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JPS6113114B2 - - Google Patents
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JPS6113114B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6113114B2
JPS6113114B2 JP54137945A JP13794579A JPS6113114B2 JP S6113114 B2 JPS6113114 B2 JP S6113114B2 JP 54137945 A JP54137945 A JP 54137945A JP 13794579 A JP13794579 A JP 13794579A JP S6113114 B2 JPS6113114 B2 JP S6113114B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
molecular pump
bellows
mirror body
floor
exhaust pipe
Prior art date
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Expired
Application number
JP54137945A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5660895A (en
Inventor
Ogiyou Kitajima
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.)
Jeol Ltd
Original Assignee
Nihon Denshi KK
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Filing date
Publication date
Application filed by Nihon Denshi KK filed Critical Nihon Denshi KK
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Publication of JPS5660895A publication Critical patent/JPS5660895A/en
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  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
  • Non-Positive Displacement Air Blowers (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は電子顕微鏡において、ターボ分子を使
用した排気系に関する。 電子顕微鏡等において試料の汚染等を少なくす
るためには鏡体内をクリーンバキユーム(オイル
フリー)にすることが必要である。その為には従
来一般に使用されている油拡散ポンプに代えて、
ターボ分子ポンプ(以下単に分子ポンプと称す)
を使用することが考えられる。 しかし乍ら斯かる分子ポンプにおいては原理的
に高速回転機構が必要なため、該回転機構から発
生する振動によつて電子顕微鏡の分解能が低下す
る虞れがあり、振動に対する十分な対策が必要と
なる。そのために分子ポンプを床に堅牢に固定す
ることが考えられる。この方法によれば、分子ポ
ンプを鏡体の直下に設置できる利点があるが、基
礎工事が必要となり、又鏡体の設置場所を変更す
るたびに基礎工事を行なわねばならず、取扱いが
非常に厄介となり、しかもコストアツプする欠点
を有している。又この欠点を防止するため分子ポ
ンプを鏡体からかなり離した位置に設置する方法
も考えられるが、必然的に長い排気管を使用しな
ければならないため、排気抵抗が大きくなり、排
気時間が長くなる欠点を有している。 しかして、本発明者は斯かる不都合を解決する
ために種々実験した結果、添付図面にその状態を
示す様に分子ポンプをベローズを介して架台に固
定された主排気管に吊り下げるようにして支持す
れば、分子ポンプの振動が分解能に影響を及ぼさ
ないことを見い出した。 そこで、本発明の特徴は、鏡体と、該鏡体内に
接続された排気管と、これら鏡体及び排気管を保
持するために除振装置を介して床上に載置された
架台と、前記排気管及びベローズを介して鏡体内
を排気するための分子ポンプとを備え、該分子ポ
ンプは前記ベローズにより実質的に架台に吊り下
げられて前記床側に対して非接触にされていると
共に、前記鏡体内を真空にすることにより前記分
子ポンプが受ける背圧に見合つた重りをこの分子
ポンプに取付けたことにある。 以下、本発明を図面に基づき詳説する。 添付図面は本発明の一実施例を示す構成略図で
あり、1は透過型電子顕微鏡の鏡体で、該鏡体は
架台2に取付けられている。該架台2は防振装置
3を備えた4本の支柱4a,4b,4c,4d
(4c及び4dは図示せず)によつて床5上に、
載置されている。6は前記鏡体1の後方におか
れ、且つ該鏡体の各室に副排気管7a,7b,7
cを介して連通された主排気管で、該主排気管6
は前記架台2に取付けられており、又該主排気管
6の下端6aは架台2の下面から突出している。
8は分子ポンプで、該分子ポンプはその吸入口9
側が例えばステンレス製のベローズ10を介して
前記主排気管6の下端6aに接続されている。こ
の場合分子ポンプ8の下端は床5から浮かされて
いる。つまり、分子ポンプはベローズ10を介し
て主排気管6に吊り下げるようにして支持されて
いる。又該分子ポンプ8の排出口11には図示し
ないがパイプを介して油回転ポンプに接続されて
いる。12は該分子ポンプ8に取付けられた重り
で、該重りは鏡体1内を排気せしめた際背圧によ
り分子ポンプ8が上方に吸引される力を打消すた
めのものである。つまり分子ポンプ8の作動時
に、ベローズ10を略自由長の状態で使用させる
ためのものである。13a及び13bは鏡体1内
がリークされて分子ポンプ8への背圧が解除され
たとき、重り12によりベローズ10が伸びるの
を防止するための針金で、一方の針金13aはU
字状に折り曲げた状態でベローズのフランジ14
a部に固定され、他方の針金13bは一方の針金
13a内を通つた状態でベローズのフランジ14
b部に固定されている。該両針金は分子ポンプ8
が受ける背圧と重り12の荷重(実際には分子ポ
ンプ8の荷重も含む)とがつり合つているときは
図示の如く互いに離れており、又分子ポンプの受
ける背圧がなくなつたとき両者が係合するように
構成されている。 斯様に架台2に固定された主排気管にベローズ
10を介して分子ポンプ8を吊り下げた状態にし
て使用すれば、現在一般に使用されている回転機
構を必要としない油拡散ポンプを使用した場合と
同じ分解能が得られた。これは分子ポンプ8の振
動がベローズ10により減衰されるため、分子ポ
ンプの振動による顕微鏡本体(この本体とは鏡体
1と架台2と支柱4a,4bと各排気管6,7
a,7b,7c等全てを含む)の振巾値よりも床
を通して伝達される振動による顕微鏡本体の振巾
値の方が大きくなることから理解できる。以下こ
の点について少しく説明する。 ここで実験に使用した装置の仕様は次の通りで
ある。 a 透過型電子顕微鏡 加速電圧 100KV 総重量 750Kg b 除振装置 ばね定数 500Kg/cm 数 量 4個 c 軸流分子ポンプ スピード 43000rpm 振 動 715Hz 振 巾 0.04μ(実測) ポンプ重量 6Kg d ベローズ 材 質 ステンレス 山 数 22山 ばね定数 9.5Kg/cm 有効直径 9.4cm 先ず床から顕微鏡本体に伝わる振巾a1は次式で
表わされる。 a1=a|1/1−(f/fn1)| ……(1) ここでaは床の振巾、fは床の振動数、fn1は
除振装置の固有振動数である。前記床の振動数f
及び振巾aは実測によればf=13Hz、a=2.5×
10-4cmであり、又除振装置の固有振動数fn1はfn1
=1/2π√g・N・K/Wで表わされる。尚gは重
力加速 度、Nは使用する除振装置の数量、K0は除振装
置のばね定数、Wは顕微鏡本体の重量である。従
つて除振装置の固有振動数fn1は前記仕様から となる。 そこで床に対する顕微鏡本体の振巾a1の値は(1)
式より a1=a|1/1−(f/fn1)| =2.5×10-4|1/1−(13/8.1)| =1.5×10-4cmとなる。 一方、分子ポンプを取付けた場合における顕微
鏡本体の振巾a2は次式で表わされる。 a2=a0|1/1−(f/fn| ……(2) ここで、a0は分子ポンプの振動によるたわみ、
f1は分子ポンプの固有振動数、fn1はベローズの
固有振動数である。 前記分子ポンプの振動によるたわみa0はa0=a3
×k/Kで表される。尚、a3は分子ポンプの振幅、 K0は前述した除振装置のばね定数、kはベロー
ズのばね定数である。従つて、たわみa0は前記仕
様から a0=4×10-6×9.5/500=7.6×10-8cmとなる。
又、ベ ローズの固有振動数fn1は
The present invention relates to an exhaust system using turbo molecules in an electron microscope. In order to reduce contamination of samples in electron microscopes and the like, it is necessary to keep the inside of the microscope body clean (oil-free). For this purpose, instead of the conventionally commonly used oil diffusion pump,
Turbo molecular pump (hereinafter simply referred to as molecular pump)
It is possible to use However, since such molecular pumps in principle require a high-speed rotation mechanism, there is a risk that the resolution of the electron microscope will decrease due to the vibrations generated by the rotation mechanism, and sufficient countermeasures against vibrations are required. Become. For this purpose, it is conceivable to firmly fix the molecular pump to the floor. This method has the advantage that the molecular pump can be installed directly under the mirror, but it requires foundation work and is very difficult to handle, as foundation work must be done every time the mirror is installed. This has the disadvantage of being troublesome and increasing costs. In order to prevent this drawback, it is possible to install the molecular pump at a position quite far from the mirror, but this inevitably requires the use of a long exhaust pipe, which increases the exhaust resistance and increases the exhaust time. It has some drawbacks. However, as a result of various experiments to solve this problem, the inventor of the present invention decided to suspend the molecular pump from the main exhaust pipe fixed to the pedestal via a bellows, as shown in the accompanying drawing. We found that when supported, the vibrations of the molecular pump do not affect the resolution. Therefore, the features of the present invention include a mirror body, an exhaust pipe connected to the mirror body, a pedestal placed on the floor via a vibration isolator to hold the mirror body and the exhaust pipe, and the A molecular pump is provided for evacuating the inside of the mirror body through an exhaust pipe and a bellows, and the molecular pump is substantially suspended from the pedestal by the bellows and is made non-contact with the floor side. A weight corresponding to the back pressure that the molecular pump receives by creating a vacuum inside the mirror body is attached to the molecular pump. Hereinafter, the present invention will be explained in detail based on the drawings. The attached drawing is a schematic diagram showing an embodiment of the present invention, and numeral 1 indicates a mirror body of a transmission electron microscope, and the mirror body is attached to a pedestal 2. The frame 2 has four columns 4a, 4b, 4c, 4d equipped with a vibration isolator 3.
(4c and 4d not shown) on the floor 5,
It is placed. 6 is placed behind the mirror body 1, and sub-exhaust pipes 7a, 7b, 7 are provided in each chamber of the mirror body.
The main exhaust pipe communicates with the main exhaust pipe 6 through c.
is attached to the pedestal 2, and the lower end 6a of the main exhaust pipe 6 protrudes from the lower surface of the pedestal 2.
8 is a molecular pump, which has an inlet port 9;
The lower end 6a of the main exhaust pipe 6 is connected to the lower end 6a of the main exhaust pipe 6 via a bellows 10 made of stainless steel, for example. In this case, the lower end of the molecular pump 8 is floating above the floor 5. In other words, the molecular pump is suspended and supported by the main exhaust pipe 6 via the bellows 10. Further, the discharge port 11 of the molecular pump 8 is connected to an oil rotary pump via a pipe (not shown). Reference numeral 12 denotes a weight attached to the molecular pump 8, and this weight is used to cancel the upward suction force of the molecular pump 8 due to back pressure when the interior of the mirror body 1 is evacuated. In other words, when the molecular pump 8 is operated, the bellows 10 is used in a substantially free length state. 13a and 13b are wires for preventing the bellows 10 from expanding due to the weight 12 when the inside of the mirror body 1 leaks and the back pressure to the molecular pump 8 is released.
The flange 14 of the bellows when bent into a letter shape.
fixed to part a, and the other wire 13b passes through one wire 13a to the flange 14 of the bellows.
It is fixed to part b. Both wires are molecular pumps 8
When the back pressure exerted by the molecular pump and the load of the weight 12 (actually including the load of the molecular pump 8) are balanced, they are separated from each other as shown in the figure, and when the back pressure exerted by the molecular pump disappears, both are separated. are configured to engage. If the molecular pump 8 is suspended from the main exhaust pipe fixed to the pedestal 2 in this manner via the bellows 10, an oil diffusion pump that does not require the rotating mechanism commonly used at present can be used. The same resolution was obtained. This is because the vibration of the molecular pump 8 is attenuated by the bellows 10, so the vibration of the molecular pump causes the microscope body (this body consists of the mirror body 1, pedestal 2, supports 4a, 4b, and exhaust pipes 6, 7).
This can be understood from the fact that the amplitude value of the microscope body due to the vibration transmitted through the floor is larger than the amplitude value of the microscope body (including all of a, 7b, 7c, etc.). This point will be briefly explained below. The specifications of the apparatus used in the experiment are as follows. a Transmission electron microscope Acceleration voltage 100KV Total weight 750Kg b Vibration isolator Spring constant 500Kg/cm Quantity 4 piecesc Axial flow molecular pump Speed 43000rpm Vibration 715Hz Vibration width 0.04μ (actual measurement) Pump weight 6Kg d Bellows Material Stainless Steel Mountain Number 22 Spring constant 9.5Kg/cm Effective diameter 9.4cm First, the amplitude a1 transmitted from the floor to the microscope body is expressed by the following formula. a1=a|1/1-(f/fn1) 2 |...(1) Here, a is the swing width of the floor, f is the frequency of the floor, and fn1 is the natural frequency of the vibration isolator. The frequency f of the floor
According to actual measurements, the amplitude a is f=13Hz, a=2.5×
10 -4 cm, and the natural frequency fn1 of the vibration isolator is fn1
= 1/2π√g·N·K 0 /W. Note that g is the gravitational acceleration, N is the number of vibration isolators used, K 0 is the spring constant of the vibration isolators, and W is the weight of the microscope body. Therefore, the natural frequency fn1 of the vibration isolator is determined from the above specifications. becomes. Therefore, the value of the amplitude a1 of the microscope body relative to the floor is (1)
From the formula, a1=a|1/1-(f/fn1) 2 |=2.5× 10-4 |1/1-(13/8.1) 2 |=1.5× 10-4 cm. On the other hand, the amplitude a2 of the microscope body when the molecular pump is attached is expressed by the following equation. a 2 = a 0 | 1/1-(f 1 /fn 2 ) 2 | ...(2) Here, a 0 is the deflection due to vibration of the molecular pump,
f 1 is the natural frequency of the molecular pump, and fn1 is the natural frequency of the bellows. The deflection a 0 due to vibration of the molecular pump is a 0 = a 3
It is expressed as ×k/K 0 . Note that a 3 is the amplitude of the molecular pump, K 0 is the spring constant of the vibration isolator described above, and k is the spring constant of the bellows. Therefore, the deflection a 0 is determined from the above specifications as a 0 =4×10 −6 ×9.5/500=7.6×10 −8 cm.
Also, the natural frequency fn1 of the bellows is

【式】で表される。尚、N1 は使用するベローズの数量、W1は筐体内を排気
したときベローズが受ける力(背圧)である。こ
の力W1はベローズの有効断面積(π/4・D2cm2)に 大気圧(略1Kg/cm2)を掛けたもので、前記仕様
からW1=π/4×9.42×1=69Kgとなる。従つて、 ベローズの固有振動数fn1は仕様から となる。そこで、分子ポンプから伝達される顕微
鏡本体の振幅a2は a2=a0|1/1−(f/fn| =7.6×10-8|1/1−(715/1.8)| =4.82×10-13cmとなる。 これから明らかなように顕微鏡の振幅は床の振
動によるものが1.5×10-4cmであるのに対して、
分子ポンプの振動によるものがそれ以下の4.82×
10-13cmであるため、分解能は床からの振動で決
定され、分子ポンプの振動は影響を及ぼさないこ
とが判る。 以上詳述したように本発明においては、架台に
対して分子ポンプをベローズにより架台側から吊
り下げて床側に対して分子ポンプを非接触にする
と共に、この分子ポンプに鏡体内を排気せしめた
際の分子ポンプが受ける背圧に見合つた重りを取
付けてあるため、前記分子ポンプが受ける背圧に
よりベローズが圧縮されることもなく略自由長の
状態で使用することができる。その結果、分子ポ
ンプの振動はベローズによつて減衰させることが
できるため、従来のように分子ポンプを床に基礎
工事を施して固定したりあるいは鏡体から離して
設置する必要がなくなるので、取扱いが容易とな
り、しかも鏡体内を効率よく排気することができ
る等、実用性大である。 尚前述の説明では透過型電子顕微鏡に実施した
場合について述べたが、走査型電子顕微鏡等にも
同様に実施することができる。
Represented by [Formula]. Note that N 1 is the number of bellows used, and W 1 is the force (back pressure) that the bellows receives when the inside of the casing is exhausted. This force W 1 is the effective cross-sectional area of the bellows (π/4・D 2 cm 2 ) multiplied by the atmospheric pressure (approximately 1 Kg/cm 2 ), and from the above specifications, W 1 = π/4×9.4 2 ×1 = 69Kg. Therefore, the natural frequency fn1 of the bellows is becomes. Therefore, the amplitude a2 of the microscope body transmitted from the molecular pump is a2 = a0 |1/1-( f1 / fn2 ) 2 |=7.6× 10-8 |1/1-(715/1. 8) 2 | =4.82×10 -13 cm. As is clear from this, the amplitude of the microscope is 1.5 × 10 -4 cm due to the vibration of the floor.
The vibration of the molecular pump is less than 4.82×
10 -13 cm, it can be seen that the resolution is determined by the vibration from the floor and the vibration of the molecular pump has no effect. As detailed above, in the present invention, the molecular pump is suspended from the pedestal side using a bellows to make the molecular pump non-contact with the floor side, and the molecular pump is allowed to exhaust the inside of the mirror body. Since a weight commensurate with the back pressure applied to the molecular pump is attached, the bellows is not compressed by the back pressure applied to the molecular pump and can be used in a substantially free length state. As a result, the vibrations of the molecular pump can be attenuated by the bellows, so there is no need to fix the molecular pump on the floor with foundation work or install it away from the mirror body, which is required in the past. This makes it easy to evacuate the inside of the mirror body, and it is highly practical. In the above description, the case where the present invention is applied to a transmission electron microscope has been described, but the present invention can be similarly applied to a scanning electron microscope or the like.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

添付図面は本発明の一実施例を示す構成略図で
ある。 1:鏡体、2:架台、3:除振装置、4a及び
4b:支柱、5:床、6:主排気管、7a,7b
及び7c:副排気管、8:分子ポンプ、9:吸入
口、10:ベローズ、11:排出口、12:重
り、13a及び13b:針金、14a及び14
b:フランジ。
The accompanying drawings are schematic diagrams showing an embodiment of the present invention. 1: Mirror body, 2: Frame, 3: Vibration isolator, 4a and 4b: Support column, 5: Floor, 6: Main exhaust pipe, 7a, 7b
and 7c: subexhaust pipe, 8: molecular pump, 9: suction port, 10: bellows, 11: discharge port, 12: weight, 13a and 13b: wire, 14a and 14
b: flange.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 鏡体と、該鏡体内に接続された排気管と、こ
れら鏡体及び排気管を保持するために除振装置を
介して床上に載置された架台と、前記排気管及び
ベローズを介して鏡体内を排気するための分子ポ
ンプとを備え、該分子ポンプは前記ベローズによ
り実質的に架台に吊り下げられて前記床側に対し
て非接触にされていると共に、前記鏡体内を真空
にすることにより前記分子ポンプが受ける背圧に
見合つた重りをこの分子ポンプに取付けたことを
特徴とする電子顕微鏡等における排気系。
1. A mirror body, an exhaust pipe connected to the mirror body, a pedestal mounted on the floor via a vibration isolator to hold these mirror bodies and the exhaust pipe, and and a molecular pump for evacuating the interior of the mirror body, the molecular pump being substantially suspended from the pedestal by the bellows so as not to contact the floor side, and evacuating the interior of the mirror body. An exhaust system for an electron microscope or the like, characterized in that a weight commensurate with the back pressure that the molecular pump receives is attached to the molecular pump.
JP13794579A 1979-10-25 1979-10-25 Evacuation system of electron microscope Granted JPS5660895A (en)

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