(57)【要約】  改良型スプリットフロー形真空ポンプが共通ハウジング内に収容された複合ポンプのうちの少なくとも２つを備え、共通ハウジングは、ガスをそれぞれ第１のチャンバから第４のチャンバまで受け入れる第１、第２、第３および第４の入口を有し、これらポンプは、これらの回転軸線がハウジング内で互いに対して角度をなすよう、好ましくは互いに垂直であるよう配置されている。【選択図】図４
2018516338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のチャンバを差動的にポンプ排気する真空ポンプであって、前記真空ポンプは、
別々のモータによって各々の駆動シャフトでそれぞれ互いに独立回転可能に支持された複数の複合ポンプ排気装置を収容したハウジングと、
流体を第１のチャンバから受け入れる第１のハウジング入口と、
流体を第２のチャンバから受け入れる第２のハウジング入口とを有し、
前記複数の複合ポンプ排気装置のうちの第１の複合ポンプ排気装置は、ターボ分子ポンプ排気機構体を含む第１のポンプ排気区分および前記第１のポンプ排気区分から見て下流側に位置した第２のポンプ排気区分を有し、前記ポンプ排気区分は、第１の入口から前記複合ポンプに流入した流体が前記第１および前記第２のポンプ排気区分を通り、前記第２の入口から前記複合ポンプに流入した流体が前記ポンプ排気区分のうちの前記第２のポンプ排気区分のみを通るよう構成され、
前記真空ポンプは更に、
流体を第３のチャンバから受け入れる第３のハウジング入口と、
流体を第４のチャンバから受け入れる第４のハウジング入口とを有し、
前記複数の複合ポンプ排気装置のうちの第２の複合ポンプ排気装置は、ターボ分子ポンプ排気機構体を含む第３のポンプ排気区分および前記第１のポンプ排気区分から見て下流側に位置した第４のポンプ排気区分を有し、前記ポンプ排気区分は、第３の入口から前記第２の複合ポンプ排気装置に流入した流体が前記第３および前記第４のポンプ排気区分を通り、前記第４の入口から前記第２の複合ポンプに流入した流体が前記ポンプ排気区分のうちの前記第４のポンプ排気区分のみを通るよう構成されている、真空ポンプ。
【請求項２】
前記駆動シャフトは、互いに角度をなした各々の回転軸線を有する、請求項１記載の真空ポンプ。
【請求項３】
前記駆動シャフトは、第１および第２の回転軸線を有し、前記第１の回転軸線は、前記第２の回転軸線に垂直である、請求項１記載の真空ポンプ。
【請求項４】
前記ポンプ排気装置のうちの少なくとも１つは、カートリッジの形態をしており、前記カートリッジは、前記カートリッジの前記ポンプ排気機構体を支持するケーシングを有し、前記ケーシングは、前記カートリッジを前記ハウジングのボア中に挿入することができ、そして該カートリッジが前記ボアと係合して前記ポンプ排気機構体の流体入口をそれぞれのハウジング入口に露出させるよう構成されている、請求項１〜３のうちのいずれか一に記載の真空ポンプ。
【請求項５】
前記複合ポンプ排気装置の前記第２および前記第４の区分は、分子ドラッグポンプ排気機構体または再生ポンプ排気機構体を含む、請求項１〜４のうちのいずれか一に記載の真空ポンプ。
【請求項６】
前記第１のポンプ排気装置の前記第２の区分は、ブースタポンプ排気機構体を含み、前記ハウジングは、前記第２の真空ポンプ排気装置の排気部に連結可能に配置されたブースタ入口を有し、前記第２の区分は、前記第２の真空ポンプ排気装置および前記第１の真空ポンプ排気装置の前記第１の区分を支援するようになっている、請求項１〜５のうちのいずれか一に記載の真空ポンプ。
【請求項７】
前記ハウジングは、バッキングポンプに連結可能な前記ブースタポンプ排気機構体からの出口を形成する排気部を有し、前記バッキングポンプは、前記第１のポンプ排気装置および前記第２のポンプ排気装置を支援することができるようになっている、請求項６記載の真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空ポンプ、特に真空システムを差動的に排気する真空ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
差動的ポンプ排気型科学的計器システム、例えば質量分析計では、サンプルおよびキャリアガスが分析のために導入される。かかる一実施例が図１に記載されている。図１を参照すると、かかるシステムでは、第１、（システムの形式に応じる）、第２、および第３の排気インターフェースチャンバ１１１，１１２，１１４の直後に高真空チャンバ１１０が存在する。第１のインターフェースチャンバは、減圧分析計システムにおける最も高い圧力のチャンバであり、イオン源から第１のインターフェースチャンバ１１１中にイオンを引き込む際に通すオリフィスまたは毛管を有する場合がある。第２のオプションとしてのインターフェースチャンバ１１２は、第１のインターフェースチャンバ１１１からのイオンを第３のインターフェースチャンバ１１４中に案内するイオン光学系を有する場合があり、第３のチャンバ１１４は、第２のインターフェースチャンバからのイオンを高真空チャンバ１１０中に案内する追加のイオン光学系を有する場合がある。この実施例では、使用中、第１のインターフェースチャンバは、約１〜１０ｍｂａｒの圧力の状態にあり、第２のインターフェースチャンバ（用いられる場合）は、約１０-1〜１ｍｂａｒの圧力状態にあり、第３のインターフェースチャンバは、約１０-2〜１０-3ｍｂａｒの圧力にあり、高真空チャンバは、約１０-5〜１０-6ｍｂａｒの圧力状態にある。差動的ポンプ排気型真空システムは、要件に応じて種々の圧力を有する場合がある。
【０００３】
高真空チャンバ１１０、第２のインターフェースチャンバ１１２および第３のインターフェースチャンバ１１４を複合真空ポンプ１１６によって排気することができる。この実施例では、真空ポンプは、ターボ分子段の２つの組１１８，１２０の形態をした２つのポンプ排気区分、およびホルベック（Holweck）ドラッグ機構体１２２の形態をした第３のポンプ排気区分を有し、これに代えて、別の形態のドラッグ機構体、例えばジーグバーン（Siegbahn）またはゲーデ（Gaede）機構体を用いることができる。ターボ分子段の各組１１８，１２０は、公知の傾斜構造の多く（図１に示された３つ、ただし、任意適当な数を設けることができる）のロータ１１９ａ，１２１ａと１１９ｂ，１２１ｂのブレード対を有する。ホルベック機構体１２２は、多数（図１に示された２つ、ただし、任意適当な数を設けることができる）の回転シリンダ１２３ａおよび対応の環状ステータ１２３ｂおよびそれ自体知られた仕方の螺旋チャネルを有する。
【０００４】
この実施例では、第１のポンプ入口１２４は、高真空チャンバ１１０に連結され、入口１２４を通ってポンプ排気された流体は、ターボ分子段の両方の組１１８，１２０を連続して通過し、そしてホルベック機構体１２２を通過し、そして出口１３０を通ってポンプから出る。第２のポンプ入口１２６は、第３のインターフェースチャンバ１１４に連結され、入口１２６を通ってポンプ排気された流体は、ターボ分子段の組１２０およびホルベック機構体１２２を通過し、そして出口１３０を通ってポンプから出る。この実施例では、ポンプ１１６は、選択的に開閉できるとともに、例えば第２のオプションとしてのインターフェースチャンバ１１２からの流体をポンプ１１６中に案内するよう内部バッフルを利用できる第３の入口１２７を更に有する。第３の入口が開いた状態で、第３の入口１２７を通ってポンプ排気された流体は、ホルベック機構体のみを通過し、そして出口１３０を通ってポンプを出る。
【０００５】
この実施例では、質量分析計を排気するのに必要なポンプの数を最小限に抑えるため、第１のインターフェースチャンバ１１１は、フォアライン１３１を経てバッキングポンプ１３２に連結されており、このバッキングポンプはまた、複合真空ポンプ１１６の出口１３０から流体をポンプ排気する。バッキングポンプは、典型的には、複合真空ポンプ１１６の出口１３０からの質量流量よりも多い質量流量を第１のチャンバ１１１から直接ポンプ排気する。各ポンプ入口に流入した流体がそれぞれ異なる数の段を通過し、その後ポンプから流出するときに、ポンプ１１６は、チャンバ１１０，１１２，１１４内で所要の真空レベルを提供することができ、バッキングポンプ１３２は、チャンバ１１１内に所要の真空レベルをもたらす。図１に示されている真空ポンプ排気装置は、例えば米国特許第５，７３３，１０４号明細書にも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５，７３３，１０４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
複合真空ポンプ１１６の性能および電力消費量は、主としてその背圧で決まり、したがって、バッキングポンプ１３２により提供されるフォアライン圧力（および第１のインターフェースチャンバ１１１内の圧力）に依存している。これ自体は、主として、２つの要因、すなわち科学的計器からのフォアライン１３１に流入する全質量流量およびバッキングポンプ１３２のポンプ排気能力に依存している。ターボ分子段と分子ドラッグ段の組み合わせを有する多くの複合ポンプは、比較的低い背圧にのみ理想的に適合しており、したがって、フォアライン１３１内（およびそれ故に第１のインターフェースチャンバ１１１内）の圧力が質量流量の増大またはバッキングポンプの小型化の結果として増大する場合、その結果として生じる性能の低下および電力消費量の増大は急速である場合がある。質量分析計の性能を高めようとして、製造業者は、分析計中への質量流量を増大させる場合が多く、かくして質量流量の増大への対応と並行してバッキングポンプのサイズまたは数を増大させる必要がある。これにより、質量分析計を差動的に排気するのに必要な全体的ポンプ排気システムのコスト、サイズ（フットプリント）および電力消費量が増大する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、複数のチャンバを差動的にポンプ排気する真空ポンプであって、真空ポンプは、別々のモータによって駆動シャフト上でそれぞれ互いに独立回転可能に支持された複数の複合ポンプ排気装置を収容したハウジングと、流体を第１のチャンバから受け入れる第１のハウジング入口と、流体を第２のチャンバから受け入れる第２のハウジング入口とを有し、複数の複合ポンプ排気装置のうちの第１の複合ポンプ排気装置は、ターボ分子ポンプ排気機構体を含む第１のポンプ排気区分および第１のポンプ排気区分から見て下流側に位置した第２のポンプ排気区分を有し、ポンプ排気区分は、第１の入口から第１の複合ポンプに流入した流体が第１および第２のポンプ排気区分を通り、第２の入口から複合ポンプに流入した流体がポンプ排気区分のうちの第２のポンプ排気区分のみを通るよう構成され、真空ポンプは更に、流体を第３のチャンバから受け入れる第３のハウジング入口と、流体を第４のチャンバから受け入れる第４のハウジング入口とを有し、複数の複合ポンプ排気装置のうちの第２の複合ポンプ排気装置は、ターボ分子ポンプ排気機構体を含む第３のポンプ排気区分および第１のポンプ排気区分から見て下流側に位置した第４のポンプ排気区分を有し、ポンプ排気区分は、第３の入口から第２の複合ポンプ排気装置に流入した流体が第３および第４のポンプ排気区分を通り、第４の入口から第２の複合ポンプに流入した流体がポンプ排気区分のうちの第４のポンプ排気区分のみを通るよう構成されていることを特徴とする真空ポンプを提供する。
【０００９】
別の観点では、互いに異なる圧力状態にある複数のチャンバを差動的にポンプ排気する真空ポンプであって、この真空ポンプが、真空チャンバにそれぞれ対応して連結可能な第１および第２のハウジング入口を備えたハウジングを有し、このハウジングは、複合ポンプ排気装置のカートリッジケーシングを受け入れるボアを有し、複合真空ポンプ排気装置は、第１のポンプ排気区分および第１のポンプ排気区分から見て下流側に配置された第２のポンプ排気区分を有し、この区分は、第１のハウジング入口から複合ポンプに流入した流体が第１および第２のポンプ排気区分を通り、第２の入口から複合ポンプ排気装置に流入した流体がこれら区分のうちの第２の区分だけを通るよう配置され、カートリッジケーシングは、カートリッジがハウジング内に配置されると第１のハウジング入口から流体を受け入れるよう露出された第１の流体入口装置およびカートリッジがハウジング内に配置されると第２のハウジング入口から流体を受け入れるよう露出される第２の流体入口装置を有し、第１の流体入口装置は、流体を全体として半径方向にケーシング中に受け入れさせる少なくとも１つの半径方向流体入口および流体を全体として軸方向にケーシング中に受け入れさせる少なくとも１つの軸方向流体入口を有することを特徴とする真空ポンプが提供される。
【００１０】
第２の流体入口装置は、第１のハウジング入口とガス連通関係にある容積部中に突き出たカートリッジケーシングの一部分に形成されるのが良く、この容積部は、複合ポンプ排気装置の軸線を取り囲むのが良い。
【００１１】
第１の流体入口装置は、ケーシングの周囲に沿ってぐるりと間隔を置いて配置された状態で容積部に露出された複数の半径方向入口を有するのが良い。
【００１２】
少なくとも１つの軸方向流体入口は、複合ポンプ排気装置の軸受を支持するとともにカートリッジケーシングによって支持された、軸受マウントによって少なくとも部分的に形成されるのが良い。軸受マウントまたはスパイダは、容積部内に受け入れられるのが良い。
【００１３】
ガスを容積部から入口を通して中に引き込むために少なくとも１つのターボ分子段（またはロータブレードのアレイ）が軸方向流体入口のところに配置されるのが良い。
【００１４】
複合真空ポンプ排気装置の第１の区分は、半径方向流体入口の軸方向幅にほぼ等しくまたはこれよりも大きい量だけスパイダまたは少なくとも１つのターボ分子段から間隔を置いて配置されるのが良い。
【００１５】
本発明の他の好ましいかつ／あるいはオプションとしての観点は、添付の従属形式の請求項に記載されている。
【００１６】
本発明を良好に理解することができるようにするため、添付の図面を参照して以下において、一例として与えられているに過ぎない本発明の実施形態について詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】先行技術の真空ポンプ排気装置および差動的ポンプ排気型真空システムの単純化された図である。
【図２】真空ポンプの斜視図である。
【図３】図２に示されている真空ポンプの別の斜視図である。
【図４】中心長手方向および垂直平面に沿って取った真空ポンプの断面図である。
【図５】完全組み立て前における真空ポンプの斜視図である。
【図６】真空ポンプ内に設けられているカートリッジケーシングを示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図２を参照すると、複数のチャンバを差動的にポンプ排気する真空ポンプ１０が示されている。先行技術と関連して上述したように、これらチャンバは、質量分析計システムの一部をなし、これらチャンバは、高真空チャンバ１１０、そのすぐ次の第１、（システムの形式に応じて）第２、および第３の排気されるインターフェースチャンバ１１１，１１２，１１４を有する。変形例として、真空システムは、米国特許出願公開第２０１５／００５６０６０号明細書に詳細に開示されているような複数のチャンバを有しても良い。
【００１９】
真空ポンプ１０は、ハウジング１２を有する。ハウジング１２は、適当な金属材料、例えば鋼または鉄から鋳造されまたは機械加工されるのが良く、このハウジングは、ポンプの種々のポンプ排気機構体を収容する一体構造を有する。この実施例では、ハウジングは、アルミニウムであって中実ブロックから機械加工されているが、押出し成形または鋳造されても良い。アルミニウムが好ましいが、その理由は、これが軽量だからである。ハウジングは、複数のハウジング入口１４，１６，１８，２０，２２，２４を有し、このハウジングは、適当な締結部材によって真空システムに固定されるのが良く、さらにシステムの別々のチャンバとポンプの選択されたポンプ排気機構体との間の流体連通を可能にするよう密閉されるのが良い。流体入口は、ポンプ中への周囲空気の漏れを回避しまたはこれに抵抗するよう真空システムに密着する封止部材（図示せず）、例えばＯリングを受け入れる溝２６によって包囲されている。入口１８，２０，２２，２４は、単一の溝および封止部材によって包囲されている。
【００２０】
ハウジングは、図４に詳細に示されているように流体をハウジング入口から別々のポンプ排気機構体の入口に向かって案内する複数の流路を有する。これら流路は、ハウジングの内部構造によって形成されており、これら流路は、製造プロセス中にハウジング内に鋳造されまたは機械加工されるのが良い。
【００２１】
真空ポンプは、２つの真空ポンプ排気装置２８，３０を有する。この実施例では、真空ポンプ排気装置３０は、比較的低い真空度（高圧）状態でハウジング入口１４，１６を通じて圧力チャンバを排気するよう構成された真空ポンプ排気装置２８と比較して、比較的高い真空度（低圧）でハウジング入口１８，２０，２２，２４を通じて圧力チャンバを排気するよう構成されている。
【００２２】
これら２つの装置のための真空ポンプ排気機構体がハウジング１２内に収容されている。いずれの場合においても、真空ポンプ排気装置の一部は、ハウジングの外部に延び、これら外部部分は、モータおよびこれら装置を電源に接続するための電気接続部を有するのが良い。モータを部分的にハウジングの外部に配置することにより、使用中に生じた熱がポンプからさらに容易に逃げ出ることができる。
【００２３】
図３は、ポンプの下の別の視点から見た真空ポンプ１０を示している。第１の真空ポンプ排気装置３０は、入口ポート３２を有し、第２の真空ポンプ排気装置２８は、排気ポート３４を有する。フォアラインパイプ３６が排気ポートを入口ポートに流体連通可能に連結している。以下に詳細に説明するように、ガスは、フォアラインを通って第２の真空ポンプ排気装置から第１の真空ポンプ排気装置に排出され、この第１の真空ポンプ排気装置において、このガスは、少なくとも１つのポンプ排気機構体によってポンプ排気される。第１の真空ポンプ排気装置は、別のフォアラインパイプを通ってガスを別個のバッキングポンプまたは一次ポンプに排出する排気ポート（この図には示されていない）を有する。このように、第２の真空ポンプ排気装置は、第１の真空ポンプ排気装置および一次ポンプによって直列的に支援され、第１の真空ポンプ排気機構体は、一次ポンプによって支援される。これにより、システムまたは第１の真空ポンプ排気装置２８の全体的電力消費を減少させることができる。変形例として、背圧の減少を用いて装置２８の全体的圧縮度を高めても良い。
【００２４】
変形例では、ハウジングは、真空ポンプ排気装置相互間の流路を定める内部構造体を有するよう構成されても良く、それにより、追加の取り付け具およびパイプの必要性がなくなる。他の実施例では、真空ポンプは、単一のまたは複数のバッキングポンプによって別個独立に支援されるのが良い。
【００２５】
図４は、真空ポンプ１０の断面図である。第１の真空ポンプ排気装置は、ハウジングの下面に設けられた開口部４０を通ってハウジング１２のボア３８中に挿入されて締結部材（図示せず）により定位置に締結される。Ｏリング４２が定位置にあるときにこの装置を封止する。第１の真空ポンプ排気装置は、この実施例では、各々がポンプ排気機構体および１つまたは２つ以上のポンプ排気段を備えた７つの真空ポンプ排気区分を有する。区分の数、各区分内の段の数およびポンプ排気機構体の形式は、ポンプ排気要件、例えば、容量および圧縮度に応じて選択されるのが良い。装置３０は、上側および下側軸受６０，６２によって回転可能に支持された駆動シャフト５８を有する。代表的には、上側軸受は、磁気軸受（バックアップ軸受付き）であり、下側軸受は、ころ軸受である。上側軸受は、中央ハブを備えたスパイダ６３によって支持され、３本のアームがこの中央ハブから半径方向に延びている。これらアームは、軸受および真空ポンプ排気装置の支持体となる一方で、ガスが最も上流側のポンプ排気機構体４４に流入するための空間を実現することができるようハウジングに固定されている。スパイダもまた、ハウジングに機械加工されるのが良く、そしてこのスパイダは、ハウジングの一部をなす（すなわち、ハウジングと一体である）。
【００２６】
モータ６４が駆動シャフトの回転を駆動し、このモータは、電源に接続されている。第１のポンプ排気装置は高速ポンプであり、この第１のポンプ排気装置を代表的には、約１０，０００〜１００，０００ｒｐｍの速度で回転させる。
【００２７】
真空ポンプ排気装置３０の区分４４，４６，４８，５０は各々、ターボ分子ポンプ排気機構体を有する。これら区分は、それぞれ、４つの段、３つの段、３つの段、および２つの段を有するが、これよりも多いまたは少ない段を必要に応じて設けることができる。ターボ分子ポンプ機構体を有する少なくとも１つの区分が所要の真空圧力を生じさせるのに必要とされるが、他の区分に代えて他形式のポンプ排気機構体を用いても良い。区分５２，５４は各々、４段ドラッグポンプ排気機構体であり、区分５６は、２段再生ポンプ排気機構体である。再生ポンプ排気機構体は、空気力学的機構体とも呼ばれており、この空気力学的機構体では、ロータディスクに設けられたブレードのアレイがステータのそれぞれのチャネル中に延びていて回転時にこのチャネル内に渦を生じさせ、これらチャネルがポンプ排気中のガスを圧縮する。種々の形式のポンプ排気機構体を後者の区分内に用いることができるとともにポンプ排気要件に応じて異なる数の段に用いることができる。
【００２８】
第１のポンプ排気機構体は、種々の区分の４つの流体入口を有する。区分４４は、内部流路６７によってハウジング入口２４に流体連通可能に連結された流体入口６６を有する。区分４６は、内部流路６９によってハウジング入口２２に流体連通可能に連結された流体入口６８を有する。区分４８は、内部流路７１によってハウジング入口２０に流体連通可能に連結された流体入口７０を有する。区分５０は、内部流路７３によってハウジング入口１８に流体連通を可能に連結された流体入口７２を有する。流路６９，７１，７３は、ハウジング入口から遠ざかってかつ９０°にわたってこれら各々の流体入口まで延びているが、変形例としてポンプ排気機構体と一線をなして差し向けられていても良い（すなわち、９０°ではない）。
【００２９】
ハウジング入口２４を通って流入した流体は、第１の真空ポンプ排気装置のポンプ排気区分の全て、すなわち、区分４４〜５６を通る。ハウジング入口２２を通って流入した流体は、区分４６〜５６だけを通過する。ハウジング入口２０を通って流入した流体は、区分４８〜５６だけを通過し、ハウジング入口１８を通って流入した流体は、区分５０〜５６だけを通過する。この実施例では、ハウジング入口２４は、最も低い圧力まで排気され、ガスが通過する区分が少なくなるにつれて、排気圧力は次第に増大する。
【００３０】
ポンプ排気区分５２，５４，５６は、第１の真空ポンプ排気装置３０のターボ分子区分のための背圧を提供し、と言うのは、ターボ分子機構体は、大気圧状態では排気することができずまたは少なくとも効率的に排気することができないからである。幾つかの実施例では、最も下流側の区分５６が大気圧状態において排気することができるが、代表的には、この最も下流側の区分は、大気圧未満で排気し、それ自体、別個の一次ポンプによって支援されまたは変形例として別の類似のターボ分子ポンプにより、次に一次ポンプによって支援される。
【００３１】
上述したように、第２の真空ポンプ排気装置２８の排気部３４は、第１の真空ポンプ排気装置３０の入口３２に連結されている。図４の断面は、これらポートを示していないが、排気部３４は、第２の装置の最も下流側のポンプ排気区分の下流側に配置され、入口３２は、区分５２，５４，５６のうちの少なくとも１つの上流側にかつ少なくとも区分５０の下流側に配置されている。このように、排気部３４は、１つ、２つまたは３つのポンプ排気区分によって支援されている。支援区分は、好ましくは、ブースタ機構体として構成され、それにより、この区分の圧縮比は、１０：１〜１：１（例示）であり、したがって、ポンプ排気能力が向上している。ブースタとして構成された区分は、多量のガスが質量分析計に投入された場合でも、多量のガスをポンプ排気することができ、有用である。
【００３２】
第２の真空ポンプ排気装置２８は、この場合カートリッジを有し、ただし、カートリッジエンベロープは、装置２８（または両方のポンプ）にとって必要不可欠であるというわけではなく、変形例として、カートリッジエンベロープは、ハウジング中に直接組み込まれても良い。カートリッジ７５は、カートリッジのポンプ排気機構体を支持するケーシング７４を有する。ケーシングは、カートリッジをハウジング１２のボア７６中に挿入することができ、そしてこのカートリッジがこのボア７６に係合してポンプ排気機構体の流体入口７８，８０をそれぞれのハウジング入口１６，１４に露出させるよう構成されている。図５は、カートリッジがハウジング開口部８２を通ってボア７６中に挿入される前の状態の真空ポンプ１０の斜視図である。
【００３３】
ボア７６の内面は、カートリッジ７５を図４に示されている完全挿入位置に向かって案内する。ケーシングは、外方に突き出たフランジ８３を有し、この外方に突き出たフランジは、ハウジング端面８４と一緒になって、カートリッジを正確な位置に位置決めするとともにハウジング１２中へのカートリッジ７５の挿入可能な度合いを制限する当接面を形成する。締結部材８６がカートリッジを挿入したときにカートリッジを定位置に固定する。これら締結部材は、代表的にはねじ係合方式によってハウジングの閉鎖ボア８８に嵌まり込む。
【００３４】
図４に示されているように、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に、ボアを多数の場所で露出させて流体が流体入口７８，８０に流入することができるように形作られている。ハウジングに作られた流路７９，８１がハウジング入口１４，１６からの流れをカートリッジのそれぞれの流体入口７８，８０に案内する。ハウジングは、ハウジング入口１６からのガスの流れのための容積部８９を更に備えている。したがって、入口１６からのガスは、流体入口７８を通って半径方向にまたは流体入口８５を通って軸方向にカートリッジ中に流れることができる。半径方向および軸方向流体入口を設けることにより、ポンプ排気装置中への導入度が増大する。この場合、図示のように、少なくとも１つのターボ分子ポンプ排気段８７（またはロータブレードのアレイ）が流体入口８５のところに配置されてガスをカートリッジ中に引き込むことが好ましい。２つの流体入口をハウジング入口１６のところに設けることにより、流れに対する導入抵抗が低くなる。
【００３５】
より詳細には、そして更に図６に示されているように、カートリッジケーシングは、その周囲に沿ってぐるりと間隔を置いて設けられていて真空ポンプ排気装置２８に半径方向流体入口を形成する複数の孔９１を備えている。この実施例では、４つの孔９１が互いに対して９０°を置いて設けられているが、他の形態の採用が可能である。孔は、ハウジングの一部に設けられており、これら孔は、容積部８９中に延び、したがって、ハウジング入口１６から見て最も遠くに位置する孔を含む全ての孔は、容積部に対して露出されている。ロータブレード８７のアレイとポンプ排気区分９０は、孔９１の軸方向幅にほぼ等しい量だけ軸方向に間隔を置いて配置されている。この形態により、ガスは、駆動シャフトに向かってポンプ排気機構体相互間の空間９３中に入り込むことができ、それによりターボ分子機構体９０の半径方向外側部分と半径方向内側部分の両方によってポンプ排気が可能である。かかる空間９３がなければ、ガスは、この機構体の半径方向外側部分とのみまたは半径方向内側部分との相互作用よりも大幅に相互作用し、達成されるポンプ排気効率は、低い。
【００３６】
カートリッジケーシングの流体入口８５は、全体として円形の孔によって形成され、この孔は、軸方向（図４および図６の右側）に開いている。ケーシングは、孔９１の上流側にかつ全体が容積部８９内に配置された肩部分９５を有する。この肩部分は、軸受９８を定位置に取り付けるために軸受マウントまたはスパイダ９７に着座し、この軸受マウントまたはスパイダは、同様に容積部８９内に受け入れられている。スパイダは、ケーシングに固定された外側リム、軸受を支持する内側ハブ、およびリムをハブに連結する３本の半径方向アーム（またはスポーク）を有する。この形態により、３つの孔が約１２０°にわたって延びて軸方向流体入口８５を真空ポンプ排気装置２８に形成している。スパイダは、３つに制限されておらず、これよりも少ないまたは多い半径方向アームを有することができる。
【００３７】
カートリッジケーシングは、ポンプ排気区分９２の流体入口を形成する孔９９を更に備えている。容積部８９に設けられた孔９１とは異なり、ハウジング入口１４の近くに位置するケーシングの部分だけがガスを受け入れるよう露出され、したがって、孔９９がケーシングの上側部分にのみ設けられている。
【００３８】
図示のポンプ排気装置は、ハウジング中に水平に嵌まり込むが、垂直方向に配置されることも可能であり、同様に第１の装置は、水平であっても良く、それにより４つの形態が提供される。すなわち、かかる４つの形態は、水平‐水平、水平‐垂直、垂直‐水平、および垂直‐垂直である。
【００３９】
この実施例では、第２の真空ポンプ排気装置２８は、３つのポンプ排気区分９０，９２，９４を有する。区分９０は、３つのターボ分子段を有する。区分９２は、３つのホルベック段を有する。区分９４は、２つのジーグバーン段を有する。種々の形式の分子ドラッグまたは他のポンプ排気機構体を区分９２，９４に用いることができ、または全部で２つの区分だけが設けられても良い。区分中の段の数は、ポンプ排気要件に応じ、必要に応じて様々であって良い。
【００４０】
駆動シャフト９６がポンプ排気機構体を回転可能に支持し、この駆動シャフトはそれ自体、軸受９８，１００によって支持されている。この実施例では、軸受９８は、ころ軸受バックアップを備えた乾式磁気軸受であり、軸受１００は、潤滑式ころ軸受である。駆動シャフトは、電源に接続されたモータ１０２によって、例えば約１０，０００〜１００，０００ｒｐｍの高い回転速度で駆動される。
【００４１】
ポンプ排気区分９０，９２，９４の回転により、ガスは、ハウジング入口１６から流体入口７８，８５を通って流れ、区分９０（およびターボ分子段８７）、区分９２および区分９４を通過する。ガスは、ハウジング入口１４から流体入口８０を通ってこれら区分のうちの下流側の区分９２，９４だけを通過する。ハウジング入口１４，１６と流体連通状態にある圧力チャンバは、互いに異なる圧力で排気され、ハウジング入口は、低い圧力で排気され、と言うのは、これを通過したガスは、ポンプ排気区分を通って運ばれ、区分９０は、低圧でポンプ排気するよう構成されているからである。３つ以上のハウジング入口がカートリッジによって排気されるのが良い。
【００４２】
ガスは、カートリッジ７５から排気ポート３４を通って排出され、このガスは、別個のバッキングまたは一次ポンプの前に第１の真空ポンプ排気装置のブースタ区分（区分５２，５４，５６のうちの１つまたは２つ以上）を通過する。第１のポンプ出力が高い場合、第２のポンプは、第１のポンプを支援するよう使用される場合がある（図示の支援装置を切り替える）。
【００４３】
第２の真空ポンプ排気装置２８のカートリッジ型形態は、これを容易に取り外してハウジング中に挿入することができ、それにより容易な保守、補修または交換が可能なので有利である。カートリッジのケーシングが作動（および高速での回転）に必要な支持体となるので、真空ポンプ１０を容易に製造して組み立てることができる。カートリッジの種々のコンポーネントをハウジング１２の外部で組み立てることができ、この場合、典型的には機構体をハウジング内に支持するための複雑な構造体を製造する必要がない。真空ポンプ１０の実施例では、真空ポンプ排気装置３０は、カートリッジ型形態を呈しておらず、かかる真空ポンプ排気装置をハウジング内の支持なしでは、特にスパイダ６３および軸受組立体６０なしでは作動させることができない。しかしながら、真空ポンプ排気装置３０は、変形例として、真空ポンプ排気装置２８に類似してカートリッジ型形態として形成されても良い。
【００４４】
真空ポンプ排気装置は、互いに対して角度が付けられた回転軸線をそれぞれ備えた駆動シャフトを有するのが良い。図示の実施例では、駆動シャフト５８，９６は、第１および第２の回転軸線を有し、第１の回転軸線は、第２の回転軸線に垂直である。軸線９６は、軸線５８と交差しているが、他の実施例では、これらの軸線は、互いにオフセットしていても良い。本願の先の特許文献（ＥＰ２２７３１２８）では、カートリッジ型真空ポンプ排気装置の軸線は、差動式ポンプ排気システムの圧力チャンバを通るガス流の方向に対して角度θだけ傾けられ、本発明の別の実施例では、一ポンプ排気装置のポンプ排気軸線が先の特許文献の場合のように角度θをなしている類似の構成を採用することができる。
【００４５】
図示のように、重力に対して、軸線５８は、垂直であり、軸線９６は水平である。この構成例では、軸線５８がポンプ排気装置の可動部品（ロータ部品）に作用する重力の影響を打ち消すために垂直であることが好ましい。特に、上側軸受６０は、無接触軸受であり、したがって、これにより、ロータの少量の半径方向運動（バックアップ軸受によって制限される）が可能である。したがって、駆動シャフトをある程度まで片持ちであると見なすことができるが、重力は、おおかた打ち消されるのでそれ程の半径方向運動を生じさせない。また、理解されるように、多くの、すなわち全部で７つのポンプ排気区分および４つのターボ分子区分（高速回転を必要とする）が設けられ、それにより駆動シャフトの全長に寄与している。それ故、複数（５つ以上）のポンプ排気区分または複数（３つ以上）のターボ分子区分を備えた構造では、駆動シャフトは、ロータの動力学的挙動を改善させるために垂直であることが望ましいが、これが必要不可欠であるというわけではない。
【００４６】
第２の真空ポンプ排気装置の駆動シャフト９６は、水平であり、と言うのは、第１の真空ポンプ排気装置と関連して上述した問題が見かけ上小さいからであり、水平の向きがフットプリントまたはポンプサイズを節約する上で有利である。一体形ハウジング構成では、重量の問題もまた生じ、と言うのは、真空ポンプは、代表的には、これを真空システムの下側から吊り下げることによって取り付けられるからである。水平駆動シャフトは、ハウジングのサイズおよび更にその重量を減少させる。
【００４７】
図面を参照して詳細に上述したように、ハウジング１２は、別々のモータ６４，１０２によって駆動シャフト５８，９６でそれぞれ互いに独立回転可能に支持された複数の複合ポンプ排気装置２８，３０を収容している。独立回転および駆動により、多数の互いに異なるポンプ排気要件に対する利用が可能であるように汎用性を高めることができる。例えば、質量分析計システムのオペレータが、システムの上流側圧力チャンバに導入されるガスのサンプルサイズを増大させ、したがって、多量のガスをポンプ排気するための第２の真空ポンプ排気装置に関する作動中における周期的または一時的要件が存在する場合がある。これらの環境下において、モータ１０２から引き出される動力を増大させて区分９０，９２，９４内における回転に対する増大した抵抗に打ち勝つ。しかしながら、第１の真空ポンプ排気装置３０は、独立しており、中断または電力要件の増大なしに作動を続ける。
【００４８】
真空ポンプ排気装置２８，３０の電源は、共有されるのが良く、その結果、電力は、単一の給電ユニット（図示せず）によってモータ６４，１０２に供給される。この場合、給電ユニットは、電力を提供することができ、ユニットの制御は、ポンプ排気装置のところでまたはこのユニット内で実施できる。すなわち、２つの周波数コンバータをユニット内に、またはポンプ排気装置の各々内に１つずつ設けるのが良い。単一の給電ユニットの利点は、電力要件が両方のポンプ排気装置によって分配されまたは共有され、したがって、一方のポンプ排気装置が高負荷条件を受け、他方のポンプ排気装置が低負荷条件を受ける場合、全体的電力消費量は、増大しない。かかる条件は、例えば、両方の真空ポンプ排気装置が到達圧力で作動しておりかつサンプルガスが真空システムに導入され、―上流側チャンバ内のガスの圧力および量が増大し、第２の真空ポンプ排気装置２８に加わる負荷の同等の増大が起こる場合に生じることがあるが、下流側チャンバ内の圧力の増大および第１の真空ポンプ排気装置３０に加わる負荷の増大の前に遅延がある。変形例として、各真空ポンプ排気装置は、専用電源を備えるのが良い。
【００４９】
幾つかの公知の真空ポンプ排気システムでは、複数のポンプが真空システムを差動的に排気するためにそれぞれのハウジング内に設けられる。しかしながら、これら公知のシステムでは、これらポンプは、下側圧力ポンプから排出されたガスがこれよりも高い圧力ポンプの入口に運ばれるよう配置されている。したがって、ポンプは、直列に配置されている。しかしながら、真空ポンプ１０では、２つの真空ポンプ排気装置は、直列ではなく、これとは異なり、圧力チャンバを並列に排気する。直列関係は、部分的に設けられるが、第２の真空ポンプ排気装置の排気部とブースタ区分５２，５４，５６との間にのみ設けられる。
【００５０】
ハウジング１２は、真空ポンプ排気装置を正確な位置に設置するとともにハウジング入口からの流体流れを真空ポンプ排気装置の流体入口に案内するために所要の内部構造を有するよう作られている。内部構造は、大規模な次の機械加工を必要としないで鋳造または成形による形成を可能にする比較的単純な形状を有するよう形作られている。内部構造は、内部仕切り壁によって画定されていて両方の真空ポンプ排気装置の流体入口への流れを方向付ける複数の異形流れ導管を有するよう構成されている。ガス流を方向付ける単一の一体形ハウジングを設けることにより、フォアラインおよび他の配管系統の必要性がなくなり、それにより追加のコンポーネントの使用、組み立てに必要な時間が回避されるとともに漏れの潜在的な原因がなくなる。
【図１】
2018516338.tif 000003
【図２】
2018516338.tif 000004
【図３】
2018516338.tif 000005
【図４】
2018516338.tif 000006
【図５】
2018516338.tif 000007
【図６】
2018516338.tif 000008
【国際調査報告】
2018516338.tif 000009
2018516338.tif 000010