JP2018516338A

JP2018516338A - Vacuum pump

Info

Publication number: JP2018516338A
Application number: JP2017562699A
Authority: JP
Inventors: アンドリューコベット; スティーヴンウィリアムズ; イアンオルセン
Original assignee: Edwards Ltd
Current assignee: Edwards Ltd
Priority date: 2015-06-01
Filing date: 2016-05-16
Publication date: 2018-06-21
Also published as: WO2016193664A1; EP3303846A1; CA2987510A1; EP3303846B1; GB2538962B; GB201509386D0; US20180163732A1; GB2538962A

Abstract

改良型スプリットフロー形真空ポンプが共通ハウジング内に収容された複合ポンプのうちの少なくとも２つを備え、共通ハウジングは、ガスをそれぞれ第１のチャンバから第４のチャンバまで受け入れる第１、第２、第３および第４の入口を有し、これらポンプは、これらの回転軸線がハウジング内で互いに対して角度をなすよう、好ましくは互いに垂直であるよう配置されている。
【選択図】図４An improved split flow vacuum pump comprises at least two of the composite pumps housed in a common housing, the common housing receiving first, second, and fourth gas respectively from the first chamber to the fourth chamber. With third and fourth inlets, the pumps are arranged such that their axes of rotation are angled relative to each other within the housing, preferably perpendicular to each other.
[Selection] Figure 4

Description

本発明は、真空ポンプ、特に真空システムを差動的に排気する真空ポンプに関する。 The present invention relates to a vacuum pump, and more particularly to a vacuum pump that differentially evacuates a vacuum system.

差動的ポンプ排気型科学的計器システム、例えば質量分析計では、サンプルおよびキャリアガスが分析のために導入される。かかる一実施例が図１に記載されている。図１を参照すると、かかるシステムでは、第１、（システムの形式に応じる）、第２、および第３の排気インターフェースチャンバ１１１，１１２，１１４の直後に高真空チャンバ１１０が存在する。第１のインターフェースチャンバは、減圧分析計システムにおける最も高い圧力のチャンバであり、イオン源から第１のインターフェースチャンバ１１１中にイオンを引き込む際に通すオリフィスまたは毛管を有する場合がある。第２のオプションとしてのインターフェースチャンバ１１２は、第１のインターフェースチャンバ１１１からのイオンを第３のインターフェースチャンバ１１４中に案内するイオン光学系を有する場合があり、第３のチャンバ１１４は、第２のインターフェースチャンバからのイオンを高真空チャンバ１１０中に案内する追加のイオン光学系を有する場合がある。この実施例では、使用中、第１のインターフェースチャンバは、約１〜１０ｍｂａｒの圧力の状態にあり、第２のインターフェースチャンバ（用いられる場合）は、約１０^-1〜１ｍｂａｒの圧力状態にあり、第３のインターフェースチャンバは、約１０^-2〜１０^-3ｍｂａｒの圧力にあり、高真空チャンバは、約１０^-5〜１０^-6ｍｂａｒの圧力状態にある。差動的ポンプ排気型真空システムは、要件に応じて種々の圧力を有する場合がある。 In a differentially pumped scientific instrument system, such as a mass spectrometer, sample and carrier gas are introduced for analysis. One such embodiment is described in FIG. Referring to FIG. 1, in such a system, a high vacuum chamber 110 is present immediately after the first (depending on the type of system), second, and third exhaust interface chambers 111, 112, 114. The first interface chamber is the highest pressure chamber in the vacuum analyzer system and may have an orifice or capillary through which ions are drawn into the first interface chamber 111 from the ion source. The second optional interface chamber 112 may have ion optics that guides ions from the first interface chamber 111 into the third interface chamber 114, and the third chamber 114 has a second There may be additional ion optics to guide ions from the interface chamber into the high vacuum chamber 110. In this example, in use, the first interface chamber is at a pressure of about 1-10 mbar and the second interface chamber (if used) is at a pressure of about 10 ^{-1 to 1} mbar; The third interface chamber is at a pressure of about 10 ⁻² to 10 ⁻³ mbar and the high vacuum chamber is at a pressure of about 10 ⁻⁵ to 10 ⁻⁶ mbar. Differential pumped vacuum systems may have various pressures depending on requirements.

高真空チャンバ１１０、第２のインターフェースチャンバ１１２および第３のインターフェースチャンバ１１４を複合真空ポンプ１１６によって排気することができる。この実施例では、真空ポンプは、ターボ分子段の２つの組１１８，１２０の形態をした２つのポンプ排気区分、およびホルベック（Holweck）ドラッグ機構体１２２の形態をした第３のポンプ排気区分を有し、これに代えて、別の形態のドラッグ機構体、例えばジーグバーン（Siegbahn）またはゲーデ（Gaede）機構体を用いることができる。ターボ分子段の各組１１８，１２０は、公知の傾斜構造の多く（図１に示された３つ、ただし、任意適当な数を設けることができる）のロータ１１９ａ，１２１ａと１１９ｂ，１２１ｂのブレード対を有する。ホルベック機構体１２２は、多数（図１に示された２つ、ただし、任意適当な数を設けることができる）の回転シリンダ１２３ａおよび対応の環状ステータ１２３ｂおよびそれ自体知られた仕方の螺旋チャネルを有する。 The high vacuum chamber 110, the second interface chamber 112 and the third interface chamber 114 can be evacuated by a composite vacuum pump 116. In this embodiment, the vacuum pump has two pump exhaust sections in the form of two sets of turbomolecular stages 118, 120 and a third pump exhaust section in the form of a Holweck drag mechanism 122. Alternatively, other forms of drag mechanisms, such as Siegbahn or Gaede mechanisms, can be used. Each set of turbomolecular stages 118, 120 has a number of known inclined structures (three as shown in FIG. 1, but any appropriate number) of rotors 119a, 121a and 119b, 121b. Have a pair. The Holbeck mechanism 122 has a number (two, but any suitable number shown in FIG. 1) of rotating cylinders 123a and corresponding annular stators 123b and spiral channels in a manner known per se. Have.

この実施例では、第１のポンプ入口１２４は、高真空チャンバ１１０に連結され、入口１２４を通ってポンプ排気された流体は、ターボ分子段の両方の組１１８，１２０を連続して通過し、そしてホルベック機構体１２２を通過し、そして出口１３０を通ってポンプから出る。第２のポンプ入口１２６は、第３のインターフェースチャンバ１１４に連結され、入口１２６を通ってポンプ排気された流体は、ターボ分子段の組１２０およびホルベック機構体１２２を通過し、そして出口１３０を通ってポンプから出る。この実施例では、ポンプ１１６は、選択的に開閉できるとともに、例えば第２のオプションとしてのインターフェースチャンバ１１２からの流体をポンプ１１６中に案内するよう内部バッフルを利用できる第３の入口１２７を更に有する。第３の入口が開いた状態で、第３の入口１２７を通ってポンプ排気された流体は、ホルベック機構体のみを通過し、そして出口１３０を通ってポンプを出る。 In this embodiment, the first pump inlet 124 is connected to the high vacuum chamber 110, and fluid pumped through the inlet 124 passes through both sets 118, 120 of turbomolecular stages in succession, It then passes through the Holbeck mechanism 122 and exits the pump through outlet 130. The second pump inlet 126 is connected to the third interface chamber 114, and the fluid pumped through the inlet 126 passes through the turbomolecular stage set 120 and the Holbeck mechanism 122 and through the outlet 130. And get out of the pump. In this embodiment, the pump 116 further has a third inlet 127 that can be selectively opened and closed and can utilize an internal baffle to guide fluid from, for example, the second optional interface chamber 112 into the pump 116. . With the third inlet open, the fluid pumped through the third inlet 127 passes only through the Holbeck mechanism and exits the pump through the outlet 130.

この実施例では、質量分析計を排気するのに必要なポンプの数を最小限に抑えるため、第１のインターフェースチャンバ１１１は、フォアライン１３１を経てバッキングポンプ１３２に連結されており、このバッキングポンプはまた、複合真空ポンプ１１６の出口１３０から流体をポンプ排気する。バッキングポンプは、典型的には、複合真空ポンプ１１６の出口１３０からの質量流量よりも多い質量流量を第１のチャンバ１１１から直接ポンプ排気する。各ポンプ入口に流入した流体がそれぞれ異なる数の段を通過し、その後ポンプから流出するときに、ポンプ１１６は、チャンバ１１０，１１２，１１４内で所要の真空レベルを提供することができ、バッキングポンプ１３２は、チャンバ１１１内に所要の真空レベルをもたらす。図１に示されている真空ポンプ排気装置は、例えば米国特許第５，７３３，１０４号明細書にも記載されている。 In this embodiment, in order to minimize the number of pumps required to evacuate the mass spectrometer, the first interface chamber 111 is connected to the backing pump 132 via the foreline 131, and this backing pump Also pumps fluid out of the outlet 130 of the composite vacuum pump 116. The backing pump typically pumps a mass flow rate directly from the first chamber 111 that is greater than the mass flow rate from the outlet 130 of the composite vacuum pump 116. When the fluid entering each pump inlet passes through a different number of stages and then exits the pump, the pump 116 can provide the required vacuum level in the chambers 110, 112, 114, and the backing pump 132 provides the required vacuum level in the chamber 111. The vacuum pump exhaust system shown in FIG. 1 is also described in, for example, US Pat. No. 5,733,104.

米国特許第５，７３３，１０４号明細書US Pat. No. 5,733,104

複合真空ポンプ１１６の性能および電力消費量は、主としてその背圧で決まり、したがって、バッキングポンプ１３２により提供されるフォアライン圧力（および第１のインターフェースチャンバ１１１内の圧力）に依存している。これ自体は、主として、２つの要因、すなわち科学的計器からのフォアライン１３１に流入する全質量流量およびバッキングポンプ１３２のポンプ排気能力に依存している。ターボ分子段と分子ドラッグ段の組み合わせを有する多くの複合ポンプは、比較的低い背圧にのみ理想的に適合しており、したがって、フォアライン１３１内（およびそれ故に第１のインターフェースチャンバ１１１内）の圧力が質量流量の増大またはバッキングポンプの小型化の結果として増大する場合、その結果として生じる性能の低下および電力消費量の増大は急速である場合がある。質量分析計の性能を高めようとして、製造業者は、分析計中への質量流量を増大させる場合が多く、かくして質量流量の増大への対応と並行してバッキングポンプのサイズまたは数を増大させる必要がある。これにより、質量分析計を差動的に排気するのに必要な全体的ポンプ排気システムのコスト、サイズ（フットプリント）および電力消費量が増大する。 The performance and power consumption of the composite vacuum pump 116 is primarily determined by its back pressure and therefore depends on the foreline pressure provided by the backing pump 132 (and the pressure in the first interface chamber 111). This itself depends primarily on two factors: the total mass flow into the foreline 131 from the scientific instrument and the pumping capacity of the backing pump 132. Many composite pumps with a combination of turbo molecular stage and molecular drag stage are ideally suited only for relatively low back pressures and therefore in the foreline 131 (and hence in the first interface chamber 111). If the pressure increases as a result of increased mass flow or downsizing of the backing pump, the resulting degradation in performance and increased power consumption may be rapid. In an effort to increase the performance of mass spectrometers, manufacturers often increase the mass flow into the analyzer and thus need to increase the size or number of backing pumps in parallel with the increased mass flow. There is. This increases the cost, size (footprint) and power consumption of the overall pump exhaust system required to differentially exhaust the mass spectrometer.

本発明は、複数のチャンバを差動的にポンプ排気する真空ポンプであって、真空ポンプは、別々のモータによって駆動シャフト上でそれぞれ互いに独立回転可能に支持された複数の複合ポンプ排気装置を収容したハウジングと、流体を第１のチャンバから受け入れる第１のハウジング入口と、流体を第２のチャンバから受け入れる第２のハウジング入口とを有し、複数の複合ポンプ排気装置のうちの第１の複合ポンプ排気装置は、ターボ分子ポンプ排気機構体を含む第１のポンプ排気区分および第１のポンプ排気区分から見て下流側に位置した第２のポンプ排気区分を有し、ポンプ排気区分は、第１の入口から第１の複合ポンプに流入した流体が第１および第２のポンプ排気区分を通り、第２の入口から複合ポンプに流入した流体がポンプ排気区分のうちの第２のポンプ排気区分のみを通るよう構成され、真空ポンプは更に、流体を第３のチャンバから受け入れる第３のハウジング入口と、流体を第４のチャンバから受け入れる第４のハウジング入口とを有し、複数の複合ポンプ排気装置のうちの第２の複合ポンプ排気装置は、ターボ分子ポンプ排気機構体を含む第３のポンプ排気区分および第１のポンプ排気区分から見て下流側に位置した第４のポンプ排気区分を有し、ポンプ排気区分は、第３の入口から第２の複合ポンプ排気装置に流入した流体が第３および第４のポンプ排気区分を通り、第４の入口から第２の複合ポンプに流入した流体がポンプ排気区分のうちの第４のポンプ排気区分のみを通るよう構成されていることを特徴とする真空ポンプを提供する。 The present invention is a vacuum pump for pumping a plurality of chambers differentially, and the vacuum pump accommodates a plurality of composite pump evacuation devices each supported on a drive shaft so as to be independently rotatable by different motors. And a first housing inlet for receiving fluid from the first chamber, and a second housing inlet for receiving fluid from the second chamber, the first composite of the plurality of composite pump exhaust systems. The pump exhaust apparatus has a first pump exhaust section including a turbo molecular pump exhaust mechanism body and a second pump exhaust section located downstream from the first pump exhaust section. The fluid flowing into the first composite pump from the first inlet passes through the first and second pump exhaust sections, and the fluid flowing into the composite pump from the second inlet is pumped out. The vacuum pump is further configured to pass only a second pump exhaust section of the section, and the vacuum pump further includes a third housing inlet for receiving fluid from the third chamber and a fourth housing inlet for receiving fluid from the fourth chamber. And the second composite pump exhaust device of the plurality of composite pump exhaust devices is disposed downstream of the third pump exhaust section including the turbo molecular pump exhaust mechanism and the first pump exhaust section. A fourth pump exhaust section located, wherein the fluid flowing into the second combined pump exhaust system from the third inlet passes through the third and fourth pump exhaust sections, and the fourth inlet A vacuum pump is provided in which the fluid flowing into the second composite pump passes through only the fourth pump exhaust section of the pump exhaust sections.

別の観点では、互いに異なる圧力状態にある複数のチャンバを差動的にポンプ排気する真空ポンプであって、この真空ポンプが、真空チャンバにそれぞれ対応して連結可能な第１および第２のハウジング入口を備えたハウジングを有し、このハウジングは、複合ポンプ排気装置のカートリッジケーシングを受け入れるボアを有し、複合真空ポンプ排気装置は、第１のポンプ排気区分および第１のポンプ排気区分から見て下流側に配置された第２のポンプ排気区分を有し、この区分は、第１のハウジング入口から複合ポンプに流入した流体が第１および第２のポンプ排気区分を通り、第２の入口から複合ポンプ排気装置に流入した流体がこれら区分のうちの第２の区分だけを通るよう配置され、カートリッジケーシングは、カートリッジがハウジング内に配置されると第１のハウジング入口から流体を受け入れるよう露出された第１の流体入口装置およびカートリッジがハウジング内に配置されると第２のハウジング入口から流体を受け入れるよう露出される第２の流体入口装置を有し、第１の流体入口装置は、流体を全体として半径方向にケーシング中に受け入れさせる少なくとも１つの半径方向流体入口および流体を全体として軸方向にケーシング中に受け入れさせる少なくとも１つの軸方向流体入口を有することを特徴とする真空ポンプが提供される。 In another aspect, a vacuum pump that differentially pumps a plurality of chambers in different pressure states, the first and second housings being connectable corresponding to the vacuum chambers, respectively. A housing having an inlet, the housing having a bore for receiving a cartridge casing of the composite pump exhaust system, the composite vacuum pump exhaust system as viewed from the first pump exhaust section and the first pump exhaust section; A second pump exhaust section disposed downstream is provided, the fluid flowing into the composite pump from the first housing inlet through the first and second pump exhaust sections and from the second inlet. The fluid flowing into the composite pump exhaust system is arranged to pass only the second of these sections, and the cartridge casing A first fluid inlet device and cartridge exposed to receive fluid from the first housing inlet when disposed within the housing and exposed to receive fluid from the second housing inlet when disposed within the housing. Two fluid inlet devices, wherein the first fluid inlet device has at least one radial fluid inlet for generally receiving fluid in the casing as a whole and at least for receiving fluid as a whole in the casing in the axial direction. A vacuum pump is provided that has one axial fluid inlet.

第２の流体入口装置は、第１のハウジング入口とガス連通関係にある容積部中に突き出たカートリッジケーシングの一部分に形成されるのが良く、この容積部は、複合ポンプ排気装置の軸線を取り囲むのが良い。 The second fluid inlet device may be formed in a portion of the cartridge casing protruding into a volume in gas communication with the first housing inlet, the volume surrounding the axis of the composite pump exhaust system. Is good.

第１の流体入口装置は、ケーシングの周囲に沿ってぐるりと間隔を置いて配置された状態で容積部に露出された複数の半径方向入口を有するのが良い。 The first fluid inlet device may have a plurality of radial inlets exposed to the volume, spaced around the circumference of the casing.

少なくとも１つの軸方向流体入口は、複合ポンプ排気装置の軸受を支持するとともにカートリッジケーシングによって支持された、軸受マウントによって少なくとも部分的に形成されるのが良い。軸受マウントまたはスパイダは、容積部内に受け入れられるのが良い。 The at least one axial fluid inlet may be formed at least in part by a bearing mount that supports the bearing of the composite pump exhaust system and is supported by the cartridge casing. A bearing mount or spider may be received in the volume.

ガスを容積部から入口を通して中に引き込むために少なくとも１つのターボ分子段（またはロータブレードのアレイ）が軸方向流体入口のところに配置されるのが良い。 At least one turbomolecular stage (or array of rotor blades) may be located at the axial fluid inlet to draw gas from the volume through the inlet.

複合真空ポンプ排気装置の第１の区分は、半径方向流体入口の軸方向幅にほぼ等しくまたはこれよりも大きい量だけスパイダまたは少なくとも１つのターボ分子段から間隔を置いて配置されるのが良い。 The first section of the composite vacuum pump evacuation device may be spaced from the spider or at least one turbomolecular stage by an amount approximately equal to or greater than the axial width of the radial fluid inlet.

本発明の他の好ましいかつ／あるいはオプションとしての観点は、添付の従属形式の請求項に記載されている。 Other preferred and / or optional aspects of the invention are set out in the accompanying dependent claims.

本発明を良好に理解することができるようにするため、添付の図面を参照して以下において、一例として与えられているに過ぎない本発明の実施形態について詳細に説明する。 For a better understanding of the present invention, reference will now be made in detail to an embodiment of the invention that is provided by way of example only with reference to the accompanying drawings.

先行技術の真空ポンプ排気装置および差動的ポンプ排気型真空システムの単純化された図である。1 is a simplified diagram of a prior art vacuum pump exhaust system and differential pump exhaust vacuum system. FIG. 真空ポンプの斜視図である。It is a perspective view of a vacuum pump. 図２に示されている真空ポンプの別の斜視図である。FIG. 3 is another perspective view of the vacuum pump shown in FIG. 2. 中心長手方向および垂直平面に沿って取った真空ポンプの断面図である。It is sectional drawing of the vacuum pump taken along the center longitudinal direction and the vertical plane. 完全組み立て前における真空ポンプの斜視図である。It is a perspective view of the vacuum pump before complete assembly. 真空ポンプ内に設けられているカートリッジケーシングを示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the cartridge casing provided in the vacuum pump.

図２を参照すると、複数のチャンバを差動的にポンプ排気する真空ポンプ１０が示されている。先行技術と関連して上述したように、これらチャンバは、質量分析計システムの一部をなし、これらチャンバは、高真空チャンバ１１０、そのすぐ次の第１、（システムの形式に応じて）第２、および第３の排気されるインターフェースチャンバ１１１，１１２，１１４を有する。変形例として、真空システムは、米国特許出願公開第２０１５／００５６０６０号明細書に詳細に開示されているような複数のチャンバを有しても良い。 Referring to FIG. 2, a vacuum pump 10 that differentially pumps a plurality of chambers is shown. As described above in connection with the prior art, these chambers form part of a mass spectrometer system, which is a high-vacuum chamber 110, the first one immediately following it (depending on the type of system). 2 and a third evacuated interface chamber 111, 112, 114. Alternatively, the vacuum system may have a plurality of chambers as disclosed in detail in US Patent Application Publication No. 2015/0056060.

真空ポンプ１０は、ハウジング１２を有する。ハウジング１２は、適当な金属材料、例えば鋼または鉄から鋳造されまたは機械加工されるのが良く、このハウジングは、ポンプの種々のポンプ排気機構体を収容する一体構造を有する。この実施例では、ハウジングは、アルミニウムであって中実ブロックから機械加工されているが、押出し成形または鋳造されても良い。アルミニウムが好ましいが、その理由は、これが軽量だからである。ハウジングは、複数のハウジング入口１４，１６，１８，２０，２２，２４を有し、このハウジングは、適当な締結部材によって真空システムに固定されるのが良く、さらにシステムの別々のチャンバとポンプの選択されたポンプ排気機構体との間の流体連通を可能にするよう密閉されるのが良い。流体入口は、ポンプ中への周囲空気の漏れを回避しまたはこれに抵抗するよう真空システムに密着する封止部材（図示せず）、例えばＯリングを受け入れる溝２６によって包囲されている。入口１８，２０，２２，２４は、単一の溝および封止部材によって包囲されている。 The vacuum pump 10 has a housing 12. The housing 12 may be cast or machined from a suitable metal material, such as steel or iron, which has a unitary structure that houses the various pump exhaust mechanisms of the pump. In this embodiment, the housing is aluminum and machined from a solid block, but may be extruded or cast. Aluminum is preferred because it is lightweight. The housing has a plurality of housing inlets 14, 16, 18, 20, 22, 24, which may be secured to the vacuum system by suitable fastening members, and that separate chambers and pumps of the system. It may be hermetically sealed to allow fluid communication with the selected pump exhaust mechanism. The fluid inlet is surrounded by a sealing member (not shown), such as an O-ring groove 26, that adheres to the vacuum system to avoid or resist leakage of ambient air into the pump. The inlets 18, 20, 22, 24 are surrounded by a single groove and sealing member.

ハウジングは、図４に詳細に示されているように流体をハウジング入口から別々のポンプ排気機構体の入口に向かって案内する複数の流路を有する。これら流路は、ハウジングの内部構造によって形成されており、これら流路は、製造プロセス中にハウジング内に鋳造されまたは機械加工されるのが良い。 The housing has a plurality of channels for guiding fluid from the housing inlet to the inlet of a separate pump exhaust mechanism as shown in detail in FIG. These channels are formed by the internal structure of the housing, and these channels may be cast or machined into the housing during the manufacturing process.

真空ポンプは、２つの真空ポンプ排気装置２８，３０を有する。この実施例では、真空ポンプ排気装置３０は、比較的低い真空度（高圧）状態でハウジング入口１４，１６を通じて圧力チャンバを排気するよう構成された真空ポンプ排気装置２８と比較して、比較的高い真空度（低圧）でハウジング入口１８，２０，２２，２４を通じて圧力チャンバを排気するよう構成されている。 The vacuum pump has two vacuum pump exhaust devices 28 and 30. In this embodiment, the vacuum pump evacuation device 30 is relatively high compared to the vacuum pump evacuation device 28 configured to evacuate the pressure chamber through the housing inlets 14 and 16 in a relatively low degree of vacuum (high pressure). The pressure chamber is configured to be exhausted through the housing inlets 18, 20, 22, and 24 at a vacuum level (low pressure).

これら２つの装置のための真空ポンプ排気機構体がハウジング１２内に収容されている。いずれの場合においても、真空ポンプ排気装置の一部は、ハウジングの外部に延び、これら外部部分は、モータおよびこれら装置を電源に接続するための電気接続部を有するのが良い。モータを部分的にハウジングの外部に配置することにより、使用中に生じた熱がポンプからさらに容易に逃げ出ることができる。 Vacuum pump exhaust mechanisms for these two devices are housed in the housing 12. In any case, a portion of the vacuum pump evacuation device may extend outside the housing, and these external portions may include a motor and an electrical connection for connecting these devices to a power source. By placing the motor partially outside the housing, the heat generated during use can more easily escape from the pump.

図３は、ポンプの下の別の視点から見た真空ポンプ１０を示している。第１の真空ポンプ排気装置３０は、入口ポート３２を有し、第２の真空ポンプ排気装置２８は、排気ポート３４を有する。フォアラインパイプ３６が排気ポートを入口ポートに流体連通可能に連結している。以下に詳細に説明するように、ガスは、フォアラインを通って第２の真空ポンプ排気装置から第１の真空ポンプ排気装置に排出され、この第１の真空ポンプ排気装置において、このガスは、少なくとも１つのポンプ排気機構体によってポンプ排気される。第１の真空ポンプ排気装置は、別のフォアラインパイプを通ってガスを別個のバッキングポンプまたは一次ポンプに排出する排気ポート（この図には示されていない）を有する。このように、第２の真空ポンプ排気装置は、第１の真空ポンプ排気装置および一次ポンプによって直列的に支援され、第１の真空ポンプ排気機構体は、一次ポンプによって支援される。これにより、システムまたは第１の真空ポンプ排気装置２８の全体的電力消費を減少させることができる。変形例として、背圧の減少を用いて装置２８の全体的圧縮度を高めても良い。 FIG. 3 shows the vacuum pump 10 from another point of view below the pump. The first vacuum pump exhaust device 30 has an inlet port 32, and the second vacuum pump exhaust device 28 has an exhaust port 34. A foreline pipe 36 connects the exhaust port to the inlet port in fluid communication. As will be described in detail below, gas is exhausted from the second vacuum pump exhaust device to the first vacuum pump exhaust device through the foreline, where the gas is Pump exhausted by at least one pump exhaust mechanism. The first vacuum pump exhaust system has an exhaust port (not shown in this figure) that exhausts gas through a separate foreline pipe to a separate backing pump or primary pump. Thus, the second vacuum pump exhaust device is supported in series by the first vacuum pump exhaust device and the primary pump, and the first vacuum pump exhaust mechanism is supported by the primary pump. This can reduce the overall power consumption of the system or the first vacuum pump exhaust 28. As a variant, a reduction in back pressure may be used to increase the overall compression of the device 28.

変形例では、ハウジングは、真空ポンプ排気装置相互間の流路を定める内部構造体を有するよう構成されても良く、それにより、追加の取り付け具およびパイプの必要性がなくなる。他の実施例では、真空ポンプは、単一のまたは複数のバッキングポンプによって別個独立に支援されるのが良い。 In a variant, the housing may be configured to have an internal structure that defines the flow path between the vacuum pump evacuators, thereby eliminating the need for additional fittings and pipes. In other embodiments, the vacuum pump may be independently supported by a single or multiple backing pumps.

図４は、真空ポンプ１０の断面図である。第１の真空ポンプ排気装置は、ハウジングの下面に設けられた開口部４０を通ってハウジング１２のボア３８中に挿入されて締結部材（図示せず）により定位置に締結される。Ｏリング４２が定位置にあるときにこの装置を封止する。第１の真空ポンプ排気装置は、この実施例では、各々がポンプ排気機構体および１つまたは２つ以上のポンプ排気段を備えた７つの真空ポンプ排気区分を有する。区分の数、各区分内の段の数およびポンプ排気機構体の形式は、ポンプ排気要件、例えば、容量および圧縮度に応じて選択されるのが良い。装置３０は、上側および下側軸受６０，６２によって回転可能に支持された駆動シャフト５８を有する。代表的には、上側軸受は、磁気軸受（バックアップ軸受付き）であり、下側軸受は、ころ軸受である。上側軸受は、中央ハブを備えたスパイダ６３によって支持され、３本のアームがこの中央ハブから半径方向に延びている。これらアームは、軸受および真空ポンプ排気装置の支持体となる一方で、ガスが最も上流側のポンプ排気機構体４４に流入するための空間を実現することができるようハウジングに固定されている。スパイダもまた、ハウジングに機械加工されるのが良く、そしてこのスパイダは、ハウジングの一部をなす（すなわち、ハウジングと一体である）。 FIG. 4 is a cross-sectional view of the vacuum pump 10. The first vacuum pump exhaust device is inserted into the bore 38 of the housing 12 through the opening 40 provided on the lower surface of the housing, and is fastened in place by a fastening member (not shown). The device is sealed when the O-ring 42 is in place. The first vacuum pump exhaust system, in this embodiment, has seven vacuum pump exhaust sections, each with a pump exhaust mechanism and one or more pump exhaust stages. The number of sections, the number of stages in each section, and the type of pump exhaust mechanism may be selected depending on pump exhaust requirements, such as capacity and degree of compression. The device 30 has a drive shaft 58 that is rotatably supported by upper and lower bearings 60, 62. Typically, the upper bearing is a magnetic bearing (with a backup bearing), and the lower bearing is a roller bearing. The upper bearing is supported by a spider 63 having a central hub, and three arms extend radially from the central hub. These arms serve as a support for the bearing and the vacuum pump exhaust device, and are fixed to the housing so as to realize a space for gas to flow into the pump exhaust mechanism 44 on the most upstream side. The spider may also be machined into the housing, and the spider forms part of the housing (ie, is integral with the housing).

モータ６４が駆動シャフトの回転を駆動し、このモータは、電源に接続されている。第１のポンプ排気装置は高速ポンプであり、この第１のポンプ排気装置を代表的には、約１０，０００〜１００，０００ｒｐｍの速度で回転させる。 A motor 64 drives the rotation of the drive shaft, and this motor is connected to a power source. The first pump exhaust device is a high speed pump, and the first pump exhaust device is typically rotated at a speed of about 10,000 to 100,000 rpm.

真空ポンプ排気装置３０の区分４４，４６，４８，５０は各々、ターボ分子ポンプ排気機構体を有する。これら区分は、それぞれ、４つの段、３つの段、３つの段、および２つの段を有するが、これよりも多いまたは少ない段を必要に応じて設けることができる。ターボ分子ポンプ機構体を有する少なくとも１つの区分が所要の真空圧力を生じさせるのに必要とされるが、他の区分に代えて他形式のポンプ排気機構体を用いても良い。区分５２，５４は各々、４段ドラッグポンプ排気機構体であり、区分５６は、２段再生ポンプ排気機構体である。再生ポンプ排気機構体は、空気力学的機構体とも呼ばれており、この空気力学的機構体では、ロータディスクに設けられたブレードのアレイがステータのそれぞれのチャネル中に延びていて回転時にこのチャネル内に渦を生じさせ、これらチャネルがポンプ排気中のガスを圧縮する。種々の形式のポンプ排気機構体を後者の区分内に用いることができるとともにポンプ排気要件に応じて異なる数の段に用いることができる。 Each of the sections 44, 46, 48, and 50 of the vacuum pump exhaust device 30 has a turbo molecular pump exhaust mechanism. Each of these sections has four stages, three stages, three stages, and two stages, although more or fewer stages can be provided as needed. Although at least one section with a turbomolecular pump mechanism is required to produce the required vacuum pressure, other types of pump exhaust mechanisms may be used instead of the other sections. Each of the sections 52 and 54 is a four-stage drag pump exhaust mechanism, and the section 56 is a two-stage regenerative pump exhaust mechanism. The regenerative pump exhaust mechanism is also referred to as an aerodynamic mechanism, in which an array of blades provided on the rotor disk extends into each channel of the stator and this channel when rotated. Vortices are created in the channels, and these channels compress the gas in the pump exhaust. Various types of pump exhaust mechanisms can be used in the latter section and can be used in different numbers of stages depending on the pump exhaust requirements.

第１のポンプ排気機構体は、種々の区分の４つの流体入口を有する。区分４４は、内部流路６７によってハウジング入口２４に流体連通可能に連結された流体入口６６を有する。区分４６は、内部流路６９によってハウジング入口２２に流体連通可能に連結された流体入口６８を有する。区分４８は、内部流路７１によってハウジング入口２０に流体連通可能に連結された流体入口７０を有する。区分５０は、内部流路７３によってハウジング入口１８に流体連通を可能に連結された流体入口７２を有する。流路６９，７１，７３は、ハウジング入口から遠ざかってかつ９０°にわたってこれら各々の流体入口まで延びているが、変形例としてポンプ排気機構体と一線をなして差し向けられていても良い（すなわち、９０°ではない）。 The first pump exhaust mechanism has four fluid inlets in various sections. Section 44 has a fluid inlet 66 communicatively coupled to housing inlet 24 by an internal flow path 67. Section 46 has a fluid inlet 68 that is fluidly connected to housing inlet 22 by an internal flow path 69. The section 48 has a fluid inlet 70 that is connected in fluid communication with the housing inlet 20 by an internal channel 71. Section 50 has a fluid inlet 72 that is fluidly connected to housing inlet 18 by an internal flow path 73. The flow paths 69, 71, 73 extend away from the housing inlet and to their respective fluid inlets over 90 °, but may alternatively be directed in line with the pump exhaust mechanism (ie, , Not 90 °).

ハウジング入口２４を通って流入した流体は、第１の真空ポンプ排気装置のポンプ排気区分の全て、すなわち、区分４４〜５６を通る。ハウジング入口２２を通って流入した流体は、区分４６〜５６だけを通過する。ハウジング入口２０を通って流入した流体は、区分４８〜５６だけを通過し、ハウジング入口１８を通って流入した流体は、区分５０〜５６だけを通過する。この実施例では、ハウジング入口２４は、最も低い圧力まで排気され、ガスが通過する区分が少なくなるにつれて、排気圧力は次第に増大する。 The fluid that flows in through the housing inlet 24 passes through all of the pump exhaust sections of the first vacuum pump exhaust system, namely sections 44-56. The fluid that flows in through the housing inlet 22 passes only through the sections 46-56. Fluid that flows in through the housing inlet 20 passes only through the sections 48-56, and fluid that flows in through the housing inlet 18 passes through only the sections 50-56. In this embodiment, the housing inlet 24 is evacuated to the lowest pressure, and the exhaust pressure gradually increases as there are fewer sections through which the gas passes.

ポンプ排気区分５２，５４，５６は、第１の真空ポンプ排気装置３０のターボ分子区分のための背圧を提供し、と言うのは、ターボ分子機構体は、大気圧状態では排気することができずまたは少なくとも効率的に排気することができないからである。幾つかの実施例では、最も下流側の区分５６が大気圧状態において排気することができるが、代表的には、この最も下流側の区分は、大気圧未満で排気し、それ自体、別個の一次ポンプによって支援されまたは変形例として別の類似のターボ分子ポンプにより、次に一次ポンプによって支援される。 The pump exhaust sections 52, 54, and 56 provide back pressure for the turbo molecular section of the first vacuum pump exhaust system 30, because the turbo molecular mechanism may exhaust in atmospheric conditions. This is because it cannot or at least cannot be exhausted efficiently. In some embodiments, the most downstream section 56 can exhaust at atmospheric pressure conditions, but typically this most downstream section exhausts below atmospheric pressure and is itself a separate Assisted by the primary pump or alternatively by another similar turbomolecular pump and then assisted by the primary pump.

上述したように、第２の真空ポンプ排気装置２８の排気部３４は、第１の真空ポンプ排気装置３０の入口３２に連結されている。図４の断面は、これらポートを示していないが、排気部３４は、第２の装置の最も下流側のポンプ排気区分の下流側に配置され、入口３２は、区分５２，５４，５６のうちの少なくとも１つの上流側にかつ少なくとも区分５０の下流側に配置されている。このように、排気部３４は、１つ、２つまたは３つのポンプ排気区分によって支援されている。支援区分は、好ましくは、ブースタ機構体として構成され、それにより、この区分の圧縮比は、１０：１〜１：１（例示）であり、したがって、ポンプ排気能力が向上している。ブースタとして構成された区分は、多量のガスが質量分析計に投入された場合でも、多量のガスをポンプ排気することができ、有用である。 As described above, the exhaust part 34 of the second vacuum pump exhaust device 28 is connected to the inlet 32 of the first vacuum pump exhaust device 30. The cross section of FIG. 4 does not show these ports, but the exhaust 34 is located downstream of the most downstream pump exhaust section of the second device, and the inlet 32 is of the sections 52, 54, 56. At least one upstream and at least downstream of the section 50. Thus, the exhaust 34 is supported by one, two or three pump exhaust sections. The support section is preferably configured as a booster mechanism, whereby the compression ratio of this section is 10: 1 to 1: 1 (exemplary), thus improving the pumping capacity. The section configured as a booster is useful because a large amount of gas can be pumped out even when a large amount of gas is introduced into the mass spectrometer.

第２の真空ポンプ排気装置２８は、この場合カートリッジを有し、ただし、カートリッジエンベロープは、装置２８（または両方のポンプ）にとって必要不可欠であるというわけではなく、変形例として、カートリッジエンベロープは、ハウジング中に直接組み込まれても良い。カートリッジ７５は、カートリッジのポンプ排気機構体を支持するケーシング７４を有する。ケーシングは、カートリッジをハウジング１２のボア７６中に挿入することができ、そしてこのカートリッジがこのボア７６に係合してポンプ排気機構体の流体入口７８，８０をそれぞれのハウジング入口１６，１４に露出させるよう構成されている。図５は、カートリッジがハウジング開口部８２を通ってボア７６中に挿入される前の状態の真空ポンプ１０の斜視図である。 The second vacuum pump evacuation device 28 in this case has a cartridge, although the cartridge envelope is not essential to the device 28 (or both pumps), as a variant, the cartridge envelope is a housing. It may be incorporated directly inside. The cartridge 75 has a casing 74 that supports the pump exhaust mechanism of the cartridge. The casing allows the cartridge to be inserted into the bore 76 of the housing 12 and the cartridge engages the bore 76 to expose the pump exhaust mechanism fluid inlets 78, 80 to the respective housing inlets 16, 14. It is configured to let you. FIG. 5 is a perspective view of the vacuum pump 10 before the cartridge is inserted into the bore 76 through the housing opening 82.

ボア７６の内面は、カートリッジ７５を図４に示されている完全挿入位置に向かって案内する。ケーシングは、外方に突き出たフランジ８３を有し、この外方に突き出たフランジは、ハウジング端面８４と一緒になって、カートリッジを正確な位置に位置決めするとともにハウジング１２中へのカートリッジ７５の挿入可能な度合いを制限する当接面を形成する。締結部材８６がカートリッジを挿入したときにカートリッジを定位置に固定する。これら締結部材は、代表的にはねじ係合方式によってハウジングの閉鎖ボア８８に嵌まり込む。 The inner surface of the bore 76 guides the cartridge 75 toward the fully inserted position shown in FIG. The casing has an outwardly projecting flange 83, which together with the housing end face 84 positions the cartridge in the correct position and inserts the cartridge 75 into the housing 12. A contact surface is formed that limits the degree of possible. The fastening member 86 fixes the cartridge in place when the cartridge is inserted. These fastening members are typically fitted into the housing closing bore 88 in a threaded manner.

図４に示されているように、ハウジング１２は、カートリッジ１４が完全挿入位置にあるときに、ボアを多数の場所で露出させて流体が流体入口７８，８０に流入することができるように形作られている。ハウジングに作られた流路７９，８１がハウジング入口１４，１６からの流れをカートリッジのそれぞれの流体入口７８，８０に案内する。ハウジングは、ハウジング入口１６からのガスの流れのための容積部８９を更に備えている。したがって、入口１６からのガスは、流体入口７８を通って半径方向にまたは流体入口８５を通って軸方向にカートリッジ中に流れることができる。半径方向および軸方向流体入口を設けることにより、ポンプ排気装置中への導入度が増大する。この場合、図示のように、少なくとも１つのターボ分子ポンプ排気段８７（またはロータブレードのアレイ）が流体入口８５のところに配置されてガスをカートリッジ中に引き込むことが好ましい。２つの流体入口をハウジング入口１６のところに設けることにより、流れに対する導入抵抗が低くなる。 As shown in FIG. 4, the housing 12 is shaped such that when the cartridge 14 is in the fully inserted position, the bore is exposed at a number of locations to allow fluid to enter the fluid inlets 78, 80. It is. Channels 79, 81 created in the housing guide the flow from the housing inlets 14, 16 to the respective fluid inlets 78, 80 of the cartridge. The housing further includes a volume 89 for the flow of gas from the housing inlet 16. Thus, gas from the inlet 16 can flow into the cartridge radially through the fluid inlet 78 or axially through the fluid inlet 85. Providing radial and axial fluid inlets increases the degree of introduction into the pump exhaust system. In this case, as shown, at least one turbomolecular pump exhaust stage 87 (or array of rotor blades) is preferably located at the fluid inlet 85 to draw gas into the cartridge. By providing two fluid inlets at the housing inlet 16, the introduction resistance to the flow is reduced.

より詳細には、そして更に図６に示されているように、カートリッジケーシングは、その周囲に沿ってぐるりと間隔を置いて設けられていて真空ポンプ排気装置２８に半径方向流体入口を形成する複数の孔９１を備えている。この実施例では、４つの孔９１が互いに対して９０°を置いて設けられているが、他の形態の採用が可能である。孔は、ハウジングの一部に設けられており、これら孔は、容積部８９中に延び、したがって、ハウジング入口１６から見て最も遠くに位置する孔を含む全ての孔は、容積部に対して露出されている。ロータブレード８７のアレイとポンプ排気区分９０は、孔９１の軸方向幅にほぼ等しい量だけ軸方向に間隔を置いて配置されている。この形態により、ガスは、駆動シャフトに向かってポンプ排気機構体相互間の空間９３中に入り込むことができ、それによりターボ分子機構体９０の半径方向外側部分と半径方向内側部分の両方によってポンプ排気が可能である。かかる空間９３がなければ、ガスは、この機構体の半径方向外側部分とのみまたは半径方向内側部分との相互作用よりも大幅に相互作用し、達成されるポンプ排気効率は、低い。 More particularly, and as further shown in FIG. 6, the cartridge casing is spaced apart around its periphery to form a radial fluid inlet to the vacuum pump exhaust 28. Holes 91 are provided. In this embodiment, the four holes 91 are provided at 90 ° with respect to each other, but other forms can be adopted. The holes are provided in a portion of the housing, and these holes extend into the volume 89, so that all holes, including the holes located farthest from the housing inlet 16, are relative to the volume. Exposed. The array of rotor blades 87 and the pump exhaust section 90 are spaced axially by an amount approximately equal to the axial width of the holes 91. This configuration allows gas to enter the space 93 between the pump exhaust mechanisms toward the drive shaft, thereby pumping exhaust by both the radially outer and radially inner portions of the turbomolecular mechanism 90. Is possible. Without such a space 93, the gas interacts significantly with only the radially outer portion of the mechanism or with the radially inner portion and the pumping efficiency achieved is low.

カートリッジケーシングの流体入口８５は、全体として円形の孔によって形成され、この孔は、軸方向（図４および図６の右側）に開いている。ケーシングは、孔９１の上流側にかつ全体が容積部８９内に配置された肩部分９５を有する。この肩部分は、軸受９８を定位置に取り付けるために軸受マウントまたはスパイダ９７に着座し、この軸受マウントまたはスパイダは、同様に容積部８９内に受け入れられている。スパイダは、ケーシングに固定された外側リム、軸受を支持する内側ハブ、およびリムをハブに連結する３本の半径方向アーム（またはスポーク）を有する。この形態により、３つの孔が約１２０°にわたって延びて軸方向流体入口８５を真空ポンプ排気装置２８に形成している。スパイダは、３つに制限されておらず、これよりも少ないまたは多い半径方向アームを有することができる。 The fluid inlet 85 of the cartridge casing is formed by a generally circular hole, which is open in the axial direction (right side in FIGS. 4 and 6). The casing has a shoulder portion 95 disposed upstream of the hole 91 and entirely within the volume 89. This shoulder portion is seated on a bearing mount or spider 97 for mounting the bearing 98 in place, which bearing mount or spider is likewise received in the volume 89. The spider has an outer rim secured to the casing, an inner hub that supports the bearing, and three radial arms (or spokes) that connect the rim to the hub. With this configuration, the three holes extend through about 120 ° to form the axial fluid inlet 85 in the vacuum pump exhaust 28. The spider is not limited to three and can have fewer or more radial arms.

カートリッジケーシングは、ポンプ排気区分９２の流体入口を形成する孔９９を更に備えている。容積部８９に設けられた孔９１とは異なり、ハウジング入口１４の近くに位置するケーシングの部分だけがガスを受け入れるよう露出され、したがって、孔９９がケーシングの上側部分にのみ設けられている。 The cartridge casing further comprises a hole 99 that forms the fluid inlet of the pump exhaust section 92. Unlike the hole 91 provided in the volume 89, only the portion of the casing located near the housing inlet 14 is exposed to receive gas, and therefore the hole 99 is provided only in the upper portion of the casing.

図示のポンプ排気装置は、ハウジング中に水平に嵌まり込むが、垂直方向に配置されることも可能であり、同様に第１の装置は、水平であっても良く、それにより４つの形態が提供される。すなわち、かかる４つの形態は、水平‐水平、水平‐垂直、垂直‐水平、および垂直‐垂直である。 Although the illustrated pump exhaust device fits horizontally in the housing, it can also be arranged vertically, as well as the first device may be horizontal, thereby providing four configurations. Provided. That is, the four such forms are horizontal-horizontal, horizontal-vertical, vertical-horizontal, and vertical-vertical.

この実施例では、第２の真空ポンプ排気装置２８は、３つのポンプ排気区分９０，９２，９４を有する。区分９０は、３つのターボ分子段を有する。区分９２は、３つのホルベック段を有する。区分９４は、２つのジーグバーン段を有する。種々の形式の分子ドラッグまたは他のポンプ排気機構体を区分９２，９４に用いることができ、または全部で２つの区分だけが設けられても良い。区分中の段の数は、ポンプ排気要件に応じ、必要に応じて様々であって良い。 In this embodiment, the second vacuum pump exhaust device 28 has three pump exhaust sections 90, 92, 94. Section 90 has three turbomolecular stages. Section 92 has three Holbeck stages. Section 94 has two Ziegburn stages. Various types of molecular drags or other pump exhaust mechanisms can be used for sections 92, 94, or only two sections in total may be provided. The number of stages in the segment may vary as needed depending on the pump exhaust requirements.

駆動シャフト９６がポンプ排気機構体を回転可能に支持し、この駆動シャフトはそれ自体、軸受９８，１００によって支持されている。この実施例では、軸受９８は、ころ軸受バックアップを備えた乾式磁気軸受であり、軸受１００は、潤滑式ころ軸受である。駆動シャフトは、電源に接続されたモータ１０２によって、例えば約１０，０００〜１００，０００ｒｐｍの高い回転速度で駆動される。 A drive shaft 96 rotatably supports the pump exhaust mechanism, which is itself supported by bearings 98,100. In this embodiment, the bearing 98 is a dry magnetic bearing with a roller bearing backup, and the bearing 100 is a lubricated roller bearing. The drive shaft is driven at a high rotational speed of, for example, about 10,000 to 100,000 rpm by a motor 102 connected to a power source.

ポンプ排気区分９０，９２，９４の回転により、ガスは、ハウジング入口１６から流体入口７８，８５を通って流れ、区分９０（およびターボ分子段８７）、区分９２および区分９４を通過する。ガスは、ハウジング入口１４から流体入口８０を通ってこれら区分のうちの下流側の区分９２，９４だけを通過する。ハウジング入口１４，１６と流体連通状態にある圧力チャンバは、互いに異なる圧力で排気され、ハウジング入口は、低い圧力で排気され、と言うのは、これを通過したガスは、ポンプ排気区分を通って運ばれ、区分９０は、低圧でポンプ排気するよう構成されているからである。３つ以上のハウジング入口がカートリッジによって排気されるのが良い。 The rotation of pump exhaust sections 90, 92, 94 causes gas to flow from housing inlet 16 through fluid inlets 78, 85 and through section 90 (and turbo molecular stage 87), section 92 and section 94. Gas passes from the housing inlet 14 through the fluid inlet 80 only through the downstream sections 92 and 94 of these sections. The pressure chambers in fluid communication with the housing inlets 14 and 16 are evacuated at different pressures, and the housing inlet is evacuated at a lower pressure, since the gas passing therethrough passes through the pump exhaust section. This is because section 90 is configured to pump down at low pressure. More than two housing inlets may be evacuated by the cartridge.

ガスは、カートリッジ７５から排気ポート３４を通って排出され、このガスは、別個のバッキングまたは一次ポンプの前に第１の真空ポンプ排気装置のブースタ区分（区分５２，５４，５６のうちの１つまたは２つ以上）を通過する。第１のポンプ出力が高い場合、第２のポンプは、第１のポンプを支援するよう使用される場合がある（図示の支援装置を切り替える）。 Gas is exhausted from the cartridge 75 through the exhaust port 34 and this gas is prior to a separate backing or primary pump before the booster section of the first vacuum pump exhaust system (one of sections 52, 54, 56). Or two or more). If the first pump output is high, the second pump may be used to assist the first pump (switch the illustrated assist device).

第２の真空ポンプ排気装置２８のカートリッジ型形態は、これを容易に取り外してハウジング中に挿入することができ、それにより容易な保守、補修または交換が可能なので有利である。カートリッジのケーシングが作動（および高速での回転）に必要な支持体となるので、真空ポンプ１０を容易に製造して組み立てることができる。カートリッジの種々のコンポーネントをハウジング１２の外部で組み立てることができ、この場合、典型的には機構体をハウジング内に支持するための複雑な構造体を製造する必要がない。真空ポンプ１０の実施例では、真空ポンプ排気装置３０は、カートリッジ型形態を呈しておらず、かかる真空ポンプ排気装置をハウジング内の支持なしでは、特にスパイダ６３および軸受組立体６０なしでは作動させることができない。しかしながら、真空ポンプ排気装置３０は、変形例として、真空ポンプ排気装置２８に類似してカートリッジ型形態として形成されても良い。 The cartridge-type configuration of the second vacuum pump evacuation device 28 is advantageous because it can be easily removed and inserted into the housing, thereby allowing easy maintenance, repair or replacement. Since the cartridge casing serves as a support necessary for operation (and high-speed rotation), the vacuum pump 10 can be easily manufactured and assembled. The various components of the cartridge can be assembled outside the housing 12, in which case typically there is no need to manufacture complex structures to support the mechanism within the housing. In the embodiment of the vacuum pump 10, the vacuum pump exhaust device 30 does not take the form of a cartridge and the vacuum pump exhaust device can be operated without support in the housing, in particular without the spider 63 and the bearing assembly 60. I can't. However, the vacuum pump exhaust device 30 may be formed as a cartridge type similar to the vacuum pump exhaust device 28 as a modification.

真空ポンプ排気装置は、互いに対して角度が付けられた回転軸線をそれぞれ備えた駆動シャフトを有するのが良い。図示の実施例では、駆動シャフト５８，９６は、第１および第２の回転軸線を有し、第１の回転軸線は、第２の回転軸線に垂直である。軸線９６は、軸線５８と交差しているが、他の実施例では、これらの軸線は、互いにオフセットしていても良い。本願の先の特許文献（ＥＰ２２７３１２８）では、カートリッジ型真空ポンプ排気装置の軸線は、差動式ポンプ排気システムの圧力チャンバを通るガス流の方向に対して角度θだけ傾けられ、本発明の別の実施例では、一ポンプ排気装置のポンプ排気軸線が先の特許文献の場合のように角度θをなしている類似の構成を採用することができる。 The vacuum pump evacuation device may have drive shafts each having a rotation axis that is angled with respect to each other. In the illustrated embodiment, the drive shafts 58, 96 have first and second rotational axes, and the first rotational axis is perpendicular to the second rotational axis. Axes 96 intersect axis 58, but in other embodiments, these axes may be offset from each other. In the earlier patent document (EP 2273128) of the present application, the axis of the cartridge-type vacuum pump exhaust system is tilted by an angle θ with respect to the direction of gas flow through the pressure chamber of the differential pump exhaust system. In the embodiment, it is possible to adopt a similar configuration in which the pump exhaust axis of one pump exhaust device forms an angle θ as in the previous patent document.

図示のように、重力に対して、軸線５８は、垂直であり、軸線９６は水平である。この構成例では、軸線５８がポンプ排気装置の可動部品（ロータ部品）に作用する重力の影響を打ち消すために垂直であることが好ましい。特に、上側軸受６０は、無接触軸受であり、したがって、これにより、ロータの少量の半径方向運動（バックアップ軸受によって制限される）が可能である。したがって、駆動シャフトをある程度まで片持ちであると見なすことができるが、重力は、おおかた打ち消されるのでそれ程の半径方向運動を生じさせない。また、理解されるように、多くの、すなわち全部で７つのポンプ排気区分および４つのターボ分子区分（高速回転を必要とする）が設けられ、それにより駆動シャフトの全長に寄与している。それ故、複数（５つ以上）のポンプ排気区分または複数（３つ以上）のターボ分子区分を備えた構造では、駆動シャフトは、ロータの動力学的挙動を改善させるために垂直であることが望ましいが、これが必要不可欠であるというわけではない。 As illustrated, with respect to gravity, axis 58 is vertical and axis 96 is horizontal. In this configuration example, the axis 58 is preferably vertical in order to counteract the influence of gravity acting on the movable part (rotor part) of the pump exhaust system. In particular, the upper bearing 60 is a contactless bearing and thus allows a small amount of radial movement of the rotor (limited by the backup bearing). Thus, the drive shaft can be considered to be cantilevered to some extent, but gravity does not cause that much radial movement because it is largely counteracted. Also, as will be appreciated, there are many, ie a total of seven pump exhaust sections and four turbomolecular sections (requiring high speed rotation), thereby contributing to the overall length of the drive shaft. Therefore, in structures with multiple (5 or more) pump exhaust sections or multiple (3 or more) turbomolecular sections, the drive shaft may be vertical to improve the dynamic behavior of the rotor. While desirable, this is not essential.

第２の真空ポンプ排気装置の駆動シャフト９６は、水平であり、と言うのは、第１の真空ポンプ排気装置と関連して上述した問題が見かけ上小さいからであり、水平の向きがフットプリントまたはポンプサイズを節約する上で有利である。一体形ハウジング構成では、重量の問題もまた生じ、と言うのは、真空ポンプは、代表的には、これを真空システムの下側から吊り下げることによって取り付けられるからである。水平駆動シャフトは、ハウジングのサイズおよび更にその重量を減少させる。 The drive shaft 96 of the second vacuum pump evacuation device is horizontal because the problems described above in connection with the first vacuum pump evacuation device are apparently small and the horizontal orientation is the footprint. Or it is advantageous to save the pump size. In an integral housing configuration, weight issues also arise because the vacuum pump is typically attached by hanging it from the underside of the vacuum system. The horizontal drive shaft reduces the size of the housing and further its weight.

図面を参照して詳細に上述したように、ハウジング１２は、別々のモータ６４，１０２によって駆動シャフト５８，９６でそれぞれ互いに独立回転可能に支持された複数の複合ポンプ排気装置２８，３０を収容している。独立回転および駆動により、多数の互いに異なるポンプ排気要件に対する利用が可能であるように汎用性を高めることができる。例えば、質量分析計システムのオペレータが、システムの上流側圧力チャンバに導入されるガスのサンプルサイズを増大させ、したがって、多量のガスをポンプ排気するための第２の真空ポンプ排気装置に関する作動中における周期的または一時的要件が存在する場合がある。これらの環境下において、モータ１０２から引き出される動力を増大させて区分９０，９２，９４内における回転に対する増大した抵抗に打ち勝つ。しかしながら、第１の真空ポンプ排気装置３０は、独立しており、中断または電力要件の増大なしに作動を続ける。 As described in detail above with reference to the drawings, the housing 12 houses a plurality of composite pump exhaust devices 28, 30 supported by separate motors 64, 102 on drive shafts 58, 96, respectively, such that they can rotate independently of one another. ing. Independent rotation and drive can increase versatility so that it can be used for many different pump exhaust requirements. For example, an operator of a mass spectrometer system may increase the sample size of the gas introduced into the upstream pressure chamber of the system and thus operate in connection with a second vacuum pump evacuation device to pump a large amount of gas. There may be periodic or temporary requirements. Under these circumstances, the power drawn from the motor 102 is increased to overcome the increased resistance to rotation within the sections 90, 92, 94. However, the first vacuum pump exhaust device 30 is independent and continues to operate without interruption or increased power requirements.

真空ポンプ排気装置２８，３０の電源は、共有されるのが良く、その結果、電力は、単一の給電ユニット（図示せず）によってモータ６４，１０２に供給される。この場合、給電ユニットは、電力を提供することができ、ユニットの制御は、ポンプ排気装置のところでまたはこのユニット内で実施できる。すなわち、２つの周波数コンバータをユニット内に、またはポンプ排気装置の各々内に１つずつ設けるのが良い。単一の給電ユニットの利点は、電力要件が両方のポンプ排気装置によって分配されまたは共有され、したがって、一方のポンプ排気装置が高負荷条件を受け、他方のポンプ排気装置が低負荷条件を受ける場合、全体的電力消費量は、増大しない。かかる条件は、例えば、両方の真空ポンプ排気装置が到達圧力で作動しておりかつサンプルガスが真空システムに導入され、―上流側チャンバ内のガスの圧力および量が増大し、第２の真空ポンプ排気装置２８に加わる負荷の同等の増大が起こる場合に生じることがあるが、下流側チャンバ内の圧力の増大および第１の真空ポンプ排気装置３０に加わる負荷の増大の前に遅延がある。変形例として、各真空ポンプ排気装置は、専用電源を備えるのが良い。 The power source of the vacuum pump exhaust devices 28 and 30 may be shared, so that power is supplied to the motors 64 and 102 by a single power supply unit (not shown). In this case, the power supply unit can provide power and the control of the unit can be carried out at or in the pump exhaust system. That is, two frequency converters may be provided in the unit or one in each pump exhaust device. The advantage of a single feeding unit is that the power requirements are shared or shared by both pump exhaust systems, so that one pump exhaust system is subjected to high load conditions and the other pump exhaust system is subjected to low load conditions The overall power consumption does not increase. Such conditions may be, for example, when both vacuum pump exhausts are operating at ultimate pressure and sample gas is introduced into the vacuum system—the pressure and amount of gas in the upstream chamber is increased and the second vacuum pump There may be a delay before an increase in the pressure in the downstream chamber and an increase in the load on the first vacuum pump evacuation device 30 may occur when an equivalent increase in the load on the evacuation device 28 occurs. As a modification, each vacuum pump exhaust device may include a dedicated power source.

幾つかの公知の真空ポンプ排気システムでは、複数のポンプが真空システムを差動的に排気するためにそれぞれのハウジング内に設けられる。しかしながら、これら公知のシステムでは、これらポンプは、下側圧力ポンプから排出されたガスがこれよりも高い圧力ポンプの入口に運ばれるよう配置されている。したがって、ポンプは、直列に配置されている。しかしながら、真空ポンプ１０では、２つの真空ポンプ排気装置は、直列ではなく、これとは異なり、圧力チャンバを並列に排気する。直列関係は、部分的に設けられるが、第２の真空ポンプ排気装置の排気部とブースタ区分５２，５４，５６との間にのみ設けられる。 In some known vacuum pump evacuation systems, multiple pumps are provided in each housing to differentially evacuate the vacuum system. However, in these known systems, these pumps are arranged such that the gas discharged from the lower pressure pump is conveyed to the higher pressure pump inlet. Therefore, the pumps are arranged in series. However, in the vacuum pump 10, the two vacuum pump exhaust devices are not in series, but, unlike this, exhaust the pressure chambers in parallel. The series relationship is partially provided, but is provided only between the exhaust part of the second vacuum pump exhaust system and the booster sections 52, 54, 56.

ハウジング１２は、真空ポンプ排気装置を正確な位置に設置するとともにハウジング入口からの流体流れを真空ポンプ排気装置の流体入口に案内するために所要の内部構造を有するよう作られている。内部構造は、大規模な次の機械加工を必要としないで鋳造または成形による形成を可能にする比較的単純な形状を有するよう形作られている。内部構造は、内部仕切り壁によって画定されていて両方の真空ポンプ排気装置の流体入口への流れを方向付ける複数の異形流れ導管を有するよう構成されている。ガス流を方向付ける単一の一体形ハウジングを設けることにより、フォアラインおよび他の配管系統の必要性がなくなり、それにより追加のコンポーネントの使用、組み立てに必要な時間が回避されるとともに漏れの潜在的な原因がなくなる。 The housing 12 is made to have the required internal structure to place the vacuum pump exhaust device in the correct location and guide the fluid flow from the housing inlet to the fluid inlet of the vacuum pump exhaust device. The internal structure is shaped to have a relatively simple shape that allows formation by casting or molding without the need for extensive subsequent machining. The internal structure is configured to have a plurality of profiled flow conduits that are defined by internal partition walls and direct flow to the fluid inlets of both vacuum pump exhaust systems. By providing a single, integral housing that directs gas flow, the need for forelines and other plumbing systems is eliminated, thereby avoiding the time required to use and assemble additional components and the potential for leakage. The common cause disappears.

Claims

A vacuum pump that differentially pumps and exhausts a plurality of chambers, the vacuum pump comprising:
A housing containing a plurality of composite pump exhaust devices supported by different motors so that they can rotate independently from each other on each drive shaft;
A first housing inlet for receiving fluid from the first chamber;
A second housing inlet for receiving fluid from the second chamber;
The first composite pump exhaust device among the plurality of composite pump exhaust devices is a first pump exhaust section including a turbo molecular pump exhaust mechanism body and a first pump exhaust section located downstream from the first pump exhaust section. The pump exhaust section has a fluid flowing into the composite pump from a first inlet through the first and second pump exhaust sections, and the composite from the second inlet. The fluid flowing into the pump is configured to pass only through the second pump exhaust section of the pump exhaust section;
The vacuum pump further includes
A third housing inlet for receiving fluid from the third chamber;
A fourth housing inlet for receiving fluid from the fourth chamber;
A second composite pump exhaust device among the plurality of composite pump exhaust devices is a third pump exhaust section including a turbo molecular pump exhaust mechanism and a first pump exhaust section located downstream from the first pump exhaust section. The pump exhaust section has fluid that has flowed into the second composite pump exhaust system from a third inlet through the third and fourth pump exhaust sections, and the fourth pump exhaust section. The vacuum pump is configured such that the fluid flowing into the second composite pump from the inlet of the pump passes only the fourth pump exhaust section of the pump exhaust section.

The vacuum pump of claim 1, wherein the drive shaft has respective axes of rotation that are angled with respect to each other.

The vacuum pump according to claim 1, wherein the drive shaft has first and second rotation axes, and the first rotation axis is perpendicular to the second rotation axis.

At least one of the pump exhaust devices is in the form of a cartridge, and the cartridge has a casing that supports the pump exhaust mechanism of the cartridge, and the casing attaches the cartridge to the housing. The one of claims 1-3, wherein the cartridge is insertable into a bore and the cartridge is configured to engage the bore to expose a fluid inlet of the pump exhaust mechanism to a respective housing inlet. The vacuum pump as described in any one.

The vacuum pump according to any one of claims 1 to 4, wherein the second and the fourth sections of the composite pump exhaust device include a molecular drag pump exhaust mechanism or a regeneration pump exhaust mechanism.

The second section of the first pump exhaust device includes a booster pump exhaust mechanism body, and the housing has a booster inlet disposed so as to be connectable to an exhaust portion of the second vacuum pump exhaust device. The second section is adapted to support the first section of the second vacuum pump exhaust apparatus and the first vacuum pump exhaust apparatus. A vacuum pump according to one.

The housing has an exhaust portion that forms an outlet from the booster pump exhaust mechanism that can be connected to a backing pump, and the backing pump supports the first pump exhaust device and the second pump exhaust device. The vacuum pump according to claim 6, wherein the vacuum pump can be used.