JP2023552606A - ３段式ターボ分子ポンプおよびブースターポンプを備えた質量分析計用漏洩検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オフセットエラーを生じない多段ブースターポンプおよびターボ分子ポンプを備えた質量分析計用漏洩検知装置を提供する。【解決手段】本発明に係る装置は、試料の漏れを検知する装置であって、質量分析計１２と、前記質量分析計１２に接続される少なくとも３段のターボ分子ポンプ１４と、少なくとも２段のブースターポンプ４４と、前記ターボ分子ポンプ１４の出力ポンプ段２４の出口２０に接続されたプレバキュームポンプ２２とを備え、前記ブースターポンプの中間ガス出口５４が、第１の接続枝管６２を介して前記ターボ分子ポンプ１４の第１の中間ガス入口３６にガス導通可能に接続されていることと、前記ブースターポンプ４４の出力ポンプ段４８の出口５６が、第２の接続枝管６４を介して前記ターボ分子ポンプ１４の第２の中間ガス入口４２にガス導通可能に接続されていることとを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、３段式ターボ分子ポンプおよびブースターポンプを備えた質量分析計用漏洩検知装置に関する。

質量分析計を多段式ターボ分子ポンプで排気し、ターボ分子ポンプの出口がプレバキュームポンプを介して大気圧に対して排気される質量分析計の漏洩検知装置が知られている。

本内容において、例えば、ドイツ国特許出願公開第１０２０１４２２３８４１号明細書（特許文献１）から、分析する試料を別体のブースターポンプを介して排出し、ブースターポンプの出口が質量分析計用ターボ分子ポンプのプレバキュームポンプを介して排気されることが知られている。その際、プレバキュームポンプにより、質量分析計用ターボ分子ポンプおよびブースターポンプのための予備真空が生成される。ブースターポンプは、２つのポンプ段の間に配置された中間ガス出口を有する２段式であり、この中間ガス出口は多段式（例えば３段式）ターボ分子ポンプの中間ガス入口にガス導通可能に接続されている。漏洩検知において、ブースターポンプとターボ分子ポンプとの間の接続枝管を介して部分的な流れが分岐し、ターボ分子ポンプの入力段を経由して、逆流して質量分析計に供給される。

その際、プレバキュームポンプの吐出能力が試験ガスの排気に十分でない場合、試験ガス（通常はヘリウム）がブースターポンプの出口に蓄積され得る。これにより、ブースターポンプの出口に蓄積した試験ガスは、ブースターポンプの出力ポンプ段および接続枝管を通過して質量分析計のターボ分子ポンプの中間ガス入口に入り、そこからターボ分子ポンプの入力段を通って質量分析計に入り、そこで試験ガスはオフセットエラーという形でバックグラウンド信号を生成する。

ドイツ国特許出願公開第１０２０１４２２３８４１号明細書

そこで、本発明の目的は、改良した多段ブースターポンプおよびターボ分子ポンプを備えた質量分析計用漏洩検知装置を提供することである。

本発明の装置は、請求項１により定義される。したがって、質量分析計とプレバキュームポンプとの間に配置された質量分析計用ターボ分子ポンプは、少なくとも３段のバキュームポンプとして構成され、入力ポンプ段と中間ポンプ段との間に第１の中間ガス入口が形成され、中間ポンプ段と出力ポンプ段との間に第２の中間ガス入口が形成される。第１の中間ガス入口は、第１の接続枝管を介して少なくとも２段のブースターポンプの２つのポンプ段の間の中間ガス出口に接続され、ブースターポンプの出口、すなわち出力ポンプ段の出口は、第２の接続枝管を介して質量分析計用ターボ分子ポンプの第２の中間ガス入口に接続されている。

その結果、ブースターポンプの出口は、プレバキュームポンプだけでなく、プレバキュームポンプと直列に接続されている質量分析計用ターボ分子ポンプの出力ポンプ段によっても排気される。この結果、ブースターポンプの入力段とプレバキュームポンプの入口との間の試験ガス分圧差が大きくなり、試験ガス（例えばヘリウム）がより効率的に排気される。これにより、第１の接続枝管を介して質量分析計に逆流する試験ガスが蓄積することによるオフセットエラーの可能性を低減または回避することができる。

好ましくは、第１の接続枝管および／または第２の接続枝管はそれぞれ、各接続枝管を選択的に閉じるための、独立して制御可能なバルブを有する。

第１の接続枝管と第２の接続枝管とは、橋枝管を介して互いにガス導通可能に接続される。また、橋枝管は、橋枝管を選択的に閉じるための、独立して制御可能なバルブを有する。橋枝管のおかげで、ブースターポンプの出口を、第１の中間ガス入口、中間ポンプ段、およびターボ分子ポンプの出力ポンプ段を介して、下流のプレバキュームポンプで排気することが可能である。

ブースターポンプの入口には、試料用ポートが設けられている。ブースターポンプの入口は、バイパス枝管を介して、プレバキュームポンプの入口および質量分析計用ターボ分子ポンプの出口に接続することができ、また、バイパス枝管は、バイパス枝管を選択的に閉じるための、独立して制御可能なバルブを有する。バイパス枝管を介して、試料は、ブースターポンプまたはターボ分子ポンプが試料を排気することなく、プレバキュームポンプを介して直接的かつ排他的に大気中へ排気され得る。

以下では、図面を参照しながら本発明の例示的な実施形態を詳細に説明する。図面は、本発明に係る装置の例示的な実施形態を示している。
本発明に係る質量分析計用漏洩検知装置の概略図である。

質量分析計１２は、３段式ターボ分子ポンプ１４によって排気され、質量分析計１２は、ターボ分子ポンプの入力ポンプ段１８の入口１６にガス導通可能に接続されている。プレバキュームポンプ２２は、ターボ分子ポンプ１４の出口にガス導通可能に接続されている。ターボ分子ポンプ１４の出口は、出力ポンプ段２４の出力２０によって形成される。中間ポンプ段２６は、質量分析計用ターボ分子ポンプ１４の入力ポンプ段１８と出力ポンプ段２４との間に設けられる。

ターボ分子ポンプの出口とプレバキュームポンプ２２とを接続するガス導通路２８には、ガス導通路２８を選択的に閉じるための、独立して制御可能なバルブ３０が設けられる。

第１のポンプ段１８の出口３２および中間ポンプ段２６の入口３４は、ターボ分子ポンプ１４の第１中間ガス入口３６にガス導通可能に接続される。
これと対応する形で、中間ポンプ段２６の出口３８と出力ポンプ段２４の入口４０は、第２の中間ガス入口４２にガス導通可能に接続される。

２段式ブースターポンプ４４は、入力ポンプ段４６と出力ポンプ段４８とを備え、入力ポンプ段４６の出口５０と出力ポンプ段４８の入口５２は、ブースターポンプ４４の中間ガス出口５４にガス導通可能に接続されている。出力ポンプ段４８の出口５６は、ブースターポンプ４４の出口を形成する。

入力ポンプ段４６の入口５８は、ブースターポンプ４４の入口を形成し、分析する試料を接続するためのポート６０にガス導電可能に接続される。

中間ガス出口５４と第１の中間ガス入口３６とは、第１の接続枝管６２によってガス導通可能に接続されている。

出口５６と第２の中間ガス入口４２とは、第２接続枝管６４によってガス導通可能に接続されている。

第１の接続枝管６２は、第１の接続枝管６２を選択的に閉じるための、独立して制御可能なバルブ６６を有している。第２の接続枝管６４は、第２の接続枝管６４を選択的に閉じるための、独立して制御可能なバルブ６８を有する。

第１の接続枝管６２と第２の接続枝管６４とは、橋枝管７０によって互いにガス導通可能に接続されている。橋枝管７０は、橋枝管７０を選択的に閉じるための、独立して制御可能なバルブ７２を有する。

試料ポート６０およびブースターポンプ４４の入口５８は、プレバキュームポンプ２２の入口７６および質量分析計用ターボ分子ポンプ１４の出口２０にバイパス枝管７４を介してガス導通可能に接続される。バイパス枝管７４は、バイパス枝管７４を選択的に閉じるための、独立して制御可能なバルブ７８を有する。

入力ポンプ段４６の出口５０と出力ポンプ段４８の入口５２とを接続するガス導通路８０には、出力ポンプ段４８の入口５２の領域に配置された流量絞り５３が設けられている。

ブースターポンプ４４の２つのポンプ段４６，４８は共通のシャフトに配置され、入力ポンプ段４６はターボ分子ポンプ段であり、出力ポンプ段４８はホルベック段である。

質量分析計用ターボ分子ポンプ１４のポンプ段１８、２６、２４は、共通のシャフトに配置されていても良い。入力ポンプ段１８および中間ポンプ段２６は、２つのポンプ段１８、２６が共通のロータシャフトに配置され、それによって共通のターボ分子ポンプ段を形成する２段式ターボ分子ポンプの一部となり得る。出力ポンプ段２４は、ホルベック段とすることができる。出力ポンプ段２４は、２つのターボ分子ポンプ段１８、２６と同じシャフトに配置することができる。

プレバキュームポンプ２２は、好ましくは、質量分析計用ターボ分子ポンプ１４およびブースターポンプ４４とは別体に形成され、また、ブースターポンプ４４とローターシャフトを共有していない。しかしながら、プレバキュームポンプ２２が、ターボ分子ポンプ１４および／またはブースターポンプ４４の１つまたは複数のポンプ段と同じロータシャフトに配置されることは考えられる。

まず、バルブ６６，６８，３０を閉じた状態で、バイパス枝管７４のバルブ７８を開くと、試料ポート６０に接続された試料がバイパス枝管７４を介してプレバキュームポンプ２２から排気される。さらに、試料ポート６０で十分な圧力が得られると、ガス導通路２８のバルブ３０が開かれて、ターボ分子ポンプ１４およびプレバキュームポンプ２２を介して質量分析計１２が排気される。「グロス」と呼ばれるこの動作状態において、質量分析計１２では、大きな漏れを検知することが既に可能である。

実際の漏れを検知するために、試料または試料ポート６０において、それぞれ十分な真空圧に達すると、すぐにバイパス枝管７４のバルブ７８が閉じられ、接続枝管６２，６４のバルブ６６，６８が開かれる。その結果、ブースターポンプ４４が作動しているとき、ガスは試料ポート６０から接続枝管６２，６４を通ってターボ分子ポンプ１４に流れ、試験ガスの一部、例えばヘリウムまたは水素が入力ポンプ段１８を通って質量分析計１２に逆流し、ガスの主要部分は中間ポンプ段２６、出力ポンプ段２４およびプレバキュームポンプ２２を介して大気中に排気される。

Claims (13)

1. 試料の漏れを検知する装置であって、
   質量分析計（１２）と、
   前記質量分析計（１２）に接続される入力段と、入力ポンプ段（１８）と中間ポンプ段（２６）との間に配置された第１の中間ガス入口（３６）と、中間ポンプ段（２６）と出力ポンプ段（２４）との間に配置された第２の中間ガス入口（４２）とを有する少なくとも３段のターボ分子ポンプ（１４）と、
   分析する試料に接続可能な入力ポンプ段（４６）と、前記入力ポンプ段（４６）と出力ポンプ段（４８）との間に配置された中間ガス出口（５４）とを有する少なくとも２段のブースターポンプ（４４）と、
   前記ターボ分子ポンプ（１４）の前記出力ポンプ段（２４）の出口（２０）に接続され、前記ターボ分子ポンプ（１４）の前記出口（２０）に５０ｍｂａｒ未満の予備真空圧を発生させて大気圧に対して真空排気するように構成されたプレバキュームポンプ（２２）とを備え、
   前記ブースターポンプの前記中間ガス出口（５４）が、第１の接続枝管（６２）を介して前記ターボ分子ポンプ（１４）の前記第１の中間ガス入口（３６）にガス導通可能に接続されていることと、
   前記ブースターポンプ（４４）の前記出力ポンプ段（４８）の出口（５６）が、第２の接続枝管（６４）を介して前記ターボ分子ポンプ（１４）の前記第２の中間ガス入口（４２）にガス導通可能に接続されていることとを特徴とする装置。
2. 請求項１に記載の装置において、前記第１の接続枝管（６２）および／または前記第２の接続枝管（６４）が、接続枝管を閉じるための、独立して制御可能なバルブ（６６、６８）を有することを特徴とする装置。
3. 請求項１または２に記載の装置において、前記ブースターポンプ（４４）の前記入力ポンプ段（４６）の入口が、バイパス枝管（７４）を介して前記プレバキュームポンプ（２２）の入口にガス導通可能に接続されており、前記バイパス枝管（７４）が、前記バイパス枝管（７４）を閉じるための、独立して制御可能なバルブ（７８）を有することを特徴とする装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の装置において、前記第１の接続枝管（６２）と、前記第２の接続枝管（６４）が、橋枝管（７０）によってガス導通可能に互いに接続されており、前記橋枝管（７０）が、前記橋枝管（７０）を閉じるための、独立して制御可能なバルブ（７２）を有することを特徴とする装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の装置において、前記ターボ分子ポンプ（１４）の前記出力ポンプ段（２４）の出力を前記プレバキュームポンプ（２２）の入口に接続するガス導通路（２８）が、前記ガス導通路を選択的に閉じるための、独立して制御可能なバルブ（３０）を有することを特徴とする装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の装置において、前記ブースターポンプ（４４）の前記入力ポンプ段（４６）が回転式バキュームポンプであることを特徴とする装置。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の装置において、前記ブースターポンプ（４４）の前記出力ポンプ段（４８）が、分子ポンプ段、特にホルベック段であることを特徴とする装置。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の装置において、前記ブースターポンプが２段式バキュームポンプであることを特徴とする装置。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の装置において、前記ターボ分子ポンプ（１４）の前記入力段および前記中間段が、２段式ターボ分子ポンプ（１４）を形成することを特徴とする装置。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の装置において、前記ターボ分子ポンプ（１４）の前記出力ポンプ段（２４）がホルベック段であることを特徴とする装置。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置において、前記ターボ分子ポンプ（１４）が、３段式バキュームポンプであることを特徴とする装置。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置において、前記ブースターポンプの前記ポンプ段（４６、４８）が共通のシャフトに配置され、および／または前記ターボ分子ポンプ（１４）の前記ポンプ段（１８、２４、２６）が共通のシャフトに配置されていることを特徴とする装置。
13. 請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置において、前記プレバキュームポンプが、前記ブースターポンプおよび前記ターボ分子ポンプ（１４）とは独立した別体のバキュームポンプであることを特徴とする装置。

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