JP4065620B2 - 薄切片の作製方法及びその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、理科学試料分析や生体試料の顕微鏡観察等に用いられる薄切片の作製方法及びその装置に係り、特に付着力を有するテープを固形試料の表面に付着させて固形試料の表層部を薄切し、薄切された薄切片を上記テープで受け取る方式の薄切片の作製方法及びその装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
理科学試料分析や生体試料の顕微鏡観察等のために、固形試料の表層部を数〜数十μｍの厚さに薄切し、これをテープやプレパラートに貼り付けるいわゆる薄切片の作製は、固形試料の表層部を単にカッタで薄切すると、薄切片が薄いために、破らずに平に伸ばした状態で薄切することは困難であり、高度な特殊技能を必要としていた。
【０００３】
そこで、従来、特開平９ー２８１０１２号公報に示されているように、静電気による吸引力などにより固形試料の表面にテープを仮に付着させた状態で薄切し、テープに付着した薄切片をテープから剥してプレパラートなどに貼り替えることが提案されている。
【０００４】
この種の装置として、図３に示すような装置が提案されている。図３において、１０は固形試料であり、可動台１１の上に設置されている。この可動台１１は、案内台１２の上に図３において左右に移動可能に搭載され、実線で示す薄切位置と二点鎖線で示す帯電位置とに交互に移動されると共に、実線で示す薄切位置において上方へ数〜数十μｍずつ繰り出される。
【０００５】
実線で示す薄切位置にある固形試料１０の図３において上方には、テープ２１をそれぞれ繰り出し及び巻き取り可能な第一及び第二のドラム２２、２３と、これらの間に配置されたガイドロール２４、２５、２６からなるテープ張設手段２０が設けられ、ガイドロール２４、２５によりテープ２１を薄切位置にある固形試料１０の上面（以下これを表面という）とほぼ平行に、かつ該表面に近接して位置させる。
【０００６】
なお、第一ドラム２２は、パルスモータなどの位置（回転角）制御が可能なモータ（以下パルスモータという）によりテープ２１の繰り出し位置または巻き取り位置を定め、第二ドラム２３は、サーボモータなどのトルク制御が可能なモータ（以下サーボモータという）２８によりテープ２１に所定の張力を与えるように駆動される。また、上記ガイドロール２５は、後述するカッタ３１の支持アーム３２に回転自在に取り付けられ、カッタ３１と一体的に移動するように構成されている。
【０００７】
薄切位置にある固形試料１０の表面近傍の側方には、カッタ送り装置３０により作動されるカッタ３１が配置されている。カッタ３１は、上記ガイドロール２５と共に、支持アーム３２を介して送りナット３３に取り付けられ、カッタ送り用モータ３４により回転される送りネジ３５により移動され、固形試料１０の表層部を薄切する。なお、３６、３７は、送りネジ３３を回転可能に支持する軸受であり、３８は、送りナット３３を送りネジ３５に沿って移動させるためのガイドである。
【０００８】
テープ２１は、プラスチックなどの帯電可能な材質からなり、実線で示す薄切位置にある固形試料１０の上方に配置された電極１３により、例えば正電荷で帯電される。他方、固形試料１０の表面は、二点鎖線で示す帯電位置において、その上方に配置された電極１４によりテープ２１と逆の負電荷で帯電される。
【０００９】
このように、テープ２１と固形試料１０の表面とを正と負の逆の電荷で帯電させて、固形試料１０を実線で示す薄切位置に置き、カッタ送り装置３０によりカッタ３１とガイドロール２５を移動させて固形試料１０の表層部を薄切する。このとき、図４に示すように、薄切された薄切片１５は、静電気による吸引力で順次テープ２１に付着し、このテープ２１により保持されると共に、カッタ３１から離れるため、テープ２１及び薄切片１５に対し図４において左方へ移動するカッタ３１の図４において上面（以下、すくい面という）３１ａに押し寄せられてしわになったり、破れたりすることなく、平らな状態で薄切される。テープ２１に付着した薄切片１５は、パルスモータ２７により第一ドラム２２を所定量回転させてテープ２１を図示しない貼り替え位置へ走行させ、図示しないプレパラートなどに移し替えられる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、薄切片１５の厚さが比較的厚くある程度の剛性を有している場合や、薄くても材質的にある程度の剛性を有している場合は、図４に示したように、薄切片１５は的確にテープ２１に付着していくが、剛性が小さい場合は、図５に示すように、薄切片１５の薄切開始部が丸まってしまい、薄切片１５の全体を平らな状態でテープ２１へ付着させることができない。
【００１１】
この薄切開始部の丸まりは、カッタ３１のすくい面３１ａとテープ２１との間の隙間を小さくすることにより抑えることができる。しかしながら薄切片１５の厚さが、数〜数十μｍと非常に薄いため、上記隙間が０．１〜０．２ｍｍ程度とわずかであっても、薄切開始部の丸まりを生じる。なお、この隙間は、後述する理由から、薄切されてテープ２１に付着した薄切片１５をカッタ３１のすくい面３１ａに接触させないために必要なものであり、あまり小さくすることはできない。
【００１２】
また、図６（Ａ）に示すように、テープ２１の張力を緩めて静電気による吸着力により、テープ２１がガイドロール２５から離れて薄切片１５に付着するようにすれば、図６（Ａ）に示すように、丸まりを発生させることなく薄切開始部をテープ２１に付着させることはできるが、薄切片１５がカッタ３１のすくい面３１ａに接触するため、薄切に伴ってカッタ３１及びガイドロール２５が固形試料１０及びテープ２１に対して移動すると、薄切片１５は、図６（Ｂ）に示すように、カッタ３１のすくい面３１ａにより左方へ押し寄せられてしわになり、平らな状態でテープ２１に付着させることができない。
【００１３】
このような現象は、薄切片１５に対するテープ２１の付着力をカッタ３１のすくい面３１ａと薄切片１５の間の摩擦力より大きくすることにより、防止することが可能であるが、固形試料１０の材質によりカッタ３１のすくい面３１ａとの間の摩擦力は比較的大きな場合が多く、他方、薄切片１５に対するテープ２１の付着力はプレパラートなどへの移し替えのため、あまり大きくすることができない。
【００１４】
本発明は、薄切片に対するテープの付着力が小さい場合であっても、薄切片を平らな状態でテープに付着させて薄切することのできる薄切片の作製方法及びその装置を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明による薄切片の作製方法は、
付着力を有するテープを固形試料の表面に付着させて前記固形試料の表層部を薄切すると共に、薄切された薄切片を前記テープで保持しつつ薄切する薄切片の作製方法において、
薄切の初期段階には前記テープに付与する張力を低くしてこのテープを前記固形試料の薄切開始部に接触または接近させ、薄切の途中から前記張力を増加させて前記テープに付着した薄切片を前記カッタのすくい面から離すことにある。
【００１６】
このようにすることにより、薄切の初期段階には、テープが固形試料の薄切開始部に接触または接近して薄切片の薄切開始部を確実にテープに付着させ、薄切開始部の丸まりを防止する。薄切の途中からはテープの張力が増加してテープを緊張させ、テープに付着した薄切片をカッタのすくい面から離すため、薄切片がカッタのすくい面によって押し寄せられることはなく、薄切片は平らな状態でテープに付着して取り出される。
【００１７】
また、上記目的を達成するための本発明による薄切片の作製装置は、
付着力を有するテープを固形試料の表面に付着可能に張設するテープ張設手段と、前記固形試料の表層部を薄切するカッタとを有し、薄切された薄切片を前記テープで保持するようにした薄切片の作製装置において、
前記テープに付与する張力を変化させるための張力調整手段と、前記カッタによる薄切動作に連動させて前記張力調整手段を作動させるための連動手段とを備え、
前記張力調整手段が、前記カッタによる薄切の初期段階には前記テープの張力を低くし、薄切の途中から前記張力を予め設定されている値まで増加させるように構成されているものである。
【００１８】
この装置によれば、張力調整手段と連動手段とにより、薄切の初期段階には、テープの張力を低く抑えてテープを固形試料の薄切開始部に接触または接近させ、薄切片の薄切開始部を確実にテープに付着可能にする。薄切の途中からはテープの張力が増加してテープを緊張させ、テープに付着した薄切片をカッタのすくい面から離し、薄切片がカッタのすくい面によって押し寄せられることを防止し、薄切片を平らな状態でテープに付着させて取り出すことを可能にする。
【００１９】
なお、前記張力調整手段は、前記テープの一端を巻き取るトルク制御が可能なモータと、このモータの発生トルクを制御するための制御手段とからなるものとすることができ、また、前記連動手段は、前記カッタの送り用モータの負荷検出器を有し、この負荷検出器からの出力により薄切開始を検出し、この薄切開始時を基点として前記張力調整手段を作動させるように構成してもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について図１ないし図２を参照して説明する。なお、図３に示した従来装置と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００２１】
４０は、後述する薄切開始検出器４１及び制御装置４２と共に連動手段を構成する負荷検出器であり、カッタ送り用モータ３４に流れる電流からこのモータ３４の負荷を検出する。負荷検出器４０の出力は、薄切開始検出器４１に取り込まれる。薄切開始検出器４１は、薄切時に後述するようにカッタ３１が固形試料１０に当たることによる負荷検出器４０の出力増加から薄切開始を検出し、薄切開始信号を制御装置４２へ送るようになっている。
【００２２】
制御装置４２は、第二ドラム２３の駆動部であるトルク制御が可能なサーボモータ２８のサーボドライブユニット４３に指令を送り、サーボモータ２８の発生トルクを指令値に応じて変化させるようになっており、通常は、テープ２１が緩まずに緊張状態を保つが、ガイドロール２４、２５の間においては前述した静電気による吸着力によりテープ２１がわずかにたわんでテープ２１が固形試料１０の表面に付着するような張力（図２（Ａ）参照）となるようにサーボドライブユニット４３を制御し、薄切開始検出器４１から薄切開始信号を受けると、予め定められている所定時間のみサーボモータ２８の発生トルクを低下させてテープ２１の張力を低下させ、図２（Ｂ）に示すように、静電気による吸着力によりテープ２１をガイドロール２５から離して固形試料１０の表面の薄切開始部にもテープ２１が付着するように構成されている。
【００２３】
次いで本装置の作用について説明する。まず、可動台１１を二点鎖線で示す帯電位置へ移動させ、電極１４により固形試料１０の表面を負電荷で帯電させた後、可動台１１を実線で示す薄切位置に戻す。このとき、第一ドラム２２は所定角度位置に停止しており、テープ２１の移動（走行）を阻止している。他方、第二ドラム２３は、サーボモータ２８の発生トルクが制御装置４２及びサーボドライブユニット４３により上記のように制御されているため、テープ２１に対してテープ２１が緩まず、緊張状態を保つのに必要な張力を付与している。このとき、テープ２１は、帯電されておらず、ガイドロール２４、２５の間で直線的に緊張され、固形試料１０の表面との間に０．１〜０．２ｍｍ程度のわずかな隙間を有している。
【００２４】
この状態で、電極１３によりテープ２１を正電荷で帯電させる。このテープ２１の正電荷での帯電により、テープ２１は、サーボモータ２８のトルクに抗して第二ドラム２３をわずかに回転させるか、または回転させることなく、テープ２１自身の伸びやたわみにより、負電荷で帯電されている固形試料１０の表面に吸着される。しかしながら、図２（Ａ）に示すように、ガイドロール２５の直下ではテープ１０は固形試料１０の表面に付着しない。
【００２５】
次いで、カッタ送り装置３０を作動させて固形試料１０の表面部分を薄切すべくカッタ送り用モータ３４を作動させる。このカッタ送り用モータ３４の作動により送りネジ３５及び送りナット３３を介してカッタ３１が固形試料１０に向けて例えば毎秒１０〜２０ｍｍ程度の比較的低い一定の速度で移動される。そして、カッタ３１が固形試料１０に当たると、カッタ送り用モータ３４の負荷が上昇し、負荷検出器４０の出力が上昇する。
【００２６】
この負荷検出器４０の出力上昇は、薄切開始検出器４１により検出され、薄切開始検出器４１は、薄切開始信号を制御装置４２へ送る。この薄切開始信号を受けると、制御装置４２は、直ちに、サーボドライブユニット４３への指令値を変化させてサーボモータ２８の発生トルクを低下させる。
【００２７】
このサーボモータ２８の発生トルクの低下によりテープ２１の張力が低下し、テープ２１が図２（Ｂ）に示すようにガイドロール２５から離れてたわみ、固形試料１０の薄切開始部の表面に付着するか、もしくは極めて接近する。このとき、テープ２１をより完全に固形試料１０の薄切開始部の表面に付着させるため、張力を完全に除去するか、または負の張力となるようにしてテープ２１がたるむようにしても、すでにカッタ３１は固形試料１０に当たっているため、カッタ３１がテープ２１を切断することはない。
【００２８】
このようにカッタ３１による薄切開始時にテープ２１が固形試料１０の薄切開始部の表面に付着または接近するため、薄切片１５の薄切開始部は、図５で示したように丸まってしまうことなく、テープ２１に付着する。
【００２９】
薄切開始から予め定められている所定時間が経過すると、制御装置４２は、サーボドライブユニット４３への指令値を初期の値に戻してテープ２１を再び緊張させる。この張力を戻すタイミングは、薄切開始部がテープ２１に付着した直後となるように定めることが好ましい。このようにテープ２１の張力を初期の状態に戻して緊張させることにより、テープ２１は図３（Ｃ）に示すようにガイドロール２５に巻き付いた状態に戻る。
【００３０】
これにより薄切片１５は、テープ２１によって持ち上げられ、カッタ３１のすくい面３１ａから離れ、テープ２１によって取り出される。このため、薄切片１５が、カッタ３１のすくい面３１ａに押されてしわになるような不都合を生じることなく、テープ２１に平らに伸びた状態で付着する。このようにテープ２１に付着して取り出された薄切片１５は、パルスモータ２７により第一ドラム２２を所定角度回転させることにより、テープ２１によって移動され、図示しない貼り替え装置により、同じく図示しないプレパラートなどに貼り替えられる。
【００３１】
前述した実施の形態では、カッタ送り用モータ３４の負荷の増加から薄切開始を検出し、この検出時点を基準にして薄切の初期段階の一時期にテープ２１の張力を低くし、薄切の途中から張力を予め設定されている値まで増加させるようにした例を示したが、本発明はこれに限らず、カッタ３１の位置を検出し、カッタ３１の位置を基準として張力を変化させるようにしてもよく、張力の変化も上記のようにＯＮ・ＯＦＦ的でなく、適宜な勾配をもって変化させてもよい。
【００３２】
また、薄切開始の前の待機時に、カッタ３１の刃先を固形試料１０に接近させておくことなどにより、テープ２１がたるんでもカッタ３１でテープ２１を切断することがないようにすれば、薄切開始の前から予め張力を低下させておいてもよいなど種々変形実施可能である。さらに、前述した実施の形態では、静電吸着方式により薄切片１５をテープ２１に付着させる方式について説明したが、本発明は、これに限らず、薄切片１５を比較的低い付着力でテープ２１に付着させる種々の付着方式の薄切片の作製に適用可能である。
【００３３】
また、前述した実施の形態では、テープ２１の張力調整手段として、テープ２１の一端を繰り出し及び巻き取り可能に巻き付けた第二ドラム２３の回転力を、トルク制御が可能な例えばサーボモータ２８により調整する例を示したが、これに限らず、テープ２１の途中にいわゆるダンサロールを介在させて張力を調整するようにしてもよいなど、種々の張力調整手段を適用可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の薄切片の作製方法によれば、薄切の初期段階には、テープの張力を低くすることにより、テープの付着力が小さい場合であっても、薄切片の薄切開始部を確実にテープに付着させることができると共に、それに続く薄切の途中からはテープの張力を増加させてテープを緊張させることにより、しわの発生を生じることなく、薄切片を平に伸ばした状態でテープに確実に付着させることができる。
【００３５】
また、本発明の薄切片の作製装置によれば、張力調整手段と連動手段とにより、薄切の初期段階には、テープの張力を低く抑えてテープを固形試料表面の薄切開始部に接触または接近させて薄切片を確実にテープに付着させることができると共に、薄切の途中からはテープの張力を増加させてテープを緊張させることにより、薄切片を平に伸ばした状態でテープに確実に付着させることができる。
【００３６】
なお、上記張力調整手段を、テープの一端を巻き取るトルク制御が可能なモータと、このモータの発生トルクを制御するための制御手段とにより構成すれば、簡潔な装置構成によりテープの張力を的確に制御することができ、また、上記連動手段を、カッタの送り用モータの負荷検出器により薄切開始を検出し、この薄切開始時を基点として張力調整手段を作動させるように構成すれば、カッタやカッタ送り装置等からなる薄切部の装置構成を複雑化することなく、的確に連動させることができ、保守も容易であるなどの効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による薄切片の作製装置の実施の形態を示す概要構成図。
【図２】本発明による薄切片の薄切状態を示す部分拡大図であり、（Ａ）は薄切開始前の状態を、（Ｂ）は薄切開始時の状態を、（Ｃ）は薄切の初期段階を過ぎた状態を示す図。
【図３】従来の薄切片の作製装置を示す概要構成図。
【図４】従来の薄切片の作製装置による薄切状態を示す部分拡大図であり、薄切片がある程度の剛性を有しており的確に薄切される場合を示す図。
【図５】従来の薄切片の作製装置による薄切状態を示す部分拡大図であり、薄切片の剛性が小さい場合に、薄切片の薄切開始端が丸まる状態を示す図。
【図６】従来の薄切片の作製装置によりテープの張力を低下させて薄切した状態を示す部分拡大図であり、（Ａ）は薄切開始時の状態を、（Ｂ）は薄切途中の状態を示す図。
【符号の説明】
１０ 固形試料 １１ 可動台
１２ 案内台 １３ 正電荷帯電用の電極
１４ 負電荷帯電用の電極 １５ 薄切片
２０ テープ張設手段 ２１ テープ
２２ 第一ドラム ２３ 第二ドラム
２４、２５、２６ ガイドロール ２７ パルスモータ
２８ サーボモータ ３０ カッタ送り装置
３１ カッタ ３１ａ すくい面
３２ 支持アーム ３３ 送りナット
３４ カッタ送り用モータ ３５ 送りネジ
３６、３７ 軸受 ３８ ガイド
４０ 負荷検出器 ４１ 薄切開始検出器
４２ 制御装置 ４３ サーボドライブユニット

Claims (4)

1. 付着力を有するテープを固形試料の表面に付着させて前記固形試料の表層部をカッタにより薄切すると共に、薄切された薄切片を前記テープで保持しつつ薄切する薄切片の作製方法において、
   薄切の初期段階には前記テープに付与する張力を低くしてこのテープを前記固形試料の薄切開始部に接触または接近させ、薄切の途中から前記張力を増加させて前記テープに付着した薄切片を前記カッタのすくい面から離すことを特徴とする薄切片の作製方法。
2. 付着力を有するテープを固形試料の表面に付着可能に張設するテープ張設手段と、前記固形試料の表層部を薄切するカッタとを有し、薄切された薄切片を前記テープで保持するようにした薄切片の作製装置において、
   前記テープに付与する張力を変化させるための張力調整手段と、前記カッタによる薄切動作に連動させて前記張力調整手段を作動させるための連動手段とを備え、
   前記張力調整手段が、前記カッタによる薄切の初期段階には前記テープの張力を低くし、薄切の途中から前記張力を予め設定されている値まで増加させるように構成されていることを特徴とする薄切片の作製装置。
3. 前記張力調整手段が、前記テープの一端を巻き取るトルク制御が可能なモータと、このモータの発生トルクを制御するための制御手段とからなることを特徴とする請求項２記載の薄切片の作製装置。
4. 前記連動手段が、前記カッタの送り用モータの負荷検出器を有し、この負荷検出器からの出力により薄切開始を検出し、この薄切開始時を基点として前記張力調整手段を作動させるように構成されていることを特徴とする請求項２または３記載の薄切片の作製装置。

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