JP6717175B2 - バルブ - Google Patents

Description

本発明は、質量分析装置の真空室などにおいて、空間を仕切る隔壁に設けられた開口を開閉するために用いられるバルブに関する。

例えば、マトリックス支援レーザ脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ＝Matrix Assisted Laser Desorption /Ionization）法により試料のイオン化を行う質量分析装置（以下、ＭＡＬＤＩ−ＭＳとよぶ）においては、真空下で試料にレーザを照射することによって該試料をイオン化し、該イオンを真空下で質量電荷比に基づいて分離した上で検出する。ＭＡＬＤＩ−ＭＳでは、試料はマトリックスと混合され、平板状のサンプルプレートに載置された状態で装置内部の真空室にセットされており、試料を交換する際には、該真空室を大気開放してサンプルプレートを取り出す必要がある。しかし、このとき真空室全体を大気開放してしまうと、その後に真空引きを行って真空室内を再び測定が可能な真空度とするまでに多くの時間を要することとなる。

そのため、ＭＡＬＤＩ−ＭＳでは、従来、真空室をイオンの分離及び検出を行う空間である分析チャンバと、サンプルプレートを収容する空間である試料チャンバとに分け、これら２つのチャンバ間の隔壁に設けられた開口をバルブによって開閉可能な構成としている。このような構成によれば、バルブを閉鎖し、試料チャンバのみを大気開放することで、分析チャンバの真空度は維持したままサンプルプレートの出し入れを行うことができる。この場合、試料の交換後は、試料チャンバのみを真空引きすればよいため、再び測定が可能となるまでの時間を短縮することができる。

図２４及び図２５に従来のＭＡＬＤＩ−ＭＳにおける試料チャンバ５１０及びバルブ５３０の構成を示す。試料チャンバ５１０内にはサンプルプレート５２１を載置するための平板状のサンプルプレートホルダ５２０があり、サンプルプレートホルダ５２０は、ＸＹステージ５２２によって試料チャンバ５１０内を図中のＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能となっている。試料チャンバ５１０と分析チャンバ（図示略）の間の仕切り板５１１には試料から生じるイオンを引き出して加速するためのエキストラクタ電極（引き出し電極）５１２が設けられており、該電極５１２の中央には開口５１３が形成されている。これらの仕切り板５１１及びエキストラクタ電極５１２が試料チャンバ５１０と分析チャンバを隔てる隔壁に相当する。

サンプルプレートホルダ５２０上のサンプルプレート５２１を交換する際には、試料チャンバ５１０と分析チャンバを繋ぐ開口５１３をバルブ５３０によって封止し、その後、試料チャンバ５１０を大気開放した上で試料チャンバ５１０のドア（図示略）が開放される。ここで、バルブ５３０は、試料チャンバ５１０の下部に設けられたハウジング５９１と、ハウジング５９１内に開口５１３と同軸に設けられたボールネジ５９２と、ボールネジ５９２の回転によって摺動するロッド５９３と、ボールネジ５９２を回転させるためのモータ５６１とを有している。ロッド５９３の下部周囲と試料チャンバ５１０の下面との間はベローズ５９５でシールされている。

上記従来のＭＡＬＤＩ−ＭＳにおいて、バルブ５３０が開状態のときには、図２４に示すように、ロッド５９３の大部分がハウジング５９１の内部に収容される。この状態からバルブ５３０を閉状態とする際には、まずＸＹステージ５２２によってサンプルプレートホルダ５２０をバルブ５３０と干渉しない位置に待避させた後、モータ５６１を駆動する。モータ５６１の回転はベルトリンク５９４を介してボールネジ５９２に伝わり、ボールネジ５９２の回転に伴ってロッド５９３がハウジング５９１から試料チャンバ５１０内へと突出する。そして、ロッド５９３の先端が開口５１３に接近していき、図２５に示すように、ロッド５９３の先端に設けられたＯリング５４１が開口５１３の周囲に当接する。このときＯリング５４１はロッド５９３先端に取り付けられたコイルバネ５４４の弾性によってエキストラクタ電極５１２の下面に押しつけられて開口５１３をシールするため、分析チャンバは気密状態となり、試料チャンバ５１０を大気開放しても分析チャンバの真空度が低下することはない。

特開2006-200709号公報（図2）

しかしながら、上記のように開口の軸方向に進退する部材によって該開口の開閉を行う構成のバルブ（いわゆる縦型のバルブ）は、バルブを開状態としたときに、該バルブが試料チャンバの下方に大きく突出するため、質量分析装置の上下方向のサイズが大きくなるという問題がある。

一方、開口の軸方向と直交する方向に進退する部材によって前記開口の開閉を行う構成のバルブ（いわゆる横型のバルブ）を備えた質量分析装置（特許文献１を参照）もあるが、この場合は、該部材の進退のために横方向に大きなスペースが必要となるという問題がある。

なお、ここではＭＡＬＤＩ−ＭＳを例に挙げたが、上記の問題は、空間を仕切る隔壁に設けられた開口をバルブによって開閉する構成を備えた各種の装置に共通するものである。

本発明は、上記の点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは空間を仕切る隔壁に設けられた開口を開閉するために用いられるバルブにおいて、その開閉動作に要するスペースを低減することにある。

上記課題を解決するために成された第１発明に係るバルブは、空間を仕切る隔壁に設けられた開口を開閉するためのバルブであって、
a)前記開口に圧接されることにより該開口を封止するシール部材を備えた封止部と、
b)前記開口の中心を通り前記隔壁に垂直な軸である開口中心軸と直交する方向の駆動力を発生する駆動手段と、
c)第１アームと、該第１アーム上の一点である連結点で該第１アームに対して回動可能に軸着された第２アームとを有し、前記第１アーム上の前記連結点を挟んで一方の側に前記封止部が連結されると共に、前記第１アーム上の前記連結点を挟んで他方の側に位置する点である駆動点に前記駆動手段が連結され、前記第２アーム上の一点である固定点が、前記連結点における回動軸と平行な軸周りに回動可能に固定されているリンク機構と、
を有し、
前記駆動手段によって前記駆動点を往復動させることにより、前記シール部材が前記隔壁に接近及び離間するように移動することを特徴としている。

上記構成を有する第１発明に係るバルブは、いわゆる縦型のバルブに該当するものであるが、バルブが開状態（又は閉状態）のときに、前記リンク機構が小さく畳まれるようにすることができるため、図２４及び図２５で示した従来の縦型バルブのように封止部と駆動源を繋ぐ部分が前記開口中心軸方向（図中の下方）に大きく突出することがない。

前記第１発明に係るバルブは、前記リンク機構がスコットラッセルリンク機構であるものとすることが望ましい。

スコットラッセルリンク機構は、第１アームと、第１アーム上の一点である連結点で第１アームに対して回動可能に軸着される第２アームとを有しており、前記連結点から第１アーム上の一点である作用点までの距離と、前記連結点から第１アーム上において前記連結点を挟んで前記作用点の逆側に位置する点である駆動点までの距離と、前記連結点から第２アーム上の一点である固定点までの距離とが、前記連結点における回動軸方向からの平面視で互いに等しくなっている。このような構成において、前記固定点を前記回動軸と平行な軸周りに回動可能に固定した状態で、前記駆動点を前記固定点を含む直線上で往復運動させると、前記作用点が前記駆動点の運動方向及び前記回動軸と直交する直線上で往復運動する。すなわち、スコットラッセルリンク機構を利用すれば、直線運動をそれに直交する方向の直線運動に変換することが可能である。

したがって、上記のように第１発明に係るバルブにおけるリンク機構をスコットラッセルリンク機構とすることにより、前記駆動手段による前記駆動力を前記開口中心軸に平行な方向の駆動力に変換して、前記封止部を該開口中心軸に沿って移動させることができる。その結果、該封止部を前記開口と正対させた状態で該開口に接近させることができるため、より確実な封止を達成することができる。

前記第１発明に係るバルブは、前記封止部が、更に、前記シール部材が前記開口に当接した状態において該シール部材を前記開口に向けて付勢する付勢手段を有するものとすることが望ましい。

このような構成によれば、より確実な封止を実現することができる。

また、前記第１発明に係るバルブは、
前記リンク機構が、前記開口中心軸を挟んで対称に配設された２つのスコットラッセルリンク機構を有するものであって、
前記駆動手段が、前記２つのスコットラッセルリンク機構に対し、前記開口中心軸と直交し、且つ互いに逆方向の駆動力を同時に付与するものであって、
前記互いに逆方向の駆動力を前記２つのスコットラッセルリンク機構によって前記開口中心軸に対して平行且つ互いに同一方向の駆動力に変換することにより、前記封止部を該開口中心軸に沿って移動させるものとすることもできる。

このような構成によれば封止部と開口とを常に対向した状態に維持できるため、確実な封止を達成することができる。

また、上記課題を解決するために成された第２発明に係るバルブは、空間を仕切る隔壁に設けられた開口を開閉するためのバルブであって、
a)前記開口に圧接されることにより該開口を封止するシール部材と、
b)前記開口の中心を通り前記隔壁に垂直な軸である開口中心軸と直交する方向の駆動力を発生する駆動手段と、
c)第１アームと、該第１アーム上の一点である連結点で該第１アームに対して回動可能に軸着された第２アームとを有し、前記第１アーム上の前記連結点を挟んで一方の側に前記シール部材が連結されると共に、前記第１アーム上の前記連結点を挟んで他方の側に位置する点である駆動点に前記駆動手段が連結され、前記第２アーム上の一点である固定点が、前記連結点における回動軸と平行な軸周りに回動可能に固定されているリンク機構と、
を有し、
前記駆動手段によって前記駆動点を往復動させることにより、前記シール部材が前記隔壁に接近及び離間するように移動し、該シール部材が前記開口の周縁部に当接した際に、前記第１アームが弾性変形して該シール部材を該開口に向けて付勢することを特徴としている。

前記第２発明に係るバルブでは、シール部材が開口に対して斜め方向から接近することとなるが、シール部材を第１アームの弾性力によって開口に向けて付勢することができるため、バルブの構成を簡略化することができる。また、バルブを開状態とした際に、前記開口中心軸方向における該バルブの寸法をより小さくすることができる。

なお、前記第１発明及び第２発明に係るバルブは、質量分析装置の試料チャンバと分析チャンバの間の隔壁に設けられた開口を開閉するためのバルブとすることができる。
この場合、前記駆動手段として、前記試料チャンバに設けられ、試料を前記隔壁と平行な面内で移動させるためのＸＹステージを利用することが望ましい。

このような構成によれば、ＸＹステージの移動を利用してバルブの開閉を行うことができるため、バルブを開閉させるための駆動源を別途設ける必要がなく、低コスト化を実現することができる。

以上の通り、本発明に係るバルブによれば、開閉動作に要するスペースを低減することができ、その結果、該バルブを備えた装置自体を小型化することが可能となる。

本発明の実施例１に係るバルブを備えた質量分析装置の全体構成図。 同実施例における試料チャンバ付近の拡大図であって、バルブが閉鎖された状態を示している。 図２におけるバルブを上から見た状態を示す図。 同実施例においてバルブが開放された状態を示す図。 同実施例においてバルブが閉鎖されつつある状態を示す図。 実施例１に係るバルブに平行リンクを設けた例を示す図であって、バルブが閉鎖されつつある状態を示している。 前記平行リンクを設けた例においてバルブが閉鎖された状態を示す図。 実施例１に係るバルブの駆動手段として磁石を用いた例を示す図。 実施例１に係るバルブの駆動手段としてＸＹステージを利用する例を示す図であって、バルブが開放された状態を示す図。 図９における試料チャンバの上面図であって、隔壁を取り除いた状態を示す図。 駆動手段としてＸＹステージを利用する例において、バルブが閉鎖された状態を示す図。 図１１における試料チャンバの上面図であって、隔壁を取り除いた状態を示す図。 実施例１に係るバルブにおけるリンク部の別の構成例を示す図。 本発明の実施例２に係るバルブを備えた質量分析装置の試料チャンバ付近の拡大図であって、バルブが開放された状態を示している。 同実施例においてバルブが閉鎖された状態を示す図。 本発明の実施例３に係るバルブを備えた質量分析装置の試料チャンバ付近の拡大図であって、バルブが開放された状態を示している。 同実施例においてバルブが閉鎖されつつある状態を示す図。 同実施例においてバルブが閉鎖された状態を示す図。 本発明の変形例に係るバルブを備えた真空室の断面図であって、バルブが開放された状態を示している。 本発明の変形例に係るバルブを備えた真空室の断面図であって、バルブが閉鎖された状態を示している。 本発明の更に別の変形例に係るバルブの斜視図。 本発明の別の変形例に係るバルブを備えた試料チャンバの断面図。 図２２における試料チャンバの上面図であって、隔壁を取り除いた状態を示す図。 従来の質量分析装置における試料チャンバを示す図であって、バルブが開放された状態を示している。 従来の質量分析装置における試料チャンバを示す図であって、バルブが閉鎖された状態を示している。

以下、本発明を実施するための形態について実施例を挙げて説明を行う。

本発明の実施例１に係るバルブを備えた質量分析装置の概略構成を図１に示す。この質量分析装置は、ＭＡＬＤＩ−ＭＳであり、試料のイオン化を行う試料チャンバ１１０と、該イオンの分離・検出を行う分析チャンバ１８０とを備えている。試料チャンバ１１０と分析チャンバ１８０の間は仕切り板１１１で隔てられており、仕切り板１１１の中心には試料チャンバ１１０で生成したイオンを分析チャンバ１８０に引き出すためのエキストラクタ電極１１２が設けられている。これらの仕切り板１１１及びエキストラクタ電極１１２が、本発明における隔壁に相当する（後述する実施例２及び実施例３においても同じ）。エキストラクタ電極１１２は、その中央に円形の開口１１３を備えており、試料チャンバ１１０と分析チャンバ１８０は、この開口１１３によって連通している。なお、図中では、開口１１３の中心を通り仕切り板１１１に垂直な軸（以下、開口中心軸Ａとよぶ）に平行な軸をＺ軸とし、Ｚ軸と直交する軸であって後述するバルブ１３０の駆動点Ｐｄの移動方向と平行な軸をＹ軸とし、これらに直交する軸をＸ軸としている（以下、図２〜図２０、図２２、図２３において同じ）。試料チャンバ１１０及び分析チャンバ１８０には、各チャンバ１１０、１８０内を真空引きするためのターボ分子ポンプ１８８、１８９が設けられており、これらのターボ分子ポンプ１８８、１８９の下流側には、該ポンプ１８８、１８９の背圧を下げるためのロータリポンプ１９０が接続されている。

分析チャンバ１８０の内部には、加速電極１８１、フライトチューブ１８２、及び検出器１８３が収容され、分析チャンバ１８０に導入されたイオンは、加速電極１８１によって加速された上でフライトチューブ１８２に導入され、質量電荷比に基づいて分離されて検出器１８３で検出される。

また、分析チャンバ１８０の外部にはレーザ光源を備えたレーザ照射部１８４が配置されており、レーザ照射部１８４から出射したレーザ光は、分析チャンバ１８０の壁面に設けられた窓部１８５を介して分析チャンバ１８０内に進入し、ミラー１８６で反射されることによって開口１１３に導かれ、試料チャンバ１１０に入射する。

試料チャンバ１１０の内部には、試料とマトリックスとの混合物が塗布された金属製のサンプルプレート１２１が配置されており、前記レーザ光が前記混合物に照射されると、該混合物中のマトリックスが急速に加熱され、試料と共に気化する。このとき試料はイオン化され、開口１１３を介して分析チャンバ１８０に導入される。

なお、サンプルプレート１２１上には、それぞれ異なる試料を含んだ前記混合物がスポット状に複数塗布されており、サンプルプレート１２１をＸＹステージ１２２によってＸＹ平面（すなわち水平面）内で移動させてレーザ光が照射されるスポットを順次変更することにより、異なる試料を次々にイオン化して質量分析できるようになっている。ここで、ＸＹステージ１２２は、Ｙ軸方向に延伸したレールと該レール上を摺動するスライダとを備えたＹ方向直動軸受１２２ａと、Ｘ軸方向に延伸したレールと該レール上を摺動するスライダとを備えたＸ方向直動軸受１２２ｂと、上面にサンプルプレート１２１が載置される移動ステージ１２２ｃとを備えている。移動ステージ１２２ｃは、Ｘ方向直動軸受１２２ｂのスライダに取り付けられ、Ｘ方向直動軸受１２２ｂは、Ｙ方向直動軸受１２２ａのスライダに取り付けられている。したがって、Ｘ方向直動軸受１２２ｂをＹ方向直動軸受１２２ａのレールに沿って移動させると共に、移動ステージ１２２ｃをＸ方向直動軸受１２２ｂのレールに沿って移動させることにより、移動ステージ１２２ｃ上のサンプルプレート１２１をＸＹ平面上で任意の位置に移動させることができる。

試料チャンバ１１０にはドア１１０ａが設けられており、サンプルプレート１２１の交換時にはこのドア１１０ａが開放される。ドア１１０ａを空けることにより試料チャンバ１１０内は大気開放されるが、このとき分析チャンバ１８０の真空が破られることがないよう、試料チャンバ１１０内に設けられたバルブ１３０によって、予め試料チャンバ１１０と分析チャンバ１８０を連通する開口１１３を閉鎖できるようになっている。

以下、このバルブ１３０について図２〜図５を参照しつつ説明する。このうち、図２、図４、及び図５は、図１のＭＡＬＤＩ−ＭＳにおける試料チャンバ１１０の拡大断面図であり、これらの図では簡略化のためドア１１０ａとＸＹステージ１２２の図示を省略している（以下、図６〜図８及び図１３〜図２０において同じ）。また、図３は、図２におけるバルブ１３０の上面図である。

本実施例に係るバルブ１３０は、開口１１３を封止するための封止部１４０と、封止部１４０を上下動させるためのリンク部１５０と、該リンク部１５０を駆動するための駆動部１６０とを備えている。

封止部１４０は、開口１１３の直径よりも大きな内径を有するＯリング１４１（本発明におけるシール部材に相当）と、該Ｏリングを保持する円柱状のリング保持部材１４２と、リング保持部材１４２の下方に配置されたベース部材１４３と、リング保持部材１４２とベース部材１４３の間に配置されたコイルバネ１４４とを含んでいる。なお、ベース部材１４３には錘が内蔵されており、これにより封止部１４０の重心が、作用点Ｐａを挟んでＯリング１４１と逆の側（図２における下側）に位置するようになっている。

駆動部１６０は、モータ１６１と、モータ１６１の回転に伴って回転するボールネジ１６２と、ボールネジ１６２に螺合し、ボールネジの回転に伴ってＹ軸方向に進退するボールナット１６３とを備えている。

リンク部１５０は、長アーム（第１アーム）１５１と短アーム（第２アーム）１５２から構成されている。長アーム１５１の先端は、封止部１４０のベース部材１４３に回動可能に軸着されている。以下、長アーム１５１とベース部材１４３との接続点を作用点Ｐａとよぶ。また、長アーム１５１の基端は、駆動部１６０のボールナット１６３に回動可能に軸着されている。以下、長アーム１５１とボールナット１６３との接続点を駆動点Ｐｄとよぶ。一方、短アーム１５２の先端は、長アーム１５１の中途に回動可能に軸着されている。以下、短アーム１５２と長アーム１５１との接続点を連結点Ｐｃとよぶ。また、短アーム１５２の基端は、開口１１３の直下で床面（仕切り板１１１と対向する面）に固定された軸支部材１７１に回動可能に軸支されている。以下、短アーム１５２と軸支部材１７１との接続点を固定点Ｐｆとよぶ。ここで、連結点Ｐｃからその他の各点（すなわち、作用点Ｐａ、駆動点Ｐｄ、及び固定点Ｐｆ）までの距離はいずれも等しくなっている。このような構成から成るリンク機構はスコットラッセルリンク機構とよばれ、直線運動をそれに直交する直線運動に変換することができる。すなわち、本実施例においてリンク部１５０の駆動点ＰｄをＹ軸方向に直線移動させると、それに伴って作用点ＰａをＺ軸方向に直線運動させることができる。

なお、封止部１４０を安定に支持するために、本実施例では、上記のようなリンク部が２セット設けられている（図３）。図３に示すように、これらのリンク部１５０ａ、１５０ｂは、それぞれ長アーム１５１ａ又は１５１ｂと、短アーム１５２ａ又は１５２ｂを備え、開口中心軸Ａを含むＹＺ平面を挟んで対称に配置される。なお、以下では、これらのリンク部１５０ａ、１５０ｂ、長アーム１５１ａ、１５１ｂ、及び短アーム１５２ａ、１５２ｂを、それぞれ単にリンク部１５０、長アーム１５１、及び短アーム１５２とよぶ。

本実施例に係るバルブ１３０の動作を説明する。図４は、バルブ１３０が開状態にあるときの試料チャンバ１１０の断面図である。このとき、駆動点Ｐｄ、連結点Ｐｃ、及び固定点Ｐｆは、同図に示す通り一直線上に位置しており、更に、作用点Ｐａは、Ｘ軸方向からの平面視で固定点Ｐｆと同一位置に存在している。この状態から、モータ１６１を回転させてボールナット１６３を図中左方向に移動させると、これに伴ってボールナット１６３に連結された駆動点Ｐｄが同一方向に移動する。その結果、長アーム１５１が連結点Ｐｃを中心に回動して、作用点Ｐａが真上に移動する（図５）。上述したように、封止部１４０は、その重心が作用点Ｐａを挟んでＯリング１４１と逆の側に位置しているため、作用点Ｐａの上昇に伴って、重力の作用によりＯリング１４１が上方を向くように回動する。ここから、駆動点Ｐｄを更に図中左方向に移動させると、封止部１４０が真上に移動していき、Ｏリング１４１が開口１１３の周囲に当接してコイルバネ１４４が圧縮されていく。そして、予め定められた回転数だけモータ１６１が回転した時点で、モータ１６１の回転が停止する。

図２は、このときの状態、すなわちバルブ１３０が閉状態にあるときの試料チャンバ１１０の断面を示したものである。この状態では、リング保持部材１４２がコイルバネ１４４によって上方に付勢されることでＯリング１４１が仕切り板１１１に押しつけられる。その結果、開口１１３の周囲が気密にシールされるため、試料チャンバ１１０のドア（図１中の符号１１０ａ）を開放しても分析チャンバ１８０の真空度を維持することができる。

このように、本実施例に係るバルブ１３０によれば、図４に示したように、バルブ１３０の開状態において封止部１４０、リンク部１５０、及び駆動部１６０を含めたバルブ１３０全体の上下方向の寸法を小さくすることができるため、図２４及び図２５に示した従来のバルブのように、バルブが試料チャンバの下方に大きく突出することがない。その結果、本実施例に係るバルブ１３０を備えたＭＡＬＤＩ−ＭＳでは、装置全体の上下方向の寸法を小さくすることができる。

なお、上記では、封止部１４０の重心を作用点Ｐａを挟んでＯリング１４１と逆の側に位置させることにより、自重によってＯリング１４１が自然と上を向くような構成としたが、これに限らず、例えば、図６及び図７に示すように、リンク部１５０に、封止部１４０の姿勢を適切に維持するための補助アーム１５３を設けた構成としてもよい。補助アーム１５３は、一端が封止部１４０のベース部材１４３に回動可能に軸着され、他端が駆動部１６０のボールナット１６３に回動可能に軸着されている。以下、補助アーム１５３とベース部材１４３の接続点を作用点Ｐａ’とよび、補助アーム１５３とボールナット１６３の接続点を駆動点Ｐｄ’とよぶ。図６及び図７に示す構成において、補助アーム１５３の作用点Ｐａ’と長アーム１５１の作用点Ｐａとを結ぶ直線と、補助アームの駆動点Ｐｄ’と長アームの駆動点Ｐｄとを結ぶ直線とはいずれもＹ軸に平行となっており、更に、補助アーム１５３の作用点Ｐａ’と駆動点Ｐｄ’とを結ぶ直線と、長アームの作用点Ｐａと駆動点Ｐｄを結ぶ直線とは互いに平行になっている。したがって、補助アーム１５３と長アーム１５１とは共同して平行リンク機構を形成しており、図６及び図７に示すように、ボールナット１６３をＹ軸方向に移動させた際も、両アーム１５１、１５３の作用点Ｐａ、Ｐａ’を結ぶ直線は常にＹ軸と平行に維持される。これにより、Ｏリング１４１が常に開口１１３と平行になるように封止部１４０の姿勢を維持することができるため、例えば、開口中心軸Ａを水平方向に向けた状態（すなわち、図６及び図７を右方向又は左方向に９０度回転させた状態）においても開口１１３を確実に封止することができる。

また、上記実施例では、駆動部１６０として、モータ１６１と、ボールネジ１６２及びボールナット１６３を用いた回転直動変換機構を用いる構成としたが、これに限定されるものではない。例えば、回転直動変換機構としてその他の機構、例えば、ラック・アンド・ピニオン等を採用したり、駆動部１６０として、ボイスコイルモータのようなリニアアクチュエータを用いたりしてもよい。

また更に、駆動部１６０として、試料チャンバ１１０の外部から磁力によって駆動点Ｐｄを移動させる機構を採用してもよい。この場合の構成例を図８に示す。この例では、試料チャンバ１１０内に配置した強磁性体１６４に長アーム１５１の駆動点Ｐｄを回動可能に軸着すると共に、試料チャンバ１１０の床面を挟んで強磁性体１６４と対向する位置に磁石１６５を配置し、磁石１６５を所定の駆動機構（図示略）によってＹ軸方向に移動させる構成となっている。この場合、試料チャンバ１１０の床面は非磁性体から成るものとする。なお、磁石１６５を移動させるための駆動源としては、例えば、モータと回転直動変換機構から成るものや、リニアアクチュエータから成るものなどを用いることができる。このような構成によれば、試料チャンバ１１０の外側で磁石１６５をＹ軸方向に移動させることにより、試料チャンバ１１０の内側に配置された強磁性体１６４及びそれに接続された長アーム１５１の駆動点ＰｄをＹ軸方向に直線移動させることができる。なお、ここでは長アーム１５１に強磁性体１６４を取り付け、試料チャンバ１１０の外部に磁石１６５を配置したが、これとは逆に長アーム１５１に磁石を取り付け、試料チャンバ１１０の外部に強磁性体を配置してもよい。また、長アーム１５１に磁石を取り付けると共に、試料チャンバ１１０の外部にも磁石を配置し、両磁石を互いに引き合う極が対向するように配置した構成としてもよい。なお、磁石は永久磁石であっても電磁石であってもよい。

また更に、バルブ１３０の駆動手段として試料チャンバ１１０内に設けられているＸＹステージ１２２を利用する構成としてもよい。このような場合の構成例を図９〜図１２に示す。なお、図１０及び図１２は試料チャンバ１１０の上面図であり、これらの図では、仕切り板１１１及びエキストラクタ電極１１２の図示を省略している。また、図９及び図１１は、それぞれ図１０及び図１２に示す試料チャンバ１１０のＢ−Ｂ’矢視断面図に相当する。

上述したようにＸＹステージ１２２は、Ｙ方向直動軸受１２２ａと、Ｘ方向直動軸受１２２ｂと、移動ステージ１２２ｃとを備えており、Ｘ方向直動軸受１２２ｂはＹ方向直動軸受１２２ａのレールに沿って移動することができ、移動ステージ１２２ｃはＸ方向直動軸受１２２ｂのレールに沿って移動することができる。そこで、この例では、図９〜図１２に示すような形状の操作板１２３を設け、ＸＹステージ１２２が所定の位置に移動した際に操作板１２３が移動ステージ１２２ｃによって押されて移動し、それに伴って操作板１２３に連結された駆動点Ｐｄが移動するように構成する。

具体的には、操作板１２３は試料チャンバ１１０の床面に沿って摺動可能な摺動部１２３ａと上方（Ｚ軸方向＋側）に突出した突出部１２３ｂとを有し、摺動部１２３ａが二本のＹ方向直動軸受１２２ａのレールの間で且つＸ方向直動軸受１２２ｂが設けられた高さよりも下方に位置し、突出部１２３ｂが移動ステージ１２２ｃに対してＹ軸方向−側に位置するように配置される。操作板１２３の摺動部１２３ａにはバルブ１３０と干渉しないように切り欠き１２３ｃが設けられており、摺動部１２３ａの右側（Ｙ軸方向＋側）の端部はバルブ１３０の駆動点Ｐｄに接続される。バルブ１３０の駆動点Ｐｄには、更に引張バネ１２４が接続され、引張バネ１２４の他端は、バルブ１３０が開状態にあるとき（図９及び図１０）の駆動点Ｐｄの位置よりも右側（Ｙ軸方向＋側）に設けられた固定部１２５において試料チャンバ１１０に固定されている。

この構成では、図９及び図１０に示すように、移動ステージ１２２ｃが開口１１３の下に位置しているときには、移動ステージ１２２ｃは操作板１２３の突出部１２３ｂに当接しないようになっている。そのため、操作板１２３及び駆動点Ｐｄを左方向（Ｙ軸方向−側）に引っ張る力が加わらないため、操作板１２３及び駆動点Ｐｄは、引張バネ１２４の弾性力により右方（Ｙ軸方向＋側）に引かれた状態となる。このときの、操作板１２３の位置を以下では初期位置とよぶ。操作板１２３が初期位置にあるとき、バルブ１３０は開状態となって移動ステージ１２２ｃの下方に収まった状態となる（なお、図１０では移動ステージ１２２ｃ及びサンプルプレート１２１を破線で示している）。一方、上記の状態から、図１１及び図１２に示すように、移動ステージ１２２ｃを開口１１３の下から外れるまで左方（Ｙ軸方向−側）に移動させると、移動ステージ１２２ｃの左側の端縁によって突出部１２３ｂが押されて操作板１２３が初期位置から左方に移動し、これに伴って、引張バネ１２４の弾性力に抗してバルブ１３０の駆動点Ｐｄが左方に移動する。その結果、バルブ１３０の封止部１４０が上方（Ｚ軸方向＋側）に移動して開口１１３が封止される。

このような構成によれば、ＸＹステージ１２２の駆動機構をバルブ１３０の駆動部としても利用することができるため、ＸＹステージ１２２用とバルブ１３０用に駆動機構を別途設ける必要がなくなり、低コスト化を実現することができる。なお、図９〜図１２では、ＸＹステージの駆動機構を図示していないが、該駆動機構としては従来既知のいかなるものを用いてもよい。

また、以上の例では、リンク機構をスコットラッセルリンク機構、すなわち連結点から固定点、作用点、及び駆動点までの距離がいずれも等しいものを採用した構成を示したが、実施例１におけるリンク機構はこれらの距離が必ずしも等しくなくてもよい。例えば、図１３に示すように、連結点Ｐｃから他の三点（固定点Ｐｆ、駆動点Ｐｄ、作用点Ｐａ）までの距離がいずれも異なるものとしたり、連結点Ｐｃから前記他の三点のうちの二点までの距離が等しく、残り一点までの距離が異なるものとした場合にも、駆動点Ｐｄの往復動に伴って封止部１４０を開口１１３に対して接近及び離間させることができる。

以下、本発明の実施例２について図１４及び図１５を参照しつつ説明する。なお、これらの図において、既に説明した実施例１と同一又は対応する構成要素については数字の下二桁が共通する符号を付し、適宜説明を省略する。本実施例に係るバルブ２３０は、いずれもスコットラッセルリンク機構から成る第１のリンク部２５０ａと第２のリンク部２５０ｂを備えたものである。第１のリンク部２５０ａ及び第２のリンク部２５０ｂ、及び各々に接続された駆動部２６０ａ及び駆動部２６０ｂは、開口中心軸Ａを挟んで線対称な構成となっており、その作用点Ｐａ１、Ｐａ２は、それぞれ封止部２４０のベース部材２４３に回動可能に固定されている。また、各リンク部２５０ａ、２５０ｂの駆動点Ｐｄ１、Ｐｄ２は、いずれもボールネジ２６２ａ、２６２ｂに螺合されたボールナット２６３ａ、２６３ｂに回動可能に接続されており、モータ２６１ａ、２６１ｂを同時に回転させることにより開口中心軸Ａを挟んで対称な方向に水平移動するようになっている。このような構成によれば、Ｏリング２４１が開口２１３に対して常に水平に維持され、その結果、バルブ２３０を閉鎖する際にＯリング２４１が開口２１３に対して垂直に押しつけられるため、確実な封止を達成できる。

次に、本発明の実施例３について図１６〜図１８を参照しつつ説明する。なお、同図において、既に説明した実施例１と同一又は対応する構成要素については下二桁が共通する符号を付し、適宜説明を省略する。本実施例に係るバルブ３３０は、実施例１における長アーム３５１として板バネを使用したものであり、長アーム３５１の先端には、Ｏリング３４１が取り付けられている。なお、Ｏリング３４１は長アーム３５１の先端部の上面に環状の溝を形成してそこに埋め込むようにしてもよく、接着剤などにより長アーム３５１の先端に取り付けるようにしてもよい。本実施例において、連結点Ｐｃから長アーム３５１におけるＯリング３４１の取り付け位置（作用点Ｐａに相当）までの長さは、連結点Ｐｃから他の二点（固定点Ｐｆ及び駆動点Ｐｄ）までの長さよりも長くなっている。そのため、本実施例に係るバルブ３３０における作用点Ｐａは、駆動点Ｐｄの移動方向と直角な方向に直線移動せず、斜め方向に移動することとなる。

このような構成において、図１６の状態、すなわちバルブ３３０が開の状態から駆動点ＰｄをＹ軸方向−側に移動させていくと、図１７に示すように、長アーム３５１の先端が斜め上方に移動していき、その後、長アーム３５１の先端がエキストラクタ電極３１２（すなわち隔壁）の下面に当接する。このときＯリング３４１は開口３１３に対して傾斜した姿勢で接近していくが、長アーム３５１の先端が隔壁に当接した状態から更に長アーム３５１を回動させることにより、長アーム３５１の連結点Ｐｃよりも先端側の部分が湾曲していき、最終的にＯリング３４１の上面全体が開口３１３の周囲に当接する（図１８）。また、このとき、板バネである長アーム３５１によってＯリング３４１を上方に付勢する力が働くため、Ｏリング３４１が隔壁に押しつけられ、開口３１３が気密に封止される。

なお、図１６〜図１８では、連結点Ｐｃから作用点Ｐａまでの長さ（長さＡとする）が、連結点Ｐｃから固定点Ｐｆまでの長さ（長さＢとする）及び連結点Ｐｃから駆動点Ｐｄまでの長さ（長さＣとする）よりも長いものとしたが、各部の長さはこれに限定されるものではない。例えば、長さＡを、長さＢ及びＣと等しくしたり、長さＢ及びＣよりも短くしたりしてもよい。また、長さＡ、Ｂ、及びＣがいずれも異なるようにしてもよい。

なお、本実施例及び実施例２における駆動機構もボールネジとボールナットを用いるものに限定されるものではない。該駆動機構は、駆動点Ｐｄを直線的に移動させることが可能であれば、いかなるものでもよく、例えば、図８や図９〜図１２で示した駆動機構を適用することもできる。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を挙げて説明を行ったが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で適宜変更が許容される。

例えば、上記実施例１〜３では、本発明に係るバルブを質量分析装置の試料チャンバに配置されるものとしたが、これに限らず、各種の真空装置に設けられた真空室において壁面に設けられた開口を開閉するためのバルブとするなど、空間を仕切る隔壁に設けられた開口を開閉するものであれば、いかなる用途に適用してもよい。

また、本発明のバルブを、実施例２で示したような、開口中心軸Ａを挟んで対称に配設された２つのリンク部２５０ａ、２５０ｂを備えた構成とする場合、図１９及び図２０に示すように、各リンク部２５０ａ、２５０ｂの固定点Ｐｆ１、Ｐｆ２を仕切り板２１１側に固定した状態で使用することもできる。この場合、２つのリンク部２５０ａ、２５０ｂの駆動点Ｐｄ１、Ｐｄ２を互いに離間する方向に移動させると、封止部２４０が開口２１３に接近する方向に移動し、駆動点Ｐｄ１、Ｐｄ２を互いに接近する方向に移動させると、封止部２４０が開口２１３から離れる方向に移動する。

また、実施例１では、本発明に係るバルブを、別体に構成された一対の長アーム１５１ａ、１５１ｂと、同じく別体に構成された一対の短アーム１５２ａ、１５２ｂとを含むもの（図３）としたが、これに限らず、それぞれ一つの部材で構成された長アームと短アームを備えた構成としてもよい。この場合の例を図２１に示す。同図の例における長アーム４５１は、図３における一対の長アーム１５１ａ、１５１ｂが連結点Ｐｃと駆動点Ｐｄの間で互いに連結された構成に相当し、同図の例における短アーム４５２は、図３における一対の短アーム１５２ａ、１５２ｂが連結点Ｐｃ側の端部で互いに連結された構成に相当する。なお、図２１では、直動軸受４６３の一端に短アーム４５２の固定点Ｐｆが回動自在に取り付けられると共に、直動軸受４６３の他端を摺動自在なスライダ４６２に長アーム４５１の駆動点Ｐｄが回動自在に接続されており、図示しない駆動機構によりスライダ４６２を摺動させることで封止部４４０（コイルバネは図示を省略）を上下動させる構成となっている。但し、固定点Ｐｆの固定位置及び駆動点Ｐｄの駆動方法はこれに限定されるものではない。なお、実施例２における第１のリンク部２５０ａ及び第２のリンク部２５０ｂもそれぞれ同様に構成することができる。

また、本発明に係るバルブを質量分析装置の試料チャンバに配置する場合、バルブをＸＹステージの上に配置することもできる。この場合の例を図２２、図２３に示す。この例では、ＸＹステージ１２２の移動ステージ１２２ｃ上において、サンプルプレート１２１に隣接する位置に本発明に係るバルブ１３０が配置されている。この構成において、試料の分析を行う際には、サンプルプレート１２１が開口中心軸Ａ上に位置するように移動ステージ１２２ｃを移動させ、サンプルプレート１２１を交換する際には、バルブ１３０の封止部１４０が開口中心軸Ａ上に位置するように移動ステージ１２２ｃを移動させた上で、封止部１４０を上昇させて開口を封止する。なお、図２２、図２３では、本発明に係るバルブとして実施例１に係るバルブを図示したが、実施例２、３に係るバルブも同様にＸＹステージ上に配置することが可能である。

１１０、２１０、３１０…試料チャンバ
１１０ａ…ドア
１１１、２１１、３１１…仕切り板
１１２、２１２、３１２…エキストラクタ電極
１１３、２１３、３１３…開口
１２１…サンプルプレート
１２２…ＸＹステージ
１２２ａ…Ｙ方向直動軸受
１２２ｂ…Ｘ方向直動軸受
１２２ｃ…移動ステージ
１２３…操作板
１２３ａ…摺動部
１２３ｂ…突出部
１２４…引張バネ
１２５…固定部
１３０、２３０、３３０…バルブ
１４０、２４０、３４０…封止部
１４１、２４１、３４１…Ｏリング
１４２、２４２…リング保持部材
１４３、２４３…ベース部材
１４４、２４４…コイルバネ
１５０、３５０…リンク部
２５０ａ…第１のリンク部
２５０ｂ…第２のリンク部
１５１、２５１ａ、２５１ｂ、３５１、４５１…長アーム
１５２、２５２ａ、２５２ｂ、３５２、４５２…短アーム
１５３…補助アーム
１６０、２６０、３６０…駆動部
１６１、２６１、３６１…モータ
１６２、２６２、３６２…ボールネジ
１６３、２６３、３６３…ボールナット
１６４…強磁性体
１６５…磁石
１７１、２７１、３７１…軸支部材
１８０…分析チャンバ
１８１…加速電極
１８２…フライトチューブ
１８３…検出器
１８４…レーザ照射部
１８５…窓部
１８６…ミラー
１８８、１８９…ターボ分子ポンプ
１９０…ロータリポンプ
Ａ…開口中心軸
Ｐａ…作用点
Ｐｃ…連結点
Ｐｄ…駆動点
Ｐｆ…固定点

Claims (7)

1. ＸＹ平面内で移動可能な移動ステージを含むＸＹステージが設けられた真空室の内部に設けられ、該真空室の前記ＸＹ平面と平行な壁面に設けられた開口を開閉するためのバルブであって、
   a)前記開口に圧接されることにより該開口を封止するシール部材を備えた封止部と、
   b)前記開口の中心を通り前記壁面に垂直な軸である開口中心軸と直交する方向の駆動力を発生する駆動手段と、
   c)第１アームと、該第１アーム上の一点である連結点で該第１アームに対して回動可能に軸着された第２アームとを有し、前記第１アーム上の前記連結点を挟んで一方の側に前記封止部が連結されると共に、前記第１アーム上の前記連結点を挟んで他方の側に位置する点である駆動点に前記駆動手段が連結され、前記第２アーム上の一点である固定点が、前記連結点における回動軸と平行な軸周りに回動可能に固定されているリンク機構と、
   を有し、
   前記駆動手段によって前記駆動点を往復動させることにより、前記シール部材が前記壁面に接近及び離間するように移動するものであって、
   前記シール部材を前記壁面から離間させた状態において、前記封止部及び前記リンク機構が、前記真空室内の、前記ＸＹ平面を挟んで前記開口とは逆の側に配置されることを特徴とするバルブ。
2. 前記リンク機構が、スコットラッセルリンク機構であることを特徴とする請求項１に記載のバルブ。
3. 前記封止部が、更に、前記シール部材が前記開口に当接した状態において該シール部材を前記開口に向けて付勢する付勢手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のバルブ。
4. 前記駆動手段として、前記ＸＹステージを利用することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のバルブ。
5. a)前記開口に圧接されることにより該開口を封止するシール部材を備えた封止部と、
   b)前記開口の中心を通り前記隔壁に垂直な軸である開口中心軸と直交する方向の駆動力を発生する駆動手段と、
   c)第１アームと、該第１アーム上の一点である連結点で該第１アームに対して回動可能に軸着された第２アームとを有し、前記第１アーム上の前記連結点を挟んで一方の側に前記封止部が連結されると共に、前記第１アーム上の前記連結点を挟んで他方の側に位置する点である駆動点に前記駆動手段が連結され、前記第２アーム上の一点である固定点が、前記連結点における回動軸と平行な軸周りに回動可能に固定されているリンク機構と、
   を有し、
   前記リンク機構が、前記開口中心軸を挟んで対称に配設された２つのスコットラッセルリンク機構を有するものであって、
   前記駆動手段が、前記２つのスコットラッセルリンク機構に対し、前記開口中心軸と直交し、且つ互いに逆方向の駆動力を同時に付与するものであって、
   前記互いに逆方向の駆動力を、前記２つのスコットラッセルリンク機構によって前記開口中心軸に対して平行且つ互いに同一方向の駆動力に変換することにより、前記封止部を該開口中心軸に沿って移動させることを特徴とするバルブ。
6. 空間を仕切る隔壁に設けられた開口を開閉するためのバルブであって、
   a)前記開口に圧接されることにより該開口を封止するシール部材と、
   b)前記開口の中心を通り前記隔壁に垂直な軸である開口中心軸と直交する方向の駆動力を発生する駆動手段と、
   c)第１アームと、該第１アーム上の一点である連結点で該第１アームに対して回動可能に軸着された第２アームとを有し、前記第１アーム上の前記連結点を挟んで一方の側に前記シール部材が連結されると共に、前記第１アーム上の前記連結点を挟んで他方の側に位置する点である駆動点に前記駆動手段が連結され、前記第２アーム上の一点である固定点が、前記連結点における回動軸と平行な軸周りに回動可能に固定されているリンク機構と、
   を有し、
   前記駆動手段によって前記駆動点を往復動させることにより、前記シール部材が前記隔壁に接近及び離間するように移動し、該シール部材が前記開口の周縁部に当接した際に、前記第１アームが弾性変形して該シール部材を該開口に向けて付勢することを特徴とするバルブ。
7. 質量分析装置の試料チャンバと分析チャンバの間の隔壁に設けられた開口を開閉するためのバルブであって、
   前記駆動手段として、前記試料チャンバに設けられ、試料を前記隔壁と平行な面内で移動させるためのＸＹステージを利用することを特徴とする請求項５又は６に記載のバルブ。

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