(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続された複数の真空チャンバーと、前記チャンバーを差動的に排気するための真空排気装置とを含む真空システムであって、
真空排気装置は、
第１排気量及び第１圧縮比を生じさせるように形成され、前記真空チャンバーの内の第１の真空チャンバーを粘性流の状況にある圧力で排気するために接続された吸気口と、大気に又は大気周辺に排気するための排気口とを有する一次ポンプと、
第２排気量及び第２圧縮比を生じさせるように形成され、前記真空チャンバーの内の第２の真空チャンバーを粘性流の状況にあり前記第１の真空チャンバーよりも低い圧力で排気するために接続された吸気口と、一次ポンプの吸気口に接続された排気口とを有するブースターポンプと、
前記真空チャンバーの内の第３の真空チャンバーを分子流の状況で排気するために接続された吸気口と、ブースターポンプの吸気口に接続された排気口とを有する二次ポンプとを含み、
前記一次ポンプと前記ブースターポンプは、前記二次ポンプを補助するように直列に配置され、前記第１圧縮比は前記第２圧縮比よりも高く、前記第２排気量は前記第１排気量よりも大きい、真空システム。
【請求項２】
前記真空チャンバーの内の第３及び第４の真空チャンバーをそれぞれ排気するための２つの二次ポンプを含み、前記２つの二次ポンプの排気口がブースターポンプの吸気口に接続されている請求項１に記載の真空システム。
【請求項３】
真空チャンバーは、流体を第１真空チャンバーから順に真空チャンバーの中を流通させるように接続される、請求項２に記載の真空システム。
【請求項４】
ブースターポンプは、排気量を増加させ且つ圧縮比を低下させるように構成されたスクロールポンプである、請求項１乃至３の何れか一項に記載の真空システム。
【請求項５】
スクロールポンプは、マルチスタートスクロールポンプ及び／又はその協働するスクロール壁の範囲の少なくとも一部にチップシールを持たないスクロールポンプである、請求項４に記載の真空システム。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の真空システムに基づく質量分析システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空システムに関し、例えば、直列に接続された複数の真空チャンバー及びチャンバーを差動的に排気するための真空排気装置を含む質量分析システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
公知の真空排気装置１００が図２に示されている。排気装置１００は、質量分析システム１０２のような真空システム内の複数の真空チャンバーを差動的に排気するためのものである。真空チャンバーは直列に接続され、高圧（低真空）チャンバー１０４から中圧チャンバー１０６を介して低圧（高真空）チャンバー１０８に至る試料流路を形成する。典型的には、低圧チャンバーが１ミリバールに維持され、中圧チャンバーが１０-3ミリバールに維持され、低圧チャンバーが１０-6ミリバールに維持されることがある。真空排気装置１００は、真空チャンバーを差動的に排気し、質量分析計の中に試料流量を維持するように設計される。質量分析装置の中の試料流量を増すことにより、より多くの試料が分析される。
【０００３】
真空排気装置１００は、２つの一次（補助）ポンプ、及び２つの二次ポンプを含む。第１及び第２の二次ポンプ１１０、１１２は、ターボ分子ポンプであるのがよい。二次ポンプは、並列に配置され、真空チャンバー１０６、１０８をそれぞれ排気するために接続される。二次ポンプは、一次又は補助ポンプ１１４と直列に接続される。二次ポンプは分子ポンプであり、大気に排気できないので、一次ポンプ１１４が二次ポンプの排気に接続され、一次ポンプは大気に排気する。このように、一次ポンプは二次ポンプを補助する。一次ポンプは、例えば、スクロールポンプであるのがよい。
【０００４】
もう１つの一次ポンプが低真空チャンバー１０４に接続され、大気に排気する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば質量分析計のような科学的システムの性能を向上させるため、システム内の排気装置の電力要求を著しく増加させることなく、特に、約１ミリバールより大きい非分子、又は粘性流の状況を有する真空チャンバー内において、排気速度（及び試料ガスの流量）を増大させることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、直列に接続された複数の真空チャンバーと、前記チャンバーを差動的に排気する真空排気装置とを含む真空システムを提供し、真空排気装置は、前記真空チャンバーの内の第１の真空チャンバーを排気するために接続された吸気口及び大気に又は大気の周辺に排気するための排気口を有する一次ポンプと、前記真空チャンバーの内の第２の真空チャンバーを排気するために接続された吸気口及び一次ポンプの吸気口に接続された排気口を有するブースターポンプと、前記真空チャンバーの内の第３の真空チャンバーを排気するために接続された吸気口及びブースターポンプの吸気口に接続された排気口を有する二次ポンプと、を含む。
【０００７】
本発明の他の好ましい及び／又は任意の側面は、添付の特許請求の範囲に記載されている。
【０００８】
本発明を十分に理解するために、単なる例として与えられる発明の実施形態を、今、添付図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】真空排気装置を含む真空システムの模式図である。
【図２】真空排気装置を含む先行技術の真空システムの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
真空排気装置１０を図１に示す。排気装置１０は、質量分析システムのような真空システム１２内の複数の真空チャンバーを差動的に排気するためのものである。真空チャンバーは直列に接続され、第１真空チャンバー１４から始まり、第２真空チャンバー１６、第３真空チャンバー１８を介して第４真空チャンバー２０に至る試料流路を形成する。圧力は、図に示すように右に流れる試料流路に沿って、第１チャンバー１４の吸気口の大気から第４チャンバー２０の高真空まで低下する。例えば、第１チャンバー１４が、１０ミリバールのような高圧（低真空）である。第２真空チャンバーは１ミリバールの比較的低い圧力である。この例では、第１及び第２真空チャンバーは、粘性又は非分子の状況又は状態にあると考えられる。第３真空チャンバー１８は、１０-3ミリバールの低圧である。第４真空チャンバー２０は１０-6ミリバールの低圧である。この例では、第３及び第４チャンバーは、分子流の状況又は状態にあると考えられる。
【００１１】
真空排気装置１０は、真空チャンバーを差動的に排気し、図２に示した先行技術の装置に比べて、質量分析計の中を通る試料流量を比較的高く維持するように設計される。更に、ポンプの数を増すことなく、増加した数の真空チャンバーを差動的に排気することができる。
【００１２】
真空排気装置１０は、第１真空チャンバー１４に接続された吸気口２３と、大気に又は大気の周りに排気する排気口２５とを有する一次又は補助ポンプ２２を含む。ポンプ２２は、第１チャンバーに要求される圧力状況に適し且つ大気中へ排気するのに適したスクロールポンプであるのがよい。ブースターポンプ２４は、第２チャンバー１６に接続された吸気口２７を有する。ブースターポンプは、大気にではなく一次ポンプの吸気口２２に排気する排気口２９を有する。ブースターポンプ２４は、補助ポンプとは無関係に運転しておらず、一次ポンプ２２と直列に接続される。少なくとも一つの二次ポンプが、それぞれの高真空チャンバーを排気するために設けられている。図１では、２つの二次ポンプ２６、２８が並列して示され、第３真空チャンバー１８及び第４真空チャンバー２０を排気するために接続された各吸気口３１、３３を有する。二次ポンプの出口３５、３７は、ブースターポンプの吸気口２７に接続される。二次ポンプ２６、２８は、典型的には、ターボ分子ポンプであり、それ自体は大気中に効率的に排気しない。従って、二次ポンプは、直列に接続されたブースターポンプ２４と一次ポンプ２２によって補助される。
【００１３】
ブースターポンプは、排気量（速度）の増加且つ圧縮比の減少のために配置される。従って、適当なブースターポンプは、能力を増加させるように配置されたスクロールポンプであるのがよい。この点において、ツインスタート又はマルチスタートのスクロールポンプが、高い排気量を有する。何故ならば、スクロールポンプの２以上の外側ラップがその吸気口に接続され、各外側ラップが主として排気量を増加するようになっているからである。典型的なスクロールポンプにおけるように、外側ラップは直列に接続していないので、外側ラップから次の外側ラップまで流路に沿って気体の漸次圧縮を達成せず、従って、圧縮比を減少させる。別の例が、出願人の同時係属出願ＧＢ０９１４２１７．５に記載されているように、チップシールを持たないスクロールポンプである。公知のスクロールポンプでは、通常プラスチック材料で作られたチップシールが、それぞれのスクロール壁に形成されたチャンネル内に受け入れられて、スクロール壁と向かい合うスクロール壁板との間をシールする。チップシールは、スクロール壁の高圧側からスクロール壁の低圧側への気体の逆漏れを防止する。逆漏れを減少させると、より高い圧縮率を達成することができる。しかし、チップシールは接触シールであるため、可動面間の摩擦によって引き起こされる、ポンプの電力要求を増加させる。図１に適したブースターポンプは、チップシールのないスクロールポンプである。チップシールがないと逆漏れが増加し、特に高い吸気圧力で、ポンプによって要求される電力を減少させる。
【００１４】
そのようなスクロールポンプを、マルチスタートスクロールポンプに加えて又は代えて使用してもよい。例えば、スクロールポンプの平行な外側ラップにはチップシールが無くてもよいが、ポンプの圧縮段階には存在するのもよい。
【００１５】
他の適当なブースターポンプが当業者に知られているであろう。
【００１６】
より詳細には、一次ポンプ２２は、その吸気口と排気口の間で第１圧縮比を提供するように構成される。使用中の真空システムを示す図１において、第１チャンバーは一次ポンプ２２により１０ミリバールまで排気され、一次ポンプは大気（１バール）に排気する。従って、一次ポンプの圧縮比は１００である。ブースターポンプは、その吸気口と排気口の間で第２圧縮比を提供するように構成される。図１では、第２チャンバー１６は１ミリバールまで排気され、ブースターポンプは一次ポンプの吸気口に１０ミリバールで排気する。従って、ブースターポンプ２４の圧縮比は１０である。従って、一次ポンプの圧縮比は、ブースターポンプのそれよりも大きく、図示した例では、一桁大きい。
【００１７】
また、一次ポンプは、その吸気口と排気口の間で第１排気量又は速度を提供するように構成される。図１において、一次ポンプが５８００ｓｃｃｍ（毎分１立方センチメートル（標準状態換算））の排気速度を有するのがよい。ブースターポンプは、その吸気口と排気口の間で第２排気量を提供するように構成される。図１では、ブースターポンプが１６００ｓｃｃｍの排気速度を有するのがよい。第１排気量は第２排気量よりも小さい。一次ポンプとブースターポンプとの間には、チャンバーの中を通る流れを改善し、更なるチャンバーを排気させる相乗効果がある。この点で、ブースターポンプが高い排気速度を有するので、第１チャンバーから第２チャンバーへの流れは比較的高い。従って、要求される排気速度がブースターポンプによって達成されるので、一次ポンプは、主として良好な圧縮比を達成するように構成されるのがよい。同様に、第１及び第２チャンバー内で達成される真空は、主として一次ポンプによって達成され、低下することが許容される圧縮比よりもむしろ排気速度を増加するためにブースターポンプを構成することができる。一次ポンプとブースターポンプは、両方の二次ポンプ２６、２８を補助するために直列に接続される。従って、両方の二次ポンプは、一次及びブースターポンプの両方によって補助される。先行技術では、二次ポンプは１つの一次ポンプ１１４によって補助される。加えて、第１チャンバー１０４は、もう１つの一次ポンプ１１６により排気される。一次ポンプ１１４及び１１６の両方は、圧縮比及び要求される排気速度の両方を達成するように構成されなければならない。従って、先行技術の装置には、ある量の無駄な努力がある。図１では、一次ポンプ及びブースターポンプは、相乗効果で機能し、それによって、要求される圧縮比及び要求される排気速度を共に達成しつつ、電力要求を減少させる。
【００１８】
複数の真空チャンバー１４、１６を差動的に排気するために一次ポンプ２２と直列にブースターポンプ２４を設けることは、例えば質量分析システムにおいて有利である。ブースターポンプは、二次ポンプ２６、２８のための補助を提供できるだけではなく、特に粘性の圧力状況で、及びその状況における１つ以上のチャンバー内で、高い試料気体流れを提供することができる。
【００１９】
より詳細には、単一の一次ポンプは、高圧チャンバーを排気するのに必要な吸気口の圧力が高すぎて、二次ポンプを補助しないので、一般的に、高圧真空チャンバーを排気し且つ二次ポンプを補助することは不可能である。従って、図２に示すように、２つの一次ポンプが必要である。第１の一次ポンプが第１真空チャンバー１０４を排気し、第２の一次ポンプが二次ポンプを補助する。
【００２０】
図１では、直列に接続された一次ポンプとブースターポンプの組み合わせが、先行技術に比して多くの利点をもたらす。第１に、この組み合わせが排気量の増加をもたらすので、試料流量の増加が達成される。第２に、一次ポンプ２２とブースターポンプ２４の両方を、２つの真空チャンバー１４、１６を排気するために接続することができる。先行技術では、２つの一次ポンプは１つの真空チャンバーだけを排気できる。この後者に関して、一次ポンプとブースターポンプの組み合わせは、ブースターポンプの吸気口において、図２に示す一次ポンプの何れかで可能であるよりも低い圧力を排気できる。従って、ブースターポンプの吸気口を、真空チャンバーに接続し且つ二次ポンプを補助するために接続することができる。更なる利点は、先行技術におけるのと同じ数のポンプを使用しながら、先行技術に比べて差動的に排気される追加のチャンバーを本システム内に設けることができることである。
【００２１】
図２に示す先行技術の排気装置とは異なり、ブースターポンプの使用は、電力消費又は真空排気装置の物理的なサイズの大幅な増加なしに、高い排気性能をもたらす。
【図１】
0005640089.tif 000002
【図２】
0005640089.tif 000003