JP2015038479A - 質量バランス構造およびそれを用いるミクロトーム - Google Patents

Abstract

【課題】移動体の完全な釣り合いを達成できる質量バランス構造およびそれを有するミクロトームを提供する。【解決手段】質量バランス構造は、予めテンションが印加される弾性部材１４と;前記弾性部材との組み合わせによって、大きさが異なる複数の慣性力を補償するレバー１６と;移動体を前記レバーに接続する第1引張部材２４と;前記弾性部材を前記レバーに接続する第2引張部材１７と;を備え、前記レバーは、上部レバーアーム１９および下部レバーアーム２０を有し、前記上部レバーアームは、前記移動体に、前記第1引張部材を通じて接続され、前記下部レバーアームは、前記弾性部材に、前記第2引張部材を通じて接続され、前記弾性部材は、その第1端部が調節可能に固定され、その第2端部が前記下部レバーアームに前記第2引張部材を通じて接続され、前記レバーの両端に印加される二つのトルクが、互いに釣り合った状態を維持する。【選択図】図１

Description

本出願は、パリ条約の下で、２０１３年８月１９日に出願された中国特許出願２０１３１０３６４６１３．９号の優先権の利益を主張する。その全体の開示は引用によって本願に組み込まれる。
本発明は、一般的にミクロトームに関し、特にミクロトーム用の質量バランス構造に関する。

ミクロトームは、複数の試料を複数の薄片に切断することに使用されている。これらの試料は、カバーガラス上に実質的に置かれ、顕微鏡によって検査される。ミクロトーム、特に回転式ミクロトームは、一般的に、対象（対象物）キャリッジを備えている。対象キャリッジは、駆動手段によって、回転式ミクロトームの鉛直経路内を昇降される。鉛直方向移動の間、試料は、回転式ミクロトームに固定的に配置されたカッターを通過する。

従来の回転式ミクロトームによれば、鉛直方向の切断運動の制御は、手動ホイールによって駆動される変速機構を介して実行される。変速機構は、手動ホイールの回転運動を、対象キャリッジの鉛直運動に変換する。このタイプの駆動方式では、回転式ミクロトームの移動体は、試料およびミクロトームの移動部品の全てを含み、加減速が交互に繰り返される。重力は、手動ホイールが第1の半回転される間（対象キャリッジが下降される間）、移動体を加速し、手動ホイールが第2の半回転される間（対象キャリッジの上昇される間）、移動体を減速する。したがって、対象キャリッジが下降する間は、重力分を差し引いた力が手動ホイールに要求され、対象キャリッジが上昇する間は、重力分を加算した力が手動ホイールに要求される。

これらの望ましくない加速と減速をバランスさせるため、回転式ミクロトームは、質量バランス構造を備えている。質量バランス構造は、一般的に、手動ホイールに取り付けられる非対称なバランスウェイトを有している。しかしながら、回転式ミクロトームの移動体はかなり大きいため、バランスウェイトを非常に大きく設計する必要があり、これによって、ミクロトームの体積が増大させられる。さらに、非対称的に形成されるバランスウェイトは、対象キャリッジが昇降する間、好ましくない振動をもたらすおそれがある。ミクロトーム内の振動は、試料が使用不可な状態に切断される原因となるおそれがある。

US5881626は、ミクロトームの移動体のバランスをとる質量バランサを開示している。質量バランサは、予め負荷されて調節可能なスプリング要素と、枢動可能に取り付けられ、スプリング要素と組み合わされてミクロトームの様々な慣性力を補償するレバーと、を備えている。引張要素は、レバーを対象キャリッジに接続する。質量バランサは、引張要素によって、駆動機構に間接的に接続されている。特に、レバーは、枢軸から延在しており、互いに角度をもって配置された上部レバーアームおよび下部レバーアームを備えている。複数のレバーアームおよび下部レバーアームに作用する荷重スプリングによって提供される複数の梃子力によって、対象キャリッジに作用する力を、おおよそ全位置で、適切化することができる。

US5881626（米国特許5881626号公報）

以下の分析は、本願発明者らによってなされたものである。
しかしながら、US5881626では、対象キャリッジの下降時、下部レバーアームの有効長さ（モーメントアーム）は徐々に短くなり、スプリング力は三角関数にしたがって増大していく。よって、このモーメントアームとスプリング力の積を常時一定にすることができない。他方、対象キャリッジの重量ないし作用力は常時一定であるが、対象キャリッジ質量のモーメントアームは変化するから、こちらのモーメントアームと対象キャリッジ質量の積は、一定にすることができない。このような条件によれば、レバーの両側間で完全な釣り合いを達成することはできない。

それゆえ、本発明の一般的な目的は、上述したタイプの困難を克服又は最小化することである。

特に、本発明の一目的は、移動体の完全な釣り合いを達成できる質量バランス構造（ないし装置）を有するミクロトームを提供することである。

上記目的等を達成するため、本発明の第１の視点は、予めテンションが印加される、調節可能な弾性部材と;枢動可能に取り付けられ、弾性部材との組み合わせによって、大きさが異なる複数の慣性力を補償するレバーと;移動体をレバーに接続する第1引張部材と;弾性部材をレバーに接続する第2引張部材と;第1引張部材の向きを変える第1ローラと;を備え、レバーは、上部レバーアームおよび下部レバーアームを有し、上部レバーアームと下部レバーアームのうち一方が扇形であり他方がカム状であり、上部レバーアームは移動体に第1引張部材を通じて接続され、下部レバーアームは弾性部材に第2引張部材を通じて接続され、弾性部材は、その第1端部が調節可能に固定され、その第2端部が下部レバーアームに第2引張部材を通じて接続され、レバーの両端に印加される二つのトルクが、互いに釣り合った状態を維持する、質量バランス構造（ないし装置）を提供する。

本発明の第２の視点は、また、試料ホルダが取り付けられる対象（対象物）キャリッジと、対象キャリッジを垂直方向に昇降させる駆動手段と、ミクロトームの移動体をバランスさせる質量バランス構造と、を備える、ミクロトームを提供する。

なお、特許請求の範囲に付記した図面参照符号は、専ら理解を助けるためのものであり、図示の態様に限定することを意図するものではない。

本発明の第１の視点の主題は、鉛直キャリッジの質量によって生じる常時一定の力が、レバースプリングシステムの等しい大きな力によって対応（ないし相殺）されることである。特に、荷重調節ねじと特別なレバー形状（すなわち、カムと扇形の組み合わせ）によって、レバーの両側にかかる二つのトルクが完全に釣り合った状態を維持することができる。

この質量バランス構造によれば、対象キャリッジを、それに追加の加速力が印加されない限り、移動経路の全位置で静止状態にすることができる。例えば、準備変更時、対象キャリッジは、その下降停止位置から下降することがない。対象キャリッジは、いかなる位置においてもその停止位置（ないし状態）を保持されるだろう。この結果、鉛直方向の急下降のような制御されていないキャリッジの運動によって、オペレータが傷つく危険性が減少される。

本発明は以下の好ましい形態を有する。
（形態１）第１の視点のとおりである。
（形態２）好ましくは、質量バランス構造は、さらに、第2引張部材の方向を変える第2ローラを備える。

（形態３）好ましくは、上部レバーアームは、扇形であり、円弧状の第1外周端面を有し、下部レバーアームは、カム状であり、カム面状の第2外周端面を有する。

（形態４）好ましくは、第1引張部材は、上部レバーアームの前記第1外周端面の遠方端部に固定されて結合され、第2引張部材は、下部レバーアームの前記第2外周端面の遠方端部に固定されて結合される。

（形態５）好ましくは、上部レバーアームは、カム状であり、カム面状の第3外周端面を有し、下部レバーアームは、扇形であり、円弧状の第4外周端面を有する。

（形態６）好ましくは、第1引張部材は、上部レバーアームの第3外周端面の遠方端部に固定されて結合され、第2引張部材は、下部レバーアームの第4外周端面の遠方端部に固定されて結合される。

（形態７）好ましくは、移動体は、ミクロトームの対象キャリッジである。

（形態８）好ましくは、弾性部材は、その第1端部が、荷重調節ねじを介してベースフレームに接続される。

（形態９）好ましくは、下部レバーアーム又は上部レバーアームのカムの輪郭は、いずれかのレバーアームのトルクのモーメントアームが弾性部材の弾性力に対してリニアに変位できるよう、構成される。
（形態１０）第２の視点のとおりである。

本発明の別の特徴および利点は、後述する、添付図面と共に実施例等の記載を参照することによって明らかになるであろう。なお、添付図面において、同様の参照符号は同様の部品を示している。

本発明の実施例1に係る回転式ミクロトームの質量バランス構造の概略図であり、対象キャリッジが最高位置にある。 本発明の実施例1に係る回転式ミクロトームの質量バランス構造の概略図であり、対象キャリッジが途中位置にある。 本発明の実施例1に係る回転式ミクロトームの質量バランス構造の概略図であり、対象キャリッジが最低位置にある。 本発明の実施例2に係る回転式ミクロトームの質量バランス構造の概略図であり、対象キャリッジが最高位置にある。 本発明の実施例2に係る回転式ミクロトームの質量バランス構造の概略図であり、対象キャリッジが途中位置にある。 本発明の実施例2に係る回転式ミクロトームの質量バランス構造の概略図であり、対象キャリッジが最低位置にある。

図1〜3は、本発明の実施例1に係るミクロトーム質量釣り合い構造10を示している。

図面に詳細を示していないが、当業者であれば、このミクロトームが、一般的に、試料ホルダが取り付けられる対象キャリッジと；、対象キャリッジを鉛直経路内で昇降させる駆動手段と；、ミクロトームの移動体をバランスさせる質量釣り合い構造と；、を備えている、ことを理解できるだろう。「移動体（ないし可動質量(movable masses)）」とは、ミクロトームの移動部品の全てを包含する概念であり、特に対象キャリッジ、試料ホルダ、試料、および、その他、ハンドルホイールやフライホイールのような可動の部品を含んでいる。

図1を参照すると、本発明の実施例1の重量釣り合い構造10は、予めテンションが印加される、調節可能な弾性部材14と；枢動可能に取り付けられ、弾性部材14との組み合わせによって、大きさが異なる複数の慣性力を補償するレバー16;31と；移動体をレバー16に接続する第1引張部材24と；弾性部材14をレバー16に接続する第2引張部材17と；第1引張部材24の向きを変える第1ローラ15と；を備えている。好ましくは、重量釣り合い構造10は、さらに、第2引張部材17の方向を変える第2ローラ18を備えている。第2ローラ18によって、弾性部材14とレバー16間の距離を短縮してもよい。

レバー16は、例えば枢軸ピン21によって、ホルダに枢動可能に取り付けられている。レバー16は、上部レバーアーム19および下部レバーアーム20を有している。実施例１において、上部レバーアーム19は、扇形であり、円弧状の第1外周端面を有し、下部レバーアーム20は、カム状であり、カム面状（ないしカム曲面条）の第2外周端面を有している。また、第1引張部材24、例えば、ロープ、ワイヤ又はチェーンは、前記上部レバーアーム19の第1外周端面の遠方端部22（図1中では右端）に固定されて結合され、図1で第1引張部材24は、第1外周端面の全体に亘って接触している。かくて、第1引張部材24の直線状部分は、円弧状の第1外周端面の接線方向に延在している。（即ち、第1ローラ15の外周面上端部と、第1外周端面の第1ローラ15に指向する接線は、面一に一致している。）

弾性部材14、例えば、荷重スプリングは、その第1端部がミクロトームのベースフレーム12に接続され、その第2端部が第2引張部材17(例えば、ロープ、ワイヤ又はチェーン)を介して、下部レバーアーム20に接続されている。好ましくは、第1弾性部材14の第1端部は、所望の初期荷重が得られるよう、荷重調節ねじ13を介して接続することができる。第2引張部材17は、弾性部材14の第2端部と一体的に形成されてもよい。さらに、第2引張部材17(或いは弾性部材14の第2端部)は、下部レバーアーム20の第2外周端面の遠方端部23(図1中の右端部)に固定されて結合されている。

二つのトルクがレバー16の両端部に加わり互いに等しい限り、第1引張部材24および第2引張部材17を、上部および下部レバーアームの外周端面の遠方端部に接続するだけでなく、他の所定の設定位置に接続することもできることを、理解すべきである。

図2を参照すると、対象キャリッジ11が下降すると、レバー19は、枢軸ピン21を反時計周りに回転ないし枢動し、これにより、弾性部材14は引っ張られて伸長する。留意すべきことは、上部レバーアーム19の側では、上部レバーアーム19の第1外周端面の円弧形状によって、モーメントアーム（腕の長さ）は常時一定となり、これによって、作用力(すなわち、対象キャリッジ11ないしその類似体の重量)も常時一定となることである。しかしながら、下部レバーアーム20の側では、下部レバーアーム20の第2外周端面のカム面形状によって、モーメントアーム（腕の長さ）は短くなり、一方、作用力(すなわち、弾性部材14の弾性力)は、弾性部材14の伸長によって増加する。下部レバーアーム20のカム面の輪郭形状（カム曲面形状）は、下部レバーアーム20のモーメントアームが弾性力に対してリニアに変化するよう、構成されている。

したがって、図2に示すような、対象キャリッジの途中位置において、上部レバーアーム19の側では、モーメントアームと作用力の積は常時一定であり、下部レバーアーム20の側でも、モーメントアームと作用力の積は常時一定である。すなわち、レバー16の両端部に印加される二つのトルクは、互いに釣り合った状態に維持される。この状態で、完全な釣り合いが達成できる。

図3を参照すると、対象キャリッジ11が最下方位置に到達すると、上述と同じ理由によって、レバー16の両端部に印加される二つのトルクが完全に釣り合った状態が達成される。

図4〜6は、本出願の実施例2に係る質量釣り合い構造を示している。

実施例2は、実施例1と類似しており、実施例1とはレバーの構成に関してだけ相違している。以下、簡潔化のため、レバーに関する相違点のみについて説明する。

実施例2において、レバー31は、上部レバーアーム32および下部レバーアーム33を有している。しかし、実施例1とは異なり、上部レバーアーム32の外周面は、カム面（カム曲面）形状であって、カム面状の第3外周端面を有している。一方、下部レバーアーム33は扇形であって、円弧形状の第4外周端面を有している。

しかし、実施例2のレバー31は、実施例1のレバー16と相違しているが類似しており、第1引張部材24は上部レバーアーム32の外周端面の遠方端部22(図4中右端部)に固定されて結合され、図4で、第1引張部材24は、第3外周端面の全体に亘って接触している。そして、第2引張部材17(或いは弾性部材14の第2端部)は、下部レバーアーム33の第4外周端面の遠方端部23(図4中右端部)に、固定的に結合されている。

図5を参照すると、対象キャリッジの下降時、レバー31は、枢軸ピン21を反時計回りに回転ないし枢動し、これによって、弾性部材14は引っ張られて伸長する。留意すべきことは、上部レバーアーム32の側では、上部レバーアーム32の第3外周端面のカム面形状によって、モーメントアーム（腕の長さ）は増加していくが、作用力(対象キャリッジ11ないしその類似体の重量)は常時一定である。これに対して、下部レバーアーム33の側では、下部レバーアーム33の第4外周端面の円弧形状によって、モーメントアーム（腕の長さ）は常時一定であるが、作用力(すなわち、弾性部材14の弾性力)は、弾性部材14の伸長によって増加する。上部レバーアーム32のカム面は、上部レバーアーム32のトルクのモーメントアームが弾性力に対してリニアに変化するよう、構成されている。

このようにして、図5に示すような対象キャリッジの途中位置において、上部レバーアーム32の側におけるモーメントアームと作用力の積と、下部レバーアーム33の側におけるモーメントアームと作用力の積とを、互いに常時一定とすることができる。すなわち、レバー31の両端部に印加される二つのトルクが完全に釣り合った状態が達成される。この状態で、完全な釣り合いが達成できる。

図6を参照すると、対象キャリッジ11が最下方位置に到達すると、上述と同じ理由によって、レバー31の両端部に印加される二つのトルクが完全に釣り合った状態が達成される。

本発明は、一又はそれ以上の特定の実施形態ないし実施例に基づいて説明したが、本発明の精神または範囲を逸脱しない限り、本発明を他の実施形態ないし実施例で実施できることを理解すべきである。

本発明の他の形態、特徴及び視点は本発明の全開示において明らかになるだろうし、本
発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、種々の開示要素（各請求項の各要素、各実施例の各要素、各図面の各要素等を含む）の多様な組み合わせ、ないし、選択が上述の変更に含まれる。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。

10,30 質量釣り合い構造（質量釣り合い装置）
11 対象（対象物）キャリッジ
12 ベースフレーム
13 荷重調節ねじ
14 弾性部材
15 第1ローラ
16,31 レバー
17 第2引張部材
18 第2ローラ
19,32 上部レバーアーム
20,33 下部レバーアーム
21 枢軸ピン
22,23 遠方端部
24 第1引張部材

Claims (10)

1. 予めテンションが印加される、調節可能な弾性部材(14)と;
   枢動可能に取り付けられ、前記弾性部材(14)との組み合わせによって、大きさが異なる複数の慣性力を補償するレバー(16;31)と;
   移動体を前記レバー(16)に接続する第1引張部材(24)と;
   前記弾性部材(14)を前記レバー(16)に接続する第2引張部材(17)と;
   第1引張部材(24)の向きを変える第1ローラ(15)と;
   を備え、
   前記レバー(16;31)は、上部レバーアーム(19;32)および下部レバーアーム(20;33)を有し、前記上部レバーアームと前記下部レバーアームのうち、一方が扇形であり、他方がカム状であり、前記上部レバーアームは、前記移動体に、前記第1引張部材(24)を通じて接続され、前記下部レバーアームは、前記弾性部材(14)に、前記第2引張部材(17)を通じて接続され、
   前記弾性部材(14)は、その第1端部が調節可能に固定され、その第2端部が前記下部レバーアームに前記第2引張部材(17)を通じて接続され、
   前記レバー(16; 31)の両端に印加される二つのトルクが、互いに釣り合った状態を維持する、
   ことを特徴とする質量バランス構造。
2. さらに、第2引張部材(17)の方向を変える第2ローラ(18)を備えることを特徴とする請求項１記載の質量バランス構造。
3. 前記上部レバーアーム(19)は、扇形であり、円弧状の第1外周端面を有し、
   前記下部レバーアーム(20)は、カム状であり、カム面状の第2外周端面を有する、
   ことを特徴とする請求項１記載の質量バランス構造。
4. 前記第1引張部材(24)は、前記上部レバーアーム(19)の前記第1外周端面の遠方端部(22)に固定されて結合され、
   前記第2引張部材(17)は、前記下部レバーアーム(20)の前記第2外周端面の遠方端部(23)に固定されて結合される、
   ことを特徴とする請求項３記載の質量バランス構造。
5. 前記上部レバーアーム(32)は、カム状であり、カム面状の第3外周端面を有し、
   前記下部レバーアーム(33)は、扇形であり、円弧状の第4外周端面を有する、
   ことを特徴とする請求項１記載の質量バランス構造。
6. 前記第1引張部材(24)は、前記上部レバーアーム(32)の前記第3外周端面の遠方端部(22)に固定されて結合され、
   前記第2引張部材(17)は、前記下部レバーアーム(33)の前記第4外周端面の遠方端部(23)に固定されて結合される、
   ことを特徴とする請求項５記載の質量バランス構造。
7. 前記移動体は、ミクロトームの対象キャリッジである請求項１記載の質量バランス構造。
8. 前記弾性部材(14)は、その第1端部が、荷重調節ねじを介してベースフレーム(12)に接続される、ことを特徴とする請求項１記載の質量バランス構造。
9. 前記下部レバーアーム又は前記上部レバーアームの前記カムの輪郭は、いずれかの前記レバーアームのトルクのモーメントアームが前記弾性部材の弾性力に対してリニアに変位できるよう、構成される、ことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一記載の質量バランス構造。
10. 試料ホルダが取り付けられる対象キャリッジと、
    前記対象キャリッジを垂直方向に昇降させる駆動手段と、
    ミクロトームの移動体をバランスさせる請求項１〜９のいずれか一記載の質量バランス構造と、
    を備える、ことを特徴とするミクロトーム。

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