(57)【要約】【課題】  ナノオーダで試料から切片を切り出すことが可能な回転式ウルトラミクロトームを提供する。【解決手段】  ベース１に備えられたナイフ４２と、ベース１に、ナイフ４２を移動先としてガイドにより可動可能に支持されたステージ２ａ，２ｂと、ステージに移動先方向への送りを付与するアクチュエータ４と、ステージに軸受４４により水平に軸支された回転軸４５と、回転軸４５の先端に取付けられた回転体５０と、回転軸４５に直交する回転体５０の正面５０ａに回転中心から半径方向に偏心した位置に取付けられて、試料を固定する試料ホルダ５１とを有している。そして、回転体５０は、水平な回転軸４５の回りに回転して、試料ホルダ５１の試料５２をナイフ４２に対して相対移動させる。【選択図】      図３
2005283499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースに備えられたナイフと、前記ベースに、前記ナイフを移動先としてガイドにより可動可能に支持されたステージと、前記ステージに移動先方向への送りを付与するアクチュエータと、前記ステージに軸受により水平に軸支された回転軸と、前記回転軸の先端に取付けられた回転体と、前記回転軸に直交する前記回転体の正面に回転中心から半径方向に偏心した位置に取付けられて、試料を固定する試料ホルダとを有し、
前記回転体は、水平な前記回転軸の回りに回転して、前記試料ホルダの試料を前記ナイフに対して相対移動させることを特徴とする回転式ウルトラミクロトーム。
【請求項２】
前記ガイドが前記ステージを支持する支持高さ位置と、前記回転体及び前記軸受並びに前記回転軸などが搭載された前記ステージの重心の高さ位置と、前記ステージに送りを与えるための前記アクチュエータの作用点の高さ位置とを揃えたことを特徴とする回転式ウルトラミクロトーム。
【請求項３】
前記回転軸は、回転軸心を前記支持高さ位置に揃えて、水平に軸支されたことを特徴とする請求項１に記載の回転式ミクロトーム。
【請求項４】
前記ガイドが前記ステージを支持する支持高さ位置と、前記ガイドが前記ステージをガイドするガイド高さ位置とを揃えたことを特徴とする請求項１に記載の回転式ウルトラミクロトーム。
【請求項５】
前記回転体及び前記軸受並びに前記回転軸などが搭載された前記ステージの重心は、前記アクチュエータの作用点の高さ位置に位置したことを特徴とする請求項１に記載の回転式ウルトラミクロトーム。
【請求項６】
前記ガイドは、
前記ステージの移動先方向に沿って形成されて対向するＶ溝と、当該対向するＶ溝内に互いに直交する方向に向けて保持されたローラ群とを有することを特徴とする請求項１に記載の回転式ウルトラミクロトーム。
【請求項７】
前記ベースは上下に２分割され、その分割された箇所に防振機構が備えられたことを特徴とする請求項１に記載の回転式ウルトラミクロトーム。
【請求項８】
前記防振機構は、
対向する円錐形状の溝と、これらの円錐形状の溝に保持されたボールと、前記対向する円錐形状の溝が接近する方向に予圧する予圧機構とを有することを特徴とする請求項５に記載の回転式ウルトラミクロトーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノオーダで試料から切片を切り出すことが可能な回転式ウルトラミクロトームに関する。
【背景技術】
【０００２】
顕微鏡に用いる観察用試料としては、金属材料，生体（動植物）の組織細胞，或は高分子材料などが用いられている。これらの観察用試料は薄切片或は超薄切片として作成する必要がある。
【０００３】
ところで、試料から切り出した薄切片或は超薄切片は、光学顕微鏡や電子顕微鏡に装填されて、金属材料，生体（動植物）の細胞，或は高分子材料などの組織観察が行われる。光学顕微鏡用としてミクロトームが開発されている。また電子顕微鏡としてウルトラミクロトームが開発されている。ミクロトームとウルトラミクロトームとの相違は、切削される試料の切片の膜厚によるものである。光学顕微鏡は切片に光を透過させて観察を行うため、切片は比較的膜厚が厚い薄切片として切削される。また電子顕微鏡は、その特性が光学顕微鏡と相違しているため、この電子顕微鏡に用いられる切片は、ナノオーダの超薄切片であることが条件とされる。
【０００４】
したがって、ミクロトームは比較的膜厚が厚い微細片を切削する構成であるため、電子顕微鏡に用いる超薄切片の切削に不向きになっている。一方、ウルトラミクロトームは超薄切片を切削するものであるから、ミクロトームによる薄切片をも切削することができる。すなわち、ミクロトームは微細片の切削のみが可能であるのに対して、ウルトラミクロトームは、薄切片の切削ばかりでなく、超薄切片の切削をも行うことができるものである。このように、ミクロトームとウルトラミクロトームとは用途が明確に区別され、その用途に応じて使い分けられている。
【０００５】
顕微鏡用の薄切片を作製するためのミクロトームが特表２０００−５１５９７３号公報に開示されている。特表２０００−５１５９７３号に開示されたミクロトームは、基台と、切断ナイフを収容するためのナイフホルダと、切断すべき対象物を収容するための対象物ホルダとを有している。切断過程は、対象物と切断ナイフとの間の相対運動により平面で実行される。相対運動を形成するために、駆動モータを備えた回転構成要素が設けられており、回転構成要素の回転軸は基台に対して斜めに配置されており、切断厚を調整するために、線形案内部を備えた送り調整往復台が設けられている。この送り調整往復台は、送り調整モータおよびこれに接続された制御回路を介して可動に構成されている。
【特許文献１】特表２０００−５１５９７３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特表２０００−５１５９７３号に開示された技術はミクロトームであるから、作製される薄切片は光学顕微鏡用の膜厚が厚いものであることが分る。特表２０００−５１５９７３号に開示されたミクロトームが、電子顕微鏡用の切片を切り出すことが困難である理由について考える。特表２０００−５１５９７３号に開示されたミクロトームにおける回転構成要素の回転軸は基台に対して斜めに配置されている。
【０００７】
したがって、転がり軸受は基台に対して斜め姿勢で回転構成要素の回転軸を支えることとなる。そのため、回転構成要素の重量が転がり軸受に偏荷重として加わる。この偏荷重により転がり軸受が偏磨耗してナノオーダでの切削に影響を与えてしまうことが考えられる。さらに、試料から切片を連続して切削するために回転構成要素を移動させるためには、斜めに傾斜した回転構成要素を斜め上方に押し上げる必要があり、しかも、力の作用方向が斜め上方に向いているため、慣性力を有効利用することが不可能であり、大きな押上げ力を必要とする。このことは振動を発生させやすくなり、ナノオーダでの送りを実現することは困難であると考えられる。
【０００８】
さらに、ナイフホルダを送り調整往復台により往復させているが、その構造がナノオーダで移動させる構成ではないため、ナノオーダで切片を切削することは困難であると考えられる。さらに、ナイフホルダや回転構成要素を移動させる際に、これらに送りを与えるための力の作用点について考慮がなされておらず、力の伝達の際に発生するモーメントによる影響を抑えることができず、ナノオーダでの切削が困難であると考えられる。
【０００９】
以上のように特表２０００−５１５９７３号に開示されたミクロトームをウルトラミクロトームとして用いるには、改良すべき点が多く存在している。
【００１０】
本発明の目的は、ナノオーダで試料から切片を切り出すことが可能な回転式ウルトラミクロトームを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するため、本発明に係る回転式ウルトラミクロトームは、ベースに備えられたナイフと、前記ベースに、前記ナイフを移動先としてガイドにより可動可能に支持されたステージと、前記ステージに移動先方向への送りを付与するアクチュエータと、前記ステージに軸受により水平に軸支された回転軸と、前記回転軸の先端に取付けられた回転体と、前記回転軸に直交する前記回転体の正面に回転中心から半径方向に偏心した位置に取付けられて、試料を固定する試料ホルダとを有し、
前記回転体は、水平な前記回転軸の回りに回転して、前記試料ホルダの試料を前記ナイフに対して相対移動させることを特徴とするものである。
【００１２】
さらに前記ガイドが前記ステージを支持する支持高さ位置と、前記回転体及び前記軸受並びに前記回転軸などが搭載された前記ステージの重心の高さ位置と、前記ステージに送りを与えるための前記アクチュエータの作用点の高さ位置とを揃えることが望ましいものである。
【００１３】
また前記ガイドが前記ステージを支持する支持高さ位置と、前記ガイドが前記ステージをガイドするガイド高さ位置とを揃えることが望ましいものである。また前記回転軸は、回転軸心を前記支持高さ位置に揃えて、水平に軸支することが望ましいものである。
【００１４】
また前記回転体及び前記軸受並びに前記回転軸などが搭載された前記ステージの重心は、前記アクチュエータの作用点の高さ位置に位置させることが望ましいものである。
【００１５】
前記ガイドは、前記ステージの移動先方向に沿って形成されて対向するＶ溝と、当該対向するＶ溝内に互いに直交する方向に向けて保持されたローラ群とを有することが望ましいものである。
【００１６】
前記ベースは上下に２分割され、その分割された箇所に防振機構が備えることが望ましいものである。前記防振機構は、対向する円錐形状の溝と、これらの円錐形状の溝に保持されたボールと、前記対向する円錐形状の溝が接近する方向に予圧する予圧機構とを有する構成とすることが望ましいものである。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように本発明は、ステージ上に軸受によって水平に軸支された回転軸の先端に回転体を取り付け、前記回転体の回転軸に直交する正面の回転中心から半径方向に偏心した位置に試料ホルダを取付け、前記回転体を水平な回転軸を中心として回転することにより、前記試料ホルダの試料をナイフに対して相対移動させるため、回転軸を支える軸受に無理な偏荷重を加えることがなく、前記回転体の回転軸に直交する正面をナイフに対して平行に相対回転させることができ、ナノオーダでの切片の切削を行うことができる。さらに、回転体を水平な回転軸を中心として試料からナイフで切片を切削するため、回転体が１回転する間は試料がナイフから離れており、切片が切り出された後の工程として試料をナイフから引き離す動作（いわゆるシフトバック）を行わずに、回転体が回転して試料がナイフと接触する間にステージを前進させることができる。これは、ステージを前進させるだけで試料から切片を連続して切り出すことができ、切片の切り出しに要する時間を短縮することができる。
【００１８】
さらに本発明によれば、回転軸を水平に軸支しているため、水平方向にステージの移動先方向を設定することにより、ステージを一旦動かした後は、その慣性力を有効に利用することができ、小さな送り力によりステージを移動させることができ、ステージの送りに伴う振動を極力押えてステージをナノオーダで送ることができる。
【００１９】
さらに、ガイドがステージを支持する支持高さ位置と、ワークを搭載したステージの重心の高さ位置と、ステージに送りを与えるためのアクチュエータの作用点の高さ位置とを揃えることにより、アクチュエータの作用点とステージとの間に発生するモーメントを極めて小さく抑えることができる。そのため、モーメント力による影響を排除してステージをナノオーダにて送ることが可能である。
【００２０】
さらにガイドに偏荷重が加わることを回避することができ、ガイドの偏磨耗を回避して送り誤差を微少に抑えることができる。したがって、ナノオーダでの送りを実現することができる。
【００２１】
さらに前記ガイドは、前記アクチュエータによる力の作用線に対称な位置で前記ステージを支えているため、ステージ上のワークの重心位置がアクチュエータの作用線上にあることと相俟って、ワークの荷重がガイドに均等に加わることなり、ガイドを偏磨耗させることを回避することができ、ナノオーダでの送りに最適な機構とすることができる。
【００２２】
また前記ベースは上下に２分割され、その分割された箇所に防振機構が備えられているため、ベース側からステージに加わろうとする振動を確実に排除することができ、ナノオーダでの送りを実現することができる。また前記防振機構は、対向する円錐形状の溝と、これらの円錐形状の溝に保持されたボールと、前記対向する円錐形状の溝が接近する方向に予圧する予圧機構とを有する構成とすることにより、これらの特性を最大限発揮させて防振を達成することができる。
【００２３】
また前記ガイドは、前記ステージの移動先方向に沿って形成されて対向するＶ溝と、当該対向するＶ溝内に互いに直交する方向に向けて保持されたローラ群とを有する構成、例えばクロスローラの構成とすることにより、転がり面が線接触となり、軸荷重による弾性変位が極僅かであり、しかもラジアル荷重，アクシャル荷重およびモーメントなどの複雑な荷重を同時に受けて緩和することができ、ナノオーダでの送りに最適な送り機構を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について図により説明する。
図１〜図６に示すように、本発明に係る回転式ウルトラミクロトームは基本的構成として、ベース１に備えられたナイフ４２と、ベース１に、ナイフ４２を移動先としてガイド３により可動可能に支持されたステージ２と、ステージ２に移動先方向への送りを付与するアクチュエータ４と、ステージ２に軸受４４により水平に軸支された回転軸４５と、回転軸４５の先端に取付けられた回転体５０と、回転軸４５に直交する回転体５０の正面５０ａに回転中心から半径方向に偏心した位置に取付けられて、試料５２を固定する試料ホルダ５１とを有し、回転体５０は、水平な回転軸４５の回りに回転して、試料ホルダ５１の試料５２をナイフ４２に対して相対移動させることを特徴とするものである。さらに、ガイド３がステージ２を支持する支持高さ位置Ｈ１と、回転体５０及び軸受４４並びに回転軸４５などが搭載されたステージ２の重心Ｍ０の高さ位置Ｈ２と、ステージ２に送りを与えるためのアクチュエータ４の力の作用点５の高さ位置Ｈ３を揃えている。
【００２５】
次に各構成要素について詳細に説明する。
（ベース）
図２及び図３に示すように、ベース１は支え枠１ａと支柱１ｂとに２分割され、その分割箇所に防振機構が備えられている。この防振機構は図２に示すように、対向する円錐形状の溝８ａ，８ｂと、これらの円錐形状の溝８ａ，８ｂに保持されるボール９と、対向する円錐形状の溝８ａ，８ｂを接近する方向に予圧する予圧機構１０とを有している。
【００２６】
対向する円錐形状の溝８ａ，８ｂは図２に示すように、支え枠１ａの下面と支柱１ｂの上面とにそれぞれ形成されている。一方の円錐形状の溝８ａは支え枠１ａの下面に下方に向けて円錐形状に開口されている。他方の円錐形状の溝８ｂは支柱１ｂの上面に上方に向けて逆円錐形状に開口されている。そしてボール９は、その上部が一方の円錐形状の溝８ａ内に嵌合され、その下部が他方の円錐形状の溝８ｂ内に嵌合されることにより、対向する円錐形状の溝８ａ，８ｂ内に保持されている。この防振機構は図１に示すように、ベース１の４隅Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに配置されることにより、支え枠１ａと支柱１ｂとの間に介在されている。図１には４箇所の防振機構Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを図示しており、図２には２箇所の防振機構Ｃ，Ｄを図示している。なお、この防振機構の設置数は図示のものに限られるものではない。
【００２７】
実施形態における予圧機構１０としてバネを用いており、図７に示すようにバネ１０の一端を支え枠１ａのピン７ａに引掛け、その他端を支柱１ｂのピン７ｂに引掛けることにより、このバネ１０を用いて対向する円錐形状の溝８ａ，８ｂが接近する方向に予圧している。なお、予圧機構１０としてはバネに限られるものではない。要は、バネ力に代えて、対向する円錐形状の溝８ａ，８ｂが接近する方向に予圧することができるものであれば、いずれの予圧機構であってもよいものである。なお、図２，図３，図４，図６の場合には予圧機構としてのバネ１０は図示を省略している。
【００２８】
振動が支柱１ｂに加わる場合、支柱１ｂから支え枠１ａに伝わろうとする振動は、円錐形状の溝８ａ，８ｂ、ボール９及び予圧機構１０からなる防振機構により吸収緩和されることとなる。これにより、振動が支え枠１ａに伝わることを抑えることができ、ステージ３がナノオーダで移動する際に支障を生じることがない。さらに、ボール９は対向する円錐形状の溝８ａ，８ｂに保持されているため、予圧機構１０による予圧を受けて常に支え枠１ａと支柱１ｂとが正規の姿勢に整合するように働く。このため、ベース１を支え枠１ａと支柱１ｂとに２分割したことによる支障が生じることがない。
【００２９】
（ステージ・ガイド）
ステージ２は図３に示すように下枠２ａと上枠２ｂとから構成されており、図６に示すように下枠２ａがガイド３を介して支え枠１ａに可動可能に支持されている。そして図３に示すように、上下に組合せた下枠２ａと上枠２ｂとの間に形成される空間を利用して、後述する保持部４１が組み込まれるようにようになっている。さらに図３に示すように、ステージ２に保持部４１が搭載されたときに、保持部４１及びステージ２全体の重心Ｍ０の高さ位置が、ステージ２の下枠２ｂの底面２ｃに対する高さ位置Ｈ２になるように設計されている。
【００３０】
ガイド３は図６に示すように、ベース１の支え枠１ａにステージ２（下枠２ｂ）をステージ２の移動先方向に移動可能に支持し、かつ移動先方向へのステージ２の移動を案内（ガイド）する構成になっている。実施形態では、ガイド３として、いわゆるクロスローラを用いている。このガイド３は図６に示すように、アクチュエータ４による力の作用線１１（図２参照）に沿う方向（ステージ２の移動先方向）に形成されて対向するＶ溝１２ａ，１２ｂと、複数のローラ（ローラ群）１３，１３，１３・・・とを有している。
【００３１】
対向するＶ溝１２ａ，１２ｂは、対面するステージ２（下枠２ｂ）の外側面と支え枠１ａの内側面とに形成されている。一方のＶ溝１２ａは支え枠１ａの内側面にステージ２（下枠２ｂ）に向けてＶ字状に形成されている。他方のＶ溝１２ｂはステージ２（下枠２ｂ）の外側面に支え枠１ａに向けてＶ字状に形成されている。これらのＶ溝１２ａ，１２ｂは組をなしてステージ２（下枠２ｂ）の両側にそれぞれ設けられている。実施形態では、Ｖ溝１２ａ，１２ｂを形成したレール１２をステージ２（下枠２ｂ）の段部２ｄ，支え枠１ａの段部１ａ´にセットし、当て板３２をあてがってボルト３３により固定している。
【００３２】
ローラ１３は円筒型のローラであり、この円筒型ローラ１３は支え枠１ａのＶ溝１２ａ内に、Ｖ溝１２ａの長さ方向に１列に配列されており、隣接するローラ１３は互いに直交する方向に向けて斜め姿勢でＶ溝１２ａ内に保持されている。ステージ２のＶ溝１２ｂは、その内部にローラ１３が摺動可能に嵌合されている。このＶ溝１２ａ，１２ｂとローラ１３の組合せにより、ステージ２は支え枠１ａに移動先方向（図１の右方向）に向けて可動可能に支持されている。
【００３３】
ガイド３は、左右のＶ溝１２ａ，１２ｂとローラ１３とによりステージ２を支持し、かつ移動先方向へ移動するステージ２をガイドするようになっている。そして図６に示すように、ガイド３のＶ溝１２ａ，１２ｂとローラ１３がステージ２を支持する支持高さ位置Ｈ１と、保持部４１が搭載されたステージ３の全体の重心Ｍ０の高さ位置Ｈ２とを揃えている。ここに、支持高さ位置Ｈ１は支え枠１ａの基準面１ｃからガイド３がステージ２を支える高さ、具体的にはＶ溝１２ａ，１２ｂとローラ１３によるステージ２の支持箇所の高さを意味する。上述した２列のガイド３は図６に示すように、アクチュエータ４によるステージ２への力の作用線１１を中心として対称な位置に設けられている。アクチュエータ４によるステージ２への力の作用線１１とは、ガイド３がステージ２を支持する支持高さ位置Ｈ１でアクチュエータ４の作用点５がステージ２に送り力を作用する方向に延長させた線を示すものである。またガイド３はＶ溝１２ａ，１２ｂとローラ１３でステージ２を支持する支持高さ位置Ｈ１で移動先方向に移動するステージ２をガイドしている。すなわち、ガイド３がステージ２を支える支持高さ位置Ｈ１と、ガイド３のステージ２をガイドための高さ位置とを揃えている。また上述したように支持高さ位置Ｈ１と重心高さ位置Ｈ２とを揃え、かつ２列のガイド３，３が前記作用線１１を中心として対称な位置に設けられているため、保持部４１が搭載されたステージ３の重心Ｍ０は図６に示すように、前記作用線１１上に配置することとなる。
【００３４】
実施形態におけるガイド３は、円筒型ローラ１３がＶ溝１２ａ，１２ｂの長さ方向（アクチュエータ４による力のステージ２への力の作用線１１に沿う方向）に複数配列されているため、転がり面が線接触となり、軸荷重による弾性変位が極僅かであり、しかもラジアル荷重，アクシャル荷重およびモーメントなどの複雑な荷重を同時に受けて緩和することができ、ナノオーダでの送りに最適な送り機構を実現することができる。
【００３５】
なお実施形態では、ガイド３としてＶ溝１２ａ，１２ｂとローラ１３とによる、いわゆるクロスローラを用いたが、これに限られるものではない。要は、転がり面が点又は線接触となり、軸荷重による弾性変位が極僅かであり、しかもラジアル荷重，アクシャル荷重およびモーメントなどの複雑な荷重を同時に受けて緩和することができ、ナノオーダでの送りに最適なガイドであれば、いずれのものでもよい。
【００３６】
（アクチュエータ）
アクチュエータ４は、ガイド３に支持されたステージ２に送りを与えるようになっており、アクチュエータ４によるステージ３への力の作用点５の高さ位置Ｈ３と前記支持高さ位置Ｈ１とを揃えている。この作用点５の高さ位置Ｈ３は、アクチュエータ４を支え枠１ａに取付けた場合に、アクチュエータ５からステージ３へ力を作用させる作用点５の高さを示すものである。実施形態におけるアクチュエータ４は図２〜図４に示すように梃子式のアクチュエータを用いている。このアクチュエータ４は図２及び図４に示すように、支点（ボール１８の中心）を中心として揺動し、その一端部がステージ２への力の作用点５となる梃子１４と、その作用点５と反対側の作用点２０に梃子１４の揺動力を付与する駆動源１５と、梃子１４にステージ２を予圧する梃子予圧機構１６とを有している。
【００３７】
梃子１４は図４に示すように、上下に伸びる竿１４ａと、この竿１４ａの上端部から左右に伸びる２本の腕１４ｂとを有するＴ型形状に形成されている。梃子１４は、竿１４ａが支え枠１ａに開口された貫通孔３８に通して下方に伸びており、２本の腕１４ｂが支え枠１ａに支持されるようになっている。２本の腕１４ｂを支える箇所が梃子１４の支点となる。梃子１４の支点は図４及び図５に示すように、対向する円錐形状の溝１７ａ，１７ｂと、これらの円錐形状の溝１７ａ，１７ｂに保持されたボール１８と、対向するＶ溝１７ａ，１７ｂが接近する方向に予圧する予圧機構１９とを有している。
【００３８】
対向する一方の円錐形状の溝１７ａは図４及び図５に示すように、左右に伸びる２本の腕１４ｂの下面に下方に向けて円錐形状に開口されている。対向する他方の円錐形状の溝１７ｂは、左右の腕１４ｂを支える支柱１ｂの上面に逆円錐形状に開口されている。これらの円錐形状の溝１７ａ，１７ｂは組をなして２本の腕１４ｂに対応する位置に設けられている。ボール１８は、その上部が円錐形状の溝１７ａ内に嵌合され、その下部が円錐形状の溝１７ｂ内に嵌合されることにより、これらの円錐形状の溝１７ａ，１７ｂ内に保持されている。実施形態における予圧機構１９としてバネを用いている。このバネ１９は、それぞれの端部が腕１４ｂのピン３２ａと支え枠１ａのピン３２ｂとの間に取付けられ、対向する円錐形状の溝１７ａ，１７ｂが接近する方向に予圧している。これにより、梃子（竿１４ａ）１４は図４及び図５に示すように、ボール１８を支点として、２個のボール１８の中心を結ぶ回転軸線２６の回りに揺動し、梃子１４の作用点５がステージ２のロッド２８を押すことにより、ステージ２に送りを与えるようになっている。また、ステージ２と梃子１４との間に設けたバネ１６により、梃子１４の作用点５とステージ２のロッド２８とを圧接している。なお、予圧機構１９としてのバネは、図１，図２，図３及び図７では図示を省略している。
【００３９】
前記竿１４ａは図５（ｂ）に示すように、駆動源１５からの力を受ける凸状の作用点２０（図３参照）と支点（図５に示すボール１８の中心）との間の距離Ｌ１と、この支点とステージ３に力を伝える作用点５との間の距離Ｌ２との比を、１対２００に設定している。この場合、梃子１４の梃子比を１対２００に設定しているため、作用点２０が４０ｍｍ（Ｓ１）移動した場合に作用点５が０．２ｍｍ（Ｓ２）移動するようになっている。なお、この梃子比は一例であって、この数値に限定されるものではない。要は、梃子１４の一方の作用点２０が駆動源１５により変位する変位量を縮小することにより、梃子１４の他方の作用点５の変位量を微小（ナノオーダ）にするような梃子比であれば、いずれのものであってもよい。
【００４０】
以上のように、梃子１４の梃子比を利用して、図５（ａ）に示すように、梃子１４によるステージ２への力の作用点５の高さ位置Ｈ３と前記支持高さ位置Ｈ１とを揃えている。アクチュエータ４が梃子１４の場合、梃子の作用を発揮するために、作用点５の高さ位置Ｈ３から距離Ｄ１だけ下がった位置に梃子１４の支点（ボール１８の中心）が位置することとなり、この距離Ｄ１により梃子１４の支点（ボール１８の中心）を中心とするモーメントが発生する。本実施形態においては、梃子１４の梃子比が図５（ｂ）に示すように１：２００に設定されているため、前記距離Ｄ１は極めて小さく（設計値０．５ｍｍ）抑えられ、このことにより発生するモーメントがステージ２の移動に与える影響を極小さく抑えることができる。なお、図５（ａ）（ｂ）に示す例では、梃子１４の支点（ボール１８の中心）を作用点５の高さ位置Ｈ３の位置より下方に位置させたが、作用点５の高さ位置Ｈ３の位置より上方に位置させてもよいものである。
【００４１】
なお、実施形態のアクチュエータ４として梃子１４を設けたが、アクチュエータ４は梃子に限られるものではない。梃子１４に代えて、ナノオーダでステージ２を移動させることができるものであれば、いずれのものでもよい。また、バネ２７によるバネ力でステージ２を原位置に復帰させる構成でなければ、アクチュエータ４としては圧電素子を用いてナノオーダでステージ２を移動させることが可能である。
【００４２】
また図１及び図２に示すようにステージ２は、両側に伸びるアーム３７を備えている。復帰手段としてのバネ２７は、その一端がアーム３７に取付けられ、その他端が支え枠１ａに取付けられている。バネ２７は、ステージ２が梃子１４により図中左方向に送られると、伸びてバネ力を蓄力し、梃子１４による送りが解除されると、蓄力したバネ力でステージ２を図中右側に移動させて元位置に復帰するようになっている。
【００４３】
梃子１４に揺動力を付与するための駆動源１５は図２，図３及び図４に示すように、駆動モータ２１と、リードネジ２１ａと、台座２２ａ及び移動駒２２ｂと、ガイド２２ｃと、押圧片２３と、予圧機構２４とを有している。ガイド２２ｃは図６に示すガイド３として用いたクロスローラと同様な構造になっており、ガイド２２ｃは図４に示すように、台座２２ａに移動駒２２ｂを移動先方向に移動可能に支持している。リードネジ２１ａは、その一端が駆動モータ２１の出力軸に接続され、その他端が移動駒２２ｂに螺合されている。押圧片２３は下面にストッパ２５を備えている。押圧片２３は、ストッパ２５を押圧片２３の前端面に押し当てた状態でネジ３４で移動駒２２ｂに固定されている。駆動モータ２１として、超音波モータ或はパルスモータなどを用いている。
【００４４】
支え枠１ａの貫通孔３８を通して下方に伸びた梃子１４の凸状の作用点２０は図３に示すように、押圧片２３側に向けて開口した凹部３５内に取付けられている。押圧片２３の先端は梃子１４の凹部３５内に嵌合し、凸状の作用点２０に当接している。実施形態の予圧機構２４としてバネを使用しており、バネ２４の一端が押圧片２３に取付けられ、その他端が梃子１４に取付けられ、バネ２４は梃子１４の作用点２０を押圧片２３の先端に圧接させている。
【００４５】
駆動モータ２１を正回転させると、リードネジ２１ａが正回転して移動駒２２ｂをガイド２２ｃにガイドさせながら梃子１４側に繰出す。この場合、押圧片２３のストッパ２５が移動駒２２ｂの前端面に当接しているため、押圧片２３が移動駒２２ｂと一体になって移動する。これにより、移動駒２２ｂの押圧片２３が梃子１４の作用点２０を図３において反時計方向に揺動する。さらに、移動駒２２ｂの移動量が押圧片２３に１対１の関係で伝わり、ステージ２をナノオーダで移動させることができる。
【００４６】
逆に駆動モータ２１を逆回転させると、リードネジ２１ａが逆回転して移動駒２２ｂをガイド２２ｃにガイドさせながら梃子１４側から離れる方向に移動させる。したがって、押圧片２３が梃子１４の作用点２０から離れる方向（図２の左方向）に移動することになる。
【００４７】
次に試料を回転させて、試料から切片を切削する機構としての保持部４１の構成について説明する。保持部４１は基本的構成として、試料４０を固定する試料ホルダ４３と、ステージ２に軸受４４によって水平に軸支され、先端がステージ２の前端からステージ２の移動先方向に突き出た回転軸４５と、回転軸４５の先端に装備されると共に、回転軸４５に直交する正面の回転中心から半径方向に偏心した位置に試料ホルダ４３が取付けられ、回転軸４５を中心として回転することにより試料ホルダ４３の試料４０をナイフ４２に対して相対移動させる回転体４６とを有している。具体的構成について図２，図３及び図７を用いて説明する。
【００４８】
回転軸４５は、その回転軸心４５ａを前記支持高さ位置Ｈ１及び前記重心Ｍ０の高さ位置Ｈ２に揃えて軸受４４に水平に軸支されている。軸受として３個の転がり軸受４４ａ，４４ｂ，４４ｃを用いている。２個の転がり軸受４４ａ，４４ｂは回転軸４５の前端側を軸支し、１個の転がり軸受４４ｃは回転軸４５の後端側を軸支している。１個の転がり軸受４４ｃは、外輪がステージ２の段部２ｄに嵌め込まれ、内輪が回転軸４５に嵌め込まれ、回転軸４５の後端に螺合されたダブルナット４６により緊締されている。２個の転がり軸受４４ａ，４４ｂは並列に並べられ、外輪がステージ２の段部２ｅに嵌め込まれ、内輪が回転軸４５に嵌め込まれ、回転軸４５の前端側に螺合されたダブルナット４７及び押えリング４８により緊締されている。そして回転軸４５は、前端側が２個の転がり軸受４４ａ，４４ｂに軸支され、後端側が１個の転がり軸受４４ｃに軸支されて、ステージ２の前端側からステージ２の移動先方向に突き出ている。またロッド２８はステージ２の下枠２ａと下枠２ｂとの間に固定された駒５７にネジ込まれている。
【００４９】
ステージ２から突き出た回転軸４５にはプーリ４９が固定され、このプーリ４９より先に突き出た回転軸４５には回転体５０が装着されている。プーリ４９に外部から回転力が伝えられると、回転軸４５が回転し、この回転軸４５と一体に回転体５０が回転することとなる。回転体５０は図７に示すように、回転軸４５に直交する正面５０ａに試料ホルダ５１が取り付けられている。この試料ホルダ５１は、円柱状の試料５２を回転軸４５と平行に保持し、この試料５２をナイフ４２に向けて固定している。したがって、回転体５０が回転軸４５の回りに回転すると、回転体５０の正面５０ａがナイフ４２に対して平行状態を保ったまま相対回転し、試料ホルダ５１から突き出た試料５２をナイフ４２に接触させる。試料５２がナイフ４２に接触した後に、さらに回転体５０が回転すると、試料５２から切片が切削される。この切片はナイフ４２の後方に設けたプール５３内に切落とされ、プール５３内に溶液中に捕捉される。なお、図２及び図３に示す実施形態において、ナイフ４２を試料５２を切削する高さ位置でベース１にセットするに際して、直交する２軸方向にナイフ４２を移動させるＸＹテーブル５５と上下方向に上昇・下降させる昇降機構５６とを用いることにより、ナイフ４２の高さ位置を調節するようにしてもよいものである。これにより、ナイフ４２と試料５２との位置合せを正確に行い、切片の膜厚を正確に規制することができるものである。
【００５０】
次に本発明の実施形態に係る回転式ウルトラミクロトームの一連の動作について説明する。なお、アクチュエータ４としては梃子式アクチュエータを用いた場合について説明する。
【００５１】
図８に示すように、梃子１４を右側に傾斜した状態にセットする。この状態がステージ２を移動させる前の初期状態である。この状態において、試料５２をチャックした試料ホルダ５１を回転体５０の正面５０ａであって、回転軸４５に対して半径方向に偏心した位置に装着する。
【００５２】
図８に示す状態において、駆動モータ２１を正回転させると、リードネジ２１ａが正回転して移動駒２２ｂをガイド２２ｃにガイドさせながら梃子１４側に繰出す。この場合、移動駒２２ｂに押圧片２３のストッパ２５が当接しているため、移動駒２２ｂの移動量が押圧片２３に１対１の関係で伝達される。このため、駆動モータ２１から移動駒２２ｂに伝達された移動量が押圧片２３に伝わり、押圧片２３は駆動モータ２１により移動させる距離だけ移動することとなる。したがって、駆動源１５により梃子１４の一方の作用点２０がナノオーダで支点（ボール１８の中心）の回りに図８の反時計方向に揺動する。この梃子１４の動きを受けて他方の作用点５がステージ２のロッド２８を図８の左方向に押す。このステージ２の動きに伴って、図１に示すステージ３と支え枠１ａとの間に張設したバネ２７が引張られ、このバネ２７にステージ３を図７の右方向に引戻すためのバネ力が蓄力される。
【００５３】
図８に示すように、梃子１４の作用点２０が駆動源１５により変位されると、梃子１４は支点（ボール１８の位置）を中心として回転軸線２６の回りに反時計方向に揺動する。したがって、梃子１４の作用点５がステージ３を移動先方向に押出す。これにより、ステージ３に送りが与えられる。
【００５４】
そして、ステージ３に送りを与えて試料ホルダ５１に固定された試料５２の先端がナイフ４２に接触するか、或はその手前に一旦ステージ２を停止させる。この状態において、手動で回転体５０を回転させて、ナイフ４２と試料５２との位置関係を図示しない顕微鏡により観察し、ナイフ４２により試料５２から切削される切片の膜厚をナノオーダの膜厚に設定する。ナイフ４２と試料５２との位置関係がナノオーダであるか否かは、試料５２からナイフ４２で切削されてプール５３中の溶液内に捕捉された切片に光をあてて、その干渉光を観察することにより、経験的に判断することができる。
【００５５】
以上のように、ナイフ４２と試料５２との位置決めが完了すると、回転軸４５のプーリ４９に回転力を入力して回転体５０を回転させたままで駆動モータ２１を駆動し、ステージ２を移動先方向に向けて前進させる。
【００５６】
駆動源１５による梃子１４の揺動は、粗動ピッチによる送りにより生じるが、梃子比が２００：１に設定されている。そのため、梃子１４の作用点２０側での変位量は、他方の作用点５側では１／２００まで圧縮される。この梃子作用により梃子１４の作用点５側の動きが精緻化され、ステージ３をナノオーダで移動させることが可能となる。
【００５７】
ステージ２に送り力が与えられると、ガイド３は支持高さ位置Ｈ１でステージ３を作用線１１に沿って移動先方向にガイドする。図８は、梃子１４が図８に示す傾斜した姿勢から揺動して、ほぼ垂直の姿勢になった状態を示しており、図８に示す状態に対してステージ２が図９の左方向に移動している。さらに駆動源１５により梃子１４の作用点２０を変位させると、図１０に示すように、図９に示す垂直姿勢を越えて左側に傾斜した姿勢まで揺動する。図１０に示す姿勢まで梃子１４が揺動すると、ステージ２は移動範囲の終端位置まで送られることとなる。この場合、梃子１４が移動すると、ステージ２のロッド２８に当接している梃子１４の作用点５は支点（ボール１８の中心）を中心として円弧運動をする。図５（ｂ）に示すように、梃子１４の初期位置と終端位置とにおける作用点５の高さ位置と、作用点５が描く円弧との平均値が作用点５の上下方向の変位幅となるが、図５（ａ）に示すように梃子１４の支点から作用点５までの距離Ｄ１が極めて小さいため、前記作用点５の上下方向への変位範囲は極僅かであり、ステージ２をナノオーダで移動させることの支障になることはないものである。
【００５８】
図８から図１０に示す状態に梃子１４を揺動させると、回転体５０が回転したままでステージ２が送られ、ナイフ４２により試料５２から切片が切削される。この様子を具体的に説明すると、ステージ２は、回転体５０が１回転する間に試料５２から切削する切片の膜厚分に相当する距離だけ送られる。この動作を連続して行い、試料５２から切片を次々に切り出す。本発明は、回転体５０を水平な回転軸４５を中心として回転させ、回転体５０が次の切片を切り出すために１回転する間にステージ２を常に前進させて送ることができる。このことは、切片を切り出した後に試料５２とナイフ４２に無用に接触することを避けるためにステージ２をナイフ４２から離れる方向に逆送り、いわゆるシフトバックする必要がなく、ステージ２の動きを簡素化することができるばかりでなく、シフトバックする時間を省略して切片切り出しの時間を短縮することができる。
【００５９】
次に、ステージ２を原位置に復帰させる場合について説明する。この場合、逆に駆動モータ２１を逆回転させる。すると、リードネジ２１ａが逆回転して移動駒２２ｂをガイド２２ｃにガイドさせながら梃子１４側から離れる方向に移動させる。したがって、移動駒２２ｂの押圧片２３が梃子１４の作用点２０から離れる方向（図１０の左方向）に移動する。これにより、図１０の状態から図９の状態を経て図８に示す初期状態まで前記バネ２７に蓄力されたバネ力により梃子１４が時計方向に揺動する。そして図８に示す状態に復帰する。このように原復帰させるためにステージ２を移動先方向と逆方向の後退させる場合には、切片の切削作業が行われないため、ステージ２を移動先方向に前進させる場合より移動速度を加速して原位置に復帰させる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
以上説明したように本発明によれば、アクチュエータからステージに送り力が伝えられる際に発生するモーメントを極力小さく抑えるため、アクチュエータからステージに１対１の関係で送り力が伝達されることなり、ステージをナノオーダにて送り、試料から切片をナノオーダにて切削することが可能となる。さらに、回転体を水平な回転軸を中心として回転させながら、試料から切片を切削するため、ステージをシフトッバックさせる必要がなく、機構を簡素化することができ、しかもステージを一方向に連続して送り、試料から切片を連続して切削することができ、切片の切削に要する作業時間を大幅に削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施形態に係る回転式ウルトラミクロトームを示す平面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る回転式ウルトラミクロトームの構成を示す図であって、防振機構を断面して示す側面図である。
【図３】図１のIII−III線に沿う位置で図２を縦方向に断面した断面図である。
【図４】図２のIV−IV線に沿う断面図である。
【図５】（ａ）は、図４のV部を拡大して示す拡大図、（ｂ）は梃子の梃子比を説明する図である。
【図６】図２のVI−VI線に沿う断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る回転式ウルトラミクロトームにおける回転体の正面を示す図であって、防振機構を断面して示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係る回転式ウルトラミクロトームのアクチュエータとしての梃子の動作を示す図であって、ステージの初期状態を示す動作説明図である。
【図９】ステージを送る工程における中間点を示す動作説明図である。
【図１０】ステージを送る工程の終端位置における梃子を示す動作説明図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  ベース
１ａ  支え枠
１ｂ  支柱
２  ガイド
３  ステージ
４  アクチュエータ
５  ステージへの作用点
８ａ，８ｂ  円錐形状の溝
９  ボール
１０  予圧機構
１１  アクチュエータによる力の作用線
１２ａ，１２ｂ  Ｖ溝
１３  ローラ
１４  梃子
１５  駆動源
１６  梃子予圧機構
１７ａ，１７ｂ  円錐形状の溝
１８  ボール（支点）
１９  予圧機構
２０  梃子の作用点
【図１】
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【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】
2005283499.tif 000008
【図７】
2005283499.tif 000009
【図８】
2005283499.tif 000010
【図９】
2005283499.tif 000011
【図１０】
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