(57)【要約】【課題】軸受寿命を向上させることができる分析装置用ターボ分子ポンプの提供。【解決手段】分析装置用ターボ分子ポンプ１は、タービン翼が形成された第１および第２タービンロータ２０，３０と、第１および第２タービンロータ２０，３０のシャフト１０を支持するボールベアリングＢＢと、シャフト１０を回転駆動するモータ９０，９１と、第１〜３吸気口７１〜７３が形成され、第１および第２タービンロータ２０，３０が収容される筒状の第１ハウジング７０と、第１ハウジング７０の軸方向端部に接続され、モータステータ９１およびボールベアリングＢＢが設けられる第２ハウジング８０と、第２ハウジング８０の外周面に形成された複数のピンフィン８６と、を備える。【選択図】図２
0003199803.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
タービン翼が形成されたロータと、
前記ロータの回転軸を支持するボールベアリングと、
前記回転軸を回転駆動するモータと、
吸気口が形成され、前記ロータが収容される筒状の第１筐体と、
前記筒状の第１筐体の軸方向端部に接続され、前記モータおよび前記ボールベアリングが設けられる第２筐体と、
前記第２筐体の外周面に形成された複数のピンフィンと、を備える分析装置用ターボ分子ポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載の分析装置用ターボ分子ポンプにおいて、
前記第２筐体は、前記ボールベアリングを保持する保持部を備え、
前記複数のピンフィンは、前記保持部の外周面に形成されている、分析装置用ターボ分子ポンプ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の分析装置用ターボ分子ポンプにおいて、
前記複数のピンフィンは、分析装置の冷却ファンからの冷却風が当たる面に形成されている、分析装置用ターボ分子ポンプ。
【請求項４】
請求項１または２に記載の分析装置用ターボ分子ポンプにおいて、
前記ピンフィンは断面形状が矩形の角柱である、分析装置用ターボ分子ポンプ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の分析装置用ターボ分子ポンプにおいて、
前記第２筐体には複数の吸気口が形成されている、分析装置用ターボ分子ポンプ。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、分析装置に使用される分析装置用ターボ分子ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
分析装置等に用いられるターボ分子ポンプとしては、例えば、特許文献１に記載のように複数の吸気口を備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。分析装置用のターボ分子ポンプには、低コストおよび小型であることが要求されるので、一般的に、軸受にはボールベアリングが使用される。分析装置においては、主に真空チャンバを高真空に排気するためにターボ分子ポンプが用いられるので、排気流量は小さい。そのため、発熱部は、主にモータおよびボールベアリングとなる。これらの冷却には、冷却ファン等を用いる空冷方式が一般的に用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１７４３号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ポンプ寿命は軸受部の寿命が支配的であり、軸受部の寿命を決定する重要なパラメータは軸受部の温度である。軸受寿命（主に、潤滑寿命）を延ばすには、軸受部の温度を低減させることが最も効果的である。そのためには、軸受部で発生した熱を効率よく逃がすことが重要である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本考案の好ましい態様による分析装置用ターボ分子ポンプは、タービン翼が形成されたロータと、前記ロータの回転軸を支持するボールベアリングと、前記回転軸を回転駆動するモータと、吸気口が形成され、前記ロータが収容される筒状の第１筐体と、前記筒状の第１筐体の軸方向端部に接続され、前記モータおよび前記ボールベアリングが設けられる第２筐体と、前記第２筐体の外周面に形成された複数のピンフィンと、を備える。
本考案の他の好ましい態様による分析装置用ターボ分子ポンプは、前記第２筐体は、前記ボールベアリングを保持する保持部を備え、前記複数のピンフィンは、前記保持部の外周面に形成されている。
本考案の他の好ましい態様による分析装置用ターボ分子ポンプは、前記複数のピンフィンは、分析装置の冷却ファンからの冷却風が当たる面に形成されている。
本考案の他の好ましい態様による分析装置用ターボ分子ポンプは、前記ピンフィンは断面形状が矩形の角柱である。
本考案の他の好ましい態様による分析装置用ターボ分子ポンプは、前記第２筐体には複数の吸気口が形成されている。
【考案の効果】
【０００６】
本考案によれば、分析装置用ターボ分子ポンプの軸受寿命を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本考案に係る分析装置用ターボ分子ポンプの一実施の形態を示す図である。
【図２】図２は、ターボ分子ポンプを軸方向に沿って断面した断面図である。
【図３】図３は、ピンフィンの形状を詳細に示す図である。
【図４】図４は、ターボ分子ポンプが搭載された分析装置の一例を示す図である。
【図５】図５は、比較例との対比を説明する図である。
【考案を実施するための形態】
【０００８】
以下、図を参照して本考案を実施するための形態について説明する。図１は、本考案に係る分析装置用ターボ分子ポンプ（以下では、単にターボ分子ポンプと呼ぶことにする）の一実施の形態を示す図である。ターボ分子ポンプ１は、第１ハウジング７０と第２ハウジング８０とを備えている。第１ハウジング７０には、第１吸気口７１、第２吸気口７２および第３吸気口７３が形成されたフランジ部７５が設けられている。各吸気口７１，７２，７３には、それぞれシールリングが装着されるシールリング溝７１ａ，７２ａ，７３ａが形成されている。第２ハウジング８０には後述するようにモータおよびボールベアリングが設けられ、第２ハウジング８０の表面（ターボ分子ポンプ１の底面）には放熱用のピンフィン８６が形成されている。
【０００９】
図２は、ターボ分子ポンプ１を軸方向に沿って断面した断面図である。第１ハウジング７０の内部には、第１タービンロータ２０，第２タービンロータ３０およびモータロータ９０が固定されたシャフト１０が設けられている。シャフト１０は、永久磁石４３，４４を用いた磁気軸受とボールベアリングＢＢとによって支持されている。モータロータ９０の外周側に設けられたモータステータ９１は、第２ハウジング８０のハウジング本体８７に保持されている。
【００１０】
ボールベアリングＢＢは、第２ハウジング８０に固定されるベアリングホルダ８３に保持されている。ベアリングホルダ８３の図示左側の端面には、底板８８が固定されている。第２ハウジング８０および底板８８のポンプ軸方向端面には、放熱用のピンフィン８６が複数形成されている。
【００１１】
永久磁石４４は、シャフト１０の図示右端部に形成された凹部内に固定されている。永久磁石４４の内側に配置された永久磁石４３は、磁石ホルダ４０に保持されている。磁石ホルダ４０はホルダ支持部４１に固定され、そのホルダ支持部４１は第１ハウジング７０に固定されている。磁石ホルダ４０には、ボールベアリング４２が設けられている。ボールベアリング４２は、永久磁石４４と永久磁石４３とが接触しないようにシャフト１０の振れ回りを規制する規制部材として機能する。
【００１２】
第１タービンロータ２０には、複数のタービン翼を備えた第１タービン翼段２１が軸方向に複数段形成されている。複数の第１タービン翼段２１に対して、複数のタービン翼を備えた第１固定翼段２２が軸方向に交互に配置されている。これらの第１タービン翼段２１と第１固定翼段２２とにより、第１ターボ分子ポンプステージＴＰ１が構成される。
【００１３】
第２タービンロータ３０には、複数のタービン翼を備えた第２タービン翼段３１が軸方向に複数段形成されている。複数の第２タービン翼段３１に対して、複数のタービン翼を備えた第２固定翼段３２が軸方向に交互に配置されている。これらの第２タービン翼段３１と第２固定翼段３２とにより、第２ターボ分子ポンプステージＴＰ２が構成される。第１固定翼段２２および第２固定翼段３２の軸方向（図示左右方向）の位置決めは、スペーサ２３，３３，５０によって行われる。
【００１４】
第２タービンロータ３０の第２タービン翼段３１よりもポンプ下流側（図示左側）には、円板部３４が形成されている。円板部３４には、第１円筒ロータ６２と第２円筒ロータ６３が固定されている。第２円筒ロータ６３は、第１円筒ロータ６２の内周側に配置される。第１円筒ロータ６２の外周側には第１ネジステータ６０が設けられ、第１円筒ロータ６２と第２円筒ロータ６３との間には第２ネジステータ６１が設けられている。第１ネジステータ６０には、第１ハウジング７０の第３吸気口７３と対向する位置に、貫通孔６０ａが形成されている。
【００１５】
第１ネジステータ６０の内周面、第２ネジステータ６１の外周面と内周面、および、第２円筒ロータ６３の内周面が対向する第２ハウジング８０の対向面には、ネジ溝およびネジ山がそれぞれ形成されている。第１および第２円筒ロータ６２，６３と第１および第２ネジステータ６０，６１と、第２ハウジング８０の対向面に形成されたネジ溝およびネジ山とにより、ホルベック（Holweck）ポンプステージＨＰが構成される。
【００１６】
図２の第１吸気口７１から流入した気体は、第１ターボ分子ポンプステージＴＰ１によって第１ターボ分子ポンプステージＴＰ１の下流側に排気される。また、第２吸気口７２から流入した気体、および、第１ターボ分子ポンプステージＴＰ１により排気された気体は、第２ターボ分子ポンプステージＴＰ２によって第２ターボ分子ポンプステージＴＰ２の下流側に排気される。第２ターボ分子ポンプステージＴＰ２により排気された気体、および、第３吸気口７３から流入した気体は、ホルベックポンプステージＨＰによって排気される。ホルベックポンプステージＨＰにより排気された気体は、第２ハウジング８０に形成された排気通路８１，８２を通過して、排気ポートＯＰから排出される。吸気口７１，７２，７３の圧力Ｐは、Ｐ（７１）＜Ｐ（７２）＜Ｐ（７３）のように下流側ほど高くなる。
【００１７】
図２に示すように、本実施の形態のターボ分子ポンプ１では、ボールベアリングＢＢおよびモータで発生した熱を放熱するためのピンフィン８６が、第２ハウジング８０のハウジング本体８７および底板８８に形成されている。図３は、ピンフィン８６が設けられたハウジング本体８７の一部を拡大して示した図である。各ピンフィン８６は、ａ×ｂの矩形断面を有する高さｈの柱状体を成している。高い放熱効率を得るためには、ａ×ｂは１０ｍｍ×１０ｍｍ以下、ｈ≧５ｍｍとするのが好ましい。
【００１８】
図３に示す例では、角柱形状のピンフィン８６が格子状に配列されている。そのため、溝加工によって縦横に複数の溝を形成するだけで、図３に示すような格子状のピンフィン８６を容易に形成することができる。
【００１９】
図４は、３つの吸気口７１〜７３を備えるターボ分子ポンプ１が搭載される質量分析装置１００の一例を示す図である。図４は、エレクトロスプレーイオン化法（ＥＳＩ）を用いた液体クロマトグラフ質量分析装置の概略構成を示す模式図である。質量分析装置１００は、イオン化室１５０と質量分析部１１０とを備えている。質量分析部１１０には、イオン化室１５０に隣接する第１中間室１１３と、第１中間室に隣接する第２中間室１１４と、第２中間室１１４に隣接する分析室１１５とがそれぞれ隔壁を介して設けられている。
【００２０】
ターボ分子ポンプ１の第１吸気口７１は、分析室１１５の排気口１３１に接続される。ターボ分子ポンプ１の第２吸気口７２は、第２中間室１１４の排気口１３２に接続される。ターボ分子ポンプ１の第３吸気口７３は、第１中間室１１３の排気口１３３に接続される。このように、圧力領域の異なる３つの空間（第１中間室１１３、第２中間室１１４および分析室１１５）を一つのターボ分子ポンプ１で排気する。
【００２１】
イオン化室１５０にはイオン化用スプレー１５１が設けられている。液体クロマトグラフ部ＬＣで成分分離された液体試料は、配管１５２によりイオン化用スプレー１５１に供給される。図示していないがイオン化用スプレー１５１にはネブライズガスが供給され、液体試料はイオン化用スプレー１５１により噴霧される。イオン化用スプレー１５１の先端には高電圧が印加されており、噴霧の際にイオン化される。第１中間室１１３とイオン化室１５０との間にはヒータブロック１１２が設けられており、ヒータブロック１１２にはイオン化室１５０と第１中間室１１３とを連通する脱溶媒管１２０が設けられている。脱溶媒管１２０は、イオン化室１５０で生成されたイオンや試料の液滴が通過する際に、脱溶媒化およびイオン化を促進する機能を有している。
【００２２】
第１中間室１１３には、第１イオンレンズ１２１が設けられている。第２中間室１１４には、オクタポール１２３とフォーカスレンズ１２４とが設けられている。第２中間室１１４と分析室１１５との間の隔壁には、細孔を有する入口レンズ１２５が設けられている。分析室１１５には、第１四重極ロッド１２６と、第２四重極ロッド１２７と、検出器１２８とが設けられている。
【００２３】
イオン化室１５０で生成されたイオンは、脱溶媒管１２０、第１中間室１１３の第１イオンレンズ１２１、スキマー１２２、第２中間室１１４のオクタポール１２３及びフォーカスレンズ１２４、入口レンズ１２５を順に経て分析室１１５に送られ、四重極ロッド１２６、１２７により不要イオンが排出され、検出器１２８に到達した特定イオンのみが検出されることになる。
【００２４】
図４に示すように、３つの吸気口を有するターボ分子ポンプ１は、シャフト１０が水平になるように質量分析装置１００に装着される。そして、第２ハウジング８０のピンフィン８６が形成された端面と対向する位置に、冷却ファン１１６が設けられる。ピンフィン８６に冷却ファン１１６から冷却風が送風されることにより、効率よく放熱することができる。
【００２５】
本実施の形態では、放熱用フィンとしてピンフィン８６を形成したが、一般的なフィン構造としては図５（ｂ）に示すようなフィン構造が知られている。図５は放熱用フィンが形成された第２ハウジング８０の端面を示したものである。図５（ａ）は本実施の形態のピンフィン８６を形成した場合を示し、図５（ｂ）は比較例のフィン構造を形成した場合を示す。図５（ｂ）に示すフィン構造では、板状のフィン８００が所定間隔で上下方向に複数配置されている。図４に示すようにフィン形成面に対向する方向から矢印Ｗ１のように冷却風を送風した場合、ピンフィン８６は、図５（ｂ）に示すフィン構造に比べて冷却効率に優れている。
【００２６】
また、ターボ分子ポンプ１を図４のような水平姿勢で配置した場合、冷却ファンのよる送風方向として可能な方向は、フィン配置面に対向する方向からのＷ１方向（図４の場合）、図５（ａ）に示すポンプ側方からのＷ２方向およびＷ３方向がある。このように、ピンフィン８６を格子状に配列させた場合には、冷却風方向として３方向が可能である。効率的には、冷却風が当たるＷ１方向が最も良く、Ｗ２方向およびＷ３方向はやや劣る。
【００２７】
一方、比較例として示した図５（ｂ）のフィン構造の場合、フィン８００の間の溝８０１内を冷却風が流れるように送風する必要がある。そのため、ポンプ側方から送風する場合の効果的な送風方向は、フィン８００の延在方向と同じＷ２方向のみとなる。
【００２８】
このように、本実施の形態では、筒状の第１筐体である第１ハウジング７０の軸方向端部に接続され、モータ（モータステータ９１およびボールベアリングＢＢが設けられる第２筐体である第２ハウジング８０のハウジング本体８７および底板８８の外周面に、複数のピンフィン８６を形成した。放熱用フィンをピンフィン８６とすることで、放熱効率の向上を図れると共に、図５（ｂ）に示すフィン構造に比べて、冷却ファンによる送風方向の自由度が高い。分析装置内にターボ分子ポンプ１を装着する場合、装置が大型化するのを避けるために、冷却ファン１１６も含めてポンプの配置スペースをコンパクトにする必要がある。本実施の形態のターボ分子ポンプ１の場合、冷却ファン１１６の配置自由度が高いので、コンパクト化に関して優れている。
【００２９】
なお、上述した実施形態では、モータステータ９１で発生した熱の放熱、および、ボールベアリングＢＢで発生した熱の放熱を向上させる目的で、モータステータ９１が設けられているハウジング本体８７およびベアリングホルダ８３に固定された底板８８に、ピンフィン８６を形成している。なお、モータ発熱が比較的小さくて、主にボールベアリングＢＢの発熱のみを考慮すれば良い場合には、底板８８のみにピンフィン８６を形成するような構成であっても良い。また、表面積の広い、ハウジング本体８７の端面のみにピンフィン８６を形成するような構成でも構わない。
【００３０】
なお、上述した実施の形態では、加工しやすさを考慮して、角柱形状のピンフィン８６を格子状に配置した。しかし、ピンフィンの形状はこれに限らず、種々の形状（例えば、円柱）のピンフィンを用いることができる。
【００３１】
上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本考案はこれらの内容に限定されるものではない。本考案の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本考案の範囲内に含まれる。例えば、実施形態では３つの吸気口を有するターボ分子ポンプを例に説明したが、本考案は、第２ターボ分子ポンプステージＴＰ２および第２吸気口７２が無く、第１吸気口７１と第３吸気口７３のみを備えるターボ分子ポンプにも適用することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１…分析装置用ターボ分子ポンプ、１０…シャフト、２０…第１タービンロータ、２１…第１タービン翼段、２２…第１固定翼段、３０…第２タービンロータ、３１…第２タービン翼段、３２…第２固定翼段、７０…第１ハウジング、７１…第１吸気口、７２…第２吸気口、７３…第３吸気口、８０…第２ハウジング、８３…ベアリングホルダ、８６…ピンフィン、８７…ハウジング本体、８８…底板、９０…モータロータ、９１…モータステータ、１００…質量分析装置、１１６…冷却ファン、ＢＢ…ボールベアリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0003199803.tif 000006
【図５】
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