CN106246564A - 真空泵以及质量分析装置 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种真空泵以及质量分析装置，提高具有多个吸气口的真空泵的排气性能。真空泵(1)包括：第一泵级(P1)；第二泵级(P2)，设置得比第一泵级(P1)靠泵下游侧；第一吸气口(72)，设置于第一泵级(P1)的吸气侧；以及第二吸气口(73)，设置得比第一泵级(P1)靠下游侧且与第二泵级(P2)连通，并且第一泵级(P1)包含适合于小流量的西格班泵部(35～37)及涡轮分子泵部(31、32)，第二泵级(P2)包含适合大流量的霍尔维克泵部(60～63)。进而，本发明涉及包含所述真空泵的质量分析装置。

Description

真空泵以及质量分析装置

技术领域

本发明涉及一种真空泵以及质量分析装置。

背景技术

质量分析装置中，对于多个分析单元的每一个而言，使用压力区域不同。作为此种分析装置用的真空泵，已知具有多个吸气口的真空泵(例如参照专利文献1)。

专利文献1中记载的真空泵具备三个泵级(pump stage)，且具备设置于第一泵级的吸气侧的第一吸气口、设置于第一泵级与第二泵级之间的第二吸气口、以及设置于第二泵级与第三泵级之间的第三吸气口。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开2014-1473号公报

发明内容

[发明所要解决的问题]

且说，具备多个吸气口的真空泵中，第一泵级排出从第一吸气口流入的气体，第二泵级排出由第一泵级排出的气体与从第二吸气口流入的气体。同样地，第三泵级排出由第二泵级排出的气体与从第三吸气口流入的气体。例如，第三泵级的排气流量相比于第二泵级的排气流量而言，为数倍～十数倍。

因此，在为具有多个吸气口的真空泵的情况下，要求各泵级设为适合于各个泵级所要求的吸气压力或排气流量的构成。

[解决问题的技术手段]

本发明的优选的实施方式的真空泵包括：第一泵级；第二泵级，设置得比所述第一泵级靠泵下游侧；第一吸气口，设置于所述第一泵级的吸气侧；以及第二吸气口，设置得比所述第一泵级靠下游侧，且与所述第二泵级连通，并且所述第一泵级包含适合于小流量的西格班(Siegbahn)泵部及涡轮分子泵部，所述第二泵级包含适合于大流量的霍尔维克(Holweck)泵部。

更优选的实施方式中，所述第二吸气口设置于所述第二泵级的排气流路的上游端部与下游端部之间。本发明的优选的实施方式的质量分析装置包括：所述真空泵；第一分析单元；第二分析单元，在压力比所述第一分析单元高的区域运行；第一腔室，收纳着所述第一分析单元，具有连接着所述真空泵的第一吸气口的第一排气口；以及第二腔室，收纳着所述第二分析单元，具有连接着所述真空泵的第二吸气口的第二排气口。

[发明的效果]

根据本发明，可实现具有多个吸气口的真空泵的排气性能的提高。

附图说明

图1是表示本发明的真空泵的一实施方式的外观立体图。

图2是真空泵的剖视图。

图3是图2的A1-A1剖视图。

图4是表示泵级为三个的情况下的真空泵的一例的图。

图5是表示质量分析装置的一例的图。

[符号的说明]

1：真空泵 10：轴

20、30：泵转子 21、31：旋转叶片级

22、32：固定叶片级 25、35：旋转板

26、27、36、37：螺纹槽固定板 33、50：间隔件

34：圆板部 40：磁铁架

41：架支撑部 42、84：滚珠轴承

43、44：永久磁铁 60：第一螺杆定子

60a：贯通孔 61：第二螺杆定子

62：第一圆筒转子 63：第二圆筒转子

70：第一壳体 72、73、171、172：吸气口

72a、73a：密封环槽 75：凸缘部

80：第二壳体 81、82：排气通路

83：轴承架 85：排气埠

86：散热片 90：电动机转子

91：电动机定子 100：质量分析装置

110：质量分析部 112：加热器块

113：第一中间室 114：第二中间室

115：分析室 120：脱溶剂管

121：第一离子透镜 122：撇渣器

123：八极装置 124：聚焦透镜

125：入口透镜 126、127：四极杆

128：检测器 131、132、133：排气口

150：离子化室 151：离子化用喷雾器

152：配管 173：第三吸气口

B1：上游端部 B2：下游端部

LC：液相色谱部 P1：第一泵级

P2：第二泵级 P3：第三泵级

具体实施方式

以下，参照附图对用以实施本发明的形态进行说明。图1是表示本发明的真空泵的一实施方式的外观立体图。真空泵1具备第一壳体70与第二壳体80。在第一壳体70设置着凸缘部75，该凸缘部75形成着第一吸气口72及第二吸气口73。在各吸气口72、吸气口73形成着分别安装有密封环的密封环槽72a、密封环槽73a。在第二壳体80如后述般设置着电动机，在第二壳体80的表面(真空泵1的底面)形成着散热片86。

图2是沿着轴方向剖视真空泵1的剖视图。而且，图3是图2的A1-A1剖视图。在第一壳体70的内部设置着固定有泵转子30及电动机转子90的轴(shaft)10。轴10由使用了永久磁铁43、永久磁铁44的磁轴承及滚珠轴承(ball bearing)84支撑。设置于电动机转子90的外周侧的电动机定子91保持于第二壳体80。滚珠轴承84保持于固定在第二壳体80的轴承架83。

永久磁铁44固定于形成在轴10的图示右端部的凹部内。配置于永久磁铁44的内侧的永久磁铁43保持于磁铁架40。磁铁架40固定于架支撑部41，该架支撑部41固定于第一壳体70。在磁铁架40设置着滚珠轴承42。滚珠轴承42作为限制轴10的旋动以使得永久磁铁44与永久磁铁43不会接触的限制构件而发挥功能。

真空泵1具备第一泵级P1与第二泵级P2。第一泵级P1包括：涡轮分子泵部，包含多个旋转叶片级31及多个固定叶片级32；西格班(siegbahn)泵部，包含旋转板35及螺纹槽固定板36、螺纹槽固定板37。在螺纹槽固定板36的与旋转板35相向的面及螺纹槽固定板37的表背两面形成着径向的螺纹槽(螺旋槽)。

旋转叶片级31及固定叶片级32分别具有多个涡轮叶片。旋转叶片级31及旋转板35设置于泵转子30。固定叶片级32的轴方向(图示左右方向)的定位由间隔件33、间隔件50来进行。

第二泵级P2包括：第一圆筒转子62及第二圆筒转子63，以及第一螺杆定子(screwstator)60及第二螺杆定子61，构成霍尔维克(Holweck)泵。第一圆筒转子62及第二圆筒转子63固定于设置在泵转子30的图示右端的圆板部34。第一螺杆定子60设置于第一圆筒转子62的外周侧。第二螺杆定子61设置于第一圆筒转子62与第二圆筒转子63之间。在霍尔维克(Holweck)泵中的第一螺杆定子60及第二螺杆定子61，在轴方向上形成着螺纹槽(螺旋槽)。在第一螺杆定子60，在与第一壳体70的第三吸气口173相向的位置形成着贯通孔60a。

如图3所示，在第一螺杆定子60的内周面、第二螺杆定子61的外周面与内周面、以及第二圆筒转子63的内周面所相向的第二壳体80的相向面，分别形成着螺纹槽及螺纹牙。

从图2的第一吸气口72流入的气体，利用第一泵级P1向第一泵级P1的下游侧，即第二泵级P2的吸气侧排出。由第一泵级P1排出的气体及从第二吸气口73流入的气体，利用作为霍尔维克泵的第二泵级排出。由第二泵级排出的气体通过形成于第二壳体80的排气通路81、排气通路82，而从排气埠85排出。

如此，第一泵级P1与第二泵级P2中，排出的气体的流量不同。一般来说，第二吸气口73的压力P(73)为第一吸气口72的压力P(72)的10倍以上，由第二泵级排出的气体的流量为第一泵级的流量的数倍～十数倍。在这样因泵级而流量不同的情况下，各泵级的设定也优选设为与流量相应的最佳设定。而且，在将真空泵1用于质量分析装置等分析装置的情况下，需要考虑第一吸气口72连接于相对而言为高真空的腔室的情况。

本实施方式中，需要大流量的第二泵级P2使用的是适合于大流量的霍尔维克泵。进而，小流量的第一泵级P1是通过将涡轮分子泵部与西格班泵部进行组合而成为适合于小流量的泵级。西格班泵、霍尔维克泵均为螺纹槽泵，包含轴方向的螺纹槽的霍尔维克泵适合于大流量排气，包含径向的螺纹槽的西格班泵适合于小流量排气。因此，本实施方式中，在流量小的第一泵级P1设置西格班泵部，流量大的第二泵级P2使用霍尔维克泵部。

进而，为了满足第一吸气口的压力所要求的高真空(低压力)，除设置适合于小流量排气的西格班泵部外，还设置适合于高真空排气的涡轮分子泵部。其结果，第一泵级P1成为低流量且高真空对应(高压缩比)的泵级。另外，关于西格班泵级的螺纹槽的设计参数，有槽角度、槽深度、槽宽度、槽根数等。通过将这些设计参数设定为适合于小流量的值，而能够形成与小流量对应的西格班泵级。

例如，在仅由涡轮泵构成这种性能的第一泵级P1的情况下，需要增加旋转叶片级及固定叶片级的级数。因此，比起设为西格班泵部与涡轮分子泵部的组合的情况，具有第一泵级P1的轴方向尺寸增大的缺点。

且说，日本专利特开2005-30209号公报中，揭示了具备涡轮分子泵部、西格班泵部及霍尔维克泵部的真空泵，来作为具备两个吸气口的真空泵。然而，日本专利特开2005-30209号公报记载的真空泵为将螺纹槽泵分割为两个，且在该分割的部分设置第二吸气口的技术思想的发明，在本来的作为第一泵级的涡轮分子泵部中追加作为螺纹槽泵的西格班泵而形成新的第一泵级。由此，提高第二吸气口的压力，但追加了西格班泵，第一泵级的轴方向尺寸会相应地增大。

另一方面，本实施方式的第一泵级P1并非如以前那样在作为第一泵级发挥功能的涡轮分子泵部中仅追加螺纹槽泵。即，为了满足第一泵级P1所要求的小流量排气及第一吸气口72中所要求的压力，真空泵1的第一泵级P1是将适合于小流量的西格班泵部与涡轮分子泵部加以组合而成。因此，能够满足这些要求，且将第一泵级P1的轴方向尺寸抑制得更短。

(关于贯通孔60a的说明)

而且，本实施方式中，如图2所示，将从第二吸气口73流入的气体从第一螺杆定子60的贯通孔60a导入到第二泵级P2的排气流路的上游端部与下游端部之间。此处，第二泵级P2的排气流路的上游端部为图2的符号B1所示的部分。而且，下游端部为符号B2所示的部分。

从贯通孔60a流入的气体流入到第一螺杆定子60与第一圆筒转子62的间隙，利用泵作用向下游侧(图2的左侧)排出。而且，贯通孔60a连接于第二泵级P2的排气流路的中途，因而能够抑制从贯通孔60a流入的气体向比连接位置靠上游侧逆流。其结果，能够防止由逆流引起的第一吸气口72的压力的上升。

另一方面，例如，日本专利特开2005-30209号公报记载的真空泵中，第二吸气口设置于第一泵级与第二泵级之间。即，成为如下构成：从第二吸气口流入的气体与由西格班泵部排出的气体合流，合流后由霍尔维克泵部排出。因此，比起本实施方式，有朝向第一泵级侧的逆流显著且因该逆流的影响而第一吸气口的压力上升的担心。

(变形例)

图4是表示泵级为三个情况下的真空泵1的一例的图。图4所示的真空泵1具备第一泵级P1、第二泵级P2、第三泵级P3。与泵级P1～泵级P3对应地，在第一壳体70形成着第一吸气口171、第二吸气口172及第三吸气口173。另外，图4的真空泵1进而在图2的真空泵1的第一泵级P1的上游侧设置泵级。即，第二泵级P2与图2所示的第一泵级P1对应，第三泵级P3与图2所示的第二泵级P2对应。另外，关于第二泵级P2及第三泵级P3，为与图2所示的第一泵级P1及第二泵级P2相同的构成，因而省略说明。

变形例是将图2中说明的第一泵级P1的想法应用于图4的第一泵级P1及第二泵级P2。第一泵级P1包括：构成涡轮分子泵部的旋转叶片级21及固定叶片级22，构成西格班泵级的旋转板25及螺纹槽固定板26、螺纹槽固定板27。旋转叶片级21及旋转板25形成于固定在轴10的泵转子20。

从第一吸气口171流入的气体利用第一泵级P1向第一泵级P1的下游侧排出。而且，从第二吸气口172流入的气体及由第一泵级P1排出的气体利用第二泵级P2而向第二泵级P2的下游侧排出。由第二泵级P2排出的气体及从第三吸气口173流入的气体利用第三泵级P3排出。由第三泵级P3排出的气体通过形成于第二壳体80的排气通路81、排气通路82，而从排气埠85排出。吸气口171、吸气口172、吸气口173的压力P如P(171)＜P(172)＜P(173)般为越向下游侧越高。

如所述那样，图4的第一泵级P1与设置于其下游侧的第二泵级P2同样地，是将涡轮分子泵部与西格班泵部组合而成。在图4所示的真空泵1的情况下，比起第二泵级P2的排气流量，第一泵级P1的排气流量更小。而且，第一吸气口171的压力低于第二吸气口172的压力。因此，第一泵级P1的西格班泵部的流量被最优化得小于第二泵级P2的西格班泵部的流量。进而，为了满足第一吸气口171的要求压力，第一泵级P1的涡轮分子泵部设为被最优化成真空度高于第二泵级P2的涡轮分子泵部的类型的翼形状。

(质量分析装置)

图5是表示搭载具有多个吸气口的真空泵的质量分析装置100的一例的图。质量分析装置100中应用真空泵1，该真空泵1具备三个真空腔室，且具备图4所示的三个吸气口171～吸气口173。图5中表示使用了电喷雾离子法(Electrospray Ionization，ESI)的液相色谱(Liquid Chromatograph)质量分析装置的概略构成。

质量分析装置100包括离子化室150及质量分析部110。在质量分析部110分别隔着隔离壁而设置着：与离子化室150邻接的第一中间室113，与第一中间室邻接的第二中间室114，以及与第二中间室114邻接的分析室115。

真空泵1的第一吸气口171连接于分析室115的排气口131。真空泵1的第二吸气口172连接于第二中间室114的排气口132。真空泵1的第三吸气口173连接于第一中间室113的排气口133。如此，利用一个真空泵1使压力区域不同的三个空间(第一中间室113、第二中间室114及分析室115)排气。

在离子化室150设置着离子化用喷雾器151。由液相色谱部LC进行了成分分离的液体试样利用配管152而供给到离子化用喷雾器151。虽未图示，但离子化用喷雾器151中被供给雾化气体(nebulizer gas)，液体试样由离子化用喷雾器151喷雾。对离子化用喷雾器151的前端施加高电压，在喷雾时离子化。在第一中间室113与离子化室150之间设置着加热器块112，在加热器块112设置着将离子化室150与第一中间室113连通的脱溶剂管120。

脱溶剂管120具有在离子化室150内生成的离子或试样的液滴通过时，促进脱溶剂化及离子化的功能。

在第一中间室113设置着第一离子透镜121。在第二中间室114设置着八极装置(octupole)123及聚焦透镜124。在第二中间室114与分析室115之间的隔离壁设置着具有细孔的入口透镜125。在分析室115设置着第一四极杆(quadrupole rod)126、第二四极杆127、及检测器128。

离子化室150中生成的离子依次经由脱溶剂管120、第一中间室113的第一离子透镜121、撇渣器(skimmer)122、第二中间室114的八极装置123及聚焦透镜124、入口透镜125而传送到分析室115，利用四极杆126、四极杆127排出多余离子，仅检测已到达检测器128的特定离子。

如以上说明般，真空泵1如图2所示，包括：第一泵级P1，设置得比第一泵级P1靠泵下游侧的第二泵级P2，设置于第一泵级P1的吸气侧的第一吸气口72，以及设置得比第一泵级P1靠下游侧且与第二泵级P2连通的第二吸气口73，并且第一泵级P1包含适合于小流量的西格班泵部(35～37)及涡轮分子泵部(31、32)，第二泵级P2包含适合于大流量的霍尔维克泵部(60～63)。

第一泵级P1包含适合于小流量的西格班泵部(35～37)及涡轮分子泵部(31、32)，因而充分满足小流量这样的实际的使用条件，能够将第一吸气口72的压力保持为必要的低压力(高真空)。而且，为了满足小流量及高真空这样的要求，而将涡轮分子泵部与适合于小流量的西格班泵级加以组合，因而比起以前可减小第一泵级P1的轴方向尺寸。

以上，已对各种实施方式以及变形例进行了说明，但本发明并不限定于这些内容。在本发明的技术思想的范围内考虑的其他形态也包含在本发明的范围内。

Claims (3)

1.一种真空泵，包括：

第一泵级；

第二泵级，设置得比所述第一泵级靠泵下游侧；

第一吸气口，设置于所述第一泵级的吸气侧；以及

第二吸气口，设置得比所述第一泵级靠下游侧，且与所述第二泵级连通，

所述真空泵的特征在于：

所述第一泵级包含适合于小流量的西格班泵部及涡轮分子泵部，

所述第二泵级包含适合于大流量的霍尔维克泵部。

2.根据权利要求1所述的真空泵，其特征在于：

所述第二吸气口设置于所述第二泵级的排气流路的上游端部与下游端部之间。

3.一种质量分析装置，其特征在于包括：

根据权利要求1或2所述的真空泵；

第一分析单元；

第二分析单元，在压力比所述第一分析单元高的区域运行；

第一腔室，收纳着所述第一分析单元，具有连接着所述真空泵的第一吸气口的第一排气口；以及

第二腔室，收纳着所述第二分析单元，具有连接着所述真空泵的第二吸气口的第二排气口。