整形装置
【課題】 被整形部材を簡易且つより安全に整形することができる整形装置を提供する。
【解決手段】整形装置１０は、被整形部材Ｓを整形するための整形装置１０であって、被整形部材Ｓを切削する切削刃１２を一方向に移動させる刃移動装置１４と、被整形部材Ｓを保持すると共に、切削刃１２の刃先の移動面Ｐに対する被整形部材Ｓの配置を調整する保持装置５０と、被整形部材Ｓにおいて切削刃１２の切削により整形される領域を観察するための観察装置６２とを備え、保持装置５０は、切削刃１２の刃先の移動面Ｐの法線方向に対して被整形部材Ｓを傾斜させる傾斜機構及び被整形部材Ｓの中心軸線Ｃ周りに被整形部材Ｓを回転させる回転機構を有する。
【解決手段】整形装置１０は、被整形部材Ｓを整形するための整形装置１０であって、被整形部材Ｓを切削する切削刃１２を一方向に移動させる刃移動装置１４と、被整形部材Ｓを保持すると共に、切削刃１２の刃先の移動面Ｐに対する被整形部材Ｓの配置を調整する保持装置５０と、被整形部材Ｓにおいて切削刃１２の切削により整形される領域を観察するための観察装置６２とを備え、保持装置５０は、切削刃１２の刃先の移動面Ｐの法線方向に対して被整形部材Ｓを傾斜させる傾斜機構及び被整形部材Ｓの中心軸線Ｃ周りに被整形部材Ｓを回転させる回転機構を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被整形部材を整形する整形装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子顕微鏡等で観察する薄片試料は、厚さ１００ｎｍ程度の薄いものである。このような薄片試料を作製する際には、通常、次のような手順を踏む。
【０００３】
先ず、バルク、フィルム状、粉体等の各種試料が必要に応じて包埋樹脂（包埋材）に埋め込まれた四角柱状の試料ブロック（被整形部材）を作製する。なお、試料を包埋樹脂に埋設せずに単独で使用してもよい。次いで、試料ブロックの一端の端面が０．５ｍｍ角程度となるように上記一端側の角をナイフなどで切削する。このように試料ブロックを整形する作業はトリミングとして知られている。そして、トリミングされた試料ブロックの一端を例えば、薄片試料作製装置などとして知られている超ミクロトームなどを利用して薄くスライスすることで、電子顕微鏡用の薄片試料を作製する。光学顕微鏡用等に、より大きく厚い薄片試料を作製する装置として、特許文献１に記載の滑走式ミクロトームや回転式ミクロトームが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２８９７４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来、上記トリミングは実体顕微鏡等で被整形部材としての試料ブロックを観察しながら、手作業で行っていたため、熟練を要すると共に、ナイフで指などを切ることなどがあった。
【０００６】
そこで、本発明は、被整形部材を簡易且つより安全に整形することができる整形装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る整形装置は、被整形部材を整形するための整形装置であって、被整形部材を切削する切削刃を一方向に移動させる刃移動装置と、被整形部材を保持すると共に、切削刃の刃先の移動面に対する被整形部材の配置を調整する保持装置と、被整形部材において切削刃の切削により整形される領域を観察するための観察装置と、を備え、上記保持装置は、切削刃の刃先の移動面の法線方向に対して被整形部材を傾斜させる傾斜機構及び被整形部材の中心軸線周りに被整形部材を回転させる回転機構を有する。
【０００８】
上記構成では、保持装置により被整形部材を保持し、傾斜機構及び回転機構を利用して、上記移動面に対する被整形部材の配置を調整する。その後、刃移動装置で切削刃を一方向に移動させることによって、被整形部材を切削する。上記被整形部材の配置の調整や切削刃による切削位置の確認などは観察装置により確認することができる。このように、本発明に係る整形装置では、切削刃を手で持って被整形部材の整形をしなくてもよく、観察装置で観察しながら被整形部材の整形領域を調整して切削できるので、簡易且つより安全に被整形部材の整形が可能である。
【０００９】
また、本発明に係る整形装置は、切削刃の移動方向を観察装置で表示するための刃移動方向表示手段を更に備える、ことが好ましい。
【００１０】
このような刃移動方向表示手段を備えることで、観察装置の視野内において切削刃が被整形部材に近づくまでみえないとしても、刃移動方向表示手段により切削刃の移動方向が示されているため、切削位置が分かる。その結果、被整形部材をより所望の形状に整形することができる。
【００１１】
更に、本発明に係る整形装置では、観察装置は実体顕微鏡であり、刃移動方向表示手段は、実体顕微鏡内において上記移動面と共役な面に設けられている、ことが好適である。
【００１２】
上記実体顕微鏡内の光学系において、上記移動面と共役な面に上記刃移動方向表示手段を設けることで、切削刃の切削位置を実体顕微鏡で観察しながら調整することができる。その結果、前述したように、被整形部材をより所望の形状に整形することができる。
【００１３】
また、本発明に係る整形装置では、刃移動装置は、切削刃を保持する切削刃保持手段を更に備える、ことが好ましい。
【００１４】
このように切削刃保持手段を備える整形装置では、刃移動装置は、所定方向に延在しているベース部と、ベース部の一側部上に設けられておりベース部の延在方向に沿って延びるテーブルと、テーブルに取り付けられており延在方向にスライドするスライダと、を備え、切削刃保持手段は、スライダに取り付けられている、ことが好適である。
【００１５】
この構成では、スライダをテーブルに沿ってスライドさせることで、切削刃保持手段がテーブルの延在方向に移動する。その結果、切削刃保持手段に保持された切削刃を上記延在方向に容易に移動させることが可能である。
【００１６】
更に、本発明に係る整形装置では、切削刃保持手段は、切削刃の刃先の移動面に対して切削刃の傾斜角を調整する傾斜機構と、移動面内で切削刃を回転させる回転機構と、を有する、ことが好ましい。この傾斜機構及び回転機構により、切削刃の引き角及び逃げ角を調整可能である。
【００１７】
また、本発明に係る整形装置では、切削刃は一方向に延在しており、切削刃保持手段は、切削刃の延在方向に渡って切削刃を保持する、ことが好適である。
【００１８】
この場合、切削刃がその延在方向に渡って切削刃保持手段で保持されることになるので、切削刃の延在方向のどの位置においても、切削刃の曲がり等を抑制しながら被整形部材を切削することができる。
【００１９】
更にまた、本発明に係る整形装置では、切削刃の刃先角は３０度以下である、ことが好ましい。このような刃先角の切削刃を用いることで、被整形部材が小さいものであっても、切削可能である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る整形装置によれば、簡易に且つより安全に被整形部材を整形することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る整形装置の一実施形態の側面構成を示す模式図である。
【図２】図１に示した整形装置を図１中の白抜き矢印Ａ側からみた場合の模式図である。
【図３】図１に示した整形装置の上面図である。
【図４】図１に示した整形装置で整形される被整形部材の一例の斜視図である。
【図５】図１に示した整形装置が有する切削刃の模式図である。
【図６】図１に示した整形装置が有する切削刃保持手段の一例の構成を概略的に示す側面図である。
【図７】刃移動表示手段の一例の平面図である。
【図８】滑走式の場合の切削刃による被整形部材の切削状況を示す図面である。
【図９】回転式の場合の切削刃による被整形部材の切削状況を示す図面である。
【図１０】切削角と切削力との関係を示す図面である。
【図１１】図９に示した被整形部材における中心位置からの距離と厚さ変位量との関係を示す図面である。
【図１２】図９に示した被整形部材における中心位置からの距離と、回転式の場合と滑走式の場合の切削角差との関係を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面とともに本発明に係る整形装置の実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。更に、以下の説明における「上」、「下」、「前」、「後」等の方向を示す語は、図面に示された状態に基づいた便宜的な語である。
【００２３】
図１は、本発明に係る整形装置の一実施形態の側面構成を示す模式図である。図２は、図１の白抜き矢印Ａ方向からみた場合の整形装置の模式図である。また、図３は、図１に示した整形装置の上側からみた場合の模式図である。図４は、図１に示した整形装置で整形する被整形部材の斜視図である。図５は、図１の整形装置で使用する切削刃の模式図である。図５（ａ）は、切削刃の平面構成の模式図であり、図５（ｂ）は切削刃の側面構成の模式図である。
【００２４】
整形装置１０は、例えば電子顕微鏡で観察する厚さ約１００ｎｍ程度の薄片試料を用意するために、試料ブロック（被整形部材）Ｓをトリミングするトリミング装置である。試料ブロックＳは、バルク状、フィルム状、粉体等の各種試料Ｓ１が必要に応じて包埋材Ｓ２に埋設されたものである。試料ブロックＳの大きさの一例としては、長手方向に略直交する断面の一辺が約０．１〜１０ｍｍ程度であり、長手方向の長さが約１５ｍｍ程度である。試料ブロックＳは、試料Ｓ１が包埋材Ｓ２に埋設されたものとせずに試料Ｓ１自体としてもよい。また、試料Ｓ１の材料としては、例えば、ポリエチレンなどのポリマーが例示される。また、包埋材Ｓ２としてはエポキシ樹脂などが例示される。
【００２５】
整形装置１０は、切削刃１２を一方向に移動させて試料ブロックＳを切削する切削装置（刃移動装置）１４を有している。試料ブロックＳが前述したような大きさの場合でもトリミング可能なように、整形装置１０で利用される切削刃１２は、刃先角θ（図５（ｂ）参照）が約３０度以下の薄いものが好ましい。
【００２６】
通常、整形装置１０は、作業台等の上に設置されるため、ここでも整形装置１０は作業台上に設置されているものとして説明する。この場合、切削刃１２が切削装置１４によって移動する面である移動面Ｐ（図５（ａ），（ｂ）の一点鎖線で示す平面）は水平となる。以下では、説明の便宜上、図１〜図３に示すように、切削刃１２の移動方向をｘ軸方向とし、水平面(移動面Ｐが水平面でない場合は、移動面Ｐを含む面を指す。以下についても同様である）内でｘ軸方向に直交する方向をｙ軸方向、ｘ軸及びｙ軸方向に直交する方向をｚ軸方向とも称す。
【００２７】
切削装置１４は、略長方体形状のベース部１８を有する。ベース部１８上には、ベース部１８の長手方向（ｘ軸方向）に延びる一側部上に、その側部に沿って延在している滑走部２０が設けられている。
【００２８】
滑走部２０は、ベース部１８上に固定されたテーブル２２と、テーブル２２に対して滑走するスライダ２４とを有し、スライダ２４は、ｘ軸方向に移動可能にベース部１８に取り付けられている。スライダ２４の側部にはハンドル部２６が設けられており、作業者がハンドル部２６を持ってｘ軸方向に沿って前後にスライダ２４を移動させることができる。スライダ２４の移動量としては、例えば１０ｍｍ以上であることが好ましい。テーブル２２は、ベース部１８に一体的に設けられていても良い。スライダ２４には、切削刃保持手段２８を介して切削刃１２が取り付けられている。
【００２９】
切削刃保持手段２８は、切削刃１２が取り付けられる切削刃ホルダ３０と、切削刃ホルダ３０をスライダ２４の上面に取り付けるためのホルダ支持体３２とを有する。
【００３０】
切削刃ホルダ３０は、一方向に延在しており、一端部側でホルダ支持体３２を介してスライダ２４に取り付けられている。切削刃ホルダ３０の延在方向の長さは切削刃１２の延在方向の長さとほぼ同じ長さであることが好ましい。これにより、ホルダ支持体３２側と反対側の切削刃１２の端部まで確実に切削刃１２を保持できるからである。切削刃１２を容易に替えることができるように、切削刃ホルダ３０は切削刃１２を着脱可能に保持する。このような構成としては、例えばネジなどにより切削刃１２を切削刃ホルダ３０に取り付けるものとしても良いし、切削刃ホルダ３０にレバー等により操作可能な押圧部材を設けておき、押圧部材をレバーにより操作して押圧部材によって切削刃１２を切削刃ホルダ３０に押しつけて保持してもよい。
【００３１】
ホルダ支持体３２の構成は、切削刃ホルダ３０をスライダ２４に取り付け可能であれば特に限定されないが、切削刃１２の引き角ε及び傾斜角δ１を調整可能であることが好適である。換言すれば、ホルダ支持体３２は、刃先の水平面（移動面Ｐ）内において刃先を回転可能な回転機構と、水平面（移動面Ｐ）に対する切削刃１２の傾斜角δ１を調整可能な傾斜機構とを含んで構成されていることが好ましい。図５（ａ）に示すように、上記引き角εは水平面（移動面Ｐ）内において切削刃１２の進行方向Ｘ（ｘ軸方向）に直交する方向Ｙ（ｙ軸方向）と刃先のなす角度である。また、傾斜角δ１は、図５（ｂ）に示すように移動面Ｐと切削刃１２の背面とのなす角度である。このように傾斜角δ１を調整することにより、試料ブロックＳを切削する際の切削面と切削刃１２の背面とのなす角度である逃げ角δ２（図８参照）を調整可能となっている。上述した引き角ε及び傾斜角δ１を調整可能な構成としては例えば図６に示すものが例示できる。
【００３２】
図６は、ホルダ支持体を含む切削刃保持手段の一例の構成を概略的に示す側面図である。図６に示すように、ホルダ支持体３２は、スライダ２４の上面に例えばボルトを利用して取り付けられた台部３４と、台部３４上に設けられてその上面に切削刃ホルダ３０の底面が固定される支持柱３６とを有する。ホルダ支持体３２では、台部３４において支持柱３６が取り付けられる取付け領域が下側に凸となるように湾曲しており、支持柱３６の下面は、取付け領域の湾曲面に沿ってスライド可能に湾曲している。
【００３３】
図６に示した構成では、台部３４の取付け領域上に支持柱３６を設け、取付け領域の湾曲面に沿って支持柱３６をスライドさせることで、支持柱３６の上面に取り付けられた切削刃ホルダ３０が傾斜する。その結果、本構成は切削刃１２の傾斜機構として機能して切削刃１２の傾斜角δ１を調整できる。また、台部３４に設けられたレバー３８によりボルトの締め付け状態を調整して、台部３４をボルトの中心軸線周りに回転させることによって、切削刃１２の刃先を水平面内で回転でき、本構成は切削刃１２の回転機構として機能する。
【００３４】
再度、図１〜図３を参照して整形装置１０の構成について説明する。
【００３５】
図１〜図３に示すように、上記スライダ２４から切削刃ホルダ３０及び切削刃１２が延びている側（図２中の左側）のベース部１８上には、切削装置１４の一部を構成する試料載置台４０が設けられている。ベース部１８において、試料載置台４０が設置される設置領域は、ベース部１８内部に配置されている昇降機構に連動しており、ベース部１８の側面に設けられたハンドル部４２を回すことで、試料載置台４０は昇降する。試料載置台４０の上下方向の移動量は０μｍ以上１０００μｍ以下が例示される。
【００３６】
試料載置台４０は、試料載置面４４のあおりを調整する、あおり調整機構を有し、つまみ４６，４８を回すことで、例えば一度トリミングした面を追加トリミングする場合に、トリミングしようとする面が切削面Ｐに平行になるように試料載置面４４の水平面に対する傾斜角を調整することができる。この場合、試料載置面４４のあおりの調整範囲は例えば０°〜１０°である。試料載置台４０の試料載置面４４上には、試料ブロック保持装置５０を介して試料ブロックＳが載置される。
【００３７】
試料ブロック保持装置５０は、試料ブロックＳを保持する試料ブロックホルダ５２が、試料ブロックホルダ５２を鉛直方向(移動面Ｐが水平面でない場合は、移動面Ｐの法線方向を指す。以下についても同様である）に対して傾斜させる傾斜機構部５４に取り付けられて構成されている。試料ブロックホルダ５２は、試料ブロックＳを挿入可能な柱状体であり、試料ブロックＳが挿入された際に、試料ブロックＳの中心軸線Ｃと、試料ブロックホルダ５２の中心軸線とがほぼ一致するように構成されている。
【００３８】
傾斜機構部５４は、図１の白抜き矢印Ａ方向からみた側面形状が円弧状のレール部５６（図２参照）と、試料ブロックホルダ５２が取り付けられるホルダ支持体５８とを有し、ホルダ支持体５８がレール部５６に沿って移動可能にレール部５６に取り付けられて構成されている。ホルダ支持体５８は、つまみ６０を回すことでレール部５６に固定可能となっている。試料ブロックホルダ５２は、ホルダ支持体５８に試料ブロックホルダ５２の中心軸線周りに３６０°回転変位可能に取り付けられる。試料ブロックホルダ５２は、約９０°毎にクリックストップ可能に回転できることが好ましい。このように、試料ブロックホルダ５２とホルダ支持体５８とにより、試料ブロックＳを回転させることができるので、試料ブロックホルダ５２とホルダ支持体５８とは回転機構を構成していることになる。
【００３９】
上記構成では、ホルダ支持体５８をレール部５６に沿って移動させることで、試料ブロックＳを鉛直方向に対して傾斜させることができる。この傾斜角は０°〜９０°が好ましい。これはレール部５６の側面形状が円周の１／４となるようにレール部５６を構成しておけばよい。また、試料ブロックホルダ５２を、その中心軸線周りに回転させることで、試料ブロックＳを試料ブロックＳの中心軸線Ｃの周りに回転させることができる。
【００４０】
図１〜図３に示すように、整形装置１０は、試料ブロックＳにおいて切削刃１２で切削される切削領域を観察するための観察装置として実体顕微鏡６２を有する。鏡台６４は切削装置１４のベース部１８下に設けられており、その鏡台６４から鉛直方向に延びる鏡柱６６に、対物レンズを含む鏡体６８が取り付けられて構成されている。実体顕微鏡６２では、例えば鏡体６８を鏡柱６６に対して上下動させることで焦準を調整できる。実体顕微鏡６２の倍率は、１倍以上１００倍以下が好ましい。鏡体６８には接眼レンズ７０が取り付けられている。
【００４１】
本実施形態における整形装置１０では、実体顕微鏡６２内の光学系における刃先の移動面Ｐと共役な面の一つには、切削刃１２による切削ラインを示すための切削ライン表示部（刃移動方向表示手段）７２が設けられていることが好ましい。図７は、切削ライン表示部の一例を示す図面であり、ガラス等の透光部材からなる円板状のプレート７４に刃先の移動方向を示す切削ライン７６が示されていればよい。このような切削ライン表示部７２としては、切削ライン７６が表示された接眼レチクルが例示される。ここでは、刃移動方向表示手段として、上述した接眼レチクルのような切削ライン表示部を例示したが、切削ライン７６の方向に張られたワイヤー、切削ライン７６の方向に照射された光線などでも刃移動方向表示手段として使用することができる。
【００４２】
上記整形装置１０では、次のようにして試料ブロックＳのトリミングを実施する。先ず、試料Ｓ１が必要に応じて包埋材Ｓ２に埋め込まれてなる四角柱状の試料ブロックＳを準備し、試料ブロック保持装置５０に固定する。なお、試料ブロックＳは、包埋材Ｓ２に試料Ｓ１が埋設されていない試料Ｓ１自体とすることもできる。そして、実体顕微鏡６２で観察しながら、試料載置台４０及び試料ブロック保持装置５０を利用して試料ブロックＳの先端部のうち切削すべき領域を刃先の移動面Ｐ上に位置させる。その後、スライダ２４をテーブル２２に対してスライドさせる。これにより、試料ブロックＳが切削刃１２により切削される。
【００４３】
整形装置１０では、試料載置台４０の昇降装置を利用して試料ブロックＳのｚ軸方向の高さを調整することができる。また、試料ブロック保持装置５０の傾斜機構部５４により試料ブロックＳのｚ軸方向に対する傾斜角を調整可能であると共に、試料ブロックホルダ５２をその中心軸線周りに回転させることで、試料ブロックＳを中心軸線Ｃの周りに回転することができる。その結果、トリミング形状を調整できるようになっている。更に、整形装置１０の試料載置台４０を、試料載置面４４のあおりの調整が可能な構成とすることで、ｚ軸方向に対する試料ブロックＳの傾斜角を更に微調整することができることから、トリミング形状をより所望の形状にすることができる。また、実体顕微鏡６２を備えていることから、実体顕微鏡６２で観察しながらトリミングを実施することによって、より確実に所望の形状にトリミングできる。
【００４４】
従って、従来のように作業者が実体顕微鏡下で試料ブロックを観察しながら、切削刃を手でもってトリミングする場合に比べて、作業者が怪我をすることがなく、簡易にトリミングを実施できる。また、試料ブロックホルダ５２として超ミクロトームで使用される試料ブロックホルダと同じものを採用することによって、試料ブロックホルダ５２から試料ブロックＳを取り外さずに超ミクロトームを使用して電子顕微鏡用の薄片試料を切り出すことも可能である。
【００４５】
ところで、実体顕微鏡６２の視野内では、試料ブロックＳ近傍まで切削刃１２がスライドして来るまで切削刃１２が見えないため、切削刃１２による切削位置を確実に規定するのが困難な場合がある。一方、試料ブロックＳ内の試料Ｓ１部分は可能な限り切削せずに残すことが好ましいことから、切削位置をより確実に確認できることが望ましい。
【００４６】
そこで、前述したように、切削刃１２の移動位置を示す切削ライン表示部７２を備えることが、より所望のトリミングを実施する観点から好ましい。
【００４７】
切削ライン表示部７２を利用した場合には、次の（１）〜（８）の手順で切削位置を規定して切削することができる。
（１）実体顕微鏡６２の視野を試料ブロックＳの端部の切削刃１２の入射位置に合わせる。
（２）（１）で合わせた入射位置で仮切削をし、その切削エッジと切削ライン７６の方向を正確に合わせる。
（３）試料ブロックＳを切削厚み分だけ上昇させる。
（４）切削刃１２を試料ブロックＳに近づけ実体顕微鏡６２の同一視野に入るようにする。
（５）切削刃１２の入射位置が正確に切削したい位置になるように試料ブロックＳを位置合わせする。
（６）切削ライン７６を切削刃１２の入射位置に正確にあわせる。
（７）切削したい方向と切削ライン７６が一致するように試料ブロックＳの向きを正確に合わせる。
（８）上記（７）で合わせた位置でスライダ２４をテーブル２２に対してスライドさせて試料ブロックＳを切削刃１２で切削する。
【００４８】
なお、実体顕微鏡６２の焦準は移動面Ｐに合わされているため、試料ブロックＳにおいてピントが合っている部分が切削されることになる。そこで、上記（２）の後に試料ブロックＳを上昇させ、ピントの合う高さが切削ライン７６に合うように試料ブロックＳの位置を調整した後に、切削することも可能である。しかしながら、ピントの精度に依存することになるため、上記（１）〜（８）の手順により位置決めし、切削する方がより高精度に切削位置を所望の位置に合わせることができる。
【００４９】
上記のように切削ライン表示部７２を利用することで、試料ブロックＳにおける切削位置をより確実に決定することができる。その結果、試料ブロックＳに埋設されている試料Ｓ１を削らずにトリミングをすることができることになる。
【００５０】
また、上記整形装置１０では、切削刃１２を一方向に移動させる移動手段として滑走式の切削装置１４を採用していることも重要である。以下、固定された切削刃に対して試料ブロックＳを円弧運動させて切削を実施する回転式の切削装置の場合と比較して滑走式を採用していることの作用効果について図８〜図１２を利用して説明する。ここでは、切削力Ｒに着目して滑走式と回転式とを比較する。
【００５１】
図８は、滑走式の場合の切削刃による試料ブロックの切削状態を示すための模式図である。図８中の一点鎖線ｌ１は、切削刃１２の軌跡を示している。図９は、回転式の場合の切削刃による試料ブロックの切削状況を示すための模式図である。図９において一点鎖線ｌ２は、回転式の場合の切削刃の軌跡を示しており、二点鎖線ｌ１は比較のために滑走式の場合の切削刃１２の軌跡を示している。
【００５２】
主剪断流動応力をτ、切削面（ここでは試料ブロックＳを移動面Ｐで切断した場合の断面と一致するものとする）における試料ブロックＳの幅（図８，９中において紙面に垂直な方向の長さ）をｂ、切削刃１２と切片の摩擦角をβとし、切削力をＲとすると、Ｒは、
【数１】
と表されることが分かる（例えば、「朝倉健太郎、広畑泰久編「電子顕微鏡研究者のためのウルトラミクロトーム技法Ｑ＆Ａ」、第１版、ｐ１８、１９９９年、アグネ承風社、東京」参照）。
【００５３】
図１０は、切削角と切削力との関係を示す図面である。図１０中の横軸は切削角γ（°）を示しており、縦軸は切削力（ａ．ｕ．）を示している。切削角γは、切削刃１２の背面と切削面とのなす角である逃げ角δ２と、刃先角θとの和である。なお、前述したように、逃げ角δ２は、傾斜角δ１を適宜設定することで調整することができる。式（１）より、切削角γの関数としてＲを表すと、図１０に示す曲線のように、切削角γが大きくなるにつれて切削力Ｒは大きくなる。
【００５４】
滑走式の場合、切削刃１２と試料ブロックＳとの相対運動は直線運動であるため、試料ブロックＳ内の切削刃１２の軌跡は、図８に示す一点鎖線（図９に示す二点鎖線）ｌ１のようにほぼ直線である。この場合、切削厚さｔ及び切削刃１２の切削角γはほぼ一定であり、結果として、切削力Ｒもほぼ一定になる。
【００５５】
一方、回転式の場合、切削刃１２と試料ブロックＳの相対運動は円弧運動である。通常、切削刃１２が固定された状態で、試料ブロックＳが所定の半径ｒで円弧を描きながら切削が実施される。この場合、試料ブロックＳに対する切削刃１２の軌跡は、図９の一点鎖線ｌ２のように半径ｒの円弧状となり、切削厚さｔ及び切削角γは、試料ブロックＳ内の位置により変化する。
【００５６】
滑走式のように切削刃１２が試料ブロックＳ内を一方向に移動していると仮定したとき（図９中の二点鎖線ｌ１の位置）の切削厚さｔをｔ０とした場合に、回転式の場合の切削厚さｔとｔ０との差である厚さ変位量をΔｔ（μｍ）とする。また、半径ｒの円弧である図９中の一点鎖線ｌ２の接線と図９中の二点鎖線ｌ１とのなす角度をρとする。このρは、回転式の場合の切削角γ（°）をγｒ（°）と称し、滑走式の場合の切削角γ（°）をγｓ（°）と称すると、切削刃１２の試料ブロックＳ内での位置が回転式の場合と滑走式の場合とで同じときに、回転式の切削角γｒ（°）から滑走式の切削角γｓ（°）を引いた切削角差に対応する。図９に示した滑走式の場合の切削刃１２の軌跡（図９中の二点鎖線ｌ１）における切削角γはγｓであるから、回転式の切削角γｒは、γｓ＋ρで表されることになる。また、図９中の試料ブロックＳの切削方向の長さＷに対して試料ブロックＳの中心位置（Ｗ／２）の位置を基準とし、その基準位置から切削刃１２が入射される端面側における切削刃の刃先までの距離をｗとした場合、試料ブロックＳ内の位置に対するΔｔ及びρはそれぞれ次式（２）及び式（３）で表される。
【数２】
【数３】
図１１は、試料ブロック中の位置と厚さ変位量との関係を示す図面である。横軸は中心位置からの距離ｗ（ｍｍ）を表し、縦軸は厚さ変位量Δｔ（μｍ）を表している。また、図１２は、試料ブロック中の位置と、回転式の場合と滑走式の場合の切削角差との関係を示す図面である。図１２中の横軸は中心位置からの距離ｗ（ｍｍ）を表し、縦軸は回転式の場合の切削角γｒ（°）から滑走式の場合の切削角γｓ（°）を引いた切削角差ρ（°）を示している。なお、図１１及び図１２では、図９に示した試料ブロックの左半分における厚さ変位量及び切削角差を示している。
【００５７】
前述したように、回転式の切削角γｒはγｓ＋ρで表される。γｓは一定であることから、回転式の場合の切削角γｒは、切削角差ρに応じて変化することになる。図１２に示したように、試料ブロックＳ内の位置に応じて切削角差ρが変わるので、結果として、試料ブロックＳ内の位置に応じて回転式の場合の切削角γｒが変化する。そして、試料ブロックＳ内の同じ位置では、回転式の場合の切削角γｒの方が大きいので、図１０の結果より、回転式の場合の方が滑走式より切削力Ｒが大きくなることが分かる。また、式（１）よりｔが大きくなるにつれ切削力Ｒも大きくなるため、図１１より、Δｔの変化に応じても回転式の方が滑走式よりも切削力Ｒが大きくなる傾向にある。これらは、切削刃１２及び試料ブロックＳに対する負担が大きいことを意味する。これに対して、本実施形態の整形装置１０では、滑走式を採用しているため、切削刃１２及び試料ブロックＳへの負担を軽減して試料ブロックＳをトリミングできることになる。また、切削力Ｒが小さいことから、切削面が回転式よりも滑らかになる傾向がある。
【００５８】
更に、整形装置１０では、滑走式を採用していることで、回転式よりも切片厚さｔをより厚くすることも可能である。
【００５９】
また、既存の整形装置では、試料ブロックＳを高速で回転する刃により切削するため、試料ブロックＳの材料によってはトリミング中に試料ブロックＳが溶ける場合もある。これに対して、整形装置１０では、切削刃が高速で回転しないため、上述したように試料ブロックＳが溶けることがなく、試料ブロックＳの材料の選択の幅が広がっている。
【００６０】
以上、本発明の整形装置の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、ホルダ支持体３２は、台部３４と支持柱３６とを有するとしたが、支持柱３６は、切削刃ホルダ３０の一部とすることができる。また、実体顕微鏡６２の鏡台６４上にベース部１８が設けられているとしたが、ベース部１８を鏡台とすることもできる。この場合、ベース部１８の一部から鏡柱が延びていることになる。
【００６１】
また、これまでの説明では、被整形部材は、四角柱状の試料ブロックとしたが、被整形部材の形状はこれに限定されず、他の柱状形状のものや、シート状のものとすることもできる。
【符号の説明】
【００６２】
１０…整形装置、１２…切削刃、１４…切削装置（刃移動装置）、１８…ベース部、２０…滑走部、２２…テーブル、２４…スライダ、２８…切削刃保持手段、３０…切削刃ホルダ、３２…ホルダ支持体、３４…台部、３６…支持部、４０…試料載置台、４４…試料載置面、５０…試料ブロック保持装置（保持装置）、５２…試料ブロックホルダ、５４…傾斜機構部、５６…レール部、５８…ホルダ支持体、６２…実体顕微鏡（観察装置）、６４…鏡台、６６…鏡柱、６８…鏡体、７０…接眼レンズ、７２…切削ライン表示部（切削刃移動方向表示手段）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被整形部材を整形する整形装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子顕微鏡等で観察する薄片試料は、厚さ１００ｎｍ程度の薄いものである。このような薄片試料を作製する際には、通常、次のような手順を踏む。
【０００３】
先ず、バルク、フィルム状、粉体等の各種試料が必要に応じて包埋樹脂（包埋材）に埋め込まれた四角柱状の試料ブロック（被整形部材）を作製する。なお、試料を包埋樹脂に埋設せずに単独で使用してもよい。次いで、試料ブロックの一端の端面が０．５ｍｍ角程度となるように上記一端側の角をナイフなどで切削する。このように試料ブロックを整形する作業はトリミングとして知られている。そして、トリミングされた試料ブロックの一端を例えば、薄片試料作製装置などとして知られている超ミクロトームなどを利用して薄くスライスすることで、電子顕微鏡用の薄片試料を作製する。光学顕微鏡用等に、より大きく厚い薄片試料を作製する装置として、特許文献１に記載の滑走式ミクロトームや回転式ミクロトームが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２８９７４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来、上記トリミングは実体顕微鏡等で被整形部材としての試料ブロックを観察しながら、手作業で行っていたため、熟練を要すると共に、ナイフで指などを切ることなどがあった。
【０００６】
そこで、本発明は、被整形部材を簡易且つより安全に整形することができる整形装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る整形装置は、被整形部材を整形するための整形装置であって、被整形部材を切削する切削刃を一方向に移動させる刃移動装置と、被整形部材を保持すると共に、切削刃の刃先の移動面に対する被整形部材の配置を調整する保持装置と、被整形部材において切削刃の切削により整形される領域を観察するための観察装置と、を備え、上記保持装置は、切削刃の刃先の移動面の法線方向に対して被整形部材を傾斜させる傾斜機構及び被整形部材の中心軸線周りに被整形部材を回転させる回転機構を有する。
【０００８】
上記構成では、保持装置により被整形部材を保持し、傾斜機構及び回転機構を利用して、上記移動面に対する被整形部材の配置を調整する。その後、刃移動装置で切削刃を一方向に移動させることによって、被整形部材を切削する。上記被整形部材の配置の調整や切削刃による切削位置の確認などは観察装置により確認することができる。このように、本発明に係る整形装置では、切削刃を手で持って被整形部材の整形をしなくてもよく、観察装置で観察しながら被整形部材の整形領域を調整して切削できるので、簡易且つより安全に被整形部材の整形が可能である。
【０００９】
また、本発明に係る整形装置は、切削刃の移動方向を観察装置で表示するための刃移動方向表示手段を更に備える、ことが好ましい。
【００１０】
このような刃移動方向表示手段を備えることで、観察装置の視野内において切削刃が被整形部材に近づくまでみえないとしても、刃移動方向表示手段により切削刃の移動方向が示されているため、切削位置が分かる。その結果、被整形部材をより所望の形状に整形することができる。
【００１１】
更に、本発明に係る整形装置では、観察装置は実体顕微鏡であり、刃移動方向表示手段は、実体顕微鏡内において上記移動面と共役な面に設けられている、ことが好適である。
【００１２】
上記実体顕微鏡内の光学系において、上記移動面と共役な面に上記刃移動方向表示手段を設けることで、切削刃の切削位置を実体顕微鏡で観察しながら調整することができる。その結果、前述したように、被整形部材をより所望の形状に整形することができる。
【００１３】
また、本発明に係る整形装置では、刃移動装置は、切削刃を保持する切削刃保持手段を更に備える、ことが好ましい。
【００１４】
このように切削刃保持手段を備える整形装置では、刃移動装置は、所定方向に延在しているベース部と、ベース部の一側部上に設けられておりベース部の延在方向に沿って延びるテーブルと、テーブルに取り付けられており延在方向にスライドするスライダと、を備え、切削刃保持手段は、スライダに取り付けられている、ことが好適である。
【００１５】
この構成では、スライダをテーブルに沿ってスライドさせることで、切削刃保持手段がテーブルの延在方向に移動する。その結果、切削刃保持手段に保持された切削刃を上記延在方向に容易に移動させることが可能である。
【００１６】
更に、本発明に係る整形装置では、切削刃保持手段は、切削刃の刃先の移動面に対して切削刃の傾斜角を調整する傾斜機構と、移動面内で切削刃を回転させる回転機構と、を有する、ことが好ましい。この傾斜機構及び回転機構により、切削刃の引き角及び逃げ角を調整可能である。
【００１７】
また、本発明に係る整形装置では、切削刃は一方向に延在しており、切削刃保持手段は、切削刃の延在方向に渡って切削刃を保持する、ことが好適である。
【００１８】
この場合、切削刃がその延在方向に渡って切削刃保持手段で保持されることになるので、切削刃の延在方向のどの位置においても、切削刃の曲がり等を抑制しながら被整形部材を切削することができる。
【００１９】
更にまた、本発明に係る整形装置では、切削刃の刃先角は３０度以下である、ことが好ましい。このような刃先角の切削刃を用いることで、被整形部材が小さいものであっても、切削可能である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る整形装置によれば、簡易に且つより安全に被整形部材を整形することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る整形装置の一実施形態の側面構成を示す模式図である。
【図２】図１に示した整形装置を図１中の白抜き矢印Ａ側からみた場合の模式図である。
【図３】図１に示した整形装置の上面図である。
【図４】図１に示した整形装置で整形される被整形部材の一例の斜視図である。
【図５】図１に示した整形装置が有する切削刃の模式図である。
【図６】図１に示した整形装置が有する切削刃保持手段の一例の構成を概略的に示す側面図である。
【図７】刃移動表示手段の一例の平面図である。
【図８】滑走式の場合の切削刃による被整形部材の切削状況を示す図面である。
【図９】回転式の場合の切削刃による被整形部材の切削状況を示す図面である。
【図１０】切削角と切削力との関係を示す図面である。
【図１１】図９に示した被整形部材における中心位置からの距離と厚さ変位量との関係を示す図面である。
【図１２】図９に示した被整形部材における中心位置からの距離と、回転式の場合と滑走式の場合の切削角差との関係を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面とともに本発明に係る整形装置の実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。更に、以下の説明における「上」、「下」、「前」、「後」等の方向を示す語は、図面に示された状態に基づいた便宜的な語である。
【００２３】
図１は、本発明に係る整形装置の一実施形態の側面構成を示す模式図である。図２は、図１の白抜き矢印Ａ方向からみた場合の整形装置の模式図である。また、図３は、図１に示した整形装置の上側からみた場合の模式図である。図４は、図１に示した整形装置で整形する被整形部材の斜視図である。図５は、図１の整形装置で使用する切削刃の模式図である。図５（ａ）は、切削刃の平面構成の模式図であり、図５（ｂ）は切削刃の側面構成の模式図である。
【００２４】
整形装置１０は、例えば電子顕微鏡で観察する厚さ約１００ｎｍ程度の薄片試料を用意するために、試料ブロック（被整形部材）Ｓをトリミングするトリミング装置である。試料ブロックＳは、バルク状、フィルム状、粉体等の各種試料Ｓ１が必要に応じて包埋材Ｓ２に埋設されたものである。試料ブロックＳの大きさの一例としては、長手方向に略直交する断面の一辺が約０．１〜１０ｍｍ程度であり、長手方向の長さが約１５ｍｍ程度である。試料ブロックＳは、試料Ｓ１が包埋材Ｓ２に埋設されたものとせずに試料Ｓ１自体としてもよい。また、試料Ｓ１の材料としては、例えば、ポリエチレンなどのポリマーが例示される。また、包埋材Ｓ２としてはエポキシ樹脂などが例示される。
【００２５】
整形装置１０は、切削刃１２を一方向に移動させて試料ブロックＳを切削する切削装置（刃移動装置）１４を有している。試料ブロックＳが前述したような大きさの場合でもトリミング可能なように、整形装置１０で利用される切削刃１２は、刃先角θ（図５（ｂ）参照）が約３０度以下の薄いものが好ましい。
【００２６】
通常、整形装置１０は、作業台等の上に設置されるため、ここでも整形装置１０は作業台上に設置されているものとして説明する。この場合、切削刃１２が切削装置１４によって移動する面である移動面Ｐ（図５（ａ），（ｂ）の一点鎖線で示す平面）は水平となる。以下では、説明の便宜上、図１〜図３に示すように、切削刃１２の移動方向をｘ軸方向とし、水平面(移動面Ｐが水平面でない場合は、移動面Ｐを含む面を指す。以下についても同様である）内でｘ軸方向に直交する方向をｙ軸方向、ｘ軸及びｙ軸方向に直交する方向をｚ軸方向とも称す。
【００２７】
切削装置１４は、略長方体形状のベース部１８を有する。ベース部１８上には、ベース部１８の長手方向（ｘ軸方向）に延びる一側部上に、その側部に沿って延在している滑走部２０が設けられている。
【００２８】
滑走部２０は、ベース部１８上に固定されたテーブル２２と、テーブル２２に対して滑走するスライダ２４とを有し、スライダ２４は、ｘ軸方向に移動可能にベース部１８に取り付けられている。スライダ２４の側部にはハンドル部２６が設けられており、作業者がハンドル部２６を持ってｘ軸方向に沿って前後にスライダ２４を移動させることができる。スライダ２４の移動量としては、例えば１０ｍｍ以上であることが好ましい。テーブル２２は、ベース部１８に一体的に設けられていても良い。スライダ２４には、切削刃保持手段２８を介して切削刃１２が取り付けられている。
【００２９】
切削刃保持手段２８は、切削刃１２が取り付けられる切削刃ホルダ３０と、切削刃ホルダ３０をスライダ２４の上面に取り付けるためのホルダ支持体３２とを有する。
【００３０】
切削刃ホルダ３０は、一方向に延在しており、一端部側でホルダ支持体３２を介してスライダ２４に取り付けられている。切削刃ホルダ３０の延在方向の長さは切削刃１２の延在方向の長さとほぼ同じ長さであることが好ましい。これにより、ホルダ支持体３２側と反対側の切削刃１２の端部まで確実に切削刃１２を保持できるからである。切削刃１２を容易に替えることができるように、切削刃ホルダ３０は切削刃１２を着脱可能に保持する。このような構成としては、例えばネジなどにより切削刃１２を切削刃ホルダ３０に取り付けるものとしても良いし、切削刃ホルダ３０にレバー等により操作可能な押圧部材を設けておき、押圧部材をレバーにより操作して押圧部材によって切削刃１２を切削刃ホルダ３０に押しつけて保持してもよい。
【００３１】
ホルダ支持体３２の構成は、切削刃ホルダ３０をスライダ２４に取り付け可能であれば特に限定されないが、切削刃１２の引き角ε及び傾斜角δ１を調整可能であることが好適である。換言すれば、ホルダ支持体３２は、刃先の水平面（移動面Ｐ）内において刃先を回転可能な回転機構と、水平面（移動面Ｐ）に対する切削刃１２の傾斜角δ１を調整可能な傾斜機構とを含んで構成されていることが好ましい。図５（ａ）に示すように、上記引き角εは水平面（移動面Ｐ）内において切削刃１２の進行方向Ｘ（ｘ軸方向）に直交する方向Ｙ（ｙ軸方向）と刃先のなす角度である。また、傾斜角δ１は、図５（ｂ）に示すように移動面Ｐと切削刃１２の背面とのなす角度である。このように傾斜角δ１を調整することにより、試料ブロックＳを切削する際の切削面と切削刃１２の背面とのなす角度である逃げ角δ２（図８参照）を調整可能となっている。上述した引き角ε及び傾斜角δ１を調整可能な構成としては例えば図６に示すものが例示できる。
【００３２】
図６は、ホルダ支持体を含む切削刃保持手段の一例の構成を概略的に示す側面図である。図６に示すように、ホルダ支持体３２は、スライダ２４の上面に例えばボルトを利用して取り付けられた台部３４と、台部３４上に設けられてその上面に切削刃ホルダ３０の底面が固定される支持柱３６とを有する。ホルダ支持体３２では、台部３４において支持柱３６が取り付けられる取付け領域が下側に凸となるように湾曲しており、支持柱３６の下面は、取付け領域の湾曲面に沿ってスライド可能に湾曲している。
【００３３】
図６に示した構成では、台部３４の取付け領域上に支持柱３６を設け、取付け領域の湾曲面に沿って支持柱３６をスライドさせることで、支持柱３６の上面に取り付けられた切削刃ホルダ３０が傾斜する。その結果、本構成は切削刃１２の傾斜機構として機能して切削刃１２の傾斜角δ１を調整できる。また、台部３４に設けられたレバー３８によりボルトの締め付け状態を調整して、台部３４をボルトの中心軸線周りに回転させることによって、切削刃１２の刃先を水平面内で回転でき、本構成は切削刃１２の回転機構として機能する。
【００３４】
再度、図１〜図３を参照して整形装置１０の構成について説明する。
【００３５】
図１〜図３に示すように、上記スライダ２４から切削刃ホルダ３０及び切削刃１２が延びている側（図２中の左側）のベース部１８上には、切削装置１４の一部を構成する試料載置台４０が設けられている。ベース部１８において、試料載置台４０が設置される設置領域は、ベース部１８内部に配置されている昇降機構に連動しており、ベース部１８の側面に設けられたハンドル部４２を回すことで、試料載置台４０は昇降する。試料載置台４０の上下方向の移動量は０μｍ以上１０００μｍ以下が例示される。
【００３６】
試料載置台４０は、試料載置面４４のあおりを調整する、あおり調整機構を有し、つまみ４６，４８を回すことで、例えば一度トリミングした面を追加トリミングする場合に、トリミングしようとする面が切削面Ｐに平行になるように試料載置面４４の水平面に対する傾斜角を調整することができる。この場合、試料載置面４４のあおりの調整範囲は例えば０°〜１０°である。試料載置台４０の試料載置面４４上には、試料ブロック保持装置５０を介して試料ブロックＳが載置される。
【００３７】
試料ブロック保持装置５０は、試料ブロックＳを保持する試料ブロックホルダ５２が、試料ブロックホルダ５２を鉛直方向(移動面Ｐが水平面でない場合は、移動面Ｐの法線方向を指す。以下についても同様である）に対して傾斜させる傾斜機構部５４に取り付けられて構成されている。試料ブロックホルダ５２は、試料ブロックＳを挿入可能な柱状体であり、試料ブロックＳが挿入された際に、試料ブロックＳの中心軸線Ｃと、試料ブロックホルダ５２の中心軸線とがほぼ一致するように構成されている。
【００３８】
傾斜機構部５４は、図１の白抜き矢印Ａ方向からみた側面形状が円弧状のレール部５６（図２参照）と、試料ブロックホルダ５２が取り付けられるホルダ支持体５８とを有し、ホルダ支持体５８がレール部５６に沿って移動可能にレール部５６に取り付けられて構成されている。ホルダ支持体５８は、つまみ６０を回すことでレール部５６に固定可能となっている。試料ブロックホルダ５２は、ホルダ支持体５８に試料ブロックホルダ５２の中心軸線周りに３６０°回転変位可能に取り付けられる。試料ブロックホルダ５２は、約９０°毎にクリックストップ可能に回転できることが好ましい。このように、試料ブロックホルダ５２とホルダ支持体５８とにより、試料ブロックＳを回転させることができるので、試料ブロックホルダ５２とホルダ支持体５８とは回転機構を構成していることになる。
【００３９】
上記構成では、ホルダ支持体５８をレール部５６に沿って移動させることで、試料ブロックＳを鉛直方向に対して傾斜させることができる。この傾斜角は０°〜９０°が好ましい。これはレール部５６の側面形状が円周の１／４となるようにレール部５６を構成しておけばよい。また、試料ブロックホルダ５２を、その中心軸線周りに回転させることで、試料ブロックＳを試料ブロックＳの中心軸線Ｃの周りに回転させることができる。
【００４０】
図１〜図３に示すように、整形装置１０は、試料ブロックＳにおいて切削刃１２で切削される切削領域を観察するための観察装置として実体顕微鏡６２を有する。鏡台６４は切削装置１４のベース部１８下に設けられており、その鏡台６４から鉛直方向に延びる鏡柱６６に、対物レンズを含む鏡体６８が取り付けられて構成されている。実体顕微鏡６２では、例えば鏡体６８を鏡柱６６に対して上下動させることで焦準を調整できる。実体顕微鏡６２の倍率は、１倍以上１００倍以下が好ましい。鏡体６８には接眼レンズ７０が取り付けられている。
【００４１】
本実施形態における整形装置１０では、実体顕微鏡６２内の光学系における刃先の移動面Ｐと共役な面の一つには、切削刃１２による切削ラインを示すための切削ライン表示部（刃移動方向表示手段）７２が設けられていることが好ましい。図７は、切削ライン表示部の一例を示す図面であり、ガラス等の透光部材からなる円板状のプレート７４に刃先の移動方向を示す切削ライン７６が示されていればよい。このような切削ライン表示部７２としては、切削ライン７６が表示された接眼レチクルが例示される。ここでは、刃移動方向表示手段として、上述した接眼レチクルのような切削ライン表示部を例示したが、切削ライン７６の方向に張られたワイヤー、切削ライン７６の方向に照射された光線などでも刃移動方向表示手段として使用することができる。
【００４２】
上記整形装置１０では、次のようにして試料ブロックＳのトリミングを実施する。先ず、試料Ｓ１が必要に応じて包埋材Ｓ２に埋め込まれてなる四角柱状の試料ブロックＳを準備し、試料ブロック保持装置５０に固定する。なお、試料ブロックＳは、包埋材Ｓ２に試料Ｓ１が埋設されていない試料Ｓ１自体とすることもできる。そして、実体顕微鏡６２で観察しながら、試料載置台４０及び試料ブロック保持装置５０を利用して試料ブロックＳの先端部のうち切削すべき領域を刃先の移動面Ｐ上に位置させる。その後、スライダ２４をテーブル２２に対してスライドさせる。これにより、試料ブロックＳが切削刃１２により切削される。
【００４３】
整形装置１０では、試料載置台４０の昇降装置を利用して試料ブロックＳのｚ軸方向の高さを調整することができる。また、試料ブロック保持装置５０の傾斜機構部５４により試料ブロックＳのｚ軸方向に対する傾斜角を調整可能であると共に、試料ブロックホルダ５２をその中心軸線周りに回転させることで、試料ブロックＳを中心軸線Ｃの周りに回転することができる。その結果、トリミング形状を調整できるようになっている。更に、整形装置１０の試料載置台４０を、試料載置面４４のあおりの調整が可能な構成とすることで、ｚ軸方向に対する試料ブロックＳの傾斜角を更に微調整することができることから、トリミング形状をより所望の形状にすることができる。また、実体顕微鏡６２を備えていることから、実体顕微鏡６２で観察しながらトリミングを実施することによって、より確実に所望の形状にトリミングできる。
【００４４】
従って、従来のように作業者が実体顕微鏡下で試料ブロックを観察しながら、切削刃を手でもってトリミングする場合に比べて、作業者が怪我をすることがなく、簡易にトリミングを実施できる。また、試料ブロックホルダ５２として超ミクロトームで使用される試料ブロックホルダと同じものを採用することによって、試料ブロックホルダ５２から試料ブロックＳを取り外さずに超ミクロトームを使用して電子顕微鏡用の薄片試料を切り出すことも可能である。
【００４５】
ところで、実体顕微鏡６２の視野内では、試料ブロックＳ近傍まで切削刃１２がスライドして来るまで切削刃１２が見えないため、切削刃１２による切削位置を確実に規定するのが困難な場合がある。一方、試料ブロックＳ内の試料Ｓ１部分は可能な限り切削せずに残すことが好ましいことから、切削位置をより確実に確認できることが望ましい。
【００４６】
そこで、前述したように、切削刃１２の移動位置を示す切削ライン表示部７２を備えることが、より所望のトリミングを実施する観点から好ましい。
【００４７】
切削ライン表示部７２を利用した場合には、次の（１）〜（８）の手順で切削位置を規定して切削することができる。
（１）実体顕微鏡６２の視野を試料ブロックＳの端部の切削刃１２の入射位置に合わせる。
（２）（１）で合わせた入射位置で仮切削をし、その切削エッジと切削ライン７６の方向を正確に合わせる。
（３）試料ブロックＳを切削厚み分だけ上昇させる。
（４）切削刃１２を試料ブロックＳに近づけ実体顕微鏡６２の同一視野に入るようにする。
（５）切削刃１２の入射位置が正確に切削したい位置になるように試料ブロックＳを位置合わせする。
（６）切削ライン７６を切削刃１２の入射位置に正確にあわせる。
（７）切削したい方向と切削ライン７６が一致するように試料ブロックＳの向きを正確に合わせる。
（８）上記（７）で合わせた位置でスライダ２４をテーブル２２に対してスライドさせて試料ブロックＳを切削刃１２で切削する。
【００４８】
なお、実体顕微鏡６２の焦準は移動面Ｐに合わされているため、試料ブロックＳにおいてピントが合っている部分が切削されることになる。そこで、上記（２）の後に試料ブロックＳを上昇させ、ピントの合う高さが切削ライン７６に合うように試料ブロックＳの位置を調整した後に、切削することも可能である。しかしながら、ピントの精度に依存することになるため、上記（１）〜（８）の手順により位置決めし、切削する方がより高精度に切削位置を所望の位置に合わせることができる。
【００４９】
上記のように切削ライン表示部７２を利用することで、試料ブロックＳにおける切削位置をより確実に決定することができる。その結果、試料ブロックＳに埋設されている試料Ｓ１を削らずにトリミングをすることができることになる。
【００５０】
また、上記整形装置１０では、切削刃１２を一方向に移動させる移動手段として滑走式の切削装置１４を採用していることも重要である。以下、固定された切削刃に対して試料ブロックＳを円弧運動させて切削を実施する回転式の切削装置の場合と比較して滑走式を採用していることの作用効果について図８〜図１２を利用して説明する。ここでは、切削力Ｒに着目して滑走式と回転式とを比較する。
【００５１】
図８は、滑走式の場合の切削刃による試料ブロックの切削状態を示すための模式図である。図８中の一点鎖線ｌ１は、切削刃１２の軌跡を示している。図９は、回転式の場合の切削刃による試料ブロックの切削状況を示すための模式図である。図９において一点鎖線ｌ２は、回転式の場合の切削刃の軌跡を示しており、二点鎖線ｌ１は比較のために滑走式の場合の切削刃１２の軌跡を示している。
【００５２】
主剪断流動応力をτ、切削面（ここでは試料ブロックＳを移動面Ｐで切断した場合の断面と一致するものとする）における試料ブロックＳの幅（図８，９中において紙面に垂直な方向の長さ）をｂ、切削刃１２と切片の摩擦角をβとし、切削力をＲとすると、Ｒは、
【数１】
と表されることが分かる（例えば、「朝倉健太郎、広畑泰久編「電子顕微鏡研究者のためのウルトラミクロトーム技法Ｑ＆Ａ」、第１版、ｐ１８、１９９９年、アグネ承風社、東京」参照）。
【００５３】
図１０は、切削角と切削力との関係を示す図面である。図１０中の横軸は切削角γ（°）を示しており、縦軸は切削力（ａ．ｕ．）を示している。切削角γは、切削刃１２の背面と切削面とのなす角である逃げ角δ２と、刃先角θとの和である。なお、前述したように、逃げ角δ２は、傾斜角δ１を適宜設定することで調整することができる。式（１）より、切削角γの関数としてＲを表すと、図１０に示す曲線のように、切削角γが大きくなるにつれて切削力Ｒは大きくなる。
【００５４】
滑走式の場合、切削刃１２と試料ブロックＳとの相対運動は直線運動であるため、試料ブロックＳ内の切削刃１２の軌跡は、図８に示す一点鎖線（図９に示す二点鎖線）ｌ１のようにほぼ直線である。この場合、切削厚さｔ及び切削刃１２の切削角γはほぼ一定であり、結果として、切削力Ｒもほぼ一定になる。
【００５５】
一方、回転式の場合、切削刃１２と試料ブロックＳの相対運動は円弧運動である。通常、切削刃１２が固定された状態で、試料ブロックＳが所定の半径ｒで円弧を描きながら切削が実施される。この場合、試料ブロックＳに対する切削刃１２の軌跡は、図９の一点鎖線ｌ２のように半径ｒの円弧状となり、切削厚さｔ及び切削角γは、試料ブロックＳ内の位置により変化する。
【００５６】
滑走式のように切削刃１２が試料ブロックＳ内を一方向に移動していると仮定したとき（図９中の二点鎖線ｌ１の位置）の切削厚さｔをｔ０とした場合に、回転式の場合の切削厚さｔとｔ０との差である厚さ変位量をΔｔ（μｍ）とする。また、半径ｒの円弧である図９中の一点鎖線ｌ２の接線と図９中の二点鎖線ｌ１とのなす角度をρとする。このρは、回転式の場合の切削角γ（°）をγｒ（°）と称し、滑走式の場合の切削角γ（°）をγｓ（°）と称すると、切削刃１２の試料ブロックＳ内での位置が回転式の場合と滑走式の場合とで同じときに、回転式の切削角γｒ（°）から滑走式の切削角γｓ（°）を引いた切削角差に対応する。図９に示した滑走式の場合の切削刃１２の軌跡（図９中の二点鎖線ｌ１）における切削角γはγｓであるから、回転式の切削角γｒは、γｓ＋ρで表されることになる。また、図９中の試料ブロックＳの切削方向の長さＷに対して試料ブロックＳの中心位置（Ｗ／２）の位置を基準とし、その基準位置から切削刃１２が入射される端面側における切削刃の刃先までの距離をｗとした場合、試料ブロックＳ内の位置に対するΔｔ及びρはそれぞれ次式（２）及び式（３）で表される。
【数２】
【数３】
図１１は、試料ブロック中の位置と厚さ変位量との関係を示す図面である。横軸は中心位置からの距離ｗ（ｍｍ）を表し、縦軸は厚さ変位量Δｔ（μｍ）を表している。また、図１２は、試料ブロック中の位置と、回転式の場合と滑走式の場合の切削角差との関係を示す図面である。図１２中の横軸は中心位置からの距離ｗ（ｍｍ）を表し、縦軸は回転式の場合の切削角γｒ（°）から滑走式の場合の切削角γｓ（°）を引いた切削角差ρ（°）を示している。なお、図１１及び図１２では、図９に示した試料ブロックの左半分における厚さ変位量及び切削角差を示している。
【００５７】
前述したように、回転式の切削角γｒはγｓ＋ρで表される。γｓは一定であることから、回転式の場合の切削角γｒは、切削角差ρに応じて変化することになる。図１２に示したように、試料ブロックＳ内の位置に応じて切削角差ρが変わるので、結果として、試料ブロックＳ内の位置に応じて回転式の場合の切削角γｒが変化する。そして、試料ブロックＳ内の同じ位置では、回転式の場合の切削角γｒの方が大きいので、図１０の結果より、回転式の場合の方が滑走式より切削力Ｒが大きくなることが分かる。また、式（１）よりｔが大きくなるにつれ切削力Ｒも大きくなるため、図１１より、Δｔの変化に応じても回転式の方が滑走式よりも切削力Ｒが大きくなる傾向にある。これらは、切削刃１２及び試料ブロックＳに対する負担が大きいことを意味する。これに対して、本実施形態の整形装置１０では、滑走式を採用しているため、切削刃１２及び試料ブロックＳへの負担を軽減して試料ブロックＳをトリミングできることになる。また、切削力Ｒが小さいことから、切削面が回転式よりも滑らかになる傾向がある。
【００５８】
更に、整形装置１０では、滑走式を採用していることで、回転式よりも切片厚さｔをより厚くすることも可能である。
【００５９】
また、既存の整形装置では、試料ブロックＳを高速で回転する刃により切削するため、試料ブロックＳの材料によってはトリミング中に試料ブロックＳが溶ける場合もある。これに対して、整形装置１０では、切削刃が高速で回転しないため、上述したように試料ブロックＳが溶けることがなく、試料ブロックＳの材料の選択の幅が広がっている。
【００６０】
以上、本発明の整形装置の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、ホルダ支持体３２は、台部３４と支持柱３６とを有するとしたが、支持柱３６は、切削刃ホルダ３０の一部とすることができる。また、実体顕微鏡６２の鏡台６４上にベース部１８が設けられているとしたが、ベース部１８を鏡台とすることもできる。この場合、ベース部１８の一部から鏡柱が延びていることになる。
【００６１】
また、これまでの説明では、被整形部材は、四角柱状の試料ブロックとしたが、被整形部材の形状はこれに限定されず、他の柱状形状のものや、シート状のものとすることもできる。
【符号の説明】
【００６２】
１０…整形装置、１２…切削刃、１４…切削装置（刃移動装置）、１８…ベース部、２０…滑走部、２２…テーブル、２４…スライダ、２８…切削刃保持手段、３０…切削刃ホルダ、３２…ホルダ支持体、３４…台部、３６…支持部、４０…試料載置台、４４…試料載置面、５０…試料ブロック保持装置（保持装置）、５２…試料ブロックホルダ、５４…傾斜機構部、５６…レール部、５８…ホルダ支持体、６２…実体顕微鏡（観察装置）、６４…鏡台、６６…鏡柱、６８…鏡体、７０…接眼レンズ、７２…切削ライン表示部（切削刃移動方向表示手段）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被整形部材を整形するための整形装置であって、
前記被整形部材を切削する切削刃を一方向に移動させる刃移動装置と、
前記被整形部材を保持すると共に、前記切削刃の刃先の移動面に対する前記被整形部材の配置を調整する保持装置と、
前記被整形部材において前記切削刃の切削により整形される領域を観察するための観察装置と、
を備え、
前記保持装置は、前記切削刃の刃先の移動面の法線方向に対して前記被整形部材を傾斜させる傾斜機構及び前記被整形部材の中心軸線周りに前記被整形部材を回転させる回転機構を有する、
整形装置。
【請求項２】
前記切削刃の移動方向を前記観察装置で表示するための刃移動方向表示手段を更に備える、請求項１に記載の整形装置。
【請求項３】
前記観察装置は実体顕微鏡であり、
前記刃移動方向表示手段は、前記実体顕微鏡内において前記移動面と共役な面に設けられている、請求項２に記載の整形装置。
【請求項４】
前記刃移動装置は、前記切削刃を保持する切削刃保持手段を更に備える、請求項１〜３の何れか一項に記載の整形装置。
【請求項５】
前記刃移動装置は、
所定方向に延在しているベース部と、
前記ベース部の一側部上に設けられており前記ベース部の延在方向に沿って延びるテーブルと、
前記テーブルに取り付けられており前記延在方向にスライドするスライダと、
を備え、
前記切削刃保持手段は、前記スライダに取り付けられている、
請求項４に記載の整形装置。
【請求項６】
前記切削刃保持手段は、
前記切削刃の刃先の前記移動面に対して前記切削刃の傾斜角を調整する傾斜機構と、
前記移動面内で前記切削刃を回転させる回転機構と、
を有する、
請求項４又は５に記載の整形装置。
【請求項７】
前記切削刃は一方向に延在しており、
前記切削刃保持手段は、前記切削刃の延在方向に渡って前記切削刃を保持する、
請求項４〜６の何れか一項に記載の整形装置。
【請求項８】
前記切削刃の刃先角は３０度以下である、請求項１〜７の何れか一項に記載の整形装置。
【請求項１】
被整形部材を整形するための整形装置であって、
前記被整形部材を切削する切削刃を一方向に移動させる刃移動装置と、
前記被整形部材を保持すると共に、前記切削刃の刃先の移動面に対する前記被整形部材の配置を調整する保持装置と、
前記被整形部材において前記切削刃の切削により整形される領域を観察するための観察装置と、
を備え、
前記保持装置は、前記切削刃の刃先の移動面の法線方向に対して前記被整形部材を傾斜させる傾斜機構及び前記被整形部材の中心軸線周りに前記被整形部材を回転させる回転機構を有する、
整形装置。
【請求項２】
前記切削刃の移動方向を前記観察装置で表示するための刃移動方向表示手段を更に備える、請求項１に記載の整形装置。
【請求項３】
前記観察装置は実体顕微鏡であり、
前記刃移動方向表示手段は、前記実体顕微鏡内において前記移動面と共役な面に設けられている、請求項２に記載の整形装置。
【請求項４】
前記刃移動装置は、前記切削刃を保持する切削刃保持手段を更に備える、請求項１〜３の何れか一項に記載の整形装置。
【請求項５】
前記刃移動装置は、
所定方向に延在しているベース部と、
前記ベース部の一側部上に設けられており前記ベース部の延在方向に沿って延びるテーブルと、
前記テーブルに取り付けられており前記延在方向にスライドするスライダと、
を備え、
前記切削刃保持手段は、前記スライダに取り付けられている、
請求項４に記載の整形装置。
【請求項６】
前記切削刃保持手段は、
前記切削刃の刃先の前記移動面に対して前記切削刃の傾斜角を調整する傾斜機構と、
前記移動面内で前記切削刃を回転させる回転機構と、
を有する、
請求項４又は５に記載の整形装置。
【請求項７】
前記切削刃は一方向に延在しており、
前記切削刃保持手段は、前記切削刃の延在方向に渡って前記切削刃を保持する、
請求項４〜６の何れか一項に記載の整形装置。
【請求項８】
前記切削刃の刃先角は３０度以下である、請求項１〜７の何れか一項に記載の整形装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−２４４６（Ｐ２０１１−２４４６Ａ）
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１５５１７（Ｐ２０１０−１１５５１７）
【出願日】平成２２年５月１９日（２０１０．５．１９）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１９日（２０１０．５．１９）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
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