ポンプ装置
本発明によるポンプ装置は、複合ポンプ(100)を有し、複合ポンプ(100)は、第１チャンバ(10)に連結された第１入口(130)と、第２チャンバ(14)に連結された第２入口(132)と、第１ポンプセクション(106)と、その下流側に位置する第２のポンプセクション(108)とを有する。複合ポンプ(100)に第１入口(130)から入った流体は、第１及び第２ポンプセクション(106,108)を通り、第２入口(132)から入った流体は、第２ポンプセクション(108)だけを通る。ポンプ装置は、更に、第３チャンバ(11)に連結されたブースタポンプ(140)と、それに連結されたバッキングポンプ(142)とを有し、これらのポンプのいずれかに、複合ポンプ(100)から排出された流体を移動させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプ装置に関し、特に、真空システムを差圧式に排気するポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
差圧ポンプ送り式質量分析計（マススペクトロメータ）システムでは、サンプル及びキャリヤガスが、その分析のために質量分析計に導入される。かかる一例が、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、高真空チャンバ１０が設けられ、高真空チャンバ１０は、第１の排気インターフェースチャンバ１１又はシステムのタイプに応じて第２又は第３の排気インターフェースチャンバ１２，１４のすぐ次に位置している。第１のインターフェースチャンバ１１は、排気式質量分析計システムにおける圧力の最も高いチャンバであり、イオンをイオン源（ソース）から第１のインターフェースチャンバ１１内へ引き込むようにするオリフィス又は毛管を有するのがよい。第２のオプションとしてのインターフェースチャンバ１２は、第１のインターフェースチャンバ１１からのイオンを第３のインターフェースチャンバ１４内に案内するイオン光学系を有するのがよく、第３のインターフェースチャンバ１４は、第２のインターフェースチャンバ１２からのイオンを高真空チャンバ１０内に案内する追加のイオン光学系を有するのがよい。この例では、使用にあたり、第１のインターフェースチャンバ１１は、約１〜１０ミリバール（１０2〜１０3Ｐａ）の圧力状態にあり、第２のインターフェースチャンバ１２（用いられる場合）は、約１０-1〜１ミリバール（１０〜１０2Ｐａ）の圧力状態にあり、第３のインターフェースチャンバ１４は、約１０-2〜１０-3ミリバール（１〜１０-1Ｐａ）の圧力状態にあり、高真空チャンバは、約１０-5〜１０-6ミリバール（１０-3〜１０-4Ｐａ）の圧力状態にある。
【０００３】
複合真空ポンプ１６により高真空チャンバ１０、第２のインターフェースチャンバ１２及び第３のインターフェースチャンバ１４を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した２つのポンプセクション１８，２０及びホルベック（Holweck）ドラッグ機構の形態をした第３のポンプセクション２２を有し、ホルベックドラッグ機構に代えて別の形態のドラッグ機構、例えばジーグバーン（Siegbahn）又はゲーデ（Gaede）機構を用いてもよい。ターボ分子段の各組１８，２０は、よく知られた傾斜構造を有するロータ１９ａ，２１ａとステータ１９ｂ，２１ｂの多数の羽根対（図１では３つであるが、任意適当な数であってもよい）を有している。ホルベック機構２２は、多数の回転シリンダ２８ａ（図１では２つであるが、任意適当な数であってもよい）と、それに対応する環状ステータ２３ｂ及び螺旋チャネルをそれ自体よく知られている仕方で有している。
【０００４】
この例では、第１のポンプ入口２４が、高真空チャンバ１０に連結され、第１のポンプ入口２４を通してポンプ送りされた流体が、ターボ分子段の両方の組１８，２０を順番に通り、そしてホルベック機構２２を通って出口３０を介してポンプから出る。第２のポンプ入口２６が、第３のインターフェースチャンバ１４に連結されており、第２のポンプ入口２６を通ってポンプ送りされた流体が、ターボ分子段の組２０及びホルベック機構２２を通り、出口３０を介してポンプから出る。この例では、ポンプ１６は、第３のポンプ入口２７を更に有し、この第３のポンプ入口は、選択的に開閉可能であり、この第３のポンプ入口は、例えば、流体をオプションとしての第２のインターフェースチャンバ１２からポンプ１６内に案内する内部バッフル又は板を利用するのがよい。第３のポンプ入口２７が開いた状態で、第３の入口２７を通してポンプ送りされた流体は、ホルベック機構だけを通り、出口３０を介してポンプ１６から出る。
【０００５】
この例では、質量分析計を排気するのに必要なポンプの数を最小に抑えるために、第１のインターフェースチャンバ１１は、フォアライン３１を介してバッキングポンプ３２に連結され、このバッキングポンプ３２も又、複合真空ポンプ１６の出口３０から流体をポンプ送りする。バッキングポンプ３２は、典型的には、複合真空ポンプ１６の出口３０からの質量流量よりも多量の質量流量を第１のインターフェースチャンバ１１から直接ポンプ送りする。各ポンプ入口に入った流体がポンプ１６から出る前に互いに異なる数の段を通るので、ポンプ１６は、バッキングポンプ３２が第１のインターフェースチャンバ１１内に所要の真空レベルを付与している状態で高真空チャンバ１０及びインターフェースチャンバ１２，１４内に所要の真空レベルをもたらすことができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
複合ポンプ１６の性能及び電力消費量は、主として、そのバッキング圧力に依存し、即ち、バッキングポンプ３２により与えられるフォアライン圧力（及び第１のインターフェースチャンバ１１内の圧力）に依存する。これはそれ自体、主として、２つの要因、即ち質量分析計からフォアライン３１に入る全質量流量と、バッキングポンプ３２のポンプ性能とに依存する。ターボ分子段と分子ドラッグ段の組合せを有する多くの複合ポンプは、理想的には、比較的低いバッキング圧力に適しているに過ぎないので、質量流量の増大又はバッキングポンプサイズの減少の結果としてフォアライン３１内（及びそれ故に第１のインターフェースチャンバ１１内）の圧力が増大した場合、その結果としての性能の低下及び電力消費量の増大がすぐに生じる場合がある。質量分析計の性能を向上させようとして、製造業者は、質量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、それに伴ってバッキングポンプのサイズ又は数を増大させて質量流量の増大に対応する必要がある。これにより、質量分析計を差圧式に排気するのに必要なポンプシステム全体のコストとサイズの両方並びに電力消費量が増大する。
【０００７】
本発明は、少なくともその好ましい実施形態において、低いシステム圧力を保持しながら質量流量を実質的に増大させることができる比較的コンパクトで安価でありしかも低電力のポンプ装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、第１の特徴において、複数のチャンバを差圧的に排気するポンプ装置であって、複合ポンプを有し、複合ポンプは、第１のチャンバからの流体を受入れるための第１の入口と、第２のチャンバからの流体を受入れるための第２の入口と、第１のポンプセクションと、第１のポンプセクションの下流側に位置した第２のポンプセクションとを有し、第１及び第２のポンプセクションは、第１の入口から複合ポンプに入った流体が第１及び第２のポンプセクションを通り且つ第２の入口から複合ポンプに入った流体が第１及び第２のポンプセクションのうちの第２のポンプセクションだけを通るように配置され、更に、第３のチャンバからの流体を受入れるための入口を備えたブースタポンプと、ブースタポンプからの排出流体を受入れるための入口を備えたバッキングポンプと、複合ポンプの第１及び第２のポンプセクションからの流体をブースタポンプ及びバッキングポンプのうちの一方に移動させるための手段とを有するポンプ装置を提供する。
【０００９】
本明細書で用いる「ブースタポンプ」という用語は、使用の際、流体を大気圧よりも低い圧力の状態で排出するポンプを意味し、「バッキングポンプ」という用語は、使用の際、流体を大気圧又はほぼ大気圧の状態で排出するポンプを意味する。
【００１０】
与えられているポンプ機構の場合、種々の設計パラメータは、典型的には、圧縮に対する能力の妥協によるものである。その場合、圧縮の必要性が、大気圧までポンプ排気を行なわないブースタポンプの場合のように小さいならば、ポンプの能力を向上させることができる。かくして、原理的には、ブースタポンプは、同等の寸法の大気排気式機械よりも非常に高いレベルのポンプ速度を有し且つ電力を減少させることができる。
【００１１】
ターボ分子ポンプとは異なり、ブースタポンプは、分子流れ方式で動作するようには特別に設計されておらず、それどころか、低粘度高移行圧力方式で動作するよう設計されている。ブースタポンプ及びバッキングポンプを直列に設けることにより、図１に示す先行技術の装置の場合よりも高いレベルの性能を第３の又は圧力の最も高いチャンバに与えることができ、それにより、第３のチャンバのところの圧力を増大させないで第３のチャンバ内への質量流量を増大させることができる。複合ポンプからの排出物を第１及び第２のチャンバの性能要件に従ってブースタポンプかバッキングポンプかのいずれかに差し向けた状態で、かくして、本発明は、全て大気圧まで排気する大型又は多数のバッキングポンプを用いる解決策と比較して、第１のチャンバから第３のチャンバまで差圧的に排気する比較的コンパクトで安価なポンプ装置を提供することができる。
【００１２】
複合ポンプの各ポンプ段は、好ましくは、乾燥ポンプ段、即ち、作動を行なうのに液体又は潤滑剤を必要としないポンプ段を有する。複合ポンプは、好ましくは、各々が少なくとも１つのポンプ段を有する少なくとも３つのポンプセクションを有する。好ましい実施形態では、複合ポンプは、第１のポンプセクションと、第１のポンプセクションの下流側に位置した第２のポンプセクションと、第２のポンプセクションの下流側に位置した第３のポンプセクションとを有し、第１、第２及び第３のセクションは、第１の入口を通ってポンプに入った流体が第１のポンプセクション、第２のポンプセクション及び第３のポンプセクションを通り且つ第２の入口を通ってポンプに入った流体が第１、第２及び第３のセクションのうちの第２及び第３のポンプセクションだけを通るように、第１及び第２の入口に対して位置決めされている。
【００１３】
好ましくは、第１及び第２のポンプセクションのうちの少なくとも一方は、少なくとも１つのターボ分子段を有する。第１のポンプセクションと第２のポンプセクションは両方とも、少なくとも１つのターボ分子段を有する。第１のポンプセクションのポンプ段は、第２のポンプセクションのポンプ段とは異なるサイズのものであってもよい。例えば、第２のポンプセクションのポンプ段は、選択的なポンプ性能を提供するよう第１のポンプセクションのポンプ段よりも大型であるのがよい。
【００１４】
第３のポンプセクションは、少なくとも１つの分子ドラッグ段を有し、複数の螺旋形部として配列されている複数のチャネルを備えた多段ホルベック機構を有する。一実施形態では、ポンプ性能を向上させるため、第３のポンプセクションは、第１のチャンバ、第２のチャンバ及び第３のチャンバの各々から複合ポンプに入った流体を受入れる少なくとも１つのゲーデポンプ段及び／又は少なくとも１つの空気力学的ポンプ段を有し、ホルベック機構は、少なくとも１つのゲーデポンプ段及び／又は少なくとも１つの空気力学的ポンプ段の上流側に位置決めされている。空気力学的ポンプ段は、再生段であるのがよく、他形式の空気力学的機構は、サイドフロー型、サイドチャネル型及び周辺流れ型機構であるのがよい。好ましい一実施形態では、分子ドラッグポンプ段のロータ要素は、再生ポンプ段のロータ要素を包囲している。第１〜第３ポンプセクションをこのように配置することにより、ポンプサイズを全く増大させず又は殆ど増大させないでポンプ性能を向上させることができる。
【００１５】
複合ポンプは、好ましくは、ポンプ段の各々について少なくとも１つのロータ要素が取付けられた駆動シャフトを有する。ポンプセクションのうちの少なくとも２つのロータ要素は、駆動シャフトに取付けられた共通の羽根車に設けられるのがよく、好ましくはこれと一体である。例えば、第１及び第２のポンプセクションのロータ要素は、羽根車と一体であるのがよい。第３のポンプセクションが分子ドラッグ段を有している場合、分子ドラッグ段の羽根車をそれと一体のロータに設けるのがよい。例えば、ロータは、羽根車に実質的に垂直な、好ましくはこれと一体のディスクを有するのがよい。第３のポンプセクションが再生ポンプ段を有する場合、再生ポンプ段のロータ要素は、好ましくは、羽根車と一体である。
【００１６】
複合ポンプ及びブースタポンプの入口の種々の構成及びポンプ装置を用いて排気されるべきチャンバの出口へのこれらのそれぞれの接続の仕方を提供することができる。これらの幾つかの例を以下に詳細に説明する。
【００１７】
例えば、複合ポンプは、第４のチャンバからの流体を受入れるオプションとしての第３の入口を有するのがよい。この第３の入口は、好ましくは、第３の入口を通って複合ポンプに入った流体が上述のセクションのうちの第３のポンプセクションだけを通るように配置され、従って、ポンプ装置は、第１のチャンバから第３のチャンバまでの任意のところでの真空レベルと異なる真空レベルを、第４のチャンバのところに生じさせる。
【００１８】
変形例として、複合ポンプは、ブースタポンプと並列に第３のチャンバから流体を受入れるための第３の入口を有してもよい。チャンバを並列式にポンプ排気することにより、同じ能力の単一のポンプ入口を用いる場合よりも高いレベルの性能を、並列式にポンプ排気されるチャンバに提供することができる。第３の入口は、第３の入口を通って複合ポンプに入った流体がセクションのうちの第３のポンプセクションだけを通るように配置されているのがよい。好ましい一実施形態では、第３のポンプセクションは、第３のポンプ入口から複合ポンプ中を通る流体が第２のポンプ入口から複合ポンプ中を通る流体とは別の経路を辿るように第２及び第３のポンプ入口に対して位置決めされる。例えば、第２の入口を通って複合ポンプに入った流体は、第３の入口を通って複合ポンプに入った流体よりも多い数の第３のポンプセクションのポンプ段を通るのがよい。
【００１９】
この第３の入口に加えて、複合ポンプは、第４のチャンバからの流体を受入れるオプションとしての第４の入口を有するのがよい。この第４の入口は、第４の入口を通って複合ポンプに入った流体が第１、第２及び第３セクションのうちの第３のポンプセクションだけを通るように配置されているのがよい。ブースタポンプは、複合ポンプの第４の入口と並列に第４のチャンバからの流体を受入れるための第２の入口を有するのがよい。
【００２０】
ブースタポンプは、任意の都合のよいポンプ機構を有するのがよい。周波数独立性ブースタポンプ（即ち、主要な供給周波数に依存しない周波数で動作するポンプ）又はインバータ駆動式ポンプ、例えばスクロールポンプが、ブースタポンプを構成するのがよい。変形例として、以下に説明する好ましい実施形態の場合のように、ブースタポンプは、複合ポンプのポンプ段とほぼ同じ１つ又は２つ以上のポンプ段を有する高速単軸ポンプ機械であってもよい。換言すると、ブースタポンプは、好ましくは、複数のポンプ段を有し、複数のポンプ段のポンプ機構は、バッキングポンプの入口圧力、質量流量及び第３のチャンバの圧力要件に応じて選択される。ブースタポンプの各ポンプ段は、好ましくは、乾燥ポンプ段を有する。好ましい実施形態では、ブースタポンプは、分子ドラッグ機構を有する。一実施形態では、ブースタポンプは、分子ドラッグポンプ機構の下流側に位置する少なくとも１つのゲーデポンプ段及び／又は少なくとも１つの空気力学的ポンプ段、例えば再生ポンプ機構を有する。
【００２１】
分子ドラッグポンプ機構のロータ要素は、好ましくは、再生ポンプ機構のロータ要素と共に回転運動可能に取付けられたシリンダを有する。このシリンダは、好ましくは、多段ホルベックポンプ機構の一部をなす。好ましい一実施形態では、ブースタポンプは、２段ホルベックポンプ機構を有するが、シリンダの数を増大させると共にそれに対応するステータ要素を増大させることにより追加の段を設けることができる。追加のシリンダをシリンダの軸方向位置がほぼ同じであるように同心状に異なる直径で同一の羽根車ディスクに取付けるのがよい。
【００２２】
分子ドラッグポンプ機構のロータ要素及び再生ポンプ機構のロータ要素は、有利には、ブースタポンプの共通のロータに設けられる。このロータは、好ましくは、ポンプの駆動シャフトに取付けられた羽根車と一体であり、駆動シャフトに対して実質的に直角のディスクによって提供できる。再生ポンプ機構のロータ要素は、ロータの一方の側に環状アレイ状に位置決めされた一連の羽根を有するのがよい。これら羽根は好ましくは、ロータと一体である。羽根がこのように配置された状態で、分子ドラッグポンプ機構のロータ要素は、有利には、ロータの同一側に取付けられる。
【００２３】
再生ポンプ機構は、２つ以上のポンプ段を有するのがよく、従って、少なくとも２連の羽根を有し、これらの羽根は、その軸線方向の位置がほぼ同じであるようにロータの上述した一方の側に同心環状アレイ状に位置決めされる。
【００２４】
ポンプのサイズを最小に抑えるのを助けるため、再生ポンプ機構及び分子ドラッグポンプ機構の少なくとも一部について共通のステータを設けるのがよい。
【００２５】
幾つかの実施形態では、ブースタポンプは、第３のチャンバからの流体を受入れるための第１の入口及び複合ポンプからの排出流体を受入れるための第２の入口を有する。これら２つの入口を、選択されたブースタポンプ及び複合ポンプポートの形態に応じてブースタポンプに設けられた単一のポートの状態に組み合わせてもよい。これら実施形態では、ブースタポンプのポンプ段は、ブースタポンプ入口のうちの一方を通ってブースタポンプに入った流体がブースタポンプ入口の他方を通ってブースタポンプに入った流体と同数のポンプ段を通るようにブースタポンプの入口に対して配置されるのがよい。この場合、ブースタポンプは、単一のポートを介して両方のガス流を排出することができる。他の実施形態では、ブースタポンプは、第３のチャンバからの流体を受入れるための第１の入口及び第４のチャンバからの流体を受入れるための第２の入口を有する。これら実施形態では、ブースタポンプのポンプ段は、ブースタポンプ入口のうちの一方を通ってブースタポンプに入った流体がブースタポンプ入口の他方を通ってブースタポンプに入った流体とは異なる数のポンプ段を通るようにブースタポンプの入口に対して配置されているのがよい。
【００２６】
コンパクトなポンプ機構を構成するため、複合ポンプのポンプ段は、好ましくは、ブースタポンプのポンプ段と同軸であるが、これは必須の要件ではなく、ブースタポンプは、有利には、複合ポンプに取付けられる。２つのポンプは又、共通の電源を用いるのがよい。
【００２７】
流体移動手段が流体を複合ポンプのポンプセクションからブースタポンプに運ぶ又は移動させることができるように構成されている場合、複合ポンプの出口をブースタポンプの入口に単に接続するだけでよく、流体移動手段は、流体を複合ポンプからブースタポンプに移動させるための追加の導管又は配管を何ら必要としないで、複合ポンプの排気導管だけで提供される。変形例として、流体移動手段が流体を複合ポンプのポンプセクションからバッキングポンプに移動させるように構成されている場合、流体移動手段は、複合ポンプの出口とブースタポンプの出口の両方をバッキングポンプの入口に連結する１本又は２本以上の導管を配置することにより提供してもよい。
【００２８】
本発明は、第１のチャンバと、第２のチャンバと、第３のチャンバと、チャンバを排気する上述のポンプ装置とを有する差圧ポンプ排気式真空システムに及ぶ。したがって、本発明は、第２の特徴において、第１のチャンバと、第２のチャンバと、第３のチャンバと、チャンバを排気する上述のポンプ装置とを有する差圧ポンプ排気式真空システムであって、ポンプ装置は、複合ポンプを有し、複合ポンプは、第１のチャンバの出口に連結された第１の入口と、第２のチャンバの出口に連結された第２の入口と、第１のポンプセクションと、第１のポンプセクションの下流側に位置する第２のポンプセクションとを有し、第１及び第２のポンプセクションは、第１の入口から複合ポンプに入った流体が第１及び第２のポンプセクションを通り且つ第２の入口から複合ポンプに入った流体が第１及び第２のセクションのうちの第２のセクションだけを通るように配置され、ポンプ装置は更に、第３のチャンバからの流体を受入れるための入口を備えたブースタポンプと、ブースタポンプからの排出流体を受入れるための入口を備えたバッキングポンプと、複合ポンプの第１及び第２のポンプセクションからの流体をブースタポンプ及びバッキングポンプのうちの一方に移動させるための手段とを有する真空システムを提供する。
【００２９】
複合ポンプは、有利には、第１及び第２のチャンバのうちの少なくとも一方に取付けられ、且つ／又は、ブースタポンプは、有利には、第３のチャンバに取付けられる。
【００３０】
好ましい実施形態では、これらチャンバは、質量分析計システムの一部をなす。
【００３１】
本発明は、第３の特徴において、複数個の圧力チャンバを差圧的に排気する方法であって、ポンプ装置を用意するステップを有し、ポンプ装置は、複合ポンプを有し、複合ポンプは、第１の入口と、第２の入口と、出口と、第１のポンプセクションと、第１のポンプセクションの下流側に位置する第２のポンプセクションとを有し、第１及び第２のポンプセクションは、第１の入口から複合ポンプに入った流体が第１及び第２のポンプセクションを通り且つ第２の入口から複合ポンプに入った流体が第１及び第２のセクションのうちの第２のセクションだけを通るように配置され、ポンプ装置は、更に、少なくとも１つのブースタポンプ入口及びブースタポンプ出口を備えたブースタポンプと、バッキングポンプ入口備えたバッキングポンプと、を有し、この方法は、更に、ポンプ装置を圧力チャンバに連結して第１の複合ポンプ入口を第１のチャンバの出口に連結し、第２の複合ポンプ入口を第２のチャンバの出口に連結し、ブースタポンプ入口を、第３のチャンバの出口に連結するステップと、バッキングポンプ入口をブースタポンプ出口に連結するステップと、複合ポンプの出口をバッキングポンプ及びブースタポンプのうちの一方に連結するステップと、を有する方法を提供する。本発明のポンプ装置又はシステムと関連した上述の特徴は、本発明の方法の特徴にそのまま当てはまり、又、その逆の関係が成り立つ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
次に、添付の図面を参照して本発明の好ましい種々の特徴を説明するが、これらは例示に過ぎない。
【００３３】
図２は、図１の質量分析計システムを排気するのに適したポンプ装置の第１の実施形態を示す図である。ポンプ装置は、多部品本体１０２を有する複合ポンプ１００を有し、この多部品本体１０２内には、駆動シャフト１０４が設けられている。駆動シャフト１０４の回転は、その周りに設けられたモータ（図示せず）、例えばブラシレス直流電動機によって行なわれる。駆動シャフト１０４は、互いに反対側に位置する軸受（図示せず）に取付けられている。例えば、駆動シャフト１０４をハイブリッド永久磁石軸受及び油潤滑式軸受システムで支持するのがよい。
【００３４】
複合ポンプ１００は、少なくとも３つのポンプセクション１０６，１０８，１１０を有している。第１のポンプセクション１０６は、１組のターボ分子段を有している。図２に示す実施形態では、１組のターボ分子段１０６は、よく知られている傾斜構造を有する４枚のロータ羽根（動翼）及び３枚のステータ羽根（静翼）を有している。ロータ羽根は、符号１０７ａで示され、ステータ羽根は、符号１０７ｂで示されている。この例では、ロータ羽根１０７ａは、駆動シャフト１０４に取付けられている。
【００３５】
第２のポンプセクション１０８は、第１のポンプセクション１０６とほぼ同じであり、１組のターボ分子段を有している。図２に示す実施形態では、１組のターボ分子段１０８も、よく知られている傾斜構造を有する４枚のロータ羽根（動翼）及び３枚のステータ羽根（静翼）を有している。ロータ羽根は、符号１０９ａで示され、ステータ羽根は、符号１０９ｂで示されている。この例では、ロータ羽根１０９ａも、駆動シャフト１０４に取付けられている。
【００３６】
第１及び第２のポンプセクション１０６、１０８の下流側には、第３のポンプセクション１１０が設けられている。図２に示す実施形態では、第３のポンプセクション１１０は、ホルベック（Holweck）ドラッグ機構の形態をした分子ドラッグポンプ機構を有している。この実施形態では、ホルベック機構は、２つの同軸の回転シリンダ１１６ａ，１１６ｂと、それに対応する環状ステータ１１８ａ，１１８ｂとを有し、環状ステータ１１８ａ，１１８ｂは、それ自体周知の仕方で螺旋形チャネルが形成されている。この実施形態では、ホルベック機構は、３つのポンプ段を有する。ただし、圧力、流量及び容量に関する要件に応じて任意の数のポンプ段を設けてもよい。
【００３７】
回転シリンダ１１６ａ，１１６ｂは、好ましくは、炭素繊維材料で作られ、且つ、好ましくはディスク１２０の形態を有するロータ要素１２０に取付けられ、ロータ要素１２０は、駆動シャフト１０４に取付けられている。この例では、ディスク１２０も、駆動シャフト１０４に取付けられている。
【００３８】
第３のポンプセクション１１０の下流側には、排気導管１２２が設けられ、この排気導管１２２は、複合ポンプ１００の本体１０２を貫通して延び、複合ポンプ１００からの流体の排気のための出口を備えている。
【００３９】
図２に示すように、複合ポンプ１００は、２つの入口１３０，１３２を有しており、この実施形態では、２つの入口しか用いられていないが、符号１３４のところに指示されたオプションとしての追加の入口を有してもよく、この入口１３４は、選択的に開閉でき、例えば、互いに異なる流れを機構の特定の部分に案内する内部バッフル又は板を利用しているのがよい。入口１３０は、全てのポンプセクション１０６、１０８、１１０の上流側に配置されている。入口１３２は、第１のポンプセクション１０６と第２のポンプセクション１０８との間に配置されている。オプションとしての入口１３４は、第２のポンプセクション１０８と第３のポンプセクション１１０との間に配置され、従って、分子ドラッグポンプ機構１１２のポンプ段は全て、オプションとしての入口１３４と流体連通関係を有するように構成されている。
【００４０】
使用にあたり、各入口１３０、１３２、１３４は、差圧ポンプ排気式真空システム、この場合、図１に示したのと同じ質量分析計システムのそれぞれのチャンバ１０、１４、１２の出口に連結されている。かくして、入口１３０は、低圧チャンバ１０の出口に連結され、入口１３２は、中間圧チャンバ１４の出口に連結される。別のチャンバ１２が点線１３６で指示されているように高圧チャンバ１１と中間圧チャンバ１４との間に存在している場合、オプションとしての入口１３４は、開かれてこのチャンバ１２の出口に連結される。追加のより低圧のチャンバを質量分析計システムに追加してもよく、別個の手段により排気されるのがよい。
【００４１】
高圧チャンバ１１は、フォアライン１３８を介して直列連結状態にあるブースタポンプ１４０及びバッキングポンプ１４２に連結されている。複合ポンプ１００の排気導管１２２も又、ブースタポンプ１４０及びバッキングポンプ１４２のうちの一方に連結されている。例えば、図２に示す実施形態では、排気導管１２２は、フォアライン１３８に連結され、複合ポンプ１００からの排出流体がブースタポンプ１４０とバッキングポンプ１４２の両方を通るようになっている。変形例として、図２に破線１４４で指示されているように、排気導管１２２を１本又は２本以上の導管を有する適当な構造体によってバッキングポンプ１４２に連結し、ブースタポンプ１４０から切り離してもよい。ユーザが複合ポンプ１００からの排出流体をブースタポンプ１４０に移動させるかバッキングポンプ１４２に移動させるかを選択できるように、弁を排気導管１２２及びこの導管構造体中の適当な場所に設けるのがよい。
【００４２】
使用にあたり、低圧チャンバ１０の入口１３０を通った流体は、第１のポンプセクション１０６、第２のポンプセクション１０８及び第３のポンプセクション１１０を通り、排気導管１２２を介して複合ポンプ１００から出る。中間圧チャンバ１４の入口１３２を通った流体は、複合ポンプ１００に入り、第２のポンプセクション１０８及び第３のポンプセクション１１０を通り、排気導管１２２を介して複合ポンプ１００から出る。チャンバ１２のオプションとしての入口１３４が開かれている場合、これを通った流体は、複合ポンプ１００に入り、第３のポンプセクション１１０だけを通り、排気導管１２２を介して複合ポンプ１００から出る。図２に示す実施形態では、複合ポンプ１００からの排出流体は全て、高圧チャンバ１１からの流体と合流し、直列連結状態にあるブースタポンプ１４０及びバッキングポンプ１４２を通り、その後、大気圧又はほぼ大気圧状態でポンプ装置から排気される。
【００４３】
この例では、使用にあたり、図１を参照して説明したシステムと同様、高圧チャンバ１１は、約１〜１０ミリバール（１０2〜１０3Ｐａ）の圧力状態にあり、オプションとしてのチャンバ１２（用いられる場合）は、約１０-1〜１ミリバール（１０〜１０2Ｐａ）の圧力状態にあり、中間圧チャンバ１４は、約１０-2〜１０-3ミリバール（１〜１０-1Ｐａ）の圧力状態にあり、低圧チャンバ１０は、約１０-5〜１０-6ミリバール（１０-3〜１０-4Ｐａ）の圧力状態にある。しかしながら、複合ポンプ１００から排気されたガスと高圧チャンバ１１から引き出されたガスの両方をブースタポンプ１４０によって追加的に圧縮することにより、ブースタポンプ１４０は、高圧チャンバ１１内への増大した質量流量を許容しながら、先行技術の場合よりも低いバッキング圧力を複合ポンプ１００に提供するように作用する。これにより、ポンプ装置の電力消費量を著しく減少させ、総合的なポンプ性能を向上させることができる。
【００４４】
ブースタポンプ１４０は、ポンプ装置の性能及び電力レベルに関する要件を満足させる任意適当なポンプ機構を有するのがよい。例えば、周波数独立性ポンプ又はインバータ駆動式ポンプ、例えばスクロールポンプがブースタポンプ１４０を構成するのがよい。しかしながら、以下の実施形態では、ブースタポンプ１４０は、複合ポンプ１００のポンプ段とほぼ同じポンプ段を１つ又は２つ以上有する高速単軸ポンプ機械として図示されている。
【００４５】
まず最初に、図３に示すポンプ装置の第２の実施形態を参照すると、ブースタポンプ１４０は、ホルベックドラッグ機構の形態をした分子ドラッグポンプ機構を有するポンプセクション１５０を有している。この実施形態では、複合ポンプ１００と同様、ホルベック機構は、２つの同軸の回転シリンダ１５２ａ，１５２ｂと、それに対応する環状ステータ１５４ａ，１５４ｂとを有し、環状ステータ１５４ａ，１５４ｂは、それ自体よく知られている仕方で螺旋形チャネルが形成されている。この実施形態では、ホルベック機構は、３つのポンプ段を有する。ただし、この場合も又、圧力、流量及び容量に関する要件に応じて任意の数のポンプ段を設けてもよい。回転シリンダ１５２ａ，１５２ｂは、好ましくは、炭素繊維材料で作られ、これら回転シリンダは、駆動シャフト１５８に取付けられ且つ好ましくはディスク１５６の形態を有するロータ要素１５６に取付けられる。この例では、ディスク１５６も又、駆動シャフト１５８に取付けられている。駆動シャフト１５８の回転は、その周りに設けられたモータ（図示せず）、例えばブラシレス直流電動機によって行なわれる。駆動シャフト１５８は、互いに反対側に位置する軸受（図示せず）に取付けられる。例えば、駆動シャフト１５８をハイブリッド永久磁石軸受及び油潤滑式軸受システムで支持するのがよい。ポンプ１００，１４０を互いに密接させることができることを考慮して、ポンプ１００，１４０の駆動シャフト１０４，１５８を回転させるモータを共通の電源で駆動するのがよい。
【００４６】
この実施形態では、ブースタポンプ１４０は、高圧チャンバ１１に取付けられ、複合ポンプ１００は、低圧チャンバ１０と中間圧チャンバ１４のうちの一方又はこれら両方に取付けられ、従って、複合ポンプ１００及びブースタポンプ１４０の駆動シャフト１０４，１５８は、実質的に同軸状になっている。変形例として、ブースタポンプ１４０を複合ポンプ１００に取付けてもよく、又この逆の関係であってもよい。同様に、ブースタポンプをスペースに関する要件に応じてバッキングポンプの近くに取付けてもよいし、バッキングポンプに取付けてもよい。ブースタポンプをチャンバの近くに保つことにより、ブースタポンプをチャンバ１１に連結するための管中のコンダクタンス又は流れやすさの低下を最小に抑えることが有利である。
【００４７】
ブースタポンプ１４０は、高圧チャンバ１１の出口に連結された第１の入口１６０及びブースタポンプ１４０の第２の入口を構成する入口導管１６２を有している。この実施形態では、２つのポートを組み合わせて単一のポートにするのがよく、ガス流は、ブースタポンプに流入する前に互いに結合される。この実施形態では、ブースタポンプ１４０が複合ポンプ１００に対して取付けられている場合、入口導管１６２は、複合ポンプ１００の排気導管１２２と実質的に同軸である。これにより、排気導管１２２をブースタポンプ１４０の入口導管１６２に直接連結することができ、この場合、複合ポンプ１００から排出された流体をブースタポンプ１４０に移動させるための１本又は２本以上の導管の中間配置は不要である。しかしながら、複合ポンプ１００とブースタポンプ１４０の相対位置に応じて、実際には、ポンプ１００，１４０相互間で流体を移動させるのに１本又は２本以上の導管が必要な場合があることは想定される。
【００４８】
使用にあたり、複合ポンプ１００から入口導管１６２を通って流れた流体は、ポンプセクション１５０を通り、排気導管１６４を介してブースタポンプ１４０から出る。高圧チャンバ１１から第１の入口１６０を通って流れた流体も又、ポンプセクション１５０を通り、排気導管１６４を介してブースタポンプ１４０から出る。流体は、排気導管１６４から導管構造体１６６を通してバッキングポンプ１４２の入口１６８に運ばれる。
【００４９】
図４は、ポンプ装置の第３の実施形態を示している。このポンプ装置は、複合ポンプ１００の第３のポンプセクション１１０及びブースタポンプ１４０のポンプセクション１５０が各々、分子ドラッグポンプ機構に加えて、再生ポンプ機構を有している点を除き、第２の実施形態のポンプ装置と同じである。
【００５０】
各再生ポンプ機構は、それぞれ対応関係にある分子ドラッグ機構のディスク１２０，１５６の一方の側に取付けられ又はこれと一体の羽根１７０，１７２から成る少なくとも１つの環状アレイの形態をした複数個のロータを有する。この実施形態では、各再生ポンプ機構は、ロータ１７０，１７２を有する２つの同心環状アレイを有する。なお、圧力、流量及び容量に関する要件に応じて任意の数の環状アレイを設けることができる。
【００５１】
各分子ドラッグポンプ機構の最も内側のステータ要素１１８ｂ，１５４ｂは又、それぞれ対応関係にある再生ポンプ機構のステータを形成することができ、かかるステータ要素には、環状チャネル１７４，１７６が形成され、ロータ１７０，１７２は、環状チャネル１７４，１７６内で回転する。よく知られているように、環状チャネル１７４，１７６は、ロータ１７０，１７２のための厳密な隙間をもたらす減少断面を備えた「ストリッパ」と呼ばれているチャネルの狭い部分を除き、個々の羽根１７０，１７２の断面よりも大きな断面を有している。使用にあたり、排出された流体は、ストリッパの一端部に隣接して位置決めされた入口を経て最も外側の環状チャネルに入り、この流体は、ロータによってチャネル沿いに押圧され、ついには、この流体がストリッパの他端部に当たるようになる。次に、流体は、ポートを通って最も内側の環状チャネル内に押し込められ、ここで、ポンプからチャネル沿いに排気導管１２２，１６４に向かって押圧され、この排気導管１２２，１６４は、第２の実施形態と比較して、再生ポンプ機構の最も内側のチャネルまで延長されている。
【００５２】
この例では、使用にあたり、図１を参照して説明したシステムと同様、高圧チャンバ１１は、約１〜１０ミリバールの圧力状態にあり、オプションとしてのチャンバ１２（用いられた場合）は、約１０-1〜１ミリバール（１０2〜１０3Ｐａ）の圧力状態にあり、中間圧チャンバ１４は、約１０-2〜１０-3ミリバール（１〜１０-1Ｐａ）の圧力状態にあり、低圧チャンバ１０は、約１０-5〜１０-6ミリバール（１０-3〜１０-4Ｐａ）の圧力状態にある。しかしながら、再生ポンプ機構によるポンプを通過したガスの圧縮に起因して、再生ポンプ機構は、減少したバッキング圧力を分子ドラッグポンプ段機構に送出するのに役立ちうる。これは、複合ポンプ１００とブースタポンプ１４０の両方の電力消費量を著しく減少させることができると共に、ポンプ装置の性能を向上させることができる。
【００５３】
さらに、図４に示すように、再生ポンプ機構のロータ１７０，１７２は、分子ドラッグポンプ機構の回転シリンダ１１６ａ，１５２ａによって包囲されている。かくして、再生ポンプ機構は、有利には、真空ポンプの全長又はサイズを殆ど増大させず又は全く増大させない状態でポンプ１００，１４０内に設けることができる。
【００５４】
この実施形態では、複合ポンプ１００の第３のポンプセクション１１０とブースタポンプ１４０のポンプセクション１５０は両方とも、再生ポンプ機構を有しているが、当然のことながら、これらポンプセクション１１０、１５０のうちの一方だけがかかる再生ポンプ機構を備えてもよいことに注意すべきである。さらに、再生ポンプ機構に代えて又はこれに加えて、別のポンプ機構を設けてもよい。例えば、再生ポンプ機構のポンプ段のうちの一方又は両方に代えて、ゲーデポンプ段を用いてもよく且つ／又はホルベック機構の上流側に追加のポンプ段を設けてもよい。かかる追加のポンプ段の例としては、雄ねじ付きロータ及びターボ分子段が挙げられる。
【００５５】
ポンプ性能及び電力消費量に関する要件を満たすために、複合ポンプ１００とブースタポンプ１４０のうちの一方又は両方に設けられたポンプ機構を変えることに加えて、ポンプ装置を用いて排気されるべきチャンバの数及び各チャンバの性能要件に従って、複合ポンプ１００及びブースタポンプ１４０の入口の数及び相対位置を変えるのがよい。例えば、各ポンプに追加の入口を設けるのがよく、これら入口は、特定のチャンバの出口への連結のために必要に応じて選択的に開かれる。さらに、差圧ポンプ排気式システムのチャンバのガス量分布及び性能に関する要件に応じて、互いに同じ又は互いに異なる入口を介する追加又は別のチャンバを並列に排気することを行なってもよい。図５〜図７は、図３に示す第２の実施形態に基づくポンプ装置の幾つかの実施形態を示している（ただし、当然のことながら、類似の実施形態も又、図４に示す第３の実施形態に基づいて構成できる）。これら実施形態は、差圧ポンプ排気式システムの性能上の要件を満たすために、必要に応じてどのように排気できるかを、差圧ポンプ排気式システムのチャンバを次の構成のうちの１つにより示している。
【００５６】
・複合ポンプ、ブースタポンプ及びバッキングポンプの直列構成
・ブースタポンプ及びバッキングポンプの直列構成
・複合ポンプ及びバッキングポンプの直列構成
・ブースタポンプ及びバッキングポンプの直列構成と並列関係にある複合ポンプ、ブースタポンプ及びバッキングポンプの直列構成
・ブースタポンプ及びバッキングポンプの直列構成と並列関係にある複合ポンプ及びバッキングポンプの直列構成
【００５７】
最初に図５を参照すると、ポンプ装置のこの第３の実施形態では、複合ポンプ１００は、低圧チャンバ１０及び中間圧チャンバ１４に加えて、最高圧チャンバを直接、ポンプ排気することができるように構成されている。複合ポンプ１００は、入口１３０，１３２及びオプションとしての入口１３４だけでなく、分子ドラッグポンプ機構のポンプ段の上流側、即ち、図５に示すようにポンプ段とポンプ段との間に配置された追加の入口１８０を有しており、図５に示す構成では、分子ドラッグポンプ機構のポンプ段が全て入口１３０，１３２と流体連通状態にあり、分子ドラッグポンプ機構のポンプ段のうちの一部だけ（１つ又は２つ以上）が追加の入口１８０と流体連通状態をなす。さらに、この第３の実施形態では、複合ポンプ１００の排気導管１２２は、ブースタポンプ１４０の排気導管１６４又は導管構造体１６６に連結され、複合ポンプ１００から排出された流体がブースタポンプ１４０ではなくバッキングポンプ１４２に運ばれるようになっている。
【００５８】
使用にあたり、入口１３０を低圧チャンバ１０の出口に連結し、入口１３２を中間圧チャンバ１４の出口に連結する。オプションとしてのチャンバ１２が、点線１３６で指示されているように、高圧チャンバ１１と中間圧チャンバ１４との間に存在している場合、オプションとしての入口１３４を開き且つこの入口１３４をチャンバ１２に連結する。追加の入口１８０を高圧チャンバ１１の別の出口に連結する。
【００５９】
その結果、高圧チャンバ１１から追加の入口１８０を通過した流体は、複合ポンプ１００の第３のポンプセクション１１０の３つ（ただし、実際には、この数は、性能要件に応じて異なっていてもよい）のポンプ段のうちの２つを通過し、排気導管１２２を経て複合ポンプ１００から出てバッキングポンプ１４２に入る。これとは対照的に、高圧チャンバ１１からブースタポンプ１４０の第１の入口１６０を通過した流体は、ブースタポンプ１４０のポンプ機構１５０のすべてのポンプ段を通り、その後、排気導管１６４を経てブースタポンプ１４０から出る。
【００６０】
かくして、上述の実施形態では、チャンバのうちの１つを並列式にポンプ排気することが行なわれ、２つのポンプの互いに異なる入口、即ち、複合ポンプ１００の追加の入口１８０とブースタポンプ１４０の第１の入口１６０とが、同一チャンバ、図示の例では、高圧チャンバ１１に連結されている。この構成は、高圧チャンバ１１内への追加のガス量の導入により課される追加のポンプ排気要件と、差圧ポンプ排気式質量分析計システムの他のチャンバの各々の両方に関するポンプ装置のポンプ性能を最適化する。チャンバのかかる並列式のポンプ排気を行なうことにより、同一容量の単一のポンプ入口を用いるよりも高いレベルの性能が並列式にポンプ排気されるチャンバに与えられる。
【００６１】
図６に示すポンプ装置の第４の実施形態では、複合ポンプ１００は、第３の実施形態の複合ポンプと同一の構成の入口及びチャンバ１０，１１，１２，１４の出口への連結部を有している。この第４の実施形態のブースタポンプ１４０の入口の配置については、第１の入口１６０が、複合ポンプ１００の追加の入口１８０と同等な位置、即ち、ブースタポンプ１４０の多段ホルベック機構のポンプ段とポンプ段との間に配置され、第２のオプションとしての入口１９０が、複合ポンプ１００のオプションとしての入口１３４と同等の位置、即ち、ブースタポンプ１４０の多段ホルベック機構の全てのポンプ段の上流側に配置されている。図６に符号１９２で指示されているように、ブースタポンプ１４０のオプションとしての入口１９０を、オプションとしてのチャンバ１２に連結するフローガイド又は導管が設けられている。
【００６２】
使用にあたり、ブースタポンプ１４０の第１の入口１６０を高圧チャンバ１１の１つの出口に連結し、複合ポンプ１００の追加の入口１８０を最高圧チャンバ１１の別の出口に連結する。その結果、最高圧チャンバ１１から追加の入口１８０を通過した流体は、複合ポンプ１００の第３のポンプセクション１１０の３つのポンプ段のうちの２つ（この例では）を通り、排気導管１２２を介して複合ポンプ１００から出てバッキングポンプ１４２に運ばれる。これと同様に、ブースタポンプ１４０の入口１６０を通過した流体は、ブースタポンプ１４０のポンプ機構１５０の３つのポンプ段のうちの２つを通り、排気導管１６４を介してブースタポンプ１４０から出てバッキングポンプ１４２に運ばれる。
【００６３】
加うるに、チャンバ１２が高圧チャンバ１１と中間圧チャンバ１４との間に存在している場合、ブースタポンプ１４０のオプションとしての入口１９０は、フローガイド１９２を介して第４のチャンバ１２に連結され、複合ポンプ１００のオプションとしての入口１３４は、チャンバ１２の別の出口に連結される。その結果、このチャンバ１２からオプションとしての入口１３４を通過した流体は、複合ポンプ１００の第３のポンプセクション１１０の全てのポンプ段を通り、排気導管１２２を介して複合ポンプ１００から出てバッキングポンプ１４２に運ばれる。これと同様に、ブースタポンプ１４０のオプションとしての入口１９０を通過した流体は、ブースタポンプ１４０のポンプ機構１５０の全てのポンプ段を通り、排気導管１６４を介してブースタポンプ１４０から出てバッキングポンプ１４２に運ばれる。
【００６４】
かくして、この構成は、ブースタポンプ１４０の入口１６０のところでのポンプ性能が複合ポンプの入口１９０のところのポンプ性能と同一であるので高圧チャンバ１１及び設けられている場合にはオプションとしてのチャンバ１２の「真の」並行排気を可能にする。
【００６５】
図７に示すポンプ装置の第５の実施形態では、ブースタポンプ１４０は、図６に示す第４の実施形態とほぼ同じ入口の構成を有している。しかしながら、この第５の実施形態の複合ポンプ１００は、第４の実施形態の複合ポンプと比較して、第１の入口１３０及び第２の入口１３２を有しているに過ぎない。その結果、高圧チャンバ１１及び設けられている場合にはオプションとしてのチャンバ１２は、直列に連結されたブースタポンプ１４０及びバッキングポンプ１４２により排気され、これに対し、低圧チャンバ１０及び中間圧チャンバ１４は、直列に連結された複合ポンプ１００及びバッキングポンプ１４２によって排気される。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】差圧ポンプ排気式質量分析計システムを排気するのに適した公知のポンプ装置の単純化された断面図である。
【図２】図１の差圧ポンプ排気式質量分析計システムを排気するのに適したポンプ装置の第１の実施形態の単純化された断面図である。
【図３】図１の差圧ポンプ排気式質量分析計システムを排気するのに適したポンプ装置の第２の実施形態の単純化された断面図である。
【図４】図１の差圧ポンプ排気式質量分析計システムを排気するのに適したポンプ装置の第３の実施形態の単純化された断面図である。
【図５】図１の差圧ポンプ排気式質量分析計システムを排気するのに適したポンプ装置の第４の実施形態の単純化された断面図である。
【図６】図１の差圧ポンプ排気式質量分析計システムを排気するのに適したポンプ装置の第５の実施形態の単純化された断面図である。
【図７】図１の差圧ポンプ排気式質量分析計システムを排気するのに適したポンプ装置の第６の実施形態の単純化された断面図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプ装置に関し、特に、真空システムを差圧式に排気するポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
差圧ポンプ送り式質量分析計（マススペクトロメータ）システムでは、サンプル及びキャリヤガスが、その分析のために質量分析計に導入される。かかる一例が、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、高真空チャンバ１０が設けられ、高真空チャンバ１０は、第１の排気インターフェースチャンバ１１又はシステムのタイプに応じて第２又は第３の排気インターフェースチャンバ１２，１４のすぐ次に位置している。第１のインターフェースチャンバ１１は、排気式質量分析計システムにおける圧力の最も高いチャンバであり、イオンをイオン源（ソース）から第１のインターフェースチャンバ１１内へ引き込むようにするオリフィス又は毛管を有するのがよい。第２のオプションとしてのインターフェースチャンバ１２は、第１のインターフェースチャンバ１１からのイオンを第３のインターフェースチャンバ１４内に案内するイオン光学系を有するのがよく、第３のインターフェースチャンバ１４は、第２のインターフェースチャンバ１２からのイオンを高真空チャンバ１０内に案内する追加のイオン光学系を有するのがよい。この例では、使用にあたり、第１のインターフェースチャンバ１１は、約１〜１０ミリバール（１０2〜１０3Ｐａ）の圧力状態にあり、第２のインターフェースチャンバ１２（用いられる場合）は、約１０-1〜１ミリバール（１０〜１０2Ｐａ）の圧力状態にあり、第３のインターフェースチャンバ１４は、約１０-2〜１０-3ミリバール（１〜１０-1Ｐａ）の圧力状態にあり、高真空チャンバは、約１０-5〜１０-6ミリバール（１０-3〜１０-4Ｐａ）の圧力状態にある。
【０００３】
複合真空ポンプ１６により高真空チャンバ１０、第２のインターフェースチャンバ１２及び第３のインターフェースチャンバ１４を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した２つのポンプセクション１８，２０及びホルベック（Holweck）ドラッグ機構の形態をした第３のポンプセクション２２を有し、ホルベックドラッグ機構に代えて別の形態のドラッグ機構、例えばジーグバーン（Siegbahn）又はゲーデ（Gaede）機構を用いてもよい。ターボ分子段の各組１８，２０は、よく知られた傾斜構造を有するロータ１９ａ，２１ａとステータ１９ｂ，２１ｂの多数の羽根対（図１では３つであるが、任意適当な数であってもよい）を有している。ホルベック機構２２は、多数の回転シリンダ２８ａ（図１では２つであるが、任意適当な数であってもよい）と、それに対応する環状ステータ２３ｂ及び螺旋チャネルをそれ自体よく知られている仕方で有している。
【０００４】
この例では、第１のポンプ入口２４が、高真空チャンバ１０に連結され、第１のポンプ入口２４を通してポンプ送りされた流体が、ターボ分子段の両方の組１８，２０を順番に通り、そしてホルベック機構２２を通って出口３０を介してポンプから出る。第２のポンプ入口２６が、第３のインターフェースチャンバ１４に連結されており、第２のポンプ入口２６を通ってポンプ送りされた流体が、ターボ分子段の組２０及びホルベック機構２２を通り、出口３０を介してポンプから出る。この例では、ポンプ１６は、第３のポンプ入口２７を更に有し、この第３のポンプ入口は、選択的に開閉可能であり、この第３のポンプ入口は、例えば、流体をオプションとしての第２のインターフェースチャンバ１２からポンプ１６内に案内する内部バッフル又は板を利用するのがよい。第３のポンプ入口２７が開いた状態で、第３の入口２７を通してポンプ送りされた流体は、ホルベック機構だけを通り、出口３０を介してポンプ１６から出る。
【０００５】
この例では、質量分析計を排気するのに必要なポンプの数を最小に抑えるために、第１のインターフェースチャンバ１１は、フォアライン３１を介してバッキングポンプ３２に連結され、このバッキングポンプ３２も又、複合真空ポンプ１６の出口３０から流体をポンプ送りする。バッキングポンプ３２は、典型的には、複合真空ポンプ１６の出口３０からの質量流量よりも多量の質量流量を第１のインターフェースチャンバ１１から直接ポンプ送りする。各ポンプ入口に入った流体がポンプ１６から出る前に互いに異なる数の段を通るので、ポンプ１６は、バッキングポンプ３２が第１のインターフェースチャンバ１１内に所要の真空レベルを付与している状態で高真空チャンバ１０及びインターフェースチャンバ１２，１４内に所要の真空レベルをもたらすことができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
複合ポンプ１６の性能及び電力消費量は、主として、そのバッキング圧力に依存し、即ち、バッキングポンプ３２により与えられるフォアライン圧力（及び第１のインターフェースチャンバ１１内の圧力）に依存する。これはそれ自体、主として、２つの要因、即ち質量分析計からフォアライン３１に入る全質量流量と、バッキングポンプ３２のポンプ性能とに依存する。ターボ分子段と分子ドラッグ段の組合せを有する多くの複合ポンプは、理想的には、比較的低いバッキング圧力に適しているに過ぎないので、質量流量の増大又はバッキングポンプサイズの減少の結果としてフォアライン３１内（及びそれ故に第１のインターフェースチャンバ１１内）の圧力が増大した場合、その結果としての性能の低下及び電力消費量の増大がすぐに生じる場合がある。質量分析計の性能を向上させようとして、製造業者は、質量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、それに伴ってバッキングポンプのサイズ又は数を増大させて質量流量の増大に対応する必要がある。これにより、質量分析計を差圧式に排気するのに必要なポンプシステム全体のコストとサイズの両方並びに電力消費量が増大する。
【０００７】
本発明は、少なくともその好ましい実施形態において、低いシステム圧力を保持しながら質量流量を実質的に増大させることができる比較的コンパクトで安価でありしかも低電力のポンプ装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、第１の特徴において、複数のチャンバを差圧的に排気するポンプ装置であって、複合ポンプを有し、複合ポンプは、第１のチャンバからの流体を受入れるための第１の入口と、第２のチャンバからの流体を受入れるための第２の入口と、第１のポンプセクションと、第１のポンプセクションの下流側に位置した第２のポンプセクションとを有し、第１及び第２のポンプセクションは、第１の入口から複合ポンプに入った流体が第１及び第２のポンプセクションを通り且つ第２の入口から複合ポンプに入った流体が第１及び第２のポンプセクションのうちの第２のポンプセクションだけを通るように配置され、更に、第３のチャンバからの流体を受入れるための入口を備えたブースタポンプと、ブースタポンプからの排出流体を受入れるための入口を備えたバッキングポンプと、複合ポンプの第１及び第２のポンプセクションからの流体をブースタポンプ及びバッキングポンプのうちの一方に移動させるための手段とを有するポンプ装置を提供する。
【０００９】
本明細書で用いる「ブースタポンプ」という用語は、使用の際、流体を大気圧よりも低い圧力の状態で排出するポンプを意味し、「バッキングポンプ」という用語は、使用の際、流体を大気圧又はほぼ大気圧の状態で排出するポンプを意味する。
【００１０】
与えられているポンプ機構の場合、種々の設計パラメータは、典型的には、圧縮に対する能力の妥協によるものである。その場合、圧縮の必要性が、大気圧までポンプ排気を行なわないブースタポンプの場合のように小さいならば、ポンプの能力を向上させることができる。かくして、原理的には、ブースタポンプは、同等の寸法の大気排気式機械よりも非常に高いレベルのポンプ速度を有し且つ電力を減少させることができる。
【００１１】
ターボ分子ポンプとは異なり、ブースタポンプは、分子流れ方式で動作するようには特別に設計されておらず、それどころか、低粘度高移行圧力方式で動作するよう設計されている。ブースタポンプ及びバッキングポンプを直列に設けることにより、図１に示す先行技術の装置の場合よりも高いレベルの性能を第３の又は圧力の最も高いチャンバに与えることができ、それにより、第３のチャンバのところの圧力を増大させないで第３のチャンバ内への質量流量を増大させることができる。複合ポンプからの排出物を第１及び第２のチャンバの性能要件に従ってブースタポンプかバッキングポンプかのいずれかに差し向けた状態で、かくして、本発明は、全て大気圧まで排気する大型又は多数のバッキングポンプを用いる解決策と比較して、第１のチャンバから第３のチャンバまで差圧的に排気する比較的コンパクトで安価なポンプ装置を提供することができる。
【００１２】
複合ポンプの各ポンプ段は、好ましくは、乾燥ポンプ段、即ち、作動を行なうのに液体又は潤滑剤を必要としないポンプ段を有する。複合ポンプは、好ましくは、各々が少なくとも１つのポンプ段を有する少なくとも３つのポンプセクションを有する。好ましい実施形態では、複合ポンプは、第１のポンプセクションと、第１のポンプセクションの下流側に位置した第２のポンプセクションと、第２のポンプセクションの下流側に位置した第３のポンプセクションとを有し、第１、第２及び第３のセクションは、第１の入口を通ってポンプに入った流体が第１のポンプセクション、第２のポンプセクション及び第３のポンプセクションを通り且つ第２の入口を通ってポンプに入った流体が第１、第２及び第３のセクションのうちの第２及び第３のポンプセクションだけを通るように、第１及び第２の入口に対して位置決めされている。
【００１３】
好ましくは、第１及び第２のポンプセクションのうちの少なくとも一方は、少なくとも１つのターボ分子段を有する。第１のポンプセクションと第２のポンプセクションは両方とも、少なくとも１つのターボ分子段を有する。第１のポンプセクションのポンプ段は、第２のポンプセクションのポンプ段とは異なるサイズのものであってもよい。例えば、第２のポンプセクションのポンプ段は、選択的なポンプ性能を提供するよう第１のポンプセクションのポンプ段よりも大型であるのがよい。
【００１４】
第３のポンプセクションは、少なくとも１つの分子ドラッグ段を有し、複数の螺旋形部として配列されている複数のチャネルを備えた多段ホルベック機構を有する。一実施形態では、ポンプ性能を向上させるため、第３のポンプセクションは、第１のチャンバ、第２のチャンバ及び第３のチャンバの各々から複合ポンプに入った流体を受入れる少なくとも１つのゲーデポンプ段及び／又は少なくとも１つの空気力学的ポンプ段を有し、ホルベック機構は、少なくとも１つのゲーデポンプ段及び／又は少なくとも１つの空気力学的ポンプ段の上流側に位置決めされている。空気力学的ポンプ段は、再生段であるのがよく、他形式の空気力学的機構は、サイドフロー型、サイドチャネル型及び周辺流れ型機構であるのがよい。好ましい一実施形態では、分子ドラッグポンプ段のロータ要素は、再生ポンプ段のロータ要素を包囲している。第１〜第３ポンプセクションをこのように配置することにより、ポンプサイズを全く増大させず又は殆ど増大させないでポンプ性能を向上させることができる。
【００１５】
複合ポンプは、好ましくは、ポンプ段の各々について少なくとも１つのロータ要素が取付けられた駆動シャフトを有する。ポンプセクションのうちの少なくとも２つのロータ要素は、駆動シャフトに取付けられた共通の羽根車に設けられるのがよく、好ましくはこれと一体である。例えば、第１及び第２のポンプセクションのロータ要素は、羽根車と一体であるのがよい。第３のポンプセクションが分子ドラッグ段を有している場合、分子ドラッグ段の羽根車をそれと一体のロータに設けるのがよい。例えば、ロータは、羽根車に実質的に垂直な、好ましくはこれと一体のディスクを有するのがよい。第３のポンプセクションが再生ポンプ段を有する場合、再生ポンプ段のロータ要素は、好ましくは、羽根車と一体である。
【００１６】
複合ポンプ及びブースタポンプの入口の種々の構成及びポンプ装置を用いて排気されるべきチャンバの出口へのこれらのそれぞれの接続の仕方を提供することができる。これらの幾つかの例を以下に詳細に説明する。
【００１７】
例えば、複合ポンプは、第４のチャンバからの流体を受入れるオプションとしての第３の入口を有するのがよい。この第３の入口は、好ましくは、第３の入口を通って複合ポンプに入った流体が上述のセクションのうちの第３のポンプセクションだけを通るように配置され、従って、ポンプ装置は、第１のチャンバから第３のチャンバまでの任意のところでの真空レベルと異なる真空レベルを、第４のチャンバのところに生じさせる。
【００１８】
変形例として、複合ポンプは、ブースタポンプと並列に第３のチャンバから流体を受入れるための第３の入口を有してもよい。チャンバを並列式にポンプ排気することにより、同じ能力の単一のポンプ入口を用いる場合よりも高いレベルの性能を、並列式にポンプ排気されるチャンバに提供することができる。第３の入口は、第３の入口を通って複合ポンプに入った流体がセクションのうちの第３のポンプセクションだけを通るように配置されているのがよい。好ましい一実施形態では、第３のポンプセクションは、第３のポンプ入口から複合ポンプ中を通る流体が第２のポンプ入口から複合ポンプ中を通る流体とは別の経路を辿るように第２及び第３のポンプ入口に対して位置決めされる。例えば、第２の入口を通って複合ポンプに入った流体は、第３の入口を通って複合ポンプに入った流体よりも多い数の第３のポンプセクションのポンプ段を通るのがよい。
【００１９】
この第３の入口に加えて、複合ポンプは、第４のチャンバからの流体を受入れるオプションとしての第４の入口を有するのがよい。この第４の入口は、第４の入口を通って複合ポンプに入った流体が第１、第２及び第３セクションのうちの第３のポンプセクションだけを通るように配置されているのがよい。ブースタポンプは、複合ポンプの第４の入口と並列に第４のチャンバからの流体を受入れるための第２の入口を有するのがよい。
【００２０】
ブースタポンプは、任意の都合のよいポンプ機構を有するのがよい。周波数独立性ブースタポンプ（即ち、主要な供給周波数に依存しない周波数で動作するポンプ）又はインバータ駆動式ポンプ、例えばスクロールポンプが、ブースタポンプを構成するのがよい。変形例として、以下に説明する好ましい実施形態の場合のように、ブースタポンプは、複合ポンプのポンプ段とほぼ同じ１つ又は２つ以上のポンプ段を有する高速単軸ポンプ機械であってもよい。換言すると、ブースタポンプは、好ましくは、複数のポンプ段を有し、複数のポンプ段のポンプ機構は、バッキングポンプの入口圧力、質量流量及び第３のチャンバの圧力要件に応じて選択される。ブースタポンプの各ポンプ段は、好ましくは、乾燥ポンプ段を有する。好ましい実施形態では、ブースタポンプは、分子ドラッグ機構を有する。一実施形態では、ブースタポンプは、分子ドラッグポンプ機構の下流側に位置する少なくとも１つのゲーデポンプ段及び／又は少なくとも１つの空気力学的ポンプ段、例えば再生ポンプ機構を有する。
【００２１】
分子ドラッグポンプ機構のロータ要素は、好ましくは、再生ポンプ機構のロータ要素と共に回転運動可能に取付けられたシリンダを有する。このシリンダは、好ましくは、多段ホルベックポンプ機構の一部をなす。好ましい一実施形態では、ブースタポンプは、２段ホルベックポンプ機構を有するが、シリンダの数を増大させると共にそれに対応するステータ要素を増大させることにより追加の段を設けることができる。追加のシリンダをシリンダの軸方向位置がほぼ同じであるように同心状に異なる直径で同一の羽根車ディスクに取付けるのがよい。
【００２２】
分子ドラッグポンプ機構のロータ要素及び再生ポンプ機構のロータ要素は、有利には、ブースタポンプの共通のロータに設けられる。このロータは、好ましくは、ポンプの駆動シャフトに取付けられた羽根車と一体であり、駆動シャフトに対して実質的に直角のディスクによって提供できる。再生ポンプ機構のロータ要素は、ロータの一方の側に環状アレイ状に位置決めされた一連の羽根を有するのがよい。これら羽根は好ましくは、ロータと一体である。羽根がこのように配置された状態で、分子ドラッグポンプ機構のロータ要素は、有利には、ロータの同一側に取付けられる。
【００２３】
再生ポンプ機構は、２つ以上のポンプ段を有するのがよく、従って、少なくとも２連の羽根を有し、これらの羽根は、その軸線方向の位置がほぼ同じであるようにロータの上述した一方の側に同心環状アレイ状に位置決めされる。
【００２４】
ポンプのサイズを最小に抑えるのを助けるため、再生ポンプ機構及び分子ドラッグポンプ機構の少なくとも一部について共通のステータを設けるのがよい。
【００２５】
幾つかの実施形態では、ブースタポンプは、第３のチャンバからの流体を受入れるための第１の入口及び複合ポンプからの排出流体を受入れるための第２の入口を有する。これら２つの入口を、選択されたブースタポンプ及び複合ポンプポートの形態に応じてブースタポンプに設けられた単一のポートの状態に組み合わせてもよい。これら実施形態では、ブースタポンプのポンプ段は、ブースタポンプ入口のうちの一方を通ってブースタポンプに入った流体がブースタポンプ入口の他方を通ってブースタポンプに入った流体と同数のポンプ段を通るようにブースタポンプの入口に対して配置されるのがよい。この場合、ブースタポンプは、単一のポートを介して両方のガス流を排出することができる。他の実施形態では、ブースタポンプは、第３のチャンバからの流体を受入れるための第１の入口及び第４のチャンバからの流体を受入れるための第２の入口を有する。これら実施形態では、ブースタポンプのポンプ段は、ブースタポンプ入口のうちの一方を通ってブースタポンプに入った流体がブースタポンプ入口の他方を通ってブースタポンプに入った流体とは異なる数のポンプ段を通るようにブースタポンプの入口に対して配置されているのがよい。
【００２６】
コンパクトなポンプ機構を構成するため、複合ポンプのポンプ段は、好ましくは、ブースタポンプのポンプ段と同軸であるが、これは必須の要件ではなく、ブースタポンプは、有利には、複合ポンプに取付けられる。２つのポンプは又、共通の電源を用いるのがよい。
【００２７】
流体移動手段が流体を複合ポンプのポンプセクションからブースタポンプに運ぶ又は移動させることができるように構成されている場合、複合ポンプの出口をブースタポンプの入口に単に接続するだけでよく、流体移動手段は、流体を複合ポンプからブースタポンプに移動させるための追加の導管又は配管を何ら必要としないで、複合ポンプの排気導管だけで提供される。変形例として、流体移動手段が流体を複合ポンプのポンプセクションからバッキングポンプに移動させるように構成されている場合、流体移動手段は、複合ポンプの出口とブースタポンプの出口の両方をバッキングポンプの入口に連結する１本又は２本以上の導管を配置することにより提供してもよい。
【００２８】
本発明は、第１のチャンバと、第２のチャンバと、第３のチャンバと、チャンバを排気する上述のポンプ装置とを有する差圧ポンプ排気式真空システムに及ぶ。したがって、本発明は、第２の特徴において、第１のチャンバと、第２のチャンバと、第３のチャンバと、チャンバを排気する上述のポンプ装置とを有する差圧ポンプ排気式真空システムであって、ポンプ装置は、複合ポンプを有し、複合ポンプは、第１のチャンバの出口に連結された第１の入口と、第２のチャンバの出口に連結された第２の入口と、第１のポンプセクションと、第１のポンプセクションの下流側に位置する第２のポンプセクションとを有し、第１及び第２のポンプセクションは、第１の入口から複合ポンプに入った流体が第１及び第２のポンプセクションを通り且つ第２の入口から複合ポンプに入った流体が第１及び第２のセクションのうちの第２のセクションだけを通るように配置され、ポンプ装置は更に、第３のチャンバからの流体を受入れるための入口を備えたブースタポンプと、ブースタポンプからの排出流体を受入れるための入口を備えたバッキングポンプと、複合ポンプの第１及び第２のポンプセクションからの流体をブースタポンプ及びバッキングポンプのうちの一方に移動させるための手段とを有する真空システムを提供する。
【００２９】
複合ポンプは、有利には、第１及び第２のチャンバのうちの少なくとも一方に取付けられ、且つ／又は、ブースタポンプは、有利には、第３のチャンバに取付けられる。
【００３０】
好ましい実施形態では、これらチャンバは、質量分析計システムの一部をなす。
【００３１】
本発明は、第３の特徴において、複数個の圧力チャンバを差圧的に排気する方法であって、ポンプ装置を用意するステップを有し、ポンプ装置は、複合ポンプを有し、複合ポンプは、第１の入口と、第２の入口と、出口と、第１のポンプセクションと、第１のポンプセクションの下流側に位置する第２のポンプセクションとを有し、第１及び第２のポンプセクションは、第１の入口から複合ポンプに入った流体が第１及び第２のポンプセクションを通り且つ第２の入口から複合ポンプに入った流体が第１及び第２のセクションのうちの第２のセクションだけを通るように配置され、ポンプ装置は、更に、少なくとも１つのブースタポンプ入口及びブースタポンプ出口を備えたブースタポンプと、バッキングポンプ入口備えたバッキングポンプと、を有し、この方法は、更に、ポンプ装置を圧力チャンバに連結して第１の複合ポンプ入口を第１のチャンバの出口に連結し、第２の複合ポンプ入口を第２のチャンバの出口に連結し、ブースタポンプ入口を、第３のチャンバの出口に連結するステップと、バッキングポンプ入口をブースタポンプ出口に連結するステップと、複合ポンプの出口をバッキングポンプ及びブースタポンプのうちの一方に連結するステップと、を有する方法を提供する。本発明のポンプ装置又はシステムと関連した上述の特徴は、本発明の方法の特徴にそのまま当てはまり、又、その逆の関係が成り立つ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
次に、添付の図面を参照して本発明の好ましい種々の特徴を説明するが、これらは例示に過ぎない。
【００３３】
図２は、図１の質量分析計システムを排気するのに適したポンプ装置の第１の実施形態を示す図である。ポンプ装置は、多部品本体１０２を有する複合ポンプ１００を有し、この多部品本体１０２内には、駆動シャフト１０４が設けられている。駆動シャフト１０４の回転は、その周りに設けられたモータ（図示せず）、例えばブラシレス直流電動機によって行なわれる。駆動シャフト１０４は、互いに反対側に位置する軸受（図示せず）に取付けられている。例えば、駆動シャフト１０４をハイブリッド永久磁石軸受及び油潤滑式軸受システムで支持するのがよい。
【００３４】
複合ポンプ１００は、少なくとも３つのポンプセクション１０６，１０８，１１０を有している。第１のポンプセクション１０６は、１組のターボ分子段を有している。図２に示す実施形態では、１組のターボ分子段１０６は、よく知られている傾斜構造を有する４枚のロータ羽根（動翼）及び３枚のステータ羽根（静翼）を有している。ロータ羽根は、符号１０７ａで示され、ステータ羽根は、符号１０７ｂで示されている。この例では、ロータ羽根１０７ａは、駆動シャフト１０４に取付けられている。
【００３５】
第２のポンプセクション１０８は、第１のポンプセクション１０６とほぼ同じであり、１組のターボ分子段を有している。図２に示す実施形態では、１組のターボ分子段１０８も、よく知られている傾斜構造を有する４枚のロータ羽根（動翼）及び３枚のステータ羽根（静翼）を有している。ロータ羽根は、符号１０９ａで示され、ステータ羽根は、符号１０９ｂで示されている。この例では、ロータ羽根１０９ａも、駆動シャフト１０４に取付けられている。
【００３６】
第１及び第２のポンプセクション１０６、１０８の下流側には、第３のポンプセクション１１０が設けられている。図２に示す実施形態では、第３のポンプセクション１１０は、ホルベック（Holweck）ドラッグ機構の形態をした分子ドラッグポンプ機構を有している。この実施形態では、ホルベック機構は、２つの同軸の回転シリンダ１１６ａ，１１６ｂと、それに対応する環状ステータ１１８ａ，１１８ｂとを有し、環状ステータ１１８ａ，１１８ｂは、それ自体周知の仕方で螺旋形チャネルが形成されている。この実施形態では、ホルベック機構は、３つのポンプ段を有する。ただし、圧力、流量及び容量に関する要件に応じて任意の数のポンプ段を設けてもよい。
【００３７】
回転シリンダ１１６ａ，１１６ｂは、好ましくは、炭素繊維材料で作られ、且つ、好ましくはディスク１２０の形態を有するロータ要素１２０に取付けられ、ロータ要素１２０は、駆動シャフト１０４に取付けられている。この例では、ディスク１２０も、駆動シャフト１０４に取付けられている。
【００３８】
第３のポンプセクション１１０の下流側には、排気導管１２２が設けられ、この排気導管１２２は、複合ポンプ１００の本体１０２を貫通して延び、複合ポンプ１００からの流体の排気のための出口を備えている。
【００３９】
図２に示すように、複合ポンプ１００は、２つの入口１３０，１３２を有しており、この実施形態では、２つの入口しか用いられていないが、符号１３４のところに指示されたオプションとしての追加の入口を有してもよく、この入口１３４は、選択的に開閉でき、例えば、互いに異なる流れを機構の特定の部分に案内する内部バッフル又は板を利用しているのがよい。入口１３０は、全てのポンプセクション１０６、１０８、１１０の上流側に配置されている。入口１３２は、第１のポンプセクション１０６と第２のポンプセクション１０８との間に配置されている。オプションとしての入口１３４は、第２のポンプセクション１０８と第３のポンプセクション１１０との間に配置され、従って、分子ドラッグポンプ機構１１２のポンプ段は全て、オプションとしての入口１３４と流体連通関係を有するように構成されている。
【００４０】
使用にあたり、各入口１３０、１３２、１３４は、差圧ポンプ排気式真空システム、この場合、図１に示したのと同じ質量分析計システムのそれぞれのチャンバ１０、１４、１２の出口に連結されている。かくして、入口１３０は、低圧チャンバ１０の出口に連結され、入口１３２は、中間圧チャンバ１４の出口に連結される。別のチャンバ１２が点線１３６で指示されているように高圧チャンバ１１と中間圧チャンバ１４との間に存在している場合、オプションとしての入口１３４は、開かれてこのチャンバ１２の出口に連結される。追加のより低圧のチャンバを質量分析計システムに追加してもよく、別個の手段により排気されるのがよい。
【００４１】
高圧チャンバ１１は、フォアライン１３８を介して直列連結状態にあるブースタポンプ１４０及びバッキングポンプ１４２に連結されている。複合ポンプ１００の排気導管１２２も又、ブースタポンプ１４０及びバッキングポンプ１４２のうちの一方に連結されている。例えば、図２に示す実施形態では、排気導管１２２は、フォアライン１３８に連結され、複合ポンプ１００からの排出流体がブースタポンプ１４０とバッキングポンプ１４２の両方を通るようになっている。変形例として、図２に破線１４４で指示されているように、排気導管１２２を１本又は２本以上の導管を有する適当な構造体によってバッキングポンプ１４２に連結し、ブースタポンプ１４０から切り離してもよい。ユーザが複合ポンプ１００からの排出流体をブースタポンプ１４０に移動させるかバッキングポンプ１４２に移動させるかを選択できるように、弁を排気導管１２２及びこの導管構造体中の適当な場所に設けるのがよい。
【００４２】
使用にあたり、低圧チャンバ１０の入口１３０を通った流体は、第１のポンプセクション１０６、第２のポンプセクション１０８及び第３のポンプセクション１１０を通り、排気導管１２２を介して複合ポンプ１００から出る。中間圧チャンバ１４の入口１３２を通った流体は、複合ポンプ１００に入り、第２のポンプセクション１０８及び第３のポンプセクション１１０を通り、排気導管１２２を介して複合ポンプ１００から出る。チャンバ１２のオプションとしての入口１３４が開かれている場合、これを通った流体は、複合ポンプ１００に入り、第３のポンプセクション１１０だけを通り、排気導管１２２を介して複合ポンプ１００から出る。図２に示す実施形態では、複合ポンプ１００からの排出流体は全て、高圧チャンバ１１からの流体と合流し、直列連結状態にあるブースタポンプ１４０及びバッキングポンプ１４２を通り、その後、大気圧又はほぼ大気圧状態でポンプ装置から排気される。
【００４３】
この例では、使用にあたり、図１を参照して説明したシステムと同様、高圧チャンバ１１は、約１〜１０ミリバール（１０2〜１０3Ｐａ）の圧力状態にあり、オプションとしてのチャンバ１２（用いられる場合）は、約１０-1〜１ミリバール（１０〜１０2Ｐａ）の圧力状態にあり、中間圧チャンバ１４は、約１０-2〜１０-3ミリバール（１〜１０-1Ｐａ）の圧力状態にあり、低圧チャンバ１０は、約１０-5〜１０-6ミリバール（１０-3〜１０-4Ｐａ）の圧力状態にある。しかしながら、複合ポンプ１００から排気されたガスと高圧チャンバ１１から引き出されたガスの両方をブースタポンプ１４０によって追加的に圧縮することにより、ブースタポンプ１４０は、高圧チャンバ１１内への増大した質量流量を許容しながら、先行技術の場合よりも低いバッキング圧力を複合ポンプ１００に提供するように作用する。これにより、ポンプ装置の電力消費量を著しく減少させ、総合的なポンプ性能を向上させることができる。
【００４４】
ブースタポンプ１４０は、ポンプ装置の性能及び電力レベルに関する要件を満足させる任意適当なポンプ機構を有するのがよい。例えば、周波数独立性ポンプ又はインバータ駆動式ポンプ、例えばスクロールポンプがブースタポンプ１４０を構成するのがよい。しかしながら、以下の実施形態では、ブースタポンプ１４０は、複合ポンプ１００のポンプ段とほぼ同じポンプ段を１つ又は２つ以上有する高速単軸ポンプ機械として図示されている。
【００４５】
まず最初に、図３に示すポンプ装置の第２の実施形態を参照すると、ブースタポンプ１４０は、ホルベックドラッグ機構の形態をした分子ドラッグポンプ機構を有するポンプセクション１５０を有している。この実施形態では、複合ポンプ１００と同様、ホルベック機構は、２つの同軸の回転シリンダ１５２ａ，１５２ｂと、それに対応する環状ステータ１５４ａ，１５４ｂとを有し、環状ステータ１５４ａ，１５４ｂは、それ自体よく知られている仕方で螺旋形チャネルが形成されている。この実施形態では、ホルベック機構は、３つのポンプ段を有する。ただし、この場合も又、圧力、流量及び容量に関する要件に応じて任意の数のポンプ段を設けてもよい。回転シリンダ１５２ａ，１５２ｂは、好ましくは、炭素繊維材料で作られ、これら回転シリンダは、駆動シャフト１５８に取付けられ且つ好ましくはディスク１５６の形態を有するロータ要素１５６に取付けられる。この例では、ディスク１５６も又、駆動シャフト１５８に取付けられている。駆動シャフト１５８の回転は、その周りに設けられたモータ（図示せず）、例えばブラシレス直流電動機によって行なわれる。駆動シャフト１５８は、互いに反対側に位置する軸受（図示せず）に取付けられる。例えば、駆動シャフト１５８をハイブリッド永久磁石軸受及び油潤滑式軸受システムで支持するのがよい。ポンプ１００，１４０を互いに密接させることができることを考慮して、ポンプ１００，１４０の駆動シャフト１０４，１５８を回転させるモータを共通の電源で駆動するのがよい。
【００４６】
この実施形態では、ブースタポンプ１４０は、高圧チャンバ１１に取付けられ、複合ポンプ１００は、低圧チャンバ１０と中間圧チャンバ１４のうちの一方又はこれら両方に取付けられ、従って、複合ポンプ１００及びブースタポンプ１４０の駆動シャフト１０４，１５８は、実質的に同軸状になっている。変形例として、ブースタポンプ１４０を複合ポンプ１００に取付けてもよく、又この逆の関係であってもよい。同様に、ブースタポンプをスペースに関する要件に応じてバッキングポンプの近くに取付けてもよいし、バッキングポンプに取付けてもよい。ブースタポンプをチャンバの近くに保つことにより、ブースタポンプをチャンバ１１に連結するための管中のコンダクタンス又は流れやすさの低下を最小に抑えることが有利である。
【００４７】
ブースタポンプ１４０は、高圧チャンバ１１の出口に連結された第１の入口１６０及びブースタポンプ１４０の第２の入口を構成する入口導管１６２を有している。この実施形態では、２つのポートを組み合わせて単一のポートにするのがよく、ガス流は、ブースタポンプに流入する前に互いに結合される。この実施形態では、ブースタポンプ１４０が複合ポンプ１００に対して取付けられている場合、入口導管１６２は、複合ポンプ１００の排気導管１２２と実質的に同軸である。これにより、排気導管１２２をブースタポンプ１４０の入口導管１６２に直接連結することができ、この場合、複合ポンプ１００から排出された流体をブースタポンプ１４０に移動させるための１本又は２本以上の導管の中間配置は不要である。しかしながら、複合ポンプ１００とブースタポンプ１４０の相対位置に応じて、実際には、ポンプ１００，１４０相互間で流体を移動させるのに１本又は２本以上の導管が必要な場合があることは想定される。
【００４８】
使用にあたり、複合ポンプ１００から入口導管１６２を通って流れた流体は、ポンプセクション１５０を通り、排気導管１６４を介してブースタポンプ１４０から出る。高圧チャンバ１１から第１の入口１６０を通って流れた流体も又、ポンプセクション１５０を通り、排気導管１６４を介してブースタポンプ１４０から出る。流体は、排気導管１６４から導管構造体１６６を通してバッキングポンプ１４２の入口１６８に運ばれる。
【００４９】
図４は、ポンプ装置の第３の実施形態を示している。このポンプ装置は、複合ポンプ１００の第３のポンプセクション１１０及びブースタポンプ１４０のポンプセクション１５０が各々、分子ドラッグポンプ機構に加えて、再生ポンプ機構を有している点を除き、第２の実施形態のポンプ装置と同じである。
【００５０】
各再生ポンプ機構は、それぞれ対応関係にある分子ドラッグ機構のディスク１２０，１５６の一方の側に取付けられ又はこれと一体の羽根１７０，１７２から成る少なくとも１つの環状アレイの形態をした複数個のロータを有する。この実施形態では、各再生ポンプ機構は、ロータ１７０，１７２を有する２つの同心環状アレイを有する。なお、圧力、流量及び容量に関する要件に応じて任意の数の環状アレイを設けることができる。
【００５１】
各分子ドラッグポンプ機構の最も内側のステータ要素１１８ｂ，１５４ｂは又、それぞれ対応関係にある再生ポンプ機構のステータを形成することができ、かかるステータ要素には、環状チャネル１７４，１７６が形成され、ロータ１７０，１７２は、環状チャネル１７４，１７６内で回転する。よく知られているように、環状チャネル１７４，１７６は、ロータ１７０，１７２のための厳密な隙間をもたらす減少断面を備えた「ストリッパ」と呼ばれているチャネルの狭い部分を除き、個々の羽根１７０，１７２の断面よりも大きな断面を有している。使用にあたり、排出された流体は、ストリッパの一端部に隣接して位置決めされた入口を経て最も外側の環状チャネルに入り、この流体は、ロータによってチャネル沿いに押圧され、ついには、この流体がストリッパの他端部に当たるようになる。次に、流体は、ポートを通って最も内側の環状チャネル内に押し込められ、ここで、ポンプからチャネル沿いに排気導管１２２，１６４に向かって押圧され、この排気導管１２２，１６４は、第２の実施形態と比較して、再生ポンプ機構の最も内側のチャネルまで延長されている。
【００５２】
この例では、使用にあたり、図１を参照して説明したシステムと同様、高圧チャンバ１１は、約１〜１０ミリバールの圧力状態にあり、オプションとしてのチャンバ１２（用いられた場合）は、約１０-1〜１ミリバール（１０2〜１０3Ｐａ）の圧力状態にあり、中間圧チャンバ１４は、約１０-2〜１０-3ミリバール（１〜１０-1Ｐａ）の圧力状態にあり、低圧チャンバ１０は、約１０-5〜１０-6ミリバール（１０-3〜１０-4Ｐａ）の圧力状態にある。しかしながら、再生ポンプ機構によるポンプを通過したガスの圧縮に起因して、再生ポンプ機構は、減少したバッキング圧力を分子ドラッグポンプ段機構に送出するのに役立ちうる。これは、複合ポンプ１００とブースタポンプ１４０の両方の電力消費量を著しく減少させることができると共に、ポンプ装置の性能を向上させることができる。
【００５３】
さらに、図４に示すように、再生ポンプ機構のロータ１７０，１７２は、分子ドラッグポンプ機構の回転シリンダ１１６ａ，１５２ａによって包囲されている。かくして、再生ポンプ機構は、有利には、真空ポンプの全長又はサイズを殆ど増大させず又は全く増大させない状態でポンプ１００，１４０内に設けることができる。
【００５４】
この実施形態では、複合ポンプ１００の第３のポンプセクション１１０とブースタポンプ１４０のポンプセクション１５０は両方とも、再生ポンプ機構を有しているが、当然のことながら、これらポンプセクション１１０、１５０のうちの一方だけがかかる再生ポンプ機構を備えてもよいことに注意すべきである。さらに、再生ポンプ機構に代えて又はこれに加えて、別のポンプ機構を設けてもよい。例えば、再生ポンプ機構のポンプ段のうちの一方又は両方に代えて、ゲーデポンプ段を用いてもよく且つ／又はホルベック機構の上流側に追加のポンプ段を設けてもよい。かかる追加のポンプ段の例としては、雄ねじ付きロータ及びターボ分子段が挙げられる。
【００５５】
ポンプ性能及び電力消費量に関する要件を満たすために、複合ポンプ１００とブースタポンプ１４０のうちの一方又は両方に設けられたポンプ機構を変えることに加えて、ポンプ装置を用いて排気されるべきチャンバの数及び各チャンバの性能要件に従って、複合ポンプ１００及びブースタポンプ１４０の入口の数及び相対位置を変えるのがよい。例えば、各ポンプに追加の入口を設けるのがよく、これら入口は、特定のチャンバの出口への連結のために必要に応じて選択的に開かれる。さらに、差圧ポンプ排気式システムのチャンバのガス量分布及び性能に関する要件に応じて、互いに同じ又は互いに異なる入口を介する追加又は別のチャンバを並列に排気することを行なってもよい。図５〜図７は、図３に示す第２の実施形態に基づくポンプ装置の幾つかの実施形態を示している（ただし、当然のことながら、類似の実施形態も又、図４に示す第３の実施形態に基づいて構成できる）。これら実施形態は、差圧ポンプ排気式システムの性能上の要件を満たすために、必要に応じてどのように排気できるかを、差圧ポンプ排気式システムのチャンバを次の構成のうちの１つにより示している。
【００５６】
・複合ポンプ、ブースタポンプ及びバッキングポンプの直列構成
・ブースタポンプ及びバッキングポンプの直列構成
・複合ポンプ及びバッキングポンプの直列構成
・ブースタポンプ及びバッキングポンプの直列構成と並列関係にある複合ポンプ、ブースタポンプ及びバッキングポンプの直列構成
・ブースタポンプ及びバッキングポンプの直列構成と並列関係にある複合ポンプ及びバッキングポンプの直列構成
【００５７】
最初に図５を参照すると、ポンプ装置のこの第３の実施形態では、複合ポンプ１００は、低圧チャンバ１０及び中間圧チャンバ１４に加えて、最高圧チャンバを直接、ポンプ排気することができるように構成されている。複合ポンプ１００は、入口１３０，１３２及びオプションとしての入口１３４だけでなく、分子ドラッグポンプ機構のポンプ段の上流側、即ち、図５に示すようにポンプ段とポンプ段との間に配置された追加の入口１８０を有しており、図５に示す構成では、分子ドラッグポンプ機構のポンプ段が全て入口１３０，１３２と流体連通状態にあり、分子ドラッグポンプ機構のポンプ段のうちの一部だけ（１つ又は２つ以上）が追加の入口１８０と流体連通状態をなす。さらに、この第３の実施形態では、複合ポンプ１００の排気導管１２２は、ブースタポンプ１４０の排気導管１６４又は導管構造体１６６に連結され、複合ポンプ１００から排出された流体がブースタポンプ１４０ではなくバッキングポンプ１４２に運ばれるようになっている。
【００５８】
使用にあたり、入口１３０を低圧チャンバ１０の出口に連結し、入口１３２を中間圧チャンバ１４の出口に連結する。オプションとしてのチャンバ１２が、点線１３６で指示されているように、高圧チャンバ１１と中間圧チャンバ１４との間に存在している場合、オプションとしての入口１３４を開き且つこの入口１３４をチャンバ１２に連結する。追加の入口１８０を高圧チャンバ１１の別の出口に連結する。
【００５９】
その結果、高圧チャンバ１１から追加の入口１８０を通過した流体は、複合ポンプ１００の第３のポンプセクション１１０の３つ（ただし、実際には、この数は、性能要件に応じて異なっていてもよい）のポンプ段のうちの２つを通過し、排気導管１２２を経て複合ポンプ１００から出てバッキングポンプ１４２に入る。これとは対照的に、高圧チャンバ１１からブースタポンプ１４０の第１の入口１６０を通過した流体は、ブースタポンプ１４０のポンプ機構１５０のすべてのポンプ段を通り、その後、排気導管１６４を経てブースタポンプ１４０から出る。
【００６０】
かくして、上述の実施形態では、チャンバのうちの１つを並列式にポンプ排気することが行なわれ、２つのポンプの互いに異なる入口、即ち、複合ポンプ１００の追加の入口１８０とブースタポンプ１４０の第１の入口１６０とが、同一チャンバ、図示の例では、高圧チャンバ１１に連結されている。この構成は、高圧チャンバ１１内への追加のガス量の導入により課される追加のポンプ排気要件と、差圧ポンプ排気式質量分析計システムの他のチャンバの各々の両方に関するポンプ装置のポンプ性能を最適化する。チャンバのかかる並列式のポンプ排気を行なうことにより、同一容量の単一のポンプ入口を用いるよりも高いレベルの性能が並列式にポンプ排気されるチャンバに与えられる。
【００６１】
図６に示すポンプ装置の第４の実施形態では、複合ポンプ１００は、第３の実施形態の複合ポンプと同一の構成の入口及びチャンバ１０，１１，１２，１４の出口への連結部を有している。この第４の実施形態のブースタポンプ１４０の入口の配置については、第１の入口１６０が、複合ポンプ１００の追加の入口１８０と同等な位置、即ち、ブースタポンプ１４０の多段ホルベック機構のポンプ段とポンプ段との間に配置され、第２のオプションとしての入口１９０が、複合ポンプ１００のオプションとしての入口１３４と同等の位置、即ち、ブースタポンプ１４０の多段ホルベック機構の全てのポンプ段の上流側に配置されている。図６に符号１９２で指示されているように、ブースタポンプ１４０のオプションとしての入口１９０を、オプションとしてのチャンバ１２に連結するフローガイド又は導管が設けられている。
【００６２】
使用にあたり、ブースタポンプ１４０の第１の入口１６０を高圧チャンバ１１の１つの出口に連結し、複合ポンプ１００の追加の入口１８０を最高圧チャンバ１１の別の出口に連結する。その結果、最高圧チャンバ１１から追加の入口１８０を通過した流体は、複合ポンプ１００の第３のポンプセクション１１０の３つのポンプ段のうちの２つ（この例では）を通り、排気導管１２２を介して複合ポンプ１００から出てバッキングポンプ１４２に運ばれる。これと同様に、ブースタポンプ１４０の入口１６０を通過した流体は、ブースタポンプ１４０のポンプ機構１５０の３つのポンプ段のうちの２つを通り、排気導管１６４を介してブースタポンプ１４０から出てバッキングポンプ１４２に運ばれる。
【００６３】
加うるに、チャンバ１２が高圧チャンバ１１と中間圧チャンバ１４との間に存在している場合、ブースタポンプ１４０のオプションとしての入口１９０は、フローガイド１９２を介して第４のチャンバ１２に連結され、複合ポンプ１００のオプションとしての入口１３４は、チャンバ１２の別の出口に連結される。その結果、このチャンバ１２からオプションとしての入口１３４を通過した流体は、複合ポンプ１００の第３のポンプセクション１１０の全てのポンプ段を通り、排気導管１２２を介して複合ポンプ１００から出てバッキングポンプ１４２に運ばれる。これと同様に、ブースタポンプ１４０のオプションとしての入口１９０を通過した流体は、ブースタポンプ１４０のポンプ機構１５０の全てのポンプ段を通り、排気導管１６４を介してブースタポンプ１４０から出てバッキングポンプ１４２に運ばれる。
【００６４】
かくして、この構成は、ブースタポンプ１４０の入口１６０のところでのポンプ性能が複合ポンプの入口１９０のところのポンプ性能と同一であるので高圧チャンバ１１及び設けられている場合にはオプションとしてのチャンバ１２の「真の」並行排気を可能にする。
【００６５】
図７に示すポンプ装置の第５の実施形態では、ブースタポンプ１４０は、図６に示す第４の実施形態とほぼ同じ入口の構成を有している。しかしながら、この第５の実施形態の複合ポンプ１００は、第４の実施形態の複合ポンプと比較して、第１の入口１３０及び第２の入口１３２を有しているに過ぎない。その結果、高圧チャンバ１１及び設けられている場合にはオプションとしてのチャンバ１２は、直列に連結されたブースタポンプ１４０及びバッキングポンプ１４２により排気され、これに対し、低圧チャンバ１０及び中間圧チャンバ１４は、直列に連結された複合ポンプ１００及びバッキングポンプ１４２によって排気される。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】差圧ポンプ排気式質量分析計システムを排気するのに適した公知のポンプ装置の単純化された断面図である。
【図２】図１の差圧ポンプ排気式質量分析計システムを排気するのに適したポンプ装置の第１の実施形態の単純化された断面図である。
【図３】図１の差圧ポンプ排気式質量分析計システムを排気するのに適したポンプ装置の第２の実施形態の単純化された断面図である。
【図４】図１の差圧ポンプ排気式質量分析計システムを排気するのに適したポンプ装置の第３の実施形態の単純化された断面図である。
【図５】図１の差圧ポンプ排気式質量分析計システムを排気するのに適したポンプ装置の第４の実施形態の単純化された断面図である。
【図６】図１の差圧ポンプ排気式質量分析計システムを排気するのに適したポンプ装置の第５の実施形態の単純化された断面図である。
【図７】図１の差圧ポンプ排気式質量分析計システムを排気するのに適したポンプ装置の第６の実施形態の単純化された断面図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のチャンバを差圧的にポンプ排気するポンプ装置であって、
複合ポンプを有し、前記複合ポンプは、第１のチャンバからの流体を受入れるための第１の入口と、第２のチャンバからの流体を受入れるための第２の入口と、第１のポンプセクションと、前記第１のポンプセクションの下流側に位置した第２のポンプセクションとを有し、前記第１及び第２のポンプセクションは、前記第１の入口から前記複合ポンプに入った流体が前記第１及び前記第２のポンプセクションを通り、前記第２の入口から前記複合ポンプに入った流体が前記第１及び第２のセクションのうちの第２のセクションだけを通るように配置され、
更に、第３のチャンバからの流体を受入れるための入口を備えたブースタポンプと、
前記ブースタポンプから排出された流体を受入れるための入口を備えたバッキングポンプと、 前記複合ポンプの前記第１及び第２のポンプセクションからの流体を前記ブースタポンプ及び前記バッキングポンプのうちの一方に移動させるための手段と、有するポンプ装置。
【請求項２】
前記複合ポンプの各ポンプ段は乾燥ポンプ段を有する、請求項１に記載のポンプ装置。
【請求項３】
前記複合ポンプは、少なくとも３つのポンプセクションを有し、各ポンプセクションは、少なくとも１つのポンプ段を有する、請求項１又は２に記載のポンプ装置。
【請求項４】
前記複合ポンプは、第１のポンプセクションと、前記第１のポンプセクションの下流側に位置した第２のポンプセクションと、前記第２のポンプセクションの下流側に位置した第３のポンプセクションとを有し、前記第１、第２及び第３のポンプセクションは、前記第１の入口を通って前記ポンプに入った流体が前記第１、第２及び第３のポンプセクションを通り且つ前記第２の入口を通って前記ポンプに入った流体が前記第１、第２及び第３のポンプセクションのうちの第２及び第３のポンプセクションだけを通るように、前記第１及び第２の入口に対して位置決めされる、請求項３に記載のポンプ装置。
【請求項５】
前記第１及び第２のポンプセクションのうちの少なくとも一方は、少なくとも１つのターボ分子段を有する、請求項４に記載のポンプ装置。
【請求項６】
前記第１のポンプセクションと前記第２のポンプセクションは両方とも、少なくとも１つのターボ分子段を有する、請求項４又は５に記載のポンプ装置。
【請求項７】
前記第３のポンプセクションは、少なくとも１つの分子ドラッグ段を有する、請求項４〜６のいずれか１項に記載のポンプ装置。
【請求項８】
前記第３のポンプセクションは、複数の螺旋形部として配列されている複数のチャネルを備えた多段ホルベック（Holweck）機構を有する、請求項７に記載のポンプ装置。
【請求項９】
前記第３のポンプセクションは、前記第１、第２及び第３のチャンバの各々から前記複合ポンプに入った流体を受入れる少なくとも１つのゲーデポンプ段及び／又は少なくとも１つの空気力学的ポンプ段を有する、請求項４〜８のいずれか１項に記載のポンプ装置。
【請求項１０】
前記ホルベック（Holweck）機構は、前記少なくとも１つのゲーデポンプ段及び／又は前記少なくとも１つの空気力学的ポンプ段の上流側に位置決めされる、請求項７の従属項である請求項９に記載のポンプ装置。
【請求項１１】
前記複合ポンプは、第４のチャンバからの流体を受入れるための第３の入口を有する、請求項４〜１０のいずれか１項に記載のポンプ装置。
【請求項１２】
前記第３の入口は、それを通って前記複合ポンプに入った流体が前記第１、第２及び第３のポンプセクションのうちの第３のポンプセクションだけを通るように配置される、請求項１１に記載のポンプ装置。
【請求項１３】
前記複合ポンプは、流体を前記第３のチャンバから前記ブースタポンプと並列に受入れるための第３の入口を有する、請求項４〜１０のいずれか１項に記載のポンプ装置。
【請求項１４】
前記第３の入口は、それを通って前記複合ポンプに入った流体が前記第１、第２及び第３のポンプセクションのうちの第３のポンプセクションだけを通るように配置されている、請求項１３記載のポンプ装置。
【請求項１５】
前記第３のポンプセクションは、前記第３のポンプ入口から前記複合ポンプの中に流れる流体が前記第２のポンプ入口から前記複合ポンプの中に流れる流体と別の経路を辿るように、前記第２及び第３のポンプ入口に対して位置決めされる、請求項１４記載のポンプ装置。
【請求項１６】
前記複合ポンプは、第４のチャンバからの流体を受入れるための第４の入口を有する、請求項１３〜１５のいずれか１項に記載のポンプ装置。
【請求項１７】
前記第４の入口は、それを通って前記複合ポンプに入った流体が前記第１、第２及び第３のポンプセクションのうちの第３のポンプセクションだけを通るように配置される、請求項１６記載のポンプ装置。
【請求項１８】
前記ブースタポンプは、流体を前記第４のチャンバから前記複合ポンプの第４の入口と並列に受入れるための第２の入口を有する、請求項１６又は１７に記載のポンプ装置。
【請求項１９】
前記ブースタポンプは、複数のポンプ段を有し、前記複数のポンプ段は、前記ブースタポンプの入口のうちの一方を通って前記ブースタポンプに入った流体が前記ブースタポンプ入口のうちの他方を通って前記ブースタポンプに入った流体と異なる数のポンプ段を通るように、前記ブースタポンプの入口に対して配置される、請求項１８記載のポンプ装置。
【請求項２０】
前記ブースタポンプは、少なくとも１つの分子ドラッグ段を有する、請求項１９に記載のポンプ装置。
【請求項２１】
前記ブースタポンプは、複数の螺旋形部として配列される複数のチャネルを備えた多段ホルベック（Holweck）機構を有する、請求項２０に記載のポンプ装置。
【請求項２２】
前記ブースタポンプは、周波数独立性又はインバータ駆動式ポンプである、請求項１〜１８のいずれか１項に記載のポンプ装置。
【請求項２３】
前記ブースタポンプは、スクロールポンプである、請求項２２に記載のポンプ装置。
【請求項２４】
前記ブースタポンプは、複数のポンプ段を有する、請求項１〜１７のいずれか１項に記載のポンプ装置。
【請求項２５】
前記ブースタポンプの各ポンプ段は、乾燥ポンプ段を有する、請求項２４に記載のポンプ装置。
【請求項２６】
前記ブースタポンプは、分子ドラッグポンプ機構を有する、請求項２４又は２５に記載のポンプ装置。
【請求項２７】
前記分子ドラッグポンプ機構は、複数の螺旋形部として配列される複数のチャネルを備えた多段ホルベック（Holweck）機構を有する、請求項２６に記載のポンプ装置。
【請求項２８】
前記ブースタポンプは、前記少なくとも１つの分子ドラッグ段の下流側に位置する少なくとも１つのゲーデポンプ段及び／又は少なくとも１つの空気力学的ポンプ段を有する、請求項２６又は２７に記載のポンプ装置。
【請求項２９】
前記ブースタポンプは、前記第３のチャンバからの流体を受入れるための第１の入口と、前記複合ポンプからの排出流体を受入れるための第２の入口と、を有する請求項１〜２８のいずれか１項に記載のポンプ装置。
【請求項３０】
前記ブースタポンプのポンプ段は、前記ブースタポンプ入口のうちの一方を通って前記ブースタポンプに入った流体が前記ブースタポンプ入口のうちの他方を通って前記ブースタポンプに入った流体と同じ数のポンプ段を通るように、前記ブースタポンプの入口に対して配置される、請求項２４の従属項である請求項２９記載のポンプ装置。
【請求項３１】
前記ブースタポンプは、前記第３のチャンバからの流体を受入れるための第１の入口と、第４のチャンバからの流体を受入れるための第２の入口と、を有する請求項１〜２８のいずれか１項に記載のポンプ装置。
【請求項３２】
前記ブースタポンプのポンプ段は、前記ブースタポンプ入口のうちの一方を通って前記ブースタポンプに入った流体が前記ブースタポンプ入口のうちの他方を通って前記ブースタポンプに入った流体と異なる数のポンプ段を通るように、前記ブースタポンプの入口に対して配置される、請求項２４の従属項である請求項３１記載のポンプ装置。
【請求項３３】
前記移動させるための手段は、前記複合ポンプからの排気部及び前記ブースタポンプからの排気部を前記バッキングポンプの前記入口に連結するよう配置された導管手段を有する、請求項３１又は３２に記載のポンプ装置。
【請求項３４】
前記複合ポンプのポンプ段は、前記ブースタポンプのポンプ段と同軸である、請求項２又は２４記載のポンプ装置。
【請求項３５】
前記ブースタポンプは、前記複合ポンプに取付けられている、請求項１〜３４のいずれか１項に記載のポンプ装置。
【請求項３６】
前記ブースタポンプは、前記バッキングポンプに取付けられている、請求項１〜３５のいずれか１項に記載のポンプ装置。
【請求項３７】
前記第１のチャンバと、前記第２のチャンバと、前記第３のチャンバと、前記第１、第２及び第３のチャンバを排気する請求項１〜３６のいずれか１項に記載のポンプ装置とを備えた差圧ポンプ排気式真空システム。
【請求項３８】
第１のチャンバと、第２のチャンバと、第３のチャンバと、前記第１、第２及び第３のチャンバを排気するポンプ装置と、を有する差圧ポンプ排気式真空システムであって、
前記ポンプ装置は、複合ポンプを有し、前記複合ポンプは、前記第１のチャンバの出口に連結された第１の入口と、前記第２のチャンバの出口に連結された第２の入口と、第１のポンプセクションと、前記第１のポンプセクションの下流側に位置する第２のポンプセクションと、を有し、前記第１及び第２のポンプセクションは、前記第１の入口から前記複合ポンプに入った流体が前記第１及び前記第２のポンプセクションを通り且つ前記第２の入口から前記複合ポンプに入った流体が前記第１及び第２のポンプセクションのうちの第２のポンプセクションだけを通るように配置され、
更に、第３のチャンバからの流体を受入れるための入口を備えたブースタポンプと、
前記ブースタポンプからの排出流体を受入れるための入口を備えたバッキングポンプと、
前記複合ポンプの前記第１及び第２のポンプセクションからの流体を前記ブースタポンプ及び前記バッキングポンプのうちの一方に移動させるための手段と、を有する真空システム。
【請求項３９】
前記複合ポンプは、前記第１及び第２のチャンバのうちの少なくとも一方に取付けられる、請求項３７又は３８に記載の真空システム。
【請求項４０】
前記ブースタポンプは、前記第３のチャンバに取付けられる、請求項３７〜３９のいずれか１項に記載の真空システム。
【請求項４１】
前記第１、第２及び第３のチャンバは、質量分析計システムの一部をなす、請求項３７〜４０のいずれか１項に記載の真空システム。
【請求項４２】
複数個の圧力チャンバを差圧的にポンプ排気する方法であって、
ポンプ装置を用意するステップを有し、
前記ポンプ装置は、複合ポンプを有し、前記複合ポンプが、第１の入口と、第２の入口と、出口と、第１のポンプセクションと、前記第１のポンプセクションの下流側に位置する第２のポンプセクションと、を有し、前記第１及び第２のポンプセクションは、前記第１の入口から前記複合ポンプに入った流体が前記第１及び第２のポンプセクションを通り且つ前記第２の入口から前記複合ポンプに入った流体が前記第１及び第２のポンプセクションのうちの第２のポンプセクションだけを通るように配置され、
前記ポンプ装置は、更に、少なくとも１つのブースタポンプ入口及びブースタポンプ出口を備えたブースタポンプと、バッキングポンプ入口備えたバッキングポンプと、を有し、
更に、前記ポンプ装置を前記圧力チャンバに連結して、前記第１の複合ポンプ入口を前記第１のチャンバの出口に連結し、前記第２の複合ポンプ入口を前記第２のチャンバの出口に連結し、ブースタポンプ入口を、前記第３のチャンバの出口に連結するステップと、
前記バッキングポンプ入口を前記ブースタポンプ出口に連結するステップと、
前記複合ポンプの出口を前記バッキングポンプ及び前記ブースタポンプのうちの一方に連結するステップと、を有する方法。
【請求項１】
複数のチャンバを差圧的にポンプ排気するポンプ装置であって、
複合ポンプを有し、前記複合ポンプは、第１のチャンバからの流体を受入れるための第１の入口と、第２のチャンバからの流体を受入れるための第２の入口と、第１のポンプセクションと、前記第１のポンプセクションの下流側に位置した第２のポンプセクションとを有し、前記第１及び第２のポンプセクションは、前記第１の入口から前記複合ポンプに入った流体が前記第１及び前記第２のポンプセクションを通り、前記第２の入口から前記複合ポンプに入った流体が前記第１及び第２のセクションのうちの第２のセクションだけを通るように配置され、
更に、第３のチャンバからの流体を受入れるための入口を備えたブースタポンプと、
前記ブースタポンプから排出された流体を受入れるための入口を備えたバッキングポンプと、 前記複合ポンプの前記第１及び第２のポンプセクションからの流体を前記ブースタポンプ及び前記バッキングポンプのうちの一方に移動させるための手段と、有するポンプ装置。
【請求項２】
前記複合ポンプの各ポンプ段は乾燥ポンプ段を有する、請求項１に記載のポンプ装置。
【請求項３】
前記複合ポンプは、少なくとも３つのポンプセクションを有し、各ポンプセクションは、少なくとも１つのポンプ段を有する、請求項１又は２に記載のポンプ装置。
【請求項４】
前記複合ポンプは、第１のポンプセクションと、前記第１のポンプセクションの下流側に位置した第２のポンプセクションと、前記第２のポンプセクションの下流側に位置した第３のポンプセクションとを有し、前記第１、第２及び第３のポンプセクションは、前記第１の入口を通って前記ポンプに入った流体が前記第１、第２及び第３のポンプセクションを通り且つ前記第２の入口を通って前記ポンプに入った流体が前記第１、第２及び第３のポンプセクションのうちの第２及び第３のポンプセクションだけを通るように、前記第１及び第２の入口に対して位置決めされる、請求項３に記載のポンプ装置。
【請求項５】
前記第１及び第２のポンプセクションのうちの少なくとも一方は、少なくとも１つのターボ分子段を有する、請求項４に記載のポンプ装置。
【請求項６】
前記第１のポンプセクションと前記第２のポンプセクションは両方とも、少なくとも１つのターボ分子段を有する、請求項４又は５に記載のポンプ装置。
【請求項７】
前記第３のポンプセクションは、少なくとも１つの分子ドラッグ段を有する、請求項４〜６のいずれか１項に記載のポンプ装置。
【請求項８】
前記第３のポンプセクションは、複数の螺旋形部として配列されている複数のチャネルを備えた多段ホルベック（Holweck）機構を有する、請求項７に記載のポンプ装置。
【請求項９】
前記第３のポンプセクションは、前記第１、第２及び第３のチャンバの各々から前記複合ポンプに入った流体を受入れる少なくとも１つのゲーデポンプ段及び／又は少なくとも１つの空気力学的ポンプ段を有する、請求項４〜８のいずれか１項に記載のポンプ装置。
【請求項１０】
前記ホルベック（Holweck）機構は、前記少なくとも１つのゲーデポンプ段及び／又は前記少なくとも１つの空気力学的ポンプ段の上流側に位置決めされる、請求項７の従属項である請求項９に記載のポンプ装置。
【請求項１１】
前記複合ポンプは、第４のチャンバからの流体を受入れるための第３の入口を有する、請求項４〜１０のいずれか１項に記載のポンプ装置。
【請求項１２】
前記第３の入口は、それを通って前記複合ポンプに入った流体が前記第１、第２及び第３のポンプセクションのうちの第３のポンプセクションだけを通るように配置される、請求項１１に記載のポンプ装置。
【請求項１３】
前記複合ポンプは、流体を前記第３のチャンバから前記ブースタポンプと並列に受入れるための第３の入口を有する、請求項４〜１０のいずれか１項に記載のポンプ装置。
【請求項１４】
前記第３の入口は、それを通って前記複合ポンプに入った流体が前記第１、第２及び第３のポンプセクションのうちの第３のポンプセクションだけを通るように配置されている、請求項１３記載のポンプ装置。
【請求項１５】
前記第３のポンプセクションは、前記第３のポンプ入口から前記複合ポンプの中に流れる流体が前記第２のポンプ入口から前記複合ポンプの中に流れる流体と別の経路を辿るように、前記第２及び第３のポンプ入口に対して位置決めされる、請求項１４記載のポンプ装置。
【請求項１６】
前記複合ポンプは、第４のチャンバからの流体を受入れるための第４の入口を有する、請求項１３〜１５のいずれか１項に記載のポンプ装置。
【請求項１７】
前記第４の入口は、それを通って前記複合ポンプに入った流体が前記第１、第２及び第３のポンプセクションのうちの第３のポンプセクションだけを通るように配置される、請求項１６記載のポンプ装置。
【請求項１８】
前記ブースタポンプは、流体を前記第４のチャンバから前記複合ポンプの第４の入口と並列に受入れるための第２の入口を有する、請求項１６又は１７に記載のポンプ装置。
【請求項１９】
前記ブースタポンプは、複数のポンプ段を有し、前記複数のポンプ段は、前記ブースタポンプの入口のうちの一方を通って前記ブースタポンプに入った流体が前記ブースタポンプ入口のうちの他方を通って前記ブースタポンプに入った流体と異なる数のポンプ段を通るように、前記ブースタポンプの入口に対して配置される、請求項１８記載のポンプ装置。
【請求項２０】
前記ブースタポンプは、少なくとも１つの分子ドラッグ段を有する、請求項１９に記載のポンプ装置。
【請求項２１】
前記ブースタポンプは、複数の螺旋形部として配列される複数のチャネルを備えた多段ホルベック（Holweck）機構を有する、請求項２０に記載のポンプ装置。
【請求項２２】
前記ブースタポンプは、周波数独立性又はインバータ駆動式ポンプである、請求項１〜１８のいずれか１項に記載のポンプ装置。
【請求項２３】
前記ブースタポンプは、スクロールポンプである、請求項２２に記載のポンプ装置。
【請求項２４】
前記ブースタポンプは、複数のポンプ段を有する、請求項１〜１７のいずれか１項に記載のポンプ装置。
【請求項２５】
前記ブースタポンプの各ポンプ段は、乾燥ポンプ段を有する、請求項２４に記載のポンプ装置。
【請求項２６】
前記ブースタポンプは、分子ドラッグポンプ機構を有する、請求項２４又は２５に記載のポンプ装置。
【請求項２７】
前記分子ドラッグポンプ機構は、複数の螺旋形部として配列される複数のチャネルを備えた多段ホルベック（Holweck）機構を有する、請求項２６に記載のポンプ装置。
【請求項２８】
前記ブースタポンプは、前記少なくとも１つの分子ドラッグ段の下流側に位置する少なくとも１つのゲーデポンプ段及び／又は少なくとも１つの空気力学的ポンプ段を有する、請求項２６又は２７に記載のポンプ装置。
【請求項２９】
前記ブースタポンプは、前記第３のチャンバからの流体を受入れるための第１の入口と、前記複合ポンプからの排出流体を受入れるための第２の入口と、を有する請求項１〜２８のいずれか１項に記載のポンプ装置。
【請求項３０】
前記ブースタポンプのポンプ段は、前記ブースタポンプ入口のうちの一方を通って前記ブースタポンプに入った流体が前記ブースタポンプ入口のうちの他方を通って前記ブースタポンプに入った流体と同じ数のポンプ段を通るように、前記ブースタポンプの入口に対して配置される、請求項２４の従属項である請求項２９記載のポンプ装置。
【請求項３１】
前記ブースタポンプは、前記第３のチャンバからの流体を受入れるための第１の入口と、第４のチャンバからの流体を受入れるための第２の入口と、を有する請求項１〜２８のいずれか１項に記載のポンプ装置。
【請求項３２】
前記ブースタポンプのポンプ段は、前記ブースタポンプ入口のうちの一方を通って前記ブースタポンプに入った流体が前記ブースタポンプ入口のうちの他方を通って前記ブースタポンプに入った流体と異なる数のポンプ段を通るように、前記ブースタポンプの入口に対して配置される、請求項２４の従属項である請求項３１記載のポンプ装置。
【請求項３３】
前記移動させるための手段は、前記複合ポンプからの排気部及び前記ブースタポンプからの排気部を前記バッキングポンプの前記入口に連結するよう配置された導管手段を有する、請求項３１又は３２に記載のポンプ装置。
【請求項３４】
前記複合ポンプのポンプ段は、前記ブースタポンプのポンプ段と同軸である、請求項２又は２４記載のポンプ装置。
【請求項３５】
前記ブースタポンプは、前記複合ポンプに取付けられている、請求項１〜３４のいずれか１項に記載のポンプ装置。
【請求項３６】
前記ブースタポンプは、前記バッキングポンプに取付けられている、請求項１〜３５のいずれか１項に記載のポンプ装置。
【請求項３７】
前記第１のチャンバと、前記第２のチャンバと、前記第３のチャンバと、前記第１、第２及び第３のチャンバを排気する請求項１〜３６のいずれか１項に記載のポンプ装置とを備えた差圧ポンプ排気式真空システム。
【請求項３８】
第１のチャンバと、第２のチャンバと、第３のチャンバと、前記第１、第２及び第３のチャンバを排気するポンプ装置と、を有する差圧ポンプ排気式真空システムであって、
前記ポンプ装置は、複合ポンプを有し、前記複合ポンプは、前記第１のチャンバの出口に連結された第１の入口と、前記第２のチャンバの出口に連結された第２の入口と、第１のポンプセクションと、前記第１のポンプセクションの下流側に位置する第２のポンプセクションと、を有し、前記第１及び第２のポンプセクションは、前記第１の入口から前記複合ポンプに入った流体が前記第１及び前記第２のポンプセクションを通り且つ前記第２の入口から前記複合ポンプに入った流体が前記第１及び第２のポンプセクションのうちの第２のポンプセクションだけを通るように配置され、
更に、第３のチャンバからの流体を受入れるための入口を備えたブースタポンプと、
前記ブースタポンプからの排出流体を受入れるための入口を備えたバッキングポンプと、
前記複合ポンプの前記第１及び第２のポンプセクションからの流体を前記ブースタポンプ及び前記バッキングポンプのうちの一方に移動させるための手段と、を有する真空システム。
【請求項３９】
前記複合ポンプは、前記第１及び第２のチャンバのうちの少なくとも一方に取付けられる、請求項３７又は３８に記載の真空システム。
【請求項４０】
前記ブースタポンプは、前記第３のチャンバに取付けられる、請求項３７〜３９のいずれか１項に記載の真空システム。
【請求項４１】
前記第１、第２及び第３のチャンバは、質量分析計システムの一部をなす、請求項３７〜４０のいずれか１項に記載の真空システム。
【請求項４２】
複数個の圧力チャンバを差圧的にポンプ排気する方法であって、
ポンプ装置を用意するステップを有し、
前記ポンプ装置は、複合ポンプを有し、前記複合ポンプが、第１の入口と、第２の入口と、出口と、第１のポンプセクションと、前記第１のポンプセクションの下流側に位置する第２のポンプセクションと、を有し、前記第１及び第２のポンプセクションは、前記第１の入口から前記複合ポンプに入った流体が前記第１及び第２のポンプセクションを通り且つ前記第２の入口から前記複合ポンプに入った流体が前記第１及び第２のポンプセクションのうちの第２のポンプセクションだけを通るように配置され、
前記ポンプ装置は、更に、少なくとも１つのブースタポンプ入口及びブースタポンプ出口を備えたブースタポンプと、バッキングポンプ入口備えたバッキングポンプと、を有し、
更に、前記ポンプ装置を前記圧力チャンバに連結して、前記第１の複合ポンプ入口を前記第１のチャンバの出口に連結し、前記第２の複合ポンプ入口を前記第２のチャンバの出口に連結し、ブースタポンプ入口を、前記第３のチャンバの出口に連結するステップと、
前記バッキングポンプ入口を前記ブースタポンプ出口に連結するステップと、
前記複合ポンプの出口を前記バッキングポンプ及び前記ブースタポンプのうちの一方に連結するステップと、を有する方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２００８−５１８１５４（Ｐ２００８−５１８１５４Ａ）
【公表日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５３８４９１（Ｐ２００７−５３８４９１）
【出願日】平成１７年１０月１８日（２００５．１０．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００５／００４０３１
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０４８６０２
【国際公開日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【出願人】（５０７２６１３６４）エドワーズ リミテッド (85)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月１８日（２００５．１０．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００５／００４０３１
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０４８６０２
【国際公開日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【出願人】（５０７２６１３６４）エドワーズ リミテッド (85)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]