JP7001010B2 - 分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、真空チャンバを支持するフレーム構造体を有する分析装置に関する。

一般に、質量分析装置は、真空チャンバ内にイオン源、イオンレンズ、四重極マスフィルタおよびイオン検出器等の構成要素を備える。真空チャンバの内部を高い真空状態に維持するためにターボ分子ポンプが用いられる（例えば特許文献１参照）。

再公表特許ＷＯ２０１３／１６８２２０号公報

上記の質量分析装置では、真空チャンバがフレーム構造体により支持されている。ここで、フレーム構造体とは、柱および梁等の複数のフレーム部材により構成された構造体をいう。

ターボ分子ポンプは、例えば、真空チャンバの側壁に取り付けられる。真空チャンバおよびターボ分子ポンプは大きな重量を有するため、フレーム構造体は多数のフレーム部材を溶接することにより作製される。各フレーム部材は板金により形成される。

測定時には、真空チャンバは一定の温度に調整される。ターボ分子ポンプは発熱するため、ターボ分子ポンプの発熱部の熱を真空チャンバから遮断するために、フレーム構造体においてターボ分子ポンプの発熱部が位置する空間と真空チャンバが位置する空間とを仕切る仕切り板が設けられる。

ターボ分子ポンプのメンテナンス時には、ターボ分子ポンプをフレーム構造体から外部に取り外す必要がある。しかしながら、ターボ分子ポンプの周囲には、一部のフレーム部材および仕切り板が存在するため、ターボ分子ポンプの取り外し作業が煩雑となる。それにより、ターボ分子ポンプのメンテナンス性の向上が求められる。

本発明の目的は、フレーム構造体内のポンプのメンテナンス性が向上された分析装置を提供することである。

（１）本発明に係る分析装置は、真空チャンバを有する分析部と、真空チャンバに取り付けられたポンプと、分析部を支持するフレーム構造体とを備え、フレーム構造体は、互いに接続された複数のフレーム部材と、真空チャンバが位置する第１の空間とポンプの発熱部が位置する第２の空間とを区画する隔壁とを含み、複数のフレーム部材は仕切りフレーム部材を含み、仕切りフレーム部材は、一方向に延びる主フレーム部と、主フレーム部に一体的に設けられかつ隔壁の少なくとも一部を構成する仕切り部とを含み、仕切り部は、主フレーム部と反対側の縁部に第１の開口を有し、仕切りフレーム部材は、仕切り部の第１の開口をポンプの少なくとも一部が通過するように他のフレーム部材に着脱可能に取り付けられ、他のフレームから取り外された場合に、ポンプから遠ざかる方向にフレーム構造体から引き出し可能に設けられる。

その分析装置においては、分析部の真空チャンバにポンプが取り付けられている。フレーム構造体の仕切りフレーム部材の主フレーム部は他のフレーム部材とともに分析部を支持する。また、仕切りフレーム部材の仕切り部は、分析部の真空チャンバが位置する第１の空間とポンプの発熱部が位置する第２の空間とを区画する。ポンプの少なくとも一部は仕切り部の第１の開口を通過する。このような構成により、ポンプの発熱部から真空チャンバへの熱の移動が遮断される。

メンテナンス時には、作業者は、仕切りフレーム部材を他のフレーム部材から取り外し、ポンプから遠ざかる方向にフレーム構造体から引き出すことができる。それにより、ポンプの周囲に作業空間が形成される。この場合、主フレーム部と仕切り部とが一体化されているので、主フレームおよび仕切り部を同時に引き出すことができる。その結果、ポンプのメンテナンス性が向上される。

（２）主フレーム部は、一方向に平行な第１および第２の辺を有し、仕切り部は、主フレーム部に対して屈曲または湾曲するように主フレーム部の第１の辺に沿って設けられてもよい。この場合、仕切りフレーム部材の構成が単純化される。

（３）仕切りフレーム部材は、主フレーム部に対して屈曲または湾曲するように主フレーム部の第２の辺に沿って設けられた補強部をさらに含んでもよい。この場合、仕切りフレーム部材の全体の剛性が向上する。

（４）ポンプは、真空チャンバから水平方向に突出するように設けられ、第１の空間と第２の空間とは水平方向に並ぶように配置され、主フレーム部は、上下方向に延びるように設けられ、仕切り部は、上下方向に延びるように主フレーム部に設けられてもよい。この場合、仕切りフレーム部材の主フレーム部により分析部の重量が支持され、仕切り部により水平方向の熱の移動が遮断される。

（５）複数のフレーム部材は、上下方向に延びかつ真空チャンバを支持する複数の柱部材を含み、仕切りフレーム部材は、複数の柱部材の一部を構成してもよい。この場合、仕切りフレーム部材をフレーム構造体から引き出すことにより柱部材の一部を仕切り部とともにポンプの周囲から容易に取り除くことができる。

（６）隔壁は、仕切りフレーム部材の仕切り部に隣接するように配置された仕切り板を含み、仕切り板は、仕切り部に隣接する縁部に第２の開口を有し、仕切り部の第１の開口および仕切り板の第２の開口により閉じた開口部が形成され、ポンプは、閉じた開口部を通過するように配置されてもよい。

この場合、仕切り部の第１の開口と仕切り板の第２の開口とにより形成された開口部をポンプが通過する。それにより、ポンプの周囲における熱の移動を十分に遮断することができる。

本発明によれば、フレーム構造体内のポンプのメンテナンス性が向上される。

本発明の一実施の形態に係る分析装置の斜視図である。 図１の分析装置におけるフレーム構造体の斜視図である。 図１の分析装置の正面図である。 図１の分析装置の左側面図である。 仕切りフレーム部材、仕切り板および柱部材を示す斜視図である。 仕切りフレーム部材と柱部材とが連結された状態を示す正面図である。

以下、本発明の実施の形態に係る分析装置について図面を参照しながら詳細に説明する。

（１）分析装置の全体の構成
図１は本発明の一実施の形態に係る分析装置の斜視図である。図２は図１の分析装置におけるフレーム構造体の斜視図である。図１および図２ならびに後述する図３～図６において、互いに直交する３方向を矢印で表す。本実施の形態では、矢印Ｘの方向を前方と定義し、矢印Ｙの方向を一側方（左方）と定義し、矢印Ｚの方向を上方と定義する。

図１の分析装置１００は、分析部１およびフレーム構造体２を備える。分析部１は、例えば、高速液体クロマトグラフ質量分析計である。分析部１は、イオン化部１１、真空チャンバ１２およびターボ分子ポンプ１３を含む。イオン化部１１内にはイオン源が設けられている。真空チャンバ１２は、チャンバ支持部１２ａおよびチャンバ本体部１２ｂにより構成される。真空チャンバ１２内には、イオンレンズ、四重極マスフィルタおよびイオン検出器等が設けられている。

イオン化部１１は、チャンバ支持部１２ａから水平方向に延びるように設けられている。チャンバ本体部１２ｂはチャンバ支持部１２ａから下方に延びるように設けられている。ターボ分子ポンプ１３は、チャンバ本体部１２ｂの側壁から水平方向に突出するように設けられている。本実施の形態では、ターボ分子ポンプ１３は、チャンバ本体部１２ｂの側壁から左方に突出するように設けられている。分析部１はフレーム構造体２により支持される。

フレーム構造体２は、複数のフレーム部材を溶接等により接続することにより作製される。各フレーム部材は、例えば板金加工により形成される。図２に示すように、複数のフレーム部材は、複数の柱部材２１，２２，２３、複数の底部材２４、複数の梁部材２５、支持板２６，２７、棚板２８および仕切りフレーム部材３０を含む。仕切りフレーム部材３０の構造および機能については図５および図６を用いて後述する。

１対の底部材２４は互いに平行かつ左右方向に延びるように配置されている。１対の底部材２４の両端部に垂直方向に延びる４つの柱部材２１が接続されている。前方の底部材２４の中間部に垂直方向に延びるように仕切りフレーム部材３０および柱部材２２が取り付けられている。仕切りフレーム部材３０は、柱部材２２の下端および底部材２４に着脱可能に連結されている。後方の底部材２４の中間部に垂直方向に延びるように柱部材２３が接続されている。

左の１対の柱部材２１の上端および中間の柱部材２２，２３の側部に支持板２６が水平に接続されている。左の１対の柱部材２１の側部および中間の柱部材２２，２３の側部に棚板２８が水平に接続されている。右の１対の柱部材２１の上端および中間の柱部材２２，２３の上端に支持板２７が水平に接続されている。支持板２７には、円形の開口５０が形成されている。以下、支持板２７の下方の空間を空間ＳＰ１と呼ぶ。棚板２８の下方の空間を空間ＳＰ２と呼び、支持板２６と棚板２８との間の空間を空間ＳＰ３と呼ぶ。

図１に示すように、分析部１のチャンバ本体部１２ｂが空間ＳＰ１内で上下方向に延びるようにチャンバ支持部１２が支持板２７上に支持されている。分析部１のイオン化部１１は、支持板２６上に支持されている。棚板２８上には、例えば電源装置（図示せず）および制御基板（図示せず）等が配置される。

図３は図１の分析装置１００の正面図である。図４は図１の分析装置１００の左側面図である。図３に示される空間ＳＰ１と空間ＳＰ３とを区画するように図４の仕切り板４１が設けられている。仕切り板４１は、柱部材２２および柱部材２３（図２参照）に取り付けられている。

図３に示すように、ターボ分子ポンプ１３は、空間ＳＰ１から空間ＳＰ２へ突出するように配置されている。ターボ分子ポンプ１３の発熱部１３ａは空間ＳＰ２に位置する。図３の空間ＳＰ１と空間ＳＰ２とを区画するように仕切り板４０および仕切り部３２（図４）が設けられている。仕切り板４０は、図１の柱部材２３、底部材２４および棚板２８に取り付けられている。仕切り部３２は、仕切りフレーム部材３０の一部を構成する。

図４に示される仕切り部３０および仕切り板４０，４１が空間ＳＰ１を空間ＳＰ２，ＳＰ３から区画する隔壁を構成する。仕切り部３２には、半円形の開口（切り欠き）３９が形成されている。仕切り板４０には、半円形の開口（切り欠き）４３が形成されている。仕切り部３２の開口３９および仕切り板４０の開口４３により閉じた円形の開口部６０が形成される。ターボ分子ポンプ１３は開口部６０を通過する。

（２）仕切りフレーム部材３０の構成
図５は仕切りフレーム部材３０、仕切り板４０，４１および柱部材２２を示す斜視図である。図５に示すように、仕切りフレーム部材３０は、例えば板金加工により作製され、平板状の主フレーム部３１、平板状の仕切り部３２および平板状の補強部３３を含む。主フレーム部３１は、長尺の長方形状を有し、互いに平行でかつ上下方向に延びる第１の辺３１ａおよび第２の辺３１ｂを有する。

仕切り部３２は、長方形状を有し、主フレーム部３１に対して直角に屈曲するように主フレーム部３１の第１の辺３１ａに沿って設けられている。仕切り部３２の下端には、仕切り部３２に対して直角に屈曲するように水平な平板状の取り付け部３４が設けられている。取り付け部３４は、水平方向に延びるように形成されている。

仕切り部３２の上端には、垂直な平板状の取り付け部３６が設けられている。取り付け部３６は、仕切り部３２の上端が上方に延長されかつ水平方向に延びるように形成されている。取り付け部３６の後端には、取り付け部３６に対して直角に屈曲するように平板状の取り付け部３７が設けられている。主フレーム部３１と反対側における仕切り部３２の上下方向の縁には、第１の開口としての半円形の開口（切り欠き）３９が形成されている。

補強部３３は、長尺の長方形状を有し、主フレーム部３１に対して直角に屈曲するように主フレーム部３１の第２の辺３１ｂに沿って設けられている。補強部３３の前後方向の幅は、仕切り部３２の前後方向の幅よりも小さい。仕切り部３２と補強部３３とは互いに平行に形成されている。仕切り部３２と補強部３３とは対向する。補強部３３の下端には、補強部３３に対して直角に屈曲するように水平な平板状の取り付け部３５が設けられている。補強部３３の上端には、垂直な平板状の取り付け部３８が設けられている。取り付け部３８は、補強部３３から上方に突出するように垂直に形成されている。

主フレーム部３１と仕切り部３２との境界の下端には切り欠きｎ１が形成されている。主フレーム部３１と補強部３３との境界の下端には切り欠きｎ２が形成されている。取り付け部３６の前端には切り欠きｎ３が形成され、取り付け部３８の前端には切り欠きｎ４が形成されている。主フレーム部３１の上端の高さは、切り欠きｎ３，ｎ４の下端の高さに等しい。

取り付け部３４にはネジ孔Ｈ１が形成され、取り付け部３５にはネジ孔Ｈ２が形成されている。取り付け部３６にはネジ孔Ｈ３，Ｈ４が形成され。取り付け部３７にはネジ孔Ｈ５が形成され、取り付け部３８にはネジ孔Ｈ６が形成されている。

柱部材２２は、長尺の長方形状の主フレーム部２２ａおよび長尺の長方形状の補強部２２ｂ，２２ｃを含む。主フレーム部２２ａは上下方向に延びる２辺を有する。補強部２２ｂは、主フレーム部２２ａに対して直角に屈曲するように主フレーム部２２ａの一辺に沿って設けられている。補強部２２ｃは、主フレーム部２２ａに対して直角に屈曲するように主フレーム部２２ａの他辺に沿って設けられている。

補強部２２ｂおよび棚板２８に仕切り板４１が取り付けられる。仕切りフレーム部材３０の仕切り部３２に隣接するように仕切り板４０が配置される。仕切り部３２に隣接する仕切り板４０の上下方向の縁には、第２の開口として半円形の開口４３が形成されている。仕切り板４０の前端の上部には、平板状の取り付け部４２が仕切り板４０に対して直角に屈曲するように設けられている。補強部２２ｂの下端近傍にネジ孔Ｈ７が形成され、仕切り板４１の下端近傍にネジ孔Ｈ８が形成されている。取り付け部４２にネジ孔Ｈ９が形成され、補強部２２ｃにネジ孔Ｈ１０が形成されている。

（３）仕切りフレーム部材３０の取り付けおよび取り外し方法
図６は仕切りフレーム部材３０と柱部材２２とが連結された状態を示す正面図である。図６に示すように、フレーム構造体２への仕切りフレーム部材３０の取り付け時には、仕切りフレーム部材３０の上端が柱部材２２の下端に嵌め込まれるとともに、仕切りフレーム部材３０の下端が底部材２４上に位置決めされる。それにより、仕切りフレーム部材３０の取り付け部３６，３８の内側面が柱部材２２の補強部２２ｂ，２２ｃの外側面に接する。

また、仕切りフレーム部材３０の取り付け部３７の後面が取り付け部４２の前面に接する。このとき、図５の仕切りフレーム部材３０のネジ孔Ｈ３，Ｈ４，Ｈ５，Ｈ６が柱部材２２のネジ孔Ｈ７、仕切り板４１のネジ孔Ｈ８、取り付け部４２のネジ孔Ｈ９および柱部材２２のネジ孔Ｈ１０にそれぞれ重なる。

この状態で、図５の取り付け部３４，３５のネジ孔Ｈ１，Ｈ２を通して図６のネジＢ１，Ｂ２が底部材２４に取り付けられる。また、図６に示すように、ネジＢ３～Ｂ６がそれぞれ重なったネジ孔に取り付けられる。それにより、仕切りフレーム部材３０が柱部材２２、底部材２４および仕切り板４０，４１に取り付けられる。

フレーム構造体２からの仕切りフレーム部材３０の取り外し時には、ネジＢ１～Ｂ６が取り外される。それにより、仕切りフレーム部材３０が柱部材２２、底部材２４および仕切り板４０，４１から取り外される。この状態で、図１に矢印Ａで示すように、作業者が仕切りフレーム部材３０をフレーム構造体２の前方に引き出す。

（４）実施の形態の効果
本実施の形態に係る分析装置１００においては、フレーム構造体２の仕切りフレーム部材３０の主フレーム部３１が他のフレーム部材とともに分析部１を支持する。また、仕切りフレーム部材３０の仕切り部３２は、分析部１の真空チャンバ１２が位置する空間ＳＰ１とターボ分子ポンプ１３の発熱部１３ａが位置する空間ＳＰ２とを区画する。この場合、ターボ分子ポンプ１３は仕切り部３２の開口３９および仕切り板４０の開口４３を通過する。このような構成により、ターボ分子ポンプ１３の発熱部１３ａと真空チャンバ１２とが熱的に遮断される。

メンテナンス時には、作業者は、仕切りフレーム部材３０を柱部材２２、底部材２４および仕切り板４０，４１から取り外し、ターボ分子ポンプ１３から遠ざかるようにフレーム構造体２の前方に引き出すことができる。それにより、ターボ分子ポンプ１３の前方に障害物が存在しない。したがって、ターボ分子ポンプ１３を真空チャンバ１２から容易に取り外すことができるとともに、ターボ分子ポンプ１３を真空チャンバ１２に容易に取り付けることができる。その結果、ターボ分子ポンプ１３のメンテナンス性が向上される。

（５）他の実施の形態
（ａ）上記実施の形態では、仕切りフレーム部材３０の仕切り部３２が主フレーム部３１に対して直角に屈曲するように設けられているが、仕切り部３２が主フレーム部３１に対して湾曲するように設けられてもよい。この場合、主フレーム部３１と仕切り部３２とが曲面で連続していてもよく、主フレーム部３１と補強部３３とが曲面で連続していてもよい。また、主フレーム部３０は、平板状ではなく、湾曲した板状に形成されてもよい。例えば、主フレーム部３０が半円筒状に形成されてもよい。

（ｂ）上記実施の形態では、仕切りフレーム部材３０の補強部３３が長尺の長方形状に形成されるが、補強部３３の形状はこれに限定されない。例えば、補強部３３が仕切り部３９と同一または類似の形状に形成されてもよい。この場合、補強部３３にも、ターボ分子ポンプ１３の少なくとも一部が通過可能な開口が形成される。

（ｃ）上記実施の形態では、仕切りフレーム部材３０の開口３９および仕切り板４０の開口４３がそれぞれ半円形状に形成されているが、開口３９，４３の形状はこれに限定されない。例えば、開口３９，４３が矩形状、台形状、多角形状または半楕円形状等の他の形状を有してもよい。この場合、開口部６０の形状は、矩形状、多角形状または楕円形状等の閉じた形状となる。なお、開口３９，４３は、ターボ分子ポンプ１３の断面の外形に近い形状を有することが好ましい。それにより、空間ＳＰ１と空間ＳＰ２との間での熱の移動が十分に遮断される。

（ｄ）上記実施の形態では、仕切りフレーム部材３０が上下方向に延びるように形成されているが、仕切りフレーム部材３０の方向はこれに限定されない。例えば、ターボ分子ポンプ１３が真空チャンバ１２から上下方向に突出するように設けられる場合には、仕切りフレーム部材３０が水平方向に配置されてもよい。この場合、仕切りフレーム部材３０は梁部材の一部として用いられる。

（ｅ）上記実施の形態では、真空チャンバ１２に取り付けられるポンプとしてターボ分子ポンプ１３が用いられるが、ポンプとして他の真空ポンプが用いられてもよい。

（ｆ）上記実施の形態では、分析部１が高速液体クロマトグラフ質量分析計であるが、分析部１はこれに限られない。分析部１が他の種類の質量分析機器であってもよく、真空チャンバを用いる他の分析機器であってもよい。例えば、分析部１が電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）であってもよい。

１…分析部，２…フレーム構造体，１１…イオン化部，１２…真空チャンバ，１２，１２ａ…チャンバ支持部，１２ｂ…チャンバ本体部，１３…ターボ分子ポンプ，１３ａ…発熱部，２１，２２，２３…柱部材，２２ａ，３１…主フレーム部，２２ｂ，２２ｃ，３３…補強部，２４…底部材，２５…梁部材，２６，２７…支持板，２８…棚板，３０…フレーム部材，３１ａ，３１ｂ…辺，３２…仕切り部，３４，３５，３６，３７，３８，４２…取り付け部，３４，Ｂ１～Ｂ６…ネジ，３９，５０…開口，４０，４１…仕切り板，１００…分析装置，Ｈ１～Ｈ１０…ネジ孔，ｎ３，ｎ４…切り欠き，ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３…空間

Claims (6)

1. 真空チャンバを有する分析部と、
   前記真空チャンバに取り付けられたポンプと、
   前記分析部を支持するフレーム構造体とを備え、
   前記フレーム構造体は、
   互いに接続された複数のフレーム部材と、
   前記真空チャンバが位置する第１の空間と前記ポンプの発熱部が位置する第２の空間とを区画する隔壁とを含み、
   前記複数のフレーム部材は仕切りフレーム部材を含み、
   前記仕切りフレーム部材は、
   一方向に延びる主フレーム部と、
   前記主フレーム部に一体的に設けられかつ前記隔壁の少なくとも一部を構成する仕切り部とを含み、
   前記仕切り部は、前記主フレーム部と反対側の縁部に第１の開口を有し、
   前記仕切りフレーム部材は、前記仕切り部の前記第１の開口を前記ポンプの少なくとも一部が通過するように他のフレーム部材に着脱可能に取り付けられ、前記他のフレームから取り外された場合に、前記ポンプから遠ざかる方向に前記フレーム構造体から引き出し可能に設けられた、分析装置。
2. 前記主フレーム部は、前記一方向に平行な第１および第２の辺を有し、
   前記仕切り部は、前記主フレーム部に対して屈曲または湾曲するように前記主フレーム部の前記第１の辺に沿って設けられた、請求項１記載の分析装置。
3. 前記仕切りフレーム部材は、前記主フレーム部に対して屈曲または湾曲するように前記主フレーム部の前記第２の辺に沿って設けられた補強部をさらに含む、請求項２記載の分析装置。
4. 前記ポンプは、前記真空チャンバから水平方向に突出するように設けられ、
   前記第１の空間と前記第２の空間とは水平方向に並ぶように配置され、
   前記主フレーム部は、上下方向に延びるように設けられ、
   前記仕切り部は、上下方向に延びるように前記主フレーム部に設けられた、請求項１～３のいずれか一項に記載の分析装置。
5. 前記複数のフレーム部材は、上下方向に延びかつ前記真空チャンバを支持する複数の柱部材を含み、
   前記仕切りフレーム部材は、前記複数の柱部材の一部を構成する、請求項１～４のいずれか一項に記載の分析装置。
6. 前記隔壁は、前記仕切りフレーム部材の前記仕切り部に隣接するように配置された仕切り板を含み、
   前記仕切り板は、前記仕切り部に隣接する縁部に第２の開口を有し、
   前記仕切り部の前記第１の開口および前記仕切り板の前記第２の開口により閉じた開口部が形成され、
   前記ポンプは、前記閉じた開口部を通過するように配置された、請求項１～５のいずれか一項に記載の分析装置。

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