JPH05340851A

JPH05340851A - ミクロトーム用自動切削装置

Info

Publication number: JPH05340851A
Application number: JP3105160A
Authority: JP
Inventors: Hellmuth Sitte; ヘルムート・ズィッテ; Helmut Haessig; ヘルムート・ヘーシッヒ; Armin Kunz; アルミン・クンツ; Klaus Neumann; クラウス・ノイマン
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-04-11
Filing date: 1991-04-11
Publication date: 1993-12-24
Also published as: DE4190756A1; ATA87290A; DE4111689A1; DE4190756D2; AT399226B; US5226335A

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】ミクロトーム、殊に超ミクロトームの位置決
めと切断時に発生する不安定さと危険を簡単な方法で排
除できるようにする。【構成】ミクロトーム、特に超ミクロトーム用の物体
７を自動的に切削するための装置で、力センサ２７、長
手方向センサその他のセンサが駆動装置に接続されたエ
ンコーダによって電子制御装置を介してカッタ刃１１に
よる切片の切離しと関連する力（Ｋ，−Ｋ）ないし、こ
れらの力によってひきおこされる変化を記録した後、電
子制御装置を介して高速から、より低速の切削送りへの
切換えを自動的に実行する。光信号と（又は）音響信号
によってこれらの変化が判る。一定構成の範囲ではセン
サ２７の信号は高速復帰速度Ｖ_Rから低速切削速度Ｖ_S
へないし低速切削速度Ｖ_Sから高速復帰速度Ｖ_Rへの両
方の切換え点（Ｕ_{1 ,}Ｕ_{2 ,}Ｓ）の位置を自動的に調節
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ミクロトーム、殊に超
ミクロトーム用自動切断装置で、駆動モータによって動
かされる物体即ちカッタと、切片をつくりだすためにカ
ッタ刃と物体間の相対運動経路中にサーボモータによっ
てつくりだされる送りと、切片の切離によって発生する
力又はこれらの力によって系に作用する変化を記録する
少なくとも一個のセンサとを備えたものに関する。

【０００２】

【従来の技術】今日の技術水準によれば、ミクロトー
ム、殊に超ミクロトームを運転する際、カッタを物体へ
押しやったりあるいは逆に超ミクロトームや半薄切断装
置の場合には普通のことだが、立体顕微鏡によって物体
−カッタの領域を拡大して観察する際でも、物体運動な
いしカッタ運動の切削領域におけるプレパラートとカッ
タ刃の間の相対位置を判定することは困難である。とい
う重要な問題が生ずる。（Ｈ．ジッテ、超ミクロトー
ム、ｍｔａジャーナル、別冊１０号、ウムシャウ社、ブ
ライデンシコタイン、１９８５年；Ｈ．ジッテならびに
Ｋ．ソイマン、超ミクロトームとそのための装置補助手
段（Ｇ．シンメルならびにＷ．フォーゲル、電子顕微鏡
の方法収集、学術社、シトウドカルト、１９８３年）。

【０００３】上記問題は一方では、立体顕微鏡の光軸が
移動要素の軌道に対して傾斜する結果の平行軸誤差や、
最初の切断によってプレパラートの表面がしばしば不規
則になることや、運動部材の軌道がカーブすることが多
かったり、固定部材（例えばカッタ刃）に対する運動部
材（例えば物体）の空間位置を評価することが一般に困
難だったりすることから生ずる。この不確実さのために
最初の回転（切断サイクル）の際にカッタ刃によって著
しく厚い切片がプレパラートから切り取られる場合や、
慎重すぎる調節、従ってカッタ刃と物体軌道間の間隔が
大きすぎたり、その反対に物体の切断面とカッタ軌道間
の距離が大きすぎたりした場合に失敗した切削サイクル
の数が不可避的に大きくなると共にモータ運動の開始か
らカッタが最初の切片を取去るまでの待ち時間は不可避
的に長くなり、両部材が互いに不覚にも接触した際にプ
レパラートやカッタが傷むことになりやすい。

【０００４】しかし、以下に述べる理由から上記待ち時
間はユーザに対して重い負担を課し、貴重な作業時間を
浪費し、そのために最初に述べた誤差によってしばしば
修復不能な損傷が発生する。このことはしばしば一月に
わたる準備の所座である高価な対象物体を損傷したり、
今日主として超薄形切片を取去るために使用される高価
なダイヤモンド切削を損傷する場合にもあてはまる。

【０００５】損傷や不適当に長い待ち時間を出来る限り
排除するために従来技術によれば例えば反射によって位
置決めするために床下を照明する等の特殊な位置決め手
段を用いて運動する物体ないしカッタの軌道速度や（又
は）第１の切断面部分が現われるまで送り速度を高める
ことが行われている。にもかかわらず、これらの措置も
部分的にしか有効でない。何故ならば、その最初の切断
による切断面は大抵不規則的に形成され、従って位置決
め反射による調節は不可能であり、運動する部材の軌道
速度の増加は、その速度が増加するにつれてカッタ刃の
陰影ないしカッタ刃自体の運動によって行程観察は益々
困難となり、最後にカッタ刃ないしプレパラートの安定
性によって課される送り速度の限界が設定されることに
なるからである。特に、軌道速度と送り速度が増大する
につれて最初の切片が発生した後に破断や剥離その他に
よるカッタ刃と（又は）プレパラートに対する損傷を排
除するような方法で両パラメータを適時に変更すること
はユーザによって益々困難となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的
は、冒頭に述べた種類のミクロトーム、殊に超ミクロト
ームに対する制御を実現してそれによって位置決めと切
断時に発生する不安定さと危険を簡単な方法で排除でき
るようにすることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明によ
れば以下の如くして実現される。即ち、切片をカッタ刃
によってプレパラートから取去る間に記録される力に応
じて駆動モータと（又は）ステップモータを制御するた
めの電子制御装置とセンサが接続されることによって達
成される。

【０００８】従来より上記の力又は、これらの力によっ
て作用される系に対する変化を受取るためのセンサ（例
えば圧電素子やストレンゲージ）が切断プロセスの性質
に関する学問的研究のために使用された。その際、既に
光学的音響的表示が使用されている。それに対して本発
明による思想は、全体として以下のことに存する。即
ち、上記センサの信号が直接、駆動モータと（又は）サ
ーボモータの制御のために使用されるという点にある。
そのため、駆動モータに対する軌道速度の推移（切断速
度、復帰速度）とサーボモータを超える連り厚ないし切
断厚ははプレパラートがカッタ刃に接触するかどうかま
たどのように接触するかに応じて正確かつ自動的に確定
することができる。

【０００９】使用される種類のセンサは、この接触の終
了と同様に、カッタ刃と物体間の最初の接触も表示す
る。そのため、切断プロセスの開始と終了を正確に把握
することができる。上記せん断力は材料が等質的である
場合、切片の幅、即ちカッタ刃に対して平行な測定に依
存するから、この場合、切片の幅やこの値の変化も同様
のセンサによって記録することができる。

【００１０】最も簡単な場合では、上記センサはカッタ
刃と迅速に位置決めされたプレパラート間が最初に接触
した時に電子制御装置を介して駆動モータによって確定
された運動物体ないしカッタの軌道速度と共にサーボモ
ータによって確定された送り速度ないし切断厚を自動的
に返送すると同時に光信号と（又は）音響信号を発する
ようになっている。

【００１１】ミクロトーム、殊に超ミクロトームが往復
駆動制御装置を備えている限り、この第１の信号によっ
て位置決め用にしばしば使用される迅速な直進運動（そ
の場合、物体又はカッタは絶えず一定の高速軌道運動
（例えば１００ｍｍ／秒）で運動するから往復駆動へと
切換えられる。その際、その都度運動部材は切削領域
（切削窓）ですこぶる低速となり（例えば０．１〜５ｍ
ｍ／秒）、復帰範囲でこれとは異なる高速（例えば５ｍ
ｍ／秒〜１０ｍｍ／秒）で移動する。

【００１２】本発明の構成は、電子的補助手段、特に従
来技術によるマイクロプロセッサ又はコンピュータを使
用することによって可能となる。それ故、例えば緩慢な
切削運動時期がその時々の運動部材の範囲内で、電子制
御装置に接続された記録装置、例えばエンコーダやそれ
と類似の要素によってその運動したプレパラート又はカ
ッタがその信号の時点に存在する幾何学的位置へ力セン
サの信号を付与すると共に、その運動部材のこの位置を
事後的に再生するために使用することができる。その
際、切削範囲は記憶又は予め選択されたデータに基いて
運動部材の軌道全体の任意の部分へ移動させることがで
きる。従来技術による往復駆動の特徴によれば、迅速な
復帰運動（例えば１５ｍｍ／秒の運動）と著しく緩慢な
切削行程（例えば１ｍｍ／秒での運動）間の切換えは例
えば運動したプレパラートが固定されたカッタ刃に接触
しセンサがそれに対応する信号を発生する時に実行する
ことは不可能である。駆動モータと工具の機構間にはモ
ータ振動を緩衝させる少なくとも一つの弾性的な伝動ベ
ルトがかけられているために、迅速な復帰運動から緩慢
な切削運動へ切換わる際、振動が発生し、それは上記の
場合断面へ伝えられ、断面中に波状形として見る結果と
なる。

【００１３】それ故、上記切換えは経験的に知られてい
るカッタ刃とプレパラート間の最初の接触の間隔で行わ
れ、その際、この時間的ないし場所的間隔は、切換えの
際発生した振動が最初の物体−カッタ間の接触の時点ま
でに弱められるようになっている。本発明の構成はエン
コーダ又は類似の記録装置によってその時々の物体の位
置がこの最初の信号の際に保持され、電子制御装置が最
後のサイクルで運動部材の軌道中の位置を補正し確定す
る。その場合切換えの際発生する振動が切削工程の開始
までに弱まる時に復帰行程から切削行程への切換えが行
われなければならない。このプロセスはそのため、かか
る方法でプレパラートの形と共にこのプレパラートの材
料からの切削の進行によって条件づけられる状況の不断
の変化を考慮することによって後続の何れのサイクルで
も可能となる。

【００１４】本発明のもう一つの構成は次のことにあ
る。即ち、緩慢な切削運動から迅速な復帰行程への切換
えはセンサによっても確定され、切片の取出し直後、な
いしこの切断面の切離に必要とされる力を省略して緩慢
な切削運動から迅速な復帰運動への往復運動が再び切換
えられるように往復駆動を制御することができる。

【００１５】この場合にも弾性連結継手を介して駆動モ
ータとミクロトームの機構間に発生する振動は切片の品
質に何らの影響も及ぼさないから、この緩慢な切削運動
から迅速な復帰運動への切換えは、第２の信号が記録さ
れる位置に対して切換え位置を移動させるためにマイク
ロプロセッサ又はコンピュータを中間接続せずにセンサ
の第２の信号と同期させて行うことができる。そのた
め、上記構成は必要コストが少なくて済む点で有利であ
るのみならず、それと同時に“サイクルタイム”、従っ
て２つの互いに交互する切削プロセスどうしの間の時間
的間隔を最少限にすることができる。その際、サイクル
タイムを熱的障害に対してちょうど超ミクロトーム領域
で最小限にすることができるのが普通である。

【００１６】更に、本発明の構成は以下のことにある。
即ち、交互する切削プロセスに際して時間的もしくは幾
何学的座標を信号の強さの経過と比較することによって
物体を切片毎に切削する際の切削面の大きさが増大する
かどうか、又は専らプレパラート（ブロック）の形によ
って条件づけられるような更に少ない変化が切片毎に生
ずる規模に達したかどうかを確定することができる。方
法論的可能性の範囲で完全な物体−カッタ調節の場合に
も、ミクロトームないし超ミクロトームにとって通常の
厚さ（例えば５〜０．１μｍ）の第１の切片の形で予備
切削されたプレパラート全体を取去ることも可能でない
のが普通である。むしろ、まづ最初に専ら予備切削され
た面の一部を表わす。一連の断片が発生するのが通常で
ある（Ｈ．ジッテ、１９８５年、１段、２４節断片Ｆ₁
〜Ｆ₄を参照）。同種断片が除去される間、切片表面が
新たな一連の切削の範囲内で予備切削表面の規模全体に
達するまで力／時の遷移ないし力／場所の遷移は一つの
切削プロセスから次の切削プロセスへと変化する（先に
引用された段落２４Ａの切片Ｕ₁〜Ｕ₄を比較）。本発
明の構成は、最も単純な場合、次のことに存する。即
ち、切削プロセスが交互する際の力／時間ないし力／場
所の遷移が比較され、一つの光信号および（又は）音響
信号によって一つの広範囲の定数がユーザに提供され、
その際、切削時の迅速な変更とブロック形状、例えば超
ミクロトームに通例のプレパラートブロックのピラミッ
ド形によって絶えず与えられる一連の切削経過の僅かな
変化を電子装置が識別し、この関連で最初に述べた迅速
な変化を考慮に入れる。

【００１７】カッタ切削、殊に超ミクロトームでしばし
ば使用されるガラス切削の待ち時間の制限に関してと同
様に出来るだけ高速作業に関してできる限り厚い完全な
切削面を得るまでに切削することが関心の対象であるか
ら、この信号によって往復駆動と（又は）送り調節を正
しい時点で正確に小さな値へ切換えることが可能にな
る。

【００１８】上記の本発明システムないし同種システム
における切片作成の経過は、既に予備切削された面を新
たに切削する際だけでなく、まだ予備切削されていない
ブロックを最初切削する際の特殊な範囲においてもその
有効であることが実証される。何故ならば、この場合、
カッタの物体に対する調節は調節用反射の誤差（Ｈ．ジ
ッテ、１９８５年、１欄、２０〜２２ページ）のために
著しく困難になる。その結果、カッタ刃とブロック間の
最初の接触後に自動的に切換えることが特に有利にな
る。同様にして予備切削されていないブロックを切削す
る際に断面全体に到達したことを識別するのは予備切削
面を切削する際よりもより困難であることが多い。予備
切削されない面を切削する際の遷移曲線は予備切削され
たブロックを切削する際の遷移曲線と同様に構成される
から、本発明の構成によれば、この問題も克服すること
ができる。

【００１９】先の段落に述べたシステムの更に有利な構
成は、以下のことに存する。即ち、本文中で述べた往復
駆動と（又は）僅かな値への送り調節はシステム自体に
よって所定のもしくは予め選択されたブログラムに従っ
て自動的に行われると共に、更にもう一つの構成では一
つのプログラム部分から次のプログラム部分への交替は
光信号と（又は）音響信号（例えば短い警報音）によっ
てユーザに提示される。

【００２０】更にもう一つの構成は以下の通りである。
即ち、それぞれプログラムの枠内で自動的に調節される
切削運動の値（例えば軌道の長さと速度）と共に送り値
（例えば切片厚、切片数および切込み深さ全体）は例え
ばユーザの情報のためにデイスプレイ上に表示される。

【００２１】更にもう一つの構成では、その都度運動す
る部材の軌道速度用と、対応する調節要素、例えば上昇
用回転ヘッドないしスキャナと一定値を減少させるスキ
ャナにより追求される結果に従ってユーザが事後的にカ
ッタとプレパラートを互いに対向する位置に送るための
プログラム範囲内に所定の又は予め選択された一対の値
を補正することができる。その際、補正値は再びデイス
プレイに表示することができる。

【００２２】総じて本発明のシステムは上記の構成全体
によって切削の際のミクロトーム、殊に超ミクロトーム
の広範囲の自動駆動を可能にすることができる。その
際、まづ従来必要であった特に正確な物体−カッタ間の
調節（ユーザの多大の経験と慎重さを前提とする）は自
動制御によって広範囲に補償かつ対処することができ
る。上記切削プロセスはカッタ刃とプレパラートブロッ
ク間の距離が比較的大きく（例えば超ミクロトームの範
囲がほぼ１〜１０μｍで、正規ミクロトームの範囲がほ
ぼ０．０１〜０．１ｍｍ）、一回の駆動における運動部
材の走行が非常に迅速で（例えば１００ｍｍ／秒）、サ
イクルタイムが最小の場合（例えば１秒）のサイクルあ
たり（例えば超ミクロトームの範囲が２μｍ）の送りが
比較的大きく開始される。それ故、この迅速な接近はカ
ッタ刃とプレパラート間が接触する際にセンサによって
僅かな切削速度と中間送り／サイクルによって往復駆動
への切換えを自動的にひきおこす信号が付与されると共
に、カッタ刃と物体間が最初に接触する場合、既に存在
するないしは遅れて発生する切削面の小さな断片のみし
か除去されないのが普通であるために高い危険は全く伴
わない。カッタ刃と物体間の最初の接触によって変更さ
れるこの切削速度と送りの調節は交互する切削プロセス
の“力／時間”ないし“力／位置”の遷移曲線の比較が
ほぼ理想的な経過を示し、切削速度の規定値への切換え
とこの自動制御の範囲内での送りをひきおこし、ユーザ
に提示するまで真っ直ぐに維持される。本発明の全構成
の場合、この時点までユーザはそれぞれの操作から自由
になる。

【００２３】上記プロセスは最大限に短い時間でしかも
誤動作の危険もなく進行することができる。最後の切換
え後、ユーザは必要に応じて望ましい環境における切削
厚又は切削速度を変更することによって彼が追求する最
適の結果を得ることができる。

【００２４】最後に、本システムの更に有利な構成は以
下の通りである。センサによって記録された力ないし発
せられた信号は制御装置又はシステムの他の部分におけ
る外部スリーブによって外側の記録のために、例えば接
続されたオシロスコープ又はペンによって写し取ること
ができる。この構成によれば切削プロセスの研究のため
学術的労作を簡単な方法で作成することができる。更
に、同様な構成の範囲内で切片切削中の振動を記録し、
その振動数と振幅に応じて把握することができる一方、
外部の又は装置電子機構内に組込まれたコンピュータに
よって力／時間の遷移を解析し、この場合周期的な変化
を把握することができる。低周波と高周波の振動は超薄
形切片を製造する際に出会う問題を表わすために（Ｈ．
ジッテ、超ミクロトーム−頻発する問題とエラー、“付
属顕微鏡／電子顕微鏡、１９８２年１月”ＧＩＴ社、エ
ルンストギーブラー、ダルムシュタット、ｐ９〜２３、
特に３節、振動、ｐ１１と１．２節）、同種の振動、殊
に周波数と振幅をデイスプレイ上に入力した場合の表示
は超薄形切片を作成する上で貴重な補助を提供する。

【００２５】同様にして、上記構成はその都度終了した
切削行程で記録された力がデイスプレイ上に表示され、
その際、電子手段が一定の平均値を表示するか、一定の
識別範囲でそれぞれ最小最大切削力を備えることができ
るように補完することができる。

【００２６】最後に、音響システム、例えばアラームが
力（Ｋ，−Ｋ）が一定の限界値を上廻った時にユーザに
警報して切片の作成が不適当な手段、例えば既に使い古
した鋭い刃によって更に続行されることを防ぐことがで
きる。

【００２７】本発明のその他の利点ならびに特徴は以下
の実施例の解説によって明らかとなる。

【００２８】

【実施例】図１に例示する装置はその構造がほぼ従来技
術に相当する超ミクロトームである。台座１にはベアリ
ングフランジ２が取付けられ、同フランジ２にはベアリ
ング３を介して中間レバー４／４′が係止されると共
に、これに対してはベアリング３を介してプレパラート
担体ロッド６がプレパラート７と係止されている。同様
にしてスタンドには他方側にクロススライド８が取付け
られる。同スライド８はキヤリア９／９′によって刃１
１を有するカッタ１０を保持している。超ミクロトーム
のそばには多くの場合流し１２を有するカッター１０が
設けられ、上記流し１３は水を受取る働きをする。その
表面上には脆い超薄形切片が流れ去る。プレパラートの
運動のために例えばプレパラート、キヤリアロッド６に
はベアリング１４を介して制御レバー１５／１５′が係
止され、その下端部はベアリング１６から円形軌道上へ
移動する。上記軌道は駆動軸上のデイスク１７の回転か
ら生ずる。デイスク１７ないし駆動軸１８は弾性トラン
スミッション１９を介して整流モータ２０によって駆動
される。その際、この回転運動は同様にトランスミッシ
ョン２１を介して接続されるエンコーダ２２によって記
録され、エンコーダ２２と共にモータ２０も制御装置２
６内の電子制御装置２５に接続される。駆動軸１８がデ
イスク１７と共に回転する際、ロッド６はプレパラート
７ないしプレパラート行程Ｈと共に揺動往復運動する。

【００２９】超ミクロトームの領域ではプレパラート７
をカッター刃１１の傍にその出発位置へカッタ刃を介し
て逆送することが必要であることが判った（「シングル
パス運動」Ｈ．ジッテ、１９８５年同上参照）すなわ
ち、この場合必要な逆進→Ｒは従来技術によれば、例え
ば電子装置２５により制御されるソレノイド２４によっ
てひきおこされ、そのボルト２４′は図１によればプレ
パラート７の前進運動の間に中間レバー４／４′の水平
アーム４′に係合する。更に、同様に電子制御装置２５
によって実行される送り運動Ｖは例えばステップモータ
２３に接続されたマイクロメータスピンドル２３′によ
ってスピンドルナット３５と載置要素３６を介して切片
の作成に必要な物体７の送り→Ｖをカッター刃１１方向
へ作用させる。ミクロトームの切片表面は１mm²の範囲
を殆んど上廻ることがないため、切削プロセスの観察を
行うのは通常の場合、照明３１を有する立体顕微鏡３０
であって、上記照明３１は例えば固定装置３２に調節可
能に取付けられる。上記固定装置自体はカバー３３に取
付けられる。

【００３０】第２図によれば、切削開始前にカッター１
０の刃１１はカッター刃１１と切片表面７′間に僅かな
間隔Ａが残る（Ｈ．ジッテ、１９８５年、上記引用箇所
参照）程度に予め切断された（トリミングされた）プレ
パラート７の切断面７′へ近寄せる必要がある。その
際、それに応じてカッター１０の刃１１はプロックの断
面７′に対して正確に平行に整合するようにする（上記
図２を参照）。面７′が刃１１に対して一定角αだけ回
転すると、材料は、ここから新たな切断面７ａが生ずる
ようにブロックから持ち去らなければならない。同様に
して切断面７′も軌道ＢＢ′に対して平行に整合する必
要がある。上記軌道ＢＢ′は切削運動時に物体７をベア
リング５の周囲に連れ出す。面７′は軌道ＢＢ′に対し
てβ角だけ傾斜する（図２左手の側面図を参照）。その
ため、まず新たな切断面７ｂが発生するまで材料をブロ
ック７から取り去る必要がある。両方の場合とも相当な
材料と時間のロスが調節の誤りから発生する。

【００３１】切断面が滑らかに予備切削される限り、図
１のプレパラート軌道に対して傾斜した立体顕微鏡３０
による切断面７１の刃の反射は調節と位置決めのために
使用することができる。にもかかわらず、この位置決め
プロセスは既に述べたように、大きな訓練と注意を必要
とし、経験によれば困難をひきおこす切片作成の一部を
構成する。間隔Ａを余りに大きくしすぎると、にもかか
わらず、図２の申し分のない調節（α＝０；β＝０）に
は最初の切断面が発生するまで大きな待ち時間ないし多
数の切削サイクルが必要となる。何故ならばカッターと
プレパラートに対する送りには一定の限界が課せられる
からである。もし最初の通行の際に誤った位置決め又は
大きすぎで選択したサイクルあたり送りの結果、厚すぎ
る切片が取り去られた場合、プレパラートは破断又は破
裂によって使用不能になるか、カッター刃が傷むからで
ある。全体としてこのために既に最初に述べた問題が生
ずることになる。

【００３２】

【発明のが解決しようとする課題】従って、本発明の目
的は、既に論じた如く、従来技術による切削には必須の
訓練と消費時間を自動制御装置を使用することにより大
部分余分なものとすることである。この場合、既に述べ
たような方法でそれ自体公知の方法で切片を切離すため
に必要な力Ｋ、ないしカッター刃に作用する強制力を記
録するセンサが使用される。同センサは例えば圧電素子
２７（図１．３）の形でカッタキヤリア９／９′内のカ
ッタ１０下方に組込むか、圧電素子２８の形で制御レバ
ー１５／１５′内へ、又は歪みゲージ２９の形でプレパ
ラートキヤリアロッド６に固定する。その際、これらセ
ンサは電子制御装置２５に接続する。

【００３３】上記装置２５はその処理を処理する。全体
として問題となるのは、切削の際に切削力によって発生
する力、圧力又は長手方向変化を必要な精度で記録する
センサである。上記種類のセンサはミクロトームの機構
の全要素に取付けるか、これらの内部に組込むことがで
きる。上記要素は切削力によって異なる力、又は圧力に
よって指定されるか、その幾何学的形の変更を実行す
る。このことは例えば僅かな曲げによるプレパラートキ
ヤリアロッド６による場合にあてはまる。

【００３４】既に述べたように、方法上設定された限界
内の位置決めは運動部材の軌道速度が大きく、送り速度
が大きい場合に可能な限り高速に行われる一方、その後
の切削は緩慢に行われる。従来技術によれば図３のプレ
パラートはこの場合、行程Ｈの切削断面（“切削窓”
Ｓ）内をその前方に向いた軌道上をその軌道の残りのサ
イクルタイムの所望最小限に対して迅速に案内される。
その際、軌道はＡ点からＢ点へと、プレパラートの退却
Ｒ（Ｒ→Ｃ）後にＤ点まで前進する。その際、プレパラ
ートは新たな送りＶ（Ｄ→Ａ）に従って再びカッタ１０
の刃１１を超えてその出発位置Ａ内にある。往復駆動運
動の範囲内で図１と３による選択例のプレパラートの軌
道速度は高速復帰速度ＶＲの低速切削速度Ｖ_Sへの最初
の切換え点Ｕ₁に達した時に減速され、これから高速復
帰速度Ｖ_Rへの最初の切換え点Ｕ₂へ再び達した時に加
速化する。この変速は電子制御駆動によってすこぶる迅
速に実行され、この高速変換は再生可能な運動経過と所
望の最小サイクルタイムに対して強制的であるから、減
速（Ｕ₁）時と共に新たな加速（Ｕ₂）時にも弾性的な
伝達１９（図１）が行われる。これらの振動は切片の撤
去前に減衰していなければならない。何故ならば、さも
なくばそれらは切片の周期的な厚い区域と薄い区域の形
で現れ、これらの切片は使用不可能になるからである。
それ故、切削窓Ｓは通常、図３に従って第１の切換えＵ
₁がカッタ１０の刃１１を超えた大きな間隔のところに
存在し、しかもそれに対して第２の切換えＵ₂が切片除
去の終了後にできるだけ迂回して行われると共にサイク
ルタイムができるだけ小さく維持されるように非対称形
に配置される。できるだけ小さな、しかも再生可能な距
離Ａ上に位置決めする点は別として、既に述べた根拠か
ら実際に切削窓Ｓを正確に配置することは深刻な困難を
伴う。上記困難は本発明の自動切削装置によって除去す
ることができる。

【００３５】まず、本発明によれば、センサ２７，２８
又は２９の最初の信号に基づいて物体７とカッタ１０の
刃１１間の最初の接触をエンコーダ２２を用いて時間的
にも位置的にも規定することができ、更にそれに応じて
切換え点Ｕ₁の位置とカッタ刃に対するその間隔を次の
サイクルタイムの経験値に基づいて、切換えの際に発生
し先の説明中に既に規定した振動が次の切削プロセスの
開始までに減衰するように確定することができる。通
常、カッター刃１１と物体７が最初に接触する際にこの
物体から一断片Ｆ₁が除去される。この形は図２の正面
図に例示されている。この例でセンサ２７又は２８によ
って受取られる期待される力／時間−経過（図４）はＦ
₁の領域に略示されている。いずれの場合にも高速一回
駆動から低速往復駆動への切換えを既に述べた形で自動
的に実行するためには少なくとも一つの信号（Ｓ₁）で
十分であることが判る。以下の切削サイクルでは、断片
Ｆ_2,Ｆ_{3 ,}Ｆ₄が取り去られ、その際、断片の寸法は
Ｆ₂からＦ₄まで不断に大きくなる。後続する第５番目
の切削サイクルにおいて、切削慣行に対応する本例の範
囲内で切削プロセスは完了する。

【００３６】遅くともこの切削プロセスの終了に際して
力／時間遷移は図４の断片Ｆ₄について略示した形に達
するる。その場合、高いｄＫ／ｄｔを有する他方の信号
Ｓ₁とＳ₂は電子装置により把握され処理することがで
きる。そのため、カッター刃ＭＳに対して平行な２つの
辺縁を有する図２の切断面についてはもう一つの本発明
構成が可能であり、その際、切換え点Ｕ₁を自動設定す
る図４の第１の信号Ｓ₁と切換えＵ₂を作動させる第２
の信号Ｓ₂が関係する。切換え点Ｕ₁の自動確定は実験
値に基づいて行われる。その結果、切換えＵ₁によって
作動する振動の継続時間は所定の又は予め選択された軌
道速度Ｖ_RとＶ_Sを考慮して確定される。この場合、エ
ンコーダ２２を介する信号Ｓ₁からプレパラート７がカ
ッター１０の刃１１に接触する位置が判る。それ故、電
子装置によって上記信号Ｓ₁と上記値から上記条件に合
致した時に切換えＵ₁が生ずる位置を計算することがで
きる。

【００３７】駆動モータ２０の駆動は更に電子制御装置
２５を介してエンコーダ２２によって行われる。上記切
換えＵ₂は、既に述べたようにこの制御装置２５によっ
て直接、信号Ｓ₂によって行われる。

【００３８】本発明のもう一つの実施例は更に以下の点
にある。即ち、時期Ｆ_{1 ,}Ｆ_{2 ,}Ｆ₃等における力／時
間遷移を比較し、そこからどのサイクルで切削プロセス
が終了したかどうかの結論を引出すことである。図２と
図４に基づいて与えられた例の範囲では力／時間の遷移
は、Ｆ₁からＦ₂へ、Ｆ₂からＦ₃へ、またＦ₃からＦ
₄へ変化し、それに対してブロック片のピラミッド形に
よって予め与えられる力の不断の増大ないし時間間隔の
変更は別とすると、上記遷移は次のサイクルＦ₅ffでほ
ぼ一定にとどまる。上記変化は電子装置２５によって領
域Ｆ₁→Ｆ₄の変化に容易に区別することができる。時
期Ｆ₄とＦ₅の比較によって切断の終了が一義的に明ら
かになる。そのため、Ｆ₅の後では電子制御装置が自動
的に、Ｖ₆前では既に述べた形で自動的に低速切片厚と
低速軌道速度に切換わり、ユーザに対して光学信号と
（又は）音響信号を発する。

【００３９】更にもう一つの実施例は以下の点にある。
即ち、先の段落で述べた自動位置決めの終了後、ないし
２つの別々の調節要素による信号と最後の配置替えによ
って、例えば２個の回転ポテンシャルメータによって自
動的に切削領域に予め設定された物体の軌道速度Ｖ_Sな
いし同様に自動的に予め定められた送りを補正すること
ができる。その際、その都度予め選ばれた、ないし補正
範囲内で変更された切削速度と送りの一対の値は既に述
べたようにしてデイスプレイ又はその他の手段で表示す
ることができる。

【００４０】更にもう一つの例は次のように構成され
る。即ち、に制御装置のケーシング２６に配置可能なス
リーブ３４における図１のセンサ２７，２８又は２９の
信号を外部から取り去り、後接続された系によって求め
ることができる。この例の変形をして、上記評価を既に
述べたように系内部でもそれに相当する電子制御装置２
５の要素によって実行し、この場合、装置、例えば制御
装置２６のデイスプレイにその結果を提出することがで
きる。

【００４１】本発明は本発明の性格を失うことなく、実
際の相異なる要求に応じて、またミクロトームと半薄切
削装置の種々の構成に応じて実行することができる。特
に、本発明は図１の超ミクロトームと異なる物体の保持
と運動の場合にも実現可能である。これは例えばサーボ
モータを超えて送りが行われ切削運動が自動的にないし
電子制御装置によるモータ駆動によって行われる限り、
専ら直線形かつ非円形にプレパラートないしカッタが送
られる従来形のスライドミクロトームないし回転−（ミ
ノット）−ミクロトームについてあてはまる。上記電子
制御装置はエンコーダ（角度コーダ）に相当する系に接
続されることが望ましい。

【００４２】特に、本発明のミクロトームの場合にも、
その都度異なる運動部材の軌道速度と共に少なくとも一
部異なる送りによって位置決め、切断が行われる角度制
御駆動を全く有しない自動位置決め切断が実現できる。
この場合、物体又はカッタが「シングルパス原理」の意
味での相対運動によって切片を取り去った後に互いに一
時的に遠ざかるかどうかは重要なことではない。それは
要素２４／２４′／４′／４／６に基づいて図１と３の
退却Ｒの範囲で例示される通りである。

【００４３】力／時間遷移が力又は圧力センサによっ
て、又はその代わりに同質的な位置／時間遷移又はその
他の遷移が他の種のセンサによって、例えば歪みゲージ
によって記録され制御用に使用されるかどうかは重要で
はない。

【００４４】同様にして、本発明の実施には既に述べた
圧電素子又は歪みゲージの代わりに、本発明の実施に必
要な精度と反応速度を保証する限り、力、圧力又は長手
方向変化を測定するための他のセンサ又は装置を使用す
るかどうかはどうでもよい。更に、本発明の思想を実行
するためにはどのようにしてかつどの要素でその時々の
運動部材の異なる軌道速度Ｖ_SないしＶ_R、ならびに送
り（切片厚）が選ばれ、変更されユーザに表示されるか
は重要ではない。同じことはユーザに対して個々のパラ
メータ又は種々の機能プロセスの変更についても知らせ
る種類の信号についてもいえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】力センサないし長手方向センサをカッタ保持装
置ないし系に配置して物体を保持し案内する装置の代替
例の一部断面概略側面図である。

【図２】２ａ及び２ｂは、予備切削切断面の概略正面図
と、それに属する側面図、ならびに予備切断面の切断時
における破片の発生を示す図である。

【図３】往復駆動制御の範囲内の運動経過を明らかにす
る図１の側面図から物体とカッタの周囲の範囲を拡大し
た部分図である。

【図４】図２の物体を切削する際の力／時間の遷移を示
す例解図である。

【符号の説明】

７プレパラート１１カッタ刃２０駆動モータ２３サーボモータ２５電子制御装置２７，２８，２９センサＫ，−Ｋ力

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者アルミン・クンツドイツ連邦共和国デー−6650 ホムブルク−ザール、ウーラントシュトラーセ 19 (72)発明者クラウス・ノイマンドイツ連邦共和国デー−6652 ベクスバッハ−ザール、アイヒェンシュトラーセ８

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動モータによって運動する物体又はカ
ッタと、サーボモータによってつくりだされるカッタ刃
と物体との間の相対運動経路内につくりだされ切片をつ
くりだす送りと、同切片の切離によって発生する力又は
この力によって系に作用する変化を受け取る少なくとも
一つのセンサと、を備えるミクロトーム、殊に超ミクロ
トーム用の自動切削装置において、センサ（２７，２
８，２９）が、プレパラート（７）から切片を取去る間
にカッタ刃（１１）によって記録される力（Ｋ，−Ｋ）
又はこれらの力によってひきおこされる系に対する変化
に応じて駆動モータ（２０）と（又は）サーボモータ
（２３）を制御する電子制御装置（２５）に接続される
前記装置。
【請求項２】駆動モータ（２０）によって確定される
運動する物体（７）ないしカッタの軌道速度と共にサー
ボモータ（２３）によって確定される送り速度ないし切
削厚をカッタ刃（１１）と迅速に配置されるプレパラー
ト（７）間が最初に接触した際に発せられるセンサ（２
７，２８，２９）から発せられる信号に応じて自動的に
呼び戻す電子制御装置を特徴とする請求項１の自動切削
装置。
【請求項３】駆動モータがほぼ一定の回転速度で回転
する迅速な一回駆動（２０，１９，１８，１６，１５′
／１５）から切削領域（Ｓ）に小さな切削速度（Ｖ_S）
と、切削領域外の高い復帰速度（Ｖ_R）とを有するそれ
自体公知の交互駆動へ、カッタ刃（１１）と物体（７）
間が最初に接触する際に発せられるセンサ（２７，２
８，２９）からの信号に応じて自動的に切換える電子制
御装置を特徴とする請求項１又は２の自動切削装置。
【請求項４】プレパラート（７）とカッタ刃（１１）
の相対位置を記録するために電子制御装置（２５）と接
続されるそれ自体公知の記録装置、例えば駆動モータ
（２０）によって駆動される軸の位置を把握する角度エ
ンコーダ（２２）外を備え、電子制御装置（２５）が物
体ブロック（７）がカッタ刃と接触した際に発生するセ
ンサ（２７，２８，２９）の信号（Ｓ）と、記録装置
（２２）によって発せられる信号に応じて駆動モータ
（２０）を、迅速な復帰速度（Ｖ_R）から緩慢な切削速
度（Ｖ_S）への切換えが運動するプレパラート（７）又
はカッタの一定位置で生じ、軌道速度（Ｖ_S，Ｖ_R）が
一定の際に、切換え（Ｕ₁）の際に発生する振動の減衰
が後続するカッタ刃（１１）とプレパラート（７）の間
の接触まで保証される請求項１の自動切削装置。
【請求項５】切削行程の終了に際してセンサ（２７，
２８，２９）から発せられる信号（Ｓ₂）に基づいて緩
慢な切削行程（Ｖ_S）から迅速な復帰行程（Ｖ_R）へ直
接的に切換えるための電子制御装置（２５）を特徴とす
る請求項１〜４の自動切削装置。
【請求項６】次々と切片Ｆ₁→Ｆ₂→Ｆ₃→……が取
去られる間（Ｓ₁→Ｓ₂）にセンサに進入する信号の遷
移を比較し、２つの交互する切片について広範囲に同一
の信号遷移が存在するや否や、駆動モータ（２０）を低
速切削速度（Ｖ_S）へ、またサーボモータ（２３）を低
速送り（Ｖ）ないし低速切片厚へ自動切換える電子制御
装置（２５）を特徴とする請求項１〜５の自動切削装
置。
【請求項７】切削速度（Ｖ_S）と送り（Ｖ）ないし切
片厚の変化に応じて電子制御装置（２５）によって自動
的に確定される値が所定範囲内で手で補正できる請求項
１〜６の自動切削装置。
【請求項８】その都度最後に終了する切削行程の範囲
内で記録される最小限の力と（又は）最大限の力（Ｋ，
−Ｋ）を求め表示する装置を特徴とする請求項１〜７の
自動切削装置。
【請求項９】所定のまたは予め選択された力（Ｋ，−
Ｋ）の限界値を超えたことを表示するための光信号装置
と（又は）音響信号装置を特徴とする請求項１〜８の自
動切削装置。
【請求項１０】力センサ（２７，２８，２９）により
発せられた信号を処理するための電子評価回路と、力／
時間遷移の周期的な変化を表示するために上記回路に接
続された表示装置を特徴とする請求項１〜９の自動切削
装置。
【請求項１１】周波数と共に力／時間遷移における周
期的変化を再生するための表示装置を特徴とする自動切
削装置。