(57)【要約】  真空ポンプ（１００）は、第１組のターボ分子段（１０６）と、分子ドラッグ段（１１２）と、流体が、ポンプ出口（１１６）に向かって第１組の段（１０６）及び分子ドラッグ段（１１２）を通過することができるようにする第１ポンプ入口（１２０）と、第１組の段（１０６）と分子ドラッグ段（１１２）の間に置かれた第２及び第３組のターボ分子段（１０８、１１０）と、第２入口（１２２）と、を含み、第２及び第３組のターボ分子段（１０８、１１０）は、第２入口（１２２）からポンプに入る流体が、第２及び第３組のターボ分子段（１０８、１１０）のそれぞれの中を流れる２つの流れに分けられるように構成され、第１組のターボ分子段（１０６）及び第２組及び第３組のターボ分子段（１０８、１１０）の各々を通過する流体をポンプ出口（１１６）に向かって搬送するための導管手段（１２６）をさらに含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１排気部分と、流体がポンプに入り、ポンプ出口に向かって排気部分の各々を通過することができるようにする第１ポンプ入口と、第２排気部分及び第３排気部分と、流体がポンプに入ることができるようにする第２ポンプ出口と、を含み、第２及び第３排気部分は、第２入口からポンプに入る流体が、ポンプ出口に向かって第２排気部分を通過する第１流れとポンプ出口から遠ざかって第３排気部分を通過する第２流れとに分けられるように構成され、第３排気部分を通過する流体をポンプ出口に向かって搬送するための手段と、第１、第２、及び第３排気部分の下流にあって、それらの排気部分から流体を受け、該流体をポンプ出口に向かって排出するための少なくとも１つの追加の排気部分と、を更に有する、真空ポンプ。
【請求項２】
搬送手段は、第３排気部分を通過する流体を、第２排気部分と前記少なくとも１つの追加の排気部分の中間の場所に搬送するように構成されている、請求項１に記載のポンプ。
【請求項３】
第２及び第３排気部分は、第１排気部分と前記少なくとも１つの追加の排気部分の間に置かれる、請求項１又は２に記載のポンプ。
【請求項４】
搬送手段は、第１排気部分を通過する流体及び第３排気部分を通過する流体を、第２排気部分と前記少なくとも１つの追加の排気部分の中間の場所に搬送するように構成されている、請求項３に記載のポンプ。
【請求項５】
搬送手段は、第１排気部分を通過する流体を、第２排気部分と第３排気部分の中間の位置に搬送するための第１導管と、第３排気部分を通過する流体を、第２排気部分と前記少なくとも１つの追加の排気部分の中間の場所に搬送するための第２導管と、を含む、請求項３に記載のポンプ。
【請求項６】
第１排気部分を通過する流体を第１導管に差し向けるための、及び第３排気部分を通過する流体を第２導管に差し向けるためのバッフル手段を含む、請求項５に記載のポンプ。
【請求項７】
排気部分の各々は乾式排気部分からなる、請求項１ないし６のいずれかに記載のポンプ。
【請求項８】
前記少なくとも１つの追加の排気部分は、少なくとも１つの分子ドラッグ段からなる、請求項１乃至７のいずれかに記載のポンプ。
【請求項９】
第１乃至第３排気部分の各々は、少なくとも１つのターボ分子段からなる、請求項１ないし８のいずれかに記載のポンプ。
【請求項１０】
第１、第２、及び第３排気部分の各々は、少なくとも３つのターボ分子段からなる、請求項９に記載のポンプ。
【請求項１１】
駆動シャフトを含み、該駆動シャフトに、排気部分の各々のための少なくとも１つのロータ要素が取り付けられる、請求項１ないし１０のいずれかに記載のポンプ。
【請求項１２】
少なくとも、第１、第２、及び第３排気段のためのロータ要素の少なくともいくつかは、駆動シャフトに取り付けられたインペラーと一体である、請求項１１に記載のポンプ。
【請求項１３】
追加の排気部分のロータ要素の少なくとも１つは、インペラーに取り付けられたシリンダから成る、請求項１２に記載のポンプ。
【請求項１４】
シリンダは、インペラーと一体のディスクに取り付けられている、請求項１３に記載のポンプ。
【請求項１５】
２つの室と、室の各々を排気するための請求項１ないし１４のいずれかに記載のポンプと、を含む差動排気真空装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空ポンプに関し、特に、多室の差動排気に適した多ポートを有する複合真空ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
差動排気式質量分析計装置では、試料及びキャリヤガスが分析のために質量分析計に導入される。このような例の１つを図１に示す。図１を参照すると、このような装置では、排気された第１インターフェース室１２、排気された第２インターフェース室１４に直ぐ続く高真空室１０が存在する。第１インターフェース室１２は、排気された分析計装置の最高圧力室であり、且つオリフィス又は毛管を有し、イオンがイオン源からこのオリフィス又は毛管を通して第１１インターフェース室１２に吸い込まれる。第１インターフェース室１２は、イオンをイオン源から第２インターフェース室１４に案内するためのイオン光学要素を含む。第２、即ち中間室１４は、イオンを第１インターフェース室１２から高真空室１０に案内するための追加のイオン光学要素を含んでもよい。この例では、使用中、第１インターフェース室は１ミリバール位の圧力であり、第２インターフェース室は１０-3ミリバール位の圧力であり、高真空室は１０-5ミリバール位の圧力である。
【０００３】
高真空室１０及び第２インターフェース室１４は、複合真空ポンプ１６によって排気することができる。この例では、真空ポンプは、２組のターボ分子段の形態をなした２つの排気部分、及びホルウィック（Ｈｏｌｗｅｃｋ)ドラッグ機構２２の形態をなした第３排気部分を有し、シーグバーン(Ｓｉｅｇｂａｈｎ）又はゲーデ（Ｇａｅｄｅ）機構のような別の形態のドラッグ機構をその代わりに使用してもよい。各組のターボ分子段１８、２０は周知の斜め構造の適当な数（図１には３個示されているが、適当な数を設けてもよい）のロータ１９ａ、２１ａとステータブレード１９ｂ、２１ｂの対からなる。ホルウィック機構２２は、多数（図１には３個示されているが、適当な数を設けてもよい）の回転シリンダー２３ａとそれに対応する管状ステータ２３ｂ及び螺旋チャンネルをそれ自体周知の方法で含む。
【０００４】
この例では、第１ポンプ入口２４は高真空室１０に連結され、入口２４を通して排気された流体は、両組のターボ分子段１８、２０を順に通過し、そしてホルウィック機構２２を通過し、出口３０を経てポンプを出る。第２ポンプ入口２６は第２インターフェース室１４に連結され、入口２６を通して排気された流体は、１組のターボ分子段２０及びホルウィック機構２２を通過し、出口３０を経てポンプを出る。この例では、第１インターフェース室１２は補助ポンプ３２に連結され、補助ポンプ３２も、複合真空ポンプ１６の出口３０から流体を排気する。各ポンプ入口に入る流体が、ポンプからでる前に、それぞれ異なる数の段を通過すると、ポンプ１６は、室１０、１４に所要の真空１５をもたらすことができる。
【０００５】
装置の性能を増大させるためには、第２インターフェース室１４に所望圧力を維持しながら、試料及びガスの質量流量を増大させることが望ましい。図１に示すポンプについては、これは、ターボ分子段２０のロータ２１ａ及びステータ２１ｂの直径を大きくして複合真空ポンプ１６の容量を増大させることによって達成される。例えば、ポンプ１６の容量を２倍にするためには、ロータ２１ａ及びステータ２１ｂの面積は、サイズが２倍になるように要求される。ポンプ１６の全体のサイズ、かくして、質量分析計装置の全体のサイズを増大させるのに加えて、ポンプ１６は、ターボ分子段２０のより大きなロータ及びステータにより、駆動シャフト３２に作用する質量増加に照らして駆動しにくくなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の少なくとも好ましい実施形態の目的は、ポンプのサイズを著しく増大させることなく特に要求される場合に、差動真空装置内の質量流量を増大させることができる、差動排気、多ポート、複合真空ポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の側面では、本発明は、第１排気部分と、流体がポンプに入り、ポンプ出口に向かって排気部分の各々を通過することができるようにする第１ポンプ入口と、第２排気部分及び第３排気部分と、流体がポンプに入ることができるようにする第２ポンプ出口と、を含み、第２及び第３排気部分は、第２入口からポンプに入る流体が、ポンプ出口に向かって第２排気部分を通過する第１流れとポンプ出口から遠ざかって第３排気部分を通過する第２流れとに分けられるように構成され、第３排気部分を通過する流体をポンプ出口に向かって搬送するための手段と、第１、第２、及び第３排気部分の下流にあって、それらの排気部分から流体を受け、該流体をポンプ出口に向かって排出するための少なくとも１つの追加の排気部分と、を更に有する、真空ポンプを提供する。
【０００８】
周知のポンプの第２排気部分２０を、第２入口の両側に１つずつ、そしてブレード角度を一般的に逆にした２つの排気部分で効果的に置換することによって、第２入口からポンプに入る流体を、異なる方向に流れる２つの流れに分けることができる。一方の流れは出口の方向に第２排気部分を通過し、他方の流れは、出口から遠ざかって（かくして、通常の流れ方向に反して）第３排気部分を搬送手段まで通過し、搬送手段は、流れを出口に向かって搬送する。これにより、例えば、要求される場合、第２入口での質量流量を、２５−３０％だけのポンプサイズ／長さの増大に過ぎないにもかかわらず、図１に示すポンプと比較して効果的に２倍にすることができる。
【０００９】
要求される場合、装置の性能を増大させながらポンプサイズ／長さの増大を最小にすることは、例えば、ポンプサイズの増大を最小にして、分析計への流量を増大させるために、例えば、中間室により大きな質量流量を要求する卓上質量分析計装置の差動排気多室用の複合ポンプとして使用するのに特に適したポンプを作ることができる。
【００１０】
１つの実施形態では、搬送手段は、第３排気部分を通過する流体を、第２排気部分と前記少なくとも１つの追加の排気部分の中間の場所に搬送するように構成されている。かくして、第２排気部分を通過する流体を、出口の上流の第３排気部分を通過する流体と合流させることができる。これにより、通常の流れ方向に反して第３排気部分を通過する流体を、図１に示すポンプの中間排気部分２０を通過する流体のように同様の真空箇所に連結させることができる。
【００１１】
好ましい実施形態では、第２及び第３排気部分は、第１排気部分と前記少なくとも１つの追加の排気部分の間に置かれる。このような実施形態では、上記の搬送手段は、第１排気部分を通過する流体を、第２排気部分と前記少なくとも１つの追加の排気部分の中間の場所に追加的に搬送する。
【００１２】
搬送手段の変形構成では、搬送手段は、第１排気部分を通過する流体を、第２排気部分と第３排気部分の中間の位置に搬送するための第１導管と、第３排気部分を通過する流体を、第２排気部分と前記少なくとも１つの追加の排気部分の中間の場所に搬送するための第２導管と、を含む。これにより、第１排気部分を通過する流体を、図１に示すポンプの排気部分１８を通過する流体のように同様の真空箇所に連結させることができる。好ましくは、ポンプは、第１排気部分及び第３排気部分を通過する流体をそれぞれの前記導管に差し向けるためのバッフル手段を含む。
【００１３】
排気部分の各々は、好ましくは、乾式排気部分からなる。前記少なくとも１つの追加の排気部分は、好ましくは、ホルウィック段のような少なくとも１つの分子ドラッグ段、及び又は第１乃至第３排気部分から下流にあって、これら排気部分から流体を受けて流体を出口に向かって排出するための再生排気段からなる。好ましくは、第１乃至第３排気部分の各々は、１組のターボ分子段からなる。好ましくは、これらの排気部分の各々は、少なくとも３つのターボ分子段からなる。第２及び第３排気部分は同じ数の段からなり、或いは変形例として、第２排気部分は、導管手段の伝導性損失に打ち勝つために第３排気部分より大きい数の段からなっていてもよい。第１排気部分は、第２及び第３排気部分とは異なるサイズ／直径のものでもよい。これは、選択的な排気性能を提供することができる。
【００１４】
ポンプは、好ましくは、駆動シャフトを含み、駆動シャフトに、種々の排気部分の各々のための少なくとも１つのロータ要素が取り付けられる。ターボ分子段の少なくともいくつかのためのロータ要素は、駆動シャフトに取り付けられた共通のインペラーに設けられるのがよい。分子ドラッグ段は、ターボ分子段のロータ要素とともに回転運動可能に取り付けられた少なくとも１つの回転シリンダからなるホルウィック段からなるのがよい。シリンダは、駆動シャフトに設けられたディスクに取り付けられ、駆動シャフトは、好ましくは、インペラーと一体である。
【００１５】
本発明は、また、２つの室と、室の各々を排気するための上記の如きポンプとを含む差動排気真空装置を提供する。この装置は、質量分析装置、コーティング装置、又は複数の差動排気室を含む他の形態の装置であってもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
今、本発明の好ましい特徴を添付図面を参照して単なる例示として説明する。
【００１７】
図２を参照すると、図１を参照して上で説明した差動排気質量分析計装置の少なくとも高真空室１０及び中間室１４を排気するのに適した真空ポンプ１００の第１実施形態は、多構成要素本体１０２を含み、シャフト１０４がこの本体内に取り付けられている。シャフトの回転は、シャフト１０４のまわりに位置決めされたモータ（図示せず）、例えば、ブラシレス直流モータによって行われる。シャフト１０４は、対向した軸受（図示せず）に取り付けられている。例えば、駆動シャフト１０４は、ハイブリッド永久磁石軸受及びオイル潤滑軸受装置によって支持されるのがよい。
【００１８】
ポンプは、少なくとも４つの排気部分１０６、１０８、１１０、及び１１２を含む。第１排気部分１０６は、１組のターボ分子段からなる。図２に示す実施形態では、１組のターボ分子段１０６は、周知の斜め構造の４つのロータブレード及び３つのステータブレードからなる。ロータブレードを１０７ａで指示し、ステータブレードを１０７ｂで指示する。この例では、ロータブレード１０７ａは、駆動シャフト１０４に取り付けられる。
【００１９】
第２排気部分１０８は、第１排気部分１０６と同様であり、かつまた、１組のターボ分子段からなる。図２に示す実施形態では、１組のターボ分子段１０８も、周知の斜め構造の４つのロータブレード及び３つのステータブレードからなる。ロータブレードを１０９ａで指示し、ステータブレードを１０９ｂで指示する。この例では、ロータブレード１０９ａは、駆動シャフト１０４に取り付けられる。
【００２０】
第３排気部分１１０も、ブレード角度を第２排気部分１０８のブレード角度に関して一般的に逆にした１組のターボ分子段からなる。図２に示す実施形態では、第３排気部分１１０は、第２排気部分１０８と同じ数の段を含み、即ち、１組のターボ分子段１１０もまた周知の斜め構造の４つのロータブレード及び３つのステータブレードからなる。ロータブレードを１１１ａで指示し、ステータブレードを１１１ｂで指示する。この例では、ロータブレード１１１ａもまた駆動シャフト１０４に取り付けられている。
【００２１】
図２に示すように、第１排気部分乃至第３排気部分の下流に、ホルウィック又は他のタイプのドラッグ機構の形態をなした第４排気部分１１２がある。この実施形態では、ホルウィック機構は、２つの回転シリンダ１１３ａ，１１３ｂ及びそれ自体周知の方法で形成された螺旋チャンネルを有する、対応する環状ステータ１１４ａ，１１４ｂを含む。回転シリンダ１１３ａ，１１３ｂは、好ましくは、炭素繊維材料で形成され、そして、駆動シャフト１０４に置かれたディスク１１５に取り付けられている。この例では、ディスク１１５も駆動シャフト１０４に取り付けられている。ホルウィック機構１１２の下流には、ポンプ出口１１６がある。
【００２２】
図２に示すように、ポンプ１００は、２つの入口を有している。この実施形態では、たった２つの入口が使用されているが、ポンプは、選択的に開閉させることができ、そして例えば異なる流量流れを機構の特定部分に案内する内部バッフルを使用することができる３つ又はそれ以上の入口を有してもよい。例えば、入口が、第２排気部分１０８と第４排気部分１１２の間に置かれてもよい。
【００２３】
この実施形態では、第１の低流体圧入口１２０が排気部分の全ての上流に置かれる。第２の高流体圧力入口１２２が第２排気部分１０８と第３排気部分１１０の間に置かれる。導管１２６が、第１排気部分１０６と第３排気部分１１０の間に置かれた入口１２８と、第２排気部分１０８と第４排気部分１１２の間に置かれた出口１３０と、を有する。
【００２４】
使用中、各入口は、差動排気質量分析計装置のそれぞれの室に連結される。低圧力室１０から入口１２０を通過する流体は、排気部分１０６を通過し、導管入口１２８から導管１２６に入り、導管出口１３０を経て導管１２６から出て、第４排気部分１１２を通過し、ポンプ出口１１６を経てポンプ１００を出る。中間圧力室１４から第２入口１２２を通過した流体は、ポンプ１００に入り、そして２つの流れに分かれる。一方の流れは、第２排気部分１０８及び第４排気部分１１２を通過し、ポンプ出口１１６を経てポンプを出る。他方の流れは、第３排気部分１１０を通過し、導管入口１２８から導管１２６に入って第１排気部分１０６を通過した流体と合流する。これにより、「通常の」流れ方向に反して（即ち、出口から遠ざかる）第３排気部分１１０を通過する流体を、図１に示したポンプの中間排気部分２０を通過する流体のように同様の真空箇所に連結させることができる。高圧室１２から第３入口１２４を通過する流体は、捕縄ポンプ１５０によって排気され、補助ポンプも出口１１６を経てポンプ１００を補助する。
【００２５】
上記の実施形態の特別な利点は、差動排気質量分析計装置の中間室１４に対する入口の両側に２つの排気部分（即ち、第２及び第３排気部分１０８、１１０）を設けることによって、中間室１４からポンプに入る流体の質量流量を、中間室の真空レベルを変えることなく、図１に示す周知の構成と比較して、少なくとも２倍にすることができることである。かくして、中間室から高真空室１０に入る試料及びキャリヤガスの流量も増大させて、差動排気質量分析計装置の性能を増大させることができる。
【００２６】
図３を参照すると、差動排気質量分析計装置の高真空室１０及び中間室１４を排気するのに適した真空ポンプ２００の第２実施形態は、導管１２６が第１導管２０２及び第２導管２０８で置換されていることを除けば、第１実施形態と同様である。第１導管２０２は、第１排気部分１０６と第３排気部分１１０の間に置かれた入口２０４と、第２排気部分１０８と第３排気部分１１０の間に置かれた出口２０６と、を有する。
【００２７】
第２導管２０８は、第１排気部分１０６と第３排気部分１１０の間に置かれた入口２１０と、第２排気部分１０８と第４排気部分１１２の間に置かれた出口２１２と、を有する。バッフル部材２２０は、第１排気部分１０６を通過する流体が第１導管２０２に確実に入り、第３排気部分１１０を通過する流体が第２導管２０８に確実に入るようにする。この構成により、通常の流れ方向に反して第３排気部分を通過する流体を、図１に示すポンプの中間排気部分２０を通過する流体のように同様の真空箇所に連結させることができ、第１排気部分を通過する流体を、図１のポンプの排気部分１８を通過する流体のように同様の真空箇所に連結させることができる。
【００２８】
図４を参照すると、差動排気質量分析計装置の高真空室１０及び中間室１４を排気するのに適した真空ポンプ３００の第３実施形態は、種々の排気部分のロータが共通のインペラー３０２に置かれていることを除けば、第１実施形態と同様である。この実施形態では、第１、第２、及び第３排気部分１０６、１０８、及び１１０のロータブレード１０７ａ、１０９ａ、１１１ａは、インペラー３０２と一体であり、第４排気部分１１２のディスク１１５も、インペラー３０２と一体である。しかしながら、これらのロータ要素の１つ又はそれ以上だけが、インペラー３０２と一体であり、残りのロータ要素は、第１実施形態におけるように、駆動シャフト２０４に取り付けられ、或いは必要に応じて、他のインペラーに置かれてもよい。インペラー３０２の右端（図示のように）を磁石軸受で支持するのがよい、そしてこの軸受の永久磁石は、インペラーに置かれ、駆動シャフト１０４の左端（図示のように）を潤滑軸受で支持するのがよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】差動排気質量分析計装置を排気するのに適した周知の多ポート真空ポンプの簡略断面図である。
【図２】図１の差動排気質量分析計装置を排気するのに適した多ポート真空ポンプの第１実施形態の簡略断面図である。
【図３】図１の差動排気質量分析計装置を排気するのに適した多ポート真空ポンプの第２実施形態の簡略断面図である。
【図４】図１の差動排気質量分析計装置を排気するのに適した多ポート真空ポンプの第３実施形態の簡略断面図である。
【図１】
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【図２】
2007507659.tif 000004
【図３】
2007507659.tif 000005
【図４】
2007507659.tif 000006
【国際調査報告】
2007507659.tif 000007
2007507659.tif 000008
2007507659.tif 000009