JP6740071B2 - knife - Google Patents
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Description
本発明は、ナイフに関する。 The present invention relates to knives.
一般的に生物学の分野では、人体、動物或いは植物等から得られた生体試料、例えば生体組織や細胞等を検査、研究するために、微細且つ鋭利なナイフを利用して生体試料等の対象物を切断する場合がある。
この種のナイフとして、研磨等の機械加工によって刃先を鋭利に仕上げた金属ナイフが知られている。しかしながら、金属ナイフは機械加工によって刃先を鋭利に仕上げているだけであるので、可能な限り鋭利に仕上げたとしても機械加工上の限界があり、刃先の厚みが1mm前後になり易い。そのため、金属ナイフを利用して、例えば直径が数十μm〜数百μmの細胞を切断する場合には、刃先で細胞を押し潰しながらの切断になり易く、細胞にストレスを与えてしまう。
Generally, in the field of biology, in order to inspect and study a biological sample obtained from a human body, an animal, a plant or the like, for example, a biological tissue or a cell, a target such as a biological sample using a fine and sharp knife. You may cut things.
As this kind of knife, a metal knife having a sharpened cutting edge by mechanical processing such as polishing is known. However, since the metal knife only has a sharpened cutting edge by machining, there is a limit in machining even if it is sharpened as much as possible, and the thickness of the cutting edge is likely to be about 1 mm. Therefore, when a cell having a diameter of several tens of μm to several hundreds of μm is cut by using a metal knife, the cutting is likely to be performed while the cell is being crushed by a cutting edge, which gives stress to the cell.
しかしながら細胞にストレスを与えることは好ましくない。例えば、人工授精やクローン技術、或いは再生医療分野での検査、研究においては、細胞にかかるストレスを軽減することが望まれている。従来の金属ナイフでは、このような要望に応えることが難しい。 However, it is not preferable to give stress to cells. For example, it is desired to reduce the stress applied to cells in artificial insemination, cloning technology, and inspections and researches in the field of regenerative medicine. It is difficult for a conventional metal knife to meet such a demand.
そこで、金属ナイフよりもさらに厚みが薄いナイフとして、例えば厚みが10μmの固体薄膜からなるブレードを有するマイクロナイフ(特許文献1参照)や、厚みが30μmの切断刃を有するマイクロナイフ(特許文献2参照)が知られている。
さらに、生体試料を切断する他のナイフとして、例えば切断方向とは異なる方向に振動する振動ナイフ(特許文献3参照)や、切断方向に振動するマイクロナイフ(特許文献4参照)も知られている。
Then, as a knife thinner than a metal knife, for example, a micro knife having a blade made of a solid thin film having a thickness of 10 μm (see Patent Document 1) or a micro knife having a cutting blade having a thickness of 30 μm (see Patent Document 2). )It has been known.
Furthermore, as other knives for cutting a biological sample, for example, a vibrating knife that vibrates in a direction different from the cutting direction (see Patent Document 3) and a micro knife that vibrates in the cutting direction (see Patent Document 4) are known. ..
ところで、細胞に代表されるように生体試料は柔軟性を有しているので、ナイフによる切断時、ナイフの押し付けに倣って生体試料が部分的に凹むように変形し易い。そのため、上記従来の厚みが薄いマイクロナイフを利用して生体試料を切断する場合であっても、刃先を介して生体試料を基板(例えばスライドプレートやシャーレの底板等)に対して押し付けるようにしながら、切断を行わざるを得ない場合がある。 By the way, since the biological sample, which is represented by cells, has flexibility, the biological sample is likely to be deformed so as to be partially recessed following the pressing of the knife during cutting with a knife. Therefore, even when the biological sample is cut using the conventional thin microknife, the biological sample is pressed against the substrate (for example, the slide plate or the bottom plate of the petri dish) via the blade edge. Sometimes, there is no choice but to disconnect.
しかしながらこの場合には、例えば生体試料内に刃先を入り込ませたときに、刃先が基板に対して強く押し当たるように接触し易かった。そのため、刃先に変形、ひび割れや欠損等の不具合が生じる場合があり、改善の余地があった。特に、ナイフの厚みが薄くなるほど、刃先に不具合が生じ易くなってしまう。 However, in this case, for example, when the blade tip was inserted into the biological sample, it was easy for the blade tip to come into contact with the substrate so as to strongly press it. Therefore, there is a possibility that the cutting edge may be deformed, cracked or broken, and there is room for improvement. In particular, the thinner the knife, the more likely it is that the blade edge will become defective.
一方、上記従来の振動を利用して生体試料を切断するナイフの場合には、切断時に生体試料に振動を伝えてしまうので、ストレスを与え易いものであった。 On the other hand, in the case of a knife that cuts a biological sample by utilizing the above-mentioned conventional vibration, the vibration is transmitted to the biological sample at the time of cutting, so that stress is easily applied.
本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、刃先部を保護することができると共に、生体試料等の対象物にかかるストレスを抑制しながら対象物を切断することができる、ナイフを提供することである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to cut an object while protecting the cutting edge portion and suppressing stress applied to the object such as a biological sample. Is to provide a knife.
(1)本発明に係るナイフは、Co、Ni、Cr及びMoを含むCo−Ni基合金から形成され、片持ち状に支持されるナイフ基端部からナイフ先端部に向けて一方向に延在したナイフ部を備え、前記ナイフ部には、対象物に接触する刃先部と、前記刃先部に対して対向配置された峰部と、が全長に亘って形成され、前記峰部におけるナイフ厚は、30μm以下とされ、前記ナイフ部は、前記峰部から前記刃先部に向かうにしたがってナイフ厚が漸次薄くなるように形成されている。 (1) A knife according to the present invention is formed of a Co—Ni based alloy containing Co, Ni, Cr and Mo, and extends in one direction from a knife base end supported in a cantilever manner to the knife tip. An existing knife portion, and the knife portion is formed over the entire length with a cutting edge portion that comes into contact with an object, and a ridge portion that is arranged so as to face the cutting edge portion. Is 30 μm or less, and the knife portion is formed such that the knife thickness gradually decreases from the peak portion toward the blade edge portion.
本発明に係るナイフによれば、ナイフ部が峰部から刃先部に向かうにしたがってナイフ厚(厚み)が漸次薄くなるように形成されているので、ナイフ部の全長に亘って形成された刃先部を先鋭化させることができる。しかも、峰部におけるナイフ厚が30μm以下とされているので、刃先部におけるナイフ厚をさらに薄くすることができ、例えば数百nm〜数μmの極薄にすることができる。これにより、直径が数μm〜数百μmの細胞等の対象物を、押し潰すことなく切断することができる。従って、対象物にかかるストレスを抑制しながら対象物を切断することができる。 According to the knife of the present invention, since the knife portion is formed such that the knife thickness (thickness) gradually decreases from the crest portion toward the blade tip portion, the blade tip portion formed over the entire length of the knife portion. Can be sharpened. Moreover, since the knife thickness in the peak portion is set to 30 μm or less, the knife thickness in the cutting edge portion can be further reduced, for example, an ultrathin thickness of several hundred nm to several μm. Thereby, an object such as a cell having a diameter of several μm to several hundreds μm can be cut without being crushed. Therefore, the object can be cut while suppressing the stress applied to the object.
特に、ナイフ部は高強度、高耐蝕性、高耐熱性、非磁性であるうえ、さらに高弾性であるCo−Ni基合金から形成されている。
従って、Co−Ni基合金が高強度材料であるという観点から、対象物を切断する際に、ナイフ部の刃先部が例えば対象物が載置されている基板に対して強く押し当たるように接触したとしても、極薄の刃先部に変形、ひび割れや欠損等の不具合が生じ難い。
In particular, the knife portion is formed of a Co—Ni based alloy which has high strength, high corrosion resistance, high heat resistance, non-magnetic property and high elasticity.
Therefore, from the viewpoint that the Co-Ni-based alloy is a high-strength material, when cutting the object, the blade tip of the knife portion makes contact with, for example, the substrate on which the object is placed so as to strongly press it. Even if it does, defects such as deformation, cracks, and defects are unlikely to occur in the ultrathin blade edge portion.
しかもCo−Ni基合金が高弾性材料であるという観点から、ナイフ部の刃先部が支持板に対して接触した際、片持ち状に支持されているナイフ部の全体を、ナイフ幅方向に反るように(湾曲するように)弾性変形させることができる。従って、刃先部が基板に対して接触した際に、基板から刃先部に伝わる反力を吸収することができる。そのため、極薄の刃先部に上記不具合が発生することを効果的に抑制することができる。その結果、刃先部を保護しながら対象物の切断を行うことができる。
なお、刃先部を基板から離間させることで、ナイフ部は弾性復元変形して元の状態に復帰する。
Moreover, from the viewpoint that the Co-Ni-based alloy is a highly elastic material, when the blade edge of the knife portion comes into contact with the support plate, the entire knife portion supported in a cantilevered manner is reversed in the knife width direction. Can be elastically deformed (curved). Therefore, it is possible to absorb the reaction force transmitted from the substrate to the blade portion when the blade portion comes into contact with the substrate. Therefore, it is possible to effectively suppress the occurrence of the above-mentioned problem in the extremely thin blade edge portion. As a result, the object can be cut while protecting the cutting edge.
By separating the blade tip from the substrate, the knife portion is elastically restored and deformed to return to the original state.
(2)前記刃先部におけるナイフ厚は100nm以下であっても良い。 (2) The knife thickness at the cutting edge may be 100 nm or less.
(3)前記ナイフ部のナイフ長は50μm以下であり、前記ナイフ基端部におけるナイフ幅は20μm以下であり、前記峰部におけるナイフ厚は10μm以下であり、前記刃先部におけるナイフ厚は100nm以下であっても良い。 (3) The knife length of the knife portion is 50 μm or less, the knife width at the knife base end portion is 20 μm or less, the knife thickness at the ridge portion is 10 μm or less, and the knife thickness at the cutting edge portion is 100 nm or less. May be
この場合には、対象物に対して刃先部を抵抗少なく進入させることができるうえ、対象物に対する刃先部の接触面積を抑制できるので、対象物にかかるストレスをさらに抑制しながら対象物を切断することができる。また、切断時に、対象物が刃先部に付着し難くなるので、切断した対象物を刃先部に付着させたまま引きずることを防止できる。このことによっても、対象物にストレスを与え難くすることができる。 In this case, the blade edge portion can be made to enter the object with less resistance, and the contact area of the blade edge portion with respect to the object can be suppressed, so that the object is cut while further suppressing the stress applied to the object. be able to. Further, since it is difficult for the target object to adhere to the blade tip portion during cutting, it is possible to prevent the cut object from being dragged while being attached to the blade tip portion. This also makes it difficult to apply stress to the object.
(4)前記ナイフ部は、前記ナイフ基端部から前記ナイフ先端部に向かうにしたがって、ナイフ厚、及び前記峰部から前記刃先部までのナイフ幅がそれぞれ漸次小さくなるように形成されても良い。 (4) The knife portion may be formed such that the knife thickness and the knife width from the crest portion to the cutting edge portion are gradually reduced from the knife base end portion toward the knife tip end portion. ..
この場合には、ナイフ部の形状を、刃先部を対象物側に向けた三角錐状にすることができる。従って、ナイフ部の延在方向に直交するナイフ部の断面積は、片持ち支持されるナイフ基端部側で最も大きく、自由端となるナイフ先端部に向かうにしたがって徐々に小さくなる。これにより、ナイフ部をより弾性変形させ易くすることができ、ナイフ部の刃先部が基板に対して強く押し当たった場合であっても、刃先部に不具合がさらに生じ難くなる。 In this case, the shape of the knife portion can be a triangular pyramid shape with the cutting edge portion facing the object. Therefore, the cross-sectional area of the knife portion orthogonal to the extending direction of the knife portion is the largest on the side of the cantilever-supported knife base end, and gradually decreases toward the knife tip that is the free end. Thereby, the knife portion can be more easily elastically deformed, and even when the blade tip portion of the knife portion is strongly pressed against the substrate, the blade tip portion is less likely to cause a defect.
(5)前記ナイフ部は、前記ナイフ先端部側に位置し、前記峰部に対して前記刃先部が第1傾斜角度で傾斜した尖端部と、前記尖端部と前記ナイフ基端部との間に位置した状態で前記尖端部に連設され、前記峰部に対して前記刃先部が第2傾斜角度で傾斜したナイフ本体部と、を備え、前記第1傾斜角度は前記第2傾斜角度よりも大きくても良い。 (5) The knife portion is located on the side of the knife tip portion, and the tip portion is inclined with respect to the ridge portion at a first inclination angle, and between the tip portion and the knife base end portion. And a knife main body in which the cutting edge portion is inclined at a second inclination angle with respect to the crest portion, the first main inclination angle being greater than the second inclination angle. May be larger.
この場合には、峰部に対する刃先部の傾斜角度を、ナイフ先端部側の尖端部において大きくすることができる。そのため、例えば基板に対してナイフ部を斜めに傾けながら、主にナイフ先端部側の刃先部を利用して対象物を切断する際、基板に対して尖端部の刃先部を突き立てるのではなく、平行な状態に近づけるように配置させることができる。従って、変形や欠損等が生じ易いナイフ部の最先端部分(切先)を保護することができる。 In this case, the angle of inclination of the cutting edge with respect to the ridge can be increased at the tip on the knife tip side. Therefore, for example, while obliquely inclining the knife portion with respect to the substrate, when cutting the object mainly using the blade tip portion of the knife tip portion side, rather than pushing the blade tip portion of the pointed portion against the substrate, It can be arranged so as to approach a parallel state. Therefore, it is possible to protect the tip end portion (cutting edge) of the knife portion, which is likely to be deformed or chipped.
(6)前記峰部には、外部から照射された検出光を反射させると共に、前記ナイフ部の変形に応じて異なる方向を向く反射面が形成されても良い。 (6) The peak portion may be formed with a reflection surface that reflects the detection light emitted from the outside and faces different directions depending on the deformation of the knife portion.
この場合には、ナイフ部の弾性変形に応じて反射面が異なる方向を向くので、反射面で反射された検出光に基づいて、ナイフ部の弾性変形状態を把握することができる。従って、ナイフ部の状態をより正確に把握しながら対象物の切断を行うことができる。 In this case, since the reflecting surface faces different directions depending on the elastic deformation of the knife portion, the elastically deformed state of the knife portion can be grasped based on the detection light reflected by the reflecting surface. Therefore, the object can be cut while grasping the state of the knife portion more accurately.
(7)基端部から先端部に向けて前記ナイフ部の延在方向に延びるように形成され、前記基端部が片持ち状に保持される保持部材を備え、前記ナイフ部は、前記先端部に前記ナイフ基端部が取り付けられることで前記保持部材に装着され、前記保持部材は透明材料で形成されても良い。 (7) A holding member is formed so as to extend in the extending direction of the knife portion from the base end portion toward the tip end portion, and the base end portion is held in a cantilevered manner. The knife base end part may be attached to the holding member, and the holding member may be formed of a transparent material.
この場合には、保持部材を利用してナイフ部をより安定して保持できるので、対象物の切断を安定的に行える。また、例えばマニピュレータ装置等で保持部材を保持することで、ナイフ部を操作できるので、より微細且つ正確な切断作業を行える。しかも、保持部材は透明であるので、保持部材に影響されることなくナイフ部を確認することができる。よって、対象物の所望する位置にナイフ部を正確にアプローチさせることができる。 In this case, the knife member can be held more stably by using the holding member, so that the object can be cut stably. Further, since the knife portion can be operated by holding the holding member with, for example, a manipulator device, a finer and more accurate cutting operation can be performed. Moreover, since the holding member is transparent, the knife portion can be confirmed without being affected by the holding member. Therefore, the knife portion can be accurately approached to a desired position of the object.
本発明に係るナイフによれば、刃先部を保護することができると共に、生体試料等の対象物にかかるストレスを抑制しながら対象物を切断することができる。 According to the knife of the present invention, it is possible to protect the cutting edge portion and cut the object while suppressing the stress applied to the object such as the biological sample.
(第1実施形態)
以下、本発明に係るナイフの第1実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態では、切断する対象物として生体試料(細胞)を例に挙げて説明する。即ち、本実施形態では、ナイフを生体試料用ナイフとして用いている。なお、各図面では、図面を見易くして発明の理解を助けるために、各構成部品の縮尺を適宜変更している。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of a knife according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a biological sample (cell) will be described as an example of an object to be cut. That is, in the present embodiment, the knife is used as the biological sample knife. In addition, in each drawing, the scale of each component is appropriately changed in order to make the drawing easy to see and to help understanding of the invention.
図1〜3に示すように、本実施形態の生体試料用ナイフ1は、Co、Ni、Cr及びMoを含むCo−Ni基合金から形成されたナイフ部2と、ナイフ部2が取り付けられた保持部材3と、を備えている。
ナイフ部2は、ナイフ基端部10からナイフ先端部11に向けてナイフ軸Oに沿って一方向に延在するように形成され、ナイフ基端部10を介して保持部材3の先端部3aに取り付けられている。これにより、ナイフ部2は、ナイフ先端部11が自由端となるように、ナイフ基端部10が片持ち状に支持された状態で保持部材3に固定されている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the biological sample knife 1 of the present embodiment has a
The
なお、ナイフ部2は、FIBの照射によって後述する化合物ガス(原料ガス)Gが分解されることで生じるデポジション膜Dによって、保持部材3の先端部3aに固定されている。これについては後に説明する。
但し、ナイフ部2の固定はデポジション膜Dに限定されるものではなく、例えば接着や溶着等、他の固着方法で固定しても構わないし、係止等の嵌め合いを利用して固定しても構わない。
The
However, the fixing of the
ナイフ部2には、細胞Cに接触する刃先部12と、刃先部12に対して対向するように配置された峰部(ナイフ部2の背の部分)13と、が全長に亘って形成されている。
なお、本実施形態では、峰部13から刃先部12に向かう方向を下方といい、その逆方向を上方という。よって、刃先部12は下方を向き、峰部13は上方を向いている。また、ナイフ軸Oに沿った長さをナイフ長Lといい、上下方向に沿った長さをナイフ幅(ナイフ高さ)Wといい、ナイフ軸O及び上下方向に直交する左右方向に沿った長さをナイフ厚Tという。
In the
In the present embodiment, the direction from the
ナイフ部2は、その全長に亘って、峰部13から刃先部12に向かうにしたがってナイフ厚Tが漸次薄くなるように形成されている。これにより、刃先部12は、ナイフ部2の最先端(切先)Pからナイフ基端部10に至るまで連続して直線状に延びた鋭利なエッジとされている。
The
またナイフ部2は、ナイフ基端部10からナイフ先端部11に向かうにしたがって、ナイフ厚T、及び峰部13から刃先部12までのナイフ幅Wがそれぞれ漸次小さくなるように形成されている。これにより、ナイフ部2は、ナイフ基端部10からナイフ先端部11に向かって延びると共に、刃先部12を細胞C側に向けた三角錐状に形成されている。
従って、ナイフ軸O(ナイフ部2の延在方向)に直交する断面積は、片持ち支持されるナイフ基端部10側で最も大きく、自由端となるナイフ先端部11に向かうにしたがって徐々に小さくなっている。
Further, the
Therefore, the cross-sectional area orthogonal to the knife axis O (extending direction of the knife portion 2) is the largest on the side of the knife
さらにナイフ部2は、ナイフ先端部11側に位置し、最先端Pに繋がる尖端部14と、尖端部14とナイフ基端部10との間に位置した状態で尖端部14に連設されたナイフ本体部15と、を備えている。尖端部14とナイフ本体部15とでは、峰部13に対する刃先部12の傾斜角度が異なっている。
Further, the
具体的には、図3に示すように、尖端部14においては、刃先部12は峰部13に対して第1傾斜角度θ1で傾斜している。ナイフ本体部15においては、刃先部12は峰部13に対して第2傾斜角度θ2で形成している。そして、第1傾斜角度θ1は、第2傾斜角度θ2よりも若干大きい角度とされている。
このように、ナイフ部2は、ナイフ基端部10から最先端Pに至るまで、峰部13に対する刃先部12の傾斜角度が一定ではなく、最先端Pに近い尖端部14において傾斜角度が若干大きくなるように形成されている。
Specifically, as shown in FIG. 3, at the pointed
As described above, in the
なおナイフ部2は、上述した傾斜角度に関連して、ナイフ基端部10から最先端Pに至るまで、峰部13の一方のエッジ(側縁部)と他方のエッジ(側縁部)とのなす角度が一定ではなく、尖端部14において若干大きくなるように形成されている。
具体的には、図2に示すように峰部13の平面視で、ナイフ本体部15においては、峰部13の一方のエッジ他方のエッジとのなす角度が角度θ3とされ、尖端部14においては、峰部13の一方のエッジ他方のエッジとのなす角度が角度θ3よりも大きい角度θ4とされている。
このように、ナイフ先端部11側に、最先端Pに繋がる尖端部14を形成することにより、尖端部14を形成しない場合(すなわち、図2及び図3において点線で示される形状)と比較して、ナイフ部2の耐久性を向上させることが可能になる。
The
Specifically, in the plan view of the
As described above, by forming the
但し、ナイフ部2の形状は上述した場合に限られるものではなく、例えば尖端部14が形成されていない形状であってもよい。特に刃先部12のみを用いて対象物を切断可能であれば、尖端部14を設けない形状であってもよい。この場合は、ナイフ部2の加工工程を減らすことができるので、例えば製造コストの低減を図ることができる。
However, the shape of the
上述のように構成されたナイフ部2の具体的なサイズを説明する。
ナイフ長Lとしては、例えば200μm以下とされ、好ましくは50μm以下とされている。ナイフ基端部10におけるナイフ幅Wとしては、例えば100μm以下とされ、好ましくは20μmとされている。峰部13におけるナイフ厚Tとしては、例えば30μm以下とされ、好ましくは10μm以下とされている。刃先部12におけるナイフ厚Tとしては、例えば100nm以下とされている。
A specific size of the
The knife length L is, for example, 200 μm or less, preferably 50 μm or less. The knife width W at the
また、ナイフ部2を構成する金属材料、すなわちCo、Ni、Cr及びMoを含むCo−Ni基合金の具体的な組成を説明する。
Co−Ni基合金としては、組成が質量比で、Co:28〜42%、Cr:10〜27%、Mo:3〜12%、Ni:15〜40%、Ti:0.1〜1%、Mn:1.5%以下、Fe:0.1〜26%、C:0.1%以下、Nb:3%以下を含み、残部不可避不純物からなる組成であることが好ましい。
より好ましくは、上記組成に加え、W:5%以下、Al:0.5%以下、Zr:0.1%以下、B:0.01%以下からなる群より選択される少なくとも1種を含むことが良い。これらの組成範囲を限定した理由を以下に簡単に説明する。
Further, a specific composition of the metal material forming the
As a Co-Ni based alloy, the composition is a mass ratio of Co: 28 to 42%, Cr: 10 to 27%, Mo: 3 to 12%, Ni: 15 to 40%, Ti: 0.1 to 1%. , Mn: 1.5% or less, Fe: 0.1 to 26%, C: 0.1% or less, Nb: 3% or less, and the composition having the balance unavoidable impurities is preferable.
More preferably, in addition to the above composition, at least one selected from the group consisting of W: 5% or less, Al: 0.5% or less, Zr: 0.1% or less, B: 0.01% or less. Is good. The reason why these composition ranges are limited will be briefly described below.
Coはそれ自体加工硬化能が大きく、切り欠け脆さを減じ、疲労強度を高め、高温強度を高める効果を有するが、28%未満ではその効果が弱く、42%を超えるとマトリクスが硬くなり過ぎて加工困難となると共に面心立方格子相が最密六方格子相に対して不安定になる。従って、Coの質量比は28〜42%が好ましい。
Crは耐食性を確保するのに不可欠な成分であり、またマトリクスを強化する効果を有するが、10%未満では優れた耐食性を得る効果が弱く、27%を超えると加工性及び靱性が急激に低下する。従ってCrの質量比は10〜27%が好ましい。
Co itself has a large work hardening ability, has the effect of reducing notch brittleness, increasing fatigue strength, and increasing high temperature strength, but if it is less than 28%, its effect is weak, and if it exceeds 42%, the matrix becomes too hard. Processing becomes difficult and the face-centered cubic lattice phase becomes unstable with respect to the close-packed hexagonal lattice phase. Therefore, the mass ratio of Co is preferably 28 to 42%.
Cr is an essential component for ensuring the corrosion resistance, and also has the effect of strengthening the matrix, but if it is less than 10%, the effect of obtaining excellent corrosion resistance is weak, and if it exceeds 27%, the workability and toughness drop sharply. To do. Therefore, the mass ratio of Cr is preferably 10 to 27%.
Moはマトリクスに固溶してこれを強化する効果、加工硬化能を増大させる効果、及びCrとの共存において耐食性を高める効果を有するが、3%未満では所望する効果が得られず、12%を超えると加工性が急激に低下するうえ、脆いσ相が生成し易い。従って、Moの質量比は3〜12%が好ましい。
Niは面心立方格子相を安定化し、加工性を維持し、耐食性を高める効果を有するが、Co、Cr、Mo、Nb、Feの組成範囲において、Niが15%未満では安定した面心立方格子相を得ることが困難であり、40%を超えると機械的強度が低下する。従って、Niの質量比は15〜40%が好ましい。
Mo has the effect of forming a solid solution in the matrix to strengthen it, the effect of increasing work hardening ability, and the effect of enhancing corrosion resistance in the coexistence with Cr, but if it is less than 3%, the desired effect cannot be obtained, and if it is 12%, If it exceeds, the workability is sharply reduced and a brittle σ phase is easily generated. Therefore, the mass ratio of Mo is preferably 3 to 12%.
Ni stabilizes the face-centered cubic lattice phase, maintains the workability, and enhances the corrosion resistance, but in the composition range of Co, Cr, Mo, Nb, and Fe, when Ni is less than 15%, the face-centered cubic is stable. It is difficult to obtain a lattice phase, and if it exceeds 40%, the mechanical strength decreases. Therefore, the mass ratio of Ni is preferably 15 to 40%.
Tiは強い脱酸、脱窒、脱硫の効果、及び鋳塊組織の微細化の効果を有するが、0.1%未満ではその効果が弱く、1%を超えると合金中に介在物が増える、或いはη相(Ni3Ti)が析出して靱性が低下する。従って、Tiの質量比は0.1〜1%が好ましい。
Mnは脱酸、脱硫の効果、及び面心立方格子相を安定化する効果を有するが、多過ぎると耐食性、耐酸化性を劣化させる。従って、Mnの質量比は1.5%以下が好ましい。
Ti has a strong effect of deoxidizing, denitrifying, desulfurizing, and refining the ingot structure, but if it is less than 0.1%, its effect is weak, and if it exceeds 1%, inclusions increase in the alloy. Alternatively, the η phase (Ni 3 Ti) precipitates and the toughness decreases. Therefore, the mass ratio of Ti is preferably 0.1 to 1%.
Mn has the effect of deoxidation and desulfurization, and the effect of stabilizing the face-centered cubic lattice phase, but if it is too much, it deteriorates corrosion resistance and oxidation resistance. Therefore, the mass ratio of Mn is preferably 1.5% or less.
Feは、多過ぎると耐酸化性が低下するが、耐酸化性よりも、マトリクスに固溶してこれを強化する効果を重視することを考慮すると、質量比は0.1〜26%が好ましい。
Cはマトリクスに固溶するほか、Cr、Mo、Nb、W等と炭化物を形成し、結晶粒の粗大化の防止効果を有するが、多過ぎると靭性の低下、耐食性の劣化等が生じる。従って、Cの質量比は0.1%以下が好ましい。
If Fe is too much, the oxidation resistance decreases, but considering that the effect of solid solution in the matrix and strengthening this is emphasized rather than the oxidation resistance, the mass ratio is preferably 0.1 to 26%. ..
C forms a solid solution in the matrix and forms carbides with Cr, Mo, Nb, W, etc., and has the effect of preventing coarsening of crystal grains, but if it is too large, toughness decreases, corrosion resistance deteriorates, and the like. Therefore, the mass ratio of C is preferably 0.1% or less.
Nbはマトリクスに固溶してこれを強化し、加工硬化能を増大させる効果を有するが、3%を超えるとσ相やδ相(Ni3Nb)が析出して靭性が低下することから、Nbを含有させる場合は質量比を3%以下とすることが好ましい。
Wは、マトリクスに固溶してこれを強化し、加工硬化能を著しく増大させる効果を有するが、5%を超えるとσ相を析出して靭性が低下することから、Wを含有させる場合は質量比を5%以下とすることが好ましい。
Nb has the effect of forming a solid solution in the matrix to strengthen it and increase the work hardening ability, but if it exceeds 3%, the σ phase or δ phase (Ni 3 Nb) precipitates and the toughness decreases, When Nb is contained, the mass ratio is preferably 3% or less.
W has the effect of forming a solid solution in the matrix to strengthen it and significantly increase the work hardening ability, but if it exceeds 5%, the σ phase precipitates and the toughness decreases, so when W is contained, The mass ratio is preferably 5% or less.
Alは、脱酸、及び耐酸化性を向上させる効果を有するが、多過ぎると耐食性の劣化等が生じるため、Alを含有させる場合は質量比を0.5%以下とすることが好ましい。
Zrは、高温での結晶粒界強度を上げて、熱間加工性を向上させる効果を有するが、多過ぎると逆に加工性が悪くなるため、Zrを含有させる場合は質量比を0.1%以下とすることが好ましい。
Bは、熱間加工性を改善する効果があるが、多過ぎると逆に熱間加工性が低下し割れ易くなるため、Bを含有させる場合は0.01%以下とすることが好ましい。
Al has an effect of improving deoxidation and oxidation resistance, but if it is too much, corrosion resistance deteriorates. Therefore, when Al is contained, the mass ratio is preferably 0.5% or less.
Zr has the effect of increasing the grain boundary strength at high temperature and improving hot workability, but if too much, the workability deteriorates. Therefore, when Zr is included, the mass ratio is 0.1. % Or less is preferable.
B has the effect of improving the hot workability, but if it is too much, the hot workability decreases and cracks easily. Therefore, when B is contained, it is preferably 0.01% or less.
さらに、Feの質量比を0.1〜3%としたうえで、Nb:3%以下を含むことがより好ましい。
すなわち、組成が質量比で、Co:28〜42%、Cr:10〜27%、Mo:3〜12%、Ni:15〜40%、Ti:0.1〜1%、Mn:1.5%以下、Fe:0.1〜3%、C:0.1%以下、Nb:3%以下、及び残部不可避不純物よりなるCo−Ni基合金がより好ましい。
このような組成のCo−Ni基合金では、Feの上限を3%とすることにより、耐酸化性が低下することをより効果的に防ぐことができる。
Further, it is more preferable that the mass ratio of Fe is 0.1 to 3% and that Nb: 3% or less is contained.
That is, the composition is a mass ratio of Co: 28 to 42%, Cr: 10 to 27%, Mo: 3 to 12%, Ni: 15 to 40%, Ti: 0.1 to 1%, Mn: 1.5. %, Fe: 0.1 to 3%, C: 0.1% or less, Nb: 3% or less, and a Co-Ni based alloy containing the balance unavoidable impurities is more preferable.
In the Co—Ni-based alloy having such a composition, by setting the upper limit of Fe to 3%, it is possible to more effectively prevent the deterioration of the oxidation resistance.
上述の組成からなるCo−Ni基合金は、高強度、高耐蝕性、高耐熱性、非磁性であるうえ、高弾性で且つ塑性加工性に優れている。特に、このCo−Ni基合金は、高い加工硬化性能を有し、冷間で塑性変形を施した後に、高温領域(例えば400℃〜800℃)で時効熱処理を施すことにより、ひずみ時効硬化により強化される時効硬化型合金とされている。 The Co—Ni-based alloy having the above composition has high strength, high corrosion resistance, high heat resistance, and nonmagnetic properties, and also has high elasticity and excellent plastic workability. In particular, this Co-Ni-based alloy has high work hardening performance, and after being plastically deformed in the cold state, it is subjected to an aging heat treatment in a high temperature region (for example, 400°C to 800°C), so that it is strain-age hardened. It is considered to be a strengthened age hardening alloy.
本実施形態では、冷間加工として、後述するFIB加工によりナイフ部2を加工し、その後、時効熱処理を施している。これにより、ナイフ部2は、例えばヤング率(縦弾性係数)として200〜240Gpa、剛性率(剪断弾性係数或いは横弾性係数)として80〜85GPaの特性を具備している。
このように、ナイフ部2は、高いヤング率及び剛性率を具備しているので、ナイフ軸O方向に高い機械的強度を有しながら、ナイフ幅W方向(上下方向)への弾性変形が可能とされている。
In this embodiment, as the cold working, the
As described above, since the
図1に示すように、保持部材3は、ナイフ軸Oに沿って基端部3bから先端部3aに向けて延びるように形成されている。図示の例では、保持部材3は透明なガラス製の円柱状に形成されている。ただし、保持部材3は、円柱状に限定されるものではないし、ガラス製に限定されるものでもない。
As shown in FIG. 1, the holding member 3 is formed to extend along the knife axis O from the
保持部材3は、基端部3bが例えばマニピュレータアーム等によって片持ち状に保持されることで、例えば3次元的に操作される。そして、保持部材3の先端部3aに、先に述べたようにナイフ部2のナイフ基端部10がデポジション膜Dを介して固定されている。
The holding member 3 is operated three-dimensionally, for example, by holding the
(生体試料用ナイフの作製)
次に、上述のように構成された生体試料用ナイフ1を作製する場合について、簡単に説明する。
本実施形態では、図4に示すように、FIB(集束イオンビーム)及びEB(電子ビーム)の2つの荷電粒子ビームを照射可能なFIB加工装置20を利用する場合を例に挙げて説明する。
(Preparation of knife for biological sample)
Next, a case of manufacturing the biological sample knife 1 configured as described above will be briefly described.
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, a case where a
まずFIB加工装置20について簡単に説明する。
FIB加工装置20は、Co−Ni基合金の板部材21を挟持可能な第1ピンセット22と、保持部材3を挟持可能な第2ピンセット23と、FIB及びEBを照射する照射機構24と、FIB或いはEBの照射によって発生した二次荷電粒子Eを検出する検出器25と、デポジション膜Dを形成するための化合物ガスGを供給するガス銃26と、検出された二次荷電粒子Eに基づいて画像データを生成すると共に該画像データを表示部27に表示させる制御部28と、真空チャンバ29と、を備えている。
First, the
The
上記板部材21は、峰部13のナイフ厚Tに相当する板厚、ナイフ長Lを超える長さ、及びナイフ基端部10のナイフ幅Wに相当する幅のサイズに形成されたCo−Ni基合金の平板部材である。
The
第1ピンセット22及び第2ピンセット23は、ピンセット部30と、ピンセット部30を例えば5軸に変位(水平面に平行で且つ互いに直交するX軸及びY軸への移動、X軸及びY軸に直交するZ軸への移動、X軸又はY軸回りのチルト回転、及びZ軸回りのローテーション回転)させる変位機構31と、をそれぞれ備え、真空チャンバ29内に配置されている。
第1ピンセット22は、ピンセット部30で板部材21を挟持することで板部材21を安定的に保持している。第2ピンセット23は、ピンセット部30で保持部材3を挟持することで保持部材3を安定的に保持している。
The
The
照射機構24は、第1ピンセット22及び第2ピンセット23の上方に配置されており、例えばZ軸に平行にFIBを照射するFIB鏡筒35と、Z軸に対して斜めにEBを照射するSEM鏡筒36と、を備えている。
FIB鏡筒35は、イオン発生源35a及びイオン光学系35bを有しており、イオン発生源35aで発生したイオンをイオン光学系35bで細く絞ってFIBにした後、真空チャンバ29内において板部材21や保持部材3に向けてFIBを照射することが可能とされている。
SEM鏡筒36は、電子発生源36a及び電子光学系36bを有しており、電子発生源36aで発生した電子を電子光学系36bで細く絞ってEBにした後、真空チャンバ29内において板部材21や保持部材3に向けてEBを照射することが可能とされている。
The
The
The
検出器25は、FIB或いはEBが照射された際に、板部材21や保持部材3から発生した二次電子や二次イオン等の二次荷電粒子Eを検出して制御部28に出力している。ガス銃26は、デポジション膜Dの原料となる物質(例えば、フェナントレン、プラチナ、カーボンやタングステン等)を含有した化合物ガス(原料ガス)Gを放出する。
なお、化合物ガスGは、二次荷電粒子Eによって分解され、気体成分と固体成分とに分離する。そして、分離した固体成分が堆積することでデポジション膜Dとなる。
The
The compound gas G is decomposed by the secondary charged particles E and separated into a gas component and a solid component. Then, the separated solid component is deposited to form the deposition film D.
制御部28は、上述した各構成品を総合的に制御していると共に、FIB鏡筒35及びSEM鏡筒36の加速電圧やビーム電流を変化させるように制御している。特に、制御部28は、FIB鏡筒35の加速電圧やビーム量を変化させることで、FIBのビーム径を自在に調整可能とされている。これにより、観察画像を取得するだけでなく、例えば板部材21を局所的にエッチング加工(FIB加工)することが可能とされている。
The control unit 28 comprehensively controls each of the above-described components, and also controls to change the acceleration voltage and the beam current of the
また、制御部28は、検出器25で検出された二次荷電粒子Eを、例えば輝度信号に変換して観察画像データを生成した後、該観察画像データに基づいて表示部27に観察画像を出力させている。これにより、表示部27は観察画像を表示する。
制御部28には、オペレータが入力可能な入力部37が接続されている。これにより、制御部28は入力部37によって入力された信号に基づいて各構成品を制御している。つまり、オペレータは、入力部37を介して所望する領域にFIBやEBを照射して観察することや、所望する領域にFIBを照射してエッチング加工を行うことや、所望する領域に化合物ガスGを供給しながらFIBを照射してデポジション膜Dを堆積させることができる。
In addition, the control unit 28 converts the secondary charged particles E detected by the
The control unit 28 is connected to an
次に、FIB加工装置20を利用した生体試料用ナイフ1の作製について説明する。
図5に示すように、第1ピンセット22で板部材21の一端部を保持した後、適宜板部材21の姿勢を変化させながらFIBを照射して、上面から下面に向かうにしたがって板厚が漸次薄くなるように板部材21を連続的にエッチング加工する。これにより、板部材21に峰部13及び刃先部12を形成することができる。
なお、板部材21のうち、第1ピンセット22で保持された一端部側は、FIBを照射しない土台部21aとして機能する。
Next, the production of the biological sample knife 1 using the
As shown in FIG. 5, after holding one end of the
The one end of the
次いで、板部材21の姿勢を変化させながらさらにFIBを照射して、図6に示すように、板部材21の土台部21a側から、板部材21の他端部側に向かうにしたがって板厚が漸次薄くなるように連続的にエッチング加工する。
次いで、板部材21の姿勢を変化させながらさらにFIBを照射して、図7に示すように、板部材21の土台部21a側から、板部材21の他端部側に向かうにしたがって板厚が漸次小さくなるように連続的にエッチング加工する。これにより、三角錐状に加工することができる。
Next, FIB is further irradiated while changing the posture of the
Next, FIB is further irradiated while changing the posture of the
次いで、図8に示すように、三角錐状に形成された部分の先端部分にFIBを照射して、峰部13の平面視で、その先端部分を、図8に示す切断面Fに沿って斜めにカットするようにエッチング加工する。これにより、図9及び図10に示すように、峰部13に対して刃先部12が第1傾斜角度θ1で傾斜した尖端部14を形成することができる。
Then, as shown in FIG. 8, the tip portion of the triangular pyramid-shaped portion is irradiated with FIB, and the tip portion is viewed along the cutting plane F shown in FIG. Etching is done so that it is cut diagonally. As a result, as shown in FIGS. 9 and 10, it is possible to form the pointed
以上により、峰部13から刃先部12に向かうにしたがってナイフ厚Tが漸次薄くなると共に、ナイフ基端部10からナイフ先端部11に向かうにしたがって、ナイフ厚T及びナイフ幅Wがそれぞれ漸次小さくなるように形成されたナイフ部2を、土台部21aに連結された状態で形成することができる。
As described above, the knife thickness T gradually decreases from the peak 13 toward the
次いで、ナイフ部2と土台部21aとの連結部分にFIBを照射して連結部分をカットし、土台部21aからナイフ部2を分離させる。これにより、FIB加工装置20を利用した冷間加工によってナイフ部2を作製することができる。
次いで、作製したナイフ部2に対して時効熱処理を施して、ひずみ時効硬化によりナイフ部2に高弾性特性を付与させる。
Next, the connecting portion between the
Next, the manufactured
上記熱処理を行った後、再びFIB加工装置20を利用して、図11に示すように、第1ピンセット22で保持したナイフ部2と、第2ピンセット23で保持した保持部材3の先端部3aとを接触させる。そして、ナイフ部2と保持部材3との接触部分の周辺にガス銃26から化合物ガスGを供給しながらFIBを照射する。これにより、ナイフ部2と保持部材3との接触部分にFIBが照射されることで発生した二次荷電粒子Eが化合物ガスGを分解して気体成分と固体成分に分離させる。すると、分離した固体成分が、ナイフ部2と保持部材3との接触部分に堆積してデポジション膜Dとなる。
After performing the heat treatment, the
その結果、図11に示すように、ナイフ部2と保持部材3とを互いに固定させることができ、生体試料用ナイフ1を作製することができる。
As a result, as shown in FIG. 11, the
(生体試料用ナイフの作用)
次に、上述のように構成された生体試料用ナイフ1を利用して、細胞Cを切断する場合について説明する。
(Action of knife for biological sample)
Next, a case where the cells C are cut by using the biological sample knife 1 configured as described above will be described.
本実施形態の生体試料用ナイフ1は、ナイフ部2が峰部13から刃先部12に向かうにしたがってナイフ厚Tが漸次薄くなるように形成されているので、ナイフ部2の全長に亘って形成された刃先部12を先鋭化させることができる。しかも、峰部13におけるナイフ厚Tが30μm以下とされているので、刃先部12におけるナイフ厚Tをさらに薄くすることができ、例えば100nm程度の極薄にすることができる。
従って、図12〜図14に示すように、細胞Cにかかるストレスを抑制しながら細胞Cを切断することができる。
Since the
Therefore, as shown in FIGS. 12 to 14, the cell C can be cut while suppressing the stress applied to the cell C.
特に、図14に示すように、刃先部12におけるナイフ厚Tを100nm以下とすることで、細胞Cに対して刃先部12を抵抗少なく進入させることができるうえ、細胞Cに対する刃先部12の接触面積を抑制できるので、細胞Cにかかるストレスをさらに抑制しながら細胞Cを良好な切れ味で切断することができる。
また、切断時に、細胞Cが刃先部12に付着し難くなるので、切断した細胞Cを刃先部12に付着させたまま引きずることを防止できる。このことによっても、細胞Cにストレスを与え難くすることができる。
In particular, as shown in FIG. 14, by setting the knife thickness T in the
Moreover, since the cells C are less likely to adhere to the
また、ナイフ部2は保持部材3によって安定に片持ち状に支持されているので、細胞Cの切断を安定的に行うことができる。しかも、保持部材3は透明であるので、保持部材3に影響されることなくナイフ部2を確認することができる。従って、細胞Cの所望する位置にナイフ部2を正確にアプローチすることができ、例えば細胞Cを均等に2分割することも可能である。
Further, since the
特に、ナイフ部2は、高強度、高耐蝕性、高耐熱性、非磁性であるうえ、さらに高弾性であるCo−Ni基合金から形成されている。
従って、Co−Ni基合金が高強度材料であるという観点から、細胞Cを切断する際に、ナイフ部2の刃先部12が例えば細胞Cが載置されている基板38に対して強く押し当たるように接触した場合であっても、極薄の刃先部12に変形、ひび割れや欠損等の不具合が生じ難い。
In particular, the
Therefore, from the viewpoint that the Co—Ni-based alloy is a high-strength material, when the cells C are cut, the
しかもCo−Ni基合金が高弾性材料であるという観点から、図12及び図13に示すように、ナイフ部2の刃先部12が基板38に対して接触した際、片持ち状に支持されているナイフ部2の全体が、ナイフ幅W方向(上下方向)に反るように(湾曲するように)弾性変形する。
従って、刃先部12が基板38に対して接触した際に、基板38から刃先部12に伝わる反力を吸収することができる。そのため、極薄の刃先部12に上記不具合が発生することを抑制することができる。特に、ナイフ部2は三角錐状に形成されているので弾性変形し易く、刃先部12に不具合が発生することを効果的に抑制し易い。その結果、刃先部12を保護しながら細胞Cの切断を行うことができる。
Moreover, from the viewpoint that the Co—Ni based alloy is a highly elastic material, as shown in FIGS. 12 and 13, when the
Therefore, when the
上述したように本実施形態の生体試料用ナイフ1によれば、刃先部12を保護することができると共に、細胞Cにかかるストレスを抑制しながら、抵抗少なく良好な切れ味で細胞Cを切断することができる。
As described above, according to the biological sample knife 1 of the present embodiment, the
さらに、ナイフ部2は、峰部13に対する刃先部12の傾斜角度が、ナイフ本体部15よりも尖端部14の方が大きく形成されている。そのため、基板38に対してナイフ部2を斜めに傾けながら主にナイフ先端部11側の刃先部12を利用して細胞Cを切断する際に、図13に示すように基板38に対して尖端部14の刃先部12を突き立てるのではなく、基板38に対して平行な状態に近づけるように配置させることができる。
従って、変形や欠損等が特に生じ易いナイフ部2の最先端(切先)Pを保護することができる。
Further, in the
Therefore, it is possible to protect the leading edge (cutting edge) P of the
(第2実施形態)
次に、本発明に係るナイフの第2実施形態について、図面を参照して説明する。なお、第2実施形態においては、第1実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
本実施形態では、マニピュレータシステムを利用して第1実施形態における生体試料用ナイフを操作し、細胞を切断する場合を例に挙げて説明する。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the knife according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the second embodiment, the same parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
In the present embodiment, a case where a manipulator system is used to operate the biological sample knife in the first embodiment to cut cells will be described as an example.
図15に示すように、本実施形態のマニピュレータシステム40は、生体試料用ナイフ1と、細胞Cが載置されたセル41を支持するステージ42と、生体試料用ナイフ1を操作するマニピュレータアーム43と、細胞Cを観察する光学顕微鏡ユニット44と、これら各構成品を総合的に制御するCPU等の制御部45とを備えている。 As shown in FIG. 15, the manipulator system 40 of the present embodiment includes a biological sample knife 1, a stage 42 that supports a cell 41 on which cells C are placed, and a manipulator arm 43 that operates the biological sample knife 1. And an optical microscope unit 44 for observing the cells C, and a control unit 45 such as a CPU for comprehensively controlling each of these components.
セル41は、光学的に透明な材料によって上方に開口した皿状に形成され、ステージ42上に支持されている。セル41の底面に例えば複数の細胞Cが培養された状態で載置されている。
ステージ42は、水平に配置されている。なお本実施形態では、ステージ42の上面に対して平行な方向をXY方向といい、ステージ42の上面に対して垂直な方向をZ方向という。
The cell 41 is formed of an optically transparent material in a dish shape having an upper opening, and is supported on the stage 42. A plurality of cells C, for example, are placed on the bottom surface of the cell 41 in a cultured state.
The stage 42 is arranged horizontally. In this embodiment, the direction parallel to the upper surface of the stage 42 is called the XY direction, and the direction perpendicular to the upper surface of the stage 42 is called the Z direction.
ステージ42の中央部分には、ステージ42をZ方向に貫通する貫通孔42aが形成されている。セル41は、貫通孔42aを上方から塞ぐようにステージ42上に支持されている。なお、ステージ42は、XY方向及びZ方向の3方向に移動可能とされている。 A through hole 42a is formed in the central portion of the stage 42 so as to penetrate the stage 42 in the Z direction. The cell 41 is supported on the stage 42 so as to close the through hole 42a from above. The stage 42 is movable in three directions of XY direction and Z direction.
マニピュレータアーム43は、その先端に一対のハンド部43aを有する多関節アームとされ、駆動ユニット46によってXY方向及びZ方向に3次元的に湾曲することが可能とされている。
具体的には、マニピュレータアーム43は、複数の関節部50と、各関節部50同士を連結する連結部51と、を備え、各関節部50が回転することによって3次元的に湾曲することが可能とされている。
The manipulator arm 43 is a multi-joint arm having a pair of hand portions 43a at its tip, and can be three-dimensionally curved in the XY direction and the Z direction by the drive unit 46.
Specifically, the manipulator arm 43 includes a plurality of joint portions 50 and a connecting portion 51 that connects the joint portions 50 to each other, and can be three-dimensionally curved as the joint portions 50 rotate. It is possible.
関節部50としては、例えばアーム軸O1に沿ったロール軸回りに回転するロール関節や、アーム軸O1に直交するヨー軸(又はピッチ軸)回りに回転するヨー関節(又はピッチ関節)とされている。そして、これらロール関節及びヨー関節(又はピッチ関節)が、任意の配置(例えば交互に配置)で並ぶように連結されている。これにより、マニピュレータアーム43は3次元的に湾曲自在とされている。 The joint portion 50 is, for example, a roll joint that rotates around a roll axis along the arm axis O1, or a yaw joint (or pitch joint) that rotates around a yaw axis (or pitch axis) orthogonal to the arm axis O1. There is. Then, these roll joints and yaw joints (or pitch joints) are connected so as to be arranged in an arbitrary arrangement (for example, alternately arranged). As a result, the manipulator arm 43 can be bent three-dimensionally.
なお、各関節部50は、例えば図示しないアングルワイヤによる操作によってそれぞれ回転可能とされている。アングルワイヤは、マニピュレータアーム43の内部を通して駆動ユニット46まで延びている。
一対のハンド部43aは、例えば、駆動ワイヤによる操作によって互いに接近離間自在に構成されている。なお、駆動ワイヤは、マニピュレータアーム43の内部を通して駆動ユニット46まで延びている。
In addition, each joint 50 can be rotated, for example, by an operation using an angle wire (not shown). The angle wire extends to the drive unit 46 through the inside of the manipulator arm 43.
The pair of hand parts 43a are configured to be movable toward and away from each other by an operation with a drive wire, for example. The drive wire extends to the drive unit 46 through the inside of the manipulator arm 43.
駆動ユニット46は、駆動ワイヤを介して一対のハンド部43aに動力に伝えることで一対のハンド部43aを作動させるハンドアクチュエータ52と、アングルワイヤを介して各関節部50に動力を伝えることで各関節部50を回転させる関節アクチュエータ53と、を備えている。
なお、これらハンドアクチュエータ52及び関節アクチュエータ53は、制御部45からの指示に基づいて作動する。
The drive unit 46 transmits the power to the pair of hand parts 43a via the drive wire to operate the pair of hand parts 43a, and the power to the respective joint parts 50 via the angle wires. And a joint actuator 53 that rotates the joint portion 50.
The hand actuator 52 and the joint actuator 53 operate based on an instruction from the control unit 45.
また、駆動ユニット46は、各関節部50の回転角度をそれぞれ検知するエンコーダ54を備えている。エンコーダ54は、検知結果(関節部50の回転角度)を制御部45に出力している。なお、エンコーダ54は各関節部50にそれぞれ設けられていてもよい。 The drive unit 46 also includes an encoder 54 that detects the rotation angle of each joint 50. The encoder 54 outputs the detection result (the rotation angle of the joint 50) to the controller 45. The encoder 54 may be provided in each joint 50.
制御部45には、一対のハンド部43a及びマニピュレータアーム43を操作するための操作部が接続されている。
操作部55は、例えばジョイスティックとされ、オペレータが手動によってマニピュレータアーム43を遠隔操作することが可能とされている。ただし、操作部55はこの場合に限定されるものではなく、マニピュレータアーム43を操作できればどのように構成しても構わない。
制御部45は、操作部55からの作動指令に基づいて、ハンドアクチュエータ52及び関節アクチュエータ53を制御し、一対のハンド部43a及びマニピュレータアーム43を制御する。
An operation unit for operating the pair of hand units 43 a and the manipulator arm 43 is connected to the control unit 45.
The operation unit 55 is, for example, a joystick, and an operator can manually operate the manipulator arm 43 remotely. However, the operation unit 55 is not limited to this case, and may have any configuration as long as the manipulator arm 43 can be operated.
The control unit 45 controls the hand actuator 52 and the joint actuator 53 based on the operation command from the operation unit 55, and controls the pair of hand units 43 a and the manipulator arm 43.
光学顕微鏡ユニット44は、ステージ42の上方に配置された照明系60と、ステージ42の下方に配置され、ステージ42の貫通孔42aを通じてセル41の下方から細胞Cを観察する観察系61と、観察系61で観察した画像を表示する表示部62と、を備えている。 The optical microscope unit 44 includes an illumination system 60 arranged above the stage 42, an observation system 61 arranged below the stage 42 and observing the cells C from below the cell 41 through a through hole 42 a of the stage 42, and an observation system 61. And a display unit 62 for displaying an image observed by the system 61.
照明系60は、図示しない光源、及び光源からの光を細胞Cに集光させるための図示しない各種の集光レンズを備えている。観察系61は、図示しない対物レンズ、及び対物レンズの焦点を細胞Cに結像させるための各種の結像レンズを備え、観察した画像を表示部62に出力している。
これにより、オペレータ、表示部62に表示された画像により、細胞Cの状態や、細胞Cと生体試料用ナイフ1との位置関係等を確認しながら、操作部55の操作を行える。
The illumination system 60 includes a light source (not shown) and various condenser lenses (not shown) for collecting light from the light source on the cells C. The observation system 61 includes an objective lens (not shown) and various imaging lenses for focusing the focal point of the objective lens on the cells C, and outputs the observed image to the display unit 62.
Thereby, the operator can operate the operation unit 55 while confirming the state of the cells C, the positional relationship between the cells C and the biological sample knife 1, and the like by the image displayed on the display unit 62.
なお、対物レンズを含む観察系61は、ステージ42の下方に配置される場合に限定されるものではなく、ステージ42の上方に配置しても構わない。 The observation system 61 including the objective lens is not limited to being arranged below the stage 42, and may be arranged above the stage 42.
(細胞の切断)
次に、上述のように構成されたマニピュレータアーム43を操作して、生体試料用ナイフ1で細胞Cを切断する場合について説明する。
なお、生体試料用ナイフ1は、一対のハンド部43aを介して保持部材3の基端部3bがマニピュレータアーム43に片持ち状に保持されているものとする。
(Cleavage of cells)
Next, a case will be described in which the manipulator arm 43 configured as described above is operated to cut the cells C with the biological sample knife 1.
In the biological sample knife 1, the
オペレータはセル41内の細胞C状態を光学顕微鏡で観察し、観察画像を表示部62で確認しながら細胞Cを切断する位置を特定する。細胞Cの切断位置の特定後、操作部55を介してマニピュレータアーム43を三次元操作して、生体試料用ナイフ1の刃先部12を切断位置に近づける。この際、細胞Cと刃先部12との位置関係を表示部62で確認できるので、切断位置に刃先部12を正確にアプローチすることができる。
The operator observes the state of the cells C in the cells 41 with an optical microscope and identifies the position where the cells C are cut while confirming the observation image on the display unit 62. After the cutting position of the cell C is specified, the manipulator arm 43 is three-dimensionally operated via the operation unit 55 to bring the
次いで、表示部62の画像を確認しながら、操作部55を介してマニピュレータアーム43を操作して、生体試料用ナイフ1により細胞Cを切断する。これにより、第1実施形態と同様の作用効果を奏功することができる。
特に、本実施形態の場合には、マニピュレータアーム43を利用するので、より微細且つ正確な切断作業を行える。しかも保持部材3は透明であるので、保持部材3に影響されることなくナイフ部2を確認することができる。よって、細胞Cの所望する切断位置にナイフ部2を正確にアプローチすることができる。
Next, while checking the image on the display unit 62, the manipulator arm 43 is operated via the operation unit 55 to cut the cells C by the biological sample knife 1. As a result, it is possible to achieve the same effect as that of the first embodiment.
Particularly, in the case of this embodiment, since the manipulator arm 43 is used, a finer and more accurate cutting operation can be performed. Moreover, since the holding member 3 is transparent, the
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。 The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上記実施形態では、生体試料として細胞を例に挙げて説明したが、細胞に限定されるものではない。例えば、人体、動物或いは植物等から得られた生体組織でも良い。
更には、ナイフによって切断可能な対象物は、生体試料に限られず、例えば金属膜であってもよい。即ち、本発明に係るナイフによれば、高強度、高耐蝕性、高耐熱性、非磁性を有しているので、例えば基板上の金属パターンを切断する場合であっても、基板を傷つけることなく、金属パターンを微細なパターンに切断加工することが可能になる。また、上述の作製方法によればFIB加工装置によってナイフを容易に作製することができるので、製造コストを抑えることが可能になる。また、対象物としては、金属膜に限らず、樹脂や弾性材料等であってもよい。
For example, in the above-described embodiment, cells have been described as an example of the biological sample, but the biological sample is not limited to cells. For example, it may be a living tissue obtained from a human body, an animal, a plant or the like.
Furthermore, the object that can be cut by the knife is not limited to a biological sample, and may be, for example, a metal film. That is, since the knife according to the present invention has high strength, high corrosion resistance, high heat resistance, and non-magnetism, it can damage the substrate even when cutting a metal pattern on the substrate, for example. It becomes possible to cut and process a metal pattern into a fine pattern. Further, according to the above-described manufacturing method, the knife can be easily manufactured by the FIB processing apparatus, so that the manufacturing cost can be suppressed. Further, the object is not limited to the metal film, and may be a resin or an elastic material.
また、上記実施形態では、ナイフ部の形状を三角錐状に形成した場合を例に挙げたが、この場合に限定されるものではない。
例えば、図16に示すように、峰部13におけるナイフ厚Tが全長に亘って均一とされ、且つ峰部13から刃先部12に向かうにしたがってナイフ厚Tが漸次薄くなるように形成されたナイフ部71を具備する生体試料用ナイフ(ナイフ)70でも構わない。
この場合であっても、刃先部12におけるナイフ厚Tを例えば100nm程度の極薄にすることができるうえ、ナイフ部71をナイフ幅W方向(上下方向)に弾性変形させることができるので、刃先部12を保護することができると共に、細胞Cにかかるストレスを抑制しながら、抵抗少なく良好な切れ味で細胞Cを切断することができる。
In the above embodiment, the case where the knife portion is formed in the shape of a triangular pyramid has been described as an example, but the present invention is not limited to this case.
For example, as shown in FIG. 16, a knife formed such that the knife thickness T in the
Even in this case, the knife thickness T in the
さらに、図17に示すように、外部から照射された検出光Bを反射させると共に、ナイフ部2の弾性変形に応じて異なる方向を向く反射面80が峰部13に形成された生体試料用ナイフ1としても構わない。
Further, as shown in FIG. 17, a biological sample knife in which the reflecting
この場合には、例えば半導体レーザ光源81から上記検出光Bとしてレーザ光を反射面80に向けて照射でき、反射面80で反射されたレーザ光をレーザ受光部82で受光することができる。レーザ受光部82は、例えば4分割フォトディテクタであり、レーザ光の入射位置に基づいてナイフ部2の弾性変形の変化量を検出することが可能とされている。
従って、ナイフ部2の弾性変形状態を把握することができ、ナイフ部2の状態をより正確に把握しながら、細胞Cの切断を行うことができる。
In this case, for example, the semiconductor
Therefore, the elastically deformed state of the
なお、上述のように峰部13に形成した反射面80、及び検出光Bを利用したいわゆる光てこ方式によりナイフ部2の弾性変形を検出したが、光てこ方式に限定されるものではない。例えば、ナイフ部2自身に変位検出機構(例えば、ピエゾ抵抗素子等)を設けた自己検知方式によりナイフ部2の撓みを測定するように構成しても構わない。
Although the elastic deformation of the
その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上述した変形例を適宜組み合わせてもよい。 Besides, it is possible to appropriately replace the constituent elements in the embodiment with known constituent elements within the scope of the present invention, and it is also possible to appropriately combine the modified examples described above.
L…ナイフ長
T…ナイフ厚
W…ナイフ幅
θ1…第1傾斜角度
θ2…第2傾斜角度
1、70…生体試料用ナイフ(ナイフ)
2、71…ナイフ部
3…保持部材
3a…保持部材の先端部
3b…保持部材の基端部
10…ナイフ基端部
11…ナイフ先端部
12…刃先部
13…峰部
14…尖端部
15…ナイフ本体部
80…反射面
L... Knife length T... Knife thickness W... Knife width θ1... First tilt angle θ2...
2, 71... Knife part 3... Holding
Claims (7)
前記ナイフ部には、対象物に接触する刃先部と、前記刃先部に対して対向配置された峰部と、が全長に亘って形成され、
前記峰部におけるナイフ厚は、30μm以下とされ、
前記ナイフ部は、前記峰部から前記刃先部に向かうにしたがってナイフ厚が漸次薄くなるように形成されている、ナイフ。 Formed from a Co-Ni based alloy containing Co, Ni, Cr and Mo, and provided with a knife portion extending in one direction from a knife base end supported in a cantilever manner to a knife tip,
In the knife portion, a blade tip portion that comes into contact with an object, and a peak portion that is arranged to face the blade tip portion are formed over the entire length,
The knife thickness in the ridge is 30 μm or less,
The knife portion is formed such that the knife thickness gradually decreases from the crest portion toward the cutting edge portion.
前記刃先部におけるナイフ厚は100nm以下である、ナイフ。 The knife according to claim 1,
A knife having a knife thickness of 100 nm or less at the cutting edge.
前記ナイフ部のナイフ長は50μm以下であり、
前記ナイフ基端部におけるナイフ幅は20μm以下であり、
前記峰部におけるナイフ厚は10μm以下であり、
前記刃先部におけるナイフ厚は100nm以下である、ナイフ。 The knife according to claim 1,
The knife length of the knife part is 50 μm or less,
The knife width at the knife base end is 20 μm or less,
The knife thickness in the ridge is 10 μm or less,
A knife having a knife thickness of 100 nm or less at the cutting edge.
前記ナイフ部は、
前記ナイフ基端部から前記ナイフ先端部に向かうにしたがって、ナイフ厚、及び前記峰部から前記刃先部までのナイフ幅がそれぞれ漸次小さくなるように形成されている、ナイフ。 The knife according to any one of claims 1 to 3,
The knife part is
The knife is formed such that the knife thickness and the knife width from the peak portion to the cutting edge portion are gradually reduced from the knife base end portion toward the knife tip end portion.
前記ナイフ部は、
前記ナイフ先端部側に位置し、前記峰部に対して前記刃先部が第1傾斜角度で傾斜した尖端部と、
前記尖端部と前記ナイフ基端部との間に位置した状態で前記尖端部に連設され、前記峰部に対して前記刃先部が第2傾斜角度で傾斜したナイフ本体部と、を備え、
前記第1傾斜角度は前記第2傾斜角度よりも大きい、ナイフ。 The knife according to claim 4,
The knife part is
A pointed portion that is located on the knife tip portion side and that the blade tip portion is inclined at a first inclination angle with respect to the crest portion;
A knife main body that is continuously provided to the tip portion in a state of being located between the tip portion and the knife base portion, and the blade tip portion is inclined at a second inclination angle with respect to the peak portion,
The knife, wherein the first tilt angle is greater than the second tilt angle.
前記峰部には、外部から照射された検出光を反射させると共に、前記ナイフ部の変形に応じて異なる方向を向く反射面が形成されている、ナイフ。 The knife according to any one of claims 1 to 5,
A knife having reflection surfaces that reflect detection light emitted from the outside and that face different directions depending on the deformation of the knife portion.
基端部から先端部に向けて前記ナイフ部の延在方向に延びるように形成され、前記基端部が片持ち状に保持される保持部材を備え、
前記ナイフ部は、前記先端部に前記ナイフ基端部が取り付けられることで前記保持部材に装着され、
前記保持部材は透明材料で形成されている、ナイフ。 The knife according to any one of claims 1 to 6,
A holding member that is formed to extend in the extending direction of the knife portion from the base end portion toward the tip end portion, and that the base end portion is held in a cantilevered manner,
The knife portion is attached to the holding member by attaching the knife base end portion to the tip end portion,
The knife, wherein the holding member is made of a transparent material.
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