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JP2000133188A - Sample cooling holder of electron microscope - Google Patents

Sample cooling holder of electron microscope

Info

Publication number
JP2000133188A
JP2000133188A JP10300068A JP30006898A JP2000133188A JP 2000133188 A JP2000133188 A JP 2000133188A JP 10300068 A JP10300068 A JP 10300068A JP 30006898 A JP30006898 A JP 30006898A JP 2000133188 A JP2000133188 A JP 2000133188A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sample
cooling
heat exchanger
cryogen
electron microscope
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
JP10300068A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeo Nemoto
武夫 根本
Norihide Saho
典英 佐保
Hiroyuki Kobayashi
弘幸 小林
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi 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 Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP10300068A priority Critical patent/JP2000133188A/en
Publication of JP2000133188A publication Critical patent/JP2000133188A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sample cooling holder such that once the sample cooling holder is attached to an electron microscope, the sample stage of the electron microscope can be positioned. SOLUTION: A heat exchanger 5 provided with a sample stage 8 and support 12 supporting the heat exchanger 5 are constantly pressed against the inner surface of a guard 13 by the action of bellows 6 provided in a first cooling line 4a through which a cryogen is supplied from a cryogen container to a heat exchanger 5 and in a second cooling line 4b through which the cryogen 1a subjected to heat exchange in the heat exchanger is recycled, the guard 13 having a pivot 15 attached thereto. Thus, once a sample cooling holder is attached to an electron microscope, the sample stage of the electron microscope can be positioned.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電子顕微鏡に関わ
るもので、特に試料を極低温まで冷却して試料を観察す
ることに好適な試料冷却ホルダーに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron microscope, and more particularly to a sample cooling holder suitable for cooling a sample to a very low temperature and observing the sample.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、母材表面を観察する為に使用され
ていた電子顕微鏡は、最近、高温超伝導の発見が引き金
となって低温状態で母材の観察が行われるようになって
きている。このため、試料を冷却するホルダーの開発も
進められてきている。
2. Description of the Related Art In recent years, electron microscopes used for observing the surface of a base material have recently been used to observe the base material at a low temperature, triggered by the discovery of high-temperature superconductivity. I have. For this reason, the development of a holder for cooling a sample has been advanced.

【0003】また、最近では、細胞の構造を解析するた
めに、透過型電子顕微鏡を用い細胞の試料を極低温まで
冷却した状態で観察するようになってきた。この従来の
技術として、『ANTI-DRIFT DEVICE FOR SIDE ENTRY ELE
CTORON MICROSCOPE SPECIMENHOLDER 』US Patent Numbe
r 4703181に記載されているように、冷却した状態で
も、ピボットから試料台までの距離Lの長さが一定にな
るように、線膨張係数の大きな材質を使用する装置が開
示されている。
[0003] Recently, in order to analyze the structure of a cell, a cell sample has been observed using a transmission electron microscope while being cooled to an extremely low temperature. As this conventional technology, "ANTI-DRIFT DEVICE FOR SIDE ENTRY ELE
CTORON MICROSCOPE SPECIMENHOLDER 』US Patent Numbe
As described in r4703181, there is disclosed an apparatus using a material having a large linear expansion coefficient so that the length L from the pivot to the sample table is constant even in a cooled state.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来の電子顕微鏡用の
試料冷却ホルダーは、試料台を冷却したときに生じる熱
収縮をなくすために、試料台を保持するための支持材と
試料台間の距離のみに着目し、試料台を支えているサポ
ートの熱収縮について配慮がない。このため、試料台が
冷却されたとき、再度、試料台を支持材の方向に動かす
必要があった。
A conventional sample cooling holder for an electron microscope is provided with a distance between a supporting member for holding the sample stage and the sample stage in order to eliminate thermal shrinkage caused when the sample stage is cooled. Focusing solely on the heat shrinkage of the support supporting the sample stage, there is no consideration. For this reason, when the sample stage was cooled, it was necessary to move the sample stage again in the direction of the support.

【0005】本発明の目的は、電子顕微鏡に試料冷却ホ
ルダーを一度取り付けれるだけで電子顕微鏡の試料台の
位置決めを可能にする試料冷却ホルダーを提供すること
にある。
An object of the present invention is to provide a sample cooling holder which enables positioning of a sample stage of an electron microscope by only once attaching the sample cooling holder to the electron microscope.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明における試料冷却ホルダーの特徴とするとこ
ろは、電子顕微鏡のレンズの焦点を試料台に位置合わせ
するピボットが取り付けられたガード内に設けられ、か
つ試料台を冷却する熱交換器に寒剤を供給・回収する冷
却配管に、熱伸縮吸収手段を設けることにある。
In order to achieve the above object, a feature of the sample cooling holder according to the present invention is that a guard provided with a pivot for positioning the focal point of a lens of an electron microscope on a sample stage is mounted. And a thermal expansion and contraction absorbing means provided in a cooling pipe for supplying and recovering the cryogen to a heat exchanger for cooling the sample stage.

【0007】具体的には本発明は次に掲げるホルダーを
提供する。
Specifically, the present invention provides the following holder.

【0008】本発明は、電子顕微鏡のレンズの焦点を試
料台に位置合わせするピボットが取り付けられたガード
内に、前記試料台を冷却する熱交換器が支持材に支持さ
れて設けられ、寒剤を収納する寒剤容器から前記熱交換
器に前記寒剤を供給・回収する冷却配管が設けられた電
子顕微鏡の試料冷却ホルダーにおいて、前記冷却配管の
前記熱交換器側に熱伸縮吸収手段を設けて前記熱交換器
に前記寒剤を供給・回収するようにしたことを特徴とす
る電子顕微鏡の試料冷却ホルダーを提供する。
According to the present invention, a heat exchanger for cooling the sample stage is provided in a guard provided with a pivot for aligning the focal point of the lens of the electron microscope with the sample stage and supported by a support member. In a sample cooling holder of an electron microscope provided with a cooling pipe for supplying and recovering the cryogen from the cryogen container to be stored to the heat exchanger, a heat expansion / contraction absorbing means is provided on the heat exchanger side of the cooling pipe to provide the heat. A sample cooling holder for an electron microscope, characterized in that the cryogen is supplied to and recovered from an exchanger.

【0009】好ましくは、前記熱伸縮吸収手段は、べロ
ーズである。
Preferably, the thermal expansion / contraction absorbing means is a bellows.

【0010】好ましくは、前記冷却配管は、寒剤を供給
する第1の冷却配管と寒剤を回収する第2の冷却配管と
からなり、前記各冷却配管の前記熱交換器側に前記熱伸
縮吸収手段としてのべローズが設けられる。
Preferably, the cooling pipe includes a first cooling pipe for supplying a cryogen and a second cooling pipe for recovering the cryogen, and the heat expansion / contraction absorbing means is provided on the heat exchanger side of each of the cooling pipes. A bellows is provided.

【0011】好ましくは、前記第1及び第2の冷却配管
の前記熱交換器側端部に連通箱が設けられ、該連通箱に
前記熱伸縮吸収手段としてのべローズが設けられる。
Preferably, a communication box is provided at the heat exchanger side end of the first and second cooling pipes, and the communication box is provided with a bellows as the heat expansion / contraction absorbing means.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る電子顕微鏡の
試料冷却ホルダーの実施例を、図1から図11を用いて
説明する。尚、図1から図11において、同一または同
等部位については同一符号を付けて示す。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a sample cooling holder for an electron microscope according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 11, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals.

【0013】図1は、本発明の一実施例に係る試料冷却
ホルダーの全体構成の断面を示す。1は、液体窒素また
は液体ヘリウム等の寒剤1aを入れる寒剤容器である。
この寒剤容器1の外周には外部容器3が設置されてい
る。この外部容器3は、内部を真空に保持して真空容器
として使用されるものである。寒剤容器1は、大気圧、
飽和温度が十分低い寒剤1aを収納保持するために、寒
剤容器1の外周面はアルミニュウムで蒸着された高分子
膜で被覆され、輻射熱を遮蔽している。
FIG. 1 shows a cross section of the entire structure of a sample cooling holder according to one embodiment of the present invention. Reference numeral 1 denotes a cryogen container for storing a cryogen 1a such as liquid nitrogen or liquid helium.
An outer container 3 is provided on the outer periphery of the cryogen container 1. The outer container 3 is used as a vacuum container while maintaining the inside at a vacuum. The cryogen container 1 has an atmospheric pressure,
In order to store and hold the cryogen 1a having a sufficiently low saturation temperature, the outer peripheral surface of the cryogen container 1 is covered with a polymer film deposited with aluminum to shield radiant heat.

【0014】2は、室温の外部容器3から寒剤容器1に
入る輻射熱を遮蔽するためのシールドである。2aは、
シールドに巻き付けられている積層断熱材で、アルミニ
ュウムを蒸着した高分子膜を多重に積層したものであ
る。
Reference numeral 2 denotes a shield for shielding radiant heat entering the cryogen container 1 from the external container 3 at room temperature. 2a is
A laminated heat insulating material wrapped around a shield, in which multiple polymer films on which aluminum is deposited are laminated.

【0015】4aは、寒剤容器1の底板から熱交換器5
に寒剤1aを供給するための第1の冷却配管である。5
は、銅等の高熱伝導材料で作られた熱交換器である。ま
た、熱交換器5は、内部に寒剤1aが通るようにU字形
状の流路が設けられている。また、熱交換器5には、寒
剤1aまたは蒸発したガスが大気中に吐出されるよう
に、第2の冷却配管4bが外部容器3を貫通して接続さ
れている。6は本発明の対象となるベローズである。
4a is a heat exchanger 5 from the bottom plate of the cryogen container 1.
1 is a first cooling pipe for supplying the cryogen 1a to the first cooling pipe. 5
Is a heat exchanger made of a high heat conductive material such as copper. Further, the heat exchanger 5 is provided with a U-shaped flow path so that the cryogen 1a passes therethrough. Further, a second cooling pipe 4b is connected to the heat exchanger 5 so as to penetrate the outer container 3 so that the cryogen 1a or the evaporated gas is discharged into the atmosphere. Reference numeral 6 denotes a bellows to which the present invention is applied.

【0016】注液管7は、寒剤1aが蒸発したガスを大
気に放出する配管の働きも兼ねている。また、注液管7
の軸長の約半分の位置にシールド2と熱的に接続された
シールドネック3bが接続されている。シールドネック
3bは、第2の冷却配管4b内部の蒸発したガスの顕熱で
冷却されて室温と寒剤の温度の中間温度を示す。シール
ド2はシールドネック3bと接続されているのでシール
ド2の温度も中間温度になる。
The liquid injection pipe 7 also functions as a pipe for discharging the gas from which the cryogen 1a has evaporated to the atmosphere. The injection pipe 7
A shield neck 3b thermally connected to the shield 2 is connected to a position about half the axial length of the shield 2. The shield neck 3b is cooled by the sensible heat of the vaporized gas inside the second cooling pipe 4b and exhibits an intermediate temperature between the room temperature and the temperature of the cryogen. Since the shield 2 is connected to the shield neck 3b, the temperature of the shield 2 also becomes an intermediate temperature.

【0017】8は、熱交換器5と熱的に結合された試料
台であり、9は、注液管に接続された流量調整弁であ
る。10は、寒剤容器1に液を溜めるときに生じた蒸発
ガスを大気中に吐出するための吐出口であり、寒剤1a
が溜まったときには閉じられる。11は、熱収縮緩和ベ
ローズである。
Reference numeral 8 denotes a sample stage thermally connected to the heat exchanger 5, and 9 denotes a flow control valve connected to a liquid injection pipe. Reference numeral 10 denotes a discharge port for discharging evaporative gas generated when the liquid is stored in the cryogen container 1 into the atmosphere.
Is closed when accumulates. 11 is a heat shrinkage-reducing bellows.

【0018】図2は、図1の試料台8の近傍の拡大断面
を示す。12は、熱交換器5を支持する支持材で、試料
台の位置を決定する部材の一つである。13は、室温の
ガードである。14はガード13を組み立てた後、ガー
ド13を固定するための平ネジである。15は、電子顕
微鏡のレンズの焦点を試料台に位置合わせするためのピ
ボットである。このピボットは、電子顕微鏡に取り付け
られたピボット受け(図示無し)に常に接している。
FIG. 2 shows an enlarged cross section near the sample stage 8 in FIG. Reference numeral 12 denotes a support member for supporting the heat exchanger 5, which is one of members for determining the position of the sample stage. 13 is a room temperature guard. Reference numeral 14 denotes a flat screw for fixing the guard 13 after the guard 13 is assembled. Reference numeral 15 denotes a pivot for positioning the focus of the lens of the electron microscope on the sample stage. This pivot is always in contact with a pivot receiver (not shown) attached to the electron microscope.

【0019】次に、本発明の一実施例に係る試料冷却ホ
ルダーの動作について説明する。試料冷却ホルダーの目
的は試料を長時間に渡り、一定の温度に保つことにあ
る。しかも、その温度は、液体窒素または液体ヘリウム
温度、約−200以下の低温である。
Next, the operation of the sample cooling holder according to one embodiment of the present invention will be described. The purpose of the sample cooling holder is to keep the sample at a constant temperature for a long time. Moreover, the temperature is a low temperature of liquid nitrogen or liquid helium, which is about -200 or less.

【0020】試料の温度を低温にするために、試料台8
を冷却する熱交換器5の内部に寒剤1aを供給してい
る。試料台8は、熱交換器5の一部を加工して得られる
他、試料台8を熱交換器5とはんだ付けまたは銀ろう付
け等によって熱的に結合することで得られる。
In order to lower the temperature of the sample, the sample table 8
The coolant 1a is supplied to the inside of the heat exchanger 5 for cooling the refrigeration. The sample stage 8 can be obtained by processing a part of the heat exchanger 5 or by thermally connecting the sample stage 8 to the heat exchanger 5 by soldering or silver brazing.

【0021】試料台8の温度をできるだけ低い温度に維
持するには、試料台8と熱交換器5との熱抵抗を小さく
するために、試料台8及び熱交換器は銅等の熱伝導率の
高い材質で形成されることが望ましい。
In order to keep the temperature of the sample stage 8 as low as possible, the sample stage 8 and the heat exchanger must have a thermal conductivity of copper or the like in order to reduce the thermal resistance between the sample stage 8 and the heat exchanger 5. It is desirable to be formed of a material having a high hardness.

【0022】寒剤1aを熱交換器5に供給する手法は、
図1の流量調整弁9により寒剤容器1の内部の圧力を大
気圧より少し高めにして、寒剤1aを圧送することによ
って熱交換器5へ供給される。
The method of supplying the cryogen 1a to the heat exchanger 5 is as follows.
The pressure inside the cryogen container 1 is made slightly higher than the atmospheric pressure by the flow control valve 9 in FIG. 1, and the cryogen 1a is supplied to the heat exchanger 5 by pumping.

【0023】この流量調整弁9を締め切った場合には、
注液管7の吐出口10から寒剤1aが流出する。これ
は、必要以上に寒剤容器1の内圧を高めたことによるも
ので、試料台8の冷却する効果は少なく、寒剤1aの浪
費となる。従って、試料台8の温度を低温にするには、
この流量調整弁9の最適な開度がある。
When the flow control valve 9 is closed,
The cryogen 1a flows out of the discharge port 10 of the liquid injection pipe 7. This is because the internal pressure of the cryogen container 1 is increased more than necessary, and the effect of cooling the sample stage 8 is small, and the cryogen 1a is wasted. Therefore, to lower the temperature of the sample stage 8,
There is an optimal opening of the flow regulating valve 9.

【0024】また、寒剤1aの消費量を少なくすため
に、低温の寒剤容器1、シールド2、第1及び第2の冷
却配管4a,4b、熱交換器5、ベローズ6等は高真空に
保持され断熱されている。
In order to reduce the consumption of the cryogen 1a, the low-temperature cryogen container 1, the shield 2, the first and second cooling pipes 4a and 4b, the heat exchanger 5, the bellows 6 and the like are kept at a high vacuum. Is insulated.

【0025】2bは、シールド2と、第1及び第2の冷
却配管4a,4bとを接続した低温シールドであり、シー
ルド2と、第1及び第2の冷却配管4a,4b、それぞれ
の温度の中間の温度を示す。
Reference numeral 2b denotes a low-temperature shield which connects the shield 2 to the first and second cooling pipes 4a and 4b. The shield 2 and the first and second cooling pipes 4a and 4b Shows intermediate temperatures.

【0026】熱歪緩和ベローズ11は、低温シールド2
b及びシールド2を低温にしたことによる熱収縮、第1
及び第2の冷却配管4a,4bの熱収縮、それぞれの熱収
縮の差から生じる熱歪を緩和する目的で設置されてい
る。
The thermal strain reducing bellows 11 is a low-temperature shield 2
b and the heat shrinkage due to the low temperature of the shield 2, the first
The second cooling pipes 4a and 4b are provided for the purpose of relieving the heat shrinkage and the heat distortion caused by the difference between the heat shrinkages.

【0027】図1の長さL1は冷却することよって熱収
縮が生じて室温時の長さL1より短くなる。この短くな
った長さを回復させるためにベローズ6が設置されてい
る。ベローズ6の内圧は常に大気圧以上の圧力が加わっ
ているので、ベローズ6の長さが伸縮する。また、ベロ
ーズ6の外気は、断熱するために真空状態が保持され
る。従って、このベローズ6には1気圧の内圧が加わっ
たと同じ状況が生じるため、ベローズ6は長手方向に伸
びる。この伸び量は、ベローズ6の山数とばね定数によ
って決定される。
The length L1 in FIG. 1 becomes shorter than the length L1 at room temperature due to thermal contraction caused by cooling. A bellows 6 is provided to recover the shortened length. Since the internal pressure of the bellows 6 is always higher than the atmospheric pressure, the length of the bellows 6 expands and contracts. The outside air of the bellows 6 is maintained in a vacuum state for heat insulation. Therefore, since the same situation occurs when an internal pressure of 1 atm is applied to the bellows 6, the bellows 6 extends in the longitudinal direction. This amount of elongation is determined by the number of peaks of the bellows 6 and the spring constant.

【0028】ベローズ6は、第1及び第2の冷却配管4
a,4bと一体の成型品でも良いし、また、別の材料で製
作し、第1及び第2の冷却配管4a,4bに組付けても良
い。
The bellows 6 includes first and second cooling pipes 4.
It may be a molded product integrated with the first and second cooling pipes 4a and 4b, or may be made of another material and assembled to the first and second cooling pipes 4a and 4b.

【0029】ベローズ6が幾何学的制約から外径1mm
程度のものしか設置できない場合には、ベローズ6は、
電着または電鋳によって製作するのが望ましい。また、
ベローズ6を電着で製作する場合には、ほとんど通常の
成形ベローズと同じ性質であるため設計は容易である。
The bellows 6 has an outer diameter of 1 mm due to geometrical restrictions.
If you can only install the bellows 6, the bellows 6
It is desirable to manufacture by electrodeposition or electroforming. Also,
When the bellows 6 is manufactured by electrodeposition, the design is easy because the bellows 6 have almost the same properties as ordinary molded bellows.

【0030】また、電鋳のベローズ6は、通常、ニッケ
ル又はニッケル合金で作られているが、本実施例の試料
冷却ホルダーでは、磁界を利用するため非磁性体である
ことが望ましい。従って、ベローズ6の材質には、銅又
は銅合金を用いるのが良い。
Although the electroformed bellows 6 is usually made of nickel or a nickel alloy, it is preferable that the sample cooling holder of this embodiment is a non-magnetic material in order to utilize a magnetic field. Therefore, it is preferable to use copper or a copper alloy as the material of the bellows 6.

【0031】図2の長さL2は、ピボット15先端から
試料台8の中心までの長さである。この長さL2は、ベ
ローズ6の内外の圧力差によって生じた押し付け力が熱
交換器5そして支持材12さらにガード13に伝達し
て、それぞれが接触することで固定されたガード13の
位置を基準にして支持材12と熱交換器5の幾何学的寸
法によって決定される。
The length L 2 in FIG. 2 is the length from the tip of the pivot 15 to the center of the sample table 8. The length L2 is based on the position of the guard 13 which is fixed by the pressing force generated by the pressure difference between the inside and outside of the bellows 6 being transmitted to the heat exchanger 5, the supporting member 12 and the guard 13 so that they contact each other. Determined by the geometric dimensions of the support 12 and the heat exchanger 5.

【0032】図3は、本発明の他の実施例に係る試料冷
却ホルダーの全体構成の断面を示す。16は、非磁性金
属または高分子のばねである。17は、ばね16を支持
するためのばね固定板である。ばね16は、冷却配管4
と同軸で、らせん状のばね16の内部空隙部に第1の冷
却配管4a及び第2の冷却配管4bを貫通して設置されて
いる。
FIG. 3 shows a cross section of the entire structure of a sample cooling holder according to another embodiment of the present invention. Reference numeral 16 denotes a nonmagnetic metal or polymer spring. 17 is a spring fixing plate for supporting the spring 16. The spring 16 is connected to the cooling pipe 4
The first cooling pipe 4a and the second cooling pipe 4b are installed in the internal space of the spiral spring 16 in a coaxial manner.

【0033】ばね16は、ベローズ6のばね定数が大き
すぎて、冷却時の熱収縮によってずれた位置の分までベ
ローズ6が伸びない場合に、ベローズが伸びない分ばね
力によって押し付け力を増加させるものである。このば
ね16の押し付け力は、熱交換器5、そして支持材12
を介してガード13に伝達されてそれぞれが常に接する
ようになる。
When the bellows 6 has too large a spring constant and the bellows 6 does not extend to a position shifted by thermal contraction during cooling, the spring 16 increases the pressing force by the spring force corresponding to the inability of the bellows to extend. Things. The pressing force of the spring 16 is applied to the heat exchanger 5 and the support 12.
Are transmitted to the guard 13 through the contact points, so that they are always in contact with each other.

【0034】従って、ベローズ6及びばね16の効果に
よって冷却している場合もしくはそうでない場合におい
ても、熱交換器5、支持材12そしてガード13は個々
が接触した状態を保つことができる。
Therefore, the heat exchanger 5, the support member 12 and the guard 13 can keep their contact with each other even when cooling is performed by the effect of the bellows 6 and the spring 16 or not.

【0035】図4は、本発明の更に他の実施例に係る試
料冷却ホルダーの全体構成の断面を示す。本実施例は、
図3の試料冷却ホルダーのばね16の数を1本にしたこ
とによって、室温のガード13からばね16の伝導熱に
よって熱交換器5に入る侵入熱量を1/2に低減してい
る。熱交換器5に入る熱を少なくすることによって熱交
換器5に供給する寒剤1aの消費量もまた低減できる効
果が期待できる。
FIG. 4 shows a cross section of the overall structure of a sample cooling holder according to still another embodiment of the present invention. In this embodiment,
By reducing the number of springs 16 of the sample cooling holder in FIG. 3 to one, the amount of heat entering the heat exchanger 5 from the guard 13 at room temperature due to the conduction heat of the springs 16 is reduced to half. By reducing the heat entering the heat exchanger 5, the effect of reducing the consumption of the cryogen 1a supplied to the heat exchanger 5 can be expected.

【0036】また、ばね16の個数2個から1個に減ら
すことにより、液体ヘリウムの消費量を少なくし、試料
台を低温に維持できる時間を長期化する効果がある。図
3と図4は、ばね16として圧縮ばねを使っているが、
試料台8を押す働きとして、ガード13と熱交換器5に
フック(図示なし)を設けてそれぞれを引っ張るよう
に、支持材12の方に引っ張りばねを設けても良い。
Further, by reducing the number of springs 16 from two to one, there is an effect that the consumption of liquid helium is reduced and the time during which the sample stage can be maintained at a low temperature is prolonged. 3 and 4 use a compression spring as the spring 16,
A tension spring may be provided on the support member 12 so that a hook (not shown) is provided on the guard 13 and the heat exchanger 5 to pull the sample table 8 to pull them.

【0037】図5は、本発明の更に他の実施例を示し、
図3と図4のばね16の代りに板状のばね16aを設け
たものである。この板状のばね16aは、スプリング形
状のばねに比べて、狭い場所でも簡単に取り付けること
ができる利点がある。
FIG. 5 shows still another embodiment of the present invention.
A plate-like spring 16a is provided instead of the spring 16 in FIGS. This plate-shaped spring 16a has an advantage that it can be easily attached even in a narrow place, as compared with a spring-shaped spring.

【0038】図6は、本発明の更に他の実施例を示し、
図2から図5に示したベローズ6の働きを熱交換器5の
端部に設けられた第1及び第2の冷却配管4a,4bとの
連通箱でもある熱交換器用ベローズ18にさせている。
この熱交換器5を利用した理由は、押し付け力がベロー
ズ内外の圧力差とベローズの断面積の積に比例するの
で、第1及び第2の冷却配管4a,4bよりも大きな熱交
換器5を利用することで大きな断面積のベローズが適用
でき、押し付け力も増大するためである。また、比較的
大きなベローズは、製作性が良い利点もある。
FIG. 6 shows still another embodiment of the present invention.
The function of the bellows 6 shown in FIGS. 2 to 5 is performed by the bellows 18 for the heat exchanger which is also a communication box with the first and second cooling pipes 4a and 4b provided at the end of the heat exchanger 5. .
The reason for using the heat exchanger 5 is that the pressing force is proportional to the product of the pressure difference between the inside and outside of the bellows and the cross-sectional area of the bellows, so that the heat exchanger 5 larger than the first and second cooling pipes 4a and 4b is used. This is because a bellows having a large cross-sectional area can be applied and the pressing force increases. Also, a relatively large bellows has the advantage of good manufacturability.

【0039】図7は、図6のA-A断面を示す。試料台8
は、平面の方が作業操作性が良いので、円柱状の熱交換
器用ベローズ18と平板状の試料台8とを組み合わせた
構造としている。
FIG. 7 shows an AA cross section of FIG. Sample table 8
Since a flat surface has better work operability, it has a structure in which a cylindrical heat exchanger bellows 18 and a flat plate-shaped sample stand 8 are combined.

【0040】図8から図11は、支持材12の動作につ
いて説明するためのものである。軸方向の試料台8の位
置に、支持材12を熱交換器5に取り付けるための平ネ
ジ14が配置されている。図8の長さL2を常に一定の
長さに保つ必要があるために、熱交換器5と支持材12
が相対する部分は、一定の隙間を設けて設置している。
FIGS. 8 to 11 are for explaining the operation of the support member 12. FIG. At the position of the sample stage 8 in the axial direction, a flat screw 14 for attaching the support member 12 to the heat exchanger 5 is arranged. Since it is necessary to keep the length L2 of FIG. 8 constant at all times, the heat exchanger 5 and the support 12
The parts facing each other are provided with a certain gap.

【0041】図8の支持材12は、一方向のカーボン繊
維とエポキシ樹脂からなる複合材料でできている。この
カーボン繊維自身は、室温から低温に温度を下げていく
と普通の高分子材料または金属材料と異なり線膨張係数
が負になる特性がある。また、20K以下の低温では、
エポキシ材料よりも熱伝導率が小さくなる。この特性
は、支持材12を伝わって試料台8に入る熱を小さくで
きる。
The support member 12 shown in FIG. 8 is made of a composite material composed of unidirectional carbon fiber and epoxy resin. The carbon fiber itself has a characteristic that the linear expansion coefficient becomes negative when the temperature is lowered from room temperature to a low temperature, unlike ordinary polymer materials or metal materials. At a low temperature of 20K or less,
Lower thermal conductivity than epoxy material. This characteristic makes it possible to reduce the heat transmitted through the support member 12 and entering the sample stage 8.

【0042】この複合材の特性と、試料台8と支持材1
2を熱交換器5に取り付けるている平ネジの配置とは、
試料台8を室温から4.2Kの極低温まで温度をさげた
場合でも、図8中のL2の長さを変えずに保持すること
が可能である。また、カバー13から支持材12を伝わ
って試料台8または熱交換器5に入る侵入熱量を小さく
できる。
The characteristics of the composite material, the sample stage 8 and the support 1
What is the arrangement of the flat screws for attaching 2 to the heat exchanger 5?
Even when the temperature of the sample stage 8 is lowered from room temperature to an extremely low temperature of 4.2 K, it is possible to keep the length of L2 in FIG. 8 unchanged. Further, the amount of heat that enters the sample table 8 or the heat exchanger 5 from the cover 13 through the support member 12 can be reduced.

【0043】図9は、支持材12を拡大したものであ
り、交互に積層されたカーボン繊維−エポキシ樹脂複合
材を示している。図9の斜線は一方向カーボン繊維の方
向を示しており、θは、軸方向の垂線と一方向カーボン
繊維との角度を表している。12aと12bは、共に一
方向カーボン繊維とエポキシ樹脂の複合材であるが繊維
の方向が異なっている。
FIG. 9 is an enlarged view of the support member 12, showing a carbon fiber-epoxy resin composite material which is alternately laminated. The oblique line in FIG. 9 indicates the direction of the unidirectional carbon fiber, and θ indicates the angle between the axial perpendicular and the unidirectional carbon fiber. 12a and 12b are both composites of unidirectional carbon fiber and epoxy resin, but the directions of the fibers are different.

【0044】支持材12は、垂線とθの角度で配設した
カーボン繊維−エポキシ樹脂複合材12aと、垂線と−
(マイナス)θの角度で配設したカーボン繊維−エポキ
シ樹脂複合材12bとを交互に積層して固めたものであ
る。
The support member 12 comprises a carbon fiber-epoxy resin composite material 12a disposed at an angle of θ with respect to the perpendicular,
It is obtained by alternately laminating and solidifying carbon fiber-epoxy resin composite materials 12b arranged at an angle of (minus) θ.

【0045】図10は、主軸(温度変化による長さの変
化を極力小さくする方向)の垂線と角度θで取り付けた
一方向カーボン繊維−エポキシ樹脂複合材を示す。
FIG. 10 shows a unidirectional carbon fiber-epoxy resin composite material attached at an angle θ to a perpendicular to a main axis (in a direction in which a change in length due to a temperature change is minimized).

【0046】図11は、図10のような複合材のカーボ
ン繊維の取り付け方向θと膨張係数の関係を表した図で
ある。正の膨張係数は、温度を高くすると伸びること、
負の膨張係数は温度を高くすると収縮することを示して
いる。膨張係数が0の場合、温度を高くしても長さが全
く変化しないことを示している。従って、冷却または昇
温時でも図8の長さL2を実用的に変化させたくない場
合は、支持材12を構成する複合材の膨張係数は、0±
2.5×10-7であることが望ましい。
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the mounting direction θ of the carbon fiber of the composite material as shown in FIG. 10 and the expansion coefficient. The positive coefficient of expansion increases with increasing temperature,
A negative coefficient of expansion indicates that shrinking with increasing temperature. When the coefficient of expansion is 0, it indicates that the length does not change at all even when the temperature is increased. Therefore, if it is not desired to change the length L2 of FIG. 8 practically even at the time of cooling or heating, the expansion coefficient of the composite material constituting the support member 12 is 0 ±
Preferably, it is 2.5 × 10 −7 .

【0047】図11から主軸と平行に一方向のカーボン
繊維方向を揃えたカーボン繊維エポキシ樹脂複合材の場
合、−27×10-7 の膨張係数となり冷却すると伸び
る。主軸と成す角度θが38度のときは冷却しても熱収
縮または伸びが全く生じない特性をもつ。従って、冷却
または昇温時でも図8の長さL2を実用的に変化させた
くない場合は、主軸の垂線とカーボン繊維との角度を3
8±1度に設定するのが良い。
From FIG. 11, in the case of a carbon fiber epoxy resin composite material in which one direction of carbon fiber is aligned parallel to the main axis, -27 × 10 -7 It expands when cooled. When the angle θ formed with the main axis is 38 degrees, there is no heat shrinkage or elongation even when cooled. Therefore, when it is not desired to change the length L2 of FIG. 8 practically even during cooling or heating, the angle between the perpendicular of the main shaft and the carbon fiber is set to 3 degrees.
It is better to set to 8 ± 1 degrees.

【0048】カーボン繊維と同じく冷却したとき伸びる
性質を持つ材料としてポリアミド繊維がある。カーボン
繊維の代りにポリアミド繊維を使用しても同様に、本発
明の効果が生まれる。
Polyamide fibers are materials that have the property of elongating when cooled similarly to carbon fibers. Similarly, the effects of the present invention can be obtained by using a polyamide fiber instead of a carbon fiber.

【0049】以上、冷却配管4に取り付けたベローズ6
または熱交換器用ベローズ18の作用によって、試料台
8が設置されている熱交換器5はピボット15の方向に
押し付けられていること及び温度変化のある試料台8の
取り付け位置と室温のガード13間の支持材12が熱伸
縮しないことにより、冷却された場合でも常に、ピボッ
ト15と試料台8の距離L2は変化しない。このため、
試料台8の位置変動がなくなり、電子顕微鏡の映像が鮮
明になる。また、支持材12の材料がカーボン繊維エポ
キシ樹脂の複合材料であるので熱伝導率が小さいため寒
剤の消費量を少なくすることができる。
The bellows 6 attached to the cooling pipe 4
Alternatively, the heat exchanger 5 on which the sample stage 8 is installed is pressed in the direction of the pivot 15 by the action of the bellows 18 for a heat exchanger, and the space between the mounting position of the sample stage 8 having a temperature change and the guard 13 at room temperature. Since the support member 12 does not thermally expand and contract, the distance L2 between the pivot 15 and the sample table 8 does not always change even when it is cooled. For this reason,
The position of the sample table 8 does not fluctuate, and the image of the electron microscope becomes clear. Further, since the material of the support member 12 is a composite material of carbon fiber epoxy resin, the heat conductivity is small, so that the consumption of the cryogen can be reduced.

【0050】[0050]

【発明の効果】本発明によれば、電子顕微鏡に試料冷却
ホルダーを一度取り付けれるだけで電子顕微鏡の試料台
の位置決めが可能になり、また、冷却温度変化によらず
試料台の位置を常に所定の位置に保持することができる
ので、電子顕微鏡の映像を鮮明にすることができる。
According to the present invention, the sample stage of the electron microscope can be positioned only by mounting the sample cooling holder on the electron microscope once, and the position of the sample stage can always be determined regardless of the cooling temperature change. Therefore, the image of the electron microscope can be sharpened.

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

【図1】本発明の一実施例に係る試料冷却ホルダーの全
体構成の断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of the overall configuration of a sample cooling holder according to one embodiment of the present invention.

【図2】図1の試料台8の近傍の拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged sectional view near a sample stage 8 in FIG.

【図3】本発明の他の実施例に係る試料冷却ホルダーの
全体構成の断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the entire configuration of a sample cooling holder according to another embodiment of the present invention.

【図4】本発明の更に他の実施例に係る試料冷却ホルダ
ーの全体構成の断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the entire configuration of a sample cooling holder according to still another embodiment of the present invention.

【図5】本発明の更に他の実施例に係る試料冷却ホルダ
ーの全体構成の断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the entire configuration of a sample cooling holder according to still another embodiment of the present invention.

【図6】本発明の更に他の実施例に係る試料冷却ホルダ
ーの全体構成の断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of an overall configuration of a sample cooling holder according to still another embodiment of the present invention.

【図7】図6のA-A断面図である。FIG. 7 is a sectional view taken along the line AA of FIG. 6;

【図8】図6の支持材近傍の断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view of the vicinity of the support member of FIG.

【図9】本発明の支持材の拡大断面図である。FIG. 9 is an enlarged sectional view of the support member of the present invention.

【図10】図9の支持材を構成するカーボン繊維の方向
を説明する図である。
FIG. 10 is a view for explaining directions of carbon fibers constituting the support of FIG. 9;

【図11】一方向カーボン繊維プリプレグの角度と膨張
係数の関係図である。
FIG. 11 is a diagram illustrating a relationship between an angle of a one-way carbon fiber prepreg and an expansion coefficient.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…寒剤容器、2…シールド、3…外部容器、4a…第
1の冷却配管、4b…第2の冷却配管、5…熱交換器、
6…ベローズ、7…注液管、8…試料台、11…熱収縮
緩和ベローズ、12…支持材、13…ガード、14…平
ネジ、15…ピボット、16…ばね、16a…板ばね、
17…ばね固定板、18…熱交換器用ベローズ、θ…カ
ーボン繊維が主軸の垂線と作る角度
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cryogen container, 2 ... Shield, 3 ... External container, 4a ... First cooling pipe, 4b ... Second cooling pipe, 5 ... Heat exchanger,
6 bellows, 7 injection tube, 8 sample stand, 11 heat-relaxation bellows, 12 support material, 13 guard, 14 flat screw, 15 pivot, 16 spring, 16a leaf spring,
17: spring fixing plate, 18: bellows for heat exchanger, θ: angle between carbon fiber and perpendicular to main shaft

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 弘幸 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器事業部内 Fターム(参考) 5C001 AA01 BB02 CC03  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Hiroyuki Kobayashi 882 Momo, Oaza-shi, Hitachinaka-shi, Ibaraki F-term in Hitachi Instruments Measuring Instruments Division (reference) 5C001 AA01 BB02 CC03

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】電子顕微鏡のレンズの焦点を試料台に位置
合わせするピボットが取り付けられたガード内に、前記
試料台を冷却する熱交換器が支持材に支持されて設けら
れ、寒剤を収納する寒剤容器から前記熱交換器に前記寒
剤を供給・回収する冷却配管が設けられた電子顕微鏡の
試料冷却ホルダーにおいて、 前記冷却配管の前記熱交換器側に熱伸縮吸収手段を設け
て前記熱交換器に前記寒剤を供給・回収するようにした
ことを特徴とする電子顕微鏡の試料冷却ホルダー。
1. A heat exchanger for cooling a sample stage is provided in a guard provided with a pivot for positioning a focal point of a lens of an electron microscope on the sample stage and supported by a support member, and stores a cryogen. In a sample cooling holder of an electron microscope provided with a cooling pipe for supplying and recovering the cryogen from a cryogen container to the heat exchanger, a heat expansion-contraction absorbing means is provided on the heat exchanger side of the cooling pipe, and the heat exchanger is provided. A sample cooling holder for an electron microscope, wherein the cryogen is supplied to and collected from the sample.
【請求項2】請求項1において、前記熱伸縮吸収手段
は、べローズであることを特徴とする電子顕微鏡の試料
冷却ホルダー。
2. A sample cooling holder according to claim 1, wherein said thermal expansion / contraction absorbing means is a bellows.
【請求項3】請求項1において、前記冷却配管は、寒剤
を供給する第1の冷却配管と寒剤を回収する第2の冷却
配管とからなり、前記各冷却配管の前記熱交換器側に前
記熱伸縮吸収手段としてのべローズが設けられることを
特徴とする電子顕微鏡の試料冷却ホルダー。
3. The cooling pipe according to claim 1, wherein the cooling pipe comprises a first cooling pipe for supplying a cryogen and a second cooling pipe for recovering the cryogen, and the cooling pipe is provided on the heat exchanger side of each of the cooling pipes. A sample cooling holder for an electron microscope, wherein a bellows is provided as thermal expansion / contraction absorbing means.
【請求項4】請求項3において、前記第1及び第2の冷
却配管の前記熱交換器側端部に連通箱が設けられ、該連
通箱に前記熱伸縮吸収手段としてのべローズが設けられ
ることを特徴とする電子顕微鏡の試料冷却ホルダー。
4. A communication box according to claim 3, wherein a communication box is provided at the heat exchanger side end of said first and second cooling pipes, and said communication box is provided with a bellows as said heat expansion / contraction absorbing means. A sample cooling holder for an electron microscope.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015041267A1 (en) * 2013-09-20 2015-03-26 株式会社日立ハイテクノロジーズ Anti-contamination trap, and vacuum application device
JP2016125311A (en) * 2015-01-07 2016-07-11 アーキヤマデ株式会社 Waterproof sheet fixture

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US10269533B2 (en) 2013-09-20 2019-04-23 Hitachi High-Technologies Corporation Anti-contamination trap, and vacuum application device
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