(57)【要約】  使用中、イオンが経路に沿って運ばれる第１及び第２の圧力チャンバを有する質量分光計を備えた差動排気質量分光計システム。チャンバ（62,66,68）を差動排気するポンプ組立体（10）は質量分光計に取付けられる。ポンプ組立体は、質量分光計に取付けられたハウジング（12）と、ハウジングに挿入されたカートリッジ（14）を有する。カートリッジは、それぞれの圧力チャンバ（62,66,68）から流体を各々受け入れる複数の流入口（16,18,20）と、チャンバから流体を差動排気する排気機構（30,32,34）を有する。カートリッジは、排気機構（10）がイオン経路（76）に対して傾けられるように、しかし少なくとも１つの流入口（16,18）がイオン経路を横切ることなく、少なくとも部分的にそれぞれの圧力チャンバ（62,66）内に突入する程度まで質量分光計内に突入してハウジングに挿入される。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧力チャンバと、チャンバを差動排気するための真空ポンプと、を備えたシステムであって、
ポンプは、それぞれの圧力チャンバから流体を各々受け入れる複数の流入口と、チャンバから流体を差動排気するための排気機構と、を有し、
ポンプは、開口を通してチャンバ内に突入し、少なくとも１つの流体流入口が該流入口のそれぞれの圧力チャンバ内に少なくとも部分的に配置され、且つ、ポンプの長手方向軸線が開口の口の平面に対して傾けられる、システム。
【請求項２】
各流体流入口が、該流入口のそれぞれの圧力チャンバ内に少なくとも部分的に配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
ポンプの軸線は、１０°〜８０°間の角度に傾けられている、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
ポンプの軸線は、２０°〜５０°間の角度に傾けられている、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
ポンプは、穴内に挿入されたカートリッジの形態であり、穴がカートリッジの流体流入口を露出させるように形成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６】
穴は、開口からチャンバ内に突入し、穴の長手方向軸線が、開口の口の平面に対して傾けられている、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
穴は、脱着可能なハウジングに配置される、請求項５又は６に記載のシステム。
【請求項８】
ハウジングは、開口の口を構成する面に取付け可能である、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
ハウジングは、穴内にカートリッジを位置決めするための手段を有する、請求項７又は８に記載のシステム。
【請求項１０】
位置決め手段は、カートリッジの外面と共にシールを形成するように構成される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
位置決め手段は、カートリッジを穴内に挿入することができる程度を制限する手段を有する、請求項９又は１０に記載のシステム。
【請求項１２】
排気機構は、第１の排気区域と、第１の排気区域より下流の第２の排気区域と、を有し、
第１及び第２の区域は、第１の流入口からカートリッジに入った流体が、第１及び第２の排気区域を通って流体流出口に向かって流れ、第２の流入口からカートリッジに入った流体が、前記区域のうち、第２の区域のみを通って流出口に向かって流れるように構成される、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１３】
第１の流入口が、ポンプの長手方向軸線と実質的に直交する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
第２の流入口は、ポンプの長手方向軸線の周りに延びる、請求項１２又は１３に記載のシステム。
【請求項１５】
第１及び第２の排気区域の少なくとも１つが、それぞれの圧力チャンバ内に突入する、請求項１２〜１４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１６】
第１及び第２の排気区域の少なくとも１つが、少なくとも１つのターボ分子段からなる、請求項１２〜１５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１７】
第１及び第２の排気区域の両方が、少なくとも１つのターボ分子段からなる、請求項１２〜１６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１８】
カートリッジが、第３の流入口を有し、
排気機構が、第３の排気区域を第２の排気区域より下流に有し、
第３の排気区域が、第３の流入口からカートリッジに入った流体が、前記区域のうち、第３の排気区域のみを通ってポンプ流出口に向かって流れるように構成される、請求項１２〜１７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１９】
第３の排気区域は、多段の分子ドラッグ機構からなる、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
分子ドラッグ機構が、複数のらせんとして構成された複数のチャンネルを有する多段のハルウェック機構である、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
使用中、中を通るイオンが経路に沿って運ばれる複数の圧力チャンバを有する質量分光計と、チャンバを差動排気するためのポンプと、を備えた差動排気質量分光計システムであって、
ポンプが、それぞれの圧力チャンバから流体を各々受け入れる複数の流入口と、チャンバから流体を差動排気するための排気機構と、を有し、
ポンプが、イオン経路の少なくとも一部に対して傾けられ、且つ、イオン経路を横切ることはないが、流体流入口の少なくとも１つがそれぞれの圧力チャンバ内に少なくとも部分的に配置されて質量分光計内に突入する、差動排気質量分光計システム。
【請求項２２】
ハウジングと、
流体流入口及び排気機構を有し、且つ、ハウジング内に挿入可能なカートリッジと、
流体流入口を構成するカートリッジの一部がハウジングの口から突入し、且つ、排気機構の長手方向軸線が口の平面に対して傾けられるように、カートリッジをハウジング内に位置決めするための手段と、を有する真空ポンプ。
【請求項２３】
位置決め手段は、排気機構が１０°〜８０°間の角度に、好ましくは、２０°〜５０°間の角度に傾けられるように、カートリッジをハウジング内に配置するよう構成された、請求項２２に記載のポンプ。
【請求項２４】
位置決め手段が、カートリッジの外面と共にシールを形成するように構成された、請求項２２又は２３に記載のポンプ。
【請求項２５】
位置決め手段が、カートリッジがハウジングの口から突入することができる程度を制限するためにカートリッジに係合する手段を有する、請求項２２〜２４のいずれか１項に記載のポンプ。
【請求項２６】
位置決め手段が、ハウジングの口を横切って延びる少なくとも１つの湾曲部材を有する、請求項２２〜２５のいずれか１項に記載のポンプ。
【請求項２７】
口が、ハウジングのフランジ付き面に配置される、請求項２２〜２６のいずれか１項に記載のポンプ。
【請求項２８】
フランジ付き面は、ハウジングを、ポンプを使用して排気されるべきシステムに取付けるための手段を有する、請求項２７に記載のポンプ。
【請求項２９】
カートリッジが、複数の流体流入口を有し、
排気機構が、流入口から受けた流体を差動排気するための複数の排気区域を有する、請求項２２〜２８のいずれか１項に記載のポンプ。
【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、複式チャンバの差動排気（differential pumping）に適する複式流入口を有する真空ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
複式チャンバ又はシステムを、異なった真空レベルに排気する必要がある多数のタイプの装置がある。例えば、よく知られたタイプの質量分光計（mass spectrometer）では、分析器／検出器は、比較的高い真空、例えば、１０-5ｍｂａｒで作動させなければならず、これに対して、イオン源から引き込まれ且つ案内されるイオンが検出器に向かって運ばれる移送チャンバは、より低い真空、例えば、１０-3ｍｂａｒで作動される。質量分光計は、さらに１つ又はそれ以上の更なるチャンバを分析器チャンバより上流に有し、これらのチャンバは、雰囲気源で発生されたイオンを捕捉し、最終的に検出器に向かって案内させることができるように漸次に高い真空圧で作動される。
【０００３】
これらのチャンバは、別の又は共通の補助ポンプ、例えば、回転翼ポンプによって各々補助される別々のターボ分子真空ポンプを使用して排気されてもよいが、２つ又はそれ以上の隣接するチャンバを、流体をそれぞれのチャンバから各々受け入れるための複数の流入口と、チャンバを差動排気するための複数の排気段と、を有する単一の「分流」ターボ分子ポンプを使用して排気することが益々普通になっている。そのようなポンプを利用することは、大きさ，費用及び部品の合理化に利点を提供する。
【０００４】
例えば、ヨーロッパ特許第Ａ−０９１９７２６号は、複数の真空段を有し、且つ、ガスがポンプ段をすべて通ることができる第１のポンプ流入口と、ガスが段間位置でポンプに入ってポンプのそれに続く段のみを通ることができる第２のポンプ流入口と、を有する分流ポンプを記載する。段間位置の前のポンプ段は、第１及び第２の流入口にそれぞれ取付けられた異なるチャンバの圧力要求を満すため、段間位置に続くこれらの段とは異なって寸法決めされる。
【０００５】
しかしながら、例えば、ポンプの軸線又はより詳細にはポンプのシャフトの軸線が、質量分光計の出口フランジの平面と平行か垂直のいずれかで、従来の方法で質量分光計に取付けられたとき、分流ポンプの伝導性の制限により、隣接するチャンバがそれぞれのチャンバに直接取付けられた前記真空ポンプを用いて排気される構成と比較して性能を危うくする。
【０００６】
例えば、シャフトの軸線が出口フランジの平面と平行であるように、ポンプが質量分光計に対して向けられるとき、ガスは、ポンプ流入口に入るには直角な曲がり部（bend）の周りを流れなければならず、その結果、圧力降下及び関連した排気速度損失をもたらす。真空ポンプが、シャフトの軸線が出口フランジの入口の平面と垂直な状態で向けられ、ガスが第１の流入口に容易に流入するとき、第２のポンプ流入口に入るために２つの曲がり部の周りを流れなければならない。
【０００７】
ヨーロッパ特許第Ａ−１０８５２１４号では、シャフトの軸線が出口フランジの平面と或る角度に傾けられるように、分流ポンプを質量分光計の底に取付けることにより、これらの問題が減じられている。この向きでは、ガスは、鈍角の曲がり部の周りを流れることにより流入口に流れ込み、これにより、出口フランジと排気流入口との間には圧力降下がほとんどない。しかしながら、そのような構成では、質量分光計及び分流ポンプが占める全容積が、シャフトの軸線が出口フランジと平行である構成と比べて増す。
【０００８】
本発明の少なくとも好ましい実施形態の目的は、質量分光計のような、複式チャンバシステムの差動排気のための改良された構成を提供しようとするものである。
【発明の開示】
【０００９】
第１の観点では、本発明は、複数の圧力チャンバと、チャンバを差動排気するための真空ポンプと、を備えたシステムであって、ポンプが、それぞれの圧力チャンバから流体を各々受け入れる複数の流入口と、チャンバから流体を差動排気するための排気機構と、を有し、ポンプは、開口を通してチャンバ内に突入し、流体流入口の少なくとも１つがそれぞれの圧力チャンバ内に少なくとも部分的に配置され、且つ、ポンプの長手方向軸線が開口の口の平面に対して傾けられる、前記システムを提供する。
【００１０】
圧力チャンバに対するポンプのそのような向きでは、ポンプの流入口の伝導性を最大にすることができ、高い効率の排気速度を所定の排気機構に対して達成することができる。その上、ポンプがチャンバ内に突入しているので、チャンバとポンプが占める全容積は最小にされる。
【００１１】
本発明の使用は、排気下のシステムが質量分光計である場合に特に有利である。なぜなら、ポンプの傾斜により、ポンプが質量分光計内に運ばれるイオンの経路を横切ることなしに、ポンプをチャンバ内に挿入させるからである。従って、第２の観点では、本発明は、使用中、イオンが経路に沿って運ばれる複数の圧力チャンバを有する質量分光計と、チャンバを差動排気するためのポンプと、を備えた差動排気質量分光計システムであって、ポンプが、それぞれの圧力チャンバから流体を各々受け入れる複数の流入口と、チャンバから流体を差動排気するための排気機構と、を有し、ポンプが、イオン経路の少なくとも一部に対して傾けられ、且つ、イオン経路を横切ることなく、しかし、流体流入口の少なくとも１つ又は好ましくは流体流入口の各々がそれぞれの圧力チャンバ内に少なくとも部分的に配置されて、質量分光計内に突入する、差動排気質量分光計システムを提供する。
【００１２】
ポンプは、好ましくは、質量分光計に又はその一部に取付けられたハウジング内に挿入されたカートリッジの形態であり、カートリッジはハウジングの口から前記チャンバの少なくとも１つに突入する。これは、ポンプが質量分光計の本体内に一体化される構成とは対照的に、ポンプを排気下のチャンバに対して取付け及び整合させるための比較的簡単な構造を提供することができる。
【００１３】
ポンプは、質量分光計と分離して提供されてもよいので、本発明の第３の観点は、ハウジングと、流体流入口及び排気機構を有し、且つ、ハウジング内に挿入可能なカートリッジと、流体流入口を構成するカートリッジの一部がハウジングの口から突入し、且つ、排気機構の長手方向軸線が口の平面に対して傾けられるように、カートリッジをハウジング内に位置決めするための手段と、を有するポンプを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の好ましい態様が、一例として添付図面を参照して記載される。
【００１５】
ポンプ１０は、排気機構を収容する円筒カートリッジ１４を受け入れる穴（bore），複数の流体流入口１６，１８，２０及び流体流出口２２を有するハウジング１２を備えている。
【００１６】
図１を参照すると、カートリッジ１４は、内部にドライブシャフト２６が取付けられた多部品本体（multi-component body）２４を有する。シャフト２６の回転は、シャフト２６の周囲に配置されたモータ２８により行われる。シャフト２６は、向い合った軸受に取付けられている。例えば、ドライブシャフト２６は、永久磁石軸受及び油潤滑軸受のハイブリッドシステムによって支持されるのがよい。
【００１７】
カートリッジ内の排気機構は、少なくとも３つの排気区域３０，３２，３４を含む。第１の排気区域３０は、１組のターボ分子段を有する。図１に示す例では、１組のターボ分子段３０は、周知の傾斜構造の４つのロータブレードと４つのステータブレードを有する。この例では、第１の排気区域のロータブレードは、ドライブシャフト２６と一体である。
【００１８】
第２の排気区域３２は、第１の排気区域３０と同様であり、１組のターボ分子段を有する。図１に示す例では、１組のターボ分子段３２も、周知の傾斜構造の４つのロータブレードと４つのステータブレードを有する。この例では、第１の排気区域のロータブレードも、ドライブシャフト２６と一体である。
【００１９】
第３の排気区域３４は、第１及び第２の排気区域の下流である。第３の排気区域３４は、分子ドラッグ機構、例えば、ハルウェックドラッグ機構（Holweck drag mechanism）の形態である。この例では、ハルウェック機構は、２つの回転シリンダー及びそれ自体知られている方法でらせん溝を形成した対応する環状ステータを有する。回転シリンダーは、好ましくはカーボンファイバー材料で形成され、そしてドライブシャフト２６に配置された円盤に取付けられている。この例では、円盤も、ドライブシャフト２６と一体である。ポンプ流出口２２は、ハルウェック機構３４より下流に配置されている。
【００２０】
カートリッジ１４は、３つの流入口１６，１８，２０を有する。第１の低流体圧力流入口１６は、すべての排気区域の上流に配置されている。この例では、第１の流入口１６は、３６で指示されているように、ドライブシャフト２６の長手方向軸線と実質的に直交する。第２の中間流体圧力流入口１８は、第１の排気区域３０と第２の排気区域３２の段間に配置されている。この例では、第２の流入口１８は、ドライブシャフト２６の長手方向軸線の周りに延びる。第３の低流体圧力流入口２０は、図示のように、ハルウェック機構３４の上流に配置されてもよいし、或いは変形例としてハルウェック機構３４の段間に配置されてもよく、これにより、ハルウェック機構の段のすべてが流入口１６，１８，２０の各々と流体連通する。
【００２１】
ここでハウジング１２に戻ると、穴は、ハウジング１２の後面３８に形成された入口を有し、カートリッジ１４はこの入口を通してハウジング１２に挿入される。カートリッジ１４が穴に挿入されるとき、穴の内面４０，４２，４４，４６は、カートリッジ１４を、図１〜図６に示された完全挿入位置に向かって案内する。穴の端は、図１に４８で指示されているように輪郭形成されて、挿入されたカートリッジ１４の前端に係合するための当接面を定め、ハウジング１２の後面３８と共に、カートリッジ１４をハウジング１２に挿入することができる程度を制限する。
【００２２】
図１〜図６に示すように、ハウジング１２は、カートリッジ１４が完全挿入位置にあるとき、流体を流体流入口１６，１８，２０に入れるため、多数の位置で穴を露出させるように形成されている。示した例では、ハウジング１２は、ハウジング１２のフランジ付き平面５２に形成された口５０を有し、フランジ付き平面５２は、ハウジングの後面３８に対して鋭角に、又、ハウジングの穴の長手方向軸線に対して鋭角θに傾けられている。角度θは、１０°〜８０°間の任意の角度でよく、好ましくは、２０°〜５０°間の角度である。図に示された例では、θ＝２７．５°である。図に示された完全挿入位置では、排気機構の長手方向軸線３６は、ハウジング１２の穴と同軸である。
【００２３】
カートリッジを完全挿入位置に位置決めするため、ハウジング１２の穴の一部分をなす湾曲部材５４，５６が、ハウジング１２の口５０を横切って延びる。この例では、湾曲部材５４，５６は、ハウジング１２と一体である。変形例として、湾曲部材５４，５６は、ハウジング１２に差込み可能な別々の部材であってもよい。ハウジング１２の穴の一部分を形成する湾曲部材５４，５６の湾曲内面４４，４６は、流入口１６，１８，２０の各々を、ハウジング１２のフランジ付き平面５２に形成された口５０によって部分的に露出させながら、カートリッジ１４の本体２４と共にシールを形成する。図に示されたように、第１の流入口１６の一部及び第２の流入口１８の一部は、ハウジング１２の口５０を通して突出し、第３の流入口２０は、口５０のすぐ下に位置する。
【００２４】
図７は、ポンプ１０を用いて排気されるべき一例の複式チャンバ（multi-chamber）システム６０に取付けられたポンプ１０を示す。示された例では、複式チャンバシステム６０は、質量分光計システムである。高真空チャンバ６２が隣接して、第１，（システムのタイプに応じて）第２及び第３の排気インターフェースチャンバ６４，６６，６８に続く。第１のインターフェースチャンバ６４は、排気された質量分光計システムで最も高い圧力のチャンバであり、そして、イオンをイオン源から第１のインターフェースチャンバ６４に引き込む毛管又は試料円錐体を収容してもよい。第２のインターフェースチャンバ６６は、イオンを第１のインターフェースチャンバ６４から第３のインターフェースチャンバ６８に案内するための第１のイオンガイドを含んでいてもよく、第３のチャンバ６８は、イオンを第２のインターフェースチャンバから高真空チャンバ６２に案内するための第２のイオンガイドを含んでいてもよい。
【００２５】
ポンプ１０のフランジ付き平面５２は、例えば、ボルト等によって、システム６０の底平面７０に取付けられる。溝７２内に配置されたＯリングが、面５２と面７０との間のシールを形成するのを助ける。図７に示すように、ポンプ１０がシステム６０に取付けられた状態では、カートリッジ１４は、システムの底面７０に形成された開口７４を通して、システム６０内に突入する。これにより、カートリッジ１４の第１の流入口１６及び第１の排気区域３０が、高真空チャンバ６２内に突入し、カートリッジ１４の第２の流入口１８及び第２の排気区域３２が、第３のチャンバ６８内に突入し、ポンプ１０は、使用中、システム６０内で運ばれるイオンの経路７６と角度θに傾けられ、ポンプ流入口での伝導性を最大にする。しかしながら、ポンプ１０がシステム６０内に延びる程度は、ポンプをイオン経路７６と交差させるほどは大きくない。使用中、システム６０のチャンバ間での流体漏れを防止するため、横部材５４の上面７８は、高真空チャンバ６２と第３のチャンバ６８との間の分割壁８０の一致して輪郭形成された下面に密封係合し、横部材５６の上面８２は、第２のチャンバ６６と第３のチャンバ６８との間の分割壁８４の一致して輪郭形成された下面と密封係合する。
【００２６】
使用中、第１のインターフェースチャンバ６４は、補助ポンプ（図示せず）に連結され、補助ポンプは、また流体をポンプ１０の流出口２２から排気する。補助ポンプは、典型的には、ポンプ１０の流出口２２での大きさとおおよそ同じ程度の大きさの圧力を第１のチャンバ内に生成する。ポンプ１０の各流入口１６，１８，２０に入る流体は、ポンプから出る前に、それぞれ異なる数の段を通過する。第１の流入口１６を通って排気される流体は、順にターボ分子段の両方の組３０，３２及びハルウェック機構３４を通り、流出口２２からポンプを出る。第２の流入口１８を通って排気される流体は、ターボ分子段の組３２及びハルウェック機構３４を通り、流出口２２からポンプを出る。第３の流入口２０を通って排気される流体は、ハルウェック機構３４のみを通り、流出口２２からポンプを出る。その結果、ポンプ１０は、チャンバ６２，６６，６８内に所要真空レベルを提供することができ、補助ポンプは、チャンバ６４に所要の真空レベルを提供する。この例では、使用中、第１のインターフェースチャンバ６４は、約１〜１０ｍｂａｒの圧力であり、第２のインターフェースチャンバ６６は、約１０-1〜１ｍｂａｒの圧力であり、第３のインターフェースチャンバ６８は、約１０-2〜１０-3ｍｂａｒの圧力であり、高真空チャンバ６２は、約１０-5〜１０-6ｍｂａｒの圧力である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】真空ポンプの縦断面図である。
【図２】ポンプの種々の異なる外観図である。
【図３】ポンプの種々の異なる外観図である。
【図４】ポンプの種々の異なる外観図である。
【図５】ポンプの種々の異なる外観図である。
【図６】ポンプの種々の異なる外観図である。
【図７】組立体と多チャンバシステムとの連結を示す簡単化した断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  ポンプ
１２  ハウジング
１４  カートリッジ
１６，１８，２０  流入口
２２  流出口
２４  本体
２６  シャフト
２８  モータ
３６  長手方向軸線
３８  後面
４０，４２，４４，４６  内面
５０  口
６０  システム
６２，６４，６６，６８  チャンバ
７０  底平面
７４  開口
７６  イオン経路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
2008504479.tif 000010
2008504479.tif 000011
2008504479.tif 000012
2008504479.tif 000013
2008504479.tif 000014