JP5809218B2 - 真空ポンプ - Google Patents

Description

本発明は真空ポンプに関し、より詳しくは、多チャンバの差圧ポンピングに適した多ポートを備えた複合真空ポンプに関する。

差圧ポンピングされる質量分光システムでは、サンプルおよびキャリヤガスが質量分析器に導入され、分析される。このような一例が図１に示されている。図１に示すように、このようなシステムには高真空チャンバ１０が存在し、高真空チャンバ１０には、第一減圧排気型インターフェースチャンバ（evacuated interface chambers）１１、（システムの形式による）第二減圧排気型インターフェースチャンバ（evacuated interface chambers）１２、および、第三の減圧排気型インターフェースチャンバ（evacuated interface chambers）１４が直後に続いている。第一インターフェースチャンバ１１は減圧排気型分光システムの最高圧力チャンバであり、該チャンバ内にはオリフィスまたは細管が設けられ、該細管を通ってイオンがイオン源から第一インターフェースチャンバ１１内に吸引されるように構成されている。任意で設けられ第二インターフェースチャンバ１２には、イオンを第一インターフェースチャンバ１１から第三インターフェースチャンバ１４内に案内するイオン光学素子を設けることができ、第三インターフェースチャンバ１４には、イオンを第二インターフェースチャンバから高真空チャンバ１０内に案内する付加イオン光学素子を設けることができる。この例では、使用時に、第一インターフェースチャンバは約１ミリバールから１０ミリバールの圧力にあり、第二インターフェースチャンバ（該チャンバが使用される場合）は約１０^-1ミリバールから１ミリバールの圧力にあり、第三インターフェースチャンバは約１０^-2ミリバールから１０^-3ミリバールの圧力にあり、かつ高真空チャンバは約１０^-5ミリバールから１０^-6ミリバールの圧力にある。

高真空チャンバ１０、第二インターフェースチャンバ１２および第三インターフェースチャンバ１４は、複合真空ポンプ１６により減圧排気される。この例では、真空ポンプ１６は、２組のターボ分子段１８、２０の形態をなす２つのポンピングセクションと、ホルベック（Holweck）ドラッグ機構２２の形態をなす第三ポンピングセクションとを有するが、この代わりに、ジーグバーン（Siegbahn）機構またはガエデ（Gaede）機構等の他の形態のドラッグ機構を使用することもできる。各組のターボ分子段１８、２０は、既知の傾斜構造をもつ多数の対（図１には３対が示されているが、任意の適当な数の対を設けることができる）のロータブレード１９ａ、２１ａおよびステータブレード１９ｂ、２１ｂを有している。ホルベック（Holweck）機構２２は、多数（図１には２つが示されているが、任意の適当な数を設けることができる）の回転シリンダ２３ａと、これに対応する環状ステータ２３ｂと、これ自体は既知の態様をなす螺旋チャネルとを有している。

この例では、第一ポンプ入口２４が高真空チャンバ１０に連結されており、該入口２４を通ってポンピングされた流体は、両組のターボ分子段１８、２０およびホルベック（Holweck）機構２２を連続的に通り、出口３０からポンプ１６を出る。第二ポンプ入口２６が第三インターフェースチャンバ１４に連結されており、第二ポンプ入口２６を通ってポンピングされた流体はターボ分子段およびホルベック（Holweck）機構２２を通り、出口３０からポンプ１６を出る。この例では、ポンプ１６はまた第三入口２７を有し、該第三入口２７は選択的に開閉され、かつ、例えば流体を任意の第二インターフェースチャンバ１２からポンプ１６内に案内する内部バッフルを使用している。第三入口２７を開くと、該第三入口を通ってポンピングされた流体は、ホルベック（Holweck）機構２２のみを通り、出口３０からポンプ１６を出る。この例では、第一インターフェースチャンバ１１はバッキングポンプ３２に連結されており、該バッキングポンプ３２も、複合真空ポンプ１６の出口３０から流体をポンピングする。一般に、バッキングポンプ３２は、２次真空ポンプの出口３０からの質量流量よりも多量の質量流量を第一チャンバ１１から直接ポンピングする。各ポンプ入口に流入する流体は、ポンプから出る前にそれぞれの異なる段数を通るので、ポンプ１６は、チャンバ１０、１２、１４内に所要真空レベルを発生でき、バッキングポンプ３２はチャンバ１１内に所要真空レベルを発生する。

バッキングポンプ３２は、一般に、比較的大型の床置きポンプである。使用されるバッキングポンプの形式により、第一インターフェースチャンバ１１がバッキングポンプにより与えられる性能は、作動周波数により大きな影響を受ける。例えば、５０Ｈｚ電源で運転される直接オンラインバッキングポンプが第一チャンバ１１に発生する性能は、６０Ｈｚで作動する同じポンプが第一チャンバ１１に発生する性能より２０％低い。残りのチャンバ１０、１２、１４も全て第一チャンバ１１にリンクしているので、第一チャンバ１１のあらゆる性能変化は、他のチャンバの性能に大きい影響を与える。

少なくとも本発明の好ましい実施形態では、本発明は、上記の問題および他の問題の解決を追求することにある。

第一の観点では、本発明は差圧ポンプ型真空システムを提供し、該差圧ポンプ型真空システムは、少なくとも第一チャンバおよび第二チャンバを備えた装置、例えば質量分光計と、チャンバからの流体を差圧ポンピングして、第一チャンバ内の０．１ミリバール以上、好ましくは１ミリバール以上の第一圧力および該第一圧力より低い第二チャンバ内の第二圧力を発生させる真空ポンプとを有し、該真空ポンプは、それぞれの圧力チャンバからの流体を受入れる少なくとも第一および第二ポンプ入口と、第一チャンバから受入れた流体が第二チャンバからの流体よりも少ないポンピング段を通るように前記入口に対して配置された複数のポンピング段とを備え、前記入口は、前記装置からポンピングされた流体質量の少なくとも９９％がポンプの少なくとも１つのポンピング段を通るように装置に取付けられている。

差圧ポンプ型真空ポンプには、同じポンピング装置または別のポンピング装置によってポンピングされる上記以外の付加低圧チャンバを設けることができる。しかしながら、いずれの場合にも、これらの付加低圧チャンバを通ってポンピングされる流体質量は、一般に、全システムの質量流量の１％より非常に小さい。

各ポンピング段は、ドライポンピング段、すなわち、作動のためのいかなる液体すなわち潤滑剤をも全く必要としないポンピング段で形成するのが好ましい。

一実施形態では、前記装置は第三チャンバを備え、前記ポンプは、第三チャンバ内の第二圧力より低い第三圧力を発生させるべく第三チャンバからの流体を受入れる第三入口を備え、前記ポンピング段は、第三チャンバからポンプに流入する流体が、第二チャンバからポンプに流入する流体より多数のポンピング段を通って流れるように配置されている。換言すれば、この実施形態ではポンプは、少なくとも３つのポンプ入口と、第一ポンプ入口に連結された比較的高圧の第一チャンバからの出口と、第二ポンプ入口に連結された第二中間圧力チャンバの出口と、第三ポンプ入口に連結された比較的低圧の第三チャンバとを有している。

好ましくは、ポンプは少なくとも３つのポンピングセクションを有し、各ポンピングセクションが、第一チャンバから第三チャンバに差圧ポンピングする少なくとも１つのポンピング段を有している。ポンプは、好ましくは、第一ポンピングセクションと、該第一ポンピングセクションから下流側の第二ポンピングセクションと、該第二ポンピングセクションから下流側の第三ポンピングセクションとを有し、これらのセクションは、第三チャンバからポンプに流入する流体が第一ポンピングセクション、第二ポンピングセクションおよび第三ポンピングセクションを通り、第二チャンバからポンプに流入する流体が前記セクションのうちの第二セクションおよび第三セクションのみを通り、第一チャンバからポンプに流入する流体が前記セクションのうちの第三ポンプセクションの少なくとも一部のみを通るように、入口に対して配置されている。

好ましくは、第一ポンピングセクションおよび第二ポンピングセクションの少なくとも１つのポンピングセクションは、少なくとも１つのターボ分子段を有している。第一ポンピングセクションおよび第二ポンピングセクションの両ポンピングセクションは、少なくとも１つのターボ分子段を有している。第一ポンピングセクションの段は、第二ポンピングセクションの段とは異なるサイズにすることができる。例えば、第二ポンピングセクションの段は、第一ポンピングセクションの段より大きくして、選択的なポンピング性能が得られるように構成できる。

任意であるが、第三ポンピングセクションは、第二ポンプ入口から第二ポンプ入口を通って流れる流体が、第一ポンプ入口からこれを通って流れる流体とは異なる経路に従って流れるように配置される。例えば、第三ポンピングセクションは、第一ポンプ入口から第一ポンプ入口を通って流れる流体が、第二ポンプ入口からこれを通って流れる流体の経路の一部のみに従って流れるように配置できる。或いは、第三ポンピングセクションは、第一ポンプ入口から第一ポンプ入口を通って流れる流体が、第二ポンプ入口からこれを通って流れる流体の経路とは異なる経路に従って流れるように配置できる。例えば、第三ポンピング段に複数のチャネルを設け、１つ以上のチャネルが第二ポンプ入口に連通し、一方、残りのチャネルが第一ポンプ入口に連通するように構成できる。

第三ポンピングセクションは、少なくとも１つの分子ドラッグ段を有することが好ましい。好ましい実施形態では、第三セクションは、複数の螺旋体として配置された複数のチャネルを備えた多段ホルベック（Holweck）機構を有する。ホルベック（Holweck）機構は、第一ポンプ入口からこれを通って流れる流体が、第二ポンプ入口から第二ポンプ入口を通って流れる流体の経路の一部のみに従って流れるように、第一ポンプ入口および第二ポンプ入口に対して配置できる。

一実施形態では、第三ポンピングセクションは、第一チャンバ、第二チャンバおよび第三チャンバの各々からポンプに流入する流体を受入れる少なくとも１つのガエデ（Gaede）ポンピング段、および／または、少なくとも１つの空気力学的ポンピング段を有している。ホルベック（Holweck）機構は、前記少なくとも１つのガエデ（Gaede）ポンピング段、および／または、少なくとも１つの空気力学的ポンピング段から上流側に配置して、第一ポンプ入口からポンプに流入する流体がこれを通らないように構成できる。

空気力学的ポンピング段は、再生段として構成できる。他の形式の空気力学的機構として、サイドフロー機構、サイドチャネル機構およびペリフェラルフロー機構がある。ポンプ出口からの排出流体の圧力は、使用時に、１０ミリバールに等しいか、或いは、１０ミリバールより大きいことが好ましい。

装置には、第一チャンバと第二チャンバとの間に配置された第四チャンバを設けることができる。この場合には、真空ポンプは第四チャンバから流体を受入れるための任意の第四入口を設けるのが好ましい。第四入口は、第四チャンバからポンプに流入する流体が、前記セクションのうちの、ポンプ出口に向かう第三ポンピングセクションのみを通って流れるように配置される。第四チャンバからポンプに流入する流体は、第一チャンバからポンプに流入する流体より多くの段数の第三ポンピングセクションを通って流れる。

ポンプは、好ましくは、各ポンピング段の少なくとも１つのロータ要素が取付けられた駆動軸を有している。ポンピングセクションの少なくともロータ要素は、駆動軸に取付けられる共通インペラ上に、好ましくは該インペラと一体に配置される。例えば、第一ポンピングセクションおよび第二ポンピングセクションのロータ要素は、インペラと一体に形成できる。第三ポンピングセクションが分子ドラッグ段を有する場合には、分子ドラッグ段のインペラが、該インペラと一体のロータに配置される。例えば、ロータは、インペラに対して実質的に垂直で、好ましくはインペラと一体のディスクを有するのが好ましい。第三ポンピングセクションが再生ポンピング段を有する場合には、再生ポンピング段のロータ要素は、インペラと一体であるのが好ましい。

好ましくは、システムはバッキングポンプを有し、該バッキングポンプは、使用時に、装置からポンピングされる流体質量の少なくとも９９％が、真空ポンプおよびバッキングポンプの両方を通って流れるようにポンプ出口に連結される。

第二の観点では、本発明は、装置の複数のチャンバの減圧排気を行う方法であって、真空ポンプを設ける段階を有し、真空ポンプが、それぞれのチャンバから流体を受入れる少なくとも第一ポンプ入口および第二ポンプ入口と、第一入口からポンプに流入する流体が第二入口からポンプに流入する流体よりも少数のポンピング段を通って流れるように入口に対して配置された複数のポンピング段とを備え、使用時に、装置からポンピングされた流体質量の少なくとも９９％がポンプのポンピング段の少なくとも１つのを通って流れるようにポンプの入口をチャンバに取付ける段階と、第一チャンバ内に０．１ミリバール以上の第一圧力を発生させ、かつ第二チャンバ内に第一圧力より低い第二圧力を発生させるようにポンプを作動する段階とを更に有する方法を提供する。

第三の観点では、本発明は、複数の圧力チャンバと、該圧力チャンバに取付けられた真空ポンプとを有し、該真空ポンプが、それぞれの圧力チャンバから流体を受入れる複数のポンプ入口と、チャンバを差圧ポンピングする複数のポンピング段とを備え、該ポンピング段は、最高圧力が発生される圧力チャンバから流体をポンピングすべく配置されたポンピング段が、ガエデ（Gaede）ポンピング段または空気力学的ポンピング段を有している差圧ポンプ型真空システムを提供する。このシステムは、質量分光システム、コーティングシステムまたは複数の差圧ポンプ型チャンバを備えた他の形式のシステムで構成できる。本発明の第一の観点に関連して前述した特徴は、本発明のこの第三の観点に等しく適用できる。

第四の観点では、本発明は、複数のチャンバの減圧排気を行う方法であって、真空ポンプを設ける段階を有し、真空ポンプが、それぞれの圧力チャンバから流体を受入れる複数のポンプ入口と、チャンバを差圧ポンピングする複数のポンピング段とを備え、最高圧力を発生させるべき圧力チャンバから流体をポンピングするポンピング段がガエデ（Gaede）ポンピング段または空気力学的ポンピング段で構成されるようにポンプをチャンバに取付ける段階を更に有する方法を提供する。

第五の観点では、本発明は、第一ポンピングセクション、第二ポンピングセクションおよび第三ポンピングセクションと、第一ポンプ入口とを有し、流体は第一ポンプ入口を通ってポンプに流入できかつポンプ出口に向かう各ポンピングセクションを通って流れ、第二ポンプ入口を有し、流体は第二ポンプ入口を通ってポンプに流入できかつ出口に向かう第二ポンピングセクションおよび第三ポンピングセクションのみを通って流れ、任意としての第三ポンプ入口を有し、流体は第三ポンプ入口を通ってポンプに流入できかつ出口に向かう第三ポンピングセクションのみを通って流れ、第四入口を更に有し、流体は第四入口を通ってポンプに流入できかつ出口に向かう第三ポンピングセクションの一部のみを通って流れる構成の複合多ポート真空ポンプを提供する。

本発明はまた、各チャンバを減圧排気するための、上記複数のチャンバおよびポンプを備えた差圧ポンプ型真空システムを提供する。このシステムは、ポンプからの排出流体を受入れるポンプ出口に連結された入口を備えたバッキングポンプを有することが好ましい。

本発明のシステムまたはポンプの態様に関して上述した特徴は、本発明の方法の態様にも等しく適用でき、またこの逆もいえることである。

差圧ポンプ型質量分光システムの減圧排気を行なうのに適した既知の多ポート真空ポンプの簡単化した断面図である。 図１の差圧ポンプ型質量分光システムの減圧排気を行なうのに適した多ポート真空ポンプの第一実施形態の簡単化した断面図である。 図１の差圧ポンプ型質量分光システムの減圧排気を行なうのに適した多ポート真空ポンプの第二実施形態の簡単化した断面図である。 図３に示したポンプに使用するのに適したインペラの簡単化した断面図である。 図１の差圧ポンプ型質量分光システムの減圧排気を行なうのに適した多ポート真空ポンプの第三実施形態の簡単化した断面図である。

以下、本発明の好ましい特徴について、例示のみを目的として示す添付図面を参照して説明する。

図２は、図１に関連して上述した差圧ポンプ型質量分光システムの全質量流量の９９％以上を減圧排気するのに適した複合多ポート真空ポンプ１００の第一実施形態を示すものである。これは、通常の第二最高圧力チャンバおよび第三最高圧力チャンバ以外に、最高圧力チャンバを直接ポンピングできるように配置された真空ポンプ１００により達成される。複合多ポート真空ポンプ１００は多コンポーネントボディ１０２を有し、該ボディ１０２内には駆動軸１０４取付けられている。駆動軸１０４は、例えば駆動軸１０４の回りに配置されるブラシレス直流モータのようなモータ（図示せず）により回転される。駆動軸１０４は、両端がベアリング（図示せず）により支持されている。例えば、駆動軸１０４は、永久磁石ベアリング／オイル潤滑型ベアリングハイブリッドシステムにより支持することができる。

ポンプ１００は少なくとも３つのポンピングセクション１０６、１０８、１１２を有している。図２に示す実施形態では、１組のターボ分子段１０６は、既知の傾斜構造をもつ４つのロータブレードおよび３つのステータブレードを有している。ロータブレードは参照番号１０７ａで示され、ステータブレードは参照番号１０７ｂで示されている。この例では、ロータブレード１０７ａは駆動軸１０４に取付けられている。

第二ポンピングセクション１０８は第一ポンピングセクション１０６と同様であり、これも１組のターボ分子段を有している。図２に示す実施形態では、ターボ分子段１０８の組も、既知の傾斜構造をもつ４つのロータブレードおよび３つのステータブレードを有している。ロータブレードは参照番号１０９ａで示され、ステータブレードは参照番号１０９ｂで示されている。この例では、ロータブレード１０９ａも駆動軸１０４に取付けられている。

第一ポンピングセクションおよび第二ポンピングセクションの下流側には、例えばホルベック（Holweck）ドラッグ機構のような分子ドラッグ機構の形態をなす第三ポンピングセクション１１２が設けられている。この実施形態では、ホルベック（Holweck）機構は、２つの回転シリンダ１１３ａ、１１３ｂ、および、それらに対応する環状ステータ１１４ａ、１１４ｂを有し、これらの間には、これ自体は既知の態様で螺旋チャネルが形成されている。回転シリンダ１１３ａ、１１３ｂは、好ましくはカーボン繊維材料で形成され、かつ駆動軸１０４上に配置されたディスク１１５上に取付けられている。この例では、ディスク１１５はまた、駆動軸１０４に取付けられている。
ホルベック（Holweck）機構１１２の下流側にはポンプ出口１１６が設けられている。出口１１６を介して、バッキングポンプ１５０がポンプ１００を支援している。

図２に示すように、ポンプ１００は３つの入口１２０、１２２、１２４を有している。この実施形態では３つの入口のみが使用されているが、ポンプには、参照番号１２６で示す任意の付加入口を設けることができる。この付加入口１２６は選択的に開閉され、かつ例えば、異なる流れを機構の特定部分に案内する内部バッフルを使用できる。全てのポンピングセクションの上流側には、低圧流体入口１２０が配置されている。第一ポンピングセクション１０６と第二ポンピングセクション１０８との中間には、中間圧力流体入口１２２が配置されている。ホルベック（Holweck）機構１１２の全ての段が他の入口１２０、１２２と流体連通するように、ホルベック（Holweck）機構１１２の上流側すなわち図２に示すようにホルベック（Holweck）機構１１２との間には、高圧流体入口１２４を配置できる。一方、図２に示す構成では、一部の段（１つ以上の段）が第三入口１２４に流体連通している。第二ポンピングセクション１０８とホルベック（Holweck）機構１１２との間には、任意の入口１２６が配置されており、これにより、ホルベック（Holweck）機構１１２の全ての段が任意の入口１２６に流体連通する。

使用時に、各入口は、差圧ポンプ型質量分光システムのそれぞれのチャンバに連結される。かくして、入口１２０は低圧チャンバ１０に連結され、入口１２２は中間圧力チャンバ１４に連結され、かつ入口１２４は最高圧力チャンバ１１に連結されている。破線１４０により示されているように、高圧チャンバ１１と中間圧力チャンバ１４との間に他のチャンバ１２が存在する場合には、任意の入口１２６が開かれて、このチャンバ１２に連結される。このシステムには付加低圧チャンバを付加できる。これらの付加低圧チャンバは別の手段によりポンピングされるが、付加低圧チャンバの質量流量は、一般に、質量分光システムの全質量流量の１％以下である。

低圧チャンバ１０から入口１２０を通って流入する流体は、第一ポンピングセクション１０６、第二ポンピングセクション１０８およびホルベック（Holweck）機構１１２の全てのチャネルを通って流れ、ポンプ出口１１６を通ってポンプ１００から出る。中間圧力チャンバ１４から入口１２２を通って流入する流体は、第二ポンピングセクション１０８およびホルベック（Holweck）機構１１２の全てのチャネルを通って流れ、ポンプ出口１１６を通ってポンプ１００から出る。高圧チャンバ１１から入口１２４を通って流入する流体は、ポンプ１００に流入し、ホルベック（Holweck）機構のチャネルの少なくとも一部を通り、ポンプ出口１１６を通ってポンプを出る。入口１２６を開くと、チャンバ１２から入口１２６を通って流入する流体は、ポンプ１００に流入し、ホルベック（Holweck）機構１１２の全てのチャネルを通り、ポンプ出口１１６を等ってポンプ１００から出る。

この例では、使用に際し、図１に関連して説明したシステムと同様に、第一インターフェースチャンバ１１は０．１ミリバールより高い圧力（好ましくは約１〜１０ミリバールの圧力）にあり、第二インターフェースチャンバ１２（該チャンバ１２が使用される場合）は約１０^-1ミリバールから１ミリバールの圧力にあり、第三インターフェースチャンバ１４は約１０^-2ミリバールから１０^-3ミリバールの圧力にあり、かつ高真空チャンバ１０は約１０^-5ミリバールから１０^-6ミリバールの圧力にある。

上記実施形態の特別な長所は、差圧ポンプ型質量分光システムの高圧チャンバが、バッキングポンプ１５０によってではなく、第二最高圧力チャンバおよび第三最高圧力チャンバにポンピングする同じ複合多ポート真空ポンプ１００によって直接ポンピングされることができるため、複合多ポート真空ポンプ１００が、質量分光システムの全流体質量流量の９９％以上を管理できることである。かくして、第一チャンバおよび内的にリンクされた分光システムの残部の性能は、バッキングポンプのサイズを増大させることなく増大できる。

図３は、差圧ポンプ型質量分光システムからの全質量流量の９９％以上を減圧排気させるのに適した、第一実施形態と同様な真空ポンプ２００の第二実施形態を示す。この第二実施形態は、第三ポンピングセクションがまた、少なくとも１つの空気力学的ポンピング段２１０（この例では、ホルベック（Holweck）機構２１２の下流側に配置された少なくとも１つの空気力学的再生段の形態をなしている）を有している。

再生段２１０は、ホルベック（Holweck）機構２１２のディスク２１５に取付けられるか、該ディスク２１５と一体に形成された突出リング２１１ａの環状配列の形態をなす複数のロータを有している。図４に示すように、この実施形態では、ターボ分子セクション１０６、１０８のそれぞれのロータ１０７、１０９、ホルベック（Holweck）機構２１２の回転ディスク２１５、および、再生段２１０のロータ２１１ａは、駆動軸２０４に取付けられた共通インペラ２４５上に配置されており、ホルベック（Holweck）機構２１２のカーボン繊維からなる回転シリンダ２１３ａは、これらの一体回転要素の機械加工後に回転ディスク２１５に取付けられる。しかしながら、１つ以上のこれらの回転要素のみをインペラ２４５と一体に形成し、残りの要素は、第一実施形態におけるように駆動軸２０４に取付けるか、必要に応じて他のインペラに配置することもできる。インペラ２４５の図面で見て右端は磁気ベアリング（このベアリングの永久磁石はインペラ上に配置される）により支持でき、駆動軸２０４の図面で見て左端は潤滑型ベアリングにより支持できる。

ホルベック（Holweck）機構２１２のステータ２１４ｂはまた、再生段２１０のステータを形成し、かつステータ２１４ｂには環状チャネル２１１ｂが形成され、該環状チャネル２１１ｂ内でロータ２１１aが回転する。既知のように、チャネル２１１ｂの断面積は、ロータに対する近接間隙を形成する小断面部分を有する「ストリッパ」として知られたチャネルの小部分を除き、個々のロータ２１１ａの断面積より大きい。ポンプ２００の使用に際し、差圧ポンプ型質量分光システムの各チャンバからポンピングされた流体は、ストリッパの一端に隣接して配置された入口から環状チャネル２１１ｂ内に流入し、この流体は、該流体がストリッパの他端に衝突するまでチャネル２１１ｂに沿って回転ディスク２１５上のロータ２１１ａにより押圧される。

使用に際し、真空ポンプ２００は、差圧ポンプ型質量分光システムのチャンバ内で、第一実施形態の真空ポンプ１００と同様の性能的長所を発揮する。第一実施形態により得られる可能性ある性能的長所に加え、この第二実施形態は更に２つの長所が得られる。これらの長所のうちの第一の長所は、異なる性能レベルをもつポンプ、例えば５０Ｈｚまたは６０Ｈｚのオンラインで直接作動するバッキングポンプでバッキングされるときでも、システム性能が終始一定していることである。この第二実施形態の場合には、図３に関連して説明したシステムにおけるシステム性能の変動は、バッキングポンプ２５０の作動周波数が５０Ｈｚと６０Ｈｚとの間で変化する場合でも１％程度の低さであり、従って、使用者に安定したシステム性能をもつポンピング装置を提供できることが考えられる。

第二実施形態の第二の付加的長所は、ホルベック（Holweck）セクションの下流側に付加ポンピング段を設けることにより、真空ポンプのこの構成が、バッキングポンプ２５０のキャパシティ従ってサイズを、第一実施形態に比べてかなり小さくできることである。これは、付加ポンピングセクション２１０により、真空ポンプ２００が１０ミリバールを超える圧力で流体を排出できることによる。これに対し、第一実施形態の真空ポンプ１００は、一般に、約１ミリバールから１０ミリバールの圧力で流体を排出するに過ぎない。このため、バッキングポンプ２５０のサイズを、第一実施形態のバッキングポンプ１５０に比べて大幅に小さくできる。このサイズ縮小は、システム性能に悪影響を与えることなく、或る質量分光システムにおいて１０分の１程度にすることが考えられる。図３および図４に示すように、再生段２１０のロータ２１１ａは、ホルベック（Holweck）セクション２１２の回転シリンダ２１３ａにより包囲されている。かくして、再生セクション２１０は、真空ポンプの全長を殆ど増大させることなく、または、全く増大させることなく、第一実施形態の真空ポンプ１００に便利に組込むことができる。かくして、真空ポンプ２００およびバッキングポンプ２５０の両方を備えた第二実施形態の全真空ポンプシステムは、サイズを縮小でき、従って卓上型ハウジング内に便利に収容できる。

図５は、差圧ポンプ型質量分光システムからの全質量流量の９９％以上を減圧排気させるのに適した、第二実施形態と同様な真空ポンプ２６０の第三実施形態を示す。この第二実施形態では、高圧チャンバ１１から入口１２４を通って流入する流体は、ホルベック（Holweck）機構２１２を通ることなく、空気力学的ポンピング段２１０を通ってポンプ２５０に流入し、ポンプ出口２１６を通ってポンプから出る。また、図５に示すように、空気力学的ポンピング段２１０の少なくとも一部は、ガエデ（Gaede）型機構または他の分子ドラッグ機構３００で置換できる。空気力学的ポンピング段２１０をガエデ（Gaede）型機構３００で置換できる度合いは、真空ポンプ２６０の所要ポンピング性能に基いて定まる。例えば、再生段２１０は、全体をガエデ（Gaede）型機構で置換するか、図示のように、一部のみをガエデ（Gaede）型機構で置換することもできる。

要約すれば、差圧ポンプ型質量分光システムは、複数の圧力チャンバを備えた質量分光計と、該質量分光計に取付けられかつそれぞれの圧力チャンバから流体を受入れるための複数のポンプ入口および前記チャンバからの流体を差圧ポンピングする複数のポンピング段を備えた真空ポンプとを有し、使用に際し、分光計からポンピングされた少なくとも９９％の流体質量が、真空ポンプの１つ以上のポンピング段を通って流れる。

１００、２００、２６０ 複合多ポート真空ポンプ
１０６ ターボ分子段（ターボポンピングセクション）
１０８ 第二ポンピングセクション（ターボポンピングセクション）
１１２、２１２ ホルベック（Holweck）機構
１５０、２５０ バッキングポンプ
２１０ 空気力学的ポンピング段（再生段、付加ポンピングセクション）
２１１ａ 突出リング（ロータ）
２１３ａ 回転シリンダ
２１５ 回転ディスク
２４５ 共通インペラ

Claims (17)

1. 第一ポンピングセクション、第二ポンピングセクションおよび第三ポンピングセクションと、第一ポンプ入口とを有し、流体は第一ポンプ入口を通ってポンプに流入できかつポンプ出口に向かう各ポンピングセクションを通って流れ、第二ポンプ入口を有し、流体は第二ポンプ入口を通ってポンプに流入でき、かつ出口に向かう第二ポンピングセクションおよび第三ポンピングセクションのみを通って流れ、第三ポンプ入口を有し、流体は第三ポンプ入口を通ってポンプに流入でき、かつ出口に向かう第三ポンピングセクションのみを通って流れ、第四入口を更に有し、流体は第四入口を通ってポンプに流入できかつ出口に向かう第三ポンピングセクションの一部のみを通って流れることを特徴とする複合多ポート真空ポンプ。
2. 前記第一ポンピングセクションおよび第二ポンピングセクションの少なくとも１つが少なくとも１つのターボ分子段を有していることを特徴とする請求項１記載の複合多ポート真空ポンプ。
3. 前記第一ポンピングセクションおよび第二ポンピングセクションの両方が少なくとも１つのターボ分子段を有していることを特徴とする請求項１または２記載の複合多ポート真空ポンプ。
4. 前記第三ポンピングセクションは、第二ポンプ入口から第二ポンプ入口を通って流れる流体が第四ポンプ入口から第四ポンプ入口を通って流れる流体とは異なる経路に従って流れるように第二ポンプ入口および第四ポンプ入口に対して配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の複合多ポート真空ポンプ。
5. 前記第三ポンピングセクションは、第四ポンプ入口から第四ポンプ入口を通って流れる流体が第二ポンプ入口から第二ポンプ入口を通って流れる流体の経路の一部のみに従って流れるように第二ポンプ入口および第四ポンプ入口に対して配置されることを特徴とする請求項４記載の複合多ポート真空ポンプ。
6. 前記第三ポンピングセクションは少なくとも１つの分子ドラッグ段を有していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の複合多ポート真空ポンプ。
7. 前記第三ポンピングセクションは、複数の螺旋体として配置された複数のチャネルを備えたホルベック（Holweck）機構を有していることを特徴とする請求項６記載の複合多ポート真空ポンプ。
8. 前記ホルベック（Holweck）機構は、第四ポンプ入口から第四ポンプ入口を通って流れる流体が第二ポンプ入口から第二ポンプ入口を通って流れる流体の経路の一部のみに従って流れるように第二ポンプ入口および第四ポンプ入口に対して配置されることを特徴とする請求項７記載の複合多ポート真空ポンプ。
9. 前記第三ポンピングセクションは、少なくとも１つのガエデ（Gaede）ポンピング段を有し、または、少なくとも１つの空気力学的ポンピング段を有し、或いは、少なくとも１つのガエデ（Gaede）ポンピング段、および、少なくとも１つの空気力学的ポンピング段の両方を有していることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の複合多ポート真空ポンプ。
10. 前記第三ポンピングセクションは、少なくとも１つのガエデ（Gaede）ポンピング段を有し、または、少なくとも１つの空気力学的ポンピング段を有し、或いは、少なくとも１つのガエデ（Gaede）ポンピング段、および、少なくとも１つの空気力学的ポンピング段の両方を有しており、前記ホルベック（Holweck）機構は、少なくとも１つのガエデ（Gaede）ポンピング段から上流側に配置され、または、少なくとも１つの空気力学的ポンピング段から上流側に配置され、或いは、少なくとも１つのガエデ（Gaede）ポンピング段、および、少なくとも１つの空気力学的ポンピング段の上流側に配置されることを特徴とする請求項７記載の複合多ポート真空ポンプ。
11. 前記ホルベック（Holweck）機構は、第四ポンプ入口からポンプに流入する流体が当該ホルベック機構を通らないように、第二ポンプ入口および第四ポンプ入口に対して配置されることを特徴とする請求項１０記載の複合多ポート真空ポンプ。
12. 前記少なくとも１つの空気力学的ポンピング段は少なくとも１つの再生段を有していることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項記載の複合多ポート真空ポンプ。
13. 前記第三ポンピングセクションは少なくとも１つの空気力学的ポンピング段を有し、使用時に、前記ポンプ出口からの排出流体の圧力が１０ミリバールに等しいか、或いは、１０ミリバールより大きいことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項記載の複合多ポート真空ポンプ。
14. 前記第三入口は、これを通ってポンプに流入する流体が、前記セクションのうちのポンプ出口に向かう第三ポンピングセクションのみを通って流れるように配置されることを特徴とする請求項１３記載の複合多ポート真空ポンプ。
15. 前記第三入口を通ってポンプに流入する流体は、第四入口を通ってポンプに流入する流体より多数の第三ポンピングセクションの段を通って流れることを特徴とする請求項１４記載の複合多ポート真空ポンプ。
16. 前記各ポンピングセクションの少なくとも１つのロータ要素が取付けられた駆動軸を有していることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項記載の複合多ポート真空ポンプ。
17. 各チャンバを減圧排気するための、請求項１〜１６のいずれか１項記載の複数のチャンバおよびポンプを有することを特徴とする差圧ポンプ型真空システム。

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