JP2009244265A - リニアモータをドライブシステムとして使用する、可変の切断行程を備えたミクロトーム - Google Patents

Abstract

【課題】切断行程が可変であり、構造が簡単なミクロトームを提供することであり、これによりサイズの種々異なる対象物の迅速な切断作業を可能にする。
【解決手段】リニアモータ（３８）を有し、該リニアモータはリニアステータ（２２）とリニアロータ（２４）を含み、線形相対運動を前記ナイフエッジ（１９）と対象物（２８）との間で形成し、これにより薄切片を作製し、前記リニアステータ（３８）は前記リニアロータ（２４）を駆動する漂遊磁界を発生し、コントロールユニット（３０）を有し、該コントロールユニットは前記リニアモータ（３８）を制御し、所定の変位距離（Ｌ）に沿った相対的往復運動を行わせ、前記送りユニット（３４）を２つの薄切片間で制御するミクロトーム。
【選択図】図１

Description

本発明は、顕微鏡用の薄切片を作製するためのミクロトームに関する。

ミクロトームにはますます電動ドライブユニットが装備されるようになっている。ＤＥ １９６３０３８２（特許文献１）に開示されるミクロトームでは、切断すべき標本を備える少なくとも１つの標本ホルダが、回転可能に取り付けられたディスクに配置される。標本と切断ナイフの間での切断作業は、ディスクの回転によって行われ、標本は切断ナイフの上を案内される。電動回転ドライブシステムが設けられており、これによりディスクの回転運動が発生される。

ＤＥ １９９１１００５（特許文献２）が開示する回転式ディスクミクロトームでは、ミクロトームの電動的に調整可能なパラメータがコントロールユニットを介して設定される。所要の切断速度は、例えば切断面と切断すべき標本との間の間隔を自動検出することにより設定される。標本が刃先に接近すればするほど、切断速度は低くなる。したがって切断面と標本との間の間隔の自動検出を、切断速度を調節するために使用することができる。

ＤＥ １９６３０３８２ ＤＥ １９９１１００５

前記特許文献１のミクロトームでは、機械的構造に起因して、切断行程が可変ではない。このことの欠点は、大きな標本および標本交換の際には長い切断行程が適するが、この長い切断行程が小さな標本に対してはサンプルスループットを低減させることである。このサンプルスループットは、サンプルまたは標本の薄切片を単位時間当たりで、所定の移動距離（変位距離）にわたっていくつ作製できるかを表す。したがって小さな標本を不変の切断行程と長い変位距離により切断する切断作業では、薄切片を適切な短時間で作製するためには高い切断速度が必要となる。その結果、切断ナイフの摩損が増大し、薄切片の切断品質が著しく低下する。また、前記特許文献２のミクロトームでは、なお、構造が複雑であるという問題がある。

本発明の一視点における課題は、切断行程が可変であり、構造が簡単なミクロトームを提供することである。本発明の他の視点において、さらにこれによりサイズの種々異なる標本の迅速な切断作業を可能にすることが望まれる。

この課題は、本発明の一視点において、請求項１の構成の組合せによって解決される。即ち、本発明の第１の視点によれば、下記のミクロトームが提供される。
薄切片を作製するためのミクロトームであって、
ナイフエッジを備える切断ナイフを有し、
前記ナイフエッジは薄切片の作製時に切断面に沿って対象物と係合し、
送り機構を有し、
該送り機構は前記切断面に対して角度をなして２つの薄切片の間において薄切片の厚さを規定する送りを発生し、
リニアモータを有し、
該リニアモータはリニアステータとリニアロータを含み、線形相対運動を前記ナイフエッジと前記対象物との間で形成し、これにより薄切片を作製し、
前記リニアステータは前記リニアロータを駆動する漂遊磁界を発生し、
コントロールユニットを有し、
該コントロールユニットは前記リニアモータを制御し、所定の変位距離に沿った相対的往復運動を行わせ、前記送り機構を２つの薄切片間において制御すること、
を特徴とする。（形態１）
なお、特許請求の範囲に付記した図面参照符号は、専ら理解を助けるためのものであり、図示の態様に限定することを意図するものではない。
有利な展開形態は従属請求項に記載されている。以下に、可能な展開形態を示す。
前記切断すべき対象物は可動のリニアロータに配置されており、前記切断ナイフは定置の送り機構に配置されていることが好ましい。（形態２）
前記切断ナイフは可動のリニアロータに配置されており、前記切断すべき対象物は定置の送り機構に配置されていることが好ましい。（形態３）
前記送り機構は前記切断ナイフとともに可動のリニアロータに配置されており、前記切断すべき対象物は定置して配置されていることが好ましい。（形態４）
前記送り機構は前記切断すべき対象物とともに可動のリニアロータに配置されており、前記切断ナイフは定置して配置されていることが好ましい。（形態５）
前記対象物は対象物ホルダにより保持されていることが好ましい。（形態６）
前記対象物は、パラフィンの充填された試料ベッドに収容されていることが好ましい。（形態７）
前もって設定可能な変位距離（Ｌ）を用いた切断作業が、前記コントロールユニットにより調整可能であることが好ましい。（形態８）
前記対象物を薄切片に切断する運転状態では、前記変位距離の長さ（Ｌ）は前記試料ベッドの長さ（ｌ）よりも大きく、とりわけ試料ベッドの長さ（ｌ）の１．５から３倍、有利には１．１から１．３倍であることが好ましい。（形態９）
対象物を交換するための運転状態では、前記リニアロータは前記変位距離（Ｌ）の外にあるメンテナンス領域までシフトされることが好ましい。（形態１０）
前記送り機構は、２つの薄切片間で、前記切断面に対して近似的に９０°の角度の下で送りを発生することが好ましい。（形態１１）
前記対象物を冷却する別個のブロック冷却ユニットが前記メンテナンス領域に配置されていることが好ましい。（形態１２）
インクリメントトランスデューサと接続されたハンドホイールが、前記コントロールユニットのための操作エレメントとして設けられていることが好ましい。（形態１３）

本発明により、切断行程が可変であり、構造が簡単なミクロトームが提供される。これによりサイズの種々異なる標本の迅速な切断作業を可能にするミクロトームが提供される。さらに、種々の利点が本発明によって達成される。種々異なる対象物サイズの薄切片作製を、リニアドライブモータを使用するミクロトームによって格段に迅速に実行することができる。なぜなら進まなければならない変位距離を標本サイズに適合することができるからである。したがって切断作業に関連する切断ナイフの線形往復運動は速度を低減して行うことができ、それでもサンプルスループットは変化しない。この手段により、切断ナイフのストレスが低下し、薄切片の品質が改善される。１つの実施形態では可動の対象物ホルダを含む滑走式ミクロトームが提供される。

本発明によれば、リニアモータが、切断ナイフのナイフエッジと切断すべき対象物との間で線形相対運動を形成するために使用される。このモータは、薄切片作製のための往復運動を直接的に可能にする。リニアモータの変位距離は、コントロールユニットにより簡単に設定することができる。例えば変位距離は、切断すべき標本よりもわずかに大きいだけに選択することができる。したがって標本と切断ナイフの間での切断作業は、実質的に切断行程に相応する変位距離に沿って行われる。これにより比較的低い切断速度においても高いサンプルスループットを達成することができる。

本発明の実施形態によれば、変位距離はコントロールユニットを介して設定することができる。このことは例えばコントロールパネルによって達成することができ、オペレータは変位距離の終了点をコントロールユニットに入力する。別の手段は、変位距離の終了点をハンドホイールを使用して規定することである。この終了点は切断窓を規定する。ハンドホイールはインクリメントトランスデューサと接続されており、このインクリメントトランスデューサはハンドホイールの回転角を検出し、相応の電気信号をコントロールユニットに送出する。コントロ―ルユニットはリニアモータを、ハンドホイールの回転角に応じて調整し、これにより変位距離の終了点を調整することができる。

切断すべき対象物をリニアモータの可動のリニアロータに配置することが可能であり、切断ナイフは送り装置の定置の部材に取り付けられる。この場合、対象物が薄切片を作製するために必要な運動を行う。或いはまた、切断ナイフを可動のリニアモータに取り付けることができ、切断される対象物は定置の部材に配置される。この場合、切断ナイフが薄切片を作製するために必要な運動を行う。別の変形実施形態では、切断ナイフを備える送り機構（ユニット）が可動のリニアロータに取り付けられる。切断される対象物は定置して配置される。この場合、送り機構と切断ナイフが薄切片を作製するために必要な運動を実行する。リニアモータが使用されるので、回転運動を線形運動に変換するための機械的機構は必要ない。リニアモータが移動する距離およびその速度は、コントロールユニットとその駆動信号だけによって決定される。相応にしてこれにより、回転式電気モータにより電動駆動されるミクロトームに対して簡単な構造が得られる。

リニアモータがサービス作業と対象物での作業のためにシフトすることのできるメンテナンス領域が、切断窓の外に変位移動の方向で設けられていると有利である。このメンテナンス領域は、切断領域の十分に外に変位移動の直線延長部に沿って配置することができる。例えば対象物の交換はこのメンテナンス領域で行われる。または対象物を冷却することのできる別個のブロック冷却ユニットがこのメンテナンス領域に配置される。

以下、本発明の実施例を図面と関連して説明する。

図１は、ミクロトームの構成を示す概略図である。 図２は、リニアモータの概略図である。 図３は、パラフィンの充填された試料ベッドに埋め込まれた標本の概略図である。 図４は、対象物を切断するための変位距離と、メンテナンス領域への運動を示す概略図である。

図１は、ミクロトーム１０を一般的に簡素化して示す。このミクロトームは、基台１２と、その上に配置されたナイフブロック１４を有し、ナイフブロック１４はナイフホルダ１６を支持する。このナイフホルダ１６は、ナイフエッジを含む切断ナイフ１８を保持する。

基台１２にはレールエレメント２０も取り付けられており、その上にはリニアステータ（固定子）２２が配置されている。レールエレメント２０には水平方向に可動のリニアロータ（可動子）２４がシフト可能に取り付けられている。このリニアロータは標本ホルダ２６と関連の対象物２８を有し、二重矢印Ｘの方向にコントロールユニット３０のコントロール適用信号によって往復運動することができ、これにより対象物２８に対して（作用し）薄切片を切断ナイフ１８と共働して作製する。対象物２８は例えば組織材料の生物学的標本（試料）であり、マイクロメータの薄さの薄切片を顕微鏡のために作製することができる。

ハンドホイール４６は関連のハンドル４８を有し、リニアモータ２４の運動を手動でコントロールするために使用される。ハンドホイール４６はインクリメントトランスデューサ５０と機械的に結合しており、このインクリメントトランスデューサ５０はハンドホイール４６の回転角に相応する電気信号を発生し、この電気信号をコントロールユニット３０に供給する。コントロールユニット３０は、オペレータがハンドホイール４６を３６０°の回転角で時計方向または半時計方向に回転すると、リニアロータ２４の所定の切断行程または変位移動が実行されるように構成されており、切断行程の中心はナイフエッジの領域に配置されている。切断行程はオペレータの制御の下で自由に調整可能であり、小さい対象物（試料）に対しては可能な最も短い切断行程を設定すべきであり、これにより高いサンプルスループットを達成することができる。

Ｙ方向での対象物ホルダ２６を基準にした切断ナイフ１８の相対的移動は（スライド）送り機構３４によってＹ二重矢印３６の方向で実行される。これにより薄切片の切断厚さが規定される。切断ナイフの送りはリニアモータ２４の各２つの往復運動の間で実行される。ブロック冷却ユニット５２も、対象物（試料）２８の冷却のために設けられている。

図２は、リニアモータ３８の構成を概略的に示す。リニアモータは、多相の巻線システムを備える定置のリニアステータ（固定子）２２と、永久磁石（複数）２５を備える可動のリニアロータ（可動子）２４を含む。電流がリニアステータ２２の巻線２７に流れると、漂遊磁界が形成される。その結果、交番電圧がリニアロータ２４内に誘導される。この誘導された電圧はリニアロータ２４に渦電流を発生させ、この渦電流は磁界を形成し、これにより磁力がリニアロータ２４に及ぼされる。その結果、リニアロータ２４の線形運動が、Ｘ二重矢印３２の方向に生じる。

図３は、切断すべき対象物２８を概略的に示す。この対象物は例えば生物組織材料の標本（試料）であり、パラフィン４２の充填された試料ベッド４０に収容（埋設）されている。

図４は、ミクロトーム１０の簡素化した側面図である。この実施例で埋め込まれた標本２８は、長さｌを有する試料ベッド４０内に図示されている。対象物２８と、切断ナイフ１８のナイフエッジ１９との間での切断作業は、リニアロータ２４が所定の変位距離Ｌに沿って線形に往復運動することにより実行される。対象物２８を切断するための変位距離Ｌは、試料ベッド４０の長さｌより長くすべきであり（とりわけ試料ベッドの長さ（ｌ）の１．５〜３倍、特に１．１〜１．３倍）、これにより可能な最大サンプルスループットを達成することができる。変位距離Ｌを試料ベッドの長さ（ｌ）より比較的大きく（例えば１．５〜３倍）することにより、切断ナイフは後退位置へ十分移動でき、そこで試料を手操作によりケガの危険なく安全に取外し又は取付けることができる。かくて、運転操作の安定性、安全性が得られる。

薄切片が作製されない作業状態では、切断ナイフ１８のナイフエッジ１９と対象物２８との間隔は比較的大きくすべきであり、これにより対象物の交換を実行することができる。この目的のために、リニアロータ２４と、その上に配置された試料ベッド４０は、コントロールユニット３０によって右へメンテナンス領域４４まで移動される。例えば対象物を冷却するためのブロック冷却ユニット５２も、このメンテナンス領域４４に配置することができる。例えば自動ブロック交換ユニット、ブロック保湿ユニット、およびデータリーダもメンテナンス領域４４に設けることができる。

図１からの別の変形も、本発明の実施例として可能である。例えば対象物２８を備える対象物ホルダ２６を基準にした切断ナイフ１８の相対変位は（ナイフ）送り機構３４によっても、薄切片の切断面に対して斜め、または垂直の角度で実行することができる。例えば切断ナイフ１８を備えるナイフホルダ１６は、可動のリニアロータ２４の上に配置することができ、対象物２８を備える対象物ホルダ２６は定置の送り機構３４に取り付けられる。送り機構３４はまた可動のリニアロータ２４の上に、対象物ホルダ２６および対象物２８とともに配置することもでき、この場合、切断ナイフ１８は定置して取り付けられる。本発明の別の変形実施例では、送り機構３４をリニアロータ２４上に配置し、切断ナイフ１８を備えるナイフホルダ１６を、送り機構３４に取り付けることができる。この場合、切断すべき対象物２８は定置して配置される。

図１と４では、レールエレメント２０と、その上に配置されたリニアステータ２２が基台１２の表面に対して平行に配置されており、リニアロータ２４はリニアステータ２２の上に水平方向にシフト可能に取り付けられている。或いはまた、レールエレメント２０とその上に配置されたリニアステータ２２を基台１２の表面に対して垂線の方向に、またはそれに対して斜めに配置することも可能であり、これによりリニアロータ２４の変位距離Ｌの方向を定めることができる。これによりリニアロータ２４に作用する重力を、供給運動に関連して使用することができる。

種々の利点が本発明によって達成される。種々異なる対象物サイズの薄切片作製を、リニアドライブモータを使用するミクロトームによって格段に迅速に実行することができる。なぜなら進まなければならない変位距離を標本サイズに適合することができるからである。したがって切断作業に関連する切断ナイフの線形往復運動は速度を低減して行うことができ、それでもサンプルスループットは変化しない。この手段により、切断ナイフに作用する応力（ストレス）が低下し、薄切片の品質が改善される。また、１つの実施例としては可動の対象物ホルダを含む滑走式ミクロトームが提供される。

１０ ミクロトーム
１２ 基台
１４ ナイフブロック
１６ ナイフホルダ
１８ 切断ナイフ
１９ ナイフエッジ
２０ レールエレメント
２２ リニアステータ（リニア固定子）
２４ リニアロータ（リニア可動子）
２５ 永久磁石
２６ 対象物ホルダ
２７ 巻線
２８ 対象物
３０ コントロールユニット
３２ Ｘ方向の二重矢印
３４ 送り機構
３６ Ｙ方向の二重矢印
３８ リニアモータ
４０ 試料ベッド
４２ パラフィン
４４ メンテナンス領域
４６ ハンドホイール
４８ ハンドル
５０ インクリメントトランスデューサ
５２ ブロック冷却ユニット

Claims (15)

1. 薄切片（２８）を作製するためのミクロトーム（１０）であって、
   ナイフエッジ（１９）を備える切断ナイフ（１８）を有し、
   前記ナイフエッジは薄切片の作製時に切断面に沿って対象物（２８）と係合し、
   送り機構（３４）を有し、
   該送り機構は前記切断面に対して角度をなして２つの薄切片の間において薄切片の厚さを規定する送りを発生し、
   リニアモータ（３８）を有し、
   該リニアモータはリニアステータ（２２）とリニアロータ（２４）を含み、線形相対運動を前記ナイフエッジ（１９）と前記対象物（２８）との間で形成し、これにより薄切片を作製し、
   前記リニアステータ（３８）は前記リニアロータ（２４）を駆動する漂遊磁界を発生し、
   コントロールユニット（３０）を有し、
   該コントロールユニットは前記リニアモータ（３８）を制御し、所定の変位距離（Ｌ）に沿った相対的往復運動を行わせ、前記送り機構（３４）を２つの薄切片間において制御すること、
   を特徴とするミクロトーム。
2. 請求項１記載のミクロトームであって、
   前記切断すべき対象物（２８）は可動のリニアロータ（２４）に配置されており、前記切断ナイフは定置の送り機構（３４）に配置されているミクロトーム。
3. 請求項１記載のミクロトームであって、
   前記切断ナイフ（１８）は可動のリニアロータ（２４）に配置されており、前記切断すべき対象物（２８）は定置の送り機構（３４）に配置されているミクロトーム。
4. 請求項１記載のミクロトームであって、
   前記送り機構（３４）は前記切断ナイフ（１８）とともに可動のリニアロータ（２４）に配置されており、前記切断すべき対象物（２８）は定置して配置されているミクロトーム。
5. 請求項１記載のミクロトームであって、
   前記送り機構（３４）は前記切断すべき対象物（２８）とともに可動のリニアロータ（２４）に配置されており、前記切断ナイフ（１８）は定置して配置されているミクロトーム。
6. 請求項１から５までのいずれか一項記載のミクロトームであって、
   前記対象物（２８）は対象物ホルダ（２６）により保持されているミクロトーム。
7. 請求項６記載のミクロトームであって、
   前記対象物（２８）は、パラフィン（４２）の充填された試料ベッド（４０）に収容されているミクロトーム。
8. 請求項１から７までのいずれか一項記載のミクロトームであって、
   前もって設定可能な変位距離（Ｌ）を用いた切断作業が、前記コントロールユニット（３０）により調整可能であるミクロトーム。
9. 請求項８記載のミクロトームであって、
   前記対象物（２８）を薄切片に切断する運転状態では、前記変位距離の長さ（Ｌ）は前記試料ベッドの長さ（ｌ）よりも大きいミクロトーム。
10. 請求項８または９記載のミクロトームであって、
    対象物（２８）を交換するための運転状態では、前記リニアロータ（２４）は前記変位距離（Ｌ）の外にあるメンテナンス領域（４４）までシフトされるミクロトーム。
11. 請求項１から１０までのいずれか一項記載のミクロトームであって、
    前記送り機構（３４）は、２つの薄切片間で、前記切断面に対して近似的に９０°の角度の下で送りを発生するミクロトーム。
12. 請求項１から１１までのいずれか一項記載のミクロトームであって、
    前記対象物（２８）を冷却する別個のブロック冷却ユニット（５０）が前記メンテナンス領域（４４）に配置されているミクロトーム。
13. 請求項１から１２までのいずれか一項記載のミクロトームであって、
    インクリメントトランスデューサ（５０）と接続されたハンドホイール（４６）が、前記コントロールユニット（３０）のための操作エレメントとして設けられているミクロトーム。
14. 切断運転状態では、前記変位距離の長さ（Ｌ）は、前記試料ベッド（４０）の長さ（ｌ）の１．５〜３倍である請求項８記載のミクロトーム。
15. 切断運転状態では、前記変位距離の長さ（Ｌ）は、前記試料ベッド（４０）の長さ（ｌ）の１．１〜１．３倍である請求項８記載のミクロトーム。

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