СЕГМЕНТНАЯ ЗАСЛОНКА ДЛЯ ЗАЩИТЫ СМОТРОВОГО ОКНА ВАКУУМНОГО ОБОРУДОВАНИЯ Российский патент 2025 года по МПК C23C14/52 C23C14/56 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к области вакуумной техники, где требуется наблюдение за технологическим процессом через смотровые окна вакуумной камеры и защита смотровых окон от загрязнения в процессе распыления или испарения материала при формировании покрытий.

Уровень техники

Аналогом изобретения является устройство для защиты смотрового окна вакуумной камеры [RU №2521174, МПК С23С 14/52, опубл. 27.06.2014], содержащее прозрачную ленту, которая протягивается вдоль окна при помощи роликов. Данная лента находится перед смотровым окном со внутренней части камеры и предотвращает его загрязнение. При запылении ленты ролики прокручиваются, заменяя запыленный участок прозрачным.

Среди недостатков известного решения можно выделить большие габариты, сложность реализации и замены, так как конструкция данного модуля сложна в установке и демонтаже.

Еще одним примером модуля для защиты смотрового окна является круглый стальной экран [RU №173529, МПК С23С 14/52, B60J 10/70, B64C 1/14, B63B 19/02, опубл. 30.08.2017], закрепленный на валу и способный проворачиваться вокруг вертикальной оси, проходящей через центр диска параллельного его плоскости. Поворачиваясь, диск может полностью заслонить окно, защищая его от запыления или открыть обзор на процесс в камере.

Слабыми сторонами данного устройства являются большие габариты и ограниченный обзор за процессом даже при открытом диске.

Недостатки, присутствующие в предыдущей модели частично устраняются в конструкции смотрового окна вакуумной камеры [SU №1604691, МПК B65D 90/10, опубл. 07.11.1990] с эластичной тонкостенной резиновой трубкой переменного диаметра. При повороте фланца резиновая трубка, растягиваясь, скручивается, образует проходное отверстие, диаметр которого может изменяться. Таким образом, обзор может полностью открываться, либо полностью закрываться, защищая смотровое окно от запыления. Однако, наличие упругого элемента в конструкции, который постоянно испытывает растяжения и скручивания, приведет к быстрому износу и необходимости частой замены резиновой трубки, что при сложной конструкции будет достаточно затруднительным процессом.

Большую долговечность и полноценный обзор за процессом обеспечивает устройство защиты смотрового окна вакуумной камеры, представленное в патенте [SU №1442468, МПК B65D 90/10, опубл. 07.12.1988], которое при помощи рычага и ролика вдвигает смотровое окно внутрь вакуумной камеры. Сильфон растягивается и смотровое окно раздвигает поступательным перемещением защитные пластины, закрепленные на пружинах. Таким образом, при закрытых пластинах обеспечивается полная защита от запыления, а в открытом состоянии реализуется полной обзор за процессом.

Недостатками данной конструкции являются большие габариты и сложность конструкции, что значительно затруднит ремонт и чистку.

Существует большое количество вариантов защиты смотровых окон [Вакуумная техника: справочник / К.Е. Демихов, Ю.В. Панфилов, Н.К. Никулин и др.; под общ. ред. К.Е. Демихова, Ю.В. Панфилова. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2009. С. 248-250], однако практически все из них обладают значительными недостатками, связанными с неполнотой обзора, сложностью демонтажа и чистки, большими габаритами.

Раскрытие изобретения

Технический результат заключается в обеспечении долговечности смотрового окна за счет исключения трения металл по металлу при реализации возможности полного обзора процесса нанесения покрытий в вакуумной камере. Возможность полного обзора обеспечивается, за счет того, что устройство содержит фторопластовые втулки с сегментами в виде лепестков, которые в закрытом состоянии блокируют поток частиц распыляемого материала, защищая стекло смотрового окна от загрязнения, а в открытом состоянии сегменты в виде лепестков убраны и доступ к смотровому окну предоставлен, что дает возможность наблюдать за процессом.

Сущность изобретения заключается в том, что сегментная заслонка для защиты смотрового окна вакуумного оборудования, включающая неподвижное основание в виде круглого диска с отверстиями с фаской и резьбовыми отверстиями на краях, в которые вручены оси для установки фторопластовых втулок с сегментами в виде лепестков, на которые установлено подвижное основание в виде круглого диска с пазами и отверстиями, соединенные между собой неподвижное основание и подвижное основание установлены на первый фланец, имеющий ребра жесткости и отверстия для крепления к нему неподвижного основания, со стороны подвижного основания закреплен второй фланец, имеющий ребра жесткости и направляющие для осей, между первым и вторым фланцем установлено внутреннее центрирующее уплотнительное кольцо и внешнее центрирующее кольцо. Неподвижное основание и подвижное основание могут быть выполнены в виде круглых стальных дисков с отверстиями в середине, имеющие толщину 2 мм.

Краткое описание чертежей

На Фиг. 1 представлено неподвижное основание с установленными сегментами.

На Фиг. 2 представлено подвижное основание, которое крепится сверху установленных на неподвижном основании сегментов.

На Фиг. 3 представлено неподвижное основание, которое содержит отверстия для крепления к первому фланцу и резьбовые отверстия для крепления осей сегментов.

На Фиг. 4 представлен принцип действия заслонки, где изображены варианты рабочих состояний заслонки в закрытом 1 и открытом 4 состояниях, а также промежуточные состояния 2 и 3.

На Фиг. 5 представлен монтаж заслонки на первый фланец, имеющий ребра жесткости, которые имеют отверстия для крепления неподвижного основания.

На Фиг. 6 представлен второй фланец, имеющий ребра жесткости и направляющие для осей подвижного основания.

На Фиг. 7 представлено соединение двух фланцев.

На Фиг. 8 представлена итоговая сборка сегментной заслонки, имеющая внутреннее центрирующее уплотнительное кольцо и внешнее центрирующее кольцо.

Осуществление изобретения

Конструкция устройства

Сегментная заслонка для защиты смотрового окна вакуумного оборудования, включающая неподвижное основание 1 в виде круглого диска с отверстиями 2 с фаской и резьбовыми отверстиями 3 на краях, в которые вручены оси 4 для установки фторопластовых втулок 5 с сегментами 6 в виде лепестков, на которые установлено подвижное основание 7 в виде круглого диска с пазами 8 и отверстиями 9. Соединенные между собой неподвижное основание 1 и подвижное основание 7 установлены на первый фланец 10, имеющий ребра жесткости 11 и отверстия 12 для крепления к нему неподвижного основания 1. Со стороны подвижного основания 7 закреплен второй «накрывающий» фланец 13, имеющий ребра жесткости 14 и направляющие 15 для осей 4. Между первым 10 и вторым фланцем 13 установлено внутреннее центрирующее уплотнительное кольцо 16 и внешнее центрирующее кольцо 17. Неподвижное основание 1 и подвижное основание 7 могут быть выполнены в виде круглых стальных дисков с отверстиями в середине, имеющие толщину 2 мм.

Пример

Сегментная заслонка (Фиг. 1) состоит из неподвижного основания 1 в виде круглого диска толщиной 2 мм с отверстиями 2 с фаской для крепления к первому фланцу 10, осей 4, фторопластовых втулок 5 с сегментами 6 в виде лепестков. На сегменты 6 в виде лепестков устанавливается подвижное основание 7 (Фиг. 2).

В заявленном решении (Фиг. 3) отверстия 2, в которых предусмотрена фаска, необходимы для крепления неподвижного основания 1 к первому фланцу 10. При этом, крепящие винты ГОСТ 10340-80 полностью уходят в потайную канавку. Отверстия 3 по краям являются резьбовыми. В них вкручиваются оси 4 для установки специальных сегментов 6.

Фторопластовые втулки 5 (Фиг. 1) надеваются по посадке с натягом, на них в дальнейшем надеваются сегменты 6 (Фиг. 1). Фторопластовые втулки 5 необходимы для снижения сил трения, действующих при повороте сегментов 6. Коэффициент трения сталь-по-фторопласту имеет очень низкие значения порядка 0,1 (в отличие от коэффициента 0,3 для пары сталь-по-стали). Дополнительно фторопластовые втулки 5 имеют небольшие пояски для предотвращения высоких значений сил трения между сегментами 6 и неподвижным основанием 1 (так как трение сталь-по-стали в вакууме достаточно высоко). Стоит отметить, что фторопластовые втулки 5 имеют небольшое отверстие на верхней плоскости для свободного выхода воздуха при откачке.

Сегменты 6 (Фиг. 1) на краях имеют резьбовые отверстия, в которые вкручиваются оси 4, на которые в свою очередь надеваются фторопластовые втулки 5. Данные оси 4 с фторопластовыми втулками 5 в дальнейшем служат основой для направляющих, по которым поворачиваются сегменты 6.

Оси 4 на сегментах 6 (Фиг. 2) передвигаются по пазам 8 подвижного основания 7, как по направляющим. При этом принцип действия конструкции не задействует трения сталь-по-стали, что значительно снижает усилия поворота.

В резьбовые отверстия 9 вкручиваются дополнительные оси 4, на которые, в свою очередь, тоже надеваются фторопластовые втулки 5, которые перемещаются по пазам 8 второго фланца 13, как по направляющим.

Описанная выше сборочная единица спроектирована таким образом, что при повороте подвижного основания 7, происходит открытие сегментов 6 (Фиг. 4).

Заслонка может находиться в открытом (Фиг. 4, поз. 4), закрытом (Фиг. 4, поз. 1) и промежуточном (Фиг. 4, поз. 2, 3) положениях, избегая запыления окна во время процесса, но позволяя в нужный момент провести наблюдение за процессом.

Стоит отметить, что силы трения во время поворота подвижного основания 7 достаточно малы в связи с тем, что трение сталь-по-стали отсутствует. Основными контактирующими поверхностями являются сталь и фторопласт. Данная пара трения имеет коэффициент скольжения порядка нескольких сотых.

В конструкции предусмотрены конечные пазы 8, которые не дадут оператору вывести заслонку из строя по невнимательности.

Монтаж соединенного между собой неподвижного основания 1 и подвижного основания 7 осуществляется на первый фланец 10 (Фиг. 5). Данный фланец 10 имеет ребра жесткости 11 для повышения прочности и уменьшения перемещений точек конструкции. В некоторых ребрах жесткости 11 имеются резьбовые отверстия 12 для крепления оснований 1, 7, а также прорезы для свободного выхода воздуха при откачке. Помимо этого, к первому фланцу 10 привариваются фланцы требуемого типоразмера (например, KF16 и KF50) с патрубками для дальнейшего присоединения к смотровому окну и вводу движения.

Для удержания соединенного между собой неподвижного основания 1 и подвижного основания 7 в сборном состоянии осуществляется присоединение второго фланца 13 (Фиг. 6). Данный фланец 13 имеет пазы в качестве направляющих 15 и ребра жесткости 14 для повышения прочности и понижения деформаций.

Соединение двух фланцев 10 и 13 (Фиг. 7) реализуется при помощи болтов М6. В конструкции используются внутреннее центрирующее уплотнительное кольцо 16 и внешнее центрирующее кольцо 17, чтобы избежать натекания и перекосов во время установки.

Заслонка в сборе присоединяется к камере, устанавливается смотровое окно и ввод движения (Фиг. 8). Внешние присоединения осуществляются через внутреннее центрирующее уплотнительное кольцо 16 и хомуты типа Clamp 2. Первый фланец 10 заслонки приходит в движение за счет вращения шестерни 18, которая закреплена на валу ручного ввода движения 19. Ручной ввод движения реализован в данной конструкции в связи с простотой и малыми габаритами. Остается возможность автоматизации путем монтажа электродвигателя на ввод движения.

Работа устройства

Сегментная заслонка для защиты смотрового окна вакуумного оборудования работает по принципу Абелевой диафрагмы, где сегменты 6 в виде лепестков открываются синхронно, проходя по дуге окружности как по направляющим (Фиг. 1). Такое принцип действия обеспечивается малые пространственные габариты как в открытом, так и в закрытом состоянии. При этом сегменты 6 раскрываются полностью, реализуя полный обзор за процессом. В закрытом состоянии сегменты 6 полностью защищают смотровое окно от загрязнения при процессах нанесения покрытий (распылении и испарении материала).

На Фиг. 4 представлен принцип действия заслонки, где изображены варианты рабочих состояний заслонки в закрытом (поз. 1) и открытом (поз. 4) состояниях, а также промежуточные состояния (поз. 2 и 3).

Особенностью конструкции являются пониженные силы трения. Так как рабочая среда устройства - это вакуум, то в процессе раскрытия необходимо избегать трения металл-по-металлу (в данном случае сталь-по-стали). Фторопластовые втулки 5 решают проблему повышенных сил трения в процессе движения, реализуя трение фторопласт-по-металлу. Данная особенность позволяет снизить крутящий момент при открытии заслонки и исключить повышенный износ, обеспечив долговечность работы устройства.

Таким образом, заявленное устройство имеет небольшую массу за счет использования стальных листов толщиной 2 мм и составных элементов малых габаритов. Устройство обладает простотой демонтажа и очистки, благодаря отсутствию резьбовых соединений в неподвижном и подвижном основаниях. При установке на вакуумное оборудование не требует изменения конструкции самой вакуумной камеры из-за небольших габаритов и использования стандартных фланцевых соединений (например, типа KF). В своей конструкции содержит малое количество требуемых замены элементов из-за наличия фторопластовых втулок, обладающих малым износом, что обеспечивает большое количество циклов работы устройства. Заслонка в сборе практически не содержит в себе стандартных видов соединений. Целостность конструкции обеспечивается прижимом двух фланцев. При расстыковке фланцевого соединения устройство разбирается и собирается «как конструктор», без вспомогательных инструментов.

Изобретение относится к сегментной заслонке для защиты смотрового окна вакуумного оборудования. Указанная заслонка содержит неподвижное основание в виде круглого диска с отверстиями с фаской и резьбовыми отверстиями на краях, в которые вручены оси для установки фторопластовых втулок с сегментами в виде лепестков. На упомянутые сегменты установлено подвижное основание в виде круглого диска с пазами и отверстиями. Соединенные между собой неподвижное основание и подвижное основание установлены на первый фланец, имеющий ребра жесткости и отверстия для крепления к нему неподвижного основания. Со стороны подвижного основания закреплен второй фланец, имеющий ребра жесткости и направляющие для осей. Между первым и вторым фланцами установлено внутреннее центрирующее уплотнительное кольцо и внешнее центрирующее кольцо. Обеспечивается долговечность смотрового окна за счет исключения трения металл по металлу при реализации возможности полного обзора процесса нанесения покрытий в вакуумной камере. 1 з.п. ф-лы, 8 ил., 1 пр.

1. Сегментная заслонка для защиты смотрового окна вакуумного оборудования, включающая неподвижное основание (1) в виде круглого диска с отверстиями (2) с фаской и резьбовыми отверстиями (3) на краях, в которые вручены оси (4) для установки фторопластовых втулок (5) с сегментами (6) в виде лепестков, на которые установлено подвижное основание (7) в виде круглого диска с пазами (8) и отверстиями (9), соединенные между собой неподвижное основание (1) и подвижное основание (7) установлены на первый фланец (10), имеющий ребра жесткости (11) и отверстия (12) для крепления к нему неподвижного основания (1), при этом со стороны подвижного основания (7) закреплен второй фланец (13), имеющий ребра жесткости (14) и направляющие (15) для осей (4), между первым (10) и вторым (13) фланцами установлено внутреннее центрирующее уплотнительное кольцо (16) и внешнее центрирующее кольцо (17).

2. Сегментная заслонка по п.1, отличающаяся тем, что неподвижное основание (1) и подвижное основание (7), выполненные в виде круглых стальных дисков с отверстиями в середине, имеют толщину 2 мм.