CN1077236C - 具有许多相互平行非蒸发吸气元件的单件式支承框架的吸气泵 - Google Patents

Abstract

吸气泵具有一个单件式的支承框架，支承着许多矩形板形式的非蒸发吸气材料元件(10)，元件两端嵌入一系列平行狭缝(4，4a)中，狭缝(4，4a)位于U形金属外壳的相对两侧(3，3a)上。垂直于上述板(10)的平面，一个细长的加热元件(20)沿纵向安装在外壳或框架的底部(1)上。上述板(10)最好从狭缝(4，4a)向两侧突出，并由两个覆盖侧板条(5，5a)覆盖和定位，采用点焊或把适当的舌片(17，…)手工卡入相应的切口(14，…)中，从外面固定侧板条(5，5a)。也提供了加强结构的横向卡条(9，9’，9”)。

Description

具有许多相互平行非蒸发吸气元件的单件式支承框架的吸气泵

本发明涉及了一种吸气泵，其中许多非蒸发吸气元件相互平行地装在一个用于封装和机械支承的框架上，框架也起到热防护作用，它形成一个单件，对于装配方便性和几何稳定性方面，均改进了性能。

在真空技术中，几十年前就已经知道所谓的“吸气泵”，由于没有机械运动元件而受到高度重视。由此，其静态的工作不需要采用可能污染诸如半导体工业中真空室的润滑油。此外，这种泵不会把通常不希望有的振动传到与之相连接的系统中。

其工作原理是依靠非蒸发吸气材料(在该领域中称为NEG材料)对除稀有气体外所有气体的化学吸附作用。主要的NEG材料是锆和钛基合金，并与诸如铝、钒、铁、镍元素或其它过渡元素，或者其混合物相混合。最重要的有：由申请人生产和出售、具有重量成分Zr84％-Al16％的商标St101^R合金，以及由申请人生产和出售、具有重量成分Zr70％-V24，6％-Fe5，4％的商品名St707合金。

通常把粉末形式的NEG材料以薄层方式胶在适当的金属支承上，可得到这些泵的活性元件(以下定义为吸气元件)。已经公开了这种类型的泵，如在以申请人名义的US-A-4,137,012专利中，以及在以日本钢铁厂名义的公开专利申请JP-A-04-5480中。最近以申请人名义公开在专利US-A-5320496和US-A-5324172中的吸气泵，其中建议单个吸气泵由NEG材料的粉末烧结而成的物体制成。

为了保证吸气材料的优化工作条件，在泵工作时总是需要把材料保持在温度400℃以上。此外，NEG材料需要初始的“激活”处理，在10～30分钟期间温度至少在400℃，并可高达900℃。

可以用许多不同的方式把吸气元件放在吸气泵内，例如把从粉末得到的烧结颗粒简单地填充在泵中。但是，通常把吸气元件装在一个支承上，最好在支承上也装上需要达到上述温度的加热元件。尽管加热元件可具有各种形式，采用易于更换的红外灯特别有利，因为与吸气元件相比，加热元件的寿命较短。然而，吸气元件也要更新和置换，所以泵必须易于拆卸和重装。

已知的吸气泵通常由NEG材料的盘或板形成，它们以最佳的几何关系放在泵内。事实上，吸气泵的性能，特别是它的气体吸附率，与吸气元件之间的几何关系有关。例如，在平行元件的情形中，存在着获得最大吸附率的最佳间隔范围，采用比上述范围高或低的间隔均会使吸附率降低。吸附率还与加热元件的吸气元件加热效率有关，从而也与几何因素有关。所以吸气泵几何关系中的间隔容差是影响其工作性能的主要因素。为了得到一组吸气元件所需的几何关系，通常在泵内安排了固定在泵体内壁上的金属支承。但是，由此需要提供机械配件(螺钉等)，或者焊接许多金属元件；这使得泵的制造过程复杂化，另外在机械装配阶段，在泵设计中规定的吸气元件几何关系的容差可能被损失掉。即使制造出精度良好的泵，在泵的寿命期内仍有容差问题。事实上，这些泵承受从室温(泵不工作时)到通常至少为400℃工作温度的多次热循环；在这些条件下，特别是在机械装配泵的情形中泵结构受到某些再调整。相似的问题存在于泵的搬动或运输中。

因此本发明的一个目的是提供一种上述类型的吸气泵，其支承框架可容易地由单块不锈钢薄板作出，薄板上面具有折线和刻线，以方便地作出这种框架，从而也可在框架上，以快速安全的操作来进行吸气元件的装配。

本发明的另一个目的是提供一种吸气泵，以最小的容差来确定其几何特性，在几何特性不变条件下还可搬动，并具有机械不变形的安全性。

具有权利要求1主要特征的一种吸气泵可达到这些目的，而本发明的各个具体性能是各项从属权利要求的主题。

在本发明的吸气泵中，NEG材料作成矩形板形式，其两端嵌在一系列平行的狭缝中，狭缝设在U形框架的两个相对侧面上，在框架底部装有一个细长的加热元件，最好是红外灯，沿上述板平面的纵向和横向，紧靠上述板附近用辐射加热。

应注意到，本发明的泵支承框架用其U形包住了加热灯的三个侧面，而第四侧面是吸气元件，由此形成了有效的热防护，适于阻止向外的热损失，并且把尽可能多的灯辐射引向吸气元件。

从以下某些优选实施例的详细描述，本发明的上述和其它目的、灯的优点和特性将会更加明显，实施例由不受限制的例子来说明，并参照附图，其中：

图1表示了已完成的不锈钢薄板，在该薄板上提供了切口、开孔、折线和刻线，用于作出本发明的吸气泵。

图2a和2b分别表示了泵的侧视和顶视的两个视图，泵由图1已完成的薄板通过点焊作出。

图3表示了已完成薄板的不同实施例，不需焊接就可作出本发明的吸气泵。

图4a和4b分别表示了本发明泵的侧视和顶视的两个视图，泵可不需焊接由图3的薄板作出。

现参照附图，图1表示了仍在计划改进中的薄板，最好由不锈钢制成，在它上面具有以先有技术完成的刻痕，以得到本发明上述的容差、不变形、可搬动和可拆卸性能的吸气泵。这种已成形和加工的薄板，在基本上为矩形的中间板条1两侧有两板条折线2、2a，它把中间板条与两个基本上也是矩形的侧板条3、3a相连接，在上述侧板条的最外面区域，从远离上述折线2直到两条外边附近，每个侧板条具有分别为4、4a的许多预先切好的狭缝。所有上述狭缝4、4a具有相同的宽度和长度，并且在两个板条3、3a的整个区域内相互为等间距，其宽度使得狭缝之间的间距基本上与该狭缝的宽度尺寸为同一量级。中间板条1还具有把泵固定在支承体上的孔11和11a，以及可安装热电偶(图中未示)的孔13。

包含板条1、3和3a的薄板部分在薄板上的轮廓由刻线6确定，线6由一些容易断开的连接钉子作成不连续形式，连接钉子适应于以有限力量用手就可断开，由此可把成组的三个板条从薄板其余部分上取下，以便在如下所述的泵制造时用到它。可采用激光切割法，或最好是刻蚀法来作出轮廓6，使得容差尽可能窄。可用相同方法作出狭缝4、4a以及板条1中的孔，但为了作出折线2、2a，以及以下将描述的其它所有折线，仅限于刻蚀薄板的一部分厚度。

在成组的三个板条1、3和3a旁边，为了减少浪费，在距离易断开轮廓线6尽可能近的位置，作出可与薄板脱开的第二组板条，同样为了避免浪费而相互靠紧，并适于形成泵支承框架的一部分，用于在由前述三个板条组成的主要部分上完成最后加工，这在以下将作进一步说明。特别是，有两个较大尺寸的板条5、5a，它们完全相同，并在两端具有成对的折线8-8’、8”-8和8a-8’a、8”a-8a；每对折线把板条5、5a与端边板条7、7’和7a、7’a隔开，端边板条的较长边尺寸与相关的板条5、5a宽度相应。由于在每对线8-8’、…的两个弯折是方向相反的，所以每对线由薄板相对表面上的两条半切开的刻线组成；在图1中用阴影线表示薄板隐藏表面上的刻线。每个板条5、5a的宽度略大于狭缝4、4a的长度，并且该板条的长度至少与板条3、3a上狭缝区域的长度相同。

为了尽量减少浪费，在紧靠板条5、5a附近也由同一薄板提供了分别为9、9’和9”的另外三个板条，它们由相关的易脱开刻线包围。在靠近两端处，每个板条具有折线12和12a、12’和12’a、12”和12”a，它们把板条与基本上为方形的相关板条的两端部分，即15和15a、15’和15’a、15”和15”a相隔开。应注意到，每个板条9、9’和9”的长度应使得板条两端上两条折线之间的距离基本上与板条1的宽度相同。

参照图2a、2b，它表示了本发明的吸气泵，吸气泵完全采用具有图1所示刻痕的薄板和一定数量已知类型的非蒸发吸气元件装配而成，吸气元件形状如同矩形板，其厚度可插入狭缝4、4a而无太大的间隙。

通常采用具有成形板条21、21’的两个支承元件，首先把加热元件20固定在准备形成U形框架底部的中间板条1上。可采用点焊之类方法把两个元件固定在板条1上。应注意到，在侧面3、3a上的狭缝4、4a区域最好延伸到其长度至少等于加热器20热区的长度。其装配最好采用以下描述的程式。

首先分离出第一组板条1、3、3a。这采用已知的方式进行，例如手工断开它们与薄板其余部分连接的钉子。然后，沿线2、2a折弯，使该组板条成为U形，其底部由中间板条1形成，板条3、3a与底部成90°。

然后从第二组刻痕分离出两个板条5、5a。沿着成对的线8-8’、8”-8、8a-8’a和8”a-8a，先从一个方向再从相反方向均折弯了900之后，把两个板条5或5a之一放在两侧3或3a之一的上面。由此把端部小条7、7’和7a、7’a胶在相关的侧面3、3a上，同时板条5、5a的较长部分稍稍离开相关的框架侧面并与侧面平行，其间隔距离等于隔开每对8-8’等的两条折线的短区域距离。

然后把形成泵吸气元件的矩形板10的较短边插入板条3的狭缝4或板条3a的狭缝4a中。把与先插入狭缝4或4a一侧相对的吸气元件的另一侧插入相对一侧的狭缝4a或4中。实际上应注意到，应把中间板条的宽度或U形框架的宽度选得比元件10的宽度略小，由此可保持狭缝内的元件从两侧稍稍突出。

对于与每个吸气元件10突出相关容器侧面长度相等的上述突出长度，采用作用在端边板条7、7’上的焊点(在图2a中用*号表示)，使得如上述布局的侧板条5、5a形成对吸气元件10适宜的侧向封闭。因此元件有效地对外界实行了机械保护和热绝缘，从而减少了辐射损失，同时保持吸气元件位于稳定几何特性的位置。

最后，把另一个板条5或5a安放在相应的壁3或3a外侧，使吸气元件得到固定。

在框架的上下两端和中间的侧面上，在三个板条9、9’和9”绕弯折线12、12a、…弯折之后，把其弯折端部焊到侧板条3和3a上，从而得到几何特性的稳定性和容差的保持，以及系统刚性的提高，更易于搬动。这些焊点在图2a中也用*表示。

按照本发明的另一个实施例，可以不采用焊接来装配吸气泵。为此可参照图3，其中同一编号相应于相似的元件，在侧板条3和3a上具有狭缝4、4a部分的外面，其两侧提供了两对切口，分别为侧面3上的14和14’，以及侧面3a上的14a和14’a。同样，完成的第二组板条仍与上述实施例一样，具有两个板条5、5a，但在其两端代之以两个突出的舌片，分别为17、17’、17a、17’a，它们由方向相反的各对折线18-18’、18”-18、18a-18’a、18”a-18a与侧面5、5a隔开。此外可提供切口来支承加热元件20的固定元件21、21’，在图中大致地用22、22a表示。

另外，与纵向板条作成整体的三个横向板条9、9’、9”把板条5、5a连在一起。应注意到，对于第二组板条，沿着其整个轮廓也提供一条断开线16，其中包括舌片17、17’、…，与第一组的线6一样，它们为具有一些临时固定钉子的所有厚度上刻痕所组成。也提供这类线16来分离板条5、5a的内部，它相应于由该板条和侧面连接部分9、9’、9”形成的两个矩形的周边。在上述侧面连接部分的两端，与主板条5、5a邻接区域中，代之以简单的折线16’，同时提供各对折线18-18’、…来作相反方向的弯折。

参照图4a和4b，表示了一个吸气泵，它由图3所示的已完成的封装和支承框架装配而成，在个各部分之间不需要焊接。事实上，一旦如上述形成了U形框架，可把端部舌片17、17’或17a、17’a插入在侧面3和3a上作出的相关切口14、14’或14a、14’a中，由此来安放两个覆盖和封装用的侧板条5或5a。在各对折线18-18’、…之间的短的部分可保持上述侧板条5、5a与侧面3、3a相互平行，其间隔距离至少等于吸气元件10和框架底部1之间的宽度差。然后，把吸气元件10插入一组狭缝4、4a中；从对着已固定了板条5或5a侧面的3或3a外侧进行插入。沿着线16’弯折后，5或5a部分松松地装在应该被固定在上面的3或3a部分上。如上所述，把端部舌片17、17’或17a、17’a插入相关的切口14、14’或14a、14’a中来进行固定。非常明显，在舌片17、…插入相关切口14、…的同时，由板条9、9’、9”形成的卡条沿横向放在由此形成的框架两端和中间，因而提供了加强的元件，同时还保证了其几何稳定性。

应该注意到，采用第二个实施例，仅需简单而快速的手工操作，就可得到与采用焊接的第一个实施例同样的优点和同样的改进性能，其代价是稍为多浪费一些材料。在两者情形下，除了总是与同一框架作成整体的覆盖和封装侧板条以外，使框架基本上装成一个单件的优点总是很明显的。

在上述第二个实施例中，不需采用例如零件拆焊之类的部分破坏方式，依靠简单的手工操作就可拆卸和重新装配，这种特色专门增添到了本发明泵所具有的紧凑、可靠和可搬动，以及改进热绝缘等诸多特性上面。

熟悉该技术的人员可对本发明的上述吸气泵实施例进行可能的补充和/或改变，而不脱离本发明的范围。

Claims (9)

1.吸气泵包括许多矩形板形式的非蒸发吸气元件(10)和一个加热元件(20)，其特征在于：它包括一个单件式的U形框架，具有从单块金属薄板作成平行板条的底部(1)和侧面(3，3a)，它们相互紧靠并用折线(2，2a)分开，上述吸气元件(10)在两侧嵌入一系列平行狭缝(4，4a)中，狭缝(4，4a)相互对应地位于上述侧板条(3，3a)的相对两侧，侧板条(3，3a)适于形成相互面对面的U形侧面，上述加热元件(20)固定在相对于底部(1)的中间板条上，并沿上述许多元件(10)延伸，用于对它们作辐射加热。

2.按照权利要求1的吸气泵，其特征在于：它还包括从框架材料(1，3，3a)的同一薄板上得到的两个金属板条(5，5a)，其长度至少等于上述狭缝(4，4a)的延伸部分，其宽度至少等于狭缝(4，4a)的长度，上述板条(5，5a)的两端具有把它们固定到上述框架侧面(3，3a)的装置，在上述狭缝(4，4a)外面用于覆盖狭缝(4，4a)并对外界作保护，并且保持吸气元件(10)的正确位置。

3.按照权利要求2的吸气泵，其特征在于：上述覆盖和保护侧板条(5，5a)在两端固定于相应的侧面(3，3a)，在固定区之间的整个部分上它从侧面分离，与上述侧面(3，3a)相互平行和隔开。

4.按照权利要求3的吸气泵，其特征在于：上述侧板条(5，5a)在其两端具有端部小板条(7，7’；7a，7’a)，用方向相反的各对折线(8-8’；8”-8；8a-8’a；8”a-8a)分别与板条(5，5a)其余部分分开，并适于用点焊固定到相关的框架侧面(3，3a)上，每对(18-18’；…)的两条相互平行折线之间的距离确定了相应板条(5，5a)从相关框架侧面(3，3a)的分离量。

5.按照权利要求3的吸气泵，其特征在于：上述板条(5，5a)在其两端具有连接到相关板条的突出舌片(17，17’；17a，17’a)，它们用方向相反的折线(18-18’；18”-18；18a-18’a；18”a-18a)来与相关板条(5，5a)连接，用于把上述舌片插入相应的切口(14，14’；14a，14’a)中，切口在框架两侧(3，3a)具有狭缝(4，4a)部分的外面，每对(18-18’；…)的两条相互平行折线之间的距离确定了相应板条(5，5a)从相关框架侧面(3，3a)的分离量。

6.按照上述权利要求任一个的吸气泵，其特征在于：它还包括横向小板条(9，9’，9”)，适于以卡条方式把相对的框架侧面(3，3a)连接在一起，以加强框架侧面。

7.按照权利要求6的吸气泵，其特征在于：上述卡式板条(9，9’，9”)取自的薄板与形成框架的其它元件为同一块薄板，并在靠近其两端处具有确定了端区(15，15a；15’，15’a；15”，15”a)的折线(12，12a；12’，12’a；12”，12”a)，适于弯折和用点焊方式固定到相关的框架侧面(3，3a)上。

8.按照权利要求6的吸气泵，其特征在于：上述卡式板条(9，9’，9”)在两个侧板条(5，5a)中间和两端，与侧板条(5，5a)作成一个单件，在上述横向卡条和纵向板条(5，5a)之间有折线(16’)，因而板条(5，5a)可在相对两侧弯折，并且依靠上述舌片(17，…)插入到相应的切口(14，…)中，把板条(5，5a)固定到相关的框架侧面(3，3a)上。

9.按照权利要求4或5的吸气泵，其中矩形板式的吸气元件(10)具有稍大于U形框架底部的宽度，其宽度之差至多等于各距离之和，由此侧板条(5，5a)与相应的框架侧面(3，3a)相隔开，从而等于板条(5，5a)上每对折线(8-8’，…；18-18’，…)的两条折线之间距离和。

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