(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験片を定置保持するステージと、このステージとの間で相対的に摺動する基台と、前記摺動の方向に対し交差する方向で振動する可動体と、この可動体に取付けられ前記ステージに定置保持される試験片を切断する為の刃と、前記可動体が前記振動を起こすことが出来るように、前記基台と前記可動体とを連結する1対の弾性連結体と、前記基台と前記可動体の一方に設けられた駆動用電磁石と、前記基台と前記可動体の他方に前記駆動用電磁石に対向して設けられた磁石と、前記駆動用電磁石に制御信号を与えて前記可動体を振動させる制御回路とを備え、前記弾性連結体を金属製のばね板を複数枚重ねて構成し、前記1対の弾性連結体により前記基台の両側部と前記可動体の両側部を連結し、前記刃を前記ステージに定置保持された試験片に向かって相対的に前進させながら前記可動体の振動により前記刃を振動させて、前記試験片から試験薄片を切り出すことを特徴とする試験片切断装置。
【請求項２】
前記磁石をI字状又は一対の永久磁石により構成し、この永久磁石を前記可動体に固定し、前記駆動用電磁石のコアーの足が前記永久磁石に対向するように前記駆動用電磁石を前記基台に取付けたことを特徴とする請求項１記載の試験片切断装置。
【請求項３】
前記永久磁石は、前記コアーに対向する面の左半分と右半分とで逆極性の磁性が現れるよう厚み方向に磁化されていることを特徴とする請求項２記載の試験片切断装置。
【請求項４】
前記駆動用電磁石に流れる電流の大きさを検出する検出器を設け、この検出器の出力を用いて前記駆動用電磁石に流れる電流が略一定になるように制御することを特徴とする請求項１記載の試験片切断装置。
【請求項５】
前記駆動用電磁石に流れる電流の振幅および周波数を連続可変する手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の試験片切断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば脳の生理学的実験に必要となる脳の試験薄片を、試験片を切断して作り出す試験片切断装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の試験片切断装置は、例えば、特公昭５８−２９４５３号公報に示される。この公報に記載の試験片切断装置は、試験片を定置保持するステージに対し、モータ駆動により基台をスライドするよう構成し、この基台に上記スライド方向に対し直交（左右）する方向に振動する可動体を設け、この可動体に切断刃を取付け、上記基台に取付けた別のモータの回転運動を、クランク機構によって水平運動に変換して上記可動体即ち上記切断刃を水平方向に振動させながら、かつ上記スライドにより前進させて試験片を試験薄片に切断するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の試験片切断装置にあっては、装置が新品の時は良いが、長時間使用していると、前記基台の蟻孔に前記可動体の蟻ほぞ状嵌合部が嵌り込んでいるが、この部分が削れてガタツキが生じ、又クランク機構を構成している回転軸と連結体との結合部分が甘くなり、ガタツキが生じてくる。このようになると、切断刃に縦ぶれ（縦方向の振動）が生じ、その結果、試験片を上から切断刃で叩きつけてしまうことになるので、試験片の細胞を死滅させてしまうことになる。脳の生理学的実験に使用される試料薄片の細胞が生きているか死んでいるかは研究をする場合の大きな問題となっている。
【０００４】
本発明は、長時間使用しても、切断刃に縦ぶれが生じることがなく、結果として、試験片の細胞を死滅させることなく良好な試験薄片を得ることができる試験片切断装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【発明を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の試験片切断装置は、試験片を定置保持するステージと、このステージとの間で相対的に摺動する基台と、前記摺動の方向に対し交差する方向で振動する可動体と、この可動体に取付けられ前記ステージに定置保持される試験片を切断する為の刃と、前記可動体が前記振動を起こすことが出来るように、前記基台と前記可動体とを連結する1対の弾性連結体と、前記基台と前記可動体の一方に設けられた駆動用電磁石と、前記基台と前記可動体の他方に前記駆動用電磁石に対向して設けられた磁石と、前記駆動用電磁石に制御信号を与えて前記可動体を振動させる制御回路とを備え、前記弾性連結体を金属製のばね板を複数枚重ねて構成し、前記1対の弾性連結体により前記基台の両側部と前記可動体の両側部を連結し、前記刃を前記ステージに定置保持された試験片に向かって相対的に前進させながら前記可動体の振動により前記刃を振動させて、前記試験片から試験薄片を切り出すことを特徴とする。
【０００６】
又、前記磁石をI字状又は一対の永久磁石により構成し、この永久磁石を前記可動体に固定し、前記駆動用電磁石のコアーの足が前記永久磁石に対向するように前記駆動用電磁石を前記基台に取付けたことを特徴とする。
【０００７】
又、前記永久磁石は、前記コアーに対向する面の左半分と右半分とで逆極性の磁性が現れるよう厚み方向に磁化されていることを特徴とする請求項３記載の試験片切断装置。
又、前記駆動用電磁石に流れる電流の大きさを検出する検出器を設け、この検出器の出力を用いて前記駆動用電磁石に流れる電流が略一定になるように制御することを特徴とする。
【０００８】
更に、前記駆動用電磁石に流れる電流の振幅および周波数を連続可変する手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】
【作用】
上記のように構成した試験片切断装置は試験片を切断する為の刃を取付けている可動体を弾性連結体で基台に連結し、駆動用電磁石と磁石で構成されたリニヤーモータの原理で可動体を振動させているので、長時間使用しても装置の状態は変わることはなく、試料片の細胞を生きたまま切断することが出来る。また、電磁石と磁石との組み合わせで可動体を振動させるようにしたので、可動体の振動のパワーを大きくすることができる。
【００１０】
又、弾性連結体を金属製のばね板を複数枚重ねて用いたので、必要な方向にのみ可動体を振動させることができる。
又、可動体に取付ける永久磁石を左右方向で逆極性の磁性が現れるよう厚み方向に磁化してあるので、可動体の振動により一層のパワーが生じ、試験片を切れ味よく切ることが出来る。
【００１１】
又、振動の周波数を変化させた時に生じる機械的共振点での振動の振幅の異常な状態も帰還回路により抑えることが出来る。
又、刃の振動周波数及び振幅を連続可変するようにしたので、試料片の硬さ等に応じた最適状態に調整して試料片を切断することが出来る。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。
図１に示すように、装置本体１に台座２が取付けられ、この台座２に基台３が摺動自在の取付けられている。摺動の機構は図２に示すように、台座２に蟻孔４を設け、基台３に蟻ほぞ状嵌合部５設け、蟻ほぞ状嵌合部５を蟻孔４に嵌合して、台座２上を基台３が摺動するように構成する。ギヤーモータ６の回転軸７と基台３に設けた孔１２に挿入されている回転軸８にそれぞれプーリ９、１０を取付け、これにベルト１１を掛けてギヤーモータ６の回転をベルト１１を介して回転軸８に伝える。回転軸８は基台３の穴１２に奥深く入っており、回転軸８の周囲に形成した螺子溝が穴１２の壁面に形成した螺子溝に螺合している。この構成により、ギヤーモータ６を動かすことにより基台３を摺動させることが出来る。ギヤーモータ６を逆転させると、基台３は逆方向に摺動する。
【００１３】
図１の突片１３が基台３に結合され、この突片１３を挟んで、本体１に取付けられたスイッチ１４、１５の可動片１４ａ，１５ａが位置する。基台３が前進して所定長さ進むと、スイッチ１４の可動片１４ａが突片１３に押されてスイッチ１４が動作し、ギヤーモータ６の動作が逆転して、基台３を後退させる。今度はスイッチ１５の可動片１５ａが突片１３に押され、スイッチ１５が動作して基台３は停止する。
【００１４】
図１に示すように、本体１には台座２の前方（以後図１の左方を前方、右方を後方という）に位置して筐体１６が取付けられている。この筐体１６の中に、切断しようとする試料片を載せるトレー１７が設けられる。詳細は後述する。
基台３の前方に可動体１８が設けられ、この可動体１８がその両側面で基台３の両側面に弾性連結体１９，２０で連結されている。具体的には図３、図４に示されている。特に図４に示すように、弾性連結体１９，２０は例えばステンレス製の板ばね（厚さ０．５〜０．２ミリ程度）を４枚程度重ねたもので構成し、板ばねが垂直になるように両端でボルト２１によりしっかりと基台３と可動体１８に固定されている。
【００１５】
弾性連結体１９、２０は水平方向に弾力性を持ち、垂直方向には弾力性がないものが良く、また、ねじれもないものが良い。ねじれをなくす意味で前記板ばねの長さは短いほど良く例えば４０ミリ程度が良い。これにより、可動体１８は基台３に対し実質上左右方向にのみ動くことになる。
可動体１８には取付棒２２が設けられ、この取付棒２２に試料片を切る刃を支持する支持体２３が取付棒２２に対し回動自在に取付けられている。螺子２４を取付棒に螺合することにより支持体２３は強固に可動体１８に取付けられる。刃３３を取付けるときは螺子２４を緩め、支持体２３を回転させて刃３３を取り付けやすい状態にする。
【００１６】
図１，３、４からも分かるように、装置全体、特に振動に寄与する基台３から可動体１８、弾性連結体１９，２０あたりの構成は左右対称になっており、しかも弾性連結体は１９，２０は左右方向にのみ振れるように厳密に作られているので、可動体１８は不要な振動を起こすことがない。
次に、図５、図６を用いてトレー１７、および試料片を切断する刃について説明する。トレー１７の中央には試料片２５を載せる台２６が設けられている。この台２６は試料片を置く位置を決めるためのものであり特になくても良い。トレー１７の下の面には突起２７が設けられ、この突起２７は支持台２８の穴２９に嵌りこんでいる。レバー３０のついた螺子３１によりトレー１７は支持台２８に固定される。レバー３０は筐体１６の上方から螺子３１を操作するためのものである。
【００１７】
支持台２８は、本体１の上面に露出して設けられたつまみ３２を回動させることにより、上下動させることが出来る。これにより、トレー１７を上下動させて試料片２５と支持体２３の下端に取付けられた刃３３との位置関係を調整する。つまみ３２と支持台２８との連携機構は図６に示す通りである。即ち、つまみ３２の回転軸３４にステッピングモータ３５が取付けられ、このモータ３５にプーリ３６を取付ける。一方、支持台２８の下面に取付けられた連結棒３７に突起（図示されていない）を設け、この突起をスライド機構３８の溝３９に嵌入する。そして、連結棒３７の先端に雌螺子４０を取付け、この雌螺子４０に雄螺子４１を螺合する。雄螺子４１にプーリ４２を取付け、両プーリ３６，４２をベルト４３で結合する。この構造の動作については後述する。
【００１８】
次に、刃３３の取付け手段について説明する。図５に示すように、支持体２３の背面から下面にかけて、断面Ｌ字状のステンレス製固定板４４を取付ける。この固定板４４は支持体２３の背面上方で螺子４５により取付けられ、固定板４４の下方は支持体２３の下面に固定板４４のばね性により圧接されている。支持体２３の背面に隙間４６を設け、ここに棒状体を挿入して、固定板４４を起こし、支持体２３の下面と固定板４４との間に刃３３を挿入する。前記棒状態を取り去ることにより、刃３３は支持体２３に強固に取付けられる。
【００１９】
刃３３は市販のかみそりの刃、特に両刃のものを半分に折って片刃にして使用すると良い。刃３３は支持体２３に固定するに際し、トレー１７の台２６の上面に対し１５度程度傾斜して取付けられる。こうすることで、刃３３の下面（切断に寄与する刃の部分）が前記台２６に平行になる。また、固定板４４の下端が試料片２５から浮くので、試料片２５を固定板４４で傷つけることはない。
【００２０】
次に、図３、図４を用いて、可動体１８を振動させる構造について説明する。可動体１８の背面にＩ字状の永久磁石４７を横方向に左右対称になるように固定する。この永久磁石４７はネオジウムを用いると良い。この永久磁石４７に対向して基台３の前方凹部４８にＥ字コアーの中央の足にコイルを巻いて構成した駆動用電磁石４９を嵌め込み固定する。可動体１８の上面に永久磁石５０を固定し、これに対向する基台３の凹部４８を被う蓋体５１前方に設けられた蓋体５２の下面にセンサコイル５３を固定して、このセンサコイル５３で可動体１８の振動の振幅を検出するよう構成している。
【００２１】
前記永久磁石４７は左右にＮＳ極と磁化された単純な板状磁石でも良いが、前記駆動用電磁石４９のコアーに対向する面の左半分と右半分とで逆極性の磁性が現れるよう厚み方向に磁化するようにすれば、振動がクリック的な動きになってよりパワーが出、試験片２５を切れ味よく切ることが出来る。厚み方向に磁化したものは、特殊な磁化方法で１枚の磁石にすることが出来るが、厚み方向に磁化した一対の磁石を、逆極性に並べて使用しても良い。前記の左半分と右半分にはきっちり真ん中で別れたものの他、左右の間に隙間のあるものも含まれる。
【００２２】
図７に示すように、前記Ｅ字コアー５４の中央の足に巻回されたコイル５５
にサイン波形の制御信号を流す。Ｅ字コアー５４の左右の足がＳ極に、中央の足がＮ極に磁化されている時、永久磁石４７は図７ａ示されるように左方に移動する。Ｅ字コアー５４の左右の足がＮ極に、中央の足がＳ極に磁化されると、永久磁石４７は図７ｂに示されるように右方に移動する。この動作が繰り返され、可動体１８即ち刃３３が振動する。
【００２３】
次に、この装置を駆動する駆動回路について図８を用いて説明する。サイン波発振回路５６の出力端子５６ａはスイッチ５７を介して接地されている。この出力端子５６ａのサイン波出力はバッファー増幅器５８、５９を介して、駆動増幅器６０に加えられる。駆動増幅器６０の出力は出力増幅器６１に加えられて増幅され、電磁石４９のコイル５５に加えられる。サイン波発振回路５６には発振出力の周波数を調整することが出来る可変抵抗５６ｂが設けられている。
【００２４】
コイル５５に流れる電流の振幅はセンサコイル５３により検出され、検出出力は増幅器６２で増幅され、両波整流回路６３で両波整流される。可変抵抗６３ａは両波整流回路６３の出力波形のピークをそろえる為のものである。又前記スイッチ５７と連動して動作するスイッチ６３ｂが設けられ、このスイッチはオン時に両波整流回路６３の出力端子の電圧が最大になるように構成されている。更に可変抵抗６３ｃが設けられ、両波整流回路６３の出力電圧を調整できるよう構成されている。
【００２５】
両波整流回路６３の出力は平滑回路６４で平滑されて直流電圧に変換され、バッファー増幅器５８出力端子とアース間に設けられたＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）６５のゲート電極に加えられる。
又、駆動増幅器６１の出力は両波整流回路６６に加えられて、両波整流されその出力は平滑回路６７で直流に変換されて、バッファー増幅器５８の出力端子とアース間に設けられたＦＥＴ６８のゲートに加えられる。両波整流回路６６の可変抵抗６６ａは両波整流の電圧を調整するのに使用される。６６，６７，６８でリミッターが構成されている。
【００２６】
次に、以上の構成に基づき装置の動作を説明する。
まず、刃３３を支持体２３に取付ける。次に、トレー１７の台２６の上に試料片２５を瞬間接着剤を用いて定置保持する。試料片２５はねずみ等の生の（細胞が生きたもの）肝臓、腎臓、脳等であり、厚さ１ｃｍ以下、大きさ２〜３ｃｍ角程度のものを用いる。トレー１７に各組織に応じた緩衝液（細胞が体内にある時と同じ状態に保つ液）を試料片２５が被るまで入れる。この緩衝液は試料片２５を刃３３で切るときの潤滑剤の役割を果たす。筐体１６には必ず氷を入れて試料片２５を冷やすようにする。
【００２７】
用意が出来ると、スイッチ（図示せず）を入れて、基台３を前進させ、刃３３をトレー１７の上方、試料片２５の手前の位置で一旦停止させる。つまみ３２を回転させてトレー１７を上方に移動させ、刃３３で試料片２５が切断される位置までもってくる。
スイッチを入れて、刃３３を振動させながら前進させ試料片２５を切断する。切断が終了すると、スイッチ１４が動作して基台３は逆転する。この逆転と連動してステッピングモータ３５が動作し、トレー１７を１２０ミクロン程度下げる。次にスイッチ１５が働いて基台３は停止する。すると、再びステッピングモータ３５が働いてトレー１７を元の位置まで上昇させる。
【００２８】
トレー１７を下げずに基台３を後退させると、試料片２５の新しい面を刃３３で傷つけることになる。なお、一回目の切断では、切り出された試料薄片２５ａの厚みは所定の厚みでないので、捨てることになる。
次に、つまみ３２を２回転させ、トレー１７を２００ミクロン程度上げる。試料片２５も同じだけ上昇する。この状態で試料片２５を切断すると、２００ミクロン程度の試料薄片２５ａが得られる。試料薄片２５ａは図５に示すように支持体２３の前面に沿って上昇する。
【００２９】
切断する時、刃３３の左右方向の振動の振幅は１〜２ｍｍ程度が良い。振動の周波数は試料片２５の硬さ等で調整するが、４０〜１００Ｈｚが適当である。どちらかと言うと高いほうが良い。
駆動用電磁石４９と永久磁石４７の構成、即ちリニヤーモータの原理を用いて可動体１８に振動を起こしているので、長時間使用しても振動状態は最初の設定通り正しく行われ、縦ぶれ等不要な振動や騒音を排除することが出来る。さらに、弾性連結体１９，２０が縦ぶれやねじれ等を起こさないように厳密に構成されて基台３と可動体１８を結合しており、さらに装置が実質的に左右対称に構成されているので可動体１８、刃３３は一層縦ぶれや騒音を生じることなく、よりスムースな振動を起こす。
【００３０】
基台３と可動体１８の連結をクランク機構等の機械連結を用いず、非接触としたので、長時間使用しても縦ぶれ等の不良振動を起こすことはない。従って、刃３３の縦ぶれで試料片２５の表面を叩いて試料片２５の細胞を死滅させてしまうことがない。特に試料薄片２５ａを生理学的実験に使用する場合、細胞が死んでいるか生きているかは大きな問題であり、この装置によると、細胞が生きたままの良好な試料薄片２５ａを得ることができる。
【００３１】
図８を用いてこの装置の制御動作を説明する。
可変抵抗５６ｂで刃３３の振動の周波数を連続可変にし、可変抵抗６３ｃで前記振動の振幅を連続可変にしている。これ以外の可変抵抗は適切な値にあらかじめ設定されている。例えば、可変抵抗６３ｃをアースにした時バッファー増幅器５９の入力端子の電圧が０なるように可変抵抗６９の値が設定される。
【００３２】
刃３３を振動させない時、スイッチ５７，６３ｂをオン状態にしてサイン発振器５６の出力を０にするとともに、ＦＥＴ６５の抵抗値を０にして出力増幅器６１への入力が無くなるようにしている。何らかの原因で出力増幅器６１の出力電圧が大きくなった場合、平滑回路６７の出力電圧が大きくなり、ＦＥＴ６８の抵抗値を下げて、出力増幅器６１への入力レベルを下げる。
【００３３】
可変抵抗５６ｂで周波数を変化させると、ある周波数では、機械的共振の影響で刃３３が異常に大きく振れることになる。この時、センサコイル５３でこの振れの大きさを電磁的に検出する。この検出電圧は両波整流され平滑回路６４で平滑されてＦＥＴ６８のゲート電圧を上げる。この結果、出力増幅器６１の入力が抑えられ、過剰な振動が抑えられる。
【００３４】
次に、他の実施例などについて説明する。図７に示す駆動用電磁石４９と永久磁石４７の変形した実施例としては図９ａ，ｂに示すコ字状コア７０にコイル７１を巻いた電磁石７２と永久磁石７３との組み合わせ、及び棒状コア７４にコイル７５を巻いた電磁石７６とその両端に対向して形成した永久磁石７７，７８の組み合わせたものでも良い。図９ａの部材の取付け方は、図４と同じでよく、図９ｂの電磁石７６は基台３に固定し、永久磁石７７，７８は弾性連結体１９，２０に固定する。図９の永久磁石７３は図３、４で説明したものと同じものを使用することが出来る。
【００３５】
又、図４の永久磁石４９を可動体１８に、永久磁石４７を基台３
に取付けるようにしても良い。さらに、永久磁石４７は電磁石により構成しても良い。
実施例では基台３を台座２に対して移動するようにしたが、基台３を固定し台座２を移動するようにしても良い。両者が相対的に移動すればよい。尚、台座２、筐体１６、トレー１７は本体に１に直接又は間接的に取付けられており、これらを総称してステージという。従って、試験片を定置保持するステージが存在し、このステージとの間で相対的に摺動する基台が存在することとなる。
【００３６】
又、実施例では制御信号としてサイン波を用いたが、矩形波でもよく、種々の信号を用いることが出来る。サイン波が滑らかな振動を得る上で好ましい。
試料片は生のものを用い、試料薄片の細胞が死滅しないように試料片を切断できることを特徴として説明したが、試料片を薬品で固めたり、周りを寒天で固めたりして作られた死滅試料片を切断する場合にもこの装置を用いることができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載される効果を奏する。即ち、試料片を切断する為の刃を取付けている可動体を駆動用電磁石と永久磁石（電磁石でも良い）を組み合わせ、駆動用電磁石に制御電流を流して、駆動体を振動させると言う非接触の構造としたので、長時間の使用しても振動の状態に変化が起こらず、即ち、従来の装置のように、機械接触部の磨耗によって生じる刃の縦ぶれ振動が発生せず、試料片を叩いてその細胞を死滅させることがない。又、電磁石と磁石の組み合わせによる駆動機構であるので振動にパワーが出て、試料片を切れ味よく切断できる。
【００３８】
そして、可動片を支持する弾性連結体として金属製の板ばねを複数枚重ねたものを使用したので、必要な方向にのみ振動を起こすことが出来るものである。
又、電磁石に対向して設けられた永久磁石を、左半分と右半分で逆極性の磁性が現れるように厚み方向に磁化してあるので、振動がクリック的になり、よりパワーも増して良好な切断が実現できる。
【００３９】
又、制御信号の周波数を変化させた時に生じる機械的共振点での異常振動も帰還回路の作用で抑えることが出来る。さらに、振動の振幅と、周波数を連続可変することが出来るので、試料片の種類や状態に応じて最適な切断状態に設定することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である試料片切断装置の斜視図である。
【図２】同装置の一部分の斜視図である。
【図３】同装置の一部分の斜視図である。
【図４】同装置の一部分の平面図である。
【図５】同装置の一部分の断面図である。
【図６】同装置の一部分の断面図である。
【図７】ａは同装置の駆動部分の原理図である。ｂは同装置の駆動部分の原理図である。
【図８】同装置の駆動回路の回路図である。
【図９】ａは本発明の他の実施例である試験片切断装置の駆動部分の原理図である。
ｂは本発明の更に他の実施例である試験片切断装置の駆動部分の原理図である。
【符号の説明】
２        台座
３        基台
１７        トレー
１８        可動体
１９、２０  弾性連結体
２３        支持体
２５        試料片
２５ａ      試料薄片
３２        つまみ
３３        刃
４４        固定板
４７        永久磁石
４９        電磁石
５３        センサコイル
５６        サイン波発振回路
５６ｂ      可変抵抗
６１        出力増幅器
６３、６６  両波整流器
６３ｃ      可変抵抗
６４、６７  平滑回路
６５、６８  ＦＥＴ
【図１】
0003576136.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003576136.tif 000008
【図８】
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【図９】
0003576136.tif 000010