JP6712364B1 - 糸状物の切断装置及び切断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】糸状物を長さ方向に切断するための装置及び方法において、常温で操作することができ、長さの上限がなくかつ良好な断面を簡易に得ることができる。【解決手段】糸状物であるワークＷを長さ方向に切断するための装置であって、ワークＷを固定するためのワーク固定部２、３と、ワークＷを切断するためのブレード４１と、ワークＷを切断するとき、ワーク固定部２、３とブレード４１とを水平方向に相対的に移動させる移動機構５０と、を備え、ワーク固定部２、３は、ワークＷを長さ方向における切断される範囲全体に亘って挟持するために、互いに対向する一対の鉛直側面と、ワークＷを長さ方向における切断される範囲全体に亘って下方から支持するために、一対の鉛直側面の間に配置された押上げ部材と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、毛髪や繊維等の糸状物を長さ方向に切断するための装置及び方法に関する。

人間の血管内の薬物等は、毛髪の毛根部に取り込まれる。その後、取り込まれた薬物等は、毛髪の成長にしたがって先端へと移行していく。これを利用して、毛髪を長さ方向に亘って分析することで薬物摂取履歴等の情報を得ることができる（特許文献１、非特許文献１）。薬物等は毛髪の中心部分の髄質（メデュラ）に存在するので、分析するためには髄質を露出させる必要がある。

毛髪分析には、近年では質量分析イメージング（ＭＳＩ）が用いられている。ＭＳＩによれば、試料における対象の面を直接分析することが可能である。ＭＳＩを用いて毛髪を長さ方向に連続的に分析する場合、毛髪を長さ方向に切断した試料が好ましい。しかしながら、毛髪は、可撓性であることに加え、直径が５０μｍ〜８０μｍ程度と細くかつ髄質は中心部分にあるので、髄質を露出させるために毛髪を長さ方向に切断する作業は極めて困難である。

手作業により毛髪を縦に切断する場合、例えば毛髪の両端をガラス面上にテープ等で固定し、カミソリ刃を用いて毛髪の髄質が露出するまで表面部分（キューティクルとコルテックス）を削いでいく。このような手作業は長時間を要し、毛髪の長さ１０ｍｍ程度までが限界であり、切断された断面もささくれや凹凸が多く、分析用試料として不適切である。

さらに、毛髪を包埋処理又は凍結処理により固定し、ミクロトームを用いて表面部分を削ぎ取ることによって髄質を露出させる装置及び方法も知られている。特許文献１には、毛髪を両面テープでスライドガラスに固定し、−２０℃で凍結し、ミクロトームで表面を２μｍずつスライスしていく方法が記載されている。この方法を用いても、毛髪の長さ２０ｍｍ程度までが限界である。

人間以外の動物、例えば競走馬の薬物検査のために、馬毛を用いた同様の分析方法も提示されている。馬毛は、人毛より太く直径２００μｍ程度であるので、手作業による表面層の除去が比較的容易であるが、得られる試料の長さは４０ｍｍ程度が限界である。

さらに、医療分野以外に、工業分野及び化学分野においても、合成繊維、天然繊維、中空糸等の糸状物の縦断面を分析することが行われており、そのための試料を効率的に作成する技術に対するニーズがある。

特開２０１４−５２３２２号公報

ぶんせき 2017 12, 589-590

特許文献１に記載の凍結処理とミクロトームを用いた方法は、凍結設備のために装置が大型化し、高コストとなり、作業時間も長くかかる。ミクロトームを用いた場合、例えば５０μｍの厚さを切除するために２μｍずつ２５回のスライス操作が必要となる。また、手作業による切断は、個人の技能にも依存する。このように、４０ｍｍ以上の長さに亘って糸状物を効率的に長さ方向に切断するための装置及び方法は、未だ提示されていない。

上記の問題点に鑑み、本発明は、糸状物を長さ方向に切断するための装置及び方法において、常温で操作することができ、原理的に長さの上限がなくかつ良好な断面を簡易に得ることができる装置及び方法を提供することを目的とする。

上記の問題を解消するべく、本発明は、以下の構成を提供する。なお、括弧内の数字は、後述する図面中の符号であり、参考のために付するものである。
・ 本発明の第１の態様は、糸状物であるワーク（Ｗ）を長さ方向に切断するための装置であって、
前記ワーク（Ｗ）を固定するためのワーク固定部（２、３）と、
前記ワーク（Ｗ）を切断するためのブレード（４１）と、
前記ワーク（Ｗ）を切断するとき、前記ワーク固定部（２、３）と前記ブレード（４１）とを水平方向に相対的に移動させる移動機構（５０）と、を備え、
前記ワーク固定部（２、３）が、
前記ワーク（Ｗ）を長さ方向における切断される範囲全体に亘って挟持するために、互いに対向する一対の鉛直側面（２１ｂ、２１ｂ）と、
前記ワーク（Ｗ）を長さ方向における切断される範囲全体に亘って下方から支持するために、前記一対の鉛直側面（２１ｂ、２１ｂ）の間に配置された押上げ部材（３５）と、を有することを特徴とする。
・ 上記態様において、前記ワーク（Ｗ）を切断するとき、前記ワーク固定部（２、３）と前記ブレード（４１）とが鉛直方向において近接し、かつ、前記ブレード（４１）の刃先（４１ａ）が平面視において前記一対の鉛直側面（２１ｂ、２２ｂ）の各上縁（２１ｃ、２２ｃ）と交差するように配置可能であることが、好適である。
・ 上記態様において、前記一対の鉛直側面（２１ｂ、２２ｂ）の各上縁（２１ｃ、２２ｃ）をそれぞれ含み面一に延在する一対の水平上面（２１ａ、２２ａ）を具備し、
前記ワーク（Ｗ）を切断するとき、前記ブレード（４１）の刃先（４１ａ）が前記一対の水平上面（２１ａ、２２ａ）に接触するように、前記ワーク固定部（２、３）と前記ブレード（４１）とを配置可能であることが、好適である。
・ 上記態様において、前記ワーク（Ｗ）を切断するとき、前記移動機構（５０）が、平面視において前記一対の鉛直側面（２１ｂ、２２ｂ）の各上縁（２１ｃ、２２ｃ）の方向に対して０°より大きく１０°以下の角度（α）をなす方向に前記ワーク固定部（２、３）と前記ブレード（４１）とを相対的に移動させることが、好適である。
・ 上記態様において、前記ワーク（Ｗ）を切断するとき、前記移動機構（５０）が、平面視において前記一対の鉛直側面（２１ｂ、２２ｂ）の各上縁（２１ｃ、２２ｃ）の方向に前記ワーク固定部（２、３）と前記ブレード（４１）とを相対的に移動させることが、好適である。
・ 上記態様において、前記ワーク（Ｗ）を切断するとき、前記移動機構（５０）が、静止している前記ブレード（４１）に対して前記ワーク固定部（２、３）を移動させることが、好適である。
・ 上記態様において、前記一対の鉛直側面（２１ｂ、２２ｂ）の各上縁（２１ｃ、２２ｃ）に対する前記押上げ部材（３５）の鉛直方向の位置を調整するための第１の鉛直位置調整装置（３２、３３）を有することが、好適である。
・ 上記態様において、前記ブレード（４１）に対する前記ワーク固定部（２、３）の鉛直方向の位置を調整するための第２の鉛直位置調整装置（１２、１３）を有することが、好適である。
・ 上記態様において、前記ブレード（４１）の刃先（４１ａ）の延在方向において、前記ワーク固定部（２、３）に対する前記ブレード（４１）の位置を変更するための刃先位置調整装置（４２、４３）を有することが、好適である。
・ 上記態様において、一方の前記鉛直側面（２１ｂ）と一方の前記水平上面（２２ａ）とを具備する静止部材（２１）と、他方の前記鉛直側面（２２ｂ）と他方の前記水平上面（２２ａ）とを具備する可動部材（２２）とを有し、前記可動部材（２２）が前記静止部材（２１）に対して移動可能であることが、好適である。
・ 上記態様において、前記ワーク（Ｗ）が、人間若しくは動物の毛、合成若しくは天然の繊維、又は、中空糸であることが、好適である。
・ 上記態様において、前記ワーク（Ｗ）が、最大直径１ｍｍ以下の糸状物であることが、好適である。
・ 上記態様において、前記ワーク（Ｗ）の長さ方向における切断される範囲が、少なくとも４０ｍｍであることが、好適である。
・ 本発明の別の態様は、糸状物であるワーク（Ｗ）を長さ方向に切断するための方法であって、
前記ワーク（Ｗ）を互いに対向する一対の鉛直側面（２１ｂ、２２ｂ）の間に嵌め込むステップと、
嵌め込まれた前記ワーク（Ｗ）の一部を前記鉛直側面（２１ｂ、２２ｂ）の上縁（２１ｃ、２２ｃ）から突出させるように下方から押し上げるステップと、
前記ワーク（Ｗ）を前記一対の鉛直側面（２１ｂ、２２ｂ）により挟持するステップと、
前記ワークとブレード（４１）とを鉛直方向において近接させると共に、前記ブレード（４１）の刃先（４１ａ）が平面視において前記一対の鉛直側面（２１ｂ、２２ｂ）の各上縁（２１ｃ、２２ｃ）と交差するように前記ブレード（４１）を配置するステップと、
前記ワーク（Ｗ）と前記ブレード（４１）とを水平方向に相対的に移動させることにより、前記ワーク（Ｗ）における前記上縁（２１ｃ、２２ｃ）から突出した部分を、前記ワーク（Ｗ）における挟持されている部分から切り離すステップと、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、糸状物を長さ方向に切断するための装置及び方法において、常温で操作することができ、原理的に長さの上限がなくかつ良好な断面を簡易に得ることができる。

図１は、本発明の実施形態である糸状物の切断装置の主要部を概略的に示した外観斜視図である。 図２は、図１に示した切断装置からブレード部及び第１レールを省略した、切断装置の部分的な外観斜視図である。 図３は、図２に示した部分からさらにクランプ部を省略した、切断装置の部分的な外観斜視図である。 図４は、一対の固定具により両端を固定された押上げ部材を示す斜視図である。 図５（ａ）は、例えば人間の髪であるワークを切断装置にセットする前の状態を概略的に示した要部斜視図である。図５（ｂ）は、ワークを切断装置にセットした後の状態を概略的に示した要部斜視図である。 図６（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、左図には可動部材と押上げ部材とワークとを含む側面図（静止部材は省略）を、右図には左図に対応する静止部材及び可動部材と押上げ部材とワークとを含むＩ−Ｉ断面図を、それぞれ模式的に示している。 図７（ａ）（ｂ）（ｃ）は、図６に続いて行われる切断操作の一例を説明するための図である 図８は、図７に示した切断操作とは異なる切断操作の例を示した概略平面図である。 図９は、上述した切断装置とは異なる例を示した概略平面図である。 図１０は、本発明による切断装置を用いて人間の毛髪を長さ方向に切断しているときの写真を示している。 図１１は、図１０の主要部の拡大写真である。 図１２は、本発明による切断装置により切断された人間の毛髪の断面写真である。

以下、実施例を示した図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。本発明は、毛髪等の糸状物を長さ方向に切断するための装置及び方法を提供する。「長さ方向に切断する」とは、糸状物を長さ方向に沿った１つの縦断面で切断して２つの部分に分割することである。例えば、横断面が円形の糸状物は、中心軸を含む縦断面で切断されると、横断面が半円形の２本の糸状物に分割される。この結果、糸状物の中心軸を含む縦断面が外側に露出される。

本発明は、可撓性を有する糸状物に適用された場合に顕著な効果を発揮できる。糸状物の可撓性の程度は、特に限定されない。さらに、ウエーブのかかった毛髪のように、可撓性を有しかつ曲線状の糸状物にも適用可能である。しかしながら、本発明の装置及び方法は、剛性の直線状の糸状物にも適用可能である。剛性の直線状の糸状物は、通常、可撓性の糸状物に比べて容易に長さ方向に切断することができる。

本発明の対象とする典型的な糸状物は、人間又は動物の毛であり、例えば人間の毛髪又は馬の尾の毛である。しかしながら、これらに限られず、合成繊維又は天然繊維、中空糸も含まれる。繊維には、モノフィラメントもマルチフィラメントも含まれる。マルチフィラメントは、撚られた複数の糸からなるが、それらが例えば接着剤などで一体化されていれば本発明を適用可能である。

本発明の適用対象の糸状物の直径の範囲は、大凡、４０μｍ〜１ｍｍを想定しているが、厳密にこの範囲に限定されない。人間の髪の直径は、４０μｍ〜１５０μｍであり、アジア人の場合、通常、６０μｍ〜８０μｍである。また、ここでの「直径」は、長さ方向及び／又は周方向における平均的な数値である。本発明の対象である糸状物は、その直径が長さ方向及び／又は周方向に亘って一定でなくともよい。むしろ、天然物の場合、長さ方向及び／又は周方向に亘って直径が一定でないことが一般的である。さらに、例えばキューティクルで覆われた髪の表面のように、表面が平滑ではなく凹凸を有する糸状物にも適用可能である。また、糸状物の横断面は、円形に限られず、楕円形、多角形、又は不規則な形が有り得る。

図１は、本発明による糸状物の切断装置の一例の主要部を概略的に示した外観斜視図である。図１には、本発明の構成及び動作の説明のために設定したｘｙｚ軸方向を示している（以下の図でも同様）。以下では、切断対象物である糸状物を「ワーク」と称する。

切断装置は、下部と上部を備えている。下部と上部は直接的に連結されておらず互いに分離している。下部は、移動機構に連結されたベース部１と、ワークＷを固定するためのワーク固定部２、３とを有する。上部は、ワークＷを切断するブレード４１を含むブレード部４を有する。

＜ベース部の構成＞
ベース部１は、略直方体の台座１１と、台座１１の上方に水平に設置された板状のベースステージ１２と、第１の鉛直位置調整装置１３とを有する。第１の鉛直位置調整装置１３は、台座１１に対するベースステージ１２の鉛直方向の位置を調整するために、ベースステージ１２を昇降させる。第１の鉛直位置調整装置１３は、例えば、台座１１とベースステージ１２を連結する鉛直方向の精密ボールねじを設け、精密ボールねじを手動又はモータで駆動する構成とする。

台座１１の底面は、移動機構の一部である一対の第１レール５０に連結されている。第１レール５０は、この例では、ｘ軸方向に延在している。したがって、台座１１は、第１レール５０に沿ってｘ軸方向に移動可能である。移動機構は、第１レール５０上で台座１１を移動させるための図示しない駆動部を備えている。駆動部は、例えば精密ボールねじを手動又はモータで駆動する構成とする。台座１１のｘ軸方向の移動によって、ベース部１全体がｘ軸方向に移動することができる。なお、台座１１を所定の方向に移動させる構成は、レールを用いた構造に限られず、多様な構成が可能である。

＜ワーク固定部の構成＞
ワーク固定部２、３は、ワークＷを長さ方向における切断される範囲全体に亘って側面から挟持するためのクランプ部２と、ワークＷを長さ方向における切断される範囲全体に亘って下方から支持するための押上げ部３とから構成されている。ワーク固定部２、３の全ての構成要素は、ベース部１のベースステージ１２上に設置されているので、ワーク固定部２、３はベース部１と一体的にｘ軸方向に移動可能である。

図２は、図１に示した切断装置からブレード部４及び第１レール５０等を省略した、切断装置の部分的な外観斜視図である。図３は、図２に示した部分からさらにクランプ部を省略した、切断装置の部分的な外観斜視図である。なお、図１及び図２にはワークＷの位置を示しているが、図３にはワークを示していない。

クランプ部２は、一例として、静止部材２１と可動部材２２とを有する。静止部材２１と可動部材２２からなる構成は、ワークを挟持するバイス工具に類似している。静止部材２１と可動部材２２との間に糸状物であるワークＷが挟持される。具体的には、静止部材２１と可動部材２２の互いに対向する鉛直側面（ｘｚ面に平行）の間に、ワークＷが、長さ方向における切断される範囲全体に亘って挟持される。この場合、ワークＷの長さ方向はｘ軸方向である。

静止部材２１はベースステージ１２の上面に固定されており、可動部材２２はベースステージ１２上で静止部材２１に対してｙ軸方向に移動可能である。これによって、静止部材２１と可動部材２２の間隔を調整可能であり、これらの間にワークＷを挟持することができる。言い換えると、静止部材２１と可動部材２２の間隔によってワークＷを挟持する押圧力を調整可能である。可動部材２２の移動は、クランプ駆動機構２３により行われる。クランプ駆動機構２３は、例えば、精密ボールねじを手動又はモータで駆動する構成である。

静止部材２１と可動部材２２によってクランプ部２を構成することによって、一方の可動部材２２のみの移動を制御すればよいので、制御が容易である。しかしながら、ワークＷを適切に挟持可能であるならば、２つの可動部材によりクランプ部を構成することもできる。

押上げ部３は、主要な構成要素として押上げ部材３５を有する。押上げ部材３５は、クランプ部２の静止部材２１と可動部材２２の間に配置され、ワークＷの下方に位置するので、図１及び図２では明確に現れていない。図３では、押上げ部材３５の主要部が現れている。

押上げ部３はさらに、押上げ部材３５の昇降機構を有する。その昇降機構は、ベースステージ１２の上面に固定された一対の固定板３１と、一対の固定板３１の各々の上方に配置された一対の可動板３２と、一対の可動板３２の各々の上面に固定された一対の固定具３４とを有する。一方の固定板３１、可動板３２及び固定具３４からなる第１の組と、他方の固定板３１、可動板３２及び固定具３４からなる第２の組とが、ｘ軸方向においてクランプ部２を挟むようにそれぞれ配置されている。各固定具３４は、押上げ部材３５のｘ軸方向の各端をそれぞれ固定している。各可動板３２は、各固定板３１に対して鉛直方向に移動可能に設置されている。各可動板３２の鉛直位置を調整する第２の鉛直位置調整装置として、一対の鉛直位置調整ハンドル３３がそれぞれ設けられている。各可動板３２の鉛直位置の調整は、独立して行うことができる。

図４は、一対の固定具３４により両端を固定された押上げ部材３５を示す斜視図である。押上げ部材３５は、例えば薄板状の直方体であり、長さ方向がｘ軸方向となるようにセットされる。押上げ部材３５の上面３５ａが、糸状物であるワークが載置される面である。押上げ部材３５は、ワークを長さ方向における切断される範囲全体に亘って下方から支持する。上面３５ａの幅（ｙ軸方向の幅）は、対象とするワークの直径に応じて設定される。例えば直径８０μｍ程度の人毛と、直径２００μｍ程度の馬毛とでは、上面３５ａの幅の異なる押上げ部材３５が用いられる。したがって、多様なワークに対応するために、幅の異なる複数の押上げ部材３５を準備しておくことが好ましい。そして、適切な幅をもつ押上げ部材３５が、固定具３４に固定される。押上げ部材３５の側面の幅（ｚ軸方向の幅）は、固定具３４により固定できる大きさであればよい。図示の例では、２つの部材からなる固定具３４により押上げ部材３５の端部を挟み、ボルトとナットで締結している。そして、固定具３４の鉛直方向に貫通する孔にボルトを通して、固定具３４を図３の可動板３２の上面に固定することができる。

押上げ部材３５の両端が固定された固定具３４の鉛直位置によって、押上げ部材３５の上面３５ａの鉛直位置が決定される。したがって、押上げ部材３５の鉛直位置は、図３に示される一対の鉛直位置調整ハンドル３３を用いて調整することができる。この場合の鉛直位置は、ベースステージ１２を基準とする相対的な鉛直位置である。この鉛直位置調整によって、押上げ部材３５の上面３５ａが水平となるように調整することができる。あるいは、必要に応じて、２つの固定具３４に高低差を設けることによって、押上げ部材３５の上面３５ａに僅かな傾斜を設けることもできる。

＜ブレード部４の構成＞
再び図１を参照して、ブレード部４の構成を説明する。ブレード部４は、ブレード４１とその支持機構とを有する。ブレード４１は、この例では、平面視において略矩形の本体を有し、ｘ軸方向に傾斜して設置されている。ブレード４１の低い方の縁に刃先４１ａを具備する。この例では、刃先４１ａはｙ軸方向に延在している。ブレード４１の支持機構は、切断装置のハウジング等（図示せず）に固定されるブレード支持板４４と、ブレード支持板４４上に設置されｙ軸方向に延在する第２レール４３と、第２レール４３上を移動可能なブレード吊下具４２とを有する。ブレード吊下具４２にブレード４１の高い方の縁（刃先４１ａの反対側）が連結されている。ブレード吊下具４２が第２レール４３上を移動することによって、ブレード４１がｙ軸方向に移動することができる。これによって、ワークＷに対する刃先４１ａの位置を、刃先４１ａの延在方向において変更することができる。

ブレード４１のｙ軸方向への移動は、ブレード４１を介したワーク同士の汚染を防止するために行われる。例えば、第１のワークを切断した後に第１のワークを取り外して第２のワークをセットして第２のワークを切断する場合、ブレード４１を刃先４１ａの延在方向に所定の距離だけ移動させ、刃先４１ａの切断ポイントの位置を変更した後に第２のワークの切断を実行する。このように、ブレード吊下具４２及び第２レール４３は、刃先位置調整装置を構成する。

鉛直方向におけるブレード部４とワーク固定部２、３の間の距離は、上述した第１の鉛直位置調整装置１３を用いてベースステージ１２を昇降させることにより変更することができる。この例では、ブレード部４が静止しており、ワーク固定部２、３がブレード部４に対して昇降する。図１に示すように、切断操作を行うときは、ブレード４１とワーク固定部２、３とが鉛直方向において近接するように配置される。ここでの「近接」とは、接触形態も非接触形態も含む。好ましくは、ブレード４１の刃先４１ａが、クランプ部２の静止部材２１と可動部材２２の上面に接触するように配置され、さらに好ましくは刃先４１ａが上面を若干押圧するように配置される。このために、ベースステージ１２が上昇させられる。逆に、ワークＷをセットしたり取り外したりするときは、ベースステージ１２を降下させることによってワーク固定部２、３とブレード部４との間に十分な作業空間を確保する。

＜切断装置の操作＞
図５（ａ）は、例えば人間の髪であるワークＷを切断装置にセットする前の状態を概略的に示した要部斜視図である。クランプ部は、ワークＷを長さ方向（ｘ軸方向）における切断される範囲全体に亘って挟持するために、互いに対向する一対の鉛直側面２１ｂ、２２ｂを有する。ここでは、鉛直側面２１ｂは静止部材２１の一つの側面であり、鉛直側面２２ｂは可動部材２２の一つの側面であり、双方ともｘｚ面に平行である。一対の鉛直側面２１ｂ、２２ｂは、好ましくは同じ形状の矩形の平坦面である。一対の鉛直側面２１ｂ、２２ｂの各上縁２１ｃ、２２ｃは、一つの水平面内に互いに平行にｘ軸方向に延在している。クランプ部はさらに、一対の鉛直側面２１ｂ、２２ｂの各上縁２１ｃ、２２ｃをそれぞれ含み面一に延在する一対の水平上面２１ａ、２２ａを具備する。

上縁２１ｃ、２２ｃの長さによって、ワークＷの切断可能な長さが規定される。本発明の切断装置は、原理的には切断可能な長さに下限も上限もない。切断可能な長さは、例えば少なくとも４０ｍｍとすることができ、６０〜１００ｍｍとすることができ、それ以上の長さとすることもできる。上縁２１ｃ、２２ｃの長さは、例えば、所望される切断可能な最大長さに、作業等を考慮した余分の長さを加えて設定する。水平上面２１ａ、２２ａのｙ軸方向の幅は、例えば図１に示すように、ブレード４１の刃先４１ａがこれらの水平上面２１ａ、２２ａ上に安定に載置可能であるように設定する。図５（ａ）に示すように、静止部材２１の上面２１ａと可動部材２２の上面２２ａの形状が異なっていてもよい。

押上げ部材３５は、ワークＷを長さ方向における切断される範囲全体に亘って下方から支持するために、一対の鉛直側面２１ｂ、２２ｂの間に配置されている。図４に示した押上げ部材３５の上面３５ａは、図５（ａ）ではクランプ部の水平上面２１ａ、２２ａよりも下方に位置している。押上げ部材３５の両端は、ｘ軸方向においてクランプ部の両側に突出しており、固定具３４でそれぞれ固定されている。

図５（ｂ）は、ワークＷを切断装置にセットした後の状態の一例を概略的に示した要部斜視図である。この状態において、ワークＷは、クランプ部の静止部材２１と可動部材２２の互いに対向する鉛直側面の間に挟持され、押上げ部材３５により下方から支持されている。さらに、挟持されたワークＷの一部は、鉛直側面の上縁よりも突出し、すなわち水平上面２１ａ、２２ａよりも上方に突出している。したがって、ワークＷにおける突出していない部分のみが、クランプ部により実質的に挟持されている。図示の例では、ワークＷの全長がクランプ部よりも長いために、ワークＷの両端部分はクランプ部により把持されていない。しかしながら、このようなセット状態であっても切断操作に支障はない。別の例では、ワークＷの全長がクランプ部より短くてもよい。

図５（ｂ）のようにワークＷをセットした後、図１に示すように、静止部材２１と可動部材２２の水平上面２１ａ、２２ａが、鉛直方向においてブレード４１の刃先４１ａに近接するように配置する。その後、移動機構によりワーク固定部２、３とブレード４１とを水平方向に相対的に移動させることによって、ブレード４１の刃先４１ａが、ワークＷにおける突出した部分と挟持された部分の境界面を切断する。これによって、ワークＷが２つに分割される。図１では、この水平方向の相対的移動は、静止しているブレード４１に対して、ワーク固定部２、３がｘ軸方向にブレード４１に向かって移動することによって行われる。別の例では、静止しているワーク固定部２、３に対してブレード４１が移動してもよい。さらに別の例では、双方が移動してもよい。

＜切断方法の手順＞
図６及び図７を参照して、本発明による糸状物の切断方法の手順の一例を説明する。
先ず、図６を参照して、ワークＷのセット工程の例を説明する。図６では、ワーク固定部の要部のみを示している。ブレード部は、この時点ではワーク固定部の上方に離れているので図示しない。

図６（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、左図には可動部材２２と押上げ部材３５とワークＷとを含む側面図（静止部材２１は省略）を、右図には左図に対応する静止部材２１及び可動部材２２と押上げ部材３５とワークＷとを含むＩ−Ｉ断面図を、それぞれ模式的に示している。なお、分かり易くするために、ワークＷは、実際よりも長さに対して直径を拡大して描いている。

図６（ａ）において、先ず、可動部材２２を静止部材２１からｙ軸方向に適切な距離ｄ１だけ離れた位置に配置する。押上げ部材３５は昇降のみを行うので、静止部材２１の鉛直側面２１ｂに当接して配置されている。距離ｄ１は、ｙ軸方向における押上げ部材３５の幅及びワークＷの直径のいずれよりも大きく、かつ、ワークＷが押上げ部材３５と可動部材２２の隙間に脱落しない程度とする。鉛直側面２１ｂ、２２ｂの上縁２１ｃ、２２ｃから押上げ部材３５の上面３５ａまでの距離ｄ２は、ワークＷの直径よりも大きくしておく。このとき、２つの鉛直側面２１ｂ、２２ｂと押上げ部材３５の上面３５ａとによって、矩形断面で上方に開口する溝状空間が形成される。この溝状空間内にワークＷを嵌め込む。嵌め込まれたワークＷは、この時点では、その全体が水平上面２１ａ、２２ａよりも下方に位置している。

次に、図６（ｂ）において、可動部材２２を静止部材２１の方に近づける（白矢印参照）。この操作は、ワークＷのいわば仮固定であり、ワークＷが溝状空間から脱出しないために行う。すなわち、ワークＷが脱出しない程度に、比較的小さい押圧力でワークＷを挟持すれば十分である。また、このときの押圧力は、後述する図６（ｃ）の押上げ部材３５の上昇動作を妨げない程度とする。

その後、図６（ｃ）において、押上げ部材３５をｚ軸方向に上昇させる（白矢印参照）。この操作は、ワークＷの一部を鉛直側面２１ｂ、２２ｂの上縁２１ｃ、２２ｃよりも突出させるために行う。ｚ軸方向におけるワークＷの突出部分の高さｄ３は、後述する図６（ｄ）の最終的なセット状態において、適切な突出部分の高さが得られるように設定する。高さｄ３は、例えば、ワークＷの寸法及び特性等に応じて経験的に設定される。また、この操作では、押上げ部材３５の上面３５ａは水平に調整されるとは限らない。例えば、ワークＷの直径が長さ方向において変化する場合（例えば、次第に細くなる糸状物等）、上面３５ａに傾斜を設けることもできる。

最後に、図６（ｄ）において、可動部材２２を、静止部材２１の方にさらに近づける（白矢印参照）。この操作は、ワークＷを確実に挟持するために行う。ワークＷは、静止部材２１と可動部材２２の双方から押圧力を受ける。可動部材２２が押上げ部材３５に当接する位置が、可動部材２２が静止部材２１に最も近づく位置である。このとき、ワークＷに及ぼす押圧力は最大となる。可動部材２２の最終位置は、ワークＷを潰さずにかつ確実に挟持できる適切な押圧力を考慮して設定される。柔軟性のあるワークＷは、押圧力によって横断面の形状が多少変形する。切断中にワークＷが溝状空間から脱出しないように、セット完了状態におけるワークＷの突出部分の高さｄ４と挟持部分の深さｄ５との割合を考慮する。好ましくは、ワークＷにおける突出部分の高さｄ４よりも挟持部分の深さｄ５を大きくする。例えばｄ４：ｄ５＝４：６に設定する。

図６（ａ）〜（ｄ）における位置決め操作を効率的かつ正確に行うために、ワークＷの近傍をカメラでモニタリングし、モニター画面に拡大された画像を表示し、目で確認しながら操作を行うことが好ましい。これらの位置決め操作は、手動制御でも自動制御でも行うことができる。

図６（ａ）〜（ｄ）の位置決め操作を、コンピュータを用いた自動制御によって行う場合、可動部材２２のｙ軸方向移動及び押上げ部材３５のｚ軸方向移動における単位移動距離を、例えば０．１〜１０μｍとすることができ、例えば１μｍとすることができる。但し、これらの範囲及び数値に限定されない。

図７は、図６に続いて行われる切断操作の一例を説明するための概略図である。図７（ａ）の概略側面図（静止部材２１は省略）であり、図７（ｂ）は、（ａ）に対応する概略平面図である（静止部材２１も図示）。図７（ａ）（ｂ）では、ワークＷをセットしたワーク固定部を、ブレード４１の方に上昇させる（白矢印参照）。

ワーク固定部の上昇操作によって、ブレード４１の刃先４１ａと、クランプ部の静止部材２１及び可動部材２２の水平上面２１ａ、２２ａとが、鉛直方向において近接する。このとき、好ましくは刃先４１ａがクランプ部の水平上面２１ａ、２２ａに接触して配置され、より好ましくは水平上面２１ａ、２２ａに対して若干押圧力を及ぼすように配置される。

別の例として、刃先４１ａが、水平上面２１ａ、２２ａと非接触に、例えば数μｍ程度の隙間を介して配置されてもよい。非接触配置では、刃先４１ａと水平上面２１ａ、２２ａとの間の摩擦を生じないという利点がある。

図７（ａ）の位置決め操作においても、上述したカメラによるモニタリングを利用することが好ましい。この操作も、手動でも自動制御でも行うことができる。図７（ｂ）に示すように、ブレード４１の刃先４１ａは、平面視において静止部材２１及び可動部材２２の鉛直側面２１ｂ、２２ｂの各上縁２１ｃ、２２ｃと交差するように配置されている。この例では、刃先４１ａが、平面視において各上縁２１ｃ、２２ｃと垂直に配置されている。

その後、図７（ｃ）に示すように、ワーク固定部をブレード４１に対して水平方向に（ここではｘ軸方向に）移動させる（白矢印参照）。この操作によって、ワークＷがブレード４１の刃先４１ａにより長さ方向に切断される。この例では、ブレード４１は静止したままである。好ましくは刃先４１ａがクランプ部の水平上面２１ａ、２２ａに接触し、さらに好ましくは水平上面２１ａ、２２ａに対して若干押圧力を付加することによって、ワークＷの切断中、刃先４１ａがワークＷを溝状空間内に押し付ける作用を及ぼす。すなわち、切断により残されたワークＷの挟持部分が溝状空間から脱出しないという効果が得られる。その一方、切断により切り取られたワークＷの突出部分は、傾斜したブレード４１の上面に沿ってめくれあがる。

ワーク固定部とブレード４１との水平方向への相対的移動の速度は、自動制御の場合、例えば０．１ｍｍ／秒〜１００ｍｍ／秒の範囲で行うことができる。但し、この範囲に限定されない。また、ワーク固定部とブレード４１との相対的移動は、手動で行うこともできる。

図８は、図７に示した切断操作とは異なる切断操作の例を示した概略平面図である。ブレード４１の刃先４１ａは、図７と同様に平面視において静止部材２１及び可動部材２２の各上縁２１ｃ、２２ｃと垂直に配置されている。この例では、ワーク固定部とブレード４１との水平方向への相対的移動が、静止部材２１及び可動部材２２の各上縁２１ｃ、２２ｃに対して所定の角度αをなす方向に行われる。すなわち、相対的移動の移動ベクトルが、ｘ軸方向の成分に加えてｙ軸方向の成分を有する。角度αは、好ましくは０°より大きく１０°以下であるが、この範囲に限定されない。これによって、ワークＷは、刃先４１ａによって斜め切りにされることになるので、より円滑に切断されかつより良好な切断面を得ることができる。図８では、ワークＷが毛髪の場合の長さ方向の切断面を模式的に示している。この切断によって、毛髪の髄質ｃを長さ方向に亘って連続的に露出させることができる。

図８において、相対的移動における移動ベクトルのｙ軸成分は、多様な構成によって実現することができる。例えば、図１に示した第１レール５０を、ｘ軸方向に設ける替わりにｘ軸方向に対し角度αをなす方向に設けることによって、ワーク固定部を図８に示した方向に移動させることができる。別の例として、ワーク固定部がｘ軸方向の移動のみを行い、ブレード４１がｙ軸方向の移動を行うように構成してもよい。このために、例えば図１に示した構成において、切断操作時にブレード４１を静止させる替わりに、ブレード４１をブレード支持板４４上の第２レール４３に沿って移動させるように構成する。

図９は、上述した切断装置とは異なる例を示した概略平面図である。この例では、ブレード４１の刃先４１ａが、 平面視において静止部材２１及び可動部材２２の各上縁２１ｃ、２２ｃと垂直ではなく、所定の角度βをなして交差している。なお、ワーク固定部とブレード４１との水平方向への相対的移動はｘ軸方向に行ってもよく、図８に示した例と同様にｘ軸方向に対して傾斜した方向に行ってもよい。角度βは、好ましくは０°より大きく１０°以下であるが、この範囲に限定されない。この例においても、ワークＷが刃先４１ａによって斜め切りにされる効果が得られる。

図１０は、本発明による切断装置を用いて人間の毛髪を長さ方向に切断しているときの写真を示している。図１１は、図１０の主要部の拡大写真である。図１０の写真内に、大凡の寸法を示している。本発明の切断装置及び切断方法によれば、原理的に長さの制限なく毛髪を長さ方向に切断することができる。ワークＷから分離された２つの断片は、いずれも利用することが可能である。加えて、本発明の装置及び方法は、常温で行うことができる。すなわち冷却装置や液体窒素等は不要である。また、切断される毛髪等のワークをそのまま装置にセットすることができる。すなわち、ワークに対する包埋処理等の前処理は、不要である。

図１２は、本発明による切断装置により切断された人間の毛髪の断面写真である。図１２の写真内に、大凡の寸法を示している。本発明の切断装置及び切断方法によれば、極めて平滑な長さ方向の切断面を得ることができる。また、切断面の中央には長さ方向に延びる髄質が現れている。毛髪をカミソリ刃を用いて手で切断した場合、断面には多くのささくれや凹凸できるが、本発明の装置及び方法により得られた毛髪の断面は、ささくれもなく平坦である。また、手で切断する場合、毛髪の髄質に沿って切断することは極めて困難であるが、本発明の装置及び方法では、４０ｍｍ以上の長さ亘って毛髪の髄質を露出させることができる。

本発明の装置を用いて切断された毛髪は、その後、特別な処理を施すことなく質量分析イメージング（ＭＳＩ）分析装置にそのまま供することが可能である。それによって、毛髪の長さ方向に亘る連続的な髄質の情報を短時間で得ることができ、可視化することができる。

本発明の切断装置及び切断方法は、従来は不可能とされてきた糸状物の長さ方向における切断、特に４０ｍｍ以上の長さでの切断を可能とする。原理的には、切断可能な長さには上限がない。また、個人の技能に関係なく誰でも容易に装置を操作することができる。本発明の装置及び方法は、毛髪分析に限らず、多様な技術分野において利用可能である。

１：ベース部
１１：台座
１２：ベースステージ
１３：第１の鉛直位置調整装置
２：クランプ部
２１：静止部材
２１ａ：水平上面
２１ｂ：鉛直側面
２１ｃ：上縁
２２：可動部材
２２ａ：水平上面
２２ｂ：鉛直側面
２２ｃ：上縁
２３：クランプ駆動部
３：押上げ部
３１：固定板
３２：可動板
３３：鉛直位置調整ハンドル（第２の鉛直位置調整装置）
３４：固定具
３５：押上げ部材
３５ａ：上面
４：ブレード部
４１：ブレード
４１ａ：刃先
４２：ブレード吊下具
４３：第２レール
４４：ブレード支持板
５０：第１レール

Claims (14)

1. 糸状物であるワーク（Ｗ）を長さ方向に切断するための装置であって、
   前記ワーク（Ｗ）を固定するためのワーク固定部（２、３）と、
   前記ワーク（Ｗ）を切断するためのブレード（４１）と、
   前記ワーク（Ｗ）を切断するとき、前記ワーク固定部（２、３）と前記ブレード（４１）とを水平方向に相対的に移動させる移動機構（５０）と、を備え、
   前記ワーク固定部（２、３）が、
   前記ワーク（Ｗ）を長さ方向における切断される範囲全体に亘って挟持するために、互いに対向する一対の鉛直側面（２１ｂ、２１ｂ）と、
   前記ワーク（Ｗ）を長さ方向における切断される範囲全体に亘って下方から支持するために、前記一対の鉛直側面（２１ｂ、２１ｂ）の間に配置された押上げ部材（３５）と、を有することを特徴とする糸状物の切断装置。
2. 前記ワーク（Ｗ）を切断するとき、前記ワーク固定部（２、３）と前記ブレード（４１）とが鉛直方向において近接し、かつ、前記ブレード（４１）の刃先（４１ａ）が平面視において前記一対の鉛直側面（２１ｂ、２２ｂ）の各上縁（２１ｃ、２２ｃ）と交差するように配置可能であることを特徴とする請求項１に記載の糸状物の切断装置。
3. 前記一対の鉛直側面（２１ｂ、２２ｂ）の各上縁（２１ｃ、２２ｃ）をそれぞれ含み面一に延在する一対の水平上面（２１ａ、２２ａ）を具備し、
   前記ワーク（Ｗ）を切断するとき、前記ブレード（４１）の刃先（４１ａ）が前記一対の水平上面（２１ａ、２２ａ）に接触するように、前記ワーク固定部（２、３）と前記ブレード（４１）とを配置可能であることを特徴とする請求項２に記載の糸状物の切断装置。
4. 前記ワーク（Ｗ）を切断するとき、前記移動機構（５０）が、平面視において前記一対の鉛直側面（２１ｂ、２２ｂ）の各上縁（２１ｃ、２２ｃ）の方向に対して０°より大きく１０°以下の角度（α）をなす方向に前記ワーク固定部（２、３）と前記ブレード（４１）とを相対的に移動させることを特徴とする請求項２又は３に記載の糸状物の切断装置。
5. 前記ワーク（Ｗ）を切断するとき、前記移動機構（５０）が、平面視において前記一対の鉛直側面（２１ｂ、２２ｂ）の各上縁（２１ｃ、２２ｃ）の方向に前記ワーク固定部（２、３）と前記ブレード（４１）とを相対的に移動させることを特徴とする請求項２又は３に記載の糸状物の切断装置。
6. 前記ワーク（Ｗ）を切断するとき、前記移動機構（５０）が、静止している前記ブレード（４１）に対して前記ワーク固定部（２、３）を移動させることを特徴とする請求項４又は５に記載の糸状物の切断装置。
7. 前記一対の鉛直側面（２１ｂ、２２ｂ）の各上縁（２１ｃ、２２ｃ）に対する前記押上げ部材（３５）の鉛直方向の位置を調整するための第１の鉛直位置調整装置（３２、３３）を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の糸状物の切断装置。
8. 前記ブレード（４１）に対する前記ワーク固定部（２、３）の鉛直方向の位置を調整するための第２の鉛直位置調整装置（１２、１３）を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の糸状物の切断装置。
9. 前記ブレード（４１）の刃先（４１ａ）の延在方向において、前記ワーク固定部（２、３）に対する前記ブレード（４１）の位置を変更するための刃先位置調整装置（４２、４３）を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の糸状物の切断装置。
10. 一方の前記鉛直側面（２１ｂ）と一方の前記水平上面（２２ａ）とを具備する静止部材（２１）と、他方の前記鉛直側面（２２ｂ）と他方の前記水平上面（２２ａ）とを具備する可動部材（２２）とを有し、前記可動部材（２２）を前記静止部材（２１）に対して移動可能であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の糸状物の切断装置。
11. 前記ワーク（Ｗ）が、人間若しくは動物の毛、合成若しくは天然の繊維、又は、中空糸であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の糸状物の切断装置。
12. 前記ワーク（Ｗ）が、最大直径１ｍｍ以下の糸状物であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の糸状物の切断装置。
13. 前記ワーク（Ｗ）の長さ方向における切断される範囲が、少なくとも４０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の糸状物の切断装置。
14. 糸状物であるワーク（Ｗ）を長さ方向に切断するための方法であって、
    前記ワーク（Ｗ）を互いに対向する一対の鉛直側面（２１ｂ、２２ｂ）の間に嵌め込むステップと、
    嵌め込まれた前記ワーク（Ｗ）の一部を前記鉛直側面（２１ｂ、２２ｂ）の上縁（２１ｃ、２２ｃ）から突出させるように下方から押し上げるステップと、
    前記ワーク（Ｗ）を前記一対の鉛直側面（２１ｂ、２２ｂ）により挟持するステップと、
    前記ワークとブレード（４１）とを鉛直方向において近接させると共に、前記ブレード（４１）の刃先（４１ａ）が平面視において前記一対の鉛直側面（２１ｂ、２２ｂ）の各上縁（２１ｃ、２２ｃ）と交差するように前記ブレード（４１）を配置するステップと、
    前記ワーク（Ｗ）と前記ブレード（４１）とを水平方向に相対的に移動させることにより、前記ワーク（Ｗ）における前記上縁（２１ｃ、２２ｃ）から突出した部分を、前記ワーク（Ｗ）における挟持されている部分から切り離すステップと、を含むことを特徴とする糸状物の切断方法。