JPS6154169B2

JPS6154169B2 -

Info

Publication number: JPS6154169B2
Application number: JP55121979A
Authority: JP
Inventors: Tadao Fukuzaki; Tadahiko Fujisawa; Hiroshi Kasai
Original assignee: Shinkosha KK
Current assignee: Shinkosha KK
Priority date: 1980-09-03
Filing date: 1980-09-03
Publication date: 1986-11-21
Also published as: EP0059220A1; IT8123709A0; CA1163888A; EP0059220A4; JPS5746141A; WO1982000890A1

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はα−アルミナ単結晶からなる超ミクロ
トーム用ナイフに関する。

〔従来の技術とその問題点〕

例えば、共立出版株式会社刊行の単行本である
モダンバイオジーシリース２１の「電子顕微鏡学
実習」によれば、電子顕微鏡の発達とともに、
1939年（昭和14年）に超薄切片作成の摸索が始め
られたが、従来のスチール製ミクロトーム用ナイ
フでは駄目で、これに代わるものとして、ガラス
ナイフが有効であることが発見されたが、1950年
（昭和25年）であるとされている。又、超ミクロ
トーム用のダイヤモンドナイフについての最初の
報告書は、1953年（昭和28年）５月発行のCell
Research，５であるとされている。

このような事情で、これまで超ミクロトーム用
ナイフとしては、ダイヤモンドナイフとガラスナ
イフが用いられて来たが、ダイヤモンドナイフの
製造には特別の熟練とノウハウを必要とし、その
製作技術も公開されておらず世界でも僅か数人の
手によつて製造されているに過ぎないと言われ、
非常に高価でしかも入手が極めて困難である。ガ
ラスナイフは、材料は安いが、その性能に問題が
あり、製作して切つて見ないと、その出来栄えが
確認できないし、良く出来ても数回の切出しで性
能が低下してしまうので、切片の観祭者自身が切
片を切出し、観察する必要が起こる度に、ガラス
ナイフを製作しなければならないと云う大きな問
題があつた。

一方、これまでα−アルミナ単結晶からなるナ
イフを製作する試みはあつた。例えば、米国特許
第3834265号明細書には、α−アルミナ単結晶か
らなる、髭剃用ナイフやミクロトーム用ナイフの
製造法が開示されている。この米国特許は、出願
が1973年（昭和48年）２月16日で、刊行されたの
が1974（昭和49年）９月10日である。従つて、そ
の出願当時には、勿論ガラス及びダイヤモンドの
超ミクロトーム用ナイフは周知公用のものであつ
たにも拘わらず、超ミクロトーム用ナイフの製造
に関しては、該米国特許明細書には、一言半句の
記載も示唆も存在していない。

超ミクロトーム用ナイフは、電子顕微鏡観察用
の超薄切片を切り出す為に用いるナイフである。
電子顕微鏡の拡大倍率は約15000倍であり、光学
顕微鏡の拡大倍率の約1000倍に比べると約15倍で
ある。そのため、光学顕微鏡観察用の切片の約２
μm20000Å）の厚さに比べて、電子顕微鏡察用
の超薄切片は500Å〜1000Åのオーダーの厚さ、
即ち、約1/20〜1/40の厚さの非常に薄いものであ
ることが要求される。

従つて、同じナイフであつても、超ミクロトー
ム用ナイフは、ミクロトーム用ナイフとは、次元
の全く異なるものであり、況して髭剃用カミソリ
刃とは、一緒に論じられないものである。

超ミクロトーム用ナイフにおける問題点は、ま
ず500Å〜1000Åのオーダーの厚さの超薄切片
が、平な切片として切り出せるかと云う点であ
り、更に切り出した超薄切片に、電子顕微鏡観察
に支障を来たす程度を超えるメスキズを有してい
てはならないと云う点である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明者らは、市場には存在しておらず、これ
まで誰も成功していないと考えられた、α−アル
ミナ単結晶からなる超ミクロトーム用ナイフを製
造する為に鋭意研究を重ね、遂に電子顕微鏡観察
に支障を来すメスキズを有しない超薄切片を少な
くとも数百回切出し得る超ミクロトーム用ナイフ
をα−アルミナ単結晶から製造することに成功
し、本発明を完成るに至つたものである。

〔問題点を解決するための手段〕

即ち、本発明は、α−アルミナ単結晶からなる
電子顕微鏡観察用の超薄切片作成用の超ミクロト
ーム用ナイフであつて、該ナイフが最終的に化学
研磨によつて仕上げられており、かつ、その刃先
の全陵線に亘つて、エツチピツトが実質的に存在
していないものであることを特徴とする超ミクロ
トーム用ナイフに関するものである。

以下本発明について詳細に説明する。

第１図は本発明のナイフの斜視図を示した。図
において、１は陵線、２，３は陵線１を形成する
二つの面である。θは面２と面３のなす角度であ
る。３，４は陵線１に平行な面、５，６は陵線１
に直角な面である。

本発明の超ミクロトーム用ナイフの製造法はま
ずα−アルミナ単結晶を第１図に示すような適当
な大きさ〔例えば５×４×10（mm）〕の平行六面
体のブロツクに切出し、ダイヤモンド微粉末を植
え込んだグライダーを用いて研削して刃形を作
り、機械研磨（メカニカルポリシング）例えばダ
イヤモンドの微粒子による研磨を行う。通常装身
具製作には、この研磨で十分であるが、研磨後の
面を顕微鏡で見ると、第４図の顕微鏡写真（倍率
1300、暗視野）で見るように無数の細溝からなる
キズが残る。このような研磨では、二面２，３に
より形成され陵線１には多数の欠けが生じ、実用
になる超ミクロトーム用ナイフは得られない。
又、この機械研磨によつて研磨面に加工歪層が形
成されて残る。この面を更に機械・化学研磨（メ
カノケミカルポリシング）例えば、コロイダル・
シリカの分散液を用いて研磨すると、研磨面のア
ルミナと研磨剤であるコロイダル・シリカとの間
に化学反応を生じてムライト層を形成し、このム
ライト層が機械的に除去されて、あとにかなり平
滑なアルミナ面が残る。この面は顕微鏡によつて
も表面のキズ溝は殆ど観察されず、又表面の加工
歪層も極めて小となる。このような機械・化学研
磨でも、メスキズのない超薄切片を与える超ミク
ロトーム用ナイフの得られる確率は非常に小さ
い。機械・化学研磨した後の二面をさらに所謂化
学研磨（ケミカルポリシング）して表面を更に溶
解除去することにより、第２図イで見られるよう
な陵線において僅かに存在した三角形の欠けが面
２，３の表面の溶解、従つて陵線部分の溶解によ
つて次第になだらかな凹部となり、遂に陵線欠け
の無い第３図イで見られるような陵線が得られ
る。

しかしながら化学研磨によつて陵線の欠けが常
に消失すると限らず、無くならない欠けがあり、
又、無かつたものが現れて来る欠けもあることが
分かつた。

その理由は、α−アルミナ単結晶には、泡、ミ
スオリエンテーシヨン、リネージ、脈理等マクロ
な欠陥と所謂転位（デイスロケーシヨン）に代表
されるミクロな欠陥が存在しており、これらのマ
クロな欠陥が丁度陵線にかかる時は勿論その欠陥
はナイフに現れるが、転位のようなミクロな欠陥
も、化学研磨を受けた場合には、エツチピツトと
して現れ、陵線に鋭い三角形の欠けとして現れ
る。第５図イ，ロ，ハの顕微鏡写真（倍率1300
倍）は陵線における三角形の欠けと面に現れたエ
ツチピツト（転位を表す）との対応を明瞭に示し
ている。

従つて、材料のα−アルミナ単結晶は、前記マ
クロな欠陥のみならずミクロな欠陥のできるだけ
少ない材料を選ぶことが望ましい。品質の悪い材
料を用いると、現れていた欠けが化学研磨によつ
て消失しても新しい欠け（材料単結晶に存在して
いた転位欠陥等に基づく）が発生し、全陵線に亘
つて実質的に欠けのない刃を持つたナイフが得ら
れる確率が小さくあり、合格品の歩留が低下する
からである。この意味で、出来るだけ純度の良い
アルミナを原料とし、エツチピツト（転位）密度
ができるだけ少あくなるような単結晶成長法によ
つて製造されたα−アルミナ単結晶のできるだけ
内部応力の少ない欠陥のない部分のものを用いる
ことが望ましい。その意味で装飾用、軸受石用サ
フアイヤを大量生産すべく開発されたベルヌイ法
によるよりも電子光学用の目的で内部欠陥を重視
して開発されたチヨクラルスキー法、熱交換法、
バクダサロフ法等によつて入念に製造されたα−
アルミナ単結晶が望ましい好ましい超ミクロトーム用ナイフは、α−アル
ミナ単結晶のＣ軸と陵線が平行なナイフ、即ち、
Ｃ面（0001）が陵線と直角をなす側面となるよう
なナイフである。

刃先を形成する二面２，３のなす角度は、一般
に刃先を形成する時識的角度で、切片切出しの十
分な切れ味と刃先の耐久性を考慮して選べば良
く、10゜〜70゜の範囲で使用可能である。しか
し、陵線を形成する二面は、必ずしも特定の低面
指数である必要はないが、二面共に低面指数面を
用い、例えばmm面（60゜）、aa面（60゜）、ma
面（30゜）とすることが、刃先の鋭利さを保持す
る上、及、刃先にエツチピツトが現れにくいと云
う二つの理由から望ましい。その中でもmm面が
ベストで、次がma面、最後にaa面である。

本発明における機械研磨には、例えばダイヤモ
ンド微粉末による慣用の研磨法を採用すれば良
く、又、機械・化学研磨にはコロイダルシリカを
用いる慣用の方法を用いれば良いが、必ずしもこ
れらの方法に限定されるものではない。

又、化学研磨法としては、α−アルミナを適当
な速度で溶解できる適当な化学研磨剤を用いれば
良く、その機能を果たす限りにおいて、特に限定
されない。化学研磨法としては、H₃PO₄，
KOH，KHSO₄，H₂SO₄＋H₃PO₄等の加熱溶液が
用いられるが、例えば、正隣酸濃厚溶液を用いて
200〜500℃で、より具体的には88％濃度のH₃PO₄
溶液中に340℃で10間浸漬する等の方法が十分実
用的である。

なお機械研磨及び機械・化学研磨は適当な材質
のラツプ板上に研磨剤を塗り被研磨物に種々の回
転を与えて、ラツプ板上で面研磨を行うが、第１
図の面３の研磨は面３と面４が平行な為問題ない
が、面２の研磨では、面３，４によつて多くのナ
イフ・ブロツクを接着して各ブロツクの面２を一
つの平面として研磨す方法が望ましい。そうでな
いと、研磨の際、柔らかい接着剤層が硬い研磨剤
の微粒子によつてまず削られ、刃先をなす陵線が
丸く削られ、超薄切片を切れ味良く切り出すには
不十分な程度にまで丸みをびたものとなるからで
ある。この意味で接着剤層の厚みは20μを超えな
い方が良い。

本発明の超ミクロトーム用ナイフが具備すべき
最も重要な特性は、前述のとおり、超薄切片を
切り出せることと、刃先を形成する陵線の全域
に亘つて、実質上有害なメスキズを超薄切片に与
える欠け部分を有しないことである。

本発明者らは、実際の超薄切片の切出しとその
電子顕微鏡による観察と刃先の検査を対照して操
り返す研究を行つた結果、前述の製造法によつて
最終的に化学研磨を施したナイフは、驚くべきこ
とに、倍率約800倍以上の通常の光学顕微鏡によ
る観察によつて、十分な精度を以て、その欠けを
検出可能であることを突き止めた。

これは、本発明の超ミクロトーム用刃が、最終
には化学研磨に付せられているために、エツチピ
ツトに基づく欠け以外の機械的研磨等によつて生
した欠けが消失することによるものであると考え
られる。

第２図は、顕微鏡を用いて撮つたナイフ刃先の
顕微鏡写真（倍率1300倍）イとそのナイフを用い
たミクロトームによつて切出した切片のメスキズ
を表す顕微鏡写真（倍率1300）ロを示す。イにお
いて刃は白色部分で示される。イにおいて見られ
る刃の欠けとロで見られるメスキズが良く対応し
ていることが分かる。

第３図は、第２図で用いたと同じ倍率1300の顕
微鏡写真で実質的に欠けのない刃先を示したもの
イと、この刃先のナイフで切出した切片を対応し
て示したものロであり、刃に実質的な欠けはな
く、切片にはメスキズが現れていない。そして、
このナイフで切出した切片の電子顕微鏡写真（倍
率2000倍）ハに見られるように、この刃では、切
り出した多数の切片の電子顕微鏡写真（倍率1000
〜50000）から電子顕微鏡観察に支障ときたすメ
スキズが生じないことが確認された。

本発明において欠けが実質的にないことは第３
図イで見られるように全陵線に亘つて１個も発見
できない場合が該当するが通常超薄切片の大きさ
は1.0mmの平方以下であるから、1.0mmmmよりも十
分大きな長さで欠けがなければ、欠け場所を認識
して切出しにその部分を避けることによつて十分
目的を達し得るので、本発明は、このような場合
をも包含する。

本発明の超ミクロトーム用ナイフは、多数回の
超薄切片切出しの後、刃先に欠けを生じ又は及び
切れ味が悪くなつた場合、機械研磨、機械・化学
研磨なしに、化学研磨のみにより、超ミクロトー
ム用の合格ナイフを再生し得ることが多い。勿
論、非常に大きい欠けが生じた場合は、機械研磨
又は／及び機械・化学研磨の前に行うことが必要
であり、望ましい。

本発明において、化学研磨によつて刃先である
陵線の丸みが増して切れ味が低下することなし
に、十分な切れ味を保持したまま機械研磨または
機械・化学研磨に基づく陵線の欠けを減少し得る
こと、そして、この最終的に化学研磨されたナイ
フで超薄切片を切出し得ること、更に化学研磨の
みによつてナイフの再生が実施できる場合の多い
こと、エツチピツトが陵線に刃先の欠けとして現
れては消えること、このエツチピツトに基づく欠
けが、超薄切片のメスキズの原因となること等の
発見は、これまで知られていない発見であつて、
これらの発見は、本発明の重要な根拠をなすもの
である。

〔実施例〕

以下に実施例を示す。

実施例１バグダサロフ法によつて得られた高品質サフア
イヤー（エツチピツト密度２×10³／cm²）から、
Ｃ面とｍ面を側面とする５×４×10cmの平行六面
体を切出し、そのｍ面に対してｍ面を以て陵線を
形成せしめるように（刃の角度60゜）研削し、こ
の両mm面を３〜８μ径のダイヤモンド微粒子に
より、次いで１／２〜３μ径のダイヤモンド微粒
子を用い２段階にラツプ盤上で研磨し、次いで
300〜400Åの微粒子からなるコロイダル・シリカ
のアルカリ溶液を用い、ポリウレタンスポンジパ
ツドからなるラツプ盤上で研磨した。この場合側
面のｍ面はそのまま研磨したが、六面体の斜面を
なすｍ面の研磨は、３個の六面体の側面ｍ面で斜
面ｍ面が一つの平面をなすように接着して研磨し
た。この場合接着剤層の厚みは約１μであつた。
この厚さを厚くするとダイヤモンド微粒子による
研磨の際陵線部が消減し、ナイフ刃先の切れ味が
悪くなることがある。次いでコロイダルシリカに
よる機械・化学研磨に付した後、接着剤層を溶剤
で溶かし、１個、１個に離した後、88％のH₃PO₄
水溶液中で320℃で約10分間化学研磨を行つて、
とり出し、良く洗浄して乾燥し、倍率800の顕微
鏡で刃先を検査したところ欠けは検出できなかつ
た。このナイフを超ミクロトーム（ライヘルウル
トラカツト0mU4）に装着し、エポキシ樹脂によ
つて包埋したブロツクを薄切りしたところ、所謂
シルバーの厚さ（約600Å）の超薄切片が切り出
された。600回の連続切出しによつても何ら切れ
味に変化なく、メスキズの発生もないことが確認
された。

実施例２刃先を形成する陵線をなす二面をｍ面（側面）
とａ面とする（交面角度は30゜）以外は実施例１
と同様にしてイフを作つた。このナイフによつて
も実施例１と同様な超薄切片の切出し結果が得ら
れた。

実施例３刃先を形成する陵線をなす二面をａ面とする
（交面角度は60゜）以外は実施例１と同様にして
ナイフを作つた。このナイフによつて実施例１と
同様な超薄切片の切出し結果が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のナイフの拡大斜視図である。
第２図イは陵線欠けのあるナイフ刃先の顕微鏡写
真（倍率1300倍）、ロはイのナイフを用いたミク
ロトームによつて切出した切片のメスキズを表す
顕微鏡写真（倍率1300倍）、第３図イは陵線欠け
のないナイフ刃先の顕微鏡写真（倍率1300倍）、
ロはイのナイフを用いたミクロトームによつて切
出したメスキズのない切片の顕微鏡写真（倍率
1300倍）、ハはイのナイフを用いたミクロトーム
を用いて犬の心筋をエポキシ樹脂で包埋したもの
を切出した切片を日立電子顕微鏡HU−12Aを用
いて得た電子顕微鏡写真（倍率2000）、第４図は
機械研磨後のα−アルミナ単結晶の研磨表面の顕
微鏡写真（倍率1300倍、暗視野）、第５図は、ナ
イフの陵線欠けとエツチピツト（転位欠陥）との
関係を示す顕微鏡写真（倍率1300倍）、イは１個
の機械的な大きな欠けを有する低品質のα−アル
ミナ単結晶からなるナイフ、ロ，ハは比較的高品
質のα−アルミナ単結晶からなるナイフの顕微鏡
写真である。１……陵線、２……陵線を形成する２面、３，
４……陵線に平行な面、５，６……陵線に直角な
面、θ……面２，３のなす角度。

Claims

【特許請求の範囲】

１ α−アルミナ単結晶からなる電子顕微鏡観察
用の超薄切片作成用の超ミクロトーム用ナイフで
あつて、該ナイフが最終的に化学研磨によつて仕
上げられており、かつ、その刃先の全陵線に亘つ
てエツチピツトが実質的に存在していないもので
あることを特徴とする超ミクロトーム用ナイフ。