JPH10104131A - Cutting apparatus for frozen sample - Google Patents

Cutting apparatus for frozen sample

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Publication number
JPH10104131A
JPH10104131A JP27427096A JP27427096A JPH10104131A JP H10104131 A JPH10104131 A JP H10104131A JP 27427096 A JP27427096 A JP 27427096A JP 27427096 A JP27427096 A JP 27427096A JP H10104131 A JPH10104131 A JP H10104131A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sample
cutting
piezoelectric actuator
control system
positioning control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP27427096A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Kumamoto
聰 熊本
Wataru Kobayashi
亘 小林
Mitsunori Kokubo
光典 小久保
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shibaura Machine Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Machine Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Machine Co Ltd filed Critical Toshiba Machine Co Ltd
Priority to JP27427096A priority Critical patent/JPH10104131A/en
Publication of JPH10104131A publication Critical patent/JPH10104131A/en
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  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To considerably correctly set a cut thickness and enable cutting even to a sub-micron thickness. SOLUTION: A sample 5 being cooled by a freezing unit 4 is supported by a sample state 6. The sample stage 6 is minutely and sequentially let out in a wide range by a fine positioning control system including a piezoelectric actuator 7 and a rough positioning control system including a servo motor 13 and a ball screw 11. A front end face 5A of the sample 5 appearing sequentially is directly detected by a position detector 15, e.g. laser displacement sensor or the like, correctly positioned by the fine positioning control system, and accordingly can be cut to a sub-micron thickness.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍されている試
料の先端を正確に薄切り切断するための装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for accurately slicing the tip of a frozen sample.

【0002】[0002]

【従来の技術】試料の観察または解析のために、数μm
から数10μmの厚さで切断を繰り返す必要があるが、
従来、この種の装置は、試料を支持する試料台を通常の
セミクローズドもしくはフルクローズドサーボ機構によ
り制御して試料を所定量ずつ繰り出し、繰り出された試
料の先端をカッタなどにより切断するようになってい
た。
2. Description of the Related Art For observation or analysis of a sample, several μm
It is necessary to repeat cutting at a thickness of several tens of μm from
Conventionally, in this type of apparatus, a sample stage supporting a sample is controlled by a normal semi-closed or full-closed servo mechanism, and the sample is fed by a predetermined amount, and the tip of the fed sample is cut by a cutter or the like. I was

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら試料が冷
凍されていてー80℃にも及ぶ場合、試料台をフルクロ
ーズドサーボ機構により位置制御しても、試料自身及び
試料台等が温度の影響を受けるため、試料の先端面を正
確に位置決めすることは困難であり、切断厚さを正確に
定めることができなかった。
However, when the sample is frozen and reaches −80 ° C., even if the position of the sample stage is controlled by a fully closed servo mechanism, the sample itself and the sample stage are affected by the temperature. Therefore, it is difficult to accurately position the tip surface of the sample, and the cut thickness cannot be accurately determined.

【0004】本発明は、前述した問題を解決し、切断厚
さを極めて正確に定めることができ、サブミクロン厚さ
の切断をも可能な冷凍試料の切断装置を提供することを
目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to provide a cutting apparatus for a frozen sample which can determine a cutting thickness very accurately and can cut a submicron thickness.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、冷凍されている試料の先端を所定厚さに切
断するための冷凍試料の切断装置において、前記試料を
支持し、試料の切断面と垂直な方向へ移動可能に設けら
れた試料台と、この試料台に保持されている試料の少な
くとも先端部を除いてこの試料を包囲し冷却する冷凍ユ
ニットと、前記試料台を前記垂直な方向へ微小移動させ
るための圧電アクチュエータと、この圧電アクチュエー
タを保持しこの圧電アクチュエータを介して試料台を同
じく前記垂直な方向へ移動させるための可動体と、切断
により順次現れる試料先端面の前記垂直な方向の位置検
出器と、この位置検出器の出力を前記圧電アクチュエー
タにフィードバックし、前記順次現れる試料先端面を切
断に先だって予め定められた位置に位置決めする微細位
置決め制御系、及びこの微細位置決め制御系による圧電
アクチュエータの動作に関連してサーボモータにより前
記可動体の位置を制御する粗位置決め制御系からなる制
御部と、を備えたものである。
According to the present invention, there is provided a frozen sample cutting apparatus for cutting the tip of a frozen sample to a predetermined thickness. A sample stage movably provided in a direction perpendicular to the cut surface of the sample stage, a refrigeration unit that surrounds and cools the sample except for at least the distal end portion of the sample held on the sample stage, and the sample stage. A piezoelectric actuator for minute movement in the vertical direction, a movable body for holding the piezoelectric actuator and moving the sample stage in the same vertical direction via the piezoelectric actuator, and a sample tip surface sequentially appearing by cutting. The position detector in the vertical direction and the output of the position detector are fed back to the piezoelectric actuator, and the sample front surface that appears sequentially is cut before cutting. A fine positioning control system for positioning at the set position, and a control unit comprising a coarse positioning control system for controlling the position of the movable body by a servomotor in relation to the operation of the piezoelectric actuator by the fine positioning control system. It is a thing.

【0006】このように構成することにより試料先端面
は、温度などの影響を受けることなく、圧電アクチュエ
ータによる微細位置決め制御系により正確に位置決めさ
れ、切断厚さを正確に定めることができると共に、サブ
ミクロン厚さの切断も可能であり、試料の切断範囲は粗
位置決め制御系により十分に広くとることができる。
[0006] With this configuration, the sample tip surface can be accurately positioned by the fine positioning control system using the piezoelectric actuator without being affected by temperature or the like, and the cutting thickness can be accurately determined. Cutting with a micron thickness is also possible, and the cutting range of the sample can be made sufficiently wide by the coarse positioning control system.

【0007】なお、前記冷凍ユニットと圧電アクチュエ
ータとの間には断熱部材を介在させることが望ましく、
試料台自身を断熱材によって形成してもよい。また、前
記位置検出器は、レーザ変位計であることが望ましく、
さらにまた、微細位置決め制御系は、試料の切断動作中
には位置検出器から圧電アクチュエータへのフィードバ
ックを中断し、代わりの信号で代用することにより試料
先端面を切断開始時の予め定められた位置に保持するこ
とが望ましく、さらにまた、前記制御部は、予め定めた
圧電アクチュエータの作動限界域を検知する検知部を有
し、この作動限界域に至るまでは圧電アクチュエータに
より試料先端面の位置を制御し、前記検知器により作動
限界域に達したことを検知したところで前記可動体を前
記作動限界域に対応する所定量移動させるように構成し
てもよい。
Preferably, a heat insulating member is interposed between the refrigeration unit and the piezoelectric actuator.
The sample stage itself may be formed of a heat insulating material. Preferably, the position detector is a laser displacement meter,
Furthermore, the fine positioning control system interrupts the feedback from the position detector to the piezoelectric actuator during the sample cutting operation, and substitutes a substitute signal for a predetermined position at the start of cutting the sample tip surface. It is preferable that the control unit has a detection unit that detects a predetermined operation limit area of the piezoelectric actuator, and the piezoelectric actuator controls the position of the sample tip surface until the operation limit area is reached. The movable body may be configured to be moved by a predetermined amount corresponding to the operation limit area when the control is performed and the detector detects that the operation limit area has been reached.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図1な
いし図3を参照して説明する。ベース1上に筒状のコラ
ム2が立設され、その中空穴の上端側に断面形状が角形
または円形などの環状の断熱材3を介して同じく環状の
冷凍ユニット4が取り付けられている。この冷凍ユニッ
ト4は、その中空穴内に冷凍されている試料5を嵌入
し、この試料5の冷凍状態を保つようになっている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. A cylindrical column 2 is erected on a base 1, and an annular refrigeration unit 4 is attached to the upper end side of the hollow hole via an annular heat insulating material 3 having a rectangular or circular cross section. The refrigerating unit 4 fits a frozen sample 5 into the hollow hole, and keeps the frozen state of the sample 5.

【0009】冷凍ユニット4に嵌入された試料5の後端
面(図1において下面)は、試料台6に支持されてい
る。試料台6は、アルミナ、ベークライト、ナイロン5
5もしくはテフロンのような断熱材で形成され、圧電ア
クチュエータ7の上に取り付けられている。圧電アクチ
ュエータ7は、図1において上下方向に伸縮するように
配置され、この圧電アクチュエータ7は可動体8の上に
取り付けられている。
The rear end face (the lower face in FIG. 1) of the sample 5 fitted into the freezing unit 4 is supported by a sample table 6. Sample table 6 is made of alumina, bakelite, nylon 5
5 or a heat insulating material such as Teflon, and is mounted on the piezoelectric actuator 7. The piezoelectric actuator 7 is arranged so as to expand and contract in the vertical direction in FIG. 1, and the piezoelectric actuator 7 is mounted on the movable body 8.

【0010】可動体8は、コラム2の中空穴の内面に沿
って上下に向けて取り付けられたリニアガイド9に移動
自在に取り付けられている。この可動体8にはボールネ
ジナット10が取り付けられ、このボールネジナット1
0には上下に伸びるボールネジ11がネジ係合されてい
る。ボールネジ11は、カップリング12を介してサー
ボモータ13に連結され、このサーボモータ13によっ
て回転を与えられる。なお、14は、サーボモータ13
に取り付けられたエンコーダである。
The movable body 8 is movably mounted on a linear guide 9 mounted vertically along the inner surface of the hollow hole of the column 2. A ball screw nut 10 is attached to the movable body 8.
A ball screw 11 extending up and down is engaged with 0. The ball screw 11 is connected to a servomotor 13 via a coupling 12, and is rotated by the servomotor 13. 14 is a servo motor 13
The encoder is attached to.

【0011】試料5の上方には、試料5の先端面(図1
において上面)5Aに対向させてその高さ位置を検出す
るための位置検出器としてのレーザ変位計15が配置さ
れている。
Above the sample 5, the tip surface of the sample 5 (FIG. 1)
A laser displacement meter 15 as a position detector for detecting the height position is disposed to face the upper surface 5A.

【0012】16はカッタで、図示しない作動機構によ
り移動され、2点鎖線で示す切断面5Bに沿って試料5
を切断するようになっている。
Reference numeral 16 denotes a cutter, which is moved by an operating mechanism (not shown) and moves along a cut surface 5B shown by a two-dot chain line.
Is to be cut.

【0013】図2に示すように、圧電アクチュエータ7
への指令値(電圧)は、常に0(零)ボルト(V)もし
くはそれに近い一定電圧(以下、零ボルトとして説明す
る)が与えられるようになっている。レーザ変位計15
の出力は、センサアンプ21及び後述する切断時補償ゲ
ート22を介して指令値との比較器23へ与えられ、そ
の差電圧を第1プリアンプ&コンペンセータ24へ与
え、この差電圧が零となるような電圧を第1プリアンプ
&コンペンセータ24から第1パワーアンプ25を介し
て圧電アクチュエータ7へ印加し、切断時補償ゲート2
2が開のとき、レーザ変位計15の出力が零ボルトとな
るように、すなわち試料5の先端面5Aが常に予め定め
た一定の高さ位置となるように制御する微細位置決め制
御系を構成している。
As shown in FIG. 2, the piezoelectric actuator 7
Command value (voltage) is always given a constant voltage of 0 (zero) volt (V) or a voltage close thereto (hereinafter referred to as zero volt). Laser displacement meter 15
Is supplied to a comparator 23 with a command value via a sensor amplifier 21 and a disconnection compensation gate 22 to be described later, and a difference voltage is applied to a first preamplifier & compensator 24 so that the difference voltage becomes zero. Voltage is applied to the piezoelectric actuator 7 from the first preamplifier & compensator 24 via the first power amplifier 25, and the disconnection compensation gate 2
A fine positioning control system for controlling the output of the laser displacement meter 15 to be zero volts when the reference numeral 2 is open, that is, the tip surface 5A of the sample 5 is always kept at a predetermined constant height position. ing.

【0014】切断時補償ゲート22は、カッタ16によ
る切断が行われていることを示す切断動作中信号を受
け、この切断動作に連動し、カッタ16がレーザ変位計
15を遮る時には、この切断動作に入る直前のレーザ変
位計15の出力電圧を、レーザ変位計15からの出力電
圧の代わりにフィードバック値として与えて圧電アクチ
ュエータ7へ印加する電圧を固定し、切断動作中以外の
ときには開となり、レーザ変位計15によるフィードバ
ックループが構成されるようになっている。
The cutting-time compensating gate 22 receives a signal indicating that cutting is being performed by the cutter 16 during a cutting operation. In response to the cutting operation, the cutting operation is performed when the cutter 16 interrupts the laser displacement meter 15. The output voltage of the laser displacement meter 15 immediately before the start of the operation is given as a feedback value instead of the output voltage from the laser displacement meter 15, and the voltage applied to the piezoelectric actuator 7 is fixed. A feedback loop by the displacement meter 15 is configured.

【0015】なお、切断動作に入る際には、すでに試料
先端面5Aの位置決めが完了し、レーザ変位計15の出
力電圧はほとんど零ボルトになるため、図2に示す本実
施形態では、切断動作に入る直前のレーザ変位計15の
出力電圧に代えて指令値と等しい零ボルトをフィードバ
ック値として与えるようにしてしる。
When the cutting operation is started, the positioning of the sample tip surface 5A has already been completed, and the output voltage of the laser displacement meter 15 becomes almost zero volt. Therefore, in this embodiment shown in FIG. Instead of the output voltage of the laser displacement meter 15 immediately before entering, zero volt equal to the command value is provided as a feedback value.

【0016】第1プリアンプ&コンペンセータ24の出
力電圧は、第1及び第2コンパレータ26、27へもそ
れぞれ印加されるようになっている。第1コンパレータ
26は、圧電アクチュエータ7の実際の作動限界域内に
おいて予め定めた作動限界域(以下単に作動限界域とい
う)を検知するためのもので、第1プリアンプ&コンペ
ンセータ24の出力電圧を作動限界域を示す電圧Vma
xと比較し、第1プリアンプ&コンペンセータ24の出
力電圧が作動限界域を示す電圧Vmaxに達したとき、
ホールドゲート28をセットするようになっている。ま
た、第2コンパレータ27は、第1プリアンプ&コンペ
ンセータ24の出力電圧が零ボルトに戻ったことを検知
するためのものであり、この検知によりホールドゲート
28をリセットするようになっている。
The output voltage of the first preamplifier & compensator 24 is also applied to first and second comparators 26 and 27, respectively. The first comparator 26 is for detecting a predetermined operation limit area (hereinafter simply referred to as an operation limit area) within an actual operation limit area of the piezoelectric actuator 7, and detects an output voltage of the first preamplifier & compensator 24 as an operation limit. Voltage Vma indicating the area
x, when the output voltage of the first preamplifier & compensator 24 reaches the voltage Vmax indicating the operation limit range,
The hold gate 28 is set. The second comparator 27 is for detecting that the output voltage of the first preamplifier & compensator 24 has returned to zero volt, and resets the hold gate 28 by this detection.

【0017】ホールドゲート28は、これがセット状態
にあるとき、アンドゲート29へON信号を与えるよう
になっている。アンドゲート29は、サーボモータ駆動
パルスの供給・遮断を制御するためのものであり、ホー
ルドゲート28がセット状態にあるとき、すなわち第1
プリアンプ&コンペンセータ24の出力電圧が作動限界
域を示す電圧Vmaxに達した時点から零ボルトに戻る
までの間、サーボモータ13に駆動パルスを供給するよ
うになっている。
The hold gate 28 supplies an ON signal to the AND gate 29 when it is in the set state. The AND gate 29 controls the supply and cutoff of the servo motor drive pulse. When the hold gate 28 is in the set state,
The drive pulse is supplied to the servomotor 13 from the time when the output voltage of the preamplifier & compensator 24 reaches the voltage Vmax indicating the operation limit range until it returns to zero volt.

【0018】アンドゲート29を通過したサーボモータ
駆動パルスは、カウンタ30に加算されると共に、エン
コーダ14からのフィードバックパルスによって減算さ
れ、その差パルス数に応じた信号がDA変換器31、速
度比較器32、第2プリアンプ&コンペンセータ33な
らびに第2パワーアンプ34を介してサーボモータ13
へ与えられ、ホールドゲート28がリセットされるまで
すなわち第1プリアンプ&コンペンセータの出力電圧が
零ボルトになって圧電アクチュエータ7の伸びが零にな
るまで可動体8を図1において上昇させる粗位置決め制
御系を構成している。なお、35は、エンコーダ14の
出力の速度成分を速度比較器32へフィードバックする
微分回路である。
The driving pulse of the servo motor that has passed through the AND gate 29 is added to a counter 30 and subtracted by a feedback pulse from the encoder 14. A signal corresponding to the difference pulse number is converted to a DA converter 31 and a speed comparator. 32, the second preamplifier & compensator 33 and the second power amplifier 34 via the servo motor 13
Until the hold gate 28 is reset, that is, until the output voltage of the first preamplifier & compensator becomes zero volts and the expansion of the piezoelectric actuator 7 becomes zero. Is composed. Reference numeral 35 denotes a differentiating circuit for feeding back the speed component of the output of the encoder 14 to the speed comparator 32.

【0019】次いで本装置の作用について説明する。ま
ず、準備段階として、試料台6を下降限位置に置き、冷
凍されている試料5を、その下面すなわち後端面が試料
台6によって支持されるように冷凍ユニット4内に嵌入
する。次いで、サーボモータ13を上記粗位置決め制御
系とは別の図示しない駆動系により作動させて試料5の
先端面5Aをカッタ16による切断面5Bより所定量高
い位置まで上昇させ、カッタ16により試料5の先端を
切断する。この準備段階を終えたところで、図2に示す
制御部を作動させる。
Next, the operation of the present apparatus will be described. First, as a preparation stage, the sample stage 6 is placed at the lower limit position, and the frozen sample 5 is fitted into the freezing unit 4 such that the lower surface, that is, the rear end surface is supported by the sample stage 6. Next, the servomotor 13 is operated by a drive system (not shown) different from the coarse positioning control system to raise the tip surface 5A of the sample 5 to a position higher than the cut surface 5B by the cutter 16 by a predetermined amount. Cut off the tip of At the end of this preparation stage, the control unit shown in FIG. 2 is operated.

【0020】カッタ16により切断されて新たに現れた
試料5の先端面5Aは、当初、図1に示す切断面5Bの
位置にあり、レーザ変位計15は、図1に示されている
先端面5Aの位置(予め定められた先端面5Aの位置決
め位置)との差に応じた電圧を出力する。この位置検出
出力は、切断時補償ゲート22を通して比較器23へ与
えられるが、指令値は零ボルトであるため、その差電圧
を零にするように第1プリアンプ&コンペンセータ24
から第1パワーアンプ25を介して圧電アクチュエータ
7へ印加する電圧を増加させ、図3に符号Aで示すよう
に、圧電アクチュエータ7を伸長させ、試料台6を上昇
させて試料5を上方へ繰り出す。このときサーボモータ
13は停止したままである。
The tip end face 5A of the sample 5 newly appeared after being cut by the cutter 16 is initially at the position of the cut face 5B shown in FIG. 1, and the laser displacement gauge 15 is moved to the tip end face shown in FIG. A voltage corresponding to a difference from the position of 5A (a predetermined positioning position of the distal end surface 5A) is output. This position detection output is supplied to the comparator 23 through the disconnection compensation gate 22. Since the command value is zero volt, the first preamplifier & compensator 24 sets the difference voltage to zero.
, The voltage applied to the piezoelectric actuator 7 via the first power amplifier 25 is increased, the piezoelectric actuator 7 is extended, the sample stage 6 is raised, and the sample 5 is extended upward, as indicated by the symbol A in FIG. . At this time, the servo motor 13 remains stopped.

【0021】このレーザ変位計15ないし圧電アクチュ
エータ7による試料先端面5Aの位置決めは、レーザ変
位計15により試料先端面5Aの位置を直接検出して行
われるため、試料5はもちろん試料台6や可動体8側の
温度変化などによる寸法変化には全く影響を受けること
なく、サブミクロンないしそれ以下の精度で正確に行わ
れる。
The positioning of the sample tip surface 5A by the laser displacement meter 15 or the piezoelectric actuator 7 is performed by directly detecting the position of the sample tip surface 5A by the laser displacement meter 15, so that not only the sample 5 but also the sample table 6 and the movable It is accurately performed with an accuracy of submicron or less without being affected by a dimensional change due to a temperature change or the like on the body 8 side.

【0022】こうして試料5を所定量繰り出した後、カ
ッタ16により切断する。この切断時には、切断動作に
連動して切断時補償ゲート22が閉じられ、ほとんど零
ボルトに到達している切断動作開始直前のレーザ変位計
15からの検出出力に代えて零ボルトが比較器23へ与
えられる。そこで、カッタ16の通過により試料先端面
5Aの高さが変化しても、圧電アクチュエータ7の伸縮
はなく、試料5は切断開始直前の位置に保持される。
After the sample 5 has been fed out by a predetermined amount, it is cut by the cutter 16. At the time of cutting, the compensation gate 22 for cutting is closed in conjunction with the cutting operation, and zero volts are sent to the comparator 23 instead of the detection output from the laser displacement meter 15 immediately before the start of the cutting operation, which has almost reached zero volts. Given. Therefore, even if the height of the sample tip surface 5A changes due to the passage of the cutter 16, the piezoelectric actuator 7 does not expand and contract, and the sample 5 is held at a position immediately before the start of cutting.

【0023】切断が終了してカッタ16が図1に示す初
期位置に戻ると、切断時補償ゲート22は再び開かれ
る。このとき、試料5の先端面5A側は切断により除去
されるため、図1に示す切断面5Bが先端面となって現
れている。そこで、レーザ変位計15は図1に示されて
いる両面5A、5Bの高さの差に相当した検出出力を発
生し、この検出出力が切断時補償ゲート22を介して比
較器23へ送られる。そして、再び、圧電アクチュエー
タ7を図3に符号Bで示すように伸長させ、試料台6を
上昇させて試料5を上方へ繰り出して、図1の切断面5
Bを図1の先端面5Aの位置まで押し上げ、切断する。
When the cutting is completed and the cutter 16 returns to the initial position shown in FIG. 1, the cutting compensation gate 22 is opened again. At this time, since the distal end surface 5A side of the sample 5 is removed by cutting, the cut surface 5B shown in FIG. 1 appears as the distal end surface. Therefore, the laser displacement meter 15 generates a detection output corresponding to the difference between the heights of the two surfaces 5A and 5B shown in FIG. 1, and this detection output is sent to the comparator 23 via the disconnection compensation gate 22. . Then, the piezoelectric actuator 7 is again extended as shown by the symbol B in FIG. 3, the sample stage 6 is raised, and the sample 5 is extended upward, and the cut surface 5 in FIG.
B is pushed up to the position of the distal end face 5A in FIG. 1 and cut.

【0024】この試料5の繰り出しと切断を繰り返す
と、第1プリアンプ&コンペンセータ24から出力され
る圧電アクチュエータ7用の駆動電圧は、図3に点線で
示す圧電アクチュエータ7の伸び量と同様に増加して行
く。そうして、この駆動電圧が圧電アクチュエータ7の
作動限界域を示す電圧Vmaxに達すると、第1コンパ
レータ26がホールドゲート28をセット状態にし、ア
ンドゲート29へON信号を出す。
When the feeding and cutting of the sample 5 are repeated, the driving voltage for the piezoelectric actuator 7 output from the first preamplifier & compensator 24 increases similarly to the amount of extension of the piezoelectric actuator 7 shown by a dotted line in FIG. Go. Then, when the drive voltage reaches the voltage Vmax indicating the operation limit area of the piezoelectric actuator 7, the first comparator 26 sets the hold gate 28 to the set state and outputs an ON signal to the AND gate 29.

【0025】これによりサーボモータ駆動パルスは、ア
ンドゲート29を通してカウンタ30へ供給され、サー
ボモータ13を図3に符号Cで示すように駆動させて可
動体8を上昇させる。なお、このサーボモータ13の駆
動は、エンコーダ14からのフィードバックを受けて所
定の速度で行われる。
As a result, the servo motor driving pulse is supplied to the counter 30 through the AND gate 29, and the servo motor 13 is driven as shown by reference numeral C in FIG. The driving of the servo motor 13 is performed at a predetermined speed in response to feedback from the encoder 14.

【0026】この可動体8の上昇により圧電アクチュエ
ータ7及び試料台6を介して試料5が繰り出され、その
先端面5Aが上昇する。この先端面5Aの上昇は、レー
ザ変位計15で検出され、圧電アクチュエータ7を図3
に符号Dで示すように縮めて先端面5Aの上昇を抑え
る。この圧電アクチュエータ7の作動の応答性はサーボ
モータ13の応答性に比較して十分高いため、先端面5
Aは実質的に同一高さ位置に保たれる。
As the movable body 8 rises, the sample 5 is fed out via the piezoelectric actuator 7 and the sample stage 6, and the tip surface 5A rises. The rise of the tip surface 5A is detected by the laser displacement meter 15, and the piezoelectric actuator 7 is moved to the position shown in FIG.
To suppress the rise of the tip end surface 5A. Since the response of the operation of the piezoelectric actuator 7 is sufficiently higher than the response of the servomotor 13,
A is kept at substantially the same height.

【0027】すなわちサーボモータ13による上昇と、
圧電アクチュエータ7による下降とは、図3に示すよう
に、ほとんど同期して行われる。こうして圧電アクチュ
エータ7への駆動電圧が零ボルトになるまでサーボモー
タ13による上昇が行われると、第2コンパレータ27
がホールドゲート28をリセットし、アンドゲート29
からのサーボモータ駆動パルスの供給を遮断する。
That is, the rise by the servo motor 13
The lowering by the piezoelectric actuator 7 is performed almost synchronously as shown in FIG. When the servo motor 13 raises the drive voltage to the piezoelectric actuator 7 until it reaches zero volt, the second comparator 27
Resets the hold gate 28 and the AND gate 29
Interrupts the supply of the servo motor drive pulse from.

【0028】なお、サーボモータ13による試料先端面
5Aの上昇は、ホールドゲート28の動作に基づくサー
ボモータ駆動パルスの供給量とエンコーダ14からのフ
ィードバックによるセミクローズドサーボ機構により制
御されるため、サーボモータ13による試料先端面5A
の最終的な位置決めには、ボールネジ9、ボールネジナ
ット10、可動体8などの影響による誤差を生じるが、
これは圧電アクチュエータ7による微細位置決め制御系
によって修正され、試料先端面5Aの位置は、再び所定
の位置に正確に位置決めされる。以下、上記と同様にし
て試料5の繰り出しと切断が繰り返し行われる。
The elevation of the sample tip surface 5A by the servomotor 13 is controlled by the supply amount of the servomotor drive pulse based on the operation of the hold gate 28 and the semi-closed servo mechanism by the feedback from the encoder 14. 13 sample front surface 5A
In the final positioning, there is an error due to the effects of the ball screw 9, the ball screw nut 10, the movable body 8, and the like.
This is corrected by the fine positioning control system using the piezoelectric actuator 7, and the position of the sample tip surface 5A is accurately positioned again at the predetermined position. Hereinafter, feeding and cutting of the sample 5 are repeatedly performed in the same manner as described above.

【0029】前述した実施の形態では、冷凍ユニット4
が固定されて試料5の周囲の側面のみに接触し、試料5
の後端面(図1において下面)は試料台6で受けるよう
にした例を示したが、冷凍ユニット4を試料台6に取り
付け、試料5の後端面をも冷凍ユニット4で冷却するよ
うにしてもよい。この場合、試料台6は、温度による装
置の影響を考慮する必要がなければ、試料台6を断熱材
で形成する必要はなく、また、断熱材を設ける場合に
は、試料台6とは別に形成した断熱部材を試料台6の上
または下などに設けてもよい。
In the above-described embodiment, the refrigeration unit 4
Is fixed and comes into contact with only the side surface around the sample 5, and the sample 5
Although the example in which the rear end surface (the lower surface in FIG. 1) is received by the sample stage 6 is shown, the refrigeration unit 4 is mounted on the sample stage 6, and the rear end surface of the sample 5 is also cooled by the refrigeration unit 4. Is also good. In this case, the sample stage 6 does not need to be formed of a heat insulating material unless it is necessary to consider the influence of the device due to the temperature. The formed heat insulating member may be provided above or below the sample table 6.

【0030】また、前述した実施の形態では、圧電アク
チュエータ7が予め定めた作動限界域に達するまでは、
圧電アクチュエータ7のみにより試料先端面5Aの位置
を制御し、作動限界域に達したところで、サーボモータ
13を作動させて圧電アクチュエータ7への駆動電圧が
零ボルトになるように圧電アクチュエータ7を縮めるよ
うにした例を示したが、本発明は、これに限らず、サー
ボモータ13と圧電アクチュエータ7を同時平行的に作
動させる方式の制御としてもよいなど種々変形して実施
し得ることは言うまでもない。
Further, in the above-described embodiment, until the piezoelectric actuator 7 reaches a predetermined operation limit area,
The position of the sample tip surface 5A is controlled only by the piezoelectric actuator 7, and when the operation limit is reached, the servo motor 13 is operated to contract the piezoelectric actuator 7 so that the drive voltage to the piezoelectric actuator 7 becomes zero volt. However, the present invention is not limited to this, and it goes without saying that the present invention can be implemented with various modifications such as control of a system that operates the servo motor 13 and the piezoelectric actuator 7 simultaneously and in parallel.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、冷凍
試料を極めて正確な厚さで切断することができ、サブミ
クロン厚さの切断も可能である。
As described above, according to the present invention, a frozen sample can be cut to an extremely accurate thickness, and a submicron thickness can be cut.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の機械的構成部分の概要を示す断面図。FIG. 1 is a sectional view showing an outline of a mechanical component of the present invention.

【図2】図1に示した機械的構成部分に制御部の構成を
加えたブロック図。
FIG. 2 is a block diagram in which the configuration of a control unit is added to the mechanical components shown in FIG. 1;

【図3】本発明による圧電アクチュエータとサーボモー
タの駆動関係の一例を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a driving relationship between a piezoelectric actuator and a servomotor according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

4 冷凍ユニット 5 試料 5A 試料先端面 5B 切断面 6 試料台 7 圧電アクチュエータ 8 可動体 9 リニアガイド 10 ボールネジナット 11 ボールネジ 13 サーボモータ 14 エンコーダ 15 レーザ変位計 16 カッタ 21 センサアンプ 22 切断時補償ゲート 23 比較器 24 第1プリアンプ&コンペンセータ 25 第1パワーアンプ 26 第1コンパレータ 27 第2コンパレータ 28 ホールドゲート 29 アンドゲート 30 カウンタ 31 DA変換器 32 速度比較器 33 第2プリアンプ&コンペンセータ 34 第2パワーアンプ 35 微分回路 Reference Signs List 4 Refrigeration unit 5 Sample 5A Sample tip surface 5B Cut surface 6 Sample table 7 Piezoelectric actuator 8 Moving body 9 Linear guide 10 Ball screw nut 11 Ball screw 13 Servo motor 14 Encoder 15 Laser displacement meter 16 Cutter 21 Sensor amplifier 22 Compensation gate at cutting 23 Comparison Device 24 first preamplifier & compensator 25 first power amplifier 26 first comparator 27 second comparator 28 hold gate 29 AND gate 30 counter 31 DA converter 32 speed comparator 33 second preamplifier & compensator 34 second power amplifier 35 differentiating circuit

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 冷凍されている試料の先端を所定厚さに
切断するための冷凍試料の切断装置において、 前記試料を支持し、試料の切断面と垂直な方向へ移動可
能に設けられた試料台と、 この試料台に保持されている試料の少なくとも先端部を
除いてこの試料を包囲し冷却する冷凍ユニットと、 前記試料台を前記垂直な方向へ微小移動させるための圧
電アクチュエータと、 この圧電アクチュエータを保持しこの圧電アクチュエー
タを介して試料台を同じく前記垂直な方向へ移動させる
ための可動体と、 切断により順次現れる試料先端面の前記垂直な方向の位
置検出器と、 この位置検出器の出力を前記圧電アクチュエータにフィ
ードバックし、前記順次現れる試料先端面を切断に先だ
って予め定められた位置に位置決めする微細位置決め制
御系、及びこの微細位置決め制御系による圧電アクチュ
エータの動作に関連してサーボモータにより前記可動体
の位置を制御する粗位置決め制御系からなる制御部と、 を備えたことを特徴とする冷凍試料の切断装置。
1. A frozen sample cutting apparatus for cutting a tip of a frozen sample to a predetermined thickness, wherein the sample supports the sample and is provided to be movable in a direction perpendicular to a cut surface of the sample. A refrigeration unit that surrounds and cools the sample except at least the tip portion of the sample held on the sample stage; a piezoelectric actuator for minutely moving the sample stage in the vertical direction; A movable body for holding the actuator and moving the sample stage in the vertical direction via the piezoelectric actuator, a position detector in the vertical direction of the sample tip surface which appears sequentially by cutting, and A fine positioning control system that feeds back an output to the piezoelectric actuator and positions the sequentially appearing sample tip surface at a predetermined position prior to cutting. And a control unit comprising a coarse positioning control system for controlling the position of the movable body by a servomotor in relation to the operation of the piezoelectric actuator by the fine positioning control system. .
【請求項2】 前記冷凍ユニットと圧電アクチュエータ
との間に断熱部材が介在されていることを特徴とする請
求項1に記載の冷凍試料の切断装置。
2. The apparatus for cutting a frozen sample according to claim 1, wherein a heat insulating member is interposed between the refrigeration unit and the piezoelectric actuator.
【請求項3】 前記試料台が、断熱材によって形成され
ていることを特徴とする請求項1または2に記載の冷凍
試料の切断装置。
3. The frozen sample cutting apparatus according to claim 1, wherein the sample stage is formed of a heat insulating material.
【請求項4】 前記位置検出器が、レーザ変位計である
ことを特徴とする請求項1、2または3に記載の冷凍試
料の切断装置。
4. The apparatus for cutting a frozen sample according to claim 1, wherein the position detector is a laser displacement meter.
【請求項5】 前記微細位置決め制御系が、試料の切断
動作中には位置検出器から圧電アクチュエータへのフィ
ードバックを中断し、代わりの信号で代用することによ
り試料先端面を切断開始時の予め定められた位置に保持
することを特徴とする請求項1、2、3または4に記載
の冷凍試料の切断装置。
5. A fine positioning control system according to claim 1, wherein the fine positioning control system interrupts feedback from the position detector to the piezoelectric actuator during the cutting operation of the sample, and substitutes a substitute signal for a predetermined signal at the start of cutting of the front end surface of the sample. The apparatus for cutting a frozen sample according to claim 1, wherein the apparatus is held at a set position.
【請求項6】 前記制御部が、予め定めた圧電アクチュ
エータの作動限界域を検知する検知部を有し、この作動
限界域に至るまでは圧電アクチュエータにより試料先端
面の位置を制御し、前記検知器により作動限界域に達し
たことを検知したところで前記可動体を前記作動限界域
に対応する所定量移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1、2、3、4または5に記載の冷
凍試料の切断装置。
6. The control section has a detection section for detecting a predetermined operation limit area of the piezoelectric actuator, and controls the position of the tip end surface of the sample by the piezoelectric actuator until the operation limit area is reached. 6. The apparatus according to claim 1, wherein the movable body is moved by a predetermined amount corresponding to the operation limit area when the operation limit area is detected by the heater. A cutting device for a frozen sample according to item 1.
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