抗体２０が延びるように、電気抵抗体２０を本体１０に配置することができる。よって、キャピラリ７に作用する力に応じて、電気抵抗体２０の電気抵抗が適切に変化する。したがって、キャピラリ７による対象物Ｔの操作時にキャピラリ７に作用する力を精度よく検出することができる。
【0099】
また、本実施形態によれば、本体１０において、電気抵抗体２０が配置されている部位すなわち検出部１２の外径は、電気抵抗体２０よりも基端側にある部位すなわち基部１１の外径以下である。
これにより、基部１１の曲げ剛性よりも検出部１２の曲げ剛性が低くなり、キャピラリ７による対象物Ｔの操作時に、基部１１の変形が抑制され、検出部１２が適切に変形する。よって、キャピラリ７による対象物Ｔの操作時にキャピラリ７に作用する力を精度よく検出することができる。
これにより、基部１１の曲げ剛性よりも検出部１２の曲げ剛性が低くなり、キャピラリ７による対象物Ｔの操作時に、基部１１の変形が抑制され、検出部１２が適切に変形する。よって、キャピラリ７による対象物Ｔの操作時にキャピラリ７に作用する力を精度よく検出することができる。
【0100】
また、本実施形態によれば、本体１０において、検出部１２の外径は、基端側から先端側に向かうほど小さくなる。
これにより、検出部１２の曲げ剛性は、基端側から先端側に向かうほど小さくなり、キャピラリ７による対象物Ｔの操作時に、検出部１２がより適切に変形する。よって、キャピラリ７による対象物Ｔの操作時にキャピラリ７に作用する力を精度よく検出することができる。また、外径が基端側から先端側に向かうほど小さくなる先細り形状は、キャピラリ７の製造を簡便にすることができる。
これにより、検出部１２の曲げ剛性は、基端側から先端側に向かうほど小さくなり、キャピラリ７による対象物Ｔの操作時に、検出部１２がより適切に変形する。よって、キャピラリ７による対象物Ｔの操作時にキャピラリ７に作用する力を精度よく検出することができる。また、外径が基端側から先端側に向かうほど小さくなる先細り形状は、キャピラリ７の製造を簡便にすることができる。
【0101】
また、本実施形態によれば、本体１０は、電気抵抗体２０よりも先端側に折り曲げ部１３を有している。
これによれば、本体１０に折り曲げ部１３があることで、キャピラリ７による対象物Ｔの操作時に、先端部１４の屈曲が抑制され、対象物Ｔからの力によって先端部１４が位置する側が凸となるように検出部１２が適切に屈曲することで、検出部１２に適切にひずみを生じさせることができる。よって、キャピラリ７による対象物Ｔの操作時にキャピラリ７に作用する力を精度よく検出することができる。
これによれば、本体１０に折り曲げ部１３があることで、キャピラリ７による対象物Ｔの操作時に、先端部１４の屈曲が抑制され、対象物Ｔからの力によって先端部１４が位置する側が凸となるように検出部１２が適切に屈曲することで、検出部１２に適切にひずみを生じさせることができる。よって、キャピラリ７による対象物Ｔの操作時にキャピラリ７に作用する力を精度よく検出することができる。
【0102】
また、本実施形態によれば、本体１０は、先端に開口１４ａを有している。
これによれば、キャピラリ７は、細胞へのＤＮＡのインジェクションなどの操作を行うことができる。
これによれば、キャピラリ７は、細胞へのＤＮＡのインジェクションなどの操作を行うことができる。
【0103】
また、本実施形態によれば、電気抵抗体２０の材料は、窒化クロムである。
窒化クロムの電気抵抗は比較的大きく、電気抵抗体２０の発熱量を比較的小さくすることができる。よって、例えば対象物Ｔが細胞である場合におけるキャピラリ７に作用する力の検出時において、細胞および培養液などへの熱的影響を抑制することができる。したがって、キャピラリ７による対象物Ｔの操作時にキャピラリ７に作用する力を精度よく検出することができる。
窒化クロムの電気抵抗は比較的大きく、電気抵抗体２０の発熱量を比較的小さくすることができる。よって、例えば対象物Ｔが細胞である場合におけるキャピラリ７に作用する力の検出時において、細胞および培養液などへの熱的影響を抑制することができる。したがって、キャピラリ７による対象物Ｔの操作時にキャピラリ７に作用する力を精度よく検出することができる。
【0104】
なお、本実施形態において、キャピラリ７は、電気抵抗体２０を保護する電気絶縁性を有する保護膜をさらに備えてもよい。保護膜は、樹脂材料を用いてディップ成形によって形成されてもよいし、二酸化ケイ素および窒化ケイ素などを材料としてスパッタリング法によって形成されてもよい。
【0105】
また、本実施形態によれば、電気抵抗体２０は、電気抵抗体２０の電気抵抗の変化を検出する計測器５ａと第１接続点Ｐ１および第２接続点Ｐ２で電気的に接続されている。第１接続点Ｐ１および第２接続点Ｐ２は、第３軸線Ａ３方向において電気抵抗体２０の両端より内側に位置する。
キャピラリ７に力が作用した場合に電気抵抗体２０が配置されている検出部１２に生じるひずみは、第３軸線Ａ３方向において電気抵抗体２０の両端側より電気抵抗体２０の中央部の方が大きい。よって、第３軸線Ａ３方向において電気抵抗体２０の両端に第１接続点Ｐ１および第２接続点Ｐ２が位置する場合と比べて、第３軸線Ａ３方向において電気抵抗体２０の両端より内側に第１接続点Ｐ１および第２接続点Ｐ２が位置する場合、キャピラリ７に作用する力に対する電気抵抗体２０の電気抵抗の変化が増大し、計測器５ａの測定電圧を増大させることができる。つまり、キャピラリ７の感度を増大させることができる。したがって、キャピラリ７に作用する力を精度よく検出することができる。
キャピラリ７に力が作用した場合に電気抵抗体２０が配置されている検出部１２に生じるひずみは、第３軸線Ａ３方向において電気抵抗体２０の両端側より電気抵抗体２０の中央部の方が大きい。よって、第３軸線Ａ３方向において電気抵抗体２０の両端に第１接続点Ｐ１および第２接続点Ｐ２が位置する場合と比べて、第３軸線Ａ３方向において電気抵抗体２０の両端より内側に第１接続点Ｐ１および第２接続点Ｐ２が位置する場合、キャピラリ７に作用する力に対する電気抵抗体２０の電気抵抗の変化が増大し、計測器５ａの測定電圧を増大させることができる。つまり、キャピラリ７の感度を増大させることができる。したがって、キャピラリ７に作用する力を精度よく検出することができる。
【0106】
また、本実施形態によれば、本体１０に生じるひずみが最大となる位置は、第３軸線Ａ３方向において第１接続点Ｐ１と第２接続点Ｐ２との間にある。
これによれば、キャピラリ７に作用する力に対する電気抵抗体２０の電気抵抗の変化が確実に増大し、キャピラリ７の感度を確実に増大させることができる。
これによれば、キャピラリ７に作用する力に対する電気抵抗体２０の電気抵抗の変化が確実に増大し、キャピラリ７の感度を確実に増大させることができる。
【0107】
また、本実施形態によれば、検出部１２に生じる最大ひずみに対する、第３軸線Ａ３方向において第１接続点Ｐ１と第２接続点Ｐ２との間にある検出部１２に生じるひずみの割合は、８０％以上である。
これによれば、キャピラリ７に作用する力に対する電気抵抗体２０の電気抵抗の変化がより確実に増大し、キャピラリ７の感度をより確実に増大させることができる。
これによれば、キャピラリ７に作用する力に対する電気抵抗体２０の電気抵抗の変化がより確実に増大し、キャピラリ７の感度をより確実に増大させることができる。
【0108】
次に、本開示の実施形態の変形例に係るキャピラリ７について説明する。
【0109】
図９は、本実施形態の第１変形例に係るキャピラリ７の部分側面図である。第１変形例に係るキャピラリ７の電気抵抗体１２０は、図９の側面視において、検出部１２の周側面における先端部１４が位置する側とは反対側に配置されている。この場合、対象物Ｔからの力が先端部１４に作用すると、検出部１２は先細り形状であるため、電気抵抗体１２０が基端側および先端側の両側から圧縮されて縮むように検出部１２が屈曲することで、電気抵抗体１２０の電気抵抗は小さくなる。
【0110】
なお、検出部１２において電気抵抗体２０、１２０が配置される位置および電気抵抗体２０、１２０の形状は、上記の実施形態および第１変形例に示す位置および形状に限定されず、キャピラリ７による対象物Ｔの操作時に電気抵抗体２０、１２０の電気抵抗すなわち抵抗器Ｒａの電気抵抗に変化が生じる位置および形状であればよい。
【0111】
図１０は、本実施形態の第２変形例に係るキャピラリ７の部分側面図である。図１０に示すように、第２変形例に係るキャピラリ７の本体２１０は、折り曲げ部１３を有さない。この場合、検出部１２および先端部１４は、互いに連続しており、第３軸線Ａ３に沿って延びているこれにより、上記の実施形態のキャピラリ７のように本体１０が折り曲げ部１３を有する場合と比べて、本第２変形例のキャピラリ７は、第３軸線Ａ３に沿って対象物Ｔに荷重をかけ易くすることができる。
【0112】
また、先端部１４は、先端部１４の周側面と先端で交差し、第３軸線Ａ３に対して傾斜する傾斜面２１４ｂを有している。傾斜面２１４ｂは、平面状である。先端部１４が傾斜面２１４ｂを有することで、先端部１４の先端は尖る。つまり、本第２変形例のキャピラリ７は先鋭である。上記の実施形態のキャピラリ７と比べて、本第２変形例のキャピラリ７は、対象物Ｔに対して先端を差し込みやすい。本第２変形例において、傾斜面２１４ｂは、第３軸線Ａ３回りにおいて電気抵抗体２０とは反対側に配置されている。なお、傾斜面２１４ｂの位置が上記の位置に限定されないことは言うまでもない。
【0113】
次に、基台Ｂに配置された対象物Ｔに先端部１４が差し込まれる場合のキャピラリ７の動作について説明する。
【0114】
先端部１４が対象物Ｔに差し込まれると、第３軸線Ａ３と傾斜面２１４ｂとのなす角がキャピラリ７の側面視で第３軸線Ａ３と先端部１４の周側面とのなす角より大きいことで、先端部１４は、傾斜面２１４ｂ全体が対象物Ｔに近づく側に倒れる。これにより、第３軸線Ａ３方向において電気抵抗体２０が凹状となる状態で検出部１２が屈曲（座屈）し、検出部１２にひずみが生じる。検出部１２に生じたひずみ、および、対象物Ｔからキャピラリ７に作用する力は、上記の実施形態と同様に算出される。
【0115】
また、上記のように、上記の実施形態のキャピラリ７と比べて本第２変形例のキャピラリ７は第３軸線Ａ３に沿って対象物Ｔに荷重をかけ易く、キャピラリ７が対象物Ｔを貫通するまで荷重をかけることができる。よって、キャピラリ７が対象物Ｔを貫通したときの対象物Ｔからキャピラリ７に作用する力に基づいて、対象物Ｔの硬さを把握することができる。また、キャピラリ７が対象物Ｔに接触したときから対象物Ｔを貫通するまでの対象物Ｔの状態を観察することができる。
【0116】
本第２変形例によれば、本体１０において、電気抵抗体２０が配置されている部位（検出部１２）、および、電気抵抗体２０が配置されている部位から先端側の部位（先端部１４）は、第３軸線Ａ３に沿って延びている。先端部１４は、先端で周側面と交差し、第３軸線Ａ３に対して傾斜する傾斜面２１４ｂを有している。
これによれば、本体１０において電気抵抗体２０が配置されている部位（検出部１２）から先端までは、第３軸線Ａ３に沿って直線状に延びている。よって、本体１０が電気抵抗体２０よりも先端側に折り曲げ部１３を有している場合と比べて、キャピラリ７は第３軸線Ａ３に沿って対象物Ｔに荷重をかけ易くすることができ、対象物Ｔにかける荷重を大きくすることができる。また、先端部１４が先端で周側面と交差する傾斜面２１４ｂを有することで、キャピラリ７を先鋭にすることができ、キャピラリ７の先端を対象物Ｔに差し込みやすくすることができる。
これによれば、本体１０において電気抵抗体２０が配置されている部位（検出部１２）から先端までは、第３軸線Ａ３に沿って直線状に延びている。よって、本体１０が電気抵抗体２０よりも先端側に折り曲げ部１３を有している場合と比べて、キャピラリ７は第３軸線Ａ３に沿って対象物Ｔに荷重をかけ易くすることができ、対象物Ｔにかける荷重を大きくすることができる。また、先端部１４が先端で周側面と交差する傾斜面２１４ｂを有することで、キャピラリ７を先鋭にすることができ、キャピラリ７の先端を対象物Ｔに差し込みやすくすることができる。
【0117】
図１１は、本実施形態の第３変形例に係るキャピラリ７の部分側面図である。図１１に示すように、第３変形例に係るキャピラリ７の検出部３１２の外径は、基部１１の外径とほぼ等しく、第３軸線Ａ３に沿ってほぼ一定である。なお、検出部３１２の外径は、基部１１の外径より大きくでもよい。
【0118】
なお、キャピラリ６の構成は、上記のキャピラリ７と同じ構成でもよいし、異なる構成でもよい。例えば、キャピラリ６は、本体１０が屈曲部１１ｂおよび折り曲げ部１３を有さずに直状でもよいし、電気抵抗体２０を有さなくてもよい。
【符号の説明】
【0119】
１ マニピュレータシステム
５ａ 計測器
６，７ キャピラリ
１０ 本体
１１ 基部
１２ 検出部
１３ 折り曲げ部
１４ 先端部
１４ａ 開口
２０ 電気抵抗体
Ｐ１ 第１接続点
Ｐ２ 第２接続点
Ａ３ 第３軸線（軸線）
５ａ 計測器
６，７ キャピラリ
１０ 本体
１１ 基部
１２ 検出部
１３ 折り曲げ部
１４ 先端部
１４ａ 開口
２０ 電気抵抗体
Ｐ１ 第１接続点
Ｐ２ 第２接続点
Ａ３ 第３軸線（軸線）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】