DE69931180T2

DE69931180T2 - Verfahren und vorrichtung zum luftleer pumpen einer doppelglasscheibe

Info

Publication number: DE69931180T2
Application number: DE69931180T
Authority: DE
Inventors: The University of Sydney Richard Edward Sydney COLLINS; The University of Sydney Manfred Sydney LENZEN; The University of Sydney Nelson Sydney NG
Original assignee: University of Sydney
Current assignee: University of Sydney
Priority date: 1998-11-13
Filing date: 1999-11-04
Publication date: 2007-02-22
Anticipated expiration: 2019-11-05
Also published as: EP1131528A4; AUPP712198A0; DK1131528T3; JP3883809B2; KR100464767B1; JP2002530184A; US6676786B1; HK1042130A1; KR20010089343A; ATE325253T1; CN1119495C; EP1131528A1; CA2351221A1; EP1131528B1; DE69931180D1; CN1333857A; AU1532400A; CA2351221C; WO2000029703A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und einen Apparat zur Verwendung bei der Evakuierung einer Kammer, die durch eine Glaswand, die einen Ausgang enthält, durch den die Evakuierung vorgenommen wird, definiert (d.h. eingeschlossen) wird. Die Erfindung wurde im Zusammenhang mit evakuierter Tür- und/oder Fensterverglasung („Vakuumverglasung") entwickelt und die Erfindung wird im Folgenden in diesem Zusammenhang beschrieben. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass die Erfindung ein breiteres Anwendungsgebiet hat, zum Beispiel bei der Evakuierung von Kathodenstrahlröhren, einschließlich Fernsehbildröhren, Vakuumbehälter, Sonnenkollektoren und plattenförmige Ausstellungsvorrichtungen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In einer Form der Vakuumverglasung sind zwei ebene Glasplatten im Abstand zueinander gegenüber liegend angeordnet und an ihren Kanten durch Glas mit niedrigem Schmelzpunkt, das gewöhnlich als Glaslot bezeichnet wird, hermetisch abgeschlossen. Der Raum (d.h. die Kammer) zwischen den Platten wird evakuiert und die Trennung der Platten im Abstand zueinander wird durch ein Netzwerk von kleinen Stützpfeilern aufrecht erhalten. In typischen Situationen kann die Verglasung aus Glasplatten bestehen, die eine Oberfläche in der Größenordnung von 0,02 bis 4,00 Quadratmetern, eine Plattenstärke in der Größenordnung von 2,0 bis 5,0 Millimeter und einen Abstand zueinander in der Größenordnung von 0,10 bis 0,20 Millimeter haben.
Die Evakuierung der Verglasung stellt besondere Probleme (in Bezug auf die Evakuierung von vielen anderen Gegenständen aus Glas) dar, insofern der Bereich, in dem die Evakuierung vorgenommen wird, beim Endprodukt nicht auffällig sein sollte und insofern das Evakuierungsverfahren für Platten mit großen Oberflächen oder linearen Abmessungen geeignet sein muss. Das Evakuierungsverfahren beinhaltet das Erwärmen der Verglasung auf eine hohe Temperatur in einem so genannten Ausheizofen (während die zu evakuierende Kammer an ein Evakuierungssystem angeschlossen ist), um Gase aus den Oberflächenbereichen der Platten und Stützpfeiler zu entfernen.
Bei einer Methode der Anwendung des Evakuierungsverfahrens wird ein kleines Abpumprohr mit der Außenfläche einer der Glasplatten verbunden, das mit einem Ausgang in Verbindung steht, der sich durch die Glasplatte erstreckt. Die Verbindung zwischen dem Rohr und der Glasplatte erfolgt unter Verwendung von Glaslot, normalerweise zur gleichen Zeit, zu der die Kantenversiegelung aus Glaslot zwischen den Platten hergestellt wird. Die Versiegelung aus Glaslot wird normalerweise bei einer Temperatur von etwa 450°C durchgeführt, das heißt, bei einer Temperatur, die hoch genug ist, um das Glaslot zu schmelzen und einen leckfreien Anschluss herzustellen, aber unterhalb einer Temperatur, bei der es in den Glasplatten zu einer erheblichen Verformung kommen könnte.
Nach der Fertigstellung der Versiegelung aus Glaslot wird die Struktur normalerweise bei Raumtemperatur abgekühlt. Anschließend wird ein Entleerungskopfteil aus Metall auf das Abpumprohr aufgesetzt und mit einer entfernt angeordneten Vakuumpumpe verbunden. Der Entleerungskopfteil enthält einen zentralen Hohlraum, der so dimensioniert ist, dass er das Abpumprohr aufnimmt und mit dem die Vakuumpumpe verbunden ist. Der zentrale Hohlraum im Entleerungskopfteil ist auch von einer Nut für einen O-Ring umgeben und der O-Ring ist so angeordnet, dass er beim Evakuierungsprozess gegen den Teil der Glasplatte, der das Rohr umgibt, abdichtet. Ein Beispiel für eine solche Anordnung ist in WO 91/02788 gezeigt.
Die Verglasungsstruktur und der Entleerungskopfteil werden in den Ausheizofen gegeben, wo die Evakuierung stattfindet, während die gesamte Struktur einer Ausgasungstemperatur ausgesetzt wird. Anschließend wird das äußere Ende des Abpumprohrs durch Erwärmen des Rohrs auf seine Schmelztemperatur verschlossen.
Ein Problem, das mit dem oben beschriebenen Evakuierungsverfahren verbunden ist, entspringt der Verwendung des O-Ringes für die Versiegelung zwischen dem Entleerungskopfteil und der Glasplatte. Alle Bestandteile der Struktur müssen auf im Wesentlichen die gleiche Temperatur im Ausheizofen erwärmt werden und weil sich praktisch alle elastomeren (d.h. polymeren) O-Ringmaterialien bei Temperaturen von mehr als 200°C zersetzen, ist die Temperatur, bei der die Ausgasung durchgeführt werden kann, stark eingeschränkt. Folglich muss das Verfahren, um eine adäquate Ausgasung bei den niedrigeren Temperaturen zu erreichen, für längere Zeiträume angewandt werden. Dies beschränkt die Herstellungsraten und erhöht die Herstellungskosten.
Ein weiteres Problem des oben beschriebenen Verfahrens besteht in der Tatsache, das zwei Erwärmungsschritte erforderlich sind; einer bei einer höheren Temperatur (in der Größenordnung von 450°C) zur Herstellung der Versiegelungen aus Glaslot und der andere bei einer niedrigeren Temperatur (in der Größenordnung von 200°C), wenn die Evakuierung der Kammer vorgenommen wird. Dieser zweistufige Prozess führt zu weiteren Verlängerungen der Herstellungszeit aufgrund der Notwendigkeit, die Geschwindigkeit zu begrenzen, bei welchen Temperaturschwankungen auftreten, um die Einwirkung von übermäßigen mechanischen Belastungen in der Verglasung zu vermeiden. Darüber hinaus erfordert ein zweistufiges Verfahren einen höheren Energieverbrauch als notwendig wäre, wenn ein einstufiges Verfahren angenommen werden könnte.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf ein Verfahren und einen Apparat zur Evakuierung einer Kammer, bei welchen die Erfordernis der Verwendung eines elastomeren Materials zur Ausführung der Versiegelung zwischen dem Entleerungskopfteil und der Glasoberfläche vermieden wird.
Grob definiert bietet die Erfindung ein Verfahren zur Evakuierung einer Kammer, die zumindest teilweise von einer Glaswand eingeschlossen ist, die einen Evakuierungsausgang enthält. Das Verfahren umfasst die Schritte

(a) der Abdeckung des Ausgangs sowie eines Teils der Glaswand, die den Ausgang umschließt, durch einen Entleerungskopfteil, der mit (i) einem ersten Hohlraum, der mit dem Ausgang verbunden ist, und (ii) mindestens einen weiteren Hohlraum, der den ersten Hohlraum umfasst und der durch jenen Teil der Glaswand verschlossen wird, der den Ausgang umschließt,
(b) der Evakuierung des geschlossenen weiteren Hohlraums oder bei mehr als einem, jedes der weiteren Hohlräume im Entleerungskopfteil, und
(c) der Evakuierung der Kammer mit Hilfe des ersten Hohlraums im Entleerungskopfteil.

Die Erfindung wird weiter dadurch definiert, dass sie einen Apparat zur Verwendung bei der Evakuierung einer Kammer bereitstellt, der zumindest teilweise von einer Glaswand umschlossen ist, die einen Evakuierungsausgang einschließt. Der Apparat besteht aus

(a) einem Entleerungskopfteil, der so angeordnet ist, dass der Ausgang und ein Teil der den Ausgang umschließenden Glaswand abdeckt werden, wobei der Entleerungskopfteil einen ersten Hohlraum aufweist, der so angeordnet ist, dass er bei Benutzung mit dem Ausgang und mindestens einem weiteren, den ersten Hohlraum umschließenden Hohlraum in Verbindung steht,
(b) einem ersten Verbindungsstück, das mit dem ersten Hohlraum in Verbindung steht und so angeordnet ist, dass eine Vakuumpumpe und der erste Hohlraum miteinander verbunden werden, und
(c) einem weiteren Verbindungsstück, das mit dem weiteren Hohlraum oder bei mehr als einem, mit jedem der weiteren Hohlräume verbunden ist und das so angeordnet ist, dass eine Vakuumpumpe mit dem weiteren bzw. mit jedem weiteren Hohlraum verbunden wird.

BEVORZUGTE MERKMALE DER ERFINDUNG
Bei den verschiedenen Aspekten der Erfindung werden vorzugsweise gesonderte Vakuumpumpsysteme für die Verbindung des ersten Hohlraums und bzw. weiterer Hohlräume des Entleerungskopfteils bereitgestellt. Die Evakuierung des Hohlraums oder jedes weiteren Hohlraums, kann jedoch in wesentlich geringerer Höhe erfolgen (d.h. um ein weniger vollständiges Vakuum zu erzeugen), als der Höhe, die für den ersten Hohlraum angewandt wird.
Wie bereits angegeben, dient die Erfindung zur Anwendung bei der Herstellung einer evakuierten Verglasung und bei dieser Anwendung weist die zu evakuierende Kammer einen Raum auf, der durch zwei kantenversiegelte Glasplatten definiert wird. Eine der Platten wird mit einem Abpumprohr versehen, das den Ausgang bildet, durch den die Evakuierung vorgenommen wird, und der erste Hohlraum des Entleerungskopfteils ist so geformt und dimensioniert, das er das Abpumprohr aufnimmt.
Unter Berücksichtigung dieses bevorzugten Aspekts der Erfindung kann die Erfindung hinsichtlich eines Verfahrens zur Herstellung einer evakuierten Verglasung weiter definiert werden, wobei der Evakuierungsprozess ausgeführt wird, während gleichzeitig die hitzeinduzierte Ausgasung der Kammer vorgenommen wird. Das am meisten bevorzugte Ausgasungsverfahren beginnt bei einer Temperatur, die etwas niedriger (üblicherweise 50°C bis 100°C niedriger) als der, bei welcher die Kantenversiegelung der Glasplatten abgeschlossen wird.
Die Erfindung wird aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen eines Apparates und Verfahrens zur Anwendung der Erfindung umfassender verstanden. Die Beschreibung enthält Verweise auf die beigefügten Zeichnungen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen:
1 zeigt eine Schnittaufrissansicht eines evakuierten Kopfes montiert an einem Teilstück der Verglasung, die evakuiert werden soll,
2 zeigt eine schematische Wiedergabe einer Verglasung, angeordnet in einer Ausheizkammer und verbunden zu externen Vakuumpumpen mittels des Entleerungskopfteils,
3 zeigt Ablaufschritte A bis D bei der Herstellung der Verglasung unter Verwendung des Evakuierungsprozesses gemäß der Erfindung, angewendet auf ein spezielles Glasarangement,
4 zeigt Messkurven, die unter Einsatz des erfindungsgemäßen Evakuierungsprozesses erhalten wurden,
5 zeigt Messkurven, die unter Einsatz einer modifizierten Form der Erfindung erhalten wurden,
6 zeigt eine Schnittaufrissansicht einer modifizierten Form des Entleerungskopfteils, angebracht an einem Teil der Verglasung, das evakuiert werden soll, und
7 zeigt eine Schnittaufrissansicht einer weiteren modifizierten Form des Entleerungskopfteils, angebracht an einem Teil der Verglasung, das evakuiert werden soll.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Wie in 1 dargestellt, wird ein ganz aus Metall bestehender Entleerungskopfteil 10 gezeigt, das an der Verglasung 11 befestigt ist, die zu evakuieren ist. Die Glaswand besteht aus zwei ebenen Glasplatten 12 und 13, die auseinander und einander gegenüber stehen. Die Glasplatten bestehen üblicherweise aus Natron-Kalkglas und können durch einen Wulst 14 aus kantenversiegelndem Glaslot an ihren Kanten verbunden werden.
Eine Kammer 15, die zwischen den beiden Glasplatten 12 und 13 gebildet wird und die Scheiben werden durch ein Netzwerk oder eine Anordnung von Stützpfeilern 16 im Abstand zueinander gehalten. Die Kammer 15 wird auf eine Höhe von weniger als 10^–3 Torr evakuiert und somit bildet sich eine gasförmige Wärmeleitung zwischen den Platten, die in Bezug auf andere Wärmeflussmechanismen zu vernachlässigen ist.
Die Glasplatte 12 ist mit einem Ausgang 17 versehen und ein Abpumprohr aus Glas 18 ist so angebracht, dass es sich im Ausgang 17 befindet und nach außen vorsteht. Das Abpumprohr ist durch einen Wulst 19 aus Glaslot an der Glasplatte versiegelt.
Ein Metalldraht 20 wird gezeigt, der das Abpumprohr 18 umgibt und dieser kann nach dem Evakuieren der Kammer 15 zum Schmelzen und Verschließen des Abpumprohres verwendet werden, obwohl andere Techniken zu diesem Zweck eingesetzt werden können.
Das Entleerungskopfteil 10 besteht aus einem Metallkörper 21, der einen zentralen ersten Hohlraum 22 einschließt oder bildet. Der erste Hohlraum 22 ist so geformt und dimensioniert, dass er das Abpumprohr 18 aufnimmt und die uneingeschränkte Bewegung des Gases bei der Evakuierung und Ausgasung der Kammer 15 ermöglicht.
Der erste Hohlraum 22 ist mit Hilfe eines Anschlusses 23 und eines Verbindungsstücks 24 mit der Vakuumpumpe 25 verbunden, die sich außerhalb einer Brennkammer 32 befindet, wie in 2 schematisch dargestellt ist.
Ein zweiter ringförmiger Hohlraum 26 ist ebenfalls im Körper 21 des Entleerungskopfes vorgesehen. Der zweite Hohlraum 26 ist so angeordnet, dass er den ersten Hohlraum 22 umgibt und dass er bei Verwendung durch die Oberfläche der Glasplatte 12, die das Abpumprohr 18 umgibt, verschlossen wird. Ein erster ringförmiger Boden 27 befindet sich zwischen den ersten und zweiten Hohlräumen 22 und 26, und ein zweiter ringförmiger Boden 28 umgibt den ringförmigen zweiten Hohlraum 26. Die beiden Böden 27 und 28 berühren die Oberfläche der Glasplatte 12 in einem kleinen Bereich und begrenzen somit den Gasfluss in den zweiten Hohlraum 26 und zwischen den beiden Hohlräumen 22–26.
Der zweite Hohlraum 26 ist mit Hilfe eines Anschlusses 29 und eines Verbindungsstücks 30 mit einer weiteren Vakuumpumpe 31 verbunden, wie in 2 dargestellt ist.
Der Entleerungskopfteil 10 hat üblicherweise einen Außendurchmesser von 50 mm bis 100 mm und der erste zentrale Ausgang 22 hat üblicherweise einen Durchmesser in der Größenordnung von 10 mm bis 20 mm. Die Böden 27 und 28 haben jeweils eine radiale Breite in der Größenordnung von 1 mm, können aber im Bereich von 0,10 mm bis 10 mm liegen.
3 zeigt die sequenziellen Schritte der Herstellung eines evakuierten Glasteils.
Die Platten 12 und 13 werden zuerst auseinander stehend montiert (wie oben beschrieben) und ein Wulst 14 aus nicht geschmolzenem Glaslot wird um die Kante von Platte 13 aufgebracht. Ebenso wird ein Wulst 19 aus nicht geschmolzenem Glaslot um das Abpumprohr 18 aufgebracht, das sich im Ausgang 17 in der Platte 12 befindet.
Die weiteren Fabrikationsschritte können dann mit Hilfe eines einzigen Heizverfahrens ausgeführt werden. Nach der Montage der beiden Glasplatten und dem Aufbringen der Wulste aus Glaslot wird der Entleerungskopfteil 10 auf der Oberfläche der Platte 12 montiert, so dass er das Abpumprohr 18 umschließt und der ringförmige Hohlraum 26 zwischen den beiden ringförmigen Böden 27 und 28 wird durch die Pumpe 31 evakuiert. Die Kammer 15 zwischen den beiden Glasplatten wird während dieses ersten Schrittes nicht evakuiert.
Das vollständige Bauteil, einschließlich des Entleerungskopfteils 10, wird im Ofen 32 auf ca. 450°C erhitzt und während dieses Prozesses schmilzt das Glaslot und bildet Versiegelungen um die Kanten der Glaswand und um das Abpumprohr. Die Glaswand und der Entleerungskopfteil werden dann auf eine Temperatur (ca. 380°C) abgekühlt, bei der das Glaslot hart wird und dann wird mit der Evakuierung der Kammer 15 zwischen den beiden Glasplatten 12 und 13 begonnen, indem das Hochvakuumsystem 25 mit dem zentralen Hohlraum 22 des Entleerungskopfteils verbunden wird. Die Evakuierung des Hohlraums wird fortgesetzt während die Glaswand und der Entleerungskopfteil abgekühlt werden. Der spezifische Temperatur-/Zeitplan, der in diesem Abkühlungszeitraum zur Anwendung kommt, ist von der Zeit abhängig, die erforderlich ist, um eine angemessene Ausgasung der Innenflächen der Glaswand zu erreichen.
Nach Beendigung der Ausgasung und Evakuierung wird das Abpumprohr 18 mit Hilfe des Drahtelements 20 geschmolzen und durch Verschmelzen verschlossen.
Die Vakuumpumpe 31 kann aus eine mechanische Vakuumpumpe umfassen, die gewöhnlich als Vorpumpe bezeichnet wird, die ein Endvakuum in der Größenordnung von 10^–3 Torr erreichen kann. Bei der gezeigten Anordnung kann jedoch etwas Gas an dem äußeren Boden 28 austreten und die Höhe des Vakuums, das im zweiten Hohlraum 26 zwischen den beiden Böden 27 und 28 erreicht wird, hängt von der Größenordnung des Lecks und der Pumpgeschwindigkeit des Verbindungsstücks 30 ab, das den Entleerungskopfteil mit der Pumpe 31 verbindet.
Es wurde festgestellt, dass es relativ einfach ist, ein Vakuum einer Höhe von viel weniger als 1 Torr im zweiten Hohlraum 26 zu erreichen und obwohl ein solches Vakuum für die Evakuierung der Glaskammer 15 nicht ausreichend niedrig ist, reicht das Versiegelungsvakuum aus, um das erforderliche Vakuum in der Glaskammer zu erreichen, wenn die erste Kammer mit Hilfe der Vakuumpumpe 25 evakuiert wird.
Das Vakuumpumpensystem 25, das verwendet wird, um das hohe Vakuum zu erreichen, kann eine Diffusionspumpe oder eine Turbomolekularpumpe enthalten. Solche Vakuumsysteme können leicht einen Basisdruck von 10^–5 Torr oder weniger erreichen.
Vom zweiten Hohlraum 26 tritt etwas Gas in den ersten zentralen Hohlraum 22 aus, doch ist infolge der Konstruktion des Entleerungskopfteils die Größe dieses Lecks ausreichend niedrig, so dass dies nur sehr wenig oder zu vernachlässigend gering zum Druck im ersten Hohlraum des Evakuierungswerkzeuges beiträgt.
Damit das oben beschriebene Evakuierungsverfahren wirksam sein kann, müssen die gegenüber liegenden Oberflächen der Glasplatte und des Entleerungskopfteils mit sehr geringen Toleranzen eben sein und dürfen keine erheblichen Kratzer aufweisen. Es wurde jedoch festgestellt, dass Abweichungen von der Ebenheit des Natrium-Kalkglases, das durch den Schwimmprozess hergestellt wird, äußerst gering sind und über die üblichen Außenabmessungen des Evakuierungswerkzeuges von ca. 50–100 mm beträgt die Abweichung von der Ebenheit gewöhnlich weniger als ein paar Mikron. Ebenso kann der Entleerungskopfteil so hergestellt werden, dass Versiegelungsflächen der Böden 27 und 28, wenn sie mit einer Drehmaschine von guter Qualität bearbeitet werden, eine Ebenheit aufweisen, die bei hergestellten Glasplatten festzustellen ist.
Folglich wird bei der Evakuierung des ringförmigen zweiten Hohlraums 26 der Entleerungskopfteils der Entleerungskopfteil durch den Luftdruck gegen die Glasplatte gedrückt. Die Oberflächen gelangen in einen ausreichend engen Kontakt, damit die Leckage an den Versiegelungsböden 27 und 28 einen tolerierbar geringen Wert aufweist.
4 zeigt Ergebnisse von Versuchsmessungen von Drücken im zweiten ringförmigen Hohlraum 26 (P_annular) und im ersten zentralen Hohlraum 22 (P_centre) und der Konduktanz des Gases über den inneren Boden 27 (C_gap), wobei der Entleerungskopfteil 10 auf einer 3 mm dicken Platte aus Natrium-Kalkglas montiert ist. Die Ergebnisse wurden während eines Verarbeitungszyklus erreicht, bei dem die Temperatur der Glasplatte und des Entleerungskopfteils 10 auf 450°C erhöht und anschließend herabgesetzt wurde. Der bei den Messungen verwendete Entleerungskopfteil 10 hat Versiegelungsböden 27 und 28 von 16 mm bzw. 80 mm Außendurchmesser. Jeder Versiegelungsboden 27 und 28 ist 1 mm breit.
Bei den Messungen wurde der ringförmige Raum 26 durch ein 1 m langes Verbindungsstück 30 mit einem Innendurchmesser von 10 mm, das mit dem Entleerungskopfteil 10 verbunden ist, evakuiert.
Eine große Zahl von Versuchen wurde mit unterschiedlichen Entleerungskopfteilen 10 mit Versiegelungsböden einer Breite von 1 bis 10 mm und unterschiedlichen Außendurchmessern der Entleerungskopfteile von 50 bis 100 mm durchgeführt und für die verschiedenen Entleerungskopfteile wurde P_annular gemessen.
Die Leckrate des Gases (gewöhnlich als „Durchsatz" bezeichnet) durch den äußeren Versiegelungsboden 28 des Entleerungskopfteils 10 kann aus der relevanten, in Standardnachschlagewerken zur Vakuumtheorie angegebenen Formel abgeleitet werden. Für den Gasdurchsatz in dem mit dem ringförmigen Raum 22 verbundenen Vakuumsystem: Durchsatz = Spipe(Pannular – Ppumping end). (1)
In diesem Ausdruck ist S_pipe die Pumpgeschwindigkeit durch das Rohr 34, gemessen in L·s^–1, und P_{pumping end} ist der Druck am Pumpenende des mit dem ringförmigen Hohlraum 26 verbundenen Vakuumsystems. Für eine typische Drehkolbenpumpe kann P_{pumping end} als zu vernachlässigend angenommen werden und daher kann Gleichung (1) für eine gute Genauigkeit verkürzt werden auf: Durchsatz = SpipePannular (2)
Bei den Drücken (im zweiten ringförmigen Hohlraum 26), die bei den Versuchen erreicht wurden ist der mittlere frei Weg für Molekül-Molekül-Kollisionen viel geringer als der Durchmesser von Rohr 34. Unter diesen Bedingungen wird S_pipe durch die relevante in Standardnachschlagewerken zur Vakuumtheorie angegebenen Formel erhalten: Spipe = 90(d4/l)Pannular. (3)wobei d und l in cm und P_annular in Torr angegeben wird.
Formel (3) wurde für eine Gasmolekulargewicht von 30 abgeleitet, das nahe dem von Stickstoff (28) und Sauerstoff (32) liegt, den Hauptbestandteilen der Luft. Für andere Gase wird die Pumpgeschwindigkeit leicht, aber nicht erheblich unterschiedlich sein.
Unter Verwendung der Gleichungen (2) und (3) wird der Durchsatz als Funktion von P_annular gegeben durch: Durchsatz = 90(d4/l)Pannular 2. (4)
Diese Formel ist nur anzuwenden, wenn der mittlere freie Weg für Molekül-Molekül-Kollisionen im Vakuumsystem sehr viel geringer als der Durchmesser von Rohr 30 ist und wenn P_{pumping end} vernachlässigt werden kann. Aus Gleichung (4) wurde der Durchsatz routinemäßig unter 0,01 Torr L·s^–1 festgestellt, wenn ausreichend darauf geachtet wurde, Staub und Teilchen von den Kontaktflächen zu entfernen.
Wenn die Zahl 0,01 Torr L·s^–1 daher als Obergrenze für die wahrscheinliche Leckrate am äußeren Versiegelungsboden 28 angenommen werden kann, ist es möglich, angemessene Abmessungen für das Verbindungsstück 30 zu wählen, das an den ringförmigen Hohlraum 26 anzuschließen ist, wenn Gleichung (4) für einen spezifizierten gewünschten Druck P_annular im ringförmigen Hohlraum 26 verwendet wird. Allgemein wird festgestellt, dass angemessen niedrige Drücke über ein breites Maßspektrum der Evakuierungsverbindungsstück 30 zu erreichen sind.
Den in 4 angegebenen Ergebnissen kann entnommen werden, dass sowohl der Druck im ringförmigen Hohlraum 26 als auch die Konduktanz der inneren Versiegelungsfläche 27 bei Erwärmen und Abkühlen des Entleerungskopfteils leicht schwanken. Diese Schwankungen beruhen auf sehr geringen relativen Bewegungen der Metall- und Glasoberflächen im Zusammenhang mit der leichten Aufweichung des Glases bei hohen Temperaturen und Unterschieden ihrer Wärmedehnungskoeffizienten.
Bei einigen Anwendungen der Erfindung kann vorzugsweise ein Erwärmungsprozess mit zwei Schritten gewählt werden, zum Beispiel wenn ein wärmeaktivierter reaktiver Metallgetter in die Glaswand eingeschlossen werden soll, um während der Lebensdauer der Vorrichtung emittiertes Gas aus dem Innenraum zu spülen. Diese Metallgetter müssen im Vakuum auf hohe Temperaturen erwärmt werden, damit sie chemisch aktiv werden, und sie zersetzen sich irreversibel, wenn sie auf 450°C in der Luft erwärmt werden. Aus diesem Grund könnte ein solcher Getter, wenn er erforderlich wäre, nur nach Beendigung des Kantenversiegelungsprozesses in die Glaswand eingebaut werden. Das Pumpen der Glaswand würde dann vor dem zweiten Erwärmungsschritt beginnen und der Getter würde während der zweiten Erwärmungsphase auf ca. 350°C gegen Zersetzung geschützt, weil er sich im Vakuum befände.
Es wurde festgestellt, dass sich die innere Bodenfläche 27 möglicherweise nicht gut mit dem Glas 12 abdichtet, wenn der Entleerungskopfteil in einem zweistufigen Erwärmungsprozess verwendet wird. Der Grund dafür besteht darin, dass die zum Schmelzen des Glaslots und Herstellung der Kantenversiegelung erforderlichen Temperaturen so hoch sind, dass es zu leichten Verformungen der Glasplatten kommen kann. Die resultierenden Abweichungen von der Ebenheit der Oberfläche der Glasplatten um das Abpumprohr können einen erheblichen Zwischenraum zwischen dem inneren Metallversiegelungsboden 27 und dem Glas erzeugen.
Das Problem kann dadurch gelöst werden, dass eine Dichtung aus Aluminiumfolie einer Dicke von 10 μm bis 50 μm verwendet und die Dichtung zwischen dem inneren Versiegelungsboden 27 und der Glasoberfläche angebracht wird. Die Aluminiumdichtung verformt sich aufgrund der Kraft des Luftdrucks und dies führt zur Herstellung einer Versiegelung zwischen dem inneren Versiegelungsboden 27 und der Glasoberfläche.
5 zeigt Versuchsdaten, die von einer Probe einer Vakuumglaswand erhalten wurden, die mit einem zweistufigen Prozess unter Verwendung des Entleerungskopfteils 10 hergestellt wurde. In 5 sind der Druck im ringförmigen zweiten Hohlraum 26 (P_annular), der Druck im zentralen ersten Hohlraum 22 (P_centre) und der Druck in der Glaswand (P_glazing) während eines Evakuierungszyklus, bei dem die Temperatur der Glaswand auf mehr als 300°C wärmt und dann vermindert wurde, angegeben. 5A zeigt Daten ohne Verwendung einer Aluminiumdichtung. 5B zeigt Daten für die gleiche Probe mit einer vorhandenen 18 μm dicken Aluminiumdichtung, und es kann festgestellt werden, dass es aufgrund der Reduzierung der Leckage am inneren Boden 27 im zentralen Hohlraum 22 zu einer erheblichen Verbesserung des Drucks kommt.
Bei einer alternativen Ausführungsform des Entleerungskopfteils, wie in 6 dargestellt, ist der Entleerungskopfteil 10 mit zweiten und dritten konzentrisch angeordneten ringförmigen Hohlräumen 26 und 33 versehen. Diese Anordnung führt zur Verwendung von ersten, zweiten und dritten Versiegelungsböden 27, 28 und 34.
Jeder der zweiten und dritten ringförmigen Hohlräume 26 und 33 ist separat mit einem (nicht dargestellten) Evakuierungssystem mit Hilfe von Verbindungsstücken 30 und 35 verbunden. Separate Evakuierungssysteme können für jeden zweiten und dritten ringförmigen Hohlraum 26 und 33 vorgesehen werden, oder für beide ringförmigen Hohlräume kann ein gemeinsames Evakuierungssystem vorgesehen werden. In jedem Fall wird jedoch ein separates (erheblich niedrigerer Druck) Vakuumsystem für den zentralen ersten Hohlraum 22 vorgesehen.
Bei dieser Anordnung ist die Höhe des Vakuums im inneren ringförmigen Hohlraum 26 relativ unbetroffen vom Vakuum im äußeren dritten ringförmigen Hohlraum 33.
7 zeigt eine weitere Ausführung des Entleerungskopfteils und eine Ausführung, die zur Verwendung in Situationen geeignet ist, wo das Abpumprohr 18 sehr nahe an einer Kante der Glasplatte 12 platziert werden soll. Die in 7 gezeigte Anordnung ist in gewisser Weise der in 1 gezeigten Anordnung ähnlich, mit Ausnahme dessen, dass der erste Hohlraum 22 in Bezug auf den umgebenden zweiten Hohlraum 26 exzentrisch angeordnet ist. Dies erfordert, dass die Querschnittsfläche des zweiten Hohlraums 26 um den Umfang des Hohlraums entlang variieren sollte.
Weitere Varianten und Änderungen können in Bezug auf die oben beschriebene Erfindung vorgenommen werden.

Claims

Verfahren zur Evakuierung einer Kammer (15), die zumindest teilweise von einer Glaswand (12) umschlossen ist, die einen Evakuierungsausgang (17) aufweist, umfassend die Verfahrensschritte: (a) Abdeckung des Ausgangs sowie eines Teils der Glaswand, die den Ausgang umschließt, durch einen Entleerungskopfteil (10), der mit (i) einem ersten Hohlraum (22), der mit dem Ausgang verbunden ist, und (ii) mindestens einen weiteren Ausgang (26) aufweist, der den ersten Ausgang (22) umfasst, und durch jenen Teil der Glaswand (12) geschlossen wird, der den Ausgang (17) umschließt; (b) Evakuierung des geschlossenen weiteren Hohlraums (26), oder bei mehr als einem, jedes der geschlossenen weiteren Hohlräume, die sich im Entleerungskopfteil (10) befinden; (c) Evakuierung der Kammer (15) durch den ersten im Entleerungskopfteil (10) befindlichen Hohlraum (22).
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die ersten sowie die weiteren Hohlräume (22, 26) durch eine erste bzw. weitere Vakuumpumpen (25, 31) evakuiert werden.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die Kammer (15) sowie der erste Hohlraum (22) bis auf eine niedrigere Druckhöhe im Vergleich zu dem geschlossenen weiteren Hohlraum (27) bzw. den geschlossenen weiteren Hohlräumen evakuiert werden.
Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei der Hohlraum bzw. jeder geschlossene weitere Hohlraum (26) bis auf eine Höhe von 10° bis 10^–3 Torr evakuiert werden und wobei die Kammer (15) sowie der erste Hohlraum (22) bis auf eine Höhe von 10^–3 bis 10^–5 Torr. evakuiert werden.
Verfahren gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, wobei, auf Vakuumglasieren angewendet, die Kammer (15) durch zwei auseinander stehende, kantenversiegelte Glasplatten (12, 13) definiert wird und wobei der erste sowie die weiteren Hohlräume (22, 26) bei gleichzeitiger, hitzeinduzierter Ausgasung der Kammer evakuiert werden.
Ein Apparat zur Verwendung bei der Evakuierung einer Kammer (15), die zumindest teilweise von einer mit einem Ausgang versehenen Glaswand (12) umschlossen wird, die den Evakuierungsausgang (17) enthält, und wobei der Apparat aus folgenden Teilen besteht: (a) ein Entleerungskopfteil (10), der so angeordnet ist, dass der Ausgang sowie ein Teil der den Ausgang umschließenden Glaswand abgedeckt werden, wobei der Entleerungskopfteil einen ersten Hohlraum (22) aufweist, der so angeordnet ist, dass er mit dem Ausgang (17) und zumindest einem weiteren, den ersten Hohlraum umschließenden Hohlraum (26) in Verbindung steht, (b) einem ersten Verbindungsstück (24), das mit dem ersten Hohlraum (22) in Verbindung steht und so angeordnet ist, dass eine Vakuumpumpe (25) und der erste Hohlraum miteinander verbunden werden, und (c) einem weiteren Verbindungsstück (30), das mit dem weiteren Hohlraum (26) oder bei mehr als einem, mit jedem der weiteren Hohlräume verbunden ist und das so angeordnet ist, dass eine Vakuumpumpe (31) mit dem weiteren bzw. mit jedem weiteren Hohlraum (26) verbunden wird.
Der Apparat gemäß Anspruch 6, wobei der Entleerungskopfteil (10) lediglich einen weiteren Hohlraum (26) (d.h. einen zweiten Hohlraum) aufweist, der den ersten Hohlraum (26) umgibt und bei dem der Entleerungskopfteil aufweist – (i) einen inneren ringförmigen Boden (27), der sich zwischen dem ersten und dem zweiten Hohlraum (22, 26) befindet und so angeordnet ist, dass er mit dem Teil der Glaswand (12) Kontakt hat, der den Ausgang (17) umfasst, einen äußeren ringförmigen Boden (28), der den zweiten Hohlraum (26) umgibt, der so angeordnet ist, dass er auch mit dem Teil der Glaswand (12), der den Ausgang (17) umgibt, in Kontakt steht.
Apparat gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei der erste bzw. die weiteren Hohlräume (22, 26) konzentrisch angeordnet sind.
Apparat gemäß Anspruch 7, wobei der erste bzw. die weiteren Hohlräume (22, 26) exzentrisch angeordnet sind und die Querschnittsfläche des zweiten Hohlraums (26) dem Umfang des Hohlraums entlang variiert.