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JPH05180736A - Manufacturing method of diamond knife for microtome - Google Patents

Manufacturing method of diamond knife for microtome

Info

Publication number
JPH05180736A
JPH05180736A JP34632191A JP34632191A JPH05180736A JP H05180736 A JPH05180736 A JP H05180736A JP 34632191 A JP34632191 A JP 34632191A JP 34632191 A JP34632191 A JP 34632191A JP H05180736 A JPH05180736 A JP H05180736A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diamond
oxygen
cutting edge
knife
cutting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP34632191A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshiro Kato
寿郎 加藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP34632191A priority Critical patent/JPH05180736A/en
Publication of JPH05180736A publication Critical patent/JPH05180736A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)
  • Nonmetal Cutting Devices (AREA)
  • Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い切削性能と親水性を有するミクロトーム
用ダイヤモンドナイフの製造方法を提供する。 【構成】 切刃稜に対して平行に機械研磨をする工程、
先鋭に仕上げるべき切刃先端の稜方向から垂直にイオン
ビームを入射させて夾角切刃の2平面を平滑に加工する
工程と、イオンビーム加工によりグラファイト化した表
面のグラファイト構造層を除去する工程と、当該グラフ
ァイト構造層を除去されたダイヤモンドの表面に、酸素
雰囲気下600℃以下の温度で加熱することにより酸素
を結合させる工程を連続して行なう。本発明によるダイ
ヤモンドナイフ表面は親水性であり、ミクロトーム用と
して非常に優れた性能を有する。
(57) [Summary] [Object] To provide a method for producing a diamond knife for a microtome, which has high cutting performance and hydrophilicity. [Structure] A step of mechanical polishing parallel to the cutting edge,
A step of making an ion beam incident perpendicularly from the ridge direction of the tip of the cutting edge to be sharpened to process the two flat surfaces of the included cutting edge smoothly, and a step of removing the graphite structure layer on the surface graphitized by the ion beam processing. The step of bonding oxygen to the surface of the diamond from which the graphite structure layer has been removed by heating at a temperature of 600 ° C. or lower in an oxygen atmosphere is continuously performed. The diamond knife surface according to the invention is hydrophilic and has very good performance for microtomes.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ミクロトーム(検鏡用
薄片切断器)および超ミクロトームに使用される切削工
具に関し、特に刃先をダイヤモンドで形成されてなるミ
クロトーム用ダイヤモンドナイフの製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cutting tool used for a microtome (a thin section cutting device for a speculum) and an ultramicrotome, and more particularly to a method for manufacturing a diamond knife for a microtome having a cutting edge formed of diamond.

【0002】[0002]

【従来の技術】ミクロトーム用ダイヤモンドナイフは生
物組織、プラスチック、金属その他の組織構造解析ある
いは元素分析の為に電子顕微鏡で観察する薄片標本を作
製するために切断用具として用いられるものである。従
来ミクロトーム用ダイヤモンドナイフは、機械的な研磨
加工によってのみ製造されており、切刃としての切断性
能にバラツキがあり、その製造には多大の時間を要し
た。
2. Description of the Related Art A diamond knife for a microtome is used as a cutting tool for producing thin specimens to be observed with an electron microscope for analysis of tissue structure or elemental analysis of biological tissues, plastics, metals and the like. Conventionally, a diamond knife for a microtome is manufactured only by mechanical polishing, and there is variation in cutting performance as a cutting blade, and it takes a lot of time to manufacture it.

【0003】また、一般にミクロトームは切片を水に浮
かせることにより薄切片を採取する。超薄切片が変形、
収縮することなく採取される為には、切削直後に切片表
面が吸水することにより、膨潤し、形状を保つ必要があ
る。従って、ナイフの刃先夾鋭端まで、常に水に膨潤さ
せておくことが、この目的のために重要である。従来の
ダイヤモンドナイフは、ナイフ表面を親水性にする為、
あるいは湿潤雰囲気を具備させる為に、界面活性剤を含
有する湿潤用液体を塗布するか、あるいはダイヤモンド
ナイフを純水中に浸漬して疑似親水性を与えていた。ダ
イヤモンドナイフの良好な切削条件として、ナイフ表面
の親水性が重要であることは、同様の目的、用途に使わ
れるガラスナイフの経験から公知であったが、ダイヤモ
ンドナイフ表面を直接的に親水性に改質することは困難
とされてきた。この点に関して、特開昭59−1122
49号公報には、その表面特性が親水性であるものがダ
イヤモンドナイフとして好ましいとの記載、切刃表面
を、ダイヤモンド結晶の2つの最も低い示準面すなわ
ち、(100),(110)という、酸素その他の親水
性の種に最も強く最も安定した結合性を持つ面で構成す
ることでナイフの湿潤性に寄与せしめ、使用時の塵埃及
び屑の捕捉を最小限に止めるとの記載がなされている
が、これは他の面に比べ相対的に親水性の結合を形成し
やすい面を使用するというだけであり、具体的に表面を
親水化するというものではない。
In general, a microtome collects thin slices by suspending them in water. Ultra thin section deforms,
In order to collect without shrinking, it is necessary that the surface of the slice absorbs water immediately after cutting to swell and maintain its shape. Therefore, it is important for this purpose to always be swollen with water up to the sharp edge of the knife. Conventional diamond knives make the knife surface hydrophilic,
Alternatively, in order to provide a moist atmosphere, a wetting liquid containing a surfactant is applied, or a diamond knife is immersed in pure water to give pseudo hydrophilicity. It has been known from the experience of glass knives used for the same purpose and application that the hydrophilicity of the knife surface is important as a good cutting condition for diamond knives. It has been difficult to modify. In this regard, JP-A-59-1122
In Japanese Patent Publication No. 49, it is described that those having a hydrophilic surface characteristic are preferable as a diamond knife, and the cutting edge surface is defined as the two lowest reference planes of a diamond crystal, that is, (100) and (110), oxygen. It is stated that by constructing the surface with the strongest and most stable binding property to other hydrophilic species, it contributes to the wettability of the knife and minimizes the capture of dust and debris during use. However, this only uses a surface that is more likely to form a hydrophilic bond than other surfaces, and does not specifically make the surface hydrophilic.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来のミクロトーム用
ダイヤモンドナイフの製法として一般的な機械的研磨に
よる場合、上記のように切断性能にバラツキがあり製造
に時間がかかるに加え、親水性を有するダイヤモンド表
面を得ることは困難であった。ダイヤモンドナイフ表面
の親水化のために、表面を酸化することが考えられる
が、ダイヤモンドの表面は、通常酸素と結合することが
できない為、酸素を結合させる為には、積極的な手段を
用いなければならない。ダイヤモンド表面に酸素を結合
させる方法の一つとして、真空中において1000℃以
上に加熱して脱ガス処理をした後、酸素雰囲気において
400℃で反応させる方法があり、他の一つの方法は、
ダイヤモンドを大気中で600℃以上に加熱してダイヤ
モンドの表面構造をグラファイト化させた後、グラファ
イト構造炭素に酸素を結合させる方法である。上記いず
れの方法も、ダイヤモンド構造表面から結合が容易な他
の元素を除去した後にグラファイト構造炭素に酸素を反
応させるという、過程を必要とする。ミクロトームダイ
ヤモンドナイフは0.01μm厚さ程度の超薄切片を切
削により得る為の工具であるので、その表面及び刃先に
0.01μmの表面凹凸や形状欠陥があってはならな
い。従来法によって酸素結合させた場合のダイヤモンド
表面のダイヤモンド構造変化は、エッチングを伴って起
こり、このエッチングによるエッチングピットの形状は
(111)面上に正三角錐形状で深く鋭角的に除去され
る形状であることが広く知られており、通常ダイヤモン
ドの場合、このエッチングピットはトライゴンと呼称さ
れている。従来法の表面酸素結合法をダイヤモンドナイ
フの加工方法に適用した場合、このトライゴン陥没は、
0.01μm以上となり、従来法によっては切削用途に
使用できなかった。本発明はこのような現状に鑑みなさ
れたものであって、その目的とするところは、切断性能
が優れ、しかも表面が親水性である新規なミクロトーム
用ダイヤモンドナイフを安定、確実に製造できる方法を
提供することである。
When mechanical polishing is generally used as a conventional method for manufacturing a diamond knife for a microtome, diamond has hydrophilicity in addition to the above-mentioned variation in cutting performance and time-consuming production. It was difficult to get the surface. The surface of the diamond knife may be oxidized to make it hydrophilic, but the surface of diamond cannot normally bond with oxygen. Therefore, a positive means must be used to bond oxygen. I have to. As one of the methods of bonding oxygen to the diamond surface, there is a method of heating at 1000 ° C. or higher in a vacuum to perform degassing, and then reacting at 400 ° C. in an oxygen atmosphere.
This is a method in which diamond is heated to 600 ° C. or higher in the atmosphere to graphitize the surface structure of diamond, and then oxygen is bonded to graphite structure carbon. Each of the above methods requires a step of removing other elements that are easily bonded from the diamond structure surface and then reacting the graphite structure carbon with oxygen. Since the microtome diamond knife is a tool for obtaining an ultrathin section having a thickness of about 0.01 μm by cutting, the surface and the cutting edge thereof should not have surface irregularities of 0.01 μm or shape defects. The change in the diamond structure of the diamond surface caused by oxygen bonding by the conventional method occurs with etching, and the shape of the etching pit due to this etching is a regular triangular pyramid shape on the (111) plane, which is deep and sharply removed. It is widely known that, in the case of diamond, this etching pit is called a trigon. When applying the conventional surface oxygen bonding method to the diamond knife processing method, this Trigon depression is
The thickness was 0.01 μm or more, and the conventional method could not be used for cutting. The present invention has been made in view of such a current situation, and an object thereof is to provide a method for stably and reliably producing a novel microtome diamond knife having excellent cutting performance and having a hydrophilic surface. Is to provide.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する手段
として、本発明はダイヤモンドナイフの切刃を形成する
為に切刃稜に対して平行に機械研磨をする工程と、先鋭
に仕上げるべき切刃先端の稜方向から垂直にイオンビー
ム加工装置を用いてイオン電流を入射させて夾角切刃の
2平面を平滑に加工する工程と、イオンビーム加工によ
りグラファイト化した表面のグラファイト構造層を除去
する加工工程と、当該グラファイト構造層を除去された
ダイヤモンドの表面に酸素を結合させる工程とを連続し
て行なうことを特徴とする。本発明において、上記イオ
ンビーム加工工程に続く当該グラファイト構造層を除去
されたダイヤモンドの表面に酸素を結合させる工程とし
ては、酸素雰囲気下温度600℃以下で加熱すること、
又は酸化性溶融塩を加熱して酸素を発生させた状態の該
酸化性溶融塩の中に浸漬することを特に好ましい実施態
様として挙げられる。
As means for solving the above-mentioned problems, the present invention comprises a step of mechanically polishing in parallel to a cutting edge to form a cutting edge of a diamond knife, and a cutting to be sharpened. Using an ion beam processing device perpendicularly from the ridge direction of the blade tip, a step of smoothing the two planes of the included cutting edge by applying an ion current, and removing the graphite structure layer on the surface graphitized by the ion beam processing It is characterized in that the processing step and the step of bonding oxygen to the surface of the diamond from which the graphite structure layer has been removed are successively performed. In the present invention, the step of bonding oxygen to the surface of the diamond from which the graphite structure layer has been removed following the ion beam processing step includes heating in an oxygen atmosphere at a temperature of 600 ° C. or lower,
Alternatively, a particularly preferable embodiment is to immerse the oxidizing molten salt in the oxidizing molten salt in a state where oxygen is generated by heating.

【0006】[0006]

【作用】前記したように、親水化のためにダイヤモンド
そのものの表面を酸化するには600℃を越える温度で
の加熱処理が必要であり、このような温度ではグラファ
イト化して切削用途には使用できなくなる。従って、従
来法では切刃表面積の50%以上にわたり酸素が結合さ
れたミクロトーム用ダイヤモンドナイフは実現できてい
なかった。本発明は、イオンビーム加工処理によりダイ
ヤモンド表面に生じたグラファイト層を、更に、600
℃以下というより低温で酸素雰囲気中で加熱することに
より、グラファイト層が除去でき、しかもダイヤモンド
表面に酸素を結合させることを見いだしたことに基づい
ている。本発明者らは、ミクロトーム用ダイヤモンドナ
イフの切削性能を決定する製造上の技術要因について2
つの要素技術に展開し、この2つの要素技術を連続して
加工処理するプロセスにより、確実で、安定に本発明の
ダイヤモンドナイフを実現できたものである。
As described above, in order to oxidize the surface of the diamond itself to make it hydrophilic, it is necessary to perform heat treatment at a temperature higher than 600 ° C. At such a temperature, it can be graphitized and used for cutting purposes. Disappear. Therefore, the conventional method has not been able to realize a diamond knife for a microtome in which oxygen is bound over 50% or more of the surface area of the cutting edge. The present invention further comprises a graphite layer formed on the diamond surface by the ion beam processing,
It is based on the finding that the graphite layer can be removed and oxygen is bonded to the diamond surface by heating in an oxygen atmosphere at a temperature lower than 0 ° C or lower. The present inventors have studied the technical factors in manufacturing that determine the cutting performance of the diamond knife for microtome.
The diamond knife of the present invention can be realized reliably and stably by the process of developing into one elemental technology and continuously processing these two elemental technologies.

【0007】本発明の第1の要素技術は、ダイヤモンド
ナイフの機械的な刃先形状、特に切削片の流れ方向に対
して切削片の受ける摩擦抵抗を最小にする為に、刃先平
面を平滑化することである。一般的に切断工具は切断方
向に対して平行に刃立てをするが、ダイヤモンドナイフ
はダイヤモンドの研磨が困難である為と、ダイヤモンド
がカケ易い為に、このような刃立てをすることはできな
かった。本発明の第1の要素技術は、この刃立て手段と
してイオンビーム加工機を用いることである。本発明に
いうイオンビーム加工(イオンミーリングあるいはイオ
ンシャワーリングとも呼称される)とは、真空装置内に
おいて、装置内に導入された酸素を含むガスに対し放電
することによりイオン化して電離状態にした後、電離状
態ガス中の正電荷イオン(酸素イオン)のみを電界加速
することにより、電界加速方向に収斂したイオン流を形
成させ、このイオン流を加工室に導き、このイオン流の
中に被加工物(ダイヤモンド)を静置することによりダ
イヤモンド表面にイオン流を入射させる。イオン流とし
て入射した活性種酸素による反応性イオンエッチングに
よりダイヤモンド表面から炭素原子を原子単位で微量除
去加工ができる。ダイヤモンド平面のイオン加工による
表面粗さに対する角度依存は、入射角度5°から85°
まで連続的に改善される傾向を示す。入射角度は15°
〜40°の低入射角度が好ましく、特に好ましくは20
°〜30°である。本発明者の実験によると、20°の
低入射イオン角度のときに最小の表面粗さを得ることが
できると判明した。更に、刃先を構成する2平面に対し
20°〜30°の低入射角でイオン入射して加工された
ダイヤモンド表面は、平滑均質な除去加工を施されると
ともに、イオンの加速電圧に比例した均一な厚みを持っ
たグラファイト構造層を形成することが判った。イオン
ビーム加工に用いるイオン源としては、上記酸素イオン
の他、アルゴン等の不活性ガス、窒素イオンが有効であ
る。特にダイヤモンド表面の加工には、酸素イオンによ
る活性化反応イオンエッチングにより、容易に他のイオ
ン種に比較して高能率の加工をすることができる。
The first elemental technique of the present invention smoothes the cutting edge flat surface in order to minimize the frictional resistance of the cutting edge, especially the mechanical cutting edge shape of the diamond knife, particularly the flow direction of the cutting edge. That is. Generally, a cutting tool makes an edge in parallel with the cutting direction, but a diamond knife cannot make such an edge because it is difficult to polish the diamond and the diamond is easily chipped. It was The first elemental technique of the present invention is to use an ion beam processing machine as the blade setting means. The ion beam processing (also referred to as ion milling or ion showering) referred to in the present invention is an ionized state in which a gas containing oxygen introduced into the apparatus is ionized by being discharged in a vacuum apparatus. Then, only positively charged ions (oxygen ions) in the ionized state gas are accelerated by the electric field to form a convergent ion flow in the direction of the electric field acceleration, which is then guided to the processing chamber, where it is exposed to the ion flow. An ion stream is made incident on the diamond surface by allowing the workpiece (diamond) to stand. It is possible to remove minute amounts of carbon atoms from the diamond surface by the reactive ion etching by the active species oxygen incident as an ion stream. The angle dependence of the diamond plane on the surface roughness due to ion processing is from an incident angle of 5 ° to 85 °.
Shows a tendency for continuous improvement. Incident angle is 15 °
Low incidence angles of -40 ° are preferred, with 20 being particularly preferred.
It is between 30 and 30 degrees. Experiments by the inventor have shown that a minimum surface roughness can be obtained at low incident ion angles of 20 °. Further, the diamond surface processed by ion incidence at a low incidence angle of 20 ° to 30 ° with respect to the two planes forming the cutting edge is subjected to smooth and homogeneous removal processing and is uniform in proportion to the acceleration voltage of the ions. It was found that a graphite structure layer having a uniform thickness was formed. As the ion source used for the ion beam processing, in addition to the above oxygen ions, an inert gas such as argon and nitrogen ions are effective. Particularly, for the processing of the diamond surface, activation reaction ion etching with oxygen ions can easily perform processing with higher efficiency than other ion species.

【0008】なお、後記する実施例1,2で用いたイオ
ンビーム加工装置の場合、イオン源はECR(磁場中の
サイクロトロン共鳴)を利用した電離機構による無電極
放電のため、活性ガスイオン種を利用できるという特徴
を有している。この装置により、酸素ガスを導入してイ
オン化した酸素陽イオンを500Vで電界加速してダイ
ヤモンド平板に垂直に照射した場合、ダイヤモンドは
0.015μm/分の割合で除去加工することができ
た。この場合、表面のダイヤモンド構造がグラファイト
構造に構造変化した深さは0.001μmである。ま
た、ダイヤモンド平板を傾斜して、酸素陽イオンを照射
した場合、ダイヤモンド平板の傾斜角度に相関した時間
当たりのダイヤモンド除去加工能率が得られるとが確認
された。更に、このダイヤモンド平板の傾斜角度に相関
する被加工ダイヤモンド表面の面粗度変化も判明した。
In the case of the ion beam processing apparatus used in Examples 1 and 2 which will be described later, since the ion source is an electrodeless discharge by an ionization mechanism utilizing ECR (cyclotron resonance in a magnetic field), an active gas ion species is generated. It has the feature that it can be used. With this apparatus, when the oxygen cations ionized by introducing oxygen gas were subjected to electric field acceleration at 500 V to irradiate the diamond flat plate vertically, the diamond could be removed at a rate of 0.015 μm / min. In this case, the depth at which the diamond structure on the surface is structurally changed to the graphite structure is 0.001 μm. It was also confirmed that when the diamond plate was tilted and irradiated with oxygen cations, the diamond removal processing efficiency per time correlated with the tilt angle of the diamond plate was obtained. Further, it was also found that the surface roughness change of the diamond surface to be processed correlates with the inclination angle of the diamond flat plate.

【0009】図1は本発明における各工程でのダイヤモ
ンドナイフ刃先の状態を工程順に示す概略図であり、以
下これを参照しつつ説明する。図1の(a)は刃先稜線
に対して平行に機械研磨をしてカケ、チッピングのない
切刃を作った状態を示し、図1の(b)はイオン加工装
置を用いて、ダイヤモンドナイフの実際使用時に切削片
の流れ排出方向に対して平滑であるようなイオン加工を
施した状態を示す。
FIG. 1 is a schematic view showing the state of a diamond knife edge in each step of the present invention in the order of steps, which will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 (a) shows a state in which a cutting edge free from chipping and chipping is formed by mechanical polishing parallel to the edge line of the diamond, and FIG. 1 (b) shows a state of a diamond knife using an ion processing device. It shows a state in which ion processing is performed so that it is smooth in the flow discharge direction of the cutting pieces during actual use.

【0010】このイオン加工を実施した場合、図1の
(c)に示すように、ダイヤモンド刃先の2平面は厚さ
10Å位のグラファイト構造に結晶構造が変化してい
る。このグラファイト層は耐摩耗性がなく切削使用時に
容易に摩耗してしまう為、このままではナイフにするこ
とはできない。そこで、本発明者らはダイヤモンドナイ
フとして用いるために、該グラファイト構造層を、積極
的に除去する手段を検討した結果、以上のようにイオン
ビーム加工をし、直後に連続的に表面の酸素処理をする
ことにより、最大の効果を得ることができることを見い
出した。表面の酸素処理として具体的には、酸素雰囲気
の酸化炉中で加熱する、あるいは酸化性溶融塩を加熱し
て酸素を発生した状態の該溶融塩中に浸漬する等の方法
が挙げられる。
When this ion processing is carried out, as shown in FIG. 1 (c), the crystal structure of the two planes of the diamond cutting edge is changed into a graphite structure having a thickness of about 10Å. Since this graphite layer has no wear resistance and is easily worn during cutting, it cannot be used as a knife as it is. Therefore, as a result of examining the means for positively removing the graphite structure layer for use as a diamond knife, the present inventors conducted ion beam processing as described above, and immediately followed by oxygen treatment of the surface continuously. It was found that the maximum effect can be obtained by doing. Specific examples of the surface oxygen treatment include a method of heating in an oxidizing furnace in an oxygen atmosphere, or a method of immersing the oxidizing molten salt in the molten salt in a state where oxygen is generated by heating.

【0011】すなわち、本発明の第2の要素技術は、イ
オン加工機を用いた刃立て処理の後に連続して、生成し
たグラファイト構造層を酸素雰囲気中600℃以下、好
ましくは350℃〜550℃、特に好ましくは400℃
〜450℃、具体的には420℃前後に加熱保持するこ
とにより除去する事である。この処理によれば、グラフ
ァイト層の下部にあるダイヤモンド構造層には全く変化
をもたらさない。さらに、この処理によりダイヤモンド
ナイフの表面に露出したダイヤモンド構造層は、その表
面層のみに酸素原子が結合した状態とすることができ
る。つまり、図1の(d)に示すようにダイヤモンド表
面は最表面のみ酸素に包まれた状態になる。この結合さ
れた酸素原子によりダイヤモンド表面はその一般的特性
である撥水性を持たず、親水性表面に改質される。前記
したように、親水性に改質されたダイヤモンド表面は、
ミクロトームで切削加工する場合、重要な機能要素であ
る。また、上記したように塩素酸カリウムのような酸化
性溶融塩を加熱して酸素を発生した状態の該溶融塩中に
浸漬する方法による酸素処理も可能である。
That is, according to the second elemental technology of the present invention, the graphite structure layer thus produced is continuously heated to 600 ° C. or lower, preferably 350 ° C. to 550 ° C. in an oxygen atmosphere after the cutting process using an ion processing machine. Particularly preferably 400 ° C
It is to be removed by heating and holding at about 450 ° C., specifically about 420 ° C. This treatment causes no change in the diamond structure layer below the graphite layer. Further, the diamond structure layer exposed on the surface of the diamond knife by this treatment can be in a state in which oxygen atoms are bonded only to the surface layer. That is, as shown in FIG. 1D, only the outermost surface of the diamond surface is surrounded by oxygen. Due to the bonded oxygen atoms, the diamond surface does not have the general property of water repellency and is modified to a hydrophilic surface. As described above, the hydrophilically modified diamond surface is
When cutting with a microtome, it is an important functional element. Further, as described above, oxygen treatment may be performed by a method of heating an oxidizing molten salt such as potassium chlorate and immersing it in the molten salt in a state where oxygen is generated.

【0012】本発明によれば、強固に酸素と結合された
ダイヤモンド表面は、この水膨潤性を保ち得るため、最
も有効な表面処理法となる。この処理法により恒久的な
親水性表面を維持できる。本発明において、ダイヤモン
ド表面に酸素を結合したダイヤモンド層は当該ダイヤモ
ンド表面の50%以上必要である。50%未満では酸素
と結合していない未反応炭素が反親水性を示す水素原子
と容易に結合して親水性能を著しく減ずることになる。
図2に本発明の表面に酸素が結合したダイヤモンドナイ
フ切刃が先端まで湿潤された状態を示す。また、図3
に、従来のダイヤモンドナイフであって、表面が親油性
(撥水性)のため先端までは湿潤されない状態を示す。
According to the present invention, the diamond surface strongly bonded to oxygen can maintain this water swelling property, and thus is the most effective surface treatment method. This treatment method can maintain a permanent hydrophilic surface. In the present invention, the diamond layer in which oxygen is bonded to the diamond surface needs to be 50% or more of the diamond surface. If it is less than 50%, unreacted carbon that is not bonded to oxygen is easily bonded to a hydrogen atom having antihydrophilicity, resulting in a marked decrease in hydrophilicity.
FIG. 2 shows a state in which a diamond knife cutting edge having oxygen bound to the surface of the present invention is wet to the tip. Also, FIG.
In the conventional diamond knife, the tip is not wet because the surface is lipophilic (water repellent).

【0013】[0013]

【実施例】【Example】

実施例1 機械的な研磨加工により夾鋭刃先が45°になるように
した前加工仕上りのダイヤモンドナイフを、イオンビー
ム加工装置(ECRイオン源装備)のイオン源に対して
垂直に位置するように被加工台に乗せて固定する。45
°刃先に前加工仕上りした刃先の2小平面と、この固定
法により各小平面がイオンの入射角度22.5°の方向
からの低入射角度で加工されることになる。本実施例の
加工条件は、酸素ガスをECR励起して、イオン化し、
被加工物ダイヤモンドに対して、500Vで電界加速し
てダイヤモンド板に垂直に酸素イオンを照射した結果、
加工時間を1分とした場合ダイヤモンド表面の除去加工
量は0.015μm厚さ相当分であった。このとき、ダ
イヤモンド表面の粗度はイオン加工前にRmax 0.01
2μmであったものが、Rmax 0.008μmまで改善
された。このイオン加工の実施によりダイヤモンド刃先
の2平面は厚さ10Å位のグラファイト構造に結晶構造
が変化した。イオン加工に続いて直ちに酸素ガス雰囲気
中420℃に加熱し1時間保持することにより該グラフ
ァイト構造層を除去した。下部のダイヤモンド構造層に
は全く変化を起こさなかった。また、ダイヤモンド表面
にのみ酸素が結合していることが、光電子分光分析によ
り確認できた。
Example 1 A pre-finished diamond knife whose sharp edge was made to be 45 ° by mechanical polishing was positioned vertically with respect to the ion source of an ion beam processing device (equipped with an ECR ion source). Place it on the worktable and fix it. 45
° Two small planes of the cutting edge pre-finished on the cutting edge and each small plane are processed by this fixing method at a low incident angle from the direction of the ion incident angle of 22.5 °. The processing conditions of this example are as follows: ECR excitation of oxygen gas, ionization,
As a result of irradiating the diamond to be processed with an electric field at 500 V and irradiating the diamond plate vertically with oxygen ions,
When the processing time was set to 1 minute, the removal processing amount of the diamond surface was 0.015 μm and was equivalent to the thickness. At this time, the roughness of the diamond surface is R max 0.01 before ion processing.
What was 2 μm was improved to R max 0.008 μm. By performing this ion processing, the crystal structure of the two planes of the diamond cutting edge changed to a graphite structure having a thickness of about 10Å. Immediately after the ion processing, the graphite structure layer was removed by heating at 420 ° C. in an oxygen gas atmosphere and holding for 1 hour. No change occurred in the lower diamond structure layer. Further, it was confirmed by photoelectron spectroscopy that oxygen was bonded only to the diamond surface.

【0014】実施例2 機械的な研磨法により45°の夾角からなるナイフ切刃
状に仕上げられている、3mm巾を有するダイヤモンド
ナイフに対し、ナイフの刃先の軸線上の鉛直方向から磁
場中の電子のサイクロトロン共鳴によるイオン化を利用
したイオン源から引き出された窒素イオンを、イオン源
とダイヤモンドナイフとの間で500Vに加速して、照
射させた場合、1分当りダイヤモンド表面は50Åの割
合で除去されて、新しい平滑平面を作りだす、と同時に
10Åのグラファイト構造層(加速電圧と原子量からの
計算値)を常に最表面に形成する。このイオンビーム加
工を1分間行なうことにより最小の表面粗さにすること
ができ、イオン加工前の最大表面粗さ(Rmax 0.1μ
m以下であった)の1/10にすることができる。イオ
ンビーム加工により形成された10Åのグラファイト層
は、純酸素雰囲気の大気圧酸化炉によって、温度420
℃で60分間処理することにより除去される。ダイヤモ
ンド構造炭素のみによるダイヤモンドの最表面の水に対
する接触角は90°以上であるのに対し、本発明に従い
酸素により除去されたグラファイト層の下部から露出し
たダイヤモンド構造層の最表部には一原子の酸素化学結
合層があり、この結合層によって表面の水に対する接触
角は60°未満になり良好な水湿潤性を示す。
Example 2 A diamond knife having a width of 3 mm, which was finished by a mechanical polishing method into a knife cutting edge having an included angle of 45 °, was subjected to a magnetic field from the vertical direction on the axis of the blade edge of the knife. Nitrogen ions extracted from the ion source using ionization by electron cyclotron resonance are accelerated to 500 V between the ion source and the diamond knife and irradiated, and the diamond surface is removed at a rate of 50 Å per minute. As a result, a new smooth plane is created, and at the same time, a 10Å graphite structure layer (calculated value from acceleration voltage and atomic weight) is always formed on the outermost surface. By performing this ion beam processing for 1 minute, the minimum surface roughness can be obtained, and the maximum surface roughness before ion processing (R max 0.1 μm) can be obtained.
m was less than or equal to m). The 10 Å graphite layer formed by ion beam processing was heated at a temperature of 420 by an atmospheric pressure oxidation furnace in a pure oxygen atmosphere.
It is removed by treating at 60 ° C. for 60 minutes. The contact angle of water on the outermost surface of diamond with only the diamond structured carbon to water is 90 ° or more, whereas one atom is present on the outermost surface of the diamond structured layer exposed from the lower part of the graphite layer removed by oxygen according to the present invention. Oxygen chemical bonding layer, and the bonding angle of the surface to water is less than 60 °, which shows good water wettability.

【0015】実施例3 機械的な研磨法により、ナイフ切刃状に仕上げられてい
るダイヤモンドナイフに対して、ナイフの刃先の軸線上
の鉛直方向から熱フィラメント電離法によりイオン源よ
り引き出されたアルゴンイオンを利用したイオンビーム
加工を適用する。アルゴンイオンは、10-5Torrの真空
中で20kVに加速して、ナイフの刃先に入射させた場
合、8時間照射で45°に機械研磨したナイフ切刃面に
よる夾角は最小になり、48°となる。機械研磨に最も
近い切刃面夾角を形成したイオン加工により刃巾全巾3
mmに渡り、均一な刃先角度と平面平滑性を示す。次に
イオン加工の後、ダイヤモンド表面に形成されたグラフ
ァイト構造層を除去するために、酸化性溶融塩の中でエ
ッチングする。例えば塩素酸カリウム粉末を石英ルツボ
中で450℃に加熱すると溶融液化し、酸素を分離して
酸化雰囲気となる。酸素発生下の溶融塩中で1時間処理
すると、グラファイトは炭酸ガス化し、ダイヤモンド構
造表面てエッチングは停止する。次にダイヤモンドナイ
フを純水中で沸騰させることにより、残留塩素酸カリウ
ムを洗浄する。
Example 3 With respect to a diamond knife which was finished into a knife cutting edge shape by a mechanical polishing method, argon was extracted from an ion source by a hot filament ionization method from a vertical direction on the axis of the knife edge. Ion beam processing using ions is applied. When argon ions are accelerated to 20 kV in a vacuum of 10 -5 Torr and incident on the blade edge of the knife, the included angle by the knife cutting surface mechanically polished to 45 ° by irradiation for 8 hours becomes the minimum, and 48 °. Becomes Full width of blade 3 by ion processing that forms the included angle of cutting edge that is closest to mechanical polishing
It shows a uniform cutting edge angle and flatness over a range of mm. Then, after ion processing, etching is performed in an oxidizing molten salt in order to remove the graphite structure layer formed on the diamond surface. For example, when potassium chlorate powder is heated to 450 ° C. in a quartz crucible, it is melted and liquefied, and oxygen is separated into an oxidizing atmosphere. When treated in a molten salt under oxygen generation for 1 hour, the graphite is converted into carbon dioxide gas and etching stops at the surface of the diamond structure. Next, the residual potassium chlorate is washed by boiling the diamond knife in pure water.

【0016】以上のように本発明の製法によればダイヤ
モンドナイフを従来より短時間でしかも切断性能のバラ
ツキなく安定して製造できる。また、本発明に従い製造
されたダイヤモンドナイフの親水性になったダイヤモン
ド表面は、以降は乾燥保管した後でも使用する直前にボ
ート(水槽)に水を入れることにより、湿潤性を回復す
るので、界面活性剤を使うことや、全体を水に長時間浸
漬しておくなどの不都合な前処理を必要とすることがな
い。
As described above, according to the manufacturing method of the present invention, a diamond knife can be stably manufactured in a shorter time than ever before and without variation in cutting performance. Further, since the hydrophilic diamond surface of the diamond knife produced according to the present invention recovers the wettability by pouring water into the boat (water tank) immediately after using it even after it is dried and stored, the interface is improved. There is no need for inconvenient pretreatment such as using an activator or soaking the whole in water for a long time.

【0017】[0017]

【発明の効果】本発明は理想的なダイヤモンドナイフの
特性と考えられる、切削方向に目立て(切削片の流れ排
出方向に平滑化できる)できること、切刃表面が親水性
であること、という要件を、イオンビーム加工処理とこ
れに連続した酸素雰囲気中での加熱処理により実現し、
従来困難であったダイヤモンドナイフの製造を容易にす
るものであり、本発明の製造方法により安定した品質の
刃先性能および表面親水性を具備したミクロトーム用ダ
イヤモンドナイフが得られる。従来、ダイヤモンドナイ
フの切断工具としての切削性能は、工具を使う技能者の
熟練と、ノウハウによるとされており、切削を容易に行
なうことは困難とされてきた。また切断工具としてのダ
イヤモンドナイフの切削性能を示す客観的な指標がない
為に、経験に依存する工具の扱い方に大きな差異があっ
た。これに対し、本発明によるダイヤモンドナイフは表
面に酸素が結合していることから親水性であり、切刃方
向に目立てされて常に安定した高い切削性能を与えるも
のであり、作業者の技能に依存しない、常時使用可能な
工具として非常に有利なものである。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is considered to have the characteristics of an ideal diamond knife, that is, that it can be sharpened in the cutting direction (can be smoothed in the flow discharge direction of cutting pieces) and that the cutting edge surface is hydrophilic. Realized by ion beam processing and heat treatment in an oxygen atmosphere continuous to this.
This facilitates the production of diamond knives, which has been difficult in the past, and the production method of the present invention makes it possible to obtain a diamond knife for microtome having stable cutting edge performance and hydrophilic surface. Conventionally, the cutting performance of a diamond knife as a cutting tool depends on the skill and know-how of a technician who uses the tool, and it has been difficult to perform cutting easily. Moreover, there is no objective index indicating the cutting performance of a diamond knife as a cutting tool, so there is a large difference in how to handle the tool depending on experience. On the other hand, the diamond knife according to the present invention is hydrophilic because oxygen is bound to the surface, is sharpened in the direction of the cutting edge and always provides stable and high cutting performance, and depends on the skill of the operator. No, it is a very advantageous tool that can always be used.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の各工程におけるダイヤモンド切刃の状
態を工程順に説明する概略図である。
FIG. 1 is a schematic view illustrating the state of a diamond cutting edge in each step of the present invention in the order of steps.

【図2】本発明の表面に酸素が結合したダイヤモンドナ
イフ切刃が先端まで湿潤された状態を示す概略説明図で
ある。
FIG. 2 is a schematic explanatory view showing a state where a diamond knife cutting blade having oxygen bonded to the surface of the present invention is wet to the tip.

【図3】従来のダイヤモンドナイフであって、表面が親
油性(撥水性)のため先端までは湿潤されない状態を示
す概略説明図である。
FIG. 3 is a schematic explanatory view showing a conventional diamond knife in which the tip is not wet because the surface is lipophilic (water repellent).

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ダイヤモンドナイフの切刃を形成する為
に切刃稜に対して平行に機械研磨をする工程と、先鋭に
仕上げるべき切刃先端の稜方向から垂直にイオンビーム
加工装置を用いてイオン電流を入射させて夾角切刃の2
平面を平滑に加工する工程と、イオンビーム加工により
グラファイト化した表面のグラファイト構造層を除去す
る加工工程と、当該グラファイト構造層を除去されたダ
イヤモンドの表面に酸素を結合させる工程とを連続して
行なうことを特徴とするミクロトーム用ダイヤモンドナ
イフの製造方法。
1. A step of mechanically polishing in parallel to a cutting edge to form a cutting edge of a diamond knife, and an ion beam processing device which is perpendicular to the ridge direction of the cutting edge to be sharpened. 2 of the included cutting edge by injecting ion current
The step of processing a flat surface, the step of removing the graphite structure layer on the surface graphitized by ion beam processing, and the step of bonding oxygen to the surface of the diamond from which the graphite structure layer has been removed are successively performed. A method for manufacturing a diamond knife for a microtome, which comprises performing.
【請求項2】 上記イオンビーム加工工程に続き酸素雰
囲気下600℃以下の温度で加熱することにより、上記
表面のグラファイト構造層を除去し該表面に酸素を結合
させることを特徴とする請求項1記載のミクロトーム用
ダイヤモンドナイフの製造方法。
2. The ion beam processing step is followed by heating in an oxygen atmosphere at a temperature of 600 ° C. or lower to remove the graphite structure layer on the surface and bond oxygen to the surface. A method for producing a diamond knife for a microtome as described above.
【請求項3】 上記イオンビーム加工工程に続き、酸化
性溶融塩を加熱して酸素を発生させた状態の該酸化性溶
融塩の中に浸漬することにより、上記表面のグラファイ
ト構造層を除去し該表面に酸素を結合させることを特徴
とする請求項1記載のミクロトーム用ダイヤモンドナイ
フの製造方法。
3. Following the ion beam processing step, the graphite structure layer on the surface is removed by immersing the oxidizing molten salt in the oxidizing molten salt in which oxygen is generated by heating. The method for producing a diamond knife for a microtome according to claim 1, wherein oxygen is bonded to the surface.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6353204B1 (en) * 1996-07-30 2002-03-05 Paulus Gerhardus Hendrikus Maria Spaay Method of producing a cutting tool insert using laser cutting and ion etching
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