(57)【要約】【課題】複数の圧力チェンバと、前記圧力チェンバを真空引きするポンピング装置（１００）とを有する差圧的にポンピングされる真空システムを提供する。【解決手段】本発明のポンピング装置は、第１と第２の複合ポンプ（１０２，１０４）を有し、各複合ポンプは、第１入口（１２０、１２４）と、第２入口（１２２、１２６）と、第１と第２のポンピング・セクション（１１０、１１２）とを有する。ポンピング・セクションは、第１入口からポンプ内に入る流体が、第１と第２のポンピング・セクションを通り、第２入口からポンプに入る流体は、第２ポンピング・セクションのみを通る。第１ポンプ（１０２）の第１入口（１２０）は、第１低圧チェンバ（１０）の出口に接続され、第１ポンプ（１０２）の第２入口（１２２）と第２ポンプ（１０４）の第１入口（１２４）は、第２の共通中圧チェンバ（１６）の出口に接続され、第２ポンプ（１０４）の第２入口（１２６）は、第３高圧チェンバ（１４）の出口に接続される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧力チェンバと、
前記圧力チェンバに取り付けられ、前記圧力チェンバを真空引きするポンピング装置と、
を有する差圧的にポンピングされる真空システムにおいて、
前記ポンピング装置は、第１と第２の複合ポンプを有し、
前記各複合ポンプは、少なくとも、第１入口と、第２入口と、第１ポンピング・セクションと、前記第１ポンピング・セクションの下流側に配置される第２ポンピング・セクションとを有し、
前記ポンピング・セクションは、
前記第１入口からポンプ内に入る流体が、前記第１と第２のポンピング・セクションを通り、
前記第２入口からポンプに入る流体は、第２ポンピング・セクションのみを通り、
前記複数のポンプの内の一方のポンプの第２入口と他方のポンプの第１入口とは、共通の圧力チェンバからの出口あるいはそれぞれの出口に接続され、
運転中は、第１複合ポンプは、前記第２複合ポンプに並列に、複数の圧力チェンバの一方を真空引きするよう配置されることを特徴とする差圧的にポンピングされる真空システム。
【請求項２】
前記第１ポンプの第１入口は、第１の低圧チェンバからの出口に接続され、
前記第１ポンプの第２入口と第２ポンプの第１入口とは、共通のより高圧のチェンバからの出口あるいはそれぞれの出口に接続されることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記第１ポンプの第２入口と第２ポンプの第１入口とは、第２の中圧チェンバからの出口あるいはそれぞれの出口に接続され、
前記第２ポンプの第２入口は、第３の高圧チェンバからの出口に接続されることを特徴とする請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記第１と第２のポンピング・セクションの少なくとも一方は、少なくとも１個のターボ分子段を有することを特徴とする請求項１−３のいずれかに記載のシステム。
【請求項５】
前記第１と第２のポンピング・セクションの両方は、少なくとも１個のターボ分子段を有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１と第２のポンピング・セクションの大きさは異なることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のシステム。
【請求項７】
少なくとも前記第２複合ポンプは、第２ポンピング・セクションの下流側に第３ポンピング・セクションを有し、
前記ポンピング・セクションは、
前記第１入口からポンプ内に入る流体が、前記第１と第２と第３のポンピング・セクションを通り、
前記第２入口からポンプに入る流体は、第２と第３のポンピング・セクションのみを通るよう配置されることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のシステム。
【請求項８】
前記第３ポンピング・セクションは、多段の分子ドラグ機構を有することを特徴とする請求項７記載のシステム。
【請求項９】
前記分子ドラグ機構は、複数のチャネルが複数のらせん形態で配列される多段のHolweck機構であることを特徴とする請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
少なくとも第２複合ポンプは、第４圧力チェンバからの流体が流れ込む第３入口を有し、
前記ポンピング・セクションは、前記第４チェンバからポンプに入る流体は、第３ポンピング・セクションのみを通過するよう、配置されることを特徴とする請求項７乃至９の何れか１項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第３ポンピング・セクションは、前記第３入口からそこを通る流体が、第２入口からそこを通る流体とは異なるパスを流れるよう配置されることを特徴とする請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
前記第３ポンピング・セクションは、前記第３入口からそこを通る流体は、第２入口からそこを通る流体のパスの一部のみを通るよう、配置されることを特徴とする請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
各複合ポンプは、第４圧力チェンバからの流体が流れ込むよう配置された前記第３入口を有し、
前記複合ポンプは、前記第１複合ポンプが、第２複合ポンプと並列に、第４圧力チェンバを真空引きするよう、配置されることを特徴とする請求項１０乃至１２の何れか１項に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第３入口は、第４圧力チェンバの出口からそこに流体を搬送する導管手段に接続されることを特徴とする請求項１３記載のシステム。
【請求項１５】
少なくとも第２複合ポンプは、第３ポンピング・セクションから下流側に、さらなるポンピング・セクションを有することを特徴とする請求項７乃至１４の何れか１項に記載のシステム。
【請求項１６】
前記のさらなるポンピング・セクションは、空力学的ポンピング機構を有することを特徴とする請求項１５記載のシステム。
【請求項１７】
前記空力学的ポンピング機構は、再生段を有することを特徴とする請求項１６記載のシステム。
【請求項１８】
前記複合ポンプから排気された流体を受領するために、バッキング・ポンプに直接接続された出口を有するさらなる圧力チェンバを有することを特徴とする請求項１乃至１４の何れか１項に記載のシステム。
【請求項１９】
前記複合ポンプは、質量分析計の最高圧力チェンバが並列に真空引きされるよう、配置されることを特徴とする請求項１乃至１７の何れか１項に記載のシステム。
【請求項２０】
前記第２ポンプの第２入口は、第１ポンプの出口に接続されることを特徴とする請求項２記載のシステム。
【請求項２１】
前記第２ポンプの第２ポンピング・セクションは、大気圧で流体を排気することを特徴とする請求項２０記載のシステム。
【請求項２２】
前記第２ポンプの第２ポンピング・セクションは、空力学的ポンピング機構を有する
ことを特徴とする請求項２０又は２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記空力学的ポンピング機構は、再生段を有することを特徴とする請求項２２記載のシステム。
【請求項２４】
前記第２ポンプの第１ポンピング・セクションは、分子ドラグ機構を有することを特徴とする請求項１９−２３のいずれかに記載のシステム。
【請求項２５】
前記第１ポンプの第２ポンピング・セクションは、分子ドラグ機構を有することを特徴とする請求項１９乃至２４の何れか１項に記載のシステム。
【請求項２６】
前記第１ポンプの第１ポンピング・セクションは、少なくとも１個のターボ分子段を有することを特徴とする請求項１９乃至２５の何れか１項に記載のシステム。
【請求項２７】
前記第１と第２のポンプの少なくとも一方は、それらの第１入口から上流側にさらなる入口を有することを特徴とする請求項１９乃至２６の何れか１項に記載のシステム。
【請求項２８】
前記第１ポンプは、前記のさらなる入口と第１入口との間に配置された、さらなるポンピング・セクションを有することを特徴とする請求項２７記載のシステム。
【請求項２９】
前記さらなるポンピング・セクションは、少なくとも１個のターボ分子段を有することを特徴とする請求項２８記載のシステム。
【請求項３０】
複数の圧力チェンバと、
前記圧力チェンバに取り付けられ、前記圧力チェンバを真空引きするポンピング装置と、
を有する差圧的にポンピングされる真空システムにおいて、
前記ポンピング装置は、第１と第２の複合ポンプを有し、
前記各複合ポンプは、少なくとも、第１入口と、第２入口と、第１ポンピング・セクションと、前記第１ポンピング・セクションの下流側に配置された第２ポンピング・セクションとを有し、
前記ポンピング・セクションは、
前記第１入口からポンプ内に入る流体が、前記第１と第２のポンピング・セクションを通り、
前記第２入口からポンプに入る流体は、第２ポンピング・セクションのみを通る
よう配置され、
前記第１ポンプの第１入口は、第１の低圧チェンバからの出口に取り付けられ、
前記第１ポンプの第２入口は、第２の中圧チェンバからの出口に取り付けられ、
前記第２ポンプの第１入口は、第３の高圧チェンバからの出口に取り付けられ、
前記第２ポンプの第２入口は、第１ポンプの出口に取り付けられ、
前記第２ポンプの第２ポンピング・セクションは、大気圧で流体を排気することを特徴とする差圧的にポンピングされる真空システム。
【請求項３１】
各複合ポンプは、ポンピング・セクション用に、少なくとも１個のロータ要素を搭載する駆動シャフトを有することを特徴とする請求項１乃至３０の何れか１項に記載のシステム。
【請求項３２】
前記複数の圧力チェンバは、質量分析計の一部を構成することを特徴とする請求項１乃至３１の何れか１項記載のシステム。
【請求項３３】
複数の圧力チェンバを差圧的に真空引きする方法において、
（Ａ）  第１と第２の複合ポンプを有するポンピング装置を用意するステップと、
前記各複合ポンプは、少なくとも、第１入口と、第２入口と、第１のポンピング・セクションと、前記第１のポンピング・セクションの下流側に配置される第２ポンピング・セクションとを有し、
前記ポンピング・セクションは、
第１入口からポンプに入る流体は、前記第１と第２のポンピング・セクションを通過し、
前記第２入口からポンプに入る流体は、第２ポンピング・セクションのみを通過するよう配置され、
（Ｂ）  前記複合ポンプの入口を圧力チェンバに取り付けるステップと
を有し、
これにより、複数のポンプの内の一方のポンプの第２入口と他方のポンプの第１入口が、共通圧力チェンバからの出口あるいはそれぞれの出口に接続され、
運転中は、第１複合ポンプが、第２複合ポンプと並列に、前記圧力チェンバの内の１つを真空引きすることを特徴とする複数の圧力チェンバを差圧的に真空引きする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンピング装置に関し、特に、複数のチェンバの差圧ポンピングを行うポンピング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
差圧ポンピングを行う質量分析計システムにおいては、サンプルとキャリア・ガスが、解析する為に質量分析計内に導入される。このような一例を図１に示す。同図では、複数の真空引きされるインターフェース・チェンバの後に高真空チェンバ１０が配置される。実際のチェンバ数は、システムの種類に依存する。図１に示した実施形態においては、システムは、第１と第２と第３の真空引きされるインターフェース・チェンバ１２、１４、１６とを有する。
【０００３】
第１インターフェース・チェンバ１２は、真空引きされる質量分析計システム内の最高圧チェンバであり、ガス入口手段を有する。このガス入口手段を介してイオンはイオン・ソースから第１インターフェース・チェンバ１２に吸引される。イオン・ソースは、採用されるイオン化装置によっては大気圧である。第２インターフェース・チェンバ１４と後続のそれより低い圧力チェンバは、当業者に公知のイオン光学手段との解析手段とを有する。
【０００４】
この例において、使用中は、第１インターフェース・チェンバ１２は、１−１０ｍｂａｒの圧力にある。第２インターフェース・チェンバ１４は、１０-3−１０-2ｍｂａｒの圧力にある。第３インターフェース・チェンバ１６は、１０-5−１０-4ｍｂａｒの圧力にある。高真空チェンバ１０は、１０-7−１０-6ｍｂａｒの圧力にある。
【０００５】
チェンバを真空引きするためには、この実施形態においては、低圧チェンバである高真空チェンバ１０は、ターボ分子ポンプ２０により真空引きされ、バッキング・ポンプ２２にまたは真空システムの他の適宜のポイントに排気する。第２と第３のインターフェース・チェンバ１４、１６は、複合真空ポンプ２４により真空引きされ、バッキング・ポンプ２２に排気される。第１インターフェース・チェンバ１２は、バッキング・ポンプ２２により真空引きされる。バッキング・ポンプ２２は、比較的大きく、床に設置された回転ベーンポンプあるいは他の適宜の種類の真空ポンプである。
【０００６】
この例においては、複合真空ポンプ２４は、ターボ分子段のセットからなる２個のポンピング・セクション３０、３２と、Holweck drag機構からなる第３ポンピング・セクション３４とを有する。このHolweck drag機構の代わりに、例えば、シーグバーン・メカニズム（Siegbahn mechanism）またはゲーデ・メカニズム（Gaede mechanism）のようなドラグ・メカニズム（Drag mechanism）を用いることもできる。各ターボ分子段のセット３０、３２は、既知の傾斜構造のロータ・ブレードとステータ・ブレードの対を複数個有する（図１においては、ロータ・ブレードとステータ・ブレードの対が４個示されているが、如何なる数も採用可能である）。Holweck drag機構３４は、環状ステータに対応する複数のロータリー・シリンダとヘリカル・チャネルとを有する（図１においては、２個のロータリー・シリンダが示されているが、如何なる数も採用可能である）。
【０００７】
第１複合ポンプ入口３６は、第３インターフェース・チェンバ１６に接続され、第１複合ポンプ入口３６を介して、ポンピングされた流体は直列に接続されたターボ分子段のセット３０、３２とHolweck drag 機構３４とを通り、出口３８を介してポンプから出る。第２複合ポンプ入口４０は、第２インターフェース・チェンバ１４に接続され、この第２複合ポンプ入口４０を介してポンピングされた流体は、ターボ分子段のセット３２とHolweck drag 機構３４とを通り、出口３８を介してポンプから出る。複合真空ポンプ２４は、追加的な入口を有してもよい。例えばシステムに追加されたチェンバをポンピングする必要がある場合には、ターボ分子段とHolweck drag機構のポンピング段との間に、更に入口を有してもよい。
【０００８】
各複合ポンプ入口に入る流体が、それぞれの複数の段を通って複合ポンプから出るので、複合真空ポンプ２４は、第２、第３のインターフェース・チェンバ１４、１６に必要な真空レベルを与え、バッキング・ポンプ２２が、第１インターフェース・チェンバ１２とターボ分子ポンプ２０に必要な真空レベルを与える。ターボ分子ポンプ２０が、高真空チェンバ１０に必要な真空レベルを与える。
【０００９】
複数個の隣接するチェンバを真空引きするために複合ポンプを用いると、大きさ、コスト、構成要素の合理化の点では利点がある。しかし、コンダクタンスの観点からすると、通常の複合ポンピング装置の性能は、各中間チェンバがそれぞれに直接搭載される専用真空ポンプを使用して真空引きする構成に比較すると、劣る。
【００１０】
質量分析計システムの種類によっては、ポンピング性能は、図１に示すように、追加的なガス負荷が、第２又は第３のインターフェース・チェンバ１４、１６の１つにコリジョン・セル（collision cell）、ガス反応セル、イオン・トラップを介して、導入される時には、大きな影響を受ける。図１に示す実施形態においては、追加的なガス導入は、第３インターフェース・チェンバ１６内に導入されるように示されている。このチェンバ内の圧力を維持するためには、遙かに高いレベルのポンプ性能が、必要とされる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、ポンピング装置のサイズ、コスト、ポンプ数を大幅に増加することなく、必要とされる性能レベルを提供する複数のチェンバ用のポンピング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の態様によれば、例えば質量分析計のような装置を有する本発明の差圧的にポンピングされる真空システムは、複数の圧力チェンバと、この圧力チェンバに取り付けられ、前記圧力チェンバを真空引きするポンピング装置とを有する。前記ポンピング装置は、第１と第２の複合ポンプを有し、前記各複合ポンプは、少なくとも、第１入口と、第２入口と、第１ポンピング・セクションと、前記第１ポンピング・セクションの下流側に配置された第２ポンピング・セクションとを有する。前記ポンピング・セクションは、前記第１入口からポンプ内に入る流体が、前記第１と第２のポンピング・セクションを通る。前記第２入口からポンプに入る流体は、第２ポンピング・セクションのみを通る。前記複数のポンプの内の一方のポンプの第２入口と他方のポンプの第１入口とは、共通の圧力チェンバからの出口あるいはそれぞれの出口に接続され、運転中は、第１複合ポンプは、前記第２複合ポンプに並列に、複数の圧力チェンバの一方を真空引きするよう配置される。
【００１３】
本発明の一実施形態によれば、前記第１ポンプの第１入口は、第１の低圧チェンバからの出口に接続され、前記第１ポンプの第２入口と第２ポンプの第１入口とは、共通のより高圧のチェンバからの出口あるいはそれぞれの出口に接続される。例えば、前記第１ポンプの第２入口と第２ポンプの第１入口とは、第２の中圧チェンバからの出口あるいはそれぞれの出口に接続され、前記第２ポンプの第２入口は、第３の高圧チェンバからの出口に接続される。
【００１４】
前記第１と第２のポンピング・セクションの少なくとも一方、より好ましくは両方は、少なくとも１個のターボ分子段を有する。これらは、同一サイズあるいは異なるサイズでもよい。例えば、第２ポンピング・セクションの段は、第１ポンピング・セクション段より大きくして、選択的ポンピング性能を提供するよう構成してもよい。
【００１５】
好ましくは、前記第２複合ポンプは、第２ポンピング・セクションの下流側に第３ポンピング・セクションを有し、前記ポンピング・セクションは、前記第１入口からポンプ内に入る流体が、前記第１と第２と第３のポンピング・セクションを通り、前記第２入口からポンプに入る流体は、第２と第３のポンピング・セクションのみを通るよう配置される。好ましくは、前記第３ポンピング・セクションは、多段分子ドラグ機構、例えば、複数のチャネルが複数のらせん形態で配列される多段のHolweck機構を有する。
【００１６】
少なくとも第２複合ポンプは、第４圧力チェンバからの流体が流れ込む第３入口を有し、前記ポンピング・セクションは、前記第４チェンバからポンプに入る流体は、第３ポンピング・セクションのみを通過するよう、配置される。前記第３ポンピング・セクションは、前記第３入口からそこを通る流体が、第２入口からそこを通る流体とは異なるパスを流れるよう配置される。前記第３ポンピング・セクションは、前記第３入口からそこを通る流体は、第２入口からそこを通る流体のパスのみを通るよう、配置される。各複合ポンプは、第４圧力チェンバからの流体が流れ込むよう配置された前記第３入口を有し、前記複合ポンプは、前記第１複合ポンプが、第２複合ポンプと並列に第４圧力チェンバを真空引きするよう、配置される。前記第３入口は、第４圧力チェンバの出口からそこに流体を搬送する導管手段に接続される。
【００１７】
第２複合ポンプは、更に別のシステムを真空引きする必要がある時には、例えば、分子ターボ段とHolweck ポンピング段との間に、別の入口を具備してもよい。この追加されたポートを介してポンプに入った流体は、ポンピング・セクションの一部のみを通過するか、第１と第２の入口を介してポンプに入る流体の通路と一部別のパスを通過してもよい。
【００１８】
少なくとも第２複合ポンプは、第３ポンピング・セクションから下流側に、さらなるポンピング・セクションを有する。前記のさらなるポンピング・セクションは、空力学的ポンピング機構、例えば、再生段を有する。他の種類の空力学的ポンピング機構は、側面流（side flow）機構、側面チャネル（side channel）機構、周囲流（peripheral flow）機構を含む。
【００１９】
前記第２ポンプの第２入口は、第１ポンプの出口に接続される。この実施形態においては、前記第２ポンプの第２ポンピング・セクションは、大気圧で流体を排気する。第２ポンプの第２ポンピング・セクションは、空力学的ポンピング機構、例えば、再生段を有する。前記第２ポンプの第１ポンピング・セクションと前記第１ポンプの第２ポンピング・セクションの一方または両方は、分子ドラグ機構を有する。前記第１ポンプの第１ポンピング・セクションは、少なくとも１個のターボ分子段を有する。第１と第２のポンプの少なくとも一方は、それらの第１入口から上流側にさらなる入口を有する。前記第１ポンプは、さらなる入口と第１入口との間に配置された、さらなるポンピング・セクションを有し、前記さらなるポンピング・セクションは、少なくとも１個のターボ分子段を有してもよい。
【００２０】
本発明の第２の態様によれば、例えば質量分析計の様な装置を有する本発明の差圧的にポンピングされる真空システムは、複数の圧力チェンバと、前記圧力チェンバに取り付けられ、前記圧力チェンバを真空引きするポンピング装置とを有する。前記ポンピング装置は、第１と第２の複合ポンプを有し、前記各複合ポンプは、少なくとも、第１入口と、第２入口と、第１ポンピング・セクションと、前記第１ポンピング・セクションの下流側に配置された第２ポンピング・セクションとを有する。前記ポンピング・セクションは、前記第１入口からポンプ内に入る流体が、前記第１と第２のポンピング・セクションを通る。前記第２入口からポンプに入る流体は、第２ポンピング・セクションのみを通る。前記第１ポンプの第１入口は、第１の低圧チェンバからの出口に取り付けられ、前記第１ポンプの第２入口は、第２の中圧チェンバからの出口に取り付けられ、前記第２ポンプの第１入口は、第３の高圧チェンバからの出口に取り付けられ、前記第２ポンプの第２入口は、第１ポンプの出口に取り付けられ、前記第２ポンプの第２ポンピング・セクションは、大気圧で流体を排気する。
【００２１】
各複合ポンプは、ポンピング・セクション用に、少なくとも１個のロータ要素をその上に搭載する駆動シャフトを有する。
【００２２】
このシステムは、複数の差圧的にポンピングされるチェンバを有する、コーティングシステム、あるいは他のシステムを含む。
【００２３】
本発明の複数の圧力チェンバを差圧的に真空引きする方法は、
（Ａ）第１と第２の複合ポンプを有するポンピング装置を用意するステップと、前記各複合ポンプは、少なくとも、第１入口と、第２入口と、第１のポンピング・セクションと、前記第１のポンピング・セクションの下流側に配置される第２ポンピング・セクションとを有し、前記ポンピング・セクションは、第１入口からポンプに入る流体は、前記第１と第２のポンピング・セクションを通過し、前記第２入口からポンプに入る流体は、第２ポンピング・セクションのみを通過し、
（Ｂ）前記複合ポンプの入口を圧力チェンバに取り付けるステップと
を有し、これにより、複数のポンプの内の一方のポンプの第２入口と他方のポンプの第１入口が、共通圧力チェンバからの出口あるいはそれぞれの出口に接続され、運転中は、第１複合ポンプが、第２複合ポンプと並列に、前記圧力チェンバの内の１つを真空引きする。
【００２４】
本発明のシステムの上記の特徴は、本発明の方法にも同様に適用できる。その逆も当てはまる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１の差圧的にポンピングされる質量分析計システムを真空引きするポンピング装置１００の第１実施形態が図２に示されている。ポンピング装置１００は、第１複合マルチポート・ポンプ１０２と、第２複合マルチポート・ポンプ１０４と、バッキング・ポンプ１０５とを有する。
【００２６】
各複合ポンプ１０２、１０４は、多数の構成要素からなる本体１０６を有し、その中に駆動シャフト１０８が搭載される。シャフトの回転は、モータ（図示せず）により行われる。このモータは、例えば駆動シャフト１０８の周囲に配置されたブラスレスＤＣモータである。駆動シャフト１０８は、軸受け（図示せず）に対向して搭載される。例えば、駆動シャフト１０８は、永久磁石軸受けと油潤滑軸受けの混成システムで支持することもできる。駆動シャフト１０８の方向は、質量分析計システムの縦軸と同軸となるよう（図２において水平方向）示されているが、システムの性能と形状の要件によっては、傾斜して、例えば直角あるいは他の方向に傾斜させ、入口ポートを伸ばして具備させることもできる。
【００２７】
各複合ポンプは、少なくとも３個のポンピング・セクション１１０、１１２、１１４を有する。第１ポンピング・セクション１１０は、ターボ分子段の組を有する。図２に示す実施形態においては、第１ポンピング・セクションであるターボ分子段１１０の組は、公知の傾斜構造の４枚のロータ・ブレードと４枚のステータ・ブレードとを有する。この実施形態においては、ロータ・ブレードは、駆動シャフト１０８と一体に形成されている。
【００２８】
図２に示す実施形態においては、第２ポンピング・セクション１１２は第１ポンピング・セクション１１０と類似しており、公知の傾斜構造の４枚のロータ・ブレードと４枚のステータ・ブレードとを有するターボ分子段の組を有する。この実施形態においては、ロータ・ブレードは、駆動シャフト１０８と一体に形成されている。別の構成として、第２ポンピング・セクション１１２は、別の分子ポンピング・メカニズム、例えば外側に搭載されたヘリカル、ロータを具備してもよい。
【００２９】
第１と第２のポンピング・セクションの下流側に、分子ドラグ機構、例えばHolweck dragドラグ機構の形態をとる第３ポンピング・セクション１１４が配置される。この実施形態においては、Holweck drag機構は、１つあるいは複数の円筒状シリンダと、それに対応するらせんチャネルを有する環状ロータとを有する。回転シリンダは、カーボン・ファイバから形成され、ディスク１１６上に搭載される。このディスク１１６が駆動シャフト１０８に結合される。この実施形態においては、ディスク１１６は、駆動シャフト１０８と一体に形成される。Holweck drag 機構１１４の下流側には、ポンプ出口１１８が配置される。バッキング・ポンプ１０５は、複合ポンプ１０２、１０４を、ポンプ出口１１８を介して補助する。別の構成としては、第１複合ポンプ１０２の出口を真空システム上の別のポイントに接続し、第１複合ポンプ１０２から出たガスは、ポンプ出口１１８を介して真空システムの別の部分を通り、バッキング・ポンプ１０５に入ってもよい。
【００３０】
図２に示すように、各複合ポンプ１０２、１０４は、少なくとも２個の入口１２４，１２６を有する。各複合ポンプ１０２、１０４においては、第１の低圧入口が全てのポンピング・セクションの上流側に配置される。第２の中圧入口が第１ポンピング・セクション１１０と第２ポンピング・セクション１１２の間に配置される。２個の入口のみがこの実施形態では示されているが、各複合ポンプは、追加的なシステム・チェンバをポンプするために、必要によっては追加的な入口を、例えばターボ分子段とHolweck dragポンピング段との間に具備してもよい。追加的ポートを介してポンプに入る流体は、ポンピング・セクションの一部のみを通過する、あるいは、第１と第２の入口を通してポンプに入るのとは部分的に別のパスから入ってもよい。
【００３１】
運転に際し、各入口は、差圧的にポンピングされる質量分析計システムのチェンバに接続される。この実施形態においては、第１複合ポンプ１０２の第１入口１２０は、高真空チェンバ１０に接続される。第１複合ポンプ１０２の第2入口１２２と第２複合ポンプ１０４の第１入口１２４の両方は、第３インターフェース・チェンバ１６に接続される。第２複合ポンプ１０４の第２入口１２６は、高圧の第２インターフェース・チェンバ１４に接続される。最高気圧の準大気圧である第１インターフェース・チェンバ１２は、バッキング・ポンプ１０５により真空引きされる。更なるインターフェース・チェンバが用いられる場合には、これらは更なる入口ポート（図示せず）に接続される。
【００３２】
高真空チェンバ１０から第１複合ポンプ１０２の第１入口１２０を通過した流体は、第１複合ポンプ１０２に入り、第１ポンピング・セクション１１０と第２ポンピング・セクション１１２とHolweck drag 機構１１４の全ての段を通過して、ポンプ出口１１８を介して第１複合ポンプ１０２から出る。
【００３３】
第３インターフェース・チェンバ１６から第１複合ポンプ１０２の第２入口１２２を通過した流体は、第１複合ポンプ１０２に入り、第２ポンピング・セクション１１２とHolweck drag 機構１１４の全ての段を通過して、ポンプ出口１１８を介して第１複合ポンプ１０２から出る。
【００３４】
第３インターフェース・チェンバ１６から第２複合ポンプ１０４の第１入口１２４を通過した流体は、第２複合ポンプ１０４に入り、第１ポンピング・セクション１１０と第２ポンピング・セクション１１２とHolweck drag 機構１１４の全ての段を通過して、ポンプ出口１１８を介して第２複合ポンプ１０４から出る。
【００３５】
第２インターフェース・チェンバ１４から第２複合ポンプ１０４の第２入口１２６を通過した流体は、第２複合ポンプ１０４に入り、第２ポンピング・セクション１１２とHolweck drag 機構１１４の全ての段を通過して、ポンプ出口１１８を介して第２複合ポンプ１０４から出る。
【００３６】
この実施形態において、運転中は、図１のシステムと同様に動作する。第１インターフェース・チェンバ１２は、１−１０ｍｂａｒの圧力にある。第２インターフェース・チェンバ１４は、１０-3−１０-2ｍｂａｒの圧力にある。第３インターフェース・チェンバ１６は、１０-5−１０-4ｍｂａｒの圧力にある。高真空チェンバ１０は、１０-7−１０-6ｍｂａｒの圧力にある。
【００３７】
上記の実施形態において、複数のチェンバの内の１つを並列ポンピングすることは、２つの複合ポンプの別々の入口（即ち、第１複合ポンプ１０２の第２入口１２２と第２複合ポンプ１０４の第１入口１２４）を同一のチェンバ（即ち、インターフェースチェンバー１６）に接続することにより実行できる。但し、これはガス負荷の分布状態と性能要件に依存して選択される。この構成は、付加的ガス負荷を第３インターフェース・チェンバ１６内に導入することにより課される更なるポンピング要件と、差圧的にポンピングされる質量分析計システムの他のチェンバのそれぞれの両方に対し、ポンピング装置１００のポンピング性能を最適化する。チェンバをこのように並列ポンピングすることにより、同一容量の単一のポンプ入口を用いるのよりも、並列にポンピングされるチェンバに対し、大きく性能を上げることができる。さらに、複合ポンプが「真に並列に」動作するような構成（すなわち２個の複合ポンプの類似機能の入口を用いて同一チェンバを真空引きする構成）とは対称的に、他のチェンバの接続に利用できる入口の数を最大にできる。例えば、２個の入口をそれぞれ有する２個の複合ポンプが、真に並列に動作すると、２個のチェンバに対してのみ差圧的にポンピングするが、複数のチェンバの内の一方を真空引きするために、異なる入口を用いる類似のポンプにより、少なくとも３個のチェンバを差圧的にポンピングすることができる。ポンピング装置１００を２個の復号ポンプ１０２、１０４とバッキング・ポンプ１０５とにより最小化することより、低コストと構成要素数の少ないコンパクトなポンピング装置を提供できる。
【００３８】
図２に示すように、複合ポンプ１０２、１０４は同一でもよい。このため、高真空チェンバ１０をさらに合理化できる。但し、これは必ずしも必須要件ではない。複合ポンプ１０２、１０４は、好ましくは特定の質量分析計システムに対し、最適のポンピング性能を提供するよう選択されるが、これは、質量分析計システムの各段の特定のガス負荷を考慮に入れて行われる。
【００３９】
バッキング・ポンプ１０５は、通常比較的大きな床置き型ポンプである。使用されるバッキング・ポンプの種類によって、第１インターフェース・チェンバ１２でバッキング・ポンプにより提供される性能は、動作周波数に大きく影響される。例えば、５０Ｈｚの電源で駆動される直接ラインに接続されたバッキング・ポンプは、第１インターフェース・チェンバ１２の性能に関しては、６０Ｈｚで駆動される同一のポンプによる性能よりも２０％も低い。第１インターフェース・チェンバ１２に、その他のチェンバ１０、１４、１６は、全て接続されているので、第１インターフェース・チェンバ１２の性能の如何なる変化も、その他のチェンバの性能に大きな影響を及ぼす。
【００４０】
これらの問題を解決するために、図３は、複合ポンプにより差圧的にポンピングされる質量分析計システムからの全質量流の９０％以上を真空引きするのに適した第２実施形態のポンピング装置２００を示す。このポンピング装置２００はポンピング装置１００に類似するが、複合ポンプ１０２、１０４は、第１と第２の入口から下流側に配置される第3入口２０２を有する点が異なる。導管２０４は入口２０６を有し、そこを介して第１インターフェース・チェンバ１２からの流体が導管２０４に入る。導管２０４は、この流体を複合ポンプ１０２、１０４のそれぞれの第3入口２０２に搬送し、第１インターフェース・チェンバ１２の「真に並列な」ポンピングを提供する。これは、図２で説明した第３インターフェース・チェンバ１６の並列ポンピングに加えて行われる。
【００４１】
各第3入口２０２は、図３に示すように、Holweck drag 機構１１４の段の間あるいはその上流側に配置される。その結果、Holweck drag 機構１１４の全ての段は、第１入口１２０、第2入口１２２と導通状態にある。一方で、図３に示した配置においては、段の一部（１つあるいは複数の段）のみが第3入口２０２と導通状態にある。その結果、運転中は、第１インターフェース・チェンバ１２から第3入口２０２を介して流れる流体は、それぞれの複合ポンプ内に入り、Holweck drag 機構１１４のチャネルの少なくとも一部を通過して、ポンプ出口１１８を介してポンプから出る。
【００４２】
複合ポンプが、質量分析計システムの全流体質量の９９％以上をまかなえるようにポンピング装置２００を準備することにより、バッキング・ポンプの駆動周期に起因するシステム性能に関連する上記の問題を緩和できる。
【００４３】
さらに、最高圧力チェンバである第１インターフェース・チェンバ１２を並列ポンピングすることにより、第１インターフェース・チェンバ１２の性能は４倍も大きくなる。このチェンバの性能を増加させることにより、後続のチェンバのガスの負荷を減少させることができ、これらのチェンバの性能を効率的に上昇させることができる。これにより、通常の複合ポンピング構成のコンダクタンス制限に関連する問題を解決できる。最高圧力チェンバの性能を上げることにより、イオン・ソースからのイオンとキャリア・ガスを質量分析計システム内に流すことができる。これにより、質量分析計システムの感度を向上させ、チェンバ内の最適の流体圧力を維持できる。チェンバ間の開口を増加させて、システムを通るイオンの増加を許容でき、且つチェンバ内の最適の流体圧力を維持できる。
【００４４】
さらなるポンピング段を複合ポンプ１０２、１０４に追加することにより、バッキング・ポンプ１０５に必要とされる性能を下げることができる。例えば、第４のポンピング・セクション（図示せず）、例えば空力学的再生段（aerodynamic regenerative stage）を、Holweck drag 機構１１４の下流側に具備してもよい。この再生段は、複数のロータにより提供できるが、このロータは、Holweck drag 機構１１４のディスク１１６上に搭載された、あるいは一体に形成された隆起リングの環状列の形態である。Holweck drag 機構１１４のステータは、再生段のステータも構成する。このステータは、ロータがその中で回転する環状チャネルを有する。運転に際しては、このような変更されたポンピング装置は、差圧的にポンピングされる質量分析計システム（第１と第２の実施形態のポンピング装置１００、２００）のチェンバ内で類似の性能を提供できる。これらの実施形態により提供される性能の利点に加えて、本発明のこの構成は、さらなる２つの利点を提供できる。第１の利点は、さまざまなレベルの性能を具備したポンプ（例えば５０Ｈｚまたは６０Ｈｚで、ライン上で直接動作するバッキング・ポンプ）により補助された際でも、システム性能が変わらないことである。この構成の場合には、図３に記載されたシステムにおいては、システム性能の変動は、バッキング・ポンプ１０５の動作周波数が５０Ｈｚまたは６０Ｈｚで変わった場合でも、１％程度と低い。かくして、安定したシステム性能を具備するフレキシブルなポンピング装置を提供できる。
【００４５】
第２の利点は、Holweck dragセクションの下流側にさらなるポンピング・セクションを配置することにより、複合ポンプ１０２、１０４の構成により、バッキング・ポンプ１０５の容量とサイズを、第１と第２の実施形態と比較して、大幅に低減できることである。この理由は、さらなるポンピング・セクションの為に、複合ポンプは、１０ｍｂａｒ以上の圧力で流体を排気できるからである。これに対し、第１と第２の実施形態の複合ポンプ１０２、１０４は、１−１０ｍｂａｒの圧力でしか流体を排気できない。その結果バッキング・ポンプ１０５のサイズを大幅に減らすことができる。このサイズの小型化は、ある質量分析計システムにおいては、システム性能に悪影響を及ぼすことなく、大きさは、１／５−１／１０にもなる。これにより、ポンピング装置の全電力消費を低減できる。
【００４６】
このような構成によって、すなわち、さらなるポンピング・セクションをHolweck drag 機構１１４の下流側に配置することによって、複合ポンプ１０２、１０４の一方のみを、性能と電力の要件によっては、最高圧力チェンバ１２に接続することが必要となることもある。別の構成として、第３入口２０２の少なくとも一方を、Holweck drag 機構１１４とさらなるポンピング・セクションの間に配置することにより、その入口を通り複合ポンプに入る流体は、Holweck drag 機構１１４を通過しなくなる。
【００４７】
バッキング・ポンプ１０５を小型化する代わりに、複数のポンピング装置（それぞれがそれぞれの質量分析計システムを真空引きする）を１個のバッキング・ポンプに取り付けてもよい。これにより、質量分析計システム用のポンピング装置全体を小さくできる。
【００４８】
図４に示されたポンピング装置３００の第３実施形態により同様の利点を得られ、これは、差圧的にポンピングされる質量分析計システムからの全質量流の９９％以上を真空引きして、複合ポンプを介してほぼ大気圧に排気できる。
【００４９】
ポンピング装置３００は、第２実施形態の第１複合ポンプ１０２に類似する第１複合ポンプ１０２を有する。概要を説明すると、複合ポンプ１０２は、多数の構成要素からなる本体１０６を有し、その中に駆動シャフト１０８が搭載される。シャフトの回転は、駆動シャフト１０８周囲に配置されたモータ（図示せず、例、ブラシレスｄｃモータ）により行われる。駆動シャフト１０８は、対向する軸受け（図示せず）上に搭載される。例えば、駆動シャフト１０８は、永久磁石軸受けと油潤滑軸受けのハイブリッド・システムによりサポートされる。複合ポンプ１０２は、３個のポンピング・セクション１１０、１１２、１１４を有する。第１ポンピング・セクション１１０と第２ポンピング・セクション１１２は、ターボ分子段の組を有するか、あるいは第２ポンピング・セクション１１２は、別の分子ポンピング機構、例えば外部挿入型、あるいはヘリカル・ロータにより提供される。図４に示す実施形態においては、ターボ分子段の各組は、公知の傾斜構造の４枚のロータ・ブレードと４枚のステータ・ブレードとを有する。この実施形態においては、ロータ・ブレードは駆動シャフト１０８と一体構成である。第３ポンピング・セクション１１４は、分子ドラグ機構、例えばHolweck dragドラグ機構である。この実施形態においては、Holweck drag機構は、１つあるいは複数の回転シリンダとそれに対応する環状ステータとを有し、この環状ステータがその中にらせん形状チャネルを有する。回転シリンダは、好ましくはカーボン・ファイバから形成され、駆動シャフト１０８上に配置されるディスク１１６上に搭載される。この実施形態において、ディスク１１６は、駆動シャフト１０８と一体に構成される。Holweck drag 機構１１４の下流側には、ポンプ出口１１８が配置される。
【００５０】
図４に示すように、複合ポンプ１０２は３個の入口を有する。第１低流体圧入口１２０は、全てのポンピング・セクションの上流側に配置される。第2中流体圧入口１２２は、第１ポンピング・セクション１１０と第２ポンピング・セクション１１２との間に配置される。第３高流体圧入口２０２は、Holweck drag 機構１１４の段の上流側あるいは、図４に示すように、段の間に配置される。かくして、Holweck drag機構の全ての段は、第１と第２の入口１２０、１２２と導通状態にあり、図４に示す構成においては、Holweck drag機構の段の一部（１つあるいはそれ以上）のみが第3入口２０２と導通状態にある。
【００５１】
ポンピング装置３００は、第２複合ポンプ３０２を有する。第２複合ポンプ３０２は、本体３０４を有し、その中に駆動シャフト３０６が搭載される。駆動シャフト３０６の回転は、駆動シャフト３０６の周囲に配置されたモータ３０８により行われる。駆動シャフト３０６は、対向する軸受け（図示せず）上に搭載される。第２複合ポンプ３０２は、２個のポンピング・セクション３１２、３１４を有する。第１ポンピング・セクション３１２は、分子ドラグ機構の形態である。例えば、本体３０４の上部部分内に形成されたHolweck dragドラグ機構である。第2ポンピング・セクション３１４は、第１ポンピング・セクション３１２の下流側に配置された空力学再生段の形態である。
【００５２】
本体３０４は、３個の入口を有する。第１低流体圧入口３１６は、全てのポンピング・セクションの上流側に配置される。第２中流体圧入口３１８は、Holweck drag 機構３１２の段の間に配置され、Holweck drag 機構３１２の全ての段は、第１低流体圧入口３１６と導通状態にある。図４に示す実施形態においては、Holweck drag 機構３１２の段の一部（１個または複数個）のみが第２中流体圧入口３１８と導通状態にある。第３高流体圧入口３２０は、Holweck drag 機構３１２と再生段３１４の間に配置される。
【００５３】
運転に際しては、第１複合ポンプ１０２の第１入口１２０は高真空最低圧チェンバ１０に接続され、第１複合ポンプ１０２の第２入口１２２は、中圧インターフェース・チェンバ１６に接続され、第２複合ポンプ３０２の第１入口３１６は、高圧インターフェース・チェンバ１４に接続され、第１複合ポンプ１０２の第３入口２０２と第２複合ポンプ３０２の第２中流体圧入口３１８の両方は、最高圧インターフェース・チェンバ１２に導管３２２を介して接続されて、このインターフェース・チェンバの並列ポンピングを行う。第２複合ポンプ３０２の第３入口３２０は、第１複合ポンプ１０２のポンプ出口１１８に接続される。
【００５４】
最低圧チェンバ１０から第１複合ポンプ１０２の第１入口１２０を通る流体は、第１複合ポンプ１０２に入り、第１ポンピング・セクション１１０と第２ポンピング・セクション１１２とHolweck drag 機構１１４の全てのチャネルを通過して、第１複合ポンプ１０２からポンプ出口１１８を介して出て、第２複合ポンプ３０２の再生段３１４を通過して第２複合ポンプ３０２からほぼ大気圧で出口３２４を介して出る。かくして、最低圧チェンバ１０は、第１複合ポンプ１０２と第２複合ポンプ３０２の段の両方の直列接続により真空引きされる。
【００５５】
中間圧力インターフェース・チェンバも同様に、第１と第２の複合ポンプ１０２、３０２の段の直列接続により真空引きされる。中間圧インターフェース・チェンバ１６から第１複合ポンプ１０２の第２入口１２２を通る流体は、第１複合ポンプ１０２に入り、第２ポンピング・セクション１１２とHolweck drag 機構１１４の全てのチャネルを通過して、第１複合ポンプ１０２からポンプ出口１１８を介して出て、第２複合ポンプ３０２の再生段３１４を通過して、第２複合ポンプ３０２から出口３２４を介して、ほぼ大気圧で出る。
【００５６】
前述したように、最高圧インターフェース・チェンバ１２は、第１と第２の複合ポンプ１０２、３０２の異なる入口にそれを接続することにより、並列的に真空引きしてもよい。最高圧インターフェース・チェンバ１２から第１複合ポンプ１０２の第３入口２０２を通過する流体は、第１複合ポンプ１０２に入り、Holweck drag 機構１１４の一部のみを通過して、第１複合ポンプ１０２からポンプ出口１１８を介して出て、第２複合ポンプ３０２の再生段３１４を通過して、第２複合ポンプ３０２から出口３２４を介して出る。最高圧インターフェース・チェンバ１２から本体３０４の第２入口３１８を通過する流体は、第２複合ポンプ３０２に入り、Holweck drag 機構３１２の一部のみを通過して、再生段３１４をさらに通過して、第２複合ポンプ３０２から出口３２４を介して出る。
【００５７】
高圧インターフェース・チェンバ１４から第２複合ポンプ３０２の第１入口３１６を通過する流体は、第２複合ポンプ３０２に入り、Holweck drag 機構３１２と再生段３１４を通過して、第２複合ポンプ３０２から出口３２４を介して出る。
【００５８】
この例において、運転中は、インターフェース・チェンバ１２は、１−１０ｍｂａｒの圧力にある。インターフェース・チェンバ１４は、１０-3−１０-2ｍｂａｒの圧力にある。インターフェース・チェンバ１６は、１０-5−１０-4ｍｂａｒの圧力にある。高真空チェンバ１０は、１０-7−１０-6ｍｂａｒの圧力にある。この実施形態においては、複合ポンプ３０２は、ほぼ大気圧で流体を排気する。これにより、第１と第２の実施形態のバッキング・ポンプ１０５を全て省くことができる。
【００５９】
図３の実施形態と同様に、複合ポンプ１０２、３０２の一方のみを、性能と電力要件によって、最高圧インターフェース・チェンバ１２に接続することが必要となることがある。
【００６０】
以上の説明は、本発明の一実施形態に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。特許請求の範囲の構成要素の後に記載した括弧内の番号は、図面の部品番号に対応し、発明の容易なる理解の為に付したものであり、発明を限定的に解釈するために用いてはならない。また、同一番号でも明細書と特許請求の範囲の部品名は必ずしも同一ではない。これは上記した理由による。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】差圧的にポンピングされる質量分析計システムを真空引きするのに適した公知のポンピング装置の断面図である。
【図２】差圧的にポンピングされる質量分析計システムを真空引きするのに適した本発明の第１実施形態のポンピング装置の断面図である。
【図３】差圧的にポンピングされる質量分析計システムを真空引きするのに適した本発明の第２実施形態のポンピング装置の断面図である。
【図４】差圧的にポンピングされる質量分析計システムを真空引きするのに適した本発明の第３実施形態のポンピング装置の断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０  高真空チェンバ
１２  第１インターフェース・チェンバ
１４  第２インターフェース・チェンバ
１６  第３インターフェース・チェンバ
２０  ターボ分子ポンプ
２２  バッキング（後方）・ポンプ
２４  複合真空ポンプ
３０，３２  セット
３４  Holweck drag 機構
３６  第１複合ポンプ入口
３８  出口
４０  第２複合ポンプ入口
１００  ポンピング装置
１０２  第１複合ポンプ
１０４  第２複合ポンプ
１０５  バッキング（後方）・ポンプ
１０６  多構成本体
１０８  駆動シャフト
１１０，１１２，１１４  ポンピング・セクション
１１０  第１ポンピング・セクション
１１２  第２ポンピング・セクション
１１４  Holweck drag 機構
１１６  ディスク
１１８  ポンプ出口
１２０  第１入口
１２２  第2入口
１２４  第１入口
１２６  第２入口
２００  ポンピング装置
２０２  第3入口
２０４  導管
２０６  入口
３００  ポンピング装置
３０２  第２複合ポンプ
３０４  本体
３０６  駆動シャフト
３０８  モータ
３１２，３１４  ポンピング・セクション
３１２  第１ポンピング・セクション
３１４  第2ポンピング・セクション（再生段）
３１６  第１低流体圧入口
３１８  第２中流体圧入口
３２０  第３高流体圧入口
３２２  導管
３２４  出口
【図１】
2007538197.tif 000003
【図２】
2007538197.tif 000004
【図３】
2007538197.tif 000005
【図４】
2007538197.tif 000006
【国際調査報告】
2007538197.tif 000007
2007538197.tif 000008
2007538197.tif 000009