JPS59112249A - 超ミクロト−ムナイフ用ダイヤモンド切断要素 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超ミクロトームに使用するために特に好適なナ
イフに関し、且つ特にダイヤモンドのような立方晶糸ダ
イヤモンド結晶構造を有する物質から形成された切断要
素であって、結晶構造の立方体および十二面体の平面で
ある小平面により形成された切刃を有しそして前記切刃
が結晶構造の三軸方向に沿って位置するような切断要素
を有する超ミクロトームナイスに関する。

超ミクロトームを使用して生物標本を薄切りするため延
、超ミクロトームナイフにダイヤモンド切断要素を使用
することは現在よく知られている。米国特許第３．０６
０，７８１号明細書には、このような目的のために有用
なダイヤモンド切断工具が開示されている。上記の米国
特許に開示されているようなダイヤモンド切断工具を使
用した超ミクロトームナイフは小さいダイヤモンドチッ
プを金属製のシャンクに結合しそしてそのダイヤモンド
を非常に平滑な湿潤可能な面を有する極めて鋭い刃とな
るまで研削することにより製造される。

ダイヤモンドナイフおよびガラスナイフは電子顕微鏡に
より検査するために埋めこまれた生物組織またはその他
の物質を極めて薄い切片に薄切りするために使用されて
きた。埋めこまれた組織のブロック面は代表的には０．
２５〜１．０簡の長さを有し、一方切片の厚さは１００
〜２００オングストローム程度である。得られた埋めこ
まれた組織の切片は切断工程中にゆがむ。これらのゆが
みはこれらの切片を使用者にとって知覚的に不快なもの
にし、電子顕微鏡による判断に支障を与えそして／また
は電子顕微鏡による検査のための切片の有用性を完全に
損なってしまう。ダイヤモンドナイフはガラスナイフと
較べて比較にならない程の信頼性を発揮することができ
る。ガラスナイフは作り直さなければならない程度にな
るまでに１０〜２０個の切片を切断することができる。

これに対して、ダイヤモンドナイフはとぎ直さなければ
ならなくなるまでに数千個の切片を切断することができ
る。

ダイヤモンド切断要素を超ミクロトームナイフブレード
に使用しそしてダイヤモンド切断要素の製造効率を最適
化する場合にいくつかの望寸しい性質が肝要である。前
述したように、最適化した性能を得るために、ダイヤモ
ンド切断要素を使用する超ミクロトームナイフは厚さが
１００〜２０００オングストロームの範囲である数千個
の極めて薄い切片を切断可能であるべきである。この性
能基準を満足させるために、ナイフに使用される切断要
素が物理的欠陥がない極めて鋭い刃（刃の直径が１００
オングストロームより小さいかまたはそれに等しい）を
有していることか肝要である。小平面は極めて平滑で欠
陥が無いものでなければならず、そして湿潤性（親水性
）を改良するために有意な濃度の表面酸素またはその他
の種が連続して存在しなければならない。製造過程を最
適にするために、最高の研削速度を得るための正しい研
削の方法および方向が必要となる。これはダイヤモンド
出発スラブ（除去されるべき材料の量および許容される
最も早い研削速度）のサイズ、形状および結晶配向なら
びにダイヤモンドスラブを金楓シャンクに取りつけるた
めに使用される方法の如何により左右される。

従って、鋭い刃を有する微視的に平滑な小平面を示す超
ミクロトームナイフに使用するためのダイヤモンド切断
要素を提供することが望ましい。それに加えて、ダイヤ
モンド結晶の八面体の平面に沿った裂は目による物理的
欠陥の影智が最小である耐久性のある刃を有するダイヤ
モンド切断工具を提供することが有利である。

このようなナイフは結晶配向がダイヤモンドのための最
も早い研削速度を生ずるような出発スラブを提供するこ
と姉より容易に製造されるべきである。さらに、小平面
は親水性の棟（例えは酸素）の小平面への最も強力な結
合および塵埃および屑の捕捉を最小にするための最小の
化学的反応性を示すべきである。

本発明はダイヤモンドのような立方晶系ダイヤモンド結
晶構造を有する物質で形成された切断要素およびその製
造方法に関し、そしてこの切断要素は超ミクロトームナ
イフとして使用するために特に好適である。本発明によ
れば、切断要素の幾例学的境界線はダイヤモンド結晶の
三つの所定の結晶方向に泊って正確に配向されている。

このダイヤモンド切断要素は切刃を形成するために交わ
る第１小平面および第２小平面を有している。第１小平
面は立方面であり、そして第２小平面はダイヤモンド結
晶の十二面体の平面であり、切刃はダイヤモンド結晶の
立方方向に平行である。第１小平面と第２小平面との間
の角度は３０’ないし６０°の範囲である。

この夾角は４５°であることが好ましい。本発明による
ダイヤモンド切断要素はシャンク中に装着されたときに
このような器具において望ましいと考えられる特質を示
す超ミクロトームナイフを形成する。

本発明は添付図面に関する以下の詳細な説明からさらに
充分に理解されよう。

以下に開示した内容全体にわたって、同様な符号はすべ
ての図面における同様な袈紫を示している。

第１図および第２図において、全体を符号１０で示した
超ミクロトームナイフは超ミクロトーム台１２の上に支
持されるものとして示しである。超ミクロトームナイフ
１０はシャンク１６の中に設けたスロット１５の中に装
着された本発明の教示を具体化したダイヤモンド切断要
素１４からなっている。切断要素１４の一つの小平面１
８は、台１２に取りつげられたときに、台１２の上に取
りつけられたポート２２に面するように配置される。そ
れ故に、切断要素１４のこの小平面１８は「ポート側の
」小平面と呼ばれている。切断要素１４の他方の小平面
２゜は「ブロック側の」小平面として知られている。

切断要素１４の小平面１８および２ｏは交わって刃２４
（第２図）を形成する。刃２４は所定の基準方向２６を
有している。

実際には、シャンク部分１６の中に装着された本発明に
よるダイヤモンド切断要素１４により形成されたナイフ
１０は試料ブロック３０が取りつけられた超ミクロトー
ム標本アーム６２がナイフ１０に対して符号６４で示し
た方向に移動せしめられるときに試料ブロック６０の中
に埋め込まれた組織の試料から切片２８を薄切りし且つ
収集するようになっている。試料ブロック６０から切断
された切片２８はリボン６８を形成する。リボン６８は
ポート２２の中に送入された液体４０（通常、蒸溜水）
の液面上に浮遊する。個々の切片は、すべてよく知られ
ている超ミクロトームの原理および慣行により、後程回
収されそして金属製グリッドまたはその他の好適な付着
面上に配置される。

第６Ａ図には、立方晶系ダイヤモンド結晶構造を示す原
子および化学結合の幾何学的構成の斜視図を示しである
。炭素、珪素、ゲルマニウム、珪素およびαまたは灰色
すずはすべてこの結晶構造を示す元素である。「ダイヤ
モンド」なる用語はそれが普通の表現で使用されている
場合物質のすべての原子が数チの窒素のような不純物を
除いて炭素である立方晶系ダイヤモンド結晶構造を有す
る物質を指す。「物質のすべての原子が炭素である」と
いう表現はこの意味で解釈すべきである。この明細書の
中で超ミクロトームナイフおよびそのための切断要素を
示すために使用されている「ダイヤモンド」なる用語は
普通の意味で使用している。しかしながら、立方晶糸ダ
イヤモンド結晶構造と意図された用途のために充分な硬
度とを有する任意の物質で形成されたナイフおよびその
ための切断要素が本発明の範囲内にあると解釈すべきで
ある。

第６Ａ図には、立方デカルト座標糸４２に関する立方晶
糸タイヤモンド結晶構造を示しである。この座標系では
、Ｕ軸がＸ軸およびＹ軸に対して４５°に配置され、そ
してｖ軸がＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸に対して４５°に配置
されている。

各々の炭素原子は１０９°２８′の結合角度でその最も
近い４個の隣接原子に四面体状に結合されている。

立方晶系の結晶面はミラー指数系（ｈ、　ｋ、ｔ）を使
用して説明される。ミラ一孔数系では、指数は対応した
Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸との平面の逆交差の最も低い相互
に調和した倍数である。

対応した結晶軸〔ｈ、に、ｔ〕は（ｈ＋に＋ｔ）平面に
垂直である。立方晶系ダイヤモンド結晶構造のための三
つの基本的な型式を次表に記載した。

例えば、（ｉｏｏ）平面は座標糸４２において〔肛〕す
なわちＸ軸に垂直であり、（１１０）平面は［１１０］
すなわちＵ軸に垂直であり、そして（１１１）平面は［
１１１）すなわちＶ軸に垂直である。

第６Ａ図の結晶面の様式化した平向図である第６Ｂ図は
立方デカルト座標糸４２のＸ、ＹおよびＵ平面の中の種
々の結晶軸および平面の配向を例示している。デカルト
座標糸４２のＺ軸すなわち［００１：］軸は第６Ｂ図の
平面外に延びている。ｄ型およびｄ型の平面を有する第
６Ｂ図に類似した図も描くことができよう。その場合に
は、Ｘ軸すなわち［１００］軸またはＹ軸すなわち［０
１０：］軸は紙面外に延びろことになる。

第３Ｂ図から理解されるように、結晶面はＸ、Ｙおよび
Ｕ平面において不規則な八面体を形成し、そして種々の
ｄ型すなわち（１００）型平面（実軸で示した）または
交互に描かれたｄ型すなわち（ｉｏｏ）型平面（点線で
示した）で示される。

ａＷの平面またはｄ型の平面の各々はそれらと組み合わ
されたａ軸またはｄ軸（点鎖線または点線でそれぞれ示
しである）に垂直である。第６Ｂ図の平面外に延びる軸
線は立方晶系ダイヤモンド結晶の［００１］方向と全く
一致している。

同等の図において、紙面外の軸は場合により立方晶系ダ
イヤモンド結晶の（ｉｏｏ）または（ｏｉｏ）で示した
方向と全く一致することになろう。ミラー指数表示系に
おいて記号１がマイナス１に等しいことに留意すべきで
ある。

本発明によれば、切断要素１４（第２図）は定石用原石
の品質を有する単結晶ダイヤモンドで形成されており、
切断要素１４の幾何学的境界は結晶線の〔００１〕軸が
切断要素１４の刃２４の基準方向２６に平行に配置され
るように構成されている。［１００１〕軸は基準方向２
６にイ竹に配置されるように選択される。その３”ＪＡ
由は、（００１，：１軸に垂直な対比；した（００１）
平面か自然に生ずる臂開面すなわち（１ｉｉ）型の平面
または十二面体の平面すなわち（１１ｏ）　ｍの平面よ
りもはるかに高い自由な表面エネルギを准することか知
られているからである。この選択は製造および切断過程
中の物理的な欠陥および損傷を最小限にとどめ、そして
ナイフの開用性を最大限に高める助けをする。同等の図
では、結晶の［１００］軸または［０１０：］軸が切断
要素１４の刃２４の基準方向２６に平行に配置されるか
、これは本発明の考慮の範囲内である。

第２図および第４図について述べると、切断要素１４の
ポート側小平面１８はダイヤモンド結晶のミラー指数に
おける立方面、すなわち（１００）型の平面として規制
されている。第４図から理解されるように、切断要素１
４の小平面１８はａ　平面すなわち（０１０）平面であ
る。切断要素１４のブロック側小平面２０はダイヤモン
ド結晶のミラー指数における十二面体の平面すなわち（
１１０）型の平面として規制されている。第４図におい
ては、切断要素１゛４の小平面２０はｄ平面すなわち（
１１０）平面である。小平面１８および２０の間の夾角
２５は３０°ないし６０°の範囲内にあり、そして４５
°であることが好ましい。ここで指定した場合の好まし
い夾角は前述した角度の±１５°の範囲内とす為ことが
できることに留意すべきである。その理由は４５°と異
なる夾角２５に刻して規制されたその他の小平面が（１
００）型平面または（１１０）型平面から非常に僅か逸
脱するからである。勿論、（１００）型の平面または（
１１０）型の平面の他方な夾角が好ましい範囲内にあり
または４５°であるように選択できることに留意すべき
である。小平面１８および２０を逆にすることもでき、
これは本発明の範囲内にある。

両方の小平面１８．２０の各々を（１００）型の平面ま
たは（１１０）型の平面に選択することによって得られ
た切断要素が第３Ｂ図において角度におおよびＬＶＣ類
似の角度、例えば９０°の夾角を形成するか、容認しう
る超ミクロトーム切断要素を生じないことに留意すべき
である。しかしながら、このような切断要素はその他の
薄切りまたは機械加工の用途に有用であるかもしれない
。

切断軟素１４の幾何学的境界がこの明細書に述べた態様
でダイヤモンド結晶の所定の結晶の仰および対向に配向
された場合に改良された切断要素が提供されると考えら
れる。

本発明による切断要素１４は任意の天然に産出するダイ
ヤモンド結晶の形態から加工することができる。しかし
ながら、ダイヤモンド八面体がこれらの形態のうちで最
も一般的であるので、以下の説明ではダイヤモンド八面
体について述べることにする。従って、本発明によれば
、宝石用原石の品質を有するダイヤモンド八面体４４（
第５Ａ図）が出発材料として使用される。

のこ引きが八面体４４０面４８の中ではなくリプ４６の
中に出発せしめられる限りは熟練した当業者がダイヤモ
ンド八面体４４から任意の所定のスラブなのと引きする
ことができるごとに気付かれよう。

本発明によれば、ダイヤモンド八面体はミラー指数の（
０２５）型平面に治ってのと引きされる。

こののこ引き線は第５Ａ図に符号４９で示した点鎖線で
示しである。（０２５）平面は八面体（第５Ａ図）の基
線５０の上下で八面体の対向したリブ４６と２２．５°
の角度で交わる平面である。

こののこ引きにより上下の面５４がダイヤモンド結晶の
（０２５）Ｎ、平面である不規則な六角形の形状のスラ
ブ５２が得られる。スラブ５２の横方向の表面５６はダ
イヤモンドの結晶の天然に産出する平面、すなわち（１
１１）型の平面である。

基準線５８（第５Ｂ図）に平行に延びる刃の方向を選択
してスラブ５２をシャンク１６の中に取りつける。シャ
ンク１６は代表的にはモネルまたはその他の型式の硬質
金属で製造され、そしてダイヤモンドが鍋ろうまたはそ
の他の好適なよく知られている接着剤を使用して接着さ
れる。切刃２４を形成するために、スラブが装着された
シャンク１６はその後米国特許第３．０６０，７８１号
、同第５，１９０，０４４号およびＰＪ第５．１９　Ｃ
Ｉ、０４７号の各明細書に開示されているような処理工
程に付される。これらの米国特許の各々はこの明細書に
参考のために記載しである。

上記の態様で本発明によるダイヤモンド切断要素を使用
して形成された超ミクロトームナイフは（１）有利なス
ラブの配向、（２）小平面としての最も低い水準面（ｉ
ｎｄｅｘ　ｐｌａｎｅ）の位置ならびに（６）合理的に
低い配向軸（（２５０）型の軸または（２１１）型の軸
よりも低い）を有し且つダイヤモンドの八面体、十二面
体、正六面体またはダイヤモンドのその他のさらに複雑
な結晶の形態を骨間するかまたはのこ引きすることによ
り得られたすべての可能なダイヤモンドの配向にわたっ
て最適化される３０°ないし６０°の範囲の種々のナイ
フの夾角において蕗出された結晶面を提供する。

（０２５）型の平面に沿ってのこ引きすることにより得
られたスラブ５２は夾角２５が第２図において中心線２
７に関して対称である（すなわち２２．５°の等しい半
分の角度である）ときに正確に（ｉｏｏ）型の平面およ
び（１１０）型の平面である４５°の夾角で交わる小平
面を有する切断要素を形成する。これらの小平面（第２
図および第４図に示した）は（刃の方向２６に平行な）
可能な最も早い研削速度を有し、そしてダイヤモンドの
ための最良の総合的な配向対称性を有している。

第４図に示した小平面は、ダイヤモンド結晶の二つの最
も低い示準面すなわち正六面体または（１００）　ｕの
平面および十二面体または（１１０）型の平面であるの
で４５°の夾角において微視的に平滑な表面である。こ
れは３０°なＬ−Ｌ、６０°の範囲の夾角２５に対して
本質的にあてはまることである。その理由は前述したよ
うにその他の小平面がこれらの平面から極めて僅か逸脱
するからである。

第４図に示した小平面（ファセット）は合理的な密度の
部位（１平方センチメートルにつき約１０１５の部位）
を与え、そして各部位にお℃・て酸素が最も低い化学反
応性で結合できるので、超ミクロトームのナイフ１０を
使用する間の塵埃および屑の捕捉が最小限にとどめられ
る。これらの小平面の両方はナイフの小平面の親水性（
湿潤性）に寄与し、そしてナイフの超ミクロトーム性能
に重要である。第４図に示した小平面は酸素およびその
他の親水性の種に最も強くそして最も安定した結合性を
有して℃・る。

グイヤ＝ンド切断要素の効果につ℃・て考にされるべき
最彼の槻累は骨間に起因する刃または小平面の物理的欠
陥の存在である。これらの欠陥は出発スラブの天然の襞
開面、すなわち（１１１）型の平ｍ１、三角形、双晶形
成または不純物による欠陥を含むい−　くかの原因から
発生している。

後者の原因は排除することがより困難であるので、刃ま
たは小平面の物理的欠陥のもつと率直な指標は（υ第２
図でナイフの横断面の幾何学重子７ｉ　Ｘ、　Ｙ、　Ｕ
において、そして（２）ナイフの刃の方向２６の平面に
垂直に、または平行にまたは前記平面中の００から９０
°までの範囲内の角度において生する天然の鰺開面の数
であろう。これらの種類の骨間面の発生によりナイフの
製造中または使用中に刃または小平面の欠陥が生ずる確
率がさらに高くなる。第３Ｂ図および第４図に示した結
晶配向は上記の二つの種類のいずれにおいても骨間向を
治していない。第６Ｂ図および第４図に示した配向に対
する骨間面は横断面の幾何学平面またはナイフの刃の平
面から大きく離れた空間位置に生ずる。これはナイフ１
０の製造中または使用中に刃または小平面の欠陥が生ず
る確率が可能な限りの最小になることを意味している。

当業者は前述した本発明の教示に基づいて準種の変更を
実施することができる。これらの変更は本発明の範囲内
にあると解釈されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は極めて薄い切片を切断するための超ミクロトー
ムを高度に様式化して示した図、第２図は本発明の教示
を具体化したダイヤモンド切断要素を使用した超ミクロ
トームナイフの斜視図、第６Ａ図は立方晶系ダイヤモン
ド結晶構造を有するダイヤモンドのような物質の結晶構
造の斜視図、一方第３Ｂ図は第３Ａ図の結晶面の様式化
した平面図、第４図は本発明による切断要素の図解図、
第５Ａ図は立方デカルト座標系について示したダイヤモ
ンドの最も普通に産出される結晶の形式すなわち八面体
を示した図、一方第５Ｂ図は第５Ａ図の八面体からのこ
引きされたスラブの平面図である。 １０・・・超ミクロトームナイフ、１２・・・切断要素
、１５・・・スロット、１６・・・シャンク、　　１８
．２０・・・小平面、２４・・・刃、２５・・・夾角、
２６・・・基準方向、２８・・・切片、３０・・・試料
ブロック、６８・・・リボン、４２・・・デカルト座標
系、４４・・・ダイヤモンド八面体、４６・・・リブ、
４８・・・面、５２・・・スラブ、５４・・・上下の面
、５６・・・横方向の面、５８・・・基準線。 ＦＩＧ、１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）第１小平面と、第２小平面と、前記第１および第２
   小平面の間に形成された切刃とを有する立方晶系ダイヤ
   モンド結晶構造を有する物質で形成された切断要素であ
   って、前記第１小平面が立方面であり、前記第２小平面
   が十二面体の平面であり、且つ前記切刃が前記第１小平
   面と前記第２小平面との間の夾角が６０°ないし６０°
   の範囲である結晶構造において立方方向に対して実質的
   に平行に配置されていることを特徴とする切断要素。 ２）前記夾角が４５°であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の切断要素。 ６）前記物質のすべての原子が炭素であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の切断要素。 ４）前記物質のすべての原子が炭素であることを特徴と
   する特許請求の範囲第２項に記載の切断要素。 ５）シャンクと、前記シャンクの中に装着された立方晶
   糸ダイヤモンド結晶構造を有する物質で形成された切断
   要素とを備え、前記切断要素が第１小平面と第２小平面
   と前記第１および第２小平面の間に形成された切刃とを
   有する超ミクロトームナイフであって、前記第１小平面
   が立方面であり、前記第２小千匍が十二面体の平面であ
   り、且つ前記切刃が前記第１小平面と前記第２小平面と
   の間の夾角が３０°ないし６０°の範囲である結晶構造
   において立方方向に対して実質的に平行に配置されてい
   ることを特徴とする超ミクロトームナイフ。 ６）前記夾角が４５°であることを特徴とする特許請求
   の範囲第５項に記載の超ミクロトームナイフ。 ７）前記物質のすべての原子が炭素であることを特徴と
   する特許請求の範囲第５項に記載の超ミクロトームナイ
   フ。 ８）前記物質のすべての原子が炭素であることを特徴と
   する特許請求の範囲第６項に記載の超ミクロトームナイ
   フ。 ９）　　（ａ）結晶形態の物質からミラー指数により（
   ２５０）型の平面として示された平面である露出面を有
   するスラブなのこ引きし、（ｂ）前記スラブから切刃を
   形成し、前記切刃が第１小平面と第２小平面との間に形
   成されそれにより第１　／Ｊ一平面が立方面であり、第
   ２小平面が十二面体の平面であり且つ切刃が立方晶系ダ
   イヤモンド結晶構造において立方方向に対して実質的に
   平行に配置されるようにする諸工程を含んでいることを
   特徴とする立方晶系ダイヤモンド結晶構造を有する物質
   から切断要素を製造する方法。 １０）さらに、前記工程（ａ）および（ｂ）により製造
   された切断要素をシャンクの中に装着する工程を含んで
   いることを特徴とする特許請求の範囲第９項に記載の方
   法。 １１）前記物質のすべての原子が炭素であることを特徴
   とする特許請求の範囲第９項に記載の方法。 １２）前記物質のすべての原子が炭素であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１０項に記載の方法。