JP4470446B2 - Optical device stage and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、顕微鏡や測定機等の光学装置用の試料を載せるステージおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a stage on which a sample for an optical apparatus such as a microscope or a measuring machine is placed, and a method for manufacturing the same.
従来、標本を付着させたスライドガラスを載せる顕微鏡ステージは、標本の各部位を観察するために、対物レンズの光軸(Z方向)に直交する平面上を移動できるように構成されている。顕微鏡ステージは、一般に、顕微鏡本体に固定された下板と、下板の上面に沿ってY方向に移動する上板と、上板の上面に取り付けられ、上板の上面に沿ってX方向に移動する標本ホルダーとにより、スライドガラスをX−Y平面上で移動できるようになっている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a microscope stage on which a slide glass on which a sample is attached is configured to be movable on a plane orthogonal to the optical axis (Z direction) of an objective lens in order to observe each part of the sample. The microscope stage is generally attached to the upper plate of the lower plate fixed to the microscope body, the upper plate moving in the Y direction along the upper surface of the lower plate, and in the X direction along the upper surface of the upper plate. The slide glass can be moved on the XY plane by the moving specimen holder.
透過観察の際に照明光を遮蔽しないように、標本ホルダーは、スライドガラスの側面をバネ力で押さえ付けることによりスライドガラスを保持する。このとき、スライドガラスの下面は直接に上板の上面に接触している。スライドガラスを顕微鏡ステージ上にセットするときに、スライドガラスの端部で上板の上面を強く擦ることが多発するので、上板の上面に傷が付かないように、アルミニウム合金製の上板の上面に硬いセラミック層を設ける技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。 The specimen holder holds the slide glass by pressing the side surface of the slide glass with a spring force so that the illumination light is not shielded during transmission observation. At this time, the lower surface of the slide glass is in direct contact with the upper surface of the upper plate. When the slide glass is set on the microscope stage, the upper surface of the upper plate is frequently rubbed with the edge of the slide glass, so the upper surface of the aluminum alloy is not damaged so that the upper surface of the upper plate is not damaged. A technique of providing a hard ceramic layer on the upper surface is known (for example, see Patent Document 1).
特許文献1の技術は、セラミック粉末の溶射により上板の上面に硬いセラミック層を設けている。上板の上面は高い平面性が要求されるために、セラミック粉末の溶射の後に仕上げ研磨が必要である。しかし、セラミック層は硬いので、仕上げ研磨は技術的に難しく、長時間を要するという問題がある。
In the technique of
(1)請求項1の光学装置用ステージは、下板と、下板の上面に沿って移動可能な上板とを備え、上板は、Al−Mg系ダイキャスト合金の平板状母材と平板状母材の表面に形成されたアルマイト層とから成ることを特徴とする。Al−Mg系ダイキャスト合金は、JIS規定のADC5またはADC6であることが好ましい。また、上板は、下面側にリブが設けられるとともに、中央付近に開口および突出物の少なくともいずれかが形成され、リブは、中央付近の周辺領域においては、ダイキャストの溶湯の流れに沿って設けられるように構成することができる。
(2)請求項4の光学装置用ステージの製造方法は、下板と、下板の上面に沿って移動可能な上板とを備える光学装置用ステージの製造方法であって、ダイキャスト法により、上板となるAl−Mg系合金の平板状母材を成型する工程と、平板状母材の一方の表面を平滑平面とする切削工程または研削工程と、切削または研削された表面に厚さ10〜30μmの範囲のアルマイト層を形成する工程とを含むことを特徴とする。この製造方法では、切削工程または研削工程とアルマイト層形成工程との間に、平板状母材の平滑平面の一部または全部に微細な凹凸面を形成するブラスト処理工程を設けることが好ましい。
(1) The stage for an optical device according to
(2) A method for manufacturing an optical device stage according to
本発明によれば、表面が硬く、耐摩耗性に富む光学装置用ステージを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an optical device stage having a hard surface and high wear resistance.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を詳細に説明する。本実施の形態では、顕微鏡ステージについて説明する。
図1は、本発明の顕微鏡ステージが装着される光学顕微鏡の概略を示す全体構成図であり、直交座標にて方向が表わされている。光学顕微鏡100は、光源部1と、基台2と、直立ベース3と、アーム4と、一般にサブステージと呼ばれる上下動部5と、ステージ10と、照明装置20と、観察装置30とを備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In this embodiment, a microscope stage will be described.
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an outline of an optical microscope on which a microscope stage of the present invention is mounted, and directions are represented by orthogonal coordinates. The
顕微鏡本体は、基台2、直立ベース3およびアーム4から成り、直立ベース3の下部が基台2に固設され、上部にはアーム4が固設されている。基台2は、照明装置20の一部を保持し、光源部1と接続されている。直立ベース3は、上下動部5を支持している。アーム4は、対物レンズ切り替え部12を吊持するとともに、接眼鏡筒14と撮影鏡筒16を載置している。対物レンズ切り替え部12は、複数の対物レンズを保持し、任意の1つ(図中、対物レンズ13)を観察光学系に挿入できるように構成されている。接眼鏡筒14の先端には接眼レンズ15が取り付けられている。撮影鏡筒16の上部には、不図示の撮影装置、例えばCCDカメラが取り付けられる。なお、対物レンズ13から接眼レンズ15までの構成部品が観察装置30を構成する。
The microscope main body includes a
上下動部5は、照明装置20の一部を保持するとともに、ステージ10を載置している。ステージ10は、下板6、上板7および標本ホルダー8を有し、下板6は、上下動部5に固設されている。上板7は、下板6上に載置され、例えばコロレースを介して下板6の上面に沿ってY方向に移動できる。標本ホルダー8は、後に詳細に説明するが、上板7の上面に取り付けられ、上板7の上面に沿ってX方向に移動できる。なお、上板7のY方向の移動および標本ホルダー8のX方向の移動は、下板6に取り付けられている回転ハンドル9を回転操作することにより行われる。回転ハンドル9は、Y方向移動用とX方向移動用の2つのノブを備え、2つの回転軸は同軸となっている。
The
次に、図2,3を参照して、ステージ10の構造と作用を説明する。
図2は、本発明の実施の形態による顕微鏡ステージの概略構成を示す上面図である。不図示の下板に載置されている上板7のほぼ中央には、+Z方向に照射される照明光を透過させるための長穴71が設けられている。
Next, the structure and operation of the
FIG. 2 is a top view showing a schematic configuration of the microscope stage according to the embodiment of the present invention. An
上板7に載置されている標本ホルダー8は、ホルダー本体8a、固定部材8b、レバー8c、軸受8dを有する。ホルダー本体8aと固定部材8bとは一体で作製され、レバー8cは、軸受8dによりホルダー本体8aに対して回動できるようになっている。ホルダー本体8aは、L字型の平板状部材であり、スライドガラスSの2つの側面に当接する2辺には、スライドガラスSの着脱に便利なように、部分的にいくつかの溝が設けられている。固定部材8bは、上板7の側面7Bと平行に移動する移動体21にネジで固定されている。レバー8cは、軸受8dに内蔵されたバネにより、軸8eを中心として矢印H方向に付勢されている。これにより、標本ホルダー8は、スライドガラスSを定位置で保持することができる。
The
このような構成において、標本を付着させたスライドガラスSをステージ10にセットするときには、レバー8cに設けられたレバー操作部8fに指を掛け、バネ力に抗してレバー8cを矢印R方向に回転させる。この状態を維持したまま、スライドガラスSを上板7の上面7Aの上を滑らせてホルダー本体8aに当てる。そして、レバー操作部8fから指を放すと、レバー8cは、バネ力により矢印H方向に戻ってスライドガラスSをホルダー本体8aに押し付けるので、スライドガラスSを定位置で保持することができる。
In such a configuration, when the slide glass S to which the specimen is attached is set on the
スライドガラスSをステージ10から取り外すときには、再び、レバー操作部8fに指を掛け、バネ力に抗してレバー8cを矢印R方向に回転させ、この状態を維持したまま、スライドガラスSを上板7の上面7Aの上を滑らせて移動させた後に取り外す。
When the slide glass S is removed from the
通常、顕微鏡観察では多数の標本を次々に観察するために、標本の交換、すなわちスライドガラスの交換が頻繁に行われる。作業能率の点から、スライドガラスの交換が急いで行われるために、スライドガラスの端部で上板の表面を繰り返し擦る結果、上板の表面が磨耗したり、傷が付いたりする。 Usually, in the microscopic observation, in order to observe a large number of specimens one after another, exchange of specimens, that is, exchange of slide glass is frequently performed. From the viewpoint of work efficiency, the slide glass is quickly replaced, and as a result of repeatedly rubbing the surface of the upper plate with the end portion of the slide glass, the surface of the upper plate is worn or scratched.
ところで、光学顕微鏡の構造部分は、軽量化と剛性維持の観点から、その材料としてアルミニウム合金が一般に用いられている。さらに、量産性や製造コストの観点から、ダイキャスト用アルミニウム合金が多く用いられており、顕微鏡ステージも同様の材料で作製されている。アルミニウム合金は軟らかい材料なので、磨耗や傷の防止策として、アルミニウム合金ダイキャストの表面にアルミニウム酸化物層(以下、アルマイト層という)を厚く形成する必要がある。 By the way, the structural part of the optical microscope generally uses an aluminum alloy as a material from the viewpoint of weight reduction and rigidity maintenance. Further, from the viewpoint of mass productivity and manufacturing cost, aluminum alloys for die casting are often used, and the microscope stage is also made of the same material. Since the aluminum alloy is a soft material, it is necessary to form a thick aluminum oxide layer (hereinafter referred to as an alumite layer) on the surface of the aluminum alloy die cast as a measure for preventing wear and scratches.
本実施の形態では、ステージ10の上板7の材料としてアルミニウム合金を用い、ダイキャスト法で作製する。このアルミニウム合金は、Al−Mg系であり、特にJISに規定されるADC5またはADC6が好適である。
In the present embodiment, an aluminum alloy is used as the material of the upper plate 7 of the
また、剛性を維持しつつ、より一層の軽量化を図るために、上板7にはリブ構造を採用する。このような材質、構造をもつ上板7の上面7Aにアルマイト層を厚く形成することにより、上板7が完成する。
一方、ステージ10の下板6の材料としては、ダイキャスト用アルミニウム合金の中で、JISに規定されるADC12を用いる。ADC12は、Al−Si−Cu系であり、鋳造性が良いという特徴をもっている。
Further, in order to further reduce the weight while maintaining the rigidity, the upper plate 7 adopts a rib structure. The upper plate 7 is completed by forming a thick anodized layer on the
On the other hand, as the material of the
以下、顕微鏡ステージ10の上板7の材質、構造について詳細に説明する。
JIS規定(JIS H5302)によると、ADC5は、アルミニウムを主成分とし、4.0〜8.5%のMgを含有するダイキャスト用アルミニウム合金であり、0.3%以下のSiも含有する。ADC6は、アルミニウムを主成分とし、2.5〜4.0%のMgを含有するダイキャスト用アルミニウム合金であり、1.0%以下のSiも含有する。両者に共通する利点として、(1)厚いアルマイト層が得られる、(2)アルマイト層形成後の外観が優れている(例えば、色ムラが少ない)、(3)耐食性が良い、が挙げられる。
Hereinafter, the material and structure of the upper plate 7 of the
According to JIS regulations (JIS H5302), ADC5 is an aluminum alloy for die casting containing aluminum as a main component and 4.0 to 8.5% Mg, and also contains 0.3% or less of Si. The
特に、厚いアルマイト層を形成できることは、スライドガラスSの着脱作業の際に、上板の表面が磨耗したり、傷が付いたりするのを防止する効果が大きい。アルマイト層は、ビッカース硬さHvが300〜500と比較的硬い物質であるが、厚さが薄い場合は母材のアルミニウム合金を保護する機能は大きく低下する。また、アルマイト層の厚さが薄い場合は、厚さムラの影響が顕著となるので、表面の硬さ分布のバラツキが大きくなる。従って、母材の保護機能を大きく低下させず、表面の硬さ分布のバラツキを小さくする場合は、ステージ10の上板7には、少なくとも10μm程度の厚さのアルマイト層が必要である。
In particular, the ability to form a thick alumite layer has a great effect of preventing the surface of the upper plate from being worn or scratched when the slide glass S is attached or detached. The alumite layer is a relatively hard material having a Vickers hardness Hv of 300 to 500, but when the thickness is small, the function of protecting the aluminum alloy as a base material is greatly deteriorated. In addition, when the thickness of the anodized layer is small, the influence of thickness unevenness becomes significant, so that the variation in surface hardness distribution becomes large. Therefore, in order to reduce the variation in the hardness distribution of the surface without greatly reducing the protective function of the base material, the upper plate 7 of the
一方、通常の製造工程では、ADC5もADC6も最大30μm程度の厚さのアルマイト層を形成させることができる。従って、アルマイト層の厚さが10〜30μmの範囲であれば、実用的な製造工程により、母材の保護機能が十分にあるアルマイト層を形成させることができる。
On the other hand, in the normal manufacturing process, both the
次に、上板7のリブ構造について説明する。図3(a)は、上板7の下面図、図3(b)は、図3(a)のI−I断面図である。符号72は、厚さが厚いリブの部分、符号73は、厚さが薄い肉抜きの部分である。リブ72aは、長穴71を取り囲むテーパ面の延長上にあるリブであり、同様に厚さ方向にテーパが付いている。このようなリブ構造を有する上板7は、上面7Aが平滑面であり、下面がリブの存在による凹凸面である。上板7をリブ構造とすることにより、剛性を維持しつつ、より一層の軽量化を図ることができる。
Next, the rib structure of the upper plate 7 will be described. 3A is a bottom view of the upper plate 7, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. 3A.
以下、上板7の製造工程について説明する。
先ず、ADC5またはADC6の化学成分を有するアルミニウム合金を用い、本実施の形態ではダイキャスト法で成型する。このダイキャスト法では、溶融したアルミニウム合金(溶湯)を射出シリンダで加圧しながら高速で金型に流し込み、金型を所定温度まで冷却した後に、押し出しピンで力を加えて製品を金型から取り外す。本実施の形態では、ダイキャスト法を用いたが、一般的な鋳造法を用いてもよい。また、削り出し加工法を用いてもよい。
Hereinafter, the manufacturing process of the upper plate 7 will be described.
First, an aluminum alloy having a chemical component of ADC5 or ADC6 is used, and in this embodiment, it is molded by a die casting method. In this die casting method, molten aluminum alloy (molten metal) is poured into a mold at a high speed while pressurizing with an injection cylinder, the mold is cooled to a predetermined temperature, and then the product is removed from the mold by applying force with an extrusion pin. . In this embodiment, the die casting method is used, but a general casting method may be used. Further, a machining method may be used.
リブ構造を有する上板7に気泡や巣を発生させないために、金型内に酸素を充填する無孔性ダイキャスト法、溶湯を射出する前に金型内の空気を抜く真空ダイキャスト法、低速で金型内に溶湯を射出するスクイズキャスティング法などを採用することができる。また、溶湯の流れを良くするために、リブとリブが交叉する隅やリブと肉抜き部の境界部分の曲率半径rをできるだけ大きく(例えば、r>3mm)している。 In order not to generate bubbles or nests in the upper plate 7 having a rib structure, a non-porous die casting method for filling the mold with oxygen, a vacuum die casting method for extracting air from the mold before injecting the molten metal, A squeeze casting method in which molten metal is injected into the mold at a low speed can be employed. Further, in order to improve the flow of the molten metal, the radius of curvature r at the corner where the ribs intersect and the boundary between the ribs and the thinned portion is made as large as possible (for example, r> 3 mm).
上板7は、全体としてリブの長手方向を溶湯の流れに沿って設けている。特に、長穴71の周辺では、気泡の発生を抑えるために、リブの長手方向を溶湯の流れに沿って設ける必要性が大きく、溶湯の流れに対して斜め方向のリブは設けない。また、上板7の中央付近に肉厚がその周辺部より厚い部分(突起物)がある場合にも、同様に溶湯の流れに対して斜め方向のリブは設けない。さらに、溶湯を流し込む注湯口の位置や離型するときの抜き勾配にも製造上の工夫が加えられる。例えば、ADC12では、抜き勾配が1〜1.5°であるのに対し、ADC5またはADC6では、3〜5°と大きくして、離型性を高めている。
The upper plate 7 as a whole is provided with the longitudinal direction of the ribs along the flow of the molten metal. In particular, in the vicinity of the
このようにダイキャスト法で作製された上板7の上面7Aを切削または研削加工する。ダイキャスト品のままでは平面性と面粗さが所定のレベルに達していないので、切削または研削加工により平面性を向上させ、表面の大きな凹凸を除去する。本実施の形態では、0.2〜0.5mm程度の研削を行った。この程度の研削量であれば、ダイキャスト品に内在する気泡は表面に現れ難い。
Thus, the
なお、研削加工の後に、上板7の上面7Aの一部または全面にブラスト処理を施すことができる。上板7の上面7Aの一部とは、スライドガラスSの着脱の際にスライドガラスSが接触する領域である。ブラスト処理は、鉄粉等を上面7Aに高圧で吹き付けて微小な凹凸表面を形成する処理である。上板7の上面7Aの一部のみにブラスト処理を行うときは、それ以外の領域をマスクで遮蔽すればよい。ブラスト処理を行うことにより、アルマイト処理後の表面は、色むらが目立たない美しい外観に仕上がり、また、滑り性が向上する。
In addition, after the grinding process, a blasting process can be performed on a part or the entire surface of the
最後に、上板7にアルマイト処理を施す。アルマイト処理は、硫酸系、酢酸系または蓚酸系の溶液中に上板7を浸漬して陽極酸化を行った。本実施の形態では、上板7の全面に厚さ、20μmのアルマイト層を形成させた。以上の工程により、上板7が完成する。
上板7の上面7Aにアルマイト層を形成することは、スライドガラスSの着脱の際に磨耗したり傷が付くことを防止する効果がある。
Finally, alumite treatment is performed on the upper plate 7. In the alumite treatment, the upper plate 7 was immersed in a sulfuric acid-based, acetic acid-based or oxalic acid-based solution and anodized. In the present embodiment, an alumite layer having a thickness of 20 μm is formed on the entire surface of the upper plate 7. The upper plate 7 is completed through the above steps.
Forming the alumite layer on the
なお、アルマイト層には、層厚方向に細長い多数の微細孔が形成されているので、その微細孔内に黒色染料を含浸させていわゆるブラックアルマイト層とすることができる。また、その微細孔内にテフロン(登録商標)を含浸させて滑り性や耐摩耗性が向上したアルマイト層とすることもできる。通常、含浸させた後には封孔処理を行う。 Since the alumite layer has a large number of fine holes elongated in the thickness direction, a black dye can be impregnated into the fine holes to form a so-called black alumite layer. Further, the fine pores can be impregnated with Teflon (registered trademark) to form an alumite layer having improved slipperiness and wear resistance. Usually, after impregnation, a sealing treatment is performed.
以上説明したように、ADC5またはADC6は、ダイキャスト品であるので、量産性に富み、比較的厚いアルマイト層を形成することができるので、耐擦傷性、耐摩耗性に優れている。従って、顕微鏡ステージに応用すれば、スライドガラスの交換を頻繁に行っても傷が付き難く、長く使用することができる。同様に、顕微鏡以外の光学装置のステージとして用いても長期の使用に耐える。また、工程が簡便であるので、量産時のコスト低減効果が大きい。
As described above, since the
上述した実施の形態では、ステージ10の上板7のみにAl−Mg系ダイキャスト合金を用い、その表面にアルマイト層を形成させたが、下板6も同様とすることができる。
また、アルマイト層の微細孔内に黒色以外の染料を含浸させ、黒色以外の発色工程を採用してもよい。さらに、アルマイト層形成後に、固体潤滑材やセラミック系塗料を塗布してもよい。
In the above-described embodiment, the Al—Mg-based die cast alloy is used only for the upper plate 7 of the
Further, a dye other than black may be impregnated in the fine pores of the alumite layer, and a coloring process other than black may be employed. Further, after forming the anodized layer, a solid lubricant or ceramic paint may be applied.
本実施の形態では、顕微鏡ステージについて説明したが、本発明は、その特徴を損なわない限り、本実施の形態に何ら限定されず、例えば各種の光学装置にも使用することができる。 Although the microscope stage has been described in the present embodiment, the present invention is not limited to the present embodiment as long as the characteristics are not impaired, and can be used for various optical devices, for example.
1:光源部
2:基台
3:直立ベース
4:アーム
5:上下動部
6:下板
7:上板
8:標本ホルダー
10:ステージ
71:長穴
72:リブ
73:肉抜き部
100:光学顕微鏡
1: Light source part 2: Base 3: Upright base 4: Arm 5: Vertical movement part 6: Lower plate 7: Upper plate 8: Specimen holder 10: Stage 71: Long hole 72: Rib 73: Meat removal part 100: Optical microscope
Claims (5)
前記上板は、Al−Mg系ダイキャスト合金の平板状母材と前記平板状母材の表面に形成されたアルマイト層とから成ることを特徴とする光学装置用ステージ。 A lower plate, and an upper plate movable along the upper surface of the lower plate,
The upper plate is composed of a flat base material made of an Al-Mg die cast alloy and an alumite layer formed on the surface of the flat base material.
前記Al−Mg系ダイキャスト合金は、JIS規定のADC5またはADC6であることを特徴とする光学装置用ステージ。 In the stage for optical devices according to claim 1,
The stage for an optical device, wherein the Al—Mg die-cast alloy is JIS-regulated ADC5 or ADC6 .
前記上板は、下面側にリブが設けられるとともに、中央付近に開口および突出物の少なくともいずれかが形成され、
前記リブは、前記中央付近の周辺領域においては、ダイキャストの溶湯の流れに沿って設けられることを特徴とする光学装置用ステージ。 In the stage for optical devices according to claim 1 or 2 ,
The upper plate is provided with ribs on the lower surface side, and at least one of an opening and a protrusion is formed near the center,
The stage for an optical device , wherein the rib is provided along a flow of a die-cast molten metal in a peripheral region near the center .
ダイキャスト法により、前記上板となるAl−Mg系合金の平板状母材を成型する工程と、
前記平板状母材の一方の表面を平滑平面とする切削工程または研削工程と、
前記切削または研削された表面に厚さ10〜30μmの範囲のアルマイト層を形成する工程とを含むことを特徴とする光学装置用ステージの製造方法。 A method of manufacturing a stage for an optical device comprising a lower plate and an upper plate movable along the upper surface of the lower plate,
A step of molding a flat base material of the Al-Mg alloy to be the upper plate by die casting,
A cutting process or a grinding process in which one surface of the flat base material is a smooth plane;
Method of manufacturing an optical device stage which comprises a step of forming a alumite layer thickness in the range of 10~30μm the cutting or grinding surface.
前記切削工程または研削工程とアルマイト層形成工程との間に、前記平板状母材の平滑平面の一部または全部に微細な凹凸面を形成するブラスト処理工程を設けることを特徴とする光学装置用ステージの製造方法。 In the manufacturing method of the stage for optical devices according to claim 4 ,
For an optical device, a blasting process is provided between the cutting process or grinding process and the alumite layer forming process to form a fine uneven surface on a part or all of the flat surface of the flat base material . Stage manufacturing method.
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