CN106595439A - 一种阀头、平行误差自动补偿装置及电镜 - Google Patents

Abstract

一种阀头、平行误差自动补偿装置及电镜，阀头包括活动件以及活动件支撑装置，该活动件具有与固定件的第一密封平面配合的第二密封平面，所述活动件背向所述固定件的一侧设有第一容纳槽；活动件支撑装置具有适于嵌入所述第一容纳槽的球面，所述球面与所述第一容纳槽的槽底保持点接触，并且与所述第一容纳槽的槽壁保持线接触，用于在背对所述固定件的方向上支撑所述活动件相对所述固定件浮动。本发明提供的阀头，加工难度低，调节灵敏度高，能够消除两个平面各个方向上的平行度误差，从而使两个密封平面充分贴合，具有该阀头的平行误差自动补偿装置，及具有该补偿装置的电镜能够保证密封的重复度。

Description

一种阀头、平行误差自动补偿装置及电镜

技术领域

本发明涉及误差自动补偿技术领域，更具体地涉及一种阀头、具有该阀头的平行误差自动补偿装置以及电镜。

背景技术

扫描电镜是利用聚焦电子束在样品表面进行逐行扫描以得到二次电子图像或背散射电子图像的电子光学仪器，电子束由电子枪发射出来到样品表面的路径，我们称之为光路，光路的中间称之为光轴，电子束由电子枪发出经过镜筒最后达到样品室的样品上，在实际使用过程中，样品的更换频率比较高，而场发射电子枪属于长期工作制的电子枪，电子枪的电流一旦加载，没有特殊情况下是始终保持加热状态的，工作状态下的电子枪需要很高的真空度，一旦真空度下降会对电子枪造成无法修复的损伤，所以要想保证在更换样品的时候保持镜筒内的高真空状态，必须在换样品的时候将样品室与镜筒的高真空部分隔离开来，完成该部分功能的装置叫镜筒隔断阀。一般电镜的镜筒隔断阀都配有自动控制模式，镜筒隔断阀在使用过程中不断的开启关闭，对密封的重复度要求很高，这就要求在设计该隔断阀时必须要尽可能的消除各种误差，以使两个密封面能够保证平行，从而来保证每次的密封性能。

现有技术中存在用于调节密封面的平行度误差的装置，例如中国专利文献CN202305504U公开了一种用于真空环境中直触式探测物料表面参数的窗式装置，包括一种调节活动密封盖与密封托板的平行度的调节机构，以确保密封托板与密封窗内侧真空外壳壁在受压情况下，两个密封面的平行度，该调节机构包括设置于密封托板下表面的万向球坑，以及设于万向球坑内的万向球头，万向球头设于直线滑杆端部，偏心轮经连杆驱动直线轴承内的直线滑杆做直线往复运动，滑杆端部的万向球头顶入万向球坑，调节两个密封面的平行度。该现有技术应用于精密仪器的密封面平行度调节过程中，还存在以下缺陷：1.在精密仪器的微小零部件上进行球面加工，加工难度高；2.球坑与球面的面接触摩擦阻力大，密封面的调整所需推动力大，造成密封面调整的灵敏度低。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中阀头的加工难度高、调节灵敏度低的缺陷，从而提供一种灵敏度高且便于加工的阀头。

进一步提供一种具有上述阀头的平行误差自动补偿装置。

进一步提供一种具有上述平行误差自动补偿装置的电镜。

本发明采用的技术方案如下：

一种阀头，包括：活动件，具有与固定件的第一密封平面配合的第二密封平面，所述活动件背向所述固定件的一侧设有第一容纳槽；活动件支撑装置，具有适于嵌入所述第一容纳槽的球面，所述球面与所述第一容纳槽的槽底保持点接触，并且与所述第一容纳槽的槽壁保持线接触，用于在背对所述固定件的方向上支撑所述活动件相对所述固定件浮动。

所述第一容纳槽为圆柱形凹槽。

所述活动件支撑装置包括嵌入所述第一容纳槽的支撑球以及用于支撑所述支撑球的支撑座，所述支撑座上成型有适于容纳所述支撑球的第二容纳槽，所述第一容纳槽与所述第二容纳槽的轴向深度之和小于所述支撑球的直径。

还包括活动件承载件，具有容纳所述活动件的安装孔，所述活动件还包括连接于所述第二密封平面背向所述固定件的周向面，所述周向面在所述活动件的轴向方向上至少部分为球面，所述球面沿所述轴向方向的两端边缘所在平面位于所述球面的球心的在该轴向方向的相反侧；所述安装孔具有与所述球面相适配的圆柱面，以使在所述活动件的浮动过程中，所述圆柱面与所述球面一直保持线接触。

所述活动件呈轴向上下对称的球台状。

还包括设置于所述活动件和活动件承载件上的轴向限位结构，所述轴向限位结构防止所述活动件在朝向所述固定件一侧从所述安装孔中脱出，并对所述活动件相对所述固定件的浮动角度进行限制。

所述轴向限位结构包括设于所述活动件的周向面上的、位于所述球面远离所述固定件一侧的径向凸台，以及设于所述活动件承载件的圆柱面的径向凹台，所述径向凸台伸入到所述径向凹台内。

还包括在所述活动件背对所述固定件一侧施加弹性力的弹性偏压件，通过所述弹性偏压件的弹性力能够使得所述活动件相对所述固定件实现弹性浮动。

所述活动件承载件还包括设于所述安装孔下方的安装腔，所述活动件支撑装置设于所述安装腔内。

所述支撑座的远离所述球体的一端与所述安装腔连接，所述弹性偏压件为套设于所述支撑座外侧、并且一端抵住所述活动件靠近所述球体的端面，另一端抵住所述支撑座或者所述安装腔内壁的弹性压簧。

一种平行误差自动补偿装置，包括固定件，具有第一密封平面；所述阀头；以及弹性密封件，设于所述第一密封平面与所述阀头的第二密封平面之间。

所述弹性密封件为弹性密封圈；所述第一密封平面和/或所述第二密封平面上设有用于对所述弹性密封圈进行限位的密封圈定位槽。

一种电镜，包括所述平行误差自动补偿装置，所述固定件为用于电镜的镜筒，所述镜筒的端部具有所述第一密封平面；所述阀头为用于将样品室与镜筒的高真空部分隔离开的镜筒隔断阀的阀头。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的阀头，包括活动件以及活动件支撑装置，所述活动件具有与固定件的第一密封平面配合的第二密封平面，所述活动件背向所述固定件的一侧设有第一容纳槽，活动件支撑装置具有适于嵌入所述第一容纳槽的球面，所述球面与所述第一容纳槽的槽底保持点接触，并且与所述第一容纳槽的槽壁保持线接触，用于在背对所述固定件的方向上支撑所述活动件相对所述固定件浮动，这种设置使得活动件支撑装置的球面对活动件形成点支撑，同时第一容纳槽的槽壁与该球面的周向线接触对活动件在360度方向上的浮动形成辅助支撑，活动件在点支撑与线接触的辅助支撑下实现相对于固定件的浮动，相较于球面接触结构提供的360度浮动方式，这种设置下活动件与活动件支撑装置的接触面积小，摩擦阻力小，活动件的转动阻力小，仅需较小的驱动力即可实现活动件的浮动，使得活动件的调节灵敏度高，同时加工难度低。

2.本发明提供的阀头，所述活动件支撑装置包括嵌入所述第一容纳槽的球体以及用于支撑所述球体的支撑座，所述支撑座上成型有适于容纳所述球体的第二容纳槽，所述第一容纳槽与所述第二容纳槽的轴向深度之和小于所述球体的直径，第一容纳槽与第二容纳槽之间的间隙使得第二容纳槽不干涉第一容纳槽相对于支撑球的浮动。

3.本发明提供的阀头，还包括活动件承载件，具有容纳所述活动件的安装孔，所述活动件还包括连接于所述第二密封平面背向所述固定件的周向面，所述周向面在所述活动件的轴向方向上至少部分为球面，所述安装孔具有与所述球面相适配的圆柱面，当固定件的第一密封平面与活动件的第二密封平面之间存在相互作用力，由于所述球面沿所述轴向方向的两端边缘所在平面位于所述球面的球心的在该轴向方向的相反侧，使得活动件在一定浮动角度内浮动时，球面始终能与安装孔的圆柱面保持周向的线接触，活动件在活动承载件的安装孔内在360度方向上以一定角度浮动，带动第二密封平面在360度方向上以一定角度浮动，从而消除各个方向上的平行度误差，实现第二密封平面与第一密封平面始终处于平行状态，从而使两个密封平面充分贴合，同时，线接触的接触面积小，摩擦阻力小，活动件的转动阻力小，调节灵敏度高。

4.本发明提供的阀头，还包括设置于所述活动件和活动件承载件上的轴向限位结构，所述轴向限位结构防止所述活动件在朝向所述固定件一侧从所述安装孔中脱出，并对所述活动件相对所述固定件的浮动角度进行限制，保证活动件在能够浮动的最大范围内均能使其球面与安装孔的圆柱面保持线接触。

5.本发明提供的阀头，还包括在所述活动件背对所述固定件一侧施加弹性力的弹性偏压件，通过所述弹性偏压件的弹性力能够使得所述活动件相对所述固定件实现弹性浮动，弹性偏压件的设置为活动件的浮动提供了平稳支撑，使得活动件与固定件存在相互作用力时，活动件受该作用力作用背向固定件运动，此时弹性偏压件受力逐渐压缩，活动件能够随弹性偏压件的逐渐压缩平稳浮动，保证调节的灵活性，减小两平面接触瞬间的冲击力，并且在固定件与活动件之间的相互作用力消除时，弹性偏压件能够支撑活动件复位至稳定状态。

6.本发明提供的平行误差自动补偿装置，包括具有第一密封平面的固定件、上述阀头以及设于第一密封平面与第二密封平面之间的弹性密封件，当固定件与阀头的活动件之间存在相互作用力，活动件受活动件支撑装置支撑弹性浮动至第二密封平面与第一密封平面充分贴合，即完成第一密封平面与第二密封平面的平行度误差调节，使两个平面平行，此时，设于第一密封平面与第二密封平面的弹性密封件，受两个平面的相互作用力挤压，弹性密封件的各处压缩量一致，保证了第一密封平面与第二密封平面的完全密封。

7.本发明提供的电镜，具有上述平行误差自动补偿装置，所述固定件为用于电镜的镜筒，镜筒的端部具有所述第一密封平面，所述阀头为用于将样品室与镜筒的高真空部分隔离开的镜筒隔断阀的阀头，这种设置使得在反复更换样品的过程中，镜筒隔断阀反复开启或关闭，即镜筒隔断阀按照预设曲线反复向镜筒的端部远离或靠近，通过阀头的活动件的浮动消除第二密封平面与第一密封平面的平行度误差，保证密封的重复度，实现换样过程中样品室与镜筒的高真空部分的密封隔离。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的具体实施方式中提供的平行误差自动补偿装置的剖视图。

附图标记说明：

1-固定件；11-第一密封平面；2-活动件；21-第二密封平面；22-径向凸台；23-第一容纳槽；3-活动件支撑装置；31-支撑球；32-支撑座；33-第二容纳槽；4-活动件承载件；41-安装孔；42-安装腔；5-弹性偏压件；6-弹性密封件。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

图1为本发明的具体实施方式中提供的平行误差自动补偿装置的剖视图。如图1所示，本实施方式提供的阀头，包括活动件2以及活动件支撑装置3，所述活动件2具有与固定件1的第一密封平面11配合的第二密封平面21，所述活动件2背向所述固定件1的一侧设有第一容纳槽23，活动件支撑装置3具有适于嵌入所述第一容纳槽23的球面，所述球面与所述第一容纳槽23的槽底保持点接触，并且与所述第一容纳槽23的槽壁保持线接触，用于在背对所述固定件1的方向上支撑所述活动件2相对所述固定件1浮动，这种设置使得活动件支撑装置3的球面对活动件2形成点支撑，同时第一容纳槽23的槽壁与该球面的周向线接触对活动件2在360度方向上的浮动形成辅助支撑，活动件2在点支撑与线接触的辅助支撑下实现相对于固定件1的浮动，相较于球面接触结构提供的360度浮动方式，这种设置下活动件2与活动件支撑装置3的接触面积小，摩擦阻力小，活动件2的转动阻力小，仅需较小的驱动力即可实现活动件2的浮动，使得活动件2的调节灵敏度高，同时加工难度低。

具体地，所述活动件承载件4与所述固定件1相对的一侧成型有圆柱形的安装孔41，安装孔41背向固定件1的一侧连通有成型于活动件承载件4内部的安装腔42，所述活动件2为轴向上下对称的球台状，所述球台为球体被两个平行平面所截得，安装孔41的内径与球台状的活动件2的外径相当，恰好使球台的外周与安装孔41的圆柱壁面周向线接触，安装孔41内的活动件2在一定浮动角度内，球台的周向面均能保持与圆柱面的线接触。

需要说明的是，本发明不对活动件2不限于为球台状，在其他实施方式中，所述活动件2还可以为轴向上具有球面的其他形状，例如在球台靠近固定件1一侧具有朝向固定件1延伸的圆柱形平台，圆柱形平台的端面形成第二密封平面21；或者为轴向上下不对称的球台状等。

安装腔42内设置有用于支撑所述活动件2的活动件支撑装置3，所述活动件支撑装置3包括支撑座32以及设于所述支撑座32与所述活动件2之间的支撑球31，活动件2背向所述固定件1的一侧成型有适于容纳所述支撑球31的第一容纳槽23，本实施方式中的第一容纳槽23为圆柱形凹槽，支撑球31的部分伸入圆柱形凹槽内，支撑球31与圆柱形凹槽的槽底点接触，支撑球31的球面与圆柱形凹槽的槽口边缘线接触，支撑球31外露于所述圆柱形凹槽的部分容纳于设置在支撑座32上第二容纳槽33内，所述第二容纳槽33为内径与支撑球31的直径相当的圆柱形凹槽，并且第一容纳槽23与第二容纳槽33的轴向深度之和小于支撑球31的直径，以保证第一容纳槽23与支撑球31的浮动配合不受干涉。

需要说明的是，本发明的第一容纳槽23不限于为圆柱形凹槽，在其他实施方式中，第一容纳槽23还可以为槽底大槽口小的圆台状凹槽，圆台状凹槽的槽口边缘与支撑球31的球面线接触；第二容纳槽33也不限于为圆柱形凹槽，还可以为边长与支撑球31的直径相当的方形凹槽等。

还需要说明的是，在其他实施方式中，所述阀头也可以不设置活动件承载件4，活动件2受活动件支撑装置3的球面的点支撑以及线接触辅助支撑，并且活动件2远离固定件1一侧连接有轴向牵引结构，所述轴向牵引结构用于限制所述活动件2不脱离活动件支撑装置3的球面，从而保持活动件2相对于固定件1的浮动，所述轴向牵引结构可以为围绕活动件2轴线呈圆周分布的若干伸缩杆，所述伸缩杆与活动件2为柔性。

所述球台状活动件2背向所述固定件1的一侧还成型有径向凸台22，在活动件2受支撑力推动朝向固定件1运动时，所述径向凸台22朝向固定件1一侧的端面抵靠于安装孔41的下边缘处，限制活动件2沿朝向固定件1的方向脱出安装孔41，同时，径向凸台22还能够限制活动件2在360度方向上的浮动角度，使活动件2的球面始终与安装孔41的圆柱面保持线接触，当活动件2沿一定方向浮动至最大角度时，该方向的径向凸台22与安装孔41的下边缘相抵，限制活动件2继续浮动。

活动件承载件4与所述安装孔41相对的一端成型有与所述安装腔42连通的安装口，安装口成型有内螺纹结构，支撑座32远离支撑球31的一端成型有与所述内螺纹结构配合的外螺纹结构，使支撑座32连接于所述安装口。

安装腔42内还设有弹性压簧，弹性压簧套设于支撑座32的外侧，一端抵住活动件2的径向凸台22朝向支撑座32一侧的端面，另一端抵住成型于支撑座32靠近安装口一端的凸台，所述弹性压簧具有一定预紧力，对活动件2背向固定件1的一侧施加弹性偏压力，为活动件2的浮动提供稳定的弹性支撑。

活动件承载件4的安装腔42内壁上对应弹性压簧抵住支撑座32的一端还成型有朝向安装腔42中心延伸的环形凸台，该环形凸台用于对弹性压簧的该端进行定位，防止弹性压簧在伸缩过程中偏离或歪斜。

需要说明的是，本发明的活动件2也可以不设置轴向限位结构，例如在其他实施方式中，弹性压簧支撑活动件2的一端与活动件2连接，在弹性压簧处于伸展状态下仍能保持活动件2不脱出安装孔41；另外，本发明的弹性偏压件5不限于为弹性压簧，在其他实施方式中，还可以为其他弹性体。

本实施方式还提供一种平行误差自动补偿装置，包括具有第一密封平面11的固定件1，上述阀头，以及设于所述第一密封平面11与所述阀头的第二密封平面21之间的弹性密封件6。

所述弹性密封件6为弹性密封圈，所述第二密封平面21上成型有设于容纳所述弹性密封圈的环形凸起，所述环形凸起的高度小于所述弹性密封圈的轴向高度，以保证第一密封平面11与第二密封平面21的相互作用力挤压该弹性密封圈。需要说明的是，在其他实施方式中，本发明的弹性密封件6还可以设置在第一密封平面11上。

本发明提供的平行误差自动补偿装置，不仅可以适用于电镜，还能够适用于其它设备。

本实施方式还提供一种电镜，具有上述平行误差自动补偿装置，所述固定件1为用于电镜的镜筒，镜筒的端部具有所述第一密封平面11，所述阀头为用于将样品室与镜筒的高真空部分隔离开的镜筒隔断阀的阀头，弹性密封圈设于镜筒隔断阀的阀头的活动件2的第二密封平面21上，这种设置使得在反复更换样品的过程中，镜筒隔断阀反复开启或关闭，即镜筒隔断阀按照预设曲线反复向镜筒的端部远离或靠近，弹性密封圈对应镜筒的电子束通道出口设置，通过阀头的活动件2的浮动消除第二密封平面21与第一密封平面11的平行度误差，使弹性密封圈的各处压缩量一致，封闭电子束通道出口，保证密封的重复度，实现换样过程中样品室与镜筒的高真空部分的密封隔离。

所述电镜可以为扫描电镜，透射电镜或者其他电镜等。

显然，上述实施方式仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (13)

1.一种阀头，其特征在于，包括：

活动件(2)，具有与固定件(1)的第一密封平面(11)配合的第二密封平面(21)，所述活动件(2)背向所述固定件(1)的一侧设有第一容纳槽(23)；

活动件支撑装置(3)，具有适于嵌入所述第一容纳槽(23)的球面，所述球面与所述第一容纳槽(23)的槽底保持点接触，并且与所述第一容纳槽(23)的槽壁保持线接触，用于在背对所述固定件(1)的方向上支撑所述活动件(2)相对所述固定件(1)浮动。

2.根据权利要求1所述的一种阀头，其特征在于，所述第一容纳槽(23)为圆柱形凹槽。

3.根据权利要求1或2所述的一种阀头，其特征在于，所述活动件支撑装置(3)包括嵌入所述第一容纳槽(23)的支撑球(31)以及用于支撑所述支撑球(31)的支撑座(32)，所述支撑座(32)上成型有适于容纳所述支撑球(31)的第二容纳槽(33)，所述第一容纳槽(23)与所述第二容纳槽(33)的轴向深度之和小于所述支撑球(31)的直径。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种阀头，其特征在于，还包括活动件承载件(4)，具有容纳所述活动件(2)的安装孔(41)，所述活动件(2)还包括连接于所述第二密封平面(21)背向所述固定件(1)的周向面，所述周向面在所述活动件(2)的轴向方向上至少部分为球面，所述球面沿所述轴向方向的两端边缘所在平面位于所述球面的球心的在该轴向方向的相反侧；所述安装孔(41)具有与所述球面相适配的圆柱面，以使在所述活动件(2)的浮动过程中，所述圆柱面与所述球面一直保持线接触。

5.根据权利要求4所述的阀头，其特征在于，所述活动件(2)呈轴向上下对称的球台状。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的阀头，其特征在于，还包括设置于所述活动件(2)和活动件承载件(4)上的轴向限位结构，所述轴向限位结构防止所述活动件(2)在朝向所述固定件(1)一侧从所述安装孔(41)中脱出，并对所述活动件(2)相对所述固定件(1)的浮动角度进行限制。

7.根据权利要求6所述的阀头，其特征在于，所述轴向限位结构包括设于所述活动件(2)的周向面上的、位于所述球面远离所述固定件(1)一侧的径向凸台(22)，以及设于所述活动件承载件(4)的圆柱面的径向凹台，所述径向凸台(22)伸入到所述径向凹台内。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的阀头，其特征在于，还包括在所述活动件(2)背对所述固定件(1)一侧施加弹性力的弹性偏压件(5)，通过所述弹性偏压件(5)的弹性力能够使得所述活动件(2)相对所述固定件(1)实现弹性浮动。

9.根据权利要求5-8中任一项所述的阀头，其特征在于，所述活动件承载件(4)还包括设于所述安装孔(41)下方的安装腔(42)，所述活动件支撑装置(3)设于所述安装腔(42)内。

10.根据权利要求9所述的阀头，其特征在于，所述支撑座(32)的远离所述球体的一端与所述安装腔(42)连接，所述弹性偏压件(5)为套设于所述支撑座(32)外侧、并且一端抵住所述活动件(2)靠近所述球体的端面，另一端抵住所述支撑座(32)或者所述安装腔(42)内壁的弹性压簧。

11.一种平行误差自动补偿装置，其特征在于，包括

固定件(1)，具有第一密封平面(11)；

权利要求1-10中任一项所述的阀头；以及

弹性密封件(6)，设于所述第一密封平面(11)与所述阀头的第二密封平面(21)之间。

12.根据权利要求11所述的阀头，其特征在于，所述弹性密封件(6)为弹性密封圈；所述第一密封平面(11)和/或所述第二密封平面(21)上设有用于对所述弹性密封圈进行限位的密封圈定位槽。

13.一种电镜，其特征在于，包括权利要求11或12所述的平行误差自动补偿装置，所述固定件(1)为用于电镜的镜筒，所述镜筒的端部具有所述第一密封平面(11)；所述阀头为用于将样品室与镜筒的高真空部分隔离开的镜筒隔断阀的阀头。