JP7398254B2 - 試料表面切削方法、試験切片の作製方法、及び、試料表面切削装置 - Google Patents

Description

本発明は、試料の表面を切削することにより、試験切片を作製するための試料表面切削技術に関するものである。

各種試料の試験方法として、試料の表面を切削して薄い試験切片を作製し、当該試験切片を検査、観察する方法が知られている（例えば特許文献１）。このような試験切片の作製においては、目的とする切削対象範囲を高精度で正確に切削することが要求される。そのため、従来の試験切片作製は、専用の切削装置を使用した熟練作業者による手作業に委ねられることが多かった。

特開２００６－３３４７０３号公報

しかし、近年、熟練作業者の減少に伴い、試験切片作製の自動化が望まれている。

前記に鑑み、本発明は、試験切片作製の自動化を可能とする試料表面切削方法、その試料表面切削方法を用いた試験切片の作製方法、及び、その試料表面切削方法を実施できる試料表面切削装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明に係る試料表面切削方法は、試料表面切削装置によって平板状の試料の表面を縦方向に切削すると共に先の切削ラインと後の切削ラインとが縦方向と直交する横方向に並ぶように複数回切削することにより、試料から試験切片を取り出すための試料表面切削方法であって、試料表面切削装置は、切刃と、試料を固定する試料台と、切刃と試料台とを相対的に移動させる駆動手段と、駆動手段の駆動を制御する制御手段とを備え、切刃と試料台とは、縦方向、横方向、及び、試料の表面に対して垂直な高さ方向のそれぞれに相対的に移動可能であり、制御手段を用いて試料台に対して切刃を、縦方向における前向き、及び、高さ方向における下向きに相対的に移動させることによって、試料の表面を切削する工程（Ｄ）と、制御手段を用いて試料台に対して切刃を、高さ方向における上向きに相対的に移動させる工程（Ｅ）と、制御手段を用いて試料台に対して切刃を、先の切削ライン上から後の切削ライン上まで相対的に移動させる工程（Ｇ）とを含む。

本発明に係る試料表面切削方法によると、試料表面切削装置の制御手段を用いて、「試料台に対して切刃を、縦方向（切削ラインの延びる方向）における前向き（切削方向）、及び、高さ方向における下向きに相対的に移動させて、試料の表面を切削する」工程（Ｄ）と、「試料台に対して切刃を、高さ方向における上向きに相対的に移動させる」工程（Ｅ）と、「試料台に対して切刃を、先の切削ライン上から後の切削ライン上まで相対的に移動させる」工程（Ｇ）とを行う。このため、試料の表面を縦方向に切削すると共に先の切削ラインと後の切削ラインとが横方向に並ぶように自動で切削して試験切片を得ることが可能となる。従って、試料表面の切削中に作業者による操作が不要となるので、試料表面切削を簡単に行うことができる。

本発明に係る試料表面切削方法において、工程（Ｇ）において、試料台に対して切刃を、先の切削ライン上から後の切削ライン上まで横方向に相対的に移動させ、制御手段を用いて試料台に対して切刃を、縦方向における後向きに相対的に移動させる工程（Ｆ）をさらに含み、工程（Ｄ）、工程（Ｅ）、工程（Ｆ）、工程（Ｇ）の順番に、又は、工程（Ｄ）、工程（Ｅ）、工程（Ｇ）、工程（Ｆ）の順番に、切削動作を繰り返してもよい。このようにすると、試料の表面の切削が常に「縦方向における前向き」という単一の向きで行われるため、切削中に切刃の向きを変更する構成が不必要になるので、コストを抑制できる。また、切刃の移動動作が単純化されるため、複雑な切刃の移動動作を要する場合と比べて、切削精度を向上させることができる。

本発明に係る試料表面切削方法において、駆動手段は、切刃を縦方向に移動させる第１駆動手段と、切刃を高さ方向に移動させる第２駆動手段と、試料台を横方向に移動させる第３駆動手段とを有し、工程（Ｄ）において、切刃が前向き及び下向きに移動し、工程（Ｅ）において、切刃が上向きに移動し、工程（Ｇ）において、試料台が横方向に移動してもよい。このようにすると、切刃の移動動作が、切削に必要な縦方向及び高さ方向の２軸方向のみに限定されるため、切刃を３軸方向に移動動作させる場合と比べて、装置の制御機構を簡素化することができるので、コストを抑制できる。

本発明に係る試料表面切削方法において、試料表面切削装置は、試料の表面の傾斜を測定する傾斜測定手段と、試料の表面の傾斜を調整する傾斜調整手段とをさらに備え、工程（Ｄ）、工程（Ｅ）及び工程（Ｇ）よりも前に、試料を試料台に固定する工程（Ａ）と、試料の表面の傾斜を測定する工程（Ｂ）と、試料の表面の傾斜を調整する工程（Ｃ）とをさらに含んでいてもよい。このようにすると、試料の表面の傾斜を調整した上で自動切削を行うことができるので、切削精度を向上させることができる。

本発明に係る試験切片の作製方法は、前述の本発明に係る試料表面切削方法を用いて、試料の表面を切削した後に、試験切片を回収する工程を含む。

本発明に係る試験切片の作製方法によると、本発明に係る試料表面切削方法を用いて、試料の表面を切削するため、試験切片作製を自動化することができる。また、本発明に係る試験切片の作製方法によれば、試料表面から一定の厚みの試験切片を多量に回収することが可能となるので、試料表面から一定の厚みまでの範囲を対象とする試料分析が容易になる。

本発明に係る試料表面切削装置は、平板状の試料の表面を縦方向に切削すると共に先の切削ラインと後の切削ラインとが縦方向と直交する横方向に並ぶように複数回切削することにより、試料から試験切片を取り出すための試料表面切削装置であって、切刃と、試料を固定する試料台と、切刃と試料台とを相対的に移動させる駆動手段と、駆動手段の駆動を制御する制御手段とを備え、切刃と試料台とは、縦方向、横方向、及び、試料の表面に対して垂直な高さ方向のそれぞれに相対的に移動可能であり、制御手段に、試料台に対して切刃を、縦方向における前向き、及び、高さ方向における下向きに相対的に第１の距離だけ移動させる第１の指令と、試料台に対して切刃を、高さ方向における上向きに相対的に第２の距離だけ移動させる第２の指令と、試料台に対して切刃を、先の切削ライン上から後の切削ライン上まで相対的に第３の距離だけ移動させる第３の指令とがプログラムされる。

本発明に係る試料表面切削装置によると、本発明に係る試料表面切削方法と同様に、試料の表面を縦方向に切削すると共に先の切削ラインと後の切削ラインとが横方向に並ぶように自動で切削して試験切片を得ることが可能となる。従って、試料表面の切削中に作業者の操作が不要となるので、試料表面切削を簡単に行うことができる。

本発明によると、試験切片作製の自動化を可能とする試料表面切削方法、その試料表面切削方法を用いた試験切片の作製方法、及び、その試料表面切削方法を実施できる試料表面切削装置を提供することができる。

実施形態に係る試料表面切削装置の断面構成図である。 実施形態に係る試料表面切削装置の一部の斜視図である。 実施形態に係る試料表面切削方法における試料表面の傾斜測定を説明する図である。 実施形態に係る試料表面切削方法における試料表面の傾斜測定を説明する図である。 実施形態に係る試料表面切削方法における試料表面の傾斜測定に用いる圧子の一例の斜視図である。 実施形態に係る試料表面切削方法における試料台に対する切刃の相対的な移動方向を説明する図である。 実施形態に係る試料表面切削方法における試料台に対する切刃の相対的な移動軌跡の一例を示す図である。 実施形態に係る試料表面切削方法における試料台に対する切刃の相対的な移動軌跡の一例を示す図である。 変形例１に係る試料表面切削方法における試料台に対する切刃の相対的な移動軌跡を示す図である。 変形例２に係る試料表面切削方法における試料台に対する切刃の相対的な移動軌跡を示す図である。 変形例３に係る試料表面切削方法における試料台に対する切刃の相対的な移動軌跡を示す図である。

（実施形態）
以下、実施形態に係る試料表面切削方法、その試料表面切削方法を用いた試験切片の作製方法、及び、その試料表面切削方法を実施できる試料表面切削装置について、図面を参照しながら説明する。

＜試料表面切削装置＞
図１は、本実施形態の試料表面切削装置の断面構成図であり、図２は、本実施形態の試料表面切削装置の一部の斜視図である。

図１、図２に示すように、本実施形態の試料表面切削装置１は、切刃２と、試料３を固定する試料台４と、切刃２と試料台４とを相対的に移動させる駆動手段１２、１８、３１と、駆動手段１２、１８、３１の駆動を制御する制御手段４０とを備える。

切刃２は、本体部１０に保持された切刃支持部１１に支持される。切刃２は、本体部１０を挟んで切刃２の反対側に設けられた駆動手段（前後移動モータ）１２によって、本体部１０及び切刃支持部１１と共に縦方向（切削ラインの延びる方向）に移動可能である。前後移動モータ１２は、支持台１４を介して本体支持部３０上に設けられる。本体部１０は、本体支持部３０上を縦方向に移動できるように、縦方向摺動部材１６を挟んで、本体支持部３０上の縦方向案内軸１７上に設けられる。前後移動モータ１２は、縦方向ネジ切棒１３を通じて縦方向摺動部材１６と共に本体部１０を縦方向に移動させる。縦方向案内軸１７上には、切刃２の縦方向変位（縦方向移動距離）を測定するための縦方向変位計１５が設けられる。縦方向変位計１５としては、例えばレーザー式変位計、マイクロメータ等を用いる。

切刃２は、切刃支持部１１の上方に設けられた駆動手段（垂直移動モータ）１８によって、切刃支持部１１と共に高さ方向（試料３の表面に対して垂直な方向）に移動可能である。垂直移動モータ１８は、連結部１９を介して本体部１０に支持される。垂直移動モータ１８は、高さ方向ネジ切棒２０を通じて、本体部１０の側面上に設けられたナット２１を高さ方向に移動させ、当該ナット２１が切刃支持部１１と共に切刃２を高さ方向に移動させる。本体部１０には、ナット２１の高さ方向変位つまり切刃２の高さ方向変位（高さ方向移動距離）を測定するための垂直変位計２２が設けられる。垂直変位計２２としては、例えばスケール方式等の接触式変位計、マイクロメータ等を用いる。ナット２１は、本体部１０の側面上を高さ方向に移動できるように、本体部１０上の側面上の垂直方向案内軸２３上に、垂直方向摺動部材２４を挟んで設けられる。切刃支持部１１には、切刃２から試料３に高さ方向に印加される圧力（垂直方向圧力）を測定するための垂直圧力検知器２５が設けられる。

試料台４は、上から順に縦方向圧力検知用摺動部材２６、縦方向圧力検知用案内軸３５、縦方向傾斜調整手段３６、横方向傾斜調整手段３７、縦横方向位置調整部材３８、横方向摺動部材２７及び横方向案内軸２８を挟んで、本体支持部３０上に設けられる。ここで、「横方向」とは、「縦方向」及び「高さ方向」と直交する方向である。また、縦方向圧力検知用摺動部材２６は、切削時に切刃２から印加される荷重を縦方向圧力検知器２９に伝達するための部材であり、切刃２から印加される荷重に応じて縦方向圧力検知用案内軸３５に沿って摺動する。縦方向傾斜調整手段３６は、縦方向に試料台４の試料固定面を回転させる（回転軸は横方向に沿う）部材であり、具体的にはマイクロメータが使用できる。横方向傾斜調整手段３７は、横方向に試料台４の試料固定面を回転させる（回転軸は縦方向に沿う）部材であり、具体的にはマイクロメータが使用できる。縦横方向位置調整部材３８は、自動切削開始前に、試料台４を手動で移動させて切削開始位置にセッティングするための部材である。試料台４は、縦方向圧力検知用摺動部材２６、縦方向圧力検知用案内軸３５、縦方向傾斜調整手段３６、横方向傾斜調整手段３７及び縦横方向位置調整部材３８と共に、本体支持部３０上を横方向に移動できるように、本体支持部３０上の横方向案内軸２８上に、横方向摺動部材２７を挟んで設けられる。縦方向圧力検知用案内軸３５には、切刃２から試料３に縦方向に印加される圧力（縦方向圧力）を測定するための縦方向圧力検知器２９が設けられる。

試料台４は、横方向摺動部材２７の横方向側方に配置された駆動手段（左右移動モータ）３１によって、横方向に移動可能である。左右移動モータ３１は、横方向ネジ切棒３２を通じて、横方向摺動部材２７と共に試料台４を横方向に移動させる。

本実施形態の試料表面切削装置１においては、前後移動モータ１２、垂直移動モータ１８、左右移動モータ３１の駆動は、例えばパソコン等のコンピュータを備える制御手段４０によって自動的に制御される。制御手段４０は、入力インタフェース４１を通じて、縦方向変位計１５、縦方向圧力検知器２９、垂直変位計２２及び垂直圧力検知器２５で検出された情報を読み込み、当該情報に基づいて、第１出力インタフェース４２を通じて前後移動モータ１２及び垂直移動モータ１８の駆動を制御すると共に第２出力インタフェース４３を通じて左右移動モータ３１の駆動を制御する。

制御手段４０は、切刃２の横方向変位（横方向移動距離）については、左右移動モータ３１への駆動指令の移動距離を用いてもよいし、別途、横方向移動距離を測定するための横方向変位計を設け、当該変位計で検出された情報を用いてもよい。また、制御手段４０は、切刃２の縦方向変位（縦方向移動距離）について、縦方向変位計１５で検出された情報に代えて、前後移動モータ１２への駆動指令の移動距離を用いてもよいし、切刃２の高さ方向変位（高さ方向移動距離）について、垂直変位計２２で検出された情報に代えて、垂直移動モータ１８への駆動指令の移動距離を用いてもよい。但し、試料３の切削時には、切刃２が試料３から受ける反力等により移動距離のブレが発生する可能性があるため、精度良く試料３を切削するためには、縦方向移動距離及び高さ方向移動距離については、変位計によって実際の移動距離を精密にモニタリングしながら、切削を行った方が良い。

制御手段４０においては、コンピュータがプログラムを実行することによって、各機能が実施される。具体的には、制御手段４０には、「試料台４に対して切刃２を、縦方向における前向き、及び、高さ方向における下向きに相対的に第１の距離だけ移動させる」第１の指令と、「試料台４に対して切刃２を、高さ方向における上向きに相対的に第２の距離だけ移動させる」第２の指令と、「試料台４に対して切刃２を、先の切削ライン上から後の切削ライン上まで相対的に第３の距離だけ移動させる」第３の指令とが少なくともプログラムされる。ここで、第３の指令が、「試料台４に対して切刃２を、先の切削ライン上から後の切削ライン上まで横方向に相対的に第３の距離だけ移動させる」指令である場合、制御手段４０には、「試料台４に対して切刃２を、縦方向における後向きに相対的に第４の距離だけ移動させる」第４の指令がプログラムされていてもよい。ここで、「先の（後の）切削ライン上」には、実際に切削した（する）軌跡の上方のみでなく、その軌跡を延長した延長線上の上方も含まれるものとする。

尚、コンピュータは、プログラムに従って動作するプロセッサ、プログラムの実行に必要なデータを記憶するメモリ等を主なハードウェア構成として備える。プロセッサは、プログラムを実行することによって機能を実現することができれば、その種類は問わないが、例えば半導体集積回路（ＩＣ）又はＬＳＩ（large scale integration）を含む一つ又は複数の電子回路により構成されていてもよい。プログラムやデータは、コンピュータが読み取り可能なＲＯＭ、光ディスク、ハードディスクドライブなどの非一時的記録媒体に記録される。プログラムやデータは、記録媒体に予め格納されていてもよいし、インターネット等を含む広域通信網を介して記録媒体に供給されてもよい。

＜試料表面切削方法＞
以下、図１、図２に示す試料表面切削装置１を用いた本実施形態の試料表面切削方法について、説明する。

本実施形態の試料表面切削方法においては、まず、試料３を試料台４上に固定する工程（Ａ）を行う。例えば、試料台４は、試料３が載置される上面に試料吸引部（吸引孔）を有する箱状体からなり、当該箱状体の側部には吸引管（図示省略）が接続され、当該吸引管は真空ポンプ（図示省略）に接続されていてもよい。これにより、真空ポンプを動作させることにより、試料台４上において試料３が下方に吸引され、試料台４に試料３を固定することができる。このような固定方法に代えて、接着剤やホットメルト等を用いた化学的固定方法、又は、ボルト等を用いた物理的固定方法によって、試料３を試料台４上に固定してもよい。但し、固定精度や操作の簡便性の点では、前述の吸引固定が好ましい。

次に、試料３の表面の傾斜を測定する工程（Ｂ）を行う。工程（Ｂ）は、傾斜測定手段として、例えば、試料３の表面に接触させる圧子と、試料表面切削装置１における垂直変位計２２及び垂直圧力検知器２５とを用いて実施可能である。具体的には、切刃支持部１１に切刃２に代えて圧子を取り付け、圧子を試料３に接触させながら、垂直圧力検知器２５を用いて一定の荷重をかけた状態で圧子を動かし、垂直変位計２２を用いて圧子の変位を連続的に検出する。これによって、試料３の表面の高さ情報を取得することできるので、試料３の表面の傾斜を測定することができる。また、試料３の表面の複数箇所において、垂直変位計２２を用いて一定の高さ位置まで圧子を試料３の表面に押圧し、その際に圧子が受ける荷重を垂直圧力検知器２５を用いて検出してもよい。これによって、一定の高さ位置で受ける荷重を複数点で比較することができるので、試料３の表面の傾斜を測定することができる。

尚、図３に示すように、傾斜測定時には、圧子を少なくとも縦方向（ａ）及び横方向（ｂ）の２方向に動かして傾斜測定を行うことが好ましく、傾斜測定精度をさらに向上させるためには、図４に示すように、圧子を縦方向（ａ）、横方向（ｂ）及び斜め方向（ｃ）の３方向に動かして傾斜測定を行うことがより好ましい。

また、傾斜測定に用いる圧子の先端形状は、試料３と接触させた際に試料３を傷つけないように、曲面を有していることが好ましく、傾斜測定精度をさらに向上させるためには、圧子の先端形状は、球面状であることがより好ましい。図５は、傾斜測定に用いる圧子の一例の斜視図である。図５に示す圧子５０の先端５０ａの形状は球面状である。

次に、試料３の表面の傾斜を調整する工程（Ｃ）を行う。例えば、縦方向に試料台４の試料固定面を回転させる（回転軸は横方向に沿う）マイクロメータ（つまり縦方向傾斜調整手段３６）と、横方向に試料台４の試料固定面を回転させる（回転軸は縦方向に沿う）マイクロメータ（つまり横方向傾斜調整手段３７）とを用いて、試料３の角度調整が可能である。或いは、マイクロメータに代えて、アクチュエータ等の傾斜調整手段を用いてもよい。工程（Ｃ）を実施した後に、再度、工程（Ｂ）の傾斜測定を行い、試料３の表面が水平に近づいたことを確認してもよい。

以上の工程（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を行った後、試料表面切削装置１の切刃２による切削動作を開始する。図６は、試料台４に対する切刃２の相対的な移動方向を説明する図である。本実施形態では、試料台４に対して切刃２は、図６に示す３軸方向に沿って、つまり、切削ラインの延びる方向である縦方向、縦方向と直交する横方向（先の切削ラインと後の切削ラインとが並ぶ方向）、及び、高さ方向（試料３の表面に対して垂直な方向）のそれぞれに沿って、相対的に移動可能である。尚、縦方向のうち切削方向を「前向き」、その反対方向を「後向き」と称する。

切削動作を開始する際に、作業者は、まず、制御手段４０に対して、切削回数、縦方向の切削距離、高さ方向の切り込み深さ、及び、横方向の移動距離を設定する。横方向の移動距離は、切刃２の刃幅に合わせて設定されるが、横方向の移動距離を切刃２の刃幅と同等以下に設定すると、先の切削ラインと後の切削ラインとが一部重なるか又は隙間無く並列するので、試料３の表面から無駄なく試験切片を取り出すことができる。

次に、制御手段４０が前後移動モータ１２及び垂直移動モータ１８を駆動して、切刃２を、縦方向における前向き、及び、高さ方向における下向きに移動させることによって、試料３の表面を自動切削する工程（Ｄ）を行う。具体的には、試料３が固定された試料台４を切削開始位置にセッティングした段階では、切刃２と試料３とは、高さ方向に離間しているので、まず、制御手段４０が垂直移動モータ１８を駆動して、切刃２を高さ方向における下向きに移動させて、試料３の表面における切削開始位置に切刃２を接触させる。この接触操作は、例えば垂直方向に切刃２を任意に移動させる機構を設けて、手動で行ってもよい。また、試料３と切刃２との接触確認は、例えば垂直圧力検知器２５を用いて試料３と切刃２との接触を確認するか、或いは、試料３と切刃２とをビデオカメラ等で撮影しパソコン等に拡大表示することによって、試料３と切刃２との距離を作業者が目視で確認しながら行ってもよい。続いて、制御手段４０が前後移動モータ１２及び垂直移動モータ１８を駆動して、設定した切り込み深さの位置に切刃２が達するまで、切刃２を、縦方向における前向き、及び、高さ方向における下向きに移動させる。続いて、切刃２が、設定した切り込み深さの位置に達すると、制御手段４０は前後移動モータ１２のみを駆動して、切刃２を高さ方向には変位させずに、設定した切削距離の位置まで切刃２を縦方向のみに変位させながら切削動作を行う。

尚、工程（Ｄ）においては、縦方向圧力検知器２９及び垂直圧力検知器２５を用いて、切刃２の縦方向圧力及び垂直方向圧力を検知してもよい。このようにすると、切削状況をモニタリングできるため、試料３の硬度等に起因する影響によって、切り込み深さの設定値に対するばらつきが発生しているかどうかを知ることができる。切り込み深さに無視できないばらつきが発生した場合、工程（Ｄ）を中断して、工程（Ｂ）、（Ｃ）を再度行ってもよい。

次に、制御手段４０が垂直移動モータ１８を駆動して、切刃２を高さ方向における上向きに移動させる工程（Ｅ）を行う。このとき、制御手段４０が垂直移動モータ１８と共に前後移動モータ１２を駆動して、切刃２を高さ方向における上向きに移動させると同時に縦方向における前向きに移動させると、試料３から試験切片を切り離すことができるので、試験切片の回収が容易になる。また、切刃２が試料３の表面の高さまで移動した後は、制御手段４０が垂直移動モータ１８を駆動して、切刃２をさらに上向きに移動させて、切刃２と試料３とを高さ方向に離間させてもよい。

次に、制御手段４０が前後移動モータ１２を駆動して、切刃２が前述の切削開始位置に戻るまで、切刃２を縦方向における後向きに移動させる工程（Ｆ）を行う。ここで、試料切削時間を短縮するために、工程（Ｄ）における切刃２の動作速度（切削動作速度）と比べて、工程（Ｆ）における切刃２の動作速度（戻り移動速度）の方を大きくしてもよい。また、切刃２を前述の切削開始位置まで戻す際に、切削開始位置の直前つまり切刃２の停止位置の直前で戻り移動速度を小さくしてもよい。このようにすると、切刃２を大きい戻り移動速度から切削開始位置で急停止させた場合に生じる切刃２の位置ずれを防止することができる。

次に、制御手段４０が左右移動モータ３１を駆動して、切刃２が次回の切削ライン上に位置するように、試料台４を横方向に移動させる工程（Ｇ）を行う。すなわち、工程（Ｇ）において、試料台４に対して切刃２は、先（前回）の切削ライン上から後（次回）の切削ライン上まで横方向に相対的に移動する。

本実施形態の試料表面切削方法においては、予め設定した切削回数に達するまで、工程（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）の切削動作が繰り返し自動で実施される。その後、例えば、ピンセット等を使用して、作業者が試料３の上に残る複数の試験切片を回収することにより、試験切片の作製が完了する。試験切片の回収は、自動で行ってもよい。

図７、図８は、本実施形態の試料表面切削方法における試料台４に対する切刃２の相対的な移動軌跡の一例を示し、図７は、試料３を上から見た軌跡を示し、図８は、試料３を横から見た軌跡を示す。尚、図７、図８において、図１、図２に示す試料表面切削装置１と同じ構成要素には同じ符号を付す。また、図７、図８において、切刃２の相対的な移動軌跡を矢印（実線又は破線）で示し、各矢印には該当する工程（Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ）を付記する。

＜実施形態の効果＞
以上に説明したように、本実施形態の試料表面切削方法によると、試料表面切削装置１の制御手段４０を用いて、「切刃２を、縦方向（切削ラインの延びる方向）における前向き（切削方向）、及び、高さ方向における下向きに相対的に移動させて、試料３の表面を切削する」工程（Ｄ）と、「切刃２を高さ方向における上向きに移動させる」工程（Ｅ）と、「切刃２が先の切削ライン上から後の切削ライン上まで相対的に移動するように、試料台４を横方向に移動させる」工程（Ｇ）とを行う。このため、試料３の表面を縦方向に切削すると共に先の切削ラインと後の切削ラインとが横方向に並ぶように自動で切削して試験切片を得ることが可能となる。従って、試料３の表面の切削中に作業者による操作が不要となるので、試料表面切削を簡単に行うことができる。

また、本実施形態の試料表面切削方法において、制御手段４０を用いて、切刃２を縦方向における後向きに相対的に移動させる工程（Ｆ）をさらに含み、工程（Ｄ）、工程（Ｅ）、工程（Ｆ）、工程（Ｇ）の順番に、切削動作を繰り返すと、試料３の表面の切削が常に「縦方向における前向き」という単一の向きで行われる。このため、切削中に切刃２の向きを変更する構成が不必要になるので、コストを抑制できる。また、切刃２の移動動作が単純化されるため、複雑な切刃の移動動作を要する場合と比べて、切削精度を向上させることができる。

また、本実施形態の試料表面切削方法において、試料表面切削装置１は、切刃２と試料台４とを相対的に移動させる駆動手段として、切刃２を縦方向に移動させる前後移動モータ１２と、切刃２を高さ方向に移動させる垂直移動モータ１８と、試料台４を横方向に移動させる左右移動モータ３１とを有し、工程（Ｄ）において、切刃２が前向き及び下向きに移動し、工程（Ｅ）において、切刃が上向きに移動し、工程（Ｇ）において、試料台４が横方向に移動すると、切刃２の移動動作が、切削に必要な縦方向及び高さ方向の２軸方向のみに限定される。このため、切刃を３軸方向に移動動作させる場合と比べて、試料表面切削装置１の制御機構を簡素化することができるので、コストを抑制できる。

また、本実施形態の試料表面切削方法において、試料表面切削装置１が、試料３の表面の傾斜を測定する傾斜測定手段と、試料３の表面の傾斜を調整する傾斜調整手段（具体的には縦方向傾斜調整手段３６及び横方向傾斜調整手段３７）とをさらに備え、工程（Ｄ）、工程（Ｅ）及び工程（Ｇ）よりも前に、試料３を試料台４に固定する工程（Ａ）と、試料３の表面の傾斜を測定する工程（Ｂ）と、試料３の表面の傾斜を調整する工程（Ｃ）とをさらに含むと、試料３の表面の傾斜を調整した上で自動切削を行うことができるので、切削精度を向上させることができる。

以上に説明した本実施形態の試料表面切削方法を用いて試料３の表面を切削した後に、試験切片を回収する工程を含む試験切片の作製方法によると、試験切片作製を自動化することができる。また、この試験切片の作製方法によれば、試料３の表面から一定の厚みの試験切片を多量に回収することが可能となるので、試料３の表面から一定の厚みまでの範囲を対象とする試料分析が容易になる。

本実施形態の試料表面切削装置１によると、本実施形態の試料表面切削方法について説明したように、試料３の表面を縦方向に切削すると共に先の切削ラインと後の切削ラインとが横方向に並ぶように自動で切削して試験切片を得ることが可能となる。従って、試料３の表面の切削中に作業者の操作が不要となるので、試料表面切削を簡単に行うことができる。

（変形例１）
図９は、変形例１に係る試料表面切削方法における試料台４に対する切刃２の相対的な移動軌跡を示す図である。尚、図９は、試料３を上から見た軌跡を示し、図７に示す前記実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付す。

前記実施形態では、図７に示すように、工程（Ｄ）、工程（Ｅ）、工程（Ｇ）、工程（Ｆ）の順番に切削動作を繰り返したのに対して、本変形例の試料表面切削方法では、図９に示すように、工程（Ｄ）、工程（Ｅ）、工程（Ｇ）、工程（Ｆ）の順番に切削動作を繰り返す。すなわち、前記実施形態では、先の切削ライン上で工程（Ｆ）の戻り移動を行ったが、本変形例では、後の切削ライン上で工程（Ｆ）の戻り移動を行う。

以上に説明した本変形例においても、前記実施形態と同様の効果を得ることができる。

（変形例２）
図１０は、変形例２に係る試料表面切削方法における試料台４に対する切刃２の相対的な移動軌跡を示す図である。尚、図１０は、試料３を上から見た軌跡を示し、図７に示す前記実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付す。

本変形例が前記実施形態と異なっている点は、切刃２若しくは試料台４を１８０°回転させる機構を設けるか、又は、切刃２が縦方向における前向き及び後向きの両方で試料３を切削可能に形成されていることである。これにより、図１０に示すように、工程（Ｆ）の戻り移動を行うことなく、切削動作を繰り返すことができる。

以上に説明した本変形例においても、前記実施形態と同様の効果を得ることができるが、試料表面切削装置１の機構や切刃２の構造が複雑化する点で前記実施形態よりもコストが増大する場合がある。

（変形例３）
図１１は、変形例３に係る試料表面切削方法における試料台４に対する切刃２の相対的な移動軌跡を示す図である。尚、図１１は、試料３を上から見た軌跡を示し、図７に示す前記実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付す。

本変形例が前記実施形態と異なっている点は、図１１に示すように、「試料台４に対して切刃２を、先の切削ライン上から後の切削ライン上まで相対的に移動させる」工程（Ｇ）において、工程（Ｆ）の戻り移動を同時に実施することである。

以上に説明した本変形例においても、前記実施形態と同様の効果を得ることができるが、試料台４に対して切刃２を３軸（縦方向、横方向、高さ方向）以外の方向に相対的に移動させるため、前記実施形態と比べて、切削精度が低下する場合がある。

（その他の実施形態）
前記実施形態では、試料表面切削装置１は、切刃２と試料台４とを相対的に移動させる駆動手段として、切刃２を縦方向に移動させる前後移動モータ１２と、切刃２を高さ方向に移動させる垂直移動モータ１８と、試料台４を横方向に移動させる左右移動モータ３１とを有した。しかし、本発明では、切刃２と試料台４とは、少なくとも縦方向、横方向、高さ方向の３軸方向に相対的に移動可能であれば、切刃２及び試料台４のいずれが移動してもよい。

すなわち、本発明に係る試料表面切削方法は、試料表面切削装置によって平板状の試料の表面を縦方向に切削すると共に先の切削ラインと後の切削ラインとが縦方向と直交する横方向に並ぶように複数回切削することにより、試料から試験切片を取り出すための試料表面切削方法であって、試料表面切削装置は、切刃と、試料を固定する試料台と、切刃と試料台とを相対的に移動させる駆動手段と、駆動手段の駆動を制御する制御手段とを備え、切刃と試料台とは、縦方向、横方向、及び、高さ方向のそれぞれに相対的に移動可能であり、制御手段を用いて試料台に対して切刃を、縦方向における前向き、及び、高さ方向における下向きに相対的に移動させることによって、試料の表面を切削する工程（Ｄ）と、制御手段を用いて試料台に対して切刃を、高さ方向における上向きに相対的に移動させる工程（Ｅ）と、制御手段を用いて試料台に対して切刃を、先の切削ライン上から後の切削ライン上まで相対的に移動させる工程（Ｇ）とを含む。

また、本発明に係る試料表面切削方法において、工程（Ｇ）において、試料台に対して切刃を、先の切削ライン上から後の切削ライン上まで横方向に相対的に移動させ、制御手段を用いて試料台に対して切刃を、縦方向における後向きに相対的に移動させる工程（Ｆ）をさらに含み、工程（Ｄ）、工程（Ｅ）、工程（Ｆ）、工程（Ｇ）の順番に、又は、工程（Ｄ）、工程（Ｅ）、工程（Ｇ）、工程（Ｆ）の順番に、切削動作を繰り返してもよい。

また、本発明に係る試料表面切削装置は、平板状の試料の表面を縦方向に切削すると共に先の切削ラインと後の切削ラインとが縦方向と直交する横方向に並ぶように複数回切削することにより、試料から試験切片を取り出すための試料表面切削装置であって、切刃と、試料を固定する試料台と、切刃と試料台とを相対的に移動させる駆動手段と、駆動手段の駆動を制御する制御手段とを備え、切刃と試料台とは、縦方向、横方向、及び、高さ方向のそれぞれに相対的に移動可能であり、制御手段に、試料台に対して切刃を、縦方向における前向き、及び、高さ方向における下向きに相対的に第１の距離だけ移動させる第１の指令と、試料台に対して切刃を、高さ方向における上向きに相対的に第２の距離だけ移動させる第２の指令と、試料台に対して切刃を、先の切削ライン上から後の切削ライン上まで相対的に第３の距離だけ移動させる第３の指令とがプログラムされる。

以上、実施形態及び変形例を説明したが、特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。また、以上の実施形態及び変形例は、本開示の対象の機能を損なわない限り、適宜組み合わせたり、置換したりしてもよい。さらに、以上に述べた「第１」、「第２」、…という記載は、これらの記載が付与された語句を区別するために用いられており、その語句の数や順序までも限定するものではない。

１ 試料表面切削装置
２ 切刃
３ 試料
４ 試料台
１０ 本体部
１１ 切刃支持部
１２ 駆動手段（前後移動モータ）
１３ 縦方向ネジ切棒
１４ 支持台
１５ 縦方向変位計
１６ 縦方向摺動部材
１７ 縦方向案内軸
１８ 駆動手段（垂直移動モータ）
１９ 連結部
２０ 高さ方向ネジ切棒
２１ ナット
２２ 垂直変位計
２３ 垂直方向案内軸
２４ 垂直方向摺動部材
２５ 垂直圧力検知器
２６ 縦方向圧力検知用摺動部材
２７ 横方向摺動部材
２８ 横方向案内軸
２９ 縦方向圧力検知器
３０ 本体支持部
３１ 駆動手段（左右移動モータ）
３２ 横方向ネジ切棒
３５ 縦方向圧力検知用案内軸
３６ 縦方向傾斜調整手段
３７ 横方向傾斜調整手段
３８ 縦横方向位置調整部材
４０ 制御手段
４１ 入力インタフェース
４２ 第１出力インタフェース
４３ 第２出力インタフェース
５０ 圧子

Claims (6)

1. 試料表面切削装置によって平板状の試料の表面を縦方向に切削すると共に先の切削ラインと後の切削ラインとが前記縦方向と直交する横方向に並ぶように複数回切削することにより、前記試料から試験切片を取り出すための試料表面切削方法であって、
   前記試料表面切削装置は、
   切刃と、
   前記試料を固定する試料台と、
   前記切刃と前記試料台とを相対的に移動させる駆動手段と、
   前記駆動手段の駆動を制御する制御手段とを備え、
   前記切刃と前記試料台とは、前記縦方向、前記横方向、及び、前記試料の前記表面に対して垂直な高さ方向のそれぞれに相対的に移動可能であり、
   前記制御手段を用いて前記試料台に対して前記切刃を、前記縦方向における前向き、及び、前記高さ方向における下向きに相対的に移動させることによって、前記試料の前記表面を切削する工程（Ｄ）と、
   前記制御手段を用いて前記試料台に対して前記切刃を、前記高さ方向における上向きに相対的に移動させる工程（Ｅ）と、
   前記制御手段を用いて前記試料台に対して前記切刃を、前記先の切削ライン上から前記後の切削ライン上まで相対的に移動させる工程（Ｇ）とを含み、
   前記切刃を前記試料表面切削装置に装着したまま、前記工程（Ｄ）、前記工程（Ｅ）、前記工程（Ｇ）の順番に、切削動作を繰り返す、試料表面切削方法。
2. 前記工程（Ｇ）において、前記試料台に対して前記切刃を、前記先の切削ライン上から前記後の切削ライン上まで前記横方向に相対的に移動させ、
   前記制御手段を用いて前記試料台に対して前記切刃を、前記縦方向における後向きに相対的に移動させる工程（Ｆ）をさらに含み、
   前記工程（Ｄ）、前記工程（Ｅ）、前記工程（Ｆ）、前記工程（Ｇ）の順番に、又は、前記工程（Ｄ）、前記工程（Ｅ）、前記工程（Ｇ）、前記工程（Ｆ）の順番に、切削動作を繰り返す、請求項１に記載の試料表面切削方法。
3. 前記駆動手段は、前記切刃を前記縦方向に移動させる第１駆動手段と、前記切刃を前記高さ方向に移動させる第２駆動手段と、前記試料台を前記横方向に移動させる第３駆動手段とを有し、
   前記工程（Ｄ）において、前記切刃が前記前向き及び前記下向きに移動し、
   前記工程（Ｅ）において、前記切刃が前記上向きに移動し、
   前記工程（Ｇ）において、前記試料台が前記横方向に移動する、請求項１又は２に記載の試料表面切削方法。
4. 前記試料表面切削装置は、
   前記試料の前記表面の傾斜を測定する傾斜測定手段と、
   前記試料の前記表面の傾斜を調整する傾斜調整手段とをさらに備え、
   前記工程（Ｄ）、前記工程（Ｅ）及び前記工程（Ｇ）よりも前に、
   前記試料を前記試料台に固定する工程（Ａ）と、
   前記試料の前記表面の傾斜を測定する工程（Ｂ）と、
   前記試料の前記表面の傾斜を調整する工程（Ｃ）とをさらに含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の試料表面切削方法。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載の試料表面切削方法を用いて、前記試料の前記表面を切削した後に、前記試験切片を回収する工程を含む、試験切片の作製方法。
6. 平板状の試料の表面を縦方向に切削すると共に先の切削ラインと後の切削ラインとが前記縦方向と直交する横方向に並ぶように複数回切削することにより、前記試料から試験切片を取り出すための試料表面切削装置であって、
   切刃と、
   前記試料を固定する試料台と、
   前記切刃と前記試料台とを相対的に移動させる駆動手段と、
   前記駆動手段の駆動を制御する制御手段とを備え、
   前記切刃と前記試料台とは、前記縦方向、前記横方向、及び、前記試料の前記表面に対して垂直な高さ方向のそれぞれに相対的に移動可能であり、
   前記制御手段に、
   前記試料台に対して前記切刃を、前記縦方向における前向き、及び、前記高さ方向における下向きに相対的に第１の距離だけ移動させる第１の指令と、
   前記試料台に対して前記切刃を、前記高さ方向における上向きに相対的に第２の距離だけ移動させる第２の指令と、
   前記試料台に対して前記切刃を、前記先の切削ライン上から前記後の切削ライン上まで相対的に第３の距離だけ移動させる第３の指令と
   がプログラムされ、
   前記制御手段は、前記切刃を前記試料表面切削装置に装着したまま、前記第１の指令、前記第２の指令、前記第３の指令の順番に、切削動作の制御を繰り返す、試料表面切削装置。

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