气体转移真空泵制造技术

描述了一种改进的真空泵机构(10)，其中交叉实心或穿孔元件(4)布置成与通道(12)部件交叉。交叉实心或穿孔元件和通道部件的相对移动引起气体分子从泵的入口(16)推动至泵的出口(18)。气体分子约束在通道部件内，并且气体分子与交叉实心或穿孔部件(14)的平且光滑的表面的相互作用影响气体分子的动量，以使它们被朝出口(18)指引。在一个实施例中，通道部件(12)形成为螺旋部，并且交叉实心或穿孔元件为盘形。提供了备选实施例，其具有构造为螺旋形部的通道部件(12)和构造为圆筒形裙部的穿孔元件。泵提供泵容量的显著改进、泵的减小的功率消耗和尺寸。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】气体转移真空泵
本专利技术涉及气体转移型的真空泵。具体而言但非排他地，本专利技术涉及一种新型的 拖曳真空泵机构。
技术介绍
大体上，真空泵可根据它们的泵送机制分成各种类别。因此，在广义上，真空泵可 归类为气体转移泵和捕集泵。气体转移泵还可分类为动力泵或正排量泵（其包括往复泵和 回转式排量泵，诸如罗茨或回转导叶机构）。动力泵还可进一步分类为拖曳泵（诸如，分子 拖曳泵或涡轮分子泵）或流体捕集泵（诸如，油蒸气扩散泵）。 为了实现一定水平的真空压力，不同类型的泵可布置成串联操作，以便压缩低压 气体至处于或刚刚高于大气压力的压力。在此类泵送布置中使用的不同类别的泵取决于许 多因素，例如包括所需的真空压力水平、需要真空环境的应用、一定时间段内泵送的材料的 体积，以及通过真空泵泵送的材料。 气体转移真空泵目前在许多不同工业和科学应用中使用。例如，气体转移泵提供 用于半导体装置的制造（包括但不限于，集成电路、微处理器、发光二级管、平板显示器和 太阳能电池板的制造）的真空。这些应用要求相对无菌或良好的环境，以便使材料能够沉 积在基底上并且在基底上处理。此外，气体转移泵用于需要真空的其它工业过程中，包括玻 璃涂覆、钢制造、发电、真空蒸馏、锂离子电池生产等。一些科学仪器（诸如质谱仪或电子束 显微镜）也要求真空环境，并且气体转移泵通常用于实现适合的真空环境。 随着时间的过去，已经开发了各种类型的气体转移泵机构。不同的泵机构根据应 用的要求和由于不同真空压力下的气体分子的不同流动行为而开发。例如，在高真空压力 (KT 3mbar和以下）下，气体分子被说成在分子流范围中。此处，分子自由地移动，而不相互 妨碍，并且碰撞主要是与容器的壁。分子撞击容器的壁，粘住达相对短的时段，并且接着沿 新且不可预知的方向离开壁的表面。气流为任意的，并且平均自由程为相对大的。在分子流 范围中，泵送在分子自动地迁移到真空泵中时发生。在大约lmbar的大气压力的范围中的 真空压力下，气体分子以不同方式表现。在这些较高压力下，流动被称为粘性流动。此处， 气体分子频繁地与彼此碰撞，并且分子的平均自由程为相对短的。湍流和层流状态存在于 该压力范围中。分子状态与粘性状态之间的压力范围被称为过渡流动范围（从大约lmbar 至lj lCT3mbar)。 然而，不存在可横跨所有真空压力范围在所需的高效率下操作的已知单类泵机 构。因此，为了将室抽空至高水平的真空压力（例如，l〇_ 6mbar)，真空泵系统可包括涡轮分 子泵（其设计成在1〇_9到l〇_2mbar之间的压力下高效地操作），该涡轮分子泵由分子拖曳 泵机构（其在过渡流动范围中高效地操作）支持，并且由涡旋泵、罗茨泵或螺杆泵（其在粘 性流动范围中高效地操作并且在大气压力下排放气体）进一步支持，这取决于应用要求。 某些分子拖曳机构在20世纪前半部分开发出，并且随后被优化。然而，除开发性 设计微调之外，各种拖曳机构构造的基本布置保持不变。在本质上，拖曳泵动作由从相对快 移动转子表面直接到包含在由定子限定的通道内的气体分子的动量转移产生。机构采用它 们的主要开发者的名字。 例如，在图1中所示的Gaede泵机构（其以Wolfgang Gaede 1878-1945命名）中， 气体分子被迫横穿一组旋转叶轮盘1，其中的各个紧邻静止气体通道2旋转，其入口 3和出 口 4由静止剥离器部件5分开，静止剥离器部件5在出口处将分子推离旋转盘，并且进入下 一级的入口中（还见专利文献US852947和GB 190927457)。 图2中所示的Holweck泵机构大体上包括紧邻螺旋凹槽外壁7自旋的侧部光滑的 圆柱6,并且以Fernand Holweck (1890-1941)命名。圆柱的切向速度将动量给予气体分子， 其在凹槽通道内沿螺旋路径朝出口 4被推进。通常使用多个凹槽表面（可更详细地参照US 1492846)。在备选的Holweck构造中，侧部光滑的圆柱可形成定子，并且转子可构造为螺旋 凹槽构件。 在如图3中所示的Siegbahn泵机构中，转子大体上包括将动量给予气体分子的自 旋盘8。定子包括保持接近旋转盘的其表面上的螺旋形通道。因此，气体分子被迫沿向内螺 旋的径向路径行进。该机构由Mane Siegbahn (1886-1978)开发，并且在专利文献GB332879 中进一步描述。 因为技术人员对它们熟悉，所以这些已知机构及它们附加的化身（incarnation) 的更详细的阐释在此处为不必要的。各种机构形成真空泵
的技术人员的公知常识 的部分，其中进一步阐释在关于本主题的各种书籍中找到。例如，可对以下教材进行参照： Nigel Harris 的Modern Vacuum Practice，由 McGraw - Hill 在 2007 年出版（ISBN-10:0 - 9551501 - 1 - 6);由Paul A Redhead编辑的Vacuum Science and Technology， American Vacuum Society 通过 AIP Press 在 1994 年出版（ISBN 1 - 56396 - 248 - 9); 以及 Mars Hablanian 的〃High - Vacuum Technology - A Practical Guide〃，由 Marcel Dekker Inc 在 1990 年出版（ISBN 0 - 8247 - 8197 - X)。 Holweck和Siegbahn机构两者通常用作用于涡轮分子泵机构的前级泵送机构。 有利地，Holweck或Siegbahn转子可集成地联接于涡轮分子泵的转子，从而允许单个转子 和驱动马达设计。此类泵机构被称为复合涡轮式分子泵，并且该类型的泵的实例在例如 US8070419、US6422829 和 EP1807627 中公开。 然而，已知的分子拖曳机构遭受各种缺陷。例如，泵机构的容量有限，因为转子必 须相对接近定子旋转，并且定子通道的深度必须相对浅以便优化泵的压缩比。在已知的拖 曳泵机构中，不可能的是通过使定子通道的深度增大超过某一极限来增大容量。抽空的系 统处于低于泵的排放的气体压力下，并且气体自然试图通过泵流回到抽空的系统中以补偿 任何压力梯度。如果定子通道过深，则最远离转子的通道的部分中的气体分子可不受转子 影响。因此，气体分子沿通道与预计流动方向相反朝拖曳泵级的入口回流的路径可在通道 过深而导致泵效率和压缩比的显著损失时提供。 期望增大拖曳机构真空泵的容量。这可通过提供以平行构造布置的若干拖曳机构 来实现，诸如US5893702中公开的系统。此处，同心Holweck泵级布置成与彼此并联工作。 然而，该类型的构造所需的附加的转子重量、惯性、复杂性和总体泵尺寸可使其为不合乎需 要的。 涡轮分子泵包括从转子轮轴或毂沿大体径向方向延伸的一系列转子叶片。一系列 转子叶片组沿旋转轴线堆叠在彼此的顶部上。叶片成角来将由旋转撞击的气体分子朝出 口引导。通常将定子叶片置于各个转子叶片组之间，以改进泵效率，并且减少气体分子朝 泵入口的回流。定子叶片大体上按照与转子叶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有机构的真空泵，包括：布置成与形成在通道部件的表面上的通道交叉的交叉元件，所述通道布置成将气体分子从所述泵的入口朝出口引导，其中所述交叉元件和所述通道部件布置成关于彼此移动，以使在使用期间，气体分子沿所述通道朝所述出口被推动，所述交叉元件布置成允许气体分子穿过其或围绕其，并且所述交叉元件具有布置成与气体分子相互作用的上游表面和下游表面，并且所述表面位于所述交叉元件的平面中，并且没有凸起。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.01.27 EP 12152880.6;2012.01.27 GB 1201380.1;21. 一种具有机构的真空泵，包括： 布置成与形成在通道部件的表面上的通道交叉的交叉元件，所述通道布置成将气体分 子从所述泵的入口朝出口引导，其中 所述交叉元件和所述通道部件布置成关于彼此移动，以使在使用期间，气体分子沿所 述通道朝所述出口被推动，所述交叉元件布置成允许气体分子穿过其或围绕其，并且所述 交叉元件具有布置成与气体分子相互作用的上游表面和下游表面，并且所述表面位于所述 交叉元件的平面中，并且没有凸起。2. 根据权利要求1所述的真空泵，其特征在于，所述通道部件包括槽口，其设置在所述 通道的壁中，布置成在所述交叉元件与所述通道交叉的点处容纳所述交叉元件。3. 根据权利要求2所述的真空泵，其特征在于，所述交叉元件被穿孔，并且所述槽口至 少横跨所述通道的深度延伸，以使所述穿孔的交叉元件可在所述穿孔的交叉元件与所述通 道交叉的点处分开所述通道。4. 根据权利要求1所述的真空泵，其特征在于，所述通道部件为圆筒形，并且所述通道 形成在内表面上，以形成设置在所述通道部件的相对端处的所述入口与所述出口之间的螺 旋气体流动路径。5. 根据任何前述权利要求所述的真空泵，其特征在于，所述交叉元件包括具有上游表 面和下游表面的盘，所述交叉元件的所述表面没有凸起，并且所述表面位于所述盘的平面 中。6. 根据权利要求1或权利要求5所述的真空泵，其特征在于，所述泵包括至少两个交叉 元件，其沿串联的所述通道部件的轴线间隔开一距离1，各个元件具有厚度t，并且1: t之比 为5:1或更大、10:1或更大，或者l:t之比为20:1或更大。7. 根据权利要求1或权利要求5所述的真空泵，其特征在于，所述交叉元件具有0. 02 或小于其直径的厚度，更优选的是所述交叉元件的厚度小于〇. 01或小于其直径。8. 根据权利要求4和权利要求5所述的真空泵，其特征在于，所述泵包括从限定螺旋通 道的所述通道部件延伸的多个导叶，所述导叶成级地布置，具有设置在相邻级之间的交叉 元件，并且其中同一级内的导叶的空间弦比大于或等于4。9. 根据权利要求8所述的真空泵，其特征在于，输出部处的导叶的空间弦比为5或更 大，或6或更大。10. 根据权利要求1或权利要求5所述的真空泵，其特征在于，所述交叉元件的上游表 面和下游表面提供了动量由其转移到所述气体分子的器件。11. 根据任何前述权利要求的真空泵，其特征在于，所述交叉元件或穿孔元件包括周 缘，并且间隙设在所述交叉元件的周缘之间，以允许气体穿过所述交叉元件，或者穿孔的至 少一部分在所述周缘处开启。12. 根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：NP肖菲尔德，ID斯通斯，S道德斯威尔，
申请(专利权)人：爱德华兹有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB